CN202771400U - 改变光的传输路径的光学触摸屏 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种改变光的传输路径的光学触摸屏，包括发射单元、摄像单元、反射条和处理单元MCU，所述发射单元和摄像单元设置在触摸屏体的非触摸面，且还包括用于将发射单元发出的光改变方向后传输到触摸面的发射导光单元和用于将反射条反射的光改变方向后传输到摄像单元的接收导光单元。本实用新型能明显减小现有光学触摸屏的边框宽度和高度，同时扫描光信号通过导光单元的光路转折，既增大了可视区到摄像头间的距离，解决了传统光学屏在左右上角和顶端无法精确触摸的问题，又能控制传播路径上光束大小，有效抑制杂散光的传播，提高了光学触摸屏抗光干扰能力。

Description

改变光的传输路径的光学触摸屏

技术领域

本实用新型涉及一种触摸屏，尤其涉及一种改变光的传输路径的光学触摸屏。

背景技术

现有光学触摸***，一般是在触摸屏顶部左右两侧分别安装有两对CCD摄像头和LED，触屏左上角的LED灯发射出光线通过触摸检测区域,经过左右下三边反射条反射,返回左上角的CCD摄像头中。同理，右上角的LED发射的光线经过左右下三边反射条反射返回右上角的CCD摄像头中，密布的光线在触摸区域内形成一张光线网。当有触摸体触摸时，经过触摸点的反射光线被阻挡形成阴影，两端的CCD摄像头检测的信号会反映阴影的变化及其在屏体上对应角度，控制器根据信号的变化，两个摄像头信号中阴影对应的角度及屏体结构尺寸，确定触摸体的触摸坐标位置，实现触摸定位。当采用多点触摸时，原理类似。

目前在光学触摸屏领域，如专利号为200820109789.4的“一种应用于触摸屏上的反射镜”，此实用新型主要目的是：利用反射原理将屏上的发射和接收单元数量减半；如专利号为201020271758.6的“一种纯平结构的多点触摸屏”此实用新型的主要原理是：在普通触摸屏的基础上增加了一个导光板，用于填充普通触摸屏体触摸面上的凹腔，从而达到表面看似纯平的效果；如200710028616.X的“一种光学触摸屏及其多点触摸定位方法”等。

现有光学触摸屏专利技术或产品中无论是单点还是多点光学触摸屏，其光学触摸屏的基本组装方式，都是将灯管管放于触摸屏的触摸面之上，在该结构中，都存在以下的问题：光学触摸屏触摸面的四边都存在较宽和较高的边沿凸起。在现有光学触摸屏领域，发射管和摄像头一般都安装在屏体触摸面的左右上角，加上灯管保护结构的厚度，并且灯管离触摸面需要一定的距离，以及左右下三边反射条和边框结构的厚度，从而在屏体的四边形成较高和较宽的边沿凸起，对触摸屏的安装和外观设计产生很大的限制，并且不能在复合强光源下工作。

光学触摸屏采用的发射元件、接收图像传感器，数量少，一般放置在角上，而红外触摸屏由于红外触摸屏的接收、发送元件数量众多，且分布在屏体四周，发射、接收形成不同的收发对应关系，如单收单发、一收多发、多收多发等，光学触摸屏和红外触摸屏两者间结构原理差异大，红外触摸屏在结构方面的优化和改进不能借用到光学屏的设计中。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有光学触摸屏存在的上述问题，提供一种改变光的传输路径的光学触摸屏。本实用新型能明显减小现有光学触摸屏的边框宽度和高度，同时扫描光信号通过光路转折，既增大了可视区到摄像头间的距离，解决了传统光学屏在左右上角和顶端无法精确触摸的问题，又控制了传播路径上光束大小，有效抑制杂散光的传播，提高了光学触摸屏抗光干扰能力。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种改变光的传输路径的光学触摸屏，包括发射单元、摄像单元、反射条和处理单元MCU，其特征在于：所述发射单元和摄像单元设置在触摸屏体的非触摸面，且还包括用于将发射单元发出的光改变方向后传输到触摸面的发射导光单元和用于将反射条反射的光改变方向后传输到摄像单元的接收导光单元。

