一種紅外觸控螢幕定位裝置及定位方法

2023-05-19 17:27:01 2

專利名稱：一種紅外觸控螢幕定位裝置及定位方法
技術領域：
本發明涉及觸控螢幕技術領域，特別涉及一種紅外觸控螢幕定位裝置及定位方法。
背景技術：
觸控螢幕作為一種新型的計算機輸入設備，使人機互動更為直觀，由於給用戶帶來 的極大地便利性，觸控螢幕技術除了應用於個人可攜式信息產品外，應用領域已遍及信息家 電、公共信息、電子遊戲、辦公自動化設備等各個領域。現有技術中的紅外觸控螢幕裝置，通常 都具有兩個方向上的紅外發射、接收管，雙向的紅外發射、接收管共同組成一個定位平面， 依次掃描橫向和縱向上所有紅外對管間是否有紅外信號被遮擋變化，根據遮擋位置來計算 觸摸物的坐標，該觸摸系統實現容易，抗幹擾性好，但使用的紅外發射、接收管的數目多；現 有觸摸技術中還有攝像頭檢測定位系統，它採用在顯示設備的多個角落裡安裝攝像頭，並 配有紅外光源，以及四周的反光條，通過在攝像裝置中拍攝觸摸物的位置轉換成角度信息， 進一步轉換成以攝像裝置為中心出發的多條射線，多條射線的交點即為觸摸物坐標，但這 種檢測定位系統硬體系統較為複雜，抗幹擾性不如紅外觸摸系統。

發明內容
本發明的目的是提供一種結構簡單、所使用的紅外發射和接收管的數目較少、響 應速度快、可靠性高且更易實現多點觸摸檢測的紅外觸控螢幕定位裝置及定位方法。為解決上述技術問題，本發明的技術方案是一種紅外觸控螢幕定位裝置，包括設置在觸控螢幕上的紅外發射模塊、紅外接收模塊 和用於控制紅外發射模塊、紅外接收模塊工作的主控制模塊，所述紅外發射模塊分布在觸 摸屏的角落或邊緣，至少以兩個方向發射紅外信號，並覆蓋到所有的紅外接收模塊；所述紅 外接收模塊分布在觸控螢幕的至少三個邊上，用以檢測紅外發射模塊所發射的紅外信號；所 述紅外發射模塊、紅外接收模塊同步工作；所述主控制模塊設有對外的通訊接口，主控制模 塊完成所有的紅外掃描過程，以及發送觸摸數據至主機設備。所述主控制模塊與紅外接收模塊和紅外發射模塊直接相連。所述主控制模塊與紅外接收模塊和紅外發射模塊通過安裝在紅外發射模塊和接 收接收模塊上的控制器相連。所述紅外發射模塊包括分布在觸控螢幕的一邊兩個角落的第一紅外發射模塊和第 二紅外發射模塊，紅外接收模塊分布在觸控螢幕的另外三個邊上的第一紅外接收模塊、第二 紅外接收模塊和第三紅外接收模塊，第一紅外發射模塊發射的紅外信號由第二紅外接收模 塊和第三紅外接收模塊檢測接收，第二紅外發射模塊發射的紅外信號由第一紅外接收模 塊、第二紅外接收模塊檢測接收。所述第一紅外發射模塊和第二紅外發射模塊)分別由單個發射角度大於90度的 紅外發射管或N個發射角度大於90/N的發射管及其驅動電路組成。所述紅外發射模塊包括分布在觸控螢幕的一邊及該邊兩個角落的第一紅外發射模塊、第二紅外發射模塊)和第三紅外發射模塊，紅外接收模塊分布在觸控螢幕的另外三個邊 上的第一紅外接收模塊、第二紅外接收模塊和第三紅外接收模塊，第一紅外發射模塊發射 的紅外信號由第二紅外接收模塊和第三紅外接收模塊檢測接收，第二紅外發射模塊發射的 紅外信號由第一紅外接收模塊、第二紅外接收模塊檢測接收，第三紅外發射模塊發射的紅 外信號由第一紅外接收模塊、第二紅外接收模塊和第三紅外接收模塊檢測接收。