CN201097368Y - 红外触摸屏的局部透镜抗干扰光路结构 - Google Patents

Abstract

一种用于红外触摸屏的局部透镜抗干扰光路结构，包含有安装在构成触摸屏框架的印刷电路板上的红外发射和接收管阵列、安装在所述发射和接收管阵列前方的、由红外滤光材料构成的红外透光窗口，其特征在于：本实用新型在低设计生产调试成本的基础上，解决了在总线驱动、通用模块化结构设计时因为触摸屏的边角处的发射和接收管与其他部分的安装角度不一致所带来的问题。

Description

红外触摸屏的局部透镜抗干扰光路结构

技术领域

本发明涉及一种用于红外触摸屏的光路结构，属于光学设计技术领域，尤其是用于红外触摸屏的光路设计技术领域。

背景技术

红外触摸屏的基本原理是利用纵向和横向排列的红外发射和接收对管阵列，在驱动电路的驱动下，通过按照一定的规则逐个选通每一对红外对管，在显示器或者被检测区域的表面形成一个纵横交错的扫描网格，来检测被检测的区域内是否有触摸物阻挡了某一对或者多对红外元件之间的光线，来判定是否有触摸事件发生，以及触摸发生的位置。

从理论上说，这种方式不会产生自身的干扰，但是在实际应用中，由于安装在红外发射和接收管阵列前方的、由红外滤光材料构成的红外透光窗口的表面比较平整，并且红外发射管所发射的红外线有一定的辐射角，红外接收管也有一定的接收角，这样在靠近红外触摸屏的边角部分，透光窗口的表面会反射边角部分的发射管所散射的部分红外线，绕过触摸物到达接收管，而出现检测不到触摸物的问题。如图1所示，位于一对红外发射管103和接收管104对管之间的触摸物105，因为透光窗口102的外表面109的反射光线106的作用，在直射光线107被阻挡以后，依然能够从发射管到达接收管，从而产生误检测的问题。

目前解决这个问题的技术方案有两个。一个是将红外透光窗口的外表面(面向被检测区域101，即图1中透光窗口102上的反射表面109)与被检测表面之间做成一定的角度，即该表面与由红外线构成的纵横网格所在的平面，或者说与被红外触摸屏所包围的显示器的表面成一钝角，这样所述的反射光线就在这个角度的作用下，一方面由于透光窗口的折射作用，大部分光线被偏转射向触摸屏前方，也就是显示器或者被检测区域的前方，减少了照射到相邻边框上的光的强度；另一方面，大部分照射到透光窗口外表面的红外线，也被反射到了触摸屏以外，从而减少了接收管所接收到的光强。这样反射光线的强度不足以激发接收管输出足够强度的光电信号，也就降低了误检测的可能性。

第二个技术方案是将边缘的几个发射接收管向内倾斜一定的角度，如号码为200620062143.6的中国专利中所给出的那样。发射和接收管倾斜一定角度后，因为发射角边缘的发射强度较低，再加上接收的灵敏度也降低，从而抑制了反射光线的干扰。

虽然这两种方案都有一定效果，但在实际应用中，通常要将这两种技术方案一起使用，才能得到很好的效果，尤其是将所述倾斜安装的方案，效果更明显。一般使用单个方案尚不能满足要求。但是即使这两种方案结合使用，对于最新发展的触摸屏的总线驱动、模块化技术，却存在有一些难以克服的缺点。比如针对中国专利申请200610083246.5、200610126079.8等专利所公开的模块化结构，由于各个模块是通用的，所以在触摸屏边框中间部位的模块，就不适合使用将红外元件倾斜安装的方法。因为倾斜安装红外元件，而且模块两端的红外元件都向模块中间倾斜，这样必然会在模块相连接的部位造成较大的空隙，从而影响整个触摸屏分辨率的均匀性。并且，倾斜安装发射和接收管，对不同尺寸的触摸屏、不同性能的发射接收管而言，要求倾斜的角度也各不相同，有着虽然不大但是比较严格的区别，因而加大了设计生产的难度。

发明内容

本发明的目的，就是针对现有用于红外触摸屏的透光窗口的不足之处，公开了一种能够消除反射干扰的红外透光窗口的结构方案。本发明所公开的技术方案，适用于包含有安装在构成触摸屏框架的印刷电路板上的红外发射和接收管的对管阵列、安装在所述发射和接收管阵列前方的、由红外滤光材料构成的红外透光窗口的红外触摸屏，具体内容如下：所述红外透光窗口在沿着其长度方向的两个边缘部分，也就是红外触摸屏的角部的位置的透光窗口上，包含有若干只凸透镜，所述凸透镜与安装在所述触摸屏角部位置的红外发射和接收对管一一对应。

