CN112882613A - 定位光电检测器、检测系统、触摸屏、检测方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了定位光电检测器、检测系统、触摸屏、检测方法及应用，触摸屏包括触摸屏本体以及触摸屏本体用定位检测系统，定位检测系统包括两组光电检测器，且光电检测器包括用于采集触摸面图像信息的光学成像系统、能发出扫描触摸面的光扫描机构、能形成光斑的量程定位单元以及接收来自光学成像系统所采集的信息并控制光学成像系统工作状态的信息处理模块。本发明减小了安装误差，从而减小量程定位单元的实际安装位置与触摸屏自身的P₁之间的误差，继而提高安装精度；并且，本发明不受限于触摸屏尺寸，更不受装配精度、加工精度的影响，从而能获得定位精度更高的触摸定位特性。

Description

定位光电检测器、检测系统、触摸屏、检测方法及应用

技术领域

本发明涉及电子领域，具体涉及定位光电检测器、检测系统、触摸屏、检测方法及应用。

背景技术

目前，触摸屏作为最为轻松的人机交互技术已经被推向众多领域。在基于光电技术的触摸屏实现方案中，最成熟的一种是在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵，根据遮蔽光线的不同可以检测出指示物的具体位置，适用范围很广；但其分辨率受到红外对管数量的限制，难以做得很高，且目前公开的触摸装置需要按照显示屏尺寸对等制作；随着显示屏面积增大，其成本随之增加。不同尺寸触摸屏间的触摸装置由于尺寸固定，不能替代通用。

针对上述情况，现有技术CN201616089U公开了一种触摸屏及触摸系统，其包括镜头、图像传感器、触摸表面及处理单元，镜头采集触摸表面的触摸信息，并通过光纤传递给图像传感器，以在图像传感器上成像并生成图像信息，图像传感器将图像信息传输到处理单元，处理单元利用三角定位法处理来自图像传感器上的图像数据就能够得出指示物的位置。但是此现有技术在使用时存在坐标精度低、可调性差、匹配性差、通用性不方便、扫描存在盲点等诸多缺陷。具体如下：

1、坐标精度低：任何结构性产品由于加工误差、装配误差的原因，其设计尺寸和实际都存在一定误差，因此直接输出设计的尺寸信息来使其应用到实际制造的触屏上，导致其坐标参考无法与实际的触屏完全匹配，从而存在坐标误差；具体地，此现有技术的触摸系统中，其坐标参考为光学镜头的物镜主点作为坐标参考，其与触摸屏是互相独立的，缺乏关联性，导致其坐标的确定受限于镜头的安装位置、镜头的制造误差、镜头的装配误差等，而无论是镜头是自身制造、装配的误差，还是其实际安装位置与设计的安装位置之间存在误差，都会直接导致触摸系统读取出的触摸定位存在误差；

2、可调性差、容错性差：此现有技术不能进行镜头位置调整，其只能安装在预设位置，一旦调整镜头位置，则图像传感器的坐标参和对应的触摸屏之间的误差增大；

3、通用性不方便：其用于不同型号的触屏时，需要重新设定对应的参数信息等，导致使用较为麻烦；

4、识别容易出错且数据量大：此技术是通过获取触摸面上的影像信息来进行分析处理，不仅容易识别到错误的类似触摸的图像，且需要在无任何明显确定的图像中找出正确的触摸位置，数据处理量大且繁琐；

5、扫描存在盲点：即使配备光源，但是当触摸处的反射角度不在接收角度上时，会存在盲点。

针对上述缺陷5，现有技术CN109992164A公开了一种激光扫描触摸屏，其包括扫描触摸面上的触摸件的激光扫描装置、安装在扫描装置上并随扫描装置的激光头同步转动、同时接收被触摸件反射的光的接收头以及采集接收头接收到光后当前激光照射到触摸件的发射角度的旋转角度检测装置。这种触屏中，虽然基于光发射信号来进行触屏位置检测，从而解决了现有触屏的受限于红外对管数量等条件/缺陷，但是此触屏中，必须要配备旋转的用作扫描的激光光源，同时反射的光必须要能准确反射到与激光头同步转动接收头上，其对于扫描触摸面的光路的精度要求极高，导致设计要求繁多，装配要求高，且成本高。并且此现有技术中，采用码盘来进行旋转角度采集，其精度低，不适用于现有的触屏所使用的大部分场景的高精度要求。同时，此技术中虽然通过旋转扫描能够提升接收效果、提高接受率，但是其在接手上效果仍旧较差。

发明内容

本发明的目的在于：提供了定位光电检测器、检测系统、触摸屏、检测方法及应用，解决了现有的触摸位置检测装置的坐标精度低、可调性差、匹配性差、通用性不方便、扫描存在盲点等上述技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

触摸定位光电检测器，包括用于采集触摸面图像信息的光学成像系统、能发出扫描触摸面的光扫描机构、能形成光斑的量程定位单元以及接收来自光学成像系统所采集的信息并控制光学成像系统工作状态的信息处理模块；

所述光学成像系统包括用于采集触摸面上的光点的光学镜头以及接收来自光学镜头所采集的信息并将其发送给信息处理模块的图像传感器。

进一步地，所述光扫描机构发射出以旋转方式扫描触摸面的光束，所述量程定位单元能采集光扫描机构所发射的光脉冲信号，并能将采集的信号发送给信息处理模块。

进一步地，所述光扫描机构包括发光源、马达和反射棱镜，所述马达的主轴为空心主轴，所述发光源置于主轴的一端，所述反射棱镜安装在主轴的另一端，发光源所发出的光束穿过主轴的内孔后从反射棱镜入射面射入，并从反射棱镜出射面射出进行触摸面的扫描作业。

