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发射器和探测器的红外（ IR ）触摸屏

应用说明

1.引言

触摸屏作为一种流行的用户界面

越来越普遍。应用程序

跨度公共信息系统

客户自助服务终端。因此，作为

合乎逻辑的步骤，越来越多的设备今天

拥有这样的用户界面，例如银行

自动取款机（ATM ），个人

数字助理（PDA ），移动电话和

PC显示器。广泛普及

积极支持通过标准电脑

基于操作系统，例如像

视窗

7.

CMOS成像技术的快速发展

传感器和高功率的发展

在超薄封装的红外（ IR ）发射器具有

导致了一系列新的光学触摸屏

技术。他们中的许多含有

专有技术和解决方案。选项卡。 1

提出了不同的一般概述

技术及其特点。

本文将就基于IR的概述

触摸屏技术有一个特殊的

专注于红外发光二极管（ IREDs ）

并且在这样的使用光检测器

应用程序。它应有助于触摸屏

设计师选择合适的IR组件

对于他们的系统，并提供一些通用

光电准则。

传统上，红外触摸屏面临

3批评：尺寸，成本和环境光

敏感性。前两个担忧，从干

传统的矩阵为基础的系统。不过，

新技术和超薄封装使

在挡板的高度显著下降

结合了成本的降低。摄像机 -

基于系统再进一步减少

份显著在成本数

of

额外

计算

和

软件

表面

声

WAVE

+

o

-

+

+

o

-

o

+

o

+

-

m

IR

基质 -

基于

++

-

-

+

++

+

++

++

o

+

-

+

M / L

IR

CAMERA-

基于

++

++

++

+

++

+

++

++

++

+

o

++

M / L

IR

projector-

基于

++

++

++

++

++

+

-

++

++

+

-

+

l

IN- CELL

光纤

++

++

+

o

++

+

-

-

+

+

-

o

s

特征

图像的清晰度

质量

决议

成本效益

更大的屏幕

耐

破坏

稳定的校准

容易制造

改造的可能性

可以在任何物体

创建一个触摸

触摸精度

多点触控功能

环境光

不敏感

密封性，耐

尘

主要市场

电阻

-

+

-

-

-

+

++

o

o

-

+

+

s

电容式

o

+

-

-

+

o

o

-

+

+

+

+

m

表1 ：触摸屏技术及其特点的总结。

（ ++ ：优异， + ：好，O： OK ， - ：不执行好/不具备此功能，

屏幕尺寸： S：小（ 2“ - 10” ）， M：中等（ 12“ - 30” ）， L：大（ >32 “））

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第14页1

复杂性。

第三约束，环境光

灵敏度，仍然是一个非常相关的设计

挑战。有几种方法来

处理这种情况，两种光学和电。

这将被讨论的那样，除其他问题，

在“常规设计注意事项”

