CN102043539A

CN102043539A - 平面显示器位置检出装置及其方法

Info

Publication number: CN102043539A
Application number: CN2009101729959A
Authority: CN
Inventors: 黄澄仪; 曾德生; 陈朝阳
Original assignee: Largan Precision Co Ltd
Current assignee: Largan Precision Co Ltd
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2011-05-04

Abstract

本发明提供一种平面显示器位置检出装置包括一显示板、一电控摆动元件、一光源、一光学系统及一光感测元件，该显示板可显示图文信息，该电控摆动元件经由以电气驱动的一致动器控制该电控摆动元件的摆动角度；该光源藉由该电控摆动元件将该光源的光束反射至该显示板的一显示平面或接近该显示平面的上、下平面任一者；该光学系统的光轴平行该显示平面。该光感测元件位于该光学系统的成像端；该显示板上一碰触点的一维位置藉由该光感测元件取得，该碰触点的另一维位置是根据该一维位置与该电控摆动元件的摆动角度获得。本发明提供的装置可直接结合于既有的平面显示器上，无需更换显示器，相较于其它光学式位置检出装置，其结构简单可降低成本。

Description

平面显示器位置检出装置及其方法

技术领域

本发明是关于一种平面显示器位置检出装置及其方法，特别是关于一种光学式平面显示器位置检出装置及其方法。

背景技术

触控面板是现今平面显示器的一种型态，由于它有别于传统输入装置，使电子装置不需额外的输入装置便可同时具有输入及输出介面，已被广泛的应用成为最盛行的人机介面。

现行触控面板的位置检出原理主要可分为电阻式、电容式、超声波式及光学式等，其中电阻式触控面板是由两层透明导电薄膜组成，该两层透明导电薄膜之间藉由分隔点隔开，当手指按压面板时，使得该两片导电薄膜接触而产生电压变化，再经由一感测装置感测该电压变化值便可定位出该面板上碰触点的X坐标和Y坐标。电容式触控面板则是藉由手指与感测线间产生电容耦合，感测装置感测电容值变化便可定位出X坐标和Y坐标。超声波式触控面板是在面板的三个角落藉由超声波发射器在面板上形成一个均匀的超声波力场，当手指碰触面板时，感测装置感测能量变化便可定位出碰触点的X坐标和Y坐标。

目前光学式触控面板又可分为红外线式、光学影像感应式以及影像辨识式。红外线式触控面板是在面板周围藉由红外线发射器在面板上形成矩阵式排列，感测装置感测光线变化便可定位出面板上碰触点的X坐标和Y坐标。光学影像感应式则是通过面板的两个角落的摄影镜头感测触控物体所形成的阴影，经由三角定位找出触控的位置。影像辨识式与光学影像感应式最大的不同是直接观测影像而非阴影，然而却存在着需要多个摄影镜头的缺点。

发明内容

本发明提供一种平面显示器位置检出装置，其具有简易的组成构件，不需要复杂的影像辨识处理技术即可检测出该平面显示器上一碰触点的位置，可提高该检测装置的反应效率。

本发明提供一种平面显示器位置检出装置，可直接结合于现有的平面显示器，可降低制造成本。

本发明提供的一种平面显示器位置检出装置包括一显示板、一电控摆动元件、一光源、一光学系统及一光感测元件。该显示板可显示图文信息，该电控摆动元件经由以电气驱动的一致动器控制该电控摆动元件的摆动角度。该光源藉由该电控摆动元件将该光源的光束反射至该显示板的一显示平面或接近该显示平面的上、下平面任一者。该光学系统的光轴平行该显示平面。该光感测元件位于该光学系统的成像端。该显示板上一碰触点的一维位置影像或经由该碰触点反射而入射至该光学系统的光束与该光学系统的光轴的一夹角，藉由该光感测元件取得，视采用的该光学系统及该光感测元件类型而定。该碰触点的另一维位置根据该一维位置影像信息与该电控摆动元件的摆动角度获得，或者根据测得的来自碰触点的光线与该光学系统光轴的夹角及该电控摆动元件的摆动角度获得。

