CN201955765U

CN201955765U - 一种触控屏幕

Info

Publication number: CN201955765U
Application number: CN2011200478195U
Authority: CN
Inventors: 尤鹏飞
Original assignee: SHENZHEN TOUCHVISION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN TOUCHVISION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2021-02-25
Also published as: JP3173215U; TWM421543U

Abstract

本实用新型公开了一种触控屏幕。该触控屏幕包括：控制器、安装在屏幕的一侧边缘的两个光学扫描模组、安装在屏幕的其余侧边缘的回归反射薄膜，其中，所述每个光学扫描模组由一个摄像头和一个红外光源组成。每个红外光源用于发射红外光线；回归反射薄膜用于将发射过来的红外光线原路反射回去；每个摄像头用于侦测在触摸点处被阻断的红外光线，并将该被阻断的红外光线与两个摄像头所确定的直线之间的夹角发送给控制器；控制器根据两个摄像头发送的夹角以及两个摄像头之间的距离进行三角运算，确定一个或多个触摸点的位置。本实用新型的技术方案能以低成本做成大尺寸，多点触摸且精确度和透光率好，可靠性高的触控屏幕。

Description

一种触控屏幕

技术领域

本实用新型涉及人机交互特别是平面触控技术领域，特别是涉及一种触控屏幕。

背景技术

触控屏幕是1960年代后期于学术与企业研究实验室崛起的技术。现今，许多人还认为触控屏幕属于尖端技术，而实际上我们大多数人已使用触控屏幕达25年之久，其中最常见的是ATM提款机。此外，零售点商店、旅游景点与博物馆等，都已经采用触控屏幕显示器达10年以上。不过，一直到Apple iPhone采用称为投射电容的触控技术之后，触控屏幕才进入主流市场，进而受到全球消费者的青睐。

虽然触控技术对使用者来说是非常简单的直观操作，但其背后的技术却并不简单。当今应用于手机、个人计算机与显示器的触控屏幕技术就达十余种之多。其中一些比较常见的触控技术有电阻式、电容式、表面声波(SAW)和红外线矩阵等。

一、电阻式

电阻式是最常见的触控屏幕技术类型。许多触控屏幕产品会使用这种低成本解决方案，包括手提式计算机、PDA、消费者电子产品与销售时点情报系统(Point-of-Sale)应用产品等。电阻式屏幕之所以会受欢迎，是因为对小型屏幕来说它成本相对低廉，同时可使用多种类型的输入工具，如手指、指套、软硬触控笔等。

其运作方式为：电阻式触控屏幕在显示器表面使用一组控制器和特殊涂层的玻璃覆膜，以产生触控连结信号。触控屏幕面板由两层薄薄的导电膜组成，其间以细缝隔开。当手指等触控对象在面板表面某个点进行触压时，两片导电层将相互连接，导致电流产生变化，进而检测到触控活动。

其限制与考虑：(1)电阻式覆膜主要可区分为四线式、五线式与八线式；五线式与八线式技术的制造与调校成本较高，但四线式的影像清晰度较低。(2)一般有两种功能选项：抛光或抗眩光。抛光可提供清晰的影像，但通常会引发眩光。抗眩光可将眩光程度降至最低，但同时因使光线散射而造成清晰度下降。(3)使用电阻式显示器的优点之丨是可用手指(戴或不戴指套)、触控笔或硬质物品等工具进行操作。(4)电阻显示器在公共环境下的应用效能不高，原因是影像清晰度不足，需要定期调校以防电阻薄膜层失效，而且容易被刮损。(5)电阻式显示器容易受到破坏，而在电阻层受到切割或刮损时，将无法正常接收触控动作。

