CN2751317Y - 一种抑制红外触摸屏边框反射干扰的偏振片滤色框 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种抑制红外触摸屏边框反射干扰的偏振片滤色框，其特征是在红外滤色框的四个交角处的表面上附着有可以通过红外光的偏振片；这些偏振片的光栅的延伸方向，与相邻滤光条的内表面的夹角成45°，根据光学原理，正常的检测光线由于偏振方向相同不受阻挡，而经侧面滤光条反射的光线的偏振方向则改变了45°，变成了与所述偏振片的光栅延伸方向相垂直的偏振光而不能通过。本实用新型经实验证明具有方法简单、效果显著、成本低廉的优点。
Description
技术领域
本发明涉及光学和光电检测技术领域，尤其是适用于应用光电检测技术的红外触摸屏类产品。
背景技术
典型的红外触摸屏的光电检测系统的光学部分如图1所示，在显示器前部的框架结构内，四边布置了一一对应的红外发射接收对管。红外触摸屏工作时，红外发射和接收管依次点亮，在无触摸的情况下，每一条红外光线是通畅的。当有触摸物接触屏幕时，触摸物阻挡相应位置的水平和垂直方向的红外线，单片机判断位置并将坐标传送给主机。
红外触摸屏必须包含四边的红外线滤波透光条，即滤色框，起到透过红外波段工作光、阻挡其它波段干扰光、密封和防水防尘的作用。但是由于透光条的光洁表面存在镜面反射的效果，邻近边角的位置存在透光条反光干扰的问题。如图1所示，以发射管4和接收管6为例，触摸物虽然阻挡了正常检测光线，但因为发射管4所发射的光线不是完全平行的，所以在发射管主光轴之外的光线经过滤色框后，被滤色框相邻边的内表面反射后，仍能到达接收管6，造成没有触摸物存在的假相。这种干扰现象会严重破坏触摸屏整体光电检测的效果，尤其在滤色框的交角处附近，构成滤色框的相邻的边框的内表面的反射干扰，很容易造成对触摸检测的误判。
发明目的
本发明的目的，就是针对现有技术的上述缺陷，通过使用偏振光技术，达到消除滤色框反射干扰光的作用的目的。
技术方案
为了实现上述的发明目的，根据红外触摸屏的一般结构，即滤色框由四根互相垂直的、可以透过红外光但可以滤除可见光的光学材料制作的滤光条构成，安装在显示表面的四周、红外触摸屏的红外发射管的发射面和红外接收管的接收面的前面的这种结构，本实用新型在滤色框的相邻边的交角处附近，采用了偏振光技术来消除上述的反射干扰，具体技术方案如下：在所述滤色框的四个交角处附近的外表面上，都附着有可以通过红外光的偏振片；这些偏振片的光栅的延伸方向，与相邻的滤光条的内表面的夹角成45°，所述相邻的滤光条是与该偏振片所在的滤光条在该偏振片所在的一端构成交角的滤光条；并且，在同一个方向的红外光的通道上，所述偏振片的光栅的延伸方向，与该偏振片所对应的红外发射管相对应的红外接收管所对应的、与上述相邻的滤光条的另一端构成另一个交角的滤光条的外表面上所附着的偏振片的光栅延伸方向互相平行。
由于粗糙的表面对光的反射蚀一种漫反射，反射光的方向和相位都是不确定的，所以滤色框的内表面最好是平整的光反射平面，光线的反射方向和相位固定，这样才有利于彻底地消除反射光的干扰。
在本实用新型中，所述的偏振片可以采用两种方法安装到滤色框上：其一是使用透明的粘接剂粘贴到滤色框的外表面上；其二是使用某种加工方法，将偏振片直接刻蚀在滤色框的外表面上。
发明优点
通过前面对技术方案的描述可以看到，由于使用了偏振光技术，本实用新型解决了一直以来在光电检测设备尤其是红外触摸屏中存在的严重干扰问题，方法简单巧妙，效果显著，成本低廉，可使红外触摸屏工作在非常理想的状态，大大增加工作稳定性。
附图说明
图1：红外触摸屏光学系统的基本结构和反射干扰形成的示意图
图2：本实用新型的光学系统的光通路的原理示意图
图3：本实用新型的偏振片与滤色框的一般安装关系的示意图
