CN103970363A - 一种双操作模式的光学式触控装置及操作模式切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双操作模式的光学式触控装置及操作模式切换方法，该双操作模式的光学式触控装置，用于实现屏幕触控，包括主控单元、两个或多个红外图像传感器和背景光源发光组件，所述主控单元与红外图像传感器和背景光源发光组件分别相连，还包括操作模式切换开关单元和光源触控笔；通过该操作模式切换开关单元和主控单元的配合，实现了用遮挡物进行触控和用光源触控笔进行触控的两种操作模式之间的切换，在用光源触控笔进行触控的模式下，在屏幕书写的时候没有连笔，提高了用户书写体验，并且屏幕在被遮挡的情况下，也能够正常书写。

Description

一种双操作模式的光学式触控装置及操作模式切换方法

技术领域

本发明涉及触控技术，特别涉及一种双操作模式的光学式触控装置及操作模式切换方法。

背景技术

目前市场上能够实现大屏幕触控的触控装置有很多种，主流的触控方式有压感式、电磁式、超声波式、红外阵列式及光学式，其中红外陈列式和光学式是两种常用的支持直接用手指进行触控的方式。

红外阵列式触控装置的工作原理如图1所示，屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，一一对应排布，在屏幕前形成横竖交叉的红外线矩阵，当触摸物体（例如图1中的手指）接近屏幕表面时，阻挡了特定位置的红外线，通过被阻挡的红外线计算出触摸点的坐标发送给上位机，从而实现触摸控制。

光学式触控装置的工作原理如图2所示，由一控制单元201搭配两颗红外图像感应器202、203，以及设置在屏幕左、右和下侧边的背景光源发光组件205、206、207所构成。两个红外图像传感器202、203（可以为CCD或CMOS传感器）放置在屏幕上端相邻边角上进行拍照。设置在屏幕左、右和下侧边的背景光源发光组件构造出一个背景光源。通常，背景光源可以由红外光源（如红外LED）及回归反射条带、带红外光源的导光条（Light Guard）、红外灯条或其他类似可以产生亮背景的方式构造。

当有遮挡物（如手指或任何物体）触摸屏幕时，该遮挡物就遮挡了背景光源发出的光线，红外图像传感器202、203获得该遮挡物所对应触摸位置的图像发送给控制单元201，控制单元201从红外图像传感器202、203获得图像（其成像的画面如图2中204所示），根据获得的图像来获得遮挡物的位置，并通过遮挡物位置与两个红外图像传感器的的三角关系来获得屏幕坐标，最后将屏幕坐标发送给上位机（图2中未示出），从而实现触摸控制。

但这两种方案都具有如下2个缺点：

1)在书写的时候都容易连笔，用户书写体验不佳。

2)在书写时，如果屏幕局部被某些物体遮挡（比如手、袖子等），就很可能没法正常书写了。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双操作模式的光学式触控装置及操作模式切换方法，使得在某一操作模式时，屏幕在被遮挡的情况下，也能够正常书写。

为实现上述目的的第一个方面，本发明提供了一种双操作模式的光学式触控装置，用于实现屏幕触控，包括主控单元、两个或多个红外图像传感器和背景光源发光组件，所述主控单元与红外图像传感器和背景光源发光组件分别相连，还包括操作模式切换开关单元和光源触控笔；

所述操作模式切换开关单元连接至所述主控单元，用于生成操作模式切换信号发送给主控单元；

所述主控单元，根据操作模式切换信号将当前操作模式切换为第一操作模式或第二操作模式；在第一操作模式下，控制所述背景光源发光组件发光，并在有遮挡物遮挡背景光源时，根据各个红外图像传感器发送的图像，获得遮挡物的位置，并通过遮挡物的位置来获得屏幕坐标；在第二操作模式下，控制所述背景光源发光组件关闭，并在光源触控笔的光源接触屏幕时，根据各个红外图像传感器发送的图像，获得光源触控笔的光源的位置，并通过光源触控笔的光源的位置来获得屏幕坐标；并将获得的屏幕坐标发送给与其相连的上位机；

所述光源触控笔具有接触开关，当所述光源触控笔的光源接触屏幕时，接触开关闭合，点亮光源。

较佳地，所述操作模式切换开关单元包括一与主控单元相连的硬件开关，该硬件开关生成操作模式切换信号发送给主控单元。

较佳地，所述操作模式切换开关单元还包括第二切换开关，所述第二切换开关由所述上位机实现，其产生操作模式切换信号发送给主控单元。

较佳地，所述光学式触控装置还包括一智能笔架；所述操作模式切换开关单元还包括第三切换开关；

所述智能笔架包括：

具有一个或多个放置触控笔的笔槽；其中用于放置光源触控笔的笔槽中设置有与主控单元相连的感应元件；所述第三切换开关由所述感应元件实现，当感应元件感应到光源触控笔离开/放入笔槽后，向主控单元发送操作模式切换信号。

较佳地，当所述红外图像传感器为两个时，分别设置在屏幕的任何相邻的两角；

所述控制单元包括：主控制器和与之相连的副控制器；所述主控制器通过第一接口电路和控制总线与第一红外图像传感器相连；所述副控制器通过第二接口电路和控制总线与第二红外图像传感器相连；

