TW201337687A - 使用平面式透明薄片的光學觸控螢幕系統及方法 - Google Patents

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Abstract

揭示一種光學觸控螢幕，該光學觸控螢幕採用平面式透明薄片且該光學觸控螢幕係經配置以決定於該透明薄片上的觸控事件之位置。光源元件及光感測元件係操作上設置於透明薄片之周圍處。於介於光源元件與光感測元件之間的視線上偵測光。決定由於觸控事件之衰減的視線。根據衰減的視線來建立中心線。然後建立中心線交會處之位置。然後使用中心線交會處之位置之平均以建立觸控事件之位置。

Description

使用平面式透明薄片的光學觸控螢幕系統及方法
本申請案根據專利法主張申請於2011年11月28日之美國臨時專利申請案序號第61/564,003號之優先權之權益，依據該臨時專利申請案之內容且以全文引用之方式併入本文。
本發明係關於光學觸控螢幕，且特別是關於使用平面式透明薄片的光學觸控螢幕系統及方法。
對於具有觸控螢幕功能的顯示器之市場正在快速成長。因此，已發展了各種感測技術以促使顯示器具有觸控螢幕功能。然而，現存技術各自具有對於特定應用的某些類型的性能缺點，該等缺點導致顯示器之製造成本顯著地增加。
觸控螢幕功能於行動裝置應用中獲得廣泛使用，行動裝置應用例如智慧型手機、電子書閱讀器、膝上型電腦及平板電腦。此外，固定顯示器，例如桌上型電腦及壁掛式屏幕，正變得越來越大型。當使用習知觸控螢幕技術時，例如投射式電容觸控(PCAP)技術，該顯示器尺寸之增加伴隨著顯 示器成本增加。
因此，需要對於從最小的手持裝置至最大的顯示器之廣泛應用，使觸控螢幕之整體厚度及重量最小化。再者，觸控螢幕亦需要具有更堅固的功能性，例如改善的觸控位置準確性、指紋免疫及多點觸控能力，同時控制成本。
本揭示案之一態樣為一種用以感測觸控事件之位置之觸控螢幕系統。系統包含透明薄片，該透明薄片具有頂部表面、底部表面及周圍，該周圍包含邊緣。觸控事件發生於頂部表面上。系統具有複數個光源元件，該複數個光源元件發射光且該複數個光源元件係設置於鄰近透明薄片之周圍處，該複數個光源元件鄰近該邊緣或者鄰近實質上位於該邊緣處的底部表面。光耦合進入透明薄片以經由全內反射於該透明薄片中行進。觸控螢幕系統亦具有複數個光感測元件，該複數個光感測元件操作上配置於鄰近邊緣處，以偵測行進於透明薄片內且沿著從光源之各光源至該等光感測元件之視線的光。光感測元件係經配置以產生偵測器訊號，該等偵測器訊號具有代表偵測之光強度的訊號強度，其中觸控事件導致沿著視線之至少一視線的光強度之衰減。觸控螢幕系統包含控制器，該控制器操作上耦接至光源元件及光感測元件。控制器係經配置以控制從光源元件之光之發射，且該控制器處理偵測器訊號以比較偵測器訊號強度與訊號閥值以建立衰減的光視線。控制器係亦經配置以界定與衰減的光視線關聯的中心線，以建立該等中心線之交會處之複數個位置，且對 該複數個交會處位置取平均以建立觸控事件位置。
在某些實施例中，透明薄片對於紅外(IR)光係實質上透光的，其中自光源所發射的光包括紅外光，且其中光感測元件係經配置以偵測紅外光。在某些實施例中，其中透明薄片包含至少四個角落，且其中光感測元件中之四個光感測元件係分別操作上配置於該四個角落之各個角落處。在某些實施例中，系統進一步包括平板波導，該平板波導係設置介於透明薄片之底部與光感測元件之至少一光感測元件之間，使得視線通過該平板波導。在某些實施例中，系統進一步包括紅外光透光層，該紅外光透光層設置於平板波導上部表面之第一部份之頂上，該紅外光透光層對可見光為不透光的。在其他實施例中，系統進一步包括反射層，該反射層設置於波導上部表面之第二部份之頂上且鄰近該第一部份，該反射層對可見光與紅外光為不透光的；其中紅外光透光層允許來自光源元件的紅外光通過進入平板波導且經由全內反射於該平板波導中行進，且其中反射層反射內部反射之紅外光至光感測元件且阻擋環境光直接入射於光感測元件上。在又其他實施例中，系統進一步包括顯示單元，該顯示單元設置於鄰近透明薄片之底表面處，使得使用者經由該透明薄片來觀看該顯示單元。在某些實施例中，經由光源元件所發射的光包括紅外光，其中該等光源元件係設置於鄰近透明薄片之底部表面而實質上鄰近周圍處，且進一步包括紅外光透光薄膜，該紅外光透光薄膜介於該等光源元件與該透明薄片之間，其中該紅外光透光薄膜對可見光為不透光的。
本揭示案之另一態樣為一種決定透明薄片上的觸控事件之位置之方法。方法包含通過介於光源元件與光感測元件之間的視線將來自該等光源元件的光傳送至該等光感測元件。光源元件與光感測元件係操作上設置於鄰近透明薄片之周圍處，且光經由全內反射於該透明薄片內行進。方法包含決定藉由觸控事件所衰減的光所通過的視線，藉此界定衰減之視線。方法亦包含界定衰減之視線之一中心線，該等衰減之視線與各光感測元件關聯。方法進一步包含決定中心線之交會處之位置，且對該等中心線之該等交會處之該等位置取平均，以建立觸控事件之位置。
應瞭解，前述一般性描述及以下詳細描述兩者皆呈現本揭示案之實施例，且旨在提供如本揭示案所主張的用以瞭解本揭示案之本質及特性之概要或架構。本文包含附圖，以提供進一步瞭解本揭示案，且附圖結合至本說明書中且構成本說明書之一部份。圖式繪示本揭示案之各種實施例且圖式與說明一起供解釋本揭示案之原理及操作之用。
在某些實施例中，方法進一步包含根據偵測器訊號強度與訊號閥值之比較來決定觸控事件之強度。在某些實施例中，方法進一步包含來自光源元件的光具有紅外光波長。在某些實施例中，透明薄片具有四個邊緣，該四個邊緣界定四個角落，且進一步包括沿著該四個邊緣配置該等光源元件且將該等光感測元件中之四個光感測元件各自配置於該四個角落之各個角落處。在某些實施例中，方法進一步包含依序啟動光源元件以依序傳送光通過視線。在某些實施例中，方 法進一步包含偵測於光感測元件處的光，以產生個別的偵測器訊號，各偵測器訊號具有的強度代表偵測之光之強度；且其中該決定藉由觸控事件所衰減的光所通過的視線之步驟包含處理該偵測器訊號，以比較該偵測器訊號強度與閥值訊號強度。
在某些實施例中，方法進一步包括建立行進通過視線的光之基準線測量；根據該基準線測量，界定閥值訊號強度；及比較與衰減的視線關聯之偵測器訊號強度與閥值訊號強度，以決定觸控事件是否已發生。在其他實施例中，方法進一步包括根據偵測器訊號強度的改變，調整基準線測量；及根據調整之基準線測量，調整閥值訊號強度。在某些實施例中，方法進一步包括操作上將顯示單元設置於透明薄片下方。在其他實施例中，方法進一步包括經由關係式NM=p(p-1)/2，決定對於觸控事件之中心線交會處之最大數目NM，其中p為光感測元件之數目；測量實際中心線交會處之數目NA且比較NA與NM，以決定觸控事件之實際數目是否大於一。在其他實施例中，方法進一步包括識別中心線交會處之數目Q等於或是大於中心線位置之最小數目M，該等中心線位置皆位於彼此之特定距離容忍度D內；及對於該等Q中心線位置取平均，以決定多重觸控事件中之一者之位置。在其他實施例中，方法進一步包括將光感測元件設置於鄰近平板波導處，使得視線通過該平板波導。在其他實施例中，方法進一步包括經由透明薄片來觀看顯示單元。
