專利名稱：光學式觸摸屏、顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光學儀器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光學式觸摸屏、顯示裝置。
背景技術(shù)：
隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，各種顯示系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于日常生活中。而隨著生活水平的日益提高，人們已不再滿足被動接收顯示系統(tǒng)提供的信息，近年來發(fā)展了觸摸液晶顯示屏、IPAD等一系列產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的顯示系統(tǒng)上裝配有觸摸屏，可將信息顯示和信息輸入的功能集成在一起，形成了一種方便、快捷的人機交互方式。集成于顯示系統(tǒng)上的觸摸屏通常用于探測觸摸件(例如，手指或電子筆)的在觸摸屏上的觸碰位置。根據(jù)探測原理不同，觸摸屏包括電阻式、電容式、表面聲波式等等。現(xiàn)有技術(shù)中還發(fā)展了一種光學式觸摸屏，在參考圖1中就示出了現(xiàn)有技術(shù)中光學式觸摸屏一實施例的示意圖。所述光學式觸摸屏包括玻璃基板10 ；設(shè)置于玻璃基板10下表面上的光敏陣列11，所述光敏陣列11包括多個按矩陣式排列的光敏元件；位于光敏元件下方的反射基板16，所述反射基板16的底部朝向玻璃基板10設(shè)置有多個反射凸起15，所述反射基板16的一側(cè)設(shè)置有光源14。所述光學式觸摸屏的探測過程具體如下手指(或電子筆)12觸碰玻璃基板10的上表面，光源14發(fā)出的測量光經(jīng)反射凸起15的反射后投射到手指12的尖端，測量光在手指12的尖端發(fā)生反射，隨后反射光投射到光敏陣列11上由光敏元件探測，最終，根據(jù)探測到反射光的光敏元件在光敏陣列11中位置獲知手指12指尖觸碰點的位置。然而，現(xiàn)有技術(shù)的光學式觸摸屏容易受到干擾光源的影響，諸如太陽光等平行光束進入到光學式觸摸屏后，會在光敏元件中產(chǎn)生較強的干擾信號，影響了光學式觸摸屏對觸碰位置探測的準確性。更多光學式觸摸屏的技術(shù)方案請參考公告號為CN101266346C的中國專利。
實用新型內(nèi)容本實用新型解決的問題是提供一種精度較高的光學式觸摸屏。為解決上述問題，本實用新型提供一種光學式觸摸屏，包括背光源，位于背光源上的探測基板，位于探測基板上的光學元件，所述光學元件的上表面為觸摸表面；其中，背光源，用于發(fā)出射向探測基板方向的測量光；探測基板，所述探測基板其朝向背光源一側(cè)上設(shè)置有多個呈矩陣式排列的光敏元件；光學元件，其位于所述探測基板背離背光源的一側(cè)， 且所述光學元件背離所述探測基板的一側(cè)表面為觸摸表面，與所述觸摸表面接觸的對光學式觸摸屏進行觸摸的觸摸件經(jīng)過所述光學元件在光敏元件的探測面上形成第一像；距離所述觸摸面一定距離處入射的干擾光源經(jīng)過所述光學元件在光敏元件的探測面上形成第二像；所述第一像的清晰度大于第二像的清晰度。所述光學元件包括多個位于同一平面且呈矩陣式排列的多個透鏡和透光薄膜，所述透鏡設(shè)置于所述透光薄膜中。[0010]所述光學元件的觸摸表面與透鏡之間的距離為d，所述透鏡與光敏元件探測面之間的距離為D，透鏡的焦距為f，滿足d大于f小于2f，D大于2f的關(guān)系。所述光學元件的觸摸表面與透鏡之間的距離為d，所述透鏡與光敏元件探測面之間的距離為D，透鏡的焦距為f，滿足1/f = l/d+1/D的關(guān)系。d 為 1. 5f，D 為 3f。所述透鏡為菲涅爾透鏡。所述透鏡的焦距f位于0. 1 3mm的范圍內(nèi)。還包括計算單元，根據(jù)觸摸件在光敏元件上的探測面形成的第一像的尺寸，同時， 基于物高/像高=物距/像距的成像公式計算所述觸摸件到觸摸表面的距離。