TWI433009B - 光學式觸控裝置 - Google Patents

Description

光學式觸控裝置

本發明是有關於一種觸控裝置，且特別是有關於一種光學式觸控裝置。

觸控裝置具有操作容易的優點，所以近年來觸控裝置已被廣泛地應用於多種電子產品，如行動電話、個人數位助理(personal digital assistant,PDA)、數位相機、音樂播放器、電腦、衛星導航裝置等。目前常見的觸控裝置包括電阻式觸控裝置、電容式觸控裝置及光學式觸控裝置等，其中光學式觸控裝置具有成本較低的優點。

圖1是習知一種光學式觸控裝置的剖面示意圖。請參照圖1，習知光學式觸控裝置100包括一透光基板110、二線光源120(圖1僅繪示一個)及二光感測元件130(圖1僅繪示一個)，其中透光基板110呈矩形，而每一線光源120與一個光感測元件130相對應，且分別位於透光基板110的相對兩側。每一線光源120配置於透光基板110的一個入光面112旁，而每一光感測元件130配置於透光基板110的一個出光面114旁。此外，在每一光感測元件130與出光面114之間設有一透鏡組140。

上述之光學式觸控裝置100中，線光源120的發光二極體122用以提供光訊號123。光訊號123從透光基板110的入光面112入射透光基板110，接著部分光訊號123在透光基板110內產生多次全反射後從出光面114出射。透鏡組140用以接收這些光訊號123，並將光訊號123匯聚至光感測元件130。當一觸控件50(如手指或筆等)接觸透光基板110的一觸控面116時，傳遞至觸控件50所接觸的部分觸控面116之光訊號123無法產生全反射，以致於無法被光感測元件130接收。如此，可根據每一光感測元件130之感測區中未接收到光訊號123的部分區域之位置來判斷觸控件50在觸控面116之其中一軸向的位置。所以，藉由兩個光感測元件130所感測到的資訊即可計算出觸控件50在觸控面116的正確位置。

在習知技術中，由於光訊號123從入光面112入射透光基板110時的入射角不一致，導致入光效率較差。而且，部分光訊號123並未在透光基板110內產生全反射就從出光面114離開透光基板110，此將降低光感測元件130的感測準確度。此外，光訊號123從出光面114離開透光基板110後的角度較為發散，導致透鏡組140的收光效率較差，以致於降低光感測元件130的感測效果。

本發明提供一種光學式觸控裝置，以藉由增加光訊號入射透光基板的效率，來提高光利用效率。

本發明另提供一種光學式觸控裝置，以藉由增加光訊號入射光感測元件的效率，來提高光利用效率。

本發明提出一種光學式觸控裝置，其包括一透光基板以及至少一光發射及接收單元。透光基板具有一觸控面與連接觸控面的多個側面。這些側面之至少其中之一為一第一入光面，這些側面之至少其中之一為與第一入光面相對的一第一出光面。每一光發射及接收單元包括一線光源、一光路徑調整元件以及一光感測元件。線光源配置於透光基板的第一入光面旁，且線光源適於提供光訊號至透光基板。光路徑調整元件配置於線光源與第一入光面之間，且光路徑調整元件適於使線光源提供的光訊號依一預定角度從第一入光面入射透光基板。光感測元件配置於透光基板的第一出光面旁，線光源與光感測元件位於透光基板的相對兩側，且光感測元件適於接收線光源所提供的光訊號。

在本發明之一實施例中，上述之線光源包括一導光板、一發光元件以及一罩體。導光板具有相鄰的一第二入光面與一第二出光面，其中第二出光面與光路徑調整元件相對。發光元件配置於第二入光面旁，且適於發射紅外光訊號。罩體容置導光板與發光元件。

