CN108733265B - 触摸框发射管及其光源位置设定方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种触摸框发射管及其光源位置设定方法，其属于触摸框技术领域，基于光源发出光线类型以及管体材料，确定光源发出光线的全反射临界角，根据全反射临界角确定发射管中光源位置，以使光源发射的光线发生全反射现象发出，发生全反射发出的光线在封装钢化玻璃上发生反射，再次射入至光接收管，增加射入至光接收管的光线，提高触摸框接收信号强度。

Description

触摸框发射管及其光源位置设定方法

技术领域

本申请涉及触摸框技术领域，特别是涉及触摸框发射管及其光源位置设定方法。

背景技术

触摸框用于响应用户触控操作，其广泛应用于人机交互等技术领域。

常规的触摸框包括发射管、光接收管以及用于封装的钢化玻璃，发射管与光接收管对应设置，发射管发射光线，光接收管接收光线，基于光接收管接收到变化的光信号，实现将用户触控操作转化为电信号。

然而，在实际应用中，用于封装的钢化玻璃难免会出现弯曲，这样将导致光接收管接收到的信号强度很弱，严重影响整个触摸框的使用性能，给用户带来不便操作。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种有效提高触摸框接收信号强度的触摸框发射管及其光源位置设定方法。

一种触摸框发射管中光源位置设定方法，包括步骤：

获取发射管中光源发射的光线类型；

识别发射管中管体的材料，光源内置于管体；

确定当前类型的光线在管体中的全反射临界角；

根据确定的全反射临界角，确定发射管中光源位置，以使光源发射的光线在发射管发生全反射现象发出。

在其中一个实施例中，根据确定的全反射临界角，确定发射管中光源位置，以使光源发射的光线在发射管发生全反射现象发出的步骤包括：

获取发射管中管体厚度；

根据管体厚度以及确定的全反射临界角，确定发射管中光源与发射管的发光截面的最小距离；

根据最小距离，确定发射管中光源位置，发射管中光源与发射管的发光截面的距离大于最小距离。

在其中一个实施例中，根据最小距离，确定发射管中光源位置的步骤包括：

根据全反射临界角，确定发射管中光源与发射管的发光截面的距离大于最小距离的倍数，倍数大于1；

根据最小距离以及倍数，确定发射管中光源位置。

在其中一个实施例中，倍数包括第一倍数与第二倍数，第一倍数小于第二倍数；

当发射管中光源与发射管的发光截面的距离大于最小距离的第一倍数时，光源发出光线中以全反射方式发出光线占比大于预设第一阈值；

当发射管中光源与发射管的发光截面的距离大于最小距离的第二倍数时，光源发出光线中以全反射方式发出光线占比大于预设第二阈值，预设第一阈值小于预设第二阈值。

在其中一个实施例中，光线类型为红外光，管体为树脂管体，第一倍数为1.1倍，第二倍数为2倍。

上述触摸框发射管中光源位置设定方法，基于光源发出光线类型以及管体材料，确定光源发出光线的全反射临界角，根据全反射临界角确定发射管中光源位置，以使光源发射的光线发生全反射现象发出，发生全反射发出的光线在封装钢化玻璃上发生反射，再次射入至光接收管，增加射入至光接收管的光线，提高触摸框接收信号强度。

一种触摸框发射管，管体以及设置于管体内的光源，光源的位置采用如上述方法设定。

上述触摸框的发射管，采用触摸框发射管中光源位置设定方法确定光源位置，其基于光源发出光线类型以及管体材料，确定光源发出光线的全反射临界角，根据全反射临界角确定发射管中光源位置，以使光源发射的光线发生全反射现象发出，发生全反射发出的光线在封装的钢化玻璃上发生反射，再次射入至光接收管，增加射入至光接收管的光线，提高触摸框接收信号强度。

一种触摸框发射管，包括管体以及设置于管体内的光源，管体包括沿轴线方向的周向表面，周向表面的同一径向截面形成发光截面，发光截面与光源的距离大于全反射临界距离，全反射临界距离为光源发射的光在周向表面的全反射临界角对应的法线所在截面与光源的距离。

