TWI412979B - 可增加發光單元之發光角度之光學式觸控模組 - Google Patents

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Description

可增加發光單元之發光角度之光學式觸控模組
本發明關於一種光學式觸控模組，尤指一種可增加發光單元之發光角度之光學式觸控模組。
一般而言，光學式觸控模組通常係利用光線接收遮斷或直接取像原理，以偵測出手指在觸控面上的相對位置，其設計均是使用兩到三個攝像裝置與近紅外線發光裝置，攝像裝置大多安置在螢幕之左右上方兩個邊角。此兩種方式不同處在於，遮斷取像方式係採用背景發光(在螢幕周圍設有反光邊條或近紅外線發光邊條)，當手指觸碰螢幕時，手指即為遮蔽物，藉由攝像裝置取像，再經過程式演算後，如此即可計算出手指在螢幕上的座標位置；直接取像方式則是以近紅外光直接照射手指，在藉由攝像裝置取像以及進行相關程式演算後，從而計算出手指在螢幕上的座標位置。
相較於遮斷取像方式在螢幕尺寸增大時會產生反光邊條或近紅外線發光邊條之長度也要隨之加長的成本增加問題，由於直接取像方式係採用直接照射觸控物之設計而不需使用到反光邊條或近紅外線發光邊條，因此其係較適合應用於大尺寸螢幕(如20吋以上)上。然而隨著螢幕尺寸之增加，觸控面也會隨之擴增，因此當直接取像方式應用於大尺寸螢幕上時，就會受限於近紅外線發光裝置本身所發出之光線僅能涵蓋到觸控面上之某些區域的緣故，而使得觸控面上出現光線照度不均勻的現象，故攝像裝置所擷取到對應不同區域之光學影像的取像亮度也會有所不同，從而影響到後續根據影像亮度變化所進行之光學定位的準確度。此外，於照度差異過大時，甚至會導致光學式觸控模組在觸控面內之某一位置上出現定位錯誤或觸控失效的問題。
因此，本發明提供一種可增加發光單元之發光角度之光學式觸控模組，藉以解決上述之問題。
本發明係提供一種可增加發光單元之發光角度之光學式觸控模組，其包含有一螢幕以及至少一光學定位裝置。該螢幕具有一觸控面。該光學定位裝置設置於該螢幕上，該光學定位裝置包含有一殼體、至少一發光單元、一電路板、一透光擴散件，以及一影像擷取單元。該發光單元設置於該殼體上，該發光單元用來發出不可見光。該電路板電連接於該發光單元，該電路板用來控制該發光單元。該透光擴散件設置於該發光單元之一出光側且其入光面上形成有一條柱狀結構，該條柱狀結構用來使該發光單元所發射之該不可見光產生散射而分佈於該觸控面上。該影像擷取單元設置於該殼體上，該影像擷取單元用來擷取藉由該不可見光照射位於該觸控面上之一觸控物所產生之一光學影像。
綜上所述，本發明利用透光擴散件設置於發光單元之出光側以及條柱狀結構形成於透光擴散件之入光面之設計，以使發光單元所發出之不可見光產生散射現象而呈現細長照明光型，藉以增加不可見光於觸控面上的涵蓋面積，從而達到不可見光可均勻地分佈於觸控面上之目的。如此一來，本發明所提供之光學式觸控模組不僅可在觸控面上提供光線照度分佈均勻的效果，藉以大幅地提升光學觸控定位的準確度並避免上述所提及之於照度不均時所導致的定位錯誤或觸控失效問題，同時亦可提昇發光單元之光使用效率。
請參閱第1圖，其為根據本發明一實施例所提出之一光學式觸控模組10之示意圖，由第1圖可知，光學式觸控模組10包含有一螢幕12以及至少一光學定位裝置14，第1圖係顯示三個光學定位裝置14，其分別設置於螢幕12之左頂角、上側邊以及右頂角上，但不受此限，舉例來說，其亦可僅在螢幕12之左頂角以及右頂角上分別設置有光學定位裝置14，以簡化光學式觸控模組10之配置。螢幕12具有一觸控面16，以供使用者進行觸控操作。
