TW201545023A - 光學式觸控裝置及其觸控方法 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種光學式觸控裝置及其觸控方法，其包含至少一光源、複數個反光件、一第一影像接收模組及一第二影像接收模組。本發明藉由一光源提供複數個反光件產生亮及暗光訊號，藉由亮及暗光訊號組成一光柵絕對座標，該第一影像接收模組與該第二影像接收模組接收該光柵絕對座標之影像，透過該光柵絕對座標可減少處理單元運算觸控點之負載量以及簡化校正流程，降低處理器生產及維修之成本。

Description

光學式觸控裝置及其觸控方法 【0001】

本發明係有關於一種觸控裝置及其觸控方法，特別是指光學式觸控裝置及其觸控方法。

【0002】

隨著現今科技的進步，智慧型產品已經相當普及，由於智慧型產品可以隨時提供上網、娛樂、導航等方便的功能，因此，各種智慧型產品已成為大多數人生活中的一部份，幾乎人手一支智慧型手機、平板電腦、PDA等智慧型商品，又，大部分智慧型產品都利用觸控螢幕的技術，因此，觸控裝置及其觸控方法為現今不可或缺之技術，然，觸控裝置及觸控方法有許多種，其中常見的觸控螢幕的觸控方式有電阻式、電容式、聲波式、紅外線式與光學式等 。

【0003】

電阻式觸控螢幕是利用間隙物間格開兩組ITO導電層，當使用時利用壓力使上下電極導通以測知螢幕上的電壓變化而計算出接觸點位置進行輸入，其中電阻式觸控其缺點為(1)面板光學穿透率低，使面板需要較強的背光，因此較容易耗電(2)使用者壓力掌握不穩定造成之誤差(3)觸控面板為軟性材質，較容易刮傷，降低其使用壽命等，因此電阻式觸控已漸漸被其他觸控方法取代；電容式觸控螢幕是利用排列之透明電極與人體之間的靜電結合所產生之電容變化，從所產生之誘導電流來檢測其座標，其缺點為表面電場變化進行觸點偵測，所以若電磁干擾問題較多，就會因此影響偵測觸點的精密度；聲波式觸控螢幕事先利用電訊號經由轉能器轉換成超音波，並直接傳送過觸控面板的表面，當使用觸控面板時，接觸指標物會吸收超音波造成衰減，經由比對使用前後的衰減量並計算後得出精確位置，其缺點為四周反射天線大多為客製且良率不高，因此成本較高；紅外線式觸控螢幕是分別在螢幕四邊設置x、y軸的紅外線發射器與接收器，接觸時利用光遮斷紅外線計算出觸控位置，其缺點在受限於紅外線模組體積，無法做到高解析度，且大量紅外線模組成本也不低，因此逐漸被光學式觸控取代；光學式觸控其利用相似紅外線式觸控方法，利用光線被觸控物遮斷後計算出觸控位置，透過兩角落設置攝影機，偵測觸控物體陰影，透過三角定位找出觸控點，其整體成本比紅外線式觸控、聲波式觸控更有優勢。

【0004】

下述針對光學式觸控做更進一步之解釋，光學式觸控螢幕係利用光線接收遮斷原理以偵測出觸控物在觸控面上的相對位置，其大部分設計是將兩個影像接收模組，例如互補性氧化金屬半導體(CMOS)影像接收模組，分別設置於顯示面板之觸控面的左右邊角上，並將發光單元設置於鄰近影像接收模組之位置上，以及在顯示面板框架上分別設置反光邊條，可減少外光之干擾提高其精準度。發光單元透過框架上設置之反光邊條會將入射光線沿原本入射角度反射回影像接收模組，藉以建立起觸控面上之光學感測機制。

【0005】

當使用者想要使用觸控物(如使用者之手指或觸控筆等)觸碰觸控面上之某一位置以進行觸控操作，此時，由於在此位置上之光線的行進路徑會被觸控物所阻斷，光線被觸控物阻斷後產生出陰影，因此影像接收裝置在此光線行進路徑上所能感測到的光學訊號強度就會大幅地衰減，藉此，設置於觸控面之左右邊角上的影像接收模組即可定位出與觸控物之相對觸控角度，再加以相對應之三角函數的計算，如此即可得出觸控物位於觸控面上之平面座標，從而完成觸控物之平面定位。

