专利名称：激光光学触控模块的制作方法
技术领域：
本发明有关一种光学触控模块，尤指一种利用一具激光光源的发光部及一具位置 感测器的收光部，且该发光部与收光部的光路之间以平行光路方式或共光路方式组成一模 块。
背景技术：
目前正流行的触控式显示屏，通过触控件如手指或触控笔直接触摸在显示屏的表 面上以控制显示器的各项功能如点选作业、切换画面或放大/缩小画面等，用以取代一般 显示器常见的按键式控制方式；而目前的触控式显示屏已包含多种不同的触控系统，如电 阻式(Resistive)、电容式(Capacitive)、表面声波式(SAW, Surface Acoustic Wave)、红外 光式(IRJnfrared)、光学式(optical imaging)等，各有各的优缺点，其中，光学式触控系 统的优点为应用于大尺寸显示屏，具有成本的优势，介于表面声波式与电容式之间，荧幕具 有良好的透明度(可达100% )及具有良好的触控解析度；其缺点为不适合小尺寸面板(15 时以下)的应用，较易受周边环境光的影响及须采用额外照明光源及反光条或吸光条。光学式触控系统方面已包含US 2009/0200453、US 7，538，759、US7, 692，625、US 7，629，967等多件现有技术，一般而言，该多个光学式触控系统现有技术在显示屏的表面的 侧缘边上，如一矩形显示屏表面的四侧框边上或四角处，设置至少一组光源装置如以LED 作光源，用以照射在整个荧幕的外表面上，即在整个显示屏的表面上形成一光线或线性光 线照射区，可称为光幕，并于该显示屏表面的四周缘(框边)上设置相互垂直的反光条或 吸光条，又于该显示屏表面的侧缘边上以感测方向交错的方式设置至少二组位置感测器 (camera)；则当一触控件，如手指或触控笔，触摸在该显示屏表面上时，该触控件即可对该 照射在整个显示屏表面的光线造成光的散射或遮断，此时透过该反光条的反射作用或吸光 条的吸收作用，即可通过该至少二组位置感测器以感测得知该触控件至少二方向的相对位 置，再通过一处理电路的运算功能以得知该触控件触摸在显示屏表面上的实际位置座标， 以达成目前已知一光学触控系统的使用功能。现有一般光学式触控系统在设计上大都采用发光二极管(LED，light-emitting diode)作为光源，而LED光并非高同调性(highly coherent light)光源，故无法有效提高 触控的灵敏度；又现有的LED光源装置与所使用的位置感测器(camera)是分开的个体，且 分别设置于显示屏表面的四周缘(框边)某一位置处，且整体架构上又必须配合反光条或 吸光条使用，以致具有结构复杂、成本增加等缺点，尤其该LED光源装置所提供的照射光一 般为可见光，容易受到使用环境下的可见光与显示屏所产生的可见光的干扰或影响，以致 光学式触控系统中位置感测器的感测灵敏度降低，即信噪比(SNR)降低而相对影响信号的 判读，以致降低光学式触控系统的使用效率。由上可知，在光学式触控系统的技术领域中，发展设计一种不须采用反光条或吸 光条且结构简化、成本节省的光学式触控系统，确实有其需要性。[0006]本实用新型的目的在于提供一种激光光学触控模块，设置于显示屏表面的一侧以 提供光学式定位输入功能用以构成一光学式触控显示屏系统供触控件触摸，其由一发光部 及一收光部组成一模块，其特征在于该发光部，其通过一激光光源以发出激光光束并经一广角用光学元件折射后，使 激光光视角能大于90度，以在显示屏表面上形成广角的线性光束，当触控件触摸显示屏表 面上时，会阻挡该线性光束并形成反射激光光束；该收光部，其通过一位置感测器及一聚光用光学元件以接收感应该反射激光光束 并形成一信号输出，以感测得知该触控件的相对位置；其中该发光部的光路与收光部的光路之间，以平行光路方式并排组合在一起。实施时，该发光部的光路与收光部的光路之间，相对于显示屏表面，以水平且平行 光路方式横向并排组合在一起。实施时，该广角用光学元件是一打线镜片。实施时，该发光部及收光部容设在一有开口的外壳体内部以形成一组合体。实施时，该位置感测器的感测面上进一步设置一微透镜以使因触控件触摸显示屏 表面上所形成的反射激光光束得进一步聚光在该感测面上。