军用光学论文 [军用光学现代技术论文范文]

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关键词：光学触摸技术;发光二极管;光学传感器 光学触摸技术最初是1970年代Caroll Touch公司(现在是Elo TouchSystems的一部分)发展起来的，现有不少供应商出售该项技术。和其它的 触摸技术相比，光学触摸技术具有很多优点。工业界的很多人都认为，如果没有 下面将要提到的两个相当大的缺点，光学触摸技术现在已经成为触摸技术的主流。

光学触摸屏技术的最新发展使得光学触摸技术复兴，为其成主流触摸技术奠定了 基础。

引言 传统的光学触摸系统是在显示器的两个相邻斜面上采用红外发光 (IR)二极管(LED)阵列，并在相对的斜面边缘放置光敏元件，用于分析系统、确 定触摸动作。LED-光传感元件对在显示器上形成光束栅格。当物体(例如手指或 者钢笔)触摸屏幕遮断了光束，就会在相应光传感元件处引起光测量值的减弱。

光传感的输出测量值可以用于确定出触摸点的坐标。通常控制器是扫描光传感阵 列，而不是同时测量所有的光传感器，因此这项技术有时被称为"扫描IR"。在这 项技术的高级版本中，每个光传感器测量来自不止一个LED的光，这使得控制器 可以补偿由于屏上不可移动的碎片而引起的光的阻断(见图1)。

这项传统的光学触摸技术已经主要用于触摸市场中的相关领域。过去， 它的广泛应用由于两大原因曾经受到限制：技术成本比与之竞争的其他触摸技术要高，还有在亮环境光下的显示性能问题。后一个问题是由于背光源放大了光传 感元件的背景噪声。在有些情况下，噪声大到无法检测到触摸屏的LED光，导致 触摸屏的暂时失灵。这个问题在阳光直射下最为显著，因为阳光在红外区域分布 有大量的能量。

另外，传统的光学触摸技术由于其它的一些技术问题，例如功耗、机 械包装约束、分辨率的限制导致系统检测PDA笔等小物体的能力受限等，而没有 被手持式触摸屏(例如手机和PDA等)采用。其它技术例如模拟电阻技术由于成本 低很多，主导了移动设备触摸屏的市场。

但是光学触摸的特性还是可取的，代表了理想触摸屏的属性，包括可 以去除其它触摸技术都必需的显示屏前的玻璃或塑料层。在很多情况下，这种覆 盖层采用透明导电材料，例如氧化铟锡(ITO)，这会导致显示屏的光学性能下降。

光学触摸屏的这个优势对于很多设备、显示屏供应商来说是极其重要的，因为设 备的售出与使用者的感觉质量相关。

光学触摸的另一个长期需求的性能是传感器的数字输出，相比之下， 很多其它的触摸系统是依赖于模拟信号处理来确定触摸位置。这些与之竞争的模 拟系统通常需要不停的再校准，对信号处理(增加了成本和功耗)的要求比较复杂， 与数字系统相比精确度相对降低;并且由于操作环境引起更长时间使用后系统失 灵。

光学触摸的另一个关键的优点是通常情况下没有手指、笔或其它被识 别硬件的直接接触。这就减少了触摸屏由于接触失败、老化、疲劳引起失灵的可 能。这与低压力触摸的要求也有关。在一个光学触摸系统中，只要与光束接触就 可以了，不需要检测力量或者触发系统。

最后，光学触摸可以执行同时触摸，这是其它触摸技术难以实现的。

尽管同时触摸在过去没有被广泛地发展，近期由于苹果iPhone等新设备引起了关 注，它让同时触摸成为用户界面不可或缺的一部分。

1最新技术提高 1.1新元件和信号处理的改进 处理：自从传统的光学触摸系统开始发展，关键元件如LED、光敏二 极管、CMoS芯片在性能上有了长足的发展，成本大大降低。产生模塑光学和信号处理算法的技术也有了很大的发展和改进。因此，传统光学触摸技术有了发展， 至少与其它也在不断发展的触摸技术相比保持着竞争力。

