CN102289331A - 一种利用光波导的光学触控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用光波导的光学触控装置，涉及光学触控技术领域，包括屏幕、位于屏幕前端具有受抑全反射效果的透明面板介质、位于屏幕四侧的光波导纤维、红外LED、光学传感器和主控板，所述光波导纤维的相对的两侧一侧为发光侧，另一侧则为接收侧；所述红外LED作为光波导纤维发光侧的光源，贴着屏幕边缘放置；所述光学传感器在光波导纤维接收侧将所接收光源的光信号转换为电信号；所述主控板将光学传感器获取的电信号图像，进行DSP处理形成触摸坐标。本发明提供的利用光波导的光学触控装置，能够广泛应用于平板电脑、薄边框笔记本电脑，同时提高了触摸屏操作系统的准确性。

Description

一种利用光波导的光学触控装置
技术领域
本发明涉及光学触控技术领域，尤其涉及一种利用光波导的光学触控装置。
背景技术
随着光学感应器及相应的图像处理芯片的发展，目前光学触控技术发展极其迅速。一般的光学触控技术主要由两种方案构成，具体参见图1和图2所示的两种方案。
这两种方案除了照明方式有差异外，其对于触摸物体的坐标识别方式都是一样的。参见图3，左右上角（或者其他2个拐角处）的两个光学感应模组分别获得一个图像，该图像中回归反射式反光条或者红外导光条所在位置为白色背景，触摸物体所在位置由于遮挡了红外光线为较黑图像，控制电路根据这2个光学感应模组的图像，分别计算出触摸物体与光学感应模组的连线，其连线交点即为计算出的触摸物体坐标。
上述方案虽有时能满足实际应用中的一些需求，可仍然存在如下不足：当前技术方案需要在触摸的屏幕上方放置反光条或者导光条，因此屏幕一定需要有一个凸起的边框，且这个边框的高度至少需要3mm左右，导致应用场景很受限制，很多笔记本电脑、平板电脑中不可能采用该技术方案；由于边框的凸起存在，触摸物体还没有触碰到屏幕的时候已经开始遮挡了光路，因此存在触摸物体比如手指离开屏幕一定高度（比如2mm）的时候触摸就开始生效了（被称为预触发），预触发比较大，可能导致用户体验变差；由于反光条、导光条存在不同位置产生的背景光源强度不一致的问题，使得实际获得的背景图像并非一致的亮度，因此识别算法的难度提高还存在误识别的问题；需要有一个大水平视角的镜头，使得成本较高，另外算法还需要增加抗畸变处理；由于反光条或者导光条位于边框的凸起处，容易受太阳光等富含红外分量的外部光源的干扰；由于存在镜头及背景光源，需要将镜头光路中心完全对准背景光源，在实际量产中相当费劲，另外运输、机构形变等都可能导致触摸失效。
因此，当下需要迫切解决的一个技术问题就是：如何能够提出一种有效的光学触控装置，以解决现有技术的不足，有效满足实际应用的需求。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用光波导的光学触控装置，能够广泛应用于平板电脑、薄边框笔记本电脑，同时提高了触摸屏操作系统的准确性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用光波导的光学触控装置，包括屏幕、位于屏幕前端具有受抑全反射效果的透明面板介质、位于屏幕四侧的光波导纤维、红外LED、光学传感器和主控板，所述光波导纤维的相对的两侧一侧为发光侧，另一侧则为接收侧；所述红外LED作为光波导纤维发光侧的光源，贴着屏幕边缘放置；所述光学传感器在光波导纤维接收侧将所接收光源的光信号转换为电信号；所述主控板将光学传感器获取的电信号图像，进行DSP处理形成触摸坐标。
进一步地，所述光学触控装置还包括传输接口，用于将主控板形成的触摸坐标进行传输。
进一步地，所述透明面板介质为透明亚克力。
进一步地，所述光学传感器为由一系列排成一条线的感应单元构成的线阵传感器或由一系列排成一个矩阵的感应单元构成的面阵传感器。
进一步地，所述传输接口为USB接口或RS232接口。
综上，本发明提供一种利用光波导的光学触控装置，在屏幕触摸面上方无需任何组件，使得应用于平板电脑、薄边框笔记本电脑成为现实，同时，触摸物体需要完全触摸到屏幕才会产生触摸效果，预触发为0，图像传感器可以获得非常均匀的背景光源，无需镜头，节省成本，另外也无需抗畸变处理。此外，由于发光、接收装置都位于屏幕的最外边缘，简单处理后即可极大提高抗外部光源的干扰能力，同时，由于不存在镜头，生产时安装方便；屏幕没有大的形变的情况下，触摸功能不会受影响。
附图说明    
图1是本发明的背景技术中所述目前光学触控技术方案一的示意图；
图2是本发明的背景技术中所述目前光学触控技术方案二的示意图；
图3是本发明的背景技术中所述目前光学触控技术方案实现中触摸物体的坐标识别方式示意图；
图4是本发明的一种利用光波导的光学触控装置结构示意图；
图5是本发明具体实施方式所述透明亚克力板侧视示意图；
图6是本发明具体实施方式所述有手指或者其他触摸物体触摸透明亚克力板的时的示意图；
图7是本发明具体实施方式所述获得触摸物体的坐标示意图；
图8是本发明具体实施方式所述线阵光学传感器与光波导接收侧的连接示意图；
图9是本发明具体实施方式所述面阵光学传感器与光波导接收侧的连接示意图。
具体实施方式                                                      
