TWI496058B - 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，特別是有關於一種光學式觸控裝置。

觸控技術將電子裝置的螢幕與輸入模組結合，使用者只需使用手指在螢幕上按壓即可操作。觸控裝置可分為電阻式、電容式以及光學式。光學式觸控裝置因為不用在整片螢幕面板下埋線，因而在大尺寸的面板具有成本上的優勢。

光學式觸控裝置是在螢幕邊緣或角落設置光源與接收器，光源會發射光線(通常為紅外線)並在螢幕表面上方形成一個紅外線網，當使用者以手指觸碰螢幕時，將有特定方向之紅外線遭到手指遮斷，而接收器將接收不到相關訊號，於是經由運算後能得知手指觸碰螢幕的位置。

為了要使光源能在螢幕上緣形成一個紅外線網，光源和接收器的設置位置必須凸出螢幕，而因此使光學式觸控裝置的厚度增加。

本發明提供一種光學式觸控裝置，用以減少觸控裝置的厚度。

根據本發明一實施方式，一種光學式觸控裝置包含透明面板、複數個光學模組以及至少一回歸反射器。透明面板具有相對之第一主表面與第二主表面、複數個角落以及複數個側邊。光學模組分別設置於角落上，其中每個光學模組包含入射光單元以及感光元件。入射光單元用以發射入射光線，使入射光線射入透明面板後，入射光線在第一主表面和第二主表面上進行全反射。感光元件設置於入射光單元的一側。回歸反射器設置於側邊上，用以反射入射光線，使入射光線反射後以平行但反向於原入射方向之方向射回，並由感光元件接收。

本發明上述實施方式藉由適當設計的光學模組，使入射光線射入透明面板後，入射光線在第一主表面和第二主表面上進行全反射。當使用者的手指觸碰面板時，將破壞全反射而使入射光線強度減弱，於是感光元件接收到特定方向之光線訊號將減弱，因而可以得知手指觸碰面板的位置。於是，光學模組可以設置於透明面板的側面而不用凸出於透明面板，而達到光學式觸控裝置全平面的效果。

100‧‧‧光學式觸控裝置

110‧‧‧透明面板

111‧‧‧第一主表面

112‧‧‧第二主表面

113‧‧‧角落

114‧‧‧側邊

115‧‧‧感測範圍

116‧‧‧工作區

120、120a、120b‧‧‧光學模組

121‧‧‧入射光單元

122‧‧‧光源

123‧‧‧入射光偏折元件

124‧‧‧感光元件

125‧‧‧射出光偏折元件

126‧‧‧擋光元件

130‧‧‧回歸反射器

131‧‧‧光學膠

140‧‧‧入射光線

150‧‧‧射出光線

A、B、C‧‧‧點

W1、W2‧‧‧寬度

θ₁ ~θ_N ‧‧‧方向

θ_L 、θ_R ‧‧‧夾角

第1圖繪示依照本發明一實施方式之光學式觸控裝置的上視圖。

第2A圖繪示沿第1圖之線段A-A的剖面圖。

第2B圖繪示第2A圖之光學式觸控裝置被手指觸碰時的剖面圖。

第3圖繪示依照本發明一實施方式之光學式觸控裝置的剖面示意圖。

第4圖繪示依照本發明一實施方式之光學式觸控裝置的上視示意圖。

第5A圖繪示依照本發明一實施方式之感光元件在透明面板沒有觸控物時所形成之影像。

第5B圖繪示依照本發明一實施方式之感光元件在透明面板有觸控物時所形成之影像。

第6圖繪示依照本發明一實施方式之光學式觸控裝置在透明面板有觸控物時的上視示意圖。

第7圖繪示依照本發明另一實施方式之光學式觸控裝置的剖面圖。

第8圖繪示依照本發明再一實施方式之光學式觸控裝置的剖面圖。

第9圖繪示依照本發明又一實施方式之光學式觸控裝置的剖面圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本 發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

