CN201035553Y - 使用摄像头和反射镜的触摸屏的光路结构 - Google Patents

Abstract

一种使用摄像头和反射镜的触摸屏的光路结构，包含有至少两只安装在显示屏幕的角上的摄像头作为检测器件，在每只摄像头前方安装有一组至少包含一只反射镜的反射镜组，并且摄像头的光轴与显示器的显示面所在的平面有一个夹角，反射镜组中反射镜的反射面分别面向着显示表面和摄像头。一种典型的结构是摄像头光轴线与显示面垂直，摄像头光轴与反射镜表面或法线的夹角为45度。另一种结构是反射镜组中包含有两只反射镜，反射面分别面向摄像头和显示表面，构成了多次反射的光路。本实用新型使用反射镜来将摄像头的盲区折叠到了触摸屏的边框内，能够有效地缩小了触摸屏边框的尺寸，方便了触摸屏的安装与运输。

Description

使用摄像头和反射镜的触摸屏的光路结构

技术领域

本发明涉及一种使用图像传感器(摄像头)的反射式的红外触摸屏的检测光路系统的结构，用于触摸标的物的坐标检测，属于光电检测技术和计算机多媒体技术领域范畴，尤其是用于计算机屏幕上触摸点的坐标输入技术领域。

技术背景

在计算机的显示器上实现触摸输入，现有成熟的技术包括电阻膜技术、电容技术、表面声波技术、红外技术、空间声波等几种技术。在这些技术中，以红外技术为代表的光检测输入技术以其结构简单、适用性广而被广泛应用，尤其是应用在尺寸较大的触摸屏上。但是由于传统的红外技术因为要在被检测的显示屏幕周围安装设置大量的红外光发射和接收元件，且分辨率有限，因此在大尺寸的触摸屏上的应用也受到了一些限制，如一般情况下反应速度较慢、造价较高、分辨率较低等。为此，号码为DE20016024549的德国专利和号码为US20050033183的美国专利分别给出了两种使用摄像头作为触摸检测元件的触摸屏的技术方案，达到了较高的分辨率，提高了响应速度，并且造价更低。

但是这种使用摄像头的触摸屏也有自身的缺陷。其中主要的一个，是由于摄像头本身有一个最小的焦距，在触摸物与镜头之间的距离小于这个焦距的范围内，触摸物不能在摄像头内部的图像传感器上成像，所以摄像头的前方有一定的盲区。另外的一个缺陷是一般摄像头拍摄物体图像的失真度与摄像头的拍摄角(在此称之为视角)度成反比，广角镜头的失真度最大，长焦镜头的失真度就要小不少。因此，安装在屏幕角上的摄像头的视角不能过大，不能因此产生很大的失真，进而影响对触摸物位置的检测精度；但又要求其视角能够覆盖整个屏幕，这样也要求摄像头与屏幕的边缘有一定的距离。如图1所示，如果由视角的边界线106、107所围成的摄像头的视角小于90°，那么摄像头就要离开显示屏幕的边角一定的距离，以保证摄像头的检测区域能够覆盖整个屏幕。为了避让上述的盲区，并保证摄像头对整个屏幕的覆盖，摄像头的镜头就要与显示器显示面的边界要留出一个距离，这就导致了触摸屏边框的尺寸过大、不容易安装在显示器上也不容易运输的问题。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供了一种利用反射镜来缩小触摸屏尺寸的技术方案。为了实现上述目的，在本发明中我们采用了如下的技术方案：改变用于触摸物检测的摄像头的光轴与显示器的显示面所在的平面之间的为之关系，使二者之间有一个夹角；在每只摄像头的前方再安装一组反射镜，其中至少包含一只反射镜；并且使所述反射镜的反射面分别面向着显示器的表面和摄像头。