本揭示案之額外特徵結構及優點描述於以下的實施 方式中，且從該實施方式或藉由實踐如本文所述的揭示內容可得知，部份地將對於本領域具有習知技藝者而言為明顯的，包含以下實施方式、申請專利範圍及附圖。申請專利範圍結合至以下描述的實施方式中且構成以下描述的實施方式之一部份。
10‧‧‧觸控螢幕系統
12‧‧‧底架
20‧‧‧透明薄片
21‧‧‧主體
22‧‧‧頂部表面
24‧‧‧底部表面
26‧‧‧邊緣
27‧‧‧周圍
28‧‧‧角落
40‧‧‧邊框/IR透光邊框
41‧‧‧吸收層
100‧‧‧光源
102‧‧‧光源元件
103‧‧‧膠或黏合劑
104‧‧‧光/光線/內反射光
104-1‧‧‧限制光束
104-2‧‧‧限制光束
104-3‧‧‧限制光束
104-4‧‧‧限制光束
104-B‧‧‧衰減的或破壞的光束
104-B1‧‧‧衰減的或破壞的光束
104-B2‧‧‧衰減的或破壞的光束
104-B3‧‧‧衰減的或破壞的光束
104-B4‧‧‧衰減的或破壞的光束
104C‧‧‧中心線
104C-1‧‧‧中心線
104C-2‧‧‧中心線
104C-3‧‧‧中心線
104C-4‧‧‧中心線
104S‧‧‧散射光
105‧‧‧視線
105-1‧‧‧視線
105-2‧‧‧視線
105-3‧‧‧視線
105-4‧‧‧視線
109‧‧‧交會處
110‧‧‧撓曲電路板(撓曲電路)
112‧‧‧印刷電路板
145‧‧‧窗口
200‧‧‧光感測元件
200-1‧‧‧光感測元件
200-2‧‧‧光感測元件
200-3‧‧‧光感測元件
200-4‧‧‧光感測元件
300‧‧‧控制器
301‧‧‧匯流排
302‧‧‧處理器
304‧‧‧裝置驅動器/驅動器電路/驅動器
306‧‧‧介面電路
400‧‧‧觸控靈敏顯示器
410‧‧‧習知顯示單元
414‧‧‧背光單元
416‧‧‧光
420‧‧‧薄膜電晶體(TFT)玻璃層
430‧‧‧液晶層
450‧‧‧彩色濾光玻璃層
452‧‧‧頂部表面
460‧‧‧頂偏極化層
462‧‧‧頂部表面
470‧‧‧框架
472‧‧‧框架上部表面
474‧‧‧空氣間隙
476‧‧‧側
480‧‧‧整合顯示器組件
482‧‧‧頂側
500‧‧‧使用者
520‧‧‧平板波導
521‧‧‧架
522‧‧‧頂部表面
524‧‧‧底部表面
525‧‧‧平面
527‧‧‧傾斜的刻面
540‧‧‧反射層
541‧‧‧光吸收層
550‧‧‧支座構件
600‧‧‧環境光
A‧‧‧測量的訊號/測量的訊號振幅
A0‧‧‧基準線訊號/基準線振幅/基準線估算
F‧‧‧手指
LX‧‧‧長度
LY‧‧‧長度
SD‧‧‧電性偵測器訊號
TE‧‧‧觸控事件
TE1‧‧‧觸控事件
TE2‧‧‧觸控事件
TE3‧‧‧觸控事件
TE4‧‧‧觸控事件
TH‧‧‧厚度
α‧‧‧入射角
θ‧‧‧內反射角
θc‧‧‧臨界內反射角
Ψ‧‧‧偵測器角
第1圖為根據本揭示案之一觸控螢幕系統實例之面視圖；第2圖為觸控螢幕系統之透明薄片之橫截面視圖；第3圖為透明薄片之角落之特寫、由上而下視圖，且包含特寫插圖繪示一實例，其中角落呈斜面，且其中(以虛線圖示)光感測元件係設置於鄰近斜面的角落處；第4圖為第1圖之觸控螢幕系統實例之更詳細的面視圖，且圖示與光感測元件中之一者關聯的視線實例；第5圖為於邊緣26處之透明薄片之橫截面視圖的特寫，圖示光源元件如何邊緣耦接至透明薄片的實例；第6A圖相似於第5圖且第6A圖圖示一實例，其中光源元件面耦合至透明薄片於底部表面處，且亦圖示設置於頂部表面上的邊框，以阻擋光源元件免於從上方看見；第6B圖相似於第6A圖且第6B圖圖示一實例，其中邊框對於紅外光(IR)輻射為透光的但對於可見光輻射為不透光的，而邊框設置於光源元件與透明薄片之底部之間；第7圖為觸控螢幕系統之透明薄片、光源元件及光感測元件之面視圖，繪示如同藉由光感測元件所測量的藉由 測量光束之扇之衰減(阻擋)，決定觸控事件之位置之方法中的步驟；第8圖相似於第7圖且第8圖繪示藉由形成與光束扇關聯的中心線(亦即，視線)且決定中心線之交會處，決定觸控事件之位置之方法中的步驟；第9圖相似於第7圖且第9圖圖示由兩次觸控事件所組成之情況；第10圖相似於第9圖且第10圖圖示對於兩次觸控事件第9圖之與光線扇關聯的各種中心線(視線)；第11圖為根據自觸控螢幕系統實例中所做的測量所獲得的資料，(處理的)偵測器訊號之訊號強度(相對單位)對於時間(微秒)之代表圖形，測量的訊號為A(實線)，基準線訊號為A0(虛線)及閥值為T(短虛線)；第12圖為觸控靈敏顯示器實例之示意正視圖，該觸控靈敏顯示器係由操作上配置觸控螢幕系統於習知顯示單元頂上來形成；第13圖為觸控靈敏顯示器實例之分解正視圖，比起第12圖第13圖圖示更多細節；第14A圖為觸控靈敏顯示器實例之示意橫截面、部份分解視圖，繪示如何將觸控螢幕系統與習知顯示單元整合之實例；第14B圖相似於第14A圖且第14B圖圖示觸控螢幕系統操作上設置於習知顯示單元之整合顯示組件之頂上；第15A圖為對於觸控靈敏顯示器之配置實例之特寫 部份橫截面視圖，該觸控靈敏顯示器適用於減低環境光之不利效應；第15B圖相似於第15A圖且第15B圖繪示觸控靈敏顯示器實例，比起第15A圖之觸控靈敏顯示器實例，第15B圖之觸控靈敏顯示器實例具有較薄的配置；第15C圖相似於第15B圖且第15C圖繪示一實施例實例，其中光感測元件係經配置使得光感測元件面向上下顛倒；及第15D圖相似於第15C圖且第15D圖繪示一實施例實例，其中光感測元件係以相對於水平以偵測器角ψ鄰近平板波導之傾斜的刻面來設置。
本揭示案之額外特徵結構及優點描述於以下的實施方式中，且從該實施方式或藉由實踐如本文所述的揭示內容，且與申請專利範圍及附圖一起可得知，將對於本領域具有習知技藝者而言為明顯的。
在某些圖中標示了直角座標係為了參照方便且並非旨在對於方向或方位作限制。
第1圖為根據本揭示案之觸控螢幕系統10實例之示意圖。觸控螢幕系統10可用於各種消費電子產品，舉例而言，與用於手機及其他能無線通訊的電子裝置、音樂播放器、筆記型電腦、行動裝置、遊戲控制器、電腦「滑鼠」、電子書閱讀器諸如此類之顯示器配合使用。