在本发明中，所述凸透镜可以是球面的凸透镜，也可以是凸透镜表面的母线与透光窗口的长度方向和红外发射或接收管的光轴的方向都相垂直的柱面的凸透镜。由于柱面凸透镜的设计和制造都更简单些，所以更适合本发明的应用。并且为了方便与平板结构的透光窗口配合安装，同时还能保持视觉上的一致性，所述凸透镜最好使用一个面是曲面而另一个面是平面的结构，并且安装时其曲面面对着红外元件。

在本发明中，凸透镜与透光窗口之间的结构可以有三种。第一种，所述凸透镜与构成所述透光窗口的材料是一个整体。第二种，在所述透光窗口的一个边缘的若干个凸透镜构成一个凸透镜组，该凸透镜组与透光窗口的端部拼接安装在红外元件的前方。在上面两种方案下，则因为光线过滤的要求，应该使用红外滤光材料制造凸透镜组。第三种，透光窗口是一块平板形的红外滤光材料，所述凸透镜组安装在该平板型的透光窗口的表面上。使用这种方案，则凸透镜组可以使用能够通过可见光的光学材料制造，也可以使用红外滤光材料制造。使用红外滤光材料制造凸透镜组时，如果需要均衡红外线的衰减，则还可以在两个凸透镜组之间，还安装一块用于均衡红外线衰减的平板型的红外透光材料。

因为反射干扰的干扰源来自于红外发射管，因此在某些情况下可以简化本发明的结构，只在红外发射管的前方安装凸透镜。

通过上面对于发明内容的描述，可以看到本发明的优点在于在使用低成本的局部凸透镜组，就可以消除透光窗口表面反射作用而导致的误检测，而不需要在电路板上倾斜安装部分红外元件，从而能保证红外发射和接收模块的通用性，并且既降低了设计生产的难度又不会产生分辨率不均匀的问题，更方便于红外触摸屏的生产调试。

附图说明

图1：红外触摸屏边角部分发射干扰成因示意图。

图2：使用凸透镜防干扰的原理示意图。

图3：凸透镜组在透光窗口端部拼接安装的一种结构示意图。

图4：防干扰透镜在红外透光窗口上组合安装的结构示意图。

具体实施方案

图1给出了红外触摸屏边角部分发射干扰的成因。针对这个成因，如图2所示，在红外触摸屏的边角部分红外发射和接收管的前方，安装上与透光窗口102结合成为一体的凸透镜201。这样，在发射一方，将发射管所发射的散射光线向发射管的光轴方向折射汇聚，减少甚至消除了散射在透光窗口102的外表面109上的红外线；在接收方向，也将发射管的光线向接收管的管芯汇聚，增强了照射到接收管管芯的光强，因此可以通过降低红外触摸屏内部光电信号放大电路的增益等方法。减轻所述反射光以及周围环境光的干扰。当发射管的安装位置与其前方的凸透镜的焦距相匹配时，甚至可以将发射管发射的红外线汇聚成平行于发射管光轴的光束，最大程度地减少了发射光的干扰。图中只给出了一个方向的发射管的前方光线被折射汇聚的示意图。在另一个方向，即图1中接收管阵列108及其对应的发射管所在的方向，原理和结构完全相同。在接收管一方，原理和结构也依然相同。

从图2的原理可知，本发明的关键点是对于干扰源——发射红外线方向的控制，也就是图中所示的汇聚成为平行光，所以发射管前方的凸透镜是必须的，而接收管前方的凸透镜则更多起到辅助的作用。因此在发射端对红外线的汇聚情况较好时，可以简化本发明，省略接收管前方的凸透镜。图2和后面的图4中还给出了被汇聚和没有被汇聚的散射光线通过透光窗口后的传播方向的对比，如带箭头的细实线所示，进一步说明了凸透镜的作用。

