专利名称：电子设备及其光学定位装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种定位技术领域，尤其涉及一种电子设备及其光学定位装置。
背景技术：
光学触摸技术是一种不同于现有的红外、表面声波、电阻、电容等触摸技术的新技 术，光学传感器对触摸屏上细致的动作反应快速、准确，而且寿命方面有大幅度提高。一种现有基于摄像头定位的光学触摸屏技术采用至少2个摄像头进行定位，即将 2个视角足以覆盖整个显示屏幕的摄像头置于显示屏幕的2个顶角，然后采集图像，再根据 遮挡物在图像平面中像素点坐标位置与摄像头位置、视角的关系，在摄像头视角范围内可 以确定两条射线从摄像头发出相交于屏幕遮挡物的位置，从而可以确定射线与边缘直线所 成角度，然后利用三角定理计算屏幕上遮挡物坐标位置实现定位。另一种现有基于摄像头定位的光学触摸屏技术采用1个摄像头进行定位，这种技 术可见于中国专利CN101261557中。该专利公开了一种用于触摸屏的图像传感装置。该技 术方案仅使用单摄像头方案，减小了设备占用空间并降低了研发成本。该发明具体包括利 用互锁的电子快门，实现不同光路在同一传播路径上的分时复用；还包括通过利用独立的 光路实现分区复用，成像在一片图像传感器的表面。另一种采用1个摄像头进行定位的基于摄像头定位的光学触摸屏技术可参见 2009年10月28日公开的名称为“触摸屏定位装置及触摸屏定位方法”的中国发明专利申 请第200910039966. 5号。所述触摸屏定位装置包括摄像头、两个深色吸光材料边框、两个 平面反射镜、显示屏幕和计算处理模块。同时还提出一种触摸屏定位方法，包括预先设置 屏幕坐标系，接收采集的图像数据；对图像数据进行畸变校正处理；从图像数据中确定两 个参考点，并根据屏幕坐标系和参考点从摄像头的位置引出两条虚拟射线；确定两条虚拟 射线分别与反射镜的边框相交的交点坐标，根据交点坐标与虚拟射线的斜率计算获得两个 虚拟射线的反射线方程，根据两个反射线方程计算获得触摸点坐标并显示。上述触摸屏定位装置在其一侧边设置深色吸光材料边框，以减低该侧边对目标物 成像的干扰，但是，这将进一步造成目标物在成像时的亮度减弱，而难以被捕捉到。因为，在 不考虑深色吸光材料边框的影响时，目标物表面反射的光线在大部分情况下都不足够，导 致摄像机捕捉不到目标物，从而难以进行定位。因此，目前所有利用光学触摸技术的触摸屏 中，都需要专门能够发光或反光的触摸笔作为上述目标物，使用者手持所述触摸笔对触摸 屏进行操作。就使用触摸笔对触摸屏进行操作的情况，手持触摸笔操作也导致使用繁琐的问 题，而且在手持触摸笔损坏或遗失情况下，会导致整个触摸屏不能试用。
实用新型内容本实用新型主要解决的技术问题是提供一种对目标物的光侦测定位应用范围广 的电子设备及其光学定位装置。[0009]为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是提供一种应用于小范 围定位的光学定位装置，包括四个侧边围绕成的定位区域以及摄像头、定位处理模块、辅 助光源；所述辅助光源是沿其所在边侧分布的线光源或面光源；其中，所述四个侧边中，两 相邻侧边是镜面反射侧边，另两侧边中的一侧边设置所述辅助光源，所述摄像头对应所述 剩余的一侧边设置或对应该剩余侧边与辅助光源所在侧边形成的角落设置；所述定位处理 模块包括用于接收所述摄像头采集的在所述定位区域上的目标物图像的图像接收单元； 用于利用所述目标物图像中目标物在两镜面反射侧边所形成的至少两虚像、计算得到目标 物在所述定位区域坐标系中的坐标的坐标计算单元。