CN101882030B

CN101882030B - 光学侦测装置及其方法

Info

Publication number: CN101882030B
Application number: CN2010101198789A
Authority: CN
Inventors: 吴明倬
Original assignee: HUAXIN OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Inc
Current assignee: HUAXIN OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Inc
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2030-02-03
Also published as: TW201035836A; CN101882030A; EP2237136A1; TWI408586B; US20100245264A1

Abstract

一种光学侦测装置包含扫描装置、侦测器与区别模块。扫描装置配置来使用扫描光束扫描侦测区，其中扫描光束的入射角随时间变化。侦测器配置来侦测数个反射光束，其中反射光束由扫描光束在侦测区内被数个真实触点反射所产生。区别模块用以根据反射光束被侦测器侦测时所产生的时间信号，区分真实触点与数个虚触点。

Description

光学侦测装置及其方法

技术领域

本揭露是有关于一种触控面板，且特别是有关于其中基于光学传感器者。

背景技术

所谓的触控面板，就是一种能够侦测侦测区中，触点出现位置的一种设备。目前市面上有许多种触控面板，例如：电阻式触控面板、电容式触控面板与光学式触控面板。

发明内容

本发明的一技术方面为一种光学侦测装置，其可根据反射光束被侦测器侦测时所产生的时间信号，区分真实触点与虚触点(ghost touch)，并从而解决传统光学侦测装置在侦测多触点时所产生的虚触点问题。

根据本发明一实施方式，一种光学侦测装置包含扫描装置、侦测器与区别模块。扫描装置配置来使用扫描光束扫描侦测区，其中扫描光束的入射角随时间变化。侦测器配置来侦测数个反射光束，其中反射光束由扫描光束在侦测区内被数个真实触点反射所产生。区别模块用以根据反射光束被侦测器侦测时所产生的时间信号，区分真实触点与数个虚触点。

上述的侦测器包含第一光侦测器阵列与第二光侦测器阵列。第一光侦测器阵列配置来将反射光束其中之一转换为第一信号。第二光侦测器阵列配置来将反射光束其中另一者转换为第二信号。

区别模块包含比较模块。此比较模块将比较第一信号产生时的第一时间点，与第二信号产生时的第二时间点，并藉此判别何者为真实触点，何者为虚触点。

扫描装置包含光源、反射镜与旋转致动器。光源用以产生扫描光束。反射镜配置来将扫描光束反射进侦测区。旋转致动器耦接反射镜，用以根据驱动信号旋转反射镜，藉此改变扫描光束的入射角。

根据本发明另一实施方式，一种光学侦测装置包含平面光源、第一线性侦测器、成像模块、扫描装置、第二线性侦测器、位置处理模块与区别模块。平面光源配置来对侦测区提供平面光，其中平面光在侦测区内将被数个真实触点反射成数个反射光。第一线性侦测器配置来侦测反射光。成像模块配置来将反射光成像于第一线性侦测器上。扫描装置配置来使用扫描光束扫描侦测区，其中扫描光束的入射角随时间变化，且扫描光束将被真实触点反射成数个反射光束。第二线性侦测器配置来侦测反射光束。位置处理模块用以根据反射光与反射光束的入射角，依三角定位法(triangulation)，计算出真实触点与数个虚触点在侦测区中的位置。区别模块用以根据反射光束被第二线性侦测器侦测时所产生的时间信号，区分真实触点与虚触点。

上述的第二线性侦测器包含第一光侦测器阵列与第二光侦测器阵列。第一光侦测器阵列配置来将反射光束其中之一转换为第一信号。第二光侦测器阵列配置来将反射光束其中另一者转换为第二信号。

区别模块包含比较模块。此比较模块将比较第一信号产生时的第一时间点，与第二信号产生时的第二时间点，藉此判别何者为真实触点，何者为虚触点。

本发明的另一技术方面为一种光学侦测方法。

根据本发明再一实施方式，一种光学侦测方法包含下列步骤(应了解到，在本实施方式中所提及的步骤，除特别叙明其顺序者外，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行)：

