专利名称：基于光的触摸屏幕的制作方法
技术领域：
本发明的领域为用于计算机的触摸屏幕。
背景技术：
传统的触摸屏幕是基于电容或电阻的。这些触摸屏幕向用户提供界面，通过这些界面，用户通过利用触笔或利用其手指在选定位置触摸屏幕而将输入信息输入到计算装置中。传统的触摸屏幕通常较大。当空间非常宝贵时，例如对于小型手持电子装置，传统的触摸屏幕仅仅限于用户输入少许信息。而且，当用户不使用触笔时，这些输入信息很难被精确地解析。传统的触摸屏幕还受限于它们能够识别的用户输入的类型。例如，传统的触摸屏幕不能区分轻敲击和重按压。传统的触摸屏幕不能识别在同一屏幕位置快速重复的敲击。 传统的触摸屏幕不能识别连续跨越触摸屏幕的手指或触笔形成的姿势。因而，生产对于大屏幕和小屏幕来说都能够识别单次轻敲击、重复轻敲击、按压和姿势的触摸屏幕将会是有利的。
发明内容
本发明的各个方面涉及触摸屏幕，该触摸屏幕通过测量由红外发光二极管(LED) 发出的光强度来操作。与基于电阻或电容的现有技术触摸屏幕不同，本发明的各个实施方式利用光束。LED和光电二极管(PD)接收器围绕触摸屏幕的周边分布。所述LED由微处理器控制以选择性地发光，所述PD接收器由所述微处理器控制以选择性地测量光强度。由所述 LED发出的光通过透镜组件投射在所述触摸屏幕之上。穿入投射光中的物体阻碍一些光到达所述PD接收器。由所述PD接收器测量到的光强度的相应下降使得能够确定所述物体的位置。根据本发明的实施方式，所述透镜组件将光投射到位于所述触摸屏幕之上的多个高度的平行平面上。转而，由所述PD接收器测量到的光强度使得能够检测到触摸所述屏幕的物体以及在所述屏幕上方几乎触摸所述屏幕的物体。通过随着时间测量光强度，还能够确定几乎触摸所述屏幕的物体随着时间的运动。而且，确定随着时间的运动使得能够推导出物体的速度向量。本发明的触摸屏幕能够识别和区分通过用户手指进行的静止用户输入和基于运动的用户输入，其中包括在屏幕上的单次轻敲击、在屏幕上的多次轻敲击、在屏幕上的重按压、在屏幕上的多次重按压、方向姿势(例如在屏幕上向右的运动挥击)以及图形姿势(例如在以“S”或星号“*”形状在屏幕之上滑动手指)。本发明的触摸屏幕还能够识别同时地触摸屏幕的多于一个的物体的位置和运动。本发明的触摸屏幕既可以用作输入装置又可以用作输出显示装置。在本发明的一些实施方式中，由物体在触摸屏幕上形成的运动路径被转换成鼠标的相应运动并同样地输入到计算机。基于用户触摸的输入信息可以被记录在日志中并由数据处理器进行后处理。这种触摸屏幕的一个应用是基于触摸的临街窗户，其中来自过往行人的基于触摸的输入信息被记录在日志中并被分析以得出关于对临街陈列橱窗展示感兴趣的消费者的信息。在本发明的一些实施方式中，LED沿着所述触摸屏幕的两个相邻边缘布置，PD接收器沿着另两个相邻边缘布置。在本发明的其他实施方式中，在所述触摸屏幕的角部处布置四个LED，并且沿着所述边缘布置PD接收器。在本发明的一些实施方式中，所述LED作为矩阵连接至选择行的LED行驱动器和选择列的LED列驱动器。这样，指定的LED通过适当地设置其相应的行和列驱动器而被启动。这种连接显著地降低了所需的IO连接器的数量，由此降低了用于触摸屏幕的材料成本。类似地，所述PD接收器可以作为矩阵连接至PD行选择器和PD列选择器。因而，本发明提供了既适合于小型电子装置又适合于大型电子装置的触摸屏幕。 使用本发明的触摸屏幕的装置(诸如移动电话)不需要键盘，因为触摸屏幕本身可以用作键盘。