专利名称：使用摄像头的触摸检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于计算机显示部件上的触摸操作检测装置，属于计算机触摸屏 技术领域，尤其是使用图像传感器作为检测元件的触摸屏技术领域。
背景技术：
现有的使用摄像头的触摸屏触摸检测装置， 一种比较成熟的技术方案是通过使用 两个或两个以上的安装在图像传感器(摄像头)连续获取目标图像，然后利用数字信 号处理器对每个摄像头获得图像进行处理，最后对图像进行分析计算出目标物在屏幕 上的位置目标。但是这种技术方案有时会因为屏幕表面或者环境光的亮度不够，而使 得图像传感器难于分辨触摸目标，而使得检测失败，比如当显示器表面显示面积较大
的黑色的图形并且环境光很暗时，就会出现这种情况。申请号为US20030354168的
美国专利公开了一种在屏幕周围安装发光板来实施背光照明的技术方案，基本上解决 了上述问题。但是这种边缘照明的技术方案却存在有用于照明的发光元件数量多、成 本高的缺点，同时条形照明板体积很大，不方便运输安装，因而抵消了使用摄像头(图 像传感器)所具有的体积小安装方便的优点；并且固定的尺寸还限制了触摸屏的适用 范围，比如很难用于边缘尺寸小于发光板的显示器。 发明内容
本发明的目的，就是针对现有使用图像传感器构建的触摸屏的技术缺陷，公开了 一种使用图像传感器和背景照明部件的触摸屏的技术方案。
本发明的具体技术方案如下在包含有至少两个安装在显示表面角部的图像传感 器和若干安装显示表面周围的照明光源，以及由与图像传感器相连接的图像采集处理 单元和与照明光源相连接的驱动电路所构成的控制器、与所述控制器相连接的用于处 理其输出数据并驱动显示器的计算机系统，其特征在于所述的照明光源的数量与图 像传感器相同，每个照明光源都与一个图像传感器一同安装在所述显示表面的角部。
在本发明中，所述照明部件一般选用能够发出单色光的半导体发光元件，其中能 发射红外线的红外发射管是首选元件。每一个照明光源中可以使用一只发光元件，也 可以使用多只发光元件；如果使用多只，各个发光元件之间成扇形或者平行排列。
在本发明中，所述照明光源与所述图像传感器集成成为一体化的光路结构装置。 具体结构有两种第一种，在所述一体化的光路集成结构装置中包含有一面单面反射镜，其反射面面对着图像传感器的入射端，并且也面对着显示表面的前方；所述照明 光源安装在单面反射镜的透射面一侧。第二种，所述照明光源中还包含有一面反射镜， 其反射面面对着光源光线的射出端，并且也面对着单面反射镜的透射面和显示表面的 目U方。
发明的益处
根据上面对本发明的描述，可以看到本发明克服了现有照明板技术的缺点，具有 结构简单、成本低廉、体积小巧、适用性好的优点，同样的一套组件可以适用于多种 尺寸的计算机显示器。
在本发明中，根据基本技术方案，可以有多种具体的实施结构。下面将借助于附 图，来说明本发明的一种实施方案。
图1:本发明的总体结构示意图2:照明光源和图像传感器之间安装关系的示意图； 图3:多个发光元件平行安装的结构示意图； 图4:多个发光元件扇形安装的结构示意图； 图5: —种使用单面反光镜的光路集成结构的示意图； 图6:另外一种使用单面反光镜和反光镜的光路集成结构的示意图 图中101，触摸表面，也是显示器的显示表面；102，图像传感器(一般可称为 摄像头)；103，照明光源；104，照明光源的有效照明角度的范围，也是摄像头的有效 视角范围，或者二者重合的角度范围；105，摄像头的选通控制、数据处理和照明光源 的选通驱动控制器；106，使用本发明触摸屏的主计算机系统；201，照明光源中的发 光元件；202显示器的显示面板或者支撑面板的框架；301，多个发光元件的扇形安装 支架；401，多个发光元件的并行安装支架；501,单面反光镜；502，单色滤色片；601， 反光镜。 具体实施方案
图1给出了本发明的总体技术方案。如图所示，在显示器的显示表面，也就是触
摸屏的触摸表面101的四个角上，各安装有一只图像传感器102和一个照明光源103， 二者数量相同，成对安装。所有图像传感器和照明光源都连接到一个选通控制、驱动 器105上，该控制器也对采集到的摄像头的视频信号进行一部分处理；然后这个控制 器又连接到使用本发明装置的计算机系统106上。图中给出的是使用4只图像传感器的结构方案，但根据现有技术所使用的三角形定位的原理，只要图像传感器的视角104 能够覆盖整个显示器表面，理论上只需要两只就可以实现整个屏幕表面的触摸检测和 定位。在这里使用4只，实际上是给出了一种能够得到最佳的检测定位效果的结构， 使得在整个显示器的表面101上都能够实现均匀分辨率的检测定位，能最大程度地减
小因触摸物与摄像头的距离不同而产生的分辨率的差异。
在显示表面的角部安装的图像传感器和照明光源的安装结构见图2。为了避免互相 遮挡并减小部件所占的面积，图像传感器102和照明光源103上下重叠安装在显示器 的显示面板或者支撑面板的框架202上，既可以如图所示图像传感器安装在下面，也 可以二者颠倒上下，图像传感器安装在照明光源的上面，实用中没有明显差别。当然， 如果不考虑不见所占用的安装面积，也可以采用并排安装的结构，只要不互相遮挡， 并且图像传感器的视角和照明光源的照射角的重合部分104能够覆盖整个显示器的显 示表面既可。 '
