TWI494825B - 光學式觸摸屏用攝像模組 - Google Patents

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Description

光學式觸摸屏用攝像模組
本發明涉及應用於光學式觸摸屏的攝像模組(camera module for optical touch screen)，當利用手指或觸摸筆等來觸摸畫面時該光學式觸摸屏能夠識別觸摸座標。
隨著液晶顯示裝置(Liquid Crystal Display，LCD)等各種顯示裝置的發展，觸摸屏(touch screen)成為用於簡化顯示裝置與用戶之間的介面的最有效的輸入裝置之一。這種觸摸屏可利用手指或觸摸筆等，而在視覺上簡便地操作電腦、可擕式電話、金融終端、遊戲機等多種設備，因此其應用範圍非常廣。
現有的實現觸摸屏的已被商用的方式有電學方式和光學方式。電學方式有電阻方式和電容方式等。光學方式有紅外線矩陣方式、攝像方式等。攝像方式基本上是根據利用2個以上的攝像頭(camera)所觀察的觸摸物體的角度來計算觸摸座標的方式。
通常而言，攝像方式的觸摸屏具備支撐觸摸區域的支撐部件。支撐部件可由支撐觸摸區域的周緣的框架(frame)構成，或覆蓋觸摸區域整體的玻璃板構成。攝像頭分別設置於支撐部件的兩側角部。另外，照明機構設置於支撐部件的邊而向觸摸區域射出紅外線。但是，根據現有技術，在製造上述的觸摸屏時，通常情況下攝像頭與照明機構獨立地設置於支撐部件，因此存在設置過程複雜、準確度降低的問題。
本發明的目的在於，提供一種在製造光學式觸摸屏時能夠更加簡便準確地進行設置的攝像模組。
用於解決上述技術問題的本發明所涉及的光學式觸摸屏用 攝像模組包括：主體部，其配置在觸摸區域的一側角部，在朝向所述觸摸區域的中央的部位形成有受光孔，並且具有與所述受光孔對應地安裝的透鏡、和被配置為接受通過所述透鏡聚集的光的圖像感測器；以及發光元件用結合部，其形成於所述主體部的朝向所述觸摸區域的各邊緣的各側面部位中的至少一側側面部位，並且與發光元件結合。
根據本發明，由於攝像模組被構成為能夠與發光元件結合或者能夠與發光元件一同結合於光分配器，因此，在製造觸摸屏時，能夠更加簡便準確地將攝像模組和發光元件以及光分配器設置於框架。
10‧‧‧框架
20‧‧‧細微座標光源發生部
21‧‧‧發光元件
26‧‧‧光分配器
27‧‧‧透光性杆
27a、27b‧‧‧側部
28‧‧‧細微槽
30‧‧‧觸摸區域
100‧‧‧攝像模組
110‧‧‧主體部
111‧‧‧受光孔
112‧‧‧殼體
113‧‧‧透鏡
114‧‧‧圖像感測器
115‧‧‧反射鏡
116‧‧‧移動部件
117‧‧‧調節孔
118‧‧‧調節機構
118a‧‧‧插入部
118b‧‧‧偏心頭
120‧‧‧發光元件用結合部
121‧‧‧發光元件用插入槽
122‧‧‧貫通孔
130‧‧‧光分配器用結合部
131‧‧‧光分配器用插入槽
140‧‧‧印刷電路板
141‧‧‧基板主體部
142‧‧‧佈線部
212a‧‧‧引導槽
21‧‧‧傾斜孔
218‧‧‧調節機構
218a‧‧‧調節主體部
218b‧‧‧調節銷
圖1是採用根據本發明一實施例的攝像模組的觸摸屏的主視圖。
圖2是用於說明圖1所示的發光元件和光分配器的作用例的立體圖。
圖3是圖1所示的攝像模組的立體圖。
圖4是圖3的局部分解立體圖。
圖5是用於說明在圖3中將發光元件組裝於主體部的過程的示意圖。
圖6是圖3的剖視圖。
圖7是用於說明在圖6中通過調節機構調節焦點的過程的剖視圖。
圖8是表示調節機構的另一例的分解立體圖。
圖9和圖10是用於說明通過圖8的調節機構調節焦點的過程的俯視圖。
下面，參照附圖詳細地說明根據優選實施例的本發明。
圖1是採用根據本發明一實施例的攝像模組的觸摸屏的主視圖。
如圖1所示，光學式觸摸屏包括：框架10、細微座標光源發生部20、以及攝像模組100。
框架10以包覆觸摸區域30的周緣來予以支撐的方式設置。其中，觸摸區域30可以認為是相當於液晶顯示裝置等各種顯示裝置的畫面 區域。當觸摸區域30為四邊形的情況下，框架10能夠形成為四邊形，以支撐觸摸區域30的周緣。如果觸摸區域為三角形或五邊形的情況下，框架能夠形成為三角形或者五邊形等，以支撐觸摸區域的周緣。作為另一例，還可以將玻璃板設置成覆蓋觸摸區域30的整個面來支撐觸摸區域30，以替代框架10。
