CN101887331A - 光学信息取样方法与触控信息辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学信息取样方法与触控信息辨识方法，该取样方法适于对光学式触控面板所产生的光学信息进行取样。光学式触控面板包括导光板、光源及感测组件。感测组件包括多个成阵列排列的像素。排列于各行的像素分别接收来自于导光板的不同水平入射角度的光线。排列于同一行的各像素分别接收自于导光板的不同垂直入射角度的光线。光学信息取样方法包括对感测组件的取样区域进行信号撷取动作，其中取样区域内的像素仅对应于部分的垂直入射角度以获得光学信息。当导光板未被触碰与被触碰时，通过信号撷取动作撷取出背景信息与触控信息，并对背景信息及触控信息进行积分。

Description

光学信息取样方法与触控信息辨识方法

技术领域

本发明是有关于一种信息取样方法与信息辨识方法，且特别是有关于一种光学信息取样方法与触控信息辨识方法。

背景技术

触控面板依照其感测方式的不同大致上可区分为电阻式触控面板、电容式触控面板、光学式触控面板、声波式触控面板以及电磁式触控面板。由于光学式触控面板的触控机制适合应用在大尺寸的显示面板中，因此，大尺寸显示面板的触控功能多半是通过光学触控机制来达成。目前的光学式触控面板多半采用红外光作为光源，并利用互补金氧半导体光感测组件(CMOS optical sensor)来感测红外光以推算出触控点的位置。

图1为现有光学式触控面板的剖面示意图。请参照图1，光学式触控面板100包括一触控面板110、一背光单元120、一红外光发光二极管(IR-LED)130、一光感测组件140以及一反射片150。红外光发光二极管130适于发出红外光L1，且红外光L1会被反射片150反射至光感测组件140。当有触控物体160触碰到触控面板110时，触控物体160会遮挡红外光L1以使红外光L1无法传递到光感测组件140，进而使得后端电路能判断出触碰位置。然而上述的触碰方式容易造成误动作，亦即在触控面板110在尚未被触控的情况下，仍有可能会产生触控信号。为了解决上述问题，已有现有技术在触控面板110的上方增设一导光板，让使用者可以直接触碰导光板。当使用者触碰前述的导光板时，在导光板内部传递的红外光会因使用者的手指(或触控笔)触碰到导光板的表面而被散射，使得光感测组件所接收到的红外光强度降低。当光感测组件所接收到的红外光强度降低时，理论上便可计算出触控位置，但实际上，如何快速且有效地计算出触控位置目前尚未有具体的方案被提出。

发明内容

本发明解决的技术问题在于，提供一种光学信息取样方法，其适于对一光学式触控面板所产生的一光学信息进行取样。

本发明解决的技术问题在于，提供一种触控信息辨识方法，其适于判断一光学式触控面板是否被触碰。

为了解决上述问题，本发明提出一种光学信息取样方法，其适于对一光学式触控面板所产生的一光学信息进行取样。光学式触控面板包括一导光板、一光源及一感测组件。光源提供光线至导光板中。感测组件包括多个成阵列排列的像素。排列于各行的像素分别接收来自于导光板的不同水平入射角度的光线，且排列于同一行的各像素分别接收自于导光板的不同垂直入射角度的光线。上述的光学信息取样方法包括以下步骤。首先，对感测组件的一取样区域进行一信号撷取动作，其中取样区域内的像素仅对应于部分的垂直入射角度以获得光学信息。当导光板未被触碰时，通过信号撷取动作以撷取出一背景信息。当导光板被触碰时，通过信号撷取动作以撷取出一触控信息。接着，对背景信息及触控信息进行积分。

在本发明的一实施例中，上述的取样区域内的像素对应到所有的水平入射角度。

在本发明的一实施例中，上述的取样区域为一单一区域。

在本发明的一实施例中，上述的取样区域包括多个彼此不连续的子取样区域，且各子取样区域分别对应到不同的垂直入射角度。

在本发明的一实施例中，上述的导光板具有一触控面以及一与触控面垂直的出光面。感测组件平行于出光面配置，而感测组件的像素排列于一与触控面垂直的平面上。当导光板的厚度介于0.5mm至1.5mm之间时，取样区域对应到的垂直入射角为10度至85度。另外，在另一实施例中，当导光板的厚度介于1.5mm至2.5mm之间时，取样区域对应到的垂直入射角为25度至85度。除此之外，在其它实施例中，当导光板的厚度大于2.5mm时，取样区域对应到的垂直入射角为45度至85度。