在其中一个实施例中，光源与发光截面的距离大于全反射临界距离的1.1倍。

在其中一个实施例中，光源与发光截面的距离大于全反射临界距离的2倍，且小于全反射临界距离的4倍。

在其中一个实施例中，光源为红外灯珠，管体为树脂管体。

上述触摸框发射管，包括光源和管体，光源内置于管体，管体包括沿轴线方向的周向表面，周向表面的同一径向截面形成发光截面，发光截面与光源的距离大于全反射临界距离，因此，光源发出的光线将在周向表面发生全反射现象，发生全反射发出的光线在封装钢化玻璃上发生反射，再次射入至光接收管，增加射入至光接收管的光线，提高触摸框接收信号强度。

附图说明

图1为常规红外触摸框结构示意图；

图2为在实际应用中，触摸框中钢化玻璃出现弯曲现象导致接收管信号弱的原理示意图；

图3为本申请触摸框发射管提高触摸框接收信号强度的效果示意图；

图4为本申请触摸框发射管中光源位置设定方法第一个实施例的流程示意图；

图5为本申请触摸框发射管的光学原理示意图；

图6为常规触摸框发射管的光学原理示意图；

图7为本申请触摸框发射管中光源位置设定方法第二个实施例的流程示意图；

图8为本申请触摸框发射管中光源位置设定方法第三个实施例的流程示意图。

具体实施方式

为便于解释本申请触摸框发射管及其光源位置设定方法整体方案基于的科学原理，下面将首先针对一些相关内容进行解释。

如图1所示，图1为常规红外触摸框的结构示意图，其包括光接收管(仅绘制一个，以示意)、发射管(仅绘制一个，以示意)以及钢化玻璃，发射管发出光线，光接收管接收光线，当用户触控触摸框时，光接收管接收的光线会发生改变，导致接收的光信号的强度发生变化，将变化的光信号转化为电信号，以便后续设备/器件识别、感知。在实际应用中，研究发现，如图2所示，钢化玻璃会发生弯曲现象，特别是触摸框越大时，弯曲情况越明显，这样使得发射管的光线只有少部分可以被光接收管接收。具体可以对比图1与图2中标注为1、2、3、4、5所示的光线，在理想状态下(图1)触摸框发射管发射的1、2、3、4、5所示的光线均能被触摸框接收端接收，然而在实际应用中(图2)钢化玻璃发生弯曲，只有2号光线被触摸框接收管接收，因此，触摸框接收信号会变弱。

如图3所示，在本申请触摸框发射管及其光源位置的设定方法中，合理设定发射管中光源位置，使光源发出光线发生全反射之后在钢化玻璃上发生反射，最终射入至光接收管，发射管上方原本无法被光接收管接收的光线，巧妙利用光全反射和光折射原理再次射入光接收管(具体可以比较图2与图3中所示光线，图3中有多达2、4、5号光线被接收管接收)，显著提高触摸框接收信号强度。

基于上述原理，本申请提供一种触摸框发射管中光源位置设定方法，如图4所示，其具体包括步骤：

S200：获取发射管中光源发射的光线类型。

光线类型具体可以包括红外光、紫外光、激光等，在不同应用场景下触摸框可能采用不同的光源，不同光源会发射出不同频率的光线，不同频率的光线在相同材料中的全反射临界角可能不同，因此，首先需要确定当前发射管中光源发射的光线类型。具体来说，这个获取可以基于当前应用场景、本领域历史经验数据，确定当前触摸框需要选用的光源，根据确定的光源即可获取发射管中光源发射的光线类型。

S400：识别发射管中管体的材料，光源内置于管体。

在发射管中，光源是内置于管体的，相同类型的光线在不同材料制成的管体中全反射临界角不同，因此，在这里需要识别发射管中光源四周管体的材料，管体的材料具体可以包括树脂等。在实际应用中，以常规红外发射管为例，如图1所示，单个红外发射管中设置有红外灯珠(光源)以及树脂制成的管体，一般来说，树脂制成的管体周向表面会构成一个光滑的表面，整个红外发射管外形由圆柱形的管身以及凸出的发射前端构成。

