TWI770949B - 顯示裝置、非接觸式按鍵及輸入裝置 - Google Patents

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TWI770949B
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賴裕仁
柯雅涵
黃郁明
黃嘉淳
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Abstract

本發明提出一種顯示裝置，包含具有容置腔的框架及設置於其中之顯示模組。顯示模組包含：第一光源、光學單元、設置於光學單元背向第一光源之一側之成像單元、及配置於成像單元背向第一光源之一側之透鏡陣列。對應於預設圖樣，第一光源所出射之光線通過光學單元、成像單元及透鏡陣列以於容置腔外之浮空顯示區域成像預設浮空影像。另外，本發明還提出包含上述顯示模組之非接觸式按鍵及輸入裝置。

Description

顯示裝置、非接觸式按鍵及輸入裝置
本發明係關於一種顯示裝置、非接觸式按鍵及輸入裝置。具體而言，本發明係關於一種成像預設浮空影像之顯示裝置、非接觸式按鍵及輸入裝置。
由於實體機械式按鍵或表面型觸控裝置在操作時必須直接接觸裝置本體，因此在長久使用下不可避免地會產生磨損，從而降低了實體機械式按鍵或表面型觸控裝置的使用壽命。另外，在實體機械式按鍵或表面型觸控裝置設置於公共場合的情況下，由於接觸裝置本體的人數較多，衛生清潔管理之難度也隨之提高。承上，這類的實體機械式按鍵或表面型觸控裝置亦增加了病毒及細菌等傳染病原體附著於裝置本體而間接感染接觸者的風險。
承上，為了減少或避免上述基於接觸所可能造成的缺陷及/或風險，非接觸式輸入裝置如聲控型輸入裝置亦可能被應用於各種情境中。然而，由於聲音內容的辨識困難性，此類的聲控型輸入裝置難以精準地輸入指令，且在多人操作或有背景噪音下會有互相干擾的可能性。此外，對於具有發聲或語言障礙之使用者亦不利於運用及操作。因此，仍需要研發應用於各種情境可取代上述實體機械式按鍵或表面型觸控裝置的非接觸式輸入裝置。特別是，需開發可成像預設浮空影像以供辨識甚至進一步對應操作之技術，以解決上述問題。
為解決上述問題，根據本發明之一實施例提出一種非接觸式按鍵，其包含：框架；觸控模組；以及設置於框架的容置腔內之顯示模組。其中，顯示模組包含：第一光源、光學單元、設置於光學單元背向第一光源之一側且具有預設圖樣之成像單元、及配置於成像單元背向第一光源之一側之透鏡陣列。承上，對應於預設圖樣，第一光源所出射之光線通過光學單元、成像單元及透鏡陣列以於容置腔外之浮空顯示區域成像預設浮空影像。另外，觸控模組配置以於容置腔外建立浮空觸控區域，使得浮空顯示區域與浮空觸控區域至少部分重疊。
根據本發明之另一實施例提出一種輸入裝置，其具有複數個上述之非接觸式按鍵相鄰排列設置之按鍵陣列。
根據本發明之再一實施例提出一種顯示裝置，其包含：框架；以及設置於框架的容置腔內之顯示模組。其中，顯示模組包含：第一光源、光學單元、設置於光學單元背向第一光源之一側且具有預設圖樣之成像單元、及配置於成像單元背向第一光源之一側之透鏡陣列。承上，對應於預設圖樣，第一光源所出射之光線通過光學單元、成像單元及透鏡陣列以於容置腔外之浮空顯示區域成像預設浮空影像。
依據本發明之各實施例所提供之顯示裝置、非接觸式按鍵及輸入裝置，可於浮空位置成像預設浮空影像以供辨識。基於此，可實現浮空顯示功能，且可能進一步搭配觸控產生裝置等操作或反應裝置，以進一步實現對應於辨識內容進行浮空觸控及其他操作之對應功能。
1:顯示裝置
10、11、12、12’、13、13’、14、15:非接觸式按鍵
50:觸控感應對象
100:容置腔
200:觸控模組
210:紅外線觸控模組
212:紅外線產生器
214:紅外線接收器
220:電容式觸控模組
225:電容觸控線路
230:超音波觸控模組
235:超音波收發器
300:顯示模組
305:電路板
310:光源
311:第一光源
312:第二光源
315:連接單元
320:光學單元
330:成像單元
340:透鏡陣列
345:透鏡單元
350:觸覺回饋模組
500:框架
510:壁體
520:透明蓋板
600:浮空立體按鍵
1000:輸入裝置
B1:遮蔽圖樣
D1:俯視方向
D2:側視方向
