CN102023762A - 一种光学多点触摸屏及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学多点触摸屏，主要由边框(1)、主控制器(2)、设置在该边框(1)边角内侧并与主控制器(2)相连接的红外光检测装置(4)、以及设置在该边框(1)内部任意位置处的发光元件(3)组成，其特征在于：在该边框(1)的所有内壁上还设有导光元件(5)，所述的红外光检测装置(4)的数量为三个以上，所述的发光元件(3)则位于边框(1)与导光元件(5)之间。本发明能有效的去除在触摸区域内形成的鬼点，能正确的得出实际触摸点的位置，从而克服传统光学触摸屏不能实现的多点触摸的缺陷。

Description

一种光学多点触摸屏及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种光学触摸屏，具体是指一种光学多点触摸屏及其实现方法。

背景技术

目前，中国触摸屏市场从90年代末期开始兴起至今已经十年有余，其触摸技术也是层出不穷，而各种触摸屏的特点也是优缺参半。目前国内市场的主流触摸技术当以红外、表面声波、电阻屏和电容屏为主。因为其原理不同各有优缺点，声波屏只能识别软式触摸且响应速度较慢，电阻屏价格便宜但不耐划擦，红外触摸技术实现成本较高并且分辨率较低，电容式触摸屏只能识别可导电物体。而光学触摸屏的出现基本解决了众多触摸屏的难题，并且具有领导未来触摸市场的充分条件。

目前的光学触摸屏均是直接在光学框架的左上角和右上角上各自安装一个CCD摄像头及红外LED，同时在光学框架的三个内壁上还设有回归式反射条。使用时，由左上角LED灯发射出的光线经内壁上的反射条反射后返回左侧的CCD摄像头中，右上角的LED发射的光线经反射条反射后传入右上角的CCD摄像头中，从而使得密布的光线在触摸区域内形成一张光线网。当在该触摸区域内触摸一点时，触摸点位置附近形成阴影，该阴影区域即触摸点位置与上边框组成一个夹角，同时两端的CCD摄像头采集到的两个角度信息加上两CCD之间的连线确定了触摸位置点，这样该点的准确坐标就被控制器录入，实现触摸反应。

然而，当在该触摸区域内同时触模两点或多点时，由于两个摄像头所发出的光线会形成交叉，会在光线网中形成两个或多个鬼点(虚拟触摸点)，从而导致控制器不能正确分辩出哪些是实点，哪些是鬼点。目前主要采用时间差的方法来区分，即假定多点触摸中各个触摸放下的时间各不相同，通过时间差排除鬼点。这种方法只能适用于两点触摸，且在两触摸点按下时间比较靠近或者发生交叉的时候容易产生误判。

另外，由于当前光学触摸屏采用回归式反射条，其反射效率随入射角的增大而变差弱。在使用宽屏显示器时，由于入射角过大，采集到的图像质量很差，降低了触摸信息辨识的精度。

发明内容

本发明的主要目的在于克服目前光学触摸屏不能正确分辩出哪些是实点，哪些是鬼点，进而不能完整的实现多点触摸功能的缺陷，提供一种不仅结构简单、分辨精度较高，而且能有效去除鬼点，真正实现多点触摸的光学多点触摸屏。

本发明的另一目的是提供一种光学多点触摸屏的实现方法。

本发明通过下述技术方案实现：一种光学多点触摸屏，主要由边框、主控制器、设置在该边框边角内侧并与主控制器相连接的红外光检测装置、以及设置在该边框内部任意位置处的发光元件组成，同时，在该边框的所有内壁上还设有导光元件，所述的红外光检测装置的数量为三个或以上，且至少三个分布在该边框的任意三个边角处，所述的发光元件则位于边框与导光元件之间。

为了更好的实现本发明，所述的红外光检测装置由镜头、以及与该镜头相连接的线阵或面阵CCD、CMOS感光元件组成。

而所述的导光元件则采用导光面板或侧光光纤，所述的发光元件为LED外光源或红外激光光源。

进一步地，所述的红外光检测装置分别设置在边框的左上角、右上角和右下角处。

一种光学多点触摸屏的实现方法，主要包括以下步骤：

(1)启动红外光检测装置及发光元件，由发光元件所发出的红外线经导光元件传导后均匀的散布到整个边框四周的内壁上，从而在边框内部形成触摸区域；

(2)由主控制器分别读取三个红外光检测装置的初始化影像数据作为背景，并将该背景数据记录在主控制器内部；

(3)主控制器循环检测三个红外光检测装置中的影像数据，并将该影像数据与各自的背景数据相减，获取对应的三个红外光检测装置的三组差值数据；

(4)当在所形成的触摸区域内发生触摸时，由主控制器判断该触摸点是单点触摸还是多点触摸；如果是单点触摸，则主控制器仅采集边框左上角和右上角处的红外光检测装置的差值数据计算得出该触摸点的位置信息；

