CN103019456A - 光学触控模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光学触控模块，其包括透明基板及两组光处理单元。透明基板包括触控表面、平行于触控表面的下表面及环周侧表面，环周侧表面连接触控表面与下表面。两组光处理单元分别设置在透明基板的两个相邻的角隅处，各光处理单元具有光源及侦测单元。光源具有出光面，且侦测单元具有入光面，光源之出光面及侦测单元的入光面均朝向环周侧表面，且各光处理单元位于触控表面下方位置。

Description

光学触控模块

技术领域

本发明涉及一种光学触控模块及应用该光学触控模块的触控式显示器，且特别是涉及一种将光线投射并传输在透明基板中，并通过光线的全反射与否来实现光学触控模块的光学触控模块及应用该光学触控模块的触控式显示器。

背景技术

在科技发展日新月异的今天，触控式显示器已广泛地被应用在各种电子产品中。一般触控式显示器可分为电阻式、电容式及光学式触控显示面板。以光学式触控面板的情况来说，多半需设置发光源及影像感测器。其中当使用者于触控范围触发触控事件时，此触控点因阻挡光线的进行，如此影像感测器感测影像中对应此触控点位置之暗点。而后，根据此暗点位于感测影像的位置可计算出触控点与影像感测器的连线对应触控面板边缘的角度，加上影像感测器间的距离为已知，即能以三角定位法计算触控点相对显示面板的坐标。

然而，由于传统光学式触控模块的影像感测器为撷取触控范围的感测影像，其光源及影像感测器的设置位置高于触控面板的一触控表面，致使无法实现触控面板的表面为全平面的触控显示面板。据此，如何可有效地设计出全平面的光学触控模块，乃业界不断致力的方向之一。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种光学触控模块及应用该光学触控模块的触控式显示器。本发明相关的光学触控模块包括透明基板，其中透明基板具有触控表面、下表面及连接触控表面及下表面的环周侧表面。本发明相关的光学触控模块还包括两组光处理单元，分别设置在透明基板的两个相邻的角隅处，各光处理单元具有光源及侦测单元。光源具有出光面，且并经由出光面投射光线至透明基板中，使光线经由全反射机制传递于透明基板中；光线还因使用者触控操作而中断。侦测单元具有入光面，经由出光面侦测因使用者控制操作而中断的全反射光线，由此对触发于触控表面的触控操作进行侦测操作。经由两组光处理单元的侦测操作，本发明相关的光学触控模块可经由三角定位法找出此使用者触控操作的位置。据此，相比较于传统光学触控模块，本发明相关的光学触控模块具有可对应地将光源及侦测单元配置于与倾斜表面及导角表面邻近的位置及具有全平面结构的优点。

根据本发明提出一种光学触控模块，其中包括透明基板及两组光处理单元。透明基板包括触控表面、平行于触控表面的下表面及环周侧表面，环周侧表面连接触控表面与下表面。两组光处理单元分别设置在透明基板的两个相邻的角隅处，各光处理单元具有光源及侦测单元。光源具有出光面，且侦测单元具有入光面，光源的出光面及侦测单元的入光面均朝向环周侧表面，且各光处理单元位于触控表面下方位置。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1为本发明实施例的触控式显示器的方块图；

图2A-图2D分别为图1的透明基板300的立体图、透明基板300的俯视图、沿图2B的剖面线A-A′的剖视图及沿图2B的剖面线B-B′的剖视图；

图3A及图3B分别为光学触控模块20的俯视图及侧视图。

图4为对应地在触控位置P投影侧面面SS3及SS4形成的暗部图案的示意图；

图5为应用本发明实施例的触控式显示器的另一方块图；

图6分别为图5的透明基板300的立体图；

图7为本发明的触控式显示器另设有辅助侦测单元的示意图；

图8为本发明在进行触控操作时所发生的假触点问题的示意图。

主要元件符号说明

1、3：触控式显示器

10：显示面板

20：光学触控模块

300：透明基板

310、312：光源

320、322：侦测单元

330：处理器

C1、C2、C1′、C2′、C3：端角

SA1、SA2、SA1′、SA2′、SA3：导角表面

ST1、ST2：倾斜表面

SU：触控表面

SB；下表面

SS1-SS4：侧面

340：侦测元件

具体实施方式

请参照图1，其绘示应用本发明实施例的触控式显示器的方块图。举例来说，触控式显示器1中包括显示面板10及光学触控模块20。光学触控模块20设置在显示面板10上，其中包括透明基板300及两组光处理单元。举例来说，透明基板300是以聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)材料来实现。

