TW200912200A - A transmissive body - Google Patents

Description

200912200 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 在特定實施例中，本發明係相關於輸入裝置，尤其是 相關於光學觸碰輸入裝置。在其他實施例中，本發明係相 關於照明顯示器用的設備。在另外的實施例中，本發明係 相關於組合式輸入裝置和照明顯示器用的設備。然而，應 明白本發明並不局限於這些特定使用領域。 【先前技術】 整篇說明書中的任何習知技術之討論絕不應被視作承 認此種習知技術是廣爲人知或形成此領域中一般共識的一 部份。 由於相當容易使用的關係，電腦和諸如行動電話、個 人數位助理（PDAs )、及掌上型遊戲機等其他消費性電子 裝置之觸碰輸入裝置或感應器令人高度渴望。在過去，已 使用各種途徑提供觸碰輸入裝置。最普遍的途徑係使用撓 性電阻疊層，但是此疊層容易被破壞，會產生眩光問題， 及容易使下面螢幕變得黯淡，需要過大的電力使用以補償 此種黯淡現象。電阻裝置亦對潮濕敏感，及電阻疊層的成 本按圓周的二次方來衡量。另一途徑是也需要疊層之電容 式觸碰螢幕，在此例中，疊層通常較耐用，但是眩光和黯 淡的問題仍舊存在。 在另一普遍途徑中，紅外線光束的矩陣被建立在顯示 器前方，由一或多個射束之中斷來偵測觸碰。在很久以前 -5- 200912200 就知道此種“光學式”觸碰輸入裝置（見US專利號 3，478,220及US3,673,327)，有著由諸如發光二極體（ L E D )等光學源陣列所產生的射束且由對應的偵測器（諸 % 如光電晶體等）陣列來偵測。它們具有沒有疊層的優點且 能夠在各種周遭光線條件下運作（US專利號4,988,983 ) 4 ，但是具有成本大的問題’因爲它們需要大量的光學源和 偵測器組件，以及支援電子。因爲此種系統的空間解析度 有賴於光學源和偵測器的數目，此組件成本隨著顯示器尺 寸和解析度而增加。通常，光學源和偵測器橫跨顯示器而 彼此相對，但是在某些例子中（例如US專利號4,5 17，5 5 9 、US4,837,430、及US6,597,508所揭示的），它們位在顯 示器的同側上，而由反射鏡所提供的返回光學路徑在顯示 器的相對側上。 US 專利號 6,351，260、US6，181，842、及 US5,914,709 揭示依據整合式光學波導的另一光學觸碰輸入技術。圖1 圖示此種裝置的基本原理。在此設計中，整合式光學波導 ' 10從光學源11引導光線到整合式同平面透鏡16，此同平 ^ 面透鏡16在顯示器及/或輸入區13的平面中準直光線， 及在顯示器及/或輸入區13各處發射光束12陣列。由在 顯示器及/或輸入區的另一側中之第二組整合式同平面透 鏡1 6和整合式光學波導1 4收集此光線，及引導到位置敏 感（即、多元件）偵測器1 5。觸碰事件（如、藉由手指或 電子筆）切斷一或多個光的射束並且被偵測當作陰影（由 此觸碰物體所阻隔的特別射束所決定之位置）。也就是說 -6- 200912200 ，在各維中可識別任何實體阻隔的位置’讓使用者能夠反 饋以輸入到裝置內。較佳的是’裝置亦包括外部垂直準直 透鏡（VCL) 17，其在輸入區的各個側上與整合式同平面 ， 透鏡相鄰，以在垂直於輸入區的平面之方向中準直光線。 如圖1所示，觸碰輸入裝置通常是二維且是矩形的， 噱 沿著輸入區的相鄰側具有兩“傳送”波導1 〇陣列（X，Y ) ，及沿著輸入區的另兩側具有兩對應的“接收”波導1 4陣 列。當作傳送側的一部份，在一實施例中，透過例如1 XN 樹狀分裂器等一些光分歧器18的形式將來自單一光學源 11 (諸如LED或垂直空腔表面發射雷射（VCSEL)等）的 光分佈到形成X及Y傳送陣列的複數傳送波導1 〇。通常 將X及Y傳送波導配置在L型基板19上，及X及Y接收 波導配置在類似的L型基板上，使得單一光學源和單一位 置敏感偵測器可被用於覆蓋X及Y維二者。然而，在另 一實施例中，分開的光學源及/或偵測器可被用於X及Y 、 維的各個。另外，能夠以透射所使用的光之波長（至少在 ' 光束1 2通過的那些部位）的聚光圈結構使波導免於環境 - 傷害，及可結合其他的透鏡特徵，諸如上述的V L C等。 通常，感應光在接近IR中，例如約8 5 0 nm，在那例子中 ，聚光圈不透射可見光較佳。 爲了簡化，在圖1中僅圖示每一維具有四對傳送和接 收波導。通常，每一維具有更多對，每一對間隔接近，使 得光束12實質覆蓋輸入區13。 與具有成對的光學源和偵測器陣列之觸碰輸入裝置比 200912200 較，以波導爲主的裝置具有明顯的成本優勢，因爲其大幅 降低所需之光學源和偵測器數量。儘管如此，它們仍遭遇 到一些阻礙。 . 首先、因爲在諸如行動電話、掌上型遊戲機、和個人 數位助理（PDA )等消費性電子裝置中觸碰功能日益普遍 ，所以降低成本的需求一直存在。即使使用相當不昂貴的 波導材料和製造技術（諸如以照相平版印刷術或模造處理 加以圖型化可熟化聚合物等），傳送和接收波導陣列仍代 表觸碰輸入裝置的成本中之一明顯部分。第二、具有信號 對雜訊問題：因爲傳送波導小（典型上它們具有側邊等級 1 0 μιη的正方形或矩形橫剖面），所以難以從光學源將大 量“信號”光耦合到它們。因爲接收波導將只捕捉此光的一 小部分，所以整座系統易受到周遭光的“雜訊”之傷害，尤 其是若在明亮的陽光中使用。第三、因爲裝置使用分離光 束1 2，所以在組裝期間需要小心地校準傳送和接收波導。 V 具有分離光學源和偵測器陣列的老式光學觸碰輸入裝置亦 ' 有類似的校準要求。 * 圖1所示的以波導爲主之觸碰輸入裝置的檢測發現在 接收波導1 4上編碼觸碰物體的位置資訊；也就是說，從 那些特別的接收波導決定物體的位置，那些特別的接收波 導接收少許光或未接收光並且傳送那條件給多元件偵測器 1 5的各別元件。傳送側較不重要，及可使用在X及γ方 向中傳播之兩薄片光取代分離光束12的網柵。 US專利號7,099,5 5 3所揭示且在圖2槪要圖示之另一 200912200 組配藉由以具有複數反射面22的光管2 1形式之單一“塊 狀光學”波導取代傳送波導來提供一光薄片，儘管仍舊使 用最小數量的光學源。在操作時，來自光學源11的光被 發射到光管2 1的輸入面，選用地以透鏡23加以輔助’及 以反射面22使此光偏斜，以產生穿越輸入區1 3而朝向接 收波導14之一大片光45。如圖2所示，光管21是L型 項目，其包含輸入區1 3的兩“傳送側”，及具有轉向反射 鏡24在其頂點。在較小的變化中，可具有分開、實質的 直線光管給各個傳送側。有利的是，光管2 1可包含例如 由注入模造所形成的聚合物材料，如此將被認爲在製造上 比波導陣列便宜。另外應明白，因爲光管2 1是“塊狀光學 ”組件，所以將相當明確地以高效率從光學源1 1耦合光到 此，藉以提高信號對雜訊比。 如US7,099,553所提及一般，光管21的輸出面25可 被整型具有橢圓曲率以形成在垂直（即、平面外）方向中 準直光板4 5之透鏡2 6，消除任何分開垂直的準直透鏡之 需要。此將進一步降低材料帳單，及亦能夠降低組裝成本 〇 具有複數反射面的光管通常被用於分佈來自單一光源 的光，用於照明（例如見US專利號4,06 8,1 2 1 )。亦知道 諸如具有複數反射面在一表面上之實質平面導光板等二維 變化形式被用於顯示器背光，例如US專利號5,0 5 0,946 所揭示一般。在最廣爲人知的光管和導光板中，沿著外部 邊緣或表面形成反射面。US7,099,553所揭示的光管21具 200912200 有有點不同的形式’其中面22實質上是光管本體的內部 ,及高度是步階式的’使得各個面只反射光管內所引導之 一小部分的光。此設計的有利點是光管的寬度27相當小 ，這對顯示器四周的“聚光圈寬度”不應過大之觸碰輸入裝 置是重要的。然而’其明顯的不利點在於設計複雜’具有 許多尖銳的角和凹下部位’如此將極難以透過注入模造準 確地複製。與眾所皆知的單一縫隙衍射原理類似，第二個 問題在於面所反射出的光束之發散角將有賴於那面的高度 。因此，光管21中的面之漸增高度將使反射光束在平面 外方向中具有逐漸變化的發散，使得簡易橢圓透鏡26將 無法完全準直光板45。 在US專利號4,9 86,662中揭示使用最小數目的光學 源來產生一感應光薄片之相當簡易的光學觸碰輸入裝置。 如圖2 A所示，觸碰輸入裝置包括矩形框9 1，此矩形框9 1 具有沿著兩側的光學源1 1和偵測器5 6陣列和在相對兩側 上的拋物面反射鏡92。從各個光學源發出的光35傳播在 輸入區13各處而朝向各別的拋物面反射器，及在輸入區 各處反射回來以當作X及γ維中的光板45。不幸地是， 此簡易的組配具有一不利點，即在輸入區的許多部分中， 觸碰物體6 0將阻隔出去的光3 5，使偵測演算複雜。 本發明的目的係解決或改善習知技術不利點中的至少 之一 ’或提供有用的替代方案。 【發明內容】 -10- 200912200 根據第一觀點，本發明設置一用於輸入裝置的透射體 ，該本體包含： 一準直元件，適於實質地將光學信號準直；及 一改向元件，適於實質地將光學信號改向， 其中該等元件被配置成接收實質平面光學信號以及將 該光學信號準直和改向，以產生實質準直的平面信號。 較佳的是，元件被配置成接收實質光學信號，以及將 該光學信號準直、改向、和傳送，以產生實質準直的平面 信號。較佳的是’元件被配置成接收在第一平面傳播的實 質平面光學信號’以及將光學信號當作實質準直的平面信 號而改向到不同於第一平面的第二平面。在一實施例中， 第一和第二平面係實質平行的。在另一實施例中，實質準 直的平面信號被改向到實質平行於第一平面且與第一平面 隔開之一或多個平面。在另一實施例中，實質準直的平面 信號被朝向接收的光學信號之光源而改向。 在根據第一觀點的較佳實施例中，透射體係由單一片 塑膠材料所形成’此塑膠材料實質地透射光譜的紅外線或 可見光區之光且選用地不透射周遭的可見光。 在一實施例中，根據第一觀點的透射體可以實質平面 形式接收光學信號。在另一實施例中，根據第一觀點的透 射體可從諸如LED陣列等複數光源接收光。在另一實施 例中，根據第一觀點的透射體可從冷陰極螢光燈（CCFL )接收光。 根據第二觀點’本發明設置一用於輸入裝置的透射體 -11 - 200912200 ，該本體包含： (a) —透射元件，適於以平面形式接收、限定、和傳送 光學信號；及 (b) —準直和改向元件，是於實質地將光學信號準直和 改向； 其中該等元件被組配成接收來自光學源的光學信號， 以及將該光學信號傳送、準直、和改向，用以以實質平面 形式產生實質準直的信號。 根據第三觀點，本發明設置一用於輸入裝置的透射體 ，該本體包含： (a) —透射元件，適於以平面形式接收、限定、和傳送 光學信號； (b) —準直元件，適於實質地準直光學信號；及 (c) 一改向元件，適於將光學信號改向， 其中該等元件被配置成接收來自光學源的光學信號， 以及將該光學信號傳送、準直、和改向，用以以實質平面 形式產生實質準直的信號。 