專利名稱：利用光線折射原理改變紅外光傳輸路徑的紅外觸摸屏的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種紅外觸摸屏，尤其涉及一種利用光的折射原理改變紅外光傳輸路徑的紅外觸摸屏。
背景技術：
現有紅外觸摸系統，其采用方式都是通過由沿著觸摸區域四周安裝在X、Y方向排布均勻的紅外發射管和紅外接收管，控制和驅動電路在MCU執行代碼的控制下驅動紅外發射管和紅外接收管，對應掃描形成X方向和Y方向橫豎交叉的紅外線矩陣。當有觸摸時，手指或其它物體就會擋住經過該點的橫豎紅外光，由控制系統判斷出觸摸點在觸摸屏上的位置。目前在紅外觸摸屏領域，如專利號為200820109789.4的“一種應用于觸摸屏上的反射鏡”，此實用新型主要目的是:利用反射原理將，減少紅外觸摸屏上的發射和接收單元數量減半；如專利號為201020271758.6的“一種純平結構的多點觸摸屏”此發明的主要原理是:在普通紅外觸摸屏的基礎上增加了一個導光板，用于填充普通觸摸屏體觸摸面上的凹腔，從而達到表面看似純平的效果；如200710028616.X的“一種紅外觸摸屏及其多點觸摸定位方法”等。現有紅外觸摸屏專利技術或產品中無論是單點還是多點紅外觸摸屏，其紅外觸摸屏的基本組裝方式，都是將紅外管放于觸摸屏的觸摸面之上，在該結構中，都存在以下問題:1、抗強光干擾的能力差。現有紅外觸摸屏，由于紅外管是放在觸摸面之上，外部的光線很容易射到紅外接收單元，從而影響觸摸屏的正常工作，因此一般的 屏體都不能在強光(如陽光或較強的白熾燈)下正常工作。2、紅外觸摸屏觸摸面的四邊都存在較寬和較高的邊沿凸起。在現有紅外觸摸屏領域，紅外管一般都安裝在屏體觸摸面的上方，加上紅外管保護結構的厚度，從而在屏體的四邊形成較高和較寬的邊沿凸起，對觸摸屏的安裝和觸摸設備外觀設計產生很大的限制。為了解決上述問題，美國專利US2007/0165008利用反光裝置將紅外發射和紅外接收裝置設置在觸摸屏的背面，利用光的反射原理使紅外光經反射面后改變傳輸方向，能將紅外管置于觸摸介質底部，能基本解決上述問題，但是由于紅外光從發射到接收需經過多次反射，如專利中圖3所示結構，從發射到接收需經兩次反射，如專利中圖5所示結構需經四次反射。反射的次數越多對信號的衰減就會越嚴重，信號越弱抗干擾能力越差。同時反射界面直接暴露在環境中，一旦粘上污染物(如水、灰塵、油脂等)或被銳器刮傷將影響紅外觸摸屏性能，嚴重情況下將無法正常工作。另外不同介質的物體(如手指等)觸摸到反射界面時也容易造成干擾。
發明內容本實用新型的主要目的就是為了解決現有紅外觸摸屏存在的上述缺陷，提供一種利用光的折射原理改變紅外光傳輸路徑的紅外觸摸屏。采用本實用新型后，能夠使紅外觸摸屏基本不受外界光干擾的影響，同時對外界污染物有很強的抵御能力。為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下:一種利用光線折射原理改變紅外光傳輸路徑的紅外觸摸屏，包括紅外發射單元、紅外接收單元和導光單元，紅外發射單元和紅外接收單元位于觸摸屏體的非觸摸面，其特征在于:所述導光單元包括入射界面和出射界面，導光單元的入射界面與出射界面形成的夾角 d 滿足:arcsin (sin a/n) < d<arc sin (sin a/n)+arcsin (1/n),其中 a 為入射紅外光與入射界面法線的夾角，η為發射導光單元折射率。所述導光單元包括發射導光單元和接收導光單元，所述發射導光單元的入射界面與出射界面形成的夾角 dl 滿足:arcsin (sin al/n) < dl<arc sin (sin al/n) +arcsin (I/n)，其中al為發射端入射紅外光與入射界面法線的夾角，n為發射導光單元折射率。所述接收導光單元的入射界面與出射界面形成的夾角d2滿足:arcsin (sin a2/n)〈d2〈 arcsin (sin a2/n)+ arcsin (1/n),其中a2為接收端入射紅外光與入射界面法線的夾角，η為接收導光單元折射率。采用本實用新型的優點:一、本實用新型中，由于利用光的折射原理改變紅外光傳輸方向，紅外光只需經歷入射和出射過程，然而反射式結構(如美國專利所示結構)紅外光則需經歷入射、反射(一次或兩次)、出射過程，本實用新型能夠使紅外觸摸屏基本不受外界光干擾的影響，同時對外界污染物(水、灰塵、油脂等)有很強的抵御能力，即使暴露在環境中部分被污染物污染或被銳器刮傷也不會影響紅外觸摸屏的觸摸性能，因而本實用新型比現有反射式結構擁有更低的傳輸損耗，從而更能有效提高紅外觸摸屏的觸摸性能。