TW589567B - Device having touch sensitivity functionality - Google Patents

Description

發明背景 本發明係關於一種具有觸感功能之裝置，其 =面以及用以偵測是否出現觸控輸入元件接觸:】二 產生距離感測器信號之觸感裝置°本發明係進一 織-種觸感顯示裝置、關於—種鍵盤以及關 於該裝置内之觸控輸入元件 曰 的方法。 仟木砍測一觸感裝置之碰觸行為 發明概要 ;高解析度LCD螢幕進入更多元的應用項目，像是行動電 ::可：式控制裝置。纟多數這些應用中，將會需要這些 ::的啣控螢幕功能。^決定碰觸到顯示裝置何處，通常 是會力H容性及電阻性觸感薄層。這些是以透明導體 為基礎Μ象是錫化銦薄膜。其缺點是有限的透明度，而這 會降低畫面品質，《其是現代高解析度LCD顯示器。 j一概念為偵測是否出現觸控輸入元件接觸到該顯示器 螢幕是根據成對之光發射器及偵測器的正交陣列，以相互 =又之光線射束與掃描裝置來涵蓋該顯示器表面，在此彼 等^' “裝置係經_接於該等發射器及偵測器’俾利電子掃 描4等正交陣列，使得在任何時間點僅單個發射器發射光 綵延種顯不裝置可如美國專利第4,3〇1，447號案所述。 從而本發明之目的在於提供一種具觸感功能之裝置，而 無須對該表面’亦即該顯示器螢幕，加置薄層，以致降低 旦面〇口貧’亦不須進一步要求裝設複數個光發射器及偵測 Ua以及複雜的控制與影像處理裝置。特別是在當要求價 -4- 589567 A7 B7 五、發明説明（2 ) 廉可靠的解決方案尤甚。 可藉根據申請專利範圍第1項之裝置達到此目的，其中該 觸感裝置含有用以在平行或靠近於該表面之平面上發射出 Θ射光束之裝置，該雷射光束係週期性地偏射越於整個表 面’以及接收從該觸控輸入元件所反射或散射而來的光線 之裝置，此者可據此產生該距離感測器信號。在此，可藉 由如申請專利範圍第12項所定義之觸感顯示裝置、如申請 專利範圍第13項所定義之鍵盤’以及如申請專利範圍第14 項所定義之感測一觸感裝置碰觸的方法，而進一步達到本 目的。 本發明係以藉由雷射而用於距離測量之概念為基礎。利 用雷射光束進行簡易價廉的距離測量方法確屬眾知。在此 ，將本方法施用於一裝置上以提供觸感功能，如此可避免 額外的鍍層或光發射顯示器及偵測器陣列，以及複雜的控 制與處理裝置。 根據本發明，會由一雷射發射器及偵測器裝置發出一雷 射光束，使得該者可週期性地掃描整個表面。如果這種輸 入元件並未接觸到該顯示器螢幕，或至少足夠接近使得該 表面照射到雷射光束，在此該觸控輸入元件可為例如一電 子觸筆、指標器或使用者手指，該雷射光束會從該表面框 架反射或散射進入雷射偵測器，或是並無雷射光束反射。 如該觸控輸入元件接觸到表面或至少足夠接近使得該表面 照射到雷射光束’雷射光束會從該觸控輸入元件反射或散 射進入田射偵測為。該雷射偵測器所產生的距離偵測器信 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公袭〇 589567 A7 ___ B7 五、發明説明（3 ) 號會顯示出顯著變化，並供決定該觸控輸入元件在此表面 上的位置。