请参照图2A-图2D，其分别绘示的是图1的透明基板300的立体图、透明基板300的俯视图、沿图2B的剖面线A-A′的剖视图及沿图2B的剖面线B-B′的剖视图。透明基板300包括触控表面SU、下表面SB及环周侧表面，其中触控表面SU及下表面SB相互平行，并与环周侧表面相连接。

此两组光处理器分别设置在透明基板300的两个相邻的角隅处，例如是端角C1及C2上，且各个光处理单元具有一光源及一侦测单元。举例来说，第一光处理单元包括光源310及侦测单元320，而第二光处理单元包括光源312及侦测单元322。

对于第一光处理器来说，光源310具有出光面L1，且侦测单元320具有入光面，光源310的出光面及侦测单元320的入光面均朝向环周侧表面，且第一及第二光处理单元设置位置低于触控表面SU。第二光处理器中的光源312及侦测单元322与第一光处理器中的光源310及侦测单元320具有相似的结构，在此并不再对其进行赘述。

举例来说，环周侧表面包括侧面SS1-SS4、端角C1及C2。侧面SS1与侧面SS2及SS4相互垂直，并与侧面SS3相互平行，侧面SS2及SS4也相互平行。侧面SS2、SS3及SS4包括反射结构。举例来说，侧面SS2至SS4上的反射结构可为微菱镜结构或为粗糙面结构，用以部分反射入射至其上的光线。

请参照图2B所示，端角C1与侧面SS1及SS2相邻，端角C1连接于触控表面SU及下表面SB之间，且端角C1还包括导角表面SA1及倾斜表面ST1。更进一步言之，导角表面SA1一侧连接触控表面SU，且导角表面SA1垂直于触控表面SU；导角表面SA1另一侧连接倾斜表面ST1一侧；另外，如图2C所示，倾斜表面ST1另一侧连接下表面SB，且两者之间具有倾斜角θ，倾斜角θ对应至透明基板300的全反射临界角。举例来说，倾斜角θ为透明基板300的材质与空气介质间的全反射临界角。在一个操作实施例中，透明基板300的材质及空气介质的折射率分别为1.49及1，而其间对应的全反射临界角为42.15度。

请参照图2D所示，端角C2与侧面SS1及SS4相邻，其上还包括导角表面SA2及倾斜表面ST2。导角表面SA2及倾斜表面ST2具有与导角表面SA1及倾斜表面ST1相同的结构，在此不多赘述。

光源310与倾斜表面ST1邻近，并以倾斜表面ST1做为入光面，投射光线L1至透明基板300中。光源310例如为点光源配合折射性光学元件或是绕射性光学元件(如微透镜结构)，以提供光线布满整个透明基板300的侧面SS2-SS4；或者，光源310本身即是具有一发散角度的光源，例如是具有90度的发散角度，也可以提供光线来布满整个透明基板300的侧面SS2-SS4。利用端角C1上的结构，光源310可被限制于透明基板300的下方，而非凸出于触控表面SU之上。举例来说，光源310所投射的光线L1经由与倾斜表面ST1垂直的角度投射至透明基板300中，而光线L1在进入透明基板300后，也经由倾斜角θ投射至触控表面SU，使得光线L1可经由全反射机制传递于透明基板300中。举例来说，光源310投射的光线L1可经由如图3A及图3B的方式，传递在透明基板300中。

光源312与倾斜表面ST2邻近，并以倾斜表面ST2做为入光面，投射光线L2至透明基板300中。光源312也例如为点光源，以提供光线来布满整个透明基板300的侧面SS2-SS4。对应地利用端角C2上的结构，光源312可被限制于透明基板300的下方，而非凸出于触控表面SU之上。举例来说，光源312所投射的光线L2经由与倾斜表面ST2垂直的角度投射至透明基板300中，而相似于光线L1，光线L2在进入透明基板300后也可经由全反射机制传递于透明基板300中。

请参照图2A、图3A、图3B及图4所示，当手指触碰于触控表面SU上的触控位置P时，手指本身所具有的光线吸收及反射特性将破坏光线L1及L2在触碰触控位置P上的全反射传输机制，使得光线L1对应地经由触控位置P在侧面SS3及SS4上投影得到如图4所示的亮度分布，其中斜线区域为对应至触控位置P而产生的暗部图案。相似地，光线L2也对应地经由触控位置P在侧面SS2及SS3上投影得到类似的亮度分布。