如果是多点触摸，则主控制器先采集边框左上角和右上角处的红外光检测装置的差值数据，并计算得出所有触摸点的位置信息，然后再将这些触摸点的位置信息与边框右下角处的红外光检测装置的差值数据进行比较，判定是否是有效触摸；

(5)主控制器将所采集到的触摸点位置信息反馈给主机进行响应。

进一步地，步骤(4)中所述的由主控制器判断该触摸点是单点触摸还是多点触摸，具体是指：当在触摸区域内产生触摸时，同时在三个红外光检测装置所产生的差值数据中产生一个峰值区域，如果这三个差值数据中的任意一个数据出现两个以上的峰值区域，则主控制器判定该触摸为多点触摸，否则为单点触摸。

同时，步骤(4)中所述的如果是单点触摸，则主控制器仅采集边框左上角和右上角处的红外光检测装置的差值数据计算得出该触摸点的位置信息，具体包括以下步骤：首先由主控制器分别采集边框左上角和右上角的红外光检测装置的两组差值数据，并将采集到的这两组差值数据进行计算取得峰值区域中心点的位置信息；然后由主控制器将该峰值区域中心点的位置信息转换成与上边框的夹角角度，进而确定该触摸点的实际位置。

步骤(4)中所述的判定是否是有效触摸，并计算得出这些触摸点的位置信息具体是指：主控制器将所获取的所有触摸点位置信息与右下角的红外光检测装置的差值数据进行比较，如某一触摸点的位置信息在右下角的红外光检测装置的投影位置上并不存在峰值，则判定为触摸点为鬼点加以排除；如某一触摸点的位置信息在右下角的红外光检测装置的差值数据的投影位置出现峰值，则判定为有效触摸。

本发明与现有技术相比，具有以下优点以及有益效果：

(1)本发明的硬件结构组成及布局均非常简单、合理，其制作和维护非常方便。

(2)本发明能有效的去除在触摸区域内形成的鬼点，能正确的得出实际触摸点的位置，从而克服传统光学触摸屏不能实现的多点触摸的缺陷。

(3)本发明不仅能有效提高光学触摸精度，而且其触摸精度还不受屏幕尺寸比例的影响。

(4)由于本发明采用了三组以上红外光检测装置，因此可以更加精确的确定触摸位置，从而为实现大型多点触摸屏提供了前提和基础。

(5)本发明的各种模块均可以重复使用，触摸屏使用统一的传感模块，各种尺寸触摸屏无需修改设计，只改变外框大小即可。

(6)本发明的触摸位置信息由触摸屏直接报告主机，因此不会占用主机资源。

附图说明

图1为本发明的导光元件采用导光面板时的整体结构示意图。

图2为本发明的导光元件采用侧光光纤时的整体结构示意图。

图3为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明的边框1为一个矩形框架，同时在该边框1的内部沿着其四个侧壁设置有导光元件5。所述的导光元件5在该边框1的内部首尾相连形成一个封闭的四边形，从而在这封闭的四边形内部形成一个光学触摸区域。

同时，为了较好的实现本发明，所述边框1的四个侧壁与导光元件5的四边之间还形成有一个空腔，而在该空腔内部则设有固定在边框1每个侧边上任意位置处的发光元件3，且该发光元件3的数量由实际情况来确定，每边可以为一个或多个。为了确保使用效果，该发光元件3优先采用LED光源或红外激光光源来实现。

由于导光元件5对所形成的光学触摸区域有着很重要的作用，因此为了更好的实现本发明，该导光元件5可以采用如图1所示的导光面板或如图2所示的侧光光纤，即该侧光光纤围绕整个触摸区域，发光元件3位于侧光光纤接头的顶端，通过侧光光纤的导光作用将发光元件3发出的光线均匀分布到整个触摸区域的外围上。

为了保护显示器及实现触摸功能，在边框1的下方设有涵盖整个光学触摸区域的触摸板6，且该触摸板6优先采用诸如光学玻璃、高强度有机玻璃等高透光材料制作而成，同时在其表面还可以镀有一层防静电及防眩光薄膜。

为了采集到光学触摸区域内的触摸信号，本发明在边框1的任意三个边角外侧各设有一个红外光检测装置4。同理，也可以在该边框1的边角外侧设置四个或更多的红外光检测装置4，其数量根据实际情况而定。根据需要，该红外光检测装置4可以采用由线阵CCD感光元件、面阵CCD感光元件或CMOS感光元件及镜头组成，即所述的线阵CCD感光元件、面阵CCD感光元件或CMOS感光元件均与该镜头相连接，为了确保使用效果，该红外光检测装置4优先采用CMOS及广角镜头，且所述广角镜头水平视场角要大于90度。该镜头位于CMOS感光元件的前方，与该CMOS感光元件处于封闭的空腔内且与各边侧的夹角为45度。为了更好的实现本发明，以及方便下面对其原理进行阐述，本发明的三个红外光检测装置4分别固定在边框1的左上角处、右上角处及右下角处。