为解决上述技术问题，本实用新型采用的另一个技术方案是提供一种一种电子 设备，包括显示器和光学触摸屏，所述光学触摸屏设置于显示器的显示表面，所述光学触摸 屏包括摄像头、定位处理模块、辅助光源、设置于所述显示表面以上、并对于显示表面边缘 设置的四个竖直侧边，所述四个侧边围绕成空的以显示表面为底部的定位区域；其中，所述 辅助光源是沿其所在边侧分布的线光源或面光源；所述四个侧边中，两相邻侧边是镜面反 射侧边，另两侧边中的一侧边设置所述辅助光源，所述摄像头对应所述剩余的一侧边设置 或对应该剩余侧边与辅助光源所在侧边形成的角落设置；所述定位处理模块包括用于接 收所述摄像头采集的在所述定位区域上的目标物图像的图像接收单元；用于利用所述目标 物图像中目标物在两镜面反射侧边所形成的至少两虚像、计算得到目标物在所述定位区域 坐标系中的坐标的坐标计算单元。本实用新型的有益效果是区别于现有技术光学触摸屏必须触摸笔对触摸屏进行 操作而导致使用繁琐、触摸笔易损坏或遗失情况，本实用新型改变现有技术对待侦测目标 物本身的光学属性的定位，不再单纯依靠待侦测目标物本身发光或设置反光材料来被摄像 头捕捉到，而是改为不需要专门的触摸笔，比如使用者手指就可以放置在定位区域中以被 摄像头捕捉而定位，具体原理是将现有技术定位装置在其一侧边设置深色吸光材料边框的 设计改为设置辅助光源，辅助光源照射定位区域的目标物和目标物后面的镜面反射侧边， 目标物相对其后面的镜面反射侧边而言，是背光，在其后面的镜面反射侧边形成相对的暗 点，而其他区域则是明亮的辅助光源所成的虚像，利用感测该暗点而捕捉到目标物，因而对 目标物亮度无要求，实现目标物侦测无选择性，极大扩展侦测范围和适用范围，在触摸屏的 应用中则实现手指触摸，无需触摸笔。
图1是本实用新型应用于小范围定位的光学定位装置实施例一的结构示意图；图2是本实用新型应用于小范围定位的光学定位装置实施例二的结构示意图。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施 方式并配合附图详予说明。请参阅图1以及图2，本实用新型应用于小范围定位的光学定位装置，包括四个侧边围绕成的定位区域以及摄像头、定位处理模块、辅助光源；所述辅助光源是沿其所在边侧分布的线光源或面光源；[0018]其中，所述四个侧边中，两相邻侧边是镜面反射侧边，另两侧边中的一侧边设置所 述辅助光源，所述摄像头对应所述剩余的一侧边设置或对应该剩余侧边与辅助光源所在侧 边形成的角落设置；所述定位处理模块包括用于接收所述摄像头采集的在所述定位区域上的目标物图像的图像接收单元；用于利用所述目标物图像中目标物在两镜面反射侧边所形成的至少两虚像、计算 得到目标物在所述定位区域坐标系中的坐标的坐标计算单元。工作时，采用两路目标物虚像成像光路相结合进行目标物定位。第一路辅助光源照射定位区域的目标物和目标物后面的镜面反射侧边，目标物 相对其后面的镜面反射侧边而言，是背光，在其后面的镜面反射侧边形成相对的暗点，而其 他区域则是明亮的辅助光源所成的虚像，利用感测该暗点成像锁定该光路的反射线方程；第二路目标物在辅助光源所在侧边和第一路成像所在侧边之间的另一镜面反射 侧边成像，具体过程同上，锁定该路的反射线方程，结合第一路的反射线方程得到目标物坐 标；对于目标物移动到不能以暗点成像的定位区域，比如靠近摄像头所在的侧边时，则利用 目标物直接拍摄的方法锁定目标物直接将光反射给摄像头的反射线方程，不再依靠成像的 反射线方程。