TW201502924A - 利用繞射光內全反射的導光板觸控裝置 - Google Patents

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Abstract

一種利用繞射光內全反射的導光板觸控裝置，包括一導光板、多個感光單元、至少一個光源及一微處理器所組成；多個感光單元環繞於導光板下端面的下方形成一操作區；藉由微處理器確認輸出被破壞內全反射的信號的至少兩個感光單元，然後依據該至少兩個感光單元的位置資訊，計算觸控點的位置資訊，進而輸出一對應的觸控信號；光源發出的光線被允許以各種角度照射光繞射單元或導光板均能產生繞射光線，因此可大幅節省調整照射角度的人力及時間，且不使導光板結合光連接器，可符合電子產品追求輕薄短小的需求。

Description

利用繞射光內全反射的導光板觸控裝置
本發明係有關觸控裝置，尤其是有關偵測在導光板進行內全反射傳播的光線被破壞內全反射時的狀態，產生相對的控制信號的觸控裝置。
有許多結合導光板的觸控裝置，例如美國專利US7432893B2，揭示一種基於被破壞內全反射的輸入裝置(Input device based on frustrated total internal reflection)，係將兩個以上的光源發出的光線分別射入透明板內，進行內全反射傳播光線被投於光源對面圍繞於透明板周邊的光偵測陣列所偵測；當一物件接觸透明板的表面時，光線在透明板內的內全反射將會被破壞，每一接觸將使在透明板內傳播的二條以上的光線被偵測的信號變弱，致使連接的處理可確定接觸的位置和面積大小。
但上述美國專利US7432893B2中的光源發出的光線需以特定角度射入透明板內，才能在透明板內進行內全反射傳播，該角多的調整很費人力及時間，且光源投射光線的角度也受到嚴格的限制。
又如美國公開專利20130021302，揭示一種用於光學觸控裝置的光連接器(OPTICAL COUPLER FOR USE IN AN OPTICAL TOUCH SENSITIVE DEVICE)，係利用光連接器（Optical coupler）結合導光板，使光源及偵測器相對於導光板可任何方向的配置。
但上述美國專利US7432893B2中配置的光連接器，將使電子產品的重量及體積變大，不符合電子產品追求輕薄短小的需求。
為了進一步改良習知在導光板進行內全反射內傳播的觸控裝置，而提出本發明。
本發明的主要目的，在提供一種利用繞射光內全反射的導光板觸控裝置，包括一導光板、多個感光單元、至少二個光源及一微處理器所組成；多個感光單元環繞於導光板下端面的下方形成一操作區；藉由微處理器確認輸出被破壞內全反射的信號的至少兩個感光單元，然後依據該至少兩個感光單元的位置資訊，計算觸控點的位置資訊，進而輸出一對應的觸控信號。
本發明的另一目的，在提供一種利用繞射光內全反射的導光板觸控裝置，利用光源發出的光線照射光繞射單元或導光板產生繞射光線在導光板內進行內全反射傳播，而非將一般光線射入導光板內進行內全反射傳播，因此光線照射光繞射單元或導光板以產生繞射光線的照射角度不受限制，光源發出的光線被允許以各種角度照射光繞射單元或導光板均能產生繞射光線，因此可大幅節省調整照射角度的人力及時間，且不使導光板結合光連接器，可符合電子產品追求輕薄短小的需求。
本發明的其他目的、功效，請參閱圖式及實施例，詳細說明如下。
1‧‧‧利用繞射光內全反射的導光板觸控裝置
10‧‧‧導光板
11‧‧‧上端面
12‧‧‧下端面
13‧‧‧側端面
20‧‧‧感光單元
30‧‧‧光源
300‧‧‧光繞射單元
31‧‧‧光線
32‧‧‧繞射光線
33‧‧‧被破壞內全反射的繞射光線
S、L1、L2‧‧‧線
40‧‧‧微處理器
50‧‧‧操作區
60‧‧‧破壞內全反射的區域
70‧‧‧物件
P‧‧‧觸控點
第1圖為本發明利用繞射光內全反射的導光板觸控裝置的示意圖。
第2圖為本發明利用繞射光內全反射的導光板觸控裝置的仰視示意圖。
如第1、2圖所示，本發明利用繞射光內全反射的導光板觸控裝置1，包括一導光板10、多個感光單元20、至少二個光源30及一微處理器40所組成。導光板10係由可導光的材料製成的可彎曲或不可彎曲板體，例如壓克力板、樹脂板或玻璃板等。感光單元20可為感光二極體(Photodiode)或任何感光元件。光源30可為可見光或不可見光，例如紅外線的LED光源或雷射光源。
導光板10具有互相平行的一上端面11及一下端面12，導光板10側邊的周緣形成側端面13。多個感光單元20及至少二個光源30分別電氣連接微處理器40。
多個感光單元20及至少二個光源30分別排列在導光板10的下端面12的下方。多個感光單元20的圍繞區域形成一個操作區50。導光板10對應於操作區50的外圍可以進一步結合破壞光線內全反射的材料形成破壞內全反射的區域60，方便使用者接觸該區域拿起裝置時不會產生觸控信號。