(1)以扫描光束扫描侦测区，其中扫描光束的入射角随时间变化。

(2)侦测数个反射光束，其中反射光束由扫描光束在侦测区内被数个真实触点反射所产生。

(3)根据反射光束被侦测时所产生的时间信号，区分真实触点与数个虚触点。

上述的步骤(2)可包含以下子步骤：

(2.1)将反射光束其中之一转换为一第一信号。

(2.2)将反射光束其中另一者转换为一第二信号。

如此一来，上述的步骤(3)将可比较第一信号产生时的第一时间点，与第二信号产生时的第二时间点，并藉此判别何者为真实触点，何者为虚触点。

附图说明

图1绘示依照本发明一实施方式的光学侦测装置的前视图。

图2绘示图1的第一侦测系统的前视图。

图3绘示图2的线性侦测器所产生的第一信号与第二信号。

图4绘示在另一种情况下的第一信号与第二信号。

图5绘示图1的第二侦测系统的前视图。

图6绘示图1的局部6的细部示意图。

主要组件符号说明

100：第一侦测系统

110：扫描装置

112：光源

114：反射镜

116：旋转致动器

120：线性侦测器

122：右侧的光侦测器

124：左侧的光侦测器

130：区别模块

132：比较模块

200：第二侦测系统

210：平面光源

212：准直光源

214：光学透镜

220：线性侦测器

230：成像模块

240：红外线高通滤光组件

300：位置处理模块

500：侦测区

510：线

520：线

530：线

540：线

610：反射光束

620：反射光束

710：第一信号

720：第二信号

T1：真实触点

T2：真实触点

G1：虚触点

G2：虚触点

S1：位置信号

S2；位置信号

R：顺时钟方向

PL：平面光

6：局部

α：入射角

β：入射角

L：长度

D：距离

LR：距离

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的数个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单示意的方式绘示。

图1绘示依照本发明一实施方式的光学侦测装置的前视图。如图所示，图1的光学侦测装置包含第一侦测系统100、第二侦测系统200与位置处理模块300。在使用时，第一侦测系统100与第二侦测系统200能够侦测侦测区500内的至少一个触点。而位置处理模块300则可根据第一侦测系统100与第二侦测系统200的侦测结果，计算出触点在侦测区500中的位置。

然而，如图1所绘示，当两个触点同时发生时，一种被称的为虚触点(ghost touch)的问题也会伴随出现。应了解到，以上所述的「同时」应解释为：「两触点在某一给定的时间区间内发生」。

图1绘示当两真实触点T1、T2同时发生时，第一侦测系统100与第二侦测系统200侦测所得的位置信号S1、S2。如图1所示，每一位置信号S1、S2具有两个高峰，这两个高峰可分别画出两条线，代表真实触点T1、T2的可能位置。真实触点T1的位置可由线510、520解出，而真实触点T2的位置则可由线530、540解出。然而，由于线510与线540在G1的位置交叉，且线520与线530在G2的位置交叉，因此线510、520、530、540一共可以解出四个真实触点可能的位置，其中T1、T2表示真实触点的位置，而G1、G2则被称之为虚触点。以下将阐述如何以第一侦测系统100在以上四个可能的位置中，正确地挑出真实触点T1、T2。

图2绘示图1的第一侦测系统100的前视图。第一侦测系统100包含扫描装置110、线性侦测器120与区别模块130。扫描装置110配置来使用扫描光束扫描侦测区500，其中扫描光束的入射角随时间变化。线性侦测器120配置来侦测扫描光束在侦测区500内被真实触点T1、T2反射所产生的反射光束610、620。区别模块130用以根据反射光束610、620被线性侦测器120侦测时所产生的时间信号，区分真实触点T1、T2与虚触点G1、G2。

