CN101930306A - 一种多点触控装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种多点触控装置及检测方法，该装置包括触控面板、至少三个红外光线发射器，设置于触控面板的至少三个角，及至少三个触控面板的边设置有红外光感应器件，每个具有红外光感应器件的触控屏的边形成感应边，且每个红外光线发射器，所发射的光线能够被两个相对的感应边所感应。通过来自每个光源的、不同斜率、不同方向的光路直线构成的交叉点来判断触控点的在屏幕上的坐标位置，这样就能够形成对触控点的准确判断，避免误判。

Description

一种多点触控装置及检测方法

技术领域

本发明涉及触控装置，准确地说是用于多点的触控装置，该装置可实现同时处理多点的控制操作。

背景技术

多点触控技术，是指利用电阻、电容、红外光或红外面激光等方式与计算机系统一起对屏幕的多个(两个以上，不包括两个)触点进行判断，并执行相应指令的一种控制技术，其目地是利用两个以上的触点代替原有的单点触控方式，多点触控不仅能完全取代单点触控，而且具有更好的人性化界面，甚至能做到鼠标和单点触控无法做到的事情。

目前，一种红外多点触控装置采用的是FTIR(Frustrated Total InternalReflection)，即受抑内全反射技术。如图1所示，由LED(发光二极管)发出的光束从触摸屏截面照向屏幕的内部并在表层之间产生反射。如果屏幕表层是空气，当入射光的角度满足一定条件时，光就会在屏幕表面完全反射。但是如果有个折射率比较高的物质(例如手指)压住丙烯酸材料面板，屏幕表面全反射的条件就会被打破，部分光束透过表面，投射到手指表面。凹凸不平的手指表面导致光束产生散射(漫反射)，散射光形成亮点，透过触摸屏后到达光电传感器，光电传感器将光信号转变为电信号，系统由此获得相应的触摸信息。

另一种方式(红外光阻断技术)所采用的光主要是红外光。图2所示为该技术一种应用的结构示意图，在该结构中，采用红外光作为入射光，屏幕四边分成对应的两个部分，一部分安装红外发射管，另一部分则设置红外接收管，红外发射管所发射的红外光被对面的红外接收管接收。当手指触摸到屏幕上时，如A点、B′点，凹凸不平的手指表面导致光束产生散射，形成亮点，通过对亮点的判断从而判断按压的位置，这种方式能够判断单点和不位于同一水平线或垂直线上的触点，但是对于同一水平线或垂直线上的点，例如A点和B点，B′点和A′点，此时A点和B点，B′点和A′点均有一个坐标是重复的，就会导致无法判断，或者出现误判。

为此，又提出了一种改进方法，就是利用A点和A′点，B点和B′点不同时触摸的特点，进行时间上的判断，从而避免误判，然而这只对A点和A′点，B点和B′点不同时触摸的时候有效果，如果发生同时触摸的情况，则无法避免误判。且对于两个以上的触控点，就是三个和三个以上触控点形成的多点触控，上述的方法显然无法实现。

专利申请200810183426.X提出了一种红外线激光多点触控装置，该申请利用激光作为光源，红外激光发射元件发射激光照射手指，产生亮点，摄像机作为红外激光接收元件接收激光，同时在液晶显示屏上安装触控面板作为触发器件，触控面板安装于液晶显示屏上，摄像机安装于液晶显示屏的背面，这样对光线照射手指所产生的亮点能够被准确地判断出。该申请的缺点是仍然要对亮点进行判断，必须同时启动设置于液晶显示屏上四个角落的红外激光发射器同时发射，才能准确判断亮点。

因此，人们又提供了另外一种新的判断方式，以避免亮点带来的缺陷，即在屏幕的上部两端设置两个摄像头，下面的两个侧边和底边都安装反光条，通过摄像头对触控点所投射到发光条上的暗条的长短和位置判断发射光的角度，通过两个摄像头所得出角度，来判定触控点的位置，这种方式不是通过亮点进行判断触控点，而是通过投射角度来判断，避免了水平线或垂直线上触控点所形成的误判，但是在同一投射线上的多个点，仍然会存在误判的问题。