導光板10的上端面11、下端面12對應於光源30發出光線31照射導光板10的位置中至少之一，可進一步設有一光射繞射單元300。光射繞射單元300可為增加光之繞射強度的光柵片、繞射蝕刻紋路(蝕刻於導光板10)或鍍膜等，以增加光源30發出光線31產生之繞射光線32的強度。
如第1、2圖所示，至少二個光源30依序發出含有調變信號（Modulation signal）的光線31照射的繞射單元300及導光板10，大部分的光線31將會穿過繞射單元300及導光板10，但會產生少部分的繞射光線32不會穿過導光板10，而會在導光板10的上端面11及下端面12之間進行內全反射（Total internal reflection，TIR）傳播而分別射到多個感光單元20。調變信號為可調變光線31的頻率、振幅或相位的信號。光線31也可為一般不具調變信號的光線。
當沒有物件70碰觸在操作區50內的導光板10的上端面11時，多個感光單元20將分別感測到繞射光線32在導光板10內進行內全反射過程中沒有被破壞內全反射的信號。
如第1、2圖所示，當有物件70，例如手指在操作區50內進行觸控作業，而碰觸導光板10的上端面11時，繞射光線32將會被物件70反射而變成被破壞內全反射（Frustrated Total internal reflection，FTIR）的繞射光線33。所以在光源30、物件70和感光單元20連接線上的繞射光線32，在物件70碰觸導光板10的位置，將會被改變或破壞變成被破壞內全反射的光線33；感光單元20偵測到被破壞內全反射的光線33時，將輸出一被破壞內全反射的信號。
本發明藉由微處理器40偵測多個感光單元20輸出的多個信號，進一步比對多個信號，以確認較多的沒有被破壞內全反射的信號及少數的被破壞內全反射的信號，進而確認輸出被破壞內全反射的信號的感光單元20。
如第2圖所示，由光源30及對應該光源30照射光繞射單元或導光板產生的繞射光線被破壞內全反射的物件70，及感測到被破壞內全反射的信號的感光單元20，可得到一條連接光源30及感光單元20的線L1；由另一光源30及對應該另一光源30照射光繞射單元或導光板產生的繞射光線被破壞內全反射的物件70，及感測到被破壞內全反射的信號的另一感光單元20，可得到另一條連接該另一光源30及該另一感光單元20的線L2。線L1及線L2的交點就是物件70碰觸導光板10的觸控點P。
如第2圖所示，兩光源30及一觸控點P構成一個三角形。由兩光源30之間的連接線S的長度及線S分別與線L1、線L2之間角度θ1、θ2，利用已知的三角公式可計算P點的座標。其中角度θ1、θ2分別對應於感測被破壞內全反射信號的兩感光單元20的位置及兩光源30之間的連接線S的位置。因此藉由微處理器40確認接收到被破壞內全反射的感光單元20，然後依據兩光源30的位置資訊及對應兩光源30分別依序發射的繞射光線，而感測到被破壞內全反射的信號的兩感光單元20的位置資訊，可計算觸控點P的位置資訊，進而輸出一對應的觸控信號。
本發明也可利用發明人在2013年4月15日申請的台灣專利申請案，案號：TW102113220中揭示的技術特徵，僅利用一光源配合繞射光線被導光板的側邊反射的特性，同樣藉由微處理器確認輸出被破壞內全反射的信號的至少兩個感光單元，然後依據該至少兩個感光單元的位置資訊，計算觸控點的位置資訊，進而輸出一對應的觸控信號。
本發明的特徵在於：利用光源發出的光線照射光繞射單元或導光板產生繞射光線，繞射光線將會在導光板的上端面及下端面之間進行內全反射傳播而分別射到多個感光單元；當有物件碰觸導光板的上端面時，繞射光線將會被物件反射而變成被破壞內全反射的繞射光線；感光單元偵測到被破壞內全反射的光線時，將輸出一被破壞內全反射的信號；藉由微處理器確認輸出被破壞內全反射的信號的至少兩個感光單元，然後依據該至少兩個感光單元的位置資訊，計算觸控點的位置資訊，進而輸出一對應的觸控信號。
本發明是利用光源發出的光線照射光繞射單元或導光板產生繞射光線在導光板內進行內全反射傳播，而非將一般光線射入導光板內進行內全反射傳播，因此光線照射光繞射單元或導光板以產生繞射光線的照射角度不受限制，光源發出的光線被允許以各種角度照射光繞射單元或導光板均能產生繞射光線，因此可大幅節省調整照射角度的人力及時間。
本發明不必使導光板結合光連接器，可符合電子產品追求輕薄短小的需求；且不需使光源發的光線以精確的角度射入光連接器或導光板才能在導光板內進行內全反射，因此可進一步改良習知利用光在導光板內進行內全反射的導光板觸控裝置。
以上所記載者，僅為利用本發明技術內容之實施例，任何熟悉本項技藝者運用本發明所為之修飾、變化，皆屬本創作所主張之專利範圍。
 
