CN109032430B - 光学触控面板装置 - Google Patents

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Abstract

一种光学触控面板装置，包括导光板、发光源、影像撷取单元及图像处理器。导光板具有一厚度并包括触控面与入光面。发光源发射光线至入光面。影像撷取单元撷取导光板内的触控影像，触控影像包括多次内部全反射影像，且多次内部全反射影像位于触控影像中的一成像位置。图像处理器根据触控影像以计算出一触碰位置(r,θ)，触碰位置包括半径坐标r及角坐标θ，图像处理器根据多次内部全反射影像的多个光点影像计算出半径坐标r，以及根据多次内部全反射影像的成像位置计算出角坐标θ。

Description

光学触控面板装置
技术领域
本发明关于一种触控面板，特别是指一种光学触控面板装置。
背景技术
随着科技的发展，触控式电子产品(例如智能型手机、平板计算机、导航机、数字电视等)逐渐成为市场的主流，目前市面上触控式电子产品的触控面板主要可分为电阻式、电容式及光学式三大类。由于光学式触控面板相较于其他触控方式而言，具有制造成本低且准确度高等优点，因此，巿场上越来越多电子产品使用光学式触控面板来取代旧有的电阻或电容式触控面板。
目前光学式触控面板的侦测方式，可如美国专利US7432893所揭示，其主要是通过多个发光源从不同位置发出光线并导入导光板中，且来自多个位置的光线可在导光板中进行反射传播。导光板的周围并设有多个光传感器以感测光线。当有对象接触导光板表面时，会影响光线在导光板内的反射传播，造成对象接触范围的光线产生衰减，光传感器即可侦测出不同位置的至少两个发光源所发出的光线衰减信号，使处理器根据至少二衰减信号以及三角测量法判定对象的位置。
发明内容
有鉴于此，于一实施例中，提供一种光学触控面板装置，包括导光板、发光源、影像撷取单元以及图像处理器。导光板具有一厚度并包括触控面与入光面。发光源发射光线至入光面。影像撷取单元撷取导光板内的触控影像，其中触控影像包括一多次内部全反射影像，多次内部全反射影像是指发光源发光由入光面进入导光板内，使触控面上的一触控点受光，并于厚度内进行多次内部全反射而形成排列成排的多个光点影像，多次内部全反射影像位于触控影像中的一成像位置。图像处理器电连接于影像撷取单元并接收触控影像，图像处理器根据触控影像以计算出一触碰位置(r,θ)，触碰位置包括半径坐标r及角坐标θ，其中，图像处理器根据多次内部全反射影像的多个光点影像以计算出半径坐标r，图像处理器根据多次内部全反射影像的成像位置以计算出角坐标θ。
基于上述，根据本发明实施例的光学触控面板装置，当导光板的触控面受到物体(如手指或触控笔)接触而产生触控点时，可通过影像撷取单元撷取导光板内的一触控影像，以根据触控影像中的多个光点影像计算出半径坐标r以及触控影像中多次内部全反射影像的成像位置计算出角坐标θ，而产生对应于触控点的触碰位置(r,θ)。藉此，本发明实施例仅需设置一影像撷取单元而能进一步节省成本，此外，通过多个光点影像及多次内部全反射影像的成像位置计算触碰位置可提升准确度且更利于多点触控的位置判断。
于一实施例中，图像处理器可包括一影像分析单元，影像分析单元分析上述多个光点影像并产生一光点特征信息，图像处理器是根据光点特征信息计算出半径坐标r。举例来说，光点特征信息可为多个光点影像中的光点数量、光点间距、光点密度或上述至少两种光点特征的组合。在一实施例中，图像处理器所计算出的半径坐标r可与光点数量或光点密度成正比。或者，图像处理器所计算出的半径坐标r可与光点间距成反比。
在一实施例中，触控影像包括相对的一第一边界与一第二边界，第一边界指影像撷取单元摄像视角的最小视角(例如0°)所拍摄到的影像边界，第二边界指影像撷取单元摄像视角的最大视角(例如90°)所拍摄到的影像边界，多次内部全反射影像的成像位置是介于第一边界与第二边界之间，图像处理器根据成像位置与第一边界或第二边界或其组合的相对位置以计算出角坐标θ。
