CN102163104A

CN102163104A - 光学式触控显示装置及其方法

Info

Publication number: CN102163104A
Application number: CN2010101117669A
Authority: CN
Inventors: 柯杰斌
Original assignee: Acer Inc
Current assignee: Acer Inc
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2011-08-24

Abstract

本发明公开一种光学式触控显示装置及其方法，光学式触控显示装置包含一显示屏幕、至少一影像撷取模块以及一处理模块。显示屏幕包含显示面板及发光模块，发光模块可发出不可见光；影像撷取模块可撷取位于所述显示屏幕前的物件被不可见光照射后所反射的不可见光影像；处理模块连结显示屏幕及影像撷取模块，并接收所述不可见光影像，且对所述不可见光影像进行影像特征分析后，调整不可见光的亮度。

Description

光学式触控显示装置及其方法

技术领域

本发明是有关于一种光学式触控显示装置及其方法，特别是有关于一种可调整不可见光强度的光学式触控显示装置及其方法。

背景技术

目前，红外线摄影机式的触控式屏幕是透过两个边角发出红外光照射到反光条形成光幕后，再通过两边角的传感器来接收光幕上的讯号变化，并以三角函数计算触控位置。红外线摄影机式的触控式屏幕的优点在于可以应用在大尺寸的触控显示器，但其具有触控显示器因需具备反光条而无法达到轻薄化的问题。

另外，内嵌式的光学式触控屏幕则是以设于面板内的传感器感测可见光的亮度的不同，进而辨识触控位置。光学式触控屏幕具有整合制程的优点，因而可达到降低面板厚度的目的，但其亦具有触控显示器必须在有一定亮度(环境光或背光模块发射可见光)的情况下才能进行触控的问题。

此外，现有的触控显示器背光光源亮度为定值，在近端触控影像分析时，影像中细微的差异无法被分辨；而在远端物体辨识时，其辨识解析度因触控显示器背光光源亮度为定值而受限。

发明内容

有鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的就是提供一种光学式触控显示装置及其方法，以解决光学式触控屏幕因光源亮度固定而产生的影像辨识不易的问题。

根据本发明的目的，提出一种光学式触控显示装置，包含一显示屏幕、至少一影像撷取模块以及一处理模块。其中，所述显示屏幕包含一显示面板及一发光模块，显示面板可用以显示一影像，发光模块则可发出一可见光及一不可见光。影像撷取模块用于撷取位于显示屏幕前的物件被不可见光照射后所反射的不可见光影像；处理模块则连结所述显示屏幕及所述影像撷取模块，并接收所述不可见光影像，且对此不可见光影像进行影像特征分析，并根据所述影像特征分析的结果调整不可见光的亮度。

其中，所述不可见光为红外光(Infrared，IR)。

其中，影像特征分析更包含灰度分布分析、轮廓分析、镜像分析或位置分析。

根据本发明的目的，又提出一种光学式触控方法，包含下列步骤：使用显示屏幕的发光模块发出不可见光，再以至少一影像撷取模块撷取位于显示屏幕前的物件被不可见光照射后所反射的不可见光影像，并以一处理模块接收所述不可见光影像，以对所述不可见光影像进行影像特征分析，再根据所述影像特征分析结果调整不可见光的亮度。