在本发明的一实施例中，上述的导光板具有一触控面以及一与触控面夹一锐角的出光面。感测组件的像素排列于一与触控面垂直的平面上。另外，取样区域对应到的垂直入射角为0度至85度。

另一方面，本发明还提出一种触控信息辨识方法，其适于判断一光学式触控面板是否被触碰。光学式触控面板包括一导光板、一光源及一感测组件。光源提供光线至导光板中。感测组件包括多个成阵列排列的像素。排列于各行的像素分别接收来自于导光板的不同水平入射角度的光线，且排列于同一行的各像素分别接收自于导光板的不同垂直入射角度的光线。上述触控信息辨识方法包括以下步骤。首先，对感测组件的一取样区域进行一信号撷取动作，其中取样区域内的像素仅对应于部分的垂直入射角度以获得光学信息。接着，对信号撷取动作的结果进行积分。最后，根据积分后的结果判断光学式触控面板是否被触碰。

基于上述，本发明的实施例藉由对感测组件上的特定取样区域撷取背景信息与触控信息，并对背景信息与触控信息进行积分，故能依据积分结果来判断光学式触控面板是否被触碰，并有助于光学式触控面板的触控灵敏度的提升。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为现有光学式触控面板的剖面示意图；

图2为本发明第一实施例的光学式触控面板的示意图；

图3为图2上方导光板被触碰之后的示意图；

图4为图2感测组件的放大立体示意图；

图5A为图4感测组件上同一行像素在z方向上所感测到的光强度曲线图；

图5B为本发明第一实施例的光学信息取样方法；

图6A为本发明第二实施例的感测模块剖面示意图；

图6B为对应图6A导光板被触碰之前与之后的光强曲线图；

图7A为本发明第三实施例的感测模块剖面示意图；

图7B为图7A中区域E的局部放大图；

图7C为对应图7A导光板被触碰之前与之后的光强度曲线图；

图8为本发明第四实施例的光学式触控面板的剖面示意图。

其中，附图标记：

100、200、300：光学式触控面板    110、210、310：触控面板

120、220、320：背光单元          130：红外光发光二极管

140：光感测组件                       150、244：反射片

160：触控物体                         240：感测模块

241：光源                             242：感测组件

242a：像素                            246、346、446：导光板

250：触控信号读出电路                 330：直下式背光源

A1～A3：取样区域

A1-1、A1-2、A3-1、A3-2：子取样区域

B1～B3：背景信息                      C1～C3：触控信息

F：手指                               L1：红外光

L2：光线                              L3：可见光

L4：非可见光                          P1、P2：触控点

S1：触碰面

S2：出光面

S3：表面

S110～S120：步骤

θ1、θ2、α1：角度

β、γ、δ：锐角

d：水平距离

E：区域

具体实施方式

第一实施例

图2为本发明第一实施例中光学式触控面板的示意图，其中图2上方为光学式触控面板的剖面图，而图2下方为光学式触控面板的上视图。请参照图2，本实施例的光学式触控面板200包括一感测模块240，其中感测模块240包括一光源241、一感测组件242以及一导光板246。另外，本实施例的光学式触控面板200还包括触控面板210、背光单元220以及触控信号读出电路250，其中背光单元220配置于触控面板210的下方以提供显示影像所需的光源。

如图2所示，本实施例的感测组件242配置于光源241的上方，且光源241与感测组件242配置于导光板246旁。光源241适于提供一光线L2至导光板246中，且光线L2在传递至反射片244之后会被反射回感测组件242。在本实施例中，光线L2例如为红外光，而感测组件242例如为用以感测红外光的红外光感测组件(IR sensor)，其中红外光感测组件可为半导体光感测组件(CMOS optical sensor)。另外，反射片244可为回溯式反射片(retro-reflector)。除此之外，导光板246具有一触控面S1以及一与触控面S1垂直的出光面S2，且感测组件242平行于出光面S2配置。