本实用新型改变现有技术对待侦测目标物本身的光学属性的定位，不再单纯依靠 待侦测目标物本身发光或设置反光材料来被摄像头捕捉到，而是改为不需要专门的触摸 笔，比如使用者手指就可以放置在定位区域中以被摄像头捕捉而定位，具体原理是将现有 技术定位装置在其一侧边设置深色吸光材料边框的设计改为设置辅助光源，辅助光源照射 定位区域的目标物和目标物后面的镜面反射侧边，目标物相对其后面的镜面反射侧边而 言，是背光，在其后面的镜面反射侧边形成相对的暗点，而其他区域则是明亮的辅助光源所 成的虚像，利用感测该暗点而捕捉到目标物，因而对目标物亮度无要求，实现目标物侦测无 选择性，极大扩展侦测范围和适用范围，在触摸屏的应用中则实现手指触摸，无需触摸笔。在一个实施例中，所述摄像头可以相应镜面反射侧边、辅助光源所在侧边之外的 剩余侧边放置，以适应目标物特别靠近该剩余侧边的环境下的定位操作。在一个实施例中，所述定位区域是长方形，所述辅助光源布满所述长方形的长边。 当然，也可以是在长方形的长边的一部分设置，或设置在长方形的短边。在一个实施例中，可以进一步包括连接在所述图像接收单元和坐标计算单元之间的畸变校正单元，用于对所述采集 的目标物图像进行畸变校正处理，得到校正图像并发送到所述坐标计算单元作为所述坐标 计算的目标物图像。进行畸变校正，可以更精确得到定位坐标。在一个实施例中，可以进一步包括连接在所述摄像头和辅助光源之间的反差判断单元，用于判断所述摄像头所采集 的目标物图像中的目标物与背景之间是否存在足够的反差对比；连接在所述反差判断单元和辅助光源之间的发光控制单元，用于在所述反差判断 单元判断出不够反差对比时，改变所述辅助光源所发出光线的强度、角度或光线的光谱，直 至所述反差判断单元判断出足够的反差对比时为止。[0034]通过反差判断单元和对比控制单元的设置，使目标物和其背景之间存在足够的反 差对比，利于摄像机捕捉到清晰的目标物。在一个实施例中，所述线光源或面光源由多个LED排列而成，当然，也可以是本身 为面光源或线光源的光源，比如电致发光片等。在一个实施例中，所述摄像头是广角摄像头，数量可以是一个或一个以上。本实用新型还提供一种电子设备实施例，包括显示器和光学触摸屏，所述光学触 摸屏设置于显示器的显示表面，所述光学触摸屏包括摄像头、定位处理模块、辅助光源、设置于所述显示表面以上、并对于显示表面边 缘设置的四个竖直侧边，所述四个侧边围绕成空的以显示表面为底部的定位区域；其中，所述辅助光源是沿其所在边侧分布的线光源或面光源；所述四个侧边中，两相邻侧边是镜面反射侧边，另两侧边中的一侧边设置所述辅 助光源，所述摄像头对应所述剩余的一侧边设置或对应该剩余侧边与辅助光源所在侧边形 成的角落设置； 所述定位处理模块包括用于接收所述摄像头采集的在所述定位区域上的目标物图像的图像接收单元；用于利用所述目标物图像中目标物在两镜面反射侧边所形成的至少两虚像、计算 得到目标物在所述定位区域坐标系中的坐标的坐标计算单元。上述电子设备可以是各种显示器、手持电子设备等，如手机、PDA、笔记本等。其中，所述定位区域是长方形，所述辅助光源布满所述长方形的长边。其中，可以进一步包括连接在所述图像接收单元和坐标计算单元之间的畸变校正单元，用于对所述采集 的目标物图像进行畸变校正处理，得到校正图像并发送到所述坐标计算单元作为所述坐标 计算的目标物图像。其中，可以进一步包括连接在所述摄像头和辅助光源之间的反差判断单元，用于判断所述摄像头所采集 的目标物图像中的目标物与背景之间是否存在足够的反差对比；连接在所述反差判断单元和辅助光源之间的发光控制单元，用于在所述反差判断 单元判断出不够反差对比时，改变所述辅助光源所发出光线的强度、角度或光线的光谱，直 至所述反差判断单元判断出足够的反差对比时为止。