CN102654808A - 用于多点红外触摸屏的光路系统及其扫描检测方法 - Google Patents

用于多点红外触摸屏的光路系统及其扫描检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于多点红外触摸屏的光路系统，包括安装于触摸表面四个边缘的红外发射元件和红外接收元件，上述红外接收元件至少有四组，分别安装于上述触摸表面边缘的四个顶角处，并且每组红外接收元件包括至少一个红外接收元件；上述红外发射元件，排列安装于上述触摸表面的四个边缘上。本发明还提供了与上述的光路系统相适应的、利用安装在触摸表面边缘的红外元件依次或同时扫描检测触摸表面的方法。本发明提供的光路系统及其检测方法，完全实现全屏幕多触摸点的检测，同时还有提高物理分辨率、降低提升包括抗光性在内的抗干扰能力的设计难度、缩短扫描检测周期而触摸屏的缩短响应时间等一些列益处。

Description

用于多点红外触摸屏的光路系统及其扫描检测方法
技术领域
本发明涉及一种触摸屏领域，尤其涉及一种用于多点红外触摸屏的光路系统及其扫描检测方法。
背景技术
目前各种包含有计算机或微处理器的电子装置、设备正加速朝结合触控技术发展。随着科技的进步，触摸屏技术也经历了从低档向高档逐步升级和发展的过程。根据其工作原理，其目前一般被分为四大类：电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外触摸屏、光学触摸屏和表面声波触摸屏。红外触摸屏以其结构简单、无漂移、适应性强、低成本/面积比和免维护等特性，越来越被广泛应用在信息查询、工控、金融等各个领域。
一般红外触摸屏的四边排布了红外发射元件和红外接收元件，它们一一对应形成横竖交叉的正交的、同轴发射接收的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时，手指会挡住经过该位置的横竖两条红外线，控制器通过计算即可判断出触摸点的位置。一般红外触摸屏只能判断一个触摸点，当有两个以上触摸物被检测到时，因为纵横坐标的排列组合关系，触摸屏系统会给出实际触摸点的平方个“触摸点”的坐标，会出现很多个伪触摸点。也就是说，如果有N个触摸物，那么就会有N*(N-1)个伪触摸点，触摸屏系统本身无法判断每个坐标值所对应位置是否有触摸物。
以号码为200710100010.2、200710117751.1和200710031082.6、200810025705.3、200810044631.8、200910058459.6、201010224550.3、200820042636.2、200710021686.X、200910039047.8、200920079315.4、201010270368.1、200710029363.8、200810065714.5、200910038494.1、200910038490.3、200910040011.1、为代表的的中国专利或专利申请，给出了很多种不同的技术方案来实现多点触摸，全部或部分解决了伪触摸点的问题。总结这些技术方案，可以归结为以下几个基本方案：第一种，采用同轴/离轴多重扫描的方式，通过附加的斜向扫描方式，形成多个触摸点的第二套坐标集合，再与原来正交扫描的坐标值集合求解交集，从而剔除伪触摸点。第二种，增加更多的硬件结构，如一套发射单元对应两套不同的接收单元，构成同时扫描的同轴/离轴扫描系统，实现第一种方式的坐标值集合交集计算方案。有的还包括扩展发射元件发射角或接收元件接收角的光学透镜。第三种，在触摸屏的一个或者两个顶角增加摄像头，利用摄像头拍摄的图像得到触摸点另一组坐标值集合，再与红外矩阵所得到的坐标值集合进行运算，得到触摸点的真实坐标；或者增加与触摸屏表面所在的X、Y方向成一定角度甚至垂直的第三方向的红外光源的方式，实现对多触摸点的检测。
