TWI430153B - 觸控面板及觸控感測方法 - Google Patents

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TWI430153B TW099100236A TW99100236A TWI430153B TW I430153 B TWI430153 B TW I430153B TW 099100236 A TW099100236 A TW 099100236A TW 99100236 A TW99100236 A TW 99100236A TW I430153 B TWI430153 B TW I430153B
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Description

觸控面板及觸控感測方法
本發明是有關於一種觸控面板及觸控感測方法，且特別是有關於一種反應靈敏且不易受外界干擾的觸控面板及觸控感測方法。
目前，觸控面板大致可區分為電阻式、電容式、紅外線式及超音波式等觸控面板，其中以電阻式觸控面板與電容式觸控面板為最常見的產品。就電容式觸控面板而言，可多點觸控的特性提供更人性化的操作模式而使得電容式觸控面板逐漸受到市場的青睞。不過，電容式觸控面板必須以導體材質觸碰觸控面板以進行操作，因而使用者無法帶著手套或是以非導體材質進行操作。
以電阻式觸控面板而言，無論使用者以何種介質碰觸觸控面板都可以進行操作，因而提高了觸控面板的使用便利性。另外，電阻式觸控面板所需成本較低且電阻式觸控面板技術發展較為成熟，因而市場佔有率較高。
然而，無論電阻式觸控面板或是電容式觸控面板都需要以大面積的電極圖案作為感測用的元件，因此電阻式觸控面板或是電容式觸控面板應用在大尺寸的產品中有製程不易的問題。此外，電阻式觸控面板或是電容式觸控面板在感測訊號的處理方式上較為複雜，例如常需要將感測訊號放大或是需要進行雜訊的處理。所以，觸控面板的技術 發展尚有進步的空間。
本發明提供一種觸控面板，具有高靈敏性、製作方式簡易且能量損耗小。
本發明提供一種觸控感測方法，使得觸控感測訊號的處理方式大幅簡化以提升觸控感測的反應速度。
本發明提出一種觸控面板，包括多條縱向布拉格光纖光柵、多條橫向布拉格光纖光柵、一寬頻光源發射器、多個縱向感測器、多個橫向感測器以及二個光耦合器。縱向布拉格光纖光柵以及橫向布拉格光纖光柵彼此交錯配置。寬頻光源發射器連接至縱向布拉格光纖光柵以及橫向布拉格光纖光柵。各縱向感測器連接於對應的縱向布拉格光纖光柵的一端部。各橫向感測器連接於對應的橫向布拉格光纖光柵的一端部。其中一個光耦合器連接於各縱向布拉格光纖光柵與寬頻光源發射器之間，而另一個光耦合器連接於各橫向布拉格光纖光柵與寬頻光源發射器之間。
依照本發明之一實施例的觸控面板，上述之縱向布拉格光纖光柵與橫向布拉格光纖光柵分別為多條反射式布拉格光纖光柵。各縱向感測器連接至各條縱向布拉格光纖光柵的一縱向第一端部，而各橫向感測器連接至各條橫向布拉格光纖光柵的一橫向第一端部。此時，其中一個光耦合器連接於各縱向布拉格光纖光柵的縱向第一端部與寬頻光源發射器之間，而另一個光耦合器連接於各橫向布拉格光 纖光柵的橫向第一端部與寬頻光源發射器之間。
依照本發明之一實施例的觸控面板，上述之縱向布拉格光纖光柵與橫向布拉格光纖光柵分別為多條穿透式布拉格光纖光柵。各縱向感測器連接至各條縱向布拉格光纖光柵的一縱向第一端部，而各縱向感測器連接至各條橫向布拉格光纖光柵的一橫向第一端部。此時，其中一個光耦合器連接於各縱向布拉格光纖光柵的一縱向第二端部與寬頻光源發射器之間，而另一個光耦合器連接於各橫向布拉格光纖光柵的一橫向第二端部與寬頻光源發射器之間。
依照本發明之一實施例的觸控面板，上述二光耦合器為二個線性光耦合器。
依照本發明之一實施例，觸控面板更包括一控制單元，控制單元連接於縱向感測器以及橫向感測器。
依照本發明之一實施例的觸控面板，上述縱向感測器以及橫向感測器分別為多個光二極體。
依照本發明之一實施例的觸控面板，上述寬頻光源發射器所發出的一寬頻光源為一紅外線寬頻光源。