L1:光線
L2:光線
P1:預設圖樣
P1’:預設浮空影像
P1”:回饋浮空影像
M1:浮空顯示區域
M1’:浮空顯示區域範圍
T1:浮空觸控區域
T1’:浮空觸控區域範圍
E:觸覺回饋效果
d1:排列方向
S1:表面
S2:表面
R1、R2:紅外線
g:尺寸
OP:開口
C:外圍輪廓
C1:切線
N:法線
θ:夾角
MX:按鍵陣列
圖1係為根據本發明之一實施例之具有第一光源、光學單元、成像單元及透鏡陣列之顯示裝置之示意圖。
圖2係為根據本發明之一實施例之具有顯示模組及觸控模組之非接觸式按鍵之示意圖。
圖3係為根據本發明之一實施例之透鏡陣列之透鏡單元之尺寸之示意圖。
圖4A及圖4B係為根據本發明之各實施例實現不同顏色光線之模式之示意圖。
圖5係為根據本發明之一實施例根據出射不同光線基於相同成像單元之預設圖樣所成像之不同浮空影像之示意圖。
圖6A係為根據本發明之一實施例之實際成像單元之預設圖樣之照片。
圖6B係為根據本發明之一實施例之實際光線經過圖6A之預設圖樣所投射成像之預設浮空影像之照片之正視圖。
圖6C係為根據本發明之一實施例之實際光線經過圖6A之預設圖樣所投射成像之預設浮空影像之照片之斜側視圖。
圖6D係為根據本發明之一實施例之預設浮空影像呈現為浮空立體按鍵之示意圖。
圖7係為根據本發明之一實施例之非接觸式按鍵之觸控模組為紅外線觸控模組之示意圖。
圖8係為根據本發明之一實施例之非接觸式按鍵之觸控模組為紅外線觸控模組之俯視示意圖。
圖9係為根據本發明之一實施例之非接觸式按鍵之觸控模組為電容式觸控模組之示意圖。
圖10係為根據本發明之一實施例之非接觸式按鍵之觸控模組為電容式觸控模組之示意圖。
圖11係為根據本發明之一實施例之非接觸式按鍵之觸控模組為電容式觸控模組之俯視示意圖。
圖12係為根據本發明之一實施例之非接觸式按鍵之觸控模組為超音波觸控模組之示意圖。
圖13係為根據本發明之一實施例之非接觸式按鍵之觸控模組為超音波觸控模組之俯視示意圖。
圖14係為根據本發明之一實施例之非接觸式按鍵之觸控模組為超音波觸控模組之示意圖。
圖15係為根據本發明之一實施例之非接觸式按鍵之超音波收發器與第一光源共同整合於相同電路板上之俯視示意圖。
圖16係為根據本發明之一實施例之非接觸式按鍵進一步整合有觸覺回饋模組之示意圖。
圖17係為根據本發明之一實施例之具有複數個非接觸式按鍵之輸入裝置之示意圖。
下文中將描述各種實施例，且所屬技術領域中具有通常知識者在參照說明搭配圖式下，應可輕易理解本發明之精神與原則。然而，雖然在文中會具體說明一些特定實施例，這些實施例僅作為例示性，且於各方面而言皆非視為限制性或窮盡性意義。因此，對於所屬技術領域中具有通常知識者而言， 在不脫離本發明之精神與原則下，對於本發明之各種變化及修改應為顯而易見且可輕易達成的。
參照圖1，根據本發明之一實施例提出一種顯示裝置1，其包含：容置腔100；以及設置於容置腔100內之顯示模組300。另外，進一步參照圖2，根據本發明之又一實施例提出一種非接觸式按鍵10。所述非接觸式按鍵10與上述顯示裝置1相同或類似亦包含：容置腔100；以及設置於容置腔100內之顯示模組300，且相較於顯示裝置1進一步包含觸控模組200。
承上，顯示裝置1與非接觸式按鍵10皆可於容置腔100外之浮空顯示區域M1成像預設浮空影像P1’。例如，可於顯示裝置1與非接觸式按鍵10上之無實體元件設置之空氣或環境中呈現預設浮空影像P1’。另外，在圖2之非接觸式按鍵10進一步設置有觸控模組200之情況下，觸控模組200可配置以於容置腔100外建立浮空觸控區域T1(具體設置將會於下文中相對其他圖式再進一步地詳述)，使得浮空顯示區域M1與浮空觸控區域T1至少部分重疊。例如，根據一實施例，浮空顯示區域M1與浮空觸控區域T1可相對於相同之中心軸線進行設置，且在於俯視方向D1俯視時，浮空顯示區域M1與浮空觸控區域T1可至少部分地重疊。
詳細而言，如圖1及圖2所示，容置腔100可基於例如具有不同構型或細部結構之框架500來界定。然後，顯示裝置1或非接觸式按鍵10之顯示模組300則設置於框架500所界定之容置腔100中，且從底部朝向頂部可依序包含：配置以出射光線L1之第一光源311(出射光線之光源310)；配置以擴散及/或準直由第一光源311出射之光線L1之光學單元320；設置於光學單元320背向第一光源311之一側，並與光學單元320光學對齊之成像單元330；及配置於成像單元330背向第一光源311之一側，並與光學單元320光學對齊之透鏡陣列340。
