触摸屏后投影显示器的制造方法
【专利摘要】一种触摸屏显示器，包括：散射屏、投影机、照相机、红外(IR)光源、以及控制器。该散射屏具有一前表面与一后表面。该投影机设置成将图像投影到该散射屏的该后表面上，并且通过该散射屏，使用者可看见该图像。该照相机设置于该散射屏的后面，并且目的在于捕捉靠近该散射屏的该前表面的一指针的图像。该IR光源设置成将IR光指引向该散射屏的该后表面，因此入射IR光的射线相对于该散射屏的该后表面形成一锐角，使得由该散射屏的该后表面反射的任何入射IR光都不会进入该照相机。
【专利说明】
触摸屏后投影显不裔
技术领域
[0001]本发明一般涉及触摸屏显示器，尤其是涉及后投影触摸屏显示器。
【背景技术】
[0002]触摸屏显示器为已知的。典型的触摸屏包括显示器表面，在该显示器表面上显示图像。触摸屏另外包括当指向物体与该显示器表面接触时检测指针(例如，触控笔、使用者的手指等)的位置的装置。
[0003]—种检测指针的位置的装置是通过该显示器表面来捕捉该指针的图像。例如，一种显示器可包括红外线(IR)照相机，该红外线照相机置于该显示器表面之后，并聚焦以捕捉该显示器表面的图像。当分析所捕捉图像的软件检测到在该显示器表面上存在“斑点”时，该“斑点”被推测是由该指针所致，并且该斑点的位置被当作使用者的输入(例如，在所确定的该指针的位置处显示目标的选择)。
[0004]为了使该指针的图像更加地可区分，一些系统采用IR光源。该IR光源置于该显示器表面之后，并以较低的入射角(例如，接近法线)向该显示器表面发射出IR光以通过该显示器表面照射该指针。尽管该指针的照明能够改善所捕捉图像的对比度，但是由该显示器表面的背面反射的IR光会显著地减小所捕捉图像的对比度。
[0005]因此，需要一种触摸屏显示器，其中透过显示器屏幕的指针的图像更易于识别。还需要一种触摸屏显示器，其促进穿过该显示器表面的指针的照射，而没有使照相机受到该显示器表面的背面反射的光。
【发明内容】
[0006]本发明藉由提供一种具有设置成将光以一锐角指引向散射屏的后表面的光源的触摸屏显示器，以克服了与先前技术有关的问题。本发明促进该散射屏的前表面附近的指针的照明，同时防止由该散射屏的后表面反射的光进入设置于该散射屏后面的照相机。
[0007]—例示的触摸屏显示器，包括:散射屏、投影机、照相机、红外线(IR)光源、以及控制器。该散射屏具有被使用者观看的一前表面与一后表面。该投影机设置成将图像投影到该散射屏的该后表面上，并且通过该散射屏使用者可看见该图像。该照相机设置于该散射屏的后面，并且目的在于捕捉靠近该散射屏的该前表面的一指针的图像。该IR光源设置成将IR光指引向该散射屏的该后表面，因此入射IR光的射线相对于该散射屏的该后表面形成一锐角，使得由该散射屏的该后表面反射的任何入射IR光都不会进入该照相机。该控制器运作以控制该投影机并对靠近该散射屏的该前表面的该指针的图像作出响应，这表示使用者选择。
[0008]在一特殊实施例中，该触摸屏显示器另外包括一支撑结构。该支撑结构包括:前部、后部、以及侧部。该前部耦接于该散射屏。该支撑结构的该后部是设置在该散射屏的对面，并且该照相机安装于该后部。该侧部在该后部的边缘与该前部的边缘之间延伸，并且该IR光源是邻接该侧部安装。在所公开的实施例中，该IR光源设置成与该支撑结构的该后部相比更靠近该支撑结构的该前部。
[0009]该支撑结构另外包括第二侧部，该第二侧部在该后部的相对边缘与该前部的相对边缘之间延伸。第二 IR光源耦接于该第二侧部，使得从该第二 IR光源入射的IR光的射线相对于该散射屏的该后表面形成一锐角，以及使得由该散射屏的该后表面反射的来自该第二IR光源的任何入射IR光都会不进入该照相机。该第二 IR光源也设置成与该支撑结构的该后部相比更靠近该散射屏。
