CN103631448A - 利用红外线的触摸屏及其触摸识别装置和触摸识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用红外线的触摸屏及其触摸识别装置和触摸识别方法。该触摸屏包括：弹性层，布置在基底的一个表面上，并被配置成根据施加在触摸屏上的压力发生变形且当压力释放时恢复原形；红外线图案层，布置在弹性层的表面上，其中红外线图案层包含红外线图案；以及后投射层，布置在基底的相反表面上，并被配置成散射光。

Description

利用红外线的触摸屏及其触摸识别装置和触摸识别方法

技术领域

本发明涉及触摸屏技术，更具体地涉及利用红外线的触摸屏识别装置和方法，该设备和方法可识别曲面或柔性显示器上的弯曲触摸并可增大触摸识别的精确性及可靠性。

背景技术

目前，电阻性、电容性及光学方法典型地用于触摸识别技术。这种方法的一个例子是基于使用安装在LCD上的触摸识别传感器或触摸识别电极的LCD显示器。

然而，目前的触摸识别方法被设计成在基本平坦的触摸屏表面上进行操作，而无法在弯曲的表面设计例如车辆内部元件上操作。尽管近年来已经开发出曲面触摸屏显示器，然而这种显示器是以大致平坦表面的工艺制造的。另外，在柔性结构上开发弯曲的表面存在物理限制。红外线照相机的使用被建议用于多触点和单触点识别方法，但现存利用红外线的方法会因光的散射而易受外部噪音影响，导致触摸识别出现错误。

上述内容仅旨在帮助对本发明背景技术的理解，并非旨在表示本发明属于本领域技术人员已知的现有技术范围。

发明内容

相应地，为解决上述与现有技术相关的问题而提出本发明。本发明提出一种利用红外线的触摸屏识别装置和方法，该设备和方法可在曲面或柔性表面上操作，可识别弯曲触摸（curved touch）并提高触摸识别的精确性和可靠性。

一方面，本发明公开一种利用红外线识别施加在显示器上的压力的触摸屏。该触摸屏包括弹性层，布置在基底一个表面上，并被配置成根据施加在触摸屏上的压力发生变形（mold）且当压力释放时恢复原形（remold）。上述弹性层可以由透明材料形成。本发明还包括红外线图案层，该红外线图案层包括设置在弹性层表面上的红外线图案。红外线图案可被形成为在视觉上无法识别。后投射层布置在基底的相反表面上，并被配置成散射光，实现更清楚的红外线图案的图像。

另一方面，本发明公开一种触摸屏识别装置，包括弹性层，布置在基底的一个表面上并被配置成根据施加在装置的显示器上的压力发生变形且当压力释放时恢复原形。本发明还包括红外线图案层，该红外线图案层包括布置在弹性层表面上的红外线图案。另外，后投射层布置在基底的相反表面上，并被配置成散射光，实现更清楚的红外线图案的图像。红外线图案的图像是利用置于后投射层一侧的红外线照相机拍摄的。当压力施加到触摸屏上时，该拍摄的图像示出红外线图像的清晰度变化。在拍摄的步骤中，布置在后投射层的另一侧的红外线照明装置，将红外线辐照到红外线图案上，从而实现更清楚的红外线图案的图像。

在一个实施例中，该触摸识别装置还包括连接于红外线照相机的触摸识别单元。该触摸识别单元分析红外线图案中的清晰度变化，从而确定触摸屏是否被触摸以及触摸的位置。

在另一个实施例中，触摸识别单元包括被配置成设定图案参考清晰度值的触摸识别单元。当压力施加在触摸屏上时，随着弹性层受到挤压，红外线图案与后投射层间之间的距离减小。此外，因施加在触摸屏上的压力而从后投射层清楚地观察弹性层时，触摸操作被检测。因此，红外线图案被触摸部分的清晰度值高于未被触摸部分的参考清晰度值。另外，位置确定单元分析红外线图案的高清晰度值的位置坐标，从而确定触摸位置。

在另一个实施例中，位置确定单元存储图案的形状及其位置信息，从而分析红外线图案中清晰度值已提高的部分的位置坐标。清晰度值高于参考清晰度值时清晰度值提高，实现更清楚的红外线图案的图像。另外，触摸识别装置还包括基本上朝向后投射层安装的投影仪。

另一方面，本发明公开一种触摸屏识别方法，包括利用布置在后投射层的后表面的红外线照相机拍摄置于弹性层表面上的红外线图案。另外，设定红外线图案的参考清晰度值，并测量该图案与后投射层之间的距离。当因触摸而使弹性层被挤压从而使该距离减小时，被触摸的红外线图案的清晰度值变得高于参考清晰度值，借此检测触摸操作。此外，分析红外线图案中清晰度值高于参考清晰度值的部分的位置坐标，从而确定触摸位置。

根据本发明，当物体更靠近后投射层时，红外线图案层中的红外线图案的清晰度值增加，因此通过拍摄和分析清晰度值的变化，可以识别触摸屏上的压力。所以，当物体靠近诸如多媒体显示装置和操作系统等显示器时，可识别弯曲表面上的触摸。因此，根据显示器在车辆中的位置，可以以符合人体工程学的方式来设计多媒体显示装置，从而增加装置的布置选择。

