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1、(10)申请公布号 CN 103970362 A (43)申请公布日 2014.08.06 C N 1 0 3 9 7 0 3 6 2 A (21)申请号 201310039972.7 (22)申请日 2013.01.31 G06F 3/042(2006.01) (71)申请人广州三星通信技术研究有限公司 地址 510663 广东省广州市萝岗区科学城科 学大道185号A3栋 申请人三星电子株式会社 (72)发明人徐伟成 (74)专利代理机构北京铭硕知识产权代理有限 公司 11286 代理人韩明星 王彬 (54) 发明名称 利用光学干涉或衍射原理的触摸装置及其触 摸检测方法 (57) 摘要 本发。
2、明公开了一种利用光学干涉或衍射原理 的触摸装置及其触摸检测方法。触摸装置包括： 多个光源，每个光源均选用非可见光；多个挡板， 沿互相垂直的两个方向成对设置，在所述多个挡 板上设置有干涉或者衍射元件，光源通过所述元 件能够形成干涉或衍射条纹；多个光检测器，与 所述多个光源对应，用于检测干涉或衍射条纹的 位移变化，其中，挡板设置在对应的光源与光检测 器之间，其能够在外界的压力作用下带动挡板上 设置的干涉或衍射元件向下发生位移或形变，从 而使得相应的干涉或者衍射条纹发生位移变化。 采用根据本发明的实施例的触摸屏装置后，可以 利用光学干涉或衍射现象实现触摸定点，而且实 现的成本相对电容触摸屏来说会更低。
3、，且可以做 到更大面积。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103970362 A CN 103970362 A 1/2页 2 1.一种触摸装置，包括： 多个光源，每个光源均选用非可见光； 多个挡板，所述多个挡板沿互相垂直的两个方向成对设置，在所述多个挡板上设置有 干涉或者衍射元件，光源通过干涉或者衍射元件能够形成干涉或衍射条纹； 多个光检测器，所述多个光检测器与所述多个光源对应，用于检测干涉或衍射条纹的 移动变化， 其中，挡板设置在对应的光源。
4、与光检测器之间，挡板能够在外界的压力作用下带动挡 板上设置的干涉或衍射元件向下发生位移或形变，从而使得相应的干涉或者衍射条纹发生 移动变化。 2.根据权利要求1所述的触摸装置，所述装置还包括： 透明玻璃板，设置于所述多个挡板之上，用于实现触碰振动的传导。 3.根据权利要求1或2所述的触摸装置，其中， 光源设置有四个，光检测器设置有四个，挡板设置有两个。 4.根据权利要求1或2所述的触摸装置，其中， 所述多个挡板上设置的干涉或者衍射元件为双缝单元，双缝单元中的狭缝沿水平方向 延伸。 5.根据权利要求1或2所述的触摸装置，其中， 光检测器选用CCD。 6.根据权利要求1或2所述的触摸装置，其中， 。
5、所述光源采用单波长的红外光源。 7.根据权利要求1或2所述的触摸装置，其中， 对触摸过程中的状态用比较器去实时对比获得数字信号，对于亮条纹，采集并用比较 器比较得到高电平1；对于暗条纹，采集并用比较器比较得到低电平0，每当得到的电平从 高电平变为低电平或从低电平变为高电平时，计数器增1，通过计数器最后得到计数值来获 得条纹的移动量。 8.根据权利要求1或2所述的触摸装置，其中， 采集触摸过程中的光信号，将光信号转换为电的模拟信号进行判断，不仅对检测点上 移动的条纹进行计数，而且还检测小于一个条纹数的移动量。 9.根据权利要求1、2、7和8中任一项所述的触摸装置，其中， 对采集的全部数据进行对比。
