CN100338565C - 红外触摸装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外触摸装置，其包括具有驱动电路和信号处理电路的电路板、与电路板连接的红外发射元件和红外接收元件，红外触摸装置的检测区域四周至少有两条边上既有红外发射元件又有红外接收元件，每个红外发射元件发射的红外光均由多个红外接收元件接收。本发明红外触摸装置检测精度高、可检测识别多个操作体、电路简单可扩展。

Description

红外触摸装置

【技术领域】

本发明是涉及红外触摸系统或者触摸屏，特别是涉及一种用作无线输入设备的红外触摸装置。

【背景技术】

一般而言，对于红外线触摸系统或者触摸屏来说，触摸位置的确定是通过红外发射元件和红外接收元件来确定的。而操作体可以是一只手指或一支铅笔等，只需要深入到框架范围内遮挡红外线光线就可以进行输入操作。检测原理上并不要求操作体和任何屏面相接触。

对于红外触摸系统的原理和组成，已有多项中国专利阐述，国外亦有较多的文献对此项技术进行详细介绍，此处不再赘述。

在现有技术红外线触摸系统中，沿着屏幕四周排列的发射元件的数量等于相对边缘上排列的接收元件数量，发射元件集中在框架的同一侧，与之对应的接收元件集中在另一侧，如图1所示。101是触摸屏框架，检测操作体水平坐标位置的红外线发射元件阵列102和接收元件阵列103分别相对安装在框架101的上和下边框上，工作时在框架窗口内形成竖直线状光栅106。检测操作体竖直坐标位置的红外线发射元件阵列104和接收元件阵列105分别相对安装在框架101的左和右边框上，工作时在框架窗口内形成水平线状光栅107。框架的中间窗口部分是全空的，只有红外光线通过，无任何实体构件。

现有技术采用对称式排布红外发射元件与接收元件的布局方式可以简化电路，整个装置的体积可以控制在一个较小的数值。但由于红外线管物理分布的密度的距离问题，导致一些死角问题；而在偏离发射轴心距离较远的接收管的阈值电压的一致性问题，以及计算方法的复杂性可以带来一些误差，而这种误差可以导致现有产品的分辨率在检测范围内出现一致性问题以及目标捕捉的平滑性等问题。

同时采用水平和垂直光栅网状结构的检测方法，只能检测识别单一操作体，而对多个操作体同时需要检测识别就难以实现了，这在一定程度上限制了外红触摸技术的使用范围。

现有技术受红外发射元件发射功率及平行性的影响，其检测区域大都在对角线100英寸的范围内，若要扩大检测区域，必须使用大功率的红外发射元件，但随着大功率发射元件数量的增加，生产成本也会大幅增加。

此外，现有技术产品，为了提高检测的精度，往往对红外发射元件及接收元件的精度要求较高，如国内专利0123146.7于2001年7月16日公布了一种用于红外触摸屏的红外发射管，通过改进的设计，将红外发射管的管芯安装在凸透镜的焦点上，以提高发射光线的平行性。这种方法虽可以在一定程度上改善红外元件的聚焦性能，但同时也提高了生产制造成本。

因此，对现有技术进行改进，提供一种检测精度高、可检测识别多个操作体、电路简单可扩展并且能与超大屏幕显示设备相结合的红外触摸装置实为必要。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种高检测精度、电路简单的红外触摸装置，它能够准确地确定操作体在检测区域内的位置，而不需要增加红外元件的数量，也不需要高平行性的外红发射元件。

本发明的另一个目的是提供一种红外触摸装置，可以精确判断操作体的形状和大小，而不需要增加其它辅助设施或器件。

本发明的再一个目的是提供一种可以检测识别单个操作体或多个操作体在检测区域内位置的红外触摸装置。

本发明的再一个目的是提供一种可以应用在超大屏幕显示屏上而且成本较低的红外触摸装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

