专利名称：光学式触控装置及其操作方法
技术领域：
本发明涉及一种触控装置，特别是涉及一种能够有效地消除感测死角以达到全区 域感测并可大幅简化运算量以提升触控点感测效率的光学式触控装置及其操作方法。
背景技术：
近年来，随着影像显示相关的科技不断地发展，市面上出现的各式各样新型态的 显示装置逐渐取代传统的阴极射线管显示器。其中，触控式液晶显示装置不仅省电且不占 空间，还同时具有可直接透过接触方式进行输入的优点，故广受一般消费者的喜爱，已成为 显示器市场上的主流，并且广泛地应用于各类电子产品中，例如自动柜员机、销售点终端 机、游客导览系统或工业控制系统等。一般而言，目前较为常见的触控式装置包含有电阻式触控装置、电容式触控装置 以及光学式触控装置等类型，通过不同探测原理及方式进行单一或多重触控点的探测。在 上述各种不同类型的触控式装置中，光学式触控装置由于具有透光性佳的特性，已成为有 别于传统的电阻式触控装置与电容式触控装置之外的另一常用技术。然而，传统的光学式 触控装置必须在面板的四周设置许多光源发射器及光接收器以进行触控点的探测，将造成 整个面板装置额外的空间需求，使得其体积无法进一步缩小，加上其生产成本相当可观，也 无法达到高分辨率的触控探测。近来，虽有人将三角定位量测法应用于光学触控技术中，以 进行触控点的探测。通过这种方式虽提升触控输入的分辨率，并可减少光源发射器及光接 收器的数量，但仍无法解决额外的空间需求的问题，且反而随之带来繁杂计算及边框反射 条需精确定位等问题。此外，如图1所示，传统的光学式触控装置3包含面板30、光接收器32及处理模块 34，光接收器32设置于面板30的边框区域，通过光接收器32接收光信号的视角延伸方向， 即可推得光接收器32所涵盖面板30的可感测区域。很明显地，光接收器32的感测范围并 无法涵盖面板30的所有区域，故仍有感测死角存在。因此，本发明提出一种光学式触控装置及其操作方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明提出一种能够有效地消除感测死角以达到全区域感测并可大幅简化处理 模块的运算量以提升触控点感测效率的光学式触控装置及其操作方法。根据本发明的第一具体实施例为一种光学式触控装置。在该实施例中，该光学式 触控装置包含至少一个光感测模块及处理模块。其中，至少一个光感测模块设置于该光学 式触控装置的表面的第一侧；该表面上相对于该第一侧的第二侧设置有参考区域；光感测 模块连接至处理模块。该至少一个光感测模块的感测范围涵盖该表面的全部区域。该至少一个光感测模块是用以接收至少一道光线并根据其接收该至少一道光线 的接收情形产生感测结果，其中该感测结果与该至少一道光线是否在该表面上方被至少一 个物体阻挡住以及该至少一个物体与该参考区域之间的比较结果有关。接着，该处理模块根据该感测结果在该表面上判定对应于该至少一个物体的至少一个触控点位置。根据本发明的光学式触控装置，其中该至少一个光感测模块的感测范围涵盖该表 面的全部区域。根据本发明的光学式触控装置，其中该至少一个光感测模块包含大角度光接收 器，由此消除可能的感测死角，使得该至少一个光感测模块的感测范围能够增大至涵盖该 表面的全部区域。根据本发明的光学式触控装置，其中该至少一个光感测模块利用可旋转角度的方 式消除可能的感测死角，以实现其感测范围涵盖该表面的全部区域的效果。根据本发明的光学式触控装置，其中该至少一个光感测模块利用可沿着该第一侧 移动的方式消除可能的感测死角，以实现其感测范围涵盖该表面的全部区域的效果。根据本发明一种优选的实施例，该光学式触控装置的表面的该第二侧进一步设置 有另一光感测模块，由此消除可能的感测死角，使得其感测范围能够增大至涵盖该表面的 全部区域。根据本发明一种优选的实施例，该光学式触控装置的表面的该第二侧进一步设置 有至少一个反射模块，用以利用反射的方式消除可能的感测死角，使得其感测范围能够增 大至涵盖该表面的全部区域。根据本发明一种优选的实施例的该光学式触控装置，进一步包含辅助光源发射模块，设置于该表面的周围，用以发射出辅助光源以使得该至少一个光感测模块能够在弱光环境下正常操作。根据本发明的光学式触控装置，其中该参考区域包含至少一个参考图案，该至少 一个参考图案用以和该至少一个物体进行比较以产生该比较结果，该比较结果与该至少一 个物体阻挡住该至少一道光线所形成的遮蔽区域占有该参考区域的比例大小有关。