【0006】

然，台灣專利公開號20137322號之光學觸控系統中，已有揭露其利用三角運算之方式計定位出遮蔽物之二維位置之方法，且台灣專利公開號201115436號之光學觸控模組中揭露反光單元圍繞設置顯示面板三個側邊，同時參閱第一圖，由上述台灣專利可知，現有影像接收模組在取得到相關影像資訊(影像接收模組位置與遮蔽光源產生之陰影位置及其兩者間之角度關係)後，使用相對應之三角函數的運算計算出觸控點位置，其複雜且大量運算工作即會落在演算法上，即代表處理器需較強的功能才能擔此重任，換句話說，處理器成本相對會提高，再者，台灣專利公開號201207704號之應用於光學式觸控面板之校正方法、偵測裝置及光學觸控面板中，揭露理器依據該校正後夾角關係值利用三角運算轉換得知光線明顯變化處，也就是觸控點之直角座標(x,y)，可以得知，現有校正光學式觸控知技術也是利用繁鎖的三角運算進行校正程序，因此，勢必增加處理單元之負擔，相對要提高處理器之成本。

【0007】

因此，本發明即在針對上述問題而提出一種光學式觸控裝置及其觸控方法，為了解決處理單元利用三角運算之方式計算出觸控點之方法造成處理器負擔，提高生產成本，本發明係利用定義一光柵絕對座標後，即可利用求解兩直線方程式之交點即為觸控點座標位置，求解兩直線方程式之方法相對於三角運算之方法是較為簡單，因此，簡單的運算可以降低處理器之負擔，所以可以降低處理器之成本，且簡化校正之流程，以解決上述問題。

【0008】

本發明之主要目的，在於提供一種光學式觸控裝置及其觸控方法，係利用於一固定間隔設置反光件或導光件，透過反光件或導光件可增加光訊號強度，於一光空間中產生出亮暗訊號之差異，以組合出一光柵絕對座標。

【0009】

本發明之次要目的，簡化觸控點之演算法，降低處理器之負載，簡化校正之流程，降低維修之成本。

【0010】

為達上述所指稱之各目的與功效，本發明提供一種光學式觸控裝置，其包含一底板，一框架，該框架設於該底板上，該框架具一第一邊條、一第二邊條及一第三邊條，該第一邊條之一端與該第二邊條之一端交連，該第二邊條之另一端與該第三邊條之一端交連，該第一邊條、該第二邊條及該第三邊條與該底板構成一光空間，至少一光源，其設置於該第一邊條之另一端，該光源發出一光線輸入該光空間，複數個反光件，其係互相間距一固定間隔設於該第一邊條、該第二邊條及該第三邊條之一側且位於該光空間內；以及一第一影像接收模組，設於該第一邊條之另一端，該第一影像接收模組擷取該光線反射之複數個影像；以及一第二影像截收模組，設置於該第三邊條之另一端，該第二影像接收模組擷取該光線反射之該些影像。

【0011】

再者，該些影像包含至少一亮訊號以及一暗訊號，該亮訊號及該暗訊號組合一光柵絕對座標，藉此，使該光空間產生出該光柵絕對座標可以簡化運算之流程，達到降低處理器之負載之功效。

