一种触摸定位光电检系统及其触摸屏的制作方法

1.本实用新型涉及电子领域，具体涉及一种触摸定位光电检系统及其触摸屏。


背景技术：

2.目前，触摸屏作为最为轻松的人机交互技术已经被推向众多领域。在基于光电技术的触摸屏实现方案中，最成熟的一种是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，根据遮蔽光线的不同可以检测出指示物的具体位置，适用范围很广；但其分辨率受到红外对管数量的限制，难以做得很高，且目前公开的触摸装置需要按照显示屏尺寸对等制作；随着显示屏面积增大，其成本随之增加。不同尺寸触摸屏间的触摸装置由于尺寸固定，不能替代通用。
3.针对上述情况，现有技术cn201616089u公开了一种触摸屏及触摸系统，其包括镜头、图像传感器、触摸表面及处理单元，镜头采集触摸表面的触摸信息，并通过光纤传递给图像传感器，以在图像传感器上成像并生成图像信息，图像传感器将图像信息传输到处理单元，处理单元利用三角定位法处理来自图像传感器上的图像数据就能够得出指示物的位置。但是此现有技术在使用时存在坐标精度低、可调性差、匹配性差、通用性不方便、扫描存在盲点等诸多缺陷。具体如下：
4.1、坐标精度低：任何结构性产品由于加工误差、装配误差的原因，其设计尺寸和实际都存在一定误差，因此直接输出设计的尺寸信息来使其应用到实际制造的触屏上，导致其坐标参考无法与实际的触屏完全匹配，从而存在坐标误差；具体地，此现有技术的触摸系统中，其坐标参考为光学镜头的物镜主点作为坐标参考，其与触摸屏是互相独立的，缺乏关联性，导致其坐标的确定受限于镜头的安装位置、镜头的制造误差、镜头的装配误差等，而无论是镜头是自身制造、装配的误差，还是其实际安装位置与设计的安装位置之间存在误差，都会直接导致触摸系统读取出的触摸定位存在误差；
5.2、可调性差、容错性差：此现有技术不能进行镜头位置调整，其只能安装在预设位置，一旦调整镜头位置，则图像传感器的坐标参和对应的触摸屏之间的误差增大；
6.3、通用性不方便：其用于不同型号的触屏时，需要重新设定对应的参数信息等，导致使用较为麻烦；
7.4、识别容易出错且数据量大：此技术是通过获取触摸面上的影像信息来进行分析处理，不仅容易识别到错误的类似触摸的图像，且需要在无任何明显确定的图像中找出正确的触摸位置，数据量大，从而分析数据多且繁琐；
8.5、扫描存在盲点：即使配备光源，但是当触摸处的反射角度不在接收角度上时，会存在盲点。
9.针对上述缺陷5，现有技术cn109992164a公开了一种激光扫描触摸屏，其包括扫描触摸面上的触摸件的激光扫描装置、安装在扫描装置上并随扫描装置的激光头同步转动、同时接收被触摸件反射的光的接收头以及采集接收头接收到光后当前激光照射到触摸件的发射角度的旋转角度检测装置。这种触屏中，虽然基于光发射信号来进行触屏位置检测，
从而解决了现有触屏的受限于红外对管数量等条件/缺陷，但是此触屏中，必须要配备旋转的用作扫描的激光光源，同时反射的光必须要能准确反射到与激光头同步转动的接收头上，其对于扫描触摸面的光路的精度要求极高，导致设计要求繁多，装配要求高，且成本高。并且此现有技术中，采用码盘来进行旋转角度采集，其精度低，不适用于现有的触屏所使用的大部分场景的高精度要求。同时，此技术中虽然通过旋转扫描能够提升接收效果、提高接受率，但是其在接手上效果仍旧较差。


技术实现要素：

10.本实用新型的目的在于：提供了一种触摸定位光电检系统及其触摸屏及其触摸屏及其触摸屏，解决了
11.本实用新型采用的技术方案如下：
12.一种触摸定位光电检系统，包括扫描式光电检测器和成像式光电检测器，其中，
13.所述扫描式光电检测器包括能以旋转方式扫描触摸面的光束的光扫描机构、均能采集光扫描机构所发射的光脉冲信号的零点检测单元和第一量程定位单元、以及接收来自零点检测单元和第一量程定位单元所采集的信息且具有计时单元的第一信息处理模块；
14.所述成像式光电检测器包括用于采集触摸面图像信息的光学成像系统、能形成光斑的第二量程定位单元以及接收来自光学成像系统所采集的信息并控制光学成像系统工作状态的第二信息处理模块；所述光学成像系统包括用于采集触摸面上的光点的光学镜头以及接收来自光学镜头所采集的信息并将其发送给第二信息处理模块的图像传感器；
15.所述第一量程定位单元能形成光斑，所述第二量程定位单元能采集光扫描机构所发射的光脉冲信号并将其发送给第一信息处理模块；
16.所述第一量程定位单元和第二量程定位单元能将采集的光脉冲信号发送给第二信息处理模块；
17.第一信息处理模块和第二信息处理模块彼此信号连接。
18.进一步地，所述第一量程定位单元的中心点p1和第二量程定位单元的中心点p2的连线p1p2平行于零点检测单元的圆心o和光学镜头的物镜主点h的连线oh。
19.进一步地，所述第一信息处理模块包括第一逻辑控制与数据处理单元以及均与其信号连接的光控制模块、零点前置放大单元、第一量程前置放大单元和第二量程前置放大单元、计时器单元、p1锁存器、p2锁存器、p3锁存器、圆周锁存器、时钟单元、ram缓存单元和通讯端口；
20.计时器与时钟单元信号连接；
21.光控制模块与光扫描结构信号连接；
22.零点检测单元与零点前置放大单元信号连接；
23.第一量程定位单元与第一量程前置放大单元信号连接；
24.第二量程定位单元与第二量程前置放大单元信号连接；
25.p1锁存器、p2锁存器、p3锁存器以及圆周锁存器均与计时器单元信号连接。
