专利名称：提高红外触摸系统分辨率的设备和方法
技术领域：
总的来说，本发明涉及红外(“IR”)触摸系统或者触摸屏。具体而言，本发明的目的是提供一种系统和方法，用于提高红外触摸系统的分辨率。这种系统和方法利用轴内和偏轴红外发射器-接收器检测，以更高的分辨率确定屏幕上的触摸位置。在本发明的方法的一个实施方案中，触摸位置是通过多个步骤确定的，首先确定粗略的触摸位置，然后在粗略的位置区内确定触摸的精确位置。利用本发明的系统和方法能够提高触摸位置分辨率而不需要增加红外发射器和接收器的密度，也不需要提高处理器速度。
背景技术：
在日常活动中触摸系统出现得越来越频繁。除了银行、大厅指南、博物馆和娱乐间以及汽车定位系统显示器上使用的触摸系统以外，小型化触摸系统已经成为袖珍日记和管理器的技术媒介选择。尽管红外触摸系统能够被用于这些应用，但是为了在这些和其它新兴市场中获得成功，包括红外触摸系统的触摸系统中触摸位置的确定必须迅速、准确和精确。对于袖珍日记而言更是如此，它采用相对较小的笔尖或者指点器作为用户确定所需操作或者系统选择的手段。
一般而言，触摸位置是通过使用红外发射器，通常是发光二极管(“LED”)，和红外接收器，通常是光电管，来确定的。在
图1中给出现有技术中触摸屏的一个实例。一组n个红外发射器20(1)～20(n)和另一组m个红外发射器40(1)～40(m)，例如发光二极管，沿着触摸屏11的两个相邻边缘排列。一组n个红外接收器30(1)～30(n)和另一组m个红外接收器50(1)～50(m)沿着触摸屏11的相对边缘排列，从而使每个接收器30(i)和50(i)分别跟相对的发射器20(i)和40(i)对准。发射器20(i)和40(i)跟接收器30(i)和50(i)是对应的发射器和接收器，其中对于n个发射器和接收器，i＝1，2，...，n-1，n，对于m个发射器和接收器，i＝1，2，...，m-1，m。
在传统的现有技术触摸系统中，沿着屏幕四周排列的发射器的数量等于相对边缘上排列的接收器的数量，因为每个发射器都跟一个接收器对准。如图1所示，典型的触摸系统11构成x坐标发射器-接收器对，例如x坐标对20(1)和30(1)，以及y坐标发射器-接收器对，例如y坐标对40(3)和50(3)构成的一个笛卡尔坐标网格。因此，检测模式是x和y坐标正交网格。
触摸位置是通过扫描x坐标对和y坐标对，找出发射器-接收器对的红外光是否被阻挡来确定的。在扫描过程中需要打开每一对接收器30(i)和50(i)，并且打开或者短时间打开相对面的发射器20(i)和40(i)，检测对准的接收器30(i)或者50(i)是否收到发射器20(i)和40(i)发射的红外信号，然后关闭每个接收器30(i)和50(i)。针对每一发射器-接收器对打开接收器、对准的发射器短时间发射、关闭接收器，直到所有发射器-接收器对都完成扫描。
传统触摸系统的触摸定位准确度和精度取决于屏幕11四周排列的发射器和接收器的密度。如图1所示，这种正交检测模式的一个问题是如果触摸直径95小于相邻发射器和相邻接收器之间间隔，就可能检测不到这一触摸，因为没有光束通过这一区域。
此外，确定触摸位置所需要的时间取决于打开发射器和接收器，检测接收器是否收到发射的红外信号的处理器的速度。显然，除非提高系统的处理能力，否则在触摸系统中采用更多的发射器-接收器对，确定触摸位置所需要的时间会随着扫描发射器-接收器对的周期增大而延长。
因为红外发射器和接收器，也就是系统的光电子部分，占据了红外触摸系统总成本的很大一部分，因此增加光电子器件数量会显著地增加系统总成本。同样，因为处理器是红外触摸系统总成本的另外一个重要部分，因此为了保持触摸定位的最大时间不变而提高处理速度会导致系统成本大幅度上升。