1.2改进的光学系统设计 近期，Elo TouchSystems和IRTouch等公司试图解决光学触摸的背景或 环境光问题，主要采用改进边缘(缝隙)设计、光学滤光片和更加复杂的信号处理 来增强信噪比。如，红外LED可以通过特定频率调制，光传感器的输出只可以在 该特定频率下解调。由此来降低阳光对未调制的红外光的影响。制造商声称的最 新产品能承受75~100klx的环境光，表明这些技术在降低光学触摸对日光的敏感 度方面有了不错的成就。

2 新型光学触摸系统 新元件技术和关键器件的成本降低使得大量崭新的光学触摸系统得 以产生。便宜和更尖端的光学系统设计工具的结合，为现有光学触摸系统的设计 和制造的再次提出创造了完善的条件。

现有两大类新的光学触摸系统：一类是取决于光源的，通过阻断来检 测触摸的;还有一类是利用环境光，而与光源无关的。另外，这些新系统还可以 根据规定光束的遮断，以及通过复杂的信号处理来确定显示器上方图像的触摸点 来分类。本文回顾了这些新型的光学触摸系统。

3 Neonode Neonode采用了传统的IR触摸技术，LED以及光敏二极管，关键在于 将其微型化以用于手持设备。除了将该技术用于其N2手机，Neonode还将它销售 给其他的设备制造商。但是还不清楚该技术是否被其他的手机销售商采纳。该项 技术的关键挑战在于斜面的高度。很多手机制造商不断地尝试制造能在顶面齐平 或者接近齐平的新元件，他们希望显示器尽量延伸，尽量靠近设备的边缘(使得 显示器的尺寸和对多媒体功能的体验都尽可能的大)。参考图2中给出的Neonode N2和苹果iPhone，可以立刻明显发现iPhone屏幕的表面是平滑的，而N2手机屏的 表面是凹的。通过对样品的检测，N2的斜高约为1.6mm(包括包装材料的厚度);
而iPhone的斜高为0(平滑)。其它妨碍Neonode触摸屏技术在手机市场使用的问题 有成本和功耗，都是因为设备中大量的采用光电子元件(LED和光敏二极管)造成 的。对于这项技术及苹果iPhone的另外一个潜在的挑战是只能用手指触 摸的限制。亚洲智能手机制造商更希望能够采用触摸笔输入，以支持字符识别。

Neonode N2上的光束间隔比较宽，大约每厘米2.5个光束，手指大约能够覆盖9个 光束交叉点。这能节约能量，但是使得触摸笔在触摸屏上无法使用。即使使用大 的触摸笔，由于分辨率不够，手写识别还是无法实现。相比较而言，用于iPhone 的导电轨迹间隔相对比较窄，大概每厘米25个轨迹交叉点。但是，即便是投射式 电容性技术的分辨率更高，它只能支持手指触摸，限制了触摸笔或是戴手套时的 使用。所以这个比较结论有待讨论。

4 NextWindow、SMART以及其它技术 NextWindow和SMART技术实现了基于照相机的光学触摸，至少有一 个新的开始。

NextWindow的光学触摸屏技术采用了两个放置在显示器相邻边角上 的线扫描照相机(图3)。照相机根据红外光源的截断来检测任何靠近表面物体的 移动。由屏表面的一个平面产生光，并由屏三个边上的定向反射条( 定向反射镜 使得光从入射角沿着平行但相反的路径反射回来)反射回相机。当手指(或任何物 体)触摸屏幕时，控制器就分析了相机中的图像，触摸物体位置的三角关系。

SMART光学触摸屏技术使用的是相同的原理，区别在于它用了四个面扫描照相 机。

即使技术上允许光学触摸技术不需要玻璃触摸表面，供应商也不会这 样做，因为需要保护LCD的软(2H)表面。这些技术比传统技术先进在它们的有源 器件更少，因此可以减少成本，具有更长的平均失误间隔时间(MTBF)。