6、，将条纹移动量最大的点确定为触摸点。 10.根据权利要求1或2所述的触摸装置，其中， 挡板沿x轴方向和y轴方向设置，x轴y轴形成的平面与触摸装置的触摸平面平行，x 轴、y轴互相垂直，一部分光检测器平行于x轴，其余的光检测器平行于y轴，根据平行于x 轴的光检测器检测到的条纹位移最大的位置来确定触摸点的x坐标，根据平行于y轴的光 检测器检测到的条纹位移最大的位置来确定触摸点的y坐标。 11.根据权利要求1、2或10所述的触摸装置，其中， 挡板沿互相垂直的x轴方向和y轴方向设置，x轴方向和y轴方向分别平行于触摸屏 的一个边界。 12.一种使用如权利要求1-11中任一项所述的触摸装置的触摸检测方法，包。
7、括： 权 利 要 求 书CN 103970362 A 2/2页 3 当触摸屏受到触发而被激活时，启动光源； 周期性采集触摸屏的条纹状态数据D1，比较条纹状态数据D1与存储器中存储的触摸 屏不振动的情况下的初始条纹状态数据D0； 如果比较的结果相同，仍继续采集条纹状态数据D1； 如果比较的结果不同，执行误判算法，确定触摸屏的振动是否为环境噪声，在确定触摸 屏的振动是环境噪声的情况下，仍继续采集条纹状态数据D1，在确定触摸屏的振动不是条 纹状态数据，对比初始条纹状态数据D0与所采集的条纹状态数据D1以确定条纹的位移或 变化，从而确定触摸位置，并执行根据触摸的相应操作。 13.根据权利要求12所述的。
8、触摸检测方法，所述方法还包括： 在启动光源的步骤之后，根据用户设置确定是否执行初始化，在执行初始化的情况下， 采集屏幕不振动的情况下的初始条纹状态数据D0，并将初始条纹状态数据D0存储于存储 器中。 14.根据权利要求13所述的触摸检测方法，其中， 所述初始化步骤在每次触摸屏被激活之后都进行，或者定期执行一次初始化步骤。 15.根据权利要求13或14所述的触摸检测方法，其中， 在初始化步骤中，在触摸屏上弹出让用户初始化的界面，在界面上提醒用户在初始化 过程中应该保持手机触摸屏处于安静的环境中并且没有受到外物的压力。 16.根据权利要求12-14中任一项所述的触摸检测方法，其中， 初始条纹状态数。
9、据D0和条纹状态数据D1均包括零级干涉条纹的位置。 权 利 要 求 书CN 103970362 A 1/5页 4 利用光学干涉或衍射原理的触摸装置及其触摸检测方法 技术领域 0001 本发明涉及一种触摸装置及其触摸检测方法，尤其涉及一种利用光学干涉或衍射 原理的触摸装置及其触摸检测方法。 背景技术 0002 当今手机等便携式电子装置的人机接口已不再是按键触发中断，而是由触摸屏技 术取代了。电容触摸屏也是现在市场上使用最广泛触摸屏，其对应的检测和驱动技术也越 来越精准和成熟。电容式触摸技术主要有自电容式触摸技术和互电容式触摸技术，其都是 利用检测人手指的电容来确定触摸点。 0003 参照图1，电。
10、容触摸屏的基本原理是：当用户触摸屏幕时，手指头吸收走一个很小 的电流，这个电流分从触摸屏四个角或四条边上的电极中流出，并且理论上流经这四个电 极的电流与手指到四角的距离成比例，控制器通过对这四个电流比例的精密计算，得出触 摸点的位置。目前的透明导电材料氧化金属非常脆弱，触摸几下就会损坏，还不能直接用来 作为工作层，所以只能在外部增加一层非常薄的坚硬玻璃，而玻璃显然是不能导电，因此无 法使用直流电，改用高频交流信号，靠人的手指头(隔着薄玻璃)与工作面形成的耦合电容 来吸走一个交流电流(参见图2)。通过检测该手指头的寄生电容变化，来确定手指的触摸 位置，就是电容屏的原理。 0004 电容触摸屏唯一。
