CN105005418A - 互动触控系统及光源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种互动触控系统及光源装置，其中，互动触控系统包括一显示装置、一光源装置及一不可见光侦测装置。显示装置适于提供一影像光束至一显示面。光源装置包括一发光元件及一导光元件。导光元件具有一圆锥面及一柱状曲面，柱状曲面朝向圆锥面。柱状曲面的至少部分区段的曲率中心不位于圆锥面的中心轴上。发光元件适于往圆锥面发出一不可见光束，不可见光束被圆锥面及柱状曲面反射而发散并涵盖显示面。当一物件移至显示面时，不可见光束被物件反射而被不可见光侦测装置侦测。

Description

互动触控系统及光源装置
技术领域
本发明涉及一种互动触控系统及其光源装置，且特别涉及一种显示互动触控系统及其光源装置。
背景技术
互动投影系统是一种可供使用者在投影面进行触控操作的投影系统。其利用光源装置发出的不可见光束(如红外线)涵盖投影面，使不可见光束在使用者对投影面进行触控时被触控物(如使用者的手指或触控笔)反射，藉以利用不可见光侦测装置来侦测触控位置。为了让配置于投影面边缘位置的光源装置发出的不可见光束能够涵盖整个投影面，一般可将两个适于发出发散角为等于或大于90度的不可见光束的光源装置结合，而成为能够发出发散角至少为180度的不可见光束的光源装置。然而将两个光源装置结合会使其体积较大且成本较高，并增加组装及调整的难度。
另一种方式为将适于发出发散角为360度的不可见光束的单一光源装置配置于投影面边缘的中间位置，此光源装置包含发光元件及导光元件，且导光元件具有圆锥面。发光元件发出的不可见光束被所述圆锥面反射后能够产生发散角为360度的不可见光束以涵盖投影面。但是，在此发散角为360度的不可见光束中，只有一半的不可见光束(即发散角在180度范围内的不可见光束)往投影面行进而被利用，另一半的不可见光束(即发散角在另一180度范围内的不可见光束)则不会往投影面行进而成为无效光，造成光源装置发出的不可见光束的利用率过低。
美国专利第US20130135260号揭露一种互动装置，其照明装置投射一光平面并形成一互动表面，且摄影机撷取物体触控至互动表面的画面，进而计算出物体触控于互动表面的触控点位置，其中照明装置利用圆锥状反射元件来反射光线，使光线以圆形方式扩散而形成扇形光幕。中国专利第CN202929344U号揭露一种设置在屏幕顶端中间位置的激光光幕系统，其发出的激光穿过透镜组后被锥面镜反射而产生张角大于180度且平行于屏幕的激光光幕。中国专利第CN1479079A号揭露一种全反射型的光学透镜内锥形光学扩展器，其激光模块发出的光束在锥面产生全反射而成为光平面。中国专利第CN2791601Y号揭露一种圆锥形反射镜，激光光束的光束中心与其顶角重合，以使激光光束经由圆锥形反射镜的反射而成为水平激光面。
发明内容
本发明提供一种互动触控系统，其光源装置发出的不可见光束的利用率可被提高。
本发明提供一种光源装置，其发出的不可见光束的利用率可被提高。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提供一种互动触控系统，其包括一显示装置、一光源装置及一不可见光侦测装置。显示装置适于提供一影像光束至一显示面。光源装置包括一发光元件及一导光元件。导光元件具有一圆锥面及一柱状曲面。柱状曲面朝向圆锥面，柱状曲面的至少部分区段的曲率中心不位于圆锥面的中心轴上。发光元件适于往圆锥面发出一不可见光束，不可见光束被圆锥面及柱状曲面反射而发散并涵盖显示面。当一物件移至显示面时，不可见光束被物件反射而被不可见光侦测装置侦测。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提供一种光源装置，其适用于一互动触控系统。互动触控系统包括一显示装置及一不可见光侦测装置。显示装置适于提供一影像光束至一显示面。光源装置包括一发光元件及一导光元件。导光元件具有一圆锥面及一柱状曲面。柱状曲面朝向圆锥面，柱状曲面的至少部分区段的曲率中心不位于圆锥面的中心轴上。发光元件适于往圆锥面发出一不可见光束，不可见光束被圆锥面及柱状曲面反射而发散并涵盖显示面。当一物件移至显示面时，不可见光束被物件反射而被不可见光侦测装置侦测。