26.进一步地，所述第二信息处理模块包括第二逻辑控制与数据处理单元以及均与其信号连接的前置放大单元a、前置放大单元b、曝光定时器、时钟、ram缓存单元和通讯端口；
27.所述图像传感器与第二逻辑控制与数据处理单元信号连接；
28.所述曝光定时器与时钟信号连接；
29.第一量程定位单元与前置放大单元a信号连接；
30.所述第二量程定位单元与前置放大单元b信号连接。
31.进一步地，所述光扫描机构包括发光源、马达和反射棱镜，所述马达的主轴为空心主轴，所述发光源置于主轴的一端，所述反射棱镜安装在主轴的另一端，发光源所发出的光束穿过主轴的内孔后从反射棱镜入射面射入，并从反射棱镜出射面射出进行触摸面的扫描作业。
32.进一步地，所述第一量程定位单元、第二量程定位单元和零点检测单元为以下光敏元件中的任一种：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管。
33.进一步地，所述光学镜头的透镜组合为鱼眼镜头。
34.进一步地，所述光学成像系统还包括设置在光学镜头和图像传感器之间光路上的滤光片。
35.进一步地，所述光扫描机构的光源为激光。
36.一种触摸屏，包括触摸屏本体以及触摸屏本体用定位检测系统，所述定位检测系统包括扫描式光电检测器和成像式光电检测器，其中，
37.所述扫描式光电检测器包括能以旋转方式扫描触摸面的光束的光扫描机构、均能采集光扫描机构所发射的光脉冲信号的零点检测单元和第一量程定位单元、以及接收来自零点检测单元和第一量程定位单元所采集的信息且具有计时单元的第一信息处理模块；
38.所述成像式光电检测器包括用于采集触摸面图像信息的光学成像系统、能形成光斑的第二量程定位单元以及接收来自光学成像系统所采集的信息并控制光学成像系统工作状态的第二信息处理模块；所述光学成像系统包括用于采集触摸面上的光点的光学镜头以及接收来自光学镜头所采集的信息并将其发送给第二信息处理模块的图像传感器；
39.所述第一量程定位单元能形成光斑，所述第二量程定位单元能采集光扫描机构所发射的光脉冲信号并将其发送给第一信息处理模块；
40.所述第一量程定位单元和第二量程定位单元能将采集的光脉冲信号发送给第二信息处理模块；
41.第一信息处理模块和第二信息处理模块彼此信号连接；
42.所述第一量程定位单元和第二量程定位单元分别位于触摸屏本体的一条边的两个角上。
43.进一步地，所述第一量程定位单元的中心点p1和第二量程定位单元的中心点p2的连线p1p2平行于零点检测单元的圆心o和光学镜头的物镜主点h的连线oh。
44.触摸定位的检测方法，包括如下步骤：
45.s1、扫描式光电检测器和成像式光电检测器初始化；
46.s2、光扫描机构启动，其按规定时序发射出以旋转方式扫描触摸面的光束；
47.s3、当光束过零点检测单元所在的p0点一周时，零点检测单元产生光脉冲信号，并将此信号发送给第一信息处理模块，第一信息处理模块接收此信号后，将计时器单元的数值锁存到第一信息处理模块的圆周锁存器中，同时复位计时器单元从0重新开始计时，同时将圆周锁存器中的数据存储到第一信息处理模块的ram缓存单元中，当前值就是以光扫描机构的旋转圆心转动2π的时间当量t0；
48.s4、当光束到达第一量程定位单元即p1点时，第一量程定位单元产生光脉冲信号和p1点光斑；
49.①
第一量程定位单元产生光脉冲信号给第一信息处理模块，第一信息处理模块将计时器单元中的当前值存储到p1锁存器中，并读取p1锁存器中的值到第一信息处理模块的ram缓存单元中；p1锁存器中的当前值就是光束从p0点旋转到p1点的∠p00 p1的角度的时间当量t1；
50.②
第一量程定位单元产生光脉冲信号给第二信息处理模块，第二信息处理模块启动光学成像系统：光学镜头采集具有p1点光斑的图像信息，并将其发送给图像传感器，图像传感器根据图像信息获得p1点光斑的∠p0h p1的角度点阵图，然后将∠p0h p1的角度点阵图发送给第二信息处理模块，第二信息处理模块接收此信息后将其缓存到第二信息处理模块的ram缓冲单元中；
51.s5、当光束到达第二量程定位单元即p2点时，第二量程定位单元产生光脉冲信号和p2点光斑；
52.①
第二量程定位单元产生光脉冲信号给第一信息处理模块，第一信息处理模块将计时器单元中的当前值存储到p2锁存器中，并读取p2锁存器中的值到第一信息处理模块的ram缓存单元中；p2锁存器中的当前值就是光束从p0点旋转到p2点的∠p00 p2的角度的时间当量t2；
53.②
第二量程定位单元产生光脉冲信号给第二信息处理模块，第二信息处理模块启动光学成像系统：光学镜头采集具有p2点光斑的图像信息，并将其发送给图像传感器，图像传感器根据图像信息获得p2点光斑的∠p0h p2的角度点阵图，然后将∠p0h p2的角度点阵图发送给第二信息处理模块，第二信息处理模块接收此信息后将其缓存到第二信息处理模块的ram缓冲单元中；
54.s6、检测触摸面上的指示物的位置p3点：
55.①
启动启动光学成像系统：光学镜头采集具有p3点光斑的图像信息，并将其发送给图像传感器，图像传感器根据图像信息获得p3点光斑的∠p0h p3的角度点阵图，然后将∠p0h p3的角度点阵图发送给第二信息处理模块，第二信息处理模块接收此信息后将其缓存到第二信息处理模块的ram缓冲单元中；
56.②
