CN203178986U - 一种光学触控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光学触控装置，其设置在显示器屏幕上，用于在摄像头模组正常工作状态下所得图像为黑背景时识别不发光触控体在显示器屏幕上的触控位置，所述光学触控装置包括：至少两个摄像头模组、光源以及控制板。应用本实用新型，由于可以在黑背景下识别不发光的触控体，因而可以去掉屏幕四周的反光条或者导光条，使得除了光学组件外的其他部分都可以完全不突出触摸表面。进而，由于可以去掉四周的反光条或者导光条，使得光学触控装置的整体成本降低，同时极大的精简了生产工艺，也提高了生产良率。此外，应用本实用新型不但可以把光学组件做的尽可能小；还极大的提高了抗光性。

Description

一种光学触控装置

技术领域

本实用新型涉及触控技术领域，特别涉及一种光学触控装置。

背景技术

目前，市场上适用于中小尺寸（大约为32英寸以下）的触控方案主流为电容式、红外陈列和光学式。

对于电容式，当触碰尺寸略大些良率将急剧下降，因此成本非常高；且绝大多数电容屏对触控体有要求，无法用带手套的手触摸；再有，电容屏是一种对温度敏感的触摸装置，因此在一些高低温范围较大的使用场景无法广泛使用。

对于红外陈列式，由于成本及结构原因，红外LED不能放置的特别密，识别精度受到影响。因此细笔的书写效果不佳。

由于电容式和红外阵列式存在上述问题，目前市场上绝大多数采用光学式触控装置。

对于光学式，通常有两大类触控装置：一类是黑背景加发光触控体，另一类是白背景加不透光的触控物体。所谓黑背景，是指通过摄像机拍摄时，在拍摄所成的图像中背景基本呈黑色；所谓白背景，是指通过摄像机拍摄时，在拍摄所成的图像中背景基本成白色。

参见图1，其是黑背景加发光触控体的触控装置，该触控装置通过两个或多个放置在显示器屏幕相邻边角上的红外摄像头模组（可以为电荷耦合元件（CCD，Charge Coupled Device）或金属氧化物半导体元件（CMOS，Complementary Metal-Oxide Semiconductor））来拍照。摄像头模组正常工作状态下所得图像为黑背景，当发光触控体（如发光触控笔）在触碰到触摸面后发光，抬离触摸面后关闭光源，这样，通过识别该发光触控体来识别触控位置，通过发光触控物体与红外摄像头模组的三角坐标来获得发光触控笔的屏幕坐标。

对于上述光学触控装置，触控体必须为发光体，否则在摄像头模组正常工作状态下所得图像为黑背景时下无法识别。

参见图2，其是白背景加不透光的触控物体的触控装置，该触控装置通过两个或多个放置在显示器相邻边角上的红外摄像头模组（可以为CCD或CMOS传感器）来拍照。屏幕边框构造出一个背景光源。当遮挡物（如手指或任何不透光物体）触摸屏幕时，该物体就遮挡了背景光源所对应触摸位置的图像，通过分析该遮挡了背景光源的图像，获得遮挡物的位置，并通过遮挡物位置与红外摄像头模组的三角关系来获得遮挡物的屏幕坐标。

对于上述光学触控装置，如果触控体是不透光的遮挡物，则摄像头模组正常工作状态下所得图像必须为白背景，否则无法识别该触控体的在屏幕上的位置。为了实现摄像头模组正常工作状态下所得图像为白背景，需要在屏幕四周设置多条高出触控平面的反光条和导光条，而该包括高出触控平面的反光条及导光条的触控装置无法在很多中小尺寸的触控一体机中应用。

由于反光条及导光条占据了整个触控装置的物料成本相当一部分，同时粘贴反光条或者导光条的工艺比较繁琐，因此生产成本高，生产工艺复杂。

当摄像头模组正常工作状态下所得图像为白背景时，现有技术方案中摄像头模组拍摄到的背景光源的图像位置可能随着整机的搬运而发生微小的变化，这就要求效果好的光学触控装置需要有动态的结构变形补偿算法，因此算法复杂度高。

现有技术方案为在白背景中查找不透光的触控物体（相当于黑色触控体），考虑反光条方案：要求在靠近摄像头模组近处的位置，触控体在白背景的相应位置处不能被光源照的太亮，否则就无法识别有触控体进入；这个要求需要在光源处增加隔离装置，以避免距离光源很近的物体被照亮而无法识别，因此光路设计难度很高，很难把光学组件做的非常小。

考虑抗光性问题，现有技术在阳光直接照射到触控物体时，会发生触控物体在摄像头模组中成白色的像的现象，和背景光源完全没法区分，因而无法在阳光直射的情况下使用。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种光学触控装置，以解决现有技术中光学式触控装置存在的上述问题。