由於根據本發明而採用光學原理，因此可獲高 度可靠與精確的解決方案。 隨附之申請專利範圍中定義出本發明較佳具體實施例。 即如申請專利範圍第2項所定義，觸控輸入元件的位置最好 是以從雷射光束發射角度，從雷射發射與偵測裝置間之距 離’以及反射角度計异而得為佳，此距離可經納入於戋自 該雷射偵測器所收光線而導得。尤其是，在該雷射偵測器 所收光線的相位裡，按如變動雷射發射波長的函數，可納 入有關於雷射光線從雷射發射及偵測裝置到雷射彳貞測器所 行旅之長度的資訊。 最好，觸感裝置含有一雷射二極體及一光二極體。最好 是共用該雷射二極體以供發射及偵測該雷射光束為宜。從 雷射二極體發出的光線會散射返回進入雷射二極體，如此 對所發射之雷射光束進行調變。 此外，雷射發射及偵測裝置及雷射偵測器會最好是被置 放在顯示器螢幕的框架裡，尤以在該框架内同一角落為佳 。如此，本發明可簡易地適用於各種螢幕尺寸及型態，這 對大量生產極為重要。 根據一較佳具體實施例，不會利用此表面框架來散射光 線並產生距離讀數。而只有在一觸控輸入元件接觸到該表 面或至少接近該螢幕到會被雷射光束所照射，該雷射光束 才會從該觸控輸入元件反射或散射進入雷射偵測器内。故 若未出現觸控輸入元件，則不會產生出距離讀數。 -6- 本紙張尺度適财® S家標準(CNS) A4規格(210 X 297&釐） " 589567 A7 B7 五、發明説明（4 或另者’可將雷射反射裝置，即如反射表面，放在該框 4上的某些位置，最好是在一或更多角落，從而能夠調測 該射束位置及/或表面大小。基本上，這種雷射反射裝置可 僅含有具足夠雷射光束反射性及/或散射性之白框。按此方 式’如未出現觸控輸入元件，則會連續地測量出該雷射發 射及憤測裝置與框架之間的距離。當出現一觸控輸入元件 時’在撞擊該觸控輸入元件之前以及在撞擊該觸控輸入元 件之後’會測量對該框架的距離。當撞擊該觸控輸入元件 時’可利用這項資訊來調測雷射光束角度。在以雷射光束 撞擊該觸控輸入元件時，就會測量該觸控輸入元件與該感 測器之間的距離。關於角度及距離的最終資訊可用來決定 碰觸該螢幕位置的座標。 最好是將該等雷射發射及偵測裝置定位在直接地高於該 顯示器螢幕上之平面供以發射雷射光束。％此，就能夠相 當容易地憤測出一測觸控輸入元件是否接觸到該表面或既 已相當接近於該表面。或另I’也可將該等雷射發射及偵 測裝置放置在略低於該表面或是高於該表面之薄層處，俾 以在該表面或是該薄層處直接下方的平面發射雷射光束。 為偵測觸控輸入元件是否接觸到該表 > '成磚層，该表面 或或溥層有必要具有彈性，且該觸彳輪 十η 系觸拴輸入疋件會在該表面 或泫溥層上產生壓力，使得雷射光走县 田耵尤采疋因該壓力，而非從 表面框架，所反射。 根據一較佳具體實施例，會採敢 旦“. “木取根抓雷射自混合的距離 測$作業。