WO2012022018A1

WO2012022018A1 - 激光光学触控模块及其模拟数字转换系统与方法

Info

Publication number: WO2012022018A1
Application number: PCT/CN2010/002079
Authority: WO
Inventors: 陈国仁; 温明华; 林顺正
Original assignee: Chen Guozen; Wen Minghua; Lin Shuncheng
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-02-23
Also published as: US9471179B2; US20130147766A1

Description

激光光学触控模块及其模拟数字转换系统与方法技术领域

本发明有关一种光学触控模块及其模拟数字转换系统与方法，尤指一种利用一具激光光源的发光部及一具位置感测器的收光部，且该发光部与收光部的光路之间以平行光路方式或共光路方式组成一模块；并利用一可变参考准位产生器用以依据该位置感测器输出信号的信号峰值及 /或一参考电压准位及 /或一温度、光源强度、环境光强度等变异值并经由数值运算以产生一可变参考准位，再通过一准位判断比较器以使该感测器输出数据能以该可变参考准位为基准以有效且快速地转换成一明确的数字信号并输出。背景技术

目前正流行的触控式显示屏，通过触控件如手指或触控笔直接触摸在显示屏的表面上以控制显示器的各项功能如点选作业、切换画面或放大 / 缩小画面等，用以取代一般显示器常见的按键式控制方式；而目前的触控式显示屏已包含多种不同的触控系统，如电阻式（Resistive ) 、电容式 ( Capacitive ) 、表面声波式 ( SAW, Surface Acoustic Wave ) 、红夕卜光式 ( IR， Infrared ) 、光学式（ optical imaging )等，各有各的优缺点，其中，光学式触控系统的优点为应用于大尺寸显示屏，具有成本的优势，介于表面声波式与电容式之间，荧幕具有良好的透明度 (可达 100%)及具有良好的触控解析度；其缺点为不适合小尺寸面板（15吋以下）的应用，较易受周边环境光的影响及须采用额外照明光源及反光条或吸光条。

光学式触控系统方面已包含 US 2009/0200453、 US 7,538,759、 US 7,692,625、 US 7,629,967等多件现有技术，一般而言，该多个光学式触控系统现有技术在显示屏的表面的侧缘边上，如一矩形显示屏表面的四侧框边上或四角处，设置至少一组光源装置如以 LED作光源，用以照射在整个荧幕的外表面上，即在整个显示屏的表面上形成一光线或线性光线照射区，可称为光幕，并于该显示屏表面的四周缘（框边）上设置相互垂直的反光条或吸光条，又于该显示屏表面的侧缘边上以感测方向交错的方式设置至少二组位置感测器（camera ) ；则当一触控件，如手指或触控笔，触摸在 ' 该显示屏表面上时，该触控件即可对该照射在整个显示屏表面的光线造成光的散射或遮断，此时透过该反光条的 '反射作用或吸光条的吸收作用，即可通过该至少二组位置感测器以感测得知该触控件至少二方向的相对位置，再通过一处理电路的运算功能以得知该触控件触摸在显示屏表面上的实际位置座标，以达成目前已知一光学触控系统的使用功能。

现有一般光学式触控系统在设计上大都采用发光二极管（LED,

light-emitting diode )作为光源，而 LED光并非高同调性（ highly coherent light ) 光源，故无法有效提高触控的灵敏度；又现有的 LED光源装置与所使用的位置感测器（ camera )是分开的个体，且分别设置于显示屏表面的四周缘（框边）某一位置处，且整体架构上又必须配合反光条或吸光条使用，以致具有结构复杂、成本增加等缺点，尤其该 LED光源装置所提供的照射光一般为可见光，容易受到使用环境下的可见光与显示屏所产生的可见光的干扰或影响，以致光学式触控系统中位置感测器的感测灵敏度降低，即信噪比（S )降低而相对影响信号的判读，以致降低光学式触控系统的使用效率。

又参考图 1、图 1A及图 8、图 8A所示，其分别是光反射式及光遮断式的光学式触控系统的使用状态示意图及位置（影像）感测器（sensor/camera ) 的像素的感应所得的模拟式输出数据 ( signal output/sensor data, Vout )示意图。该光学式触控系统一般是在一显示幕 2 的表面的侧缘边上，如一矩形显示幕表面的四侧框边上或四角处，设置至少一光源装置 11(10)如以 LED或雷射作光源，用以照射在整个显示幕的表面上，即在整个显示幕的表面上形成一光线或线性光线照射区，在此可称为光幕；于该显示幕 2表面的四周缘（框边）上设置相互垂直的反光条或吸光条（图未示）；于该显示幕 2表面的侧缘边上以感测方向交错的方式设置至少二组位置（影像）感测器

( sensor/camera ) 21 , 或称为位置感测器（图中只表示一感测器）；则当一触控件 3 , 如手指或触控笔，触摸在该显示幕表面上时，该触控件 4即可对该照射在整个显示幕 1表面的光线造成光的散射（光反射式如图 1所示）或遮断 (光遮断式如图 8所示） , 此时透过该反光条的反射作用或吸光条的吸收作用，该触控件 3位置所产生的反射或遮断雷射光束如图 1、 8所示，即可在位置（影像）感测器 21的像素（active pixel )轴上产生反应而形成一信号输出 / 感测器输出数据（ signal output/sensor data ) ，如图 1A、图 8A所示，在此以 Vout代表。通过该至少二组位置（影像）感测器 21以感测得知该触控件 3至少二方向的相对位置，再通过一处理器或处理电路的运算功能以得知该触控件 3触摸在显示幕 2表面上的实际位置座标，达成一光学触控系统的使用功能。又该位置（影像）感测器 21所感应形成的感测器输出数据 Vout如图 1A、图 8A所示，为一模拟数据，须先转换成数字数据，才能通过一处理器的运算功能，如微处理器（MCU, Micro Control Unit )、中央处理器（CPU, Central Processing Unit )或数字信号处理器（DSP, Digital Signal Processing )但不限制，以运算得知该触控件 3触摸在显示幕 2表面上的实际位置座标。

