CN203561973U - 触控检测系统 - Google Patents

Abstract

一种触控检测系统，包括：一触控基板，具有一上表面，该上表面中界定有一检测区域；以及一第一红外线传感器数组，配置在该触控基板的该上表面上且位于该检测区域外的第一侧。藉此，本实用新型将红外线感测数组配置在检测区域外侧，使得检测区域内的叠构减少，从而能够解决现有触控面板由于存在多层叠构导致的透光不均匀使色彩失真等问题。

Description

触控检测系统

技术领域

本实用新型系有关于一种触控技术，且特别有关于一种触控检测系统。

背景技术

因为触控面板可应用于可携式产品上且具有操作人性化的优点，而有助于广泛应用于各式电子产品，包括有个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、掌上电脑(palm sized PC)、移动电话、手写输入设备、信息家电(Information appliance)、自动金融机(automated teller machine，ATM)、以及店头销售柜员机(point of sale，POS)等。可携式之通讯及消费性电子产品数量日增，而且此类产品将会大量使用触控面板作为其输入设备，因此近年来有许多业者投入与触控面板有关的技术发展。

常见的触控面板主要为电阻式与电容式，然而无论是电阻式或是电容式触控面板都需在显示面板上方配置多层叠构，如感应电极层、保护层、折射率匹配层等。

触控面板的多层叠构会造成光线透光不均匀使色彩失真，且光线会在各层间反射而造成显示图像模糊等问题。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有触控面板由于存在多层叠构导致的透光不均匀使色彩失真等问题。

本实用新型提出一种触控检测系统，包括：一触控基板，具有一上表面，该上表面中界定有一检测区域；以及一第一红外线传感器数组，配置在该触控基板的该上表面上且位于该检测区域外的第一侧。

上述红外线传感器的触控检测系统由于将红外线感测数组配置在检测区域外侧，使得检测区域内的叠构减少，从而能够解决现有触控面板由于存在多层叠构导致的透光不均匀使色彩失真等问题。

无疑地，本实用新型在阅者读过下文以多种附图与绘图来描述的优选实施例细节说明后将变得更为显见。

附图说明

图1系根据本实用新型一实施例的触控检测系统的示意图。

图2系根据本实用新型另一实施例的触控检测系统的示意图。

图3系本实用新型的触控检测方法的概要流程图。

图4系本实用新型红外线感测数组的1维强度信号与背景参考值的关系范例图。

图5系根据本实用新型一变形例的触控检测系统的示意图。

图6系根据本实用新型另一变形例的触控检测系统的示意图。

图7系根据本实用新型一变形例的触控坐标的校正示意图。

具体实施方式

图1系根据本实用新型一实施例的触控检测系统的示意图。在图1中，以XYZ直角坐标系统来定义方向。本实用新型的红外线触控检测系统如图1所示包括一个触控基板1以及至少一个红外线传感器数组2。

触控基板1为用户触控输入的接口，通常为矩形，具有平行于X方向或Y方向的4个边。触控基板1可为玻璃或其他透明的材料，且触控基板1不以矩形为限。

红外线传感器数组2沿着触控基板1的四个边配置，并且延伸于法线方向（设为Z方向），该第一红外线传感器数组在该触控基板1的上表面的法线方向（设为Z方向）上的长度为0.1mm至1mm，形成围绕触控基板的四周的围墙状的构造。然而，本实用新型的红外线传感器数组实际上只要位于触控基板的触控区的外侧即可，并非一定要配置在触控基板的边缘。如图2所示，做为本实用新型的另一实施例，触控基板1a具有一检测区域1b。而红外线传感器数组2a则配置触控基板1a上且包围检测区域1b的外侧。红外线传感器数组2或2a的一边缘可具有一接合部位，该接合部位透过贴合胶黏贴于该触控基板。

红外线传感器数组2为非致冷式红外线焦平面数组，具有矩阵状排列的复数红外线感测单元。红外线传感器数组2中的行与列的数目并没有限定，且数组的Z方向高度可以是0.1mm～1mm左右，但并不限定于此。此外，红外线感测单元可以是热敏电阻型（tmermistor type）、热释电型（pyroelectric type）、热电堆型（thermopile type）、双材料悬臂梁型（bimaterial cantilever type）、或二极管型红外线感测组件等。

