CN103309519B - 触控位置的侦测方法及使用其的光学式触控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种触控位置的侦测方法及使用其的光学式触控装置。触控位置的侦测方法适用于光学式触控装置中，以侦测物件的位置。光学式触控装置包括触控面板、第一光源及第二光源，触控面板具有光感测元件阵列。触控位置的侦测方法包括：使第一光源提供第一光线穿过触控面板，并侦测被物件反射的部分第一光线于光感测元件阵列的第一二维坐标位置；使第二光源提供第二光线穿过触控面板，并侦测被物件反射的部分第二光线于光感测元件阵列的第二二维坐标位置；以及根据第一二维坐标位置与第二二维坐标位置计算出该物件的三维坐标位置。本发明另提出一种使用上述方法的光学式触控装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种触控位置的侦测方法，尤其是涉及一种用于光学式触控装置的触控位置的侦测方法以及使用此方法的光学式触控装置。
背景技术
随着科技的进步，触控装置已被大量地应用在电子产品中。现阶段，较常见的触控装置为电阻式、电容式及光学式触控装置等，其中光学式触控装置主要是通过光感测模块来侦测于触控面上作动的物件所造成的亮度变化，用于判定物件的位置。
现有光学式触控装置通常只能侦测到物件在触控面的二维坐标，若物件与触控面之间有间距时，则无法侦测到物件与触控面之间的距离。为了解决此问题，现有技术另提出了在触控面的相对两侧边增设辅助侦测光源的技术。辅助侦测光源的仰角(即等于辅助侦测光源所提供的光束与触控面之间的夹角)会在一特定的范围内随时间而改变。由于物件会反射辅助侦测光源所提供的光束，所以通过侦测辅助侦测光源所提供的光束的反射至触控面的位置变化，即可判定物件与触控面之间的距离。
然而，光束的传递会伴随着能量衰减，这种将辅助侦测光源架设在触控面的相对两侧边的架构若应用于大尺寸的光学式触控装置，则当光束传递至在触控面中央部分的上方时，光束的能量衰减将造成感测上的困扰。而且，由于辅助侦测光源设置于触控面上，导致光学式触控装置的厚度较厚。此外，由于光源的仰角变化需花费较多的时间，所以每侦测一次物件的位置需耗费较长的时间，无法快速更新物件的位置。
发明内容
本发明的一目的在于提出一种触控位置的侦测方法，可快速地计算出物件的三维坐标位置。
本发明另一目的在于提出一种光学式触控装置，可计算出物件的三维坐标位置，且具有厚度较薄的优点。
为达上述目的，本发明所提供的触控位置的侦测方法适用于光学式触控装置中，以侦测物件的位置。光学式触控装置包括触控面板、第一光源及第二光源，其中触控面板具有光感测元件。触控位置的侦测方法包括：使第一光源提供第一光线穿过触控面板，并侦测被物件反射的部分第一光线于光感测元件阵列的第一二维坐标位置；使第二光源提供第二光线穿过触控面板，并侦测被物件反射的部分第二光线于光感测元件阵列的第二二维坐标位置；以及根据第一二维坐标位置与第二二维坐标位置计算出物件的三维坐标位置。
本发明所提供的光学式触控装置，适于感测物件的位置。此光学式触控装置包括导光板、触控面板、第一光源以及第二光源。导光板具有相对的第一入光面与第二入光面以及连接于第一入光面与第二入光面之间的出光面。触控面板配置于出光面上方，并具有光感测元件阵列。第一光源用以提供第一光线由第一入光面进入导光板，并穿过出光面与触控面板。而第二光源用以提供第二光线由第二入光面进入导光板，并穿过出光面与触控面板，其中第一光源与第二光源交替提供第一光线与第二光线，光感测元件阵列用以感测由物件反射的部分第一光线与部分第二光线的二维坐标位置，用于计算出物件的三维坐标位置。
