TWI394072B - 平面顯示器位置檢出裝置及其方法 - Google Patents

Description

平面顯示器位置檢出裝置及其方法

本發明係關於一種平面顯示器位置檢出裝置，特別是關於一種光學式平面顯示器位置檢出裝置。

觸控面板是現今平面顯示器的一種型態，由於它有別於傳統輸入裝置，使電子裝置不需額外的輸入裝置便可同時具有輸入及輸出介面，已被廣泛的應用成為最盛行的人機介面。

現行觸控面板的位置檢出原理主要可分為電阻式、電容式、超音波式及光學式等，其中電阻式觸控面板是由兩層透明導電薄膜組成，該兩層透明導電薄膜之間藉由分隔點隔開，當手指按壓面板時，使得該兩片導電薄膜接觸而產生電壓變化，再經由一感測裝置感測該電壓變化值便可定位出該面板上碰觸點的X座標和Y座標。電容式觸控面板則是藉由手指與感測線間產生電容耦合，感測裝置感測電容值變化便可定位出X座標和Y座標。超音波式觸控面板是在面板的三個角落藉由超音波發射器在面板上形成一個均勻的超音波力場，當手指碰觸面板時，感測裝置感測能量變化便可定位出碰觸點的X座標和Y座標。

目前光學式觸控面板又可分為紅外線式、光學影像感應式以及影像辨識式。紅外線式觸控面板是在面板周圍藉由紅外線發射器在面板上形成矩陣式排列，感測裝置感測光線變化便可定位出面板上碰觸點的X座標和Y座標。光學影像感應式則是透過面板的兩個角落的攝影鏡頭感測觸控物體所形成的陰影，經由三角定位找出觸控的位置。影像辨識式與光學影像感應式最大的不同係直接觀測影像而非陰影，然而卻存在著需要多個攝影鏡頭的缺點。

本發明提供一種平面顯示器位置檢出裝置，其具有簡易的組成構件，不需要複雜的影像辨識處理技術即可檢測出該平面顯示器上一碰觸點的位置，可提高該檢測裝置的反應效率。

本發明提供一種平面顯示器位置檢出裝置，係可直接結合於現有的平面顯示器，可降低製造成本。

本發明提供的一種平面顯示器位置檢出裝置係包括一顯示板、一電控擺動元件、一光源、一光學系統及一光感測元件。該顯示板可顯示圖文資訊，該電控擺動元件經由以電氣驅動的一致動器控制該電控擺動元件的擺動角度。該光源藉由該電控擺動元件將該光源的光束反射至該顯示板的一顯示平面或接近該顯示平面的上、下平面任一者。該光學系統的光軸平行該顯示平面。該光感測元件位於該光學系統的成像端。該顯示板上一碰觸點的一維位置影像或經由該碰觸點反射而入射至該光學系統之光束與該光學系統之光軸的一夾角，係藉由該光感測元件取得，係視採用的該光學系統及該光感測元件類型而定。該碰觸點的另一維位置係根據該一維位置影像資訊與該電控擺動元件的擺動角度獲得，或者根據測得的來自碰觸點的光線與該光學系統光軸的夾角及該電控擺動元件的擺動角度獲得。

另一方面，本發明提供一種平面顯示板上碰觸位置檢測方法，其包括發射一光束；將該光束週期性地反射至該平面顯示板的一顯示平面或接近該顯示平面的上、下平面任一者，以使該反射光束掃描範圍涵蓋整個顯示平面；擷取該顯示平面上一碰觸點的一維位置影像資訊或經由該碰觸點反射而入射至該光學系統之光束與該光學系統之光軸的一夾角；及根據該一維位置影像資訊及該光束與其反射光束的夾角取得該碰觸點的另一維位置，或者根據該夾角及該光束與其反射光束的夾角取得該碰觸點的另一維位置。

本發明提供的一種平面顯示器位置檢出裝置係適用於具有顯示板的任何電子產品，進而實現觸控的功能。本發明的平面顯示器位置檢出裝置及其方法將藉由以下具體實施例配合所附圖式予以詳細說明。

