光學式觸控模組的製作方法

2023-05-11 09:39:16

專利名稱：光學式觸控模組的製作方法
技術領域：
本發明關於一種光學式觸控模組，尤指一種利用彈性件所提供的彈力以使發光單 元緊靠於導光結構上以及利用遮光結構以阻擋從導光結構反射而回的光線的光學式觸控 模組。
背景技術：
一般而言，光學式觸控模組利用光線接收遮斷原理以偵測出手指或觸控筆在觸控 面上的相對位置，其組成元件包含有基板、發光單元、光學感測器，以及導光結構，其常見的 配置將導光結構沿著位於基板上的觸控面的側邊設置，並將發光單元設置於基板上對應導 光結構的入光面的位置上以及將光學感測器設置於對應觸控面的左右頂角的位置上，因 此，發光單元所產生的光線即可在入射至導光結構的入光面後，經由導光結構的出光面進 入觸控面並接著被光學感測器所接收，從而在觸控面上建立光學感應機制，如此一來，當手 指或觸控筆在觸控面上進行觸控而遮斷光線時，光學感測器即可根據光線強度的變化來定 位出其相對應的觸控位置。然而，在實際使用上，由於導光結構在不同使用環境下所發生的熱脹冷縮的結構 變形會導致發光單元與導光結構之間出現不必要的間隙，因此，此間隙就會使發光單元所 發射的光線在入射至導光結構的入光面時發生反射現象而導致光線僅能部分入射至導光 結構內，也就是說，上述所採用的配置設計往往會使得光學式觸控模組在發光單元的裝設 位置上產生光線反射漏光的問題，從而影響到光學感測器判斷光線強度變化的準確度，此 外，於漏光嚴重時，甚至會導致光學式觸控模組在觸控面內的某一位置上出現觸控失效的 問題。

發明內容
因此，本發明提供一種利用彈性件所提供的彈力以使發光單元緊靠於導光結構上 以及利用遮光結構以阻擋從導光結構反射而回的光線的光學式觸控模組，藉以解決上述之 問題。本發明提供一種光學式觸控模組，包含觸控面、基板與至少一光學感測器，該觸控 面位於該基板上，該光學感測器朝該觸控面擷取觸控區域影像，該光學式觸控模組包含有 導光結構，其沿該觸控面的側邊設置，用以將光導入該觸控面；彈性件，設置於該導光結構 的端部；以及發光單元，其設置於該導光結構與該彈性件之間，且該發光單元抵接於該彈性 件，使得該發光單元的出光面實質緊鄰該導光結構的入光面。進一步地，該光學式觸控模組具有二導光結構沿該觸控面的相鄰二側邊設置，該 光學式觸控模組另具有至少二發光單元以及相對應的二彈性件，每一彈性件分別設置於相 對應的導光結構的端部，每一發光單元分別設置於相對應的導光結構以及相對應的彈性件 之間，且每一發光單元抵接於相對應的彈性件。進一步地，該光學式觸控模組具有三導光結構沿該觸控面的相鄰三側邊設置，該光學式觸控模組另具有至少三發光單元以及相對應的三彈性件，每一彈性件分別設置於相 對應的導光結構的端部，每一發光單元分別設置於相對應的導光結構以及相對應的彈性件 之間，且每一發光單元抵接於相對應的彈性件，該光學式觸控模組還具有反射鏡，其設置於 異於該三側邊的另一側邊上，該反射鏡用來將光反射入該觸控面。進一步地，該光學式觸控模組具有四導光結構沿該觸控面的相鄰四側邊設置，該 光學式觸控模組另具有至少四發光單元以及相對應的四彈性件，每一彈性件分別設置於相 對應的導光結構的端部，每一發光單元分別設置於相對應的導光結構以及相對應的彈性件 之間，且每一發光單元抵接於相對應的彈性件。進一步地，該光學式觸控模組具有二導光結構沿該觸控面的相鄰二側邊設置，該 光學式觸控模組另具有至少二發光單元以及相對應的彈性件，每一發光單元分別設置於相 對應的導光結構以及該彈性件之間，該彈性件同時與該二發光單元抵接。進一步地，該彈性件為彈性塊，其以預壓狀態部分固定於該基板上。進一步地，該光學式觸控模組另包含有固定座，其固定於該基板上，該彈性件以預 壓狀態容置於該固定座內。