所述第一紅外發射模塊和第二紅外發射模塊分別由單個發射角度大於90度的紅 外發射管或N個發射角度大於90/N的發射管及其驅動電路組成，所述第三紅外發射模塊由 單個發射角度為180度的紅外發射管或N個發射角度大於180/N的紅外發射管及其驅動電 路組成。所述的紅外觸控螢幕定位裝置的定位方法啟動 紅外掃描；建立紅外發射模塊至遮 擋位置組成的多個線段；計算不同紅外發射模塊建立的線段的交點來獲取觸摸物坐標。所述的紅外觸控螢幕定位裝置的定位方法，包括下列步驟步驟1 啟動第一紅外發射模塊，檢測其覆蓋範圍內所有紅外接收模塊所接收的 紅外信號，並記錄；啟動第二紅外發射模塊，檢測其覆蓋範圍內所有紅外接收模塊所接收的 紅外信號，並記錄；步驟2 啟動第一紅外發射模塊，檢測其覆蓋範圍內所有紅外接收模塊所接收的 紅外信號，檢測是否有信號被遮擋，記錄遮擋位置，建立發射模塊位置到一個或多個所述遮 擋位置的線段Lli ；步驟3:啟動第二紅外發射模塊，檢測其覆蓋範圍內所有紅外接收模塊所接收的 紅外信號，檢測是否有信號被遮擋，記錄遮擋位置，建立發射模塊位置到一個或多個所述遮 擋位置的線段L2k;步驟4 若步驟2和步驟3中都檢測到有遮擋，計算所述線段Lli與L2k的交點， 即是實際的觸摸物坐標，發送至主機設備；步驟5 跳轉至步驟2重新檢測；其中，步驟2和步驟3可以交換順序進行，也可以同時進行，檢測是否有信號被遮 擋的方法是將當前檢測的紅外信號值與步驟1中記錄的對應的檢測值對比，若當前檢測值 小於一定的閾值則判斷為有遮擋。本發明相對於現有技術的有益效果是1、減少紅外發射模塊，降低了硬體成本和系統功耗，結構更為簡單、安裝方便；2、方便實現單點、多點觸摸技術，響應速度快，且穩定可靠。


圖1是本發明紅外觸控螢幕定位裝置的結構示意圖；圖2是本發明紅外發射模塊的結構一；圖3是本發明紅外發射模塊的結構二 ；圖4是本發明採用紅外發射模塊的結構二時發射的示意圖；圖5是本發明紅外觸控螢幕定位裝置的定位原理示意圖；圖6是本發明紅外觸控螢幕定位裝置的多點定位原理示意圖；圖7是本發明紅外觸控螢幕定位裝置的定位方法的流程示意圖。
具體實施方式

下面結合附圖通過具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。參見圖1，本發明紅外觸控螢幕定位裝置，包括設置在觸控螢幕1上的紅外發射模塊 104、105、紅外接收模塊101、102、103和用於控制紅外發射模塊、紅外接收模塊工作的主控 制模塊107，其中紅外發射模塊分布在觸控螢幕1的左下角和右下角，以總線的方式與主控制 模塊相連，發射的紅外信號覆蓋到所有的紅外接收模塊；所述紅外接收模塊分布在觸控螢幕 1左邊、上邊和右邊，紅外接收模塊由若干個紅外接收線路板組成，以總線的方式與主控制 模塊相連，用以檢測紅外發射模塊所發射的紅外信號；所述紅外發射模塊、紅外接收模塊同 步工作；所述主控制模塊設有對外的通訊接口，主控制模塊完成所有的紅外掃描過程，以及 發送觸摸數據至主機設備。第一紅外發射模塊104和第二紅外發射模塊105分別設在觸控螢幕1的左下角，右 下角，而左邊、上邊、右邊安裝第一紅外接收模塊101、第二紅外接收模塊102和第三紅外接 收模塊103，主控制模塊107可根據實際情況選擇安裝位置，主控制模塊107設有可對外發 送觸摸數據的通訊接口。第一紅外發射模塊104和第二紅外發射模塊105由單只大角度的 紅外發射管及驅動電路組成，也可採用多隻紅外發射管成一定弧度擺放，使其發射的紅外 信號覆蓋到相應的紅外接收模塊，並將紅外接收模塊分成多個區域，由不同的紅外發射管 覆蓋不同的區域。