CN1120205A - 工作在中频方式下用监视器作光源的触摸屏输入设备 - Google Patents

Abstract

本发明包括一个标准的CRT，其中，在CRT屏幕的未用区域，有两排光图案，它提供了一个光源。光图案被反射平面从CRT屏幕的未用区域反射出来。反射平面放置在与光图案组相近处，并且反射这些光线使其越过CRT表面。四个单个的光检测器放置在CRT屏幕的四角。在CRT屏幕上或其附近的指示器将会阻挡光线，这样，根据两个或两个以上的传感器提供的信息，运用几何学方法就能决定指示器的位置。

Description

工作在中频方式下用监视器作光源的 触摸屏输入设备

本发明与用于计算机的触摸屏输入设备有关，更明确地说，这项发明与以下过程有关：反射CRT光图案，使其越过CRT表面以产生信号，这个信号可以用来确定指示器的位置。

触摸屏设备是计算机的最直观的输入设备之一。它已被广泛应用于各种公共领域，如银行、公用电话亭、餐馆、售票服务、医疗机构、教育和各种娱乐场所。它的应用领域正稳步扩展。已经有许多不同的方法实现触摸屏输入功能。一个最早的，仍旧最广泛应用的方法是光学结构(optical frame)。这在美国专利4,267,443中已有描述，这个专利名为“Photoelectric Input Apparatus”，于1981年5月授予Carroll等人，如图1中的100所示。它利用多个光发射器(103和105)和光传感器(104、106)以检测指示器110(手指或铅笔)的位置。在一典型的设备中，一组32个红外光发射二极管103被放置在屏幕的底部，同时一组32个光敏二极管放置在屏幕的顶部。指示器110(手指或铅笔)可能挡住从某一个发射器中射出的到达一个或两个相邻的光检测器的光线。因此，在水平方向上，它提供了63个触摸点。另外，一组20个光发射二极管105个放置在屏幕的左侧，一组20个光检测器106放在屏幕的右侧，这样，在垂直方向上就有39个触摸点。在13英寸显示器102上，其分辨率是0.17英寸，或4.4毫米。如排列更多的光电二极管，分辨率还会提高，但制造成本会同比例增加，另外，光电二极管大小会对其有物理限制。

