專利名稱：一種觸摸屏定位裝置及觸摸點(diǎn)計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)觸控定位領(lǐng)域，更具體地，涉及一種觸摸屏定位裝置及觸摸點(diǎn)計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的光學(xué)觸控定位方式，一般采用在屏幕兩個(gè)角端放置LED及攝像頭的方式，如圖1所示，LED的發(fā)散角度為90°或以上，攝像頭的拍攝角度為90°或以上，在屏幕的三邊都放置回歸反射條，其作用是可以把光朝著原來的方向反射回去；當(dāng)屏幕中有觸控點(diǎn)(任意的遮光物體)時(shí)，攝像頭會(huì)拍攝到光場發(fā)生變化，根據(jù)此光場的變化可算出觸控所在的角度；通過兩個(gè)攝像頭則可確定觸控點(diǎn)在屏幕的位置。此方法的計(jì)算方式為，根據(jù)攝像頭所采集的光斑確定觸摸點(diǎn)與攝像頭的連線跟屏幕邊緣之間的夾角，如圖1所示，觸摸點(diǎn)與左攝像頭的夾角為a，與右攝像頭的夾角為b，L為屏幕的長邊長度，H為屏幕的短邊長度，所以觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)為:x=L*tana/ (tanb+tana), y=x*tana。由以上公式則可計(jì)算出坐標(biāo)點(diǎn)位置。但是上述觸控技術(shù)存在很多的不足或者缺陷:( I)該觸控技術(shù)難以使用于大屏幕中。當(dāng)屏幕尺寸變大之后，譬如80寸，那么由于反射條反射的光強(qiáng)過于弱，將難以辨認(rèn)觸控點(diǎn)所引起的光場變化。如若為了獲取亮度比較高的光場，需要提高反射條的厚度(一般需要達(dá)到IOmm的厚度)，但這樣會(huì)導(dǎo)致整體的光學(xué)定位框高度過高，影響美觀及斷筆連筆的效果，也就是觸控物未觸摸到屏幕即引起觸控屏光場的變化，造成誤判，影響觸控、書寫的效果。(2)上述觸控技術(shù)中，需要攝像頭拍攝整個(gè)觸控屏幕，而對于后拍攝的技術(shù)方案來說，后拍攝的攝像頭需要離屏幕一定的距離才能拍到整個(gè)屏幕的，使得整個(gè)觸控結(jié)構(gòu)尺寸較大，占用面積較大。(3)由于需要攝像頭拍攝整個(gè)觸控屏幕，只能需要利用大角度面陣攝像頭才能實(shí)現(xiàn)，面陣攝像頭相對于線陣攝像頭來說，成本較高。(4)需要使用大角度面陣攝像頭拍攝整個(gè)屏幕圖像，而角度太大的攝像頭畸變較大，在邊角定位不夠準(zhǔn)確，影響觸摸點(diǎn)定位的準(zhǔn)確性。而且拍攝的圖像存在一定的畸變，需要較復(fù)雜的算法進(jìn)行校正，運(yùn)算量較大，需要配置高運(yùn)算速度的設(shè)備，如計(jì)算機(jī)，無法做到免驅(qū)的觸摸設(shè)備。(5)該觸摸技術(shù)中觸摸點(diǎn)的計(jì)算方法是先計(jì)算出觸摸點(diǎn)與攝像頭連線的夾角，然后根據(jù)一系列的較為復(fù)雜的三角函數(shù)轉(zhuǎn)換公式而計(jì)算出觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)位置。此計(jì)算方法容易引入一些計(jì)算誤差，導(dǎo)致所計(jì)算出得坐標(biāo)點(diǎn)不夠精確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題。本發(fā)明的首要目的是提供一種對觸摸點(diǎn)定位更加準(zhǔn)確的觸摸屏定位裝置。本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種對觸摸點(diǎn)定位更加準(zhǔn)確的觸摸點(diǎn)計(jì)算方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種觸摸屏定位裝置，包括顯示屏，還包括:兩個(gè)發(fā)散角為90度或者90度以上的一字線激光器，設(shè)置在顯示屏一邊的兩個(gè)頂角上并位于顯示屏前；兩個(gè)光電探測器，與兩個(gè)一字線激光器對應(yīng)設(shè)置在顯示屏同一邊的兩個(gè)頂角上并位于顯示屏后，用于探測光斑位置；兩個(gè)成像透鏡，設(shè)置在光電探測器和顯示屏之間，用于會(huì)聚觸摸物的反射光線至光電探測器上；數(shù)據(jù)處理模塊與顯示屏、兩個(gè)光電探測器分別連接，用于根據(jù)光電探測器探測到的光斑位置計(jì)算觸摸點(diǎn)坐標(biāo)，并將計(jì)算的觸摸點(diǎn)坐標(biāo)發(fā)送給顯示屏顯示。