图3为图2上方导光板246被触碰之后的示意图。请同时参照图2的俯视图与图3，当导光板246上的触控点P1被使用者的手指F或触控笔所触碰时，使用者的手指F或触控笔会使部分光线L2被散射，使得光感测组件242在特定的水平入射角(例如角度θ1)所接收到的红外光强度降低。详细来说，当使用者用手指F或触控笔触碰到导光板246时，触控点P1附近的光线L2会被散射，且上述的散射现象会使朝向反射片244传递的光线L2或是朝向感测组件242传递的光线L2的强度减弱，而使得触控信号读出电路242能据以推算出触控点P1的位置。

为了有效且快速地推算出触控点P1的位置，本实施提出一种适用于光学式触控面板200的触控信息辨识方法，以判断光学式触控面板200是否被触碰，而其相关步骤描述如下。

图4为图2中感测组件242的放大立体示意图。请同时参照图2的俯视图与图4，本实施例的感测组件242包括多个成阵列排列的像素242a，其中排列于各行的像素242a分别接收来自于导光板246的不同水平入射角度θ1的光线L2，且排列于同一行的各个像素242a分别接收自于导光板246的不同垂直入射角度α1的光线L2。在本实施例中，水平入射角度θ1介于0°至90°之间，而垂直入射角度α1介于-90°至90°之间。另一方面，感测组件242的像素242a排列于一与触控面S1(绘示于图2)垂直的平面上。另一方面，在其它实施例中，于感测组件242与导光板246之间还可设置一位在光线L2的光路径上的透镜，以汇聚光线L2，进而使光线L2能够正确地投射于感测组件242上。

在本实施例中，图2中的触控信号读出电路250会对感测组件242的一取样区域A1进行一信号撷取动作，其中取样区域A1内的像素242a仅对应于部分的垂直入射角度α1以获得光学信息。举例来说，图5A为图4感测组件242上同一行像素242a在z方向上所感测到的光强度曲线图，其中横坐标对应z方向上不同垂直入射角度α1，而垂直入射角度α1等于0则代表光线L2是垂直入射感测单元242。如图5A所示，在本实施例中，取样区域A1包括多个彼此不连续的子取样区域A1-1、A1-2，且各子取样区域A1-1、A1-2分别对应到不同的垂直入射角度α1。当导光板246未被触碰时，触控信号读出电路250会通过信号撷取动作以撷取出一背景信息B1。而当导光板246被触碰时，触控信号读出电路250会通过信号撷取动作以撷取出一触控信息C1。接着，触控信号读出电路250会对背景信息B1及触控信息C1进行积分。

在本实施例中，取样区域A1对应背景信息B1与触控信息C1差异较多的角度范围，因此藉由仅对取样区域A1内背景信息B1与触控信息C1的积分差异进行对比，不但能得知光学式触控面板200是否被触碰，还能提升触控灵敏度。另一方面，取样区域A1内的像素242a是对应到所有的水平入射角度θ1。换句话说，在本实施例中，触控信号读出电路250会重复对每一行的至少一像素242a进行上述的信息对比，以找出光强度改变最大的一行，并据以判断出光线L2的水平入射角度θ1。而光强度的计算仅是选取同行中部份的像素242a来计算，亦即，选取导光板246被触碰之前与之后，光强度改变较大的像素242a来计算积分结果。

举例来说，在本实施例中，当导光板246的厚度介于0.5mm至1.5mm之间时，取样区域A1对应到的垂直入射角为10度至85度。详细来说，子取样区域A1-1对应到的垂直入射角度为-85度至-10度，而子取样区域A1-2对应到的垂直入射角度为+10度至+85度。亦即，对应垂直入射角为-85度至-10度与+10度至+85度的光强度变化相较于其它垂直入射角的光强度变化来得大。