進一步地，該光學式觸控模組另包含有遮光結構，其以預壓狀態抵接於該導光結 構與該彈性件之間且套設於該發光單元上，該遮光結構用來阻擋從該導光結構反射而回的 光線。另，即使該發光單元緊靠於該導光結構上，因零件平面度或其他零件缺陷如毛邊， 在微觀上還是會產生些許縫隙，造成部分光線由此縫隙露出，而導致光學感測器在該處得 到的訊號會有突波(signal spike)。因此，本發明另提供一種光學式觸控模組，包含觸控面、基板與至少一光學感測 器，該觸控面位於該基板上，該光學感測器朝該觸控面擷取觸控區域影像，該光學式觸控模 組包含有導光結構，其沿該觸控面的側邊設置，用以將光導入該觸控面；以及發光單元，其 面向該導光結構的入光面設置；以及遮光結構，具有開口，該遮光結構實質鄰近該導光結構 的入光面，該遮光結構用來阻擋從該導光結構反射而回的光線，其中，該發光單元產生的光 線透過該開口進入該導光結構。也就是說，本發明另提供一種較軟的遮光結構，置於發光元件與導光結構間，其體 積被略微壓縮，以提供良好的貼合效果，有效消除漏光問題。進一步地，該遮光結構為彈性結構，其以預壓狀態抵接於該導光結構與該彈性件 之間且套設於該發光單元上。進一步地，另包含有彈性件，設置於該導光結構的端部，該發光單元抵接於該彈性 件，使得該發光單元的出光面緊鄰該導光結構的入光面。相較於先前技術，本發明所提供的光學式觸控模組利用彈性件所提供的預壓彈力 以推動發光單元的出光面緊靠於導光結構的入光面上，如此一來，即可解決因導光結構在 不同使用環境下發生熱脹冷縮的結構變形所導致的發光單元與導光結構之間出現間隙的 問題，藉以防止光學式觸控模組在發光單元的裝設位置上出現漏光現象，進而改善光學感 測器判斷光線強度變化的準確度；除此之外，若是因導光結構遇冷收縮幅度過大而導致彈 性件所提供的預壓彈力不足以使發光單元繼續緊靠於導光結構上，從而使發光單元與導光 結構之間產生間隙，或是因零件平面度或其他零件缺陷(如毛邊)而導致發光單元與導光
5結構之間產生些許縫隙，此時，本發明所提供的光學式觸控模組可選擇性地單獨利用套設 於發光單元上的遮光結構或是採用遮光結構與彈性件互相配合的設計，以阻擋光線從上述 間隙漏出並同時可將光線反射入導光結構內，如此一來，本發明不僅可進一步地防堵漏光 現象的發生，同時亦可增加光學式觸控模組的光線使用效能。


圖1為根據本發明的第一實施例所提出的光學式觸控模組的簡示圖。圖2為圖1所示的光學式觸控模組的右下角部分的放大簡示圖。圖3為2圖所示的彈性件與固定座、發光單元以及遮光結構的分解示意圖。圖4為圖2所示的光學式觸控模組的右下角部分的立體示意圖。圖5為根據本發明的另一實施例所提出的遮光結構的放大示意圖。圖6為圖1所示的光學式觸控模組的左上角部分移除導光結構後的立體示意圖。圖7為根據本發明的第二實施例所提出的光學式觸控模組的部分放大簡示圖。圖8為根據本發明的第三實施例所提出的光學式觸控模組的簡示圖。
具體實施例方式請參閱圖1，其為根據本發明的第一實施例所提出的光學式觸控模組10的簡示 圖，由圖1可知，光學式觸控模組10包含觸控面12、基板14、至少一光學感測器16(於圖1 中顯示二個)、至少一導光結構18 (於圖1中顯示四個)、至少一彈性件20 (於圖1中顯示六 個)、至少一固定座22(於圖1中顯示二個)、至少一發光單元24(於圖1中顯示八個)，以 及至少一遮光結構26 (於圖1中顯示八個)；觸控面12位於基板14上，以供觸控操作之用； 基板14為一般常見應用於光學式觸控模組上的板件，如玻璃或透明壓克力等；光學感測器 16朝觸控面12擷取觸控區域影像，並藉此偵測出光線強度的變化，進而達到定位觸控位置 的目的；上述的導光結構18沿觸控面12的相鄰四側邊設置，如此即可使從導光結構18所 導出的光線均勻散布於觸控面12上，在此實施例中，導光結構18所採用的導光元件配置設 計常見於先前技術中，如導光柱設置於承載座內的配置等，故於此不再贅述。