本公開涉及觸控技術領域，尤其涉及一種觸摸屏及觸摸顯示裝置。

背景技術：

隨著多媒體技術的發展，觸控技術已經成為當今人機交互中的熱點技術。許多產品的人機交互方式(如鍵盤、鼠標等)都逐漸被觸控技術所代替。在眾多觸控技術中，由于紅外觸摸屏具有不易受電流、電壓和靜電干擾，適于惡劣的環境等優點，因此被應用于多種場合。

圖1示例性示出了一種傳統紅外觸摸屏的結構立體圖，圖2示例性示出了圖1所示的紅外觸摸屏的俯視圖。如圖1和圖2所示，傳統的紅外觸摸屏通常包括設置在觸摸檢測區域101四周的紅外發射元件102和紅外接收元件103，且紅外發射元件102和紅外接收元件103一一相對設置。由紅外發射元件102發射紅外線，紅外接收元件接收紅外線，從而形成在觸摸檢測區域(即觸摸表面)101的上方在X、Y方向上密布的紅外線網絡。通過檢測紅外發射元件102和紅外接收元件103之間的光線的遮擋情況可以檢測觸摸檢測區域101內的觸摸點104。但是，當在觸摸檢測區域103存在多個觸摸點時，這種紅外觸摸屏容易產生鬼點，如圖2所示，當存在兩個觸摸點1041,1042時，基于光線遮擋情況可能檢測到4個觸摸點，其中兩個是真實觸摸點，兩個是鬼點(假觸摸點)，需要在經過進一步的特殊處理來確定真實觸摸點，這樣一來，容易造成誤判。

技術實現要素：

本公開提供了一種觸摸屏及觸摸顯示裝置，其可以實現多點觸摸而不存在鬼點。

在本公開的一個方面，提供一種觸摸屏，包括：

導光元件；

被設置為面向所述導光元件的一個側邊的光源，所述光源發出的光被導引到所述導光元件內；以及

被設置為面向所述導光元件的至少一個側邊的多個探測器，所述探測器被配置為接收從所述導光元件的相應側邊出射的所述光。

在一個實施例中，被導引到所述導光元件內的所述光在所述導光元件內以以全反射的方式傳播，以在所述導光元件內形成光場，當在所述導光元件的觸摸表面存在觸摸點時，在所述觸摸點處全反射條件被破壞，使得所述光的至少一部分從所述觸摸點處泄露出去，導致所述觸摸點處的所述光場改變。

在一個實施例中，所述光源為點光源。

在一個實施例中，所述觸摸屏還包括設置在所述光源與所述導光元件之間的光擴展元件。

在一個實施例中，所述光源為紅外或近紅外光源，所述探測器為紅外或近紅外探測器。

在一個實施例中，所述導光元件為矩形導光元件。

在一個實施例中，所述探測器設置在所述導光元件的未設置所述光源的側邊。

在一個實施例中，所述探測器設置在所述導光元件的四個側邊。

在一個實施例中，所述導光元件為平面導光元件或曲面導光元件。

在一個實施例中，所述導光元件由玻璃或聚合物材料制成。

在本公開的另一方面，提供一種觸摸顯示裝置，包括顯示面板和本文描述的任一種觸摸屏，其中所述觸摸屏設置在所述顯示面板的顯示側。

由于本公開提供的觸摸屏及觸摸顯示裝置可以基于導光元件內的光場的分布來實現觸摸檢測，而不需要檢測紅外發射元件和紅外接收元件之間的光線的遮擋情況，因此可以實現多點觸摸而不會產生鬼點。此外，由于光源和探測器都面向導光元件的側邊設置，與導光元件位于同一厚度空間而不占用額外的厚度空間，因此可以減小觸摸屏的厚度。再次，由于本公開提供的觸摸屏可以基于導光元件內部的光場分布實現觸摸點的檢測，因此當導光元件為曲面導光元件時，可以適于曲面觸摸顯示器，從而實現曲面顯示。

