CN102622135A - 红外线在屏体内部传输的触摸屏及其识别触摸点的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种红外线在屏体内部传输的触摸屏及其识别触摸点的方法，触摸屏中，红外发射单元发出的红外光射入触摸屏体内，在触摸屏体内部的上反射面和下反射面形成全反射，并传输到红外接收单元。本发明利用全反射原理使红外光在触摸屏体的内部传输，使得触摸体必须紧贴在触摸屏表面才会产生触摸响应，解决了触摸悬浮高度的问题；并且由于将红外光在触摸屏的内部传输，红外发射单元不需置于触摸屏表面上，从而实现触摸屏的无边框。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外触摸屏，尤其涉及一种红外线在屏体内部传输的触摸屏及其识别触摸点的方法。
背景技术
现有红外触摸系统，其采用方式都是通过由沿着触摸区域四周安装在X、Y方向排布均匀的红外发射管和红外接收管，控制和驱动电路在MCU执行代码的控制下驱动红外发射管和红外接收管，对应扫描形成X方向和Y方向横竖交叉的红外线矩阵。当有触摸时，手指或其它物体就会挡住经过该点的横竖红外线，由控制系统判断出触摸点在触摸屏上的位置。
目前在红外触摸屏领域，如专利号为200820109789.4的“一种应用于触摸屏上的反射镜”，此发明主要目的是：利用反射原理将，减少红外触摸屏上的发射和接收单元数量减半；如专利号为201020271758.6的“一种纯平结构的多点触摸屏”此发明的主要原理是：在普通红外触摸屏的基础上增加了一个导光板，用于填充普通触摸屏体触摸面上的凹腔，从而达到表面看似纯平的效果；如200710028616.X的“一种红外触摸屏及其多点触摸定位方法”等。现有红外触摸屏专利技术或产品中无论是单点还是多点红外触摸屏，其红外触摸屏的基本组装方式，都是将红外管放于触摸屏的触摸面之上，在该结构中，都存在以下三个方面的问题：
1、触摸悬浮高度较高。由于从红外发射管发出的红外光射向红外接收管，其红外光主要集中在管子的中部，当触摸体还没触摸到触摸屏的玻璃表面时，事实上红外光已经被阻断，这是触摸已经响应，该现象在本领域内叫做触摸悬浮高度，该问题会影响触摸手感，而且容易产生误动作，一般都希望该值越小越好，但是现在市面上的红外触摸屏体一般都有2-5mm触摸悬浮高度。
2、抗强光干扰的能力差。现有红外触摸屏，由于红外管是放在触摸面之上，外部的光线很容易射到红外接收单元，从而影响触摸屏的正常工作，因此一般的 屏体都不能在强光（如阳光或较强的白炽灯）下正常工作。
3、红外触摸屏触摸面的四边都存在较宽和较高的边沿凸起。在现有红外触摸屏领域，红外管一般都安装在屏体触摸面的上方，加上红外管保护结构的厚度，从而在屏体的四边形成较高和较宽的边沿凸起，对触摸屏的安装和触摸设备外观设计产生很大的限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有红外触摸屏存在的上述问题，提供一种红外线在屏体内部传输的触摸屏及其识别触摸点的方法，本发明利用全反射原理使红外光在触摸屏体的内部传输，使得触摸体必须紧贴在触摸屏表面才会产生触摸响应，解决了触摸悬浮高度的问题；并且由于将红外光在触摸屏的内部传输，红外发射单元不需置于触摸屏表面上，从而实现触摸屏的无边框。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种红外线在屏体内部传输的触摸屏，其特征在于：红外发射单元发出的红外光射入触摸屏体内，在触摸屏体内部的上反射面和下反射面形成全反射，并传输到红外接收单元。
所述上反射面和下反射面之间的触摸屏体四周形成射入面和射出面。
所述红外发射单元设置在射入面处，红外发射单元发出的红外光与射入面垂直，红外接收单元设置在射出面处，红外光与射出面垂直。
所述红外发射单元设置在触摸屏体下，红外发射单元发出的红外光通过反射装置反射后与射入面垂直，红外接收单元设置在触摸屏体下，红外光与射出面垂直并通过反射装置反射后传输到红外接收单元。
所述反射装置可以为反射镜、反射式棱镜、导光柱等能够反射光线的物体。
所述红外发射单元设置在触摸屏体下，红外发射单元发出的红外光通过导光装置导向后与射入面垂直，红外接收单元设置在触摸屏体下，红外光与射出面垂直并通过导光装置导向后传输到红外接收单元。
所述导光装置可以为导光柱、反射镜等能够改变光线传播路径的导光物体。
所述红外发射单元与红外发射控制电路板连接，红外接收单元与红外接收控制电路板连接。
