CN102799319B - 一种红外触摸屏 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种红外触摸屏，涉及触控技术领域，为解决触摸屏的边角效应而设计。本发明的红外触摸屏，包括红外发射元件阵列、红外接收元件阵列、第一边缘、第二边缘、第三边缘和第四边缘，其中，所述第一边缘和所述第三边缘相对，所述第二边缘与所述第四边缘相对，所述红外发射元件阵列和所述红外接收元件阵列分别位于所述第一边缘和所述第三边缘，在所述第二边缘和所述第四边缘上分别设置有用于将射向所述第二边缘和所述第四边缘的光束反射至所述第三边缘的反射元件。通过反射元件的反射可以增加边角区域的扫描线密度，进而改善边角效应。

Description

一种红外触摸屏
技术领域
本发明涉及触摸控制技术领域，尤其涉及一种红外触摸屏。
背景技术
随着多媒体技术的发展，触摸控制技术已成为当今人机交互中的热点技术。许多产品的人机交互的方式（如键盘、鼠标等）都逐渐被触摸控制技术所代替。在众多触控技术中，红外触摸屏以其结构简单、成本低等优点被应用于多种场合，现有的红外触摸屏一般包括安装在触摸面板四周的印刷电路板上的红外发射元件阵列和红外接收元件阵列，红外发射元件阵列和红外接收元件阵列之间的光线在触摸面板形成密集的扫描线网络，通过检测红外发射元件阵列和红外接收元件阵列之间的扫描线的遮挡情况来识别触摸面板内触摸物的位置和/或大小，这种红外触摸屏需要两组红外发射元件阵列和两组红外接收元件阵列才能实现触摸定位，生产成本比较高。
如图1所示，为现有技术中一种红外触摸屏及其扫描线分布示意图，为了节约成本，只在触摸面板的两个相对的边缘上(优选尺寸较长的两个相对边)设置红外发射元件阵列101和红外接收元件阵列102的红外触摸屏，扫描时，只在一个方向上进行扫描，节约了成本，并能够提高扫描速度。在这种红外触摸屏中，为了实现多点触摸或者提高触摸分辨率，需要针对每一个红外发射元件扫描尽量大的角度，一般是采用同轴和离轴相结合的一对多的扫描方式进行扫描，即一个红外发射元件对应多个红外接收元件，相应地，也是一个红外接收元件对应多个红外发射元件，如一对五、一对七或一对十一的扫描方式。如图2所示，为现有技术中只在一个方向进行扫描的实际扫描效果示意图，图中黑色的区域为触摸物的可能区域，根据扫描结果采取一定的去鬼点的方法，同样可以识别触摸点，尤其是对于位于触摸面板中心区域的触摸点。但是在这种一对多的扫描方式中，由于触摸屏尺寸的限制(不可能是无限大的)，对于位于边角附近的红外发射元件，只能扫描到一部分扫描线，如图3，如果针对一个红外发射元件本身能够扫描的宽度为B～D，但是由于红外发射元件A位于边角附近，只能扫描位于B~C宽度范围内的红外接收元件，C~D位于触摸检测区域外，没有安装红外接收元件，无法扫描，因此触摸屏边角区域的扫描线比中心区域的少，这种现象称之为“边角效应”。图1中，对于左右两端的两个红外发射元件，只能扫描到位于触摸检测区域内的三条扫描线，当触摸物103位于图1中的边角区域时，将无法识别出触摸物的具体位置，因此边角区域的触摸效果会比较差，严重时可能无法识别触摸物，尤其是对于大尺寸的红外触摸屏，两端会有更多的发射元件的扫描线的条数少于位于中间的红外发射元件，因此边角效应更加明显。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种降低成本并能够改善边角区域的触摸效果的红外触摸屏。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种红外触摸屏，包括包含多个红外发射元件的红外发射元件阵列、包含多个红外接收元件的红外接收元件阵列、第一边缘、第二边缘、第三边缘和第四边缘，其中，所述第一边缘和所述第三边缘相对，所述第二边缘与所述第四边缘相对，所述红外发射元件阵列和所述红外接收元件阵列分别位于所述第一边缘和所述第三边缘，在所述第二边缘和所述第四边缘上分别设置有用于将射向所述第二边缘和所述第四边缘的光束反射至所述第三边缘的反射元件。
