CN107491227A - 一种通过光学测距实现的触摸识别装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种触摸识别装置，包括多个可控准直光源，所述准直光源入射到触摸屏的触摸区域；还包括至少一个测距元件，用于检测所述可控准直光源发射的光从发射到经过触摸物体反射后到达该测距元件所经过的路程，所述触摸识别装置根据所述路程及已知参数计算出触摸物体所处的位置。利用本发明的上述方案，采用单边发射的方式，结构简单，减少灯的数量降低成本，因为红外屏的很大一部分成本来自于灯。将本发明的触摸识别装置设置在显示屏的上方，没有底边，还能解决红外屏底边容易积灰、落雪导致无法触摸的情形。

Description

一种通过光学测距实现的触摸识别装置及方法

本发明涉及触摸识别装置领域，尤其涉及一种通过光学测距进行触摸识别的触摸识别装置及识别方法。

背景技术

目前触摸识别装置主要是电容式触摸识别装置、电阻式触摸识别装置、光学触摸识别装置、超声波触摸识别装置以及红外触摸识别装置，红外触摸识别装置的工作原理是利用红外发射元件与红外接收元件形成的扫描光线来检测触摸物体的位置，当有不透明物体置于其中时，会阻挡发射灯到接收灯的光路，从而检测到触摸物的位置。最常见的是触摸识别装置四周都设置红外发射和/或红外接收元件，有方形的、圆形的、椭圆形的以及不规则形状的，红外触摸识别装置在形状上具有独特的优势，不受限于任何形状，此外还有双边红外触摸识别装置，在红外触摸识别装置的相对边上设置红外收发元件，形成扫描光路。

红外触摸识别装置的最大特点就是扫描光路越密集，精度就越高，但是同样的，需要的红外收发元件就需要的越多，控制电路也相应增加，成本就会比较高，在小尺寸显示屏的应用上，相对于电容屏没有任何成本优势，如果将红外元件减少，触摸精度又会达不到要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种通过光学测距进行触摸识别的触摸识别装置，具有元器件少、成本低还不影响触摸精度的优点。

为解决上述技术问题，本发明提供一种触摸识别装置，包括多个可控准直光源，所述准直光源入射到触摸屏的触摸区域；还包括至少一个测距元件，用于检测所述可控准直光源发射的光从发射到经过触摸物体反射后到达该测距元件所经过的路程，所述触摸识别装置根据所述路程及已知参数计算出触摸物体所处的位置。

所述已知参数包括所述测距元件与所述可控准直光源之间的距离及所述测距元件与所述可控准直光源的连线与该可控准直光源的发射方向所成的夹角。

优选的，所述可控准直光源包括光发射元件和光发射元件前方设置的准直透镜。

优选的，所述夹角为90度。

优选的，所述多个可控准直光源发射的方向不尽相同。

优选的，所述多个可控准直光源形成一排阵列，包括两个测距元件，分别位于所述阵列的两端。

优选的，所述多个可控准直光源形成一排阵列，还包括发射方向平行于所述阵列的可控准直光源。

本发明还提供一种触摸识别方法，包括如下步骤：

设置多个可控准直光源入射到触摸屏的触摸区域；

设置至少一个测距元件，用于测试所述可控准直光源发射的光从发射到经过触摸物体反射后到达该测距元件所经过的路程，

通过所述路程以及已知参数计算出触摸物体所处的位置。

所述已知参数包括所述测距元件与所述可控准直光源之间的距离及所述测距元件与所述可控准直光源的连线与该可控准直光源的发射方向所成的夹角。

优选的，所述可控准直光源包括光发射元件和光发射元件前方设置的准直透镜。

利用本发明的上述方案，采用单边发射的方式，结构简单，减少灯的数量降低成本，因为红外屏的很大一部分成本来自于灯。将本发明的触摸识别装置设置在显示屏的上方，没有底边，还能解决红外屏底边容易积灰、落雪导致无法触摸的情形。

附图说明

图1现有技术中的光测距原理图；

图2为本发明第一实施例光路原理图；

图3为本发明第二实施例光路原理图；

图4为本发明第三实施例光路原理图；

图5为多点触摸存在有时无法识别的示意图；

图6为本发明第四实施例光路原理图；

图7为本发明第五实施例光路原理图；

图8为本发明第五实施例另一光路原理图；

图9为本发明电路原理示意图；

图10为本发明采用校验工装获得修正因子示意图；

图11为本发明采用校验工装获得修正因子另一方式示意图。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式及附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明采用光测距的方式来定位触摸点，通过测量发射元件到测距元件之间的距离，来定位触摸物体的位置。