因此，雷射發射及偵測罟 '夂* W及雷射偵測器會 、用雪射二極體，並且從該雷射二極體發射的光線會散 身于 [1、 ^返進入该雷射二極體，按此調變所產生的雷射光束。 a以偵測裝置，通常是光二極體，藉由監視雷射輸 2功率來偵測這些調變作業，又共稱為「波盪作用」。如 2射二極體本身係經電流調變，就可利用這項效應來測量 田射—極體與標物之間，即如雷射二極體與反射該雷射光 東之框架或是反射該雷射光束之觸控輸入元件的接觸點間 ，的距離。這種根據雷射自混合的簡易價廉距離測量方法係 屬眾知，但可有利地施用於顯示器螢幕以實作觸感功能。 為週期地跨於整個顯示器螢幕偵測該雷射光束最好是 供置有能夠改變偏射該雷射光束之反射鏡指向的震盈裝置 為俭。取好，該震盪裝置含有一電性驅動機械震盪器，像 疋如簡易電池電力式機械鬧鈴時鐘或腕錶所知者。然而， 亦可採用其他的震盪裝置實作方式。 圖式簡單說明 本發明可參照後附圖式詳細說明，其中： 圖1係一說明本發明原理圖式， 圖2係一根據本發明之感測器信號’以及 圖^係一根據本發明用以偵測雷射光束之裝置。 發明詳細說明 圖1顯示一根據本發明之顯示裝置1第一具體實施例。該 顯不裝置1包含一顯示器螢幕2，即如一表面，此表面具有 框条J以反射或散射從一雷射發射及偵測裝置5所發射之雷 射光束4或8，該裝置5可含有一雷射二極體。該裝置5最好 -8- 本紙張尺度適用中國國豕標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 五、發明説明（ 經排置於該長方形顯示器螢幕2的單-角落處，並發射雷射 光束週期地直接偏射於該整個顯示器螢幕2的表面之上，亦 =田射光束4或8會週期性地掃描該顯示器螢幕]的表面。續 ^:光束的產生方式是發射於直接高於該顯示器榮幕表面 =面内’使得會被進入接觸或靠近於該顯示器榮幕2表面 :之f控輸入疋件所中斷。當該雷射光束照向該顯示器 的框架3時’可將該雷射光束4或8表示為4。當從一觸 ^輸入兀件散射時’此刻可被表示成8。這兩個數值4和8會 表不在不同時刻處的相同雷射光束。 觸控輸人元件，即如使用者手指6，未接觸到該顯示 二赏幕2’雷射光束4會被從該顯示器螢幕2的框架3反射或 月文射，使仔光線會被散射回返到該雷射發射及偵測裝置$。 如此’含裝於内且被用來發射此雷射光束之雷射二極體也 可被用來偵、測散射回返的光線。如此’二極體光線輸出會 進行調變（波盪作用）。由於雷射二極體本身屬電流_調變式 ，因此可利用這項效應來測量雷射二極體與雷射光束4反射 :置之間的距離。如此，若無觸控輸入元件6接觸到該顯示 螢幕2則在收到政射回返之光線後，即可從雷射二極體 所產生的感測器信號，決定出雷射發射及偵測裝置5與該雷 射所指向之框架3接觸點間的距離。 如觸控輸入元件6接觸到顯示器螢幕2，亦即如一使用者 觸摸到該顯示器營幕2的某位置點，像是在一顯示觸控鍵？ 上，則依α角度發射的雷射光束8會被中斷並從手指6 ,而 非故框架3，反射或散射。如此，會回報該雷射發射及偵測 -9_ 本紙張尺度適财@ ®家標準(CNS) Α4規格(21GX 297^57 589567 A7