本发明触控位置的侦测方法及光学式触控装置因采用第一光源及第二光源轮流提供第一光线与第二光线，以侦测被物件反射的第一光线在光感测元件阵列上的第一二维坐标及第二光线在光感测元件阵列上的第二二维坐标，因此可通过第一二维坐标及第二二维坐标快速地计算出物件的三维坐标位置。
附图说明
图1为本发明一实施例的触控装置的侦测方法的步骤流程图；
图2为本发明一实施例的光学式触控装置的结构示意图；
图3A为本发明一实施例中光感测元件接收到反射后的第一光线的示意图；
图3B为本发明一实施例中光感测元件接收到反射后的第二光线的示意图；
图4为本发明一实施例的x轴坐标差值与z轴坐标位置的对应关系数据图；
图5为本发明一实施例的光学式触控装置的触控面板的结构示意图。
符号说明
100：光学式触控装置
110：导光板
111：第一入光面
112：第二入光面
113：出光面
120：触控面板
121：光感测元件阵列
122：光感测元件
130：第一光源
131：第一光线
132：基板
132a：承载面
133：点光源
140：第二光源
141：第二光线
142：基板
142a：承载面
143：点光源
200：物件
220：触控面板
221：光感测元件阵列
222：光感测元件
223：第一基板
224：第二基板
225：显示介质层
226：开关元件阵列
227：开关元件
301、302、303：步骤
θ1：预定角度
θ2：预定角度
P1：第一二维坐标位置
P2：第二二维坐标位置
X1：第一x轴坐标值
X2：第二x轴坐标值
Y1：第一y轴坐标值
Y2：第二y轴坐标值
D：x轴坐标差值
Z：z轴坐标位置
具体实施方式
图1绘示本发明一实施例的触控位置的侦测方法的步骤流程图，而图2绘示本发明一实施例的光学式触控装置的结构示意图。请同时参阅图1与图2，本实施例的触控位置的侦测方法应用于光学式触控装置中，以下将搭配图2所示的光学式触控装置100来详细说明本实施例的触控位置的侦测方法。光学式触控装置100包括导光板110、触控面板120、第一光源130及第二光源140。导光板110具有第一入光面111与第二入光面112以及连接于第一入光面111与第二入光面112的出光面113，本实施例的第一入光面111与第二入光面112例如彼此相对。触控面板120配置于出光面113上方，并具有光感测元件阵列121。也就是说，触控面板120内部设有多个呈阵列排列的光感测元件122，而上述的光感测元件阵列121即包括这些光感测元件122。第一光源130例如配置于第一入光面111旁，而第二光源140例如配置于第二入光面112旁。较佳地，第一入光面111与第二入光面112为相对应面，即上述二者入光面不相接，但不以此为限。
本实施例的触控位置的侦测方法包括下列步骤：首先，如步骤301所示，使第一光源130提供第一光线(light beam)131穿过触控面板120，并侦测被物件200反射的部分第一光线131于光感测元件阵列121的第一二维坐标位置。具体而言，第一光源130例如包括基板132及多个点光源133(图2仅绘示一个)，基板132具有面向导光板110的承载面132a，而这些点光源133例如沿一直线配置在承载面132a上。点光源133可为不可见光光源(如红外光光源)或可见光光源。第一光线131进入导光板110后，会以预定角度θ1从出光面113出射。虽然在图2中仅以一条虚线来表示第一光线131，但实际上，当第一光源130发光时，整个出光面113都会有第一光线131以预定角度θ1出射，并穿过触控面板120。当部分第一光线131碰到位于触控面板120上方的物件200(如手指或触控笔等能反光的实体)时，物件200会反射此部分的第一光线131至触控面板120的光感测元件阵列121。如图3A所示，部分光感测元件122能接收到被反射的第一光线131，而根据接收到反射后的第一光线131的光感测元件122的位置即可侦测到物件200的第一二维坐标位置P1。本实施例例如是以二维直角坐标为例，而第一二维坐标位置P1包括第一x轴坐标值X1及第一y轴坐标值Y1。