接著，在彈性件20與光學感測器16、固定座22、發光單元24以及遮光結構26的 配置方面，為簡化說明，以下僅針對圖1所示的光學式觸控模組10的右下角以及左上角的 元件連接關係進行描述，至於光學式觸控模組10的其餘元件連接關係，其可以此類推；在 光學式觸控模組10的右下角的元件連接關係方面，請參閱圖2、圖3以及圖4，圖2為圖1所 示的光學式觸控模組10的右下角部分的放大簡示圖，圖3為圖2所示的彈性件20與固定座 22、發光單元24，以及遮光結構26的分解示意圖，圖4為圖2所示的光學式觸控模組10的 右下角部分的立體圖，由圖2、圖3以及圖4可知，固定座22為可提供彈性件20的容置空間 的承載結構且固定於基板14上，彈性件20較佳情況下以預壓狀態容置於固定座22內且設 置於對應導光結構18的端部的位置上，其中彈性件20較佳地為彈性塊，其較佳地由橡膠材 質所組成，但不受此限，其亦可為其他可提供預壓彈力的彈性元件，如彈簧、彈片或扭簧等； 發光單元24分別設置於相對應的導光結構18與彈性件20之間(如圖2所示)，在此實施 例中，發光單元24較佳地為發光二極體，且彈性件20分別與二發光單元24及固定座22抵 接，藉以利用彈性件20所提供的預壓彈力以使如圖2所示的發光單元24的出光面28可實質緊鄰相對應的導光結構18的入光面30 ；在遮光結構26的結構設計方面，其可如圖3所 示，遮光結構26具有開口 32且以預壓狀態抵接於導光結構18與彈性件20之間且套設於 發光單元24上，遮光結構26用來阻擋從導光結構18反射而回的光線，而發光單元24產生 的光線透過開口 32入射至導光結構18的入光面30，藉以進入導光結構18，在此實施例中， 遮光結構26為較佳地由橡膠材質所組成的彈性結構，但不受此限。另外，亦可採用其他可 套設於發光單元24上的結構設計，舉例來說，其亦可改採用如圖5所示的π字形彈性體。至於在光學式觸控模組10的左上角的元件連接關係方面，請參閱圖1以及圖6， 其為圖ι所示的光學式觸控模組10的左上角部分移除導光結構18後的立體示意圖，由圖 6可知，彈性件20採用彈性片狀結構的設計，相較於右下角的結構配置採用固定座22容置 彈性件20的設計，光學式觸控模組10的左上角的結構配置直接如圖6所示地使用光學感 測器16本身的外殼以與彈性件20進行固定，換句話說，如圖1所示，彈性件20以預壓狀態 貼附於光學感測器16與發光單元24之間，用以提供預壓彈力至發光單元24，以使發光單元 24的出光面28實質緊鄰導光結構18的入光面30。於此針對位於光學式觸控模組10的底側上的元件作動進行詳細的說明，至於其 餘側邊上的元件作動，其與底側上的元件作動相似，故不再贅述；請參閱圖1以及圖2，首 先，在彈性件20與發光單元24以及導光結構18的作動方面，若是導光結構18在高溫使用 環境下出現整體結構往圖2所示的+X軸方向膨脹的現象，此時，由於遮光結構26以及容置 於固定座22內的彈性件20皆具有彈性壓縮的物理特性，因此彈性件20以及遮光結構26即 可允許受熱膨脹的導光結構18推擠發光單元24往如圖2所示的+X軸方向移動，如此一來， 光學式觸控模組10即可避免以往導光結構因其兩端為固定端而在受熱膨脹時產生結構撓 曲變形的問題，除此之外，由於在導光結構18膨脹擠壓的過程中，發光單元24緊靠於導光 結構18以及彈性件20之間，因此發光單元24的出光面28就會持續地緊貼於導光結構18 的入光面30上，故亦可防止上述於先前技術中所提及的漏光現象的發生。