四节。

在最后一个简短的产品选择指南

提供信息的快速和

成功的设计而定。

红外触摸屏2.概述

原则

一般来说，红外触摸屏有

是不是所有的几个期望的属性

在目前竞争技术。该

对象用于产生“触摸”可以具有

几乎任何形状和尺寸，并可以由

几乎任何材料。这是相对于

大多数其他触摸屏技术在哪里

某种触针是必需的。

由于红外触摸屏是一种固态

技术，他们没有活动的机械

份或任何放置在顶部

显示以降低亮度。后者

事实上保证清晰的图像质量和

鲁棒性随着时间的推移。这是特别

重要的，因为许多设备或显示供应商

对客户推销自己的产品

感知的显示质量。在过去的

多年来几种不同的技术用于IR

触摸屏都拿出了在市场上。

其中主要将在解释

下面的章节。

2.1红外矩阵为基础的触摸屏

传统的红外矩阵触屏

技术是基于对一个中断

在前面的光路中的一个无形的光网格

在屏幕上。简化原理图

呈现在图1 。

发射器在此概念的阵列（ IREDs ）

采用覆盖的背后2

屏幕边框的相邻边框和

图。 1 ：红外概念矩阵为基础的

触摸屏。一个触针上的影响

单独的探测器的光电流

内容如下勾勒。

创造了无形的光网格。该

相反挡板包含相应的

探测器阵列（通常为光电晶体管或

-diodes ）。这种安排屏蔽

不受环境影响活性部位

和维护的质量和亮度

的图像。此外，它使屏幕

改造，实际上是在完全

独立的屏幕为所有实用

的目的。

如果障碍物（例如指示笔或手指尖端）

它会出现中断的网格矩阵内

的光束，并导致减少的

该

测

光

in

该

相应的探测器。在此基础上

信息的x坐标和y坐标可

容易地得到。

红外矩阵基于原理适用于

识别静态操作以及

运动。它是不是真的适合高

高分辨率运动检测，例如手写

识别。

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图。 2：摄像机 - 反射型原则

基于触摸屏。一个触针的影响

在该行的单元格的信号的光路

扫描传感器被描绘在图形中。

2.2基于摄像头的触摸屏

最近期的发展是摄像机 -

基于触摸屏的设置。该技术

越来越受欢迎，因为它的可扩展性，

通用性和经济承受能力，特别是对

较大的单位。一个典型的设置呈现

图。 2 。

该系统通常由两个或更多

红外线扫描光学传感器，如用在

条码或平床扫描仪。每一个都是

安装在左上角和右上角

屏幕边框。该传感器监测

这是照亮整个屏幕

红外光。

屏幕区域的红外照明

由IREDs定位在左上角做

和右上角，旁边的线扫描

传感器，但光学隔离，以避免

串扰。每一个红外发光二极管组件

照亮了完整的90 °角范围内

屏幕。

触笔或物体的反射（例如

手指）触发的信号中的上升

相应

探测器

细胞。

By

特别

图。

3:

基于照相机的

触摸屏

实现与发光导光体的边缘。

导光提供了一个漫

照明屏幕。

计算算法（例如三角）

根据这两个行的读出

扫描传感器的精确坐标和

触摸物体或手指的大小均匀

尖端可以通过软件来计算。

2.3基于摄像机与光导

在不同的布置中，光导

基于红外照明系统被安装在

视摄像机反向场，内

的挡板（参照图3）。实际的实现

这种背光系统包括高

电源IREDs其中光耦合到两个

发光光学导光刃结束

元素。该光导板的周围安装

屏幕和提供了红外光幕。

在这种情况下，触摸笔或物体的

显示为一个阴影产生的压降

相关检测器单元“的信号。同样，

需要特殊的计算算法

做RESP位置的计算。

对象的大小。

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γ

ε

图。 4：原理投影系

触摸屏实现。所描述的

系统的工作原理与漫射照明（ DI ）。

图。 5 ：原理的红外式触摸

检测系统。不同的红外发光二极管耦合

选项草图。

波导通常由位于几个IREDs

在屏幕上的所有侧面。光线

波导通过内部的总捕获

内部反射。

如果压力或触摸被施加到

由于聚合物/丙烯酸表面的触针或一个

物体（例如手指）的光耦合用FTIR

成聚合物（或入手指，如果没有

聚合物时），并从那里被散射

和汇对红外敏感

摄像头位于中后部

屏幕。这种技术所期望的

通过应用红外发射

应避免屏幕上，例如联系

在电视演播室使用的屏幕来避免

干扰或电视摄像机的饱和

图片由红外光。

应该提到的是， FTIR联

与相机传感器还用于在

生物识别技术行业，尤其是在

指纹扫描应用程序。

2.6内嵌式光学传感

2.4投影仪为基础的触摸屏

另一组的系统是基于一个

投影机的概念。由于设置了

主要应用在大屏幕的

概述或演示的目的。该

这种技术的基本原理，在

图。 4 。

通常的可见图像从投影

背面上弥漫的屏幕。一

几个红外敏感摄像头安装

屏幕后面监视红外反射

图像画面。

照亮红外辐射屏

有各种选项。其中利用了

从红外光源漫射照明（ DI）的

后面的屏幕。如果指示笔或手指

触摸屏幕，一个反射发生和

红外相机检测的亮点。

2.5基于投影仪的使用FTIR

图。 5列出其工作原理类似的版本

对受抑全内原则

反射（FTIR ）。

这种设置使用的波导特性

例如丙烯酸类玻璃作为屏幕的一部分

分发的IR辐射。通常一个

压力敏感聚合物层中加入上

顶部显示投影图像，如丙烯酸

玻璃几乎是透明的，在可见

图像。红外光被耦合到所述丙烯酸

在内嵌型光学传感原理是

集成的解决方案。在每个像素单元内

LCD显示器通常有一

光电晶体管集成。原则

作品，未经指定的光源。在一个

明亮的环境中看到的光电晶体管

指尖的阴影，而在

深色或暗淡光线充足的环境的反思

背光源产生的信号。该

没有有源照明的也是

缺点这一原则，特别是黑色的

屏幕在黑暗环境。

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3.特殊应用设计

方针

3.1基于矩阵的设计

新开发的超薄和成本效益

发射RESP 。检测包允许

显著降低挡板的高度，

克服的主要缺点之一

这种传统观念。

雇IREDs的数目取决于

主要是对屏幕尺寸和所需

分辨率。对于简单的应用程序

间距可能一样宽1 IRED元

寸。

在多数强化大屏幕系统的

IR控制器顺序脉冲的IREDs 。

这是重要的，以避免任何的同时

不同发射器之间的串扰。

如果顺序操作是不存在可行的

是必要的，以一些其它措施

counterfight意外的串扰（虽然

意光学串扰进入邻国

检测器是必要的，以增加

超越IRED间距）的分辨率。

最重要的，最好的措施是

适当的机械设计，达到了良好的

光遮蔽。用组合

窄角度的

探测器

is

还

an

适当的行动，以减少环境光

问题。

合适的发射器/检测器的产品与

窄半角和小封装高度

对于基于矩阵的触摸屏，可以发现

在选项卡。 2 ，在本说明的最后。这些苗条

产品可实现具有成本效益和

吸引人的设计。

3.2基于摄像头的使用直接照明

根据光学设计和

工作

原则

of

基于照相机的

触摸屏，或者漫广角

IREDs用于直接照明或发射器

将光耦合到一个光导被

可取的。

提取环境IR噪声信号

通常的操作是在由脉冲模式

比较两次扫描。第一，在

参考扫描（不带红外照明）是

与信号扫描（用红外光谱进行比较

照度）。基于该差异的

触摸事件可以被提取。

对于前者设置合适的元件

要么是对SFH4050或SFH4655的，

它可以照亮整个90 °视场

的图。苗条的包是一个非常适合

对于一个紧凑的设计。

3.3基于摄像机与光导

照明

一个高效的系统，需要一个均匀的

和上方的区域的漫射照明

屏幕由于一个。例如边缘发光

指导。一个IRED的用于耦合的选择

成的导光元件依赖于

标准编号。最重要的是

光导的设计（光纤），尤其是

出耦合元件的分布

沿着光导。这些间距

元素可以是均匀的或变窄

与来自IRED的距离的增加而

耦合的网站。后者的变化通常是

设计

为

标准

广角

组件，而第一喜欢

发射器有一个更集中的光束

实现均匀扩散

沿着导光输出耦合。大体，

只有定制的解决方案提供了一个

沿着导光体的优化的照明。

然而，用于从所述发射器将光耦合

进入波导也有一些通用的

指引（另见欧司朗的应用

注意“光导”进行了较详细

讨论）。首先，之间的气隙

发射器和光导需要是

最小化。更妙的选项包括孔

在丙烯酸类玻璃为发射极。为了得到一个

良好的光学接触指数匹配能

显著降低菲涅尔损失（典型值。

气隙 - 在发射至少为2× 4％ -

玻璃接口）。第二个问题是关于

联接器的类型，例如对接耦合

（垂直于滑动切割导光

表面）或倾斜耦合。第一种类型

通常采用标准的广角

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