然而，针对上述该影像感测器的感测器输出数据 Vout的模拟转数字的转换作业，一般是采用一模拟数字转换（ ADC ) 电路，如美国发明专利 US4，839,739及美国发明公开 Pub. No. US2009/0190944及 US2010/0171853所揭露者；但该等模拟数字转换（ADC ) 电路的设置成本较高，而且会增加处理器的程序负担，也相对降低程序的执行效率；又，在使用一光学式触控系统时，其操作条件常随着外在环境及元件特性而产生变化，在此称为变异性，如感测器元件的变异性、温度的变异性、光源输出的变异性、环境光的变异性等，导致该位置（影像）感测器 21所侦测得知的感测器输出数据 Vout的基本电压准位也相对会有向上或向下的变动，如图 1A、图 8A中的感测器输出数据 Vout由实线部分所示改变为点线部分所示但不限制，也会增加处理器的程序负担并相对降低程序的执行效率；而上述诸缺点均不利于该位置（影像）感测器信号的模拟数字转换电路系统或该光学式触控系统的发展及普及化。

由上可知，在光学式触控系统及位置（影像）感测器信号的模拟数字转换系统的技术领域中，发展设计一种不须釆用反光条或吸光条且结构筒化、成本节省的光学式触控系统，及一种非使用模拟数字转换（ADC )电路、降低成本、减少处理器程序负担及增进程序执行效率的模拟数字转换系统，确实有其需要性。发明内容

本发明主要目的在于提供一种激光光学触控模块，其利用一具激光光源如红外线（IR )激光的发光部与一具位置感测器的收光部组合在一起，以使该激光光源与位置感测器设于显示屏表面的一侧的同一位置处使用，其中该发光部通过一激光光源发出激光光束并经一广角用光学元件如打线镜片（ line generator optics )的折射而使折射后的光视角（ light fan )能大于 90 度，以在显示屏表面上形成广角的线性光束，该收光部通过位置感测器接收并感应该线性光束受到触控件的阻挡而反射的激光光以感测得知该触控件的相对位置，使通过激光光束的高同调性（highly coherent light ) 以增进触控的灵敏度，并避免现有技术须采用反光条或吸光条的麻烦，达成结构简化且触控灵敏度高的使用功效。

本发明再一目的在于提供一种激光光学触控模块，其中该发光部的光路束的高同调性以增进触控的灵敏度，并达成结构简化且容易安装的使用功效。

本发明另一目的在于提供一种激光光学触控模块，其中该发光部的光路与收光部的光路之间以共光路方式组合在一起，使发光部的激光光源与收光部的位置感测器能共用一广角用光学元件如打线镜片（line generator optics ) ，即激光光源所发出的激光光束及位置感测器所接收并感应的反射光束都经过相同的广角用光学元件，再于该广角用光学元件的后方设一分光镜

( beam splitter ) 以使激光光源所发出的激光光束穿过该分光镜而向外射出，并使反射激光光束经由该分光镜反射而进入该位置感测器所接收感应，以节省该位置感测器原本所须的广角用光学元件如广角成像镜片（可视角 >90度），并避免该广角用光学元件的光学像差，即周边外场的光学畸变（optical distortion ) ;又该位置感测器的感测面上进一步可设置一敖透镜（ Mirco Lens )，如同一般商业用的 CMOS sensor, 以增加收光能力与效率。

本发明另一目的在于提供一种激光光学触控模块，其中当该发光部的光路与收光部的光路之间以共光路方式组合在一起时，该激光光源进一步可使用小直径激光光束，以提升该广角用光学元件如打线镜片的散光效率，又在该位置感测器的感测面前端，即该位置感测器与分光镜之间，进一步可设一光扩束镜 ( beam expander optics ) , 以^¹小直径的激光光束扩成较大直径的激光光束再入射至位置感测器的感测面，藉以有效利用该位置感测器上的成像单元（即像素， pixels ) , 进而提升触控的解析度。

本发明另一目的在于提供一种激光光学触控模块，其中当该发光部的光路与收光部的光路之间系以共光路方式组合在一起时，其进一步可于该广角用光学元件如打线镜片（ line generator optics ) 的后方依序设一四分之一波片 ( quarter wave-plate )及一偏振分光镜 ( polarization beam splitter ) , 使激光光振光（ P-polarization )及 S线偏振光（ S-polarization ) 两正交的线偏振光，在经过该一偏振分光镜时，使其中一线偏振光（通常为 P线偏振光）完全通过而与其正交的另一线偏振光（通常为 S线偏振光）则完全反射；再经该一四分之一波片，将通过的线偏振转换为一圆偏振光（称左旋或右旋圆偏光， left hand circular polarization /right hand circular polarization ), 其中若是转换为左旋（或右旋）圓偏振光出射，则经由触控件的阻挡而反射后将变为右旋（或左旋）圆偏光，而反射光束先经过该一四分之一波片以转换为一与原出射线偏光正交的线偏光，再入射至该一偏振分光镜并完全反射至该位置感测器上，藉此，可提升光的使用效率，即该激光光能量的使用效率达成最大化效果。

本发明又一目的是在提供一种模拟数字转换系统及方法，供用以将一激光光学触控模块中的位置（影像）感测器感测所得的模拟式输出数据（signal output/sensor data, Vout)有效地转换成数字信号以提供处理器进行处理，其是利用一数字判断比较器以取代常用的模拟数字转换（ADC) 电路，并通过一可变参考准位产生器其可依据一由该感测器输出数据 (Vout)通过至少一侦测电路所检知的信号峰值 ( VA) 以产生一可变参考准位（VREF) ，再通过该数字判断比较器以使该感测器输出数据（Vout) 能以该可变参考准位 (VREF)为基准而进行判断比较，以有效且快速地转换成一明确的数字信号并输出至处理器，以达成非使用模拟数字转换（ADC ) 电路而降低成本及减少处理器程序负担而增进程序执行效率的优点及功效。

本发明又再一目的是在提供一种模拟数字转换系统及方法，其中该可变参考准位产生器进一步可依据该一由该感测器输出信号（Vout)通过至少一侦测电路所检知的信号峰值 (VA)及一参考电压准位（VB)，该参考电压准位（VB) 为该感测器输出数据 (Vout) 中信号峰值 (VA) 以外的电压准位；并经由该可变参考准位产生器的数值运算如加减乘除以产生该一可变参考准位（VREF)如 VREF= (VA+VB) /2; 再通过该数字判断比较器以使该感测器输出数据 (Vout)能以该可变参考准位（VREF)为基准进行判断比较以有效且快速地转换成一明确的数字信号并输出。