具體言之，上述第一光源311可為各種光源，例如但不限於發光二極體(LED)、電致發光學單元等。另外，例如但不限於圖2所示，第一光源311可設置於電路板305上且藉由連接單元315連接至電力來源、控制裝置或其他裝置。然而，此僅為示例，且設置可發光之第一光源311之配置及對外連接不限於此。
承上，基於第一光源311出射光線L1，如圖1及圖2所示，光線L1可接著通過光學單元320，且被光學單元320擴散及/或準直，從而再進入成像單元330。在此，舉例而言，所述被光學單元320準直之定義可為：相對於垂直於成像單元330之法線N，光學單元320係配置將通過其中的光線L1以正負10度之角度朝向成像單元330出射。然而，本發明不限於上述例子，且光學單元320可為任何可將第一光源311(或光源310之其他光源)所出射之光線相對原先發射角度更加垂直地入射成像單元330之任何光學單元。或者是，光學單元320可為任何可將第一光源311(或光源310之其他光源)所出射之光線均勻化地入射成像單元330之任何光學單元。
根據一些實施例，光學單元320可為菲涅耳透鏡。然而，本發明不限於此。另外，根據一些實施例，亦可依據所需入射至成像單元330之入射角度來調整設置光學單元320之微結構，或是加入相對應的擴散粒子。
承上，基於光學單元320將光線L1擴散及/或準直，可使得光線L1可以所需之角度進入與光學單元320光學對齊之成像單元330。具體而言，所述成像單元330可具有預設圖樣P1。例如，成像單元330可為具有預設圖樣P1之底片、光罩、或圖層膜片等，但本發明不限於此。承上，光線L1可依據設計之入射角度(依據光學單元320之準直)通過具有設計好之預設圖樣P1之成像單元330。藉此，當光線L1通過成像單元330且進一步進入與光學單元320光學對齊之透鏡陣列340時，透鏡陣列340可聚焦及投射穿過成像單元330之光線L1。然後， 可對應於成像單元330之預設圖樣P1，而於容置腔100外之浮空顯示區域M1成像預設浮空影像P1’。
根據一些實施例，如圖1所示，上述之透鏡陣列340可為單面凸透鏡陣列，且凸面可相對背向成像單元330或朝向成像單元330。另外，根據其他實施例，如圖2所示，透鏡陣列340亦可為雙面凸透鏡陣列。然而，上述皆僅為示例，且本發明不限於此。另外，根據一些實施例，由於需與光學單元320及成像單元330光學對齊，若是透鏡陣列340為雙面凸透鏡陣列之情況下，其雙面對位之精度需<0.1mm。
進一步參照圖3之根據一實施例之透鏡陣列340之放大示意圖。透鏡陣列340可包含沿著實質上平行於成像單元330朝向透鏡陣列340之表面S2之一排列方向d1排列之複數個透鏡單元345。其中，該些透鏡單元345中之各透鏡單元345沿著排列方向d1之尺寸g可介於0.2~1mm之間。
根據一些實施例，製作透鏡陣列340可基於UV印刷、射出成型或熱平壓等製程所製成。
如上所述，如圖1及圖2所示，可設計使得光學單元320、成像單元330及透鏡陣列340相互彼此光學對齊，而使第一光源311所出射之光線L1可通過光學單元320、成像單元330及透鏡陣列340以於容置腔100外之浮空顯示區域M1成像對應於預設圖樣P1之預設浮空影像P1’。藉此，根據本實施例，可基於相對簡化之架構實現預設浮空影像P1’，且因此可更廣泛地應用於各種需進行浮空顯示的場合。此外，根據本實施例，由於其相對簡化之架構，故亦可應用於空間較小或較為限縮的設置位置來進行顯示。
如圖1及圖2所示，根據一些實施例，預設浮空影像P1’、浮空觸控區域T1或其組合實質上平行於成像單元330朝向透鏡陣列340之表面S2之剖面面積可沿著背向顯示模組300之方向漸縮。舉例而言，如圖2所示，預設浮空影 像P1’、浮空觸控區域T1或其組合之外圍輪廓C之切線C1可與實質上垂直於成像單元330朝向透鏡陣列340之表面S2之法線N之間的夾角θ介於85~45度之間。或者是，根據一些實施例，自透鏡陣列340背向成像單元330之一側俯視(亦即自俯視方向D1觀察)，成像單元330之面積可等於或大於預設浮空影像P1’或浮空觸控區域T1之面積。藉此，若此類顯示裝置1或非接觸式按鍵10相鄰設置，所顯示之預設浮空影像P1’或所建立之浮空觸控區域T1可於顯示裝置1或非接觸式按鍵10本身正上方，而減少或避免不同顯示裝置1或非接觸式按鍵10所顯示之預設浮空影像P1’或所建立之浮空觸控區域T1難以辨識、或相互干擾干涉或混雜。因此，可確保每個顯示裝置1或非接觸式按鍵10進行顯示或觸控感應之獨立性和明確性。
