CN102023764A - 一种光学定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光学定位装置及方法，其装置包括导光板、光源组件、至少一个光感应器和控制单元，导光板的至少一侧边设有光源组件，光感应器贴附于导光板上并通过电极引线与控制单元连接，光感应器的感光面朝向使用者，控制单元与计算机连接；其方法是通过扫描控制模块控制光感应器对导光板进行扫描，数据处理模块读取各光感应器的初始输出值和实时输出值并进行比较，主控模块得出触摸点信息后，通过计算机执行相应的触摸动作。采用本光学定位装置及方法，使用者可以直接在液晶面板及其他显示面板上实现多点触摸，不必局限于显示原理，其应用场合更广泛。

Description

一种光学定位装置及方法

技术领域

本发明涉及触摸屏的触摸点定位技术，特别涉及一种光学定位装置及方法。

背景技术

目前用于触摸屏定位的方式主要有电阻、电容、超声波、红外线、电磁感应、光学摄像等方式，其中大部分的方式只能实现对单个触摸点定位检测。对于同时检测多个触摸点的定位方法，效果较理想的只有光学摄像式。但目前的光学摄像式的检测方式只能用在背投影设备中，在其他的平板显示设备中难以发挥作用，应用场合受到很大的限制。

近年来快速发展的互感电容式定位检测方式得到了较广泛的应用，通过增加触摸板上微电容单元引线，增加扫描检测的次数的方法，检测行列交叉处互电容(耦合电容)的变化来识别多个触摸点，该定位技术通常与液晶显示器结合，普遍用在手机，便携式PC等设备上，例如苹果公司的iphone、ipad上的触摸定位技术就是采用这种技术。相比其它定位方式，互感电容式定位技术具有体积薄，重量轻，电耗低等优点，然而，其在大型面板的制造工艺上存在较大的困难，目前只能用在小尺寸的显示设备上，如手机、播放器、手持式终端等，使用范围有较大的局限性。

因此，提供一种不受显示原理限制，可用于大尺寸显示设备，应用场合广泛，成本较低的光学定位装置实为必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对大尺寸显示设备，提供一种结构简单、成本较低且不影响显示效果的光学定位装置。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述装置实现的光学定位方法。

本发明的技术方案为：一种光学定位装置，包括导光板、光源组件、至少一个光感应器和控制单元，导光板的至少一侧边设有光源组件，光感应器贴附于导光板上并通过电极引线与控制单元连接，光感应器的感光面朝向使用者，控制单元与计算机连接。

所述控制单元包括数据处理模块、扫描控制模块和主控模块，各光感应器通过电极引线分别与数据处理模块和扫描控制模块连接，数据处理模块和扫描控制模块还分别与主控模块连接，主控模块通过接口与计算机连接；

其中，扫描控制模块用于控制光感应器的工作状态，使其选通或截止；数据处理模块用于读取光感应器的输出值，判断信号输出是否有变化；主控模块用于控制扫描控制模块和数据处理模块同步工作，计算触摸点位置坐标、触摸点形状或触摸点大小，并将得到的触摸点信息传送至计算机。

所述扫描控制模块采用矩阵或硬件译码的方式，选通一个或多个光感应器接入到数据处理模块中，然后依次进行信号放大和滤波，进一步的将模拟信号转换数字信号，以供主控模块读取。

其中，主控制模块的微控制器如果集成了模数转换模块，那么数据处理模块只需要完成信号放大和滤波的功能。

所述导光板的材料为玻璃、有机玻璃或丙烯酸树脂等高透光材料。

为了使光感应器的接收感应效果更好，所述导光板上相邻的两个侧边上分别设有光源组件。

所述导光板上设有多个规则形状或非规则形状导光槽，导光槽通过刻划或光蚀的方式成型于导光板上。

所述光感应器为薄膜型光感应器；光感应器的尺寸大小小于或等于导光板上除导光槽外的尺寸大小，光感应器的形状依需求可设计为方形、圆形或其他形状，光感应器的数量可依据定位精度需要进行设置，光感应器的材料为红外光敏材料；电极引线的材料为透明导电材料；导光板上各导光槽的截面形状为矩形、三角形或半圆形。

