TWI552054B - 反光鏡及使用其之光學式觸控裝置 - Google Patents

Description

反光鏡及使用其之光學式觸控裝置

本發明是有關於光學元件及觸控裝置，且特別是有關於一種反光鏡及使用其之光學式觸控裝置。

觸控裝置具有操作容易的優點，所以近年來已被廣泛地應用於多種電子產品，如行動電話、數位相機、音樂播放器、平板電腦、衛星導航裝置、觸控螢幕等。目前常見的觸控裝置有電阻式觸控裝置、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因具有耐用性較佳且成本較低的優點，故已愈來愈受到重視。

圖1為習知一種光學式觸控裝置之結構示意圖。請參照圖1，習知光學式觸控裝置100包括導光組110、發光元件120以及光感測元件130。其中，導光組110包括導光條112a、112b以及反光鏡(mirror)114。導光條112a、112b與反光鏡114沿矩形軌跡之三個邊排列，其中導光條112a與反光鏡114相對，而導光條112b連接於導光條112a與反光鏡114之間，且上述矩形軌跡內的區域為光學式觸控裝置100的感測區域116。此外，發光元件120設置於導光條112a與導光條112b相鄰兩端之間，且用以提供光線至導光條112a與導光條112b內。導光條112a、112b用以將光源提供的光線轉換成線性光源，以藉由線性光源照射整個感測區域116。另外，光感測元件130設置於導光條112a旁。

承上述，光感測元件130用於偵測感測區域116內是否有 遮光物，並計算出遮光物的位置。更詳細地說，感測區域116中的觸控點(即遮光物)A經由反光鏡114產生鏡像點A1，而光感測元件130會偵測到暗點A2、A3，並根據此資訊計算出觸控點A的位置。有關於觸控點的位置之計算方法為所屬技術領域中的通常知識，在此將不詳述。

圖2為沿圖1之I-I線的剖面示意圖。請參照圖1與圖2，在習知的光學式觸控裝置100中，反光鏡114之用以反射光線122的反光面117為平坦的鏡面，且反光鏡114的底面118應平行X軸與Y軸所構成的平面(簡稱XY平面)。然而，如圖2所示，當承載光學式觸控裝置100的承載基板彎曲而導致反光鏡114的底面118不平行於XY平面時，被反光面117反射後的光線122’將偏離光感測元件130所能接收的區域而無法被光感測元件130接收。如此，將導致光學觸控裝置100無法正常運作。

為了解決上述問題，可將反光鏡114換成圖3所示的反光鏡140。此反光鏡140包括入光面142及與入光面142相對的多個反光柱143。每一反光柱143朝遠離入光面142的方向凸出，且每一反光柱143為三角柱。反光柱143可使入射反光鏡140的光線122與從反光鏡140出射的光線122’在Y軸與Z軸所構成的平面(簡稱YZ平面)的分量平行，從而避免因承載基板彎曲而導致光學觸控裝置無法正常運作的情形。

上述的反光鏡140通常採用射出成型或擠壓成型的方法製造而成。若採用射出成型的製造方式，則須根據不同尺寸的光學觸控裝置製作出不同尺寸的反光鏡之模具，因此需耗費較高的模具成本。此外，若採用擠壓成型的製造方式，則反光柱143成型後的形狀常不符合需求。舉例來說，反光柱143的頂 角θ1容易呈圓弧角而非直角，從而影響反光鏡140的反光效果。

本發明提供一種反光條，其具有成本低的優點。

本發明另提出一種光學式觸控裝置，其具有成本低的優點。

為達上述優點，本發明提出一種反光鏡，包括反光片、透光基底及透光膠體層。反光片具有第一連接面以及與第一連接面相對的多個反光結構，每一反光結構朝遠離第一連接面的方向凸出。這些反光結構定義出一反光區與一光穿透區，每一反光結構具有至少一反光面，而反光區包括此反光面。透光基底具有相對的光穿透面與第二連接面。透光膠體層配置於反光片與透光基底之間，且連接第一連接面與第二連接面。

