CN102436331A - 一种用于红外触摸屏的光学引擎 - Google Patents

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韦晓娜
李晓沛
钱匀
李臣学
张礼朝
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Abstract

一种用于红外触摸屏的光学引擎，其包括：至少一个发射探测光的点光源；若干分色镜，与点光源一一对应，将来自点光源的探测光反射转向90°；漫射体，设置于分色镜之后且垂直振动于光轴；光束整形器，设置于漫射体之后，对通过漫射体的光束进行整形；凸透镜组，设置于光束整形器之后，将通过光束整形器的光线折射为一束平行光线；导光管，设置于红外触摸屏的一条边上，其具有至少一个梯形斜边，该梯形斜边内侧面上紧密排列着多个三角锥形微结构，将来自凸透镜组的平行光线以垂直于入射光线的方向平行射出；接收器，设置于与导光管所在边相对的红外触摸屏的另一条边上，以检测来自导光管的探测光。本发明达到了提高红外触摸屏的分辨率和实现大尺寸应用的效果。

Description

一种用于红外触摸屏的光学引擎
技术领域
本发明涉及一种光电器件，具体涉及一种用于红外触摸屏的光学引擎，属于光电技术领域。
背景技术
随着光学触摸技术的发展，当代触摸屏由装在显示屏外框上的红外线发射与接收感测元件构成，请参阅图l，在显示屏相邻的两条边X和Y上各放置一排红外发光二极管，与之相对的另外两条边X和Y上各放置一排红外接收检测器，从而形成红外线探测网。一般来说，每一个红外接收检测器只能接收一个对应的LED所发出的光，因而难于对屏幕固有残渣所造成的光损耗进行补偿，导致分辨率的降低，所以现在的红外触摸屏存在着分辨率低、触摸方式受限制和易受环境干扰而产生误动作等缺陷，此外，塑料材料有着对红外光线相对较高的吸收率，从而导致大大限制了触摸屏的尺寸。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有红外触摸屏的不足，提供一种用于红外触摸屏的光学引擎，达到提高红外触摸屏的分辨率和实现大尺寸触摸屏应用的目的。
本发明解决其技术问题的技术方案为：
一种用于红外触摸屏的光学引擎，其包括：
至少一个发射探测光的点光源；
若干分色镜，与点光源一一对应，将来自点光源的探测光反射转向90°；
漫射体，设置于分色镜之后且垂直振动于光轴；
光束整形器，设置于漫射体之后，对通过漫射体的光束进行整形；
凸透镜组，设置于光束整形器之后，将通过光束整形器的光线折射为一束平行光线；
导光管，设置于红外触摸屏的一条边上，其具有至少一个梯形斜边，该梯形斜边内侧面上紧密排列着多个三角锥形微结构，将来自凸透镜组的平行光线以垂直于入射光线的方向平行射出；
接收器，设置于与导光管所在边相对的红外触摸屏的另一条边上，以检测来自导光管的探测光。
本发明所述的用于红外触摸屏的光学引擎，其三角锥形微结构为四面体，上面附有反射膜，截面形状为直角三角形，所述三角锥形微结构以矩阵形式排列，该矩阵中相邻行的三角锥形微结构随机地错开，该错开距离保持一致，各三角锥形微结构之间的间距为0.5～0.7mm；所述导光管的长度与所述三角锥形微结构的数量成正比，其梯形斜边具有不同的倾斜角；所述凸透镜组由一片或两片凸透镜组成，该凸透镜是以下之一：正弯月形透镜、双凸透镜和平凸透镜；所述点光源由单一的激光二极管构成，或者由激光二极管与LED混合构成；所述光束整形器为由透明基板上多个小型透镜所组成的复眼透镜。
本发明与现有技术相比，主要区别及其效果在于，本发明对红外触摸屏的现有结构加以改进，采用激光二极管作为点光源，并运用一种具有特殊结构的三角锥形微结构的导光管导光，用激光和导光管的组合来取代单排LED，因而达到了以下有益效果：
1、本发明中具有三角锥形微结构的导光管能够传输和强化来自激光二极管点光源的探测光，然后将之均匀高效地漫射出去，使每一个点光源发射的光线可以被不止一个光电接收器接收，从而对屏幕固有残渣造成的光损耗进行补偿，大大提高了红外触摸屏的分辨率。
2、导光管的三角锥形微结构突破了原有阵列中红外线二极管的数量限制，减少了原始塑料材料对红外光线相对较高的吸收率，为触摸屏实现大尺寸化奠定了基础。
3、通过改变导光管中梯形边的倾斜角度以及三角锥形微结构的顶点角度，能够改变反射光线的出射角度，从而进一步提高了本发明安装在各种显示器件上的适用性。
