TWI713987B

TWI713987B - 光學觸控面板及其壓力測量方法

Info

Publication number: TWI713987B
Application number: TW108104123A
Authority: TW
Inventors: 侯嘉昌; 黃博亮
Original assignee: 緯創資通股份有限公司
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2020-12-21
Also published as: US20200249777A1; CN111522473A; TW202030589A

Abstract

提出一種光學觸控面板及其壓力測量方法，適用於感測來自使用者的觸碰輸入。壓力測量方法包括：儲存形變資訊表於光學觸控面板中；自光學觸控面板的第一角發送第一光束；自光學觸控面板的第二角發送第二光束；感測第一光束以及第二光束以產生感測結果；以及根據感測結果和形變資訊表來判斷觸碰輸入的壓力資訊。

Description

光學觸控面板及其壓力測量方法

本發明是有關於一種顯示裝置的技術，且特別是有關於一種光學觸控面板及其壓力測量方法。

光學觸控面板透過設置於面板表面上的光源模組和光學感測器來偵測使用者觸碰的觸碰點之座標。針對大型面板，使用光學觸控技術比使用電阻式觸控技術或電容式觸控技術更具有成本優勢。然而，光學式觸控面板仍具有一些缺點。例如，目前光學式觸控面板並無法偵測使用者對觸控面板施加的壓力。若將光學式觸控技術應用於繪圖平板時，則繪圖平板將需要額外安裝壓力偵測器以測量出輕筆劃與重筆劃之間的差異。如此，將增加觸控面板的製作成本。

有鑑於此，本發明提出一種光學觸控面板及其壓力測量方法，可以僅利用光學觸控技術即達到測量壓力的目的。

本發明提供一種光學觸控面板，適於感測來自使用者的觸碰輸入。光學觸控面板包括基板、邊框、第一光源模組、第二光源模組、光學感測器、處理器以及儲存單元。第一光源模組設置於邊框的第一角上，並且產生第一光束。第二光源模組設置於該邊框的第二角上，並且產生第二光束。光學感測器設置於邊框的第一側邊上，並且感測該第一光束和該第二光束以產生感測結果。儲存單元儲存基板的形變資訊表。處理器耦接於第一光源模組、第二光源模組、光學感測器以及儲存單元。處理器根據感測結果和形變資訊表來判斷觸碰輸入的壓力資訊。

本發明提供一種壓力測量方法，適用於感測來自使用者的觸碰輸入。壓力測量方法包括：儲存形變資訊表於光學觸控面板中；自光學觸控面板的第一角發送第一光束；自光學觸控面板的第二角發送第二光束；感測第一光束以及第二光束以產生感測結果；以及根據感測結果和形變資訊表來判斷觸碰輸入的壓力資訊。

基於上述，本發明的光學觸控面板可預存基板的形變資訊表。在利用光學觸控技術偵測到使用者之觸碰輸入在基板的位置後，光學觸控面板可透過查表法判斷出對應於該觸碰輸入的壓力資訊。

為讓本發明的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。

10:光學觸控面板

100、300:基板

110、120、130、140、150、160、170、180、190:第一感應區塊

111:第二感應區塊

200:邊框

210:邊框的第一側邊

220:邊框的第二側邊

230:邊框的第三側邊

240:邊框的第四側邊

310:第一光源模組

320:第二光源模組

410、420、430:光學感測器

500:處理器

600:儲存單元

A:邊框的第一角

B:邊框的第二角

C、D:邊框的角

EL1:第一光束

EL2:第二光束

S1、S1’、S2、S2’:形變訊號

S501、S502、S503、S504、S505:步驟

Y1、Y2、Y3、Y4:形變訊號的訊號強度之平均值

圖1根據本發明的實施例繪示光學觸控面板的示意圖。

圖2根據本發明的實施例繪示基板的示意圖。

圖3A根據本發明的實施例繪示對應於1單位壓力及一第一感應區塊之形變訊號的波形圖。

圖3B根據本發明的實施例繪示對應於1單位壓力及另一第一感應區塊之形變訊號的波形圖。

圖3C根據本發明的實施例繪示對應於1單位壓力及又一第一感應區塊之形變訊號的波形圖。

圖4根據本發明的實施例繪示另一基板的示意圖。

圖5根據本發明的實施例繪示壓力測量方法的流程圖。

圖1根據本發明的實施例繪示光學觸控面板10的示意圖。光學觸控面板10包括基板100、邊框200、第一光源模組310、第二光源模組320、光學感測器410、處理器500以及儲存單元600。在一些實施例中，光學觸控面板10更包括光學感測器420以及光學感測器430。

