CN101916152A - 一种多点触摸的红外定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是涉及一种红外定位技术及设备，特别是一种多点触摸的红外定位装置及方法。一种多点触摸的红外定位装置，包括安装在触摸显示屏四周多于一对的相互对应的红外发射管和红外接收管，用于控制红外发生管和红外接收管的控制电路，所述装置还包括在每个红外发射管正前方设置有一个非平面镜。本发明通过在红外发射管正前方加入凹透镜或凸透镜，使得红外发射管发射的红外光透过凹透镜或凸透镜，形成大角度的发散性的扇形光源面，能被多个红外接收管接收到，大大扩大了红外发射管的发射角度，光线也比直接通过红外发射管发射的红外光均匀了，使得倾斜扫描能接收到的光强也增强了，且不用增加整个触摸装置的额外功耗。

Description

一种多点触摸的红外定位装置及方法

技术领域

本发明是涉及一种红外定位技术及设备，特别是一种多点触摸的红外定位装置及方法。

背景技术

红外线触摸屏以结构简单、不受电流、电压和静电干扰，并适宜在某些恶劣的环境条件下工作，以及具有高稳定性、高分辨率、安装方便、可用在各档次的计算机，外壳加上一块钢化玻璃就能实现防尘、防暴、防水等诸多优点，使得红外线触摸屏异军突起，越来越成为触摸屏市场的主流产品。

但是，现有的红外触摸装置的红外发射和红外接收元件按照一一对应的方式组成发射接收对，沿着触摸屏表面边缘构成一个相互垂直的发射接收阵列，通过检测每一对红外发射和接收元件之间的红外光线是否被阻断，判断是否有触摸事件发生。这种方式有一个很大的缺点就是只能检测一个触摸点，若同时有两个或两个以上触摸点时，则就会无法辨别实际触摸点。

现在，有的红外定位框通过采用将红外管倾斜摆放，以此在垂直扫描的基础上增加一次倾斜扫描，或者采用大角度红外管来实现增加倾斜扫描，但是实际操作中，一方面，无论是通过将红外管倾斜摆放还是采用大角度的红外管，红外管发光的角度还是有限的，通常只能实现增加一次倾斜扫描，无法进行两次或以上的倾斜扫描，因此无法实现真正意义上的多点扫描；另一方面，由于红外管光能在小范围内集中，使得倾斜扫描时，光能很低，效果不好。且采用大角度红外管，提高了触摸装置的成本，且功耗也较高。

发明内容

本发明的第一个发明目的在于提供一种多点触摸的红外定位装置，以解决现有的红外定位装置无法实现多点扫描的技术问题。

为了实现本发明的第一个发明目的，采用的技术方案如下：

一种多点触摸的红外定位装置，包括安装在触摸显示屏四周多于一对的相互对应的红外发射管和红外接收管，用于控制红外发生管和红外接收管的控制电路，所述装置还包括在每个红外发射管正前方设置有一个非平面镜。

作为一种优选方案，所述非平面镜的光轴与红外发射管的光轴重合。

作为进一步的优选方案，每个红外发射管发射的红外光透过非平面镜形成的发散性的扇形光源面至少覆盖1个或以上的红外接收管。优选的至少覆盖3个或以上的红外接收管

作为进一步的优选方案，所述非平面镜为凸透镜。

作为再进一步的优选方案，所述红外发射管放置在凸透镜到焦点的范围内。

作为一种优选方案，所述非平面镜为凹透镜。

作为一种优选方案，所述控制电路包括微处理模块，与微处理模块连接用于控制红外发射管的红外发射模块，与微处理模块连接用于控制红外接收管的红外接收模块，与微处理模块连接用于对多路红外接收管数据信息同步采集的同步模块，同步模块包括多个模拟开关芯片，每个模拟开关芯片分别连接控制多个红外发射管和红外接收管。

