CN105094571A - 光学触控模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光学触控模块，外挂于显示装置上。显示装置具有相对的二侧边与多个角落。光学触控模块包含一对框架、多个发光单元、多个感光单元以及一对回归反射器。框架分别设置于侧边上。发光单元分别设置于框架上，并且对应设置于不同角落。感光单元分别相邻设置于发光单元。回归反射器分别设置于框架上，用以反射发光单元所发射的光线，使光线反射后以平行但反向于原入射方向的方向射回，并由相对应的感光单元接收。
Description
技术领域
本发明涉及一种触控模块，特别是涉及一种光学触控模块。
背景技术
光学式触控装置是在荧幕边缘或角落设置光源与接收器，光源会发射光线(通常为红外线)并在荧幕表面上方形成一个红外线网，当使用者以手指触碰荧幕时，将有特定方向的红外线遭到手指遮断，而接收器将接收不到相关信号，于是经由运算后能得知手指触碰荧幕的位置。
在传统光学式触控装置中，接收器通常需要配置广角镜头，以完整接收分布于荧幕表面上的信号，然而广角镜头的成本较高，将提高光学式触控装置的整体成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学触控模块，通过适当设计的元件配置，使感光单元不需配置广角镜头，因而降低光学触控模块的整体成本。
为达上述目的，根据本发明一实施方式，一种光学触控模块外挂于显示装置上。显示装置具有相对的第一侧边与第二侧边与多个角落。光学触控模块包含第一框架、第二框架、第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元、第四发光单元、第一感光单元、第二感光单元、第三感光单元、第四感光单元、第一回归反射器、第二回归反射器以及控制单元。第一框架与第二框架分别设置于第一侧边与第二侧边。第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元与第四发光单元用以发射光线，其中第一发光单元与第二发光单元设置于第一框架上，第三发光单元与第四发光单元设置于第二框架上，且第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元与第四发光单元的设置位置分别对应于不同的角落。第一感光单元、第二感光单元、第三感光单元与第四感光单元分别相邻设置于第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元与第四发光单元。第一回归反射器设置于第一框架上，用以反射第三发光单元与第四发光单元所发射的光线，使光线反射后以平行但反向于原入射方向的方向射回，并由第三感光单元与第四感光单元接收。第二回归反射器设置于第二框架上，用以反射第一发光单元与第二发光单元所发射的光线，使光线反射后以平行但反向于原入射方向的方向射回，并由第一感光单元与第二感光单元接收。
本发明上述实施方式通过适当设计的元件配置，将显示装置的显示面划分为四个区域，当使用者的手指触碰显示面的任一区域时，仅需配置的四个感光单元中的两个侦测可供运算的图像信号，即可得知触控点的座标。另外，感光单元的感光视角仅需涵盖对向设置的回归反射器便能达成前述功效，而不用涵盖大角度，因此感光单元不需配置广角镜头，从而降低光学触控模块的整体成本。
附图说明
图1A是本发明一实施方式的光学触控模块与显示装置的前视图；
图1B是图1A的光学触控模块外挂于显示装置的前视图；
图2A是图1B的光学触控模块的光路示意图；
图2B是图1B的光学触控模块的光路反射示意图；
图3A是图1B的感光单元在显示装置没有触控物时所形成的图像；
图3B是图1B的感光单元在显示装置的区域A有触控物时所形成的图像；
图3C是图1B的感光单元在显示装置的区域B有触控物时所形成的图像；
图3D是图1B的感光单元在显示装置的区域C有触控物时所形成的图像；
图3E是图1B的感光单元在显示装置的区域D有触控物时所形成的图像；
图4是图1B的光学触控模块在显示装置的区域A有触控物时的前视示意图；
图5A是图1A的光学触控模块的局部前视图；
图5B是图5A的光学触控模块从视角V观看的侧视图。
