一种激光扫描多点触控装置的制造方法
【专利摘要】本发明适用于触控技术领域，提供一种激光扫描多点触控装置，包括屏幕，所述屏幕外周为一圈外框，所述外框内任意位置至少安装有一个一体结构的激光扫描器件，所述激光扫描器件包括激光发射模块、光学扫描模块、激光接收模块和信号处理模块，所述光学扫描模块正对所述激光发射模块的激光出射口位置，所述激光接收模块位于所述光学扫描模块附近，所述激光接收模块的输出端以及所述光学扫描模块连接至所述信号处理模块。本发明可以实现超大屏幕远距离的触摸点探测；并且激光发射模块、激光接口模块、光学扫描模块一体结构，占用位置小，安装调试设备也更加容易。
【专利说明】
一种激光扫描多点触控装置
技术领域
[0001]本发明属于触控技术领域，尤其涉及一种激光扫描多点触控装置。
【背景技术】
[0002]触控屏类型按照触控原理可分为:电阻式(双层)、表面电容式和感应电容式、表面声波式、红外线式和光学成像式等。但是其中电阻触控屏、电容触控屏以及表面声波触控屏一般造价较高，只适用于小屏幕触控;光学成像触控屏光学成像比较容易收到环境管的干扰;因此目前应大屏幕触控解决方案一般采用红外线触控屏。
[0003]红外线触控屏，一般是在显示器屏幕外周安装一个外框，外框内装有电路板，在屏幕外框的左侧边(Y轴)和底边(X轴)分别装有红外发射管，在X轴、Y轴对边一一对应安装红外接收头，如图1所示。通电后屏幕前形成纵横交叉的红外线矩阵，当用户触控屏幕时，手指触摸点将阻挡经过该点的X、Y轴两个方向的红外线，通过AD采样红外接收头的输出信号，SP可计算出触摸点位置。
[0004]另一种红外线触控屏如图2所示，外框上的红外发射管和接收头的排列方式与图1中的相同，但是红外发射管和接收头的发射及接收对应关系有所差异。当一个红外发射管工作时，与之相应位置处的上一个红外接收头接收红外信号，即发射和接收连线为一条斜线，形成相应的红外检测光网。同样是通过接收头的输出信号来确认点的位置。
[0005]但是显然对于大屏幕，特别是超大尺寸的触控屏幕，比如20m X 1m的屏幕，如果在外框内密密麻麻布置红外发射管和红外接收头，成本也较高，安装也很复杂，而且如此多的红外发射管和红外接收头同时工作，使得整个产品功耗很大。因此目前的红外线触控屏也不适用于超大尺寸的触控屏幕。
【发明内容】
[0006]鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种激光扫描多点触控装置，旨在解决现有红外线触控屏成本高、功耗大、安装复杂、无法实现超大尺寸(如20m X 10m)的多点触控的技术问题。
[0007]本发明采用如下技术方案:
[0008]所述激光扫描多点触控装置包括屏幕，所述屏幕外周为一圈外框，所述外框内任意位置至少安装有一个一体结构的激光扫描器件，所述激光扫描器件包括激光发射模块、光学扫描模块、激光接收模块和信号处理模块，所述光学扫描模块正对所述激光发射模块的激光出射口位置，所述激光接收模块位于所述光学扫描模块附近，所述激光接收模块的输出端以及所述光学扫描模块连接至所述信号处理模块，所述激光发射模块发出均匀的调制激光束，所述激光束经过所述光学扫描模块摆扫改变激光束的出射方向进入屏幕区域，屏幕上形成一个扇形扫描区域，激光束经反射后，反射光进入激光接收模块并转换成对应大小的电信号，然后输出至信号处理模块，所述信号处理模块根据激光发射接收时间差计算出反射位置与激光扫描器件的距离数据，同时根据光学扫描模块的摆扫角度获得反射位置的角度数据，根据所述角度数据和距离数据判断所述反射位置为触摸点还是屏幕的外框。
[0009]进一步的，所述信号处理模块包括:
[0010]初始化单元，用于当激光束经光学扫描模块摆扫形成180°无盲区的扫描区域，针对每个摆扫角度，根据激光发射接收时间差计算出激光束所照射的边框位置距离激光扫描器件的距离值，同时根据光学扫描模块的当前摆扫角度获取当前边框位置的角度值，建立包含所述角度值和距离值的关系表，每个角度值--对应一个距离值；