本发明的第二个发明目的，在于提供一种红外定位方法，以应用本发明第一个发明目的所提供的红外定位装置。

为了实现本发明的第二个发明目的，采用的技术方案如下：

一种红外定位方法，应用于本发明第一个发明目的所述的红外定位装置，所述方法包括：

(1)微控制器控制红外发射管和红外接收管进行垂直初始化扫描和倾斜初始化扫描：

所述垂直初始化扫描为：依次点亮各个红外发射管，同时接通与红外发射管垂直正对的红外接收管，读取该对应的红外接收管的输出值为垂直初始化值；

所述倾斜初始化扫描为：依次点亮各个红外发射管，每个红外发射管发出的红外光通过非平面镜的发散，形成一个扇形光源面，读取该扇形光源面覆盖对应的多个红外接收管的输出值作为该红外接收管的倾斜初始化值；

(2)依次点亮各个红外发射管，同时接通与红外发射管垂直正对的相应红外接收管，读取该对应的红外接收管的输出值与垂直初始化时的初始化值比较，若与初始化值相差超过预先设定的阈值，则判断为有遮挡，计算出各触摸点的垂直坐标，该步骤即为垂直扫描；

(3)依次点亮各个红外发射管，每个红外发射管发出的红外光通过非平面镜的发散，形成一个扇形光源面，读取该扇形光源面覆盖对应的多个红外接收管的输出值与该红外接收管的倾斜初始化值比较，若与初始化值相差超过预先设定的阈值，则判断为有遮挡，记录红外接收管编号，倾斜间隔个数及信号偏离值，并计算处理形成倾斜坐标信息，该步骤即为倾斜扫描；

(4)通过垂直坐标和倾斜坐标计算出触摸点坐标。

作为一种优选方案，所述步骤(2)和(3)顺序执行：

先执行步骤(2)，然后执行步骤(3)，或者

先执行步骤(3)，然后执行步骤(2)。

作为一种优选方案，所述步骤(2)和(3)并行执行，同步模块的模拟开关芯片控制红外发射管和红外接收管，所述方法还包括：

每个模拟开关芯片与一个间隔区间的红外接收管连接，所述间隔区间，即步骤(2)和步骤(3)对同一红外发射管所对应的两个红外接收管之间间隔的红外接收管数目加1。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点及有益效果：

1、本发明通过在红外发射管正前方加入凹透镜或凸透镜，使得红外发射管发射的红外光透过凹透镜或凸透镜，形成大角度的发散性的扇形光源面，能被多个红外接收管接收到，大大扩大了红外发射管的发射角度，光线也比直接通过红外发射管发射的红外光均匀了，使得倾斜扫描能接收到的光强也增强了，且不用增加整个触摸装置的额外功耗。

2、采用垂直扫描与多次不同倾斜角度的倾斜扫描的方式，更加能有效的区分多个触摸点，提高触摸点的分辨能力，真正的实现多点触摸。

3、本发明提出垂直扫描与倾斜扫描可同时进行的方案，可大大提高数据采集的速度，从而提高响应速度，使得用户的触摸流畅性体验大大提升。

4、本发明对原有红外定位装置的改动小，适用范围广，实现成本低。

附图说明

图1是本发明一种可实现多点触摸的红外定位装置结构示意图；

图2是本发明一发多收扫描方式示意图；

图3是本发明一收多发扫描方式示意图；

图4是本发明垂直扫描与多次倾斜扫描同步进行示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1所示，为一种可实现多点触摸的红外定位装置结构示意图。包括，控制电路101，安装在触摸显示屏四周、相互对应的红外发射管阵列102，红外接收管阵列103，安装在红外发射管正前方的凹透镜或凸透镜104，其中，若采用凸透镜，红外发射管放置在凸透镜到焦点的范围内，每个凹透镜或凸透镜对应一个红外发射管，凹透镜或凸透镜的光轴与红外发射管、接收管的光轴重合，红外发射管发射的红外光透过凹透镜或凸透镜，形成大角度的发散性的扇形光源面，能被多个红外接收管接收到。