紅外接收模塊由依次排列的若干紅外接收管組成。第一紅外發射模塊104發射的紅外信號由第二紅外接收模塊102和第三紅外接收 模塊103檢測接收，第二紅外發射模塊105發射的紅外信號由第一紅外接收模塊101、第二 紅外接收模塊102檢測接收。紅外發射模塊中紅外發射管與紅外接收模塊中的紅外接收 管，都是分別同步工作的，紅外管用於發射，紅外管用於接收，用以檢測在這一對紅外發射 接收管對應的掃描線上是否有遮擋物。正常工作時點亮第一紅外發射模塊104中的紅外發 射管，並在同一時刻依次檢測第二紅外接收模塊102和第三紅外接收模塊103中每個紅外 接收管上的信號變化，以信號的有無或者強弱來判斷是否有遮擋。並用樣的方法點亮第二 紅外發射模塊105，並掃描第一紅外接收模塊101、第二紅外接收模塊102中的紅外接收管。 在一個掃描周期內，第二紅外接收模塊102和第三紅外接收模塊103檢測了一次第一紅外 發射模塊104所發射的紅外信號，第一紅外接收模塊101、第二紅外接收模塊102檢測了一 次第二紅外發射模塊105所發射的紅外信號，而第一紅外發射模塊104和第二紅外發射模 塊105在紅外接收模塊每個管檢測的同時點亮，然後關閉以降低功耗，也可以在相應的接 收模塊工作期間持續點亮。其中第一紅外發射模塊104和第二紅外發射模塊105分別從兩個方向發射紅外信 號，第一紅外接收模塊101、第二紅外接收模塊102和第三紅外接收模塊103接收，由此組 成了交織的紅外掃描網絡。第一紅外發射模塊104和第二紅外發射模塊105分別由單個大 角度(大於90度)的紅外發射管及其驅動電路組成，也可以採用多個小角度組成，若採用 N個紅外發射管，那麼每個發射管的發射角度需滿足大於90/N，如圖2、圖3中所示，第一紅 外發射模塊104中紅外發射管的角度為A，在採用兩個紅外發射管後，如1041、1042，其角度 分別是Al、A2，且1041、1042成一定弧度安裝，增加了發射模塊的發射角度，在圖4中第二 紅外接收模塊102檢測1041發射的紅外信號，第三紅外接收模塊103檢測1042發射的紅外信號，另外第二紅外接收模塊102檢測1051發射的紅外信號，第一紅外接收模塊101檢 測1052發射的紅外信號。
圖5是本發明方法的定位原理圖，在一個掃描周期內，紅外發射模塊中的紅外發 射管被點亮次數與其覆蓋的紅外接收模塊中的紅外接收管個數相同，每個紅外接收管都檢 測一次是否有遮擋，而部分紅外接收模塊能接收到兩個紅外發射模塊紅外信號，所以需要 檢測兩次是否在各個方向都有遮擋。在本發明的觸控螢幕裝置工作之前，需對系統進行初始 化，啟動一次掃描，並將此時紅外接收管所檢測到的信號全部記錄下來作為基準值，作為之 後的判斷依據，此後可進入正常的工作狀態。在觸控螢幕定位裝置正常工作的情況下，若沒有 觸摸點，那麼所有的紅外接收管所檢測到的信號均接近於各自的信號基準值或者相等，當 有觸摸點時，該觸摸點所對應的紅外接收管所檢測到的信號就會與信號基準值相差較大， 當這個相差值大於或者等於預定值時，即可判定存在觸摸點。