TWI485449B - 導光模組及其相關光偵測裝置 - Google Patents

Description

導光模組及其相關光偵測裝置

本發明係提供一種導光模組及其相關光偵測裝置，尤指一種減少干擾訊號以提高偵測準確度之導光模組及其相關光偵測裝置。

導光板是背光模組中扮演光導引媒介的關鍵零組件，應用在側光型背光模組可導引光線方向，用以提高面板的光輝度及控制亮度均勻。傳統的側入式導光板係將發光單元擺放在其側邊，發光單元所輸出之光線自側邊進入導光板後會可利用全反射原理傳遞至導光板的遠端。導光板的底面會印製有複數個反射擴散點，可用來破換光線在導光板內部的全反射，進而將光線導引至導光板的上方以透出導光板。光輝度及亮度是否均勻係對應於反射擴散點的尺寸與排列方式。然而傳統的側入式導光板僅使用在背光模組中，而未有其他類型的應用。若能設計出一種應用導光板作為光學式動作感應之基材，並具有高靈敏度與準確性的偵測裝置，即為現今相關光學產業的重點發展目標。

本發明係提供一種減少干擾訊號以提高偵測準確度之 導光模組及其相關光偵測裝置，以解決上述之問題。

本發明之申請專利範圍係揭露一種導光模組，其包含有一導光板，以及至少一光反射結構，設置於該導光板之一底部。該導光板係自其側邊接收一光線，以使該光線能於該導光板內傳遞。該導光板包含有一出光面與該底部，分別位於該導光板之兩相異端面。該光反射結構用來破壞該導光板之全反射以將該光線自該出光面導出該導光板。該光反射結構包含有一第一反射層，形成於該導光板之一底面，以及一第二反射層，形成於該第一反射層之上方。該第一反射層係部份吸收該光線。該光線係利用該第二反射層以透出該導光板之該出光面，其中該第二反射層位於該第一反射層與該導光板之間。

本發明之申請專利範圍另揭露一種光偵測裝置，其包含有一發光單元與一導光模組。該發光單元設置於該導光模組之旁側。該導光模組包含有一導光板，以及至少一光反射結構，設置於該導光板之該底部。該發光單元自該導光板之一側邊輸入一光線，以使該光線能於該導光板內傳遞。該導光板包含有一出光面與一底部，分別位於該導光板之兩相異端面。該光反射結構用來破壞該導光板之全反射以將該光線自該出光面導出該導光板。該光反射結構包含有一第一反射層，形成於該導光板之一底面，及一第二反射層，形成於該 第一反射層之上方。該第一反射層係部份吸收該光線，且該光線係利用該第二反射層以透出該導光板之該出光面。其中該第二反射層位於該第一反射層與該導光板之間該導光模組另包含有一光偵測器，位於該導光板之下方。該光偵測器接收一外部物體置於該出光面所產生之一反射光訊號。

本發明之導光模組的光反射結構係由不同反射率的反射層所組成。位於上方的反射層用來破壞導光板的全反射，以使光線由導光板的正面射出；位於下方的反射層具有較低的反射率與較寬大的尺寸，大致可覆蓋上方反射層的周緣，用來吸收光線以避免光偵測器清楚地捕捉到光反射結構之影像而產生光斑。因此本發明之導光模組除了傳統的改變光線方向以提供均勻背光之功能外，另可作為光偵測裝置的感應元件，設置在導光板下方的光偵測器可精準地捕捉到在導光板上方之外部物體的移動軌跡，並可有效排除反射光訊號穿越複數個光反射結構所造成的光斑干擾，達到高偵測準確性之目的。

請參閱第1圖與第2圖，第1圖為本發明實施例之一光控設備10之示意圖，第2圖為本發明實施例之光控設備10之結構剖視圖。光控設備10可包含有一殼體12與一光偵測裝置14。殼體12用來包覆保護光控設備10之複數個電子元 件，例如電路板、處理器、傳輸線等。光偵測裝置14設置於殼體12之表面，使用者可利用光反射及光遮蔽等特性，使用光偵測裝置14控制光控設備10內部電子元件之操作。光控設備10可為光學滑鼠，觸控面板等。

光偵測裝置14包含有一發光單元16、一導光模組18、一光偵測器20、一濾光元件22以及一控制器24。發光單元16設置於導光模組18的旁側。發光單元16可以為一發光二極體，用來提供穩定均勻的光線，如第2圖所示之箭頭標號。導光模組18包含有一導光板26與複數個個光反射結構28。導光板26可為一側入式導光板，因此發光單元16係自導光板26之一側邊輸入光線，且光線可於導光板26內部傳遞。導光板26包含有一出光面261與一底部263，分別位於導光板26之兩相對端面。各光反射結構28皆設置於導光板26之底部263，用來破壞導光板26的全反射，以使光線可自出光面261導出導光板26。一般來說，複數個光反射結構28可以陣列方式均勻分佈在底部263，第2圖僅繪出部份的光反射結構28，實際應用態樣並不以此為限。舉例而言，部份或者全部光反射結構28可設置於導光板26之底部內面，如此的設置並不會影響導光板26的功能。導光板26的設置範圍可包含光控設備10的左右兩側，俾使使用者放置全部手指時，皆能被光偵測裝置14所偵測。