S600：确定当前类型的光线在管体中的全反射临界角。

由于不同类型的光线(不同频率)在不同材料中对应的全发射角不同，因此，在这里需要基于步骤S200确定的当前光线类型以及步骤S400识别的管体材料确定对应的全反射临界角。具体来说，光线类型、管体材料以及全反射临界角三者之间对应关系可以基于已有实验数据查表获知。

S800：根据确定的全反射临界角，确定发射管中光源位置，以使光源发射的光线在发射管发生全反射现象发出。

在步骤S600确定全反射临界角之后，在发射管中为光源选取合适的位置，以使光源发射的光线在发射管发生全反射线现象发出。非必要的，在这里只需要部分光源发出的光线发生全反射现象发出。优选的，需要发射管上部分光线全反射发出。

下面将以红外发射管为例，结合图5和图6详细说明上述步骤S800确定发射管中光源位置具体实现过程。如图5与图6所示，设∠A为红外灯珠的一般发射角，∠B为红外光在树脂中全反射临界角，∠A小于∠B，∠A所对应的红外灯珠与发光截面距离a和树脂管体厚度d值是红外管体的一般设计，因此其红外灯珠与发光截面距与树脂结构满足a，d值时，红外灯珠发出的光线，无法在上表面形成全反射，光线有较大一部分直接射出，反射回来的很少。在图5中，已知全反射临界角∠B，在对应覆盖材料树脂为d的情况下，其对应与发光截面的全反射临界距离为b，只需光源与发光截面的距离大于全反射临界距离b，其射出的光线将有部分在管体周向表面形成全反射，最终发出。具体的，在图5中，光源与发光截面的距离为c，c大于d，光源发出光线中与树脂上表面最大角度为∠C，∠C大于∠B，因此，该光线形成全反射现象发出。

本申请触摸框发射管中光源位置设定方法，基于光源发出光线类型以及管体材料，确定光源发出光线的全反射临界角，根据全反射临界角确定发射管中光源位置，以使光源发射的光线发生全反射现象发出，发生全反射发出的光线在封装钢化玻璃上发生反射，再次射入至光接收管，增加射入至光接收管的光线，提高触摸框接收信号强度。

如图7所示，在其中一个实施例中，步骤S800包括：

S820：获取发射管中管体厚度。

S840：根据管体厚度以及确定的全反射临界角，确定发射管中光源与发射管的发光截面的最小距离。

S860：根据最小距离，确定发射管中光源位置，发射管中光源与发射管的发光截面的距离大于最小距离。

如图5所示，在已知夹角为全反射临界角∠B的情况下，为计算该角度对应的光源与发射管的发光截面的最小距离，还需要获取发射管中管体的厚度，即获取d的具体数值，已知角度∠B以及厚度d，即可计算出发射管中光源与发射管的发光截面的最小距离b，当光源与发射管的发光截面的距离c大于该最小距离b时，其对应的∠C必定大于∠B，即发射管发出光线中将会有部分光线发生全反射现象发出。

如图8所示，在其中一个实施例中，步骤S860包括：

S862：根据全反射临界角，确定发射管中光源与发射管的发光截面的距离大于最小距离的倍数，倍数大于1。

S864：根据最小距离以及倍数，确定发射管中光源位置。

全反射临界角∠B是一个临界值，为实现更好的效果，一般需要大于这个临界值。相应的全反射临界角∠B对应的光源与发射管的发光截面的最小距离b也是一个临界值，在选取光源与发射管的发光截面的距离c一般也需要大于这个最小距离b。在本实施例中，确定发射管中光源与发射管的发光截面的距离大于最小距离的倍数，并且倍数为大于1的数值，最终得到的光源与发射管的发光截面的距离c大于最小距离b。

在其中一个实施例中，倍数包括第一倍数与第二倍数，第一倍数小于第二倍数；当发射管中光源与发射管的发光截面的距离大于最小距离的第一倍数时，光源发出光线中以全反射方式发出光线占比大于预设第一阈值；当发射管中光源与发射管的发光截面的距离大于最小距离的第二倍数时，光源发出光线中以全反射方式发出光线占比大于预设第二阈值，预设第一阈值小于预设第二阈值。