[0011]计算处理模块，用于当激光束经光学扫描模块摆扫180°无盲区的扫描区域，针对每个摆扫角度，根据激光发射接收时间差计算出反射位置与激光扫描器件的距离数据，同时根据光学扫描模块的当前摆扫角度获取反射位置的角度数据；
[0012]触摸判定单元，用于根据所述反射位置的角度数据，查找所述关系表找到对应的距离值，当所述反射位置的距离数据小于所述距离值时，判定所述反射位置为触摸点。
[0013]进一步的，所述激光接收模块包括接收镜头、位于所述接收镜头后方的光电探测器，所述光电探测器的信号输出端连接至所述信号处理模块。
[0014]进一步的，所述光学扫描模块为摆扫镜，包括微型电机、反射镜片、电机驱动电路，所述微型电机的输出轴与所述反射镜片的中轴联动，所述电机驱动电路通过控制所述微型电机使得所述反射镜片在一定角度范围内等频间歇往返转动，所述电机驱动电路连接至所述信号处理模块，并且摆扫镜的扫描频率和最小转动角度可调。
[0015]进一步的，所述激光发射模块发出的激光束为带载波的单束激光，且激光波长范围为不可见光600?100nm之间。
[0016]进一步的，所述激光扫描多点触控装置还包括与各个信号处理模块连接的处理输出模块，所述处理输出模块根据多个各个激光扫描触控装置的计算结果，剔除假点，给出正在的触摸点信息。
[0017]进一步的，所述处理输出模块包括:
[0018]分时控制单元，用于按照一定顺序分时控制各个激光扫描多点触控装置工作；
[0019]计算输出单元，将一帧内多个激光扫描多点触控装置返回的触点数据进行分析解算，输出触摸点数量和坐标信息。
[0020]本发明的有益效果是:本发明中，激光发射模块发射出均匀的调制激光，抗干扰能强，不会受到环境光的干扰，激光束通过光学扫描模块实现任意区域扫描，可以实现超大屏幕远距离的触摸点探测；并且激光发射模块、激光接口模块、光学扫描模块等一体结构，占用位置小，安装调试设备也更加容易。
【附图说明】
[0021]图1是现有红外线触摸屏的一种结构图；
[0022]图2是现有红外线触摸屏的另一种结构图；
[0023]图3是本发明实施例提供的激光扫描多点触控装置的一种结构图；
[0024]图4是激光扫描多点触控装置的原理图；
[0025]图5是光学扫描模块的一种具体结构图；
[0026]图6是激光接收模块的一种具体结构图；
[0027]图7是外框四个角位置安装激光扫描器件的示意图；
[0028]图8是四个激光扫描器件发射激光束进行扫描的示意图；
[0029]图9是本发明实施例提供的激光扫描多点触控装置的另一种结构图。
【具体实施方式】
[0030]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0031]为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0032]如图3、图4所示，本实施例提供的激光扫描多点触控装置包括屏幕1，所述屏幕I夕卜周为一圈外框2，所述外框内任意位置至少安装有一个一体结构的激光扫描器件3，所述激光扫描器件3包括激光发射模块31、光学扫描模块32、激光接收模块33和信号处理模块34，所述光学扫描模块32正对所述激光发射模块31的激光出射口位置，所述激光接收模块33位于所述光学扫描模32块附近，所述激光接收模块33的输出端以及所述光学扫描模块32连接至所述信号处理模块34。所述激光发射模块31发出均匀的调制激光束，所述激光束经过所述光学扫描模块32摆扫改变激光束的出射方向进入屏幕区域，屏幕上形成一个扇形扫描区域，激光束经反射后，反射光进入激光接收模块33并转换成对应大小的电信号，然后输出至信号处理模块34，所述信号处理模块34根据激光发射接收时间差计算出反射位置与激光扫描器件的距离数据，同时根据光学扫描模块的摆扫角度获得反射位置的角度数据，根据所述角度数据和距离数据判断所述反射位置为触摸点还是屏幕的外框。
