CN2773799Y - 一种使用反光镜的红外触摸屏的光路系统 - Google Patents

一种使用反光镜的红外触摸屏的光路系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种使用反光镜的红外触摸屏的光学系统，由直立安装在与显示表面相平行的电路板上的红外发射和接收管阵列及其前方的、与显示表面成45°角的反光镜构成。红外发射管所发射的红外线被反光镜反射后，通过显示表面前方到达接收管前方的反光镜被反射到接收管。该结构特别适合触摸显示器，反光镜安装在显示表面和前面板之间构成光通路，发射和接收管安装在安装显示元件电路板上，大幅度降低了触摸屏的厚度或高度。

Description

一种使用反光镜的红外触摸屏的光路系统
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路系统，是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。由于现有的红外触摸屏的电路板、红外发射管和接收管都安装在显示器的显示表面的前方，为了红外发射管和接收管要面对面以保证光路畅通，因此都需要卧式安装，即管子的管腿要弯折90°后焊接到电路板上，因此要占用电路板不小的面积，使得电路板宽度很难减小，越来越难以适应越来越窄的显示器边框。同时，尽管大量使用了表面安装元件，但是触摸屏的厚度依然比较大，影响了安装触摸屏的显示器的美观。同时，现有的触摸屏由于触摸屏的电路板是独立的，因此不容易用于制造真正的一体化触摸显示器。
发明目的
本发明的目的，就是针对现有技术的上述缺陷，通过改变红外发射管和接收管阵列的安装方式并使用反光镜构建一种新的光路系统，达到减小触摸屏电路板宽度、降低触摸屏厚度或者高度的目的；同时还给出了利用这种光路系统构建触摸显示器的技术方案，实现真正一体化的目的。
技术方案
为了实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：红外触摸屏的光路系统由反光镜和与这些反光镜对应的红外发射和接收管阵列构成，反光镜呈狭长的条形，分别安装显示表面的四周，每一条反光镜的长度均与所对应的、安装在显示表面四周的红外发射管阵列和接收管阵列的管子的排列长度相适应，其长度方向平行于显示表面并且与红外发射和接收管阵列的排列方向相同；反光镜的镜面位于红外发射管阵列的发射管的发射面和接收管阵列的接收管的接收面的前方，与每一组对应的红外发射管阵列和接收管阵列相对应的、安装在显示表面相对两侧相对应的反光镜的镜面相对，并与显示表面成45°角；与上述反光镜的安装方式相对应，红外发射和接收管阵列的管子均直立安装在电路板上，所述电路板与显示表面相平行。
与上述基本方案相对应，本实用新型有多种具体的实施结构。其中反光镜可以使用各种不同的材料和结构来实现：
其一，反光镜使用金属片弯折构成，安装在所述安装红外发射管和接收管阵列的电路板上。
其二，反光镜显示器的面罩一体化，由显示器面罩内侧的边缘处的斜面构成，在该斜面处附着有反光面。
其三，反光镜由折射率合适的透明光学材料制造的直角三棱镜构成，该三棱镜的斜面即为反光面，一个直角面与所对应的红外发射管或接收管的光轴相垂直，另一个直角面与显示表面相垂直。如果使用这种结构，直角三棱镜上与显示表面相垂直的直角还可以延伸到显示器的前面板或面罩和显示表面之间的空隙中，构成被所述棱镜的斜面所反射的红外线的光通道的一部分；与此对应，所述显示表面是液晶或等离子显示器的显示表面，所述的红外发射管和接收管阵列，均安装在显示器背面、用于安装显示元件及其驱动电路的电路板上。并且，这里的还可以棱镜构成一个方框，安装在显示表面和显示器的前面板或面罩之间的空隙内。并且，上述棱镜可以使用能够通过红外线而滤除可见光的光学材料制造。
发明优点
通过前面对技术方案的描述可以看到，由于光路中使用了反光镜，两次改变了红外光的传播方向，能够将红外发射和接收管直立安装在电路板上，这样就减小了电路板的宽度方向的尺寸，更能够适合在现在越来越窄的显示器边框上安装触摸屏。同时，还可以根据红外发射管和接收管的高度或者实际需要，调节反光镜和安装红外发射和接收管的电路板之间距离，将液晶或者等离子显示屏安装在这个空间内，并把发射管和接收管直接安装在安装有显示屏的电路板上，构成真正的一体化红外触摸屏。在这种情况下，由于在显示表面和显示器的前面板之间只需要留出很小的缝隙构成光路，而不需要安装红外发射和接收管以及电路板等其它元件，这样就大大地减小了触摸屏的厚度，使得一体化的触摸显示器更加美观实用。