符号说明
100：光学触控模块
110a：第一框架
110b：第二框架
120a：第一发光单元
120b：第二发光单元
120c：第三发光单元
120d：第四发光单元
130a：第一感光单元
130b：第二感光单元
130c：第三感光单元
130d：第四感光单元
135：感光视角
140a：第一回归反射器
140b：第二回归反射器
150：控制单元
160：螺丝
200：显示装置
210a：第一侧边
210b：第二侧边
210c：第三侧边
230：角落
240：显示面
300：光线
A、B、C、D、E、F：区域
BI：亮带
DI：暗带
Ia、Ib、Ic、Id：图像
V：视角
X：触控点
θa、θd：夹角
具体实施方式
以下将以附图公开本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些现有惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示之。
请同时参照图1A与图1B，其中图1A绘示依照本发明一实施方式的光学触控模块100与显示装置200的前视图，图1B绘示图1A的光学触控模块100外挂于显示装置200的前视图。本实施方式的光学触控模块100可以外挂于显示装置200上，使显示装置200具有触控功能。
显示装置200具有相对的第一侧边210a与第二侧边210b与多个角落230。光学触控模块100包含第一框架110a、第二框架110b、第一发光单元120a、第二发光单元120b、第三发光单元120c、第四发光单元120d、第一感光单元130a、第二感光单元130b、第三感光单元130c、第四感光单元130d、第一回归反射器140a(Retro-reflector)、第二回归反射器140b以及控制单元150。
第一框架110a与第二框架110b分别设置于第一侧边210a与第二侧边210b。第一发光单元120a、第二发光单元120b、第三发光单元120c与第四发光单元120d用以发射光线300(见图2A与图2B)，其中第一发光单元120a与第二发光单元120b设置于第一框架110a上，第三发光单元120c与第四发光单元120d设置于第二框架110b上，且第一发光单元120a、第二发光单元120b、第三发光单元120c与第四发光单元120d的设置位置分别对应于不同的角落230。第一感光单元130a、第二感光单元130b、第三感光单元130c与第四感光单元130d分别相邻设置于第一发光单元120a、第二发光单元120b、第三发光单元120c与第四发光单元120d。
第一回归反射器140a设置于第一框架110a上，用以反射第三发光单元120c与第四发光单元120d所发射的光线300，使光线300反射后以平行但反向于原入射方向的方向射回，并由第三感光单元130c与第四感光单元130d接收。第二回归反射器140b设置于第二框架110b上，用以反射第一发光单元120a与第二发光单元120b所发射的光线300，使光线300反射后以平行但反向于原入射方向的方向射回，并由第一感光单元130a与第二感光单元130b接收。
控制单元150电连接第一发光单元120a、第二发光单元120b、第三发光单元120c、第四发光单元120d、第一感光单元130a、第二感光单元130b、第三感光单元130c、第四感光单元130d以及显示装置200。控制单元150用以控制发光单元发光，并收集感光单元所接收的反射光的信号，进而计算触控点的位置。
图2A与图2B绘示图1B的光学触控模块100的光路及光路反射示意图。如图2A与图2B所绘示，显示装置200具有显示面240，第一发光单元120a发射光线300于显示面240上方，并形成一光线网；接着部分投射至第二回归反射器140b的光线300将被第二回归反射器140b反射，并以平行但反向于原入射方向的方向射回，并由第一感光单元130a接收。其他投射至介于第一侧边210a与第二侧边210b的第三侧边210c的光线，因第三侧边210c并无具备反射器，因此投射至第三侧边210c的光线没有朝原入射方向的方向射回。其他发光单元与感光单元的光路都类似于前述，因此不再重复描述。
