TWI394070B - 光學裝置 - Google Patents

Description

光學裝置

本發明是有關於一種光學裝置，且特別是有關於一種偵測一物件位置的光學偵測裝置。

隨著電腦科技、可攜式電子產品以及平面顯示器的蓬勃發展，觸控輸入或手寫輸入技術的需求也日益受到重視。

傳統的觸控技術包括多種不同類型，其中一類為電阻式或電容式觸控螢幕。電阻式或電容式觸控技術是在顯示器的顯示面上方設置兩層彼此分離的薄層，兩薄層內側塗佈有導電物質。當一物件壓觸外部的薄層並使兩薄層相接觸時，藉由計算兩薄層電阻或電容的變化而得出接觸點的位置。但上述電阻式或電容式觸控技術會造成螢幕之光線穿透率降低且耐久性不佳。

第二種常用的觸控技術是利用紅外線感應觸控螢幕。紅外線感應觸控螢幕技術是在顯示器的顯示面四週設置複數個紅外線發光源以及複數個相對應的紅外線接收器，且紅外線發光源與紅外線接收器是一對一的關係。當一物件出現在顯示器的顯示面時，此物件遮蔽對應位置上的紅外線接收器的光線，藉由分析複數紅外線接收器的光線而決定此物件的位置。但傳統的紅外線觸控技術，紅外線發光源與紅外線接收器是相對配置，若要得到較佳的解析度，必須同時設置更多的紅外線發光源與接收器。因此，在需要高解析度的觸控螢幕中，傳統的紅外線感應觸技術受到很大限制。

本發明之一態樣係提供一種光學裝置，俾能偵測一物件之位置，且具微型化之優點。此光學裝置包含一雷射二極體、一準直鏡片、一第一光學透鏡、一第二光學透鏡以及一感測元件。雷射二極體係用以發射一紅外光。準直鏡片配置成可接收並轉換該紅外光為一準直光束。第一光學透鏡配置成可接收並轉換該準直光束為一平面光，上述雷射二極體、準直鏡片與第一光學透鏡係位在同一光徑上。第二光學透鏡，配置在與該第一光學透鏡平行處，用以接收經一物件反射之該平面光。感測元件配置成可接收並偵測經由該第二光學透鏡投射至該感測元件上之該反射平面光。

根據本發明一實施例，上述之光學裝置更包括有一基座，此基座包含一發射腔、一感測腔以及一阻隔壁，且該發射腔與該感測腔共用該阻隔壁；其中該準直鏡片及該第一光學透鏡配置在該發射腔中，且該第二光學透鏡及該感測元件配置在該感測腔中。

根據本發明另一實施例，上述之光學裝置更包括有一濾光元件，配置於該第二光學透鏡與該感測元件之間。

根據本發明又一實施例，上述之光學裝置更包括有一導光元件，配置於該光徑上介於該雷射二極體與該準直鏡片之間，以將該紅外光反射向該準直鏡片。

由上述本發明實施方式可知，將光源、感測元件及各光學鏡組整合在一模組中，能使上述之光學裝置應用在各種領域，例如應用於觸控面板。再者，本揭露之光學裝置具有較小的體積，非常適合應用在各種可攜式的電子產品中。

請參照第1圖及第2圖，第1圖為本發明一實施方式之光學裝置的分解圖，第2圖為本發明一實施方式之光學裝置的立體圖。光學裝置100主要包括雷射二極體110、準直鏡片120、第一光學透鏡130、第二光學透鏡140、以及感測元件150。

雷射二極體110用以發射一紅外光。在一實施例中，雷射二極體110所發射之紅外光的波長介於約780奈米至約850奈米之間；例如，可為波長780、808或850奈米的紅外光。在其他實施例中，雷射二極體110可為一法布里-伯羅水平共振腔雷射二極體(Fabry-Perot horizontal cavity laser diode)、垂直共振腔雷射二極體或其他種類的雷射二極體。