4、导光管的三角锥形微结构上附有反射膜，增强了出射光线的强度，提高了触摸屏的识别能力。
5、本发明大大缩减了构件的数量，减小了加工难度，节约了加工费用，有效的降低了加工成本。
附图说明
图1为现有触摸屏的结构示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明导光管中三角锥形微结构截面的示意图。
图4为本发明在触摸屏上的布置示意图。
具体实施方式
为更加清楚地表述本发明的目的、技术方案和优点，现结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
本发明的总体构思是，在至少包括一个点光源的红外触摸屏中，利用光源发出的光，经过凸透镜产生一束平行光线，再经过具有三角锥形微结构的导光管的梯形斜边的反射，以垂直于入射光线的方向平行射出，从而达到提高红外触摸屏的分辨率和实现其大尺寸应用的目的。
请参阅2本发明的结构示意图，图示用于红外触摸屏的光学引擎包括点光源、若干分色镜、漫射体20、光束整形器30、凸透镜组40、导光管60和接收器80。请参阅图4，所述点光源、若干分色镜、漫射体20、光束整形器30、凸透镜组40和导光管60设置于显示屏相邻的两条边X和Y上，接收器80设置于与之相对的另外两条边X和Y上。
所述点光源用于发射探测光，其数量至少为一个，本实施例中该点光源由单一的激光二极管构成，其包括三个点光源10R、10G和10B，它们分别照射红光(10R)、绿光(10G)和蓝光(10B)。该点光源的照射方式有多种，本实施例中三个点光源10R、10G和10B依次发射红、绿和蓝光，即，将照射一个帧的时间设为T，则T/3的时间点光源10R发射红光，接着的T/3的时间点光源10G发射绿光，紧接着的T/3时间点光源10B发射蓝光。在本发明的其它实施方式中，点光源也可以按照其它顺序依次发射探测光，如B/G/R等。本发明的光源并不限于点光源，数目也不限于一个，其可以由单一的激光二极管构成，也可以由激光二极管与发光二级管(Light Emitting Diode，简称“LED”)混合构成。
所述若干分色镜能够将来自点光源的探测光反射转向90°，其与点光源一一对应。本实施例中，分色镜包括50R、50G和50B，它们各自反射或者透过来自三个点光源10R、10G和10B的探测光，然后入射到漫射体20。分色镜50G能够反射从点光源10G射出的绿色激光，并让剩余光线透过；分色镜50R能够反射从点光源10R射出的红色激光，并通过剩余波长范围的光线；分色镜50B能够反射从点光源10B射出的蓝色激光，并通过剩余波长范围的光线。分色镜50G也可以使用能够将普通可视光线全部予以反射的一般镜子。
所述漫射体20设置于分色镜之后，并且垂直振动于光轴。因此探测光通过漫射体20的时候，光的随机性(Randomness)会得到增加。漫射体20是为了消除激光特有的激光散斑(Speckle)而设置的装置，用以减少激光光线的连贯性(Coherence)特征以达到减少激光散斑的目的。
所述光束整形器(Beam Shaper)30设置于漫射体20之后，用以对通过漫射体20的光束进行整形。透过漫射体20之后的探测光通过光束整形器30来转变光束形状，以适应于导光管60的入射面形状，从而提高光效率。该光束整形器30的典型结构为复眼透镜(Fly EyeLens)、灯管(Light Pipe)等。本实施例中光束整形器30是复眼透镜，该复眼透镜由透明基板上的多个球面或非球面的小型透镜组成，这些小型透镜可以为各种形状，如四角形凸透镜、六角形凸透镜或圆形透镜等等，但最好是与导光管60的形状(更加准确地说，是导光管60的有效画面形状)相一致。例如，导光管60的有效画面大致为四角形状，那么小型透镜的形状最好也为四角形状，从而使光损失最小化。
所述凸透镜组40设置于光束整形器30之后，其能够将通过光束整形器30的光线折射为一束平行光线。所述凸透镜组40由一片或两片凸透镜组成，该凸透镜是以下之一：正弯月形透镜、双凸透镜和平凸透镜。本实施例中使用了两边均凸的凸透镜，通过调节两片凸透镜之间的距离能够达到更加准确的聚焦。
所述导光管60就是光导照明系统，或是管道式天窗，是一种新型采光技术，其原理是通过采光罩高效采集自然光线导入系统内重新分配，再经过特殊制作的导光管传输和强化后由系统底部的漫射装置把自然光均匀高效的照射到任何需要光线的地方，得到由自然光带来的特殊照明效果。在本发明中，导光管60能够传输和强化来自激光二极管点光源的探测光，然后将之均匀高效地漫射出去，使每一个点光源发射的光线可以被不止一个光电接收器接收，从而对屏幕固有残渣造成的光损耗进行补偿，大大提高了红外触摸屏的分辨率。
