TWI408586B - 光學偵測裝置及其方法 - Google Patents

Description

光學偵測裝置及其方法

本揭露是有關於一種觸控面板，且特別是有關於其中基於光學感測器者。

所謂的觸控面板，就是一種能夠偵測偵測區中，觸點出現位置的一種設備。目前市面上有許多種觸控面板，例如：電阻式觸控面板、電容式觸控面板與光學式觸控面板。

本發明之一技術態樣為一種光學偵測裝置，其可根據反射光束被偵測器偵測時所產生之時間訊號，區分真實觸點與虛觸點(ghost touch)，並從而解決傳統光學偵測裝置在偵測多觸點時所產生的虛觸點問題。

根據本發明一實施方式，一種光學偵測裝置包含掃描裝置、偵測器與區別模組。掃描裝置配置來使用掃描光束掃描偵測區，其中掃描光束的入射角隨時間變化。偵測器配置來偵測複數個反射光束，其中反射光束係由掃描光束在偵測區內被複數個真實觸點反射所產生。區別模組用以根據反射光束被偵測器偵測時所產生之時間訊號，區分真實觸點與複數個虛觸點。

上述之偵測器包含第一光偵測器陣列與第二光偵測器陣列。第一光偵測器陣列配置來將反射光束其中之一轉換為第一訊號。第二光偵測器陣列配置來將反射光束其中另一者轉換為第二訊號。

區別模組包含比較模組。此比較模組將比較第一訊號產生時的第一時間點，與第二訊號產生時的第二時間點，並藉此判別何者為真實觸點，何者為虛觸點。

掃描裝置包含光源、反射鏡與旋轉致動器。光源用以產生掃描光束。反射鏡配置來將掃描光束反射進偵測區。旋轉致動器耦接反射鏡，用以根據驅動訊號旋轉反射鏡，藉此改變掃描光束的入射角。

在實務上，上述之光源可為雷射二極體(laser diode)或發光二極體(light-emitting diode；LED)。

根據本發明另一實施方式，一種光學偵測裝置包含平面光源、第一線性偵測器、成像模組、掃描裝置、第二線性偵測器、位置處理模組與區別模組。平面光源配置來對偵測區提供平面光，其中平面光在偵測區內將被複數個真實觸點反射成複數個反射光。第一線性偵測器配置來偵測反射光。成像模組配置來將反射光成像於第一線性偵測器上。掃描裝置配置來使用掃描光束掃描偵測區，其中掃描光束的入射角隨時間變化，且掃描光束將被真實觸點反射成複數個反射光束。第二線性偵測器配置來偵測反射光束。位置處理模組用以根據反射光與反射光束的入射角，依三角定位法(triangulation)，計算出真實觸點與複數個虛觸點在偵測區中的位置。區別模組用以根據反射光束被第二線性偵測器偵測時所產生之時間訊號，區分真實觸點與虛觸點。

上述之第二線性偵測器包含第一光偵測器陣列與第二光偵測器陣列。第一光偵測器陣列配置來將反射光束其中之一轉換為第一訊號。第二光偵測器陣列配置來將反射光束其中另一者轉換為第二訊號。

區別模組包含比較模組。此比較模組將比較第一訊號產生時的第一時間點，與第二訊號產生時的第二時間點，藉此判別何者為真實觸點，何者為虛觸點。

掃描裝置包含光源、反射鏡與旋轉致動器。光源用以產生掃描光束。反射鏡配置來將掃描光束反射進偵測區。旋轉致動器耦接反射鏡，用以根據驅動訊號旋轉反射鏡，藉此改變掃描光束的入射角。

在實務上，上述之光源可為雷射二極體(laser diode)或發光二極體(light-emitting diode；LED)。

上述之平面光源包含準直光源與光學透鏡。準直光源用以提供準直光束(collimated light beam)。光學透鏡配置來將準直光束轉換為平面光，並接著將平面光射進偵測區。

在實務上，上述之準直光源可為紅外線雷射二極體模組(infrared laser diode module)。當準直光源為紅外線雷射二極體模組時，使用者可選擇配置紅外線高通濾光元件(infrared long pass filter)或帶通濾光元件(band pass filter)，以避免可見光干擾第一線性偵測器的偵測結果。

在實務上，上述之光學透鏡可為線光源鏡片或柱狀鏡片。

本發明之另一技術態樣為一種光學偵測方法。

根據本發明再一實施方式，一種光學偵測方法包含下列步驟(應瞭解到，在本實施方式中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行)：