11、不足的是其透明导电材料氧化物制作成本相对较高，若同样能检 测到触摸定点且成本较之低，这无疑是个替代的方案。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种能够利用光学波动特性来实现触摸屏的装置，以代替 电容触摸屏。 0006 根据本发明的实施例，提供一种触摸装置，包括：多个光源，每个光源均选用非可 见光；多个挡板，所述多个挡板沿互相垂直的两个方向成对设置，在所述多个挡板上设置有 干涉或者衍射元件，光源通过干涉或者衍射元件能够形成干涉或衍射条纹；多个光检测器， 所述多个光检测器与所述多个光源对应，用于检测干涉或衍射条纹的移动变化，其中，挡板 设置在对应的光源与光检测器之间，挡板能够在外界的压力作用。
12、下带动挡板上设置的干涉 或衍射元件向下发生位移或形变，从而使得相应的干涉或者衍射条纹发生移动变化。 0007 所述装置还包括：透明玻璃板，设置于所述多个挡板之上，用于实现触碰振动的传 导。 0008 光源设置有四个，光检测器设置有四个，挡板设置有两个。 0009 所述多个挡板上设置的干涉或者衍射元件为双缝单元，双缝单元中的狭缝沿水平 方向延伸。 0010 光检测器选用CCD。 0011 所述光源采用单波长的红外光源。 说 明 书CN 103970362 A 2/5页 5 0012 对触摸过程中的状态用比较器去实时对比获得数字信号，对于亮条纹，采集并用 比较器比较得到高电平1；对于暗条纹，采集并。
13、用比较器比较得到低电平0，每当得到的电 平从高电平变为低电平或从低电平变为高电平时，计数器增1，通过计数器最后得到计数值 来获得条纹的移动量。 0013 采集触摸过程中的光信号，将光信号转换为电的模拟信号进行判断，不仅对检测 点上移动的条纹进行计数，而且还检测小于一个条纹数的移动量。 0014 对采集的全部数据进行对比，将条纹移动量最大的点确定为触摸点。 0015 挡板沿x轴方向和y轴方向设置，x轴y轴形成的平面与触摸装置的触摸平面平 行，x轴、y轴互相垂直，一部分光检测器平行于x轴，其余的光检测器平行于y轴，根据平行 于x轴的光检测器检测到的条纹位移最大的位置来确定触摸点的x坐标，根据平行于。
14、y轴 的光检测器检测到的条纹位移最大的位置来确定触摸点的y坐标。 0016 挡板沿互相垂直的x轴方向和y轴方向设置，x轴方向和y轴方向分别平行于触 摸屏的一个边界。 0017 根据本发明的实施例，还一种使用如上所述的触摸装置的触摸检测方法，包括：当 触摸屏受到触发而被激活时，启动光源；周期性采集触摸屏的条纹状态数据D1，比较条纹 状态数据D1与存储器中存储的触摸屏不振动的情况下的初始条纹状态数据D0；如果比较 的结果相同，仍继续采集条纹状态数据D1；如果比较的结果不同，执行误判算法，确定触摸 屏的振动是否为环境噪声，在确定触摸屏的振动是环境噪声的情况下，仍继续采集条纹状 态数据D1，在确定触摸。
15、屏的振动不是条纹状态数据，对比初始条纹状态数据D0与所采集的 条纹状态数据D1以确定条纹的位移或变化，从而确定触摸位置，并执行根据触摸的相应操 作。 0018 所述方法还包括：在启动光源的步骤之后，根据用户设置确定是否执行初始化，在 执行初始化的情况下，采集屏幕不振动的情况下的初始条纹状态数据D0，并将初始条纹状 态数据D0存储于存储器中。 0019 所述初始化步骤在每次触摸屏被激活之后都进行，或者定期执行一次初始化步 骤。 0020 在初始化步骤中，在触摸屏上弹出让用户初始化的界面，在界面上提醒用户在初 始化过程中应该保持手机触摸屏处于安静的环境中并且没有受到外物的压力。 0021 初始条纹。