其中，不可见光为红外光(Infrared，IR)。

承上所述，依本发明的光学式触控显示装置及其方法，其可具有一个或多个下述优点：

(1)此光学式触控显示装置及其方法可以单独对近端触控、远端空间物体辨识或前述两者混合型态进行亮度调整；

(2)此光学式触控显示装置及其方法可以将影像特征的差异量或解析度提升，解决过亮或过暗的问题；

(3)此光学式触控显示装置及其方法可以适时调整亮度以达省电的功效；

(4)此光学式触控显示装置及其方法可以只用一个红外线模块即可达成近端触控及远端辨识的能力，可解决现有技术在近端触控及远端辨识需要两种红外光源的问题。

附图说明

图1所示为本发明中光学式触控显示装置的第一实施例方块图；

图2所示为本发明中光学式触控显示装置的第一实施例示意图；

图3所示为本发明中不可见光影像内物件轮廓的示意图；

图4所示为本发明中不可见光影像内镜像的示意图；以及

图5所示为光学式触控显示装置的第二实施例显示屏幕横切面示意图；以及

图6所示为本发明中光学式触控方法实施流程图。

具体实施方式

请参阅图1及图2，为本发明的光学式触控显示装置的第一实施例方块图及示意图。图中，光学式触控显示装置1包含显示屏幕11、第一影像撷取模块12、第二影像撷取模块13及处理模块14。显示屏幕11具有一显示面板111及一发光模块112。显示面板111可用以显示影像，此显示面板111较佳为非自发光显示面板(如液晶面板或电致变色面板)、自发光面板(如有机发光二极体(OLED)面板、高分子发光二极体(PLED)面板或电浆面板)或具有特殊设计的显示面板；所述特殊设计的显示面板可具有IR穿透光的独立次像素(Sub-pixel)或IR穿透光的原色次像素。而发光模块112包含一可见光模块113及一不可见光模块114。其中，不可见光模块114较佳为一红外光(IR)发光单元，以发出红外光，做为触控显示或物件辨识的光源基础。而所述不可见光模块114的发光方式可为持续发光；或配合影像撷取模块12、13间歇性发光，如仅在影像撷取模块12、13撷取影像时发光；或配合显示面板111的设定仅在特定画框(Frame)或特定频率才发出不可见光。

第一影像撷取模块12及第二影像撷取模块13可设置于显示屏幕11的左上方及右上方，所述第一影像撷取模块12与第二影像撷取模块13的视角可涵盖显示屏幕11的大部份区域，以分别撷取触控物件15于显示屏幕11前反射不可见光所产生的第一不可见光影像121与第二不可见光影像131。其中，显示屏幕11的表面或上方可定义为坐标侦测区域。

处理模块14连接显示屏幕11、第一影像撷取模块12及第二影像撷取模块13。处理模块14包含影像特征分析单元141、触控资料分析单元142与不可见光调整单元143；触控资料分析单元142可根据所接收的第一不可见光影像121及第二不可见光影像131分析出触控点数目、触控点位置、触控手势或触控高度等资讯；而影像特征分析单元142则可对第一不可见光影像121及第二不可见光影像131进行影像特征分析；不可见光调整单元143根据所述影像特征分析结果调整不可见光模块114的驱动电流或驱动电压，以控制不可见光的强度，以取得较佳解析度的不可见光影像121、131。上述的调整方式可将发光模块112所发出的不可见光强度设定为两段或两段以上，各段本身为一定亮度；或者可设定在一个周期内让不可见光强度随机变动调整亮度；又或者根据触控物件与显示屏幕的距离采取特定亮度的发光方式。

其中，所述影像特征分析可为灰度分布分析、轮廓分析、镜像分析或位置分析。所述灰度分布分析可以分析不可见光影像121、131本身的灰度分布，且可对不可见光影像121、131的全部区域或指定区域进行灰度分布分析。举例而言，对指定区域(例如50个像素)内的影像灰度分布分析后，取得此指定区域内的灰度分布变化，此灰度分布在此以0～63阶为例，但并不以此为限，当灰度为62～63的像素数目与指定区域内全部像素数目的比例超过一门限值时，则不可见光调整单元143可降低不可见光的强度，此门限值较佳为50％；或者当不可见光影像121、131本身灰度为0～32的像素数目与整个影像的像素数目比例小于10％时，则降低不可见光的强度；又或者搜寻整个不可见光影像121、131内一限定大小的区域，如50x50大小的区域，若灰度为60～63的像素数目与限定大小的区域内全部像素数目的比例超过门限值时，可降低不可见光的强度，直到所述比例低于门限值，此门限值较佳为40％。

轮廓分析可以是分析不可见光影像121、131的轮廓、边缘或形状，以判断不可见光影像中的触控物件是否对应至一限定图案或一非限定图案；所述限定图案较佳为人脸、手指等具有非几何图形、或具有几何图形形状的触控笔等。当不可见光影像121、131被判断为非限定图案时，则可对此非限定图案的影像轮廓边缘对应的像素进行灰度分析，当最高灰度与最低灰度的灰度值差异小于一门限值时，则可降低不可见光的亮度，以提高辨识能力。当不可见光影像121、131被判断为触控笔时，由于使用触控笔进行触控时不需要太强的光源进行触控行为，因此不可见光调整单元143可降低不可见光的亮度；若不可见光影像121、131被影像特征分析单元141判断为非几何图形而对应至人脸时，即可进行此非几何图形区域内各像素的灰度分布；当最高灰度与最低灰度的灰度值差异小于一门限值时，则可降低不可见光的亮度，以提高辨识能力，此门限值较佳为20。请参阅图3，为本发明的不可见光影像内物件轮廓的示意图。在图3中，当不可见光影像121、131被判断为显示屏幕11附近的手指21时，影像特征分析单元141可一并进行灰度分布分析以及轮廓分析，由于手指轮廓中面向显示屏幕11的部分会反射比较多的不可见光，因此可藉由灰度分布分析取得画面中较亮的区域，再由轮廓分析取得触控点22位置或触控手势。

