專利名稱：使用攝像頭和反光鏡的觸摸檢測(cè)傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于計(jì)算機(jī)觸摸屏的光學(xué)影像檢測(cè) 技術(shù)中的光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的采用圖像捕捉設(shè)備(攝像頭)作為觸摸屏上觸摸物檢測(cè)的設(shè)備的技術(shù)，基 本上都是基于安裝在被檢測(cè)屏幕的角上的兩個(gè)攝像頭采用三角測(cè)量法來(lái)檢測(cè)觸摸物的 技術(shù)。這種結(jié)構(gòu)方案的具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用性好的優(yōu)點(diǎn)，但是因?yàn)槭褂脠D像處理的方 式來(lái)獲得觸摸物的位置坐標(biāo)， 一方面需要使用兩只攝像頭來(lái)得到三角測(cè)量法的必要數(shù) 據(jù)，另一方面對(duì)用于攝像頭圖像處理的微控制器的性能也有很高要求。這兩點(diǎn)都增加 了系統(tǒng)的生產(chǎn)成本。美國(guó)專利US7274356公開了一種使用一支攝像頭和兩塊安裝在邊 框內(nèi)側(cè)的反光鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)觸摸物檢測(cè)定位的技術(shù)方案，克服了使用兩只攝像頭的缺點(diǎn)。 但是因?yàn)檫@兩塊反光鏡要安裝在相鄰的邊框上，因此必然有一塊要安裝在豎直的方向 上，會(huì)因?yàn)榉瓷浔粰z測(cè)的顯示屏幕所射出的光線，或者周圍的環(huán)境光，在某些角度上， 這些反射光會(huì)直射到觀看者的眼睛上造成眩目現(xiàn)象而影響觀看屏幕，因此這也不是一 個(gè)完美的設(shè)計(jì)方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是針對(duì)現(xiàn)有這些使用攝像頭的光電檢測(cè)技術(shù)方案的缺點(diǎn)，公開 了一種使用一支攝像頭和一塊反光鏡的觸摸物檢測(cè)傳感的技術(shù)方案。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的裝置中包含有至少一個(gè)攝像頭及其圖像處理電路和反 光鏡；在本發(fā)明在中，所述攝像頭安裝在被檢測(cè)屏幕的角上，其視場(chǎng)覆蓋整個(gè)被檢測(cè) 屏幕；所述反光鏡是一個(gè)長(zhǎng)條形的反光鏡，安裝在構(gòu)成攝像頭所安裝的角的兩條鄰邊 之中一條的對(duì)邊上，反射面朝向其所在的邊的對(duì)邊的方向。
為適應(yīng)各種復(fù)雜的光照環(huán)境和顯示內(nèi)容，可以在所述被檢測(cè)屏幕的邊緣上安裝有 照明用的紅外光源，發(fā)光面朝向屏幕邊框之內(nèi)的區(qū)域，即屏幕內(nèi)側(cè)。這里，紅外光源 由若干只紅外發(fā)光管構(gòu)成；可以有四組，每組至少包含有一支紅外發(fā)光管，安裝在被 檢測(cè)屏幕的四個(gè)角上。安裝在這四個(gè)角上的紅外發(fā)光管可以有兩類結(jié)構(gòu)其一，每組 都包含有多只并列安裝的紅外發(fā)光管， 一般呈扇形安裝以得到足夠大的照明散射角；
3其二，每組都由一只紅外發(fā)光管構(gòu)成，必要時(shí)在每只紅外發(fā)光管發(fā)光面的前方，再安 裝有一只凹透鏡以擴(kuò)大紅外發(fā)光管的散射角，得到均勻的照明光。
本發(fā)明還可以使用兩只攝像頭，分別安裝在被檢測(cè)屏幕相鄰的兩個(gè)角上，兩只攝 像頭利用精度最好的視場(chǎng)角范圍，分別負(fù)責(zé)不同屏幕上不同區(qū)域的檢測(cè)，以得到較均 勻的分辨率；這時(shí)反光鏡安裝在兩只攝像頭之間屏幕邊緣的對(duì)邊。
由于攝像頭所檢測(cè)的是在被檢測(cè)屏幕表面前方很薄的一層內(nèi)是否有觸摸物的映 像，因此所述攝像頭中的光電傳感芯片不僅可以使用常規(guī)的面陣芯片，還可以使用線 陣感光芯片。