在以下的美国专利中，提出了大量的用可见光或不可见光作为触摸屏输入的方法。这些方法的提出是为了提高分辨率并降低制造成本(主要是通过减少光源和光检测器的数量)。在1984年7月10日授予Weissmueller等人的名为“Co-ordinate Detection System”的美国专利4,459,476中，利用由CRT相邻两侧发出的光作为光源，同时在相对的两侧，放置两组光检测器。通过使用由扫描射线(电子束)的能量激发的辐射材料，这一设备能减少两组发光设备。但是，垂直和水平方向的扫描频率相差很大，一般来说，垂直扫描频率为50～90赫兹，水平扫描频率为25～60千赫兹。因此，至少有一个光源必须单独产生。另外，从该专利中提供的图中看，这种CRT在结构上与标准CRT有很大差别，需要大量的额外制造成本。这些因素抵消了减少单独的光发射设备的益处。美国专利4,507,557，名为“Non-Contact X，Y Digitizer Using Two Dynamic RAM Imagers”于1985年3月26日授予Tsoko。在这一发明中，利用了两个发光二极管，一组镜子和两个用于位置检测的DRAM成像器(DRAMimager)。但是，一个DRAM成像器连同其控制电路比一组光电二极管要贵得多。授予Griffin的名为“Two Dimension Optical PositionIndicating Position”的美国专利4,553,842中，用一个转动的光电检测器取代光电检测器组。这些机械设备慢、昂贵且易于出现机械失效。授予Brown的名为“Video Display Touch Detection”的美国专利4,621,257中，描述了一个与美国专利4,459,476相仿的方法。光从CRT光源的上端和左侧发出，而两个电荷耦合器件(CCD)条取代光电检测器组放置在CRT的后部。因为一个CCD条的成本以及与之相关的电子电路比一组光电二极管更昂贵，所以较之以前的发明，它并没有显示出优越性。授予Sherbeck的名为“Touch Panel InputApparatus”的美国专利4,703,316中，在屏幕的四角放置四个光源，屏幕相对两侧放置两组光电检测器。这种装置减少了光源的成本，但两组光电检测器的成本仍旧存在。授予Kasday的名为“PhotoelasticTouch-Sensitive Screen”的美国专利4,710,760中，利用光弹性材料制作的透明屏幕折射两束偏振光。光弹性材料的制造成本可能比美国专利4,267,443中描述的Carroll系统还要高。授予Denlinger的名为“Ambient-Light-Responsive Touch Screen Data InputMethod and System”的美国专利4,782,328中，利用两个位于监视器屏幕相邻两角的CCD(电荷耦合器件)行扫图像传感器检测由于屏幕附近指示器的存在而出现的光图案变化。周边光被用作光源。CCD图像传感器昂贵，而且区分来自手指头引起的信号和来自环境变化引起的信号也在探讨之中。授予Person等人的名为“TouchPanel System and Method for Using Same”的美国专利4,811,004中，利用两个光源、两个检测器来检测位置。两个带镜子的振动簧片用来反射光束以产生扫描光束，这样就产生了两个独立的扫描光束。问题在于：机械振动器有赖于环境状况且易磨损。授予Griffin的名为″Solid-State Optical Position Determing Apparatus”的美国专利4,820,050，授予Blue等人的名为“Light Distribution and DetectionApparatus”的美国专利4,980,547以及名为“Laser Touch ScreenReflective Surface Aberration Cancelling”的美国专利5,196,835，都是美国专利4,533,842的变种，其运动部件都存在同样的问题。

原先的技术在于建议采用来自CRT监视器边缘的光和四个光检测器来构成一个触摸屏输入设备。虽然这种方法有其可行性，但却碰到了大量关于噪声和干扰的问题。从监视器的一个边缘传到另一边缘的光检测器的信号是非常弱的。干扰源有三：水平扫描线圈的磁场；来自活动屏幕的光线；以及周围环境中的光线。另外，荧光体的余辉(缓慢消失)使得信号幅度更小(每水平行)。所有这些因素阻碍了这些装置的有效操作。

尽管提出了大量的改进，但目前来说，为发明者所知的，比较可行的利用光作为检测手段的触摸屏输入设备仍旧是早的Carroll设计。(其它利用电容、电阻、表面声波或张力计量器，所以这一切同光学结构比较起来都更贵)。提高光触摸屏输入设备的分辨率和降低其成本的问题仍旧没有得到解决。

本发明的目标是提供一个改进的触摸屏输入装置。

本发明的目标是提供一改进的触摸屏输入装置，它能快速而又精确地定位屏幕指示器。

本发明的目标是：提供一改进的、廉价的触摸屏输入装置，它利用比现有屏幕少的硬件而且不受光栅扫描引起的系统噪声的影响。

本发明的这些以及其它目标是通过提供一种新的触摸屏输入设备来实现的。这种新设备较之传统的光学结构设备具备更好的分辨能力及使用更少的部件。本发明大大提高了触摸屏的性能同时降低了制造成本。

本发明包含一个CRT监视器，该监视器在其屏幕原来未用区域产生两条光图案(light pattern)，一般在左右边缘。在一个较佳实施例中，光图案由一简单的电子电路产生，它的输出信号耦合到CRT的视频放大器。所产生的光图案的频率唯一，它是由电子电路决定的。光图案的频率精心挑选以易于鉴别，这样，环境扰动和来自CRT内部干扰信号，(如磁线圈、来自活动屏幕区域的光)都被有效地排除。CRT屏幕边缘的光图案被反射平面偏转。反射平面安装在光图案条附近，反射光线并使其越过CRT表面。四个单独的光电检测器(检测器)，一般在CRT屏幕的四角各安装一个以检测反射光束。当指示器(如手指或铅笔)放在CRT表面或其附近时，光束就被阻挡。两个或更多的传感器测出阻当的精确时间，这个时间提供了足够的信息以确定指示器的位置。