觸控螢幕系統10包含透明薄片20，如下所討論， 鄰近該透明薄片周圍設置有光源100及光感測元件200。任選的邊框40用以覆蓋光源100及光感測元件200，使得光源100及光感測元件200不會被觀看者從上方看見。本文廣泛地使用用語「邊框」，意謂任何光阻擋構件、光阻擋薄膜、光阻擋部件等等，邊框用以阻擋至少可見光且該邊框經配置以保持觸控螢幕系統10之某部份免於被使用者500觀看到(見第14B圖)。因此，本文使用的用語「邊框」並非受限於位於透明薄片之邊緣處的構件，如用於手錶等的習知機械性邊框。
觸控螢幕系統10包含控制器300，控制器300操作上連接至光源100及光感測元件200(例如，經由匯流排301)且控制器300係經配置以控制觸控螢幕系統10之操作。控制器300包含處理器302、裝置驅動器304及介面電路306，如以下更詳細的描述。在一實例中，光感測元件200包括光二極體。
第2圖為透明薄片20之橫截面視圖，且第3圖為透明薄片之角落之特寫、由上而下視圖。透明薄片20包含主體部份或主體21、頂部表面22、底部表面24及至少一邊緣26，邊緣26界定周圍27。透明薄片20之實例大致為矩形的且包含四個邊緣26，該等邊緣26界定四個角落28，且以下經由闡明之討論中使用此透明薄片之實例。可使用其他形狀之透明薄片20，例如圓形。
第3圖中的特寫插圖繪示一示例性實施例，其中角落28中之一角落呈斜面，且以虛線圖示光感測元件200中之一者操作上設置於鄰近斜面的角落處。於特寫插圖中亦以虛 線圖示光104行進通過視線105，如下所述。
透明薄片20具有厚度TH，厚度TH為實質上均勻的(亦即，頂部表面22及底部表面24為實質上平行的)。在一實例中，透明薄片20為矩形的且於X方向中具有尺度(長度)LX及於Y方向中具有長度LY，且所以具有由四個邊緣26所界定的四個角落28。大致上，透明薄片20可具有一形狀，其中邊緣26界定多個角落28(例如，六邊形之六個角落)。
透明薄片20可大致上由任何適合的透明材料製成，該適合的透明材料可形成薄平面式片，例如塑膠、壓克力、玻璃等，且該薄平面式片支持光透射於該薄平面式片之主體21內而並無由於散射或吸收之實質損失。在一實施例中，透明薄片20可為化學強化玻璃，例如鈉鈣型玻璃。透明薄片20之一玻璃實例為經由離子交換硬化的鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃。該等玻璃之類型可包括Na2O(鈉鹼)、CaO(氧化鈣)及SiO2(二氧化矽)，但亦可包含氧化物例如MgO、Li2O、K2O、ZnO及ZrO2。一旦經由離子交換硬化後，該等玻璃類型展現某些使得該等玻璃為觸控螢幕應用以及其他應用(例如，作為蓋玻璃)所需的特徵。至於適合用作透明薄片20的鈉鈣型玻璃之組成或生產或是組成與生產兩者的進一步細節可見於以下專利申請案中之一者或更多者：於2007年7月31日申請的美國專利申請案第11/888,213號、於2009年8月7日申請的美國專利申請案第12/537,393號、於2009年8月21日申請的美國專利申請案第12/545,475號及於2009年2月25日申請的美國專利申請案第12/392,577號，該等專利申請案以引 用之方式併入本文。透明薄片20之一示例玻璃為來自康寧公司(紐約州康寧)的Gorilla®玻璃。此外，一示例玻璃，例如低鐵Gorilla®玻璃或其他低鐵離子交換玻璃係可透射紅外(IR)波長光104。
第4圖為與第1圖之觸控螢幕系統10相似的觸控螢幕系統10之示意圖，但第4圖之觸控螢幕系統10圖示該系統之更多細節且為了方便說明而省略邊框40。光源100為實際光源陣列，該等光源陣列包含光源元件102，圖示之光源元件102操作上配置於鄰近透明薄片20之周圍27處。光源元件102之實例為發光二極體(LED)。此外在一實施例中，光源元件102各自以IR波長例如介於850 nm與950 nm之間發射光104。在以下的討論中，光104亦適切地稱作「一光線(light ray)」104或「多光線(light rays)」104或「一光束(light beam)」104或「多光束(light beams)」104。
第4圖圖示光源元件102中的一個光源元件與對應的光感測元件200實例之間的視線105實例。注意到在矩形透明薄片20之實例中，各光源元件102與相反邊緣26之角落28上的兩個光感測元件200具有視線105。因此，對於透明薄片20之矩形配置，來自各光源元件102的光104沿著個別的視線105入射於兩個光感測元件200上。
在一實例中，光源元件102係操作上安裝於撓曲電路板(撓曲電路)110上，撓曲電路板110依序安裝於與透明薄片20之各邊緣26關聯的印刷電路板(PCB)112。在一實施例中，光源元件102為邊緣耦接至透明薄片20於邊緣26處， 如以下更詳細的討論。藉由舉例，第4圖中圖示了撓曲電路110及數個PCB 112係定向為在平行於透明薄片20之平面中。撓曲電路110及PCB 112亦可定向為在垂直於透明薄片20之平面中。
在觸控螢幕系統10之一般操作中，處理器302驅動光源元件102之順序啟動且亦控制對於各光源啟動於光感測元件200處的光104之偵測。光感測元件200響應偵測的光104而產生電性偵測器訊號SD，其中偵測器訊號之強度代表對於光線行經通過的特定視線105所偵測的光之強度。因此，各視線105可視作為與特定光強度關聯的光學路徑。介面電路306之部份可放置於靠近光感測元件200處。舉例而言，前置放大器及類比至數位轉換器可放置於靠近光感測元件200處，以消除介於處理器302與光感測元件200之間的長導線中可能引起的雜訊，特別是當處理器坐落於中心處時。
在一實例中，處理器302控制光發射及偵測過程，以使光104之偵測最佳化，例如，藉由提供特徵(例如，調變)予來自光源元件102的光104，或藉由閘控光感測元件200，以減小雜訊等，或採用上述兩者方式。
第5圖為於邊緣26中之一個邊緣處的透明薄片20之橫截面視圖的特寫，圖示光源元件102如何光耦接至透明薄片的實例。在第5圖之實例中，使用例如膠或黏合劑103使光源元件102邊緣耦接至透明薄片20之邊緣26。亦注意到第5圖繪示示例實施例，其中撓曲電路110及PCB 112係經配置而垂直於透明薄片20之平面。在一實例中，膠或黏合劑 103之折射率係與透明薄片20之折射率匹配。
