激光二极管改进红外触摸屏的原始结构

日期:2020-01-04 15:35  来源:北京华美讯通科技有限公司   作者:华美讯通   人气:
       利用激光二极管作为光源,对红外触摸屏的原始结构加以改进,用激光和导光管的组合来取代单排发光二极管,设计了一种具有微结构的导光管。导光管采用PMMA材料,其折射率n2=1.49,在全反射的条件下,导光管微结构的几何参量通过解方程的方式获取。分别建立了导光管的光学和机械模型,建模结果表明,本文所提出的触摸屏的设计方法能够改善传统红外触摸屏存在的分辨率低、触摸方式受限制和易受环境干扰而误动作等技术上的局限,同时彻底改善了原始红外触摸屏的性能,从而克服技术和物理规律限制,满足红外触摸屏的提高分辨率和实现大尺寸的要求。

       1.导光管实体建模与光路模拟
       采用Light Tools软件对光路进行光学性能的模拟与检验。首先,用Lumileds生产的白光LED,典型电流为700MA,额定功率为3W,光通量为80lm,发散角度为120°并对其光电特性进行了均匀性筛选,选用其中匹配性较好的LED作为系统光源。利用软件中自带的3Dobjects工具制作一个长350mm,宽10mm,厚度5mm的长方体,用布朗运算切除长方体的一部分,得到光楔实体的初步解(不带微结构的)。

       设计中要求通过导光管上表面的光束为一束平行光,光源放在凸透镜的焦点处.从凸透镜焦点处发出的光线经过凸透镜后形成一束平行光,垂直透过导光板上表面。不同光源尺寸放在凸透镜的焦点处发射出的光线经凸透镜的发散作用后都以平行光出射,因此LED尺寸大小不影响实际效果。综合以上因素,在背光板右侧表面上均匀凿刻了613个三角锥槽,导光管的出射光线之间间隔必须保持在0.5mm之内,图4是利用Light Tools光学模拟软件模拟得到的导光管结构图,图1是导光管光路示意图,图1是追加3000条光线得到的结果。



 
                                                 图1                                                                                                        图2
 
       结果表明:对于光线经导光管右表面微结构反射后的出射光线间距离(即反射后两条光线的高度),当导光管采用PMMA 材料,其折射率n2=1.49时,导光管的出射光线之间间隔为0.475mm,在规定要求的0.5mm之内。同时,垂直入射至每个微结构倾斜表面的入射点离开微结构三角形顶点的距离均大于0.1mm。实验中用导光管取代红外触摸屏LED离散型分布,使其成为连续型出射光,由图2可知,符合设计要求。图3、图4是利用Light Tools光学模拟软件制作的红外触摸屏亮度和散点分布图。

                                             图3                                                                                               图4
       表1为在标准室温25°的工作环境下,运用美国正版Light Tools光学软件进行光学实验数据的采集结果,表中例举了传统结构的导光管与具有微结构的导光管的光通量与光照均匀度的数值。从表1及表2中可看出,随着追击光线数量的增加,光通量及均匀度均呈递增的趋势,且微结构导光管在光通量及均匀度上相比传统的导光管有明显的优势,大大提高了出射光线的光照强度及均匀度。同时到光线数量达到7000条时,出光均匀度达到80%以上,极大地提高了导光管技术,为今后导光管的更近一步发展提供了一个有效的改进方案。



表一 传统导光管光学透射参量


表二 微结构导光管光学透射参量

 
       通过不断优化的方法设计了带有微结构的楔形导光管,采用激光二极管作为光源和具有微结构的导光管,对红外触摸屏的原始结构加以改进,用激光LED和导光管的组合来取代单排LED,使其成为连续型出射光,并且分别建立并模拟了导光管的导光光路和机械模型,该技术的实现克服了物理规律限制,可以满足触摸屏的高分辨率和大尺寸设计要求。
 
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