专利名称：一种基于液晶光阀和光学透镜的红外触摸系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及红外触摸屏领域，具体为一种基于液晶光阀和光学透镜的红外触摸系统。
背景技术：
红外触摸屏是一种自然的人机交互设备，以其自然性和方便性，正逐渐成为一种极富吸引力的全新多媒体交互设备。红外触摸屏具有高透光性、使用寿命长、不怕刮伤等特点，尤其在大尺寸显示方案中具有很高的性价比。早期红外触摸屏识别多个触摸点的方法有分时法和分区法两种。对于分时法，在总有两个手指同时触摸的情况下不能准确地进行判断；而对于分区法，当触摸坐标比较多时，就需要更多的分区，扫描次数也相应的增多，严重影响触摸屏的响应时间，限制了红外多点触摸的发展。专利号为CN200920079315. 4的专利公开了一种横斜双层红外二极管排列的红外触摸屏，其双层红外二极管结构增加了触摸屏的厚度，并且需要排列的二极管个数过多，导致扫描周期过长，影响响应时间。专利号为 CN201020256135. 1的专利公开了一种单层红外二极管的多点触摸结构，它仅仅是在触摸屏的边角多加了几对红外二极管，存在触摸点识别盲区。
发明内容
本发明目的是提供一种基于液晶光阀和光学透镜的红外触摸系统，以解决现有技术红外触摸屏对于多点触摸点需要多次扫描，且存在触摸点识别盲区的问题。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为
一种基于液晶光阀和光学透镜的红外触摸系统，包括触摸屏，其特征在于触摸屏四边边缘中，两相邻的边缘处分别布置有多个红外发射二极管，另外两相邻的边缘处分别布置有多个红外接收二极管，触摸屏其中一个边缘处的红外发射二极管一一正对其对侧边缘处的红外接收二极管，每个红外发射二极管出光面前方分别依次设置有与红外发射二极管共中心轴的液晶光阀对、光学透镜，所述液晶光阀对由两个一字连接为一体且横置在红外发射二极管出光面前方的液晶光阀构成，每个液晶光阀对中两个液晶光阀极性不同且开关互锁，多个红外发射二极管出光面前方的液晶光阀对中相同极性的液晶光阀所在位置分别对应；当液晶光阀对中，正极性的液晶光阀导通时，负极性的液晶光阀截止，每个红外发射二极管出射的激光穿过各自对应的正极性的液晶光阀，再穿过各自对应的光学透镜后入射至对侧正对位置同一侧错开一定距离的红外接收二极管，形成一个由红外光构成的红外光网格；当液晶光阀对中，负极性的液晶光阀导通时，正极性的液晶光阀截止，每个红外发射二极管出射的激光穿过各自对应的负极性的液晶光阀，再穿过各自对应的光学透镜后入射至对侧正对位置另一同侧错开一定距离的红外接收二极管，形成另一个由红外光构成的红外光网格。所述的一种基于液晶光阀和光学透镜的红外触摸系统，其特征在于所述红外发射二极管、红外接收二极管均为墓碑形的红外二极管。
所述的一种基于液晶光阀和光学透镜的红外触摸系统，其特征在于每个红外发射二极管出光面前方的液晶光阀对中两个液晶光阀的宽度均小于红外发射二极管宽度一半。所述的一种基于液晶光阀和光学透镜的红外触摸系统，其特征在于光学透镜形状为柱状，且红外发射二极管位于光学透镜焦平面位置。所述的一种基于液晶光阀和光学透镜的红外触摸系统，其特征在于每八个液晶光阀对为一组进行生产，每个液晶光包括一个正极性的和一个负极性的液晶光阀，液晶光阀对组与组连接在一起，与常用的红外发射对管8个一组驱动相一致时，以提高液晶光阀的重复利用性。所述的一种基于液晶光阀和光学透镜的红外触摸系统，其特征在于每个液晶光阀对中，两个液晶光阀连接处位于光学透镜、红外发射二极管的中心轴上，亦位于光学透镜焦平面主轴上，两个液晶光阀连接处用吸收发射光波长的材料遮挡。本发明能够有效去除伪触摸点，可以解决多触摸点识别需要多次扫描次问题，而且具有响应快，无盲区等优点。