附图说明
图1为本发明光学触控面板装置一实施例的立体图。
图2为本发明光学触控面板装置一实施例的侧视图。
图3为本发明光学触控面板装置一实施例的装置方块图。
图4为本发明光学触控面板装置一实施例的触控示意图。
图5为本发明光学触控面板装置一实施例的影像示意图。
图6为本发明光学触控面板装置另一实施例的触控示意图。
图7为本发明光学触控面板装置另一实施例的影像示意图。
图8为本发明光学触控面板装置另一实施例的俯视图。
图9为本发明导光板另一实施例的侧视图。
其中附图标记为：
1光学触控面板装置
10导光板
11触控面
12侧缘
13内侧面
15入光面
16厚度
17旁侧面
18直角顶
20发光源
30影像撷取单元
40图像处理器
41影像分析单元
IT触控影像
I1第一边界
I2第二边界
IR、I’R多次内部全反射影像
IS光点影像
R反射点
D光点特征信息
T、T1、T2触控点
P极点
具体实施方式
图1为本发明光学触控面板装置一实施例的立体图，图2为本发明光学触控面板装置一实施例的侧视图。如图1所示，在本实施例中，光学触控面板装置1包括有导光板10、发光源20、影像撷取单元30及图像处理器40。光学触控面板装置1可应用于智能型手机、平板计算机、导航机、数字电视等电子产品，以供用户进行触控输入。
导光板10具体上可由导光材料所制成，例如导光板10可由聚碳酸酯(PC)、压克力塑料(PMMA)或玻璃材质所制成而具有导光功能。其中，导光板10可为硬质导光板(例如图2所示)或可挠曲的软质导光薄膜(例如图9所示)，此并不局限。如图1与图2所示，在本实施例中，导光板10可为具有厚度16的一矩形板体且包括一触控面11与一入光面15，触控面11可显露于电子产品外部，以供用户进行触控输入，例如用户可通过手指或触控笔在光学触控面板装置1的触控面11上触控操作(如图2所示)，在一些实施例中，导光板10的厚度16可为0.1mm至5mm或5mm以上，但并不局限，实际上，导光板10的厚度16可根据不同电子产品的需求而有不同的设置。
发光源20可对应发射光线至入光面15，其中入光面15可为触控面11的旁侧面，例如图1所示，在此，触控面11具有一侧缘12，入光面15是连接于侧缘12而位于触控面11的一侧。在一些实施态样中，入光面15也可为触控面11的一相对面或者为触控面11的局部表面，本实施例并不局限。发光源20可直接设于入光面15上或者设置于邻近入光面15的其他侧面或边缘。例如图1与图2所示，导光板10的入光面15的一端可具有一直角顶18，发光源20可组设于直角顶18或者邻近于直角顶18的位置。在一些实施态样中，发光源20亦可与入光面15之间具有一间距以从远处发射光线至入光面15。
再如图2所示，上述发光源20具体上可为发光二极管(Light-emitting diode,LED)或其他发光件(如卤素灯或红外线灯或雷射光源等)，以发出光线由入光面15进入导光板10内，且光线可于导光板10的厚度16内进行内部全反射(Total internal reflection,TIR)而呈锯齿状的反射路径，详言之，导光板10可具有相对于触控面11的一内侧面13，发光源20发出的光线可在触控面11与内侧面13之间进行全反射传播。
影像撷取单元30是用以撷取导光板10内的影像，其中影像撷取单元30可为一相机(Camera)或感光组件，例如感光组件可为感光耦合组件(charge-coupled device,CCD)和互补式金属氧化物半导体主动像素传感器(CMOS Active pixel sensor)。如图2所示，当导光板10的触控面11受到物体(在此为手指)接触时，会在触控面11上产生一触控点T，触控点T可受到发光源20的光线照射并在导光板10内进行多次内部全反射，而对应在触控面11与内侧面13上形成多个反射点R，且在每个反射点R处会对应产生光点，使触控面11与内侧面13分别形成排列成排的一排光点。此时，影像撷取单元30即可撷取导光板10内的一触控影像IT，触控影像IT包括多次内部全反射影像IR，多次内部全反射影像IR包括对应上述一排光点的多个光点影像IS，换言之，多次内部全反射影像IR是指发光源20发光由入光面15进入导光板10内，使触控面11上一触控点T受光，并于厚度16内进行多次内部全反射(Totalinternal reflection,TIR)而形成排列成排的多个光点影像IS。此外，触控影像IT更显示多次内部全反射影像IR的成像位置，例如多次内部全反射影像IR的成像位置是位于触控影像IT中的左侧、中央或右侧。