如上所述的红外触摸屏，至少位于所述红外发射元件阵列的端部的至少一个红外发射元件与所述第一边缘非垂直安装；至少位于所述红外接收元件阵列的端部的至少一个红外发射元件与所述第三边缘非垂直安装。
如上所述的红外触摸屏，与所述第一边缘非垂直安装的红外发射元件和与所述第三边缘非垂直安装的红外接收元件的数量都为多个。
如上所述的红外触摸屏，位于与所述第二边缘相邻的一端的与所述第一边缘非垂直安装的多个连续或间隔的红外发射元件和与所述第三边缘非垂直安装的多个连续或间隔的红外接收元件都朝向所述第二边缘倾斜；位于与所述第四边缘相邻的一端的与所述第一边缘非垂直安装的多个连续或间隔的红外发射元件和与所述第三边缘非垂直安装的多个连续或间隔的红外接收元件都朝向所述第四边缘倾斜。
如上所述的红外触摸屏，所述红外发射元件阵列的端部至少包含一个朝向所述第二边缘倾斜的红外发射元件和一个朝向所述第四边缘倾斜的红外发射元件；所述红外接收元件阵列的端部至少包含一个朝向所述第二边缘倾斜的红外接收元件和一个朝向所述第四边缘倾斜的红外接收元件。
如上所述的红外触摸屏，位于所述红外发射元件阵列的中部的红外发射元件与位于端部的红外发射元件的安装排布方式相同；位于所述红外接收元件阵列的中部的红外接收元件与位于端部的红外接收元件的安装排布方式相同。
如上所述的红外触摸屏，所述红外发射元件阵列包含多个发射组，每一个所述发射组包含至少一个朝向所述第二边缘倾斜的红外发射元件和至少一个朝向所述第四边缘倾斜的红外发射元件；所述红外接收元件阵列包含多个接收组，每一个所述接收组包含至少一个朝向所述第二边缘倾斜的红外接收元件和至少一个朝向所述第四边缘倾斜的红外接收元件。
如上所述的红外触摸屏，每一个所述发射组中包含两个红外发射元件，使红外发射元件阵列中朝向第二边缘倾斜安装的红外发射元件和朝向第四边缘倾斜的红外发射元件相互间隔地排列；每一个所述接收组中包含两个红外接收元件，使红外发射元件阵列中朝向第二边缘倾斜的红外接收元件和朝向第四边缘倾斜的红外接收元件相互间隔地排列。
如上所述的红外触摸屏，每一个所述发射组中包含三个红外发射元件；每一个所述接收组中包含三个红外接收元件。
如上所述的红外触摸屏，每一个所述发射组中位于中间的一个红外发射元件垂直于所述第一边缘安装，且在位于所述红外发射元件阵列端部的至少一个发射组中垂直于所述第一边缘安装的红外发射元件上设置有用于防止该红外发射元件发射的光束射向所述反射元件的遮光丝印；和/或每一个所述接收组中位于中间的一个红外接收元件垂直于所述第三边缘安装，且在位于所述红外接收元件阵列端部的至少一个接收组中垂直于所述第三边缘安装的红外接收元件上设置有用于防止该红外接收元件接收经过所述反射元件反射的光束的遮光丝印。
如上所述的红外触摸屏，位于所述红外发射元件阵列端部的至少一个所述发射组中位于中间的一个红外发射元件朝向所述第二边缘和所述第四边缘中与其距离较远的一个边缘倾斜安装，以使该红外发射元件发射的光束不照射到所述反射元件上。
如上所述的红外触摸屏，所述反射元件为平面镜或高反射率的金属片。
本发明实施例提供的红外触摸屏，一方面只在触摸检测区域相对的两个边缘安装红外发射元件阵列和红外接收元件阵列，省去了另外两个边缘上的红外发射元件和红外接收元件，可以节约成本；另一方面，在没有安装红外发射元件阵列和红外接收元件阵列的两个边缘分别安装反射元件，用于将红外发射元件射向反射元件的光反射到红外接收元件，可以增加触摸屏边角区域的扫描线的密度，提高边角效应。
附图说明
图1为现有技术中一种红外触摸屏及其扫描线分布示意图；
图2为现有技术中只在一个方向进行扫描的实际扫描效果示意图；
图3为现有技术中“边角效应”产生原理示意图；
图4为本发明实施例一提供的红外触摸屏结构示意图；
图5为本发明实施例二提供的红外触摸屏结构示意图
