TWI525504B - Light guide plate light vibration touch device - Google Patents

Description

導光板光振動觸控裝置

本發明係有關觸控裝置，尤其是有關偵測載有信號的光線在導光板內傳播時被碰觸的位置，產生相對的控制信號的觸控裝置。

有許多結合導光板的觸控裝置，例如美國專利US7432893揭示一種基於受抑制內全反射(Frustrated Total Internal Reflection，FTIR)的輸入裝置，係將至少兩個在不同位置的光源發出的光線導入導光板中，並使該光線在導光板中以完全內部反射進行傳播，其中每個光源所發出的光線都均勻地分佈在整個導光板內，且在導光板的周緣設置光線感測器陣列以偵測由光源產生之光線。當一物件接觸導光板的表面時會破壞光線在導光板內傳播的全反射，使通過該接觸區域的光線衰減(Attenuated)；利用一處理器根據光線感測器陣列所偵測到在不同位置的至少兩個光源發出的光線的衰減信號，以三角測量法(Triangulation)決定該物件的位置。

美國公開專利US2011074735及對應的台灣公開專利201005606，美國公開專利US20130044073及對應的台灣公開專利201203052，美國公開專利US20120162144、US201220268403及US20130021300等分別是利用導光板的觸控技術。

上述利用導光板的觸控技術，均需將在不同位置的至少兩個光源 發出的光線分別導入導光板內進行全反射傳播，並利用處理器根據至少兩個光線感測器陣列所偵測到至少兩個光源發出的光線的衰減信號，以決定物件碰觸導光板的位置，而產生一對應的觸控信號。但若光線非以特定的角度射入導光板內部，就無法在導光板內部進行內全反射。精細調整光線入射角度的工作甚為困難且需要配合的導光元件而增加觸控裝置的厚度或面積。另外，若碰觸點的面積十分狹小時，比如牙籤的尖端，將無法破壞光線在導光板內傳播的內全反射，而無法獲得相對的處控信號。

為了進一步改良習知的導光板觸控裝置，而提出本發明。

本發明的主要目的，在提供一種導光板光振動觸控裝置，利用導光板被碰觸時產生的振動，使對應碰觸點的光線載有新增的低頻振動信號；使微處理器比對光信號處理單元與振動偵測單元分別輸出的振動訊號值，若光信號處理單元輸出的振動訊號值與振動偵測單元輸出的振動訊號值相等或接近相等，則確認光信號處理單元輸出的振動訊號值對應一碰觸信號；藉由微處理器在一週期內偵測光信號處理單元依序輸出的信號值，然後依據對應一碰觸信號的至少兩個振動訊號值分別在該週期內出現的時間點，獲該碰觸點的位置資訊，進而輸出一對應的觸控信號；光信號射出單元射出的光線不必以特定的角度射入導光板內部，進行內全反射，因此不需困難的調整光線的入射角度。

本發明的另一目的，在提供一種導光板光振動觸控裝置，碰觸導光板的面積十分狹小時，產生的振動仍會影響光信號的穩定性，進而獲得該碰觸點的位置資訊，不需破壞光線在導光板內部進行 的內全反射，可提升觸控裝置的實用功能。

本發明的導光板光振動觸控裝置，包括：一導光板；一微處理器；至少一個光信號射出單元，電氣連接該微處理器；至少一個感光單元，用以感測該光信號射出單元射入該導光板內部的光線；一光信號處理單元，分別電氣連接該微處理器及該感光單元，用以偵測該感光單元輸出的信號，然後處理該信號獲得信號值，然後將該信號值傳輸至該微處理器；一振動偵測單元，電氣連接該微處理器，用以偵測該導光板被碰觸時產生的振動，然後將該振動訊號值傳輸至該微處理器；其中該光信號射出的光線是載有信號的光線；利用該導光板被碰觸時產生的振動，使對應碰觸點的光線載有新增的低頻振動信號，而使該光信號處理單元獲得對應的振動信號值，同時該振動偵測單元偵測該導光板被碰觸時產生的振動，然後輸出一振動訊號值；接著使該微處理器比對該光信號處理單元與該振動偵測單元分別輸出的振動訊號值，若該光信號處理單元輸出的振動訊號值與該振動偵測單元輸出的振動訊號值相等或接近相等，則確認該光信號處理單元輸出的振動訊號值對應一碰觸信號；藉由該藉由該微處理器在一週期內偵測該光信號處理單元依序輸出的信號值，然後依據對應一碰觸信號的至少兩個振動訊號值分別在該週期 內出現的時間點，獲該碰觸點的位置資訊，進而輸出一對應的觸控信號。