二、电容式

电容式触控屏幕是全玻璃式设计，专供ATM与类似多媒体信息站类型的应用产品使用。其清晰度较之电阻式技术更佳，耐久度也适合工业应用产品使用。

其运作方式：屏幕上流动着细微电流，屏幕四个角落的电路板会估算触控覆膜所引发的电容量。触碰屏幕时会中断电流，然后启动多媒体信息站的软件开始运作。

其限制与考虑：(1)由于挂载于监视器的玻璃与边框可以密封，因此它具有耐久性且防水防尘。这样的特性适合用于游戏机、贩卖机、公共多媒体信息站以及工业应用产品等条件严苛的环境。(2)电容式触控屏幕只能透过人类手指的触摸来加以启动。对表面涂层的刮伤将导致屏幕上产生暗点，因此戴上指套的手指、触控笔或硬质物品都无法使用。这般限制使其无法适用于包括医疗与食物制备等领域的许多产品应用。电容式触控屏幕只能透过人类手指的触摸来加以启动。对表面涂层的刮伤将导致屏幕上产生暗点，因此戴上指套的手指、触控笔或硬质物品都无法使用。这般限制使其无法适用于包括医疗与食物制备等领域的许多产品应用。(3)由于该技术最初针对小尺寸屏幕所设计，因此不便应用于较大屏幕且可能需要定期调校。

三、表面声波(SAW)

表面声波技术可提供良好的影像清晰度，因为其使用纯玻璃结构。与电阻式、电容式技术相比，表面声波技术可提供绝佳的影像清晰度、分辨率及较高的透光性。不过，这项技术原先是针对较小尺寸屏幕所设计，所以不便应用于超过30时的屏幕尺寸。

其运作方式：表面声波技术使用超音波穿透触控屏幕面板。触碰面板时，部份声波将被吸收。对超音波造成的变化会换算出触摸事件发生的位置，然后该讯息会传送至控制器进行处理。当声波传送经过整个显示器表面，下列情况将依序发生：

A)藉由反射器的数组沿着覆膜的边缘不断反弹，每道声波会传播到屏幕各处；

B)两组接收器侦测到声波；

C)当使用者触摸玻璃表面，其手指会吸收部份声波能量，控制器电路装置便藉此估算触摸位置。

表面声波技术用于ATM、游乐场、多媒体信息站，以及银行的应用系统。

其限制与考虑：(1)由于该技术无法加以封装，容易受到表面脏污及水份的破坏，因此不适用于许多工业及商业应用产品。表面脏污会导致屏幕上产生暗点，需要定期清洁感应器及不定期进行调校。(2)基于技术本身的运作方式，使其同时也难以避免受到不必要的数据「干扰」。

四、红外线矩阵

红外线技术仰赖的是对显示器屏幕前方的红外线光栅造成的阻断。触控屏幕外框包含一整列的红外线LED与光电三极管，其成对挂载于对立的两侧，以形成肉眼无法辨识的红外线光栅。外框组件包含印刷电路板，其上搭载电子并隐藏于红外线透明边框后方。红外线触控屏幕较常用于制造业与医疗应用产品，因为可完全封装并使用任何软硬材质的物品加以操作。

其运作方式：屏幕边框保护电子不受到操作环境的影响，同时帮助红外线光通过；红外线控制器接续震动LED以建立红外线光栅；当手指之类的触。控工具进入光栅范围，将会阻断光线通过；一个或多个光电三极管会侦测到光线的消失，然后传送信号以辨识出X与Y坐标。

其限制与考虑：(1)红外线的主要问题是触控屏幕外框的位置会稍微高于屏幕本身。因此容易在手指或触控工具实际碰触到屏幕表面之前被提早启动；(2)屏幕表面脏污同样会造成在厚边框(外框必配)内的屏幕上发生错误启动的情况。(3)红外线边框的制造成本相当昂贵。

综上所述，现有的触控技术在实现大尺寸的触控屏幕时其成本普遍较高。一些现有的触控技术还有精确度差、透光率低等缺点。

实用新型内容

本实用新型提供了一种触控屏幕，该触控屏幕能以低成本做成大尺寸，多点触摸且精确度和透光率好，可靠性高。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型公开了一种触控屏幕，该触控屏幕包括：控制器、安装在屏幕的一侧边缘的两个光学扫描模组、安装在屏幕的其余侧边缘的回归反射薄膜，其中，所述每个光学扫描模组由一个摄像头和一个红外光源组成；