[0010]在另一例示的触摸屏显示器中，该IR光源设置成与该散射屏的该后表面邻接，靠近该散射屏的边缘。该散射屏具有一宽度与一长度，并且该长度大于该宽度。该IR光源包括设置成与该散射屏的该后表面邻接并沿着该散射屏的长边缘分布的多个IR光源。可选择地，该IR光源包括设置成与该散射屏的该后表面邻接并沿着该散射屏的两个长边缘分布的多个IR光源。在一更特定的例示实施例中，该IR光源包括设置成与该散射屏的该后表面邻接并沿着该散射屏的两个短边缘分布的第二多个IR光源。
[0011]在另一实施例中，该散射屏具有两个长边缘与两个短边缘，并且该IR光源设置在该短边缘的其中之一。可选择地，第二 IR光源设置在另一短边缘。
[0012]在所公开的实施例中，该散射屏具有一长度与一宽度，并且该长度至少为该宽度的十倍。在一特殊实施例中，该长度为该宽度的十二倍。
[0013]另一触摸屏显示器，包括:散射屏、显示器、图像捕捉装置、光源、以及控制器。该散射屏具有被使用者观看的一前表面与一后表面。通过该散射屏，使用者可看到该显示器。该图像捕捉装置设置在该散射屏的后面，并且配置成捕捉靠近该散射屏的该前表面的一指针的图像。该光源发出该图像捕捉装置的感应范围内的光，并且在该散射屏的边缘处设置成与该散射屏的该后表面邻接。该光源将光指引向该散射屏的该后表面，以透过该散射屏照射该指针。该控制器运作以控制该投影机并对靠近该散射屏的该前表面的该指针的图像作出响应。
[0014]该图像捕捉装置具有一光轴，并且从该光源发出的光与该图像捕捉装置的该光轴相交。从该光源发出的至少一部分光在垂直于该图像捕捉装置的该光轴的方向中行进。从该光源发出并由该散射屏的该后表面反射的光被指引远离该图像捕捉装置。
【附图说明】
[0015]参考以下图式描述本发明，其中类似的参考编号表示基本上类似的组件:
[0016]图1为触摸屏显示器的前视图；
[0017]图2A为图1的触摸屏显示器的方块图；
[0018]图2B为带有指针、散射红外线(IR)光的图1的触摸屏显示器的方块图；
[0019]图3为图1的触摸屏显示器的显示器屏幕的后视图；
[0020]图4为替代的触摸屏显示器的方块图；
[0021 ]图5A为另一替代的触摸屏显示器的方块图；
[0022]图5B显示IR光源，该IR光源设置成与图5A的触摸屏显示器的散射屏邻接；
[0023]图5C显示IR光源的一部分剖面，该IR光源设置成与图5A的触摸屏显示器的散射屏邻接;以及
[0024]图6为另一替代的触摸屏显示器的方块图。
【具体实施方式】
[0025]本发明藉由提供一种具有设置成将光以一锐角指引向散射屏的后表面的光源的触摸屏显示器，以克服了与先前技术有关的问题。在以下描述中，阐述了很多特定细节(例如，该触摸屏显示器内的照相机与投影机的位置)，以便提供本发明的全面了解。然而，本领域技术人员将认识到除了该些特定细节外也可实践本发明。在其它情况下，众所周知的电子装配作法(例如，触摸屏显示器装配、照相机安装、投影机校准等)与部件(例如，底盘、壳体等)的细节已省略，以便不必要地混淆本发明。
[0026]图1为触摸屏、后投影显示器100的前视图。该显示器100例如对在超市中与顾客互动是有用的。在此例示的超市实施例中，显示器大小为4”x48”。显示器100可固定在展示供贩卖的产品的架子之上或之下。然而，应理解的是，本发明不限于此或者任何其它特定大小。实际上，该显示器可具有适合于任何特定应用的任何尺寸。
[0027]投影显示器(在图1的视图中看不到)从屏幕101的后侧(与顾客相对)将图像投影到屏幕101上。在本实施例中，屏幕101显示与包括第一产品102、第二产品104、第三产品106以及未明确显示在图1的视图中的其它产品的多个产品相对应的图像。顾客可利用其手指108作为指针来接触或靠近指向显示在屏幕101上的任何产品以选择该产品。例如，响应使用者选择屏幕101上的第一产品102，该投影显示器可将新的图像投影到屏幕101上，这样提供关于第一产品102的信息。顾客可藉由其手指108接触或靠近指向显示在屏幕101上的任何选择图像来继续与触摸屏显示器100互动。使用者与触摸屏显示器100的互动基本上类似于使用者与任何其它触摸屏装置的互动，该触摸屏装置例如为计算机、平板计算机、行动电话等。特别是，使用者可藉由选择(指向)该屏幕101上的某些图像通过可用信息的很多屏幕进行探索。