如圖6中601是一個觸摸點， 第一紅外發射模塊104發射的紅外信號被遮擋，而第三紅外接收模塊103在掃描的過程中， 602位置上的紅外接收管此時檢測到的信號與信號基準值相差較大，即大於或者等於預定 值，主控制模塊107將記錄下信號發生變化的紅外接收管的編號，而該編號可以進一步換 算成虛擬的位置信息，並建立該位置到第一紅外發射模塊104的線段Ll ；此時第二紅外發 射模塊105發射的紅外信號也被遮擋，而第一紅外接收模塊101在掃描的過程中，601位置 上的紅外接收管此時檢測到的信號與信號基準值相差較大，即大於或者等於預定值，主控 制模塊107將記錄下信號發生變化的紅外接收管的編號，而該編號可以進一步換算成虛擬 的位置信息，並建立該位置到第二紅外發射模塊105的線段L2 ；計算Ll與L2的交點，交點 位置即是603，也就是實際觸摸物的坐標。圖6是本發明實施例的紅外觸摸裝置的多點定位原理示意圖，根據本發明的定位 方法當出現多個觸摸點時，在紅外接收模塊上檢測到多個遮擋位置，根據兩個方向上的紅 外發射模塊建立多條遮擋線段，並能計算出多於實際觸摸物個數的觸摸點，即出現了「鬼 點」，這個跟傳統的紅外觸摸技術類似。所以在圖中增加一個紅外發射模塊為第三紅外發射 模塊106，該紅外發射模塊所發射的紅外信號需要覆蓋所有紅外接收模塊即第一紅外接收 模塊101、第二紅外接收模塊102和第三紅外接收模塊103，如果採用單只紅外發射管，那 麼第三紅外發射模塊106的紅外發射管的角度必須是180度，或者採用光學處理(如透鏡 等)將其發射角度擴展到180度，或採用上述提到的以多個小角度紅外發射管成弧度擺放， 以達到擴展角度的目的。圖中702、704是兩個觸摸點，在觸控螢幕掃描過程中，當第一紅外發射模塊104發射 紅外信號時，第二紅外接收模塊102和第三紅外接收模塊103檢測接收紅外信號，分別在 1041、1042處檢測到紅外信號被遮擋，建立第一紅外發射模塊104至1041和1042的兩條線 段L1，L2;當第二紅外發射模塊105發射紅外信號時，第一紅外接收模塊101、第二紅外接收 模塊102檢測接收紅外信號，分別在1051、1052處檢測到紅外信號被遮擋，建立第二紅外發 射模塊105至1051和1052的兩條線段L3，L4，當第三紅外發射模塊106發射紅外信號時， 第一紅外接收模塊101、第二紅外接收模塊102和第三紅外接收模塊103檢測接收紅外信 號，分別在1061、1062處檢測到紅外信號被遮擋，建立第三紅外發射模塊106至1061、1062 的兩條線段L5、L6，根據本發明的定位方法，計算線段Li、L2與線段L3、L4間的交點，分別 得到701、702、703、704，再根據第三個紅外發射模塊106所產生的遮擋線段L5、L6判斷，只有702、704分別在這兩條線段上，最終判定真正的觸摸點為702、704。在本計算方法中，也可根據線段Li、L2、L3、L4與線段L5、L6間的交點，分別得到最多8個交點，真實的觸摸點 一定可以擋住各個方向上發射的紅外信號，在所有方向上的產生線段都相交在同一個點上 時，該交點即為實際的觸摸點，在圖7中，只有702、704分別是三條線段的交點。所以可以 排除其他6個「鬼點」。其中第三個紅外發射模塊106的位置還可以選擇其他邊上任一位置，可放置在左 上角或右上角，在這種方案中，必須在四周都放置紅外接收模塊，以接收所有角度上發射的 紅外信號，在坐標計算中不會出現「鬼點」，多點觸摸的使用更加可靠。