CN103853387B - 一种显示装置、系统及坐标定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种显示装置，其包括：面板部件（1），其用于显示内容，并供操作部件（4）在其表面上进行操作；至少两个线性光学部件（11，12，31，32，33，34），其发出均匀分布在所述面板部件（1）表面的光线；至少两个探测部件（13，14，35，36），其用于探测所述操作部件（4）在接近或接触所述面板部件（1）表面时所述至少两个线性光学部件（11，12，31，32，33，34）发出的光线在所述操作部件（4）上产生的光斑（5）；根据所述至少两个探测部件（13，14，35，36）对所述光斑（5）的探测结果确定的操作部件（4）的位置。本发明提供的显示装置，与传统的CCD电子白板相比，由于不需要设置反射膜，因此具有成本低、易安装、易维护的优点。

Description

一种显示装置、系统及坐标定位方法

技术领域

本发明涉及光电技术，尤其涉及一种显示装置、系统以及坐标定位方法。

背景技术

电子白板系统是20世纪90年代末随着多媒体技术、计算机技术、显示技术以及人机交互技术的发展而兴起的一种可以用于教学、培训、会议、演示等场合的多媒体工具。它与传统的教学、演示方式结合得最紧密，以特制的电子白板（或称投影屏幕）代替传统的黑板，用户可通过电子笔或者笔状物体可以在电子白板上书写或者模拟鼠标功能，并且操作结果可以通过投影直接显示到电子白板上。

电子白板系统一般是由电子白板、指示装置、显示设备和计算机等几部分构成，显示设备比为如投影仪，与计算机相连，将计算机显示器上的内容投射在电子白板上，达到和多人共享信息的目的。电子白板从工作原理上来分有电阻压力式、红外式、光学影像式、超声波定位、电磁感应式等几种类型。光学影像式电子白板是一种典型的电子白板，其可以进行多点触摸，分辨高，定位准确，操作灵敏，不需要使用专用笔，用手指或是类似物就可以进行书写。CCD电子白板就是一种典型的光学影像式电子白板。CCD电子白板需要在显示区域的一边设置两个固定距离的CCD线阵探测器和红外发射器，对准显示区域。在显示区域的另外三边设置可以反射光线的反射膜，在没有物体阻挡时，线阵CCD检测到的是一条完整的光带。当有物体在显示区域中挡住光线传播路径时，在线阵CCD检测到的光带中会出现无反光区域，分布在两个角的CCD分别检测到的遮挡区域反应在线阵CCD的对应区域，根据对应的区域计算出物体在显示区域的位置。由于CCD白板需要CCD线阵探测器以及反射膜，成本较高，光学系统故障率偏高。

发明内容

本发明鉴于以上问题，提供了一种显示装置以及坐标定位方法。

本发明的一方面提供一种显示装置，其包括：面板部件（1），其用于显示内容，并供操作部件（4）在其表面上进行操作；至少两个线性光学部件（11，12，31，32，33，34），其发出均匀分布在所述面板部件（1）表面的光线；至少两个探测部件（13，14，35，36），其用于探测所述操作部件（4）在接近或接触所述面板部件（1）表面时所述至少两个线性光学部件（11，12，31，32，33，34）发出的光线在所述操作部件（4）上产生的光斑（5）；根据所述至少两个探测部件（13，14，35，36）对所述光斑（5）的探测结果确定的操作部件（4）的位置。

本发明的另一方面提供一种坐标定位方法，用于确定操作部件（4）在显示装置上的位置，所述显示装置包括面板部件（1）、至少两个线性光学（11，12，31，32，33，34以及至少两个探测部件（13，14，35，36），该坐标定位方法包括：通过所述至少两个线性光学部件（11，12，31，32，33，34）发出均匀分布在所述面板部件（1）表面的光线的步骤；通过所述至少两个探测部件（13，14，35，36）探测所述操作部件（4）在接近或接触所述面板部件（1）表面时所述线性光学部件（11，12，31，32，33，34）发出的光线在所述操作部件（4）上产生的光斑（5）的步骤；根据所述光斑（5）相对所述至少两个探测部件（13，14，35，36）之间的连线的径向角度来确定所述操作部件（4）的位置的步骤。

