TWI543047B - 光學式觸控面板 - Google Patents

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Description

光學式觸控面板
本發明是關於一種觸控面板，且特別是關於一種光學式觸控面板。
觸控技術將電子裝置的螢幕與輸入模組結合，使用者只需使用手指在螢幕上按壓即可操作。觸控裝置可分為電阻式、電容式以及光學式。光學式觸控裝置因為不用在整片螢幕面板下埋線，因而在大尺寸的面板具有成本上的優勢。
然而，光學式的觸控面板需要額外的空間安裝光發射器與光接收器，因此，如何降低這些額外的空間配置以免影響產品的外觀，並且兼顧光學式觸控面板的優點，便成為一個重要的課題。
因此，本發明便提出了一種光學式觸控面板，其將鏡頭模組設置在顯示面板的單一角落，以縮減光學式觸控面板的空間。
此外，本發明之光學式觸控面板透過鏡頭模組提供之影像計算觸控物與鏡頭模組間的距離以及角度，進而計算出觸控物的所在座標。
本發明之一實施方式提供了一種光學式觸控面板，包含顯示面板、一個鏡頭模組以及處理單元。鏡頭模組設置於顯示面板的單一角落，鏡頭模組包含電路基板、設置於電路基板上的第一光接收單元與第二光接收單元。第一光接收單元具有第一座標，第一光接收單元與第二光接收單元之視野範圍均涵蓋顯示面板。處理單元與鏡頭模組電性連接，處理單元藉由第一光接收單元與第二光接收單元所回傳之影像計算觸控物與第一光接收單元之距離，並根據第一座標、上述距離以及觸控物與第一光接收單元之連線與顯示面板之頂邊之間的夾角計算觸控物於顯示面板上之第二座標。
於本發明之一或多個實施例中，第一光接收單元與第二光接收單元均為單色系影像感測器。光學式觸控面板更包含設置於電路基板的紅外線發射器設置於第一光接收單元以及第二光接收單元之間。
於本發明之一或多個實施例中，第一光接收單元與第二光接收單元均為全彩影像感測模組。
於本發明之一或多個實施例中，第一光接收單元與第二光接收單元具有相同的透鏡焦距長度。
於本發明之一或多個實施例中，光學式觸控面板更包含第三光接收單元，設置於電路基板，以藉由第一光 接收單元、第二光接收單元與第三光接收單元兩兩一組得到三個座標值，再經由權重分配得到觸控物之座標。
於本發明之一或多個實施例中，其中第一光接收單元、第二光接收單元與第三光接收單元均為單色系影像感測器。光學式觸控面板更包一紅外線發射器，設置於電路基板。
於本發明之一或多個實施例中，第一光接收單元、第二光接收單元與第三光接收單元均為全彩影像感測模組。
於本發明之一或多個實施例中，第一光接收單元、第二光接收單元與第三光接收單元均具有相同的透鏡焦距長度。
由於鏡頭模組僅安裝在顯示面板的一個角落，因此，可以有效地節省光學式觸控面板的空間使用，並且提供全區域觸控的功效。
100‧‧‧光學式觸控面板
110‧‧‧顯示面板
120‧‧‧鏡頭模組
122‧‧‧光發射單元
124‧‧‧第一光接收單元
125‧‧‧電路基板
126‧‧‧第二光接收單元
128‧‧‧第三光接收單元
130‧‧‧處理單元
200‧‧‧觸控物
300、400‧‧‧影像
310、410‧‧‧區塊
d、d1、d2、D‧‧‧距離
FOV‧‧‧視野範圍
θ、θ 1~θ N‧‧‧角度
(x,y)、(X,Y)‧‧‧座標
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：
第1圖為本發明之光學式觸控面板一實施例的上視示意圖。
第2圖為本發明之光學式觸控面板中觸控物與第一光接收單元與第二光接收單元之相對關係示意圖。
第3圖為第一光接收單元所擷取之影像示意圖。
第4圖為第二光接收單元所擷取之影像示意圖。
第5圖為本發明之光學式觸控面板組裝完成後進行角度校正的示意圖。
第6圖為本發明之光學式觸控面板計算觸控物所在座標的示意圖。
第7圖為本發明之光學式觸控面板另一實施例的上視示意圖。
第8圖為本發明之光學式觸控面板又一實施例的上視示意圖。
以下將以圖式及詳細說明清楚說明本發明之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本發明之較佳實施例後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。
參照第1圖，其為本發明之光學式觸控面板一實施例的上視示意圖。光學式觸控面板100包含有顯示面板110、設置於顯示面板110之一角落的鏡頭模組120，以及處理單元130。顯示面板110為平面顯示器，例如液晶顯示面板或是電漿顯示器。顯示面板110具有多個側邊以及由側邊所夾成的多個角落，鏡頭模組120設置在顯示面板110單一一個角落，並且處理單元130與鏡頭模組120電性連接。
