CN101833400A - 光学式传感屏幕及面板传感方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光学式传感屏幕，用以可选择性地传感物体与光笔。第一光发射器设置于光笔，用以发射第一光线。光学式传感屏幕包括有面板、发光装置、至少两个第一感光元件与处理器。发光装置用以形成背景光源。第一感光元件用以传感第一光线与背景光源。处理器可根据经物体遮断的背景光源计算出物体的座标，并且当任一第一感光元件传感到光笔时，处理器便驱动发光装置不形成背景光源，并根据经传感的第一光线计算出第一光发射器的座标。

Description

光学式传感屏幕及面板传感方法

技术领域

本发明关于一种光学式传感屏幕及面板传感方法，用以可选择性地传感物体与光笔，能够实现在使用手指或者任意物体的被动式触碰输入，同时也可以满足使用者在使用特殊设计的光笔时达成主动式触碰的手写输入功能。

背景技术

随着科技的日新月异，越来越多的电子信息产品，其功能越来越完备，人们也将其所需的信息一一的借由各式各样的输入方法，通过各式各样的输入装置，例如：键盘、鼠标等，输入其所拥有的电子信息产品。而为了符合让人们能够快速且方便输入信息的需求，现今电子信息产品的输入方式及装置也越来越多样化，其中触控式面板为当今的主流技术之一。触控式面板让使用者可直觉的用手写输入的方式操作其电子信息产品及输入信息，符合了人们惯用的输入方式。有鉴于此，越来越多的电子信息产品操作介面都开始改用触控式面板，使得触控式面板的需求日益成长。

在早期的平板电脑(Tablet PC)所使用的触控式面板多半采用Wacom公司的电磁式(Electro-Magnetic)触碰技术，其触控式面板在液晶模块中埋入主动式电磁传感器，同时在书写使用的笔中埋入线圈，可以达成手写书写的目的。然而，此技术仅能传感线圈笔的信号，无法同时满足手指触碰的需求，也无法满足直接使用手指触碰的方式操作电脑，而电阻式(Resistive)或一般表面电容(Surface Capacitive)的触碰模块，则可以提供平板电脑具有手指触碰的功能。

电阻式触控面板由铟锡氧化物(ITO)Film和ITO Glass所组成，中间由DOT所隔开，在ITO Film和ITO Glass之间通入5V的电压，借由手指或触控笔去触碰ITO Film形成凹陷，然后借由下层ITO Glass的接触而产生电压的变化，再经由A/D控制器转为数字信号让电脑做运算处理取得XY轴位置，进而达到定位的目的。电阻式触控面板依照性能和普遍性来说主要又可区分为四线式和五线式，四线电阻式线路XY轴分别分布在ITO Film和ITO Glass，当ITO Film被严重刮伤时将会形成断路，而造成触控面板无法动作。五线电阻式线路算是四线式触控面板的改良型，整个电场均匀的建立在ITO Glass，上层ITO Film纯粹为一导体，所以当ITO Film遭到刮伤时只有该处无法使用，其他部分依然可以动作，但是假使伤及下层ITO Glass依然会造成Touch Panel的故障。

电容式触控技术于20多年前诞生，早期由美商3M公司独占整个电容式触控面板的国际市场。在几年前由于基本专利到期，全球触控面板的生产业者纷纷加入开发电容式触控面板事业领域中，电容式触控面板基本上是为了改良电阻式不耐刮的特性而来的，在结构上最外层为一薄薄的二氧化硅硬化处理层，其硬度达到7H，而第二层为ITO，在玻璃表面建立一均匀电场，其工作原理系利用感应人体微弱电流的方式来达到触控的目的，最下层的ITO作用为屏蔽功能，以维持触控面板能在良好无干扰的环境下工作。

然而，无论是电阻式或电容式的触控面板，当使用者在书写时，习惯将手掌靠在屏幕上，由于传感器会同时感应到手掌与手指的动作，进而产生无法正确检测出使用者书写行为的输入信息。

在先前技术中，美国专利第4,507,557号公开一种应用屏幕角落两个影像传感器来定位屏幕上单一个物体的位置，而且检测物并没有条件限制，任何的物体或者手指均可借由该技术传感。但是该专利所公开的技术无法针对正常的手写输入做应用，因为在一般手写时手掌会倚靠于屏幕上作为支撑，因此导致该专利所公开的技术也无法在这种状况下正确的判断笔触位置。

