CN102045495A - 一种摄像头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摄像头，包括：镜头和传感器，所述传感器用以接收经由所述镜头透过的检测光线，所述摄像头还包括反射单元，由所述镜头透过的检测光线经由所述反射单元射至所述传感器的靶面。通过增加反射单元，以使由所述镜头透过的检测光线由直接到达所述传感器的靶面改为经由所述反射单元射至所述传感器的靶面；既不违反光学原理，又可利用所述反射单元的反射改变所述传感器与所述镜头之间的位置关系，以获得合适的成像距离，可使灵活调整摄像头的结构成为可能。

Description

一种摄像头

技术领域

本发明涉及一种摄像头，尤其涉及一种应用于使用光电检测技术的触摸屏上的摄像头。

背景技术

现有技术中，使用光电技术进行触摸点检测的触摸屏主要有两种：一种是使用红外发射和接收管阵列构成红外线扫描网格的红外触摸屏；另一种是使用摄像头等图像捕捉元件作为检测元件的摄像触摸屏。

如图1所示，传统的检测元件，如，摄像头，包括：镜头100和传感器120，所述传感器120用以接收经由所述镜头100透过的检测光线。通常，所述镜头的光轴与所述传感器的靶面垂直。所述镜头100可为凸透镜或包含凸透镜的透镜组，所述传感器120可为CCD(charge coupled device，电荷耦合器件)或CMOS(complementary metal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体)传感器。

实际生活中，人们在要求触摸屏具备一定功能性之余，还要求触摸屏具备相当的美观性，直观地，要求将触摸屏的边框做得更薄。为实现这一目的，当前，业界重点关注如何灵活调整摄像头的结构，即，如何在实际给定的容纳摄像头的空间范围内，确定摄像头中镜头和传感器间的相对位置关系。

具体地，由于所述传感器与所述镜头之间存在光学特性所限定的成像距离，此成像距离可能已超出实际给定的容纳摄像头的空间范围，为在此固定的空间范围内安置摄像头，需对前述成像距离做出改变，但是，本领域技术人员通常认为此成像距离由于光学原理的限定而不可改变，认为随意改变成像距离易导致获得的影像不清晰，影响摄像效果。

现有技术中，为灵活调整摄像头的结构，通常采用改变摄像头中各透镜间相互位置或透镜组的结构的技术方案，如CN200710163004.1、CN200710006962.8、CN 200810214448.8和CN 200810003844.6中所提供的；此外，如ZL200620005526.X中所提供的，也可采用将电路板由置于镜头和传感器之后改为置为镜头和传感器之间的技术方案以灵活调整摄像头的结构，但应用上述两类方法调整摄像头的结构的程度非常有限。仍需进一步调整摄像头的结构。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种摄像头，利于灵活调整摄像头的结构。

本发明提供的一种摄像头，包括：镜头和传感器，所述传感器用以接收经由所述镜头透过的检测光线，所述摄像头还包括反射单元，由所述镜头透过的检测光线经由所述反射单元射至所述传感器的靶面。

可选地，所述反射单元为三棱镜，所述三棱镜中远离所述镜头的面对出射的检测光线发生全反射。

可选地，所述反射单元为三棱镜，所述反射单元的入射面与所述镜头的光轴方向垂直，所述三棱镜满足如下条件，

θ₂-θ₁＜α₁

sin(θ₂-θ₁)·n＝sinα₂

α₃＝α₂+θ₃

其中，θ₁为所述三棱镜横截面中靠近所述镜头并远离所述传感器的靶面的夹角；θ₂为所述三棱镜横截面中远离所述镜头及所述传感器的靶面的夹角；θ₃为所述三棱镜横截面中靠近所述镜头及所述传感器的靶面的夹角；n为所述三棱镜材质的折射率；α₁为检测光线由所述三棱镜出射时的全反射角；α₂为检测光线经由所述三棱镜的出射角；α₃为所述传感器的靶面与所述反射单元的入射面的夹角。

可选地，所述反射单元为横截面为等腰直角三角形的三棱镜，所述等腰直角三角形的一直角边平行于所述传感器的靶面方向与所述镜头的光轴方向；所述等腰直角三角形的另一直角边垂直于所述传感器的靶面方向与所述镜头的光轴方向。

