CN203117945U

CN203117945U - 图像传感器模组

Info

Publication number: CN203117945U
Application number: CN201190000016.2U
Authority: CN
Inventors: 张铱洪; 霍露明; 朱秀玲
Original assignee: Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute ASTRI
Current assignee: Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute ASTRI
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2021-06-14
Also published as: WO2012171181A1

Abstract

本实用新型涉及一种图像传感器模组，该模组包括：至少一个光源，用于向目标区域发出光线；红外滤波片，用于过滤从目标区域反射回来的光线；成像组件，以及图像传感器，经过所述红外滤波片和成像组件的光线成像到图像传感器上；其特征在于：该成像组件还具有至少一个具有不对称曲率半径的透镜表面以兼容多种图像传感器。具有该结构的模组能够同时兼容多种图像传感器，且能减小边界宽度和边界高度。

Description

图像传感器模组

技术领域

本实用新型涉及一种图像传感器模组，更具体地，涉及一种光学触摸图像传感器模组。

背景技术

现有的红外、表面声波、电阻、电容、光学等多种触摸技术，光学触摸在准确率、反应速度和寿命方面都有很大的优势。如图1所示，安装在光学触摸屏顶部左上角的图像传感器模组，通过光源发射出光线经过周边反射条反射，进入光学触摸屏顶部左上角的图像传感器模组中。同理，光学触摸屏顶部右上角的图像传感器模组中的光源发射的光线，经过周边反射条反射后，进入右上角的图像传感器模组中。密布的光线在触摸区域内形成一张交错的光线网。当触摸一点时，该点的光线被阻挡，被触摸的点与这两个图像传感器模组之间构成的直线构成一个三角形，通过这个三角形夹角的大小和直线的长度计算出该点的准确坐标值，该坐标值被控制器录入，实现触摸感应功能。触摸屏有效区域以外的区域的宽度(即，边界宽度)和厚度(即，边界高度)主要取决于图像传感器模组的宽度和厚度。

现有的用于光学触摸装置中的图像传感器模组一般包括：光源、分光元件、收光元件、光探测组件。从光源发出的光线，经过分光元件分离后，部分光线经过触摸屏上的反射条反射，进入触摸屏一角上的图像传感器模组，经过其中的收光元件收光，射向光探测组件。其中，光源可以是红外发光二极管、激光等；分光元件可以是半反射镜、分光镜等；收光元件可以是红外滤波片、聚光透镜等；光探测组件可以是阵列图像传感器、线性阵列图像传感器。

美国专利US 4553842A公开了一种光学位置指示装置的光学触摸图像传感器模组(如图2所示)，包括光源30、分光镜26和探测器组件28。其中，光源30和探测器组件28垂直放置，分光镜26与光源30呈45度角放置，使得光源30发出的光经过分光镜26后，50％的光透过分光镜26，50％的光被分光镜26反射射向目标区域，经目标区域反射回来的光穿透分光镜26，射入探测器组件28。该装置的缺点在于：光源发出的50％的光，直接透过分光镜损耗掉了；探测器组件放置在分光镜的后侧，增大了触摸屏的边界宽度，而光源放置在触摸屏的下方，增加了触摸屏的边界高度。

另一美国专利US 6504532B1公开了一种坐标探测装置的光学单元(如图3所示)，其包括：光发射器15、扩散透镜16、半反射镜17、读取透镜19和图像传感器20。其中，光发射器15与扩散透镜16同轴放置，光发射器15与读取透镜19垂直放置，图像传感器20位于读取透镜19的后侧且两者同轴放置，半反射镜17与光发射器15呈45度角放置，使得光发射器15发出的光经扩散透镜16扩束后射向半反射镜17，50％的光被半反射镜17反射，50％的光透过半反射镜17射向目标区域，经目标区域反射回来的光经半反射镜17反射，射入读取透镜19，经读取透镜19会聚后，射入图像传感器20。该光学单元的缺点在于：光源发出的50％的光，直接被半反射镜反射损耗掉了；读取透镜和图像传感器放置在触摸屏的上方，大大增加了触摸屏的边界高度，而光发射器和扩散透镜放置在半反射镜的后侧，增大了触摸屏的边界宽度。