因而，根据本发明的一个实施方式提供了一种基于光的触摸屏幕，该触摸屏幕包括用于显示屏幕的壳体；多个红外发光二极管即LED，所述多个红外发光二极管紧固在所述壳体上，用于产生光束；至少一个LED选择器，所述至少一个LED选择器紧固在所述壳体上并与所述多个LED相连，用于可控地选择和取消所述多个LED中的一个或多个；多个光电二极管接收器，即PD接收器，所述多个光电二极管接收器紧固在所述壳体上，用于测量光强度；至少一个PD选择器，所述至少一个PD选择器紧固在所述壳体上并与所述多个PD接收器相连，用于可控地选择和取消所述多个PD接收器中的一个或多个；光学组件，所述光学组件紧固在所述壳体上，用于将由所述多个LED发出的光束投射到所述壳体之上的基本平行的平面中；以及控制器，该控制器紧固在所述壳体上并与所述多个PD接收器相联，(i) 用于控制所述至少一个LED选择器；(ii)用于控制所述至少一个PD选择器；和(iii)用于基于所述多个PD接收器的输出电流而由此确定穿过所述基本平行的平面中的至少一个平面的物体的位置和速度。另外，根据本发明的一个实施方式提供了一种用于基于光的触摸屏幕的方法，该方法包括控制多个发光二极管即LED，以选择和取消所述LED中的至少一个，由此选定的 LED发出红外光束；控制多个光电二极管接收器即PD接收器，以选择和取消所述PD接收器中的至少一个，由此选定的PD接收器测量接收到的光强度；以及基于所述多个PD接收器的输出电流确定阻碍来自所述PD接收器中的至少一个的光的物体的位置和速度。根据本发明的一个实施方式，还提供了一种触摸屏幕，该触摸屏幕包括用于显示屏幕的壳体；多个传感器，所述多个传感器紧固在所述壳体上，用于感测触摸所述显示屏幕的物体的位置；以及控制器，该控制器紧固在所述壳体上并与所述多个传感器相联，用于作为输入接收由所述多个传感器感测的位置，并用于由此确定同时地触摸所述显示屏幕的两个或更多个物体的位置。
从如下结合附图的详细描述将更完全地理解和评价本发明，在附图中图1是根据本发明的一个实施方式的具有16个LED和16个PD的触摸屏幕的图；图2A至图2C是根据本发明的一个实施方式的检测同时地触摸屏幕的两个物体的触摸屏幕的图；图3A和图:3B是根据本发明的一个实施方式的检测两个手指滑移运动的触摸屏幕的图；图4A至图4C是根据本发明的一个实施方式的检测被同时地触摸的显示的钢琴键盘的多个键的用于钢琴键盘模拟器的触摸屏幕的图；图5是根据本发明的一个实施方式的来自图1的触摸屏幕的电路图；图6A是根据本发明的一个实施方式的用于触摸屏幕的电子器件的简化框图；图6B是根据本发明的一个实施方式的用于触摸屏幕的替换电子器件的简化框图；图7是根据本发明的一个实施方式的供图6A和图6B的触摸屏幕使用的示例性中央处理单元的简化电路图；图8是根据本发明的一个实施方式的用于由16个LED组成的阵列的移位寄存器的图；图9是根据本发明的一个实施方式的用于启动LED的波形的图示；图10是根据本发明的一个实施方式的触摸屏幕的图，其中四个LED放置在屏幕的四个角部处，多个PD沿着屏幕的四个边布置；图11是根据本发明的一个实施方式的用于触摸屏幕的LED驱动器矩阵的图；图12是根据本发明的一个实施方式的LED开关的图；图13A是根据本发明的一个实施方式的用于限制和弓丨导流到LED的电流的限流器的图；图1 是根据本发明的一个实施方式的用于限制和引导流到LED的电流的另选限流器的图；图14是根据本发明的一个实施方式的用于由16个PD组成的阵列的移位寄存器的图；图15是根据本发明的一个实施方式的用于启动选定的PD的波形的图示；图16是根据本发明的一个实施方式的用于触摸屏幕的光电二极管矩阵的图；图17是根据本发明的一个实施方式的用于在触摸屏幕中使用的PD输出选择器的图；图18A是根据本发明的一个实施方式的与触摸屏幕中的PD接收器一起使用的基于电阻器的电流积分器的图；图18B是根据本发明的一个实施方式的与触摸屏幕中的PD接收器一起使用的基于晶体管的电流积分器的图；图19是根据本发明的一个实施方式的随着时间的电流积分的图；图20是根据本发明的一个实施方式的用于PD采样的方法的简化流程图；图21是根据本发明的一个实施方式的通过总计LED接通时的脉冲并减去LED关闭时的脉冲来测量环境光的图示；