基板100覆蓋於光學觸控面板10的表面，其例如是一透明薄板(transparent thin plate)，且基材100的材質例如是玻璃、塑膠基材或聚碳酸酯薄膜(polycarbonate film)等，本發明不限於此。當使用者觸碰基板100時，光學觸控面板100將感測到對應於該使用者的觸碰輸入。邊框200設置於基板100的周邊，其材質例如是金屬或塑膠基材，本發明不限於此。邊框200具有第一側邊210、第二側邊220、第三側邊230以及第四側邊240。

第一光源模組310以及第二光學模組320分別設置於邊框200的第一角A以及第二角B。第一光源模組310用以產生第一光束EL1，並且第二光學模組320用以產生第二光束EL2。第一光源模組310以及第二光源模組320例如是紅外線發射器或雷射發射器。

光學感測器410設置於邊框200的第一側邊210。光學感測器410可感測第一光束EL1以及第二光束EL2以產生感測結果。當使用者觸碰基板100時，光學感測器410可根據第一光束EL1以及第二光束EL2而感測到使用者所造成的陰影，從而經由三角定位法偵測出使用者觸碰於基板100的位置。基於相同的方式，設置於邊框200的第二側邊220的光學感測器420可感測第一光束EL1以及第二光束EL2以產生對應於光學感測器420的感測結果，並且設置於邊框200的第三側邊230的光學感測器430可感測第一光束EL1以及第二光束EL2以產生對應於光學感測器430 的感測結果。在本實施例中，光學感測器410、420及430的外型為條狀，但本發明不限於此。

需注意的是，所述光源模組以及光學感測器的數量以及設置位置可由使用者依其設計需求調整，本發明不限於此。舉例來說，在一些實施例中，光學觸控面板10還可包括設置於邊框200之角C的光源模組以及設置於邊框200之角D的光源模組。在一些實施例中，光學觸控面板10還可包括設置於邊框200之第四側邊240的光學感測器。

儲存單元600例如是任何型態的固定式或可移動式的隨機存取記憶體(random access memory，RAM)、唯讀記憶體(read-only memory，ROM)、快閃記憶體(flash memory)、硬碟(hard disk drive，HDD)、固態硬碟(solid state drive，SSD)或類似元件或上述元件的組合。在本實施例中，儲存單元600儲存對應於基板100的形變資訊表。

處理器500例如是中央處理單元(central processing unit，CPU)，或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器(microprocessor)、數位信號處理器(digital signal processor，DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(application specific integrated circuit，ASIC)、圖型處理器(graphics processing unit，GPU)或其他類似元件或上述元件的組合。在本實施例中，處理器500耦接於第一光源模組310、第二光源模組320、光學感測器410、光學感測器420、光學感測器430以及儲存單元600。

形變資訊表儲存了關聯於基板100的不同位置之形變資訊。以圖2為例，圖2根據本發明的實施例繪示基板100的示意圖。基板100被虛擬的線段分割成一3X3的矩陣，且該矩陣包括第一感應區塊110、120、130、140、150、160、170、180及190。以第一感應區塊150為例，形變資訊表可儲存第一感應區塊150的第一形變資訊，第一形變資訊記錄了第一感應區塊150承受不同壓力時的形變值。換句話說，第一形變資訊包括分別對應於多個壓力的多個形變值，如表1所示。

同樣地，形變資訊表也儲存了分別對應於第一感應區塊110、120、130、140、160、170、180及190的多個形變資訊，且該些形變資訊的每一個包括分別對應於多個壓力的多個形變值。

