一种高精度红外触摸屏的制作方法

1.本发明涉及一种高精度红外触摸屏，属于军用触控技术领域。


背景技术：

2.交互式物理触摸屏（touch screen）可以让使用者只需用手指轻轻触碰显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，而无须借助鼠标、键盘等输入设备，使人机交互更为直截了当，目前已广泛应用于消费电子、工业以及军用触控产品中。触摸屏根据所用的介质以及工作原理不同，可分为电阻式、电容式、红外式和表面声波式等，其中红外触控的技术成熟度高，性能稳定，抗电磁干扰能力强，因而在军用触控技术领域中得到了应用。
3.红外触摸屏主要由红外发射led（发光二极管，light emitting diode）、红外接收led、电路控制部件、红外滤光条、印制电路板及相关结构支撑部件组成。红外发射led和红外接收led在环形印制电路板上呈对向分布，先由红外发射led发出红外光，部分光线被环形中空区域进行触控操作的手指所阻拦，再由红外接收led接收未被阻拦的红外光线，运算控制电路根据所接收红外光的受光量计算出手指位置及其对应的操作指令。受led物理尺寸限制，物理触控精度相对偏低，需要后续采用算法来实现触控精度的计算优化，因而增加了识别时间，降低了人机交互效率。军用触控技术领域要求触摸屏在强光照射下能够正常使用，由于太阳光线中含有大量红外光线，与红外触控的光谱波段之间存在有明显重叠，因而容易造成接收led响应溢出，导致无法识别触控。常规的红外触控还会产生较大的红外辐射，干扰红外夜视成像设备，急需解决。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高精度红外触摸屏，以解决现有技术中红外触摸屏受led物理尺寸限制，物理触控精度相对偏低，需要后续采用算法来实现触控精度的计算优化，因而增加了识别时间的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种高精度红外触摸屏，包括设于印制电路板上的红外led混合组件，所述红外led混合组件包括彼此呈纵向交错分布的红外发射led组件或／和红外接收led组件；所述红外发射led组件包括不少于两个呈横向分布的红外发射led，所述红外接收led组件包括不少于两个呈横向分布的红外接收led。
6.进一步地，相邻红外发射led的间距为单颗红外发射led宽度尺寸的0.2～1.5倍。
7.进一步地，相邻红外接收led的间距为单颗红外接收led宽度尺寸的0.2～1.5倍。
8.进一步地，所述印制电路板为双面板。
9.进一步地，所述红外led混合组件的光线传输方向上设有弯折形的红外滤光条，所述红外滤光条内设有彼此平行且对向分布的第一红外反射面和第二红外反射面。
10.进一步地，还包括结构组件，所述印制电路板通过结构组件与红外滤光条连接，所述结构组件内表面采用红外吸收设计。
11.进一步地，所述红外滤光条的外表面采用雾化或／和红外光线增透处理。
12.进一步地，所述红外滤光条内设有曲面滤光片。
13.进一步地，所述曲面滤光片采用自由曲面或非自由曲面结构。
14.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：红外led混合组件采用双排红外led纵向交错分布的尺寸组合优化，实现小于单颗led宽度尺寸的物理位置精度布局设计，大幅提升了本发明红外触摸屏的物理精度，有利于简化后续的优化运算，进而缩短识别时间，提高了人机交互效率。弯折形的红外滤光条内设有彼此平行且对向分布的第一红外反射面和第二红外反射面，起到匹配约束红外光传播路径的作用，去除非有效触控的准直光线以外的杂散光，使得倾斜入射到红外滤光条内的干扰光线无法传播到红外接收led，从而提升本发明红外触摸屏的抗干扰能力，有效降低发散光线，降低红外辐射，实现夜视兼容功能。
附图说明
15.图1是本发明实施例中红外led的布局示意图；图2是本发明实施例的光路控制示意图。
16.图中：1、第一红外led；2、第二红外led；3、印制电路板；4、红外发射led；5、红外接收led；61、第一红外反射面；62、第二红外反射面；63、曲面滤光片；64、中隔；7、光线传播路径；8、结构组件；81、点胶区。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
18.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
19.本发明具体实施方式提供了一种高精度红外触摸屏，本发明红外触摸屏主要由红外发射led、红外接收led、电路控制部件、红外滤光条、印制电路板及相关结构支撑部件组成。其中，红外发射led、红外接收led均布设于印制电路板上，分别起到发射和接收红外光线的作用。
