专利名称：光学式触摸屏的制作方法
技术领域：
本发明涉及只要利用手指或触控笔触碰画面，就能够识别出触碰坐标的光学式触摸屏。
背景技术：
随着液晶显示装置(Liquid Crystal Display ;LCD)等的各种显示装置的发展,触摸屏是使显示装置和用户之间的接ロ变得简便容易的最为有效的输入装置之一。由于上述触摸屏可以利用手指或触控笔等在视觉上简单地操作计算机、手机、金融終端、游戏机等多种设备，所以其应用领域很广。以往的实现触摸屏的商用化的方式有电方式和光学方式。电方式有电阻膜方式和 静电容量方式等。但是，电阻膜方式和静电容量方式在触摸屏的画面大小变大的情况下，价格变得昂贵且技术性的限制大，因此，使用于小型触摸屏。光学方式有红外线矩阵方式、相机方式等。其中，红外线矩阵方式一部分使用于中大型触摸屏。但是，随着触摸屏的画面大小变大，电カ消耗多且价格变得昂贵，而且因太阳光、照明光等外部环境弓I起的误操作的问题大。相机方式基本上是根据两个相机中所看到的触碰物体的角度计算出触碰坐标的方式。以往的相机方式与红外线矩阵方式相同，由于太阳光、照明光等外部环境而存在误操作的问题。此外，在求出各相机的图像中捕捉到的触控物体的角度时，由于相机镜头的失真引起的角度检测的误差，其精密度会降低。并且，在同时检测两个以上的多点触碰的过程中，在计算上发生虚像坐标(ghost point)的情况下,存在很难区分虚像坐标的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不受影子或外部光的影响，而且没有由相机镜头自身的失真引起的检测误差地，能够准确地求出触碰物体的坐标的光学式触摸屏。并且，本发明的目的在于提供一种在检测两个以上的多点触碰的过程中，能够区分出计算上发生的虚像坐标来求出准确的实际坐标的光学式触摸屏。作为用于达到上述目的的本发明的光学式触摸屏，包括主体，其设置成包围画面的触碰区域边缘；多个红外线细微坐标光源发生部，它们在上述主体中的上下两个横向边和左右两个纵向边分别设置成向上述触碰区域按一定间隔生成红外线细微坐标光源(finegauge light source),提供横轴和纵轴的坐标基准；两个以上的红外线相机,它们设置于上述主体，用于感知由上述红外线细微坐标光源发生部生成的红外线细微坐标光源；以及控制部，其基于从上述红外线相机感知出的数据，计算出上述触碰区域中所被触碰的触碰物体的坐标。根据本发明，由于在触碰区域侧生成红外线细微坐标光源，检测出红外线细微坐标光源中被遮挡的位置，来求出触碰物体的坐标，所以不受到太阳光、影子、外部光等的影响，并且没有由相机镜头自身的像差和失真引起的检测错误地，能够稳定地求出触碰物体的坐标。此外，根据本发明，红外线细微坐标光源发生部将ー个或两个红外线发光部的光按照细微槽的个数分配为红外线细微坐标光源来生成，所以能够减少电カ消耗，容易地制造出大型的触摸屏。并且，根据本发明，在发生两个以上的多点触碰的情况下，由于区分出计算上发生的虚像坐标，所以能够求出准确的实际坐标。
图I是根据本发明的一实施例的光学式触摸屏的构成图。图2是示出红外线细微坐标光源发生部的一例的主视图。图3是摘取图2中示出的细微坐标光源发生部的一部分来示出的部分立体图。
图4是示出细微坐标光源发生部的另一例的立体图。图5是不出细微坐标光源发生部的又一例的主视图。图6是摘取图5中图示出的细微坐标光源发生部的一部分来示出的部分立体图。图7是示出查询表的一例的图。图8是用于说明由红外线相机检测各红外线细微坐标光源所处的地点的角度的过程的一例的图。图9是用于说明红外线细微坐标光源在图像传感器中构成直线的列而得到检测的例的图。图10是用于说明触碰坐标的求出过程的图。
