一種抑制紅外觸控螢幕邊框反射幹擾的偏振片濾色框的製作方法
2023-05-16 03:05:11
專利名稱：一種抑制紅外觸控螢幕邊框反射幹擾的偏振片濾色框的製作方法
技術領域：
本發明涉及光學和光電檢測技術領域，尤其是適用於應用光電檢測技術的紅外觸控螢幕類產品。
背景技術：
典型的紅外觸控螢幕的光電檢測系統的光學部分如圖1所示，在顯示器前部的框架結構內，四邊布置了一一對應的紅外發射接收對管。紅外觸控螢幕工作時，紅外發射和接收管依次點亮，在無觸摸的情況下，每一條紅外光線是通暢的。當有觸摸物接觸屏幕時，觸摸物阻擋相應位置的水平和垂直方向的紅外線，單片機判斷位置並將坐標傳送給主機。
紅外觸控螢幕必須包含四邊的紅外線濾波透光條，即濾色框，起到透過紅外波段工作光、阻擋其它波段幹擾光、密封和防水防塵的作用。但是由於透光條的光潔表面存在鏡面反射的效果，鄰近邊角的位置存在透光條反光幹擾的問題。如圖1所示，以發射管4和接收管6為例，觸摸物雖然阻擋了正常檢測光線，但因為發射管4所發射的光線不是完全平行的，所以在發射管主光軸之外的光線經過濾色框後，被濾色框相鄰邊的內表面反射後，仍能到達接收管6，造成沒有觸摸物存在的假相。這種幹擾現象會嚴重破壞觸控螢幕整體光電檢測的效果，尤其在濾色框的交角處附近，構成濾色框的相鄰的邊框的內表面的反射幹擾，很容易造成對觸摸檢測的誤判。
發明目的本發明的目的，就是針對現有技術的上述缺陷，通過使用偏振光技術，達到消除濾色框反射幹擾光的作用的目的。
技術方案為了實現上述的發明目的，根據紅外觸控螢幕的一般結構，即濾色框由四根互相垂直的、可以透過紅外光但可以濾除可見光的光學材料製作的濾光條構成，安裝在顯示表面的四周、紅外觸控螢幕的紅外發射管的發射面和紅外接收管的接收面的前面的這種結構，本實用新型在濾色框的相鄰邊的交角處附近，採用了偏振光技術來消除上述的反射幹擾，具體技術方案如下在所述濾色框的四個交角處附近的外表面上，都附著有可以通過紅外光的偏振片；這些偏振片的光柵的延伸方向，與相鄰的濾光條的內表面的夾角成45°，所述相鄰的濾光條是與該偏振片所在的濾光條在該偏振片所在的一端構成交角的濾光條；並且，在同一個方向的紅外光的通道上，所述偏振片的光柵的延伸方向，與該偏振片所對應的紅外發射管相對應的紅外接收管所對應的、與上述相鄰的濾光條的另一端構成另一個交角的濾光條的外表面上所附著的偏振片的光柵延伸方向互相平行。
由於粗糙的表面對光的反射蝕一種漫反射，反射光的方向和相位都是不確定的，所以濾色框的內表面最好是平整的光反射平面，光線的反射方向和相位固定，這樣才有利於徹底地消除反射光的幹擾。
在本實用新型中，所述的偏振片可以採用兩種方法安裝到濾色框上其一是使用透明的粘接劑粘貼到濾色框的外表面上；其二是使用某種加工方法，將偏振片直接刻蝕在濾色框的外表面上。
發明優點通過前面對技術方案的描述可以看到，由於使用了偏振光技術，本實用新型解決了一直以來在光電檢測設備尤其是紅外觸控螢幕中存在的嚴重幹擾問題，方法簡單巧妙，效果顯著，成本低廉，可使紅外觸控螢幕工作在非常理想的狀態，大大增加工作穩定性。
圖1紅外觸控螢幕光學系統的基本結構和反射幹擾形成的示意圖圖2本實用新型的光學系統的光通路的原理示意圖圖3本實用新型的偏振片與濾色框的一般安裝關係的示意圖圖4偏振片在濾色框上的安裝方式和位置的示意圖實施方案
