[发明专利]一种光耦合微结构器件

说明书

技术领域

本发明涉及红外触摸技术领域，具体地涉及一种光耦合微结构器件。

背景技术

触摸屏是通过用手指、专用的笔等直接接触液晶显示器等屏幕来操作设备的输入装置，触摸屏通常被用于金融机构的ATM机、车站的售票机、便携式游戏机等。触摸屏技术包括：电阻触摸屏技术、电容触摸屏技术、声波触摸屏技术、红外触摸屏技术和光学触摸屏技术。红外触摸屏技术和光学触摸屏技术原理简单、易生成、成本低、适用于中大尺寸产品应用，但是触摸精度低。现有技术中有采用受抑全内反射技术来实现触摸屏检测的，即将信号光源入射到待耦合器件内，通过全内反射在待耦合器件的两个表面之间进行传播，触摸待耦合器件的两个表面之一会引起一个或多个光传感器检测的传播光的变化，通过光传感器定位触摸位置，进而实现该触摸位置所表示的操作。

现有技术中采用受抑全内反射技术的一类方法是：在待耦合器件的外围设置信号光源，将信号光源设置正对待耦合器件的按一定角度抛光的侧边，以确保光信号能最大强度地在待耦合器件内形成全内反射，所述角度为使全内反射发生的最小入射角，通常选取的角度为形成全内反射的临界角41.5度。或者是采用调整光源的发射角度和光感测设备的接收角度来达到上述最小入射角以实现光信号的全内反射。该类方法信号光源的耦合效率低，并且需要待耦合器件的边缘表面高度平坦没有缺陷，实现比较困难并且昂贵。现有技术中还有一类方法是通过在待耦合器件上附装一个楔形部分，光通过楔形部分形成一定角度入射到待耦合器件内，该类方法减轻了对待耦合器件边缘表面的表面特性的严格要求，但是楔形部分会显著增加系统的厚度和重量，且楔形部分的微小或局部脱落也会导致系统的耦合性能下降。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中用于触摸屏光路耦合的方法耦合效率低、实际小尺寸辐射立体角较大的平行光源较难实现、器件成本高，从而提出一种光耦合微结构器件。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种光耦合微结构器件，包括：

第一基底层；

菲涅尔微结构层，其设置于所述第一基底层的第一表面上，用于将入射到所述菲涅尔微结构层的光折射为垂直于所述第一基底层的第一平行光；以及

折转光路微结构层，其设置于所述第一基底层的与所述第一表面相对的第二表面上，用于将所述第一平行光折射为与待耦合器件成一定角度的第二平行光。

上述光耦合微结构器件，所述菲涅尔微结构层为多层同心圆环结构，每一层圆环由一个三角形绕圆心旋转一周得到，菲涅尔微结构层的中心为半球面。

上述光耦合微结构器件，所述菲涅尔微结构层中第i层圆环对应的三角形靠近圆心处的角度为面角θ_facet，所述面角θ_facet满足如下公式：

其中，θ_facet表示面角，u_i表示信号光源辐射角，即信号光源发射到第i层圆环的物方孔镜角，n₀表示空气折射率，n₁表示菲涅尔微结构层折射率。

上述光耦合微结构器件，所述折转光路微结构层为若干形状相同的直角三角形棱镜构成齿形结构层，直角三角形的一条直角边与第二表面相接触。

上述光耦合微结构器件，还包括：

第二基底层，所述第二基底层的形状与所述折转光路微结构层的形状相配合，用于将所述折转光路微结构层与待耦合器件连接，并且所述第二基底层的折射率和待耦合器件折射率相同。

上述光耦合微结构器件，所述直角三角形棱镜的斜边与所述第二表面所成的夹角θ₃满足如下公式：

其中，θ₃表示夹角，n₃表示折转光路微结构层折射率，θ₅表示待耦合器件内形成全内反射的临界角，n₅表示待耦合器件折射率。

上述光耦合微结构器件，所述待耦合器件为波导腔。

上述光耦合微结构器件，所述菲涅尔微结构层由菲涅尔棱镜刻蚀获取。

上述光耦合微结构器件，所述折转光路微结构层由转角微结构棱镜刻蚀获取，转角微结构棱镜选取半五角棱镜或者斯密特棱镜。

上述光耦合微结构器件，所述第一基底层为熔融硅类的无机物。

上述光耦合微结构器件，所述第一基底层为柔性有机物。

上述光耦合微结构器件，所述第二基底层为熔融硅类的无机物。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：