以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是 利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在 其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
权利要求一种应用于小范围定位的光学定位装置，其特征在于，包括四个侧边围绕成的定位区域以及摄像头、定位处理模块、辅助光源；所述辅助光源是沿其所在边侧分布的线光源或面光源；其中，所述四个侧边中，两相邻侧边是镜面反射侧边，另两侧边中的一侧边设置所述辅助光源，所述摄像头对应所述剩余的一侧边设置或对应该剩余侧边与辅助光源所在侧边形成的角落设置；所述定位处理模块包括用于接收所述摄像头采集的在所述定位区域上的目标物图像的图像接收单元；用于利用所述目标物图像中目标物在两镜面反射侧边所形成的至少两虚像、计算得到目标物在所述定位区域坐标系中的坐标的坐标计算单元。
2.根据权利要求1所述的应用于小范围定位的光学定位装置，其特征在于所述定位 区域是长方形，所述辅助光源布满所述长方形的长边。
3.根据权利要求1或2所述的应用于小范围定位的光学定位装置，其特征在于所述 线光源或面光源由多个LED排列而成。
4.根据权利要求1或2所述的应用于小范围定位的光学定位装置，其特征在于所述 摄像头是广角摄像头。
5.一种电子设备，包括显示器和光学触摸屏，所述光学触摸屏设置于显示器的显示表 面，其特征在于，所述光学触摸屏包括摄像头、定位处理模块、辅助光源、设置于所述显示表面以上、并对于显示表面边缘设 置的四个竖直侧边，所述四个侧边围绕成空的以显示表面为底部的定位区域； 其中，所述辅助光源是沿其所在边侧分布的线光源或面光源； 所述四个侧边中，两相邻侧边是镜面反射侧边，另两侧边中的一侧边设置所述辅助光 源，所述摄像头对应所述剩余的一侧边设置或对应该剩余侧边与辅助光源所在侧边形成的 角落设置；所述定位处理模块包括用于接收所述摄像头采集的在所述定位区域上的目标物图像的图像接收单元； 用于利用所述目标物图像中目标物在两镜面反射侧边所形成的至少两虚像、计算得到 目标物在所述定位区域坐标系中的坐标的坐标计算单元。
6.根据权利要求5所述的电子设备，其特征在于所述定位区域是长方形，所述辅助光 源布满所述长方形的长边。
专利摘要本实用新型公开了一种电子设备及其光学定位装置，所述光学定位装置包括四个侧边围绕成的定位区域以及摄像头、定位处理模块、辅助光源；所述辅助光源是沿其所在边侧分布的线光源或面光源；其中，所述四个侧边中，两相邻侧边是镜面反射侧边，另两侧边中的一侧边设置所述辅助光源，所述摄像头对应所述剩余的一侧边设置或对应该剩余侧边与辅助光源所在侧边形成的角落设置；所述定位处理模块包括用于接收所述摄像头采集的在所述定位区域上的目标物图像的图像接收单元；用于利用所述目标物图像中目标物在两镜面反射侧边所形成的至少两虚像、计算得到目标物在所述定位区域坐标系中的坐标的坐标计算单元。本实用新型对目标物的光侦测定位应用范围较广。
文档编号G06F3/042GK201749447SQ20102025704
公开日2011年2月16日 申请日期2010年7月13日 优先权日2010年7月13日
发明者邓利, 陈渊康 申请人:世大光电(深圳)有限公司;陈渊康