另一方面，若是導光結構18在低溫使用環境下出現整體結構往圖2所示的-X軸 方向收縮的現象，此時，由上述可知，由於彈性件20以預壓狀態抵接於發光單元24以使發 光單元24的出光面28緊鄰導光結構18的入光面30上，因此，即使導光結構18出現往圖2 所示的-X軸方向收縮的現象，彈性件20所提供的彈力可驅動發光單元24的出光面28繼 續緊貼於導光結構18的入光面30上，藉以使發光單元24所發射的光線仍然能夠全部進入 導光結構18內，從而解決因導光結構18在遇冷收縮時與發光單元24所形成之間隙而導致 的光線反射漏光問題；除此之外，由圖2可知，由於遮光結構26套接於發光單元24上，並且 以預壓狀態抵接於彈性件20與導光結構18之間，因此，即便是導光結構18因遇冷收縮幅 度過大而使得發光單元24與導光結構18之間產生間隙或是因零件平面度或其他零件缺陷 (如毛邊)而導致發光單元24與導光結構18之間產生些許縫隙，光學式觸控模組10仍然 可利用藉由預壓設計而繼續抵接於彈性件20與導光結構18之間的遮光結構26，以阻擋光 線從上述間隙漏出並同時發揮將光線反射入導光結構18內的功效，進而避免漏光現象的 發生以及增加光學式觸控模組10的光線使用效能。值得注意的是，光學式觸控模組10內的元件配置可不限於上述實施例，舉例來 說，光學式觸控模組10亦可僅配置二導光結構18沿觸控面12的相鄰二側邊(如圖1所示 的觸控面12的右側及底側)設置且於對應觸控面12的頂角(如左上角)的位置上配置光
7學式感測器16，至於二導光結構18之間的元件配置則是可如圖2所示，從而達到簡化光學 式觸控模組10的元件配置的目的。除此之外，上述的固定座22可為可省略的元件，而彈性件20以及遮光結構26可 為擇一省略的元件，以簡化光學式觸控模組10的結構設計；就固定座22的省略配置而言， 彈性件20設置於基板14上的設計亦可改採用其他可達到將彈性件20以預壓狀態設置於 基板14上的設計，以省略固定座22的配置，舉例來說，彈性件20可直接以預壓狀態部分固 定於基板14上，意即彈性件20可利用其未固定於基板14上的部分結構以提供預壓彈力至 發光單元24 ；另外，在彈性件20以及遮光結構26的擇一省略配置方面，除了可如上述實施 例所提及的遮光結構26與彈性件20相互配合的設計之外，光學式觸控模組10可僅配置有 遮光結構26或僅配置有彈性件20以防止漏光；同樣地，為達成上述目的，亦可採用遮光結 構26為非彈性材質且設置於鄰近該導光結構的入光面，且配置提供預壓彈性力的彈性件 20。接下來，請參閱圖7，其為根據本發明的第二實施例所提出的光學式觸控模組100 的部分放大簡示圖，第二實施例中所述的元件與第一實施例中所述的元件編號相同者，表 示其具有相似的功能或結構，於此不再贅述，光學式觸控模組100與第一實施例的光學式 觸控模組10主要不同之處在於彈性件的配置；在此實施例中，由圖7可知，光學式觸控模組 100的右下角部分(其餘部分可以此類推)具有二導光結構18、二發光單元24，以及二彈性 件102與相對應的二固定座104 ；導光結構18沿觸控面12的相鄰二側邊設置，每一彈性件 102分別設置於相對應的導光結構18的端部且分別以預壓狀態容置於相對應的固定座104 內，每一發光單元24分別設置於相對應的導光結構18以及相對應的彈性件102之間，且每 一發光單元24與相對應的彈性件102抵接，使得每一發光單元24的出光面28實質緊鄰相 對應的導光結構18的入光面30 ；換句話說，在此實施例中，每一發光單元24均有相對應的 彈性件102以及固定座104與之配合，而非採用第一實施例中所提及的二發光單元24抵接 於同一彈性件20的設計；至於光學式觸控模組100的元件作動，其與上述光學式觸控模組 10的元件作動相似，故於此不再贅述，另外，第一實施例中所提及的遮光結構的套設配置、 彈性件可直接以預壓狀態部分固定於基板上的設計、以光學感測器的外殼取代固定座的設 計，以及僅配置有二導光結構的設計亦可應用於第二實施例中。