CN102096508B - 用光纤实现的触摸显示屏结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用光纤实现的触摸显示屏结构，涉及一种触摸显示屏。特别应用于要求高亮度，彩色显示屏，以及触摸显示等的显示领域。单模光纤、多模光纤、光纤光栅、环形器、波分复用器、用于反馈的多模光纤、用于反馈的单模光纤构成一个像素点，这样的N个像素点排列成显示屏结构成。通过激光器提供光信号，用光谱仪检测反馈的光信号。每个像素点处的光信号波长固定，用光谱仪分析反馈光信号中的光谱成份，判断被遮挡点的位置，从而获得触摸的位置，实现触摸屏的功能。本发明解决了目前的显示屏的成本较高，亮度低，图像易失真，分辨率较低，触摸反应速度慢，抗干扰能力差，力学强度差。

Description

用光纤实现的触摸显示屏结构

技术领域

本发明涉及一种用光纤实现的触摸显示屏结构。特别应用于要求高亮度，彩色显示屏，以及触摸显示等的显示领域。

背景技术

随着多媒体信息查询的与日俱增，人们越来越多地谈到触摸屏，因为触摸屏不仅适用于中国多媒体信息查询的国情，而且触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。从技术原理来区别触摸屏，可分为五个基本种类：矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。其中矢量压力传感技术触摸屏已退出历史舞台；红外线技术触摸屏价格低廉，但其外框易碎，容易产生光干扰，曲面情况下失真；电容技术触摸屏设计构思合理，但其图像失真问题很难得到根本解决；电阻技术触摸屏的定位准确，但其价格颇高，且怕刮易损；表面声波触摸屏解决了以往触摸屏的各种缺陷，清晰不容易被损坏，适于各种场合，缺点是屏幕表面如果有水滴和尘土会使触摸屏变的迟钝，甚至不工作。

目前的触摸显示屏技术存在的几个问题是：成本较高，亮度低，图像易失真，分辨率较低，触摸反应速度慢，抗干扰能力差，力学强度差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服目前在高质量显示屏存在的问题：成本较高，亮度低，图像易失真，分辨率较低，触摸反应速度慢，抗干扰能力差，力学强度差。

本发明解决其技术问题的技术方案：

一种用光纤实现的触摸显示屏结构，该显示屏结构包括第一至第N单模光纤，第一至第N多模光纤，激光器，第一至第N光纤光栅，第一至第N环形器，第一至第N波分复用器，第一至第N用于反馈的多模光纤，光谱仪，第一至第N用于反馈的单模光纤。

各部分之间的连接：

光谱仪的输入端通过第一用于反馈的多模光纤接第一波分复用器的第一端，第一波分复用器的第二端通过第一用于反馈的单模光纤接第一环形器的第四端，第一波分复用器的第三端通过第二用于反馈的多模光纤接第二波分复用器的第一端；第二波分复用器的第二端通过第二用于反馈的单模光纤接第二环形器的第四端，第二波分复用器的第三端通过第三用于反馈的多模光纤接……第N波分复用器的第二端通过第N用于反馈的单模光纤接第N环形器的第四端。

激光器的光信号从第一多模光纤的一端输入，第一多模光纤的另一端接第一环形器的第一端，第一环形器的第三端接第一单模光纤，第一环形器的第二端接第一光纤光栅的一端，第一光纤光栅的另一端通过第二多模光纤接第二环形器的第一端；第二环形器的第三端接第二单模光纤，第二环形器的第二端接第二光纤光栅的一端，第二光纤光栅的另一端……第N环形器的第三端接第N单模光纤，第N环形器的第二端接第N光纤光栅。

N为显示屏像素点的数量，N＝100～300000000的整数，排布成10～30000*10～10000阵列。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：

整个显示屏采用光纤作为主体显示结构，其成本大为缩减；光纤技术目前已经将纤径做到数十微米甚至微米量级，在同样的面积上集成更多的显示像素点，分辨率大为提高；整个系统采用全光传输，图象质量得以保证；光纤显示屏采用激光器作为信号光的光源，激光器的功率很大，将较大功率的光耦合入光纤，实现大功率输出，亮度得到保证；利用输出激光在触摸点处的反射光再次耦合进入光纤，全程为光信号，中间过程没有电的参与，从而反应的灵敏度较其它方式高，而且不容易受到外界的干扰，力学强度高。分辨率，亮度，抗干扰能力，力学强度，随着光纤、光栅、激光器的制造技术的提升而提高。

