專利名稱：使用攝像頭的觸摸檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于計(jì)算機(jī)顯示部件上的觸摸操作檢測裝置，屬于計(jì)算機(jī)觸摸屏 技術(shù)領(lǐng)域，尤其是使用圖像傳感器作為檢測元件的觸摸屏技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的使用攝像頭的觸摸屏觸摸檢測裝置， 一種比較成熟的技術(shù)方案是通過使用 兩個(gè)或兩個(gè)以上的安裝在圖像傳感器(攝像頭)連續(xù)獲取目標(biāo)圖像，然后利用數(shù)字信 號處理器對每個(gè)攝像頭獲得圖像進(jìn)行處理，最后對圖像進(jìn)行分析計(jì)算出目標(biāo)物在屏幕 上的位置目標(biāo)。但是這種技術(shù)方案有時(shí)會因?yàn)槠聊槐砻婊蛘攮h(huán)境光的亮度不夠，而使 得圖像傳感器難于分辨觸摸目標(biāo)，而使得檢測失敗，比如當(dāng)顯示器表面顯示面積較大
的黑色的圖形并且環(huán)境光很暗時(shí)，就會出現(xiàn)這種情況。申請?zhí)枮閁S20030354168的
美國專利公開了一種在屏幕周圍安裝發(fā)光板來實(shí)施背光照明的技術(shù)方案，基本上解決 了上述問題。但是這種邊緣照明的技術(shù)方案卻存在有用于照明的發(fā)光元件數(shù)量多、成 本高的缺點(diǎn)，同時(shí)條形照明板體積很大，不方便運(yùn)輸安裝，因而抵消了使用攝像頭(圖 像傳感器)所具有的體積小安裝方便的優(yōu)點(diǎn)；并且固定的尺寸還限制了觸摸屏的適用 范圍，比如很難用于邊緣尺寸小于發(fā)光板的顯示器。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是針對現(xiàn)有使用圖像傳感器構(gòu)建的觸摸屏的技術(shù)缺陷，公開了 一種使用圖像傳感器和背景照明部件的觸摸屏的技術(shù)方案。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下在包含有至少兩個(gè)安裝在顯示表面角部的圖像傳感 器和若干安裝顯示表面周圍的照明光源，以及由與圖像傳感器相連接的圖像采集處理 單元和與照明光源相連接的驅(qū)動電路所構(gòu)成的控制器、與所述控制器相連接的用于處 理其輸出數(shù)據(jù)并驅(qū)動顯示器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述的照明光源的數(shù)量與圖 像傳感器相同，每個(gè)照明光源都與一個(gè)圖像傳感器一同安裝在所述顯示表面的角部。
在本發(fā)明中，所述照明部件一般選用能夠發(fā)出單色光的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中能 發(fā)射紅外線的紅外發(fā)射管是首選元件。每一個(gè)照明光源中可以使用一只發(fā)光元件，也 可以使用多只發(fā)光元件；如果使用多只，各個(gè)發(fā)光元件之間成扇形或者平行排列。
在本發(fā)明中，所述照明光源與所述圖像傳感器集成成為一體化的光路結(jié)構(gòu)裝置。 具體結(jié)構(gòu)有兩種第一種，在所述一體化的光路集成結(jié)構(gòu)裝置中包含有一面單面反射鏡，其反射面面對著圖像傳感器的入射端，并且也面對著顯示表面的前方；所述照明 光源安裝在單面反射鏡的透射面一側(cè)。第二種，所述照明光源中還包含有一面反射鏡， 其反射面面對著光源光線的射出端，并且也面對著單面反射鏡的透射面和顯示表面的 目U方。
發(fā)明的益處
根據(jù)上面對本發(fā)明的描述，可以看到本發(fā)明克服了現(xiàn)有照明板技術(shù)的缺點(diǎn)，具有 結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、體積小巧、適用性好的優(yōu)點(diǎn)，同樣的一套組件可以適用于多種 尺寸的計(jì)算機(jī)顯示器。
在本發(fā)明中，根據(jù)基本技術(shù)方案，可以有多種具體的實(shí)施結(jié)構(gòu)。下面將借助于附 圖，來說明本發(fā)明的一種實(shí)施方案。

圖1:本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖2:照明光源和圖像傳感器之間安裝關(guān)系的示意圖； 圖3:多個(gè)發(fā)光元件平行安裝的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4:多個(gè)發(fā)光元件扇形安裝的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5: —種使用單面反光鏡的光路集成結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖6:另外一種使用單面反光鏡和反光鏡的光路集成結(jié)構(gòu)的示意圖 圖中101，觸摸表面，也是顯示器的顯示表面；102，圖像傳感器(一般可稱為 攝像頭)；103，照明光源；104，照明光源的有效照明角度的范圍，也是攝像頭的有效 視角范圍，或者二者重合的角度范圍；105，攝像頭的選通控制、數(shù)據(jù)處理和照明光源 的選通驅(qū)動控制器；106，使用本發(fā)明觸摸屏的主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；201，照明光源中的發(fā) 光元件；202顯示器的顯示面板或者支撐面板的框架；301，多個(gè)發(fā)光元件的扇形安裝 支架；401，多個(gè)發(fā)光元件的并行安裝支架；501,單面反光鏡；502，單色濾色片；601， 反光鏡。 具體實(shí)施方案
