TWI465988B - 雷射掃描輸入裝置 - Google Patents

Description

雷射掃描輸入裝置

本發明係有關雷射掃描輸入裝置，尤其是有關提供觸控裝置使用測定觸控位置的裝置。

有一些觸控裝置藉由偵測一物體的座標，作為對應的文字、圖案、符號的輸入資訊，或作為互動式電子遊戲機的輸入資訊。

美國專利US 4,762,990，揭示一種雷射掃描輸入資料處理輸入介面(Data processing input interface determining position of object)包括：一物體位於一被反射單元圍繞於邊界周圍的工作區；一掃描光線的光源，使掃描光線從起始掃描的位置掃描操工作區；一測定物體在工作區的位置的工具，測量掃描光線經由圍繞於周圍的反射單元照射到物體及掃描光線直接照射到物體時，掃描光線從起始位置算起的旋轉角度，以測定物體在工作區的位置。

台灣公開專利第201104533號，揭示一種具備多點觸控功能之觸控輸入裝置，提供一觸控面板以供輸入至少一觸控點，至少一光源環繞觸控面板以提供偵測光束，複數個成像系統配置於觸控面板之兩相鄰頂點以偵測觸控點之遮蔽光束角度，並且這些複數個成像系統具備一第一空間視角及一第二空間視角，並根據不同空 間視角所偵測到之觸控點的遮蔽光束角度進行計算判斷這些遮蔽光束角度相對應之觸控點，最後利用簡單之三角函數即可計算獲得觸控點之觸控座標值。

美國專利US6,844,539，揭示一種光學位置偵測裝置(An optical position device)，回射器(Light retro-reflector)、至少兩個光掃描單元(Optical scanning unit)及偵測器等所組成；藉由偵測光回射器回射光線的訊號計算一設定區域中被碰觸的位置。

上述專利揭示的光偵測器皆設於工作區域的角落上，當工作區域較大時，將增加光偵測器與反射單元或光源之間的距離，而降低光偵測器偵測訊號的強度，甚至偵測不到光的訊號而失去效用。當兩物件與掃描光線在同一直線上，一物件阻擋另一物件時，上述台灣專利及美國專利揭示的技術將無法偵測到被阻擋的另一物件的座標。

為了進一步改良習知雷射掃描輸入裝置，而提出本發明。

本發明的主要目的，在提供一種雷射掃描輸入裝置，利用光偵測單元接觸偵測導光單元，直接偵測導光單元的亮度，可獲得較佳的光偵測效果，且利用導光單元導引雷射光較能維持雷射光的強度，以利偵測。

本發明的另一目的，在提供一種雷射掃描輸入裝置，利用光反射單元結合導光單元，配合光偵測單元接觸偵測導光單元，直接偵測導光單元的亮度，可以方便同時偵測多個物件的位置資訊， 進行多點資訊輸入作業，方便進行多點觸控。

本發明的雷射掃描輸入裝置，包括：一第一雷射掃描單元，具有一第一雷射發射點；一第二雷射掃描單元，具有一第二雷射發射點；一導光單元；一光偵測單元；一微處理器；其中該第一雷射掃描單元及該第二雷射掃描單元及該光偵測單元分別電氣連結微處理器；該第一雷射發射點及該第二雷射發射點分別位於一工作區的一第一邊的兩端點上，以分別發出雷射光，對該工作區的全部區域進行掃描，並在不被一物件阻擋時射到該導光單元，被該導光單元導引至該光偵測單元；該光偵測單元偵測該導光單元在該第一雷射掃描單元及該第二雷射掃描單元的掃描週期內呈現亮或暗的狀態，相對的在該掃描週期內輸出較強的第一訊號或較弱的第二訊號構成的訊號變化資訊；該微處理器偵測該光偵測單元在該掃描週期內輸出的訊號變化資訊，依據該訊號變化資訊計算一物件在該工作區的座標資訊，然後依據該座標資訊輸出一對應的輸入資訊。