本發明的觸控螢幕定位裝置利用少量的紅外發射模塊，及周邊的紅外接收模塊組成 了紅外掃描網絡，通過建立紅外發射模塊至遮擋位置組成的多個線段，計算不同紅外發射 模塊建立的線段的交點來獲取觸摸物坐標，方便實現單點觸摸技術，也可通過軟體跟蹤處 理的方法實現多點觸摸，也可通過增加至少一個紅外發射模塊而實現真多點觸摸技術，結 構簡單，響應速度快且可靠性高。參見圖7所示，是本發明的觸控螢幕定位裝置的定位方法的流程示意圖，如圖所示， 本發明的定位方法包括步驟；SlOl 啟動一次紅外掃描，記錄當前狀態下的每次紅外接收管所檢測到的信號強 度值，具體是啟動第一紅外發射模塊，檢測其覆蓋範圍內所有紅外接收模塊所接收的紅外信 號，並記錄；啟動第二紅外發射模塊，檢測其覆蓋範圍內所有紅外接收模塊所接收的紅外信 號，並記錄；S102:啟動第一紅外發射模塊，檢測其覆蓋範圍內所有紅外接收模塊所接收的紅 外信號，檢測是否有信號被遮擋，記錄遮擋位置，建立發射模塊位置到一個或多個所述遮擋 位置的線段Lli ；S103:啟動第二紅外發射模塊，檢測其覆蓋範圍內所有紅外接收模塊所接收的紅 外信號，檢測是否有信號被遮擋，記錄遮擋位置，建立發射模塊位置到一個或多個所述遮擋 位置的線段L2k;S104 若S102和S103中都檢測到有遮擋，計算所述線段Lli與L2k的交點，即是 實際的觸摸物坐標，發送至主機設備；S105 跳轉至S102重新檢測；其中，S102和S103可以交換順序進行，也可以同時進行。檢測是否有信號被遮擋 的方法是將當前檢測的紅外信號值與SlOl中記錄的對應的檢測值對比，若當前檢測值小 於一定的閾值則判斷為有遮擋。
權利要求
一種紅外觸控螢幕定位裝置，包括設置在觸控螢幕(1)上的紅外發射模塊、紅外接收模塊和用於控制紅外發射模塊、紅外接收模塊工作的主控制模塊，其特徵在於所述紅外發射模塊分布在觸控螢幕(1)的角落或邊緣，至少以兩個方向發射紅外信號，並覆蓋到所有的紅外接收模塊；所述紅外接收模塊分布在觸控螢幕(1)的至少三個邊上，用以檢測紅外發射模塊所發射的紅外信號；所述紅外發射模塊、紅外接收模塊同步工作；所述主控制模塊設有對外的通訊接口，主控制模塊完成所有的紅外掃描過程，以及發送觸摸數據至主機設備。
2.根據權利要求1所述的紅外觸控螢幕定位裝置，其特徵在於所述主控制模塊與紅外 接收模塊和紅外發射模塊直接相連。
3.根據權利要求1所述的紅外觸控螢幕定位裝置，其特徵在於所述主控制模塊與紅外 接收模塊和紅外發射模塊通過安裝在紅外發射模塊和接收接收模塊上的控制器相連。
4.根據權利要求1所述的紅外觸控螢幕定位裝置，其特徵在於所述紅外發射模塊包括 分布在觸控螢幕(1)的一邊兩個角落的第一紅外發射模塊(104)和第二紅外發射模塊(105)， 紅外接收模塊分布在觸控螢幕(1)的另外三個邊上的第一紅外接收模塊(101)、第二紅外接 收模塊(102)和第三紅外接收模塊(103)，第一紅外發射模塊(104)發射的紅外信號由第二 紅外接收模塊(102)和第三紅外接收模塊(103)檢測接收，第二紅外發射模塊(105)發射 的紅外信號由第一紅外接收模塊(101)、第二紅外接收模塊(102)檢測接收。
5.根據權利要求4所述的紅外觸控螢幕定位裝置，其特徵在於所述第一紅外發射模塊(104)和第二紅外發射模塊(105)分別由單個發射角度大於90度的紅外發射管或N個發 射角度大於90/N的發射管及其驅動電路組成。