根据本发明的光学式触控装置，其中该至少一个参考图案以明暗交错的方式呈 现，以提供类似定位光学尺的效果。根据本发明的第二具体实施例为一种光学式触控装置操作方法。在该实施例中， 该光学式触控装置包含至少一个光感测模块及处理模块，该至少一个光感测模块设置于该 光学式触控装置表面的第一侧，该表面上相对于该第一侧的第二侧设置有参考区域。该至 少一个光感测模块的感测范围涵盖该表面的全部区域。该方法包含下列步骤(a)该至少 一个光感测模块接收至少一道光线并根据其接收该至少一道光线的接收情形产生感测结 果，其中该感测结果与该至少一道光线是否在该表面上方被至少一个物体阻挡住以及该至 少一个物体与参考区域之间的比较结果有关；(b)该处理模块根据该感测结果在该表面上 判定对应于该至少一个物体的至少一个触控点位置。根据本发明的方法，其中该至少一个光感测模块的感测范围涵盖该表面的全部区 域。根据本发明的方法，其中该至少一个光感测模块包含大角度光接收器，由此消除 可能的感测死角，使得该至少一个光感测模块的感测范围能够增大至涵盖该表面的全部区 域。根据本发明的方法，其中该至少一个光感测模块利用可旋转角度的方式消除可能 的感测死角，以实现其感测范围涵盖该表面的全部区域的效果。
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根据本发明的方法，其中该至少一个光感测模块利用可沿着该第一侧移动的方式 消除可能的感测死角，以实现其感测范围涵盖该表面的全部区域的效果。根据本发明的方法，其中该表面的该第二侧进一步设置有另一光感测模块，由此 消除可能的感测死角，使得其感测范围能够增大至涵盖该表面的全部区域。在本发明的方法的一种优选的实施例中，该表面的该第二侧进一步设置有至少一 个反射模块，用以利用反射的方式消除可能的感测死角，使得其感测范围能够增大至涵盖 该表面的全部区域。在本发明的方法的一种优选的实施例中，其中该光学式触控装置进一步包含辅助 光源发射模块，该辅助光源发射模块设置于该表面的周围，用以发射出辅助光源以使得该 至少一个光感测模块能够在弱光环境下正常操作。根据本发明的方法，其中该参考区域包含至少一个参考图案，该至少一个参考图 案用以和该至少一个物体进行比较以产生该比较结果，该比较结果与该至少一个物体阻挡 住该至少一道光线所形成的遮蔽区域占有该参考区域的比例大小有关。根据本发明的方法，其中该至少一个参考图案以明暗交错的方式呈现，以提供类 似定位光学尺的效果。关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及附图得到进一步的了解。
图1示出了传统的光学式触控装置的光接收器具有感测死角的示意图。图2示出了根据本发明的第一具体实施例的光学式触控装置的功能方块图。图3(A)及图3(B)示出了光感测模块判断其可感测区域内的不同触控点的位置的 示意图。图4(A)及图4(B)示出了光感测模块根据已知的参考触控点至第一侧的参考距离 判断移动后的另一触控点的位置的示意图。图5示出了光学式触控装置通过大角度光接收器达到全区域感测的示意图。图6 (A)及图6 (B)示出了光学式触控装置通过旋转光感测模块的方式达到全区域 感测的示意图。图7示出了光学式触控装置通过平移光感测模块的方式达到全区域感测的示意 图。图8(A)示出了光学式触控装置在第一侧对面的第二侧设置另一个光感测模块以 提供全区域的感测的示意图。图8(B)示出了光学式触控装置在第一侧对面的第二侧设置两个反射模块以提供 全区域的感测的示意图。图9示出了光学式触控装置在第一侧对面的第二侧上设置有参考区域的示意图。图10示出了根据本发明的第二具体实施例的光学式触控装置操作方法的流程 图。