在本發明的一實施例中，上述之反光片為一稜鏡片，而每一反光結構為一稜鏡柱，這些稜鏡柱互相平行，且相鄰的兩稜鏡柱彼此相連。

在本發明的一實施例中，上述之每一反光結構為一三角柱。

在本發明的一實施例中，上述之每一反光結構的頂角的角度範圍介於86度至94度。

在本發明的一實施例中，上述之第一連接面呈矩形，且具有二長邊與二短邊，每一反光結構的一長軸方向平行第一連接面的這些長邊。

在本發明的一實施例中，上述之透光基底更具有擴散結構，設置於光穿透面。

在本發明的一實施例中，上述之每一反光結構具有二朝彼此傾斜的反光面，反光面彼此相交，且相鄰兩稜鏡柱之間有間隙，而光穿透區包括此間隙。

在本發明的一實施例中，上述之每一反光結構具有二朝彼此傾斜的反光面以及光穿透部，光穿透部連接於反光面之間，而光穿透區包括此光穿透部。此外，相鄰的兩反光結構例如彼此相連。在另一實施例中，相鄰的兩反光結構之間有間隙，而光穿透區更包括此間隙。

在本發明的一實施例中，上述之每一反光結構的頂面設有多個V形溝槽。上述之反光面包括這些V形溝槽的多個槽壁。 相鄰的兩反光結構之間有間隙，而光穿透區包括此間隙。

本發明還提出一種光學式觸控裝置，具有感測區域。此光學式觸控裝置包括至少一個上述之反光鏡、光源模組及光感測模組。每一反光鏡配置於感測區域的一個側邊旁。每一反光鏡的透光基底的光穿透面面向感測區域。光源模組配置於感測區域旁，以提供光線至感測區域。光感測模組配置於感測區域旁，且光感測模組的感測範圍涵蓋反光鏡。

在本發明之反光鏡中，可用液晶顯示裝置產業中大量使用的稜鏡片(prism sheet)裁切成各種不同尺寸的反光片，透光基底可採用擠壓成型的方式製造而成或是由預先製備好的透光材料裁切而成。如此，不需針對不同尺寸的反光鏡設計不同的模具，所以能節省模具成本，進而降低反光鏡及使用此反光鏡之光學式觸控裝置的的生產成本。

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4繪示為本發明一實施例之光學式觸控裝置的俯視示意圖。請參閱圖4，本實施例的光學式觸控裝置200具有感測區域201，且包括光感測模組210、光源模組220以及至少一個反光鏡230。光感測模組210及光源模組220配置於感測區域201旁，且光感測模組210的感測範圍涵蓋反光鏡230。光源模組220提供光線至感測區域201內，反光鏡230可用以產生鏡像，而光感測模組220用以感測遮光物的位置。

在本實施例中，光感測模組210包括一個光感測元件。此光感測元件可為互補式金氧半(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)影像感測元件、電荷耦合元件(charge coupled device,CCD)或其他合適的光感測元件。此外，光源模組220例如包括一個發光元件222及兩個導光元件224。導光元件224配置於感測區域201之兩個相鄰的側邊旁，而發光元件222配置於導光元件224之間，以提供光線至導光元件224。導光元件224則適於將光線導引至感測區域201。發光元件224可為發光二極體、雷射二極體或其他合適的點光源。

需說明的是，本發明並不限定光感測模組210之光感測元件的數量及位置、發光元件的數量及位置、導光元件的數量及位置以及反光鏡的數量及位置。在其他實施例中，反光鏡、發光元件、導光元件及光感測元件的數量及位置可依照不同的設計需求而調整。此外，本實施例之光源模組220是以互相配合的發光元件222與導光元件224為例，但在另一實施例中，光源模組可包括互相配合的發光元件及反光條，而不使用導光元件。另外，上述之感測區域201可位於承載基板(圖未示)的表面，而此承載基板可為玻璃基板或其他剛性基板。光感測模組 210、光源模組220以及反光鏡230配置於承載基板上。在另一實施例中，承載基板可為顯示面板，亦即此光學觸控裝置200可與顯示面板整合成觸控顯示裝置。

圖5為圖4所示的光學式觸控裝置之反光鏡的立體示意圖。請參閱圖4與圖5，本實施例之反光鏡230包括反光片232、透光基底233及透光膠體層234。反光片232具有第一連接面232a以及與第一連接面232a相對的多個反光結構232b，每一反光結構232b朝遠離第一連接面232a的方向凸出。透光基底233具有相對的光穿透面233a與第二連接面233b。光穿透面233a面向感測區域201。透光膠體層234配置於反光片232與透光基底233之間，且連接第一連接面232a與第二連接面233b。

