TWI403926B - 光學接觸面板 - Google Patents

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Description

光學接觸面板
本發明係關於一改良的光學接觸面板(Optical Touch Panel)，且尤其是關於紅外線接觸面板。
今日，在市場上已存在多種不同接觸面板技術，例如電阻式技術、電容式技術、表面聲波式(Surface Acoustical Wave,SAW)技術及紅外線式(Infrared,IR)技術。
在紅外線式接觸面板技術的情形，紅外線射極/集極對被用來在面板的表面上投射一無形的(Invisible)光格(Grid of Light)於一小段距離。當一光束被中斷，在集極處訊號之消失將被偵測到，且被轉換成接觸座標(如X/Y直角座標)。由於判定接觸的方法係光學式而非電子或機械式，紅外線接觸面板與一些技術(如電阻式或電容式技術)相比，其對損害較不靈敏。
圖1顯示習知光學接觸面板的結構。光學接觸面板101有複數個發光元件110(Light Emitting Elements)，例如LEDs，沿著一長方形位置偵測表面150上的兩相鄰側安置；及複數個光接收元件130，例如光電晶體(Photo Transistors)，沿著該位置偵測表面150之其它兩側安置，使該發光元件110與各自的光接收元件130在置於其間之位置偵測表面150上互相遙對。
一控制電路140引起該發光元件110依順序由左至右且由上往下發出光束，且引起該光接收元件130由與該各自的發光元件110相對的方式接收光訊號。依此，發光元件110依序在位置偵測表面150上掃描，而在位置偵測表面150上形成格子狀方式的光學路徑。
接觸座標可依在一掃描周期中，那一個發光元件110發出光束與那一個光接收元件130感測該光束來決定。當一物體或指向器170(筆或手指)置於如圖1所示之位置，該物體170將阻擋某光路徑，因而阻礙光由該發光元件110抵達與該發光元件110相對的光接收元件130。結果，控制電路140依光接收元件130偵測到該被干擾之光束與否，來決定該物體170的X/Y直角座標。假如指向器(如手指)也阻擋到相鄰行及列的光束，則可藉由取電腦接收到之座標資訊的平均值，以獲得所要的中心位置。
然而，上述光學接觸面板需要沿長方形之位置偵測表面150的四側安置發光元件110及光吸收元件130，因此需花費許多時間以建立元件的接線連結，而使裝置複雜，組裝困難且不易縮小尺寸。
圖2顯示一解決上述問題的另一習知光學接觸面板的結構。
該光學接觸面板201包含發光元件210，兩個反射體220(如鏡子)供反射來自發光元件210之光束，及光接收元件230供接收來自反射體220之反射光。
發光元件210及光接收元件230係交替地沿一支撐一長方形位置偵測表面250之一框(未顯示)的兩相鄰側安置，該反射體220則沿該表面250的其它兩相鄰側安置。
當一指向器或物體270置於如圖2所示之位置時，該物體270將阻擋某些光路徑，因而阻礙來自該反射體220的光抵達與該物體270相對的光接收元件230，控制電路240依光接收元件230收到光與否來偵測該物體的位置。
與圖1相比，此光學接觸面板201能簡化接線需求，因而組裝被簡化，裝置尺寸也可被減小。然而該光學接觸面板201在每一光路徑使用一交替安置之成對元件(即發光元件210及一光接收元件230)，以致如圖2所示之4位置(如A,B,C,D)將有相同的X/Y直角座標，因此解析度將受到影響。
本發明目的在提供一光學接觸面板，其具有一能增加面板之解析度的結構。