NextWindow销售的触摸屏的尺寸在12～120in范围之间，到目前为止大多数应用 于监视器尺寸的显示屏(例如HP TouchSmart家用电脑)，以及用于交互数字签名 的大尺寸显示[1]。尽管这项技术具有很高的分辨率和数据传输率，能够支持触 摸笔的手写识别;但是，对于小于10in，由于边界宽度、成本、功耗的考虑不采用 掌上反射显示屏的还无法应用。总的来说，基于相机的光学触摸技术在近期内还 无法应用于移动设备。

5 Perceptive Pixel 纽约大学的研究者最新研制了一种可以同时用10个、20个，甚至更多 手指触摸的大型多处触摸屏。Perceptive Pixel公司的成立，旨在将该项技术商业化――尽管这项技术已经应用于交互性白板、触摸屏桌、数字墙等领域，所有的 这些设备都可以由多人同时操作。

Perceptive Pixel技术原理是将红外LED光引入玻璃或塑料的背投屏上。

该技术应用非全内反射(FTIR)，即当手指触摸玻璃表面时，光从手指处散射出去， 被垂直于普通玻璃表面的光学传感器检测到[2]。在Perceptive Pixel应用中，光传 感器是投影机旁边的一个摄像机(见图4)。因为该技术是为背投显示屏设计的， 它不能应用在移动设备中。

6夏普、东芝-松下显示(TMD)及其它 夏普、TMD以及LG-飞利浦LCD都展示了显示屏本身作为光传感器件 的光学图像触摸系统。这些新型的LCD在每个LCD像素中集成了一个光传感器件 (发光二极管或光敏晶体管)，这使得整个显示屏成为一个大矩阵光传感器;加上合 适的图像分析技术，它可以成为触摸传感器甚至一个读卡扫描器。夏普最新展示 了320×480像素光传感分辨率的3.5in LCD。由于固有的数字技术，它具有识别出 同时多处触摸事件的能力(图5)。

将这项技术应用于触摸屏需要面临的一个挑战是，在有各种不同类型 环境光的情况下进行信号处理。与普通的触摸屏不同，该技术需要分析一幅复杂 的图像来确认是否有触摸发生。与普通的触摸屏相比，这项技术需要更加先进、 昂贵、耗电的处理器。另外，多种背景光的存在会使得图像分析更为复杂。另外 一个需要考虑的问题是速度。比如说，手写识别通常被认为需要至少每秒130帧 的触摸识别速度，以避免识别延时。这种处理速度对于基于图像矩阵、低功耗的、 用于手持设备的触摸技术来说是一种挑战。

由于移动设备的显示屏的尺寸、比例、分辨率有很多种，生产商没有 真正的标准。因此，生产能够用于任意显示器的传感器将带来高成本，并且需要 处理复杂触摸传感LCD的NRE。另外，这些LCD可能具有更小的像素-孔径比， 因此与没有触摸传感的类似显示屏相比亮度可能会低一些。

7 RPO数字波导触摸技术 RPO数字波导触摸(DWT)技术是基于传统IR系统概念发展而来的光 学触摸系统。这种系统采用1～2个低成本LED，用来从两个相邻斜边提供可控的 光源(事实上是一个红外光平面)，然后在另两个相邻的斜边上，利用聚合物光学波导来将光线引入分立的10 m管道进入一个小的光传感器矩阵(图6)。

这项由传统IR触摸改进的技术有效地解决了传统技术所有的缺点。下 面将讨论这些缺点。

由于光电器件(LED和传感器)不再放置在显示器的斜边上;与传统的 光学触摸系统相比，斜面高度和宽度对触摸系统的影响减弱了。RPO展示了在显 示区域外只有2mm的触摸系统，从屏保护(镜片)到器件外壳的内表面的侧面高度 只有0.5mm。

DWT因为只有1~2个LED和1个光传感器芯片，所以成本要低很多;由 于接收端的光学信号进入分立的光导，被光传感器矩阵的独立像素分别检测而具 有"数字性"，所以它的分辨率要高很多。因此，笔检测和手写输入识别成为了可 能。

