專利名稱：一種光學定位裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及觸摸屏的觸摸點定位技術，特別涉及一種光學定位裝置及方法。
背景技術：
目前用于觸摸屏定位的方式主要有電阻、電容、超聲波、紅外線、電磁感應、 光學攝像等方式，其中大部分的方式只能實現(xiàn)對單個觸摸點定位檢測。對于同時檢測多 個觸摸點的定位方法，效果較理想的只有光學攝像式。但目前的光學攝像式的檢測方式 只能用在背投影設備中，在其他的平板顯示設備中難以發(fā)揮作用，應用場合受到很大的 限制。近年來快速發(fā)展的互感電容式定位檢測方式得到了較廣泛的應用，通過增加觸 摸板上微電容單元引線，增加掃描檢測的次數(shù)的方法，檢測行列交叉處互電容(耦合電 容)的變化來識別多個觸摸點，該定位技術通常與液晶顯示器結合，普遍用在手機，便 攜式PC等設備上，例如蘋果公司的iphone、ipad上的觸摸定位技術就是采用這種技術。 相比其它定位方式，互感電容式定位技術具有體積薄，重量輕，電耗低等優(yōu)點，然而， 其在大型面板的制造工藝上存在較大的困難，目前只能用在小尺寸的顯示設備上，如手 機、播放器、手持式終端等，使用范圍有較大的局限性。因此，提供一種不受顯示原理限制，可用于大尺寸顯示設備，應用場合廣泛， 成本較低的光學定位裝置實為必要。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，針對大尺寸顯示設備，提供一種結構 簡單、成本較低且不影響顯示效果的光學定位裝置。本發(fā)明的另一目的在于提供一種通過上述裝置實現(xiàn)的光學定位方法。本發(fā)明的技術方案為一種光學定位裝置，包括導光板、光源組件、至少一 個光感應器和控制單元，導光板的至少一側邊設有光源組件，光感應器貼附于導光板上 并通過電極引線與控制單元連接，光感應器的感光面朝向使用者，控制單元與計算機連 接。所述控制單元包括數(shù)據處理模塊、掃描控制模塊和主控模塊，各光感應器通過 電極引線分別與數(shù)據處理模塊和掃描控制模塊連接，數(shù)據處理模塊和掃描控制模塊還分 別與主控模塊連接，主控模塊通過接口與計算機連接；其中，掃描控制模塊用于控制光感應器的工作狀態(tài)，使其選通或截止；數(shù)據處 理模塊用于讀取光感應器的輸出值，判斷信號輸出是否有變化；主控模塊用于控制掃描 控制模塊和數(shù)據處理模塊同步工作，計算觸摸點位置坐標、觸摸點形狀或觸摸點大小， 并將得到的觸摸點信息傳送至計算機。所述掃描控制模塊采用矩陣或硬件譯碼的方式，選通一個或多個光感應器接入 到數(shù)據處理模塊中，然后依次進行信號放大和濾波，進一步的將模擬信號轉換數(shù)字信號，以供主控模塊讀取。 其中，主控制模塊的微控制器如果集成了模數(shù)轉換模塊，那么數(shù)據處理模塊只 需要完成信號放大和濾波的功能。所述導光板的材料為玻璃、有機玻璃或丙烯酸樹脂等高透光材料。為了使光感應器的接收感應效果更好，所述導光板上相鄰的兩個側邊上分別設 有光源組件。所述導光板上設有多個規(guī)則形狀或非規(guī)則形狀導光槽，導光槽通過刻劃或光蝕 的方式成型于導光板上。所述光感應器為薄膜型光感應器；光感應器的尺寸大小小于或等于導光板上除 導光槽外的尺寸大小，光感應器的形狀依需求可設計為方形、圓形或其他形狀，光感應 器的數(shù)量可依據定位精度需要進行設置，光感應器的材料為紅外光敏材料；電極引線的 材料為透明導電材料；導光板上各導光槽的截面形狀為矩形、三角形或半圓形。