10‧‧‧框架

100‧‧‧底板

11‧‧‧反光件

12‧‧‧導光件

20‧‧‧導光架

30‧‧‧光空間

31‧‧‧亮訊號

32‧‧‧暗訊號

33‧‧‧亮點訊號

35‧‧‧光柵絕對座標

40‧‧‧第一影像接收模組

41‧‧‧第二影像接收模組

42‧‧‧光源

43‧‧‧光源

400‧‧‧影像

410‧‧‧影像

51‧‧‧第一邊條

52‧‧‧第二邊條

53‧‧‧第三邊條

61‧‧‧第一導光邊條

62‧‧‧第二導光邊條

63‧‧‧第三導光邊條

200‧‧‧底板

311‧‧‧Y軸亮訊號

312‧‧‧X軸亮訊號

90‧‧‧手指

d‧‧‧光路徑寬度

A‧‧‧座標

B‧‧‧座標

C‧‧‧座標

D‧‧‧座標

X‧‧‧X軸

Y‧‧‧Y軸

Z‧‧‧觸控點座標

【0012】

第一圖：其係為本發明之第一實施例之光學式觸控裝置結構圖；

第二A圖：其係為本發明之第一實施例之光學式觸控裝置之光柵絕對座標示意圖；

第二B圖：其係為本發明之第一實施例之光學式觸控裝置之取得光柵絕對座標流程圖；

第三A圖：其係為本發明之第一實施例之光學式觸控裝置之使用示意圖；

第三B圖：其係為本發明之第一實施例之光學式觸控裝置之觸控方法步驟圖；

第三C圖：其係為本發明之第一實施例之光學式觸控裝置之取得觸控位置流程圖；以及

第四圖：其係為本發明之第二實施例之光學式觸控裝置結構圖。

【0013】

為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：

【0014】

本發明針對習知光學式觸控裝置及其觸控方法中利用複雜三角運算計算出觸控點座標位置之問題，雖然習知光學式觸控裝置與電阻式、電容式觸控相比可以有效減少成本，然，其並無法減少處理單元之成本，其原因在於觸控之運算方法是利用三角運算。因此，本發明提供一固定間隔設置之反光件或導光件，以建立一光柵絕對座標系統，透過該光柵絕對座標系統可以簡化觸控點座標位置之計算，其觸控之方法僅需利用兩直線方程式求交點即代表觸控點座標位置，故，利用兩直線方程式運算求觸控點座標位置之方法相對於習知技術利用三角運算計算出觸控點座標位置之方法更為簡化，所以可以降低光學式觸控裝置之處理器之成本。

【0015】

首先，請參閱第一圖，其係為本發明之第一實施例之光學式觸控裝置結構圖；如圖所示，本發明於此實施例當中以二影像接收模組作為說明，本發明光學式觸控裝置包含一底板100、一框架10、一第一邊條51、一第二邊條52、一第三邊條53、一第一影像接收模組40、一第二影像接收模組41、一反光件11、至少一光源42，其中，本發明之影像接收模組40為CMOS感光元件較佳，但不侷限於CMOS感光元件。

【0016】

承上所述，本實施例以利用該第一影像接收模組40、該第二影像接收模組41、該光源42及該些反光件11做說明，該框架10設置於該底板100上方，且該框架10包含該第一邊條51、該第二邊條52、該第三邊條53，該第一邊條51之一端與該第二邊條52之一端交連，該第二邊條52之另一端與該第三邊條53之一端交連，該第一邊條51、該第二邊條52、該第三邊條53與該底板100構成一光空間30，該第一影像模組40設置於該第一邊條51之另一端，而該第二影像接收模組41設置於該第三邊條53之另一端，該光源42設置於該第一影像接收模組40內或該第二影像接收模組41內，也可以於該第一影像接收模組40與該第一影像接收模組41設置該光源42、43加強光的強度，以利於該第一影像接收模組40與該第二影像接收模組41能辨識強度與靈敏度，該些光源42亦可分別設置於該些影像接收模組40周圍，並不侷限設定於影像接收模組40內，該些反光件11互相間距一固定距離而設置於該第一邊條51、該第二邊條52、該第三邊條53之一側，且位於該光空間30內。

【0017】

請一併參閱第二A圖與第二B圖，其係為本發明之第一實施例之光學式觸控裝置之光柵絕對座標示意圖與取得光柵絕對座標流程圖；如圖所示，本發明之該些光源42分別照射於該光空間30內，該些光源42透過該反光件11可於該光空間30內產生至少一亮訊號31及至少一暗訊號32，透過該些反光件11產生之光訊號即代表該亮訊號31，反之，未經過反光件11產生之光訊號即代表該暗訊號32，該亮訊號31即代表較強之光訊號(以實線表示)，該暗訊號32即代表較弱之光訊號(以虛線表示)。