图4：偏振片在滤色框上的安装方式和位置的示意图
实施方案
下面结合附图来详细说明本实用新型的具体实施方案。图1是红外触摸屏光学系统的基本结构示意图。为简单清晰起见，本图只给出了一个方向的红外发射管和接收管阵列的示意图，另外一个方向相同。通用的红外触摸屏的光学系统由若干只红外发射管和数目相等的、与发射管相对应的红外接收管构成，在相对应的红外发射管阵列和红外接收管阵列之间、位于显示表面1的边缘，是由滤光条2及其对面的滤光条8，以及与滤光条2、8相邻的另外两条滤光条构成的滤色框；不同方向的红外光经由发射管发出后，通过发射管的发射面和红外接收管的接收面的前面的滤色框，形成一个方向的光通道。从图1可以看到，由于透光条的光洁表面存在镜面反射的效果，邻近边角的位置存在透光条反光干扰的问题。以发射管阵列和接收管阵列中、一对靠近滤色框两条边的交角处的发射管4和接收管6为例，触摸物5虽然阻挡了正常检测光线，但因为发射管4所发射的光线不是完全平行的，所以在发射管主光轴之外的光线经过滤色框后，被滤色框相邻边滤光条3的内表面反射后，仍能到达接收管6，造成没有触摸物存在的假相。根据光学原理，这条到达接收管的反射光线，可以用关于反射面3与发射管对称的虚拟光源7来表示。
在清楚了反射光源的位置后，根据光学原理，我们就可以使用偏振光技术来抑制接收管对反射光的接收，基本原理如图2所示。由于构成滤色框四个侧面的滤光条，相邻两个滤光条的母线或者长轴方向的轴线是互相垂直的，并且假定滤色框的所有内表面与显示表面也是垂直的(针对现在常用的液晶或者纯平显示器，如果针对已经不常用的直角平面或者球面显示器，那么可以更确切地表示为与显像管的轴向方向相平行)，那么在红外发射、接收对管的发射面和接收面的前面的两个滤光条的表面上，附着或者安装上光栅的延伸方向与滤光条3的反射面成γ＝45°角的偏振片9、10，那么正常检测光线由于透过偏振片的红外光的偏振方向相同，就可以保证不受阻挡正常通过；而经侧面滤光条反射的光线，根据镜像原理，相当于来自虚拟发射管7的光线，经过反射后的偏振光，其偏振的方向正好与上述正常检测的光线的偏振方向成90°，相当于通过虚拟偏振片11射出的偏振光，在接收管前方的滤光条上形成的虚拟光栅影像12，与偏振片10的光栅相垂直，保证光线不能通过，接收管也就无法收到干扰光。这样，利用45°光栅偏振片，就能完全阻隔邻近透光条反射光的干扰，实现本发明的初衷目的。
在实际运用中，由于美观和利用折射降低触摸高度的原因，透光条的内表面实际上与显示表面是不垂直的，存在一定的角度，通常在10°左右，设定这个角度为φ，那么要形成上面所述形式的方案，就需要根据角度φ重新设定偏振片的光栅的安装角度。由于形成反射偏振光与直射偏振光的偏振方向相垂直的条件，是偏振片10的光栅的延伸方向要与被滤光条表面反射的而得到的虚拟光栅12的延伸方向相垂直，这样就要求偏振片10的光栅的延伸方向即栅倾角，与滤色框上邻边的反射表面成45°角，即偏振片10的光栅的延伸方向与构成滤色框的相邻的两条滤光条的内表面的相交棱14的角度θ＝45°。虽然构成滤色框的每一条边的滤光条都与显示表面有一个夹角φ，会导致偏振片10和11在相对应的滤光条2和8的表面上安装后与显示表面不垂直，但是这个角度不会影响到直射偏振光和反射偏振光之间的互相关系，依然能够保证偏振片有效地通过直射偏振光，阻挡反射的偏振光。
从图1和图2、3可以看到，反射干扰光主要影响的是靠近滤光条的交角处的红外接收管，而且反射光的来源也是上述交角处的红外发射管，因此只要在滤色框的四个交角附近的表面上附着或者安装上一定尺寸的偏振片，就能有效地抑制任何一个方向的反射光的干扰，因此虽然上述附图只给出了一个红外光检测方向的结构示意图，但是可以得知在另一个检测方向，光学系统的原理和结构是相同的。关于偏振片的具体尺寸，与红外发射管的有效发射角度、接收管的有效接收角度，以及显示表面的尺寸、滤光条的高度有关，可以通过计算或者实验的方式来确定。