第二信息处理模块采集到p3点光斑时，将此信息发送给第一信息处理模块，第一信息处理模块读取即使其单元的当前值，并将当前置存储到p3锁存器中，然后读取到p3锁存器中的当前值到ram缓存单元中；此时p3锁存器中的当前值就是光束从p0点旋转到p3点的∠p00 p3的角度的时间当量t3；
57.s7、第二信息处理模块和第一信息处理模块通讯，并由第二信息处理模块或第一信息处理模块根据三角定位法确定p3点相对于p1的坐标值；
58.s8、将p3点相对于p1的坐标值与触摸面上的相对于p1极限坐标值进行比较，判断p3的坐标值是否在触摸面像素区的量程数值范围，是则为有效数值，将其发送给主机，反之丢弃数据；
59.s9、重复步骤s6～s8，追踪指示物的移动轨迹。
60.由于采用了本技术方案，本实用新型的有益效果是：
61.1.本实用新型一种触摸定位光电检系统及其触摸屏，基于所设计出的扫描式光电
检测器1和成像式光电检测器进行组合。从而既能基于成像式光电检测器的特性，来使其能应用于触摸触摸面的指示物无需特定的情况，同时又能基于扫描式光电检测器来减少需要分析的数据量，提升计算效率；
62.2.本实用新型一种触摸定位光电检系统及其触摸屏，将第一量程定位单元和第二量程定位单元安装在触摸面上，且其之间间距可知，并以第一量程定位单元所在p1点为“参考点”来进行后续的指示物的坐标测定，这样不仅因量程定位单元可以选取体积小的物体来实现光反射、减小图像采集的整体体积，还可以基于小体积的量程定位单元来减小安装误差，从而减小量程定位单元的实际安装位置与触摸屏自身的p1点之间的误差，继而提高安装精度；并且，无论实际制造出的触摸屏的尺寸如何、光学成像系统的尺寸如何等，均可以基于量程定位单元进行坐标的重新建立，其不受限于触摸屏尺寸，更不受装配精度、加工精度的影响，其可以在实际使用时，其只受限于量程定位单元的实际安装位置，从而消除了触摸屏和光学镜头加工、装配精度对于触摸面坐标精度的不利影响，有效地将触摸面的实际坐标精度仅限定于量程定位单元的安装位置上，消除不必要的尺寸精度影响，从而能获得定位精度更高的触摸定位光电检测系统；
63.3.本实用新型一种触摸定位光电检系统及其触摸屏，可以根据触摸面等实际条件来适应性安装光学镜头的位置，因为其仅需要确定量程定位单元安装准确、安装位置精度高即可，因此提高了本实用新型的适用性和容错性，提高了实际使用的便利性；
64.4.本实用新型一种触摸定位光电检系统及其触摸屏，识别准确率高、处理数据量更小：本实用新型只需读取触摸面上的光斑，无需去读取整个光学镜头视野中的所有物体，因此其识别准确率高、处理数据量小；同时其结合扫描式光电检测器，进一步地减小了数据处理量，提高了计算效率。
附图说明
65.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，本说明书附图中的各个部件的比例关系不代表实际选材设计时的比例关系，其仅仅为结构或者位置的示意图，其中：
66.图1是本实用新型的结构示意图；
67.图2是本实用新型构建的包含指示物所在点的三角关系图；
68.图3是光扫描机构的结构示意图；
69.图4是光学成像系统的结构示意图；
70.图5是第一信息处理模块原理示意图；
71.图6是第二信息处理模块原理图；
72.图7是光学镜头的物镜在触摸面所在平面上看到的p1点光斑、p2点光斑和p3点光斑的角度示意图；
73.图8是物平面与相平面对应的几何图。
74.附图中标号说明：
[0075]1‑
扫描式光电检测器，10
‑
光扫描机构，101
‑
发光源，102
‑
马达，103
‑
反射棱镜，1021
‑
主轴，1022
‑
转子，1023
‑
定子线圈；11
‑
零点检测单元，12
‑
第一量程定位单元，13
‑
第一信息处理模块；
[0076]2‑
成像式光电检测器，21
‑
光学镜头，22
‑
滤光片，23
‑
图像传感器，24
‑
第二量程定位单元，25
‑
第二信息处理模块；
[0077]3‑
指示物，4
‑
平面显示器，41
‑
图像像素区。
具体实施方式
[0078]
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即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。
[0079]
下面结合图1至图8对本实用新型作详细说明。
[0080]
实施例1
[0081]
如图1所示，本实用新型一种触摸定位光电检系统，包括扫描式光电检测器1和成像式光电检测器2，其中，
[0082]
所述扫描式光电检测器1包括能以旋转方式扫描触摸面的光束的光扫描机构10、均能采集光扫描机构10所发射的光脉冲信号的零点检测单元11和第一量程定位单元12、以及接收来自零点检测单元11和第一量程定位单元12所采集的信息且具有计时单元的第一信息处理模块13；
[0083]
所述成像式光电检测器2包括用于采集触摸面图像信息的光学成像系统、能形成光斑的第二量程定位单元24以及接收来自光学成像系统所采集的信息并控制光学成像系统工作状态的第二信息处理模块25；所述光学成像系统包括用于采集触摸面上的光点的光学镜头21以及接收来自光学镜头21所采集的信息并将其发送给第二信息处理模块25的图像传感器23；
[0084]
所述第一量程定位单元12能形成光斑，所述第二量程定位单元24能采集光扫描机构10所发射的光脉冲信号并将其发送给第一信息处理模块13；
[0085]