图22是根据本发明的一个实施方式的用于PD的另选方法的简化流程图；图23A是根据本发明的一个实施方式的用于沿着触摸屏幕的一个边缘布置的PD 的信号滤波器和放大器的电路图；图2 是根据本发明的一个实施方式的利用OP放大器的另选信号滤波器和放大器电路的电路图；图M是用于LED和PD的现有技术的透镜组件的图；图25A是根据本发明的一个实施方式的供用于触摸屏幕的LED和PD使用的透镜组件的图；图25B是根据本发明的一个实施方式的用于分布两组光束的透镜组件的图；图26A和26B是根据本发明的一个实施方式的与图25A和图25B的各自的透镜组件对应的简化透镜组件的图；图27示出了根据本发明的一个实施方式的在触摸屏幕的表面之上的光强度的三维测量；图观是根据本发明的一个实施方式的具有三维感测功能的触摸屏幕的图示；图四是图示了根据本发明的一个实施方式的由PD接收器测量的与物体到触摸屏幕表面的接近程度对应的不同光强度的曲线图；图30A是根据本发明的一个实施方式的具有触摸屏幕的电话听筒的简化图示；图30B是根据本发明的一个实施方式的投射到触摸屏幕上方的空间中的点的图案的简化图示；图30C是根据本发明的一个实施方式的简化图示，示出了由投影仪投射在触摸屏幕上方的空间中并被物体反射的图案的密度如何依赖于物体距投影仪的距离；图30D和30E是根据本发明的一个实施方式的投射在触摸屏幕上方的空间中的数字图案的简化图示；图31是根据本发明的一个实施方式的用于处理作为输入到计算机的输入信息的手指运动的触摸屏幕的使用的图示；以及图32是根据本发明的一个实施方式的包括多款商品的触敏陈列橱窗的简化图
具体实施例方式本发明的各个方面涉及基于光的触摸屏幕。根据本发明的实施方式，基于光的触摸屏幕包括沿着围绕屏幕的周边布置的多个红外发光二极管(LED)和多个光电二极管 (PD)。LED与屏幕表面基本平行地投射光，该光由PD检测。放置在屏幕的一部分之上的诸如手指之类的物体阻挡一些光束，相应的一些PD检测到较弱的光强度。PD位置的排列以及它们检测到的光强度足以确定物体的屏幕坐标。LED和PD由控制器控制以选择性地接通和断开。通常，每个LED和PD具有I/O连接器，并且信号被传递以指定哪个LED和哪个PD被启动。在本发明的一个实施方式中，多个LED沿着矩形屏幕的两个相邻边布置，并且多个PD沿着另两个相邻边布置。在这方面，现在参照图1，该图1是根据本发明的一个实施方式的具有16个LED 130和16个PD 140的触摸屏幕100的图。LED 130发出横跨触摸屏幕的顶部的红外光束，该红外光束被与LED直接相对的对应的PD接收器检测到。当物体触摸到触摸屏幕100时，其阻挡光到达某些PD接收器140。通过根据PD接收器的输出鉴别哪些光束已经被物体阻挡，则可以确定物体的位置。现在参照图2A至图2C，图2A至图2C是根据本发明的一个实施方式的检测同时触摸屏幕的两个物体10和20的触摸屏幕的图。触摸屏幕的物体10和20阻挡光到达一些 PD接收器140。根据本发明的一个实施方式，物体10和20的位置根据物体阻挡的红外光束的交叉线来确定。不同的是，现有技术的基于电阻和基于电容的触摸屏幕不能检测同时触摸屏幕的多于一个的物体。当两个或更多个物体沿着公共水平或竖直轴线同时触摸屏幕100时，这些物体的位置通过被阻挡的PD接收器140来确定。图2A中的物体10和20沿着公共竖直轴线对齐并且基本上阻挡沿着触摸屏幕100的底边缘的相同PD接收器140，即标记为a、b、c和d的 PD接收器。沿着触摸屏幕的左边缘，两组不同的PD接收器140被阻挡。物体10阻挡标记为e和f的PD接收器，物体20阻挡标记为g和h的PD接收器。这两个物体因而被确定位于两个位置。物体10具有位于被阻挡到达PD接收器a-d和PD接收器e和f的光束的交叉点处的屏幕坐标，而物体20具有位于被阻挡到达PD接收器a-d和PD接收器g和h的光束的交叉点处的屏幕坐标。图2B和图2C中所示的物体10和20没有沿着公共水平或竖直轴线对齐，它们具有不同的水平位置和不同的竖直位置。