CN204390219U - 输入介面投影结构及有该投影结构之电子装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种输入介面投影结构，包括：一座部位于一光源组前面，一镜座支架位于该座部的前面，一投影底片在该座部与该镜座支架之间，该投影底片具有一局部的投影图案，例如一键盘的左边区域，以降低视角（FOV）进而降低投影结构的长度，并可安装在薄型的一电子装置内。

Description

输入介面投影结构及有该投影结构之电子装置

【技术领域】 

本实用新型是关于一种投影结构，尤指虚拟输入介面的投影结构，及使用该投影结构的电子装置。

【背景技术】

目前智慧型手机、平板电脑等携带式电子设备的使用率已逐渐取代传统电脑的使用率。与传统电脑相比，携带式电子设备的体积小、重量轻、耗电小、方便携带、随时随地使用等优点，但是缺少滑鼠、实体键盘的输入设备，因此尚有一些功能无法取代传统电脑。为了弥补携带式电子设备缺少输入设备的缺陷，并维持携带式电子设备的轻便特性，一种虚拟投影键盘的输入设备有被需求的趋势，且利用虚拟的方式，可将键盘投影在垂直或水平甚至斜面的平面上，并可放大键盘面积符合人体工学操作标准幅宽。

一般投影键盘由投影键盘图像发射模组、红外线座标定位模组、手势辨识处理模组、通信连接模组等组成。目前的投影键盘图案产生的原理是利用半导体雷射光照射包含有键盘图案的光栅（grating），通过光栅衍射的方法生成键盘图案。

相关技术如美国第6650318号，揭露有一雷射光扫瞄出可见影像之虚拟键盘，主体上利用一雷射光源以扫瞄方式扫瞄出键盘影像，及一感应单元，感应出雷射键盘影像其中之按键，当有操作者之手指模拟敲键操作，则该按键区域相关之雷射光会被异动，变化之光波则由雷射感应单元所接收，接收后交由一影像讯号处理单元计算出被异动影像，以视为该按键被敲击，而将该按键代表之字元或数字等指令传输给资讯处理机。

上述技术所用的光源为红色雷射光（635nm或650nm），且存在一些问题：

1.投射出来的红光刺眼，不适于长时间观看。

2.整个键盘图案都是由雷射衍射光斑组成，图案亮度不连续，造成投影键盘不连续。

3.投影模组的尺寸受到雷射二极体（Laser Diode；LD）封装尺寸的限制，体积的尺寸不能做的很小，不能内置在平板电脑或智慧型手机或智慧型穿戴装置等薄型携带式电子设备。

【实用新型内容】

有监于上述问题，本实用新型之目的在于提供一种投影底片上的投影图案为局部键盘区域，以降低视角（FOV）进而降低投影结构的长度（或称厚度）的输入介面之投影结构。

本实用新型之另一要目的，在于提供一种使投影出来的图案不刺眼且清晰鲜明的输入介面之投影结构。

本实用新型之另一要目的，在于提供一种产生舒适光源且帮助发光源散热的输入介面之投影结构。

本实用新型之另一要目的，在于提供一种可调整焦距的输入介面之投影结构。

本实用新型之另一要目的，在于提供一种具有两个投影结构，分别投射一第一投影图案及一第二投影图案拼接组合成一投影输入介面的电子装置。

本实用新型之另一要目的，在于提供一种将两个投影图案拼接组合成一投影输入介面的输入方法。

为达上述目的，本实用新型提供一种输入介面之投影结构，包括：一座部，具有一前侧及一后侧，及一开孔贯穿该前侧及后侧，一聚光透镜容置在该开孔内且具有一入光侧及一出光侧，其中该开孔内具有一反光侧壁毗邻该聚光透镜；一光源组，位于该座部的后侧，该光源组包括至少一发光二极体具有一发光面朝向该聚光透镜的入光侧；一镜座支架，位于该座部的前侧，具有一镜筒容设一投影物镜，该投影物镜具有一第一侧面面对该座部及一第二侧面相反该第一侧面；一投影底片，具有一局部的投影图案且位于该座部的前侧与该投影物镜的第一侧面之间，并在该聚光透镜的出光侧前方。

