TW201543306A - 光學觸控模組 - Google Patents

Abstract

一種光學觸控模組外掛於顯示裝置上。顯示裝置具有相對之二側邊與複數個角落。光學觸控模組包含一對框架、複數個發光單元、複數個感光單元以及一對回歸反射器。框架分別設置於側邊上。發光單元分別設置於框架上，並且對應設置於不同角落。感光單元分別相鄰設置於發光單元。回歸反射器分別設置於框架上，用以反射發光單元所發射之光線，使光線反射後以平行但反向於原入射方向之方向射回，並由相對應之感光單元接收。

Description

光學觸控模組

本發明是有關於一種觸控模組，特別是有關於一種光學觸控模組。

光學式觸控裝置是在螢幕邊緣或角落設置光源與接收器，光源會發射光線(通常為紅外線)並在螢幕表面上方形成一個紅外線網，當使用者以手指觸碰螢幕時，將有特定方向之紅外線遭到手指遮斷，而接收器將接收不到相關訊號，於是經由運算後能得知手指觸碰螢幕的位置。

在傳統光學式觸控裝置中，接收器通常需要配置廣角鏡頭，以完整接收分佈於螢幕表面上的訊號，然而廣角鏡頭的成本較高，將提高光學式觸控裝置的整體成本。

本發明提供一種光學觸控模組，藉由適當設計的元件配置，使感光單元不需配置廣角鏡頭，因而降低光學觸控模組的整體成本。

根據本發明一實施方式，一種光學觸控模組外掛於 顯示裝置上。顯示裝置具有相對之第一側邊與第二側邊與複數個角落。光學觸控模組包含第一框架、第二框架、第一發光單元、第二發光單元、第三發光單元、第四發光單元、第一感光單元、第二感光單元、第三感光單元、第四感光單元、第一回歸反射器、第二回歸反射器以及控制單元。第一框架與第二框架分別設置於第一側邊與第二側邊。第一發光單元、第二發光單元、第三發光單元與第四發光單元用以發射光線，其中第一發光單元與第二發光單元設置於第一框架上，第三發光單元與第四發光單元設置於第二框架上，且第一發光單元、第二發光單元、第三發光單元與第四發光單元的設置位置分別對應於不同的角落。第一感光單元、第二感光單元、第三感光單元與第四感光單元分別相鄰設置於第一發光單元、第二發光單元、第三發光單元與第四發光單元。第一回歸反射器設置於第一框架上，用以反射第三發光單元與第四發光單元所發射之光線，使光線反射後以平行但反向於原入射方向之方向射回，並由第三感光單元與第四感光單元接收。第二回歸反射器設置於第二框架上，用以反射第一發光單元與第二發光單元所發射之光線，使光線反射後以平行但反向於原入射方向之方向射回，並由第一感光單元與第二感光單元接收。

本發明上述實施方式藉由適當設計的元件配置，將顯示裝置的顯示面劃分為四個區域，當使用者的手指觸碰顯示面的任一區域時，僅需配置的四個感光單元中的兩個 偵測可供運算的影像資訊，即可得知觸控點的座標。另外，感光單元的感光視角僅需涵蓋對向設置之回歸反射器便能達成前述功效，而不用涵蓋大角度，因此感光單元不需配置廣角鏡頭，從而降低光學觸控模組的整體成本。

