CN203012671U - 一种触摸检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种触摸检测设备，属于触摸屏技术领域，为实现多点触摸和降低触摸高度而设计，本实用新型将发光单元设置在用作触摸面板的导光板下方的拐角处，将光接收单元设置在导光板下方的边缘处，使发光单元发射的光在导光板内进行全内反射，光接收单元能够接收发光单元发射的、在导光板内部进行全内反射的光，当触摸表面具有触摸物时，触摸物抑制光的全内反射，检测单元根据光接收单元的光信号可以识别触摸物的位置，本实用新型提供的触摸检测设备，用于带触摸功能的显示器，可以同时识别多个触摸点。

Description

一种触摸检测设备

技术领域

本实用新型涉及触摸技术领域，特别涉及一种多点触摸检测设备。

背景技术

随着多媒体技术的发展，触摸屏作为一种简单方便的人机交互设备得到广泛应用。用户使用手指或触控笔触摸触摸屏，信息通信设备可以将该触摸识别输入操作。

触摸屏可以为各种用户群体提供一种直观的人机交互方式，因此，触摸屏通常被用在手机、自动取款机(ATM)、个人数字助理(PTA)、信息亭和导向板等。

目前，触摸屏的种类主要包括电阻式触摸屏、电容式触摸屏、表面声波触摸屏、光学触摸屏和红外触摸屏等。作为触摸屏的一个分支，红外触摸屏以其安装方便、免维护、高抗爆性、高可靠性等优点被广泛应用在各个领域。

红外触摸屏的常用结构是在触摸表面的四周按一定顺序安装多个红外发射元件和红外接收元件，这些红外发射元件和红外接收元件沿触摸屏的边缘纵向和横向排列，形成红外发射和接收管对，红外发射元件和红外接收元件之间的光线在触摸表面形成纵横交叉的红外扫描网络，当在触摸表面放置手指触摸物时，沿横向和纵向传播的红外光束被触摸物阻挡，通过检测手指等触摸物所隔断的红外光线所对应的红外发射元件和红外接收元件的位置来检测触摸物的位置。

然而，在传统的红外触摸屏中，一方面，一次只能检测一个触摸物的位置，当触摸表面同时存在两个及两个以上触摸物时，由于触摸物的遮挡，会产生触摸鬼点，因此，红外触摸屏不能检测出两个触摸物的位置或者检测出错误的触摸物的位置；另一方面，由于红外光线在触摸表面的上面传播，在触摸时具有一定的触摸高度，触摸物还没有接触到触摸表面，就会有部分光线被阻断，红外接收元件接收的信号发生变化，从而检测出触摸操作，因此，触摸高度比较高，会导致设备将接近触摸表面任何物体都识别为触摸操作，而这是在实际应用中用户不希望看到的现象。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型解决的一个技术问题是提供一种能够同时检测出多个触摸点的触摸检测装置；

本实用新型解决的另一个技术问题是提供一种能够降低触摸高度的触摸检测装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种触摸检测设备，包括：

导光板，所述导光板的上表面为触摸表面，所述导光板的下表面与所述触摸表面平行；

分别设置在所述导光板的至少三个拐角的下方的至少三个发光单元，所述发光单元发射的锥形光束从所述拐角处射向所述导光板的内部并使其中一部分光在所述导光板的内部发生全内反射；

沿着所述导光板的下表面的第一边缘附近设置的第一光接收单元，能够接收来自于位于所述下表面的第二边缘端部的拐角处的所述发光单元的光，其中，所述下表面的第一边缘和所述下表面的第二边缘相对；

沿着所述导光板的下表面的第二边缘附近设置的第二光接收单元，能够接收来自于位于所述下表面的第一边缘端部的所述发光单元的光；

用于根据所述第一光接收单元和所述第二光接收单元接收的光信号来检测触摸位置的检测单元。

优选地，所述发光单元为四个，分别设置在所述导光板的四个拐角的下方。

优选地，还包括分别沿着所述导光板的下表面的第三边缘附近和下表面的第四边缘附近设置的第三光接收单元和第四光接收单元，所述第三光接收单元能够接收来自于位于所述下表面的第四边缘端部的拐角处的所述发光单元的光，所述第四光接收单元能够接收来自于位于所述下表面的第三边缘端部的拐角处的所述发光单元的光。