该光源组包括一基板及一软性电路板，该软性电路板具有一固定端设置在该基板上，及一延伸端延伸到该基板外侧，且该发光二极体元件设置在该软性电路板的固定端。

该发光二极体具有一发光效率≧60 lm/w。

该反光侧壁为一增反膜。

该聚光透镜为非球面透镜，且该入光侧及出光侧为柱面或凸面。

该投影底片为玻璃片或胶片或金属片。

该玻璃片具有镀铬层。

该局部的投影图案为一键盘图案的局部区域。

该镜座支架具有一抵接侧对接该座部的前侧。

该镜座支架的镜筒设有一内螺纹，该投影物镜设有一外螺纹配合该镜筒的内螺纹。

该投影物镜的一光学参数满足：TTL≦5mm，FOV>60°，FNO≦2.4。

该镜座支架的一内壁设有一凸伸部具有一自由端界定一窗口，该自由端形成一槽口衔接该投影底片，且该窗口对应该局部的投影图案。

该座部的前侧设有凸出的卡槽，该卡槽界定一容纳空间及一窗口连通该容纳空间，该容纳空间容设该投影底片，该窗口对应该局部的投影图案。

本实用新型另外提供一种具有投影结构之电子装置，包括：一本体，设有两个投影结构；该投影结构，分别包括：一座部，具有一前侧及一后侧，及一开孔贯穿该前侧及后侧，一聚光透镜容置在该开孔内且具有一入光侧及一出光侧，其中该开孔内具有一反光侧壁毗邻该聚光透镜；一光源组，位于该座部的后侧，该光源组包括至少一发光二极体具有一发光面朝向该聚光透镜的入光侧；一镜座支架，位于该座部的前侧，具有一镜筒容设一投影物镜，该投影物镜具有一第一侧面面对该座部及一第二侧面相反该第一侧面；一投影底片，具有一局部的投影图案且位于该座部的前侧与该投影物镜的第一侧面之间，并在该聚光透镜的出光侧前方。

该投影结构的其中一投影底片的局部的投影图案为一键盘图案的左半区域，另一投影底片的局部的投影图案为该键盘图案的右半区域。

该投影结构位于同一水平面上且间隔设置。

该投影物镜及满足：TTL≦5mm，FOV>60°，FNO≦2.4。

该局部的投影图案在一投影面拼接成完整的一影像输入介面。

【附图说明】

下列图式之目的在于使本实用新型能更容易被理解，于本文中会详加描述该些图式，并使其构成具体实施例的一部份。透过本文中之具体实施例并参考相对应的图式，俾以详细解说本实用新型之具体实施例，并用以阐述实用新型之作用原理。