根据被阻挡的PD接收器a_h，可以确定物体10和 20彼此对角地相对。它们或者如图2B所示分别位于触摸屏幕100的右上和左下，或者如图 2C所示分别位于触摸屏幕100的右下和左上。图2B和图2C之间的辨别通过如下方式解决(i)将同一含义与这两个触摸图案相关联；或(ii)将含义与这两个触摸图案中的仅一个相关联。在⑴的情况下，UI布置其图标或以其他方式构造成使得图2B和图2C的两种触摸屏幕的作用都相同。例如，触摸触摸屏幕100的任何两个对角相对的角部的操作都解锁屏幕。在(ii)的情况下，UI布置其图标或以其他方式构造成使得图2B和图2C的触摸图案中仅有一个具有与其相关联的含义。 例如，触摸触摸屏幕100的右上角和左下角的操作解锁屏幕，而触摸触摸屏幕100的右下角和左上角的操作没有与其相关联的含义。在这种情况下，UI辨别出图2B是正确的触摸图案。现在参照图3A和图;3B，图3A和图是根据本发明的一个实施方式的检测两个手指滑移运动的触摸屏幕的图。图3A和图;3B中所示的滑移运动是使物体10和20 —起接近的对角滑移。滑移的方向根据被阻挡的PD接收器的变化来确定。如图3A和;3B所示，被阻挡的PD接收器从a和b变化到更靠右的PD接收器140，并且从c和d变化到更靠左的PD 接收器140。类似地，被阻挡的PD接收器从e和f变化到更靠下的PD接收器140，并且从 g和h变化到高靠上的PD接收器。对于沿着相反方向的滑移，该滑移使物体10和20移动离开得更远，被阻挡的PD接收器沿着相反方向变化。当物体10和20在公共的竖直或水平轴线上对齐时，在识别滑移图案时没有不确定性。当物体10和20没有在公共的竖直或水平轴线上对齐时，如图3A和;3B所示，在识别滑移图案时可能会有不确定性。在这种不确定性的情况下，如以上参照图2B和图2C所描述的，在图3A和图;3B之间的辨别通过如下方式解决(i)将同一含义与这两个滑移运动相关联，或(ii)将含义与这两个滑移图案中的仅一个相关联。本领域技术人员应意识到，本发明还识别同时触摸触摸屏幕100的三个或更多个物体。现在参照图4A至图4C，图4A至图4C是根据本发明的一个实施方式的检测被同时地触摸的显示的钢琴键盘的多个键的用于钢琴键盘模拟器的触摸屏幕的图。图4A至图4C中的触摸屏幕具有与图1至图3的触摸屏幕不同的布局。钢琴键沿着水平轴线显示。这样， 沿着水平轴线的触摸位置对应于键盘的键。黑色键通过其横跨两个白色键的位置来识别。图4A中所示的手正在弹奏三个白色键，相应地，表示为a_f的PD接收器被阻挡。 图4B中所示的手正在弹奏两个白色键和一个黑色键，相应地，不同的多个PD接收器，也表示为a-f，被阻挡。图4C中所示的手正在利用三个手指弹奏四个白色键。在图4C中，与图 4B中相同的PD接收器a-f被阻挡。在这种情况下，沿着触摸屏幕100的右边缘的PD接收器在图4B和图4C之间辨别，即在图4B中PD接收器g、h和i被阻挡，其中在图4C中PD接收器g和h被阻挡。图4B中的被阻挡的PD接收器i表示与黑色钢琴键对应的深度。现在参照图5，图5是根据本发明的一个实施方式的图1的触摸屏幕100的电路图。LED 130和PD 140由图6A中所示的控制器控制。LED从LED开关A接收各自的信号LED00-LED15，并通过限流器B从VROW和VCOL接收电流。参照图12描述LED开关A的操作。参照图IlA和图IlB描述限流器B的操作。PD从移位寄存器120接收各自的信号 PD01-PD15。PD输出经由信号PDROW和PDCOL发送至控制器150。根据本发明的一个实施方式，LED通过第一串行接口来控制，该第一串行接口向移位寄存器110传输二进制串。该二进制串的每个比特对应于其中一个LED，并表示是否接通或断开相应的LED，其中比特值“1”表示接通，比特值“0”表示断开。通过使比特串在移位寄存器110中移位来启动和断开连续的LED。移位寄存器110的操作参照图8描述。