光触摸屏和触摸笔以及装有光触摸屏的桌子的制作方法

专利名称：光触摸屏和触摸笔以及装有光触摸屏的桌子的制作方法
技术领域：
本发明涉及触摸屏领域，具体涉及一种光学触摸屏。
背景技术：
现有的利用光学特性制成的触摸屏主要有两种， 一种是红外触摸屏；一 种是主要应用于投影仪的叫做激光电子白板的触摸屏，利用激光跟踪技术扫 面触摸笔迹。
现有红外触摸屏，相对于其他触摸屏，具有性能稳定、抗干扰能力强、 寿命长、精度高等一系列优点。几乎以压倒性的优势，逐渐占领其他触摸屏 的市场。
但红外触摸屏仍有一致命性的弱点难以克服，就是红外窗口怕脏。在不 清洁的环境不宜使用，比如不能应用在工厂车间、矿区等油污较重的场合； 比如不能应用在火车候车厅、市外的取款机等开放性的公共场合。另外在屏 幕外侧要装红外对射管，影响到了结构的紧凑性，小型的屏幕上不便采用， 如不便用在手机和掌上电脑的屏幕上。
另外红外触摸屏成本仍然较高，分辨率仍然较低。
激光电子白板系统的主要用途是配合投影仪使用。投影仪屏幕两侧各装 有用于扫描投影仪屏幕的激光发射器。激光电子白板启动后，激光发射器发 出激光扫描投影仪屏幕表面。与其配套的感光笔具有感应激光的功能，这样 使用者使用感光笔在电子白板上操作时，激光发射器会扫描到感光笔的位置。 激光电子白板系统通过感光笔的位置信息同电脑进行交互。
激光电子白板系统结构较为复杂，所以成本也高， 一般售价在3000元 到7000元。安装调试困难，安装时需要专业人员对其激光扫描部分进行定
位，定位不准确或者使用中略微移动都容易引起误操作，甚至会造成不能正 常使用，因此使用场合非常有限。
4综合现有的触摸屏，到现在为止还没有出现一种像纸张一样，可以让人 趴在上面写字的触摸屏。人们无法通过触摸屏得到原始书写的感觉和方便。

发明内容
本发明的目的在于提供一种光触摸屏，能有效改善触摸屏的性能。
本发明的目的还在于提供与光触摸屏配套的触摸笔，所述触摸笔，包括 接触式触摸笔和远程触摸笔。接触式触摸笔，配合光触摸屏进行接触式触摸。 接触式触摸笔利用笔尖对触摸屏进行操作，因此可以让使用人员像用趴在纸 张书写一样，趴在触摸屏上书写。远程触摸笔，配合光触摸屏实现远程触摸， 依照人机工程学设计，具有使用简便、便于携带、精度高的优点。
本发明的目的在于提供一种装有光触摸屏的桌子。
为实现上述目的本发明采用以下技术方案
光触摸屏，其特征在于，包括触摸板、信号处理系统，还包括光敏元件 组，所述光敏元件组包括复数个光敏元件，复数个光敏元件连接信号处理系 统，光敏元件组中的光敏元件与触摸板通过光线连接；
使用光触摸屏时，在触摸板上呈现一相关的光点，光敏元件受到来自所 述光点的光线的照射，反映为相关的电信号，所述电信号的强度与光敏元件
到所述光点的距离有关；
光敏元件产生的电信号传送到信号处理系统，信号处理系统通过分析复 数个光敏元件产生的复数个电信号的包括强度在内的信息，获得所述光点在 触摸板上的位置信息。
所述光点以一定频率闪烁时，光敏元件将产生与光点的光信号频率相关 的振荡的电信号，振荡的电信号便于放大、选频，具有更好的抗干扰性，因 此所述光点选用以一定频率闪烁的光点，信号处理系统包括一与所述光点闪 烁频率对应的选频模块。在触摸板上呈现的可以被光触摸屏识别的光点，认 为是与光触摸屏相关的光点。 一般情况下相关的光点需要满足，闪烁频率与 光触摸屏的选频模块对应，光点的光线波长与光敏元件的接收波长对应。
所述"光敏元件组中的光敏元件与触摸板通过光线连接"是指经过触摸 板的光线中，至少一束光线经过光敏元件。光敏元件组中的光敏元件不必全部与触摸板通过光线连接，但至少有两个光敏元件与触摸板通过光线连接。 因为至少两个电信号才能形成强度上的对比。
所述"复数个光敏元件产生的复数个电信号"中"复数个光敏元件"可 以不是光敏元件组中的全部光敏元件。
上述技术方案中没有涉及到对触摸板形状的要求，触摸板的形状不受具 体限制。由于现在使用的屏幕大都是四边形的屏幕，以下参照四边形的触摸 板进行讲解。
本发明通过比较光点到光敏元件组中光敏元件的距离差值关系得到所述 光点的位置，距离的差值通过各光敏元件接收到的来自所述光点的光信号强 度的差值得到反映。对于平面的触摸板，只需要两排交叉排列的光敏元件既 可确定光点的位置。
一排横向排列的光敏元件，通过各光敏元件产生的相关
的电信号差值关系，确定光点的横向坐标； 一排纵向排列的光敏元件，通过
各光敏元件产生的相关的电信号差值关系，确定光点的纵向坐标，从而确定 光点在触摸板上的位置。
触摸板可以选用显示器的屏幕，如背投式显示器的屏幕、液晶显示器屏
幕、阴极显示管显示器(CRT)屏幕、LED显示器的屏幕、投影仪屏幕；还 可以选用屏幕前方的透明的防护板。
触摸板为屏幕时光敏元件排布在屏幕周围。屏幕为透光的屏幕时，如背 投式显示器的屏幕，由于光点的光线可以穿透屏幕，光敏元件除可以排布在 屏幕前方，还可以排布在屏幕后方；屏幕为前方为透明介质的屏幕时，透明 介质如玻璃、透明的塑料，光点射出的光线可以在透明介质内部传播至透明 介质周围，因此光敏元件除可以排布在屏幕前方周围，还可以排布在透光介 质边沿周围。
