CN101866247A - 基于受抑全内反射的侧面探测型多点触摸屏 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于受抑全内反射的侧面探测型多点触摸屏。该多点触摸屏的光学平板的四个侧面为光学面，在光学平板相邻的两侧面分别均布设有LED灯，LED灯的光轴方向垂直光学平板的侧面；在相邻的另两侧面分别对应均布设有光电接收管，光电接收管的光轴方向垂直光学平板的侧面。本发明采用红外光波段或可见光波段LED灯作为光源，用相应波段的光电接收管进行接收，通过电路对光电接收管的信号进行处理获得触摸信号，便于系统集成。采用侧面探测的方式，将LED光源和光电接收管安装于光学平板的四个侧面，可实现多点触摸，同时避免光从光学平板泄漏，大大降低了系统厚度和体积。

Description

基于受抑全内反射的侧面探测型多点触摸屏

技术领域

本发明涉及多点触摸屏，更确切地说是利用光的受抑全内反射原理，实现无光泄漏、厚度小且分辨率高的多点触摸屏。

背景技术

触摸屏技术是当前最直观、简便的人机交流的输入设备，是一种全新多媒体交互设备，在一些特殊的工作环境中，不适合利用键盘、鼠标作为人机交互的输入设备，而用触摸屏方式实现，则是一种较好的替代方法。在航天航空领域，飞行员直接通过触摸屏可直接对计算机系统发出指令，提高执行任务的效率。

能实现多点触摸的技术有很多种，主要有超声波法、CCD摄像法和红外线法等。超声波法具有不受温度湿度影响、使用寿命长、稳定性好、结构简单等优点，但是容易受频率接近或倍频的噪声干扰，多点输入能力较差，且成本较高。CCD摄像法能实现多点输入和手势识别，但是通常系统复杂且体较较大。红外线法不受电流、电压和静电干扰，响应速度快，灵敏度较高；但是容易产生红外光泄露，对周围其它工作在同一波段的光电器件产生干扰。

中国专利CN200810177473.3和CN200810065714.5公开了基于受抑全内反射的多点触摸屏，该技术原理简单，能有效避免光泄露，降低对周围光电器件的干扰，但是存在如下技术问题：1、目前采用的是底面探测的方式，整个系统厚度很大，体积也很庞大；2、采用CCD作为探测器件，通过图像处理的方式获得手指触摸信息，不利于集成。

发明内容

为避免上述现有技术所存在的不足之处，有效避免光泄露，降低对周围光电器件的干扰，利用光电接收管进行侧面探测，便于系统集成并且大大降低系统厚度，本发明提供一种基于受抑全内反射的侧面探测型多点触摸屏，

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

基于受抑全内反射的侧面探测型多点触摸屏包括光学平板、LED灯；所述光学平板的四个侧面为光学面，在光学平板相邻的两侧面分别均布设有LED灯作为光源，LED灯的光轴方向垂直光学平板的侧面；在相邻的另两侧面分别对应均布设有光电接收管，光电接收管的光轴方向垂直光学平板的侧面，且LED灯与光电接收管成对。

所述光学平板的侧面为斜面，所述斜面与光学平板之间呈45度角；所述LED灯的光轴方向垂直于斜面。

所述光学平板的触摸面上设有折射率匹配层。

所述LED灯为红外光波段LED灯或可见光波段LED灯，所述光电接收管的接收波段与LED灯的波段相应。

所述LED灯均布设于底板上，所述光电接收管均布设于接收底板上。

所述折射率匹配层材料为聚合物材料。

本发明利用光的受抑全内反射采用侧面光电接收管探测的方法实现多点触摸，与已有技术相比的有益技术效果体现在以下方面：

1、本发明利用光的受抑全内反射原理，采用红外光波段或可见光波段LED灯作为光源，光学平板作为光传输介质，无手指触摸光学平板时，光线在光学平板的上下表面发生全内反射，当手指触摸光学平板时，由于触摸位置的光全内反射条件被破坏，使探测到的光信号减弱。采用和所用LED灯相应波段的光电接收管探测光信号，通过电路对光电接收管的信号进行处理获得触摸信号，便于系统集成。

2、本发明采用侧面探测的方式，将LED光源和光电接收管安装于光学平板的四个侧面，LED光源和光电接收管成对使用，构成网状结构。当手指触摸光学平板上任何一个位置时，都会使光学平板相邻两侧面的对应光电接收管信号减弱，据此可实现多点触摸。利用该探测方式，可避免光从光学平板泄漏而进入人眼或周围其它光学探测设备，避免造成干扰，并且大大降低了系统厚度和体积。

附图说明

图1为本发明多点触摸屏的结构示意图。

图2a为光学平板侧面与上下表面垂直的示意图。

图2b为手指触摸图2a表面的示意图。

图3a为光学平板侧面与上下表面成45度角的示意图。

图3b为为手指触摸图3a表面的示意图。

图4a为带折射率匹配层的光学平板示意图(侧面与上下表面垂直)。

图4b为带折射率匹配层的光学平板示意图(侧面与上下表面成45度)。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。

实施例1：

参见图1，基于受抑全内反射的侧面探测型多点触摸屏包括光学平板1、LED灯2和光电接收管3。光学平板1的四个侧面抛光成光学面且与上下表面成90度角。在光学平板1的左侧面通过左底板4均布安装有左LED灯2作为光源，上侧面通过上底板41均布安装有上LED灯21作为光源，左LED灯2和上LED灯21分别成一排固定在左底板4和上底板41上；在右侧面通过右底板5对应均布安装有右光电接收管3，下侧面通过下底板51对应均布安装有下光电接收管31，右光电接收管3和下光电接收管31分别成一排固定在右底板5和下底板51上。且左LED灯2与右光电接收管3成对设置，上LED灯21与下光电接收管31成对设置，构成网状光路结构。

