專利名稱：一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外觸摸屏領(lǐng)域，具體為一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
紅外觸摸屏是一種自然的人機(jī)交互設(shè)備，以其自然性和方便性，正逐漸成為一種極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。紅外觸摸屏具有高透光性、使用壽命長(zhǎng)、不怕刮傷等特點(diǎn)，尤其在大尺寸顯示方案中具有很高的性價(jià)比。早期紅外觸摸屏識(shí)別多個(gè)觸摸點(diǎn)的方法有分時(shí)法和分區(qū)法兩種。對(duì)于分時(shí)法，在總有兩個(gè)手指同時(shí)觸摸的情況下不能準(zhǔn)確地進(jìn)行判斷；而對(duì)于分區(qū)法，當(dāng)觸摸坐標(biāo)比較多時(shí)，就需要更多的分區(qū)，掃描次數(shù)也相應(yīng)的增多，嚴(yán)重影響觸摸屏的響應(yīng)時(shí)間，限制了紅外多點(diǎn)觸摸的發(fā)展。專利號(hào)為CN200920079315. 4的專利公開(kāi)了一種橫斜雙層紅外二極管排列的紅外觸摸屏，其雙層紅外二極管結(jié)構(gòu)增加了觸摸屏的厚度，并且需要排列的二極管個(gè)數(shù)過(guò)多，導(dǎo)致掃描周期過(guò)長(zhǎng)，影響響應(yīng)時(shí)間。專利號(hào)為 CN201020256135. 1的專利公開(kāi)了一種單層紅外二極管的多點(diǎn)觸摸結(jié)構(gòu)，它僅僅是在觸摸屏的邊角多加了幾對(duì)紅外二極管，存在觸摸點(diǎn)識(shí)別盲區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)紅外觸摸屏對(duì)于多點(diǎn)觸摸點(diǎn)需要多次掃描，且存在觸摸點(diǎn)識(shí)別盲區(qū)的問(wèn)題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為
一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)，包括觸摸屏，其特征在于觸摸屏四邊邊緣中，兩相鄰的邊緣處分別布置有多個(gè)紅外發(fā)射二極管，另外兩相鄰的邊緣處分別布置有多個(gè)紅外接收二極管，觸摸屏其中一個(gè)邊緣處的紅外發(fā)射二極管一一正對(duì)其對(duì)側(cè)邊緣處的紅外接收二極管，每個(gè)紅外發(fā)射二極管出光面前方分別依次設(shè)置有與紅外發(fā)射二極管共中心軸的液晶光閥對(duì)、光學(xué)透鏡，所述液晶光閥對(duì)由兩個(gè)一字連接為一體且橫置在紅外發(fā)射二極管出光面前方的液晶光閥構(gòu)成，每個(gè)液晶光閥對(duì)中兩個(gè)液晶光閥極性不同且開(kāi)關(guān)互鎖，多個(gè)紅外發(fā)射二極管出光面前方的液晶光閥對(duì)中相同極性的液晶光閥所在位置分別對(duì)應(yīng)；當(dāng)液晶光閥對(duì)中，正極性的液晶光閥導(dǎo)通時(shí)，負(fù)極性的液晶光閥截止，每個(gè)紅外發(fā)射二極管出射的激光穿過(guò)各自對(duì)應(yīng)的正極性的液晶光閥，再穿過(guò)各自對(duì)應(yīng)的光學(xué)透鏡后入射至對(duì)側(cè)正對(duì)位置同一側(cè)錯(cuò)開(kāi)一定距離的紅外接收二極管，形成一個(gè)由紅外光構(gòu)成的紅外光網(wǎng)格；當(dāng)液晶光閥對(duì)中，負(fù)極性的液晶光閥導(dǎo)通時(shí)，正極性的液晶光閥截止，每個(gè)紅外發(fā)射二極管出射的激光穿過(guò)各自對(duì)應(yīng)的負(fù)極性的液晶光閥，再穿過(guò)各自對(duì)應(yīng)的光學(xué)透鏡后入射至對(duì)側(cè)正對(duì)位置另一同側(cè)錯(cuò)開(kāi)一定距離的紅外接收二極管，形成另一個(gè)由紅外光構(gòu)成的紅外光網(wǎng)格。所述的一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)，其特征在于所述紅外發(fā)射二極管、紅外接收二極管均為墓碑形的紅外二極管。
