一种光学多点触控装置及触控框的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种光学多点触控装置及触控框，光学多点触控装置包括四个摄像头模组、背景光源发光组件、主板和三个从板；主板的主控电路，控制背景光源发光组件；通过主板的第一摄像头模组控制电路控制第一摄像头模组；还与第二和第四摄像头模组控制电路通信，进而控制第二和第四摄像头模组；通过第一从板和第二从板的第一和第二摄像头模组控制电路与第三摄像头模组控制电路通信，进而控制第三摄像头模组；并根据各个摄像头模组采集的图像，获得触摸物的位置，通过触摸物的位置来获得屏幕坐标；将获得的屏幕坐标发送给与其相连的上位机。本实用新型的触控框应用于所述光学多点触控装置。本实用新型简化了光学多点触控装置的结构和处理过程。
【专利说明】一种光学多点触控装置及触控框
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及触控技术，特别涉及一种光学多点触控装置及触控框。
【背景技术】
[0002]目前，市场上的光学式多点触控装置为了提供4点(含)的触控操作，通常采用四个摄像头模组(每个摄像头模组包括光学传感器和镜头模组)来实现。摄像头模组中的光学传感器可以为线阵传感器或者面阵传感器，但因为线阵传感器在大尺寸(超过60英寸)下，对结构强度要求非常高，量产可靠性较差，因此通常采用面阵传感器。其机械结构和电路结构分别参见图1和图2。
[0003]如图1所示，现有技术的光学式多点触控装置，包括分别安装在屏幕左上、右上、左下、右下的四个摄像头模组101-104、主控板105、与四个摄像头模组对应相连，且均与主控板105相连的四个接口板106-109。在每个摄像头模组安装的位置分别对应配置了光源，四个摄像头模组对应的光源及安装在屏幕四边回归反射条带110-113组成的背景光源发光组件构造出一个背景光源。另外，主控板105还与各个摄像头模组对应的光源及一个上位机100相连。
[0004]如图2所示，现有技术的光学式多点触控装置的电路包括:设置在主控板上的主控电路201、分别设置在四个接口板上的第一-第四接口板电路202-205。其中，每个接口板电路202-205分别对应连接一个摄像头模组中的光学传感器206-209。主控电路201还与上位机200和各个摄像头模组对应的光源(图2中未示出)相连。
[0005]通常，现有技术中主控电路201及四个接口板电路202-205中，均采用DSP及外围电路来实现。其基本工作过程如图3所示，包括:
[0006]步骤301、主控电路控制四个摄像头模组对应的光源发光，在屏幕前构造出一个背景光源，并控制四个光学传感器开启。
[0007]步骤302、四个光学传感器开启后，按相同的时序，分别将采集的图像发送给对应的接口板电路。
[0008]步骤303、各个接口板电路中的DSP分别对图像进行初步处理，获得一维的图像信息发送给主控电路。
[0009]步骤304、主控电路对各个接口板电路发送来的一维的图像信息进行数据处理，获得一个或多个触摸物的位置，并通过各个触摸物的位置来计算各个触摸物的屏幕坐标。
[0010]步骤305、主控电路将计算出的各个触摸物的屏幕坐标发送给上位机，从而实现一点或多点触摸控制。
[0011]可见，现有技术的光学式多点触控装置存在如下缺陷:
[0012]1、采用一个主控板连接四个接口板的安装结构比较复杂，很难集成到屏幕边框中，不便于拆装。
[0013]2、由于四个接口板电路都是将一维图像信息初步处理后的极少量数据发给主控电路进行处理，一旦主控电路处理数据时发现某个接口板电路发送的数据不够充分，需要向接口板电路反馈，接口板电路再重新采集图像数据，再获得一维图像信息后再返回给主控电路,这样处理复杂。
【发明内容】
[0014]有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种光学多点触控装置及触控框，以降低光学式多点触控装置的结构复杂度。
[0015]为达到上述目的，本实用新型实施例公开了一种光学多点触控装置，包括四个摄像头模组、背景光源发光组件，还包括一个主板和三个从板；
[0016]所述主板包括主控电路和与之相连的第一摄像头模组控制电路、第一从板包括第二摄像头模组控制电路、第二从板包括第三摄像头模组控制电路、第三从板包括第三摄像头模组控制电路；
[0017]所述主板的第一摄像头模组控制电路与第一摄像头模组相连；第一从板的第二摄像头模组控制电路与第二摄像头模组相连；第二从板的第三摄像头模组控制电路与第三摄像头模组相连；第三从板的第四摄像头模组控制电路与第四摄像头模组相连；