所述第一图像传感器通过与所述第一接口电路之间的图像总线，将图像经第一接口电路发送给主控制器；通过所述控制总线接收所述主控制器发送的命令；

所述第二图像传感器通过与所述第二接口电路之间的图像总线，将图像经第二接口电路发送给副控制器；通过所述控制总线接收所述副控制器转发的命令；

所述副控制器接收主控制器发送的命令转发给第二图像传感器，并将从第二图像传感器接收的图像转发给主控制器；

所述主控制器与所述背景光源发光组件和上位机相连，根据操作模式切换信号将当前操作模式切换为第一操作模式或第二操作模式；在第一操作模式下，控制所述背景光源发光组件发光，并在有遮挡物遮挡背景光源时，根据第一红外图像传感器发送的图像和副控制器转发的第二红外图像传感器发送的图像，获得遮挡物的位置，并通过遮挡物的位置来获得屏幕坐标；在第二操作模式下，控制所述背景光源发光组件关闭，并在光源触控笔的光源接触屏幕时，根据第一红外图像传感器发送的图像和副控制器转发的第二红外图像传感器发送的图像，获得光源触控笔的光源的位置，并通过光源触控笔的光源的位置来获得屏幕坐标；并将获得的屏幕坐标发送给上位机。

较佳地，所述的背景光源发光组件包括：设置在靠近红外图像传感器位置的红外光源，和安装在屏幕框架除所述红外图像传感器所在夹边的另三边的边缘上、用于将红外光源发射的光反射到红外图像传感器的回归反射条；

或，所述的背景光源发光组件为安装在屏幕框架除所述红外图像传感器所在夹边的另三边的边缘上的带红外光源的导光条；

或，所述的背景光源发光组件为安装在屏幕框架除所述红外图像传感器所在夹边的另三边的边缘上的红外灯条。

较佳地，当所述红外图像传感器为四个时，分别设置在屏幕的四角；

所述控制单元包括：主控制器和与之相连的三个副控制器；所述主控制器通过第一接口电路和控制总线与第一红外图像传感器相连；其中，第一副控制器通过第二接口电路和控制总线与第二红外图像传感器相连；第二副控制器通过第三接口电路和控制总线与第三红外图像传感器相连；第三副控制器通过第四接口电路和控制总线与第四红外图像传感器相连；

所述第一图像传感器通过与所述第一接口电路之间的图像总线，将图像经第一接口电路发送给主控制器；通过所述控制总线接收所述主控制器发送的命令；

所述第二图像传感器通过与所述第二接口电路之间的图像总线，将图像经第二接口电路发送给第一副控制器；通过所述控制总线接收所述第一副控制器转发的命令；

所述第三图像传感器通过与所述第三接口电路之间的图像总线，将图像经第三接口电路发送给第二副控制器；通过所述控制总线接收所述第二副控制器转发的命令；

所述第四图像传感器通过与所述第四接口电路之间的图像总线，将图像经第四接口电路发送给第三副控制器；通过所述控制总线接收所述第三副控制器转发的命令；

所述第一、第二或第三副控制器接收主控制器发送的命令转发给第二、第三或第四图像传感器，并将从第二、第三或第四图像传感器接收的图像转发给主控制器；

所述主控制器与所述背景光源发光组件和上位机相连，根据操作模式切换信号将当前操作模式切换为第一操作模式或第二操作模式；在第一操作模式下，控制所述背景光源发光组件发光，并在有遮挡物遮挡背景光源时，根据第一红外图像传感器发送的图像和各个副控制器转发的第二、第三和第四红外图像传感器发送的图像，获得一个或多个遮挡物的位置，并通过各个遮挡物的位置来获得屏幕坐标；在第二操作模式下，控制所述背景光源发光组件关闭，并在光源触控笔的光源接触屏幕时，根据第一红外图像传感器发送的图像和各个副控制器转发的第二、第三和第四红外图像传感器发送的图像，获得一个或多个光源触控笔的光源的位置，并通过各个光源触控笔的光源的位置来获得屏幕坐标；并将获得的屏幕坐标发送给上位机。

较佳地，所述的背景光源发光组件包括：设置在靠近红外图像传感器位置的红外光源，和安装在屏幕框架除所述红外图像传感器四边的边缘上、用于将红外光源发射的光反射到红外图像传感器的回归反射条；

或，所述的背景光源发光组件为安装在屏幕框架四边的边缘上的带红外光源的导光条；

或，所述的背景光源发光组件为安装在屏幕框架四边的边缘上的红外灯条。

较佳地，所述的红外图像传感器为CCD传感器或CMOS传感器。

为实现上述目的的另一个方面，本发明还提供了一种光学式触控装置的模式切换方法，应用于上述的光学式触控装置，包括如下步骤：

A、操作模式切换开关单元根据用户操作，生成操作模式切换信号发送给主控单元；

B、主控单元确定是切换为第一操作模式还是切换为第二操作模式，如果是切换为第一操作模式，则执行步骤C；如果是切换为第二操作模式，则执行步骤D；

C、控制所述背景光源发光组件发光，并在有遮挡物遮挡背景光源时，根据各个红外图像传感器发送的图像，获得遮挡物的位置，并通过遮挡物的位置来获得屏幕坐标，执行步骤E；

D、控制所述背景光源发光组件关闭，并在光源触控笔的光源接触屏幕时，根据各个红外图像传感器发送的图像，获得光源触控笔的光源的位置，并通过光源触控笔的光源的位置来获得屏幕坐标，执行步骤E；