扫描装置110包含光源112、反射镜114与旋转致动器116。光源112用以产生扫描光束。反射镜114配置来将扫描光束反射进侦测区500。旋转致动器116耦接反射镜114，用以根据驱动信号旋转反射镜114，藉此改变扫描光束的入射角。

上述的光源112可为激光二极管(laser diode)，例如：780nm激光二极管(例如：华信光电科技股份有限公司所出品的ADL-78101-TL)、808nm激光二极管(例如：华信光电科技股份有限公司所出品的ADL-80Y01-TL)或850nm激光二极管(例如：华信光电科技股份有限公司所出品的ADL-85051-TL)。如此一来，扫描光束将可为准直光束(collimated light beam)。

应了解到，以上所举的光源112仅为例示，许多其它组件，例如：发光二极管(light-emitting diode；LED)，也都可以应用来作为光源112的实施方面之一。本发明所属技术领域具有通常知识者，应视实际需要，弹性选择光源112的实施方式。

线性侦测器120可包含数个排列成线性阵列的光侦测器(photodetector)。此线性侦测器120能够侦测反射光束610、620照射的位置，并根据反射光束610、620照射的位置计算出反射光束610、620的入射角。然后，反射光束610、620的入射角将输出至图1的位置处理模块300，以解出真实触点T1、T2的位置。

具体而言，当反射光束其中之一(例如：反射光束610)照射到一个或多个排列于线性侦测器120右侧的光侦测器122时，上述的反射光束610将会被转换为第一信号。如图3的标号710所标示，上述的第一信号可包含一高峰，此高峰代表线性侦测器120捕捉到反射光束610的位置。此外，我们也能够获知第一信号产生时的第一时间点t1，此第一时间点t1也就是线性侦测器120捕捉到反射光束610的时间点。

同样地，当反射光束其中另一者(例如：反射光束620)照射到一个或多个排列于线性侦测器120左侧的光侦测器124时，上述的反射光束620将会被转换为第二信号。如图3的标号720所标示，上述的第二信号亦可包含一高峰，此高峰代表线性侦测器120捕捉到反射光束620的位置。此外，我们也能够获知第二信号产生时的第二时间点t2，此第二时间点t2也就是线性侦测器120捕捉到反射光束620的时间点。

区别模块130可包含一比较模块132，此比较模块132可经由比较第一时间点t1与第二时间点t2，判别何者为真实触点，何者为虚触点。

假定反射镜114沿着顺时钟方向R旋转，若我们所得到的第一时间点t1较第二时间点t2早，则T1、T2将被判定为真实触点。相反地，若第二时间点t2较第一时间点t1早(如图4所绘示)，则G1、G2将被判定为真实触点。

上述的线性侦测器120的光侦测器可为光二极管(photodiode)。当然，本发明所属技术领域具有通常知识者，亦可以其它组件取代光二极管作为光侦测器。举例来说，在本发明其它实施方式中，光敏晶体管(phototransistor)可应用来取代光二极管作为光侦测器。此外，在本发明一实施方式中，上述的线性侦测器120可为线性互补金氧半导体侦测器(linear Complementary Metal-Oxide Semiconductor sensor；linear CMOS sensor)或线性电荷耦合组件侦测器(linear Charge-Coupled Devicesensor；linear CCD sensor)。

上述的第一侦测系统100的制造与使用方式可参考美国专利申请案第12/414,674号(申请日为2009年3月31日)，例如其中与光学侦测装置相关的技术内容。申请人在此谨将美国专利申请案第12/414,674号的全文并入本案说明书，请一并参考。

图5绘示图1的第二侦测系统200的前视图。第二侦测系统200包含平面光源210、线性侦测器220与成像模块230。平面光源210配置来对侦测区500提供平面光PL。上述的平面光PL在侦测区500内将被真实触点T1、T2反射成数个反射光。线性侦测器220配置来侦测反射光。成像模块230则配置来将反射光成像于线性侦测器220上。

