專利名稱：光學(xué)式觸摸屏、顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光學(xué)式觸摸屏、顯示裝置。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，各種顯示系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于日常生活中。而隨著 生活水平的日益提高，人們已不再滿足被動接收顯示系統(tǒng)提供的信息，近年來發(fā)展了觸摸 液晶顯示屏、IPAD等一系列產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的顯示系統(tǒng)上裝配有觸摸屏，可將信息顯示和信 息輸入的功能集成在一起，形成了一種方便、快捷的人機(jī)交互方式。集成于顯示系統(tǒng)上的觸摸屏通常用于探測觸摸件(例如，手指或電子筆)的在觸 摸屏上的觸碰位置。根據(jù)探測原理不同，觸摸屏包括電阻式、電容式、表面聲波式等等?，F(xiàn)有技術(shù)中還發(fā)展了一種光學(xué)式觸摸屏，在參考圖1中就示出了現(xiàn)有技術(shù)中光學(xué) 式觸摸屏一實(shí)施例的示意圖。所述光學(xué)式觸摸屏包括玻璃基板10 ；設(shè)置于玻璃基板10下 表面上的光敏陣列11，所述光敏陣列11包括多個按矩陣式排列的光敏元件；位于光敏元件 下方的反射基板16，所述反射基板16的底部朝向玻璃基板10設(shè)置有多個反射凸起15，所 述反射基板16的一側(cè)設(shè)置有光源14。所述光學(xué)式觸摸屏的探測過程具體如下手指(或 電子筆)12觸碰玻璃基板10的上表面，光源14發(fā)出的測量光經(jīng)反射凸起15的反射后投射 到手指12的尖端，測量光在手指12的尖端發(fā)生反射，隨后反射光投射到光敏陣列11上由 光敏元件探測，最終，根據(jù)探測到反射光的光敏元件在光敏陣列11中位置獲知手指12指尖 觸碰點(diǎn)的位置。然而，現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)式觸摸屏容易受到干擾光源的影響，諸如太陽光等平行光 束進(jìn)入到光學(xué)式觸摸屏后，會在光敏元件中產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾信號，影響了光學(xué)式觸摸屏對 觸碰位置探測的準(zhǔn)確性。更多光學(xué)式觸摸屏的技術(shù)方案請參考公告號為CN101266346C的中國專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種精度較高的光學(xué)式觸摸屏。為解決上述問題，本發(fā) 明提供一種光學(xué)式觸摸屏，包括背光源，位于背光源上的探測基板，位于探測基板上的和 光學(xué)元件，所述光學(xué)元件的上表面為觸摸表面；其中，背光源，用于發(fā)出射向探測基板方向 的測量光；探測基板，所述探測基板其朝向背光源一側(cè)上設(shè)置有多個呈矩陣式排列的光敏 元件；光學(xué)元件，其位于所述探測基板背離背光源的一側(cè)，且所述光學(xué)元件背離所述探測基 板的一側(cè)表面為觸摸表面，與所述觸摸表面接觸的對光學(xué)式觸摸屏進(jìn)行觸摸的觸摸件經(jīng)過 所述光學(xué)元件在光敏元件的探測面上形成第一像；距離所述觸摸面一定距離處入射的干擾 光源經(jīng)過所述光學(xué)元件在光敏元件的探測面上形成第二像；所述第一像的清晰度大于第二 像的清晰度。所述光學(xué)元件包括透光薄膜如權(quán)利要求1所述的光學(xué)式觸摸屏，其特征在于，所 述光學(xué)元件包括多個位于同一平面且呈矩陣式排列的多個透鏡和透光薄膜，所述透鏡設(shè)置于所述透光薄膜中。所述光學(xué)元件的上觸摸表面與透鏡之間的距離為d，所述透鏡與光敏元件探測面 之間的距離為D，透鏡的焦距為f，滿足d大于f小于2f，D大于2f的關(guān)系。所述光學(xué)元件的上觸摸表面與透鏡之間的距離為d，所述透鏡與光敏元件探測面 之間的距離為D，透鏡的焦距為f，滿足1/f = l/d+1/D的關(guān)系。d 為 1. 5f，D 為 3f。所述透鏡為菲涅爾透鏡。所述透鏡的焦距f位于0. 1 3mm的范圍內(nèi)。還包括計(jì)算單元，根據(jù)觸摸件在光敏元件上的探測面形成的第一像的尺寸，同時， 基于物高/像高=物距/像距的成像公式計(jì)算所述觸摸件到觸摸表面的距離。