触摸板为透明的防护板时，光点的光线显然可以穿透防护板，所以光敏 元件组可以设置在防护板的前方；也可以设置在屏幕与防护板之间，即防护 板的后面；还可以排布在防护板边沿周围。
依照上述设计结构，光触摸屏可以做成多种类型的光触摸屏，根据操作 方式不同分，包括，接触式触摸的光触摸屏、远程触摸的光触摸屏。
一、接触式触摸的光触摸屏
6所述光点的光源有三种形式， 一种形式是光触摸屏本身不具有光源，外 界与光触摸屏搭配使用的器件具有光源，搭配的器件如接触式触摸笔，该光 源产生所述光点； 一种形式是光触摸屏本身具有光源，该光源为所述光点的 光源； 一种形式是光触摸屏本身具有光源，外界与光触摸屏搭配的器件也具 有光源，所述光点的光源为其中的任意一光源。 (1)光触摸屏本身不具有光源
需要外界与光触摸屏搭配使用的器件与光触摸屏配合使用，搭配的器件 如接触式触摸笔。
接触式触摸笔在与光触摸板接触时发光，在触摸板上形成一光点，光点 随接触式触摸笔的移动而移动，从而通过移动的光点实现接触式触摸笔对光 触摸屏的触摸操作。
接触式触摸笔，包括笔壳、电源、开关和发光元件，开关控制发光元件 的发光情况；开关与接触式触摸笔的触摸端连接，触摸端在触摸触摸板时触 发开关，光敏元件发光，在触摸板上形成光点。
电源和发光元件间可以接入产生振荡电信号的信号发生模块，使发光元 件产生闪烁的光信号。
触摸板选用范围较广，如背投式显示器的屏幕、液晶显示器屏幕、阴极 显示管显示器(CRT)屏幕、LED显示器的屏幕、投影仪屏幕；还可以选用 各种屏幕前方的透明的防护板。
触摸板为屏幕时光敏元件排布在屏幕周围。屏幕为具有透光性的屏幕时， 如背投式显示器的屏幕，由于光点可以穿透屏幕，光敏元件除可以排布在屏 幕前方，还可以排布在屏幕后方；屏幕是前方为透明介质的屏幕时，透明介 质如玻璃、透明的塑料，光点射出的光线可以在透明介质内部传播至透明介 质周边，因此光敏元件除可以排布在屏幕前方，还可以排布在透明介质边沿 周围，还可以嵌入在透明介质内部。
触摸板为透明的防护板时，光点的光线显然可以穿透防护板，所以光敏 元件组可以设置在防护板的前方，并排布在防护板周围；也可以设置在屏幕 与防护板之间，即防护板的后面，排布在防护板周围；还可以排布在防护板 边沿周围；还可以嵌入在透明介质内部。以上述技术为基础可以制造一种装有光触摸屏的桌子。装有光触摸屏的 桌子包括桌子，桌子的桌面上装有一显示器，所述显示器上装有光触摸屏。 使用时可以搭配接触式触摸笔使用。光触摸屏对接触式触摸笔的笔尖响应， 对人体或者其他物体可以不响应，因此允许使用者趴在上面书写或者进行其 他操作。使操作更加舒适和自然。 (2)光触摸屏本身具有光源
光触摸屏还包括一光源。触摸板前部为透明介质，所述光源产生的光线 较均匀的照射在外表面有透明介质的触摸板上，并向触摸板外侧透射。
光源自触摸板背面或侧面较均匀的照射在触摸板上，并向触摸板外侧较 均匀的透射；使用一触摸件接触触摸板，触摸件受到光源的光的照射，形成
光点。所述触摸件是指触摸触摸板的物体，可以是手指、笔等。
光点随触摸件的移动而移动，通过光点的移动、光点的有无以及光点的
闪烁频率等信息实现触摸件对光触摸屏的触摸操作。
触摸板可选用屏幕前部透明的防护板，还可以选用屏幕。若选用屏幕，
则需要屏幕前方为透明介质，如可选用液晶显示器屏幕、阴极显示管显示器
(CRT)屏幕。
以防护板为触摸板-
在防护板的靠近屏幕一侧的横向一侧设有条状光源，另一横向一侧设有 一排光敏元件，条状光源的光线透过防护板，照射方向为与其相对的另一横 向一侧，并微微斜向防护板前方；在防护板的靠近屏幕一侧的纵向一侧设有 条状光源，另一纵向一侧设有一排光敏元件，条状光源的光线透过防护板， 照射方向为与其相对的另一纵向一侧，并微微斜向防护板前方。两排光敏元 件可以确定所述光点的位置。所述条状光源，可以是由多个小的子光源排列 成的条状的光源，也可以包括一条状的发光体。因为条状光源是微微斜向防 护板前方，所以在防护板中会存在处于全反射状态的光线，这些光线也有利 于光线均匀。
在不用触摸件触摸触摸板时，光敏元件接收到的光线较弱，触摸板上的 光线强度较为均匀，不存在光点；用触摸件对触摸板进行触摸时，光线在触 摸板上形成光点。光点随触摸件的移动而移动，从而通过光点的移动、光点的有无等信息，实现触摸件对光触摸屏的触摸操作。
对触摸件在与触摸板接触时形成光点原理进行说明，并提供证明 触摸件离触摸板较远时，由触摸板透出的光线中只有少量光线照射在触 摸件上，其中又只有少部分光线再反射回触摸板，并且反射回的光线不集中， 不能形成光点，光触摸屏不响应。触摸件与触摸板接触时光线不能射出触摸 板，直接在触摸件与触摸板接触处形成光点。本发明通过比较光点到光敏元 件组中各光敏元件的距离得到所述光点的位置，即使光点的面积较大也不影
响光触摸屏对其位置的确定。