[0028]图2A为图1的触摸屏显示器100的方块图。特别是，触摸屏显示器100为红外线(IR)触摸屏后投影显示器。触摸屏显示器100包括壳体202、投影显示器204、散射屏206、菲涅尔(Fresnel)透镜屏幕208、IR光源210、IR照相机212、红外线(IR)通过滤镜214以及控制器216。
[0029]投影显示器204设置在壳体202内并将图像投影到散射屏206上。菲涅尔透镜屏幕208(可选择的)设置成与散射屏206的前表面(S卩，在散射屏206的观看者侧且与投影显示器204相对)邻接。为了更佳观看投影显示器204投影的图像，菲涅尔透镜屏幕208进一步传播散射屏206扩散的光。投影显示器204可为具有LCOS(硅基液晶)显示面板(未显示)的定制化投影显示器。该LCOS显示面板的长宽比可与显示屏幕101的长宽比相同。或者是，该LCOS显示面板的长宽比可不同于屏幕101的长宽比，并且投影显示器204可仅使用具有与显示屏幕101相同的长宽比的该LCOS显示面板的像素的子集。在任何一种情况下，投影显示器204投影的图像的大小可对应于屏幕1I的大小。
[0030]IR光源210发出IR光220，该IR光220照射散射屏206与菲涅尔透镜屏幕208。照射IR光220的一部分215通过散射屏206与菲涅尔透镜屏幕208传送，因为散射屏206与菲涅尔透镜屏幕208在由IR光源210发出的IR光220的波长下是透明的。IR光源210可为LED或者现在已知的或尚待开发的任何其它光源。IR光220的另一部分224与226由散射屏206的背面反射。
[0031]照相机212设置在散射屏206后的壳体202内，并且朝向散射屏206以捕捉靠近散射屏206的前表面的手指108(或者任何其它指针)的图像。红外线(IR)通过滤镜214设置在照相机212之前以让IR光220穿过滤镜214并进入照相机212。红外线(IR)通过滤镜214阻挡不同于IR光220的波长的光(例如，可见光)，以防止这种光进入照相机212中。或者是，照相机212具体上为IR照相机，并且红外线(IR)通过滤镜214可能不需要，因而可省略。
[0032]触摸屏100包括支撑结构，例如壳体202和/或底盘(未显示)。照相机212与投影显示器204置于该支撑结构的后部(例如，耦接于壳体202的后壁或者底盘的邻近部分)。该支撑结构的前部耦接到该散射屏。该支撑结构的侧部在该后部的各个边缘与该散射屏的各个边缘之间延伸。IR光源210安装成靠近该散射屏而邻接该支撑结构的其中一侧部。
[0033]IR光源210设置在使IR光源210发出的IR光220不直接进入照相机212的位置。如图2A中所示，照射IR光220的射线与照相机212的光轴221相交，且不直接进入照相机212的光圈(未显示)中。此外，IR光源210放置在使由散射屏206的后表面反射的IR光220的射线226不直接进入照相机212的光圈的位置。如图2A中所示，由散射屏206反射的边缘射线213与照相机212前面的光轴221相交，且不进入照相机212的光圈。因此，照射IR光220的方向与阴影由IR光源210的位置与方向来决定，使得照相机212在照射IR光220的阴影中。因为没有反射或直接传送的IR光进入到照相机212，所以照相机212检测出黑暗背景。
[0034]将IR光源放置在靠近散射屏206的边缘有利于多数散射屏206的照射，同时还防止由散射屏206的后表面反射的IR光220进入照相机212。在此例示实施例中，IR光源210设置在靠近散射屏206的壳体202的侧壁上。IR光源210不设置在照相机212的旁边，是设置在壳体202的后壁，因为IR光源210发出的一部分IR光将由散射屏206的背面反射并通过照相机212的光圈进入。相较之下，在此例示实施例中，由散射屏206的后表面反射的IR光220不进入照相机212。
