一种基于光栅结构与补偿光源的光波导式光学触摸屏，包括透明保护层、光波导层、背光源和导光板，还包括分别设置在所述的光波导层的相对两侧壁上的光电探测器、设置在所述的光波导层上的光栅和补偿光源，所述的光波导层是由沿X方向和Y方向的透明光波导构成光波导矩阵。本发明专利技术利用光栅的衍射,补偿显示光中特定波长的光，并利用此补偿光源作为可在波导内传输的波导模式信号光,作为触控的检测光,降低由光栅耦合对原显示光造成的影响,有效提高显示光的高保真性和触摸屏的精度及效率；光栅覆盖方式根据需求可选择全覆盖或侧边覆盖，以降低成本，提高精度，采用补偿光源周期性工作的方式，从而降低耗能，减少干扰。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及信息显示
的交互式触控技术,特别是一种基于光栅结构与补偿光源的光波导式光学触摸屏。
技术介绍
触摸屏根据技术原理的不同可以归结为：电阻式，电容式，表面声波和红外式。电阻式触摸屏具有不怕污染和低成本优势，但是不耐磨损，透光率低并且反应速度慢；表面声波触摸屏防污差，发射换能器易碎，使用寿命短；电容触摸屏抗电磁干扰差，需要导体做触控，使用环境局限，且对温度湿度接地等环境要求高(参见http://www.sunonway.com/chumopin/1092.htm)。而红外触摸屏因为采用红外光源，对人眼无影响，拥有高灵敏度和稳定性，较好的内置或外置效果使得其不影响显示器的外观，防暴性能优良。目前市场上的红外触摸屏由装载在触摸屏上的红外线发射与接受感测原件构成，并在屏幕表面形成红外探测网，任何触摸物体均可改变触电上的红外线进而被转化成触控的位置坐标。很明显，这种触控不强制要求必须是手指，只要是任何可以阻挡光线的实物都可以产生触摸，具有交互方便和不受可见光干扰的优点。但同样的，红外的发射光源成本高，且实际应用中，对系统的稳定性要求极高，不论哪一个红外发射管出现问题，都将影响到触摸屏的灵敏及准确性。并且，由于红外光源一般为点光源，需要一定的厚度和长度才能让光均匀分布，不能满足轻薄和小尺寸便携的要求。上述触摸屏技术都要求控制者与显示屏零距离接触操作，也就是人机交互必须是接触式的，但对于挂壁式大屏幕触摸屏，或者一些公共场合的触摸屏，这种零距离接触式操作无疑限制了操作者的人机互动自由和屏幕的大小。市场上现有的非接触式交互是基于计算机视觉的人机交互，其利用计算机实时处理摄像头所拍摄的视频信息，对人体实现精确定位，比如我们熟知的kinect体感游戏，这种非接触式触控纵然有效，但其成本是较高的，且不适用于移动显示式的小屏幕和精细控制(参见http://www.microsoft.com/en-us/kinectforwindows/)。目前有一种基于光栅的光波导式触摸屏(专利申请号：201310750534.1)，这种触摸屏虽然能解决屏幕的反射和轻薄性的问题，但显示光在经过光栅和手指的反射之后，光强明显下降，由于除了显示光源外未加入其他光源，这种触摸屏的效率及触控灵敏度较低。另一方面，由于光栅需要覆整个光波导，不仅对生产成本造成压力，对光栅的制作也是不小的挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于光栅的光波导式触摸屏，更具体的是在传统背光中加入对人眼不敏感的补偿或者独立光源，用于耦合并成为检测光，从而可以提高触控光信号强度，该触摸屏在改善触控灵敏度，触点准确度的基础上，有效地保留了显示器的原本显色，降低环境光的干扰，极大程度地改善了用户体验。本专利技术的技术解决方案如下：一种基于光栅结构与补偿光源的光波导式光学触摸屏，包括透明保护层、光波导层、背光源和导光板，其特点在于，还包括分别设置在所述的光波导层的相对两侧壁上的光电探测器、设置在所述的光波导层上的光栅和补偿光源，所述的光波导层是由沿X方向和Y方向的透明光波导构成光波导矩阵。所述的光栅将补偿光源的光转化为沿着光波导层传播的波导模式信号光，当产生触控时,触控点对应的波导中的波导模式信号光的强弱变化被所述的光电探测器接收,并转化为电流信号。优选的，距离触摸屏使用者由近及远依次是所述的透明保护层、光波导层、光栅，液晶层、背光板光学膜、导光板和反射板，在靠近所述的导光板处设置所述的补偿光源和背光源，所述的光栅完全覆盖在所述的光波导层的表面，所述的补偿光源与背光源共用所述的导光板，补偿光源的波长小于450nm。所述的补偿光源发光二极管与背光源发光二极管交替排列。另一优选的，距离触摸屏使用者由近及远依次是所述的透明保护层、液晶层、背光板光学膜、第二导光板、光波导层、光栅、第一导光板和反射板，在靠近所述的液晶层的第二导光板处设置所述的背光源，在远离所述的液晶层的第一导光板处设置所述的补偿光源,所述的光栅完全覆盖所述的光波导层的表面，补偿光源是波长大于700nm的可见光长波长段或红外波段。