虽然这些技术方案在实用中能取得一定的技术效果，但是依旧存在各种问题。首先，因为离轴扫描可用区域的局限，部分技术方案只能实现触摸屏局部的多点触摸检测，是不完整的技术方案；其次，大部分能实现全区域多点触摸的技术方案，都需要增加硬件结构，如增加另外的一套发射或者接收电路，或者增加光学元件来调整发射或接收元件的辐射角，这些都将增加产品硬成本，同时还增加了控制系统的复杂性和调试成本；第三，同轴/离轴多重扫描的技术方案，存在扫描周期过长或者数据处理程序复杂的问题，从而降低了触摸屏的响应速度，并且因常用结构的触摸屏所使用的红外发射和接收元件的指向性都很强，所以无论是一发多收还是一收多发，发射元件和接收元件所对应的数量都比较少，因此难于分辨互相之间相距比较近的触摸物；第四，同轴/离轴多重扫描的方案，离轴扫描的作用只是用于剔除伪触摸点，很难对提高触摸屏的物理分辨率做出切实的贡献，因此依旧沿袭了红外触摸屏因红外发射接收元件的尺寸问题而导致的物理分辨率过低缺点。最后，所有的这类技术方案，都存在两个共同的问题，就是因为红外接收元件的数量众多，第一是需要布设大量小信号走线，而红外发射部分又是强脉冲电路，会产生很大的干扰，所以接收元件很难使用输出信号微弱、但响应速度极快的光敏二极管来缩短扫描周期、提高响应速度，只能使用输出信号很强但频率特性很差的光敏三极管；第二也是因为接收元件数量多、暴露面积大，因此很难通过结构设计来降低环境光的干扰、提升产品的抗光性。
发明内容
技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于多点红外触摸屏的光路系统，包括安装于触摸表面四个边缘的红外发射元件和红外接收元件，包括：
上述红外接收元件至少有四组，分别安装于上述触摸表面边缘的四个顶角处，并且每组红外接收元件包括至少一个红外接收器；上述红外发射元件，排列安装于上述触摸表面的四个边缘上。
还包括分别安装于上述触摸表面的较长边缘的中间位置的两组红外接收元件。
上述每组红外接收元件包括两个红外接收器，位于上述触摸表面的顶角的红外接收元件，其红外光接收面分别面向安装有该组接收元件的顶角所对应的两个对边；位于上述触摸表面的较长边缘的中间位置的红外接收元件，其红外光接收面分别面向安装有该组接收元件的边缘的对面边缘的一半红外发射元件。
上述的红外接收器是如光敏二极管或者光敏三极管的半导体光电接收元件及光电池。
本发明还提供了一种用于多点红外触摸屏的光路系统的扫描检测方法，包括：
分别或依次选通上述四组红外接收元件中的一组以上的接收元件的步骤；
依据被选通的接收元件，分别驱动每一组红外接收元件所面对的边缘的红外发射元件依次发光的步骤；
上述已被选通的红外接收元件接收所面对的边缘的红外发射元件的红外信号的步骤。
上述的一种用于多点红外触摸屏的光路系统的扫描检测方法，包括：
选通第一、第二两组红外接收元件的步骤；
依次驱动设置于上述已被选通的两组红外接收元件的共同对边的红外发射元件按顺序逐个发光的步骤；
上述已被选通的两组红外接收元件接收红外信号的步骤；
选通第二、第三两组红外接收元件的步骤；
依次驱动设置于上述已被选通的两组红外接收元件的共同对边的红外发射元件按顺序逐个发光的步骤；
上述已被选通的两组红外接收元件接收红外信号的步骤；
选通第三、第四两组红外接收元件的步骤；
依次驱动设置于上述已被选通的两组红外接收元件的共同对边的红外发射元件按顺序逐个发光的步骤；
上述已选通的两组红外接收元件接收红外信号的步骤；
选通第四、第一两组红外接收元件的步骤；