在框架10可以安裝有細微座標光源發生部20和攝像模組100而得到框架10的支撐。細微座標光源發生部20作為照明裝置，用於在觸摸區域30中提供橫軸和縱軸的座標基準。在框架10中，細微座標光源發生部20設置於上下兩個橫向邊和左右兩個縱向邊中的至少一個以上的邊上。當細微座標光源發生部20設置於框架10的四個面的情況下，細微座標光源發生部20從框架10的內側的四個邊向觸摸區域30以規定的間隔產生細微座標光源。其中，細微座標光源發生部20能夠產生紅外線形態的細微座標光源。
如圖2所示，細微座標光源發生部20能夠構成為，包括至少一個發光元件21和光分配器26。作為發光元件21，可利用紅外線發光二極體(Light Emitting Diode，LED)。光分配器26將從發光元件21射出的光分配為規定間隔的細微座標光源。作為一例，光分配器26可包括透光性杆27。
透光性杆27可以由高折射率的透光性塑膠或玻璃材料形成。在透光性杆27的一側側部27a，沿長度方向以規定的間隔形成有細微槽28。在透光性杆27的至少一側端部配置有發光元件21。
若使發光元件21的光透射到透光性杆27的一側端部，則在細微槽28中分別發生漫反射。在各個細微槽28發生漫反射的光中的一部分，隨著經過透光性杆27的內部而被聚光，並通過透光性杆27的相反側側部27b發散。由此，能夠在透光性杆27的相反側側部27b以規定的間隔發生細微座標光源。對於透光性杆27，形成有細微槽28的側部27a和相反側側部27b分別以向外側突出的曲面形態彎曲形成，從而能夠提高聚光效果。
雖未圖示，但是在透光性杆27中的形成有細微槽28的側部 27a側可以配置有反射部件，從而進一步提高在透光性杆27發生的細微座標光源的亮度。另一方面，光分配器還可以被構成為通過形成有細微槽的側部來產生細微座標光源，因此在能夠實施上述功能的範圍內可以以多種方式構成。此外，透光性杆27能夠被蓋件包覆，以便能夠容易地附著於框架10。蓋件可以形成為中空的直平行六面體、橢圓形或者圓形等，此外還可以形成為與透光性杆27的發光部位對應的部分具有透光性或者開放的形態等多種形態。
攝像模組100以檢測由細微座標光源發生部20發生的細微座標光源的方式設置於框架10。攝像模組100檢測細微座標光源中被觸摸物體阻斷的細微座標光源的位置並提供給控制部，使得能夠通過控制部計算出在觸摸區域中被觸摸的觸摸物體的座標。
當通過細微座標光源發生部20產生紅外線細微座標光源的情況下，攝像模組100能夠構成為對紅外線具有足夠的靈敏度。附圖中示出了設置有4個攝像模組100並分別設置於框架10的4個角部的情況，但是還可以設置有小於4個或大於4個。
根據本發明一實施例的攝像模組100構成為，能夠與發光元件21結合。下面參照圖3至圖6來進行說明。其中，圖3是圖1所示的攝像模組的立體圖。圖4是圖3的一部分分解立體圖。圖5是用於說明在圖3中將發光元件與主體部組裝的過程的示意圖。此外，圖6是圖3的剖視圖。
攝像模組100包括主體部110以及發光元件用結合部120。主體部110配置於觸摸區域30的一側角部。主體部110在朝向觸摸區域30的中央的部位具有受光孔111。例如，主體部110包括具有內部空間的殼體112。受光孔111以向殼體112的內部空間傳播光的方式形成於殼體112的朝向觸摸區域30中央的部分。
此外，主體部110具備透鏡113和圖像感測器114。透鏡113與受光孔111對應地安裝於殼體112內。通過透鏡113來實現被拍攝物、即觸摸物體的光學成像。如圖6所示，透鏡113能夠形成為，圓形透鏡中的周 邊部兩側沿與觸摸區域30的面水準的方向分別被切斷的形態。由此，可以將透鏡113的相對於與觸摸區域30的面垂直的方向而言的視角，設定為小於相對於與觸摸區域30的面水準的方向而言的視角。從而，可以提高觸摸位置識別率並且可以使攝像模組100的與觸摸區域30的面垂直的方向上的高度變得最小。