E、将获得的屏幕坐标发送给与主控单元相连的上位机。

较佳地，所述操作模式切换开关单元包括一与主控单元相连的硬件开关；

所述步骤A为：硬件开关被用户操作后，生成开关信号发送给主控单元；

所述步骤B中，主控单元收到开关信号后，根据当前操作模式，确定是切换为第一操作模式还是切换为第二操作模式。

较佳地，所述操作模式切换开关单元还包括第二操作模式开关；

所述第二切换开关由所述上位机实现；所述上位机安装的软件中集成有显示在屏幕上的操作模式切换按钮；

所述步骤A还包括：

A1：屏幕上的操作模式切换按钮被触摸后，主控单元将获得的屏幕坐标发送给上位机；

A2：上位机根据获得的屏幕坐标，确定屏幕上的操作模式切换按钮被按下，生成操作模式切换信号发送给主控单元。

较佳地，所述的光学式触控装置还包括一智能笔架；所述操作模式切换开关单元还包括第三切换开关；

所述智能笔架包括：

具有一个或多个放置触控笔的笔槽；

其中用于放置光源触控笔的笔槽设置有与主控单元相连的感应元件；

所述第三切换开关由所述感应元件实现；

所述步骤A还包括：当感应元件感应到光源触控笔离开/放入笔槽后，向主控单元发送操作模式切换信号。

较佳地，所述操作模式切换开关单元还包括安装在主控单元中的操作模式切换开关模块；

所述步骤A还包括：

在第一操作模式下启动所述操作模式切换开关模块；

所述操作模式切换开关模块根据红外图像传感器发送的图像检测是否有遮挡物遮挡背景光源，在没有检测到遮挡物遮挡背景光源时，检测是否有光源触控笔的光源接触屏幕，若检测到有光源触控笔的光源接触屏幕，则生成操作模式切换信号发送给主控单元。

较佳地，所述根据红外图像传感器发送的图像检测是否有遮挡物遮挡背景光源包括：

a1、从红外图像传感器发送的图像中，查找到由背景光源照射形成的白背景图像；

a2、在所述白背景图像中查找由遮挡物遮挡背景光源形成的黑物体图像，如果查找到所述黑物体图像，则确定有遮挡物遮挡背景光源；

所述检测是否有光源接触屏幕，包括：

a3、从红外图像传感器发送的图像中，查找到在所述白背景图像的上、下位置上，因未被所述背景光源照射形成的黑色图像；

a4、在所述黑色图像中，查找由光源触控笔的光源照射形成的白物体图像，如果查找到所述白物体图像，则确定有光源触控笔的光源接触屏幕。

由上述的技术方案可见，本发明提供的这种光学触控装置及操作模式切换方法，增加了操作模式切换开关单元和光源触控笔，通过该操作模式切换开关单元和主控单元的配合，实现了用遮挡物进行触控和用光源触控笔进行触控的两种操作模式之间的切换，在用光源触控笔进行触控的模式下，在屏幕书写的时候没有连笔，提高了用户书写体验，并且屏幕在被遮挡的情况下，也能够正常书写。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术红外阵列式触控装置的工作原理示意示意图；

图2为现有技术光学式触控装置的工作原理示意图；

图3为本发明光学式触控装置一较佳实施例的电路原理结构示意图；

图4为图3所示实施例中采用的光源触控笔的结构示意图；

图5为图3所示实施例的第二操作模式下的工作原理示意图；

图6为图3所示实施例中操作模式切换过程的流程图；

图7为本发明光学式触控装置第二较佳实施例的电路原理结构示意图；

图8为图7所示实施例中的智能笔架结构示意图；

图9为图7所示实施例中的操作模式切换开关模块，实现从第一操作模式切换到第二操作模式的流程图；

图10为本发明光学式触控装置第三较佳实施例的电路原理结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种光学触控装置，在现有技术的光学触控装置的基础上增加了操作模式切换开关单元和光源触控笔，通过该操作模式切换开关单元和主控单元的配合，实现了用遮挡物进行触控和用光源触控笔进行触控的两种操作模式之间的切换。以下举具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明对于用两个红外图像传感器来实现的单点或者两点触控和多个红外图像传感器来实现的多点触控均适用。

实施例一：

本实施例是用两个红外图像传感器来实现的单点或两点触控。

参见图3，本发明一较佳实施例的光学触控装置除了包括主控单元301、两个红外图像传感器302、303和背景光源发光组件304外，还包括操作模式切换开关单元305和光源触控笔（图3中未示出）。所述主控单元301与红外图像传感器302、303和背景光源发光组件304分别相连，且主控单元301还与一上位机306相连。