图6为红外触摸屏右侧安装有反射元件与没有安装发射元件时扫描线分布的对比图；
图7为安装有反射元件的与没有安装发射元件时实际扫描效果的对比图；
图8为本发明实施例三提供的红外触摸屏结构示意图。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式及附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
本实施例提供一种红外触摸屏，如图4所示，包括包含有多个红外发射元件的红外发射元件阵列101、包含有多个红外接收元件的红外接收元件阵列102和四个边缘，这四个边缘分别为第一边缘401、第二边缘402、第三边缘403和第四边缘404，其中第一边缘401和第三边缘402相对，第二边缘402和第四边缘404相对，红外发射元件阵列101安装在第一边缘401上，红外接收元件阵列102安装在第三边缘403上，一个红外发射元件发射的红外光至少被对面的一个红外接收元件接收，在第二边缘402和第四边缘404上各设置一个反射元件405、406，用于将位于第一边缘401两端的红外发射元件射向第二边缘402和/或第四边缘404的光束反射到第三边缘403，被位于第三边缘303的红外接收元件接收，从而能够避免射向第二边缘402和第三边缘403的光线没有红外接收元件接收而造成的浪费，也能够增加边角区域的扫描线的密度，因此可以提高边角区域的触摸效果；另外只在两个边缘上设置红外发射元件阵列和红外接收元件阵列，可以节约成本；再次，扫描时，只需要扫描一个方向，因此也可以提高扫描速度。
上述反射元件405、406可以为平面镜，也可以为高反射率的金属片或者其他高反射率材料制成的反射元件。
实施例二
为了防止同一个红外接收元件同时接收到同一个红外发射元件直接发射的光束和射向反射元件后经过反射元件反射的光束造成的信号串扰，也就是防止一条直线光线和一条折线光线同时射向同一个红外接收元件，同时也为了在触摸检测区域获取倾斜角度较大的扫描线，可以将红外发射元件和红外接收元件倾斜一定角度安装，即红外发射元件和红外接收元件与第一边缘401或第三边缘403不垂直安装，使在扫描红外接收元件时，同一时刻一个红外接收元件只能接收到一个方向的光束。如图5所示，为本实施例中红外触摸屏结构示意图，作为一种优选方式，为了描述方便，可以将位于第一边缘401的红外发射元件阵列101中的红外发射元件按照位置顺序分成多个发射组501，每一个发射组501中包含两个红外发射元件，其中一个朝向第二边缘402倾斜安装(图5中向右倾斜)，另一个朝向第四边缘404倾斜安装(图5中向左倾斜)的红外发射元件，使红外发射元件阵列101中朝向第二边缘402倾斜的红外发射元件和朝向第四边缘404倾斜的红外发射元件相互间隔地排列；同样，将位于第三边缘403的红外接收元件阵列102中的红外接收元件分成多个接收组502，每一个接收组502中也包含两个红外接收元件，其中一个朝向第二边缘402倾斜(图5中向右倾斜)，另一个朝向第四边缘404倾斜(图5中向左倾斜)，使红外发射元件阵列102中朝向第二边缘倾斜的红外接收元件和朝向第四边缘404倾斜的红外接收元件相互间隔地排列。如果对图5中的红外发射元件101从左到右按照E1、E2……En的顺序编号，对红外接收元件102从左到右按照D1、D2……Dn的顺序编号，序号为奇数的红外发射元件(E1、E3……)和红外接收元件(D1、D3……)都向左倾斜安装，序号为偶数的红外发射元件(E2、E4……)和红外接收元件(D2、D4……)都向右倾斜安装，通过调整红外发射元件和红外接收元件倾斜的角度，可以改变各个扫描线的角度，具体的倾斜角度可以通过实验或者几何计算来获取使红外发射元件和红外接收元件具有最佳对应关系的倾斜角度。