16、状态数据D0和条纹状态数据D1均包括零级干涉条纹的位置。 0022 该模型的一个示例的设计是基于对单波长非可见光的杨氏双缝干涉条纹检测，通 过改进将对条纹的检测从而转化为对特定触摸点的检测。其核心的思想是触摸引起干涉挡 板的微小抖动，导致干涉条纹位移变化，通过检测该位移变化从而确定某一触摸定点。同样 是实现触摸屏的定点问题，但从制作成本上降下来。 0023 同是触摸检测技术，该方案的设计与电容触摸屏的本质的区别就是：电容屏利用 人手指的电容引起总体电容变化从而检测到触摸点的，而该方案的设计是对人手触动干涉 板导致干涉条纹位移变化的检测来确定触摸点的。 0024 采用根据本发明的实施例的触摸屏装。
17、置后，可以利用光学干涉或衍射现象实现触 摸定点，而且实现的成本相对电容触摸屏来说会更低，且可以做到更大面积。 说 明 书CN 103970362 A 3/5页 6 附图说明 0025 通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和 特点将会变得更加清楚，其中： 0026 图1示意性示出了现有技术中的电容触摸屏的基本原理； 0027 图2示意性示出了现有技术中的具有不导电前玻璃板的电容触摸屏的基本原理； 0028 图3示意性示出了根据本发明的实施例的触摸装置利用杨氏双缝干涉的原理； 0029 图4是根据本发明的实施例的触摸装置的整体架构； 0030 图5示出了根据本发明的。
18、实施例的触摸装置的触摸检测方法流程。 具体实施方式 0031 图3示意性示出了根据本发明的实施例的触摸装置利用杨氏双缝干涉的原理。 0032 参见图3，单色点光源S发出的光经过双缝形成同频率、有恒定初相位差的两个单 色光源所发出的两列光波的叠加，波的叠加形成了明暗不同的干涉条纹，这就是杨氏双缝 干涉的原理。 0033 S是光源，S1和S2是与S平行的挡板上的两个狭缝，d是S1和S2的间距，D是检 测板到干涉挡板间的最小距离，是光波长。相邻两个亮条纹或暗条纹间的距离为条纹间 距为： 0034 0035 在这样的条件下，讨论装置结构变化时干涉条纹的移动和变化：S下移时(即挡板 上移)，零级明纹上移。
19、，干涉条纹整体向上平移，条纹间距不变；S上移时(即挡板下移)，零 级明纹下移，干涉条纹整体向下平移，条纹间距不变。这个变化，就是整个触摸装置设计的 核心关键。 0036 假设在挡板的上方加上一块透明的弹性度好的玻璃板，如图3所示，当人手指触 碰玻璃板50时会产生微小的振动，该振动引起挡板下移，同时干涉条纹也在整体的下移， 通过光检测器检测条纹的位移变化，从而确定触摸点。 0037 图4是根据本发明的实施例的触摸装置的整体架构。 0038 参照图4，触摸装置的上表面是弹性度好的透明的玻璃板50(参见图3，图4中未 示出)，下表面是韧度好的透明材料。光源有4个，光检测器也有4个，分别与光源一一对 。
20、应。在该韧度好的透明材料中设置有两块杨氏双缝干涉挡板，即，相交成直角的x轴挡板60 和y轴挡板70，在x轴挡板60和y轴挡板70上集成有很多个双缝，双缝均沿水平方向延 伸。 0039 当便携式电子装置的触摸装置被激活时(例如，打开触摸屏时)，启动4个光源 (光源1-光源4)，光源采用单波长光，且波长是在非可见光范围内(如红外)，因为若是可 见光，这样只会影响LCD的显示。光源1到光源4这四个光源的波长可以相同，也可以互不 相同。优选波长互不相同，这样可以减小相互干扰。 0040 对应地，当便携式电子装置的触摸装置被激活时(例如，打开触摸屏时)，也启动4 个光检测器(光检测器1-光检测器4)。横。