为达到上述目的，本实用新型实施例公开了一种光学触控装置，设置在显示器屏幕上，用于在摄像头模组正常工作状态下所得图像为黑背景时识别不发光触控体在显示器屏幕上的触控位置，所述光学触控装置包括：至少两个摄像头模组、光源、控制板，其中，

所述至少两个摄像头模组，安装在所述显示器屏幕相邻边角上，以预设帧率拍摄与所述显示器屏幕垂直的平面，将拍摄到的图像传送给控制板；

所述光源，与所述摄像头模组的个数相同，每个光源安装在紧邻一个摄像头模组的一侧，所述光源接受控制板的控制，根据所述控制板的信号发光，以照亮平行并紧贴所述显示器屏幕的区域；

所述控制板，安装在所述显示器屏幕的后侧，与所述摄像头模组和光源电连接，当所述摄像头模组拍摄图像时控制所述光源为打开状态，并且，根据接收到的来自摄像头模组的图像，计算是否有所述不发光触控体触控所述屏幕，以及计算所述不发光触控体的在显示器屏幕上的触控位置。

其中，所述摄像头模组的镜头水平视场角大于90°。

其中，所述光源水平发光角度大于90°，垂直发光角度小于预设的垂直角度阈值。

其中，所述光源垂直发光角度大于等于预设的垂直角度阈值时，所述光学触控装置还包括：

光源透镜，所述光源透镜的个数与所述光源相同，每个光源透镜安装在一个光源的前侧，以将光源发出的光线在垂直角度上进行汇聚，使得光线的能量集中在基于平行于显示器屏幕表面的区域。

其中，所述光学触控装置包括屏幕保护装置，所述屏幕保护装置安装在所述显示器屏幕的前方，以保护所述显示器屏幕，所述屏幕保护装置为透明硬性材质。

其中，所述屏幕保护装置为玻璃或者亚克力。

其中，所述控制板，还用于在像传感器拍摄图像完毕时，关闭所述光源。

其中，所述控制板控制光源发光的信号为脉冲电流信号；所述脉冲电流信号的电流值大于光源打开时的平均电流值，小于光源打开时的峰值电流。

其中，所述摄像头模组为CCD或CMOS传感器。

其中，所述控制板包括单片机和外围电路，或者，所述控制板包括DSP和外围电路。

应用本实用新型实施例所提供的光学触控装置，由于可以在黑背景下识别不发光的触控体，因而可以去掉屏幕四周的反光条或者导光条，使得除了光学组件外的其他部分都可以完全不突出触摸表面。

进而，由于可以去掉四周的反光条或者导光条，使得光学触控装置的整体成本降低，同时极大的精简了生产工艺，也提高了生产良率。

由于本实用新型实施例中触控装置是黑背景，因而避免了在白背景情况下背景光源的图像位置随着整机的搬运而发生微小的变化而导致的算法复杂度高的问题；本实用新型实施例中由于是黑背景，因而使得该微小变化完全不影响图像的获取结果，因此降低了算法复杂度，减小了出错概率。

再有，现有技术中，是在白背景中查找不透光的触控物体（相当于黑色触控体），因此要求在靠近摄像头模组近处的位置，触控体在白背景的相应位置处不能被光源照的太亮，否则就无法识别有触控体进入；基于这种要求，现有技术很难把光学组件如光源、摄像头模组等组件结合在一起做的非常小，否则近处触控体会被光源照的太亮，导致摄像头模组无法获得可以识别触控体的图像。在采用本实用新型实施例的方案后，就可以完全不需要考虑这些因素，可以把光学组件做的尽可能小。相应的，近处的触控体识别算法难度也降低了很多。

考虑抗光性问题，现有技术在阳光直接照射到触控物体时，会发生触控物体在摄像头模组中成白色的像的现象，和背景光源完全没法区分，因而无法在阳光直射的情况下使用。采用本实用新型实施例提供的方案后，可以做到无论是否阳光直射到触控体都可以识别到触控体，因此极大的提高了抗光性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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是现有技术的一种光学触控装置结构示意图；

图2是现有技术的另一种光学触控装置结构示意图；

图3是根据本实用新型实施例的一种光学触控装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图3，其是根据本实用新型实施例的一种光学触控装置结构示意图。图3所示触控装置设置在显示器屏幕上，用于在摄像头模组正常工作状态下所得图像为黑背景情况下识别不发光触控体在显示器屏幕上的触控位置，图3所示光学触控装置可以包括：至少两个摄像头模组310、光源320、控制板330，其中，

至少两个摄像头模组310，安装在所述显示器屏幕相邻边角上，以预设帧率拍摄与所述显示器屏幕垂直的平面，将拍摄到的图像传送给控制板330；

上述每个摄像头模组包括图像传感器和镜头，其中，镜头用于将图像投射到图像传感器上，图像传感器用于以预设帧率拍摄与所述显示器屏幕垂直的平面，将拍摄到的图像传送给控制板。