提供一种红外触摸装置，其包括具有驱动电路和信号处理电路的电路板、与电路板连接的红外发射元件和红外接收元件，红外触摸装置的检测区域四周至少有两条边上既有红外发射元件又有红外接收元件，一边上的一个红外发射元件在其相对边上对应有多个红外接收元件，即一条边上的一个红外发射元件作用于相对边上的多个红外接收元件，每个红外发射元件发射的红外光均由多个红外接收元件接收。

该红外发射元件排布在检测区域内特定位置，红外发射元件和红外接收元件的排布方式可以如下：

该红外接收元件排布在检测区域四边，红外发射元件间隔排布在红外接收元件之间并分布在检测区域四边的交接处，即分布在检测区域的四个角落，排布在四边的红外接收元件接收四个角落的红外发射元件的红外光信号。

或者是，该红外接收元件排布在检测区域四边，红外发射元件与红外接收元件排布在不同直线上，红外发射元件排布在红外接收元件之后，排布在四边的红外接收元件接收排布在其后特定位置的对边的红外发射元件的红外光信号。

又或者是，红外触摸装置的检测区域有两个相对边采用一个红外发射元件和多个红外接收元件相互间隔排布，一条边上的一个红外发射元件与对边上的多个红外接收元件相对应；另外两个相对边分别单一排布红外发射元件或红外接收元件，两边的红外发射元件和红外接收元件一一对应。

还可以是，红外触摸装置的检测区域四周的四个边分别间隔排布有一个红外发射元件和多个红外接收元件，一边上的一个红外发射元件与对边上的多个红外接收元件相对应。

每一个红外发射元件在受控状态下发射一束锥形红外光，在与之相对的特定范围内的红外接收元件均可以接收到红外发射元件发射的红外光。而发射元件所发射的锥形光的角度仅决定于发射元件的自身特性，不需要借助诸如透镜等外部设备或器件。

采用此种排布方式，充分考虑红外发射元件的发射功率与平行性问题，在检测距离较远的方向上采用功率较大的红外发射元件，可以实现红外触摸装置在超大屏幕显示设备如200寸显示墙上的使用，虽然单个红外发射元件的成本较高，但采用此种排布方式相对于现有技术可以大大减少红外发射元件的数量，与现有技术相比，在超大屏幕上的应用可以较大幅度地降低成本。

单个操作体在检测区域中的位置的判断，是通过计算输出信号发生变化的接收元件的位置来确定操作体在相对于框架边缘的角度，从而计算出操作体的中心在检测区域的位置，再根据通过实验确定的位置转换表，转换为计算机可以识别的X，Y坐标信号。而对单个操作体大小的识别，是通过计算操作体中心坐标相对于输出信号发生变化的接收元件的位置来确定的，由于采用多个发射元件，因此可以计算操作体在不同方向上的大小，进而可以准确识别操作体的形状与大小。

对多个操作体位置、大小识别判断，是在单个操作体识别的基础上进行，由于红外发射元件与红外接收元件采用非对称式排布方式，在检测区域的四周均有接收元件，通过检测框架四个边缘输出信号发生变化的接收元件的位置来确定每个操作体在相对于框架边缘的角度，从而计算出每个操作体的中心在检测区域的位置，再根据通过实验确定的位置转换表，转换为计算机可以识别的X，Y坐标信号；因此对多个操作体的判断识别不需增加额外的装置或设备即可实现。而对多个操作体大小的识别，是通过计算每个操作体中心坐标相对于输出信号发生变化的接收元件的位置来确定的。

具体的计算方法将结合具体实施方案详细叙述。

与现有技术相比，本发明有如下有益效果：

本发明红外触摸装置的检测区域四周的红外发射元件与红外接收元件以特定方式排布，一个红外发射元件对应有多个红外接收元件，通过四周输出信号发生变化的接收元件的位置来确定每个操作体在相对于框架边缘的角度，从而计算出每个操作体的中心在检测区域的位置，且对多个操作体的判断辨识不需增加额外的装置或设备即可实现，简单且准确，一定程度上消除了盲区，且不受红外发射元件发射功率及平行性的影响，可低成本增大检测区域。