該光學接觸面板，包含：一長方形位置偵測表面，具有一長度L，寬度W；複數個發光元件對，供發出掃描光束；兩個反射體，沿該長方形位置偵測表面之W向之兩相對側安置，供反射該複數個發光元件對發出的掃描光束；複數個光接收元件對，供接收來自反射體之反射光束或接收直接來自該複數個發光元件對所發出的光束；該複數個發光元件對係以成對方式沿該長方形位置偵測表面之L向之一側安置，分別為點0,點1,.........,點L；每一點除了兩端點外，皆安置一發光元件a及一發光元件b；發光元件a以相對x軸一θ角，安置在該對之左側，而發光元件b則以相對x軸一θ角，安置在該對之右側；該複數個光接收元件對係以成對方式沿該長方形位置偵測表面之L向之另一相反側安置，分別為點0,點1,.........,點L；每一點除了兩端點外，皆安置一光吸收元件a及一光吸收元件b；光吸收元件a以相對x軸一θ角，安置在該對之左側，而光吸收元件b則以相對x軸一θ角，安置在該對之右側；一控制電路，以預定次序引起該發光元件對發出光束來掃描該位置偵測表面；且引起相反側之光吸收元件對其中之一，由各別的發光元件對其中之一接收光束訊號，依此，該複數個發光元件對依序在該位置偵測表面上掃描，而在該位置偵測表面上形成格子狀方式的光學路徑；及其中，θ為大於β之角度，β是該長方形位置偵測表面之對角線相對x軸之角度；且其中，當一物體置於該位置偵測表面上時，該物體將阻擋二束光線，因此阻礙二個光接收元件接收來自相對側之發光元件所發出的光束。
該控制電路進一步依據該二個未收到光束的光接收元件，係光接收元件a或光接收元件b，而將位置偵測表面劃分為4個區域，分別為I,II,III及IV，其中，該位置偵測表面之不同區域上物體的X/Y直角座標(A,B)，可計算如下：I區：在掃描周期中，該二個未收到光束的光接收元件都是光接收元件a。
II區：在掃描周期中，該二個未收到光束的光接收元件皆是光接收元件b。
III區：在掃描周期中，左邊未收到光束的光接收元件是光接收元件a，而右邊未收到光束的光接收元件是光接收元件b。
IV區：在掃描周期中，左邊未收到光束的光接收元件是光接收元件b，而右邊未收到光束的光接收元件是光接收元件a。
其中，(A,B)為該物體的X/Y直角座標；m及n分別為在掃描周期中，該二個未收到光束的光接收元件的長度。該θ角較佳為45度，此時該發光元件a與發光元件b間夾角與該光吸收元件a與b間夾角都是90度。
以下將配合附圖詳細說明本發明實施例。揭露之實施例只是用來解說，因此熟此技藝者應明白其中可以有許多修改及變化。參考圖式時，相同號碼代表所有圖式中相同的部分。
首先，參閱圖3。圖3顯示本發明之光學接觸面板301的結構。該光學接觸面板301包含具有一長度L，寬度W(L≧W)之長方形位置偵測表面350，複數個發光元件對(310a,310b)，兩個反射體320(如鏡子)及複數個光接收元件對(330a,330b)。該光接收元件，係供接收來自反射體320之反射光束或接收直接來自發光元件所發出的光束。
發光元件對(310a,310b)係以成對方式沿該長方形位置偵測表面350之L向之一側(即L側)安置，即點0,點1,..........,點L。每一點(dot)除了兩端點外(即點0,點L)，皆安置一發光元件a(310a)及一發光元件b(310b)。發光元件a以相對x軸一θ角，安置在該對之左側，而發光元件b則以相對x軸一θ角，安置在該對之右側。θ為大於β之角度，β是長方形位置偵測表面350之對角線相對x軸之角度。依本發明之實施例，該θ角較佳於45度，此時發光元件a與發光元件b間夾角是90度。
光吸收元件對(330a,330b)係以成對方式沿該長方形位置偵測表面350之L向之另一相反側安置，即點0,點1,.....,點L。每一點除了兩端點(即點0,點L)外，皆安置一光吸收元件a(330a)及一光吸收元件b(330b)。光吸收元件a以相對x軸一θ角，安置在該對之左側，而光吸收元件b則以相對x軸一θ角，安置在該對之右側。θ為大於β之角度，β是長方形位置偵測表面350之對角線相對x軸之角度。依本發明實施例，該θ角較佳為45度，此時光吸收元件a與b間夾角是90度。兩個反射體320，則沿該長方形位置偵測表面350之W向之兩相對側安置，供反射該複數個發光元件對發出的掃描光束。
如圖3所示之實施例，在L＝23,W＝19之情形下,點(0~4)之光吸收元件b(330b)及點(19~23)之一光吸收元件a(330a)分別直接接收來自點(19~23)之發光元件a(310a)及點(0~4)之發光元件b(310b)所發出的光束。
一控制電路(未顯示)，以預定次序引起該發光元件對發出光束(例如：依順序一個接一個由左至右發出光束，或每次同時使複數個選替的發光元件發出光束)，來掃描該位置偵測表面350；且引起相反側之光吸收元件對(330a,330b)其中之一，由各別的發光元件對(310a,310b)其中之一接收光束訊號。依此，發光元件對(310a,310b)依序在位置偵測表面350上掃描，而在位置偵測表面350上形成如圖所示之格子狀方式的光學路徑。
