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      一種用于使用攝像頭的屏幕輸入設(shè)備的光路結(jié)構(gòu)的制作方法

      文檔序號(hào):6583047閱讀:137來源:國知局
      專利名稱:一種用于使用攝像頭的屏幕輸入設(shè)備的光路結(jié)構(gòu)的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種光路結(jié)構(gòu),屬于計(jì)算機(jī)人機(jī)交互設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域,特別
      是用于采用圖像處理技術(shù)構(gòu)建的交互式觸摸屏和電子白板的光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
      背景技術(shù)
      用于電腦操作、信息查詢、自助服務(wù)以及教學(xué)、會(huì)議系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)屏幕輸入設(shè) 備——計(jì)算機(jī)觸摸屏和交互式電子白板,已經(jīng)越來越被廣泛地應(yīng)用,其中使用圖像處理技 術(shù)構(gòu)建的計(jì)算機(jī)觸摸屏和交互式電子白板也開始被應(yīng)用。本發(fā)明中涉及的交互式電子白 板可以看作一種尺寸放大的觸摸屏,包括使用不發(fā)光的手指、白板筆等物體作為觸摸物和 使用可發(fā)光的專用筆這兩種基本結(jié)構(gòu),故下面為敘述方便統(tǒng)稱為觸摸屏。這種技術(shù)中的一 種,是使用至少兩只安裝在被檢測(cè)屏幕或電子白板的相鄰的角部的圖像傳感器(一般使用 CMOS結(jié)構(gòu)的攝像頭,本文中為敘述方便,下面簡(jiǎn)稱為攝像頭)來實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)觸摸屏表面觸 摸物的檢測(cè),如號(hào)碼為DE20016024549的德國專利所公開的技術(shù)內(nèi)容。但是因?yàn)樵谶@種技 術(shù)中,攝像頭安裝在顯示屏幕的表面上,因?yàn)閿z像頭本身有一定的長(zhǎng)寬高尺寸,并且攝像頭 的光軸也與攝像頭外殼的邊緣之間也有一定的尺寸,所以不僅用于安裝或保護(hù)攝像頭的外 殼與顯示屏幕表面之間將會(huì)有一個(gè)較大的空隙,不便于安裝和美觀,而且在停止觸摸尤其 是書寫時(shí)的斷筆操作時(shí),要求觸摸物與顯示表面之間有一個(gè)較大的抬起高度,否則將會(huì)造 成誤操作,給使用造成很大不便。 號(hào)碼為200720104194. 5的中國專利公開了一種使用反光鏡改變檢測(cè)光線的方向 的光路技術(shù)方案,部分解決了這個(gè)問題。但是同樣由于攝像頭本身從鏡頭表面到CMOS靶 面底部的封裝外殼,也有一定的高度,并且攝像頭的光軸垂直于顯示屏幕的表面,再加上保 護(hù)玻璃板等的厚度,因此這個(gè)技術(shù)方案對(duì)于現(xiàn)在日益向輕薄方向發(fā)展的LCD平板顯示器而 言,常常會(huì)導(dǎo)致整個(gè)觸摸屏的厚度增加。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的,就是針對(duì)使用攝像頭構(gòu)建的計(jì)算機(jī)觸摸屏的光路結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn),公 開了一種,提供了一種新型的光路結(jié)構(gòu)。 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的,本發(fā)明包含有安裝在顯示器表面的透明保護(hù)板和安裝在透 明保護(hù)板邊緣側(cè)面的攝像頭,在所述透明保護(hù)板的邊緣與所述攝像頭之間,安裝有一個(gè)光 線入射面和出射面均為平面的平板透鏡;所述平板透鏡的光線入射面安裝在透明保護(hù)板的 上表面之上,并與所述上表面成一向屏幕邊緣方向傾斜的傾角;所述平板透鏡的光線射出 面,位于所述攝像頭鏡頭的前面,并至少有一部分延伸到所述透明保護(hù)板的上表面的下方。
