CN201465074U - 多点触摸式红外触摸屏 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多点触摸式红外触摸屏，本实用新型在X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元上分别设置有Z轴红外发射单元或Z轴红外接收单元，在X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元上分别设置有Z轴红外接收单元或Z轴红外发射单元。本实用新型采用硬件的方式，在现有X轴和Y轴基础上增加了一个Z轴，Z轴的红外扫描部件可以完全覆盖整个触摸区域，在整个触摸区域内都不存在多点识别的识别盲区，可以将虚假点完全排除掉，真正实现对多点的正确识别，并且，通过硬件方式增加Z轴红外扫描，与X、Y轴的红外扫描单元完全独立，由于不受同一发射管发射角度较小的限制，提高了分辨率。

Description

多点触摸式红外触摸屏

技术领域

本实用新型涉及一种红外触摸屏，尤其涉及一种可检测多个触摸点的红外触摸屏。

背景技术

作为计算机触摸屏的一个分支，红外触摸屏以其安装方便、免维护、高抗爆性、高可靠性等优点而逐渐被广泛应用在各个领域。红外触摸屏的基本结构，是在一个适合安装的显示表面四周边缘按照一定的顺序安装若干对红外发射和红外接收元件，红外发射管和接收管在0.5倍相对辐射强度时角位移β一般小于等于±15度，这些发射和红外接收元件按照一一对应的方式组成发射接收对，沿着显示表面的边缘构成一个互相垂直的发射接收阵列，控制电路和驱动电路在MCU执行代码的控制下驱动红外发射管和红外接收管，对应扫描形成X方向和Y方向横竖交叉的红外线矩阵。当有触摸时，手指或其它物体就会挡住经过该点的横竖红外线，由控制系统判断出触摸点在屏幕的位置。

现有的红外触摸屏系统，光线在显示表面构成栅格结构，检测到触摸时，确定触摸发生的栅格节点位置就可以算出触摸事件发生的位置坐标。这种触摸检测模式使得现有的红外触摸屏在给定的时段内，检测系统只接收唯一一组位置坐标数据，因此当只有一个触摸点时，触摸屏可以正常工作，对于两个或以上触摸点同时操作时，系统将计算错误的位置坐标，导致报告的触摸地点不是实际触摸的地点。由于上述原因，现有的红外触摸屏技术在一些需要使用多点触摸的场合就会失效，例如多人同时游戏，多人同时书写绘画等，这样极大的限制了红外触摸屏的使用领域。目前已经有一些解决方法例如通过检测触摸事件发生的先后顺序来识别多个触摸点，但对于多个触摸点之间无相对移动，也没有触摸点的形状大小值可以参照的情况下，容易发生误判。

现有红外触摸系统中，其采样方式是通过由沿着触摸区域四周安装在X、Y方向排布均匀的红外发射管和红外接收管，控制和驱动电路在MCU执行代码的控制下驱动红外发射管和红外接收管，对应扫描形成X方向和Y方向横竖交叉的红外线矩阵。当有触摸时，手指或其它物体就会挡住经过该点的横竖红外线，由控制系统判断出触摸点在触摸屏上的位置。如果需要识别多点则需要增加一个Z轴，才能完成对多点中的虚假点的识别。现有技术中，一般采用软件方式增加Z轴。软件方式具有不改变普通触摸屏硬件而达到对多点识别的优点，但是由于受发射管发射角度和功率的限制，Z轴和X或Y轴的夹角一般较小(＜20度)。使得该处理方式在Z轴的分辨率大大降低(一般小于X或Y轴分辨率的1/3)。从而使得对虚假点的识别效果大大降低，容易出现误判或漏判。

由于现有红外触摸屏存在不能进行多点识别的问题，中国专利号为“200710028616.X”提出了“一种红外线触摸屏及其多点触摸定位方法”.即在触摸屏的至少一个检测方向上，一套红外发射扫描电路对应两套红外接受扫描电路；一套红外发射扫描电路中的一个红外发射单元发出的光线被一套红外接受扫描电路中的红外接受元件接收检测的同时，在接收范围内还被另一套红外接收扫描电路中的红外接受元件接收检测在红外触摸屏的算法程序中有可用于提前确定触摸点范围的触摸点预检测算法模块.并用通常的触摸位置检测算法得到一个触摸点位置坐标之后，以触摸点预检测算法确定另一个触摸点所在区域，再结合通常检测算法的到该触摸点位置坐标.