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、2、3‧‧‧導光板光振動觸控裝置

10‧‧‧導光板

101、102、103、104‧‧‧邊

11‧‧‧上端面

12‧‧‧下端面

13‧‧‧側端面

14‧‧‧回射器

S、L1、L2‧‧‧線

θ 1、θ 2‧‧‧角度

15‧‧‧反射膜

20‧‧‧感光單元

21‧‧‧沒有振動的振動信號

22‧‧‧有振動的振動信號

30、300‧‧‧光信號射出單元

31、32‧‧‧光線

40‧‧‧微處理器

51‧‧‧光信號處理單元

52‧‧‧振動偵測單元

60‧‧‧操作區

70‧‧‧物件

P‧‧‧碰觸點

第1圖為物件接觸本發明第一實施例導光板光振動觸控裝置的俯視示意圖。

第2圖為光線在本發明第一實施例導光板光振動觸控裝置內傳播的示意圖。

第3圖一週期內的振動信號的示意圖。

第4圖為光線在本發明第二實施例導光板光振動觸控裝置內傳播的示意圖。

第5圖為物件接觸本發明第三實施例導光板光振動觸控裝置的俯視示意圖。

第6圖為光線在本發明第三實施例導光板光振動觸控裝置內傳播的示意圖。

如第1、2圖所示，本發明第一實施例的導光板光振動觸控裝置1，包括一導光板10、多個感光單元20、至少二個光信號射出單元30、一個微處理器40、一個光信號處理單元51及一個振動偵測單元52所組成。

導光板10呈矩形，具有一上端面11、一下端面12及一側端面13。 導光板10側邊的周緣形成側端面13。導光板10是由可導光的材料製成的可彎曲或不可彎曲板體，例如壓克力板、樹脂板或玻璃板等。

感光單元20可為感光二極體(Photodiode)或任何感光元件。感光單元20接觸或鄰近導光板10的側端面13用以感測光信號射出單元30射入導光板20內部的光線31。

光信號射出單元30電氣連接微處理器40；光信號射出單元30置於導光板10的側端面13的外側；光信號射出單元30射出載有信號的光線31被導入導光板10內部形成一操作區60。操作區60的外側設有多個感光單元20及至少二個光信號射出單元30。光信號射出單元30可以是LED光信號射出單元或雷射光信號射出單元等。

光信號處理單元51分別電氣連接感光單元20及微處理器40。當物件70在操作區60內進行觸控作業，碰觸導光板10的上端面11的一碰觸點時，導光板10會受到振動，使通過碰觸點或其正下方的光線載有新增的低頻振動信號；光信號處理單元51偵測感光單元20輸出的信號，然後處理該信號獲得一振動信號，然後將該振動信號值傳輸至微處理器40。

振動偵測單元52電氣連接微處理器40。振動偵測單元52偵測導光板10被碰觸時產生的振動，然後將該振動訊號值傳輸至微處理器40。

若沒有物件70在碰觸導光板10的上端面11時，光信號處理單元51將獲得沒有振動信號的信號值21，如第3圖所示，然後將沒有振動信號的信號值傳輸至微處理器40；若有物件70在操作區60內進 行觸控作業，而碰觸導光板10的上端面11的一碰觸點P時，導光板10會受到振動，而使對應碰觸點P的光線31、32，即通過碰觸點P或其正下方的兩光線31、32載有新增的低頻振動信號，而使光信號處理單元51獲得對應的振動信號值22，如第3圖所示，然後將振動訊號值傳輸至微處理器40。同時，振動偵測單元52偵測導光板10被碰觸時產生的振動，然後將該振動訊號值傳輸至微處理器40。

接著使微處理器40比對光信號處理單元51與振動偵測單元52分別輸出的振動訊號值，若光信號處理單元51輸出的振動訊號值與振動偵測單元52輸出的振動訊號值相等或接近相等，則確認光信號處理單元51輸出的振動訊號值對應一碰觸信號。

藉由微處理器40在一週期內偵測光信號處理單元51依序輸出的信號值，然後依據對應一碰觸信號的至少兩個振動訊號值分別在該週期內出現的時間點，獲該碰觸點P的位置資訊，進而輸出一對應的觸控信號。

如第1、3圖所示，兩光信號射出單元30依序發射通過碰觸點P的兩光線31、32，將被在對應兩光線31、32(線L1、線L2)的路徑上的兩感光單元20偵測，而輸出新增的低頻振動信號，進而使光信號處理單元51獲得兩個振動信號值22。如上述，藉由微處理器40確認光信號處理單元51輸出的振動訊號值對應一碰觸信號時，依據兩個振動信號值22分別在一週期內出現的時間點，可得到兩個輸出新增的低頻振動信號的感光單元20的位置，進而可得到兩光信號射出單元30之間的連接線S分別與線L1、線L2的之間角度θ 1、θ 2。

