TWI409679B - 光學式觸控面板及觸控顯示裝置及其觸控輸入方法 - Google Patents

Description

光學式觸控面板及觸控顯示裝置及其觸控輸入方法

本發明係關於一種具有光學式觸控面板之觸控顯示裝置及其觸控輸入方法，尤指一種僅使用單一面光源產生器與單一光感測陣列之具有光學式觸控面板與包含有上述光學式觸控面板之觸控顯示裝置及其觸控輸入方法。

在現今各類型消費性電子產品中，平板電腦、個人數位助理(PDA)、行動電話(mobile phone)與衛星導航系統(GPS)等可攜式電子產品已廣泛地使用觸控面板(touch panel)，作為人機資料的溝通介面，藉此節省電子產品的體積。

一般而言，依照觸控輸入機制的不同，觸控面板主要可區分為電阻式觸控面板、電容式觸控面板與光學式觸控面板三大類，其中光學式觸控面板由於具有高使用壽命與高透光率等優點，已逐漸廣泛地被應用在各式電子產品上。

請參考第1圖。第1圖繪示了習知光學式觸控面板之示意圖。如第1圖所示，習知光學式觸控面板10包括一基板12、一第一光源產生器141設置於基板12之一第一角落181、一第二光源產生器142設置於基板12之一第二角落182、一第一光接收器161設置於基板12之第一角落181，以及一第二光接收器162設置於基板12之第二角落182。當利用一觸控輸入裝置例如觸控筆(圖未示)於輸入點A進行輸入時，第一光源產生器141所發射之光線會被觸控輸入裝置反射並被第一光接收器161所接收，藉此可獲得第一角落181與輸入點A之連線以及基板12之一側邊L的第一夾角γ1；同樣地，第二光源產生器142所發射之光線會被觸控輸入裝置反射並被第二光接收器162所接收，藉此可獲得第二角落182與輸入點A之連線以及基板12之側邊L的第二夾角γ2。藉此，在基板12的側邊L的長度W為已知的狀況下，可利用下列公式(A)、(B)計算出輸入點A的水平座標x與垂直座標y。

y =x tanγ 1　公式(B)

由上述可知，習知光學式觸控面板必須設置有至少兩個以上的光源產生器與至少兩個以上光接收器，才可判斷出正確的輸入位置。然而，光源產生器與光接收器數目的增加即代表製作成本的增加以及製程複雜度的提升。

本發明之目的之一在於提供一種具有光學式觸控面板之觸控顯示裝置及其觸控輸入方法，以減少製作成本以及製程複雜度。

本發明之一實施例提供一種光學式觸控面板，包括基板、單一面光源產生器、回歸反射元件，以及單一光感測陣列。基板具有一表面。單一面光源產生器設置於基板之表面之外，用以產生面光源，其中面光源之照射範圍涵蓋基板之表面的範圍。回歸反射元件設置於基板之側邊，用以反射面光源。單一光感測陣列設置於基板之表面之外，用以感測被反射之面光源，並產生反射光分布資訊。

本發明之另一實施例提供一種觸控顯示裝置，包括顯示面板，以上述光學式觸控面板。

本發明之又一實施例提供一種觸控輸入方法，包括下列步驟。首先，提供上述光學式觸控面板。接著，利用觸控輸入裝置，於基板之表面進行觸控輸入，其中於進行觸控輸入時，部分面光源受觸控輸入裝置之阻擋而未反射至單一光感測陣列。隨後，利用訊號處理單元進行觸控輸入運算程序，依據單一光感測陣列所產生之反射光分布資訊計算出觸控輸入位置之座標。

本發明之光學式觸控面板與觸控顯示裝置僅需設置單一面光源產生器與單一光感測陣列，即可發揮觸控輸入的功能，故可大幅降低光學式觸控面板的製作成本與製程複雜度。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