以一个简单的经验性的试验证明上述原理的正确性黑暗的夜晚，在光
线较亮的房间里几乎看不见玻璃窗外面的事物，玻璃窗的玻璃像镜面一样。 假设玻璃窗外有一个人，在他离玻璃窗较远时，即使玻璃窗透出的光线能够 照射到这个人，我们无法看到他，这证明玻璃窗射出的光线反射回来的很少。 当他将鼻尖压在玻璃上，我们会看到他的鼻尖非常亮，形成一光点，脸部的 其它部位随与玻璃间距离的增大急剧变暗。
将上述简单的经验性的试验与本发明进行对比使条状光源产生具有一 定闪烁频率的光信号，信号处理系统的选频模块只选取与条状光源闪烁频率 相关的电信号，即光触摸屏系统只识别条状光源产生的光线，相对于光触摸 屏，触摸板的外侧是黑暗的，与上述经验性的试验中的条件全部相符。因此 可以以触摸件类比鼻尖，触摸板类比玻璃窗的玻璃，光敏元件类比眼睛，这 证明触摸件触摸触摸板时会形成一光点。
复数条条状光源，同时射出光线时，触摸板射出的光线很难均匀，会影 响到对光点位置的确定。
可以这样解决光线难以均匀的问题， 一条条状光源射出的光信号，被与 之对应的光敏元件转化为相应的电信号传送到信号处理系统，信号处理系统 将该相应的电信号作为获得所述光点在触摸板上的位置相关信息。与其他条 状光源对应的光敏元件不能将这一条条状光源射出的光信号传送到信号处理 系统，或者与其他条状光源对应的光敏元件能将这一条条状光源射出的光信 号传送到信号处理系统，但信号处理系统不将该相应的电信号作为获得所述 光点在触摸板上的位置相关信息。具体可采用如下方式解决光线难以均匀的问题所述复数条条状光源交 替点亮，其中一条条状光源没有点亮时，与之对应的一排光敏元件输出的电 信号不被接收。 一条条状光源点亮时，与之对应的光敏元件输出的电信号被 信号处理系统接收并处理。这样每排光敏元件接收的都是一条条状光源射出 的光线，而一条条状光源射出的光线很容易被均匀的投射在触摸板上。
具体还可以采用如下方式解决光线难以均匀的问题复数条条状光源， 与各条状光源对应得设有光敏元件；各条状光源分别具有相差较大的闪烁频 率；与各条状光源对应的各光敏元件分别连接与该条状光源闪烁频率对应的 选频模块。
(3)光触摸屏本身具有光源，外界与光触摸屏搭配的器件也具有光源 要实现光触摸屏本身具有光源，外界与光触摸屏搭配的器件也具有光源 的情况，只要给本身具有光源的光触摸屏配备与光触摸屏搭配使用的具有光 源的器件，即可同时具有两种模式。关闭光触摸屏本身的光源，光触摸屏为 光触摸屏本身不具有光源的模式；打开光触摸屏本身的光源，光触摸屏为光
触摸屏本身具有光源的模式。 二、远程触摸的光触摸屏
需要与远程触摸的光触摸屏搭配使用的器件配合使用。搭配使用的器件， 如远程触摸笔。
远程触摸笔包括激光器、电源，其特征在于，还具有信号发生模块，电 源连接信号发生模块，信号发生模块连接激光器，信号发生模块产生振荡的 电信号，并驱动激光器发出与电信号相对应的闪烁的激光信号。远程触摸笔 设有开关。
远程触摸笔产生光束，该光束在触摸板上形成一个光点。远程触摸笔通 过远程控制光点，对光触摸屏实现相应的远程操作。
远程触摸的光触摸屏工作原理和结构与接触式触摸的光触摸屏本身不具 有光源的形式基本相同，区别重点在于远程触摸笔可以产生一光强较强的光 束，在离触摸板较远时，即可在触摸板上形成光点。因此通过将远程触摸笔 更换为接触式触摸笔，可以将远程触摸的光触摸屏转化为接触式触摸的光触 摸屏，反之亦可。远程触摸的光触摸屏与接触式触摸的光触摸屏之间可以轻
10易的进行转化。
远程触摸的光敏元件的安置方式较为自由，可以设置在屏幕的前方，也 可以设置在防护板的前方。
由上述内容可知，本发明中所述的光触摸屏，由于通过复数个光敏元件 产生的相关的电信号进行比较得到光点的位置，并设有选频模块，所以不易 受光点的光强影响、温度适用范围广。允许多个光点同时存在，可以实现多 点触摸。
使用过程中不与光触摸屏本身的电子器件接触，所以使用寿命长。 触摸板采用显示器原有的部件，不占用空间。
不但实现了远程触摸，还可以轻易的实现远程触摸模式与接触式触摸模 式间的转换。
特别在不使用光触摸屏本身的光源的情况下，光点的位置的确定只与光 点的位置有关，与光点光强的强弱、触摸板上有无油污无关。所以抗干扰能 力强、不怕油污，适用于工厂车间、矿区等油污较重的场合。
远程触摸笔和接触式触摸笔，都是通过闪烁的光信号与光触摸屏进行通 信，给光触摸屏设置一密码锁系统，给接触式触摸笔和远程触摸笔的信号发 生模块设置一配套的电子钥匙系统。对光触摸屏系统实现锁定，防止非相关 人员操作。


图1中a为接触式触摸笔整体图，b为接触式触摸笔电气原理图； 图2中a为远程触摸笔整体图，b为远程触摸笔电气原理图3为具有一个戒指状的固定结构的远程触摸笔的正面视图和侧面视图； 图4为具有两个戒指状的固定结构的远程触摸笔的侧面视图； 图5为具体实施例一中设有两排光敏元件的触摸板结构图； 图6为滤光通道结构图7中a为光敏元件与信号处理系统连接关系示意图，b为提高了光触摸 屏分辨率的光敏元件与信号处理系统连接关系示意图8中a为横向坐标区域划分示意图，b为提高了光触摸屏分辨率的横向