中国专利号为“200710117751.1”提出了“一种识别红外触摸屏上多个触摸点的方法”。即在不改变红外触摸屏已有的结构环境中，通过执行MCU的固件代码及算法来实现，其方法为：对X轴上(或Y轴上)第i只红外线发射、接收对管的发射管驱动和接收管接收，然后再对第i只红外发射管和第i只接收管两侧m只(m大于等于2但小于等于5)接收管依次配对发射和接收，再后扫描完成X轴和Y轴上的所有对管，通过算法以此确定多点触摸。

以上两种方式虽然都能在一定程度上实现的多点触摸，而且第一种还从硬件电路和算法上一定程度的解决了红外多点触摸屏响应速度慢的问题，但都存在以下两方面的缺点：1、部分区域存在多点识别盲区。在4个角的部分区域是不能形成其所讲述的Y＝X[sinα*sin(α+β)]/sinβ，将不能有效识别在这一区域内的多点触摸。2、分辨率较低。由于发射管受到发射功率的限制，其发射角度一般较小(＜20°)，斜向的分辨率为水平方向的0.36倍(tg20°＝0.36)，因此斜向的分辨率大大降低，不利于对较近的多点的正确识别。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有红外触摸屏多点识别时存在的上述问题，提供一种多点触摸式红外触摸屏，本实用新型采用硬件的方式，在现有X轴和Y轴基础上增加了一个Z轴，Z轴的红外扫描部件可以完全覆盖整个触摸区域，在整个触摸区域内都不存在多点识别的识别盲区，可以将虚假点完全排除掉，真正实现对多点的正确识别，并且，通过硬件方式增加Z轴红外扫描，与X、Y轴的红外扫描单元完全独立，由于不受同一发射管发射角度较小的限制，提高了分辨率。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种多点触摸式红外触摸屏，包括设置在触摸屏屏体上的X轴红外发射单元、X轴红外接收单元、Y轴红外发射单元和在Y轴红外接收单元，其特征在于：在X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元上分别设置有Z轴红外发射单元或Z轴红外接收单元，在X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元上分别设置有Z轴红外接收单元或Z轴红外发射单元。

所述Z轴红外发射单元或Z轴红外接收单元分别焊接在X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元上，Z轴红外接收单元或Z轴红外发射单元分别焊接在X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元上。

所述红外发射单元为红外发射管，同一轴上的多个红外发射管组合形成红外发射单元，红外接收单元为红外接收管，同一轴上的多个红外接收管组合形成红外接收单元。

所述X轴上的多个红外发射管上分别焊接有Z轴红外发射管，每个X轴红外发射管与对应焊接的每个Z轴红外发射管形成的夹角大小相同，X轴上的多个红外接收管上分别焊接有Z轴红外接收管，每个X轴红外接收管与对应焊接的每个Z轴红外接收管形成的夹角大小相同；Y轴上的多个红外发射管上分别焊接有Z轴红外发射管，每个Y轴红外发射管与对应焊接的每个Z轴红外发射管形成的夹角大小相同，Y轴上的多个红外接收管上分别焊接有Z轴红外接收管，每个Y轴红外接收管与对应焊接的每个Z轴红外接收管形成的夹角大小相同.

