CN102736792A - 光学式触控系统 - Google Patents

Abstract

一种光学式触控系统，包含一个触控区域、一个具有四个围绕该触控区域的导光条的导光单元、一个发光单元，及一个具有至少三个朝向该触控区域的影像感测器的感测单元，所述导光条分别具有一个第一端、一个沿一个导光条长度方向相反于该第一端的第二端，及一个连接于该第一、二端之间并朝向该触控区域的出光面，所述导光条之间定义出一个第一角落区、一个第二角落区，及一个位于该第一角落区对角的第三角落区，该发光单元具有两个设置于该第一角落区并分别朝向邻近的其中两个导光条的第一端的第一发光源，及两个设置于该第三角落区并分别朝向邻近的另两个导光条的第一端的第二发光源，所述第一、二发光源发射的光线是借由所述导光条的出光面射入到该触控区域，所述影像感测器分别设置于该第一、二、三角落区。

Description

光学式触控系统

技术领域

本发明涉及一种触控系统，特别是涉及一种光学式触控系统。

背景技术

目前常见的一种光学触控定位系统(例如美国专利第4507557号、第5196835号)是将数个点状光源放在数个分别位于一个触控感应区的角落的影像感测器附近，让光线投向该触控感应区四周，并在该触控感应区四周分别贴上一条定向反光片，以使背景变亮并分别形成一个明亮带；因此，当使用者的手指触摸该触控感应区时，即会在所述明亮带上产生较黑的手指影像，在所述影像感测器接收到的明亮带影像上会有一部份区域显示较黑的手指影像，即可找出用户的手指在所述明亮带上的相对位置，如此，再利用三角函数关系进行运算，即可求出使用者的手指在该触控感应区的位置。

然而，由于光线打到手指再反射到所述影像感测器的距离，恒比光线打到所述定向反光片再反射到所述影像感测器的距离短，因此，当手指过于靠近所述点状光源时，手指的影像常常会产生过亮的情形，导致与背景的明亮带互相混淆，而不易正确地计算出手指的所在位置；此外，当手指触摸该感应区时，除了手指本身在背景的明亮带上会产生的影像外，还会产生手指的阴影，然而，由于所述点状光源与所述影像感测器一般均不同轴，因此，在不同位置上的手指影像与手指阴影，常会使得计算出的手指位置与手指的真正位置产生偏差，造成定位错误。

如此，为了改善上述光学触控定位系统的缺点，便有人提出改良过后的光学触控定位系统(例如美国专利第6100538号)，此种光学触控定位系统是使用会吸收光线的背景，以让背景变暗，并搭配一个尖端会发亮的笔尖来作为一个定位工具。然而，由于要使用到特殊的定位工具，因此，此种光学触控定位系统在使用上和维护上都有其限制；此外，由于变暗的背景很难分辨出其边界在何处，因此，在计算笔尖与背景的相对位置时往往会产生很大的误差。

另外，也有人提出其它型式的光学触控定位系统(例如美国专利第7202860号)，此种光学触控定位系统亮、暗讯号都可以使用，其背景是用定向反射片造成一个固定亮度的背景，因此，当手指来触碰时会在背景前形成暗区，相反地，当发亮的笔尖来定位时则会形成亮区。虽然，此种光学触控定位系统兼具上述两种光学触控定位系统的优点与缺点，但是，却无法将两者的优、缺点加以互补，因此，当用手指触控时，仍会产生和上述第一种光学触控定位系统相同的问题。

再者，当上述这几种光学触控定位系统进行多点触控时，由于这些光学触控定位系统均必须设置至少三个在触控感应区不同角落的影像感测器，因此，这些光学触控定位系统的点状光源常常会出现于所述影像感测器的视野内，并与所述影像感测器视野内的其它影像亮度产生很大的差异，而会造成严重的干扰。为了解决这个干扰的问题，便有光学触控定位系统(例如美国专利第7232986号)采用不同波长的光源来加以区分，同时，影像感测器也用不同的滤光片，以滤掉干扰光源的影响；然而，这样的安排只能降低干扰，而且制作这些滤光片的成本高且良率低，此外，因为只让特定波长的光线通过，在使用时更会明显降低影像的亮度。

由于上述这几种在触控感应区角落出光，并搭配可反射或吸收光线的背景的光学触控定位系统均会产生不同的问题，因此，最方便的方式就是让背景主动产生条状亮光，只靠多个影像感测器来接收手指遮断亮光条的相对位置，进而计算出手指在触控感应区的位置。目前采用的方式均是直接在背景上布置线性光源，让光源直接射向触控感应区，例如美国专利第4144449号是采用荧光灯作为光源，再用上、下遮板遮挡出一条让光线通过的缝；另外，又如美国专利第6972401号则是采用数个呈线性排列的发光二极管灯(LED)来当光源，并遮上一片扩散片来达到让光线均匀的目的。然而，这两种设计都很难缩小边框体积，均有体积过大的问题；同时，其耗电量也大，并不符合未来省电与轻薄短小的产品发展趋势；此外，利用光源直接投射，不易让出光亮度分布达到整体均匀的效果，仍会产生背景影像的亮度不均的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可使影像感测器在导光条的长度方向上拍摄到相对亮度均匀的明亮带影像的光学式触控系统。

本发明的光学式触控系统，包含一个触控区域、一个导光单元、一个发光单元，及一个感测单元。该导光单元具有四个围绕该触控区域的导光条，所述导光条分别具有一个第一端、一个沿一个导光条长度方向相反于该第一端的第二端，及一个连接于该第一、二端之间并朝向该触控区域的出光面，所述导光条之间定义出一个第一角落区、一个第二角落区，及一个位于该第一角落区对角的第三角落区。该发光单元具有两个设置于该第一角落区并分别朝向邻近的其中两个导光条的第一端的第一发光源，及两个设置于该第三角落区并分别朝向邻近的另两个导光条的第一端的第二发光源，所述第一、二发光源发射的光线是借由所述导光条的出光面射入到该触控区域。该感测单元具有至少三个朝向该触控区域的影像感测器，所述影像感测器分别设置于该第一、二、三角落区。