所述第一量程定位单元12和第二量程定位单元24能将采集的光脉冲信号发送给第二信息处理模块25；
[0086]
第一信息处理模块13和第二信息处理模块25彼此信号连接。
[0087]
第一量程定位单元和第二量程定位单元可以采用能自发光的灯，例如led灯；还可以采用表面能反射光扫描机构所发出光的装置，具体实施方式不限。后续实施例中以一量程定位单元和第二量程定位单元可以反射光扫描机构所发出光进行说明。
[0088]
光学成像系统中光学镜头21的物镜主平面、光扫描机构的光扫描面在同一检测面；基于检测面近似几何平面特性，因此光学成像系统测量各光斑点(如p1、p2、p3)在几何平面上是物镜主点h的射线弧度/角度。
[0089]
当一种触摸定位光电检系统及其触摸屏的光电检测器均为扫描式光电检测器1时，虽然数据分析量小，检测速度快，但是其触摸触摸面的指示物必须是特定的，例如触摸笔，但是使用受限、使用不便；而当一种触摸定位光电检系统及其触摸屏的光电检测器均为成像式光电检测器2时，其基于镜头视野内的光斑进行检测，从而触摸触摸面的指示物无需特定，使用方便，限制少；但是其需要对每次曝光的图片进行分析才能定位，较之光电检测器均为扫描式光电检测器1来说，数据量较大、计算较慢。
[0090]
且指示物在扫描式光电检测器1和成像式光电检测器2的检测平面上，且与扫描式光电检测器1和成像式光电检测器2形成三角关系；检测平面平行于图像像素区41显示面上。
[0091]
本实用新型基于所设计出的扫描式光电检测器1和成像式光电检测器2进行组合。从而既能基于成像式光电检测器2的特性，来使其能应用于触摸触摸面的指示物无需特定的情况，同时又能基于扫描式光电检测器1来减少需要分析的数据量，提升计算效率。
[0092]
需要对采用图像进行坐标判定的任何使用的触摸设备中，其均可以采用本实用新型所设计的触摸定位光电检测系统。具体地，将第一量程定位单元和第二量程定位单元24安装在触摸设备的图像像素区域中的预设坐标点上，例如第一量程定位单元安装在图1中的p1点处；第二量程定位单元安装在p2点处。p1p2之间长度已知，且为了便于简化计算，优选地p1点和p2点分别为图像像素区域41一侧边线的首像素点和末像素点；此时p1p2直接通过图像像素区域的长、宽等已知当量尺寸即可确定。
[0093]
(1)首先，光扫描机构10发出以圆心o进行旋转的扫描光束，从而将图1中的各点提取对应得到图2中所示的线条，其中op1、op2、op3是以圆心o移动的弧度终边，hp1、hp2、hp3是以光学镜头21的物镜主点h移动的弧度终边；为方便计算，所述第一量程定位单元12的中心点p1和第二量程定位单元24的中心点p2的连线p1p2平行于零点检测单元11的圆心o和光学镜头21的物镜主点h的连线oh，即p1p2∥oh；零点量程定位单元与光扫描机构10的光束旋转圆心0、光学镜头的物镜主点h设在同一水平线。如图2所示，光斑p1、p2、p3与光扫描机构10的圆心o、光学镜头21的物镜主点h在检测面形成关联三角形边角关系。
[0094]
(2)关于扫描式光电检测器1中：光扫描机构10发射出的光束射线以圆心o恒速旋转时，角弧度与时间的关系表示为：
[0095]
rad＝v
×
t
[0096]
式中
[0097]
rad——待测弧度
[0098]
ν——旋转速度
[0099]
t——旋转时间
[0100]
速度ν恒定，则待测弧度rad与旋转时间t成正比。
[0101]
因此，零点检测单元11、第一量程定位单元12、第二量程定位单元24、指示物3是旋转时间t的累计触发装置。光束每旋转一周，检测光束依次经过p0、p1、p2、p3点后回到p0点，零点检测单元11、第一量程定位单元12、第二量程定位单元24以及经由成像式光电检测器2将检测到指示物3的p3点光斑的信息发送给扫描式光电检测器1从而获得的光扫描到各点累计时间t依次为：t0、t1、t2、t3，t0为光束旋转一周的时间。按以下关系式计算出、p1、p2、p3相对于p0的弧度rad。
[0102]
(1)p1相对于p0的∠p0op1的弧度rad1：
[0103][0104]
(2)p2相对于p0的∠p0op2的弧度rad2：
[0105]
[0106]
(3)p3相对于p0的∠p0op3的弧度rad3：
[0107][0108]
rad1——p1点位的待计算弧度(∠p0op1)
[0109]
rad2——p2点位的待计算弧度(∠p0op2)
[0110]
rad3——p3点位的待计算弧度(∠p0op3)
[0111]
t0——光束旋转一周的累计时间t，
[0112]
t1——光束从p0点旋转到p1点的累计时间t
[0113]
t2——光束从p0点旋转到p2点的累计时间t
[0114]
t3——光束从p0点旋转到p3点(指示物3)的累计时间t。
[0115]
第一信息处理模块13的计时单元计算上述时间t，从而根据光束旋转速度，将两者相乘，即可得到p1、p2、p3相对于p0的弧度rad。
[0116]
(3)关于成像式光电检测器2中：如图2所示，在光学成像系统中，物与像具有点对点、直线对直线的共轭关系，相平面的像图是物镜视线上物体位置的缩放图，物与像是相似图，对应的相似角角度相等。因此，在光学成像系统的相平面安装的图像传感器23中的像角度与物角度对应关系为：
[0117]
(π
‑
∠p1′
h
′
o)＝∠p1ho，
[0118]
(π
‑
∠p3′
h
′
o)＝∠p3ho，
[0119]
......