实际应用中，两个红外图像传感器302、303可以分别设置在屏幕的任何相邻的两角，相应的背景光源发光组件304设置在屏幕框架除所述红外图像传感器所在夹边的另三边的边缘上。本实施例中，两个红外图像传感器302、303设置在屏幕的左上角和右上角，对应的背景光源发光组件304设置在屏幕框架的左、右和下边缘上。

其中，操作模式切换开关单元305连接至主控单元301，用于生成操作模式切换信号发送给主控单元301。

主控单元301，根据操作模式切换信号将当前操作模式切换为第一操作模式或第二操作模式；在第一操作模式下，控制所述背景光源发光组件304发光，并在有遮挡物遮挡背景光源时，根据两个红外图像传感器302、303发送的图像，获得遮挡物的位置，并通过遮挡物的位置来获得屏幕坐标。在第二操作模式下，控制所述背景光源发光组件304关闭，并在光源触控笔的光源接触屏幕时，根据两个红外图像传感器302、303发送的图像，获得光源触控笔的光源的位置，并通过光源触控笔的光源的位置来获得屏幕坐标；并将获得的屏幕坐标发送给上位机306。

本实施例中的操作模式切换开关单元305可以由一个与主控单元相连的硬件开关来实现，也可以由多个硬件与上位机或主控单元内的软件模块组合实现。

本实施例中光源触控笔的结构如图4所示，包括笔尖410和本体部分420。其中，笔尖410为透明材质包裹一红外LED灯411。本体部分420包括一与红外LED灯411和供电电池分别相连的接触开关422，该接触开关422中有弹簧423，以实现当笔尖410接触屏幕时，接触开关412接受外力闭合，点亮红外LED灯411。

本实施例中，第一操作模式与图2所示现有技术光学式触控装置的工作原理相同，这里不再重复，第二操作模式的工作原理如图5所示。在第二操作模式下，背景光源发光组件被关闭，屏幕框架的左、右、下边缘505、506、507没有光源照射，形成黑色背景。

设置在屏幕左上角和右上角的两个红外图像传感器502、503对屏幕进行拍照，获得的图像发送给控制单元501。当光源触控笔的光源接触屏幕时，光源被点亮。控制单元501通过两个红外图像传感器502、503获得此时的图像，根据该图像获得光源触控笔的光源的位置，并通过光源触控笔的光源的位置来获得屏幕坐标；并将获得的屏幕坐标发送给上位机（图中未示出）。

具体来说，当光源触控笔的光源接触屏幕时，光源被点亮，红外图像传感器502、503发送的图像为一个背景全黑，局部有亮光的图像，该亮光区域就是点亮的光源触控笔的光源对应形成的。控制单元501对获得的图像进行分析，获得光源触控笔的光源的位置，通过计算该位置与两个红外图像传感器的三角关系来获得屏幕坐标。

本实施例中的操作模式切换过程如图6所示，包括如下步骤：

步骤601，判断是否接收到操作模式切换信号，如果是，则执行步骤602；否则返回执行步骤601。

本实施例中，操作模式切换信号是由操作模式切换开关单元根据用户操作生成并发送给控制单元的。

步骤602，判断切换为第一操作模式还是切换为第二操作模式，如果是切换为第一操作模式，则执行步骤603；如果是切换为第二操作模式，则执行步骤606。

本步骤中，可以根据当前的操作模式来确定切换为第一操作模式或第二操作模式；例如，当前为第一操作模式，则收到操作模式切换信号后，确定切换为第二操作模式。

步骤603，控制背景光源发光组件发光。

步骤604，在有遮挡物遮挡背景光源时，根据两个红外图像传感器发送的图像，获得遮挡物的位置。

步骤605，通过遮挡物的位置来获得屏幕坐标；执行步骤609。

步骤606，控制背景光源发光组件关闭。

步骤607，在光源触控笔的光源接触屏幕时，根据两个红外图像传感器发送的图像，获得光源触控笔的光源的位置。

步骤608，通过光源触控笔的光源的位置来获得屏幕坐标。

步骤609，将获得的屏幕坐标发送给上位机。

实施例二：

本实施例也是用两个红外图像传感器来实现的单点或两点触控。

参见图7，本发明第二较佳实施例的光学触控装置，也包括主控单元710、两个红外图像传感器702、703和背景光源发光组件704，所述主控单元710与两个红外图像传感器702、703和背景光源发光组件704分别相连，还包括分别与主控单元710相连的硬件开关705和智能笔架706，以及光源触控笔（图3中未示出）。

本实施例中，两个红外图像传感器702、703设置的位置和背景光源发光组件704均与实施例一相同，这里不再重复。

本实施例中，操作模式的切换可以有四种方式实现：

第一种，由硬件开关705作为一个操作模式切换开关与主控单元710配合来实现。如图7所示，硬件开关705与控制单元710相连，当硬件开关705被用户操作后，生成开关信号，也就是操作模式切换信号发送给主控单元710，由主控单元710完成操作模式的切换。

第二种，由上位机707作为第二切换开关与主控单元710配合实现。上位机707中安装的软件中集成有显示在屏幕上的操作模式切换按钮，当屏幕上的操作模式切换按钮被触摸后，主控单元710将获得的屏幕坐标发送给上位机707，上位机707根据获得的屏幕坐标，确定屏幕上的操作模式切换按钮被按下，生成操作模式切换信号发送给主控单元710。