本发明的光学式触控系统，对于任一个导光条的出光面，可接收到该出光面光线的其中一个影像感测器所形成的一个出光面影像的相对亮度，满足下列条件：

E_1，max-E_1，mean＜0.5E_1，mean

E_1，mean-E_1，min＜0.5E_1，mean

E_1，max：该出光面影像的一个相对亮度最大值；

E_1，mean：该出光面影像的一个相对亮度平均值；

E_1，min：该出光面影像的一个相对亮度最小值。

本发明的光学式触控系统，对于任一个导光条的出光面，可接收到该出光面光线的两个影像感测器所形成的两个出光面影像的相对亮度，满足下列条件：

E_1，mean≠E_2，mean

E_1，mean：其中一个影像感测器的出光面影像的一个相对亮度平均值；

E_2，mean：另一个影像感测器的出光面影像的一个相对亮度平均值。

本发明的光学式触控系统，其中两个导光条的第一端与所述第一发光源均位于该感测单元设置于该第一角落区的影像感测器的两侧，另两个导光条的第一端与所述第二发光源均位于该感测单元设置于该第三角落区的影像感测器的两侧。

本发明的光学式触控系统，该导光单元还具有四个分别设置于每一个导光条的反射元件，每一个导光条还具有一个形成于该第一端的入光面，每一个反射元件不遮蔽每一个导光条的入光面与出光面，每一个反射元件将非从每一个导光条的入光面与出光面折射出的光线反射回每一个导光条。

本发明的光学式触控系统，每一个导光条还具有两个沿该导光条长度方向延伸并互相平行的工作面，每一个工作面连接于该第一、二端与该出光面之间，所述工作面的其中一者形成有一个散射区，该散射区具有数个微型散射结构，且该散射区的散射能力从该入光面朝该第二端变化。

本发明的光学式触控系统，每一个导光条形成有该散射区的工作面具有一个不小于50的长宽比值。

本发明的光学式触控系统，该导光单元还具有四个分别容纳所述导光条与所述反射元件的壳体，及四个分别设置于所述壳体的扩散片，每一个反射元件设置于每一个壳体与每一个导光条之间，每一个扩散片遮蔽每一个导光条的出光面。

本发明的光学式触控系统，每一个壳体具有一个遮蔽每一个导光条的第二端的端壁。

本发明的有益效果在于：利用该导光单元与该发光单元的配合设计，让在该触控区域四周的导光条的相对亮度分布曲线从该第一端到该第二端均呈均匀分布，而让所述影像感测器在所述导光条的导光条长度方向上均能拍摄到相对亮度均匀的明亮带影像，以正确地找出使用者的手指暗影在明亮带影像上的相对位置，而求出用户的手指在该触控区域的正确位置。

附图说明

图1是本发明的光学式触控系统一较佳实施例的立体示意图；

图2是该较佳实施例运用于一个触控区域长边的一个导光模组的立体分解示意图；

图3是图2的组合剖视示意图；

图4是该较佳实施例运用于该触控区域长边的一个导光条的平面示意图；

图5是图4的导光条的剖视示意图；

图6是图4的导光条的一个工作面的一个散射区的表面平均粗糙度分布图；

图7是该较佳实施例运用于该触控区域短边的一个导光条的平面示意图；

图8是图7的导光条的剖视示意图；

图9是图7的导光条的一个工作面的一个散射区的表面平均粗糙度分布图；

图10是图1一个第一角落区的局部放大平面示意图；

图11是图1一个第三角落区的局部放大平面示意图；

图12是图1一个第二角落区的局部放大平面示意图；

图13该较佳实施例的平面示意图，说明使用者用一个手指或两个手指碰触该触控区域；

图14是该较佳实施例位于该第一角落区的一个影像感测器实际拍摄的一个出光面影像的影像图；

图15是量取图14的出光面影像的一条明亮带上各点的相对亮度值后绘成的一个相对亮度分布曲线的曲线图；

图16是一类似图15的视图，说明量取图14的出光面影像的另一条明亮带上各点的相对亮度值后绘成的一个相对亮度分布曲线的曲线图；

图17是一类似图14的视图，说明该较佳实施例位于该第二角落区的一个影像感测器实际拍摄的一个出光面影像的影像图；

图18是量取图17的出光面影像的一条明亮带上各点的相对亮度值后绘成的一个相对亮度分布曲线的曲线图；

图19是一类似图18的视图，说明量取图17的出光面影像的另一条明亮带上各点的相对亮度值后绘成的一个相对亮度分布曲线的曲线图；

图20是一类似图14的视图，说明该较佳实施例位于该第三角落区的一个影像感测器实际拍摄的一个出光面影像的影像图；

图21是量取图20的出光面影像的一条明亮带上各点的相对亮度值后绘成的一个相对亮度分布曲线的曲线图；

图22是一类似图21的视图，说明量取图20的出光面影像的另一条明亮带上各点的相对亮度值后绘成的一个相对亮度分布曲线的曲线图；

图23是使用者用一个手指碰触该触控区域后，该较佳实施例位于该第一角落区的影像感测器实际拍摄的一个出光面影像的影像图；

图24是量取图23的出光面影像的一条明亮带上各点的相对亮度值后绘成的一个相对亮度分布曲线的曲线图；

图25是一类似图23的视图，说明该较佳实施例位于该第二角落区的影像感测器实际拍摄的一个出光面影像的影像图；

图26是量取图25的出光面影像的一条明亮带上各点的相对亮度值后绘成的一个相对亮度分布曲线的曲线图；

图27是一类似图23的视图，说明该较佳实施例位于该第三角落区的影像感测器实际拍摄的一个出光面影像的影像图；

图28是量取图27的出光面影像的一条明亮带上各点的相对亮度值后绘成的一个相对亮度分布曲线的曲线图；

图29是使用者用两个手指碰触该触控区域后，该较佳实施例位于该第一角落区的影像感测器实际拍摄的一个出光面影像的影像图；

图30是量取图29的出光面影像的一条明亮带上各点的相对亮度值后绘成的一个相对亮度分布曲线的曲线图；

图31是一类似图29的视图，说明该较佳实施例位于该第二角落区的影像感测器实际拍摄的一个出光面影像的影像图；

图32是量取图31的出光面影像的一条明亮带上各点的相对亮度值后绘成的一个相对亮度分布曲线的曲线图；

图33是一类似图29的视图，说明该较佳实施例位于该第三角落区的影像感测器实际拍摄的一个出光面影像的影像图；

图34是量取图33的出光面影像的一条明亮带上各点的相对亮度值后绘成的一个相对亮度分布曲线的曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚地明白。