本实用新型的又一目的在于提供一种激光光学触控模块，设置于显示屏表面的一 侧以提供光学式定位输入功能用以构成一光学式触控显示屏系统供触控件触摸，其由一发 光部及一收光部组成一模块，其特征在于该发光部，其通过一激光光源以发出激光光束并经一广角用光学元件折射后，使 激光光视角能大于90度，以在显示屏表面上形成广角的线性光束，当触控件触摸显示屏表 面上时，会阻挡该线性光束并形成反射激光光束；该收光部，其通过一位置感测器以接收感应该反射激光光束并形成一信号输出， 以感测得知该触控件的相对位置；其中该发光部的光路与收光部的光路之间，以共光路方式组合在一起，使该发光 部的激光光源与该收光部的位置感测器共用同一广角用光学元件，使该激光光源所发出的 激光光束及位置感测器所接收并感应的反射激光光束都经过相同的广角用光学元件；其中该广角用光学元件的后方设一分光镜以使激光光源所发出的激光光束穿过 该分光镜而向外射出至广角用光学元件，并使反射激光光束经由该广角用光学元件射入至 该分光镜并反射进入并被该位置感测器接收感应。实施时，该广角用光学元件是一打线镜片。实施时，该发光部及收光部容设在一有开口的外壳体内部以形成一组合体。实施时，该激光光源与分光镜之间进一步设一准直镜。实施时，该激光光源进一步使用可发出小直径激光光束的激光光源，并进一步在 该位置感测器的感测面与该分光镜之间设一光扩束镜。实施时，该分光镜是一偏振分光镜，并在该广角用光学元件与该偏振分光镜之间 设一四分之一波片，以使该激光光源所发出的激光光束在经过该一偏振分光镜时，该激光 光束中的一线偏振光得通过该一偏振分光镜，而与其正交的另一线偏振光则反射；其中通过该一偏振分光镜的该线偏振光，再经该一四分之一波片转换为一左旋或右旋二相反旋中一圆偏振光，使经由触控件反射后的反射激光光束变为二相反旋中另一圆 偏光，再经过该四分之一波片又转换为一与原线偏振光正交的线偏振光，再入射至该一偏 振分光镜并反射至该位置感测器上。
图1是本发明激光光学触控模块第一实施例(收发平行光路)设置于显示屏表面 的一侧以提供光反射式定位输入功能的使用状态示意图。图IA是图1实施例中本发明的位置感测器的像素的感应信号输出示意图。图2是本发明激光光学触控模块第一实施例(收发平行光路)的立体示意图。图3是图2实施例(收发平行光路)的一平面(上视)示意图。图4是本发明激光光学触控模块第二实施例(收发共光路)的一平面示意图。图5是本发明的位置感测器的感测面上设一微透镜(Mirco Lens)的功能状态示 意图。图6是本发明激光光学触控模块第三实施例(收发共光路)的一平面示意图。图7是本发明激光光学触控模块第四实施例(收发共光路)的一平面示意图。
具体实施方式
为使本发明更加明确详实，将本发明的结构及其技术特征配合下列图示详述如 后图1、1A分别是本发明激光光学触控模块第一实施例(收发平行光路)设置于显 示屏表面的一侧以提供光反射式定位输入功能的使用状态示意图及位置感测器的像素的 感应信号输出示意图。本发明的激光光学触控模块1设置于显示屏2表面的一侧，用以提 供光学式定位输入功能，供可在该显示屏2上形成一光学式触控系统；一般而言，显示屏2 表面的周边上须设置至少二激光光学触控模块1，如在显示屏2侧缘边的相邻二角处各设 一激光光学触控模块1，其中各激光光学触控模块1所具有的位置感测器(camera)的感测 方向在该显示屏2表面上形成交错方式。图1中仅表示其中的一激光光学触控模块1的使 用状态。该激光光学触控模块1由一发光部10及一收光部20组成一模块，又该发光部10 及收光部20可容设在一外壳体30内部以形成一组合体，而该外壳体30的形状不限制，其 上设有对应于该发光部10及收光部20的光路的开口如一发光部开口 301及一收光部开口 302。该发光部10主要通过一激光光源11以发出激光光束并经一广角用光学元件12如打 线镜片(line generator optics)的折射，使折射后的激光光视角(light fan)能大于90 度如图1所示，以在显示屏2表面上形成广角的线性光束101 ；当触控件3触摸显示屏2表 面上时，会阻挡该线性光束101并形成反射激光光束102 ；该收光部20则通过一位置感测 器21以接收并感应该反射激光光束102，以在位置感测器21的感测面上感测得知该触控 件3在一对应光轴103上的相对位置；如图IA所示，该触控件3位置所产生的反射激光光 束102即可在位置感测器21的像素(active pixel)轴上产生反应而形成一信号输出，而 通过至少二组位置感测器21以感测得知该触控件3至少二方向的相对位置，即可通过处理 电路的运算功能以得知该触控件3触摸在显示屏2表面上的实际位置座标；由于该位置感测器21或广角用光学元件12如打线镜片(line generator optics)的本体结构及处理电 路的运算功能系利用目前的电子技术或现有技术可达成，且非本发明的技术特征，故于此 不再赘述。