图3为本发明光学触控面板装置一实施例的装置方块图。如图1与图3所示，图像处理器40具体上可为微处理器、微控制器、场编程门阵列或逻辑电路等。其中图像处理器40电连接于影像撷取单元30以接收影像撷取单元30所撷取的触控影像IT。在一实施例中，图像处理器40与影像撷取单元30可整合在同一模块中(如图1所示)、或者图像处理器40与影像撷取单元30也可为分别设于不同模块中。其中图像处理器40可根据触控影像IT的影像内容计算出触控点T的触碰位置(r,θ)，触碰位置(r,θ)包括一半径坐标r及一角坐标θ，且触碰位置(r,θ)可指触控点T相对于一极坐标系的相对位置，举例来说，图像处理器40可自定义或通过演算取得极坐标系的一极点P，其中极点P可位于导光板10上的任意位置或者位于导光板10外的其他位置。例如图1所示，在本实施例中，极点P是设定于侧缘12的一端而位于导光板10的边角处，触碰位置(r,θ)为触控点T相对于极点P的相对位置，因而能反应出触控点T的实际位置，以下即以极点P设定于导光板10的边角处的实施例配合图式详细说明。
如图4所示，在一实施例中，影像撷取单元30可设于导光板10的角落，且影像撷取单元30的拍摄视角范围可至少为0°～90°，使影像撷取单元30所撷取的影像能涵盖整个导光板10的内部。在本实施例中，用户是以手指接触触控面11上的一位置而产生一触控点T1，如图6所示，在此实施例中，用户则是以手指接触触控面11上的另一位置而产生一触控点T2。请对照图4与图6所示，触控点T1相较于触控点T2而言较远离极点P，也就是说，触控点T1到极点P距离大于触控点T2到极点P的距离，此外触控点T1较触控点T2邻近导光板10的旁侧面17。
请对照图4与图5所示，其中图5为影像撷取单元30对应图4的触控输入所撷取的触控影像IT，在此，触控影像IT可包括多次内部全反射影像IR，多次内部全反射影像IR中具有排列成排的多个光点影像IS，其中多个光点影像IS为触控点T1受光并于厚度16内进行多次内部全反射(Total internal reflection,TIR)后所形成，图像处理器40可根据多次内部全反射影像IR的多个光点影像IS以计算出触碰位置中的半径坐标r1(如图4所示)，其中半径坐标r1代表的是触控点T1至极点P的相对距离。再请对照图6与图7所示，其中图7为影像撷取单元30对应图6的触控输入所撷取的触控影像IT，在此，触控影像IT同样包括多次内部全反射影像IR，多次内部全反射影像IR中具有排列成排的多个光点影像IS，其中多个光点影像IS为触控点T2受光并于厚度16内进行多次内部全反射(Total internal reflection,TIR)后所形成，图像处理器40亦可根据多次内部全反射影像IR的多个光点影像IS以计算出半径坐标r2(如图6所示)，其中半径坐标r2代表的是触控点T2至极点P的相对距离。
举例来说，如图3所示，图像处理器40可包括一影像分析单元41，影像分析单元41分析多个光点影像IS并产生一光点特征信息D，图像处理器40可根据光点特征信息D以计算出上述半径坐标r1与半径坐标r2，在一实施例中，光点特征信息D可包括多个光点影像IS的光点数量、光点间距、光点密度或至少其中二种特征的组合，兹分别说明如下。