具体实施例方式以下，參照附图对根据优选实施例的本发明进行详细的说明。图I是根据本发明的一实施例的光学式触摸屏的构成图。參照图I，光学式触摸屏100包括主体110、红外线细微坐标光源发生部120A、120B、120C、120D、红外线相机130A、130BU30C及控制部140。主体110设置为包围画面触碰区域10的边缘。其中，画面触碰区域10相当于液晶显示装置等各种显示装置的画面触碰区域。主体110安装红外线细微坐标光源发生部120A、120B、120CU20D和红外线相机130A、130B、130C并进行支撑。红外线细微坐标光源发生部120A、120B、120C、120D用于提供画面触碰区域10中横轴和纵轴的坐标基准。红外线细微坐标光源发生部120A、120B、120C、120D分别设置于主体110中上下两个横向边和左右两个纵向边。红外线细微坐标光源发生部120A、120B、120C、120D从主体110的内侧四个边向触
碰区域10按一定间隔生成红外线细微坐标光源。其中，红外线细微坐标光源的发光部位于触碰区域10的前侧，并按一定间隔分配排列于触碰区域10的四个边。由此，红外线细微坐标光源在触碰区域10中作为横轴和纵轴的坐标基准发挥功能。红外线相机130A、130B、130C是对红外线具有充分的感光度的相机，设置于主体110并用于检测由红外线细微坐标光源发生部120A、120B、120C、120D生成的红外线细微坐标光源。图中虽然示出具备三个红外线相机的情况，但也可以具备两个或四个。
红外线相机130A、130B、130C中分别包括镜头和图像传感器。镜头构成为具有90°或其以上的视角。图像传感器接收由镜头捕捉到的被摄体的光学图象，并将其转换为电信号。作为图像传感器有CO) (charge-coupled device电荷稱合)图像传感器或CMOS(complementary metal-oxide semiconductor互补金属氧化物半导体)图像传感器等。红外线相机130A、130B、130C检测出红外线细微坐标光源中由触碰物体所遮挡的红外线细微坐标光源的位置，并将检测出的数据提供给控制部140。此时，控制部140基于从红外线相机130A、130B、130C检测出的数据，计算出触碰区域10中所被触碰的触碰物体的坐标。如前所述，由于向触碰区域10侧生成红外线细微坐标光源，并且检测红外线细微坐标光源中被遮挡的位置来求出触碰物体的坐标，所以不受到太阳光、影子、外部光等的影响，从而能够稳定地求出触碰物体的坐标，而不会存在相机镜头自身的像差和失真引起的检测错误。此外，如图2及图3所示，红外线细微坐标光源发生部120A、120B、120C、120D中分别包括至少ー个红外线发光部121和细微坐标光源分配器122。作为红外线发光部121可以利用红外线发光二极管(Light Emitting Diode ;LED)。细微坐标光源分配器122将从红外线发光部121发散的光分配到一定间隔的红外线细微坐标光源。作为一例，细微坐标光源分配器122包括透明杆123和扩散部124。透明杆123由高折射率的透明塑料或玻璃材质形成。透明杆123的至少ー侧端部配置有红外线发光部121。透明杆123构成具有矩形截面的形状。透明杆123具有在一侧侧部沿着长度方向按一定间隔形成细微槽123a的结构。当在透明杆123的一侧端部投射红外线发光部121的光吋，细微槽123a中发生散射并分别生成红外线细微坐标光源。由此，从透明杆123生成按一定间隔的红外线细微坐标光源。此夕卜，虽未图示，但为了提高红外线细微坐标光源的亮度，还可在透明杆123的相反侧端部另外配置红外线发光部，或是配置反射镜。扩散部124用于在从细微槽123a生成红外线细微坐标光源时,使红外线细微坐标光源从所有角度上均匀地进行发光。作为扩散部124可以利用扩散薄片。扩散薄片构成为已实施散射表面处理的形态，附着于透明杆123中形成细微槽123a的部位。由于前述的结构的红外线细微坐标光源发生部120将ー个或两个的红外线发光部121的光按细微槽123a的个数分配并生成红外线细微坐标光源，所以能够减少电カ消耗，并容易地制造大型触摸屏。