本发明又另一目的是在于提供一种模拟数字转换系统及方法， .其中该可变参考准位产生器进一步可依据该一由模拟输出信号（Vout)通过至少一侦测电路所检知的信号峰值 (VA)及 /或一参考电压准位（VB) 或一通过温度检测所得的变异值（ VC)及 /或一通过光源强度检测所得的变异值（VD) 或一通过环境光强度检测所得的变异值（VE)，并经由该可变参考准位产生器的数值运算以产生一可变参考准位（VREF ) , 再通过该数字判断比较器以使该感测器输出数据 ( Vout )能以该可变参考准位（VREF )为基准进行判断比较以有效且快速地转换成一明确的数字信号并输出至处理器，以进一步及 /或抗环境光的变异性，且生产时无须调整参考电压准位步骤的优点及功效。

本发明又另一目的是在于提供一种模拟数字转换系统及方法，其中通过该可变参考准位产生器的数值运算所产生的可变参考准位（VREF )进一步可设定为分段的参考准位，供该数字判断比较器得能根据该感测器输出数据 ( Vout )以选择该分段的参考准位的中一适当的参考准位（ VREF )作为基准，以将该该感测器输出数据（Vout )有效且快速地转换成一明确的数字信号并输出至处理器；藉此，使通过该可变参考准位产生器的数值运算所产生的可变参考准位（VREF ) ，即该可变参考准位（VREF )原是属于不分段或无法分段的可变参考准位（VREF ) , 改为分段的参考准位，即分段的参考准位中每一段参考准位之间的数值间距被扩大化，即相对扩大每一段参考准位的适用范围，以减少处理器程序负担而增进程序执行效率。

本发明又另一目的是在于提供一种模拟数字转换系统及方法，供用以将一激光光学触控模块中的位置（影像）感测器感测所得的模拟式输出数据有效地转换成数字信号以提供处理器进行处理 , 其中该模拟转数字的转换系统的操作方法 ( processing method ) , 包含下歹¹ j步骤：

提供一数字判断比较器；

通过至少一侦测电路以检知感测器输出数据 ( Vout )的信号峰值 ( VA )；根据该感测器输出数据 ( Vout )及该信号峰值 ( VA ) , 提供一可变参考准位（VREF ) ；及

通过该数字判断比较器，以使该感测器输出数据（Vout ) 能以该可变参考准位为基准，将该感测器输出数据（Vout )转换成一明确的数字信号并输出。其中，针对该信号峰值 ( VA ) , 可提供一可变参考准位产生器，俾可通过该一可变参考准位产生器的数值运算功能，以依据该信号峰值（VA )产生该一可变参考准位。

其中，该可变参考准位产生器进一步可依据该一信号峰值 ( VA )及 /或一参考电压准位（VB )及 /或一通过温度检测所得的变异值（VC )及 /或一通过光源强度检测所得的变异值（VD )及 /或一通过环境光强度检测所得的变异值 ( VE ) , 并经由该可变参考准位产生器的数值运算功能，以产生一可变参考准位。

其中，通过该可变参考准位产生器的数值运算所产生的可变参考准位 ( VREF )进一步可设定为分段的参考准位。附图说明

图 1是本发明激光光学触控模块第一实施例（收发平行光路）设置于显示屏表面的一侧以提供光反射式定位输入功能的使用状态示意图；

图 1A是图 1实施例中本发明的位置感测器的像素的感应信号输出示意图；

图 2是本发明激光光学触控模块第一实施例（收发平行光路）的立体示意图；

图 3是图 2实施例（收发平行光路）的一平面（上视）示意图；图 4是本发明激光光学触控模块第二实施例（收发共光路）的一平面示意图；

图 5是本发明的位置感测器的感测面上设一微透镜（Mirco Lens )的功能状态示意图；

图 6是本发明激光光学触控模块第三实施例（收发共光路）的一平面示意图；

图 7是本发明激光光学触控模块第四实施例（收发共光路）的一平面示意图；

图 8是一种光遮断式的光学式触控系统的使用状态示意图；

图 8A是图 8光遮断式的光学式触控系统的位置感测器的像素的感应所得的模拟式输出数据（Vout )示意图；

图 9是本发明模拟数字转换系统的使用状态方块说明图；

图 10是本发明模拟数字转换系统的功能方块说明图（应用于光反射式触控系统）；

图 11是本发明模拟数字转换系统的功能方块说明图（应用于光遮断式触控系统）； ' 图 12是本发明模拟数字转换系统的准位判断比较器的功能说明图（应用于光反射式触控系统）；

图 13是本发明模拟数字转换系统的准位判断比较器的功能说明图（应用于光遮断式触控系统）；

图 14是本发明模拟数字转换系统第 1实施例的结构功能方块示意图；图 15是本发明模拟数字转换系统笫 2实施例的结构功能方块示意图；图 16是本发明模拟数字转换系统第 3实施例的结构功能方块示意图；图 17是本发明模拟数字转换系统第 4实施例的结构功能方块示意图；图 18是本发明模拟数字转换系统第 5实施例的结构功能方块示意图。附图标记说明：激光光学触控模块 -1、 la、 lb、 lc; 显示屏 -2; 触控件 -3; 发光部 -10; 激光光源 -11、 11a; 激光二极管 -111 ; 第一级光学件 -112; 广角用光学元件 -12、 22; 收光部 -20; 位置感测器 -21 ; 感测面 -211 ; 广角用光学元件 -22; 外壳体 -30; 开口 -301、 302; 光束 -101、 102、 102a. 104、 104a、 105; 对应光轴 -103; 分光镜 -40; 准直镜 -50; 微透镜 -60; 光扩束镜 -70; 四分之一波片 -80; 偏振分光镜 -90；光源装置（激光光源） -11 ( 10 ) ；感测器 -21 ; 触控件 -3; 处理器 -5; 模拟数字转换系统 -100; 数字判断比较器 -110; 可变参考准位产生器 -120; 侦测电路 -130; 信号峰值检测 -140; 温度检测 -150; 光源强度检测 -160; 环境光强度检测 -170; 感测器输出数据（Vout ) -200; 数字信号 -300; 信号峰值 -VA; 可变参考准位 -VREF; 参考电压准位 -VB; 温度变异值 -VC; 光源强度变异值 -VD; 环境光强度变异值 -VE。具体实施方式