图1是先有技术的光学结构触摸屏输入设备的草图。

图2是本发明中的触摸屏输入设备的一个剖面图。

图3显示了指示器的位置与四个光检测器中的每一个接收到的光脉冲或每一个光检测器产生的检测脉冲的时序之间的关系。

图4显示了产生一种电子信号的较佳方法，这种电子信号用来产生具有唯一频率的光图案。

图5显示了电压随时间变化的关系图，用以说明图4中显示的信号是如何同CRT中固有的信号结合在一起控制CRT电子束以产生光图案的。

图6是一个较佳的硬件实施例，它可产生图4中显示的电子信号。

图7显示了光反射器的一个较佳设计。

图8是一个带通滤波器和放大器的典型电路，它用来过滤来自光检测器的信号。

图9是一个较佳电路的图解，这种电路用以检测被指示器挡住的光线的时间。

图10显示了经过模拟放大器后看到的典型的波形。

图11显示了如何由光线挡住的位置计算指示器X-Y坐标。

图表12是CRT屏幕上分辨率的分布情况。

本发明对计算机CRT监视器作了新型的修改。为了使CRT成为触摸屏输入设备，本发明采用一种新方法利用CRT发出的光作为信号源。也就是说，这一发明廉价高效地修改了CRT监视器的设计，使得触摸屏输入成为其固有功能。本发明能够在监视器制造过程中增加少量制造成本完成。在一个较佳实施例中，附加的零件包括：一个在CRT屏幕未用区域产生光图案的简单电路(它可以是一个芯片或其它装置)、一个塑料反射器、带有模拟放大器的四个光检测器(例如硅位置指示器(PIN)光电二极管)以及一个将位置信号输入到计算机内的电路。

新触摸屏输入设备的一个较佳实施例如图2所示。在CRT202的未用区域，最好在左边缘217和右边缘219，产生两排光图案204。光线经两个镜子205反射以后平行于CRT的表面。四个光检测器206放置在CRT的四个角落。当指示器110出现在CRT203的活动区域时，至少有一部分光图案204中的光到达不了检测器206。利用光阻隔的位置并考虑到两个或多个检测器以及其它信息，可以确定指示器110的位置。

本发明的一个关键的新颖的特点是：产生唯一频率(时间和空间的)的光图案。光图案的频率精心选择以同CRT中发现的各种噪声(内部的和外部的)的频率区分开来，因此光图案频率和光图案在任何位置的阻挡信息都能有效地获取、放大并传送给计算机。

如果光图案204的频率接近水平扫描或垂直扫描频率，就很难检测到光阻隔的发生位置。这是因为在CRT中存在大量这些频率的噪声信号。随行频率(50Hz或60Hz)及其谐波一起变化的环境光与一般的垂直扫描频率很接近并且比来自CRT边缘的光要强得多(上百倍或一千倍)。同样，基于两个原因，光图案204的频率260也不宜接近水平扫描频率。首先，即使有精密的磁场屏幕，水平扫描的磁场仍太强，以致遮掩了光信号；其次，为避免闪烁，用于CRT的荧光体都有一定的余辉时间。因此，光强度随时间变化的幅度比预想的要小得多，这使得光图案频率260更难于检测。