优选地，所述导光板的侧面与所述导光板的下表面的夹角β为钝角，所述第一光接收单元、所述第二光接收单元、所述第三光接收单元和所述第四光接收单元分别设置在所述导光板的侧面的下方。

优选地，所述导光板的侧面与所述导光板的下表面的夹角β为锐角，所述第一光接收单元、所述第二光接收单元、所述第三光接收单元和所述第四光接收单元分别设置在所述导光板的下表面的下方。

优选地，所述导光板的上表面的拐角处设置第一反光层。

优选地，所述导光板的侧面上设置第二反光层。

优选地，所述导光板的至少一个拐角设置成斜面，所述斜面与所述导光板的下表面的夹角α为钝角。

优选地，所述导光板的至少一个拐角设置成斜面，所述斜面与所述导光板的下表面的夹角α为锐角。

优选地，所述斜面上设置有第三反光层。

优选地，所述发光单元中的发光元件为红外发光二极管或电致发光二极管。

优选地，所述第一光接收单元、所述第二光接收单元、所述第三光接收单元和所述第四光接收单元包括多个光接收元件。

优选地，所述第一光接收单元、所述第二光接收单元、所述第三光接收单元和所述第四光接收单元中的光接收元件为光敏电阻、光电二极管、光电三极管或光电池中的一种或几种。

本实用新型提供的触摸检测设备，通过将发光单元设置在导光板的下表面的拐角处，光接收单元设置在导光板的下表面的边缘附近，发光单元的发光元件发射的光射向导光板，并在导光板内发生全内反射，光传播到导光板的边缘被反射到光接收单元，当触摸表面有触摸物时，光的全内反射条件被破坏，光接收单元接收的光强度发生改变，检测单元通过检测接收光强度发生改变的光接收元件的位置，采用一定的算法即可获取触摸物的位置，本使用新型将发光单元设置在导光板的拐角处，相当于发光元件的光从各个拐角以不同的角度射向触摸表面，可以减少多个触摸物的对光线的相互遮挡，因此可以识别多个触摸物；另一方面，由于光在导光板的内部传播，这种触摸位置检测设备可以减少触摸高度，实际上已经把触摸高度减少为0。

附图说明

图1为本实用新型提供的触摸检测设备的俯视图；

图2A至2D为本实用新型的四种实施方式中沿图1AA’线的剖面图；

图3为一种检测触摸表面上多个触摸位置的方法示意。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式及附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，然而本实用新型可以有多种不同的实施方式，不限于在此描述的示例性的实施例。在附图中，为了清楚起见，会夸大层、区域和元件的尺寸以及它们之间的相对尺寸。

本实用新型提供的触摸检测设备是基于受抑全内反射原理实现触摸识别的，全内反射是当光从光密介质(导光板)入射到光疏介质(空气)时，且入射角大于或等于临界角的情况光在光密介质内发生全反射的光学现象，受抑全内反射是当触摸物放在触摸表面时，触摸物的折射率大于空气的折射率，全内反射条件被破坏，因此全内反射受到抑制，光接收单元接收的光的强度就会发生变化，检测单元根据光接收单元接收光信号变化就可以检测出触摸位置。

如图1和图2A至2D所示，触摸检测设备包括一个导光板101、四个发光单元102、103、104和105、四个光接收单元106、107、108和109、一个检测单元(图中未示出)，其中，发光单元包括发光元件，发光元件可以为红外发光二极管或电致发光二极管；光接收单元(第一光接收单元、第二光接收单元、第三光接收单元和第四光接收单元)包括多个光接收元件，这些光接收元件可以并联连接，光接收元件可以为光敏电阻、光电二极管、光电三极管或光电池中的一种或几种。

需要说明的是，由于本实用新型的实施方式中发光单元、光接收单元都位于导光板的下表面的下面，图1的俯视图中不能看到发光单元、光接收单元，本说明书的附图中为了清楚地显示发光单元、光接收单元与导光板之间的相对位置关系，将发光单元、光接收单元示意性地用虚线表示出来。