第三种，由智能笔架706中的感应元件作为第三切换开关与主控单元710配合实现。

智能笔架706如图8所示，包括：一笔座1、位于笔座1两端的盖板2和面向用户一侧的纵向护墙3。笔座1上具有一个或多个放置触控笔的笔槽11。其中，用于放置光源触控笔的笔槽11中设置有与主控单元710相连的感应元件；所述第三切换开关由所述感应元件实现；当感应元件感应到光源触控笔离开/放入笔槽后，向主控单元710发送操作模式切换信号。

实际应用中，智能笔架706的笔座1上还可以设置多个放置用于形成不同颜色笔迹的彩色触控笔的笔槽11，每个彩色触控笔的笔槽11中分别设置有与主控单元710相连的感应元件，当感应元件感应到某彩色触控笔离开其笔槽时，向主控单元710发送笔迹颜色转换信号，主控单元710将笔迹颜色转换信号发送给上位机，使得屏幕上笔迹的颜色与该彩色触控笔预设的颜色一致。

当然，智能笔架706的笔座1上还可以设置板擦槽，在板擦槽中设置有与主控单元710相连的感应元件，当感应元件感应到板擦离开/放入板擦槽时，向主控单元710发送擦/写转换信号，主控单元710将笔迹颜色转换信号发送给上位机，以实现屏幕擦/写功能的转换。

第四种，由安装在主控单元中的操作模式切换开关模块，实现从第一操作模式切换到第二操作模式。具体如图9所示，包括如下步骤：

步骤901，在第一操作模式下启动所述操作模式切换开关模块。

步骤902，所述操作模式切换开关模块根据红外图像传感器发送的图像检测是否有遮挡物遮挡背景光源，如果是，则执行步骤905；否则，执行步骤903。

本步骤中，检测是否有遮挡物遮挡背景光源，可以包括：a1、从红外图像传感器发送的图像中，查找到由背景光源照射形成的白背景图像；a2、在所述白背景图像中查找由遮挡物遮挡背景光源形成的黑物体图像，如果查找到所述黑物体图像，则确定有遮挡物遮挡背景光源。

步骤903，检测是否有光源触控笔的光源接触屏幕，如果是，则执行步骤904，否则执行步骤905。

本步骤中，检测是否有光源接触屏幕，可以包括：a3、从红外图像传感器发送的图像中，查找到在所述白背景图像的上、下位置上，因未被所述背景光源照射形成的黑色图像；a4、在所述黑色图像中，查找由光源触控笔的光源照射形成的白物体图像，如果查找到所述白物体图像，则确定有光源触控笔的光源接触屏幕。

在实际应用中，为了保证检测的准确性，光源触控笔的光源设置的要大一些，以确保在其触碰屏幕时，光源落在所述黑色图像上。

步骤904，生成操作模式切换信号发送给主控单元，执行操作模式切换。

步骤905，通知主控单元，保持第一操作模式。

如图7所示，本实施例中的主控单元710包括：主控制器711和与之相连的副控制器712。所述主控制器711通过第一接口电路713和控制总线与第一红外图像传感器702相连。所述副控制器712通过第二接口电路714和控制总线与第二红外图像传感器703相连。

当采用第四种方式实现从第一操作模式切换到第二操作模式的情况下，通常采用与主控单元相应硬件开关来实现第二操作模式到第一操作模式的切换。

所述第一图像传感器702通过与所述第一接口电路713之间的图像总线，将图像经第一接口电路713发送给主控制器713；通过所述控制总线接收所述主控制器711发送的命令。

所述第二图像传感器703通过与所述第二接口电路714之间的图像总线，将图像经第二接口电路714发送给副控制器712；通过所述控制总线接收所述副控制器712转发的命令。

所述副控制器712接收主控制器711发送的命令转发给第二图像传感器703，并将从第二图像传感器703接收的图像转发给主控制器711。

所述主控制器711还与所述背景光源发光组件704和上位机707相连，根据任何一操作模式切换开关发送的操作模式切换信号将当前操作模式切换为第一操作模式或第二操作模式；在第一操作模式下，控制所述背景光源发光组件704发光，并在有遮挡物遮挡背景光源时，根据第一红外图像传感器702发送的图像和副控制器712转发的第二红外图像传感器703发送的图像，获得遮挡物的位置，并通过遮挡物的位置来获得屏幕坐标；在第二操作模式下，控制所述背景光源发光组件704关闭，并在光源触控笔的光源接触屏幕时，根据第一红外图像传感器702发送的图像和副控制器712转发的第二红外图像传感器703发送的图像，获得光源触控笔的光源的位置，并通过光源触控笔的光源的位置来获得屏幕坐标；并将获得的屏幕坐标发送给上位机707。