进一步地，所述光学镜头的透镜组合为鱼眼镜头。

进一步地，所述量程定位单元为以下光敏元件中的任一种：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管。

进一步地，所述光学成像系统还包括设置在光学镜头和图像传感器之间光路上的滤光片。

进一步地，所述光扫描机构的光源为点光源或线光源。

触摸定位光电检测系统，包括两组光电检测器，两组光电检测器分别为左光电检测器和右光电检测器，且所述光电检测器包括用于采集触摸面图像信息的光学成像系统、能发出扫描触摸面的光扫描机构、能形成光斑的量程定位单元以及接收来自光学成像系统所采集的信息并控制光学成像系统工作状态的信息处理模块；

所述光学成像系统包括用于采集触摸面上的光点的光学镜头以及接收来自光学镜头所采集的信息并将其发送给信息处理模块的图像传感器；

且光电检测器的信息处理模块均与主机信号连接。

进一步地，所述光扫描机构发射出以旋转方式扫描触摸面的光束，且所述两组光电检测器的光扫描机构以交替旋转的方式扫描触摸面。

一种触摸屏，包括触摸屏本体以及触摸屏本体用定位检测系统，所述定位检测系统包括两组光电检测器，两组光电检测器分别为左光电检测器和右光电检测器，所述光电检测器包括用于采集触摸面图像信息的光学成像系统、能发出扫描触摸面的光扫描机构、能形成光斑的量程定位单元以及接收来自光学成像系统所采集的信息并控制光学成像系统工作状态的信息处理模块；

所述光学成像系统包括用于采集触摸面上的光点的光学镜头以及接收来自光学镜头所采集的信息并将其发送给信息处理模块的图像传感器；

且光电检测器的信息处理模块均与主机信号连接；

所述光学镜头的视场均包含触摸面，所述两组光电检测器的量程定位单元分别位于触摸屏本体的一条边的两个角上。

进一步地，所述量程定位单元之间的连线平行于触摸屏本体的一个边线；

且左光电检测器的量程定位单元和右光电检测器的量程定位单元之间的连线平行于左光电检测器的光学镜头的物镜中心点和右光电检测器的光学镜头的物镜中心点的连线。

触摸定位的检测方法，包括如下步骤：

S1、光电检测器初始化：

①信息处理模块的存储单元初始化；

②信息处理模块的信号收发端口初始化；

③信息处理模块的外围设备接口初始化；

④信息处理模块采集触摸屏上设置有两个量程定位单元的边的量程当量；

⑤其他系统初始化；

S2、光扫描机构启动，量程定位单元反射光扫描机构的光，且左光电检测器中的量程定位单元反射所形成的光斑为P₁点光斑，右光电检测器中的量程定位单元反射所形成的光斑为P₂点光斑；

S3、光电检测器的光学成像系统均启动，以进行曝光拍照：光学成像系统拍摄的在量程定位单元处的光斑的角度信息，并将角度信息发送给信息处理模块；

S4、信息处理模块读取S3中获得的角度信息，并根据三角定位法确定P₁点和P₂点相对于左/右光电检测器的光学镜头的物镜主点的坐标；

S5、使用时，触摸屏上的触摸点为P₃点，P₃点反射光扫描机构的光形成P₃点光斑，光学成像系统拍摄的在触摸点的光斑的角度信息，并将角度信息发送给信息处理模块；

S6、信息处理模块根据三角定位法确定P₃点相对于P₁的坐标值；

信息处理模块自动将P₃点相对于P₁的坐标值与触摸面上的相对于P₁极限坐标值进行比较，判断P₃的坐标值是否在触摸面像素区的量程数值范围，是则为有效数值，将其发送给主机，反之丢弃数据；

S7、信息处理模块将P₃点相对于P₁的坐标值发送给主机；

S8、重复步骤S5～S7，追踪触摸点的移动轨迹。

进一步地，所述光扫描机构发射出以旋转方式扫描触摸面的光束；

所述S3中，当左光电检测器中的量程定位单元接收到来自光扫描机构发射出的光束后，其将此信息发送给信息处理模块，所述信息处理模块启动光学成像系统进行曝光拍照：光学成像系统拍摄的在P₁点的光斑的图像信息，并将此图像信息发送给信息处理模块；当右光电检测器中的量程定位单元接收到来自光扫描机构发射出的光束后，其将此信息发送给信息处理模块，所述信息处理模块启动光学成像系统，以进行曝光拍照：光学成像系统拍摄的在P₂点的光斑的图像信息，并将此图像信息发送给信息处理模块；

所述S4中，信息处理模块读取S3中获得的包含P₁点的光斑的图像信息，并根据三角定位法确定P₁点相对于左/右光电检测器的光学镜头的物镜主点的坐标；

信息处理模块读取S3中获得的包含P₂点的光斑的图像信息，并根据三角定位法确定P₂点相对于左/右光电检测器的光学镜头的物镜主点的坐标。

本发明公开了本发明所设计的触摸定位光电检测系统在触摸反馈系统中的应用。

由于采用了本技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明定位光电检测器、检测系统、触摸屏、检测方法及应用，基于将一个量程定位单元安装在触摸面上一个可知的坐标点上作为“参考点”来进行后续的指示物的坐标测定，这样不仅因量程定位单元可以选取体积小的物体来实现光反射、减小图像采集的整体体积，还可以基于小体积的量程定位单元来减小安装误差，从而减小量程定位单元的实际安装位置与触摸屏自身的P₁之间的误差，继而提高安装精度；并且，无论实际制造出的触摸屏的尺寸如何、光学成像系统的尺寸如何等，均可以基于量程定位单元进行坐标的重新建立，其不受限于触摸屏尺寸，更不受装配精度、加工精度的影响，其可以在实际使用时，其只受限于量程定位单元的实际安装位置，从而消除了触摸屏和光学成像系统加工、装配精度对于触摸面坐标精度的不利影响，有效地将触摸面的实际坐标精度仅限定于量程定位单元的安装位置上，消除不必要的尺寸精度影响，从而能获得定位精度更高的触摸定位检测器；