第一圖係本發明平面顯示器位置檢出裝置的第一實施例的俯視示意圖。在此具體實施例中，本發明的一平面顯示器位置檢出裝置100係包括一顯示板101、一電控擺動元件102、一光源103、一光學系統104及一光感測元件105。該顯示板101係可連接至一處理單元(未示出)進而顯示圖文資訊，例如影像、圖片、文字等。該電控擺動元件102係位於該顯示板101的一頂角，而該光源103係位於相對該電控擺動元件102的該顯示板101的另一頂角。該光源103可提供一平行光束，例如雷射光束，以使得該光源103的光束經過一段距離後，發散程度不至於太大而影響該光感測元件105的感測準確度。再者，該光源103可以是不可見光或可見光。該電控擺動元件102經由以電氣驅動的一致動器(未示出)控制其擺動角度A的大小，其中該擺動角度A為該光源103的發射光束與該電控擺動元件102之間的夾角。在本發明中例如可藉由提供該致動器不同的驅動電壓，以控制該電控擺動元件102具有不同的擺動角度A。當該光源103的光束投射至該電控擺動元件102時會經由該電控擺動元件102反射至該顯示板101的一顯示平面或者接近該顯示平面的一上、下平面，係視該光源103與該顯示板101的相對位置而定。該反射光束係如光束107、108及109所示。在本發明中，該顯示板101可以是一可撓式顯示板，以利於當一觸碰物，例如手指或筆尖(touch pen)，碰觸該顯示板101時，該反射光束可以接觸到該觸碰物。在本發明中，該電控擺動元件102與其致動器(未示出)可以一微機電系統(Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)來實現，例如已知的微機電系統型掃描鏡片(Micro-Electro-Mechanical System(MEMS)Scanning Mirror)。本發明係可以藉由提供該致動器呈周期性變化的驅動電壓值，進而控制該電控擺動元件102的擺動角度呈周期性變化，以使得經由該電控擺動元件102反射的光束可以逐步掃描該顯示板101的整個顯示平面，以使得整個顯示平面的每一位置皆能被檢測出是否有觸碰物。在本發明中，該電控擺動元件102係呈周期性擺動，以使得該光源103經由該電控擺動元件102反射的光束能夠在一定的周期內掃完該顯示板101的整個顯示平面並且週而復始的運作。該光學系統104係至少包含一鏡片，並且位於與該電控擺動元件102及該光源103同一側的靠近(close to or near)該顯示板101的一側邊適位處，例如靠近該顯示板101一側邊中間位置適位處，並且該光學系統104的光軸OO，平行該顯示平面並與該光源103的發射光束互相垂直。該光感測元件105係位於該光學系統104的一成像端，其可以是一影像感測元件，例如線狀CMOS感測器或線狀CCD感測器。在本發明中，該光學系統104與該光感測元件105係可以一攝影鏡頭來實現。本發明為確保該顯示板101的整個顯示平面能藉由該光學系統104成像至該光感測元件105，該光學系統104的視角係涵蓋該顯示板101的整個顯示平面，例如165度至170度。

