TWI646361B - 用於產生均勻線性光源的光學模組及產生均勻線性光源的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種用於產生均勻線性光源的光學模組及一種產生均勻線性光源的方法。用於產生均勻線性光源的光學模組包括：一基底單元、一第一光學單元及一第二光學單元。第一光學單元設置在基底單元上，並且第一光學單元具有一用於將至少一點光源轉換成多個模擬點光源的第一光學結構層。第二光學單元設置在基底單元上且相反於第一光學單元，並且第二光學單元具有一用於將多個模擬點光源轉換成均勻線性光源的第二光學結構層。藉此，至少一點光源通過第一光學結構層，以形成投向第二光學結構層的多個模擬點光源，且多個模擬點光源同時通過第二光學結構層，以形成從第二光學結構層投射而出的均勻線性光源。
Description
本發明係有關於一種光學模組及產生均勻線性光源的方法，尤指一種用於產生均勻線性光源的光學模組及使用光學模組來產生均勻線性光源的方法。
近年來，由於觸控螢幕(觸控面板)可以在螢幕上直接以物體或手指的觸控操作來取代傳統機械式的按鈕操作，當使用者觸控了螢幕上的圖形時，螢幕上的觸覺反饋系統可根據預先編程的程式驅動各種連接裝置，並藉由螢幕畫面呈現生動的影音效果。
常見的觸控螢幕的觸控方式包括有電阻式、電容式、聲波式與光學式等，其中光學式觸控螢幕是利用光源接收遮斷原理。當光線遭遮斷時，即可獲得收不到信號時接收器的所在位置，進而算出其精確的位置。光學式觸控螢幕的組成元件，包括玻璃基板、發光裝置、光接收器與透鏡。光學式觸控螢幕的裝置方式是，將發光裝置與光接收器配放於玻璃基板的右上頂角上，並在玻璃基板的左側與下側裝置反光條。經由發光裝置照亮遠端的反光條，當手指或接觸物遮斷光線時，光接收器可以經過透鏡收集到手指或接觸物在玻璃基板的相對位置。
本發明實施例在於提供一種用於產生均勻線性光源的光學模
組及使用光學模組來產生均勻線性光源的方法。
本發明其中一實施例所提供的一種用於產生均勻線性光源的光學模組，其包括：一基底單元、一第一光學單元及一第二光學單元。所述第一光學單元設置在所述基底單元上，其中所述第一光學單元具有一用於將至少一點光源轉換成多個模擬點光源的第一光學結構層。所述第二光學單元設置在所述基底單元上且相反於所述第一光學單元，其中所述第二光學單元具有一用於將多個所述模擬點光源轉換成所述均勻線性光源的第二光學結構層。藉此，至少一所述點光源通過所述第一光學結構層，以形成投向所述第二光學結構層的多個所述模擬點光源，且多個所述模擬點光源同時通過所述第二光學結構層，以形成從所述第二光學結構層投射而出的所述均勻線性光源。
本發明另外一實施例所提供的一種產生均勻線性光源的方法，其包括下列步驟：首先，提供至少一點光源以投向一光學模組，其中所述光學模組包括一基底單元、一設置在所述基底單元上的第一光學結構層、及一設置在所述基底單元上且相反於所述第一光學結構層的第二光學結構層；然後，至少一所述點光源穿過所述第一光學結構層，以形成投向所述第二光學結構層的多個模擬點光源；接著，多個所述模擬點光源穿過所述第二光學結構層，以形成從所述第二光學結構層投射而出的所述均勻線性光源。
本發明另外再一實施例所提供的一種用於產生均勻線性光源的光學模組，所述光學模組應用於一具有一光學式觸控螢幕的雷射光學觸控系統，其中所述光學模組包括：一基底單元、一第一光學單元及一第二光學單元。所述第一光學單元設置在所述基底單元上，其中所述第一光學單元具有一用於將至少一點光源轉換成多個模擬點光源的第一光學結構層。所述第二光學單元設置在所述基底單元上且相反於所述第一光學單元，其中所述第二光學單元具有一用於將多個所述模擬點光源轉換成所述均勻線性光源