除了上述传统的轴内触摸系统以外，Alpine电子有限公司的第TOKKAI HEI 110232024号日本专利申请“一种光学位置检测装置”描述了如何在相对发光二极管发射的光的范围内检测两个或者多个相邻光电管。Alpine系统的目的是克服现有技术对发光二极管和光电管的数量、位置的限制，提高位置检测精度。尽管它是利用偏轴光电管检测发光二极管的输出，但是Alpine系统并没有一种方法用来有效地扫描发光二极管-光电管对。对这个装置工作过程的描述似乎确实暗示着顺序循环扫描所有发光二极管，对于打开的每个发光二极管检测多个光电管。这样一个装置需要很强的计算机处理能力来对付沿着触摸屏的四周循环通过每一个发光二极管，每一个发光二极管对应的多个光电管提供的多得多的信息。
因此，需要一种红外触摸系统，它能够提高分辨率，以便准确又精确地确定触摸位置，但是它不需要明显多得多的红外发射器和接收器，不需要明显地提高计算机处理能力来控制发射器和接收器，处理扫描操作中获得的数据。目前没有这样的系统或者方法，但是如果有的话，它会大大地提高红外触摸屏系统的能力和使用度。
发明简述考虑到现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种提高了分辨率的红外触摸系统和方法，它能够准确而精确地确定触摸位置，而不需要增加触摸屏红外发射器或者红外接收器的数量。本发明的另一个目的是提高触摸位置分辨率不需要提高处理速度就能保持系统分辨率和操作速度。
为了这一目的和其它目的，本发明提供一种红外触摸系统，它提高了确定触摸屏上触摸位置的分辨率，这种红外触摸系统包括沿着触摸屏第一个边缘排列的第一组多个红外发射器，第一组中每一个红外发射器在受控状态下发射一束锥形红外光；沿着触摸屏上跟第一组多个发射器相对的第二个边缘排列的第一组多个红外接收器，从而使第一组多个红外接收器中的每一个接收器都跟第一组多个发射器中的一个红外发射器对准，跟其它发射器不对准；沿着触摸屏第三个边缘排列的第二组多个红外发射器，第三个边缘跟第一个和第二个边缘大致垂直，第二组多个红外发射器中的每一个红外发射器在受控状态下发射一束锥形红外光；在触摸屏上第二组多个发射器相对的第四个边缘上排列的第二组多个红外接收器，第二组多个红外接收器中的每一个接收器都跟第二组多个发射器中的一个红外发射器对准，跟第二组多个发射器中的其它发射器不对准；控制第一组和第二组多个红外发射器打开，以及第一组和第二组多个红外接收器打开，利用轴内和偏轴红外发射器和接收器的测量结果计算触摸屏触摸位置的一个处理器。
本发明的再一个目的是提供具有触摸屏的一种红外触摸系统，这种红外触摸系统包括第一组多个红外发射器，沿着触摸屏的第一个边缘排列，第一组红外发射器的每一个红外发射器受到控制发射红外光；第一组多个红外接收器沿着触摸屏上跟第一组多个发射器相对的第二个边缘排列，第一组多个红外接收器的每一个接收器跟第一组多个发射器中的一个红外发射器对准，跟第一组多个发射器中的其它发射器不对准，第一组多个红外发射器中每一个发射器发射的红外光能够被第一组多个红外接收器中至少两个红外接收器收到；第二组多个红外发射器排列在触摸屏的第三个边缘上，第二组多个红外发射器中的每一个红外发射器都被控制发射红外光；第二组多个红外接收器沿着触摸屏上跟第二组多个发射器相对的第四个边缘排列，第二组多个红外接收器中的每一个接收器都跟第二组多个发射器中的一个红外发射器对准，跟第二组多个发射器中的其余发射器不对准，第二组多个红外发射器中的每一个发射器发射的红外光能够被第二组多个红外接收器中的至少两个红外接收器收到；第一个处理器按顺序打开第一组和第二组多个红外发射器以及相对的第一组和第二组多个红外接收器中的每一个；第二个处理器计算触摸屏上的触摸位置，其中的第二个处理器根据发射器和接收器之间的红外线哪一些被阻挡确定触摸区域的粗略x坐标；根据发射器和接收器之间的红外线哪一些被阻挡确定触摸区的粗略y坐标；从确定出来的粗略x坐标和y坐标触摸区计算触摸区的粗略x坐标和y坐标；打开触摸区周围偏轴发射器和接收器对，在此基础之上精确地计算触摸区的x坐标和y坐标。