参阅图1，为本发明光学式触控系统的较佳实施例，该光学式触控系统包含：一个导光单元100、一个发光单元200、一个感测单元300，及一个触控区域400。

如图1、2、3所示，该导光单元100具有四个围绕该触控区域400的导光条10I、10II、10III、10IV、四个分别设置于所述导光条10I、10II、10III、10IV的反射元件20、四个分别容纳所述导光条10I、10II、10III、10IV与所述反射元件20的壳体30、四个分别设置于所述壳体30的扩散片40，及四个分别设置于所述壳体30的消光材料50。所述导光条10I、10II、10III、10IV之间定义出一个第一角落区110、一个第二角落区120、一个位于该第一角落区110对角的第三角落区130，及一个位于该第二角落区120对角的第四角落区140。在本实施例中，所述导光条10I、10II、10III、10IV围绕出实质上呈矩形的该触控区域400，且该第一、二、三、四角落区110、120、130、140实质上均是90度。

在本实施例中，所述导光条10I、10II、10III、10IV与所述反射元件20、所述壳体30、所述扩散片40及所述消光材料50可组成四个分别设置于该触控区域400四周的导光模组，每一个导光模组的导光条10I、10II、10III、10IV、反射元件20、壳体30、扩散片40与消光材料50的构造与元件间的连接关系均相同，不同之处在于，位于本发明光学式触控系统两个长边位置的所述导光条10I、10II具有相同的尺寸大小，配合所述导光条10I、10II的导光模组的反射元件20、壳体30与扩散片40具有相同的尺寸大小，另外，位于本发明光学式触控系统两个短边位置的所述导光条10III、10IV具有相同的尺寸大小，配合所述导光条10III、10IV的导光模组的反射元件20、壳体30与扩散片40具有相同的尺寸大小。要说明的是，在图2、3中，是以该导光条10I为例说明。

所述导光条10I、10II、10III、10IV分别具有一个第一端11、一个沿一个导光条长度方向X相反于该第一端11的第二端12、一个形成于该第一端11的入光面13、一个连接于该第一、二端11、12之间并朝向该触控区域400的出光面14、两个沿该导光条长度方向X延伸并互相平行的工作面15、16，及一个相反于该出光面14的背面17。在本实施例中，该工作面15的宽度为4mm，该出光面14的高度为1.6mm，所述导光条10I、10II、10III、10IV的外形实质上接近一种截面呈矩形的板材，换句话说，所述导光条10I、10II、10III、10IV在垂直于该导光条长度方向X的截面积实质上保持固定。

在本实施例中，该入光面13是抛光面，光滑的入光面13可维持光线的全反射，并减少不必要的漏光，该第二端12是一个粗糙面，粗糙的表面可让大部份的光线直接折射出去离开该导光条10I，避免有太多的光线在该出光面14靠近于该第二端12的地方射出。

所述工作面15、16分别连接于该第一、二端11、12与该出光面14之间，且分别垂直于该出光面14及该背面17，如此该出光面14的外形轮廓呈矩形。

如图4、5、6所示，所述导光条10I、10II  具有一个沿该导光条长度方向X延伸的长度L，在本实施例中，所述导光条10I、10II的长度L为475mm，所述导光条10I、10II适用于长边短边比值为16∶9的触控区域400的长边。所述导光条10I、10II的工作面15的外形轮廓是呈矩形，并具有一个不小于50的长宽比值(长度/宽度)，在本实施例中，

该工作面15形成有一个散射区151，该散射区151具有数个微型散射结构152，该散射区151在一个垂直于该导光条长度方向X的宽度方向Y上的一个宽度W沿该导光条长度方向X实质上保持一个定值，而布满该工作面15，换句话说，该散射区151也是呈现一矩形。

所述微型散射结构152是一个个凸出于表面的不固定形状凸点，借由不同凸点分布密度的设计，如图5所示，使得该散射区151距离该入光面13沿该导光条长度方向X上不同位置处，具有不同的表面平均粗糙度Ra，在本实施例中，该散射区151的表面平均粗糙度Ra从该入光面13朝该第二端12增加，将该散射区151沿该导光条长度方向X距离该入光面13的不同位置(单位为mm)处的表面平均粗糙度Ra，整理如下表(一)及图6：

表(一)

位置	10	30	50	70	90	110	130	150	170	190
											Ra	0.067	0.062	0.068	0.083	0.067	0.07	0.061	0.07	0.076	0.07
位置	210	230	250	270	290	310	330	350	370	390
											Ra	0.084	0.079	0.06	0.074	0.063	0.079	0.18	0.215	0.199	0.25
位置	410	430	450	470
											Ra	0.311	0.399	0.434	0.558

因为所述微型散射结构152是一个个凸出于表面的不固定形状凸点，所以该散射区151的表面平均粗糙度Ra从该入光面13朝该第二端12增加，即表示所述微型散射结构152在分布密度上也会随着增加，因为所述微型散射结构152分布密度高的区域对于光线产生散射的能力也会较高，换句话说，借由所述微型散射结构152的分布使得该散射区151产生散射的能力从该入光面13朝该第二端12增加。值得说明的是，除了所述微型散射结构152的分布密度之外，还有其它因素可以使表面平均粗糙度Ra产生变化，例如凸点的高度及外径等，配合分布密度一起变化，可以达到产生散射能力不同的更佳效果。