[0035]将IR光源210设置在靠近散射屏206边缘是与本领域中的传统认知相反。然而，防止由散射屏206的后表面反射的任何IR光220进入照相机212提供了更黑的背景，藉此通过散射屏206改善手指108(或其它指针)所捕捉图像的对比度。
[0036]控制器216为触摸屏显示器100提供全面协调与控制。控制器电性耦接到投影显示器204与照相机212。控制器216将图像数据提供至投影显示器204，其对应要在散射屏206上显示的图像。控制器216还分析照相机212所捕捉的图像，以判定使用者是否已选择正在显示的特定图像。响应使用者已选择特定图像的决定，控制器216可对应于使用者的选择将新的图像数据提供至投影显示器204。控制器216可包括足以储存将要显示于散射屏206上的所有图像的存储器，或者控制器可具有与外部装置通信的有线或无线通信链路，以视其需要提供图像数据与程序设计更新。
[0037]图2B是图1的触摸屏显示器的方块图，其具有一指针(手指108)，靠近散射红外线(IR)光的菲涅尔透镜屏幕208前表面。顾客(未显示)的手指108正在接触或靠近指向菲涅尔透镜屏幕208(或散射屏206，如果没有菲涅尔透镜屏幕208)。通过散射屏206与菲涅尔透镜屏幕208传送的照射IR光220的一部分照射手指108。手指108反射一部分IR照射光220，其变成反射的IR光222。一些反射的IR光222通过红外线(IR)通过滤镜214并由照相机212来检测。换言之，照相机212捕捉对照黑色背景下的手指108的明亮图像。控制器216分析所捕捉的图像以判定手指108的相对位置，并且相应地将图像数据提供至投影显示器204。
[0038]图3为散射屏206的后视图，如透过照相机212观看的。照相机212聚焦于散射屏206或者散射屏206附近。所看到的图像包括在较暗的背景304上的亮点302，其为散射IR光的手指108。如上所示，散射屏206提供黑暗背景，因为散射屏206对于IR照射光220而言是透明的，并且由散射屏206的后表面反射的IR光220被指引远离照相机212。在这种方式中，手指108的位置可轻易被照相机212检测到。因此，手指108可作为指向装置用来操作包括照相机212、投影显示器204以及控制器216的系统(例如，独立的计算机、网络连接的计算机等)。控制器216、照相机212以及投影显示器204之间的互连可为有线或者无线的。
[0039]图4是替代的触摸屏显示器400的方块图。投影显示器400基本上类似于图1至图2B的投影显示器100，除了触摸屏显示器400包括分别发出照射IR光220A与220B的两个IR光源210A与210B之外。在这种方式中，散射屏206与菲涅尔透镜屏幕208被更均匀地照射。IR光源210A与210B可为LED或者现在已知的或尚待开发的任何其它光源。
[0040]类似于触摸屏显示器100的IR光源210，两个IR光源210A与210B均被设置并指引成使由散射屏206的后表面反射的任何IR光212A与212B均不会进入照相机212。反而，任何反射的IR光212A与212B均被指引远离照相机212。
[0041]图5A是另一供替代的触摸屏显示器500的方块图(上视图)。投影显示器500类似于图1至图2B的投影显示器100，除了投影显示器500不使用设置在壳体202内壁一侧的IR光源210以外。反而，投影显示器500使用IR光源502，其设置在邻接散射屏206的底部边缘，如图5A、图5B以及图5C所示。IR光源502发出照射IR光504。