ii坐标区域划分示意图9为横向坐标区域与纵向坐标区域交出的方块状的坐标区域的示意图IO为光源设置在触摸板背面的结构示意图11为光源设置在触摸板侧面的结构示意图12为触摸板面积较大时的光敏元件排布示意图13为触摸板是由多个小屏幕拼接构成的大屏幕背投式显示器的屏幕时 光敏元件排布示意图14为触摸板是LED显示器的屏幕时光敏元件排布示意图。
具体实施例方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了 解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
由于接触式触摸的光触摸屏与远程触摸的光触摸屏的工作原理及结构基 本相同，不同之处重点在于所述光点的形成方式，形成光点的方式包括通过 接触式触摸笔形成光点、通过远程触摸笔形成光点、通过触摸件形成光点， 所述触摸件是触摸触摸屏的物体，该物体可以不发光，可以是手指、笔等。
选择接触式触摸笔或所述触摸件与光触摸屏配套使用，还是选择远程触 摸笔与光触摸屏配套使用，很大程度上可以直接决定该光触摸屏是接触式触 摸的光触摸屏还是远程触摸的光触摸屏。
接触式触摸笔、远程触摸笔的具体结构如下所述。
参照图1中a和b，接触式触摸笔，包括笔壳101、电源102、开关103 和发光元件104，发光元件104通过产生振荡的电信号的信号发生模块105连 接电源102，开关103控制发光元件104的发光情况。所述发光元件104可以 是发射可见光的发光元件，也可以是发射不可见光的发光元件。
发光元件104采用发光二极管，发光二极管位于笔壳101与触摸板的接 触端，发光二极管上端抵住开关103的按键。
使用接触式触摸笔时发光二极管触摸触摸板，发光二极管受到压力触发 开关103的按键，发光元件发光，在触摸板上形成光点。该光点以信号发生 模块105与开关103对应的频率闪烁。光触摸屏对以该频率闪烁的光信号反应为点击鼠标左键功能。开关103显然还可以是压力传感器形式的开关，或 其他一些小体积的公知的开关。
接触式触摸笔还可以增设辅助按键，如按键106。信号发生模块105设有 与按键106对应的频率。按下按键106，发光二极管触摸触摸板接通开关103 时发光元件104以与按键106对应的频率闪烁。光触摸屏对以该频率闪烁的 光信号反应为点击鼠标右键功能。
接触式触摸笔显然可以与现有的激光笔的无线功能、红外功能进行简单 的整合，如通过无线功能、红外功能实现点击鼠标右键功能、点击鼠标右键 功能和幻灯片翻页功能。
接触式触摸笔的电源102可以是充电电源。笔壳101上设有充电接口， 便于接触式触摸笔充电。
接触式触摸笔应用于便携式电子设备时如应用于手机、掌上电脑、掌上 游戏机、笔记本电脑等时，便携式电子设备设有接触式触摸笔插槽，接触式 触摸笔插槽内设有充电电极，接触式触摸笔插入接触式触摸笔插槽内时，所 述充电接口与充电电极对接，对充电电源充电。
远程触摸笔用于产生光束，该光束在触摸板上形成光点。远程触摸笔通 过远程控制光点，对光触摸屏实现相应的远程操作。参照图2中a和b，远程 触摸笔包括激光器201、电源202、外壳203，外壳203上具有开关部分204， 外壳203内具电源202，电源202连接信号发生模块205，信号发生模块205 连接激光器201，信号发生模块205产生振荡的电信号，并驱动激光器201发 出与电信号相对应的闪烁的激光信号，进而在光触摸屏上形成闪烁的光点。 激光器201可以是发射可见光的激光器，也可以是发射不可见光的激光器。
开关部分204设有多个按键，各按键对应于信号发生模块205产生的不 同信号，因此远程触摸笔可以产生多种带有不同信息的激光信号。远程触摸 笔的电源可以是充电电源。
远程触摸笔的另一结构，参照图3，激光器共有两个301、 302，激光器 301发射可见光，激光器302发射红外线，两个激光器301、 302发出的光线 平行。可见光线为人提供视觉反馈，红外光线作为信号载体具有较可见光更 好的抗干扰性。信号发生模块可以产生多种电信号，与开关303按键连接，开关303上 具有三个按键，每个按键对应以一种电信号。每种电信号驱动激光器产生对 应的激光信号。
触摸笔的外壳300上具有戒指状的固定结构304。通过固定结构304可将 触摸笔固定在手指上，产生跟随手指动作的光点。可以将触摸笔戴在右手食 指上，用拇指控制按键303。因为人们通常习惯使用右手食指指东西和打手势。 右手的食指具有很好的方向感，手枪的设计中一直都在利用这一点。
远程触摸笔的再另一结构，参照图4，为了让人使用起来更加舒适，在外 壳上进行如下改变，外壳上设有两个戒指状的固定结构401、 402，两个固定 结构401、 402之间通过导线403连接，固定结构401上装有发射红外线的激 光器，另一个固定结构402上装有开关404、电源、信号发生模块、信号放大 模块。