例如，在图3所示实施例中，设置了两个摄像头模组310，其中图像传感器为CMOS或者CCD传感器，可以为线阵（Line Sensor）或者为面阵（Array Sensor）传感器。每个摄像头模组的镜头需要能够拍摄到整个触控表面，因此该摄像头模组镜头的水平视场角需要大于90°。

上述预设帧率可以为每秒60帧等，当然，具体数值可以根据实际需求变换。

光源320，与所述摄像头模组310的个数相同，每个光源320安装在紧邻一个摄像头模组的一侧，所述光源320接受控制板330的控制，根据所述控制板330的信号发光，以照亮平行并紧贴所述显示器屏幕的区域；

这里，每个光源210安装在紧邻一个摄像头模组的一侧包括，具体的，每个光源320可以安装在摄像头模组的上、下、左、或右侧。光源水平发光角度要大于90°，光源垂直发光角度要小于预设的垂直角度阈值如15°。不太大的垂直发光角度能够确保光线的能量主要集中在基本平行于显示器屏幕表面的区域，以照亮接近显示器屏幕的触控体。

上述被光源照亮的平行并紧贴所述显示器屏幕的区域实际为平行于显示器屏幕并具有一定厚度的区域，该区域的大小可以根据实际需求调整。

上述光源320由控制板330控制，可以通过脉冲点亮方式在瞬间通过很大的电流，发出很亮的光，这样可以把触控体尽量照亮，并且保证把最远处的触控体也照亮。

需要说明的是，上述光源可以是红外光；另外，前述摄像头模组中的镜头可以带红外滤镜。

控制板330，安装在所述显示器屏幕的后侧，与所述摄像头模组310和光源320电连接，当所述摄像头模组310拍摄图像时控制所述光源320为打开状态，并且，根据接收到的来自摄像头模组310的图像，计算是否有所述不发光触控体触控所述屏幕，以及计算所述不发光触控体的在显示器屏幕上的触控位置。

上述控制板可以包括单片机和外围电路，或者，上述控制板包括数字信号处理(DSP，Digital Signal Processing)和外围电路。

具体的，控制板计算是否有不发光触控体触控所述屏幕，以及计算所述不发光触控体的在显示器屏幕上的触控位置，所采用的算法本身均为现有技术，这里并不对所采用的具体算法做限定，并且，也不对所采用的具体算法再做详细说明。例如，当有触控体接近显示器屏幕表面时，摄像头模组就可以拍摄到其被光源照亮的图像并传递给控制板，控制板综合多个摄像头模组的信息，通过相应的镜头校正、点的坐标计算、点的匹配、点的平滑等算法来计算出触控体当前的坐标；当没有触控体的时候，摄像头模组拍摄到的图像为亮度相对较低的图像，从而可以区分出有无控物体。

上述控制板控制光源发光的信号为脉冲电流信号；该脉冲电流信号的电流值大于光源打开时的平均电流值，小于光源打开时的峰值电流。之所以使用较大的电流是为了保证把最远处的触控体也照亮。而为了增加光源的寿命，上述控制板330还可以在像传感器拍摄图像完毕时，关闭所述光源，这样，让光源保持断续的点亮状态而非持续的点亮状态，从而极大了提高了光源的使用寿命。与此同时，为了保证能够随时捕捉到是否有触控体接触显示器屏幕表面，光源的断续点亮频率可以很高，例如，可以每秒点亮120次等。

需要说明的是，当光源垂直发光角度大于等于预设的垂直角度阈值如15°时，图3所示光学触控装置还可以包括：光源透镜340，该光源透镜340的个数与所述光源的个数相同，每个光源透镜安装在一个光源的前侧，以将光源发出的光线在垂直角度上进行汇聚，使得光线的能量集中在基于平行于显示器屏幕表面的区域。通过安装光源透镜，放宽了对光源垂直发光角度的要求，例如，光源的垂直发光角度可以大于30°，这样，降低了生产工艺要求，提高了生产效率。

需要说明的是，图3所示光学触控装置还可以包括屏幕保护装置350，该屏幕保护装置安装在所述显示器屏幕的前方，以保护所述显示器屏幕，使其避免因触摸动作而受到损伤受，该屏幕保护装置可以为透明硬性材质，例如，可以是玻璃或者亚克力。

需要说明的是，为了保证摄像头模组可以拍摄的被光源照亮的图像，在生产图3所示光学触控装置时，可通过量产治具及相关软件将摄像头模组快速准确的安装到显示器屏幕的边角上，并确保该摄像头模组被固定后具有符合要求的水平倾斜角及水平旋转角。这里水平倾斜角指摄像头模组的镜头轴心线和显示器屏幕所在平面的夹角；水平旋转角指轴心线和45°角之间的夹角。