本发明提供的显示装置，与传统的CCD电子白板相比，由于不需要设置反射膜，因此具有成本低、易安装、易维护的优点。

本发明提供的坐标定位方法，通过探测线性光学部件发出的光线在操作部件上产生的光斑，并根据探测部件与光斑的相对位置来确定操作部件的位置，可简单有效地确定操作部件的位置，并且由于无需使用反射膜而使得成本较低。

附图说明

图1为本发明第一实施例的显示装置的结构示意图；

图2为图1所示显示装置坐标定位原理图；

图3为图1所示显示装置另一坐标定位原理图；

图4为本发明第二实施例的显示装置的结构示意图；

图5为本发明显示装置的应用示意图；

图6为本发明一实施方式的坐标定位方法的流程图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明提供的显示装置以及坐标定位方法进行详细描述。在这些附图中，对于相同或者相当的构成要素，标注相同标号。

图1为本发明第一实施例的显示装置的结构示意图。如图1所示，本发明的显示装置100包括面板部件1、线性光学部件11和12、探测部件13和14以及处理部3。

在本实施方式中，面板部件1大致呈矩形状，使用者通过操作部件4在面板部件1表面上进行操作，例如书写或模拟鼠标功能，而使面板部件1显示与该操作相对应的，例如显示书写的字或图案，或者相应的投影图像。进一步地，面板部件1上设置有用于写字、绘图、显示投射图像的有效区域2，操作部件4在有效区域2内的操作为有效，在有效区域2外的操作则无效。

线性光学部件11和12为线性光线发射器或一字激光器，比如为线性激光器或者线性红外发射器，每个线性光学部件发出的光线都均匀分布在面板部件1表面上或有效区域2的表面上，当操作部件4（例如，定制的电子笔、手指或笔形物体）进入该有效区域4之后，在接近或接触面板部件1时，操作部件4会遮挡线性光学部件11和12发出的线性光线，从而在操作部件4表面产生光斑5。

探测部件13和14，比如为广角镜头，用于探测操作部件4在接近或接触面板部件1表面时线性光学部件11和12发出的光线在所述操作部件4上产生的光斑5。优选地，为了降低环境光的影响，通常会在探测部件13和14前增加特定光谱的滤光片，使探测部件13和14有效探测线性光学部件11和12发出的光线在操作部件4上产生的光斑5，而不受环境光照的影响，从而增强探测部件13和14的探测效果。例如，当线性光学部件11和12发出的光为预设波段的红外光时，滤光片可选择能够透射该预设波段的红外光并反射可见光的滤光片。

在本实施方式中，线性光学部件11、12和探测部件13、14成对设置。具体地，在面板部件1的一边框上相隔一定距离分别设置一对线性光学部件和探测部件。如图1所示，线性光学部件11和探测部件13设置在面板部件1的一角，线性光学部件12和探测部件14设置在面板部件1同一边框的另一角。通过选用合适的线性光学部件和探测部件，使得线性光学部件11发出的光线在操作部件4产生的光斑必然能够被探测部件13探测到，线性光学部件12发出的光线在操作部件4产生的光斑必然能够被探测部件14探测到。

处理部3根据探测部件13和14对光斑5的探测结果来确定探测部件4的位置。

下面结合图2和图3来说明处理部3如何确定操作部件4的位置。

图2为图1所示显示装置坐标定位原理图。如图2所示，探测部件13和14之间的距离L为已知数据，探测部件13和光斑5之间的连线与探测部件13和14之间的连线的夹角为θ，探测部件13和光斑5之间的连线与探测部件13和14之间的连线的夹角为φ，探测部件13和光斑5之间的距离为L1，探测部件14和光斑5之间的距离为L2，则L、L1、L2、θ、φ存在如下关系：