較佳的是，透射元件係實質平面的，諸如平板形式等 。然而，應明白透射元件可以是任何形式，如：1 ·)透射元 件，適於接收來自光學源的光學信號，2.)透射元件，適於 以平面形式傳送信號，及3 .)透射元件，限定光學信號在 其外周圍內。在一較佳實施例中，光學源是發散光的點光 源（下文將進一步討論），選用地耦合至實質平面的透射 元件，使得將光限定在透射元件的透射元件的狹窄範圍內 -12- 200912200 ，但是在透射元件的廣大範圍內自由發散。準直元件及/ 或改向元件沿著與光學源相對的一側橫跨透射元件的全寬 ，理想上，在透射元件內光將充分發散以“塡滿”此相對側 。若需要的話，可插入透鏡以確保能夠發生此效果。 在一實施例中，在與透射元件實質共平面的平面（若 存在的話）中將所傳送的實質準直平面信號改向，或所接 收的實質平面光學信號。例如，準直的平面信號可被改向 到透射體的一側。然而，在其他實施例中，實質準直的平 面信號被改向到實質平行於透射元件且與透射元件隔開之 一或多個平面。在此實施例中，實質準直的平面信號可被 改向回到朝向光學源或遠離光學源。儘管將整個實質準直 的平面信號改向較佳，但是其他實施例亦考量到只將實質 準直的平面信號之一部分（或一些部分）改向。在較佳實 施例中，實質準直的平面信號被改向到自由空間。在另一 實施例中，實質準直的平面信號被改向到平面波導。若在 實質平行於透射元件的平面中將實質準直的平面信號改向 ，則可將此平面波導與透射元件整合在一起。 在較佳實施例中，準直元件及/或改向元件是平面鏡 或透鏡形式的。然而，準直元件及/或改向元件可以是複 數準直元件和改向元件，它們適於從單一光學源以平面形 式產生複數實質準直的信號。 較佳的是，光學源是發出發散光學信號的點光源，例 如LED等。在此例中，準直元件是實質拋物面反射鏡或 實質橢圓透鏡較佳，它們被整形和定位成其焦點實質與光 -13- 200912200 學源重合。精於本技藝之人士應明白’上述組配使本發明 的透射體能夠將發散的光學信號準直成光的實質平行射線 ，即、準直光學信號。 視實施例而定’透射體可被形成單一本體或複數本體 。例如，就根據第一觀點的實施例而言’透射體可以是單 一本體或一對本體。就根據第二或第三觀點的實施例而言 ，透射體可以是： 1. )單一本體，包含所有三個準直、改向、和透射元件 2. )—對本體，其中本體的其中之一包含準直、改向、 和透射元件的任兩個，及本體的其中另一個包含其 餘的元件，或 3. )三個本體，其中各個本體包含該準直、改向、和透 射元件的其中之一。 在較佳實施例中，準直元件和改向元件二者都在透射 元件的光學下游。然而，應明白，準直元件和改向元件的 二者或其中之一可在透射元件的光學上游。然而，如同精 於本技藝之人士所明白一般，在此後一實施例中，光學源 的相對定位和指向準確度需要相當高的精確性，以確保傳 送品質足夠的光學信號以及確保光學信號被充分準直。 在第一結構中，設置一被光學式耦合至根據第一觀點 的透射體之單一光學源。應明白，透射體提供單一薄片或 薄層之實質準直的平面光學信號。然後可將此實質準直的 平面信號導向一或多個光偵測元件，以偵測輸入；輸入係 -14- 200912200 由中斷準直的平面信號所決定的。 在另一結構中，可在透射元件的相鄰側上包括一對光 學源，以及取向成實質彼此垂直。亦可將成對的準直及改 向元件在設置各個光學源之透射元件的相互對向側上’藉 以提供在實質垂直方向中傳播之一對實質準直的平面信號 。在一實施例中，準直的平面信號是共平面的，然而’準 直的平面信號可以是在相互隔開的平行平面中。 在另一結構中，將單一光學源光學式耦合至透射元件 ，以及設置和定位成對的準直和改向元件’以產生在實質 垂直的方向中傳播之一對實質準直的平面信號（在一實施 例中）。另外，此種準直的平面信號可以是共平面或在相 互隔開的平行平面中。 應明白，可將顯示器定位在實質準直的平面信號和透 射元件之間，或在透射元件是透明的例子中，可將顯示器 定位在實質準直的平面信號之透射元件的相對側上。在此 後一實施例中，透射元件本身形成觸碰表面。 在另一結構中，將單一光學源光學式耦合至透射元件 ’及準直和改向元件將光改向到設置在透射元件的表面上 之平面波導。在此實施例中’平面波導形成觸碰表面，及 輸入係由降低在平面波導中所引導之光量所決定的。 根據第四觀點’本發明設置一用於輸入裝置的信號產 生裝置，包含： 一光學源，用以提供光學信號；及 一透射體，包含： -15- 200912200 (a) —透射元件，適於以平面形式接收、限定、和傳送 該光學信號； (b) —準直元件，適於實質地將該光學信號準直；及 (c) —改向元件，適於將該光學信號改向， 其中該等元件被配置成接收該光學信號’以及將該光 學信號傳送、準直、和改向’用以以實質平面形式產生實 質準直的信號。 根據第五觀點，本發明設置一輸入裝置，包含： 一光學源，用以提供光學信號；及 (a) —透射元件，適於以平面形式接收、限定、和傳送 光學信號； (b) —準直元件，適於實質地將光學信號準直；及 (c) 一改向元件，適於將光學信號改向， 其中該等元件被配置成接收該光學信號，以及將該光 學信號傳送、準直、和改向，用以以實質平面形式產生實 質準直的信號，將該實質準直的平面信號導向至少一光偵 測元件，用以偵測輸入。 光偵測元件適於接收實質準直的平面信號之至少一部 份’以偵測輸入。光偵測元件包含至少一光學波導，與至 少一偵測器光學通訊較佳。 在較佳實施例中，透射體系由實質透射可見光之單一 片塑膠材料所形成。此信號光是在光譜的紅外線區較佳， 在此例中’塑膠材料可選用地不透射周遭的可見光。在這 些實施例中，透射體係由注入模造較佳。然而，應明白， -16- 200912200 透射體，或甚至諸如透射元件等透射體的一些部分’準直 元件及/或改向元件可由諸如玻璃等其他材料來製造’及 光學地接合在一起。在一尤其較佳的實施例中，透射元件 係包含玻璃，及準直和改向元件都包含單一片注入模造的 塑膠材料。 根據第六觀點，本發明提供以實質準直的平面形式來 生產光學信號之方法，方法包含以下步驟： 從光學源提供光學信號； 以平面形式接收、限定、和傳送光學信號； 實質地將光學信號準直；及 將光學信號改向。 較佳的是，實質平面的透射元件以平面形式限定和傳 送光學信號，及改向元件將實質準直的平面信號改向。在 此觀點中，透射元件、準直元件、和改向元件定義透射體 〇 根據第六觀點的方法另外包含以下步驟較佳：將實質 準直的平面信號改向到實質平行於透射元件之平面。方法 另外包含以下步驟較佳：將實質準直的平面信號改向到實 質平行於該透射元件且與該透射元件隔開之一或多個平面 。在一實施例中，方法包含以下步驟：將實質準直的平面 信號改向回到朝向光學源，此光學源是提供發散光學信號 之點光源。準直元件可包括一或多個實質拋物面反射鏡或 一或多個實質橢圓透鏡，及其中一或多個實質拋物面反射 鏡的各個被整形和定位成其焦點實質與點光源重合。 -17- 200912200 在另一實施例中，方法包含以下步驟：設置一對光學 源及對應的成對準直元件和改向元件，用以提供在實質垂 直的方向上傳播之一對實質準直的平面信號。 在另一實施例中，方法另外包含以下步驟：設置單一 光學源及成對準直元件和改向元件，用以提供在實質垂直 方向上傳播之一對實質準直的平面信號。 根據第七觀點，本發明提供以實質準直的平面形式來 生產光學信號之方法，方法包含以下步驟： (a) 從光學源提供光學信號；及 (b) 將光學源光學式耦合到根據第一、第二、或第三觀 點的透射體。 本發明提供一明顯優於習知技術的有利點。例如，與 習知技術裝置相關的一重大問題係有關於需要在輸入區的 平面中校準發送器與接收器，無論發送器和接收器是如 US3,478,220中的分離光學組件或如US5,914,709中的波 導。相反地，因爲眼前的發明中之傳送信號是一薄板/薄 層的實質準直光，所以現在不需要在此平面中校準接收器 和發送器。各個接收器僅接收導向它的一部份光和其相鄰 的任何光，及記錄此一大片光的中斷當作輸入。 根據第八觀點，本發明設置一用於輸入裝置和用以照 明顯示器的總成，該總成包含··一根據第二或第三觀點之 透射體’用以供應光學信號給該輸入裝置；及一分佈元件 ’與該透射元件相鄰，用以接收和分佈來自光源的光到該 顯示器，藉以照明該顯示器。 -18- 200912200 根據第九觀點，本發明設置一用於輸入裝置和用以照 明顯示器的總成’該總成包含：一透射體，包含一透射元 件，其適於以實質平面形式接收來自光學源的光學信號與 限定和傳送該光學信號到準直和改向元件，該準直和改向 元件適於實質地將該實質平面光學信號準直和改向，以供 應該信號給該輸入裝置：及一分佈元件，與該透射元件相 鄰，用以接收和分佈來自光源的光到該顯示器，藉以照明 該顯示器。 較佳的是，將覆蓋層配置在該透射元件和分佈元件之 間，用以降低光從分佈元件漏洩到透射元件，和用以降低 光學信號從透射元件漏洩到分佈元件。 在一實施例中，將分佈元件定位成將用以供應光到分 佈元件之光源和用以供應光學信號到透射元件之光學源定 位在透射元件的相同側上。在另一實施例中，將分佈元件 定位成將用以供應光到分佈元件之光源和用以供應光學信 號到透射元件之光學源定位在透射元件的相互對向側上。 較佳的是，光學信號包括來自光譜的紅外線區之一或 多個預定波長，及該光包括來自光譜的可見光區之一或多 個預定波長。在另一實施例中，光學信號和光之各個包括 來自光譜的可見光區之一或多個預定波長。 在一實施例中，顯示器被定位在透射元件上方。然而 ，亦可將顯示器定位在透射元件下方。 用以供應光的光源是冷陰極螢光燈或LED (發光二極 體）陣列，及用以供應該光學信號的該光學源是LED或 -19- 200912200 LED群組。 根據第十觀點，本發明設置一用於輸入裝置和用以照 明顯示器的總成’該總成包含：一根據第二或第三觀點之 透射體；及一或多個光源，用以產生光，該光源被定位在 該透射元件下方’藉以經由該透射元件照明該顯示器。 根據第十一觀點，本發明設置一用於輸入裝置和用以 照明顯示器的總成，該總成包含：一透射體，包含一透射 元件’其適於以實質平面形式接收來自光學源的光學信號 與限定和傳送該光學信號到準直和改向元件，該準直和改 向元件適於實質地將該實質平面光學信號準直和改向；及 一或多個光源，用以產生光，該光源被定位在該透射元件 下方，藉以經由該透射元件照明該顯示器。 較佳的是，總成另外包含：一覆蓋層，被配置在一或 多個光源和透射元件之間，用以降低光從透射元件漏洩到 一或多個光源，或用以降低透射元件中的光學信號和一或 多個光源之間的互動，其中該一或多個光源是LED。該 LED可產生來自光譜的可見光區之一或多個預定波長。較 佳的是，顯示器被定位在透射元件上方。 