作为另一例，如图4所示，细微坐标光源分配器222的透明杆223在一侧侧部223a沿着长度方向按一定间隔形成有细微槽224，在形成有细微槽224的侧部223a面的相反侧侧部223b分别生成一定间隔的红外线细微坐标光源。在透明杆223的至少ー侧端部配置有红外线发光部121。当在前述的透明杆223的一侧端部投射红外线发光部121的光时，在细微槽224中分别发生散射。在各个细微槽224中散射的光中的一部分经由透明杆223的内部并集束， 通过透明杆223的相反侧侧部223b发散。由此，在透明杆223的相反侧侧部223b按一定间隔生成红外线细微坐标光源。透明杆223配置为，使红外线细微坐标光源朝向画面触碰区域10侧。
在透明杆223中红外线细微坐标光源所处的侧部223b弯曲地形成，从而起到镜头作用。由此，在使各个细微槽224中散射的光中的一部分经由透明杆223的内部并通过透明杆223的相反侧侧部223b发散吋，能够提高集光效果。并且，还可以使透明杆223中形成有细微槽224的侧部223a弯曲地形成，由此，由于在各个细微槽224中散射的光的一部分向透明杆223的内部方向集光，所以能够提高通过透明杆223的相反侧侧部223b发散的光量。在透明杆223中形成有细微槽224的侧部223a侧还可具备反射部件225。反射部件225将从细微槽224散射井向外部发散的光反射到透明杆223侧，从而更加提高红外线细微坐标光源的亮度。 作为又一例，如图5及图6所示，细微坐标光源分配器322可包括基底薄片323和光通路324、覆膜325及扩散部326。基底薄片323由具有低折射率的薄片构成。光通路324在基底薄片323上面具有一定间隔并由高折射率的透明树脂(resin)形成。此时，光通路324在基底薄片323上可通过印刷或蚀刻等方法形成。覆膜325在基底薄片323的上面覆盖光通路324并由低折射率的树脂形成。覆膜325可遍及整个基底薄片323形成。扩散部326使红外线细微坐标光源从光通路324在所有角度上均匀地进行发光。作为扩散部326可以利用已实施散射表面处理的扩散薄片，并且可附着于细微坐标光源分配器322中细微坐标光源的发光部位。当在基底薄片323的至少ー侧侧面入射红外线发光部121的光吋，入射的光在光通路324的内部进行全反射，在到达光通路324的各放出地点后，在各放出地点由扩散部326得到扩散并发散。由此，使红外线发光部121的光按光通路324的个数分配为一定间隔的红外线细微坐标光源并进行发光。此外，再參照图1，在红外线相机130A、130B、130C具备有三个的情况下，三个红外线相机130A、130B、130C分别配置于主体110的三个角落。例如，三个红外线相机130A、130B、130C可以在主体110的左下角落、右下角落、右上角落中分别配置ー个。此时，红外线相机130A、130B、130C的各中心向相对于主体110的横向边和纵向边为45°的方向进行配置。由此，红外线相机130A、130B、130C感知由分别设置于对面对角线方向的横向边和纵向边的红外线细微坐标光源发生部120A、120B、120C、120D生成的红外线细微坐标光源。此外，控制部140包括相机接ロ 141、存储器142及计算部143。存储器142中预先存储有如图7所示的查询表。查询表可以按照如下制作。在设置有四个红外线细微坐标光源发生部120A、120B、120C、120D的主体110的四个边中，内侧横向边长和内侧纵向边长在主体110的制造时已设定。此外，由红外线细微坐标光源发生部120A、120B、120C、120D生成的红外线细微坐标光源的各位置也在主体110的制造时已设定。因此，在三个红外线相机130A、130B、130C所处的地点可以检测出各红外线细微坐标光源所处的地点的角度。