[發明專利]一種光耦合微結構器件

有效

• 申請號: 201410437548.2
• 申請日: 2014-08-29
• 公開（公告）號: CN104166484B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 陳策;王志旭;徐響林;張新泉
• 申請（專利權）人: 江蘇特思達電子科技股份有限公司;徐勇;王志旭
• 主分類號: G06F3/042
• 分類號: G06F3/042
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司11250
• 代理人: 張建綱

技術領域

本發明涉及紅外觸摸技術領域，具體地涉及一種光耦合微結構器件。

背景技術

觸摸屏是通過用手指、專用的筆等直接接觸液晶顯示器等屏幕來操作設備的輸入裝置，觸摸屏通常被用于金融機構的ATM機、車站的售票機、便攜式游戲機等。觸摸屏技術包括：電阻觸摸屏技術、電容觸摸屏技術、聲波觸摸屏技術、紅外觸摸屏技術和光學觸摸屏技術。紅外觸摸屏技術和光學觸摸屏技術原理簡單、易生成、成本低、適用于中大尺寸產品應用，但是觸摸精度低。現有技術中有采用受抑全內反射技術來實現觸摸屏檢測的，即將信號光源入射到待耦合器件內，通過全內反射在待耦合器件的兩個表面之間進行傳播，觸摸待耦合器件的兩個表面之一會引起一個或多個光傳感器檢測的傳播光的變化，通過光傳感器定位觸摸位置，進而實現該觸摸位置所表示的操作。

現有技術中采用受抑全內反射技術的一類方法是：在待耦合器件的外圍設置信號光源，將信號光源設置正對待耦合器件的按一定角度拋光的側邊，以確保光信號能最大強度地在待耦合器件內形成全內反射，所述角度為使全內反射發生的最小入射角，通常選取的角度為形成全內反射的臨界角41.5度。或者是采用調整光源的發射角度和光感測設備的接收角度來達到上述最小入射角以實現光信號的全內反射。該類方法信號光源的耦合效率低，并且需要待耦合器件的邊緣表面高度平坦沒有缺陷，實現比較困難并且昂貴。現有技術中還有一類方法是通過在待耦合器件上附裝一個楔形部分，光通過楔形部分形成一定角度入射到待耦合器件內，該類方法減輕了對待耦合器件邊緣表面的表面特性的嚴格要求，但是楔形部分會顯著增加系統的厚度和重量，且楔形部分的微小或局部脫落也會導致系統的耦合性能下降。

發明內容

為此，本發明所要解決的技術問題在于現有技術中用于觸摸屏光路耦合的方法耦合效率低、實際小尺寸輻射立體角較大的平行光源較難實現、器件成本高，從而提出一種光耦合微結構器件。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：

一種光耦合微結構器件，包括：

第一基底層；

菲涅爾微結構層，其設置于所述第一基底層的第一表面上，用于將入射到所述菲涅爾微結構層的光折射為垂直于所述第一基底層的第一平行光；以及

折轉光路微結構層，其設置于所述第一基底層的與所述第一表面相對的第二表面上，用于將所述第一平行光折射為與待耦合器件成一定角度的第二平行光。

上述光耦合微結構器件，所述菲涅爾微結構層為多層同心圓環結構，每一層圓環由一個三角形繞圓心旋轉一周得到，菲涅爾微結構層的中心為半球面。

上述光耦合微結構器件，所述菲涅爾微結構層中第i層圓環對應的三角形靠近圓心處的角度為面角θ_facet，所述面角θ_facet滿足如下公式：

其中，θ_facet表示面角，u_i表示信號光源輻射角，即信號光源發射到第i層圓環的物方孔鏡角，n₀表示空氣折射率，n₁表示菲涅爾微結構層折射率。

上述光耦合微結構器件，所述折轉光路微結構層為若干形狀相同的直角三角形棱鏡構成齒形結構層，直角三角形的一條直角邊與第二表面相接觸。

上述光耦合微結構器件，還包括：

第二基底層，所述第二基底層的形狀與所述折轉光路微結構層的形狀相配合，用于將所述折轉光路微結構層與待耦合器件連接，并且所述第二基底層的折射率和待耦合器件折射率相同。

上述光耦合微結構器件，所述直角三角形棱鏡的斜邊與所述第二表面所成的夾角θ₃滿足如下公式：

其中，θ₃表示夾角，n₃表示折轉光路微結構層折射率，θ₅表示待耦合器件內形成全內反射的臨界角，n₅表示待耦合器件折射率。

上述光耦合微結構器件，所述待耦合器件為波導腔。

上述光耦合微結構器件，所述菲涅爾微結構層由菲涅爾棱鏡刻蝕獲取。

上述光耦合微結構器件，所述折轉光路微結構層由轉角微結構棱鏡刻蝕獲取，轉角微結構棱鏡選取半五角棱鏡或者斯密特棱鏡。

上述光耦合微結構器件，所述第一基底層為熔融硅類的無機物。

上述光耦合微結構器件，所述第一基底層為柔性有機物。

上述光耦合微結構器件，所述第二基底層為熔融硅類的無機物。

本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點：