本發明的雷射掃描輸入裝置，包括：一第一雷射掃描單元，具有一第一雷射發射點；一第一導光單元； 一第二導光單元；一第三導光單元；一第一光偵測單元；一第二光偵測單元；一第三光偵測單元；一光反射單元；一微處理器；其中該第一雷射掃描單元、該第一光偵測單元、該第二光偵測單元及該第三光偵測單元分別電氣連結微處理器；該第一雷射發射點位於一工作區的一邊的一端點上，以發出雷射光，對該工作區的全部區域進行掃描，並在不被一物件阻擋時射到該光反射單元及該第三導光單元；射到該光反射單元的雷射光在不被該物件阻擋時射到該第一導光單元或該第二導光單元其中之一；該第一、二及三光偵測單元分別偵測該第一、二及三導光單元在該第一雷射掃描單元的掃描週期內呈現亮或暗的狀態，分別相對的在該掃描週期內輸出較強的第一訊號或較弱的第二訊號構成的訊號變化資訊；該微處理器偵測該第一、二及三光偵測單元分別在該掃描週期內輸出的訊號變化資訊，依據該第一、二及三光偵測單元分別輸出的訊號變化資訊計算一物件在該工作區的座標資訊，然後依據該座標資訊輸出一對應的輸入資訊。

本發明的其他目的、功效，請參閱圖式及實施例，詳細說明如下。

1、4‧‧‧雷射掃描輸入裝置

11‧‧‧第一雷射掃描單元

111‧‧‧第一雷射發射點

12‧‧‧第二雷射掃描單元

121‧‧‧第二雷射發射點

13‧‧‧導光單元

131‧‧‧端部

14‧‧‧光偵測單元

141‧‧‧第一訊號

142、143‧‧‧第二訊號

15、47‧‧‧微處理器

20‧‧‧工作區

21‧‧‧第一邊

22‧‧‧第二邊

23‧‧‧第三邊

24‧‧‧第四邊

30、31、32‧‧‧物件

A、B、C、D‧‧‧端點

θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6、θ7‧‧‧角度

41‧‧‧第一導光單元

42‧‧‧第二導光單元

43‧‧‧第三導光單元

44‧‧‧第一光偵測單元

45‧‧‧第二光偵測單元

46‧‧‧第三光偵測單元

48‧‧‧光反射單元

P、P1、P2、B’、D’‧‧‧點

L11、L12、L13、L14、L21、L22、L23‧‧‧雷射光

第1圖為本發明雷射掃描輸入裝置第一實施例的示意圖。

第2圖為本發明光偵測單元偵測第一訊號的示意圖。

第3圖為本發明光偵測單元偵測第二訊號的示意圖。

第4圖為本發明光偵測單元偵測另一第二訊號的示意圖。

第5圖為本發明雷射掃描輸入裝置第二實施例的示意圖。

第6圖為本發明光偵測單元結合光反射單元的示意圖。

如第1圖所示，本發明第一實施例的雷射掃描輸入裝置1，包括一第一雷射掃描單元11、一第二雷射掃描單元12、一導光單元13、一光偵測單元14及微處理器15所組成。第一雷射掃描單元11、第二雷射掃描單元12及光偵測單元14分別電氣連結微處理器15。光偵測單元14最好接觸導光單元13的端部131以獲得最佳的偵測效果。

一工作區20，最好為矩形的形狀。假設工作區20設有四個端點A、B、C、D及第一、二、三、四邊21、22、23、24；第一、二、三、四邊21、22、23、24依序相連接。第一雷射掃描單元11的第一雷射發射點111及第二雷射掃描單元12的第二雷射發射點121分別位第一邊21的兩端點A、B上。第一、二雷射掃描單元11、12可分別由第一、二雷射發射點111、112分別發出雷射光，依序輪流對工作區20的全部區域進行掃描，也就是第一雷射掃描單元11先對工作區20進行掃描之後再由第二雷射掃描單元12對工作區20進行掃描，然後再重復上述掃描作業。