的第二光學結構層。藉此，至少一所述點光源通過所述第一光學結構層，以形成投向所述第二光學結構層的多個所述模擬點光源，且多個所述模擬點光源同時通過所述第二光學結構層，以形成從所述第二光學結構層投射而出的所述均勻線性光源，其中所述均勻線性光源投射在所述雷射光學觸控系統的所述光學式觸控螢幕的表面上，以形成一作為均勻光幕的線性光源照射區。
本發明的有益效果可以在於，本發明實施例所提供的光學模組及產生均勻線性光源的方法，其可透過“一用於將至少一點光源轉換成多個模擬點光源的第一光學結構層”及“一用於將多個所述模擬點光源轉換成所述均勻線性光源的第二光學結構層”的設計，以使得至少一所述點光源可通過所述第一光學結構層，以形成投向所述第二光學結構層的多個所述模擬點光源，並且多個所述模擬點光源可同時通過所述第二光學結構層，以形成從所述第二光學結構層投射而出的所述均勻線性光源。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
S‧‧‧雷射光學觸控系統
D‧‧‧光學式觸控螢幕
R‧‧‧線性光源照射區
M‧‧‧光學模組
1‧‧‧基底單元
10‧‧‧單個透光基底層
101‧‧‧上表面
102‧‧‧下表面
11‧‧‧第一透光基底層
111‧‧‧上表面
112‧‧‧下表面
12‧‧‧第二透光基底層
121‧‧‧上表面
122‧‧‧下表面
13‧‧‧透光連接層
14‧‧‧支撐框架
A‧‧‧空氣層
2‧‧‧第一光學單元
20‧‧‧第一光學結構層
3‧‧‧第二光學單元
30‧‧‧第二光學結構層
300‧‧‧微結構
P1‧‧‧點光源
P2‧‧‧模擬點光源
L‧‧‧均勻線性光源
圖1為本發明第一實施例所揭示用於產生均勻線性光源的光學模組的示意圖。
圖2為本發明第一實施例所揭示使用光學模組來產生均勻線性光源的方法的流程圖。
圖3為本發明第一實施例所揭示用於產生均勻線性光源的光學模組應用於雷射光學觸控系統的示意圖。
圖4為本發明第二實施例所揭示用於產生均勻線性光源的光學模組的示意圖。
圖5為本發明第三實施例所揭示用於產生均勻線性光源的光學模組的示意圖。
圖6為本發明第四實施例所揭示用於產生均勻線性光源的光學模組的示意圖。
圖7為本發明第五實施例所揭示用於產生均勻線性光源的光學模組的示意圖。
圖8為本發明第六實施例所揭示用於產生均勻線性光源的光學模組的示意圖。
請參閱圖1所示，本發明第一實施例提供一種用於產生均勻線性光源L的光學模組M，其包括：一基底單元1、一第一光學單元2及一第二光學單元3。
首先，如圖1所示，基底單元1包括一第一透光基底層11、一第二透光基底層12、及一連接於第一透光基底層11的上表面111及第二透光基底層12的下表面122兩者之間的透光連接層13。舉例來說，第一透光基底層11及第二透光基底層12皆可由任何透光材料或透明材料所製成，例如聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、聚乙烯對苯二甲酸酯(polyethylene Terephthalate，PET)或玻璃皆可，然而本發明不以此舉例為限。另外，透光連接層13可為任何可將第一透光基底層11及第二透光基底層12連接在一起的透光黏著膠或透光黏著薄膜等，然而本發明不以此舉例為限。
再者，如圖1所示，第一光學單元2設置在基底單元1上，並且第一光學單元2具有一用於將至少一點光源P1(或是說只有單一點光源P1)轉換成多個模擬點光源P2的第一光學結構層20。另外，第二光學單元3設置在基底單元1上且相反於第一光學單元2，並且第二光學單元3具有一用於將多個模擬點光源P2轉換成均勻線性光源L的第二光學結構層30。更進一步來說，第一光學結構層20設置在第一透光基底層11的下表面112上，第二光學