请再参照图1所示，侦测单元320与导角表面SA1邻近，并以导角表面SA1做为出光面，侦测前述亮度分布产生亮度侦测信号LP1。举例来说，侦测单元320为感光元件，例如是电荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)感光元件，其经由导角表面SA1拍摄透明基板300内光线L1产生的亮度分布，并产生亮度侦测信号LP1。举例来说，亮度侦测信号LP1为从侦测单元320所处的位置看向侧面SS3及SS4方向的影像。

相似地，侦测单元322与导角表面SA2邻近，并以导角表面SA2做为出光面，侦测前述亮度分布产生亮度侦测信号LP2。举例来说，侦测单元322经由导角表面SA2拍摄透明基板300内光线L2产生的亮度分布，并产生亮度侦测信号LP2。举例来说，亮度侦测信号LP2为从侦测单元322所处的位置看向侧面SS2及SS3方向的影像。

处理器330耦接至侦测单元320及322，并回应于侦测单元320及322记录的亮度侦测信号LP1及LP2找出触控位置P的相对位置资讯。

对于本实施例的光学触控模块20来说，透明基板300的厚度与光线L1及L2的全反射次数相关。当透明基板300的厚度越厚时，光线L1及L2的全反射次数对应地较少，使得光学触控模块20对应地具有较低的触控侦测分辨率。据此，设计者可降低透明基板300的厚度，使本实施例的光学触控模块20对应地具有较高的触控侦测分辨率。

在本实施例中，虽仅以透明基板300以PMMA材料来实现的情形为例做说明，然而，本实施例的光学触控模块并不局限于此，而还可以其他透明材料来视线。举例来说，本实施例的透明基板300还可以聚碳酸脂树脂(Polycarbonate，PC)材料来实现。

在本实施例中，虽仅以透明基板300具有如图2A所示的结构的情形为例作说明，然而，本实施例的透明基板不局限于此。在其他例子中，透明基板300′也可具有如图5及图6所示的结构。进一步来说，环周侧表面于两个角隅处分别对应至端角C1′及C2′，其中端角C1′及C2′连接于触控表面SU及下表面SB之间。

进一步来说，端角C1′及C2′仅分别包括导角表面SA1′及SA2′，其之一侧连接触控表面SU，其相对于触控表面SU的另一侧连接下表面SB，且导角表面SA1′及SA2′垂直于触控表面SU。此两组光处理单元其中一者(例如是包括光源310及侦测单元320的光处理单元)对应至导角表面SA1′，且其中光源310的出光面及侦测单元320的入光面朝向导角表面SA1′。此两组光处理单元其中另一者(例如是包括光源312及侦测单元322的光处理单元)对应至导角表面SA2′，且其中光源312的出光面及侦测单元322的入光面朝向导角表面SA2′。较佳地，各该光源310、312的出光面与对应的导角表面SA1′、SA2′形成一夹角θ’，且夹角θ’为透明基板300’的材质与空气介质间的全反射临界角，使得光线L1可经由全反射机制传递于透明基板300中。

本实施例的光学触控模块包括透明基板，其中透明基板具有触控表面、下表面及连接触控表面及下表面的环周侧表面。本实施例的光学触控模块还包括两组光处理单元，分别设置在透明基板的两个相邻的角隅处，各光处理单元具有光源及侦测单元。光源具有出光面，且并经由出光面投射光线至透明基板中，使光线经由全反射机制传递于透明基板中；光线还因使用者触控操作而中断。侦测单元具有入光面，经由出光面侦测因使用者控制操作而中断的全反射光线，由此对触发于触控表面的触控操作进行侦测操作。经由两组光处理单元的侦测操作，本实施例的光学触控模块可经由三角定位法找出此使用者触控操作的位置。据此，相比较于传统光学触控模块，本实施例的光学触控模块具有可对应地将光源及侦测单元配置于与倾斜表面及导角表面邻近的位置，且各光处理单元位于触控表面下方位置，因而具有全平面结构的优点。

再者，请参照图7所示，其揭示本发明的触控式显示器另设有辅助侦测单元的示意图。其中该辅助侦测单元包含至少一侦测元件340，例如为一感光耦合元件(CCD)。该侦测元件340选择设置该透明基板300的另两个角隅处的其中之一，例如端角C3的位置，且侦测元件340也位于触控表面下方位置。该端角C3的位置上包括导角表面SA3，其之一侧连接触控表面SU，其相对于触控表面SU的另一侧连接下表面SB，导角表面SA3垂直于触控表面SU。此侦测元件340的入光面朝向导角表面SA3。

请参照图8所示，其揭示本发明在进行触控操作时所发生的假触点问题的示意图。此时，若触控发生在点P1及P2时，两组光处理单元的侦测单元320会另外误判假触控点P3及P4的发生，因此，侦测元件340的加入可用以侦测本发明在进行触控操作时所发生的假触点问题，用以提高触控操作的精确度。