应当理解，在光源与发射管的发光截面的距离c满足大于最小距离b的不同情况下，光源发出光线中以全反射方式发出光线占比会产生差异，在一定范围内，光源与发射管的发光截面的距离c越大，光源发出光线中以全反射方式发出光线占比会更大。在本实施例中，倍数选择第一倍数和第二倍数两个数值，两个数值分别对应两个光源发出光线中以全反射方式发出光线占比。在实际应用中，可以基于针对相同光源以及相同材料的管体生产出符合不同应用场景的不同型号的发射管。非必要的，针对红外发射管，其光线类型为红外光，管体材料为树脂，第一倍数为1.1倍，第二倍数为2倍。

在其中一个实施例中，根据最小距离以及倍数，确定发射管中光源位置的步骤包括：

步骤一：获取倍数为第二倍数时，发射管中光源与发射管的发光截面的距离，记录为最佳距离。

步骤二：确定发射管中光源与发射管的发光截面的最大距离，最大距离为最佳距离的2倍。

步骤三：根据最小距离以及最大距离，确定发射管中光源位置区间。

在实际应用中，光源与发射管的发光截面的最大距离c的取值并非是无穷大，还需要考虑过多光线在发射管形成全反射会影响正常光线发射的问题以及在生产工艺上发射管的长度也有一定要求与局限。基于上述情况，在本实施例中，以倍数为第二倍数时，发射管中光源与发射管的发光截面的距离为最佳距离，发射管中光源与发射管的发光截面的最大距离为最佳距离的2倍，即全反射回来的光线不会再次发射管中发生反射(全反射)，而是直接从发射管发出，在确定光源与发射管的发光截面距离c的最大值与最小值之后，即可确定发射管中光源位置区间。

为更进一步详细解释本申请触摸框发射管中光源位置设定方法的技术方案，下面将以红外发射管为例，结合图5来详细说明整个方法。在实际应用中，本申请触摸框发射管中光源位置设定方法的执行过程，包括以下步骤：

1、确定发射管中光线类型为红外光；

2、识别红外发射管中管体材料为树脂；

3、基于历史实验数据，查询得知红外光在树脂中的全反射临界角为∠B；

4、获取红外发射管中管体厚度为d；

5、根据已知的全反射临界角∠B和管体厚度d，计算红外光珠与发光截面的最小距离b；

6、根据全反射临界角∠B以及历史经验数据，得出红外光珠与发光截面距离c与最小距离b的倍数，其中倍数大于1；

7、基于当前应用场景，需要生产两款不同型号的红外发射管，其分别对应c＞1.1b和c＞2b，红外灯珠在距离发光截面c-b的区间内都可以满足上部红外光以形成全反射现象发出；

8、综合考虑红外发射管工艺要求、工艺局限以及避免红外发射管中过多上部红外光全反射至下部管壁之后再次反射(全反射)影响正常的红外光发出，确定c的最大取值小于4b，得到c的最佳取值范围为1.1b＜c＜4b，即得到红外灯珠的位置区间。

如图3所示，上述应用实例中，全反射出现后，红外灯珠的上方光线，被反射回来，大大增强的红外接收端的光强度，避免的为了钢化玻璃凸起而采用高功率成品的红外发射管体，巧妙的借用全反射原理，利用上方的红外光线，增强的接收信号强度。

一种触摸框发射管，管体以及设置于管体内的光源，光源的位置采用如上述方法设定。

上述触摸框的发射管，采用触摸框发射管中光源位置设定方法确定光源位置，其基于光源发出光线类型以及管体材料，确定光源发出光线的全反射临界角，根据全反射临界角确定发射管中光源位置，以使光源发射的光线发生全反射现象发出，发生全反射发出的光线在封装的钢化玻璃上发生反射，再次射入至光接收管，增加射入至光接收管的光线，提高触摸框接收信号强度。

