CN101872271B - 触控系统 - Google Patents
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Abstract
一种触控系统，包括显示面板、红外光源、直角棱镜和红外影像感测器，所述直角棱镜包括第一表面、第二表面以及第三表面，所述第一表面与第二表面、第三表面的夹角均为45度，所述第二表面垂直所述第三表面，所述红外光源和红外影像感测器位于所述第一表面一侧，所述显示面板靠近并平行设置于所述第三表面上方且与所述第三表面的距离小于所述显示面板变形产生的形变量，所述红外光源发出的红外光通过所述第一表面进入所述直角棱镜内且入射到所述第三表面，红外光在所述第三表面的入射角大于等于发生全反射时的临界角，红外光在所述第三表面发生全反射并入射到所述第二表面然后由所述第一表面出射后在所述红外影像感测器上成像。
Description
技术领域
本发明涉及一种触控系统，尤其涉及一种光学式触控系统。
背景技术
许多电子产品用触控面板作为输入方式，目前市场上的触控面板主要包括电阻式触控面板、电容式触控面板和表面声波式触控面板。
电阻式触控面板的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明氧化金属（透明的导电电阻）导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层、它的内表面也涂有一层涂层、在他们之间有许多细小的（小于1/1000英寸）的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器。控制器侦测到这一接触并计算出（X，Y）的位置。电阻式触控屏不受尘埃、水、污物影响，能够于较为恶劣情况下工作；但是，金属导电层比较薄且容易脆断，涂得太厚会降低透光率，并且经常被触摸，使用一定时间后会出现裂纹，甚至变形。
电容式触控面板是在薄膜表面贴上一层透明的特殊金属导电物质。当手指触摸在金属层上时，用户和触摸屏表面形成以一个耦合电容，触点的电容就会发生变化，使得与之相连的振荡器频率发生变化，通过测量频率变化可以确定触摸位置。由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化，故，稳定性较差，往往会产生漂移现象。
表面声波式触控面板由屏体、声波发生器、反射条纹、声波接收器和控制器组成。其中，声波发生器发送表面声波跨越屏体表面，当手指触及屏体时，触点的声波即被阻止，控制器通过分析接收到的声波确定触点的位置。表面声波式触控屏不受温度、湿度等环境因素影响，分辨率高，有极好的防刮性，寿命长；透光率高、能保持清晰的图像质量；没有漂移，只需安装时一次校正；有第三轴（即压力轴）响应，目前在公共场所使用较多。但是表面声波会被水、灰尘、油污甚至饮料的液体吸收，因此需经常清洁维护。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种结构简单、综合性能良好的触控系统。
一种触控系统，包括显示面板、红外光源、直角棱镜和红外影像感测器，所述直角棱镜包括第一表面、第二表面以及第三表面，所述第一表面与第二表面、第三表面的夹角均为45度，所述第二表面垂直所述第三表面，所述红外光源和红外影像感测器位于所述第一表面一侧，所述显示面板靠近并平行设置于所述第三表面的上方且与所述第三表面的距离小于其变形产生的形变量，所述红外光源发出的红外光通过所述第一表面进入所述直角棱镜内且入射到所述第三表面，红外光在所述第三表面的入射角大于等于发生全反射时的临界角，红外光在所述第三表面发生全反射并入射到所述第二表面然后由所述第一表面出射后在所述红外影像感测器上成像，外力作用下的所述显示面板与所述第三表面相接触以使所述第三表面发生些许变形，入射到所述显示面板与所述第三表面接触面的红外光信号发生变化，变化的所述红外光信号在所述红外影像感测器上产生与入射到非接触面上的红外光信号明暗程度区别的影像信号。
一种触控系统，包括显示面板和数量相同的若干红外光源、若干直角棱镜、若干红外影像感测器，所述直角棱镜包括第一表面、第二表面以及第三表面，所述第一表面与第二表面、第三表面的夹角均为45度，所述第二表面垂直所述第三表面，所述第一表面临近相邻所述直角棱镜的第二表面，所述红外光源和红外影像感测器位于所述第一表面一侧，所述显示面板靠近并平行设置于所述第三表面上方且所述显示面板与所述第三表面的距离小于所述显示面板变形产生的形变量，所述红外光源发出的红外光通过所述第一表面进入所述直角棱镜内且入射到所述第三表面，红外光在所述第三表面的入射角大于等于发生全反射时的临界角，红外光在所述第三表面发生全反射并入射到所述第二表面然后由所述第一表面出射后在所述红外影像感测器上成像，外力作用下的所述显示面板与所述第三表面相接触以使所述第三表面发生些许变形，入射到所述显示面板与所述第三表面接触面的红外光信号发生变化，变化的所述红外光信号在所述红外影像感测器上产生与入射到非接触面上的红外光信号明暗程度区别的影像信号。
