CN105718121B - 光学式触控装置 - Google Patents

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Abstract

一种光学式触控装置，包含显示面板、第一镜头模块、第二镜头模块以及控制器。第一镜头模块包含第一发射单元以及第一接收单元。第一发射单元用以朝显示面板表面发射第一光束。第二镜头模块包含第二发射单元以及第二接收单元。第二发射单元用以朝显示面板表面发射第二光束。控制器通过第一接收单元以及第二接收单元回传的影像计算目标相对于显示面板的水平位置，并判断目标是位于点击区或操作区内。

Description

光学式触控装置
技术领域
本发明是有关于一种触控装置，特别是有关于一种光学式触控装置。
背景技术
触控技术将电子装置的屏幕与输入模块结合，使用者只需使用手指在屏幕上按压即可操作，其中光学式触控在大尺寸的面板具有成本上的优势。然而，由于此种侦测方式需要在对应光源处设置反射单元，光学式触控装置的重量也跟着增加。此外，由于使用光线作为侦测源，如何精准判断使用者的点击操作也是光学式触控装置发展上的一大挑战。
发明内容
本发明的光学式触控装置设置有多个发射单元并在不同时段发射影像，因此，藉由接收不同时段的影像，控制器得以精确判断使用者的触控操作为移动或是点击。
本发明的一实施方式提供一种光学式触控装置，包含显示面板、第一镜头模块、第二镜头模块以及控制器。第一镜头模块设置于显示面板的角落且位于显示面板表面，并包含第一发射单元以及第一接收单元。第一发射单元用以朝显示面板表面发射第一光束。第一接收单元用以撷取显示面板上方的影像。第二镜头模块设置于显示面板的另一角落且位于显示面板表面，并包含第二发射单元以及第二接收单元。第二发射单元用以朝显示面板表面发射第二光束。第二接收单元用以撷取显示面板上方的影像。控制器连接至第一接收单元以及第二接收单元，其中当目标位于显示面板上方时，控制器通过第一接收单元以及第二接收单元回传的影像计算目标相对于显示面板的水平位置，并通过第一接收单元回传的影像判断目标与显示面板表面间的距离是位于点击区或是操作区中。
附图说明
图1为依照本发明的光学式触控装置第一实施例的正面示意图。
图2A为依照本发明光学式触控装置在没有目标进入触控区时的侧视示意图。
图2B为图2A中第一接收单元所接收的影像示意图。
图3A为依照本发明光学式触控装置在目标进入触控区时的侧视示意图。
图3B为图3A中第一接收单元所接收的影像示意图。
图4A为依照本发明光学式触控装置定义目标触控角度一实施例的正面示意图。
图4B为依照本发明光学式触控装置定义目标触控位置一实施例的正面示意图。
图5A为依照本发明光学式触控装置中定义点击区一实施例的正面示意图。
图5B为图5A中第一接收单元所接收的影像示意图。
图6A为依照本发明光学式触控装置第二实施例中发射第一光束以及第二光束的时序示意图。
图6B为依照本发明光学式触控装置第三实施例中发射第一光束以及第二光束的时序示意图。
图7为依照本发明的光学式触控装置第四实施例的正面示意图。
图8A为依照本发明光学式触控装置第五实施例中发射光束的时序示意图。
图8B为依照本发明光学式触控装置第六实施例中发射光束的时序示意图。
【符号说明】
具体实施方式
以下将以附图及详细说明清楚说明本发明的精神，任何本领域技术人员在了解本发明的优选实施例后，当可由本发明所教导的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明的精神与范围。
本发明的光学式触控装置以触控操作的目标(例如手或笔等等)作为反射界面，因此不需要额外设置反射单元，使得光学式触控装置的重量以及成本下降。此外，光学式触控装置设置于不同时段发射影像，并藉由接收不同时段的影像得以精确判断使用者的移动操作以及点击操作。
请参照图1。图1为依照本发明的光学式触控装置第一实施例的正面示意图。光学式触控装置100包含显示面板110、第一镜头模块120、第二镜头模块130以及控制器114。第一镜头模块120与第二镜头模块130分别设置于显示面板110的相对两个角落。