[0042]图5B显示设置成与触摸屏显示器500的散射屏206邻接的IR光源502。图5B的视图为来自散射屏206的后面(来自壳体202的内侧)。在此例示实施例中，IR光源502设置成与散射屏206的底部边缘邻接。IR光源502可为线型光源或者多个离散的光源，例如LED等。可选择地，除了 IR光源502之外或者代替IR光源502，类似的IR光源506 (线型光源或者多个离散的光源)可设置成与散射屏206的顶部边缘邻接。作为另一种选项，除了沿着散射屏206的长边缘分布的IR光源502与506之外，额外的IR光源可沿着散射屏206的短边缘分布。
[0043]在本实施例中，类似于之前描述的实施例，IR光源502与IR光源504(如果存在的话)均被设置并指引成使由散射屏206的后表面反射的任何IR光504均不会进入照相机212。反而是，任何反射的IR光504均被指引远离照相机212。
[0044]图5C为触摸屏显示器500的前部的部分剖面侧视图(移除了壳体202的侧面)JR光源502设置成与散射屏206的下边缘邻接，并发出照射IR光504。一部分照射IR光504通过散射屏206与菲涅尔透镜屏幕208传送，并且另一部分IR光504由散射屏206的后表面反射。然而，如上所述，IR光源502设置成使得反射的光全都不会进入照相机212(图5A)。
[0045]图6为另一替代的触摸屏显示器600的方块图。为了捕捉宽视野，例如长宽比4:48或者1:12，可能会需要专门设计的广角镜头。据此，专门设计的广角镜头(未显示)可用于照相机212中(图2A)。或者是，可使用多个照相机。每个照相机捕捉一部分视野。然后，所捕捉的视野由计算机(例如，控制器602)组合起来，以汇集具有1:12长宽比的视野。
[0046]IR触摸屏后投影显示器600与图2A与图2B的投影显示器200相同，除了使用分别与红外线(IR)通过滤镜214A及214B组合的两个照相机212A及212B来替代单个照相机之外。在这种方式中，宽视野可分成具有更小视角的两个视野。照相机212A或212B的其中之一捕捉每个更小的视野。控制器602基本上类似于控制器216(图2A)，除了控制器602包括使两个单独视野结合的额外程序代码/功能性之外。应理解的是，“视野”的组合不需图像的实体组合，只是图像之间的位置关系已知的，使得控制器602能够藉由分析该图像来判定手指108的位置。
[0047]替代的实施例不限于两个照相机。实际上，可使用任何数量的照相机，这取决于特定的应用及/或屏幕长宽比。
[0048]现已完成本发明的特定实施例的描述。很多所述的特征在不脱离本发明的范围的情况下均可替换、变更或省略。例如，IR光源的替换配置(例如，包围散射屏206的环形IR光源)可替代所示的IR光源。举出另一实例，本发明的实施例可采用照相机以及在IR光谱以外的波长下运作的光源。该些或与所示特定实施例的其它差异对本领域技术人员而言将是显而易见的，特别是考虑到前述公开内容。
【主权项】
1.一种触摸屏显示器，包括: 散射屏，该散射屏具有被使用者观看的一前表面与一后表面； 投影机，该投影机设置成将图像投影到该散射屏的该后表面上，通过该散射屏，该使用者可看见该图像； 照相机，该照相机设置于该散射屏的后面，并且目的在于捕捉靠近该散射屏的该前表面的一指针的图像； 红外线(IR)光源，该IR光源设置成将IR光指引向该散射屏的该后表面，所入射IR光的射线相对于该散射屏的该后表面形成一锐角，使得由该散射屏的该后表面反射的任何入射IR光都不会进入该照相机；以及 控制器，该控制器运作以控制该投影机并对靠近该散射屏的该前表面的该指针的该图像作出响应。2.根据权利要求1所述的触摸屏显示器，进一步包括支撑结构，该支撑结构包括: 前部，该前部耦接到该散射屏； 后部，该后部与该散射屏相对，该照相机安装于该后部；以及 侧部，该侧部在该后部的边缘与该前部的边缘之间延伸，该IR光源安装成与该侧部邻接。3.根据权利要求2所述的触摸屏显示器，其中该IR光源设置成与该支撑结构的该后部相比更靠近该支撑结构的该前部。4.