专利名称：一种红外线导光柱的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种导光柱，尤其涉及一种应用于红外触摸屏的红外线导光柱。
背景技术：
现有红外触摸产品，其采用方式都是通过由沿着触摸区域四周安装在X、Y方向排布均匀的红外发射管和红外接收管，控制和驱动电路在MCU执行代码的控制下驱动红外发射管和红外接收管，对应扫描形成X方向和Y方向横竖交叉的红外线矩阵。当有触摸时，手指或其它物体就会挡住经过该点的横竖红外线，由控制系统判断出触摸点在触摸屏上的位置。目前在红外触摸屏领域，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，减少红外触摸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:在普通红外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“一种红外触摸屏及其多点触摸定位方法”等。现有红外触摸屏专利技术或产品中无论是单点还是多点红外触摸屏，其红外触摸屏的基本组装方式，都是将红外管放于触摸屏的触摸面之上，在该结构中，都存在以下问题:1、抗强光干扰的能力差。现有红外触摸屏，由于红外管是放在触摸面之上，外部的光线很容易射到红外接收单元，从而影响触摸屏的正常工作，因此一般的红外触摸屏都不能在强光(如阳光或较强的白炽灯)下正常工作。2、红外触摸屏触摸面的四边都存在较宽和较高的边沿凸起。在现有红外触摸屏领域，红外管一般都安装在屏体触摸面的上方，加上红外管保护结构的厚度，从而在屏体的四边形成较高和较宽的边沿凸起，对触摸屏的安装和触摸设备外观设计产生很大的限制，不容易用于制造真正的一体化红外触摸产品。针对上述问题，美国专利US2007/0165008 Al”一种小型红外屏触摸屏装置”，降低触摸屏边框宽度和产品成本。此装置“包括一个安装在框架里的触摸屏，一个安装在显示屏后部后面的电路板，一个安装在电路板上的红外发射装置和一个安装在电路板上的红外接收装置。一个第一反射装置和红外发射装置进行光通信，所述的第一反射装置可以改变显示屏后部红外发射装置产生的红外光束的方向，使其经过所述显示屏的前部区域。第二个反射装置与第一个反射装置进行光通信，第二个反射装置可以将改变所述显示屏前端的红外光束的方向，使其到达显示屏后部红外检测装置。”但该技术在应用中还存在如下不足:1.由于红外发射装置和红外接收装置安装在电路板上，而电路板又安装在显示屏的背面，反射装置与显示屏又是相互独立的，在红外光通路上发射装与反射装置的相对位置不易确认和可靠的固定。大家都熟知红外发射装置和红外接收装置需要一一对应，这样势必会给安装调试带来很大的麻烦，同时显示屏背面不平整及显示屏与反光结构相对位置变化都会影响到安装精度，安装精度又会直接影响到触摸产品的性能。[0008]2.由于安装红外发射装置的电路板和红外接收装置的电路板，均设置在显示屏的背面，而反射装置又超出显示屏的正面，显示屏存在一定的厚度，这将导致红外发射装置的发射的红外光传到红外接收装置接收需在反射装置中走过路径长，而导致红外接收装置接收的光强度很弱。使该红外屏装置成本高，可靠性差，抗干扰能力弱。3.触摸面即为显示屏外表面，长时间使用会对显示屏造成很大影响，同时悬浮高度也没办法解决，即使用过程中还未“点中”触摸屏就已经响应，这样极易造成各种误操作。另有专利号为200420117952.3 “一种使用反光镜的红外触摸屏的光路系统”，“由直立安装在与显示表面相平行的电路板上的红外发射和接收管阵列及其前方的，与显示表面成45度角的反光镜构成。红外发射管所发射的红外线被反光镜反射后，通过显示表面前方到达接收管前方的反光镜被反射到接收管。