2.本发明定位光电检测器、检测系统、触摸屏、检测方法及应用，本发明在实际使用时，可以根据触摸面等实际条件来适应性安装光学镜头的位置，因为其仅需要确定量程定位单元安装准确、安装位置精度高即可，因此提高了本发明的适用性和容错性，提高了实际使用的便利性；

3.本发明定位光电检测器、检测系统、触摸屏、检测方法及应用，本发明识别准确率高、处理数据量小：本发明只需读取触摸面上的光斑，无需去读取整个光学镜头视野中的所有物体，因此其识别准确率高、处理数据量小；

4.本发明定位光电检测器、检测系统、触摸屏、检测方法及应用，量程定位单元采集光信号，并将其发射给信息处理模块，然后信息处理模块启动光学镜头进行拍照，这样能极大地减少不必要的图像信息，仅在量程定位单元被触发时，才进行拍照，减少了数据处理量，简化了处理架构，提高了处理效率；同时，光进行旋转扫描，这样触摸面上的各个光斑不会出现在同一张图像上，从而无需进行哪个点是哪个预设坐标点的竖直比较判断，进一步地减少了本发明的计算量、提高了本发明的计算效率；

5.本发明定位光电检测器、检测系统、触摸屏、检测方法及应用，将用于形成旋转光扫描的反射棱镜直接安装在马达的主轴上，且在主轴设置成空心，以便于光通过，从而能获得结构更紧凑的旋转扫描式光扫描机构，使光扫描机构成一体部件，其体积小型化，安装更便捷；

6.本发明定位光电检测器、检测系统、触摸屏、检测方法及应用，至少设置为2个交替旋转的扫描光束，从而使漫反射角度发散，提高光线回归两个光电检测器的接收角度上，从而提升本发明的接收的效果、进一步地消除检测盲点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，本说明书附图中的各个部件的比例关系不代表实际选材设计时的比例关系，其仅仅为结构或者位置的示意图，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是光扫描机构的结构示意图；

图3是光学成像系统的结构示意图；

图4是信息处理模块原理示意图；

图5是光学镜头的物镜在触摸面所在平面上看到的P₁点光斑、P₂点光斑和P₃点光斑的角度示意图；

图6是物平面与相平面对应的几何图。

附图中标号说明：

1-左光电检测器，10-左光扫描机构，11-左光学成像系统，12-左量程定位单元；

2-右光电检测器，20-右光扫描机构，21-右光学成像系统，22-右量程定位单元；

3-指示物；

4-平面显示器，41-图像像素区；

101-发光源，102-马达，1021-主轴，1022转子，1023-定子线圈，103-反射棱镜；

110-光学镜头，111-滤光片，112-图像传感器；

13-信息处理模块，130-逻辑控制与数据处理器，131-前置放大模块，133-光源控制模块，134-马达控制模块，137-存储模块，138-射频收发模块，139-外围设备接口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。

下面结合图1至图6对本发明作详细说明。

实施例1

触摸定位光电检测器，包括用于采集触摸面图像信息的光学成像系统、能发出扫描触摸面的光扫描机构、能形成光斑的量程定位单元以及接收来自光学成像系统所采集的信息并控制光学成像系统工作状态的信息处理模块；

所述光学成像系统包括用于采集触摸面上的光点的光学镜头(即平面显示器4的触摸面的图像像素区41在光学镜头的视野内)以及接收来自光学镜头所采集的信息并将其发送给信息处理模块的图像传感器。

量程定位单元可以采用能自发光的灯，例如LED灯；还可以采用表面能反射光扫描机构所发出光的装置，具体实施方式不限。后续实施例中以量程定位单元表面能反射光扫描机构所发出光的装置进行说明。

光学成像系统中光学镜头110的物镜主平面、光扫描机构的光扫描面在同一检测面；基于检测面近似几何平面特性，因此光学成像系统测量各光斑点(P₁、P₂、P₃)在几何平面上是物镜主点H的射线弧度/角度。

使用时，可直接采用本发明所设计的光电检测器，或者采用一个或多个光点检测器与其他坐标检测装置进行组合使用。需要对采用图像进行坐标判定的任何使用的触摸设备中，其均可以采用安装本光电检测器来进行图像像素区域中任一点的坐标判定。具体地，将量程定位单元安装在触摸设备的图像像素区域中的预设坐标点上，例如图1中的P1点处；或者直接通过图像像素区域的长、宽等已知当量尺寸即可确定的其他预设坐标点上，例如图1中的P2点处。

触摸定位光电检测系统在触摸反馈系统中的应用具体说明如下：

坐标检测前，启动光扫描机构和光学成像系统，光扫描机构发出扫描触摸面的光，并照亮量程定位单元，量程定位单元反射来自光扫描机构的光，从而在量程定位单元处形成点光斑；光学镜头将量程定位单元处形成P₁点光斑的图像信息发送给图像传感器。图像传感器对来自光学镜头的信息进行光电转换，从而转换成电信号点阵图。而点阵图则是以原点(圆心)H′的单位圆(点阵图的原点H′与物镜主点H对应)，图像传感器的行列点阵则是单位圆的横(x)纵(y)坐标刻度，因此P₁点光斑对应在点阵图中则为P_1′点光斑；信息处理模块读取点阵图的编码，并获得光斑P_1′在点阵图中的角度坐标，以此光斑P_1′为参考坐标。