还有一种方式，是通过在每个像素的对应位置设置感应器，如TMD正在利用低温多晶硅(LTPS)技术研发内嵌传感器的光感应式多点触控面板。其主要做法是在LTPS-TFT面板的每个像素中嵌入光传感器，当手指或光笔等触摸屏幕时，会遮挡部分光线，此时通过光传感器，即可感知并测算出触点位置。由于该项技术是通过在液晶面板的像素中内嵌光传感器的方式感测触控点的位置，因此可以同时检测多个触点，实现多点触控的功能，但是这对元器件的要求非常高，而且光传感器对应像素的设置，使得成本很高，特别是在判断很小面积的触控点的时候，就必须以非常小的光传感器为基础设计，因此这种方式是非常昂贵的。

发明内容

基于此，本发明首要目地是设计一种多点触控装置，该结构简单、成本低廉，便于制作及实现的。

本发明的另一个目地是提供一种多点触控装置，该装置可广泛适用于液晶及其他的触控屏。

本发明的再一个目地在于提供一种多点触控装置，该装置既能也适用于安装在任意一触控屏上，构成触控结构，且该装置对触控点的判断准确、可靠。

基于此，本发明是这样实现的：

一种多点触控装置，其特征在于该装置包括：

一触控面板，

至少三个红外光线发射器，设置于触控面板的至少三个角，及，

至少三个触控面板的边设置有红外光感应器件，每个具有红外光感应器件的触控屏的边形成感应边，

且每个红外光线发射器，所发射的光线能够被两个相对的感应边所感应。

红外光照射到红外接收元件后产生感应电流信号，经放大识别处理后送给计算机系统。

本发明的思路是：通过多条光线的照射能够确定一个平面上不同的点的坐标，但是光线的照射具有覆盖性，也就是说，一条光线照射时，前面的点会遮挡住后面的点，前面的点把后面的点覆盖住，这样就无法判断后面点的坐标。因此，对于多点的判断，必需从三个或三个以上不同的角度照射，排除遮挡的光线，才能通过光线判断触控点，也就是说多条不同斜率的直线相交可确定多个不同的触摸点。通过这个原理，本发明改变了对触控点的判断方式，将原来通过垂直和正交的两个方向的直线相交改变为由多个方向、多种斜率的直线相交检测触摸点。来自3个或4个角落或更多位置的红外光源的光线与其对边的每个红外接收元件构成直线，多个触控点对光线产生遮挡，使相应的接收元件没有感应电流，由其确定被阻断的光路直线。通过这些被阻断的来自每个光源的、不同斜率、不同方向的光路直线构成的交叉点来判断触控点的在屏幕上的坐标位置。光源的个数越多，构成的光路直线的角度区别越大，正确确定触摸点的个数就愈多。这样就能够形成对触控点的准确判断，避免误判。因此，该装置可以对多点触控进行准确地判断。

所述的红外光线发射器，可以是红外LED，或者红外激光等元件所构成的发射器，红外LED或红外激光元件所发出的光通过光学镜片，使光线在屏幕表面形成一个均匀的扇面，能均匀地照射到红外光感应器件上。

所述触控面板，其为触摸屏、透明平面体，或者可以进行平面显示的显示屏中的任意一种；在无防挂花显示屏使用时，触控面板可以包含一块透明的平面物体，以实现对无防刮花显示屏的保护。在本发明所采用的触控面板中，并不需要特定限制于触摸屏，其可以是触摸屏，显示器，或者是安装于显示器上的保护层，都能够实现触控点的判断。

所述红外光感应器件，其是一个以上红外光感应件的组合，就是说，该红外光感应器件包含有一个以上的红外光感应件，且上述红外光感应件呈并联的结构形式，当光线照射于红外光感应件时，被照射的红外光感应件产生感应电流信号，没有被光线照射的光感应件则不产生感应电流信号，形成无感应信号区域，这些电流信号经处理后得到的阻断状态信号被送往计算机处理。

上述红外光感应件，其为感光二极管、红外接收二极管，或者类似的光感元件。而且，红外光感应元件，可以按照触控屏的实际(大小、比例的)需求，进行选材和排列，以能够形成对有效触控点的判断。例如，对20英寸的触控屏，可采用单边设置100-200个光感应件的方式，设置对应的触控点判断方式。

上述的红外感应件，具有一定的接收感应角度和朝向，为使其更正确地接收到红外光源发出的光信号，其排列朝向为一个适合(即，使红外光线发射器能够均匀照射至少一个感应边上的所有红外感应件)的角度。通常情况下，一个感应边上的所有红外光感应件，其按照相同的方向和角度进行排列，对应于红外光线发射器，并并联于一起。