當一物體M置於如圖3所示位置時，該物體M將阻擋由反射體320之反射光束340及直接來自發光元件的光束342。控制電路依掃描周期中，光接收元件是否收到光束訊號來偵測並決定該物體M的座標。假如物體M(如手指)也阻擋到相鄰行及列的光束，則可藉由計算該偵測到之座標資訊的平均值，以獲得所要的中心位置之座標。
至於如何依光接收元件是否收到光束訊號來決定物體M之X/Y直角座標，將依照圖4進一步詳細說明。
圖4顯示依本發明圖3所示之光學接觸面板301來決定一物體或指向器之位置或X/Y直角座標的區域劃分示意圖。
如前述，當一物體或指向器M置於如圖3所示之該光學接觸面板301之位置偵測表面350時，將阻擋二束光線，因此阻礙二個光接收元件接收來自相對側之發光元件所發出的光束。
如圖4所示，在掃描周期中，被物體M阻擋而未收到來自發光元件(310a,310b)之光束的光接收元件有兩個，且位於長度分別為m及n的兩個點上。m是位在左邊點的長度，n是位在右邊點的長度。A,B則分別是物體M所在位置的X/Y直角座標。
本發明依據該兩個未收到光束的光接收元件，係光接收元件a或光接收元件b，而將位置偵測表面350劃分為如圖4所示之4個區域，分別為I,II,III及IV。該4個區域將進一步詳細說明如下。
如前述已知該位置偵測表面350之長為L，寬為W。因此，位置偵測表面350之長(L)與寬(W)為已知。在掃描周期中，被物體M阻擋而未收到來自發光元件之光束的二光接收元件，其長度分別為m及n，也係已知。因此，由已知之(L,W,m,n)，藉由幾何分析，位置偵測表面350之不同區域上物體M的X/Y直角座標(A,B)，可計算如下：I區：在掃描周期中，該二個未收到光束的光接收元件都是光接收元件a。
例如，如圖4，L＝23,W＝19，而未收到光束的都是光接收元件a，其長度分別為m＝8,n＝14，則(L,W,m,n)＝(23,19,8,14)，故(A,B)＝(3,8)。
相似的，II區：在掃描周期中，該二個未收到光束的光接收元件皆是光接收元件b。
例如：(L,W,m,n)＝(23,19,6,16)則(A,B)＝(18,7)
III區：在掃描周期中，左邊未收到光束的光接收元件是光接收元件a，而右邊未收到光束的光接收元件是光接收元件b。
例如，(L,W,m,n)＝(23,19,2,16)，則(A,B)＝(14,3)
IV區：在掃描周期中，左邊未收到光束的光接收元件是光接收元件b，而右邊未收到光束的光接收元件是光接收元件a。
例如，(L,W,m,n)＝(23,19,8,14)，則(A,B)＝(11,16)。
藉由上述計算，物體M的X/Y直角座標可被唯一確定。因此本發明揭示之實施例解決如圖2所示習知技術中有相同X/Y直角座標的位置(如A,B,C,D)存在的問題，故解析度將增加。
在不脫離本發明的精神與範圍對說明的實施例做各式的修改，例如：發光元件(310a,310b)及光接收元件(330a,330b)相對x軸安置角度θ，可以大於該長方形位置偵測表面350之對角線相對x軸之角度β，而不限於45度。此時，物體M之座標將不再是直角座標(rectangular coordinate)，因此需要進一步透過習知之座標轉換，以獲得直角座標X/Y。藉由本發明所揭露者將使熟悉此技術領域者獲益，而將體認到可由其它的安置角度θ，掃描位置偵測表面350，以獲得位置偵測表面350之不同區域上物體M的X/Y直角座標。
對於本發明所揭露的優點使得熟悉該項技術領域者，於此所描述的實施例中各式附加修改將變的明顯。因此，本發明係為於後所附的申請專利範圍界定。
101．．．光學接觸面板
110．．．複數個發光元件(Light Emitting Elements)
150．．．長方形位置偵測表面
130．．．複數個光接收元件
140．．．控制電路
170．．．一物體或指向器(筆或手指)
201．．．光學接觸面板201
210．．．發光元件210
220．．．兩個反射體(如鏡子)
230．．．光接收元件230
270．．．指向器或物體
