TWI490751B - 光學式觸控裝置 - Google Patents

Description

光學式觸控裝置

本發明係與光學觸控有關，並且特別地，本發明是關於一種可有效接收顯示單元中各種方向之光訊號，並減少影像成像誤差之光學式觸控裝置。

近年來，隨著觸控影像顯示技術不斷地發展，各種觸控技術之產品已逐步取代傳統之鍵盤及滑鼠的輸入功能，致使電子產品無需設置鍵盤或攜帶其他輸入配件，可提升電子產品使用的方便性及機動性。此外，由於電子產品上無需保留按鍵設置的區域位置，因此，電子產品的顯示螢幕可選擇較大的面板，讓使用者得以在較大的顯示螢幕上獲得更好的視覺享受及輸入資料的準確性。

請參照圖一，圖一係繪示傳統的光學式觸控裝置2之示意圖。如圖一所示，傳統的光學式觸控裝置2包含顯示單元20及光感測模組28，其中光感測模組28包含光路單元22及光感測單元24。需要注意的是，傳統的光路單元22係為一立體球面的光學透鏡，其球狀透鏡之一面為平面需固定於顯示單元20之一側。

由於傳統的球狀透鏡為單一曲率之透鏡，當該球狀透鏡裝設於顯示單元20時，往往使得傳統的光學式觸控裝置2體積需增大，而增加成本與破壞空間設計的美感。

再者，若光感測模組28其成像狀態如圖二A所示，圖二A係繪示圖一中傳統的光感測模組28之放大圖。值得注意的是，由y-z軸方向可發現成像於光感測單元24之成像區域A_s僅佔光路單元22最大面積之部分，如圖二B所示，所以裝設時需注意光感測模組28中之光感測單元24是否已準確設置於預先設定之位置。換言之，光感測模組28的選定位置必須與感測區域、背景在設定範圍內完整匹配，才能達到感測及擷取有效影像之功能，所以選擇適當的光感測模組28相當重要。

若光感測模組28已設置於顯示單元20之一側時，亦可能因為人員組裝或搬運震動等因素，造成光感測模組28之光感測單元24移開原來設置之位置，導致光感測模組28無法感測到可供有效判讀之影像訊號，即如圖二C所示。

因此，本發明提出一種光學式觸控裝置，以解決上述問題。

因此，本發明之一範疇在於提供一種藉由光學透鏡之適當設計使得光感測模組能夠有效接收光訊號，並且確保光訊號能被光感測模組準確辨識，以降低影像誤差。

根據本發明之一具體實施例為一種光學式觸控裝置，該光學式觸控裝置包含至少一光路單元、至少一感測單元、一顯示單元及一處理模組。該至少一光路單元設置於該顯示單元的一第一側，該至少一光路單元係用以接收至 少一方向的入射光，該至少一方向的入射光於該至少一光路單元內完成至少一次折射，以聚焦成一影像於一成像區域內。其中，該至少一光路單元係藉由一透鏡的設計，以接收該顯示單元中之該入射光。再者，該透鏡之一第一面為一凸出曲面，該凸出曲面包含至少一曲度，而相對於該第一面之一第二面係用以貼合至該顯示單元之該第一側。

於此實施例中，該至少一光感測單元設置於該至少一光路單元之一相對位置，該至少一光感測單元係用以根據該成像區域之該影像產生一感測結果，其中該至少一光路單元與光感測單元可組合成一光感測模組。該處理模組係耦接至該至少一光感測單元，並係用以根據該感測結果判定至少一物體於該顯示單元上所形成之至少一觸控點位置。

綜上所述，本發明提供之光學式觸控裝置藉由光路單元的適當設計，使得光感測模組能夠有效地接收光訊號，以改善傳統上需要將感測模組準確對準的繁雜設置工序。此外，由於本發明將成像區域有效加大，亦可防止系統處理影像時產生誤差，而導致觸控裝置產生誤判之情況。再者，本發明除可縮小透鏡所佔的空間外，亦可提升組裝時光感測模組可接受的誤差，進而達到降低光學透鏡的成本以及提升影像擷取之靈敏度與穩定度之功效。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

根據本發明之一具體實施例為一種光學式觸控裝置。於此實施例中，該光學式觸控裝置可應用於液晶顯示器或其他顯示裝置，使其具備影像顯示及觸控輸入之功能。請參照圖三，圖三係繪示根據本發明之一具體實施例之光學式觸控裝置4的示意圖。

如圖三所示，光學式觸控裝置4包含顯示單元40、至少一光路單元42、至少一光感測單元44及處理模組46。其中，顯示單元40提供使用者透過手指或其他物體碰觸表面來執行輸入功能，但不以此為限。

於此實施例中，至少一光路單元42係設置於光學式觸控裝置4之顯示單元40的第一側，至少一光路單元42係用以接收入射光。值得注意的是，其接收之入射光於至少一光路單元42內完成至少一次折射，以聚焦成一影像於成像區域。