所述光敏元件呈mX η的矩陣式排列，所述透鏡呈MXN的矩陣式排列，滿足M小于或等于m，并且N小于或等于η的關(guān)系，m、η、M和N為自然數(shù)。本實用新型還提供一種包括所述光學觸摸屏的顯示裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點1.本實用新型提供的光學式觸摸屏濾除干擾光對探測觸摸位置的干擾，提高了測量精度；2.根據(jù)光敏元件所測量的像的大小，可以獲得手指距離觸摸表面的距離。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)光學式觸摸屏一實施例的示意圖；圖2是本實用新型光學式觸摸屏一實施例的示意圖；圖3是圖2所示光學式觸摸屏的光路示意圖；圖4是圖2所示干擾在光學式觸摸屏的光路示意圖；圖5是本實用新型光學式觸摸屏另一實施例的示意圖。
具體實施例為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的具體實施例做詳細的說明。參考圖2示出了本實用新型光學式觸摸屏一實施例的示意圖。所述光學式觸摸屏 100包括背光源120、位于背光源120上的110探測基板、位于探測基板110上的光學元件 130，其中，所述背光源120包括反射基板106和光源104。所述反射基板106可將光源104 發(fā)出的光線反射向探測基板110的方向形成測量光，以便于在手指觸摸光學式觸摸屏時探測觸摸位置。具體地，所述反射基板106為一平板玻璃，光源104設(shè)置于平板玻璃的一個側(cè)面上，所述光源104可以是LED組，用于分時發(fā)出紅、綠、藍三元色的光，所述平板玻璃的朝向探測基板110—側(cè)的表面(在圖中為上表面)可透射光源104發(fā)出的光，所述平板玻璃的背離探測基板一側(cè)的表面(在圖中為下表面)不透光，并且下表面上還設(shè)置有多個反射凸起105，所述反射凸起105可將投射到反射凸起105上的光反射向探測基板的方向，從而形成測量光。在其他實施例中，所述背光源120也可以是其他結(jié)構(gòu)，能發(fā)射出向探測基板方向的測量光即可，例如為直接射向探測基板110方向的光源或者多次反射或者折射后將測量光射向探測基板方向的光源。探測基板110包括透光基板101、設(shè)置于透光基板101朝向背光源120 —側(cè)的表面，(在圖中為下表面)的光敏陣列102。所述光敏陣列102包括多個光敏元件，所述多個光敏元件在透光基板101朝向背光源120 —側(cè)的表面(在圖中為下表面)按照矩陣方式排列，所述光敏元件按照探測面朝向透光基板101的方式設(shè)置于透光基板101的下表面。 具體地，所述光敏元件為可成像的光學元件，例如，所述光敏元件為電荷耦合元件(CCD， Charge-coupled Device)。具體地，所述透光基板101為一平板玻璃。光學元件130包括透光薄膜103、設(shè)置于透光薄膜103中且位于同一平面內(nèi)的多個透鏡，所述透光薄膜103的背離所述探測基板110的一側(cè)表面(在圖中為上表面)為光學式觸摸屏的觸摸表面，所述多個透鏡在透光薄膜103中按照矩陣式排列，形成透鏡陣列 107。在另一實施例中，上述光學元件130也可以是包括透光薄膜、設(shè)置于透光薄膜中且位于同一平面內(nèi)的多個透鏡組或者其他的聚焦光學器件，所述多個透鏡組或者其他的聚焦光學器件可以起到將觸摸表面的觸摸件成像到光敏陣列102的探測面的作用。上述實施例并不構(gòu)成對上述光學元件的具體限定，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的可以起到將觸摸表面的觸摸件成像到光敏陣列的探測面的作用的結(jié)構(gòu)在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。所述光學元件130可使觸碰到透光薄膜103上表面的觸摸件，即手指108在光敏元件的探測面形成第一像，同時，所述光學元件130可使距離所述觸摸面一定距離處入射的干擾光源(例如太陽或與太陽類似的平行光)在光敏元件的探測面中形成第二像。