此外，美国专利US2007/0089915A1公开了一种改进的位置检测装置(如图4所示)，其包括：光源72、成像信息透镜71、反射棱镜73、阵列图像传感器70。其中光源72(未示出)位于成像信息透镜71的两侧，成像信息透镜71与阵列图像传感器70垂直放置，光源72发出的光经目标区域反射回来后，射向成像信息透镜71，经反射棱镜73全反射后，垂直射向阵列图像传感器70。该装置由于采用了反射棱镜73，上述光损耗的问题得到了解决，同时，这种结构降低了触摸屏的边界高度。但这种结构还存在以下不足：无法减小触摸屏的边界宽度，仅能使用阵列图像传感器，而不能兼容阵列图像传感器和线性图像传感器。

因此，现有的用于触摸屏的光学传感器模组不能兼容阵列图像传感器和线性图像传感器，同时仅能降低触摸屏的边界高度而无法减小其边界宽度。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够兼容阵列图像传感器和线性图像传感器的图像传感器模组。更进一步地，本实用新型提供的图像传感器模组不仅能够减小边界高度而且能够减小边界宽度。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种图像传感器模组，该模组包括：至少一个光源，用于向目标区域发出光线；红外滤波片，用于过滤从目标区域反射回来的光线；成像组件，以及图像传感器，经过所述红外滤波片和成像组件的光线成像到图像传感器上；其特征在于：该成像组件具有至少一个具有不对称曲率半径的透镜表面以兼容多种图像传感器。

作为本实用新型的一种优选结构，该模组中的成像组件还具有至少一个倾斜部分，该倾斜部分与从目标区域反射回来的光线的光轴成一预定角度，以改变光线的传播方向。

作为本实用新型的一种优选结构，该模组中的成像组件的倾斜部分为反射镜，所述预定角度在30度至60度的范围内，以减小该模组的边界宽度和边界高度。

作为本实用新型的一种优选结构，该模组中的倾斜部分为倾斜平面，所述透镜表面和所述倾斜平面形成一体，该预定角度在30度至60度的范围内，以减小该模组的边界宽度和边界高度。

作为本实用新型的一种优选结构，该模组中的成像组件具有两个倾斜部分，该预定角度为45度。

作为本实用新型的一种优选结构，该模组中的所述红外滤波片位于该成像组件的入射面或出射面。

作为本实用新型的一种优选结构，该模组中的光源位于所述红外滤波片的上方，或者所述光源为多个且分别位于所述红外滤波片的两侧。

作为本实用新型的一种优选结构，该模组中的图像传感器模组还包括至少一个照明透镜，该照明透镜用于减小所述光源向目标区域发出的光线的光束角。

作为本实用新型的一种优选结构，该模组中的光源为多个，且布置成平行于所述照明透镜。

作为本实用新型的一种优选结构，该模组中的光源为偶数个，且均匀布置成两排，分别平行于对应的照明透镜，所述红外滤波片夹在这两排光源中间。

作为本实用新型的一种优选结构，该模组中的光源为多个，且呈圆弧状排布，相邻两个光源之间的夹角在20度至45度的范围内。

作为本实用新型的一种优选结构，该模组中的所述多种图像传感器为线性图像传感器和阵列图像传感器。

作为本实用新型的一种优选结构，该模组中的成像组件的透镜表面为双锥形表面。

作为本实用新型的一种优选结构，该模组用于光学触摸屏。

采用上述结构的图像传感器模组，由于成像组件中透镜表面的特殊光学设计，使得该模组能同时兼容阵列图像传感器和线性图像传感器；而且，由于光线在成像组件的倾斜部分发生了至少一次的全反射，且经反射的光线向下偏折，使得图像传感器能放置在下方，因此能够同时减小边界宽度和边界高度。