所述光源組件包括至少一個可發(fā)射紅外光的發(fā)光元件；所述發(fā)光元件為紅外發(fā) 光的LED或燈泡等，根據實際需要，各發(fā)光元件組成線狀、點狀或點線結合的光源組 件。本光學定位裝置使用時，其工作原理是作為紅外光源的光源組件發(fā)出的紅外 光線經由導光板照射到整個導光板區(qū)域并向使用者方向出射；在沒有觸摸的初始狀況 下，光感應器的輸出值是穩(wěn)定的數(shù)值；當用戶的手指或其它觸摸物體接近導光板時，原 有的出射紅外光線會有部分光被手指或觸摸物反射回來，相應位置的光感應器的輸出值 就會發(fā)生變化，數(shù)據處理模塊讀取各個光感應器的實時輸出值和初始輸出值，并通過對 實時輸出值和初始輸出值進行比較，判斷出各光感應器所在位置是否有觸摸事件發(fā)生， 實現(xiàn)對觸摸點的準確定位；主控單元設定掃描控制模塊以一定的周期不斷地啟動各光感 應器進行掃描，同時控制數(shù)據處理模塊讀取各薄膜型光感應器的輸出值，從而實現(xiàn)對整 個顯示區(qū)域的觸摸點定位檢測。其中，由于數(shù)據處理模塊是逐個讀取光感應器的輸出 值，這樣即使有多個觸摸點同時操作，該裝置也能正確定位識別，實現(xiàn)多點觸摸。更進 一步，通過分析輸出值發(fā)生變化的薄膜型光感應器的區(qū)域分布特征，可以識別出各觸摸 物的形狀輪廓、尺寸大小等信息，實現(xiàn)更高層級的觸摸應用，例如指紋識別，物體面識 別等。通過上述裝置實現(xiàn)的一種光學定位方法，包括以下步驟(1)啟動光源組件，開啟掃描控制模塊，數(shù)據處理模塊讀取各光感應器的初始輸 出值；(2)設定掃描周期，掃描控制模塊控制排列好的各光感應器進行逐行掃描，數(shù)據 處理模塊讀取各光感應器的實時輸出值，并將實時輸出值與初始輸出值進行比較，判斷 其變化情況，當實時輸出值與初始輸出值不一致時，將其對比結果輸送至主控模塊；(3)主控模塊根據數(shù)據處理模塊的對比結果，記錄輸出值發(fā)生變化的光感應器的 位置，得到觸摸點位置，并計算觸摸點的坐標位置、形狀或大小，并將得到的觸摸點信 息送至計算機；(4)計算機根據得到的觸摸點信息，執(zhí)行相應的觸摸動作；整個掃描過程中，主控模塊控制掃描控制模塊和數(shù)據處理模塊同時動作。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有以下有益效果1、采用本光學定位裝置及方法，使用者可以直接在液晶面板及其他顯示面板上 實現(xiàn)多點觸摸，不必局限于顯示原理，其應用場合更廣泛。2、本光學定位裝置采用多個相互獨立的光感應器來檢測觸摸事件的發(fā)生，可實 現(xiàn)同時定位檢測多個觸摸點且觸摸點個數(shù)不受限制，除此之外還能感知觸摸體的形狀及 面積大小。3、本光學定位裝置通過使用帶導光槽的導光板，可有效減低干擾，提高可靠 性。同時使用薄膜型光感應器，可使整個裝置的響應速度快，觸摸定位檢測流暢無延 時。4、本光學定位裝置結構簡單，整個裝置不需要使用特殊材料及工藝，不需復雜 的安裝與調試，其成本較低。


