CN102778976A

CN102778976A - 一种触摸屏上触摸点位置的确定方法和触摸屏

Info

Publication number: CN102778976A
Application number: CN2012100263192A
Authority: CN
Inventors: 曲连杰; 郭建
Original assignee: Beijing BOE Optoelectronics Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing BOE Optoelectronics Technology Co Ltd
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2032-02-07
Also published as: CN102778976B; WO2013117100A1

Abstract

本发明公开了一种触摸屏上触摸点位置的确定方法和触摸屏，包括：触摸屏包含多边形结构的显示屏，在显示屏的任意一个边框的内表面上设置反射镜；在除设置有反射镜的边框外的其他任意两边框交点处设置图像采集单元；触摸显示屏时，根据触摸点在图像采集单元上成像的位置和通过反射镜在图像采集单元上成像的位置，确定触摸点的位置。通过本发明，除了能够解决现有各种触摸屏技术在应用尺寸的限制问题，相对于已有的双图像采集单元测量系统，减少了图像采集单元数量，结构简化，安装方便，图像采集单元的位置调试更容易。

Description

一种触摸屏上触摸点位置的确定方法和触摸屏

技术领域

本发明涉及触摸屏技术，特别是指一种触摸屏上触摸点位置的确定方法和触摸屏。

背景技术

触摸屏(Touch panel)又称为触控面板，是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连接装置，并借由液晶显示画面呈现出各种信息。

目前，触摸屏技术主要有四种方案：电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、表面声波技术触摸屏、和红外线扫描技术触摸屏。

其中，电阻技术触摸屏，简称电阻触摸屏，已从四线电阻触摸屏发展到五线电阻触摸屏，不管是四线电阻触摸屏还是五线电阻触摸屏，它们都是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘、水汽和油污，可以用任何物体来触摸，可以用来写字画画，比较适合工业控制领域及办公室内等有限数量的人使用。但是，所有电阻触摸屏共有的一个缺点是：因为复合薄膜的外层采用塑胶材料，如果用户触摸时太用力或使用锐器触摸可能会划伤整个触摸屏而导致其报废。对于五线电阻触摸屏来说，在使用限度内，划伤只会伤及触摸屏的外导电层；而对四线电阻触摸屏来说是划伤外导电层却是致命的。从检测的难度上来说，电阻触摸屏对尺寸的要求不大，但是大尺寸时，受到的伤害面积增大，更容易产生划伤等问题。

电容技术触摸屏，简称电容触摸屏，是一块四层复合玻璃屏，当用户触摸电容屏时，由于人体电场作用，使手指和工作面形成一个耦合电容，又因为工作面上接有高频信号，所以手指会吸收走一个很小的电流，这个电流分从触摸屏四个角上的电极中流出，理论上流经这四个电极的四个电流与手指到四个角的距离成比例，控制器通过对这四个电流比例的精密计算，得出触摸点的位置。但是，电容触摸屏的一个显著缺点是：用戴手套的手指或手持不导电的物体触摸时没有反应；而电容触摸屏更主要的缺点是漂移：当环境温度、湿度改变时，环境电场发生改变，会引起电容触摸屏的漂移，造成触摸点计算不准确。当触摸屏尺寸太大时，对应的电流信号衰减较为严重，而且较容易受外界的环境温度、湿度等影响产生漂移。

表面声波技术触摸屏，简称声波触摸屏，采用超声波在介质表面的传播技术，当有物体接触时，声波的能量和形状发生变化，从而感知触摸点位置，此外，表面声波还可以感知第三个方向的变化量，能承受各种高强度的触摸，适合面对公共场所的触摸屏应用。但是当屏幕尺寸太大时，由于表面声波的衰减相对较大，需要更高精度的检测，增加了成本和实现难度。

红外线扫描技术触摸屏，简称红外触摸屏，利用X、Y方向上密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸。通常，红外触摸屏在液晶显示器的前面安装一个外框，依靠藏在外框中的电路板在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触摸点的位置。但是，红外触摸屏只能承受有限的光干扰，因此在使用环境上有一定的限制。

上述各种技术的触摸屏在使用环境上都有一定的限制，同时，它们有一个共同的缺点：在触摸屏尺寸变大的过程中，制造的成本也逐渐变大，尤其是红外触摸屏；另外，上述四种触摸屏在应用到大尺寸时，由于信号在膜内传播会大幅度衰减，导致触摸点检测不精确，因此不适用于大尺寸。