在实际应用中，上述两实施例所述中的背景光源发光组件，可以由多种方式实现：

第一种、背景光源发光组件包括设置在靠近红外图像传感器位置的红外光源和安装在屏幕框架的左、右、下边缘上、用于将红外光源发射的光反射到光学传感器的回归反射条。

第二种、背景光源发光组件为安装在屏幕框架的左、右、下边缘上的带红外光源的导光条；

第三种、背景光源发光组件为安装在屏幕框架的左、右、下边缘上的红外灯条。

另外，上述两实施例中所述的红外图像传感器可以为CCD传感器或CMOS传感器等。

实施例三

实际应用中，可以由3个、4个或更多的红外传感器来实现多点触控，本实施例是由4个红外图像传感器来实现的多点触控。

参见图10，本发明第三较佳实施例的光学触控装置，也包括主控单元110、四个红外图像传感器120、130、140、150和背景光源发光组件190，所述主控单元110与四个红外图像传感器120、130、140、150和背景光源发光组件190分别相连，还包括分别与主控单元110相连的硬件开关160和智能笔架170，以及一个或多个光源触控笔（图3中未示出）。

本实施例中，操作模式的切换与第二较佳实施例相同，也可以有四种方式实现，这里不再重复。

本实施例中的四个红外图像传感器120、130、140、150，分别设置在屏幕的四角。背景光源发光组件190设置在屏幕框架的四个边缘上。

如图10所示，控制单元110包括：主控制器111和与之相连的三个副控制器112、113、114。主控制器111通过第一接口电路115和控制总线与第一红外图像传感器120相连。其中，第一副控制器112通过第二接口电路116和控制总线与第二红外图像传感器130相连；第二副控制器113通过第三接口电路117和控制总线与第三红外图像传感器140相连；第三副控制器114通过第四接口电路118和控制总线与第四红外图像传感器150相连。

所述第一图像传感器120通过与所述第一接口电路115之间的图像总线，将图像经第一接口电路115发送给主控制器111；通过所述控制总线接收所述主控制器111发送的命令。

所述第二图像传感器130通过与所述第二接口电路116之间的图像总线，将图像经第二接口电路116发送给第一副控制器112；通过所述控制总线接收所述第一副控制器112转发的命令。

所述第三图像传感器140通过与所述第三接口电路117之间的图像总线，将图像经第三接口电路117发送给第二副控制器113；通过所述控制总线接收所述第二副控制器113转发的命令。

所述第四图像传感器150通过与所述第四接口电路118之间的图像总线，将图像经第四接口电路118发送给第三副控制器114；通过所述控制总线接收所述第三副控制器114转发的命令。

所述第一、第二或第三副控制器112、113、114接收主控制器111发送的命令转发给第二、第三或第四图像传感器130、140、150，并将从第二、第三或第四图像传感器130、140、150接收的图像转发给主控制器111。

所述主控制器111与所述背景光源发光组件190和上位机180相连，根据操作模式切换信号将当前操作模式切换为第一操作模式或第二操作模式。在第一操作模式下，控制所述背景光源发光组件190发光，并在有一个或多个遮挡物遮挡背景光源时，根据第一红外图像传感器120发送的图像和各个副控制器112、113、114转发的第二、第三和第四红外图像传感器130、140、150发送的图像，获得一个或多个遮挡物的位置，并通过各个遮挡物的位置来获得屏幕坐标。在第二操作模式下，控制所述背景光源发光组件190关闭，并在光源触控笔的光源接触屏幕时，根据第一红外图像传感器120发送的图像和各个副控制器112、113、114转发的第二、第三和第四红外图像传感器130、140、150发送的图像，获得一个或多个光源触控笔的光源的位置，并通过各个光源触控笔的光源的位置来获得屏幕坐标；并将获得的屏幕坐标发送给上位机180。

本实施例中的背景光源发光组件190可以包括：设置在靠近红外图像传感器位置的红外光源，和安装在屏幕框架除所述红外图像传感器四边的边缘上、用于将红外光源发射的光反射到红外图像传感器的回归反射条；或安装在屏幕框架四边的边缘上的带红外光源的导光条；或安装在屏幕框架四边的边缘上的红外灯条。

本实施例中设置有4个红外图像传感器，且屏幕框架四边的边缘都有背景发光组件，通过每两个相邻的红外图像传感器与触控点的三角关系，能够计算1出个位置信息，将计算出的多个位置信息进行重叠计算，最终能够获得一个或多个触控点的位置坐标。采用3个或5个或其他数量个红外图像传感器来实现多点触控的原理与本实施例相同，这里不再重复。

由多个红外图像传感器获得的图像，并计算获得一个或多个触控点的技术属于现有技术。本发明的关键在于：不论是单点触控还是多点触控，都能够实现用遮挡物进行触控和用光源触控笔进行触控的两种操作模式之间的切换。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (15)

1.一种双操作模式的光学式触控装置，用于实现屏幕触控，其特征在于：包括主控单元、两个或多个红外图像传感器和背景光源发光组件，所述主控单元与红外图像传感器和背景光源发光组件分别相连，还包括操作模式切换开关单元和光源触控笔；

所述操作模式切换开关单元连接至所述主控单元，用于生成操作模式切换信号发送给主控单元；

所述主控单元，根据操作模式切换信号将当前操作模式切换为第一操作模式或第二操作模式；在第一操作模式下，控制所述背景光源发光组件发光，并在有遮挡物遮挡背景光源时，根据各个红外图像传感器发送的图像，获得遮挡物的位置，并通过遮挡物的位置来获得屏幕坐标；在第二操作模式下，控制所述背景光源发光组件关闭，并在光源触控笔的光源接触屏幕时，根据各个红外图像传感器发送的图像，获得光源触控笔的光源的位置，并通过光源触控笔的光源的位置来获得屏幕坐标；并将获得的屏幕坐标发送给与其相连的上位机；