請同時參照第1圖與第2A圖，其中第1圖繪示依照本發明一實施方式之光學式觸控裝置的上視圖，第2A圖繪示依照本發明一實施方式之光學式觸控裝置的剖面圖。本實施方式之光學式觸控裝置100包含透明面板110、複數個光學模組120a、120b以及至少一回歸反射器130(Retroreflector)。透明面板110具有相對之第一主表面111與第二主表面112、複數個角落113以及複數個側邊114。光學模組120a、120b分別設置於角落113上，其中每個光學模組120a或120b包含入射光單元121以及感光元件124。入射光單元121用以發射入射光線140，使入射光線140射入透明面板110後，在第一主表面111和第二主表面112上進行全反射前進。感光元件124設置於入射光單元121的一側，如位於入射光單元121的相對下方。回歸反射器130設置於側邊114上，用以反射入射光線140，使入射光線140反射後以平行但反向於原入射方向之方向射回，而由感光元件124接收。

如第2A圖所示，入射光單元121可藉由調整發射入射光線140進入透明面板110的角度，使入射光線140射入透明面板110後，增加入射光線140在第一主表面111和第二主表面112上的入射角，因而使得入射光線140在第一主表面111和第二主表面112之間以全反射方式前 進。入射光線140會在透明面板110中持續前進至回歸反射器130而不致於射出透明面板110(或係僅些微部分折射出透明面板110)，並經回歸反射器130反射後，以平行但反向之路徑返回，然後由感光元件124接收。入射光線140在透明面板110中前進時，因為入射光線140是第一主表面111和第二主表面112上進行全反射，所以能量幾乎沒有耗損。

具體而言，入射光單元121可包含有光源122以及入射光偏折元件123。入射光偏折元件123設置於光源122與透明面板110之間，用以偏折從光源122射出的入射光線140，使入射光線140射入透明面板110後，入射光線140在第一主表面111和第二主表面112上進行全反射。

參照第2B圖，其繪示第2A圖之光學式觸控裝置被手指觸碰時的剖面圖。若是以手指觸碰第一主表面111，將造成第一主表面111的觸碰區域介面特性改變，於是部分的入射光線140會在手指接觸透明面板110的部分，如圖中的A點、B點與其間的位置發生散射的現象，並因此造成入射光線140去程與回程共兩次的能量耗損。如此一來，感光元件124因而將接收較弱強度的訊號，藉此得以判斷是否有手指接觸透明面板110。

第3圖繪示依照本發明一實施方式之光學式觸控裝置的剖面示意圖。在實際的情況中，入射光線140為密集分佈，因此當手指觸碰第一主表面111的任何地方，皆會造成前述之入射光線140的能量耗損。

同時參照第1圖和第4圖。第4圖繪示依照本發明一實施方式之光學式觸控裝置的上視示意圖。具體而言，透明面板110可為矩形薄片，且光學模組120a、120b分別設置於相鄰之角落113。光學模組120a、120b中之入射光單元121於感測範圍115內大角度地同時發射光線，同時光學模組120a、120b中的感光元件124用以接收感測範圍115內的光線訊號。舉例來說，光學模組120a可以同時對於方向θ₁ 、θ₂ 、θ₃ 、...、θ_N 發射光線，並接收這些方向的光線，光學模組120b具有類似的功能。

同時參照第2A圖和第5A圖，其中第5A圖繪示依照本發明一實施方式之感光元件在透明面板沒有觸控物時所形成之影像。觸控物例如係使用者之手指。承前所述，入射光單元121射出的入射光線140會在透明面板110中前進，並被回歸反射器130反射後依原路徑返回並由感光元件124接收，於是感光元件124偵測到的光線訊號將會對應到以相同方向射出的入射光線140，而於感光元件124形成之整體影像的特定區塊形成相對應的影像訊號。在一般的情況下，因為所有方向的入射光線140皆沒有能量耗損，所以便會有形成如第5A圖的影像，也就是影像處於全白的狀態。