圖1給出了本發(fā)明的總體技術(shù)方案。如圖所示，在顯示器的顯示表面，也就是觸
摸屏的觸摸表面101的四個(gè)角上，各安裝有一只圖像傳感器102和一個(gè)照明光源103， 二者數(shù)量相同，成對安裝。所有圖像傳感器和照明光源都連接到一個(gè)選通控制、驅(qū)動 器105上，該控制器也對采集到的攝像頭的視頻信號進(jìn)行一部分處理；然后這個(gè)控制 器又連接到使用本發(fā)明裝置的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106上。圖中給出的是使用4只圖像傳感器的結(jié)構(gòu)方案，但根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所使用的三角形定位的原理，只要圖像傳感器的視角104 能夠覆蓋整個(gè)顯示器表面，理論上只需要兩只就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)屏幕表面的觸摸檢測和 定位。在這里使用4只，實(shí)際上是給出了一種能夠得到最佳的檢測定位效果的結(jié)構(gòu)， 使得在整個(gè)顯示器的表面101上都能夠?qū)崿F(xiàn)均勻分辨率的檢測定位，能最大程度地減
小因觸摸物與攝像頭的距離不同而產(chǎn)生的分辨率的差異。
在顯示表面的角部安裝的圖像傳感器和照明光源的安裝結(jié)構(gòu)見圖2。為了避免互相 遮擋并減小部件所占的面積，圖像傳感器102和照明光源103上下重疊安裝在顯示器 的顯示面板或者支撐面板的框架202上，既可以如圖所示圖像傳感器安裝在下面，也 可以二者顛倒上下，圖像傳感器安裝在照明光源的上面，實(shí)用中沒有明顯差別。當(dāng)然， 如果不考慮不見所占用的安裝面積，也可以采用并排安裝的結(jié)構(gòu)，只要不互相遮擋， 并且圖像傳感器的視角和照明光源的照射角的重合部分104能夠覆蓋整個(gè)顯示器的顯 示表面既可。 '
在本發(fā)明中，如果單個(gè)的發(fā)光元件的光功率和照射角度能夠滿足攝像頭對照度的 要求，則照明光源可以由單個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成；如果不能滿足上述要求，則可以使用多 個(gè)發(fā)光元件構(gòu)成照明光源，如圖2中的201和圖3、圖4所示。在發(fā)光元件的照射角比 較大時(shí)，可以使用圖4所示結(jié)構(gòu)，各個(gè)發(fā)光元件并行或者平行安裝在安裝支架401上， 得到最簡的結(jié)構(gòu)；如果單個(gè)發(fā)光元件的照射角度不能覆蓋整個(gè)顯示器表面，則可以將 各個(gè)發(fā)光元件成扇形安裝在支架301上。
為了避免環(huán)境光的干擾，本發(fā)明的照明光源最好采用單色光源，并在攝像頭的前 面加裝單色光的濾色片502，見圖5，以減小或消除其他波長的環(huán)境光以及顯示器所發(fā) 出的光線的干擾。在實(shí)用中，紅外光是最合適的選擇，不僅顯示器的光線中沒很少有 紅外成分，而且還被人眼察覺而影響觀看顯示器，同時(shí)攝像頭對紅外光的敏感度也很 高，因而不需要很大的照明功率。因此，圖2中的發(fā)光元件201可以使用紅外發(fā)光管。
為了減化整個(gè)裝置的的結(jié)構(gòu)，在本方案中還可以使用光路集成的結(jié)構(gòu)，將照明光 源和圖像傳感器組合成為一個(gè)整體。圖5、圖6就給出了這樣的兩種可用的光路集成結(jié) 構(gòu)。在圖5中，照明光源的光軸與攝像頭的光軸成一個(gè)角度， 一般是垂直，在二者光 軸的交匯處安置一面單面反射鏡501。如圖5所示，這面反射鏡的反射面，面對著圖像 傳感器的入射端，同時(shí)也面對著顯示器的顯示面的前方；這樣所述在顯示器表面的觸 摸物的圖像就能夠通過反射鏡的作用而被攝像頭捕捉到。而照明光源則安裝在單面反 射鏡的透射面一側(cè)，這樣照明光源所發(fā)射的照明光就可以透過單面反射鏡而到達(dá)顯示器的表面，照亮觸摸物。在圖6中，照明光源與圖像傳感器可以如圖2所示重疊安裝， 更有利于減小部件的整體體積。與圖5相比，增加了另外一面反射鏡601來反射照明 光，這面反射鏡的反射面面對著光源光線的射出端，同時(shí)也面對著前述單面反射鏡501 的透射面和顯示器的顯示面的前方。