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图4所示一种利用光波导的光学触控装置，包括屏幕41、位于屏幕前端具有受抑全反射效果的透明面板介质42、位于屏幕四侧的光波导纤维43、红外LED44、光学传感器45和主控板46，所述光波导纤维的相对的两侧一侧为发光侧，另一侧则为接收侧；所述红外LED作为光波导纤维发光侧的光源，贴着屏幕边缘放置；所述光学传感器在光波导纤维接收侧将所接收光源的光信号转换为电信号；所述主控板将光学传感器获取的电信号图像，进行DSP处理形成触摸坐标。
所述的光学触控装置还包括传输接口，用于将主控板形成的触摸坐标进行传输。其中，所述传输接口为USB接口或RS232接口。
具体地，所述光学传感器为由一系列排成一条线的感应单元构成的线阵传感器或由一系列排成一个矩阵的感应单元构成的面阵传感器。
所述传输接口为USB接口或RS232接口。
在实际的应用中，利用光波导的光学触控装置中屏幕触摸面前端的透明面板介质，比如透明亚克力（或者其他具有受抑全反射效果的透明面板）；屏幕四周的光波导纤维，其中相对的两侧，一侧为发光，另一侧则为接收。具体的，若左侧、下侧为发光；右侧、上侧为接收。发光侧，由一组红外LED灯作为光波导的光源，然后按照一定要求整齐的贴着屏幕边缘放置；接收侧光波导一头整齐的贴着屏幕边缘，另一侧则按照顺序直接对准影像传感器的感光区域；红外LED主要起光源的作用；光学传感器，将接收侧光波导收到的光学信号转变为电信号；主控板，将光学传感器获得的图像信号，通过板上DSP处理，形成触摸坐标，并通过USB或者RS-232等接口传送给主控PC或者其他设备。更为具体的，透明亚克力板侧视图可参照图5。
当有手指或者其他触摸物体触摸该透明亚克力板的时的示意图可参照图6。
这里采用透明亚克力板或者其他具有类似受抑全反射现象的高透明性的介质：当红外线从发光端光波导垂直进入该介质之后，在遇到空气与该介质的界面时会发生全反射；而在遇到手指或者其他反射率较高的材质与该介质的界面的时候会发生散射。这样，当有手指或者其他触摸物体触碰到该透明介质表面的时候，在该触碰面上，相当一部分红外光没法继续保持全反射到接收侧光波导，而是发生了散射，因此接收侧的光波导接收的光线就会减弱。利用该原理，当有物体触碰该表面时，水平、垂直两条线上相应的光波导接收侧接收到的光强会变弱，这些接收到的光线进入光学传感器转变为光强信号，主控芯片获得这些信号后通过计算获得触摸物体的坐标，具体参见图7。
在实际装置中，定义光波导发光端为A端，相应的各个发光点为A1，A2，…，接收侧的光波导为B端，相应的各个接受点为B1，B2，…，其中An与Bn一一对应。那么有如下几种光线发出与接受策略：
A端所有发光点一起发光，B端所有接收侧能一起接收到所有对应的光线。这种模式下需要注意，Bn不仅能收到An发出的光线也能收到An附近的An-k，…，An+k发过来的光线，需要在算法处理的时候考虑到这一点。
A端发光点依次发光，B端接收点依次接收，这样能避免接收到需要关注点的附近发出的光线。
A端发光点间隔一定距离依次发光，比如同时时刻Ak，Ak+m，Ak+2m，…同时发光，下一时刻Ak+1，Ak+m+1，Ak+2m+1，…同时发光，这样既能达到b)的优点，也能使得发光需要的总时间缩短。
补充介绍的，光波导接收侧与光学传感器之间的连接关系具体如下：通常可以采用如下两种光学传感器：
线阵光学传感器 (Line Sensor)，线阵光学传感器由一系列排成一条线的感应单元构成，其与光波导接收侧的连接可参照图8。
为了便于描述，图8中让右侧及上部的光波导接收侧依次排列（也可以用任何方式排列，但线阵传感器的每个单元需要和光波导的接收侧有一定的映射关系）；另外，n个光波导接收侧可以与m个传感器单元相对应，也就是说并不需要一个光波导接收侧一定对应一个传感器单元；这些对应关系需要能够被主控板上的DSP获得。
面阵光学传感器(Array Sensor)，面阵光学传感器由一系列排成一个矩阵的感应单元构成，其与光波导接收侧的连接参照图9。
图9中上方光波导接收侧及右侧光波导接收侧依次与面阵传感器的单元排列在一起，同样需要注意的是其排列顺序可以是任意的；n个光波导接收侧可以与m个传感器单元相对应；这些对应关系需要能够被主控板上的DSP获得。
 以上对本发明所提供的一种利用光波导的光学触控装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种利用光波导的光学触控装置，其特征在于：包括屏幕、位于屏幕前端具有受抑全反射效果的透明面板介质、位于屏幕四侧的光波导纤维、红外LED、光学传感器和主控板，所述光波导纤维的相对的两侧一侧为发光侧，另一侧则为接收侧；所述红外LED作为光波导纤维发光侧的光源，贴着屏幕边缘放置；所述光学传感器在光波导纤维接收侧将所接收光源的光信号转换为电信号；所述主控板将光学传感器获取的电信号图像，进行DSP处理形成触摸坐标。
2.根据权利要求1所述的光学触控装置，其特征在于：还包括传输接口，用于将主控板形成的触摸坐标进行传输。
3.根据权利要求1所述的光学触控装置，其特征在于：所述透明面板介质为透明亚克力。
4.根据权利要求1所述的光学触控装置，其特征在于：所述光学传感器为由一系列排成一条线的感应单元构成的线阵传感器或由一系列排成一个矩阵的感应单元构成的面阵传感器。
5.根据权利要求1所述的光学触控装置，其特征在于：所述传输接口为USB接口或RS232接口。
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