20.如图1所示，是本发明实施例中红外led的布局示意图，包括一个环形中空的印制电路板3，该印制电路板3为两面均可布设红外led的双面板，图1所示为该双面板其中一面红外led的布局结构。在该印制电路板3的上下左右四个区域上，各设有一个红外led混合组件，每个红外led混合组件包括呈纵向交错分布的红外发射led组件和红外接收led组件，或仅包括两组呈纵向交错分布的红外发射led组件，也可仅包括两组呈纵向交错分布的红外接收led组件。当某个红外led混合组件同时包括红外发射led组件和红外接收led组件时，与其对向的红外led混合组件与该红外led混合组件相同；当某个红外led混合组件仅包括两组红外发射led组件时，与其对向的红外led混合组件仅包括两组红外接收led组件，反之亦然。
21.为更加清楚地描述本发明技术方案，以印制电路板3上方区域的红外led混合组件为例，包括前后两排红外led，其中前排由若干个第一红外led1组成，后排由若干个第二红外led2组成。该设计布局的意义在于，合理利用红外led的物理及有效发光/感光尺寸，最大化提高触控精度。前排和后排相邻两颗红外led之间的间距通常保持在单颗led宽度尺寸的0.2～1.5倍，且后排红外led与前排红外led在纵向上错开，从纵向上看，后排的第二红外led2正好在位于前排相邻两颗第一红外led1之间，以确保光线通过。通过合理的尺寸组合优化，可实现小于单颗led宽度尺寸的物理位置精度布局设计，实现了本发明红外触摸屏的物理精度的大幅提升。有利于简化后续的优化运算，进而缩短识别时间，提高了人机交互效率。
22.本发明实施例采用了红外触控光谱控制及触控光线传播方向控制方案，具体如图2所示，是本发明实施例的光路控制示意图，整体架构采用双面led布局设计，印制电路板3的上下两面均布设有红外led。图中左侧的印制电路板3上布设有红外发射led4，图中右侧的印制电路板3上布设有红外接收led5，图中中间区域为印制电路板3的环形中空区域，手指在该区域进行触控操作。
23.印制电路板3上下两面均覆盖有结构组件8，红外发射led4和红外接收led5收容于结构组件8内部。前述红外led混合组件的光线传输方向上设有弯折形的红外滤光条，红外滤光条亦由结构组件8固定，印制电路板3通过结构组件8与红外滤光条连接。弯折形的红外滤光条内设有彼此平行且对向分布的第一红外反射面61和第二红外反射面62，起到匹配约束红外光传播路径7的作用。
24.以图中左侧的红外发射led4的红外光传播路径7为例，红外发射led4发出水平方向的红外光线，依次经第一红外反射面61和第二红外反射面62反射后，由左至右向红外滤光条外水平传播；而红外发射led4发出的非水平方向光线经第一红外反射面61和第二红外反射面62反射后，则无法由左至右向红外滤光条外水平传播。再以图中右侧的红外接收led5为例，由左至右水平射入红外滤光条的红外光线，经第二红外反射面62和第一红外反射面61反射后，水平传播至红外接收led5；而由左至右非水平射入红外滤光条的红外光线，经第二红外反射面62和第一红外反射面61反射后，因不能水平传播，则无法到达红外接收led5被其接收。本实施例中，前述红外滤光条中的第一红外反射面61和第二红外反射面62，通过优选材料或光学镀膜技术，能够针对性地提高区域触控光学的反射率，反射率可达95%。
25.该弯折形红外滤光条的结构设计，利用了光线的直线传播原理，可去除非有效触控的准直光线以外的杂散光，使得倾斜入射到红外滤光条内的干扰光线无法传播到红外接收led5，从而提升本发明红外触摸屏的抗干扰能力。
26.优选地，前述红外滤光条的外表面采用雾化及红外光线增透处理，从而增加了杂散红外触控光线的穿透特性。
27.优选地，前述结构组件8内表面采用红外吸收设计，进一步降低了触控杂散光线的反射及其对触控光学的干扰。
28.优选地，前述红外滤光条内设有曲面滤光片63，该曲面滤光片63可采用自由曲面或非自由曲面结构，用于控制红外光线的传输角度，即允许某一入射角度的红外光线到达红外接收led5被其接收，而不仅仅是水平方向的红外光线。该曲面滤光片63可采用玻璃类
或者高分子材料制作，以确保其光学性能，保证光线通过率。本实施例中，前述印制电路板3由于采用双面板，因而每侧红外滤光条内均设有两个并排分布的曲面滤光片63，上面的曲面滤光片63对应上侧的弯折形光路通道，下面的曲面滤光片63对应下侧的弯折形光路通道。两个曲面滤光片63之间设有一个中隔64。
29.优选地，结构组件8与曲面滤光片63之间通过红外吸收或者红外截止类加固胶进行固定，结构组件8对应的连接处为表面粗糙的点胶区81，兼顾密封及红外光线阻隔功能。
30.本实施例中，前述红外发射led4的发光中心波长为850～1300nm，通过触控光线的准直传播控制及杂散光抑制，有效降低发散光线，降低红外辐射，实现夜视兼容功能。
31.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。