第一镜头模块120包含第一发射单元122以及第一接收单元124。第一发射单元122用以提供第一光束126，举例而言，可以在第一发射单元122内设置第一光发射器，使得第一发射单元122得以朝显示面板110表面发射第一光束126。第一接收单元124用以撷取显示面板110上方的影像，举例而言，可以在第一接收单元124设置第一光接收器，使得当有目标靠近显示面板110表面时，第一接收单元124得以接收自目标反射的第一光束126(或是目标因为受到第一光束126照亮而被第一接收单元124记录)。第二镜头模块130的架构与动作与第一镜头模块120相同，在此不再赘述。在一具体实施例中，第一发射单元122以及第一接收单元124为肉眼不可见的红外线发射器。
详细而言，光学式触控装置100以反射后的第一光束126以及第二光束136作为触控判断依据，因此，第一光束126以及第二光束136展开于显示面板110表面上的范围定义为触控区112。此外，由于第一光束126以及第二光束136是以执行触控操作的目标作为反射界面，因此显示面板110不需要额外设置有反射单元，使得光学式触控装置100整体重量以及成本下降。在一具体实施例中，第一光束126以及第二光束136所展开范围涵盖显示面板110大部分范围，优选地，至少涵盖触控区112。
以下叙述将说明光学式触控装置100的侦测方式，其中第一镜头模块120以及第二镜头模块130侦测方式相同，而为了方便说明，将以第一镜头模块120为例说明，此外，为了方便说明，第一镜头模块120中的第一发射单元122以及第一接收单元124以纵向排列表示，应该先说明的是，此排列方式仅为例示而非用以限制本发明。
请同时参照图2A以及图2B。图2A为依照本发明光学式触控装置在没有目标进入触控区时的侧视示意图，图2B为图2A中第一接收单元所接收的影像示意图。第一光束126由第一发射单元122发射并通过第一发射单元122上的透镜或镜头而展开，其中第一光束126的展开方向除了包含图1的水平方向(平行显示面板110表面的方向)外，也包含垂直方向(垂直显示面板110表面的方向)，而第一光束126与第二光束136所展开的重叠空间即为光学式触控装置100的触控区112。
图2A中，当没有目标位于触控区112内时，由于不存在作为第一光束126反射界面的反射物，因此第一光束126并没有通过反射而进入第一接收单元124。
图2B中，第一接收单元124所接收的影像范围包含触控区112影像以及显示面板110影像，其中图2B中虚线部分表示显示面板110的表面。由于触控区112内不存在作为反射界面的反射物，第一接收单元124所侦测的影像画面为全黑画面。
请同时参照图3A以及图3B，图3A为依照本发明光学式触控装置在目标进入触控区时的侧视示意图，图3B为图3A中第一接收单元所接收的影像示意图。本实施例中，以手指105作为触控目标为例。
图3A中，当手指105进入触控区112时，部分第一光束126在手指105处反射回第一接收单元124。同时，第一接收单元124所接收的影像中，手指105将在影像中对应的区域出现。因此，图3B中，由于手指105受到第一光束126照亮，第一接收单元124所接收的影像对应手指105位置处为手指影像106，而其余未接收到反射影像部分仍为黑色。此外，在第一接收单元124所接收的影像中，由于手指105相当靠近显示面板110，因此显示面板110的表面也会反射出手指105的图像，而此图像也会被第一接收单元124所捕捉，从而第一接收单元124所接收的影像内也会出现手指镜像影像106’。
根据本发明一实施例，触控区112可定义出点击区118以及操作区119。图3A中，点击区118位于显示面板110表面一预设距离内(如图3A的虚线)，也就是说，当手指105进入到该预设距离内或是直接接触显示面板110表面，则视为进入点击区118从而触发对应的控制信号；操作区119则定义位于点击区118之上，即上述预设距离之外。图3B中，上述所定义的点击区118以及操作区119反映于影像中则为，显示面板110表面(实线)上方所对应上述预设距离(虚线)内的区域(实现与虚线之间区域)为点击区118，而在虚线外的区域则为操作区119(虚线之上)；而显示面板110表面下方则为显示面板110内的镜像区域。