301．．．光學接觸面板
350．．．長方形位置偵測表面350
310a,310b．．．複數個發光元件對
320．．．兩個反射體(如鏡子)
330a,330b．．．複數個光接收元件對
β．．．長方形位置偵測表面350之對角線相對x軸之角度
M．．．物體
A,B．．．物體M所在位置的X/Y直角座標
為使本發明及優點能更明瞭，本發明說明將伴隨下述相關圖式來說明：圖1顯示習知光學接觸面板101的結構。
圖2顯示一解決圖1之問題的另一習知光學接觸面板201的結構。
圖3顯示本發明之光學接觸面板301的結構。
圖4顯示依本發明圖3所示之光學接觸面板301來決定一物體或指向器之位置或X/Y直角座標的區域劃分示意圖。
301．．．光學接觸面板
350．．．長方形位置偵測表面350
310a,310b．．．複數個發光元件對
320．．．兩個反射體(如鏡子)
330a,330b．．．複數個光接收元件對
β．．．長方形位置偵測表面350之對角線相對x軸之角度
M．．．物體
A,B．．．物體M所在位置的X/Y直角座標

Claims (6)

  1. 一種光學接觸面板，包含：一長方形位置偵測表面，具有一長度L，寬度W；複數個發光元件對，供發出掃描光束；兩個反射體，沿該長方形位置偵測表面之W向之兩相對側安置，供反射該複數個發光元件對發出的掃描光束；複數個光接收元件對，供接收來自反射體之反射光束或接收直接來自該複數個發光元件對所發出的光束；該複數個發光元件對係以成對方式沿該長方形位置偵測表面之L向之一側安置，分別為點0,點1,.........,點L；每一點除了兩端點外，皆安置一發光元件a及一發光元件b；發光元件a以相對x軸一θ角，安置在該對之左側，而發光元件b則以相對x軸一θ角，安置在該對之右側；該複數個光接收元件對係以成對方式沿該長方形位置偵測表面之L向之另一相反側安置，分別為點0,點1,.........,點L；每一點除了兩端點外，皆安置一光吸收元件a及一光吸收元件b；光吸收元件a以相對x軸一θ角，安置在該對之左側，而光吸收元件b則以相對x軸一θ角，安置在該對之右側；一控制電路，以預定次序引起該發光元件對發出光束來掃描該位置偵測表面；且引起相反側之光吸收元件對其中之一，由各別的發光元件對其中之一接收光束訊號，依此，該複數個發光元件對依序在該位置偵測表面上掃描，而在該位置偵測表面上形成格子狀方式的光學路徑；及其中，θ為大於β之角度，β是該長方形位置偵測表面之對角線相對L向之角度；其中，θ與β為大於0且小於180度之角度；且其中，當一物體置於該位置偵測表面上時，該物體將阻擋二束光線，因此阻礙二個光接收元件接收來自相對側之發光元件所發出的光束。
  2. 如申請專利範圍第1項之光學接觸面板，該控制電路進一步依據該二個未收到光束的光接收元件，係光接收元件a或光接收元件b，而將位置偵測表面劃分為4個區域，分別為I,II,III及IV，其中，該位置偵測表面之不同區域上物體的X/Y直角座標(A,B)，可計算如下：I區：在掃描周期中，該二個未收到光束的光接收元件都是光接收元件a； II區：在掃描周期中，該二個未收到光束的光接收元件皆是光接收元件b； III區：在掃描周期中，左邊未收到光束的光接收元件是光接收元件a，而右邊未收到光束的光接收元件是光接收元件b； IV區：在掃描周期中，左邊未收到光束的光接收元件是光接收元件b，而右邊未收到光束的光接收元件是光接收元件a； 其中，(A,B)為該物體的X/Y直角座標；m及n分別為在掃描周期中，該二個未收到光束的光接收元件的長度。
  3. 如申請專利範圍第1項之光學接觸面板，其中該θ角為45度，此時該發光元件a與發光元件b間夾角與該光吸收元件a與b間夾角都是90度。
  4. 如申請專利範圍第1項之光學接觸面板，其中該預定次序依順序包含一個接一個由左至右發出光束，或每次同時使複數個選替的發光元件發出光束。
  5. 如申請專利範圍第1項之光學接觸面板，其中該發光元件包含LED。
  6. 如申請專利範圍第1項之光學接觸面板，其中該光接收元件包含光電晶體(Photo Transistors)。
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