在进行触摸识别扫描时，如果采用一对五的扫描方式进行扫描，如图5所示，对于位于第一边缘401中间区域的红外发射元件，当驱动一个红外发射元件时，可以依次扫描位于第三边缘403上的、接收面与该红外发射元件的发射面近似相对的五个红外接收元件，也即扫描接收面迎着红外发射元件发射光束的传播方向的五个红外接收元件，如对于E11，扫描D2、D4、D6、D8、D10五个红外接收元件，对于E12，扫描D13、D15、D17、D19、D21五个红外接收元件，按照这种扫描方法可以使红外接收元件接收的信号尽可能强，当然也可以有其他的扫描方式。由于每个发射组501和接收组502中的红外发射元件和红外接收元件都是倾斜安装的，每一个发射组501相当于一个广角发射元件，每一个接收组502相当于一个广角接收元件，能够提供较大角度的倾斜扫描线，因此可以提高触摸屏的分辨率，也可以识别多个触摸点。对于位于红外发射元件阵列101两端部分的至少一个发射组501，由于触摸屏的对称性，两端部分的扫描方式相同，因此为了叙述方便并节约篇幅，只对位于右端部分的红外发射元件和红外接收元件进行说明，如图5，对于位于右端部分向左倾斜的几个红外发射元件，由于这些红外发射元件发射的光束都能够射向触摸面板内，因此可以直接被位于第三边缘403的向右倾斜的红外接收元件接收，可以采用与位于红外发射元件阵列102中间部分的红外发射元件相同的方式扫描，而对于位于右端部分向右倾斜安装的红外发射元件，当其发射的红外光束全部或者部分射向第二边缘402上的反射元件405时，光束经反射元件反射后可以被位于第三边缘403的向右倾斜安装的红外接收元件接收，如图5中红外发射元件E18发射的红外光束分别被位于第三边缘403上的红外接收元件D20至D24接收，其中D21和D23接收由E18直接发射的光线(扫描线为直线)，D20、D22、D24接收经过反射元件405反射后的光线(扫描线为折线)，当驱动红外发射元件E18时，接通红外接收元件D20至D24进行扫描，对于位于右端的向右倾斜的其他红外发射元件的扫描方式相同，不再赘述。如图6所示，为红外触摸屏右侧安装有反射元件与没有安装反射元件时扫描线分布的对比图，其中，右半部为安装有反射元件的扫描线分布，左半部为没有安装反射元件的扫描线分布，很明显，在红外触摸屏的两个相对的边缘上安装反射元件后，能够充分利用边角区域的红外发射元件的信号，可以大大增加边角区域的扫描线的数量，如图7所示，为安装有反射元件的与没有安装发射元件时扫描效果的对比图，其中，短箭头代表红外发射元件，且图7是截取的触摸屏右下部分的扫描效果图，右半部分为安装有反射元件的扫描效果，左半部分为没有安装反射元件的扫描效果，图中边角区域存在两个触摸物，在没有安装反射元件405时，其中一个扫描出的面积远大于触摸物实际的面积，识别精度很差，另一个根本就无法识别，而安装了反射元件405后，两个触摸物都可以检测出来，且精度相对较高，因此在边缘安装反射元件405后可以大大改善边角区域的触摸效果，解决边角效应问题。
需要说明的是，本实施例中所述的倾斜安装是在触摸检测区域所在的平面或者与其平行的平面内，红外发射元件和红外接收元件的主轴与第一边缘或第二边缘的夹角为锐角或钝角；本实施例中所述的垂直或非垂直安装指红外发射元件和红外接收元件的主轴与第一边缘或第二边缘垂直或非垂直，这里对安装方向的说明也适用于其他实施方式。
本实施例提供一种红外触摸屏，通过将红外发射元件和红外接收元件倾斜安装，可以提供较大倾斜角度的扫描线，提高了分辨率，也可以实现多点触摸；对于位于两端的向与其距离较近的一个边缘倾斜的红外发射元件和红外接收元件，红外发射元件发射的红外光部分或全部射向反射元件，经反射元件反射后，被红外接收元件接收，可以增加边角区域的扫描线的密度，大大改善边角效应。
实施例三
本实施例提供第三种红外触摸屏，本实施例与前两种实施例相同，都是在第一边缘和第三边缘分别安装红外发射元件和红外接收元件，在第二边缘和第四边缘各安装一个反射元件，本实施例与前两种实施例的不同之处在于红外发射元件和红外接收元件的安装方式。