滤波器和孔隙化的发展使得环境光不再是个问题，因为细小光学波导 作为接收管道。

使这项技术成为可能的关键是RPO公司改进的低成本光刻印刷聚合 物光学波导。这家公司采用类似LCD的处理工具来沉积湿膜，用直接的光刻图案 处理薄膜，还有溶剂的改进。这听起来很简单，但是改进聚合物材料和用于生产 大量、高强度的高分辨率光导的工艺用了很多年。另外，这个RPO使用的光学系 统设计非常复杂，但是在物理系统中简单、便宜、便于集成。

RPO在Display Week 2007上演示了这个系统，当时用于PDA设备的多 重触摸。DWT现用于高端用户产品之中。理论上讲，这个系统可以用于任意尺 寸的显示屏，但是RPO最初是面向中小型消费类电子和车载显示器的。

8 结论 以上这些新的光学触摸技术都可以在广大且持续发展的触摸屏市场 中占据属于自己的一席之地。排除所有的技术缺陷，我们可以预测光学触摸技术 与其它触摸技术相比具有关键的优点。总的来说，这些新技术，如果都归类于" 光学触摸系统"，最终可以占据触摸屏市场的一大份。

促进手持式触摸屏迅猛发展的是苹果iPhone以及其它智能手机、GPS 手持设备，还有个人多媒体播放器。上面的这些技术，Neonode、夏普、TMD、RPO目标都很明确，并希望能和现有的电阻和投射式电容性触摸技术竞争。

光学技术论文篇一 《浅析数字电影放映中的光学技术》 摘 要 电影行业是近几年发展较为快速的行业之一，数字电影领域也 被越来越多的人所熟知，数字电影放映系统也得到了相应的完善，而使用在数字 电影放映系统的光学技术却鲜为人知。光学技术使用其中，使得数字放映系统更 加复杂化，本文就对此做出简单的分析，主要对应用在数字电影放映中的光学技 术进行研究。

关键词 数字电影;光学技术;系统 21世纪的社会发展主要是以知识经济与信息技术为主，尤其是信息技 术的发展，给社会中的各个行业、各个领域带来不小的冲击。电影行业是社会众 多行业之一，也受到了来自科学技术的影响，老式的放映胶卷模式已经逐渐被取 消，如今的电影行业以数字化电影为主。数字电影在放映的过程中是要依靠一定 的技术才得以有效的实施，其中最主要的是光学技术，而且在新时代发展之下， 光学技术也随之发生了更大的变化与进步，可以说如今的电影行业发展如此迅速， 光学技术在其中发挥了不可忽视的作用。

1 光学技术和数字放映系统 光学技术是一项应用于电影放映方面的技术，往深层次研究的话，所 谓的光学，指的就是以对光研究为基础，来探讨“光”这种特殊物质与其他普通物 质作用的各种作用。数字电影放映系统作为现如今电影行业主要的放映形式，主 要依靠的是放映系统，随着胶片电影淡出电影舞台，数字电影不仅继承了原有胶 片电影的优势，更在此基础之上改变放映的形式，改变了胶片电影所带来的不足 之处，优化了电影放映的技术，通过数据拷贝的方式进行有效的传递与播放，使 得电影不会在放映的过程中由于次数的增加而影响播放的质量，促进了电影行业 的发展。

2 光学技术在数字电影放映中的应用分析 技术的发展，无论是对人们的日常生活还是对社会的进步发展，都发挥着重要的作用。为此，本文主要讲的就是有关应用于数字电影放映所使用的技 术，那么，光学技术是如何应用在数字电影的放映系统中呢主要是分为以下几个 方面。

2.1 光学技术在数字电影成像中的应用 光学原理，在数字电影放映的过程中所使用的光学技术就是要在这一 原理的基础上进行的。文中所讲的数字电影，就不得不提到投影技术，在现代的 电影投影技术方面最常见的3种方式就是液晶显示、直接光学放大以及数字化光 处理，而在这3种方式之中使用的最为广泛也最为成熟的就是数字化光处理技术， 这一技术所使用的原理就是用所集合的半导体晶片效应来促使电路围绕着固定 的S进行旋转，从而发生有规律的偏转，在控制电场电路的基础上，光线就会照 在微镜上发出不同方向的反射，因而通过镜头就会射到大银幕上，银幕上也就会 产生微镜的效果。简单讲，就是光学技术的使用，使得数字电影的投影成像呈现 的更好，展现在大荧幕上的画面质量是良好的。

