CN104423722A - 光学触控装置 - Google Patents

Abstract

一种光学触控装置包括两扫描模组以及一光感测单元。两扫描模组分别设置于感测区两端。扫描模组包含发光元件及反射元件。发光元件沿第一路径发出侦测光束。反射元件具有反射面以反射侦测光束，使侦测光束沿第二路径传递。第一侧边与第二路径形成夹角，反射面适于转动而改变第二路径的方向，使侦测光束扫描感测区。当夹角位于第一预设范围内时，侦测光束具有第一强度，当夹角位于第二预设范围内时，侦测光束具有第二强度。第一强度小于第二强度，且第一预设范围的数值小于第二预设范围的数值。光感测单元用以接收侦测光束被一物体反射的反射光束。

Description

光学触控装置

技术领域

本发明有关于一种触控装置，尤其是有关于一种光学触控装置。

背景技术

近年来由于触控技术的广泛运用，由个人电脑、工业用电脑、平板电脑、移动电话及大型电子白板等电子装置，均可见到触控萤幕的应用。藉由手指或触控笔，于萤幕上直接下指令给电子装置，或于萤幕上移动进行绘图写字等功能，可快速且方便地完成使用者的需求。为使电子装置可于萤幕上直接辨识被触控的位置所代表的指令，如何准确的侦测萤幕上触控点的位置（也就是如何侦测正确的座标值），则为现今科技中受到重视的技术。

目前，触控技术依种类可分成电容式、电阻式、光学式等，其中光学式触控技术又可细分成多种技术。以扫描式光学触控技术为例，其利用两组可转动的反射镜来分别反射对应的激光光线以扫描并侦测触控萤幕上的物体。并且，记录光感测单元接收到被物体反射后的激光光线的时间点，以确认在该时间点时反射镜转动的角度，进而定义出物体在触控萤幕上的座标位置。

但是，当欲侦测的物体接触萤幕的位置靠近光感测单元时，经物体反射的激光光线的强度容易超出光感测单元所能感测的强度的最大值，导致在判断上述时间点时产生误差，无法准确确定物体在触控萤幕上的位置。另一方面，若使用强度较弱的激光，虽可避免上述问题，但当欲侦测的物体接触萤幕的位置位于远离光感测单元时，经物体反射的激光光线的强度容易有强度不足的问题，导致光感测单元容易受到杂讯的干扰而无法精准感测到激光光线，因而无法精准判断物体在触控萤幕上的位置。

发明内容

本发明提供了一种光学触控装置，以准确地感测物体的位置。

根据本发明一实施例，其披露了一种光学触控装置。此光学触控装置定义出感测区，并包括二扫描模组以及一光感测单元。两扫描模组分别设置于感测区的第一侧边的两端。每一扫描模组包含发光元件以及反射元件。发光元件用以沿第一路径发出侦测光束。反射元件具有反射面用以反射侦测光束使侦测光束沿第二路径传递。第一侧边与第二路径形成一夹角，反射面在一固定角度范围内转动，以改变第二路径的方向，使侦测光束扫描感测区。其中，固定角度范围包括一第一预设范围及一第二预设范围，当夹角的角度值位于第一预设范围内时，侦测光束具有第一强度，且当夹角的角度值位于第二预设范围内时，侦测光束具有第二强度，其中第一强度小于第二强度，第一预设范围中的任一数值小于第二预设范围中的任一数值。光感测单元设置于感测区的第一侧边旁且位于二扫描模组之间，用以接收侦测光束被位于感测区内一物体反射的反射光束。

在本发明一实施例中，光学触控装置还包括一载板以承载扫描模组及光感测元件。

在本发明一实施例中，每一扫描模组的发光元件位于对应的反射镜及光感测元件之间。

在本发明一实施例中，第一预设范围与第二预设范围以临界角度为界，此临界角度为侦测光束经反射面反射后与第一侧边所形成的夹角在第一预设范围内可形成的最大角度值。

在本发明一实施例中，固定角度范围还包括一第三预设范围，当所述夹角的角度值位于第三预设范围内时，侦测光束具有第三强度，此第二强度大于第三强度，且第二预设范围中的任一数值小于第三预设范围中的任一数值。

在本发明一实施例中，侦测光束在第二预设范围内扫描的速度大于侦测光束在第三预设范围内扫描的速度。

在本发明一实施例中，每一扫描模组还包含光侦测器，配置于感测区的一与第一侧边相连的第二侧边旁。

在本发明一实施例中，每一扫描模组还包含底座，而光侦测器、反射镜以及发光元件共同设置在底座上。

在本发明一实施例中，光感测单元连接于底座之间。

在本发明一实施例中，每一扫描模组的发光元件为可切换功率的发光元件，以改变侦测光束的强度。

本发明实施例的光学触控装置可根据扫描的区域范围而调整发光元件发出的侦测光束的强度，使得欲侦测的物体的位置在靠近光感测单元或远离光感测单元时，光感测单元可接收到适当强度的反射光束，而可准确侦测物体的位置，其中光感测单元接收到反射光束的强度对应于侦测光束的强度。