基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点，在本发明的上述实施例中，导光元件具有朝向圆锥面的柱状曲面，且柱状曲面的至少部分区段的曲率中心被设计为不位于圆锥面的中心轴上，如此则当不可见光束被圆锥面反射至柱状曲面并被柱状曲面反射时，至少部分被柱状曲面反射的不可见光束将不会往圆锥面的中心轴及过于接近此中心轴的位置行进而不会被圆锥面再次反射或折射。据此，当发光元件发出的不可见光束被圆锥面反射而成为发散角为360度的不可见光束时，除了其中一部分往显示面传递的不可见光束(即发散角在180度范围内的不可见光束)可被互动触控系统利用之外，另一部分的不可见光束(即发散角在另一180度范围内的不可见光束)会至少部分地被柱状曲面反射而不被圆锥面再次反射或折射并往显示面传递，使其也能够被互动触控系统利用，藉以提升光源装置发出的不可见光束的利用率。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举多个实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明一实施例的互动触控系统的示意图。
图2是图1的光源装置的立体图。
图3是图2的光源装置的部分结构侧视图。
图4是图2的光源装置的部分结构俯视图。
图5是不可见光束被圆锥面反射的示意图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的多个实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如上、下、前、后、左、右等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。
图1是本发明一实施例的互动触控系统的示意图。请参考图1，互动触控系统100包括一显示装置110、一光源装置120及一不可见光侦测装置130，其中显示装置110适于提供一影像光束PL至一显示面50a。于图1所示的实施例中，互动触控系统100为一投影互动触控系统，显示装置110为一投影装置，于其他实施例中，显示装置也可为液晶显示装置、OLED显示装置或阴极射线管(CRT)显示装置等，本发明不限于此。本实施例中，显示面50a为一投影面例如为固定于墙面60的白板50的局部表面，或为一适合接收影像光束PL的平面。
光源装置120配置于显示面50a的边缘52的中间位置，且用以发出不可见光束IL(如红外线)，使不可见光束IL的发散角D涵盖整个显示面50a，本实施例的不可见光束IL的发散角D为大于或等于180度，其他实施例可依据光源装置和显示面的设置距离，让不可见光束IL的发散角D也可以小于180度，本发明不限于此。而不可见光侦测装置130例如为摄影机。当使用者对显示面50a触控而使物件70(如使用者的手指或其它物件)移近显示面50a时，不可见光束IL被所述物件反射而被不可见光侦测装置130侦测，藉以判断所述物件于显示面50a的触控位置，进而可达到显示的影像与使用者产生互动的功能。此外，当显示装置为液晶显示装置、OLED显示装置或阴极射线管(CRT)显示装置等，不可见光侦测装置的设置可在显示面50a的四周，但不限于此，不可见光侦测装置设置的位置以达到侦测到被所述物件反射的不可见光束IL即可。