现有技术还提出了将电荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)交汇测量作为一种非接触式坐标测量技术，在对空间动态目标进行坐标定位的应用显示出其独特的优越性，广泛应用于对目标的位置、尺寸等测量领域中。目前，有一种双CCD系统应用于触摸位置的判定，双CCD测量系统安装于显示屏表面，对显示方式无限制，如CRT、DLP、PDP、LCD等显示屏都可结合使用。在显示尺寸上，不管显示尺寸的大小，双CCD监测系统的硬件构成除了背光源有差异外，其他的主要功能部分都不变化，因此尺寸越大，其系统的成本优势及简洁度越突出，更适合应用于较大尺寸的触摸屏上。

但是双CCD系统也有其存在的劣势，比如由于采用双CCD，需要两套信号检测系统获得坐标位置，结构较复杂，另外，由于双CCD互相影响，因此双CCD的位置调试也比较复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种触摸屏上触摸点位置的确定方法和触摸屏，能够解决现有各种触摸屏技术在应用尺寸的限制问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种触摸屏上触摸点位置的确定方法，所述触摸屏包含多边形结构的显示屏；在所述显示屏的任意一个边框的内表面上设置反射镜；在除所述设置有反射镜的边框外的其他任意相邻两边框交点处设置一个图像采集单元；该方法还包括：

触摸所述显示屏时，根据触摸点在图像采集单元上成像的位置和通过所述反射镜在图像采集单元上成像的位置，确定所述触摸点的位置。

在所述相邻两边框组成的夹角处设置图像采集单元，包括：

将所述相邻两边框的交点与图像采集单元的透镜上的小孔对齐；

将所述相邻两边框的交点设为原点O，使所述相邻两边框中的一边框位于x轴，以垂直于x轴的方向作为y轴；所述相邻两边框的夹角为

所述透镜的中心法线与所述x轴成角度θ。所述角度θ为

该方法还包括：在所述透镜的外表面上设置红外透光片；在所述位于x轴的边框的外表面上设置红外背光源；

所述触摸点利用所述红外背光源提供的红外光线，透过所述红外透光片后在所述图像采集单元上成像、以及通过所述反射镜后透过所述红外透光片在所述图像采集单元上成像。

该方法还包括：确定所述触摸点在图像采集单元上成像的位置，包括：

所述触摸点通过所述透镜，在所述透镜的成像面成像，并由图像采集单元芯片检测成像面上的像点；

所述触摸点在成像面上的像点与所述中心法线在所述成像面上的投影点之间的距离为a₁；所述触摸点和所述触摸点在成像面上的像点之间的连线与所述中心法线成角度α。

确定所述触摸点通过所述反射镜在所述图像采集单元上成像的位置，包括：

所述触摸点通过所述反射镜后成像的像点通过所述透镜，在所述透镜的成像面上成像，并由图像采集单元芯片检测成像面上的像点；

所述触摸点通过所述反射镜在成像面上的像点与所述投影点之间的距离为a₂；所述触摸点通过所述反射镜后成像的像点和所述触摸点通过所述反射镜在成像面上的像点之间的连线与所述中心法线成角度β。

确定所述触摸点(x，y)的位置，为：

\{\begin{matrix} x = \frac{2 NL}{M + N} \\ y = \frac{2 MNL}{M + N} \end{matrix};

其中，所述

所述L为位于x轴的边框的长度；所述s为所述原点O与所述投影点之间的距离。

本发明还提供了一种触摸屏，包括平行四边形结构的显示屏、设置在所述显示屏的任意一个边框的内表面上的反射镜、和设置在除所述设置有反射镜的边框外的其他任意相邻两边框交点处的图像采集单元；

所述显示屏上的触摸点在所述图像采集单元上成像，以及通过所述反射镜在所述图像采集单元上成像；

所述图像采集单元，根据所述触摸点在所述图像采集单元上成像的位置和通过所述反射镜在所述图像采集单元上成像的位置，确定所述触摸点的位置。

所述相邻两边框的交点与所述图像采集单元的透镜上的小孔对齐；所述相邻两边框的夹角为

所述相邻两边框的交点为原点O，所述相邻两边框中的一边框位于x轴，垂直于x轴的方向为y轴；

所述透镜的中心法线与所述相邻两边框中位于x轴的边框成角度θ；所述θ为

所述触摸屏还包括：

设置在所述相邻两边框中位于x轴的边框的外表面上的红外背光源，用于为所述显示屏上的触摸点提供红外光线；

设置在所述透镜的外表面上的红外透光片，用于过滤可见光，使所述显示屏上的触摸点利用所述红外背光源提供的红外光线，透过所述红外透光片后在所述图像采集单元上成像、以及通过所述反射镜后透过所述红外透光片在所述图像采集单元上成像。