此外，光偵測器20可位於殼體12內部的適當區域，其設置重點在於光偵測器20的視野範圍(field-of-view)能夠涵蓋導光板26上所欲進行偵測的區域。舉例來說，光偵測器20可位於殼體12後方，將視野範圍朝向前方，以涵蓋導光板26；又或者光偵測器20可位於殼體12內，且在導光板26下方，光偵測器20將其視野範圍朝向上方，以涵蓋導光板26；又或者可設置一個以上的光偵測器20，藉此可使用單一視野範圍較小，但能增加整體視野範圍的光偵測器20。在以下實施例中，以光偵測器20位於導光板26之下方進行舉例說明。

如前所述，當一外部物體放置於導光板26的出光面261時，光偵測器20可接收到因外部物體所產生之一反射光訊號，此時電連接於光偵測器20之控制器24便可讀取光偵測器20之一偵測結果(其係相應於反射光訊號)，判斷外部物體係位於導光板26的何處位置及其相應動作，例如點擊次數、點擊頻率或點擊位置，以輸出一相對應的控制訊號，驅動光控設備10內部電子元件之操作。濾光元件22可為一選擇性配置的構件，其係設置於導光板26與光偵測器20之間。為了避免發光單元16所輸出光線之一波段沒有對應到光偵測器20之一反應波長而造成偵測結果異常，光偵測裝置14可應用濾光元件22來濾除光線的多餘波段，以使光偵測器20可依據其反應波長讀取到無干擾雜質之資訊。

請參閱第3圖，第3圖為本發明實施例之光偵測裝置14之部分放大示意圖。如第3圖所示，光反射結構28可包含有一第一反射層30與一第二反射層32。第一反射層30形成於導光板26之一底面，即底部263的外表面，且第二反射層32形成於第一反射層30之上方。光線照射到光反射結構28時，由於第一反射層30之光反射率可實質上小於第二反射層32之光反射率，舉例來說，第一反射層30之光反射率可實質上低於百分之二十，因此第一反射層30會吸收掉部份的光線，避免將來自發光單元16之光線直接導引至光偵測器20；另一方面，第二反射層32可將光線向上反射以透出導光板26的出光面261，故光反射結構28之底層(第一反射層30)的光敏度較低，其係利用頂層(第二反射層32)將光線向上反射，藉此防止光偵測器20捕捉到光反射結構28之斑點影像而造成影像處理異常。

如第3圖所示，第二反射層32係位於第一反射層30與導光板26之間，且第一反射層30之一寬度H1可實質上略大於或等於第二反射層32之一寬度H2，如此一來，突出第二反射層32之兩端的部份第一反射層30不但可阻擋光線被第二反射層32向下反射進入殼體內部而導引至光偵測器20，更可有效地將光線向上反射以透出導光板26之出光面261，降低光反射結構28在光偵測器20的拍攝影像中形成 光斑點的機率。除此之外，光反射結構28另可選擇性包含有一橋接層34，設置於第一反射層30及第二反射層32之間。光反射結構28可使用適當材質所組成的橋接層34，以提高第一反射層30與第二反射層32的接合強度。橋接層34另可用來增加光反射結構28的總厚度，利用橋接層34本身的折射率來改變光反射結構28的光線出射及入射角度。

值得一提的是，導光模組18之光反射結構28的製作方式可包含有印刷式與非印刷式。印刷式方法係於導光板26完成外型加工後，以油墨印刷技術將光反射結構28印在導光板26上(例如：底部263的外表面)，因此第一反射層30與第二反射層32可分別為油墨網點，意即具有不同光反射率的色彩塗料層，其顏色及材質均不設限。非印刷式方法係於導光板26製作時，直接以加工成型方式將光反射結構28形成在導光板26上(例如：底部263的內面)，其另可區分為化學蝕刻(Etching)技術、精密機械刻畫(V-cut)技術、光微影(stamper)技術或內部擴散技術，因此第一反射層30與第二反射層32可能為微蝕刻層或不同材質所組成之光反射層，凡可使第一反射層30之光反射率小於第二反射層32之光反射率的材料皆適於應用在本發明的光反射結構28。另一方面，第一反射層設置的主要目的在於阻擋光線被第二反射層向下反射到殼體內部，因此第一反射層的設置重點在於能夠涵蓋至少部份第二反射層的周緣區域。