即，如图8所示，右上角落的红外线相机130C可以检测出由处于对面对角线方向的左侧纵向边的红外线细微坐标光源发生部120D生成的从Cl1至dn的η个红外线细微坐标光源，以及由下侧横向边的红外线细微坐标光源发生部120C生成的从C1至Cm的m个红外线细微坐标光源所处的地点的角度。与此相同地，左下角落的红外线相机130A和右下角落的红外线相机130B也可以检测出各红外线细微坐标光源所处的地点的角度。由此，制作出将所有红外线细微坐标光源所被赋予的位置编号作为索引值，将从三个红外线相机130A、130B、130C在红外线细微坐标光源的各位置检测出的角度作为表值的查询表。由此制作出的查询表预先存储在存储器142中。此外，存储器142中预先存储有地址地图。地址地图按照如下制作。右上角落的红外线相机130C同时感知由对面对角线方向的左侧纵向边的红外线细微坐标光源发生部120D生成的从Cl1至dn的η个红外线细微坐标光源、以及下侧横向边的红外线细微坐标光源发生部120C生成的从C1至Cm的m个红外线细微坐标光源。由此，在具备于右上角落的红外线相机130C的图像传感器131中，如图9所示，从Cl1至C111的n+m个红外线细微坐标光源构成直线的列而得到感知。按照如上所述的方式，在具备于左下角落的红外线相机130A的图像传感器中，感知出包含从bn到Id1的红外线细微坐标光源、以及从am至ai的红外线细微坐标光源的n+m个红外线细微坐标光源。此外，在具备于右下角落的红外线相机130B的图像传感器中，感知出包含从dn到Cl1的红外线细微坐标光源、以及从至am的红外线细微坐标光源的n+m个红外线细微坐标光源。如上所述，由红外线相机130A、130B、130C的图像传感器分别检测出的图像数据，将通过相机接ロ 141传送给控制部140。控制部140基于红外线相机130A、130B、130C的各图像数据，找出被红外线细微坐标光源感光的图像传感器的像素所处的数据地址并赋予识别编号，将识别编号与红外线细微坐标光源的位置编号建立匹配，从而制作出地址地图。由此制作出的地址地图预先存储到存储器142中。由存储器142中存储的查询表和地址地图，触碰位置的角度将按照如下求出。当由手指等触碰物体触碰画面触碰区域10时,在画面触碰区域10侧生成的红外线细微坐标光源中，由触碰物体遮挡的红外线细微坐标光源将不会被红外线相机130A、130B、130C受光。由此，在红外线相机130A、130B、130C的各图像传感器上，与被遮挡的细微坐标光源对应的像素的感光将中断。此时，计算部143周期性地检查地址地图中存在的像素的感光数据，当存在有感光中断的像素时，通过对该像素的地址赋予的识别编号，在地址地图中读取相应红外线细微坐标光源的位置编号。接着，计算部143通过存储器142中存储的查询表，求出与相应红外线细微坐标光源对应的角度值。随后，计算部143基于求出的角度值，计算出触碰物体的坐标。计算触碰物体的坐标的过程按照如下进行。如图10所示，假设画面触碰区域10上发生触碰的位置为P1，计算部143在查询表中求出指向Pl的αρι、βρι。α P1是从左下角落的红外线相机130Α所求出的角度，β P1是从右下角落的红外线相机130Β所求出的角度。接着，在主体110中，当X轴方向上内侧横向边的长度为W，Y轴方向是内侧纵向边的长度为H时，Pl的坐标(XI，Yl)由如下的数学式I求出。数学式I
权利要求
1.一种光学式触摸屏，其特征在于，包括 主体，其设置成包围画面的触碰区域边缘； 多个红外线细微坐标光源发生部，它们在所述主体中的上下两个横向边和左右两个纵向边，分别设置成向所述触碰区域按一定间隔生成红外线细微坐标光源(fine gaugelight source),提供横轴和纵轴的坐标基准； 两个以上的红外线相机，它们设置于所述主体，用于感知由所述红外线细微坐标光源发生部生成的红外线细微坐标光源；以及 控制部，其基于从所述红外线相机感知出的数据，计算出所述触碰区域中所被触碰的触碰物体的坐标。