在本发明中，通过提供时间频率260和空间频率比垂直扫描和行频率要高得多、比水平扫描频率要低得多的光图案，从而避免了以上问题。利用一电路产生视频信号，该信号用于产生以预定的空间序列和时间频率出现的光图案204的发光边缘点(lighted edge points)(在光栅穿过CRT边界处)210，从而产生光图案204。任意数目的这些序列，即光图案204的时间和空间频率260，都能挑选成与水平和垂直扫描频率(和其它噪声)都不同的频率。这种视频信号既能通过硬件也能通过软件产生，这样可以有选择地点亮光图案204的亮边缘点(bright edge point)210。例如，对VGA监视器来说，水平扫描频率是31.5千赫。光图案序列204可以选择如下形式：每n个(例如n＝2，3，4，6，或8)水平扫描中出现一个由m条亮短线(bright dash)组成的组，为说明方便，取m＝1。

这样，光图案204的频率与光栅扫描频率之间的关系如下：

比例n    信号频率(千赫)    空间分辨率(行数)

  2          15.75              480

3    11.8    320

4    7.88    240

6    5.9     160

8    3.94    120

如上所示，光图案204的频率260确实大大高于垂直扫描频率和行频率(分别是71Hz和60Hz)，同时大大低于水平扫描频率(在这里是31.5千赫)。因此，利用带通滤波器，这两组干扰信号能够有效地排除掉，并能清晰地检测到指示器阻隔信号(其载于光图案204的频率260之上)。可以组合多条发光短线(light dash)以增加光强。同样，选择不同的n值，我们可以在稳定性和分辨率之间求得较好的平衡。

一般地，检测器206安放在屏幕200的四个角落(A-D)，每角落一个。光图案204反射成220越过屏幕200表面，为检测器206所检测。基于其检测到的光图案204，每个检测器206均产生一个检测器信号。在一个较佳实施例中，发光边缘点(light edge points)210就是亮短线(bright dash)210。指示器110出现时，光图案204的一些亮短线(bright dash)被阻隔，至少有两个检测器检测不到。在这种方式下，同指示器110在屏幕上的位置有关的阻隔信息载于光图案频率260中。因此，在检测器检测到的带有一些阻隔亮短线(bright dash)的光图案204的信号表示了阻隔信息。

如图3所示，随着指示器在屏幕上位置250的变化，每个检测器206所检测到的光图案204的亮短线210都不同。这是因为被遮蔽的发光短线改变了光图案，如图3所示，图3显示了指示器110在活动显示区域203的不同位置(351～359)的情况。在屏幕200示意图(301-309)下面，是每个检测器(A-D)206接收到的检测信号随时间的变化图示。图3中每个图示的横向尺度表示时间。整个横向尺度长度是整个光栅扫描所花的时间(例如一个垂直扫描)。对VGA显示器来说，一个完整的光栅扫描大约费时14毫秒。在没有指示器110时，四个检测器检测到的来自亮短线210的光线覆盖整个时间尺度。在有指示器110的情况下，一些代表了光图案204的亮短线210发出的光的检测信号消失了。这是因为：从亮短线210到相应检测器206的光线在那个时刻被阻隔了。从亮短线(bright dash)210发出的光线到相应的检测器206的阻隔时间(以垂直扫描开始为参考点)与指示器110的位置有关。因此，如图3中的九个图示所示，检测信号(311-319和321-329)的缺失时间与指示器110的实际位置(351～359)有关。这些检测信号的时间(一般地为360)能够确定指示器的X-Y位置和大小。如果指示器位于所示的301到304的四个区域中的一个，对指示器110每一个位置(351-354)，有一对检测器发生检测信号丢失(分别为311-314和321-324)。如果指示器刚好横跨以上四个区域的一个或多个边界，如图3中的(305-308)，一些丢失的检测信号将出现在信号流的开始或结束部分。因此，三个或更多的检测器受到影响。如果指示器处在屏幕的中央，如图3中所示(309)，所有四个检测器均要受到影响。后面将会详细讨论检测信号的处理。