光学技术使用在数字电影的放映系统中是一个宽泛的概念，其实它可 以分为若干个小的方面，接下来要分析的就是光学技术在数字电影彩色成像的应 用。在电影最早出现的年代，呈现在大银幕上的电影画面都是黑白色调的，而如 今我们观看的电影都是五彩缤纷，极具色彩画面，达成这一效果的原因就是在数 字电影中应用了光学技术，在光学理论中，通过蓝、绿、红3种滤光片，在光的 照射下可以形成多彩的颜色，电影放映中就是应用了这一原理，通过数字处理技 术对色彩的顺序进行处理，在通过RGB格式的数据由DMD进行存储，接受光系 统的聚集，再将所接受到的白光照射到先前已经存储完毕的DMD上，蓝、绿、 红这3种纯原色的色彩会不断按照顺序投射到DMD上，DMD的图像就会投射到 大屏幕上，从而形成了方形的像素，而这些像素的形成正是人类肉眼可以看到的 图像，也就形成了精彩绝伦的电影画面。

2.2 光学技术在终端投影镜头中的应用 在研究光学技术的成像问题之后，接下来要谈论的就是光学在终端投 影镜头中的应用。首先，光学这一门学科较为复杂化，应用在数字电影的放映系 统中也正是利用了光学这一复杂性的特点，数字电影在运用的过程中使用了更多 的光学参数，立足具体问题具体分析的原则，应用到实际的工作中。其次，数字 电影在影院的放映过程中，其放映距离都是固定的，因此关于镜头焦距的问题有 多种选择，尽管镜头的成本是非常贵的，但是利用光学技术进行调整，从而生产出了40mm～120mm的十分钟变焦镜头，这种镜头的产生在一定程度上减少了所 需要用到的成本。最后，工作距离的确定可以通过以下两个方面的方式，一方面， 对电影放映机在放映的过程中所涉及到光学部分进行实地测量，以最为直接的方 式得到数据，但这一方式的困难点就在于用于测量光学部分的仪器无论是在价钱 还是在操作系数上都是比较有难度的，因此，在实施的过程中会难以操作;另一 方面，基于光的逆向原则基础之上，结合产生的数据以及聚光片和分光作用的数 据，从而计算出工作距离，这一方式相对于前一种方式而言，在操作性上更为简 单。

2.3 光学技术所涉及的镜头结构和成像应用 光学技术所涉及到的光学原理，既能让人简单明了又可以复杂的让人 摸不着头脑，将这一项技术应用在数字电影的放映系统中，在很大程度上解决了 原先胶片电影所带来的不足之处，优化了电影放映系统，使得电影行业得到快速 的发展，光学技术在这一发展过程中贡献了不少的力量。光学技术涉及到电影放 映系统的方方面面，电影放映镜头的工作距离与焦距之间的比例是维持在一定的 系数之内，也就是说最佳的距离是在0.5～0.7之间，前面已经提到镜头焦距最合 适的是40mm～120mm的十分钟变焦镜头，如果将两者结合在一起的话，那么两 者的比例就会直线上升到3，但是在这过程中就会出现一些问题，为了能够更好 的起到协调的作用，可以通过远心的镜头结构，再通过全权分离的方式对远心光 路进行改进，促进其发展。另一方面，借助光学原理来投影成像，极有可能会受 到光学的相差而产生一定的影响，因此，在使用光学技术的时候一定要注意利用 光学原理减少像素差，从而使得所呈现的影片质量完好。

3 结论 数字电影已经成为电影行业的主流产品，而光学技术在数字电影放映 系统中应用的最为广泛，并且在放映系统中发挥了重要的作用，在了解光学技术 和数字电影放映系统的基础上，对光学技术在数字电影放映过程中的应用分析， 希望可以加深对光学技术的了解，促进光学技术得到进一步发展，从而促进电影 行业的发展。