CN103389833A

CN103389833A - 光感式触碰感测装置及其光源模块与光学透镜

Info

Publication number: CN103389833A
Application number: CN2012101442931A
Authority: CN
Inventors: 刘华唐; 王锦祥
Original assignee: Sintai Optical Shenzhen Co Ltd; Asia Optical Co Inc
Current assignee: Sintai Optical Shenzhen Co Ltd; Asia Optical Co Inc
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2013-11-13

Abstract

本发明涉及一种光感式触碰感测装置及其光源模块与光学镜片透镜，所述光感式触碰感测装置包含有显示装置、至少一光源模块、感测装置以及计算电路，其中，该显示装置用以于显示区域上显示影像画面；该光源模块设于该显示区域外，用以朝实质上平行于该显示区域的方向投射呈线状照度的不可见光束，藉以可投射于位于该显示区域预定范围内的物体者；该感测装置设于该显示区域外，用在该不可见光束投射于该位于该显示区域该预定范围内的物体时，感测该不可见光束所产生的变化，并送出感测讯号；该计算电路与该感测装置电性连接，用以接收该感测讯号，并藉以计算该物体于该显示区域的相对位置。

Description

光感式触碰感测装置及其光源模块与光学透镜

技术领域

本发明与光学有关，更详而言之是指一种光感式触碰感测装置及其光源模块与光学透镜。

背景技术

随着科技的进步，能让人感觉直接与影像互动的触碰式面板与触碰感应系统越来越盛行，而市面上常见的触碰式面板大多为电阻式与电容式两种，其中，电阻式通过按压屏幕使该受按压部位的电压产生变化，藉以判定按压的位置，然而，电阻式屏幕须受按压才能感应，而使其表面无法使用耐刮的硬性材质，将造成其受磨损而损坏的机率增加，且持续按压亦容易造成屏幕反应速度变慢，而在使用上有停滞感出现。而电容式则是利用感应人体微弱电流造成碰触位置的电场改变的方式来判读按压的位置，但因电容式屏幕须通过侦测人体电流的方式才能判读按压位置，当使用者戴上手套或利用指甲按压时，电容式屏幕将因无法感应人体电流而无法判读按压位置。

因此，为改善上述缺点，遂研发有一种光感式面板，请参阅图１，通过反射板110将雷射光模块120产生的雷射光往屏幕130方向反射，以分别形成射向接收模块140并呈线状照度的光线，当使用者碰触到屏幕130而阻文件到光线时，对应的接收单元140将无法接收，藉以推算出使用者触碰的位置。亦或是如图２利用微机电系统(Micro-electromechanical Systems，MEMS)反射镜210将雷射光模块220的光线往屏幕230方向反射，藉以形成大角度并射向接收模块240的线型光线，同理，当使用者碰触到屏幕230而阻文件到光线时，对应的接收单元240将无法接收，进而推算出使用者触碰的位置。

然而，上述的光感式面板仍具有下述缺点：

1、须额外增设反射镜110或微机电系统反射镜210设置的空间，而使得光感式面板无法有效地达到薄型化与小型化的目的。

2、微机电系统反射镜210的成本昂贵，且启动时尚须经过一段开机时间，将会使得光感式面板感测及反应的速度下降。

3、使用反射镜110与微机电系统反射镜210时，雷射线模块120、220需产生较大光功率的雷射光才能使整个屏幕130、230覆盖在线型光线的范围中，而使得光感式面板在使用时较为耗电。