[0033]本实施例中，所述激光发射模块31发出均匀的调制激光束，且激光波长范围为不可见光，即600?100nm之间。激光束的散角要尽可能的小，测量距离可达100米，保证激光束照射在远处的光斑尺寸尽可能的小。另外激光发射频率要尽可能的高，比如单次测量时间在0.2ms以内。激光发射模块31发出激光束后，通过光学扫描模块32改变激光束的出射方向，从而在屏幕上形成一个扇形扫描区域，激光束在屏幕区域会反射，若屏幕无人触摸，则从边框位置会将激光信号反射回，反射位置为边框位置;若屏幕有手指触摸，则反射位置即为触摸点位置，在触摸点位置即将激光反射回，所述激光接收模块33接收激光反射信号，并输出对应大小的电流或电压数据，信号处理模块34从光学扫描模块32获取到当前的摆扫角度即可得到触摸点的角度数据，再通过激光发射模块31发出的激光束与激光接收模块33接收到激光束的时间差，很容易就能计算得到触摸点的距离数据，这样就可以得到完整的触摸点坐标数据。
[0034]在具体实现时，本实施例中所述信号处理模块包括:
[0035]初始化单元，用于当激光束经光学扫描模块摆扫形成180°无盲区的扫描区域，针对每个摆扫角度，根据激光发射接收时间差计算出激光束所照射的边框位置距离激光扫描器件的距离值，同时根据光学扫描模块的当前摆扫角度获取当前边框位置的角度值，建立包含所述角度值和距离值的关系表，每个角度值--对应一个距离值；
[0036]计算处理模块，用于当激光束经光学扫描模块摆扫180°无盲区的扫描区域，针对每个摆扫角度，根据激光发射接收时间差计算出反射位置与激光扫描器件的距离数据，同时根据光学扫描模块的当前摆扫角度获取反射位置的角度数据；
[0037]触摸判定单元，用于根据所述反射位置的角度数据，查找所述关系表找到对应的距离值，当所述反射位置的距离数据小于所述距离值时，判定所述反射位置为触摸点。
[0038]产品在出厂前，需要获取边框各点初始的角度值和距离值，具体通过初始化单元实现。首先发出激光束并经光学扫描模块摆扫覆盖整个屏幕区域，此时屏幕上没有触摸点，针对每一摆扫角度，激光束照射到边框位置，并经过边框位置反射后，根据接收激光和发送激光的时间差，即可计算出当前边框位置与激光扫描器件的距离值，另外每一摆扫角度，根据激光入射和光学扫描模块的位置关系，即可转换得到边框位置的角度值，然后一一对应保存所述角度值和距离值。当出厂后，使用时，激光束仍旧在不停地屏幕区域往返摆扫，覆盖整个屏幕区域。针对每个摆扫角度，计算处理模块根据激光发射接收时间差计算出反射位置与激光扫描器件的距离数据，同时根据光学扫描模块的当前摆扫角度获取反射位置的角度数据，然后触摸判定单元根据每个角度数据，查找所述关系表找到对应的距离值，当所述反射位置的距离数据小于所述距离值时，判定所述反射位置为触摸点。如果完成一帧摆扫扫描后，若所有的距离数据均等于对应的距离值，说明当前屏幕没有触摸点。如有多个距离数据小于对应的距离值，说明此时屏幕上有多个触摸点。
[0039]对于上述各部分的具体结构，如图5所示，作为所示光学扫描模块的一种具体结构，所述光学扫描模块32为摆扫镜，包括微型电机321、反射镜片322、电机驱动电路323，所述微型电机321的输出轴与所述反射镜片322的中轴联动，所述电机驱动电路323通过控制所述微型电机321使得所述反射镜片322在一定角度范围内等频间歇往返转动，所述电机驱动电路323连接至所述信号处理模块34，可以实现短时间内大角度的摆扫，保证所发射的出激光束可以达到触控平面的任意区域。图示中，激光发射模块31发射出一条固定方向及频率的激光束A后，和经过摆扫镜反射出两条激光束B和C，其中O为反射镜片中轴上的一点，平面PO为摆扫镜反射镜片前一时间点的位置;平面Pl为摆扫镜反射镜片当前时刻的位置，每次摆扫的最小角度为a，从而形成了 B与C这两条发射激光束。这样每次摆扫一个角度a后，从反射镜片中发射出一条扫描激光束，当以一定频率快速摆扫时，扫描激光束可以完全覆盖屏幕。这里摆扫镜的扫描频率和最小转动角度可调。