準直鏡片120配置成可接收射二極體110所發射之紅外光，且將此紅外光轉換為一準直光束。在一實施例中，雷射二極體110所發射出之紅外光為具有一發散角度的非平行光束。此非平行的紅外光束穿透準直鏡片120後，可轉變為一具有高指向性的準直光束，並由準直鏡片120之一側發射出此準直光束。

在一特定實施例中，光學裝置100包括有一導光元件180，用以將將雷射二極體110所發射的紅外光引導向準直鏡片120。在一實施例中，導光元件180配置於雷射二極體110與準直鏡片120之間的光學路徑上，而引導紅外光指向準直鏡片120。在一實施例中，導光元件180為一反射鏡，例如可為一鍍銀反射鏡、鍍汞反射鏡、鍍鋁反射鏡或鍍鉻反射層鏡。在其他實施例中，導光元件180可為一菱鏡組或一光纖束。

請參照第3圖，其為本發明一實施例之光學路徑示意圖。第一光學透鏡130配置成可接收準直光束122，並將準直光束122轉換為一平面光134(sheet of light)。且雷射二極體110、準直鏡片120與第一光學透鏡130係位在同一光徑(optical path)上。在一實施例中，第一光學透鏡130為一線光源鏡片例如一柱狀鏡片或波浪鏡，且配置於準直鏡片120之一側。當準直光束122穿透第一光學透鏡130後，準直光束122轉變為一平面光134，並由第一光學透鏡130之出光面132發射出平面光134。如第3圖所示，在一實施例中，此平面光134具有一大於90度的平面發散角θ。例如，平面發散角θ可為約100度、約120度、約140度或約160度。

第二光學透鏡140配置在與第一光學透鏡130大致平行之處，用以接收經一物件190反射之反射光。如第3圖所示，當一物件190出現在平面光134涵蓋的範圍內時，平面光134照射到物件190，物件190表面將會反射平面光134。經物件190反射後的平面光136可進入第二光學透鏡140，最後成像在感測元件150上。在一實施例中，第二光學透鏡140為一成像鏡頭。在另一實施例中，第二光學透鏡140為一廣角鏡，且具有一收光角度α為大於約90度。例如，收光角度α可為90度、100度、120度或140度。

感測元件150配置成可接收並偵測經由第二光學透鏡140投射至感測元件150上的反射平面光136。請參照第3圖，第二光學透鏡140將由物件190反射的平面光投射至感測元件150，並在感測元件150上成像。當物件190處在不同位置時，由物件190反射之平面光136將投射到感測元件150的不同位置。藉由分析感測元件150所偵測到的訊號，可估算物件190的位置。在一實施例中，感測元件150的感測面156垂直於第二光學透鏡140的光軸A(optical axis)。請再參照第1圖，在一實施例中，感測元件150包括感測器陣列152以及電路板154。感測器陣列152與電路板154電性連接，並經由電路板154將感測器陣列152所偵測到的訊號傳送到一外部電路進行分析。在又一實施例中，感測元件150的控制電路、訊號傳輸電路以及訊號分析電路整合在電路板154中。在其他實施例中，感測器陣列152可包括一接觸式影像感測器、一互補式金屬氧半導體線性光感測器、或一線性電荷耦合光感測器。

請再參照第2圖，在一特定實施例中，光學裝置100包括有基座160。基座T60包含第一側壁165、第二側壁167以及阻隔壁166。第一側壁165與阻隔壁166之間形成發射腔162，第二側壁167與阻隔壁166之間形成感測腔164。發射腔162與感測腔164共用阻隔壁166。準直鏡片120及第一光學透鏡130配置在發射腔164中，而第二光學透鏡140及感測元件150配置在感測腔164中。阻隔壁166將發射腔162的光學元件(例如，準直鏡片120及第一光學透鏡130)與感測腔164的光學元件(例如，第二光學透鏡140及感測元件150)隔離，以避免感測元件150受其他光學元件的干擾。再者，發射腔162與感測腔164共用阻隔壁166，縮小整體光學裝置100的體積。