所述发射单元包括第一发射单元和第二发射单元，第一发射单元和第二发射单元并联后连接到处理单元MCU。

所述摄像单元包括第一摄像单元和第二摄像单元，第一摄像单元和第二摄像单元并联后连接到处理单元MCU，且第一摄像单元与第一发射单元对应设置，第二摄像单元与第二发射单元对应设置。

所述发射导光单元和接收导光单元为导光柱、反光镜或导光柱和反光镜的组合。

所述发射导光单元和接收导光单元均为导光柱时，发射导光单元和接收导光单元为内部反射结构。

所述发射导光单元和接收导光单元均为反光镜时，发射导光单元和接收导光单元为表面反射结构。

所述发射导光单元为导光柱，接收导光单元为反光镜时，发射导光单元为内部反射结构，接收导光单元为表面反射结构。

所述发射导光单元为反光镜，接收导光单元为导光柱时，发射导光单元为表面反射结构，接收导光单元为内部反射结构。

所述发射导光单元的入射面为凹面或凸面。

所述反射条设置在触摸面四周，反射条反射面与触摸面的夹角设置在73度—90度，反射条高度在2.5mm以下。

采用本实用新型的优点在于： 

一、采用本实用新型后，降低了传统光学屏的边框厚度，可以做到超低超窄边框，改善了屏体的美观度，提升了触摸显示器可装配性。 

二、本实用新型中，由于发射管和接收管是设置在触摸屏体的非触摸面，通过发射导光单元和接收导光单元对光路进行转折，同时这些附加的光学元件光束具有限制、选择作用，抑制杂散光对触摸检测的影响，因此外部的光线很难影响到摄像单元，从而解决了传统光学屏的光干扰问题，克服了传统光学屏不能在复合强光源环境下工作的问题。

三、信号的发射和摄像都通过了光路转折，增大了可视区到摄像头的距离，可以有效的解决传统光学屏在左右上角和顶端无法精确触摸的问题。

四、本实用新型中，所述发射导光单元和接收导光单元均为导光柱时，可将入射面设置为凹面或凸面，当选用小角度红外管时，可将入射面设置为凹面，对触摸面的信号起到发散作用，可以扩大发射管的照射范围，提高整个触摸范围内的触摸精度；当选用大角度红外管时，可将入射面设置为凸面，对触摸面信号起到汇聚作用，可以提高整个触摸区域的信号强度。

五、本实用新型中，所述发射导光单元和接收导光单元均为导光柱时发射导光单元和接收导光单元为内部反射结构，多次反射与传输，便于对有用信号的控制，提高了触摸质量。

六、本实用新型中，所述发射导光单元和接收导光单元均为反光镜时，发射导光单元和接收导光单元为表面反射结构，将置于触摸屏体底部的光线通过发射导光单元有效的反射到触摸介质上，提高了识别精度。

七、本实用新型中，所述发射导光单元为导光柱，接收导光单元为反光镜时，发射导光单元为内部反射结构，接收导光单元为表面反射结构，保证了信号均在发射导光单元内传输，提高了导光效率。

八、本实用新型中，所述触摸屏体非触摸面指触摸屏体的背面或侧面，发射单元和摄像单元设置在触摸屏体的背面或侧面，改变光线的传输角度的方式多样，便于屏体的组装，保证了触摸屏体的低窄边框，且应用范围广，采用此结构进一步降低了传统光学触摸屏的边框厚度。

九、本实用新型中，所述发射导光单元和接收导光单元可以为导光柱、反光镜或导光柱和反光镜的组合，可以根据实际需要进行组合设计，使用更加灵活多样。

十、采用本实用新型后，由于光线经导光柱后紧贴玻璃表面传输（导光柱约厚2-3mm），只有当触摸体接触到触摸屏体表面时，屏体才会有触摸响应，从而降低了传统光学屏中普遍存在的悬浮高度问题，克服了传统光学屏当触摸体还未接触屏体表面时，触摸屏已经有触摸响应的问题。