如第1圖所示，藉由連接線S的長度及角度θ 1、θ 2，利用已知的三角公式可計算碰觸點P的座標。

如第4圖所示，本發明第二實施例的導光板光振動觸控裝置2，包括一導光板10、多個感光單元20、至少二個光信號射出單元30、一個微處理器40、一個光信號處理單元51及一個振動偵測單元52所組成。

本發明第二實施例除了多個感光單元20及至少二個光信號射出單元30被置於導光板10的下端面12的下方，與第一實施例不同外；其他藉由微處理器40在一週期內偵測光信號處理單元51依序輸出的信號值，然後依據對應一碰觸信號的至少兩個振動訊號值分別在該週期內出現的時間點，獲該碰觸點P的位置資訊，進而輸出一對應的觸控信號的操作方式、作用及計算方式與第一實施例中的說明相同，不再贅述。

如第5、6圖所示，本發明第三實施例的導光板光振動觸控裝置3，包括一導光板10、至少一個感光單元20、一個光信號射出單元300、一微個處理器40、一個光信號處理單元51、一個振動偵測單元52至少一個回射器(Retro reflector)14所組成。導光板10具有四個邊101、102、103、104。

本實施例除了光信號射出單元300設於導光板10的一角隅100，可發出光線掃描整個操作區60，兩個感光單元20分別靠近光信號射出單元300，且接觸或鄰近導光板10的下端面12或側端面13中至少一，及兩個長條狀的回射器14的一端鄰近感光單元20，且接觸導光板10對應於兩個邊101、104的側端面13之外，其他感光單元 20、光信號射出單元300、微處理器40和光信號處理單元51、振動偵測單元52之間的連接關係及作用，與第一實施例中的說明相同，不再贅述。

本實施例的光信號射出單元300可包括翻轉面鏡或包括微機電系統(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)、以及微光機電系統(Micro-Opto-Electro-Mechanical System，MEMS)等機構，使光線掃描操作區。

本實施例，也可使導光板10沒有接觸回射器14的邊102、103的側端面13分別黏貼兩條反射膜15，以增強光線碰到側端面13時的反射效果。

本實施例也可僅使用一條回射器14，接觸導光板10對應於兩個邊101、104中之一邊的側端面13、或僅使一條回射器14設於與感光單元20相對的位置，例如設於接觸導光板10對應於邊102或邊103的側端面13的位置；也可使導光板10沒有接觸回射器14的其他邊的側端面13分別黏貼三條反射膜15，以增強光線碰到側端面13時的反射效果。

本實施例，依序被光信號射出單元300掃描射出載有信號的光線31、32、33，將分別由導光板10的側端面13被導入導光板10的內部，且掃描整個操作區60。當光線碰到位於兩個邊102、103的側端面13時，將有部分光線被側端面13反射回導光板10內部；而分別射到回射器14的光線31、32、33將經由原來的路徑而回射到光信號射出單元300，由於光線傳播時具擴散性質，所以回射到光信號射出單元300的光線31、32、33也會射到靠近光信號射出單 元300的感光單元20。

如上述第一實施例中所述，若沒有物件70碰觸導光板10的上端面11時，光信號處理單元51將獲得沒有振動信號的信號值；若有物件70在操作區60內進行觸控作業，而碰觸導光板10的上端面11的一碰觸點時，導光板10會受到振動，而使對應碰觸點的光線31、32、33載有新增的低頻振動信號，而使光信號處理單元51獲得對應的振動信號值。

同樣，藉由微處理器40在一週期內偵測光信號處理單元51依序輸出的信號值，然後依據對應一碰觸信號的至少兩個振動訊號值分別在該週期內出現的時間點，獲該碰觸點的位置資訊，進而輸出一對應的觸控信號。

本實施例，可參考申請人申請的台灣公開專利第201342161號“雷射掃描輸入裝置”中揭示的座標計算技術，藉由微處理器40在一週期內偵測光信號處理單元51依序輸出的振動信號值，然後依據至少兩個振動信號值分別在該週期內出現的時間點，獲得該碰觸點的位置資訊，進而輸出一對應的觸控信號。

本發明也可先試驗然後記錄物件碰觸導光板的上端面的碰觸點的位置與光信號處理單元在一週期內輸出的振動信號值的至少兩個時間點的相關資訊，然後使微處理器根據該相關資訊及依據光信號處理單元在一週期內輸出的振動信號值的至少兩個時間點，獲得物件碰觸導光板的上端面的碰觸點的位置資訊。

本發明的特徵在於利用導光板被碰觸時，使對應碰觸點的光線載有新增的低頻振動信號，使對應該碰觸點的光線的路徑上的感光 單元輸出振動信號，進而使光信號處理單元獲得振動信號值；接著使微處理器比對光信號處理單元與振動偵測單元分別輸出的振動訊號值，若光信號處理單元輸出的振動訊號值與振動偵測單元輸出的振動訊號值相等或接近相等，則確認光信號處理單元輸出的振動訊號值對應一碰觸信號；再藉由微處理器在一週期內偵測光信號處理單元依序輸出的信號值，然後依據對應一碰觸信號的至少兩個振動訊號值分別在該週期內出現的時間點，獲該碰觸點的位置資訊，進而輸出一對應的觸控信號。

