一种基于激光投影的触摸屏人机交互系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于激光投影的触摸屏人机交互系统。现有的基于白炽灯光源投影技术结合红外摄影的触摸系统，已基本实现大屏幕上人机交互，然而当前还没有用于激光背投的触摸系统；本实用新型专利技术解决现有触摸系统结构复杂，色彩不鲜艳，亮度不够，灯泡使用寿命短以及需要额外红外光源等问题；本实用新型专利技术包括：红绿蓝（RGB）三色激光光源；激光散斑抑制模组；投影显示模组；时序控制电路；镜头；小型摄影机；投影屏；不用另加红外光源，结构简单、稳定性高、设备轻小，适用于博物馆、家庭娱乐的人机交互；此外，关闭小型摄影机并调整投影显示模组与时序控制电路后，还可以用作一般电影、视频的播放显示，具备良好的兼容性。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及触摸识别和激光投影显示的
，特别涉及一种基于激光投影的触摸屏人机交互系统。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术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，本技术采用如下技术方案: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、激光散斑抑制模组16、投影显示模组17、投影镜头18、投影屏幕19、小型摄影机20和时序控制电路21 ;三组单色激光光源包括:红色激光光源11、绿色激光光源12和蓝色激光光源13 ;红色激光光源11所发红色激光与绿色激光光源12所发绿色激光正交，同时与蓝色激光光源13所发蓝色激光也正交；红-绿合束镜14位于红色激光光源11所发红色激光与绿色激光光源12所发绿色激光交汇处，黄-蓝合束镜15位于经红-绿合束镜14合束后的红色激光光源11所发红色激光和绿色激光光源12所发绿色激光的合束光与蓝色激光光源13所发蓝色激光交汇处；激光散斑抑制模组16的通光部分位于经黄-蓝合束镜15合束后的合束光光路上；光束经过激光散斑抑制模组16后照射到投影显示模组17上，投影显示模组17调制的投影图像光束经投影镜头18成像在透射型投影屏幕19上；小型摄像机20对准透射型投影屏幕19进行拍摄；时序控制电路21连接投影显示模组17和小型摄像机20，控制两者冋步。所述投影屏幕19是透射式的屏幕，或所述投影屏幕是楔形板屏幕结构。所述红色激光光源11、绿色激光光源12和蓝色激光光源13采用三色的三台激光器或三组激光器阵列。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16是电光调制型散斑抑制器件或机械型散斑抑制器件。所述投影显示模组17由光学元件和投影显示芯片构成。本技术的工作过程是: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。所述的投影显示芯片是彩色时序型芯片，可以是DLP、IXD或者LCoS的一种。本技术与现有技术相比的有益效果在于:(I)本技术结构简单，稳定性高，整合度高，调试与安装更方便；(2)本技术摈弃了红外光作为触摸识别光源，少了一套光源，摄影机也可以采用一般白光摄影机，可采用更为成熟的元器件，减小优化设计难度，有效降低成本；(3)本技术显示色彩更鲜艳，表现力强，在博物馆展示或一般家庭娱乐中，既可用于普通显示，也可用于人机交互。附图说明图1为本专利技术从正上方角度给出了根据本技术总体构思的实施例1的人机交互系统；图2为本专利技术从侧面角度给出了根据本技术总体构思的实施例1的人机交互系统；图3为本专利技术中的时序控制电路对小型摄影机进行控制的一种方式；图4示意性地给出了另一种根据本技术总体构思的实施例2的人机交互系统；图5示意性地给出了楔形板屏幕的结构；图中，11为红色激光光源；12为绿色激光光源；13为蓝色激光光源；14为红-绿合束镜；15为黄-蓝合束镜；16为激光散斑抑制模组；17为投影显示模组；18为投影镜头；19为透射屏眷；20为小型摄像机；21为时序控制电路；22为模形板屏眷；23为光阀；24为楔形导光板；25为增透膜；26为光转向膜；27为散射膜。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本技术作进一步的详细描述。实施例1:如图1、图2所示，本技术人机交互系统包括:红色激光光源11，绿色激光光源12，蓝色激光光源13，红色激光光源11所发红色激光与绿色激光光源12所发绿色激光正交，与蓝色激光光源13所发蓝色激光也正交；红-绿合束镜14位于红色激光光源11所发红色激光与绿色激光光源12所发绿色激光交汇处，黄-蓝合束镜15位于经红-绿合束镜14合束后的红色激光光源11所发红色激光和绿色激光光源12所发绿色激光的)合束光与蓝色激光光源13所发蓝色激光交汇处；激光散斑抑制模组16的通光部分位于经黄-蓝合束镜15合束后的合束光光路上；光束经过激光散斑抑制模组16后照射到投影显示模组17上；投影显示模组17调制的投影图像光束经投影镜头18成像在透射型投影屏幕19上；小型摄像机20，对准透射型投影屏幕19进行拍摄；时序控制电路21连接投影显示模组17和小型摄像机20，控制两者同步。红色激光光源11，绿色激光光源12，蓝色激光光源13是红绿蓝(RGB)三色的三台激光器或三组激光器阵列；其中，激光器可以是固体激光器、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；三组光源发出红绿蓝(RGB)单色激光，色彩纯度高。红色激光光源11，绿色激光光源12，蓝色激光光源13发出的光通过合束镜14、15后合为一束光,其高相干性的光束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17，在投影显示模组17内部，通过必要的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18成像在投射型投影屏幕19上。应该注意到的是，屏幕19是透射型的，虽然投影光在屏幕19上经过散射，但系统投影的方向仍应避开使用者的视线方向，成一个适当的角度，以防止强光直射对人眼的伤害，如图2所示。小型摄影机20对准整个屏幕19，时序性地拍下屏幕19的背向散射光图像，如果使用者的手部与屏幕19产生接触，则该处背向散射光会明显增强，并被小型摄影机20拍摄到。与此同时，时序控制电路21根据投影显示模组17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20，使其的拍摄仅限于该灰阶图像所出现的时间段。小型摄影机20选择性地拍摄到的屏幕19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。图3示意性地给出了一种时序控制电路21对小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光投影的触摸屏人机交互系统，其特征在于包括：三组单色激光光源、激光散斑抑制模组（16）、投影显示模组（17）、投影镜头（18）、投影屏幕（19）、小型摄影机（20）和时序控制电路（21）；三组单色激光光源包括：红色激光光源（11）、绿色激光光源（12）和蓝色激光光源（13）；红色激光光源（11）所发红色激光与绿色激光光源（12）所发绿色激光正交，同时与蓝色激光光源（13）所发蓝色激光也正交；红?绿合束镜（14）位于红色激光光源（11）所发红色激光与绿色激光光源（12）所发绿色激光交汇处，黄?蓝合束镜（15）位于经红?绿合束镜（14）合束后的红色激光光源（11）所发红色激光和绿色激光光源（12）所发绿色激光的合束光与蓝色激光光源（13）所发蓝色激光交汇处；激光散斑抑制模组（16）的通光部分位于经黄?蓝合束镜（15）合束后的合束光光路上；光束经过激光散斑抑制模组（16）后照射到投影显示模组（17）上，投影显示模组（17）调制的投影图像光束经投影镜头（18）成像在透射型投影屏幕（19）上；小型摄像机（20）对准透射型投影屏幕（19）进行拍摄；时序控制电路（21）连接投影显示模组（17）和小型摄像机（20），控制两者同步。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王书路，王安廷，明海，顾春，许立新，董磊，崔哲，张雨蒙，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：实用新型
国别省市：