所述光源组件包括至少一个可发射红外光的发光元件；所述发光元件为红外发光的LED或灯泡等，根据实际需要，各发光元件组成线状、点状或点线结合的光源组件。

本光学定位装置使用时，其工作原理是：作为红外光源的光源组件发出的红外光线经由导光板照射到整个导光板区域并向使用者方向出射；在没有触摸的初始状况下，光感应器的输出值是稳定的数值；当用户的手指或其它触摸物体接近导光板时，原有的出射红外光线会有部分光被手指或触摸物反射回来，相应位置的光感应器的输出值就会发生变化，数据处理模块读取各个光感应器的实时输出值和初始输出值，并通过对实时输出值和初始输出值进行比较，判断出各光感应器所在位置是否有触摸事件发生，实现对触摸点的准确定位；主控单元设定扫描控制模块以一定的周期不断地启动各光感应器进行扫描，同时控制数据处理模块读取各薄膜型光感应器的输出值，从而实现对整个显示区域的触摸点定位检测。其中，由于数据处理模块是逐个读取光感应器的输出值，这样即使有多个触摸点同时操作，该装置也能正确定位识别，实现多点触摸。更进一步，通过分析输出值发生变化的薄膜型光感应器的区域分布特征，可以识别出各触摸物的形状轮廓、尺寸大小等信息，实现更高层级的触摸应用，例如指纹识别，物体面识别等。

通过上述装置实现的一种光学定位方法，包括以下步骤：

(1)启动光源组件，开启扫描控制模块，数据处理模块读取各光感应器的初始输出值；

(2)设定扫描周期，扫描控制模块控制排列好的各光感应器进行逐行扫描，数据处理模块读取各光感应器的实时输出值，并将实时输出值与初始输出值进行比较，判断其变化情况，当实时输出值与初始输出值不一致时，将其对比结果输送至主控模块；

(3)主控模块根据数据处理模块的对比结果，记录输出值发生变化的光感应器的位置，得到触摸点位置，并计算触摸点的坐标位置、形状或大小，并将得到的触摸点信息送至计算机；

(4)计算机根据得到的触摸点信息，执行相应的触摸动作；

整个扫描过程中，主控模块控制扫描控制模块和数据处理模块同时动作。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、采用本光学定位装置及方法，使用者可以直接在液晶面板及其他显示面板上实现多点触摸，不必局限于显示原理，其应用场合更广泛。

2、本光学定位装置采用多个相互独立的光感应器来检测触摸事件的发生，可实现同时定位检测多个触摸点且触摸点个数不受限制，除此之外还能感知触摸体的形状及面积大小。

3、本光学定位装置通过使用带导光槽的导光板，可有效减低干扰，提高可靠性。同时使用薄膜型光感应器，可使整个装置的响应速度快，触摸定位检测流畅无延时。

4、本光学定位装置结构简单，整个装置不需要使用特殊材料及工艺，不需复杂的安装与调试，其成本较低。

附图说明

图1为本光学定位装置的结构示意图。

图2为实施例1的光学定位装置的侧面结构示意图。

图3为实施例2的光学定位装置的侧面结构示意图。

图4为实施例3的光学定位装置的侧面结构示意图。

图5为本光学定位方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例一种光学定位装置，其结构如图1所示，包括导光板1、光源组件2、至少一个光感应器3和控制单元，导光板1的至少一侧边设有光源组件2，光感应器3贴附于导光板1上并通过电极引线与控制单元连接，光感应器3的感光面朝向使用者，控制单元与计算机连接。

如图1所示，控制单元包括数据处理模块、扫描控制模块和主控模块，各光感应器通过电极引线分别与数据处理模块和扫描控制模块连接，数据处理模块和扫描控制模块还分别与主控模块连接，主控模块通过接口与计算机连接；

