TWI399677B - 光學偵測裝置及其方法 - Google Patents

Description

光學偵測裝置及其方法

本揭露是有關於一種觸控面板，且特別是有關於其中基於光學感測器者。

所謂的觸控面板，就是一種能夠偵測偵測區中，觸碰點出現位置的一種設備。目前市面上有許多種觸控面板，例如：電阻式觸控面板、電容式觸控面板與光學式觸控面板。

本發明下述實施方式是有關於一種基於光學感測器的觸控面板。

本發明之一技術態樣為一種光學偵測裝置。

根據本發明之一實施方式，一種光學偵測裝置包含第一掃瞄設備、第二掃瞄設備、第一偵測器、第二偵測器與處理裝置。第一掃瞄設備與第二掃瞄設備配置成可分別使用第一光束與第二光束掃瞄偵測區，其中第一光束與第二光束之入射角分別隨著時間變化，且第一光束的波長與第二光束的波長不同。第一偵測器與第二偵測器配置成可分別偵測第一時間訊號與第二時間訊號，其中第一時間訊號與第二時間訊號分別代表第一光束與第二光束何時為偵測區中之物件所反射。處理裝置用以根據第一時間訊號、第二時間訊號、第一光束之入射角與第二光束之入射角，依三角定位法(triangulation)，計算物件在偵測區中的位置。

根據本發明之另一實施方式，一種光學偵測方法包含下列步驟(應瞭解到，在本實施方式中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行)：

(1)分別使用第一光束與第二光束掃瞄偵測區，其中第一光束與第二光束之入射角分別隨著時間變化，且第一光束的波長與第二光束的波長不同。

(2)分別偵測第一時間訊號與第二時間訊號，其中第一時間訊號與第二時間訊號分別代表第一光束與第二光束何時為偵測區中之物件所反射。

(3)根據第一時間訊號、第二時間訊號、第一光束之入射角與第二光束之入射角，依三角定位法(triangulation)，計算物件在偵測區中的位置。

第1圖繪示依照本發明一實施方式之光學偵測裝置100的正視圖。如圖所示，光學偵測裝置100包含第一掃瞄設備110、第二掃瞄設備120、第一偵測器130、第二偵測器140與處理裝置150。第一掃瞄設備110配置成可使用第一光束F掃瞄偵測區500。第二掃瞄設備120配置成可使用第二光束S掃瞄偵測區500，其中第一光束F的波長與第二光束S的波長不同。第一偵測器130配置成可偵測第一時間訊號，此第一時間訊號代表第一光束F何時為偵測區500中之物件300所反射。第二偵測器140配置成可偵測第二時間訊號，此第二時間訊號代表第二光束S何時為偵測區500中之物件300所反射。處理裝置150用以根據第一時間訊號、第二時間訊號、第一光束F之入射角α與第二光束S之入射角β，依三角定位法(triangulation)，計算物件300在偵測區500中的位置。

具體而言，第一掃瞄設備110包含光源112、反射鏡114與旋轉致動器116。光源112用以產生第一光束F。反射鏡114配置成可接收第一光束F，並接著將第一光束F反射進偵測區500。旋轉致動器116耦接反射鏡114，此旋轉致動器116可根據驅動信號而旋轉反射鏡114，藉此改變第一光束F之入射角α，其中上述之驅動信號可由控制器(例如：馬達控制晶片)所產生。如此一來，第一光束F之入射角α將可隨著時間變化(如第2圖所繪示)。

同樣地，第二掃瞄設備120亦包含光源122、反射鏡124與旋轉致動器126。光源122用以產生第二光束S。反射鏡124配置成可接收第二光束S，並接著將第二光束S反射進偵測區500。旋轉致動器126耦接反射鏡124，此旋轉致動器126可根據驅動信號而旋轉反射鏡124，藉此改變第二光束S之入射角β，其中上述之驅動信號可由控制器(例如：馬達控制晶片)產生。如此一來，第二光束S之入射角β將亦可隨著時間變化。

上述之光源112/122可為雷射二極體(laser diode)，例如：780nm雷射二極體(例如：華信光電科技股份有限公司所出品的ADL-78101-TL)、808nm雷射二極體(例如：華信光電科技股份有限公司所出品的ADL-80Y01-TL)或850nm雷射二極體(例如：華信光電科技股份有限公司所出品的ADL-85051-TL)。如此一來，第一光束F與第二光束S將均可為準直光束(collimated light beam)。在本實施方式中，光源112可為780nm雷射二極體，而光源122則可為850nm雷射二極體。也就是說，光源112所產生之第一光束F的波長可為780nm，而光源122所產生之第二光束S的波長則可為850nm。

應瞭解到，以上所舉之光源112/122均僅為例示，許多其它元件，例如：發光二極體(light-emitting diode；LED)，也都可以應用來作為光源112/122的實施態樣之一。本發明所屬技術領域具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇光源112/122的實施方式。

