用于多点红外触摸屏的光路系统和扫描检测方法技术方案

本发明专利技术提供一种用于多点红外触摸屏的光路系统，尤其是可以识别4个以上触摸点的光路系统。本发明专利技术的接收点分为M个接收组，其中M≥N＋1，N≥4是要识别的触摸点数；第一至第四组接收点安装在触摸屏的4个顶角，其余每组内包含有2～4个接收点，安装在边框上，分别都与对应的发射点所构成多个覆盖整个触摸区域的扫描层。本发明专利技术给出了能识别触摸点的数量与构成光路的各组接收点之间的关系和具体结构，提供了触摸屏光路设计的基本方案。本发明专利技术的光路系统具有扫描线交织密度大、接收元件的数量少、暴露面积小的特点，在能够完全检测多个触摸点的同时，还具有能够降低设计和生产成本、缩短触摸屏的响应时间、提升抗光电抗干扰能力等优点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种用于多点红外触摸屏的光路系统，尤其是可以识别4个以上触摸点的光路系统。本专利技术的接收点分为M个接收组，其中M≥N＋1，N≥4是要识别的触摸点数；第一至第四组接收点安装在触摸屏的4个顶角，其余每组内包含有2～4个接收点，安装在边框上，分别都与对应的发射点所构成多个覆盖整个触摸区域的扫描层。本专利技术给出了能识别触摸点的数量与构成光路的各组接收点之间的关系和具体结构，提供了触摸屏光路设计的基本方案。本专利技术的光路系统具有扫描线交织密度大、接收元件的数量少、暴露面积小的特点，在能够完全检测多个触摸点的同时，还具有能够降低设计和生产成本、缩短触摸屏的响应时间、提升抗光电抗干扰能力等优点。【专利说明】
本专利技术涉及人机交互
，尤其涉及一种用于可以识别多个触摸点尤其是4个以上触摸点的红外触摸屏的光路系统以及收发红外信号的方法。
技术介绍
目前各种包含有计算机或微处理器的电子装置、设备正加速朝结合触控技术发展。随着科技的进步，红外触摸屏技术也经历了从单点向多点逐步升级和发展的过程。在这个过程中，出现了很多种能够识别一个以上触摸点的光路结构方案。以号码为 200710100010.2、200710117751.I 和 200710031082.6、200810025705.3,200810044631.8,200910058459.6,201010224550.3,200820042636.2、200710021686.X,200910039047.8,200920079315.4,201010270368.1,200710029363.8、200810065714.5,200910038494.1,200910038490.3,200910040011.1 为代表的中国专利或专利申请，给出了很多种不同的技术方案来实现多点触摸，全部或部分解决了多点识别的问题。总结这些技术方案，可以归结为以下几个基本方案:第一种，在触摸表面(区域)的四个边缘排布了若干对红外发射和红外接收对管，采用同轴/离轴多重扫描的方式，通过附加的斜向扫描方式，形成多个触摸点的第二套坐标集合，再与原来正交扫描的坐标值集合求解交集，从而剔除伪触摸点。第二种，增加更多的硬件结构，如一套发射单元对应两套不同的接收单元，构成同时扫描的同轴/离轴扫描系统，实现第一种方式的坐标值集合交集计算方案。有的还包括扩展发射元件发射角或接收元件接收角的光学透镜。第三种，在触摸屏的一个或者两个顶角增加摄像头，利用摄像头拍摄的图像得到触摸点另一组坐标值集合，再与红外矩阵所得到的坐标值集合进行运算，得到触摸点的真实坐标；或者增加与触摸屏表面所在的X、Y方向成一定角度甚至垂直的第三方向的红外光源的方式，实现对多触摸点的检测。虽然这些技术方案在实用中能取得一定的技术效果，但是依旧存在各种问题，除部分技术方案不完整，只能实现局部的多点触摸检测，以及增加另外的一套红外发射或者接收元件，增加产品硬成本外，还有两个比较突出的问题。首先，这些方案都没有给出扫描光线的方向或数量与可分辨的触摸点之间的关系，设计者只能设置较大的离轴扫描的范围以保证多个触摸点都能被侦测到，经常导致光路和电路设计很复杂，既超过了实际的需要，又增加了设计、调试和生产的难度而造成浪费；其次，同轴/离轴多重扫描的技术方案，存在扫描周期过长或者数据处理程序复杂的问题，或者需要使用高性能处理器而增加产品成本，或者使用低成本处理器但降低了触摸屏的响应速度，或者将数据上传到上位机上进行运算而不能实现免驱设计，同时占用很多上位机的资源。号码为200910109665.5 ①、201110051012.3 ②、201110304458.2 ③的中国专利申请公开了三种几乎全部使用斜向扫描的红外触摸屏的光路系统。①号申请的基本结构是在触摸区域的三个或四个顶角安装红外发射元件、四个边缘安装红外接收元件阵列，目的是实现对多个触摸点的检测。