为改善上述缺点，遂转向研究如何将雷射光模块产生的散射光线不经过反射镜的反射作用即可转变成线型光线的方式，因此，请参阅图３，为中国台湾第I323769号专利所揭示「不对称广角照明装置」的立体图，其包含有具有集光面310及呈波浪状的柱状透镜数组320的光学镜片300、以及发光源330，该专利虽用以设置于路灯或其它灯具上，但发光源330产生的光线依序经过该集光面310与该柱状透镜数组320后可达到呈现准直且较为扁平的照度(如图４)的目的。然而，上述的「不对称广角照明装置」设计仍有未甄完善之处，该发光源330所产生的光线通过集光面310而准直后，仅经由该柱状透镜数组320一次折射后就将光线射出，将使其照度无法达到较佳的扩散效果。另外，该柱状透镜数组320的波浪状表面的波峰与波谷间呈曲面，此亦会将造成射出光线集中的效果，亦会造成其扩散的效果不佳。

因此，由以上所述可得知，已知光源模块及其光学镜片的设计仍未能符合需求，而有尚改进之处。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种光感式触碰感测装置及其光源模块与光学透镜，不用藉由反射镜即可达到将光线转变成准直且线状照度，而可达到开机及反应的速度快、设计更加轻薄、以及更为省电的目的。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种光感式触碰感测装置，包含有显示装置、至少一光源模块、感测装置以及计算电路，其中，该显示装置用以于显示区域上显示影像画面；该光源模块设于该显示区域外预定位置上，用以朝实质上平行于该显示区域的方向投射呈线状照度的不可见光束，藉以可投射于位于该显示区域预定范围内的物体者；该感测装置设于该显示区域外，用在该不可见光束投射于该位于该显示区域该预定范围内的物体时，感测该不可见光束所产生的变化，并送出感测讯号者；该计算电路与该感测装置电性连接，用以接收该感测讯号，并藉以计算该物体于该显示区域的相对位置者。

依据上述构思，该光源模块包含有由光源侧至物侧依序排列的发光体以及光学透镜，其中，该发光体用以往该物侧的方向产生光线；该光学透镜具有由该光源侧至该物侧依序列的准直面、第一平面、波浪型表面以及第二平面；藉此，该发光体产生的光线先由该准直面进入该光学透镜，再由该第一平面射出，并由该波浪型表面再度进入该光学透镜，最后由该第二平面射出而形成呈线状照度的光束。

依据上述构思，该光源模块包含有由光源侧至物侧依序排列的发光体以及光学透镜，其中，该发光体用以往该物侧的方向产生光线；该光学透镜具有由该光源侧至该物侧依序列的第一平面、准直面、波浪型表面以及第二平面；藉此，该发光体产生的光线先由该第一平面进入该光学透镜，再由该准直面射出，并由该波浪型表面再度进入该光学透镜，最后由该第二平面射出而形成呈线状照度的光束。

依据上述构思，该发光体的光线经过该准直面与该第一平面后而形成准直的照度，且经过该波浪型表面与该第二平面后而形成线状的照度。

依据上述构思，该波浪型表面各波浪的波峰与波谷之间的表面为平面。

依据上述构思，该准直面为外凸弧形面。

依据上述构思，该感测装置的感测范围刚好涵盖整个该显示区域。

本发明还提供了一种光源模块，包含有由光源侧至物侧依序排列的：

发光体，用以往该物侧的方向产生光线；以及

光学透镜，具有由该光源侧至该物侧依序列的第一平面、准直面、波浪型表面以及第二平面；

该发光体产生的光线先由该第一平面进入该光学透镜，再由该准直面射出，并由该波浪型表面再度进入该光学透镜，最后由该第二平面射出而形成呈线状照度的光束。

本发明还提供了一种光学透镜，依光线进入至离开该透镜的顺序，具有第一平面、准直面、波浪型表面以及第二平面；该光线先由该第一平面进入该光学透镜，再由该准直面射出，并由该波浪型表面再度进入该光学透镜，最后由该第二平面射出而形成呈线状照度的光束。