[0018]所述主板的第一摄像头模组控制电路还与第一从板的第二摄像头模组控制电路和第三从板的第四摄像头模组控制电路分别相连；
[0019]其中，所述第一摄像头模组控制电路将第一摄像头模组采集的图像、从第二摄像头模组控制电路和第四摄像头模组控制电路接收的图像转发给主控电路；所述从第二摄像头模组控制电路接收的图像包括:第二摄像头模组采集的图像和第三摄像头模组控制电路转发的第三摄像头模组采集的图像；所述从第四摄像头模组控制电路接收的图像为第四摄像头模组采集的图像；
[0020]所述主控电路，控制背景光源发光组件发光；通过第一摄像头模组控制电路控制第一摄像头模组；通过第一摄像头模组控制电路与第二和第四摄像头模组控制电路通信，进而控制第二和第四摄像头模组；通过第一和第二摄像头模组控制电路与第三摄像头模组控制电路通信，进而控制第三摄像头模组；并根据各个摄像头模组采集的图像，获得一个或多个触摸物的位置，通过触摸物的位置来获得一个或多个屏幕坐标；将获得的一个或多个屏幕坐标发送给与其相连的上位机。
[0021]较佳地，所述第一摄像头模组控制电路、第二摄像头模组控制电路、第三摄像头模组控制电路和第四摄像头模组控制电路均由可编程逻辑门阵列FPGA电路实现，其中，所述第一摄像头模组控制电路的FPGA电路通过两个LVDS串行I/O 口分别与第二摄像头模组控制电路的FPGA电路和第四摄像头模组控制电路的FPGA电路进行通信；第二摄像头模组控制电路的FPGA电路也通过LVDS串行I/O 口与第三摄像头模组控制电路进行通信。
[0022]较佳地，所述的四个摄像头模组分别安装在屏幕的左上、右上、右下和左下；所述背景光源发光组件包括:分别与四个摄像头模组对应的四个光源及安装在屏幕四边的反光条；所述主控电路与所述四个光源相连。
[0023]较佳地，所述的每个摄像头模组包括:光学传感器和镜头；所述光学多点触控装置还包括四个模组外壳；每个模组外壳都具有使光源、光学传感器和镜头外露的孔，和用于安装连接线的孔；所述主板、第一摄像头模组和对应的第一光源固定在第一模组外壳内；所述第一从板、第二摄像头模组和对应的第二光源固定在第二模组外壳内；所述第二从板、第三摄像头模组和对应的第三光源固定在第三模组外壳内；所述第三从板、第四摄像头模组和对应的第四光源固定在第三模组外壳内。
[0024]较佳地，所述主板、和三个从板具有预留的接线端子，各个接线端子安装于所述各个模组外壳上用于安装连接线的孔的位置。
[0025]较佳地，所述主控电路通过HID USB或者RS232接口与上位机通信。
[0026]本实用新型还公开了一种触控框，应用于上述的光学多点触控装置，包括:与屏幕形状和尺寸匹配的边框框架、设置在边框框架的左上、右上、右下和左下的四个模组外壳；
[0027]所述边框框架由四条单独的边框组装实现，单独的边框采用中空结构，用于安装相邻模组外壳之间的连接线；
[0028]所述第一模组外壳用于安装主板、第一摄像头模组及对应的光源；所述第二模组外壳用于安装第一从板、第二摄像头模组及对应的光源；所述第三模组外壳用于安装第二从板、第三摄像头模组及对应的光源；所述第四模组外壳用于安装第三从板、第四摄像头模组及对应的光源。
[0029]较佳地，所述的每个摄像头模组包括:光学传感器和镜头；每个模组外壳都具有使光源、光学传感器和镜头外露的孔，和用于安装连接线的孔。
[0030]较佳地，所述主板、和三个从板具有预留的接线端子，各个接线端子安装于所述各个模组外壳上用于安装连接线的孔的位置。
[0031]由上述的技术方案可见，本实用新型实施例的光学多点触控装置及触控框，针对包括4个摄像头模组的情况，采用了一个主板和三个从板的安装结构，简化了光学多点触控装置的结构。同时，由于本实用新型中的主控电路是根据各个摄像头模组采集的图像，来实现触控，简化了各个摄像头模组控制电路的数据处理，使得当出现数据错误时，无需再向从板反馈，简化了处理过程。另外，本实用新型实施例的触控框，将主板或从板和摄像头模组及对应的光源集成在模组外壳内，由四个单独的采用中空结构边框组装边框框架，中空结构用于安装相邻模组外壳之间的连接线。这样的触控框结构实现了简易拆装。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1为现有技术的光学式多点触控装置的机械结构示意图；
[0034]图2为现有技术的光学式多点触控装置的电路结构示意图；
[0035]图3现有技术的光学式多点触控装置，实现触摸控制的基本流程图；