在本實施例中，每一反光結構232b例如為稜鏡柱，這些稜鏡柱例如是互相平行，且相鄰的兩稜鏡柱例如是彼此相連。 每一反光結構232b例如為三角柱，亦即稜鏡柱可為三角柱，但本發明並不限定反光結構必須為三角柱。每一反光結構232b的頂角θ2的角度範圍例如是介於86度至94度。實際的角度可視設計需求而定，在一實施例中，頂角θ2之角度可為90度。 此外，每一反光結構232b包括第一內表面235與第二內表面236，第一內表面235與第二內表面236可作為鏡面，頂角θ2為第一表面235與第二表面236間的夾角。第一連接面232a例如呈矩形，且具有二長邊237與二短邊238，每一反光結構232b的長軸方向D例如是平行第一連接面232a的長邊237。 值得一提的是，反光片232可直接採用現行液晶顯示裝置產業中常用到的稜鏡片裁切而成，因此具有成本較低的優點。另外，雖然圖5僅繪示出兩個反光結構232b，但本發明並不限 定反光結構232b的數量。

透光基底233例如為可供光線穿過的矩形體，其結構簡單，可採用擠壓成型製造而成，或由預先製備好的透光材料裁切而成，因此具有低成本的優點。反光片232藉由透光膠體層234貼附於透光基底233上，透光基底233可支撐反光片232，以防止反光片232變形。此外，透光膠體層234例如為透明的液態膠或透明的固體膠。

在本實施例中，反光鏡230的反光片232與透光基底233採用分離式設計，再藉由透光膠體層234來黏接反光片232與透光基底233。由於反光片232可採用現行液晶顯示裝置產業中大量使用的稜鏡片裁切而成，不需花費模具開發成本，所以具有低成本的優點。此外，透光基底233的結構簡單，可採用擠壓成型的方式製造而成，或是由預先製備好的透光材料裁切而成。相較於習知技術所使用的反光鏡140(如圖3所示)，本實施例之反光鏡230在生產時可節省模具開發成本，故具有生產成本較低，且容易製造的優點。此外，本實施例之反光片232因可採用液晶顯示裝置所使用的稜鏡片裁切而成，固可避免反光結構232b成型後的形狀不符需求，導致反光效果變差的情形。

圖6為本發明另一實施例之反光鏡的立體示意圖。請參照圖6，本實施例之反光鏡230a與上述之反光鏡230相似，差別處在於反光鏡230a的透光基底233c更具有擴散結構233d，其設置於透光基底233c的光穿透面233a，以均勻化傳遞至感測區域的光線。本實施例之擴散結構233d是以多個擴散粒子為例。擴散粒子例如是以摻雜(doping)的方式形成於光穿透面233a。擴散粒子的材料例如是樹酯，如二季戊四醇五丙烯酸酯 (dipentaerythritol hexaacrylate,DPHA)或二氧化矽(Silica) 等，但不以此為限。此反光鏡230a可用以取代上述之反光鏡230。

圖7是本發明另一實施例之光學式觸控裝置的局部剖面示意圖。請參照圖7，本實施例之光學觸控裝置中，反光鏡230b配置於光源模組220與感測區域201的側邊之間，反光鏡230b的反光片232c例如是鄰近光源模組220的其中一個導光元件224。反光片232c的反光結構232d定義出反光區與光穿透區，每一反光結構232d具有至少一反光面241，而所述反光區包括此反光面241。本實施例是以每一反光結構232d包括兩個反光面241為例，這兩個反光面241朝彼此傾斜，且每一反光結構232d更包括光穿透部242，此光穿透部242連接於這兩個反光面241之間，而所述光穿透區包括此光穿透部242。此外，在本實施例之反光片232c中，相鄰的兩反光結構232d例如彼此相連。

本實施例之光學觸控裝置中，鄰近反光鏡230b的導光元件224與光源模組220的其他導光元件(圖未示)例如是輪流出光。當鄰近反光鏡230b的導光元件224出光時，光線243可經由光穿透區穿透反光片232c，接著再依序穿過透光膠體層234及透光基底233而進入感測區域201內，以使光學觸控裝置的光感測模組(圖未示)能接收此光線243。當有遮光物(圖未示)位於感測區域201內時，光感測模組即可感測到遮光物的第一光學資訊。此外，當鄰近反光鏡230b的導光元件224未出光，而是由其他導光元件提供光線至感測區域201時，來自感測區域201的光線244會被反光結構232d的兩個反光面241依序反射，進而回到感測區域201。換言之，反光片232c可 提供鏡面(mirror)的功能以產生鏡像，所以當有遮光物位於感測區域201內時，光感測模組可感測到遮光物的第二光學資訊。藉由第一光學資訊與第二光學資訊可計算出遮光物的位置。

本發明並不限定上述之具有光穿透及反射功能的反光鏡的具體結構，以下將再舉實施例來說明其他可能的結構，但其並非用以限定本發明。

圖8是本發明另一實施例之反光鏡的剖面示意圖。請參照圖8，本實施例之反光鏡230c與圖7之反光鏡230b的結構與功能相似，差別處在於反光鏡230c的相鄰的兩反光結構232d之間有間隙G1，而反光鏡230c的光穿透區除了包括反光結構232d的光穿透部242之外，更包括此間隙G1。