与先前技术相比较，本发明提供一种光学触碰式屏幕，能够实现在使用手指或者任意物体的被动式触碰输入，同时也可以满足使用者在使用特殊设计的光笔时，进而达成主动式触碰的手写输入功能。

发明内容

本发明的一方面提供一种光学式传感屏幕，用以可选择性地传感物体与光笔。第一光发射器设置在光笔，用以发射第一光线。光学式传感屏幕包括有面板、发光装置、至少两个第一感光元件与处理器。发光装置沿着面板的边缘设置，用以在面板上方形成背景光源。此等第一感光元件分别设置在面板的边缘，用以传感第一光线与背景光源。处理器分别电连接到发光装置及该第一感光元件。

其中，当物体遮断背景光源时，处理器根据经遮断的背景光源计算出物体的座标。并且，当任何一个第一感光元件传感到光笔时，处理器便开始驱动发光装置，使得发光装置不形成背景光源，并且根据传感到的第一光线计算出第一光发射器的座标。

此外，本发明另一范畴在于提供一种面板传感方法，其应用于光学式传感屏幕。光学式传感屏幕可选择性地传感物体与光笔。光笔可以用来发射第一光线。光学式传感屏幕包括有面板、发光装置以及至少二个第一感光元件。发光装置可以用来在面板上方形成背景光源。本发明的面板传感方法主要包括下列步骤：

(a)以面板接收触碰；

(b)判断光笔是否被至少一第一感光元件传感，若否，则执行步骤(c)，若是，则执行步骤(e)；

(c)驱动发光装置形成背景光源；

(d)根据经物体遮断的背景光源计算出物体的座标，并重复执行步骤(a)；

(e)驱动发光装置不形成背景光源；以及

(f)根据经传感的第一光线计算第一光发射器的座标，并重复执行步骤(a)。

与先前技术相比较，本发明光学式传感屏幕利用第一感光元件所形成的书写空间，借由判断书写空间当中是否有出现光笔为依据，使得光学式传感屏幕可以在被动触碰模式与主动触碰模式之间非常顺畅的切换，致使使用者在使用光笔书写时，将手掌或手臂靠在屏幕上，也可以正确检测出使用者书写的行为。

关于本发明的优点与精神可以借由以下的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1为示出根据本发明的光学式传感屏幕的示意图；

图2为示出根据本发明的光学式传感屏幕的第一具体实施例的示意图；

图3为示出根据本发明的光学式传感屏幕的第二具体实施例的示意图；

图4为示出根据本发明的光学式传感屏幕的第三具体实施例的示意图；以及

图5为示出本发明的一具体实施例的面板传感方法的步骤流程图。

主要元件符号说明

1：光学式传感屏幕

10：面板            12：发光装置

14：第一感光元件    18：边框

20：第二光发射器    22：第二感光元件

24：笔座            26：传感器

28：光笔            30：第一光发射器

32：压力传感器      34：开关

S102-8118：流程步骤

具体实施方式

请参阅图1，图1为示出根据本发明的光学式传感屏幕1的示意图。本发明提供一种可防止手掌误触(Palm-rejection)的光学式传感屏幕1。光学式传感屏幕1可用来可选择性地传感物体(未示于图中)与提供书写以及绘图功能专用的光笔28。其中物体可以是使用者的手指或是其他用作同样目的的手指替代物，而光笔28的内部设置有第一光发射器30，第一光发射器30可以用来发射出第一光线。其中，在一具体实施例中，为了不影响人观看本发明的光学式传感屏幕1所显示的画面的色彩，第一光发射器30可以是红外线发光二极管，特别是可发出人眼所看不见的红外线，但不以此为限。