本發(fā)明裝置的每一個(gè)圖像傳感器在被選通采集信息時(shí)，與其安裝在同一位置的照 明光源被驅(qū)動發(fā)光，攝像頭主要采集的是觸摸物反射照明光源時(shí)產(chǎn)生的圖像。因此， 本裝置的工作方式可以有多種如這2——4個(gè)圖像傳感器和照明光源同時(shí)工作，同時(shí) 采集信息，或者以分組、單個(gè)循環(huán)的方式輪流采集。這些工作過程中的一種過程如下 在控制器105的控制下，在依次選通每一個(gè)然后采集圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后把處理 結(jié)果傳送到主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)106中，得到觸摸物在顯示器表面的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，控制顯示器 的顯示內(nèi)容。由于這部分內(nèi)容是現(xiàn)有的成熟技術(shù)，故在本發(fā)明中不再詳細(xì)說明。
以上所述為本發(fā)明的一種實(shí)施例。因?yàn)榫唧w的機(jī)械結(jié)構(gòu)的多樣性，實(shí)施例無法窮 盡在本技術(shù)方案基礎(chǔ)上的所有具體結(jié)構(gòu)，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。
權(quán)利要求1.一種使用攝像頭的觸摸檢測裝置，包含有至少兩個(gè)安裝在顯示表面角部的圖像傳感器和若干安裝顯示表面周圍的照明光源，以及由與圖像傳感器相連接的圖像采集處理單元和與照明光源相連接的驅(qū)動電路所構(gòu)成的控制器、與所述控制器相連接的用于處理其輸出數(shù)據(jù)并驅(qū)動顯示器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征在于所述的照明光源的數(shù)量與圖像傳感器相同，每個(gè)照明光源都與一個(gè)圖像傳感器一同安裝在所述顯示表面的角部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸檢測裝置，其特征在于所述照明光源中包含有多個(gè) 發(fā)光元件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的觸摸檢測裝置，其特征在于所述照明光源中的多個(gè)發(fā)光 元件成扇形排列。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸檢測裝置，其特征在于所述照明光源與所述圖像傳 感器集成成為一體化的光路結(jié)構(gòu)裝置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的觸摸檢測裝置，其特征在于在所述一體化的光路集成結(jié) 構(gòu)裝置中包含有一面單面反射鏡，其反射面面對著圖像傳感器的入射端，并且也 面對著顯示器的顯示面的前方；所述照明光源安裝在單面反射鏡的透射面一側(cè)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的觸摸檢測裝置，其特征在于所述照明光源中還包含有一 面反射鏡，其反射面面對著光源光線的射出端，并且也面對著單面反射鏡的透射 面和顯示器的顯示面的前方。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或4所述的觸摸檢測裝置，其特征在于所述照明光源是單 色光源。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的觸摸檢測裝置，其特征在于所述照明光源是紅外光源； 所述光源中的發(fā)光元件是紅外發(fā)光管。
專利摘要一種使用攝像頭的觸摸檢測裝置，包含有至少兩個(gè)安裝在顯示表面角部的圖像傳感器和若干安裝顯示表面周圍的照明光源，以及由與圖像傳感器相連接的圖像采集處理單元和與照明光源相連接的驅(qū)動電路所構(gòu)成的控制器、與所述控制器相連接的用于處理其輸出數(shù)據(jù)并驅(qū)動顯示器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在本實(shí)用新型的裝置中，所述照明光源的數(shù)量與圖像傳感器相同，每個(gè)照明光源都與一個(gè)圖像傳感器一同安裝在所述顯示表面的角部。在本裝置中，照明光源可以選用單色紅外光源，以取得最好的抗干擾效果。本實(shí)用新型還提供了照明光源與圖像傳感器的光路集成方案。本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧，同樣的一套組件可以適用于多種尺寸的計(jì)算機(jī)顯示器。
文檔編號G06F3/041GK201163393SQ20082007911
公開日2008年12月10日 申請日期2008年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月19日
發(fā)明者劉建軍, 劉新斌, 葉新林 申請人:北京匯冠新技術(shù)有限公司