当影像特征分析单元141分析出不可见光影像121、131中存在镜像41时，如图4所示，触控资料分析单元142则可分析出触控物件与显示屏幕11的接触点位置，并可由影像特征分析单元141对所述接触点22附近的区域进行灰度分布分析，例如对触控点22附近的十个像素进行分析，当像素数目的灰度值为62～63的比例高于门限值(如50％)时，则降低不可见光亮度，直至此例小于门限值。

位置分析则为分析触控物件与显示屏幕11的相对位置，此相对位置为触控物件的坐标值，以第一不可见光影像121与第二不可见光影像131搭配三角定位演算法计算触控物件的空间位置，此空间位置也就是触控物件在显示屏幕11的坐标侦测区域内的坐标值。此坐标值可为二维坐标或三维坐标。当触控物件的位置为近端触控位置，且接近坐标侦测区域的边缘，则可提高不可见光的亮度，以强化此区域内的光源辨识基础；又触控物件处于较远的三维位置时，如手掌距离显示屏幕11三十厘米处，且不可见光为照射近端触控区域，则由不可见光调整单元143调整不可见光进行提升亮度，使手掌能被照明清楚。当不可见光模块114中有多个红外光发射单元时，处理模块14更可根据触控物件与显示屏幕11的距离调整不可见光模块114的发光权重，如当人脸在距离显示屏幕11五十厘米能够被最清楚的辨识时，可调整80％的红外光发射单元对近端发光，20％的红外光发射单元对远端发光；而当人脸在距离显示屏幕11一百厘米能够被最清楚的辨识时，可调整20％的红外光发射单元对近端发光，80％的红外光发射单元对远端发光。此调整方式包含对发射不可见光的发光模块112的供电量、扫描方式或解析度等进行调整。

请注意，上述各种分析的启动方式可为手动启动、自动启动或侦测后启动。手动启动为使用者自行手动调整不可见光强度。自动启动则为使用软件根据不同的触控物件自动调整不可见光亮度。而侦测后启动则为发光模块112持续发射不可见光，直到触控物件进入坐标侦测区域后，由影像撷取模块12、13取得不可见光影像121、131，并由处理模块进行分析，再根据分析结果调整不可见光强度。本发明藉由调整不可见光强度可实现单独对近端触控、远端空间物体辨识或前述两者混合型态进行亮度调整，以提高辨识能力，并可适时的降低不可见光亮度以达省电之功效。

请参阅图5，为光学式触控显示装置的第二实施例显示屏幕横切面示意图。与第一实施例相较，其差异在于第二实施例的影像撷取模块51是设置在显示面板111之内，且影像撷取模块51上更设置有滤波单元116来吸收可见光，藉此影像撷取模块51可撷取触控物件15在显示屏幕11上或附近所反射的不可见光1512。且显示屏幕11的背光模块115可发出可见光及不可见光1511，另背光模块115可为直下式(Direct-lit)或侧光式(Edge-lit)的方式设置于显示面板111的下方，并藉由不可见光发射单元152发出不可见光1511。请注意，在此实施例中，影像撷取模块51的设置位置虽然是在显示面板111之内，但仅为举例，并不以此为限，影像撷取模块51还可以外贴于显示面板111上。另外，在第二实施例中，不可见光发射单元152的数目可为一个亦可为多个，当不可见发射单元152的数目为一时，不可见光调整单元143(图5中未示)可根据触控物件15的坐标位置调整不可见光1511的亮度，藉此以实现使用一个不可见发射单元152来完成近端触控及远端影像辨识功能；而当有多个不可见发射单元152时，可实现在显示屏幕11前的面状感测。第一实施例与第二实施例的其余部分皆为相同，就不在此赘述。