在一实施例中，假设光点特征信息D包括多个光点影像IS的光点数量，图像处理器40可以半径坐标与光点数量成正比的方式计算出半径坐标，详言之，当触控点离极点P越远时，触控点反射的次数就会越多，相对来说，多个光点影像IS的光点数量也会越多，因此，图像处理器40可根据光点数量计算出触控点到极点P的距离(也就是半径坐标)，例如6个光点数量所对应的半径坐标为2cm，8个光点数量所对应的半径坐标为3cm，16个光点数量所对应的半径坐标为8cm，以此类推。据此，请对照图5与图7所示，由于图5的触控影像IT中多个光点影像IS的光点数量(16个)多于图7的触控影像IT中多个光点影像IS的光点数量(6个)，因此，图像处理器40据以计算出的半径坐标r1(如图4所示)大于半径坐标r2(如图6所示)。
在一实施例中，假设光点特征信息D包括多个光点影像IS的光点间距，图像处理器40可以半径坐标与光点间距成反比的方式计算出半径坐标，详言之，当触控点离极点P越远时，触控点反射的次数就会越多，相对来说，多个光点影像IS的光点数量也会越多，因此在固定拍摄范围下，各光点影像IS之间的间距会越小(也就是密度越大)，图像处理器40可根据其中两个光点影像IS之间的光点间距或者所有光点影像IS的平均光点间距计算出触控点到极点P的距离(也就是半径坐标)，例如1mm的光点间距所对应的半径坐标为8cm，2mm的光点间距所对应的半径坐标为6cm，10mm的光点间距所对应的半径坐标为2cm，以此类推。据此，对照图5与图7所示，由于图5的触控影像IT中相邻两个光点影像IS的光点间距小于图7的触控影像IT中相邻两个光点影像IS的光点间距，因此，图像处理器40据以计算出的半径坐标r1(如图4所示)大于半径坐标r2(如图6所示)。同理，假设光点特征信息D包括多个光点影像IS的光点密度，图像处理器40可以半径坐标与光点密度成正比的方式计算半径坐标，此部分则不多加赘述。
在一实施例中，图像处理器40是根据多次内部全反射影像IR的成像位置以计算出触碰位置(r,θ)中的角坐标θ，举例来说，如图4与图5所示，其中触控影像IT包括相对的第一边界I1与第二边界I2，第一边界I1可指影像撷取单元30摄像视角的最小视角所拍摄到的影像边界，例如图4所示，影像撷取单元30的拍摄视角范围可为0°～90°，其中0°视角是对应于导光板10的旁侧面17，90°视角是对应于导光板10的入光面15，因此，如图5所示，触控影像IT的第一边界I1即为对应于影像撷取单元30的0°视角所拍摄到的边界，触控影像IT的第二边界I2即为对应影像撷取单元30的90°视角所拍摄到的边界。图像处理器40可根据多次内部全反射影像IR与第一边界I1及第二边界I2的相对位置计算出角坐标θ。举例来说，假设多次内部全反射影像IR的成像位置正好落在第一边界I1上时，则触碰位置(r,θ)中的角坐标θ即为0°，假设多次内部全反射影像IR的成像位置位于第二边界I2上，则角坐标θ即为90°，假设多次内部全反射影像IR的成像位置位于第一边界I1与第二边界I2之间的其他位置，则角坐标θ即为0°～90°之间的其他角度。如图5所示，在本实施例中，多次内部全反射影像IR是位于第一边界I1与第二边界I2之间且对应于影像撷取单元30的10°视角的位置，故图像处理器40即可算出角坐标θ1为10°，如图4所示，根据上述计算方式，图像处理器40可通过触控影像IT计算出触碰位置(r1,θ1)而得知触控点T1相对于极点P的相对位置。
再如图7所示，在本实施例中，多次内部全反射影像IR是位于第一边界I1与第二边界I2之间且对应于影像撷取单元30的60°视角的位置，故图像处理器40即可算出角坐标θ2为60°(如图6所示)，藉此，根据上述计算方式，图像处理器40可通过触控影像IT计算出的触碰位置(r2,θ2)而得知触控点T2相对于极点P的相对位置。
再请对照图6与图7所示，当用户接触触控面11上的多个位置时，可产生多个触控点T1、T2，因此，影像撷取单元30所撷取的触控影像IT中即包含两排多次内部全反射影像IR、I’R，这两排多次内部全反射影像IR、I’R会分别位于触控影像IT中的不同位置，图像处理器40可分别根据多次内部全反射影像IR、I’R中的光点影像IS以及多次内部全反射影像IR、I’R的成像位置分别计算出触控点T1的触碰位置(r1,θ1)与触控点T2的触碰位置(r2,θ2)。此外，由于触碰位置(r1,θ1)与触碰位置(r2,θ2)都是相对于极坐标系的同一极点P的相对位置，因此可降低二触碰位置的相对误差。