使用时装有激光器的固定结构401，戴在食指上，装有开关的固定结构 402戴在中指上，激光器的光照方向朝向指尖，开关404的按键朝向拇指。用 拇指控制开关404的按键，激光器向食指指向的方向射出激光。食指的动作 带动激光动作，进而操纵光点的动作。
远程触摸笔显然也可以与现有的激光笔的无线功能、红外功能进行简单 的整合，如通过无线功能、红外功能实现点击鼠标右键功能、点击鼠标右键 功能和幻灯片翻页功能。
对于本发明，单纯的依照光点的形成方式，将光触摸屏分为接触式触摸 的光触摸屏和远程触摸的光触摸屏，便于简要说明，但不便于进行详细讲解。 下面主要依据所选触摸板的不同类型，以及所述光敏元件在触摸板上的安置 方法进行分类详细讲解。
在本发明中以防护板为触摸板时，所述光敏元件的安装方式具有较高的 自由性，光点的产生方式也具有最高的自由性，因此首先以防护板为触摸板 进行阐述。另外在以防护板为触摸板的光触摸屏的结构基础以及原理基础上， 可以轻易的得到以其他物体为触摸板的光触摸屏。以其他物体为触摸板的光 触摸屏，随后以防护板为触摸板的光触摸屏为基础进行阐述。
具体实施例一、以屏幕前透光的防护板为触摸板
14参照图5，触摸板501的上方设有一排横向排列的光敏元件502，左方设 有一排纵向排列的光敏元件503，两排光敏元件构成光敏元件组。光敏元件 502、光敏元件503可以设置在触摸板501前方，可以设置在触摸板501后方， 还可以事先埋设在触摸板内部。
光敏元件为适用波长范围较窄的光敏元件，利用光敏元件本身对光信号 波长的选择性，消除其他波长光信号的干扰。如可选用紫外光敏元件、红外 光敏元件。
本实施例中，所述光敏元件502、光敏元件503采用红外光敏元件，如可 选用红外光敏二极管、红外光敏三极管。
在光敏元件502、光敏元件503前面罩上滤光玻璃也可以进一步有效地消 除其他波长光信号的干扰。
参照图6，光敏元件组上还可以设有遮光结构，所述遮光结构用于遮挡 非相关方向射来的光线。所述非相关方向，是指与光触摸屏控制无关的方向， 一般情况下是指除朝向触摸板以外的方向。出于上述目的，遮光结构可以灵 活设计，可以是简单的位于光敏元件上方或下方的遮光片，也可以是较复杂 的结构。
较复杂的结构如，遮光结构采用滤光通道，光敏元件组上罩上由透光性 差的材料制成的滤光通道，用来滤除触摸板501以外射向光敏元件的光线。 如滤光通道可以用不透明的塑料材料制成。
所述滤光通道600上设置有细长的透光口 601，所述光敏元件502排布在 距所述透光口 601有一定距离的位置。
透光口 601微微朝向触摸板501。透光口 601朝向方向与触摸板501的夹 角随触摸板501在透光口 601朝向方向上的宽度的增加而减小，以便可以接 收到触摸板501上尽量大的面积的光信号甚至整个触摸板501上的光信号。 触摸板501上的光线穿过透光口 601到达光敏元件502。触摸板501以外的大 部分光线被滤光通道600遮挡。滤光玻璃可以安装在透光口 601上。
参照图5，利用装在触摸板上方的一排横向排列的光敏元件502，确定光 点的橫坐标；利用装在触摸板左方的一排纵向排列的光敏元件503，确定光点 的纵坐标，进而通过两排光敏元件对触摸板上光点的位置进行确定。一排光敏元件对光点的其中一维坐标的确定方法，以横向排列的光敏元 件502为例进行说明如下
参照图7中的a，对横向排列的光敏元件502顺序编号为，光敏元件000、 001、 010、 011、 100，分别连接选频模块700， 5个选频模块700的输出端连 接求差模块701 ，求差模块701包括4个运算放大器702，对5个选频模块700 输出的电信号依次两两求差。
运算放大器702输出端连接微型处理器系统703，微型处理器系统703根 据各运算放大器702输出信号的不同，转换为对应的数字信号。
微型处理器系统703以各运算放大器702左侧所连接的光敏元件受到的 光强较强时产生的电信号为"1"，反之为"0"，并按自左到右的位次排列数 据。进而将光点所在的区域划分为如图8中a所示的坐标区域1111、 0111、 0011、 0001、 0000。
光触摸屏分辨率的提高显然可以通过增加光敏元件数量得以实现。参照
图7中的图b，光触摸屏分辨率的提高，还可以通过增加运算放大器702的数 量，再次对相间的光敏元件502产生的电信号进行求差，以对坐标区域进一 步细分，达到提高分辨率的效果。对图8中a所示的坐标区域1111、 0111、 0011、 0001、 0000，进一步细分为图8中b所示的坐标区域，自左到右依次 为11111、 11110、 01111、 01110、 00111、 00110、 00011、 00010、 00001、 00000。
提高光触摸屏分辨率，还可以通过对各光敏元件产生的电信号强度进行
A/D转换，转化为数字信息后相互比较得以实现。其原理与上述通过集成运