100‧‧‧光學觸控模組

110a‧‧‧第一框架

110b‧‧‧第二框架

120a‧‧‧第一發光單元

120b‧‧‧第二發光單元

120c‧‧‧第三發光單元

120d‧‧‧第四發光單元

130a‧‧‧第一感光單元

130b‧‧‧第二感光單元

130c‧‧‧第三感光單元

130d‧‧‧第四感光單元

135‧‧‧感光視角

140a‧‧‧第一回歸反射器

140b‧‧‧第二回歸反射器

150‧‧‧控制單元

160‧‧‧螺絲

200‧‧‧顯示裝置

210a‧‧‧第一側邊

210b‧‧‧第二側邊

210c‧‧‧第三側邊

230‧‧‧角落

240‧‧‧顯示面

300‧‧‧光線

A、B、C、D、E、F‧‧‧區域

BI‧‧‧亮帶

DI‧‧‧暗帶

I_a、I_b、I_c、I_d‧‧‧影像

V‧‧‧視角

X‧‧‧觸控點

θ_a、θ_d‧‧‧夾角

第1A圖繪示依照本發明一實施方式之光學觸控模組與顯示裝置的前視圖。

第1B圖繪示第1A圖的光學觸控模組外掛於顯示裝置的前視圖。

第2A圖繪示第1B圖的光學觸控模組的光路示意圖。

第2B圖繪示第1B圖的光學觸控模組的光路反射示意圖。

第3A圖繪示第1B圖的感光單元在顯示裝置沒有觸控物時所形成之影像。

第3B圖繪示第1B圖的感光單元在顯示裝置的區域A有觸控物時所形成之影像。

第3C圖繪示第1B圖的感光單元在顯示裝置的區域B有觸控物時所形成之影像。

第3D圖繪示第1B圖的感光單元在顯示裝置的區域C有觸控物時所形成之影像。

第3E圖繪示第1B圖的感光單元在顯示裝置的區域D有觸控物時所形成之影像。

第4圖繪示第1B圖的光學觸控模組在顯示裝置的區域A有觸控物時的前視示意圖。

第5A圖繪示第1A圖的光學觸控模組的局部前視圖。

第5B圖繪示第5A圖的光學觸控模組從視角V觀看的側視圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

請同時參照第1A圖與第1B圖，其中第1A圖繪示依照本發明一實施方式之光學觸控模組100與顯示裝置200的前視圖，第1B圖繪示第1A圖的光學觸控模組100外掛於顯示裝置200的前視圖。本實施方式之光學觸控模組100可以外掛於顯示裝置200上，使顯示裝置200具有觸控功能。

顯示裝置200具有相對之第一側邊210a與第二側邊210b與複數個角落230。光學觸控模組100包含第一框架110a、第二框架110b、第一發光單元120a、第二發光單元120b、第三發光單元120c、第四發光單元120d、第一感光單元130a、第二感光單元130b、第三感光單元130c、第 四感光單元130d、第一回歸反射器140a(Retro-reflector)、第二回歸反射器140b以及控制單元150。

第一框架110a與第二框架110b分別設置於第一側邊210a與第二側邊210b。第一發光單元120a、第二發光單元120b、第三發光單元120c與第四發光單元120d用以發射光線300(見第2A圖與第2B圖)，其中第一發光單元120a與第二發光單元120b設置於第一框架110a上，第三發光單元120c與第四發光單元120d設置於第二框架110b上，且第一發光單元120a、第二發光單元120b、第三發光單元120c與第四發光單元120d的設置位置分別對應於不同的角落230。第一感光單元130a、第二感光單元130b、第三感光單元130c與第四感光單元130d分別相鄰設置於第一發光單元120a、第二發光單元120b、第三發光單元120c與第四發光單元120d。

第一回歸反射器140a設置於第一框架110a上，用以反射第三發光單元120c與第四發光單元120d所發射之光線300，使光線300反射後以平行但反向於原入射方向之方向射回，並由第三感光單元130c與第四感光單元130d接收。第二回歸反射器140b設置於第二框架110b上，用以反射第一發光單元120a與第二發光單元120b所發射之光線300，使光線300反射後以平行但反向於原入射方向之方向射回，並由第一感光單元130a與第二感光單元130b接收。

控制單元150電性連接第一發光單元120a、第二 發光單元120b、第三發光單元120c、第四發光單元120d、第一感光單元130a、第二感光單元130b、第三感光單元130c、第四感光單元130d以及顯示裝置200。控制單元150用以控制發光單元發光，並收集感光單元所接收之反射光之訊號，進而計算觸控點之位置。

第2A圖與第2B圖係繪示第1B圖的光學觸控模組100的光路及光路反射示意圖。如第2A圖與第2B圖所繪示，顯示裝置200具有顯示面240，第一發光單元120a發射光線300於顯示面240上方，並形成一光線網；接著部份投射至第二回歸反射器140b之光線300將被第二回歸反射器140b反射，並以平行但反向於原入射方向之方向射回，並由第一感光單元130a接收。其他投射至介於第一側邊210a與第二側邊210b之第三側邊210c之光線，因第三側邊210c並無具備反射器，因此投射至第三側邊210c之光線沒有朝原入射方向之方向射回。其他發光單元與感光單元的光路皆類似於前述，因此不再重複描述。

承第2A圖與第2B圖所述，且同時參考第3A圖，第3A圖繪示第1B圖的感光單元在顯示裝置200沒有觸控物時所形成之影像I_a、I_b、I_c與I_d。第一感光單元130a具有感光視角135，感光視角135涵蓋第二回歸反射器140b。在感光視角135中，僅有在第二回歸反射器140b所分佈的角度有光線300被反射，因此第一感光單元130a僅在部份角度偵測到光線300，並形成影像I_a，其中在影像I_a中對應於第二回歸反射器140b所分佈的角度形成亮帶BI。