附图说明

附图仅出于图示的目的，然而，通过参考结合所附附图进行的下面的详细描述，可以更好地理解本实用新型本身，其中：

图1是对现有的触摸屏进行触摸操作的示意图；

图2是现有的一种光学位置指示装置的光学触摸图像传感器模组的结构示意图；

图3是现有的一种坐标探测装置的光学单元的结构示意图；

图4是现有的一种改进的位置检测装置的结构示意图；

图5是本实用新型的第一实施例的光学触摸图像传感器模组的截面示意图；

图6是本实用新型的第一实施例的光学触摸图像传感器模组的立体视图；

图7是本实用新型的光学触摸图像传感器模组的成像4a的立体视图；

图8a是现有的光学触摸图像传感器模组的成像透镜的成像光路图；

图8b是本实用新型的光学触摸图像传感器模组的成像透镜的成像光路图；

图9是本实用新型的第二实施例的光学触摸图像传感器模组的截面示意图；

图10a是本实用新型的第二实施例的光学触摸图像传感器模组的截面立体视图；

图10b是本实用新型的第二实施例的光学触摸图像传感器模组的立体视图；

图10c是成像组件4b的立体视图；

图11是本实用新型的第三实施例的光学触摸图像传感器模组的截面示意图；

图12是本实用新型的第三实施例的光学触摸图像传感器模组的立体视图；

图13是本实用新型的第四实施例的光学触摸图像传感器模组的截面示意图；

图14是本实用新型的第四实施例的光学触摸图像传感器模组的立体视图；

图15a是本实用新型的第五实施例的光学触摸图像传感器模组的截面示意图；

图15b是本实用新型的第六实施例的光学触摸图像传感器模组的截面示意图；

图15c是本实用新型的第七实施例的光学触摸图像传感器模组的截面示意图；

图15d是本实用新型的第八实施例的光学触摸图像传感器模组的截面示意图；

图16a是本实用新型的第九实施例的光学触摸图像传感器模组的立体视图；

图16b是本实用新型的第九实施例的光学触摸图像传感器模组的截面立体视图；

图16c是本实用新型的第九实施例的光学触摸图像传感器模组的截面示意图；

图17a是本实用新型的第十实施例的光学触摸图像传感器模组的立体视图；

图17b是本实用新型的第十实施例的光学触摸图像传感器模组的截面立体视图；

图17c是本实用新型的第十实施例的光学触摸图像传感器模组的截面示意图；

图18a是本实用新型的第十一实施例的光学触摸图像传感器模组的立体视图；

图18b是本实用新型的第十一实施例的光学触摸图像传感器模组的截面立体视图；以及

图18c是本实用新型的第十一实施例的光学触摸图像传感器模组的截面示意图。

具体实施方式

本实用新型的光学触摸图像传感器模组位于触摸屏的一角，在触摸屏的另一角有与之相同的另一模组(如图1所示)，在此，仅详述其中的一个模组。图5和图6分别示出了根据本实用新型第一实施例的光学触摸图像传感器模组的截面图和立体图，该模组包括作为光源的两个红外发光二极管(IR LED)1a、红外(IR)滤波片2a、两片大致互相垂直放置的45度反射镜3a、成像透镜4a以及线性/阵列图像传感器5a。两片反射镜3a和成像透镜4a组成成像组件。其中，2个IR LED 1a分别放置在IR滤波片2a的两侧，且均位于触摸屏(TP)玻璃9a侧边的上部，从而最大程度地减小模组高度，IR LED以平行于TP玻璃的方向，向目标区域发出红外光线；红外光线经周边的反射条反射后，沿原路返回射向IR滤波片2a，由于IR滤波片只让红外光线通过，对外界的环境光线有过滤作用，能够使图像传感器不受外界环境光线的影响；经过IR滤波片过滤后的光线，射向第一片45度反射镜3a，第一片45度反射镜与IR滤波片大致呈45度角，使得IR滤波片过滤后的光线经该片反射镜反射后，反射光线与入射光线大体成90度，且反射光线以大体45度的入射角射入第二片45度反射镜3a’；光线经第二片45度反射镜3a’反射后，以大体上平行于TP玻璃的方向，射向成像透镜4a；经过成像透镜成像到线性/阵列图像传感器5a上。当手指触摸TP玻璃的某一点时，射向该点的红外光线会被手指阻挡，使得原本经该点按原路返回射向IR滤波片2a的光线被阻挡而不再射向IR滤波片2a，也就不再成像到线性/阵列图像传感器5a上，从而线性/阵列图像传感器5a探测到触摸点的信息，从而计算出手指触摸点的坐标，实现触摸感应功能。