每个红外光源用于发射红外光线，在屏幕的触摸区域内形成红外光线场；

回归反射薄膜用于将发射过来的红外光线原路反射回去；

每个摄像头用于侦测在触摸点处被阻断的红外光线，并将该被阻断的红外光线与两个摄像头所确定的直线之间的夹角发送给控制器；

控制器用于根据两个摄像头发送的夹角以及两个摄像头之间的距离进行三角运算，确定一个或多个触摸点的位置。

由上述可见，本实用新型这种在屏幕的一侧边缘安装两个光学扫描模组，每个光学扫描模组由一个摄像头和一个红外光源组成，在屏幕的其余侧边缘安装回归反射薄膜，由每个摄像头侦测在触摸点处被阻断的红外光线，并确定该被阻断的红外光线与两个摄像头所确定的直线之间的夹角，然后根据两个摄像头发送的夹角以及两个摄像头之间的距离进行三角运算，确定一个或多个触摸点的位置的技术方案，有采用了光学影像捕捉技术，因此随着屏幕尺寸的增加，只需要变化两个光学扫描模组的位置即可实现全屏的触摸控制，不需要增加额外的硬件，大大降低了实现成本，并且精确度和透光率高，可靠性高。

附图说明

图1是本实用新型中的触控屏幕的组成及实现原理示意图；

图2是本实用新型中确定多个点的位置的原理示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

图1是本实用新型中的触控屏幕的组成及实现原理示意图。如图1所示，该触控屏幕包括：分别安装在屏幕的一侧边缘的两端的两个光学扫描模组、安装在矩形屏幕的其余侧边缘的回归反射薄膜，其中，所述每个光学扫描模组由一个摄像头和一个红外光源组成；另外，该触控屏幕还包括一个控制器，该控制器在图1中位未画出。在图1所示的实施例中以矩形屏幕为例进行了说明，两个光学扫描模组安装在矩形屏幕的上侧边缘，而回归反射薄膜安装在左右两侧和下侧边缘。在本实用新型的其他实施例中，屏幕也可以其他形状的，如三角形等，这并不影响本实用新型技术方案的实现。

在图1所示的触控屏幕中，每个红外光源用于发射红外光线，密布的红外光线在矩形屏幕的触摸区域内形成均匀的光线场；回归反射薄膜用于将发射过来的红外光线原路反射回去；当触摸一点时，两个红外光源射出的光线被阻断，无法通过回归反射薄膜返回到摄像头；每个摄像头用于侦测同一光学扫描模组中的红外光源的在触摸点处被阻断的红外光线，并将该被阻断的红外光线与两个摄像头所确定的直线之间的夹角(在本实施例中即为被阻断的红外光线与矩形屏幕的上侧边缘之间的夹角)发送给控制器；控制器用于根据两个摄像头发送的夹角(θ₁和θ₂)以及两个摄像头之间的距离(D)进行三角运算，确定一个或多个触摸点的位置。例如，其中的一种三角运算过程具体如下：

根据余弦定理可得：D²＝x²+y²-2xycos(180-θ₁-θ₂) (1)

再根据三角关系可得：D＝x cosθ₁+ycosθ₂ (2)

联立公式(1)和(2)可得x和y的值。

再根据三角关系可得：x1＝x cosθ₁，y1＝x sinθ₁。

这里x1是触摸点到左侧边缘的垂直距离，y1是触摸点到上侧边缘的垂直距离。有了x1和y1便可直接确定触摸点在屏幕上的位置。

在图1所示的触控屏幕中，每个摄像头包括一个光学传感器，用于侦测在触摸点处被阻断的红外光线。所述红外光源可以是红外LED灯，每个红外光源可以由一个以上的红外LED灯组成；所述矩形屏幕是平面的显示屏幕。例如可以是矩形的液晶显示屏幕。