本实用新型的红外线触控检测系统更包括未图标于图1中的控制器，控制器透过导线与每个红外线感测单元连接，用以接收红外线感测单元的检测信号，并根据这些检测信号进行触控点位置的运算处理。

藉由以上所述的红外线触控检测系统，当手指触碰触控基板1时，由于人体温度通常高于室温，因此手指会辐射出比周遭环境强的红外线IR。此时，红外线传感器数组2吸收手指辐射的红外线IR后使红外线感测单元的某个物理参数改变（物理参数会依据红外线感测单元所使用的技术而有所不同），进而将此物理参数转换为电信号输出至控制器，控制器经过运算后判断出手指触控的位置。

根据上述的红外线触控检测系统，可简单地达成多点触控检测的功能。且当红外线感测单元采用热释电型红外线传感器组件时，红外线感测单元本身可做为信号源来使用，无需施加驱动电压，因此能够降低耗电。再者，由于红外线感测单元本身可做到十分微小，所以红外线传感器数组可拥有的红外线感测单元数目多，能够提高触控位置检测的分辨率与灵敏度。同时，红外线传感器数组配置在触控基板的四周，因此可以维持显示器的透光度，不影响显示器的影像质量。

接着，将说明本实用新型图1的实施例的红外线触控检测系统的触控检测方法。

图3系本实用新型的触控检测方法的概要流程图。如图3所示，在步骤S1，对每一红外线传感器数组所检测的一2维强度信号进行Z方向的平均，获得沿着红外线传感器数组在触控基板的表面上的延伸方向上强度变化的1维强度信号。接着，在步骤S2，对1维强度信号进行红外线传感器数组在触控基板的表面上的延伸方向的平均，获得背景参考值。接着，在步骤S3，找出1维强度信号的波段中大于背景参考值的至少一区段。在步骤S4，判断区段的宽度是否大于既定的手指宽度。若区段的宽度大于既定的手指宽度，则进入步骤S5。在步骤S5，计算区段内的重心点，并根据至少二个红外线传感器数组中各自的重心点来获得至少一触控位置。若区段的宽度不大于既定的手指宽度，则进步骤S5’，判断并未发生触控接触。

接着详细说明上述的触控检测方法的实施例。首先，将上述的红外线传感器数组2分为平行于X-Z平面的第一红外线传感器数组21与第三红外线传感器数组23，以及平行于Y-Z平面的第二红外线传感器数组22与第四红外线传感器数组24。第一红外线传感器数组21与第三红外线传感器数组23用以检测触控点的X坐标，第二红外线传感器数组22与第四红外线传感器数组24用以检测触控点的Y坐标。将第一红外线传感器数组21、第二红外线传感器数组22在触控基板1上表面11的交点设定为XYZ坐标系统的原点，并且假设第一红外线传感器数组21与第三红外线传感器数组23皆具有M×N个红外线感测单元，第二红外线传感器数组22及第四红外线传感器数组24皆具有K×L个红外线感测单元。也就是说，第一红外线传感器数组21与第三红外线传感器数组23在X方向上有M个红外线感测单元，在Z方向上有N个红外线感测单元；而第二红外线传感器数组22与第四红外线传感器数组24在Y方向上有K个红外线感测单元，在Z方向上有L个红外线感测单元。

当手指触碰触控基板1后，第一至第四红外线传感器数组21、22、23、24分别接受到一组2维强度信号如下：

S1（Xm,Zn），1≤m≤M、1≤n≤N；

S2（Yk,Zl），1≤k≤K、1≤l≤L；

S3（Xm,Zn），1≤m≤M、1≤n≤N；

S4（Yk,Zl），1≤k≤K、1≤l≤L。

为了避免噪声干扰造成误判，首先对每组2维强度信号进行Z方向的平均值处理，使得第1数组21与第三数组23获得信号强度仅沿X方向变化的1维强度信号，第2数组22与第4数组24获得信号强度仅沿Y方向变化的1维强度信号，分别为S1（Xm）、S2（Yk）、S3（Xm）、S4（Yk）如下：

$S1\left(X_m\right)=\frac{1}{N}{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^{N}S1(X_m,Z_n),1\≤m\≤M;$