图7示出了第一实施例中成像透镜的立体图，该成像透镜经过了特殊的光学设计，其具有不对称的轮廓，例如双锥形轮廓，在同一表面在x和y的方向上具有不同的曲率半径，即在x和y方向上具有不同的聚光能力，例如：在x方向具有大于90度的视场角，而在y方向具有小于10度的视场角。该成像透镜可以采用HAMAMATSU公司的1024型或512型镜片。图8a示出了现有的作为光学触摸图像传感器模组中对称的非球面透镜的光路图，图8b示出了根据本实用新型第一实施例的模组中的成像透镜的光路图。通过对比两图可以看出，光线经过传统的对称的非球面透镜6a后会聚的有效区域比7a较小。线性图像传感器的感光区域高度仅小于200μm(±100μm)。如果机械公差超过100μm，会聚光线就会超出传感器感光区域导致无法成像。而经过双锥形的成像透镜4a后会聚光线的有效区域7b大大增加，即使存在机械公差，传感器的感光区域仍然能够接收到足够的光线。因此，由于该模组中采用了经过特殊光学设计的成像透镜，能兼容线性图像传感器和阵列图像传感器。

继续参考图5，由于该模组中采用了45度反射镜，使经IR过滤器2a过滤的光线以大致垂直于TP玻璃的方向向下偏折，有效地减小了触摸屏的边界宽度。同时，第二片45度反射镜3a’使光线发生第二次大约90度的偏折，使得图像传感器可以置于TP玻璃的下方，降低了触摸屏的边界高度，而光线经过两次大约九十度的偏折，延长了光路，使得触摸屏的边界宽度也大大减小，增加了美观性。此外，该实施例中的45度反射镜3a和3a’，也可为30度-60度范围内的其他角度的反射镜，只要能使光线通过该反射镜反射后发生大角度的偏折，从而减小模组的宽度和高度即可。

图9示出了根据本实用新型第二实施例的光学触摸图像传感器模组的截面图。图10a和10b分别示出了该模组的截面立体视图和立体视图。图10c示出成像组件4b的立体视图。第二实施例是对第一实施例的进一步的改进，与第一实施例的模组不同的是，第二实施例的模组中采用形成一体的成像组件4b代替了第一实施例中的由两片45度反射镜3a和成像透镜4a组成的成像组件。此外，光源1b、IR过滤片2b、线性/阵列图像传感器5b可采用与第一实施例相同的部件，即光源1b可采用红外发光二极管，2个红外发光二极管1b分别放置在IR滤波片2b的两侧，且均位于触摸屏(TP)玻璃9b侧边的上部，工作原理也基本与第一实施例相同。成像组件4b可通过塑料注塑一体形成，和第一实施例相比，制造工艺更加简单且更有利于安装。该透镜4b具有两个大约45度的倾斜面3b和3b’，第一倾斜面3b对准IR滤波片2b，使得经过IR滤波片2b过滤的光线在该倾斜面发生内反射，垂直于TP玻璃向下偏折射向第二倾斜面3b’，在第二倾斜面3b’发生第二次内反射，以大致平行于TP玻璃的方向射入该成像组件4b中的后部透镜4b’(如图10c)所示。该后部透镜4b’具有和第一实施例中的成像透镜4a大体相同的结构，可为双锥形透镜。第二实施例的模组仅使用了形成一体的成像组件，就同时降低了触摸屏的边界宽度和边界高度；由于该成像组件经过了特殊的光学设计，该模组能够兼容线性图像传感器和阵列图像传感器；同时，由于采用一个形成一体的成像组件代替了第一实施例中的由两个反射镜和一个成像透镜组成的成像组件，大大简化了加工工艺和安装步骤。此外，成像组件4b安装在塑料外壳中，节省成本。该实施例中的45度的倾斜面，也可为30度-60度范围内的其他角度的倾斜面，只要能使光线通过该倾斜面反射后发生大角度的偏折，从而减小模组的宽度和高度即可。

