TWI489350B - 光學觸控裝置及影像擷取裝置 - Google Patents

Description

光學觸控裝置及影像擷取裝置

本發明是有關於一種觸控裝置及影像擷取裝置，且特別是有關於一種具有多個取像鏡組的光學式觸控裝置及影像擷取裝置。

觸控功能已成為現今電子裝置的重要功能之一，目前用以提供觸控功能的觸控模組包含電阻式、電容式，以及光學式等種類。電子裝置可依據實際需求採用不同的觸控模組。

光學式觸控模組是採用光學式偵測器來偵測觸點的位置，使用者無需對螢幕施加壓力，僅需輕觸或接近螢幕，便可被偵測器所偵測。光學式觸控模組通常具有多個配置在模組周圍的不同位置上的紅外光源以及光偵測器。紅外光源對螢幕表面上的目標空間發射紅外光線。由於目標空間中的物體會阻斷紅外光線，使用光偵測器對目標空間取得不同視野角度的光資訊，便可利用光資訊進行計算以得知物體在目標空間中的位置及移動軌跡。

然而，由於光偵測器成本高昂，連帶造成光學式觸控模組的成本居高不下。因此，如何解決成本高昂的問題以使光學式觸控模組普及化，便成為此領域的一項發展重點。

本發明提供一種光學式觸控裝置，可解決上述光偵測器的成本問題。

本發明提出一種光學觸控裝置，包含基板、多個取像鏡組、光偵測單元，以及光路切換單元。基板具有操作面。各取像鏡組具有光輸入端與光輸出端。光輸入端位於基板之周緣並用以取得操作面上方的光資訊。光輸出端用以輸出光資訊。光路切換單元位於光輸出端與光偵測單元之間，用以輪流地傳送光輸出端所輸出之光資訊至光偵測單元。

在本發明的一實施例中，上述之基板為顯示面板。

在本發明的一實施例中，上述之基板之形狀為矩形。

在本發明的一實施例中，上述之取像鏡組的數量為二個，取像鏡組的光輸入端分別位於基板的其中二個角落。

在本發明的一實施例中，上述之取像鏡組的數量為至少二個，取像鏡組的光輸入端分別位於基板的多個角落。

在本發明的一實施例中，上述之基板更具有相反於操作面的背面，光偵測單元及光路切換單元係位於背面旁。

在本發明的一實施例中，上述之光路切換單元包含反射鏡及連接反射鏡之擺動機構，其中擺動機構使反射鏡擺動，以使反射鏡將光輸出端輸出的光資訊輪流反射至光偵測單元。

在本發明的一實施例中，上述之光路切換單元包含一反射鏡及連接反射鏡之一擺動機構，其中擺動機構使反射鏡擺動至第一位置或第二位置，當反射鏡擺動至第一位置時，光輸出端之其中一者輸出的光資訊直接傳送至光偵測單元，而未被反射鏡反射，當反射鏡擺動至第二位置時，反射鏡將光輸出端之其中另一者輸出的光資訊反射至光偵測單元。

在本發明的一實施例中，上述之光路切換單元包含一反射鏡及連接反射鏡之一轉動機構，其中轉動機構使反射鏡轉動，以使反射鏡將光輸出端輸出的光資訊輪流反射至光偵測單元。

在本發明的一實施例中，上述之光路切換單元包含分別對應設置於光輸出端的多個微反射鏡陣列裝置，微反射鏡陣列裝置用以輪流將對應的光輸出端輸出的光資訊反射至光偵測單元。

在本發明的一實施例中，上述之取像鏡組包含複數透鏡及至少一反射鏡。

在本發明的一實施例中，上述之光學觸控裝置，更包含一光源單元，配置於操作面周邊，以提供光資訊至操作面上方。

在本發明的一實施例中，上述之光源單元包括配置於操作面周邊的多個導光元件及多個發光元件，發光元件用以提供光線至導光元件內，藉導光元件輸出光線以提供光資訊至操作面上方。

在本發明的一實施例中，上述之光源單元包括配置於操作面周邊的多個反光元件及多個發光元件，發光元件用以提供光線至反光元件，藉反光元件反射光線以提供光資訊至操作面上方。