但是这个方案依旧存在以下三个缺陷: 第一，存在原理上的缺陷。即便在四个顶角各安装一个或一组发射点这样最理想的情况下，在触摸屏内的大部分区域会存在4条不同方向的扫描光线，理论上在大部分区域能实现对3个触摸点的识另O，但无法保证识别原申请文件所宣称的6个触摸点。图1给出了一种几率很大的情况就可说明这个问题——第四个触摸点D位于前三个触摸点A、B、C的阴影之中，只能阻挡接收元件组101所应该接收的光线(图中带箭头的粗虚线)，没有第二条光线被阻挡而无法被检测定位。另一种情况是在中心区域，四条扫描光线接近两两平行于触摸屏的两条对角线，见图1，这时理论上只能识别一个触摸点，如果存在两个触摸点E、F，则会形成两个和真实触摸点形状、面积均相近的伪触摸点(俗称鬼点)G、H，增加了后期软件去除鬼点的难度。第二，这个技术方案对红外发射元件和接收元件的规格要求很高，会增加产品的成本。因为安装在顶角的发射元件在在每个扫描周期内有1/4?1/2的时间在工作，不像对管正交扫描模式下发射管在每个扫描周期内只被选通一次，并且要求其有效发射角度不小于90度，因此为了使检测信号的达到一定强度以保证一定的信噪比、可靠地检测到触摸物，只能使用以下两个方式:其一，加大红外发射元件的发射功率，即增加其工作电流。众所周知，红外发射一般为红外发射二级管，其工作寿命随工作电流的增加会迅速缩短，因此必须使用大功率、大尺寸的红外发射管，既增加了成本又会限制红外触摸屏边框尺寸的小型化。其二，增加红外接收元件的检测灵敏度，也就是增加接收管芯片的面积。而增加芯片的面积，必然伴随元器件成本的上升，而这个方案中使用了大量的红外接收管，所以会对产品的成本影响很大。在大发射角度的情况下，红外信号的强度基本上与距离的平方成反比，因此尺寸越大的触摸屏越需要更强的发射信号或者更高的检测灵敏度，对成本的影响越严重。第三，大量的接收管将会增加产品抗干扰性的设计和制造难度。在触摸屏尺寸较小时，可以使用光电三极管作为接收元件，但是红外三极管虽然抗电磁干扰的能力较好，但抗环境光的干扰能力却很差，四周都安装接收管，暴露面积大，抗光措施不容易实施，因此很容易在灯光或日光的照射下发生饱和现象而失去对小信号的检测能力。在触摸屏尺寸较大时，为提升触摸屏的响应速度而常需要使用频率特性比光电三极管好得多的光电二极管。虽然光电二极管抗环境光的能力较强，但是光电二极管输出的信号很微弱，很容易受到驱动红外发射管的大电流脉冲信号和显示面板所产生的电磁辐射的干扰，增加了设计和生产成本。另外，大量的红外接收元件需要使用切换开关来将其接入信号处理电路，会产生开关噪声，并且元件参数离散性所产生的电平跳变问题等都很难处理，常需要降低扫描速度给信号更长的稳定时间。关于开关噪声、电平跳变的问题，不仅申请①存在，几乎所有具有“一发多收”光路结构的设计，都存在这个问题。申请②采用了与申请①相反的结构设计，即四角安装红外接收元件、四边安装红外发射原件。因为这种设计使用的接收元件少、暴露面积小，因此既可以使用成本较高的高灵敏度接收元件和常规的红外发射元件而对成本的影响很小，又因为红外接收元件的安装集中、暴露面积小，使得抗光电干扰的设计和产品的生产容易得多。因此，申请②基本上克服了申请①本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于多点红外触摸屏的光路系统，包括有若干个由红外接收元件构成的接收点和排列安装于矩形触摸表面四个边缘的由红外发射元件构成的发射点阵列，其特征在于：所述接收点分为M个接收组，M不小于N＋1，其中N≥4为要识别的触摸点数；其中第1组～第4组包含至少一个接收点，分别安装于所述触摸表面边缘的4个顶角处，其接收组的有效接收角内包含该顶对面的两条邻边上安装的所有发射点；第5组包含有4个接收点，两两对应分别不全部关于触摸屏中心对称地安装在所述触摸表面4边缘中相对的两个边缘上，要求每一只接收元件的有效接收角内至少包含其对边所有的发射点；其余各接收组包含有2或4个接收点；其中包含有4个接收点的组，接收点的安装方式与所述第5组相同但不与其它接收点重合；包含有2个接收点的组，组内2个接收点分别不与其它红外接收点不重合地安装在所述触摸屏边缘的两个对边上，其有效接收角内包含安装在其对边和邻边上、靠近所述对边的一端、合计占发射点总数1/2的发射点；所述每个发射点的有效散射角，不小于该发射元件与被设定接收其发射的红外线的任一红外元件之间的连线与其光轴线之间的夹角。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘中华，
申请(专利权)人：北京博汇信通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11