(1)以掃描光束掃描偵測區，其中掃描光束的入射角隨時間變化。

(2)偵測複數個反射光束，其中反射光束係由掃描光束在偵測區內被複數個真實觸點反射所產生。

(3)根據反射光束被偵測時所產生之時間訊號，區分真實觸點與複數個虛觸點。

上述之步驟(2)可包含以下子步驟：

(2.1)將反射光束其中之一轉換為一第一訊號。

(2.2)將反射光束其中另一者轉換為一第二訊號。

如此一來，上述之步驟(3)將可比較第一訊號產生時的第一時間點，與第二訊號產生時的第二時間點，並藉此判別何者為真實觸點，何者為虛觸點。

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。

第1圖繪示依照本發明一實施方式之光學偵測裝置的前視圖。如圖所示，第1圖之光學偵測裝置包含第一偵測系統100、第二偵測系統200與位置處理模組300。在使用時，第一偵測系統100與第二偵測系統200能夠偵測偵測區500內的至少一個觸點。而位置處理模組300則可根據第一偵測系統100與第二偵測系統200的偵測結果，計算出觸點在偵測區500中的位置。

然而，如第1圖所繪示，當兩個觸點同時發生時，一種被稱之為虛觸點(ghost touch)的問題也會伴隨出現。應瞭解到，以上所述之「同時」應解釋為：「兩觸點在某一給定的時間區間內發生」。

第1圖繪示當兩真實觸點T1、T2同時發生時，第一偵測系統100與第二偵測系統200偵測所得之位置訊號S1、S2。如第1圖所示，每一位置訊號S1、S2具有兩個高峰，這兩個高峰可分別畫出兩條線，代表真實觸點T1、T2的可能位置。真實觸點T1的位置可由線510、520解出，而真實觸點T2的位置則可由線530、540解出。然而，由於線510與線540在G1的位置交叉，且線520與線530在G2的位置交叉，因此線510、520、530、540一共可以解出四個真實觸點可能的位置，其中T1、T2表示真實觸點的位置，而G1、G2則被稱之為虛觸點。以下將闡述如何以第一偵測系統100在以上四個可能的位置中，正確地挑出真實觸點T1、T2。

第2圖繪示第1圖之第一偵測系統100的前視圖。第一偵測系統100包含掃描裝置110、線性偵測器120與區別模組130。掃描裝置110配置來使用掃描光束掃描偵測區500，其中掃描光束的入射角隨時間變化。線性偵測器120配置來偵測掃描光束在偵測區500內被真實觸點T1、T2反射所產生之反射光束610、620。區別模組130用以根據反射光束610、620被線性偵測器120偵測時所產生的時間訊號，區分真實觸點T1、T2與虛觸點G1、G2。

掃描裝置110包含光源112、反射鏡114與旋轉致動器116。光源112用以產生掃描光束。反射鏡114配置來將掃描光束反射進偵測區500。旋轉致動器116耦接反射鏡114，用以根據驅動訊號旋轉反射鏡114，藉此改變掃描光束的入射角。

上述之光源112可為雷射二極體(laser diode)，例如：780nm雷射二極體(例如：華信光電科技股份有限公司所出品的ADL-78101-TL)、808nm雷射二極體(例如：華信光電科技股份有限公司所出品的ADL-80Y01-TL)或850nm雷射二極體(例如：華信光電科技股份有限公司所出品的ADL-85051-TL)。如此一來，掃描光束將可為準直光束(collimated light beam)。

應瞭解到，以上所舉之光源112僅為例示，許多其它元件，例如：發光二極體(light-emitting diode；LED)，也都可以應用來作為光源112的實施態樣之一。本發明所屬技術領域具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇光源112的實施方式。

線性偵測器120可包含複數個排列成線性陣列的光偵測器(photodetector)。此線性偵測器120能夠偵測反射光束610、620照射的位置，並根據反射光束610、620照射的位置計算出反射光束610、620的入射角。然後，反射光束610、620的入射角將輸出至第1圖之位置處理模組300，以解出真實觸點T1、T2的位置。

具體而言，當反射光束其中之一(例如：反射光束610)照射到一個或多個排列於線性偵測器120右側的光偵測器122時，上述之反射光束610將會被轉換為第一訊號。如第3圖之標號710所標示，上述之第一訊號可包含一高峰，此高峰代表線性偵測器120捕捉到反射光束610的位置。此外，我們也能夠獲知第一訊號產生時的第一時間點t1，此第一時間點t1也就是線性偵測器120捕捉到反射光束610的時間點。

