TWI543045B - 觸控裝置和觸控投影系統 - Google Patents

Description

觸控裝置和觸控投影系統

本發明是有關於一種觸控裝置和觸控投影系統，且特別是有關於一種光學式觸控裝置和光學式觸控投影系統。

包括觸控裝置的電子產品具有使用方便的特性，因此觸控裝置已成為目前電子產品中不可獲缺的重要元件之一。以操作原理來區分，習知的觸控裝置可分為電容式、電阻式、光學式三大種類。以光學式觸控裝置為例，習知的光學式觸控裝置包括發光元件、導光板以及紅外線影像擷取裝置。當使用者未觸碰光學式觸控裝置時，發光元件所發出的紅外線光束會被侷限在導光板中，而紅外線影像擷取裝置不會偵測到來自發光元件的紅外線光束。當使用者觸碰光學式觸控裝置時，紅外線光束在導光板中的全反射會被破壞。此時，紅外線光束會被使用者的手指反射，進而傳遞到紅外線影像擷取裝置中。習知的光學式觸控裝置透過分析紅外線影像擷取裝置所擷取到的紅外線影像便可判斷出使用者觸碰的位置。然而，當習知的光學式觸控裝置運用在戶外時，環境光束中的紅外線成份會穿過導光板而傳遞至紅外線影像擷取裝置中，而使得習知光學式觸控裝置的可靠度及靈敏度下降。

美國專利公開第20100302210號揭露了一種觸控螢幕裝置，其包括紅外線光源、導光板、可曲折的受挫層(Frustrating layer)、影像感測器以及投影源。美國專利公開第20080179507號揭露了一種多點觸控感應裝置，其包括可曲層、導光板、紅外線光源、影像感測器以及投影機。美國專利公開第20080284925號揭露了一種多點觸控感應裝置，其包括紅外線發射器、導光板，包覆層、紅外線過濾層以及液晶顯示面板。

本發明提供一種觸控裝置，其可靠度高。

本發明提供一種觸控投影系統，其可靠度高。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為連上述的一或部份或全部目的或是其他目的，本發明的一實施例提出一種觸控裝置，其包括導光元件、發光元件、不可見光過濾層以及不可見光偵測器。導光元件具有至少一入光面以及與入光面連接的第一表面。發光元件配置於入光面旁且用於發出不可見光束。不可見光束自入光面進入導光元件並在導光元件中傳遞。不可見光過濾層與第一表面緊密接觸，並對應第一表面的大小，用以阻擋外界環境光束進入觸控裝置，其中外界環境光束具有波長範圍，波長範圍實質上對應不可見光束的波長範圍，導光元件配置於不可見光過濾層與不可見光偵測器之間。

本發明的另一實施例提出一種觸控投影系統，其包括投影單元、螢幕以及上述的觸控裝置。投影單元適用於提供影像光束。螢幕適用於接收影像光束。觸控裝置配置於影像光束的傳遞路徑上。

在本發明的一實施例中，上述的螢幕配置於投影單元與導光元件之間。

在本發明的一實施例中，上述的不可見光過濾層配置於投影單元與螢幕之間。

在本發明的一實施例中，上述的螢幕具有可撓性。

在本發明的一實施例中，上述的螢幕具有相對的第二表面與第三表面。第三表面位於導光元件與第二表面之間。第三表面為粗糙表面。

在本發明的一實施例中，上述的螢幕具有相對的第二表面與第三表面。第二表面位於不可見光過濾層與第三表面之間。第二表面具有複數個朝不可見光過濾層凸起的微結構。螢幕透過凸起的微結構承靠於不可見光過濾層上。

在本發明的一實施例中，上述的不可見光束為紅外線光束，而不可見光偵測器為紅外線影像擷取裝置。

在本發明的一實施例中，上述的不可見光過濾層由複數個光學薄膜堆疊而成。

在本發明的一實施例中，上述的觸控裝置更包括至少一遮光元件。遮光元件配置於第一表面的邊緣。不可見光過濾層配置於遮光元件與第一表面之間。

在本發明的一實施例中，上述的觸控裝置更包括可撓性透光基板。不可見光過濾層配置於可撓性透光基板與第一表面之間。

在本發明的一實施例中，上述的導光元件以及不可見光過濾層呈彎曲狀。

基於上述，本發明的一實施例的觸控裝置及觸控投影系統利用不可見光過濾層可阻擋外界環境光束中的不可見光成份進入觸控投影系統中。如此一來，本發明一實施例的觸控裝置及觸控投影系統的可靠度及靈敏度便有效提升。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