第一掃瞄設備110與第二掃瞄設備120可彼此間隔一預定距離。更具體地說，第一掃瞄設備110之反射鏡114與第二掃瞄設備120之反射鏡124可彼此分開設置，且彼此之間的間隔距離可為例如偵測區500的頂邊長度L。

第一偵測器130可包含窄帶濾光元件(narrow band pass filter)132與光偵測器134。窄帶濾光元件132配置成可自第一光束F與第二光束S中，區分出第一光束F(亦即，僅允許第一光束F通過)。光偵測器134配置成可將被反射後之第一光束F，轉換為第一時間訊號。如第3圖所繪示，第一時間訊號可為一脈衝訊號，其指出第一光束F何時抵達光偵測器134，或者說第一光束F何時為偵測區500中之物件300所反射(假設光速遠高於反射鏡114的旋轉速度)。

同樣地，第二偵測器140亦可包含窄帶濾光元件142與光偵測器144。窄帶濾光元件142配置成可自第一光束F與第二光束S中，區分出第二光束S(亦即，僅允許第二光束S通過)。光偵測器144配置成可將被反射後之第二光束S，轉換為第二時間訊號。上述之第二時間訊號亦可為一脈衝訊號，其指出第二光束S何時抵達光偵測器144，或者說第二光束S何時為偵測區500中之物件300所反射(假設光速遠高於反射鏡124的旋轉速度)。

在本實施方式中，上述之光偵測器134/144可為光二極體(photodiode)。當然，本發明所屬技術領域具有通常知識者，亦可以其它元件取代光二極體作為光偵測器134/144。舉例來說，在本發明其它實施方式中，光電晶體(phototransistor)可應用來取代光二極體作為光偵測器134/144。

由於第一光束F之入射角α為時間的函數(如第2圖所繪示)，所以當第一光束F為物件300所反射的時間為已知時，第一光束F在當時的入射角α也將為已知。同樣地，當第二光束S為物件300所反射的時間為已知時，第二光束S在當時的入射角β也將為已知。

在第一光束F為物件300所反射時的入射角α，以及第二光束S為物件300所反射時的入射角β為已知的情況下，物件300在偵測區500中的位置可依三角定位法(triangulation)，由偵測區500的頂邊長度L計算而得。更具體地說，物件300與偵測區500頂邊之間的距離D可由下式一計算而得：D=L/(1/tan α+1/tan β).....................................式一

而物件300與偵測區500右邊之間的距離LR則可由下式二計算而得：LR=Dcot β....................................................式二

如此一來，物件300在偵測區500中的位置可依直角座標系統，表示為(LR,D)。當然，本發明所屬技術領域具有通常知識者，亦可依實際需要，選擇以其它座標系統表示物件300在偵測區500中的位置。

在實際使用時，上述之光學偵測裝置100可一體成形於顯示面板200中(如第1圖所繪示)，或者可卸除式地安裝於顯示面板200上(如第4圖所繪示)。如此一來，光學偵測裝置100與顯示面板200將可組合為一觸控螢幕，供使用者使用。

如第4圖所繪示，當光學偵測裝置100與電腦180合併使用時，製造者可選擇配置一通訊模組160，以將物件在偵測區中的位置傳送至電腦180。上述之通訊模組160可為例如：人性化介面裝置匯流排(human interface device bus；HID bus)、通用串列匯流排(universal serial bus；USB)、通訊模組(Bluetooth communication module)或無線通訊模組。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．光學偵測裝置

110．．．第一掃瞄設備

112．．．光源

114．．．反射鏡

116．．．旋轉致動器

120．．．第二掃瞄設備

122．．．光源

124．．．反射鏡

126．．．旋轉致動器

130．．．第一偵測器

132．．．窄帶濾光元件

134．．．光偵測器

140．．．第二偵測器

142．．．窄帶濾光元件

144．．．光偵測器

150．．．處理裝置

160．．．通訊模組

180．．．電腦

200．．．顯示面板

300．．．物件

500．．．偵測區

L．．．長度

D．．．距離

LR．．．距離

F．．．第一光束

S．．．第二光束

α．．．入射角

β．．．入射角

第1圖繪示依照本發明一實施方式之光學偵測裝置的正視圖。

第2圖繪示第一光束之入射角隨時間變化的曲線。

第3圖繪示第一時間訊號隨時間變化的曲線。

第4圖繪示依照本發明另一實施方式之光學偵測裝置的立體圖。

100．．．光學偵測裝置

110．．．第一掃瞄設備

112．．．光源

114．．．反射鏡

116．．．旋轉致動器

120．．．第二掃瞄設備

122．．．光源

124．．．反射鏡

126．．．旋轉致動器

130．．．第一偵測器

132．．．窄帶濾光元件

134．．．光偵測器

140．．．第二偵測器

142．．．窄帶濾光元件

144．．．光偵測器

150．．．處理裝置

200．．．顯示面板

300．．．物件

500．．．偵測區

L．．．長度

D．．．距離

LR．．．距離

F．．．第一光束

S．．．第二光束

α．．．入射角

β．．．入射角

Claims (17)