本发明的触摸识别装置，包括多个可控准直光源，所述准直光源入射到触摸屏的触摸区域；还包括至少一个测距元件，用于检测所述可控准直光源发射的光从发射到经过触摸物体反射后到达该测距元件所经过的路程，所述触摸识别装置根据所述路程及已知参数计算出触摸物体所处的位置。所述已知参数包括所述测距元件与所述可控准直光源之间的距离及所述测距元件与所述可控准直光源的连线与该可控准直光源的发射方向所成的夹角。而且计算也很简单，根据三角形边长计算公式就可以计算出触摸物体所处的位置。

现有技术中光学测距原理已经很成熟，广泛应用于激光测距仪、激光雷达以及体感设备等方面。

光学测距一般是采用TOF(Time of Flight)法，即通过测量光的飞行时间来计算距离。测量飞行时间一般采用相位法，其精度最高能达到毫米级。光测距原理如图1所示：

TOF控制器连接发射器1和接收器2(实际产品中，通常控制器、发射器和接收器都集成为一个测距元件)。

发射器1发出一束光3，该束光照到触摸物体4上发生散射，散射的光5会被接收器2接收到。

发射器1发出的该束光一般被调制成正弦波形，由于时间延迟，接收器2和发射器1的波形会有一个相位差，根据相位差可以算出距离。

第一实施例

参见图2，本发明的触摸识别装置包括光发射阵列、准直透镜阵列6以及测距元件2，所述光发射阵列位于触摸识别装置边框的其中一边上(可以称之为触摸识别装置边框的主边)，所述测距元件2可以位于触摸识别装置的非触摸区域的任意地方，图2中该测距元2件位于光发射阵列的一端，所述光发射阵列包括多个光发射元件1，所述光发射元件1发射的光经过准直透镜阵列6后形成准直光32，且按照一定的角度θ发射到触摸识别装置的触摸区域，其中θ为该光发射元件1与测距元件之间的连线与所述准直光之间的夹角，且是已知的值，图2所示每个光发射元件发出的准直光平行，θ相同，在实际应用中，每个光发射元件对应的θ可以不必相同，或者说可以不尽相同，可以有相同，也可以有不同的存在。在生产测试时检测每个光发射元件对应的θ角度，一旦焊接完成，θ角度也就唯一确定了。除了θ是已知的，所述光发射元件1与测距元件之间的连线Y也是已知的定值，每个光发射元件1对应一个已知的θ和Y值，在触摸识别装置元器件安装完成后，这两个参数就确定下来了。

由于测距元件2能检测到光线32和光线52的长度之和，假设测距元件2测得的长度之和为D，将光线32的长度设为L，将光线52的长度设为M，则L+M＝D，D为每次检测到的具体的数字。

由于Y、θ和D为已知，只需要计算出x和y的值，就可以得到物体所处的坐标位置，

1)L*sinθ＝x

2)(Y-L*cosθ)²＝M²-x²

3)L+M＝D

4)(Y-L*cosθ)＝y

由上述1)至4)个公式可以得出x和y的值。经过坐标换算后，即可得到物体所处显示屏区域的实际坐标位置。

本发明采用光发射元件与准直透镜组合构成准直光源，在实际应用中，可以通过对光发射元件加工，直接加工成准直光发射元件。例如对红外发射管的出光面增加聚光结构，让其变成准直红外发射管，直接发出准直光，或者光发射元件在制造时，直接制造成准直光发射元件，省略掉准直透镜阵列，使得触摸识别装置结构更紧凑。

第二实施例

作为一个优选实施例，参见图3，每个光发射元件1通过准直透镜6发出的准直光均垂直于该光发射元件与测距元件2之间的连线，即θ＝90°。上述公式就简化成：

1)L＝x

2)y²＝M²-x²

3)L+M＝D

4)Y＝y

由上述1)至4)个公司可以得出x和y的值。x＝(D²-y²)/2D；y＝Y；经过坐标换算后，即可得到物体所处显示屏区域的实际坐标位置。

第三实施例

作为另一个优选实施例，参见图4，光发射元件发出的光通过准直透镜后，有两个不同的发射方向，相邻的光发射元件发出的光通过准直透镜后发射方向不同，在定位计算方式上没有不同，这种设置方式，可以有效消除多点触摸中的伪点。

第四实施例

单个测距元件理论上容易出现无法识别的触摸点，如图5所示，触摸物A被触摸物B遮挡住了。作为另一个优选实施例，参见图6，本发明的触摸识别装置还包括第二个测距元件，图6中第二个测距元件设置在光发射元件阵列的另一端，如此设置，可以用来校正每个触摸物所处的位置坐标，最简单的方法是将两个测距元件所获得的触摸物位置坐标取中间位置。