以下參照第二圖詳細說明根據本發明第一實施例之該平面顯示器位置檢出裝置100的觸碰位置檢測方法。第二圖係第一實施例之該顯示板101的顯示平面上該觸碰物106與該光源103的發射光束及該電控擺動元件102的相對位置幾何關係示意圖，其中該電控擺動元件102與該發射光束的夾角為A，該發射光束經由該電控擺動元件102反射至該顯示平面的反射光束為108，該反射光束108與該發射光束的夾角為α，係該發射光束與該電控擺動元件102的光反射面的法線的夾角θ的兩倍。該反射光束108碰觸到該觸碰物106時會在該觸碰物106位置處形成一光點，該光點的反射光入射至該光學系統104，而經由該光感測元件105擷取該觸碰物106在該顯示平面上的一維位置影像資訊，例如第二圖所示，該光感測元件105擷取該觸碰物106在該顯示平面上相對該光學系統104的光軸OO’的X座標影像資訊，再藉由該處理單元(未示出)檢測出該觸碰物106的X座標，其中X為該光學系統104的光軸OO’至該觸碰物106的距離。該光學系統104的光軸OO’至該電控擺動元件102擺動軸心的距離為L。該處理單元同步抓取此時該致動器的驅動電壓值，以得知此時該電控擺動元件102的擺動角度A，再利用三角函數關係式Y=tanα*(L-X)求得該觸碰物106的Y座標，其中α=2θ=2(90-A)，而Y座標係該觸碰物106與該發射光束之間的距離。本發明藉由檢測出來的該觸碰物106的X、Y座標，再依據該顯示板101、該電控擺動元件102、該光源103及該光感測元件105的相對位置，進而可以得知該觸碰物106在該顯示板101上的位置，以達到檢出位置的功能。

根據本發明第二實施例的另一種平面顯示器位置檢出裝置，其係提供另一種平面顯示器觸碰位置檢測方法。本發明第二實施例與第一實施例不同處僅在於第二實施例採用不同的光學系統104’及光感測元件105’，至於第二實施例的顯示板101、電控擺動元件102、光源103及光學系統104’與光感測元件105’的位置關係則與第一圖所示的第一實施相同。在第二實施例中，該光感測元件105’係偵測來自碰觸物106並經由該光學系統104’而投射至該光感測元件105’的反射光束110，進而擷取入射該光學系統104’的此一反射光束110與光軸OO’的夾角γ。

第三圖係第二實施例的該顯示板101的顯示平面上該觸碰物106與該光源103的發射光束及該電控擺動元件102以及該光學系統104’與該光感測元件105’的相對位置幾何關係示意圖，其中該電控擺動元件102與該發射光束的夾角為A，該發射光束經由該電控擺動元件102反射至該顯示平面的反射光束為108，該反射光束108與該發射光束的夾角為α，係該發射光束與該電控擺動元件102的光反射面的法線的夾角θ的兩倍，該發射光束至該光學系統104’的距離為Y1。該反射光束108碰觸到該觸碰物106時產生的反射光束110會投射至該光學系統104’，由該光感測元件105’擷取入射該光學系統104’的該反射光束110的角度γ，其係為入射該光學系統104’之光束與該光學系統104’的光軸OO’的夾角，該處理單元同步抓取此時該致動器的驅動電壓值，以得知此時該電控擺動元件102的擺動角度A，其中α=2θ=2(90-A)，利用三角函數關係式求得該觸碰物的X座標，其中β=90-γ。X為該光學系統104’的光軸OO’至該觸碰物106的距離。該光學系統104’的光軸OO’至該電控擺動元件102擺動軸心的距離為L。再利用三角函數關係式求得該觸碰物106的Y座標，而Y座標係該觸碰物106與該發射光束之間的距離。本發明藉由檢測出來的該觸碰物106的X、Y座標，再依據該顯示板101、該電控擺動元件102、該光源103及該光感測元件105’的相對位置，進而可以得知該觸碰物106在該顯示板101上的位置，以達到檢出位置的功能。

在本發明第一實施例與第二實施例中，係顯示光學系統104、104’位於與該電控擺動元件102及光源103同一側的該顯示板101的一側，並且該光感測元件105、105’係接收來自該觸碰物106的反射光。但另一方面，本發明的光感測元件105、105’可接收並偵測來自該觸碰物106的散射光，因此在本發明的光學系統104(104’)光軸OO’平行該顯示板101平面及其視角足夠大的前提下，該光學系統104(104’)亦可放置在該顯示板101的任一側適位處，並且該光感測器105(105’)係接收/偵測來自該觸碰物106的散射光。