另一优选的，距离触摸屏使用者由近及远依次是所述的透明保护层、光波导层、液晶层、背光板光学膜、导光板和反射板，在靠近所述的导光板处设置所述的补偿光源和背光源，所述的光栅覆盖在所述的光波导层的上表面的任意一侧或下表面的任意一侧。所述的光栅沿着触摸屏中心方向倾斜，材料选择金属或非金属。所述的光栅的周期根据补偿光源的波段范围选择，保证补偿光源能耦合进所述的光波导层。所述的补偿光源单独控制时，使用周期性工作的脉冲的工作方式，其发光时间应控制在液晶显示屏像素刷新时间以内。所述的相邻的光波导之间具有平行的金属或者导电线条，该线条的宽度小于5微米，厚度小于100纳米，材料为铝、银、铜或石墨烯。所述的补偿光源不应对触摸屏的显示色彩及人眼的观察效果产生影响；其波长范围根据触摸屏结构的不同，可选择不同的波段范围。所述的光栅将补偿光源全部或部分耦合入波导中传播，并最终被光电探测器检测到。所述的补偿光源和背光源可以分开控制，补偿光源可以周期性的点亮，其周期应小于液晶显示屏刷新的周期。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术通过补偿光源的使用，克服了现有技术中背光源在短波长的发光效率低下，从而造成耦合光强太弱，触控响应信号不灵敏的问题。同时可以通过周期性点亮的工作方式，降低能耗以及补偿光源可能对人眼观看显示内容所带来的干扰。附图说明图1人眼的视觉暂留示意图图2用于背光源的LED光谱图3人眼对可见光的明视场响应曲线图4垂直入射下，周期为360纳米的光栅±1级衍射图5垂直入射下，周期为750纳米的光栅±1级衍射图6基于光栅结构与补偿光源的光波导式光学触摸屏的实施例1的结构示意图图7实施例1的光源设置图8实施例1的照度模拟图9基于光栅结构与补偿光源的光波导式光学触摸屏的实施例2的结构示意图图10基于光栅结构与补偿光源的光波导式光学触摸屏的实施例3的结构示意图图11实施例3的一种光源放置方式图12实施例3的一种光栅放置方式图13实施例3侧边光栅触摸屏仿真结构及其背光均匀度模拟具体实施方式为了更加清楚地阐述专利技术目的、技术方案及优点，以下结合附图及实施例，对本专利技术作进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释此专利技术，并不用于本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于光栅结构与补偿光源的光波导式光学触摸屏，包括透明保护层(201)、光波导层(203)、背光源(207)和导光板(209)，其特征在于，还包括分别设置在所述的光波导层的相对两侧壁上的光电探测器(205)、设置在所述的光波导层上的光栅(204)和补偿光源(206)，所述的光波导层(203)是由沿X方向和Y方向的透明光波导构成光波导矩阵。
【技术特征摘要】
1.一种基于光栅结构与补偿光源的光波导式光学触摸屏，包括透明保护层(201)、
光波导层(203)、背光源(207)和导光板(209)，其特征在于，还包括分别设置在
所述的光波导层的相对两侧壁上的光电探测器(205)、设置在所述的光波导层上的光
栅(204)和补偿光源(206)，所述的光波导层(203)是由沿X方向和Y方向的透明
光波导构成光波导矩阵。
2.根据权利要求1所述的基于光栅结构与补偿光源的光波导式光学触摸屏，其特
征在于，所述的光栅(204)将补偿光源的光转化为沿着光波导层(203)传播的波导模
式信号光，当产生触控时,触控点对应的波导中的波导模式信号光的强弱变化被所述的
光电探测器(205)接收,并转化为电流信号。
3.根据权利要求1所述的基于光栅结构与补偿光源的光波导式光学触摸屏，其特
征在于，距离触摸屏使用者由近及远依次是所述的透明保护层(201)、光波导层(203)、
光栅(204)，液晶层(200)、背光板光学膜(208)、导光板(209)和反射板(210)，
在靠近所述的导光板(209)处设置所述的补偿光源(206)和背光源(207)，所述的
光栅(204)完全覆盖在所述的光波导层(203)的表面，所述的补偿光源(206)与背
光源(207)共用所述的导光板(209)，补偿光源(206)的波长小于450nm。
4.根据权利要求3所述的基于光栅结构与补偿光源的光波导式光学触摸屏，其特
征在于，所述的补偿光源(206)发光二极管与背光源(207)发光二极管交替排列。
5.根据权利要求1所述的基于光栅结构与补偿光源的光波导式光学触摸屏，其特
征在于，距离触摸屏使用者由近及远依次是所述的透明保护层(201)、液晶层(200)、
背光板光学膜(208)、第二导光板(211)、光波导层(2...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶志成，马萍，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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