另外，通过利用电阻性触摸方法，可以识别通过诸如圆珠笔、戴手套的手等以及手指等各种物体的触摸。此外，即使存在外部光学噪声，也可以识别触摸，这显著增加了装置的可靠性。

附图说明

本发明以上和其它的目的、特征及优势可从以下结合附图的详细说明中将更清楚地理解，其中：

图1是示出根据本发明一个示例性实施例的具有分层结构的触摸屏的构造的示例性图示；

图2是示出对应于根据本发明一个示例性实施例的触摸屏的触摸操作的红外线图案的清晰度变化的示例性图示；

图3是根据本发明一个示例性实施例的示例性图示，其示出与增大间隔相对应的清晰度变化的原理；

图4是根据本发明一个示例性实施例的示例性图示，其示出在红外线图案层中形成的图案形状的一个例子。

应当理解的是，附图不必按比例绘制，而是呈现出说明本发明基本原理的各种优选特征的简化表示。本文中所公开的本发明的特定设计特征，包括例如特定尺寸、方向、位置和形状，这些特征将部分地由预期的特定应用和使用环境来确定。

在附图中，在全部的几张图中，附图标记始终指代本发明的相同或等同部件。

具体实施例

在此使用的术语仅是为了描述具体实施例，并不是意图限制本发明。除非说明书中另有明确说明，否则，本文中此所使用的，单数形式“一（a）”、“一（an）”及“这”意图也包括复数形式。还应该理解的是，当本说明中使用术语“包括”和/或“包含”时，是表示存在指明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或外加的一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其中的组合。如在此所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

接下来参考附图对本发明的示例实施例进行详细描述。

参考图1-4示出根据本发明的利用红外线的触摸屏，其包括弹性层12，布置在基底10的一个表面上，并被配置成当外力施加在触摸屏上时发生变形且当压力释放时恢复原形。红外线图案形成在红外线图案层14上，该红外线图案层布置在弹性层12的表面上。此外，后投射层16布置在基底10的相反表面上，并被配置成散射光。在此，弹性层12可以由透明材料构成，并且当压力施加在触摸屏上时，可使用红外线照相机20拍摄红外线图案层14中形成的红外线图案。另外，红外线图案层14、弹性层12以及后投射层16可采用膜的形式。

具体地，如图4所示，用于检测触摸的红外线图案可由诸如线、点及条形码等各种形状构成。此外，形成在红外线图案层14中的图案在视觉上无法识别，因此降低可被显示在基底10中的图案图像的噪声。

此外，后投射层16的材料特征具有光散射特性，并允许由投影仪24投射的图像从触摸屏周围的外部可以看到。另外，光散射特性允许通过红外线照相机20观察红外线图案上触摸部分与未触摸部分之间的清晰度差别。也就是说，如图3所示，当图案越靠近后投射层16移动时，图案图像在后投射层16的后表面上变得越清楚。相反地，当图案距离后投射层16越远时，图案图像变得越模糊，借此图案的清晰度值发生变化。

同时，如图1所示，本发明的触摸屏识别装置包括：弹性层12,布置在基底10的一个表面上并被配置成根据施加到触摸屏上的压力产生变形且当压力释放时恢复原形。此外，具有红外线图案的红外线图案层14布置在弹性层12的一个表面上。后投射层16布置在基底10的相反表面上，并被配置成散射光。此外，布置在后投射层16一侧的红外线照相机20拍摄当触摸屏被触摸时形成在红外线图案层14中的红外线图案的清晰度值的变化。红外线照明装置22布置在后投射层16的另一侧，并辐照红外线从而通过红外线照相机20拍摄红外线图案。在此，红外线照明装置22可以是红外线发光二级管（LED）。

此外，投影仪24可以基本上朝向后投射层16安装，并将图像向后投射层16投射，可从触摸屏的外部周围观察到。也就是说，当压力施加到触摸屏上时，红外线图案层14被挤压更靠近后投射层16，将弹性层12推向后投射层16。红外线图案通过后投射层16并形成在红外线图案层14。然后，当红外线图案靠近后投射层16引起清晰度值变化时，投影照相机20拍摄红外线图案。此外，当红外线照明装置22将红外线通过后投射层16辐照到红外线图案层14时，可以通过红外线照相机20拍摄红外线图案的清晰度值的变化。

触摸屏识别装置还可以包括触摸识别单元30，连接于红外线照相机20，并被配置成分析红外线图案的清晰度变化，从而确定触摸及触摸位置。具体地，触摸识别单元30可以包括触摸识别单元32，其被配置成设定红外线图案的参考清晰度值。为了检测触摸操作，测量图案与后投射层16之间的距离。当距离随着弹性层12被按压而减小时，可确定触摸，且红外线图案12可从后投射层16清楚地观察到。因此，触摸部分的红外线图案的清晰度值高于未触摸部分的参考清晰度值。此外，位置确定单元34被配置成分析红外线图案清晰度值变得相当高的部分的位置坐标从而确定触摸位置。