【0018】

本發明透過於步驟S100：利用該第一影像接收模組40與該第二影像接收模組41取得該亮訊號31與該暗訊號32之路經大小與位置；於步驟S200：該第一影像接收模組40與該第二影像接收模組41相對於該亮訊號31與該暗訊號32之相對位置以取得一光柵絕對座標35；並且於步驟S300：由該第一影像接收模組40與該第二影像接收模組41紀錄該些影像400，而該些影像400係為該光柵絕對座標35於該光空間30之位置座標值。

【0019】

承上所述，該反光件41在該第一邊條51、該第二邊條52、該第三邊條53上互相間距一固定距離而設置複數個反光件11，因此會有複數個亮訊號31產生，其餘未設置反光件11部分則產生暗訊號32，其中亮訊號31光能量較暗訊號32光能量強，因此，該亮訊號31代表為波峰，該暗訊號32代表為波谷，將該第一邊條51及該第三邊條53稱為Y軸，其產生之亮訊號31係為該Y軸亮訊號311，該第二邊條52成為X軸，其產生之該亮訊號31係為該X軸亮訊號312，而該Y軸亮訊號311會與該X軸亮訊號312相交點組成複數個亮點訊號33，透過該些亮點訊號33可以明顯看出該光空間30中之X、Y座標值，因此，對於該些亮點訊號33位置、該些反光件11位置與該第一影像接收模組40與該第二影像接收模組41做定位，而這些定位值為該光空間30中之X、Y座標值。

【0020】

再者，由於該光柵絕對座標35可以藉由該些亮點訊號33位置、該些反光件11位置與該些影像接收模組40做定位取得，又，亮點訊號33位置可由該些反光件11位置決定，因此，僅需要利用該些反光件11與該些影像接收模組40之位置，即可求出該光柵絕對座標35，因此，該光柵絕對座標35對使用者來說為已知條件且固定條件，可以用來作為進行比對之參考值且可簡化計算流程，且該光柵絕對座標35會於使用時重新定位記錄，故，本發明不會受到該第一影像接收模組40與該第二影像接收模組41之攝像頭角度偏移之影響，或是因為攝像鏡頭受到溫度影響改變，而產生實際觸控位置與使用上之觸控位置具有偏差。

【0021】

請一併參閱第三A圖到第三C圖，其係為本發明之第一實施例之 光學式觸控裝置之使用示意圖、觸控方法流程圖以及取得觸控位置流程圖；如圖所示，本發明之實施例係利用一手指90進行觸控該光空間30，該手指90遮蔽該光空間30之其中一區域，而產生複數個影像410，再由該第一影像接收模組40與該第二影像接收模組41進行判斷該些影像410之位置，其中，該第一影像接收模組40與該第二影像接收模組41判斷該些影像410為觸控點之方式係透過遮蔽該光空間30之像素叢集數量大於一預定之像素叢集數量，換言之，本案係遮蔽該光空間30之該些影像410需大於該些反光件11所反射之該亮訊號31之光路徑寬度d或該暗訊號32之光路徑寬度(此為依照設定產生觸控所需遮蔽之範圍寬度並不設限)，藉此以確定該些影像410為觸控點，以避免並非是人為故意而造成遮蔽到該光空間30，而造成誤觸控之結果。另外，本發明可增減於該第一邊條51、該第二邊條52與該第三邊條53上之該些反光件11之數量，增加該些反光件11之數量以加強觸控上之細膩度，而減少反光件11之數量以降低成本，適用於一般不需精密操作之裝置上，而該些反光件11係依照發明人之需求做選擇。