该结构特别适合触摸显示器，反光镜安装在显示表面和前面板之间构成光通路，发射和接收管安装在显示元件电路板上，降低了触摸屏的厚度或高度。”但是该技术在应用中存在如下不足:1.当安装红外发射管和接收管的电路板置于显屏的背面时，而反光镜又超出显示屏的正面，显示屏都存在一定的厚度，这将导致红外发射管的红外光到红外接收管需走过的路径更长，从而导致红外接收管接收的光强度变弱。使该红外屏装置成本高，可靠性差，抗干扰能力弱。2.红外光反射面与显不表面成45度角，若米用反光镜结构将会导致干扰光扰的进入和灰尘进入反射面造成反射性能的下降导至信号质量的下降，使工作的可靠性下降。若采用直角三棱镜的45度斜面作为反光面时，红外触摸屏的边沿效应会比较明显，这将严重影响触摸性能。3.若该系统安装于显示屏正面时，不能达到降低触摸屏厚度或高度的效果。若电路板安装在显示屏的背面，而红外发射管和红外接收管安装的电路板上面，反光镜装置与显示屏又是相互独立的，在红外光通路上发射管与反射装置的相对位置不易确认和可靠的固定，而红外发射管和红外接收管需要一一对应，这样势必会给安装调试带来很大的麻烦，同时显示屏背面不平整及显示屏与反光结构相对位置变化都会影响到安装精度，安装精度又会直接影响到触摸产品的性能。电路板安装在显示屏的背面，反光装置与显示屏又是相互独立的，两者的相对位置极不稳定。4.触摸面即为显示屏外表面，长时间使用会对显示屏造成很大影响，同时悬浮高度也没办法解决，即使用过程中还未“点中”触摸屏就已经响应，这样极易造成各种误操作。
实用新型内容为了解决现有红外触摸屏存在的上述缺陷，本实用新型的目的是提供一种新型高性能红外线导光柱。该红外线导光柱加工的红外触摸屏能使红外线发射管发出的红外光以最少的衰减传输到红外接收管，又可以避免产生边沿效应，同时安装调试简单，能提供超窄边框，超低边框厚度并且有简洁美观的外形的红外多点及单点触摸屏，利用本实用新型的红外导光柱完全可以生产出满足正常使用需求的红外触摸产品。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下:一种红外线导光柱，其特征在于:所述导光柱的截面呈倾斜的“凸”字形，“凸”字形导光柱一侧延伸为横向的承台，下端成直面或外凸弧形面的聚光界面；所述“凸”字形导光柱的外侧端成倾斜直面或弧形面的反光界面，内侧端成倾斜的直面或弧形面的折射界面。所述“凸”字形导光柱的另一侧延伸为竖向的裙边。所述“凸”字形导光柱下端成外凸弧形的聚光界面，外侧端成倾斜的直面的反光界面，反光界面与承台所在平面的夹角大于39.5°小于45°，或大于45°小于55°，所述内侧端成倾斜直面的折射界面，折射界面与承台所在平面的夹角大于64°小于90°或大于90度小于140°。所述“凸”字形导光柱下端成外凸弧形的聚光界面，外侧端成弧形的反光界面，内侧端成倾斜直面的折射界面，折射界面与承台所在平面的夹角大于64°小于90°或大于90度小于140°。 所述“凸”字形导光柱为通过红外光的光学材料。本实用新型具有以下优点:1、本实用新型中，“凸”字形导光柱的聚光界面的下方分别设置红外发射管和红外接收管，导光柱对红外光束进行会聚和/或反射和/或折射，使红外光束尽可能成平行光通过红外触摸屏的触摸区域，减小红外光信号的衰减，增强红外光束的信号强度，提高红外触摸屏的抗干扰能力。2、本实用新型中，所述导光柱外凸弧形的聚光界面，类似凸透镜形状，具有如下优点:利用凸透镜的聚光原理，适当调整红外管与曲面的距离，在发射端能将红外管发出的发射角度分散的红外光(类似点光源)汇聚成近似平行光向前传输。在接收端又能将较大角度范围内的近似平行的红外光汇聚，即能增加检测范围又能增强接收红外光信号强度。从而有利于减少红外光信号的损失，提高红外触摸产品的抗干扰能力，提高红外触摸产品的触摸精度，同时又可以降低红外管发射功率，提高红外触摸产品的使用寿命。