圖1為本光學定位裝置的結構示意圖。圖2為實施例1的光學定位裝置的側面結構示意圖。圖3為實施例2的光學定位裝置的側面結構示意圖。圖4為實施例3的光學定位裝置的側面結構示意圖。圖5為本光學定位方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式 不限于此。實施例1 本實施例一種光學定位裝置，其結構如圖1所示，包括導光板1、光源組件2、 至少一個光感應器3和控制單元，導光板1的至少一側邊設有光源組件2，光感應器3貼 附于導光板1上并通過電極引線與控制單元連接，光感應器3的感光面朝向使用者，控制 單元與計算機連接。如圖1所示，控制單元包括數(shù)據處理模塊、掃描控制模塊和主控模塊，各光感 應器通過電極引線分別與數(shù)據處理模塊和掃描控制模塊連接，數(shù)據處理模塊和掃描控制 模塊還分別與主控模塊連接，主控模塊通過接口與計算機連接；其中，掃描控制模塊用于控制光感應器的工作狀態(tài)，使其選通或截止；數(shù)據處 理模塊用于讀取光感應器的輸出值，判斷信號輸出是否有變化；主控模塊用于控制掃描 控制模塊和數(shù)據處理模塊同步工作，計算觸摸點位置坐標、觸摸點形狀或觸摸點大小， 并將得到的觸摸點信息傳送至計算機。所述掃描控制模塊采用矩陣或硬件譯碼的方式，選通一個或多個光感應器接入 到數(shù)據處理模塊中，然后依次進行信號放大和濾波，進一步的將模擬信號轉換數(shù)字信 號，以供主控模塊讀取。其中，主控制模塊的微控制器如果集成了模數(shù)轉換模塊，那么數(shù)據處理模塊只 需要完成信號放大和濾波的功能。
導光板1的材料為玻璃、有機玻璃或丙烯酸樹脂等高透光材料。為了使光感應器3的接收感應效果更好，導光板1上相鄰的兩個側邊上分別設有 光源組件2。如圖2所示，導光板1上設有多個規(guī)則形狀或非規(guī)則形狀導光槽4，導光槽4通 過刻劃或光蝕的方式成型于導光板1上。光感應器3為薄膜型光感應器；光感應器3的尺寸大小小于或等于導光板1上除 導光槽4以外的尺寸大小，光感應器3的形狀依需求可設計為方形、圓形或其他形狀，光 感應器3的數(shù)量可依據定位精度需要進行設置，光感應器3的材料為紅外光敏材料，電極 引線的材料為透明導電材料。本實施例中，如圖2所示，各光感應器3設于導光板1上 各導光槽4之間的凸塊上，各光感應器3的寬度小于或等于相應凸塊的寬度，導光板1上 各導光槽4的截面形狀為矩形。光感應器3采用粘貼的方式固定在導光板上導光槽之外 部分，感光面朝向使用者，這樣可以避免光源組件2發(fā)出的光線直接照射到光感應器件 帶來干擾。實際應用中，光感應器的數(shù)量根據實際的定位精度需求來設置，而不需要每 個凸塊上都設置光感應器。光源組件2包括至少一個可發(fā)射紅外光的發(fā)光元件；發(fā)光元件為紅外發(fā)光的 LED或燈泡等，根據實際需要，各發(fā)光元件組成線狀、點狀或點線結合的光源組件。本光學定位裝置使用時，其工作原理是作為紅外光源的光源組件2發(fā)出的紅 外光線經由導光板1照射到整個導光板區(qū)域并向使用者方向出射；在沒有觸摸的初始狀 況下，光感應器3的輸出值是穩(wěn)定的數(shù)值；當用戶的手指或其它觸摸物體接近導光板 1時，原有的出射紅外光線會有部分光被手指或觸摸物反射回來，相應位置的光感應器 3的輸出值就會發(fā)生變化，數(shù)據處理模塊讀取各個光感應器3的實時輸出值和初始輸出 值，并通過對實時輸出值和初始輸出值進行比較，判斷出各光感應器3所在位置是否有 觸摸事件發(fā)生，實現(xiàn)對觸摸點的準確定位；主控單元設定掃描控制模塊以一定的周期不 斷地啟動各光感應器3進行掃描，同時控制數(shù)據處理模塊讀取各薄膜型光感應器的輸出 值，從而實現(xiàn)對整個顯示區(qū)域的觸摸點定位檢測。