【0022】

再者，本發明之第一實施例之光學式觸控裝置之觸控方法，其步驟包含：

【0023】

步驟S1：透過光源提供一光空間30，光空間30包含至少一亮訊號31及至少一暗訊號32；

【0024】

步驟S2：亮訊號31與暗訊號32組成一光柵絕對座標35；

【0025】

步驟S3：遮蔽光空間30取得複數個影像410；以及

【0026】

步驟S4：利用一處理單元70將光空間30所取得之該些影像410比對於光柵絕對座標35後取得一觸控點座標Z。

【0027】

其中，更進一步於步驟S3至S4過程中，首先，於步驟S401：需透過判斷該些影像410具有大於亮訊號或暗訊號之路徑大小，由此得知該些影像是否為觸控點；於步驟S402：取得該些影像投影在該第一邊條51、該第二邊條52與該第三邊條53之相對位置，其係利用該光柵絕對座標35與內插法取得該些影像位於X軸與Y軸之投影點，即為由該第一影像接收模組40之位置座標A與該光空間30被該些影像410遮蔽後，而投影在該Y軸之位置座標B，該第二影像接收模組41之位置座標C與該光空間30被該些影像410遮蔽後，而投影在該Y軸之位置座標D；於步驟S403：利用前一步驟S402之座標A與座標B求得一第一直線方程式，座標C與座標D求得一第二直線方程式，其係透過將已知兩點的座標代入y＝ax＋b，解得a、b，再代入y＝ax＋b中，即可得所求的方程式；於步驟S404：聯立求上述之第一直線方程式與第二直線方程式之解出兩直線方程式交叉點，其交點為觸控座標值，即為該些影像410之位置觸控點座標Z，本發明求解兩直線方程式方法並不局限於本實施例之連利方程式之求解方式。

【0028】

承上所述，本發明係透過比對光柵絕對座標35上之位置關係，將第一影像接收模組40、第二影像接收模組41與遮蔽該光空間30之該些影像410之各別位置坐標化，再透過兩點求得一直線方程式，得出兩直線方程式後聯立求出交點，此種計算方式可以簡化三角運算之複雜性，降低處理單元之運算負載即代表不須進行繁雜之三角運算求解可得知觸控點，其中，三角運算為習知技術，於此不再贅述。

【0029】

再者，請一併參閱第四圖，其係為本發明之第二實施例之光學式觸控裝置結構圖；如圖所示，本實施例與第一實施利差異在於形成該光空間30之結構，利用一底板200、一導光架20、一第一導光邊條61、一第二導光邊條62、一第三導光邊條63、一第一影像接收模組40、一第二影像接收模組41、複數個導光件12與至少一光源42。

【0030】

承上所述，本實施例以利用該第一影像接收模組40、第二影像接收模組41、至少一光源42及複數個導光件12做說明，該導光架20設置於該底板200上方，且導光架20包含該第一導光邊條61、該第二導光邊條62、該第三導光邊條63，該第一導光邊條61之一端與該第二導光邊條62之一端交連，該第二導光邊條62之另一端與該第三導光邊條63之一端交連，並且與底板200構成一光空間30，該第一影像接收模組40設置於第一導光邊條61之另一端，而該第二影像接收模組41設置於第三導光邊條63之另一端，該光源42設置於該第一導光邊條61之另一端，或是該光源42設置於該第三導光邊條63之另一端，也可設置該光源42設置於該第一導光邊條61，並且同時設置另一光源43設置於該第三導光邊條63之另一端，該光源42設置於該第一影像接收模組40周圍並該光線射入該第一導光邊條61，該光源43設置於該第二影像接收模組41周圍並且光線射入該第三導光邊條63內部，該些導光件12互相間距一固定距離而設置於該第一導光邊條61、該第二導光邊條62、該第三導光邊條63之一側且位於該光空間30內。本發明之第二實施例除了於該光空間30形成方式係利用該些導光件12進行導光，其技術特徵同於本案第一實施例。

【0031】

綜上所述，本發明之光學式觸控裝置及其觸控方法，藉由一固定間隔設置之複數個反光件11或複數個導光件12所產生之複數個影像410包含至少一亮訊號31及一暗訊號32，該亮訊號31及該暗訊號32組成一光柵絕對座標35，透過該光柵絕對座標35設置可以利用求解兩直線方程式交點即可得知觸控點座標值，因此相對於利用三角運算方式求解觸控點座標值之方法相對簡單，所以可減少處理單元運算觸控點座標值之負載量，且由於光柵絕對座標35利用已知條件即可得知，因此於校正時可簡化校正之流程，透過本發明之設置可以降低生產、維修之成本。