请同时看到图1以及图3A。控制器114连接至第一接收单元124以及第二接收单元134，其中当手指105位于显示面板110上方时，控制器114通过第一接收单元124以及第二接收单元134回传的影像而得以计算手指105相对于显示面板110的水平位置(即手指105在显示面板110上的触控位置)，并通过第一接收单元124和/或第二接收单元134回传的影像判断目标与显示面板110表面间的距离是位于点击区118或是操作区119。在部分实施例中，点击区118的范围不大于第一接收单元124所能侦测的最小像素单位的两倍，即距离单位D不大于第一接收单元124所能侦测的最小像素单位的两倍。也就是说，图3A中上述预设距离可定义为距离单元D。
具体而言，当手指105从远处进入触控区112时，控制器114首先根据手指105于第一接收单元124以及第二接收单元134的影像计算出其水平位置(或水平坐标)且判断为操作区119，而当手指105在操作区119内移动时，控制器114也同步计算其移动时的水平位置。而当手指105朝显示面板110移动而位于点击区118内时，控制器114将发出电信号表示进行点击的触控操作。以下叙述将对点击区118以及操作区119的定义作更进一步的说明。
请参照图4A，图4A为依照本发明光学式触控装置定义目标触控角度一实施例的正面示意图。第一镜头模块120以及第二镜头模块130在触控区112内大角度地同时发射光线。举例来说，第一镜头模块120可以同时对于方向θ1、θ2、θ3、…、θN发射光线。
接着，定义第一镜头模块120对应不同位置的反射光线的角度，由于不同位置的触控目标相对于影像中会产生不同的对应位置，因此当目标进行触控操作时，控制器114藉由所接收的影像中所捕捉触控目标的位置就可以反推出目标相对于第一镜头模块120的夹角。
请参照图4B，图4B为依照本发明光学式触控装置定义目标触控位置一实施例的正面示意图。当有手指触碰到显示面板110的点C时，利用前述方法，将可得知第一镜头模块120以及第二镜头模块130分别与点C的连线的各个夹角θL、θR，加上第一镜头模块120以及第二镜头模块130的坐标为已知，此时再通过控制器即可求出点C的在显示面板110上的坐标位置。
通过上述方法，光学式触控装置100可计算出目标的触控位置，即，目标究竟是位于操作区119或点击区118，请参考以下说明。
请同时参照图5A以及图5B。图5A为依照本发明光学式触控装置中定义点击区一实施例的正面示意图。图5B为图5A中第一接收单元所接收的影像示意图。本实施例为说明光学式触控装置100如何定义触控区112中的点击区118，且如何判断目标位于点击区118。其中测试目标108形状为长条形。
本实施例以第一镜头模块120为例定义点击区。在定义点击区步骤中，第一步为以测试目标108接触显示面板110表面。第二步为通过第一接收单元124截取显示面板110上方的影像。第三步为记录显示面板110上的测试目标108顶端反射第一光束126的位置与显示面板110内的测试目标108镜像顶端反射第一光束126的位置所重合的点。
在显示面板110表面的不同位置重复第一步至第三步，即可以得到多个重合的点，如图5B所示，其中图5B中绘有测试目标影像109以及测试目标镜像影像109’。接着，定义多个重合的点所在的平面为基准面111。最后即可设定点击区118，其中点击区118范围为自基准面111朝相对显示面板110表面方向延伸一个距离单位D而成。在部分实施例中，距离单位D不大于第一接收单元124所能接收的最小像素单位的两倍。
请再回到图1，在第一接收单元124所接收的影像中，当点击区(请见图3A)内出现目标的影像时，控制器114除计算目标的水平位置外，即判断此时目标点击显示面板110表面，并发出点击操作的电信号。反之，若目标影像并未出现在点击区(请见图3A)内，则判断目标位于操作区(请见图3A)内时，控制器114只计算目标的水平位置，而不发出点击操作的电信号，此时可设定如移动滑鼠的功能。
根据本发明一实施例，光学式触控装置100还包含输出端116，输出端116可以是USB插座或是其他与电子装置连接的插座，电子装置例如电脑或是智能电子产品。
以下叙述以光学式触控装置100实际应用作说明。当目标进入触控区112进行触控操作时，控制器114先计算出目标相对显示面板110的水平坐标。接着，再更进一步判断目标是否位于点击区(请见图3A)内。若目标没有位于点击区内而只位于操作区(请见图3A)内，则提供等同移动光标的操作效果。反之，若目标位于点击区内，则提供等同点击光标的操作效果。此外，由于操作区可以追踪手指的位置，因此除了基本的移动操作外，触控用的手势，例如拖曳或是将画面拉大，也可通过光学式触控装置100完成。
