專利名稱：一種紅外多點觸摸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外觸摸屏領(lǐng)域，具體為一種紅外多點觸摸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
紅外觸摸屏是一種自然的人機交互設(shè)備，以其自然性和方便性，正逐漸成為一種極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。紅外觸摸屏具有高透光性、使用壽命長、不怕刮傷等特點，尤其在大尺寸顯示方案中具有很高的性價比。早期紅外觸摸屏識別多個觸摸點的方法有分時法和分區(qū)法兩種。對于分時法，在總有兩個手指同時觸摸的情況下不能準(zhǔn)確地進行判斷；而對于分區(qū)法，當(dāng)觸摸坐標(biāo)比較多時，就需要更多的分區(qū)，掃描次數(shù)也相應(yīng)的增多，嚴(yán)重影響觸摸屏的響應(yīng)時間，限制了紅外多點觸摸的發(fā)展。專利號為CN200920079315. 4的專利公開了一種橫斜雙層紅外二極管排列的紅外觸摸屏，其雙層紅外二極管結(jié)構(gòu)增加了觸摸屏的厚度，并且需要排列的二極管個數(shù)過多，導(dǎo)致掃描周期過長，影響響應(yīng)時間。專利號為 CN201020256135. 1的專利公開了一種單層紅外二極管的多點觸摸結(jié)構(gòu)，它僅僅是在觸摸屏的邊角多加了幾對紅外二極管，存在觸摸點識別盲區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種紅外多點觸摸系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)紅外觸摸屏對于多點觸摸點需要多次掃描，且存在觸摸點識別盲區(qū)的問題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為
一種紅外多點觸摸系統(tǒng)，包括觸摸屏，其特征在于觸摸屏四邊邊緣中，兩相鄰的邊緣處分別布置有多個紅外發(fā)射二極管，另外兩相鄰的邊緣處分別布置有多個紅外接收二極管，觸摸屏其中一個邊緣處的紅外發(fā)射二極管一一正對其對側(cè)邊緣處的紅外接收二極管， 每個紅外發(fā)射二極管出光面前方分別設(shè)置有與紅外發(fā)射二極管共中心軸的液晶光閥對，所述液晶光閥對由兩個一字排列且橫置在紅外發(fā)射二極管出光面前方的液晶光閥構(gòu)成，每個液晶光閥對中兩個液晶光閥極性不同且開關(guān)互鎖，多個紅外發(fā)射二極管出光面前方的液晶光閥對中相同極性的液晶光閥所在位置分別對應(yīng)，多個液晶光閥對中，在其中一種相同極性的液晶光閥前方還分別設(shè)置有光學(xué)透鏡，而另外一種極性的液晶光閥前不放置光學(xué)透鏡；當(dāng)多個液晶光閥對中，前方未設(shè)有光學(xué)透鏡的同極性的多個液晶光閥導(dǎo)通時，前方設(shè)有光學(xué)透鏡的另一種極性的液晶光閥截止，每個紅外發(fā)射二極管出射的激光穿過各自對應(yīng)的前方未設(shè)有光學(xué)透鏡的液晶光閥后入射至對側(cè)正對位置的紅外接收二極管，形成一個由紅外光構(gòu)成的紅外光網(wǎng)格；當(dāng)多個液晶光閥對中，前方設(shè)有光學(xué)透鏡的同極性的多個液晶光閥導(dǎo)通時，前方未設(shè)有光學(xué)透鏡的另一種極性的液晶光閥截止，每個紅外發(fā)射二極管出射的激光穿過各自對應(yīng)的前方設(shè)有光學(xué)透鏡的液晶光閥，再穿過前方的光學(xué)透鏡后入射至對側(cè)正對位置同一側(cè)錯開一定距離的紅外接收二極管，形成另一個由紅外光構(gòu)成的紅外光網(wǎng)格。所述的一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)，其特征在于所述紅外發(fā)射二極管、紅外接收二極管均為墓碑形的紅外二極管。