根據第十二觀點，本發明提供一用以產生信號之方法 ’此信號用於輸入裝置和用以照明顯示器’該方法包含以 下步驟：從光學源提供光學信號；以平面形式接收、限定 、和傳送該光學信號；實質地將該光學信號準直；將該輸 入裝置的該實質準直光學信號改向；從光源提供光；及接 收和分佈該光到該顯示器’藉以照明該顯示器。 -20- 200912200 根據第十三觀點，本發明提供一用以產生信號之方法 ，此信號用於輸入裝置和用以照明顯示器，該方法包含以 下步驟··將根據第一、第二、或第三觀點的透射體與光學 源光學式耦合，用以供應光學信號給該輸入裝置；將分佈 元件與該透射體耦合；及將該分佈元件與光源光學式耦合 ，用以供應照明該顯示器的光。 根據第十四觀點，本發明提供一用以產生信號之方法 ，此信號用於輸入裝置和用以照明顯示器，該方法包含以 下步驟：從光學源提供光學信號；以平面形式接收、限定 、和傳送該光學信號；實質地將該光學信號準直；將該輸 入裝置的該實質準直光學信號改向；從一或多個光源提供 光；及將該光分佈到該顯示器，藉以照明該顯示器。 根據第十五觀點，本發明設置一用以照明顯示器之總 成，該總成包含：一透射體，包含一透射元件，適於以實 質平面形式接收、限定、和傳送光到準直和改向元件，此 準直和改向元件適於實質地將該實質平面光準直和改向； 及一分佈元件，適於將該實質平面準直的光接收和分佈到 該顯示器，藉以照明該顯示器。 根據第十六觀點，本發明設置一用以照明顯示器之總 成，該總成包含根據第一、第二、或第三觀點之透射體， 被光學式耦合到分佈元件，此分佈元件是於將該實質平面 準直的光分佈到該顯示器，藉以照明該顯示器。 根據第十七觀點，本發明提供一用以照明顯示器之方 法，該方法包含以下步驟：從光源提供光；以實質平面形 -21 - 200912200 式接收、限定、和傳送該光；實質地將該光準直和改向； 及將該實質平面準直的光分佈到該顯示器，藉以照明該顯 示器。 根據第十八觀點，本發明提供一照明顯示器之方法， 係利用來自光源的光，該方法包含以下步驟：將該光源與 根據第一、第二、或第三觀點的透射體光學式耦合；及將 該透射體與分佈元件光學式耦合，以分佈該實質平面準直 的光到該顯示器，藉以照明該顯示器。 根據第十九觀點，本發明設置一用於輸入裝置和用以 照明顯示器的透射體，該本體包含：一透射和分佈元件， 適於以實質平面形式接收、限定、和傳送光信號的第一部 位到改向元件，該改向元件適於將該輸入裝置的該實質平 面光信號改向，其中該透射和分佈元件同時將該光信號的 第二部位分佈到該顯示器，藉以照明該顯示器。 在根據第十九觀點的透射體之一實施例中，顯示器被 定位在透射和分佈元件上方，然而，在另一實施例中，可 將顯示器定位在透射和分佈元件下方。在相關實施例中， 用於輸入裝置和用以照明顯示器之透射體可另外包含一觸 碰表面，其透射定位在透射和分佈元件上方之光信號。 根據第二十觀點，本發明設置一用於輸入裝置和用以 照明顯示器的總成，該總成包含：一透射元件’適於以實 質平面形式接收、限定和傳送光到改向元件，該改向元件 適於將該輸入裝置的該實質平面光第一部位改向’及將該 實質平面的光之第二部位改向，用以同時將該光供應到分 -22- 200912200 佈元件，以照明該顯示器。 在根據第二十觀點的總成之一實施例中，顯示和分佈 元件被定位在透射元件上方。另一選擇是，可將顯示器定 位在透射元件下方，和將分佈元件定位在透射元件上方。 在相關實施例中，總成可另外包含一觸碰表面，其透射定 位在分佈元件上方之光。光係由冷陰極螢光燈或LED陣 列所提供。 根據第二十一觀點，本發明提供一用以產生信號之方 法，此信號用於輸入裝置和用以照明顯示器，該方法包含 以下步驟：從光源提供光；以實質平面形式接收、限定、 和傳送該光；將該輸入裝置的該實質平面光第一部位改向 ，和同時將該實質平面光的第二部位分佈到該顯示器，藉 以照明該顯示器。 根據第二十二觀點，本發明提供一產生信號之方法， 此信號用於輸入裝置和用以照明顯示器，該方法包含以下 步驟：從光源提供光；以實質平面形式接收、限定、和傳 送該光；將該輸入裝置的該實質平面光的第一部位改向， 和將該實質平面光的第二部位改向，用以同時將該第二部 位分佈到該顯示器，藉以照明該顯示器。 根據第二十三觀點，本發明設置一用於輸入裝置的總 成’包含：一透射元件，適於以實質平面形式接收來自光 學源的光學信號，以及限定和傳送該光學信號到根據第一 觀點之透射體，用以將該光學信號準直和改向，以產生實 質準直的平面信號。 -23- 200912200 根據第二十四觀點，本發明設置一信號產生裝置，係 用於輸入裝置’包含：一光學源，用以提供準直信號；一 透射體，用以以實質平面形式將該準直信號捕捉和改向。 在一實施例中’信號源是點光源。然而，在另一實施例中 ，信號源是線光源。信號源產生準直的光學信號較佳。透 射體包括用以將光學信號接收和改向之改向元件較佳。透 射體包括用以將光學信號接收和準直之準直元件較佳。透 射體包括用以以平面形式將光學信號捕捉和傳送之透射元 件較佳。 除非本文清楚要求，不然，在全篇說明書和申請專利 範圍中’“包含” 一詞應解釋作包括的意思，與專屬、徹底 完全的意思相反；也就是說，是“包括，但不侷限於，，的意 思。 除非在操作例子中，或特別指定，否則應明白本文中 所使用之表示數量的所有數字在所有實例中可修正成“大 約” 一詞。例子並不用於侷限本發明的範疇。 【實施方式】 [定義] 在說明和申請本發明時，將根據下面的定義來使用接 下來的術語。亦應明白本文中所使用的術語係只用於說明 本發明的特別實施例，並不用於侷限本發明。除非特別定 義’否則本文中所使用的所有技術和科學語詞與精於本發 明的技藝之人士所普遍瞭解的意義相同。 -24- 200912200 本文中可交替使用平面、薄板、薄片等語詞。當意指 光學信號的實際大小且欲表示一束光的實質準直或限定時 使用這些語詞’使得光的個別射線沿著定義明確的實質平 行路徑一起行進。光信號被準直成在剖面中，平面/薄板/ 薄片是實質矩形的。然而’應明白本發明並不侷限於那輪 廓，諸如長菱形等其他輪廓亦在本發明的範疇內。 當全篇說明書中所使用時的例如實質準直信號等實質 一詞，係用於意指將與精於本技藝之人士所瞭解的變化程 度一致之變化程度應由於如同本文將說明一般的光學裝置 之自然變化所引起。限定一數量或一表示之實質一詞的使 用僅用於表達此數量/表示並不被解釋作一精確値的表示 [本發明的較佳實施例] 現在將參考一些圖式’在這些圖式中，全部的相同參 考號碼意指相同部分。如上述，圖1所示之以波導爲主的 光學觸碰螢幕感應器型容易遇到信號對雜訊問題，在明亮 的周遭光條件中使它們的性能遭受損害。亦有降低成本的 需要，尤其是在傳送波導1 0和接收波導1 4的陣列中，和 有避免在組裝期間需要小心校直傳送和接收波導的要求。 圖3、4、及5分別爲根據本發明的第一實施例之輸入 裝置的實質平面透射體30之平面、側視、及立體圖。透 射體3 0包含透射元件3 3 ’適於以平面形式接收、限定、 和傳送來自光學源38的光學信號35。透射體30另外包含 -25- 200912200 一準直元件40，是於實質地將光學信號35準直；及 向元件42，適於將光學信號改向。這些元件被配置成 口面67以實質平面形式接收光學信號35，以及將光 號35轉換和傳送當作實質準直信號45。應明白，從 源38發出且限定在透射元件33內之光學信號35的 角應足夠大到能夠“塡滿”（照明）準直元件40和改 件42的全寬。通常對準直元件和改向元件而言發散 足夠大能夠稍微“塡滿到超出”，以耗損一點光爲代價< 在圖5 A所示的另一實施例中，光學源3 8位在形 透射元件33的邊緣之凹處31中。若想要的話，凹虔 可特別整型成提供透鏡作用以確保光學信號35發散 射元件33內，以“塡滿”準直元件40和改向元件42。 選擇是，凹處31亦可包含透明黏著劑32以確保光學 降低反射耗損。在圖5B所示之另一實施例中，光學幼 位在透射元件3 3的縫隙34中，選用地以透明黏著齊 塡滿。 較佳的是，透射體3 0被設計成光學信號3 5透過 反射（TIR )從各個反射表面（即、準直元件40和改 件42 )反射出。此需要入射的各個角度大於臨界角 (由sine^nz/iM所指定），其中nl是組成透射體之 的折射率，及n2是周圍媒體的折射率。大部分的聚 具有折射率〜1.5，因此若周圍媒體是空氣（即、η2〜1 ，則θε大約是42°。若無法滿足TIR條件’則可金屬 理反射表面。 —改 從出 學信 光學 發散 向元 角將 成在 ! 3 1 在透 另一 源和 頁3 8 :!J 3 2 內全 向元 θ〇 > 材料 合物 ·〇 ) 化處 -26- 200912200 在圖5所示的實施例中’在實質平行於透射元件33 將實質準直的平面信號45改向，並且改向回到朝向光學 源38。然而，在圖6所示的實施例中’只有部分實質準直 的平面信號45被改向。 在另一實施例中，如圖7所示，實質準直的平面信號 45被改向到透射元件33的上方和下方兩平面。在圖7A 所示的另一實施例中，實質準直的平面信號4 5被改向到 與透射元件33整合的平面波導91。爲了引導平面信號， 平面波導9 1需要具有比透射元件高的折射率。利用此折 射率關係，在透射元件內被引導的一部份光學信號3 5將 被耦合到平面波導，但是假如平面波導比透射元件薄太多 ，則此效果小。此耦合在圖7 B所示的另一實施例中實質 上被去除，在圖7B所示的實施例中平面波導91和透射元 件3 3以“覆蓋”層9 2彼此光學式隔離，此覆蓋層9 2具有 低於平面波導和透射元件二者的折射率之折射率。可以包 括液相沈積法（如、旋轉塗佈）、汽相沈積法（如、化學 汽相沈積）、和離子擴散等習知技術中所知的任何幾個方 法在透射元件上產生平面波導和覆蓋層。