其中，由于數(shù)據處理模塊是逐個讀取 光感應器3的輸出值，這樣即使有多個觸摸點同時操作，該裝置也能正確定位識別，實 現(xiàn)多點觸摸。更進一步，通過分析輸出值發(fā)生變化的薄膜型光感應器的區(qū)域分布特征， 可以識別出各觸摸物的形狀輪廓、尺寸大小等信息，實現(xiàn)更高層級的觸摸應用，例如指 紋識別，物體面識別等。本光學定位裝置中，由于各個光感應器3相互獨立，數(shù)據處理模塊是逐個讀取 光感應器的輸出值，這樣即使有多個觸摸點同時操作，該裝置也能正確定位識別，實現(xiàn) 多點觸摸。在實際使用時，只需將本裝置安裝在顯示設備的表面就能將顯示設備轉變成 多點觸摸屏，實現(xiàn)多點觸摸檢測功能，基于該特點，本光學定位裝置可以得到更進一步 的應用。例如，使用手指觸摸時，通過檢測手指指紋紋線反射的光強度，把各感應器輸 出值相同或類似的值進行關聯(lián)處理可以獲取指紋影像，由此可以構建利用光的觸摸感應 原理的指紋識別系統(tǒng)；再例如，具有任意形狀的物體接近時，通過分析輸出值發(fā)生變化 的光感應器的區(qū)域分布特征可以識別出所接近物體斷面的形狀，大小等，由此可以建立 利用光的觸摸感應原理的物體面貌識別系統(tǒng)。本實施例通過上述裝置實現(xiàn)的一種光學定位方法，如圖5所示，包括以下步驟(1)啟動光源組件2，開啟掃描控制模塊，數(shù)據處理模塊讀取各光感應器3的初 始輸出值；(2)設定 掃描周期，掃描控制模塊控制排列好的各光感應器3進行逐行掃描，數(shù) 據處理模塊讀取各光感應器3的實時輸出值，并將實時輸出值與初始輸出值進行比較， 判斷其變化情況，當實時輸出值與初始輸出值不一致時，將其對比結果輸送至主控模 塊；(3)主控模塊根據數(shù)據處理模塊的對比結果，記錄輸出值發(fā)生變化的光感應器的 位置，得到觸摸點位置，并計算觸摸點的坐標位置、形狀或大小，并將得到的觸摸點信 息送至計算機；(4)計算機根據得到的觸摸點信息，執(zhí)行相應的觸摸動作；整個掃描過程中，主控模塊控制掃描控制模塊和數(shù)據處理模塊同時動作。實施例2本實施例一種光學定位裝置，與實施例1相比較，其不同之處在于導光板1上各 導光槽4的截面形狀為三角形，具體如圖3所示。實施例3本實施例一種光學定位裝置，與實施例1相比較，其不同之處在于導光板1上各 導光槽4的截面形狀為半圓形，具體如圖4所示。如上所述，便可較好地實現(xiàn)本發(fā)明，上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例，并 非用來限定本發(fā)明的實施范圍；即凡依本發(fā)明內容所作的均等變化與修飾，都為本發(fā)明 權利要求所要求保護的范圍所涵蓋。
權利要求
1.一種光學定位裝置，其特征在于，包括導光板、光源組件、至少一個光感應器和 控制單元，導光板的至少一側邊設有光源組件，光感應器貼附于導光板上并通過電極引 線與控制單元連接，光感應器的感光面朝向使用者，控制單元與計算機連接。