藉此，通过上述设计，将可使得该光感式触碰感测装置达到开机及反应的速度快、设计更加轻薄、以及更为省电的目的。

附图说明

图１为已知光感式显示面板的结构图。

图２为另一已知光感式显示面板的结构图。

图３为已知用以产生扁平光的照明装置的结构图

图４为图３所示的装置所产生的光线的照度图。

图５为本发明光感式触碰感测装置的结构图。

图６为本发明光源模块的结构图。

图７为图６的Y-Z平面的剖视及光路图。

图８为图６的X-Z平面的剖视及光路图。

图９为物体接近光感式触碰感测装置时的光线图。

图10为本发明另一光源模块的结构图。

图11为图10的Y-Z平面的剖视及光路图。

图12为图10的X-Z平面的剖视及光路图。

图13为本发明的三维照度分布图。

图14为本发明照射于目标物上的光型图。

具体实施方式

为能更清楚地说明本发明，兹举较佳实施例并配合附图详细说明如后。请参阅图５，本发明的光感式触碰感测装置包含有显示装置10、两个光源模块20、感测装置30以及计算电路40。其中：

该显示装置10用以于显示区域12上显示影像画面。于本实施例中，该显示装置10是液晶屏幕，但不以此为限，除液晶屏幕外，亦可使用如投影机、背投电视等其它可于预定区域上显示影像的装置代替。

各该光源模块20设于该显示装置10上而位于该显示区域12外预定位置上，用以朝实质上平行于该显示区域12的方向投射呈线状照度的不可见光束。于本实施例中，这些光源模块20投射红外线光线，且分别设置于该显示区域12底部的两个端角外，但实际可实施的设置位置亦可是该显示区域12外的其它地方，且设置数量亦可依需求改成一个或三个以上。

请参阅图６，各该光源模块20包含有由光源侧至物侧依序列的发光体22以及光学透镜24。于本实施例中，该发光体22为红外线雷射光模块，用以往物侧的方向产生红外线光线，但不以此为限，亦可使用如发光二极管(LED)、灯泡、灯管或其它发光体代替。该光学透镜24具有由光源侧至物侧依序列的第一平面241、准直面242、波浪型表面243以及第二平面244。其中，该准直面242是外凸弧形面。该波浪型表面243上各波浪的波峰与波谷间的表面设计为平面。另外，于本实施例中，该光学透镜24以两片镜片组装结合形成，但不以此为限，亦可通过一体成型的方式制成。

当该发光体22产生光线时，由图７及图８可得知，光线将经由该第一平面241与该准直面242后将形成准直的照度，再经由该波浪型表面243与该第二平面244后将形成线状的照度。另外，当光线依序通过该第一平面241、该准直面242、该波浪型表面243与该第二平面244后，至少经过两次以上的折射，将可形成扩散角度大于90度且呈线状的照度。藉此，请参阅图９，当使用者将物体(如手指或笔端)位于该显示区域12预定距离内时，这些光源模块20所投射的红外线光线将于该物体上形成至少一红外线光点P。

该感测装置30设于该显示区域12外，用在该不可见光束投射于该位于该显示区域12预定范围内的物体时，感测该不可见光束所产生的变化，并据以送出感测讯号。在本实施例中，该感测装置30是红外线摄影机，其照射范围涵盖该显示区域12，用以感测照射范围内的是否产生红外线光点P。

该计算电路40则与该感测装置30电性连接，用以接收该感测讯号，并据以计算出该感测装置30所测得的红外线光点P于该显示区域12的相对位置，并可通过计算出的红外线光点P的位置与红外线光点P的移动轨迹，控制该显示装置10所呈现的画面影像改变。

因此，通过上述的设计，本发明的光感式触碰感测装置将具有下列优点：

1、不需通过反射镜或微机电系统(Micro-electromechanical Systems，MEMS)反射镜即可产生线型光束，将可增加光感式触碰感测装置开机及反应的速度。