所述的一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)，其特征在于每個紅外發(fā)射二極管出光面前方的液晶光閥對中兩個液晶光閥的寬度均小于紅外發(fā)射二極管寬度一半。所述的一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)，其特征在于光學(xué)透鏡形狀為柱狀，且紅外發(fā)射二極管位于光學(xué)透鏡焦平面的下半軸。所述一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)，其特征在于每八個液晶光閥對為一排，每個液晶光閥對包括兩個極性互鎖的液晶光閥，在不同的極性電壓工作下，分別導(dǎo)通；排與排連接在一起，與紅外發(fā)射對管的八個一組驅(qū)動相一致，以提高液晶光閥的重復(fù)利用性。所述的一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)，其特征在于每個液晶光閥對中，兩個液晶光閥連接處位于光學(xué)透鏡、紅外發(fā)射二極管的中心軸上，亦位于光學(xué)透鏡焦平面主軸上，兩個液晶光閥連接處用吸收發(fā)射光波長的材料遮擋。本發(fā)明能夠識別同時觸摸的多個觸摸點、對多用戶同時觸摸做出正確、快速的響應(yīng)。能夠有效去除偽觸摸點，可以解決多觸摸點識別需要多次掃描次問題，而且具有響應(yīng)快，無盲區(qū)等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的墓碑型紅外二極管的示意圖。圖3是本發(fā)明光學(xué)透鏡的外形示意圖。圖4是本發(fā)明中光學(xué)透鏡的傳播光路圖
圖5是本發(fā)明光學(xué)透鏡在焦平面上的斜向入射光情況下的仿真結(jié)果示意圖。圖6是本發(fā)明液晶光閥的排列分布示意圖。圖7是本發(fā)明中前方未設(shè)有光學(xué)透鏡的液晶光閥開通時的光路傳輸圖。圖8是本發(fā)明中前方設(shè)有光學(xué)透鏡的液晶光閥開通時的光路傳輸圖。
具體實施例方式如圖1所示。本發(fā)明包括布置在觸摸屏兩相鄰邊緣的紅外發(fā)射二極管11，布置在觸摸屏另外兩相鄰邊緣的紅外接收二極管13，每個紅外發(fā)射二極管出光面前方分別設(shè)置有由兩個不同極性開關(guān)互鎖的液晶光閥構(gòu)成的液晶光閥對，液晶光閥對由兩個一字排列且橫置在紅外發(fā)射二極管出光面前方的液晶光閥12構(gòu)成，多個液晶光閥對中，選擇同極性的一個液晶光閥的前方分別設(shè)置光學(xué)透鏡14。紅外發(fā)射二極管與紅外接收二極管分別在觸摸屏上緊密排列，形成正交的紅外網(wǎng)格。在紅外發(fā)射二極管的前方放置有兩個不同極性的液晶開關(guān)光閥12，在不同的時間控制紅外光的導(dǎo)通與截止。選擇同極性的一個液晶光閥的前方分別設(shè)置光學(xué)透鏡14，使紅外發(fā)射二極管處于光學(xué)透鏡的焦平面的下半軸，令通過該極性的液晶光閥的紅外光平行出射。首先使多個液晶光閥對中，前方?jīng)]有光學(xué)透鏡的一組液晶光閥導(dǎo)通，使紅外線被紅外發(fā)射二極管對側(cè)正對的紅外接收二極管接收。如果經(jīng)坐標(biāo)解算只有一個觸摸點，那么就對該觸摸信息進行相應(yīng)計算。如果檢測到的觸摸點多于一個，則使該組液晶光閥截止，另外一組液晶光閥導(dǎo)通，形成斜向的紅外網(wǎng)格。根據(jù)這兩種情況下所獲得的觸摸坐標(biāo)，分析去除偽觸摸點，實現(xiàn)真正的多點觸摸。在大尺寸紅外觸摸屏下，需要的紅外發(fā)射對管較多，使用該方法可以減少掃描時間，提高多點觸摸的響應(yīng)速度。液晶光閥在無外加電壓的情況下，液晶光閥內(nèi)，膜間不能形成有規(guī)律的電場，液晶分子成無序狀態(tài)，其有效折射率不與聚合物的折射率相匹配，入射光線被強烈反射。