本发明的另一个目的是提供一种方法，用来确定触摸屏上的触摸位置，该屏幕的第一个和第二个相邻边缘上有多个红外发射器，这个触摸屏还有多个红外接收器沿着相对于多个红外发射器的第三和第四个相邻边缘排列，每个发射器都跟一个接收器对准，该方法包括在打开每个红外发射器和对准的相对接收器的基础之上估计触摸区粗略位置的步骤；打开偏轴发射器和接收器对，精确计算触摸区的位置的步骤。
本发明的再一个目的是提供一种方法，用来确定触摸屏上的触摸位置，触摸屏的第一个和第二个相邻边缘上排列着多个红外发射器，触摸屏在跟多个红外发射器相对的第三个和第四个边缘上还有多个红外接收器，每个发射器都跟一个接收器对准，该方法还包括打开对准的红外发射器和接收器，估计粗略触摸位置的步骤；根据粗略触摸位置估计，选择偏轴发射器和接收器对的步骤；打开选中的偏轴发射器和接收器对，精确估计触摸位置的步骤。
本发明的再一个目的是提供一种方法用来确定触摸屏上的触摸位置，触摸屏沿着x坐标边缘有第一组多个红外x坐标发射器，沿着y坐标边缘有第二组多个y坐标红外发射器，触摸屏还有多个红外接收器沿着跟发射器相对的两个边缘，每个发射器都跟一个接收器对准，该方法包括依次打开每个红外发射器和相对的接收器，估计触摸位置粗略x坐标和y坐标的步骤；根据触摸位置粗略的y坐标估计选择偏轴发射器和接收器x坐标对的步骤；打开选中的偏轴发射器和接收器x坐标对，精确估计x坐标触摸位置的步骤；根据x坐标触摸位置的粗略估计，选择偏轴发射器和接收器y坐标对的步骤；打开选中的偏轴发射器和接收器y坐标对，精确估计y坐标触摸位置的步骤。
下面参考附图介绍本发明的这些方面和其它方面以及本发明的优选实施方案。显然，前面的描述和以下详细描述都只是示例性的，不是也不应该被看成对本发明的限制。
附图简述通过参考以下附图阅读以下详细说明，能够更好地了解本发明。要注意，附图中的各个细节都不是按照比例画出来的。相反，为了清楚起见，各个细节被任意地扩大或者缩小。在这些附图中图1是现有技术传统触摸屏系统的一个示意图；图2是本发明中触摸系统的一个示意图，其中红外发射器发射的锥形光束照射在多个红外接收器上；图3是本发明中触摸系统的一个示意图，其中用一个红外接收器接收从多个红外发射器发射过来的光；图4是本发明中触摸系统的一个示意图，其中利用轴内和偏轴检测确定触摸位置能够使用的多重转发点；图5是本发明中提高触摸位置分辨率的触摸系统方法的一个步骤示意图，它正在进行第一次粗略的轴内扫描；图6是本发明中提高触摸位置分辨率的触摸系统方法的一个步骤示意图，它正在进行第二次精确的轴内和偏轴扫描；图7是本发明中提高触摸位置分辨率的触摸系统方法的一个步骤示意图，它说明粗略的y坐标触摸位置和发射器-接收器偏轴对x坐标跟精确确定y坐标触摸位置之间的关系；和图8说明本发明的一个触摸系统实施方案，其中至少一个处理器跟触摸屏和预编程只读存储器进行通信。
优选实施方案本发明针对的是一种红外(“IR”)触摸系统，它利用轴内和偏轴检测提高触摸系统触摸位置的分辨率。本发明还提供一种方法，利用轴内和偏轴检测，以及对红外发射器-接收器对进行粗扫和对选中的发射器-接收器对进行精扫的多个步骤，确定触摸系统上的触摸位置。本发明还利用了对于给定的x和y触摸位置，选择其它发射器-接收器对精确确定触摸位置取决于触摸位置这样一个事实。换句话说，为了精确确定x位置而对y坐标发射器-接收器对的选择可以从x粗略位置确定，x坐标发射器-接收器对可以从y粗略位置确定。
如前所述，如图1所示，传统的触摸系统包括触摸屏或者触摸板11、第一组n个红外发射器20(1)～20(n)，通常是LED，沿着触摸屏11的第一个边缘排列，第一组n个红外接收器30(1)～30(n)，通常是光电管，沿着触摸屏11的第二个边缘排列，第二组m个红外发射器40(1)～40(m)，沿着触摸屏11的第三个边缘排列，第二组m个红外接收器50(1)～50(m)，沿着触摸屏11的第四个边缘排列。如图1所示，触摸屏11上的触摸扫描包括，利用例如x方向，打开接收器30(4)，短时间打开相对的轴内发射器20(4)，然后关闭接收器30(4)。沿着x方向针对每一个发射器-接收器对20(i)～30(i)，以及沿着y方向针对每一个发射器-接收器对40(i)～50(i)，重复这一步骤。如果在x方向发射器20(4)和它的相对接收器30(4)之间有触摸，发射器20(4)发出的光会被阻挡，相对的接收器30(4)无法收到，这就说明在这个x位置上有一个触摸。同样，如果在y方向发射器40(m-1)和它的相对接收器50(m-1)之间有触摸，发射器40(m-1)发射的光就会被阻挡，在这个y方向上有触摸。