附图说明

为让本发明的叙述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1为依照本发明一实施例的一种光学触控装置的俯视示意图。

图2为图1的光学触控装置的A部分的放大图。

图3为依照本发明另一实施例的光学触控装置的局部俯视示意图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

请参阅图1，其为依照本发明一实施方式的一种光学触控装置100的俯视图。如图1所示，一种光学触控装置100，其定义出一感测区101，其中感测区101可为矩形区域，但不以此为限，可依实际设计情况修改感测区101的区域形状或位置。光学触控装置100包括两扫描模组110以及一光感测单元120。当由扫描模组110发出的侦测光束112a接触到感测区101内的物体200而反射时，光感测单元120可接收被物体200反射的侦测光束，该反射的侦测光束定义为反射光束112a’（以下将以标号112a’表示被物体200反射的反射光束）。在本实施例中，光学触控装置100可包括一载板130，载板130承载扫描模组110及光感测元件120，举例来说，载板130可为显示面板或不具显示功能的基板（如玻璃基板、塑胶基板等），而物体200可为使用者的手指、触控笔或是任何可让侦测光束112a反射的物件，但不以此为限。

上述两扫描模组110分别设置于感测区101的第一侧边101a的两端，其中每一扫描模组110包含发光元件112以及反射元件114。发光元件112用以沿第一路径d1发出侦测光束112a，其中第一路径d1可平行于第一侧边101a。在本实施例中，每一扫描模组110的发光元件112位于对应的反射元件114及光感测元件120之间。发光元件112为可切换功率的发光元件，用以改变侦测光束112a的强度，应了解到，改变侦测光束112a强度的方式，不以此为限。另外，在本实施例中，侦测光束112a可为一激光光束，进一步来说，侦测光束112a可为一红外线激光光束，但不此为限。另一方面，反射元件114具有反射面114a用以反射来自发光元件112的侦测光束112a，使侦测光束112a沿第二路径d2传递。本实施例中，发光元件112的出光面例如是面对于反射元件114的反射面114a，使得发光元件112发出的侦测光束112a可沿第一路径d1传递至反射元件114的反射面114a，经反射面114a反射后而沿第二路径d2行进。第一侧边101a与第二路径d2可形成一夹角θ。此外，反射面114a适于在一固定角度范围内来回地转动，以改变第二路径d2的方向，使侦测光束112a沿不同的第二路径d2扫描感测区101。也就是说，反射面114a在所述固定角度范围内转动，第一侧边101a与第二路径d2所形成的夹角θ会随着反射面114a的转动而改变其角度值，进而改变侦测光束112a行进的方向，使侦测光束112a在固定角度范围R内扫描感测区101。在本实施例中，反射元件114可为微机电反射镜(micro-electronic-mechanic system oscillatory reflector，MEMS oscillatoryreflector)，但不以此为限。在理想的情况下，反射面114a可在90度（正负45度角）的摆动角度范围内来回地转动，以使第一侧边101a与第二路径d2之间的夹角θ在0至90度之间改变，并使侦测光束112a以90度的固定角度范围R扫描整个感测区101。然而，实际上制造反射元件114时可能因种种因素导致反射面114a可摆动的角度范围并非恰好等于90度，而有些许误差。此时，可透过微调反射面114a的摆动角度来进行补偿，使上述夹角θ在0至90度之间改变。

此外，本实施例的每一扫描模组110可进一步包含光侦测器116，配置于感测区101的一与第一侧边101a相连的第二侧边101b旁，其中第二侧边101b可与第一侧边101a相互垂直设置。然而，光侦测器116与发光元件112的设置位置以及第一侧边101a与第二侧边101b的配置不以此为限，在另一实施例中，光侦测器116与发光元件112的位置亦可互换。在本实施例中，光侦测器116例如是在夹角θ为90度时能侦测到侦测光束112a，即侦测光束112a被反射面114a反射后而沿着第二路径d2行进，此时第二路径d2实质上平行于第二侧边101b。因此，可分别记录光侦测器116连续两次接收到侦测光束112a的时间点，以计算出侦测光束112a在两时间点的间隔内的夹角θ角度变化值，进而建构出侦测光束112a在每一时间点的夹角θ角度值资料，以作为光感测单元120在侦测感测区101内的物体200时的判断夹角θ角度值的依据。具体而言，夹角θ的角度值可用公式表示成：θ=90-45*(1-COS(2πft))*A/90+B，其中f为光侦测器116连续两次接收到侦测光束112a的频率，t为反射面114a开始转动后所经过的时间，A为反射面114a实际操作时转动的角度范围，而B为反射面114a摆动角度的微调值。又，当光学触控装置100被开启时，光侦测器116会接收到侦测光束112a而对应形成的一脉波宽度(未绘示)，光学触控装置100则先比较此次脉波宽度，判断是否进行反射元件114摆动角度的调整，再进行后续的操作。