同樣地，當反射光束其中另一者(例如：反射光束620)照射到一個或多個排列於線性偵測器120左側的光偵測器124時，上述之反射光束620將會被轉換為第二訊號。如第3圖之標號720所標示，上述之第二訊號亦可包含一高峰，此高峰代表線性偵測器120捕捉到反射光束620的位置。此外，我們也能夠獲知第二訊號產生時的第二時間點t2，此第二時間點t2也就是線性偵測器120捕捉到反射光束620的時間點。

區別模組130可包含一比較模組132，此比較模組132可藉由比較第一時間點t1與第二時間點t2，判別何者為真實觸點，何者為虛觸點。

假定反射鏡114沿著順時鐘方向R旋轉，若我們所得到的第一時間點t1較第二時間點t2早，則T1、T2將被判定為真實觸點。相反地，若第二時間點t2較第一時間點t1早(如第4圖所繪示)，則G1、G2將被判定為真實觸點。

上述之線性偵測器120的光偵測器可為光二極體(photodiode)。當然，本發明所屬技術領域具有通常知識者，亦可以其它元件取代光二極體作為光偵測器。舉例來說，在本發明其它實施方式中，光電晶體(phototransistor)可應用來取代光二極體作為光偵測器。此外，在本發明一實施方式中，上述之線性偵測器120可為線性互補金氧半導體偵測器(linear Complementary Metal-Oxide Semiconductor sensor；linear CMOS sensor)或線性電荷耦合元件偵測器(linear Charge-Coupled Device sensor；linear CCD sensor)。

上述之第一偵測系統100的製造與使用方式可參考美國專利申請案第12/414,674號(申請日為2009年3月31日)，例如其中與光學偵測裝置相關之技術內容。申請人在此謹將美國專利申請案第12/414,674號的全文併入本案說明書，請一併參考。

第5圖繪示第1圖之第二偵測系統200的前視圖。第二偵測系統200包含平面光源210、線性偵測器220與成像模組230。平面光源210配置來對偵測區500提供平面光PL。上述之平面光PL在偵測區500內將被真實觸點T1、T2反射成複數個反射光。線性偵測器220配置來偵測反射光。成像模組230則配置來將反射光成像於線性偵測器220上。

平面光源210可包含準直光源212與光學透鏡214。準直光源212用以提供一準直光束(collimated light beam)。光學透鏡214配置來將準直光束轉換為平面光PL，並接著將平面光PL射進偵測區500。

在實務上，上述之準直光源212可為紅外線雷射二極體模組(infrared laser diode module)。此外，當準直光源212為紅外線雷射二極體模組時，使用者可將紅外線高通濾光元件(infrared long pass filter)240或帶通濾光元件(band pass filter)安裝於線性偵測器220的前方，以避免可見光干擾線性偵測器220的偵測結果。在本發明一實施方式中，上述之準直光源212可為850nm雷射二極體。紅外線高通濾光元件240或帶通濾光元件可設定為僅允許波長超過750nm的紅外線通過。也就是說，可見光將無法穿過紅外線高通濾光元件240或帶通濾光元件，干擾線性偵測器220的偵測結果。如第5圖所繪示，上述之紅外線高通濾光元件240或帶通濾光元件的實施方式可為介於成像模組230與線性偵測器220之間的光學透鏡。或者，上述之紅外線高通濾光元件或帶通濾光元件亦可為成像模組230表面的鍍膜。

光學透鏡214可為線光源鏡片，例如：柱狀鏡片。應瞭解到，以上所舉之柱狀鏡片僅為例示，並非用以限制本發明。在本發明另一實施方式中，上述之線光源鏡片亦可以快速轉動或擺動的方式，使得準直光束快速地掃過偵測區的每一個地方。如此一來，在線光源鏡片轉動或擺動的速度夠快的情況下，所產生的準直光束可以考慮為平面光。

線性偵測器220可偵測反射光照射的位置，並據此解出反射光的入射角。然後，反射光的入射角將輸出至第1圖之位置處理模組300，以解出真實觸點T1、T2的位置。

線性偵測器220可包含複數個排列成線性陣列之光偵測器(photodetector)。這些光偵測器可為光二極體(photodiode)。當然，本發明所屬技術領域具有通常知識者，亦可以其它元件取代光二極體作為光偵測器。舉例來說，在本發明其它實施方式中，光電晶體(phototransistor)可應用來取代光二極體作為光偵測器。此外，在本發明一實施方式中，上述之線性偵測器220可為線性互補金氧半導體偵測器(linear Complementary Metal-Oxide Semiconductor sensor；linear CMOS sensor)或線性電荷耦合元件偵測器(linear Charge-Coupled Device sensor；linear CCD sensor)。