同時參照第2B圖和第5B圖，其中第5B圖繪示依照本發明一實施方式之感光元件在透明面板有觸控物時所形成之影像。若是於特定方向，比如說θ₃ (見第4圖)，有手指觸碰第一主表面111因而導致方向θ₃ 的入射光線140 有能量耗損，於是對應於方向θ₃ 的入射光線140之區塊影像便會顯得較為灰暗，並形成如第5B圖的影像。

參照第6圖，其繪示依照本發明一實施方式之光學式觸控裝置在透明面板有觸控物時的上視示意圖。當有手指觸碰第一主表面111(見第2A圖)的點C，利用前述之方法，將可得知光學模組120a、120b之連線與光學模組120a、120b和點C之連線的夾角θ_L 、θ_R ，此時利用三角運算或是點斜式解聯立直線方程式，搭配上光學模組120a、120b的已知座標位置，如此便能求出點C的實際座標位置，因而達成偵測之功能。

如第1圖所繪示，藉由適當調整光學模組120a、120b的角度，光學模組120a、120b的感測範圍115可定義出合適的工作區116。工作區116可為一般的螢幕顯示區，光學模組120a、120b將能偵測出使用者於工作區116中的手指觸碰位置。

參照第1圖和第2A圖。具體而言，透明面板110之側邊114其中之一可為一長側邊，且光學模組120a、120b設置於此長側邊114上相鄰之角落113。光學模組120a、120b相對於此長側邊114的設置角度可為45度。設置光學模組120a、120b之角落113可切割成斜角結構，用以方便設置光學模組120a、120b並且使感光元件124可以直接貼合在透明面板110上。

入射光偏折元件123可為具方向性的透鏡。入射光偏折元件123與透明面板110可為一體成形或是兩獨立組 件。應了解到，以上所舉之入射光偏折元件123與透明面板110的具體實施方式僅為例示，而非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，可依實際需要，彈性選擇入射光偏折元件123與透明面板110的具體實施方式。

如第2A圖所示，透明面板110與回歸反射器130之間可以光學膠131相連接，用以減少介質特性變化可能造成的光學誤差。回歸反射器130可為一薄層結構。因為回歸反射器130的反射機制，入射光線140反射後會以平行但反向於原入射方向之方向射回，但是會伴隨著些微的平移，舉例來說，如第2A圖所示。然而，由於大部份的入射光線140被回歸反射器130反射後，最後會射回入射光單元121，雖然仍有少部份的光線射入感光元件124中，仍無礙於上述之偵測方法。

光學模組120之厚度可不大於第一主表面111與第二主表面112之間的距離，因此當光學模組120設置在透明面板110的角落113時，光學模組120可不凸出於第一主表面111與第二主表面112，而使光學式觸控裝置100全平面化。

上述之透明面板110的材質可為玻璃、低鐵玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯(壓克力)。應了解到，以上所舉之透明面板110的材質僅為例示，而非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，可依實際需要，彈性選擇透明面板110的材質。

上述之光源122可為紅外線發光二極體。應了解到，以上所舉之光源122的具體實施方式僅為例示，而非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，可依實際需要，彈性選擇光源122的具體實施方式。

參照第7圖，其繪示依照本發明另一實施方式之光學式觸控裝置的剖面圖。本實施方式之入射光偏折元件123可為稜鏡。應了解到，以上所舉之入射光偏折元件123的具體實施方式僅為例示，而非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，可依實際需要，彈性選擇入射光偏折元件123的具體實施方式。

同時參照第7圖和第8圖，第8圖繪示依照本發明再一實施方式之光學式觸控裝置的剖面圖。第8圖之入射光偏折元件123可為複數個稜鏡之組合。第8圖之入射光偏折元件123的每一稜鏡之尺寸可較第7圖的稜鏡尺寸小，因此第8圖之入射光偏折元件123從透明面板110往光源122延伸之方向的長度較第7圖之入射光偏折元件123短，也因此第8圖之光學模組120的寬度W2可較第7圖之光學模組120的寬度W1短，藉此縮小光學式觸控裝置100所需之體積。