如图8所示，在一实施例中，发光源20与影像撷取单元30也可彼此相邻并且邻设于入光面15近中央处，影像撷取单元30可包括有广角镜头且拍摄视角范围可至少为0°～180°，使影像撷取单元30所撷取的影像能涵盖整个导光板10的内部。
综上，本发明实施例仅需设置一组影像撷取单元，即可拍摄触控影像以供后续触碰位置(r,θ)的计算，达到进一步节省成本的优点，此外，图像处理器通过触控影像中多个光点影像及多次内部全反射影像的成像位置计算触控点的触碰位置，可避免外光干扰而提高准确度。再且，如图6与图7所示，当用户接触触控面上的多个位置时(多点触控)，触控影像中会在不同位置形成多个多次内部全反射影像，因此，图像处理器在计算多个触碰位置时不会相互干扰而利于多点触控的位置判断。
虽然本发明的技术内容已经以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神所作些许的更动与润饰，皆应涵盖于本发明的范畴内，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种光学触控面板装置，包括：
一导光板，具有一厚度并包括一触控面与一入光面；
一发光源，发射光线至该入光面；
一影像撷取单元，撷取该导光板内的一触控影像，其中，该触控影像包括一多次内部全反射影像，该多次内部全反射影像指该发光源发光由该入光面进入该导光板内，使该触控面上一触控点受光，并于该厚度内进行多次内部全反射而形成排列成排的多个光点影像，该多次内部全反射影像位于该触控影像中的一成像位置；以及
一图像处理器，电连接于该影像撷取单元并接收该触控影像，该图像处理器根据该触控影像以计算出一触碰位置(r,θ)，该触碰位置包括一半径坐标r及一角坐标θ，其中，该图像处理器根据该多次内部全反射影像的该些光点影像以计算出该半径坐标r，该图像处理器根据该多次内部全反射影像的该成像位置以计算出该角坐标θ。
2.如权利要求1所述的光学触控面板装置，其特征在于，该图像处理器包括一影像分析单元，该影像分析单元分析该些光点影像并产生一光点特征信息，该图像处理器根据该光点特征信息以计算出该半径坐标r。
3.如权利要求2所述的光学触控面板装置，其特征在于，该光点特征信息包括该些光点影像中的一光点数量，该半径坐标r与该光点数量成正比。
4.如权利要求2所述的光学触控面板装置，其特征在于，该光点特征信息包括该些光点影像中的一光点间距，该半径坐标r与该光点间距成反比。
5.如权利要求2所述的光学触控面板装置，其特征在于，该光点特征信息包括该些光点影像中的一光点密度，该半径坐标r与该光点密度成正比。
6.如权利要求1所述的光学触控面板装置，其特征在于，该导光板为一硬质导光板或一软质导光薄膜。
7.如权利要求1所述的光学触控面板装置，其特征在于，该导光板的该入光面指该触控面的一旁侧面，该旁侧面的一端具有一直角顶，该发光源邻近设置于该直角顶，该影像撷取单元邻近设置于该旁侧面。
8.如权利要求1所述的光学触控面板装置，其特征在于，该导光板的该入光面指该触控面的一旁侧面，该发光源与该影像撷取单元彼此相邻并且邻设于该旁侧面近中央处。
9.如权利要求1所述的光学触控面板装置，其特征在于，该导光板的该入光面指该触控面的一相对面。
10.如权利要求1所述的光学触控面板装置，其特征在于，该触控影像包括相对的一第一边界与一第二边界，该第一边界指该影像撷取单元摄像视角的最小视角所拍摄到的影像边界，该第二边界指该影像撷取单元摄像视角的最大视角所拍摄到的影像边界，该多次内部全反射影像的该成像位置介于该第一边界与该第二边界之间，该图像处理器根据该成像位置与该第一边界或该第二边界或其组合的相对位置以计算出该角坐标θ。
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