【0032】

故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜至准專利，至感為禱。

【0033】

惟以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

11‧‧‧反光件

40‧‧‧第一影像接收模組

41‧‧‧第二影像接收模組

42‧‧‧光源

43‧‧‧光源

410‧‧‧影像

90‧‧‧手指

d‧‧‧光路徑寬度

A‧‧‧座標

B‧‧‧座標

C‧‧‧座標

D‧‧‧座標

X‧‧‧X軸

Y‧‧‧Y軸

Z‧‧‧觸控點座標

Claims (10)

1. 【第1項】

   一種光學式觸控裝置，其包含：
   一底板；
   一框架，該框架設於該底板上，該框架具一第一邊條、一第二邊條及一第三邊條，該第一邊條之一端與該第二邊條之一端交連，該第二邊條之另一端與該第三邊條之一端交連，該第一邊條、該第二邊條及該第三邊條與該底板構成一光空間；
   至少一光源，其設置於該第一邊條之另一端，該光源發出一光線輸入該光空間；
   複數個反光件，其係互相間距一固定間隔設於該第一邊條、該第二邊條及該第三邊條之一側且位於該光空間內；
   一第一影像接收模組，設置於該第一邊條之另一端，該第一影像接收模組擷取該光線反射之複數個影像；以及
   一第二影像接收模組，設置於該第三邊條之另一端，該第二影像接收模組擷取該光線反射之該些影像。
2. 【第2項】

   如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控裝置，其中該些影像包含至少一亮訊號以及一暗訊號，該亮訊號及該暗訊號組合一光柵絕對座標。
3. 【第3項】

   如申請專利範圍第2項所述之光學式觸控裝置，其中該影像接收模組利用該光柵絕對座標校正該些影像位置。
4. 【第4項】

   一種光學式觸控裝置，其包含：
   一底板；
   一導光框架，該導光框架具一第一導光邊條、一第二導光邊條及一第三導光邊條，該第一導光邊條之一端與該第二導光邊條之一端交連，該第二導光邊條之另一端與該第三導光邊條之一端交連，該第一導光邊條、該第二導光邊條及該第三導光邊條與該底板構成一光空間；
   至少一光源，設置於該第一導光邊條之另一端，該光源發出一光線輸入該導光邊條；
   至少一導光件，其係以一固定間隔設於該第一導光邊條、該第二導光邊條及該第三導光邊條之一側且位於該光空間內；
   一第一影像接收模組，設置於該第一導光邊條之另一端，該第一影像接收模組擷取該光線經導光產生之複數個影像；以及
   一第二影像接收模組，設置於該第三導光邊條之另一端，該第二影像接收模組擷取該光線經導光產生之該些影像。
5. 【第5項】

   如申請專利範圍第4項所述之光學式觸控裝置，其中該些影像包含至少一亮訊號以及一暗訊號，該亮訊號及該暗訊號組成一光柵絕對座標。
6. 【第6項】

   如申請專利範圍第5項所述之光學式觸控裝置，其中該影像接收模組利用該光柵絕對座標校正該些影像位置。
7. 【第7項】

   一種光學式觸控之方法，其步驟包含：
   提供一光空間，該光空間包含至少一亮訊號及至少一暗訊號，該亮訊號以及該暗訊號組成一光柵絕對座標；
   遮蔽該光空間取得複數個影像；以及
   使用一處理單元將該些影像比對於該光柵絕對座標以取得一觸控座標值。
8. 【第8項】

   如申請專利範圍第7項所述之光學式觸控之方法，其中於使用一處理單元將該些影像比對於該光柵絕對座標以取得一觸控座標值之步驟中，該處理單元依據一影像接收模組座標位置與遮蔽該光空間座標位置比對該光柵絕對座標，利用解二直線方程式交叉點即為該觸控座標值。
9. 【第9項】

   如申請專利範圍第7項所述之光學式觸控之方法，其中於遮蔽該光空間取得複數個影像之步驟中，遮蔽該光空間之像素叢集數量大於一預定之像素叢集數量，產生該些影像。
10. 【第10項】

    如申請專利範圍第7項所述之光學式觸控之方法，其中於提供一光空間，該光空間包含至少一亮訊號及至少一暗訊號，該亮訊號以及該暗訊號組成一光柵絕對座標之步驟中，該影像接收模組座標位置與比對該光柵絕對座標，對該處理單元進行校正。