图2、图3分别是本发明激光光学触控模块第一实施例(收发平行光路)的立体 示意图及平面(上视)示意图。而图2、3所示实施例(收发平行光路)只是用来说明但非 用以限制本发明激光光学触控模块1的主要构件；本发明激光光学触控模块1利用一具激 光光源11如红外线激光(IR LD)的发光部10与一具位置感测器21的收光部20组合成一 模块，以使该激光光源11与位置感测器21能设于显示屏2表面的一侧的同侧位置处，其中 该发光部10通过一激光光源11，包含一激光二极管(laser diode) 111及一第一级光学件 (1st optics) 112，发出激光光束并经一广角用光学元件12如打线镜片(line generator optics)的折射，使折射后的光视角(light fan)能大于90度如图3所示，以在显示屏2表 面上形成广角的线性光束101如图1、3所示；该收光部20通过一位置感测器21及一聚光 用光学元件22接收并感应该线性光束101受到触控件3的阻挡而反射的激光光束102如 图1所示，以感测得知该触控件3的相对位置；因此，本发明激光光学触控模块1通过激光 光束的高同调性(highly coherent light)以增进触控的灵敏度，并可避免现有技术须采 用反光条或吸光条的麻烦，故具有结构简化、容易安装且触控灵敏度高的使用功效。再参考图2、3所示，本第一实施例的激光光学触控模块1由一发光部10及一收光 部20组成一模块，又该发光部10及收光部20可容设在一外壳体30内部以组合成一模块 的使用样态；该外壳体30上设有对应于该发光部10及收光部20的光路的开口，包含一发 光部开口 301及一收光部开口 302如图1、2所示，其中该发光部10的光路与收光部20的 光路之间，即激光光源11与位置感测器21的光路之间，亦即该发光部开口 301与收光部开 口 302之间，以平行光路方式并排组合在一起，以本第一实施例如图2、3所示而言，该发光 部10的光路与收光部20的光路之间以水平(相对于显示屏2表面)且平行光路方式横向 并排组合在一起但不限制，如以垂直(相对于显示屏2表面)且平行光路方式上下垂直并 排组合在一起(图来示)。图4是本发明激光光学触控模块第二实施例(收发共光路)的一平面示意图。本 第二实施例的激光光学触控模块Ia由一发光部10及一收光部20组成一模块，又该发光 部10及收光部20可容设在一外壳体30内部以组合成一模块的使用样态；在本第二实施 例中，该发光部10的光路与收光部20的光路之间，即激光光源11与位置感测器21的光 路之间，以共光路方式组合在一起，因此本第二实施例的外壳体30上所设的对应于该发光 部10及收光部20的光路开口，如第一实施例的发光部开口 301及收光部开口 302，在外 壳体30上形成共用同一开口 301 (302)供激光光源11与位置感测器21的光路通过；又通 过本第二实施例的共光路方式，使该发光部10的激光光源11与该收光部20的位置感测 器21能共用同一广角用光学元件12Q2)如打线镜片(line generator optics)，即激光 光源11所发出的激光光束101及位置感测器21所接收并感应的反射激光光束102都经过 一相同的广角用光学元件12 02)，即该打线镜片(line generator optics)的反向光路可 产生如一广角成像镜片(可视角>90度)的聚光作用。该广角用光学元件12 的后方 设一具分光作用的分光镜(beam splitter)40以使激光光源11所发出的激光光束101穿 过该分光镜40而向外射出至广角用光学元件12 (22)，并使反射激光光束102经由该广角用光学元件12 (22)射入至该分光镜40时可反射而进入并被该位置感测器21接收感应；而 本第二实施例通过共光路方式的结构，可节省该位置感测器21原本所须的广角用光学元 件22，即该打线镜片(line generator optics)的反向光路可产生如一广角成像镜片(可 视角> 90度)的作用，并可避免该广角用光学元件22的光学像差，即周边外场的光学畸 变(optical distortion)。