为使本发明更加明确详实，将本发明的结构及其技术特征配合下列附图详述如后：

图 1、 1A分别是本发明激光光学触控模块第一实施例（收发平行光路）设置于显示屏表面的一侧以提供光反射式定位输入功能的使用状态示意图及位置感测器的像素的感应信号输出示意图。本发明的激光光学触控模块 1 设置于显示屏 2表面的一侧，用以提供光学式定位输入功能，供可在该显示屏 2上形成一光学式触控系统；一般而言，显示屏 2表面的周边上须设置至少二激光光学触控模块 1 ,如在显示屏 2侧缘边的相邻二角处各设一激光光学触控模块 1，其中各激光光学触控模块 1所具有的位置感测器（ camera )的感测方向在该显示屏 2表面上形成交错方式。图 1中仅表示其中的一激光光学触控模块 1的使用状态。

该激光光学触控模块 1由一发光部 10及一收光部 20组成一模块，又该发光部 10及收光部 20可容设在一外壳体 30内部以形成一组合体，而该外壳如一发光部开口 301及一收光部开口 302。该发光部 10主要通过一激光光源 11以发出激光光束并经一广角用光学元件 12如打线镜片（ line generator optics )的折射，使折射后的激光光视角（light fan )能大于 90度如图 1所示，以在显示屏 2表面上形成广角的线性光束 101; 当触控件 3触摸显示屏 2表面上时，会阻挡该线性光束 101并形成反射激光光束 102; 该收光部 20则通过一位置感测器 21以接收并感应该反射激光光束 102, 以在位置感测器 21的感测面上感测得知该触控件 3在一对应光轴 103上的相对位置；如图 1A所示，该触控件 3位置所产生的反射激光光束 102即可在位置感测器 21的像素 ( active pixel )轴上产生反应而形成一信号输出，而通过至少二组位置感测器 21以感测得知该触控件 3至少二方向的相对位置，即可通过处理电路的运算功能以得知该触控件 3触摸在显示屏 2表面上的实际位置座标；由于该位置感测器 21或广角用光学元件 12如打线镜片（ line generator optics ) 的本体结构及处理电路的运算功能利用目前的电子技术或现有技术可达成, 且非本发明的技术特征，故于此不再赘述。

图 2、图 3分别是本发明激光光学触控模块第一实施例（收发平行光路）的立体示意图及平面（上视）示意图。而图 2、 3所示实施例 (收发平行光路）只是用来说明但非用以限制本发明激光光学触控模块 1的主要构件；本发明激光光学触控模块 1利用一具激光光源 11如红外线激光（IR LD ) 的发光部 10与一具位置感测器 21的收光部 20组合成一模块，以使该激光光源 11 与位置感测器 21能设于显示屏 2表面的一侧的同侧位置处，其中该发光部 10 通过一激光光源 11，包含一激光二极管（laser diode ) 111及一第一级光学件 ( 1st optics ) 112，发出激光光束并经一广角用光学元件 12如打线镜片（line generator optics ) 的折射，使折射后的光视角（light fan ) 能大于 90度如图 3 所示，以在显示屏 2表面上形成广角的线性光束 101如图 1、 3所示；该收光部 20通过一位置感测器 21及一广角用光学元件 22接收并感应该线性光束 101 受到触控件 3的阻挡而反射的激光光束 102如图 1所示，以感测得知该触控件 3的相对位置；因此，本发明激光光学触控模块 1通过激光光束的高同调性（highly coherent light )以增进触控的灵敏度，并可避免现有技术须采用反光条或吸光条的麻烦，故具有结构简化、容易安装且触控灵敏度高的使用功效。

再参考图 2、 3所示，本第一实施例的激光光学触控模块 1由一发光部 10及一收光部 20组成一模块，又该发光部 10及收光部 20可容设在一外壳体 30内部以组合成一模块的使用样态；该外壳体 30上设有对应于该发光部 10 及收光部 20的光路的开口 , 包含一发光部开口 301及一收光部开口 302如图 1、 2所示，其中该发光部 10的光路与收光部 20的光路之间，即激光光源 11 与位置感测器 21的光路之间，亦即该发光部开口 301与收光部开口 302之间，以平行光路方式并排组合在一起，以本第一实施例如图 2、 3所示而言，该发光部 10的光路与收光部 20的光路之间以水平（相对于显示屏 2表面）且平行光路方式横向并排组合在一起但不限制，如以垂直（相对于显示屏 2表面）且平行光路方式上下垂直并排组合在一起（图未示）。

图 4是本发明激光光学触控模块第二实施例（收发共光路）的一平面示意图。本第二实施例的激光光学触控模块 la由一发光部 10及一收光部 20组成一模块，又该发光部 10及收光部 20可容设在一外壳体 30内部以组合成一模块的使用样态；在本第二实施例中，该发光部 10的光路与收光部 20的光路之间，即激光光源 11与位置感测器 21的光路之间，以共光路方式组合在一起，因此本第二实施例的外壳体 30上所设的对应于该发光部 10及收光部 20的光路开口，如第一实施例的发光部开口 301及收光部开口 302, 在外壳体 30上形成共用同一开口 301 ( 302 )供激光光源 11与位置感测器 21的光路通过；又通过本第二实施例的共光路方式，使该发光部 10的激光光源 11与该收光部 20的位置感测器 21能共用同一广角用光学元件 12 ( 22 )如打线镜片（ line generator optics ) , 即激光光源 11所发出的激光光束 101及位置感测器 21所接收并感应的反射激光光束 102都经过一相同的广角用光学元件 12 ( 22 ) , 即该打线镜片（ line generator optics ) 的反向光路可产生如一广角成像镜片（可视角>90度）的聚光作用。该广角用光学元件 12 ( 22 ) 的后方设一具分光作用的分光镜 ( beam splitter ) 40以使激光光源 11所发出的激光光束 101穿过该分光镜 40而向外射出至广角用光学元件 12 ( 22 ) , 并使反射激光光束 102经由该广角用光学元件 12 ( 22 )射入至该分光镜 40时可反射而进入并被该位置感测器 21接收感应；而本第二实施例通过共光路方式的结构，可节省该位置感测器 21原本所须的广角用光学元件 22, 即该打线镜片（line generator optics ) 的反向光路可产生如一广角成像镜片（可视角>90度）的作用，并可避免该广角用光学元件 22的光学像差，即周边外场的光学畸变 ( optical distortion )。又在该激光光源 11与分光镜 ( beam splitter ) 40之间进一步可设一准直镜（collimator ) 50, 以使激光光源 11所发出的激光光束 104 在经过该准直镜 ( collimator ) 50后能形成平行光束 105 , 以有利于再通过该广角用光学元件 12 ( 22 )如打线镜片（ line generator optics ) 以在显示屏表面上形成广角的线性光束。