应了解到，当所使用的反射元件114其转动角度可直接得知，则可不需设置上述光侦测器116。另外，在本实施例中，每一扫描模组110还可包含一底座118，而光侦测器116、反射镜114以及发光元件112共同设置在底座118上，且光感测单元120连接于上述二底座118之间，但不以此为限。

以下请同时参阅图2，其为图1的光学触控装置100的A部分的放大图。如图1及图2所示，固定角度范围R包含第一预设范围r1及第二预设范围r2。在本实施例中，第一预设范围r1与第二预设范围r2以临界角度θ1为界，其中临界角度θ1介于10度至15度之间，但不以此为限。由上述可知，临界角度θ1为侦测光束112a经反射面114a反射后与第一侧边101a所形成的夹角θ在第一预设范围r1内可形成的最大角度值。当夹角θ的角度值位于第一预设范围r1内时，侦测光束112a具有第一强度，也就是说，当经由反射面114a反射的侦测光束112a在第一预设范围r1内扫描时，发光元件112的发光功率可被调整而发出具有第一强度的侦测光束112a。举例来说，当发光元件112的发光功率为45mW时，发光元件112可发出具有第一强度的侦测光束112a，但发光元件112的发光功率值不以此为限。另一方面，当侦测光束112a经由反射面114a反射而使夹角θ的角度值位于第二预设范围r2内时，侦测光束112a具有第二强度，其中第一强度小于第二强度，也就是说，当侦测光束112a在第二预设范围r2内扫描时，发光元件112的发光功率可被调整而发出具有第二强度的侦测光束112a。举例来说，当发光元件112的发光功率为150mW时，发光元件112可发出具有第二强度的侦测光束112a，但发光元件112的发光功率值不以此为限。本实施例中，侦测光束112a在第一预设范围r1内扫描所形成的区域会比侦测光束112a在第二预设范围r2内扫描所形成的区域较靠近光侦测单元120。另外，第一预设范围r1中的任一数值小于第二预设范围r2中的任一数值，即经由反射面114a反射的侦测光束112a所形成的夹角θ位于第一预设范围r1内的角度值会小于其位于第二预设范围r2内的角度值。此外，调整侦测光束112a的强度的方式并不局限于改变发光元件112的发光功率，在其他实施例中，也可藉由在第一预设范围r1内设置光能量衰减元件（图未示）于侦测光束112a的传递路径上，以使在第一预设范围r1中扫描的侦测光束112a的强度小于在第二预设范围r2中扫描的侦测光束112a的强度。

请重新参照图1，光学触控装置100的光感测单元120设置于感测区101的第一侧边101a旁且位于两扫描模组110之间，用以接收被位于感测区101内的物体200反射的侦测光束，该反射的侦测光束定义为反射光束112a’。也就是说，当物体200位于感测区101，且侦测光束112a沿第二路径d2接触至物体200时，侦测光束112a会散射，形成反射光束112a’，而朝向光感测单元120传递的反射光束112a’则被光感测单元120所接收，进而分析接收到反射光束112a’的时间点，以换算出侦测光束112a接触至物体200时夹角θ的角度值。在光感测单元120接收反射光束112a’而分别得到两扫描模组110的侦测光束112a接触至物体200的夹角θ角度值后，光学触控装置100可进一步利用三角定位法而计算出物体200在感测区101的触碰位置，其中光学触控装置100可透过内部的处理元件来计算并定义出物体200的位置。

在本实施例中，由于光学触控装置100可根据侦测光束112a在不同的预设范围内所扫描的区域而对应调整发光元件112所发出的侦测光束112a的强度，使得欲侦测物体200的位置在靠近光感测单元120或远离光感测单元120时，光感测单元120可接收到适当强度的反射光束112a’，而可准确侦测物体200在感测区101的位置。此外，在以改变发光元件112的发光功率来调整侦测光束112a的强度实施例中，因侦测光束112a在第一预设范围r1与第二预设范围r2的扫描周期固定，因此可根据此时间周期来改变发光元件112的发光功率，从而达到改变侦测光束112a的强度的目的。

