触摸屏及配套的触摸笔的制作方法
【专利摘要】本发明涉及触摸屏领域，具体涉及一种光触摸屏。光触摸屏，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。光触摸屏光源，包括一光源，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。接触式触摸笔，包括开关和发光元件，开关控制发光元件的发光情况。远程触摸笔包括激光器、电源，还包括一便于手持的外壳，所述激光器、电源设置在外壳内，所述激光器与所述电源间设有开关，所述开关设置在所述外壳上。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。
【专利说明】触摸屏及配套的触摸笔
【技术领域】
[0001]本发明涉及触摸屏领域，具体涉及一种光触摸屏。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]现有红外触摸屏，包括对射式红外触摸屏和背面设有光学接收元件的红外触摸屏。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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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兀到7000兀。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。
[0007]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。现有的触摸屏仍然存在抗干扰能力差、分辨率低、不便于远程控制等缺点。
【发明内容】
[0008]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。
[0009]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。远程触摸笔，配合光触摸屏实现远程触摸。
[0010]为实现上述目的本发明采用以下技术方案:
[0011]光触摸屏，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；
[0012]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。
[0013]在触摸板上呈现一相关的光点，光敏元件组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。
[0014]还可以，所述光触摸屏包括复数个光敏元件组，所述光敏元件组前方设有一汇聚透镜。通过汇聚透镜将光线汇聚到所述光敏元件组的感光面上。汇聚透镜可以将光点清晰的像呈现在感光面上，也可以只是将光点的经过汇聚的光照射在感光面上，不一定要成像。
[0015]采用了汇聚透镜后，所述光敏元件组上产生的电信号，与光点相对于所述光敏元件组的距离和角度有关。允许将光敏元件组的光敏元件集成在较小的空间内，可以降低制造难度，以及降低成本。另外引入了光敏元件组与光点间的角度关系，有助于确定光点的位置。
[0016]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光敏元件组产生的电信号信息，获得所述光点在触摸板上的位置信息。信号处理系统处理所述光敏元件组上产生的电信号，可以处理电信号中与距离有关的信息，也可以处理电信号中与角度有关的信息，还可以综合处理。
[0017]光敏元件组可以通过复数个独立的光敏元件有序组合而成，也可以将复数个光敏元件集成在一集成块上，还可以直接采用集成有大量光敏元件的图像传感器。
[0018]所述光点以一定频率闪烁时，光敏兀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。
[0019]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。
[0020]本发明中的信号处理系统，可以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。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。
[0021]本发明中的信号处理系统，还可以通过光点与光敏元件组间的角度关系获得所述光点的位置。本发明通过汇聚透镜将光线汇聚到所述光敏元件组的感光面上。角度关系通过汇聚透镜将所述光点的光信号汇聚在光敏元件组上的位置得到反映。对于平面的触摸板，两组具有汇聚透镜的光敏元件组可以确定光点的位置。一个光敏元件组确定出一个与角度有关的极坐标，两个光敏元件组确定出两个相互交错的与角度有关的极坐标。通过包括两个极坐标确定出的信息，确定光点的位置。
[0022]信号处理系统通过光点与光敏元件组间的角度关系获得所述光点的位置时，也可以对光敏元件组中光敏元件上的光信号强度的差值关系进行分析，以提高精度。
[0023]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。
[0024]触摸板为屏幕时光敏元件组中的光敏元件可以设置在屏幕周围。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，光光敏元件组中的光敏元件可以设置在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，因此光敏元件组中的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。
[0025]光敏元件组可以设置汇聚透镜，也可以不设置。在设置汇聚透镜的情况下，对应的选择，通过包括光点与光敏元件组间的角度关系在内的信息，获得所述光点位置的信号处理系统。在不设置汇聚透镜的情况下，对应的选择，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的信号处理系统。以下内容重点以光敏元件组不设置汇聚透镜的情况为重点进行讲述。
[0026]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。
[0027]本发明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。
[0028]一、接触式触摸的光触摸屏
[0029]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触摸屏光源，光触摸屏光源具有光源，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触摸屏光源，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。
[0030]( I)光触摸屏本身不具有光源:
[0031]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。
[0032]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。
[0033]接触式触摸笔，其特征在于，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，发光元件发光，在触摸板上形成光点。
[0034]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。[0035]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。
[0036]触摸板为屏幕时光敏元件组中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，光敏元件组中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，因此光敏元件组中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。
[0037]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。
[0038]( 2 )光触摸屏本身具有光触摸屏光源:
[0039]光触摸屏还包括一光触摸屏光源，所述具有光源。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。
[0040]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。
[0041]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。