為了避免反光對(duì)人眼的影響，所述的反光鏡最好安裝在被檢測(cè)屏幕的下方的橫邊 上，攝像頭則安裝在屏幕上方的一個(gè)角上。當(dāng)然，只有當(dāng)被檢測(cè)的顯示屏幕處于直立 放置的狀態(tài)下，才有上下之分；但通常顯示器的屏幕也應(yīng)該直立放置使用，如投影屏 幕、平板顯示器的屏幕。
發(fā)明的益處從上面對(duì)技術(shù)方案的描述可以看到，本發(fā)明的主要益處在于簡(jiǎn)化了 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)其內(nèi)部軟硬件的要求。同時(shí)，在被檢測(cè)屏幕底部橫邊上 安裝的反光鏡，也避免了反射光對(duì)某個(gè)角度的觀看者眼睛的刺激。


附圖l:本發(fā)明基本結(jié)構(gòu)及其坐標(biāo)檢測(cè)原理的示意圖； 附圖2:與附圖1等效的另一種安裝結(jié)構(gòu)及其檢測(cè)原理； 附圖3:檢測(cè)裝置使用兩個(gè)攝像頭時(shí)的安裝結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖4:使用多只發(fā)光管構(gòu)成的紅外光源的一種結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖5:使用發(fā)光管和凹透鏡構(gòu)成的紅外光源的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖6:觸摸物在攝像頭感光芯片上的成像示意圖。
圖中101，被檢測(cè)的顯示屏幕的表面；102，攝像頭(圖像捕捉設(shè)備)；103，條 形的反光鏡；104，觸摸物；105，觸摸物在反光鏡上成的虛像；106，紅外照明光源； 107，從觸摸物直接到達(dá)攝像頭視場(chǎng)角0中心的光線；108，觸摸物表面的反射光線再 經(jīng)反光鏡反射到達(dá)攝像頭視場(chǎng)角9中心的光線；109，反光鏡成像的虛擬光線；110， 反光鏡的反光面，111，被檢測(cè)屏幕的邊框；201，豎立邊框上安裝的反光鏡；301，第
二只攝像頭；401，紅外發(fā)光管的安裝底板；402;紅外發(fā)光管；501，單只的紅外發(fā)光 管；502,凹透鏡；601，攝像頭內(nèi)感光芯片的有效像素帶；602，觸摸物直射光線在感
光芯片上的部分成像；603，觸摸物被反光鏡反射后的虛像在感光芯片上的部分成像。具體實(shí)施例
以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，同時(shí)還給出了坐標(biāo)檢測(cè)的原理。在圖1中，在被 檢測(cè)的顯示屏幕101表面的一個(gè)角上，安裝了一只攝像頭102，廣義上也可以稱為圖像 捕捉設(shè)備；在安裝攝像頭所的角的邊框111的兩條鄰邊之中一條的對(duì)邊上，安裝有條 形的反射鏡103，其反光面110朝向其所在的邊的對(duì)邊的方向，也就是邊框lll之內(nèi)的 區(qū)域的方向。假設(shè)在被檢測(cè)屏幕上有一個(gè)觸摸物105，在坐標(biāo)系XOY中其坐標(biāo)值設(shè)定 為P(x,y)，設(shè)定被檢測(cè)屏幕的邊框的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，高度為H，且邊框lll平行于坐標(biāo)系 XOY的坐標(biāo)軸安裝，則根據(jù)光學(xué)的反射原理和解析幾何的數(shù)學(xué)原理，可有如下解析式
^ = x妙
2少2 +力=辨/ 少l +少2 =^ +少0
式中，yo是被檢測(cè)屏幕的上邊緣與X軸之間的距離；a是從觸摸物105表面直接 反射到攝像頭視場(chǎng)角0的中心的光線107與坐標(biāo)系的X軸之間的角度；0是從觸摸物 經(jīng)反光鏡反射到達(dá)攝像頭視場(chǎng)角e的中心的光線108與X軸之間的夾角。從照相或攝 像機(jī)的光學(xué)原理可知，夾角a、 P可以通過檢測(cè)觸摸物直接在攝像頭內(nèi)感光芯片上成 像的位置，或者利用虛像105發(fā)出的虛擬光線109在攝像頭內(nèi)感光芯片上成像的位置 得到。這樣，聯(lián)立求解由上述的三個(gè)解析式就構(gòu)成的三元一次方程組，可以得到x、 yi 和y2這三個(gè)未知數(shù)。因?yàn)閤o和yo是被檢測(cè)的顯示表面101與攝像頭102之間的安裝參 數(shù)，是已知的，所以可以得到觸摸物105在被檢測(cè)表面的坐標(biāo)值。 實(shí)施例1:
圖1既是本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)原理，也是本發(fā)明的一種可使用的結(jié)構(gòu)方案。在某些 特殊的情況下，還可以使用如圖2所示的結(jié)構(gòu)，將反光鏡201安裝在被檢測(cè)屏幕豎立 的側(cè)邊上，其檢測(cè)和坐標(biāo)值求解的原理與圖l所示的原理完全相同，故此不再重復(fù)。
實(shí)施例2:
為使適應(yīng)各種復(fù)雜的光照環(huán)境和顯示內(nèi)容，可以在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，在被檢測(cè)
屏幕的邊緣安裝上照明用的紅外光源，如圖1中的紅外照明光源106，其發(fā)光面朝向屏 幕邊框之內(nèi)的區(qū)域即屏幕內(nèi)側(cè)。因?yàn)榧t外光源不能被人眼看到，所以這里選用紅外光 源。如果只使用紅外光源來(lái)照明，則攝像頭的光路上還可以增加一個(gè)紅外濾色片，以
消除環(huán)境光的干擾。在本發(fā)明中，紅外光源可以由若干只紅外發(fā)光管構(gòu)成；如圖所示 分為四組，安裝在被檢測(cè)屏幕101或者其邊框111的四個(gè)角上，可以有兩類結(jié)構(gòu)其一，如圖4所示，每組都包含有多只并列安裝的紅外發(fā)光管401， 一般呈扇形安裝在底 板401上，以得到足夠大的照明散射角；其二，如圖5所示，每組都由一只紅外發(fā)光 管501構(gòu)成，必要時(shí)在每只紅外發(fā)光管發(fā)光面的前方，再安裝有一只凹透鏡502以擴(kuò) 大紅外發(fā)光管的散射角，得到均勻的照明光。 實(shí)施例3:
在圖l所示的結(jié)構(gòu)中，如果攝像頭的視場(chǎng)角e比較小，為了保證整個(gè)被檢測(cè)屏幕
都在攝像頭的視場(chǎng)范圍內(nèi)，則要求攝像頭與屏幕之間的距離較遠(yuǎn)。這樣做增加了系統(tǒng) 的安裝尺寸，但在整個(gè)屏幕上都能取得比較均勻的定位精度。如果要求攝像頭盡量靠
近被檢測(cè)屏幕而減少安裝尺寸，則攝像頭的視場(chǎng)角9就要接近甚至大于90度，這時(shí)聯(lián) 合圖3和圖1可知，當(dāng)觸摸物非?？拷吙蛴绕涫秦Q直方向的邊框時(shí)，夾角a和P已 經(jīng)非常接近，角度變化很小時(shí)其正切值的變化卻很大，并且在這時(shí)攝像頭的鏡頭的畸 變也較大，因此不容易得到良好的檢測(cè)精度。為了得到更均勻的檢測(cè)分辨率，則可以 在實(shí)施例1或2的基礎(chǔ)上，在與攝像頭102相鄰的角上再加裝一只攝像頭301，如圖3 所示。這時(shí)反光鏡103安裝在兩只攝像頭之間的被檢測(cè)屏幕的邊緣的對(duì)邊上。采用這 種結(jié)構(gòu)，再設(shè)定讓每只攝像頭都工作在自己最佳精度范圍內(nèi)，就很容易在整個(gè)屏幕上 得到比較均勻的檢測(cè)精度。
因?yàn)楸景l(fā)明的整個(gè)檢測(cè)傳感裝置的任務(wù)，只是檢測(cè)被檢測(cè)屏幕表面很近的距離內(nèi) 是否有觸摸物，所以在上述實(shí)施例中，系統(tǒng)只需要采集攝像頭內(nèi)部的感光芯片上很窄 的一條上的圖像數(shù)據(jù)，如圖6所示，僅僅需要在面陣結(jié)構(gòu)的感光芯片上選取一條由像 素構(gòu)成的線陣601，檢測(cè)該線陣上觸摸物的直射成像602和經(jīng)反光鏡反射得到的成像 603的位置，就可以通過計(jì)算得到上述的夾角a和P。因此，在本發(fā)明中，攝像頭內(nèi)部 的面陣感光芯片可以使用線陣結(jié)構(gòu)的感光芯片來(lái)替代。
上述實(shí)施例所給出的結(jié)構(gòu)是本發(fā)明的一些基本技術(shù)方案，不是本發(fā)明的全部實(shí)施 方案。因?yàn)樵趯?shí)施本發(fā)明時(shí)，還需要更加具體的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍包 括但不局限于上述的基本結(jié)構(gòu)方案。
權(quán)利要求