表1中的多個形變值關聯於光學感測器410或光學感測器420。以表1中的多個形變值同時關聯於光學感測器410及光學感測器420兩者為例，第一感應區塊150的形變值可根據對應於第一感應區塊150之形變訊號的波形圖計算而得。對應於光學感測器410及第一感應區塊150之形變值可由如下所示的公式(1)求得。

FV(x)=|Y2(x)-Y1|+|Y4(x)-Y3|...公式(1)其中FV為形變值、x為形變值FV對應的壓力、Y1為第一感應區塊150尚未被碰觸到時由光學感測器410所產生的形變訊號之訊號強度的平均值、Y2為第一感應區塊150受到x壓力時由光學感測器410所產生的形變訊號之訊號強度的平均值、Y3為第一感應區塊150尚未被碰觸到時由光學感測器420所產生的形變訊號之訊號強度的平均值、Y4為第一感應區塊150受到x壓力時由光學感測器420所產生的形變訊號之訊號強度的平均值。

以圖3A為例，圖3A根據本發明的實施例繪示對應於1單位壓力及第一感應區塊150之形變訊號的波形圖。當基板100尚未被觸碰到時，光學感測器410可接收完整的第一光束EL1以及第二光束EL2，並且產生訊號強度之平均值為Y1的形變訊號S1。另一方面，光學感測器420可接收完整的第一光束EL1以及第二光束EL2，並且產生訊號強度之平均值為Y3的形變訊號S2。

在對第一感應區塊150施加了1單位壓力後，光學感測器410所產生的形變訊號S1將改變為訊號強度之平均值為Y2的形變訊號S1’。另一方面，光學感測器420所產生的形變訊號S2將改變為訊號強度之平均值為Y4的形變訊號S2’。在此情況下， Y2大於Y1且Y4大於Y3。據此，可由公式計算出如表1所示的形變值3，如下所示。

形變值3=|Y2-Y1|+|Y4-Y3|而後，可再對第一感應區塊150施加0.25、0.5、1.5、...等單位壓力以計算出完整的表1。

形變資訊表還可儲存第一感應區塊130的形變資訊，如表2所示。

以圖3B為例，圖3B根據本發明的實施例繪示對應於1單位壓力及另一第一感應區塊130之形變訊號的波形圖。當基板100尚未被觸碰到時，光學感測器410可產生訊號強度之平均值為Y1的形變訊號S1。另一方面，光學感測器420可產生訊號強度之平均值為Y3的形變訊號S2。

在對第一感應區塊130施加了1單位壓力後，光學感測器410所產生的形變訊號S1將改變為訊號強度之平均值為Y2的形變訊號S1’。另一方面，光學感測器420所產生的形變訊號S2將改變為訊號強度之平均值為Y4的形變訊號S2’。在此情況下， Y2約等於Y1且Y4小於Y3。據此，可由公式(1)計算出如表2所示的形變值7，如下所示。

形變值7=|Y2-Y1|+|Y4-Y3|而後，可再對第一感應區塊130施加0.25、0.5、1.5、...等單位壓力以計算出完整的表2。

形變資訊表還可儲存第一感應區塊170的形變資訊，如表3所示。

以圖3C為例，圖3C根據本發明的實施例繪示對應於1單位壓力及又一第一感應區塊170之形變訊號的波形圖。當基板100尚未被觸碰到時，光學感測器410可產生訊號強度之平均值為Y1的形變訊號S1。另一方面，光學感測器420可產生訊號強度之平均值為Y3的形變訊號S2。

在對第一感應區塊170施加了1單位壓力後，光學感測器410所產生的形變訊號S1將改變為訊號強度之平均值為Y2的形變訊號S1’。另一方面，光學感測器420所產生的形變訊號S2將改變為訊號強度之平均值為Y4的形變訊號S2’。在此情況下， Y2小於Y1且Y4約等於Y3。據此，可由公式(1)計算出如表3所示的形變值11，如下所示。