[0120]
图像传感器23对相平面的光图进行光电转换成电子点阵图。点阵图则是以点阵图的h
′
原点(圆心)的单位圆，图像传感器的行列点阵光敏元件则是单位圆的横(x)纵(y)坐标刻度。第二信息处理模块25读取点阵图的编码，并查询光斑p1、p2、p3在点阵图中的p1′
、p2′
、p3′
的坐标xy值，然后根据三角函数定理计算出角∠p1ho、∠p3ho、......的弧度。
[0121]
计算出弧度后，第一信息处理模块13和第二信息处理模块25互相通讯，由第一信息处理模块13或第二信息处理模块25检测且计算出相应角∠p0op1、∠p0op2、∠p0op3、∠p1ho、∠p3ho、.....等的弧度，然后根据已知的p1p2量程当量，在根据三角定位法，即三角函数定理计算出指示物3的p3点位相对与p1点位的坐标值。
[0122]
本实用新型中，将第一量程定位单元12和第二量程定位单元24安装在触摸面上，且其之间间距可知，并以第一量程定位单元12所在p1点为“参考点”来进行后续的指示物的坐标测定，这样不仅因量程定位单元可以选取体积小的物体来实现光反射、减小图像采集的整体体积，还可以基于小体积的量程定位单元来减小安装误差，从而减小量程定位单元的实际安装位置与触摸屏自身的p1点之间的误差，继而提高安装精度；并且，无论实际制造出的触摸屏的尺寸如何、光学成像系统的尺寸如何等，均可以基于量程定位单元进行坐标的重新建立，其不受限于触摸屏尺寸，更不受装配精度、加工精度的影响，其可以在实际使用时，其只受限于量程定位单元的实际安装位置，从而消除了触摸屏和光学镜头加工、装配精度对于触摸面坐标精度的不利影响，有效地将触摸面的实际坐标精度仅限定于量程定位单元的安装位置上，消除不必要的尺寸精度影响，从而能获得定位精度更高的触摸定位光电检测系统。
[0123]
本实用新型在实际使用时，可以根据触摸面等实际条件来适应性安装光学镜头的
位置，因为其仅需要确定量程定位单元安装准确、安装位置精度高即可，因此提高了本实用新型的适用性和容错性，提高了实际使用的便利性。
[0124]
同时，本实用新型识别准确率高、处理数据量更小：本实用新型只需读取触摸面上的光斑，无需去读取整个光学镜头视野中的所有物体，因此其识别准确率高、处理数据量小；同时其结合扫描式光电检测器1，进一步地减小了数据处理量，提高了计算效率。
[0125]
由于现有技术的安装环境决定了显示器平面长、宽尺寸在投影像中会发生畸变，如梯形失真，因此其精度并不高。而本实用新型采用角度测量，即使向线段上物体叠加成一个点，但其角度是不会改变的，而角度的精度取决于成像的图象传感器部件，目前图象传感器部件的分辨率已经达到1000万像素，因此本实用新型的测量分辨可以做得非常高。
[0126]
实施例2
[0127]
如图5所示，所述第一信息处理模块13包括第一逻辑控制与数据处理单元以及均与其信号连接的光控制模块、零点前置放大单元、第一量程前置放大单元和第二量程前置放大单元、计时器单元、p1锁存器、p2锁存器、p3锁存器、圆周锁存器、时钟单元、ram缓存单元和通讯端口；
[0128]
计时器与时钟单元信号连接；
[0129]
光控制模块与光扫描结构信号连接；
[0130]
零点检测单元与零点前置放大单元信号连接；
[0131]
第一量程定位单元12与第一量程前置放大单元信号连接；
[0132]
第二量程定位单元24与第二量程前置放大单元信号连接；
[0133]
p1锁存器、p2锁存器、p3锁存器、圆周锁存器均与计时器单元信号连接。
[0134]
通讯端口包括但不限于视频信号收发单元和外设接口端。
[0135]
逻辑控制与数据处理单元是第一信息处理模块13的控制中心。时钟单元连接逻辑控制与数据处理单元，提供时序时钟。
[0136]
逻辑控制与数据处理单元连接光控制模块驱动光源发出光束并驱动其旋转。
[0137]
逻辑控制与数据处理单元连接零点前置放大单元，接收零点检测单元11的光电脉冲信号，控制圆周锁存器锁存数值。
[0138]
逻辑控制与数据处理单元连接第一前置放大单元，接收量程定位单元12的光电脉冲信号,控制p1锁存器锁存数值。逻辑控制与数据处理单元连接p1锁存器，锁存并读取p1锁存器锁存输出端的数值。
[0139]
逻辑控制与数据处理单元连接第二前置放大单元，接收量程定位单元24的光电脉冲信号,控制p2锁存器锁存数值。逻辑控制与数据处理单元连接p2锁存器。逻辑控制与数据处理单元接收第二量程定位单元24的触发信号，锁存并读取p2锁存器锁存输出端的数值。
[0140]
第一信息处理模块13的逻辑控制与数据处理单元通过通讯端口与第二信息处理模块的逻辑控制与数据处理单元信号连接，从而根据第二信息模块采集的p3点光斑信息来控制p3锁存器锁存光扫描到p3点的时间值。逻辑控制与数据处理单元连接p3锁存器，锁存并读取p3锁存器锁存输出端的数值。第二信息处理模块的曝光定时器同步触发p3锁存器数据锁存
[0141]
逻辑控制与数据处理单元连接计时器单元，计时器单元连接时钟单元，计时器单元在逻辑控制与数据处理单元的控制下对时钟单元单元的时钟脉冲累计。
[0142]
计时器单元的输出同时连接p1锁存器、p2锁存器、p3锁存器、圆周锁存器的输入端。
[0143]
逻辑控制与数据处理单元连接圆周锁存器，锁存并读取圆周锁存器锁存输出端的数值。
[0144]
其中：