图1是本发明整体结构示意图。图2是本发明的墓碑型红外二极管的示意图。图3是本发明光学透镜的外形示意图。图4是本发明中光学透镜的传播光路图。图5是本发明光学透镜在焦平面上的斜向入射光情况下的仿真结果示意图。图6是本发明液晶光阀的排列分布示意图。图7是本发明中正极性液晶光阀开通时的光路传输图。图8是本发明中负极性液晶光阀开通时的光路传输图。
具体实施例方式如图1所示。本发明触摸屏包括红外发射二极管11，红外接收二极管13，二液晶光阀对12，光学透镜14，不透明物15。其中触摸屏两相邻边缘布满红外发射二极管，另外两相邻边缘布满红外接收二极管，触摸屏一个边缘的红外发射二极管与对侧的红外接收二极管位置一一正对，红外发射二极管、红外接收二极管在触摸屏边缘紧密排列，形成正交的红外阵列。在红外发射二极管的前方放置有由两个不同极性开关互锁的液晶光阀构成的液晶光阀对12，用来在不同的时间控制光学透镜不同位置上红外光的导通与截止。在液晶光阀对的前方，固定有与液晶光阀对宽度相匹配的光学透镜，红外发射二极管处于光学透镜的焦平面上，以使通过液晶光阀对的红外光平行出射。不透明物15放置在液晶光阀对的中间，使红外光不经过光学透镜的主轴，这样就分时形成了两组平行光，也即在不同的时间形成两组不同的红外网格。一旦有一个触摸物遮挡，就会分时阻挡两组不同的光路，有两个以上的红外接收二级管在不同的时间接收不到红外光。根据不同的遮挡即可计算出多点触摸的坐标。在大尺寸红外触摸屏下，需要的红外发射对管较多，使用该方法可以减少扫描时间，提高多点触摸的响应速度。
液晶光阀在无外加电压的情况下，液晶光阀内，膜间不能形成有规律的电场，液晶分子成无序状态，其有效折射率不与聚合物的折射率相匹配，入射光线被强烈反射。在施加外界电压的情况下，液晶微粒的光轴垂直于薄膜表面排列，即与电场的方向一致，微粒的寻常光折射率与聚合物的折射率基本匹配，构成了基本均勻的介质，所以入射光不会发生散射。本发明每个红外发射二极管前方的两个液晶光阀极性不同，在不同的时间分别导通，控制不同位置的光线通过。如图2所示。墓碑型红外二极管的后方为长方体，前方为半球形的扁平二极管，它的宽度为3mm-5mm。如图3所示。光学透镜它由许多结构和性能完全相同的小光学透镜单元平面线性排列而成，其中一面是平的，另一面则是周期性起伏变化的曲面。每个光学透镜单元在与排列方向相垂直的方向对光线不起汇聚作用，而在其排列方向上，每个光学透镜单元则相当于汇聚透镜，起聚光成像的作用。如图4所示。把通过液晶光阀的红外光看成是一个单元光，放置在光学透镜的焦平面上，即像处在焦平面上，可使得像平面上任意一点均可经柱透镜成为平行光束。如图所示，以0点为圆心，对于y=0点，其经柱镜折射后成为沿光轴00’传播的光束。以光轴00’ 为界，对于y大于O的点形成的细平行光束向下传输信息；y<0的点形成的细平行光束则向上传输信息，而细平行光束的宽度均为光学透镜单元的栅距P。其中平行光束偏离光轴11 的角度δ的计算公式如下，y为离原点纵轴的位置，r光栅板为曲率半径，η为光栅板的折射率
如图5所示。该点光源位于焦平面主轴的上方，则其输出光线为向下偏转一定角度的平行光。如图6所示。所述的一种基于液晶光阀和光学透镜的红外触摸系统，其特征在于 每八个液晶光阀对为一组进行生产，每个液晶光包括一个正极性的和一个负极性的液晶光阀，液晶光阀对组与组连接在一起，与常用的红外发射对管8个一组驱动相一致时，以提高液晶光阀的重复利用性。如图7所示。图7为正极性液晶光阀导通时的光路传输图。假设检测到两个触摸信号，根据三角形边、角的计算原理，得到了红外网格的坐标定位点。由于两点的触摸信号可以组合得到四个点 A (m，a),B(n, a),C(m, b), D (η, b)；
如图8所示。图8为负极性液晶光阀导通时的光路传输图。它形成了与图7不同方向上的倾斜度。当图7检测到A、B、C、D四点触摸坐标时，图8阻挡了不同光路的光线，经坐标解算可以得到A，D, E, F四个点，其中两个与图7坐标相同，而另外两个不同。根据两组坐标的分析，可以排除伪触摸点，通过普通的触摸手势识别对控制界面进行多点触摸响应。本发明工作流程如下