請再參照第3圖，在一特定實施例中，光學裝置100包括有濾光元件170。濾光元件170可配置於第二光學透鏡140與感測元件150之間，用以過濾進入第二光學透鏡140的環境光線。例如，環境中的可見光可能經由各種光學路徑而進入第二光學透鏡140，並投射至感測元件150。因此，設置濾光元件170可避免環境光線干擾感測元件150。在一實施例中，該濾光元件170係阻止可見光通過。在另一實施例中，濾光元件170為一紅外線帶通濾光元件。

由上述本發明實施方式可知，將光源、感測元件及各光學鏡組整合在一模組中，使得本揭露之光學裝置可方便地應用在各種領域，例如應用於觸控面板。再者，本揭露之光學裝置具有較小的體積，很適合應用在各種可攜式的電子產品中。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．光學裝置

110．．．雷射二極體

120．．．準直鏡片

122．．．準直光束

130．．．第一光學透鏡

132．．．第一光學透鏡之出光面

134．．．平面光

136．．．反射平面光

140．．．第二光學透鏡

150．．．感測元件

152．．．感測器陣列

154．．．電路板

156．．．感測面

160．．．基座

162．．．發射腔

164．．．感測腔

165．．．第一側壁

166．．．阻隔壁

167．．．第二側壁

170．．．濾光元件

180．．．導光元件

190．．．物件

A．．．光軸

θ．．．平面發散角

α．．．收光角度

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖係繪示本發明一實施方式之光學裝置的分解圖。

第2圖係繪示發明一實施方式之光學裝置的立體圖。

第3圖係繪示本發明一實施例之光學路徑示意圖。

110．．．雷射二極體

120．．．準直鏡片

122．．．準直光束

130．．．第一光學透鏡

132．．．第一光學透鏡之出光面

134．．．平面光

136．．．反射平面光

140．．．第二光學透鏡

150．．．感測元件

156．．．感測面

170．．．濾光元件

180．．．導光元件

190．．．物件

A．．．光軸

θ．．．平面發散角

α．．．收光角度

Claims (12)

1. 一種光學裝置，包括：一雷射二極體，適以發射一紅外光；一準直鏡片，配置成可接收並轉換該紅外光為一準直光束；一第一光學透鏡，配置成可接收並轉換該準直光束為一平面光，其中該雷射二極體、該準直鏡片以及該第一光學透鏡係位在同一光徑上；一第二光學透鏡，配置在與該第一光學透鏡平行處，用以接收經一物件反射之該平面光；以及一感測元件，配置成可接收並偵測經由該第二光學透鏡投射至該感測元件上之該反射平面光。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，更包括有一基座，該基座包含一發射腔、一感測腔以及一阻隔壁，且該發射腔與該感測腔共用該阻隔壁，其中該準直鏡片及該第一光學透鏡配置在該發射腔中，且該第二光學透鏡及該感測元件配置在該感測腔中。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，更包括有一濾光元件配置於該第二光學透鏡與該感測元件之間。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光學裝置，其中該濾光元件係為一紅外線帶通濾光元件。
5. 如申請專利範圍第3項所述之光學裝置，其中該濾光元件係阻止可見光通過。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，更包括有一導光元件，配置於該光徑上介於該雷射二極體與該準直鏡片之間，以將該紅外光反射向該準直鏡片。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光學裝置，其中該導光元件為一反射鏡。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該感測元件包括：一感測器陣列；以及一電路板，電性連接該感測器陣列，以將該感測器陣列所感測到之訊號傳送到一外部電路。
9. 如申請專利範圍第8項所述之光學裝置，其中該感測器陣列包括一接觸式影像感測器、一互補式金屬氧半導體線性光感測器、或一線性電荷耦合光感測器。
10. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該第一光學透鏡為一線光源鏡片或一柱狀鏡片。
11. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該第二光學透鏡為一廣角鏡，且具有一收光角度為大於90度。
12. 如申請專利範圍第1項所述之光學裝置，其中該雷射二極體可為一法布里-伯羅水平共振腔雷射二極體或一垂直共振腔雷射二極體。