適應性的進一步的方面和范圍從本文中提供的描述變得明顯。應當理解，本申請的各個方面可以單獨或者與一個或多個其他方面組合實施。還應當理解，本文中的描述和特定實施例旨在僅說明的目的并不旨在限制本申請的范圍。

附圖說明

本文中描述的附圖用于僅對所選擇的實施例的說明的目的，并不是所有可能的實施方式，并且不旨在限制本申請的范圍，其中：

圖1示例性示出了一種傳統紅外觸摸屏的結構立體圖；

圖2示例性示出了圖1所示的紅外觸摸屏的俯視圖；

圖3示例性示出根據本公開的一個實施例提供的觸摸屏的結構立體圖；

圖4示例性示出圖3所示的觸摸屏的俯視圖；

圖5a示例性示出在沒有觸摸點的情況下光在導光元件內全反射的圖；

圖5b示例性示出由于觸摸引起全反射破壞的示意圖；

圖6示例性示出本公開的一個實施例提供的觸摸檢測方法的流程圖；

圖7示例性示出對導光元件的觸摸表面進行剖分的示意圖。

貫穿這些附圖的各個視圖，相應的參考編號指示相應的部件或特征。

具體實施方式

現將參照附圖更全面地描述示例性的實施例。

在本公開的一個方面，提供一種觸摸屏，包括導光元件；被設置為面向導光元件的一個側邊的光源，該光源發出的光被導引到導光元件內；以及被設置為面向導光元件的至少一個側邊的多個探測器，該探測器被配置為接收從導光元件的相應側邊出射的光。

在本公開提供的觸摸屏中，從光源發出的光被引導到導光元件內，并在導光元件內傳播(例如，通過全反射傳播)，從而可以在導光元件內形成穩定的光場。當用戶觸摸導光元件的觸摸表面時，導光元件的觸摸表面兩側的介質發生變化，從而影響導光元件內的光場分布，根據導光元件的各個位置處的光場的變化，可以檢測出觸摸點的位置。由于本公開提供的觸摸屏可以基于光場的分布來實現觸摸檢測，而不需要檢測紅外發射元件和紅外接收元件之間的光線的遮擋情況，因此可以實現多點觸摸而不會產生鬼點。此外，由于光源和探測器都面向導光元件的側邊設置，與導光元件位于同一厚度空間而不占用額外的厚度空間，因此可以減小觸摸屏的厚度。再次，由于本公開提供的觸摸屏可以基于導光元件內部的光場分布實現觸摸點的檢測，因此當導光元件為曲面導光元件時，可以適于曲面觸摸顯示器，從而實現曲面顯示。

圖3示例性示出根據本公開的一個實施例提供的觸摸屏的結構立體圖；圖4示例性示出圖3所示的觸摸屏的俯視圖。如圖3和圖4所示，該觸摸屏包括導光元件301；設置在導光元件301的一個側邊并面向該導光元件301的光源302，該光源302發出的光被引導到導光元件301內；以及設置在導光元件301的未設置有該光源302的側邊并面向該導光元件301的多個探測器303，該多個探測器303被配置為接收從導光元件301的相應側邊出射的光。

在一個實施例中，在導光元件301的一個側邊設置光源302，其發出的光被引導到導光元件301內，并在導光元件301內以全反射的方式傳播(如圖5a所示)，從而在導光元件301內形成穩定的光場。當用戶觸摸導光元件301的觸摸表面時，觸摸表面上方的介質發生變化，全反射條件被破壞，因此光從導光元件301的觸摸表面泄露出去(如圖5b所示)，導致導光元件301內部(尤其是導光元件的觸摸表面附近)的光場發生變化。因此，通過檢測光場發生變化的位置可以確定觸摸點的位置。