红外定位装置中的红外发射管数量和红外接收管数量相同，每个红外发射管发射的红外光透过凹透镜或凸透镜的形成大角度的发散性的扇形光源面，如图中105，至少覆盖3个或以上的红外接收管，即一个红外发射管发出的红外光至少能被3个红外接收管所接收到。

所述控制电路101，主要包括微处理芯片，红外发射模块，红外接收模块。其中，红外接收模块中包括，模拟开关芯片，检波电路检波，以放大管为核心的、负压产生器、电阻、电容、等分立元件配合的信号放大电路，其中，可以采用多个模拟开关芯片实现对多路红外接收管数据信息同步采集。

一种可实现多点触摸的红外定位装置的工作原理如下：

在控制电路101的作用下，分别对红外发射管垂直正对的红外接收管、倾斜相对的红外接收管进行初始化，并分别记录其初始化值。接着可以先进行垂直扫描然后进行倾斜扫描，或先进行倾斜扫描再进行垂直扫描，还可以倾斜扫描和垂直扫描同时进行。结合垂直扫描和倾斜扫描确定各触摸点的坐标。

所述垂直扫描，是指依次点亮各个红外发射管，同时接通与红外发射管垂直正对的相应红外接收管，读取该对应的红外接收管的输出值与垂直初始化时的初始化值比较，根据比较结果，判断是否存在触摸物遮挡，根据横轴方向被遮挡的红外管以及纵轴方向被遮挡的红外管，计算出各触摸点可能的位置坐标。参见图2中，以纵向扫描为例，201为垂直扫描线，其他对应红外发射和红外接收管亦然，图中不一一标示。横向扫描同理(图中没标出)。

所述倾斜扫描，是指每个红外发射管发出的红外光通过凹透镜或凸透镜的发散，形成一个扇形光源面，能被倾斜对应的多个红外接收管所接收到，读取该对应的红外接收管的输出值与倾斜初始化时的初始化值比较，根据比较结果，判断是否存在触摸物遮挡，确定触摸点实际坐标X与Y之间的关系。可设置多次不同倾斜方向的倾斜扫描，例如：参见图2所示，以上边框64个红外发射管跟下边框垂直对应的64个红外接收管为例，进行一发多收的扫描，横向方向上的扫描同理，图中不作表示。第一次倾斜扫描，可以为上边框第17个红外发射管对应下边框第33个红外接收管，上边框第18个红外发射管对应下边框第34个红外接收管，上边框第16个红外发射管对应下边框第32个红外接收管，如此类推，上边框第1个红外发射管对应下边框第17个红外接收管，上边框的第48个红外发射管对应下边框第64个红外接收管，对应关系的红外发射管、接收管对同步工作；第二次倾斜扫描，可以为上边框第17个红外发射管对应下边框第49个红外接收管，上边框第18个红外发射管对应下边框第50个红外接收管，上边框第16个红外发射管对应下边框第48个红外接收管，如此类推，上边框第1个红外发射管对应下边框第33个红外接收管，上边框的第32个红外发射管对应下边框第64个红外接收管，对应关系的红外发射管、接收管对同步工作；第三次倾斜扫描，可以为上边框第17个红外发射管对应下边框第1个红外接收管，上边框第18个红外发射管对应下边框第2个红外接收管，上边框第19个红外发射管对应下边框第3个红外接收管，如此类推，上边框第64个红外发射管对应下边框第48个红外接收管，对应关系的红外发射管、接收管对同步工作。倾斜扫描的次数取决于红外发射管通过凹透镜的发散形成的扇形光源面能覆盖的红外接收管的数量以及实际应用所需。一般来说只要红外发射管通过凹透镜的发散形成的扇形光源面覆盖范围内的红外接收管均可以作为给红外发射管的对应接收管，但通常，同一个红外发射管在两次倾斜扫描间的对应接收管之间间隔着7到31个红外接收管，优选的，间隔15个红外接收管。例如，上述的第一次倾斜扫描，为上边框第17个红外发射管对应下边框第33个红外接收管；第二次倾斜扫描，为上边框第17个红外发射管对应下边框第49个红外接收管。这个两次倾斜扫描中，第一个红外发射管的对应红外管之间就间隔了15个红外接收管。这样做的目的在于增加各次倾斜扫描间的倾斜角度差，有利于辨别多个触摸点。