所述光敏元件呈mX η的矩陣式排列，所述透鏡呈MXN的矩陣式排列，滿足M小于 或等于m，并且N小于或等于η的關(guān)系，m、η、M和N為自然數(shù)。本發(fā)明還提供一種包括所述光學(xué)觸摸屏的顯示裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明提供的光學(xué)式觸摸屏濾除干擾光對探測觸摸位置的干擾，提高了測量精 度；2.根據(jù)光敏元件所測量的像的大小，可以獲得手指距離觸摸表面的距離。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)式觸摸屏一實(shí)施例的示意圖；圖2是本發(fā)明光學(xué)式觸摸屏一實(shí)施例的示意圖；圖3是圖2所示光學(xué)式觸摸屏的光路示意圖；圖4是圖2所示干擾在光學(xué)式觸摸屏的光路示意圖；圖5是本發(fā)明光學(xué)式觸摸屏另一實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例 對本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。參考圖2示出了本發(fā)明光學(xué)式觸摸屏一實(shí)施例的示意圖。所述光學(xué)式觸摸屏100 包括背光源120、位于背光源120上的110探測基板、位于探測基板110上的光學(xué)元件130， 其中，所述背光源120包括反射基板106和光源104。所述反射基板106可將光源104 發(fā)出的光線反射向探測基板110的方向形成測量光，以便于在手指觸摸光學(xué)式觸摸屏?xí)r探 測觸摸位置。具體地，所述反射基板106為一平板玻璃，光源104設(shè)置于平板玻璃的一個側(cè) 面上，所述光源104可以是LED組，用于分時發(fā)出紅、綠、藍(lán)三元色的光，所述平板玻璃的朝 向探測基板110—側(cè)的表面(在圖中為上表面)可透射光源104發(fā)出的光，所述平板玻璃 的背離探測基板一側(cè)的表面(在圖中為下表面)不透光，并且下表面上還設(shè)置有多個反射 凸起105，所述反射凸起105可將投射到反射凸起105上的光反射向探測基板的方向，從而 形成測量光。
在其他實(shí)施例中，所述背光源120也可以是其他結(jié)構(gòu)，能發(fā)射出向探測基板方向 的測量光即可，例如為直接射向探測基板110方向的光源或者多次反射或者折射后將測量 光射向探測基板方向的光源。探測基板110包括透光基板101、設(shè)置于透光基板101朝向背光源120 —側(cè)的表 面，(在圖中為下表面)的光敏陣列102。所述光敏陣列102包括多個光敏元件，所述多個 光敏元件在透光基板101朝向背光源120 —側(cè)的表面(在圖中為下表面)按照矩陣方式 排列，所述光敏元件按照探測面朝向透光基板101的方式設(shè)置于透光基板101的下表面。 具體地，所述光敏元件為可成像的光學(xué)元件，例如，所述光敏元件為電荷耦合元件(CCD， Charge-coupledDevice)。具體地，所述透光基板101為一平板玻璃。光學(xué)元件130包括透光薄膜103、設(shè)置于透光薄膜103中且位于同一平面內(nèi)的多個 透鏡，所述透光薄膜103的背離所述探測基板110的一側(cè)表面(在圖中為上表面)為光學(xué)式 觸摸屏的觸摸表面，所述多個透鏡在透光薄膜103中按照矩陣式排列，形成透鏡陣列107。在另一實(shí)施例中，上述光學(xué)元件130也可以是包括透光薄膜、設(shè)置于透光薄膜中 且位于同一平面內(nèi)的多個透鏡組或者其他的聚焦光學(xué)器件，所述多個透鏡組或者其他的聚 焦光學(xué)器件可以起到將觸摸表面的觸摸件成像到光敏陣列102的探測面的作用。上述實(shí)施例并不構(gòu)成對上述光學(xué)元件的具體限定，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的可 以起到將觸摸表面的觸摸件成像到光敏陣列的探測面的作用的結(jié)構(gòu)在本發(fā)明的保護(hù)范圍 之內(nèi)。所述光學(xué)元件130可使觸碰到透光薄膜103上表面的觸摸件，即手指108在光敏 元件的探測面形成第一像，同時，所述光學(xué)元件130可使距離所述觸摸面一定距離處入射 的干擾光源(例如太陽或與太陽類似的平行光)在光敏元件的探測面中形成第二像。