光偵測單元14環繞工作區20的第二、三、四邊22、23、24的外側或設於第二、三、四邊22、23、24上。

當沒有物件30在工作區20進行操作時，第一、二雷射掃描單元11、12分別依序掃描工作區20的雷射光，將分別射到導光單元13，使導光單元13在掃描週期內維持亮的狀態。光偵測單元14偵測到導光單元13在掃描週期內呈現亮的狀態，將相對的在掃描週期內輸出較強的第一訊號141，如第2圖所示；微處理器15將偵測到光偵測單元14在掃描週期內輸出的第一訊號141。

當有一物件30，例如手指或筆尖在工作區20的點P時，第一、二雷射掃描單元11、12依序分別掃描工作區20的雷射光，會被物件30阻擋而無法射到導光單元13，使導光單元13變暗，其他沒有被阻擋的雷射光會射到導光單元13，使導光單元13變亮。光偵測單元14偵測導光單元13在第一、二雷射掃描單元11、12依序分別掃描一週期的偵測時間內的亮度變化，將分別得到如第3、4圖所示，在較強的第一訊號141中有一較弱的第二訊號142、143的訊號變化資訊。

如第1圖所示，物件30所在的點P與端點A、B形成一三角形△PAB，點P分別連接端點A、B形成線PA及線PB；兩端點A、B的連接線為AB；線PA及線PB分別與線AB之間構成角θ1及角θ2。

如第1、3、4圖所示，第二訊號142、143在掃描週期內出現的時間，分別對應於角θ1及角θ2。在三角形△PAB中若知道線AB的長度及角θ1、θ2，利用已知的數學三角計算公式即可獲得物件30在工作區20的座標資訊。

由於第一、二雷射掃描單元11、12掃描的速度及輪流掃描的變化速度比物件30的移動速度快很多，因此可使微處理器15依據光偵測單元14輸出的訊號變化資訊計算物件30在工作區20的座標資訊，然後依據座標資訊輸出一對應的輸入資訊。

本實施例的第一、二雷射掃描單元11、12，若分別為兩種不同雷射波長的雷射掃描單元，可同時對工作區20進行掃描。可配置兩個分別偵測兩種雷射波長的光偵測單元，以分別輸出對應的訊號變化資訊，而得到相同的結果。

如第5圖所示，本發明第二實施例的雷射掃描輸入裝置4，包括一第一雷射掃描單元11、一第一導光單元41、一第二導光單元42、一第三導光單元43、一第一光偵測單元44、一第二光偵測單元45、一第三光偵測單元46、微處理器47及光反射單元48所組成。第一雷射掃描單元11、第一光偵測單元44、第二光偵測單元45及第三光偵測單元46分別電氣連結微處理器47。

第一雷射掃描單元11的第一雷射發射點111設於工作區20的端點A上。第一邊21及第二邊22連接於端點A，第三、四邊23、24在端點A的對面。

第一雷射掃描單元11發射的雷射光由第一邊21方向掃描到第二邊22的方向掃描90度，由第四邊24與第一邊21的連接端點B依序掃描至第三邊23與第二邊22的連接端點D。

第一、二、三導光單元41、42、43及光反射單元48分別呈長條狀。第一、二導光單元41、42分別設於第一、二邊21、22上或其外側。第三導光單元43設於第三、四邊23、24上或其外側。光反射 單元48設於第三、四邊23、24上。