又在该激光光源11与分光镜(beam splitter) 40之间进一步 可设一准直镜(collimator) 50，以使激光光源11所发出的激光光束104在经过该准直镜 (collimator) 50后能形成平行光束105，以有利于再通过该广角用光学元件12 02)如打线 镜片(line generator optics)以在显示屏表面上形成广角的线性光束。再参考图4、5所示，该位置感测器21的感测面211上进一步可设置一微透镜 (Mirco Lens) 60，该微透镜(Mirco Lens) 60的作用如同一般商业用的互补型金属氧化物半 导体感测器(CMOS)，可使触控件3触控在对应光轴103上位置Φ1 ΦΝ中的位置Φ4所 产生的激光光束102能进一步聚光在感测面211上各像素(pixel)#l #N的中的对应像 素#4上，以增加收光能力与效率。图6是本发明激光光学触控模块第三实施例(收发共光路)的一平面示意图。 本第三实施例的激光光学触控模块Ib的架构与图5所示第二实施例的激光光学触控模 块Ia大体相同，主要不同点在于该激光光源进一步使用可发出小直径激光10 的激光 光源11a，以提升该广角用光学元件12 如打线镜片的散光效率；此时在该位置感测器 21的感测面211前端，即该位置感测器21与分光镜40之间，进一步设一光扩束镜(beam expander optics) 70，用以将小直径的反射激光光束10 扩成较大直径的激光光束再入 射至位置感测器21的感测面211，以有效利用该位置感测器21上的成像单元(即像素， pixels)，进而提升触控的解析度。图7是本发明激光光学触控模块第四实施例(收发共光路)的一平面示意 图。本第四实施例的激光光学触控模块Ic的架构与图6所示第三实施例的激光光学触 控模块Ib大体相同，主要不同点在于于该广角用光学元件1202)如打线镜片(line generator optics)的后方依序设一四分之一波片(quarter wave-plate) 80及一偏振 分光镜(polarization beam splitter) 90，用以取代第三实施例的激光光学触控模块lb 中的分光镜(beam splitter)40 ；使用时，该激光光源11所发出的激光光束10 可利用 激光所具备的两种线性偏振光的特性，即P线偏振光(P-polarization)及S线偏振光 (S-polarization)两正交的线偏振光，在经过该一偏振分光镜90时，使其中一线偏振光 (通常为P线偏振光)完全通过而与其正交的另一线偏振光(通常为S线偏振光)则完全 反射；再经该一四分之一波片80，将通过的线偏振转换为一圆偏振光(称左旋或右旋圆偏 ^t, left hand circular polarization/right hand circular polarization) ^43 转换为左旋(或右旋)圆偏振光出射，则经由触控件的阻挡而反射后将变为右旋(或左旋) 圆偏光，而反射光先经过该一四分之一波片以转换为一与原出射线偏光正交的线偏光，再 入射至该一偏振分光镜并完全反射至该位置感测器21上，藉此，可提升光的使用效率，即 该激光光能量的使用效率达成最大化效果。以上所示仅为本发明的优选实施例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制性的。 在本专业技术领域具通常知识人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其 进行许多改变，修改，甚至等效的变更，但都将落入本发明的保护范围内。
权利要求1.一种激光光学触控模块，设置于显示屏表面的一侧以提供光学式定位输入功能用以 构成一光学式触控显示屏系统供触控件触摸，其由一发光部及一收光部组成一模块，其特 征在于该发光部，其通过一激光光源以发出激光光束并经一广角用光学元件折射后，使激光 光视角能大于90度，以在显示屏表面上形成广角的线性光束，当触控件触摸显示屏表面上 时，会阻挡该线性光束并形成反射激光光束；该收光部，其通过一位置感测器及一聚光用光学元件以接收感应该反射激光光束并形 成一信号输出，以感测得知该触控件的相对位置；其中该发光部的光路与收光部的光路之间，以平行光路方式并排组合在一起。