可选地，所述反射单元为横截面为等腰直角三角形的三棱镜，所述等腰直角三角形的斜边垂直于所述镜头的光轴方向，且平行于所述传感器的靶面方向。

可选地，所述反射单元为三棱镜，经由所述镜头透过的检测光线对所述反射单元的入射面的入射角为β₁时，所述三棱镜满足如下条件，

β₁＜α₁

θ₁-β₂＞α₁

sin(θ₂-θ₁+β₂)·n＝sinβ₃

其中，θ₁为所述三棱镜横截面中靠近所述镜头并远离所述传感器的靶面的夹角；θ₂为所述三棱镜横截面中远离所述镜头及所述传感器的靶面的夹角；θ₃为所述三棱镜横截面中靠近所述镜头及所述传感器的靶面的夹角；n为所述三棱镜材质的折射率；α₁为检测光线由所述三棱镜出射时的全反射角；β₂为检测光线在所述三棱镜内的折射角；β₃为检测光线经由所述三棱镜的出射角；所述传感器的靶面与所述反射单元的入射面的夹角为π-β₃-θ₃-α₁。

可选地，所述反射单元为平面镜或曲面反射镜。

可选地，所述镜头为凸透镜或包含所述凸透镜的透镜组。

可选地，在焦距相同、材质相同的凸透镜或透镜组中，在其光轴的垂直方向上，所述凸透镜或所述透镜组的高度最小。

可选地，所述反射单元的材质为玻璃或对检测光线透明的光学材料。

可选地，在所述反射单元的反射面上涂覆有反射膜。

可选地，所述传感器为电荷耦合器件或互补金属氧化物半导体。

与现有技术相比，本发明提供的摄像头具有如下优点：

本发明提供的一种摄像头，通过增加反射单元，以使由所述镜头透过的检测光线由直接到达所述传感器的靶面改为经由所述反射单元射至所述传感器的靶面；既不违反光学原理，又可利用所述反射单元的反射改变所述传感器与所述镜头之间的位置关系，以获得合适的成像距离，可使灵活调整摄像头的结构成为可能；

本发明提供的一种摄像头，通过选用横截面为等腰直角三角形的三棱镜(即，全反射棱镜)作为所述反射单元，且所述等腰直角三角形的一直角边平行于所述传感器的靶面方向与所述镜头的光轴方向；所述等腰直角三角形的另一直角边垂直于所述传感器的靶面方向与所述镜头的光轴方向；既可利用全反射棱镜改变光线方向，又可使能量损失尽量小；

本发明提供的一种摄像头，通过选用横截面为等腰直角三角形的三棱镜作为所述反射单元，并使所述等腰直角三角形的斜边垂直于所述镜头的光轴方向，且平行于所述传感器的靶面方向；可利用全反射棱镜使检测光线反向，既可使能量损失尽量小，又可使最大限度地调整摄像头的结构成为可能；

本发明提供的一种摄像头，通过在焦距相同、材质相同的凸透镜或透镜组中，选用在其光轴的垂直方向上高度最小的所述凸透镜或所述透镜组构成所述镜头，使得对于焦距相同的所述镜头，在与所述镜头的光轴垂直的方向上，所述镜头的高度更短，更利于灵活调整摄像头的结构。

附图说明

图1为现有技术中摄像头的结构示意图；

图2为本发明第一实施例中摄像头的结构示意图；

图3为本发明第二实施例中摄像头的结构示意图；

图4为本发明第三实施例中摄像头的结构示意图；

图5为本发明第四实施例中摄像头的结构示意图；

图6为本发明第五实施例中摄像头的结构示意图；

图7为本发明第六实施例中摄像头的结构示意图；

图8为本发明实施例中摄像头内透镜的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的描述。

如图2所示，在第一实施例中，摄像头包括：镜头100和传感器120，所述传感器120用以接收经由所述镜头100透过的检测光线，所述摄像头还包括反射单元140，所述反射单元140为横截面为等腰直角三角形的三棱镜(即，全反射棱镜)，所述等腰直角三角形的一直角边BC平行于所述传感器120的靶面方向xx’与所述镜头的光轴方向yy’；所述等腰直角三角形的另一直角边AC垂直于所述传感器120的靶面方向xx’与所述镜头的光轴方向yy’，由所述镜头100透过的检测光线经由所述反射单元140射至所述传感器120的靶面。