以下結合附圖來詳細說明本實用新型的具體實施方案。圖1是紅外觸控螢幕光學系統的基本結構示意圖。為簡單清晰起見，本圖只給出了一個方向的紅外發射管和接收管陣列的示意圖，另外一個方向相同。通用的紅外觸控螢幕的光學系統由若干只紅外發射管和數目相等的、與發射管相對應的紅外接收管構成，在相對應的紅外發射管陣列和紅外接收管陣列之間、位於顯示表面1的邊緣，是由濾光條2及其對面的濾光條8，以及與濾光條2、8相鄰的另外兩條濾光條構成的濾色框；不同方向的紅外光經由發射管發出後，通過發射管的發射面和紅外接收管的接收面的前面的濾色框，形成一個方向的光通道。從圖1可以看到，由於透光條的光潔表面存在鏡面反射的效果，鄰近邊角的位置存在透光條反光幹擾的問題。以發射管陣列和接收管陣列中、一對靠近濾色框兩條邊的交角處的發射管4和接收管6為例，觸摸物5雖然阻擋了正常檢測光線，但因為發射管4所發射的光線不是完全平行的，所以在發射管主光軸之外的光線經過濾色框後，被濾色框相鄰邊濾光條3的內表面反射後，仍能到達接收管6，造成沒有觸摸物存在的假相。根據光學原理，這條到達接收管的反射光線，可以用關於反射面3與發射管對稱的虛擬光源7來表示。
在清楚了反射光源的位置後，根據光學原理，我們就可以使用偏振光技術來抑制接收管對反射光的接收，基本原理如圖2所示。由於構成濾色框四個側面的濾光條，相鄰兩個濾光條的母線或者長軸方向的軸線是互相垂直的，並且假定濾色框的所有內表面與顯示表面也是垂直的(針對現在常用的液晶或者純平顯示器，如果針對已經不常用的直角平面或者球面顯示器，那麼可以更確切地表示為與顯像管的軸向方向相平行)，那麼在紅外發射、接收對管的發射面和接收面的前面的兩個濾光條的表面上，附著或者安裝上光柵的延伸方向與濾光條3的反射面成γ＝45°角的偏振片9、10，那么正常檢測光線由於透過偏振片的紅外光的偏振方向相同，就可以保證不受阻擋正常通過；而經側面濾光條反射的光線，根據鏡像原理，相當於來自虛擬發射管7的光線，經過反射後的偏振光，其偏振的方向正好與上述正常檢測的光線的偏振方向成90°，相當於通過虛擬偏振片11射出的偏振光，在接收管前方的濾光條上形成的虛擬光柵影像12，與偏振片10的光柵相垂直，保證光線不能通過，接收管也就無法收到幹擾光。這樣，利用45°光柵偏振片，就能完全阻隔鄰近透光條反射光的幹擾，實現本發明的初衷目的。
在實際運用中，由於美觀和利用折射降低觸摸高度的原因，透光條的內表面實際上與顯示表面是不垂直的，存在一定的角度，通常在10°左右，設定這個角度為φ，那麼要形成上面所述形式的方案，就需要根據角度φ重新設定偏振片的光柵的安裝角度。由於形成反射偏振光與直射偏振光的偏振方向相垂直的條件，是偏振片10的光柵的延伸方向要與被濾光條表面反射的而得到的虛擬光柵12的延伸方向相垂直，這樣就要求偏振片10的光柵的延伸方向即柵傾角，與濾色框上鄰邊的反射表面成45°角，即偏振片10的光柵的延伸方向與構成濾色框的相鄰的兩條濾光條的內表面的相交稜14的角度θ＝45°。雖然構成濾色框的每一條邊的濾光條都與顯示表面有一個夾角φ，會導致偏振片10和11在相對應的濾光條2和8的表面上安裝後與顯示表面不垂直，但是這個角度不會影響到直射偏振光和反射偏振光之間的互相關係，依然能夠保證偏振片有效地通過直射偏振光，阻擋反射的偏振光。
從圖1和圖2、3可以看到，反射幹擾光主要影響的是靠近濾光條的交角處的紅外接收管，而且反射光的來源也是上述交角處的紅外發射管，因此只要在濾色框的四個交角附近的表面上附著或者安裝上一定尺寸的偏振片，就能有效地抑制任何一個方向的反射光的幹擾，因此雖然上述附圖只給出了一個紅外光檢測方向的結構示意圖，但是可以得知在另一個檢測方向，光學系統的原理和結構是相同的。關於偏振片的具體尺寸，與紅外發射管的有效發射角度、接收管的有效接收角度，以及顯示表面的尺寸、濾光條的高度有關，可以通過計算或者實驗的方式來確定。