      進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)方案,所述平板透鏡由透明保護(hù)板和附加透鏡構(gòu)成;所述附加透鏡, 使用光學(xué)粘接劑包圍式安裝在所述透明保護(hù)板的上表面和側(cè)面之間的棱上,包含有一個(gè)所 述的光線入射面和一個(gè)光線出射面?;蛘?,所述附加透鏡使用光學(xué)粘接劑安裝在透明保護(hù) 板邊緣的上表面,包含有一個(gè)所述的光線入射面;而所述透明保護(hù)板的側(cè)面構(gòu)成了所述的光線出射面。在這類結(jié)構(gòu)方案中,可以使用對(duì)檢測(cè)光線具有相同的折射率的光學(xué)材料制造 所述的附加透鏡和透明保護(hù)板。 更進(jìn)一步,在上述結(jié)構(gòu)方案中,一般只需要將入射光線從透明保護(hù)板的上表面之
      上平移到上表面之下,因此所述平板透鏡的光線入射面平行于光線出射面。 更進(jìn)一步,在上述結(jié)構(gòu)方案中,一般都使用紅外線作為觸摸物的檢測(cè)光線,所以所
      述平板透鏡或附加透鏡,可以使用對(duì)紅外光線透明而可以阻擋可見光的光學(xué)材料制造。 發(fā)明的益處由于采用了上述技術(shù)方案,所以本發(fā)明的光路系統(tǒng)能夠?qū)⑼该鞅Wo(hù)
      板表面的光線折射到透明保護(hù)板邊緣的側(cè)面,可以將攝像頭與保護(hù)透明板幾乎安裝在同一
      平面,攝像頭不再單獨(dú)占用觸摸屏的厚度尺寸,因此在低成本的條件下,特別適用于安裝在
      現(xiàn)在日益向輕薄方向發(fā)展的LCD平板顯示器上的觸摸屏以及電子白板。


      圖1 :本發(fā)明光路結(jié)構(gòu)的原理和一種基本結(jié)構(gòu)及光路路徑的示意圖;
      圖2 :本發(fā)明光路結(jié)構(gòu)在透明保護(hù)板角部安裝的基本結(jié)構(gòu)示意圖;
      圖3 :本發(fā)明光路結(jié)構(gòu)的第二種具體結(jié)構(gòu)的示意圖;
      圖4 :本發(fā)明光路結(jié)構(gòu)的第三種具體結(jié)構(gòu)的示意圖。 圖中,101是透明保護(hù)板,102是平板透鏡,103是透明保護(hù)板的上表面,104是透明 保護(hù)板的下表面,105是平板透鏡的光入射面,106是平板透鏡的光出射面,107是攝像頭組 件,108是一條入射光線,109是平板透鏡內(nèi)的折射光線,110是一條出射光線。
      201是透明保護(hù)板下方的顯示屏幕,301是包圍結(jié)構(gòu)的附加透鏡,401是表帖結(jié)構(gòu) 的附加透鏡。點(diǎn)劃線N為垂直于檢測(cè)光線入射面的法線。
      具體實(shí)施例 圖1給出了本發(fā)明的基本原理和光路路徑一種基本結(jié)構(gòu)示意圖,也是本發(fā)明的一 個(gè)可實(shí)施結(jié)構(gòu),給出了平板透鏡102與透明保護(hù)板101之間的基本安裝結(jié)構(gòu),以及透明保護(hù) 板的上表面103之上的光線108到達(dá)平板透鏡的入射面105之后,在平板透鏡中被折射,折 射光線109通過平板透鏡的出射面106后形成出射光線110而到達(dá)攝像頭組件107的鏡 頭的光路。從圖中可以看到,在制造平板透鏡的光學(xué)材料折射率已知的情況下,只要選擇 好平板透鏡的入射面上的光線入射點(diǎn)與出射面上光線射出點(diǎn)之間的距離,也就是平板透鏡 上用于光線折射這部分的厚度,就可以控制出射光線的位置,可以位于透明保護(hù)板的上表 面之上,或者位于透明保護(hù)板的上表面103和下表面104之間,甚至可以平移到下表面104 之下。這樣,就可以根據(jù)計(jì)算或?qū)嶒?yàn)得到的出射光線的位置,來選擇安裝攝像頭組件107的 位置。如果控制出射光線的出射點(diǎn)位于透明保護(hù)板的上下表面之間,就可以將攝像頭安裝 在透明保護(hù)板邊緣的側(cè)面,這樣攝像頭組件107將不會(huì)在單獨(dú)占用觸摸屏的厚度方向的尺 寸,而是與透明保護(hù)板共用這個(gè)方向的尺寸,這樣就有利于降低整個(gè)觸摸屏的厚度。