1‧‧‧利用繞射光內全反射的導光板觸控裝置
10‧‧‧導光板
11‧‧‧上端面
12‧‧‧下端面
13‧‧‧側端面
20‧‧‧感光單元
30‧‧‧光源
300‧‧‧光繞射單元
31‧‧‧光線
32‧‧‧繞射光線
33‧‧‧被破壞內全反射的繞射光線
40‧‧‧微處理器
60‧‧‧破壞內全反射的區域
70‧‧‧物件

Claims (9)

  1. 一種利用繞射光內全反射的導光板觸控裝置，包括：
    一導光板，具有互相平行的一上端面及一下端面；
    一微處理器；
    多個感光單元，分別電氣連接該微處理器；
    至少一個光源，電氣連接該微處理器；
    其中該多個感光單元及該至少一個光源排列在該導光板的下端面的下方；該多個感光單元的圍繞區域形成一個操作區；當該光源發出的光線照射該導光板產生繞射光線時，該繞射光線將在該導光板的上端面及下端面之間進行內全反射傳播而分別射到該多個感光單元，該多個感光單元將分別輸出沒有被破壞內全反射的信號；當有物件碰觸該導光板的上端面的一觸控點時，該繞射光線將會被該物件反射而變成被破壞內全反射的繞射光線；該多個感光單元分別偵測到該被破壞內全反射的光線時，將分別輸出一被破壞內全反射的信號；藉由該微處理器確認輸出被破壞內全反射的信號的至少兩個感光單元，然後依據該至少兩個感光單元的位置資訊，計算該觸控點的位置資訊，進而輸出一對應的觸控信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的利用繞射光內全反射的導光板觸控裝置，包括至少二個光源。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的利用繞射光內全反射的導光板觸控裝置，其中該導光板的上端面或下端面對應於該光源發出光線照射該導光板的位置中至少之一，進一步設有一光射繞射單元，以增加該繞射光線的強度。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的利用繞射光內全反射的導光板觸控裝置，其中該導光板是玻璃板；該光射繞射單元是光柵片或繞射蝕刻紋路或鍍膜中之一。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的利用繞射光內全反射的導光板觸控裝置，其中該導光板是由可導光的材料製成的可彎曲板體或不可彎曲板體其中之一；該光射繞射單元是光柵片或繞射蝕刻紋路或鍍膜中之一。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的利用繞射光內全反射的導光板觸控裝置，其中該感光單元是感光二極體；該光源是LED光源或雷射光源其中之一。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的利用繞射光內全反射的導光板觸控裝置，其中該感光單元是感光二極體；該光源是LED光源或雷射光源其中之一。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的利用繞射光內全反射的導光板觸控裝置，其中該導光板對應於該操作區的外圍進一步結合破壞光線內全反射的材料形成一破壞內全反射的區域。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的利用繞射光內全反射的導光板觸控裝置，其中該導光板對應於該操作區的外圍進一步結合破壞光線內全反射的材料形成一破壞內全反射的區域。
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