左LED灯2和上LED灯21均为红外光波段LED灯，右光电接收管3和下光电接收管31的接收波段与左LED灯2和上LED灯21的波段相应。

左LED灯2和上LED灯21的光轴方向垂直光学平板1的侧面，与上下表面平行。右光电接收管3和下光电接收管31的光轴方向与光学平板1的上下表面平行。左LED灯2和右光电接收管3成对，上LED灯21和下光电接收管31成对，构成网状结构。

光线在光学平板1中的传输如图2a所示。设光学平板1折射率为n₁，LED灯2的边缘光线在光学平板1的入射角为θ₁，当满足

$\sin {\mathrm{\θ}}_1>\frac{1}{n_1}---\left(1\right)$

时，所有入射到光学平板1与空气接触面的光线发生全内反射，此时光学平板1形成一个封闭的光学波导结构。当手指触摸到光学平板1上表面，如图2b所示，在触摸点位置，光线在玻璃与手指的接触面发生散射，因此进入右光电接收管3的光强度大大减弱，检测到触摸信息。将LED和光电接收光在分布在光学平板1四个侧面，形成如图1中的二维网状结构，可同时探测到多点触摸信息。

实施例2：

参见图3a，光学平板1由有机光学玻璃组成，其上下表面均为光滑的光学面，光学玻璃11的四个侧面抛光成光学面且与上下表面成45度角。在光学平板1的左侧和上侧安装左LED灯2和上LED灯21，左LED灯2和上LED灯21采用可见光波段LED，且左LED灯2和上LED灯21的光轴方向垂直光学平板1的侧面，与上下表面成45度角。右光电接收管3和下光电接收管31的光轴方向与光学平板1的上下表面平行。光线在光学平板1中的传输如图3a和图3b所示。左LED灯2的上边缘光线在光学平板1的入射角为θ₂，当满足

$\sin {\mathrm{\θ}}_2>\frac{1}{n_1}---\left(2\right)$

时，所有入射到光学平板1与空气接触面的光线发生全内反射，此时光学平板1形成一个封闭的光学波导结构。当手指触摸到光学平板1上表面，如图3b所示，在触摸点位置，光线在玻璃与手指的接触面发生散射，因此进入右光电接收管3的光强度大大减弱，检测到触摸信息。由于本实施例中，左LED灯2的所有光线均能在光学平板1的上表面形成全内反射，手指触摸的时候，更多的光能量参与受抑全内反射，右光电接收管3和下光电接收管31检测到的光强变化范围更大，因此检测到的信噪比更高。

实施例3：

参见图4a，在实施例1的基础上，光学平板1为有机光学玻璃，光学平板1的触摸面上安装有一层聚合物材料的折射率匹配层12。其折射率n₂与有机光学玻璃折射率n₁相近，且折射率匹配层的硬度大大低于有机光学玻璃，大大提高手指和光学平板的接触程度，使检测到的触摸信号增强。

对于采用光学平板1的情况，如图4a所示，设在光学平板1中入射角为θ₁的光在折射率匹配层与有机光学玻璃折射后的透射角为θ₃，则有

n₁sinθ₁＝n₂sinθ₃                         (3)

因此根据式(1)，有

$\sin {\mathrm{\θ}}_2=\frac{n_1}{n_2}\sin {\mathrm{\θ}}_1>\frac{1}{n_2}---\left(4\right)$

即原先在光学平板1与空气交界面上发生全反射的所有光线，在带折射率匹配层的光学平板1与空气接触面上仍然发生全反射，当手指触摸的时候能检测到更强的触摸信号。

实施例4：

在实施例2的基础上，光学平板1的触摸面上安装有折射率匹配层12。，当手指触摸的时候同样能检测到更强的触摸信号。如图4b所示，所得结果与式(4)相同。

Claims (6)

1.基于受抑全内反射的侧面探测型多点触摸屏，包括光学平板、LED灯，其特征在于：所述光学平板的四个侧面为光学面，在光学平板相邻的两侧面分别均布设有LED灯作为光源，LED灯的光轴方向垂直光学平板的侧面；在相邻的另两侧面分别对应均布设有光电接收管，光电接收管的光轴方向垂直光学平板的侧面，且LED灯与光电接收管成对。

2.根据权利要求1所述的基于受抑全内反射的侧面探测型多点触摸屏，其特征在于：所述光学平板的侧面为斜面，所述斜面与光学平板之间呈45度角；所述LED灯的光轴方向垂直于斜面。

3.根据权利要求1所述的基于受抑全内反射的侧面探测型多点触摸屏，其特征在于：所述光学平板的触摸面上设有折射率匹配层。

4.根据权利要求1或2所述的基于受抑全内反射的侧面探测型多点触摸屏，其特征在于：所述LED灯为红外光波段LED灯或可见光波段LED灯，所述光电接收管的接收波段与LED灯的波段相应。

5.根据权利要求1或2所述的基于受抑全内反射的侧面探测型多点触摸屏，其特征在于：所述LED灯均布设于底板上，所述光电接收管均布设于接收底板上。

6.根据权利要求3所述的基于受抑全内反射的侧面探测型多点触摸屏，其特征在于：所述折射率匹配层材料为聚合物材料。

Images