本發明光信號射出單元射出的光線不必以特定的角度射入導光板內部，進行內全反射，因此不需困難的調整光線的入射角度。另外，即使碰觸點的面積十分狹小，比如牙籤的尖端碰觸導光板，導光板被碰觸時產生的振動仍會影響光信號的穩定性，進而獲得該碰觸點的位置資訊，不需破壞光線在導光板內部進行的內全反射，可提升觸控裝置的實用功能。

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‧‧‧導光板光振動觸控裝置

10‧‧‧導光板

11‧‧‧上端面

13‧‧‧側端面

20‧‧‧感光單元

30‧‧‧光信號射出單元

31、32‧‧‧光線

40‧‧‧微處理器

51‧‧‧光信號處理單元

60‧‧‧操作區

70‧‧‧物件

S、L1、L2‧‧‧線

θ 1、θ 2‧‧‧角度

P‧‧‧碰觸點

Claims (9)

1. 一種導光板光振動觸控裝置，包括：一導光板；一微處理器；至少一個光信號射出單元，電氣連接該微處理器；至少一個感光單元，用以感測該光信號射出單元射入該導光板內部的光線；一光信號處理單元，分別電氣連接該微處理器及該感光單元，用以偵測該感光單元輸出的信號，然後處理該信號獲得信號值，然後將該信號值傳輸至該微處理器；一振動偵測單元，電氣連接該微處理器，用以偵測該導光板被碰觸時產生的振動，然後將該振動訊號值傳輸至該微處理器；其中該光信號射出的光線是載有信號的光線；利用該導光板被碰觸時產生的振動，使對應碰觸點的光線載有新增的低頻振動信號，而使該光信號處理單元獲得對應的振動信號值，同時該振動偵測單元偵測該導光板被碰觸時產生的振動，然後輸出一振動訊號值；接著使該微處理器比對該光信號處理單元與該振動偵測單元分別輸出的振動訊號值，若該光信號處理單元輸出的振動訊號值與該振動偵測單元輸出的振動訊號值相等或接近相等，則確認該光信號處理單元輸出的振動訊號值對應一碰觸信號；藉由該藉由該微處理器在一週期內偵測該光信號處理單元依序輸出的信號值，然後依據對應一碰觸信號的至少兩個振動訊號值分別在該週期 內出現的時間點，獲該碰觸點的位置資訊，進而輸出一對應的觸控信號。
2. 如申請專利範圍第1項所述的導光板光振動觸控裝置，其中該導光板具有一上端面、一下端面及一側端面；該導光板的周緣形成該側端面；該光信號射出單元接觸或鄰近該導光板的側端面或下端面其中之一；該光信號射出單元射的光線被導入該導光板內部形成一操作區；該感光單元接觸或鄰近該導光板的側端面或下端面其中之一。
3. 如申請專利範圍第2項所述的導光板光振動觸控裝置，其中該操作區的外側設有多個該感光單元及至少二個該光信號射出單元。
4. 如申請專利範圍第2項所述的導光板光振動觸控裝置，其中該導光板呈矩形具有四個邊；該光信號射出單元被置於該導光板的一角隅的外側；該感光單元靠近該光信號射出單元；該導光板的兩個邊的側端面分別接觸兩條回射器；該兩條回射器的一端分別鄰近該感光單元。
5. 如申請專利範圍第4項所述的導光板光振動觸控裝置，其中該導光板中沒有接觸該兩條回射器的其他兩個邊的側端面分別黏貼兩條反射膜，以增強該光線碰到該其他兩個邊的側端面時的反射效果。
6. 如申請專利範圍第2項所述的導光板光振動觸控裝置，其中該導光板呈矩形具有四個邊；該光信號射出單元被置於該導光板的一角隅的外側；該感光單元靠近該光信號射出單元；該導光板的一個邊的側端面接觸一條回射器。
7. 如申請專利範圍第6項所述的導光板光振動觸控裝置，其中該導光板中沒有接觸該回射器的其他三個邊的側端面分別黏貼三條反 射膜，以增強該光線碰到該其他三個邊的側端面時的反射效果。
8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項所述的導光板光振動觸控裝置，其中該導光板是由可導光的材料製成的可彎曲板體或不可彎曲板體其中之一。
9. 如申請專利範圍第8項所述的導光板光振動觸控裝置，其中該感光單元是感光二極體；該光信號射出單元是LED光信號射出單元或雷射光信號射出單元其中之一。