第一實施例

圖1為本發明第一實施例的觸控投影系統的示意圖。請參照圖1，本實施例的觸控投影系統1000包括投影單元100、螢幕200以及觸控結構裝置300。投影單元100適用於提供影像光束L。影像光束L是指攜帶有圖像資訊的光束且可被人眼所觀察到。螢幕200配置於影像光束L的傳遞路徑上且用於接收影像光束L。在本實施例中，螢幕200可配置於投影單元100與觸控裝置300的導光元件310之間，其中導光元件310為可透光的元件。本實施例的螢幕200具有相對的二表面210、220。表面210位於表面220與導光元件310之間。表面210可為粗糙(roughness)表面，以使傳遞至螢幕200的影像光束L發生散射，進而讓各方向上的使用者可同時觀賞到螢幕200上所顯示的畫面。

本實施例的觸控裝置300配置於影像光束L的傳遞路徑上。觸控裝置300包括導光元件310、發光元件320、不可見光過濾層330以及不可見光偵測器340。導光元件310具有至少一入光面312以及與入光面312連接的第一表面314。發光元件320配置於入光面312旁且用適於發出不可見光束I，其中不可見光束I是指人眼無法察覺的光束。不可見光束I可自可入光面312進入導光元件310並在導光元件310中傳遞。更進一步地說，本實施例之導光元件310的折射率(例如1.52)可大於空氣的折射率(例如1)，使而不可見光束I可在導光元件310與空氣的界面上發生全反射而在導光元件310中進行全反射傳遞。在本實施例中，不可見光束I例如為紅外線光束。所述紅外線光束的波長範圍包括800奈米(nm)至1100奈米(nm)。但，本發明不以此為限。

本實施例的不可見光過濾層330與第一表面314緊密接觸，並且不可見光過濾層330可對應第一表面314的大小。導光元件310配置於不可見光過濾層330與不可見光偵測器340之間。在本實施例中，不可見光偵測器340例如為紅外線影像擷取裝置，其中紅外線偵測器用於將紅外線光束轉換為電訊號。本實施例的不可見光過濾層330可由複數個光學薄膜堆疊而成，且可讓投影單元100投射至螢幕200的影像光束L穿透，讓使用者可觀賞到螢幕200上所顯示的畫面。圖2繪示出圖1的不可見光過濾層對外界環境光束的穿透頻譜。由圖2可知，波長介於800奈米至1100奈米的外界環境光束S無法穿過不可見光過濾層330。換言之，如圖1所示，波長介於800奈米至1100奈米的外界環境光束S可被不可見光過濾層330反射，而不易進入不可見光偵測器340中。如此一來，習知技術中外界環境光束S易影響觸控裝置可靠度及靈敏度的問題便可獲得改善。

圖3繪示出在圖1中與導光元件的第一表面相對側的表面所偵測到的頻譜分布。由圖1及圖3可知，觸控投影系統1000被外界環境光束S照射下且使用者未觸碰觸控裝置300時，導光元件310的第一表面314與不可見光過濾層330緊密接觸，則在導光元件310的第一表面314相對側的表面幾乎不會偵測到在波長介於400奈米至1000奈米的光束。換言之，由於不可見光過濾層330的作用，波長介於800奈米至1100奈米的外界環境光束S幾乎不會進入不可見光偵測器340中而影響觸控投影系統1000的性能，且波長範圍介於400奈米至800奈米的可見光則會被不可見光偵測器340中的可見光濾光元件(未繪示)阻擋而不會被偵測到。

圖4繪示出圖1的觸控投影系統被使用者觸碰時的狀態。請參照圖4，當使用者P觸碰觸控裝置300的不可見光過濾層330時，不可見光束I在導光元件310中對應使用者P在不可見光過濾層330觸碰位置的全反射會被破壞。換言之，當導光元件310對應使用者P在不可見光過濾層330觸碰位置的不可見光束I被破壞全反射後，不可見光束I會傳遞至使用者P觸碰位置並且被使用者P形成散射。如此一來，不可見光偵測器340便可偵測到使用者P觸碰位置的不可見光強度較強，進而計算出使用者P所觸碰的位置。