另外，如圖1及圖2所示，容置腔100可具有朝向浮空顯示區域M1之開口OP。舉例而言，框架500可具有界定容置腔100之壁體510，且壁體510可界定一開口OP朝向預定之浮空顯示區域M1。承上，為了美觀、防護或其他功能，根據一些實施例，框架500可進一步包含可使光線L1通過的透明蓋板520，以覆蓋容置腔100朝向浮空顯示區域M1之開口OP。然而，上述僅為示例，且本發明可不限於此。
接著，請連同圖1及圖2進一步參照圖4A，根據一些實施例，光源310可進一步包含第一光源311以外的第二光源312。具體而言，顯示模組300可進一步包含與該第一光源311出射不同顏色之光線L2之第二光源312。類似於第一光源311，第二光源312可實質上設置於光學單元320背向成像單元330的一側(例如與第一光源311整合於同一電路板上)。另外，請連同圖1及圖2進一步參照圖4B，第一光源311亦可能為可調整出射光線之顏色之光源(例如第一顏色之光線L1及第二顏色之光線L2)。例如，第一光源311可為可調整RGB比例之光源。承上，依據圖4A及圖4B，可在具有預設圖樣P1之成像單元330之設計固定下，依據需求來調整需透過成像單元330投射顯示之預設浮空影像之顏色。例如，可 在白天或夜晚呈現不同色彩之相同預設浮空影像；或者是，可於進行操作時相對操作而進行預設浮空影像之色彩之切換等。
舉例而言，如圖4A所示之態樣，進一步參照圖5，在基於第一光源311出射光線L1而顯示預設浮空影像P1’下，若觸控操作被確認(例如浮空觸控區域T1被碰觸)，則顯示模組300可關閉第一光源311，並改為由第二光源312出射光線L2，從而以於容置腔100外成像與預設浮空影像P1’為不同顏色之對應於預設圖樣P1之回饋浮空影像P1”。或者是，如圖4B所示之態樣，進一步參照圖5，在基於第一光源311出射光線L1而顯示預設浮空影像P1’下，若觸控操作被確認(例如浮空觸控區域T1被碰觸)，則顯示模組300可切換由第一光源311出射之光線之顏色(光線L2)，從而以於容置腔100外成像與預設浮空影像P1’為不同顏色之對應於預設圖樣P1之回饋浮空影像P1”。藉此，使用者可基於預設浮空影像P1’轉換為顏色不同之回饋浮空影像P1”而確認操作已執行，從而改善操作的回饋感及可靠性。
承上，根據本發明之不同實施例可應用切換出射光線L1及L2之數量、情境和實施態樣都不限於上述所具體陳述的例子。例如，根據一些實施例，亦可能設置複數個第一光源311、第二光源312。或者是，可設置第一光源311、第二光源312以外的其他顏色光源，或進一步同時使第一光源311及第二光源312發光，從而實現更多變化。承上，此些變化應皆涵蓋於本發明之範疇。
如上所述，由圖1所示之顯示裝置1或圖2所示之非接觸式按鍵10，可在容置腔100外之浮空顯示區域M1成像預設浮空影像P1’對應於成像單元330之預設圖樣P1。舉例而言，根據一實施例，圖6A示出成像單元330所具有之預設圖樣P1的實際照片，圖6B則示出透過預設圖樣P1而投射之預設浮空影像P1’的實際照片(以圖1及圖2之俯視方向D1俯視)，且圖6C示出透過預設圖樣P1而投射之預設浮空影像P1’的實際照片(以圖1及圖2之側視方向D2斜側視)。承上，預 設圖樣P1係根據最後設計之預設浮空影像P1’，並考量光學對齊之光學單元320、成像單元330及透鏡陣列340之光學效果而設計。因此，根據一些實施例，在直接觀察下，預設圖樣P1可能與最後透過預設圖樣P1而投射出之預設浮空影像P1’之表面觀察形貌並不相同。例如，預設圖樣P1可為靜態之二維圖像，且最後呈現之預設浮空影像P1’可為靜態之三維圖像等。承上，基於本實施例，由於預設圖樣P1為固定之靜態二維圖像，且光線經過光學對齊之光學單元320、成像單元330及透鏡陣列340之作用而轉換投射於空間中不同位點，故可建立相對穩定，解析度高且以多角度觀看皆可呈現為立體圖像之裸視三維效果。