请参照图3，其为依照本发明另一实施例的光学触控装置100’的局部俯视示意图。如图3所示，本实施例的光学触控装置100’与图1的光学触控装置100相似，差异处在于本实施例的固定角度范围R包含第一预设范围r1、第二预设范围r2及第三预设范围r3，其中第二预设范围r2中的任一数值小于第三预设范围r3中的任一数值，即经由反射面114a反射的侦测光束112a所形成的夹角θ位于第二预设范围r2内的角度值会小于其位于第三预设范围r3内的角度值。本实施例中，侦测光束112a在第三预设范围r3内扫描所形成的区域会比侦测光束112a在第二预设范围r2内扫描所形成的区域较靠近光侦测器116。由于反射面114a转动至最大角度（如正45度角或负45度角）时，需往反方向转动，故当反射面114a转动至接近最大角度时，反射面114a的转动速率会降低，使得侦测光束112a的扫描速度变慢。上述第三预设范围r3即为侦测光束112a扫描速度变慢的范围，即侦测光束112a在第二预设范围r2内扫描的速度大于侦测光束112a在第三预设范围r3内扫描的速度。由于扫描速度变慢，被物体200反射的反射光束112a’停留于光感测单元120（请参照图1）的同一部分的时间较长，而接收到的能量也较多。基于安全规范考量，可设计当夹角θ的角度值位于第三预设范围r3内时，侦测光束112a具有第三强度，其中第三强度小于第二强度，以达到安全规范的需求。在本实施例中，第三预设范围r3介于80度至90度之间，也就是说，当侦测光束112a形成夹角θ的角度值介于80度至90度之间时，侦测光束112a具有小于第二强度的第三强度，但不以此为限。此第三强度可与上述的第一强度相同，也可大于或小于上述的第一强度。调整侦测光束112a的强度的方式可与前述相似，在此不再重述。

由上述本发明实施例可知，应用本发明具有以下优点。光学触控装置可根据扫描的区域范围而调整发光元件发出的侦测光束的强度，使得欲侦测的物体在靠近光感测单元或远离光感测单元时，光感测单元可接收到适当强度的侦测光束，而可准确侦测物体的位置。另外，在反射面转动较慢的区域范围，可透过降低侦测光束的功率，以使光学触控装置符合安全规范的要求。

虽然本发明已以实施方式披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所披露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims (10)

1.一种光学触控装置，定义一感测区，该光学触控装置包括：

两扫描模组，分别设置于该感测区的一第一侧边的两端，且每一该扫描模组包含：

一发光元件，用以沿一第一路径发出一侦测光束；以及

一反射元件，具有一反射面，用以反射该侦测光束使该侦测光束沿一第二路径传递，该第一侧边与该第二路径形成一夹角，该反射面在一固定角度范围内转动，以改变该第二路径的方向，使该侦测光束扫描该感测区，其中，该固定角度范围包括一第一预设范围及一第二预设范围，当该夹角的角度值位于该第一预设范围内时，该侦测光束具有一第一强度，且当该夹角的角度值位于该第二预设范围内时，该侦测光束具有一第二强度，其中该第一强度小于该第二强度，该第一预设范围中的任一数值小于该第二预设范围中的任一数值；以及一光感测单元，设置于该感测区的该第一侧边旁且位于这些扫描模组之间，用以接收该侦测光束被位于该感测区内的一物体反射的一反射光束。

2.如权利要求1所述的光学触控装置，还包括一载板，承载该些扫描模组及该光感测元件。

3.如权利要求1所述的光学触控装置，其中每一该扫描模组的该发光元件位于对应的该反射镜及该光感测元件之间。

4.如权利要求1所述的光学触控装置，其中该第一预设范围与该第二预设范围以一临界角度为界，该临界角度为该侦测光束经该反射面反射后与该第一侧边所形成的夹角在该第一预设范围内可形成的最大角度值。

5.如权利要求1所述的光学触控装置，其中该固定角度范围还包括一第三预设范围，当该夹角的角度值位于该第三预设范围内时，该侦测光束具有一第三强度，该第二强度大于该第三强度，该第二预设范围中的任一数值小于该第三预设范围中的任一数值。

6.如权利要求5所述的光学触控装置，其中该侦测光束在该第二预设范围内扫描的速度大于该侦测光束在该第三预设范围内扫描的速度。

7.如权利要求1所述的光学触控装置，其中每一该扫描模组还包含一光侦测器，配置于该感测区的一与该第一侧边相连的第二侧边。

8.如权利要求7所述的光学触控装置，其中每一该扫描模组还包含一底座，该光侦测器、该反射镜以及该发光元件共同设置在该底座上。

9.如权利要求8所述的光学触控装置，其中该光感测单元连接于该些底座之间。

10.如权利要求1所述的光学触控装置，其中每一该扫描模组的该发光元件为可切换功率的发光元件，用以改变该侦测光束的强度。