當啟動給定的光源元件102時，該光源元件102發射光104(光線)，光104行進進入透明薄片20之主體21中。光104之角度超過透明薄片20之臨界內反射角θc(見第5圖)之部份經由全內反射而維持被捕捉於透明薄片主體21內且於透明薄片主體21中行進。若內反射光104之行進維持不受干擾，則內反射光104將行進通過內反射光104之視線105的長度且抵達對應的光感測元件200。光感測元件200係經配置以轉換於上述電性偵測器訊號SD中偵測的光104，在一實例中，電性偵測器訊號SD為光電流。然後電性偵測器訊號SD傳送至處理器302用以處理，如以下所述。因此，透明薄片20作為光波導，該光波導支持大數目的波導模態，亦即，光線104行進於透明薄片內跨越廣範圍的內反射角θ，該內反射角θ超越臨界內反射角θ C。
第6A圖相似於第5圖且第6A圖繪示一替代性實施例，其中光源元件102係設置於鄰近透明薄片20之底部表面24處且光學耦接至底部表面24。相較於邊緣耦合配置，此面耦合配置提供數個優點，包含較簡單的製造、無邊框需求及增加的觸控靈敏度。當光104發射至透明薄片20中時，多重模態以不同反彈角行進，如以上與邊緣耦合配置關聯所討論的。邊緣耦合配置較可能產生於低反彈角下的模態，而表面耦合配置產生於較高反彈角下的模態。具有較高反彈角的光線104提供增加的觸控靈敏度，因為該等光線104較頻繁地撞擊頂部表面22，藉此提供更多與觸控事件TE相互作用的 機會。
為了保持光源元件102免於被使用者500經由透明薄片20看到，可採用邊框40。在一實例中，邊框40為薄膜的形式，該薄膜至少於可見波長下為不透光且該薄膜視情況於IR波長下透射光。邊框40之薄膜實例包括黑色塗料，該黑色塗料於廣範圍波長下(包含可見波長及IR波長)吸收光。在繪示於第6B圖中的另一實例中，邊框40可配置於光源元件102與透明薄片20之底部表面24之間，在此情況下，邊框須為實質上透射光發射元件之波長。在此情況下，光104之方便的波長為IR波長。
模型建立指出，相較於使用第5圖之邊緣耦合配置由光源元件102所輸出的光104之約80%的光可被捕捉於透明薄片20內，使用第6圖之面耦合配置由光源元件102所輸出的光104之約28%的光可被捕捉於透明薄片20內。
繼續參照第5圖及第6A圖與第6B圖，當觸控事件TE發生時，例如當人的手指F碰觸透明薄片20之頂部表面22時，人的手指F改變全內反射條件。此導致光104散射於透明薄片主體21之外於頂部表面22被碰觸之點(或更準確地，跨越小面積)處作為散射光104S，藉此衰減光束104。抵達對應的視線105之對應的光感測元件200處的光104之強度減小導致電性偵測器訊號SD之減小的訊號強度(例如，減小的光電流)(與所謂的基準線光電流測量比較)，且指示已發生了觸控事件TE。測量的電性偵測器訊號SD之閥值T可用以決定觸控事件TE是否已發生，如以下更詳細的討論。
第7圖為透明薄片20、光源元件102及光感測元件200之面視圖，繪示如何決定觸控事件TE之發生及位置。如以上所討論的，來自給定光源元件102的光104具有視線105至坐落於相反於該光源元件處的光感測元件200(亦即，並非與相同邊緣26之角落28關聯)。第7圖圖示限制光束104-1、104-2、104-3及104-4與對應之衰減的或「破壞的」光束104-B1、104-B2、104-B3及104-B4，光束104-B1、104-B2、104-B3及104-B4根據觸控事件TE實例來界定光感測元件200-1、200-2、200-3及200-4之個別的視線105-1、105-2、105-3及105-4。使用以下描述的演算法來決定觸控事件TE之精確的位置。
藉由於透明薄片20之邊緣26處的光源元件102之密度來決定觸控事件TE之位置解析度，接著界定視線105之密度。考慮觸控螢幕系統10之配置實例，其中透明薄片20之長度LX=432 mm且長度LY=254 mm，具有252個光源元件102分佈於邊緣26，而該等光源元件中之80個光源元件沿著長邊緣且該等光源元件中之46個光源元件沿著短邊緣。對於具有直徑10 mm的圓形尺寸之觸控事件TE(該尺寸約為手指觸碰之尺寸)，光源元件102之間距為5.25 mm，確保觸控事件TE會破壞至少一光束104，亦即，會交錯至少一視線105。
控制器300係經配置以提供啟動光源元件102所需的功能性，使得光源元件102以選擇的方式發射光104。控制器300亦係經配置以接收且處理來自光感測元件200的電性偵測器訊號SD，以決定觸控事件TE發生處的透明薄片20之 頂部表面22上的一或更多個位置。
特別是，再次參照第4圖，控制器300包含上述處理器302(例如，微處理器)、上述裝置驅動器(驅動器電路)304及上述介面電路306。處理器302經由訊號線、匯流排或類似者耦接至驅動器電路304及介面電路306。處理器302係經配置以執行電腦可讀取程式碼(軟體程式)，該電腦可讀取程式碼控制及編排驅動器電路304及介面電路306之活動，以達到上述功能及操作且實行對於本文所述的方法之各種計算。舉例而言，處理器302可提供控制訊號(未圖示)至驅動器電路304而指示何時啟動(亦即，開啟)個別光源元件102以及光感測元件200與何時不啟動(亦即，關閉)個別光源元件102以及光感測元件200。
介面電路306接收來自光感測元件200的電性偵測器訊號SD且處理該等訊號，使得該等訊號可被輸入至處理器302中。舉例而言，當光感測元件200包括光二極體時，介面電路306可提供適當的偏壓條件給光二極體，使得光二極體能夠正確地感測光104。在這方面，介面電路306可經配置以導致某些光感測元件200為作用的且其他光感測元件200於特定時間間隔期間不作用。
介面電路306亦可經配置(例如，未圖示的具有積分與重置電路)以處理來自光二極體的類比電性偵測器訊號SD(例如，類比光電流)且轉換該等類比電性偵測器訊號SD成為用於處理器302之數位格式。此配置改善訊號對雜訊比。用以電性連接光源元件102及光感測元件200至控制器300 之兩個實例選項為使用例如I2C(兩導線介面)的匯流排之菊鏈或從控制器回本壘至各個各自的光感測元件。前者選項簡化佈線而後者選項則改善性能。
控制器300經由適合的電性連接例如上述匯流排301匯流排或類似的電纜而電性連接至光源元件102及光感測元件200。在一實例中，控制器300的某些部份坐落於PCB 112上。
可採用適合的硬體來實施處理器302，硬體例如標準數位電路系統、任何已知可操作用以執行軟體及/或韌體程式的處理器或一或更多可程式數位裝置或系統，例如可程式唯讀記憶體(PROM)、可程式陣列邏輯裝置(PAL)等等。示例性的處理器302為可自Microchip Technology公司(Chandler,Arizona)購得的PIC微處理器。
此外，雖然控制器300係圖示為劃分成某些功能性方塊(亦即，處理器302、驅動器304及介面電路306)，可藉由分離的電路系統及/或結合成為一或更多功能性單元來實施該等方塊。處理器302可執行不同軟體程式，以根據以下所述的方法實行用於計算一或更多觸碰事件TE之一或更多位置的不同技術。