在本發明之一實施例中，上述之每一光發射及接收單元更包括一集光元件，配置於光感測元件與第一出光面之間。集光元件適於接收從第一出光面出射的光訊號，且集光元件之遠離透光基板的一表面設有一出光結構，以使光訊號經由出光結構而傳遞至光感測元件。此出光結構包括光柵結構或霧面結構。

在本發明之一實施例中，上述之每一光發射及接收單元更包括一透鏡組，配置於光感測元件與集光元件之間，透鏡組適於將光訊號匯聚至光感測元件。

在本發明之一實施例中，上述之每一光發射及接收單元更包括一反射元件，配置於光感測元件與集光元件之間。反射元件適於將光訊號反射至光感測元件，且每一光發射及接收單元的反射元件包括一稜鏡。此稜鏡具有一第三入光面、一反射面與一第三出光面。第三入光面與集光元件相對，第三出光面與光感測元件相對，而反射面連接於第三出光面與第三入光面之間。

在本發明之一實施例中，上述之每一光發射及接收單元更包括一折射元件，配置於反射元件與集光元件之間。此折射元件適於將光訊號折射至反射元件。

在本發明之一實施例中，上述之每一光路徑調整元件具有相對的一第四入光面與一第四出光面。第四入光面為凸向線光源的曲面，第四出光面為斜面。

在本發明之一實施例中，上述之透光基板為一顯示面板的一基板。觸控面以及與觸控面相對的一表面分別設有一反射層，且反射層適於反射紅外光訊號。

在本發明之一實施例中，上述之第一入光面為斜面。

在本發明之一實施例中，上述之光感測元件具有一感測區，而線光源提供的光訊號在透光基板內產生全反射。當一觸控件接觸觸控面時，觸控件破壞部分光訊號的全反射，以使光感測元件的部分感測區無法接收到光訊號。

在本發明之一實施例中，上述之光學式觸控裝置更包括一處理單元，電性連接至光感測元件。處理單元適於根據未接收到光訊號的部分感測區的位置來判斷觸控件的位置。

本發明另提出一種光學式觸控裝置，其包括一透光基板以及至少一光發射及接收單元。透光基板具有一觸控面與連接觸控面的多個側面。這些側面之至少其中之一為一第一入光面，這些側面之至少其中之一為與第一入光面相對的一第一出光面。每一光發射及接收單元包括一線光源、一光感測元件與一集光元件。線光源配置於透光基板的第一入光面旁，且線光源適於提供光訊號至透光基板。光感測元件配置於透光基板的第一出光面旁，且線光源與光感測元件位於透光基板的相對兩側。光感測元件適於接收線光源所提供的光訊號。集光元件配置於光感測元件與第一出光面之間，且集光元件適於接收從第一出光面出射的光訊號。集光元件之遠離透光基板的一表面設有一出光結構，以使光訊號經由出光結構而傳遞至光感測元件。

在本發明之一實施例中，上述之每一線光源包括一導光板、一發光元件以及一罩體。導光板具有相鄰的一第二入光面與一第二出光面，而第二出光面與光路徑調整元件相對。發光元件配置於第二入光面旁，且適於發射紅外光訊號。罩體容置導光板與發光元件。

在本發明之一實施例中，上述之出光結構包括光柵結構或霧面結構。

在本發明之一實施例中，上述之每一光發射及接收單元更包括一透鏡組，配置於光感測元件與集光元件之間。透鏡組適於將光訊號匯聚至光感測元件。

在本發明之一實施例中，上述之每一光發射及接收單元更包括一反射元件，配置於光感測元件與集光元件之間。反射元件適於將光訊號反射至光感測元件，且反射元件包括一稜鏡。稜鏡具有一第三入光面、一反射面與一第三出光面。第三入光面與集光元件相對，第三出光面與光感測元件相對，而反射面連接於第三出光面與第三入光面之間。