所述光源触控笔具有接触开关，当所述光源触控笔的光源接触屏幕时，接触开关闭合，点亮光源。

2.根据权利要求1所述的光学式触控装置，其特征在于：所述操作模式切换开关单元包括一与主控单元相连的硬件开关，该硬件开关生成操作模式切换信号发送给主控单元。

3.根据权利要求2所述的光学式触控装置，其特征在于：所述操作模式切换开关单元还包括第二切换开关，所述第二切换开关由所述上位机实现，其产生操作模式切换信号发送给主控单元。

4.根据权利要求1、2或3所述的光学式触控装置，其特征在于：所述光学式触控装置还包括一智能笔架；所述操作模式切换开关单元还包括第三切换开关；

所述智能笔架包括：

具有一个或多个放置触控笔的笔槽；

其中用于放置光源触控笔的笔槽中设置有与主控单元相连的感应元件；

所述第三切换开关由所述感应元件实现，当感应元件感应到光源触控笔离开/放入笔槽后，向主控单元发送操作模式切换信号。

5.根据权利要求1-3任一项所述的光学式触控装置，其特征在于：当所述红外图像传感器为两个时，分别设置在屏幕的任何相邻的两角；

所述控制单元包括：主控制器和与之相连的副控制器；所述主控制器通过第一接口电路和控制总线与第一红外图像传感器相连；所述副控制器通过第二接口电路和控制总线与第二红外图像传感器相连；

所述第一图像传感器通过与所述第一接口电路之间的图像总线，将图像经第一接口电路发送给主控制器；通过所述控制总线接收所述主控制器发送的命令；

所述第二图像传感器通过与所述第二接口电路之间的图像总线，将图像经第二接口电路发送给副控制器；通过所述控制总线接收所述副控制器转发的命令；

所述副控制器接收主控制器发送的命令转发给第二图像传感器，并将从第二图像传感器接收的图像转发给主控制器；

所述主控制器与所述背景光源发光组件和上位机相连，根据操作模式切换信号将当前操作模式切换为第一操作模式或第二操作模式；在第一操作模式下，控制所述背景光源发光组件发光，并在有遮挡物遮挡背景光源时，根据第一红外图像传感器发送的图像和副控制器转发的第二红外图像传感器发送的图像，获得遮挡物的位置，并通过遮挡物的位置来获得屏幕坐标；在第二操作模式下，控制所述背景光源发光组件关闭，并在光源触控笔的光源接触屏幕时，根据第一红外图像传感器发送的图像和副控制器转发的第二红外图像传感器发送的图像，获得光源触控笔的光源的位置，并通过光源触控笔的光源的位置来获得屏幕坐标；并将获得的屏幕坐标发送给上位机。

6.根据权利要求5所述的光学式触控装置，其特征在于：所述的背景光源发光组件包括：设置在靠近红外图像传感器位置的红外光源，和安装在屏幕框架除所述红外图像传感器所在夹边的另三边的边缘上、用于将红外光源发射的光反射到红外图像传感器的回归反射条；

或，所述的背景光源发光组件为安装在屏幕框架除所述红外图像传感器所在夹边的另三边的边缘上的带红外光源的导光条；

或，所述的背景光源发光组件为安装在屏幕框架除所述红外图像传感器所在夹边的另三边的边缘上的红外灯条。

7.根据权利要求1-3任一项所述的光学式触控装置，其特征在于：当所述红外图像传感器为四个时，分别设置在屏幕的四角；

所述控制单元包括：主控制器和与之相连的三个副控制器；所述主控制器通过第一接口电路和控制总线与第一红外图像传感器相连；其中，第一副控制器通过第二接口电路和控制总线与第二红外图像传感器相连；第二副控制器通过第三接口电路和控制总线与第三红外图像传感器相连；第三副控制器通过第四接口电路和控制总线与第四红外图像传感器相连；

所述第一图像传感器通过与所述第一接口电路之间的图像总线，将图像经第一接口电路发送给主控制器；通过所述控制总线接收所述主控制器发送的命令；

所述第二图像传感器通过与所述第二接口电路之间的图像总线，将图像经第二接口电路发送给第一副控制器；通过所述控制总线接收所述第一副控制器转发的命令；

所述第三图像传感器通过与所述第三接口电路之间的图像总线，将图像经第三接口电路发送给第二副控制器；通过所述控制总线接收所述第二副控制器转发的命令；

所述第四图像传感器通过与所述第四接口电路之间的图像总线，将图像经第四接口电路发送给第三副控制器；通过所述控制总线接收所述第三副控制器转发的命令；

所述第一、第二或第三副控制器接收主控制器发送的命令转发给第二、第三或第四图像传感器，并将从第二、第三或第四图像传感器接收的图像转发给主控制器；

所述主控制器与所述背景光源发光组件和上位机相连，根据操作模式切换信号将当前操作模式切换为第一操作模式或第二操作模式；在第一操作模式下，控制所述背景光源发光组件发光，并在有遮挡物遮挡背景光源时，根据第一红外图像传感器发送的图像和各个副控制器转发的第二、第三和第四红外图像传感器发送的图像，获得一个或多个遮挡物的位置，并通过各个遮挡物的位置来获得屏幕坐标；在第二操作模式下，控制所述背景光源发光组件关闭，并在光源触控笔的光源接触屏幕时，根据第一红外图像传感器发送的图像和各个副控制器转发的第二、第三和第四红外图像传感器发送的图像，获得一个或多个光源触控笔的光源的位置，并通过各个光源触控笔的光源的位置来获得屏幕坐标；并将获得的屏幕坐标发送给上位机。