如上所討論的，控制器300係經配置以協調光源元件102之啟動及藉由選擇光感測元件200偵測光104。啟動光源元件102之方法實例為追逐方法，其中以給定方向圍繞周圍依序地啟動光源元件。然而，可採用啟動光源元件102之不同的方法及順序。舉例而言，若於選擇的時間量後並未感 測到觸控事件TE，則排序可能降低至低功率狀態，其中較不頻繁地啟動光源元件102或以不同的順序(如僅有奇數光源元件)來啟動光源元件102。在某些情況下亦可於較高頻率下啟動光源元件102，例如，當首先偵測到觸控事件TE時，以改善決定觸控事件之位置的解析度。
單一觸控事件方法
本揭示案之一態樣包含於觸控螢幕系統10上決定單一觸控事件TE之位置之方法。方法中的第一步驟包含啟動各光源元件102，以產生對應的光束104。此第一步驟亦包含測量於對應的光感測元件200處的光束強度，以獲得對於對應的光感測元件200之全部的光束強度之基準線測量。藉由電性偵測器訊號SD之基準線訊號強度來代表基準線測量強度。此基準線測量允許光束104之基準線強度對於觸控事件光束強度的比較，以建立觸控事件TE是否已經發生且該觸控事件TE於何處發生。以下描述執行此基準線測量步驟之方法實例。
最簡單的觸碰位置感測方法係根據由於觸控事件TE之中斷的(亦即，衰減的)光束104之三角定位法。在此方法中，若由於觸控事件TE於給定光源元件102與給定光感測元件200之間的沿著視線105的衰減超越預定的閥值，則如第7圖中藉由破壞的光束104-B(亦即光束104-B1、104-B2、104-B3及104-B4)所指出，該光束(或，等同地為該視線)被標記為經衰減的、中斷的或「破壞的」。在第7圖中，為了繪示方便，僅圖示了有限數目的破壞光束104-B。
方法中的第二步驟為，以沿著破壞的光束之各扇形之中心所截取的單一中心線104C來取代破壞的光束104-B之扇形。因為有四個光感測元件200，如第8圖中所示，有四個中心線104C(亦即104-C1至104-C4)。
第三步驟包含計算中心線104C之交會處109之位置。為了繪示方便，僅標記了某些交會處109。由於受限的角解析度，中心線104C將不會皆交會於單一點處。而是，四個中心線104C大致上產生多達六個交會處109之群集，該六個交會處109具有(x,y)位置靠近觸控事件TE之真正中心處。因此，第四步驟包含對於中心線交會處109之(x,y)座標取平均，以給予觸控事件TE之位置之最終估算(x’,y’)。
大致上，若t為觸控事件TE之數目且p為光感測元件200之數目，則對於t次觸控事件之中心線交會處之最大數目NM為NM=t2p(p-1)/2。對於單一觸控事件TE，t=1且NM=t2p(p-1)/2。應注意到，考量的觸控螢幕系統10之特定實例具有單一觸控事件TE及四個光感測元件200，該實例產生最大值為六個的中心線交會處。因此，若中心線交會處之實際數目NA超越最大值NM，則指出比起假設的t次觸控事件，具有多重觸控事件。
舉例而言，對於單一觸控事件(t=1)及四個光感測元件(p=4)，若NA>6，則發生了多重觸控事件TE。因此，本文所揭示的方法之一態樣包含計算對於t次觸控事件之中心線交會處之最大數目NM，測量中心線觸控事件之實際數目NA，且比較NM之值與NA之值，其中NA>NM指出多於t次觸控事 件。
此方法特別適用於識別觸控事件TE之數目是否為一或是大於一，亦即，藉由測量實際中心線交會處之數目NA且比較NA與單一觸控事件關聯的NM之值，以決定觸控事件TE之實際數目是否大於一。
實行模擬以比較實際觸碰位置與計算的觸碰位置(x’,y’)，以決定以上闡述的觸控螢幕參數實例之誤差程度。模擬指出了，誤差約為0.98 mm，該值遠小於5.25 mm間距的光源元件102實例。藉由測試數個隨機點，發現最壞情況位置誤差約為3 mm，而通常誤差小於1 mm。
兩次觸控事件之方法
上述方法非常適合用於單一觸控事件TE且可延伸該方法而應用至兩次觸控事件。現描述此兩次觸控事件方法。
第9圖相似於第7圖且第9圖繪示與兩次觸控事件TE1及TE2關聯的光線104之扇形，為了繪示方便僅圖示了限制光束104-1至104-4。第10圖相似於第9圖且第10圖圖示根據第9圖之光線104之扇形的中心線104C。於第10圖中可見，有兩次觸控事件TE1及TE2時，許多中心線104C之交會處109並非靠近真實觸控事件位置。然而，亦觀察到，中心線交會處109傾向於群集靠近觸控事件TE1之位置及觸控事件TE2之位置。利用中心線104C之軌跡之特徵以計算兩次觸控事件TE1及TE2之位置(x’1,y’1)及(x’2,y’2)。
因此，在一實施例中，以大致相同於涉及單一觸控事件TE的情況的方式來計算中心線交會處109之全部的交會 處座標(x1,y1)、(x2,y2)等。若採用了四個光感測元件200，則對於給定觸控事件光束交會處之最大數目NB為6(參見以上NB之公式)。因此，若測量的光束交會處之數目為大於6，則結論為具有至少兩次觸控事件TE1及TE2。
對於多重觸控事件，方法中的下一步驟包含尋找中心線交會處109之群集，因為偽交會處傾向坐落於從觸控事件之實際位置具有相當大距離之處。再次，由於觸控螢幕系統10之離散的角解析，預期將會有某些與對應的觸控事件TE1及TE2關聯的中心線交會處109之散開。增加對於觸控事件的靈敏度之一種方式為，增加光感測元件200之數目。在一實例中，至少一光感測元件係沿著邊緣26於相鄰角落28之間中途來排列，以增加對於多重觸控事件的測量靈敏度，該等多重觸控事件可沿著透明薄片20之對角線發生。
在一實例中，用於決定有效觸控事件TE已發生的要求係界定為，皆位於某距離容忍度D內的中心線交會處109之最小數目M。要求實例可能為，於半徑D=4 mm的圓內具有至少M=3個交會處109。可選擇距離容忍度D及交會處109之最小數目M，以使建立觸控事件TE之有效度之結果最佳化。在一實例中，於距離容忍度D內可能有Q個交會處109，其中QM。
在下一步驟中，方法包含對於QM交會處群集之(x1,y1)、(x2,y2)等座標取平均，以分別獲得對於觸控事件TE1及TE2之計算的位置(x’1,y’1)及(x’2,y’2)。如於單一觸控方法中，在一實例中，計算的觸控事件TE1或TE2之位置之準確 度可於數個mm的等級上。
對於多重觸控事件TE之上述演算法大致上適用於兩次觸碰，但承受某些觸控事件位置之偽觸碰結果，特別是當觸控事件坐落於靠近螢幕對角線時。藉由緊縮上述中心線交會處要求，例如，對於給定距離容忍度D要求更大的中心線交會處之數目M，可減輕此缺點。
基準線測量方法實例