[0036]图4为本实用新型一个较佳实施例的光学式多点触控装置的机械结构示意图；
[0037]图5为图4所示实施例的光学式多点触控装置的电路结构示意图；
[0038]图6为本实用新型一较佳实施例的触控框的结构示意图。
【具体实施方式】
[0039]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0040]本实用新型提供了一种光学式多点触控装置，针对包括4个摄像头模组的情况，采用了一个主板和三个从板的安装结构。如图4所示，本实用新型一较佳实施例的光学式多点触控装置，包括:四个摄像头模组401-403、背景光源发光组件(本实施例中包括分别与四个摄像头模组对应的四个光源及四个反光条，图1中仅示出反光条)、一个主板405和三个从板406-408。其中，四个摄像头模组401-403安装在屏幕的左上、右上、右下和左下四角。四个反光条409-412分别安装在屏幕四边。主板405连接一上位机400，并与第一从板406和第三从板408分别相连。第一从板406与第二从板407相连。本实施例中的每个摄像头模组均包括:光学传感器和镜头。
[0041]如图5所示，本实施例的光学式多点触控装置中，主板510包括主控电路511和与之相连的第一摄像头模组控制电路512、第一从板520包括第二摄像头模组控制电路521、第二从板530包括第三摄像头模组控制电路531、第三从板540包括第三摄像头模组控制电路 541。
[0042]所述主板510的第一摄像头模组控制电路512与第一摄像头模组550相连，本实施例中可以与第一光学传感器551相连。
[0043]第一从板520的第二摄像头模组控制电路521与第二摄像头模组560相连，本实施例中可以与第二光学传感器561相连。
[0044]第二从板530的第三摄像头模组控制电路531与第三摄像头模组570相连，本实施例中可以与第三光学传感器571相连。
[0045]第三从板540的第四摄像头模组控制电路541与第四摄像头模组580相连，本实施例中可以与第四光学传感器581相连。
[0046]如图5所示，主板510的第一摄像头模组控制电路512还与第一从板520的第二摄像头模组控制电路521和第三从板540的第四摄像头模组控制电路541分别相连。
[0047]另外，本实施例中背景光源发光组件中与四个摄像头模组对应的四个光源也与主控电路511相连(图5中未示出)。
[0048]其中，所述第一摄像头模组控制电路512将第一摄像头模组550采集的图像(本实施例中可以是第一光学传感器551采集的图像)、从第二摄像头模组控制电路520和第四摄像头模组控制电路540接收的图像转发给主控电路511。
[0049]所述从第二摄像头模组控制电路520接收的图像包括:第二摄像头模组560采集的图像(本实施例中可以是第二光学传感器561采集的图像)和第三摄像头模组控制电路531转发的第三摄像头模组570采集的图像(本实施例中可以是第三光学传感器571采集的图像)。所述从第四摄像头模组控制电路541接收的图像为第四摄像头模组580采集的图像(本实施例中可以是第四光学传感器581采集的图像)。
[0050]所述主控电路511控制背景光源发光组件中的光源发光；通过第一摄像头模组控制电路512控制第一摄像头模组550。通过第一摄像头模组控制电路512与第二和第四摄像头模组控制电路521、541通信，进而控制第二和第四摄像头模组560、580.通过第一和第二摄像头模组控制电路520、530与第三摄像头模组控制电路531通信，进而控制第三摄像头模组570。本根据各个摄像头模组550-580采集的图像，获得一个或多个触摸物的位置，通过触摸物的位置来获得一个或多个屏幕坐标；将获得的一个或多个屏幕坐标发送给与其相连的上位机550。
[0051]本实施例中，所述第一摄像头模组控制电路512、第二摄像头模组控制电路521、第三摄像头模组控制电路531和第四摄像头模组控制电路541均由可编程逻辑门阵列FPGA电路实现。
[0052]其中，所述第一摄像头模组控制电路的FPGA电路通过两个LVDS串行I/O 口分别与第二摄像头模组控制电路的FPGA电路和第四摄像头模组控制电路的FPGA电路进行通信；第二摄像头模组控制电路的FPGA电路也通过LVDS串行I/O 口与第三摄像头模组控制电路进行通信。