依次驱动设置于上述已被选通的两组红外接收元件的共同对边的红外发射元件按顺序逐个发光的步骤；
上述已选通的两组红外接收元件接收红外信号的步骤。
上述的一种用于多点红外触摸屏的光路系统的扫描检测方法，用于驱动上述设置在不同边缘的红外发射元件的电信号，是被不同频率所调制的脉冲信号。
上述的一种用于多点红外触摸屏的光路系统的扫描检测方法，包括：
选通第一、第二、第三组红外接收元件的步骤；
驱动设置于上述已被选通的三组红外接收元件中两个相邻的接收元件组的两个共同的对边的红外发射元件，同时按顺序逐个发光的步骤；
上述已被选通的两组红外接收元件接收红外信号的步骤；
选通第二、第三、第四组红外接收元件的步骤；
驱动设置于上述已被选通的三组红外接收元件中两个相邻的接收元件组的两个共同的对边的红外发射元件，同时按顺序逐个发光的步骤；
上述已选通的两组红外接收元件接收红外信号的步骤，
其中，用于驱动上述设置在不同边缘且同时发射红外光的红外发射元件的电信号，是被不同调制频率所调制的脉冲信号。
上述的一种用于多点红外触摸屏的光路系统的扫描检测方法，包括：
同时选通全部四组红外接收元件的步骤；
用以不同的频率的调制脉冲信号，驱动上述设置在每一个边缘的红外发射元件，同时按顺序逐个发光的步骤；
上述红外接收元件接收红外信号的步骤。
上述的一种用于多点红外触摸屏的光路系统的扫描检测方法，其特征在于，上述一种用于多点红外触摸屏的光路系统还包括分别安装于触摸表面的较长边缘的中间位置的两组红外接收元件，在选通任意一组设置在触摸表面边缘顶角的红外接收元件的步骤中，还可以同时或分别选通上述两组红外接收元件。
有益效果
本发明提供的用于多点红外触摸屏的光路系统及其扫描检测方法，解决了现有红外触摸屏在实现多触摸点检测识别方面所存在的问题和缺陷，能够在不增加触摸屏硬件成本的前提下，完全实现全屏幕多触摸点的检测，同时还有提高物理分辨率、降低提升包括抗光性在内的抗干扰能力的设计难度、缩短扫描检测周期而触摸屏的缩短响应时间等一些列益处。
附图说明
图1为根据本发明实施例的用于多点红外触摸屏的光路系统的触摸表面的示意图；
图2为根据本发明实施例的用于多点红外触摸屏的光路系统的另一种触摸表面的示意图；
图3为根据本发明实施例的用于多点红外触摸屏的光路系统扫描检测时的原理图；
图4a-4d为根据本发明实施例的用于多点红外触摸屏的光路系统另一种扫描检测时的原理图；
图5a、5b为根据本发明实施例的用于多点红外触摸屏的光路系统另一种扫描检测时的原理图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。
图1为根据本发明实施例的用于多点红外触摸屏的光路系统的触摸表面的示意图。如图1所示，该用于多点红外触摸屏的光路系统，包括安装于触摸表面1四个边缘的红外发射元件11和红外接收元件12，上述红外接收元件12至少有四组，分别安装于上述触摸表面1边缘的四个顶角处，并且每组红外接收元件包括至少一个红外接收器。上述红外发射元件11，排列安装于上述触摸表面的四个边缘上。上述每组红外接收元件12包括两个红外接收器，其红外光接收面分别面向安装有该组接收元件的顶角所对应的两个对边。
图2为根据本发明实施例的用于多点红外触摸屏的光路系统的另一种触摸表面的示意图。如图2所示，该红外平触摸检测系统还包括分别安装于上述触摸表面的较长边缘的中间位置的两组红外接收元件13。上述每组红外接收元件12包括两个红外接收器，其红外光接收面分别面向安装有该组接收元件的边缘的对面边缘的一半红外发射元件。
上述的红外接收器是如光敏二极管或者光敏三极管的半导体光电接收元件及光电池。
图3为根据本发明实施例的用于多点红外触摸屏的光路系统扫描检测时的原理图。如图3所示，利用上述的一种用于多点红外触摸屏的光路系统的扫描检测方法，包括：