根據一些實施例，預設浮空影像P1’可例如為裸視三維影像。例如，如圖6D所示，裸視三維影像可為呈現浮空立體按鍵600之影像，且從至少兩個以上之不同角度觀看皆可看見立體呈現效果。承上，在此情況下，若設置有觸控模組200且建立有與預設浮空影像P1’重疊之浮空觸控區域T1，則觸控感應對象50(例如手或觸控筆)可進一步藉由觸碰或按壓浮空立體按鍵600來進行操作。
下文中，將進一步說明可實現如圖2所示之非接觸式按鍵10之觸控模組200的例示性具體態樣。
承上，根據本發明之一實施例，類似於圖2所示之非接觸式按鍵10，圖7示出一種觸控模組200為紅外線觸控模組210之非接觸式按鍵11。具體而言，紅外線觸控模組210可包含；紅外線產生器212及紅外線接收器214。其中，紅外線產生器212及紅外線接收器214可分別對應於浮空顯示區域M1兩側而設置於浮空顯示區域M1與顯示模組300之間，且分別配置以傾斜而朝向預定之浮空觸控區域T1出射紅外線R1或接收紅外線R2。例如，紅外線觸控模組210可設置於顯示模組300上方2~30mm處，且使紅外線產生器212及紅外線接收器214相互呈 現一夾角，使得建立的紅外線感應範圍涵蓋浮空觸控區域T1。藉此，可基於紅外線來建立可被觸控感應之浮空觸控區域T1。
在此，為了使圖式簡潔而未明確繪出浮空顯示區域M1及浮空觸控區域T1之範圍輪廓，且其可能態樣請參照前述圖式。另外，根據一些實施例，上文及下文中所述之態樣中，浮空顯示區域M1可建立於容置腔100上方之0~10cm之間。例如，如圖7所示，浮空顯示區域M1可建立於浮空顯示區域範圍M1’之高度之內。另外，根據一些實施例，浮空觸控區域T1可建立於容置腔100上方之0~20cm之間。例如，如圖7所示，浮空觸控區域T1可建立於浮空觸控區域範圍T1’之高度之內。然而，上述皆僅為示例，且本發明不限於此。
為了使發射紅外線R1及接收紅外線R2可不受到阻礙，根據一些實施例，可將紅外線產生器212及紅外線接收器214設置於框架500之上，或者是在框架500對應紅外線產生器212及紅外線接收器214之不透明部分開通開孔，使得發射紅外線R1及接收紅外線R2更為順利。若框架500為透明材料或紅外線穿透材料，則可不需開孔。承上，當從俯視方向D1俯視觀察時，可呈現預設浮空影像P1’之浮空顯示區域M1及/或浮空觸控區域T1相對於紅外線產生器212及紅外線接收器214之配置可例如圖8所示。然而，上述設置紅外線產生器212及紅外線接收器214之位置及方式皆僅為示例，且本發明不限於此。另外，未於本態樣中詳細說明的細節可例如與上述實施例相同或類似，或可另外在不衝突核心技術原則下進行自由變化，且在此將不再進行贅述。
接下來，根據本發明之又一實施例，類似於圖2所示之非接觸式按鍵10，圖9及圖10分別示出一種觸控模組200為電容式觸控模組220之非接觸式按鍵12、12’。具體而言，電容式觸控模組220可包含；電容觸控線路225。電容觸控線路225可至少分別對應於浮空顯示區域M1兩側而設置於浮空顯示區域M1 與顯示模組300之間。藉此，可基於設置於不同位置之電容觸控線路225彼此之電容偶合，而在容置腔100之中央上方來建立可被觸控感應之浮空觸控區域T1。
根據一些實施例，如圖9所示，所述電容觸控線路225可建構設置於框架500之上。例如，可使用額外之電路板(未示出)而設置於界定容置腔100之壁體510之上，且從而設置於浮空顯示區域M1與顯示模組300之間並在容置腔100之中央上方來建立可被觸控感應之浮空觸控區域T1。進一步，當框架500進一步包含配置以覆蓋容置腔100朝向浮空顯示區域M1之開口的透明蓋板520時，若透明蓋板520相對覆蓋或保護電容觸控線路225，則透明蓋板520對應於電容觸控線路225背向顯示模組300之一側亦可選擇性設置有一遮蔽圖樣B1。藉此，可減少或避免電容觸控線路225被察知，從而改善了整體非接觸式按鍵12的美觀性或完整性。然而，上述僅為示例，且亦可能不設置透明蓋板520或不設置對應於電容觸控線路225之遮蔽圖樣B1。另外，可使用透明導電材料製作電容觸控線路225，如氧化銦錫(ITO)、高分子導電材料(PEDOT：PSS)、奈米碳管(CNT)等。此外，可將電容觸控線路225製作於浮空顯示區域M1內，從而使浮空顯示區域M1與浮空觸控區域T1相重疊。