而在其它实施例中，当导光板246的厚度介于1.5mm至2.5mm之间时，取样区域A1对应到的垂直入射角为25度至85度。详细来说，子取样区域A1-1对应到的垂直入射角度为-85度至-25度，而子取样区域A1-2对应到的垂直入射角度为+25度至+85度。亦即，对应垂直入射角为-85度至-25度与+25度至+85度的光强度变化相较于其它垂直入射角的光强度变化来得大。

除此之外，在另一实施例中，当导光板246的厚度大于2.5mm时，取样区域A1对应到的垂直入射角为45度至85度。详细来说，子取样区域A1-1对应到的垂直入射角度为-85度至-45度，而子取样区域A1-2对应到的垂直入射角度为+45度至+85度。亦即，对应垂直入射角为-85度至-45度与+45度至+85度的光强度变化相较于其它垂直入射角的光强度变化来得大。由上述可知，在本发明的实施例中，子取样区域A1-1、A1-2所对应到垂直入射角度是依据导光板246的厚度做调整，故设计者可依据产品的实际状况调整子取样区域A1-1、A1-2的范围。

从另一个角度观看，本实施例亦提供一种光学信息取样方法，其适于对光学式触控面板200所产生的光学信息进行取样。请参照图5B，亦即，对感测组件242的一取样区域A进行一信号撷取动作，其中取样区域A内的像素242a仅对应于部分的垂直入射角度α1以获得光学信息，当导光板246未被触碰时，通过信号撷取动作以撷取出一背景信息B1，当导光板246被触碰时，通过信号撷取动作以撷取出一触控信息C1(步骤S110)。接着，对背景信息B1及触控信息C1进行积分(步骤S120)。最后，后端电路(例如为触控信号读出电路250)便能根据积分后的结果判断光学式触控面板200是否被触碰。

第二实施例

图6A为本发明第二实施例的感测模块剖面示意图，而图6B为对应图6A导光板346被触碰之前与之后的光强度曲线图。图6A的导光板346与图3的导光板246类似，但二者主要差异之处在于：导光板346具有一与触控面S1夹一锐角β的出光面S2。另外，本实施例中，光源241、感测组件242和触碰面S1还夹有一锐角δ。

在具有锐角β的出光面S2的架构中，为使光线L2在导光板346内传递时，来回反射一次所走的水平距离d能够小于10mm，通常还需针对导光板346厚度做设计。而通常在垂直入射角度α1接近0处会有较大的光强度变化，至于取样区域的范围则取决于感测组件242的收光角与感测组件242距出光面S2的距离而定。

举例而言，如图6B所示，本实施例的背景信息B2与触控信息C2差异较大的区域为取样区域A2。亦即，在垂直入射角度α1接近0处会有较大的光强度变化，其中本实施例的取样区域A2为单一区域。另外，取样区域A2对应到的垂直入射角为0度至85度。由于本实例的感测组件242和触碰面S1还夹有锐角δ，故取样区域A2并未对称垂直入射角度α1为0处，而是略有偏移。

除此之外，在本实施例中，光源241与感测组件242的排列方式除上下排列外，亦可是沿垂直纸面的方向呈前后排列。

第三实施例

图7A为本发明第三实施例的感测模块剖面示意图，图7B为图7A中区域E的局部放大图，而图7C为对应图7A导光板446被触碰之前与之后的光强度曲线图。

请同时参照图7A与图7B，本实施例的导光板446与图6A的导光板346类似，但二者主要差异之处在于：导光板446具有一与表面S3夹一锐角γ的出光面S2。详细而言，部份的出光面S2与表面S3夹锐角γ，且部分的出光面S2与触控面S1夹锐角β，而对应此区域的光源241适于发射光线L2至导光板446内。另一方面，感测组件242前的出光面S2为一垂直的平面。

因此，如图7C所示，本实施例的背景信息B3与触控信息C3差异较大的区域为取样区域A3，其中取样区域A3包括多个彼此不连续的子取样区域A3-1、A3-2。在本实施例中，由于锐角β与锐角γ相同，故子取样区域A3-1、A3-2所对应的光强度变化是对称于垂直入射角度为0的纵轴。另外，在另一实施例中，锐角β与锐角γ亦可不同，而此时子取样区域A3-1、A3-2所对应的光强度变化便可不对称于垂直入射角度α1为0的纵轴。