由于粗糙的表面对光的反射蚀一种漫反射，反射光的方向和相位都是不确定的，所以滤色框的内表面最好是平整的光反射平面，光线的反射方向和相位固定，这样才有利于彻底地消除反射光的干扰。这样，偏振片9和19就应该安装在滤色框的外表面，如图4所示，安装在两个相邻的滤光条的外表面16和18上，而相应的内表面(图中用阴影表示的平面)15、17应当是平整的光反射表面。同时，偏振片安装在滤色框的外表面，与红外发射管和接收管、电路板等其他元件处于同一个空间内，即有利于保持滤色框的简洁美观，更有利于保护偏振片免受灰尘、潮湿和外力的破坏。
在实际应用中，偏振片可以制造成独立的薄膜材料，经过切割剪裁后使用透明的粘接剂粘接在滤光条上，也可以使用某种加工方法，将偏振片直接刻蚀在滤色框的外表面的相应部位上。
本发明经实验证明效果非常显著，很大程度地提升了红外触摸屏的性能。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型的保护范围并不局限于此，例如将图2、3所示的偏振片的安装方向旋转90°，与相邻的滤光条的反射面成135°角，或者在整条滤光条上都安装或者粘贴上偏振片，因此任何基于本实用新型技术方案上的等效变换均属于本实用新型保护范围之内。
Claims (4)
1.一种抑制红外触摸屏边框反射干扰的偏振片滤色框，该滤色框由四根互相垂直的可以透过红外光但可以滤除可见光的光学材料制作的滤光条构成，安装在显示表面的四周、红外触摸屏的红外发射管的发射面和红外接收管的接受面的前面，其特征在于：在所述滤色框的四个交角处附近的外表面上，都附着有可以通过红外光的偏振片；这些偏振片的光栅的延伸方向，与相邻的滤光条的内表面的夹角成45°，所述相邻的滤光条是与该偏振片所在的滤光条在该偏振片所在的一端构成交角的滤光条；并且，在同一个方向的红外光的通道上，所述偏振片的光栅的延伸方向，与该偏振片所对应的红外发射管相对应的红外接收管所对应的、与上述相邻的滤光条的另一端构成另一个交角的滤光条的外表面上所附着的偏振片的光栅延伸方向互相平行。
2.根据权利要求1所述的抑制红外触摸屏边框反射干扰的偏振片滤色框，其特征在于：滤色框的内表面是平整的光反射平面。
3.根据权利要求1或2所述的抑制红外触摸屏边框反射干扰的偏振片滤色框，其特征在于：所述的偏振片，使用通过透明的粘接剂粘贴到滤色框的外表面上。
4.根据权利要求1或2所述的抑制红外触摸屏边框反射干扰的偏振片滤色框，其特征在于：所述的偏振片直接刻蚀在滤色框的外表面上。
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|---|---|---|---|---|
| CN101398734B (zh) * | 2007-09-28 | 2010-12-15 | 北京汇冠新技术股份有限公司 | 使用偏振片的红外触摸屏并行扫描系统 |
| US9552105B2 (en) | 2006-12-13 | 2017-01-24 | Lg Display Co., Ltd. | Display device having multi-touch recognizing function and driving method thereof |
| CN107703639A (zh) * | 2017-09-13 | 2018-02-16 | 维沃移动通信有限公司 | 一种光学式装置及移动终端 |
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