CN101887328B - 光学式触控面板及触控显示装置及其触控输入方法 - Google Patents

Abstract

一种光学式触控面板、触控显示装置及其触控输入方法，该光学式触控面板，包括基板、单一面光源产生器、回归反射元件，以及单一光感测阵列。基板具有一表面。单一面光源产生器设置于基板的表面之外，用以产生面光源，其中面光源的照射范围涵盖基板的表面的范围。回归反射元件设置于基板的侧边，用以反射面光源。单一光感测阵列设置于基板的表面之外，用以感测被反射的面光源，并产生反射光分布信息。本发明的光学式触控面板与触控显示装置仅需设置单一面光源产生器与单一光感测阵列，即可发挥触控输入的功能，故可大幅降低光学式触控面板的制作成本与工艺复杂度。

Description

光学式触控面板及触控显示装置及其触控输入方法

技术领域

本发明涉及一种具有光学式触控面板的触控显示装置及其触控输入方法，尤指一种仅使用单一面光源产生器与单一光感测阵列的光学式触控面板与包含有上述光学式触控面板的触控显示装置及其触控输入方法。

背景技术

在现今各类型消费性电子产品中，平板计算机、个人数字助理(PDA)、移动电话(mobile phone)与卫星导航系统(GPS)等可携式电子产品已广泛地使用触控面板(touch panel)，作为人机数据的沟通界面，借此节省电子产品的体积。

一般而言，依照触控输入机制的不同，触控面板主要可区分为电阻式触控面板、电容式触控面板与光学式触控面板三大类，其中光学式触控面板由于具有高使用寿命与高透光率等优点，已逐渐广泛地被应用在各式电子产品上。

请参考图1。图1示出了公知光学式触控面板的示意图。如图1所示，公知光学式触控面板10包括一基板12、一第一光源产生器141设置于基板12的一第一角落181、一第二光源产生器142设置于基板12的一第二角落182、一第一光接收器161设置于基板12的第一角落181，以及一第二光接收器162设置于基板12的第二角落182。当利用一触控输入装置例如触控笔(图未示)于输入点A进行输入时，第一光源产生器141所发射的光线会被触控输入装置反射并被第一光接收器161所接收，借此可获得第一角落181与输入点A的连线以及基板12的一侧边L的第一夹角γ1；同样地，第二光源产生器142所发射的光线会被触控输入装置反射并被第二光接收器162所接收，借此可获得第二角落182与输入点A的连线以及基板12的侧边L的第二夹角γ2。借此，在基板12的侧边L的长度W为已知的状况下，可利用下列公式(A)、(B)计算出输入点A的水平坐标x与垂直坐标y。

$x=\frac{W\tan \mathrm{\γ}2}{\tan \mathrm{\γ}1+\tan \mathrm{\γ}2}$ 公式(A)

y＝xtanγ1        公式(B)

由上述可知，公知光学式触控面板必须设置有至少两个以上的光源产生器与至少两个以上光接收器，才可判断出正确的输入位置。然而，光源产生器与光接收器数目的增加即代表制作成本的增加以及工艺复杂度的提升。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种具有光学式触控面板的触控显示装置及其触控输入方法，以减少制作成本以及工艺复杂度。

本发明的一实施例提供一种光学式触控面板，包括基板、单一面光源产生器、回归反射元件，以及单一光感测阵列。基板具有一表面。单一面光源产生器设置于基板的表面之外，用以产生面光源，其中面光源的照射范围涵盖基板的表面的范围。回归反射元件设置于基板的侧边，用以反射面光源。单一光感测阵列设置于基板的表面之外，用以感测被反射的面光源，并产生反射光分布信息。

本发明的另一实施例提供一种触控显示装置，包括显示面板，以及上述光学式触控面板。

本发明的又一实施例提供一种触控输入方法，包括下列步骤。首先，提供上述光学式触控面板。接着，利用触控输入装置，于基板的表面进行触控输入，其中于进行触控输入时，部分面光源受触控输入装置的阻挡而未反射至单一光感测阵列。随后，利用信号处理单元进行触控输入运算程序，依据单一光感测阵列所产生的反射光分布信息计算出触控输入位置的坐标。