承图2A与图2B所述，且同时参考图3A，图3A绘示图1B的感光单元在显示装置200没有触控物时所形成的图像Ia、Ib、Ic与Id。第一感光单元130a具有感光视角135，感光视角135涵盖第二回归反射器140b。在感光视角135中，仅有在第二回归反射器140b所分布的角度有光线300被反射，因此第一感光单元130a仅在部分角度侦测到光线300，并形成图像Ia，其中在图像Ia中对应于第二回归反射器140b所分布的角度形成亮带BI。
类似于前述，第二感光单元130b的感光视角涵盖第二回归反射器140b，第三感光单元130c与第四感光单元130d的感光视角涵盖第一回归反射器140a，且第二感光单元130b、第三感光单元130c、第四感光单元130d分别形成图像Ib、Ic与Id，其中在图像Ib、Ic与Id中对应于第一回归反射器140a或第二回归反射器140b所分布的角度分别形成亮带BI。
如图1B所绘示，显示面240可通过二对角线划分为位于显示面240上部的区域A、位于显示面240左部的区域B、位于显示面240右部的区域C以及位于显示面240下部的区域D(位于对角线附近的区域E与位于显示面240的中心附近的区域F容后讨论)。
图3B绘示图1B的感光单元在显示装置200的区域A有触控物时所形成的图像Ia、Ib、Ic与Id。如图1B、图2A、图2B、图3B所绘示，当有触控物(比如说手指)触碰区域A时，触控物将会阻挡图2A中第一发光单元120a所发射的光线300，光线300也就无法抵达第二回归反射器140b而被反射，于是第一感光单元130a在触控物所对应的角度将侦测不到反射的光线300，因此在图像Ia中对应于触控物所分布的角度将形成暗带DI(暗带DI形成于亮带BI中)。类似地，触控物会阻挡第四发光单元120d所发射的光线300，于是第四感光单元130d在触控物所对应的角度将侦测不到光线300，因此在图像Id中对应于触控物所分布的角度将形成暗带DI。至于对于第二感光单元130b以及第三感光单元130c而言，由于区域A的位置对于第二感光单元130b以及第三感光单元130c而言，对应的侧边并无安装反射器，因此无论区域A是否有无触控物，第二感光单元130b以及第三感光单元130c所产生的图像Ib与Ic于触控前触控后都是相同的(如图3A以及图3B)。换言之，此时并无法利用图像Ib与Ic作为判断是否有触控的信号，而仅能利用图像Ia与Id来判断是否有触控事件发生。
图3C绘示图1B的感光单元在显示装置200的区域B有触控物时所形成的图像Ia、Ib、Ic与Id。图3D绘示图1B的感光单元在显示装置200的区域C有触控物时所形成的图像Ia、Ib、Ic与Id。图3E绘示图1B的感光单元在显示装置200的区域D有触控物时所形成的图像Ia、Ib、Ic与Id。如图1B、图3C、图3D、图3E所绘示，类似于前述，当有触控物触碰区域B、C、D时，触控物将会阻挡两个发光单元所发射的光线300，并在相对应的感光单元所形成的图像中形成暗带DI。
在此需要说明的是，在区域A、B、C以及D中，只要有触控事件发生，将会于其中二图像中产生暗带，剩余二图像不发生变化。因此，控制单元150只要知道是那两个图像产生暗带，即可反推触控物位于何区域，并进一步计算触控位置，请参考以下说明。
图4绘示图1B的光学触控模块100在显示装置200的区域A有触控物时的前视示意图。如图3B与图4所绘示，当有触控物触碰区域A的触控点X时，图像Ia对应于触控物所分布的角度会形成暗带DI，于是，通过分析暗带DI在图像Ia中的位置，便能得知第一感光单元130a与第四感光单元130d的连线与第一感光单元130a和触控点X的连线的夹角θa。同理，通过分析暗带DI在图像Id中的位置，也能得知第一感光单元130a与第四感光单元130d的连线与第四感光单元130d和触控点X的连线的夹角θd。此时，利用三角运算或是点斜式解联立直线方程式，搭配上第一感光单元130a与第四感光单元130d的已知座标位置，如此便能求出触控点X的实际座标位置，因而达成侦测的功能。
类似于前述，当有触控物触碰区域B、C或D时，通过分析图像Ia、Ib、Ic、Id中暗带DI的位置，便能得知相关的夹角信号，之后再搭配感光单元的已知座标进行三角运算或是点斜式解联立直线方程式，便能求出触控点的座标位置。