如上所討論的，決定觸控事件TE之位置(或兩次觸控事件TE1及TE2之位置)之方法中的一步驟包含首先當沒有觸控事件時執行偵測器訊號強度之基準線測量。現描述實行基準線測量之方法實例。
基準線測量方法實例提供使用光感測元件200，對於來自觸控螢幕系統10中各光源元件102的各光束104之並未衰減的強度之估算。若與用光感測元件200偵測未衰減的光束104關聯的估算之偵測器訊號強度具有以任意強度為單位(例如，以mA為單位的光電流)的振福A 0 (t)，則可即時修正廣義的電流測量A(t)，以給予估算的光束透射函數G(t)，對於各光束，G(t)從0變化至1。對於全部p個光元件，G(t)→G(p,t)。
假設某些有關使用光感測元件200的強度測量之平均雜訊的知識，可界定合理的偵測閥值T。舉例而言，若以每秒測量NB光束104，且假觸控事件之偵測不可能以多於每K秒一次的頻率發生，則假觸控事件之機率可給定為1/(NBK)。若各透射測量G(p,t)具有變異數σ2，則偵測閥值T可設定成 T=G(p,t)=1-zσ，其中z為藉由遞迴關係erf(z/√ 2)=(NK-1)/NK所界定之標準差之數目，其中「erf」為誤差函數且√ 2為2的平方根。
以下的表格1圖示對於具有256個光束104於50Hz下運行的觸控螢幕系統10實例，z作為平均時間對假觸碰(MTFT)偵測之函數，z之值實例，該實例給予NBK=(256)(50Hz)=12,800。用以證明原理之發明人所作的觸控螢幕系統10實例使用切換式積分器且具有訊號對雜訊比(SNR)約在100的等級，造成z=5之偵測閥值及5%的觸控螢幕靈敏度。藉由界定觸控事件TE作為需要兩個或更多光束為同時被破壞的情況，可簡化此偵測閥值。
一旦建立了廣義的透射G(t)，則方法包含界定兩個偵測狀態，亦即，閒置狀態(「IDLE」)及觸控狀態(「TOUCHED」)，閒置狀態界定為G(t) T=1-σz且觸控狀態 界定為G(t)<T=1-σz。於IDLE時間期間，累積新的樣本自G(t)之差且以直接的方式計算標準差σ。此計算的標準差σ然後用以於變化的照射準位及各種光束強度及各種SNR下改進偵測閥值T。
使用以下演算法實例可於觸控螢幕系統10中執行基準線測量方法，其中使用平均差s而非使用RMS差σ。此外，憑經驗選擇雜訊倍增器以減低假觸發至一可接受的值。此演算法獨立地且平行地操作於各光束104上。於以下即將描述的演算法中，追蹤步驟△為根據實際測量的訊號基準線估算所改變的量。使用平滑因子ε以使訊號變異平滑(見以下步驟7)。
1.以追蹤步驟△、平滑因子ε、雜訊倍增因子z開始，合理開始基準線振幅A 0 之估算及平均通道雜訊之估算。
2.測量對於給定視線105對於給定光束104之訊號振幅A。
3.若測量的訊號振幅A於基準線估算A 0 之上，則設定該基準線估算成為電流輸入訊號，導致A 0 追蹤兩側雜訊分佈之上端。
4.若測量的訊號振幅A於基準線估算A 0 之下，則減低基準線估算A 0 =A 0 -△。
5.設定正規化訊號振幅G=A/A0。
6.若T=(A 0 -A)>zs，則指示觸控(TOUCHED)狀態。
7.或者，若T=(A 0 -A) zs，則指示閒置(IDLE)狀態。任選地，藉由設定s=(1-ε)s+ε(A 0 -A)在此可改進s之估算。
8.對於剩餘光束104重複步驟2。
第11圖為根據自觸控螢幕系統10實例中所做的測量所獲得的資料，訊號強度(相對單位)對於時間(微秒)之代表圖形，測量的電性偵測器訊號SD標記為A(實線)，基準線訊號標記為A0(虛線)及訊號閥值標記為T(短虛線)。該圖形繪示訊號閥值T如何追蹤基準線訊號A0且亦圖示於不同時間發生的四個不同觸控事件TE(亦即，TE1至TE4)，分別大致發生於125 ms、145 ms、157 ms及185 ms。
當選擇常數△、ε、z及s時需要做一些取捨。在一實例中，追蹤步驟△需設定為足夠大以彌補基準線估算中的改變，但追蹤步驟△不能太大以致藉由大幅改變基準線來掩蓋觸控事件TE而掩蓋觸控事件之發生。在一實例中，界定了最大訊號「下垂」，低於該最大訊號「下垂」則將不會以△來調整基準線。在一實例中，可選擇z之值為剛好夠高而足以消除假光束破壞事件。可能需要某些實驗資料以建立z之適合值。
可以本領域熟悉技藝者所熟知的方式來細部調整演算法，以於給定設定條件下獲得最佳性能。藉由舉例方式，可使演算法對於脈衝雜訊較不敏感，脈衝雜訊可造成非自然地高基準線值A0。此舉可藉由追蹤平均基準線訊號及產生平均之基準線訊號使得測量之訊號中的任何突波被消音來達成。
此外，可調諧基準線訊號值A0中的調整以於廣泛多種觸控事件TE之間處理且分辨，例如於透明薄片20之頂部表面22上的指印、頂部表面之清潔、於螢幕上壓力靈敏附著警示之放置等。
此外，系統能夠採用此方法來決定觸控事件TE之強度。對於某些實施例而言此為特別有優勢的，該等實施例其中可根據觸控事件TE之強度來選擇不同可用的電腦處理過程。舉例而言，強觸控事件TE可對應至選擇或啟動電腦程式，而光觸控事件則將對應至替代的作用。
本文揭示的基準線追蹤方法具有數個優點。第一個優點為，非線性過濾允許快速峰追蹤及於觸控事件期間維持基準線之能力。第二個優點為，對於動態環境條件可自動調整觸控閥值，藉此使系統更強健以偵測觸控事件且避免假觸控事件。第三個優點為，該等方法可容許並未返回先前建立的基準線之觸控事件，例如於透明薄片20之頂部表面22上沉降的蒸氣或殘留物。第四個優點為，該等方法可抑制脈衝雜訊，否則脈衝雜訊可能重新設定基準線至極端值。第五個優點為，該等方法可過濾掉作為觸控事件之持續的污跡。
觸控靈敏顯示器
第12圖為觸控靈敏顯示器400實例之示意正視圖，觸控靈敏顯示器400係由操作上配置觸控螢幕系統10鄰近習知顯示單元410(例如，液晶顯示器)且於習知顯示單元410上(例如，在頂上)來形成。第13圖為觸控靈敏顯示器400實例之分解正視圖，比起第12圖第13圖圖示更多細節。觸控靈敏顯示器400包含邊框40，在一實例中邊框40坐落於鄰近邊緣26的透明薄片20之表面22頂上。觸控螢幕系統10係操作上配置於顯示器410之頂上且在一實例中觸控螢幕系統10包含底架12，底架12支撐組成觸控螢幕系統的各種部件。
第14A圖為觸控靈敏顯示器400實例之示意橫截面、部份分解視圖，繪示如何將觸控螢幕系統10與習知顯示單元410整合的實例。習知顯示單元410係圖示為以液晶顯示器的形式，該液晶顯示器包含發射光416的背光單元414、薄膜電晶體(TFT)玻璃層420、液晶層430、具有頂表面452的彩色濾光玻璃層450及具有頂部表面462的頂偏極化層460，皆配置如圖示。框架470係設置圍繞彩色濾光玻璃層450之邊緣。光源元件102係操作上被支撐於框架470內，而撓曲電路110被支撐於彩色濾光玻璃層450之頂部表面452上且於該框架內。此形成具有頂側482的整合顯示器組件480。