本發明另提供一種影像擷取裝置，可解決上述光偵測器的成本問題。

本發明提出一種影像擷取裝置，包含多個取像鏡組，光偵測單元，以及一光路切換單元。各取像鏡組具有光輸入端與光輸出端。任二個取像鏡組的光輸入端的視野不完全重疊。光輸入端接收同一目標空間的光資訊。光輸出端則對應輸出光資訊。光路切換單元位於光輸出端與光偵測單元之間，用以輪流地傳送光輸出端所輸出之光資訊至光偵測單元，致使光偵測單元可產生對應的影像。

在本發明的一實施例中，上述之影像擷取裝置係應用於測 距系統，且影像擷取裝置具有二個取像鏡組，二個取像鏡組從不同位置分別接收同一物件所提供光資訊，光偵測單元分別擷取二個取像鏡組所接收光資訊並產生對應的影像，測距系統根據影像計算物件之一表示距離。

在本發明的一實施例中，上述之光路切換單元包含反射鏡及連接反射鏡之擺動機構，其中擺動機構使反射鏡擺動，以使反射鏡將光輸出端輸出的光資訊輪流反射至光偵測單元。

在本發明的一實施例中，上述之光路切換單元包含一反射鏡及連接反射鏡之一擺動機構，其中擺動機構使反射鏡擺動至第一位置或第二位置，當反射鏡擺動至第一位置時，光輸出端之其中一者輸出的光資訊直接傳送至光偵測單元，而未被反射鏡反射，當反射鏡擺動至第二位置時，反射鏡將光輸出端之其中另一者輸出的光資訊反射至光偵測單元。

在本發明的一實施例中，上述之光路切換單元包含一反射鏡及連接反射鏡之一轉動機構，其中轉動機構使反射鏡轉動，以使反射鏡將光輸出端輸出的光資訊輪流反射至光偵測單元。

在本發明的一實施例中，上述之光路切換單元包含分別對應設置於光輸出端的多個微反射鏡陣列裝置，微反射鏡陣列裝置用以輪流將對應的光輸出端輸出的光資訊反射至光偵測單元。

在本發明的一實施例中，上述之取像鏡組包含複數透鏡及至少一反射鏡。

本發明的光學觸控裝置及影像擷取裝置皆可僅使用一個光偵測單元，相較於習知採用多顆光偵測單元的光學觸控裝置來說，具有成本上的優勢。藉由光路切換單元，可輪流將多個取像鏡組取得之光資訊傳送至光偵測單元中，且以具有轉動機 構的光路切換單元來說，更可使所搭配之取像鏡組的數量能視需求而調整。

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1為依據本發明之一實施例之光學觸控裝置100的剖視示意圖。如圖所示，光學觸控裝置100主要包含基板10、多個取像鏡組(圖中虛線所圍部分)20、光偵測單元40，以及光路切換單元50。

如圖1所示，基板10具有供物體(如手指或筆等)點觸或滑移的操作面11，以及相反於操作面11的背面12。在本實施例中，基板10可以是各種類型的顯示面板，例如液晶顯示面板，但本發明不以此限。基板10也可以是不具顯示功能的板材，如玻璃基板、塑膠基板等，但不以此為限。

各取像鏡組20具有光輸入端21與光輸出端22。各光輸入端21位於基板10周緣的不同側，用以取得操作面11上方同一目標空間的光資訊，且任二個取像鏡組20的光輸入端21的視野不完全重疊。光輸出端22位於基板10的背面12旁，用以輸出光輸入端21所取得的光資訊。取像鏡組20還具有複數透鏡23及至少一反射鏡24，或其他光學元件，用以將光輸入端21所取得的光資訊傳遞至光輸出端22。本實施例之反射鏡24的數量是以兩片為例，其分別設置於透鏡23之間，但本發明並不以此為限。圖2為依據本發明之一實施例之光學觸控裝置100的立體示意圖。在本實施例中，取像鏡組20的數量為二個，且二個取像鏡組20的二個光輸入端21分別位於基板 10的其中二個角落。光學觸控裝置100例如更包括光源單元30，配置於基板10的操作面11周邊，以提供上述光資訊至操作面11上方。在本實施例中，光源單元30包括配置於操作面11周邊的多個發光元件31及多個導光元件32。發光元件31用以提供光線至導光元件32內，藉導光元件32輸出光線以提供光資訊至操作面11上方。發光元件31例如是紅外光發光元件，而光偵測單元40例如是用以偵測紅外光，但本發明不以此為限。