类似地，PD通过第二串行接口来控制，该第二串行接口向移位寄存器120传输二进制串。通过使比特串在移位寄存器120中移位而接通和断开连续的PD接收器。移位寄存器120的操作参照图14描述。根据本发明的另一个实施方式，如图11所示，LED在逻辑上被布置成矩阵，利用信号控制LED阵列中的每行和每列。每个LED矩阵信号连接至控制器的单独管脚。类似地， 如图16所示，PD可以在逻辑上布置成矩阵，利用信号控制PD矩阵中的每行和每列。如下描述解决(1)电子器件；(2)光学器件；以及(3)触摸屏幕100的应用。1.触摸屏幕100的电子器件现在参照图6A，图6A是根据本发明的一个实施方式的用于触摸屏幕100的电子器件的简化框图。如图6A所示，触摸屏幕100包括发出红外线脉冲的发光二极管130和检测光强度的光电二极管140。LED 130由控制器150通过LED选择器160和LED开关A以受控方式启动。电流由图5和图6A中所示的限流器B供应至LED 130。每个LED需要大约2 安培的电流，但是每个LED选择器160仅供给若干毫安培的电流。这样，每个LED选择器启动将供给足够电流的LED开关A。开关A的操作参照图12来描述。限流器B的操作参照图 13A和图13B来描述。控制器150还通过PD选择器170以受控方式选择性地过滤PD 140。PD 140由PD 选择器170选择性启动，PD选择器170启动其中一个PD。来自启动的PD的信号通过电流积分器180向回传输至控制器150，控制器150然后确定是否有一个或多个物体放置在触摸屏幕100上，并且如果放置有一个或多个物体，则确定物体的位置。根据本发明的一个实施方式，来自启动的PD的信号被传输至信号滤波器和放大器175。信号滤波器和放大器175 的输出向回传输至控制器150，控制器150然后确定是否有一个或多个物体放置在触摸屏幕100上，并且如果放置有一个或多个物体，则确定物体的位置。信号滤波器和放大器175 的操作参照图23A和图2 来描述。限流器180的操作参照图18A和图18B来描述。现在参照图6B，图6B是根据本发明的一个实施方式的用于触摸屏幕100的替换电子器件的简化框图。图6B的图包括用于从若干PD输出信号中选择一个信号的可选的多路复用器171。在没有多路复用器171时，无效的PD信号会影响进入控制器150以及可选的滤波器和放大器175的信号。多路复用器171消除了这些影响。多路复用器171的操作参照图17来描述。i.控制器 150如本文使用的，“控制器”尤其包括可编程处理器、RISC处理器、专用硬件、现场可编程门阵列(FPGA)和专用电路(ASIC)。尽管图6A和图6B示出了电流积分器180、信号滤波器和放大器175、PD选择器170、LED选择器160和其他功能模块位于控制器150外部，这种实现方案是出于清楚和说明之目的。然而，本领域技术人员应意识到，在本发明的其他实现方案中，这些模块中的一些模块或所有模块或这些模块的一部分可以集成在控制器150 内。参照图7，图7是根据本发明的一个实施方式的供触摸屏幕100使用的示例性控制器150的简化电路图。图7中所示的该示例性控制器包括64个I/O管脚，其中一些管脚连接至LED选择器160和PD选择器170，一些管脚接收触摸信号。图7中所示的控制器150可以是由得克萨斯州的达拉斯的德州仪器公司制造的 MSP微控制器。ii. LED选择器160和移位寄存器110现在参照图8，图8是根据本发明的一个实施方式的用于由16个LED130组成的阵列的移位寄存器Iio的图。移位寄存器110经由图7这所示的LED_CTRL信号连接至控制器150。集成电路ICl通过表示为LED_D00至LED_D07的对应推拉驱动器驱动8个LED开关A。集成电路IC2通过表示为LED_D08至LED_D15的对应推拉驱动器驱动另外8个LED 开关A。