所述的一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)，其特征在于每個(gè)紅外發(fā)射二極管出光面前方的液晶光閥對(duì)中兩個(gè)液晶光閥的寬度均小于紅外發(fā)射二極管寬度一半。所述的一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)，其特征在于光學(xué)透鏡形狀為柱狀，且紅外發(fā)射二極管位于光學(xué)透鏡焦平面位置。所述的一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)，其特征在于每八個(gè)液晶光閥對(duì)為一組進(jìn)行生產(chǎn)，每個(gè)液晶光包括一個(gè)正極性的和一個(gè)負(fù)極性的液晶光閥，液晶光閥對(duì)組與組連接在一起，與常用的紅外發(fā)射對(duì)管8個(gè)一組驅(qū)動(dòng)相一致時(shí)，以提高液晶光閥的重復(fù)利用性。所述的一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)，其特征在于每個(gè)液晶光閥對(duì)中，兩個(gè)液晶光閥連接處位于光學(xué)透鏡、紅外發(fā)射二極管的中心軸上，亦位于光學(xué)透鏡焦平面主軸上，兩個(gè)液晶光閥連接處用吸收發(fā)射光波長(zhǎng)的材料遮擋。本發(fā)明能夠有效去除偽觸摸點(diǎn)，可以解決多觸摸點(diǎn)識(shí)別需要多次掃描次問(wèn)題，而且具有響應(yīng)快，無(wú)盲區(qū)等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的墓碑型紅外二極管的示意圖。圖3是本發(fā)明光學(xué)透鏡的外形示意圖。圖4是本發(fā)明中光學(xué)透鏡的傳播光路圖。圖5是本發(fā)明光學(xué)透鏡在焦平面上的斜向入射光情況下的仿真結(jié)果示意圖。圖6是本發(fā)明液晶光閥的排列分布示意圖。圖7是本發(fā)明中正極性液晶光閥開(kāi)通時(shí)的光路傳輸圖。圖8是本發(fā)明中負(fù)極性液晶光閥開(kāi)通時(shí)的光路傳輸圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示。本發(fā)明觸摸屏包括紅外發(fā)射二極管11，紅外接收二極管13，二液晶光閥對(duì)12，光學(xué)透鏡14，不透明物15。其中觸摸屏兩相鄰邊緣布滿紅外發(fā)射二極管，另外兩相鄰邊緣布滿紅外接收二極管，觸摸屏一個(gè)邊緣的紅外發(fā)射二極管與對(duì)側(cè)的紅外接收二極管位置一一正對(duì)，紅外發(fā)射二極管、紅外接收二極管在觸摸屏邊緣緊密排列，形成正交的紅外陣列。在紅外發(fā)射二極管的前方放置有由兩個(gè)不同極性開(kāi)關(guān)互鎖的液晶光閥構(gòu)成的液晶光閥對(duì)12，用來(lái)在不同的時(shí)間控制光學(xué)透鏡不同位置上紅外光的導(dǎo)通與截止。在液晶光閥對(duì)的前方，固定有與液晶光閥對(duì)寬度相匹配的光學(xué)透鏡，紅外發(fā)射二極管處于光學(xué)透鏡的焦平面上，以使通過(guò)液晶光閥對(duì)的紅外光平行出射。不透明物15放置在液晶光閥對(duì)的中間，使紅外光不經(jīng)過(guò)光學(xué)透鏡的主軸，這樣就分時(shí)形成了兩組平行光，也即在不同的時(shí)間形成兩組不同的紅外網(wǎng)格。一旦有一個(gè)觸摸物遮擋，就會(huì)分時(shí)阻擋兩組不同的光路，有兩個(gè)以上的紅外接收二級(jí)管在不同的時(shí)間接收不到紅外光。根據(jù)不同的遮擋即可計(jì)算出多點(diǎn)觸摸的坐標(biāo)。在大尺寸紅外觸摸屏下，需要的紅外發(fā)射對(duì)管較多，使用該方法可以減少掃描時(shí)間，提高多點(diǎn)觸摸的響應(yīng)速度。
液晶光閥在無(wú)外加電壓的情況下，液晶光閥內(nèi)，膜間不能形成有規(guī)律的電場(chǎng)，液晶分子成無(wú)序狀態(tài)，其有效折射率不與聚合物的折射率相匹配，入射光線被強(qiáng)烈反射。在施加外界電壓的情況下，液晶微粒的光軸垂直于薄膜表面排列，即與電場(chǎng)的方向一致，微粒的尋常光折射率與聚合物的折射率基本匹配，構(gòu)成了基本均勻的介質(zhì)，所以入射光不會(huì)發(fā)生散射。本發(fā)明每個(gè)紅外發(fā)射二極管前方的兩個(gè)液晶光閥極性不同，在不同的時(shí)間分別導(dǎo)通，控制不同位置的光線通過(guò)。如圖2所示。墓碑型紅外二極管的后方為長(zhǎng)方體，前方為半球形的扁平二極管，它的寬度為3mm-5mm。如圖3所示。