请继续参照图7C，在本实施中，当导光板446的厚度介于0.5mm至1.5mm之间时，取样区域A3对应到的垂直入射角为10度至85度。详细来说，子取样区域A3-1对应到的垂直入射角为-10度至-85度，而子取样区域A3-2对应到的垂直入射角为+10度至+85度。亦即，对应垂直入射角为-10度至-85度与+10度至+85度的光强度变化相较于其它垂直入射角的光强度变化来得大。

另外，在其它实施例中，当导光板446的厚度介于1.5mm至2.5mm之间时，取样区域A3对应到的垂直入射角为25度至85度。详细来说，子取样区域A3-1对应到的垂直入射角为-25度至-85度，而子取样区域A3-2对应到的垂直入射角为+25度至+85度。除此之外，在另一实施例中，当导光板446的厚度大于2.5mm时，取样区域A3对应到的垂直入射角为45度至85度。详细来说，子取样区域A3-1对应到的的垂直入射角为-45度至-85度，而子取样区域A3-2对应到的垂直入射角为+45度至+85度。

第四实施例

图8为本发明第四实施例的光学式触控面板的剖面示意图。图8的光学式触控面板300与图2的光学式触控面板200类似，但二者主要差异之处在于：光学式触控面板300为一直下式背光的光学式触控面板。请参照图8，本实施例的光学式触控面板300包括一触控面板310、多个感测组件320以及一直下式背光源330。感测组件320配置于触控面板310的边缘，而直下式背光源330配置于触控面板310下方。

直下式背光源330适于提供一可见光L3与一非可见光L4(例如为红外光)。当使用者用手指F或触控笔触碰触控面板310的触控点P2处时，穿过触控面板310的部分非可见光L4(即触控点P2附近的非可见光L4)会被散射，使得光感测组件320在特定的水平入射角接收到被散射的非可见光L4，以推算出触控点P2的位置。

为了有效且快速地推算出触控点P2的位置，本实施亦采用类似于第一实施例的光学信息取样方法或触控信息辨识方法以进一步判断触控点。详细来说，当触控面板310未被触碰时，感测组件320会通过信号撷取动作以于一取样区域撷取出一背景信息，其中背景信息例如光强度的变化。而由于此时未有光线被散射，故对应各个不同入射角度的光强度变化例如皆为0。另一方面，当导光板332被触碰时，感测组件320会通过信号撷取动作以撷取出一触控信息，其中触控信息例如为多个对应不同入射角度的光强度变化。在本实施例中，光散射所造成的光强度变化在某个角度例如会大幅增加。接着，后端电路便能对背景信息及触控信息进行积分，以分析二者差异，并依据积分结果判断光学式触控面板300是否被触碰。详细步骤与第一实施例类似，在此便不加赘述。

综上所述，本发明的实施例藉由对感测组件上对应光强度变化较大的取样区域撷取背景信息与触控信息，并对背景信息与触控信息进行积分，故能依据积分结果来判断光学式触控面板是否被触碰，并有助于光学式触控面板的触控灵敏度的提升。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与修改，故本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (16)

1.一种光学信息取样方法，适于对一光学式触控面板所产生的一光学信息进行取样，其特征在于，光学式触控面板包括一导光板、一光源及一感测组件，该光源提供光线至该导光板中，该感测组件包括多个成阵列排列的像素，排列于各行的像素分别接收来自于该导光板的不同水平入射角度的光线，且排列于同一行的各像素分别接收自于该导光板的不同垂直入射角度的光线，而该光学信息取样方法包括：

对该感测组件的一取样区域进行一信号撷取动作，其中该取样区域内的像素仅对应于部分的垂直入射角度以获得该光学信息，当该导光板未被触碰时，通过该信号撷取动作以撷取出一背景信息，当该导光板被触碰时，通过该信号撷取动作以撷取出一触控信息；以及