在本發明之一實施例中，上述之每一光發射及接收單元更包括一折射元件，配置於反射元件與集光元件之間。此折射元件適於將光訊號折射至反射元件。

在本發明之一實施例中，上述之透光基板為一顯示面板的一基板，觸控面以及與觸控面相對的一表面分別設有一反射層，且反射層適於反射紅外光訊號。

在本發明之一實施例中，上述之第一入光面為斜面。

在本發明之一實施例中，上述之光感測元件具有一感測區，而線光源提供的光訊號在透光基板內產生全反射。當一觸控件接觸觸控面時，觸控件破壞部分光訊號的全反射，以使光感測元件的部分感測區無法接收到光訊號。

在本發明之一實施例中，上述之光學式觸控裝置更包括一處理單元，電性連接至光感測元件。此處理單元適於根據未接收到光訊號的部分感測區的位置來判斷觸控件的位置。

在本發明一實施例之光學式觸控裝置中，由於具有光路徑調整元件來使光訊號入射透光基板的入射角較為一致，所以能增加光訊號入射透光基板的效率，進而提高光利用效率。此外，在本發明另一實施例之光學式觸控裝置中，由於使用集光元件收集光訊號，且集光元件的出光結構可限制光訊號的出射角度及出射範圍，所以能增加光訊號入射光感測元件的效率，進而提高光利用效率。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖2是本發明一實施例之一種光學式觸控裝置的俯視圖，而圖3是沿圖2之I-I’線的剖面示意圖。請參照圖2與圖3，本實施例之光學式觸控裝置200包括一透光基板210及至少一光發射及接收單元300，而圖2是以兩個光發射及接收單元為例。

透光基板210具有一觸控面212a與連接此觸控面212a的多個側面(如側面212b、212c、212d、212e)。這些側面212b、212c、212d、212e之至少其中之一為一第一入光面，這些側面212b、212c、212d、212e之至少其中之一為與第一入光面相對的一第一出光面。更詳細地說，第一入光面與第一出光面的數量對應光發射及接收單元300的數量。由於本實施例是以兩個光發射及接收單元300為例，所以第一入光面與第一出光面的數量分別為兩個。在本實施例中，側面212b、212e為第一入光面，側面212c、212d為第一出光面，下文將稱側面212b、212e為第一入光面212b、212e，並稱側面212c、212d為第一出光面212c、212d。

每一光發射及接收單元300包括一線光源310、一光路徑調整元件320以及一光感測元件330。每一光發射及接收單元300的線光源310與光感測元件330是位於透光基板210的相對兩側。此外，這些線光源310分別配置於透光基板210的第一入光面212b、212e旁，且線光源310適於提供光訊號311至透光基板210。每一光路徑調整元件320配置於對應的線光源310與對應的第一入光面212b/212e之間。另外，這些光路徑調整元件320適於使線光源310提供的光訊號311依一預定角度θ從第一入光面212b、212e入射透光基板210。這些光感測元件330分別配置於第一出光面212c、212d旁，且光感測元件330適於接收線光源310所提供的光訊號311。

上述之每一線光源310例如包括一發光元件312、一導光板314及一罩體316。每一導光板314具有相鄰的一第二入光面314a與一第二出光面314b。這些導光板314的第二出光面314b分別與第一入光面212b、212e相對。發光元件312配置於第二入光面314a旁，且罩體316容置導光板314與發光元件312。發光元件312例如是紅外光發光元件，如發光二極體，但不以此為限。此外，這些導光板314適於使發光元件312提供的部分光訊號311與從罩體316反射的部分光訊號311傳遞至第一入光面212b、212e。

此外，每一光路徑調整元件320例如具有相對的一第四入光面322與一第四出光面324。第四入光面322為凸向線光源310的曲面，第四出光面324為斜面。第四入光面322用以使線光源310所提供的光訊號311形成近乎平行的光訊號311，而第四出光面324用以改變光訊號311的光路徑，以使大部分的光訊號311依所述預定角度θ從第一入光面212b、212e入射透光基板210。換言之，藉由改變第四出光面324的斜率可調整光訊號311入射第一入光面212b、212e的入射角。另外，需說明的是，所述之預定角度θ並非限定單一角度，此預定角度θ可以是介於一個最大值與最小值相差約數度的範圍內。