本发明的光学式触控面板与触控显示装置仅需设置单一面光源产生器与单一光感测阵列，即可发挥触控输入的功能，故可大幅降低光学式触控面板的制作成本与工艺复杂度。

附图说明

图1示出了公知光学式触控面板的示意图。

图2示出了本发明一优选实施例的光学式触控面板于未进行触控输入时的示意图。

图3示出了本实施例的光学式触控面板在未进行触控输入时的反射光分布信息的示意图。

图4示出了本发明优选实施例的光学式触控面板于进行触控输入时的示意图。

图5示出了本实施例的光学式触控面板在进行触控输入时的反射光分布信息的示意图。

图6示出了本发明另一优选实施例的触控显示装置的示意图。

图7示出了本发明的触控输入方法的校准程序的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10     光学式触控面板        12     基板

141    第一光源产生器        142    第二光源产生器

161    第一光接收器          162    第二光接收器

181    第一角落              182    第二角落

γ1    第一夹角              γ2    第二夹角

x      水平坐标              y      垂直坐标

L      侧边                  W      长度

30     光学式触控面板        32     基板

321    表面                  34     单一面光源产生器

341    面光源                36     回归反射元件

38     单一光感测阵列        40     信号处理单元

θ     中央方向角            θ1    第一边界方位角

θ2    第二边界方位角         R     距离

X      水平坐标               Y     垂直坐标

50     触控显示装置           52    显示面板

521    显示面                 r     距离

α1    第一边界方位角         α2   第二边界方位角

a      半径                   A     输入点

具体实施方式

为使本发明所属技术领域的普通技术人员能更进一步了解本发明，下文特列举本发明的优选实施例，并配合附图，详细说明本发明的构成内容及所欲达成的功效。

请参考图2。图2示出了本发明一优选实施例的光学式触控面板于未进行触控输入时的示意图。如图2所示，本实施例的光学式触控面板30包括基板32、单一面光源产生器34、至少一回归反射元件(retro reflector)36、单一光感测阵列38，以及一信号处理单元40。基板32具有一表面321。单一面光源产生器34设置于基板32的表面321之外，用以产生一面光源341，其中面光源341的照射范围涵盖基板32的表面321的范围。此外，面光源341可为单一面光源产生器34于同一时间点所发出，或是由单一面光源产生器34所发出的线性光束在一短暂周期内以扫描方式所构成的面光源341。面光源产生器34可包括例如红外线光源产生器(例如红外线发光二极管)、激光光源产生器(激光发光二极管)，或其它各种可产生特定波长的可见光或不可见光的光源产生器。在本实施例中，单一面光源产生器34设置于基板32的一角落，而面光源341的照射范围以方位角θ定义，且将逆时针方向定义为正向，因此面光源341的照射范围大体上为方位角θ介于0度至90度之间的范围。单一面光源产生器34的设置位置并不以设置于基板32的角落为限，例如也可设置于基板32的侧壁，或是基板32的表面321以外的适当位置。此外，单一面光源产生器34可设置于与基板32的表面321同一水平面，或是在不同水平面。另外，单一光感测阵列38也设置于基板32的表面321之外，且单一光感测阵列38优选设置在与单一面光源产生器34相同的位置，但不以此为限。在本实施例中，单一光感测阵列38与单一面光源产生器34可设置在基板32上相同的角落，且单一光感测阵列38可与单一面光源产生器34垂直堆叠或水平并列，但不以此为限。单一光感测阵列38可感测到单一面光源产生器34所发射出面光源341，且光感测阵列38可为各式感光元件所组成的感光阵列或影像撷取阵列，例如互补式金属氧化物半导体(CMOS)光感测阵列或电荷耦合(CCD)光感测阵列，但不以此为限。回归反射元件36设置于基板32的至少一侧边，用以反射面光源341。例如在本实施例中，回归反射元件36设置于基板32的两侧边。回归反射元件36的特性在于，照射在回归反射元件36的任何位置的面光源341均会反射至单一光感测阵列38。在本实施例中，回归反射元件36设置于相对于单一面光源产生器34所在位置的基板32另一侧，借此可将单一面光源产生器34发出的面光源341反射至单一光感测阵列38。然而，回归反射元件36的位置并不以此为限，回归反射元件36的数目与位置可视单一面光源产生器34的位置不同而作适当调整。此外，回归反射元件36所反射的面光源341，会被单一光感测阵列38所感测，并产生一反射光分布信息，而信号处理单元40则可根据光感测阵列38所产生的反射光分布信息计算出一触控输入位置的坐标。