二、本實用新型中，入射后的紅外光在導光體內部傳輸，無需導光體表面反射，不怕灰塵等污染物的影響，所以與反射式結構(如美國專利所示結構)相比擁有更好的環境適應能力。三、本實用新型中，導光單元的入射界面與出射界面形成的夾角d滿足:arcsin (sin a/n) < d<arc sin (sin a/n)+arcsin (1/n),其中 a入射紅外光與入射界面法線的夾角，η為發射導光單元折射率，采用此夾角有利于紅外光在導光體中傳輸，避免受到灰塵、水、油脂等的影響。四、本實用新型中，發射導光單元和接收導光單元的入射界面與出射界面形成的夾角 d 均滿足:arcsin (sin a/n) < d<arc sin (sin a/n)+arcsin (1/n),其中 a 入射紅外光與入射界面法線的夾角，η為發射導光單元折射率，保證了兩次折射的偏轉方向相同，有利于隱藏紅外發射裝置及相應電路。

圖1為本實用新型實施例1結構示意圖；圖2為本實用新型實施例2結構示意圖；圖3為本實用新型原理示意圖；圖中標記為:1、發射導光單元的入射界面，2、發射導光單元的出射界面，3、接收導光單元的入射界面，4、接收導光單元的出射界面，5、紅外光，6、發射導光單元，7、接收導光單元，8、紅外發射管，9、紅外接收管，10、面板，11、觸摸面，12、觸摸體。
具體實施方式
實施例1一種利用光線折射原理改變紅外光傳輸路徑的紅外觸摸屏，包括紅外發射單元、紅外接收單元和導光單元，紅外發射單元為紅外發射管8，紅外接收單元為紅外接收管9，紅外發射單元和紅外接收單元位于觸摸屏體的非觸摸面，所述導光單元包括入射界面和出射界面，導光單元的入射界面與出射界面形成的夾角d滿足:arcsin (sin a/n) < d〈arcsin (sin a/n) +arcsin (1/n),其中a為入射紅外光與入射界面法線的夾角,n為發射導光單元折射率。本實用新型中，所述導光單元包括發射導光單元6和接收導光單元7，所述發射導光單元的入射界面I與發射導光單元的出射界面2形成的夾角dl滿足:arcsin(sin al/η) < dl<arc sin (sin al/n)+arcsin (1/n),其中al為發射端入射紅外光與入射界面法線的夾角即發射端第一次入射角角度，η為發射導光單元折射率。所述接收導光單元的入射界面3與接收導光單元的出射界面4形成的夾角d2滿足:arcsin (sin a2/n)〈 d2〈 arcsin (sin a2/n) + arcsin (1/n),其中 a2 為接收端入射紅外光與入射界面法線的夾角即接收端第一次入射角角度，η為接收導光單元折射率。以下對本實施例進行具體說明:如圖1所示，本實施例中入射角角度選擇61°，選擇折射率為1.488的亞克力導光單元，發射導光單元的入射界面I與發射導光單元的出射界面2夾角dl，接收導光單元的入射界面3和接收導光單元的出射界面4夾角d2,本實施例選擇dl=d2 = 60° ,紅外發射管8發出的紅外光5以60°入射角從發射導光單元的入射界面I入射，發生折射，根據公式sinal/sina2=1.488得出折射角約為36°，折射后紅外光以24°為入射角從發射導光單元的出射界面2入射，最后紅外光以37°折射角出射。第一次折射后紅外光5順時針方向偏轉61° -36° =25°，第二次折射后紅外光順時針方向偏轉37° -24° =13°，經兩次折射后紅外光最終順時針方向偏轉了 25° +13° =38°，即紅外光5與觸摸面夾角為38°時，紅外光5沿平行于觸摸面方向傳輸。由于接收導光單元與發射導光單元對稱設置在觸摸面11兩側，根據光線傳輸可逆原理，接收端紅外光經兩次折射后被紅外接收管9接收，完成一次完整循環。實施例2如圖2所示，本實施例中入射角選擇0°即紅外光垂直于發射導光單元的入射界面，選擇折射率為1.488的亞克力導光單元，發射導光單元的入射界面I與發射導光單元的出射界面2夾角dl，接收導光單元的入射界面3與接收導光單元的出射界面4夾角d2，本實施例中dl = d2=36°，紅外發射管8發出的紅外光5以0°入射角從發射導光單元的入射界面I入射，紅外光將以36°入射角從發射導光單元的出射界面2入射，最后紅外光以61°折射角出射。