进一步来说，所述反射镜组的安装方式利用下面的规则确定：通过所述摄像头光轴的可逆光线经所述反射镜组反射后，平行于显示器的显示表面。

在本发明中，所述反射镜组中只可以包含有一只或者两只反射镜。如果使用一只反射镜，则该反射镜与所述摄像头的光轴之间的夹角，等于所述光轴与所述显示面所在的平面之间的夹角的一半，并且典型的安装方式是将摄像头光轴线与显示器的显示面所在的平面相垂直，这时反射镜上反射通过摄像头光轴的光线的部分的法线与摄像头的光轴和显示表面的夹角均为45度。如果反射镜组中包含两只反射镜，那么两个反射镜的反射面以倾斜的角度面对面安装，并且又分别面向着摄像头和显示器的表面。这时所述反射镜组的安装方式利用下面的规则确定：通过所述摄像头光轴的可逆光线经所述反射镜组反射后，平行于显示器的显示表面；典型的安装结构是摄像头光轴平行于显示器的显示表面；所述两只反射镜上反射通过摄像头光轴的光线的反光面部分的法线之间的夹角等于90°。

并且，还可以使用凸形反射面的曲面反射镜，来拓展摄像头的有效拍摄角。

通过上面对技术方案的描述，可知本发明采用了利用光路可逆性的原理，使用反射镜来将摄像头的盲区折叠到了触摸屏的边框内，因此有效地缩小了触摸屏边框的尺寸，方便了触摸屏的安装与运输。

附图说明

图1：一只摄像头和反射镜在显示屏幕边缘安装结构的立体视图。

图2：摄像头和单个反射镜的典型安装结构(图1的A向投影视图)。

图3：摄像头和单个反射镜的一般安装结构的投影视图。

图4：摄像头和两只反射镜的一般安装结构的投影视图。

图5：摄像头和两只反射镜的典型安装结构的投影视图。

具体实施例

下面结合附图，来说明本发明的几种实施结构。

如背景技术所涉及的专利文献所记录，使用摄像头作为检测器件的触摸屏，尤其是大尺寸的触摸屏，理论上只要在显示器屏幕的两个角上安装上拍摄的拍摄角，即“视角”能达到显示屏幕边缘的摄像头，就能实现触摸物位置的检测。但是为了获得更好的检测效果，一般要在触摸屏的四个角都安装上摄像头，才更容易获得理想、均匀的定位精度。在本发明中，对于每个摄像头来说，在镜头前面安装反射镜的结构都是一样的，因此实施例中的附图均以一只摄像头及其前面的反射镜的结构为例，来说明本发明的一般和典型的实施方案。

图1所示的是在摄像头前安装一只反射镜时，即反射镜组中只有一只反射镜的情况下，摄像头、显示器的显示面和反射镜之间位置关系的立体视图。图中，在显示器的显示表面101的一个角上，安装有一个摄像头104和一只反射镜102。图中的边界线106、107，表示的是用虚线表示的、在现有技术中的安装位置的摄像头103的视角的边界线，视角的中心线(即角平分线)105也是原来位置的摄像头103的光轴线111，那么在没有反射镜102的情况下，在这个位置安装的摄像头就可以检测到整个显示屏幕表面的触摸物一个位置数据，再结合其它角上的摄像头所得到的触摸物的位置数据，就可以计算得到触摸物在显示屏幕表面的坐标数据。在安装了反射镜102以后，根据光的反射特性，摄像头103的安装位置就可以根据设定的光线反射的方向和路径，移动图中摄像头104的位置。这里只使用了一个反射镜，因此反射镜的反射面分别面向着显示器的显示表面101和摄像头104。摄像头104在反射镜后面的具体安装位置，可以根据反射镜的位置，以及反射镜与摄像头104的光轴线110之间的夹角、反射镜与显示器的显示表面之间的角度，通过计算得到。根据光学原理，因为入射光、反射镜的法线、反射光都在同一平面内，因此只要将摄像头103沿着与由通过其光轴的光线和反射镜上反射该光线的法线相垂直的直线为轴，旋转一定的角度就可以移动到104所示的位置。

图2给出了图1在A向的一个投影视图，同时也是一种典型的安装结构，即摄像头的光轴与显示表面101垂直，而反射镜上反射通过摄像头光轴的光线的部分的法线201，与摄像头的光轴和显示表面的夹角均为45度。这是最容易通过计算或者实验得到的位置。因为是图1的A向投影图，所以图1中显示器的两个外框108、109，在图2中被显示在了一个平面内。的图3则给出了与图2同为A向，但摄像头更一般的安装位置的投影图。因为摄像头要检测的是显示器表面101上的触摸物，而且反射光的光路是可逆的，因此确定摄像头、反射镜和显示表面之间的关系有一个原则，就是通过所述摄像头光轴的可逆光线经所述反射镜反射后，要平行于显示器的显示表面。