为了使上述红外感应件能不受干扰地工作，每个感应边上的所有红外光感应件都设置于一固定框内，红外光感应件所产生的电流信号通过检测电路对外输出。

所述的红外光线发射器，最好设置四个，设置于触控面板的四个角，每个红外光线发射器发出的光线对应两条感应边，由此，每个触控点都存在四根交叉光线，也就是说，只有存在四个光源射线交叉点时，才会认为触控点是真实存在的，否则不是，这样能够准确判断触控点，不会产生误判。

所述的红外光线发射器，每个都对应照射两个感应边，所以，四个红外光线发射器同时启动时，每条感应边都有两个红外光线发射器进行照射，由于光线照射的角度不同，势必会导致红外光感应器件上所以的红外光感应件都会被照射到，因此，红外光线发射器需要依次启动，在每个扫描周期内，每个红外光线发射器被启动一次，这样可以准确判别每个红外光线发射器照射的结果，并且减少了功耗。

考虑到效率的因素，可以对红外光线发射器进行优化启动，就是说，可以同时启动对角线上的两个红外光线发射器，同时对四个感应边上的红外光线感应件的感应情况进行判断。

在依次启动，或者优化启动红外光线发射器的情况下，还可以增加红外光线发射器的设置，以更好地判断多个触控点同时存在的情况。此时，增加的红外光线发射器虽然设置于感应边的一侧，但是依靠光线与投射的位置关系，依然可以判断触控点的位置。

每个红外光线发射器在被启动时，均被进行红外光的高频调制。接收端的红外光线感应器件产生的感应电流信号被送往一个高频谐振电路，只有当感应电流信号的频率与高频谐振电路谐振频率一致时，光感应电流信号才被检测接收，经过检波判决后，感应状态信号被送往计算机系统，这样有利于避免干扰，准确判断触控点。

每个触控点对每个红外光源的遮挡都形成一个具有一定角度的扇形区域，这些扇形区域的交集的中心，判为触摸点中心坐标。

对于特殊情况下出现的模糊触摸点，可以按动态计算进行排除或确认。

一种多点触控的检测装置，该装置包括：

一触控面板；

至少三个红外光线发射器，设置于触控面板的至少三个角；及

至少三个触控屏的边设置有红外光感应器件，每个具有红外光感应器件的触控屏的边形成感应边，且每个红外光线发射器，所发射的光线能够被两个相对的感应边所感应；

一驱动电路，驱动电路连接于红外光线发射器，对红外光线发射器的光线发射进行控制；

一检测电路，该电路连接于红外光感应器件，对红外光感应器件被光照射时所产生的感应电流进行判断，并输出到处理器；

一处理器，其将感应电流进行判断，计算触控点的位置，并根据触控点的位置执行相应的指令。

所述触控面板，至少包括一显示屏。更进一步，该触控面板，其是触摸屏、覆盖有透明平面体的显示屏的任意一种。

所述的红外光线发射器，可以是红外LED，或者红外激光元件所构成的发射器；所述的红外光线发射器，最好设置四个，设置于触控面板的四个角，每个红外光线发射器发出的光线对应两条感应边。

所述红外光感应器件，其是一个以上红外光感应件的组合，就是说，该红外光感应器件包含有一个以上的红外光感应件，且上述红外光感应件并联于处理器上；上述的红外感应件，具有一定的接收感应角度和朝向，为使其更正确地接收到红外光源发出的光信号，其排列朝向为一个适合的角度。

为了使上述红外感应件能不受干扰地工作，每个感应边上的所有红外光感应件都设置于一固定框内，红外光感应件所产生的电流信号通过检测电路对外输出；在允许的情况下，所述检测电路也可以集成于该固定框内。

一种多点触控的检测方法，其包括下述步骤：

1、启动红外光线发射器，进行扫描；

2、红外光线感应器件接收红外光的照射，并产生感应电流信号；

3、检测上述感应电流信号，并判断是否被遮挡；

4、计算无感应电流信号产生的红外光感应器件处的无感应信号区域及该区域与对应红外光线发射器所形成的扇形区域；

5、综合计算至少三个感应边的无感应电流信号产生的红外光感应器件处的无感应信号区域及该区域与对应红外光线发射器所形成的扇形区域，判断所述扇形区域的交集，并以该交集的中心点作为触控点。

所述的检测方法，在步骤1中，需要依次启动红外光线发射器，以产生无感应信号区域和扇形区域。

所述的检测方法，在步骤1中，可以优化启动红外光线发射器，即，同时启动对角线上对应的两个红外光线发射器，扫描结束，对应的红外光线感应器件产生感应电流信号后，再启动其余的红外光线发射器进行扫描。