图4显示了电子脉冲的时序图的细节，这种电脉冲用以在CRT屏幕200的左边缘217和右边缘219产生光图案204。在这个具体实施命名，脉冲由一电子电路产生，它源于水平同步脉冲(h-syn)405。一方面，水平同步脉冲405的上升边缘触发三个(411-413)单稳态电路。单稳态电路411和412各自产生两个相继脉冲(421-424)，宽度大约为0.5微秒。两个脉冲531和532之间的间隔460一般大约为5微秒，这个间隔是由单稳态电路412产生的。每对脉冲中的第一个脉冲(见下面)用来在水平扫描的末尾(例如右边219)产生亮短线(bright dash)210，第二个脉冲用于在下一个水平扫描的开始(例如左边217)产生亮短线(bright dash)210。(两个脉冲之间的5微秒的间隔460用于电子束回扫，)

另一方面，所述同步脉冲405的上升边缘触发一个计数器430用以产生一个方波435，该方波的频率为所述同步脉冲405频率的整数倍。为使信号串与垂直扫描同步，我们利用垂直同步脉冲440清除计数器430。这样，方波435把连续脉冲(421-424)流调制成双脉冲交变信号流450。如图所示，这个脉冲序列的基频周期为126微秒，或频率为7.88千赫。这个频率明显地不同于系统和环境信号的频率。通过将交变的双脉冲450施加于一个视频放大器，就产生了如图5所示的复合视频信号，这种视频信号能够通过亮短线(brightdash)产生所要的光图案。

如图表5所示，405是CRT的垂直同步脉冲。在输出级520源视频信号的消隐脉冲521的开始边缘522比垂直同步脉冲501的开始边缘大约要晚1微秒。消隐脉冲522是由CRT产生的，它用来在每一个回扫期间抑制电子束，以避免其扫亮屏幕(注：视频信号525，一般出现在两个消隐脉冲522和523之间)。可以调整单稳态电路411至413的时序以产生两个闪亮脉冲531和532，这两个闪亮脉冲也表示成如图4中所示的脉冲对。这两个脉冲531和532耦合到源视频信号520，产生一个复合视频信号541。经过放大和翻转，这两个脉冲531和532使得复合视频信号541具有两个低压脉冲，一个在其开始545，另一个在其结尾处546。这两个低压脉冲545和546在CRT屏幕204边缘处217和219产生两个亮短线。一些发光边缘点(light edge point)(短线)既可选择点亮也可以选择不点亮。为了做到这一点，脉冲545和546并不是在每一个水平行都出现。例如，为了产生一个n＝4，m＝2的光图案，每四行中只有两行有这些脉冲545和546，其余两行没有。边缘点的选择决定了光图案频率(时间和空间)，而光图案频率中载有光阻隔的位置信号。

图6显示了一个实际的电路例子，它用于产生脉冲流450。在这个电路中，以计算机中来的水平同步脉冲405，其开始边缘连接到计数器430(例如MM 54HC161的时钟输入603。从计算机中来的垂直同步脉冲440，同计数器430的CLEAR(清除)609输入端相连。Q_B输出端611送至一串单稳态多谐振荡器(单稳态性)411至413(例如MM54HC221A)的CLEAR输入端629。水平同步脉冲405与第一个单稳态电路411的输入端615相连，411后跟随两个单稳态电路412和413。第一个单稳态电路411和第三个单稳态电路413的输出621和651送到“或”电路660，“或”电路的输出450被用作产生复合信号540，该复合信号接着送至视频放大器的输入端。

如果CRT的制造工艺允许改变，一个较佳实施例是在屏幕左边缘217和右边缘219最好采用余辉较短的红外荧光体。脉冲450将送至所有三色视频放大器的输入端。硅PIN充电二极管206用作检测器，它对近红外光(约为800nm)最敏感。利用过滤材料，可见光完全可以阻隔住。但是，实际的实验显示出，虽然红外荧光体能提高性能，但并不是绝对必要。任何现存的CRT都可以利用。普通CRT的绿或兰荧光体(P22)比红荧光体的余辉时间短，前者为40微秒，后者则为1毫秒。实验中发现，现存的彩色CRT监视器的绿和兰荧光体适于触摸屏装置的操作。