具体实施例方式根据本发明的第一具体实施例为一种光学式触控装置。在该实施例中，该光学式触控装置可应用于液晶显示装置或其它显示装置，同时具有显示画面与触控输入的功能。 请参照图2，图2分别示出了该光学式触控装置的功能方块图。如图2所示，光学式触控装置1包含光源发射模块12、光感测模块14、处理模块16 及显示模块18。其中，光感测模块14设置于显示模块18的表面的第一侧，该表面上相对于 该第一侧的第二侧设置有参考区域；光感测模块14连接至处理模块16 ；处理模块16连接 至显示模块18 ；光源发射模块12可设置于显示模块18的周围，用以同时或循序式地发出 多道光线，实际上，该多道光线也可由光源发射模块12通过具有导光功能的光学单元而发 出，并无一定的限制。值得注意的是，在该实施例中，光感测模块14的数目可以是一个或多个，且光感 测模块14的感测范围可涵盖该表面的全部区域。此外，光感测模块14可以是任何型式的 光电传感器(例如电荷耦合器件(Charge Coupled Device, (XD)传感器、互补金属氧化物 半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS)传感器等)、光压传感器、光 光传感器、光热传感器、光声传感器、光磁传感器，只要光感测模块14能够接收光信号并将 光信号转换为处理模块16能够判读的信号格式即可适用于本发明的光学式触控装置1。首先，将先就光感测模块14如何判断其可感测区域内的触控点位置进行说明。请 参照图3(A)及图3(B)，图3(A)及图3(B)示出了光感测模块14判断其可感测区域内的不 同触控点P 1及P2的位置的示意图。如图3(A)及图3(B)所示，假设该物体形成触控点P1 及P2时的位置与设置光感测模块14的第一侧的距离分别为XI及X2，由于该物体阻挡住光 线射入光感测模块14而在第一侧对面的第二侧所形成的遮蔽区域大小分别为D1及D2。处 理模块16即可根据光感测模块14所提供的上述信息反推出XI及X2，由此得到触控点P1 及P2的坐标位置。此外，考虑到形成触控点的物体的大小可能不同，其所形成的触控点的大小也不 会一样，有可能导致触控点误判的情况发生，因此，如图4(A)所示，可先将物体置于一个参 考点以形成参考触控点Pr，且参考触控点Pr至第一侧的参考距离&为已知，而该物体阻 挡住光线射入光感测模块14而在第一侧对面的第二侧所形成的遮蔽区域大小为Dr。如图 4 (B)所示，当该物体向后移动至触控点Pf的位置时，该物体阻挡住光线射入光感测模块14 而在第二侧所形成的遮蔽区域大小为Df，此时，处理模块16即可根据Dr、Df及已知的参考 距离&推知移动后的触控点Pf至第一侧的距离Xf，由此得到移动后的触控点Pf的坐标位 置。在实际应用中，为了能够避免如图1所示的传统光学式触控装置3的光接收器32 的感测范围仍有一些感测死角存在的现象发生，本发明提出下列数种方法以帮助光学式触 控装置1的光感测模块14的感测范围能够涵盖显示模块18的该表面的所有区域，亦即达 到全区域感测的效果。首先，请参照图5，图5示出了光学式触控装置1通过大角度光接收器14a达到全 区域感测的示意图。如图5所示，由于大角度光接收器14a接收光线的角度比一般的光接 收器来得广，故光学式触控装置1可因此增加其感测范围的大小，使得该表面的所有区域 均为可感测区域，而不会有任何感测死角的产生。其次，请参照图6(A)及图6(B)，图6(A)及图6(B)示出了光学式触控装置1通过 旋转光感测模块14的方式达到全区域感测的示意图。如图6(A)及图6(B)所示，光感测模块14可设置于旋转基座13上，并利用旋转基座13的上下旋转，使得光感测模块14的感测 范围能够涵盖该表面的所有区域，而不会有任何感测死角存在。接着，请参照图7，图7示出了光学式触控装置1通过平移光感测模块14的方式达 到全区域感测的示意图。如图7所示，光感测模块14利用在该第一侧上下平移的方式使其 感测范围能够涵盖该表面的所有区域，而不会有任何感测死角存在。除了上述三种方式之外，光学式触控装置1还可通过多个光学元件的适当安排， 达到消除感测死角的效果。如图8(A)所示，光学式触控装置1除了原先已在第一侧设置有 光感测模块14之外，还进一步在第一侧对面的第二侧设置另一个光感测模块14'，以提供 全区域的感测。值得注意的是，光感测模块14'的数目及设置的位置并无一定的限制，除了 图8(A)所示的位置外，也可设置于显示模块18的上下边框。此外，如图8(B)所示，光学式 触控装置1也可在第一侧对面的第二侧设置反射模块15a及15b，利用反射模块15a及15b 反射光线的方式消除原本可能形成的感测死角，以使得其感测范围能够增大至涵盖该表面 的全部区域。