此外，發光單元16所輸出光線之一波段W₁ 可對應於第一反射層30之一反射波段W₂ ，且光偵測器20之反應波長W₃ 係介於第一反射層30之反射波段W₂ 範圍內，但不重疊第一反射層30的中心反射波段W_2center 。請參閱第4圖，第4圖為本發明實施例之發光單元16、第一反射層30與光偵測器20的光波段範圍比較圖。發光單元16可為一雷射二極體，其波段W₁ 的範圍較窄，例如發光單元16可發出紅外光；第一反射層30可利用顏色或材質製作出波段相近的單元，例如紅色顏料塗層，其反射波段W₂ 的範圍相對波段W₁ 較寬，且中心反射波段W_2center 係位於光強度最高之區域；光偵測器20的反應波長W₃ 較佳地需避開反射波段W₂ 的波峰(中心反射波段W_2center )，而又位於反射波段W₂ 的範圍內。如此一來第一反射層30便可大幅吸收發光單元16所輸出之光線以降低反射率，且光偵測器20對第一反射層30的光敏度低，但仍可有效捕捉到發光單元16所輸出之光線。

綜上所述，本發明係將導光板26應用於光偵測裝置14的感應元件。導光板26之底部263可形成複數個以陣列方式排列的光反射結構28，各光反射結構28係由雙反射層所組成。光偵測裝置14啟動時，位於下方的第一反射層30用來吸收光線，以避免光偵測器20捕捉到來自第一反射層30的反射光線；位於上方的第二反射層32則具有較佳反射率， 用來破壞導光板26的全反射，將光線向上導引以經由出光面261透出導光板26，藉此可減少光反射結構28在光偵測器20的擷取影像中產生的干擾反應。其中光偵測器20之一像素尺寸另可設計為實質上大於光反射結構28之一尺寸，例如光偵測器20的像素尺寸可選擇性為光反射結構28之尺寸的三倍。藉由上述尺寸之設計規劃，亦具有減少光反射結構28對光偵測器20造成干擾之功效。

使用者欲操作光控設備10時，可將外部物體，例如手指或觸控筆，在導光板26的出光面261上晃動。隨著外部物體在出光面261上方移動，透過光反射結構28導出導光板26的光線被外部物體阻斷便會產生相應的反射光訊號。反射光訊號係向下傳輸，並穿越導光板26至光偵測器20。因此控制器24即可依據光偵測器20的偵測結果，例如手指在導光板26上之位置、移動的曲線或停留的時間等等，輸出控制訊號，以指示光控設備10執行相應的程式或發出相應的指令。

相較先前技術，本發明之導光模組的光反射結構係由不同反射率的反射層所組成。位於上方的反射層用來破壞導光板的全反射，以使光線由導光板的正面射出；位於下方的反射層具有較低的反射率與較寬大的尺寸，用來吸收光線以避免光偵測器清楚地捕捉到光反射結構之影像而產生光斑。因 此本發明之導光模組除了傳統的改變光線方向以提供均勻背光之功能外，另可作為光偵測裝置的感應元件，設置在導光板下方的光偵測器可精準地捕捉到在導光板上方之外部物體的移動軌跡，並可有效排除反射光訊號穿越複數個光反射結構所造成的光斑干擾，達到高偵測準確性之目的。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10‧‧‧光控設備

12‧‧‧殼體

14‧‧‧光偵測裝置

16‧‧‧發光單元

18‧‧‧導光模組

20‧‧‧光偵測器

22‧‧‧濾光元件

24‧‧‧控制器

26‧‧‧導光板

261‧‧‧出光面

263‧‧‧底部

28‧‧‧光反射結構

30‧‧‧第一反射層

32‧‧‧第二反射層

34‧‧‧橋接層

H1‧‧‧寬度

H2‧‧‧寬度

W₁ ‧‧‧光線波段

W₂ ‧‧‧反射波段

W_2center ‧‧‧中心反射波段

W₃ ‧‧‧反應波長

第1圖為本發明實施例之光控設備之示意圖。

第2圖為本發明實施例之光控設備之結構剖視圖。

第3圖為本發明實施例之光偵測裝置之部分放大示意圖。

第4圖為本發明實施例之發光單元、第一反射層與光偵測器的光波段範圍比較圖。

10‧‧‧光控設備

12‧‧‧殼體

14‧‧‧光偵測裝置

16‧‧‧發光單元

18‧‧‧導光模組

20‧‧‧光偵測器

22‧‧‧濾光元件

24‧‧‧控制器

26‧‧‧導光板

261‧‧‧出光面

263‧‧‧底部

28‧‧‧光反射結構

Claims (23)