同时，在边框1的内侧还设有用于将这些红外光检测装置4所采集到的数据进行处理和计算的主控制器2，且所有的红外光检测装置4均通过导线与该主控制器2相连接。在该边框1的内部还设有用于响应该主控制器2，以及用于处理触摸信息结果的主机。使用时，经过导光元件5的导光作用后，发光元件3所发出的红外光线便会均匀的分布到整个触摸区域的四边上。为了更好的实现本发明，所述的边框1、发光元件3、红外光检测装置4及导光元件5均处于同一平面上。

如图3所示，本发明的光学多点触摸屏的实现方法如下：

(1)首先启动红外光检测装置4及发光元件3，由发光元件3所发出的红外线(即LED光源所发出的光线)经导光元件5传导后均匀的散布到整个边框1四周的内壁上，从而在边框1内部形成触摸区域。

(2)由主控制器2分别读取三个红外光检测装置4的初始化影像数据作为背景，并将该背景数据记录在主控制器2的内部。即所述的主控制器2需要分别读取位于边框1左上角处的红外光检测装置4的初始化影像数据、位于边框1右上角处的红外光检测装置4的初始化影像数据和位于边框1右下角处的红外光检测装置4的初始化影像数据，并将这些初始化影像数据作为触摸时所产生数据的参照数据而记录在主控制器2的内部。

(3)所述的主控制器2每隔一段时间Δt便自动检测一次三个红外光检测装置4中的影像数据，再将每次所检测到的影像数据与记录在主控制器2中的背景相减，从而得到每个红外光线检测装置4的差值数据ΔS。对于边框1左上角的红外光检测装置4则生成差值数据ΔS_左上，对于边框1右上角的红外光检测装置4则生成差值数据ΔS_右上，对于边框1右下角的红外光检测装置4则生成差值数据ΔS_右下。如果未在触摸区域内发生触摸，则每个差值数据均接近零；如果在该触摸区域内产生触摸，则根据触摸点位置的不同每个差值数据也均不相同。

(4)当在所形成的触摸区域内发生触摸时，由主控制器2判断该触摸点是单点触摸还是多点触摸。该主控制器2判断该触摸点是单点触摸还是多点触摸时，其判断原理如下：即当在触摸区域内产生触摸时，便会在光学触摸区域产生一个相应的触摸点。此时，位于边框1三个边角处的三个红外光检测装置4均会产生一个新的影像数据，进而在每个红外光检测装置4的差值数据中产生一个峰值区域。如果每个红外光检测装置4的差值数据中均只有一个峰值区域，则可以判定为该触摸是单点触摸；如果在这三个红外光检测装置4的任意一个差值数据中产生有两个或两个以上的峰值区域，则判定该触摸是多点触摸。

(5)如果是单点触摸，则主控制器2仅采集边框1左上角和右上角处的红外光检测装置4的差值数据计算得出该触摸点的位置信息，即首先由主控制器2采集边框1左上角的红外光检测装置4的差值数据ΔS_左上和边框1右上角的红外光检测装置4的差值数据ΔS_右上，然后将得到的两组差值数据进行计算取得峰值区域中心点的位置信息。

然后，再由主控制器2将该峰值区域中心点的位置信息转换成与边框1的上边框的夹角角度。由于边框1的上边沿长度是固定的(即边框1的长度是固定的)，因此运用此时所获得的峰值区域中心点位置相对于左上角和右上角的两个夹角数据和边框1的长度数据，根据三角形顶点的原理来确定触摸点的实际位置。

如果是多点触摸，则主控制器2首先采集边框1左上角和右上角处的红外光检测装置4的差值数据(即差值数据ΔS_左上和差值数据ΔS_右上)，并按照上述单点触摸时的计算方式计算出所有触摸点的位置信息。由于此时在所获取的所有触摸点中，还存在鬼点(即虚拟触摸点)，为了确保所获取的触摸信息数据的准确性，因此本发明还需要判定该触摸点是否是有效触摸。如图1所示中，如果同时产生A、B两点触摸时，由于光线的交叉，因此在触摸区域内还产生有两个虚拟触摸点C和D，即鬼点。