根據(jù)上述本發(fā)明的方案，兩個(gè)發(fā)散角為90度或者90度以上的一字線激光器能令整個(gè)顯示屏表面布滿紅外激光，當(dāng)有觸摸物觸摸顯示屏?xí)r，觸摸物能把部分紅外激光原路返回，反射回來的光強(qiáng)會(huì)在光電探測器處形成一個(gè)光斑，根據(jù)該光斑的位置可以求取觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)。一種采用上述的觸摸屏定位裝置的觸摸點(diǎn)計(jì)算方法，具體步驟如下:觸摸點(diǎn)N經(jīng)過成像透鏡在光電探測器面形成的光斑為M ；光電探測器對應(yīng)的成像透鏡的光軸與一字線激光器光軸交于參考面的0點(diǎn)；所述0點(diǎn)經(jīng)過成像透鏡成像于對應(yīng)光電探測器面的0’點(diǎn)，由觸摸點(diǎn)N、0點(diǎn)、成像透鏡、M點(diǎn)和0’點(diǎn)形成兩個(gè)相似三角形，根據(jù)M點(diǎn)和0’點(diǎn)的距離求取觸摸點(diǎn)N與0點(diǎn)之間的距離a ；根據(jù)a和參考平面與一字線激光器的距離H求取觸摸點(diǎn)到一字線激光器的距離L=H+X,由此獲取觸摸點(diǎn)到兩個(gè)一字線激光器的距離LI和L2 ；LI和L2結(jié)合兩個(gè)一字線激光器之間的距離K，運(yùn)用余弦定理求取觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)X和Y。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是:(I)由于紅外激光遇到觸摸物會(huì)返回至光電探測器，使得本發(fā)明的光電探測器不需要使用大角度器件，克服了大角度攝像頭所帶來的畸變問題。而且由于不存在畸變問題，也就無需使用校正算法，使得觸摸點(diǎn)的定位更加準(zhǔn)確。此外，不使用校正算法還減少了計(jì)算量，可以直接使用硬件進(jìn)行坐標(biāo)點(diǎn)的計(jì)算，使本發(fā)明可做成免驅(qū)的觸摸設(shè)備。(2)本發(fā)明采用一字線激光器代替LED光源，激光比LED光強(qiáng)度大，容易應(yīng)用于大尺寸屏眷中。(3)本發(fā)明采用的是一字線激光器，一方面節(jié)省了設(shè)置在顯示屏邊框上的反射條，另一方面，由于一字線激光器不受厚度限制，其可以設(shè)置在適當(dāng)位置，使其光面距離顯示屏表面處，則觸摸物在顯示屏前方3_4_出觸摸才會(huì)有反射光進(jìn)入光電探測器，從而減少了書寫高度，改善書寫效果。( 4 )本發(fā)明的光電探測器無需覆蓋整個(gè)顯示屏，使其無需遠(yuǎn)離顯示屏很大的距離，減少了整體的尺寸。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中光學(xué)觸控定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明中一種觸摸屏定位裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2的部分俯視圖。圖4為本發(fā)明中觸摸點(diǎn)計(jì)算方法的示意圖。圖5為本發(fā)明中觸摸點(diǎn)計(jì)算方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸；對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。實(shí)施例1圖2和圖3所示為本發(fā)明一種觸摸屏定位裝置實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2和圖3所示，本實(shí)施例的一種觸摸屏定位裝置，包括顯示屏100、兩個(gè)一字線激光器110、兩個(gè)光電探測器120、兩個(gè)成像透鏡130和一數(shù)據(jù)觸摸模塊；兩個(gè)一字線激光器110的發(fā)散角為90度或者90度以上，設(shè)置在顯示屏100 —邊的兩個(gè)頂角上并位于顯示屏100前。發(fā)散角達(dá)到90度或者90度以上，可以使得安裝在顯示屏100 —邊頂角上的一字線激光器110的光面覆蓋整個(gè)顯示屏100。