根据图8中所示的实施方式，移位寄存器110在ICl和IC2中实现，其中移位寄存器Iio的低8位存储在ICl中，高8位存储在IC2中。比特通过图8中所示的线路从ICl 移位到IC2，并在Q7S退出IC1，在DS进入IC2。参照LED_CTRL信号，iL_SCLR_N为低时，所有LED 130都被断开。根据本发明的一个实施方式，L_SCLR_N使移位寄存器110复位，即，使电路ICl和IC2复位。现在参照图9，图9示出了根据本发明的一个实施方式的用于启动LED的波形。图 9 示出了利用来自图 7 的 LED_CTRL 信号 L_SI、L_SCK、L_RCK、L_SCLR_N 和 L_E0_N。如图9所示，在时间tl，低L_SCLR_N信号通过使移位寄存器110复位而断开所有 LED。在时间tl，比特值1通过信号1^_51输入到移位寄存器110中。之后，在1^_50(的每个循环，移位寄存器110中的数据向寄存器内进一步移位一个位置，并且新的L_SI比特输入到移位寄存器110的第一位中。在六个L_SCK循环之后，对应于时间t3，比特值1到达比特位置6，对应于LED06。高L_RCK信号利用移位寄存器110中的数据启动LED驱动器， 将推拉驱动器LED_D06驱动为高，由此启动相应的一个开关A并开启LED06。随后的L_SCK 循环，对应于时间t4，使比特值1进一步前进一个比特位置。随后的高1^_1 0(信号通过使比特值1置于位置7并且使比特值0置于位置6而再次启动LED驱动器，由此通过各自的开关A接通LED07并断开LED06。与图1中所示的实施方式不同的是，根据本发明的另一个实施方式，如图10所示， 四个LED 130放置在触摸屏幕的四个角部中，多个PD 140沿着屏幕的四个边布置。当LED 130亮时，其基本平行于屏幕平面的光弧。PD 140根据LED 130和PD 140的位置检测该光的相应部分。四个LED足以基于由PD 140检测到的光强度确定放置在屏幕的一部分上的物体(诸如手指)的屏幕坐标。在本发明的又一个实施方式中，LED利用矩阵拓扑技术相互连接，并且每个I/O连接器向LED的整行或整列传输信号。这种拓扑技术提供的优点在于减少了所需的I/O连接器的总数量，由此降低了电子器件的成本。在这方面，现在参照图11，图11是根据本发明的一个实施方式的用于触摸屏幕的LED驱动器矩阵200的图。图11示出了如何通过仅仅使用4个VROW信号和4个VCOL信号控制16个LED。每个VROW信号通过开关210控制四个线路中的相应一个线路，每个VCOL信号通过开关200控制四个线路中的相应一个线路。 开关210和220连接至控制器150中的相应管脚。开关210和220类似于图12中所示的 LED开关A。矩阵200包括16个LED和8个IO连接器。更一般地说，矩阵400可以包括mn个 LED的MXN阵列和m+n个IO连接器。不同的是，现有技术的LED每个都需要两个IO连接器。这样，本领域技术人员应意识到，矩阵200将所需要的IO连接器的数量从2mn减少到 m+n。这又降低了触摸屏幕100的成本，因为IO连接器是材料单中的非常重要的部件。如图11所示，每个LED通过选择行和列的IO连接器来访问。使用四个推拉驱动器来选择行，并且使用四个推拉驱动器来选择列。通过将用于指定LED的行的适当的推拉驱动器驱动到高，并且将用于指定LED的列的适当的推拉驱动器驱动到低来驱动该指定LED。 图11示出了左数第二个推拉驱动器被驱动为低，上数第二个推拉驱动器被驱动为高。相应地，图11中的圆圈中的LED被启动。本领域技术人员应意识到，LED的行坐标和列坐标与LED和推拉驱动器的实际布置并不相关。这样，LED并不需要在物理上也以矩形矩阵形式定位。在本发明的另一个实施方式中，使用电流源驱动器代替推拉驱动器。在本发明的又一个实施方式中，使用灌电流驱动器代替推拉驱动器。在本发明的又一个实施方式中，一些推拉驱动器与电流源驱动器相组合，另一些推拉驱动器与灌电流驱动器相组合。