基于三角定位法，配置两个以上的光电检测器，并将其均安装已知位置的点位上，即可根据获取触摸面上的指示物在点阵图中的坐标值，利用三角定位法处理坐标数据即可获得指示物所在点相对于已知的量程定位单元所安装点位的坐标值，继而完成触摸定位。

本发明所设计的光电检测其中，是基于将一个量程定位单元安装在触摸面上一个可知的坐标点上作为“参考点”来进行后续的指示物的坐标测定，这样不仅因量程定位单元可以选取体积小的物体来实现光反射、减小图像采集的整体体积，还可以基于小体积的量程定位单元来减小安装误差，从而减小量程定位单元的实际安装位置与触摸屏自身的P₁点之间的误差，继而提高安装精度；并且，无论实际制造出的触摸屏的尺寸如何、光学镜头的尺寸如何等，均可以基于量程定位单元进行坐标的重新建立，其不受限于触摸屏尺寸，更不受装配精度、加工精度的影响，其可以在实际使用时，其只受限于量程定位单元的实际安装位置，从而消除了触摸屏和光学镜头加工、装配精度对于触摸面坐标精度的不利影响，有效地将触摸面的实际坐标精度仅限定于量程定位单元的安装位置上，消除不必要的尺寸精度影响，从而能获得定位精度更高的触摸定位检测器。

本发明在实际使用时，可以根据触摸面等实际条件来适应性安装光学镜头的位置，因为其仅需要确定量程定位单元安装准确、安装位置精度高即可，因此提高了本发明的适用性和容错性，提高了实际使用的便利性。

同时，本发明识别准确率高、处理数据量小：本发明只需读取触摸面上的光斑，无需去读取整个光学镜头视野中的所有物体，因此其识别准确率高、处理数据量小。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上，对其具体实施做出进一步地说明。

所述光扫描机构发射出以旋转方式扫描触摸面的光束，所述量程定位单元能采集光扫描机构所发射的光脉冲信号，并能将采集的信号发送给信息处理模块。

量程定位单元采集光信号，并将其发射给信息处理模块，然后信息处理模块启动光学成像系统进行拍照，这样能极大地减少不必要的图像信息，仅在量程定位单元被触发时，才进行拍照，减少了数据处理量，简化了处理架构，提高了处理效率。同时，光进行旋转扫描，这样触摸面上的各个光斑不会出现在同一张图像上，从而无需进行哪个点是哪个预设坐标点的竖直比较判断，进一步地减少了本发明的计算量、提高了本发明的计算效率。

进一步地，所述光扫描机构包括发光源101、马达102和反射棱镜103，所述马达102的主轴1021为空心主轴，所述发光源101置于主轴1021的一端，所述反射棱镜103安装在主轴1021的另一端，发光源101所发出的光束穿过主轴1021的内孔后从反射棱镜103入射面射入，并从反射棱镜103出射面射出进行触摸面的扫描作业。

进一步地，所述光扫描机构的光源为点光源或线光源,具体地为激光。

马达102驱动反射棱镜103旋转，发光源101光束射向反射棱镜103，反射光束在棱镜上以端点O跟随棱镜旋转形成光扫描；光束扫描图像像素区41平面。本实例发光源101采用激光二极管，安装在马达102的主轴中心线上，激光二极管的激光束通过空心主轴1021射向反射棱镜103。反射棱镜103采用直角棱镜安装在转子1022主轴,激光束跟随反射棱镜旋转形成激光扫描。

本发明中，将用于形成旋转光扫描的反射棱镜直接安装在马达102的主轴上，且在主轴设置成空心，以便于光通过，从而能获得结构更紧凑的旋转扫描式光扫描机构，使光扫描机构成一体部件，其体积小型化，安装更便捷。

优选地，所述光学镜头的透镜组合为鱼眼镜头。

光学镜头是多片透镜组合而成的圆形鱼眼镜头，其视角大于160°，光学镜头将投射大于160°视角范围的物体成像于其相平面。成像表面的光图为圆(或椭圆)形图像。本实例光学镜头采用视角为200°的鱼眼镜头。

本发明利用鱼眼镜头能看到同一平面的物体这一特性，就可以将镜头和显示器显示面一体化安装在一个表面，扩大了触摸定位面，使得采用光学成像系统作为触摸屏特别是大触摸屏的定位检测成为可行。

进一步地，所述量程定位单元为以下光敏元件中的任一种：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管。

进一步地，所述光学成像系统还包括设置在光学镜头和图像传感器之间光路上的滤光片。滤光片111安装在光学镜头的底部，过滤掉扫描光束以外的光波进入图像传感器112进行光电转换。

图像传感器112安装在光学镜头110的相平面，光学镜头110主平面、滤光片111、图像传感器112平面都垂直于光轴。本实例中，图像传感器112采用CMOS图像传感器。

实施例3

信息处理模块的一种常规实施方案如下：

信息处理模块13包括逻辑控制与数据处理单元130、前置放大单元131、光源控制模块133，马达控制模块134，时钟单元135，计时器单元136，RAM缓存单元137，射频收发单元138,外围设备接口单元139。

逻辑控制与数据处理单元130是信息处理模块13的控制中心。时钟单元135提供时序时钟，连接逻辑控制与数据处理单元130。

逻辑控制与数据处理单元130与前置放大单元131连接，前置放大131连接左量程定位单元12或右量程定位单元22(左光电检测器则为左量程定位单元，右光电检测器则为右光电检测单元)；