如图1所示，本发明的光学式传感屏幕1包括有面板10、发光装置12、至少二个第一感光元件14、处理器(未示于图中)、第二感光元件22、笔座24以及传感器26。发光装置12包括边框18以及至少一个第二光发射器20。其中，边框18沿着面板10的边缘设置，并且边框18的内侧设置有反光材料。而第二光发射器20同样可以是红外线发光二极管。每一第二光发射器20可设置在一第一感光元件14的周边，用以朝向边框18发射第二光线。借此，边框18即可根据第二光线，利用其内侧设置的反光材料散射第二光发射器20所发射的第二光线，进而在面板10上方形成背景光源。在此要说明的是，背景光源是在整个面板上方形成面光源。此外，发光装置12另一实施方式为包括至少一发光条，而此等发光条沿着面板10的边缘设置，借此同样可在面板10上方形成背景光源。

综合以上所述，根据本发明的光学式传感屏幕1，其操作模式可分为被动触碰模式以及主动触碰模式。以下将进一步做更详细地说明。

同样示于图1中，在被动触碰模式下，本发明的光学式传感屏幕1可借由发光装置12形成背景光源，并且使用二个或者以上的第一感光元件14传感。当物体(例如手指)触碰光学式传感屏幕1时，每个第一感光元件14均可观测到背景光源被物体遮断，接着根据经物体遮断的背景光源计算出物体的座标。举例而言，若有两个第一感光元件14，则其可借由所检测的经物体遮断的背景光源，利用三角函数的方式计算出物体的座标。

同样示于图1中，在主动触碰模式下，本发明的光学式传感屏幕1可借由发光装置12不形成背景光源，使用由第一光发射器30主动发射的第一光线的光笔28进行输入，并通过两个或者以上的第一感光元件14传感。不同于被动触碰模式，第一感光元件14观测到的物体不再是被遮断的背景光源，而是除了发光的光笔28之外，所有其他物体被动式触碰到光学式传感屏幕1的现象将被忽略。发光的光笔28相对于不形成的背景光源可以得到最大的对比度增进定位的精确度，同时不形成的背景光源将使得所有被动触碰模式遮断背景光源的效果自动被忽略，进而达成防止手掌误触(Palm-rejection)的目标。此外，在光笔28与光学式传感屏幕1接触时，光笔28位置的座标同样可借由此等第一感光元件14根据经传感的第一光线计算出。

同样示于图1中，在主动触碰模式下，此等第一感光元件14分别设置在面板10的边缘，用以传感第一光线与背景光源，并且此等第一感光元件14可在面板10上方形成一个传感空间。当光笔28进入此传感空间时，处理器便驱动发光装置12不形成背景光源，并根据此等第一感光元件14传感到的第一光线，利用三角函数的方法计算出第一光发射器30的座标，此为根据本发明的光学式传感屏幕1用以切换至主动触碰模式的第一种方式。

同样示于图1中，处理器分别电连接到发光装置12以及第一感光元件14。第二感光元件22电连接到处理器并设置在面板10的边缘。并且，第二感光元件22在面板10上方可形成传感空间。当光笔28进入传感空间时，处理器便驱动发光装置12不形成背景光源，并驱动此等第一感光元件14传感第一光线，此为根据本发明的光学式传感屏幕1用以切换至主动触碰模式的第二种方式。

同样示于图1中，笔座24则用以供光笔28放置。传感器26电连接到处理器。当光笔28离开笔座24时，传感器26会产生切换信号，处理器便根据切换信号驱动发光装置12不形成背景光源，并驱动第一感光元件14传感第一光线。

再者，光笔28进一步包括开关34以及压力传感器32，如图1所示。开关34电性连接到处理器。当开关34开启时，处理器便驱动发光装置12不形成该背景光源，并且驱动此等第一感光元件14传感第一光线。而压力传感器32电性连接到处理器。当光笔28触碰到面板10时，压力传感器32便驱动第一光发射器30发射第一光线并产生书写信号，而书写信号随即传送至处理器，此为根据本发明的光学式传感屏幕1用以切换至主动触碰模式的第三种方式。

以下将进一步根据上述切换至主动触碰模式的三种方式做更进一步的具体实施例说明阐述。

请参阅图2，图2为示出根据本发明的光学式传感屏幕1的第一具体实施例的示意图。第一感光元件14本身的观测范围包括一个立体空间，定义第一感光元件14能够传感到的空间范围为一个书写空间，即图2中虚线所包括的空间。在本实施例中，本发明光学式传感屏幕1包括两个以上的第一感光元件14，而每一第一感光元件14的传感空间可以组合并且定义为一个书写空间。借由判断书写空间当中是否出现光笔28的存在，以做为被动触碰模式与主动触碰模式间切换的依据。若存在光笔28，则光学式传感屏幕1切换为主动触碰模式；若不存在光笔28，则光学式传感屏幕1切换为被动触碰模式。