裝置）與雷射光束8反射位置之間的較短距離。故可利用這 個信號改變以觸發一中斷，回報顯示器螢幕2確經觸摸的事 件，並可計算觸摸位置。 圖2所示者為該雷射發射及偵測裝置5内含之雷射偵測哭 所產生之感測為信號範例。其中，會按照時間t來記錄爷帝 射發射及偵測裝置5與反射位置之間的測得距離d。 感測器信號S的第一部份A顯示在顯示器螢幕被觸摸之前 所經紀錄的距離d。其A1部份顯示在雷射光束4一個掃描週 期過程中所回報之距離，從左上角開始到右下角，並回返 於如圖1所示之具體實施例内。信號5的八11部分係按沿該顯 不器螢幕之長（水平）邊側掃描而所紀錄，而信號5的AG部 分則是按沿該顯示器螢幕之短（垂直）邊側掃描而所紀錄。停 斷A丨3是在當並未偵測到信號時，這表示此時該雷射光束撞 擊到一吸收表面，而可利用這點來表示掃描改變方向的位 置。可利用在顯示器螢幕被觸摸前所紀錄的距離，來調測 當該顯示器螢幕被碰觸感功能時的距離讀數。 感測器信號S的後續部分b顯示當顯示器螢幕被觸摸時所 紀錄的距離d。其I部分是在完全掃描過該顯示器螢幕的過 程中所紀錄的。即如可觀察得知，相較於時段A，信號s會 在時段B中改變，示出其低峰值為&，這是由於因觸控輸 入元件雷射光束反射所造成的測得較短距離之故。此較短 距離表示觸控輸入元件與測量裝置之間的距離。峰值βι的 時間長度表示觸摸到該顯示器螢幕之觸控輸入元件半徑， 設計為從測量裝置到此之距離，而彼等位置為觸控輸入元 -10 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) A7 B7 五、發明説明（ 的^ 放者“射發射及偵測裝置之顯示ϋ螢幕角落 對/測置值。依此方式’ #可調測出該觸控輸入元件相 對於此角落的角度。 入_ °文......他方式來決定該雷射光束，並因而該觸控輸 牛白勺角度’即如倘用以設定該雷射光束角度，則可 山”：射反射鏡角纟。可從該雷射光束角度與該距離計算 |巴對接觸點’像是(x’ y)座標。可於該雷射發射及積測裝 5的驅㈣㈣中完成這些計算過程。亦可由產生觸控輸 ▲入的裝置來進行’即如一電腦、PDA或類似裝置，而可令 该裝置5較為簡便。 可利用田測里至该框架之距離時所產生的距離資訊來調 測雷射光束m偵測到_觸控輸人元件時，之前與之 後間的雷射《束角纟平均值在撞擊到該觸控輸a元件時， 將會是一項良好的射束角度測量值。 圖3顯示一該雷射發射及偵測裝置5之較佳具體實施例。 其中，該雷射二極體5丨會發出一雷射光束4或8，而此者通 過透鏡52後，會被架置於電子驅動之機械震盪器上的反射 鏡53所反射。該機械震盪器含有彈簧54，以及由驅動電路 59所驅動之電磁線圈55。這種機械震盪器，特別是這種型 式的平衡滾輪，可於於一般電池驅動之機械鬧鐘以及多數 的手錶中尋獲。反射鏡53的指向會因此週期性地按如箭頭 方向改變，從而改變雷射光束4或8的反射角度，而該者因 此會在直接高於整個顯示器螢幕表面上週期性地偏射。該 雷射二極體51所發射的雷射光束會由偵測器6〇測得並由電 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 589567 、發明説明（9 路5 6所控制。如有雲 所^ A 要，可將電路59及％整合為一個單元。 所反射的雷射井φ 4 早及> 該雷射二極體51内二Γ”光線路徑而散射回返至 調變(波編)。可用=二極體51的光線輸出如此進行 好是—光二極 二極體封裝58内。既卜… 門果].購之田射 , 无^亥雷射二極體幻本身是由該驅動單 凡％所電流調變’因此 應來測量雷射二極體一 極體“的自混合效 红肢與反射點之間的距離。 極體51產生一距離感 此。亥田射一 壯坚-7 心、扣仏5虎，此值會被輸入信號處理器 :…7内’俾供決定該雷射二極體51的距離，以及，若有 而要，反射角度，並且若有兩晷 — 鼻 而要了仏以決 < 一觸控輸入元 件疋否接觸到或極為靠近該顯示器螢幕。 可按不同方式決定反射角戶：· 耵用反·種方式是從如圖2所示在 %間上之測得距離的資訊。這可於電子或邏輯電路^中完 成。或另I ’該電路57可僅用來將所有資訊傳訊給該裝置 ’即如利用該觸控輸入感測器之電腦或行動裝置，之内運 作w法或㈣器軟體。另一種可能方式是利用該偏射 裝置’即如反射鏡4’的週期移動。同時，可在該電子或邏 輯電路57内部’或者是在該裝置内部，即如利用該觸控輸 入感測器之電腦或行動裝置’處理這項資訊。利用這項角 度資訊及距離資訊，即可決定出該輸入座標。並且，可在 該電路57内部’或者是在該裝置内部，即如利用該觸控輸 入感測器之電腦或行動裝置，處理這項資訊。 如有需要，可由該電路57控制該震盪器驅動器％，或將 本紙張尺度適用中國®家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 装 訂 線