如图1和图2A至2D所示，导光板101包括上表面112、下表面113和侧面204，本实施方式中，导光板101可以为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的丙烯酸类树脂或白玻璃的耐热玻璃材料，所谓的上表面112为触摸检测设备安装在显示设备上后靠近用户的一个表面，上表面112作为触摸检测设备的触摸表面，所谓的下表面113为触摸检测设备安装在显示设备上后背向用户的一个表面，下表面113与上表面112平行。

四个发光单元102、103、104、105分别设置在导光板101的四个拐角的下方，也即四个发光单元都设置在导光板101的下方，且位于导光板101的拐角处，发光单元102、103、104、105发射的锥形光束从导光板得下方射向导光板101的内部；为了使发光单元发射的光更多地在导光板的内部传播，也即为了增加在导光板内部传播的光的强度，如图2A所示，可以在导光板的上表面112的拐角处设置用于反射发光单元发射的光的第一反光层201。由于发光单元发射的光为锥形光束，光束边缘的光线在导光板的上表面的入射角较大，只要导光板的材料选择合适，这些入射角较大的光线就可以在导光板与空气的界面处发射全内反射，如图2B所示，为了增大发光单元发射的光射向导光板的两个表面的入射角，从而使入射光更容易发生全内反射，可以调整发光单元的安装角度，即发光单元与光接收单元都倾斜安装，使发光单元发射的光倾斜射入导光板，这样可以使更多的光线满足在导光板和空气之间的界面上满足全内反射条件；当然，也可以采用大角度光学元件作为发光单元中的发光元件，至少使边缘的倾斜角度较大的一部分光线能够在导光板内发生全内反射。

四个光接收单元分别为第一光接收单元106、第二光接收单元107、第三光接收单元108和第四光接收单元109，分别沿着导光板101的下表面的四个边缘附近设置，即第一光接收单元106沿着导光板的下表面113的第一边缘(图1中左边缘)附近设置，其能够接收来自于导光板的下表面113的第二边缘(图1中右边缘)端部的拐角处的两个发光单元104、105的光，第二光接收单元107沿着导光板的下表面113的第二边缘(图1中右边缘)附近设置，其能够接收来自于导光板的下表面113的第一边缘端部的发光单元102、103的光，其中，下表面的第一边缘和第二边缘相对，第三光接收单元108沿着导光板的下表面113的第三边缘(图1中下边缘)附近设置，其能够接收来自于位于导光板的下表面113的第四边缘端部(图1中上边缘)的拐角处的发光单元102、105的光，第四光接收单元109沿着导光板的下表面113的第四边缘(图1中上边缘)附近设置，其能够接收来自于位于导光板的下表面113的第三边缘(图1中下边缘)端部的拐角处的发光单元103、104的光，其中下表面的第三边缘和第四边缘相对。

检测单元用于根据第一光接收单元106、第二光接收单元107、第三光接收单元108和第四光接收单元109接收的光信号来检测触摸位置，如图1所示，发光单元102与第二光接收单元107、第三光接收单元108之间的连线表示发光单元102与第二光接收单元107、第三光接收单元108之间的对应关系，即发光单元102发射的光能够被第二光接收单元107、第三光接收单元108接收，其他发光单元与光接收单元的对应关系与发光单元102相似。

优选地，如图2C所示，可以将导光板101的拐角设置成斜面，斜面与导光板101的下表面的夹角α为钝角，发光单元103位于斜面处，为了使发光元件发射的光几乎都能到导光板的内部，可以使发光单元尽量靠近斜面设置。进一步地，为了使光接收单元能够接收到在导光板101内部进行全内反射的光，也即为了将在导光板101内部的光导出导光板101，并被光接收单元106、107、108、109接收，可以将导光板101的侧面204倾斜设置，且使导光板的侧面204与导光板的下表面的夹角β为钝角，四个光接收单元分别沿着四个侧面设置，即四个光接收单元设置在导光板的侧面的下方，一方面发光单元发射的光从拐角处的斜面射向导光板，满足全反射条件一部分光在导光板内进行全内反射，在导光板内部进行全内反射的光射向导光板的侧面时的入射角较小，不会在导光板与空气的界面上发生全反射，因此从导光板的侧面射出，并被位于导光板侧面处的光接收单元接收，可以增加接收光的强度；另一方面，发光单元位于拐角的斜面处，光接收单元位于倾斜的侧面的下方，可以大大减小触摸屏边框的宽度和厚度，本实施方式中，发光单元和光接收单元都可以倾斜设置，使发光单元的发光面面向拐角处的斜面，使光接收单元的接收面面向导光板的侧面。