較佳的是，光學源38是發出發散光學信號之點狀光 源，例如LED。當光學源3 8提供發散光學信號時，準直 元件40被選定當作實質拋物面反射鏡，此實質拋物面反 射鏡被整型和定位成其焦點實質與光學源重合較佳。此組 配使本發明的透射體3 0能夠將發散的光學信號3 5準直成 光的實質平行射線，即、準直成光學信號45。在如圖6A -27- 200912200 所示之另一配置中，準直元件40是位在改向元件42的後 面之橢圓透鏡61，其“另一焦點”實質與光學源38重合。 爲了參考圖6B進一步說明，此橢圓被定義作從曲線上的 任一點到兩固定點的距離之總和是恆定的平面上之點的軌 跡，此兩固定點被稱作焦點62及63。假如較高折射率媒 體係由爲偏心率等於兩媒體的折射率之比的橢圓之一部分 的表面6 1所限定，則從位在平面較高折射率媒體64內之 點光源38發出的光將出現到較低折射率媒體66當作在較 高折射率媒體的平面中準直之射束68。精於本技藝之人士 應明白，另一焦點僅意指更遠離透鏡表面6 1的焦點。回 頭參考圖6 A，應明白，儘管以改向元件4 2包住光源3 8 和橢圓透鏡表面61之間的光學路徑，但是仍可應用圖6B 所示之幾何圖形。 精於本技藝之人士應明白“點光源”的槪念是理想上的 ，因爲任何實際的光學源之發光表面將具有非零維。就此 說明書的目的而言，若其發光表面比透射體30的至少一 維小，則光學源3 8將被視作點狀光源。 應明白，準直元件40應將角度移成將光引導朝向改 向元件4 2。應明白可顛倒準直元件4 0和改向元件4 2的順 序。另一選擇是，可將準直元件和改向元件組複合執行準 直和改向功能二者之單一 “準直/改向元件”。 較佳的是，如圖4所示，亦應在垂直方向中將實質準 直平面信號45準直。然而事實上，如圖7C所示，信號 45通常在垂直方向中將具有一些發散，但是發散角將極小 -28- 200912200 ，約十度的等級，因爲改向元件42所定義的“出口隙孔” 通常將非常大（光學術語）’約1 mm等級。就此說明書 的目的而言，在垂直方向具有些微發散的信號45仍將被 視作平面信號，即、一薄片或薄板的光。儘管垂直發散將 是輕微的，但是發散信號4 5的一部份仍可能從透射元件 3 3的頂表面反射出且漏洩發散信號4 5的一部份仍可能從 透射元件3 3的頂表面反射出且漏洩在觸碰物體的四周， 如此可能導致觸碰偵測的問題（例如從圖1 3的檢測將明 白）。例如藉由在出口面67上或改向元件42上施加適當 的圓柱曲率可降低此垂直發散。另一選擇是，如圖7 E所 示，可將改向元件42的傾角改變成發散信號45不從透射 元件3 3的頂表面反射出。 雖然已將透射元件3 3描劃成矩形薄板，但是若希望 的話，可省略位在光學信號35的發散角外面之那些區域 〇 現在參考圖8及9，可在透射元件3 3的相鄰側上將一 對光學源3 8設置及取向成彼此垂直。亦可將成對的準直 40和改向元件42設置在各個光學源3 8的透射元件3 3之 相互對向側上，藉以提供在實質垂直方向中傳播之一對實 質準直的平面信號45。在圖9所示之實施例中，實質準直 的平面信號4 5是在相互隔開的平行平面中。在圖1 〇及1 1 所示之另一結構中’將單一光學源3 8設置接近透射元件 33的角落及成對的準直40和改向元件42被設置和定位在 透射元件33上’用以提供在實質垂直方向中傳播之一對 -29- 200912200 實質準直的平面信號45。在圖π所示之實施例中， 的平面信號45是共平面的。 在一些環境中’希望兩實質準直的平面信號45 不同的平面中，例如，若想要一些“ Z軸”靈敏度（諸 碰物體的接近速度或角度），或爲了防止諸如昆蟲等 體的謬誤觸碰。亦應明白圖8所示之實施例亦可藉由 地覆蓋具有90°旋轉的一對“單軸”透射體（如圖3所 來達成。 現在參考圖12及13，本發明亦設置觸碰輸入裝 其中實質準直的平面信號45定義輸入區50，及被導 少一光偵測機構5 5，以偵測輸入60，此輸入係藉由 準直的平面信號45來決定的。光偵測機構55是於接 少一部份實質準直的平面信號45，以偵測輸入。此形 觸碰輸入裝置發現諸如數位板等應用。在圖1 2及13 之實施例中，具有第一和第二光偵測機構5 5，其中至 一包括至少一個別光偵測器5 6，它們被定位相鄰輸入 兩“接收”側的各個。較佳的是，第一和第二光偵測機 個包括被定位相鄰“接收”側之光偵測器56陣列。若 從光學源38漏洩到光偵測器56的光是一大問題，則 由添加不透光板57來降低。可看出圖12及13所示 碰輸入裝置提供優於圖2A的習知技術裝置一重要有 ，因爲在透射元件33內引導出去光35，觸碰物體6〇 阻隔它。雖然接觸透射元件的物體在某些環境中會與 光3 5的引導相互干擾，但是實際上此影響很小。因 準直 位在 如觸 小物 簡單 示） 置， 向至 中斷 收至 式的 所示 少之 區之 構各 覺得 可藉 之觸 利點 不會 出去 爲透 -30- 200912200 射元件爲了機械強度需要具有足夠的厚度（約0·5 mm或 更多的等級），所以其被操作成塊狀光學光管，其只具有 一小部分的可能解耦的出去光。若透射體包括如圖7A所 示之平面波導9 1，此情況就非常不同。精於纖細的光學波 導感應器之人士應明白，假如平面波導足夠薄到成爲單一 模式或“幾乎沒有的模式”，約1 0等級’則平面波導內 的大量準直信號45將由觸碰物體向外耦合。 圖1 4及1 5提供相對於圖1 2及1 3所示之實施例的另 一實施例。在此實施例中，第一和第二光偵測機構55的 至少其中之一包含至少一光學波導1 4 ’其與遠離”接收”側 的多元件偵測器1 5光學式通訊。較佳的是，第一和第二 光偵測機構各個包含光學波導1 4陣列’其與一共同多元 件偵測器1 5光學式通訊。另一選擇是，第一和第二光偵 測機構的各個可具有其自己的多元件偵測器。如技術中所 知一般，各個波導14亦可具有相關的同平面聚焦透鏡16 ，以將光聚焦在水平面中。另一選擇是，如US專利號 7,3 52,940所揭示一般（倂入本文中做爲參考），各個波 導都可具有相關的同平面聚焦平面鏡以將光聚焦在水平面 中。另外，參考圖1，可具有沿著各個接收側之外部垂直 準直透鏡17，以將光聚焦在垂直面中。較佳的是，波導 14將是整合式光學波導，但是亦可使用光纖。 可將諸如LCD等顯示器65定位在實質準直的平面信 號4 5之透射元件3 3的相對側上（如圖1 6所示），或在 實質準直的平面信號4 5和透射元件3 3之間（如圖17所 -31 - 200912200 示）。在前一例子中，透射元件3 3需要透射可 成觸碰表面。 在特定的較佳實施例中，透射體30係由單 地透射信號光的塑膠材料所形成。較佳的是，信 在光譜的紅外線區，使得透射體可選用地不透射 見光。圖1 8 A (平面圖）、：1 8 B (側視圖）、及 體圖）圖示具有逼真比例的單一透射體30。此單 包括一透射元件3 3，此透射元件3 3具有平面尺 X 82mm及厚度0.7mm，及具有一進入面70，用 自點狀光源的光；和一準直/改向部位7 1，具有 射面72、73 ;及一出口面67，經由此發出實質 面信號。出口面67在透射元件33上方延伸0.7 合式的兩內部反射面72、73具有實質拋物線曲 將透射元件3 3引導的光準直和改向。也就是說 的內部反射面充作準直元件和改向元件。此單一 當容易以注入模造從塑膠材料生產。與圖3、4、 ，應明白，圖18A、18B、及18C所示之特定的 只產生在單一方向傳播的準直信號45。然而，這 了圖解簡化，正確地應是生產在透射元件33的 具有兩準直/改向部位71之雙向版。 在另一較佳實施例中，透射體被形成作一對 有分開製造的一透射元件和一準直/改向元件。如 平面圖）、1 9 B (側視圖）、及1 9 C (立體圖） 注入模造從塑膠材料所生產之準直/改向元件74 見光和形 一片實質 號光將是 周遭的可 18C (立 一透射體 寸 6 5mm 以接收來 兩內部反 準直的平 ’ mm °糸且 率且用於 ，組合式 透射體相 及5比較 透射體將 是只是爲 相鄰側上 本體，具 圖 19A ( 所示，以 包括一進 -32- 200912200 入面75，用以接收來自分開的透射元件之光；一臺座76 ，用以裝設透射元件；及兩內部反射面72、73 ;及一出口 面67，其如有關圖18A、18B、及18C所說明一般地運作 。在一特定設計中’進入面75和出口面67各個是65mm X 0.7mm，及臺座76從進入面延伸3mm。在圖19B所示 之實施例中’表面73A及73B都平行於表面73C’而在另 一實施例中，它們都相對於表面73C稍微呈等級1。的角 度，以距反射面72、73所構成的端之那表面更遠。此有 助於從塑模釋出元件74 ’而不會明顯影響元件的準直/改 向性能。 在一實施例中’圖1 9A (平面圖）、1 9B (側視圖） 、及19C(立體圖）所示之透射體包含一進入面，用以接 收來自光學源的發散光學信號；一準直和改向元件，適於 實質地將光學信號準直和改向；及一出口面，用以以實質 平面形式將當作實質準直的信號之光學信號傳送。在另一 實施例中，透射體包含：一進入面’用以接收來自光學源 的發散光；一準直元件’適於實質地將光學信號準直；及 一改向元件，適於將光學信號改向；及一出口面，用以以 實質平面形式將當作實質準直的信號之光學信號傳送。較 佳的是，透射體另外包含一耦合機構’用以將實質平面的 透射元件光學式耦合到進入面’其中在透射元件的平面中 將發散光發散。較佳的是’耦合機構包括臺座。較佳的是 ，在平行於透射元件的平面之平面中將實質準直的平面信 號改向。 -33- 200912200 在另一觀點中’本發明提供用於輸入裝置的總成，包 含：一透射元件33，適於以實質平面形式接收來自光學源 3 8的光學信號3 5，以及限定和傳送光學信號3 5到包含適 於實質地將光學信號準直之準直元件的透射本體；一改向 元件，適於實質地將光學信號改向，其中元件被配置成接 收實質平面的光學信號，以及將光學信號準直和改向，以 產生實質準直的平面信號。較佳的是，透射元件是觸碰螢 幕或顯示器的外玻璃或塑膠板。 如圖20所示，透射體30係藉由使用諸如3M的VHP 移轉膠帶等雙面壓敏膠帶77接合準直/改向元件74到透 射兀件33所產生的。若想要的話，透射元件和進入面75 之間的介面可塡滿光學黏著劑。在此例中，透射元件3 3 包含簡單的矩形玻璃板，此玻璃更耐刮並且提供更堅固的 保護給下面的顯示器（若顯示器由聚合物材料所組成的話 )。然而’如下面所說明一般，具有透射元件係由聚合物 形成較佳之情況。應明白，雙向透射體係可藉由接合兩準 直/改向元件74到透射元件3 3的相鄰側所產生。另一選 擇是，可將單一 L型準直/改向元件模造和接合到透射元 件。 在觸碰輸入裝置包括具有諸如保護性玻璃板等透明蓋 子的顯示器之情況中，此蓋子可充作透射元件。在圖2 1 所示之實施例中，以雙面膠帶77將準直/改向元件74裝 附到液晶顯示器65的保護性玻璃蓋78，使得從點狀光源 3 8發射到玻璃蓋內的光3 5由元件74準直和改向，以產生 -34- 200912200 實質準直的平面信號45。 現在考量當在輸入裝置中使用本發明的透射體時之聚 光圈寬度。在輸入裝置包括圖18A、18B、及18C所示的 單一透射體30類型之圖13所示之情況中，輸入區50實 質上在矩形透射元件33上面，及透射體30的其他部分（ 即、準直/改向元件71 )位在輸入區外面。因此，此元件 71將位在顯示器四周的聚光圈中，及可以是決定聚光圏可 如何做得狹窄之限制因素，就諸如行動電話等某些觸碰螢 幕應用上是一重要考量。元件71的寬度將由定義內部反 射面72及73之拋物線形狀而定，而內部反射面72及73 之拋物線形狀係由輸入區的尺寸而定，因爲需要將光學源 3 8定位在拋物線的焦點中。從數學上證明，爲了較小的輸 入區’兀件7 1必須較寬，在此較小的輸入區中，拋物線 的焦距較小，如此會是一潛在問題，因爲較小的輸入裝置 ，聚光圏寬度更可能是具有利害關係。在特定例子中，就 3·5 (8.9 cm)觸碰登幕而目，兀件71將約7 mm寬。 如圖22所示’其中一可能的解決方法係使用分段反 射鏡（又以Fresnel反射鏡爲人所知），和多偏移拋物面 反射鏡80來取代單一拋物面反射鏡81，產生聚光圈寬度 的明顯降低82。應注意’各個反射鏡80是不同拋物線的 一部份’因爲焦距不同。此途徑的潛在缺點即爲具有 Fresnel反射鏡的透射體可能更難以由注入模造來製造， 及從角落83反射出的雜散電容會干擾觸碰偵測。