在本实施例中，如图8所示，将红外发射元件阵列101中的所有红外发射元件按照位置顺序分成多个发射组801，每一个发射组801包含三个红外发射元件，其中位于中间的一个垂直第一边缘401安装，位于两边的两个分别朝向第二边缘402(向右)和第四边缘403(向左)倾斜安装，使，每两个垂直安装的红外发射元件之间有一个向右倾斜安装的红外发射元件和一个向左倾斜安装的红外发射元件，也可以在两个相邻的发射组801之间再安装一个垂直第一边缘401的红外发射元件，向右倾斜的红外发射元件、垂直安装的红外发射元件和向左倾斜安装的红外发射元件相互间隔排列，每一个发射组801相当于一个广角发射元件；同样，将所有红外接收元件102分成多个接收组802，每一个接收组802中的红外接收元件的安装方向与每一个发射组801中的红外发射元件的安装方向相同，即位于中间的一个垂直第三边缘403安装，位于两边的两个红外接收元件分别朝向第二边缘402和第四边缘404倾斜安装。
对于上述排布方式的红外触摸屏，如果在进行触摸识别扫描过程中采用一对五的扫描方式，如图8，对于位于红外发射元件阵列101中间部分的红外发射元件和红外接收元件而言，向右倾斜的红外发射元件发射的红外光被位于对面的、向左倾斜的红和/或垂直安装的五个红外接收元件接收；向左倾斜的红外发射元件发射的红外光被位于对面的、向右倾斜的和/或垂直安装的五个红外接收元件接收；垂直安装的红外发射元件发射的红外光被位于对面的垂直安装的五个红外接收元件接收，也可以被与之相对的垂直安装的红外接收元件两侧的倾斜安装的红外接收元件接收。总之，为了提高接收信号的强度，针对一个红外发射元件可以选择与其距离较近的、接收面迎着该红外发射元件发射的光束的红外接收元件进行扫描。对于位于两端部分的红外发射元件和红外接收元件，以位于右端的红外发射元件和红外接收元件为例进行说明，向左倾斜的红外发射元件与红外接收元件的对应关系与位于中间部分的一样。如果向右倾斜的红外发射元件的全部或部分红外光射向位于第二边缘402上的反射元件405，则可以被反射元件405反射到第三边缘403，被位于第三边缘403的接收面迎着反射光束(向左倾斜)的红外接收元件接收，这样在触摸面板的边角附近可以增加一些折线形式的扫描线，可以改善边角效应，对于位于右端的垂直于第一边缘401安装的红外发射元件和垂直于第三边缘403安装红外接收元件，为了避免红外接收元件同时接收由红外发射元件直接发射的红外光和经反射元件反射后发射的红外光而造成的信号串扰，可以在该垂直于第一边缘401安装的红外发射元件和/或垂直于第三边缘403安装的红外接收元件上设置遮光丝印，以防止垂直安装的红外发射元件发射的光射向反射元件和/或垂直安装的红外接收元件接收从反射元件反射的红外光，也可以将位于两端的每一个发射组801中间的红外发射元件向触摸检测区域的中心方向倾斜安装，也即朝向第二边缘402和第四边缘404中与该红外发射元件距离较远的一个边缘倾斜安装，右端的向左倾斜，左端的向右倾斜，以使该红外发射元件发射的光束不照射到反射元件上，从而避免同一个接收元件同时接收两个方向上的光信号造成的信号串扰。
本实施例提供的红外触摸屏，首先，只在两个边缘上安装红外发射元件和红外接收元件，能够大大节约成本；其次，将所有红外发射元件和红外接收元件分成多个发射组和接收组，每个发射组和接收组中的红外元件的安装方向不同，可以作为一个广角发射元件和广角接收元件，以提供倾斜角度较大的扫描线，可以提高分辨率，也可以实现多点触摸；再次，通过在没有安装红外元件的两个边缘安装反射元件，用于将射向这两个边缘的光线反射至安装有红外接收元件的一个边缘，被红外接收元件接收，可以避免光浪费，并触摸面板边角附近的扫描线更加密集，可以大大改善边角效应。