再参考图 4、 5所示，该位置感测器 21的感测面 211上进一步可设置一微透镜（Mirco Lens ) 60, 该微透镜（Mirco Lens ) 60的作用如同一般商业用的互补型金属氧化物半导体感测器（ CMOS ) , 可使触控件 3触控在对应光轴 103上位置 Φ 1 ~ ΦΝ中的位置 Φ4所产生的激光光束 102能进一步聚光在感测面 211上各像素（pixel ) #1 ~ #N的中的对应像素 #4上，以增加收光能力与效率。

图 6是本发明激光光学触控模块第三实施例（收发共光路）的一平面示意图。本第三实施例的激光光学触控模块 lb的架构与图 5所示第二实施例的激光光学触控模块 la大体相同,— 主要不同点在于：该激光光源进一步使用可发出小直径激光 104a的激光光源 l la，以提升该广角用光学元件 12 ( 22 )如打线镜片的散光效率；此时在该位置感测器 21的感测面 211前端，即该位置感测器 21与分光镜 40之间 ,进一步设一光扩束镜 ( beam expander optics ) 70, 用以将小直径的反射激光光束 102a扩成较大直径的激光光束再入射至位置感测器 21的感测面 211 , 以有效利用该位置感测器 21上的成像单元（即像素， pixels ) , 进而提升触控的解析度。

图 7是本发明激光光学触控模块第四实施例（收发共光路）的一平面示意图。本第四实施例的激光光学触控模块 lc的架构与图 6所示第三实施例的激光光学触控模块 lb大体相同，主要不同点在于：于该广角用光学元件 12 ( 22 )如打线镜片（ line generator optics )的后方依序设一四分之一波片（ quarter wave-plate ) 80及一偏振分光镜 ( polarization beam splitter ) 90, 用以取代第三实施例的激光光学触控模块 lb中的分光镜 ( beam splitter ) 40; 使用时，该激光光源 11所发出的激光光束 104a可利用激光所具备的两种线性偏振光的特性，即 P线偏振光（ P-polarization )及 S线偏振光（ S- polarization ) 两正交的线偏振光，在经过该一偏振分光镜 90时，使其中一线偏振光（通常为 P线偏振光）完全通过而与其正交的另一线偏振光（通常为 S线偏振光）则完全反射；再经该一四分之一波片 80, 将通过的线偏振转换为一圆偏振光（称左旋或右旋圆偏光, left hand circular polarization /right hand circular polarization ) , 其中若是转换为左旋（或右旋）圓偏振光出射，则经由触控件的阻挡而反射后将变为右旋（或左旋）圓偏光，而反射光先经过该一四分之一波片以转换为一与原出射线偏光正交的线偏光，再入射至该一偏振分光镜并完全反射至该位置感测器 21上，藉此，可提升光的使用效率，即该激光光能量的使用效率达成最大化效果。

参考图 1、 1A及图 8、图 8A所示，其分别是光反射式及光遮断式的光学式触控系统的使用状态示意图及位置（影像）感测器的像素的感应所得的感测器输出数据 ( signal output/sensor data, Vout )示意图。其中该位置（影像）感测器 21所感应形成的感测器输出数据 Vout如图 1A、 8A所示，为一模拟数据，须先转换成数字数据，才能提供处理器进行运算；又一般是采用一模拟数字转换（ADC )电路以将上述该模拟式感测器输出数据 Vout转换成数字数据，但模拟数字转换（ADC ) 电路一舨具有设置成本较高、增加处理器的程序负担、降低程序执行效率等缺点。

参考图 9所示，其是本发明模拟数字转换系统的使用状态方块说明图。本发明的模拟数字转换系统 100是应用于光学式触控显示幕系统中，用以将感测器 21感测所得的模拟式感测器输出数据 ( Vout ) 200如图 10、图 11所示，转换成数字信号 300，以提供处理器 5进行运作。

参考图 10、图 11所示，其分别是本发明模拟数字转换系铳应用于光反射式及光遮断式触控系统时的功能方块说明图。本发明的模拟数字转换系统 100 主要包含一数字判断比较器 110及一可变参考准位产生器 120。该数字判断比较器 110用以取代习用的模拟数字转换（ADC) 电路；该可变参考准位产生器 120的主要作用可依据该感测器输出数据 (Vout) 中的信号峰值 (VA)进行数值运算以产生一相匹配的可变参考准位 VREF; 该信号峰值 (VA)可通过至少一侦测电路 130 以针对该感测器输出数据（Vout)进行检测而得知，并输至该可变参考准位产生器 120;该可变参考准位产生器 120即可针对所输入的参考数值，如上述该信号峰值（VA)但不限制，进行数值运算，以产生一与该信号峰值 (VA)相匹配的可变参考准位 VREF; 由于输入该可变参考准位产生器 120的参考数值，如上述该信号峰值（VA)但不限制，并非固定值如图 1A、 8A 中点线部分所示的感测器输出数据 (Vout)但不限制，因此所产生的相匹配的参考准位 VREF也非一固定值，即当该信号峰值 (VA) 变化时该参考准位 VREF也随的变化，故称为可变参考准位 VREF，即该可变参考准位 VREF可依需求而上下变动如图 10、图 11中 VREF处上下箭头所示。再使该感测器输出数据 ( Vout ) 200及该可变参考准位 VREF分别输入该数字判断比较器 110, 并通过该数字判断比较器 110的判断比较功能，使该感测器输出数据 (Vout) 200能以该可变参考准位 VREF为基准，以转换成一明确的数字信号 300，并再输出至处理器。