如圖23 所示’另一解決方法係設計具有各個具有光學源3 8的多 -35- 200912200 拋物面反射鏡8 4之透射體3 0。聚光圏寬度的降低必 光學源的額外成本和稍微更加複雜的透射體形狀相權 然而，就3.5”（ 8.9 cm )觸碰螢幕而言，盡可能少的 物面反射鏡84和光學源3 8之設計將聚光圏寬度從‘ 降低至改良很多的2 mm。 如圖24所示，另一解決方法係設計結合一或多 鏡的透射體3 0以使單一拋物面反射鏡8 1如圖24所 另一解決方法係設計結合一或多個透鏡的透射體3 0 夠以較大的焦距來設計單一拋物面反射鏡81，因此具 少的顯著曲率。經由例子，圖24圖示由光學源3 8和 面反射鏡8 1之間的光學路徑中之空氣（即、較低折 媒體）所組成的會聚透鏡8 5。在此例中，光學源3 8 由透鏡85局部會聚之高發散射束86，形成另外來自 面反射鏡81而非光學源本身之光學源的虛像87，有 擬較大的整座裝置。精於本技藝之人士應明白，諸如 束擴張器組配中之會聚透鏡前面的發散透鏡等兩或更 鏡之組合亦可用於此目的。 另一解決方法係設計一透射體’其藉由能夠在透 件內“倍通”信號的傳播路徑來增加光學源和拋物面反 之間的距離。如圖25 (平面圖）和圖26 (側視圖） ，一可能組配係模造具有錐形部位8 8之透射體3 0， 自光學源3 8的信號光3 5能夠進入透射元件3 3，和在 拋物面反射鏡8 1之前從金屬化表面8 9反射出。如圖 側視圖）所示，另一可能組配係經由拋物面反射鏡ί 須與 衡。 兩拋 mm 個透 示， 以能 有較 拋物 射率 發出 拋物 效模 在射 多透 射元 射鏡 所示 使來 遇到 27 ( 1的 -36- 200912200 一表面90發射信號光35。應明白，若表面90不需要被金 屬化（即、若拋物面反射鏡8 1係由內全反射操作），則 此特別的解決方法是唯一的可能。亦應明白，光學源僅置 放在接近於拋物面反射鏡的縫隙且面向金屬化表面89之 倍通組配較不理想，因爲光學源應位在光學路徑中，產生 陰影效果。 應明白，用以降低聚光圈寬度的這些途徑中的許多途 徑將可同樣應用到如圖20及2 1所示一般組裝之複合透射 體，及可應用到以橢圓透鏡（如、圖6 A所示）取代拋物 面反射鏡來執行準直之透射體。圖6 A的檢測顯示出，雖 然橢圓透鏡表面6 1以朝內取代朝外彎曲，但是聚光圈仍 需要足夠寬，以使透鏡不會與觸碰輸入區干擾。 現在回來考量聚光圏高度，回頭參考圖18A、18B、 及1 8 C，很明顯，出口面6 7的高度（例如、〇 · 7 m m )直接 轉變成聚光圈高度。在某些裝置應用中，此可被接受，而 就其他裝置而言，將希望具有與觸碰表面實質齊平的聚光 圈。就此“零聚光圈高度”要求而言，希望有圖7A及7B所 示之組配，其中在平面波導91內引導實質準直的平面信 號45。如上述’觸碰物體將從平面波導向外耦合一明顯的 信號量’可被用於感測觸碰物體的效果。在此觸碰輸入裝 置的類型中，依據如同已知的“受抑內全反射，，（FTIR)效 果一般，觸碰物體降低在平面波導9 1內傳播的信號量， 例如’如圖1 2及1 3所示，可以光偵測機構5 5偵測可被 偵測到的降低。例如 U S 6，9 7 2，7 5 3 ' U S 2 0 0 8 / 0 0 0 6 7 6 6、及 -37- 200912200 US2008/008 8 5 93揭示依賴FTIR的觸碰輸入裝置。 FTIR之觸碰輸入裝置的潛在問題係爲平面波導表面 灰塵或油污（如、來自手指頭的）亦會向外耦合信號 干擾觸碰偵測。如圖2 8所示（側視圖），減緩此問 一機制係爲從電阻式觸碰輸入裝置引進眾所皆知的改 尤其是’以間隔物94與平面波導隔開之撓性板93被 ，使得當觸碰物體推動撓性板到平面波導上時，只有 信號45被向外耦合。不管此撓性板是否存在，以將 信號4 5位在平面波導9 1內取代自由空間之有利點即 將本發明的原理應用到撓性顯示器，與應用到免於視 誤的彎曲顯示器（如、CRT )。 上述討論已說明能夠以實質平面形式將來自點狀 的光轉換成一薄板/薄片光之光學元件。在另一實施 ，如圖28A至28D所示，能夠使用CCFL形式的延伸 1 1 4取代點狀光源3 8當作信號光的來源。在此實施例 透射體1 4 0包括透射元件3 3和包括兩反射面1 4 1及 之改向元件42。不需要準直元件來產生實質準直的平 號45，因爲以延伸光源發射到透射元件的光1 1 2在透 件的平面中不發散。在圖28D所示之另一實施例中， 光源3 8的陣列被用於模擬延伸光源。以類似方式， 號光的來源是延伸光源而非點狀光源，則可使用具有 座和兩反射面的改向元件去帶圖19A、19B、及19C 之準直/改向元件74。使用延伸光源的一優點係降低 圈寬度，因爲準直元件的曲率被去除。 依據 上的 光， 題的 良。 引進 平面 平面 爲可 差錯 光源 例中 光源 中， 142 面信 射元 點狀 若信 一臺 所示 聚光 -38- 200912200 無論具有或未具有準直元件，上述透射體的組件是非 吊簡易的Hx 3十’谷易從注入模造聚合物材料或從諸如板玻 璃等容易取得的材料大量生產。亦已說明在觸碰輸入裝置 的結構中之此種組件的使用。與圖1所示之習知技術的全 波導裝置比較’這些觸碰輸入裝置在製造和組裝上相對較 便宜，並且較不會受到周遭光的干擾。（i)改良的光源到透 射元件33之耦合取代平面波導光分歧器18和（ii)用以耦 合到接收波導14的準直平面信號45中之較大量的電力等 組合優點使多元件偵測器1 5中之信號對雜訊的數値提高 兩等級。結果，這些觸碰輸入裝置能夠在更大的周遭光位 準中操作，甚至在全面的太陽光下，另外，可利用低很多 的光學信號能力就可操作它們，當在行動電子裝置中使用 時可節省序電池。 儘管至目前爲止根據本發明的透射體30及140已說 明有關光學觸碰輸入裝置，但是精於本技藝之人士應明白 它們具有許多其他使用方式。在一例子中，它們很清楚地 被顛倒使用；例如，圖5所示的透射體30可在出口面67 接收實質平面的準直信號4 5，和將此信號改向、聚焦、及 傳送到位在光學源3 8的位置之光偵測器。 另一例子是在顯示器照明的領域中，例如’背光照明 透射顯示器或前光照明反射顯示器。爲了說明背光應用’ L C D的背光單元傳統上使用配置在顯示器的側部位之光源 單元。此類型的背光單元被稱作側燈型背光單元’其典型 的例子圖示於圖29。此背光單元使用被覆蓋在拋物面燈反 -39- 200912200 射鏡100中之冷陰極螢光燈（CCFL ) 99。利用燈罩1〇ι 適當支托燈和反射鏡。CCFL 99引導光到能夠採用各種形 式之典型的楔形分佈元件 1〇2，例如，US專利號 5,237,641 、 5,303,322 ' 5,914,760 、 6,576,887 > 及 6,590,625所揭示一般。典型上，分佈元件被圖型化在具 有稜鏡形式的元件1 〇 3之一側上，用以吸取光。側燈型背 光單元的其他常見組件包括反射鏡板1 04、一或多個漫射 板105、及一或多個亮度增強膜106(典型上係由稜鏡陣 列所組成）。背光單元的組件組合以經由L C D顯示器（ 未圖示）引導光107。 應明白，除了分佈元件將光“向下”引導而非經由透射 顯示器“向上”引導到反射顯示器之外，側燈型前光單元（ 例如US專利號6,295,104及6,379,017所揭示的）與圖29 所示之側燈型背光單元類似。 在許多應用中，由於LED的較低成本、較高的電力 效率、較佳的光域控制、及其他特徵，L E D被設計成照明 系統以取代現存的光源。然而，達成此目標的挑戰之一係 LED實質上是光的“點”光源而非顯示照明的許多設備所需 之“延伸”光源（諸如CCFL等）。可將目前的LED背光方 便地分成兩主要類別，即側光式和背光式。 a) 側光式：如圖30A所示，LED 38取代類似於圖29 所示之邊緣配置之邊緣配置中的C C F L。L E D側光 式典型上被用在子-3 4”顯示器上。 b) 背光式：將間隔的LED 38陣列定位在漫射板（未 -40- 200912200 圖示）後面以直接照明LCD顯示器，見圖30B。背 光式LED陣列典型上被用在諸如電視等大LCD顯 示器上。 應明白，分佈到顯示器內的光必須是正確的色彩以將 觀看者能察覺的性能最佳化，及因爲LED背光較能夠控 制色域，所以它們逐漸變成用於背光單元的較佳光源。另 外應明白，背光單元的角色係採用來自光源的光，並且以 最大效率將光分佈到LCD。最大效率包括背光單元本身中 的低光學耗損、來自背光單元的發射光之高均勻性、及具 有最適合由LCD接收的特性之發射光（典型上，最接近 於垂直於平面發射的光最有效）。無效率的光使用意味 LCD的較低可利用亮度、較大的熱問題 '及用於所需的亮 度之較高的電力耗損。另外，應明白，背光單元相當增添 LCD的成本，可包含螢光或LED光源，導光板，任何特 別的膜（諸如Vikuti®亮度增強膜等），和與LCD堆疊相 關的組裝和整合。另外，背光單元大爲增加完整LCD的 厚度和重量二者。 鑑於上述，精於本技藝之人士應明白，本發明的透射 體30從諸如LED 38等點光源接收光和將此光轉換成平面 “條狀”光之能力使其特別適合與習知技術的分佈元件和需 要延伸光源之相關光學一起使用。換言之’本發明適於取 代CCFL照明背光單元中的CCFL/燈泡反射鏡/燈泡覆蓋組 裝’例如如圖3 1、3 2 A、及3 2 B所示。 在相關實施例中，諸如圖3 3 A及3 3 B所示等’本發明 -41 - 200912200 的透射體3 0可被用於照明兩相對導向之分佈元件1 〇2另 一選擇是，可如圖34八及34Β所示一般照明分佈元件102 的相對邊緣。在另一實施例中，如圖35至37所示’本發 明的透射體30或140之透射元件33可被捲成線圏以最小 化透射體30的“足印”。 應明白，單一 LED 3 8可與本發明的透射體3 0 —起使 用，或另一選擇是，如圖38所示，若需要較高的勒克斯 ，則可將複數LED 38群聚在一起。在圖39所示之另一實 施例中，可沿著透射元件3 3的邊緣設置一間隔的LED陣 列，各個LED 38對應於準直/改向元件40/42。從圖28D 可明白，在緊密間隔的LED陣列限制中，亦可使用沒有 準直元件的透射體140。如先前有關圖23的討論一般，若 聚光圈寬度也是一大考量時，這些實施例也是有利的。 在另一實施例中，如圖40A (或圖8 )所示之與透射 體30 —起使用的雙軸分佈元件102可被用於照明顯示器 。雙軸分佈元件102亦可與圖41A及41B所示之實施例一 起使用。 在相關觀點中，應明白，當與本發明的透射體3 0光 學式耦合之分佈元件102的光輸出可被組配成是一均勻或 預定強度的槪況。而且，精於本技藝之人士應明白LED 光源38可以是能夠“混合”在分佈元件1〇2中之白光，或 如RGB等多色彩。另外應明白，本發明的設備可以在 L C D顯示器的一、二、三、或四側上。 