此时，由所述镜头100透过的检测光线垂直于AC所在的入射面(三棱镜中沿直角边AC垂直纸面向里的面，简记为入射面AC，同理，标记反射面AB和出射面BC)射入，入射角为0°，检测光线经入射面AC折射后，其折射角仍为0°，则折射后的检测光线到达反射面AB时，其入射角为45°；所述三棱镜的材质可为玻璃，玻璃的折射率n约为1.5(实际为1.5-1.8之间)，根据折射定律可知，检测光线由玻璃射入空气时的全反射角为41.84°，即，折射后的检测光线到达反射面AB时，入射角大于全反射角；换言之，折射后的检测光线在反射面AB处发生全反射，反射角仍为45°，反射后的检测光线垂直射入出射面BC，入射角为0°，折射角仍为0°，检测光线由出射面BC射出，即，检测光线经由所述三棱镜后，传播方向向下偏转90°。

本实施例中，需使所述传感器的靶面平行于所述镜头的光轴。由于利用全反射棱镜改变检测光线方向时，光线在入射面AC和出射面BC均为垂直射入，反射损失能量最小。换言之，作为本发明的其他实施例，所述反射单元为三棱镜，所述三棱镜中远离所述镜头的面对出射的检测光线发生全反射时，反射损失能量最小。

在本发明的其他实施例中，所述三棱镜的材质可为其他对检测光线透明的光学材料，此时，为忽略所述三棱镜的不同材质对检测光线由其射入空气的全反射角的影响，使折射后的检测光线在反射面AB处必然发生全反射，只需在所述反射面AB上涂覆反射膜即可。

如图3所示，在第二实施例中，摄像头包括：镜头100和传感器120，所述传感器120用以接收经由所述镜头100透过的检测光线，所述摄像头还包括反射单元140，所述反射单元140为横截面为等腰直角三角形的三棱镜，所述等腰直角三角形的斜边AB垂直于所述镜头的光轴方向yy’，且平行于所述传感器的靶面方向xx’，由所述镜头100透过的检测光线经由所述反射单元140射至所述传感器120的靶面。

此时，由所述镜头100透过的检测光线垂直于AB所在的入射面(三棱镜中沿斜边AB垂直纸面向里的面，简记为入射面AB，同理，标记反射面AC和BC)射入，入射角为0°，检测光线经入射面AB折射后，其折射角仍为0°，则折射后的检测光线到达反射面AC时，其入射角为45°；所述三棱镜的材质可为玻璃，检测光线由玻璃射入空气时的全反射角为41.84°，即，折射后的检测光线到达反射面AC时，入射角大于全反射角；换言之，折射后的检测光线在反射面AC处发生全反射，反射角仍为45°，反射后的检测光线垂直射入另一反射面BC，入射角仍为45°，仍发生全反射，反射角仍为45°，检测光线经两次全反射后由出射面AB射出，此时，折射角为0°，即，检测光线经由所述三棱镜后，传播方向与入射方向偏转180°。

可见，本实施例中，利用全反射棱镜可使检测光线反向，既可使能量损失尽量小，又可使最大限度地调整摄像头的结构成为可能。需说明的是，在实现检测光线的传播方向与入射方向偏转180°时，所述镜头与所述传感器可如图3所示具有同一纵轴线；当然，所述镜头与所述传感器也可具有不同的纵轴线，即，所述镜头与所述传感器与全反射棱镜的入射面的距离不同。可根据实际需要灵活调整。

实践中，所述反射单元不限于全反射棱镜，三棱镜横截面各内角为任意值时，仍可通过调整所述传感器的靶面与所述反射单元的入射面的夹角而使检测光线射入(如垂直射入)所述传感器的靶面。

如图4所示，在第三实施例中，摄像头包括：镜头100和传感器120，所述传感器120用以接收经由所述镜头100透过的检测光线，所述摄像头还包括反射单元140，所述反射单元140为三棱镜，所述反射单元140的入射面与所述镜头100的光轴方向垂直，θ₁为所述三棱镜横截面中靠近所述镜头并远离所述传感器的靶面的夹角(∠bac)；θ₂为所述三棱镜横截面中远离所述镜头及所述传感器的靶面的夹角(∠abc)；θ₃为所述三棱镜横截面中靠近所述镜头及所述传感器的靶面的夹角(∠bca)；n为所述三棱镜材质的折射率；α₁为检测光线由所述三棱镜出射时的全反射角；α₂为检测光线经由所述三棱镜的出射角；α₃为所述传感器的靶面与所述反射单元的入射面的夹角。推导所述三棱镜需满足的条件：