【附图说明】

图1是现有技术产品的结构示意图；

图2是本发明红外触摸装置的实施例一的示意图；

图3是本发明实施例一单一目标定位计算示意图；

图4是本发明实施例一多个目标定位计算示意图；

图5是本发明红外触摸装置的实施例二的示意图；

图6是本发明红外触摸装置的实施例三的示意图；

图7是本发明红外触摸装置的实施例四的示意图；

图8是本发明红外触摸装置的实施例五的示意图。

【具体实施方式】

请参照图2，是本发明的一种实施例，红外接收元件203排布在框架201的四周，四个红外发射元件204、205、206、207分别排布在框架201的左上、右上、右下、左下四个角落，当操作体202进入检测区域时，左上角红外发射元件204所发出的锥形红外光束被操作体202遮挡了一部分，使接收元件209以及相邻的若干接收元件的输出信号发生变化；右上角红外发射元件205所发出的锥形光束也被操作体202遮挡了一部分，使得接收元件208以及相邻的若干接收元件的输出信号发生变化，其它角落的红外发射元件所发出的锥形光束也会受到不同程度的遮挡，使得对应的接收元件输出信号发生变化，下面结合简化的图形来说明单个操作体的位置以及形状大小的检测识别计算方法。

请参照图3，是单一目标的定位计算示意图，右上角红外发射元件301所发出的锥形光束被操作体303遮挡了一部分，使得从接收元件306到接收元件307之间的接收元件的输出信号发生变化，通过查找之前依据实验确定的角度与接收元件位置对应表，可以确定操作体边缘线与框架下边缘的夹角θ306，θ307，也可以很容易的算出操作体中心线与框架下边缘的夹角309，此角度标记为α；左上角红外发射元件302所发出的锥形光束被操作体303遮挡了一部分，使得从接收元件304到接收元件305之间的接收元件的输出信号发生变化，通过查找之前依据实验确定的角度与接收元件位置对应表，可以确定操作体边缘线与框架右边缘的夹角θ304，θ305，也可以很容易的算出操作体中心线与框架右边缘的夹角308，此角度标记为β；左上角发射元件302与右上角发射元件301之间的距离310 D可以精确测量，当然，左上角与左下角发射元件之间的距离也可以精确测量。

如此，操作体中心距离检测区域左边缘的水平位置坐标X，距离检测区域上边缘的竖直位置坐标Y可以通过下面的公式计算出来：

X＝Y tanβ

Y＝D tanα/(1+tanαtanβ)

操作体在右上角发射元件301锥形光束范围内的大小为：

R1＝Y tan[(θ306-θ307)/2]/sinα

操作体在左上角发射元件301锥形光束范围内的大小为：

R2＝Y tan[(θ304-θ305)/2]/cosβ

同理，可以算出操作体中心在左下角、右下角红外发射元件锥形光束范围内的位置坐标以及形状大小。

经过上述的计算处理，可以精确计算出单个操作体在检测区域内的位置以及形状大小。

对多个操作体位置、大小的识别判断示意图请参见图4，红外发射元件404，405，406，407分别排布在框架401的左上、右上、右下、左下角落位置，红外接收元件408分布在框架的四周，操作体402与另一操作体403同时在检测区域内。对多个操作体位置、大小的检测识别是在单个操作体识别的基础上进行，由于红外发射元件与红外接收元件采用非对称式排布方式，在检测区域的四周均有接收元件，通过检测框架四个边缘输出信号发生变化的接收元件的位置来确定每个操作体在相对于框架边缘的角度，从而计算出每个操作体的中心在检测区域的位置，再根据通过实验确定的位置转换表，转换为计算机可以识别的X，Y坐标信号；因此对多个操作体的判断识别不需增加额外的装置或设备即可实现。具体的计算方法与公式参见上文所述。

