一种基于两种矢量方向点阵光栅结构的光学触控模组制造技术

本发明专利技术涉及一种基于两种矢量方向点阵光栅结构的光学触控模组，包括激光光源、波导导光层、光栅和光电探测器；波导导光层为单层；光栅以点阵单元形式分布在波导导光层上，每个点阵单元均采用两种矢量方向点阵光栅结构，包括和波导导光层相互平直的第一矢量方向点阵光栅、以及第二矢量方向点阵光栅；激光光源输出特定波长的入射光以满足衍射光在空气的衍射角大于90度的入射角入射在波导导光层上，所述两种矢量方向点阵光栅结构将衍射光耦合进波导导光层中，产生两种不同方向的波导模式，使得入射光沿X和Y坐标方向传播到波导导光层的侧壁被周边光电探测器接收，从而确定激光光源入射点的位置。有益效果是提高触控屏输出效率、降低屏幕厚度。降低屏幕厚度。降低屏幕厚度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于两种矢量方向点阵光栅结构的光学触控模组


[0001]本专利技术涉及触控显示器件
，具体涉及一种基于两种矢量方向点阵光栅结构的光学触控模组。

技术介绍

[0002]根据是否接触屏幕，触控技术可分为接触式和非接触式触控技术。根据触摸感测方法不同，接触式触控技术可再被细分为电阻、电容、声学式和光学式，非接触式可细分为摄像头式、电磁共振式。
[0003]电阻式触摸屏使用压力作为输入，由两层镀有导电物质的透明薄板组成，被含有微粒支点的细小空间隔开。手指接触触摸屏表面时，由于压力作用两层薄板接触导电，通过检测到接触点电压变化确定触控点坐标。电阻屏具有成本低、易于集成、耐灰尘和水汽、支持多种输入介质(导电和非导电)等优点，但是对比度有限，多点触控设计复杂，由于触控需要受到长时间的外力作用容易损坏。
[0004]电容式触控屏使用人体的点穴特性作为输入，在玻璃面板内测镀一层电容层，当手指触摸触控屏表面时，会在接触点吸收少量电荷，通过检测电流变化确定触控点坐标。电容屏具有更高的对比度和清晰度，更加耐用，但易受电磁干扰，触控漂移，只能通过带电物体触控。
[0005]表面声波式触控屏使用超声波进行检测，由一块玻璃面板组成，该玻璃面板具有发射换能器、接收换能器和反射器。发射器发射超声波，在面板表面传播，被反射器反射并被接收器接收。当手指触摸触控屏表面时，手指会吸收声波，通过检测声波能量变化确定触控点坐标。表面点波触控屏具有良好的透光性，高可见度，不受电磁干扰、高分辨率和高耐用性，但易受灰尘和水污影响，不能使用不吸收声波的硬质材料触控。
[0006]红外光学式触控屏相邻两边设有红外发射二极管阵列，相对两边设有红外探测器，红外发射二极管发射红外光，探测器接收红外光，在面板表面形成红外光网络。当手指触摸触控屏表面时，手指阻挡红外光传输，确定触控点坐标。红外光学触控屏透光率高，稳定性高，响应速度快，但分辨率由红外发射管和探测器的数量决定，受发射管发散角影响，分辨率受限，高分辨率成本高，某个或多个红外发射管出现问题会影响触控性能。
[0007]上述的接触式触控技术局限于二维，例如操作者不能方便地触摸到大尺寸屏幕每个位置，辅助工具的使用限制了用户的体验。
[0008]摄像头式触控屏由两个摄像头、反射器，玻璃面板和电路控制器组成。摄像头同时具有发射红外光和研策红外光的功能，当手指触控时，阻挡红外光传播，两个摄像头可以探测被遮挡路径，确定触控点坐标。摄像头式触控屏实现了近距离悬浮式触控，但不能真正实现远程三维触控，并且处理算法复杂，工作范围受到摄像头工作角度限制。
[0009]电磁共振式触控屏由具有共振电路的笔，传感器和控制芯片组成。传感器发射能量，触控笔储存能量，然后触控笔释放能量，被传感器接收，通过控制器分析确定触控点坐标。该技术实现了类似鼠标悬停触控功能，但成本高，易受电磁干扰，难以继承应用在电子
设备中。
[0010]由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件称为光栅(grating)。光波导(optical waveguide)是引导光波在其中传播的介质装置，又称介质光波导。光波导有两大类：一类是集成光波导，包括平面(薄膜)介质光波导和条形介质光波导，它们通常都是光电集成器件(或系统)中的一部分，所以叫作集成光波导；另一类是圆柱形光波导，通常称为光纤(见光学纤维)。电场包括纵电场和横电场，并且两者正交，任何电场总是既有纵电场，也有横电场。横向磁场(transverse magnetic field)，又称横磁场，即在一定条件下，磁场没有沿某一坐标方向的分量，称为横向磁场；在电场中，有横向电场与之对应。振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志，只有横波才有偏振现象；光波是电磁波，因此，光波的传播方向就是电磁波的传播方向；光波中的电振动矢量E和磁振动矢量H都与传播速度v垂直，因此光波是横波，它具有偏振性；具有偏振性的光则称为偏振光。衍射(英语：diffraction)是指波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象。光栅周期：从一个折射率改变点到相邻一个折射率改变点的长度。光栅常数d：光栅的重要参数，是光栅两刻线之间的距离，用d表示。
