带透镜的红外式免触摸输入装置及应用该装置的设备制造方法及图纸

一种带透镜的红外式免触摸输入装置包括：检测操作体Ｘ坐标或Ｙ坐标的第一检测元件阵列及与之对应的第一检测电路和第一计算装置，其特征在于还包括：与所述第一检测元件阵列平行且分开一定距离的第二检测元件阵列及相应的第二检测电路，置于第二检测元件阵列光路中，用于增加第二检测光栅厚度的透镜阵列，以及利用上述第二检测电路的输出信息计算操作体沿Ｚ轴方向位置信息的第二计算装置。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种带透镜的红外式免触摸输入装置及应用该装置的设备。
技术介绍
对安装在公共场所的某些设备，使用操作者众多，人员流动性大。为了避免某些传染疾病的交叉感染和传播，能够实现按键、键盘或触摸屏的输入功能，且无需触摸(即免触摸)操作的输入装置是当前所需求的。对红外线触摸屏来说，操作体(如操作者的手指或一支铅笔等)只需深入到框架范围内遮挡红外光线就可进行输入操作，检测原理上并不要求操作体和任何屏面，例如计算机显示器的屏面相接触。之所以叫做触摸屏，是因为现有技术的设计上利用计算机显示器的屏面来定位操作体的探入深度。当操作体由外向里伸入，其端部触摸到显示器的屏面时，操作者就知道操作体已经伸入到位，可以进行输入操作了。这样的设计原理和设计意图使触摸成为必然和必须的，因此形成了必须触摸操作的技术偏见。尽管存在上述缺点，红外线触摸屏采用对射式检测技术，对操作体坐标的检测定位较为精确，因此更有希望改进成适用于多按键键盘或一般计算机显示屏的免触摸输入装置。业内熟知，红外线触摸屏一般包括带有四边的矩形的框架，设置在框架上的红外线发射元件和红外线接收元件，与红外线发射、接收元件相连接的检测电路，根据检测电路输出的检测信号判断计算触摸点坐标位置以获得检测结果的计算装置，在检测电路、计算装置以及利用该检测结果的主控装置之间传送检测信号和检测结果等信息的通信电路。检测电路输出的检测信号代表了接收元件感受到的光信号的强弱，现有技术中检测信号一般已从模拟量转换成了数字量。计算装置的功能，经常是由触摸屏的单片机处理器完成。这里所说的主控装置，其功能一般是由应用该红外线触摸屏的计算机完成，该计算机也可以同时完成计算装置和主控装置的功能。通信电路可以是简单的连线，不同程序模块或存储器之间的数据调用关系，或者计算机与外部设备间的串行、并行通信装置等。现有技术产品大多是将检测电路和计算装置都设置在框架内，应用该触摸屏的计算机同时承担主控装置的角色。从框架到计算机主机，即计算装置和主控装置之间，由RS-232或USB通信电路传递检测结果信息。红外线触摸屏的结构和安装一般如图1和图2所示，108是触摸屏框架，101是框架的前表面，检测操作体水平坐标位置的红外发射元件阵列111和接收元件阵列111’分别相对安装在框架108的下和上边框上，工作时在框架窗口内形成竖直线状光栅。检测操作体竖直坐标位置的红外发射元件阵列112和接收元件阵列112’分别相对安装在框架108的左和右边框上，工作时在框架窗口内形成水平线状光栅。红外发射元件阵列和对应的接收元件阵列可合称为检测元件阵列，竖直和水平两线状光栅可合称为平面光栅。109是计算机显示器，触摸屏的框架安装在其前面壳体上，106是显示器的屏面。框架中间的窗口部分是全空的，只有红外光线通过，无任何实体构件。红外线触摸屏技术由来已久，1973年授权的美国专利“Infrared light beam X-Y positionencoder for display devices”(US3775560)和“Coordinate detection system”(US3764813)已经披露了大部分现有技术，后续的专利相继提出了一些改进方案，其工作原理可参见2002年授权的美国专利“Apparatus and method to improve resolution of infrared touch systems”(US6429857)，2000年申请的中国专利“提高红外触摸屏性能的结构和方法”(00121462.4)中，披露了一种有关的细分方法。