類似於前述，第二感光單元130b的感光視角涵蓋第二回歸反射器140b，第三感光單元130c與第四感光單元130d的感光視角涵蓋第一回歸反射器140a，且第二感光單元130b、第三感光單元130c、第四感光單元130d分別形成影像I_b、I_c與I_d，其中在影像I_b、I_c與I_d中對應於第一回歸反射器140a或第二回歸反射器140b所分佈的角度分別形成亮帶BI。

如第1B圖所繪示，顯示面240可藉由二對角線劃分為位於顯示面240上部之區域A、位於顯示面240左部之區域B、位於顯示面240右部之區域C以及位於顯示面240下部之區域D(位於對角線附近的區域E與位於顯示面240之中心附近的區域F容後討論)。

第3B圖繪示第1B圖的感光單元在顯示裝置200的區域A有觸控物時所形成之影像I_a、I_b、I_c與I_d。如第1B圖、第2A圖、第2B圖、第3B圖所繪示，當有觸控物(比如說手指)觸碰區域A時，觸控物將會阻擋第2A圖中第一發光單元120a所發射之光線300，光線300也就無法抵達第二回歸反射器140b而被反射，於是第一感光單元130a在觸控物所對應之角度將偵測不到反射之光線300，因此在影像I_a中對應於觸控物所分佈的角度將形成暗帶DI(暗帶DI形成於亮帶BI中)。類似地，觸控物會阻擋第四發光單元120d所發射之光線300，於是第四感光單元130d在觸控物所對應之角度將偵測不到光線300，因此在影像I_d中對應於觸控物所分佈的角度將形成暗帶DI。至於對於第二感 光單元130b以及第三感光單元130c而言，由於區域A的位置對於第二感光單元130b以及第三感光單元130c而言，係對應之側邊並無安裝反射器，因此無論區域A是否有無觸控物，第二感光單元130b以及第三感光單元130c所產生之影像I_b與I_c於觸控前觸控後都是相同的(如第3A圖以及第3B圖)。換言之，此時並無法利用影像I_b與I_c作為判斷是否有觸控之資訊，而僅能利用影像I_a與I_d來判斷是否有觸控事件發生。

第3C圖繪示第1B圖的感光單元在顯示裝置200的區域B有觸控物時所形成之影像I_a、I_b、I_c與I_d。第3D圖繪示第1B圖的感光單元在顯示裝置200的區域C有觸控物時所形成之影像I_a、I_b、I_c與I_d。第3E圖繪示第1B圖的感光單元在顯示裝置200的區域D有觸控物時所形成之影像I_a、I_b、I_c與I_d。如第1B圖、第3C圖、第3D圖、第3E圖所繪示，類似於前述，當有觸控物觸碰區域B、C、D時，觸控物將會阻擋兩個發光單元所發射之光線300，並在相對應之感光單元所形成之影像中形成暗帶DI。

在此須需要說明的是，在區域A、B、C以及D中，只要有觸控事件發生，將會於其中二影像中產生暗帶，剩餘二影像不發生變化。因此，控制單元150只要知道是那兩個影像產生暗帶，即可反推觸控物係位於何區域，並進一步計算觸控位置，請參考以下說明。

第4圖繪示第1B圖的光學觸控模組100在顯示裝置200的區域A有觸控物時的前視示意圖。如第3B圖與第 4圖所繪示，當有觸控物觸碰區域A的觸控點X時，影像I_a對應於觸控物所分佈的角度會形成暗帶DI，於是，藉由分析暗帶DI在影像I_a中的位置，便能得知第一感光單元130a與第四感光單元130d之連線與第一感光單元130a和觸控點X之連線的夾角θ_a。同理，藉由分析暗帶DI在影像I_d中的位置，亦能得知第一感光單元130a與第四感光單元130d之連線與第四感光單元130d和觸控點X之連線的夾角θ_d。此時，利用三角運算或是點斜式解聯立直線方程式，搭配上第一感光單元130a與第四感光單元130d的已知座標位置，如此便能求出觸控點X的實際座標位置，因而達成偵測之功能。

類似於前述，當有觸控物觸碰區域B、C或D時，藉由分析影像I_a、I_b、I_c、I_d中暗帶DI的位置，便能得知相關的夾角資訊，之後再搭配感光單元的已知座標進行三角運算或是點斜式解聯立直線方程式，便能求出觸控點的座標位置。