优选地，进一步包括一个照明光源，所述照明光源临近所述第二表面，所述照明光源发出的光经过所述第二表面进入所述直角棱镜然后由所述第三表面出射。
与现有技术相比，本发明实施例该触控系统采用光学元件直角棱镜和红外光源构成触控主体，与常见的电阻式触控面板、电容式触控面板或表面声波式触控面板相比，具有良好的透光性，不怕静电等外界因素干扰；同时，不需要安装精密复杂的触控电路来计算触控点的坐标，因而，结构简单、成本低廉；并且，由于红外线不受电流、电压和静电干扰，所以适宜各种的环境条件，适应性强。
附图说明
图1是本发明第一实施例触控系统的示意图。
图2是本发明第一实施例触控系统的未工作时的示意图。
图3是本发明第一实施例触控系统工作时的示意图。
图4是本发明第二实施例触控系统未工作时的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。
请一并参阅图1及图2所示，本发明第一实施例的触控系统10包括显示面板11、直角棱镜12、红外光源13、红外影像感测器14、照明光源15、信号处理器16和控制器17。
直角棱镜12包括第一表面121、第二表面122和第三表面123。其中，第二表面122垂直第三表面123，且第一表面121与第二表面122、第三表面123的夹角均为45度。
红外光源13和红外影像感测器14临近第一表面121设置，照明光源15靠近第二表面122，显示面板11靠近并平行设置于第三表面123的上方。显示面板11具有相对的外表面111和内表面112，内表面112靠近第三表面123且与第三表面123的距离小于显示面板11变形产生的形变量，从而使得产生变形的显示面板11可以与第三表面123接触。
红外光源13发出的红外光L2可入射至第三表面123的所有区域，且红外光L2在第三表面123的入射角大于等于发生全反射时的临界角。红外光源13发出的红外光L2经过第一表面121进入直角棱镜12内，在第三表面123发生全反射后入射到第二表面122然后由第一表面121出射，所有出射光L2’均在红外影像感测器14上成像。由于第二表面122垂直第三表面123，因此，在第三表面123发生全反射的红外光L2在第二表面122也会发生全反射，并且，出射光L2’平行入射光L2。
入射到第三表面123不同区域的红外光L2发生全反射后，出射光L2’会从第一表面121的不同区域出射，进而成像在红外感测器14的不同区域，即红外感测器14上的不同区域可对应显示面板11上的不同像素。
其中，红外光源13为发光二极管或激光二极管，红外影像感测器14为电荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）感测器或者互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）感测器。
照明光源15发出的光L1经由第二表面122进入直角棱镜12内，然后从第三表面123出射以照亮显示面板11实现显示画面的功能。当然，如果触控系统10不需要显示画面时，可省略照明光源15。
信号处理器16分别与红外影像感测器14、控制器17电性连接，信号处理器16接收红外影像感测器14的影像信号并进行处理，将处理结果输出给控制器17。
如图3所示，手指或触控笔接触到显示面板11的外表面111上使得显示面板11发生形变，由于内表面112与第三表面123的距离小于形变量从而使得显示面板11内表面112与直角棱镜12的第三表面123相接触，进而使得第三表面123发生些许变形；此时，从第一表面121进入直角棱镜22中的入射光L2到达接触面处的光时，入射角发生变化使得有些红外光L2在第三表面123的入射角小于临界角，使得接触面处的反射光信号大小发生突变。突变的反射光信号到达第一表面121后在影像感测器14上产生与未受按压区域明暗程度区别的影像信号。影像感测器14上的影像信号经过信号处理器16处理，检测出按压点的位置即像素点，最后由控制器17对相应触控做出反应，并完成相应按压指令。
由于，触控系统10采用光学元件直角棱镜12和红外光源13构成触控主体，与常见的电阻式触控面板、电容式触控面板或表面声波式触控面板相比，具有良好的透光性，不怕静电等外界因素干扰；同时，不需要安装精密复杂的触控电路来计算触控点的坐标，因而，结构简单、成本低廉；并且，由于红外线不受电流、电压和静电干扰，所以可以适宜恶劣的环境条件。
如图4所示，本发明第二实施例的触控系统20可适用于大屏幕的显示装置,其包括较大尺寸的显示面板21、信号处理器26和控制器27以及数量均为五个的直角棱镜22、红外光源23、红外影像感测器24和照明光源25。
由于显示面板21的尺寸大于显示面板11，如果使用一个直角棱镜22应用于大尺寸的触控显示装置，则所需的直角棱镜尺寸很大，使得触控系统20的厚度与体积增大，因此，为了减少厚度与体积，本实施例采用五个尺寸相对较小的直角棱镜22。当然，直角棱镜22的数量并不限于五个，其可根据显示面板21的大小选择适当的数量，如两个、三个或者显示面板21的每一个像素对应一个直角棱镜22。