鏡頭模組120中包含有一光發射單元122以及設置於光發射單元122兩側之第一光接收單元124與第二光 接收單元126。於此實施例中，光發射單元122可以為肉眼不可見的紅外線發射器，第一光接收單元124與第二光接收單元126為可接受紅外線之影像感測器。於一具體實施例，第一光接收單元124與第二光接收單元126可以為單色系(mono)影像感測器。
第一光接收單元124與第二光接收單元126用以分別擷取顯示面板110上方的影像，舉例而言，光發射單元122提供光線照射顯示面板110之上表面，當有觸控物200(如手指或觸控筆)靠近顯示面板110表面時，第一光接收單元124與第二光接收單元126得以接收自觸控物反射的光線(即觸控物因為受到光線照射後而反射部份的光線，從而被第一光接收單元124與第二光接收單元126所偵測而紀錄)。第一光接收單元124與第二光接收單元126所擷取到的影像再傳送至處理單元130中進行計算，以得到觸控物的所在座標。
為此，第一光接收單元124以及第二光接收單元126之視野範圍(field of view,FOV)需要涵蓋顯示面板110上之觸控區(通常對應於顯示面板110的顯示區)，第一光接收單元124與第二光接收單元126的視野範圍較佳為至少90度，以縮短鏡頭模組120與顯示面板110之間的距離。並且第一光接收單元124與第二光接收單元126的透鏡焦距長度(lens focal length)需要相同。
鏡頭模組120中更包含有電路基板125，用以固定光發射單元122、第一光接收單元124與第二光接收單元 126於其上，並透過電路基板125與處理單元130電性連接。處理單元130可以為設置於電路基板125上之處理器，或是經由線路另外連接至如電腦主機。鏡頭模組120可以為可分離式地組裝於顯示面板110，亦即鏡頭模組120外掛於顯示面板110之角落。或者，鏡頭模組120可以內埋於顯示面板110的框體內。
接著，請配合參照第2圖至第4圖，其中第2圖為本發明之光學式觸控面板中觸控物與第一光接收單元124與第二光接收單元126之相對關係示意圖，第3圖為第一光接收單元124所擷取之影像示意圖，以及第4圖為第二光接收單元126所擷取之影像示意圖。
請先參照第2圖，第一光接收單元124與第二光接收單元126之間具有一距離d，此距離d為第一光接收單元124之中心至第二光接收單元126之中心間的距離，或者亦可以用第一光接收單元124之左(右)緣至第二光接收單元126之左(右)緣之間的距離代替。當觸控物200置於顯示面板上(可接觸或不接觸顯示面板)時，藉由第一光接收單元124與第二光接收單元126所擷取之影像，便可以得到觸控物200的座標，具體說明如下。
首先，由於第一光接收單元124與第二光接收單元126之間相鄰一距離d，因此，第一光接收單元124與第二光接收單元126所擷取之影像中，觸控物200呈現於影像中的位置會略有不同，如第3圖所示，在第一光接收單元124所擷取的影像300中，由於觸控物200會反射光線，因此第 一光接收單元124所擷取的影像300中出現亮度較高的區塊310；如第4圖所示，同樣地，在第二光接收單元126所擷取的影像400中，在觸控物所對應的位置會出現亮度較高的區塊410。假設以第一光接收單元124為主，第二光接收單元126為輔，則可以代入以下公式： 其中d為第一光接收單元124與第二光接收單元126之間的距離，f為第一光接收單元124與第二光接收單元126的透鏡焦距長度，|d1-d2 |為區塊310與區塊410之間的距離差，例如d1為區塊310之左(右)邊界至影像300之左(右)邊界之間的距離，d2為區塊410之左(右)邊界至影像400之左(右)邊界之間的距離，兩者相減取絕對值後便可以得到兩個影像300、400之間觸控物所在位置的距離差。由於第一光接收單元124與第二光接收單元126之間的距離d，以及第一光接收單元124與第二光接收單元126的透鏡焦距長度f為已知，區塊310與區塊410之間的距離差|d1-d2 |可以透過計算得知，因此，將上述資訊代入公式後便可以得到觸控物200與第一光接收單元124之間的距離D。
接著請參照第5圖，其為本發明之光學式觸控面板組裝完成後進行角度校正的示意圖。為了較為清楚地表現角度校正的方式，此圖中僅繪示第二光接收單元126的角度校正過程，第一光接收單元124之校正過程與第二光接收單元126類似而不再贅述。
首先，可以在顯示面板110上配置多個已知角度θ 1至θ N的紀錄點，接著以手指或是觸控筆按壓這些紀錄點，並擷取影像。如此一來便可以得到此些已知角度之紀錄點在影像中所對應的畫素位置(亮度較高的區塊)，進而建立角度-畫素位置的資料庫，而在之後使用時可以透過觸控物在影像中的所在畫素位置反推得知觸控物所在角度，此角度舉例而言可以是觸控物與第二光接收單元126之連線與顯示面板110之頂邊之間的夾角。