[0042]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。
[0043]以防护板为触摸板:
[0044]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组成的光敏元件组，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侦牝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组成的光敏元件组，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。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。
[0045]两排光敏元件连接一，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的信号处理系统。上述的两个由一排光敏元件组成的光敏元件组，可以替换成设有汇聚透镜的光敏元件组，两个设有汇聚透镜的光敏元件组连接通过包括光点与光敏元件组间的角度关系在内的信息，获得所述光点位置的信号处理系统。两个设有汇聚透镜的光敏元件组，易于设置在防护板的角部，可以有效减少盲区。
[0046]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。
[0047]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。[0048]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:
[0049]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。
[0050]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。
[0051]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。
[0052]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，有可能影响到对光点位置的确定。
[0053]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。
[0054]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，与之对应的光敏元件组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组输出的电信号被信号处理系统接收并处理。这样每个光敏元件组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。
[0055]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。
[0056](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:
[0057]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。
[0058]二、远程触摸的光触摸屏
[0059]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。
[0060]远程触摸笔包括激光器、电源，还包括一便于手持的外壳，所述激光器、电源设置在外壳内，所述激光器与所述电源间设有开关，所述开关设置在所述外壳上。
[0061]进一步，远程触摸笔还包括一信号发生模块，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。
[0062]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。
[0063]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易的进行转化。
[0064]远程触摸的光敏元件组中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。
[0065]远程触摸笔和接触式触摸笔，都可以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。
[0066]由上述内容可知，本发明中所述的光触摸屏，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。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。远程触摸的光触摸屏与接触式触摸的光触摸屏之间可以轻易的进行转化，并且便于加密。允许存在多个光点，可以实现多重触摸功倉泛。
【专利附图】
【附图说明】
[0067]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；
[0068]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；
[0069]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；
[0070]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；
[0071]图5为具体实施例一中设有两排光敏兀件的触摸板结构图；
[0072]图6为滤光通道结构图；
[0073]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；
[0074]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坐标区域划分示意图；
[0075]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；
[0076]图10为光源设置在触摸板背面的结构示意图；[0077]图11为光源设置在触摸板侧面的结构示意图；
[0078]图12为触摸板面积较大时的光敏元件排布示意图；
[0079]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；
[0080]图14为触摸板是LED显示器的屏幕时光敏元件排布示意图；
[0081]图15采用前方装有汇聚透镜的光敏元件组的坐标区域划分示意图。
【具体实施方式】
[0082]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。
[0083]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。
[0084]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。
[0085]接触式触摸笔、远程触摸笔的具体结构如下所述。
[0086]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。电源102也可以直接通过开关103连接发光元件104。
[0087]发光兀件104米用发光二极管,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。
[0088]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。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。
[0089]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。光触摸屏可以对以该频率闪烁的光信号反应为点击鼠标右键功能。同理，也可以设置对应于鼠标左键的按键。
[0090]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。
[0091]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。
[0092]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。
[0093]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。
[0094]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。
[0095]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。