由前述的描述可知，由于显示面240划分为四个区域，当触控物触碰显示面240的任一区域时，仅需配置的四个感光单元中的两个侦测可供运算的图像信号，便能得知触控点的座标位置。另外，感光单元的感光视角仅需涵盖对向设置的回归反射器便能达成前述功效。因此，感光单元的感光视角不用涵盖大角度，感光单元也就不需配置广角镜头，从而降低光学触控模块100的整体成本。
在一具体实施例中，第一感光单元130a、第二感光单元130b、第三感光单元130c与第四感光单元130d的感光视角角度可以小于90度。或者，第一感光单元130a、第二感光单元130b、第三感光单元130c与第四感光单元130d的感光视角角度可为约45～60度。
第一框架110a与第二框架110b可分别通过螺丝160锁附或背胶黏合的方式固定于显示装置200上。应了解到，以上所举的第一框架110a与第二框架110b的固定方式仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，应视实际需要，弹性选择第一框架110a与第二框架110b的固定方式。
第一框架110a与第二框架110b的长度可为可伸缩调整，使第一框架110a与第二框架110b的长度分别对应于第一侧边210a与第二侧边210b的长度。在实际操作上，先调整第一框架110a与第二框架110b的长度，使其分别对应于第一侧边210a与第二侧边210b的长度，接着再分别组装固定分别对应于第一侧边210a与第二侧边210b的长度的第一回归反射器140a与第二回归反射器140b于第一框架110a与第二框架110b上。
具体而言，图1A中的第一侧边210a与第二侧边210b为显示装置200的左右侧。在其他实施例中，第一侧边210a与第二侧边210b可以分别为显示装置200的上下侧。
于一具体实施例中，第一发光单元120a、第二发光单元120b、第三发光单元120c与第四发光单元120d所发射的光线可为红外线，且第一感光单元130a、第二感光单元130b、第三感光单元130c与第四感光单元130d可为红外线感光装置。
在使用外挂于显示装置200的光学触控模块100前，必须对于光学触控模块100进行校正。校正方法为依序在显示装置200上显示多个已知相关角度信号的校正点让使用者触碰。在使用者触碰这些校正点时，由于相关角度信号为已知，于是图像Ia、Ib、Ic或Id中暗带DI位于亮带BI的位置便能正确地对应于校正点的相关角度。另外，校正点可以均位于平行于第一侧边210a与第二侧边210b的同一直线上。
如图1B所绘示，当触控物触碰对角线附近的区域E时，由于系统误差的因素，可能会有三个感光单元同时侦测到触控物的情况。如前所述，在每一个感光单元侦测到触控物时，都能够得知一个相关的角度信号，在搭配上感光单元的已知座标后，便能得到一条通过触控点与感光单元的直线。在仅有两个感光单元侦测到触控物时，两条直线的交点即为触控点；但在三个感光单元侦测到触控物时，由于物理上误差，这三条直线可能交于同一点，也有可能交于不同点。若是三条直线交于同一点，则认定此点为触控点，若三条直线交于不同的三点，则取此三点的重心作为触控点。
类似于前述，当触控物触碰显示面240的中心附近的区域F时，可能会有四个感光单元同时侦测到触控物的情况，因此可以得到四条通过触控点与感光单元的直线。若是四条直线交于同一点，则认定此点为触控点，若四条直线交于不同的四点，则取此四点的重心作为触控点。
图5A绘示图1A的光学触控模块100的局部前视图。图5B绘示图5A的光学触控模块100从视角V观看的侧视图。如图1A、图5A以及图5B所绘示，第一回归反射器140a的一端延伸至第一感光单元130a的中轴，换句话说，第一回归反射器140a的一端延伸至第一侧边210a所连接的角落230。如图1A所绘示，类同于前述，第一回归反射器140a的另一端延伸至第二感光单元130b的中轴，也即第一回归反射器140a的另一端延伸至第一侧边210a所连接的另一角落230。于是，第一回归反射器140a的两端分别延伸至第一感光单元130a的中轴与第二感光单元130b的中轴，且第一回归反射器140a的两端分别延伸至第一侧边210a所连接的角落230。