逻辑控制与数据处理单元130与光源控制模块133连接，马达控制模块134连接光发射器10的发光源101；

逻辑控制与数据处理单元130与马达控制模块134连接，光源控制模块133连接光发射器10的定子线圈1023；

逻辑控制与数据处理单元130与计时器单元136连接，时钟单元135连接计时器单元136；

逻辑控制与数据处理单元130与光学成像系统的图像传感器112连接；

逻辑控制与数据处理单元130与RAM缓存单元137连接；

逻辑控制与数据处理单元130与射频收发模块138连接；

逻辑控制与数据处理单元130与外围设备接口139连接。

本发明中，信息处理模块中相关的控制程序、电子器件都是现有技术，均可以在市场上购买到，或者基于现有技术直接获得。

实施例4

触摸定位光电检测系统，包括两组光电检测器，两组光电检测器分别为左光电检测器和右光电检测器，且所述光电检测器包括用于采集触摸面图像信息的光学成像系统、能发出扫描触摸面的光扫描机构、能形成光斑的量程定位单元以及接收来自光学成像系统所采集的信息并控制光学成像系统工作状态的信息处理模块；

所述光学成像系统包括用于采集触摸面上的光点的光学镜头以及接收来自光学镜头所采集的信息并将其发送给信息处理模块的图像传感器；

且光电检测器的信息处理模块均与主机信号连接。

优选地，左光电检测器的量程定位单元和右光电检测器的量程定位单元之间的连线平行于左光电检测器的光学镜头的物镜中心点和右光电检测器的光学镜头的物镜中心点的连线。

由于现有技术的安装环境决定了显示器平面长、宽尺寸在投影像中会发生畸变，如梯形失真，因此其精度并不高。而本发明采用角度测量，即使向线段上物体叠加成一个点，但其角度是不会改变的，而角度的精度取决于成像的图象传感器部件，目前图象传感器部件的分辨率已经达到1000万像素，因此本发明的测量分辨可以做得非常高。

实施例5

一种触摸屏，包括触摸屏本体以及触摸屏本体用定位检测系统，所述定位检测系统包括两组光电检测器，两组光电检测器分别为左光电检测器和右光电检测器，且所述光电检测器包括包括用于采集触摸面图像信息的光学成像系统、能发出扫描触摸面的光扫描机构、能形成光斑的量程定位单元以及接收来自光学成像系统所采集的信息并控制光学成像系统工作状态的信息处理模块；

所述光学成像系统包括用于采集触摸面上的光点的光学镜头以及接收来自光学镜头所采集的信息并将其发送给信息处理模块的图像传感器；

且光电检测器的信息处理模块均与主机信号连接；

所述光学镜头的视场均包含触摸面，所述两组光电检测器的量程定位单元分别位于触摸屏本体的一条边的两个角上。

进一步地，所述量程定位单元之间的连线平行于触摸屏本体的一个边线；

且左光电检测器的量程定位单元和右光电检测器的量程定位单元之间的连线平行于左光电检测器的光学镜头的物镜中心点和右光电检测器的光学镜头的物镜中心点的连线。

本发明关于如何基于光电检测器进行坐标检测，说明如下：

1、以采用两个左光电检测器进行说明，两个左光电检测器分别为左光电检测器和右左光电检测器，且其分别位于触摸屏本体的一条边的两个角上，两个角分别为的P₁点和P₂点，且量程定位单元分别安装在如图1中的P₁点和P₂点上；P₁点和P₂点之间的间距可以基于触摸面的像素信息，手动输入到信息处理模块来进行获得，还可以直接将信息处理模块与主机连接，从主机中读取出来；为了便于后续描述，为了区分同一个部件是属于左光电检测器还是右左光电检测器中，因此将相同部件用“左”和“右”进行区分，“左”对应到左光电检测器，“右”对应到右左光电检测器；同时，为了简化计算，左光电检测器的量程定位单元和右光电检测器的量程定位单元之间的连线平行于左光电检测器的光学镜头的物镜中心点和右光电检测器的光学镜头的物镜中心点的连线，即两个左光电检测器中的物镜主点H之间的连线平行于P₁P₂；多个左光电检测器可以共用一个信息处理模块，也可以各用一个左光电检测器；

2、坐标检测前，启动光扫描机构和光学成像系统，光扫描机构发出扫描触摸面的光，并照亮量程定位单元，量程定位单元反射来自光扫描机构的光，从而在量程定位单元处形成光斑P1点光斑；光学镜头将量程定位单元处形成P₁点光斑和P₂点光斑的图像信息发送给图像传感器。图像传感器对来自光学镜头的像信息进行光电转换，从而转换成电信号点阵图。而左光电检测器中的左点阵图则是以原点(圆心)H′的单位圆(左点阵图的原点H′与左光电检测器中的左物镜主点H对应)，右光电检测器中的右点阵图则是以原点(圆心)H₁′的单位圆(右点阵图的原点H₁′与右光电检测器中的右物镜主点H₁对应)；图像传感器的行列点阵则是单位圆的横(x)纵(y)坐标刻度。因此P₁点光斑对应在左点阵图中则为P_1′点光斑，P₂点光斑对应在左点阵图中则为P_2′点光斑；信息处理模块读取左点阵图的编码，并获得光斑P₁′、光斑P₂′在左点阵图中的坐标值，以此光斑P₁′为后续的指示物的参考坐标；对应的，因此P₁点光斑对应在右点阵图中则为P₁"点光斑，P₂点光斑对应在右点阵图中则为P₂"点光斑；信息处理模块读取右点阵图的编码，并获得光斑P₁"、光斑P₂"在右点阵图中的坐标值。具体如下：

图6中，像角度与物角度对应关系为：

(π-∠P₁′H′H1")＝∠P₁HH₁，

(π-∠P₃′H′H1")＝∠P₃HH₁，

......