光反射單元48可結合第三導光單元43，如第6圖所示，使第一雷射掃描單元11發出的雷射光可同時射到第三導光單元43及光反射單元48。

如第5圖所示，本實施例只利用第一雷射掃描單元11就能偵測物件31在工作區20的座標資訊。

如第5圖所示，當沒有物件31、32在工作區20進行操作時，第一雷射掃描單元11掃描工作區20的雷射光，將分別射到第三導光單元43及光反射單元48，被光反射單元48反射至第一導光單元41或第二導光單元42，而使第一導光單元41及第二導光單元42在掃描週期內，分別交錯的維持一段時間亮的狀態及另一段時間暗的狀態，第三導光單元43在掃描週期內均維持亮的狀態。

第一、二、三光偵測單元44、45、46分別偵測到第一、二、三導光單元41、42、43在掃描週期內呈現亮或暗的狀態，將相對的在掃描週期內輸出較強的第一訊號或較弱的第二訊號。微處理器45將偵測到第一、二、三光偵測單元44、45、46在掃描週期內分別輸出的第一訊號或第二訊號。

當有一物件31在工作區20的P1點時，第一雷射掃描單元11掃描工作區20的雷射光，會被物件P1阻擋，例如阻擋雷射光L11，而使雷射光L11無法分別射到第三導光單元43及光反射單元48，使第一、二、三導光單元41、42、43在第一雷射掃描單元11掃描到物件31時均變暗。如第一實施利中的說明，依據第三導光單元43變暗的時間，可得到物件所在的P1點與端點A的連接線P1A與線AB之 間的角θ3。

有些射到光反射單元48的雷射光，例如雷射光L12、L13、L14被光反射單元48反射後會被物件31阻擋而無法分別射到第一導光單元41或第二導光單元42，而使第一導光單元41及第二導光單元42在亮的狀態中突然變暗。依據該等突然變暗的時間可分別得到雷射光L12、L13、L14與線AB之間的角度。

例如雷射光L12被光反射單元48反射後，受到物件31阻擋而不會射到第二導光單元42，使第二導光單元42在亮的時間內有一對應變暗的時間。依據第二導光單元42在亮的時間內變暗的時間，可得到的雷射光L12與線AB之間的角度θ4。如第5圖所示，可延長線AB至線AB’，其中線AB’的長度為線AB的2倍。使點P1及端點A及點B’構成一三角形△P1AB’，依據幾何學的關係可知線P1B’與線AB之間的角度為角θ4。

在三角形△P1AB’中知道AB’的長度及θ3、θ4就能計算得到點P1的座標。因此依據第二導光單元42突然變暗的資訊得到的角θ4，可選擇二倍第一邊21(線AB)的長度與度θ3，利用已知的數學三角計算公式即可獲得物件31在工作區20的座標資訊。上述美國專利US4,762,990中已揭露相關的計算方法。

同樣的，雷射光L14被光反射單元48反射後，受到物件31阻擋而不會射到第一導光單元41，使第一導光單元41在亮的狀態中突然變暗。依據第一導光單元41在亮的時間內變暗的時間，可得到的雷射光L14與線AB之間的角θ5，可延長線AD至線AD’，其中線AD’的長度是線AD的2倍。使點P1與端點A及點D’構成一三角形△ PIAD’，線P1A與線AD’之間的角θ6等於90度減角θ3。線P1D’與線AD’之間的角θ7等於90度減角θ5。在三角形△PIAD’中知道線AD’及角θ6、角θ7就能計算點P1的座標。所以選擇二倍第二邊22(線DD’)的長度與角θ3、角θ5，利用已知的數學三角計算公式即可獲得物件31在工作區20的座標資訊。

如第5圖所示，本實施例只利用第一雷射掃描單元11，就能偵測與第一雷射發射點111在同一直線上的物件31、32在工作區20的座標資訊。

當有兩物件31、32分別在工作區20的點P1、點P2時，若第三導光單元43只有一個變暗的時間，表示標的物31、32與第一雷射發射點111在同一直線上，因此可得到物件32與第一邊21(線AB)之間的角度。

