[实用新型]红外触摸屏光学系统

说明书

本发明属于计算机多媒体技术中的光电传感技术领域，涉及光学技术在红外触摸屏的结构及其使用的红外元件方面的应用。

触摸屏作为最简单、成熟的计算机多媒体人机交互设备已经得到了广泛的应用，主要有电阻膜、电容、表面声波和红外线等几种形式。在这些触摸屏技术之中，红外触摸屏，包括红外触摸显示器，以其生产工艺简单、生产成本较低等优势得到了很大的发展，并被应用到了许多领域。红外触摸屏的基本结构，是在一个适合安装在显示器边缘的框架内，沿着显示器的显示表面的四个边缘按照一定的顺序，安装许多对红外发射接收管；这些发射接收对管沿显示表面边缘的方向排列，构成一个互相垂直的发射接收阵列，其中每一对发射接收管均安装在一条轴线上；因而这些轴线就在显示表面上构成了一个栅格的结构。当对应的红外发射管和接收管依次被控制接通工作时，就在显示器的显示表面上形成了一个动态的红外线栅格，检测是否有手指或指示器进入栅格区域，以及进入栅格区域的手指或指示器在屏幕表面的位置。红外触摸屏的详细结构，可以参见号码为5,162,783的美国专利，红外触摸显示器的结构可以参见申请号为00250806.0的中国专利。由于红外触摸显示器是红外触摸屏的一种应用形式，所以在本发明内统称为红外触摸屏。现有红外触摸屏的红外发射管和接收管的数量是相等的，即发射和接收是一一对应的关系，发射管的发射面直接对准接收管的接收面，红外线直接在空气中传播。由于现有红外发射管和接收管的结构限制，所以这种结构存在以下一些缺点：

第一，由于红外发射管和接收管本身直径、光轴对光轴检测方式的限制，在偏离发射和接收管光轴方向的检测灵敏度降低，在整个屏幕上的检测的灵敏度不均匀，导致被检测的标的物的直径不能很小，只能检测手指等直径较大物体，限制了其适用范围；

第二，光轴对光轴的检测方式决定了红外发射管和接收管必须一一对应配对，要提高分辨率就必须增加红外发射管和接收管的数量，难以降低触摸屏的成本；

第二，由于发射管所发射的红外线有一定的散射角，所以当红外接收管与其有一定距离时，所接收到的光线，只是发射管发射出的红外线中的一小部分，屏幕越大、距离越远损失的红外线就越多。为了保证足够的红外线强度，就需要随着屏幕尺寸的增加而增加发射管的发射功率，容易加速发射管的老化，致使工作寿命缩短。

针对上述缺点，本发明的一个目的是通过改进触摸屏光学系统，提高其触摸检测的灵敏度和均匀性，并在此基础上进一步实现减少元器件数量、延长元器件工作寿命的目的。本发明的另外一个目的，是对现有的红外发射管和接收管的光学系统进行改进，使其更加适合应用在红外触摸屏上。

为实现上述发明的第一个目的，本发明采用了如下技术方案：在由安装在显示器显示表面的周围、互相对应的红外发射管阵列和红外接收管阵列构成的、以红外线为检测媒介的系统的的光学通道上，即在所述的红外发射管阵列和接收管阵列之间，安装有凸透镜组；这些凸透镜组，由数只安装在所述发射管阵列中发射管的发光面前方的凸透镜，和数只安装在所述红外接收管阵列中接收管接收面前方的凸透镜构成，每只凸透镜对应一只发射管或接收管，其光轴与发射、接收管的光轴重合：安装显示表面的边缘和发射管或接收管之间。这样，由红外发射管发射的、有一定散射角的红外线，通过发射管发射面前方的凸透镜的聚焦后，变成了平行光再通过显示屏幕前方而射向接收管；而在接收管接收面的前方还有一个凸透镜，这样从发射管方向发射的红外线再次被聚焦，而后到达接收管。

在上述方案的基础上，改变发射管前面凸透镜和接收管前面凸透镜尺寸，让一只接收管前面尺寸较大的凸透镜能够接收多只发射管前方的凸透镜射出的平行光，并聚焦到一只接收管上，就可以实现用一只接收管接收多只发射管发射的光信号的功能，而减少接收管的数量：反之，让多只接收管前方的凸透镜接收一只尺寸较大的发射管前面的凸透镜所发射的红外线，就可以减少发射管的数量。这两种方式可以称为“一收多发”或“一发多收”。而作为光学器件的凸透镜，又可以使用红外滤色材料制作成为标准的、一体化的条形部件，安装在触摸屏上。

根据前面方案所采用的原理，还可以改进红外发射管、接收管的光学结构，通过改变管芯前面内含的凸透镜与管芯之间的距离，或者凸透镜的焦距，将管芯安放在凸透镜的焦点上，这样红外发射管就能够发射平行状态的红外线，而接收管也能够将平行状态的红外线聚焦到管芯上，实现上述发明目的。