L1cosθ+L2cosφ=L

L1sinθ=L2sinφ

上面两个方程中，只要确定L、θ、φ即可求得L1和L2，进而求得电磁笔的XY方向位置：

X=L1cosθ

Y=L1sinθ

由于探测部件13和14之间的距离L为已知数据，只需确定θ、φ即可。

如图3所示，探测部件13探测到操作部件4上的光斑，光斑在探测部件13的焦平面上成像，该像点与光斑之间的连线与探测部件13的光轴之间的夹角为A，该夹角A=pfc*rpc+ro，其中，pfc＝从焦平面到中心的像素数量，rpc＝单个像素的弧度，ro＝弧度补偿（弥补对齐错误），pfc可从图像中计算出来，而rpc和rp可事先确定，因而可以得到该像点与光斑之间的连线与探测部件13的光轴之间的夹角为A，即光斑5与探测部件13之间的连线与探测部件13光轴之间的夹角，而探测部件13的光轴与探测部件13和14之间连线的夹角是可以事先获得的，因此通过这两个角度就可以确定探测部件13和光斑5之间的连线与探测部件13和14之间的连线的夹角为θ。

需要指出的是，图2和图3是以显示装置包括两对线性光学部件和探测部件为例来进行说明，但是当显示装置包括多对线性光学部件时，上述确定操作部件4位置的原理同样适用，本发明在此不再赘述。

图4为本发明第二实施例的显示装置的结构示意图。如图1所示，本发明的显示装置包括面板部件1、线性光学部件31、32、33、34，探测部件35和36以及处理部3。线性光学部件和探测部件成对设置，具体地，线性光学部件31、33和探测部件35组成一对，设置在面板部件1一边框的一角，线性光学部件32、34和探测部件36组成一对，设置在面板部件1同一边框的另一角。与第一实施例相比，本实施例由于增加了线性光学部件的数量，从而可增强光斑5的强度，有利探测部件35和36的探测。此外，本实施例中的面板部件、线性光学部件、探测部件以及处理部的结构和作用与第一实施例中的类似，在此不再赘述。

需要指出的是，虽然在本发明第一实施例和第二实施例中，仅设置有两个探测部件，且探测部件和线性光学部件成对设置，但是在实际应用中不局限于此。例如，可在图1或图3中面板部件1的下边框两角分别设置一对探测部件和线性光学部件。又或者，在实际应用，将探测部件和线性光学部件分开设置，而不是成对设置，例如在图1中将探测部件13和14设置在面板部件1的左右两边框上，只要其能探测到操作部件4上的光斑5即可，此时同样可确定操作部件5的位置，具体方法与前述类似，在此不再赘述。

还需要指出的是，在实际应用中，本发明的显示装置可仅包括面板部件、线性光学部件以及探测部件，而处理部的功能则可通过专用的软件的通过计算机实现。

下面结合图5来描述本发明提供的上述显示装置的应用。

图5为本发明显示装置的应用示意图。如图5所示，在实际应用中，显示装置100、计算机200以及投影机300共同构成一个显示系统。显示装置100通过usb接口等与计算机200相连，投影机300与计算机200显示接口，如VGA口，相连。投影机300正对显示装置100的面板部件。此时，计算机200的桌面系统将显示到显示装置100上。此时显示装置100如同计算机200的显示器。当操作部件（例如专用的电子笔）放置到显示装置100上时，显示装置100的处理部可确定操作部件的位置，并将位置信息通过USB口传递给计算机200，计算机200收到位置信息后通过预先设定的格式显示到桌面上，如以指针格式显示到桌面上。进一步，通过专用电子笔，使用者可直接在显示装置上进行类似鼠标的操作，如左键、右键等操作。

需要指出的是，上述仅是本发明显示装置的一个应用实例，在实际应用中不局限于此，例如，显示装置100可作为触摸装置，计算机200以显示装置100确定的操作部件（例如手指）位置作为触摸位置，根据与该触摸位置相对应的操作生成新的图像，并通过显示装置100显示。