选通上述四组红外接收元件的步骤；
依次扫描设置于上述触摸表面边缘的红外发射元件的步骤；
上述已选通的四组红外接收元件接收红外信号的步骤。
图4a-4d为根据本发明实施例的用于多点红外触摸屏的光路系统另一种收发红外接收元件接收红外信号时的原理图。如图4所示，利用上述的一种用于多点红外触摸屏的光路系统收发红外信号的方法，包括：
选通第一、第二两组红外接收元件的步骤；
依次扫描设置于上述触摸表面并且上述已选通的两组红外接收元件的共同对边的红外发射元件的步骤；
上述已选通的两组红外接收元件接收红外信号的步骤(参考图4a)；
选通第二、第三两组红外接收元件的步骤；
依次扫描设置于上述触摸表面并且上述已选通的两组红外接收元件的共同对边的红外发射元件的步骤；
上述已选通的两组红外接收元件接收红外信号的步骤(参考图4b)；
选通第三、第四两组红外接收元件的步骤；
依次扫描设置于上述触摸表面并且上述已选通的两组红外接收元件的共同对边的红外发射元件的步骤；
上述已选通的两组红外接收元件接收红外信号的步骤(参考图4c)；
选通第四、第一两组红外接收元件的步骤；
依次扫描设置于上述触摸表面并且上述已选通的两组红外接收元件的共同对边的红外发射元件的步骤；
上述已选通的两组红外接收元件接收红外信号的步骤(参考图4d)，其中，用于驱动上述设置在不同边缘的红外发射元件的电信号，是被不同频率所调制的脉冲信号。
图5a、5b为根据本发明实施例的用于多点红外触摸屏的光路系统另一种扫描检测时的原理图。
选通第一、第二、第三组红外接收元件的步骤；
以不同的频率的调制脉冲信号，驱动设置于上述已被选通的三组红外接收元件中两个相邻的接收元件组的两个共同的对边的红外发射元件，同时按顺序逐个发光的步骤；
上述已被选通的两组红外接收元件接收红外信号的步骤(参考图5a)；
选通第二、第三、第四组红外接收元件的步骤；
以不同的频率的调制脉冲信号，驱动设置于上述已被选通的三组红外接收元件中两个相邻的接收元件组的两个共同的对边的红外发射元件，同时按顺序逐个发光的步骤；
上述已选通的两组红外接收元件接收红外信号的步骤(参考图5b)，
其中，用于驱动上述设置在不同边缘的红外发射元件的电信号，是被不同频率所调制的脉冲信号。
上述的一种用于多点红外触摸屏的光路系统及其扫描检测方法中，所述一种用于多点红外触摸屏的光路系统还包括分别安装于触摸表面的较长边缘的中间位置的两组红外接收元件，在选通任意一组设置在触摸表面边缘顶角的红外接收元件的步骤中，还可以同时或分别选通所述两组红外接收元件。
本发明提供的光路系统及其检测方法，解决了现有红外触摸屏在实现多触摸点检测识别方面所存在的问题和缺陷，能够在不增加触摸屏硬件成本的前提下，完全实现全屏幕多触摸点的检测，同时还有提高物理分辨率、降低提升包括抗光性在内的抗干扰能力的设计难度、缩短扫描检测周期而触摸屏的缩短响应时间等一些列益处。
最后应说明本发明的技术方案不局限于本具体实施例中说明的触摸屏及触摸屏的判断触摸点的方法，应了解不脱离本发明的技术思想的范围内进行等同变换、代替均属于本发明要求保护的范围。本发明的具体保护范围应以权利要求书中公开的范围。

Claims (10)

1.一种用于多点红外触摸屏的光路系统，包括安装于触摸表面四个边缘的红外发射元件和红外接收元件，其特征在于，包括：所述红外接收元件至少有四组，分别安装于所述触摸表面边缘的四个顶角处，并且每组红外接收元件包括至少一个红外接收器；所述红外发射元件，排列安装于所述触摸表面的四个边缘上。
2.根据权利要求1所述的一种用于多点红外触摸屏的光路系统，其特征在于，还包括分别安装于所述触摸表面的较长边缘的中间位置的两组红外接收元件。