参考图 12、图 13所示，其分别是本发明模拟数字转换系统的准位判断比较器 120应用于光反射式及光遮断式触控系统的功能说明图。当该数字判断比较器 110接收到分别输入的该感测器输出数据（Vout) 200及该可变参考准位 VREF时，该数字判断比较器 110即以该可变参考准位 VREF为基准，而对该感测器输出数据 (Vout) 200进行判断比较。由于该可变参考准位 VREF 是随着该信号峰值 (VA) 的变化而相匹配产生，也就是无论该感测器输出数据（Vout) 200及该信号峰值 (VA)产生如何变化如图 1A、图 8A所示，该可变参考准位 VREF均可随的变化，即通过该可变参考准位产生器 120的数值运算以形成一相匹配的基准；因此当该感测器输出数据 ( Vout ) 200以该相匹配的可变参考准位 VREF为判渐比较的基准时如图 12、图 13所示，即能明确地显示出该信号峰值 (VA) 的位置（时序），进而有效且快速地转换成一明确的数字信号 300供输出至处理器。另，又该数字信号 300的型态不限制，可相对于该可变参考准位 VREF 而形成正脉沖或负脉冲型态如图 12、图 13 所示。

本发明的模拟数字转换系统 100中，该可变参考准位产生器 120主要是用以依据该感测器输出数据 (Vout) 中的信号峰值 (VA)但不限制，以产生一相匹配的可变参考准位 VREF; 于实际使用时，该可变参考准位产生器 120 除了依据该感测器输出数据 (Vout) 中的信号峰值 (VA) 夕卜，进一步可依据下列参考数值：一参考电压准位（VB)、一通过温度检测所得的变异值（VC)、一通过光源强度检测所得的变异值（VD) 、一通过环境光强度检测所得的变异值（VE) , 其中的一参考数值或其组合，并经由该可变参考准位产生器 120 的数值运算以产生一相匹配的可变参考准位 VREF。以下兹列举各实施例并分别说明：

<第 1实施例〉

参考图 14, 其是本发明模拟数字转换系统第 1实施例的结构功能方块示意图。在本实施例中，该可变参考准位产生器是依据一通过信号峰值检测 140 所检知的信号峰值 (VA)及一参考电压准位（VB) , 并经由该可变参考准位产生器 120的数值运算如加减乘除，以产生该一可变参考准位 VREF，如将该可变参考准位产生器 120的数值运算设定成 VREF= ( VA+ VB ) 12但不限制，即该一可变参考准位 VREF等于该信号峰值 (VA)及该参考电压准位（VB) 的算术平均值；其中，该信号峰值检测 140可通过该侦测电路 130完'成；该参考电压准位（VB)是该感测器输出数据（Vout) 中信号峰值 (VA)以外的电压准位如图 12、图 13所示，其可通过侦测电路（ 130) 以检知取得；再通过该数字判断比较器 110, 以使该感测器输出数据 (Vout)能以该可变参考准位 VREF为基准，进行判断比较并转换成一明确的数字信号以输出至处理器。〈第 2实施例〉

参考图 15，其是本发明模拟数字转换系统第 2实施例的结构功能方块示意图。在本实施例中，该可变参考准位产生器 120是依据一通过信号峰值检测 140所检知的信号峰值（ VA )、一参考电压准位（ VB )及一通过温度检测 150所得的温度变异值（VC) , 并经由该可变参考准位产生器 12依据上述信号峰值（VA) 、参考电压准位（VB)及温度变异值（VC)进行数值运算，以产生该一可变参考准位 VREF; 其中该信号峰值检测 140及温度检测 150 可通过侦测电路 130或相关的侦测电路完成；其中该可变参考准位产生器 120 的数值运算模式可事先设定，以使该一可变参考准位 VREF能与该感测器输出数据 (Vout) 达成较佳的匹配程度，以利于该数字判断比较器 110进行判断比较并模拟转数字的转换作业。再通过该数字判断比较器 110, 以使该感测器输出数据 (Vout) 能以该可变参考准位 VREF为基准，进行判断比较并转换成一明确的数字信号以输出至处理器；由于该可变参考准位产生器 120 已将该温度变异值（VC)考虑在内，即当作产生该一可变参考准位 VREF的参数之一，故本实施例的模拟数字转换系统 100可达成抗感测器元件的变异性及抗温度的变异性的优点。

〈第 3实施例 >

参考图 16，其是本发明模拟数字转换系统第 3实施例的结构功能方块示意图。在本实施例中，该可变参考准位产生器 120是依据一通过信号峰值检测 140所检知的信号峰值（VA)、一参考电压准位（VB)、一通过温度检测 150所得的温度变异值 (VC)及一通过光源强度检测 160所得的光源强度变异值（VD)或一通过环境光强度检测 170所得的环境光强度变异值（VE) , 并经由该可变参考准位产生器 120针对上述信号峰值 (VA) 、参考电压准位 (VB) 、温度变异值 (VC)及光源强度变异值（VD)或环境光强度变异值 (VE)进行数值运算，以产生该一可变参考准位 VREF; 其中该信号峰值检测 140、温度检测 150及光源强度检测 160或环境光强度检测 170等，皆可通过侦测电路 130或相关的侦测电路完成；其中该可变参考准位产生器 120的数值运算模式可事先设定，以使该一可变参考准位 VREF 能与该感测器输出数据（Vout )达成较佳的匹配程度，以利于该数字判断比较器 11进行模拟转数字的转换作业。再通过该数字判断比较器 110, 以使该感测器输出数据 ( Vout ) 能以该可变参考准位 VREF为基准，进行判断比较并转换成一明确的数字信号以输出至处理器；由于该可变参考准位产生器 120 已将该温度变异值（VC ) 、光源强度变异值（VD )或环境光强度变异值（VE )考虑在内，即当作用以产生该一可变参考准位 VREF的参数之一，故本实施例的模拟数字转换系统 100可达成抗感测器元件的变异性、抗温度的变异性及抗光源输出的变异性^/或抗环境光的变异性的优点。