[0096]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。
[0097]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。
[0098]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。
[0099]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。
[0100]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。
[0101]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。
[0102]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。
[0103]具体实施例一、以屏幕前透光的防护板为触摸板:
[0104]以下内容重点以光敏元件组不设置汇聚透镜的情况为重点进行讲述。对于替换成设有汇聚透镜的光敏元件组的情况，前面已经有所讲述，不再过于详细讲解。[0105]光敏元件组设置在触摸板周围。触摸板周围，包括触摸板边上的前方、后方以及侧面。具体的，参照图5，触摸板501的上方设有一排横向排列的光敏元件组成的光敏元件组502,左方设有一排纵向排列的光敏元件组成的光敏元件组503。光敏元件组502、光敏元件组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501内部。
[0106]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。
[0107]本实施例中，所述光敏元件组502、光敏元件组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、光敏元件集成块，或者图像传感器。
[0108]在光敏元件组502、光敏元件组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。
[0109]较复杂的结构如，遮光结构采用滤光通道600，光敏元件组上罩上由透光性差的材料制成的滤光通道600，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。滤光通道600上设置有细长的透光口 601，光敏元件组502排布在距透光口 601有一定距离的位置。
[0110]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到达光敏元件组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。
[0111]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组成的光敏元件组502，确定光点的横坐标；利用装在触摸板左方的一排纵向排列的光敏元件组成的光敏元件组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。
[0112]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组502为例进行说明如下:
[0113]参照图7中的a,对横向排列的光敏兀件组502的光敏兀件顺序编号为,光敏兀件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。
[0114]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。
[0115]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。
[0116]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组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。
[0117]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。
[0118]参照图9，横向排列的光敏元件组502划分出的区域与纵向排列的光敏元件组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。
[0119]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。
[0120]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。
[0121]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11110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β，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Φ，Φ = β+Λ，设Λ可忽略不计。
[0122]设定一个横坐标轴上的倍增系数为η，一个坐标区域的横坐标长度为I。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β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I视为光点在横坐标上移动`I。由于Λ可忽略不计，通过上述方法可以将
ηη
坐标区域01111划分为η份，即将01111的横坐标上的分辨率增加η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Φ为参考。再假设纵坐标轴上的倍增系数也为η，则整个光触摸屏的分辨率将提高为原有的η2倍。
[0123]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β ;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β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。
[0124]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。
[0125]参照图15，对于图8和图9中所示的由成排的光敏元件组成的光敏元件组502和光敏元件组503，可以两个用前方装有汇聚透镜510、汇聚透镜520的光敏元件组502和光敏元件组503代替。信号处理系统,对应得采用通过光点与光敏元件组502和光敏元件组503间的角度关系获得光点的位置的信号处理系统。本发明中提到的两种信号处理系统，都可以通过判断包括光敏元件组上的复数个光敏元件产生的与光点相关的电信号的强度信息在内的信息，确定光点的位置。确定产生的相关电信号强度最强的一个或者几个光敏元件，是确定光点位置的关键。因此上述利用软件提高分辨率的方法的总结结论，同样适用于，通过光点与光敏元件组间的角度关系获得光点的位置的信号处理系统。信号处理系统通过光点与光敏元件组502和光敏元件组503间的角度关系获得光点的位置时，再对光敏元件组中光敏元件上的光信号强度的差值关系进行分析，有助于提高精度。具体使用时信号处理系统，将参考坐标更改成极坐标，然后将对应的坐标值在微型处理器系统中与相关信息进行对应，即可得到所需要的信号处理系统。因此不再详细说明。
[0126]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。
[0127]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相当。
[0128]下述设计使本实施例实现用不发光的触摸件进行操作:
[0129]本实施例中若采用不发光的触摸件进行操作，则需要增加一套光触摸屏光源。光触摸屏光源的光源可以自触摸板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。
[0130]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。
[0131]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。
[0132]参照图10，光源IOla可以设置在触摸板501背面；参照图11，光源IOlb也可以设置在触摸板501侧面。
[0133]参照图10，光源IOla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。光敏元件组502、光敏元件组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组502、光敏元件组503的感光面受到光源IOla的直接照射。