利用轴内检测结果，通过第一个和最后一个被阻挡光线的x和y坐标进行平均，计算出触摸坐标。用公式表示，x和y触摸位置为x触摸＝(xi+xi+1)/2和y触摸＝(yi+yi+1)/2
因此，估计出来的触摸x坐标是x1，x1+？x/2，x2+？x/2，x 3，...，xi-？x/2，xi，xi+？x/2，xn，其中n是触摸屏11一对相对边缘上发射器-接收器对的数量。估计出来的坐标会相同，除非采用y坐标位置。显然，触摸位置的分辨率是？x/2和？y/2。
大家知道，发射器20(i)、40(i)发射出来的红外光形成一个圆锥，而不是一束光。如图2所示，发射器20(3)发射的红外光能够被一组相邻的接收器30(1)、30(2)、30(3)、30(4)和30(5)收到。虽然图2中说明一组5个相邻接收器能够收到发射器20(3)发射的红外光，但是红外光圆锥范围内接收器的数量取决于触摸屏系统10的特性。因此，在其它优选实施方案中，能够检测红外发射器20(i)发射的红外光的接收器30(i)的数量可以是2、3、4或者5个以上的相邻单元。此外，虽然接收器30(i)可能在发射器20(i)发射的红外光圆锥内，但是仍然可能在圆锥的边缘上没有足够的红外光供接收器30(i)可靠地检测。
因此，随着具体发射器指标的不同，不同的红外发射器可能有更宽或者更窄的红外光圆锥。发射器和接收器的一个这种指标是光电单元的孔径灵敏度。此外，只要红外发射器产生足够的功率，红外接收器有足够的灵敏度，发射器和相对接收器之间的间隔足够大，就会有足够多的接收器能够收到发射器发射的红外光，因为圆锥的宽度在相对边缘上会扩展得更大。
对于图2所示的优选实施方案，接收器30(3)跟发射器20(3)在同一条轴线上，跟四个接收器30(1)、30(2)、30(4)和30(5)不在同一条轴线上。如图3所示，从打开的接收器30(4)的角度看，尽管接收器30(4)能够检测到偏轴发射器20(3)发出的红外光，同一个接收器30(4)还能够检测到其它发射器发射的红外光，包括轴内发射器20(4)和其它偏轴发射器20(2)、20(5)和20(6)。
图4说明本发明的一个优选实施方案中分辨率更高的一种检测方式。如图4所示，打开每个x和y发射器20(i)、40(i)，利用例如发射器20(3)，除了跟轴内接收器30(3)相邻的两个偏轴接收器30(2)和30(4)以外，红外光圆锥能够被它的相应轴内接收器30(3)检测到，同样能够被两个接收器30(2)和30(4)相邻的另两个偏轴接收器30(1)和30(5)检测到。在图4所示的优选实施方案中，用于触摸检测的偏轴发射器-接收器对是
i＝i±2其中i是轴内发射器和接收器的位置。如图4所示，触摸屏11上潜在检测坐标的数量，或者检测模式的数量，基本上大于图1所示现有技术系统中只利用轴内检测的时候潜在检测坐标的数量。
虽然本发明中检测方式的分辨率远大于传统的轴内检测方式，但是用于两种系统的光电子器件的数量是相同或者基本相同的。换句话说，在本发明的另一个优选实施方案里，能够减少触摸系统需要的光电子器件的数量而不会牺牲触摸位置的分辨率。
图4还说明本发明能够检测到触点直径小于相邻光电子器件间隔的触摸。这一点可以跟图1所示传统正交检测网格相比，其中如上所述，如果触摸直径是95，例如一个窄笔或者指点器，小于相邻发射器和接收器之间的间隔，就有可能无法检测到。
图4说明本发明一个实施方案中的检测模式。但是，触摸系统处理器扫描每一个发射器和接收器，同时保持所需要的系统响应时间可能是很困难的。本发明提供扫描光电子器件的一种方法，利用轴内和偏轴扫描，显著地提高触摸定位的速度和效率。