圖9是本發明另一實施例之反光鏡的剖面示意圖。請參照圖9，本實施例之反光鏡230d中，每一反光結構232b具有二朝彼此傾斜的反光面241，此二反光面241彼此相交，而反光鏡230d的反光區包括這些反光面241。此外，相鄰的兩反光結構232b之間有間隙G2，而反光鏡230d的光穿透區包括此間隙G2。

圖10是本發明另一實施例之反光鏡的剖面示意圖。請參照圖10，本實施例之反光鏡230e中，每一反光結構232e的頂面245設有多個V形溝槽246。這些V形溝槽246的多個槽壁247可作為反光面，而反光鏡230e的反射區包括這些反光面。此外，相鄰的兩反光結構230e之間有間隙G3，而反光鏡230e的光穿透區包括此間隙G3。

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‧‧‧光學式觸控裝置

110‧‧‧導光組

112a、112b‧‧‧導光條

114、140‧‧‧反光鏡

116‧‧‧感測區域

117‧‧‧反光面

118‧‧‧底面

120‧‧‧發光元件

122、122’‧‧‧光線

130‧‧‧光感測元件

140‧‧‧反光鏡

142‧‧‧光穿透面

143‧‧‧反光結構

200‧‧‧光學式觸控顯示裝置

201‧‧‧感測區域

210‧‧‧光感測模組

220‧‧‧光源模組

222‧‧‧發光元件

224‧‧‧導光元件

230、230a、230b、230c、230d、230e‧‧‧反光鏡

232、232c‧‧‧反光片

232a‧‧‧第一連接面

232b、232d、232e‧‧‧反光結構

233、233c‧‧‧透光基底

233a‧‧‧光穿透面

233b‧‧‧第二連接面

233d‧‧‧擴散結構

234‧‧‧透光膠體層

235‧‧‧第一內表面

236‧‧‧第二內表面

237‧‧‧長邊

238‧‧‧短邊

241‧‧‧反光面

242‧‧‧光穿透部

243、244‧‧‧光線

245‧‧‧頂面

246‧‧‧V形溝槽

247‧‧‧槽壁

A‧‧‧觸控點

A1‧‧‧鏡像點

A2、A3‧‧‧暗點

D‧‧‧長軸方向

G1、G2、G3‧‧‧間隙

θ1、θ2‧‧‧頂角

圖1為習知一種光學式觸控裝置之結構示意圖。

圖2為沿圖1之I-I線的剖面示意圖。

圖3為習知一種反光鏡的示意圖圖4繪示為本發明一實施例的光學式觸控裝置的俯視示意圖。

圖5繪示為圖4的光學式觸控裝置的反光鏡的立體示意圖。

圖6為本發明另一實施例之反光鏡的立體示意圖。

圖7是本發明另一實施例之光學式觸控裝置的局部剖面示意圖。

圖8是本發明另一實施例之反光鏡的剖面示意圖。

圖9是本發明另一實施例之反光鏡的剖面示意圖。

圖10是本發明另一實施例之反光鏡的剖面示意圖。

230‧‧‧反光鏡

232‧‧‧反光片

232a‧‧‧第一連接面

232b‧‧‧反光結構

233‧‧‧透光基底

233a‧‧‧光穿透面

233b‧‧‧第二連接面

234‧‧‧透光膠體層

235‧‧‧第一內表面

236‧‧‧第二內表面

237‧‧‧長邊

238‧‧‧短邊

D‧‧‧長軸方向

θ2‧‧‧頂角

Claims (22)