其中，安裝一字線激光器110時(shí)，使其光面位于顯示屏100前方3-4_處，以減少書寫高度。此外，為了使激光更好的發(fā)散，可以在一字線激光器110的出光口處設(shè)置透鏡。透鏡的作用在于準(zhǔn)直，就是把垂直屏幕方向的光線聚焦，增加光強(qiáng)的利用率。兩個(gè)光電探測器120，與兩個(gè)一字線激光器110對應(yīng)設(shè)置在顯示屏100同一邊的兩個(gè)頂角上并位于顯示屏100后，用于探測光斑位置。兩個(gè)成像透鏡130，設(shè)置在光電探測器120和顯示屏100之間，用于會(huì)聚觸摸物的反射光線至光電探測器120上。數(shù)據(jù)處理模塊與顯示屏100、兩個(gè)光電探測器120分別連接，用于根據(jù)光電探測器120探測到的光斑位置計(jì)算觸摸點(diǎn)坐標(biāo)，并將計(jì)算的觸摸點(diǎn)坐標(biāo)發(fā)送給顯示屏100顯示。本實(shí)施例的觸摸屏定位裝置的工作過程如下:預(yù)先利用數(shù)據(jù)處理模塊預(yù)設(shè)屏幕坐標(biāo)系，將一字線激光器110和光電探測器120、成像透鏡130安裝好后，如圖4所示，光電探測器120對應(yīng)的成像透鏡120的光軸與一字線激光器110的光軸交于參考面的0點(diǎn)，0點(diǎn)經(jīng)過成像透鏡130成像于光電探測器120上的0’點(diǎn)，此0’點(diǎn)是由一字線激光器110、光電探測器120的位置以及成像透鏡130的光軸角度所決定的，當(dāng)裝置固定好后，以上決定性參數(shù)是恒定不變的，因此，0點(diǎn)和0’點(diǎn)的位置也是恒定不變的，這些恒定不變的參數(shù)都會(huì)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)處理模塊，供后續(xù)使用。兩個(gè)發(fā)散角為90度或者90度以上的一字線激光器110發(fā)出的激光布滿整個(gè)顯示屏100。如圖3所示，當(dāng)有觸摸物觸摸顯示屏100時(shí)，觸摸物能把部分紅外激光原路返回，反射回來的光強(qiáng)會(huì)在光電探測器120處形成一個(gè)光斑。如圖4所示，N為觸摸物，150為觸摸物所在平面，160為一字線激光器110前的透鏡；一字線激光器110發(fā)射出的紅外激光線達(dá)到觸摸點(diǎn)N，經(jīng)過觸摸物N反射回來的紅外激光線經(jīng)過成像透鏡130匯聚后到達(dá)光電探測器120所探測，并在光電探測器120上形成一個(gè)光斑M(jìn) ;當(dāng)觸摸物N發(fā)生移動(dòng)時(shí)，入射光點(diǎn)將沿入射光軸移動(dòng)，導(dǎo)致像點(diǎn)M在光電探測器120上移動(dòng)。數(shù)據(jù)處理模塊從光電探測器120出獲取光斑M(jìn)的位置，然后根據(jù)M點(diǎn)與0’點(diǎn)的距離求取觸摸物N與0點(diǎn)的距離a,具體地,如圖4所示，由觸摸點(diǎn)N、0點(diǎn)、成像透鏡130、M點(diǎn)和0’點(diǎn)形成兩個(gè)相似三角形，其中角度a，P滿足以下條件tana = YtanP，式中Y為成像系統(tǒng)的橫向放大率，a為成像光軸與被測面法線之間的夾角，P為成像光軸與
()N sin a ()' M sin p
白勺錢。SS 胃隨 dj，4 + ()N cos a~ B_(y M cos ，其中 a=0N，式中 A 為 o 點(diǎn)
到成像透鏡130的距離，B為光電探測器120到成像透鏡130的距離，在裝置固定好后，A、B、a、P均為已知，0’M即為利用光電探測器120探測到的光斑位置，a為未知，因此
AYsinfi
a = ^^:--由于0點(diǎn)到一字線激光器no的距離H可根據(jù)實(shí)際效
召 sina - Ksin + p)，