圖像感測器114接收由透鏡113形成的對被拍攝物的光學像並將其轉換為電信號。圖像感測器114可以是CCD(charge-coupled device，電荷耦合器件)圖像感測器、或者CMOS(complementary metal-oxide semiconductor，互補金屬氧化物半導體)圖像感測器等。
圖像感測器114配置於殼體112的內部空間，以接收通過透鏡113而被聚集的光。其中，圖像感測器114可以沿著與觸摸區域30的面水準的方向配置，以接收在透鏡113的後方經過光路轉換部而被反射的光。
光路轉換部可以包括反射鏡115。反射鏡115能夠配置為相對於觸摸區域30的面傾斜45度，使得經過透鏡113的光垂直地向圖像感測器114傳播。作為另一例，雖未圖示，但是光路轉換部還可以包括具有全反射面的棱鏡。全反射面能夠配置為相對於觸摸區域30的面傾斜45度。除此之外，光路轉換部還可以在能夠實現上述功能的範圍內以多種方式構成。
發光元件用結合部120是與發光元件21結合的部件，其分別形成於主體部110的朝向觸摸區域30的第1邊和第2邊的兩側側面部分。當觸摸區域30為四邊形的情況下，第1邊和第2邊中的任意一邊可以相當於橫向邊，另一邊相當於縱向邊。當觸摸區域30為三角形或者五邊形等情況下，第1邊與第2邊可以相當於觸摸區域30的在各個頂點形成三角形的銳角或者五邊形的鈍角的相鄰的邊。發光元件用結合部120還可以僅形成於主體部110的兩側側面部位中的任一側部位。
如上所述，攝像模組100構成為能夠通過發光元件用結合部120而與發光元件21結合。從而，在製造觸摸屏時，能夠更加簡便且準確地將攝像模組100和發光元件21設置於框架10。
攝像模組100可以包括光分配器用結合部130。光分配器用 結合部130是與光分配器26的一側端部結合的部件，其以從發光元件用結合部120分別沿觸摸區域30的第1邊和第2邊、例如橫向邊和縱向邊延伸的形態形成。從而，在製造觸摸屏時，能夠與攝像模組100和發光元件21一同將光分配器26更加簡便且準確地設置於框架10。
例如，若在將攝像模組100固定於框架10後將發光元件21和光分配器26結合於攝像模組100，則在該過程中，發光元件21和光分配器26能夠以攝像模組100為基準自然地排列而被固定於攝像模組100。從而，相比將發光元件21和光分配器26以與攝像模組100分離的狀態分別設置於框架10的情況，設置過程能夠更加簡便且準確。作為另一例，在使發光元件21和光分配器26結合於攝像模組100後固定於框架10的情況下也是相同的。
另外，發光元件用結合部120和光分配器用結合部130形成一組而分別被設置於主體部110的朝向觸摸區域30的橫向邊和縱向邊的兩側側面部位的情況下，不管攝像模組100位於框架10的哪個角部，均能夠與發光元件21和光分配器26容易地結合。
另一方面，發光元件用結合部120可以包括發光元件用插入槽121。發光元件用插入槽121供發光元件21插入以進行支撐。為了便於說明，假設將攝像模組100中朝向框架10的面稱為下表面、將其相反面稱為上表面，則發光元件用插入槽121可以由從發光元件用結合部120的上表面向下表面側凹陷的形態形成。由此，發光元件21可以從攝像模組100的上側向下側移動而插入于發光元件用插入槽121。
此外，發光元件用插入槽121可以以外側部分、即朝向光分配器用結合部130的部位呈開口的形態形成。發光元件在插入于發光元件用插入槽的狀態下，其發光部分位於發光元件用插入槽的開口的部分。從而，從發光元件21射出的光可傳播至與光分配器用結合部130結合的光分配器26。
在發光元件用插入槽121的側部可以形成有用於供與發光元件21電連接的佈線部142通過的貫通孔122。並且，發光元件用插入槽 121以與殼體112的內部空間被阻斷的方式形成，從而從發光元件21射出的光不會向殼體112的內部空間洩漏。
光分配器用結合部130可以構成為包括光分配器用插入槽131。光分配器用插入槽131以能夠使光分配器26的一側端部插入來進行支撐的方式形成。光分配器用插入槽131能夠以從光分配器用結合部的上表面向下表面側凹陷並且光分配器用結合部130的延伸出的端部呈開口的形態形成。光分配器用插入槽131與發光元件用插入槽121連通。