2.如权利要求1所述的激光光学触控模块，其特征在于，该发光部的光路与收光部的 光路之间，相对于显示屏表面，以水平且平行光路方式横向并排组合在一起。
3.如权利要求1所述的激光光学触控模块，其特征在于，该广角用光学元件是一打线 镜片。
4.如权利要求1所述的激光光学触控模块，其特征在于，该发光部及收光部容设在一 有开口的外壳体内部以形成一组合体。
5.如权利要求1所述的激光光学触控模块，其特征在于，该位置感测器的感测面上进一步设置一微透镜以使因触控件触摸显示屏表面上所形 成的反射激光光束得进一步聚光在该感测面上。
6.一种激光光学触控模块，设置于显示屏表面的一侧以提供光学式定位输入功能用以 构成一光学式触控显示屏系统供触控件触摸，其由一发光部及一收光部组成一模块，其特 征在于该发光部，其通过一激光光源以发出激光光束并经一广角用光学元件折射后，使激光 光视角能大于90度，以在显示屏表面上形成广角的线性光束，当触控件触摸显示屏表面上 时，会阻挡该线性光束并形成反射激光光束；该收光部，其通过一位置感测器以接收感应该反射激光光束并形成一信号输出，以感 测得知该触控件的相对位置；其中该发光部的光路与收光部的光路之间，以共光路方式组合在一起，使该发光部的 激光光源与该收光部的位置感测器共用同一广角用光学元件，使该激光光源所发出的激光 光束及位置感测器所接收并感应的反射激光光束都经过相同的广角用光学元件；其中该广角用光学元件的后方设一分光镜以使激光光源所发出的激光光束穿过该分 光镜而向外射出至广角用光学元件，并使反射激光光束经由该广角用光学元件射入至该分 光镜并反射进入并被该位置感测器接收感应。
7.如权利要求6所述的激光光学触控模块，其特征在于，该广角用光学元件是一打线 镜片。
8.如权利要求6所述的激光光学触控模块，其特征在于，该发光部及收光部容设在一 有开口的外壳体内部以形成一组合体。
9.如权利要求6所述的激光光学触控模块，其特征在于，该激光光源与分光镜之间进一步设一准直镜。
10.如权利要求6所述的激光光学触控模块，其特征在于，该激光光源进一步使用可发出小直径激光光束的激光光源，并进一步在该位置感测器的感测面与该分光镜之间设一光 扩束镜。
11.如权利要求6所述的激光光学触控模块，其特征在于，该分光镜是一偏振分光镜， 并在该广角用光学元件与该偏振分光镜之间设一四分之一波片，以使该激光光源所发出的 激光光束在经过该一偏振分光镜时，该激光光束中的一线偏振光得通过该一偏振分光镜， 而与其正交的另一线偏振光则反射；其中通过该一偏振分光镜的该线偏振光，再经该一四分之一波片转换为一左旋或右 旋二相反旋中一圆偏振光，使经由触控件反射后的反射激光光束变为二相反旋中另一圆偏 光，再经过该四分之一波片又转换为一与原线偏振光正交的线偏振光，再入射至该一偏振 分光镜并反射至该位置感测器上。
专利摘要一种激光光学触控模块，设置于显示屏表面的一侧以提供光学式定位输入功能用以构成一光学式触控显示屏系统，其由一发光部及一收光部组成一模块，其特征在于该发光部，其通过一激光光源以发出激光光束并经一广角用光学元件折射后，使激光光视角能大于90度，以在显示屏表面上形成广角的线性光束，当触控件触摸显示屏表面上时，会阻挡该线性光束并形成反射激光光束；该收光部，其通过一位置感测器及一聚光用光学元件以接收感应该反射激光光束并形成一信号输出，以感测得知该触控件的相对位置；又该发光部与收光部的光路之间系以平行光路方式或共光路方式组合在一起；藉此，可利用激光光束的高同调性(highly coherent light)以提高触控的灵敏度，且避免现有技术须采用反光条或吸光条的麻烦，具有结构简化、易安装且触控灵敏度高的优点。
文档编号G06F3/042GK201853211SQ20102029862
公开日2011年6月1日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者温明华, 陈国仁 申请人:硕擎科技股份有限公司