平面光源210可包含准直光源212与光学透镜214。准直光源212用以提供一准直光束(collimated light beam)。光学透镜214配置来将准直光束转换为平面光PL，并接着将平面光PL射进侦测区500。

在实务上，上述的准直光源212可为红外线激光二极管模块(infrared laser diodemodule)。此外，当准直光源212为红外线激光二极管模块时，使用者可将红外线高通滤光组件(infrared long pass filter)240或带通滤光组件(band pass filter)安装于线性侦测器220的前方，以避免可见光干扰线性侦测器220的侦测结果。在本发明一实施方式中，上述的准直光源212可为850nm激光二极管。红外线高通滤光组件240或带通滤光组件可设定为仅允许波长超过750nm的红外线通过。也就是说，可见光将无法穿过红外线高通滤光组件240或带通滤光组件，干扰线性侦测器220的侦测结果。如图5所绘示，上述的红外线高通滤光组件240或带通滤光组件的实施方式可为介于成像模块230与线性侦测器220之间的光学透镜。或者，上述的红外线高通滤光组件或带通滤光组件亦可为成像模块230表面的镀膜。

光学透镜214可为线光源镜片，例如：柱状镜片。应了解到，以上所举的柱状镜片仅为例示，并非用以限制本发明。在本发明另一实施方式中，上述的线光源镜片亦可以快速转动或摆动的方式，使得准直光束快速地扫过侦测区的每一个地方。如此一来，在线光源镜片转动或摆动的速度够快的情况下，所产生的准直光束可以考虑为平面光。

线性侦测器220可侦测反射光照射的位置，并据此解出反射光的入射角。然后，反射光的入射角将输出至图1的位置处理模块300，以解出真实触点T1、T2的位置。

线性侦测器220可包含数个排列成线性阵列的光侦测器(photodetector)。这些光侦测器可为光二极管(photodiode)。当然，本发明所属技术领域具有通常知识者，亦可以其它组件取代光二极管作为光侦测器。举例来说，在本发明其它实施方式中，光敏晶体管(phototransistor)可应用来取代光二极管作为光侦测器。此外，在本发明一实施方式中，上述的线性侦测器220可为线性互补金氧半导体侦测器(linearComplementary Metal-Oxide Semiconductor sensor；linear CMOS sensor)或线性电荷耦合组件侦测器(linear Charge-Coupled Device sensor；linear CCD sensor)。

成像模块230可为单一凸透镜或复合镜片组。在本实施方式中，上述的成像模块230为单一凸透镜。

上述的第二侦测系统200的制造与使用方式可参考美国专利申请案第12/371,228号(申请日为2009年2月13日)，例如其中与光学侦测装置的模块相关的技术内容。申请人在此谨将美国专利申请案第12/371,228号的全文并入本案说明书，请一并参考。

参照图1，位置处理模块300可根据第一侦测系统100所回报的反射光束的入射角，以及第二侦测系统200所回报的反射光的入射角，依三角定位法(triangulation)，计算出真实触点T1、T2与虚触点G1、G2在侦测区500中的位置。

举图6的真实触点T1为例，在反射光束的入射角α，以及反射光的入射角β为已知的情况下，真实触点T1在侦测区500中的位置可依三角定位法(triangulation)，由侦测区500的顶边长度L计算而得。更具体地说，真实触点T1与侦测区500顶边之间的距离D可由下式一计算而得：

D＝L/(1/tanα+1/tanβ).....................................式一

而真实触点T1与侦测区500右边之间的距离LR则可由下式二计算而得：

LR＝Dcotβ....................................................式二

如此一来，真实触点T1在侦测区500中的位置可依直角坐标系统，表示为(LR，D)。同理，另一真实触点T2的位置亦可依以上方式计算出来。

上述的位置处理模块300的制造与使用方式可参考美国专利申请案第12/371,228号(申请日为2009年2月13日)与美国专利申请案第12/414,674号(申请日为2009年3月31日)，例如其中与处理装置相关的技术内容。申请人在此谨将美国专利申请案第12/371,228号与美国专利申请案第12/414,674号的全文并入本案说明书，请一并参考。