[0011]目前有一种基于点阵结构分布光栅的触控屏(201910871622.4)，这种触控屏虽然不需要额外提供光源，一定程度降低了传输损耗，但触控屏的输出效率仍然不能满足大尺寸屏幕的需求，采用一维光栅结构需要使用两层波导导光层叠加，较厚，两层波导导光层中间会产生强烈的反射，第二层波导导光层的入射光经过第一层波导导光层的耦合消耗，能量降低，影响触控效果；采用二维光栅结构效率较低，触控屏输出效率还需要进一步的优化。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的是，提出一种提高触控屏输出效率、降低屏幕厚度的光学触控模组。
[0013]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是一种基于两种矢量方向点阵光栅结构的光学触控模组，包括激光光源、波导导光层、光栅和光电探测器；所述波导导光层为单层；所述光栅以点阵单元形式分布在波导导光层上，每个点阵单元均采用两种矢量方向点阵光栅结构，包括和波导导光层相互平直的第一矢量方向点阵光栅、以及第二矢量方向点阵光栅；所述激光光源输出特定波长的入射光以满足衍射光在空气的衍射角大于90度的入射角入射在波导导光层上，所述两种矢量方向点阵光栅结构将衍射光耦合进波导导光层中，产生两种不同方向的波导模式，使得入射光沿X和Y坐标方向传播到波导导光层的侧壁被周边光电探测器接收，从而确定激光光源入射点的位置。
[0014]优选地，上述的一种基于两种矢量方向点阵光栅结构的光学触控模组，所述激光光源输出波长范围为400nm～1000nm的入射光；通过增加波导导光层的厚度减少入射光在波导导光层内反射次数；所述波导导光层和光栅由透明材料制成，具有高透光率。
[0015]优选地，上述的一种基于两种矢量方向点阵光栅结构的光学触控模组，所述两种矢量方向点阵光栅结构光栅表面有一层包覆层，所述波导导光层下方有一层衬底，所述衬底的折射率n3低于波导导光层的折射率n2，使耦合光在波导导光层全反射传播；调节包覆层的材料和折射率以调节光栅的耦合效率和耦出效率。
[0016]优选地，上述的一种基于两种矢量方向点阵光栅结构的光学触控模组，所述两种
矢量方向点阵光栅结构是交替排列分布的2*2第一矢量方向点阵光栅和第二矢量方向点阵光栅阵列，所述第一矢量方向点阵光栅和第二矢量方向点阵光栅是一维亚波长点阵光栅，所述第一矢量方向点阵光栅和第二矢量方向点阵光栅的矢量方向夹角为80～100
°
。
[0017]优选地，上述的一种基于两种矢量方向点阵光栅结构的光学触控模组，所述两种矢量方向点阵光栅结构的光栅占空比dg取值范围为0.1～0.9，所述光栅占空比dg指所述两种矢量方向点阵光栅结构中第一矢量方向点阵光栅的空间占比。
[0018]进一步地，上述的一种基于两种矢量方向点阵光栅结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于两种矢量方向点阵光栅结构的光学触控模组，包括激光光源(1)、波导导光层(2)、光栅(3)和光电探测器(4)；其特征在于：所述波导导光层(2)为单层；所述光栅(3)以点阵单元形式分布在波导导光层(2)上，每个点阵单元均采用两种矢量方向点阵光栅结构，包括和波导导光层(2)相互平直的第一矢量方向点阵光栅、以及第二矢量方向点阵光栅；所述激光光源(1)输出特定波长的入射光以满足衍射光在空气的衍射角大于90度的入射角入射在波导导光层(2)上，所述两种矢量方向点阵光栅结构将衍射光耦合进波导导光层(2)中，产生两种不同方向的波导模式，使得入射光沿X和Y坐标方向传播到波导导光层(2)的侧壁被周边光电探测器(4)接收，从而确定激光光源(1)入射点的位置。2.根据权利要求1所述的一种基于两种矢量方向点阵光栅结构的光学触控模组，其特征在于：所述激光光源(1)输出波长范围为400nm～1000nm的入射光；通过增加波导导光层(2)的厚度减少入射光在波导导光层(2)内反射次数；所述波导导光层(2)和光栅(3)由透明材料制成，具有高透光率。3.根据权利要求2所述的一种基于两种矢量方向点阵光栅结构的光学触控模组，其特征在于：所述两种矢量方向点阵光栅结构光栅表面有一层包覆层(6)，所述波导导光层(2)下方有一层衬底(5)，所述衬底(5)的折射率n3低于波导导光层(2)的折射率n2，使耦合光在波导导光层(2)全反射传播；调节包覆层(6)的材料和折射率以调节光栅(3)的耦合效率和耦出效率。4.根据权利要求2所述的一种基于两种矢量方向点阵光栅结构的光学触控模组，其特征在于：所述两种矢量方向点阵光栅结构是交替排列分布的2*2第一矢量方向点阵光栅和第二矢量方向点阵光栅阵列，所述第一矢量方向点阵光栅和第二矢量方向点阵光栅是一维亚波长点阵光栅，所述第一矢量方向点阵光栅和第二矢量方向点阵光栅的矢量方向夹角为80～100
°
。5.根据权利要求4所述的一种基于两种矢量方向点阵光栅结构的光学触控模组，其特征在于：所述两种矢量方向点阵光栅结构的光栅占空比dg取值...

【专利技术属性】
技术研发人员：王少康，叶志成，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：