如图2D所示，可选地，也可以将导光板的拐角处设置成与导光板的下表面的夹角α为锐角的斜面，同样可以很容易地使发光单元发射的光在导光板内进行全内反射；同时，也可以使导光板的侧面与导光板的下表面的夹角β为锐角，可以方便地将光导出导光板，被光接收单元接收。

作为一种优选方式，如图2D所示，可以分别在导光板的侧面上和拐角处的斜面上分别设置第二反光层202和第三反光层203，可以增强在导光板内部传播的光的强度。

上述的触摸检测设备，在进行触摸位置检测时，首先启动设备，对设备进行初始化，驱动发光单元102、103、104和105，使发光单元102、103、104和105在每一个扫描周期内都驱动一次，可以使发光单元102、103、104和105按照顺序依次驱动，也可以随意驱动，发光单元102、103、104和105发射的光中的一部分在导光板101内部发生全内反射，当触摸表面有触摸物时，介质由空气变成触摸物，全内反射的条件被打破，即发生受抑全内反射的物理现象，会有部分光射向导光板的外面，从而导致光接收单元接收的光信号发生变化，即接收到的光强度减少，扫描相应的光接收单元，获取光接收单元接收到的信号并传输到检测单元，检测单元根据全内反射被破坏的光路的位置(即根据接收到的光强度减少的光接收单元中的接收元件与相应的发光单元的连线所形成的扇形区域)就可以检测出触摸物的位置。

如图3所示，为检测图1中的触摸表面上多个触摸位置的一种方法示意图。依次按顺序驱动发光单元102、103、104、105，并扫描相应的光接收单元中的光接收元件（如驱动发光单元102，依次扫描第二光接收单元107和第三光接收单元108中的光接收元件），当触摸表面具有触摸物时，光接收单元中的部分光接收元件接收的光信号就会发生变化，通过连接发光单元102与四个光接收单元中光强度减少的光接收元件，可以形成多个不同角度的小扇形区域，计算源自四个发光单元的扇形区域的相交区域以及相交区域的几何中心可以准确获取触摸位置，如图3中，针对两个触摸点a、b，每一个触摸点都有源自四个发光单元的扇形区域经过，通过计算这些扇形区域重叠区域的面积和中心坐标即可获取触摸点的面积和位置坐标，对于更多触摸点的可以采用相同的方法进行识别，具体计算扇形区域的重叠区域的方法以及根据重叠区域计算触摸点的坐标及面积的方法为现有技术，这里不再赘述。

上述的触摸检测设备通过将发光单元设置在导光板的下表面的四个拐角处，光接收单元设置在导光板的下表面的四个边缘附近，发光单元的发光元件发射的光射向导光板，并在导光板内发生全内反射，光传播到导光板的边缘被反射到光接收单元，当触摸表面有触摸物时，光的全内反射条件被破坏，光接收单元接收的光强度发生改变，检测单元通过检测接收光强度发生改变的光接收元件的位置，采用一定的算法即可获取触摸物的位置，由于光波在导光板的内部传播，这种触摸位置检测设备可以减少触摸高度，实际上已经把触摸高度减少为0；另一方面，由于发光元件发射的光以不同的角度在导光板的内部传播，可以减少多个触摸物的相互遮挡，因此可以检测出多个触摸物的位置；再者，由于发光单元和光接收单元都位于导光板的下方，具有防水、抗光和抗干扰的效果。

作为一种可选的实施方式，本实用新型实施例中提供的触摸检测设备中可以只包括第一光接收单元和第二光接收单元，第一光接收单元和第二光接收单元分别位于导光板的下表面的第一边缘附近和第二边缘附近，第一光接收单元中的光接收元件接收来自于发光单元104和105的光，第二光接收元件接收来自于发光单元102和103的光。当然，与前一种实施方式相同，也可以将导光板的四个拐角设置成斜面，斜面与导光板的下表面的夹角为α，在斜面上设置第三反光层112；还可以使设置第一光接收单元和第二光接收单元处的两个侧面与导光板的下表面的夹角β为锐角或钝角。检测单元根据光接收单元接收的信号检测触摸位置的方法可以有多种，如通过计算光遮挡的扇形区域的重叠区域来检测触摸点，又如可以根据光接收单元接收信号强度最弱的光接收元件的位置、光调制强度的宽度以及导光板的几何尺寸，通过几何关系计算触摸点的坐标。