同樣的，有些雷射光，例如雷射光L21、L22、L23被光反射單元48反射後會被物件32阻擋，而無法分別射到第一導光單元41或第二導光單元42，而使第一導光單元41及第二導光單元42在亮的狀態中突然變暗。如上述，依據突然變暗的時間可分別得到雷射光L21、L22、L23與第一邊21(線AB)之間的角度，進而利用已知的數學三角計算公式即可獲得物件P2在工作區20的座標資訊。因此本實施力能偵測與雷射發射點在同一直線上的兩個以上物件在工作區的座標資訊。

本實施例的第一導光單元41及第二導光單元42也可連接成一個導光單元，且使用至少一個相配合的光偵測單元；然後將偵測獲得的每一個被光反射單元反射之後，被物件阻擋而無法射到該導光 單元的雷射光與與第一邊之間的角度，配合偵測獲得的每一個物件與第一邊之間的角度及第一、二邊的長度分別計算座標值。在得到的多個座標值中若有兩個座標值相同時，就可確定一個物件在工作區的座標值。

本實施例也可在端點B設置一第二雷射掃描單元，同樣的可利第二雷射描單元掃描工作區時偵測單元偵測各個導光單元亮暗變化而輸出訊號變化資訊，進而使微處理器依據該訊號變化資訊計算物件在工作區的座標資訊，再依據座標資訊輸出一對應的輸出資訊。

本發明的光偵測單元可為各種光感測元件；雷射掃描單元可為包括微機電系統(Micro Electro Mechanical System,MEMS)或微馬達帶動的雷射掃描元件；導光單元可為導光條或任何可將雷射光導引至光感測元件的導光元件。

本發明利用光偵測單元接觸偵測導光單元，直接偵測導光單元的亮度，可獲得較佳的光偵測效果，且利用導光單元導引雷射光較能維持雷射光的強度，以利偵測。

本發明利用光反射單元結合導光單元，配合光偵測單元接觸偵測導光單元，直接偵測導光單元的亮度，可以方便同時測定多個物件的位置資訊，方便進行多點觸控。

以上所記載者，僅為利用本發明技術內容之實施例，任何熟悉本項技藝者運用本發明所為之修飾、變化，皆屬本創作所主張之專利範圍。

1‧‧‧雷射掃描輸入裝置

11‧‧‧第一雷射掃描單元

111‧‧‧第一雷射發射點

12‧‧‧第二雷射掃描單元

121‧‧‧第二雷射發射點

13‧‧‧導光單元

131‧‧‧端部

14‧‧‧光偵測單元

141‧‧‧第一訊號

142‧‧‧第二訊號

15、45‧‧‧微處理器

20‧‧‧工作區

21‧‧‧第一邊

22‧‧‧第二邊

23‧‧‧第三邊

24‧‧‧第四邊

30‧‧‧物件

A、B、C、D‧‧‧端點

P‧‧‧點

θ1、θ2‧‧‧角度

Claims (10)