请参照图6A，图6A为依照本发明光学式触控装置第二实施例中发射第一光束以及第二光束的时序示意图。第一光束126以及第二光束136在相同周期内以不同的时序发射。本实施例中，周期T内具有两个时段，其分别为第一时段t1以及第二时段t2。
第一时段t1中，第一发射单元以及第二发射单元分别发射第一光束126以及第二光束136。当有目标触控操作时，控制器藉由前述方法计算出目标相对显示面板表面的水平位置。第二时段t2中，只有第一发射单元发射第一光束126。此时控制器再判断影像中的目标是否位于点击区内，以决定是否发出表示点击的电信号。当经过一个周期之后，即可完成计算目标在显示面板上的水平坐标位置以及判断其是位于点击区或是操作区内。
请参照图6B，图6B为依照本发明光学式触控装置第三实施例中发射第一光束以及第二光束的时序示意图。本实施例与第二实施例的差别在于：本实施例中的发射周期T具有三个时段。本实施例中，发射周期T具有第一时段t1、第二时段t2以及第三时段t3。
在第一时段t1以及第二时段t2中，第一发射单元以及第二发射单元分别在不同时段发射第一光束126以及第二光束136。当有目标触控操作时，控制器再计算出目标的水平坐标位置。第三时段t3中，只有第一发射单元发射第一光束126。同样地，再由控制器判断是否发出点击操作的电信号。
请参照图7，图7为依照本发明的光学式触控装置第四实施例的正面示意图。本实施例与第一实施例的差别在于：第一光束由第三光束以及第四光束组成。
本实施例中，第一发射单元122提供组成第一光束(请见图1)的第三光束146以及第四光束156，举例而言，可以在第一发射单元122设置第三光发射器142以及第四光发射器152，使得第一发射单元122朝显示面板110表面发射第三光束146以及第四光束156，其中第三光束146以及第四光束156在同周期内的不同时段发射。同样地，第一接收单元124用以接收影像，举例而言，可以在第一接收单元124设置第三光接收器144以及第四光接收器154，使得当有目标靠近显示面板110表面时，第三光接收器144以及第四光接收器154得以分别接收自目标反射的第三光束146以及第四光束156，并再回传至控制器114。
本实施例中，当目标位于显示面板110表面时，控制器114通过反射后的第二光束136以及第三光束146计算目标相对于显示面板110的水平位置。接着，控制器114再通过反射后的第四光束156判断目标与显示面板110表面间的距离是位于点击区或是操作区(请见图3A)中。以下叙述将针对影像的发射时序作说明。
请参照图8A，图8A为依照本发明光学式触控装置第五实施例中发射光束的时序示意图。第三光束146以及第四光束156在相同周期内以不同的时序发射。本实施例中，周期T内具有两个时段，其分别为第一时段t1以及第二时段t2。
第一时段t1中，第二发射单元以及第三发射单元分别发射第二光束136以及第三光束146。当目标触控操作时，控制器114能藉由前述方法计算出目标相对显示面板110的水平位置。第二时段t2中，只有第四发射单元发射第四光束156。控制器再判断是否发出点击操作的电信号。当经过一个周期之后，即可判断出目标在显示面板上的水平坐标位置以及判断其是位于点击区或是操作区内。
请参照图8B，图8B为依照本发明光学式触控装置第六实施例中发射光束的时序示意图。本实施例与第五实施例的差别在于：本实施例中的发射周期T具有三个时段。本实施例中，发射周期T具有第一时段t1、第二时段t2以及第三时段t3。
在第一时段t1以及第二时段t2中，第二发射单元以及第三发射单元分别在不同时段发射第二光束136以及第三光束146。当目标触控操作时，控制器计算出目标的水平坐标位置。第三时段t3中，只有第四发射单元发射第四光束156，此时再通过控制器判断是否发出点击操作的电信号。
本发明的光学式触控装置发射光束并由进行触控操作的目标作为反射界面，使得不需要额外设置反射单元，因此重量及成本皆下降。此外，藉由不同时序发射光束，使得控制器能能精准计算出目标的位置以及判断其是否进行点击操作。此外，光学式触控装置的触控区内的点击区可以对应不同条件设定，进而设定其触控精度。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种光学式触控装置，包含：