8.根据权利要求7所述的光学式触控装置，其特征在于：所述的背景光源发光组件包括：设置在靠近红外图像传感器位置的红外光源，和安装在屏幕框架除所述红外图像传感器四边的边缘上、用于将红外光源发射的光反射到红外图像传感器的回归反射条；

或，所述的背景光源发光组件为安装在屏幕框架四边的边缘上的带红外光源的导光条；

或，所述的背景光源发光组件为安装在屏幕框架四边的边缘上的红外灯条。

9.根据权利要求1-3任一项所述的光学式触控装置，其特征在于：所述的红外图像传感器为CCD传感器或CMOS传感器。

10.一种光学式触控装置的模式切换方法，应用于权利要求1所述的光学式触控装置，其特征在于，包括如下步骤：

A、操作模式切换开关单元根据用户操作，生成操作模式切换信号发送给主控单元；

B、主控单元确定是切换为第一操作模式还是切换为第二操作模式，如果是切换为第一操作模式，则执行步骤C；如果是切换为第二操作模式，则执行步骤D；

C、控制所述背景光源发光组件发光，并在有遮挡物遮挡背景光源时，根据各个红外图像传感器发送的图像，获得遮挡物的位置，并通过遮挡物的位置来获得屏幕坐标，执行步骤E；

D、控制所述背景光源发光组件关闭，并在光源触控笔的光源接触屏幕时，根据各个红外图像传感器发送的图像，获得光源触控笔的光源的位置，并通过光源触控笔的光源的位置来获得屏幕坐标，执行步骤E；

E、将获得的屏幕坐标发送给与主控单元相连的上位机。

11.根据权利要求10所述的模式切换方法，其特征在于：所述操作模式切换开关单元包括一与主控单元相连的硬件开关；

所述步骤A为：硬件开关被用户操作后，生成开关信号发送给主控单元；

所述步骤B中，主控单元收到开关信号后，根据当前操作模式，确定是切换为第一操作模式还是切换为第二操作模式。

12.根据权利要求11所述的模式切换方法，其特征在于：所述操作模式切换开关单元还包括第二操作模式开关；

所述第二切换开关由所述上位机实现；所述上位机安装的软件中集成有显示在屏幕上的操作模式切换按钮；

所述步骤A还包括：

A1：屏幕上的操作模式切换按钮被触摸后，主控单元将获得的屏幕坐标发送给上位机；

A2：上位机根据获得的屏幕坐标，确定屏幕上的操作模式切换按钮被按下，生成操作模式切换信号发送给主控单元。

13.根据权利要求10-12任一项所述的模式切换方法，其特征在于：所述的光学式触控装置还包括一智能笔架；所述操作模式切换开关单元还包括第三切换开关；

所述智能笔架包括：

具有一个或多个放置触控笔的笔槽；

其中用于放置光源触控笔的笔槽设置有与主控单元相连的感应元件；

所述第三切换开关由所述感应元件实现；

所述步骤A还包括：当感应元件感应到光源触控笔离开/放入笔槽后，向主控单元发送操作模式切换信号。

14.根据权利要求13所述的模式切换方法，其特征在于：所述操作模式切换开关单元还包括安装在主控单元中的操作模式切换开关模块；

所述步骤A还包括：

在第一操作模式下启动所述操作模式切换开关模块；

所述操作模式切换开关模块根据红外图像传感器发送的图像检测是否有遮挡物遮挡背景光源，在没有检测到遮挡物遮挡背景光源时，检测是否有光源触控笔的光源接触屏幕，若检测到有光源触控笔的光源接触屏幕，则生成操作模式切换信号发送给主控单元。

15.根据权利要求14所述的模式切换方法，其特征在于：所述根据红外图像传感器发送的图像检测是否有遮挡物遮挡背景光源包括：

a1、从红外图像传感器发送的图像中，查找到由背景光源照射形成的白背景图像；

a2、在所述白背景图像中查找由遮挡物遮挡背景光源形成的黑物体图像，如果查找到所述黑物体图像，则确定有遮挡物遮挡背景光源；

所述检测是否有光源接触屏幕，包括：

a3、从红外图像传感器发送的图像中，查找到在所述白背景图像的上、下位置上，因未被所述背景光源照射形成的黑色图像；

a4、在所述黑色图像中，查找由光源触控笔的光源照射形成的白物体图像，如果查找到所述白物体图像，则确定有光源触控笔的光源接触屏幕。