[0040]对于所述激光接收模块33，如图6所示，包括接收镜头331、位于所述接收镜头后方的光电探测器332，所述光电探测器332的信号输出端连接至所述信号处理模块34。接收镜头331接收对应特定波长的激光，屏蔽环境光，所述接收镜头331由多个镜片组成，安装在最后一面镜片的激光探测器332可以感应反射的激光，并将光信号转为电信号，传递给信号处理模块34，然后信号处理模块根据激光发射及返回的时间差来计算出激光反射点距离装置的距离;然后根据当前摆扫角度即可确定触摸点坐标值。当屏幕上没有触摸点时，从光学扫描模块32发射出的激光束都照到外框I上，这样就可以根据返回激光来计算出在初始状态下不同摆扫角度对于的初始值。当激光束C照射到触摸点M上时，激光束C的照射能量会被反射回来，进入激光接收模块33。因此根据当前摆扫角度数据以及距离数据，并与初始的距离值进行比较，即可确定是否有触摸点，当有触摸点时，所计算出的距离值会小于初始值时，从而判断存在触摸点。
[0041]需要说明的是，本实施例中，所述信号处理模块主要实现将摆扫角度转换为触摸点角度数据，以及将通过激光发射接收时间差计算触摸点距离激光扫描器件的距离数据，所述摆扫角度与触摸点角度数据是一一对应关系，通过映射表或者简单的角度转换即可得至IJ。具体的映射关系与激光发射模块发出激光束的入射角度以及光学扫描模块的反射镜片的位置相关。
[0042]本实施例中，所述激光扫描器件3至少一个，可以安装在外框任意位置，比如安装在外框的四个角或者四条边的中间位置。但是如果只设置一个激光扫描器件，若有多个触摸点与激光扫描器件位于同一直线上，那么会存在触摸点无法识别的情况，因此优选的，激光扫描器件设置多个，且本装置还包括与各个信号处理模块连接的处理输出模块，如图7所示，设置四个激光扫描器件分别位于外框的四个角上，根据不同激光扫描器件计算结果，来剔除假点，给出正确的触摸点信息。具体的，所述处理输出模块包括:
[0043]分时控制单元，用于按照一定顺序分时控制各个激光扫描多点触控装置工作；
[0044]计算输出单元，将一帧内多个激光扫描多点触控装置返回的触点数据进行分析解算，输出触摸点数量和坐标信息。
[0045]图8中有四个激光扫描器件轮循工作，比如分时控制单元可以给各个激光扫描器件分时发送启动指令，接收到启动指令的激光扫描器件工作。当第一个激光扫描期间工作时，扫描得到M(M为大于O的自然数)个触摸点信息，然后针对M个触摸点，可以得到M个可能存在触摸点的触摸点处理扇形区域，当每个扇形区域按照一定大小面积进行区域划分，任取其中一个扇形区域可得到N个预处理触摸点，然后其他激光扫描器件轮循工作，判断这N个预处理触摸点是否为真点，判断依据为若预处理触摸点在每个激光扫描器件可以扫描到，则判断为真点，否则为假点。处理输出模块依照此判据来剔除假点，解算出真点。依次解算出M个触控区域内的真点数。比如，图示中，当激光扫描器件Laser I工作时，会扫描出2个可能存在触摸点的触摸点处理扇形区域LI和La，将扇形区域LI和La按面积划分为N个预处理触摸点；判断N个预处理触摸点为真点的理论依据:若预处理触摸点在每个激光扫描器件可以扫描到，则判断为真点，否则为假点。处理输出模块依照此判据来剔除假点，解算出真点。
[0046]也可以采用另外一种方式来分析解算得到触摸点数量和坐标信息。每个激光扫描器件轮循工作，激光扫描器件输出其识别到的触摸点信息，然后总和所有识别到的触摸点?目息O
[0047]作为所述处理输出模块4的一种安装方式，如图9所示，所述所述处理输出模块4位于所述外框I内，且处理输出模块4还连接有排线插口41，所述排线插口41位于所述屏幕背面或者外框侧边。本结构中，通过设置排线插口41，方便本装置与外围设备连接，排线插口41包括电源引线、触摸点输出引线、屏幕设置引线、图像信号引线、控制信号引线等等。用户在屏幕上触摸时，识别出的触摸点的坐标位置通过所述排线插口输出值外围设备，形成相应的操作指令。