結構層30設置在第二透光基底層12的上表面121上，以使得第一光學結構層20及第二光學結構層30可分別設置在基底單元1的最底端及最頂端上。舉例來說，至少一點光源P1可為一不可見的雷射光束(例如波長為830nm的紅外線雷射光源)，第一光學結構層20可為一第一狹縫繞射光柵(例如含有二階以上繞射的多狹縫光柵)，並且第二光學結構層30可為一由多個微結構300(例如菱鏡結構或柱狀透鏡等)所組成的幾何光學結構，然而本發明不以此舉例為限。
請參閱圖2所示，本發明第一實施例提供一種產生均勻線性光源L的方法，其至少包括下列幾個步驟：首先，配合圖1及圖2所示，提供至少一點光源P1以投向一光學模組M，其中光學模組M包括一基底單元1、一設置在基底單元1上的第一光學結構層20、及一設置在基底單元1上且相反於第一光學結構層20的第二光學結構層30(S100)；然後，再配合圖1及圖2所示，至少一點光源P1穿過第一光學結構層20，以形成投向第二光學結構層30的多個模擬點光源P2(S102)，此時多個模擬點光源P2會依序穿過第二透光基底層12、透光連接層13及第一透光基底層11；接著，再次配合圖1及圖2所示，多個模擬點光源P2穿過第二光學結構層30，以形成從第二光學結構層30投射而出的均勻線性光源L(S104)。藉此，至少一點光源P1可通過第一光學結構層20，以形成投向第二光學結構層30的多個模擬點光源P2，並且多個模擬點光源P2可同時通過第二光學結構層30，以形成一從第二光學結構層30投射而出的均勻線性光源L。
值得一提的是，本發明用於產生均勻線性光源的光學模組M可以應用於一具有一光學式觸控螢幕D的任何光學系統(例如雷射光學觸控系統S)、雷射水平儀(laser level)、條碼讀取器(bar code reader)或用於保全監控系統的雷射掃瞄器等等。配合圖3所示，以光學模組M應用於一具有光學式觸控螢幕D的雷射光學觸控系
統S為例，光學模組M可放置於雷射光學觸控系統S的光學式觸控螢幕D的任何一角落處，其最佳實施方式為，光學模組M可放置於光學式觸控螢幕D的頂端的中間位置的正上方。另外，雷射光學觸控系統S可作為互動式投影系統的顯示裝置，以供互動式投影系統的投影機將相關的影像投影至雷射光學觸控系統S的光學式觸控螢幕D上。當光學模組M所產生的均勻線性光源L在光學式觸控螢幕D被使用者的手指或手握的指示棒給遮擋時，互動式投影系統的影像擷取模組即可擷取到均勻線性光源L被遮擋的位置，以方便使用者在光學式觸控螢幕D上進行書寫或相關指令的下達。然而，上述關於本發明用於產生均勻線性光源的光學模組M的應用只是其中一種例子而已，其並非用來限定本發明。
配合圖1及圖3所示，當“至少一點光源P1可通過第一光學結構層20，以形成投向第二光學結構層30的多個模擬點光源P2”，並且“多個模擬點光源P2可同時通過第二光學結構層30，以形成從第二光學結構層30投射而出的均勻線性光源L”之後，均勻線性光源L可被投射在雷射光學觸控系統S的光學式觸控螢幕D的表面上，以形成一作為雷射光學觸控系統S的均勻光幕用途的線性光源照射區R。由於光學式觸控螢幕D是利用光源接收遮斷原理，所以當均勻線性光源L遭接觸物(圖未示)遮斷時，即可獲得收不到信號時接觸物(圖未示)的所在位置，進而算出接觸物(圖未示)的精確位置。
請參閱圖4所示，本發明第二實施例提供一種用於產生均勻線性光源L的光學模組M，其包括：一基底單元1、一第一光學單元2及一第二光學單元3。由圖4與圖1的比較可知，本發明第二實施例與第一實施例最大的差別在於：在第二實施例中，第一光學結構層20可為一第一狹縫繞射光柵(例如含有二階以上繞射的多狹縫光柵)，並且第二光學結構層可為一第二狹縫繞射光柵(例