如图7、8、9所示，所述导光条10III、10IV还具有一个沿该导光条长度方向X延伸的长度L，在本实施例中，所述导光条10III、10IV的长度L为267mm，所述导光条10III、10IV适用于长边短边比值为16∶9的触控区域400的短边。此外，在本实施例中，所述导光条10III、10IV的工作面15的长宽比值

该散射区151的表面平均粗糙度Ra从该入光面13朝该第二端12先增加再维持稳定，将该散射区151距离该入光面13沿该导光条长度方向X上不同位置(单位为mm)处的表面平均粗糙度Ra，整理如下表(二)及图9：

表(二)

位置	5	15	25	35	45	55	65	75	85
										Ra	0.0029	0.041	0.0679	0.0782	0.095	0.1178	0.1078	0.1223	0.1365

位置	95	105	115	125	135	145	155	165	175
										Ra	0.1228	0.1152	0.1104	0.1378	0.1347	0.1082	0.1276	0.1284	0.1178
位置	185	195	205	215	225	235	245	255	265
										Ra	0.1031	0.1161	0.1218	0.1395	0.1461	0.1555	0.1612	0.1361	0.1087

因为所述微型散射结构152也是一个个凸出于表面的不固定形状凸点，所以该散射区151的表面平均粗糙度Ra从该入光面13朝该第二端12先增加再维持稳定，即表示所述微型散射结构152在分布密度上也会随着先增加再维持稳定，一般而言，所述微型散射结构152分布密度高的区域对于光线产生散射的能力也会较高，换句话说，借由所述微型散射结构152的分布使得该散射区151产生散射的能力从该入光面13朝该第二端12先增加再维持稳定。加上该反射元件20的配合，将让该出光面14离光源较远的部份也因对应具有较高分布密度的所述微型散射结构152，得到出光量的补充。

如图2、3所示，该反射元件20设置于该壳体30与该导光条10I之间，并固设于该壳体30，该反射元件20不遮蔽该导光条10I的第二端12、入光面13与出光面14，该反射元件20具有一个遮蔽该工作面15的上反射壁21、一个平行该上反射壁21并遮蔽该工作面16的下反射壁22，及一个沿该导光条长度方向X连接于该上、下反射壁21、22之间并遮蔽该背面17的背反射壁23，该上、下反射壁21、22与该背反射壁23配合界定出一个容置该导光条10I的容置空间24。在本实施例中，该上、下反射壁21、22与该背反射壁23是一种具有高反射能力的反射片，且与该导光条10I在该入光面13、出光面14之外的各面之间具有一个空气间隙，较佳地，该上、下反射壁21、22与该背反射壁23是反射率大于80％的纸材，且非镜面表面而有助于光线的扩散效果，该反射元件20可将非从该导光条10I的入光面13与出光面14折射出的光线反射回该导光条10I，如此，可促使由该入光面13进入该导光条10I的光线，最终从该出光面14射出，增加出光效率。

值得说明的是，通过上述该散射区151的所述微型散射结构152在分布密度上的不同，所述导光条10I、10II的散射区151产生散射的能力是从该入光面13朝该第二端12增加(见图4、5)，而所述导光条的10III、10IV的散射区151产生散射的能力是从该入光面13朝该第二端12先增加再维持稳定(见图7、8)，加上该反射元件20的配合，将让该出光面14离光源较远的部份也因对应具有较高分布密度的所述微型散射结构152，得到出光量的补充。另外，所述微型散射结构152的不固定形状凸点设计，使得该出光面14的出光分布具有无指向性，或者是指向性极弱。

如图2、3所示，该壳体30容纳该导光条10I与该反射元件20，该壳体30具有一个遮蔽该上反射壁21的上壁31、一个平行该上壁31并遮蔽该下反射壁22的下壁32、一个遮蔽该背反射壁23的背壁33，及一个遮蔽该导光条10I的第二端12的端壁34。该背壁33沿该导光条长度方向X连接于该上、下壁31、32之间，该端壁34连接于该上、下壁31、32与该背壁33之间，该上、下壁31、32、该背壁33与该端壁34配合界定出一个容纳该导光条10I与该反射元件20的容纳空间35。

在本实施例中，该壳体30的材质是金属，可固定并强化该导光条10I，且，该反射元件20是固设于该壳体30上，该壳体30可避免该反射元件20直接与该导光条10I完全贴合，即让该反射元件20与该导光条10I在该入光面13、该出光面14之外的各面之间具有一个空气间隙，以免破坏光线的全反射效果。

如图2、3所示，该扩散片40围绕地设置于该壳体30，并遮蔽该导光条10I的出光面14，该扩散片40可增加光线的扩散效果，此外，利用该扩散片40可对整个模组封装，让产品整体完整化，且封装用的扩散片40也可视实际的产品需求，而染上不同的颜色。值得说明的是，如果只考虑光线的扩散效果，只需要在该导光条10I的出光面14前设置该扩散片40，其余各面可以不设置。

如图2所示，该消光材料50设置于该壳体30的端壁34并朝向该导光条10I的第二端12，该消光材料50可吸收从该第二端12折射出的光线。

如图10、11所示，该发光单元200具有两个设置于该第一角落区110并分别朝向邻近的所述导光条10I、10IV的第一端11的第一发光源210，及两个设置于该第三角落130并分别朝向邻近的所述导光条10II、10III的第一端11的第二发光源220，所述第一、二发光源210、220发射的光线是借由所述导光条10I、10IV与所述导光条10II、10III的出光面14射入到该触控区域400。在本实施例中，所述第一、二发光源210、220是一种发光二极管(LED)光源。

如图10、11、12所示，该感测单元300具有三个分别朝向该触控区域400的影像感测器310、320、330，所述影像感测器310、320、330分别设置于该第一、二、三角落区110、120、130，且每一个影像感测器310、320、330的视场角(view of  field)大于90度，如此，借由分别设置于该第一、二、三角落区110、120、130，所述影像感测器310、320、330将可看到所有在该触控区域400内的物体；在本实施例中，所述导光条10I、10IV的第一端11与所述第一发光源210均位于该感测单元300设置于该第一角落区110的影像感测器310的两侧，所述导光条10II、10III的第一端11与所述第二发光源220均位于该感测单元300设置于该第三角落130的影像感测器330的两侧。