本發明另提出一種觸控感測方法，用於如上所述的觸控面板。利用縱向感測器感測對應的縱向布拉格光纖光柵所傳輸的多個第一光線。依據第一光線的波長判斷出縱向布拉格光纖光柵中被觸碰的至少一者。利用橫向感測器感測對應的橫向布拉格光纖光柵所傳輸的多個第二光線。依據第二光線的波長判斷出橫向布拉格光纖光柵中被觸碰的至少一者。此外，利用縱向布拉格光纖光柵中被觸碰的至 少一者以及橫向布拉格光纖光柵中被觸碰的至少一者決定至少一觸碰位置。
依照本發明之一實施例的觸控感測方法，上述之判斷出縱向布拉格光纖光柵中被觸碰的至少一者之方法包括當其中一條縱向布拉格光纖光柵所傳輸的第一光線之波長小於鄰近的縱向布拉格光纖光柵所傳輸的第一光線之波長，則視為被觸碰。
依照本發明之一實施例的觸控感測方法，上述之判斷出橫向布拉格光纖光柵中被觸碰的至少一者之方法包括當其中一條橫向布拉格光纖光柵所傳輸的第二光線之波長小於鄰近的橫向布拉格光纖光柵所傳輸的第二光線之波長，則視為被觸碰。
基於上述，本發明利用布拉格光纖光柵作為觸控感測元件，其中布拉格光纖光柵在不同程度的形變之下可穿透或反射之光線具有不同波長。觸控面板可以輕易地由布拉格光纖光柵傳輸的光線波長來判斷觸碰動作的發生與否。因此，觸控面板具有高感測靈敏性以及簡易的觸控感測方法。此外，布拉格光纖光柵的製作方式簡易而容易應用於大尺寸的產品中。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A與圖1B分別繪示為反射式以及穿透式布拉格光 纖光柵的示意圖。請同時參照圖1A與圖1B，反射式布拉格光纖光柵10與穿透式布拉格光纖光柵20分別具有光柵結構12以及光柵結構22。光柵結構12具有一週期間距d1，而光柵結構22具有一週期間距d2。
當寬頻入射光Li以一入射角θB進入反射式布拉格光纖光柵10，寬頻入射光Li會受到光柵結構12的作用而區分為反射光Lr以及穿透光Lt。此外，反射光Lr以及穿透光Lt的波長與強度的關係如圖1A所示。對於反射式布拉格光纖光柵10而言，反射光Lr的波長決定於布拉格繞射公式：
也就是說，在固定的入射角θB下，反射光Lr的波長決定於光柵結構12的週期間距d1。
相似地，當寬頻入射光Li以入射角θB進入穿透式布拉格光纖光柵10，寬頻入射光Li會受到光柵結構12的作用而區分為反射光Lr以及穿透光Lt，其中穿透光Lt的波長決定於光柵結構22的週期間距d2。亦即，反射光Lr以及穿透光Lt的波長與強度的關係如圖1B所示。
反射式布拉格光纖光柵10與穿透式布拉格光纖光柵20受到按壓時，位於按壓處的光柵結構12以及光柵結構22會因為壓力產生應變進而使反射式布拉格光纖光柵10與穿透式布拉格光纖光柵20對應此處的折射率受到改變。此時，反射式布拉格光纖光柵10的反射光Lr波長以 及穿透式布拉格光纖光柵20的穿透光Lt波長便隨之減小。因此，反射光Lr波長以及穿透光Lt波長的變化可以直接地反應反射式布拉格光纖光柵10與穿透式布拉格光纖光柵20被按壓與否，甚至直接地反應被按壓的壓力大小。這樣的反應機制不會因外界環境的改變而受到干擾，且光纖光柵的作用各自獨立，不會相互影響。因此，為了提供一種靈敏性更好、製程更容易、訊號處理更簡單等優點的觸控面板，本發明提出一種以布拉格光纖光柵作為觸控元件的觸控面板。
圖2繪示為本發明之一實施例的觸控面板示意圖。請參照圖2，觸控面板100包括多條縱向布拉格光纖光柵110、多條橫向布拉格光纖光柵120、一寬頻光源發射器130、多個縱向感測器140、多個橫向感測器150、第一光耦合器160以及第二光耦合器170。縱向布拉格光纖光柵110以及橫向布拉格光纖光柵120彼此交錯配置。寬頻光源發射器130經由第一光耦合器160連接至各縱向布拉格光纖光柵110的一縱向第一端部112以及經由第二光耦合器170連接至各橫向布拉格光纖光柵120的一橫向第一端部122。各縱向感測器140連接於各縱向布拉格光纖光柵110。各橫向感測器150連接於各橫向布拉格光纖光柵120。
具體而言，本實施例的縱向布拉格光纖光柵110與橫向布拉格光纖光柵120分別為多條如圖1A所繪示的反射式布拉格光纖光柵10。也就是說，縱向布拉格光纖光柵110與橫向布拉格光纖光柵120的反射光波長可以直接地反應 出是否受到按壓以及受到按壓的壓力大小。此外，縱向感測器140以及橫向感測器150例如分別為多個光二極體。寬頻光源發射器130所發出的一寬頻光源則例如為一紅外線寬頻光源。在本實施例中，紅外線寬頻光源的波長範圍約為700至5000。