接着，如步骤302所示，使第二光源140提供第二光线(light beam)141穿过触控面板120，并侦测被物件200反射的部分第二光线141于光感测元件阵列121的第二二维坐标位置，第一光源130与第二光源140是不同时开启的。具体而言，第二光源140例如包括基板142及多个点光源143(图2仅绘示一个)，基板142具有面向导光板110的承载面142a，而这些点光源143例如沿一直线配置在承载面142a上。第二光线141进入导光板110后，会以预定角度θ2从出光面113出射。虽然在图2中仅以一条虚线来表示第二光线141，但实际上，当第二光源140发光时，整个出光面113都会有第二光线141以预定角度θ2出射，并穿过触控面板120。当部分第二光线141碰到位于触控面板120上方的物件200时，物件200会反射此部分的第二光线141至触控面板120的光感测元件阵列121。如图3B所示，部分光感测元件122能接收到被反射的第二光线141，而根据接收到反射后的第二光线141的光感测元件122的位置即可侦测到物件200的第二二维坐标位置P2。此第二二维坐标位置P2包括第二x轴坐标值X2及第二y轴坐标值Y2。
之后，如步骤303所示，根据第一二维坐标位置P1及第二二维坐标位置P2计算出物件200的三维坐标位置。本实施例中，计算出物件200的三维坐标位置的步骤例如是根据第一x轴坐标值X1与第二x轴坐标值X2计算出物件200的三维坐标位置的x轴坐标值X3，其中X3例如等于(X1+X2)/2。并且，根据第一y轴坐标值Y1及/或第二y轴坐标值Y2计算出物件200的三维坐标位置的y轴坐标值Y3。详细而言，当第一y轴坐标值Y1与第二y轴坐标值Y2相等时，则第三y轴坐标值Y3也等于第一y轴坐标值Y1与第二y轴坐标值Y2，此时根据第一y轴坐标值Y1或第二y轴坐标值Y2即可计算出y轴坐标值Y3。当第一y轴坐标值Y1与第二y轴坐标值Y2不同时，y轴坐标值Y3例如等于(Y1+Y2)/2。此外，计算出物件200的三维坐标位置的步骤更包括计算第一x轴坐标值X1与第二x轴坐标值X2之差D0，并对照预先建立的一个x轴坐标差值D与z轴坐标位置Z的对应关系数据(如图4所示)得到物件200的三维坐标位置的z轴坐标值Z3，此z轴坐标值表示物件200与触控面板120之间的间距。在图4中，x轴坐标差值D与z轴坐标位置Z的对应关系例如是呈线性关系，但不同架构的光学式触控装置会有不同的线性关系甚至是非线性关系。在一实施例中，当x轴坐标差值D0与z轴坐标位置Z0的对应关系为D0等于Z0时，则计算第一x轴坐标值X1与第二x轴坐标值X2的差值D0即物件200的三维坐标位置的z轴坐标值Z3。
在本实施例中，第一光源130与第二光源140是交替地提供第一光线131与第二光线141，而光感测元件阵列121用以感测由物件200反射的部分第一光线131与部分第二光线141的二维坐标位置P1、P2，通过二维坐标位置P1、P2即可计算出物件200的三维坐标位置。由于第一光源130与第二光源140交替发光的切换频率较高，所以能快速地将被物件200所反射的部分第一光线131与部分第二光线141至光感测元件阵列121来感测物件200的二维坐标位置P1、P2，通过二维坐标位置P1、P2即可计算出物件200的三维坐标位置。举例来说，若上述切换频率为约30赫兹(Hz)，则每1/15秒即可更新一次物件200的三维坐标位置。此外，相较于现有技术，由于本实施例不需于触控面板120上增设辅助侦测光源，不会增加光学式触控装置100的厚度，所以能使光学式触控装置100具有厚度较薄的优点。另外，由于第一光线131与第二光线141可从整个出光面113均匀地出射，所以即使光学式触控装置100的尺寸较大，也能快速且精确地感测物件200的三维坐标。