[0145]
p1锁存器锁存值是光束从p0达到p1点角度的累积时间t1；
[0146]
p2锁存器锁存值是光束从p0达到p2点角度的累积时间t2；
[0147]
p3锁存器锁存值是光束从p0达到p3点角度的累积时间t3，p3点是指示物3当前位置。
[0148]
圆周锁存器锁存值是光束以圆心o，p0为零点标志旋转360
°
的累积时间t0。
[0149]
ram缓冲单元缓存逻辑控制与数据处理单元过程数据。
[0150]
逻辑控制与数据处理单元连接射频收发单元，从而与第二信息处理模块中的射频收发单元通信。
[0151]
逻辑控制与数据处理单元连接外设接口，与平面显示器的主机通信。
[0152]
如图6所示，所述第二信息处理模块25包括第二逻辑控制与数据处理单元以及均与其信号连接的前置放大单元a、前置放大单元b、曝光定时器、时钟、ram缓存单元和通讯端口；
[0153]
所述图像传感器与第二逻辑控制与数据处理单元信号连接；
[0154]
所述曝光定时器与时钟信号连接；
[0155]
第一量程定位单元12与前置放大单元a信号连接；
[0156]
所述第二量程定位单元24与前置放大单元b信号连接。
[0157]
通讯端口包括但不限于视频信号收发单元和外设接口端。
[0158]
第二信息处理模块25的逻辑控制与数据处理单元是第二信息处理模块25的控制中心。时钟提供时序时钟，连接逻辑控制与数据处理单元。
[0159]
前置放大单元a连接第一量程定位单元12，接收量程定位单元13的光电脉冲；前置放大单元a连接逻辑控制与数据处理单元，从而将光电脉冲作为触发命令由射频收发单元发送给第一信息处理模块13，实时触发p1锁存器锁存数据。
[0160]
前置放大单元b连接第二量程定位单元24，接收量程定位单元24的光电脉冲；前置放大单元b连接逻辑控制与数据处理单元，从而将光电脉冲作为触发命令由射频收发发送给第一信息处理模块13，实时触发p2锁存器锁存数据。
[0161]
逻辑控制与数据处理单元连接图像传感器，逻辑控制与数据处理连接曝光定时器。
[0162]
时钟是曝光定时器的计时脉冲，曝光定时器有规则地发出曝光脉冲。
[0163]
在曝光脉冲同步下同步处理：
[0164]
①
逻辑控制与数据处理单元控制图像传感器将相平面的光图转换成电子点阵图。
[0165]
②
逻辑控制与数据处理单元5发出锁存指令，第一信息处理模块13收到此指令，锁存相对应的p1锁存器、或p2锁存器、或p3锁存器的数值。
[0166]
逻辑控制与数据处理单元与射频收发单元4连接，第二信息处理模块的射频收发单元与第一信息处理模块13的射频收发单元通信交换数据。
[0167]
逻辑控制与数据处理与ram缓存单元连接；ram缓存单元缓存过程数据。
[0168]
本实用新型中，各个信息处理模块中相关的控制程序、电子器件都是现有技术，均可以在市场上购买到，或者基于现有技术直接获得。
[0169]
实施例3
[0170]
光扫描结构结构如下：所述光扫描机构10包括发光源101、马达102和反射棱镜103，所述马达102的主轴1021为空心主轴，所述发光源101置于主轴1021的一端，所述反射棱镜103安装在主轴1021的另一端，发光源101所发出的光束穿过主轴1021的内孔后从反射棱镜103入射面射入，并从反射棱镜103出射面射出进行触摸面的扫描作业。
[0171]
马达102驱动反射棱镜103旋转，发光源101光束射向反射棱镜103，反射光束在棱镜上以端点o跟随棱镜旋转形成光扫描，端点o即为光束旋转的圆心0；光束扫描图像像素区41平面。本实例发光源101优选地采用激光二极管，其安装在马达102的主轴中心线上，激光二极管的激光束通过主轴1021的空心射向反射棱镜103。反射棱镜103采用直角棱镜安装在主轴端部,激光束跟随反射棱镜旋转形成激光扫描。
[0172]
本实用新型中，将用于形成旋转光扫描的反射棱镜直接安装在马达102的主轴上，且在主轴设置成空心，以便于光通过，从而能获得结构更紧凑的旋转扫描式光扫描机构，使光扫描机构成一体部件，其体积小型化，安装更便捷。
[0173]
基于此光扫描结构，光控制模块包括控制光源的光源控制模块以及控制马达的马达控制模块。
[0174]
第一数据处理模块的逻辑控制与数据处理单元连接光源控制模块，光源控制模块连接发光源101，驱动光源发出光束。
[0175]
逻辑控制与数据处理单元连接马达控制模块，马达控制模块连接定子线圈，驱动马达102旋转。
[0176]
进一步地，所述第一量程定位单元12、第二量程定位单元24和零点检测单元11为以下光敏元件中的任一种：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管。
[0177]
优选地，所述光学镜头21的透镜组合为鱼眼镜头。
[0178]
光学镜头是多片透镜组合而成的圆形鱼眼镜头，其视角大于160
°
，光学镜头将投射大于160
°
视角范围的物体成像于其相平面。成像表面的光图为圆(或椭圆)形图像。本实例光学镜头采用视角为200
°
的鱼眼镜头。
[0179]
本实用新型利用鱼眼镜头能看到同一平面的物体这一特性，就可以将镜头和显示器显示面一体化安装在一个表面，扩大了触摸定位面，使得采用光学成像系统作为触摸屏特别是大触摸屏的定位检测成为可行。
[0180]