在本发明的一个优选实施方案中，可以用一个两步扫描操作来快速地确定触摸屏11上触摸的精确位置。只打开和检测轴内发射器-接收器对，对触摸屏11进行第一次“粗”扫。然后，用轴内和偏轴发射器-接收器对对粗扫确定的区域进行“精”扫。
在图5中说明本发明这个优选实施方案中的第一次粗扫。这一粗扫包括依次打开触摸屏11两个边缘上的每一个接收器20(1)～20(8)和40(1)～40(7)，短时间地打开相应的轴内发射器30(1)～30(8)和50(1)～50(8)。虽然图5中的优选实施方案采用了8个x轴发射器-接收器对和7个y轴发射器-接收器对，但是在其它的优选实施方案中，沿着x和y轴可以采用更多或者更少的发射器-接收器对。
图5所示的这个步骤类似于图1所示传统触摸系统的检测步骤。对于图5所示的触摸100，发射器20(5)和40(4)发射的红外光束被阻挡，相应的相对接收器30(5)和50(4)没能检测到任何轴内红外光束。于是，在图5中，发射器对20(4)-30(4)和20(6)-30(6)，以及40(3)-50(3)和40(5)-50(5)检测到的轴内光束给出了包括被检测到的触摸的粗略区域99。
注意到图5所示的实施方案中只画出了轴内检测网格是非常重要的，在其它的优选实施方案中，例如，对于更高速度的处理器和电路，可以用一些偏轴发射器-接收器对来进行精扫，只要触摸系统总速度和效率不下降。
完成粗扫，确定了粗略的触摸区99以后，可以用轴内和偏轴发射器-接收器对，对粗略的触摸区99进行第二轮的精扫。在一个优选实施方案中，精扫过程里打开的偏轴发射器-接收器对是红外波束跟粗略的触摸区99交叉的那些对。图6说明本发明的一个优选实施方案中的触摸系统检测方法以及这种精扫的检测模式。类似于图4所示的实施方案，图6所示的检测模式中，打开跟发射器20(5)对准的接收器30(5)，以及跟轴内接收器30(5)相邻的两个接收器30(4)和30(6)，以及跟接收器30(4)和30(6)相邻的两个接收器30(3)和30(7)。在其它实施方案中，可以不打开轴内接收器，以降低对处理器的检测要求。
如图6所示，注意到偏轴检测方法能够获得高分辨率，虽然粗扫能够得到两束被阻挡的光束，但是精扫却能够检测到14束被阻挡的光束。处理这些红外光束阻挡信息能够找到粗略触摸区99中更加精确和准确的触摸位置。
红外光束跟粗略触摸区99交叉的发射器-接收器对的选择取决于光电子器件的特性，包括发射器和接收器的孔径灵敏度，以及发射器提供的红外锥。例如在一个实施方案中，发射器红外锥可以被三个接收器检测到，在采用不同发射器或者接收器间隔的另一个优选实施方案中，发射器红外锥可以被5个或者更多的接收器检测到。给定触摸系统10和触摸屏11的尺寸，就确定了发射器红外锥的特性以及能够检测到红外线的红外接收器的数量。这样，能够用于精扫的能够检测到红外光束可以预先确定，例如如图4和图8中的一个实施方案所示。在一个优选实施方案中，潜在红外偏轴光束的预先确定可以作为粗扫轴内网格位置的函数列成表。表内的数据可以保存在处理器的只读存储器(“ROM”)17中，由系统处理器15作为粗扫轴内触摸位置的函数加以访问。在另一个优选实施方案中，系统处理可以分开在多个处理器15和16中，用图8说明，分别完成控制发射器和接收器开关的任务以及查阅和计算触摸位置的任务。
本发明的方法利用轴内和偏轴检测提高触摸位置的分辨率而不需要针对每一个发射器扫描每一个接收器。也就是说，本发明的方法首先快速扫描轴内发射器-接收器对，然后精确地扫描红外波束跟粗略触摸区交叉的选定的发射器-接收器对。在图6中以及优选实施方案中，选中的那些对是对于发射器20(5)打开接收器30(3)、30(4)、30(5)、30(6)和30(7)并进行检测；对于发射器20(3)和20(7)，打开接收器30(5)；对于发射器20(4)，打开接收器30(4)、30(5)和30(6)；对于发射器20(6)，打开接收器30(4)、30(5)和30(6)。这些发射器-接收器对的红外光束跟粗略的触摸区99交叉。剩下的发射器-接收器对则不打开，从而降低对第二次精扫的处理能力要求，缩短扫描周期，提高触摸100的位置分辨率。对于图5所示的优选实施方案，打开的y轴发射器-接收器对类似于上述对，选择光束跟粗略触摸区99交叉的特定对。