此外，还可以进行一收多发的扫描方式，例如，参见图3所示，以上边框64个红外发射管跟下边框垂直对应的64个红外接收管为例，进行一收多发的扫描，横向方向上的扫描同理，图中不作表示。第一次倾斜扫描，可以为下边框第17个红外接收管对应上边框第33个红外发射管，下边框第18个红外接收管对应上边框第34个红外发射管，下边框第16个红外接收管对应上边框第32个红外发射管，如此类推，下边框第1个红外接收管对应上边框第17个红外发射管，下边框的第48个红外接收管对应上边框第64个红外发射管，对应关系的红外发射管、接收管对同步工作；第二次倾斜扫描，可以为下边框第17个红外接收管对应上边框第49个红外发射管，下边框第18个红外接收管对应上边框第50个红外发射管，下边框第16个红外接收管对应上边框第48个红外发射管，如此类推，下边框第1个红外接收管对应上边框第33个红外发射管，下边框的第32个红外接收管对应上边框第64个红外发射管，对应关系的红外发射管、接收管对同步工作；第三次倾斜扫描，可以为下边框第17个红外接收管对应上边框第1个红外发射管，下边框第18个红外接收管对应上边框第2个红外发射管，如此类推，下边框第64个红外接收管对应上边框第48个红外发射管，对应关系的红外发射管、接收管对同步工作。同样的，通常，同一个红外接收管在两次倾斜扫描间的对应发射管之间间隔着7到31个红外发射管，优选的，间隔15个红外发射管。

垂直扫描和多次的倾斜扫描可以是有先后顺序的分阶段进行，也可以同时进行。分阶段进行只需要微处理器在时序上控制即可简单实现；而采用垂直扫描和多次的倾斜扫描同时进行时，则需要采用多个模拟开关芯片，每个模拟开关芯片与一个间隔区间的红外接收管连接，所述间隔区间，即两次扫描间同一红外发射管所对应的两个红外接收管之间间隔的红外接收管数目加1。例如，参见图4所示，有64个红外接收管，垂直扫描时，第32个红外发射管对应第32个红外接收管，第一次倾斜扫描是第32个红外发射管对应第48个红外接收管，第二次倾斜扫描是第32个红外发射管对应第64个红外接收管，第三次倾斜扫描是第32个红外发射管对应第16个红外接收管，那么间隔区间即为两次扫描红外接收管间隔数15+1即16。那么以16个红外接收管为一组与一个模拟开关芯片相接，那么64个红外接收管就通过四个模拟开关芯片与微处理器芯片相接，实现4路数据进行同时读取。

具体的坐标信息形成包括，微控制器采集红外接收管接收到的红外发射管发射的光强感应信号，将其与初始化值进行比较，若与初始化值相差较大(如偏离5％)则判断为有遮挡，记录红外接收管编号，倾斜间隔个数及信号偏离值，并计算处理形成坐标信息。

将其与初始化值进行比较，判断遮挡信息，微处理器把检测到的遮档信息进行计算处理形成坐标信息。

最终，将垂直扫描时确定的触摸点可能坐标代入倾斜扫描时得到的触摸点实际坐标X与Y之间的关系。满足该关系的即可判断为实际触摸点坐标。

其中，倾斜扫描中确定得到的触摸点实际坐标X与Y之间的关系的计算公式可参考公开号为CN 101149656A一种红外线触摸屏及多点触摸定位方法的中国专利，本发明不作详述。