最後，請參閱圖8，其為根據本發明的第三實施例所提出的光學式觸控模組200的 簡示圖，第三實施例中所述的元件與第一實施例以及第二實施例中所述的元件編號相同 者，表示其具有相似的功能或結構，光學式觸控模組200與光學式觸控模組10以及光學式 觸控模組100主要不同之處在於反射鏡的配置；由圖8可知，光學式觸控模組200具有三導 光結構18，其沿觸控面12的相鄰三側邊設置，光學式觸控模組200另具有三發光單元24、 三彈性件102與相對應的三固定座104，以及反射鏡202 ；每一彈性件102分別設置於相對 應的導光結構18的端部且分別以預壓狀態容置於相對應的固定座104內，每一發光單元24 則是分別設置於相對應的導光結構18以及相對應的彈性件102之間，並且與相對應的彈性 件102抵接，藉以使得每一發光單元24的出光面28實質緊鄰相對應的導光結構18的入光 面30 ；反射鏡202設置於觸控面12上異於上述相鄰三側邊的另一側邊上，反射鏡202主要 是用來將圖8所示的位於觸控面12的底側的導光結構18所導出的光線反射入觸控面12， 藉以使光線可均勻散布於觸控面12上並可順利地被光學感測器16所接收，從而進一步地強化光學感測器16的光學定位準確度；至於光學式觸控模組200的元件作動，其與上述光 學式觸控模組10的元件作動相似，故於此不再贅述；除此之外，第一實施例中所提及的以 光學感測器的外殼取代固定座的設計、遮光結構的套設配置，以及彈性件可直接以預壓狀 態部分固定於基板上的設計亦可應用於第三實施例中，而上述發光單元24、彈性件102以 及固定座104的配置數量亦可不限於上述的三組，其亦可於對應每一導光結構18的另一端 部的位置上分別增設一組發光單元24與彈性件102以及固定座104的配置。相較於先前技術，本發明所提供的光學式觸控模組利用彈性件所提供的預壓彈力 以推動發光單元的出光面緊靠於導光結構的入光面上，如此一來，即可解決因導光結構在 不同使用環境下發生熱脹冷縮的結構變形所導致的發光單元與導光結構之間出現間隙的 問題，藉以防止光學式觸控模組在發光單元的裝設位置上出現漏光現象，進而改善光學感 測器判斷光線強度變化的準確度；除此之外，若是因導光結構遇冷收縮幅度過大而導致彈 性件所提供的預壓彈力不足以使發光單元繼續緊靠於導光結構上，從而使發光單元與導光 結構之間產生間隙，或是因零件平面度或其他零件缺陷(如毛邊)而導致發光單元與導光 結構之間產生些許縫隙，此時，本發明所提供的光學式觸控模組可選擇性地單獨利用套設 於發光單元上的遮光結構或是採用遮光結構與彈性件互相配合的設計，以阻擋光線從上述 間隙漏出並同時可將光線反射入導光結構內，如此一來，本發明不僅可進一步地防堵漏光 現象的發生，同時亦可增加光學式觸控模組的光線使用效能。以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求所做的均等變化與修 飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
權利要求
一種光學式觸控模組，包含觸控面、基板與至少一光學感測器，該觸控面位於該基板上，該光學感測器朝該觸控面擷取觸控區域影像，其特徵在於該光學式觸控模組包含有導光結構，其沿該觸控面的側邊設置，用以將光導入該觸控面；彈性件，設置於該導光結構的端部；以及發光單元，其設置於該導光結構與該彈性件之間，且該發光單元抵接於該彈性件，使得該發光單元的出光面緊鄰該導光結構的入光面。