附图说明

图1为像素点为N的单色用光纤实现的触摸显示屏结构。

图2为100*100单色用光纤实现的触摸显示屏结构。

图3为30000*10000彩色用光纤实现的触摸显示屏结构。

图4为10*10单色用光纤实现的触摸显示屏结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施方式一

用光纤实现的触摸显示屏结构，如图1所示。一种用光纤实现的触摸显示屏结构，该显示屏结构包括第一至第N单模光纤11、12、……1N，第一至第N多模光纤21、22、……2N，激光器3，第一至第N光纤光栅41、42、……4N，第一至第N环形器51、52、……5N，第一至第N波分复用器61、62、……6N，第一至第N用于反馈的多模光纤71、72、73、……7N，光谱仪8，第一至第N用于反馈的单模光纤91、92、……9N。

各部分之间的连接：

光谱仪8的输入端通过第一用于反馈的多模光纤71接第一波分复用器的第一端611，第一波分复用器的第二端612通过第一用于反馈的单模光纤91接第一环形器的第四端514，第一波分复用器的第三端613通过第二用于反馈的多模光纤72接第二波分复用器的第一端621；第二波分复用器的第二端622通过第二用于反馈的单模光纤92接第二环形器的第四端524，第二波分复用器的第三端623通过第三用于反馈的多模光纤73接……第N波分复用器的第二端6N2通过第N用于反馈的单模光纤9N接第N环形器的第四端5N4。

激光器3的光信号从第一多模光纤21的一端输入，第一多模光纤21的另一端接第一环形器的第一端511，第一环形器的第三端513接第一单模光纤11，第一环形器的第二端512接第一光纤光栅41的一端，第一光纤光栅41的另一端通过第二多模光纤22接第二环形器的第一端521；第二环形器的第三端523接第二单模光纤12，第二环形器的第二端522接第二光纤光栅42的一端，第二光纤光栅42的另一端……第N环形器的第三端5N3接第N单模光纤1N，第N环形器的第二端5N2接第N光纤光栅4N。

N为显示屏像素点的数量，N＝100～300000000的整数，排布成10～30000*10～10000阵列。

所述的第一至第N多模光纤21、22、…、2N以及第一至第N用于反馈的多模光纤71、72、73、…、7N的包层外半径相同，纤芯的半径相同；包层外半径均为60～500微米，纤芯的半径均为5～300微米。

第一至第N单模光纤11、12、…、1N以及第一至第N用于反馈的单模光纤91、92、……9N的包层外半径相同，纤芯的半径相同；包层外半径均为10～62.5微米，纤芯的半径均为1～4微米。

所述的激光器3为输出N个波长的激光器，激光器3输出的N个波长与第一至第N光纤光栅41、42、…、4N的中心波长一一对应；激光器3的输出波长范围为390～770纳米；相邻波长间隔均为0.0000001～0.05纳米。

所述的第一至第N光纤光栅41、42、…、4N的带宽均为0.0000001～0.05纳米，中心波长为390～770纳米。

环形器工作原理为光信号从第一端传输到与第二端连接的光纤光栅，光纤光栅将与其中心波长相同的光信号反射回第二端，从第三端输出。当环形器的第三端被遮挡，即触摸时，光信号被反射回到环形器的第三端，从第四端输出。

波分复用器的工作原理为光信号从环形器第四端输出经过用于反馈的单模光纤进入波分复用器的第二端，用于反馈的多模光纤中的光信号从波分复用器的第三端输入，通过该波分复用器的光信号汇聚之后，从该波分复用器的第一端输出。多级波分复用器共同作用实现了反馈光信号的汇聚，最后输入到光谱仪进行处理。

第一单模光纤11、第一多模光纤21、第一光纤光栅41、第一环形器51、第一波分复用器61、第一用于反馈的多模光纤71、第一用于反馈的单模光纤91组成第一像素点；第二单模光纤12、第二多模光纤22、第二光纤光栅42、第二环形器52、第二波分复用器62、第二用于反馈的多模光纤72、第二用于反馈的单模光纤92组成第二像素点；……；第N单模光纤11N、第N多模光纤2N、第N光纤光栅4N、第N环形器5N、第N波分复用器6N、第N用于反馈的多模光纤7N、第N用于反馈的单模光纤9N组成第N像素点。