以下具体说明光源装置120的配置及作用方式。图2是图1的光源装置的立体图。图3是图2的光源装置的部分结构侧视图。图4是图2的光源装置的部分结构俯视图。为使图式较为清楚，图3未示出图2中的反射层RL。请参考图2至图4，光源装置120包括一发光元件122及一导光元件124。导光元件124例如为藉由射出成型制程所形成的一柱状体为透明塑胶件且具有一圆锥面124a及一柱状曲面124b，圆锥面124a位于所述柱状体的侧面S1，由侧面S1外侧向内凹入，柱状曲面124b位于所述柱状体的柱状表面S2上并朝向圆锥面124a，且显示面50a所在区域(即图1所示的影像光束PL涵盖范围)与柱状曲面124b分别位于圆锥面124a的相对两侧。
图5是不可见光束被圆锥面反射的示意图。图3所示的发光元件122配置于导光元件124侧面S1的相对另一侧面并位于圆锥面124a的中心轴A上，适于往圆锥面124a发出不可见光束IL，以使不可见光束IL如图5所示被圆锥面124a全反射而成为发散角为360度的不可见光束。需说明的是，为使图式较为清楚，图4仅示出不可见光束IL的部分光线，不可见光束IL的发散角实际上涵盖范围R1及范围R2而为360度的发散角。
详细而言，本实施例的导光元件124具有另一曲面124c，曲面124c例如为半圆柱凹面且其曲率中心(未标示)位于圆锥面124a的中心轴A上，以使不可见光束IL被圆锥面124a反射后能够顺利地通过曲面124c而往显示面50a所在区域传递。若柱状曲面124b重合于图4所示的虚线V而使柱状曲面124b及曲面124c构成一完整的圆柱凹面，则柱状曲面124b的曲率中心亦会位于圆锥面124a的中心轴A上，如此一来当不可见光束IL被圆锥面124a反射至柱状曲面124b并被柱状曲面124b反射时，此不可见光束IL会往圆锥面124a的中心轴A行进而被圆锥面124a再次反射或折射，形成干扰触控精准度的杂散光束。为了避免此情况发生，本实施例的柱状曲面124b被设计为偏离虚线V而使柱状曲面124b的至少部分区段的曲率中心(图4,5示为柱状曲面124b的全区段的曲率中心C)不位于圆锥面124a的中心轴A上，如此则当不可见光束IL被圆锥面124a反射至柱状曲面124b并被柱状曲面124b反射时，至少部分被柱状曲面124b反射的不可见光束IL将不会往圆锥面124a的中心轴A及过于接近中心轴A的位置行进而不致被圆锥面124a再次反射或折射。
据此，在发光元件122发出的不可见光束IL被圆锥面124a反射而如图5所示成为发散角为360度的不可见光束后，除了其中一部分往显示面50a所在区域传递的不可见光束(即发散角在图4所示的180度范围R1内的不可见光束IL，标示为IL1)可被互动触控系统100利用之外，另一部分的不可见光束(即发散角在图4所示的另一180度范围R2内的不可见光束IL，标示为IL2)会往柱状曲面124b传递并至少部分地被柱状曲面124b反射而不被圆锥面124a再次反射或折射，并往显示面50a所在区域传递，使其也能够被互动触控系统100利用，藉以提升光源装置120发出的不可见光束的利用率。
在本实施例中，圆锥面124a的中心轴A垂直于显示面50a，圆锥面124a的顶角α为90度，发光元件122的出光方向平行于圆锥面124a的中心轴A，且柱状曲面124b的所有曲率中心轴平行于圆锥面124a的中心轴A，以使不可见光束IL被圆锥面124a反射后或被圆锥面124a及柱状曲面124b依序反射后沿平行显示面50a的方向传递。具体而言，本实施例的柱状曲面124b为半圆柱凹面，且此凹面朝向圆锥面124a，故所述柱状曲面124b的曲率中心轴在本实施例中为通过图4所示的曲率中心C且平行圆锥面124a中心轴及垂直显示面50a的单一轴线。在其它实施例中，柱状曲面可为其它适当形状的规则或不规则曲面，并具有多个平行于圆锥面124a的中心轴A的曲率中心轴，且此柱状曲面可被设计为仅其部分区段的曲率中心不位于圆锥面124a的中心轴A上，本发明不限于此。