此时，由所述镜头100透过的检测光线垂直于ac所在的入射面(简记为入射面ac，同理，标记反射面ab和出射面bc)射入，入射角为0°，检测光线经入射面ac折射后，其折射角仍为0°，则折射后的检测光线到达反射面ab时，其入射角为θ₁；可知，为使折射后的检测光线在反射面ab处发生全反射，需满足θ₁＞α₁；此时，反射角仍为θ₁，反射后的检测光线射入出射面bc，入射角为θ₂-θ₁，折射角为α₂，为使检测光线由出射面bc射出，θ₂-θ₁＜α₁。其中，θ₁、θ₂和θ₃可直接测出，n可直接查出，α₂可根据sin(θ₂-θ₁)·n＝sinα₂计算得出。根据三角形内角和为180°，四边形内角和为360°，可推出，α₃＝α₂+θ₃。

综上，本实施例中，所述三棱镜需满足条件：

θ₂-θ₁＜α₁

sin(θ₂-θ₁)·n＝sinα₂

α₃＝α₂+θ₃

此外，所述反射单元的入射面与所述镜头的光轴方向也可为任意角度，具体地，如图5所示，在第四实施例中，摄像头包括：镜头100和传感器120，所述传感器120用以接收经由所述镜头100透过的检测光线，所述摄像头还包括反射单元140，所述反射单元140为三棱镜，经由所述镜头100透过的检测光线对所述反射单元的入射面的入射角为β₁时，所述三棱镜满足如下条件，

β₁＜α₁

θ₁-β₂＞α₁

sin(θ₂-θ₁+β₂)·n＝sinβ₃

其中，θ₁为所述三棱镜横截面中靠近所述镜头并远离所述传感器的靶面的夹角；θ₂为所述三棱镜横截面中远离所述镜头及所述传感器的靶面的夹角；θ₃为所述三棱镜横截面中靠近所述镜头及所述传感器的靶面的夹角；n为所述三棱镜材质的折射率；α₁为检测光线由所述三棱镜出射时的全反射角；β₂为检测光线在所述三棱镜内的折射角；β₃为检测光线经由所述三棱镜的出射角；所述传感器的靶面与所述反射单元的入射面的夹角为π-β₃-θ₃-α₁。具体推导过程与前述实施例类似，不再赘述。

所述反射单元的入射面与所述镜头的光轴方向为任意角度，利于灵活调整所述摄像头的尺寸。

上述实施例中，所述镜头可为凸透镜或包含所述凸透镜的透镜组；所述传感器为电荷耦合器件或互补金属氧化物半导体。其中，所述传感器内接收检测光线的区域可为全部或部分靶面。

如图6和图7所示，在第五和第六实施例中，摄像头包括：镜头100和传感器120，所述传感器120用以接收经由所述镜头100透过的检测光线，只是所述摄像头还分别包括反射单元140，所述反射单元140分别为平面镜和曲面反射镜。所述反射单元140的偏转角度和所述曲面反射镜的曲率可根据实际需要灵活选择。进而，所述传感器的靶面和所述镜头的光轴方向的夹角也可根据实际需要灵活调整。

作为示例，所述反射单元140为平面镜时，由所述镜头透过的检测光线射入平面镜zz’所在的入射面，入射角为η，检测光线经入射面反射后，其反射角仍为η，为使所述传感器能够更好地检测到检测光线，可使检测光线垂直射入所述传感器的靶面，此时，所述传感器的靶面与所述平面镜的夹角为η。

通过增加反射单元，以使由所述镜头透过的检测光线由直接到达所述传感器的靶面改为经由所述反射单元射至所述传感器的靶面；既不违反光学原理，又可利用所述反射单元的反射改变所述传感器与所述镜头之间的位置关系，以获得合适的成像距离，可使灵活调整摄像头的结构成为可能。