成像模組230可為單一凸透鏡或複合鏡片組。在本實施方式中，上述之成像模組230為單一凸透鏡。

上述之第二偵測系統200的製造與使用方式可參考美國專利申請案第12/371,228號(申請日為2009年2月13日)，例如其中與光學偵測裝置的模組相關之技術內容。申請人在此謹將美國專利申請案第12/371,228號的全文併入本案說明書，請一併參考。

參照第1圖，位置處理模組300可根據第一偵測系統100所回報之反射光束的入射角，以及第二偵測系統200所回報之反射光的入射角，依三角定位法(triangulation)，計算出真實觸點T1、T2與虛觸點G1、G2在偵測區500中的位置。

舉第6圖之真實觸點T1為例，在反射光束的入射角α，以及反射光的入射角β為已知的情況下，真實觸點T1在偵測區500中的位置可依三角定位法(triangulation)，由偵測區500的頂邊長度L計算而得。更具體地說，真實觸點T1與偵測區500頂邊之間的距離D可由下式一計算而得：

D=L/(1/tanα+1/tanβ).....................................式一

而真實觸點T1與偵測區500右邊之間的距離LR則可由下式二計算而得：

LR=Dcotβ....................................................式二

如此一來，真實觸點T1在偵測區500中的位置可依直角座標系統，表示為(LR,D)。同理，另一真實觸點T2的位置亦可依以上方式計算出來。

上述之位置處理模組300的製造與使用方式可參考美國專利申請案第12/371,228號(申請日為2009年2月13日)與美國專利申請案第12/414,674號(申請日為2009年3月31日)，例如其中與處理裝置相關之技術內容。申請人在此謹將美國專利申請案第12/371,228號與美國專利申請案第12/414,674號的全文併入本案說明書，請一併參考。

在使用時，使用者可先以第一偵測系統100找出反射光束的入射角，並以第二偵測系統200找出反射光的入射角。然後，位置處理模組300可根據反射光束與反射光的入射角，計算出觸點的位置。

當超過一個觸點同時發生時，上述之光學偵測裝置將會解出多個觸點可能的位置，其中只有部分是真實觸點，其餘則是虛觸點。此時使用者可以第一偵測系統100來挑出真實觸點。當然，第一偵測系統100亦可應用在其它光學偵測裝置中，解決虛觸點的問題。

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．．．第一偵測系統

110．．．掃描裝置

112．．．光源

114．．．反射鏡

116．．．旋轉致動器

120．．．線性偵測器

122．．．右側的光偵測器

124．．．左側的光偵測器

130．．．區別模組

132．．．比較模組

200．．．第二偵測系統

210．．．平面光源

212．．．準直光源

214．．．光學透鏡

220．．．線性偵測器

230．．．成像模組

240．．．紅外線高通濾光元件

300．．．位置處理模組

500．．．偵測區

510．．．線

520．．．線

530．．．線

540．．．線

610．．．反射光束

620．．．反射光束

710．．．第一訊號

720．．．第二訊號

T1．．．真實觸點

T2．．．真實觸點

G1．．．虛觸點

G2．．．虛觸點

S1．．．位置訊號

S2．．．位置訊號

R．．．順時鐘方向

PL．．．平面光

6．．．局部

α．．．入射角

β．．．入射角

L．．．長度

D．．．距離

LR．．．距離

第1圖繪示依照本發明一實施方式之光學偵測裝置的前視圖。

第2圖繪示第1圖之第一偵測系統的前視圖。

第3圖繪示第2圖之線性偵測器所產生的第一訊號與第二訊號。

第4圖繪示在另一種情況下的第一訊號與第二訊號。

第5圖繪示第1圖之第二偵測系統的前視圖。

第6圖繪示第1圖之局部6的細部示意圖。

100．．．第一偵測系統

110．．．掃描裝置

112．．．光源

114．．．反射鏡

116．．．旋轉致動器

120．．．線性偵測器

122．．．右側的光偵測器

124．．．左側的光偵測器

130．．．區別模組

132．．．比較模組

500．．．偵測區

610．．．反射光束

620．．．反射光束

T1．．．真實觸點

T2．．．真實觸點

G1．．．虛觸點

G2．．．虛觸點

R．．．順時鐘方向

Claims (17)