十一、所述反射条设置在触摸面四周，反射条反射面与触摸面的夹角设置在73度—90度，反射条高度在2.5mm以下，这样能将发射管发射的红外光反射到摄像头，保证有足够的反射强度，又保持较小的悬浮高度。

附图说明

图1为本实用新型触摸面的光线传播示意图；

图2为图1中的A-A剖面结构示意图；

图3为本实用新型控制原理框图；

图中标记为：1、摄像单元，2、发射单元，3、接收导光单元，4、发射导光单元，5、触摸体，6、触摸面，7、光线，8 、反射条。

具体实施方式

以下实例为单侧的发射和摄像说明，实际情况中可逆向使用。所述发射单元2为发射管，摄像单元1为摄像头。所述发射导光单元和接收导光单元可以为一体式结构，也可以为分体式结构。

实施例1

本实施例对本专利的技术方案做总体说明。一种改变光的传输路径的光学触摸屏，包括发射单元、摄像单元、反射条和处理单元MCU，所述发射单元和摄像单元设置在触摸屏体的非触摸面，且还包括用于将发射单元发出的光改变方向后传输到触摸面的发射导光单元和用于将反射条反射的光改变方向后传输到摄像单元的接收导光单元。

本实用新型中，所述发射单元2包括第一发射单元和第二发射单元，第一发射单元和第二发射单元并联后连接到处理单元MCU。

本实用新型中，所述摄像单元1包括第一摄像单元和第二摄像单元，第一摄像单元和第二摄像单元并联后连接到处理单元MCU，且第一摄像单元与第一发射单元对应设置，第二摄像单元与第二发射单元对应设置。

本实用新型中，所述发射导光单元4和接收导光单元3为导光柱、反光镜或导光柱和反光镜的组合。

或者，所述发射导光单元4和接收导光单元3均为导光柱时，发射导光单元和接收导光单元为内部反射结构。

或者，所述发射导光单元4和接收导光单元3均为反光镜时，发射导光单元和接收导光单元为表面反射结构。

或者，所述发射导光单元4为导光柱，接收导光单元3为反光镜时，发射导光单元4为内部反射结构，接收导光单元3为表面反射结构。

或者，所述发射导光单元4为反光镜，接收导光单元3为导光柱时，发射导光单元4为表面反射结构，接收导光单元3为内部反射结构。

当所述发射导光单元4的入射面为凹面时，对触摸面的信号起到发散作用，可以扩大发射管的照射范围，提高整个触摸范围内的触摸精度。

当所述发射导光单元4的入射面为凸面时，对触摸面信号起到汇聚作用，可以提高整个触摸区域的信号强度。

本实用新型中，所述反射条设置在触摸面四周，反射条反射面与触摸面的夹角设置在73度—90度，反射条高度在2.5mm以下。

实施例2

本实施例利用导光柱实施导光传输。如图1、2所示，发射管发出的光线垂直于发射导光单元4的入射面射入发射导光单元4后，到达发射导光单元的第一个导光面，只要将此导光面与水平面的夹角设置在45°，其光线7在其导光面的入射角大于其导光材质的全反射临界角（光线从亚克力材质或玻璃材质入射到空气的临界角为42.8·；光线从PC材质入射到空气的临界角为39·；），此时就可以使在导光柱内部传输的光信号7在发射导光单元4的第一导光面形成全反射，光线将会全部反射到发射导光单元4的第二个反射面上，同样将此第二棱形面与水平面的夹角设置在45°，光线在此面上再次全反射传输到触摸面6上后，经触摸面反射条8反射后继续传输到接收导光单元3，其光线经过同样的导光方式传输后被摄像头摄取，形成一个完整的发射接收体系。

当有触摸体5触摸到触摸屏体时，从发射导光单元4射出的光线的传输路径将被阻挡，摄像单元1摄取到的影像就会变化，处理单元MCU通过分析影像的变化就可以确定触摸体的坐标位置，从而达到对触摸体定位的效果。