6.根據權利要求1所述的紅外觸控螢幕定位裝置，其特徵在於所述紅外發射模塊包括 分布在觸控螢幕(1)的一邊及該邊兩個角落的第一紅外發射模塊(104)、第二紅外發射模塊(105)和第三紅外發射模塊(106)，紅外接收模塊分布在觸控螢幕(1)的另外三個邊上的第一 紅外接收模塊(101)、第二紅外接收模塊(102)和第三紅外接收模塊(103)，第一紅外發射 模塊(104)發射的紅外信號由第二紅外接收模塊(102)和第三紅外接收模塊(103)檢測接 收，第二紅外發射模塊(105)發射的紅外信號由第一紅外接收模塊(101)、第二紅外接收模 塊(102)檢測接收，第三紅外發射模塊(106)發射的紅外信號由第一紅外接收模塊(101)、 第二紅外接收模塊(102)和第三紅外接收模塊(103)檢測接收。
7.根據權利要求6所述的紅外觸控螢幕定位裝置，其特徵在於所述第一紅外發射模塊 (104)和第二紅外發射模塊(105)分別由單個發射角度大於90度的紅外發射管或N個發射 角度大於90/N的發射管及其驅動電路組成，所述第三紅外發射模塊(106)由單個發射角度 為180度的紅外發射管或N個發射角度大於180/N的紅外發射管及其驅動電路組成。
8.一種根據權利要求1所述的紅外觸控螢幕定位裝置的定位方法，其特徵在於啟動紅 外掃描；建立紅外發射模塊至遮擋位置組成的多個線段；計算不同紅外發射模塊建立的線 段的交點來獲取觸摸物坐標。
9.根據權利要求8所述的紅外觸控螢幕定位裝置的定位方法，其特徵在於包括下列步驟步驟1 啟動第一紅外發射模塊，檢測其覆蓋範圍內所有紅外接收模塊所接收的紅外 信號，並記錄；啟動第二紅外發射模塊，檢測其覆蓋範圍內所有紅外接收模塊所接收的紅外 信號，並記錄；步驟2 啟動第一紅外發射模塊，檢測其覆蓋範圍內所有紅外接收模塊所接收的紅外 信號，檢測是否有信號被遮擋，記錄遮擋位置，建立發射模塊位置到一個或多個所述遮擋位 置的線段Lli ；步驟3:啟動第二紅外發射模塊，檢測其覆蓋範圍內所有紅外接收模塊所接收的紅外 信號，檢測是否有信號被遮擋，記錄遮擋位置，建立發射模塊位置到一個或多個所述遮擋位 置的線段L2k;步驟4 若步驟2和步驟3中都檢測到有遮擋，計算所述線段Lli與L2k的交點，即是 實際的觸摸物坐標，發送至主機設備；步驟5 跳轉至步驟2重新檢測；其中，步驟2和步驟3可以交換順序進行，也可以同時進行，檢測是否有信號被遮擋的 方法是將當前檢測的紅外信號值與步驟1中記錄的對應的檢測值對比，若當前檢測值小於 一定的閾值則判斷為有遮擋。
全文摘要
本發明涉及紅外觸控螢幕定位裝置及定位方法。紅外觸控螢幕定位裝置，包括設置在觸控螢幕上的紅外發射模塊、紅外接收模塊和用於控制紅外發射模塊、紅外接收模塊工作的主控制模塊以及主機設備，所述紅外發射模塊分布在觸控螢幕的角落或邊緣，至少以兩個方向發射紅外信號，並覆蓋到所有的紅外接收模塊；所述紅外接收模塊分布在觸控螢幕的至少三個邊上，用以檢測紅外發射模塊所發射的紅外信號；所述紅外發射模塊、紅外接收模塊同步工作；所述主控制模塊設有對外的通訊接口，主控制模塊完成所有的紅外掃描過程，以及發送觸摸數據至主機設備；本發明通過建立紅外發射模塊至遮擋位置組成的多個線段；計算不同紅外發射模塊建立的線段的交點來獲取觸摸物坐標。
文檔編號G06F3/042GK101968699SQ20101025364
公開日2011年2月9日 申請日期2010年8月13日 優先權日2010年8月13日
發明者徐響林 申請人:廣東威創視訊科技股份有限公司