所述红外发射单元包括X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元，X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元并联后连接到处理单元MCU，红外接收单元包括X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元，X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元并联后连接到处理单元MCU。
一种红外线在屏体内部传输的触摸屏识别触摸点的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、红外发射单元发出的红外光射入触摸屏体内，在触摸屏体内部的上反射面和下反射面形成全反射，并传输到红外接收单元；
b、当有触摸体触摸到触摸屏体表面时，部分红外光从触摸面射出，导致传输到红外接收单元的光线减弱，处理单元MCU通过对红外接收单元接收到光信号强度的变化情况，确定触摸体的坐标位置，从而对触摸体定位。
所述b步骤中，处理单元MCU通过对红外接收单元接收到光信号强度的变化情况，确定触摸体的坐标位置。
采用本发明的优点在于：
一、本发明中，红外发射单元发出的红外光射入触摸屏体内，在触摸屏体内部的上反射面和下反射面形成全反射，并传输到红外接收单元，利用全反射原理使红外光在触摸屏体的内部传输，使得触摸体必须紧贴在触摸屏表面才会产生触摸响应，解决了触摸悬浮高度的问题；并且由于将红外光在触摸屏的内部传输，红外发射单元不需置于触摸屏表面上，从而实现触摸屏的无边框。
二、本发明中，由于红外光是在玻璃的内部传输，而且其光线在内部是以全反射的方式向前传输，因此外部的光线很难影响到内部的光线，与现有技术相比，传统红外屏不能再强光环境下工作，本发明解决了传统红外屏的光干扰问题。
三、本发明中，由于红外光是在玻璃的内部传输，受外部的影响可以降到很低，因此有利于提高屏体工作的稳定性。
四、传统红外屏由于红外管安放在玻璃上表面，因此一般上边缘的厚度都有4-10mm，采用本发明后降低了传统红外屏的边缘厚度，甚至可以做到零边缘厚度。
五、本发明真正实现了无边框设计，从正面看就是普通的触摸屏体，改善了屏体的美观度，提升了触摸显示器可装配性。
六、本发明中，所述上反射面和下反射面之间的触摸屏体四周形成射入面和射出面，充分发挥触摸屏体的作用，使得光波在触摸屏体内传播，受干扰的影响小。
七、本发明中，所述红外发射单元设置在射入面处，红外发射单元发出的红外光与射入面垂直，红外接收单元设置在射出面处，红外光与射出面垂直，使光波在触摸屏体内全反射传播，提高了检测精度。
八、本发明中，所述红外发射单元设置在触摸屏体下，红外发射单元发出的红外光通过反射装置反射后与射入面垂直，红外接收单元设置在触摸屏体下，红外光与射出面垂直并通过反射装置反射后传输到红外接收单元，反射装置或导光柱的介入，可以改变红外线的传播方向，从而使得红外管能够水平放置在玻璃底部，有效的降低了整个屏体的高度，且由于红外发射单元和红外接收单元均设置在触摸屏体下，因此外部的光线很难影响到红外接收单元，从而提升了红外触摸屏抗光干扰能力。
九、本发明中，所述红外发射单元设置在触摸屏体下，红外发射单元发出的红外光通过导光装置导向后与射入面垂直，红外接收单元设置在触摸屏体下，红外光与射出面垂直并通过导光装置导向后传输到红外接收单元，改变红外光的传输角度的方式多样，便于屏体的组装。
十、本发明识别触摸点的方法，包括如下步骤：红外发射单元发出的红外光射入触摸屏体内，在触摸屏体内部的上反射面和下反射面形成全反射，并传输到红外接收单元；当有触摸体触摸到触摸屏体表面时，部分红外光从触摸面射出，导致传输到红外接收单元的光线减弱，处理单元MCU通过对红外接收单元接收到光信号强度的变化情况，确定触摸体的坐标位置，从而对触摸体定位，由于触摸体的介入，打破全反射，部分红外线会在此溢出，使得接收端信号减弱，从而判断出触摸点的位置，既可滤除外界光对红外管的影响，也可以提高触摸精度。
附图说明
图1为本发明实施例3的结构示意图
图2为本发明实施例1的结构示意图
图3为本发明实施例2的结构示意图
图4为本发明系统连接框图
图中标记为：1、红外发射单元，2、反射镜，3、射入面，4、上反射面，5、下反射面，6、红外接收单元，7、触摸体，8、导光柱，9、射出面，10、红外发射控制电路板，11、红外接收控制电路板。