左图像传感器对像信息进行光电转换成电信号点阵图。左点阵图则是以H′原点(圆心)的单位圆，图像传感器的行列点阵则是单位圆的横(x)纵(y)坐标刻度。信息处理模块读取点阵图的编码，并查询光斑P₁′、P₂′、P₃′的坐标xy值，根据上面的像角度与物角度对应关系以及三角函数定理计算出角∠P₁HH₁、∠P₃HH₁、......的弧度。

同样，右图像传感器对相平面的像信息进行光电转换成电信号点阵图。右点阵图则是以H₁"原点(圆心)的单位圆，图像传感器的行列点阵则是单位圆的横(x)纵(y)坐标刻度。信息处理电路读取点阵图编码，并查询光斑P₁"、P₂"、P₃"的坐标xy值，根据三角函数定理计算出角∠P₁H₁H、∠P₃H₁H、......的弧度。

检测且计算出相应角∠P₁HH₁、∠P₃HH₁、∠P₂H₁H、∠P₃H₁H等的弧度和已知的P₁P₂量程当量，根据三角定位法即三角函数定理计算出指示物3的P₃点位相对与P₁点位的坐标值：触摸面上存有指示物3时，光学镜头就会捕获到指示物3的图像信息并在图像传感器上生成点阵图数据并将点阵图数据传输到信息处理模块，信息处理模块利用三角定位法处理来自图像传感器上的图像数据就能够得出指示物的位置。得出指示物3的位置后，将位置信息发送给主机，进行后续的处理即可。

进一步地，所述光扫描机构发射出以旋转方式扫描触摸面的光束，且所述两组光电检测器的光扫描机构以交替旋转的方式扫描触摸面。

将光扫描机构可以成固定输出一字光线的一个激光扫描机构覆盖图像像素区41平面。但是一字光线其发射角度已经固定死了，其不仅导致处理起来数据量大，且当漫反射的反射角度不在回归两个光电检测器的接收角度上时，会造成检测盲区，特别是当触摸屏大于120寸时，盲区更明显。因此本发明中至少设置为2个交替旋转的扫描光束，从而使漫反射角度发散，提高光线回归两个光电检测器的接收角度上，从而提升本发明的接收的效果、进一步地消除检测盲点。

实施例6

关于本发明的技术方案中基于光学成像系统来检测角度从而定位坐标的方案中：

1、本发明采用的光学镜头的物镜是一个鱼眼镜头，其具有凸透镜性质，镜头视野内的物体产生的反射光都会进入凸透镜的主平面。那么当以镜头主平面的光轴线中心为原点，则原点到物体反射光点的向线段上，角度是唯一不变的，而同一个角度的向线段上，不管多少个光点都只会叠加为一个光点再显在镜头主平面某个位置。如技术方案中图6中HP₃这条向线段，光点P₃在这条向线段上移动，光点角度都不会变。因此镜头主平面只知道光点的角度，而并不知道光点距离他有多远。利用镜头的这个特性，因为要基于三角定位法测量2个角，此方法中需采用2个定位点测量角度，而本发明中，采用两个光学成像系统，光学成像系统分别安装在左、右两个点上，即P₁点和P₂点。

2、在光学成像系统中，物与像具有点对点、直线对直线的共轭关系，因此物镜主平面上的光图与相平面的像图是缩放关系，物与像对应的相似角角度相等。

因此测量镜头中物体光点的角度被转换为测量相平面的相似角度了。

3、图像传感器就是规则排列的行列光敏元件面阵，图像传感器的感应面安装在镜头的相平面上，将光图转换成电子点阵图。方法中是将图像传感器的感应面看成是以镜头光轴中线为原点的单位圆，行列排列的光敏元件的物理点位则是单位圆坐标轴上的x、y刻度。则逻辑电路读取电子点阵图，查找图中移动指示物P3光点的坐标值x、y，根据三角函数定理就能算出角度了。

4、图像传感器能够将进入镜头的可见光都转换成电子点阵图，因此为了区别可见光的图像，方法中采用了激光照射移动物体，使产生的光斑点区别于其他光线并快速查找出来，继而提高识别准确率的同时降低数据处理量。

综上，本发明基于三角函数定理来定位指示物3的坐标，具体地，图5中两个光学镜头的物镜主点H、H₁和指示物P₃(如手指)就形成了三角形，如图6所示。P₁P₂是个已知的常量——显示器的驱动分辨率是硬件属性，固定不变的，通过通信协议都可以读出显示器的分辨率参数(即使读不出来，也可以手动设置)，因此基于三角函数定理，根据已知的P₁P₂可以得出三角形的边长HH₁。这个长宽分辨率就是三角形边长当量。本发明与显示器的实际物理尺寸无关，因为分辨率当量与显示器的实际物理尺寸没得必然关系。正因为如此，本发明通用于所有显示器。

触摸时，因为指示物3不停地移动，指示物和物镜主点所形成的三角形3个角的角度一直都在变化。因此的两个光学成像系统连续不断地检测三角形的其中两个角的瞬时角度。基于三角函数定理，计算得出边长HH₁两端的角为已知量，并给予三角定位法测定指示物3所在点P₃的坐标。