儘管可使用本發明的設備取代用於L C D的習知背光 -42- 200912200 單元中之螢光管/反射鏡箱，但是應明白，本發明並不偈 限於L C D背光。本發明提供幾項優於習知技術的有利點 ’例如，能夠在LCE的背面使用比直接LED照明少很多 之尚電力LED，或背光單元的側面中之LED陣列。應明 白’此將節省成本，且利用適當設計，產生更均勻的顯示 器照明。 精於本技藝之人士應明白因爲以平面形式從透射體3 〇 發出的光45是實質準直的，所以將以準直形式進入背光 系統的分佈元件1 0 2。因此，從分佈元件1 〇2出現的光亦 可以是實質準直的（依據圖型化元件1 的結構而定）， 其效果可爲使用者產生極小的“視角”，例如5°。在特定環 境中，此可以是想要的特性，例如能夠省掉一或多個亮度 增強膜1 06，藉以降低成本。然而，若就認爲此不適當之 特定應用而言，則可以漫射板1 〇5或類似物將準直光加以 稍微隨機化。例如，除了位在分佈元件1 〇2上方的漫射板 105之外，可在透射體30和分佈元件102之間置放另一漫 射板1 〇 5。在另一例子中，可使透射體的出口面粗糙以擴 散光。 在本發明的另一觀點中，設置有能夠分佈光給顯示照 明和觸碰偵測二者之透射體。圖4 2至4 5圖解能夠分佈光 給顯示背光和觸碰偵測二者的透射體之各種實施例’而圖 4 6至4 9圖解能夠分佈光給顯示前光和觸碰偵測二者的透 射體之各種實施例。 根據圖42所示之實施例，設置有用於組合式背光和 -43- 200912200 觸碰偵測之透射體110 ’包括楔形分佈元件10 2和改向兀 件4 2，接收來自諸如C C F L和L E D陣列等延伸光源1 1 4 的光1 1 2。與圖2 9所示之習知背光系統等背光系統一樣， 以分佈元件1 02經由透射顯示器1 1 8引導光的第一部位（ 在大部分的例子中爲主要部位）1 1 6。光的其餘部位1 20 係由顯示器118前方之元件42改向’用於觸碰輸入。 圖43圖示另一組合式背光/觸碰偵測實施例’具有一 包括實質平面透射元件3 3和改向元件4 2之透射體1 1 0， 接收來自延伸光源1 1 4的光。在此例中’改向元件引導光 的第一部位（在大部分的例子中爲主要部位）到楔形分佈 元件1 02，如同習知背光一般，此分佈元件1 02經由透射 顯示器118分佈此光，及在顯示器118的前方之光的第二 部位1 2 0，用於觸碰輸入。 在圖42及43所示的實施例中，透射體1 10無須具有 準直元件，因爲光源1 1 4是延伸光源而非點光源。而且， 將相同光用於顯示照明和觸碰偵測，因此觸碰偵測光將是 可見光。若無法接受，則一些變化也是可以的。例如，若 延伸光源1 1 4具有延伸到近似紅外線之廣泛的發射光譜， 可將紅外線通過濾波器1 2 2置放在改向元件4 2的適當部 分上。另一選擇是，若延伸光源是LED陣列，則可將一 或多個近似紅外線L E D散佈於可見L E D中，且使用紅外 線通過濾波器1 22從觸碰偵測光去除可見光。當然若透射 體1 1 0確實具有準直元件，例如與紅外線通過濾波器1 22 相關的橢圓透鏡表面等，則在可見光LED之中只需要（ -44- 200912200 適當置放）一個紅外線LED。 圖44圖示另一組合式背光/觸碰偵測實施例’此次係 爲以較低折射率覆蓋層1 24隔開較佳的複合分佈元件1 〇2 和透射體3 0。在此例中，如同在習知背光中一般’分佈元 件1 02經由透射顯示器1 1 8分佈來自延伸光源1 1 4的光’ 及如上文參考圖3至5所說明一般，透射體30將來自點 光源38的光轉換成實質準直的平面光信號45。設置較低 折射率覆蓋層1 2 4以防止來自延伸光源1 1 4的光（典型上 是可見光）和來自點光源3 8的光（典型上是紅外線）混 合較佳。覆蓋層例如可以是塗佈於透射體3 0或分佈元件 102上之一層可熟化聚合物。另一選擇是，覆蓋層可以僅 是一空氣隙。 圖45所示之實施例不同於圖44所示之實施例在於分 佈板1 0 2和延伸光源1 1 4的取向顛倒。 圖46至49圖示組合式前光/觸碰偵測設備的各種實 施例，除了光分佈元件102經由透射顯示器將光125“向下 ”而非“向上”引導到反射顯示器126之外，此組合式前光/ 觸碰偵測設備在許多觀點上類似於圖42至45所示的組合 式背光/觸碰偵測設備。依據光分佈元件1 02的精確形狀 ，必要時可添加透明片1 28當作用於觸碰輸入的平坦表面 。類似的透明片亦可存在於組合式背光/觸碰偵測設備， 用以保護透射顯示器。 圖50圖示組合式背光/觸碰偵測設備的另一實施例， 此次係在具有可見光LED陣列130 (例如、“白”LED或 -45- 200912200 RGB彩色LED )的“背光”型（見圖30B )中。用於觸碰偵 測的光係由如上文參考圖3至5所說明的透射體3 0和點 光源3 8所提供。藉由應具有比透射元件低的折射率之覆 蓋層124將背光LED 130與透射體30的透射元件33隔開 ，使得來自點光源3 8的光被限定在那裡。 就圖4 2至5 0所示的各個實施例而言，應明白可視需 要添加諸如析取元件、漫射板、及亮度增強膜等習知背光 或前光系統的其他組件。 精於本技藝之人士應明白，在一些實施例中，若設置 產生準直信號的信號光源，則可以不需要準直元件。在此 種實施例中，透射體將仍接收光學信號，和將此光學信號 當作實質平面的準直光學信號加以傳送。例如，可以另一 延伸光源1 14取代圖44、45、48、及49中的點光源38。 雖然已參考特定實施例說明本發明，但是精於本技藝 之人士應明白可以許多其他形式具體實現本發明。 【圖式簡單說明】 現在將參考附圖說明本發明的較佳實施例，只是舉例 用，在附圖中： 圖1爲習知技術中以波導爲主的光學觸碰輸入裝置之 平面圖； 圖2爲習知技術中包括光管在傳送側上之光學觸碰輸 入裝置的平面圖； 圖2A爲習知技術中包括拋物面反射鏡之光學觸碰輸 -46- 200912200 入裝置的平面圖； 圖3爲根據本發明的第一實施例之透射體的平面圖’ 圖示光學式耦合到光學源以及所產生的實質準直平面信號 » 圖4爲圖3所示之設備的側視圖； 圖5爲圖3所示之設備的立體圖； 圖5 A爲類似於圖3之平面圖，但是具有凹到透射元 件之光學源； 圖5B爲類似於圖3之平面圖，但是具有位在透射元 件中的縫隙之光學源； 圖6爲類似於圖5之圖，但是只圖示所改向之實質準 直平面信號的一部份； 圖6A爲包括橢圓透鏡當作準直元件之透射體的平面 圖； 圖6B爲橢圓透鏡表面中之折射的幾何圖： 圖7爲類似於圖5之圖，但是圖示被導向到透射元件 的下方和上方兩平面之實質準直的平面信號； 圖7A爲類似於圖4之圖，但是圖示被導向與透射元 件整合的平面波導之實質準直的平面信號； 圖7B爲類似於圖7A之圖，但是圖示在平面波導和透 射元件之間的覆蓋層； 圖7C爲類似於圖4之圖，但是圖示實質準直平面信 號的些微平面外發散； 圖7 D爲類似於圖7 C之圖，但是圖示橢圓透鏡面如何 -47- 200912200 能夠被倂入到透射體以限制實質準直平面信號的平面外發 散； 圖7E爲類似於圖7C之圖，但是圖示具有不同傾角的 改向元件； 圖8爲類似於圖3之圖，但是圖示被取向彼此實質垂 直之一對光學源和對應的成對準直和改向元件’用以提供 在實質垂直的方向中傳播之一對實質準直的平面信號； 圖9爲如圖8所示之透射體的剖面側視圖，圖示在相 互隔開的實質平行平面中傳播之實質準直的平面信號； 圖10爲具有單一光學源及成對準直和改向元件之透 射體，用以提供在實質垂直的方向中傳播之一對實質準直 的平面信號； 圖1 1爲如圖1 〇所示之透射體的側視圖，其中實質準 直的平面信號是共平面的； 圖1 2爲類似於圖8之圖，但是圖示兩偵測器陣列和 由於觸碰事件所產生的實質準直平面信號之中斷； 圖1 3爲圖1 2所示之設備的側視圖； 圖14爲圖12所示之實施例的另一實施例圖； 圖1 5爲類似於圖1 4之圖，但是圖示由於觸碰事件所 產生的實質準直平面信號之中斷； 圖16爲類似於圖13之圖，但是圖示定位在實質準直 平面信號的透射元件之相對側上的顯示器； 圖17爲類似於圖13之圖，但是圖示定位在實質準直 平面信號和透射元件之間的顯示器； -48- 200912200 圖18A、18B、及18C分別爲根據第一較佳實施例的 透射體之平面、側視、和立體圖； 圖1 9 A、1 9 B、及1 9 C分別爲根據第二較佳實施例的 準直/改向元件之平面、側視、和立體圖； 圖20爲包括圖19A、19B、及19C之準直/改向元件 的透射體之側視圖； 圖21爲包括圖19A、19B、及19C之準直/改向元件 的另一透射體之側視圖； 圖22爲具有分段的拋物面反射鏡之透射體的平面圖 圖23爲具有多個拋物面反射鏡部位之透射體的平面 圖； 圖24爲結合會聚透鏡的透射體之平面圖； 圖25爲結合信號輸入的錐形部位之”雙通”透射體的 平面圖； 圖2 6爲圖2 5之透射體的側視圖； 圖27爲信號光係經由拋物面反射鏡所發射之”雙通” 透射體的側視圖； 圖28爲“零聚光圈高度”透射體的側視圖； 圖28A爲根據本發明的實施例之透射體的平面圖，圖 示光學式耦合到延伸光源以及所產生的實質平面信號； 圖2 8B爲圖28A所示之設備的側視圖； 圖28C爲圖28A所示之設備的立體圖； 圖28D爲類似於圖28A之圖，但是具有接近延伸光 -49- 200912200 源的點光源陣列； 圖29爲利用冷陰極螢光燈（CCFL )來供應光到分佈 元件之典型習知技術背光單元的剖面圖； 圖30 A及30B分別爲典型習知技術LED背光系統， 即側光式和背光式圖； 圖31爲類似於圖29之圖，然而已由根據本發明的透 射體取代C C F L ; 圖3 2 A及3 2 B爲與分佈元件耦合之根據本發明的透射 體之立體圖，其圖示如何從分佈元件分佈來自諸如LED 等單一光源的光以照明顯示器（未圖示）； 圖33A及33B類似於圖32A及32B，但是圖示多個照 明能力； 圖3 4 A及3 4 B類似於圖3 2 A及3 2 B，但是圖示分佈元 件及根據本發明之透射體的爆炸圖，以照明顯示器（未圖 示）； 圖35爲類似於圖32B之圖，但是圖示“捲起來”以節 省空間之根據本發明的透射體之透射元件； 圖3 6爲圖3 5所示之設備的剖面側視圖； 圖37爲圖35及36所示之透射體的立體圖，尤其是 圖解LED光源的位置（似鬼影移出）； 圖38爲根據本發明的透射體之平面圖，其圖示有效 當作單一點光源之大量多個點光源； 圖39爲根據本發明的透射體之平面圖，其圖示供應 光到對應的準直和改向元件之多個光源陣列； -50- 200912200 圖40A爲類似圖8之圖； 圖40B爲與圖40A所示的透射體一起使用之分佈元件 以提供光照明顯示器的立體圖； 圖41A爲類似圖10之圖； 圖41B爲與圖41A (或圖40A)所示的透射體一起使 用之分佈元件以提供光照明顯示器的立體圖； 圖42至45爲適於分佈光給顯示器背光和觸碰偵測二 者之各種設備的側視圖； 圖46至49爲適於分佈光給顯示器前光和觸碰偵測二 者之各種設備的側視圖；及 圖50爲適於分佈光給顯示器背光和觸碰偵測二者之 另一設備的側視圖。 