紅外光5順時針方向偏轉了 61° -36° =25°，即紅外光5與觸摸面夾角為25°時,紅外光沿平行于觸摸面方向傳輸。由于接收端導光單兀與發射端導光單兀對稱，根據光線傳輸可逆原理，接收端紅外光經兩次折射后被紅外接收管9接收，完成一次完整循環。本實用新型技術原理說明如下:[0030]如圖3所示，紅外發射管發出的紅外光5以入射角al從發射導光單元的入射界面I入射，根據折射定律，有公式cl/c2 = sin (al)/sin (el)=n,其中cl為光在空氣中傳播速度，c2為光在導光單元中傳播速度，η為導光單元材料的折射率。發射導光單元的入射界面I與發射導光單元的出射界面2夾角dl需滿足arc sin (sin al/n) ^ dl〈arc sin (sinal/n)+arcsin(1/n),其中 arcsin (sin al/n)為第一次折射后的折射角,arcsin (1/n)為發射導光單元的出射界面2發生全反射的角度，el為入射紅外光以折射角el折射。由于光在空氣中的傳播速度大于光在介質中的傳播速度，可以得出al > el。入射紅外光線發生al — el度偏轉,折射后光線在導光單兀中傳輸,傳輸到發射導光單兀的出射界面2時,紅外光以入射角bl入射，入射紅外光以折射角b2折射，折射后紅外光發生b2-bl度偏轉。只要適當調整入射紅外光與觸摸面得夾角gl，具體為gl= (al-a2)+ (b2_bl)能使紅外光沿平行于觸摸面得方向傳輸。當接收導光單元與發射導光單元為對稱結構時，根據光線可逆原理，從發射端傳輸到接收端的紅外光經兩次折射后被紅外接收管9接收。當接收端導光單元與發射端導光單元為非對稱結構時，紅外光7以入射角a2入射，入射紅外光以折射角e2折射，折射后紅外光發生a2 — e2度偏轉，接著入射紅外光又以入射角fl入射，入射紅外光以折射角f2折射，折射后紅外光發生f2 - fl度偏轉，即只要保證紅外接收管13與觸摸面夾角g2 =(a2-e2)+(f2_fl)，則可以接收到來自紅外發射管發出的紅外光，當有觸摸體12觸摸屏體時，通過發射端導光單元的紅外線7在傳輸的過程中將被阻擋，通過接收端收到紅外線信號強度變化就可以確定觸摸體的坐標位置。 從而達到對觸摸體定位的效果。
權利要求1.一種利用光線折射原理改變紅外光傳輸路徑的紅外觸摸屏，包括紅外發射單元(8)、紅外接收單元(9)和導光單元，紅外發射單元(8)和紅外接收單元(9)位于觸摸屏體的非觸摸面，其特征在于:所述導光單元包括入射界面和出射界面，導光單元的入射界面與出射界面形成的夾角 d 滿足:arcsin (sin a/n) < d<arc sin (sin a/n)+arcsin (1/n),其中 a入射紅外光與入射界面法線的夾角，n為發射導光單元折射率。
2.根據權利要求1所述的利用光線折射原理改變紅外光傳輸路徑的紅外觸摸屏，其特征在于:所述導光單元包括發射導光單元(6)和接收導光單元(7)，所述發射導光單元的入射界面與出射界面形成的夾角dl滿足:arcsin (sin al/n) < dl<arc sin(sin al/n)+arcsin (1/n)，其中al為發射端入射紅外光與入射界面法線的夾角，η為發射導光單元折射率。
3.根據權利要求2所述的利用光線折射原理改變紅外光傳輸路徑的紅外觸摸屏，其特征在于:所述接收導光單元(7)的入射界面與出射界面形成的夾角d2滿足:arcsin(sina2/n)〈 d2〈 arcsin (sin a2/n) + arcsin (1/n),其中a2為接收端入射紅外光與入射界面法線的夾角，η為接收導光單元折射率。
專利摘要本實用新型公開了一種利用光線折射原理改變紅外光傳輸路徑的紅外觸摸屏，包括紅外發射單元、紅外接收單元和導光單元，紅外發射單元和紅外接收單元位于觸摸屏體的非觸摸面，所述導光單元包括入射界面和出射界面，導光單元的入射界面與出射界面形成的夾角d滿足arcsin(sina/n)<d<arcsin(sina/n)+arcsin(1/n)，其中a入射紅外光與入射界面法線的夾角，n為發射導光單元折射率。采用本實用新型后，能夠使紅外觸摸屏基本不受外界光干擾的影響，同時對外界污染物有很強的抵御能力。
文檔編號G06F3/042GK203012676SQ201220385830
公開日2013年6月19日 申請日期2012年8月6日 優先權日2012年8月6日
發明者蒲彩林, 唐海衛, 張春來, 鐘德超 申請人:成都吉銳觸摸技術股份有限公司