所述光敏元件用于將所述像轉(zhuǎn)換為信號例如，所述信號為電信號，但是本發(fā)明并 不限制于此。由于所述光學(xué)元件130可使第一像的清晰度大于第二像的清晰度，所述光敏元件 具有探測閾值，由于第二像的清晰度較小，小于所述探測閾值，同時由于手指所成的第一像 的清晰度較大，大于所述探測閾值，因此，所述光敏元件在進(jìn)行探測時，不會探測到太陽光 所成第二像的信息，從而將太陽光的干擾信號進(jìn)行濾除，進(jìn)而避免了太陽光(或與太陽光 類似的平行光)對觸摸位置探測的干擾，從而提高了觸摸位置的測量精度。下面結(jié)合光學(xué)元件的具體實(shí)施例，以及光學(xué)元件對手指和太陽光的成像光路，進(jìn) 一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。在后續(xù)實(shí)施例中，所述干擾光源以太陽光為例。參考圖3，示出了圖2所示的光學(xué)元件一實(shí)施例對太陽光的成像光路。本實(shí)施例 中所述光學(xué)元件包括多個焦距為f的透鏡203 ；所述透鏡203為短焦距透鏡，也就是說f較 小。將透鏡203到光敏元件的探測面204的距離為D，透光薄膜的上表面到透鏡203的距離 為d，則滿足D > 2f，且d大于f且小于2f的關(guān)系。以201代表太陽，并將太陽201與透鏡203之間的距離表示為L，由于太陽距離透 鏡203的距離非常遠(yuǎn)，那么滿足L遠(yuǎn)大于2f，根據(jù)成像公式1/f = l/u+1/v ；其中的f為焦距，u為物距，ν為像距。本實(shí)施例中L為物距，也就是1/f = 1/L+1/ ν,由于物距L遠(yuǎn)大于2f，那么像距ν大于f但是約等于f，也就是說太陽光通過透鏡203之后，在f和2f之間、且靠近f的位置處成像。而本實(shí)施例中，由于光敏元件的探測面204距離透鏡203的距離D大于2f，從而 使光敏元件的探測面204距離太陽成像位置處的距離較遠(yuǎn)，因此太陽在光敏元件的探測面 204位置處形成的第二像為模糊的像。參考圖4，示出了圖3所示光學(xué)元件對手指的成像光路。由于透光薄膜的上表面到 透鏡203的距離為d，那么，當(dāng)手指206觸碰透光薄膜的上表面時，所述手指206與透鏡203 之間的距離為d，由于d大于f且小于2f的關(guān)系，根據(jù)成像公式1/f = l/u+1/v ；其中的f為焦距，u為物距，ν為像距。本實(shí)施例中手指206與透鏡203之間的距 離d為物距，也就是1/f = l/d+1/v,由于物距d大于f且小于2f，那么像距ν大于2f，也就 是說手指206通過透鏡203之后，在大于2f的位置處形成像。而本實(shí)施中，由于光敏元件的探測面204距離透鏡203的距離D > 2f，因此手指成 像位置與光敏元件的探測面204的位置較為接近，因此與太陽在光敏元件的探測面204形 成的第二像相比，手指206在光敏元件的探測面204形成的第一像較為清晰。由于太陽光在光敏元件的探測面204所形成的第二像的清晰度較小，光敏元件無 法探測到太陽所形成的信號，進(jìn)而可將太陽光所形成的信號進(jìn)行濾除，進(jìn)而避免了太陽光 (或與太陽光類似的平行光)對觸摸位置探測的干擾，從而提高了觸摸位置的測量精度。在較佳實(shí)施例中，手指與透鏡203之間的距離(也就是透光薄膜的上表面與透鏡 203之間的距離)為d、透鏡203到光敏元件的探測面204的距離為D與透鏡203的焦距f 之間滿足成像公式，即1/f = l/d+1/D ；也就是說光敏元件的探測面204恰好位于手指所成 像的位置處，這使光敏元件的探測面204所探測到的手指的像最為清晰，與太陽光在光敏 元件的探測面上所形成的像的清晰度差別大，以便于更好的濾除太陽光在光敏元件所產(chǎn)生 的信號。具體地，透光薄膜的上表面與透鏡203之間的距離d為1. 5f，而透鏡203到光敏元 件的探測面204的距離為D為3f，滿足成像公式，即1/f = 1/1. 5f+l/3f，當(dāng)手指在觸碰到 透光薄膜的上表面時，在光敏元件的探測面204上形成清晰像。繼續(xù)參考圖2，透光陣列107中的多個透鏡成MXN的矩陣排列，而光敏元件成 mXn的矩陣排列，那么滿足M小于或等于m ；而N小于或等于n，也就是說在矩陣的兩個方 向上，光敏元件的密度均大于透鏡的密度，從而使光敏元件較好地探測到透鏡所成的像，m、 n、M和N為自然數(shù)。具體地，所述透鏡203采用菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡為聚烯烴材料注壓而成的薄 片，通常菲涅爾透鏡的焦距較小，焦距的范圍在0. Imm 3mm的范圍內(nèi)。