本发明触摸屏上触摸点位置的确定方法和触摸屏，对双图像采集单元系统进行了改进，仅仅需要将一个图像采集单元和一个反射镜与显示屏结合起来，就可以实现触摸屏技术。因此，本发明基于单图像采集单元的触摸屏，尺寸越大，系统的成本优势及简洁度越突出，更适合应用于较大尺寸的触摸屏上。

另外，单图像采集单元与双图像采集单元相比，减少了图像采集单元数量，结构更简化，安装方便，另外，仅一个图像采集单元测量系统，不受其他影响，因此，单图像采集单元的位置调试也更容易。

附图说明

图1为本发明触摸屏上触摸点位置的确定方法流程图；

图2为本发明触摸点测量原理图；

图3为本发明四边形触摸屏结构示意图；

图4为本发明三边形触摸屏结构示意图；

图5为本发明六边形触摸屏结构示意图。

附图标记说明：

1.显示屏；2.图像采集单元；3.反射镜；4.边框；5.边框；6.边框；7.边框；8.透镜；9.图像采集单元芯片；10.红外透光片；11.红外背光源；12.触摸点；12′.像点；13.小孔；14.像点；15.像点；16.透镜的中心法线；17.投影点。

具体实施方式

本发明触摸屏及其实现方法的基本思想是：对现有的双图像采集单元测量系统进行改进，将一个图像采集单元检测成像系统与设置有一个反射镜的显示屏结合形成触摸屏的应用系统。如此，单图像采集单元与双图像采集单元相比，结构更简化，安装方便，单图像采集单元的位置调试也更容易。

所谓的图像采集单元检测成像系统即是指图像采集单元。图像采集单元可以是CCD、也可以是互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary MetalOxide Semiconductor)。

本发明触摸屏实现方法如图1所示，包括以下步骤：

步骤101，在多边形结构的显示屏的任意一个边框的内表面上设置反射镜；并在除设置有反射镜的边框外的其他任意相邻两边框交点处设置一个图像采集单元；

步骤102，触摸显示屏时，根据触摸点在图像采集单元上成像的位置和通过反射镜在图像采集单元上成像的位置，确定触摸点的位置。

其中，设置图像采集单元的方法为：将图像采集单元所在相邻两边框的交点与图像采集单元的透镜上的小孔对齐；并使图像采集单元与相邻两边框中的其中一个边框成角度θ，具体的：将相邻两边框的交点设为原点O，使相邻两边框中的一边框相邻的边框位于x轴，以垂直于x轴的方向作为y轴(y轴与另以边框的夹角小于90度)；相邻两边框的夹角为

使图像采集单元的透镜的中心法线与x轴(即位于x轴的边框)成角度θ；较佳地，θ为

较佳地，上述多边形为四边形，更进一步地为矩形。

下面以矩形显示屏为例来具体说明触摸点的确定方法，图2所示为触摸点测量原理图，如图2所示，在显示屏1的边框4的内表面设置有一个反射镜；图像采集单元2的透镜8的小孔13与边框6和边框5的交点对齐，将交点设为原点O，使边框6和边框5中的任一边框位于x轴，例如使边框5位于x轴，将边框6所在的轴设为y轴(边框6与边框5垂直)；边框5和边框6的夹角为

(90度)；透镜8的中心法线16与x轴成角度θ(

度)。

触摸点的位置测量方式为：

一、确定触摸点12在图像采集单元2上成像的位置，具体的：

触摸点12通过透镜8，在透镜8的成像面上成像，并由图像采集单元芯片9检测触摸点12在成像面上的像点15；其中，触摸点12上的光线来自触摸屏的红外背光源11(如图3所示)。

像点15与中心法线16在成像面上的投影点17之间的距离为a₁；触摸点12和像点15之间的连线与中心法线16成角度α。

如此，能确定触摸点12在图像采集单元2上成像的位置。

二、确定触摸点12通过反射镜在图像采集单元2上成像的位置，具体的：

触摸点12通过反射镜后成像的像点12′通过透镜8，在透镜8的成像面上成像，并由图像采集单元芯片9检测触摸点12通过反射镜后在成像面上的像点14；

像点14与投影点17之间的距离为a₂；像点12′和像点14之间的连线与中心法线16成角度β。

如此，能确定触摸点12通过反射镜后在图像采集单元2上成像的位置。

其中，上述图像采集单元芯片9在检测成像面上的像点时采用如下的方式：图像采集单元2中包含一个像点分析仪，用以对像点位置进行分析，确认最清晰时像点的位置，以此来调节图像采集单元芯片9的位置，具体的，需要沿着透镜的中心法线16的方向来调节，使图像采集单元芯片9能检测到最清晰的像点。处理过程中，可以假定图像采集单元芯片9所处的位置为成像最清晰时像点所在的成像面的位置。