2、因光源模块20的结构轻薄、不占空间，且其产生的光束线宽较细，将可使得光感式触碰感测装置可设计的更加轻薄。

3、不须输出高光功率的光线，且不用通过微机电系统反射镜反射光线即可达到形成线性照度的目的，将可使得光感式触碰感测装置在使用上更为省电。

另外，除上述的光源模块20外，本发明亦提供有可达到相同目的的另一光源模块设计，请参阅图10，该光源模块50包含有由光源侧至物侧依序列的发光体52以及光学透镜54。于本实施例中，该发光体52同样为红外线雷射光模块，于此容不再赘述，而与前述实施例不同之处在于该光学透镜54是以模具射出的一体成型方式制作而成的塑料透镜，且该光学透镜54具有由光源侧至物侧依序列的准直面541、第一平面542、波浪型表面543以及第二平面544。其中，该准直面541是外凸弧形面。该波浪型表面543上各波浪的波峰与波谷间的表面设计为平面。

藉此，由图11及图12可得知，当该发光体52产生光线时，光线将经由该准直面541与该第一平面542后将形成准直的照度，再经由该波浪型表面543与该第二平面544后将形成线状的照度。另外，当光线依序通过该准直面541、该第一平面542、该波浪型表面43与该第二平面544后，至少经过两次以上的折射，将可形成扩散角度大于90度且呈线状的照度。因此，由图13可看出，经由光学透镜54射出后的光线的扩散角度可达120度以上，并可由图14看出该光源模块1产生的光线照射于50毫米外的目标物上时，其呈现的光型为直线，且该直线的线宽W为0.1毫米至0.5毫米之间。

因此，由上述的说明可得知，通过该光源模块50的设计，将使得具有该光源模块50的光感式触碰感测装置可同样具有开机及反应的速度快、设计更加轻薄、以及更为省电的优点。

必须说明的是，本发明的光感式触碰感测装置除使用红外线外，亦可使用其它不可见光作为光感侦测的依据。另外，本发明的感测装置除使用红外线摄影机的光点感测的方式外，亦可使用其它可行的感测装置，举例而言，利用将数个光传感器设置于该显示区域12外，并通过这些光传感器侦测该光源模块所产生的光是否被该物体遮断的方式进行感测来达到相同的目的。再者，凡应用本发明说明书及权利要求所做的等效结构及制作方法变化，理应包含在本发明的专利范围内。

Claims

1.一种光感式触碰感测装置，其特征在于，包含：

显示装置，用以于显示区域上显示影像画面；

至少一光源模块，设于该显示区域外预定位置上，用以朝实质上平行于该显示区域的方向投射呈线状照度的不可见光束，藉以可投射于位于该显示区域预定范围内的物体；

感测装置，设于该显示区域外，用在该不可见光束投射于该位于该显示区域该预定范围内的物体时，感测该不可见光束所产生的变化，并送出感测讯号；以及

计算电路，与该感测装置电性连接，用以接收该感测讯号，并藉以计算该物体于该显示区域的相对位置。

2.如权利要求１所述的光感式触碰感测装置，其特征在于，该光源模块包含有由光源侧至物侧依序排列的发光体以及光学透镜，其中，该发光体用以往该物侧的方向产生光线；该光学透镜具有由该光源侧至该物侧依序列的准直面、第一平面、波浪型表面以及第二平面；藉此，该发光体产生的光线先由该准直面进入该光学透镜，再由该第一平面射出，并由该波浪型表面再度进入该光学透镜，最后由该第二平面射出而形成呈线状照度的光束。

3.如权利要求１所述的光感式触碰感测装置，其特征在于，该光源模块包含有由光源侧至物侧依序排列的发光体以及光学透镜，其中，该发光体用以往该物侧的方向产生光线；该光学透镜具有由该光源侧至该物侧依序列的第一平面、准直面、波浪型表面以及第二平面；藉此，该发光体产生的光线先由该第一平面进入该光学透镜，再由该准直面射出，并由该波浪型表面再度进入该光学透镜，最后由该第二平面射出而形成呈线状照度的光束。