1. 一種光學偵測裝置，包含：一掃描裝置，配置來使用一掃描光束掃描一偵測區，其中該掃描光束的入射角隨時間變化；一偵測器，配置來偵測複數個反射光束，其中該些反射光束係由該掃描光束在該偵測區內被複數個真實觸點反射所產生；以及一區別模組，用以根據該些反射光束被該偵測器偵測時所產生的時間訊號，區分該些真實觸點與複數個虛觸點。
2. 如請求項1所述之光學偵測裝置，其中該偵測器包含：至少一第一光偵測器陣列，配置來將該些反射光束其中之一轉換為一第一訊號；以及至少一第二光偵測器陣列，配置來將該些反射光束其中另一者轉換為一第二訊號。
3. 如請求項2所述之光學偵測裝置，其中該區別模組包含：一比較模組，用以比較該第一訊號產生時的一第一時間點，與該第二訊號產生時的一第二時間點。
4. 如請求項1所述之光學偵測裝置，其中該掃描裝置包含：一光源，用以產生該掃描光束；一反射鏡，配置來將該掃描光束反射進該偵測區；以及一旋轉致動器，耦接該反射鏡，用以根據一驅動訊號旋轉該反射鏡，藉此改變該掃描光束的入射角。
5. 如請求項4所述之光學偵測裝置，其中該光源為一雷射二極體(laser diode)或一發光二極體(light-emitting diode；LED)。
6. 一種光學偵測裝置，包含：一平面光源，配置來對一偵測區提供一平面光，其中該平面光在該偵測區內將被複數個真實觸點反射成複數個反射光；一第一線性偵測器，配置來偵測該些反射光；一成像模組，配置來將該些反射光成像於該第一線性偵測器上；一掃描裝置，配置來使用一掃描光束掃描該偵測區，其中該掃描光束的入射角隨時間變化，且該掃描光束將被該些真實觸點反射成複數個反射光束；一第二線性偵測器，配置來偵測該些反射光束；一位置處理模組，用以根據該些反射光與該些反射光束的入射角，依三角定位法(triangulation)，計算出該些真實觸點與複數個虛觸點在該偵測區中的位置；以及一區別模組，用以根據該些反射光束被該第二線性偵測器偵測時所產生之時間訊號，區分該些真實觸點與該些虛觸點。
7. 如請求項6所述之光學偵測裝置，其中該第二線性偵測器包含：至少一第一光偵測器陣列，配置來將該些反射光束其中之一轉換為一第一訊號；以及至少一第二光偵測器陣列，配置來將該些反射光束其中另一者轉換為一第二訊號。
8. 如請求項7所述之光學偵測裝置，其中該區別模組包含：一比較模組，用以比較該第一訊號產生時的一第一時間點，與該第二訊號產生時的一第二時間點。
9. 如請求項6所述之光學偵測裝置，其中該掃描裝置包含：一光源，用以產生該掃描光束；一反射鏡，配置來將該掃描光束反射進該偵測區；以及一旋轉致動器，耦接該反射鏡，用以根據一驅動訊號旋轉該反射鏡，藉此改變該掃描光束的入射角。
10. 如請求項9所述之光學偵測裝置，其中該光源為一雷射二極體(laser diode)或一發光二極體(light-emitting diode；LED)。
11. 如請求項6所述之光學偵測裝置，其中該平面光源包含：一準直光源，用以提供一準直光束(collimated light beam)；以及一光學透鏡，配置來將該準直光束轉換為該平面光，並接著將該平面光射進該偵測區。
12. 如請求項11所述之光學偵測裝置，其中該準直光源為一紅外線雷射二極體模組(infrared laser diode module)。
13. 如請求項12所述之光學偵測裝置，更包含：一紅外線高通濾光元件或一帶通濾光元件，配置來避免可見光干擾該第一線性偵測器。
14. 如請求項11所述之光學偵測裝置，其中該光學透鏡為一線光源鏡片或一柱狀鏡片。
15. 一種光學偵測方法，包含：以一掃描光束掃描一偵測區，其中該掃描光束的入射角隨時間變化；偵測複數個反射光束，其中該些反射光束係由該掃描光束在該偵測區內被複數個真實觸點反射所產生；以及根據該些反射光束被偵測時所產生之時間訊號，區分該些真實觸點與複數個虛觸點。
16. 如請求項15所述之光學偵測方法，其中偵測該些反射光束包含：將該些反射光束其中之一轉換為一第一訊號；以及將該些反射光束其中另一者轉換為一第二訊號。
17. 如請求項16所述之光學偵測方法，其中區分該些真實觸點與該些虛觸點包含：比較該第一訊號產生時的一第一時間點，與該第二訊號產生時的一第二時間點。