另一方面，本发明提供一种平面显示板上碰触位置检测方法，其包括发射一光束；将该光束周期性地反射至该平面显示板的一显示平面或接近该显示平面的上、下平面任一者，以使该反射光束扫描范围涵盖整个显示平面；撷取该显示平面上一碰触点的一维位置影像信息或经由该碰触点反射而入射至该光学系统的光束与该光学系统的光轴的一夹角；及根据该一维位置影像信息及该光束与其反射光束的夹角取得该碰触点的另一维位置，或者根据该夹角及该光束与其反射光束的夹角取得该碰触点的另一维位置。

本发明的平面显示器位置检出装置具有以下优点：

1.可直接结合于既有的平面显示器上，无需更换显示器；

2.不需复杂影像辨识处理，可提高反应效率；

3.相较于其它光学式位置检出装置，其结构简单可降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明平面显示器位置检出装置的第一实施例的俯视示意；

图2显示根据本发明第一实施例的装置中显示平面上一触碰物与一发射光束及一电控摆动元件的相对位置几何关系示意图；

图3显示根据本发明的第二实施例的装置中显示平面上一触碰物与一发射光束及一电控摆动元件的相对位置几何关系示意图。

附图标号

100 平面显示器位置检出装置

101 显示板

102 电控摆动元件

103 光源

104、104’ 光学系统

105、105’ 光感测元件

106 触碰物

107、108、109 反射光束

110 反射光束

具体实施方式

本发明提供的一种平面显示器位置检出装置适用于具有显示板的任何电子产品，进而实现触控的功能。本发明的平面显示器位置检出装置及其方法将藉由以下具体实施例配合所附图式予以详细说明。

图1为本发明平面显示器位置检出装置的第一实施例的俯视示意图。在此具体实施例中，本发明的一平面显示器位置检出装置100包括一显示板101、一电控摆动元件102、一光源103、一光学系统104及一光感测元件105。该显示板101可连接至一处理单元(未示出)进而显示图文信息，例如影像、图片、文字等。该电控摆动元件102位于该显示板101的一顶角，而该光源103位于相对该电控摆动元件102的该显示板101的另一顶角。该光源103可提供一平行光束，例如激光光束，以使得该光源103的光束经过一段距离后，发散程度不至于太大而影响该光感测元件105的感测准确度。再者，该光源103可以是不可见光或可见光。该电控摆动元件102经由以电气驱动的一致动器(未示出)控制其摆动角度A的大小，其中该摆动角度A为该光源103的发射光束与该电控摆动元件102之间的夹角。在本发明中例如可藉由提供该致动器不同的驱动电压，以控制该电控摆动元件102具有不同的摆动角度A。当该光源103的光束投射至该电控摆动元件102时会经由该电控摆动元件102反射至该显示板101的一显示平面或者接近该显示平面的一上平面或一下平面，视该光源103与该显示板101的相对位置而定。该反射光束如光束107、108及109所示。在本发明中，该显示板101可以是一可挠式显示板，以利于当一触碰物，例如手指或笔尖(touch pen)，碰触该显示板101时，该反射光束可以接触到该触碰物。在本发明中，该电控摆动元件102与其致动器(未示出)可以一微机电系统((Micro Electro Mechanical Systems，MEMS)来实现，例如已知的微机电系统型扫描镜片(Micro-Electro-Mechanical System(MEMS)Scanning Mirror)。本发明可以藉由提供该致动器呈周期性变化的驱动电压值，进而控制该电控摆动元件102的摆动角度呈周期性变化，以使得经由该电控摆动元件102反射的光束可以逐步扫描该显示板101的整个显示平面，以使得整个显示平面的每一位置皆能被检测出是否有触碰物。在本发明中，该电控摆动元件102呈周期性摆动，以使得该光源103经由该电控摆动元件102反射的光束能够在一定的周期内扫完该显示板101的整个显示平面并且周而复始的运作。该光学系统104至少包含一镜片，并且位于与该电控摆动元件102及该光源103同一侧的靠近(close to or near)该显示板101的一侧边适位处，例如靠近该显示板101一侧边中间位置适位处，并且该光学系统104的光轴OO’平行该显示平面并与该光源103的发射光束互相垂直。该光感测元件105位于该光学系统104的一成像端，其可以是一影像感测元件，例如线状CMOS感测器或线状CCD感测器。在本发明中，该光学系统104与该光感测元件105可以一摄影镜头来实现。本发明为确保该显示板101的整个显示平面能藉由该光学系统104成像至该光感测元件105，该光学系统104的视角涵盖该显示板101的整个显示平面，例如165度至170度。