<第 4实施例 >

参考图 17, 其是本发明模拟数字转换系统第 4实施例的结构功能方块示意图。在本实施例中，该可变参考准位产生器 120是依据一通过信号峰值检测 140所检知的信号峰值（ VA )、一通过温度检测 150所得的温度变异值（ VC ) 及一通过光源强度检测 160所得的光源强度变异值（VD )或一通过环境光强度检测 170所得的环境光强度变异值（VE ) , 并经由该可变参考准位产生器 120针对上述信号峰值（VA ) 、温度变异值（VC )及光源强度变异值（VD ) 或环境光强度变异值（VE )进行数值运算，以产生该一可变参考准位 VREF; 其中该信号峰值检测 140、温度检测 150及光源强度检测 160或环境光强度检测 170等，皆可通过侦测电路 130或相关的侦测电路完成；其中该可变参考准位产生器 120 的数值运算模式可事先设定，以使该一可变参考准位 VREF 能与该感测器输出数据（Vout ) 达成较佳的匹配程度，以利于该数字判断比较器 110进行模拟转数字的转换作业。再通过该数字判断比较器 110, 以使该感测器输出数据 ( Vout ) 能以该可变参考准位 VREF为基准，进行判断比较并转换成一明确的数字信号以输出至处理器。本第 4实施例与第 3实施例之间的主要不同点在于该可变参考准位产生器 120并未将该参考电压准位（VB)考虑在内，即未将该参考电压准位（VB) 当作用以产生该一可变参考准位 VREF的参数之一。

〈第 5实施例 >

参考图 12，其是本发明模拟数字转换系统第 5实施例的结构功能方块示意图。本实施例的结构及使用功效与第 1 实施例大致相同，二者之间的主要不同点在于本实施例的该可变参考准位产生器 120依据该信号峰值 (VA)及该参考电压准位（VB)进行数值运算所产生的可变参考准位 VREF, 是分段可变参考准位，供该数字判断比较器得能根据该感测器输出数据 (Vout) 以选择该分段的参考准位的中一适当的参考准位（VREF)作为基准，以将该感测器输出数据（Vout)有效且快速地转换成一明确的数字信号并输出至处理器；藉此，使通过该可变参考准位产生器的数值运算所产生的可变参考准位 (VREF) ，即该可变参考准位（VREF)原是属于不分段或无法分段的可变参考准位（VREF) ，改为分段可变参考准位，即分段的参考准位中每一段参考准位之间的数值间距被扩大化，即相对扩大每一段参考准位的适用范围，以减少处理器程序负担而增进程序执行效率

第 1 实施例中该可变参考准位产生器 120所产生的可变参考准位是随着各参数的变动而无段式变化，如该信号峰值 (VA)及该参考电压准位（VB) 产生细微变动时，该可变参考准位 VREF= (VA+ VB) /2也会随的产生细微变化，即形如无段式变化；而本实施例的该可变参考准位产生器 12所产生的可变参考准位 VREF,是分为多段参考准位，即故意忽视该可变参考准位随该信号峰值 (VA)及该参考电压准位（VB)所产生的细微变动，使每一段参考准位的数值粗化，相对扩大每一段参考准位的适用范围，以减少处理器程序负担而增进程序执行效率。

同理，上述的第 2至第 4实施例亦可利用本第 5实施例的粗分的分段方式，使该可变参考准位产生器依据该一信号峰值 (VA)及 /或一参考电压准位 ( VB ) 或各变异值（VC、 VD、 VE )并通过数值运算所产生的可变参考准位，皆进一步设定成分段可变参考准位。 ~

综上所述，本发明位置（影像）感测器信号的模拟数字转换系统的操作方法，包含下列步骤：

提供一数字判断比较器 110;

通过至少一侦测电路 130以检知感测器输出数据 Vout的信号峰值 VA; 根据该信号峰值 VA, 提供一可变参考准位 VREF; 及

通过该数字判断比较器 110以使该感测器输出数据 Vout能以该可变参考准位 VREF为基准，将该感测器输出数据 Vout中的信号峰值 VA转换成一明确的数字信号并输出至处理器。

其中，针对该信号峰值 VA，可提供一可变参考准位产生器 120, 俾可通过该一可变参考准位产生器 120的数值运算功能，以依据该信号峰值 VA产生该一可变参考准位 VREF。

其中，该可变参考准位产生器 120进一步可依据该一信号峰值 VA及 /或一参考电压准位 VB及 /或一通过温度检测所得的变异值 VC及 /或一通过光源强度检测所得的变异值 VD 或一通过环境光强度检测所得的变异值 VE，并经由该可变参考准位产生器 120 的数值运算功能，以产生一可变参考准位 VREF,也就是将参考电压准位 VB 或一通过温度检测所得的变异值 VC及 /或一通过光源强度检测所得的变异值 VD及 /或一通过环境光强度检测所得的变异值 VE，纳入该可变参考准位产生器 120的数值运算中，以增进本发明影像感测器信号的模拟数字转换系统的使用效率。

以上所示仅为本发明的优选实施例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制性的。在本专业技术领域具通常知识人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效的变更，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims

权利要求

1、一种激光光学触控模块，设置于显示屏表面的一侧以提供光学式定位输入功能用以构成一光学式触控显示屏系统供触控件触摸，其由一发光部及一收光部组成一模块，其特征在于：

该发光部，其通过一激光光源以发出激光光束并经一广角用光学元件折射后，使激光光视角能大于 90度，以在显示屏表面上形成广角的线性光束，当触控件触摸显示屏表面上时，会阻挡该线性光束并形成反射激光光束；

该收光部，其通过一位置感测器及一聚光用光学元件以接收感应该反射激光光束并形成一信号输出，以感测得知该触控件的相对位置；

其中该发光部的光路与收光部的光路之间，以平行光路方式并排组合在一起。

2、如权利要求 1所述的激光光学触控模块，其特征在于，该发光部的光路与收光部的光路之间，相对于显示屏表面，以水平且平行光路方式横向并排组合在一起。

3、如权利要求 1所述的激光光学触控模块，其特征在于，该广角用光学元件是一打线镜片。

4、如权利要求 1所述的激光光学触控模块，其特征在于，该发光部及收光部容设在一有开口的外壳体内部以形成一组合体。

5、如权利要求 1所述的激光光学触控模块，其特征在于，

该位置感测器的感测面上进一步设置一微透镜以使因触控件触摸显示屏表面上所形成的反射激光光束得进一步聚光在该感测面上。

6、一种激光光学触控模块，设置于显示屏表面的一侧以提供光学式定位输入功能用以构成一光学式触控显示屏系统供触控件触摸，其由一发光部及一收光部组成一模块，其特征在于：