当光学式触控装置1利用上述方式达到全区域感测的效果后，为了能够有效地减 少处理模块16原本进行触控点判读时所需负担的庞大数据运算量，以提升触控点的感测 效率，如图9所示，光学式触控装置1采用大角度光接收器14a以达到全区域感测的效果， 并且在大角度光接收器14a的对面的第二侧上设置有参考区域17。在该实施例中，参考区 域17包含至少一个参考图案，该至少一个参考图案以明暗交错(例如透光、不透光或反光、 不反光)的方式呈现，以提供类似定位光学尺的效果，并用以和形成触控点的物体进行比 较以产生比较结果。实际上，该比较结果与该物体阻挡住光线所形成的遮蔽区域17a的长度dl占有参 考区域17的长度d的比例大小(例如dl d= 1 3)有关。此外，遮蔽区域17a两端的 位置yl、y2与参考区域17两端的位置y0、y3之间的相对关系(例如假设y0 = 0且y3 = 20，则yl = 7且y2 = 13)，也可作为判读触控点位置时的参考依据。在该实施例中，参考区 域17的参考图案可以是条形码、光学尺、光栅或其它类似型式的图案，由此提供类似定位 光学尺的效果，以减少处理模块16原本判读触控点时的大量运算。值得注意的是，上述参 考区域17的设计仅需提供特定可判断的图案化区域即可，并无任何关于规则与否、对称与 否、颜色及花纹等条件的限制。此外，考虑到光学式触控装置1可能会在弱光环境(例如使用投影片的会议场合) 下使用，故可在显示模块18的周围(例如上下边框)设置有辅助光源发射模块19，用以发 射出辅助光源以协助大角度光接收器14a能够在弱光环境下正常操作。在实际应用中，辅 助光源发射模块19所发出的辅助光源的种类并无一定的限制，可以是发光二极管、荧光或 冷光等光源。根据本发明的第二具体实施例为一种光学式触控装置操作方法。在该实施例中， 该光学式触控装置包含至少一个光感测模块及处理模块。其中，该至少一个光感测模块连 接至该处理模块，该至少一个光感测模块设置于该光学式触控装置的表面的第一侧。值得 注意的是，该表面上相对于该第一侧的第二侧设置有参考区域；该至少一个光感测模块的 感测范围涵盖该表面的全部区域。请参照图10，图10示出了该光学式触控装置操作方法的流程图。如图10所示，首先，在步骤S10中，该至少一个光感测模块接收至少一道光线并根据其接收该至少一道 光线的接收情形产生感测结果，其中，该感测结果与该至少一道光线是否在该表面上方被 至少一个物体阻挡住以及该至少一个物体与该参考区域之间的比较结果有关。接着，在步 骤S12中，该处理模块根据该感测结果在该表面上判定对应于该至少一个物体的至少一个 触控点位置。在实际应用中，为了协助光学式触控装置的光感测模块的感测范围能够涵盖该表 面的所有区域，本发明提出大角度光接收器、旋转光感测模块、平移光感测模块以及适当地 设置多个光学元件等多种方式，由此消除原本可能形成的感测死角，以达到全区域感测的 效果。此外，该参考区域为了能够有效地减少处理模块原本进行触控点判读时所需负担 的庞大资料运算量，以提升触控点的感测效率而设置在该表面上相对于第一侧的第二侧。 实际上，该参考区域可包含至少一个参考图案，该至少一个参考图案以明暗交错(例如透 光、不透光或反光、不反光)的方式呈现，以提供类似定位光学尺的效果，并用以和形成触 控点的物体进行比较以产生比较结果。该参考区域的参考图案可以是条形码、光学尺、光栅 或其它类似型式的图案，由此提供类似定位光学尺的效果，以减少处理模块原本判读触控 点时的大量运算。相比于现有技术，根据本发明的光学式触控装置及其操作方法能够利用设置大角 度光接收器、旋转光感测模块、平移光感测模块以及适当地设置多个光学元件等方式有效 地消除感测死角以达到全区域感测的效果，还能够利用参考区域的设置提供类似定位光学 尺的效果以与形成触控点的物体进行比较，故可大幅简化运算量以提升触控点感测效率， 甚至形成触控点的物体不一定要真正接触到面板表面，进而可达到探测三维触控点位置的 效果。通过以上优选具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而 并非以上述所披露的优选具体实施例来对本发明的保护范围加以限制。相反地，其目的是 希望能在本发明所要保护的权利要求的范畴内涵盖各种变型及等同替换方式。主要元件符号说明
S10 S12 流程步骤