另外，由於縱向布拉格光纖光柵110與橫向布拉格光纖光柵120為反射式的設計，本實施例的寬頻光源發射器130例如經由第一光耦合器160連接至各縱向布拉格光纖光柵110的縱向第一端部112以及經由第二光耦合器170連接至各橫向布拉格光纖光柵120的橫向第一端部122。亦即，本實施例的設計是將發射光源的元件與接收光源的元件設置於同一端112以及122。
第一光耦合器160與第二光耦合器170例如為兩個一對二線性光耦合器。此外，為了完成觸控點的定位計算，觸控面板100更包括一控制單元180，控制單元180連接於縱向感測器140以及橫向感測器150。
在實際的結構設計上，縱向布拉格光纖光柵110與橫向布拉格光纖光柵120可配置於一基板(未繪示)上，且基板(未繪示)不限定為可撓式基板或是硬質基板。在一實施方式中，縱向布拉格光纖光柵110與橫向布拉格光纖光柵120也可以直接配置於顯示面板的基板上。控制單元180則例如可以直接配置於縱向布拉格光纖光柵110與橫向布拉格光纖光柵120所在的基板上而構成晶片在基板上(chip on Glass,COG)的結構。不過，控制單元180也可以獨立地 配置於連接至基板的電路板上。
值得一提的是，電容式觸控面板或電阻式觸控面板應用時大尺寸時需要以較繁複的製程在基板上整面地形成電極圖案。不過，縱向布拉格光纖光柵110與橫向布拉格光纖光柵120為線性的元件。當觸控面板100的尺寸增大，只需將布拉格光纖光柵的長度增長即可符合大尺寸設計的需求。相較之下，大尺寸的觸控面板100明顯較為容易製作。
另外，布拉格光纖光柵對光線的作用並不受外界的溫度、溼度、或是微粒等影響。所以，觸控面板100具有較優越的靈敏。再進一步而言，布拉格光纖光柵的線寬微小，因此觸控面板100整合於顯示面板中或是配置於顯示面板上方都不會影響顯示面板的顯示效果。當然，布拉格光纖光柵不需要以額外的能量驅動而更可以達到節省能源的需求。
具體而言，觸控面板100的觸控感測方法如圖3所示。請同時參照圖2與圖3，觸控面板100開機(步驟30)後即偵測是否被觸碰(步驟300)。若觸控面板100未被觸碰則回到起始狀態。若觸控面板100被觸碰，則利用縱向感測器140感測對應的縱向布拉格光纖光柵110所傳輸的多個第一光線，也就是步驟312。並且，依據第一光線的波長判斷出縱向布拉格光纖光柵110中被觸碰的至少一者。同時，利用橫向感測器150感測對應的橫向布拉格光纖光柵120所傳輸的多個第二光線，也就是步驟322。
使用者以單一手指或使單一物體進行觸碰時可能同時按壓到兩條相鄰的縱向布拉格光纖光柵110。所以，單一觸碰點可能有兩個座標被偵測到而造成定位出來的結果失真。因此，接下來的步驟314例如是判斷是否有相鄰兩條縱向布拉格光纖光柵110同時被觸碰。若否，則直接進行步驟318，輸出對應的座標。若是，則進行步驟316比較第一光線的波長大小，以定義出正確的觸碰位置。
一般而言，相鄰兩條縱向布拉格光纖光柵110同時被觸碰的情形下，應以承受壓力較大之一者視為使用者欲觸碰的位置。由布拉格光纖光柵的特性可知，當承受壓力越大時，光柵的週期間距越小，則所產生的光線波長越小。所以，在步驟316後可選出第一光線之波長較小的一者進行步驟318輸出對應的座標。
上述步驟僅定位出觸碰點在其中一個方向上的座標。另一個方向上的座標定位方法則例如是將上述的步驟於橫向布拉格光纖光柵120以及橫向感測器150中進行。也就是說，步驟322、324、326以及328分別與前述的步驟312、314、316以及318相同只是執行動作的對象不同。在上述兩個方向上的座標都定位出來後，即可獲得正確的觸碰位置以執行使用者所欲執行的功能或是指令。
值得一提的是，每一條布拉格光纖光柵都是獨立且不受其他布拉格光纖光柵或是外界環境的溫溼變化影響，所以在上述的觸控感測方法中不需將接收到的訊號放大、也不需進行消除雜訊等處理。因此，本實施例的訊號處理及 定位計算的方式相當簡單，而有助於提升觸控感測的反應速率。布拉格光纖光柵不需額外的能量以驅動也有助於降低觸控面板100的能量需求。