该发光部，其通过一激光光源以发出激光光束并经一广角用光学元件折射后，使激光光视角能大于 90度，以在显示屏表面上形成广角的线性光束，当触控件触摸显示屏表面上时，会阻挡该线性光束并形成反射激光光束；该收光部，其通过一位置感测器以接收感应该反射激光光束并形成一信号输出，以感测得知该触控件的相对位置；

其中该发光部的光路与收光部的光路之间，以共光路方式组合在一起，使该发光部的激光光源与该收光部的位置感测器共用同一广角用光学元件，使该激光光源所发出的激光光束及位置感测器所接收并感应的反射激光光束都经过相同的广角用光学元件；

其中该广角用光学元件的后方设一分光镜以使敎光光源所发出的激光光束穿过该分光镜而向外射出至广角用光学元件，并使反射激光光束经由该广角用光学元件射入至该分光镜并反射进入并被该位置感测器接收感应。

7、如权利要求 6所述的激光光学触控模块，其特征在于，该广角用光学元件是一打线镜片。

8、如权利要求 6所述的激光光学触控模块，其特征在于，该发光部及收光部容设在一有开口的外壳体内部以形成一组合体。

9、如权利要求 6所述的激光光学触控模块，其特征在于，该激光光源与分光镜之间进一步设一准直镜。

10、如权利要求 6所述的激光光学触控模块，其特征在于，该激光光源进一步使用可发出小直径激光光束的激光光源，并进一步在该位置感测器的感测面与该分光镜之间设一光扩束镜。

11、如权利要求 6所述的激光光学触控模块，其特征在于，该分光镜是一偏振分光镜，并在该广角用光学元件与该偏振分光镜之间设一四分之一波片，以使该激光光源所发出的激光光束在经过该一偏振分光镜时，该激光光束中的一线偏振光得通过该一偏振分光镜，而与其正交的另一线偏振光则反射；

其中通过该一偏振分光镜的该线偏振光，再经该一四分之一波片转换为一左旋或右旋二相反旋中一圆偏振光，使经由触控件反射后的反射激光光束变为二相反旋中另一圆偏光，再经过该四分之一波片又转换为一与原线偏振光正交的线偏振光，再入射至该一偏振分光镜并反射至该位置感测器上。

12、一种模拟数字转换系统，供用以将位置感测器感测所得的模拟式输出数据（Vout) 转换成数字信号以提供处理器进行处理，其特征在于，其包含：

一数字判断比较器，用以接收分别由该位置感测器形成并输入的感测器输出数据（Vout)及由一可变参考准位产生器产生并输入的一可变参考准位；及

一可变参考准位产生器，其是根据该感测器输出数据（Vout) 中的信号峰值（VA)，并通过该可变参考准位产生器的数值运算，以产生一可变参考准位（VREF) , 并输入至该数字判断比较器；

其中，通过该数字判断比较器的判断比较，以使该感测器输出数据 (Vout) 能以该一可变参考准位为基准，以转换成一数字信号，再输出至处理器。

13、如权利要求 12所述的模拟数字转换系统，其特征在于，该感测器输出数据（Vout) 中的信号峰值（VA)是利用至少一侦测电路以由该感测器输出数据（Vout) 中检知。

14、如权利要求 12所述的模拟数字转换系统，其特征在于，该可变参考准位产生器进一步根据该感测器输出数据（Vout) 中的信号峰值（VA) 及一参考电压准位（VB)，并通过该可变参考准位产生器的数值运算以产生一可变参考准位（VREF) , 其中该参考电压准位（VB) 为该感测器输出数据（Vout) 中信号峰值（VA) 以外的电压准位。

15、如权利要求 14所述的模拟数字转换系统，其特征在于，该一可变参考准位（VREF) 为该信号峰值（VA)与该参考电压准位（VB) 的算术平均值： VREF= ( VA+ VB ) /2。

16、如权利要求 12所述的模拟数字转换系统，其特征在于，该可变参考准位产生器进一步根据该感测器输出信号（Vout) 中的信号峰值（VA) 及下列参数：参考电压准位（VB) 、温度变异值（VC) 、光源强度变异值（VD) 、环境光强度变异值（VE) 中的其一或其组合，并经由该可变参考准位产生器的数值运算以产生一可变参考准位（VREF) , 其中，该参考电压准位（VB) 为该感测器输出数据（Vout) 中信号峰值（VA) 以外的电压准位，该温度变异值（VC)是通过温度检测所得，该光源强度变异值是通过光源强度检测所得，该环境光强度变异值（VE )通过环境光强度检测所得。

17、如权利要求 12所述的模拟数字转换系统，其特征在于，该可变参考准位（VREF ) 进一步设定成分段可变参考准位。

18、一种基于权利要求 12所述的模拟数字转换系统的模拟数字转换方法，其特征在于，供用以将位置感测器感测所得的模拟式输出数据（Vout ) 有效地转换成数字信号以提供处理器进行处理，包含下列步骤：

提供一数字判断比较器；

通过至少一侦测电路以检知感测器输出数据（ Vout )的信号峰值（ VA ); 根据该感测器输出数据（Vout )及该信号峰值（VA ) ，提供一可变参考准位；及

通过该数字判断比较器以使该感测器输出数据能以该可变参考准位为基准，将该感测器输出数据中的信号峰值（VA )转换成一明确的数字信号并输出至处理器。

19、如权利要求 18所述的模拟数字转换方法，其特征在于，其进一步提供一可变参考准位产生器用以根据该信号峰值（VA ) , 并通过该可变参考准位产生器的数值运算，以产生该一可变参考准位。

20、如权利要求 19所述的模拟数字转换方法，其特征在于，该可变参考准位产生器进一步根据该感测器输出信号（Vout ) 中的信号峰值（VA ) 及下列参数：参考电压准位（VB ) 、温度变异值（VC ) 、光源强度变异值（VD ) 、环境光强度变异值（VE ) 中之一或其组合，并经由该可变参考准位产生器的数值运算以产生一可变参考准位（VREF ) , 其中，该参考电压准位（VB ) 为该感测器输出数据（Vout ) 中信号峰值（VA ) 以外的电压准位，该温度变异值（VC )通过温度检测所得，该光源强度变异值通过光源强度检测所得，该环境光强度变异值（VE )通过环境光强度检测所

21、如权利要求 19所述的模拟数字转换方法，其特征在于，通过该可变参考准位产生器的数值运算所产生的可变参考准位（ VREF )进一步设定为分段参考准位。