在一般使用環境中，當透光基板212的觸控面212a未被觸控件(如手指)接觸時，觸控面212a所接觸的介質例如是空氣。線光源310所提供的光訊號311從第一入光面212b、212e入射透光基板212後，會在透光基板212內產生全反射，並從透光基板212的第一出光面212c、212d出射，以被對應的光感測元件340接收。上述兩個線光源310其中之一所提供的光訊號311例如是沿著平行X軸的方向前進，而另一線光源310所提供的光訊號311例如是沿著平行Y軸的方向前進。此外，當觸控件60(如手指、筆或其他物體)接觸到觸控面212a時，由於觸控件60的折射率與空氣的折射率不同，導致傳遞至觸控件60所接觸的部分觸控面212a之光訊號311無法產生全反射，以致於無法被光感測元件340接收。換言之，觸控件60接觸到觸控面212a時，觸控件60會破壞部分光訊號311的全反射，以使光感測元件340的部分感測區無法接收到光訊號311。另外，本實施例之光學式觸控裝置200更包括一處理單元220。此處理單元220電性連接至光感測元件340，以根據未接收到光訊號311的部分感測區的位置來判斷觸控件60的位置。

在本實施例中，光感測元件340可為互補式金氧半影像感測元件(CMOS image sensor)、電荷耦合元件(charge coupled device,CCD)或其他合適的光感測元件。此外，位於第一出光面212c旁的光感測元件340可感測觸控件60在X軸的位置，而位於第一出光面212d旁的光感測元件340可感測觸控件60在Y軸的位置。因此，藉由此二光感測元件340即可感測到觸控件60在觸控面212a的正確位置。

本實施例之光學式觸控裝置200因使用光路徑調整元件320來使光訊號311依預定角度θ入射透光基板210，所以能增加光訊號311入射透光基板210的效率，進而提高本實施例之光學式觸控裝置200的光利用效率。

雖然本實施例是以兩個光發射及接收單元300為例，但在另一實施例中，亦可視實際需求，而將光發射及接收單元300的數量調整成一個或兩個以上。此外，為了提升光訊號311的反射率，在觸控面212a以及與觸控面212a相對的一表面212f可分別設置一反射層(圖未示)。在發光元件312為紅外光發光元件的實施例中，每一反射層例如是用來反射紅外光訊號。

值得一提的是，為了進一步提升本實施例之光學式觸控裝置200的光利用效率，每一光發射及接收單元300可更包括一集光元件330，配置於光感測元件340與對應的第一出光面212c/212d之間。每一集光元件330適於接收從第一出光面212c/212d出射的光訊號311，且集光元件330之遠離透光基板210的一表面332設有一出光結構333，以使光訊號311經由出光結構333而傳遞至光感測元件340。此出光結構333可為光柵結構或霧面結構，但不以此為限。

承上述，集光元件330適於接收從出光面214出射的光訊號311，而出光結構333適於限制光訊號311的出射角度及出射範圍，以提升光感測元件340的接收效率。如此，可提升本實施例之光學式觸控裝置200的光利用效率，並改善光感測元件340的感測效果。此外，在每一光發射及接收單元300的光感測元件340與集光元件330之間可設置一透鏡組350。此透鏡組350可將光訊號311匯聚至光感測元件340，以進一步提升光感測元件340的感測效果。

需注意的是，當本實施例之光學式觸控裝置200應用於觸控顯示裝置時，透光基板210可與觸控顯示裝置之顯示面板的一基板整合為一體。亦即，透光基板210可為顯示面板的基板。在另一實施例中，光學式觸控裝置的光發射及接收單元亦可省略光路徑調整元件320，而僅藉由集光元件330來提升光學式觸控裝置的光利用效率。