另外，上述通过透镜在成像面上成像应用的是透镜的小孔成像原理。

三，计算触摸点(x，y)的位置，为：

\{\begin{matrix} x = \frac{2 NL}{M + N} \\ y = \frac{2 MNL}{M + N} \end{matrix};

其中，

M = \frac{a_{1} + s \tan θ}{s - a_{1} \tan θ};

N = \frac{s \tan θ - a_{2}}{s + a_{2} \tan θ};

L为位于x轴的边框5的长度；s为原点O与投影点17之间的距离，s的值会随着图像采集单元芯片9的位置而改变。

通过上述公式可以得出，

取90度，θ取

度时，触摸点位置的计算较简单，探测的范围较广，图像采集单元检测成像系统可以探测到显示屏上的任意一个触摸点。

基于上述的触摸屏实现方法，本发明还提出了一种触摸屏，如图3所示，包括：多边形结构的显示屏1、设置于显示屏1的任意一个边框(本实施例为边框4)的内表面上的反射镜3和设置于除设置有反射镜的边框外的其他任意两边框组成的交点处的图像采集单元2，图3中为边框6和边框5的夹角。

显示屏1上的触摸点12在图像采集单元2上成像15，并通过反射镜3在图像采集单元2上成像14；图像采集单元2根据成像15的位置和成像14的位置，确定触摸点12的位置。具体的实现方法同上述触摸点的位置测量方式，此处不再赘述。

在设置图像采集单元2的位置时：将图像采集单元2所在夹角的两边框的交点(即图3中边框6和边框5的交点)与图像采集单元2的透镜8上的小孔13对齐；并且透镜8的中心法线16与两边框中与设置有反射镜3的边框相邻的边框成角度θ，在本实施例中，边框6和边框5中与边框4相邻的为边框5，则透镜8的中心法线16与边框5成角度θ，如此，就能确定图像采集单元的位置。

较佳地，

为上述两边框的夹角的角度；较佳地，

为90度，此时，触摸点位置的计算较简单，探测的范围较广，图像采集单元检测成像系统可以探测到显示屏上的任意一个触摸点。

在本发明提出的触摸屏实现方案中，由于图像采集单元检测成像系统是采用透镜的小孔成像原理，在图像采集单元上的成像时s值的变化很小，因此适用于大屏幕的触摸屏。对于其他技术实现的大屏幕的触摸屏，比如红外触摸屏，需要增加相应的红外发射和接收管，而电容和电阻以及声波触摸屏由于屏幕的尺寸增大，面临着探测精度提高的困难。

需要指出的是，由于触摸屏的应用范围很广，包括低亮度和高亮度的工作环境。随着工作环境亮度的变化，显示屏显示画面的亮度也在变化，这些外部环境光线的变化会对图像采集单元检测成像系统造成直接影响。为了排除这些外部可见光的干扰，需要结合应用基于红外的光学系统，以排除可见光对图像采集单元检测成像系统的干扰。

具体的：如图3所示，在透镜8的外表面上设置一个红外透光片10；在位于x轴的边框5的外表面上设置一个红外背光源11。触摸点12利用红外背光源11提供的红外光线，透过红外透光片10后并通过透镜8在成像面上成像、以及通过反射镜3、再透过红外透光片10后通过透镜8在成像面上成像。

因为红外光线是不可见光，不会对显示屏的显示及外部环境造成影响，同时红外光线能遵循摄像头成像原理，在图像采集单元上成像。红外透光片10允许红外光线直接通过，可见光线被过滤不能通过，对红外光线的透光率可达95％以上，对可见光的透光率为5％以下。

当触摸显示屏时，即使在黑暗的环境下，触摸点12也可被红外背光源11的红外光线“照亮”，产生反射，反射的红外光线通过红外透光片10进入透镜8并在成像面上成像，由图像采集单元芯片9检测成像面上的像点；同时，边侧的反射镜3可以将红外光反射后再次通过透镜8在成像面上成像，并由图像采集单元芯片9检测成像面上的像点。所以，不管环境光的强弱及显示屏显示内容的亮度色彩如何变化，这些可见光的反射光线均能被红外透光片10过滤掉，因此不会对图像采集单元检测成像系统产生影响。该图像采集单元可以是CCD或者CMOS。

本发明上述的方法同样适用于三边形、六边形等多边形触摸屏。如图4所示为三边形触摸屏的结构示意图；图5所示为六边形触摸屏的结构示意图。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。