接著，請參閱第2圖以及第3圖，第2圖為第1圖之光學定位裝置14之外觀示意圖，第3圖為第2圖之光學定位裝置14之內部示意圖。如第2圖以及第3圖所示，光學定位裝置14包含有一殼體18、至少一發光單元20(於第3圖中顯示三個)、一電路板22、一透光擴散件24，以及一影像擷取單元26。發光單元20設置於殼體18上，發光單元20用來發出不可見光，其可為一近紅外線燈泡型發光二極體(Light Emitting Diode,LED)，其半光強角實質上等於40度且其直徑實質上等於5 mm，但不受此限，也就是說，只要是可用來發出不可見光之發光單元，其均可應用於本發明中，至於採用何種類型的發光單元，端視光學式觸控模組10之實際應用而定。電路板22電連接於發光單元20，其為可用來進行發光單元20之發光控制的印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)。透光擴散件24設置於發光單元20之一出光側28，藉以接收發光單元20所發射之不可見光，其中透光擴散件24由透明壓克力材質所組成，且透光擴散件24之一入光面30上形成有一條柱狀結構32，由第3圖可知，在此實施例中，條柱狀結構32係為一連續圓弧條柱狀結構，其圓弧曲率半徑實質上等於0.7 mm，條柱狀結構32用來使發光單元20所發射之不可見光產生散射而分佈於觸控面16上，藉以增加不可見光於觸控面16上的涵蓋面積。影像擷取單元26設置於殼體18上，影像擷取單元26用來擷取藉由不可見光照射位於觸控面16上之一觸控物(如使用者之手指、觸控筆等)所產生之一光學影像，以作為後續光學觸控定位之參考依據。
以下僅針對第1圖所示之位於螢幕12之右頂角上之光學定位裝置14之光發散設計進行詳細之說明，至於位於螢幕12之左頂角以及上側邊上之光學定位裝置14之光發散設計，其係可以此類推，故於此不再贅述。請參閱第1圖、第3圖、第4圖以及第5圖，第4圖為第3圖之透光擴散件24使不可見光產生散射之上視圖，第5圖第3圖之透光擴散件24使不可見光產生散射之側視圖。在發光單元20所發出之不可見光入射至透光擴散件24之入光面30上的條柱狀結構32之後，此時，不可見光就會受到條柱狀結構32之圓弧條柱輪廓在水平方向上具有不同曲率之影響而產生發散現象，並進一步地經由透光擴散件24之一出光面34折射而出。如此一來，由第4圖可知，發光單元20於水平方向上原本所發出之具有一發光角度θ之不可見光，在通過條柱狀結構32並從出光面34折射而出以進入觸控面16時，已改變為具有另一發光角度θ1 之不可見光，其中，發光角度θ約等於40度，而發光角度θ1 約等於122度。
也就是說，透過透光擴散件24設置於發光單元20之出光側28以及條柱狀結構32形成於透光擴散件24之入光面30之設計，觸控面16被發光單元20所發出之不可見光所能涵蓋到之面積即可大幅度地增加，從而達到不可見光可均勻地分佈於觸控面16上之目的。值得注意的是，如第5圖所示，由於條柱狀結構32在垂直方向上不具有曲率的變化，再加上透光擴散件24之出光面34之面積尺寸的限制，發光單元20於垂直方向上原本所發出之具有發光角度θ之不可見光，在從出光面34折射而進入觸控面16時，會改變為具有另一發光角度θ2 之不可見光，其中，發光角度θ約等於40度，而發光角度θ2 約等於25度。