请再参考图3，并一并参考图2。图3示出了本实施例的光学式触控面板在未进行触控输入时的反射光分布信息的示意图。如图2所示，在未进行触控输入时，所有的面光源341均会被回归反射元件36反射至单一光感测阵列38，因此对应于基板32的表面321的所有范围内，亦即方位角介于0度至90度的范围内，反射光的强度大体上均相同。在未进行触控输入时，由于在方位角介于0度至90度的范围内，反射光具有相同的强度，因此信号处理单元40会判断出无触控输入。值得说明的是，随着基板32的形状与尺寸的不同、或是单一面光源产生器34、回归反射元件36与单一光感测阵列38的相对位置不同，反射光的强度在方位角介于0度至90度的范围内或许不会具有相同的强度，但反射光的强度仍会具有特定的分布状况。

请再参考图4与图5。图4示出了本发明优选实施例的光学式触控面板于进行触控输入时的示意图，而图5示出了本实施例的光学式触控面板在进行触控输入时的反射光分布信息的示意图。如图4所示，于进行触控输入时，使用者可使用光学式触控面板30的触控输入装置42，例如触控笔，于基板32的表面321进行触控输入。在本实施例中，触控输入装置42具有一已知的半径a。此时，部分的面光源341会受触控输入装置42的阻挡、吸收或散射而无法反射至单一光感测阵列38，在此状况下，单一光感测阵列38会产生一与未进行触控输入状况下不同的反射光分布信息，如图5所示。信号处理单元40会进行触控输入运算程序，以计算出触控输入的位置，其中触控输入运算程序包括下列步骤。信号处理单元40会依据进行触控输入状况下的反射光分布数据判断出触控输入位置的一中央方向角θ、一第一边界方位角θ1与一第二边界方位角θ2，其中中央方向角θ为对应于反射光分布信息的反射光强度最小的角度，其代表了触控输入装置42的中心点，而第一边界方位角θ1与第二边界方位角θ2则分别对应于反射光分布信息的反射光强度开始减少的两个起始点的角度，其分别代表了触控输入装置42的外壳的两外侧端点。接着利用下列公式1，即可计算出单一光感测阵列38与触控输入位置的一距离R。随后再利用下列公式2即可计算出触控输入位置的水平坐标X，以及利用下列公式3即可计算出触控输入位置的垂直坐标Y。

$R=\frac{a}{\sin \left(\frac{\mathrm{\θ}2-\mathrm{\θ}1}{2}\right)}$ 公式1

X＝Rsinθ        公式2

Y＝Rcosθ        公式3

在上述实施例中，光学式触控面板可为一单纯具有触控输入功能的面板，但本发明的应用并不以此为限。例如，光学式触控面板可与显示面板整合而形成触控显示装置，或是应用在平板计算机、个人数字助理、移动电话、卫星导航系统、数字相机、平面显示装置及其它各式电子产品上。请参考图6，并一并参考图2。图6示出了本发明另一优选实施例的触控显示装置的示意图。如图6所示，本实施例的触控显示装置50包括显示面板52与光学式触控面板。显示面板52可为各式显示面板，例如液晶显示面板、有机发光二极管显示面板、等离子体显示面板、阴极射线映像管显示面板、场发射显示面板等。光学式触控面板的元件及其特征如上文所述，在此不再赘述。值得说明的是，在本实施例中，光学式触控面板的基板可为显示面板52的基板，且基板的表面为显示面板52的显示面521。换言之，在此状况下，光学式触控面板可与显示面板52的工艺整合，而可节省一片基板，进而提升触控显示装置50的透光率。

此外，在上述实施例中，触控输入装置具有一已知的半径a，因此通过触控输入运算程序可计算出触控输入位置的坐标。在触控输入装置的半径为未知的情况下，例如使用者利用手指进行触控输入时，本发明的方法可于进行触控输入之前先进行一校准程序，以计算出触控输入装置的半径a，随后通过触控输入运算程序仍可计算出触控输入位置的坐标。请参考图7。图7示出了本发明的触控输入方法的校准程序的示意图。如图7所示，在触控输入装置42的半径为未知的情况下，则进行校准程序以计算出触控输入装置42的半径a。校准程序包括下列步骤。首先，将触控输入装置42放置于基板32的表面321上的一校准位置，其中校准位置与单一光感测阵列38具有一距离r。值得说明的是校准位置为基板32的表面321上的一预设位置，且在光学式触控面板整合在显示面板的实施方式下，可利用显示面板显示出校准位置，而引导使用者将触控输入装置42准确地置放于校准位置上。接着，利用信号处理单元40进行校准运算步骤，依据单一光感测阵列38所产生的反射光分布信息计算出校准位置的第一边界方位角α1与第二边界方位角α2，其中第一边界方位角α1与第二边界方位角α2分别对应于反射光分布信息的反射光强度开始减少的两个起始点的角度，其分别代表了触控输入装置42的外壳的两外侧端点。随后，利用下列公式4计算出触控输入装置42的半径a。