另外，如圖10所示，根據又一些實施例，當框架500進一步包含配置以覆蓋容置腔100朝向浮空顯示區域M1之開口的透明蓋板520時，該電容觸控線路225亦可直接藉由模內電子(in-mold electronics,IME)方式與該透明蓋板520一起製作而射出成型，且從而設置於浮空顯示區域M1與顯示模組300之間並在容置腔100之中央上方來建立可被觸控感應之浮空觸控區域T1。類似的，在此態樣中，透明蓋板520對應於電容觸控線路225背向顯示模組300之一側亦可選擇性設置有一遮蔽圖樣B1。例如，可以模內電子(IME)方式進行薄膜印刷或黑框印刷來設置遮蔽圖樣B1。藉此，可減少或避免電容觸控線路225被察知，從而改善 了整體非接觸式按鍵12’的美觀性或完整性。然而，上述僅為示例，且亦可能不設置對應於電容觸控線路225之遮蔽圖樣B1。
根據圖10所示之態樣，電容觸控線路225與透明蓋板520係整合製作而設置，故可在建立浮空觸控區域T1下減少可能需設置之元件或裝置的數量。因此，可進一步改善整體裝置的一體性並減少整體裝置的佔據空間、厚度及重量，從而提升了裝置的外觀美感度及/或簡潔度，且可更適用於應用於設置空間較小的場合或各種習知較難以應用浮空觸控的應用領域。
承上，根據圖9及圖10所示之態樣，當從俯視方向D1俯視觀察時，可呈現預設浮空影像P1’之浮空顯示區域M1及/或浮空觸控區域T1相對於電容觸控線路225之配置可例如圖11所示。然而，上述設置電容觸控線路225之位置及方式皆僅為示例，且本發明不限於此。另外，未於本態樣中詳細說明的細節可例如與上述實施例相同或類似，或可另外在不衝突核心技術原則下進行自由變化，且在此將不再贅述。
接著，根據本發明之再一實施例，類似於圖2所示之非接觸式按鍵10，圖12示出一種觸控模組200為超音波觸控模組230之非接觸式按鍵13。具體而言，超音波觸控模組230可包含；超音波收發器235。超音波收發器235可設置於浮空顯示區域M1與顯示模組300之間。藉此，可基於超音波收發器235在容置腔100之中央上方來建立可被觸控感應之浮空觸控區域T1。
根據一些實施例，如圖12所示，超音波收發器235可直接設置於容置腔100中。例如，超音波收發器235可設置於顯示模組300上方，且以一角度傾斜地設置以朝著預定之浮空觸控區域T1發射/接收超音波。藉此，可減少或避免在容置腔100兩邊方向增加突出設置之裝置或組件，進而減少容置腔100兩邊需占用之設置空間。
承上，根據圖12所示之態樣，當從俯視方向D1俯視觀察時，可呈現預設浮空影像P1’之浮空顯示區域M1及/或浮空觸控區域T1相對於超音波收發器235之配置可例如圖13所示。
另外，根據一些實施例，如圖14所示之觸控模組200為超音波觸控模組230之非接觸式按鍵13’，設置於容置腔100中之超音波收發器235亦可直接設置於光學單元320背向成像單元330之一側。例如，參照圖15由俯視方向D1俯視觀察圖14之非接觸式按鍵13’之超音波收發器235、第一光源311及電路板305之相對配置示意圖，超音波收發器235可與第一光源311整合設置於相同之電路板305上而使收發超音波透過層疊架構後進行浮空觸控感應。藉此，可再進一步簡化或縮小整體結構之設置及體積。
應注意的是，上述設置超音波收發器235之位置及方式皆僅為示例，且本發明不限於此。另外，未於本態樣中詳細說明的細節可例如與上述實施例相同或類似，或可另外在不衝突核心技術原則下進行自由變化，且在此將不再贅述。
接著，請參照圖16，根據一些實施例之非接觸式按鍵14可應用如上所述之各種實施例來設置浮空顯示模組300及浮空觸控模組200。進一步，非接觸式按鍵14可進一步包含觸覺回饋模組350。所述觸覺回饋模組350可配置以在浮空觸控區域T1被碰觸時產生觸覺回饋效果E。例如，可基於氣體噴射方式、氣體漩渦方式、超音波聲輻射力方式、聚焦超音波方式等任何習知或未來開發之方式來整合觸覺回饋模組350與浮空顯示模組300及浮空觸控模組200，從而在浮空觸控區域T1被碰觸時產生觸覺回饋效果E。承上，基於觸覺回饋效果E，可使得操作者進一步於觸控時獲得實際感官之觸覺回饋，從而改善了使用者體驗之層次，並提升了操作之可靠性。
類似於上述觸控模組200，觸覺回饋模組350所產生之觸覺回饋效果E之範圍亦可能與浮空顯示區域M1與浮空觸控區域T1相對於相同之中心軸線進行設置。
如圖16所示，上述之用於產生觸覺回饋效果E之觸覺回饋模組350亦可類似地與第一光源311一同整合設置於電路板305上，從而簡化並整合不同模組使得整體非接觸式按鍵14可進一步減少所佔據之空間。