借此，如图13所示，所述影像感测器320、330分别相对该触控区域400下方的导光模组的导光条10I位于两个特定位置，该第一发光源210发射光线经该导光条10I的入光面13射入，在该导光条10I内利用全反射现象，使光线沿该导光条长度方向X扩散，并利用该散射区151(见图4)的所述微型散射结构152(见图4)向任意方向散射，再配合该反射元件20(见图3)的反射能力与该扩散片40(见图3)的扩散效果，使光线最后朝该出光面14射出，如此，位于两个特定位置所述影像感测器320、330分别可接收到该导光条10I的出光面14的光线，各拍摄到一个导光条影像。此外，在本实施例中，所述影像感测器320、330的光轴与该触控区域400的相邻短边均夹一个45°的夹角，所述影像感测器320、330的光轴均会与下方的导光模组相交，这样表示该导光条10I的出光面14所发射的光线对所述影像感测器320、330而言，会以通过光轴两侧的方式进入所述影像感测器320、330。

此外，所述影像感测器310、320分别相对该触控区域400左方的导光模组的导光条10III位于两个特定位置，如此所述影像感测器310、320的光轴与该触控区域400的共同相邻短边均夹一个45°的夹角，且所述影像感测器310、320的光轴均不会与左方的导光模组相交，这样表示该导光条10III的出光面14所发射的光线对所述影像感测器310、320而言，均会以通过光轴一侧的方式进入所述影像感测器310、320，而与上述该导光条10I会以通过光轴两侧的方式进入所述影像感测器320、330有所不同，所以需要所述微型散射结构152(见图7)的分布使得该散射区151(见图7)产生散射的能力从该入光面13朝该第二端12先增加再维持稳定，以避免在该出光面14靠近于该第二端12的地方有太多光线折射出去。如此，该第二发光源220发射光线经该导光条10III的入光面13射入，在该导光条10III内利用全反射现象，使光线沿该导光条长度方向X扩散，并利用该散射区151(见图7)的所述微型散射结构152(见图7)向任意方向散射，再配合该反射元件20(见图3)的反射能力与该扩散片40(见图3)的扩散效果，使光线最后朝该出光面14射出，如此，位于两个特定位置所述影像感测器310、320分别可接收到该导光条10III的出光面14的光线，各拍摄到一个导光条影像。

接着，如图13、14所示，其中，图14为位于该第一角落区110的影像感测器310实际拍摄该触控区域400上方与左方的导光条10II、10III后的一个出光面影像510的影像图，该出光面影像510可区分成两段，左边这段具有一条明亮带511，右边这段则具有一条明亮带512，其中，该明亮带511为该导光条10III的出光面14的影像，该明亮带511的右端代表该入光面13，该明亮带511的左端代表该第二端12。该明亮带512为该导光条10II的出光面14的影像，该明亮带512的左端代表该入光面13，该明亮带512的右端代表该第二端12。

配合参阅图15，图15为量取该明亮带511上各点的相对亮度值后绘成沿该导光条长度方向X上的一个相对亮度分布曲线513的曲线图，计算该明亮带511上各点的相对亮度后，可得该明亮带511的相对亮度平均值为145.1070，相对亮度最大值与相对亮度平均值的差值为61.6647，相对亮度平均值与相对亮度最小值的差值为63.1316，由此可知，该导光条10III的明亮带511的相对亮度最大值与相对亮度平均值之间的差值为相对亮度平均值的42.4％，而相对亮度平均值与相对亮度最小值的差值为相对亮度平均值的43.5％，均小于相对亮度平均值的50％，此即表示该导光条10III的相对亮度分布曲线513从右端到左端呈均匀分布。

配合参阅图16，图16为量取该明亮带512上各点的相对亮度值后绘成沿该导光条长度方向X上的一个相对亮度分布曲线514的曲线图，计算该明亮带512上各点的相对亮度后，可得该明亮带512的相对亮度平均值为189.8230，相对亮度最大值与相对亮度平均值的差值为50.1769，相对亮度平均值与相对亮度最小值的差值为75.6761，由此可知，该导光条10II的明亮带512的相对亮度最大值与相对亮度平均值之间的差值为相对亮度平均值的26.4％，而相对亮度平均值与相对亮度最小值的差值为相对亮度平均值的39.8％，均小于相对亮度平均值的50％，此即表示该导光条10II的相对亮度分布曲线514从左端到右端呈均匀分布。

接着，如图13、17所示，其中，图17为位于该第二角落区120的影像感测器320实际拍摄该触控区域400下方与左方的导光条10I、10III后的一个出光面影像520的影像图，其中，该出光面影像520中的一条明亮带521为该导光条10I的出光面14的影像，该明亮带521的左端代表该入光面13，该明亮带521的右端代表该第二端12。该出光面影像520中的一条明亮带522为该导光条10III的出光面14的影像，该明亮带522的右端代表该入光面13，该明亮带522的左端代表该第二端12。

配合参阅图18，图18为量取该明亮带521上各点的相对亮度值后绘成沿该导光条长度方向X上的一个相对亮度分布曲线523的曲线图，计算该明亮带521上各点的相对亮度后，可得该明亮带521的相对亮度平均值为166.1990，相对亮度最大值与相对亮度平均值的差值为73.8013，相对亮度平均值与相对亮度最小值的差值为80.2236，由此可知，该导光条10I的明亮带521的相对亮度最大值与相对亮度平均值之间的差值为相对亮度平均值的44.4％，而相对亮度平均值与相对亮度最小值的差值为相对亮度平均值的48.2％，均小于相对亮度平均值的50％，此即表示该导光条10I的相对亮度分布曲线523从左端到右端呈均匀分布。