第二回归反射器140b的设置方式与第一回归反射器140a类同，亦即，第二回归反射器140b的两端分别延伸至第三感光单元130c的中轴与第四感光单元130d的中轴，且第二回归反射器140b的两端分别延伸至第二侧边210b所连接的角落230。
如图1B所绘示，通过前述设置，即使发光单元以显示面240的对角线的方向发射光线，此光线仍可被相对应的回归反射器反射，之后再由相对应的感光单元接收。于是，光学触控模块100将没有侦测死角，即使触控物触碰区域E或F时，光学触控模块100依然能够侦测出触控点的座标。
本发明上述实施方式通过适当设计的元件配置，将显示装置200的显示面240划分为四个区域，当使用者的手指触碰显示面240的任一区域时，仅需配置的四个感光单元中的两个侦测可供运算的图像信号，即可得知触控点的座标。另外，感光单元的感光视角仅需涵盖对向设置的回归反射器便能达成前述功效，而不用涵盖大角度，因此感光单元不需配置广角镜头，从而降低光学触控模块100的整体成本。
虽然结合以上实施方式公开了本发明，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，可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。
Claims (10)
1.一种光学触控模块，外挂于一显示装置上，其中该显示装置具有相对的第一侧边与第二侧边与多个角落，该光学触控模块包含：
第一框架与第二框架，分别设置于该第一侧边与该第二侧边；
第一发光单元、第二发光单元、第三发光单元与第四发光单元，分别用以发射一光线，其中该第一发光单元与该第二发光单元设置于该第一框架上，该第三发光单元与该第四发光单元设置于该第二框架上，该第一发光单元、该第二发光单元、该第三发光单元与该第四发光单元的设置位置分别对应于不同的该些角落；
第一感光单元、第二感光单元、第三感光单元与第四感光单元，分别设置于该第一发光单元、该第二发光单元、该第三发光单元与该第四发光单元；
第一回归反射器，设置于该第一框架上，用以反射该第三发光单元与该第四发光单元所发射的该光线，使该光线反射后以平行但反向于原入射方向的方向射回，并由该第三感光单元与该第四感光单元接收；
第二回归反射器，设置于该第二框架上，用以反射该第一发光单元与该第二发光单元所发射的该光线，使该光线反射后以平行但反向于原入射方向的方向射回，并由该第一感光单元与该第二感光单元接收。
2.如权利要求1所述的光学触控模块，其中该第一感光单元、该第二感光单元的感光视角涵盖该第二回归反射器，该第三感光单元与该第四感光单元的感光视角涵盖该第一回归反射器。
3.如权利要求1所述的光学触控模块，其中该第一感光单元、该第二感光单元、该第三感光单元与该第四感光单元的感光视角角度小于90度。
4.如权利要求1所述的光学触控模块，其中该第一感光单元、该第二感光单元、该第三感光单元与该第四感光单元的感光视角角度为约45～60度。
5.如权利要求1所述的光学触控模块，其中该第一框架与该第二框架的长度为可伸缩调整，使该第一框架与该第二框架的长度分别对应于该第一侧边与该第二侧边的长度。
6.如权利要求1所述的光学触控模块，其中该第一框架与该第二框架分别通过螺丝锁附或背胶黏合的方式固定于该显示装置上。
7.如权利要求1所述的光学触控模块，其中该第一发光单元、该第二发光单元、该第三发光单元与该第四发光单元所发射的该光线为一红外线，且该第一感光单元、该第二感光单元、该第三感光单元与该第四感光单元为红外线感光装置。
8.如权利要求1所述的光学触控模块，其中该第一侧边与该第二侧边分别为该显示装置的左右侧或上下侧。
9.如权利要求1所述的光学触控模块，其中该第一回归反射器的两端分别延伸至该第一侧边所连接的该些角落，该第二回归反射器的两端分别延伸至该第二侧边所连接的该些角落。
10.如权利要求1所述的光学触控模块，其中该第一回归反射器的两端分别延伸至该第一感光单元的中轴与该第二感光单元的中轴，该第二回归反射器的两端分别延伸至该第三感光单元的中轴与该第四感光单元的中轴。
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