图6中的电路有可能存在另一些较佳实施例，这些实施例也在本发明的范围和意图之中。

例如，可以用一个时钟和一个计数器取代三个单稳态电路。这个电路可以特制成一个芯片，而不需要电容和微调电阻。

更进一步说，光图案也可由软件产生。于是，这种输入设备可翻改为现在的监视器。但是，在这个实施例中，光图案将在活动屏幕203的左右边缘占一些区域。这样，现有的应用软件需要改进，或需要开发新的应用软件。

图7显示了塑料光反射器的一个较佳设计。它可用折射率大于1.4的有机玻璃或透明塑料制成。反射器700中包含两个直棒701，其厚度大约为5至10毫米。在内侧710，棒的形状703在光图案所在位置706处与CRT表面702吻合。在外侧704，棒701有一个呈45度角的表面。这个表面既可完全平整也可稍稍弯曲。设计得适当的弯曲表面可以提高反射光的强度，但制造难度要大一些。有些弯曲表面能增强反射光强，是因为弯曲面能够起到聚焦作用。棒701的内侧用透明粘合剂粘在CRT表面上以免产生两个反射面。CRT的光图案204穿过棒701，然后被45度平面全反射变得基本与CRT表面平行。作为一种选择，两根直棒701可由一个薄(3到5毫米)塑料或玻璃平板705连接起来，这个平板覆盖CRT的活动区域203。来自平板205表面的光图案的镜像差不多使得光检测器检测到的光增强一倍。另外，它也给用户一个触摸的感觉。由于薄平板705易于抓破(对塑料制品)成弄碎(对玻璃制品)，所以它可以做成一个可更换部件。因为平板705不是一个重要的功能性部件，它定位的精确性不是关键，而且它只不过是一个矩形的薄塑料片，所以它的更换成本可以忽略不计。

在实际制造工艺中，塑料反射器可能包括一些附加的加固物、用于光检测器和放大器的安放口等。这些都能在一个简单制造工序中铸造出来。

在另一个可选的实施例中，反射器采用金属镜成镀以金属的镜面。

还有一种方案，在镜子上(或塑料反射器)上刻上一系列不反射水平槽，CRT屏幕的左右边缘用相同的光带，这样能产生特定的频率。例如，在镜条刻上100个均匀分布的水平槽，对VGA显示器来说，能产生大约7.1千赫的信号频率。

图8显示一个模拟放大器800的实例。放大器800的一个重要功能是拾取有用信号，摒弃各种噪声。对于这些系统，一个共同的大的噪声是水平偏转线圈的磁场。对VGA显示器来说，这个频率为31.5千赫。其它噪声是房间灯光和电源线的磁场，它们都含有60Hz的基频和许多谐波。通过由介于这两种噪声空间的亮短线210选取光图案204的光脉冲频率并利用带通滤波器810，能够拾取光图案204的真实信号。对VGA监视器而言，所选择的频率的一个例子是7.88千赫(时间频率)，为水平扫描频率的1/4。经放大820后，该模拟信号被送往比较器830与一个可调节的固定电压相比较，其结果是一串TTL脉冲(0V或＋5V)，这些脉冲就代表光图案204。

另一些可取的带通滤波方法中包含有开关电容滤波器和例如用在锁入放大器中的相位敏感检测方法，这些方法可用于多频检测，因为通过改变参考频率，频率是可编程或可改变的。

图9是一个数字电路图，它把比较器830的输出转换成计算机通过串行口(或并行口)能接收的数字信号流。图10显示了相应的波形。垂直同步信号1001用作计数器905和906的参考信号。计数器605的输出作为计数器905和906的时钟脉冲。经放大和滤波后的光检测器信号1002被送到电平为1003的比较器903。比较器的输出1004送往一缺失脉冲检测器904，该检测器产生波形1005。计数器905和906由垂直同步脉冲110的一延迟信号启动，其时间在脉冲序列1004开始之后。缺失脉冲检测器输出的下降缘用以终止计数器905。1005的上升缘用以终止计数器906。因此，计数器905的内容反映了指示器的起始位置，计数器906的内容反映了指示器的结束位置。计数器的值通过串行口或并行口送至计算机。这个数字电路既可由可编程逻辑电路制成，也可使用定制的集成电路。