另外，本申请还提供一种触摸框发射管，如图5所示，包括管体200以及设置于管体200内的光源100，管体200包括沿轴线方向的周向表面P，周向表面的同一径向截面形成发光截面M，发光截面M与光源100的距离c大于全反射临界距离b，全反射临界距离b为光源100发射的光在周向表面P的全反射临界角对应的法线所在截面N与光源100的距离。

光源100即发射管中发射光线的组件，不同光源100可以发出不同的频率的光线，例如可以发出红外线、紫外线、激光等，不同频率的光线在相同材料的管体200中的全反射临界角可能不同。

管体200即包裹/封装光源100的组件，管体200200可以基于实际的需要选用不同的材料制作，例如可以选用树脂，相同频率的光线在不同材料制作而成的管体200中全反射临界角可能不同。一般来说管体200包括圆柱形管身和前段凸起部组成，在管体200中沿着光线直射方向即为其轴线方向，在沿轴线方向上管体200设置有周向表面P。具体如图5所示，周向表面P即管体200中圆柱形管身的外表面，在该周向表面P的同一径向面截面形成发光截面M，发光截面M与光源100的距离c大于全反射临界距离b，全反射临界距离b是指光源100发射的光在周向表面P的全反射临界角对应的法线所在截面N与光源100的距离。

如图5所示，管体200包括沿轴线方向的周向表面P，全反射临界角为∠B，光源100发射的光在周向表面P的全反射临界角∠B对应的法线所在截面N，周向表面P的同一径向截面形成发光截面M，发光截面M与光源100的距离c大于全反射临界距离b。法线是指始终垂直于某平面的虚线，光源100发射的光线将有一部分发射至管体200的周向表面P(即管身的外表面)，当光线入射角达到或超过对应的全反射临界角∠B时，射入的光线将在周向表面P发生全反射现象，在这里需要捕捉的是这个临界值，当发射至周向表面P的光刚好发生全反射现象时，该光线发射至周向表面P的入射角即为其全反射临界角，全反射临界角对应的法线将周向表面截取成同一径向截面N，该截面N与光源100的距离即全反射临界距离b，当发光截面与光源100的距离c大于该全反射临界距离b时，光源100发射光线将在该发光截面对应的周向表面P区域发生全反射现象，发生全反射发出的光线在封装的钢化玻璃上发生反射，再次射入至光接收管，增加射入至光接收管的光线，提高触摸框接收信号强度。

上述触摸框发射管，包括光源100和管体200，光源100内置于管体200，管体200包括沿轴线方向的周向表面P，周向表面的同一径向截面形成发光截面M，发光截面M与光源100的距离c大于全反射临界距离b，因此，光源100发出的光线将在周向表面P发生全反射现象，发生全反射发出的光线在封装钢化玻璃上发生反射，再次射入至光接收管，增加射入至光接收管的光线，提高触摸框接收信号强度。

下面以红外发射管为例，详细说明上述方案，在红外发射管中光源100为红外灯珠，管体200为树脂制作而成的管体。如图5与图6所示，设∠A为红外灯珠的一般发射角，∠B为红外光在树脂中全反射临界角，∠A小于∠B，∠A所对应的红外灯珠与发光截面距离a和管体脂厚度d值是红外管体的一般设计，因此其红外灯珠与发光截面距与树脂结构满足a，d值时，红外灯珠发出的光线，无法在上表面形成全反射，光线有较大一部分直接射出，反射回来的很少。在图5中，已知全反射临界角∠B，在对应管体为树脂，且厚度为d的情况下，其对应与截面N的全反射临界距离为b，只需光源与发光截面M的距离大于全反射临界距离b，其射出的光线在有部分在上表面形成全反射，最终发出。具体的，在图5中，光源100与发光截面M的距离为c，c大于d，光源100发出光线中与树脂上表面最大角度为∠C，∠C大于∠B，因此，该光线将形成全反射现象发出。

在其中一个实施例中，光源100与发光截面M的距离大于全反射临界距离的1.1倍。

在其中一个实施例中，光源100与发光截面M的距离大于全反射临界距离的2倍。

全反射临界角∠B是一个临界值，为实现更好的效果，一般需要大于这个临界值。相应的全反射临界角∠B对应的全反射临界距离b也是一个临界值，在选取光源100与发射管的发光截面M的距离c一般也需要大于这个最小距离b。在上述实例中，基于实际应用的需要以及光源100与管体材料类型(即全反射临界角大小)，选择不同的光源100与发光截面M的距离，以满足用户不同需求。