【主要元件符號說明】 1 0 :光學波導 1 1 :光學源 1 2 :光束 1 3 :輸入區 1 4 :光學波導 1 5 :多元件偵測器 1 6 :同平面透鏡 17 :垂直準直透鏡 1 8 :光分歧器 19 : L型基板 -51 - 200912200 2 1 :光管 22 :反射面 2 3 :透鏡 24 :轉向反射鏡 25 :輸出面 2 6 :透鏡 27 :寬度 3 0 :透射體 3 1 :凹處 3 2 :透明黏著劑 3 3 :透射元件 3 4 :縫隙 3 5 ‘·光學信號 3 8 :光學源 4 0 :準直元件 42 :改向元件 4 5 :光板 5 0 :輸入區 5 5 :光偵測機構 5 6 :光偵測器 5 7 :不透光板 6 0 :觸碰物體 6 1 :橢圓透鏡 62 :焦點 -52- 200912200 63 :焦點 64 :平面較高折射率媒體 65 :顯示器 66 :較低折射率媒體 67 :出口面 6 8 :射束 70 :進入面 71 :準直/改向部位 72 :反射面 7 3 :反射面 73A :表面 7 3 B :表面 73 C :表面 74 :元件 75 :進入面 76 :臺座 77 :雙面壓敏膠帶 7 8 :保護性玻璃蓋 80 :多偏移拋物面反射鏡 8 1 :單一拋物面反射鏡 82 :明顯降低 83 :角落 8 4 :多拋物面反射鏡 8 5 :會聚透鏡 -53- 200912200 8 6 :高發散射束 8 7 :虛像 8 8 :錐形部位 8 9 :金屬化表面 9 0 :表面 9 1 ’·矩形框 92 :拋物面反射鏡 9 3 :撓性板 9 4 :間隔物 99 :冷陰極螢光燈 1 〇 〇 :拋物面燈反射鏡 1 0 1 :燈罩 102 :楔形分佈元件 1 0 3 :元件 104 :反射鏡板 1 0 5 :漫射板 1 〇 6 :亮度增強膜 107 :光 1 1 〇 :透射體 1 12 :光 1 1 4 :延伸光源 1 1 6 :第一部位 1 1 8 :透射顯示器 1 2 0 :其餘部位 -54 200912200 122 :紅外線通過濾波器 124 :較低折射率覆蓋層 125 :光 1 2 6 :反射顯τκ器 1 2 8 :透明片 130:可見光發光二極體 1 4 0 :透射體 1 4 1 :反射面 1 4 2 :反射面 -55-

Claims (1)

1. 200912200 十、申請專利範圍 1· 一種用於輸入裝置的透射體，該透射體包含： 一準直元件，適於實質地將光學信號準直；及 一改向元件，適於實質地將光學信號改向， 其中該等元件被配置成接收實質平面光學信號以及將 該光學信號準直和改向，以產生實質準直的平面信號。 2.根據申請專利範圍第1項之透射體，其中該等元 件被配置成接收在第一平面傳播的實質平面光學信號，以 及將該光學信號當作實質準直的平面信號而改向到不同於 該第一平面的第二平面。 3 .根據申請專利範圍第2項之透射體，其中該第一 和該第二平面係實質平行的。 4 _根據申請專利範圍第2項或第3項之透射體，其 中該實質準直的平面信號被改向到實質平行於該第一平面 且與該第一平面隔開之一或多個平面。 5 ·根據申請專利範圍第1至3項中任一項之透射體 ，其中該貫質準直的平面信號被朝向該接收的光學信號之 來源而改向。 6 ·根據申請專利範圍第1至3項中任一項之透射體 ，其中該透射體係由單一片塑膠材料所形成，該塑膠材料 實質地透射光譜的紅外線或可見光區之光且選用地不透射 周遭的可見光。 7. 一種透射體，包含： (a)—透射元件’適於以平面形式接收、限定、和傳送 -56- 200912200 光學信號；及 (b)—準直和改向元件，適於實質地將光學信號準直和 改向； 其中該等元件被配置成接收來自光學源的光學信號， 以及將該光學信號傳送、準直、和改向，用以以實質平面 形式產生實質準直的信號。 8 _ —種透射體，包含： (a) —透射元件，適於以平面形式接收、限定、和傳送 光學信號； (b) —準直元件，適於實質地準直光學信號； 及 (c) 一改向元件，適於將光學信號改向， 其中該等元件被配置成接收來自光學源的光學信號， 以及將該光學信號傳送、準直、和改向，用以以實質平面 形式產生實質準直的信號。 9 ·根據申請專利範圍第7項或第8項之透射體，其 中該改向元件適於以實質平面形式將該實質準直的信號改 向到與該透射元件整合之平面波導。 1 〇.根據申請專利範圍第9項之透射體，其中該透射 元件是撓性的。 Π.根據申請專利範圍第7項或第8項之透射體，其 中該透射元件是實質平面的。 1 2 _根據申請專利範圍第n項之透射體，其中該實 質準直的平面信號被改向到與該透射元件實質共平面之平 -57- 200912200 面。 1 3 .根據申請專利範圍第1 1項之透射體’其中該實 質準直的平面信號被改向到實質平行該透射兀件且與該透 射元件隔開之一或多個平面。 14.根據申請專利範圍第7項或第8項之透射體’其 中該實質準直的平面信號被改向回到朝向該光學源。 1 5 ·根據申請專利fe圍桌7項或第8項之透射體，其 中該透射體包括複數準直元件和改向元件，其適於從單一 光學源以實質平面形式產生複數實質準直的信號。 16 ·根據申請專利範圍第7項或第8項之透射體，其 中該準直元件及/或該改向元件是反射鏡或透鏡的形式。 1 7 根據申請專利範圍第7項或第8項之透射體，其 中該光學源是點光源。 1 8 ·根據申請專利範圍第1 7之透射體，其中該點光 源提供發散光學信號。 1 9 ·根據申請專利範圍第1 8之透射體，其中該 '準直 元件包括一或多個實質拋物面反射鏡或一或多個實質檐圓 透鏡。 20.根據申請專利範圍第19之透射體，其中該__或 多個實質拋物面反射鏡的各個被整形和定位成其焦點實質 與該點光源重合。 21_根據申請專利範圍第19之透射體，其中該_ 多個實質橢圓透鏡的各個被整形和定位成該透鏡的焦點實 質與該點光源重合。 -58- 200912200 22. 根據申請專利範圍第7項或第8項之透射體，其 中該準直元件和該改向元件二者都在該透射元件的光學下 游。 23. 根據申請專利範圍第7項或第8項之透射體，其 中該透射體被形成當作下面任一個： (a) 單一本體，包含所有三個該等準直、改向、和透射 元件， (b) —對本體，其中該等本體的其中之一包含該等準直 、改向、和透射元件的任兩個，及該等本體的其中另一個 包含該其餘的元件，或 (c) 三個本體，各個該本體包含該等準直、改向、和透 射元件的其中之一。 24. 根據申請專利範圍第11項之透射體，另外包含 第二準直元件，係用以在垂直於該透射元件的該平面之該 方向上實質地準直該實質準直的平面信號。 25. 根據申請專利範圍第24項之透射體’其中該第 二準直兀件是透鏡。 2 6.根據申請專利範圍第7項或第8項之透射體’其 中只有該實質準直的平面信號之一部分被改向。 2 7.根據申請專利範圍第7項或第8項之透射體’其 適於從一個以上的光學源接收光學信號’該本體包含一對 準直元件和一對改向元件，用以提供一對對應之實質準直 的平面信號。 2 8.根據申請專利範圍第27項之透射體，其中在實 -59- 200912200 質垂直方向上傳播該對實質準直的平面信號。 29.根據申請專利範圍第27項之透射體’其中在相 互隔開的實質平行平面上傳播該對實質準直的平面信號。 3 0 .根據申請專利範圍第2 7項之透射體’其中該對 實質準直的平面信號是共平面的。 3 1 .根據申請專利範圍第7項或第8項之透射體’其 適於從單一光學源接收光學信號’該本體包含一對準直元 件和一對改向元件，用以提供一對對應之實質準直的平面 信號。 3 2 .根據申請專利範圍第3 1項之透射體’其中在實 質垂直方向上傳播該對實質準直的平面信號。 3 3 .根據申請專利範圍第3 1項之透射體，其中在相 互隔開的實質平行平面上傳播該對實質準直的平面信號。 34. 根據申請專利範圍第3 1項之透射體，其中該對 實質準直的平面信號是共平面的。 35. 根據申請專利範圍第7項或第8項之透射體，另 外包含一顯示器，其被定位在該實質準直的平面信號和該 透射元件之間。 36-根據申請專利範圍第7項或第8項之透射體，另 外包含一顯示器，其被定位在該實質準直的平面信號之該 透射元件的該相對側上。 3 7.根據申請專利範圍第7項或第8項之透射體，另 外包含一顯示器，其中該顯示器包括當作該透射元件之平 面部。 -60- 200912200 38.根據申請專利範圍第7項或第8項之透射體，其 中該透射體係由單一片塑膠材料所形成，該塑膠材料實質 地透射光譜的紅外線或可見光區之光且選用地不透射周遭 的可見光。 39_根據申請專利範圍第38項之透射體，其中該單 一片塑膠材料係由注入模造法所形成。 4 〇 ·根據申請專利範圍第7項或第8項之透射體，其 中該準直元件和該改向元件係由單一片塑膠材料所形成， 該塑膠材料實質地透射光譜的紅外線或可見光區之光且選 用地不透射周遭的可見光。 4 1 .根據申請專利範圍第4 0項之透射體，其中該單 一片塑膠材料係由注入模造法所形成。 42·根據申請專利範圍第40項之透射體，其中該透 射元件係由玻璃所形成。 43 _根據申請專利範圍第1至3項及第7至8項中任 一項之透射體，另外包含至少一光偵測元件，其適於接收 該實質準直的平面信號之至少一部份，以偵測輸入。 44. 根據申請專利範圍第43項之透射體，其中該至 少一光偵測元件包括與至少一光偵測器光學通訊之至少一 光學波導。 45. 一種用於輸入裝置和用以照明顯示器的總成，該 總成包含：一透射體，係根據申請專利範圍第8項，用以 供應光學信號給該輸入裝置；及一分佈元件，與該透射元 件相鄰，用以接收和分佈來自光源的光到該顯示器，藉以 -61 - 200912200 照明該顯示器。 46. —種用於輸入裝置和用以照 總成包含：一透射體，包含一透射元 面形式接收來自光學源的光學信號與 號到準直和改向元件，該準直和改向 實質平面光學信號準直和改向，以供 置；及一分佈元件，與該透射元件相 來自光源的光到該顯示器，藉以照明 47. 根據申請專利範圍第45項写 外包含：一覆蓋層，被配置在該透射 間，用以降低該光從該分佈元件漏洩 以降低該光學信號從該透射元件漏洩 48. 根據申請專利範圍第45項写 中該分佈元件被定位成將用以供應該 光源和用以供應該光學信號到該透射 在該透射元件的相同側上。 49. 根據申請專利範圍第45項写 中該分佈元件被定位成將用以供應該 光源和用以供應該光學信號到該透射 在該透射元件的相互對向側上。 5 0 .根據申請專利範圍第4 5項写 中該光學信號包括來自光譜的紅外線 長，及該光包括來自光譜的可見光區 明顯示器的總成，該 件，其適於以實質平 限定和傳送該光學信 元件適於實質地將該 應該信號給該輸入裝 鄰，用以接收和分佈 該顯示器。 之第4 6項之總成，另 元件和該分佈元件之 到該透射元件，和用 到該分佈元件。 