多個菲涅爾透鏡可 通過壓印(imprinting)方式形成于可透光的光學(xué)薄膜中，以形成光學(xué)元件。實(shí)際應(yīng)用中， 可根據(jù)透鏡203的焦距f的數(shù)值，確定透光薄膜的上表面到透鏡203的距離d、透鏡203到 光敏元件的探測面204的距離D。參考圖5，示出本發(fā)明光學(xué)式觸摸屏另一實(shí)施例的示意圖，所述光學(xué)式觸摸屏包括 背光源(圖未示)；位于背光源上的探測基板320，所述探測基板320包括透光基板303、位 于透光基板303朝向背光源一面的多個光敏元件304，所述多個光敏元件304呈矩陣式排 列、且所述光敏元件304的探測面朝向透光基板303 ；光學(xué)式觸摸屏還包括位于探測基板320上的光學(xué)元件330，所述光學(xué)元件330包括透光薄膜306、設(shè)置于透光薄膜306中的多個 透鏡305，所述多個透鏡305在透光薄膜306中按照矩陣式排列，形成透鏡陣列。所述透鏡 陣列可使手指301成像，本實(shí)施例中，當(dāng)手指301觸碰到透光薄膜306的上表面時所成像的 像面與所述光敏元件304的探測面共面，但是本發(fā)明并不限制于此。太陽光經(jīng)過光學(xué)元件在光敏元件304的探測面上形成的第二像清晰度較小，所述 光敏元件304不會探測到所述第二像的信號，進(jìn)而避免了太陽光對手指位置探測的影響。此外，所述光學(xué)式觸摸屏還包括一計(jì)算單元(圖未示)，所述計(jì)算單元連接于所述 光敏元件，可根據(jù)光敏元件探測到的手指301所成像的大小，計(jì)算手指301與光學(xué)元件上表 面，也就是距離觸摸表面的的距離。下面結(jié)合圖5，具體說明計(jì)算單元計(jì)根據(jù)成像的大小計(jì)算手指301與透鏡305距 離的原理。現(xiàn)有公知常識中，存在物高/像高=物距/像距的成像關(guān)系式，本實(shí)施中，由于 手指301的尺寸不變，且透鏡305與光敏元件304之間的距離不變，因此物高和像距均為定 值，所以像高與物距成反比，如圖5所示，當(dāng)手指301離透鏡305的距離為dl時，由于dl較 大，背光源發(fā)出的測量光透射至手指301時發(fā)生反射，反射光無法再光敏元件304上成像， 因此在光敏元件304中像Al中沒有與手指301對應(yīng)的像；當(dāng)手指301逐漸靠近透鏡305，與 透鏡305的距離為d2時，由于d2小于dl，光敏元件304中形成的像A2包括部分手指301 的像，在像A2中手指301的像呈月牙狀(即手指尖端所成的像)，尺寸較??；當(dāng)手指301再 逐漸靠近透鏡305，與透鏡305的距離為d3時，d3小于d2，光敏元件304中形成的像A3包 括完整的手指301的像；當(dāng)手指301靠近透鏡305、并且觸碰到透鏡305的上表面時，手指 301與透鏡305的距離為d4，光敏元件304中形成的像A4包括完整的手指301的像，且A4 中手指301的像大于A3中手指301的像。手指301的尺寸不變(即物高為定值)，透鏡305與光敏元件304之間的距離不變 (即像距為定值)，根據(jù)物高/像高=物距/像距的成像關(guān)系式、光敏元件304探測到的手 指301的像的大小(即像高)獲得手指301與透鏡305之間距離的相對大小(物距)，由于 透鏡305與透光薄膜的上表面(觸摸面)的間距固定，因此光敏元件304中的計(jì)算單元，進(jìn) 一步地可以減去透鏡305與接觸面之間的距離，從而獲得手指301與觸摸面之間距離。由此可見，本實(shí)施例的光學(xué)式觸摸屏不僅可以獲得手指在觸摸表面內(nèi)的位置，還 可以獲得手指距離觸摸表面的距離，進(jìn)而獲得手指觸摸位置的三維位置，從而使本發(fā)明的 光學(xué)式觸摸屏適用于3D顯示裝置。綜上，本發(fā)明提供的光學(xué)式觸摸屏探測觸摸位置的精度較高；還可以在三維方向 測量手指觸摸位置，進(jìn)而適用于3D顯示裝置。需要說明的是，上述實(shí)施例中，光學(xué)式觸摸屏的觸摸件以手指為例，但是本發(fā)明并 不限制于此，還可以是電子筆等其他觸摸件。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種包括上述光學(xué)式觸摸屏的顯示裝置，所述顯示裝置可 以是液晶顯示裝置，也可以是有機(jī)發(fā)光二極管顯示裝置(OrganicLight-Emitting Diode, 0LED)。