3.根据权利要求1或2任一项所述的一种用于多点红外触摸屏的光路系统，其特征在于，所述每组红外接收元件包括两个红外接收器，位于所述触摸表面的顶角的红外接收元件，其红外光接收面分别面向安装有该组接收元件的顶角所对应的两个对边；位于所述触摸表面的较长边缘的中间位置的红外接收元件，其红外光接收面分别面向安装有该组接收元件的边缘的对面边缘的一半红外发射元件。
4.根据权利要求1或2任一所述的一种用于多点红外触摸屏的光路系统，其特征在于，所述的红外接收器是光敏二极管或者光敏三极管的半导体光电接收元件及光电池。
5.一种用于多点红外触摸屏的光路系统的扫描检测方法，其特征在于，包括：
分别或依次选通所述四组红外接收元件中的一组以上的接收元件的步骤；
依据被选通的接收元件，分别驱动每一组红外接收元件所面对的边缘的红外发射元件依次发光的步骤；
所述已被选通的红外接收元件接收所面对的边缘的红外发射元件的红外信号的步骤。
6.根据权利要求5所述的一种用于多点红外触摸屏的光路系统的扫描检测方法，其特征在于，包括：
选通第一、第二两组红外接收元件的步骤；
依次驱动设置于所述已被选通的两组红外接收元件的共同对边的红外发射元件按顺序逐个发光的步骤；
所述已被选通的两组红外接收元件接收红外信号的步骤；
选通第二、第三两组红外接收元件的步骤；
依次驱动设置于所述已被选通的两组红外接收元件的共同对边的红外发射元件按顺序逐个发光的步骤；
所述已被选通的两组红外接收元件接收红外信号的步骤；
选通第三、第四两组红外接收元件的步骤；
依次驱动设置于所述已被选通的两组红外接收元件的共同对边的红外发射元件按顺序逐个发光的步骤；
所述已选通的两组红外接收元件接收红外信号的步骤；
选通第四、第一两组红外接收元件的步骤；
依次驱动设置于所述已被选通的两组红外接收元件的共同对边的红外发射元件按顺序逐个发光的步骤；
所述已选通的两组红外接收元件接收红外信号的步骤。
7.根据权利要求6所述的一种用于多点红外触摸屏的光路系统的扫描检测方法，其特征在于，用于驱动所述设置在不同边缘的红外发射元件的电信号，是被不同频率所调制的脉冲信号。
8.根据权利要求5所述的一种用于多点红外触摸屏的光路系统的扫描检测方法，其特征在于，包括：
选通第一、第二、第三组红外接收元件的步骤；
驱动设置于所述已被选通的三组红外接收元件中两个相邻的接收元件组的两个共同的对边的红外发射元件，同时按顺序逐个发光的步骤；
所述已被选通的两组红外接收元件接收红外信号的步骤；
选通第二、第三、第四组红外接收元件的步骤；
驱动设置于所述已被选通的三组红外接收元件中两个相邻的接收元件组的两个共同的对边的红外发射元件，同时按顺序逐个发光的步骤；
所述已选通的两组红外接收元件接收红外信号的步骤，其中，用于驱动所述设置在不同边缘且同时发射红外光的红外发射元件的电信号，是被不同调制频率所调制的脉冲信号。
9.根据权利要求5所述的一种用于多点红外触摸屏的光路系统的扫描检测方法，其特征在于，包括：
同时选通全部四组红外接收元件的步骤；
用以不同的频率的调制脉冲信号，驱动所述设置在每一个边缘的红外发射元件，同时按顺序逐个发光的步骤；
所述红外接收元件接收红外信号的步骤。
10.根据权利要求5至9任一项权利要求所述的一种用于多点红外触摸屏的光路系统的扫描检测方法，其特征在于，所述一种用于多点红外触摸屏的光路系统还包括分别安装于触摸表面的较长边缘的中间位置的两组红外接收元件，在选通任意一组设置在触摸表面边缘顶角的红外接收元件的步骤中，还可以同时或分别选通所述两组红外接收元件。
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