此外，光分配器用插入槽131能夠以將光分配器26的一側端部插入來進行固定的尺寸形成。由此，光分配器26的一側端部可以從攝像模組100的上方向下方移動而插入並固定於光分配器用插入槽131。
攝像模組100可以包括印刷電路板140。印刷電路板140具備基板主體部141和佈線部142。基板主體部141搭載圖像感測器114。在這種情況下，殼體112的下表面呈開口，圖像感測器114通過下表面的呈開口的部位被插入。此外，殼體112的下表面的開口可被基板主體部141覆蓋。在基板主體部141可以設置有用於與外部裝置電連接的連接器。
在基板主體部141的兩側部位分別延伸有佈線部142。佈線部142的延伸的端部與發光元件21電連接。由此，發光元件21能夠通過佈線部142接收由搭載圖像感測器114的基板主體部141輸入的電源等電信號。此外，佈線部142能夠由柔軟的形態形成。由此，如圖5所示，佈線部142被實施捲繞處理，使發光元件21插入于發光元件用插入槽121中。從而，佈線部142能夠在發光元件21被插入于發光元件用插入槽121的狀態下以緊湊的方式被實施處理。
另外，攝像模組100還可以構成為調整對圖像感測器114的焦點。參考圖3和圖4以及圖6和圖7，主體部110包括移動部件116和調節機構118。
移動部件116對光路轉換部、例如反射鏡115以傾斜45度的狀態進行支撐。隨著移動部件116受到殼體112的引導而向透鏡113的光軸方向移動，反射鏡115能夠向透鏡113的光軸方向移動。例如，在殼體 112的上表面形成有用於允許反射鏡115的移動的開口。移動部件116能夠被配置為覆蓋殼體112的上表面開口。此外，移動部件116以能夠向透鏡113的光軸方向滑動的方式被殼體112支撐。在移動部件116形成有調節孔117。調節孔117是用於通過與調節機構118的相互作用來使移動部件116移動的部件。
調節機構118可以包括插入部118a和偏心頭118b。插入部118a以可旋轉的方式與殼體112插入結合。在插入部118a的周面形成有槽，從而能夠容易地與殼體112插入結合。其中，槽可以分別沿著插入部118a的周面形成，並沿插入部118a的長度方向排列。當然，插入部118a還可以具有在周面上未形成有槽的結構。偏心頭118b與插入部118a偏心地連接成一體。此外，偏心頭118b插入于調節孔117。
若在插入部118a與殼體112插入結合的狀態下偏心頭118b插入于調節孔117而發生旋轉，則移動部件116沿著光軸方向進行往返移動。如圖6所示，若偏心頭118b中的離與插入部118a連接的中心最遠的部位向接近透鏡113的位置進行旋轉，則移動部件116向接近透鏡113的位置移動。此外，如圖7所示，若偏心頭118b中的離與插入部118a連接的中心最遠的部位向離開透鏡113的位置進行旋轉，則移動部件116向離開透鏡113的位置移動。
在移動部件116在圖6的位置與圖7的位置之間進行往返移動的過程中，反射鏡115與移動部件116一同進行往返移動。從而，若調整偏心頭118b的旋轉位置，則隨著透鏡113與反射鏡115之間的距離被調整，能夠調整對圖像感測器114的焦點。在調整對圖像感測器114的焦點後，移動部件116能夠通過粘接等方法而被固定於殼體112。如上所述，由於通過具有偏心頭118b的調節機構118與調節孔117之間的相互作用來使移動部件移動，所以可以帶來以簡單的方式構成用於使移動部件116移動的機構的優點。
作為另一例，調節機構218還能夠以如圖8至圖10所示的方式構成。如圖8至圖10所示，在移動部件116形成有傾斜孔217。傾斜 孔217以相對於透鏡113的光軸方向傾斜的形態形成。傾斜孔217是用於通過與調節機構218的相互作用來使移動部件116移動的部件。
調節機構218可以包括調節主體部218a和調節銷218b。調節主體部218a以可以在與透鏡113的光軸方向垂直的方向上滑動的方式被殼體112支撐。例如，調節主體部218a可以插入於殼體112的引導槽212a而在與透鏡113的光軸方向垂直的方向上被滑動引導。調節銷218b從調節主體部218a突出並插入于傾斜孔217。隨著調節銷218b沿傾斜孔217移動，使移動部件116在光軸方向上往返移動。