3、本实用新型中所述“凸”字形导光柱的一侧延伸为竖向的裙边，用于保护红外发射和/或接收装置及红外光的入射和出射面。4、本实用新型中，所述红外反光界面与承台所在平面的夹角大于39.5°小于45°或大于45°小于55° (在产品中实质是红外反光界面与触摸面的夹角)。具有如下优点:在此范围内的角度即能能保证发射管发出的红外光在红外反光界面上发生全发射，防止红外信号的损失，适当调整折射界面与垂直方向的角度，又能使得反射后的红外光经折射界面折射后以平行于触摸面的方向传输，同时又可以避免边沿效应。5、本实用新型中，红外折射界面与承台所在平面的夹角大于64°小于90°或大于90°小于140° (在产品中实质是折射界面与触摸面的夹角)。具有如下优点:由于采有斜面，可以有效避免红外触摸产品产生边沿效应(边沿效应，为X边反射Y的发射信号，造成Y收到了从X边反射过来信号从而造成红外屏错误的判定是从Y直接发过来的信号)。6、本实用新型中，所述红外反光界面为弧形面时，类似凹面镜。具有如下优点:红外发射管发出的红外光经聚光界面聚光后并不能保证所有光线均为平行光，还是存在一部分有一定发散角度的红外光，利用凹面镜的聚光作用(例如汽车灯，手电筒等)可以将较大发散角度的红外光汇聚成平行光，从而有利于减少红外光信号的损失，提高红外触摸产品的抗干扰能力，提高红外触摸产品的触摸精度，同时又能降低红外管发射功率，提高红外触摸产品的实用寿命。7、本实用新型中，聚光界面设计为弧面，红外发射管(接收管)置于弧面焦点处，反光界面为弧形面，发射端导光柱和接收端导光柱完全对称。在发射端红外发射管发出的红外光经聚光界面聚光后，大部分红外光转换为小角度向上的光，向上的红外光以大于全发射临界角的入射角入射至红外反光界面，在反光界面上将发生全发射，并由于反射介面为弧面同时聚焦，反射后小角度光变为平行光，其更加有效的减少红外光信号的损失，提高红外触摸产品的抗干扰能力。8、本实用新型中包括承台，实际产品中触摸屏体(本专利中的触摸屏体均为:由玻璃或其它透明材料构成的面板)固定于承台的上表面，电路板固定于承台的下表面。触摸屏体固定在承台的上面，有利于整个导光柱结构的稳定，减少悬浮高度，同时也可以加强触摸手感，电路板固定(粘结或螺钉锁护)在承台的下表面，有利于红外发射管和红外接收管的对位，使得红外触摸产品安装调试简便，适合大批量生产。
图1为本实用新型的一种截面结构示意图；图2是本实用新型实施例1的结构示意图；图3是本实用新型实施例2的结构示意图；图4是本实用新型实施例3的结构示意图；图5是本实用新型实施例4的结构示意图；图6是本实用新型应用于触摸屏的结构示意图。图中标记I是承台，2是裙边，3是聚光界面，4是反光界面，5是折射界面，6是红外发射管，7是触摸屏体，8是电路板，e是反射界面与承台所在平面的夹角，a为折射界面与承台所在平面的夹角。
具体实施方式
实施例1一种红外线导光柱，如图2所示，该导光柱的截面大致呈倾斜的“凸”字形，“凸”字形导光柱一侧延伸为横向的承台1，另一侧延伸为竖向的裙边2，中部下端成外凸弧形面或直面的聚光界面3 ;“凸”字形导光柱的外侧端成倾斜直面反光界面4，内侧端成倾斜的直面的折射界面5。该红外线导光柱应用于红外触摸屏的连接关系是，(如图6所示)，触摸屏体7位于承台I的上表面，并与承台I上表面粘接，电路板8位于承台I的背面，并与承台I的背面固定连接，电路板的一侧与导光柱的裙边2紧密配合，红外发射管6位于聚光界面3的下部，由聚光界面3、承台1、电路板8以及裙边2所围成的相对密闭的空腔中。