圖4是本發明另一實施例之一種光學式觸控裝置的剖面示意圖。請參照圖4，本實施例之光學式觸控裝置200a與上述之光學式觸控裝置200相似，差別處在於光學式觸控裝置200a之透光基板210’的每一第一入光面(如第一入光面212b’)為斜面。此斜面的斜率是配合光訊號311的光路徑，以使光訊號311近乎垂直入射入光面212b’。如此，可增加光訊號311入射透光基板210’的效率，以進一步提升光學式觸控裝置200a的光利用效率。

圖5是本發明另一實施例之一種光學式觸控裝置的剖面示意圖。請參照圖5，本實施例之光學式觸控裝置200b與上述之光學式觸控裝置200相似，差別處在於光學式觸控裝置200b的每一光發射及接收單元300b省略了圖3之透鏡組350。此外，光學式觸控裝置200b的每一光發射及接收單元300b更包括一反射元件360，配置於光感測元件340與集光元件330之間。此反射元件360用以將光訊號311反射至光感測元件340。具體而言，反射元件360例如是稜鏡，其具有一第三入光面362、一反射面364與一第三出光面366。第三入光面362與集光元件330相對，第三出光面366與光感測元件340相對，而反射面364連接於第三出光面366與第三入光面362之間。另外，在另一實施例中，反射元件360與光感測單元340之間亦可設置圖3之透鏡組350。

圖6是本發明另一實施例之一種光學式觸控裝置的俯視示意圖。請參照圖6，光學式觸控裝置200c與上述之光學式觸控裝置200b相似，差別處在於光學式觸控裝置200c的每一光發射及接收單元300c更包括一折射元件370，配置於反射元件360與集光元件330之間，且折射元件370適於將光訊號311折射至反射元件360。此外，在另一實施例中，折射元件370亦可接觸反射元件360的第三入光面362。

上述之光學式觸控裝置200b、200c的優點與光學式觸控裝置200的優點相似，在此將不再重述。

綜上所述，本發明之光學式觸控裝置至少具有下列優點其中之一：

1.在一實施例中，由於光學式觸控裝置具有光路徑調整元件來使光訊號入射透光基板的入射角較為一致，所以能增加光訊號入射透光基板的效率，進而提高光利用效率。

2.在另一實施例中，由於光學式觸控裝置具有集光元件，且集光元件的出光結構可限制光訊號的出射角度及出射範圍，所以能增加光訊號入射光感測元件的效率，進而提高光利用效率。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

50、60．．．觸控件

100．．．光學式觸控裝置

110．．．透光基板

112．．．入光面

114．．．出光面

116．．．觸控面

120．．．線光源

122．．．發光二極體

123．．．光訊號

130．．．光感測元件

140．．．透鏡組

200、200a、200b、200c．．．光學式觸控裝置

210、210’．．．透光基板

212a．．．觸控面

212b、212b’、212e．．．第一入光面(側面)

212c、212d．．．第一出光面(側面)

212f．．．表面

220．．．處理單元

300、300b．．．光發射及接收單元

310．．．線光源

311．．．光訊號

314．．．導光板

314a．．．第二入光面

314b．．．第二出光面

316．．．罩體

320．．．光路徑調整元件

322．．．第四入光面

324．．．第四出光面

330．．．集光元件

332．．．表面

333．．．出光結構

340．．．光感測元件

350．．．透鏡組

360．．．反射元件

362．．．第三入光面

364．．．反射面

366．．．第三出光面

370．．．折射元件

θ．．．預定角度

圖1是習知一種光學式觸控裝置的剖面示意圖。

圖2是本發明一實施例之一種光學式觸控裝置的俯視圖。

圖3是沿圖2之I-I’線的剖面示意圖。

圖4是本發明另一實施例之一種光學式觸控裝置的剖面示意圖。

圖5是本發明另一實施例之一種光學式觸控裝置的剖面示意圖。

圖6是本發明另一實施例之一種光學式觸控裝置的俯視示意圖。

200．．．光學式觸控裝置

210．．．透光基板

212a．．．觸控面

212b．．．第一入光面(側面)