4.如权利要求２或３所述的光感式触碰感测装置，其特征在于，该发光体的光线经过该准直面与该第一平面后而形成准直的照度，且经过该波浪型表面与该第二平面后而形成线状的照度。

5.如权利要求２或３所述的光感式触碰感测装置，其特征在于，该波浪型表面各波浪的波峰与波谷之间的表面为平面。

6.如权利要求２或３所述的光感式触碰感测装置，其特征在于，该准直面为外凸弧形面。

7.如权利要求１所述的光感式触碰感测装置，其特征在于，该光源模块投射的不可见光束的扩散角度大于90度。

8.如权利要求１所述的光感式触碰感测装置，其特征在于，当该物体位于该显示区域该预定范围内时，该物体受该光源模块照射，而于该物体上产生有至少一不可见光光点；该感测装置用以感测该不可见光光点；该计算电路则计算该不可见光光点于该显示区域的相对位置。

9.一种光源模块，其特征在于，包含有由光源侧至物侧依序排列的：

发光体，用以往该物侧的方向产生光线；以及

10.如权利要求９所述的光源模块，其特征在于，该发光体的光线经过该准直面与该第一平面后而形成准直的照度，且经过该波浪型表面与该第二平面后而形成线状的照度。

11.如权利要求９所述的光源模块，其特征在于，该波浪型表面各波浪的波峰与波谷之间的表面为平面。

12.如权利要求９所述的光源模块，其特征在于，该准直面为外凸弧形面。

13.一种光学透镜，其特征在于，依光线进入至离开该透镜的顺序，具有第一平面、准直面、波浪型表面以及第二平面；该光线先由该第一平面进入该光学透镜，再由该准直面射出，并由该波浪型表面再度进入该光学透镜，最后由该第二平面射出而形成呈线状照度的光束。

14.如权利要求13所述的光学透镜，其特征在于，该光线经过该第一平面与该准直面后而形成准直的照度，且经过该波浪型表面与该第二平面后而形成线状的照度。

15.如权利要求13所述的光学透镜，其特征在于，该波浪型表面各波浪的波峰与波谷之间的表面为平面。

16.如权利要求13所述的光学透镜，其特征在于，该准直面为外凸弧形面。

17.一种光源模块，其特征在于，包含有由光源侧至物侧依序排列的：

发光体，用以往该物侧的方向产生光线；以及

光学透镜，为一体成型的透镜，具有由该光源侧至该物侧依序列的准直面、第一平面、波浪型表面以及第二平面；

该发光体产生的光线先由该准直面进入该光学透镜，再由该第一平面射出，并由该波浪型表面再度进入该光学透镜，最后由该第二平面射出而形成呈线状照度的光束。

18.如权利要求17所述的光源模块，其特征在于，该发光体的光线经过该准直面与该第一平面后而形成准直的照度，且经过该波浪型表面与该第二平面后而形成线状的照度。

19.如权利要求17所述的光源模块，其特征在于，该波浪型表面各波浪的波峰与波谷之间的表面为平面。

20.如权利要求17所述的光源模块，其特征在于，该准直面为外凸弧形面。

21.一种光学透镜，其特征在于，为一体成型的透镜，依光线进入至离开该透镜的顺序，具有准直面、第一平面、波浪型表面以及第二平面；该光线先由该准直面进入该光学透镜，再由该第一平面射出，并由该波浪型表面再度进入该光学透镜，最后由该第二平面射出而形成呈线状照度的光束。

22.如权利要求21所述的光学透镜，其特征在于，该光线经过该准直面与该第一平面后而形成准直的照度，且经过该波浪型表面与该第二平面后而形成线状的照度。

23.如权利要求21所述的光学透镜，其特征在于，该波浪型表面各波浪的波峰与波谷之间的表面为平面。

24.如权利要求21所述的光学透镜，其特征在于，该准直面为外凸弧形面。