本实施例中，所述导光管60设置于红外触摸屏的一条边上，其呈直角梯形，具有至少一个梯形斜边，该梯形斜边内侧面上紧密排列着多个三角锥形微结构07，将来自凸透镜组40的平行光线以垂直于入射光线的方向平行射出。导光管60的尺寸可以根据不同尺寸触摸屏的需要灵活设置，其梯形边可以具有不同的倾斜角，以改变反射光线的出射角度，从而进一步提高了安装在各种尺寸显示器上的适用性。本实施例中，凸透镜组40的侧面存在二个互相垂直的导光管60(请参阅图4)，在本发明的其它实施方式中，也可以有两个与之相垂直的导光管，或有更多的数目，如4个导光管，同样可以起到提高红外触摸屏的分辨率的作用和实现大尺寸要求的目的。
所述三角锥形微结构07是本发明所述光学引擎中提高分辨率最重要的部件之一，如果三角锥形微结构70越小的话，所述导光管60的分辨率就会增加。该三角锥形微结构70为四面体，截面形状为直角三角形，所述三角锥形微结构70表面上附有反射膜。图3展示了三角锥形微结构70的截面示意图，图3只标出了2个三角锥形，但实际上根据所需的放大倍率和投射距离，会有很多数量的三角锥形组合。为了到达较好的改变光路的作用，各三角锥形微结构70之间的间距为0.5～0.7mm。所述三角锥形微结构70在以矩阵形式排列，该矩阵中相邻行的三角锥形微结构70随机地错开，该错开距离保持一致；所述导光管60的长度与所述三角锥形微结构70的数量成正比。如果将三角锥形微结构70的顶点角度缩小的话，折射出的平行光线宽度会相对缩短，此时大大提高了导光管60的分辨率；相反，如果将三角锥形微结构70的顶点角度扩大的话，折射出的平行光线宽度会相对延长，此时大大提高了导光管60大尺寸的应用。因此，在导光管60的制作中适当地调整三角锥形微结构70顶点角度的大小，兼顾良好的分辨率与大尺寸应用的要求，能够进一步提高了本发明安装在各种显示器件上的适用性。
所述接收器80设置于与导光管60所在边相对的红外触摸屏的另一条边上，以检测来自导光管60的探测光。
本发明并不仅限于上述实施方式，在本发明的范围内，做出的任何非实质变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于红外触摸屏的光学引擎，其特征在于：所述光学引擎包括：
至少一个发射探测光的点光源；
若干分色镜，与点光源一一对应，将来自点光源的探测光反射转向90°；
漫射体，设置于分色镜之后且垂直振动于光轴；
光束整形器，设置于漫射体之后，对通过漫射体的光束进行整形；
凸透镜组，设置于光束整形器之后，将通过光束整形器的光线折射为一束平行光线；
导光管，设置于红外触摸屏的一条边上，其具有至少一个梯形斜边，该梯形斜边内侧面上紧密排列着多个三角锥形微结构，将来自凸透镜组的平行光线以垂直于入射光线的方向平行射出；
接收器，设置于与导光管所在边相对的红外触摸屏的另一条边上，以检测来自导光管的探测光。
2.根据权利要求1所述的用于红外触摸屏的光学引擎，其特征在于：所述三角锥形微结构为四面体，其截面形状为直角三角形。
3.根据权利要求1所述的用于红外触摸屏的光学引擎，其特征在于：所述三角锥形微结构之间的间距为0.5～0.7mm。
4.根据权利要求1所述的用于红外触摸屏的光学引擎，其特征在于：所述导光管的长度与所述三角锥形微结构的数量成正比。
5.根据权利要求1所述的用于红外触摸屏的光学引擎，其特征在于：所述三角锥形微结构以矩阵形式排列，该矩阵中相邻行的三角锥形微结构随机地错开，该错开距离保持一致。
6.根据权利要求1所述的用于红外触摸屏的光学引擎，其特征在于：所述凸透镜组由一片或两片凸透镜组成，该凸透镜是以下之一：正弯月形透镜、双凸透镜和平凸透镜。
7.根据权利要求1所述的用于红外触摸屏的光学引擎，其特征在于：所述导光管的梯形斜边具有不同的倾斜角。
8.根据权利要求1所述的用于红外触摸屏的光学引擎，其特征在于：所述点光源由单一的激光二极管构成，或者由激光二极管与LED混合构成。
9.根据权利要求1所述的用于红外触摸屏的光学引擎，其特征在于：所述光束整形器为由透明基板上多个小型透镜所组成的复眼透镜。
10.根据权利要求1所述的用于红外触摸屏的光学引擎，其特征在于：所述三角锥形微结构上附有反射膜。
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