[发明专利]工作在中频方式下用监视器作光源的触摸屏输入设备

说明书

本发明与用于计算机的触摸屏输入设备有关，更明确地说，这项发明与以下过程有关：反射CRT光图案，使其越过CRT表面以产生信号，这个信号可以用来确定指示器的位置。

触摸屏设备是计算机的最直观的输入设备之一。它已被广泛应用于各种公共领域，如银行、公用电话亭、餐馆、售票服务、医疗机构、教育和各种娱乐场所。它的应用领域正稳步扩展。已经有许多不同的方法实现触摸屏输入功能。一个最早的，仍旧最广泛应用的方法是光学结构(optical frame)。这在美国专利4,267,443中已有描述，这个专利名为“Photoelectric Input Apparatus”，于1981年5月授予Carroll等人，如图1中的100所示。它利用多个光发射器(103和105)和光传感器(104、106)以检测指示器110(手指或铅笔)的位置。在一典型的设备中，一组32个红外光发射二极管103被放置在屏幕的底部，同时一组32个光敏二极管放置在屏幕的顶部。指示器110(手指或铅笔)可能挡住从某一个发射器中射出的到达一个或两个相邻的光检测器的光线。因此，在水平方向上，它提供了63个触摸点。另外，一组20个光发射二极管105个放置在屏幕的左侧，一组20个光检测器106放在屏幕的右侧，这样，在垂直方向上就有39个触摸点。在13英寸显示器102上，其分辨率是0.17英寸，或4.4毫米。如排列更多的光电二极管，分辨率还会提高，但制造成本会同比例增加，另外，光电二极管大小会对其有物理限制。

在以下的美国专利中，提出了大量的用可见光或不可见光作为触摸屏输入的方法。这些方法的提出是为了提高分辨率并降低制造成本(主要是通过减少光源和光检测器的数量)。在1984年7月10日授予Weissmueller等人的名为“Co-ordinate Detection System”的美国专利4,459,476中，利用由CRT相邻两侧发出的光作为光源，同时在相对的两侧，放置两组光检测器。通过使用由扫描射线(电子束)的能量激发的辐射材料，这一设备能减少两组发光设备。但是，垂直和水平方向的扫描频率相差很大，一般来说，垂直扫描频率为50～90赫兹，水平扫描频率为25～60千赫兹。因此，至少有一个光源必须单独产生。另外，从该专利中提供的图中看，这种CRT在结构上与标准CRT有很大差别，需要大量的额外制造成本。这些因素抵消了减少单独的光发射设备的益处。美国专利4,507,557，名为“Non-Contact X,Y Digitizer Using Two Dynamic RAM Imagers”于1985年3月26日授予Tsoko。在这一发明中，利用了两个发光二极管，一组镜子和两个用于位置检测的DRAM成像器(DRAMimager)。但是，一个DRAM成像器连同其控制电路比一组光电二极管要贵得多。授予Griffin的名为“Two Dimension Optical PositionIndicating Position”的美国专利4,553,842中，用一个转动的光电检测器取代光电检测器组。这些机械设备慢、昂贵且易于出现机械失效。授予Brown的名为“Video Display Touch Detection”的美国专利4,621,257中，描述了一个与美国专利4,459,476相仿的方法。光从0RT光源的上端和左侧发出，而两个电荷耦合器件(CCD)条取代光电检测器组放置在CRT的后部。因为一个CCD条的成本以及与之相关的电子电路比一组光电二极管更昂贵，所以较之以前的发明，它并没有显示出优越性。授予Sherbeck的名为“Touch Panel InputApparatus”的美国专利4,703,316中，在屏幕的四角放置四个光源，屏幕相对两侧放置两组光电检测器。这种装置减少了光源的成本，但两组光电检测器的成本仍旧存在。授予Kasday的名为“PhotoelasticTouch-Sensitive Screen”的美国专利4,710,760中，利用光弹性材料制作的透明屏幕折射两束偏振光。光弹性材料的制造成本可能比美国专利4,267,443中描述的Carroll系统还要高。授予Denlinger的名为“Ambient-Light-Responsive Touch Screen Data InputMethod and System”的美国专利4,782,328中，利用两个位于监视器屏幕相邻两角的CCD(电荷耦合器件)行扫图像传感器检测由于屏幕附近指示器的存在而出现的光图案变化。周边光被用作光源。CCD图像传感器昂贵，而且区分来自手指头引起的信号和来自环境变化引起的信号也在探讨之中。授予Person等人的名为“TouchPanel System and Method for Using Same”的美国专利4,811,004中，利用两个光源、两个检测器来检测位置。两个带镜子的振动簧片用来反射光束以产生扫描光束，这样就产生了两个独立的扫描光束。问题在于：机械振动器有赖于环境状况且易磨损。授予Griffin的名为＂Solid-State Optical Position Determing Apparatus”的美国专利4,820,050，授予Blue等人的名为“Light Distribution and DetectionApparatus”的美国专利4,980,547以及名为“Laser Touch ScreenReflective Surface Aberration Cancelling”的美国专利5,196,835，都是美国专利4,533,842的变种，其运动部件都存在同样的问题。