所述光敏元件用于將所述像轉(zhuǎn)換為信號例如，所述信號為電信號，但是本實用新型并不限制于此。由于所述光學元件130可使第一像的清晰度大于第二像的清晰度，所述光敏元件具有探測閾值，由于第二像的清晰度較小，小于所述探測閾值，同時由于手指所成的第一像的清晰度較大，大于所述探測閾值，因此，所述光敏元件在進行探測時，不會探測到太陽光所成第二像的信息，從而將太陽光的干擾信號進行濾除，進而避免了太陽光(或與太陽光類似的平行光)對觸摸位置探測的干擾，從而提高了觸摸位置的測量精度。下面結(jié)合光學元件的具體實施例，以及光學元件對手指和太陽光的成像光路，進一步說明本實用新型的技術(shù)方案。在后續(xù)實施例中，所述干擾光源以太陽光為例。參考圖3，示出了圖2所示的光學元件一實施例對太陽光的成像光路。本實施例中所述光學元件包括多個焦距為f的透鏡203 ；所述透鏡203為短焦距透鏡，也就是說f較小。將透鏡203到光敏元件的探測面204的距離為D，透光薄膜的上表面到透鏡203的距離為d，則滿足D > 2f，且d大于f且小于2f的關(guān)系。以201代表太陽，并將太陽201與透鏡203之間的距離表示為L，由于太陽距離透鏡203的距離非常遠，那么滿足L遠大于2f，根據(jù)成像公式1/f = l/u+1/v ；其中的f為焦距，u為物距，ν為像距。本實施例中L為物距，也就是1/f = 1/L+1/ ν,由于物距L遠大于2f，那么像距ν大于f但是約等于f，也就是說太陽光通過透鏡203之
5后，在f和2f之間、且靠近f的位置處成像。而本實施例中，由于光敏元件的探測面204距離透鏡203的距離D大于2f，從而使光敏元件的探測面204距離太陽成像位置處的距離較遠，因此太陽在光敏元件的探測面 204位置處形成的第二像為模糊的像。參考圖4，示出了圖3所示光學元件對手指的成像光路。由于透光薄膜的上表面到透鏡203的距離為d，那么，當手指206觸碰透光薄膜的上表面時，所述手指206與透鏡203 之間的距離為d，由于d大于f且小于2f的關(guān)系，根據(jù)成像公式1/f = l/u+1/v ；其中的f為焦距，u為物距，ν為像距。本實施例中手指206與透鏡203之間的距離d為物距，也就是1/f = l/d+1/v,由于物距d大于f且小于2f，那么像距ν大于2f，也就是說手指206通過透鏡203之后，在大于2f的位置處形成像。而本實施中，由于光敏元件的探測面204距離透鏡203的距離D > 2f，因此手指成像位置與光敏元件的探測面204的位置較為接近，因此與太陽在光敏元件的探測面204形成的第二像相比，手指206在光敏元件的探測面204形成的第一像較為清晰。由于太陽光在光敏元件的探測面204所形成的第二像的清晰度較小，光敏元件無法探測到太陽所形成的信號，進而可將太陽光所形成的信號進行濾除，進而避免了太陽光 (或與太陽光類似的平行光)對觸摸位置探測的干擾，從而提高了觸摸位置的測量精度。在較佳實施例中，手指與透鏡203之間的距離(也就是透光薄膜的上表面與透鏡 203之間的距離)為d、透鏡203到光敏元件的探測面204的距離為D與透鏡203的焦距f 之間滿足成像公式，即1/f = l/d+1/D ；也就是說光敏元件的探測面204恰好位于手指所成像的位置處，這使光敏元件的探測面204所探測到的手指的像最為清晰，與太陽光在光敏元件的探測面上所形成的像的清晰度差別大，以便于更好的濾除太陽光在光敏元件所產(chǎn)生的信號。具體地，透光薄膜的上表面與透鏡203之間的距離d為1. 5f，而透鏡203到光敏元件的探測面204的距離為D為3f，滿足成像公式，即1/f = 1/1. 5f+l/3f，當手指在觸碰到透光薄膜的上表面時，在光敏元件的探測面204上形成清晰像。繼續(xù)參考圖2，透光陣列107中的多個透鏡成MXN的矩陣排列，而光敏元件成 mXn的矩陣排列，那么滿足M小于或等于m ；而N小于或等于n，也就是說在矩陣的兩個方向上，光敏元件的密度均大于透鏡的密度，從而使光敏元件較好地探測到透鏡所成的像，m、 n、M和N為自然數(shù)。