以下参照图2详细说明根据本发明第一实施例的该平面显示器位置检出装置100的触碰位置检测方法。图2为第一实施例的该显示板101的显示平面上该触碰物106与该光源103的发射光束及该电控摆动元件102的相对位置几何关系示意图，其中该电控摆动元件102与该发射光束的夹角为A，该发射光束经由该电控摆动元件102反射至该显示平面的反射光束为108，该反射光束108与该发射光束的夹角为α，是该发射光束与该电控摆动元件102的光反射面的法线的夹角θ的两倍。该反射光束108碰触到该触碰物106时会在该触碰物106位置处形成一光点，该光点的反射光入射至该光学系统104，而经由该光感测元件105撷取该触碰物106在该显示平面上的一维位置影像信息，例如图2所示，该光感测元件105撷取该触碰物106在该显示平面上相对该光学系统104的光轴OO’的X坐标影像信息，再藉由该处理单元(未示出)检测出该触碰物106的X坐标，其中X为该光学系统104的光轴OO’至该触碰物106的距离。该光学系统104的光轴OO’至该电控摆动元件102摆动轴心的距离为L。该处理单元同步抓取此时该致动器的驱动电压值，以得知此时该电控摆动元件102的摆动角度A，再利用三角函数关系式Y＝tanα*(L-X)求得该触碰物106的Y坐标，其中α＝2θ＝2(90-A)，而Y坐标是该触碰物106与该发射光束之间的距离。本发明藉由检测出来的该触碰物106的X、Y坐标，再依据该显示板101、该电控摆动元件102、该光源103及该光感测元件105的相对位置，进而可以得知该触碰物106在该显示板101上的位置，以达到检出位置的功能。

根据本发明第二实施例的另一种平面显示器位置检出装置，其提供另一种平面显示器触碰位置检测方法。本发明第二实施例与第一实施例不同处仅在于第二实施例采用不同的光学系统104’及光感测元件105’，至于第二实施例的显示板101、电控摆动元件102、光源103及光学系统104’与光感测元件105’的位置关系则与图1所示的第一实施相同。在第二实施例中，该光感测元件105’检测来自碰触物106并经由该光学系统104’而投射至该光感测元件105’的反射光束110，进而撷取入射该光学系统104’的此一反射光束110与光轴OO’的夹角γ。

图3为第二实施例的该显示板101的显示平面上该触碰物106与该光源103的发射光束及该电控摆动元件102以及该光学系统104’与该光感测元件105’的相对位置几何关系示意图，其中该电控摆动元件102与该发射光束的夹角为A，该发射光束经由该电控摆动元件102反射至该显示平面的反射光束为108，该反射光束108与该发射光束的夹角为α，是该发射光束与该电控摆动元件102的光反射面的法线的夹角θ的两倍，该发射光束至该光学系统104’的距离为Y1。该反射光束108碰触到该触碰物106时产生的反射光束110会投射至该光学系统104’，由该光感测元件105’撷取入射该光学系统104’的该反射光束110的角度γ，其为入射该光学系统104’的光束与该光学系统104’的光轴OO’的夹角，该处理单元同步抓取此时该致动器的驱动电压值，以得知此时该电控摆动元件102的摆动角度A，其中α＝2θ＝2(90-A)，利用三角函数关系式

求得该触碰物的X坐标，其中β＝90-γ。X为该光学系统104’的光轴OO’至该触碰物106的距离。该光学系统104’的光轴OO’至该电控摆动元件102摆动轴心的距离为L。再利用三角函数关系式

求得该触碰物106的Y坐标，而Y坐标是该触碰物106与该发射光束之间的距离。本发明藉由检测出来的该触碰物106的X、Y坐标，再依据该显示板101、该电控摆动元件102、该光源103及该光感测元件105’的相对位置，进而可以得知该触碰物106在该显示板101上的位置，以达到检出位置的功能。