請參考第2圖。第2圖繪示了本發明一較佳實施例之光學式觸控面板於未進行觸控輸入時的示意圖。如第2圖所示，本實施例之光學式觸控面板30包括基板32、單一面光源產生器34、至少一回歸反射元件(retro reflector)36、單一光感測陣列38，以及一訊號處理單元40。基板32具有一表面321。單一面光源產生器34係設置於基板32之表面321之外，用以產生一面光源341，其中面光源341之照射範圍涵蓋基板32之表面321的範圍。此外，面光源341可為單一面光源產生器34於同一時間點所發出，或是由單一面光源產生器34所發出之線性光束在一短暫週期內以掃描方式所構成之面光源341。單一面光源產生器34可包括例如紅外線光源產生器(例如紅外線發光二極體)、雷射光源產生器(雷射發光二極體)，或其它各種可產生特定波長之可見光或不可見光之光源產生器。在本實施例中，單一面光源產生器34係設置於基板32之一角落，而面光源341之照射範圍係以方位角θ定義，且將逆時針方向定義為正向，因此面光源341之照射範圍大體上為方位角θ介於0度至90度之間的範圍。單一面光源產生器34的設置位置並不以設置於基板32之角落為限，例如亦可設置於基板32之側壁，或是基板32之表面321以外之適當位置。此外，單一面光源產生器34可設置於與基板32的表面321同一水平面，或是在不同水平面。另外，單一光感測陣列38亦係設置於基板32之表面321之外，且單一光感測陣列38較佳係設置在與單一面光源產生器34相同的位置，但不以此為限。在本 實施例中，單一光感測陣列38與單一面光源產生器34可設置在基板32上相同之角落，且單一光感測陣列38可與單一面光源產生器34垂直堆疊或水平並列，但不以此為限。單一光感測陣列38可感測到單一面光源產生器34所發射出面光源341，且光感測陣列38可為各式感光元件所組成的感光陣列或影像擷取陣列，例如互補式金氧半導體(CMOS)光感測陣列或電荷耦合(CCD)光感測陣列，但不以此為限。回歸反射元件36係設置於基板32之至少一側邊，用以反射面光源341。例如在本實施例中，回歸反射元件36係設置於基板32的兩側邊。回歸反射元件36的特性在於，照射在回歸反射元件36的任何位置的面光源341均會反射至單一光感測陣列38。在本實施例中，回歸反射元件36係設置於相對於單一面光源產生器34所在位置之基板32另一側，藉此可將單一面光源產生器34發出的面光源341反射至單一光感測陣列38。然而，回歸反射元件36的位置並不以此為限，回歸反射元件36的數目與位置可視單一面光源產生器34的位置不同而作適當調整。此外，回歸反射元件36所反射之面光源341，會被單一光感測陣列38所感測，並產生一反射光分布資訊，而訊號處理單元40則可根據光感測陣列38所產生之反射光分布資訊計算出一觸控輸入位置之座標。

請再參考第3圖，並一併參考第2圖。第3圖繪示了本實施例之光學式觸控面板在未進行觸控輸入時之反射光分布資訊的示意圖。如第2圖所示，在未進行觸控輸入時，所有的面光源341均會被回歸反射元件36反射至單一光感測陣列38，因此對應於基板32之表 面321的所有範圍內，亦即方位角介於0度至90度的範圍內，反射光的強度大體上均相同。在未進行觸控輸入時，由於在方位角介於0度至90度的範圍內，反射光具有相同的強度，因此訊號處理單元40會判斷出無觸控輸入。值得說明的是，隨著基板32的形狀與尺寸的不同、或是單一面光源產生器34、回歸反射元件36與單一光感測陣列38的相對位置不同，反射光的強度在方位角介於0度至90度的範圍內或許不會具有相同的強度，但反射光的強度仍會具有特定的分布狀況。

請再參考第4圖與第5圖。第4圖繪示了本發明較佳實施例之光學式觸控面板於進行觸控輸入時的示意圖，而第5圖繪示了本實施例之光學式觸控面板在進行觸控輸入時之反射光分布資訊的示意圖。如第4圖所示，於進行觸控輸入時，使用者可使用光學式觸控面板30的觸控輸入裝置42，例如觸控筆，於基板32之表面321進行觸控輸入。在本實施例中，觸控輸入裝置42具有一已知的半徑a。此時，部分之面光源341會受觸控輸入裝置42之阻擋、吸收或散射而無法反射至單一光感測陣列38，在此狀況下，單一光感測陣列38會產生一與未進行觸控輸入狀況下不同的反射光分布資訊，如第5圖所示。訊號處理單元40會進行觸控輸入運算程序，以計算出觸控輸入的位置，其中觸控輸入運算程序包括下列步驟。訊號處理單元40會依據進行觸控輸入狀況下的反射光分布資訊判斷出觸控輸入位置之一中央方向角θ、一第一邊界方位角θ 1與一第二邊界方位角θ 2，其中中央方向角θ為對應於反射光分布資訊之反射光強度最 小的角度，其代表了觸控輸入裝置42的中心點，而第一邊界方位角θ 1與第二邊界方位角θ 2則分別對應於反射光分布資訊之反射光強度開始減少的兩個起始點的角度，其分別代表了觸控輸入裝置42的外殼的兩外側端點。接著利用下列公式1，即可計算出單一光感測陣列38與觸控輸入位置之一距離R。隨後再利用下列公式2即可計算出觸控輸入位置之水平座標X，以及利用下列公式3即可計算出觸控輸入位置之垂直座標Y。