具體地，所述透鏡203采用菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡為聚烯烴材料注壓而成的薄片，通常菲涅爾透鏡的焦距較小，焦距的范圍在0. Imm 3mm的范圍內(nèi)。多個菲涅爾透鏡可通過壓印(imprinting)方式形成于可透光的光學薄膜中，以形成光學元件。實際應(yīng)用中， 可根據(jù)透鏡203的焦距f的數(shù)值，確定透光薄膜的上表面到透鏡203的距離d、透鏡203到光敏元件的探測面204的距離D。參考圖5，示出本實用新型光學式觸摸屏另一實施例的示意圖，所述光學式觸摸屏包括背光源(圖未示)；位于背光源上的探測基板320，所述探測基板320包括透光基板 303、位于透光基板303朝向背光源一面的多個光敏元件304，所述多個光敏元件304呈矩陣式排列、且所述光敏元件304的探測面朝向透光基板303 ；光學式觸摸屏還包括位于探測基板320上的光學元件330，所述光學元件330包括透光薄膜306、設(shè)置于透光薄膜306中的多個透鏡305，所述多個透鏡305在透光薄膜306中按照矩陣式排列，形成透鏡陣列。所述透鏡陣列可使手指301成像，本實施例中，當手指301觸碰到透光薄膜306的上表面時所成像的像面與所述光敏元件304的探測面共面，但是本實用新型并不限制于此。太陽光經(jīng)過光學元件在光敏元件304的探測面上形成的第二像清晰度較小，所述光敏元件304不會探測到所述第二像的信號，進而避免了太陽光對手指位置探測的影響。此外，所述光學式觸摸屏還包括一計算單元(圖未示)，所述計算單元連接于所述光敏元件，可根據(jù)光敏元件探測到的手指301所成像的大小，計算手指301與光學元件上表面，也就是距離觸摸表面的的距離。下面結(jié)合圖5，具體說明計算單元計根據(jù)成像的大小計算手指301與透鏡305距離的原理?，F(xiàn)有公知常識中，存在物高/像高=物距/像距的成像關(guān)系式，本實施中，由于手指301的尺寸不變，且透鏡305與光敏元件304之間的距離不變，因此物高和像距均為定值，所以像高與物距成反比，如圖5所示，當手指301離透鏡305的距離為dl時，由于dl較大，背光源發(fā)出的測量光透射至手指301時發(fā)生反射，反射光無法再光敏元件304上成像， 因此在光敏元件304中像Al中沒有與手指301對應(yīng)的像；當手指301逐漸靠近透鏡305，與透鏡305的距離為d2時，由于d2小于dl，光敏元件304中形成的像A2包括部分手指301 的像，在像A2中手指301的像呈月牙狀(即手指尖端所成的像)，尺寸較??；當手指301再逐漸靠近透鏡305，與透鏡305的距離為d3時，d3小于d2，光敏元件304中形成的像A3包括完整的手指301的像；當手指301靠近透鏡305、并且觸碰到透鏡305的上表面時，手指 301與透鏡305的距離為d4，光敏元件304中形成的像A4包括完整的手指301的像，且A4 中手指301的像大于A3中手指301的像。手指301的尺寸不變(即物高為定值)，透鏡305與光敏元件304之間的距離不變 (即像距為定值)，根據(jù)物高/像高=物距/像距的成像關(guān)系式、光敏元件304探測到的手指301的像的大小(即像高)獲得手指301與透鏡305之間距離的相對大小(物距)，由于透鏡305與透光薄膜的上表面(觸摸面)的間距固定，因此光敏元件304中的計算單元，進一步地可以減去透鏡305與接觸面之間的距離，從而獲得手指301與觸摸面之間距離。由此可見，本實施例的光學式觸摸屏不僅可以獲得手指在觸摸表面內(nèi)的位置，還可以獲得手指距離觸摸表面的距離，進而獲得手指觸摸位置的三維位置，從而使本實用新型的光學式觸摸屏適用于3D顯示裝置。綜上，本實用新型提供的光學式觸摸屏探測觸摸位置的精度較高；還可以在三維方向測量手指觸摸位置，進而適用于3D顯示裝置。需要說明的是，上述實施例中，光學式觸摸屏的觸摸件以手指為例，但是本實用新型并不限制于此，還可以是電子筆等其他觸摸件。