      圖2是圖1中所示的平板透鏡102在透明保護(hù)板101上的安裝位置示意圖。因?yàn)?這種原理和結(jié)構(gòu)的觸摸屏基本上都是使用不少于兩只攝像頭組件來檢測(cè)整個(gè)顯示屏幕201 表面的觸摸物,因此為了盡可能使用小的視場(chǎng)角以減小攝像頭拍攝到的圖象的失真(象差 和畸變等),一般都是將攝像頭組件安裝在透明保護(hù)板的角部位置。圖2中給出的是在透明保護(hù)板101的以及顯示屏幕201的右上角安裝平板透鏡的位置的示意圖。這個(gè)示意圖適用 于本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例,一般可用粘接劑安裝,只是粘接劑的種類可根據(jù)不同實(shí)施例里面 平板透鏡的不同構(gòu)成結(jié)構(gòu)而有所不同。在圖l所示的結(jié)構(gòu)中,因?yàn)闆]有光線通過透明保護(hù) 板,所以平板透鏡與透明保護(hù)板之間使用強(qiáng)度足夠的非光學(xué)粘接劑即可。在實(shí)際應(yīng)用中,一 般透明保護(hù)板均使用一定厚度的鋼化玻璃,某些情況下使用壓克力(PMMA)等硬度和耐磨 度較高的有機(jī)光學(xué)材料。實(shí)際應(yīng)用中的檢測(cè)光線, 一般是波長(zhǎng)在808 940nm之間的紅外 線。 圖3給出了本發(fā)明的另外一種具體實(shí)施結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中,倒"L"形的附加透 鏡301被安裝在透明保護(hù)板的上表面和側(cè)面之間的棱上,包含有一個(gè)光線入射面105和一 個(gè)光線出射面106。安裝方式是使用光學(xué)粘接劑粘接,如光學(xué)上常用的雙膠合透鏡所使用 的光學(xué)粘接劑。在這個(gè)實(shí)施例中,透明保護(hù)板101也構(gòu)成了平板透鏡的一部分,這樣圖中的 折射光線109很可能會(huì)不是圖中所示的直線(透明保護(hù)板的材料和附加透鏡的材料對(duì)檢測(cè) 的折射率不一樣時(shí))而是折線,但是因?yàn)橥该鞅Wo(hù)板對(duì)檢測(cè)光線的折射率可知,因此可以 通過計(jì)算得到特定入射光線的射出點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以縮減平板透鏡在顯示屏幕在 對(duì)角線方向的尺寸,安裝位置也容易固定,但是也有缺點(diǎn),就是作為透明保護(hù)板剪裁面的側(cè) 面,需要拋光處理以免影響光線的通過。 圖4給出了本發(fā)明的第三種具體實(shí)施結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)與圖3所示的結(jié)構(gòu)相似,也 是由附加透鏡和透明保護(hù)板復(fù)合而構(gòu)成的。在這種結(jié)構(gòu)中,透鏡的檢測(cè)光線入射面105設(shè) 置在附加透鏡401上面,而出射面106則設(shè)置在透明保護(hù)板101邊緣的側(cè)面;附加透鏡與透 明保護(hù)板之間使用光學(xué)粘合劑粘合安裝在一起。與第二個(gè)實(shí)施例相似,這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在 于可以縮減平板透鏡在顯示屏幕在對(duì)角線方向的尺寸并且附加透鏡結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)同樣 在于作為光線出射面的透明保護(hù)板剪裁面的側(cè)面需要拋光處理。 在本發(fā)明中的絕大多數(shù)情況下,只需要將光線平行移動(dòng),即可滿足實(shí)際應(yīng)用要求, 并且因?yàn)椴粫?huì)改變檢測(cè)光線的傳播方向而不必重新設(shè)計(jì)觸摸物位置計(jì)算的程序,因此在圖 1所示的結(jié)構(gòu)中,可以將平板透鏡102的入射面105和出射面106設(shè)計(jì)為平行的平面以實(shí)現(xiàn) 平移且不變向的目的。但是對(duì)于圖3和圖4所示的結(jié)構(gòu),因?yàn)槠桨逋哥R由兩種材料復(fù)合而 成,如果這兩種材料對(duì)檢測(cè)光線的折射率相同則可視為同一種光學(xué)材;如果則射率不同則 需要根據(jù)不同材料對(duì)檢測(cè)光線不同的折射率以及實(shí)際的尺寸要求,綜合設(shè)計(jì)每種材料在復(fù) 合平板透鏡中的物理尺寸。如果要求檢測(cè)光線被平移后還要改變傳播方向,那么在圖1的 結(jié)構(gòu)中,可以簡(jiǎn)單地將平板透鏡102的入射面105和出射面106之間設(shè)計(jì)有一定的角度;而 對(duì)于圖3和圖4的結(jié)構(gòu),如果兩種材料對(duì)檢測(cè)光線的折射率不同,則需要復(fù)雜一些的設(shè)計(jì)。