图1A为本实用新型投影结构之立体分解示意图；

图1B为本实用新型投影结构之立体组合示意图；

图1C为本实用新型投影结构之组合剖视示意图；

图1D为本实用新型投影底片之示意图；

图1E为本实用新型投影结构投影之示意图；

图1F为本实用新型投影在投影面上之投影图案之示意图；

图1G为本实用新型投影结构另一实施之示意图；

图2A为本实用新型电子装置之示意图；

图2B为本实用新型第一投影底片之示意图；

图2C为本实用新型第二投影底片之示意图；

图2D为本实用新型电子装置投影状态之示意图；

图2E图为第一投影结构及第二投影结构投影状态之示意图；

图3为本实用新型投影方法之流程图。

图中各附图标记对应的构件名称为：

投影结构10

座部11

前侧111

后侧112

开孔113

反光侧壁1131

卡槽115

容纳空间1151

窗口1152

光源组12

基板121

软性电路板122

固定端1221

延伸端1222

电性连接端点1223

发光二极体123

发光面1231

镜座支架13

镜筒131

内螺纹1311

抵接侧132

凸伸部134

自由端1341

窗口1342

槽口1343

聚光透镜14

入光侧141

出光侧142

投影物镜15

第一侧面151

第二侧面152

外螺纹153

投影底片16

局部的投影图案161

投影面g1

影像图案p1、p2

镜头总长TTL

照明光学长度H1

第一投影结构10A

第二投影结构10B

电子装置40

本体41

显示侧411

非显示区域412

摄影镜头43

第一投影底片16A

第一局部的投影图案161A

第二投影底片16B

第二局部的投影图案161B

影像输入介面k1

角度α

【具体实施方式】

以下将参照相关图式，说明本实用新型实施例，其中相同的元件将以相同的元件符号加以说明。

请参阅图1A，为本实用新型投影结构之立体分解示意图；图1B为本实用新型投影结构之立体组合示意图；图1C为本实用新型投影结构之组合剖视示意图；图1D为本实用新型投影底片之示意图；图1E为本实用新型投影结构投影之示意图；图1F为本实用新型投影结构另一实施之示意图。如图所示投影结构10包括一座部11、一光源组12设在该座部11的后方、一镜座支架13设在座部11的前方及一投影底片16位于该座部11与该镜座支架13之间。

该座部11具有一前侧111及一后侧112，及一开孔113贯穿该前侧111及后侧112。一聚光透镜14容置在该开孔113内且具有一入光侧141及一出光侧142，其中该开孔113内具有一反光侧壁1131毗邻该聚光透镜14。该聚光透镜14为非球面透镜，且该入光侧141及出光侧142为柱面或凸面。该反光侧壁1131藉由在该开孔113的内壁表面形成一增反膜（enhancement reflection film）以达到反射光线的作用，将通过反光侧壁1131的光线照射到聚光透镜14。该聚光透镜14将发光源12发出的光及经过反光侧壁1131反射的光收集到该投影底片16的有效成像面内。

该增反膜可利用物理或化学的镀膜方法形成在开孔113的内壁表面，例如，可为离子体增强化学气相沉积镀膜法、电弧离子镀膜法、真空蒸发镀膜法、真空磁控阴极溅射镀膜法、溶液凝胶镀膜法及粉沫热喷涂镀膜法等。在一实施该座部11为金属制成，该开孔113的内壁表面预先经过表面抛光然后镀膜形成该反光侧壁1131。在另一实施，该座部11为塑胶制成，该开孔113的内壁表面直接镀膜形成该反光侧壁1131。反光侧壁1131的作用提供投影底片上不同的投影视场与之相匹配的主光角（CRA）照明，并且具有聚光作用，光源组12发出的大角度的光在反光侧壁1131内来回反射，最后射向聚光透镜。

该光源组12位于该座部11的后侧112，该光源组12包括一基板121及一软性电路板122及至少一发光二极体123 。该软性电路板122具有一固定端1221设置在该基板121上，及一延伸端1222延伸到该基板121外侧，该延伸端1222设有复数电性连接端点1223用以连接一主板（无图示）。其中该软性电路板122的固定端1222开设有一透孔露出该基板121，该发光二极体123设置在该软性电路板122的固定端1221的透孔处并与该软性电路板122电性连接，藉由该软性电路板122提供电源给该发光二极体123。该发光二极体123具有一发光面1231朝向该聚光透镜14的入光侧141，在一实施该发光二极体123的发光效率≧60 lm/w。该发光二极体123作为背照式光源，在一实施为单色LED封装件或裸晶构成的单色光源。在其他实施可以是二种或三种或多种单色LED封装件或裸晶组成复色光源，以藉由配色方案配出多种颜色的投射光线，在图示中虽然表示一颗发光二极体123，但是也可以为数颗发光二极体123。该基板121在一实施为金属制成的平板，可用以支撑该软性电路板1222，且提供该发光二极体123散热的基面。该基板121跟该座部11的后侧112结合，使该光源组12固定在该座部11的后侧112。

该镜座支架13位于该座部11的前侧111可遮挡非成像的杂光，其具有一抵接侧132及一镜筒131朝相反该抵接侧132的方向凸伸，该抵接侧132对接该座部11的前侧111，该镜筒131容设一投影物镜15。该投影物镜15具有一第一侧面151面对该座部11及一第二侧面152相反该第一侧面151。该镜筒131设有一内螺纹1311，该投影物镜15设有一外螺纹153配合该镜筒131的内螺纹1311，藉由该内螺纹1311与该外螺纹153配合，以令该投影物镜15在镜筒131内前后的移动，以调整投影物镜15的焦距。该投影物镜15的光学参数满足：TTL（镜头总长）≦5mm，FOV（视角）>60°，FNO（光圈值）≦2.4。在一具体实施该投影物镜15的光学参数较佳为TTL（镜头总长）＝3.81mm，FOV（视角）＝75o，FNO（光圈值）＝2；其余的光学参数为EFL=2.96  mm，Distortion=1%，S-MTF250lp/mm=0.44，T-MTF250lp/mm=0.32。