相應(yīng)地，本實用新型還提供一種包括上述光學式觸摸屏的顯示裝置，所述顯示裝置可以是液晶顯示裝置，也可以是有機發(fā)光二極管顯示裝置(Organic Light-Emitting Diode, OLED)。本實用新型雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本實用新型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本實用新型技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本實用新型技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種光學式觸摸屏，其特征在于，包括背光源，探測基板和光學元件，其中，背光源，用于發(fā)出射向探測基板方向的測量光；探測基板，其朝向背光源一側(cè)設(shè)置有多個呈矩陣式排列的光敏元件；光學元件，其位于所述探測基板背離背光源的一側(cè)，且所述光學元件背離所述探測基板的一側(cè)表面為觸摸表面，與所述觸摸表面接觸的觸摸件經(jīng)過所述光學元件在光敏元件的探測面上形成第一像；距離所述觸摸面一定距離處入射的干擾光源經(jīng)過所述光學元件在光敏元件的探測面上形成第二像；所述第一像的清晰度大于第二像的清晰度。
2.如權(quán)利要求1所述的光學式觸摸屏，其特征在于，所述光學元件包括多個位于同一平面且呈矩陣式排列的透鏡和透光薄膜，所述透鏡設(shè)置于所述透光薄膜中。
3.如權(quán)利要求2所述的光學式觸摸屏，其特征在于，所述光學元件的觸摸表面與透鏡之間的距離為d，所述透鏡與光敏元件探測面之間的距離為D，透鏡的焦距為f，滿足d大于 f小于2f，D大于2f的關(guān)系。
4.如權(quán)利要求3所述的光學式觸摸屏，其特征在于，所述光學元件的觸摸表面與透鏡之間的距離為d，所述透鏡與光敏元件探測面之間的距離為D，透鏡的焦距為f，滿足1/f = l/d+1/D的關(guān)系。
5.如權(quán)利要求4所述的光學式觸摸屏，其特征在于，d為1.5f，D為3f。
6.如權(quán)利要求2所述的光學式觸摸屏，其特征在于，所述透鏡為菲涅爾透鏡。
7.如權(quán)利要求6所述的光學式觸摸屏，其特征在于，所述透鏡的焦距f位于0.1 3mm 的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的光學式觸摸屏，其特征在于，還包括計算單元，根據(jù)觸摸件在光敏元件上的探測面形成的第一像的尺寸，同時，基于物高/像高=物距/像距的成像公式計算所述觸摸件到觸摸表面的距離。
9.如權(quán)利要求2 8任意一權(quán)利要求所述的光學式觸摸屏，其特征在于，所述光敏元件呈mXη的矩陣式排列，所述透鏡呈MXN的矩陣式排列，滿足M小于或等于m，并且N小于或等于η的關(guān)系，m、n、M和N為自然數(shù)。
10.一種顯示裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求1 9任意一權(quán)利要求所述的光學觸摸屏。
專利摘要一種光學式觸摸屏以及包括所述光學式觸摸屏的顯示裝置，所述光學式觸摸屏包括背光源，探測基板和光學元件，其中，背光源，用于發(fā)出射向探測基板方向的測量光；探測基板，其朝向背光源一側(cè)設(shè)置有多個呈矩陣式排列的光敏元件；光學元件，其位于所述探測基板背離背光源的一側(cè)，且所述光學元件背離所述探測基板的一側(cè)表面為觸摸表面，與所述觸摸表面接觸的觸摸件經(jīng)過所述光學元件在光敏元件的探測面上形成第一像；距離所述觸摸面一定距離處入射的干擾光源經(jīng)過所述光學元件在光敏元件的探測面上形成第二像；所述第一像的清晰度大于第二像的清晰度。
文檔編號G06F3/042GK202167000SQ201120092390
公開日2012年3月14日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者唐德明, 毛劍宏 申請人:上海麗恒光微電子科技有限公司