所述的导光柱为利用全反射原理，可以改变光线传输方向的一定形状的透明或半透明物体，导光柱采用全反射为最佳实施方式，但并不局限于全反射。

本实用新型中，采用导光柱时，可以包括第一传输部、第一反射部、第二传输部、第二反射部和第三传输部，发射单元发出的光线依次通过发射导光单元的第一传输部、第一反射部、第二传输部、第二反射部和第三传输部传输到触摸面。采用此结构时，所述发射单元发出的光线在发射导光单元的第一反射部和第二反射部形成全反射。所述发射单元发出的光线与发射导光单元的第一传输部的射入面垂直，第一反射部和第二反射部与触摸面的夹角为42.8°—45°，第二传输部内传输的光线与第一传输部和第三传输部内传输的光线垂直。导光柱的材料和实现全反射的结构有很多，并不局限于此方式，只要能够保证光线在导光柱内形成全反射即可。

实施例3

本实施例利用反光镜实施传输。发射单元2发出的光线平行于水平方向射向发射导光单元4，只要保证发射导光单元4的第一反射面和第二反射面与水平面的夹角在45°，此时光线经第一反射面反射后，会以垂直于水平面的方向射向发射导光单元4的第二个反射面再次反射，光线将传输到触摸面，经触摸面反射条8反射后再通过接收导光单元3以同样的方式传输到摄像单元1被其摄取，完成一个完整的发射接收体系。

当有触摸体5触摸到屏体时，从发射导光单元4射出的光线的传输路径将被阻挡，摄像端摄取的影像就会变化，控制器通过分析影像的变化就可以确定触摸体的坐标位置。从而达到对触摸体定位的效果。

表面反射结构是指：发射单元发出的光线，进入发射导光单元4通过表面反射的方式改变光线传输方向后传输到触摸面6，经触摸面反射条8反射后进入接收导光单元3的光线通过表面反射的方式改变光线传输方向后传输到位于触摸屏体非触摸面的摄像单元1。表面反射结构除本实用新型中列举的外，还有很多，并不局限于所列举的方式。

实施例4

本实施例利用凹面/凸面导光柱实施导光传输，所述发射导光单元和接收导光单元均为导光柱时，发射单元2发出的光线平行于水平方向射向发射导光单元4时，可将入射面R1设置为凹面或凸面。当选用小角度红外管时，可将R1设置为凹面，对触摸面的信号起到发散作用，可以扩大发射管的照射范围，提高整个触摸范围内的触摸精度；当选用大角度红外管时，可将R1设置为凸面，对触摸面信号起到汇聚作用，可以提高整个触摸区域的信号强度。只要将导光面与水平面的夹角设置在45°，其光线在其导光面的入射角大于其导光材质的全反射临界角（光线从亚克力材质或玻璃材质入射到空气的临界角为42.8·；光线从PC材质入射到空气的临界角为39·；），此时就可以使在导光柱内部传输的光线在发射导光单元4的第一导光面形成全反射，光线将会全部反射到发射导光单元4的第二个反射面上，同样将此第二棱形面与水平面的夹角设置在45°，光线在此面上再次全反射传输到触摸面6上后，经触摸面反射条8反射后继续传输到接收导光单元3，其光线经过同样的导光方式传输后被摄像头摄取，形成一个完整的发射接收体系。

当有触摸体5触摸到触摸屏体时，从发射导光单元4射出的光线的传输路径将被阻挡，摄像单元1摄取到的影像就会变化，控制器通过分析影像的变化就可以确定触摸体的坐标位置。从而达到对触摸体定位的效果。

实施例5

如图3所示，所述发射单元2包括第一发射单元和第二发射单元，分别设置在非触摸面左侧上角和右侧上角，第一发射单元和第二发射单元并联后连接到处理单元MCU，摄像单元1包括第一摄像单元和第二摄像单元，分别对应设置在非触摸面左侧上角和右侧上角，第一摄像单元和第二摄像单元并联后连接到处理单元MCU。两个发射管可同时发射光线，两个摄像头可同时对触摸体影像进行摄像。