由於粗糙的表面對光的反射蝕一種漫反射，反射光的方向和相位都是不確定的，所以濾色框的內表面最好是平整的光反射平面，光線的反射方向和相位固定，這樣才有利於徹底地消除反射光的幹擾。這樣，偏振片9和19就應該安裝在濾色框的外表面，如圖4所示，安裝在兩個相鄰的濾光條的外表面16和18上，而相應的內表面(圖中用陰影表示的平面)15、17應當是平整的光反射表面。同時，偏振片安裝在濾色框的外表面，與紅外發射管和接收管、電路板等其他元件處於同一個空間內，即有利於保持濾色框的簡潔美觀，更有利於保護偏振片免受灰塵、潮溼和外力的破壞。
在實際應用中，偏振片可以製造成獨立的薄膜材料，經過切割剪裁後使用透明的粘接劑粘接在濾光條上，也可以使用某種加工方法，將偏振片直接刻蝕在濾色框的外表面的相應部位上。
本發明經實驗證明效果非常顯著，很大程度地提升了紅外觸控螢幕的性能。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，本實用新型的保護範圍並不局限於此，例如將圖2、3所示的偏振片的安裝方向旋轉90°，與相鄰的濾光條的反射面成135°角，或者在整條濾光條上都安裝或者粘貼上偏振片，因此任何基於本實用新型技術方案上的等效變換均屬於本實用新型保護範圍之內。
權利要求1.一種抑制紅外觸控螢幕邊框反射幹擾的偏振片濾色框，該濾色框由四根互相垂直的可以透過紅外光但可以濾除可見光的光學材料製作的濾光條構成，安裝在顯示表面的四周、紅外觸控螢幕的紅外發射管的發射面和紅外接收管的接受面的前面，其特徵在於在所述濾色框的四個交角處附近的外表面上，都附著有可以通過紅外光的偏振片；這些偏振片的光柵的延伸方向，與相鄰的濾光條的內表面的夾角成45°，所述相鄰的濾光條是與該偏振片所在的濾光條在該偏振片所在的一端構成交角的濾光條；並且，在同一個方向的紅外光的通道上，所述偏振片的光柵的延伸方向，與該偏振片所對應的紅外發射管相對應的紅外接收管所對應的、與上述相鄰的濾光條的另一端構成另一個交角的濾光條的外表面上所附著的偏振片的光柵延伸方向互相平行。
2.根據權利要求1所述的抑制紅外觸控螢幕邊框反射幹擾的偏振片濾色框，其特徵在於濾色框的內表面是平整的光反射平面。
3.根據權利要求1或2所述的抑制紅外觸控螢幕邊框反射幹擾的偏振片濾色框，其特徵在於所述的偏振片，使用通過透明的粘接劑粘貼到濾色框的外表面上。
4.根據權利要求1或2所述的抑制紅外觸控螢幕邊框反射幹擾的偏振片濾色框，其特徵在於所述的偏振片直接刻蝕在濾色框的外表面上。
專利摘要本實用新型公開了一種抑制紅外觸控螢幕邊框反射幹擾的偏振片濾色框，其特徵是在紅外濾色框的四個交角處的表面上附著有可以通過紅外光的偏振片；這些偏振片的光柵的延伸方向，與相鄰濾光條的內表面的夾角成45°，根據光學原理，正常的檢測光線由於偏振方向相同不受阻擋，而經側面濾光條反射的光線的偏振方向則改變了45°，變成了與所述偏振片的光柵延伸方向相垂直的偏振光而不能通過。本實用新型經實驗證明具有方法簡單、效果顯著、成本低廉的優點。
文檔編號G02B5/30GK2751317SQ20042009655
公開日2006年1月11日 申請日期2005年8月2日 優先權日2005年8月2日
發明者劉新斌, 劉建軍, 葉新林 申請人:北京匯冠新技術有限公司