具体实施方式
实施例1
本实施例为利用反射镜改变光的传输方向，触摸屏体的材质为玻璃。如图2所示，当红外发射单元1即红外发射管发出的红外光通过反射镜2反射后会垂直于触摸屏体的射入面3射入触摸屏体内，只要使其光线在触摸屏体上反射面4的入射角大于全反射的临界角（光线从玻璃材质入射到空气的临界角为41.8·），则在触摸屏体内部传输的红外光线可以在触摸屏体的上反射面4和下反射面5之间形成全反射，光线不会传输到触摸屏体的外部而在触摸屏体的内部传输，而从触摸屏体的另外一边射出，通过反射镜2反射后射入到红外接收单元6即红外接收管被其接收。
当有触摸体7触摸屏体时（由于介子由空气变为触摸体），其全反射条件会被打破，有部分的光线会射向触摸屏体外的空气中，从而导致射向红外接收单元6的光线会减弱。通过接收到光信号强度的变化分析，就可以确定触摸体7的坐标位置。从而达到对触摸体位置定位的效果。
实施例2
利用导光柱改变光的传输方向。如图3所示，当红外发射单元1发出的红外光通过导光柱8改变光的传输方向后会垂直于射入面3射入触摸屏体，只要使其光线在触摸屏体上反射面4的入射角大于全反射的临界角（光线从玻璃材质入射到空气的临界角为41.8·），则在触摸屏体内部传输的红外光线可以在触摸屏体的内表面形成全反射，光线不会传输到触摸屏体的外部而在触摸屏体的内部传输，而从触摸屏体的另外一边射出，通过导光柱8改变光的传输方向后射入到红外接收单元6被其接收。
当有触摸体7触摸屏体时（由于介子由空气变为触摸体），其全反射条件会被打破，会有部分的光线射向触摸屏体外的空气中，从而导致射向红外接收单元6的光线会减弱。通过接收到光信号强度的变化分析，就可以确定触摸体的坐标位置。从而达到对触摸体位置定位的效果。
实施例3
一种红外线在屏体内部传输的触摸屏，红外发射单元1发出的红外光射入触摸屏体内，在触摸屏体内部的上反射面4和下反射面5形成全反射，并传输到红外接收单元6。
本发明中，所述上反射面4和下反射面5之间的触摸屏体四周形成射入面3和射出面9，也即是，当触摸屏体一侧形成射入面时，对应的另一侧则形成射出面。
所述射入面3与上反射面4的夹角大小取决于透光材质的折射率，只要保证通过射入面的光线经过透光材质后能够在上反射面形成全反射即可。因此此角度没有严格要求。射出面9与上反射面4的夹角大小取决于透光材质的折射率，只要保证通过射入面的光线经过透光材质后能够在上反射面形成全反射即可。因此此角度没有严格要求。
如图1所示，所述红外发射单元1设置在射入面3处，红外发射单元1发出的红外光与射入面3垂直，红外接收单元6设置在射出面9处，红外光与射出面9垂直。
所述红外发射单元1与红外发射控制电路板10连接，红外接收单元6与红外接收控制电路板11连接。电路部分可以采用现有技术，本发明的主要改进是在结构装置和光线传播方式上。
所述红外发射单元1包括X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元，X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元并联后连接到处理单元MCU，红外接收单元6包括X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元，X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元并联后连接到处理单元MCU。
一种红外线在屏体内部传输的触摸屏识别触摸点的方法，包括如下步骤：
a、红外发射单元发出的红外光射入触摸屏体内，在触摸屏体内部的上反射面和下反射面形成全反射，并传输到红外接收单元；
b、当有触摸体触摸到触摸屏体表面时，部分红外光从触摸面射出，导致传输到红外接收单元的光线减弱，处理单元MCU通过对红外接收单元接收到光信号强度的变化情况，确定触摸体的坐标位置，从而对触摸体定位。
所述b步骤中，处理单元MCU通过对红外接收单元接收到光信号强度的变化情况，确定触摸体的坐标位置。
本发明通过全反射的方式将红外光设置于触摸屏体内部传输，传统红外屏都是将红外光置于玻璃介质之上传输，当有触摸体接触到玻璃介质时，由于光的传输介质由空气变为触摸体，其折射率会发生变化，从而导致全反射的条件被打破，使得输出的光信号会变弱，通过对光信号强弱的变化就能对触摸体进行有效的定位。本发明的主要改进点之一在于红外光的传输途径上，其他电路形式可以和传统红外屏兼容。
实施例4