触摸定位的检测方法，包括如下步骤：

S1、光电检测器初始化：

①信息处理模块的存储单元初始化；

②信息处理模块的信号收发端口初始化；

③信息处理模块的外围设备接口初始化；

④信息处理模块采集触摸屏上设置有两个量程定位单元的边的量程当量；

⑤其他系统初始化：本实例逻辑控制与数据处理通过外围设备接口与主机通信，自动读取当前主机显示驱动像素分辨率值缓存在RAM缓存模块/存储模块；如：分辨率为1920(长)*1080(宽)像素，则图像像素区41长宽当量为长1920像素，宽1080像素，P₁P₂＝1920像素；P₁P₂量程当量也可手动输入；

S2、光扫描机构启动，量程定位单元反射光扫描机构的光，且左光电检测器中的量程定位单元反射所形成的光斑为P₁点光斑，右光电检测器中的量程定位单元反射所形成的光斑为P₂点光斑；

S3、光电检测器的光学成像系统均启动，以进行曝光拍照：光学成像系统拍摄的在量程定位单元处的光斑的角度信息，并将角度信息发送给信息处理模块；

S4、信息处理模块读取S3中获得的角度信息，并根据三角定位法确定P₁点和P₂点相对于左/右光电检测器的光学镜头的物镜主点的坐标；

S5、使用时，触摸屏上的触摸点为P₃点，P₃点反射光扫描机构的光形成P₃点光斑，光学成像系统拍摄的在触摸点的光斑的角度信息，并将角度信息发送给信息处理模块；

S6、信息处理模块根据三角定位法确定P₃点相对于P₁的坐标值；

信息处理模块自动将P₃点相对于P₁的坐标值与触摸面上的相对于P₁极限坐标值进行比较，判断P₃的坐标值是否在触摸面像素区的量程数值范围，是则为有效数值，将其发送给主机，反之丢弃数据；

S7、信息处理模块将P₃点相对于P₁的坐标值发送给主机；

S8、重复步骤S5～S7，追踪触摸点的移动轨迹。

进一步地，所述光扫描机构发射出以旋转方式扫描触摸面的光束；

所述S3中，当左光电检测器中的量程定位单元接收到来自光扫描机构发射出的光束后，其将此信息发送给信息处理模块，所述信息处理模块启动光学成像系统进行曝光拍照：光学成像系统拍摄的在P₁点的光斑的图像信息，并将此图像信息发送给信息处理模块；当右光电检测器中的量程定位单元接收到来自光扫描机构发射出的光束后，其将此信息发送给信息处理模块，所述信息处理模块启动光学成像系统，以进行曝光拍照：光学成像系统拍摄的在P₂点的光斑的图像信息，并将此图像信息发送给信息处理模块；

所述S4中，信息处理模块读取S3中获得的包含P₁点的光斑的图像信息，并根据三角定位法确定P₁点相对于左/右光电检测器的光学镜头的物镜主点的坐标，即确定P₁点光斑在两图像传感器，即相片上的点P₁′的弧度∠P₁′H′H₁"、∠P₁′H₁"H′；逻辑控制与数据处理器计算：

∠P₁HH₁＝π-∠P₁′H′H₁"

∠P₁H₁H＝π-∠P₁′H₁′H"

缓存∠P₁HH₁、∠P₁H₁H的弧度值到逻辑控制与数据处理器的RAM缓存模块中；逻辑控制与数据处理器计算P₁点相对H点和H₁点的坐标；

信息处理模块读取S3中获得的包含P₂点的光斑的图像信息，并根据三角定位法确定P₂点相对于左/右光电检测器的光学镜头的物镜主点的坐标，其计算方式参照上述P₁点。

因为左光学镜头的物镜主平面、右光学镜头的物镜主平面、左光扫描机构的光束扫描面、右光扫描机构的光束扫描面在一个检测面上。从物镜角度看，在一条向线段上，相同角度的光点会重叠在一起。因此在镜头的相平面上只能再显相同向线段上光点的相似角度，而不能再显向线段的相似比例长度。

在本方法中，左光学镜头和右光学镜头的作用就是检测光斑点所在向线段的角度(相对于原点)。相平面安装的CMOS图像传感器是行列规则的光电点阵，以物镜的光轴线为原点，则CMOS图像传感器的行列点阵就是单位圆上的x、y坐标刻度。当在物平面的光斑被CMOS图像传感器曝光为图片时，逻辑处理器在图片上读出相对于光轴原点的x、y刻度值，根据三角函数就能计算出物象对应的相似角的角度。

图6是光学镜头视角中的物与相平面中的像几何对应关系，图6中：

P₁、P₂、P₃为物平面光点；

P_1′、P_2′、P_3′为物平面光点P₁、P₂、P₃依次对应在左光学成像系统中的相平面光点；

P_1"、P_2"、P_3"为物平面光点P₁、P₂、P₃依次对应在右光学成像系统中的相平面光点

P₁P₂的长度是已知的，根据三角定位法，即三角函数定理计算出指示物P₃的瞬时坐标，其中一种计算演算如下所示：

⑴计算HO1

由相似三角形可得

∴垂直间距HO₁＝P₁O₁×tan∠HP₁O₁

⑵计算O₁P₂

由三角形相似可得

代入①式得

⑶计算P₁O₁

∴P₁O₁与P₁P₂关系为

P₁O₁+O₁P₂＝P₁P₂

代入②式得

即：

⑷计算O₂P₂

∵HO₁＝H₁O₂

又由三角形相似原理得

⑸计算O₁O₂

∴O₁O₂＝HH₁＝O₁P₂﹣O₂P₂

代入②、③式得

⑹计算HH₁

由三角形相似原理得

在△H₁HP₃中

⑺计算指示物P₃在图像像素区41的纵坐标OP3

代入①、④式得OP3

⑻计算指示物P₃在图像像素区41的横坐标P₁O

基于上述所展示的一种算法，即可得出指示物3所在点P₃的坐标，得出此坐标后，信息处理模块将其发送给主机。

本实施例中，逻辑控制与数据处理器的型号优选地为：VerilogHDL硬件描述语言对FPGA器件(CycloneIV_EP4E6)设计。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.触摸定位光电检测器，其特征在于：包括用于采集触摸面图像信息的光学成像系统、能发出扫描触摸面的光扫描机构、能形成光斑的量程定位单元以及接收来自光学成像系统所采集的信息并控制光学成像系统工作状态的信息处理模块；