脉冲序列的起点和终点，也就是送往计算机的计数器内容，可以用来计算出指示器的X-Y坐标。计算过程如图11所示。H和W分别表示由四个光检测器构成的矩形的高和宽。坐标系统的原点是矩形的左上角。在区域AB，光检测器A和B被遮挡。指示物的坐标为： $X=\frac{\mathrm{BW}}{A+B}$ 和 $Y=\frac{\mathrm{AB}}{A+B}$

在区域CD，光检测器C和D被遮挡。指示物的坐标为： $X=\frac{W(H-D)}{2H-C-D}$ 和 $Y=\frac{H^2-\mathrm{CD}}{2H-C-D}$

在区域BD，光检测器和B被遮挡。指示物的坐标为： $X=\frac{W(B-D)}{H+B-D}$ 和 $Y=\frac{\mathrm{HB}}{H+B-D}$

在区域AC，B和D检测器遭遮挡。指示物的坐标为： $X=\frac{\mathrm{WH}}{H+A-C}$ 和 $Y=\frac{\mathrm{HA}}{H+A-C}$

在整个区域内，分辨率并不一样。在屏幕的中心区域分辨率最高。对13英寸VGA显示器来说，水平扫描频率为31.5千赫。根据水平扫描频率与信号频率之间的比率，最出分辨率如下：

比率n    信号频率(千赫)    分辨率(毫米)(行数)

  2         15.75              0.45(480)

  3         11.8               0.675(320)

  4         7.88               0.9(240)

  6         5.9                1.35(160)

  8         3.94               1.8(120)

靠近屏幕的边缘，分辨率差一些，如图12所示。在一较佳实施例中，为取得相对一致的分辨率，光检测器必须放置在屏幕活动区域之外的四个点。这样一个条件意味着，光图案带的高度应当大于活动屏幕的高度。实际上，如图4至6所示，通过使用电路产生光图案，光图案带的高度自然地比活动屏幕203高度要大些。光学原理要求光检测器的水平位置必须在图案这外，与其距离至少不小于从屏幕表面至反射表面中心的间距。因此，所要求的条件自然地得以满足，从而也就避免了输入设备在靠近屏幕边缘分辨率低的问题。

精于这方面技术的人员有以上披露的信息之后，能够开发出多种等价的实施例，安们也在本发明的范围和考虑之内。例如，因为(指示器110检测的)分辨率由光图案中的光源(亮短线)的强度决定，所以可以通过增加亮短线210的空间频率260来增加分辨率。因此，增加光图案204中的光源(亮短线210)的强度可提高精确性。请注意，光图案204的空间频率260，和由此引起的设备的定位准确性并不会由光电二极管光源的物理尺寸所限制。另外，调整光图案204的空间频率可以改变光强度。这可通过以下途径实现：选择某种由亮短线边缘点组构成的空间图案，每组含有一条以上的发光短线，这样就可以增加从亮线组处反射的光的强度。

对具有触摸屏功能的监视器来说，其唯一主要的附加制造成本是4个光电二极管及其附属电路。因此，同以前的触摸屏输入设备相比，本触摸屏输入设备要增加的制造成本要小得多。另外，本发明没有易于损坏的机械运动零件。

Claims (17)