所述的步骤2中，顺序接通被驱动红外光线发射器照射到的2个感应边的红外光线感应器件，以顺序产生感应电流信号，从而形成对无感应信号区域的计算和判断。

所述的红外光线发射器件，其红外光经高频调制后，再向外发射。

总之，本发明改变了原有的触控点判断方式，利用新的触控点的判断方式设计了一个基本的触控点判断装置，并应用到检测装置上，这样能够准确地进行多点触控的判断，且结构简单、易于实现，可广泛应用于各种显示设备上，特别是液晶、背投等显示器上。

且本发明的结构，可以将触控装置制作得较小，能够适用多种尺寸触控屏的设置，避免了以前的触控屏只能设置于20英寸以上尺寸的局限。

附图说明

图1为现有技术实施的原理图，

图2为现有技术实施的结构示意图，

图3为本发明多点触控装置实施方式一的结构示意图，

图4为图3所示实施方式触控点的判断效果图，

图5为本发明多点触控装置实施方式二的结构示意图；

图6为本发明检测装置的一种实施方式结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示，对本发明的实施做详细说明。

图3所示，为多点触控装置的一种结构方式，在该结构方式中出于描述的需要，仅仅对触摸屏、红外光发射器、感应边、红外接收元件进行描述，处理器、检测电路、驱动电路及控制电路通过现有的电路即可实现，并不需要做特别设定，故在图中不予以描述。其中，触摸屏10作为触控面板，当显示设备没有防刮花措施时，触摸屏10上部可覆盖有一透明平面体进行保护，触摸屏10也可以安装在任何显示屏幕上的。

触摸屏10的四个角安装有四个红外光发射器(简称红外光源)11，红外光发射器11倾斜设置，以能够使光线14照射到红外接收元件12所构成的感应边15上；红外发射元件沿屏幕表面发出覆盖整个屏幕的扇面光线。并且光线14被光源对面2个感应边15的红外接收元件12接收。

感应边15所构成的内部区域，为触控区域13。触控点发生在该触控区域13才有效。

其中，红外光发射器11沿着屏幕表面发射扇形光线14，覆盖整个屏幕。

红外接收元件12作为光感应器件，对光线14的照射做出反应，具体地说，光线14照射到红外接收元件12使其产生感应电流，被遮挡而没有接收红外光线14的红外接收元件12没有产生感应电流红外接收元件12具有多个，排列于一起形成感应边15，红外接收元件12并联于处理器上(图中未示)。通过每条边15中被遮挡没有感应电流的红外接收元件12与红外光发射器11(光源)之间连线构成多条不同斜率的直线，形成多个不同角度的扇形区域，计算源自4个红外光发射器11的扇形区域交集，及交集区域的几何中心，准确确定触控点的位置，如图4所示的a、b、c、d点。

红外接收元件12采用红外接收二极管，两个红外接收二极管的管脚连接于一起形成一个感应部件，连接于处理器上。

红外光发射器11在发射光线时，并不是同时发射，而是采用依次被驱动，每个被驱动的发射都形成一个覆盖整个屏幕的扇面区域，并且检测发射源11相对的两个感应边15红外接收元件12的感应状态。

图5是本发明另一个实施方式，在该方式中，采用三个红外发生器21，分别设置于触控屏20上边的两个角和左下边的角，形成三角形的照射关系，其余结构的设置，如感应边25、触控区域23和触控屏20都与图3所示方式一样，该方式中光感应器件仍为红外接收元件22的组合，红外接收元件22排列于一起，感应红外光线24的照射，在该实施中可以判断6点及6点以下多点触控的情况。

图6所示，为图3所示方式应用于检测装置时的结构示意图，从图中可以看出，在图3所示结构的基础上，增加计算机16、固定框17、驱动电路(图中未示)和检测电路(图中未示)即可实现检测装置。