承上所述，根據一些實施例，當上述浮空觸控模組200係為超音波觸控模組230時，該超音波觸控模組230亦可配置以進一步在浮空觸控區域T1被碰觸時產生一觸覺回饋效果E。因此，可毋需再進一步設置觸覺回饋模組350即可實現觸覺回饋效果E。
進一步，根據本發明之一些實施例，由於電子配置可相容現有習知之開關模組之外型及電性訊號，故現有習知之開關模組可較輕易地改造為如上文所述之顯示裝置1或各非接觸式按鍵(例如非接觸式按鍵11、12、12’、13、13’、14)。
另外，由於上文所述之顯示裝置1或各非接觸式按鍵(例如非接觸式按鍵11、12、12’、13、13’、14)可不使用液晶顯示面板、有機發光顯示面板等複雜且龐大之裝置以進行成像，且設置浮空顯示及浮空觸控時限制了浮空顯示區域M1與浮空觸控區域T1向相鄰的其他非接觸式按鍵(例如非接觸式按鍵11、12、12’、13、13’、14)之方向發散，故亦可輕易地整合為相鄰排列設置之按鍵陣列而作為更複雜且精細的輸入裝置。
舉例而言，請參照圖17，根據本發明之一實施例提出一種輸入裝置1000。所述輸入裝置1000可具有複數個非接觸式按鍵15相鄰排列設置之按鍵陣列MX。承上，各非接觸式按鍵15之架構可各別相同或類似於上述非接觸式按鍵11、12、12’、13、13’、14之架構。因此，輸入裝置1000可於相鄰非接觸式按 鍵15之間不互相干擾下建立各別之預設浮空影像P1’及浮空觸控區域T1，且可讓操作者在不接觸實體物件下辨識並執行動作(例如碰觸或按壓)以進行輸入操作。藉此，可減少或避免衛生問題以及病原體交叉傳染的風險性，並可減少磨損而提升輸入裝置1000之使用壽命。進一步，由於各別非接觸式按鍵15係以簡化架構設置且各別獨立，在任一非接觸式按鍵15損壞的情況下，亦可較為容易地針對各別非接觸式按鍵15進行維修或更換，從而減少了維護的成本及困難性。
如上述，非接觸式按鍵15及輸入裝置1000可應用於各種輸入系統作為輸入用途。特別是，可應用於需求排列配置多個按鍵且對於精準度有較高需求的輸入場合或系統。例如，可用於開放大眾使用之電梯操作面板、ATM機台、自動門按鈕、售票機、取票機等，以讓不定的複數人使用。
綜上所述，根據本發明之各實施例之顯示裝置、非接觸式按鍵及輸入裝置，可於浮空位置成像預設浮空影像以供辨識。進一步，亦可能進一步搭配觸控產生裝置或其他裝置以實現浮空觸控及對應的非接觸式操作功能。承上，根據本發明之各實施例之顯示裝置、非接觸式按鍵及輸入裝置，由於成像架構之簡化，故可更易於整合適用於現存之各種顯示單元及按鍵單元中，從而提升浮空顯示、浮空觸控及浮空輸入的實施性、泛用性及可靠性。
上文中所述僅為本發明之一些較佳實施例。應注意的是，在不脫離本發明之精神與原則下，本發明可進行各種變化及修改。所屬技術領域中具有通常知識者應明瞭的是，本發明由所附申請專利範圍所界定，且在符合本發明之意旨下，各種可能置換、組合、修飾及轉用等變化皆不超出本發明由所附申請專利範圍所界定之範疇。
1:顯示裝置
100:容置腔
300:顯示模組
310:光源
311:第一光源
320:光學單元
330:成像單元
340:透鏡陣列
500:框架
L1:光線
P1:預設圖樣
P1’:預設浮空影像
M1:浮空顯示區域
N:法線
D1:俯視方向
D2:側視方向
S1、S2:表面
OP:開口

Claims (24)

  1. 一種非接觸式按鍵，其包含： 一框架，包含一容置腔； 一觸控模組；以及 一顯示模組，設置於該容置腔內；其中，該顯示模組包含： 一第一光源，出射一光線、 一光學單元、 一成像單元，設置於該光學單元背向該第一光源之一側，且具有一預設圖樣、及 一透鏡陣列，配置於該成像單元背向該第一光源之一側； 其中，對應於該預設圖樣，該第一光源所出射之光線通過該光學單元、該成像單元及該透鏡陣列以於該容置腔外之一浮空顯示區域成像一預設浮空影像，且 其中，該觸控模組配置以於該容置腔外建立一浮空觸控區域，使得該浮空顯示區域與該浮空觸控區域至少部分重疊。
  2. 如請求項1所述之非接觸式按鍵，其中，該第一光源為LED。
  3. 如請求項1所述之非接觸式按鍵，其中，該顯示模組進一步包含與該第一光源出射不同顏色之光線之一第二光源，且該第二光源設置於該光學單元背向該成像單元的一側，且， 其中，在基於該第一光源出射光線而顯示該預設浮空影像下，若該浮空觸控區域被碰觸，則該顯示模組關閉該第一光源，並改為由該第二光源出射光線 ，從而以於該容置腔外成像與該預設浮空影像為不同顏色之對應於該預設圖樣之一回饋浮空影像。