本发明的另一方面还提供一种坐标定位方法，用于确定操作部件4在显示装置上的位置，该显示装置包括面板部件1、至少两个线性光学部件以及至少两个探测部件，下面结合图6来描述该坐标定位方法。

图6为本发明一实施方式的坐标定位方法的流程图。如图6所示，该坐标定位方法包括下述步骤：

在步骤S21中，通过该至少两个线性光学部件发出均匀分布在面板部件1表面的光线；

在步骤S22中，通过该至少两个探测部件探测所述操作部件4在接近或接触面板部件1表面时该至少两个线性光学部件发出的光线在操作部件4上产生的光斑5；

在步骤S23中，根据所述至少两个探测部件对所述光斑5的探测结果来确定操作部件4的位置。

优选地，根据两个探测部件之间的距离、该两个探测部件的连线与每个探测部件与光斑5的连线之间的夹角来确定操作部件4的位置。具体确定方法，同前所述，在此不再赘述。

以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护区间。

Claims (8)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：

面板部件(1)，其用于显示内容，并供操作部件(4)在其表面上进行操作；

至少两个线性光学部件(11，12，31，32，33，34)，其发出均匀分布在所述面板部件(1)表面的光线；以及

至少两个探测部件(13，14，35，36)，其用于探测所述操作部件(4)在接近或接触所述面板部件(1)表面时所述至少两个线性光学部件(11，12，31，32，33，34)发出的光线在所述操作部件(4)上产生的光斑(5)，

处理部(3)，其根据所述至少两个探测部件(13，14，35，36)之间的距离，以及所述光斑(5)相对所述至少两个探测部件(13，14，35，36)的位置来确定所述操作部件(4)的位置。

2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述处理部(3)根据两个探测部件(13，14，35，36)之间的距离、该两个探测部件(13，14，35，36)的连线与每个探测部件(13，14，35，36)与所述光斑(5)的连线之间的夹角来确定所述操作部件(4)的位置。

3.如权利要求1-2任意一项所述的显示装置，其特征在于，所述线性光学部件(11，12，31，32，33，34)和所述探测部件(13，14，35，36)成对设置。

4.如权利要求3所述的显示装置，其特征在于，在所述面板部件(1)的一边相隔一定距离分别设置一对所述线性光学部件(11，12，31，32，33，34)和所述探测部件(13，14，35，36)。

5.如权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述探测部件(13，14，35，36)能够探测到与该探测部件(13，14，35，36)配对的线性光学部件(11，12，31，32，33，34)发出的光线在所述操作部件(4)上形成的光斑(5)。

6.如权利要求1-2任意一项所述的显示装置，其特征在于，

所述线性光学部件(11，12，31，32，33，34)为线性激光器或线性红外发射器；

所述探测部件(13，14，35，36)为广角摄像头。

7.一种坐标定位方法，用于确定操作部件(4)在显示装置上的位置，所述显示装置包括面板部件(1)、至少两个线性光学(11，12，31，32，33，34)以及至少两个探测部件(13，14，35，36)，其特征在于，该坐标定位方法包括：

通过所述至少两个线性光学部件(11，12，31，32，33，34)发出均匀分布在所述面板部件(1)表面的光线的步骤：

通过所述至少两个探测部件(13，14，35，36)探测所述操作部件(4)在接近或接触所述面板部件(1)表面时所述至少两个线性光学部件(11，12，31，32，33，34)发出的光线在所述操作部件(4)上产生的光斑(5)的步骤；

根据所述至少两个探测部件(13，14，35，36)之间的距离，以及所述光斑(5)相对所述至少两个探测部件(13，14，35，36)的位置来确定所述操作部件(4)的位置的步骤。

8.如权利要求7所述的坐标定位方法，其特征在于，根据两个探测部件(13，14，35，36)之间的距离、该两个探测部件(13，14，35，36)的连线与每个探测部件(13，14，35，36)与所述光斑(5)的连线之间的夹角来确定所述操作部件(4)的位置。