在图1所示的实施例中，给出了确定一个触摸点的位置的原理。但是需要说明的是，当同时有多个触摸点时本实用新型的方案同样适用。

图2是本实用新型中确定多个点的位置的原理示意图。如图2所示，当同时有两个触摸点时，每个触摸点的位置的确定方案均同图1所示的方案。同理，同时有三个或三个以上的触摸点时也能够确定各个触摸点的位置。这里不再复述。

需要说明的，当同时有两个以上的触摸点时，会存在“鬼点”问题，例如在图2中，存在4个交叉点，除了触摸点1和触摸点2以外的另外两个点即为“鬼点”。这里可以利用现有的针对鬼点的解决方案进行补偿，以降低出错的概率。

为了保护液晶显示屏幕和提供一个平面，还可以在液晶显示屏幕的表面增加一个平面的保护罩，该保护罩可以是钢化玻璃或任何基板(在电子白板时不一定需要钢化玻璃，基板即可)。钢化玻璃完全透光，对屏幕的色彩和亮度不造成任何损失。而电阻式和电容式的触控屏幕需要在液晶显示屏幕表面多层镀膜，从而损失透光性和色彩感，在中大尺寸屏幕时尤其明显。

由上述实施例可见，本实用新型中的实现光学触控屏幕的主要硬件为两个光学扫描模组，随着屏幕尺寸的增加，只需要变化两个光学扫描模组的位置即可，实现触控的硬件没有增加，成本几乎没有变化。而电阻、电容、红外矩阵、表面声波触控技术，随着屏幕面积的增加，硬件成本会成倍增加。

此外本实用新型中的触控屏幕，采用光学影像捕捉技术，因此任何可以阻断光线的物体都实现触摸，如手指、笔等，而且不需对屏幕用力。但是常见的电容屏，只能用手指(最好是指肚)实现触摸，因此客户在户外寒冷环境下，需要使用导电的触控笔来进行电子教学的情况下，客户应用受到了限制。

表1是本实用新型提供的触控屏幕与现有的几种触控技术的性能比较。

光学触控

电容

电阻

声波

红外矩阵

适合尺寸	10’-140’	8.4’-21’	1’-19’	10’-46’	10’-60’
						触摸物品	任何物品	手指	任何物品	手指	任何物品
触摸力度	无需压力	稍用力	稍用力	较大压力	无需压力
						透光率	100％	85％	75％	92％	100％
触摸点数	多点	多点	多点	多点	单点
						精确度	高	高	中	中	低
方案价格	低	中	中	高	高

表1

由表1可见，本实用新型中的实现触控的技术方案相对与现有的几种实现方案，具有很大的优势。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims

1.一种触控屏幕，其特征在于，该触控屏幕包括：控制器、安装在屏幕的一侧边缘的两个光学扫描模组、安装在屏幕的其余侧边缘的回归反射薄膜，其中，所述每个光学扫描模组由一个摄像头和一个红外光源组成；

回归反射薄膜用于将发射过来的红外光线原路反射回去；

2.根据权利要求1所述的触控屏幕，其特征在于，每个摄像头包括一个光学传感器，用于侦测在触摸点处被阻断的红外光线。

3.根据权利要求1所述的触控屏幕，其特征在于，

所述每个红外光源由一个以上的红外LED灯组成；

所述屏幕是平面的显示屏幕。

4.根据权利要求1所述的触控屏幕，其特征在于，所述两个光学扫描模组分别安装在屏幕的一侧边缘的两端。

5.根据权利要求1所述的触控屏幕，其特征在于，所述屏幕是矩形的屏幕，所述两个光学扫描模组分别安装在屏幕的任意一侧边缘，所述回归反射薄膜安装在屏幕的其余三侧边缘。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的触控屏幕，其特征在于，该触控屏幕进一步包括放置于屏幕表面的平面的保护罩。

7.根据权利要求6所述的触控屏幕，所述保护罩是钢化玻璃或基板。