如含有二階以上繞射的多狹縫光柵)。換言之，第一實施例所揭示的“可為幾何光學結構的第二光學結構層30”可以替換成第二實施例所揭示的“可為第二狹縫繞射光柵的第二光學結構層30”。
請參閱圖5所示，本發明第三實施例提供一種用於產生均勻線性光源L的光學模組M，其包括：一基底單元1、一第一光學單元2及一第二光學單元3。由圖5與圖1的比較可知，本發明第三實施例與第一實施例最大的差別在於：在第三實施例中，基底單元1包括一單個透光基底層10，第一光學結構層20設置在單個透光基底層10的下表面102上，並且第二光學結構層30設置在單個透光基底層10的上表面101上，因此第一光學結構層20及第二光學結構層30可分別設置在單個透光基底層10的最底端及最頂端。換言之，第一實施例所揭示的“第一透光基底層11及第二透光基底層12”可以通過一體成型的方式結合成如第三實施例所揭示的“單個透光基底層10”，所以第三實施例所提供的單個透光基底層10可以省略在第一實施例中原本連接於第一透光基底層11的上表面111及第二透光基底層12的下表面122兩者之間的透光連接層13的使用，可以有效降低製作成本。
請參閱圖6所示，本發明第四實施例提供一種用於產生均勻線性光源L的光學模組M，其包括：一基底單元1、一第一光學單元2及一第二光學單元3。由圖6與圖4的比較可知，本發明第四實施例與第二實施例最大的差別在於：在第四實施例中，基底單元1包括一單個透光基底層10，第一光學結構層20設置在單個透光基底層10的下表面102上，並且第二光學結構層30設置在單個透光基底層10的上表面101上，因此第一光學結構層20及第二光學結構層30可分別設置在單個透光基底層10的最底端及最頂端。換言之，第二實施例所揭示的“第一透光基底層11及第
二透光基底層12”可以通過一體成型的方式結合成如第四實施例所揭示的“單個透光基底層10”，所以第四實施例所提供的單個透光基底層10可以省略在第二實施例中原本連接於第一透光基底層11的上表面111及第二透光基底層12的下表面122兩者之間的透光連接層13的使用，可以有效降低製作成本。
請參閱圖7所示，本發明第五實施例提供一種用於產生均勻線性光源L的光學模組M，其包括：一基底單元1、一第一光學單元2及一第二光學單元3。由圖7與圖1的比較可知，本發明第五實施例與第一實施例最大的差別在於：在第五實施例中，基底單元1包括一第一透光基底層11、一第二透光基底層12、及一用於將第一透光基底層11及第二透光基底層12兩者彼此分離一預定距離的支撐框架14，其中第一光學結構層20設置在第一透光基底層11的下表面112上，並且第二光學結構層30設置在第二透光基底層12的上表面121上。更進一步來說，第五實施例所揭示的第一透光基底層11與第二透光基底層12可以分別被固持在支撐框架14的兩相反末端部上，以使得第一透光基底層11與第二透光基底層12可以彼此分離一預定距離，並且在第一透光基底層11與第二透光基底層12兩者之間形成一空氣層A。
請參閱圖8所示，本發明第六實施例提供一種用於產生均勻線性光源L的光學模組M，其包括：一基底單元1、一第一光學單元2及一第二光學單元3。由圖8與圖4的比較可知，本發明第六實施例與第二實施例最大的差別在於：在第六實施例中，基底單元1包括一第一透光基底層11、一第二透光基底層12、及一用於將第一透光基底層11及第二透光基底層12兩者彼此分離一預定距離的支撐框架14，其中第一光學結構層20設置在第一透光基底層11的下表面112上，並且第二光學結構層30設置在第二透
光基底層12的上表面121上。更進一步來說，第六實施例所揭示的第一透光基底層11與第二透光基底層12可以分別被固持在支撐框架14的兩相反末端部上，以使得第一透光基底層11與第二透光基底層12可以彼此分離一預定距離，並且在第一透光基底層11與第二透光基底層12兩者之間形成一空氣層A。