其中，扫描控制模块用于控制光感应器的工作状态，使其选通或截止；数据处理模块用于读取光感应器的输出值，判断信号输出是否有变化；主控模块用于控制扫描控制模块和数据处理模块同步工作，计算触摸点位置坐标、触摸点形状或触摸点大小，并将得到的触摸点信息传送至计算机。

所述扫描控制模块采用矩阵或硬件译码的方式，选通一个或多个光感应器接入到数据处理模块中，然后依次进行信号放大和滤波，进一步的将模拟信号转换数字信号，以供主控模块读取。

其中，主控制模块的微控制器如果集成了模数转换模块，那么数据处理模块只需要完成信号放大和滤波的功能。

导光板1的材料为玻璃、有机玻璃或丙烯酸树脂等高透光材料。

为了使光感应器3的接收感应效果更好，导光板1上相邻的两个侧边上分别设有光源组件2。

如图2所示，导光板1上设有多个规则形状或非规则形状导光槽4，导光槽4通过刻划或光蚀的方式成型于导光板1上。

光感应器3为薄膜型光感应器；光感应器3的尺寸大小小于或等于导光板1上除导光槽4以外的尺寸大小，光感应器3的形状依需求可设计为方形、圆形或其他形状，光感应器3的数量可依据定位精度需要进行设置，光感应器3的材料为红外光敏材料，电极引线的材料为透明导电材料。本实施例中，如图2所示，各光感应器3设于导光板1上各导光槽4之间的凸块上，各光感应器3的宽度小于或等于相应凸块的宽度，导光板1上各导光槽4的截面形状为矩形。光感应器3采用粘贴的方式固定在导光板上导光槽之外部分，感光面朝向使用者，这样可以避免光源组件2发出的光线直接照射到光感应器件带来干扰。实际应用中，光感应器的数量根据实际的定位精度需求来设置，而不需要每个凸块上都设置光感应器。

光源组件2包括至少一个可发射红外光的发光元件；发光元件为红外发光的LED或灯泡等，根据实际需要，各发光元件组成线状、点状或点线结合的光源组件。

本光学定位装置使用时，其工作原理是：作为红外光源的光源组件2发出的红外光线经由导光板1照射到整个导光板区域并向使用者方向出射；在没有触摸的初始状况下，光感应器3的输出值是稳定的数值；当用户的手指或其它触摸物体接近导光板1时，原有的出射红外光线会有部分光被手指或触摸物反射回来，相应位置的光感应器3的输出值就会发生变化，数据处理模块读取各个光感应器3的实时输出值和初始输出值，并通过对实时输出值和初始输出值进行比较，判断出各光感应器3所在位置是否有触摸事件发生，实现对触摸点的准确定位；主控单元设定扫描控制模块以一定的周期不断地启动各光感应器3进行扫描，同时控制数据处理模块读取各薄膜型光感应器的输出值，从而实现对整个显示区域的触摸点定位检测。其中，由于数据处理模块是逐个读取光感应器3的输出值，这样即使有多个触摸点同时操作，该装置也能正确定位识别，实现多点触摸。更进一步，通过分析输出值发生变化的薄膜型光感应器的区域分布特征，可以识别出各触摸物的形状轮廓、尺寸大小等信息，实现更高层级的触摸应用，例如指纹识别，物体面识别等。

本光学定位装置中，由于各个光感应器3相互独立，数据处理模块是逐个读取光感应器的输出值，这样即使有多个触摸点同时操作，该装置也能正确定位识别，实现多点触摸。在实际使用时，只需将本装置安装在显示设备的表面就能将显示设备转变成多点触摸屏，实现多点触摸检测功能，基于该特点，本光学定位装置可以得到更进一步的应用。例如，使用手指触摸时，通过检测手指指纹纹线反射的光强度，把各感应器输出值相同或类似的值进行关联处理可以获取指纹影像，由此可以构建利用光的触摸感应原理的指纹识别系统；再例如，具有任意形状的物体接近时，通过分析输出值发生变化的光感应器的区域分布特征可以识别出所接近物体断面的形状，大小等，由此可以建立利用光的触摸感应原理的物体面貌识别系统。