  4. 如請求項1所述之非接觸式按鍵，其中，該第一光源係為可調整出射光線之顏色之光源，且， 其中，在基於該第一光源出射光線而顯示該預設浮空影像下，若該浮空觸控區域被碰觸，則該顯示模組切換由該第一光源出射之光線之顏色 ，從而以於該容置腔外成像與該預設浮空影像為不同顏色之對應於該預設圖樣之一回饋浮空影像。
  5. 如請求項1所述之非接觸式按鍵，其中，該光學單元為一菲涅耳透鏡。
  6. 如請求項1所述之非接觸式按鍵，其中，該成像單元為一底片、一光罩、或一圖層膜片。
  7. 如請求項1所述之非接觸式按鍵，其中，該透鏡陣列為一單面凸透鏡陣列或一雙面凸透鏡陣列。
  8. 如請求項1所述之非接觸式按鍵，其中，該透鏡陣列包含沿著實質上平行於該成像單元朝向該透鏡陣列之表面之一排列方向排列之複數個透鏡單元，且該些透鏡單元中之各透鏡單元沿著該排列方向之尺寸介於0.2~1mm之間。
  9. 如請求項1所述之非接觸式按鍵，其中，該觸控模組為一紅外線觸控模組，且包含： 一紅外線產生器及一紅外線接收器，分別對應於該浮空顯示區域兩側而設置於該浮空顯示區域與該顯示模組之間，且分別配置以傾斜而朝向該浮空觸控區域出射或接收紅外線。
  10. 如請求項1所述之非接觸式按鍵，其中，該觸控模組為一電容式觸控模組，且包含： 一電容觸控線路，至少分別對應於該浮空顯示區域兩側而設置於該浮空顯示區域與該顯示模組之間。
  11. 如請求項10所述之非接觸式按鍵，其進一步包含配置以覆蓋該容置腔朝向該浮空顯示區域之一開口的一透明蓋板，且， 其中，該透明蓋板對應於該電容觸控線路背向該顯示模組之一側設置有一遮蔽圖樣。
  12. 如請求項10所述之非接觸式按鍵，其進一步包含配置以覆蓋該容置腔朝向該浮空顯示區域之一開口的一透明蓋板，且， 其中，該電容觸控線路係藉由一模內電子方式與該透明蓋板一起製作而射出成型。
  13. 如請求項1所述之非接觸式按鍵，其中，該觸控模組為一超音波觸控模組，且包含： 一超音波收發器，設置於該浮空顯示區域與該顯示模組之間。
  14. 如請求項13所述之非接觸式按鍵，其中，該超音波收發器設置於該容置腔中。
  15. 如請求項1所述之非接觸式按鍵，其中，該觸控模組為一超音波觸控模組，且包含： 一超音波收發器，設置於該光學單元背向該成像單元之一側。
  16. 如請求項1所述之非接觸式按鍵，其進一步包含一觸覺回饋模組，配置以在該浮空觸控區域被碰觸時產生一觸覺回饋效果。
  17. 如請求項1所述之非接觸式按鍵，其中，該觸控模組為一超音波觸控模組，且該超音波觸控模組配置以進一步在該浮空觸控區域被碰觸時產生一觸覺回饋效果。
  18. 如請求項1所述之非接觸式按鍵，其中，該預設浮空影像、該浮空觸控區域或其組合實質上平行於該成像單元朝向該透鏡陣列之表面之剖面面積係沿著背向該顯示模組之方向漸縮。
  19. 如請求項1所述之非接觸式按鍵，其中，該預設浮空影像、該浮空觸控區域或其組合之外圍輪廓之切線與實質上垂直於該成像單元朝向該透鏡陣列之表面之法線之間的夾角介於85~45度之間。
  20. 如請求項1所述之非接觸式按鍵，其中，自該透鏡陣列背向該成像單元之一側俯視，則該成像單元之面積等於或大於該預設浮空影像之面積。
  21. 如請求項1所述之非接觸式按鍵，其中，該預設浮空影像為一裸視三維影像。
  22. 如請求項21所述之非接觸式按鍵，其中，該裸視三維影像為呈現一浮空立體按鍵之影像。
  23. 一種輸入裝置，其具有複數個如請求項1所述之非接觸式按鍵相鄰排列設置之按鍵陣列。
  24. 一種顯示裝置，其包含： 一容置腔；以及 一顯示模組，設置於該容置腔內；其中，該顯示模組包含： 一第一光源，出射一光線、 一光學單元、 一成像單元，設置於該光學單元背向該第一光源之一側，且具有一預設圖樣、及 一透鏡陣列，配置於該成像單元背向該第一光源之一側； 其中，對應於該預設圖樣，該第一光源所出射之光線通過該光學單元、該成像單元及該透鏡陣列以於該容置腔外之一浮空顯示區域成像一預設浮空影像。
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