$S2\left(Y_k\right)=\frac{1}{L}{\mathrm{\Σ}}_{l=1}^{L}S2(Y_k,Z_l),1\≤k\≤K;$

$S3\left(X_m\right)=\frac{1}{N}{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^{N}S3(\mathrm{Xm},Z_n),1\≤m\≤M;$

$S4\left(Y_k\right)=\frac{1}{L}{\mathrm{\Σ}}_{l=1}^{L}S4(Y_k,Z_l),1\≤k\≤K.$

接着，再对第一红外线传感器数组21与第三红外线传感器数组23的1维强度信号S1（Xm）、S3（Xm）进行X方向的平均值处理，对第二红外线传感器数组22与第四红外线传感器数组24的1维强度信号S2（Yk）、S4（Yk）进行Y方向的平均值处理，而分别获得背景参考值S1bgr、S2bgr、S3bgr、S4bgr如下：

${S1}_{\mathrm{bgr}}=\frac{1}{M}{\mathrm{\Σ}}_{m=1}^{M}S1\left(X_m\right);$

${S2}_{\mathrm{bgr}}=\frac{1}{K}{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^{K}S2\left(Y_k\right);$

${S3}_{\mathrm{bgr}}=\frac{1}{M}{\mathrm{\Σ}}_{m=1}^{M}S3\left(X_m\right);$

${S4}_{\mathrm{bgr}}=\frac{1}{K}{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^{K}S4\left(Y_k\right).$

接着，以第一红外线传感器数组21所检测的信号为例，其1维强度信号S1（Xm）与背景参考值S1bgr的关系如图4所示。图4同时画出单点触控与两点触控的情况。单点触控（Single Touch，简称ST）的1维强度信号S1（Xm）-ST只有一个波峰，背景参考值S1bgr-ST较低。两点触控(Double Touch,简称DT)的1维强度信号S1（Xm）-DT有两个波峰，背景参考值S1bgr-DT较高。

以单点触控为例，将背景参考值S1bgr-ST做为阈值，找出1维强度信号S1（Xm）-ST大于背景参考值S1bgr-ST的区段。此时1维强度信号S1（Xm）-ST与背景参考值S1bgr-ST有两个交点，对应到X方向第M1个与第M2个红外线感测单元。因此，1维强度信号S1（Xm）-ST大于背景参考值S1bgr-ST的区段的宽度相当于M2－M1个红外线感测单元的宽度。然而，此区段的宽度若比手指宽度小则不应视为手指触控。因此找出的M1与M2同时必须符合以下两个关系式：

S1（Xm）>S1bgr，M1≦m≦M2；

M2－M1>FS。

在以上的式子当中，FS相当于手指宽度所对应的红外线感测单元的数目，也就是说我们可以预设手指宽度为4mm，此手指宽度范围可以囊括所有年龄段的使用人群的手指宽度，红外线感测单元的宽度为Widthsensor，则FS＝4/Widthsensor。藉由以上两个关系式，就能找出1维强度信号强度大于背景参考值的区段，且能够排除宽度比手指小的非触控区段。

接着，以加权平均的方式计算上述区段的信号的重心点的位置X1：

$X1=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{m=M1}^{M2}S1\left(X_m\right)\×X_m}{{\mathrm{\Σ}}_{m=M1}^{M2}S1\left(X_m\right)}.$

上式也同样地可应用于多点触控的情况，来找出多个区段的重心点。当多点触控时，假设第一红外线传感器数组21会检测到A个重心点X1i（1<i≦A），则第三红外线传感器数组23也会检测到A个重心点X3i（1<i≦A）。同样地，假设第二红外线传感器数组22会检测到B个重心点Y2j（1<j≦B），则第四红外线传感器数组24也会检测到B个重心点Y2j（1<j≦B）。

将第一红外线传感器数组21与第三红外线传感器数组23中每两个相对应的重心点平均，找出平均重心点位置X13i，以及将第二红外线传感器数组22与第四红外线传感器数组24中每两个相对应的重心点平均，找出平均重心点位置Y24j，而获得X方向的触控点位置X13i与Y方向的触控点位置Y24j如下：