本發明的平面顯示器位置檢出裝置具有以下優點：

1.可直接結合於既有的平面顯示器上，無需更換顯示器；

2.不需複雜影像辨識處理，可提高反應效率；

3.相較於其它光學式位置檢出裝置，其結構簡單可降低成本。

以上所述僅為本發明之具體實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

100．．．平面顯示器位置檢出裝置

101．．．顯示板

102．．．電控擺動元件

103．．．光源

104、104’．．．光學系統

105、105’．．．光感測元件

106．．．觸碰物

107、108、109．．．反射光束

110．．．反射光束

第一圖係本發明平面顯示器位置檢出裝置的第一實施例的俯視示意圖。

第二圖係顯示根據本發明第一實施例的裝置中顯示平面上一觸碰物與一發射光束及一電控擺動元件的相對位置幾何關係示意圖。

第三圖係顯示根據本發明之第二實施例的裝置中顯示平面上一觸碰物與一發射光束及一電控擺動元件的相對位置幾何關係示意圖。

100．．．平面顯示器位置檢出裝置

101．．．顯示板

102．．．電控擺動元件

103．．．光源

104．．．光學系統

105．．．光感測元件

106．．．碰觸物

Claims (16)

1. 一種平面顯示器位置檢出裝置，其包括：一顯示板，其係可顯示圖文資訊；一電控擺動元件，其中經由以電氣驅動的一致動器控制該電控擺動元件的擺動角度；一光源，其係藉由該電控擺動元件將該光源的光束反射至該顯示板的一顯示平面或接近該顯示平面的上、下平面任一者；一光學系統，其係設置於靠近該顯示板之一側邊中間位置處，該光學系統的光軸係平行於該顯示平面且垂直於該光源的光束被反射前之方向；及一光感測元件，係位於該光學系統的成像端以偵測影像資訊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示器位置檢出裝置，其中該光源為不可見光。
3. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示器位置檢出裝置，其中該光源為平行光源。
4. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示器位置檢出裝置，其中該光源為雷射光源。
5. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示器位置檢出裝置，其中該電控擺動元件呈周期性擺動。
6. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示器位置檢出裝置，其中該電控擺動元件的擺動角度範圍係使該光源的反射光束涵蓋該顯示板的整個顯示平面。
7. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示器位置檢 出裝置，其中該光學系統的視角涵蓋該顯示板的整個顯示平面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示器位置檢出裝置，其中該光學系統的視角為165度至170度。
9. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示器位置檢出裝置，其中該光學系統至少包含一鏡片。
10. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示器位置檢出裝置，其中該顯示板為一可撓式顯示板。
11. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示器位置檢出裝置，其中該光感測元件為線狀CMOS感測器或CCD感測器任一者。
12. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示器位置檢出裝置，其中該光感測元件係配置以偵測該顯示板上一碰觸點的一維位置，該碰觸點的另一維位置係根據該一維位置與該電控擺動元件的擺動角度獲得。
13. 如申請專利範圍第1項所述之平面顯示器位置檢出裝置，其中該光感測元件係配置以擷取經由該顯示板上一碰觸點反射而入射至該光學系統之光束與該光學系統之光軸的一夾角之影像資訊，該碰觸點的X、Y位置係根據該夾角與該電控擺動元件的擺動角度獲得。
14. 一種平面顯示板上碰觸位置檢測方法，其包括：發射一光束；將該光束週期性地反射至該平面顯示板的一顯示平面或接近該顯示平面的上、下平面任一者，以使該反射光束掃描範圍涵蓋整個顯示平面； 擷取該顯示平面上一碰觸點的一維位置影像資訊，或擷取經由該碰觸點反射而入射至一光學系統之光束與該光學系統之光軸的一夾角之影像資訊，其中該光學系統之光軸係平行於該顯示平面且垂直於該光束被反射前之方向；及根據該一維位置影像資訊及該光束與其反射光束的夾角取得該碰觸點的另一維位置，或者根據該夾角及該光束與其反射光束的夾角取得該碰觸點的另一維位置。
15. 如申請專利範圍第14項所述之平面顯示板上碰觸位置檢測方法，其中該光束為一平行光束。
16. 如申請專利範圍第14項所述之平面顯示板上碰觸位置檢測方法，其中該光束為一不可見光。