图5是本发明的第二种实施例，六个红外发射元件502以图示的方法排布在框架501上，框架501长边排布有四个红外发射元件502，短边排布有两个红外发射元件502，红外接收元件503分布在框架的四周，红外发射元件发射的锥形光束所覆盖的范围如图所示，采用此种排布方式，对单个或多个操作体的位置大小识别判断计算方法与实施例一中所述相同。

图6是本发明的第三种实施例，红外发射元件602以图示的方法排布在框架601上，框架601每边均排布有一个红外发射元件602，红外接收元件603分布在框架的四周，红外发射元件发射的锥形光束所覆盖的范围如图所示，采用此种排布方式，对单个或多个操作体的位置大小识别判断计算方法如实施例一所述。

附图7是本发明的第四种实施例，红外发射元件702与红外接收元件703以图示的方法排布在框架701上，以五个红外接收元件703与一个红外发射元件702间隔排列，发射元件与接收元件之间形成的光栅如704所示。采用此种排布方式，对操作体的位置以及形状大小的判断可以使用较简单的方式进行，对实施例一中的计算公式可以进行简单的变换即可使用，对于公式的变换，具有一定数学知识的人员均可以完成，此处不再叙述。

附图8是本发明的第五种实施例，红外发射元件802与红外接收元件803以图示的方法排布在框架801相对的边缘上，以五个红外接收元件803与一个红外发射元件802间隔排列，发射元件与接收元件在水平方向上形成的光栅如806所示。而在另外的方向上，红外发射元件804与红外接收元件805以图示的方法排布在框架801上，红外发射元件804排布在框架一边，红外接收元件805排布在框架另一边，在竖直方向上形成的光栅如807所示。采用此种排布方式，对操作体的位置以及形状大小的判断也可以使用较简单的方式进行，对实施例一中的计算公式可以进行简单的变换即可使用，对于公式的变换，具有一定数学知识的人员均可以完成，此处不再叙述。

采用上述实施例的排布方式，充分考虑红外发射元件的发射功率与平行性问题，在检测距离较远的方向上采用功率较大的红外发射元件，可以实现红外触摸装置在超大屏幕显示设备如200寸显示墙上的使用，虽然单个红外发射元件的成本较高，但采用上述排布方式相对于现有技术可以大大减少红外发射元件的数量，与现有技术相比，在超大屏幕上的应用可以较大幅度地降低成本。

以上所述的几种实施例只是本发明的几个较佳实施例，本发明的保护范围并不局限于此。例如，对红外发射元件的排布还可以有其它形式的排布方法，可以利用三角公式变换来简化计算公式，对操作体位置、大小的检测判断可以通过查阅预先计算好的数值表来完成等等，因此本领域中的一般技术人员根据本发明所作的非实质性变更均包括在本发明权利范围内。

Claims (4)

1、一种红外触摸装置，其特征在于，其包括具有驱动电路和信号处理电路的电路板、与电路板连接的红外发射元件和红外接收元件，红外触摸装置的检测区域四周至少有两条边上既有红外发射元件又有红外接收元件，每个红外发射元件发射的红外光均由多个红外接收元件接收，该红外发射元件的数量比红外接收元件的数量少。

2、如权利要求1所述的红外触摸装置，其特征在于，该红外接收元件排布在检测区域四边，红外发射元件间隔在红外接收元件之间或排布在检测区域的四个角落。

3、如权利要求1所述的红外触摸装置，其特征在于，该红外接收元件排布在检测区域四边，红外发射元件与红外接收元件排布不在同一直线上。

4、如权利要求1所述的红外触摸装置，其特征在于，红外触摸装置的检测区域四周至少有两个相对边是这样的：该两个相对边的每条边都分别有多个红外发射元件和多个红外接收元件，每条边上的每个红外发射元件和多个红外接收元件相互间隔排布。

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