放实现的原理相似，不同之处在于一个是通过硬件进行比较， 一个是通过软 件进行比较。
参照图9，横向排列的光敏元件502划分出的区域与纵向排列的光敏元件 503划分出的区域，交叉形成方块状的坐标区域，每个方块状的坐标区域代表 不同的数字信息。光点位于一个方块状的坐标区域时，光触摸屏反映出该方 块状的坐标区域代表的数字信息，得到光点的位置。
上述方法受到硬件设施的限制，分辨率很容易达到极限。参照图8中b， 阐述一种利用模拟量提高分辨率的方法。
利用模拟量提高分辨率的方法基于图8中b所示的硬件设备，通过软件提高分辨率。
利用软件提高分辨率的方法，基于以下思想光点在触摸板501上移动
时，其光强平滑变化，若光点在跨越坐标区域iino时，与坐标区域11110对
应的横向排列的两个光敏元件，反映出的光线强度差值变化为e，则在横向 跨越与坐标区域11110相邻的坐标区域01111时，与坐标区域01111对应的横 向排列的两个光敏元件，反映出的光线强度差值变化为O, 0二P+A，设A
可忽略不计。
设定一个横坐标轴上的倍增系数为w， 一个坐标区域的横坐标长度为/ 。
当光点位于坐标区域01111内时，以光点在跨越坐标区域11110时的光线强度 差值变化e为参考。在坐标区域01111内与坐标区域01111对应的横向排列的
两个光敏元件，反映出的光线强度每变化2，视为光点在横坐标上移动工。由
于A可忽略不计，通过上述方法可以将坐标区域Ollll划分为w份，即将01111 的横坐标上的分辨率增加w倍。当光点由坐标区域01111，进入相邻的坐标区 域，如坐标区域01110、坐标区域00111，则以光点在跨越坐标区域01111时 的光线强度差值变化O为参考。再假设纵坐标轴上的倍增系数也为"，则整个 光触摸屏的分辨率将提高为原有的"2倍。
总结为所述光触摸屏包括一排光敏元件，所述一排光敏元件依据其位 置关系，将触摸板划分为复数个坐标区域；信号处理系统记录所述光点自一 个原坐标区域一侧移动到另一侧引起的光线强度差值设为P ;光点移至相邻 坐标区域时，将相邻坐标区域光线强度变化情况与e进行比较，并根据相邻 坐标区域宽度与原坐标区域宽度关系，确定光点在相邻坐标区域上的位置。
进行上述光线强度差值的测量以及计算，可以通过先将光线强度差值通 过A/D转换转化为数字信息，由微型处理器系统通过软件对数字信息依照上 述公式和方法进行处理。
使用时可以选用远程触摸笔，也可以选用接触式触摸笔。对于本发明中 两种触摸笔的不同之处，重点在于光点的产生方式不同。
采用接触式触摸笔时，若触摸板501平放在桌面上，只有接触式触摸笔 的笔端与触摸板501接触时才会产生响应。这种效果与在纸张上书写的效果
17下述设计使本实施例实现用不发光的触摸件进行操作
本实施例中若采用不发光的触摸件进行操作，则需要增加一套光源。光源可以自触摸板501背面或侧面较均匀的照射在触摸板501上。光源产生的光线较均匀的自触摸板501前方射出。
使用一触摸件接触触摸板501，触摸件受到光源产生的光线的照射，形成光点。触摸件是触摸触摸板501的物体，可以是手指、笔等。
光点随触摸件的移动而移动，通过光点的移动、光点的有无，以及光点的闪烁频率等信息实现触摸件对光触摸屏的触摸操作。
参照图10，光源101a可以设置在触摸板501背面；参照图11，光源101b也可以设置在触摸板501侧面。
参照图IO，光源101a为两条条状光源，所述条状光源，可以包括一条条状的发光体，也可以是由多个小的子光源排列成的条状的光源。设置在触摸板501背面，照射方向为微微朝向触摸板501前方。光敏元件502、光敏元件503设置在触摸板501背面，感光面微微朝向触摸板501前方。尽量不要使光敏元件502、光敏元件503的感光面受到光源101a的直接照射。
参照图ll，光源101b为两条条状光源，所述条状光源，可以包括一条条状的发光体，也可以是由多个小的子光源排列成的条状的光源。设置在触摸板501侧面，嵌入在防护板(触摸板501)内部，照射方向为微微朝向触摸板501前方。光敏元件503、光敏元件502 (图11中未示出)设置在触摸板侧面，嵌入在防护板(触摸板501)内部，感光面朝向为微微朝向触摸板501前方。尽量不要使光敏元件502、光敏元件503的感光面受到光源101b的直接照射。
图10以及图11中的两条条状光源，同时射出光线时，触摸板501射出的光线很难均匀，会影响到对光点位置的确定。
采用如下方式解决光线难以均匀的问题，两条条状光源交替点亮， 一条状光源点亮时，与之对应的一排光敏元件输出的电信号不被接收。这样每排光敏元件接收的都是只是对应的条状光源射出的光线，而一条条状光源射出的光线很容易被均匀的投射在触摸板上，从而解决了上述问题。 还可以采用如下方式解决光线难以均匀的问题，两条条状光源分别选择相差较大的闪烁频率，与之对应的两排光敏元件分别连接与各条条状光源闪烁频率对应的选频模块，从而解决了上述问题。