在本发明第一实施例与第二实施例中，显示光学系统104、104’位于与该电控摆动元件102及光源103同一侧的该显示板101的一侧，并且该光感测元件105、105’接收来自该触碰物106的反射光。但另一方面，本发明的光感测元件105、105’可接收并检测来自该触碰物106的散射光，因此在本发明的光学系统104(104’)光轴OO’平行该显示板101平面及其视角足够大的前提下，该光学系统104(104’)亦可放置在该显示板101的任一侧适位处，并且该光感测器105(105’)接收/检测来自该触碰物106的散射光。

本发明的平面显示器位置检出装置具有以下优点：

1.可直接结合于既有的平面显示器上，无需更换显示器；

2.不需复杂影像辨识处理，可提高反应效率；

以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在本发明的权利要求范围内。

Claims

1.一种平面显示器位置检出装置，其特征在于，所述平面显示器位置检出装置包括：

一显示板，所述显示板可显示图文信息；

一电控摆动元件，其中经由以电气驱动的一致动器控制所述电控摆动元件的摆动角度；

一光源，藉由所述电控摆动元件将所述光源的光束反射至所述显示板的一显示平面或接近所述显示平面的上、下平面任一者；

一光学系统，其中所述光学系统的光轴平行所述显示平面；及

一光感测元件，所述光感测元件位于所述光学系统的成像端。

2.如权利要求1所述的平面显示器位置检出装置，其特征在于，所述光源为不可见光。

3.如权利要求1所述的平面显示器位置检出装置，其特征在于，所述光源为平行光源。

4.如权利要求1所述的平面显示器位置检出装置，其特征在于，所述光源为激光光源。

5.如权利要求1所述的平面显示器位置检出装置，其特征在于，所述电控摆动元件呈周期性摆动。

6.如权利要求1所述的平面显示器位置检出装置，其特征在于，所述电控摆动元件的摆动角度范围使该光源的反射光束涵盖所述显示板的整个显示平面。

7.如权利要求1所述的平面显示器位置检出装置，其特征在于，所述光学系统的视角涵盖所述显示板的整个显示平面。

8.如权利要求1所述的平面显示器位置检出装置，其特征在于，所述光学系统的视角为165度至170度。

9.如权利要求1所述的平面显示器位置检出装置，其特征在于，所述光学系统至少包含一镜片。

10.如权利要求1所述的平面显示器位置检出装置，其特征在于，所述显示板为一可挠式显示板。

11.如权利要求1所述的平面显示器位置检出装置，其特征在于，所述光感测元件为线状CMOS感测器或CCD感测器。

12.如权利要求1所述的平面显示器位置检出装置，其特征在于，所述显示板上一碰触点的一维位置藉由所述光感测元件取得，所述碰触点的另一维位置根据所述一维位置与所述电控摆动元件的摆动角度获得。

13.如权利要求1所述的平面显示器位置检出装置，其特征在于，经由所述显示板上一碰触点反射而入射至所述光学系统的光束与所述光学系统的光轴的一夹角藉由所述光感测元件取得，该碰触点的X、Y位置根据所述夹角与所述电控摆动元件的摆动角度获得。

14.一种平面显示板上碰触位置检测方法，其特征在于，其包括：

发射一光束；

将所述光束周期性地反射至所述平面显示板的一显示平面或接近所述显示平面的上、下平面任一者，以使所述反射光束扫描范围涵盖整个显示平面；

撷取所述显示平面上一碰触点的一维位置影像信息或经由所述碰触点反射而入射至所述光学系统的光束与所述光学系统的光轴的一夹角；及

根据所述一维位置影像信息及所述光束与其反射光束的夹角取得所述碰触点的另一维位置，或者根据所述夹角及所述光束与其反射光束的夹角取得所述碰触点的另一维位置。

15.如权利要求14所述的平面显示板上碰触位置检测方法，其特征在于，所述光束为一平行光束。

16.如权利要求14所述的平面显示板上碰触位置检测方法，其特征在于，所述光束为一不可见光。