利用光学干涉或衍射原理的触摸装置及其触摸检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用光学干涉或衍射原理的触摸装置及其触摸检测方法。触摸装置包括：多个光源，每个光源均选用非可见光；多个挡板，沿互相垂直的两个方向成对设置，在所述多个挡板上设置有干涉或者衍射元件，光源通过所述元件能够形成干涉或衍射条纹；多个光检测器，与所述多个光源对应，用于检测干涉或衍射条纹的位移变化，其中，挡板设置在对应的光源与光检测器之间，其能够在外界的压力作用下带动挡板上设置的干涉或衍射元件向下发生位移或形变，从而使得相应的干涉或者衍射条纹发生位移变化。采用根据本发明的实施例的触摸屏装置后，可以利用光学干涉或衍射现象实现触摸定点，而且实现的成本相对电容触摸屏来说会更低，且可以做到更大面积。
【专利说明】利用光学干涉或衍射原理的触摸装置及其触摸检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种触摸装置及其触摸检测方法，尤其涉及一种利用光学干涉或衍射原理的触摸装置及其触摸检测方法。
【背景技术】
[0002]当今手机等便携式电子装置的人机接口已不再是按键触发中断，而是由触摸屏技术取代了。电容触摸屏也是现在市场上使用最广泛触摸屏，其对应的检测和驱动技术也越来越精准和成熟。电容式触摸技术主要有自电容式触摸技术和互电容式触摸技术，其都是利用检测人手指的电容来确定触摸点。
[0003]参照图1，电容触摸屏的基本原理是:当用户触摸屏幕时，手指头吸收走一个很小的电流，这个电流分从触摸屏四个角或四条边上的电极中流出，并且理论上流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成比例，控制器通过对这四个电流比例的精密计算，得出触摸点的位置。目前的透明导电材料氧化金属非常脆弱，触摸几下就会损坏，还不能直接用来作为工作层，所以只能在外部增加一层非常薄的坚硬玻璃，而玻璃显然是不能导电，因此无法使用直流电，改用高频交流信号，靠人的手指头(隔着薄玻璃)与工作面形成的耦合电容来吸走一个交流电流(参见图2)。通过检测该手指头的寄生电容变化，来确定手指的触摸位置，就是电容屏的原理。
[0004]电容触摸屏唯一不足的是其透明导电材料氧化物制作成本相对较高，若同样能检测到触摸定点且成本较之低，这无疑是个替代的方案。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种能够利用光学波动特性来实现触摸屏的装置，以代替电容触摸屏。
[0006]根据本发明的实施例，提供一种触摸装置，包括:多个光源，每个光源均选用非可见光；多个挡板，所述多个挡板沿互相垂直的两个方向成对设置，在所述多个挡板上设置有干涉或者衍射元件，光源通过干涉或者衍射元件能够形成干涉或衍射条纹；多个光检测器，所述多个光检测器与所述多个光源对应，用于检测干涉或衍射条纹的移动变化，其中，挡板设置在对应的光源与光检测器之间，挡板能够在外界的压力作用下带动挡板上设置的干涉或衍射元件向下发生位移或形变，从而使得相应的干涉或者衍射条纹发生移动变化。
[0007]所述装置还包括:透明玻璃板，设置于所述多个挡板之上，用于实现触碰振动的传导。
[0008]光源设置有四个，光检测器设置有四个，挡板设置有两个。
[0009]所述多个挡板上设置的干涉或者衍射元件为双缝单元，双缝单元中的狭缝沿水平方向延伸。
[0010]光检测器选用(XD。
[0011]所述光源采用单波长的红外光源。[0012]对触摸过程中的状态用比较器去实时对比获得数字信号，对于亮条纹，采集并用比较器比较得到高电平I;对于暗条纹，采集并用比较器比较得到低电平0，每当得到的电平从高电平变为低电平或从低电平变为高电平时，计数器增I，通过计数器最后得到计数值来获得条纹的移动量。
[0013]采集触摸过程中的光信号，将光信号转换为电的模拟信号进行判断，不仅对检测点上移动的条纹进行计数，而且还检测小于一个条纹数的移动量。