第9圖繪示依照本發明又一實施方式之光學式觸控裝置的剖面圖。光學模組120更可包含射出光偏折元件125，設置於感光元件124與透明面板110之間，用以折射從透明面板110射出的射出光線150。射出光偏折元件125可為稜鏡，用以偏折射出光線150並調整射出光線150的 方向。射出光偏折元件125亦可為柱狀鏡，用以集中射出光線150使感光元件124容易接收。射出光偏折元件125與透明面板110可為一體成形或是兩獨立組件。

光學模組120更可包含擋光元件126，設置於入射光單元121和感光元件124之間，用以防止光源122漏光至感光元件124，或是防止光源122射出的入射光線140被入射光偏折元件123反射而直接射入感光元件124。

本發明上述實施方式藉由適當設計的光學模組120，使入射光線140射入透明面板110後，入射光線140在第一主表面111和第二主表面112上進行全反射。當使用者的手指觸碰透明面板110時，將破壞全反射而使入射光線140強度減弱，於是感光元件124接收到特定方向之光線訊號將減弱，因而可以得知手指觸碰面板的位置。於是，光學模組120可以設置於透明面板110的側面而不用凸出於透明面板110，而達到光學式觸控裝置100全平面的效果。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，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，當可作各種之更動與潤飾，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‧‧‧光學式觸控裝置

110‧‧‧透明面板

111‧‧‧第一主表面

112‧‧‧第二主表面

120a‧‧‧光學模組

121‧‧‧入射光單元

122‧‧‧光源

123‧‧‧入射光偏折元件

124‧‧‧感光元件

130‧‧‧回歸反射器

131‧‧‧光學膠

140‧‧‧入射光線

A、B‧‧‧點

Claims (8)

1. 一種光學式觸控裝置，包含：一透明面板，具有相對之一第一主表面與一第二主表面、複數個角落以及複數個側邊；複數個光學模組，分別設置於該些角落上，每一該些光學模組包含：一入射光單元，用以發射一入射光線，使該入射光線射入該透明面板後，該入射光線在該第一主表面和該第二主表面上進行全反射，該入射光單元更包含：一光源；以及一入射光偏折元件，設置於該光源與該透明面板之間，用以偏折從該光源射出的一入射光線，使該入射光線射入該透明面板後，該入射光線在該第一主表面和該第二主表面上進行全反射；一感光元件，設置於該入射光單元的一側；以及一擋光元件，設置於該入射光單元和該感光元件之間；以及至少一回歸反射器，設置於該些側邊上，用以反射該入射光線，使該入射光線反射後以平行但反向於原入射方向之方向射回，並由該感光元件接收。
2. 如請求項1所述之光學式觸控裝置，其中該透明面板為一矩形薄片，且該些光學模組之數量為二，並分別設 置於相鄰之該些角落。
3. 如請求項1所述之光學式觸控裝置，其中該入射光偏折元件為具方向性的透鏡、稜鏡或複數個稜鏡之組合。
4. 如請求項1所述之光學式觸控裝置，其中該入射光偏折元件與該透明面板為一體成形。
5. 如請求項1所述之光學式觸控裝置，其中光學模組更包含一射出光偏折元件，設置於該感光元件與該透明面板之間，用以折射從該透明面板射出的一射出光線。
6. 如請求項5所述之光學式觸控裝置，其中該射出光偏折元件為稜鏡或柱狀鏡。
7. 如請求項5所述之光學式觸控裝置，其中該射出光偏折元件與該透明面板為一體成形。
8. 如請求項1所述之光學式觸控裝置，其中該光學模組之厚度不大於該第一主表面與該第二主表面之間的距離。