現參照第14B圖，為了形成最終觸控靈敏顯示器400，藉由操作上設置透明薄片20於整合顯示器組件之頂側482上，增加透明薄片20至習知顯示單元410之整合顯示器組件480。透明薄片20包含上述邊框40，邊框40係以IR透光但可見光不透光層的形式。透明薄片20之邊緣26處亦可包含吸收層41，以避免光104從該透明薄片之邊緣反射。
於第14A圖及第14B圖之觸控靈敏顯示器400之實施例中，光源元件102係經由IR透光邊框40而面耦合至透明薄片20之底部24。介於透明薄片20與頂偏極化層460之間亦形成有任選的空氣間隙474。在一實例中，可在透明薄片20上或經由透明薄片20來呈現各種標記或單個標記(未圖示)給使用者500，以導引使用者與觸控螢幕系統10相互作用。藉由舉例，單個標記可包含於透明薄片20之頂部表面22上的區域，該等區域預留用以指示使用者選擇、軟體執行等。
進一步光感測元件配置
於第6A圖及第6B圖所繪示的觸控螢幕系統10之實施例實例中，光源元件102係安裝於透明薄片20之底部表面24上於周圍27或靠近周圍27處。在此配置中，光104之多達一半的光照射直接地通過透明薄片20且進入上方為使用者500坐落處的空間。若物件正好靠近透明薄片20之頂部表面22，例如使用者的手(未圖示)，則物件可反射一部份的光104，且該反射光的某些光可找到出路至光感測元件200中之一者。若物件遠離，則偵測到來自該物件的反射光之相同的光感測元件現將停止感測該光。此舉甚至可能呈現於偵測器訊號中且可模仿觸控事件TE。此模仿之觸控事件訊號亦稱作「懸停訊號」，因為該訊號係由物件懸停於透明薄片20之頂部表面22上方所導致。
為了確保僅有實際觸控事件被觸控螢幕系統10所偵測，僅有藉由全內反射行進於透明薄片20之主體21中的導引光104可被光感測元件200所偵測。以上討論的某些實施例例如圖示於第6A圖及第6B圖中的那些實施例解決抑制環境光的問題。
第15A圖為對於觸控靈敏顯示器400之配置實例之特寫部份橫截面視圖，該觸控靈敏顯示器400適用於減低環境光600(且特別是陽光)對於偵測來自光源元件102的光104之不利效應。該配置實例包含平板波導520，平板波導520具有頂部表面522及底部表面524。以平板波導520之頂部表面522鄰近透明薄片20之底部表面24來設置平板波導520。 平板波導520係經配置鄰近透明薄片20之邊緣26且平板波導520延伸朝內一短距離，使得平板波導520至少部份覆蓋光感測元件200。以橫截面視圖圖示光感測元件200之其中一者。
平板波導520從框架上部表面472藉由支座構件550站起，支座構件550設置於框架上部表面與平板波導之底部表面524之間。IR透光邊框40設置於透明薄片20之底部表面24上，IR透光邊框40作為阻擋可見光但透射IR光104的濾片。反射層540設置於平板波導520之頂部表面522之一部份上，且反射層540作為協助反射IR光104朝向光感測元件200，光感測元件200設置於鄰近平板波導之底部表面524之一部份處。在一實例中，框架上部表面472包含光吸收層541。
藉由使用邊框40作為IR濾片，該IR濾片通過具有約950 nm的IR波長的光104但阻擋其他光之波長包含環境光600之波長，環境光600例如陽光、室內光或任何其他非光104的光，光感測元件200可偵測光104而無實質上來自環境光的干涉。反射層540作為遮蔽，以避免環境光600直接地入射於光感測元件200上同時亦協助反射光104朝向光感測元件。在此，該反射協助可包含反射否則可能不會經由全內反射於透明薄片20之主體21內反射的光104。
繼續參照第15A圖，考慮光104經由全內反射行進於透明薄片20之主體21內。當給定的光線104穿過透明薄片20朝向光感測元件200，光線104具有於窗口145處進入 平板波導520的機會，該窗口145藉由迷你波導之開始及反射層540的前緣所界定。並未進入此窗口145的光線104繼續於透明薄片主體21中行進且最終藉由設置於邊緣26上的吸收層41於邊緣26處被吸收。
進入窗口145的光線104具有入射至光感測元件200上的機會。為此，光線104必須經歷於迷你波導520之下側表面524處於迷你波導520內的內反射且從反射層540反射以行進朝向光感測元件200。注意到，反射層540避免光線104再次進入透明薄片20且大致上提供於抵達光感測元件200之前光線沒有機會逃離。
現考慮環境光(亦即，環境光線)600。環境光線600之行為部份取決於環境光線與透明薄片20之頂部表面22所為的入射角α。若入射角α非常淺(亦即，α接近90度，或切線入射)，則環境光線600將自頂部表面22反射且不會進入透明薄片主體21。具有較小入射角α的環境光線600將直接地行進通過透明薄片20。若該環境光線600入射於反射層540上，則該等環境光線600將反射返回透明薄片20之頂部表面22以外。
若環境光線600通過透明薄片20且亦通過窗口145且進入平板波導520，則可見光波長將被IR透光邊框40所吸收。環境光線600之IR部份將繼續行進但將離開平板波導520之底部表面524，通過介於框架上部表面472與平板波導之底部表面之間的空氣間隙525。此環境光線600之IR成分被框架470之框架上部表面472上的吸收層541所吸收。
因此，第15A圖之配置增強於環境光600之存在下於光感測元件200中的光104之偵測，實質上避免環境光抵達光感測元件。對於任何可能於室外於直接環境光600(特別是陽光)中使用的觸控螢幕系統10而言，此舉為有優勢的。
第15B圖相似於第15A圖且第15B圖繪示一實施例實例，其中比起第15A圖之觸控靈敏顯示器400，第15B圖之觸控靈敏顯示器400具有較薄的配置。於第15B圖之配置中，平板波導520現坐落於鄰近框架470之一側476而非於框架之上部表面472頂上。在此實施例中，藉由框架470之寬度來延伸IR透光邊框40。
第15C圖相似於第15B圖且第15C圖繪示一實施例實例，其中光感測元件200係經配置使得光感測元件200面向上下顛倒。在此配置中，光104進入平板波導520，平板波導520係相對於透明薄片10配置，使得光完全地內反射向上朝向光感測元件200。平板波導520包含架521，架521係經配置以容納光感測元件200。此配置為有優勢的，原因在於光偵測元件200面向遠離環境光500之通常方向。此配置亦消除對於IR透光邊框40之需求。