该投影底片16位于该座部11的前侧111与该投影物镜15的第一侧面151之间，并在该聚光透镜14的出光侧142前方。投影底片16上具有一局部的投影图案161为一键盘图案的局部区域，在图1D中表示为键盘图案的左边区域，但是不限于此也可以是键盘图案的右边区域。为了配合使用斜投影的方式（如图1E所示），所以该局部的投影图案161预先作梯形修正，也就是该局部的投影图案161形成上宽下窄的梯形图案（如图1D所示），这样该局部的投影图案161投影出来的影像将在一投影面g1呈现方形的影像图案。

该投影底片16为玻璃片或胶片（Film）或金属片，在一实施该投影底片16为玻璃片则其表面有镀铬，并且利用光影蚀刻的方式在该投影底片16上形成该局部的投影图案161。在另一实施，该投影底片16为胶片（Film）其上印有该局部的投影图案161。在其他实施，该投影底片16为金属片例如钢片，其上则利用冲剪制程形成该局部的投影图案161。

在本实施该投影底片16被支撑在该镜座支架13，其中该镜座支架13的内壁靠近该抵接侧132的位置设有一凸伸部134，该凸伸部134具有一自由端1341界定一窗口1342，该自由端1341形成一槽口1343衔接该投影底片16的周边，以令该投影底片16支撑在凸伸部134，且该局部的投影图案161对应显露在该窗口1342（如图1C所示）。在另一实施，如图1G所示，该座部11的前侧111在该开孔113的周围设有凸出的卡槽115，该卡槽115界定一容纳空间1151及一窗口1152连通该容纳空间1151。该投影底片16放置在该容纳空间1151内，且该局部的投影图案161对应显露在该窗口1152。

     如图1E及图1F所示，光源组12的发光二极体123通电产生光源，光线从发光二极体123的发光面1231照射出来，然后部分光线（即小角度的光线）直接射向聚光透镜14，剩余的光线（即大角度的光线）在反光侧壁1131内来回反射，最后射向聚光透镜14，这些光线通过聚光透镜14的入光侧141及出光侧142后，被收集射向该投影底片16，投影底片16上的局部投影图案161藉由该等光线，通过投影物镜15的第一侧面151及第二侧面152被成像到外部，然后在一投影面g1形成一影像图案p1。所谓斜投影方式，由于该投影结构10的设置位置在垂直方向高于投影面g1，如符，因此该投影结构朝投影面g1倾斜一角度，使投射光线射向投影面g1，并在投影面g1上成像为影像图案p1（即键盘图案的左半区域）。

     复参考第图1A、图1C及图1D所示，该投影结构10具有一镜头总长TTL（Total Track Length）由该投影底片16的一侧面对该座部11的前侧111到投影物镜15的第二侧面152所界定的，剩余部分为照明光学长度H1，由于投影底片16上为局部投影图案161，也就是一个投影结构10投射一半键盘区域，因此减小投影物镜15的视角（FOV），随着视角的减小投影结构10的镜头总长TTL就可以降低，亦即投影结构10的长度缩短，投影结构10的厚度就更薄。

     请继续参考图2A，为本实用新型电子装置之示意图；图2B为本实用新型第一投影结构之组合示意图；图2C为本实用新型第二投影结构之组合示意图。如图所示将前述的投影结构应用在一电子装置上之示意图，其中一个电子装置40装设至少两个投影结构，为了方边说明，分别将这两个投影结构称为第一投影结构10A及第二投影结构10B。所述的第一投影结构10A及第二投影结构10B相同于前面所述的投影结构10，该电子装置40，例如智慧型手机或平板电脑等，包括一本体41具有一显示侧411及一背侧相反该显示侧411，该显示侧411的周边设有一非显示区域412，该显示侧411用以显示画面及提供触控感应，该非显示区域412则不具触控功效，该第一投影结构10A及第二投影结构10B分别设置在非显示区域412的左边区域及右边区域，在图示中显示该第一投影结构10A及第二投影结构10B设置在显示侧411的下方非显示区域412，且该一第一投影结构10A及一第二投影结构10B位于同一水平面上并且成左右的间隔设置。该电子装置40更设有一摄影镜头43在显示侧411的上方非显示区域412，该摄影镜头43可连接一影像讯号处理单元以辨识使用者的手指敲击在一投影面上的影像图案上的按键，将该按键代表之字元或数字等指令传输给处理器。利用摄影镜头43辨识敲击投影的虚拟键盘为一般已知技术。