綜上所述，在上述所提及之元件結構參數的條件下，發光單元20所發出之不可見光在通過條柱狀結構32而產生散射後，係可調變為具有細長照明光型之光束，也就是光型為在垂直方向上之發光角度約25度以及在水平方向上之發光角度約122度之光束，如此即可在不可見光照射觸控面16時產生照度分佈均勻的效果以及提昇發光單元20在光學觸控定位上之光使用效率。
接著，請參閱第6圖，其為根據本發明另一實施例所提出之一透光擴散件50使不可見光產生散射之部份上視圖，透光擴散件50與上述實施例之透光擴散件24主要不同之處在於條柱狀結構之設計。由第6圖可知，透光擴散件50之一入光面52上形成有一條柱狀結構54，在此實施例中，條柱狀結構54係為一連續鋸齒角柱狀結構，其角柱頂角實質上等於30度。同上所述，在發光單元20所發出之不可見光入射至透光擴散件50之入光面52上的條柱狀結構54之後，此時，不可見光就會受到條柱狀結構54上之鋸齒角柱輪廓在水平方向上具有不同曲率之影響而產生發散現象，並進一步地經由透光擴散件50之一出光面56折射而出。如此一來，由第6圖可知，發光單元20於水平方向上原本所發出之具有發光角度θ之不可見光，在通過條柱狀結構54並從出光面56折射而出以進入觸控面16時，已改變為具有另一發光角度θ3 之不可見光，其中，發光角度θ約等於40度，而發光角度θ3 約等於118度。
簡言之，透過透光擴散件50設置於發光單元20之出光側28以及條柱狀結構54形成於透光擴散件50之入光面52之設計，觸控面16被發光單元20所發出之不可見光所能涵蓋到之面積即可大幅度地增加，從而達到不可見光可均勻地分佈於觸控面16上之目的。同理，由於條柱狀結構54在垂直方向上不具有曲率的變化，再加上透光擴散件50之出光面56之面積尺寸的限制，發光單元20於垂直方向上原本所發出之具有發光角度θ之不可見光，在從出光面56折射而進入觸控面16時，同樣地會改變為具有另一發光角度θ2 之不可見光，其中，發光角度θ約等於40度，而發光角度θ2 約等於25度。
綜上所述，在上述所提及之元件結構參數的條件下，發光單元20所發出之不可見光在通過條柱狀結構54而產生散射後，係可調變為具有細長照明光型之光束，也就是光型為在垂直方向上之發光角度約25度以及水平方向上之發光角度約118度之光束，如此即可在不可見光照射觸控面16時產生照度分佈均勻的效果以及提昇發光單元20在光學觸控定位上之光使用效率。
值得一提的是，透光擴散件上之條柱狀結構係可不限於上述實施例所提及之連續圓弧條柱狀結構以及連續鋸齒角柱狀結構。舉例來說，其亦可改採用一不連續圓弧條柱狀結構，其中該不連續圓弧條柱狀結構之圓弧曲率半徑可同樣地等於0.7 mm，且其條柱間隔可約等於1.2 mm；或者是改採用一不連續鋸齒角柱狀結構，其中該不連續鋸齒角柱狀結構之角柱頂角可同樣地等於30度，而其角柱間隔實可約等於1.4 mm。另外，本發明也可採用其他同樣具有光發散功效的條柱狀結構，如連續多邊角條柱狀結構等，換句話說，只要是在透光擴散件之入光面上形成有用來產生光發散功效之條柱狀結構的設計，均屬於本發明之保護範圍。
除此之外，上述圓弧條柱狀結構上之圓弧條柱的曲率半徑係可具有不同的變化而非僅採用單一數值，藉以調配出不同的照明光型，舉例來說，每一圓弧條柱之曲率半徑係可根據其與發光單元之相對距離遠近而有所增減；同理，上述鋸齒角柱狀結構上之角柱頂角亦可具有不同的變化而非僅採用單一數值，舉例來說，每一角柱頂角係可根據其與發光單元之相對距離遠近而有所增減。