在施加外界電壓的情況下，液晶微粒的光軸垂直于薄膜表面排列，即與電場的方向一致，微粒的尋常光折射率與聚合物的折射率基本匹配，構(gòu)成了基本均勻的介質(zhì)，所以入射光不會發(fā)生散射。本發(fā)明中每個紅外發(fā)射二極管前方的兩個液晶光閥處于不同的極性，在不同的時間分別導(dǎo)通，控制不同位置的光線通過。如圖2所示。墓碑型紅外二極管的后方為長方體，前方為半球形的扁平二極管，它的寬度為3mm-5mm。如圖3所示。光學(xué)透鏡它由許多結(jié)構(gòu)和性能完全相同的小光學(xué)透鏡單元平面線性排列而成，其中一面是平的，另一面則是周期性起伏變化的曲面。每個光學(xué)透鏡單元在與排列方向相垂直的方向?qū)饩€不起匯聚作用，而在其排列方向上，每個光學(xué)透鏡單元則相當(dāng)于匯聚透鏡，起聚光成像的作用。如圖4所示。把通過液晶光閥的紅外光看成是一個單元光，放置在光學(xué)透鏡的焦平面上，即像處在焦平面上，可使得像平面上任意一點均可經(jīng)柱透鏡成為平行光束。如圖所示，以0點為圓心，對于y=0點，其經(jīng)柱鏡折射后成為沿光軸00’傳播的光束。以光軸00’ 為界，對于y大于O的點形成的細(xì)平行光束向下傳輸信息；y<0的點形成的細(xì)平行光束則向上傳輸信息，而細(xì)平行光束的寬度均為光學(xué)透鏡單元的柵距P。其中平行光束偏離光軸11 的角度δ的計算公式如下，y為離原點縱軸的位置，r光柵板為曲率半徑，η為光柵板的折射率
δ = arctan —~—
如圖5所示。該點光源位于焦平面主軸的上方，則其輸出光線為向下偏轉(zhuǎn)一定角度的平行光。如圖6所示。當(dāng)八個共陽極的液晶光閥12和8個共陰極的液晶光閥61排列在一起，柱鏡光柵14放置在某一極性液晶光閥的前方，與紅外二極管的8個一組驅(qū)動相一致時， 能夠提高液晶光閥的可重復(fù)利用性，并且達(dá)到降低功耗的要求。如圖7所示。圖7為前方無光學(xué)透鏡的一組開關(guān)光閥導(dǎo)通時的光路傳輸圖。根據(jù)紅外發(fā)射、接收二極管的個數(shù)與觸摸屏尺寸的對應(yīng)關(guān)系，得到觸摸點坐標(biāo)。假設(shè)有兩點觸摸發(fā)生時，觸摸信號可以組合得到四個點A (m, a)，B (m，b)，C (n, a)，
D (η, b)；
如圖8所示。圖8是前方設(shè)有光學(xué)透鏡的一組液晶光閥導(dǎo)通時的光路傳輸圖。它形成了與水平軸有一定傾斜度的光路。當(dāng)圖7所示檢測到A、B、C、D四點觸摸坐標(biāo)時，圖8中可見阻擋了不同光路的光線，經(jīng)坐標(biāo)解算可以得到A，D, E，F(xiàn)四個點，其中兩個與圖7中的坐標(biāo)相同，而另外兩個不同。根據(jù)兩組坐標(biāo)的分析，可以排除偽觸摸點，通過普通的觸摸手勢識別對控制界面進行多點觸摸響應(yīng)。
本發(fā)明工作流程如下
a、逐個驅(qū)動紅外發(fā)射二極管，并分別使前方?jīng)]有光學(xué)透鏡的液晶光閥導(dǎo)通，紅外光通過該液晶光閥，另外一組液晶光閥截止。也即，分時控制紅外發(fā)射二極管前方同極性的一組液晶光閥導(dǎo)通與截止。b、前方無光學(xué)透鏡的液晶光閥導(dǎo)通時，每個紅外發(fā)射二極管所發(fā)射的紅外光被其對側(cè)正對的唯一的紅外接收二極管接收。C、根據(jù)紅外接收二極管得到的紅外信號，經(jīng)坐標(biāo)解算得到觸摸坐標(biāo)。d、如果觸摸坐標(biāo)有且僅有一個，那么就可判斷為單點觸摸。e、如果檢測得到多個觸摸點，則導(dǎo)通前方設(shè)有光學(xué)透鏡的液晶光閥，使紅外光向一定偏移角度的方向發(fā)射，被每個紅外發(fā)射二極管對側(cè)正對位置同一側(cè)偏移一定角度的紅外接收二極管接收。分析第一組和第二組的觸摸坐標(biāo)的組合，去除偽觸摸點，得出真正觸摸的點。d、由上述得到的觸摸點，根據(jù)手勢識別，判斷出多點觸摸手勢，實現(xiàn)對用戶的手勢響應(yīng)，對觸摸界面進行多點控制。
權(quán)利要求
