專利名稱：大屏幕三維測量觸摸屏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于17~200寸大屏幕使用的三維測量觸摸屏，更具體地來說屬于 一種可以測量屏幕區(qū)域內(nèi)遮擋物的XY位置和與屏幕接近距離的大屏幕三維測量觸摸 屏。
背景技術(shù)：
已有的觸摸屏多采用如下四種方案1，電阻式觸摸屏。電阻觸摸屏的屏體部分是一塊貼在顯示器表面的多層復(fù)合薄膜， 由一層玻璃或有機(jī)玻璃作為基層，表面涂有一層透明的導(dǎo)電層(ITO，氧化銦)，上面 再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內(nèi)表面也涂有一層ITO，在兩層 導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小(小于千分之一英寸)的透明隔離點(diǎn)把它們隔開絕緣。當(dāng)手指接觸 屏幕，兩層ITO導(dǎo)電層出現(xiàn)一個接觸點(diǎn)，因其中一面導(dǎo)電層接通Y軸方向的5V均勻 電壓場，使得偵測層的電壓由零變?yōu)榉橇?，控制器偵測到這個接通后，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換， 即可得觸摸點(diǎn)的某一軸坐標(biāo)，這就是電阻技術(shù)觸摸屏共同的最基本原理。電阻式觸摸屏 容易被銳利物件所破壞，表層ITO使用一定時間后會出現(xiàn)細(xì)小裂紋，甚至變型，如其 中一點(diǎn)的外層ITO受破壞而斷裂，便失去作為導(dǎo)電體的作用，因此電阻式觸摸屏的壽 命并不長久。2，電容式觸摸屏是在玻璃表面貼上一層透明的特殊金屬導(dǎo)電物質(zhì)。當(dāng)手指觸摸在 金屬層上時，觸點(diǎn)的電容就會發(fā)生變化，使得與之相連的振蕩器頻率發(fā)生變化，通過測 量頻率變化可以確定觸摸位置獲得信息。由于電容隨溫度、濕度或接地情況的不同而變 化，故其穩(wěn)定性較差，往往會產(chǎn)生漂移現(xiàn)象。3，表面聲波是一種沿介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ臋C(jī)械波。該種觸摸屏由觸摸屏、聲波發(fā)生器、 反射器和聲波接受器組成，其中聲波發(fā)生器能發(fā)送一種高頻聲波跨越屏幕表面，當(dāng)手指 觸及屏幕時，觸點(diǎn)上的聲波即被阻止，由此確定坐標(biāo)位置。這種觸摸屏的缺點(diǎn)是造價較 高，無法實(shí)現(xiàn)大尺寸觸摸。4，紅外線式觸摸屏。這種觸摸屏與本發(fā)明類似，但是其沒有三維測量功能，且分 辨率較低。該觸摸屏由裝在觸摸屏外框上的成對的紅外線發(fā)射與接收感測元件構(gòu)成，在 屏幕表面上，形成紅外線探測網(wǎng)，任何觸摸物體可改變觸點(diǎn)上的紅外線而實(shí)現(xiàn)觸摸屏操 作。其主要優(yōu)點(diǎn)是價格低廉、安裝方便、不遮擋屏幕內(nèi)容，但其分辨率較低。已公布的專利申請01140344.6、 99110572.9、 99215973.3沒有使用主動式光源，周 圍光線對設(shè)備操作會有諸多限制，且設(shè)備較復(fù)雜；或需要有附加的手持設(shè)備進(jìn)行交互， 且不能作為三維測量觸摸屏使用，均限于使用或結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性而影響其推廣。以上觸摸屏均有其特長及應(yīng)用范圍，但在需要大尺寸、精度高、無遮擋的使用場合， 本發(fā)明更為適合。本發(fā)明可同時測量探測區(qū)域內(nèi)遮擋物的X、 Y、 Z三維坐標(biāo)，適用于 大屏幕交互、大屏幕娛樂模擬器等場合使用。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種大屏幕三維測量觸摸屏，己彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足。本發(fā)明采用了視頻測量方法，可以用兩組或多組光學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大屏幕三維測量觸摸屏。一種大屏幕三維測量觸摸屏，其特征在于在探測區(qū)域多個邊沿外安裝有光源，探測 區(qū)域另一端與光源相對的位置安裝有主透鏡，主透鏡的焦點(diǎn)位置設(shè)置有一個小孔或狹縫 作為光闌，光闌另一側(cè)有透鏡，透鏡與主透鏡構(gòu)成共焦光學(xué)系統(tǒng)(主透鏡、光闌、透鏡 和光電傳感器陣列四部分以下簡稱為光學(xué)系統(tǒng))，光學(xué)系統(tǒng)將光源的像成在光電傳感器 陣列上，光源被遮擋物所遮擋的部分在光電傳感器陣列上形成一塊陰影區(qū)域，光電傳感 器陣列進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后的信號由單片機(jī)系統(tǒng)處理后得到遮擋物的位置坐標(biāo)，并通過通訊 接口傳輸至外部應(yīng)用系統(tǒng)。