一显示面板；
一第一镜头模块，设置于该显示面板的一角落且位于该显示面板表面，并包含：
一第一发射单元，用以朝该显示面板表面发射一第一光束；以及
一第一接收单元，用以撷取该显示面板上方的影像；
一第二镜头模块，设置于该显示面板的另一角落且位于该显示面板表面，并包含：
一第二发射单元，用以朝该显示面板表面发射一第二光束；以及
一第二接收单元，用以撷取该显示面板上方的影像；以及
一控制器，连接至该第一接收单元以及该第二接收单元，其中当一目标位于该显示面板上方时，该控制器通过该第一接收单元以及该第二接收单元回传的影像计算该目标相对于该显示面板的水平位置，并通过该第一接收单元回传的影像判断该目标与该显示面板表面间的距离是位于一点击区或是一操作区中；
其中该点击区的定义方式包含；
(a)以一测试目标接触该显示面板表面；
(b)该第一接收单元或该第二接收单元截取该显示面板上方的影像；
(c)记录该显示面板上的该测试目标顶端反射光束的位置与该显示面板内的该测试目标镜像顶端反射光束的位置所重合的点；
在该显示面板表面的不同位置重复步骤(a)至(c)，以得到多个重合的点，接着定义该些重合的点所在的一平面为一基准面；以及
设定该点击区，其中该点击区范围为自该基准面朝相对该显示面板表面方向延伸一距离单位而成。
2.如权利要求1所述的光学式触控装置，其中该点击区的范围不大于该第一接收单元所能侦测的最小像素单位的两倍。
3.如权利要求1所述的光学式触控装置，其中该第一光束包含一第三光束以及一第四光束，且该第三光束以及该第四光束在相同周期内的不同时段发射，其中当该目标位于该显示面板表面时，该控制器通过第一接收单元对应该第三光束以及该第二接收单元对应该第二光束回传的影像计算该目标相对于该显示面板的水平位置，并通过该第一接收单元对应该第四光束回传的影像判断该目标与该显示面板表面间的距离是位于该点击区或是该操作区中。
4.如权利要求1所述的光学式触控装置，其中该第一发射单元包含：
第三光发射器，用以朝该显示面板表面发射一第三光束；以及
第四光发射器，用以朝该显示面板表面发射一第四光束，其中该第三光束以及该第四光束在相同周期内的不同时段发射；
该第一接收单元包含：
第三光接收器，用以撷取该显示面板上方的影像；以及
第四光接收器，用以撷取该显示面板上方的影像。
5.一种光学式触控装置的侦测方法，包含：
发射一第一光束以及一第二光束至一显示面板表面，其中该第一光束以及该第二光束分别自该显示面板相邻的两个角落发射；
通过一第一接收单元以及一第二接收单元接收该显示面板表面的影像，其中当一目标位于该透明表面时，该第一接收单元以及该第二接收单元分别接收在该目标反射的该第一光束以及该第二光束；
回传该第一接收单元以及该第二接收单元所接收的影像至一控制器；
通过该第一接收单元以及该第二接收单元所接收的影像计算该目标相对于该显示面板的水平位置；以及
通过该第一接收单元所接收的影像判断该目标与该显示面板表面间的距离是位于一点击区或是一操作区中；
其中该点击区的定义方式包含；
(a)以一测试目标接触该显示面板表面；
(b)该第一接收单元或该第二接收单元截取该显示面板上方的影像；
(c)记录该显示面板上的该测试目标顶端反射光束的位置与该显示面板内的该测试目标镜像顶端反射光束的位置所重合的点；
在该显示面板表面的不同位置重复步骤(a)至(c)，以得到多个重合的点，接着定义该些重合的点所在的一平面为一基准面；以及
设定该点击区，其中该点击区范围为自该基准面朝相对该显示面板表面方向延伸一距离单位而成。
6.如权利要求5所述的侦测方法，其中该距离单位不大于该第一接收单元或该第二接收单元所能侦测的最小像素单位的两倍。
7.如权利要求5所述的侦测方法，其中该第一光束以及该第二光束交替发射。
8.如权利要求5所述的侦测方法，其中该第一光束与该第二光束的发射时间部份重叠。
9.如权利要求5所述的侦测方法，其中该第一光束包含一第三光束以及一第四光束，且该第三光束以及该第四光束在同周期内的不同时段发射，其中该控制器由反射后的该第二光束以及该第三光束判断该目标相对于该显示面板的水平位置，并通过反射后的该第四光束判断该目标与该显示面板表面间的距离是位于该点击区或是该操作区中。
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