光學(xué)透鏡它由許多結(jié)構(gòu)和性能完全相同的小光學(xué)透鏡單元平面線性排列而成，其中一面是平的，另一面則是周期性起伏變化的曲面。每個(gè)光學(xué)透鏡單元在與排列方向相垂直的方向?qū)饩€不起匯聚作用，而在其排列方向上，每個(gè)光學(xué)透鏡單元?jiǎng)t相當(dāng)于匯聚透鏡，起聚光成像的作用。如圖4所示。把通過(guò)液晶光閥的紅外光看成是一個(gè)單元光，放置在光學(xué)透鏡的焦平面上，即像處在焦平面上，可使得像平面上任意一點(diǎn)均可經(jīng)柱透鏡成為平行光束。如圖所示，以0點(diǎn)為圓心，對(duì)于y=0點(diǎn)，其經(jīng)柱鏡折射后成為沿光軸00’傳播的光束。以光軸00’ 為界，對(duì)于y大于O的點(diǎn)形成的細(xì)平行光束向下傳輸信息；y<0的點(diǎn)形成的細(xì)平行光束則向上傳輸信息，而細(xì)平行光束的寬度均為光學(xué)透鏡單元的柵距P。其中平行光束偏離光軸11 的角度δ的計(jì)算公式如下，y為離原點(diǎn)縱軸的位置，r光柵板為曲率半徑，η為光柵板的折射率
如圖5所示。該點(diǎn)光源位于焦平面主軸的上方，則其輸出光線為向下偏轉(zhuǎn)一定角度的平行光。如圖6所示。所述的一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)，其特征在于 每八個(gè)液晶光閥對(duì)為一組進(jìn)行生產(chǎn)，每個(gè)液晶光包括一個(gè)正極性的和一個(gè)負(fù)極性的液晶光閥，液晶光閥對(duì)組與組連接在一起，與常用的紅外發(fā)射對(duì)管8個(gè)一組驅(qū)動(dòng)相一致時(shí)，以提高液晶光閥的重復(fù)利用性。如圖7所示。圖7為正極性液晶光閥導(dǎo)通時(shí)的光路傳輸圖。假設(shè)檢測(cè)到兩個(gè)觸摸信號(hào)，根據(jù)三角形邊、角的計(jì)算原理，得到了紅外網(wǎng)格的坐標(biāo)定位點(diǎn)。由于兩點(diǎn)的觸摸信號(hào)可以組合得到四個(gè)點(diǎn) A (m，a),B(n, a),C(m, b), D (η, b)；
如圖8所示。圖8為負(fù)極性液晶光閥導(dǎo)通時(shí)的光路傳輸圖。它形成了與圖7不同方向上的傾斜度。當(dāng)圖7檢測(cè)到A、B、C、D四點(diǎn)觸摸坐標(biāo)時(shí)，圖8阻擋了不同光路的光線，經(jīng)坐標(biāo)解算可以得到A，D, E, F四個(gè)點(diǎn)，其中兩個(gè)與圖7坐標(biāo)相同，而另外兩個(gè)不同。根據(jù)兩組坐標(biāo)的分析，可以排除偽觸摸點(diǎn)，通過(guò)普通的觸摸手勢(shì)識(shí)別對(duì)控制界面進(jìn)行多點(diǎn)觸摸響應(yīng)。本發(fā)明工作流程如下
a.逐個(gè)驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射二級(jí)管，并分別給予液晶光閥正電平，使正極性的液晶光閥處于導(dǎo)通狀態(tài)，紅外光通過(guò)正極性的液晶光閥，負(fù)極性的液晶光閥截止。也即，分時(shí)控制紅外發(fā)射管前方同極性的一組液晶光閥導(dǎo)通，另外一組截止。b.根據(jù)正極性的液晶光閥導(dǎo)通時(shí)，在整個(gè)觸摸板上形成交叉的紅外網(wǎng)格；一旦有觸摸發(fā)生，紅外線被遮擋，可得到一組觸摸信號(hào)。c.當(dāng)負(fù)極性的液晶光閥導(dǎo)通時(shí)，正極性的液晶光閥截止，形成了與正極性導(dǎo)通時(shí)方向不同的紅外網(wǎng)格；得到另外一組觸摸信號(hào)。d.由述兩組觸摸信號(hào)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)解算得到兩組觸摸坐標(biāo)；如果兩組觸摸信號(hào)得到的觸摸點(diǎn)都是有且僅有一個(gè)，那么就為單點(diǎn)觸摸；如果檢測(cè)得到多個(gè)觸摸點(diǎn)，則分析第一組和第二組的觸摸坐標(biāo)的組合，去除偽觸摸點(diǎn)，得出真正觸摸的點(diǎn)。e.由上述得到的觸摸點(diǎn)，根據(jù)手勢(shì)識(shí)別，判斷出多點(diǎn)觸摸手勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的手勢(shì)響應(yīng)，對(duì)觸摸界面進(jìn)行多點(diǎn)控制。
權(quán)利要求