至少一光感測單元44設置於至少一光路單元42之相對位置，至少一光感測單元44係用以根據成像區域之影像產生一感測結果，於實際應用中，至少一光路單元42與光感測單元44可組合成光感測模組48，且可根據使用者之實際需求在顯示單元40側邊設置複數個光感測模組48，以提高光學式觸控裝置4之準確度及穩定度。

需要注意的是，光感測模組48可以是各種型式的光電感測器(例如電荷耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)感測器、互補式金氧半(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)感測器等)、光壓感測器、光熱感測器、光聲感測器及 光磁感測器等光感測元件，再搭配本發明之光路單元42即可有效接收之功效，並改善傳統球狀透鏡之缺點。

處理模組46係耦接至至少一光感測單元44，並係用以根據該感測結果判定至少一物體於該顯示單元40上所形成之至少一觸控點位置。實際上，由於處理模組46係根據觸控點移動前與移動後之差異和已知的參考區域49比較，以得到移動後的觸控點座標位置，故可免除繁瑣的計算，以減少時間浪費並提升光學式觸控裝置4的反應速度。

請參照圖四，圖四係繪示圖三中光感測模組48之放大圖。如圖四所示，光路單元42係藉由透鏡的適當設計，以接收顯示單元40的入射光。於此實施例中，光路單元42之透鏡的第一面420為一凸出曲面，並且凸出曲面包含至少一曲度。至於相對於第一面420之第二面422係用以貼合至顯示單元40之第一側。於實際應用中，顯示單元40之第一側除了顯示面以外均涵蓋在第一側的範圍中，所以光路單元42設置之位置並不以圖四所繪為限。此外，該透鏡亦包含第三面424及第四面426，且第三面424係對稱於第四面426。

值得注意的是，由於該透鏡之凸出曲面可依使用者實際需求設計出不同的曲度，當至少一方向的入射光射入光路單元42時，光路單元42即可藉由不同曲度之凸出曲面的設計產生不同角度的折射，進而達到控制入射光輸出及成像區域的效果。

請參照圖五A，圖五A係繪示入射光透過光路單元42 成像的三種視圖。如圖五A所示，本發明之光路單元42的成像範圍為矩形且可更有效擷取顯示單元40上的影像，故與先前技術有所差異。當至少一方向的入射光投射至光路單元42中完成至少一次折射後，該至少一方向的入射光將於成像區域A_s形成影像，且影像可順利輸出至光感測單元44。再者，可由y-z軸視圖清楚看出本發明與傳統透鏡的成像差異，如圖五B所示，即使光感測單元44於設置時產生些許的誤差，藉由本發明所提出之光路設計，使得光感測單元44仍可落在成像區域A_s內，如此即可提供用於判讀之影像訊號，進而改善先前技術之缺點。

除此之外，由於本發明係以光路單元42控制入射光的折射，因此亦可採用兩個或兩個以上的光路單元42來達到相同的功效。請一併參照圖六A及圖六B，圖六A係繪示光路單元42包含兩個透鏡之組合的示意圖，而圖六B係繪示圖六A中入射光透過光路單元42成像的三種視圖。如圖六A及圖六B所示，藉由兩個相同的透鏡結構以不同的方向組合成光路單元42，或者由兩個相異結構之透鏡組合而成光路單元42。當光路單元42接收到入射光後可由第一透鏡先行聚焦，再由第二透鏡折射該入射光，而使得光感測單元44能落於成像區域A_s。因此，本發明之光感測模組48可有效改善光感測單元44組裝時的誤差值，以提升組裝效率並提升光感測單元44有效判讀影像訊號之範圍。

請一併參照圖七A及圖七B，圖七A係繪示光路單元42的第一面420具有兩種曲度之示意圖，而圖七B係 繪示圖七A中入射光透過光路單元成像的三種視圖。如圖七A及圖七B所示，光路單元42的第一面420包含一小曲率弧形曲面及一大曲率弧形曲面。由於光路單元42之此一設計可使入射光投射至不同的曲率面時產生所需之折射角度，使得光感測單元44仍能位於順利設置於成像區域A_s內，以並提供有效判讀之影像訊號，從而提高組裝時之誤差容忍範圍。此外，本發明採用此一設計亦可減少光學透鏡使用的數量，以達到縮小光學式觸控裝置4的體積以及減少成本之功效。

請再參照圖三，當至少一物體P於顯示單元40上阻擋住至少一方向的入射光時，將會導致該影像產生變化，至少一光感測單元44根據該影像之變化情形產生感測結果。於實際應用中，物體P可以是手指、觸控筆或者其他可以遮住入射光之物體，但不以此為限。

值得注意的是，感測結果可以和至少一物體P與參考區域49之間的比對結果有關。於此實施例中，參考區域49係設置於顯示單元40上相對於第一側之一第二側。其中，參考區域49包含至少一參考樣式，至少一參考樣式係以明暗交錯之方式呈現，用以與至少一物體P進行比對以產生比對結果。實際上，比對結果係與至少一物體P阻擋住至少一方向的入射光所形成之遮蔽區域涵蓋參考區域49之比例大小有關。