对该背景信息及该触控信息进行积分。

2.如权利要求1所述的光学信息取样方法，其特征在于，该取样区域内的像素对应到所有的水平入射角度。

3.如权利要求1所述的光学信息取样方法，其特征在于，该取样区域为一单一区域。

4.如权利要求1所述的光学信息取样方法，其特征在于，该取样区域包括多个彼此不连续的子取样区域，且各该子取样区域分别对应到不同的垂直入射角度。

5.如权利要求1所述的光学信息取样方法，其特征在于，该导光板具有一触控面以及一与该触控面垂直的出光面，该感测组件平行于该出光面配置，而该感测组件的该像素排列于一与该触控面垂直的平面上，且当该导光板的厚度介于0.5mm至1.5mm之间时，该取样区域对应到的垂直入射角为10度至85度。

6.如权利要求1所述的光学信息取样方法，其特征在于，该导光板具有一触控面以及一与该触控面垂直的出光面，该感测组件平行于该出光面配置，而该感测组件的该像素排列于一与该触控面垂直的平面上，且当该导光板的厚度介于1.5mm至2.5mm之间时，该取样区域对应到的垂直入射角为25度至85度。

7.如权利要求1所述的光学信息取样方法，其特征在于，该导光板具有一触控面以及一与该触控面垂直的出光面，该感测组件平行于该出光面配置，而该感测组件的该像素排列于一与该触控面垂直的平面上，且当该导光板的厚度大于2.5mm时，该取样区域对应到的垂直入射角为45度至85度。

8.如权利要求1所述的光学信息取样方法，其特征在于，该导光板具有一触控面以及一与该触控面夹一锐角的出光面，而该感测组件的该像素排列于一与该触控面垂直的平面上，该取样区域对应到的垂直入射角为0度至85度。

9.一种触控信息辨识方法，适于判断一光学式触控面板是否被触碰，其特征在于，光学式触控面板包括一导光板、一光源及一感测组件，该光源提供光线至该导光板中，该感测组件包括多个成阵列排列的像素，排列于各行的像素分别接收来自于该导光板的不同水平入射角度的光线，且排列于同一行的各像素分别接收自于该导光板的不同垂直入射角度的光线，而该触控信息辨识方法包括：

对该感测组件的一取样区域进行一信号撷取动作，其中该取样区域内的像素仅对应于部分的垂直入射角度以获得该光学信息；

对该信号撷取动作的结果进行积分；以及

根据积分后的结果，判断该光学式触控面板是否被触碰。

10.如权利要求9所述的触控信息辨识方法，其特征在于，该取样区域内的像素对应到所有的水平入射角度。

11.如权利要求9所述的触控信息辨识方法，其特征在于，该取样区域为一单一区域。

12.如权利要求9所述的触控信息辨识方法，其特征在于，该取样区域包括多个彼此不连续的子取样区域，且各该子取样区域分别对应到不同的垂直入射角度。

13.如权利要求9所述的触控信息辨识方法，其特征在于，该导光板具有一触控面以及一与该触控面垂直的出光面，该感测组件平行于该出光面配置，而该感测组件的该些像素排列于一与该触控面垂直的平面上，且当该导光板的厚度介于0.5mm至1.5mm之间时，该取样区域对应到的垂直入射角为10度至85度。

14.如权利要求9所述的触控信息辨识方法，其特征在于，该导光板具有一触控面以及一与该触控面垂直的出光面，该感测组件平行于该出光面配置，而该感测组件的该些像素排列于一与该触控面垂直的平面上，且当该导光板的厚度介于1.5mm至2.5mm之间时，该取样区域对应到的垂直入射角为25度至85度。

15.如权利要求9所述的触控信息辨识方法，其特征在于，该导光板具有一触控面以及一与该触控面垂直的出光面，该感测组件平行于该出光面配置，而该感测组件的该些像素排列于一与该触控面垂直的平面上，且当该导光板的厚度大于2.5mm时，该取样区域对应到的垂直入射角为45度至85度。

16.如权利要求9所述的触控信息辨识方法，其特征在于，该导光板具有一触控面以及一与该触控面夹一锐角的出光面，而该感测组件的该些像素排列于一与该触控面垂直的平面上，该取样区域对应到的垂直入射角为0度至85度。

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