X=Rsin θ 公式2

Y=Rcos θ 公式3

在上述實施例中，光學式觸控面板可為一單純具有觸控輸入功能之面板，但本發明之應用並不以此為限。例如，光學式觸控面板可與顯示面板整合而形成觸控顯示裝，或是應用在平板電腦、個人數位助理、行動電話、衛星導航系統、數位相機、平面顯示裝置及其它各式電子產品上。請參考第6圖，並一併參考第2圖。第6圖繪示了本發明另一較佳實施例之觸控顯示裝置的示意圖。如第6圖所示，本實施例之觸控顯示裝置50包括顯示面板52與光學式觸控面板。顯示面板52可為各式顯示面板，例如液晶顯示面板、有機發光二極體顯示面板、電漿顯示面板、陰極射線映像管顯示面板、場發射顯示面板等。光學式觸控面板之元件及其特徵如上文所述，在此不再贅述。值得說明的是，在本實施例中，光學式觸控面板的基板可為顯示面板52之基板，且基板的表面為顯示面板52之顯示面521。換言之，在此狀況下，光學式觸控面板可與顯示面板52的製程整合，而可節省一片基板，進而提升觸控顯示裝置50的透光率。

此外，在上述實施例中，觸控輸入裝置具有一已知的半徑a，因此透過觸控輸入運算程序可計算出觸控輸入位置的座標。在觸控輸入裝置的半徑為未知的情況下，例如使用者利用手指進行觸控輸入時，本發明的方法可於進行觸控輸入之前先進行一校準程序，以計算出觸控輸入裝置之半徑a，隨後透過觸控輸入運算程序仍可計算出觸控輸入位置的座標。請參考第7圖。第7圖繪示了本發明之觸控輸入方法之校準程序的示意圖。如第7圖所示，在觸控輸入裝置42的半徑為未知的情況下，則進行校準程序以計算出觸控輸入裝置42之半徑a。校準程序包括下列步驟。首先，將觸控輸入裝置42放置於基板32之表面321上之一校準位置，其中校準位置與單一光感測陣列38具有一距離r。值得說明的是校準位置係為基板32之表面321上的一預設位置，且在光學式觸控面板整合在顯示面板的實施方式下，可利用顯示面板顯示出校準位置，而引導使用者將觸控輸入裝置42準確地置放於校準位置上。接著，利用訊號處理單元40進行校準運算步驟，依據單一光感測陣列38所產生之反射光分布資訊計算出校準位置之第一邊界方位角α1與第二邊界方位角α2，其中第一邊界方位角α1與第二邊界方位角α2分別對應於反射光分布資訊之反射光強度開始減少的兩個起始點的角度，其分別代表了觸控輸入裝置42的外殼的兩外側端點。隨後，利用下列公式4計算出觸控輸入裝置42之半徑a。

藉由上述校準程序，即可計算出觸控輸入裝置42之半徑a。如此一來使用者即可藉由觸控輸入裝置42進行觸控輸入，而透過觸控輸入運算程序可計算出觸控輸入位置的座標。值得說明的是，為了提高校準程序的準確率，可重覆進行校準程序，或選定數個不同的校準位置分別進行校準程序，並使用各次校準程序所計算出之半徑之平均值作為觸控輸入裝置42之半徑a。

綜上所述，本發明之光學式觸控面板與觸控顯示裝置僅需設置單一面光源產生器與單一光感測陣列，即可發揮觸控輸入的功能，故可大幅降低光學式觸控面板的製作成本與製程複雜度。此外，不論使用者所使用的觸控輸入裝置為何，一旦透過本發明的校準程序精準計算出觸控輸入裝置的半徑後，即可使用觸控輸入裝置進行觸控輸入。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10．．．光學式觸控面板

12．．．基板

141．．．第一光源產生器

142．．．第二光源產生器

161．．．第一光接收器

162．．．第二光接收器

181．．．第一角落

182．．．第二角落

γ1．．．第一夾角

γ2．．．第二夾角

x．．．水平座標

y．．．垂直座標

L．．．側邊

W．．．長度

30．．．光學式觸控面板

32．．．基板

321．．．表面

34．．．單一面光源產生器

341．．．面光源

36．．．回歸反射元件

38．．．單一光感測陣列

40．．．訊號處理單元

θ．．．中央方向角

θ1．．．第一邊界方位角

θ2．．．第二邊界方位角

R．．．距離

X．．．水平座標

Y．．．垂直座標

50．．．觸控顯示裝置

52．．．顯示面板

521．．．顯示面

r．．．距離

α1．．．第一邊界方位角

α2．．．第二邊界方位角

a．．．半徑

A．．．輸入點

第1圖繪示了習知光學式觸控面板之示意圖。

第2圖繪示了本發明一較佳實施例之光學式觸控面板於未進行觸控輸入時的示意圖。

第3圖繪示了本實施例之光學式觸控面板在未進行觸控輸入時之反射光分布資訊的示意圖。

第4圖繪示了本發明較佳實施例之光學式觸控面板於進行觸控輸入時的示意圖。

第5圖繪示了本實施例之光學式觸控面板在進行觸控輸入時之反射光分布資訊的示意圖。

第6圖繪示了本發明另一較佳實施例之觸控顯示裝置的示意圖。

第7圖繪示了本發明之觸控輸入方法之校準程序的示意圖。

30．．．光學式觸控面板

32．．．基板

321．．．表面

34．．．單一面光源產生器

341．．．面光源

36．．．回歸反射元件

38．．．單一光感測陣列

40．．．訊號處理單元

θ．．．中央方向角

θ1．．．第一邊界方位角

θ2．．．第二邊界方位角

R．．．距離

X．．．水平座標

Y．．．垂直座標

x．．．水平座標

y．．．垂直座標

a．．．半徑

Claims (9)