一种红外线在屏体内部传输的触摸屏，红外发射单元1发出的红外光射入触摸屏体内，在触摸屏体内部的上反射面4和下反射面5形成全反射，并传输到红外接收单元6。
本发明中，所述上反射面4和下反射面5之间的触摸屏体四周形成射入面3和射出面9，也即是，当触摸屏体一侧形成射入面时，对应的另一侧则形成射出面。
所述射入面3与上反射面4的夹角大小取决于透光材质的折射率，只要保证通过射入面的光线经过透光材质后能够在上反射面形成全反射即可。因此此角度没有严格要求。射出面9与上反射面4的夹角大小取决于透光材质的折射率，只要保证通过射入面的光线经过透光材质后能够在上反射面形成全反射即可。因此此角度没有严格要求。
所述红外发射单元1设置在触摸屏体下，红外发射单元1发出的红外光通过反射装置反射后与射入面3垂直，红外接收单元6设置在触摸屏体下，红外光与射出面9垂直并通过反射装置反射后传输到红外接收单元6。
本发明中，所述反射装置可以为反射镜2、反射式棱镜等能够反射光线的物体。
所述红外发射单元1与红外发射控制电路板10连接，红外接收单元6与红外接收控制电路板11连接。电路部分可以采用现有技术，本发明的主要改进是在结构装置和光线传播方式上。
如图4所示，所述红外发射单元1包括X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元，X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元并联后连接到处理单元MCU，红外接收单元6包括X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元，X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元并联后连接到处理单元MCU，处理单元MCU分别连接到电源和PC机接口电路。
一种红外线在屏体内部传输的触摸屏识别触摸点的方法，包括如下步骤：
a、红外发射单元发出的红外光射入触摸屏体内，在触摸屏体内部的上反射面和下反射面形成全反射，并传输到红外接收单元；
b、当有触摸体触摸到触摸屏体表面时，部分红外光从触摸面射出，导致传输到红外接收单元的光线减弱，处理单元MCU通过对红外接收单元接收到光信号强度的变化情况，确定触摸体的坐标位置，从而对触摸体定位。
所述b步骤中，处理单元MCU通过对红外接收单元接收到光信号强度的变化情况，确定触摸体的坐标位置。
实施例5
一种红外线在屏体内部传输的触摸屏，红外发射单元1发出的红外光射入触摸屏体内，在触摸屏体内部的上反射面4和下反射面5形成全反射，并传输到红外接收单元6。
本发明中，所述上反射面4和下反射面5之间的触摸屏体四周形成射入面3和射出面9，也即是，当触摸屏体一侧形成射入面时，对应的另一侧则形成射出面。
所述射入面3与上反射面4的夹角大小取决于透光材质的折射率，只要保证通过射入面的光线经过透光材质后能够在上反射面形成全反射即可。因此此角度没有严格要求。射出面9与上反射面4的夹角大小取决于透光材质的折射率，只要保证通过射入面的光线经过透光材质后能够在上反射面形成全反射即可。因此此角度没有严格要求。
所述红外发射单元1设置在触摸屏体下，红外发射单元1发出的红外光通过导光装置导向后与射入面3垂直，红外接收单元6设置在触摸屏体下，红外光与射出面9垂直并通过导光装置导向后传输到红外接收单元6。
本发明中，所述导光装置可以为导光柱等能够改变光线传播路径的导光物体。导光柱与反射镜都是为了改变红外光的传输角度，达到需要的角度，所以原理上可以互换使用。
所述红外发射单元1与红外发射控制电路板10连接，红外接收单元6与红外接收控制电路板11连接。电路部分可以采用现有技术，本发明的主要改进是在结构装置和光线传播方式上。
所述红外发射单元1包括X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元，X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元并联后连接到处理单元MCU，红外接收单元6包括X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元，X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元并联后连接到处理单元MCU，处理单元MCU分别连接到电源和PC机接口电路。
一种红外线在屏体内部传输的触摸屏识别触摸点的方法，包括如下步骤：