所述光学成像系统包括用于采集触摸面上的光点的光学镜头以及接收来自光学镜头所采集的信息并将其发送给信息处理模块的图像传感器。

2.根据权利要求1所述的触摸定位光电检测器，其特征在于：所述光扫描机构发射出以旋转方式扫描触摸面的光束，所述量程定位单元能采集光扫描机构所发射的光脉冲信号，并能将采集的信号发送给信息处理模块。

3.根据权利要求2所述的触摸定位光电检测器，其特征在于：所述光扫描机构包括发光源(101)、马达(102)和反射棱镜(103)，所述马达(102)的主轴(1021)为空心主轴，所述发光源(101)置于主轴(1021)的一端，所述反射棱镜(103)安装在主轴(1021)的另一端，发光源(101)所发出的光束穿过主轴(1021)的内孔后从反射棱镜(103)入射面射入，并从反射棱镜(103)出射面射出进行触摸面的扫描作业。

4.根据权利要求1所述的触摸定位光电检测器，其特征在于：所述光学镜头的透镜组合为鱼眼镜头。

5.根据权利要求1所述的触摸定位光电检测器，其特征在于：所述光学成像系统还包括设置在光学镜头和图像传感器之间光路上的滤光片。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的触摸定位光电检测器，其特征在于：所述光扫描机构的光源为点光源或线光源。

7.触摸定位光电检测系统，其特征在于：包括两组光电检测器，两组光电检测器分别为左光电检测器和右光电检测器，且所述光电检测器均为权利要求1～7中任一项所述的光电检测器，且光电检测器的信息处理模块均与主机信号连接。

8.根据权利要求7所述的触摸定位光电检测系统，其特征在于：所述光扫描机构发射出以旋转方式扫描触摸面的光束，且所述两组光电检测器的光扫描机构以交替旋转的方式扫描触摸面。

9.一种触摸屏，包括触摸屏本体以及触摸屏本体用定位检测系统，其特征在于：所述定位检测系统为权利要求7～8中任一项所述的触摸定位光电检测系统，所述光学镜头的视场均包含触摸面，所述两组光电检测器的量程定位单元分别位于触摸屏本体的一条边的两个角上。

10.根据权利要求9所述的一种触摸屏，其特征在于：所述量程定位单元之间的连线平行于触摸屏本体的一个边线；

且左光电检测器的量程定位单元和右光电检测器的量程定位单元之间的连线平行于左光电检测器的光学镜头的物镜中心点和右光电检测器的光学镜头的物镜中心点的连线。

11.触摸定位的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、光电检测器初始化；

S2、光扫描机构启动，量程定位单元反射光扫描机构的光，且左光电检测器中的量程定位单元反射所形成的光斑为P₁点光斑，右光电检测器中的量程定位单元反射所形成的光斑为P₂点光斑；

S3、光电检测器的光学成像系统均启动，以进行曝光拍照：光学成像系统拍摄的在量程定位单元处的光斑的角度信息，并将角度信息发送给信息处理模块；

S4、信息处理模块读取S3中获得的角度信息，并根据三角定位法确定P₁点和P₂点相对于左/右光电检测器的光学镜头的物镜主点的坐标；

S5、使用时，触摸屏上的触摸点为P₃点，P₃点反射光扫描机构的光形成P₃点光斑，光学成像系统拍摄的在触摸点的光斑的角度信息，并将角度信息发送给信息处理模块；

S6、信息处理模块根据三角定位法确定P₃点相对于P₁的坐标值；

S7、信息处理模块将P₃点相对于P₁的坐标值发送给主机；

S8、重复步骤S5～S7，追踪触摸点的移动轨迹。

12.根据权利要求11所述的触摸定位的检测方法，其特征在于：所述光扫描机构发射出以旋转方式扫描触摸面的光束；

所述S3中，当左光电检测器中的量程定位单元接收到来自光扫描机构发射出的光束后，其将此信息发送给信息处理模块，所述信息处理模块启动光学成像系统进行曝光拍照：光学成像系统拍摄的在P₁点的光斑的图像信息，并将此图像信息发送给信息处理模块；当右光电检测器中的量程定位单元接收到来自光扫描机构发射出的光束后，其将此信息发送给信息处理模块，所述信息处理模块启动光学成像系统，以进行曝光拍照：光学成像系统拍摄的在P₂点的光斑的图像信息，并将此图像信息发送给信息处理模块；

所述S4中，信息处理模块读取S3中获得的包含P₁点的光斑的图像信息，并根据三角定位法确定P₁点相对于左/右光电检测器的光学镜头的物镜主点的坐标；

信息处理模块读取S3中获得的包含P₂点的光斑的图像信息，并根据三角定位法确定P₂点相对于左/右光电检测器的光学镜头的物镜主点的坐标。

13.基于权利要求1～8中任一项所述的触摸定位光电检测系统在触摸反馈系统中的应用。

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