在本實施例提供的觸摸屏中，光源發出的光被限制在導光元件的內部，光源和探測器不占用額外的厚度空間，因此可以減少觸摸屏的厚度；這種觸摸屏使用較少的器件就可以實現觸摸功能，而不需要在觸摸檢測區域的四周都布滿器件，成本較低；基于光場分布而不是基于光線的遮擋來檢測觸摸點，在存在多個觸摸點的情況下，不會產生鬼點；在進行觸摸識別時，可以根據光源的信息以及探測器的探測值通過有限元或者邊界元的方式推導出導光元件內部的光場分布，可以通過對導光元件的觸摸表面(觸摸檢測區域)的精細剖分來提高分辨率，而不需要增加器件的數量，因此這種觸摸屏的邊際成本(即，每增加一定的分辨率所需增加的成本)較低。

需要說明的是，圖3示出的實施例中，導光元件為矩形導光元件，例如該矩形導光元件可以為矩形光波導，在該實施例中，探測器設置在導光元件的未設置光源的3個側邊。但是應當理解，在不考慮精度的情況下，探測器也可以設置在導光元件的一個側邊或兩個側邊。為了提高精度，也可以在導光元件的四個側邊均設置探測器。

在一個實施例中，光源可以為點光源。為了使光源發出的光能夠布滿整個導光元件，可以在光源與導光元件之間設置光擴展元件，例如擴束棱鏡、擴束透鏡。

在一個實施例中，光源可以為紅外光源或者近紅外光源，相應地，探測器可以為紅外探測器或近紅外探測器。

在一個實施例中，導光元件可以為平面導光元件或者曲面導光元件，并且可以由玻璃或聚合物材料制成。當導光元件為曲面導光元件時，本公開提供的觸摸屏可以適于曲面觸摸顯示器，從而實現曲面顯示。

在本公開的另一個方面，還提供一種觸摸顯示裝置，該觸摸顯示裝置包括顯示面板和本文實施例中所描述的觸摸屏，該觸摸屏設置在顯示面板的顯示側。本公開提供的觸摸顯示裝置成本低、厚度薄，并且在存在多個觸摸點的情況下不會產生鬼點。

在本公開的又一方面，還提供一種觸摸檢測方法，該觸摸檢測方法用于本文描述的觸摸屏。以下結合附圖以及具體實施例對本公開的觸摸檢測方法進行詳細說明。

圖6示例性示出本公開的一個實施例提供的觸摸檢測方法的流程圖。如圖6所示，該觸摸檢測方法包括：

S602：獲取每個探測器的初始探測值以及光源的光學信息；

S604：根據初始探測值和光源的光學信息獲取在導光元件內部的初始光場分布；

S606：獲取每個探測器的當前探測值；

S608：根據當前探測值和光源的光學信息獲取在導光元件內部的當前光場分布；以及

S610：根據初始光場分布和當前光場分布判斷是否存在觸摸點，若是，則進入S612，否則返回到S606以進行下一個檢測周期；

S612：獲取觸摸點的位置，并返回到S606進行下一個檢測周期。

在本公開的實施例中，初始探測值和當前探測值可以包括探測器探測到的從導光元件的相應側邊出射的光的光通量、光強度和光子密度中的任一種；光源的光學信息可以包括光源的光通量、光強度和光子密度中的任意一種。相應地，初始光場分布可以通過導光元件內部的初始光通量分布、初始光子密度分布或初始光強度分布來表征；當前光場分布可以通過所述導光元件內部的當前光通量分布、當前光子密度分布或當前光強度分布來表征。

為了便于描述，在該實施例中，以探測器探測到的初始探測值和當前探測值為光子密度為例進行詳細說明，在該情況下，光源的光學信息為光源的光子密度，初始光場分布和當前光場分布分別通過初始光子密度分布和當前光子密度分布來表征。可以理解，根據探測器實際探測到的光學參數(例如，光通量、光強度)，光源的光學信息、初始光場分布和當前光場分布還可以通過其他光學參數(例如，光通量、光強度)來表征。在這種情況下，同樣可以采用本公開提供的觸摸檢測方法來檢測觸摸點。