1. 一種雷射掃描輸入裝置，包括：一第一雷射掃描單元，具有一第一雷射發射點；一第二雷射掃描單元，具有一第二雷射發射點；一導光單元；一光偵測單元；一微處理器；其中該第一雷射掃描單元及該第二雷射掃描單元及該光偵測單元分別電氣連結微處理器；該第一雷射發射點及該第二雷射發射點分別位於一工作區的一第一邊的兩端點上，以分別發出雷射光，對該工作區的全部區域進行掃描，並在不被一物件阻擋時射到該導光單元，被該導光單元導引至該光偵測單元；該光偵測單元偵測該導光單元在該第一雷射掃描單元及該第二雷射掃描單元的掃描週期內呈現亮或暗的狀態，相對的在該掃描週期內輸出較強的第一訊號或較弱的第二訊號構成的訊號變化資訊；該微處理器偵測該光偵測單元在該掃描週期內輸出的訊號變化資訊，依據該訊號變化資訊計算一物件在該工作區的座標資訊，然後依據該座標資訊輸出一對應的輸入資訊。
2. 如申請專利範圍第1項所述的雷射掃描輸入裝置，其中該第一雷射掃描單元及該第二雷射掃描單元依序輪流對工作區進行掃描；該第一雷射掃描單元及該第二雷射掃描單元的掃描速度及該輪流掃描的變化速度比該物件的移動速度快。
3. 如申請專利範圍第1項所述的雷射掃描輸入裝置，其中該第一雷射掃描單元及該第二雷射掃描單元分別為兩種不同雷射波長的雷射掃描單元；該兩種不同雷射波長的雷射掃描單元同時對該工作區進行掃描；進一步包括另一光偵測單元，利用該光偵測單元及該另一光偵測單元分別偵測該兩種不同雷射波長的雷射掃描單元，以分別輸出對應的訊號變化資訊。
4. 如申請專利範圍1至3項中任一項所述的雷射掃描輸入裝置，其中該光偵測單元接觸該導光單元的一端部。
5. 一種雷射掃描輸入裝置，包括：一第一雷射掃描單元，具有一第一雷射發射點；一第一導光單元；一第二導光單元；一第三導光單元；一第一光偵測單元；一第二光偵測單元；一第三光偵測單元；一光反射單元；一微處理器；其中該第一雷射掃描單元、該第一光偵測單元、該第二光偵測單元及該第三光偵測單元分別電氣連結微處理器；該第一雷射發射點位於一工作區的一邊的一端點上，以發出雷射光，對該工作區的全部區域進行掃描，並在不被一物件阻擋時射到該光反射單元及該第三導光單元；射到該光反射單元的雷射光在不被該物件阻擋時射到該第一導光單元或該第二導光單元其中之一；該第一、二及三導光單元分別將該雷射光導引至該第一、二及三光偵測單 元；該第一、二及三光偵測單元分別偵測該第一、二及三導光單元在該第一雷射掃描單元的掃描週期內呈現亮或暗的狀態，分別相對的在該掃描週期內輸出較強的第一訊號或較弱的第二訊號構成的訊號變化資訊；該微處理器偵測該第一、二及三光偵測單元分別在該掃描週期內輸出的訊號變化資訊，依據該第一、二及三光偵測單元分別輸出的訊號變化資訊計算一物件在該工作區的座標資訊，然後依據該座標資訊輸出一對應的輸入資訊。
6. 如申請專利範圍第5項所述的雷射掃描輸入裝置，其中該工作區為矩形，設有四個端點及第一、二、三及四邊；該第一、二、三及四邊依序相連接；該第一、二及三導光單元及該光反射單元分別呈長條狀；該第一及二導光單元分別設於該第一及二邊上或第一及二邊的外側其中之一；該第三導光單元設於該第三及四邊上或該第三及四邊的外側其中之一；該光反射單元設於該第三及四邊上；該第一雷射發射點位於該第一邊的一端點上。
7. 如申請專利範圍第6項所述的雷射掃描輸入裝置，其中該第一導光單元及該第二導光單元連接成一個導光單元，且選擇該第一光偵測單元及該第二光偵測單元中的至少一個偵測該導光單元。
8. 如申請專利範圍第6項所述的雷射掃描輸入裝置，其中該第一光偵測單元及該第二光偵測單元中至少一個接觸該第一導光單元及該第二導光單元連接成一個導光單元的一端部。
9. 如申請專利範圍第5至8項中任一項所述的雷射掃描輸入裝置，其中該光反射單元結合該第三導光單元。
10. 如申請專利範圍第9項所述的雷射掃描輸入裝置，進一步包括一第二雷射掃描單元；該第二雷射掃描單元具有一第二雷射發射點；該第二雷射發射點位於該第一邊的另一端點上，以發出雷射光 ，對該工作區的全部區域進行掃描，並在不被一物件阻擋時射到該光反射單元及該第三導光單元。