本发明判定所产生的触摸点是否是有效触摸时，其原理如下：即主控制器2将所获取的所有触摸点位置信息再与边框1右下角的红外光检测装置4的差值数据ΔS_右下进行比较，如某一触摸点的位置信息在右下角的红外光检测装置4的投影位置上并不存在峰值，则判定为触摸点为无效触摸(即鬼点)加以排除；如某一触摸点的位置信息在右下角的红外光检测装置4的差值数据的投影位置出现峰值，则判定为有效触摸。此时，由于这些触摸点的位置信息已经由主控制器2根据边框1左上角处的红外光检测装置4的差值数据ΔS_左上和边框1右上角处的红外光检测装置4的差值数据ΔS_右上，再结合边框1的实际长度的基础上，根据三角形顶点的原理已经确定了下来，因此在经过边框1右下角处的红外光检测装置4的二次判定除去鬼点后，剩余的触摸点均是有效的触摸。

(5)最后由主控制器2将所采集到的所有实际有效触摸点位置信息反馈给主机进行响应即可。

如上所述，便可较好的实施本发明。

Claims (9)

1.一种光学多点触摸屏，主要由边框(1)、主控制器(2)、设置在该边框(1)边角内侧并与主控制器(2)相连接的红外光检测装置(4)、以及设置在该边框(1)内部任意位置处的发光元件(3)组成，其特征在于：在该边框(1)的所有内壁上还设有导光元件(5)，所述的红外光检测装置(4)的数量为三个以上，所述的发光元件(3)则位于边框(1)与导光元件(5)之间。

2.根据权利要求1所述的一种光学多点触摸屏，其特征在于：所述的红外光检测装置(4)由镜头、以及与该镜头相连接的线阵或面阵的CCD、CMOS感光元件组成。

3.根据权利要求1或2所述的一种光学多点触摸屏，其特征在于：所述的导光元件(5)为导光面板或侧光光纤。

4.根据权利要求3所述的一种光学多点触摸屏，其特征在于：所述的发光元件(3)为LED红外光源或红外激光光源。

5.根据权利要求1所述的一种光学多点触摸屏，其特征在于：所述的红外光检测装置(4)设置在边框(1)的左上角、右上角和右下角处。

6.一种光学多点触摸屏的实现方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

(1)启动红外光检测装置及发光元件，由发光元件所发出的红外线经导光元件传导后均匀的散布到整个边框四周的内壁上，从而在边框内部形成触摸区域；

(2)由主控制器分别读取三个红外光检测装置的初始化影像数据作为背景，并将该背景数据记录在主控制器内部；

(3)主控制器循环检测三个红外光检测装置中的影像数据，并将该影像数据与各自的背景数据相减，获取对应的三个红外光检测装置的三组差值数据；

(4)当在所形成的触摸区域内发生触摸时，由主控制器判断该触摸点是单点触摸还是多点触摸；如果是单点触摸，则主控制器仅采集边框左上角和右上角处的红外光检测装置的差值数据计算得出该触摸点的位置信息；

如果是多点触摸，则主控制器先采集边框左上角和右上角处的红外光检测装置的差值数据，并计算得出所有触摸点的位置信息，然后再将这些触摸点的位置信息与边框右下角处的红外光检测装置的差值数据进行比较，判定是否是有效触摸；

(5)主控制器再将所采集到的触摸点位置信息反馈给主机进行响应。

7.根据权利要求6所述的一种光学多点触摸屏的实现方法，其特征在于，步骤(4)中所述的由主控制器判断该触摸点是单点触摸还是多点触摸，具体是指：当在触摸区域内产生触摸时，同时在三个红外光检测装置所产生的差值数据中产生一个峰值区域，如果这三个差值数据中的任意一个数据出现两个以上的峰值区域，则主控制器判定该触摸为多点触摸，否则为单点触摸。

8.根据权利要求7所述的一种光学多点触摸屏的实现方法，其特征在于：步骤(4)中所述的如果是单点触摸，则主控制器仅采集边框左上角和右上角处的红外光检测装置的差值数据计算得出该触摸点的位置信息，具体包括以下步骤：首先由主控制器分别采集边框左上角和右上角的红外光检测装置的两组差值数据，并将采集到的这两组差值数据进行计算取得该峰值区域中心点的位置信息；然后由主控制器将该峰值区域中心点的位置信息转换成与上边框的夹角角度，进而确定该触摸点的实际位置。

9.根据权利要求7所述的一种光学多点触摸屏的实现方法，其特征在于：步骤(4)中所述的判定是否是有效触摸，并计算得出这些触摸点的位置信息具体是指：主控制器将所获取的所有触摸点位置信息与右下角的红外光检测装置的差值数据进行比较，如某一触摸点的位置信息在右下角的红外光检测装置的投影位置上并不存在峰值，则判定为触摸点为鬼点加以排除；如某一触摸点的位置信息在右下角的红外光检测装置的差值数据的投影位置出现峰值，则判定为有效触摸。

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