在S602，當觸摸屏啟動時，光源發射的光在導光元件內發生全反射，從而形成穩定的光場。位于導光元件的側邊的探測器可以探測到光場在導光元件的側邊的初始光子密度(在導光元件的觸摸表面沒有觸摸點時的光子密度)，作為探測器的初始探測值。

在S604，示例地，可以根據探測器的初始探測值和光源的光學信息采用有限元法或邊界元法獲得導光元件內部的初始光場分布。在一個實施例中，該初始光場分布對應于在不存在觸摸點的情況下來自光源的光在導光元件內部通過全反射傳播時的光場分布。

在操作過程中，可以對導光元件進行剖分，將導光元件分成如圖7所示的陣列分布的多個單元坐標。在該實施例中，可以基于探測器探測的初始光子密度以及光源的光學信息采用有限元法或邊界元法獲得導光元件內的初始光子密度分布Φ(n,m)，其中n和m為剖分后的單元坐標。

有限元法是一種高效能、常用的數值計算方法。有限元法將連續的求解域離散為一組單元的組合體，用在每個單元內假設的近似函數來分片的表示求解域上待求的未知場函數，近似函數通常由未知場函數及其導數在單元各節點的數值插值函數來表達。從而使一個連續的無限自由度問題變成離散的有限自由度問題。邊界元法是一種繼有限元法之后發展起來的一種新數值方法，與有限元法在連續體域內劃分單元的基本思想不同，邊界元法是只在定義域的邊界上劃分單元，用滿足控制方程的函數去逼近邊界條件。由于有限元法和邊界元法已經是比較成熟的數值方法，本公開的實施例中對它們的具體求解過程不做詳細描述。

在S606，可以按照預定的時間間隔設定多個采樣時間點，獲得探測器在每個采樣時間點處的探測到的當前光子密度，作為探測器在該采樣時間點處的當前探測值。

在S608，與S604類似地，可以根據探測器的當前探測值和光源的光學信息采用有限元法或邊界元法獲得導光元件內部的當前光場分布。在一個實施例中，在存在觸摸點的情況下，當前光場分布對應于因在觸摸點處的全反射條件遭到破壞而導致光泄露時的光場分布；在不存在觸摸點的情況下，當前光場分布對應于來自光源的光在導光元件內部通過全反射傳播時的光場分布，此時當前光場分布與初始光場分布基本相同。

在具體的實施例中，可以基于探測器探測的當前光子密度以及光源的光學信息采用有限元法或邊界元法獲得導光元件內的當前光子密度分布Φ'(n,m)，其中n和m為剖分后的單元坐標。

需要說明的是，在本公開的實施例中，求解初始光場分布和當前光場分布的方法不限于有限元法或邊界元法，還可以采用其他的數值方法。

在S610，根據初始光場分布和當前光場分布判斷是否存在觸摸點可以包括：將當前光場分布與初始光場分布進行比較，以確定導光元件的各個位置處的光場變化量，如果光場變化量大于預定閾值，則判定在光場變化量大于預定閾值的位置處存在觸摸點。

在一個實施例中，可以將導光元件內各個位置處的當前光子密度Φ'(n,m)與初始光子密度Φ(n,m)進行比較，以確定在導光元件的各個單元坐標處的光子密度變化量ΔΦ(n,m)＝|Φ'(n,m)-Φ(n,m)|，當ΔΦ(n,m)大于預定閾值ΔΦ時，則判定在該(n，m)處存在觸摸點。

在另一個實施例中，還可以通過下面描述的方法判斷導光元件的觸摸表面是否存在觸摸點。

首先，根據導光元件內部的初始光子密度分布和當前光子密度分布獲得導光元件內部的初始吸收系數分布和當前吸收系數分布。在一個具體實施例中，可以基于特定的邊界條件采用如下方程獲得初始吸收系數分布和當前吸收系數分布：