请参考图4，在本实施例中，柱状曲面124b上具有一反射层RL，反射层RL例如为金属镀膜或其它种类的反射材料，可透过涂布或贴附的方式设置于柱状曲面124b上。反射层RL对应柱状曲面124b的曲率中心不位于圆锥面124a的中心轴A的上述区段，以使从圆锥面124a往柱状曲面124b传递的不可见光束IL藉由反射层RL被反射而越不被圆锥面124a再次反射或折射并往显示面50a所在区域传递。
图4所示的发散角范围r1～r5分别为不可见光束IL被圆锥面124a反射后的发散角所划分的多个范围而且彼此不相互重叠，其中对应于发散角范围r1、r2的不可见光IL(分别标示为IL1、IL2)被柱状曲面124b反射后不会被圆锥面124a再次反射或折射而往显示面50a所在区域传递，但对应于发散角范围r3、r4、r5的至少部分不可见光IL(分别标示为IL3、IL4、IL5)，若被柱状曲面124b反射则会往过于接近中心轴A的位置行进而再次传递至圆锥面124a上。有鉴于此，本实施例将反射层RL设计为仅配置于柱状曲面124b对应于发散角范围r1、r2的部分，而未覆盖柱状曲面124b对应于发散角范围r3、r4、r5的部分，以避免在发散角范围r3、r4、r5内的不可见光束IL被柱状曲面124b反射至圆锥面124a并被圆锥面124a再次反射或折射而形成杂散光，确保不可见光侦测装置130对物件70(如图1所示)于显示面50a的触控位置的判断不会因所述杂散光而被干扰。
在本实施例中，若曲面124c的曲率中心与圆锥面124a的中心轴A相同，柱状曲面124b的曲率中心C偏离圆锥面124a的中心轴A约1毫米(mm)，发散角范围r3、r5例如皆为6度，发散角范围r1、r2例如皆为54度，而发散角范围r4例如为60度，则光源装置120具有较佳的不可见光束IL的利用率。但本发明不限于此，在其它实施例中，可依据发光元件122发出的不可见光束IL的光斑大小、导光元件124的尺寸及其它设计参数来确定所述发散角范围并依此配置反射层RL，以避免杂散光的产生。
综上所述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点，在本发明的上述实施例中，导光元件具有朝向圆锥面的柱状曲面，且柱状曲面的至少部分区段的曲率中心被设计为不位于圆锥面的中心轴上，如此则当不可见光束被圆锥面反射至柱状曲面并被柱状曲面的反射层反射时，被反射层反射的不可见光束将不会往圆锥面的中心轴及过于接近此中心轴的位置行进而不致被圆锥面再次反射或折射。据此，当发光元件发出的不可见光束被圆锥面反射而成为发散角为360度的不可见光束时，除了其中一部分往显示面传递的不可见光束(即发散角在180度范围内的不可见光束)可被互动触控系统利用之外，另一部分的不可见光束(即发散角在另一180度范围内的不可见光束)会至少部分地被柱状曲面的反射层反射而不被圆锥面再次反射或折射并往显示面传递，使其也能够被互动触控系统利用，藉以提升光源装置发出的不可见光束的利用率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。
【符号说明】
50：白板
50a：显示面(投影面)
52：边缘
60：墙面
70：物件
100：互动触控系统
110：显示装置(投影装置)
120：光源装置
122：发光元件
124：导光元件
124a：圆锥面
124b：柱状曲面
124c：曲面
130：不可见光侦测装置
α：顶角
A：中心轴
C：曲率中心
D：发散角
PL：影像光束
IL、IL1、IL2、IL3、IL4、IL5：不可见光束
R1、R2、r1～r5：范围
RL：反射层
S1：侧面
S2：柱状表面
V：虚线

Claims (20)

1.一种互动触控系统，包括一显示装置、一光源装置以及一不可见光侦测装置；
所述显示装置适于提供一影像光束至一显示面；
所述光源装置包括一发光元件以及一导光元件；其中所述导光元件具有一圆锥面及一柱状曲面，所述柱状曲面朝向所述圆锥面，所述柱状曲面的至少部分区段的曲率中心不位于所述圆锥面的中心轴上，所述发光元件适于往所述圆锥面发出一不可见光束，所述不可见光束被所述圆锥面及所述柱状曲面反射而发散并涵盖所述显示面；