由于每个像素点处的光信号波长固定，用光谱仪分析反馈光信号中的光谱成份，判断被遮挡点的位置，从而获得触摸的位置，实现触摸屏的功能。

激光器3输出的光信号中每个波长的光对应一个像素点的变化，由功率控制亮度，颜色由信号光的波长决定。

实施方式二

用光纤实现的触摸显示屏结构，如图2所示。图2所示为该显示屏结构包括第一至第一万单模光纤11、12、……110000，第一至第一万多模光纤21、22、……210000，激光器3，第一至第一万光纤光栅41、42、……410000，第一至第一万环形器51、52、……510000，第一至第一万波分复用器61、62、……610000，第一至第一万用于反馈的多模光纤71、72、73、……710000，光谱仪8，第一至第一万用于反馈的单模光纤91、92、……910000；

各部分之间的连接：

光谱仪8的输入端通过第一用于反馈的多模光纤71接第一波分复用器的第一端611，第一波分复用器的第二端612通过第一用于反馈的单模光纤91接第一环形器的第四端514，第一波分复用器的第三端613通过第二用于反馈的多模光纤72接第二波分复用器的第一端621；第二波分复用器的第二端622通过第二用于反馈的单模光纤92接第二环形器的第四端524，第二波分复用器的第三端623通过第三用于反馈的多模光纤73接……第一万波分复用器的第二端6100002通过第一万用于反馈的单模光纤910000接第一万环形器的第四端5100004。

激光器3的光信号从第一多模光纤21的一端输入，第一多模光纤21的另一端接第一环形器的第一端511，第一环形器的第三端513接第一单模光纤11，第一环形器的第二端512接第一光纤光栅41的一端，第一光纤光栅41的另一端通过第二多模光纤22接第二环形器的第一端521；第二环形器的第三端523接第二单模光纤12，第二环形器的第二端522接第二光纤光栅42的一端，第二光纤光栅42的另一端……第一万环形器的第三端5100003接第一万单模光纤110000，第一万环形器的第二端5100002接第一万光纤光栅410000。

该实施方式中的各部分参数为：激光器3的输出波长720nm至769.995nm的10000个波长，波长间隔为0.005nm，第一光纤光栅41的中心波长为720nm，而后的依次递增，增幅0.005nm。第一至第一万光纤光栅41、42、……410000的带宽为0.005nm。

第一至第一万多模光纤21、22、…、210000以及第一至第一万用于反馈的多模光纤71、72、73、…、710000的包层外半径相同，纤芯的半径相同；包层外半径均为200微米，纤芯的半径均为50微米。

第一至第一万单模光纤11、12、…、110000以及第一至第一万用于反馈的单模光纤91、92、……910000的包层外半径相同，纤芯的半径相同；包层外半径均为20微米，纤芯的半径均为2微米。

虽然在每个单模光纤的输出信号光波长不同，但由于该实施方式中设置的信号光波长变化范围较小，人眼无法分辨这样微小的颜色差别，所以本实施方式中实现了单色光显示屏的功能。

实现100*100的单色用光纤实现的触摸显示屏。

实施方式三

用光纤实现的触摸显示屏结构，如图3所示。图3所示为该显示屏结构包括第一至第三亿单模光纤11、12、……1300000000，第一至第三亿多模光纤21、22、……2300000000，激光器3，第一至第三亿光纤光栅41、42、……4300000000，第一至第三亿环形器51、52、……5300000000，第一至第三亿波分复用器61、62、……6300000000，第一至第三亿用于反馈的多模光纤71、72、……7300000000，光谱仪8，第一至第三亿用于反馈的单模光纤91、92、……9300000000；