接著，參照第6圖，其為本發明之光學式觸控面板計算觸控物所在座標的示意圖。延續第2圖至第5圖所述的內容，此時已經得到觸控物200與第一光接收單元124之間的距離D以及觸控物200的所在角度θ，而當光學式觸控面板100組裝完成之後，鏡頭模組120的位置亦為固定，故第一光接收單元124的座標(x,y)為已知，透過商高定理配合點斜式解聯立方程式，或是透過圓方程式((X-x)2+(Y-y)2=D2)配合直線方程式()解聯立方程式，便可以得到觸控物200的所在座標(X,Y)。當得知觸控物200的所在座標(X,Y)之後，即可以經由觸控物200的座標變化進行例如移動游標等對應的動作。
觸控物200在顯示面板110上之座標(X,Y)的計算方式已經說明如前，於以下實施例中將針對不同實施例 之光學式觸控面板100的結構差異進行說明，觸控物200的座標(X,Y)計算方式均與前述方式相同而不再贅述。
參照第7圖，其為本發明之光學式觸控面板另一實施例的上視示意圖。於此實施例中，鏡頭模組120中的第一光接收單元124與第二光接收單元126可以為全彩(color)影像感測器，則第1圖之光發射單元122可以被省略。此實施例較適用於以手指進行操作，讓處理單元130可以分辨影像中膚色的部分，或是透過影像分析分辨影像中手指的部份，藉以判斷觸控物的所在。
參照第8圖，其為本發明之光學式觸控面板又一實施例的上視示意圖。於此實施例中，鏡頭模組120中除了包含第一光接收單元124與第二光接收單元126外，更包含有第三光接收單元128。第一光接收單元124、第二光接收單元126以及第三光接收單元128均設置在電路基板125上。鏡頭模組120可以外掛於顯示面板110或是內埋於顯示面板110的邊框。
第一光接收單元124、第二光接收單元126以及第三光接收單元128可以為單色系影像感測器，此時需要搭配不可見光的光源，例如紅外線發射器。或者，第一光接收單元124、第二光接收單元126以及第三光接收單元128可以為全彩影像感測器，此時，較佳為利用手指進行觸控操作，以利於辨識顏色(膚色)。
當在判斷觸控物的所在位置的時候，可以將第一光接收單元124、第二光接收單元126以及第三光接收單 元128所擷取的影像兩兩一組進行計算，如此便可以得到三個座標值，進而透過三個座標值的權重分配，例如取其重心，得到更為精準的座標。此外，若是三個座標值中有一者明顯與其他座標值差異過大，亦可以在計算時排除明顯有誤差的該組座標值，讓計算的結果更為精確。
綜上所述，由於鏡頭模組僅安裝在顯示面板的一個角落，因此，可以有效地節省光學式觸控面板的空間使用，並且提供全區域觸控的功效。
雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此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。
100‧‧‧光學式觸控面板
110‧‧‧顯示面板
120‧‧‧鏡頭模組
122‧‧‧光發射單元
124‧‧‧第一光接收單元
125‧‧‧電路基板
126‧‧‧第二光接收單元
130‧‧‧處理單元
200‧‧‧觸控物

Claims (7)

  1. 一種光學式觸控面板，包含：一顯示面板；一鏡頭模組，設置於該顯示面板的一角落，該鏡頭模組包含：一電路基板；一第一光接收單元，具有一第一座標，該第一光接收單元設置於該電路基板上；以及一第二光接收單元，設置於該電路基板上，其中該第一光接收單元與該第二光接收單元之視野範圍均涵蓋該顯示面板，其中該第一光接收單元與該第二光接收單元均為全彩影像感測模組；以及一處理單元，與該鏡頭模組電性連接，該處理單元藉由該第一光接收單元與該第二光接收單元所回傳之影像辨識一觸控物，計算該觸控物以及該第一光接收單元之一距離，並根據該第一座標、該距離以及該觸控物與該第一光接收單元之連線與該顯示面板之頂邊之間的夾角計算該觸控物於該顯示面板上之一第二座標。
  2. 如請求項1所述之光學式觸控面板，更包含一紅外線發射器，設置於該第一光接收單元以及該第二光接收單元之間。
  3. 如請求項1所述之光學式觸控面板，其中該第一光接收單元與該第二光接收單元具有相同的透鏡焦距長度。
  4. 如請求項1所述之光學式觸控面板，更包含一第三光接收單元，設置於該電路基板，以藉由該第一光接收單元、該第二光接收單元與該第三光接收單元兩兩一組得到三個第二座標，再經由權重分配得到該觸控物之座標。
  5. 如請求項4所述之光學式觸控面板，更包含一紅外線發射器，設置於該電路基板。
  6. 如請求項4所述之光學式觸控面板，其中該第一光接收單元、該第二光接收單元與該第三光接收單元均為全彩影像感測模組。
  7. 如請求項4所述之光學式觸控面板，其中該第一光接收單元、該第二光接收單元與該第三光接收單元均具有相同的透鏡焦距長度。
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