除此之外，觸控面板100也可以具有多點觸控的功能。由圖2可知，使用者若同時觸碰A點以及B點，則對應的布拉格光纖光柵可分別地反射光線。因此，同一方向上的感測器140或150所接收到的訊號不會相互干擾，而可以同時將A點與B點的座標輸出以達成多點觸控感測。
圖4繪示為本發明之另一實施例的觸控面板示意圖。請參照圖4，觸控面板200包括多條縱向布拉格光纖光柵210、多條橫向布拉格光纖光柵220、一寬頻光源發射器130、多個縱向感測器240、多個橫向感測器250、一第一光耦合器260以及一第二光耦合器270。縱向布拉格光纖光柵210以及橫向布拉格光纖光柵220彼此交錯配置。寬頻光源發射器130連接至縱向布拉格光纖光柵210以及橫向布拉格光纖光柵220。各縱向感測器240連接於各縱向布拉格光纖光柵210。各橫向感測器250連接於各橫向布拉格光纖光柵220。具體而言，寬頻光源發射器130係經由第一光耦合器260連接至各縱向布拉格光纖光柵210，以及經由第二光耦合器270連接至各橫向布拉格光纖光柵220。
值得一提的是，本實施例採用圖1B所繪示的穿透式布拉格光纖光柵20作為感測元件。因此，各縱向感測器240例如是連接於各縱向布拉格光纖光柵210的一第一縱 向端部212，而各橫向感測器250連接於各橫向布拉格光纖光柵220的一橫向第一端部222。同時，寬頻光源發射器130則經由第一光耦合器260連接於各縱向布拉格光纖光柵210的一縱向第二端部214，並且經由第二光耦合器222連接於各橫向布拉格光纖光柵220的一橫向第二端部224。在本實施例中，第一光耦合器260以及第二光耦合器270例如都是線性光耦合器，且第一光耦合器260以及第二光耦合器270僅需將光源導入布拉格光纖光柵210以及220，不需為一對二的設計。
觸控面板100與觸控面板200主要的差異在於布拉格光纖光柵的種類，其中一種為反射式而另一種為穿透式。所以，兩實施例在結構上只需因應布拉格光纖光柵的種類而改變感測器的配置位置及對應的傳輸線路佈局。因此，觸控面板200的觸控感測方法也可以是上述實施例所述的控感測方法。也就是說，圖3中所描述的各步驟可以應用於觸控面板200中以進行觸控感測。換言之，觸控面板200也具有感測靈敏性高、製程簡易、能源損耗小、可多點觸控等特性。
綜上所述，本發明利用布拉格光纖光柵在不同應變下可穿透或反射出不同波長之光線的性質達成觸控感測的功能。觸控面板的感測訊號不易受到外界環境的變化而擾動，因此觸控面板具有相當優越的感測靈敏性。另外，布拉格光纖光柵容易製作於大尺寸的產品中，而使觸控面板可隨不同需求而大型化。布拉格光纖光柵線徑小、不需額 外驅動能量等特性更有助於提升觸控面板的品質。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。
10、20‧‧‧布拉格光纖光柵
12、22‧‧‧光柵結構
30、300、312、314、316、318、322、324、326、328‧‧‧步驟
100、200‧‧‧觸控面板
110、210‧‧‧縱向布拉格光纖光柵
112、212‧‧‧縱向第一端部
122、222‧‧‧橫向第一端部
120、220‧‧‧橫向布拉格光纖光柵
130‧‧‧寬頻光源發射器
140、240‧‧‧縱向感測器
150、250‧‧‧橫向感測器
160、260‧‧‧第一光耦合器
170、270‧‧‧第二光耦合器
180‧‧‧控制單元
214‧‧‧縱向第二端部
224‧‧‧橫向第二端部
d1、d2‧‧‧週期間距
Li‧‧‧入射光
Lt‧‧‧穿透光
Lr‧‧‧反射光
θB‧‧‧入射角
圖1A與圖1B分別繪示為反射式以及穿透式布拉格光纖光柵的示意圖。
圖2繪示為本發明之一實施例的觸控面板示意圖。
圖3為本發明之一實施例的觸控面板的觸控感測方法。
圖4繪示為本發明之另一實施例的觸控面板示意圖。
100‧‧‧觸控面板
110‧‧‧縱向布拉格光纖光柵
112、122‧‧‧端部
120‧‧‧橫向布拉格光纖光柵
130‧‧‧寬頻光源發射器
140‧‧‧縱向感測器
150‧‧‧橫向感測器
160、170‧‧‧光耦合器
180‧‧‧控制單元

Claims (14)