本发明中确定是否存在触摸以及触摸位置的方法的另一个实施方案利用触摸的x或者y坐标的依赖性，以及能够用于精确确定触摸位置的交替轴光束。如图7所示，触摸100的x轴粗略位置在x轴发射器20(1)和20(4)之间(检测到轴内光束的最后两个)，触摸100的y轴中心用线段A-A表示。估计出来的这些触摸位置是用发射器和相对接收器的第一次轴内粗扫来确定的。上面描述的y轴A-A线的计算结果是检测到的轴内红外光束的最后一个的平均。对于图7所示的实例触摸100，y坐标发射器-接收器对40(2)-50(2)和40(5)-50(5)是光束被阻挡之前发射器-接收器对40(3)-50(3)和40(4)-50(4)之间最后检测到的光束。
如图7所示，触摸100精确x坐标的确定可以通过打开通过触摸100区域内检测到的最后两个轴内光束(例如如图7所示的x轴发射器20(1)和20(4))之间x轴发射器-接收器对来完成，具体而言就是跟粗糙y轴线段A-A交叉的区域。可以打开的x轴发射器-接收器对可以作为y轴粗略触摸位置的函数加以确定。也就是说，粗略触摸位置可以被用于选择交替轴(x轴)对来打开，同样，粗糙x触摸位置可以被用于选择交替轴(y轴)对来打开。存在这种依赖性是因为红外光束是简单的直线。具体而言，光束任意部分的x坐标可以从光束的斜率(角度)和接收器光束的x截距被很容易地计算出来。用公式表示为xi＝x0+m*yi
其中xi是yi处光束的x坐标；m是红外光束的斜率或者角度；x0是红外接收器那里的x坐标。任意发射器-接收器对之间红外光束的斜率m或者角度都能够很容易地计算出来，因为触摸屏11边缘上每个发射器和接收器对的位置对于给定触摸系统10而言都是已知的，光束仅仅是连接发射器和相应接收器的直线。
跟x轴相似，光束任意部分的y坐标都可以从光束的斜率(角度)和接收器那里红外光束的y坐标截距很容易地计算出来，或者写成公式的形式yi＝y0+m*xi其中yi是波束在xi的y坐标；m是红外光束的斜率或者角度；y0是红外接收器的y坐标。
考虑到这种相互依赖性，如图7所示，给定y轴的粗略触摸位置，在一个优选实施方案中，可以打开并进行检测从而精确确定触摸100的x坐标的另一轴(x轴)发射器-接收器对，以及精确的x坐标的计算，可以作为直线A-A的y坐标的函数加以确定。对于图7所示的实例，精确地计算触摸x坐标可以采用估计出来的y轴直线A-A上发射器-接收器对20(3)-30(1)和20(8)-30(4)的没有被阻挡的最后的光束的平均值。直线A-A上光束20(3)-30(1)和20(8)-30(4)上的x坐标可以利用以上x轴方程计算出来。类似地，精确x坐标的计算也可以采用直线A-A上红外光电子对20(2)-30(2)和20(4)-30(3)被阻挡的最后一个红外光束的平均值。在另一个优选实施方案中，精确的x坐标可以用上述“没有被阻挡的最后的”平均值和“被阻挡的最后一个”平均值的平均值。
在另一个优选实施方案中，不采用需要复杂处理器15的浮点计算方法，已知发射器-接收器光束的x坐标可以作为选定粗略y轴位置或者坐标的函数预先确定，作为粗略y坐标的函数存入数据表。如图8所示，列成表的数据可以保存在ROM17中，由触摸系统处理器15在确定了粗略x坐标和y坐标触摸位置以后访问。
如图7所示，尽管描述的交替轴之间的相互依赖性集中在x坐标的计算上，但是同样也可以用y轴发射器-接收器对和触摸屏11上产生的红外光束来确定y轴。
虽然描述本发明的时候针对的是示例性的实施方案，但是本发明并不限于这些实施方案。例如，如上所述，交替轴发射器-接收器对的计算和确定可以用给定发射器光束特性的三角公式的计算来完成，或者利用从这些公式预先计算出来的查阅表来完成。因此，应该理解成后面的权利要求包括本领域中的技术人员能够进行的本发明的其它变种和实施方案，只要它们包括在本发明的实质和范围之内。