进一步地，所述光学成像系统还包括设置在光学镜头21和图像传感器23之间光路上的滤光片22。滤光片22安装在光学镜头21的底部，过滤掉扫描光束以外的光波进入图像传感器进行光电转换。
[0181]
图像传感器安装在光学镜头的相平面，光学镜头主平面、滤光片、图像传感器平面都垂直于光轴。本实例中，图像传感器采用cmos图像传感器。
[0182]
实施例4
[0183]
一种触摸屏，包括触摸屏本体以及触摸屏本体用定位检测系统，所述定位检测系统包括扫描式光电检测器1和成像式光电检测器2，其中，
[0184]
所述扫描式光电检测器1包括能以旋转方式扫描触摸面的光束的光扫描机构10、均能采集光扫描机构10所发射的光脉冲信号的零点检测单元11和第一量程定位单元12、以及接收来自零点检测单元11和第一量程定位单元12所采集的信息且具有计时单元的第一信息处理模块13；
[0185]
所述成像式光电检测器2包括用于采集触摸面图像信息的光学成像系统、用于反射光扫描机构10所发射的光的第二量程定位单元24以及接收来自光学成像系统所采集的信息并控制光学成像系统工作状态的第二信息处理模块25；所述光学成像系统包括用于采集触摸面上的光点的光学镜头21以及接收来自光学镜头21所采集的信息并将其发送给第二信息处理模块25的图像传感器23；
[0186]
所述第一量程定位单元12能反射光扫描机构10所发射的光，所述第二量程定位单元24能采集光扫描机构10所发射的光脉冲信号并将其发送给第一信息处理模块13；
[0187]
所述第一量程定位单元12和第二量程定位单元24能将采集的光脉冲信号发送给第二信息处理模块25；
[0188]
第一信息处理模块13和第二信息处理模块25彼此信号连接；
[0189]
所述第一量程定位单元12和第二量程定位单元24分别位于触摸屏本体的一条边的两个角上。
[0190]
进一步地，所述第一量程定位单元12的中心点p1和第二量程定位单元24的中心点p2的连线p1p2平行于零点检测单元11的圆心o和光学镜头的物镜主点h的连线oh。
[0191]
实施例5
[0192]
关于本实用新型的技术方案中基于光学成像系统来检测角度从而定位坐标的方案中：
[0193]
1、本实用新型采用的光学镜头的物镜具有凸透镜性质，镜头视野内的物体产生的反射光都会进入凸透镜的主平面。那么当以镜头主平面的光轴线中心为原点，则原点到物体反射光点的向线段上，角度是唯一不变的，而同一个角度的向线段上，不管多少个光点都只会叠加为一个光点再显在镜头主平面某个位置。如技术方案中图8中hp3这条向线段，光点p3在这条向线段上移动，光点角度都不会变。因此镜头主平面只知道光点的角度，而并不知道光点距离他有多远。利用镜头的这个特性，因为要基于三角定位法测量2个角，此方法中需采用2个定位点测量角度，而本实用新型中，采用扫描式光电检测器1和成像式光电检测器2组合，光学镜头通过光斑并结合图像传感器来确定坐标，继而确定主点h处的角度，光旋转角度和时间比值即可确定原点o处的角度，基于三角函数原理，从而确定p1点和p2点坐标。
[0194]
2、在光学成像系统中，物与像具有点对点、直线对直线的共轭关系，因此物镜主平面上的光图与相平面的像图是缩放关系，物与像对应的相似角角度相等。
[0195]
因此测量镜头中物体光点的角度被转换为测量相平面的相似角度了。
[0196]
3、图像传感器就是规则排列的行列光敏元件面阵，图像传感器的感应面安装在镜头的相平面上，将光图转换成电子点阵图。方法中是将图像传感器的感应面看成是以镜头光轴中线为原点的单位圆，行列排列的光敏元件的物理点位则是单位圆坐标轴上的x、y刻度。则逻辑电路读取电子点阵图，查找图中移动指示物p3光点的坐标值x、y，根据三角函数定理就能算出角度了。
[0197]
4、图像传感器能够将进入镜头的可见光都转换成电子点阵图，因此为了区别可见光的图像，方法中采用了激光照射移动物体，使产生的光斑点区别于其他光线并快速查找出来，继而提高识别准确率的同时降低数据处理量。
[0198]
综上，本实用新型基于三角定位法，即三角函数定理来定位指示物3的坐标，具体地，图8中两个光学镜头的物镜主点h、圆点o和指示物p3(如手指)就形成了三角形。p1p2是个已知的常量——显示器的驱动分辨率是硬件属性，固定不变的，通过通信协议都可以读出显示器的分辨率参数(即使读不出来，也可以手动设置)，因此基于三角函数定理，根据已知的p1p2可以得出三角形的边长ho。这个长宽分辨率就是三角形边长当量。本实用新型与显示器的实际物理尺寸无关，因为分辨率当量与显示器的实际物理尺寸没得必然关系。正因为如此，本实用新型通用于所有显示器。
[0199]
图8中，p1、p2、p3为物平面光点；p1′
、p2′
、p3′
为物平面光点p1、p2、p3依次对应在光学成像系统中的相平面光点。基于相平面坐标以及三角形相似原理，得到物镜主点h点处的角度值，基于光束旋转时间和速度的关系，得到圆点o处的角度值，而oh基于p1p2可求得，因此p1、p2、p3所组成的三角形中两角和位于两角之间的边长可知，继而可以求得另两边边长，继而确定p3相对p1的坐标。
[0200]
触摸时，因为指示物3不停地移动，指示物、物镜主点、圆点o所形成的三角形3个角的角度一直都在变化。因此的扫描式光电检测器1和成像式光电检测器2结合起来，就能连续不断地检测三角形的其中两个角的瞬时角度。基于三角函数定理，计算得出边长ho两端的角为已知量，并给予三角定位法测定指示物3所在点p3的坐标。