果測量得出，因此觸摸點(diǎn)到一字線激光器1110的距離L=H+X。由此，顯示屏100兩角落的光電探測器120和一字線激光器110可以得出觸摸點(diǎn)到兩個(gè)一字線激光器110的距離分別為LI，L2。如圖5所示，兩個(gè)一字線激光器110的距離為 K,則根據(jù)余弦公式 cosb=(Ll~2+K~2_L2~2)/2LlK,貝丨J X=Ll*sinb, Y=Ll^cosb0 由此則可得出觸摸點(diǎn)得坐標(biāo)點(diǎn)(X, Y)。 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，采用一字線激光器代替LED光源，由于激光光源比LED光源的強(qiáng)度大，容易應(yīng)用于大尺寸屏幕中。而且由于本發(fā)明采用的是一字線激光器，無需配置對應(yīng)的反射條來對一字線激光器發(fā)出的激光進(jìn)行反射，一方面節(jié)省了設(shè)置在顯示屏邊框上的反射條，另一方面，由于一字線激光器不受厚度限制，其可以設(shè)置在適當(dāng)位置，使其光面距離顯示屏表面處，則觸摸物在顯示屏前方3_4_出觸摸才會(huì)有反射光進(jìn)入光電探測器，從而減少了書寫高度，改善書寫效果。本發(fā)明只需一字線激光器覆蓋整個(gè)顯示屏即可，無需光電探測器覆蓋整個(gè)顯示屏，使得本發(fā)明的光電探測器不需要使用大角度器件，克服了大角度攝像頭所帶來的畸變問題。而且由于不存在畸變問題，也就無需使用校正算法，使得觸摸點(diǎn)的定位更加準(zhǔn)確。此夕卜，不使用校正算法還減少了計(jì)算量，可以直接使用硬件進(jìn)行坐標(biāo)點(diǎn)的計(jì)算，使本發(fā)明可做成免驅(qū)的觸摸設(shè)備。此外，由于光電探測器無需覆蓋整個(gè)顯示屏，其無需遠(yuǎn)離顯示屏很大的距離，進(jìn)而減少了整體的尺寸。其中，光電探測器120可以采用攝像頭、位置傳感器或者位置敏感器件實(shí)現(xiàn)。采用攝像頭時(shí)，可以利用攝像頭拍攝光斑圖像來求取光斑的位置；采用位置傳感器和位置敏感器(PSD, Position Sensitive Detector)時(shí),可以直接探測光斑的具體位置。實(shí)施例2本實(shí)施例是應(yīng)用實(shí)施例1提出的觸摸屏定位裝置的觸摸點(diǎn)計(jì)算方法，如圖4所示，本實(shí)施例的觸摸點(diǎn)計(jì)算方法的具體步驟為:
觸摸點(diǎn)N經(jīng)過成像透鏡130在光電探測器120面形成的光斑為M ；光電探測器120對應(yīng)的成像透鏡130的光軸與一字線激光器110光軸交于參考面的0點(diǎn)；所述0點(diǎn)經(jīng)過成像透鏡130成像于對應(yīng)光電探測器120面的0’點(diǎn)，由觸摸點(diǎn)N、0點(diǎn)、成像透鏡、M點(diǎn)和0’點(diǎn)形成兩個(gè)相似三角形，根據(jù)M點(diǎn)和0’點(diǎn)的距離求取觸摸點(diǎn)N與0點(diǎn)之間的距離a ；根據(jù)a和參考平面與一字線激光器110的距離H求取觸摸點(diǎn)到一字線激光器110的距離L=H+X，由此獲取觸摸點(diǎn)到兩個(gè)一字線激光器110的距離LI和L2 ；L1和L2結(jié)合兩個(gè)一字線激光器110之間的距離K，運(yùn)用余弦定理求取觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)X和Y。具體地，預(yù)設(shè)屏幕坐標(biāo)系，當(dāng)一字線激光器110和光電探測器120、成像透鏡130安裝好后，如圖4所示，光電探測器120對應(yīng)的成像透鏡120的光軸與一字線激光器110的光軸交于參考面的0點(diǎn)，0點(diǎn)經(jīng)過成像透鏡130成像于光電探測器120上的0’點(diǎn)，此0’點(diǎn)是由一字線激光器110、光電探測器120的位置以及成像透鏡130的光軸角度所決定的，當(dāng)各部件固定好后，以上決定性參數(shù)是恒定不變的，因此，0點(diǎn)和0’點(diǎn)的位置也是恒定不變的，這些恒定不變的參數(shù)都會(huì)存儲(chǔ)起來，供后續(xù)使用。通過兩個(gè)發(fā)散角為90度或者90度以上的一字線激光器110使激光布滿整個(gè)顯示屏100。如圖3所示，當(dāng)有觸摸物觸摸顯示屏100時(shí)，觸摸物能把部分紅外激光原路返回，反射回來的光強(qiáng)會(huì)在光電探測器120處形成一個(gè)光斑。如圖4所示，N為觸摸物，150為觸摸物所在平面，160為一字線激光器110前的透鏡；一字線激光器110發(fā)射出的紅外激光線達(dá)到觸摸點(diǎn)N，經(jīng)過觸摸物N反射回來的紅外激光線經(jīng)過成像透鏡130匯聚后到達(dá)光電探測器120所探測，并在光電探測器120上形成一個(gè)光斑M(jìn) ;當(dāng)觸摸物N發(fā)生移動(dòng)時(shí)，入射光點(diǎn)將沿入射光軸移動(dòng)，導(dǎo)致像點(diǎn)M在光電探測器120上移動(dòng)。根據(jù)M點(diǎn)與0’點(diǎn)的距離求取觸摸物N與0點(diǎn)的距離a，具體地，如圖4所示，由觸摸點(diǎn)N、0點(diǎn)、成像透鏡130、M點(diǎn)和0’點(diǎn)形成兩個(gè)相似三角形，其中角度a，^滿足以下條件tana = YtanP，式中Y為成像系統(tǒng)的橫向放大率，a為成像光軸與被測面法線之間的錢,^細(xì)象纖麵_。由圖可以看出