权利要求
1.提高了触摸屏触摸位置定位分辨率的一种红外触摸系统，这种红外触摸系统包括触摸屏第一个边缘上排列的第一组多个红外发射器，这些多个红外发射器的每一个红外发射器都受到控制，发射一个锥形的红外光束；触摸屏上跟第一组多个发射器直接相对的第二个边缘上排列的第一组多个红外接收器，这第一组多个红外接收器中的每一个接收器都跟第一组多个发射器中的一个红外发射器对准，跟第一组多个发射器中的其它发射器不对准；触摸屏第三个边缘上排列的第二组多个红外发射器，这第三个边缘近似垂直于触摸屏的第一个和第二个边缘，这第二组多个红外发射器中的每一个红外发射器都受到控制，发射一束锥形红外光；触摸屏上跟第二组多个发射器相对的第四个边缘上排列的第二组多个红外接收器，其中第二组多个红外接收器中的每一个接收器都跟第二组多个发射器中的一个红外发射器对准，跟第二组多个发射器中的其余发射器不对准；用来打开第一组和第二组多个红外发射器，打开第一组和第二组多个红外接收器，通过打开轴内和偏轴红外发射器和接收器，计算触摸屏上触摸位置的一个处理器。
2.权利要求1的红外触摸系统，其中第一组和第二组多个红外发射器的打开和第一组和第二组多个红外接收器的打开是按顺序进行的。
3.权利要求1的红外触摸系统，其中的第一个处理器用于打开第一组和第二组多个红外发射器，以及打开第一组和第二组多个红外接收器，第二个处理器通过打开轴内和偏轴红外发射器和接收器计算触摸屏上的触摸位置。
4.权利要求3的红外触摸系统，其中通过打开轴内和偏轴红外发射器和接收器计算触摸屏上触摸位置的处理器，(a)在顺序打开每个红外发射器和相对的轴内接收器的基础之上估计粗略的触摸位置；(b)在粗略触摸位置估计的基础之上选择偏轴发射器和接收器对；和(c)在顺序打开选中的偏轴发射器和接收器对的基础之上，精确确定触摸位置。
5.权利要求3的红外触摸系统，其中通过打开轴内和偏轴红外发射器和接收器计算触摸屏上触摸位置的处理器，(a)通过顺序打开轴内的每个红外发射器和相对的接收器，估计触摸屏上触摸位置的粗略x坐标和y坐标；(b)根据触摸位置估计粗略的y坐标选择偏轴发射器和接收器x坐标对；(c)在打开选中的偏轴发射器和接收器x坐标对的基础之上精确确定触摸位置的x坐标；(d)根据触摸位置粗略估计的x坐标选择偏轴发射器和接收器y坐标对；和(e)在打开选中的偏轴发射器和接收器y坐标对的基础之上精确确定触摸位置的y坐标。
6.具有触摸屏的一种红外触摸系统，该红外触摸系统包括触摸屏第一个边缘上排列的第一组多个红外发射器，第一组多个红外发射器的每一个红外发射器受到控制发射红外光；触摸屏上跟第一组多个发射器相对的第二个边缘上排列的第一组多个红外接收器，第一组多个红外接收器中的每一个接收器都跟第一组多个发射器中的一个红外发射器对准，跟第一组多个发射器中的其余发射器不对准，第一组多个红外发射器的每一个发射器发射的红外光能够被第一组多个红外接收器中的至少两个红外接收器收到；触摸屏第三个边缘上排列的第二组多个红外发射器，第二组多个红外发射器中的每一个红外发射器受到控制发射红外光；触摸屏上跟第二组多个发射器相对的第四个边缘上排列的第二组多个红外接收器，第二组多个红外接收器中的每一个接收器都跟第二组多个发射器中的一个红外发射器对准，跟第二组多个发射器中的其余发射器不对准，第二组多个红外发射器中每一个发射器发射的红外光能够被第二组多个红外接收器中的至少两个红外接收器收到；第一个处理器，用来顺序打开第一和第二组多个红外发射器和相对的第一和第二组多个红外接收器；和第二个处理器，用来计算触摸屏上的触摸位置，其中的第二个处理器(a)根据打开的发射器和接收器之间哪些红外光被阻挡确定触摸区的粗略x坐标；(b)根据打开的发射器和接收器之间哪些红外光被阻挡确定触摸区的粗略y坐标；(c)从确定出来的触摸区的粗略x坐标和y坐标计算触摸区的粗略x坐标y坐标；和(d)打开红外光穿过计算出来的粗略触摸区的偏轴发射器和接收器对，由此精确计算触摸位置的x坐标和y坐标。