需要说明的是，本发明中也可以只对位于红外发射元件阵列和红外接收元件组阵列端部的红外发射元件和红外接收元件按照实施例一、实施例二和实施例三中的任一种所述的安装排布方式进行安装，对于位于中部的红外发射元件和红外接收元件可以采用现有技术中常用的垂直安装的方式，具体位于端部的倾斜的红外发射元件和红外接收元件的数量可以根据实验确定，也可以根据倾斜的角度及红外触摸屏的尺寸计算确定，若只在端部倾斜安装（非垂直安装）红外发射元件和红外接收元件，位于同一端的红外发射元件和红外接收元件倾斜的方向可以相同也可以不同，当位于端部的红外发射元件的倾斜方向不同时，可以是向左倾斜和向右倾斜相互间隔排列，也可以是在两个垂直安装的红外发射元件之间安装一个向左倾斜的红外发射元件和向右倾斜的红外发射元件，对于位于端部的红外接收元件的排布方式与红外发射元件的排布方式相同。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，如非垂直安装(倾斜安装)的红外发射元件和红外接收元件不是等间隔分布，或者倾斜的红外发射元件和红外接收元件的数量为一个或者多个，或者只在红外发射元件阵列和红外接收元件阵列的一端具有倾斜安装的红外发射元件和红外接收元件，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (2)

1.一种红外触摸屏，包括包含多个红外发射元件的红外发射元件阵列(101)、包含多个红外接收元件的红外接收元件阵列(102)、第一边缘(401)、第二边缘(402)、第三边缘(403)和第四边缘(404)，其中，所述第一边缘(401)和所述第三边缘(403)相对，所述第二边缘(402)与所述第四边缘(404)相对，所述红外发射元件阵列(101)和所述红外接收元件阵列(102)分别位于所述第一边缘(401)和所述第三边缘(403)，其特征在于，在所述第二边缘(402)和所述第四边缘(404)上分别设置有用于将射向所述第二边缘(402)和所述第四边缘(404)的光束反射至所述第三边缘(403)的反射元件(405；406)；
至少位于所述红外发射元件阵列(101)的端部的至少一个红外发射元件与所述第一边缘(401)非垂直安装；至少位于所述红外接收元件阵列(102)的端部的至少一个红外发射元件与所述第三边缘(403)非垂直安装；
位于所述红外发射元件阵列(101)的中部的红外发射元件与位于端部的红外发射元件的安装排布方式相同；位于所述红外接收元件阵列(102)的中部的红外接收元件与位于端部的红外接收元件的安装排布方式相同；
所述红外发射元件阵列(101)包含多个发射组(801)，每一个所述发射组(801)包含至少一个朝向所述第二边缘(402)倾斜的红外发射元件和至少一个朝向所述第四边缘(404)倾斜的红外发射元件；所述红外接收元件阵列(102)包含多个接收组(802)，每一个所述接收组(802)包含至少一个朝向所述第二边缘(402)倾斜的红外接收元件和至少一个朝向所述第四边缘(404)倾斜的红外接收元件；
每一个所述发射组(801)中包含三个红外发射元件；每一个所述接收组(802)中包含三个红外接收元件；
每一个所述发射组(801)中位于中间的一个红外发射元件垂直于所述第一边缘(401)安装，且在位于所述红外发射元件阵列(101)端部的至少一个发射组(801)中垂直于所述第一边缘(401)安装的红外发射元件上设置有用于防止该红外发射元件发射的光束射向所述反射元件(405；406)的遮光丝印；和/或每一个所述接收组(802)中位于中间的一个红外接收元件垂直于所述第三边缘(403)安装，且在位于所述红外接收元件阵列(102)端部的至少一个接收组(802)中垂直于所述第三边 缘(403)安装的红外接收元件上设置有用于防止该红外接收元件接收经过所述反射元件(405；406)反射的光束的遮光丝印。
2.按照权利要求1所述的红外触摸屏，其特征在于，所述反射元件(405；406)为平面镜或高反射率的金属片。
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