所述X轴上的多个红外发射管上分别焊接有Z轴红外接收管，每个X轴红外发射管与对应焊接的每个Z轴红外接收管形成的夹角大小相同，X轴上的多个红外接收管上分别焊接有Z轴红外发射管，每个X轴红外接收管与对应焊接的每个Z轴红外发射管形成的夹角大小相同；Y轴上的多个红外发射管上分别焊接有Z轴红外接收管，每个Y轴红外发射管与对应焊接的每个Z轴红外接收管形成的夹角大小相同，Y轴上的多个红外接收管上分别焊接有Z轴红外发射管，每个Y轴红外接收管与对应焊接的每个Z轴红外发射管形成的夹角大小相同。

采用本实用新型的优点在于：

一、本实用新型在在X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元上分别设置有Z轴红外发射单元，在经X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元上分别设置有Z轴红外接收单元，可以将虚假点排除掉，真正实现对多点的正确识别。

二、本实用新型采用硬件方式增加Z轴，由于X、Y、Z三轴的扫描单元相对独立，因此三轴的扫描可以同步进行，从而提高了系统的红外扫描速度，42寸红外多点触摸屏响应时间＜16mS，相对于中国专利号“200710117751.1，”中采用的方式，在红外扫描时间上可以节约80％的时间，使得系统的响应速度也大大提高。

三、本实用新型通过硬件方式增加Z轴红外扫描，与X、Y轴的红外扫描单元完全独立，由于不受同一发射管发射角度较小的限制，因此角度可以设置到与X/Y的夹角均为45度，斜向即Z轴方向的分辨率为水平方向的1倍(tg45°＝1)，使得比中国专利号“200710028616.X”和中国专利号“200710117751.1，”所采用的方式，在Z轴的分辨率上至少提高三倍。

四、本实用新型由于Z轴的红外扫描单元完全独立于X、Y轴，Z轴的红外扫描部件可以任意设置，完全覆盖整个触摸区域，因此在整个触摸区域内都不存在多点识别的识别盲区。

五、本实用新型由于有效解决对虚假点的识别问题，而且同时降低了多点触摸系统的响应时间，即提升了触摸响应速度，有效的解决了多点识别盲区等问题，从而扩大了红外多点触摸屏的使用范围。

六、本实用新型Z轴红外发射单元分别焊接在X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元上，Z轴红外接收单元分别焊接在X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元上，采用焊接工艺，制作简单方便。

七、本实用新型Z轴红外发射管分别在X轴红外发射管和Y轴红外发射管上的排列方向相同，Z轴红外接收管分别在X轴红外接收管和Y轴红外接收管上的排列方向相同，使触摸识别效果达到最佳。

附图说明

图1为本实用新型实施例2结构示意图

图2为本实用新型组成框图

图中标记为：1、Z轴红外发射管，2、X轴红外发射管，3、Z轴红外接收管，4、X轴红外接收管，5、Y轴红外发射管，6、Y轴红外接收管.

具体实施方式

实施例1

一种多点触摸式红外触摸屏，包括设置在触摸屏屏体上的X轴红外发射单元、X轴红外接收单元、Y轴红外发射单元和在Y轴红外接收单元，在X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元上分别设置有Z轴红外发射单元，在X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元上分别设置有Z轴红外接收单元。

本实用新型中，Z轴红外发射单元分别焊接在X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元上，Z轴红外接收单元分别焊接在X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元上。其中，红外发射单元为红外发射管，同一轴上的多个红外发射管组合形成红外发射单元，红外接收单元为红外接收管，同一轴上的多个红外接收管组合形成红外接收单元。

在X轴上的多个红外发射管上分别焊接有Z轴红外发射管1，每个X轴红外发射管2与对应焊接的每个Z轴红外发射管形成的夹角大小相同，X轴上的多个红外接收管上分别焊接有Z轴红外接收管3，每个X轴红外接收管4与对应焊接的每个Z轴红外接收管3形成的夹角大小相同；Y轴上的多个红外发射管上分别焊接有Z轴红外发射管1，每个Y轴红外发射管5与对应焊接的每个Z轴红外发射管1形成的夹角大小相同，Y轴上的多个红外接收管上分别焊接有Z轴红外接收管3，每个Y轴红外接收管6与对应焊接的每个Z轴红外接收管3形成的夹角大小相同。增加的Z轴红外扫描单元可采用现有的接入电路。