请参阅图3，图3为示出根据本发明的光学式传感屏幕1的第二具体实施例的示意图。本实施例中，本发明光学式传感屏幕1使用一个以上的外加第二感光元件22来建立一个书写空间，该外加第二感光元件22不同于定位使用的第一感光元件14。所有外加的第二感光元件22观测范围可以组合并且定义为一个书写空间，即图3中虚线所包括的空间。借由判断这个书写空间当中是否出现光笔28的存在，以做为被动触碰模式与主动触碰模式间切换的依据。若存在光笔28，则光学式传感屏幕1切换为主动触碰模式；若不存在光笔28，则光学式传感屏幕1切换为被动触碰模式。

请参阅图4，图4为示出根据本发明的光学式传感屏幕1的第三具体实施例的示意图。在本实施例中，本发明光学式传感屏幕1设置一个收纳光笔28的笔座24。该笔座24内含传感器26。当光笔28被抽离笔座24时，即切换被动触碰模式为主动触碰模式，并且可以使用光笔28书写。当光笔28处于收纳状态，则切换为被动触碰模式，此时可以使用物体做触碰。而光笔28与处理器之间，则以有线或无线的方式连接，由光笔28端主动传送控制信号到处理器，并借由光笔28来控制本发明光学式传感屏幕1在被动触碰模式与主动触碰模式之间切换。

与传统技术相比较，本发明光学式传感屏幕1利用第一感光元件14所形成的书写空间，借由判断书写空间当中是否有出现光笔为依据，使得光学式传感屏幕1可以在被动触碰模式与主动触碰模式之间非常顺畅的切换，致使使用者在使用光笔书写时，将手掌或手臂靠在屏幕上，也可以正确检测出使用者书写的行为。

请参阅图5，图5为示出本发明的一具体实施例的面板传感方法的步骤流程图。本发明另提供一种面板传感方法，可应用于图1中的光学式传感屏幕1。光学式传感屏幕1可选择性地传感物体与光笔28，其中物体可以为使用者的手指，而光笔28的内部设置了第一光发射器30，并可用来发射第一光线。其中，第一光线可以是红外线。

光学式传感屏幕1包括有面板10、发光装置12以及至少二个第一感光元件14，其中发光装置12可以在面板10上方形成背景光源。

本发明面板传感方法包括有以下步骤：

首先，执行步骤S102，以面板10接收到触碰。

接着，执行步骤S104，在面板10上方形成传感空间。

接着，执行步骤S106，判断该光笔28是否被至少一第一感光元件14传感。

若否，则执行步骤S108，光学式传感屏幕1进入被动触碰模式。

若是，则执行步骤S114，光学式传感屏幕1进入主动触碰模式。

执行步骤S110，驱动发光装置12形成背景光源。其中背景光源可以是红外线。

执行步骤S112，根据经物体遮断的背景光源计算物体的座标，并重复执行步骤S102。此时，光学式传感屏幕1操作在被动触碰模式。

执行步骤S116，驱动发光装置12不形成一背景光源。

执行步骤S118，根据经传感的第一光线计算第一光发射器30的座标，并重复执行步骤S102。此时。光学式传感屏幕1操作在主动触碰模式。

与传统技术相比较，本发明面板传感方法利用第一感光元件所形成的书写空间，借由判断书写空间当中是否有出现光笔为依据，使得光学式传感屏幕可以在被动触碰模式与主动触碰模式之间非常顺畅的切换，致使使用者在使用光笔书写时，将手掌或手臂靠在屏幕上，也可以正确检测出使用者书写的行为。

借由以上优选具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的优选具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排在本发明的范畴内。因此，本发明的范畴应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。

Claims (16)