图11和图12分别示出了本实用新型的第三实施例的光学触摸图像传感器模组的截面图和立体视图。第三实施例的模组是第一实施例的模组的变形，两者结构大体相同。该实施例的模组也包括：光源IR LED 1c、IR过滤片2c、两片45度反射镜3c和3c’、成像透镜4c和线性/阵列图像传感器5c。两片反射镜3c，3c’和成像透镜4c组成成像组件。唯一不同的是，该实施例的模组中仅有一颗LED，且位于IR滤波片的顶部，这种改进减少了光源的数量，也降低了模组的能耗。

图13和图14分别示出了本实用新型的第四实施例的光学触摸图像传感器模组的截面图和立体视图。第四实施例的模组是第二实施例的模组的变形，两者结构大体相同。该实施例的模组也包括：光源IR LED 1d、IR过滤片2d、成像组件4d和线性/阵列图像传感器5d。唯一不同的是，该实施例的模组中仅有一颗LED，且位于IR滤波片的顶部，这种改进减少了光源的数量，也降低了模组的能耗。

图15a至图15d分别示出了本实用新型的第五至第八实施例的光学触摸图像传感器模组的截面图。其分别是第一至第四实施例的变形。区别在于，其中的IR滤波片2e，2f，2g，2h不位于成像组件4e，4f，4g，4h的入射面，而分别位于成像组件4e，4f，4g，4h的出射面。

图16a、图16b和图16c分别示出了本实用新型的第九实施例的光学触摸图像传感器模组的立体视图，截面立体视图和截面图。该实施例与第一至第八实施例的区别在于：光源IR LED 1i的前方放置有照明透镜6i，该照明透镜6i起到了减小光源IR LED 1i发出光线的光束角的作用；该实施例的光学触摸图像传感器模组中的成像组件4i仅包括经过特殊光学设计的成像透镜(如双锥形透镜)，即不具有如第一至第八实施例中用于反射光线的反射镜或倾斜面。如图16c所示，从光源IR LED 1i发出的光线经过照明透镜6i后，被周边反射条反射，射向位于光源IR LED 1i下方的IR滤波片2i，经IR滤波片2i过滤的光线被成像组件4i成像到线性/阵列图像传感器5i上。该模组具有更加简化的结构，且同时能兼容线性/阵列图像传感器。

图17a、图17b和图17c分别示出了本实用新型的第十实施例的光学触摸图像传感器模组的立体视图，截面立体视图和截面图。第十实施例是第九实施例的变形，两者结构大体相同。该实施例的模组也包括：光源IR LED 1j、IR过滤片2j、成像组件4j、线性/阵列图像传感器5j和照明透镜6j。唯一不同的是，该实施例中的光源有四颗IR LED，呈上下两排布置，IR过滤片2j被夹在这两排IR LED中间，并且每排IR LED的前方均有一个照明透镜6j，且每排的两颗IR LED平行于其对应的照明透镜6j。这种改进提高了光源的亮度，并且光源呈上下均匀排布，提高了触摸感应的准确性。