本实用新型由系统处理单元MCU、X轴红外发射单元、X轴红外接收单元、Y轴红外发射单元、Y轴红外接收单元、Z轴红外发射单元、Z轴红外接收单元、PC机接口电路、电源和相应的辅助电路组成。

在系统处理单元MCU的作用下X、Y、Z轴的扫描单元分别对屏体内X、Y、Z轴向进行红外扫描。如果当前屏体内存在A、B两个触摸点，由于扫描的红外光部分被触摸点挡住，通过对信号的分析，则会在X、Y、Z的红外扫描单元中分别产生Xa、Xb；Ya、Yb；Za、Zb六个坐标值，红外扫描单元将产生的坐标值传送给系统处理单元MCU集中处理。

系统处理单元MCU将收到的X、Y、Z方向坐标的数据进行排列组合，组合模式数＝触摸点数^3，如两点触摸有8种组合模式、三点触摸有27种组合模式。然后将所有的组合模式分别代入条件关系式进行判断，满足条件的组合模式则为触摸点的真实坐标位置，从而可以排除其他所有的虚假点，得到A(Xa、Ya、Za、)，B(Xb、Yb、Zb、)两点的真实坐标。三点及以上触摸点的处理方法同上。

本实用新型是在普通触摸屏的基础上增加Z轴红外发射单元和红外接收单元，Z轴的红外扫描单元与X、Y轴的红外扫描单元完全独立，系统处理单元MCU可通过如下公式：

X+Y*tg(90-α)＝Z

其中α为Z轴红外扫描单元与X轴红外扫描单元的夹角

系统处理单元MCU通过上述计算式判断，就能识别出真实的触摸点排出虚假点。

本实用新型的最佳实施方式为α＝45°，以下以α＝45°的两点触摸为例展开说明：

本实用新型包括X/Y/Z三个方向的红外扫描单元，一个触摸点A会产生Xa、Ya、Za三个坐标值。由于Z轴与X/Y轴的夹角为45度，因此Xa、Ya、Za满足Za＝Xa+Ya关系。如果是两点触摸则会产生Xa、Ya、Za、Xb、Yb、Zb六个坐标值，则可能形成以下八种坐标组合：

A：(Xa，Ya，Za)

B：(Xa，Yb，Za)

C：(Xb，Ya，Za)

D：(Xb，Yb，Za)

E：(Xa，Ya，Zb)

F：(Xa，Yb，Zb)

G：(Xb，Ya，Zb)

H：(Xb，Yb，Zb)

将以上八点的坐标值代入条件关系式：X+Y＝Z，只有A、H两点满足条件，从而可以排除其他所有的虚假点。

三点及以上的情况类似，计算方法同上。

本实用新型的控制处理方法如下：

系统初始化后，启动X、Y、Z轴的红外扫描单元，对X、Y、Z轴向进行红外扫描，各扫描单元对接收信号进行触摸分析，如有触摸则分别产生X、Y、Z的触摸位置信息，系统处理单元MCU判断扫描单元是否有有效触摸位置信息，当没有有效触摸位置信息时，返回初始化，当有有效触摸位置信息时，系统处理单元MCU收集X、Y、Z轴扫描单元的有效触摸位置数据，对收集到的数据进行排列组合，产生所有的组合点，并分别对所有的组合点进行条件判断(X+Y＝Z)，找出符合条件的点，即为真实触摸点的位置信息，系统处理单元MCU判断是否有满足条件的触摸点位置信息产生，没有时返回初始化，当有时，将得出的各触摸点坐标传输到计算机系统中，然后返回初始化。

实施例2

一种多点触摸式红外触摸屏，包括设置在触摸屏屏体上的X轴红外发射单元、X轴红外接收单元、Y轴红外发射单元和在Y轴红外接收单元，在X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元上分别设置有Z轴红外接收单元，在X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元上分别设置有Z轴红外发射单元。