[0014]对采集的全部数据进行对比，将条纹移动量最大的点确定为触摸点。
[0015]挡板沿X轴方向和I轴方向设置，X轴y轴形成的平面与触摸装置的触摸平面平行，X轴、y轴互相垂直，一部分光检测器平行于X轴，其余的光检测器平行于I轴，根据平行于X轴的光检测器检测到的条纹位移最大的位置来确定触摸点的X坐标，根据平行于I轴的光检测器检测到的条纹位移最大的位置来确定触摸点的y坐标。
[0016]挡板沿互相垂直的X轴方向和I轴方向设置，X轴方向和I轴方向分别平行于触摸屏的一个边界。
[0017]根据本发明的实施例，还一种使用如上所述的触摸装置的触摸检测方法，包括:当触摸屏受到触发而被激活时，启动光源；周期性采集触摸屏的条纹状态数据D1，比较条纹状态数据Dl与存储器中存储的触摸屏不振动的情况下的初始条纹状态数据DO ;如果比较的结果相同，仍继续采集条纹状态数据Dl ;如果比较的结果不同，执行误判算法，确定触摸屏的振动是否为环境噪声，在确定触摸屏的振动是环境噪声的情况下，仍继续采集条纹状态数据Dl，在确定触摸屏的振动不是条纹状态数据，对比初始条纹状态数据DO与所采集的条纹状态数据Dl以确定条纹的位移或变化，从而确定触摸位置，并执行根据触摸的相应操作。
[0018]所述方法还包括:在启动光源的步骤之后，根据用户设置确定是否执行初始化，在执行初始化的情况下，采集屏幕不振动的情况下的初始条纹状态数据D0，并将初始条纹状态数据DO存储于存储器中。
[0019]所述初始化步骤在每次触摸屏被激活之后都进行，或者定期执行一次初始化步骤。
[0020]在初始化步骤中，在触摸屏上弹出让用户初始化的界面，在界面上提醒用户在初始化过程中应该保持手机触摸屏处于安静的环境中并且没有受到外物的压力。
[0021]初始条纹状态数据DO和条纹状态数据Dl均包括零级干涉条纹的位置。
[0022]该模型的一个示例的设计是基于对单波长非可见光的杨氏双缝干涉条纹检测，通过改进将对条纹的检测从而转化为对特定触摸点的检测。其核心的思想是触摸引起干涉挡板的微小抖动，导致干涉条纹位移变化，通过检测该位移变化从而确定某一触摸定点。同样是实现触摸屏的定点问题，但从制作成本上降下来。
[0023]同是触摸检测技术，该方案的设计与电容触摸屏的本质的区别就是:电容屏利用人手指的电容引起总体电容变化从而检测到触摸点的，而该方案的设计是对人手触动干涉板导致干涉条纹位移变化的检测来确定触摸点的。
[0024]采用根据本发明的实施例的触摸屏装置后，可以利用光学干涉或衍射现象实现触摸定点，而且实现的成本相对电容触摸屏来说会更低，且可以做到更大面积。【专利附图】
【附图说明】
[0025]通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中:
[0026]图1示意性示出了现有技术中的电容触摸屏的基本原理；
[0027]图2示意性示出了现有技术中的具有不导电前玻璃板的电容触摸屏的基本原理；
[0028]图3示意性示出了根据本发明的实施例的触摸装置利用杨氏双缝干涉的原理；
[0029]图4是根据本发明的实施例的触摸装置的整体架构；
[0030]图5示出了根据本发明的实施例的触摸装置的触摸检测方法流程。
【具体实施方式】
[0031]图3示意性示出了根据本发明的实施例的触摸装置利用杨氏双缝干涉的原理。
[0032]参见图3，单色点光源S发出的光经过双缝形成同频率、有恒定初相位差的两个单色光源所发出的两列光波的叠加，波的叠加形成了明暗不同的干涉条纹，这就是杨氏双缝干涉的原理。
[0033]S是光源，SI和S2是与S平行的挡板上的两个狭缝，d是SI和S2的间距，D是检测板到干涉挡板间的最小距离，λ是光波长。相邻两个亮条纹或暗条纹间的距离为条纹间距为:
[0034]
【权利要求】