在某些特殊情况下，比如要将触摸屏和显示器组装成为一体，并希望触摸屏的边框尺寸尽可能小的情况下，可以利用包含有两只以上反射镜的反射镜组，将光路的方向多次改变，从而将摄像头所占的空间缩减为最小，比如将摄像头安装在设备内部的某个闲置的空腔内等。图4、图5给出了在反射镜组中使用两只反射镜时，摄像头、反射镜和显示表面之间的位置关系的示意图，也使用了与图1中A向相同方向的投影视图。

图4是使用两只反射镜时，摄像头、反射镜组与显示表面之间的一般安装结构的投影图。与图3相比，这种结构中增加了一个反射镜401。在这种结构中，虽然增加了一个反射镜，但是光线反射的基本规则没有改变，对于每一只反射镜而言，入射光、反射光和反射镜的法线在依然位于同一平面且光路可逆，因此依旧可以根据这个原理来选择摄像头和反射镜组之间的位置关系。例如，因为显示表面101的位置是固定的，所以可以根据设备内的可用安装空间的情况来首先确定摄像头的安装位置，然后通过调节反射镜组及其内部各个反射镜的位置，使得摄像头能通过反射镜检测到显示表面的触摸物；反之，也可以先确定反射镜组的安装位置，然后再确定摄像头的合适安装位置。

图5是图4的一种典型安装结构：摄像头光轴平行于显示器的显示表面；所述两只反射镜102、401上反射通过摄像头光轴的光线的反光面部分的法线502、501之间的夹角等于90°。

另外，在前面所说的反射镜组中，还可以使用一只反射面为凸形的曲面反射镜，来拓展摄像头的有效拍摄角，即拓展视角。这种反射镜与汽车的后视镜的原理相同。汽车的后视镜是凸面的，可以让司机看到后面更宽广的区域。

上面着重说明了实现本发明目的基本技术方案，但并不是全部的实施方案。比如实施例和附图中只给出使用一只或两只反射镜构成反射镜组的技术方案，但实际应用中完全可以使用更多的反射镜来更多次地改变光线的传播方向，以适应摄像头更复杂的安装结构；再有反射镜本身也可以使用板式结构的或者棱镜结构的反射镜等。因此在本发明所给出的各种基本技术方案的基础上的改进、移植、变通等方式的设计，都属于本发明的技术范围之内。

Claims (7)

1.一种使用摄像头和反射镜的触摸屏的光路结构，包含有至少两只安装在显示屏幕的角上的摄像头作为检测器件，其特征在于：所述摄像头的光轴，与显示器的显示面所在的平面有一个夹角；在每只摄像头的前方还安装有一组反射镜，其中至少包含一只反射镜；所述反射镜的反射面分别面向着显示器的表面和摄像头。

2.根据权利要求1所述的触摸屏的光路结构，其特征在于：通过所述摄像头光轴的可逆光线，经所述反射镜组反射后，平行于显示器的显示表面。

3.根据权利要求1所述的触摸屏的光路结构，其特征在于：所述摄像头的光轴线与显示器的显示面所在的平面相垂直，反射镜上反射通过摄像头光轴的光线的部分的法线与摄像头的光轴和显示表面的夹角均为45度。

4.根据权利要求1所述的触摸屏的光路结构，其特征在于：所述反射镜组由两只反射镜构成；所述两个反射镜的反射面以倾斜的角度面对面安装，并且又分别面向着摄像头和显示器的表面。

5.根据权利要求4所述的触摸屏的光路结构，其特征在于：通过所述摄像头光轴的可逆光线，经所述反射镜组反射后，平行于显示器的显示表面。

6.根据权利要求5所述的触摸屏的光路结构，其特征在于：所述摄像头光轴平行于显示器的显示表面；所述两只反射镜上反射通过摄像头光轴的光线的反光面部分的法线之间的夹角等于90°。

7.根据权利要求1、2或4所述的触摸屏的光路结构，其特征在于：所述反射镜组中包含有一只凸形反射面的曲面反射镜。

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