在生产过程中，可以通过上述量产治具来固定摄像头模组，并通过该摄像头模组拍摄的图像，利用与所述量产治具相配套的软件来调节水平倾斜角及水平旋转角；并且，通过该摄像头模组拍摄的图像还可以设置拍摄相关信息，如所用图像的行信息等。

可见，应用本实用新型实施例所提供的光学触控装置，由于可以在黑背景下识别不发光的触控体，因而可以去掉屏幕四周的反光条或者导光条，使得除了光学组件外的其他部分都可以完全不突出触摸表面。

进而，由于可以去掉四周的反光条或者导光条，使得光学触控装置的整体成本降低，同时极大的精简了生产工艺，也提高了生产良率。

由于本实用新型实施例中触控装置是黑背景，因而避免了在白背景情况下背景光源的图像位置随着整机的搬运而发生微小的变化而导致的算法复杂度高的问题；本实用新型实施例中由于是黑背景，因而使得该微小变化完全不影响图像的获取结果，因此降低了算法复杂度，减小了出错概率。

再有，现有技术中，是在白背景中查找不透光的触控物体（相当于黑色触控体），因此要求在靠近摄像头模组近处的位置，触控体在白背景的相应位置处不能被光源照的太亮，否则就无法识别有触控体进入；基于这种要求，现有技术很难把光学组件做的非常小。在采用本实用新型实施例的方案后，就可以完全不需要考虑这些因素，可以把光学组件做的尽可能小。相应的，近处的触控体识别算法难度也降低了很多。

考虑抗光性问题，现有技术在阳光直接照射到触控物体时，会发生触控物体在摄像头模组中成白色的像的现象，和背景光源完全没法区分，因而无法在阳光直射的情况下使用。采用本实用新型实施例提供的方案后，可以做到无论是否阳光直射到触控体都可以识别到触控体，因此极大的提高了抗光性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

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

Claims (10)

1.一种光学触控装置，其特征在于，设置在显示器屏幕上，用于在摄像头模组正常工作状态下所得图像为黑背景时识别不发光触控体在显示器屏幕上的触控位置，所述光学触控装置包括：至少两个摄像头模组、光源、控制板，其中，

所述至少两个摄像头模组，安装在所述显示器屏幕相邻边角上，以预设帧率拍摄与所述显示器屏幕垂直的平面，将拍摄到的图像传送给控制板；

所述光源，与所述摄像头模组的个数相同，每个光源安装在紧邻一个摄像头模组的一侧，所述光源接受控制板的控制，根据所述控制板的信号发光，以照亮平行并紧贴所述显示器屏幕的区域；

所述控制板，安装在所述显示器屏幕的后侧，与所述摄像头模组和光源电连接，当所述摄像头模组拍摄图像时控制所述光源为打开状态，并且，根据接收到的来自摄像头模组的图像，计算是否有所述不发光触控体触控所述屏幕，以及计算所述不发光触控体的在显示器屏幕上的触控位置。

2.根据权利要求1所述的光学触控装置，其特征在于，所述摄像头模组的镜头水平视场角大于90°。

3.根据权利要求1所述的光学触控装置，其特征在于，所述光源水平发光角度大于90°，垂直发光角度小于预设的垂直角度阈值。

4.根据权利要求3所述的光学触控装置，其特征在于，所述光源垂直发光角度大于等于预设的垂直角度阈值时，所述光学触控装置还包括：

光源透镜，所述光源透镜的个数与所述光源相同，每个光源透镜安装在一个光源的前侧，以将光源发出的光线在垂直角度上进行汇聚，使得光线的能量集中在基于平行于显示器屏幕表面的区域。

5.根据权利要求1或3所述的光学触控装置，其特征在于，所述光学触控装置包括屏幕保护装置，所述屏幕保护装置安装在所述显示器屏幕的前方，以保护所述显示器屏幕，所述屏幕保护装置为透明硬性材质。

6.根据权利要求5所述的光学触控装置，其特征在于，所述屏幕保护装置为玻璃或者亚克力。

7.根据权利要求1或4所述的光学触控装置，其特征在于，所述控制板，还用于在像传感器拍摄图像完毕时，关闭所述光源。

8.根据权利要求1或3所述的光学触控装置，其特征在于，所述控制板控制光源发光的信号为脉冲电流信号；所述脉冲电流信号的电流值大于光源打开时的平均电流值，小于光源打开时的峰值电流。

9.根据权利要求1或3所述的光学触控装置，其特征在于，所述摄像头模组为CCD或CMOS传感器。

10.根据权利要求1或3所述的光学触控装置，其特征在于，所述控制板包括单片机和外围电路，或者，所述控制板包括DSP和外围电路。

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