1.一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)，包括觸摸屏，其特征在于觸摸屏四邊邊緣中，兩相鄰的邊緣處分別布置有多個(gè)紅外發(fā)射二極管，另外兩相鄰的邊緣處分別布置有多個(gè)紅外接收二極管，觸摸屏其中一個(gè)邊緣處的紅外發(fā)射二極管一一正對(duì)其對(duì)側(cè)邊緣處的紅外接收二極管，每個(gè)紅外發(fā)射二極管出光面前方分別依次設(shè)置有與紅外發(fā)射二極管共中心軸的液晶光閥對(duì)、光學(xué)透鏡，所述液晶光閥對(duì)由兩個(gè)一字連接為一體且橫置在紅外發(fā)射二極管出光面前方的液晶光閥構(gòu)成，每個(gè)液晶光閥對(duì)中兩個(gè)液晶光閥極性不同且開(kāi)關(guān)互鎖，多個(gè)紅外發(fā)射二極管出光面前方的液晶光閥對(duì)中相同極性的液晶光閥所在位置分別對(duì)應(yīng)；當(dāng)液晶光閥對(duì)中，正極性的液晶光閥導(dǎo)通時(shí)，負(fù)極性的液晶光閥截止，每個(gè)紅外發(fā)射二極管出射的激光穿過(guò)各自對(duì)應(yīng)的正極性的液晶光閥，再穿過(guò)各自對(duì)應(yīng)的光學(xué)透鏡后入射至對(duì)側(cè)正對(duì)位置同一側(cè)錯(cuò)開(kāi)一定距離的紅外接收二極管，形成一個(gè)由紅外光構(gòu)成的紅外光網(wǎng)格；當(dāng)液晶光閥對(duì)中，負(fù)極性的液晶光閥導(dǎo)通時(shí)，正極性的液晶光閥截止，每個(gè)紅外發(fā)射二極管出射的激光穿過(guò)各自對(duì)應(yīng)的負(fù)極性的液晶光閥，再穿過(guò)各自對(duì)應(yīng)的光學(xué)透鏡后入射至對(duì)側(cè)正對(duì)位置另一同側(cè)錯(cuò)開(kāi)一定距離的紅外接收二極管，形成另一個(gè)由紅外光構(gòu)成的紅外光網(wǎng)格。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)，其特征在于所述紅外發(fā)射二極管、紅外接收二極管均為墓碑形的紅外二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)，其特征在于每個(gè)紅外發(fā)射二極管出光面前方的液晶光閥對(duì)中兩個(gè)液晶光閥的寬度均小于紅外發(fā)射二極管寬度一半。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)，其特征在于光學(xué)透鏡形狀為柱狀，且紅外發(fā)射二極管位于光學(xué)透鏡焦平面位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)，其特征在于每八個(gè)液晶光閥對(duì)為一排，排與排連接在一起，以提高液晶光閥的重復(fù)利用性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)，其特征在于每個(gè)液晶光閥對(duì)中，兩個(gè)液晶光閥連接處位于光學(xué)透鏡、紅外發(fā)射二極管的中心軸上， 亦位于光學(xué)透鏡焦平面主軸上，兩個(gè)液晶光閥連接處用吸收發(fā)射光波長(zhǎng)的材料遮擋。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于液晶光閥和光學(xué)透鏡的紅外觸摸系統(tǒng)，包括觸摸屏，觸摸屏四邊邊緣中，兩相鄰的邊緣處分別布置有多個(gè)紅外發(fā)射二極管，另外兩相鄰的邊緣處分別布置有多個(gè)紅外接收二極管，每個(gè)紅外發(fā)射二極管出光面前方分別依次設(shè)置有液晶光閥對(duì)、光學(xué)透鏡，液晶光閥對(duì)由兩個(gè)極性不同且開(kāi)關(guān)互鎖的液晶光閥構(gòu)成。本發(fā)明能夠有效去除偽觸摸點(diǎn)，可以解決多觸摸點(diǎn)識(shí)別需要多次掃描次問(wèn)題，而且具有響應(yīng)快，無(wú)盲區(qū)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06F3/042GK102436329SQ20111036181
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者呂國(guó)強(qiáng), 吳娟, 尹靜, 胡躍輝 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)