7.确定触摸系统屏上触摸位置的一种方法，所述屏上第一个和第二个相邻边缘上有多个红外发射器，所述触摸屏还有多个红外接收器沿着跟多个红外发射器相对的相邻的第三个和第四个边缘排列，从而使每个发射器都跟一个接收器对准，该方法包括以下步骤打开轴内的每个红外发射器和相对的接收器，由此来粗略地估计触摸位置；和打开选中的偏轴红外发射器和接收器，由此来精确确定触摸位置。
8.权利要求7中确定触摸系统屏上触摸位置的方法，其中进行轴内激活的步骤是顺序打开每个发射器和它的轴内接收器。
9.权利要求7中确定触摸系统屏上触摸位置的方法，其中的估计步骤建立在轴内激活和偏轴激活每个红外发射器和接收器的基础之上。
10.确定触摸系统屏上触摸位置的一种方法，该触摸屏的第一个和第二个相邻边缘上有多个红外发射器，这个触摸屏在跟多个红外发射器相对的第三个和第四个相邻边缘上还有多个红外接收器，这样，每个发射器都跟一个接收器对准，该方法还包括以下步骤在轴内激活每个红外发射器和相对的接收器的基础之上估计粗略的触摸位置；根据粗略的触摸位置估计选择偏轴发射器和接收器对；和在打开选中的偏轴发射器和接收器对的基础之上精确确定触摸位置。
11.权利要求10中确定触摸系统上触摸位置的方法，其中轴内激活的步骤是顺序地激活红外发射器和轴内接收器。
12.确定触摸系统屏上触摸位置的一种方法，该触摸屏沿着x坐标边缘有第一组多个红外x坐标发射器，沿着y坐标边缘有第二组多个y坐标红外发射器，这个触摸屏还有多个红外接收器沿着多个红外发射器相对的两个边缘排列，每个发射器都跟一个接收器对准，该方法包括以下步骤(a)在轴内激活每个红外发射器和相对接收器的基础之上估计触摸屏上粗略x坐标和y坐标触摸位置；(b)根据粗略的y坐标触摸位置估计选择偏轴发射器和接收器x坐标对；(c)在打开选中的偏轴发射器和接收器x坐标对的基础之上精确确定x坐标触摸位置；(d)在粗略的x坐标触摸位置估计的基础之上选择偏轴发射器和接收器y坐标对；和(e)在打开选中的偏轴发射器和接收器y坐标对的基础之上精确确定y坐标触摸位置。
13.权利要求12中确定触摸系统屏上触摸位置的方法，其中步骤(a)中进行的轴内激活是顺序地激活相邻的发射器和相对的接收器。
14.确定触摸系统屏上触摸位置的一种方法，该触摸屏在x坐标边缘上有第一组多个红外x坐标发射器，在y坐标边缘上有第二组多个y坐标红外发射器，所述触摸屏还有多个红外接收器沿着跟多个红外发射器相对的两个边缘排列，从而使每个发射器都跟一个接收器对准，被激活的时候，每个红外发射器产生红外光束，能够被轴内接收器和跟轴内接收器相邻的至少一个接收器收到，该方法包括以下步骤(a)顺序地激活每个轴内x坐标红外发射器和相对的接收器；(b)在确定了激活的x坐标发射器和接收器之间哪些红外光被阻挡以后确定粗略的x坐标触摸区；(c)顺序激活每个轴内y坐标红外发射器和相对的接收器；(d)在确定了激活的y坐标发射器和接收器之间哪些红外光被阻挡以后确定粗略的y坐标触摸区；(e)从确定的粗略x坐标和y坐标触摸区计算粗略的x坐标和y坐标触摸区；和(f)在激活红外光通过计算出来的粗略触摸区的偏轴发射器和接收器对以后精确确定x坐标和y坐标触摸位置。
全文摘要
公开了使用多个红外(“IR”)发射器和接收器的一种触摸系统，以及利用轴内和偏轴检测以更高的分辨率确定红外发射器和接收器之间位置的一种方法。跟轴内和偏轴检测一起，本发明的触摸系统和方法对发射器和接收器进行粗略和精确的扫描，以提高触摸位置的分辨率。确定触摸位置的方法需要选择和激活利用x和y坐标的三角相关性确定的特定的偏轴红外发射器和接收器对。利用本发明的系统和方法能够提高触摸位置的分辨率，而不需要增加红外发射器和接收器的数量，也不需要更高速度的处理能力。
文档编号H01H36/00GK1433557SQ00818786
公开日2003年7月30日 申请日期2000年12月4日 优先权日1999年12月2日
发明者T·E·马斯特斯, R·W·克内特施, H·A·小格里斯, J·迪肯 申请人:伊罗接触系统公司