如圖1所示，光偵測單元40及光路切換單元50兩者例如皆位於基板10之背面12的中央處。光偵測單元40用以接收光資訊並將光資訊轉換為電訊號。光路切換單元50是位於兩個光輸出端22與光偵測單元40之間，用以輪流地傳送兩個光輸出端22所個別輸出之光資訊至光偵測單元40。在本實施例中，光路切換單元50包含反射鏡51及連接反射鏡51之擺動機構52。擺動機構52用以使反射鏡51擺動，以藉反射鏡51將兩個光輸出端22所個別輸出的光資訊輪流地反射至光偵測單元40。

此外，本實施例之光學觸控裝置100例如更包含殼體70。殼體70用以包覆各取像鏡組20、光偵測單元40以及光路切換單元50，以避免外界光線影響光偵測單元40接收取像鏡組20以及光路切換單元50所傳遞的光資訊。

實際操作時，如圖1所示，當擺動機構52使反射鏡51的反射面55擺動至面向位於圖中左側之取像鏡組20時，反射鏡51可將位於圖中左側之取像鏡組20的光輸出端22所輸出的光資訊反射至光偵測單元40。如圖3所示，當擺動機構52使反射鏡51擺動至面向位於圖中右側之取像鏡組20時，反射 鏡51可將位於圖中右側之取像鏡組20的光輸出端22所輸出的光資訊反射至光偵測單元40。

在本實施例中，由於光路切換單元50可使二個取像鏡組20所接收的光資訊輪流傳遞至光偵測單元40，所以能減少光偵測單元40的數量，進而降低光偵測單元40的成本。

需注意的是，上述光路切換單元50亦可採用其他方式來達成光路切換，以輪流將對應的光輸出端22輸出的光資訊反射至光偵測單元40，本發明並不限定光路切換單元的具體結構。在另一實施例中，如圖4所示，光路切換單元50a包含分別對應設置於兩個光輸出端22的兩個微反射鏡陣列裝置53。這兩個微反射鏡陣列裝置53用以輪流將對應的兩光輸出端22輸出的光資訊反射至光偵測單元40。這兩個微反射鏡陣列裝置53例如彼此交叉設置。各微反射鏡陣列裝置53的主動表面56具有多個可受電力驅動而改變其擺設角度的微反射鏡(圖未示)。如圖所示，當左側的光輸出端22輸出光資訊時，面向左側的主動表面56之各微反射鏡擺動至平行主動表面56，使主動表面56作為反射面，以將光資訊反射至光偵測單元40。同時，面向右側的主動表面56之各微反射鏡擺動至平行光資訊的路徑，以使光資訊能通過主動表面56。

反之，當右側的光輸出端22輸出光資訊時，面向右側的主動表面56之各微反射鏡擺動至平行主動表面56，使主動表面56作為反射面，以將光資訊反射至光偵測單元40。同時，面向左側的主動表面56之各微反射鏡擺動至平行光資訊的路徑，以使光資訊能通過主動表面56。

此外，光源單元30亦可採用其他方式來達成提供光資訊至該操作面11上方。如圖5所示，光源單元30a包括配置於 操作面11周邊的多個發光元件31及多個反光元件33。發光元件31用以提供光線至反光元件33，藉反光元件33反射光線以提供光資訊至操作面11上方。

圖6為依據本發明之另一實施例的光學觸控裝置200的剖視示意圖。本實施例之光學觸控裝置200的結構與優點大致與圖1之光學觸控裝置100相同。不同之處在於光偵測單元40及光路切換單元50兩者皆位於基板10之背面12的邊緣處，並且，擺動機構52可使反射鏡51在一如圖6所示之第一位置，與一如圖7所示之第二位置之間擺動。當反射鏡51擺動至如圖6所示之第一位置時，位於圖中左側之光輸出端22輸出的光資訊直接傳送至光偵測單元40，而未被反射鏡51反射。當反射鏡51擺動至圖7所示之第二位置時，反射鏡51則將位於圖中右側之光輸出端22輸出的光資訊反射至光偵測單元40。