本实施例通过上述装置实现的一种光学定位方法，如图5所示，包括以下步骤：

(1)启动光源组件2，开启扫描控制模块，数据处理模块读取各光感应器3的初始输出值；

(2)设定扫描周期，扫描控制模块控制排列好的各光感应器3进行逐行扫描，数据处理模块读取各光感应器3的实时输出值，并将实时输出值与初始输出值进行比较，判断其变化情况，当实时输出值与初始输出值不一致时，将其对比结果输送至主控模块；

(3)主控模块根据数据处理模块的对比结果，记录输出值发生变化的光感应器的位置，得到触摸点位置，并计算触摸点的坐标位置、形状或大小，并将得到的触摸点信息送至计算机；

(4)计算机根据得到的触摸点信息，执行相应的触摸动作；

整个扫描过程中，主控模块控制扫描控制模块和数据处理模块同时动作。

实施例2

本实施例一种光学定位装置，与实施例1相比较，其不同之处在于导光板1上各导光槽4的截面形状为三角形，具体如图3所示。

实施例3

本实施例一种光学定位装置，与实施例1相比较，其不同之处在于导光板1上各导光槽4的截面形状为半圆形，具体如图4所示。

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 (8)

1.一种光学定位装置，其特征在于，包括导光板、光源组件、至少一个光感应器和控制单元，导光板的至少一侧边设有光源组件，光感应器贴附于导光板上并通过电极引线与控制单元连接，光感应器的感光面朝向使用者，控制单元与计算机连接。

2.根据权利要求1所述一种光学定位装置，其特征在于，所述控制单元包括数据处理模块、扫描控制模块和主控模块，各光感应器通过电极引线分别与数据处理模块和扫描控制模块连接，数据处理模块和扫描控制模块还分别与主控模块连接，主控模块通过接口与计算机连接；

其中，扫描控制模块用于控制光感应器的工作状态，使其选通或截止；数据处理模块用于读取光感应器的输出值，判断信号输出是否有变化；主控模块用于控制扫描控制模块和数据处理模块同步工作，计算触摸点位置坐标、触摸点形状或触摸点大小，并将得到的触摸点信息传送至计算机。

3.根据权利要求1所述一种光学定位装置，其特征在于，所述导光板的材料为玻璃、有机玻璃或丙烯酸树脂。

4.根据权利要求1所述一种光学定位装置，其特征在于，所述导光板上相邻的两个侧边上分别设有光源组件。

5.根据权利要求1所述一种光学定位装置，其特征在于，所述导光板上设有多个规则形状或非规则形状导光槽，导光槽通过刻划或光蚀的方式成型于导光板上。

6.根据权利要求5所述一种光学定位装置，其特征在于，所述光感应器为薄膜型光感应器；各光感应器设于导光板上各导光槽之间的凸块上，各光感应器的宽度小于或等于相应凸块的宽度；除了光感应器与导光板的贴附固定处，光感应器的材料为红外光敏材料；电极引线的材料为透明导电材料；导光板上各导光槽的截面形状为矩形、三角形或半圆形。

7.根据权利要求1所述一种光学定位装置，其特征在于，所述光源组件包括至少一个可发射红外光的发光元件；所述发光元件为红外发光的LED或灯泡，各发光元件组成线状、点状或点线结合的光源组件。

8.根据权利要求1～7任一项所述装置实现的一种光学定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)启动光源组件，开启扫描控制模块，数据处理模块读取各光感应器的初始输出值；

(2)设定扫描周期，扫描控制模块控制排列好的各光感应器进行逐行扫描，数据处理模块读取各光感应器的实时输出值，并将实时输出值与初始输出值进行比较，判断其变化情况，当实时输出值与初始输出值不一致时，将其对比结果输送至主控模块；

(3)主控模块根据数据处理模块的对比结果，记录输出值发生变化的光感应器的位置，得到触摸点位置，并计算触摸点的坐标位置、形状或大小，并将得到的触摸点信息送至计算机；

(4)计算机根据得到的触摸点信息，执行相应的触摸动作；

整个扫描过程中，主控模块控制扫描控制模块和数据处理模块同时动作。

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