形變值11=|Y2-Y1|+|Y4-Y3|而後，可再對第一感應區塊150施加0.25、0.5、1.5、...等單位壓力以計算出完整的表3。

處理器500用以根據光學感測器(例如：光學感測器410或光學感測器420)的感測結果以及儲存於儲存單元600中的形變資訊表來判斷基板100上由使用者產生之觸碰輸入的壓力資訊。具體來說，當使用者碰觸基板100而產生一觸碰輸入時，處理器500可根據該觸碰輸入而判定該觸碰發生在基板100的位置。舉例來說，處理器500可根據該觸碰輸入而判定該觸碰發生在如圖2所示之基板100的第一感應區塊150上。在確定了觸碰發生在第一感應區塊150後，處理器500可從形變資訊表中查詢對應於第一感應區塊150的多個形變值(如表1所示)，並且根據產生自光學感測器410、光學感測器420的感測結果與該些形變值中的每一個的比較結果來判斷該觸碰輸入的壓力資訊。更具體來說，處理器500可將根據感測結果及公式(1)計算出對應於該觸碰輸入的形變值。若對應於該觸碰輸入的形變值等於如表1所示的形變值3，代表產生該觸碰輸入的觸碰施加了1單位壓力於基板100上。以此類推，若對應於該觸碰輸入的形變值等於如表1所示的形變值4，代表產生該觸碰輸入的觸碰施加了1.5單位壓力於基板100上。

在一些實施例中，若一觸碰施加於基板100的一第三壓力及其對應的一第三形變值未被記錄於形變資訊表，則使用者可使用內插法計算出該第三壓力。所述內插法的公式如下述的公式(2)所示。

其中f為第三壓力、N為第三形變值、d2為形變資訊表中最接近且大於第三形變值N的形變值、d1為形變資訊表中最接近且小於第三形變值N的形變值、p2為對應於形變值d2的壓力、p1為對應於形變值d1的壓力。

以表1為例，若處理器500根據公式(1)計算出一觸碰施加於基板100上的第一感應區塊150的壓力M產生了形變值N(假設形變值N=8)，且形變值N介於形變值2(假設形變值2=6)與形變值3(假設形變值3=9)之間。據此，處理器500可使用內插法以根據形變值2、形變值3、0.5單位壓力以及1單位壓力來計算出壓力M為5/6單位壓力，如下所示。

為了提高處理器500所計算出之壓力資訊的精度(precision)，可增加基板上之感應區塊的數量，藉以降低量化間距(quantization step)。然而，提高感應區塊的數量並不意味著需測量出新的形變資訊表中的形變值。圖4根據本發明的實施例繪示另一基板300的示意圖。參照圖2及圖4，假設一形變資訊表記錄了對應於基板100之第一感應區塊110、120、130、140、150、160、170、180和190中的每一個的多個對應於不同壓力值的形變值，換句話說，該形變資訊表對應於感應區塊之數量為3X3=9的情形。假設有另一基板300具有數量為5X5=25的第二感應區塊111，且第二感應區塊111的面積與第一感應區塊110、120、130、140、150、160、170、180和190中的每一個的面積不同。如此，則處理器500可使用內插法以根據現有之對應於基板100的形變資訊表計算出對應於基板300的第二形變資訊表。值得注意的是，基板300的尺寸可相同於基板100，也可相異於基板100。因此，在產生了一形變資訊表之後，處理器500就可以使用內插法以基於該形變資訊表而計算出適用於各種不同尺寸之光學觸控面板的一新的形變資訊表。

圖5根據本發明的實施例繪示壓力測量方法的流程圖，其中所述壓力測量方法可由光學觸控面板10實施。在步驟S501，儲存形變資訊表於光學觸控面板中。在步驟S502，自光學觸控面板的第一角發送第一光束。在步驟S503，自光學觸控面板的第二角發送第二光束。在步驟S504，感測第一光束以及第二光束以產生感測結果。在步驟S505，根據感測結果和形變資訊表來判斷觸碰輸入的壓力資訊。

綜上所述，本發明的光學觸控面板可預存基板的形變資訊表。在利用光學觸控技術偵測到使用者之觸碰輸入在基板的位置後，光學觸控面板可透過查表法判斷出對應於該觸碰輸入的壓力資訊。此外，相同的形變資訊表亦可適用於不同尺寸的光學觸控面板。當形變資訊表被應用於不同尺寸的光學觸控面板時，可透過內插法將形變資訊表轉換為適用於所述不同尺寸的光學觸控面板的另一個形變資訊表。

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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。