綜上所述，本發明的有益效果可以在於，本發明實施例所提供的光學模組M及產生均勻線性光源L的方法，其可透過“一用於將至少一點光源P1轉換成多個模擬點光源P2的第一光學結構層20”及“一用於將多個模擬點光源P2轉換成均勻線性光源L的第二光學結構層30”的設計，以使得至少一點光源P1可通過第一光學結構層20，以形成投向第二光學結構層30的多個模擬點光源P2，並且多個模擬點光源P2可同時通過第二光學結構層30，以形成從第二光學結構層30投射而出的均勻線性光源L。
以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，非因此侷限本發明的專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的保護範圍內。
Claims (10)
- 一種用於產生均勻線性光源的光學模組，其包括：一基底單元；一第一光學單元，所述第一光學單元設置在所述基底單元上，其中所述第一光學單元具有一用於將至少一點光源轉換成多個模擬點光源的第一光學結構層；以及一第二光學單元，所述第二光學單元設置在所述基底單元上且相反於所述第一光學單元，其中所述第二光學單元具有一用於將多個所述模擬點光源轉換成所述均勻線性光源的第二光學結構層；藉此，至少一所述點光源通過所述第一光學結構層，以形成投向所述第二光學結構層的多個所述模擬點光源，且多個所述模擬點光源同時通過所述第二光學結構層，以形成從所述第二光學結構層投射而出的所述均勻線性光源。
- 如請求項1之用於產生均勻線性光源的光學模組，其中所述基底單元包括一第一透光基底層、一第二透光基底層、及一連接於所述第一透光基底層的上表面及所述第二透光基底層的下表面兩者之間的透光連接層，所述第一光學結構層設置在所述第一透光基底層的下表面上，所述第二光學結構層設置在所述第二透光基底層的上表面上，且所述第一光學結構層及所述第二光學結構層分別設置在所述基底單元的最底端及最頂端上，其中至少一點光源為一雷射光束，所述第一光學結構層為一第一狹縫繞射光柵，且所述第二光學結構層為一由多個微結構所組成的幾何光學結構。
- 如請求項1之用於產生均勻線性光源的光學模組，其中所述基底單元包括一第一透光基底層、一第二透光基底層、及一連接於所述第一透光基底層的上表面及所述第二透光基底層的下 表面兩者之間的透光連接層，所述第一光學結構層設置在所述第一透光基底層的下表面上，所述第二光學結構層設置在所述第二透光基底層的上表面上，且所述第一光學結構層及所述第二光學結構層分別設置在所述基底單元的最底端及最頂端上，其中至少一點光源為一雷射光束，所述第一光學結構層為一第一狹縫繞射光柵，且所述第二光學結構層為一第二狹縫繞射光柵。
- 如請求項1之用於產生均勻線性光源的光學模組，其中所述基底單元包括一單個透光基底層，所述第一光學結構層設置在所述單個透光基底層的下表面上，所述第二光學結構層設置在所述單個透光基底層的上表面上，且所述第一光學結構層及所述第二光學結構層分別設置在所述基底單元的最底端及最頂端上，其中至少一點光源為一雷射光束，所述第一光學結構層為一第一狹縫繞射光柵，且所述第二光學結構層為一由多個微結構所組成的幾何光學結構。
- 如請求項1之用於產生均勻線性光源的光學模組，其中所述基底單元包括一單個透光基底層，所述第一光學結構層設置在所述單個透光基底層的下表面上，所述第二光學結構層設置在所述單個透光基底層的上表面上，且所述第一光學結構層及所述第二光學結構層分別設置在所述基底單元的最底端及最頂端上，其中至少一點光源為一雷射光束，所述第一光學結構層為一第一狹縫繞射光柵，且所述第二光學結構層為一第二狹縫繞射光柵。