直角棱镜22具有第一表面221和相互垂直的第二表面222、第三表面223，第一表面221与第二表面222、第三表面223的夹角均为45度。其中，五个直角棱镜22呈直线性排列，且五个第三表面223位于同一个平面上，第二表面222靠近相邻直角棱镜22的第一表面221。
红外光源23和红外影像感测器24临近第一表面221设置，照明光源25靠近第二表面222，显示面板21位于第三表面223的上方。
未受到按压时，红外光源23发出的光经第一表面221进入直角棱镜22内，在第三表面223和第二表面222发生全反射最后从第一表面221出射，出射光在红外影像感测器24上成像；当受到按压时，红外光源23发出的光进入直角棱镜22后到达按压部的光信号发生突变，使得在红外影像感测器24上产生与未受按压区域明暗程度区别的影像，红外影像感测器24上的影像信号经过信号处理器26处理，检测出按压点的位置，最后由控制器27对相应触控做出反应，并完成相应按压指令。
当然，直角棱镜22的个数并不限于五个，其可以与显示面板21的像素个数相对应并呈矩阵排列；或者，每一行像素或每一列像素对应一个直角棱镜22。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种触控系统，其特征在于：包括显示面板、红外光源、直角棱镜和红外影像感测器，所述直角棱镜包括第一表面、第二表面以及第三表面，所述第一表面与第二表面、第三表面的夹角均为45度，所述第二表面垂直所述第三表面，所述红外光源和红外影像感测器位于所述第一表面一侧，所述显示面板靠近并平行设置于所述第三表面上方且与所述第三表面的距离小于所述显示面板变形产生的形变量，所述红外光源发出的红外光通过所述第一表面进入所述直角棱镜内且入射到所述第三表面，红外光在所述第三表面的入射角大于等于发生全反射时的临界角，红外光在所述第三表面发生全反射并入射到所述第二表面然后由所述第一表面出射后在所述红外影像感测器上成像，外力作用下的所述显示面板与所述第三表面相接触以使所述第三表面发生些许变形，入射到所述显示面板与所述第三表面接触面的红外光信号发生变化，变化的所述红外光信号在所述红外影像感测器上产生与入射到非接触面上的红外光信号明暗程度区别的影像信号。
2.如权利要求1所述的触控系统，其特征在于：所述红外光源为发光二极管或激光二极管。
3.如权利要求1所述的触控系统，其特征在于：所述红外影像感测器为电荷耦合器件感测器或者互补金属氧化物半导体感测器。
4.如权利要求1至3任一项所述的触控系统，其特征在于：所述触控系统进一步包括一个照明光源，所述照明光源临近所述第二表面设置，所述照明光源发出的光经过所述第二表面进入所述直角棱镜然后由所述第三表面出射。
5.如权利要求4所述的触控系统，其特征在于：所述触控系统进一步包括信号处理器和控制器，所述信号处理器分别与所述红外影像感测器、控制器电连接。
6.一种触控系统，其特征在于：包括显示面板和数量相同的若干红外光源、若干直角棱镜、若干红外影像感测器，所述直角棱镜包括第一表面、第二表面以及第三表面，所述第一表面与第二表面、第三表面的夹角均为45度，所述第二表面垂直所述第三表面，所述第一表面临近相邻所述直角棱镜的第二表面，所述红外光源和红外影像感测器位于所述第一表面一侧，所述显示面板靠近并平行设置于所述第三表面上方且所述显示面板与所述第三表面的距离小于所述显示面板变形产生的形变量，所述红外光源发出的红外光通过所述第一表面进入所述直角棱镜内且入射到所述第三表面，红外光在所述第三表面的入射角大于等于发生全反射时的临界角，红外光在所述第三表面发生全反射并入射到所述第二表面然后由所述第一表面出射后在所述红外影像感测器上成像，外力作用下的所述显示面板与所述第三表面相接触以使所述第三表面发生些许变形，入射到所述显示面板与所述第三表面接触面的红外光信号发生变化，变化的所述红外光信号在所述红外影像感测器上产生与入射到非接触面上的红外光信号明暗程度区别的影像信号。
7.如权利要求6所述的触控系统，其特征在于：所述直角棱镜呈直线性排列。
8.如权利要求6所述的触控系统，其特征在于：所述直角棱镜矩阵排列。
9.如权利要求6至8任一项所述的触控系统，其特征在于：所述触控系统进一步包括数量与所述直角棱镜相同的照明光源，所述照明光源临近所述第二表面设置，所述照明光源发出的光经过所述第二表面进入所述直角棱镜然后由所述第三表面出射。
10.如权利要求9所述的触控系统，其特征在于：所述触控系统进一步包括信号处理器和控制器，所述信号处理器分别与所述红外影像感测器、控制器电连接。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130424 Termination date: 20170427 |
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