配合参阅图19，图19为量取该明亮带522上各点的相对亮度值后绘成沿该导光条长度方向X上的一个相对亮度分布曲线524的曲线图，计算该明亮带522上各点的相对亮度后，可得该明亮带522的相对亮度平均值为122.4380，相对亮度最大值与相对亮度平均值的差值为36.9660，相对亮度平均值与相对亮度最小值的差值为29.9352，由此可知，该导光条10III的明亮带522的相对亮度最大值与相对亮度平均值之间的差值为相对亮度平均值的30.1％，而相对亮度平均值与相对亮度最小值的差值为相对亮度平均值的24.4％，均小于相对亮度平均值的50％，此即表示该导光条10III的相对亮度分布曲线524从右端到左端呈均匀分布。另外，由图15及图19可知，该导光条10III可以让位于该第一角落区110的该影像感测器310及位于该第二角落区120的该影像感测器320都拍摄到相对亮度均匀分布的影像，且比较图15、19可知，该导光条III的出光面14对可接收到该出光面14光线的两个影像感测器310、320所形成的两个出光面影像510、520的两个明亮带511、522的相对亮度平均值(145.1070与122.4380)并不相等。

接着，如图13、20所示，其中，图20为位于该第三角落区130的影像感测器330实际拍摄该触控区域400下方与右方的导光条10I、10IV后的一个出光面影像530的影像图，其中，该出光面影像530中的一条明亮带531为该导光条10I的出光面14的影像，该明亮带531的左端代表该入光面13，该明亮带531的右端代表该第二端12。该出光面影像530中的一条明亮带532为该导光条10IV的出光面14的影像，该明亮带532的右端代表该入光面13，该明亮带532的左端代表该第二端12。

配合参阅图21，图21为量取该明亮带531上各点的相对亮度值后绘成沿该导光条长度方向X上的一个相对亮度分布曲线533的曲线图，计算该明亮带531上各点的相对亮度后，可得该明亮带531的相对亮度平均值为208.2730，相对亮度最大值与相对亮度平均值的差值为31.7266，相对亮度平均值与相对亮度最小值的差值为94.1264，由此可知，该导光条10I的明亮带531的相对亮度最大值与相对亮度平均值之间的差值为相对亮度平均值的15.2％，而相对亮度平均值与相对亮度最小值的差值为相对亮度平均值的45.1％，均小于相对亮度平均值的50％，此即表示该导光条10I的相对亮度分布曲线533从左端到右端呈均匀分布，另外，由图18及图21可知，该导光条10

I可以让位于该第二角落区120的该影像感测器320及位于该第三角落区130的该影像感测器330都拍摄到相对亮度均匀分布的影像，比较图18、21可知，该导光条I的出光面14对可接收到该出光面14光线的两个影像感测器320、330所形成的两个出光面影像520、530的两个明亮带521、531的相对亮度平均值(166.1990与208.2730)并不相等。

配合参阅图22，图22为量取该明亮带532上各点的相对亮度值后绘成沿该导光条长度方向X上的一个相对亮度分布曲线534的曲线图，计算该明亮带532上各点的相对亮度后，可得该明亮带532的相对亮度平均值为112.7410，相对亮度最大值与相对亮度平均值的差值为35.1304，相对亮度平均值与相对亮度最小值的差值为51.1280，由此可知，该导光条10IV的明亮带532的相对亮度最大值与相对亮度平均值之间的差值为相对亮度平均值的31.1％，而相对亮度平均值与相对亮度最小值的差值为相对亮度平均值的45.3％，均小于相对亮度平均值的50％，此即表示该导光条10IV的相对亮度分布曲线534从右端到左端呈均匀分布。

归纳上述的说明，所谓在该触控区域400四周的导光条10I、10II、10III、10IV的相对亮度分布曲线从该入光面13到该第二端12均呈均匀分布，是指任一个导光条10I、10II、10III、10IV的出光面14对可接收到该出光面14光线的其中一个影像感测器310、320、330所形成的出光面影像510的明亮带511、512、出光面影像520的明亮带521、522与出光面影像530明亮带531、532的相对亮度，均可满足下列条件：

E_1，max-E_1，mean＜0.5E_1，mean…(1)

E_1，mean-E_1，min＜0.5E_1，mean…(2)

其中，E_1，max该出光面影像的一个相对亮度最大值；E_1，mean：该出光面影像的一个相对亮度平均值；E_1，min：该出光面影像的一个相对亮度最小值。

再者，该导光条10I的出光面14对可接收到该出光面光线14的所述影像感测器320、330所形成的两个出光面影像520、530的两个明亮带521、531的相对亮度，或该导光条10III的出光面14对可接收到该出光面光线14的所述影像感测器310、320所形成的两个出光面影像510、520的两个明亮带511、522的相对亮度，均可满足下列条件：

E_1，mean≠E_2，mean

其中，E_1，mean：其中一个影像感测器的出光面影像的一个相对亮度平均值；E_2，mean：另一个影像感测器的出光面影像的一个相对亮度平均值。

由上述的归纳可知，本发明在该触控区域400四周的导光模组的导光条10I、10II、10III、10IV的相对亮度分布曲线从该入光面13到该第二端12均是呈均匀分布，而可让所述影像感测器310、320、330，在所述导光条10I、10II、10III、10IV的导光条长度方向X 上分别均能拍摄到相对亮度均匀的明亮带影像，而不会发生因相对亮度分布落差过大，而被误认为手指的暗影的情形。

借此，如图13所示，当使用者进行单点触控而将一个手指600放置于该触控区域400内时，参阅图23、24，该影像感测器310拍摄的出光面影像510的明亮带512上即会产生一个对应该手指600的暗影515，同时该相对亮度分布区线514即会产生一个相对亮度平均值为35.3117的暗区波谷516，该暗区波谷516的相对亮度平均值与该明亮带512的相对亮度平均值(189.8230)的差值(154.5113)大于该明亮带512的相对亮度平均值的50％；同理，参阅图25、26，该影像感测器320拍摄的出光面影像520的明亮带521上也会产生一个对应该手指600的暗影525，同时该相对亮度分布区线523也会产生一个相对亮度平均值为35.3117的暗区波谷526，该暗区波谷526的相对亮度平均值与该明亮带521的相对亮度平均值(166.1990)的差值(130.8873)也是大于该明亮带521的相对亮度平均值的50％；同理，参阅图27、28，该影像感测器330拍摄的出光面影像530的明亮带532上也会产生一个对应该手指600的暗影535，同时该相对亮度分布区线534也会产生一个相对亮度平均值为35.3117的暗区波谷536，该暗区波谷536的相对亮度平均值与该明亮带532的相对亮度平均值(112.7410)的差值(77.4293)也是大于该明亮带532的相对亮度平均值的50％。