1.一种光学式传感屏幕，用以可选择性地传感一物体与一光笔，一第一光发射器设置在该光笔，并用以发射一第一光线，该光学式传感屏幕包括：

一面板；

一发光装置，沿该面板的边缘设置，用以在该面板上方形成一背景光源；

至少二第一感光元件，分别设置在该面板的边缘，用以传感该第一光线与该背景光源；以及

一处理器，分别电连接到该发光装置及所述第一感光元件；

其中当该物体遮断该背景光源时，该处理器根据该经遮断的背景光源计算该物体的座标，并且当任一第一感光元件传感到该光笔时，该处理器驱动该发光装置形成该背景光源，并根据该经传感的第一光线计算该第一光发射器的座标。

2.根据权利要求1所述的光学式传感屏幕，其中该发光装置进一步包括：

一边框，沿该面板的边缘设置；以及

至少一第二光发射器，用以朝向该边框发射至少一第二光线；

其中该边框根据该至少一第二光线形成该背景光源。

3.根据权利要求2所述的光学式传感屏幕，其中该边框的内侧设置一反光材料，用以散射该至少一第二光线，进而形成该背景光源。

4.根据权利要求2所述的光学式传感屏幕，其中该至少一第二光发射器设置在任一第一感光元件的周边。

5.根据权利要求2所述的光学式传感屏幕，其中该第一光发射器与该至少一第二光发射器为红外线发光二极管。

6.根据权利要求1所述的光学式传感屏幕，其中该发光装置进一步包括一发光条，沿该面板的边缘设置，用以形成该背景光源。

7.根据权利要求1所述的光学式传感屏幕，其中所述第一感光元件在该面板上方形成一传感空间，当该光笔进入该传感空间时，该处理器驱动该发光装置不形成该背景光源，并根据该经传感的第一光线计算该第一光发射器的座标。

8.根据权利要求1所述的光学式传感屏幕，进一步包括一第二感光元件，电连接到该处理器并设置在该面板的边缘，该第二感光元件在该面板上方形成一传感空间，当该光笔进入该传感空间时，该处理器驱动该发光装置不形成该背景光源，并驱动所述第一感光元件传感该第一光线。

9.根据权利要求1所述的光学式传感屏幕，进一步包括：

一笔座，用以供该光笔放置；以及

一传感器，电连接到该处理器，其中当该光笔离开该笔座时，该传感器产生一切换信号，该处理器根据该切换信号驱动该发光装置不形成该背景光源，并驱动所述第一感光元件传感该第一光线。

10.根据权利要求1所述的光学式传感屏幕，其中该光笔进一步包括一开关，电性连接到该处理器，当该开关开启时，该处理器驱动该发光装置不形成该背景光源，并驱动所述第一感光元件传感该第一光线。

11.根据权利要求1所述的光学式传感屏幕，其中该光笔进一步包括一压力传感器，电性连接到该处理器，当该光笔触碰该面板时，该压力传感器驱动该第一光发射器发射该第一光线，并产生一书写信号，该书写信号随即传送至该处理器。

12.根据权利要求1所述的光学式传感屏幕，其中该物体为一使用者的手指。

13.一种面板传感方法，应用于一光学式传感屏幕，该光学式传感屏幕可选择性地传感一物体与一光笔，该光笔用以发射一第一光线，该光学式传感屏幕包括一面板、一发光装置以及至少二第一感光元件，该发光装置用以在该面板上方形成一背景光源，该面板传感方法包括下列步骤：

(a)以该面板接收一触碰；

(b)判断该光笔是否被该至少一第一感光元件传感，若否，则执行步骤(c)，若是，则执行步骤(e)；

(c)驱动该发光装置形成该背景光源；

(d)根据该经遮断的背景光源计算该物体的座标，并重复执行步骤(a)；

(e)驱动该发光装置不形成该背景光源；以及

(f)根据该经传感的第一光线计算该第一光发射器的座标，并重复执行步骤(a)。

14.根据权利要求13所述的面板传感方法，其中步骤(b)进一步包括下列步骤：

(b1)在该面板上方形成一传感空间；以及

(b2)判断该光笔是否进入该传感空间，若否，则执行步骤(c)，若是，则执行步骤(e)。

15.根据权利要求13所述的面板传感方法，其中该物体为一使用者的手指。

16.根据权利要求13所述的面板传感方法，其中该第一光线与该背景光源为红外线。

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