需说明的是，虽然上述实施例中是以导光板110底部的特殊结构来调整第一光线131与第二光线141从出光面113出射的角度，但在其他实施例中，第一光线131与第二光线141也可以垂直于出光面113的角度出射，并通过设置于导光板110上方的其他光学膜片来调整第一光线131与第二光线141行进方向。此外，虽然上述光学式触控装置100中，第一光源130与第二光源140是配置于导光板110的相对两侧，但本实施例的触控位置的侦测方法并非限定用于这种架构的光学式触控装置100。举例来说，此触控位置的侦测方法也可适用于第一光源130与第二光源140配置于导光板110的相邻两侧面旁的架构。
上述的触控面板120可具有显示功能或不具显示功能。由于采用本实施例的触控位置的侦测方法的光学式触控装置100能感测到物件200的三维坐标，所以能应用在立体显示器，以在立体空间中进行触控的动作。在一实施例中，可将立体显示器的显示面板与上述的触控面板120整合成同一面板。如图5所示，触控面板220包括第一基板223、第二基板224及显示介质层225。第二基板224与第一基板223相对，显示介质层225配置于第一基板223与第二基板224之间。显示介质层225例如为非自发光显示材料的液晶层，但不以此为限。第一基板223设有光感测元件阵列221与开关元件阵列226。光感测元件阵列221包括多个呈阵列排列的光感测元件222，而开关元件阵列226包括多个呈阵列排列的开关元件227(例如薄膜晶体管)。光感测元件222的数量可等于或少于开关元件227的数量。由于用于操控触控面板220的物件尺寸较大，一般而言，光感测元件222设置的密度可小于开关元件227设置的密度。
值得一提的是，若将图5的触控面板220应用至图2所示的光学式触控装置100中，以取代图2的触控面板120，则若上述的第一光源130与第二光源140皆可为可见光光源(例如白光光源)，而第一光源130与第二光源140所提供的第一光线131与第二光线141还可作为利用非自发光显示材料所制造的具有显示功能的触控面板220的背光源，用以提供触控面板220于显示画面时，所需要的光。当然，在这样的架构下，若第一光源130与第二光源140也皆可为不可见光光源，而在导光板110的第一入光面111与第二入光面112至少其中之一旁，或是导光板110的其他侧面旁可另外增设可见光源(图未示)，以提供触控面板220于显示画面时，所需要的光。于其它的实施例中，第一光源130与第二光源140其中一者可为可见光光源时，则第一光源130与第二光源140其中另一者就为非可见光光源，则此时第一光源130与第二光源140同时当作触控面板220中光感测元件阵列221所需要的光源以及触控面板220显示画面所需要的光源。当然，第一光源130与第二光源140二者皆为可见光光源也可如上述所述当作光感测元件阵列221与显示画面所需的光源。
综上所述，本发明触控位置的侦测方法及光学式触控装置因采用第一光源及第二光源轮流提供第一光线与第二光线，以侦测被物件反射的第一光线在光感测元件阵列上的第一二维坐标及第二光线在光感测元件阵列上的第二二维坐标，因此可通过第一二维坐标及第二二维坐标快速地计算出物件的三维坐标位置。此外，相较于现有技术，由于本实施例不需于触控面板上增设辅助侦测光源，所以能使光学式触控装置具有厚度较薄的优点。另外，由于第一光线与第二光线可从整个出光面均匀地出射，即使光学式触控装置的尺寸较大，也能快速且精确地感测物件的三维坐标。
虽然已结合以上较佳实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，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 (10)