iii.LED 电流开关 A现在参照图12，图12是根据本发明的一个实施方式的LED开关A的图。LED开关 A是控制LED 130的推拉驱动器。这些推拉驱动器控制LED电路LED00-LED15中的每个的功率晶体管的栅极。在其中LED驱动器供给足够电流来操作LED 130的系统中，可以移除开关A，并且LED 130可以由LED选择器160直接控制。iv. LED 限流器 B现在参照图13A，图13A是根据本发明的一个实施方式的用于限制和引导通过VROW和VCOL流到LED的电流的限流器B的图。如图13A所示，晶体管300通过表示为R0W_ EN_N的信号控制经由VROW流出到沿着触摸屏幕100的顶部的行LED 0-7(图5)的电流。 类似地，第二晶体管(未示出)通过表示为C0L_EN_N的信号控制经由VCOL流出到沿着触摸屏幕100的右侧的列LED 8-15的电流。当R0W_EN_N为低时，移位寄存器110中的相应位被设置的行LED中的任何LED都发出光脉冲。类似地，当C0L_EN_N为低时，移位寄存器 110中的相应位被设置的列LED中的任何LED都发出光脉冲。晶体管300可以是低饱和电压型晶体管，诸如由荷兰NXP半导体公司制造的晶体管。由电阻器Rl、R2和R3确定由晶体管300控制并通过VROW发出的电流的大小。具体地说，忽略基极电流，电流极限VROW由下式给出
权利要求
1.一种基于光的触摸屏幕，该触摸屏幕包括用于显示屏幕的壳体；紧固在所述壳体上的多个红外发光二极管即LED，所述LED用于产生光束；至少一个LED选择器，所述至少一个LED选择器紧固在所述壳体上并与所述多个LED 相连，用于以可控方式选择和取消所述多个LED中的一个或更多个；紧固在所述壳体上的多个光电二极管接收器即PD接收器，用于测量光强度；至少一个PD选择器，所述至少一个PD选择器紧固在所述壳体上并与所述多个PD接收器相连，用于以可控方式选择和取消所述多个PD接收器中的一个或更多个；紧固在所述壳体上的光学组件，所述光学组件用于将所述多个LED发射的光束投射到所述壳体之上的基本平行的平面上；以及紧固在所述壳体上并与所述多个PD接收器相联的控制器，所述控制器(i)用于控制所述至少一个LED选择器；(ii)用于控制所述至少一个PD选择器；以及(iii)用于基于所述多个PD接收器的输出电流而由此确定横跨所述基本平行的平面中的至少一个平面的物体的位置和速度。
2.根据权利要求1所述的触摸屏幕，其中所述多个LED沿着所述壳体的两个相邻边缘紧固，并且其中所述PD接收器沿着所述壳体的另两个相邻边缘紧固。
3.根据权利要求1所述的触摸屏幕，其中所述多个LED紧固在所述壳体的四个角部处。
4.根据权利要求1所述的触摸屏幕，其中所述至少一个LED选择器包括连接至呈矩阵拓扑形式的所述多个LED的至少一个LED行选择器和至少一个LED列选择器，由此每个LED 具有相关的行和列并且通过相应的LED行选择器和LED列选择器的组合而被选择。
5.根据权利要求1所述的触摸屏幕，其中所述至少一个PD选择器包括连接至呈矩阵拓扑形式的所述多个PD的至少一个PD行选择器和PD列选择器，由此每个PD具有相关的行和列并且通过相应的PD行选择器和PD列选择器的组合而被选择。
6.根据权利要求1所述的触摸屏幕，其中所述至少一个LED选择器生成用于移位寄存器的比特串，其中所述比特串的每个比特确定是否选择或取消相应的LED。
7.根据权利要求1所述的触摸屏幕，其中所述至少一个PD选择器生成用于移位寄存器的比特串，其中所述比特串的每个比特确定是否选择或取消相应的PD接收器。
8.根据权利要求1所述的触摸屏幕，该触摸屏幕还包括与所述多个PD接收器和所述控制器相联的多路复用器，所述多路复用器用于根据从所述控制器接收到的控制信号从由PD 输出信号组成的组中选择一个PD输出信号。