图7及图8中的侦测元件340是以设置一个为例，然而并不以此为限，为了增加判断的精确度本发明可以设置多个侦测元件，例如在另一角隅或在侧面SS3的任一位置上设置也可。

此外，本实施例的光学触控模块使用平板结构的透明基板来做为光线传递的介质。据此，本实施例的光学触控模块还具有可轻易地应用于薄型化及大面积的触控式显示器且不会影响显示器的显示效果的优点。

综上所述，虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (11)

1.一种光学触控模块，应用于一平面显示器中，该光学触控模块包括：

透明基板，包括：

触控表面及平行于该触控表面的下表面；及

环周侧表面，连接该触控表面与该下表面；

两组光处理单元，分别设置在该透明基板的两个相邻的角隅处，各该光处理单元具有光源及侦测单元，该光源具有出光面，且该侦测单元具有入光面，该光源的出光面及该侦测单元的入光面均朝向该环周侧表面，且各该光处理单元设置位置低于该触控表面。

2.如权利要求1所述的光学触控模块，其中该环周侧表面于各该两个角隅处分别对应至两个端角，其中各该两个端角连接于该触控表面及该下表面之间，且各该两个端角还包括：

导角表面，一侧连接该触控表面，其相对于该触控表面的另一侧连接该下表面，且该导角表面垂直于该触控表面，各该两组光处理单元的该光源的出光面及该侦测单元的入光面是朝向该导角表面，其中各该光源的出光面与对应的该导角表面形成一夹角。

3.如权利要求1所述的光学触控模块，其中该环周侧表面于各该两个角隅处分别对应至两个端角，其中各该两个端角连接于该触控表面及该下表面之间，且各该两个端角还包括：

导角表面，一侧连接该触控表面，且该导角表面垂直于该触控表面，该两个侦测单元的入光面分别朝向该两个端角的该导角表面；及

倾斜表面，一侧与该导角表面另一侧连接，另一侧连接该下表面，且该倾斜表面及该下表面之间具有一倾斜角，该倾斜角对应至该透明基板的全反射临界角，其中该两个光源的出光面分别朝向该两个端角的该倾斜表面。

4.如权利要求1所述的光学触控模块，其中该环周侧表面包括：

第一侧面及第二侧面，相互垂直，并与该两个角隅处中之一第一角隅处相邻，该第二侧面包括反射结构；

第三侧面，与该第一侧面相对且平行，并与该第二侧面相邻，该第三侧面包括第二反射结构；及

第四侧面，与该第二侧面相对且平行，且与该第三及该第一侧面相邻，该第四侧面包括第三反射结构；

其中，该第一及该第四侧面还与该两个角隅处中之一第二角隅处相邻。

5.如权利要求4所述的光学触控模块，其中该第一至该第三反射结构具有微菱镜结构，以部分反射传递至该第二至该第四侧面的光线。

6.如权利要求4所述的光学触控模块，其中该第一至该第三反射结构具有粗糙面结构，以部分反射传递至该第二至该第四侧面的光线。

7.如权利要求1所述的光学触控模块，其中该两组光处理单元中的该光源分别经由对应的该出光面投射一第一光线及一第二光线至该透明基板中，使该第一及该第二光线经由全反射机制传递于该透明基板中：

其中，当一触控事件触发于该触控表面上的一触控位置时，该第一及该第二光线于该触控位置上的全反射机制对应地中断，使该第一及该第二光线对应地于该环周侧表面上形成一亮度分布。

8.如权利要求7所述的光学触控模块，其中该两组光处理单元中的该侦测单元分别经由对应的入光面侦测该亮度分布，并分别对应地输出一第一亮度侦测信号及一第二亮度侦测信号。

9.如权利要求8所述的光学触控模块，还包括：

处理器，耦接至该两组光处理单元，并回应于该第一及该第二亮度侦测信号找出该触控位置的一相对位置资讯。

10.如权利要求1所述的光学触控模块，还包括：至少一侦测元件，该侦测元件设置该透明基板的另两个角隅处的至少其中之一。

11.如权利要求10所述的光学触控模块，其中该另两个角隅处的至少其中之一各包含一端角，该侦测元件设置在该端角，且位于该触控表面下方位置，该端角的位置上包括导角表面，其之一侧连接该触控表面，其相对于该触控表面的另一侧连接该下表面，导角表面垂直于触控表面，且各该侦测元件的入光面是朝向各该导角表面。

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