[0053]在实际应用中，本实施例的主板可以由一颗MCU (Micro Control Unit)及一颗FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片和外围电路构成。其中MCU用来实现主控电路的功能，可以选用ARM Cortex M3系列低成本MCU。FPGA可以用来实现第一摄像头模组控制电路的功能，其需要有多个支持LVDS接收/发送的1/0，以便实现与第一从板和第三从板直接的通信。一种较佳的实现方式中，选择有可以存储近10行640字节图像数据的片内存储空间，一定的可编程资源的FPGA芯片。
[0054]主板需要获得从板的图像数据，然后进行处理，获得触控点。以一图像为640个像素，120帧/秒的图像帧率为例，主控板与从板之间的速率为:640X 120X8=6.144Mbps。本实用新型支持主控板及从板之间最大距离为2米，因此这个距离下，为了实现该传输速率，主控板及从板之间采用LVDS串行数据来传输交互数据(包括主控板给从板的控制信号，及从板返回的图像数据及其他数据)。主板的FPGA与第一从板和第三从板的FPGA分别相连。
[0055]第一?第三从板的电路结构一样，主要包括一颗FPGA及外围电路以实现第二?第四摄像头模组控制电路的功能。该FPGA可以采用与主控板上FPGA —样的芯片，且其代码也基本一样，唯一差别的为1/0的配置。具体地，第一从板的FPGA需要提供一个主板与第二从板之间的交互数据直通通道。主板及从板的FPGA获得各个摄像头模组的图像数据，并通过各个数据直通通道最终送给主板中的MCU。
[0056]本实施例中，主板与各个从板之间、从板与从板之间都采用LVDS信号及串行数据总线来传递信号。为了节省LVDS驱动及译码芯片，就直接采用FPGA的1/0来实现LVDS信号的发送及接收。
[0057]本实施例中各个摄像头模组中的光学传感器都和对应的实现摄像头模组控制电路功能的FPGA相连，其控制命令都由主板的MCU下达，通过对应FPGA转发到相应的光学传感器中。
[0058]另外，本实施例中的主板MCU带USB接口，将其声明为HID (HumanInteractiveDevice)设备，可以直接与电脑相连，达到了免驱的效果，当然，也可以通过RS232接口与电脑相连。
[0059]本实施例中，由于采用了 FPGA芯片，并直接用其LVDS接口进行通信，省去了 LVDS驱动及译码芯片，降低了电路板的复杂度，也省了一定的空间，使得每一块电路板都可以达到<=10mmX100_的规格。这就为实现便于拆装的触控框提供了基础条件。
[0060]进一步地，本实施例中，可以将各个摄像头模组及与其对应的光源集成安装到模组外壳内，以实现便于拆装的触控框。
[0061]如图6所示，本实用新型提供了一种便于拆装的触控框，包括:与屏幕形状和尺寸匹配的边框框架610，边框框架的左上、右上、右下和左下四个模组外壳611-614。
[0062]本实施例中，每个模组外壳内集成了包括光学传感器和镜头的摄像头模组及与其对应的光源。且每个模组外壳都具有使光源、光学传感器和镜头外露的孔，和用于安装连接线的孔。具体地，所述主板、第一摄像头模组和对应的第一光源固定在第一模组外壳611内。该主板与一上位机600相连。所述第一从板、第二摄像头模组和对应的第二光源固定在第二模组外壳612内。所述第二从板、第三摄像头模组和对应的第三光源固定在第三模组外壳613内。所述第三从板、第四摄像头模组和对应的第四光源固定在第三模组外壳614内。
[0063]本实施例中，主板、和三个从板都可以具有预留的接线端子，各个接线端子安装于所述各个模组外壳上用于安装连接线的孔的位置。
[0064]另外，本实施例中，边框框架可以由四条单独的边框组装实现，各个单独的边框可以米用中空结构。其中，第一模组外壳611内电路与第二模组外壳612内电路及第四模组外壳614内电路的连接线621和622、第二模组外壳612内电路与第三模组外壳613内电路的连接线623可以安装在边框内。
[0065]这样，应用本实施例的触控框，运输的时候可以将该触控边框拆开为4个触控模组、3条互连线、I条USB线、4根边框。到达用户手里后，再进行简单的互连线/USB线与触控模组预留的接线端子相连，触控模组与边框相连即可组装为一个触控边框。