本实用新型中，所述反射条设置在屏体左、右、下三边，其目的是为了将发射导光单元端的信号反射到接收导光单元，其反射条附贴在触摸面上，角度设置在70度—90度，此角度范围能有效的解决边缘效应。

本实用新型的工作原理为：位于触摸屏体非触摸面的发射单元发出的光线，通过发射导光单元改变光线传输方向后传输到触摸面，经触摸面反射条8反射后再通过接收导光单元传输到位于触摸屏体非触摸面的摄像单元；当有触摸体触摸时，传输的信号在触摸面上被阻挡，处理单元MCU通过对摄像单元摄取的影像变化，确定触摸体的坐标位置。

具体处理过程为：***初始化后，启动发射单元和摄像单元，对X、Y轴进行扫描，各扫描单元对摄取的信号进行触摸分析，如有触摸，则分别产生X、Y的触摸位置信息，***处理单元MCU判断扫描单元是否有有效触摸位置信息，当没有有效触摸位置信息时，返回初始化，当有有效触摸位置信息时，***处理单元MCU收集X、Y轴扫描单元的有效触摸位置数据，即为真实触摸点的位置信息，***处理单元MCU判断是否有满足条件的触摸点位置信息产生，没有时返回初始化，当有时，将得出的各触摸点坐标传输到计算机***中，然后返回初始化。

Claims (10)

1.一种改变光的传输路径的光学触摸屏，包括发射单元（2）、摄像单元（1）、反射条（8）和处理单元MCU，其特征在于：所述发射单元（2）和摄像单元（1）设置在触摸屏体的非触摸面，且还包括用于将发射单元（2）发出的光改变方向后传输到触摸面（6）的发射导光单元（4）和用于将反射条（8）反射的光改变方向后传输到摄像单元（1）的接收导光单元（3）。

2.根据权利要求1所述的改变光的传输路径的光学触摸屏，其特征在于：所述发射单元（2）包括第一发射单元和第二发射单元，第一发射单元和第二发射单元并联后连接到处理单元MCU。

3.根据权利要求2所述的改变光的传输路径的光学触摸屏，其特征在于：所述摄像单元（1）包括第一摄像单元和第二摄像单元，第一摄像单元和第二摄像单元并联后连接到处理单元MCU，且第一摄像单元与第一发射单元对应设置，第二摄像单元与第二发射单元对应设置。

4.根据权利要求1、2或3所述的改变光的传输路径的光学触摸屏，其特征在于：所述发射导光单元（4）和接收导光单元（3）为导光柱、反光镜或导光柱和反光镜的组合。

5.根据权利要求4所述的改变光的传输路径的光学触摸屏，其特征在于：所述发射导光单元（4）和接收导光单元（3）均为导光柱时，发射导光单元和接收导光单元为内部反射结构。

6.根据权利要求4所述的改变光的传输路径的光学触摸屏，其特征在于：所述发射导光单元（4）和接收导光单元（3）均为反光镜时，发射导光单元（4）和接收导光单元（3）为表面反射结构。

7.根据权利要求4所述的改变光的传输路径的光学触摸屏，其特征在于：所述发射导光单元（4）为导光柱，接收导光单元（3）为反光镜时，发射导光单元（4）为内部反射结构，接收导光单元（3）为表面反射结构。

8.根据权利要求4所述的改变光的传输路径的光学触摸屏，其特征在于：所述发射导光单元（4）为反光镜，接收导光单元（3）为导光柱时，发射导光单元（4）为表面反射结构，接收导光单元（3）为内部反射结构。

9.根据权利要求1、2、3、5、6、7或8所述的改变光的传输路径的光学触摸屏，其特征在于：所述发射导光单元（4）的入射面为凹面或凸面。

10.根据权利要求1、2或3所述的改变光的传输路径的光学触摸屏，其特征在于：所述反射条（8）设置在触摸面（6）四周，反射条（8）的反射面与触摸面（6）的夹角设置在73度—90度，反射条的高度在2.5mm以下。

Images