1. 一種光學偵測裝置，包含：一第一掃瞄設備與一第二掃瞄設備，配置成可分別使用一第一光束與一第二光束掃瞄一偵測區，其中該第一光束與該第二光束之入射角分別隨著時間變化，且該第一光束的波長與該第二光束的波長不同；一第一偵測器與一第二偵測器，配置成可分別偵測一第一時間訊號與一第二時間訊號，其中該第一時間訊號與該第二時間訊號分別代表該第一光束與該第二光束何時為該偵測區中之一物件所反射；以及一處理裝置，用以根據該第一時間訊號、該第二時間訊號、該第一光束之入射角與該第二光束之入射角，依三角定位法(triangulation)，計算該物件在該偵測區中的位置。
2. 如請求項1所述之光學偵測裝置，其中該第一偵測器與該第二偵測器分別包含：一窄帶濾光元件(narrow band pass filter)，配置成可區分該第一光束與該第二光束；以及一光偵測器，配置成可將被反射後之該第一光束與該第二光束，分別轉換為該第一時間訊號與該第二時間訊號。
3. 如請求項2所述之光學偵測裝置，其中該光偵測器為一光二極體(photodiode)或一光電晶體(phototransistor)。
4. 如請求項1所述之光學偵測裝置，其中該第一掃瞄設備與該第二掃瞄設備分別包含：一光源，用以分別產生該第一光束與該第二光束；一反射鏡，配置成可分別接收該第一光束與該第二光束，並接著將該第一光束與該第二光束分別反射進該偵測區；以及一旋轉致動器，耦接該反射鏡，用以分別根據一驅動信號而旋轉該反射鏡，藉此分別改變該第一光束與該第二光束之入射角。
5. 如請求項4所述之光學偵測裝置，其中該第一掃瞄設備之該反射鏡與該第二掃瞄設備之該反射鏡彼此分開設置。
6. 如請求項4所述之光學偵測裝置，其中該光源為一雷射二極體(laser diode)或一發光二極體(light-emitting diode；LED)。
7. 如請求項4所述之光學偵測裝置，其中該光源為一780 nm雷射二極體或一850 nm雷射二極體。
8. 如請求項1所述之光學偵測裝置，更包含：一通訊模組，配置成可將該物件在該偵測區中的位置傳送至一電腦。
9. 如請求項8所述之光學偵測裝置，其中該通訊模組為一人性化介面裝置匯流排(human interface device bus；HID bus)、一通用串列匯流排(universal serial bus；USB)、一藍牙通訊模組(Bluetooth communication module)或一無線通訊模組。
10. 一種觸控螢幕，包含：一顯示面板；以及如請求項1~9中任一項所述之光學偵測裝置，其中該光學偵測裝置係可卸除式地安裝於該顯示面板上，或者一體成形於該顯示面板中。
11. 一種光學偵測方法，包含：分別使用一第一光束與一第二光束掃瞄一偵測區，其中該第一光束與該第二光束之入射角分別隨著時間變化，且該第一光束的波長與該第二光束的波長不同；分別偵測一第一時間訊號與一第二時間訊號，其中該第一時間訊號與該第二時間訊號分別代表該第一光束與該第二光束何時為該偵測區中之一物件所反射；以及根據該第一時間訊號、該第二時間訊號、該第一光束之入射角與該第二光束之入射角，依三角定位法(triangulation)，計算該物件在該偵測區中的位置。
12. 如請求項11所述之光學偵測方法，其中分別偵測該第一時間訊號與該第二時間訊號包含：區分該第一光束與該第二光束；以及將被反射後之該第一光束與該第二光束，分別轉換為該第一時間訊號與該第二時間訊號。
13. 如請求項11所述之光學偵測方法，其中該第一光束與該第二光束均為準直光束(collimated light beam)。
14. 如請求項11所述之光學偵測方法，其中該第一光束的波長為780 nm，而該第二光束的波長則為850 nm。
15. 如請求項11所述之光學偵測方法，其中分別使用該第一光束與該第二光束掃瞄該偵測區包含：分別向一反射鏡射出該第一光束與該第二光束，使得該第一光束與該第二光束被分別反射進該偵測區，其中該反射鏡耦接一旋轉致動器，該旋轉致動器可根據一驅動信號而旋轉該反射鏡，藉此分別改變該第一光束與該第二光束之入射角。
16. 如請求項11所述之光學偵測方法，更包含：將該物件在該偵測區中的位置傳送至一電腦。
17. 如請求項16所述之光學偵測方法，其中該傳送步 驟係藉由一人性化介面裝置匯流排(human interface device bus；HID bus)、一通用串列匯流排(universal serial bus；USB)、一藍牙通訊模組(Bluetooth communication module)或一無線通訊模組實施。