a.逐个驱动红外发射二级管，并分别给予液晶光阀正电平，使正极性的液晶光阀处于导通状态，红外光通过正极性的液晶光阀，负极性的液晶光阀截止。也即，分时控制红外发射管前方同极性的一组液晶光阀导通，另外一组截止。b.根据正极性的液晶光阀导通时，在整个触摸板上形成交叉的红外网格；一旦有触摸发生，红外线被遮挡，可得到一组触摸信号。c.当负极性的液晶光阀导通时，正极性的液晶光阀截止，形成了与正极性导通时方向不同的红外网格；得到另外一组触摸信号。d.由述两组触摸信号经过坐标解算得到两组触摸坐标；如果两组触摸信号得到的触摸点都是有且仅有一个，那么就为单点触摸；如果检测得到多个触摸点，则分析第一组和第二组的触摸坐标的组合，去除伪触摸点，得出真正触摸的点。e.由上述得到的触摸点，根据手势识别，判断出多点触摸手势，实现对用户的手势响应，对触摸界面进行多点控制。
权利要求
1.一种基于液晶光阀和光学透镜的红外触摸系统，包括触摸屏，其特征在于触摸屏四边边缘中，两相邻的边缘处分别布置有多个红外发射二极管，另外两相邻的边缘处分别布置有多个红外接收二极管，触摸屏其中一个边缘处的红外发射二极管一一正对其对侧边缘处的红外接收二极管，每个红外发射二极管出光面前方分别依次设置有与红外发射二极管共中心轴的液晶光阀对、光学透镜，所述液晶光阀对由两个一字连接为一体且横置在红外发射二极管出光面前方的液晶光阀构成，每个液晶光阀对中两个液晶光阀极性不同且开关互锁，多个红外发射二极管出光面前方的液晶光阀对中相同极性的液晶光阀所在位置分别对应；当液晶光阀对中，正极性的液晶光阀导通时，负极性的液晶光阀截止，每个红外发射二极管出射的激光穿过各自对应的正极性的液晶光阀，再穿过各自对应的光学透镜后入射至对侧正对位置同一侧错开一定距离的红外接收二极管，形成一个由红外光构成的红外光网格；当液晶光阀对中，负极性的液晶光阀导通时，正极性的液晶光阀截止，每个红外发射二极管出射的激光穿过各自对应的负极性的液晶光阀，再穿过各自对应的光学透镜后入射至对侧正对位置另一同侧错开一定距离的红外接收二极管，形成另一个由红外光构成的红外光网格。
2.根据权利要求1所述的一种基于液晶光阀和光学透镜的红外触摸系统，其特征在于所述红外发射二极管、红外接收二极管均为墓碑形的红外二极管。
3.根据权利要求1所述的一种基于液晶光阀和光学透镜的红外触摸系统，其特征在于每个红外发射二极管出光面前方的液晶光阀对中两个液晶光阀的宽度均小于红外发射二极管宽度一半。
4.根据权利要求1所述的一种基于液晶光阀和光学透镜的红外触摸系统，其特征在于光学透镜形状为柱状，且红外发射二极管位于光学透镜焦平面位置。
5.根据权利要求1所述的一种基于液晶光阀和光学透镜的红外触摸系统，其特征在于每八个液晶光阀对为一排，排与排连接在一起，以提高液晶光阀的重复利用性。
6.根据权利要求1所述的一种基于液晶光阀和光学透镜的红外触摸系统，其特征在于每个液晶光阀对中，两个液晶光阀连接处位于光学透镜、红外发射二极管的中心轴上， 亦位于光学透镜焦平面主轴上，两个液晶光阀连接处用吸收发射光波长的材料遮挡。
全文摘要
本发明公开了一种基于液晶光阀和光学透镜的红外触摸系统，包括触摸屏，触摸屏四边边缘中，两相邻的边缘处分别布置有多个红外发射二极管，另外两相邻的边缘处分别布置有多个红外接收二极管，每个红外发射二极管出光面前方分别依次设置有液晶光阀对、光学透镜，液晶光阀对由两个极性不同且开关互锁的液晶光阀构成。本发明能够有效去除伪触摸点，可以解决多触摸点识别需要多次扫描次问题，而且具有响应快，无盲区等优点。
文档编号G06F3/042GK102436329SQ20111036181
公开日2012年5月2日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者吕国强, 吴娟, 尹静, 胡跃辉 申请人:合肥工业大学