1. 一種光學式觸控面板，包括：一基板，具有一表面；一單一面光源產生器，設置於該基板之該表面之外，用以產生一面光源，其中該面光源之照射範圍涵蓋該基板之該表面的範圍；至少一回歸反射元件(retro reflector)，設置於該基板之至少一側邊，用以反射該面光源；一單一光感測陣列，設置於該基板之該表面之外，用以感測被反射之該面光源，並產生一反射光分布資訊；一觸控輸入裝置，用以於該基板之該表面進行觸控輸入；以及一訊號處理單元，用以進行一觸控輸入運算程序，並依據該單一光感測陣列所產生之該反射光分布資訊計算出一觸控輸入位置之一座標，其中該觸控輸入運算程序包括：提供該觸控輸入裝置之一半徑a；依據該反射光分布資訊判斷出該觸控輸入位置之一中央方向角θ、一第一邊界方位角θ 1與一第二邊界方位角θ 2； 利用公式1：計算出該單一光感測陣列與該觸 控輸入位置之一距離R；以及利用公式2：X=Rsin θ與公式3：Y=Rcos θ計算出該觸控輸 入位置之該座標，其中X為該觸控輸入位置之一水平座標，且Y為該觸控輸入位置之一垂直座標。
2. 如請求項1所述之光學式觸控面板，其中該單一面光源產生器係設置於該基板之一角落。
3. 如請求項1所述之光學式觸控面板，其中該單一面光源產生器包括一紅外線光源產生器或一雷射光源產生器。
4. 如請求項1所述之光學式觸控面板，其中該單一光感測陣列包括一互補式金氧半導體(CMOS)光感測陣列或一電荷耦合(CCD)光感測陣列。
5. 一種觸控顯示裝置，包括：一顯示面板；以及如請求項1至4之其中一項所述之該光學式觸控面板。
6. 如請求項5所述之觸控顯示裝置，其中該基板係為該顯示面板之一基板，且該基板之該表面係為該顯示面板之一顯示面。
7. 一種觸控輸入方法，包括：提供一光學式觸控面板，其中該光學式觸控面板包括：一基板，具有一表面； 一單一面光源產生器，設置於該基板之該表面之外，用以產生一面光源，其中該面光源之照射範圍涵蓋該基板之該表面的範圍；至少一回歸反射元件(retro reflector)，設置於該基板之至少一側邊，用以反射該面光源；以及一單一光感測陣列，設置於該基板之該表面之外，用以感測被反射之該面光源，並產生一反射光分布資訊；利用一觸控輸入裝置，於該基板之該表面進行觸控輸入，其中於進行觸控輸入時，部分該面光源受該觸控輸入裝置之阻擋而未反射至該單一光感測陣列；以及利用一訊號處理單元進行一觸控輸入運算程序，並依據該單一光感測陣列所產生之該反射光分布資訊計算出一觸控輸入位置之一座標，其中該觸控輸入運算程序包括：提供該觸控輸入裝置之一半徑a；依據該反射光分布資訊判斷出該觸控輸入位置之一中央方向角θ、一第一邊界方位角θ 1與一第二邊界方位角θ 2； 利用公式1：計算出該單一光感測陣列與該觸 控輸入位置之一距離R；以及利用公式2：X=Rsin θ與公式3：Y=Rcos θ計算出該觸控輸入位置之該座標，其中X為該觸控輸入位置之一水平座標，且Y為該觸控輸入位置之一垂直座標。
8. 如請求項7所述之觸控輸入方法，另包括於進行該觸控輸入運算程序之前先進行一校準程序，用以計算出該觸控輸入裝置之該半徑a。
9. 如請求項8所述之觸控輸入方法，其中該校準程序包括：將該觸控輸入裝置放置於該基板之該表面上之一校準位置，其中該校準位置與該單一光感測陣列具有一距離r；利用該訊號處理單元進行一校準運算步驟，依據該單一光感測陣列所產生之該反射光分布資訊計算出該校準位置之一第一邊界方位角α 1與一第二邊界方位角α 2；以及 利用公式4：計算出該觸控輸入裝置之該半徑a。