在本发明中，如果单个的发光元件的光功率和照射角度能够满足摄像头对照度的 要求，则照明光源可以由单个发光元件构成；如果不能满足上述要求，则可以使用多 个发光元件构成照明光源，如图2中的201和图3、图4所示。在发光元件的照射角比 较大时，可以使用图4所示结构，各个发光元件并行或者平行安装在安装支架401上， 得到最简的结构；如果单个发光元件的照射角度不能覆盖整个显示器表面，则可以将 各个发光元件成扇形安装在支架301上。
为了避免环境光的干扰，本发明的照明光源最好采用单色光源，并在摄像头的前 面加装单色光的滤色片502，见图5，以减小或消除其他波长的环境光以及显示器所发 出的光线的干扰。在实用中，红外光是最合适的选择，不仅显示器的光线中没很少有 红外成分，而且还被人眼察觉而影响观看显示器，同时摄像头对红外光的敏感度也很 高，因而不需要很大的照明功率。因此，图2中的发光元件201可以使用红外发光管。
为了减化整个装置的的结构，在本方案中还可以使用光路集成的结构，将照明光 源和图像传感器组合成为一个整体。图5、图6就给出了这样的两种可用的光路集成结 构。在图5中，照明光源的光轴与摄像头的光轴成一个角度， 一般是垂直，在二者光 轴的交汇处安置一面单面反射镜501。如图5所示，这面反射镜的反射面，面对着图像 传感器的入射端，同时也面对着显示器的显示面的前方；这样所述在显示器表面的触 摸物的图像就能够通过反射镜的作用而被摄像头捕捉到。而照明光源则安装在单面反 射镜的透射面一侧，这样照明光源所发射的照明光就可以透过单面反射镜而到达显示器的表面，照亮触摸物。在图6中，照明光源与图像传感器可以如图2所示重叠安装， 更有利于减小部件的整体体积。与图5相比，增加了另外一面反射镜601来反射照明 光，这面反射镜的反射面面对着光源光线的射出端，同时也面对着前述单面反射镜501 的透射面和显示器的显示面的前方。
本发明装置的每一个图像传感器在被选通采集信息时，与其安装在同一位置的照 明光源被驱动发光，摄像头主要采集的是触摸物反射照明光源时产生的图像。因此， 本装置的工作方式可以有多种如这2——4个图像传感器和照明光源同时工作，同时 采集信息，或者以分组、单个循环的方式轮流采集。这些工作过程中的一种过程如下 在控制器105的控制下，在依次选通每一个然后采集图像数据进行处理，最后把处理 结果传送到主计算机系统106中，得到触摸物在显示器表面的坐标数据，控制显示器 的显示内容。由于这部分内容是现有的成熟技术，故在本发明中不再详细说明。
以上所述为本发明的一种实施例。因为具体的机械结构的多样性，实施例无法穷 尽在本技术方案基础上的所有具体结构，因此本发明的保护范围并不局限于此。
权利要求1.一种使用摄像头的触摸检测装置，包含有至少两个安装在显示表面角部的图像传感器和若干安装显示表面周围的照明光源，以及由与图像传感器相连接的图像采集处理单元和与照明光源相连接的驱动电路所构成的控制器、与所述控制器相连接的用于处理其输出数据并驱动显示器的计算机系统，其特征在于所述的照明光源的数量与图像传感器相同，每个照明光源都与一个图像传感器一同安装在所述显示表面的角部。
2. 根据权利要求1所述的触摸检测装置，其特征在于所述照明光源中包含有多个 发光元件。
3. 根据权利要求2所述的触摸检测装置，其特征在于所述照明光源中的多个发光 元件成扇形排列。
4. 根据权利要求1所述的触摸检测装置，其特征在于所述照明光源与所述图像传 感器集成成为一体化的光路结构装置。
5. 根据权利要求4所述的触摸检测装置，其特征在于在所述一体化的光路集成结 构装置中包含有一面单面反射镜，其反射面面对着图像传感器的入射端，并且也 面对着显示器的显示面的前方；所述照明光源安装在单面反射镜的透射面一侧。
6. 根据权利要求5所述的触摸检测装置，其特征在于所述照明光源中还包含有一 面反射镜，其反射面面对着光源光线的射出端，并且也面对着单面反射镜的透射 面和显示器的显示面的前方。
7. 根据权利要求l、 2或4所述的触摸检测装置，其特征在于所述照明光源是单 色光源。
8. 根据权利要求7所述的触摸检测装置，其特征在于所述照明光源是红外光源； 所述光源中的发光元件是红外发光管。
专利摘要一种使用摄像头的触摸检测装置，包含有至少两个安装在显示表面角部的图像传感器和若干安装显示表面周围的照明光源，以及由与图像传感器相连接的图像采集处理单元和与照明光源相连接的驱动电路所构成的控制器、与所述控制器相连接的用于处理其输出数据并驱动显示器的计算机系统。在本实用新型的装置中，所述照明光源的数量与图像传感器相同，每个照明光源都与一个图像传感器一同安装在所述显示表面的角部。在本装置中，照明光源可以选用单色红外光源，以取得最好的抗干扰效果。本实用新型还提供了照明光源与图像传感器的光路集成方案。本实用新型装置的结构简单、体积小巧，同样的一套组件可以适用于多种尺寸的计算机显示器。
文档编号G06F3/041GK201163393SQ20082007911
公开日2008年12月10日 申请日期2008年2月19日 优先权日2008年2月19日
发明者刘建军, 刘新斌, 叶新林 申请人:北京汇冠新技术有限公司