1. 一種導光模組，其包含有：一導光板，該導光板係自其側邊接收一光線，以使該光線能於該導光板內傳遞，該導光板包含有一出光面與一底部，分別位於該導光板之兩相異端面；以及至少一光反射結構，設置於該導光板之該底部，用來破壞該導光板之全反射以將該光線自該出光面導出該導光板，該光反射結構包含有：一第一反射層，形成於該導光板之一底面，該第一反射層係部份吸收該光線；以及一第二反射層，形成於該第一反射層之上方，該光線係利用該第二反射層以透出該導光板之該出光面，其中該第二反射層位於該第一反射層與該導光板之間。
2. 如請求項1所述之導光模組，其中該第一反射層之光反射率係實質上小於該第二反射層之光反射率。
3. 如請求項1或2所述之導光模組，其中該第一反射層之光反射率實質上低於百分之二十。
4. 如請求項1所述之導光模組，其中該第一反射層之一寬 度係實質上大於該第二反射層之一寬度，該光線係利用突出該第二反射層的部份該第一反射層，以反射透出該導光板之該出光面。
5. 如請求項1所述之導光模組，其中該第一反射層實質涵蓋至少部份第二反射層的周緣區域。
6. 如請求項1所述之導光模組，其中該第一反射層與該第二反射層分別為具有相異反射率之色彩塗料層、微蝕刻層、或由不同材質所組成之光反射層。
7. 如請求項1或6所述之導光模組，其中該第一反射層與該第二反射層係以油墨印刷方式或加工成型方式形成該導光板上。
8. 如請求項1所述之導光模組，其中該光反射結構另包含有一橋接層，設置於該第一反射層與該第二反射層之間。
9. 一種光偵測裝置，其包含有：一發光單元；一導光模組，該發光單元設置於該導光模組之旁側，該導光模組包含有： 一導光板，該發光單元自該導光板之一側邊輸入一光線，以使該光線能於該導光板內傳遞，該導光板包含有一出光面與一底部，分別位於該導光板之兩相異端面；以及至少一光反射結構，設置於該導光板之該底部，用來破壞該導光板之全反射以將該光線自該出光面導出該導光板，該光反射結構包含有：一第一反射層，形成於該導光板之一底面，該第一反射層係部份吸收該光線；以及一第二反射層，形成於該第一反射層之上方，該光線係利用該第二反射層以透出該導光板之該出光面，其中該第二反射層位於該第一反射層與該導光板之間；以及一光偵測器，位於該導光板之下方，該光偵測器接收一外部物體置於該出光面所產生之一反射光訊號。
10. 如請求項9所述之光偵測裝置，其中該第一反射層之光反射率係實質上小於該第二反射層之光反射率。
11. 如請求項9或10所述之光偵測裝置，其中該第一反射層之光反射率實質上低於百分之二十。
12. 如請求項9所述之光偵測裝置，其中該第一反射層之一 寬度係實質上大於該第二反射層之一寬度，該光線係利用突出該第二反射層的部份該第一反射層，以反射透出該導光板之該出光面。
13. 如請求項9所述之光偵測裝置，其中該第一反射層實質涵蓋至少部份第二反射層的周緣區域。
14. 如請求項9所述之光偵測裝置，其中該第一反射層與該第二反射層分別為具有相異反射率之色彩塗料層、微蝕刻層、或由不同材質所組成之光反射層。
15. 如請求項9或14所述之光偵測裝置，其中該第一反射層與該第二反射層係以油墨印刷方式或加工成型方式形成該導光板上。
16. 如請求項9所述之光偵測裝置，其中該光反射結構另包含有一橋接層，設置於該第一反射層與該第二反射層之間。
17. 如請求項9所述之光偵測裝置，其中該光偵測器之一反應波長不重疊於該第一反射層之一中心反射波段。
18. 如請求項17所述之光偵測裝置，其中該第一反射層之 一反射波段對應於該光線之一波段。
19. 如請求項9所述之光偵測裝置，其中該光偵測器之一像素尺寸實質上大於該光反射結構之一尺寸。
20. 如請求項19所述之光偵測裝置，其中該光偵測器之該像素尺寸相對該光反射結構之該尺寸的比例實質上大於三。
21. 如請求項9所述之光偵測裝置，其中該光偵測裝置另包含有一濾光元件，設置於該導光板與該光偵測器之間，該濾光元件係依據該光偵測器的一反應波長濾除該光線的部份波段。
22. 如請求項9所述之光偵測裝置，其中該光偵測裝置另包含有一控制器，電連接於該光偵測器，該控制器係依據該光偵測器之一偵測結果判讀該外部物體之位置，以輸出一相對應的控制訊號。
23. 如請求項9所述之光偵測裝置，用於一光控設備，其中該導光板實質涵蓋該光控設備的左右兩側。