作为另一种可选的实施方式，触摸检测设备采用三个发光单元102、103和104，分别设置在导光板的下表面的三个拐角处，触摸检测设备的其余结构与其他实施方式的结构相同，三个发光单元发射的光射入导光板内形成三个角的照射关系，在该实施方式中可以根据由触摸物的存在造成接收信号变化的光接收元件与相应发射单元之间的连线所形成的扇形区域的重叠区域同样可以检测出触摸点，本实施方式由于减少了一个发光单元，因此能够节约成本。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围，如导光板的四个拐角中的部分拐角设置成斜面，或者在所述导光板的上表面的四个边缘都设置第一反光层，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型。

Claims (13)

1.一种触摸检测设备，其特征在于，包括：

导光板，所述导光板的上表面为触摸表面，所述导光板的下表面与所述触摸表面平行；

分别设置在所述导光板的至少三个拐角的下方的至少三个发光单元，所述发光单元发射的锥形光束从所述拐角处射向所述导光板的内部并使其中一部分光在所述导光板的内部发生全内反射；

沿着所述导光板的下表面的第一边缘附近设置的第一光接收单元，能够接收来自于位于所述下表面的第二边缘端部的拐角处的所述发光单元的光，其中，所述下表面的第一边缘和所述下表面的第二边缘相对；

沿着所述导光板的下表面的第二边缘附近设置的第二光接收单元，能够接收来自于位于所述下表面的第一边缘端部的所述发光单元的光；

用于根据所述第一光接收单元和所述第二光接收单元接收的光信号来检测触摸位置的检测单元。

2.根据权利要求1所述的触摸检测设备，其特征在于，所述发光单元为四个，分别设置在所述导光板的四个拐角的下方。

3.根据权利要求2所述的触摸检测设备，其特征在于，还包括分别沿着所述导光板的下表面的第三边缘附近和下表面的第四边缘附近设置的第三光接收单元和第四光接收单元，所述第三光接收单元能够接收来自于位于所述下表面的第四边缘端部的拐角处的所述发光单元的光，所述第四光接收单元能够接收来自于位于所述下表面的第三边缘端部的拐角处的所述发光单元的光。

4.根据权利要求3所述的触摸检测设备，其特征在于，所述导光板的侧面与所述导光板的下表面的夹角β为钝角，所述第一光接收单元、所述第二光接收单元、所述第三光接收单元和所述第四光接收单元分别设置在所述导光板的侧面的下方。

5.根据权利要求3所述的触摸检测设备，其特征在于，所述导光板的侧面与所述导光板的下表面的夹角β为锐角，所述第一光接收单元、所述第二光接收单元、所述第三光接收单元和所述第四光接收单元分别设置在所述导光板的下表面的下方。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的触摸检测设备，其特征在于，至少在所述导光板的上表面的拐角处设置第一反光层。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的触摸检测设备，其特征在于，所述导光板的侧面上设置第二反光层。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的触摸检测设备，其特征在于，所述导光板的至少一个拐角设置成斜面，所述斜面与所述导光板的下表面的夹角α为钝角。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的触摸检测设备，其特征在于，所述导光板的至少一个拐角设置成斜面，所述斜面与所述导光板的下表面的夹角α为锐角。

10.根据权利要求9所述的触摸检测设备，其特征在于，所述斜面上设置有第三反光层。

11.根据权利要求1至5任一项所述的触摸检测设备，其特征在于，所述发光单元中的发光元件为红外发光二极管或电致发光二极管。

12.根据权利要求3至5中任一项所述的触摸检测设备，其特征在于，所述第一光接收单元、所述第二光接收单元、所述第三光接收单元和所述第四光接收单元包括多个光接收元件。

13.根据权利要求12所述的触摸检测设备，其特征在于，所述第一光接收单元、所述第二光接收单元、所述第三光接收单元和所述第四光接收单元中的光接收元件为光敏电阻、光电二极管、光电三极管或光电池中的一种或几种。

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