1.用于确定计算机接口屏幕上的指示器位置的触摸屏输入装置，其特征在于包括：

一个计算机接口屏幕表面，它有一个屏幕表面和一对边缘，其中，第一个边缘沿着屏幕的第一个侧边，第二个边缘沿着第二个屏幕的侧边与跨越屏幕表面的第一个边缘相对；

一个光栅扫描器，它以一种光栅频率扫描屏幕表面，在每一个扫描周期，该扫描器在众多行中的一行沿着第一个方向扫过计算机屏幕，与第一个和第二个边缘相交；以及该扫描器改变成沿与第一个方向近似垂直的第二个方向以第二扫描频率扫过屏幕；

许多发光边缘点形成的图案，边缘点处在行和屏幕边缘的相交处；当扫描器扫过边缘点，扫描器有选择地点亮第一组边缘点同时有选择地不点亮第二组边缘点时，就产生了图案，图案闪烁频率决定于有选择性地点亮边缘点；

第一个和第二个光反射表面与第一个和第二个侧边邻近，相应地，第一个反射表面反射从第一个边缘来的发光边缘点图案越过屏幕至第二侧边，同时，第二个反射表面反射从第二个边缘来的发光边缘点图案越过屏幕至第一侧边；

四个或四个以上的光检测器，光检测器的位置与屏幕边缘邻近，用以检测由光反射表面反射过来的发光边缘点图案；

一个电路装置，用以确定沿着分布有两个或多个发光边缘点的两侧的两个或两个以上距离，这些光边缘点由于被指示器挡住而到达不了光检测器；以及

一个利用被阻隔了的发光边缘点的距离确定指示器屏在幕上的位置的装置。

2.一个根据权利要求1的触摸屏输入装置，其特征在于它的发光边缘点是发光短线。

3.一个根据权利要求2的触摸屏输入装置，其特征在于有四个检测器，屏幕的每一个角落一个。

4.一个根据权利要求3的触摸屏输入装置，其特征在于：扫描器有选择地点亮边缘点，以致于图案的时间频率只有水平扫描频率的几分之一，但却远远大于垂直扫描频率。

5.一个根据权利要求3的装置，其特征在于：光检测器所在的线与屏幕的侧边共线，且远离屏幕表面，以增加屏幕精确中心的尺寸。

6.一个根据权利要求1的触摸屏输入装置，其特征在于：发光边缘点在两个边缘形成了一个连续光带，且图案频率由反射表面中的不反射槽产生。

7.一个根据权利要求1的触摸屏输入装置，其特征在于，弯曲反射表面以增强反射光强度。

8.一个根据权利要求1的触摸屏输入装置，其特征在于反射表面是平的。

9.一个根据权利要求1的触摸屏输入装置，其特征在于反射平面用镜片制成。

10.一个根据权利要求1的触摸屏输入装置，其特征在于反射平面用镀金属镜片制成。

11.一个根据权利要求1的触摸屏输入装置，其特征在于：每一个反射表面与一个平板的一边相连，该平板是屏幕罩。

12.一个根据权利要求11的触摸屏输入装置，其特征在于：平板是用透明塑料制成的。

13.一个根据权利要求1的触摸屏输入装置，其进一步特征在于：每一个光反射表面由一个透明塑料棒组成，此棒有一个内侧面和反射面，两面相对，内侧面具有屏幕的形状并且贴近屏幕表面，且在光图案的上方，反射面放置成与来自于光图案经过此棒的光线成一个角度，从而把光反射越过屏幕表面。

14.一个根据权利要求13的触摸屏输入装置，其特征在于：每一个光反射表面棒与一个透明平板相连，平板的第一个边缘与第一个反射平面相连，第二个边缘与第二个反射平面相连。

15.一个根据权利要求14的触摸屏输入装置，其特征在于：平板充当反射表面以增加反射的光图案的强度。

16.一个根据权利要求1的触摸屏输入装置，其特征在于：光图案频率是一个空间频率部分，而且发光边缘点以两个或两个以上发光边缘点为一组进行分组。

17.一个根据权利要求1的触摸屏输入装置，其特征在于：光图案频率是一个空间频率部分，它用以提高指示器定位的分辨率。

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