由前述的描述可知，由於顯示面240劃分為四個區域，當觸控物觸碰顯示面240的任一區域時，僅需配置的四個感光單元中的兩個偵測可供運算的影像資訊，便能得知觸控點的座標位置。另外，感光單元的感光視角僅須涵蓋對向設置之回歸反射器便能達成前述功效。因此，感光單元的感光視角不用涵蓋大角度，感光單元也就不需配置廣角鏡頭，從而降低光學觸控模組100的整體成本。

於一具體實施例中，第一感光單元130a、第二感 光單元130b、第三感光單元130c與第四感光單元130d的感光視角角度可以小於90度。或者，第一感光單元130a、第二感光單元130b、第三感光單元130c與第四感光單元130d的感光視角角度可為約45~60度。

第一框架110a與第二框架110b可分別藉由螺絲160鎖附或背膠黏合的方式固定於顯示裝置200上。應了解到，以上所舉之第一框架110a與第二框架110b的固定方式僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇第一框架110a與第二框架110b的固定方式。

第一框架110a與第二框架110b的長度可為可伸縮調整，使第一框架110a與第二框架110b的長度分別對應於第一側邊210a與第二側邊210b的長度。在實際操作上，先調整第一框架110a與第二框架110b的長度，使其分別對應於第一側邊210a與第二側邊210b的長度，接著再分別組裝固定分別對應於第一側邊210a與第二側邊210b之長度的第一回歸反射器140a與第二回歸反射器140b於第一框架110a與第二框架110b上。

具體而言，第1A圖中的第一側邊210a與第二側邊210b為顯示裝置200之左右側。在其他實施例中，第一側邊210a與第二側邊210b可以分別為顯示裝置200之上下側。

於一具體實施例中，第一發光單元120a、第二發光單元120b、第三發光單元120c與第四發光單元120d所 發射之光線可為紅外線，且第一感光單元130a、第二感光單元130b、第三感光單元130c與第四感光單元130d可為紅外線感光裝置。

在使用外掛於顯示裝置200的光學觸控模組100前，必須對於光學觸控模組100進行校正。校正方法為依序在顯示裝置200上顯示複數個已知相關角度資訊的校正點讓使用者觸碰。在使用者觸碰這些校正點時，由於相關角度資訊為已知，於是影像I_a、I_b、I_c或I_d中暗帶DI位於亮帶BI的位置便能正確地對應於校正點的相關角度。另外，校正點可以均位於平行於第一側邊210a與第二側邊210b的同一直線上。

如第1B圖所繪示，當觸控物觸碰對角線附近的區域E時，由於系統誤差的因素，可能會有三個感光單元同時偵測到觸控物的情況。如前所述，在每一個感光單元偵測到觸控物時，皆能夠得知一個相關的角度資訊，在搭配上感光單元的已知座標後，便能得到一條通過觸控點與感光單元的直線。在僅有兩個感光單元偵測到觸控物時，兩條直線的交點即為觸控點；但在三個感光單元偵測到觸控物時，由於物理上誤差，這三條直線可能交於同一點，亦有可能交於不同點。若是三條直線交於同一點，則認定此點為觸控點，若三條直線交於不同的三點，則取此三點的重心作為觸控點。

類似於前述，當觸控物觸碰顯示面240之中心附近的區域F時，可能會有四個感光單元同時偵測到觸控物的 情況，因此可以得到四條通過觸控點與感光單元的直線。若是四條直線交於同一點，則認定此點為觸控點，若四條直線交於不同的四點，則取此四點的重心作為觸控點。

第5A圖繪示第1A圖的光學觸控模組100的局部前視圖。第5B圖繪示第5A圖的光學觸控模組100從視角V觀看的側視圖。如第1A圖、第5A圖以及第5B圖所繪示，第一回歸反射器140a的一端延伸至第一感光單元130a的中軸，換句話說，第一回歸反射器140a的一端延伸至第一側邊210a所連接之角落230。如第1A圖所繪示，類同於前述，第一回歸反射器140a的另一端延伸至第二感光單元130b的中軸，亦即第一回歸反射器140a的另一端延伸至第一側邊210a所連接之另一角落230。於是，第一回歸反射器140a的兩端分別延伸至第一感光單元130a的中軸與第二感光單元130b的中軸，且第一回歸反射器140a的兩端分別延伸至第一側邊210a所連接之角落230。

第二回歸反射器140b的設置方式與第一回歸反射器140a類同，亦即，第二回歸反射器140b的兩端分別延伸至第三感光單元130c的中軸與第四感光單元130d的中軸，且第二回歸反射器140b的兩端分別延伸至第二側邊210b所連接之角落230。