  1. 一種觸控面板，包括：多條縱向布拉格光纖光柵；多條橫向布拉格光纖光柵，與該些縱向布拉格光纖光柵交錯配置；一寬頻光源發射器，連接至該些縱向布拉格光纖光柵以及該些橫向布拉格光纖光柵；多個縱向感測器，該些縱向布拉格光纖光柵分別連接至不同的該些縱向感測器；多個橫向感測器，該些橫向布拉格光纖光柵分別連接至不同的該些橫向感測器；以及二個光耦合器，其中一個光耦合器連接於各該縱向布拉格光纖光柵與該寬頻光源發射器之間，而另一個光耦合器連接於各該橫向布拉格光纖光柵與該寬頻光源發射器之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該些縱向布拉格光纖光柵與該些橫向布拉格光纖光柵分別為多條反射式布拉格光纖光柵。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之觸控面板，其中各該縱向感測器連接至各該縱向布拉格光纖光柵的一縱向第一端部，而各該橫向感測器連接至各該橫向布拉格光纖光柵的一橫向第一端部。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之觸控面板，其中該二光耦合器中的一個光耦合器連接於各該縱向布拉格光纖 光柵的該縱向第一端部與該寬頻光源發射器之間，而另一個光耦合器連接於各該橫向布拉格光纖光柵的該橫向第一端部與該寬頻光源發射器之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該些縱向布拉格光纖光柵與該些橫向布拉格光纖光柵分別為多條穿透式布拉格光纖光柵。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之觸控面板，其中各該縱向感測器連接至各該縱向布拉格光纖光柵的一縱向第一端部，而各該橫向感測器連接至各該橫向布拉格光纖光柵的一橫向第一端部。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之觸控面板，其中該二光耦合器中的一個光耦合器連接於各該縱向布拉格光纖光柵的一縱向第二端部與該寬頻光源發射器之間，而另一個光耦合器連接於各該橫向布拉格光纖光柵的一橫向第二端部與該寬頻光源發射器之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該二光耦合器為二個線性光耦合器。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，更包括一控制單元，連接於該些縱向感測器以及該些橫向感測器。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該些縱向感測器以及該些橫向感測器分別為多個光二極體。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之觸控面板，其中該寬頻光源發射器所發出的一寬頻光源為一紅外線寬頻光源。
  12. 一種觸控感測方法，用於如申請專利範圍第1項所述的觸控面板，包括：利用該些縱向感測器感測對應的縱向布拉格光纖光柵所傳輸的多個第一光線；依據該些第一光線的波長判斷出該些縱向布拉格光纖光柵中被觸碰的至少一者；利用該些橫向感測器感測對應的橫向布拉格光纖光柵所傳輸的多個第二光線；依據該些第二光線的波長判斷出該些橫向布拉格光纖光柵中被觸碰的至少一者；以及利用該些縱向布拉格光纖光柵中被觸碰的至少一者以及該些橫向布拉格光纖光柵中被觸碰的至少一者決定至少一觸碰位置。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之觸控感測方法，其中判斷出該些縱向布拉格光纖光柵中被觸碰的至少一者之方法包括當其中一條縱向布拉格光纖光柵所傳輸的該第一光線之波長小於鄰近的該些縱向布拉格光纖光柵所傳輸的該第一光線之波長，則視為被觸碰。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之觸控感測方法，其中判斷出該些橫向布拉格光纖光柵中被觸碰的至少一者之方法包括當其中一條橫向布拉格光纖光柵所傳輸的該第二光線之波長小於鄰近的該些橫向布拉格光纖光柵所傳輸的該第二光線之波長，則視為被觸碰。
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