其中，為從光源到導光元件上某一點的距離，其為矢量，為處的光子密度，為處的吸收系數，為擴散系數，擴散系數為光源項，其為光源對處的影響，例如，光源在處對光子密度、光通量或光強度等的影響。

在該實施例中，特定邊界條件可以包括第一類邊界條件(即，給出未知函數在邊界上的數值)和Robin邊界條件(即，給出位置函數在邊界上的函數值和外法向導數的線性組合)，其中，在導光元件的側邊采用Robin邊界條件，在導光元件的觸摸表面和與觸摸表面相對的表面采用第一類邊界條件。

由此，在已知光源信息和探測器處的光子密度的情況下可以求解出導光元件上所有位置處的初始吸收系數分布和當前吸收系數分布為了便于處理數據，可以將初始吸收系數分布和當前吸收系數分布離散化，從而獲得離散的初始吸收系數μ_a(n,m)和當前吸收系數μ'_a(n,m)。

然后，根據初始吸收系數分布和當前吸收系數分布判定是否存在觸摸點，并且在存在觸摸點的情況下，獲取觸摸點的位置。具體地，可以判斷在導光元件的各個位置處的當前吸收系數和初始吸收系數的差值是否大于預定閾值，若是，則判定該差值大于預定閾值的位置處存在觸摸點。

需要說明的是，在本文描述的實施例中，基于初始光場分布和當前光場分布采用它們之間的變化量來檢測觸摸點，但是本公開不限于此。本公開提供的觸摸檢測方法還可以基于初始光場分布和當前光場分布采用其他方法來檢測觸摸點，例如它們的比值、平方差、或者平方差的比值。

在本文描述的實施例中，被引導到導光元件的光在導光元件的上下表面發生全反射，從而在導光元件內形成穩定的光場。當觸摸物或手指沒有觸摸導光元件的觸摸表面時，導光元件內的光場基本上不發生變化，當觸摸物或手指觸摸到導光元件的觸摸表面時，導光元件的觸摸表面上方的介質發生變化，導致全反射條件被破壞，光從觸摸點處泄露出去，由此在該觸摸點處的光場發生變化，當存在多個觸摸點時，多個觸摸點處的光場都發生變化。因此，通過檢測導光元件內的光場的變化可以檢測出任意多個觸摸點，而不會出現鬼點。此外，在數據處理的過程中，通過對導光元件進行精細剖分，可以提高分辨率，剖分越精細，分辨率越高，

本公開中描繪的流程圖僅僅是一個例子。在不脫離本公開精神的情況下，可以存在該流程圖或其中描述的步驟的很多變型。例如，所述步驟可以以不同的順序進行，或者可以添加、刪除或者修改步驟。這些變型都被認為是所要求保護的方面的一部分。

除非上下文中另外明確地指出，否則在本文和所附權利要求中所使用的詞語的單數形式包括復數，反之亦然。因而，當提及單數時，通常包括相應術語的復數。相似地，措辭“包含”和“包括”將解釋為包含在內而不是獨占性地。同樣地，術語“包括”和“或”應當解釋為包括在內的，除非本文中明確禁止這樣的解釋。在本文中使用術語“實例”之處，特別是當其位于一組術語之后時，所述“實例”僅僅是示例性的和闡述性的，且不應當被認為是獨占性的或廣泛性的。

以上為了說明和描述的目的提供了實施例的前述描述。其并不旨在是窮舉的或者限制本申請。特定實施例的各個元件或特征通常不限于特定的實施例，但是，在合適的情況下，這些元件和特征是可互換的并且可用在所選擇的實施例中，即使沒有具體示出或描述。同樣也可以以許多方式來改變。這種改變不能被認為脫離了本申請，并且所有這些修改都包含在本申請的范圍內。