第15D圖相似於第15C圖且第15D圖繪示一實施例實例，其中光感測元件200係以相對於水平以偵測器角ψ鄰近平板波導520之傾斜的刻面527來設置。在一實例中，「水平」係定義為相對於平面525，平面525係由平板波導520之平面式底部表面524所界定。在一實例中，偵測器角ψ可介於約0度與90度之間，然而在另一實例中，偵測器角ψ可 介於約0度與135度之間。在環境光600可入射於光源元件200上的情況下，IR透光邊框40可設置於平板波導520與透明薄片20之間，以覆蓋光源元件。
雖然已參照特定態樣及特徵結構而描述了本文實施例，應瞭解，該等實施例僅作為闡明所需原理及應用。因此，應瞭解，在不脫離申請專利範圍之精神及範疇的情況下，可對於闡明的實施例作眾多修改及可設計其他配置。
10‧‧‧觸控螢幕系統
20‧‧‧透明薄片
26‧‧‧邊緣
27‧‧‧周圍
100‧‧‧光源
102‧‧‧光源元件
105‧‧‧視線
110‧‧‧撓曲電路板(撓曲電路)
112‧‧‧印刷電路板
200‧‧‧光感測元件
300‧‧‧控制器
301‧‧‧匯流排
302‧‧‧處理器
304‧‧‧裝置驅動器/驅動器電路/驅動器
306‧‧‧介面電路
SD‧‧‧電性偵測器訊號

Claims (20)

  1. 一種用以感測一觸控事件之一位置之觸控螢幕系統，該系統包括：一透明薄片，該透明薄片具有一頂部表面、一底部表面及一周圍，該周圍包含一邊緣，其中該觸控事件發生於該頂部表面上；複數個光源元件，該複數個光源元件發射光且係設置於鄰近該周圍處，該複數個光源元件鄰近該邊緣或者鄰近實質上位於該邊緣處的該底部表面，以便將該光耦合進入該透明薄片以經由全內反射於該透明薄片中行進；複數個光感測元件，該複數個光感測元件操作上配置於鄰近該邊緣處，以偵測行進於該透明薄片內且沿著從該等光源之各光源至該等光感測元件之視線的該光，該等光感測元件各者係經配置以產生偵測器訊號，該等偵測器訊號具有代表一偵測之光強度的一訊號強度，其中該觸控事件導致沿著該等視線之至少一視線的該光強度之衰減；及一控制器，該控制器操作上耦接至該等光源元件及該等光感測元件，且該控制器係經配置以控制從該等光源元件之光之發射，且該控制器處理該等偵測器訊號以比較該偵測器訊號強度與一訊號閥值以建立衰減的光視線。
  2. 如請求項1所述之系統，其中該控制器係進一步經配置以界定與該等衰減的光視線關聯的中心線，以建立該等中心線之交會處之複數個位置，且對該複數個交會處位置取平均以建立該觸控事件位置。
  3. 如請求項1所述之系統，其中該控制器係進一步經配置以根據該偵測器訊號強度與一訊號閥值之一比較來決定該觸控事件之強度。
  4. 如請求項1所述之系統，進一步包括：一平板波導，該平板波導係設置介於該透明薄片之該底部與該等光感測元件之至少一光感測元件之間，使得該等視線通過該平板波導。
  5. 如請求項4所述之系統，進一步包括：一紅外光(IR)透光層，該紅外光透光層設置於該平板波導上部表面之一第一部份之頂上，該紅外光透光層對可見光為不透光的。
  6. 如請求項5所述之系統，進一步包括：一反射層，該反射層設置於該波導上部表面之一第二部份之頂上且鄰近該第一部份，該反射層對可見光與紅外光為不透光的；其中該紅外光透光層允許來自該等光源元件的紅外光通過進入該平板波導且經由全內反射於該平板波導中行進，且其中該反射層反射該內部反射之紅外光至該光感測元件且阻擋環境光直接入射於該光感測元件上。
  7. 如請求項1所述之系統，進一步包括一顯示單元，該顯示單元設置於鄰近該透明薄片之該底表面處，使得一使用者經由該透明薄片來觀看該顯示單元。
  8. 如請求項1所述之系統，其中經由該等光源元件所發射的光包括紅外光，其中該等光源元件係設置於鄰近該透明薄片 之該底部表面而實質上鄰近該周圍處，且該系統進一步包括一紅外光透光薄膜，該紅外光透光薄膜介於該等光源元件與該透明薄片之間，其中該紅外光透光薄膜對可見光為不透光的。
  9. 一種決定一透明薄片上的一觸控事件之一位置之方法，該方法包括以下步驟：通過介於光源元件與光感測元件之間的視線將來自該等光源元件的光傳送至該等光感測元件，其中該等光源元件與該等光感測元件係操作上設置於鄰近該透明薄片之一周圍處，其中該光經由全內反射於該透明薄片內行進；決定藉由該觸控事件所衰減的光所通過的視線，藉此界定衰減之視線；界定該等衰減之視線之一中心線，該等衰減之視線與各光感測元件關聯；決定該等中心線之交會處之位置；及對該等中心線之該等交會處之該等位置取平均，以建立該觸控事件之位置。
  10. 如請求項9所述之方法，進一步包括根據偵測器訊號強度與一訊號閥值之一比較來決定該觸控事件之強度之步驟。
  11. 如請求項9所述之方法，其中該透明薄片具有四個邊緣，該四個邊緣界定四個角落，且該方法進一步包括沿著該四個邊緣配置該等光源元件且將該等光感測元件中之四個光感測元件各自配置於該四個角落之各個角落處之步驟。
  12. 如請求項9所述之方法，進一步包括以下步驟： 依序啟動該等光源元件以依序傳送該光通過該等視線。
  13. 如請求項12所述之方法，進一步包括以下步驟：偵測於該等光感測元件處的光，以產生個別的偵測器訊號，各偵測器訊號具有的強度代表該偵測之光之一強度；及其中該決定藉由該觸控事件所衰減的光所通過的視線之步驟包含處理該偵測器訊號，以比較該偵測器訊號強度與一閥值訊號強度。
  14. 如請求項12所述之方法，進一步包括以下步驟：建立行進通過該等視線的光之一基準線測量；根據該基準線測量，界定該閥值訊號強度；及比較與該等衰減的視線關聯之偵測器訊號強度與閥值訊號強度，以決定該觸控事件是否已發生。
  15. 如請求項14所述之方法，進一步包括以下步驟：根據該偵測器訊號強度的改變，調整該基準線測量；及根據該調整之基準線測量，調整該閥值訊號強度。
  16. 如請求項9所述之方法，進一步包括以下步驟：操作上將一顯示單元設置於該透明薄片下方。
  17. 如請求項9所述之方法，進一步包含以下步驟：經由關係式NM=p(p-1)/2，決定對於該觸控事件之中心線交會處之一最大數目NM，其中p為光感測元件之數目；測量實際中心線交會處之一數目NA且比較NA與NM，以決定觸控事件之實際數目是否大於一。
  18. 如請求項9所述之方法，進一步包括以下步驟：識別中心線交會處之一數目Q等於或是大於中心線位置之 一最小數目M，該等中心線位置皆位於彼此之一特定距離容忍度D內；及對於該等Q中心線位置取平均，以決定多重觸控事件中之一者之一位置。
  19. 如請求項9所述之方法，進一步包括以下步驟：將該等光感測元件設置於鄰近一平板波導處，使得該等視線通過該平板波導。
  20. 如請求項9所述之方法，進一步包括經由該透明薄片來觀看一顯示單元之步驟。
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