2.如權利要求1所述的光學式觸控模組，其特徵在於該光學式觸控模組具有二導光結 構沿該觸控面的相鄰二側邊設置，該光學式觸控模組另具有至少二發光單元以及相對應的 二彈性件，每一彈性件分別設置於相對應的導光結構的端部，每一發光單元分別設置於相 對應的導光結構以及相對應的彈性件之間，且每一發光單元抵接於相對應的彈性件。
3.如權利要求1所述的光學式觸控模組，其特徵在於該光學式觸控模組具有三導光結 構沿該觸控面的相鄰三側邊設置，該光學式觸控模組另具有至少三發光單元以及相對應的 三彈性件，每一彈性件分別設置於相對應的導光結構的端部，每一發光單元分別設置於相 對應的導光結構以及相對應的彈性件之間，且每一發光單元抵接於相對應的彈性件，該光 學式觸控模組還具有反射鏡，其設置於異於該三側邊的另一側邊上，該反射鏡用來將光反 射入該觸控面。
4.如權利要求1所述的光學式觸控模組，其特徵在於該光學式觸控模組具有四導光結 構沿該觸控面的相鄰四側邊設置，該光學式觸控模組另具有至少四發光單元以及相對應的 四彈性件，每一彈性件分別設置於相對應的導光結構的端部，每一發光單元分別設置於相 對應的導光結構以及相對應的彈性件之間，且每一發光單元抵接於相對應的彈性件。
5.如權利要求1所述的光學式觸控模組，其特徵在於該光學式觸控模組具有二導光結 構沿該觸控面的相鄰二側邊設置，該光學式觸控模組另具有至少二發光單元以及相對應的 彈性件，每一發光單元分別設置於相對應的導光結構以及該彈性件之間，該彈性件同時與 該二發光單元抵接。
6.如權利要求1所述的光學式觸控模組，其特徵在於該彈性件為彈性塊，其以預壓狀 態部分固定於該基板上。
7.如權利要求1所述的光學式觸控模組，其特徵在於該光學式觸控模組另包含有固定 座，其固定於該基板上，該彈性件以預壓狀態容置於該固定座內。
8.如權利要求1所述的光學式觸控模組，其特徵在於該光學式觸控模組另包含有遮光 結構，其以預壓狀態抵接於該導光結構與該彈性件之間且套設於該發光單元上，該遮光結 構用來阻擋從該導光結構反射而回的光線。
9.一種光學式觸控模組，包含觸控面、基板與至少一光學感測器，該觸控面位於該基板 上，該光學感測器朝該觸控面擷取觸控區域影像，其特徵在於該光學式觸控模組包含有導光結構，其沿該觸控面的側邊設置，用以將光導入該觸控面；發光單元，其面向該導光結構的入光面設置；以及遮光結構，具有開口，該遮光結構鄰近該導光結構的入光面，該遮光結構用來阻擋從該 導光結構反射而回的光線，其中，該發光單元產生的光線透過該開口進入該導光結構。
10.如權利要求9所述的光學式觸控模組，其特徵在於該遮光結構為彈性結構，其以預 壓狀態抵接於該導光結構與該彈性件之間且套設於該發光單元上。
11.如權利要求9所述的光學式觸控模組，其特徵在於另包含有彈性件，設置於該導光 結構的端部，該發光單元抵接於該彈性件，使得該發光單元的出光面緊鄰該導光結構的入 光面。
全文摘要
本發明揭露一種光學式觸控模組，其包含觸控面、基板、至少一光學感測器、導光結構、彈性件及發光單元。該觸控面位於該基板上，該光學感測器朝該觸控面擷取觸控區域影像。該導光結構沿該觸控面的一側邊設置，用以將光導入該觸控面。該彈性件設置於該導光結構的一端部。該發光單元設置於該導光結構與該彈性件之間，且該發光單元抵接於該彈性件，使得該發光單元的出光面實質緊鄰該導光結構的入光面。因此，本發明提供的光學式觸控模組可解決因導光結構在不同使用環境下發生熱脹冷縮的結構變形所導致的發光單元與導光結構之間出現間隙的問題，提供良好的貼合效果，有效消除漏光問題。
文檔編號G06F3/042GK101907958SQ20101025853
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月12日 優先權日2010年8月12日
發明者陳建維, 陳志宏 申請人:蘇州佳世達電通有限公司;佳世達科技股份有限公司