- 如請求項1之用於產生均勻線性光源的光學模組，其中所述基底單元包括一第一透光基底層、一第二透光基底層、及一用於將所述第一透光基底層及所述第二透光基底層兩者彼此分離一預定距離的支撐框架，所述第一光學結構層設置在所述第一透光基底層的下表面上，所述第二光學結構層設置在所述第二 透光基底層的上表面上，且所述第一光學結構層及所述第二光學結構層分別設置在所述基底單元的最底端及最頂端上，其中至少一點光源為一雷射光束，所述第一光學結構層為一第一狹縫繞射光柵，且所述第二光學結構層為一由多個微結構所組成的幾何光學結構。
- 如請求項1之用於產生均勻線性光源的光學模組，其中所述基底單元包括一第一透光基底層、一第二透光基底層、及一用於將所述第一透光基底層及所述第二透光基底層兩者彼此分離一預定距離的支撐框架，所述第一光學結構層設置在所述第一透光基底層的下表面上，所述第二光學結構層設置在所述第二透光基底層的上表面上，且所述第一光學結構層及所述第二光學結構層分別設置在所述基底單元的最底端及最頂端上，其中至少一點光源為一雷射光束，所述第一光學結構層為一第一狹縫繞射光柵，且所述第二光學結構層為一第二狹縫繞射光柵。
- 一種產生均勻線性光源的方法，其包括下列步驟：提供至少一點光源以投向一光學模組，其中所述光學模組包括一基底單元、一設置在所述基底單元上的第一光學結構層、及一設置在所述基底單元上且相反於所述第一光學結構層的第二光學結構層；至少一所述點光源穿過所述第一光學結構層，以形成投向所述第二光學結構層的多個模擬點光源；以及多個所述模擬點光源穿過所述第二光學結構層，以形成從所述第二光學結構層投射而出的所述均勻線性光源。
- 一種用於產生均勻線性光源的光學模組，所述光學模組應用於一具有一光學式觸控螢幕的光學系統，其中所述光學模組包括：一基底單元；一第一光學單元，所述第一光學單元設置在所述基底單元上， 其中所述第一光學單元具有一用於將至少一點光源轉換成多個模擬點光源的第一光學結構層；以及一第二光學單元，所述第二光學單元設置在所述基底單元上且相反於所述第一光學單元，其中所述第二光學單元具有一用於將多個所述模擬點光源轉換成所述均勻線性光源的第二光學結構層；藉此，至少一所述點光源通過所述第一光學結構層，以形成投向所述第二光學結構層的多個所述模擬點光源，且多個所述模擬點光源同時通過所述第二光學結構層，以形成從所述第二光學結構層投射而出的所述均勻線性光源，其中所述均勻線性光源投射在所述雷射光學觸控系統的所述光學式觸控螢幕的表面上，以形成一作為均勻光幕的線性光源照射區。
- 如請求項9之用於產生均勻線性光源的光學模組，其中所述基底單元包括一第一透光基底層、一第二透光基底層、及一連接於所述第一透光基底層的上表面及所述第二透光基底層的下表面兩者之間的透光連接層，所述第一光學結構層設置在所述第一透光基底層的下表面上，所述第二光學結構層設置在所述第二透光基底層的上表面上，且所述第一光學結構層及所述第二光學結構層分別設置在所述基底單元的最底端及最頂端上，其中至少一點光源為一雷射光束，所述第一光學結構層為一第一狹縫繞射光柵，且所述第二光學結構層為一由多個微結構所組成的幾何光學結構。
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| TW102144799A TWI646361B (zh) | 2013-12-06 | 2013-12-06 | 用於產生均勻線性光源的光學模組及產生均勻線性光源的方法 |
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