参照图10和图11，在触摸件没有对触摸板501进行触摸时，光源101a或光源101b产生的光线只有很少部分照射到光敏元件502和光敏元件503。由于没有形成光点，光敏元件502和光敏元件503接收到的光线均匀，运算放大器不能比较出各光敏元件接收到的光线的明显差值，反应为没有发生触摸事件。
在触摸件对触摸板501进行触摸时，在触摸板501上产生光点，光源101a或光源101b产生的光线被反射回来，光线在反射中存在漫反射，照射到光敏元件502和光敏元件503。各光敏元件接收到的光线不均匀，运算放大器通过比较各光敏元件接收到的光线的差值，反应出相应的触摸事件。
下述设计解决本实施例采用面积较大的防护板为触摸板时潜在的问题
参照图12，触摸板501面积较大时，光敏元件组可能不能很好的接收到位于触摸板501上各处的光点的信号。为解决上述问题，采用图12中所描述的设计，通过在触摸板501四周装光敏元件，将一块触摸板501划分为四块子触摸板12a、 12b、 12c、 12d。通过对四块子触摸板上的光敏元件组统一编码，将四块子触摸板整合在一起，从而将灵敏度提高。本发明允许多个光点同时存在，可以实现多点触摸。
下述设计用于解决本实施例的系统安全问题
参照图lb、图2、图3、图4，接触式触摸笔和远程触摸笔均可以设置信号发生模块，并将信号发生模块产生的电信号转化为光信号传送给光触摸屏。给光触摸屏设置一密码锁系统，给接触式触摸笔和远程触摸笔的信号发生模块设置一配套的电子钥匙系统。使只有配套的接触式触摸笔和远程触摸笔才能操作光触摸屏，有利于系统安全。
为了增加接触式触摸笔和远程触摸笔的通用性，即为了使一只接触式触摸笔或远程触摸笔可以操作多个光触摸屏，可以使信号发生模块包含多组解锁信息。接触式触摸笔或远程触摸笔，发送携带有多组解锁信息的光信号到光触摸屏，其中一组解锁信息符合光触摸屏的解锁要求即可完成解锁。
所述一组解锁信息可以是包含在载波中的数字信息，也可以是以特定频率振荡的信号。
接触式触摸笔和远程触摸笔在使用时不断的向光触摸屏发送携带有多组解锁信息的光信号，产生光点。光触摸屏以携带有多组解锁信息的光信号产生的光点为相关的光点。
为了使用方便，信号发生模块包含的多组解锁信息应该便于使用者自行更新。因此信号发生模块应设有可以适时编辑解锁信息的功能，该功能可通过将信号发生模块与一闪存通讯连接实现。
具体实施例二、以背投式显示器的屏幕为触摸板
参照图1至图9，光触摸屏以背投式显示器的屏幕为触摸板501与以防护板为触摸板501，结构及原理基本相同。
不同之一，若背投式显示器的屏幕不是透明介质，则光线不能在背投式显示器的屏幕内部有序传播，所以不便于实现用不发光的触摸件进行操作。
不同之二，背投式显示器的屏幕一般较大，为保证光点处射出的光信号能被顺利接收，需要进一步设计。
现有的大屏幕背投式显示器的屏幕一般由多个小屏幕拼接构成。参照图
13，大屏幕背投式显示器的屏幕(触摸板501)由4个小屏幕13a、 13b、 13c、13d拼接构成。视小屏幕13a、 13b、 13c、 13d为子触摸板，每个子触摸板均采用如图12所示的结构，将每个子触摸板再次划分为4个小的子触摸板，从而将触摸板501划分为16个子触摸板。
将光敏元件设置在大屏幕背投式显示器的屏幕(触摸板501)的背面，以免影响视觉效果。
具体实施例三、以液晶显示器屏幕或阴极显示管显示器(CRT)屏幕为触摸板-
参照图1至图9，以及图11和图12，光触摸屏以液晶显示器屏幕为触摸板501或以阴极显示管显示器(CRT)屏幕为触摸板501，与以防护板为触摸板501，结构及原理基本相同。
不同之处液晶显示器屏幕和阴极显示管显示器(CRT)屏幕相对于防护板的不同之处，在于液晶显示器屏幕和阴极显示管显示器(CRT)屏幕的前后两面之间的透光性不好，即光不易穿透液晶显示器屏幕和阴极显示管显示器
20(CRT)屏幕。光敏元件502、光敏元件503适宜设置在触摸板501的侧面，或前面。
使本实施例实现用不发光的触摸件进行操作时，不宜使用如图IO所示的结构，适宜使用如图11所示的结构。
具体实施例四、以LED显示器的屏幕为触摸板
参照图1至图9，以及图12，光触摸屏以LED显示器的屏幕为触摸板501与以防护板为触摸板501，结构及原理基本相同。
不同之一，LED显示器的屏幕相对于防护板的不同之处，在于LED显示器的屏幕的前后两面之间的透光性不好，即光不易穿透LED显示器的屏幕。光敏元件502、光敏元件503适宜设置在触摸板501的前面。
参照图14，多数LED显示器的屏幕由大量的单个LED 141组成，光敏元件502、光敏元件503还可以设置在大量的单个LED 141之间，即光敏原件嵌入在触摸板内。由于光敏元件502、光敏元件503体积较小，且透明不会影响视觉效果。光敏元件502、光敏元件503设置在大量的单个LED 141之间，便于增加光敏元件502、光敏元件503数量，进而增加光触摸屏的精确度。为了便于接收光信号，光敏元件502、光敏元件503的感光面的高度应高于单个LED 141高度。