第五实施例

在触摸识别装置的应用中，很多厂家希望触摸识别装置边框尽量小，不要超出显示屏过大的范围，而且还需要在触摸识别装置区域的边缘能够有效识别触摸物的位置，如果触摸位置离光发射元件与测距元件连线的距离太近，触摸物反射光到达测距元件的信号很微弱甚至没有，则无法准确识别触摸物的位置，本实施例为了解决这个问题，在与光发射阵列所处边相邻的至少一边上设置至少一个光发射元件，并且在所述至少一个光发射元件的前方设置准直透镜，使得光发射元件发出的光平行于光发射阵列所处的边(主边)。如图7所示，在主边一侧的相邻边上设置了一个光发射元件11，对于在主边两端都设置测距元件的情况下，可以在两侧的相邻边上都设置光发射元件11，如图8所示。

下面参考附图9，以现有测距芯片为例做详细电路原理说明，现有测距芯片2通常将发射和接收电路集成在一起，在应用都本发明的触摸识别装置方案时，去掉芯片上的光发射元件，将发射输出端连接到本发明的光发射阵列上，通过多路开关7控制选通每个光发射元件1，以便扫描所有光发射元件1，在测距芯片驱动光发射元件之前，多路开关7已经将下一刻需要驱动的光发射元件1选通，以保证对每一路光发射元件1，相对于接收端都可以获得一致性的驱动，这样唯一存在不同的就是每一路光发射元件1在电路板上的物理距离，由于在触摸识别装置电路焊接完成后，每一路光发射元件1相对于测距芯片2的接收元件21(图中接收元件21虽然画在测距芯片2的外面，但是只是为了表示电路原理，实际应用中，接收元件21可以焊接在测距芯片2上，也可以是集成在测距芯片上，集成在测距芯片上比较普遍)的相对距离就唯一确定，只需要计算出每一路光发射元件1的修正因子即可。

下面说明修正因子的获得方法，参见图10，将本发明的触摸识别装置安装在校验工装上，在校验工装上有已知的多个校验用触摸物4，每个触摸物4的位置坐标是已知的，即Y、L和M是已知的，(x,y)也是已知的，由于所有的光发射元件1相对于测距芯片都存在一定的距离，因此，测距元件获得的距离要大于(L+M)，设测距元件测得的距离为W，则修正因子应该为-(W-(L+M))，为了使得修正因子更加准确，可以使用多排校正触摸物，如图11所示，这样针对每个光发射元件1就能获得多个修正因子，可以取平均值作为最后的修正因子。

本发明光发射元件可以采用红外光，光发射元件选择红外发射管，也可以采用紫外光，对于可视光也是可以实现的，为了降低干扰，可以对光线进行滤波，在测距元件端增加滤光元件。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种触摸识别装置，其特征在于，包括多个可控准直光源，所述准直光源入射到触摸屏的触摸区域；还包括至少一个测距元件，用于检测所述可控准直光源发射的光从发射到经过触摸物体反射后到达该测距元件所经过的路程，所述触摸识别装置根据所述路程及已知参数计算出触摸物体所处的位置。

2.根据权利要求1所述的一种触摸识别装置，其特征在于，所述已知参数包括所述测距元件与所述可控准直光源之间的距离及所述测距元件与所述可控准直光源的连线与该可控准直光源的发射方向所成的夹角。

3.根据权利要求1所述的一种触摸识别装置，其特征在于，所述可控准直光源包括光发射元件和光发射元件前方设置的准直透镜。

4.根据权利要求2所述的一种触摸识别装置，其特征在于，所述夹角为90度。

5.根据权利要求1所述的一种触摸识别装置，其特征在于，所述多个可控准直光源发射的方向不尽相同。

6.根据权利要求1所述的一种触摸识别装置，其特征在于，所述多个可控准直光源形成一排阵列，包括两个测距元件，分别位于所述阵列的两端。

7.根据权利要求1所述的一种触摸识别装置，其特征在于，所述多个可控准直光源形成一排阵列，还包括发射方向平行于所述阵列的可控准直光源。

8.一种触摸识别方法，包括如下步骤：

设置多个可控准直光源入射到触摸屏的触摸区域；

设置至少一个测距元件，用于测试所述可控准直光源发射的光从发射到经过触摸物体反射后到达该测距元件所经过的路程，

通过所述路程以及已知参数计算出触摸物体所处的位置。

9.根据权利要求8所述的触摸识别方法，其特征在于，所述已知参数包括所述测距元件与所述可控准直光源之间的距离及所述测距元件与所述可控准直光源的连线与该可控准直光源的发射方向所成的夹角。

10.根据权利要求8所述的触摸识别方法，其特征在于，所述可控准直光源包括光发射元件和光发射元件前方设置的准直透镜。