其工作原理是:红外线导光柱为折射率1.488 (以红外波长0.94nm)的PMMA材料，聚光界面3设计为弧面，弧面焦点在红外发射管6 (或接收管)，反光界面4与承台I所在平面的夹角e大于39.5°小于45°或大于45°小于55° (实质是反光界面4与触摸面的夹角大于39.5°小于45°或大于45°小于55° ),折射界面与承台所在平面的夹角a大于64°小于90°或大于90度小于140° (实质是折射界面4与触摸面的夹角大于39.5°小于45°或大于45°小于55° )，所述反射界面与承台的夹角和折射界面与承台的夹角一一对应，其目的就是在发射端将垂直与触摸面的红外光通过反射和折射后变成平行触摸面的红外光，在接收端将平行触摸面的红外光通过折射和反射后变成垂直触摸面的红外光，其角度对应关系满足下式，Sin(a-90° )/Sin (a_2e) =n。其中，e为反射界面与承台所在平面的夹角，a为折射界面与承台所在平面的夹角，η为导光柱材料的折射率。当反光界面4与触摸屏体7夹角为48度时，折射界面5与触摸面夹角为107度，且发射端导光柱和接收端导光柱完全对称。在发射端红外发射管6发出的红外光经聚光界面3聚光后,大部分红外光转换为为垂直向上的平行光，并且垂直向上的红外光以48度入射角入射红外反光界面4，由于导光柱的折射率为1.488，根据公式(1.488 = sin90/sina)可以计算出本材料的全反射角为a=41.5度，当红外光以48度入射角入射时，在反光界面4上将发生全发射，反射后红外光与触摸面9夹角约等于6度，反射后的红外光以约为11度角入射折射界面5，由折射率1.488计算出折射后的光以与触摸屏体7平行光出射；在接收端，从发射端导光柱传输过来的平行光入射到接受端红外导光柱折射界面，折射后约为11度入射到反光界面，发生全发射，反射后红外光经聚光界面汇聚后被红外接收管接收。本实用新型利用凸透镜的聚光原理，适当调整红外发射管与曲面的距离，在发射端能将红外管发出的发射角度分散的红外光(类似点光源)汇聚成近似平行光向前传输。在接收端又能将较大角度范围内的近似平行的红外光汇聚，即能增加检测范围又能增强接收红外光信号强度。从而有利于减少红外光信号的损失，提高红外触摸产品的抗干扰能力，提高红外触摸产品的触摸精度，同时又可以降低红外管发射功率，提高红外触摸产品的使用寿命。实施例2—种红外线导光柱，如图3所示，该导光柱的截面大致呈倾斜的“凸”字形，“凸”字形导光柱一侧延伸为横向的承台1，另一侧延伸为竖向的裙边2，中部下端成外凸弧形面的聚光界面3 ;“凸”字形导光柱的外侧端成倾斜弧形面的反光界面4，内侧端成倾斜的直面的折射界面5。该红外线导光柱应用于红外触摸屏的连接关系是，(如图6所示)，触摸屏体7位于承台I的上表面，并与承台I上表面粘接，电路板8位于承台I的背面，并与承台I的背面固定连接，电路板的一侧与导光柱的裙边2紧密配合，红外发射管6位于聚光界面3的下部，由聚光界面3、承台1、电路板8以及裙边2所围成的相对密闭的空腔中。其工作原理是:导光柱为折射率1.488 (以红外波长0.94nm)的PMMA材料，聚光界面3设计为平面或弧形面，反光界面4为弧形面，折射界面5与触摸面夹角为107度。发射端导光柱和接收端导光柱完全对称。在发射端红外发射管6发出的红外光经聚光界面3后，折射向上入射到红外反光界面4，在反光界面4上将发生全发射，并且由于反光界面4曲面产生聚焦成近似平行光，反射后平行的红外光与触摸面夹角约等于6度，反射后的红外光以约为11度角入射折射界面5，由折射率1.488计算出折射后的红外光以与触摸面平行出射；在接收端，从发射端导光柱传输过来的平行光入射折射界面，以约为11度折射角透射至反射界面，接着红外光发生全发射并由于反射界面为曲面产生聚焦而转为焦点在红外接收管的向下红外光透过聚光界面被红外接收管接收。所述红外反光界面为曲面时，类似凹面镜。