根据权利要求2所述的触摸屏显示器，其中: 该支撑结构附加包括第二侧部，该第二侧部在该后部的相对边缘与该前部的相对边缘之间延伸；以及 第二IR光源，耦接到该第二侧部，来自该第二IR光源的入射IR光的射线相对于该散射屏的该后表面形成一锐角，使得由该散射屏的该后表面反射的来自该第二 IR光源的任何入射IR光都不进入该照相机。5.根据权利要求4所述的触摸屏显示器，其中: 该IR光源设置成与该支撑结构的该后部相比更靠近该散射屏；以及 该第二 IR光源设置成与该支撑结构的该后部相比更靠近该散射屏。6.根据权利要求1所述的触摸屏显示器，其中该IR光源设置在靠近该散射屏的边缘与该散射屏的该后表面邻接。7.根据权利要求6所述的触摸屏显示器，其中: 该散射屏具有一宽度与一长度，该长度大于该宽度；以及 该IR光源包括多个IR光源，设置成与该散射屏的该后表面邻接并沿着该散射屏的长边缘分布。8.根据权利要求7所述的触摸屏显示器，其中该IR光源包括多个IR光源，设置成与该散射屏的该后表面邻接并沿着该散射屏的两个长边缘分布。9.根据权利要求8所述的触摸屏显示器，其中该IR光源包括第二多个IR光源，设置成与该散射屏的该后表面邻接并沿着该散射屏的两个短边缘分布。10.根据权利要求6所述的触摸屏显示器，其中: 该散射屏具有两个长边缘与两个短边缘；以及 该IR光源设置在该短边缘的其中之一。11.根据权利要求10所述的触摸屏显示器，进一步包括第二IR光源，该第二 IR光源设置在另一该短边缘。12.根据权利要求1所述的触摸屏显示器，其中: 该散射屏具有一长度与一宽度；以及 该长度至少为该宽度的十倍。13.—种触摸屏显示器，包括: 散射屏，该散射屏具有被使用者观看的一前表面与一后表面； 显示器，通过该散射屏，使用者可看见该显示器； 图像捕捉装置，该图像捕捉装置设置在该散射屏的后面，并且配置成捕捉靠近该散射屏的该前表面的一指针的图像； 光源，该光源在该图像捕捉装置的感应范围内，并且在该散射屏的边缘设置成与该散射屏的该后表面邻接，以将光指引向该散射屏的该后表面，而通过该散射屏照射该指针；以及 控制器，该控制器运作以控制投影机，以对靠近该散射屏的该前表面的该指针的图像作出响应；以及 其中该图像捕捉装置具有一感应范围，并且该显示器在该图像捕捉装置的该感应范围之外。14.根据权利要求13所述的触摸屏显示器，其中: 该图像捕捉装置具有一光轴； 从该光源发出的光与该图像捕捉装置的该光轴相交。15.根据权利要求14所述的触摸屏显示器，其中从该光源发出的至少一部分的光在垂直于该图像捕捉装置的该光轴的方向中行进。16.根据权利要求13所述的触摸屏显示器，其中从该光源发出并由该散射屏的该后表面反射的光被指引远离该图像捕捉装置。17.根据权利要求13所述的触摸屏显示器，其中: 该散射屏具有一宽度与一长度，该长度大于该宽度；以及 该光源包括多个离散光源，每个离散光源设置成与该散射屏的该后表面邻接并沿着该散射屏的长边缘分布。18.根据权利要求17所述的触摸屏显示器，其中该光源包括多个离散光源，该离散光源设置成与该散射屏的该后表面邻接并沿着该散射屏的两个长边缘分布。19.根据权利要求18所述的触摸屏显示器，其中该光源包括第二多个光源，设置成与该散射屏的该后表面邻接并沿着该散射屏的两个短边缘分布。20.根据权利要求13所述的触摸屏显示器，其中: 该散射屏具有一长度与一宽度;并且 该长度至少为该宽度的十倍。
【文档编号】G03B21/56GK106054512SQ201610134410
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年3月10日 公开号201610134410.4, CN 106054512 A, CN 106054512A, CN 201610134410, CN-A-106054512, CN106054512 A, CN106054512A, CN201610134410, CN201610134410.4
【发明人】刘深深
【申请人】豪威科技股份有限公司