9.根据权利要求1所述的触摸屏幕，该触摸屏幕还包括基于电阻的电流积分器，所述电流积分器用于对从所述多个PD接收器输入到所述控制器中的输出电流进行偏压和采样。
10.根据权利要求1所述的触摸屏幕，该触摸屏幕还包括基于晶体管的电流积分器，所述电流积分器用于对从所述多个PD接收器输入到所述控制器中的输出电流进行偏压和采样。
11.根据权利要求1所述的触摸屏幕，该触摸屏幕还包括基于晶体管的滤波器和放大器，所述基于晶体管的滤波器和放大器用于感测和放大从所述多个PD接收器输入到所述控制器中的输出电流。
12.根据权利要求1所述的触摸屏幕，该触摸屏幕还包括基于运算放大器的滤波器和放大器，所述基于运算放大器的滤波器和放大器用于将PD接收器输出电流转换成电压并用于放大该电压。
13.一种用于基于光的触摸屏幕的方法，所述方法包括控制多个发光二极管即LED，以选择和取消所述LED中的至少一个LED，由此选定的LED 发出红外光束；控制多个光电二极管接收器即PD接收器，以选择和取消所述PD接收器中的至少一个 PD接收器，由此选定的PD接收器测量接收到的光强度；以及基于所述多个PD接收器的输出电流确定阻挡来自所述PD接收器的至少一个PD接收器的光的物体的位置和速度。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述控制多个LED包括生成比特串，其中所述比特串的每个比特确定是否选择或取消相应的LED。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述控制多个PD接收器包括生成比特串，所述比特串的每个比特确定是否选择或取消相应的PD接收器。
16.根据权利要求13所述的方法，该方法还包括在所述确定之前对所述多个PD接收器的输出电流施加线性放大。
17.根据权利要求13所述的方法，该方法还包括通过相加LED接通时的多个PD输出信号并从其减去LED断开时的多个PD输出信号来对环境光进行补偿。
18.根据权利要求13所述的方法，该方法还包括在所述确定之前对所述多个PD接收器的输出电流进行采样，所述采用包括断开晶体管以开始时在电容器内进行电流积分；在所述断开晶体管之后在预先指定时间量接通采样和保持电路；在所述接通采用和保持电路之后在预先指定时间量处端壁所述所述采样和保持电路；测量所述电容器中的电荷；以及接通所述晶体管以使所述电容器放电。
19.根据权利要求18所述的方法，该方法还包括在所述接通晶体管之前将所述采样和保持电路的模拟输出转换成数字输出。
20.一种触摸屏幕，该触摸屏幕包括用于显示屏幕的壳体；紧固在所述壳体上的多个传感器，所述多个传感器用于感测触摸所述显示屏幕的物体的位置；紧固在所述壳体上并与所述多个传感器联接的控制器，所述控制器用于接收作为输入的由所述多个传感器感测的位置，并用于由此确定同时触摸所述显示屏幕的两个或更多个物体的位置。
全文摘要
一种基于光的触摸屏幕，该触摸屏幕包括多个红外发光二极管即LED，所述LED用于产生光束；至少一个LED选择器，所述至少一个LED选择器并与所述多个LED相连，用于以可控方式选择和取消所述多个LED中的一个或更多个；多个光电二极管接收器即PD接收器，用于测量光强度；至少一个PD选择器，所述至少一个PD选择器与所述多个PD接收器相连，用于以可控方式选择和取消所述多个PD接收器中的一个或多个；光学组件，所述光学组件用于投射所述多个LED发射的光束；以及与所述多个PD接收器相联的控制器，所述控制器(i)用于控制所述至少一个LED选择器；(ii)用于控制所述至少一个PD选择器；以及(iii)用于基于所述多个PD接收器的输出电流而由此确定物体的位置和速度。
文档编号G06F3/042GK102317893SQ201080006890
公开日2012年1月11日 申请日期2010年2月8日 优先权日2009年2月15日
发明者托马斯·埃里克松, 约瑟夫·沙因, 芒努斯·格尔茨 申请人:内奥诺德公司