[发明专利]一种基于激光投影的触摸屏人机交互系统

说明书

技术领域

本发明涉及触摸识别和激光投影显示的技术领域，特别涉及一种基于激光投影的触摸屏人机交互系统。

背景技术

结合触摸识别的投影显示是目前较常见的一种人机交互方式。通常的实现方案中，使用普通白炽灯光源投影机来投影图像，另外设置红外光源来照射屏幕，设置红外摄像机来拍摄屏幕红外影像，以此捕捉使用者在屏幕上手指动作。但是这种方式整个系统过于复杂，使用过程中需要调试红外光源和红外摄像机的位置。同时，投影机使用普通白炽灯光源，色域较小，颜色鲜艳性不够，灯泡寿命短。随着激光器研究的进一步成熟，使用以激光作为光源的投影显示可以改善显示色彩质量和亮度。而整合用于触摸识别的光源和摄影装置，可以简化系统，降低生产成本，提升稳定性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，设计一种结构简单、稳定，使用激光作为投影光源，使用投影出的全屏灰阶图像作为触摸识别源图像的人机交互系统。

为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于激光投影的触摸屏人机交互系统，包括：

三组单色激光光源，分别发出红绿蓝（RGB）三色激光；

激光散斑抑制模组，消除激光光源所引入的激光散斑；

投影显示模组，用于产生投影图像；

投影镜头，用于将图像投影到屏幕上；

投影屏幕，投影图像被投射到投影屏幕上以供观看；

小型摄影机，用于拍摄使用者在屏幕上的手指接触动作对背向散射光产生的扰动；

时序控制电路，用于控制小型摄影机与投影显示模组的信号同步，使得小型摄影机只拍摄所插入的全屏灰阶图像在屏幕上受手指接触影响产生的背向散射图像。

三组单色激光光源发出红绿蓝（RGB）单色激光，通过激光散斑抑制模组进行散斑抑制后，进入投影显示模组，在投影显示模组内部，通过光学元件照射到投影显示芯片上，经过投影显示芯片的调制，分时地产生高质量的彩色投影图像，并以合适的频率在彩色投影图像中插入全屏灰阶图像，这些图像通过投影镜头成像在投射型投影屏幕上；小型摄影机对准整个投影屏幕，时序性地拍下投影屏幕的背向散射光图像，如果使用者的手部与投影屏幕产生接触，则该处背向散射光会明显增强，并被小型摄影机拍摄到；与此同时，时序控制电路根据投影显示模组在投影图像中所插入的全屏灰阶图像，同步调节小型摄影机，使小型摄影机的拍摄仅限于该灰阶图像所出现的时间段，小型摄影机选择性地拍摄到的投影屏幕上包含手指位置信息的背向散射光图像后，即可用于触摸屏人机交互。

所述投影屏幕是透射式的屏幕，即系统采用激光背投作为显示手段；或所述投影屏幕是楔形板屏幕结构，即系统采用激光楔形板投影作为显示手段。

所述时序控制电路对小型摄影机的调节方式是在小型摄影机的镜头系统中加入光阀，在投影显示模组投射全屏灰阶图像的时间段，时序控制电路控制光阀打开，其余时间段，控制光阀关闭，从而达到调节小型摄影机使其只针对灰阶图像的时间段进行拍摄的目的。

所述楔形板屏幕包括：楔形导光板、增透膜、光转向膜和散射膜；楔形导光板将投影光导向屏幕的各处，增透膜能使光在全反射临界角附近出射时的透射率大为增强，从而使图像的光强基本一致，并消除楔形板屏幕所特有的图像暗带分层问题；光转向膜使得通过增透膜以后的光线方向发生变化，变为近似平行于楔形板表面法向的光线；散射膜使得通过光转向膜以后的光发生散射，从而改善显示屏的视角特性，以让使用者在更大的角度范围内看到清晰明亮的图像。

所述单色激光光源，是红绿蓝（RGB）三色的三台激光器或三组激光器阵列，三组光源发出激光，色彩纯度高。

所述激光器是固体激光器、半导体激光器、光纤激光器、气体激光器或上述各类激光器与晶体倍频器件的组合。

所述激光散斑抑制模组是电光调制型散斑抑制器件或机械型散斑抑制器件。

所述用于产生投影图像的投影显示模组由必要的光学元件和投影显示芯片构成，用于调制激光光源发射的光，分时地产生彩色投影图像，并以合适的频率在彩色投影图像中插入全屏灰阶图像。

所述的投影显示芯片是彩色时序型芯片，可以是DLP、LCD或者LCoS的一种。

所述小型摄影机对准整个屏幕，时序性地拍下屏幕的背向散射光图像，如果使用者的手部与屏幕产生接触，则该处背向散射光会明显增强，并被小型摄影机所拍摄。

所述时序控制电路，根据投影显示模组在投影图像中所插入的全屏灰阶图像，同步调节小型摄影机，使其的拍摄仅限于该灰阶图像所出现的时间段。