相較於先前技術，本發明提供之光學式觸控裝置係藉由光路單元的適當設計，使得光感測模組可有效接收顯示 單元中各種角度的光訊號，以改善先前技術中感測模組必須非常準確對準的繁雜設置工序。並且本發明將成像區域有效加大，亦可防止系統處理影像時產生誤差，而導致裝置產生誤動作之情況。再者，本發明除可縮小透鏡所佔的空間，更可提升組裝時光感測模組可接受的誤差，進而達到降低光學透鏡的成本以及提升影像擷取之靈敏度與穩定度。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

2、4‧‧‧光學式觸控裝置

20、40‧‧‧顯示單元

22、42‧‧‧光路單元

420‧‧‧第一面

422‧‧‧第二面

424‧‧‧第三面

426‧‧‧第四面

24、44‧‧‧光感測單元

46‧‧‧處理模組

28、48‧‧‧光感測模組

49‧‧‧參考區域

P‧‧‧物體

A_s‧‧‧成像區域

圖一係繪示傳統的光學式觸控裝置之示意圖。

圖二A係繪示圖一中傳統的光感測模組之放大圖。

圖二B係繪示圖二A中y-z方向可能的影像示意圖。

圖二C係繪示影像在y-z方向之可能情況的示意圖。

圖三係繪示根據本發明之一具體實施例之光學式觸控裝置的示意圖。

圖四係繪示圖三中光感測模組之放大圖。

圖五A係繪示入射光透過光路單元成像的三種視圖。

圖五B係繪示圖五A中y-z方向可能的成像示意圖。

圖六A係繪示光路單元包含兩個透鏡之組合的示意圖。

圖六B係繪示圖六A中入射光透過光路單元成像的三種視圖。

圖七A係繪示光路單元的第一面具有兩種曲度之示意圖。

圖七B係繪示圖七A中入射光透過光路單元成像的 三種視圖。

42‧‧‧光路單元

420‧‧‧第一面

422‧‧‧第二面

424‧‧‧第三面

426‧‧‧第四面

44‧‧‧光感測單元

48‧‧‧光感測模組

Claims (12)

1. 一種光學式觸控裝置，包含：至少一光路單元，設置於該光學式觸控裝置之一顯示單元之一第一側，用以接收至少一方向的入射光，該至少一方向的入射光於該至少一光路單元內完成至少一次折射以聚焦成一影像於一成像區域；以及至少一光感測單元，設置於該至少一光路單元之一相對位置，該至少一光感測單元用以根據該成像區域之該影像產生一感測結果；該成像區域係大於該至少一光感測單元，即使該至少一光感測單元之位置改變，該至少一光感測單元不需準確地對齊仍可位於該成像區域內，該至少一光路單元係由複數個透鏡構成，該複數個透鏡具有相同結構且以不同方向組合而成或該複數個透鏡具有不同結構，該光路單元的一第一面包含具有不同曲率的一小曲率弧形曲面及一大曲率弧形曲面，致使該至少一方向的入射光投射至該小曲率弧形曲面與該大曲率弧形曲面時會產生聚焦成該影像於該成像區域內所需之折射角度，使得該至少一光感測單元仍能位於該成像區域內去感測該影像。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控裝置，其中該至少一光路單元係藉由該複數個透鏡的設計，用以接收該顯示單元中的該入射光。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光學式觸控裝置，其中該複數個透鏡中之一透鏡之一第一面為一凸出曲面，該凸出曲面 包含至少一曲度。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光學式觸控裝置，其中該透鏡之該第二面係用以貼合至該顯示單元之該第一側。
5. 如申請專利範圍第3項所述之光學式觸控裝置，其中該透鏡進一步包含一第三面及一第四面，且該第三面對稱於該第四面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控裝置，其中當該至少一方向的入射光於該至少一光路單元中完成該至少一次折射後，該至少一方向的入射光將於該成像區域內形成該影像，且該影像可輸出至該至少一光感測單元。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控裝置，其中該至少一光路單元與該光感測單元可組合成一光感測模組。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控裝置，進一步包含一處理模組，該處理模組係耦接至該至少一光感測單元，並係用以根據該感測結果判定至少一物體於該顯示單元上所形成之至少一觸控點位置。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控裝置，其中該感測結果係和至少一物體與一參考區域之間的一比對結果有關，該參考區域係設置於該顯示單元上相對於該第一側之一第二側。
10. 如申請專利範圍第9項所述之光學式觸控裝置，其中當該至少一物體於該顯示單元上阻擋住該至少一方向的入射光 時，將會導致該影像產生變化，該至少一光感測單元根據該影像之變化情形產生該感測結果。
11. 如申請專利範圍第10項所述之光學式觸控裝置，其中該參考區域包含至少一參考樣式，該至少一參考樣式係以明暗交錯之方式呈現，用以與該至少一物體進行比對以產生該比對結果。
12. 如申請專利範圍第10項所述之光學式觸控裝置，其中該比對結果係與該至少一物體阻擋住該至少一方向的入射光所形成之一遮蔽區域涵蓋該參考區域之比例大小有關。