212d．．．第一出光面(側面)

212f．．．表面

300．．．光發射及接收單元

310．．．線光源

311．．．光訊號

314．．．導光板

316．．．罩體

320．．．光路徑調整元件

322．．．第四入光面

324．．．第四出光面

330．．．集光元件

332．．．表面

333．．．出光結構

340．．．光感測元件

350．．．透鏡組

θ．．．預定角度

Claims (9)

1. 一種光學式觸控裝置，包括：一透光基板，具有一觸控面與連接該觸控面的多個側面，該些側面之至少其中之一為一第一入光面，該些側面之至少其中之一為與該第一入光面相對的一第一出光面，其中該第一入光面為斜面；至少一光發射及接收單元，每一光發射及接收單元包括：一線光源，配置於該透光基板的該第一入光面旁，該線光源適於提供光訊號至該透光基板；一光路徑調整元件，配置於該線光源與該第一入光面之間，該光路徑調整元件適於使該線光源提供的光訊號依一預定角度從該第一入光面入射該透光基板，其中該光路徑調整元件具有相對的一第四入光面與一第四出光面，該第四入光面為凸向該線光源的曲面，該第四出光面為斜面；以及一光感測元件，配置於該透光基板的該第一出光面旁，該線光源與該光感測元件位於該透光基板的相對兩側，且該光感測元件適於接收該線光源所提供的光訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控裝置，其中該線光源包括：一導光板，具有相鄰的一第二入光面與一第二出光面，該第二出光面與該光路徑調整元件相對；一發光元件，配置於該第二入光面旁，適於發射紅外光訊號；以及一罩體，容置該導光板與該發光元件。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控裝置，其中每 一光發射及接收單元更包括一集光元件，配置於該光感測元件與該第一出光面之間，該集光元件適於接收從該第一出光面出射的光訊號，且該集光元件之遠離該透光基板的一表面設有一出光結構，以使光訊號經由該出光結構而傳遞至該光感測元件，該出光結構包括光柵結構或霧面結構。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光學式觸控裝置，其中每一光發射及接收單元更包括一透鏡組，配置於該光感測元件與該集光元件之間，該透鏡組適於將光訊號匯聚至該光感測元件。
5. 如申請專利範圍第3項所述之光學式觸控裝置，其中每一光發射及接收單元更包括一反射元件，配置於該光感測元件與該集光元件之間，該反射元件適於將光訊號反射至該光感測元件，每一光發射及接收單元的該反射元件包括一稜鏡，該稜鏡具有一第三入光面、一反射面與一第三出光面，該第三入光面與該集光元件相對，該第三出光面與該光感測元件相對，而該反射面連接於該第三出光面與該第三入光面之間。
6. 如申請專利範圍第5項所述之光學式觸控裝置，其中每一光發射及接收單元更包括一折射元件，配置於該反射元件與該集光元件之間，該折射元件適於將光訊號折射至該反射元件。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控裝置，其中該透光基板為一顯示面板的一基板，該觸控面以及與該觸控面相對的一表面分別設有一反射層，且該些反射層適於反射紅外光訊號。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控裝置，其中該光感測元件具有一感測區，而該線光源提供的光訊號在該透光 基板內產生全反射，當一觸控件接觸該觸控面時，該觸控件破壞部分光訊號的全反射，以使該光感測元件的部分該感測區無法接收到光訊號。
9. 如申請專利範圍第8項所述之光學式觸控裝置，更包括一處理單元，電性連接至該光感測元件，該處理單元適於根據未接收到光訊號的部分該感測區的位置來判斷該觸控件的位置。