在使用时，使用者可先以第一侦测系统100找出反射光束的入射角，并以第二侦测系统200找出反射光的入射角。然后，位置处理模块300可根据反射光束与反射光的入射角，计算出触点的位置。

当超过一个触点同时发生时，上述的光学侦测装置将会解出多个触点可能的位置，其中只有部分是真实触点，其余则是虚触点。此时使用者可以第一侦测系统100来挑出真实触点。当然，第一侦测系统100亦可应用在其它光学侦测装置中，解决虚触点的问题。

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，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种光学侦测装置，包含：

一扫描装置，配置来使用一扫描光束沿一扫描方向扫描一侦测区，其中该扫描光束的入射角随时间变化；

一侦测器，配置来侦测数个反射光束，其中该些反射光束由该扫描光束在该侦测区内被数个真实触点反射所产生；以及

一区别模块，用以根据该扫描方向，以及该些反射光束被该侦测器侦测时所产生的时间信号，区分该些真实触点与数个虚触点。

2.如权利要求1所述的光学侦测装置，其中该侦测器包含：

至少一第一光侦测器阵列，配置来将该些反射光束其中之一转换为一第一信号；以及

至少一第二光侦测器阵列，配置来将该些反射光束其中另一者转换为一第二信号。

3.如权利要求2所述的光学侦测装置，其中该区别模块包含：

一比较模块，用以比较该第一信号产生时的一第一时间点，与该第二信号产生时的一第二时间点。

4.如权利要求1所述的光学侦测装置，其中该扫描装置包含：

一光源，用以产生该扫描光束；

一反射镜，配置来将该扫描光束反射进该侦测区；以及

一旋转致动器，耦接该反射镜，用以根据一驱动信号旋转该反射镜，藉此改变该扫描光束的入射角。

5.一种光学侦测装置，包含：

一平面光源，配置来对一侦测区提供一平面光，其中该平面光在该侦测区内将被数个真实触点反射成数个反射光；

一第一线性侦测器，配置来侦测该些反射光；

一成像模块，配置来将该些反射光成像于该第一线性侦测器上；

一扫描装置，配置来使用一扫描光束沿一扫描方向扫描该侦测区，其中该扫描光束的入射角随时间变化，且该扫描光束将被该些真实触点反射成数个反射光束；

一第二线性侦测器，配置来侦测该些反射光束；

一位置处理模块，用以根据该些反射光与该些反射光束的入射角，依三角定位法(triangulation)，计算出该些真实触点与数个虚触点在该侦测区中的位置；以及

一区别模块，用以根据该扫描方向，以及该些反射光束被该第二线性侦测器侦测时所产生的时间信号，区分该些真实触点与该些虚触点。

6.如权利要求5所述的光学侦测装置，其中该第二线性侦测器包含：

7.如权利要求6所述的光学侦测装置，其中该区别模块包含：

8.一种光学侦测方法，包含：

以一扫描光束沿一扫描方向扫描一侦测区，其中该扫描光束的入射角随时间变化；

侦测数个反射光束，其中该些反射光束由该扫描光束在该侦测区内被数个真实触点反射所产生；以及

根据该扫描方向，以及该些反射光束被侦测时所产生的时间信号，区分该些真实触点与数个虚触点。

9.如权利要求8所述的光学侦测方法，其中侦测该些反射光束包含：

将该些反射光束其中之一转换为一第一信号；以及

将该些反射光束其中另一者转换为一第二信号。

10.如权利要求9所述的光学侦测方法，其中区分该些真实触点与该些虚触点包含：

比较该第一信号产生时的一第一时间点，与该第二信号产生时的一第二时间点。