如此，本发明即可找出使用者的手指600在所述明亮带512、521、532上的相对位置，并利用三角函数关系进行运算，即可求出使用者的手指600在该触控区域400的正确位置。可以理解的是，选择其中的两个相对位置即可进行运算，而第三个相对位置则可以用来再确以。

如图13所示，当使用者进行多点触控而将两个手指700放置于该触控区域400内时，参阅图29、30，该影像感测器310拍摄的出光面影像510的明亮带511、512上会分别产生一个对应所述手指700的暗影515，同时所述相对亮度分布区线513、514也会分别产生一个相对亮度平均值为35.3117的暗区波谷516，所述暗区波谷516的相对亮度平均值与所述明亮带511、512的相对亮度平均值(145.1070、189.8230)的差值(109.7953、154.5113)也是分别大于所述明亮带511、512的相对亮度平均值的50％；同理，参阅图31、32，该影像感测器320拍摄的出光面影像520的明亮带521、522上也会分别产生一个对应所述手指700的暗影525，同时所述相对亮度分布区线523、524也会分别产生一个相对亮度平均值为35.3117的暗区波谷526，所述暗区波谷526的相对亮度平均值与所述明亮带521、522的相对亮度平均值(166.1990、122.4380)的差值(130.8873、87.1263)也是分别大于所述明亮带521、522的相对亮度平均值的50％；同理，参阅图33、34，该影像感测器330拍摄的出光面影像530的明亮带531、532上也会分别产生一个对应所述手指700的暗影535，同时所述相对亮度分布区线533、534也会分别产生一个相对亮度平均值为35.3117的暗区波谷536，所述暗区波谷536的相对亮度平均值与所述明亮带531、532的相对亮度平均值(208.2730、112.7410)的差值(172.9613、77.4293)也是分别大于所述明亮带531、532的相对亮度平均值的50％。

如此，本发明即可找出使用者的手指700在所述明亮带511、512、521、522、531、532上的相对位置，并利用三角函数关系进行运算，即可求出使用者的两个手指700在该触控区域400的正确位置。

经由以上的说明，可再将本发明的优点归纳如下：

一、本发明的发光单元200的第一、二发光源210、220是分别集中设置在该第一、三角落区110、130，因此，配合所述第一、二发光源210、220的电源线路可以集中布线在该第一、三角落区110、130，而便于量化生产；相反地，如果将所述第一、二发光源210、220分散在四个角落区中，则配合的电源线路也必需分散在四个角落区中，导致不容易量化生产。

二、本发明发光单200的第一发光源210位于该感测单元300设置于该第一角落区110的影像感测器310的两侧，同时，所述第一发光源210是分别朝所述导光条10I、10IV的入光面13投射光线，而非直接朝该触控区域400投射光线，因此，所述第一发光源210除了不会干扰该影像感测器310之外，也不会干扰位于对角的该第三角落区130的影像感测330，同理，所述第二发光源220除了不会干扰该影像感测器330之外，也不会干扰位于该第一角落区110的影像感测器310。

三、本发明利用该导光单元100与该发光单元200的配合设计，即可让在该触控区域400四周的导光条10I、10II、10III、10IV的相对亮度分布曲线从该入光面13到该第二端12均呈均匀分布，而让所述影像感测器310、320、330，在所述导光条10I、10II、10III、10IV的导光条长度方向X上分别均能拍摄到相对亮度均匀的明亮带影像，因此，本发明即可容易且正确地找出使用者的手指暗影在明亮带影像上的相对位置，而求出用户的手指在该触控区域400的正确位置。

四、本发明导光条10I、10II的散射区151的表面平均粗糙度Ra是从该入光面13朝该第二端12增加，即，该散射区151的微型散射结构152从该入光面13至该第二端12的分布密度是由疏变密，因此，所述导光条10I、10II的散射区151产生散射的能力从该入光面13朝该第二端12增加，如此，虽然所述导光条10I、10II在较靠近该第一、二发光源210、220的入光面13这端的光强度会大于该第二端12的光强度，然而，由于该第二端12这端的产生散射的能力是大于该入光面13这端，将让该出光面14离光源较远的部份也因为对应具有较高分布密度的所述微型散射结构152，得到出光量的补充。此外，所述导光条10III、10IV的散射区151的表面平均粗糙度Ra从该入光面13朝该第二端12先增加再维持稳定，即，该散射区151的微型散射结构152从该入光面13至该第二端12的分布密度先增加再维持稳定，因此，所述导光条10III、10IV的散射区151产生散射的能力从该入光面13朝该第二端12先增加再维持稳定，如此，由于该第二端12这端的产生散射的能力也是大于该入光面13这端，所以该出光面14离光源较远的部份同样会得到出光量的补充。另外，本发明微型散射结构152的不固定形状凸点设计，使得该出光面14的出光分布具有无指向性，或者是指向性极弱，如此，位于两个特定位置的影像感测器310、320或320、330，在整个导光条长度方向X上均能拍摄到相对亮度均匀的明亮带影像。