相較於先前技術，本發明係利用透光擴散件設置於發光單元之出光側以及條柱狀結構形成於透光擴散件之入光面之設計，以使發光單元所發出之不可見光產生散射現象而呈現細長照明光型，藉以增加不可見光於觸控面上的涵蓋面積，從而達到不可見光可均勻地分佈於觸控面上之目的。如此一來，本發明所提供之光學式觸控模組不僅可在觸控面上提供光線照度分佈均勻的效果，藉以大幅地提升光學觸控定位的準確度並避免上述所提及之於照度不均時所導致的定位錯誤或觸控失效問題，同時亦可提昇發光單元在光學觸控定位上之光使用效率。
以上所述僅為本發明之實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧光學式觸控模組
12‧‧‧螢幕
14‧‧‧光學定位裝置
16‧‧‧觸控面
18‧‧‧殼體
20‧‧‧發光單元
22‧‧‧電路板
24、50‧‧‧透光擴散件
26‧‧‧影像擷取單元
28‧‧‧出光側
30、52‧‧‧入光面
32、54‧‧‧條柱狀結構
34、56‧‧‧出光面
第1圖為根據本發明一實施例所提出之光學式觸控模組之示意圖。
第2圖為第1圖之光學定位裝置之外觀示意圖。
第3圖為第2圖之光學定位裝置之內部示意圖。
第4圖為第3圖之透光擴散件使不可見光產生散射之上視圖。
第5圖為第3圖之透光擴散件使不可見光產生散射之側視圖。
第6圖為根據本發明另一實施例所提出之透光擴散件使不可見光產生散射之部份上視圖。
14．．．光學定位裝置
20．．．發光單元
22．．．電路板
24．．．透光擴散件
26．．．影像擷取單元
28．．．出光側
30．．．入光面
32．．．條柱狀結構
34．．．出光面

Claims (11)

  1. 一種可增加發光單元之發光角度之光學式觸控模組，其包含有：一螢幕，其具有一觸控面；以及至少一光學定位裝置，其設置於該螢幕上，該光學定位裝置包含有：一殼體；至少一發光單元，其設置於該殼體上，該發光單元用來發出不可見光；一電路板，其電連接於該發光單元，該電路板用來控制該發光單元；一透光擴散件，其設置於該發光單元之一出光側且其入光面上形成有一條柱狀結構，該條柱狀結構用來使該發光單元所發射之該不可見光產生散射而分佈於該觸控面上；以及一影像擷取單元，其設置於該殼體上，該影像擷取單元用來擷取藉由該不可見光照射位於該觸控面上之一觸控物所產生之一光學影像。
  2. 如請求項1所述之光學式觸控模組，其中該發光單元係為一近紅外線燈泡型發光二極體。
  3. 如請求項2所述之光學式觸控模組，其中該近紅外線燈泡型發光二極體之直徑實質上等於5 mm。
  4. 如請求項1所述之光學式觸控模組，其中該發光單元之半光強角實質上等於40度。
  5. 如請求項1所述之光學式觸控模組，其中該透光擴散件係由透明壓克力材質所組成。
  6. 如請求項1所述之光學式觸控模組，其中該條柱狀結構係為一連續鋸齒角柱狀結構。
  7. 如請求項6所述之光學式觸控模組，其中該連續鋸齒角柱狀結構之角柱頂角實質上等於30度。
  8. 如請求項1所述之光學式觸控模組，其中該條柱狀結構係為一不連續鋸齒角柱狀結構，該不連續鋸齒角柱狀結構之角柱頂角實質上等於30度，該不連續鋸齒角柱狀結構之角柱間隔實質上等於1.4 mm。
  9. 如請求項1所述之光學式觸控模組，其中該條柱狀結構係為一連續圓弧條柱狀結構。
  10. 如請求項9所述之光學式觸控模組，其中該連續圓弧條柱狀結構之圓弧曲率半徑實質上等於0.7 mm。
  11. 如請求項1所述之光學式觸控模組，其中該條柱狀結構係為一不連續圓弧條柱狀結構，該不連續圓弧條柱狀結構之圓弧曲率半徑實質上等於0.7 mm，該不連續圓弧條柱狀結構之條柱間隔實質上等於1.2 mm。
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