X13i＝(X1i+X3i)/2，1≦i≦A；

Y24j＝(Y2j+Y4j)/2，1≦j≦B。

此时，若A≠B，表示X方向与Y方向的触控区域数目不一致，则判断无触控动作。若A＝B＝1，则判断为单点触控，且触控点坐标为（X131,Y241）。若A＝B≧2，则判断为多点触控，此时必须适当地将复数的X坐标与Y坐标正确地配对。例如，以原点为基准由近到远来排序Y方向的触控坐标时，X方向的触控坐标必须根据第一红外线传感器数组21所检测的各坐标的信号强度由大到小来排序，再按两者的排序来搭配X坐标与Y坐标，如此一来便能获得正确的多个触控点坐标。

根据上述的触控检测方法，本实用新型能够使用红外线触控检测系统能够精确地获得单点或多点触控坐标。

虽本实用新型以上述实施例来说明，但并不限于此。更进一步地说，在熟习该领域技艺人士不脱离本实用新型的概念与同等范畴之下，申请专利范围必须广泛地解释以包括本实用新型实施例及其他变形。例如，虽本实用新型以围绕触控基板的4个边缘的红外线传感器数组为例，但若触控位置的精准度要求不高，如图5所示，也可仅在X方向边缘与Y方向边缘分别只配置一组红外线传感器数组21、22。更甚者，如图6所示，本实用新型也可仅在一个方向（例如X方向）的边缘配置红外线传感器数组21，只检测平行于该数组方向的触控位置。

当X方向边缘与Y方向边缘分别只配置一组红外线传感器数组21、22的情况下，上述图5虽以相邻的触控传感器数组21、22彼此垂直为例，然而本实用新型并不限定于此，两组相邻的触控传感器数组之间的夹角可以是0°～90°。只要经过一校正计算，同样可获得直角坐标系统的触控点坐标。

图7系根据本实用新型一变形例的触控坐标的校正示意图。如图7所示，Y方向的红外线传感器数组并不平行于Y轴，并且与平行于X轴的X方向的红外线传感器数组之间具有一夹角θ时。此时，两个红外线传感器数组检测处两个触控点P1’（XP1,Y’P1’）及P2’（XP2,Y’P2’）。由于此坐标点的Y坐标并非直角坐标系统的坐标，因此必须经过三角函数的计算来修正。将触控点P1’及P2’的Y坐标经修正后，可获得正确的Y坐标YP1与YP2如下；

YP1＝(Y’P1’-XP1cosθ)/sinθ；

YP2＝(Y’P2’-XP2cosθ)/sinθ。

因此，经过三角函数的坐标修正过后，获得直角坐标系统下的触控点坐标P1（XP1,(Y’P1’-XP1cosθ)/sinθ）以及P2（XP2,(Y’P2’-XP2cosθ)/sinθ）。因此，当使用两组相邻的红外线传感器数组时，两数组夹角非90°也能适用于本实用新型的红外线触控检测系统及触控检测方法。

上述红外线传感器的触控检测系统及触控检测方法由于将红外线感测数组配置在检测区域外侧，使得检测区域内的叠构减少，从而能够解决现有触控面板由于存在多层叠构导致的透光不均匀使色彩失真等问题。

虽然本揭示之较佳实施例说明如上，然其并非用以限定本实用新型，任何熟习此技艺者，在不脱离本实用新型之精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，因此本实用新型之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。

Claims (5)

1.一种触控检测系统，包括：

一触控基板，具有一上表面，该上表面中界定有一检测区域；

以及

一第一红外线传感器数组，配置在该触控基板的该上表面上且位于该检测区域外的第一侧。

2.如权利要求1所述的触控检测系统，其特征在于，该第一红外线传感器数组在该上表面的法线方向上的高度为0.1mm至1mm。

3.如权利要求所述1的触控检测系统，其特征在于，该第一红外线传感器数组包括：

复数红外线感测单元，其中该复数红外线感测单元为热敏电阻型（tmermistor type）、热释电型（pyroelectric type）、热电堆型（thermopile type）、双材料悬臂梁型（bimaterialcantilever type）、或二极管型红外线感测组件。

4.如权利要求1所述的触控检测系统，其特征在于，更包括：

一第二红外线传感器数组配置于该检测区域外的第二侧，其中该第一侧与该第二侧相邻。

5.如权利要求1所述的触控检测系统，其特征在于，该检测区域为矩形，该触控检测系统更包括：

配置一第三红外线传感器数组于该检测区域外的第三侧，且沿着该第一方向延伸；以及

配置一第四红外线传感器数组于该检测区域外的第四侧，且沿着该第三方向延伸。

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