即，如圖9所示，若調節銷218b在傾斜孔217內向箭頭A方向移動至末端位置，則移動部件116移動至與透鏡113最接近的位置。此外，如圖10所示，若調節銷218b在傾斜孔217內向箭頭B方向移動至末端位置，則移動部件116移動至離透鏡113最遠的位置。
通過這樣調整調節銷218b的位置，能夠調整移動部件116與透鏡113之間的距離。其結果，如上所述，因被移動部件116支撐的反射鏡115與透鏡113之間的距離得到調整，從而能夠調整對圖像感測器114的焦點。
參考附圖所示的一實施例來對本發明進行說明，但是這僅是示例性的實施例，所屬技術領域的技術人員能夠理解，由此可以有多種變形和等效的其他實施例。從而，本發明所要保護的真正的範圍應由權利要求書所確定。
21‧‧‧發光元件
26‧‧‧光分配器
100‧‧‧攝像模組
110‧‧‧主體部
111‧‧‧受光孔
112‧‧‧殼體
116‧‧‧移動部件
117‧‧‧調節孔
118‧‧‧調節機構
120‧‧‧發光元件用結合部
130‧‧‧光分配器用結合部
140‧‧‧印刷電路板
141‧‧‧基板主體部
142‧‧‧佈線部

Claims (4)

  1. 一種光學式觸摸屏用攝像模組，其特徵在於，包括：主體部，其配置在觸摸區域的一側角部，在朝向所述觸摸區域的中央的部位形成有受光孔，並且具有與所述受光孔對應地安裝的透鏡、和被配置為接受通過所述透鏡而聚集的光的圖像感測器；發光元件用結合部，其形成於所述主體部的朝向所述觸摸區域的各邊緣的各側面部位中的至少一個部位，並且與發光元件結合；以及光分配器用結合部，該光分配器用結合部從所述發光元件用結合部沿所述觸摸區域的各邊緣延伸，並且與接受來自所述發光元件的光的光分配器的一側端部結合。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸摸屏用攝像模組，其中，所述發光元件用結合部包括供所述發光元件插入來對其支撐的發光元件用插入槽，並且包括印刷電路板，該印刷電路板包括基板主體部和佈線部，在所述基板主體部搭載所述圖像感測器，所述佈線部從所述基板主體部的一側延伸出，延伸出的端部與所述發光元件電連接，並且被實施捲繞處理的同時使所述發光元件插入于所述發光元件用插入槽。
  3. 一種光學式觸摸屏用攝像模組，包括：主體部，其配置在觸摸區域的一側角部，在朝向所述觸摸區域的中央的部位形成有受光孔，並且具有與所述受光孔對應地安裝的透鏡、和被配置為接受通過所述透鏡而聚集的光的圖像感測器；以及發光元件用結合部，其形成於所述主體部的朝向所述觸摸區域的各邊緣的各側面部位中的至少一個部位，並且與發光元件結合；其中，所述主體部包括：殼體，其形成有所述受光孔，並且在與所述觸摸區域的面水準的方向上收容所述圖像感測器； 光路轉換部，其將由所述透鏡聚集的光垂直地向所述圖像感測器側反射；移動部件，其支撐所述光路轉換部，能夠被所述殼體引導而在所述透鏡的光軸方向上移動，並且形成有調節孔；以及調節機構，其具有插入部和偏心頭，所述插入部以能夠旋轉的方式與所述殼體插入結合，所述偏心頭與所述插入部偏心地連接成一體、並且隨著插入於所述調節孔進行旋轉而使所述移動部件進行往返移動。
  4. 一種光學式觸摸屏用攝像模組，包括：主體部，其配置在觸摸區域的一側角部，在朝向所述觸摸區域的中央的部位形成有受光孔，並且具有與所述受光孔對應地安裝的透鏡、和被配置為接受通過所述透鏡而聚集的光的圖像感測器；以及發光元件用結合部，其形成於所述主體部的朝向所述觸摸區域的各邊緣的各側面部位中的至少一個部位，並且與發光元件結合；其中，所述主體部包括：殼體，其形成有所述受光孔，並且在與所述觸摸區域的面水準的方向上收容所述圖像感測器；光路轉換部，其將由所述透鏡聚集的光垂直地向所述圖像感測器側反射；移動部件，其支撐所述光路轉換部，能夠被所述殼體引導而在所述透鏡的光軸方向上移動，並且形成有相對於所述透鏡的光軸方向傾斜的形態的傾斜孔；以及調節機構，其具有調節主體部和調節銷，所述調節主體部以能夠在與所述透鏡的光軸方向垂直的方向上滑動的方式被支撐於所述殼體，所述調節銷從所述調節主體部突出並插入於所述傾斜孔、並且隨著沿所述傾斜孔移動而使所述移動部件進行往返移動。
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