红外触摸屏的带有微结构的导光管的设计

日期:2020-02-10 14:38  来源:北京华美讯通科技有限公司   作者:华美讯通   人气:
      光学触摸技术诞生于20世纪70年代。由于其巨大的市场应用价值,触摸屏技术一直得到相关技术人员相当程度的关注,并处于持续稳定的发展状态。红外触摸屏属于光电器件分析设计领域,是一种特殊的计算机外设,人们可以利用它方便、简单、自然的输入信息,无论是控制还是查询信息,完全不懂电脑的人也可以上来就操作电脑。红外触摸屏在我国的应用范围非常广阔,主要用于公共信息的查询,如电信局、税务局、银行、电力、城市街头信息等业务查询;也可作为完整的人机界面平台,取代鼠标、书写板甚至键盘,应用于领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。
 

      从触摸屏的发展历程来看,主要的进步是沿着提高分辨率和对强光干扰环境适应能力两个方面进行的。然而,传统的光学触摸系统在显示屏的一对边框内应用一整排红外(Light Emitting Diode,LED),并在各自相对的边框内用光电探测器来接收光信号,从而形成相应的光学探测系统进而可以检测出一个触摸事件。随着光学触摸技术的发展,每一个对应的光电探测器可以接收不止一个LED所发出的光,从而使得控制端可以实现对屏幕固有残渣造成的光损耗进行补偿。本文设计了一种具有微结构的导光管。采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,用激光二极管和导光管的组合来取代单排LED,从而实现红外触摸屏的提高分辨率和实现大尺寸的要求。
 

      1、导光管设计方法
 

      红外触摸屏的触控原理是在显示器上加上光点距架框,光点距架框的四边排列红外线发射管及接收管,在屏幕表面形成一个红外线网。以手指触摸屏幕某一点,便会挡住经过该位置的横竖两条红外线,计算机便可即时算出触摸点位置。不过,由于只是在普通屏幕增加了框架,在使用过程中架框四周的红外线发射管及接收管很容易损坏.而且发射、接收管排列有限,分辨率不高。本文设计了一种新型红外线发射系统,替代传统的红外线发光二极管阵列,有效地简化了红外触摸屏的物理结构,对于提高系统分辨率也有相应的帮助。
 

      2、导光管结构设计
 

      导光管采用楔形结构,仅有3个表面,其中右侧表面加入三角形纹理结构,具体参量尺寸如图1.设计中利用了全反射原理,得到光楔顶角和微结构角度之间的关系,其中导光管采用PMMA 材料,折射率n2=1.49.当θ<arcsin(n1/n2)=arcsin(1/1.49)=42.16°时发生全反射,为使得光线能水平出射,微结构斜边与垂直方向之间夹角必须为45°,即微结构斜边与导光管右侧表面之间夹角为45°大于临界角42.16°,所以不会发生全反射现象。

 
 
 
      3、导光管微结构的优化设计
 

      为了提高红外触摸屏的分辨率,使出射光线是一条连续的直线,充分确保光线发射通道,要求发射模块与接收模块对准误差,导光管的出射光线之间间隔必须保持在0.5mm 之内.设计中要求各个红外管对准性能完全一致,在一定的红外管对准性能误差下,必须保证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大于
0.1mm,导光管下端截面宽度大于3mm。
 

      4、对光线入射角的控制
 

      当一束激光放在凸透镜的焦点处时,光线经过凸透镜发出平行光束,平行光束透过导光管上端截面垂直入射进来,打在导光管右侧表面上,平行光束经过导光管右侧表面微结构发生反射现象,最终出射光线成一直线,水平向左出射。

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