21、竖组成的光检测器类似于平面的XY坐标，光检 测器3代表着X的负向，光检测器4代表着X的正向，光检测器1代表着Y的正向，光检测 说 明 书CN 103970362 A 4/5页 7 器2代表着Y的负向。平面上的任意一点都对应着唯一的XY坐标，同样，触摸板上任意的 一点都对应两块光检测器板的唯一检测：左下屏对应于光检测器2、3，右下屏对应于光检 测器2、4，左上屏对应于光检测器1、3，右上屏对应于光检测器1、4。这样就可以实现平面上 对点的唯一确定。光检测器可以选用CCD等光电检测阵列元件。 0041 实际上，人手按触摸板的力度可能会导致挡板上不同于触摸点的x、y坐标的其他 位置的多个双缝单元发生。
22、微小位置变化，从而影响对触摸点的检测，这种情况可能会出现 检测的误操作。针对该情况，需要从算法上进行改进，例如，对采集的全部数据进行对比，位 移偏移量最大的就确定才是触摸点。通过该算法，可以根据两个方向上的两个检测器检测 到的条纹位移最大的位置来确定x轴挡板60上位移最大的对应的双缝单元和y轴挡板70 上位移最大的对应的双缝单元，从而得到触摸点的实际x、y坐标。 0042 上面所说的光源的数量为4个、光检测器的数量为4个，双缝干涉挡板的数量为两 个，这些数量仅仅是一个示例，本发明不限于此，可以具有更多数量的光源、检测器和挡板。 0043 根据本发明的实施例的触摸装置主要包括：光源，选用单波长的。
23、非可见光。单波长 是因为发生干涉的条件必须是单波长的光，非可见的是为了不影响LCD的正常显示，例如 可以采用红外波长；双缝干涉挡板，沿互相垂直的两个方向设置(优选互相垂直的x轴方向 和y轴方向，x轴方向和y轴方向分别平行于屏幕的一个边界)，形成二维的检测矩阵；光检 测器，用于检测发生干涉时条纹位移的变化，优选高灵敏度的光检测器。其中，所述触摸装 置还可包括玻璃板，必须是弹性度好且透明的玻璃板，其主要作用是实现触碰振动的传导。 0044 电路的驱动采集是：当光干涉条纹变化时，对应的明暗条纹也会在不同光检测器 上的位置显示，电路上需要通过检测该相应的变化来获得条纹的移动量等数据。简单的检 测方法是。
24、对触摸过程中的状态用比较器去实时对比获得数字信号，当检测到该处是亮条纹 时(例如触碰前)，采集比较是高电平1；当检测到该处是暗条纹时(例如，触碰后，条纹位 置变化)，采集比较是低电平0。每当采集比较得到的电平从高电平变为低电平或从低电平 变为高电平时，则计数器增1，代表条纹从亮条纹变为暗条纹或从暗条纹变为亮条纹，最后 计数器得到的计数值就是在检测器的该点上移过的条纹数。复杂的检测方法直接是采集光 信号，将光信号转换为电的模拟信号进行判断，不仅对检测点上移动的条纹进行计数，而且 还会反映条纹的细微移动量(即检测不到一个条纹数的移动量)，例如检测点检测到的光 亮度值位于最大亮度(亮条纹中心)与最小。
25、亮度(暗条纹中心)之间的值，可以得到更加 精细的条纹移动量，这样可实现更多算法上的操作，从而减少误判。 0045 根据本发明的实施例的触摸装置在出厂时需要初始化，即，需要存储屏幕不振动 (无人触摸且无环境干扰)的情况下的初始条纹状态数据D0，初始条纹状态数据D0可包括 条纹的位置(尤其是零级干涉条纹的位置)、形状和/或宽度，并将初始条纹状态数据D0存 于对比寄存器中，以便于与后来实时采集的条纹状态数据比较。在触摸装置出厂后，随着手 指长期触摸触摸屏上的玻璃板，玻璃板有可能会下沉或者局部变形，从而导致触摸装置在 不振动无触摸的情况下的干涉或衍射条纹的位置和形状与出厂时的无振动情况下的触摸 装置的。