在其中一个实施例中，光源100与发光截面的距离小于全反射临界距离的4倍。

在实际应用中，光源100与发光截面M的最大距离c的取值并非是无穷大，还需要考虑过多光线在发射管形成全反射会影响正常光线发射的问题以及在生产工艺上发射管的长度也有一定要求与局限。基于上述情况，在本实施例中，设定光源100与发光截面M的距离最大值，该最大值为4倍全反射临界距离b，即全反射回来的光线不会再次发射管中发生反射(全反射)，而是直接从发射管发出，在确定光源100与发射管的发光截面M距离c的最大值与最小值之后，即可确定发射管中光源100位置区间。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种触摸框发射管中光源位置设定方法，其特征在于，包括步骤：

获取发射管中光源发射的光线类型；

识别所述发射管中管体的材料，所述光源内置于所述管体；

根据所述管体的材料，确定当前类型的光线在所述管体中的全反射临界角；

根据确定的全反射临界角，确定所述发射管中光源位置，以使所述光源发射的光线在所述发射管发生全反射现象发出。

2.根据权利要求1所述的触摸框发射管中光源位置设定方法，其特征在于，所述根据确定的全反射临界角，确定所述发射管中光源位置，以使所述光源发射的光线在所述发射管发生全反射现象发出的步骤包括：

获取发射管中管体厚度；

根据所述管体厚度以及所述确定的全反射临界角，确定发射管中光源与所述发射管的发光截面的最小距离；

根据所述最小距离，确定所述发射管中光源位置，所述发射管中光源与所述发射管的发光截面的距离大于所述最小距离。

3.根据权利要求2所述的触摸框发射管中光源位置设定方法，其特征在于，所述根据所述最小距离，确定所述发射管中光源位置的步骤包括：

根据所述全反射临界角，确定所述发射管中光源与所述发射管的发光截面的距离大于所述最小距离的倍数，所述倍数大于1；

根据所述最小距离以及所述倍数，确定所述发射管中光源位置。

4.根据权利要求3所述的触摸框发射管中光源位置设定方法，其特征在于，所述倍数包括第一倍数与第二倍数，所述第一倍数小于所述第二倍数；

当所述发射管中光源与所述发射管的发光截面的距离大于所述最小距离的第一倍数时，所述光源发出光线中以全反射方式发出光线占比大于预设第一阈值；

当所述发射管中光源与所述发射管的发光截面的距离大于所述最小距离的第二倍数时，所述光源发出光线中以全反射方式发出光线占比大于预设第二阈值，所述预设第一阈值小于所述预设第二阈值。

5.根据权利要求4所述的触摸框发射管中光源位置设定方法，其特征在于，所述光线类型为红外光，所述管体为树脂管体，所述第一倍数为1.1倍，所述第二倍数为2倍。

6.一种触摸框发射管，其特征在于，管体以及设置于所述管体内的光源，所述光源的位置采用如权利要求1-5任意一项所述方法设定。

7.一种触摸框发射管，其特征在于，包括管体以及设置于所述管体内的光源，所述管体包括沿轴线方向的周向表面，所述周向表面的同一径向截面形成发光截面，所述发光截面与所述光源的距离大于全反射临界距离，所述全反射临界距离为所述光源发射的光在所述周向表面的全反射临界角对应的法线所在截面与所述光源的距离，所述全反射临界角由光源发射光线的类型以及管体材料类型确定。

8.根据权利要求7所述的触摸框发射管，其特征在于，所述光源与所述发光截面的距离大于所述全反射临界距离的1.1倍。

9.根据权利要求7所述的触摸框发射管，其特征在于，所述光源与所述发光截面的距离大于所述全反射临界距离的2倍，且小于所述全反射临界距离的4倍。

10.根据权利要求7所述的触摸框发射管，其特征在于，所述光源为红外灯珠，所述管体为树脂管体。

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