權(quán)利要求
1.一種觸摸屏定位裝置，包括顯示屏，其特征在于，還包括: 兩個(gè)發(fā)散角為90度或者90度以上的一字線激光器，設(shè)置在顯示屏一邊的兩個(gè)頂角上并位于顯示屏前； 兩個(gè)光電探測器，與兩個(gè)一字線激光器對應(yīng)設(shè)置在顯示屏同一邊的兩個(gè)頂角上并位于顯示屏后，用于探測光斑位置； 兩個(gè)成像透鏡，設(shè)置在光電探測器和顯示屏之間，用于會(huì)聚觸摸物的反射光線至光電探測器上； 數(shù)據(jù)處理模塊與顯示屏、兩個(gè)光電探測器分別連接，用于根據(jù)光電探測器探測到的光斑位置計(jì)算觸摸點(diǎn)坐標(biāo)，并將計(jì)算的觸摸點(diǎn)坐標(biāo)發(fā)送給顯示屏顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸屏定位裝置，其特征在于，所述一字線激光器的光面與顯示屏表面相距3 4mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸屏定位裝置，其特征在于，所述光電探測器為攝像頭、位置傳感器或者位置敏感器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸屏定位裝置，其特征在于，所述激光器出光口處設(shè)置有透鏡。
5.一種采用權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的觸摸屏定位裝置的觸摸點(diǎn)計(jì)算方法，其特征在于，具體步驟如下: 觸摸點(diǎn)N經(jīng)過成像透鏡在光電探測器面形成的光斑為M ； 光電探測器對應(yīng)的成像透鏡的光軸與一字線激光器光軸交于參考面的O點(diǎn)；所述O點(diǎn)經(jīng)過成像透鏡成像于對應(yīng)光電探測器面的0’點(diǎn)， 由觸摸點(diǎn)N、0點(diǎn)、成像透鏡、M點(diǎn)和0’點(diǎn)形成兩個(gè)相似三角形，根據(jù)M點(diǎn)和0’點(diǎn)的距離求取觸摸點(diǎn)N與0點(diǎn)之間的距離a ； 根據(jù)a和參考平面與一字線激光器的距離H求取觸摸點(diǎn)到一字線激光器的距離L=H+X，由此獲取觸摸點(diǎn)到兩個(gè)一字線激光器的距離LI和L2 ； LI和L2結(jié)合兩個(gè)一字線激光器之間的距離K，運(yùn)用余弦定理求取觸摸點(diǎn)的坐標(biāo)X和Y。
全文摘要
本發(fā)明涉及光學(xué)觸控定位領(lǐng)域，更具體地，涉及一種觸摸屏定位裝置及觸摸點(diǎn)計(jì)算方法。所述裝置包括顯示屏，還包括兩個(gè)發(fā)散角為90度或以上的一字線激光器，設(shè)置在顯示屏一邊的兩個(gè)頂角上并位于顯示屏前；兩個(gè)光電探測器，與兩個(gè)一字線激光器對應(yīng)設(shè)置在顯示屏同一邊的兩個(gè)頂角上并位于顯示屏后，用于探測光斑位置；兩個(gè)成像透鏡，設(shè)置在光電探測器和顯示屏之間，用于會(huì)聚觸摸物的反射光線至光電探測器；數(shù)據(jù)處理模塊與顯示屏、光電探測器分別連接，用于根據(jù)光電探測器探測到的光斑位置計(jì)算觸摸點(diǎn)坐標(biāo)，并將計(jì)算的觸摸點(diǎn)坐標(biāo)發(fā)送給顯示屏顯示。本發(fā)明的光電探測器不需使用大角度器件，克服了畸變問題，無需使用校正算法，使得觸摸點(diǎn)定位更加準(zhǔn)確。
文檔編號G06F3/042GK103186295SQ201310111700
公開日2013年7月3日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者任均宇 申請人:廣東威創(chuàng)視訊科技股份有限公司