圖8及圖9分別為依據本發明之另一實施例的光學觸控裝置300的立體示意圖及局部剖視示意圖。本實施例之光學觸控裝置300大致與圖1之光學觸控裝置100相同，不同之處在於本實施例之光路切換單元50b包含反射鏡51及連接反射鏡51之轉動機構54，並且，取像鏡組20的數量為四個，且取像鏡組20的光輸入端21分別位於基板10的四個不同的角落。轉動機構54使反射鏡51轉動，以使反射鏡51將四個光輸出端22所個別輸出的光資訊輪流地反射至光偵測單元40。在本實施例中，由於光路切換單元50b可使四個取像鏡組20所接收的光資訊輪流傳遞至光偵測單元40，所以能減少光偵測單元40的數量，進而降低光偵測單元40的成本。

圖10為依據本發明的另一實施例的影像擷取裝置400的 示意圖。上述光學觸控裝置100、200、300為本實施例之影像擷取裝置400的數個應用例。

如圖所示，影像擷取裝置400包含多個取像鏡組20，各取像鏡組20具有光輸入端21與光輸出端22。各光輸入端21用以接收同一目標空間之物件60的光資訊，且任二個取像鏡組20的光輸入端21的視野不完全重疊。光輸出端22則對應輸出光資訊。光偵測單元40用以接收光資訊並將光資訊轉換為電訊號。光路切換單元50位於兩個光輸出端22與光偵測單元40之間，用以輪流地傳送兩個光輸出端22所輸出之光資訊至光偵測單元40，致使光偵測單元40接收光資訊並轉換為電訊號以產生對應的影像。需說明的是，本實施例之具有與前述實施例相同標號的元件，其特徵與功能與先前敘述相同，在此不再重複。

本實施例之影像擷取裝置400除可應用於光學觸控模組之外，如圖11所示，更可應用於一測距系統500。影像擷取裝置400所具有的二個取像鏡組20，可從不同位置分別接收同一物件60所提供之光資訊，光偵測單元40分別擷取二個取像鏡組20所接收的光資訊並產生對應的影像，測距系統500根據該些影像計算物件60之表示距離L。

綜上所述，本發明至少具有下述優點：

1.由於本發明的光學觸控裝置及影像擷取裝置僅使用一個光偵測單元，相較於習知採用多顆光偵測單元的光學觸控裝置來說，具有成本上的優勢。

2.藉由光路切換單元，可輪流將多個取像鏡組取得之光資訊傳送至光偵測單元中，且以具有轉動機構的光路切換單元來說，更可使所搭配之取像鏡組的數量能視需求而 調整。

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，任何熟習此技藝者，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。