如第1B圖所繪示，藉由前述設置，即使發光單元以顯示面240之對角線的方向發射光線，此光線仍可被相對應之回歸反射器反射，之後再由相對應之感光單元接收。於是，光學觸控模組100將沒有偵測死角，即使觸控 物觸碰區域E或F時，光學觸控模組100依然能夠偵測出觸控點的座標。

本發明上述實施方式藉由適當設計的元件配置，將顯示裝置200的顯示面240劃分為四個區域，當使用者的手指觸碰顯示面240的任一區域時，僅需配置的四個感光單元中的兩個偵測可供運算的影像資訊，即可得知觸控點的座標。另外，感光單元的感光視角僅需涵蓋對向設置之回歸反射器便能達成前述功效，而不用涵蓋大角度，因此感光單元不需配置廣角鏡頭，從而降低光學觸控模組100的整體成本。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧光學觸控模組

110a‧‧‧第一框架

110b‧‧‧第二框架

120a‧‧‧第一發光單元

120b‧‧‧第二發光單元

120c‧‧‧第三發光單元

120d‧‧‧第四發光單元

130a‧‧‧第一感光單元

130b‧‧‧第二感光單元

130c‧‧‧第三感光單元

130d‧‧‧第四感光單元

140a‧‧‧第一回歸反射器

140b‧‧‧第二回歸反射器

200‧‧‧顯示裝置

240‧‧‧顯示面

A、B、C、D、E、F‧‧‧區域

Claims (10)

1. 一種光學觸控模組，外掛於一顯示裝置上，其中該顯示裝置具有相對之一第一側邊與一第二側邊與複數個角落，該光學觸控模組包含：一第一框架與一第二框架，分別設置於該第一側邊與該第二側邊；一第一發光單元、一第二發光單元、一第三發光單元與一第四發光單元，分別用以發射一光線，其中該第一發光單元與該第二發光單元設置於該第一框架上，該第三發光單元與該第四發光單元設置於該第二框架上，該第一發光單元、該第二發光單元、該第三發光單元與該第四發光單元的設置位置分別對應於不同的該些角落；一第一感光單元、一第二感光單元、一第三感光單元與一第四感光單元，分別設置於該第一發光單元、該第二發光單元、該第三發光單元與該第四發光單元；一第一回歸反射器，設置於該第一框架上，用以反射該第三發光單元與該第四發光單元所發射之該光線，使該光線反射後以平行但反向於原入射方向之方向射回，並由該第三感光單元與該第四感光單元接收；一第二回歸反射器，設置於該第二框架上，用以反射該第一發光單元與該第二發光單元所發射之該光線，使該光線反射後以平行但反向於原入射方向之方 向射回，並由該第一感光單元與該第二感光單元接收。
2. 如請求項1所述之光學觸控模組，其中該第一感光單元、該第二感光單元的感光視角涵蓋該第二回歸反射器，該第三感光單元與該第四感光單元的感光視角涵蓋該第一回歸反射器。
3. 如請求項1所述之光學觸控模組，其中該第一感光單元、該第二感光單元、該第三感光單元與該第四感光單元的感光視角角度小於90度。
4. 如請求項1所述之光學觸控模組，其中該第一感光單元、該第二感光單元、該第三感光單元與該第四感光單元的感光視角角度為約45~60度。
5. 如請求項1所述之光學觸控模組，其中該第一框架與該第二框架的長度為可伸縮調整，使該第一框架與該第二框架的長度分別對應於該第一側邊與該第二側邊的長度。
6. 如請求項1所述之光學觸控模組，其中該第一框架與該第二框架分別藉由螺絲鎖附或背膠黏合的方式固定於該顯示裝置上。
7. 如請求項1所述之光學觸控模組，其中該第一發光單元、該第二發光單元、該第三發光單元與該第四發光單元所發射之該光線為一紅外線，且該第一感光單元、該第二感光單元、該第三感光單元與該第四感光單元為紅外線感光裝置。
8. 如請求項1所述之光學觸控模組，其中該第一側邊與該第二側邊分別為該顯示裝置之左右側或上下側。
9. 如請求項1所述之光學觸控模組，其中該第一回歸反射器的兩端分別延伸至該第一側邊所連接之該些角落，該第二回歸反射器的兩端分別延伸至該第二側邊所連接之該些角落。
10. 如請求項1所述之光學觸控模組，其中該第一回歸反射器的兩端分別延伸至該第一感光單元的中軸與該第二感光單元的中軸，該第二回歸反射器的兩端分別延伸至該第三感光單元的中軸與該第四感光單元的中軸。