1、3:光学式触控装置12 光源发射模块
14、14'光感测模块16、34 处理模块
18 显示模块30 面板
32 光接收器P1 P2、Pf 触控点
Pr 参考触控点19 辅助光源发射模块
15a、15b 反射模块14a 大角度光接收器
17 参考区域17a 遮蔽区域
d 参考区域的长度dl 遮蔽区域的长度
13 旋转基座Xr 参考距离
Dl、D2、Dr、Df 遮蔽区域的大/J
yl、y2 遮蔽区域两端的位置
y0、y3 参考区域两端的位置
XI 触控点P1至第
X2 触控点P2至第
Xf 触控点Pf至第
-侧的距离 -侧的距离 -侧的距离。
权利要求
一种光学式触控装置，包含至少一个光感测模块，设置于所述光学式触控装置的表面的第一侧，用以接收至少一道光线并根据其接收所述至少一道光线的接收情形产生感测结果，其中所述感测结果与所述至少一道光线是否在所述表面上方被至少一个物体阻挡住以及所述至少一个物体与参考区域之间的比较结果有关，所述参考区域设置于所述表面上相对于所述第一侧的第二侧；以及处理模块，连接至所述至少一个光感测模块，用以根据所述感测结果在所述表面上判定对应于所述至少一个物体的至少一个触控点位置。
2.根据权利要求1所述的光学式触控装置，其中所述至少一个光感测模块的感测范围 涵盖所述表面的全部区域。
3.根据权利要求2所述的光学式触控装置，其中所述至少一个光感测模块包含大角度 光接收器，由此消除可能的感测死角，使得所述至少一个光感测模块的感测范围能够增大 至涵盖所述表面的全部区域。
4.根据权利要求2所述的光学式触控装置，其中所述至少一个光感测模块利用可旋转 角度的方式消除可能的感测死角，以实现其感测范围涵盖所述表面的全部区域的效果。
5.根据权利要求2所述的光学式触控装置，其中所述至少一个光感测模块利用可沿着 所述第一侧移动的方式消除可能的感测死角，以实现其感测范围涵盖所述表面的全部区域 的效果。
6.根据权利要求2所述的光学式触控装置，其中所述表面的所述第二侧进一步设置有 另一光感测模块，由此消除可能的感测死角，使得其感测范围能够增大至涵盖所述表面的 全部区域。
7.根据权利要求2所述的光学式触控装置，其中所述表面的所述第二侧进一步设置有 至少一个反射模块，用以利用反射的方式消除可能的感测死角，使得其感测范围能够增大 至涵盖所述表面的全部区域。
8.根据权利要求1所述的光学式触控装置，进一步包含辅助光源发射模块，设置于所述表面的周围，用以发射出辅助光源以使得所述至少一 个光感测模块能够在弱光环境下正常运作。
9.根据权利要求1所述的光学式触控装置，其中所述参考区域包含至少一个参考图 案，所述至少一个参考图案用以和所述至少一个物体进行比较以产生所述比较结果，所述 比较结果与所述至少一个物体阻挡住所述至少一道光线所形成的遮蔽区域占有所述参考 区域的比例大小有关。
10.一种操作光学式触控装置的方法，所述光学式触控装置包含至少一个光感测模块 及处理模块，所述至少一个光感测模块设置于所述光学式触控装置的表面的第一侧，所述 表面上相对于所述第一侧的第二侧设置有参考区域，所述方法包含下列步骤所述至少一个光感测模块接收至少一道光线并根据其接收所述至少一道光线的接收 情形产生感测结果，其中所述感测结果与所述至少一道光线是否在所述表面上方被至少一 个物体阻挡住以及所述至少一个物体与所述参考区域之间的对比结果有关；以及所述处理模块根据所述感测结果在所述表面上判定对应于所述至少一个物体的至少 一个触控点位置。
全文摘要
本发明提供了一种光学式触控装置，包含至少一个光感测模块及处理模块。该至少一个光感测模块设置于该光学式触控装置的表面的第一侧，用以接收至少一道光线并根据其接收该至少一道光线的接收情形产生感测结果。该感测结果与该至少一道光线是否在该表面上方被至少一个物体阻挡住以及该至少一个物体与参考区域之间的比较结果有关。该参考区域设置于该表面上相对于该第一侧的第二侧。该处理模块根据该感测结果在该表面上判定对应于该至少一个物体的至少一个触控点位置。
文档编号G06F3/042GK101876868SQ20091013727
公开日2010年11月3日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者周忠诚, 王威, 颜孟新 申请人:瑞鼎科技股份有限公司