      因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用中的檢測(cè)光線, 一般是波長(zhǎng)在808 940nm之間的紅外線,所以本發(fā) 明中平板透鏡或附加透鏡,可以使用對(duì)紅外光線透明而可以阻擋可見光的光學(xué)材料制造, 這樣有可能省略掉安裝在攝像頭組件107光路上的紅外濾色片。 上述實(shí)施例給出了本發(fā)明的一些可用結(jié)構(gòu),但不是全部的可用實(shí)施方案,因此還 可以在本發(fā)明的基本原理的基礎(chǔ)上,構(gòu)建其它可用的具體實(shí)施方案,如將平板透鏡直接設(shè) 計(jì)安裝到攝像頭組件107的鏡頭組之上,構(gòu)成專用于攝像頭觸摸屏的圖像采集部件。
      權(quán)利要求
      一種用于使用攝像頭的屏幕輸入設(shè)備的光路結(jié)構(gòu),包含有安裝在顯示器表面的透明保護(hù)板和安裝在透明保護(hù)板邊緣側(cè)面的攝像頭,其特征在于在所述透明保護(hù)板的邊緣與所述攝像頭之間,安裝有一個(gè)光線入射面和出射面均為平面的平板透鏡;所述平板透鏡的光線入射面位于透明保護(hù)板的上表面之上,并與透明保護(hù)板的上表面成一向屏幕邊緣方向傾斜的傾角;所述平板透鏡的光線射出面,位于所述攝像頭鏡頭的前面,并至少有一部分延伸到所述透明保護(hù)板的上表面的下方。
      2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光路結(jié)構(gòu),其特征在于所述平板透鏡由透明保護(hù)板和附加 透鏡構(gòu)成;所述附加透鏡,使用光學(xué)粘接劑包圍式安裝在所述透明保護(hù)板的上表面和側(cè)面 之間的棱上,包含有一個(gè)所述的光線入射面和一個(gè)光線出射面。
      3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光路結(jié)構(gòu),其特征在于所述平板透鏡由透明保護(hù)板和附加 透鏡構(gòu)成;所述附加透鏡使用光學(xué)粘接劑安裝在透明保護(hù)板邊緣的上表面,包含有一個(gè)所 述的光線入射面;所述透明保護(hù)板的側(cè)面構(gòu)成了所述的光線出射面。
      4. 根據(jù)權(quán)利要求2、3所述的光路結(jié)構(gòu),其特征在于所述附加透鏡和透明保護(hù)板,對(duì)檢 測(cè)光線具有相同的折射率。
      5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光路結(jié)構(gòu),其特征在于所述平板透鏡的光線入射面平行于 光線出射面。
      6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的光路結(jié)構(gòu),其特征在于所述平板透鏡的光線入射面 平行于光線出射面。
      7. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的光路結(jié)構(gòu),其特征在于所述平板透鏡或附加透鏡,使 用對(duì)紅外光線透明而可以阻擋可見光的光學(xué)材料制造。
      全文摘要
      一種用于使用攝像頭的屏幕輸入設(shè)備的光路結(jié)構(gòu),基本技術(shù)方案是在觸摸屏表面的透明保護(hù)板的邊緣與攝像頭之間,安裝有一個(gè)光線入射面和出射面均為平面的平板透鏡;透鏡的光線入射面位于透明保護(hù)板的上表面之上并向屏幕邊緣方向傾斜;透鏡的光線射出面位于所述攝像頭鏡頭的前面,并至少有一部分延伸到透明保護(hù)板的上表面的下方。本發(fā)明的光路系統(tǒng)能夠?qū)⑼该鞅Wo(hù)板表面的光線折射到透明保護(hù)板邊緣的側(cè)面,可以將攝像頭與保護(hù)透明板幾乎安裝在同一平面,攝像頭不再單獨(dú)占用觸摸屏的厚度尺寸,因此在低成本的條件下適用于安裝在現(xiàn)在日益向輕薄方向發(fā)展的LCD平板顯示器上的觸摸屏以及電子白板。
      文檔編號(hào)G06F3/042GK101699330SQ20091021035
      公開日2010年4月28日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
      發(fā)明者劉中華 申請(qǐng)人:北京愛易瑪克科技有限公司
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