1. 一種反光鏡，用於一光學式觸控裝置中，該光學式觸控裝置具有一感測區域，該反光鏡包括：一反光片，具有一第一連接面以及與該第一連接面相對的多個反光結構，每一反光結構朝遠離該第一連接面的方向凸出，該些反光結構定義出一反光區與一光穿透區，每一反光結構具有至少一反光面，而該反光區包括該反光面，其中每一反光結構具有一短軸方向以及一與該短軸方向垂直的表面，該表面面向該感測區域並用以接收來自該感測區域的光線；一透光基底，具有相對的一光穿透面與一第二連接面；以及一透光膠體層，配置於該反光片與該透光基底之間，且連接該第一連接面與該第二連接面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之反光鏡，其中該反光片為一稜鏡片，而每一反光結構為一稜鏡柱，該些稜鏡柱互相平行，且相鄰的兩稜鏡柱彼此相連。
3. 如申請專利範圍第2項所述之反光鏡，其中每一反光結構為一三角柱。
4. 如申請專利範圍第3項所述之反光鏡，其中每一反光結構的頂角的角度範圍介於86度至94度。
5. 如申請專利範圍第2項所述之反光鏡，其中該第一連接 面呈矩形，且具有二長邊與二短邊，每一反光結構的一長軸方向平行該第一連接面的該些長邊。
6. 如申請專利範圍第1項所述之反光鏡，其中該透光基底更具有一擴散結構，設置於該光穿透面。
7. 如申請專利範圍第1項所述之反光鏡，其中每一反光結構具有二朝彼此傾斜的該反光面，該些反光面彼此相交，且相鄰兩稜鏡柱之間有一間隙，而該光穿透區包括該間隙。
8. 如申請專利範圍第1項所述之反光鏡，其中每一反光結構具有二朝彼此傾斜的該反光面以及一光穿透部，該光穿透部連接於該些反光面之間，而該光穿透區包括該光穿透部。
9. 如申請專利範圍第8項所述之反光鏡，其中相鄰的兩反光結構彼此相連。
10. 如申請專利範圍第8項所述之反光鏡，其中相鄰的兩反光結構之間有一間隙，而該光穿透區更包括該間隙。
11. 如申請專利範圍第1項所述之反光鏡，其中每一反光結構的一頂面設有多個V形溝槽，該些反光面包括該些V形溝槽的多個槽壁，相鄰的兩反光結構之間有一間隙，而該光穿透區包括該間隙。
12. 一種光學式觸控裝置，具有一感測區域，該光學式觸 控裝置包括：至少一反光鏡，配置於該感測區域的至少一側邊旁，每一反光鏡包括：一反光片，具有一第一連接面以及與該第一連接面相對的多個反光結構，每一反光結構朝遠離該第一連接面的方向凸出，該些反光結構定義出一反光區與一光穿透區，每一反光結構具有至少一反光面，而該反光區包括該反光面，其中每一反光結構具有一短軸方向以及一與該短軸方向垂直的表面，該表面面向該感測區域並用以接收來自該感測區域的光線；一透光基底，具有相對的一光穿透面與一第二連接面，該光穿透面面向該感測區域；以及一透光膠體層，配置於該反光片與該透光基底之間，且連接該第一連接面與該第二連接面；一光源模組，配置於該感測區域旁，以提供光線至該感測區域，該反光鏡配置於該光源模組與該感測區域的該側邊之間；以及一光感測模組，配置於該感測區域旁，且該光感測模組的感測範圍涵蓋該至少一反光鏡。
13. 如申請專利範圍第12項所述之光學式觸控裝置，其中該反光片為一稜鏡片，而每一反光結構為一稜鏡柱，該些稜鏡柱互相平行，且相鄰的兩稜鏡柱彼此相連。
14. 如申請專利範圍第13項所述之光學式觸控裝置，其中每一反光結構為一三角柱。
15. 如申請專利範圍第14項所述之光學式觸控裝置，其中每一反光結構的頂角的角度範圍介於86度至94度。
16. 如申請專利範圍第13項所述之光學式觸控裝置，其中該第一連接面呈矩形，且具有二長邊與二短邊，每一反光結構的一長軸方向平行該第一連接面的該些長邊。
17. 如申請專利範圍第12項所述之光學式觸控裝置，其中該透光基底更具有一擴散結構，設置於該光穿透面。
18. 如申請專利範圍第12項所述之光學式觸控裝置，其中每一反光結構具有二朝彼此傾斜的該反光面，該些反光面彼此相交，且相鄰兩稜鏡柱之間有一間隙，而該光穿透區包括該間隙。
19. 如申請專利範圍第12項所述之光學式觸控裝置，其中每一反光結構具有二朝彼此傾斜的該反光面以及一光穿透部，該光穿透部連接於該些反光面之間，而該光穿透區包括該光穿透部。
20. 如申請專利範圍第19項所述之光學式觸控裝置，其中相鄰的兩反光結構彼此相連。
21. 如申請專利範圍第19項所述之光學式觸控裝置，其中相鄰的兩反光結構之間有一間隙，而該光穿透區更包括該間 隙。
22. 如申請專利範圍第12項所述之光學式觸控裝置，其中每一反光結構的一頂面設有多個V形溝槽，該些反光面包括該些V形溝槽的多個槽壁，相鄰的兩反光結構之間有一間隙，而該光穿透區包括該間隙。