100‧‧‧光學觸控裝置

10‧‧‧基板

11‧‧‧操作面

12‧‧‧背面

20‧‧‧取像鏡組

21‧‧‧光輸入端

22‧‧‧光輸出端

23‧‧‧透鏡

24‧‧‧反射鏡

30、30a‧‧‧光源單元

31‧‧‧發光元件

32‧‧‧導光元件

33‧‧‧反光元件

40‧‧‧光偵測單元

50、50a、50b‧‧‧光路切換單元

51‧‧‧反射鏡

52‧‧‧擺動機構

53‧‧‧微反射鏡陣列裝置

54‧‧‧轉動機構

55‧‧‧反射面

56‧‧‧主動表面

60‧‧‧物件

70‧‧‧殼體

200‧‧‧光學觸控裝置

300‧‧‧光學觸控裝置

400‧‧‧影像擷取裝置

500‧‧‧測距系統

L‧‧‧表示距離

圖1為依據本發明之一實施例之光學觸控裝置的剖視示意圖。

圖2為依據本發明之一實施例之光學觸控裝置的立體示意圖。

圖3為依據本發明之一實施例之光學觸控裝置的另一剖視示意圖。

圖4為依據本發明之一實施例之光路切換單元的示意圖。

圖5為依據本發明之一實施例之光學觸控裝置的立體示意圖。

圖6為依據本發明之另一實施例的光學觸控裝置的剖視示意圖。

圖7為依據本發明之一實施例之光學觸控裝置的另一剖視示意圖。

圖8為依據本發明之另一實施例的光學觸控裝置的立體示意圖。

圖9為依據本發明之另一實施例的光學觸控裝置局部剖視示意圖。

圖10為依據本發明的另一實施例的影像擷取裝置的示意圖。

圖11為依據本發明的另一實施例的影像擷取裝置應用於測距系統的示意圖。

100‧‧‧光學觸控裝置

10‧‧‧基板

11‧‧‧操作面

12‧‧‧背面

20‧‧‧取像鏡組

21‧‧‧光輸入端

22‧‧‧光輸出端

23‧‧‧透鏡

24‧‧‧反射鏡

40‧‧‧光偵測單元

50‧‧‧光路切換單元

51‧‧‧反射鏡

52‧‧‧擺動機構

55‧‧‧反射面

70‧‧‧殼體

Claims (19)