Claims (1)

1. 589567 第091121861號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(93年2月) A BCD

   六、申請專利範圍 1 · 一種具有觸感功能之裝置，包含一表面（2)，和用以偵測 是否出現觸控輸入元件（6)接觸到或接近該表面（2)而產生 距離感測器信號之觸感裝置（5)，其中該觸感裝置（5)包含 可在平行或靠近於該表面（2)之平面上發射出一雷射光束 (4 ’ 8)之裝置（51)，該雷射光束係週期性地偏射越於整個 表面（2)，以及俾接收從該觸控輸入元件（6)所反射或散射 而來的光線之裝置（5 1，60)，此者可據此產生該距離感 測器信號。 2.如申請專利範圍第1項之裝置，其中提供一該信號處理裝 置（57)以從該距離感測器信號，決定出接觸或靠近表面 (2)之觸控輸入元件（6)的位置。 3 ·如申請專利範圍第2項之裝置，其中該距離感測器信號包 括關於用以發射該雷射光束之裝置（5丨）間的距離以及反 射方向的資訊，並且該信號處理裝置（57)係經調適以從 該距離及該雷射光束發射角度，計算出該觸控輸入元件 的位置。 4·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該觸感裝置（5)包括 雷射二極體（51)及一光二極體（6〇)。 5_如申請專利範圍第4項之裝置，其中該雷射二極體（51)係 共用以發射並偵測該雷射光束，且從該雷射二極體（5 i) 發射的光線會被散射回返到該雷射二極體（5丨）内，按此 調變該發射雷射光束（4)。 6·如申請專利範圍第1項之裝置，其中用以發射雷射光束之 裝置（5 1)以及用以接收該光線之裝置，係經置放於該表 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公董) 589567

   /:, A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 面（2)的框架（3)内，尤其是在該框架（3)的一角落處。 7.如申請專利範圍第1項之裝置，其中用以發射雷射光束之 裝置（51)，係經置放以在一直接高於該表面之平面内 發射該雷射光束。 8·如申請專利範圍第1項之裝置，其中用以接收該光線之裝 置（51 ’ 60) ’被調整以接收從該表面之框架（3)或從該觸 控輸入元件（6)反射或散射的光線，而從此產生該距離感 測器信號。 9.如申請專利範圍第1項之裝置，其中該表面（2)的框架（3) 包含用以反射該雷射光束（4)之雷射反射裝置，其置放方 式為雷射光束（4)會被反射進入該裝置（51 , 6〇)以接收該 光線。 10·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該觸感裝置（5)含有 震盪裝置（54，55)，藉由週期地改變偏射該雷射光束 之反射鏡（53)的指向，而週期地越於該整個表面（2)反射 該雷射光束（4)。 U.如申請專利範圍第10項之裝置，其中該震盪裝置（54， 55)含有一電子驅動之機械震盪器。 12· —種含有如申請專利範圍第丨項之具有觸感功能之裝置的 觸感顯示裝置，其中該表面⑺係一顯示器或一勞幕。 13. 一種含有如申請專利範圍第1項之具有觸感功能之裝置的 鍵盤，其中該表面（2)係經標記有數值及/或字元。 該表面（2)之方法 14. 一種藉具觸感功能之裝置内的觸控輸入元件來感測觸摸 其中包含一表面（2)，和用以偵測是否 本紙張尺度適财目s家標準--- 589567

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   々、申請專利範圍 出現觸控輸入元件（6)接觸到或接近該表面（2)而產生距離 感測器信號之觸感裝置（5)，其中該雷射光束（4，8)係於 平行並接近該表面（2)之平面内發射，而該雷射光束係週 期性地偏射越於整個表面（2)，並且會接收從該表面（2)之 框架（3)或是從該觸控輸入元件（6)所反射或散射而來的光 線，而可據此產生該距離感測器信號。 -3-

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