驱动电路，通常和红外光发射器11设置于一起，故在图中未进行标识；同样，检测电路在制作时，通常和红外接收元件12一起设置于固定框内，也未进行标识。

在该检测装置中，通过I/O接口控制电路，用于控制检测电路对红外接收元件感应电流信号的接收，红外感应状态信号的读取，及红外光线发射器件的驱动触发。

检测过程为：

通过检测在触摸屏表面一个或多个触摸的手指或物体遮挡红外光线的情况，并通过计算确定触摸手指或物体所处的位置。每隔一个扫描周期就检测计算一次。

在一个扫描周期内的的方法：

依次驱动四个红外光发射器11；

顺序接通被驱动红外光发射器照射到的2个对边的红外接收元件12；

检测被接通的红外接收元件12的感应电流，检测电路将感应电路信号放大，调谐、检测，判断红外感应电流信号放大判决是否被遮挡，并记录判断结果；

计算无感应电流信号产生的红外光感应器件处的无感应信号区域，及该区域与对应红外光线发射器所形成的扇形区域；

由四个红外光发射器11照射所产生的扇形区域交汇形成交集，交集的几何中心点判为触摸点；

触摸点运动检测作为辅助判决方法，以确定或排除模糊伪触点。

触摸点坐标被实时传送给计算机16(即处理器)，以执行指令。

判断结束后，转而进行下一个扫描周期。

由此，可形成在多点触控的情况下，对触控点的准确判断，避免触控点的误判，有利于各种显示设备实现多点触控，特别适用于液晶和背投显示屏。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多点触控装置，其特征在于该装置包括：

一触控面板，

至少三个红外光线发射器，设置于触控面板的至少三个角，及，

至少三个触控面板的边设置有红外光感应器件，每个具有红外光感应器件的触控屏的边形成感应边，

且每个红外光线发射器，所发射的光线能够被两个相对的感应边所感应。

红外光照射到红外接收元件后产生感应电流信号，经放大识别处理后送给计算机系统。

2.如权利要求1所述的多点触控装置，其特征在于所述触控面板，其为触摸屏、透明平面体，或者可以进行平面显示的显示屏中的任意一种。

3.如权利要求1所述的多点触控装置，其特征在于所述红外光感应器件，其是一个以上红外光感应件的组合，且上述红外光感应件呈并联的结构形式。

4.如权利要求3所述的多点触控装置，其特征在于上述的红外感应件，具有一定的接收感应角度和朝向，且一个感应边上的所有红外光感应件，其按照相同的方向和角度进行排列，对应于红外光线发射器，并并联于一起。

5.一种多点触控的检测装置，该装置包括：

一触控面板；

至少三个红外光线发射器，设置于触控面板的至少三个角；及

至少三个触控屏的边设置有红外光感应器件，每个具有红外光感应器件的触控屏的边形成感应边，且每个红外光线发射器，所发射的光线能够被两个相对的感应边所感应；

一驱动电路，驱动电路连接于红外光线发射器，对红外光线发射器的光线发射进行控制；

一检测电路，该电路连接于红外光感应器件，对红外光感应器件被光照射时所产生的感应电流进行判断，并输出到处理器；

一处理器，其将感应电流进行判断，计算触控点的位置，并根据触控点的位置执行相应的指令。

6.如权利要求5所述的多点触控的检测装置，其特征在于所述触控面板，其是触摸屏、覆盖有透明平面体的显示屏的任意一种。

7.如权利要求5所述的多点触控的检测装置，其特征在于所述红外光感应器件，其是一个以上红外光感应件的组合，上述红外光感应件并联于处理器上；且上述的红外感应件，具有一定的接收感应角度和朝向，为使其更正确地接收到红外光源发出的光信号，其排列朝向为一个适合的角度。

8.如权利要求5所述的多点触控的检测装置，其特征在于每个感应边上的所有红外光感应件都设置于一固定框内，红外光感应件所产生的电流信号通过检测电路对外输出；所述检测电路也集成于该固定框内。

9.一种多点触控的检测方法，其特征在于该方法包括下述步骤：

1)、启动红外光线发射器，进行扫描；

2)、红外光线感应器件接收红外光的照射，并产生感应电流信号；

3)、检测上述感应电流信号，并判断是否被遮挡；

4)、计算无感应电流信号产生的红外光感应器件处的无感应信号区域及该区域与对应红外光线发射器所形成的扇形区域；

5)、综合计算至少三个感应边的无感应电流信号产生的红外光感应器件处的无感应信号区域及该区域与对应红外光线发射器所形成的扇形区域，判断所述扇形区域的交集，并以该交集的中心点作为触控点。

10.如权利要求9所述的多点触控的检测方法，其特征在于在步骤1)中，需要依次启动红外光线发射器，以产生无感应信号区域和扇形区域；且所述的红外光线发射器件，其红外光经高频调制后，再向外发射。

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