其中第一投影结构10A与第二投影结构10B的详细构造请参考前述投影结构10的说明并对照图1A至图1G，兹不重新赘述。但要特别说明的是，如图2B所示，该第一投影结构10A的第一投影底片16A上的第一局部的投影图案161A为一键盘图案的左半区域；另外，如图2C所示，该第二投影结构10B的第二投影底片16B上的第二局部的投影图案161B为一键盘图案的右半区域。

如第2D表示电子装置投影状态之示意图。如图所示，一并参考图1A至图1G及图2B与图2C，在电子装置40的左边区域的第一投影结构10A的第一投影底片16A上的第一局部投影图案161A及在电子装置40的右边区域的第二投影结构10B的第二投影底片16B上的第二局部投影图案161B，分别以斜投影的方式投影在该投影面g1上。在投影面g1上的第一局部投影图案161A（即键盘图案的左半区域）及第二局部投影图案161B（即键盘图案的右半区域）拼接成完整的一影像输入介面k1（即完整的键盘图案）。

特别要说明的是，如图2E所示，所谓斜投影方式，由于该第一投影结构10A及第二投影结构10B的设置位置在垂直方向高于投影面g1，如符号y1标示的高度，因此该第一投影结构10A及第二投影结构10B朝投影面g1倾斜一角度α，使投射光线射向投影面g1，在投影面g1上的第一局部投影图案161A（即键盘图案的左半区域）及第二局部投影图案161B（即键盘图案的右半区域）就可以拼接组成一完整的投影输入介面k1（即完整的键盘图案）。请复参考图2B及图2C所示，由于使用斜投影的方式所以第一局部投影图案161A及第二局部投影图案161B预先作梯形修正，也就是形成上宽下窄的梯形图案，这样投影出来的影像将在该投影面g1呈现方形的影像图案，使得最终拼接的影像输入介面k1呈现长方形的型态。

续参考图3所示，为本实用新型之输入介面之投影方法，如图所示的步骤如下：

步骤S1：提供两个投影结构分别具有一局部的投影图案及另一局部的投影图案。在本步骤请参考前述的图2A～图2C，提供一第一投影结构10A及第二投影结构10B具有一第一局部投影图案161A及一第二局部投影图案161B。

步骤S2：将该两个局部的投影图案投影到一投影面拼接成完整的一投影输入介面。在本步骤请参考前述的图2D～图2E，在电子装置40的左边区域的第一投影结构10A的第一投影底片16A上的第一局部投影图案161A及在电子装置40的右边区域的第二投影结构10B的第二投影底片16B上的第二局部投影图案161B，分别以斜投影的方式投影在该投影面g1上。该第一局部投影图案161A在投影面g1上成像成一影像图案p1（即键盘图案的左半区域），该第二局部投影图案161B在投影面g1上成像成另一影像图案p2（即键盘图案的右半区域），这两个影像图案p1、p2拼接组成完整的一影像输入介面k1（即完整的键盘图案）。

综上所述，本实用新型藉由上述的结构、装置及方法使投影出来的图案不刺眼且清晰鲜明，在于提供一种投影底片上的投影图案为局部键盘区域，以降低视角（FOV）进而降低投影结构的长度（或称厚度）的，使得投影结构适用在薄型的电子装置上，且使用LED光源产生舒适光源使投影出来的投影输入介面不刺眼且清晰鲜明，再者使用两个投影结构分别将第一局部投影图案及第二局部投影图案投影到一投影面，然后拼接得到一完整的影像输入介面，可以在降低投影结构的长度（厚度）的同时又可使投影输入介面的尺寸符合人体工学。

虽然本实用新型以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本实用新型之保护范围当视后附的申请专利范围所定者为准。

Claims (18)