特别地，如图8所示，对于焦距相同、材质相同的所述镜头F₁和F₂，在与所述镜头的光轴垂直的方向上，为使所述镜头的高度更短，以利于灵活调整摄像头的结构，可选用形貌仅为传统的凸透镜或透镜组中一部分(如F₂)的凸透镜或透镜组构成所述镜头；即，在焦距相同、材质相同的凸透镜或透镜组中，在其光轴的垂直方向上，所述凸透镜或所述透镜组的高度最小。并且，所述凸透镜或所述透镜组在其光轴方向上的边界可为平面或曲面，可根据实际需要选择。

本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例。具体地，在本发明的其他实施方式中，所述反射单元中三棱镜、平面镜或曲面反射镜的数目并不限于上述实施例中所示出的一个，可以为至少两个，且可以是不同镜种的组合，只要由所述镜头透过的检测光线经由所述反射单元可射至所述传感器的靶面即可。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (12)

1.一种摄像头，包括：镜头和传感器，所述传感器用以接收经由所述镜头透过的检测光线，其特征在于：所述摄像头还包括反射单元，由所述镜头透过的检测光线经由所述反射单元射至所述传感器的靶面。

2.根据权利要求1所述的摄像头，其特征在于：所述反射单元为三棱镜，所述三棱镜中远离所述镜头的面对出射的检测光线发生全反射。

3.根据权利要求1所述的摄像头，其特征在于：所述反射单元为三棱镜，所述反射单元的入射面与所述镜头的光轴方向垂直，所述三棱镜满足如下条件，

θ₂-θ₁＜α₁

sin(θ₂-θ₁)·n＝sinα₂

α₃＝α₂+θ₃

其中，θ₁为所述三棱镜横截面中靠近所述镜头并远离所述传感器的靶面的夹角；θ₂为所述三棱镜横截面中远离所述镜头及所述传感器的靶面的夹角；θ₃为所述三棱镜横截面中靠近所述镜头及所述传感器的靶面的夹角；n为所述三棱镜材质的折射率；α₁为检测光线由所述三棱镜出射时的全反射角；α₂为检测光线经由所述三棱镜的出射角；α₃为所述传感器的靶面与所述反射单元的入射面的夹角。

4.根据权利要求1所述的摄像头，其特征在于：所述反射单元为横截面为等腰直角三角形的三棱镜，所述等腰直角三角形的一直角边平行于所述传感器的靶面方向与所述镜头的光轴方向；所述等腰直角三角形的另一直角边垂直于所述传感器的靶面方向与所述镜头的光轴方向。

5.根据权利要求1所述的摄像头，其特征在于：所述反射单元为横截面为等腰直角三角形的三棱镜，所述等腰直角三角形的斜边垂直于所述镜头的光轴方向，且平行于所述传感器的靶面方向。

6.根据权利要求1所述的摄像头，其特征在于：所述反射单元为三棱镜，经由所述镜头透过的检测光线对所述反射单元的入射面的入射角为β₁时，所述三棱镜满足如下条件，

β₁＜α₁

θ₁-β₂＞α₁

sin(θ₂-θ₁+β₂)·n＝sinβ₃

其中，θ₁为所述三棱镜横截面中靠近所述镜头并远离所述传感器的靶面的夹角；θ₂为所述三棱镜横截面中远离所述镜头及所述传感器的靶面的夹角；θ₃为所述三棱镜横截面中靠近所述镜头及所述传感器的靶面的夹角；n为所述三棱镜材质的折射率；α₁为检测光线由所述三棱镜出射时的全反射角；β₂为检测光线在所述三棱镜内的折射角；β₃为检测光线经由所述三棱镜的出射角；所述传感器的靶面与所述反射单元的入射面的夹角为π-β₃-θ₃-α₁。

7.根据权利要求1所述的摄像头，其特征在于：所述反射单元为平面镜或曲面反射镜。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的摄像头，其特征在于：所述镜头为凸透镜或包含所述凸透镜的透镜组。

9.根据权利要求8所述的摄像头，其特征在于：在焦距相同、材质相同的凸透镜或透镜组中，在其光轴的垂直方向上，所述凸透镜或所述透镜组的高度最小。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的摄像头，其特征在于：所述反射单元的材质为玻璃或对检测光线透明的光学材料。

11.根据权利要求1至7中任一项所述的摄像头，其特征在于：在所述反射单元的反射面上涂覆有反射膜。

12.根据权利要求1至7中任一项所述的摄像头，其特征在于：所述传感器为电荷耦合器件或互补金属氧化物半导体。

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