若光闌采用小孔狀光闌，光電傳感器陣列采用面陣式光電傳 感器陣列，以測量遮擋物遮擋光源的二維位置信息。若光闌采用狹縫狀光闌，光電傳感 器陣列采用線陣式光電傳感器陣列，以測量遮擋物遮擋光源的一維位置信息。測量范圍 互為正交的兩個邊線上安裝有兩套光學(xué)系統(tǒng)，以測量遮擋物的三維或兩維位置信息。本發(fā)明可以使用兩只反射鏡將光學(xué)系統(tǒng)的體積減小，進(jìn)而減少設(shè)備的造價。本發(fā)明也可使用多組光學(xué)系統(tǒng)拼接或使用階梯狀反射鏡以減小設(shè)備的體積。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單且成本較低，不易出故障，可以在教育、娛樂、商業(yè)等多個領(lǐng)域使 用，有很大的推廣價值。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。圖l，本發(fā)明的面板結(jié)構(gòu)示意圖。圖2，本發(fā)明的遮擋物的成像示意圖。圖3，本發(fā)明的一種減小體積的方案示意圖。圖4，本發(fā)明的一種節(jié)省造價的方案示意圖。圖5，本發(fā)明的階梯狀反射鏡使用方法示意圖。其中1.探測區(qū)域，2.光源，3.主透鏡，4.光闌，5.光電傳感器陣列， 6.透鏡，7.單片機(jī)系統(tǒng)，8.通訊接口， 9.遮擋物，10.平面反射鏡，11. X 軸遮擋范圍，12. X軸圖像，13. Y軸遮擋范圍，14. Y軸圖像，15.小型反 射鏡，16.階梯狀反射鏡具體實(shí)施方式
如圖1，本發(fā)明的特征在于在探測區(qū)域1的兩個正交的邊沿外安裝有兩個光源2， 探測區(qū)域1另一端與光源2相對的位置安裝有主透鏡3，主透鏡3的焦點(diǎn)位置設(shè)置有一 個小孔或狹縫作為光闌4，光闌4另一側(cè)有透鏡6，透鏡6與主透鏡3構(gòu)成共焦光學(xué)系 統(tǒng)(主透鏡3、光闌4、透鏡6和光電傳感器陣列5四部分以下簡稱為光學(xué)系統(tǒng))，光學(xué) 系統(tǒng)將光源2的像成在光電傳感器陣列5上。光學(xué)系統(tǒng)的作用是用來檢測是否有遮擋物 9進(jìn)入探測區(qū)域1，以完成觸摸屏的功能。光電傳感器陣列5可以采用CMOS或CCD 線陣或面陣。遮擋物9可以是手指或教鞭。光源2被遮擋物9所遮擋的部分在光電傳感器陣列5上形成一塊陰影區(qū)域(包括X 軸遮擋范圍11和Y軸遮擋范圍13)，陰影區(qū)域的位置與遮擋物9在探測區(qū)域1上的相 對位置一一對應(yīng)，光電傳感器陣列5進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后的信號由單片機(jī)系統(tǒng)7處理后得到 遮擋物的位置坐標(biāo)，并通過通訊接口 8傳輸至外部應(yīng)用系統(tǒng)。圖2展示了遮擋物9經(jīng)光 學(xué)系統(tǒng)在光電傳感器陣列5上成像的多種情形。若光闌4釆用小孔狀光闌，光電傳感器陣列采用面陣式光電傳感器陣列，以測量遮 擋物遮擋光源的二維位置信息，遮擋物所成圖像如圖2A、 2B所示。若光闌4采用狹縫 狀光闌，光電傳感器陣列采用線陣式光電傳感器陣列，以測量遮擋物遮擋光源的一維位 置信息，遮擋物9所成圖像如圖2C、 2D所示。探測區(qū)域1互為正交的兩個邊線上安裝 有兩套光學(xué)系統(tǒng)，以測量遮擋物9的三維或兩維位置信息。為了減小本發(fā)明的體積，如圖3所示，在原有的系統(tǒng)中，增加了兩塊平面反射鏡 10，這樣光源2被遮擋物9遮擋所成的像，經(jīng)過平面反射鏡10兩次反射后，在光學(xué)系 統(tǒng)成像，光學(xué)系統(tǒng)由原來的側(cè)面變?yōu)楸趁?，減小了體積。另外光學(xué)系統(tǒng)也可由多組拼接 而成，也就是說每一個方向都可以由兩套或兩套以上的主透鏡3、光闌4、透鏡6和光 電傳感器陣列5拼接測量遮擋物9的位置信息。為了降低本發(fā)明的成本，如圖4所示的方案，其兩個方向的光信息通過小型反射鏡 15共用一套光學(xué)系統(tǒng)，使成本降低。所采用的方案與圖3相同，且兩個方向的平面反 射鏡10與探測區(qū)域1的距離不同，前后交錯拼接成為一幅圖像，所成的圖像如圖3E 所示，上下兩部分分別為X軸圖像12和Y軸圖像14，圖像中含有X軸遮擋范圍11 和Y軸遮擋范圍13，單片機(jī)系統(tǒng)處理圖像后可以得到遮擋物9的三維位置信息。本發(fā)明的另一個實(shí)施例是采用了階梯狀反射鏡16，使需要大體積的主透鏡3通過 階梯狀反射鏡16改變光路，減小了主透鏡3的尺寸，同時也減小了整個系統(tǒng)的尺寸。本發(fā)明可安裝于教學(xué)用投影屏幕，進(jìn)行互動教學(xué)；用于會議投影屏幕，可在大屏幕 上進(jìn)行觸摸操作或書寫；也可用于互動娛樂設(shè)備，增加現(xiàn)場感和參與感。