1.一种触摸装置，包括: 多个光源，每个光源均选用非可见光； 多个挡板，所述多个挡板沿互相垂直的两个方向成对设置，在所述多个挡板上设置有干涉或者衍射元件，光源通过干涉或者衍射元件能够形成干涉或衍射条纹； 多个光检测器，所述多个光检测器与所述多个光源对应，用于检测干涉或衍射条纹的移动变化， 其中，挡板设置在对应的光源与光检测器之间，挡板能够在外界的压力作用下带动挡板上设置的干涉或衍射元件向下发生位移或形变，从而使得相应的干涉或者衍射条纹发生移动变化。
2.根据权利要求1所述的触摸装置，所述装置还包括: 透明玻璃板，设置于所述多个挡板之上，用于实现触碰振动的传导。
3.根据权利要求1或2所述的触摸装置，其中， 光源设置有四个，光检测器设置有四个，挡板设置有两个。
4.根据权利要求1或2所述的触摸装置，其中， 所述多个挡板上设置的干涉或者衍射元件为双缝单元，双缝单元中的狭缝沿水平方向延伸。
5.根据权利要求1或2所述的触摸装置，其中， 光检测器选用CXD。
6.根据权利要求1或2所述的触摸装置，其中， 所述光源采用单波长的红外光源。
7.根据权利要求1或2所述的触摸装置，其中， 对触摸过程中的状态用比较器去实时对比获得数字信号，对于亮条纹，采集并用比较器比较得到高电平I;对于暗条纹，采集并用比较器比较得到低电平O，每当得到的电平从高电平变为低电平或从低电平变为高电平时，计数器增I，通过计数器最后得到计数值来获得条纹的移动量。
8.根据权利要求1或2所述的触摸装置，其中， 采集触摸过程中的光信号，将光信号转换为电的模拟信号进行判断，不仅对检测点上移动的条纹进行计数，而且还检测小于一个条纹数的移动量。
9.根据权利要求1、2、7和8中任一项所述的触摸装置，其中， 对采集的全部数据进行对比，将条纹移动量最大的点确定为触摸点。
10.根据权利要求1或2所述的触摸装置，其中， 挡板沿X轴方向和I轴方向设置，X轴y轴形成的平面与触摸装置的触摸平面平行，X轴、y轴互相垂直，一部分光检测器平行于X轴，其余的光检测器平行于I轴，根据平行于X轴的光检测器检测到的条纹位移最大的位置来确定触摸点的X坐标，根据平行于I轴的光检测器检测到的条纹位移最大的位置来确定触摸点的y坐标。
11.根据权利要求1、2或10所述的触摸装置，其中， 挡板沿互相垂直的X轴方向和y轴方向设置，X轴方向和I轴方向分别平行于触摸屏的一个边界。
12.一种使用如权利要求1-11中任一项所述的触摸装置的触摸检测方法，包括:当触摸屏受到触发而被激活时，启动光源； 周期性采集触摸屏的条纹状态数据D1，比较条纹状态数据Dl与存储器中存储的触摸屏不振动的情况下的初始条纹状态数据DO ； 如果比较的结果相同，仍继续采集条纹状态数据Dl ； 如果比较的结果不同，执行误判算法，确定触摸屏的振动是否为环境噪声，在确定触摸屏的振动是环境噪声的情况下，仍继续采集条纹状态数据D1，在确定触摸屏的振动不是条纹状态数据，对比初始条纹状态数据DO与所采集的条纹状态数据Dl以确定条纹的位移或变化，从而确定触摸位置，并执行根据触摸的相应操作。
13.根据权利要求12所述的触摸检测方法，所述方法还包括: 在启动光源的步骤之后，根据用户设置确定是否执行初始化，在执行初始化的情况下，采集屏幕不振动的情况下的初始条纹状态数据D0，并将初始条纹状态数据DO存储于存储器中。
14.根据权利要求13所述的触摸检测方法，其中， 所述初始化步骤在每次触摸屏被激活之后都进行，或者定期执行一次初始化步骤。
15.根据权利要求13或14所述的触摸检测方法，其中， 在初始化步骤中，在触摸屏上弹出让用户初始化的界面，在界面上提醒用户在初始化过程中应该保持手机触摸屏处于安静的环境中并且没有受到外物的压力。
16.根据权利要求12-14中任一项所述的触摸检测方法，其中， 初始条纹状态数据DO和条纹状态数据Dl均包括零级干涉条纹的位置。
【文档编号】G06F3/042GK103970362SQ201310039972
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月31日 优先权日:2013年1月31日
【发明者】徐伟成 申请人:广州三星通信技术研究有限公司, 三星电子株式会社