其中当一物件移至所述显示面时，所述不可见光束被所述物件反射而被所述不可见光侦测装置侦测。
2.如权利要求1所述的互动触控系统，其特征在于，所述不可见光束依序被所述圆锥面及所述柱状曲面反射后沿平行所述显示面的方向传递。
3.如权利要求1所述的互动触控系统，其特征在于，所述圆锥面的中心轴垂直于所述显示面，所述圆锥面的顶角为90度，所述发光元件的出光方向平行于所述圆锥面的中心轴。
4.如权利要求1所述的互动触控系统，其特征在于，所述柱状曲面的所有曲率中心轴平行于所述圆锥面的中心轴。
5.如权利要求1所述的互动触控系统，其特征在于，所述不可见光束的一部分被所述圆锥面反射后往所述显示面所在区域传递，所述不可见光束的另一部分被所述圆锥面反射后往所述柱状曲面传递，并被所述柱状曲面反射而往所述显示面所在区域传递。
6.如权利要求1所述的互动触控系统，其特征在于，所述显示面所在区域与所述柱状曲面分别位于所述圆锥面的相对两侧。
7.如权利要求1所述的互动触控系统，其特征在于，所述光源装置配置于所述显示面的一边缘，所述不可见光束被所述圆锥面及所述柱状曲面反射后的发散角为大于或等于180度以涵盖所述显示面。
8.如权利要求1所述的互动触控系统，其特征在于，所述柱状曲面为半圆柱凹面，且所述凹面朝向所述圆锥面。
9.如权利要求1所述的互动触控系统，其特征在于，所述柱状曲面上具有一反射层，且所述反射层对应所述这些曲率中心不位于所述圆锥面的中心轴的部分区段。
10.如权利要求1所述的互动触控系统，其特征在于，所述导光元件为一柱状体，且所述柱状曲面位于所述柱状体的柱状表面上，所述圆锥面位于所述柱状体的一侧面。
11.一种光源装置，适用于一互动触控系统，所述互动触控系统包括一显示装置及一不可见光侦测装置，所述显示装置适于提供一影像光束至一显示面，所述光源装置包括一发光元件以及一导光元件；
所述导光元件具有一圆锥面及一柱状曲面，其中所述柱状曲面朝向所述圆锥面，所述柱状曲面的至少部分区段的曲率中心不位于所述圆锥面的中心轴上，所述发光元件适于往所述圆锥面发出一不可见光束，所述不可见光束被所述圆锥面及所述柱状曲面反射而发散并涵盖所述显示面，当一物件移至所述显示面时，所述不可见光束被所述物件反射而被所述不可见光侦测装置侦测。
12.如权利要求11所述的光源装置，其特征在于，所述不可见光束依序被所述圆锥面及所述柱状曲面反射后沿平行所述显示面的方向传递。
13.如权利要求11所述的光源装置，其特征在于，所述圆锥面的中心轴垂直于所述显示面，所述圆锥面的顶角为90度，所述发光元件的出光方向平行于所述圆锥面的中心轴。
14.如权利要求11所述的光源装置，其特征在于，所述柱状曲面的所有曲率中心轴平行于所述圆锥面的中心轴。
15.如权利要求11所述的光源装置，其特征在于，所述不可见光束的一部分被所述圆锥面反射后往所述显示面所在区域传递，所述不可见光束的另一部分被所述圆锥面反射后往所述柱状曲面传递，并被所述柱状曲面反射而往所述显示面所在区域传递。
16.如权利要求11所述的光源装置，其特征在于，所述显示面所在区域与所述柱状曲面分别位于所述圆锥面的相对两侧。
17.如权利要求11所述的光源装置，其特征在于，所述光源装置配置于所述显示面的一边缘，所述不可见光束被所述圆锥面及所述柱状曲面反射后的发散角为大于或等于180度以涵盖所述显示面。
18.如权利要求11所述的光源装置，其特征在于，所述柱状曲面为半圆柱凹面，且所述凹面朝向所述圆锥面。
19.如权利要求11所述的光源装置，其特征在于，至少部分所述柱状曲面上具有一反射层，且所述反射层对应所述这些曲率中心不位于所述圆锥面的中心轴的部分区段。
20.如权利要求11所述的光源装置，其特征在于，所述导光元件为一柱状体，且所述柱状曲面位于所述柱状体的柱状表面上，所述圆锥面位于所述柱状体的一侧面。
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