由于红外触摸屏的反射干扰主要来自于红外透光窗口的外表面，因此对于与被检测表面相垂直的前后方向的光线，则不是必须要进行汇聚的，因此在本发明中，所述凸透镜，可以使用其表面的母线与透光窗口的长度方向和红外发射或接收管的光轴的方向都相垂直的柱面凸透镜，来取代常规的球面凸透镜，以降低设计和生产成本。为了方便与平板结构的透光窗口配合安装，同时还能保持视觉上的一致性，所述凸透镜最好使用一个面是曲面而另一个面是平面的结构，并且安装时其曲面面对着红外元件。本发明所有附图给出的都是这种结构的凸透镜或者凸透镜组。

图2中给出的是凸透镜与透光窗口结合为一体的结构，具有安装方便、透光性好的优点，并且既适用于图中所示的拼接结构的透光窗口，也适用于整体框状的透光窗口。但是这种结构也有尺寸不灵活、针对不同型号的产品设计生产的成本较高的缺点，因此图3给出了本发明的另外一种组合结构的实施方案，适用于拼接结构的透光窗口。在图3中，所述透光窗口边缘的若干个凸透镜由红外滤光材料制造，构成一个独立的凸透镜组301；该凸透镜组通过图示的燕尾槽302拼接安装在透光窗口的两端。

图4给出了另外一种的组合结构。与图3相似，凸透镜被组合成为一个独立的凸透镜组301，并通过粘接等方式，被安装在一块平板型的透光窗口102的表面上。在这种结构中，凸透镜组可以使用能够通过可见光的光学材料制造，以减少红外线的损失；也可以使用红外滤光材料制造，以增强对可见光的过滤效果。当使用红外滤光材料制造凸透镜组时，如果需要均衡凸透镜和平板形透光窗口对红外线的衰减，则还可以在透光窗口两端的两个凸透镜组之间，安装有一块用于均衡红外线衰减的、平板型的红外透光材料401，以方便对于光电发射和接收电路的调整。从图中可以看出，这种组合结构，既适用于图2中所示的拼接结构的透光窗口，也适用于整体框状的透光窗口。

前面说明了实现本发明目的基本技术方案。但是作为完整的应用技术方案，上述明确说明的实施结构不是唯一的。比如在前述的燕尾槽的拼接安装结构，就是众多拼接安装结构中的一种，还有不可胜数的等效替代结构可以使用。还有如透光窗口的结构、凸透镜的结构、每个边缘使用的数量等细节，都有很多种可选择的技术方案。因此在本发明所给出的基本技术方案的基础上的进行的改进、移植、替换、删减等方式的设计，都属于本技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于红外触摸屏的局部透镜抗干扰光路结构，包含有安装在构成触摸屏框架的印刷电路板上的红外发射和接收管阵列、安装在所述发射和接收管阵列前方的、由红外滤光材料构成的红外透光窗口，其特征在于：

所述红外透光窗口在沿着其长度方向的两个边缘部分，也就是红外触摸屏的角部的位置的透光窗口上，包含有若干只凸透镜，所述凸透镜与安装在所述触摸屏角部位置的红外发射和接收对管一一对应。

2.根据权利要求1所述的局部透镜抗干扰光路结构，其特征在于：所述凸透镜是一个面是曲面而另一个面是平面的凸透镜，并且安装时其曲面面对着红外元件。

3.根据权利要求1或2所述的局部透镜抗干扰光路结构，其特征在于：所述凸透镜只安装在红外发射管的前方。

4.根据权利要求1或2所述的局部透镜抗干扰光路结构，其特征在于：所述凸透镜是柱面的凸透镜，凸透镜表面的母线与透光窗口的长度方向和红外发射或接收管的光轴的方向都相垂直。

5.根据权利要求1或2所述的局部透镜抗干扰光路结构，其特征在于：所述凸透镜与构成所述透光窗口的材料是一个整体，都是由红外滤光材料构成。

6.根据权利要求1或2所述的局部透镜抗干扰光路结构，其特征在于：在所述透光窗口边缘的若干个凸透镜构成一个独立的凸透镜组，由红外滤光材料构成，在透光窗口的两端拼接安装。

7.根据权利要求2所述的局部透镜抗干扰光路结构，其特征在于：所述凸透镜组安装在一块平板型的透光窗口的表面上。

8.根据权利要求7所述的局部透镜抗干扰光路结构，其特征在于：所述凸透镜组由红外滤光材料构成。

9.根据权利要求8所述的局部透镜抗干扰光路结构，其特征在于：在透光窗口两端的两个凸透镜组之间，还安装有一块用于均衡红外线衰减的、平板型的红外透光材料。

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