对于其他前方透明的触摸板，也可以采用光敏元件嵌入在触摸板内部的结构，如大屏幕的液晶显示器屏幕，光敏元件502、光敏元件503也可以嵌入在作为触摸板的大屏幕的液晶显示器屏幕内。由于光敏元件502、光敏元件503体积较小，且透明不会影响视觉效果。这样的结构更加紧凑、稳定。
不同之二，光线不能在LED显示器的屏幕内部有序传播，所以不便于实现用不发光的触摸件进行操作。
具体实施例五、以投影仪屏幕为触摸板
参照图1至图9，以及图12，光触摸屏以投影仪屏幕为触摸板501与以防护板为触摸板501，结构及原理基本相同。
不同之处，投影仪屏幕不是透明介质，光线不能在背投式显示器的屏幕内部有序传播，所以不便于实现用不发光的触摸件进行操作。光敏元件502、光敏元件503适宜设置在投影仪屏幕前方或后方。具体实施例六、装有光触摸屏的桌子
以光触摸屏的技术为基础可以制造一种装有光触摸屏的桌子。装有光触摸屏的桌子包括桌子，桌子的桌面上装有一显示器，所述显示器上装有光触摸屏。使用时可以搭配接触式触摸笔使用。光触摸屏对接触式触摸笔的笔尖响应，对人体或者其他物体可以不响应，因此允许使用者趴在上面书写或者进行其他操作。使操作更加舒适和自然。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述使用方法的限制，上述使用方法和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.光触摸屏，其特征在于，包括触摸板、信号处理系统，还包括光敏元件组，所述光敏元件组包括复数个光敏元件，复数个光敏元件连接信号处理系统，光敏元件组中的光敏元件与触摸板通过光线连接；使用光触摸屏时，在触摸板上呈现一相关的光点，光敏元件受到来自所述光点的光线的照射，反映为相关的电信号，所述电信号的强度与光敏元件到所述光点的距离有关；光敏元件产生的电信号传送到信号处理系统，信号处理系统通过分析复数个光敏元件产生的复数个电信号的包括强度在内的信息，获得所述光点在触摸板上的位置信息。
2. 根据权利要求1所述的光触摸屏，其特征在于信号处理系统包括一 与所述光点闪烁频率对应的选频模块。
3. 根据权利要求2所述的光触摸屏，其特征在于光敏元件组上设有用 于遮挡非相关方向射来的光线的遮光结构。
4. 根据权利要求l、 2或3所述的光触摸屏，其特征在于光触摸屏还包 括一光源，所述光源产生的光线较均匀的照射在外表面有透明介质的触摸板 上，并向触摸板外侧透射。
5. 根据权利要求4所述的光触摸屏，其特征在于所述光源，包括复数 条条状光源，与各条状光源对应得设有光敏元件；复数条条状光源交替点亮， 一条条状光源点亮时，与之对应的光敏元件输出的电信号被信号处理系统接 收并处理。
6. 根据权利要求l、 2或3所述的光触摸屏，其特征在于所述光触摸屏 包括一排光敏元件，所述一排光敏元件依据其位置关系，将触摸板划分为复 数个坐标区域；信号处理系统记录所述光点自一个原坐标区域一侧移动到另一侧引起的光线强度差值设为e;光点移至相邻坐标区域时，将相邻坐标区 域光线强度变化情况与p进行比较，并根据相邻坐标区域宽度与原坐标区域 宽度关系，确定光点在相邻坐标区域上的位置。
7. 接触式触摸笔，其特征在于，包括开关和发光元件，开关控制发光元件的发光情况；开关与接触式触摸笔的触摸端连接，触摸端在触摸触摸板时 触发开关，光敏元件发光，在触摸板上形成光点。
8. 装有光触摸屏的桌子，包括桌子，其特征在于，所述桌子的桌面上装 有一显示器，所述显示器上装有光触摸屏。
9. 远程触摸笔包括激光器、电源，其特征在于，还具有信号发生模块， 电源连接信号发生模块，信号发生模块连接激光器，信号发生模块产生振荡 的电信号，并驱动激光器发出与电信号相对应的闪烁的激光信号。
10. 根据权利要求9所述的远程触摸笔，其特征在于信号发生模块含有 多组解锁信息，远程触摸笔发送多组解锁信息到光触摸屏，其中一组解锁信 息符合光触摸屏的解锁要求即可完成解锁。
全文摘要
光触摸屏和触摸笔以及装有光触摸屏的桌子涉及触摸屏领域。包括触摸板、信号处理系统，还包括光敏元件组，光敏元件组包括复数个光敏元件，复数个光敏元件连接信号处理系统，光敏元件组中的光敏元件与触摸板通过光线连接；在触摸板上呈现一相关的光点，光敏元件受到来自光点的光线的照射，反映为相关的电信号，电信号的强度与光敏元件到光点的距离有关；光敏元件产生的电信号传送到信号处理系统，信号处理系统通过分析复数个光敏元件产生的复数个电信号的包括强度在内的信息，获得所述光点在触摸板上的位置信息。抗干扰能力强、不怕油污，适用于工厂车间、矿区等油污较重的场合。可以轻易的实现远程触摸模式与接触式触摸模式间的转换。
文档编号G06F3/042GK101661352SQ20091016626
公开日2010年3月3日 申请日期2009年8月20日 优先权日2008年8月22日
发明者台小丽, 孙丽伟, 孙倩倩, 李兴文, 李兴武, 红 汪, 牛余峰, 邢明阳 申请人:李兴文