$a=r\sin \left(\frac{\mathrm{\α}2-\mathrm{\α}1}{2}\right)$ 公式4

通过上述校准程序，即可计算出触控输入装置42的半径a。如此一来使用者即可通过触控输入装置42进行触控输入，而通过触控输入运算程序可计算出触控输入位置的坐标。值得说明的是，为了提高校准程序的准确率，可重复进行校准程序，或选定多个不同的校准位置分别进行校准程序，并使用各次校准程序所计算出的半径的平均值作为触控输入装置42的半径a。

综上所述，本发明的光学式触控面板与触控显示装置仅需设置单一面光源产生器与单一光感测阵列，即可发挥触控输入的功能，故可大幅降低光学式触控面板的制作成本与工艺复杂度。此外，不论使用者所使用的触控输入装置为何，一旦通过本发明的校准程序精准计算出触控输入装置的半径后，即可使用触控输入装置进行触控输入。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (12)

1.一种光学式触控面板，包括：

一基板，具有一表面；

一单一面光源产生器，设置于该基板的该表面之外，用以产生一面光源，其中该面光源的照射范围涵盖该基板的该表面的范围；

至少一回归反射元件，设置于该基板的至少一侧边，用以反射该面光源；以及

一单一光感测阵列，设置于该基板的该表面之外，用以感测被反射的该面光源，并产生一反射光分布信息。

2.如权利要求1所述的光学式触控面板，还包括一触控输入装置，用以于该基板的该表面进行触控输入。

3.如权利要求1所述的光学式触控面板，还包括一信号处理单元，用以根据该单一光感测阵列所产生的该反射光分布信息计算出一触控输入位置的坐标。

4.如权利要求1所述的光学式触控面板，其中该面光源产生器设置于该基板的一角落。

5.如权利要求1所述的光学式触控面板，其中该面光源产生器包括一红外线光源产生器或一激光光源产生器。

6.如权利要求1所述的光学式触控面板，其中该光感测阵列包括一互补式金属氧化物半导体光感测阵列或一电荷耦合光感测阵列。

7.一种触控显示装置，包括：

一显示面板；以及

如权利要求1至6的其中一项所述的该光学式触控面板。

8.如权利要求7所述的触控显示装置，其中该基板为该显示面板的一基板，且该基板的该表面为该显示面板的一显示面。

9.一种触控输入方法，包括：

提供如权利要求1所述的该光学式触控面板；

利用一触控输入装置，于该基板的该表面进行触控输入，其中进行触控输入时，部分该面光源受该触控输入装置的阻挡而未反射至该单一光感测阵列；以及

利用一信号处理单元进行一触控输入运算程序，依据该光感测阵列所产生的该反射光分布信息计算出一触控输入位置的一坐标。

10.如权利要求9所述的触控输入方法，其中该触控输入运算程序包括：

提供该触控输入装置的一半径a；

依据该反射光分布数据判断出该触控输入位置的一中央方向角θ、一第一边界方位角θ1与一第二边界方位角θ2，其中该中央方向角θ为对应于反射光分布信息的反射光强度最小的角度，该第一边界方位角θ1与该第二边界方位角θ2分别对应于反射光分布信息的反射光强度开始减少的两个起始点的角度；

利用公式1：

计算出该单一光感测阵列与该触控输入位置的一距离R；以及

利用公式2：X＝Rsinθ与公式3：Y＝Rcosθ计算出该触控输入位置的该坐标，其中X为该触控输入位置的一水平坐标，且Y为该触控输入位置的一垂直坐标。

11.如权利要求10所述的触控输入方法，还包括于进行该触控输入运算程序之前先进行一校准程序，用以计算出该触控输入装置的该半径a。

12.如权利要求11所述的触控输入方法，其中该校准程序包括：

将该触控输入装置放置于该基板的该表面上的一校准位置，其中该校准位置与该单一光感测阵列具有一距离r；

利用该信号处理单元进行一校准运算步骤，依据该单一光感测阵列所产生的该反射光分布信息计算出该校准位置的一第一边界方位角α1与一第二边界方位角α2，其中该第一边界方位角α1与该第二边界方位角α2分别对应于将该触控输入装置放置于该校准位置时，反射光分布信息的反射光强度开始减少的两个起始点的角度；以及

利用公式4：

计算出该触控输入装置的该半径a。

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