權(quán)利要求
1.一種大屏幕三維測量觸摸屏，其特征在于在探測區(qū)域(1)多個邊沿外安裝有光源(2)，探測區(qū)域另一端與光源(2)相對的位置安裝有主透鏡(3)，主透鏡(3)的焦點(diǎn)位置設(shè)置有一個小孔或狹縫作為光闌(4)，光闌(4)另一側(cè)有透鏡(6)，透鏡(6)與主透鏡(3)構(gòu)成共焦光學(xué)系統(tǒng)(以下簡稱(3)(4)(5)(6)四部分為光學(xué)系統(tǒng))，光學(xué)系統(tǒng)將光源(2)的像成在光電傳感器陣列(5)上，光源(2)被遮擋物(9)所遮擋的部分在光電傳感器陣列(5)上形成一塊陰影區(qū)域，光電傳感器陣列(5)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后的信號由單片機(jī)系統(tǒng)(7)處理后得到遮擋物(9)的位置坐標(biāo)，并通過通訊接口(8)傳輸至外部應(yīng)用系統(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的大屏幕三維測量觸摸屏，其特征在于測量范圍(1)互為正 交的兩個邊線上安裝有兩套光學(xué)系統(tǒng)，以測量遮擋物(9)的兩維位置信息。
3. 如權(quán)利要求1所述的大屏幕三維測量觸摸屏，其特征在于光鬧(4)采用小孔狀 光闌，光電傳感器陣列(5)采用面陣式光電傳感器陣列，以測量遮擋物(9)遮 擋光源(2)的兩維位置信息。
4. 如權(quán)利要求l、 2、 3所述的大屏幕三維測量觸摸屏，其特征在于觸摸屏可測量遮 擋物(9)在光學(xué)系統(tǒng)范圍內(nèi)的三維位置信息。
5. 如權(quán)利要求1所述的大屏幕三維測量觸摸屏，其特征在于光闌(4)采用狹縫狀 光闌，光電傳感器陣列(5)采用線陣式光電傳感器陣列，以測量遮擋物(9)遮 擋光源(2)的一維位置信息。
6. 如權(quán)利要求1、 2、 5所述的大屏幕三維測量觸摸屏，其特征在于可測量遮擋物(9) 在光學(xué)系統(tǒng)范圍內(nèi)的兩維位置信息。
7. 為了減小體積，如權(quán)利要求1所述的大屏幕三維測量觸摸屏，其特征在于光源(2)和主透鏡(3)之間安裝了反射鏡(10)，將主透鏡(3)、光闌(4)、透鏡(6) 和光電傳感器陣列(5)從探測范圍(1)的側(cè)面轉(zhuǎn)移到后面，另外為減小體積可 以采用多組光學(xué)系統(tǒng)的拼接系統(tǒng)。
8. 為了降低成本，如權(quán)利要求1、 2、 3、 7所述的大屏幕三維測量觸摸屏，其特征 在于安裝了一只小型反射鏡(15)，將兩維的光源(2)成像于同一只光電傳感器 陣列(5)上。
9. 為了減小體積，如權(quán)利要求1所述的大屏幕三維測量觸摸屏，其特征在于光源(2)和主透鏡(3)之間安裝了階梯狀反射鏡(16)，使得光學(xué)系統(tǒng)的尺寸減小。
全文摘要
本發(fā)明提供一種大屏幕三維測量觸摸屏，在探測區(qū)域多個邊沿外安裝有光源，探測區(qū)域另一端與光源相對的位置安裝有主透鏡，主透鏡的焦點(diǎn)位置設(shè)置有一個小孔或狹縫作為光闌，光闌另一側(cè)有透鏡，透鏡與主透鏡構(gòu)成共焦光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)將光源的像成在光電傳感器陣列上，光源被遮擋物所遮擋的部分在光電傳感器陣列上形成一塊陰影區(qū)域，光電傳感器陣列進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后的信號由單片機(jī)系統(tǒng)處理后得到遮擋物的三維位置坐標(biāo)，并通過通訊接口傳輸至外部應(yīng)用系統(tǒng)。本發(fā)明可安裝于教學(xué)用投影屏幕，進(jìn)行互動教學(xué)；用于會議投影屏幕，可在大屏幕上進(jìn)行觸摸操作或書寫；也可用于互動娛樂設(shè)備，增加現(xiàn)場感和參與感，有很大的推廣應(yīng)用價值。
文檔編號G06F3/041GK101266530SQ20081001508
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月4日
發(fā)明者劉金濤, 吳松華, 張亭祿, 張凱臨, 戈 陳 申請人:中國海洋大學(xué)