圖5繪示出與圖4中與導光元件的第一表面相對側的表面所偵測到的頻譜分布。請參照圖4及圖5，曲線S100代表使用者P觸碰不可見光過濾層330之部份的折射率為1.5時，所述不可見光偵測器340所偵測到的頻譜分布；曲線S200代表使用者P觸碰不可見光過濾層330之部份的折射率為2.5時，所述不可見光偵測器340所偵測到的頻譜分布；曲線S300代表使用者P觸碰不可見光過濾層330之部份的折射率為5時，所述不可見光偵測器340所偵測到的頻譜分布；曲線S400代表使用者P觸碰不可見光過濾層330之部份的折射率為10時，所述不可見光偵測器340所偵測到的頻譜分布。比較圖3及圖5可知，當使用者P觸碰不可見光過濾層330時，原本在導光元件310中傳遞的不可見光可被使用者P破壞全反射後傳遞至不可見光偵測器340所在的一側，進而可被不可見光偵測器340所偵測到。運用不可見光偵測器340所偵測到的不可見光強度變化，使用者P所觸碰位置便可被計算出。

另外，圖1或圖4中所示的導光元件310以及不可見光過濾層330是平板狀的。然而，本發明不限於此，在其他實施例中，導光元件310以及不可見光過濾層330亦可呈彎曲狀，其中不可見光過濾層330可順著導光元件310的第一表面314彎曲。此時，不可見光過濾層330亦可發揮上述之阻擋外界環境光束S中波長範圍為紅外線的功能，而使觸控裝置300的觸控效果佳。

此外，需說明的是，在本發明的觸控投影系統顯示裝置中，螢幕的位置並不限於圖1或圖4中所示的位置。在其他實施例中，螢幕亦可配置於其他位置。以下配合圖6舉例說明之。圖6為本發明另一實施例的觸控投影系統的示意圖。請參照圖6，此實施例的觸控投影系統1000A與圖1或圖4中的觸控投影系統1000類似，因此相同的元件以相同的標號表示。觸控投影系統1000A與觸控投影系統1000的不同之處在於：螢幕200A的位置及結構與螢幕200的位置及結構有所不同。詳言之，在觸控投影系統1000A中，不可見光過濾層330及導光元件330可配置於投影單元100與螢幕200A之間。螢幕200A具有相對的二表面210A、220A。表面220A位於表面210A與不可見光過濾層330之間。表面210A可為粗糙表面。表面220A具有複數個朝不可見光過濾層330凸起的微結構222，這些微結構222彼此之間間隔設置。螢幕200A可透過這些凸起的微結構222承靠於不可見光過濾層330上並且與不可見光過濾層330之間形成一空隙T。

值得一提的是，此實施例之螢幕200A可具有可撓性(flexibilility)。當使用者P欲對觸控顯示裝置1000A進行觸控時，使用者P可透過按壓螢幕200A而使螢幕200A產生形變進而接觸到不可見光過濾層330。由於螢幕200A具有良好的可撓性，螢幕200A中被使用者P按壓的部份可緊密地與不可見光過濾層330接觸，而使觸控投影系統1000A的觸控效果更佳。

第二實施例

圖7為本發明第二實施例的觸控投影系統的示意圖。請參照圖7，本實施例的觸控投影系統1000B與圖1或圖4的觸控投影系統1000類似，因此相同的元件以相同的標號表示。觸控投影系統1000B與觸控投影系統1000的差異在於：觸控投影系統1000B的觸控裝置300B更包括遮光元件350。以下就此相異處做說明，二者相同之處便不再重述。

在本實施例的觸控投影系統1000B中，觸控裝置300B可進一步包括至少一遮光元件350。遮光元件350可配置於導光元件310的第一表面314的邊緣。不可見光過濾層330可配置於遮光元件310與第一表面314之間。基於成本考量，不可見光過濾層330可採用品質普通的材料。然而，當外界環境光束S以較大的入射角(例如70度)入射不可見光過濾層330時，部份波段之外界環境光束S可能會穿過不可見光過濾層330而影響觸控投影系統1000B的性能。但，藉由遮光元件350的遮蔽作用，入射角較大的外界環境光束S可被遮光元件350阻擋在不可見光過濾層330之外，進而使得本實施例的觸控投影系統1000B兼具低成本及高性能。此外，本實施例的觸控投影系統1000B具有與觸控投影系統1000類似的優點及功效，於此便不再重述。

第三實施例

圖8為本發明第三實施例的觸控投影系統的示意圖。請參照圖8，本實施例的觸控投影系統1000C與第二實施例的觸控投影系統1000B類似，因此相同的元件以相同的標號表示。本實施例的觸控投影系統1000C與第二實施例的觸控投影系統1000B的差異在於：觸控投影系統1000C的觸控裝置300C更包括可撓性透光基板360。以下就此相異處做說明，二者相同之處便不再重述。