由于现有技术的红外线触摸屏只设置平面光栅，因此只能检测操作体是否已进入该光栅平面内并确定该操作体沿显示器屏面方向的平面坐标位置，而无法检测操作体穿过平面光栅后继续探入的深度及其与显示装置屏面间的距离。对一个免触摸输入装置，结构设计上应使操作体在输入操作时易于避免碰触到例如显示装置的屏面，同时应该具有及时提供操作体与显示装置屏面的距离信息的功能，因为该位置信息是用以判断会否发生碰触的依据。输入装置一般并不孤立使用，要和其它装置比如显示装置等配合，才能实现更完整的技术效果。做为一个应用上述免触摸输入装置的设备，应该能够充分利用该输入装置所传来的操作体穿过平面光栅后继续探入的深度及其与显示装置屏面的距离信息，及时向操作者提供各种有助于免触摸输入的提示。而上述特征和功能恰恰是现有技术的红外线触摸屏及应用该屏之设备所不具备的。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决以上问题，对现有的红外线触摸屏进行改进，以提供一种低成本的即能检测操作体的平面坐标位置，又能检测操作体穿过该光栅平面后继续探入的深度及其与显示装置屏面的距离信息的免触摸输入装置，进而提供一种应用该输入装置的免触摸输入设备，向操作者提示操作体与显示装置屏面的距离，使操作者注意避免触摸到键盘或显示器屏面。本专利技术实现上述目的的技术方案一种带透镜的红外式免触摸输入装置包括检测操作体X坐标或Y坐标的第一检测元件阵列及与之对应的第一检测电路和第一计算装置，其特征在于还包括与所述第一检测元件阵列平行且分开一定距离的第二检测元件阵列及相应的第二检测电路，置于第二检测元件阵列光路中，用于增加第二检测光栅厚度的透镜阵列，以及利用上述第二检测电路的输出信息计算操作体沿Z轴方向位置信息的第二计算装置。一种免触摸输入设备包括显示装置，检测操作体X坐标或Y坐标的第一检测元件阵列及与之对应的第一检测电路和第一计算装置，其特征在于还包括与所述第一检测元件阵列平行且分开一定距离的第二检测元件阵列及相应的第二检测电路，置于第二检测元件阵列光路中，用于增加第二检测光栅厚度的凸透镜阵列，利用上述第二检测电路的输出信息计算操作体沿Z轴方向位置信息的第二计算装置，将上述位置信息进行处理的主控装置，以及根据主控装置输出信息发出可视或可闻的警告操作者避免触摸显示装置屏面的警告信息的提示装置。采用上述技术方案，结合下面将要叙述的实施例，本专利技术突出的技术进步在于所提供的一种低成本输入装置不但能够检测操作体的平面坐标，还能检测操作体与显示装置屏面的距离，应用该输入装置的设备能够据此向操作者提示操作体探入深度信息和警告信息，以便其注意避免触摸到键盘或显示器屏面。由于实现了免触摸输入操作，避免了接触输入造成的疾病交叉感染和传播。按键、键盘和触摸屏在使用中不易受到触摸或按压损伤。同时，显示器屏面上触摸点处的图像也不会被操作体遮挡。附图说明图1是现有技术的红外线触摸屏安装在显示器上的正面示意图；图2是现有技术的红外线触摸屏安装在显示器上的左侧面示意图；图3是增加设置红外元件阵列和透镜阵列的输入装置安装在显示器上的正面示意图；图4是增加设置红外元件阵列和透镜阵列的输入装置安装在显示器上的左侧面示意图；图5是增加设置红外元件阵列和透镜阵列的输入装置安装在显示器上的俯视示意图；图6是红外光线在发射元件和接收元件之间直接传播的示意图；图7是框架及新增设置的红外元件阵列和透镜阵列的部分正面示意图；图8是框架及新增设置的红外元件阵列和透镜阵列的左侧面示意图； 图9是新增设置的红外元件阵列和透镜阵列的俯视示意图；图10是操作体进入新增设置的红外元件阵列和透镜阵列光栅区域的示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：于尚民，于国庆，
申请(专利权)人：于尚民，于国庆，
类型：发明
国别省市：