五、目前电阻式或电容式触控面板的制造尺寸只能达到14时以下显示器的需求，而20时以上的显示器需要具有触控功能时，则需要不同的方法达成，例如本发明的光学式触控系统，在本发明中，所述导光条10I、10II可配合所述导光条10III、10IV，分别做为该触控区域400的长短边，则可供21时显示器使用，但是，因为显示器边宽及高度都有限制，一般规格边宽约在4～10mm，高度约在1～4mm，所以，运用于光学式触控系统的导光条其长度对截面积的比率将会远大于现有的导光条，且目前现有的导光条在垂直于长度方向的截面积从入光面朝另一端都会有变化，以便满足光线导引上的设计需求，然而，对于应用在边宽及高度都有限制的光学式触控系统的导光条而言，这样的截面积变化将无法适用，但是，本发明的导光条10I、10II、10III、10IV在垂直于该长度方向X的截面积则是保持实质上固定大小，因此，本发明可有效缩小边框体积，而可符合目前中大型显示器发展触控功能的趋势。

六、现有导光条使光线散射出的机制大多是在相对于出光面的背面上刻出沟槽、阶梯或锯齿面…等复杂的散射结构，然而，由于应用在光学式触控系统的导光条将会非常细长，因此，如果现有导光条在细长的背面上要让微结构产生散射的能力十分明显，因为面积细长狭小，所以设计出的微结构要非常巨大，甚至不能再称为微结构；如此将导致从出光面上会看到因为巨大微结构造成的明暗条纹，让整个出光面的亮度很难保持均匀，造成光学式触控系统定位偏差的问题，相对地，本发明的的导光条10I、10II、10III、10IV是利用将该散射区151设计在面积较为大的该工作面15上，此与现有导光条将散射结构设置于相对于出光面的背面上的设计完全不同，因为所述导光条10I、10II、10III、10IV的工作面15的面积等于长度乘宽度，该背面17的面积等于长度乘高度，如上述第五点中所提一般规格的边宽约在4～10mm，所以所述导光条10I、10II、10III、10IV的工作面15的宽度可以设计在4mm，同时，一般规格的高度约在1～4mm，所以所述导光条10I、10II、10III、10IV的背面17的高度可以设计在1.6mm，如此，该工作面15的面积会较该背面17的面积大很多，以本实施例而言，该工作面15的面积约等于该背面17的面积的2.5倍。借由所述导光条10I、10II、10III、10IV的工作面15可以提供较大的面积来容纳较多的微型散射结构152，如此，在所述微型散射结构152不巨化下，仍可达到设计上需要的产生散射的能力，且避免该出光面14产生明暗的条纹。

综上所述，本发明的光学式触控系统，不但发光源的布线容易而便于量化生产，且发光源不会干扰影像感测器的拍摄效果，更可让影像感测器在导光条的导光条长度方向上拍摄到相对亮度均匀的明亮带影像，而正确地找出使用者的手指暗影在明亮带影像上的相对位置，并求出用户的手指在触控区域的正确位置，所以确实能达成本发明的目的。

Claims (9)

1.一种光学式触控系统，包含一个触控区域、一个导光单元、一个发光单元，及一个感测单元，其特征在于：

该导光单元，具有四个围绕该触控区域的导光条，所述导光条分别具有一个第一端、一个沿一个导光条长度方向相反于该第一端的第二端，及一个连接于该第一、二端之间并朝向该触控区域的出光面，所述导光条之间定义出一个第一角落区、一个第二角落区，及一个位于该第一角落区对角的第三角落区；

该发光单元，具有两个设置于该第一角落区并分别朝向邻近的其中两个导光条的第一端的第一发光源，及两个设置于该第三角落区并分别朝向邻近的另两个导光条的第一端的第二发光源，所述第一、二发光源发射的光线是借由所述导光条的出光面射入到该触控区域；

该感测单元，具有至少三个朝向该触控区域的影像感测器，所述影像感测器分别设置于该第一、二、三角落区。

2.根据权利要求1所述的光学式触控系统，其特征在于：对于任一个导光条的出光面，可接收到该出光面光线的其中一个影像感测器所形成的一个出光面影像的相对亮度，满足下列条件：

E_1，max  -E_1，mean＜0.5E_1，mean

E_1，mean  -E_1，min＜0.5E_1，mean

E_1，max：该出光面影像的一个相对亮度最大值；

E_1，mean：该出光面影像的一个相对亮度平均值；

E_1，min：该出光面影像的一个相对亮度最小值。

3.根据权利要求2所述的光学式触控系统，其特征在于：对于任一个导光条的出光面，可接收到该出光面光线的两个影像感测器所形成的两个出光面影像的相对亮度，满足下列条件：

E_1，mean≠E_2，mean

E_1，mean：其中一个影像感测器的出光面影像的一个相对亮度平均值；

E_2，mean：另一个影像感测器的出光面影像的一个相对亮度平均值。

4.根据权利要求2所述的光学式触控系统，其特征在于：其中两个导光条的第一端与所述第一发光源均位于该感测单元设置于该第一角落区的影像感测器的两侧，另两个导光条的第一端与所述第二发光源均位于该感测单元设置于该第三角落区的影像感测器的两侧。

5.根据权利要求4所述的光学式触控系统，其特征在于：该导光单元还具有四个分别设置于每一个导光条的反射元件，每一个导光条还具有一个形成于该第一端的入光面，每一个反射元件不遮蔽每一个导光条的入光面与出光面，每一个反射元件将非从每一个导光条的入光面与出光面折射出的光线反射回每一个导光条。

6.根据权利要求5所述的光学式触控系统，其特征在于：每一个导光条还具有两个沿该导光条长度方向延伸并互相平行的工作面，每一个工作面连接于该第一、二端与该出光面之间，所述工作面的其中一者形成有一个散射区，该散射区具有数个微型散射结构，且该散射区的散射能力从该入光面朝该第二端变化。

7.根据权利要求6所述的光学式触控系统，其特征在于：每一个导光条形成有该散射区的工作面具有一个不小于50的长宽比值。

8.根据权利要求5所述的光学式触控系统，其特征在于：该导光单元还具有四个分别容纳所述导光条与所述反射元件的壳体，及四个分别设置于所述壳体的扩散片，每一个反射元件设置于每一个壳体与每一个导光条之间，每一个扩散片遮蔽每一个导光条的出光面。

9.根据权利要求8所述的光学式触控系统，其特征在于：每一个壳体具有一个遮蔽每一个导光条的第二端的端壁。

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