1.一種紅外多點觸摸系統(tǒng)，包括觸摸屏，其特征在于觸摸屏四邊邊緣中，兩相鄰的邊緣處分別布置有多個紅外發(fā)射二極管，另外兩相鄰的邊緣處分別布置有多個紅外接收二極管，觸摸屏其中一個邊緣處的紅外發(fā)射二極管一一正對其對側(cè)邊緣處的紅外接收二極管， 每個紅外發(fā)射二極管出光面前方分別設(shè)置有與紅外發(fā)射二極管共中心軸的液晶光閥對，所述液晶光閥對由兩個一字排列且橫置在紅外發(fā)射二極管出光面前方的液晶光閥構(gòu)成，每個液晶光閥對中兩個液晶光閥極性不同且開關(guān)互鎖，多個紅外發(fā)射二極管出光面前方的液晶光閥對中相同極性的液晶光閥所在位置分別對應(yīng)，多個液晶光閥對中，在其中一種相同極性的液晶光閥前方還分別設(shè)置有光學(xué)透鏡，而另外一種極性的光學(xué)透鏡前未放置光學(xué)透鏡；在多個液晶光閥對中，前方未設(shè)有光學(xué)透鏡的同極性的多個液晶光閥導(dǎo)通時，前方設(shè)有光學(xué)透鏡的另一種極性的液晶光閥截止，每個紅外發(fā)射二極管出射的激光穿過各自對應(yīng)的前方未設(shè)有光學(xué)透鏡的液晶光閥后入射至對側(cè)正對位置的紅外接收二極管，形成一個由紅外光構(gòu)成的紅外光網(wǎng)格；當(dāng)多個液晶光閥對中，前方設(shè)有光學(xué)透鏡的同極性的多個液晶光閥導(dǎo)通時，前方未設(shè)有光學(xué)透鏡的另一種極性的液晶光閥截止，每個紅外發(fā)射二極管出射的激光穿過各自對應(yīng)的前方設(shè)有光學(xué)透鏡的液晶光閥，再穿過前方的光學(xué)透鏡后入射至對側(cè)正對位置同一側(cè)錯開一定距離的紅外接收二極管，形成另一個由紅外光構(gòu)成的紅外光網(wǎng)格。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外多點觸摸系統(tǒng)，其特征在于所述紅外發(fā)射二極管、 紅外接收二極管均為墓碑形的紅外二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外多點觸摸系統(tǒng)，其特征在于每個紅外發(fā)射二極管出光面前方的液晶光閥對中兩個液晶光閥的寬度均小于紅外發(fā)射二極管寬度一半。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外多點觸摸系統(tǒng)，其特征在于光學(xué)透鏡形狀為柱狀， 且紅外發(fā)射二極管位于光學(xué)透鏡焦平面的下半軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外多點觸摸系統(tǒng)，其特征在于每八個液晶光閥對為一排，每個液晶光閥對包括兩個極性互鎖的液晶光閥，在不同的極性電壓工作下，分別導(dǎo)通；排與排連接在一起，與紅外發(fā)射對管的八個一組驅(qū)動相一致，以提高液晶光閥的重復(fù)利用性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種紅外多點觸摸系統(tǒng)，包括觸摸屏，觸摸屏四邊邊緣中，兩相鄰的邊緣處分別布置有多個紅外發(fā)射二極管，另外兩相鄰的邊緣處分別布置有多個紅外接收二極管，每個紅外發(fā)射二極管出光面前方分別設(shè)置有液晶光閥對，液晶光閥對由兩個極性不同且開關(guān)互鎖的液晶光閥構(gòu)成，多個液晶光閥對中，在其中一種相同極性的液晶光閥前方還分別設(shè)置有光學(xué)透鏡。本發(fā)明能夠有效去除偽觸摸點，可以解決多觸摸點識別需要多次掃描次問題，而且具有響應(yīng)快，無盲區(qū)等優(yōu)點。
文檔編號G06F3/042GK102426500SQ20111036232
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者呂國強, 吳娟, 尹靜, 胡躍輝 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)