[0134]参照图11，光源IOlb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。光敏兀件组503、光敏兀件组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组502、光敏元件组503的感光面受到光源IOlb的直接照射。
[0135]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。
[0136]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。
[0137]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。
[0138]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IOla或光源IOlb产生的光线只有很少部分照射到光敏元件组502和光敏元件组503。由于没有形成光点，光敏元件组502和光敏元件组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。
[0139]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IOla或光源IOlb产生的光线被反射回来,光线在反射中存在漫反射,照射到光敏元件组502和光敏元件组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。
[0140]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:
[0141]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。
[0142]下述设计用于解决本实施例的系统安全问题:
[0143]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。
[0144]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。
[0145]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。
[0146]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。
[0147]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。
[0148]具体实施例二、以背投式显示器的屏幕为触摸板:
[0149]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。
[0150]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。[0151]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。
[0152]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。
[0153]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。
[0154]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:
[0155]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。
[0156]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(CRT)屏幕。光敏元件组502、光敏元件组503适宜设置在触摸板501的侧面，或前面。
[0157]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10所示的结构，适宜使用如图11所示的结构。
[0158]具体实施例四、以LED显示器的屏幕为触摸板:
[0159]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。
[0160]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。光敏元件组502、光敏元件组503适宜设置在触摸板501的前面。
[0161]参照图14，多数LED显示器的屏幕由大量的单个LED141组成，光敏元件组502、光敏元件组503还可以设置在大量的单个LED141之间，即光敏原件嵌入在触摸板内。由于光敏元件组502、光敏元件组503体积较小，且透明不会影响视觉效果。光敏元件组502、光敏元件组503设置在大量的单个LED141之间，便于增加光敏元件组502、光敏元件组503数量，进而增加光触摸屏的精确度。为了便于接收光信号，光敏元件组502、光敏元件组503的感光面的高度应高于单个LED141高度。
[0162]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，光敏元件组502、光敏元件组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。由于光敏元件组502、光敏元件组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。
[0163]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。
[0164]具体实施例五、以投影仪屏幕为触摸板:
[0165]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。[0166]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。光敏元件组502、光敏元件组503适宜设置在投影仪屏幕前方或后方。
[0167]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，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。
2.根据权利要求1所述的光触摸屏，其特征在于:所述光触摸屏包括复数个光敏元件组，所述光敏元件组前方设有一汇聚透镜；通过汇聚透镜将光线汇聚到所述光敏元件组的感光面上。
3.根据权利要求1所述的光触摸屏，其特征在于:汇聚透镜将光点的经过汇聚的光照射在感光面上。
4.根据权利要求1所述的光触摸屏，其特征在于:光敏元件组直接采用集成有大量光敏元件的图像传感器。
5.根据权利要求1所述的光触摸屏，其特征在于: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。
6.根据权利要求1所述的光触摸屏，其特征在于:通过光点与光敏元件组间的角度关系获得所述光点的位置；通过汇聚透镜将光线汇聚到所述光敏元件组的感光面上；角度关系通过汇聚透镜将所述光点的光信号汇聚在光敏元件组上的位置得到反映。
7.接触式触摸笔，其特征在于，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，发光元件发光，在触摸板上形成光点； 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。
8.远程触摸笔，其特征在于，包括激光器、电源，还包括一便于手持的外壳，所述激光器、电源设置在外壳内，所述激光器与所述电源间设有开关，所述开关设置在所述外壳上。
9.根据权利要求8所述的远程触摸笔，其特征在于，远程触摸笔还包括一信号发生模块，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。
10.一种触摸笔系统，其特征在于，包括接触式触摸笔，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，发光元件发光，在触摸板上形成光点； 还包括远程触摸笔，远程触摸笔包括激光器、电源，还包括一便于手持的外壳，所述激光器、电源设置在外壳内，所述激光器与所述电源间设有开关，所述开关设置在所述外壳上。
【文档编号】G06F3/042GK103793108SQ201310148033
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2009年8月17日 优先权日:2009年8月17日
【发明者】李兴文 申请人:上海科斗电子科技有限公司