本实用新型中，Z轴红外接收单元分别焊接在X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元上，Z轴红外发射单元分别焊接在X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元上。当在X轴上的多个红外发射管上分别焊接有Z轴红外接收管3时，每个X轴红外发射管2与对应焊接的每个Z轴红外接收管3形成的夹角大小相同，X轴上的多个红外接收管上分别焊接有Z轴红外发射管1，每个X轴红外接收管4与对应焊接的每个Z轴红外发射管1形成的夹角大小相同；Y轴上的多个红外发射管上分别焊接有Z轴红外接收管3，每个Y轴红外发射管5与对应焊接的每个Z轴红外接收管3形成的夹角大小相同，Y轴上的多个红外接收管上分别焊接有Z轴红外发射管1，每个Y轴红外接收管6与对应焊接的每个Z轴红外发射管1形成的夹角大小相同。

显然，本领域的普通技术人员根据所掌握的技术知识和惯用手段，根据以上所述内容，还可以作出不脱离本实用新型基本技术思想的多种形式，这些形式上的变换均在本实用新型的保护范围之内.

Claims (5)

1.一种多点触摸式红外触摸屏，包括设置在触摸屏屏体上的X轴红外发射单元、X轴红外接收单元、Y轴红外发射单元和在Y轴红外接收单元，其特征在于：在X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元上分别设置有Z轴红外发射单元或Z轴红外接收单元，在X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元上分别设置有Z轴红外接收单元或Z轴红外发射单元。

2.根据权利要求1所述的多点触摸式红外触摸屏，其特征在于：所述Z轴红外发射单元或Z轴红外接收单元分别焊接在X轴红外发射单元和Y轴红外发射单元上，Z轴红外接收单元或Z轴红外发射单元分别焊接在X轴红外接收单元和Y轴红外接收单元上。

3.根据权利要求1或2所述的多点触摸式红外触摸屏，其特征在于：所述红外发射单元为红外发射管，同一轴上的多个红外发射管组合形成红外发射单元，红外接收单元为红外接收管，同一轴上的多个红外接收管组合形成红外接收单元。

4.根据权利要求3所述的多点触摸式红外触摸屏，其特征在于：所述X轴上的多个红外发射管上分别焊接有Z轴红外发射管(1)，每个X轴红外发射管(2)与对应焊接的每个Z轴红外发射管(1)形成的夹角大小相同，X轴上的多个红外接收管上分别焊接有Z轴红外接收管(3)，每个X轴红外接收管(4)与对应焊接的每个Z轴红外接收管(3)形成的夹角大小相同Y轴上的多个红外发射管上分别焊接有Z轴红外发射管(1)，每个Y轴红外发射管(5)与对应焊接的每个Z轴红外发射管(1)形成的夹角大小相同，Y轴上的多个红外接收管上分别焊接有Z轴红外接收管(3)，每个Y轴红外接收管(6)与对应焊接的每个Z轴红外接收管(3)形成的夹角大小相同。

5.根据权利要求3所述的多点触摸式红外触摸屏，其特征在于：所述X轴上的多个红外发射管上分别焊接有Z轴红外接收管(3)，每个X轴红外发射管(2)与对应焊接的每个Z轴红外接收管(3)形成的夹角大小相同，X轴上的多个红外接收管上分别焊接有Z轴红外发射管(1)，每个X轴红外接收管(4)与对应焊接的每个Z轴红外发射管(1)形成的夹角大小相同Y轴上的多个红外发射管上分别焊接有Z轴红外接收管(3)，每个Y轴红外发射管(5)与对应焊接的每个Z轴红外接收管(3)形成的夹角大小相同，Y轴上的多个红外接收管上分别焊接有Z轴红外发射管(1)，每个Y轴红外接收管(6)与对应焊接的每个Z轴红外发射管(1)形成的夹角大小相同。

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