1.一種使用攝像頭的觸摸檢測(cè)傳感裝置，包含有至少一個(gè)攝像頭及其圖像處理電路和反光鏡，其特征在于所述攝像頭安裝在被檢測(cè)屏幕的角上，其視場(chǎng)覆蓋整個(gè)被檢測(cè)屏幕；所述反光鏡是一個(gè)長(zhǎng)條形的反光鏡，安裝在構(gòu)成攝像頭所安裝的角的兩條鄰邊之中一條的對(duì)邊上，反射面朝向其所在的邊的對(duì)邊的方向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸檢測(cè)傳感裝置，其特征在于在所述被檢測(cè)屏幕的邊緣上， 還安裝有紅外光源，發(fā)光面朝向內(nèi)檢測(cè)屏幕邊框之內(nèi)的區(qū)域。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的觸摸檢測(cè)傳感裝置，其特征在于所述紅外光源由若干只紅外 發(fā)光管構(gòu)成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的觸摸檢測(cè)傳感裝置，其特征在于所述紅外發(fā)光管有四組，安 裝在被檢測(cè)屏幕的四個(gè)角上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的觸摸檢測(cè)傳感裝置，其特征在于所述安裝在被檢測(cè)屏幕的四 個(gè)角上的紅外發(fā)光管，每組都包含有多只并列安裝的紅外發(fā)光管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的觸摸檢測(cè)傳感裝置，其特征在于所述安裝在被檢測(cè)屏幕的四 個(gè)角上的紅外發(fā)光管，每組都由一只紅外發(fā)光管構(gòu)成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的觸摸檢測(cè)傳感裝置，其特征在于在每只紅外發(fā)光管發(fā)光面的 前方，都安裝有一只凹透鏡。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸檢測(cè)傳感裝置，其特征在于所述攝像頭有兩只，分別安 裝在被檢測(cè)屏幕相鄰的兩個(gè)角上；所述反光鏡，安裝在兩只攝像頭之間的被檢測(cè)屏幕 的邊緣的對(duì)邊。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或5所述的觸摸檢測(cè)傳感裝置，其特征在于所述攝像頭中的光電 傳感芯片，是線陣感光芯片。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的觸摸檢測(cè)傳感裝置，其特征在于在被檢測(cè)屏幕直立放置 的情況下，所述的反光鏡安裝在被檢測(cè)屏幕的下方的橫邊上，攝像頭則安裝在屏幕上 方的一個(gè)角上。
全文摘要
一種使用攝像頭的觸摸檢測(cè)傳感裝置，包含有一個(gè)攝像頭及其圖像處理電路和反光鏡；在本發(fā)明在中，所述攝像頭安裝在被檢測(cè)屏幕的角上，其視場(chǎng)覆蓋整個(gè)被檢測(cè)屏幕；所述反光鏡是一個(gè)長(zhǎng)條形的反光鏡，安裝在構(gòu)成攝像頭所安裝的角的兩條鄰邊之中一條的對(duì)邊上，反射面朝向其所在的邊的對(duì)邊的方向。本發(fā)明可以在被檢測(cè)屏幕的邊緣安裝由紅外發(fā)光管構(gòu)成的多組照明用的紅外光源，以適應(yīng)各種復(fù)雜的光照環(huán)境和顯示內(nèi)容。另外，還可以使用兩只安裝在屏幕相鄰的兩個(gè)角上的攝像頭，分別負(fù)責(zé)不同屏幕上不同區(qū)域的檢測(cè)分別，以得到較均勻的分辨率。本發(fā)明在簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還避免了使用兩片反光鏡時(shí)，反射光對(duì)某個(gè)角度的觀看者眼睛的刺激。
文檔編號(hào)G06F3/042GK101609381SQ20081011516
公開日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2008年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月18日
發(fā)明者劉建軍, 劉新斌, 葉新林 申請(qǐng)人:北京匯冠新技術(shù)股份有限公司