各部分之间的连接：

光谱仪8的输入端通过第一用于反馈的多模光纤71接第一波分复用器的第一端611，第一波分复用器的第二端612通过第一用于反馈的单模光纤91接第一环形器的第四端514，第一波分复用器的第三端613通过第二用于反馈的多模光纤72接第二波分复用器的第一端621；第二波分复用器的第二端622通过第二用于反馈的单模光纤92接第二环形器的第四端524，第二波分复用器的第三端623通过第三用于反馈的多模光纤73接……第三亿波分复用器的第二端63000000002通过第三亿用于反馈的单模光纤9300000000接第三亿环形器的第四端53000000004。

激光器3的光信号从第一多模光纤21的一端输入，第一多模光纤21的另一端接第一环形器的第一端511，第一环形器的第三端513接第一单模光纤11，第一环形器的第二端512接第一光纤光栅41的一端，第一光纤光栅41的另一端通过第二多模光纤22接第二环形器的第一端521；第二环形器的第三端523接第二单模光纤12，第二环形器的第二端522接第二光纤光栅42的一端，第二光纤光栅42的另一端……第三亿环形器的第三端53000000003接第三亿单模光纤1300000000，第三亿环形器的第二端53000000002接第三亿光纤光栅4300000000。

该实施方式中的彩色实现方法为用三种基本颜色，红，绿，蓝根据不同的比例混合成彩色。该实施方式与实施方式一的不同之处在于环形器数量为300000000个，排布成30000*10000的阵列；激光器3输出的光信号包括三个波段，蓝光波段波长470nm至479.9999999nm的100000000个波长，波长间隔为0.0000001nm，第一光纤光栅41的中心波长为470nm，而后的相隔两个环形器依次递增，增幅0.0000001nm；绿光波段波长520nm至529.9999999nm的100000000个波长，波长间隔为0.0000001nm，第二光纤光栅42的中心波长为520nm，而后的相隔两个环形器依次递增，增幅0.0000001nm；红光波段波长700nm至709.9999999nm的100000000个波长，波长间隔为0.0000001nm，第三光纤光栅的中心波长为700nm，而后的相隔两个环形器依次递增，增幅0.0000001nm。

各部分的参数为：第一至第三亿多模光纤21、22、…、2300000000以及第一至第三亿用于反馈的多模光纤71、72、73…、7300000000的包层外半径相同，纤芯的半径相同；包层外半径均为500微米，纤芯的半径均为300微米。

第一至第三亿单模光纤11、12、…、1300000000以及第一至第三亿用于反馈的单模光纤91、92、……9300000000的包层外半径相同，纤芯的半径相同；包层外半径均为62.5微米，纤芯的半径均为4微米。

此实施方式中的多模光纤的300000000个单模光纤相邻三个输出不同的颜色，通过控制信号激光器3中各颜色光的功率使相邻的三个输出点产生出彩色光。输出点排列成30000*10000的阵列，由于每三个相邻的输出点构成一个彩色输出点，所以该方法实现10000*10000的彩色触摸屏功能。

实施方式四

用光纤实现的触摸显示屏结构，如图4所示。图4所示为该显示屏结构包括第一至第一百单模光纤11、12、……1100，第一至第一百多模光纤21、22、……2100，激光器3，第一至第一百光纤光栅41、42、……4100，第一至第一百环形器51、52、……5100，第一至第一百波分复用器61、62、……6100，第一至第一百用于反馈的多模光纤71、72、……7100，光谱仪8，第一至第一百用于反馈的单模光纤91、92、……9100；

各部分之间的连接：

光谱仪8的输入端通过第一用于反馈的多模光纤71接第一波分复用器的第一端611，第一波分复用器的第二端612通过第一用于反馈的单模光纤91接第一环形器的第四端514，第一波分复用器的第三端613通过第二用于反馈的多模光纤72接第二波分复用器的第一端621；第二波分复用器的第二端622通过第二用于反馈的单模光纤92接第二环形器的第四端524，第二波分复用器的第三端623通过第三用于反馈的多模光纤73接……第一百波分复用器的第二端61002通过第一百用于反馈的单模光纤9100接第一百环形器的第四端51004。

激光器3的光信号从第一多模光纤21的一端输入，第一多模光纤21的另一端接第一环形器的第一端511，第一环形器的第三端513接第一单模光纤11，第一环形器的第二端512接第一光纤光栅41的一端，第一光纤光栅41的另一端通过第二多模光纤22接第二环形器的第一端521；第二环形器的第三端523接第二单模光纤12，第二环形器的第二端522接第二光纤光栅42的一端，第二光纤光栅42的另一端……第一百环形器的第三端51003接第一百单模光纤1100，第一百环形器的第二端51002接第一百光纤光栅4100。