也就是说，如图2和3所示，当由于触摸屏上的压力而导致红外线图案层14越靠近后投射层16移动时，所拍摄的触摸部分的红外线图案的图像比未受触摸部分的越清楚。因此，当红外线图案的清晰度值高于参考清晰度值时，施加到触摸屏上的压力可被检测。此外，触摸操作的位置可通过分析红外线图案中清晰度值提高的部分的位置坐标来确定，其中提高的清晰度值产生更清楚的红外线图案的图像。另外，位置确定单元34可存储图案形状及其位置信息，从而分析图案清晰度值已被提高的部分的位置坐标。

具体地，如上所述，红外线图案层14中的红外线图案可以被形成为各种形状，且图案形状的每个部分的位置信息都被存储在位置确定单元34中。因此，当至少一部分图案中的清晰度值提高时，可通过分析清晰度值已提高的红外线图案部分的位置坐标来识别触摸部分的位置。

此外，本发明的触摸识别方法包括通过设置在后投射层16的后表面上的红外线照相机20拍摄置于弹性层12的一个表面上的红外线图案。此外，本发明还包括设置红外线图案的参考清晰度值。当压力施加在触摸屏上而使红外线图案与后投射层16之间的距离减小时，可以确定触摸操作。更短的距离使红外线图案的触摸部分，可以从后投射层16更清楚地看到。因而，受触摸部分的红外线图案的清晰度值变得比参考清晰度值高。此外，通过分析图像的清晰度值已经显著增加的部分的位置坐标，可确定受触摸部分的位置。

相应地，当压力施加到触摸屏上时，通过检测红外线图案的清晰度值增加高于参考清晰度值，可识别触摸。当红外线图案与后投射层16之间的距离减小时，清晰度值会发生变化。因此，可以根据用户的方便，将多媒体显示装置及操作系统设计并制造成曲面显示器。显示器面可以以符合人体工程学的方式被设计，因而增加了该装置在车内的布置选择。

另外，通过利用电阻性触摸方法来识别触摸屏10上的压力，可以识别诸如圆珠笔、戴手套的手、手指等各种物体的触摸操作。此外，即使存在外部光学噪声，也能识别触摸，因此显著增大了装置的可靠性。

尽管上面为了说明本发明的目的，已经公开了本发明的优选实施例，然而本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明权利要求限定的保护范围和精神的情况下，还可对上述实施例做出各种修改、添加及替换。

Claims (9)

1.一种触摸屏，包括：

弹性层，布置在基底的一个表面上，并被配置成根据施加在所述触摸屏上的压力发生变形且当压力释放时恢复原形；

红外线图案层，布置在所述弹性层的表面上，其中所述红外线图案层包含红外线图案；以及

后投射层，布置在所述基底的相反表面上，并被配置成散射光。

2.如权利要求1所述的触摸屏，其中所述弹性层由透明材料形成。

3.如权利要求1所述的触摸屏，其中形成在所述红外线图案层中的红外线图案在视觉上无法识别。

4.一种触摸屏识别装置，包括：

弹性层，布置在基底的一个表面上，并被配置成根据施加在触摸屏上的压力发生变形且当压力释放时恢复原形；

红外线图案层，布置在所述弹性层的表面上，其中所述红外线图案层包含红外线图案；以及

后投射层，布置在所述基底的相反表面上，并被配置成散射光；

红外线照明装置，布置在所述后投射层的第一侧上，并被配置成将红外线辐照到红外线图案上；以及

红外线照相机，布置在所述后投射层的第二侧上，并被配置成拍摄在所述触摸屏被触摸时形成的红外线图案的清晰度变化。

5.如权利要求4所述的触摸屏识别装置，还包括：

触摸识别单元，连接于所述红外线照相机，并被配置成分析红外线图案的清晰度变化，以便确定所述触摸屏上的压力；

位置识别单元，连接于所述触摸识别单元，并被配置成分析所述触摸屏上的压力位置。

6.如权利要求5所述的触摸屏识别装置，其中所述触摸识别单元包括：

通过所述触摸识别单元设定所述红外线图案的参考清晰度值；

测量所述红外线图案与所述后投射层之间的距离，其中较短的距离表示所述触摸屏上有压力；以及

通过检测所述参考清晰度值的清晰度变化来确定触摸操作，其中所述红外线图案的清晰度值高于所述参考清晰度值。

7.如权利要求5所述的触摸屏识别装置，其中所述位置识别单元存储红外线图案形状以及所述红外线图案形状的位置信息，以便分析所述红外线图案中清晰度值已经提高的部分的位置坐标。

8.如权利要求4所述的触摸屏识别装置，还包括：

基本上朝向所述后投射层布置的投影仪。

9.一种触摸屏识别方法，包括：

利用红外线照相机拍摄布置在弹性层表面上的红外线图案；

设定所述红外线图案的参考清晰度值；

当所述图案与所述后投射层16之间的距离减小时检测触摸操作，其中所述红外线图案的清晰度值高于所述参考清晰度值；以及

分析所述红外线图案中清晰度值高于所述参考清晰度值的部分的位置坐标，从而确定触摸位置。

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