1. 一種光學觸控裝置，包含：一基板，具有一操作面；多個取像鏡組，各該取像鏡組具有一光輸入端與一光輸出端，該光輸入端位於該基板之周緣並用以取得該操作面上方的光資訊，該光輸出端用以輸出該光資訊；一光偵測單元；以及一光路切換單元，位於該等光輸出端與該光偵測單元之間，用以輪流地傳送該等光輸出端所輸出之該等光資訊至該光偵測單元，其中該光路切換單元包括一反射鏡及連接該反射鏡之一擺動機構，該擺動機構使該反射鏡擺動，以使該反射鏡將該等光輸出端輸出的該等光資訊輪流反射至該光偵測單元。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控裝置，其中該基板為一顯示面板。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控裝置，其中該基板之形狀為矩形。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光學觸控裝置，其中該等取像鏡組的數量為二個，該等取像鏡組的該等光輸入端分別位於該基板的其中二個角。
5. 如申請專利範圍第3項所述之光學觸控裝置，其中該等取像鏡組的數量為至少二個，該等取像鏡組的該等光輸入端分 別位於該基板的多個角落。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控裝置，其中該基板更具有相反於該操作面的一背面，該光偵測單元及該光路切換單元係位於該背面旁。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控裝置，其中該擺動機構使該反射鏡擺動至一第一位置或一第二位置，當該反射鏡擺動至該第一位置時，該等光輸出端之其中一者輸出的該光資訊直接傳送至該光偵測單元，而未被該反射鏡反射；當該反射鏡擺動至該第二位置時，該反射鏡將該等光輸出端之其中另一者輸出的該光資訊反射至該光偵測單元。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控裝置，其中各該取像鏡組包含複數透鏡及至少一反射鏡。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控裝置，更包含一光源單元，配置於該操作面周邊，以提供該等光資訊至該操作面上方。
10. 如申請專利範圍第9項所述之光學觸控裝置，其中該光源單元包括配置於該操作面周邊的多個導光元件及多個發光元件，該些發光元件用以提供光線至該些導光元件內，藉該些導光元件輸出光線以提供該等光資訊至該操作面上方。
11. 如申請專利範圍第9項所述之光學觸控裝置，其中該 光源單元包括配置於該操作面周邊的多個反光元件及多個發光元件，該些發光元件用以提供光線至該些反光元件，藉該些反光元件反射光線以提供該等光資訊至該操作面上方。
12. 一種影像擷取裝置，包含：多個取像鏡組，各該取像鏡組具有一光輸入端與一光輸出端，任二個取像鏡組的光輸入端的視野不完全重疊，該些光輸入端接收同一目標空間的光資訊，而該些光輸出端則對應輸出該光資訊；一光偵測單元；以及一光路切換單元，位於該等光輸出端與該光偵測單元之間，用以輪流地傳送該等光輸出端所輸出之該等光資訊至該光偵測單元，致使該光偵測單元可產生對應的影像，其中該光路切換單元包含一反射鏡及連接該反射鏡之一擺動機構，該擺動機構使該反射鏡擺動，以使該反射鏡將該等光輸出端輸出的該等光資訊輪流反射至該光偵測單元。
13. 如申請專利範圍的12項所述之影像擷取裝置，其中該影像擷取裝置係應用於一測距系統，且該影像擷取裝置具有二個取像鏡組，該二個取像鏡組從不同位置分別接收同一物件所提供光資訊，該光偵測單元分別擷取該二個取像鏡組所接收光資訊並產生對應的影像，該測距系統根據該些影像計算該物件之一表示距離。
14. 如申請專利範圍第12項所述之影像擷取裝置，其中該擺動機構使該反射鏡擺動至一第一位置或一第二位置，當該反 射鏡擺動至該第一位置時，該等光輸出端之其中一者輸出的該光資訊直接傳送至該光偵測單元，而未被該反射鏡反射；當該反射鏡擺動至該第二位置時，該反射鏡將該等光輸出端之其中另一者輸出的該光資訊反射至該光偵測單元。
15. 如申請專利範圍第12項所述之影像擷取裝置，其中各該取像鏡組包含複數透鏡及至少一反射鏡。
16. 一種光學觸控裝置，包含：一基板，具有一操作面；多個取像鏡組，各該取像鏡組具有一光輸入端與一光輸出端，該光輸入端位於該基板之周緣並用以取得該操作面上方的光資訊，該光輸出端用以輸出該光資訊；一光偵測單元；以及一光路切換單元，位於該等光輸出端與該光偵測單元之間，用以輪流地傳送該等光輸出端所輸出之該等光資訊至該光偵測單元，其中該光路切換單元包含一反射鏡及連接該反射鏡之一轉動機構，該轉動機構使該反射鏡轉動，以使該反射鏡將該等光輸出端輸出的該等光資訊輪流反射至該光偵測單元。
17. 一種光學觸控裝置，包含：一基板，具有一操作面；多個取像鏡組，各該取像鏡組具有一光輸入端與一光輸出端，該光輸入端位於該基板之周緣並用以取得該操作面上方的光資訊，該光輸出端用以輸出該光資訊；一光偵測單元；以及 一光路切換單元，位於該等光輸出端與該光偵測單元之間，用以輪流地傳送該等光輸出端所輸出之該等光資訊至該光偵測單元，其中該光路切換單元包含分別對應設置於該等光輸出端的多個微反射鏡陣列裝置，該些微反射鏡陣列裝置用以輪流將對應的該些光輸出端輸出的該等光資訊反射至該光偵測單元。
18. 一種影像擷取裝置，包含：多個取像鏡組，各該取像鏡組具有一光輸入端與一光輸出端，任二個取像鏡組的光輸入端的視野不完全重疊，該些光輸入端接收同一目標空間的光資訊，而該些光輸出端則對應輸出該光資訊；一光偵測單元；以及一光路切換單元，位於該等光輸出端與該光偵測單元之間，用以輪流地傳送該等光輸出端所輸出之該等光資訊至該光偵測單元，致使該光偵測單元可產生對應的影像，其中該光路切換單元包含一反射鏡及連接該反射鏡之一轉動機構，其中該轉動機構使該反射鏡轉動，以使該反射鏡將該等光輸出端輸出的該等光資訊輪流反射至該光偵測單元。
19. 一種影像擷取裝置，包含：多個取像鏡組，各該取像鏡組具有一光輸入端與一光輸出端，任二個取像鏡組的光輸入端的視野不完全重疊，該些光輸入端接收同一目標空間的光資訊，而該些光輸出端則對應輸出該光資訊；一光偵測單元；以及 一光路切換單元，位於該等光輸出端與該光偵測單元之間，用以輪流地傳送該等光輸出端所輸出之該等光資訊至該光偵測單元，致使該光偵測單元可產生對應的影像，其中該光路切換單元包含分別對應設置於該等光輸出端的多個微反射鏡陣列裝置，該些微反射鏡陣列裝置用以輪流將對應的該些光輸出端輸出的該等光資訊反射至該光偵測單元。