附图说明
图1：本实用新型光路系统基本结构的示意图
图2：本实用新型用于一体化触摸显示器时的光通路结构示意图
图3：一种使用金属片的反光镜及其安装方式示意图
图4：反光镜与显示器面罩一体化的结构式意图
图5：使用棱镜构成的反光镜及其在一体化触摸显示器上的安装结构示意图
图6：由棱镜构成的边框的正视图和一个方向的剖面图
图7：图6在A-A方向上的剖面图
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是本实用新型所公开的光路系统的基本结构示意图，给出的是一个方向的光通道。虽然用于矩形显示表面的红外触摸屏的拥有互相垂直的两个方向的光通道，但是另一个方向的元件的安装方式和光路结构与此完全相同，故此省略。这里，反光镜呈狭长的条形，分别安装显示表面的四周，每一条反光镜的长度均与所对应的、安装在显示表面四周的红外发射管阵列和接收管阵列的管子的排列长度相适应，其长度方向平行于显示表面并且与红外发射和接收管阵列的排列方向相同；反光镜的镜面位于红外发射管阵列的发射管的发射面和接收管阵列的接收管的接收面的前方，与每一组对应的红外发射管阵列和接收管阵列相对应的、安装在显示表面相对两侧相对应的反光镜的镜面相对，并与显示表面成45°角。从图中可以看到，红外发射管阵列中每一只红外发射管3所发射的红外线6，被安装在其发射面前方、与显示表面成45°角的反光镜5反射后，改变方向而沿着显示表面传播到接收管阵列中接收管4的接受面前方的、同样与显示表面成45°的反光镜5再次反射，而被接收管接收到。从图中可以看到，这种结构要求红外发射或者接收管都要直立安装，光轴方向与显示元件1的表面，即显示表面相垂直，因此安装这些管子的电路板2就要与显示表面相平行了。这样，红外发射管3、接收管4、反光镜5就构成了红外触摸屏的光路系统，如图中的光线的传播路径6所示。
本实用新型的光路系统，既可以应用于一般的红外触摸屏，安装在显示器等显示设备的显示表面前方的外壳上，即显示器等显示设备的前面板或者面罩上，也可以用于一体化触摸显示器，而且更适合这种应用。图2给出了使用本实用新型构建一体化触摸显示器的结构示意图。在图2中，红外发射和接收管阵列不是单独安装在独立的电路板上，而是安装在显示器等显示设备的主电路板7上，液晶、等离子体结构的显示元件安装在该电路板上，同时驱动这些显示元件的驱动电路也安装在这个电路板上。如图所示，红外发射和接收管阵列按照一般触摸屏的结构，安装在显示表面的四周。如上面所述，与现有的红外触摸屏不同之处在于所有的红外发射管和接收管都是直立安装，管子的光轴方向与显示表面垂直。调节反光镜与主电路板之间的距离，使其适合显示元件的厚度，就能如图所示，构建出一个围绕着显示元件的光路，与图1所示的光路系统完全相同。
对于不同的应用，反光镜的结构可以有多种方案。图3和图4给出了两种不同的方案。图3给出的是使用弯折的金属片或金属板8构建反光镜的示意图。这里的金属片或金属板可以使用镜面不锈钢、部分镀铬或全部镀铬的铜板或者钢板，根据材料的物理化学特性，使用焊接、插接等方式安装到电路板2或者7上。这种结构具有适用范围广的特点，既可以用于单独的红外触摸屏上，也可以用于一体化的触摸显示器上。
图4是将反光镜与显示设备的前面板或者前面罩结合在一起的一种结构，这种结构更适合于一体化触摸显示器的应用。如图所示，在显示器等显示设备的前面罩9的内侧的四周，围绕着显示表面周围，在与红外发射管和接收管阵列的安装位置相对应的位置上，设置有4条与显示表面成45°的狭长的斜面10，在这些斜面的表面用涂覆、电镀、粘贴等方式附着上一层反光材料而构成了反光镜。图中的红外滤光条14使用能够通过红外线而滤除可见光的光学材料制造，既能滤除环境杂光的干扰，还能起到密封防尘防污的作用。