图18a，图18b和图18c分别示出了本实用新型的第十一实施例的光学触摸图像传感器模组的立体视图，截面立体视图和截面图。第十一实施例是第十实施例的变形，该实施例的模组也包括：光源IR LED 1k、IR过滤片2k、成像组件4k和线性/阵列图像传感器5k。区别在于：第十一实施例中的光源使用了6颗IR LED，呈上下两排布置，每排的三颗IR LED呈大致圆弧状排布，相邻两颗IR LED之间的夹角大致为20度至45度，优选为30度；而光源IR LED1k的前方不再设置照明透镜。这种改进进一步地提高了光源的亮度，同时，由于光源IR LED的特殊排布，使光线照射到触摸屏上目标区域的范围比IR LED放置于一排时所照射到的范围更大，从而提高了触摸感应的准确性。

尽管上述描述了本实用新型的多种具体实施方式，但本实用新型并不限于此。在不脱离本实用新型精神和实质的前提下，本领域的普通技术员可以对本实用新型进行各种等效的变形和改动，而这些变形与改动都在本实用新型保护范围内。

Claims

1.一种图像传感器模组，其包括：

至少一个光源，用于向目标区域发出光线，

红外滤波片，用于过滤从目标区域反射回来的光线，

成像组件，

以及图像传感器，经过所述红外滤波片和成像组件的光线成像到图像传感器上；

其特征在于：该成像组件具有至少一个具有不对称曲率半径的透镜表面以兼容多种图像传感器。

2.如权利要求1所述的图像传感器模组，其特征在于，所述成像组件还具有至少一个倾斜部分，该倾斜部分与从目标区域反射回来的光线的光轴成一预定角度，以改变光线的传播方向。

3.如权利要求2所述的图像传感器模组，其特征在于，所述倾斜部分为反射镜，该预定角度在30度至60度的范围内，以减小该模组的边界宽度和边界高度。

4.如权利要求2所述的图像传感器模组，其特征在于，所述倾斜部分为倾斜平面，所述透镜表面和所述倾斜平面形成一体，该预定角度在30度至60度的范围内，以减小该模组的边界宽度和边界高度。

5.如权利要求2至4任一项所述的图像传感器模组，其特征在于，该成像组件具有两个倾斜部分，该预定角度为45度。

6.如权利要求2所述的图像传感器模组，其特征在于，所述红外滤波片位于该成像组件的入射面。

7.如权利要求2所述的图像传感器模组，其特征在于，所述红外滤波片位于该成像组件的出射面。

8.如权利要求6所述的图像传感器模组，其特征在于，所述光源位于所述红外滤波片的上方，或者所述光源为多个且分别位于所述红外滤波片的两侧。

9.如权利要求1所述的图像传感器模组，其特征在于，所述图像传感器模组还包括至少一个照明透镜，该照明透镜用于减小所述光源向目标区域发出的光线的光束角。

10.如权利要求9所述的图像传感器模组，其特征在于，所述光源为多个，且布置成平行于所述照明透镜。

11.如权利要求10所述的图像传感器模组，其特征在于，所述光源为偶数个，均匀布置成两排，分别平行于对应的照明透镜，所述红外滤波片布置在这两排光源中间。

12.如权利要求1所述的图像传感器模组，其特征在于，所述光源为多个，且呈圆弧状排布，相邻两个光源之间的夹角在20度至45度的范围内。

13.如权利要求1所述的图像传感器模组，其特征在于，所述多种图像传感器为线性图像传感器和/或阵列图像传感器。

14.如权利要求1或2所述的图像传感器模组，其特征在于，该透镜表面为双锥形表面。

15.如权利要求1或2所述的图像传感器模组，其特征在于，该模组用于光学触摸屏。

16.如权利要求1-4，6-13任意一项的图像传感器模组，其特征在于，所述光源为红外发光二极管。