a、红外发射单元发出的红外光射入触摸屏体内，在触摸屏体内部的上反射面和下反射面形成全反射，并传输到红外接收单元；
b、当有触摸体触摸到触摸屏体表面时，部分红外光从触摸面射出，导致传输到红外接收单元的光线减弱，处理单元MCU通过对红外接收单元接收到光信号强度的变化情况，确定触摸体的坐标位置，从而对触摸体定位。
所述b步骤中，处理单元MCU通过对红外接收单元接收到光信号强度的变化情况，确定触摸体的坐标位置。
具体地讲，本发明的控制处理方法如下：
系统初始化后，启动红外发射单元和红外接收单元，对X、Y轴进行红外扫描，各扫描单元对接收信号进行触摸分析，如有触摸，则分别产生X、Y的触摸位置信息，系统处理单元MCU判断扫描单元是否有有效触摸位置信息，当没有有效触摸位置信息时，返回初始化，当有有效触摸位置信息时，系统处理单元MCU收集X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元的有效触摸位置数据，即为真实触摸点的位置信息，系统处理单元MCU判断是否有满足条件的触摸点位置信息产生，没有时返回初始化，当有时，将得出的各触摸点坐标传输到计算机系统中，然后返回初始化。
Claims (10)
1.一种红外线在屏体内部传输的触摸屏，其特征在于：红外发射单元（1）发出的红外光射入触摸屏体内，在触摸屏体内部的上反射面（4）和下反射面（5）形成全反射，并传输到红外接收单元（6）。
2.根据权利要求1所述的红外线在屏体内部传输的触摸屏，其特征在于：所述上反射面（4）和下反射面（5）之间的触摸屏体四周形成射入面（3）和射出面（9）。
3.根据权利要求1或2所述的红外线在屏体内部传输的触摸屏，其特征在于：所述红外发射单元（1）设置在射入面（3）处，红外发射单元（1）发出的红外光与射入面（3）垂直，红外接收单元（6）设置在射出面（9）处，红外光与射出面（9）垂直。
4.根据权利要求1或2所述的红外线在屏体内部传输的触摸屏，其特征在于：所述红外发射单元（1）设置在触摸屏体下，红外发射单元（1）发出的红外光通过反射装置反射后与射入面（3）垂直，红外接收单元（6）设置在触摸屏体下，红外光与射出面（9）垂直并通过反射装置反射后传输到红外接收单元（6）。
5.根据权利要求1或2所述的红外线在屏体内部传输的触摸屏，其特征在于：所述红外发射单元（1）设置在触摸屏体下，红外发射单元（1）发出的红外光通过导光装置导向后与射入面（3）垂直，红外接收单元（6）设置在触摸屏体下，红外光与射出面（9）垂直并通过导光装置导向后传输到红外接收单元（6）。
6.根据权利要求5所述的红外线在屏体内部传输的触摸屏，其特征在于：所述导光装置为导光柱（8）或反射镜（2）。
7.根据权利要求1、2或5所述的红外线在屏体内部传输的触摸屏，其特征在于：所述红外发射单元（1）与红外发射控制电路板（10）连接，红外接收单元（6）与红外接收控制电路板（11）连接。
8.根据权利要求1、2或5所述的红外线在屏体内部传输的触摸屏，其特征在于：所述红外发射单元（1）包括X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元，X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元并联后连接到处理单元MCU，红外接收单元（6）包括X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元，X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元并联后连接到处理单元MCU。
9.一种红外线在屏体内部传输的触摸屏识别触摸点的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、红外发射单元发出的红外光射入触摸屏体内，在触摸屏体内部的上反射面和下反射面形成全反射，并传输到红外接收单元；
b、当有触摸体触摸到触摸屏体表面时，部分红外光从触摸面射出，导致传输到红外接收单元的光线减弱，处理单元MCU通过对红外接收单元接收到光信号强度的变化情况，确定触摸体的坐标位置，从而对触摸体定位。
10.根据权利要求9所述的红外线在屏体内部传输的触摸屏识别触摸点的方法，其特征在于：所述b步骤中，处理单元MCU通过对红外接收单元接收到光信号强度的变化情况，确定触摸体的坐标位置。
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