请参阅图6，为本发明的光学式触控方法实施流程图。在图6中，所述光学式触控方法包含下列步骤：

S10：使用显示屏幕的发光模块发出不可见光。

S20：以影像撷取模块撷取位于显示屏幕前物件被不可见光照射后所反射的不可见光影像。

S30：通过处理模块接收不可见光影像，并对所述不可见光影像进行影像特征分析。

S40：利用处理模块根据影像特征分析的结果调整不可见光的亮度。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本发明的保护范围中。

Claims

1.一种光学式触控显示装置，其特征在于，包含：

一显示屏幕，包含一显示面板及一发光模块，该显示面板用于显示一影像，该发光模块系发出一可见光及一不可见光；

至少一影像撷取模块，用于撷取位于所述显示屏幕之前的物件被所述不可见光照射后所反射的不可见光影像；以及

一处理模块，连结所述显示屏幕及所述至少一影像撷取模块，并接收所述不可见光影像，以对所述不可见光影像进行影像特征分析，并根据所述影像特征分析的结果调整所述不可见光的亮度。

2.如权利要求1所述的光学式触控显示装置，其特征在于，所述影像特征分析包含灰度分布分析、轮廓分析、镜像分析或位置分析。

3.如权利要求2所述的光学式触控显示装置，其特征在于，所述处理模块进行灰度分布分析时，根据所述不可见光影像的灰度分布的比例是否超越一门限值，选择调高或降低所述不可见光的亮度。

4.如权利要求2所述的光学式触控显示装置，其特征在于，所述处理模块进行轮廓分析时，判断所述不可见光影像对应至一限定图案或一非限定图案，并根据对应所述非限定图案的所述不可见光影像轮廓边缘的灰度差异是否大于一第一门限值，或根据对应所述限定图案的所述不可见光影像的影像内容灰度差异是否大于一第二门限值，以调整所述不可见光的亮度。

5.如权利要求2所述的光学式触控显示装置，其特征在于，所述不可见光影像包含所述物件接触所述显示屏幕的镜像，所述处理模块根据所述镜像进行镜像分析，以取得所述物件与所述显示屏幕的接触点位置，并判断所述不可见光影像中包含所述接触点位置的区域的灰度分布比例是否超过一门限值，以调整所述不可见光的亮度。

6.如权利要求2所述的光学式触控显示装置，其特征在于，所述位置分析是判断所述物件与所述显示屏幕的相对位置。

7.一种光学式触控方法，其特征在于，包含下列步骤：

使用显示屏幕的发光模块发出不可见光；

通过一影像撷取模块撷取位于所述显示屏幕前的物件被所述不可见光照射后所反射的不可见光影像；通过一处理模块接收所述不可见光影像，并对所述不可见光影像进行影像特征分析；以及

通过所述处理模块根据所述影像特征分析的结果调整所述不可见光的亮度。

8.如权利要求7所述的光学式触控方法，其特征在于，所述影像特征分析包含灰度分布分析、轮廓分析、镜像分析或位置分析。

9.如权利要求8所述的光学式触控方法，其特征在于，当所述处理模块进行灰度分布分析时，所述光学式触控方法具体包括：

根据所述不可见光影像的灰度分布比例是否超越一门限值，以调整所述不可见光的亮度。

10.如权利要求8所述的光学式触控方法，其特征在于，当该处理模块进行轮廓分析时，所述光学式触控方法具体包括：

判断所述不可见光影像对应至一限定图案或一非限定图案，并根据对应所述非限定图案的所述不可见光影像轮廓边缘的灰度差异是否大于一第一门限值，或根据对应所述限定图案的所述不可见光影像的影像内容灰度差异是否大于一第二门限值，以调整所述不可见光的亮度。

11.如权利要求8所述的光学式触控方法，其特征在于，所述不可见光影像包含所述物件接触所述显示屏幕的镜像，所述光学式触控方法具体包括：

所述处理模块根据该镜像进行镜像分析，以取得所述物件与所述显示屏幕的接触点位置，并判断包含所述接触点位置的区域的灰度分布比例是否超过一门限值，以调整所述不可见光的亮度。

12.如权利要求8所述的光学式触控方法，其特征在于，所述位置分析是判断所述物件与所述显示屏幕的相对位置。