本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域 技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā) 明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案 的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)式觸摸屏，其特征在于，包括背光源，探測基板和光學(xué)元件，其中，背光源，用于發(fā)出射向探測基板方向的測量光；探測基板，其朝向背光源一側(cè)設(shè)置有多個呈矩陣式排列的光敏元件；光學(xué)元件，其位于所述探測基板背離背光源的一側(cè)，且所述光學(xué)元件背離所述探測基 板的一側(cè)表面為觸摸表面，與所述觸摸表面接觸的觸摸件經(jīng)過所述光學(xué)元件在光敏元件的探測面上形成第一像；距離所述觸摸面一定距離處入射的干擾光源經(jīng)過所述光學(xué)元件在光敏元件的探測面 上形成第二像；所述第一像的清晰度大于第二像的清晰度。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)式觸摸屏，其特征在于，所述光學(xué)元件包括多個位于同一 平面且呈矩陣式排列的透鏡和透光薄膜，所述透鏡設(shè)置于所述透光薄膜中。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)式觸摸屏，其特征在于，所述光學(xué)元件的觸摸表面與透鏡 之間的距離為d，所述透鏡與光敏元件探測面之間的距離為D，透鏡的焦距為f，滿足d大于 f小于2f，D大于2f的關(guān)系。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)式觸摸屏，其特征在于，所述光學(xué)元件的觸摸表面與透鏡 之間的距離為d，所述透鏡與光敏元件探測面之間的距離為D，透鏡的焦距為f，滿足1/f = l/d+1/D的關(guān)系。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)式觸摸屏，其特征在于，d為1.5f，D為3f。
6.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)式觸摸屏，其特征在于，所述透鏡為菲涅爾透鏡。
7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)式觸摸屏，其特征在于，所述透鏡的焦距f位于0.1 3mm 的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)式觸摸屏，其特征在于，還包括計(jì)算單元，根據(jù)觸摸件在光 敏元件上的探測面形成的第一像的尺寸，同時，基于物高/像高=物距/像距的成像公式計(jì) 算所述觸摸件到觸摸表面的距離。
9.如權(quán)利要求2 8任意一權(quán)利要求所述的光學(xué)式觸摸屏，其特征在于，所述光敏元件 呈mXη的矩陣式排列，所述透鏡呈MXN的矩陣式排列，滿足M小于或等于m，并且N小于或 等于η的關(guān)系，m、n、M和N為自然數(shù)。
10.一種包括如權(quán)利要求1 9任意一權(quán)利要求所述的光學(xué)觸摸屏的顯示裝置。
全文摘要
一種光學(xué)式觸摸屏以及包括所述光學(xué)式觸摸屏的顯示裝置，所述光學(xué)式觸摸屏包括背光源，探測基板和光學(xué)元件，其中，背光源，用于發(fā)出射向探測基板方向的測量光；探測基板，其朝向背光源一側(cè)設(shè)置有多個呈矩陣式排列的光敏元件；光學(xué)元件，其位于所述探測基板背離背光源的一側(cè)，且所述光學(xué)元件背離所述探測基板的一側(cè)表面為觸摸表面，與所述觸摸表面接觸的觸摸件經(jīng)過所述光學(xué)元件在光敏元件的探測面上形成第一像；距離所述觸摸面一定距離處入射的干擾光源經(jīng)過所述光學(xué)元件在光敏元件的探測面上形成第二像；所述第一像的清晰度大于第二像的清晰度。
文檔編號G06F3/042GK102122221SQ201110080960
公開日2011年7月13日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者唐德明, 毛劍宏 申請人:上海麗恒光微電子科技有限公司