在本實施例的觸控投影系統1000C中，觸控裝置300C更包括可撓性透光基板360。不可見光過濾層330可配置於可撓性透光基板360與導光元件310的第一表面314之間。更進一步地說，可撓性透光基板360可固接在遮光元件350上，而可撓性透光基板360與不可見光過濾層330之間可存在空隙。值得一提的是，可撓性透光基板360可使外界環境光束S以較小的入射角傳遞至不可見光過濾層330，而使不可見光過濾層330可有效阻擋外界環境光束S中的不可見光成份，進而提升觸控投影系統1000C的性能。另外，影像光束L經過可撓性透光基板360後可以較大之出射角離開觸控投影系統1000C，進而讓使用者可觀賞到廣視角的畫面。

圖9繪示出圖8的觸控投影系統被使用者觸碰時的狀態。請參照圖9，當使用者P欲對觸控投影系統1000C進行觸控時，使用者P可透過按壓可撓性透光基板360並使其產生形變進而接觸到不可見光過濾層330。由於可撓性透光基板360具有良好的可撓性，可撓性透光基板360中被使用者P按壓的部份可緊密地與不可見光過濾層330接觸，進而使觸控投影系統1000C的觸控效果佳。此外，本實施例之觸控投影系統1000C具有與觸控投影系統1000B類似的優點及功效，於此便不再重述。

圖10繪示出本發明一實施例的不可見光過濾層的示意圖。請參照圖10，在上述實施例的不可見光過濾層330是由複數個光學薄膜堆疊而成，不可見光過濾層330與導光元件310緊密貼合。其中，不可見光過濾層330包括高折射率光學薄膜332及低折射率光學薄膜334重覆相疊而成，高折射率光學薄膜332的折射率為N_high，低折射率光學薄膜334的折射率為N_low，空氣的折射率為N₀，外界環境光S中具有不可見光波長範圍的光束I從空氣入射至不可見光過濾層330，會在每層光學薄膜介面有穿透與反射的行為，而使穿透的不可見光波長範圍的光束I因光路程差異產生破壞性干涉，則使穿透的光強度可減至最低，外界環境光S中最後只有可見光波長範圍的光束(未標號)可傳遞至導光元件310。

綜上所述，本發明一實施例之觸控裝置及觸控投影系統利用不可見光過濾層可阻擋外界環境光束中的不可見光成份進入不可見光偵測器中。如此一來，本發明一實施例之觸控裝置及觸控投影系統的可靠度及靈敏度便有效提升。

本發明另一實施例之觸控裝置及觸控投影系統藉由遮光元件可阻擋入射角較大的外界環境光束穿過不可見光過濾層，而使外界環境光束中的不可見光成份傳遞至不可見光偵測器的機率降低，進而使本發明另一實施例之觸控裝置及觸控投影系統具有良好的性能。

此外，在本發明再一實施例之觸控裝置及觸控投影系統中，使用者可透過可撓性透光基板按壓不可見光過濾層。由於可撓性透光基板具有良好的可撓性，可撓性透光基板中被使用者按壓的部份可緊密地與不可見光過濾層接觸，進而使觸控裝置及觸控投影系統的觸控效果佳。

惟以上所述者，僅為本發明的較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍；以及在本說明書中提及的第一、第二、…，例如第一表面等，僅用以表示元件的名稱，並非用來限制元件數量上的上限或下限。

1000、1000A~1000C．．．觸控投影系統

100．．．投影單元

200、200A．．．螢幕

210、220、210A、220A．．．表面

222．．．微結構

300．．．觸控裝置

310．．．導光元件

312．．．入光面

314．．．第一表面

320．．．發光元件

330．．．不可見光過濾層

332．．．高折射率光學薄膜

334．．．低折射率光學薄膜

340．．．不可見光偵測器

350．．．遮光元件

360．．．可撓性透光基板

I．．．不可見光束

L．．．影像光束

N_low．．．低折射率光學薄膜的折射率

N_high．．．高折射率光學薄膜的折射率

N₀．．．空氣的折射率

P．．．使用者

S．．．外界環境光束

T．．．空隙

S100~S400．．．曲線

圖1為本發明第一實施例的觸控投影系統的示意圖。

圖2繪示出圖1的不可見光過濾層對環境光束的穿透頻譜。

圖3繪示與出圖1中導光元件的第一表面相對側的表面所偵測到的頻譜分布。

圖4繪示出圖1的觸控投影系統被使用者觸碰時的狀態。

圖5繪示出與圖4中導光元件的第一表面相對側的表面所偵測到的頻譜分布。

圖6為本發明另一實施例的觸控投影系統的示意圖。

圖7為本發明第二實施例的觸控投影系統的示意圖。

圖8為本發明第三實施例的觸控投影系統的示意圖。

圖9繪示出圖8的觸控投影系統被使用者觸碰時的狀態。

圖10繪示出本發明一實施例的不可見光過濾層的示意圖。

1000．．．觸控投影系統

100．．．投影單元

200．．．螢幕

210、220．．．表面

300．．．觸控裝置

310．．．導光元件

312．．．入光面

314．．．第一表面

320．．．發光元件

330．．．不可見光過濾層

340．．．不可見光偵測器

I．．．不可見光束

L．．．影像光束

S．．．外界環境光束

Claims (15)