具有如下优点:红外发射管发出的红外光经聚光界面聚光后并不能保证所有光线均为平行光，还是存在一部分有一定发散角度的红外光，利用凹面镜的聚光作用(例如汽车灯，手电筒等)可以将较大发散角度的红外光汇聚成平行光，从而有利于减少红外光信号的损失，提闻红外触摸广品的抗干扰能力，提闻红外触摸广品的触摸精度，同时又能降低红外管发射功率。实施例3一种红外线导光柱，如图4所示，与实施例1相比，不同在于:该导光柱的截面大致呈倾斜的“凸”字形，“凸”字形导光柱一侧延伸为横向的承台1，另一侧延伸为竖向的裙边2，中部下端成直面的聚光界面3 ;“凸”字形导光柱的外侧端成倾斜弧形面的反光界面4，内侧端成倾斜的直面的折射界面5。实施例4一种红外线导光柱，如图5所示，与实施例1相比，不同在于:该导光柱的截面大致呈倾斜的“凸”字形，“凸”字形导光柱一侧延伸为横向的承台1，另一侧延伸为竖向的裙边2，中部下端成外凸弧形面或直面的聚光界面3 凸”字形导光柱的外侧端成倾斜直面反光界面4，内侧端成倾斜的弧形面的折射界面5。上述所有实施例，能防止红外信号的损失，适当调整折射界面与垂直方向的角度，又能使得反射后的红外光经折射界面折射后以平行于水平面的方向传输，同时又可以避免边沿效应；有利于减少红外光信号的损失，提高红外触摸产品的抗干扰能力，提高红外触摸产品的触摸精度，同时又能降低红外管发射功率，提高红外触摸产品的使用寿命；实际产品中触摸屏固定于承台的上表面，电路板固定于承台的下表面。触摸屏固定在承台的上面，有利于整个导光柱结构的稳定，减少悬浮高度，同时也可以加强触摸手感，电路板固定(粘结或螺钉锁护)在承台的下表面，有利于红外发射和红外接收管的对位，使得红外触摸产品安装调试简便，适合大批量生产。上述实施方式只是优先的实施方式，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。
权利要求1.一种红外线导光柱，其特征在于:所述导光柱的截面呈倾斜的“凸”字形，“凸”字形导光柱一侧延伸为横向的承台(I)，下端成直面或外凸弧形面的聚光界面(3);所述“凸”字形导光柱的外侧端成倾斜直面或弧形面的反光界面(4)，内侧端成倾斜的直面或弧形面的折射界面(5)。
2.根据权利要求1所述的红外线导光柱，其特征在于:所述“凸”字形导光柱的另一侧延伸为竖向的裙边(2)。
3.根据权利要求1或2所述的红外线导光柱，其特征在于:所述“凸”字形导光柱下端成外凸弧形的聚光界面(3)，外侧端成倾斜的直面的反光界面(4)，反光界面(4)与承台(I)所在平面的夹角大于39.5°小于45°或大于45°小于55°，所述内侧端成倾斜直面的折射界面(5),折射界面(5)与承台(I)所在平面的夹角大于64°小于90°或大于90°小于140。。
4.根据权利要求1或2所述的红外线导光柱，其特征在于:所述“凸”字形导光柱下端成外凸弧形的聚光界面(3)，外侧端成弧形的反光界面(4)，内侧端成倾斜直面的折射界面(5)，折射界面(5)与承台(I)所在平面的夹角大于64°小于90°或大于90°小于140°。
5.根据权利要求1或2所述的红外线导光柱，其特征在于:所述“凸”字形导光柱为通过红外光的光学材料。
专利摘要本实用新型一种红外线导光柱，该导光柱的截面呈倾斜的“凸”字型，“凸”字型导光柱一侧延伸为横向的承台，另一侧延伸为竖向的裙边(可选)，中部下端成直面或外凸弧形面的聚光界面；所述“凸”字型导光柱的外侧端成倾斜直面或弧形面的反光界面，内侧端成倾斜的直面或弧形面的折射界面。能防止红外信号的损失，提高红外触摸产品的抗干扰能力，减少悬浮高度，提高红外触摸产品的实用寿命。
文档编号G02B6/00GK203012685SQ20122066223
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者唐海卫, 张春来, 钟德超, 敖勇 申请人:成都吉锐触摸技术股份有限公司