2.根据权利要求I所述的光学式触摸屏，其特征在于， 所述各个红外线细微坐标光源发生部包括 至少一个红外线发光部；以及 细微坐标光源分配器，其将从所述红外线发光部发散的光分配为一定间隔的红外线细微坐标光源。
3.根据权利要求2所述的光学式触摸屏，其特征在于， 所述细微坐标光源分配器包括 透明杆，其在至少一侧端部供所述红外线发光部配置，并且在一侧侧部沿着长度方向按一定间隔形成有细微槽；以及 扩散部，其使红外线细微坐标光源从所述细微槽在所有角度上均匀地进行发光。
4.根据权利要求2所述的光学式触摸屏，其特征在于， 所述细微坐标光源分配器包括 透明杆，其在一侧端部供所述红外线发光部配置，在一侧侧部沿着长度方向按一定间隔形成有细微槽，并且由分别在所述细微槽中散射的光而在相反侧侧部生成一定间隔的红外线细微坐标光源。
5.根据权利要求4所述的光学式触摸屏，其特征在于， 在所述透明杆中的红外线细微坐标光源所处的侧部弯曲地形成而起到镜头的作用。
6.根据权利要求5所述的光学式触摸屏,其特征在于， 在所述透明杆中的形成有所述细微槽的侧部弯曲地形成，使分别在所述细微槽中散射的光向所述透明杆的内部方向集光。
7.根据权利要求6所述的光学式触摸屏，其特征在于， 在形成有所述细微槽的侧部侧还具备反射部件。
8.根据权利要求2所述的光学式触摸屏，其特征在于， 所述细微坐标光源分配器包括 低折射率的基底薄片； 多个光通路，它们由高折射率的透明树脂构成，并且按照一定间隔形成于所述基底薄片之上； 覆膜，其由低折射率的树脂构成，并且以覆盖所述多个光通路的方式形成于所述基底薄片之上；以及 扩散部，其使红外线细微坐标光源从所述光通路在所有角度上均匀地进行发光。
9.根据权利要求I所述的光学式触摸屏，其特征在于， 所述红外线相机具备三个，在所述主体的三个角落各配置一个，并且各中心向相对于所述主体的横向边和纵向边为45°的方向进行配置。
10.根据权利要求I所述的光学式触摸屏，其特征在于， 所述控制部包括 存储器，其存储有查询表，该查询表将所有红外线细微坐标光源所被赋予的位置编号作为索引值、从三个红外线相机在红外线细微坐标光源的各位置检测出的角度作为表值；并且存储有地址地图，该地址地图将所述红外线相机的各图像传感器中被细微坐标光源感光的像素的地址所被赋予的识别编号与所述位置编号建立匹配而成；以及 计算部，其周期性地检查与所述识别编号对应的地址地图中的像素的感光数据，如果存在感光被中断的像素，则根据该像素的地址所被赋予的识别编号，在所述地址地图中读取相应红外线细微坐标光源的位置编号，通过所述查询表求出与相应红外线细微坐标光源对应的角度值，基于求出的角度值计算触碰物体的坐标。
11.根据权利要求10所述的光学式触摸屏，其特征在于， 所述计算部在多点触碰的情况下，基于从所述三个红外线相机中的两个红外线相机求出的角度值，计算出触碰物体的坐标，基于计算出的触碰物体的坐标和从剩余一个红外线相机求出的角度值，区别实际坐标和虚像坐标(ghost point)。
全文摘要
本发明涉及只要利用手指或触控笔触碰画面就能够识别出触碰坐标的光学式触摸屏。光学式触摸屏包括主体和多个红外线细微坐标光源发生部、两个以上的红外线相机及控制部。主体设置成包围画面的触碰区域边缘。红外线细微坐标光源发生部在主体中的上下两个横向边、和左右两个纵向边分别设置为向触碰区域按一定间隔生成红外线细微坐标光源，提供横轴和纵轴的坐标基准。红外线相机设置于主体，用于感知由红外线细微坐标光源发生部生成的红外线细微坐标光源。控制部基于从红外线相机感知出的数据，计算出触碰区域中所被触碰的触碰物体的坐标。
文档编号G06F3/042GK102713807SQ201080054237
公开日2012年10月3日 申请日期2010年12月8日 优先权日2009年12月11日
发明者金成翰 申请人:金成翰