[0066]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包`括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0067]本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0068]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一种光学多点触控装置，包括四个摄像头模组、背景光源发光组件，其特征在于:还包括一个主板和三个从板； 所述主板包括主控电路和与之相连的第一摄像头模组控制电路、第一从板包括第二摄像头模组控制电路、第二从板包括第三摄像头模组控制电路、第三从板包括第三摄像头模组控制电路； 所述主板的第一摄像头模组控制电路与第一摄像头模组相连；第一从板的第二摄像头模组控制电路与第二摄像头模 组相连；第二从板的第三摄像头模组控制电路与第三摄像头模组相连；第三从板的第四摄像头模组控制电路与第四摄像头模组相连； 所述主板的第一摄像头模组控制电路还与第一从板的第二摄像头模组控制电路和第三从板的第四摄像头模组控制电路分别相连； 其中，所述第一摄像头模组控制电路将第一摄像头模组采集的图像、从第二摄像头模组控制电路和第四摄像头模组控制电路接收的图像转发给主控电路；所述从第二摄像头模组控制电路接收的图像包括:第二摄像头模组采集的图像和第三摄像头模组控制电路转发的第三摄像头模组采集的图像；所述从第四摄像头模组控制电路接收的图像为第四摄像头模组采集的图像； 所述主控电路，控制背景光源发光组件发光；通过第一摄像头模组控制电路控制第一摄像头模组；通过第一摄像头模组控制电路与第二和第四摄像头模组控制电路通信，进而控制第二和第四摄像头模组；通过第一和第二摄像头模组控制电路与第三摄像头模组控制电路通信，进而控制第三摄像头模组；并根据各个摄像头模组采集的图像，获得一个或多个触摸物的位置，通过触摸物的位置来获得一个或多个屏幕坐标；将获得的一个或多个屏幕坐标发送给与其相连的上位机。
2.根据权利要求1所述的光学多点触控装置，其特征在于:所述第一摄像头模组控制电路、第二摄像头模组控制电路、第三摄像头模组控制电路和第四摄像头模组控制电路均由可编程逻辑门阵列FPGA电路实现， 其中，所述第一摄像头模组控制电路的FPGA电路通过两个LVDS串行I/O 口分别与第二摄像头模组控制电路的FPGA电路和第四摄像头模组控制电路的FPGA电路进行通信；第二摄像头模组控制电路的FPGA电路也通过LVDS串行I/O 口与第三摄像头模组控制电路进行通信。
3.根据权利要求2所述的光学多点触控装置，其特征在于:所述的四个摄像头模组分别安装在屏幕的左上、右上、右下和左下；所述背景光源发光组件包括:分别与四个摄像头模组对应的四个光源及安装在屏幕四边的反光条；所述主控电路与所述四个光源相连。
4.根据权利要求3所述的光学多点触控装置，其特征在于:所述的每个摄像头模组包括:光学传感器和镜头；所述光学多点触控装置还包括四个模组外壳；每个模组外壳都具有使光源、光学传感器和镜头外露的孔，和用于安装连接线的孔； 所述主板、第一摄像头模组和对应的第一光源固定在第一模组外壳内； 所述第一从板、第二摄像头模组和对应的第二光源固定在第二模组外壳内； 所述第二从板、第三摄像头模组和对应的第三光源固定在第三模组外壳内； 所述第三从板、第四摄像头模组和对应的第四光源固定在第三模组外壳内。
5.根据权利要求4所述的光学多点触控装置，其特征在于:所述主板、和三个从板具有预留的接线端子，各个接线端子安装于所述各个模组外壳上用于安装连接线的孔的位置。
6.根据权利要求1-4任一项所述的光学多点触控装置，其特征在于:所述主控电路通过HID USB或者RS232接口与上位机通信。
7.—种触控框，应用于权利要求1所述的光学多点触控装置，其特征在于，包括:与屏幕形状和尺寸匹配的边框框架、设置在边框框架的左上、右上、右下和左下的四个模组外壳; 所述边框框架由四条单独的边框组装实现，单独的边框采用中空结构，用于安装相邻模组外壳之间的连接线； 所述第一模组外壳用于安装主 板、第一摄像头模组及对应的光源；所述第二模组外壳用于安装第一从板、第二摄像头模组及对应的光源；所述第三模组外壳用于安装第二从板、第三摄像头模组及对应的光源；所述第四模组外壳用于安装第三从板、第四摄像头模组及对应的光源。
8.根据权利要求7所述的触控框，其特征在于:所述的每个摄像头模组包括:光学传感器和镜头；每个模组外壳都具有使光源、光学传感器和镜头外露的孔，和用于安装连接线的孔。
9.根据权利要求8所述的触控框，其特征在于:所述主板、和三个从板具有预留的接线端子，各个接线端子安装于所述各个模组外壳上用于安装连接线的孔的位置。
【文档编号】G06F3/042GK203405794SQ201320333275
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年6月8日 优先权日:2013年3月25日
【发明者】李晓强, 刘耀诚 申请人:南京瓦迪电子科技有限公司