[0201]
本实施例中，逻辑控制与数据处理器的型号优选地为：veriloghdl硬件描述语言对fpga器件(cycloneiv_ep4e6)设计。
[0202]
触摸定位的检测方法，包括如下步骤：
[0203]
s1、扫描式光电检测器1和成像式光电检测器2初始化：
[0204]
①
启动第一信息处理模块13的计时器单元；
[0205]
②
启动第一信息处理模块13的ram缓存单元和第二信息处理模块25的ram缓存单元；
[0206]
③
第一信息处理模块13和第二信息处理模块25的信号收发端口初始化；
[0207]
④
第一信息处理模块13和第二信息处理模块25的外界端口初始化；
[0208]
⑤
第一信息处理模块13和第二信息处理模块25采集触摸面上设置有第一量程定位单元12和第二量程定位单元24的边线的量程当量，即p1p2量程当量；本实例逻辑控制与数据处理单元通过外设接口与主机通信，自动读取当前主机显示驱动像素分辨率值缓存在ram缓存单元；如：分辨率为1920(长)*1080(宽)像素，则图像像素区41长宽当量为长1920像素，宽1080像素，则p1p2＝1920像素；p1p2量程当量也可手动输入；
[0209]
⑥
图像传感器23和第二信息处理模块25的曝光定时器初始化；
[0210]
⑦
其他系统初始化；
[0211]
s2、光扫描机构10启动，其按规定时序发射出以旋转方式扫描触摸面的光束；
[0212]
s3、当光束过零点检测单元11所在的p0点一周时，零点检测单元11产生光脉冲信号，并将此信号发送给第一信息处理模块13，第一信息处理模块13接收此信号后，将计时器单元的数值锁存到第一信息处理模块13的圆周锁存器中，同时复位计时器单元从0重新开
始计时，同时将圆周锁存器中的数据存储到第一信息处理模块13的ram缓存单元中，当前值就是以光扫描机构的旋转圆心转动2π的时间当量t0；
[0213]
s4、当光束到达第一量程定位单元12即p1点时，第一量程定位单元12产生光脉冲信号和p1点光斑；
[0214]
①
第一量程定位单元12产生光脉冲信号给第一信息处理模块13，第一信息处理模块13将计时器单元中的当前值存储到p1锁存器中，并读取p1锁存器中的值到第一信息处理模块13的ram缓存单元中；p1锁存器中的当前值就是光束从p0点旋转到p1点的∠p00p1的角度的时间当量t1；
[0215]
②
第一量程定位单元12产生光脉冲信号给第二信息处理模块25，第二信息处理模块25启动光学成像系统：光学镜头采集具有p1点光斑的图像信息，并将其发送给图像传感器，图像传感器根据图像信息获得p1点光斑的∠p0h p1的角度点阵图，然后将∠p0h p1的角度点阵图发送给第二信息处理模块25，第二信息处理模块25接收此信息后将其缓存到第二信息处理模块25的ram缓冲单元中；
[0216]
s5、当光束到达第二量程定位单元24即p2点时，第二量程定位单元24产生光脉冲信号和p2点光斑；
[0217]
①
第二量程定位单元24产生光脉冲信号给第一信息处理模块13，第一信息处理模块13将计时器单元中的当前值存储到p2锁存器中，并读取p2锁存器中的值到第一信息处理模块13的ram缓存单元中；p2锁存器中的当前值就是光束从p0点旋转到p2点的∠p00 p2的角度的时间当量t2；
[0218]
②
第二量程定位单元24产生光脉冲信号给第二信息处理模块25，第二信息处理模块25启动光学成像系统：光学镜头采集具有p2点光斑的图像信息，并将其发送给图像传感器，图像传感器根据图像信息获得p2点光斑的∠p0h p2的角度点阵图，然后将∠p0h p2的角度点阵图发送给第二信息处理模块25，第二信息处理模块25接收此信息后将其缓存到第二信息处理模块25的ram缓冲单元中；
[0219]
s6、检测触摸面上的指示物的位置p3点：
[0220]
①
启动启动光学成像系统：光学镜头采集具有p3点光斑的图像信息，并将其发送给图像传感器，图像传感器根据图像信息获得p3点光斑的∠p0h p3的角度点阵图，然后将∠p0h p3的角度点阵图发送给第二信息处理模块25，第二信息处理模块25接收此信息后将其缓存到第二信息处理模块25的ram缓冲单元中；
[0221]
②
第二信息处理模块25采集到p3点光斑时，将此信息发送给第一信息处理模块13，第一信息处理模块13读取即使其单元的当前值，并将当前置存储到p3锁存器中，然后读取到p3锁存器中的当前值到ram缓存单元中；此时p3锁存器中的当前值就是光束从p0点旋转到p3点的∠p00 p3的角度的时间当量t3；
[0222]
s7、第二信息处理模块25和第一信息处理模块通讯，并由第二信息处理模块25或第一信息处理模块根据三角定位法确定p3点相对于p1的坐标值；三角定位法为现有技术。
[0223]
s8、将p3点相对于p1的坐标值与触摸面上的相对于p1极限坐标值进行比较，判断p3的坐标值是否在触摸面像素区的量程数值范围，是则为有效数值，将其发送给主机，反之丢弃数据；
[0224]
s9、重复步骤s6～s8，追踪指示物的移动轨迹。
[0225]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。