1. 一種觸控裝置，包括：一導光元件，具有至少一入光面以及與該入光面連接的一第一表面；一發光元件，配置於該入光面旁且用於發出一不可見光束，該不可見光束自該入光面進入該導光元件並在該導光元件中傳遞；一不可見光過濾層，與該第一表面緊密接觸，並對應該第一表面的大小，用以阻擋一外界環境光束進入該觸控裝置，其中該不可見光過濾層由複數個光學薄膜堆疊而成，該外界環境光束具有一波長範圍，該波長範圍實質上對應該不可見光束的波長範圍，且該波長範圍落在800奈米至1100奈米之間；以及一不可見光偵測器，用以偵測該不可見光束，該導光元件配置於該不可見光過濾層與該不可見光偵測器之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控裝置，其中該不可見光束為一紅外線光束，而該不可見光偵測器為一紅外線影像擷取裝置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控裝置，更包括：至少一遮光元件，位於該第一表面的邊緣上，而不與該發光元件接觸，且該不可見光過濾層配置於該遮光元件與該第一表面之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之觸控裝置，更包括：一可撓性透光基板，該不可見光過濾層配置於該可撓性透 光基板與該第一表面之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之觸控裝置，其中該導光元件以及該不可見光過濾層呈彎曲狀。
6. 一種觸控投影系統，包括：一投影單元，用於提供一影像光束；一螢幕，用於接收該影像光束；以及一觸控裝置，配置於該影像光束的傳遞路徑上，該觸控裝置包括：一導光元件，具有至少一入光面以及與該入光面連接的一第一表面；一發光元件，配置於該入光面旁且用於發出一紅外線光束，該紅外線光束自該入光面進入該導光元件並在導光元件中傳遞；一不可見光過濾層，與該第一表面緊密接觸，並對應該第一表面的大小，用以阻擋一外界環境光束進入該觸控裝置，其中該不可見光過濾層由複數個光學薄膜堆疊而成，該外界環境光束具有一波長範圍，該波長範圍實質上對應該紅外線光束的波長範圍，且當一使用者觸碰該觸控裝置時，該紅外線光束在該不可見光過濾層的穿透率落在30%至50%之間的範圍；以及一不可見光偵測器，用以偵測該紅外線光束，該導光元件配置於該不可見光過濾層與該不可見光偵測器之間。
7. 如申請專利範圍第6項所述之觸控投影系統，其中該螢幕配置於該投影單元與該導光元件之間。
8. 如申請專利範圍第6項所述之觸控投影系統，其中該不可見光過濾層配置於該投影單元與該螢幕之間。
9. 如申請專利範圍第8項所述之觸控投影系統，其中該螢幕具有可撓性。
10. 如申請專利範圍第6項所述之觸控投影系統，其中該螢幕具有相對之一第二表面與一第三表面，該第三表面位於該導光元件與該第二表面之間，其中該第三表面為一粗糙表面。
11. 如申請專利範圍第8項所述之觸控投影系統，其中該螢幕具有相對之一第二表面與一第三表面，該第二表面位於該不可見光過濾層與該第三表面之間，其中該第三表面為一粗糙表面，該第二表面具有複數個朝向該不可見光過濾層凸起的微結構，該螢幕透過該些微結構承靠於該不可見光過濾層上。
12. 如申請專利範圍第6項所述之觸控投影系統，其中該不可見光偵測器為一紅外線影像擷取裝置。
13. 如申請專利範圍第6項所述之觸控投影系統，其中該觸控裝置更包括：至少一遮光元件，配置於該第一表面的邊緣上，而不與該發光元件接觸，且該不可見光過濾層配置於該遮光元件與該第一表面之間。
14. 如申請專利範圍第6項所述之觸控投影系統，其中該觸控裝置更包括：一可撓性透光基板，該不可見光過 濾層配置於該可撓性透光基板與該第一表面之間。
15. 如申請專利範圍第6項所述之觸控投影系統，其中該導光元件以及該不可見光過濾層呈彎曲狀。