1.一种触控位置的侦测方法，适用于一光学式触控装置中，以侦测一物件的位置，该光学式触控装置包括触控面板、第一光源及第二光源，该触控面板具有一光感测元件阵列，其特征在于，该触控位置的侦测方法包括：
使该第一光源提供一第一光线穿过该触控面板，并侦测被该物件反射的部分该第一光线于该光感测元件阵列的一第一二维坐标位置；
使该第二光源提供一第二光线穿过该触控面板，并侦测被该物件反射的部分该第二光线于该光感测元件阵列的一第二二维坐标位置；以及
根据该第一二维坐标位置与该第二二维坐标位置计算出该物件的一三维坐标位置。
2.如权利要求1所述的触控位置的侦测方法，其中该第一二维坐标位置包括一第一x轴坐标值与一第一y轴坐标值，该第二二维坐标位置包括一第二x轴坐标值与一第二y轴坐标值，而计算出该物件的该三维坐标位置的步骤包括：
根据该第一x轴坐标值与该第二x轴坐标值计算出该物件的该三维坐标位置的x轴坐标值；
根据该第一y轴坐标值及/或该第二y轴坐标值计算出该物件的该三维坐标位置的y轴坐标值；以及
计算该第一x轴坐标值与该第二x轴坐标值之差，并对照预先建立的一x轴坐标差值与z轴坐标位置的对应关系数据得到该物件的该三维坐标位置的z轴坐标值，该z轴坐标值表示该物件与该触控面板之间的间距。
3.如权利要求2所述的触控位置的侦测方法，其中该三维坐标位置的x轴坐标值为该第一x轴坐标值与该第二x轴坐标值的平均值，该三维坐标位置的y轴坐标值等于该第一y轴坐标值，也等于该第二y轴坐标值。
4.如权利要求1所述的触控位置的侦测方法，其中该第一二维坐标位置包括一第一x轴坐标值与一第一y轴坐标值，该第二二维坐标位置包括一第二x轴坐标值与一第二y轴坐标值，而计算出该物件的该三维坐标位置的步骤包括：
根据该第一x轴坐标值与该第二x轴坐标值计算出该物件的该三维坐标位置的x轴坐标值；
根据该第一y轴坐标值及/或该第二y轴坐标值计算出该物件的该三维坐标位置的y轴坐标值；以及
计算该第一x轴坐标值与该第二x轴坐标值的差值即该三维坐标位置的z轴坐标值。
5.如权利要求2或4所述的触控位置的侦测方法，其中该第一光源与该第二光源不同时开启。
6.一种光学式触控装置，适于感测一物件的位置，该光学式触控装置包括：
导光板，具有相对的第一入光面与第二入光面以及连接于该第一入光面与该第二入光面之间的出光面；
触控面板，配置于该出光面上方，并具有光感测元件阵列；
第一光源，用以提供一第一光线由该第一入光面进入该导光板，并穿过该出光面与该触控面板；以及
第二光源，用以提供一第二光线由该第二入光面进入该导光板，并穿过该出光面与该触控面板，
其特征在于，
其中该第一光源与该第二光源交替提供该第一光线与该第二光线，该光感测元件阵列用以感测由该物件反射的部分该第一光线与部分该第二光线的二维坐标位置，用于计算出该物件的一三维坐标位置。
7.如权利要求6所述的光学式触控装置，其中每一该第一光源与该第二光源包括：
基板，具有一面向该导光板的承载面；以及
多个点光源，配置于该承载面。
8.如权利要求6所述的光学式触控装置，其中该触控面板具有显示功能，且包括：
第一基板，设有一开关元件阵列与该光感测元件阵列；
第二基板，与该第一基板相对；以及
显示介质层，配置于该第一基板与该第二基板之间。
9.如权利要求8所述的光学式触控装置，其中该第一光源与该第二光源为可见光光源。
10.如权利要求8所述的光学式触控装置，还包括至少一可见光光源，配置于该第一入光面与该第二入光面至少其中之一旁，而该第一光源与该第二光源为不可见光光源。
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