26、状态不同。因此，需要定期对触摸装置进行重新初始化。可以每次激活触摸装置时先 进行初始化，也可以每天、每月、甚至每年初始化一次，这可以根据情况而定。对于在出厂之 后用户设置初始化的情况，此时可以在触摸屏上弹出让用户初始化的界面，同时提醒用户 在初始化过程中应该保持手机触摸屏处于安静的环境中并且触摸屏不受外物的压力(显 说 明 书CN 103970362 A 5/5页 8 然，所述“外物的压力”不包括所处环境下的正常大气压)。 0046 图5示出了根据本发明的实施例的触摸装置的触摸检测方法流程，参见图5，首先 启动光源。然后进行初始化，采集屏幕不振动(无人触摸且无环境的震动干扰)的情况下 的初始条。
27、纹状态数据D0，需要注意的是，初始化这个步骤并不一定在触摸屏每次被激活时 都存在，这可以根据用户的设置而定，例如，可以每个月初始化一次。接着周期性采集触摸 屏的条纹状态数据D1，比较条纹状态数据D1与对比寄存器中存储的触摸屏不振动的情况 下的初始条纹状态数据D0，如果相同，仍继续采集条纹状态数据D1；如果不同，执行误判算 法，确定触摸屏的振动是否为误判断(即，环境噪声)。如果是环境噪声，仍继续采集条纹状 态数据D1。如果不是环境噪声，对比初始条纹状态数据D0与所采集的条纹状态数据D1以 确定条纹的位移或变化，从而确定触摸位置，并执行根据触摸的相应操作。 0047 另外，在根据本发明的实施例的触。
28、摸屏装置的使用过程中，自然光并不会影响检 测，导致误操作。这是因为发生干涉的条件是频率相同且具有恒定初相位差，而自然光是相 位杂乱的众多波长光的集合，不满足发生双缝干涉的相位条件，因此自然光并不会对干涉 产生影响。 0048 采用根据本发明的实施例的触摸屏装置后，可以利用光学干涉或衍射现象实现触 摸定点，而且实现的成本相对电容触摸屏来说会更低，且可以做到更大面积。 0049 本发明不限于利用杨氏双缝干涉原理，还可以利用别的光学波动现象，例如利用 多缝夫琅和费衍射现象或者光栅等产生的条纹。此时x轴挡板和y轴挡板具有该光学干涉 或者衍射元件，光源经过该光学干涉或者衍射元件能够产生干涉或者衍射条纹，。
29、当挡板位 移时，从而光学干涉或者衍射元件随之位移，从而光检测器通过检测条纹的位置变化可以 实现对触摸位置的检测。 0050 出于促进对本发明的原理的理解的目的，已经对附图中示出的优选实施例进行了 说明，并已经使用了特定的语言来描述这些实施例。然而，该特定的语言并非意图限制本 发明的范围，本发明应被解释成包括对于本领域普通技术人员而言通常会出现的所有实施 例。此外，除非元件被特别地描述为“必不可少的”或“关键的”，否则没有元件或模块对本 发明的实施是必不可少的。 0051 虽然上面已经详细描述了本发明的示例性实施例，但本发明所属技术领域中具有 公知常识者在不脱离本发明的精神和范围内，可对本发明的实施例做出各种的修改、润饰 和变型。但是应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改、润饰和变型仍将落入权利要求 所限定的本发明的示例性实施例的精神和范围内。 0052 最后，除非这里指出或者另外与上下文明显矛盾，否则这里描述的所有方法的步 骤可以以任意合适的顺序执行。 说 明 书CN 103970362 A 1/3页 9 图1 图2 说 明 书 附 图CN 103970362 A 2/3页 10 图3 图4 说 明 书 附 图CN 103970362 A 10 3/3页 11 图5 说 明 书 附 图CN 103970362 A 11 。