1.一种输入介面投影结构，其特征在于，包括：

一座部，具有一前侧及一后侧，及一开孔贯穿该前侧及后侧，一聚光透镜容置在该开孔内且具有一入光侧及一出光侧，其中该开孔内具有一反光侧壁毗邻该聚光透镜；

一光源组，位于该座部的后侧，该光源组包括至少一发光二极体具有一发光面朝向该聚光透镜的入光侧；

一镜座支架，位于该座部的前侧，具有一镜筒容设一投影物镜，该投影物镜具有一第一侧面面对该座部及一第二侧面相反该第一侧面；

一投影底片，具有一局部的投影图案且位于该座部的前侧与该投影物镜的第一侧面之间，并在该聚光透镜的出光侧前方。

2.根据权利要求1所述的输入介面投影结构，其特征在于：所述光源组包括一基板及一软性电路板，该软性电路板具有一固定端设置在该基板上，及一延伸端延伸到该基板外侧，且该发光二极体元件设置在该软性电路板的固定端。

3.根据权利要求2所述的输入介面投影结构，其特征在于：所述发光二极体具有一发光效率≧60 lm/w。

4.根据权利要求1所述的输入介面投影结构，其特征在于：所述反光侧壁为一增反膜。

5.根据权利要求1所述的输入介面投影结构，其特征在于：所述聚光透镜为非球面透镜，且该入光侧及出光侧为柱面或凸面。

6.根据权利要求1所述的输入介面投影结构，其特征在于：所述投影底片为玻璃片或胶片或金属片。

7.根据权利要求6所述的输入介面投影结构，其特征在于：所述玻璃片具有镀铬层。

8.根据权利要求1所述的输入介面投影结构，其特征在于：所述局部的投影图案为一键盘图案的局部区域。

9.根据权利要求1所述的输入介面投影结构，其特征在于：所述镜座支架具有一抵接侧对接该座部的前侧。

10.根据权利要求9所述的输入介面投影结构，其特征在于：所述镜座支架的镜筒设有一内螺纹，该投影物镜设有一外螺纹配合该镜筒的内螺纹。

11.根据权利要求1或10所述的输入介面投影结构，其特征在于：所述投影物镜的一光学参数满足：TTL≦5mm，FOV>60°，FNO≦2.4。

12.根据权利要求1所述的输入介面投影结构，其特征在于：所述镜座支架的一内壁设有一凸伸部具有一自由端界定一窗口，该自由端形成一槽口衔接该投影底片，且该窗口对应该局部的投影图案。

13.根据权利要求1所述的输入介面投影结构，其特征在于：所述座部的前侧设有凸出的卡槽，该卡槽界定一容纳空间及一窗口连通该容纳空间，该容纳空间容设该投影底片，该窗口对应该局部的投影图案。

14.一种具有投影结构之电子装置，其特征在于，包括：

一本体，设有两个投影结构；

该等投影结构，分别包括：

一座部，具有一前侧及一后侧，及一开孔贯穿该前侧及后侧，一聚光透镜容置在该开孔内且具有一入光侧及一出光侧，其中该开孔内具有一反光侧壁毗邻该聚光透镜；

一光源组，位于该座部的后侧，该光源组包括至少一发光二极体具有一发光面朝向该聚光透镜的入光侧；

一镜座支架，位于该座部的前侧，具有一镜筒容设一投影物镜，该投影物镜具有一第一侧面面对该座部及一第二侧面相反该第一侧面；

一投影底片，具有一局部的投影图案且位于该座部的前侧与该投影物镜的第一侧面之间，并在该聚光透镜的出光侧前方。

15.根据权利要求14所述具有投影结构之电子装置，其特征在于：所述等投影结构的其中一投影底片的局部的投影图案为一键盘图案的左半区域，另一投影底片的局部的投影图案为该键盘图案的右半区域。

16.根据权利要求14所述具有投影结构之电子装置，其特征在于：所述等投影结构位于同一水平面上且间隔设置。

17.根据权利要求14所述具有投影结构之电子装置，其特征在于：所述等投影物镜及满足：TTL≦5mm，FOV>60°，FNO≦2.4。

18.根据权利要求14所述具有投影结构之电子装置，其特征在于：所述等局部的投影图案在一投影面拼接成完整的一影像输入介面。