2.根據權利要求1所述一種光學定位裝置，其特征在于，所述控制單元包括數(shù)據處理 模塊、掃描控制模塊和主控模塊，各光感應器通過電極引線分別與數(shù)據處理模塊和掃描 控制模塊連接，數(shù)據處理模塊和掃描控制模塊還分別與主控模塊連接，主控模塊通過接 口與計算機連接；其中，掃描控制模塊用于控制光感應器的工作狀態(tài)，使其選通或截止；數(shù)據處理模 塊用于讀取光感應器的輸出值，判斷信號輸出是否有變化；主控模塊用于控制掃描控制 模塊和數(shù)據處理模塊同步工作，計算觸摸點位置坐標、觸摸點形狀或觸摸點大小，并將 得到的觸摸點信息傳送至計算機。
3.根據權利要求1所述一種光學定位裝置，其特征在于，所述導光板的材料為玻璃、 有機玻璃或丙烯酸樹脂。
4.根據權利要求1所述一種光學定位裝置，其特征在于，所述導光板上相鄰的兩個側 邊上分別設有光源組件。
5.根據權利要求1所述一種光學定位裝置，其特征在于，所述導光板上設有多個規(guī)則 形狀或非規(guī)則形狀導光槽，導光槽通過刻劃或光蝕的方式成型于導光板上。
6.根據權利要求5所述一種光學定位裝置，其特征在于，所述光感應器為薄膜型光感 應器；各光感應器設于導光板上各導光槽之間的凸塊上，各光感應器的寬度小于或等于 相應凸塊的寬度；除了光感應器與導光板的貼附固定處，光感應器的材料為紅外光敏材 料；電極引線的材料為透明導電材料；導光板上各導光槽的截面形狀為矩形、三角形或 半圓形。
7.根據權利要求1所述一種光學定位裝置，其特征在于，所述光源組件包括至少一個 可發(fā)射紅外光的發(fā)光元件；所述發(fā)光元件為紅外發(fā)光的LED或燈泡，各發(fā)光元件組成線 狀、點狀或點線結合的光源組件。
8.根據權利要求1 7任一項所述裝置實現(xiàn)的一種光學定位方法，其特征在于，包括 以下步驟(1)啟動光源組件，開啟掃描控制模塊，數(shù)據處理模塊讀取各光感應器的初始輸出值；(2)設定掃描周期，掃描控制模塊控制排列好的各光感應器進行逐行掃描，數(shù)據處理 模塊讀取各光感應器的實時輸出值，并將實時輸出值與初始輸出值進行比較，判斷其變 化情況，當實時輸出值與初始輸出值不一致時，將其對比結果輸送至主控模塊；(3)主控模塊根據數(shù)據處理模塊的對比結果，記錄輸出值發(fā)生變化的光感應器的位 置，得到觸摸點位置，并計算觸摸點的坐標位置、形狀或大小，并將得到的觸摸點信息 送至計算機；(4)計算機根據得到的觸摸點信息，執(zhí)行相應的觸摸動作；整個掃描過程中，主控模塊控制掃描控制模塊和數(shù)據處理模塊同時動作。
全文摘要
本發(fā)明公開一種光學定位裝置及方法，其裝置包括導光板、光源組件、至少一個光感應器和控制單元，導光板的至少一側邊設有光源組件，光感應器貼附于導光板上并通過電極引線與控制單元連接，光感應器的感光面朝向使用者，控制單元與計算機連接；其方法是通過掃描控制模塊控制光感應器對導光板進行掃描，數(shù)據處理模塊讀取各光感應器的初始輸出值和實時輸出值并進行比較，主控模塊得出觸摸點信息后，通過計算機執(zhí)行相應的觸摸動作。采用本光學定位裝置及方法，使用者可以直接在液晶面板及其他顯示面板上實現(xiàn)多點觸摸，不必局限于顯示原理，其應用場合更廣泛。
文檔編號G06F3/042GK102023764SQ20101060094
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權日2010年12月22日
發(fā)明者徐響林, 李軍明 申請人:廣東威創(chuàng)視訊科技股份有限公司