[发明专利]提高红外触摸屏性能的结构和方法

说明书

本发明涉及一种应用在显示屏幕表面的触摸输入设备，尤其是以红外线为传感介质的红外触摸屏，属于计算机多媒体技术领域。

触摸屏作为最简单、成熟的计算机多媒体人机交互设备已经得到了广泛的应用。现有的触摸屏技术主要有电阻膜、电容、表面声波和红外线等几种形式。在这些触摸屏技术之中，红外触摸屏以其生产工艺简单、生产成本较低等优势得到了很大的发展，并被应用到了许多领域。红外触摸屏的基本结构，是在一个适合安装在显示器边缘的框架内，沿着显示器的显示表面的四个边缘按照一定的顺序，安装许多对红外发射接收管；这些发射接收对管沿显示表面边缘纵向和横向排列，构成一个互相垂直的发射接收阵列，其中每一对发射接收管均安装在一条轴线上；因而这些轴线就在显示表面上构成了一个栅格的结构；上述阵列中的发射和接收管与两个模拟开关阵列相连接；模拟开关阵列与一个产生开关顺序通断指令的地址扫描发生器相连接；红外发射管通过与其连接的模拟开关阵列，被一个驱动电路所驱动；与红外接收管相连接的模拟开关阵列的光电信号输出端与一个信号放大处理电路耦合连接；上述这些部分分别与一个微型计算机系统的I/O线相连接，并且在其控制下工作；该微型计算机系统通过一个端口与上位计算机的输入输出端口相连接；在上位机内安装有使用该触摸屏的驱动程序。这里的微型计算机系统基本上都是单片机系统，因此下文均统称为单片机系统。这种结构的红外触摸屏的基本工作原理，是通过地址扫描发生器按照一定的顺序分别接通每一对发射接收管，然后由单片机系统检验每一对红外发射接收管之间红外光线是否被阻断，来判定是否有触摸事件发生。更详细的工作原理请参阅号码为5,162,783美国专利申请及其相关专利。

以上述技术方案构成的红外触摸屏，对于某一对红外发射接收对管来讲，性能容易得到保证，但一个触摸屏需要数十对至上百对管子，在量产条件下，即使同一厂商同一批次的产品也很难保证性能一致，尤其当发射管工作一段时间后，老化速度不一样，导致这种差异明显加大，最后当某只接收管的光电信号输出太弱，以至于接收电路的放大量相对不足时，就会导致触摸屏失效，因而整个触摸屏的工作寿命很短，常常只有一两年的时间。同时，通过判断每对发射接收管的光线是否被阻断的检测原理，导致其分辨率一般只能与其每个方向的发射接收管的对数相同，即使软件倍增，分辨率也只能增加一倍。由于光电元件均有一定的尺寸，所以在显示器边缘不可能排列下更多的发射接收管，所以触摸分辨率很低。再有，脉冲形式的光线还常常受电光源和自然光的干扰，导致发生操作错误以至死机。申请号为95105303中国专利申请就公布了一种使用脉冲计数和宽度调整的方法使系统工作更稳定，但多脉冲技术会导致扫描的频率降低，因此存在系统的反应速度减慢的缺点，同时也没有解决工作寿命和触摸分辨率的问题。

针对以上的缺点和问题，本发明提供了一套解决方案。因此，本发明的一个主要目的，是提供一种提高红外触摸屏的使用寿命的电路结构和方法，同时提高红外触摸屏抵抗各种光干扰的能力。本发明的另一个目的，是提供一种提高红外触摸屏分辨率的电路结构和方法。

为了实现本发明的目的，在红外触摸屏的电路设计和信号处理方法上，采用了增加调控元器件，并以增加的调控元器件为基础重新设计程序流程等措施。

为了提高红外触摸屏的使用寿命，本发明在普通触摸屏电路结构的基础上，增加了一个光电信号放大量的数控反馈控制环，以及一个发射管驱动电流限制电路，具体结构变化如下：在所述的与红外发射管相连接的模拟开关的驱动输入端，连接有一个驱动电流限制电路或元件；并在所述的信号处理放大电路中，还串连有一个数控增益放大器和一个A/D变换器；数控增益放大器的输入端与其它信号处理电路耦合连接，输出端与所述A/D变换器的模拟输入端耦台连接，增益控制端与单片机系统的I/O口线相连接；A/D变换器的数据输出端与单片机系统的I/O口线耦合连接；在所述单片机系统的存储器内，存储有一个二极管标准参考值、一个增益比较运算代码模块和一段增益控制代码；该增益比较代码能够对从所述A/D变换器得到的各个数据，与所述标准数据进行比较运算，并将运算结果按照一定的地址排列方式，存储到单片机系统内存储器的存储单元内，构成一个“增益控制表”；增益控制代码嵌入在触摸检测主程序内，能够在所述主程序检测触摸事件时，按照被所述扫描发生器通过模拟开关阵列所控制的红外发射接对管的接通顺序，依次读取上述增益控制表，通过所述与数控增益放大器连接的I/O口线反馈输出。