图1中的反光镜还可以用折射率合适的光学材料制造，如图5所示，用一只直角三棱镜来实现红外光线的反射，图5中给出了这种结构的一种结构和包含着一个直角三棱镜的光学元件的剖面图。在图5中，光学元件的斜面11就是直角三棱镜的反射面，这个反射面和图中的与显示表面相垂直的虚线部分构成了一个直角三棱镜。这个包含有直角三棱镜的光学元件，可以使用折射率合适的透明光学材料制作，还可以使用能够通过红外线而滤除可见光的光学材料制造，同时起到滤除杂光的作用当然折射率也要合适，保证在45°的斜面上能全反射红外线。光学元件中在与斜面相反方向的一侧延伸到显示表面上的部分12是可以省略的，如果从虚线处去掉这部分，剩余的部分就是一个真正的直角三棱镜。但是在实际应用中，如果加上这部分——与显示表面相垂直的直角面延伸到显示器的前面板和显示表面之间的空隙中的部分，并与显示表面和显示设备的前面板紧密配合，不仅构成了被棱镜的斜面11所反射的红外线的光通道的一部分，还能起到加固显示设备前面板和密封防尘的作用，因此应该是一种很合理的结构方案。
当然这种直角三棱镜结构的光路系统，还可以与图4所示的与显示设备或显示器外壳集成为一体的光路系统相结合，构成如图6所示的方框，直接安装在显示器或者显示设备的前面板或者面罩内部，用光学材料的反射斜面11替代面罩内的反射斜面10，这时密封滤光条14就可以省略掉，一样可以实现本实用新型的目的。具体采用哪种结构，可以根据实施企业的成本核算的结果来选择。
图7是构成光路的方框在A-A方向的剖面图，另外一个方向的剖面图的结构相同，这是因为红外触摸屏的两个方向的光路的结构是相同的。当然，这个结构不仅仅适用于构建一体化的红外触摸显示器，也可以用于单独的红外触摸屏，这时只要把这个方框固定在红外发射管和接收管阵列的前方，并使反射面11对准相应的发射管和接收管阵列。
本说明书所给出的实施方案只是众多种实施方案中的几种，根据这个基础方案还可以设计出更多的具体结构，例如改变红外发射管或接收管在电路板上的安装角度，配合改变反光镜的安装角度，构成一个“梯形”形状而非上述的“矩形”形状的光路系统。再有如使用金属板制作成方框形的反光部件，用以替代图6、图7所示的用光学材料制作的方框等等。因此以本实用新型所公开的基本结构为基础的任何改进和增删，均处于本实用新型的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种使用反光镜的红外触摸屏的光路系统，该光路系统由反光镜和与这些反光镜对应的红外发射和接收管阵列构成，其特征在于：所述的反光镜呈狭长的条形，分别安装显示表面的四周，每一条反光镜的长度均与所对应的、安装在显示表面四周的红外发射管阵列和接收管阵列的管子的排列长度相适应，其长度方向平行于显示表面并且与红外发射和接收管阵列的排列方向相同；反光镜的镜面位于红外发射管阵列的发射管的发射面和接收管阵列的接收管的接收面的前方，与每一组对应的红外发射管阵列和接收管阵列相对应的、安装在显示表面相对两侧相对应的反光镜的镜面相对，并与显示表面成45°角；与上述反光镜的安装方式相对应，红外发射和接收管阵列的管子均直立安装在电路板上，所述电路板与显示表面相平行。
2.根据权利要求1所述的使用反光镜的红外触摸屏的光路系统，其特征在于：所述反光镜使用金属片弯折构成，安装在所述安装红外发射管和接收管阵列的电路板上。
3.根据权利要求1所述的使用反光镜的红外触摸屏的光路系统，其特征在于：所述反光镜由显示器面罩内侧的边缘处的斜面构成，在该斜面处附着有反光面。
4.根据权利要求1所述的使用反光镜的红外触摸屏的光路系统，其特征在于：所述反光镜由透明的光学材料制造的直角三棱镜构成，该三棱镜的斜面即为反光面，一个直角面与所对应的红外发射管或接收管的光轴相垂直，另一个直角面与显示表面相垂直。
5.根据权利要求4所述的使用反光镜的红外触摸屏的光路系统，其特征在于：所述与显示表面相垂直的直角面延伸到显示器的前面板和显示表面之间的空隙中，构成被所述棱镜的斜面所反射的红外线的光通道的一部分；与此对应，所述显示表面是液晶或等离子显示器的显示表面，所述的红外发射管和接收管阵列，均安装在显示器背面、用于安装显示元件及其驱动电路的电路板上。
6.根据权利要求4或5所述的使用反光镜的红外触摸屏的光路系统，其特征在于：所述棱镜构成一个方框，安装在显示表面和显示器前面板之间的空隙内。
7.根据权利要求4或5所述的使用反光镜的红外触摸屏的光路系统，其特征在于：所述棱镜的制造材料，是能够通过红外线而滤除可见光的光学材料。
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