Z第46項之總成，其 光到該分佈元件之該 元件之該光學源定位 3第4 6項之總成’其 光到該分佈元件之該 元件之該光學源定位 3第4 6項之總成’其 區之一或多個預定波 之一或多個預定波長 -62- 200912200 5 1 .根據申請專利範圍第4 5項或第4 6項之總成’其 中該光學信號和該光之各個包括來自光譜的可見光區之一 或多個預定波長。 5 2 .根據申請專利範圍第4 5項或第4 6項之總成’其 中該顯示器被定位在該透射元件上方。 5 3 .根據申請專利範圍第4 5項或第4 6項之總成’其 中該顯示器被定位在該透射元件下方。 5 4 .根據申請專利範圍第4 5項或第4 6項之總成，其 中用以供應該光的該光源是冷陰極螢光燈或LED (發光二 極體）陣列，及用以供應該光學信號的該光學源是LED 或LED群組。 5 5 . —種用於輸入裝置和用以照明顯示器的總成，該 總成包含：一透射體，係根據申請專利範圍第8項；及一 或多個光源，用以產生光，該光源被定位在該透射元件下 方，藉以經由該透射兀件照明該顯示器。 56. 一種用於輸入裝置和用以照明顯示器的總成，該 總成包含：一透射體，包含一透射元件，其適於以實質平 面形式接收來自光學源的光學信號與限定和傳送該光學信 號到準直和改向元件，該準直和改向元件適於實質地將該 實質平面光學信號準直和改向；及一或多個光源，用以產 生光’該光源被定位在該透射元件下方，藉以經由該透射 元件照明該顯示器。 5 7 ·根據申請專利範圍第5 5項或第5 6項之總成，另 外包含：一覆蓋層，被配置在該一或多個光源和該透射元 -63- 200912200 件之間’用以降低光從該透射元件漏洩到該一或多個光源 ，或用以降低該透射元件中的該光學信號和該〜或多個光 源之間的互動。 5 8 _根據申請專利範圍第5 5項或第5 6項之總成，其 中該一或多個光源是LED。 5 9 _根據申請專利範圍第5 8項之總成，其中該led 產生來自光譜的可見光區之一或多個預定波長。 6〇·根據申請專利範圍第55項或第56項之總成，其 中該顯示器被定位在該透射元件上方。 61· —種用以產生信號之方法，該信號用於輸入裝置 和用以照明顯示器，該方法包含以下步驟： 從光學源提供光學信號： 以平面形式接收、限定、和傳送該光學信號； 實質地將該光學信號準直； 將該輸入裝置的該實質準直光學信號改向； 從光源提供光；及 接收和分佈該光到該顯示器，藉以照明該顯示器。 62. —種產生信號之方法，該信號用於輸入裝置和用 以照明顯示器’該方法包含以下步驟： 將根據申請專利範圍第1至3項及第7至8項中任一 項之透射體與光學源光學式耦合，用以供應光學信號給該 輸入裝置； 將分佈元件與該透射體耦合；及 將該分佈元件與光源光學式耦合，用以供應照明該顯 -64 - 200912200 示器的光。 63. 一種產生信號之方法，該信號用於輸入裝置和用 以照明顯示器，該方法包含以下步驟： 從光學源提供光學信號； 以平面形式接收、限定、和傳送該光學信號； 實質地將該光學信號準直； 將該輸入裝置的該實質準直光學信號改向； 從一或多個光源提供光；及 將該光分佈到該顯示器，藉以照明該顯示器。 64. —種信號產生裝置，係用於輸入裝置，該裝置包 含： 一光學源’用以提供光學信號；及 一透射體，包含： (a) —透射元件，適於以平面形式接收、限定、和傳送 該光學信號； (b) —準直元件，適於實質地將該光學信號準直；及 (c) 一改向元件，適於將該光學信號改向， 其中該等元件被配置成接收該光學信號，以及將該光 學信號傳送、準直 '和改向，用以以實質平面形式產生實 質準直的信號。 65· —種輸入裝置，包含： 一光學源’用以提供光學信號；及 (a)—透射元件，適於以平面形式接收、限定、和傳送 光學信號； -65- 200912200 (b)—準直元件，適於實質地將光學信號準直；及 (C)一改向元件，適於將光學信號改向’ 其中該等元件被配置成接收該光學信號，以及將該光 學信號傳送、準直、和改向，用以以實質平面形式產生實 質準直的信號，將該實質準直的平面信號導向至少一光偵 測元件，用以偵測輸入。 66. 一種產生光學信號之方法，係以實質準直的平面 形式，該方法包含以下步驟： 從光學源提供光學信號； 以平面形式接收、限定、和傳送該光學信號； 實質地將該光學信號準直；及 將該光學信號改向。 67. 根據申請專利範圍第66項之方法，其中實質平 面的透射元件以該平面形式限定和傳送該光學信號’準直 元件以平面形式準直該光學信號，及改向元件將該實質準 直的平面信號改向。 6 8.根據申請專利範圍第6 7項之方法，其中該等透 射元件、準直元件、和改向元件定義透射體。 69. 根據申請專利範圍第66至68項中任一項之方法 ，另外包含以下步驟：將該實質準直的平面信號改向到實 質平行於該透射元件之平面。 70. 根據申請專利範圍第66至68項中任一項之方法 ，另外包含以下步驟：將該實質準直的平面信號改向到實 質平行於該透射元件且與該透射元件隔開之一或多個平面 • 66 - 200912200 7 1 .根據申請專利範圍第66至68項中任一項之方法 ，另外包含以下步驟：將該實質準直的平面信號改向回到 朝向該光學源。 7 2 .根據申請專利範圍第6 ό至6 8項中任一項之方法 ，其中該光學源是提供發散.光學信號之點光源’和該準直 元件包括一或多個實質拋物面反射鏡或一或多個實質橢圓 透鏡。 73 ·根據申請專利範圍第72項之方法，其中該一或 多個實質拋物面反射鏡的各個被整形和定位成其焦點實質 與該點光源重合。 74. 根據申請專利範圍第72之方法，其中該一或多 個實質橢圓透鏡的各個被整形和定位成該透鏡的焦點實質 與該點光源重合。 75. 根據申請專利範圍第66至68項中任一項之方法 ’另外包含以下步驟：提供一對光學源及對應的成對準直 元件和改向元件，用以提供在實質垂直方向上傳播之一對 實質準直的平面信號。 76. 根據申請專利範圍第66至68項中任一項之方法 ’另外包含以下步驟：提供單一光學源及成對準直元件和 改向元件’用以提供在實質垂直方向上傳播之一對實質準 直的平面信號。 —種用以照明顯示器的總成，該總成包含： 一透射體’包含一透射元件，其適於以實質平面形式 -67- 200912200 接收、限定、和傳送光到準直和改向元件’該準直和改向 元件適於實質地將該實質平面光準直和改向’及 一分佈兀件，適於接收和分佈該實質平面準直的光到 該顯.示器，藉以照明該顯示器。 78. —種用以照明顯示器的總成，該總成包含光學式 耦合到分佈元件之根據申請專利範圍第1至3項及第7至 8項中任一項之透射體，該分佈元件適於分佈該實質平面 準直的光到該顯示器，藉以照明該顯示器。 7 9. —種照明顯示器之方法，該方法包含以下步驟： 從光源提供光； 以實質平面形式接收、限定、和傳送該光； 實質地將該光準直和改向；及 將該實質平面準直的光分佈到該顯示器，藉以照明該 顯示器。 80: —種照明顯示器之方法，係利用來自光源的光， 該方法包含以下步驟： 將該光源與根據申請專利範圍第1至3項及第7至8 項中任一項之透射體光學式耦合；及 將該透射體與分佈元件光學式耦合，以分佈該實質平 面準直的光到該顯示器，藉以照明該顯示器。 8 1 ·根據申請專利範圍弟7 7項之總成，其中該光係 由點光源所提供。 82.根據申請專利範圍第78項之總成，其中該光係 由點光源所提供。 -68- 200912200 83 .根據申請專利範圍第79項之方法，其中該光係 由點光源所提供。 84.根據申請專利範圍第8 0項之方法，其中該光係 由點光源所提供。 8 5 . —種用於輸入裝置和用以照明顯示器之透射體’ 該本體包含： 一透射和分佈元件，適於以實質平面形式接收、限定 、和傳送光信號的第一部位到改向元件，該改向元件適於 將該輸入裝置的該實質平面光信號改向’ 其中該透射和分佈元件同時將該光信號的第二部位分 佈到該顯示器，藉以照明該顯示器。 8 6.根據申請專利範圍第85項之透射體，其中該顯 示器被定位在該透射和分佈元件上方。 8 7 .根據申請專利範圍第8 5項之透射體，其中該顯 示器被定位在該透射和分佈元件下方。 8 8 .根據申請專利範圍第8 7項之透射體，另外包含 一觸碰表面，其透射定位在該透射和分佈兀件上方之該光 /•S* Orfe 1s疏。 89. 一種用於輸入裝置和用以照明顯示器之總成，該 總成包含： 一透射元件，適於以實質平面形式接收、限定、和傳 送光到改向元件，該改向元件適於將該輸入裝置的該實質 平面光之第一部位改向和將該實質平面光的第二部位改向 ，以同時供應該光到分佈元件，藉以照明該顯示器。 -69- 200912200 9 0 ·根據申請專利範圍第8 9項之總成，其中該顯示 器和該分佈元件被定位在該透射元件上方。 9 1 ·根據申請專利範圍第8 9項之總成，其中該顯示 器被定位在該透射元件下方，而該分佈元件被定位在該透 射元件上方。 92·根據申請專利範圍第91項之總成，另外包含一 觸碰表面，其透射定位在該分佈元件上方之該光。 9 3 ·根據申請專利範圍第8 5項之透射體，其中該光 係由冷陰極螢光燈或led陣列所提供。 9 4 .根據申請專利範圍第8 9項之總成，其中該光係 由冷陰極螢光燈或L E D陣列所提供。 95. 一種產生信號之方法，該信號用於輸入裝置和用 以照明顯示器，該方法包含以下步驟： 從光源提供光； 以實質平面形式接收、限定、和傳送該光； 將該輸入裝置的該實質平面光的第一部位改向，和同 時將該實質平面光的該第二部位分佈到該顯示器，藉以照 明該顯示器。 96. —種產生信號之方法，該信號用於輸入裝置和用 以照明顯示器，該方法包含以下步驟： 從光源提供光； 以實質平面形式接收、限定、和傳送該光；將該輸入 裝置的該實質平面光的第一部位改向，以及將該實質平面 光的第二部位改向，用以同時將該第二部位分佈到該顯示 -70- 200912200 器，藉以照明該顯示器。 97. 一種用於輸入裝置的總成’包含：一透射元件， 適於以實質平面形式接收來自光學源的光學信號’以及限 定和傳送該光學信號到根據申請專利範圍第1至3項中任 一項之透射體，用以將該光學信號準直和改向’以產生實 質準直的平面信號。 9 8 .根據申請專利範圍第9 7項之總成’其中該透射 元件是觸碰螢幕或顯示器的外玻璃或塑膠板。 99. 一種信號產生裝置，係用於輸入裝置，包含：一 光學源，用以提供準直信號；及一透射體’用以以實質平 面形式將該準直信號捕捉和改向。 1 〇 〇 .根據申請專利範圍第9 9項之信號產生裝置，其 中該光學源是點光源。 101.根據申請專利範圍第99項之信號產生裝置，其 中該光學源是線光源。 1〇2.根據申請專利範圍第99項之信號產生裝置，其 中該透射體包括一改向元件，用以將光學信號接收和改向 103.根據申請專利範圍第99項之信號產生裝置，其 中該透射體包括一準直元件，用以將光學信號接收和準直 〇 1 〇4.根據申請專利範圍第99項之信號產生裝置，其 中該透射體包括一透射元件，用以以平面形式將光學信號 捕捉和傳送。 -71 -