实际应用中，倾斜扫描不必一直进行，当各个触摸点坐标已经确定，且保持稳定时，可以只进行垂直扫描检测，这样通过判断各个触摸点运动趋势就能识别多个触摸点，关于通过检测触摸点运动趋势识别多个触摸点的方法可以参考申请号为CN200710028038.X一种多点触摸定位方法的中国专利。此时，倾斜扫描的步骤可以省略，通过这样的方法可以使触摸检测的刷新率保持在一个较高水平。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种多点触摸的红外定位装置，包括安装在触摸显示屏四周多于一对的相互对应的红外发射管和红外接收管，用于控制红外发生管和红外接收管的控制电路，其特征在于，所述装置还包括在每个红外发射管正前方设置有一个非平面镜。

2.根据权利要求1所述的红外定位装置，其特征在于，所述非平面镜的光轴与红外发射管光轴重合。

3.根据权利要求1所述的红外定位装置，其特征在于，每个红外发射管发射的红外光透过非平面镜形成的发散性的扇形光源面至少覆盖1个或以上的红外接收管。

4.根据权利要求1～3任一项所述的红外定位装置，其特征在于，所述非平面镜为凸透镜。

5.根据权利要求4所述的红外定位装置，其特征在于，所述红外发射管放置在凸透镜的到焦点的范围内。

6.根据权利要求1所述的红外定位装置，其特征在于，所述非平面镜为凹透镜。

7.根据权利要求1所述的红外定位装置，其特征在于，所述控制电路包括微处理模块，与微处理模块连接用于控制红外发射管的红外发射模块，与微处理模块连接用于控制红外接收管的红外接收模块，与微处理模块连接用于对多路红外接收管数据信息同步采集的同步模块，同步模块包括多个模拟开关芯片，每个模拟开关芯片分别连接控制多个红外发射管和红外接收管。

8.一种红外定位方法，应用于权利要求1所述的红外定位装置，其特征在于，所述方法包括：

(1)微控制器控制红外发射管和红外接收管进行垂直初始化扫描和倾斜初始化扫描：

所述垂直初始化扫描为：依次点亮各个红外发射管，同时接通与红外发射管垂直正对的红外接收管，读取该对应的红外接收管的输出值为垂直初始化值；

所述倾斜初始化扫描为：依次点亮各个红外发射管，每个红外发射管发出的红外光通过非平面镜的发散，形成一个扇形光源面，读取该扇形光源面覆盖对应的多个红外接收管的输出值作为该红外接收管的倾斜初始化值；

(2)依次点亮各个红外发射管，同时接通与红外发射管垂直正对的相应红外接收管，读取该对应的红外接收管的输出值与垂直初始化时的初始化值比较，若与初始化值相差超过预先设定的阈值，则判断为有遮挡，计算出各触摸点的垂直坐标；

(3)依次点亮各个红外发射管，每个红外发射管发出的红外光通过非平面镜的发散，形成一个扇形光源面，读取该扇形光源面覆盖对应的多个红外接收管的输出值与该红外接收管的倾斜初始化值比较，若与初始化值相差超过预先设定的阈值，则判断为有遮挡，记录红外接收管编号，倾斜间隔个数及信号偏离值，并计算处理形成倾斜坐标信息；

(4)通过垂直坐标和倾斜坐标计算出触摸点坐标。

9.根据权利要求8所述的红外定位方法，其特征在于，所述步骤(2)和(3)顺序执行：

先执行步骤(2)，然后执行步骤(3)，或者

先执行步骤(3)，然后执行步骤(2)。

10.根据权利要求8所述的红外定位方法，其特征在于，所述步骤(2)和(3)并行执行，同步模块的模拟开关芯片控制红外发射管和红外接收管，所述方法还包括：

每个模拟开关芯片与一个间隔区间的红外接收管连接，所述间隔区间，即步骤(2)和步骤(3)对同一红外发射管所对应的两个红外接收管之间间隔的红外接收管数目加1。

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