[0048]综上，本发明中，激光扫描器件为一体结构，节约占用空间的同时安装调试也更加容易;激光发射模块发出的激光束均匀性好，发射距离远，不受环境光干扰，对人体无伤害，由于激光发射距离，因此屏幕可以做成超大尺寸，是市面上现有的产品技术无法比拟的。
[0049]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。
【主权项】
1.一种激光扫描多点触控装置，其特征在于，包括屏幕，所述屏幕外周为一圈外框，所述外框内任意位置至少安装有一个一体结构的激光扫描器件，所述激光扫描器件包括激光发射模块、光学扫描模块、激光接收模块和信号处理模块，所述光学扫描模块正对所述激光发射模块的激光出射口位置，所述激光接收模块位于所述光学扫描模块附近，所述激光接收模块的输出端以及所述光学扫描模块连接至所述信号处理模块，所述激光发射模块发出均匀的调制激光束，所述激光束经过所述光学扫描模块摆扫改变激光束的出射方向进入屏幕区域，屏幕上形成一个扇形扫描区域，激光束经反射后，反射光进入激光接收模块并转换成对应大小的电信号，然后输出至信号处理模块，所述信号处理模块根据激光发射接收时间差计算出反射位置与激光扫描器件的距离数据，同时根据光学扫描模块的摆扫角度获得反射位置的角度数据，根据所述角度数据和距离数据判断所述反射位置为触摸点还是屏幕的外框。2.如权利要求1所述激光扫描多点触控装置，其特征在于，所述信号处理模块包括: 初始化单元，用于当激光束经光学扫描模块摆扫形成180°无盲区的扫描区域，针对每个摆扫角度，根据激光发射接收时间差计算出激光束所照射的边框位置距离激光扫描器件的距离值，同时根据光学扫描模块的当前摆扫角度获取当前边框位置的角度值，建立包含所述角度值和距离值的关系表，每个角度值--对应一个距离值； 计算处理模块，用于当激光束经光学扫描模块摆扫180°无盲区的扫描区域，针对每个摆扫角度，根据激光发射接收时间差计算出反射位置与激光扫描器件的距离数据，同时根据光学扫描模块的当前摆扫角度获取反射位置的角度数据； 触摸判定单元，用于根据所述反射位置的角度数据，查找所述关系表找到对应的距离值，当所述反射位置的距离数据小于所述距离值时，判定所述反射位置为触摸点。3.如权利要求2所述激光扫描多点触控装置，其特征在于，所述激光接收模块包括接收镜头、位于所述接收镜头后方的光电探测器，所述光电探测器的信号输出端连接至所述信号处理模块。4.如权利要求3所述激光扫描多点触控装置，其特征在于，所述光学扫描模块为摆扫镜，包括微型电机、反射镜片、电机驱动电路，所述微型电机的输出轴与所述反射镜片的中轴联动，所述电机驱动电路通过控制所述微型电机使得所述反射镜片在一定角度范围内等频间歇往返转动，所述电机驱动电路连接至所述信号处理模块，并且摆扫镜的扫描频率和最小转动角度可调。5.如权利要求4所述激光扫描多点触控装置，其特征在于，所述激光发射模块发出的激光束为带载波的单束激光，且激光波长范围为不可见光600?100nm之间。6.如权利要求1-5任一项所述激光扫描多点触控装置，其特征在于，所述激光扫描多点触控装置还包括与各个信号处理模块连接的处理输出模块，所述处理输出模块根据多个各个激光扫描触控装置的计算结果，剔除假点，给出正在的触摸点信息。7.如权利要求6激光扫描多点触控装置，其特征在于，所述处理输出模块包括: 分时控制单元，用于按照一定顺序分时控制各个激光扫描多点触控装置工作； 计算输出单元，将一帧内多个激光扫描多点触控装置返回的触点数据进行分析解算，输出触摸点数量和坐标信息。
【文档编号】G06F3/042GK105912172SQ201610203581
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】娄恩华
【申请人】娄恩华