该实施方式中的各部分参数为：激光器3的输出波长390nm至394.95nm的100个波长，波长间隔为0.05nm，第一光纤光栅41的中心波长为390nm，而后的依次递增，增幅0.05nm。第一至第一百光纤光栅41、42、……4100的带宽为0.05nm。

第一至第一百多模光纤21、22、…、2100以及第一至第一百用于反馈的多模光纤71、72、73、…、7100的包层外半径相同，纤芯的半径相同；包层外半径均为60微米，纤芯的半径均为5微米。

第一至第一百单模光纤11、12、…、1100以及第一至第一百用于反馈的单模光纤91、92、……9100的包层外半径相同，纤芯的半径相同；包层外半径均为10微米，纤芯的半径均为1微米。

实现10*10了单色用光纤实现的触摸显示屏。

Claims (4)

1.一种用光纤实现的触摸显示屏结构，其特征在于：该显示屏结构包括第一至第N单模光纤(11、12、……1N)，第一至第N多模光纤(21、22、……2N)，激光器(3)，第一至第N光纤光栅(41、42、……4N)，第一至第N环形器(51、52、……5N)，第一至第N波分复用器(61、62、……6N)，第一至第N用于反馈的多模光纤(71、72、73、……7N)，光谱仪(8)，第一至第N用于反馈的单模光纤(91、92、……9N)；

各部分之间的连接：

光谱仪(8)的输入端通过第一用于反馈的多模光纤(71)接第一波分复用器的第一端(611)，第一波分复用器的第二端(612)通过第一用于反馈的单模光纤(91)接第一环形器的第四端(514)，第一波分复用器的第三端(613)通过第二用于反馈的多模光纤(72)接第二波分复用器的第一端(621)；第二波分复用器的第二端(622)通过第二用于反馈的单模光纤(92)接第二环形器的第四端(524)，第二波分复用器的第三端(623)通过第三用于反馈的多模光纤(73)接……第N波分复用器的第二端(6N2)通过第N用于反馈的单模光纤(9N)接第N环形器的第四端(5N4)；

激光器(3)的光信号从第一多模光纤(21)的一端输入，第一多模光纤(21)的另一端接第一环形器的第一端(511)，第一环形器的第三端(513)接第一单模光纤(11)，第一环形器的第二端(512)接第一光纤光栅(41)的一端，第一光纤光栅(41)的另一端通过第二多模光纤(22)接第二环形器的第一端(521)；第二环形器的第三端(523)接第二单模光纤(12)，第二环形器的第二端(522)接第二光纤光栅(42)的一端，第二光纤光栅(42)的另一端……第N环形器的第三端(5N3)接第N单模光纤(1N)，第N环形器的第二端(5N2)接第N光纤光栅(4N)；

N为显示屏像素点的数量，N＝100～300000000的整数，排布成10*10～30000*10000阵列。

2.根据权利要求1所述的一种用光纤实现的触摸显示屏结构，其特征在于：

所述的第一至第N多模光纤(21、22、...、2N)以及第一至第N用于反馈的多模光纤(71、72、73、...、7N)的包层外半径相同，纤芯的半径相同；包层外半径均为60～500微米，纤芯的半径均为5～300微米；

第一至第N单模光纤(11、12、...、1N)以及第一至第N用于反馈的单模光纤(91、92、……9N)的包层外半径相同，纤芯的半径相同；包层外半径均为10～62.5微米，纤芯的半径均为1～4微米。

3.根据权利要求1所述的一种用光纤实现的触摸显示屏结构，其特征在于：

所述的激光器(3)为输出N个波长的激光器，激光器(3)输出的N个波长与第一至第N光纤光栅(41、42、...、4N)的中心波长一一对应；激光器(3)的输出波长范围为390～770纳米；相邻波长间隔均为0.0000001～0.05纳米。

4.根据权利要求1所述的一种用光纤实现的触摸显示屏结构，其特征在于：所述的第一至第N光纤光栅(41、42、...、4N)的带宽均为0.0000001～0.05纳米，中心波长为390～770纳米。

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