CN101995999B - 光学式触控装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学式触控装置。光学式触控装置包含至少一个光路单元及至少一个光感测单元。至少一个光路单元设置于光学式触控装置的显示单元的第一侧，用于接收至少一个方向的入射光。至少一个方向的入射光于至少一个光路单元内完成至少一次折射以聚焦成图像于成像区域。至少一个光感测单元设置于至少一个光路单元的相对位置，并用于根据成像区域的图像产生感测结果。本发明的光学式触控装置可有效接收显示单元中各种方向的光信号，并减少图像成像误差。

Description

光学式触控装置

技术领域

本发明涉及光学触控，并且特别地，本发明涉及一种可有效接收显示单元中各种方向的光信号，并减少图像成像误差的光学式触控装置。

背景技术

近年来，随着触控图像显示技术不断地发展，各种触控技术的产品已逐步取代传统的键盘及鼠标的输入功能，致使电子产品无需设置键盘或携带其他输入配件，可提升电子产品使用的方便性及机动性。此外，由于电子产品上无需保留按键设置的区域位置，因此，电子产品的显示屏幕可选择较大的面板，让使用者得以在较大的显示屏幕上获得更好的视觉享受及输入数据的准确性。

请参照图1，图1示出传统的光学式触控装置2的示意图。如图1所示，传统的光学式触控装置2包含显示单元20及光感测模块28，其中光感测模块28包含光路单元22及光感测单元24。需要注意的是，传统的光路单元22为立体球面的光学透镜，其球状透镜的一面为平面需固定于显示单元20的一侧。

由于传统的球状透镜为单一曲率的透镜，当该球状透镜装设于显示单元20时，往往使得传统的光学式触控装置2体积需增大，而增加成本与破坏空间设计的美感。

并且，如果光感测模块28其成像状态如图2A所示，图2A示出图1中传统的光感测模块28的放大图。值得注意的是，由y-z轴方向可发现成像于光感测单元24的成像区域A_s仅占光路单元22最大面积的部分，如图2B所示，所以装设时需注意光感测模块28中的光感测单元24是否已准确设置于预先设定的位置。换言之，光感测模块28的选定位置必须与感测区域、背景在设定范围内完整匹配，才能达到感测及获取有效图像的功能，所以选择适当的光感测模块28相当重要。

若光感测模块28已设置于显示单元20的一侧时，也可能因为人员组装或搬运震动等因素，造成光感测模块28的光感测单元24移开原来设置的位置，导致光感测模块28无法感测到可供有效判读的图像信号，即如图2C所示。

因此，本发明提出一种光学式触控装置，以解决上述问题。

发明内容

因此，本发明的一个方面在于提供一种通过光学透镜的适当设计使得光感测模块能够有效接收光信号，并且确保光信号能被光感测模块准确辨识，以降低图像误差。

根据本发明的一个具体实施例为一种光学式触控装置，该光学式触控装置包含至少一个光路单元、至少一个感测单元、显示单元及处理模块。该至少一个光路单元设置于该显示单元的第一侧，该至少一个光路单元用于接收至少一个方向的入射光，该至少一个方向的入射光于该至少一个光路单元内完成至少一次折射，以聚焦成图像于成像区域内。其中，该至少一个光路单元通过透镜的设计，以接收该显示单元中的该入射光。并且，该透镜的第一面为凸出曲面，该凸出曲面包含至少一个曲度，而相对于该第一面的第二面用于贴合至该显示单元的该第一侧。

在此实施例中，该至少一个光感测单元设置于该至少一个光路单元的相对位置，该至少一个光感测单元用于根据该成像区域的该图像产生感测结果，其中该至少一个光路单元与光感测单元可组合成光感测模块。该处理模块耦接至该至少一个光感测单元，并用于根据该感测结果判定至少一个物体于该显示单元上所形成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，透镜进一步包含第三面及第四面，且第三面对称于第四面。

根据本发明的光学式触控装置，其中，当至少一个方向的入射光于至少一个光路单元中完成至少一次折射后，至少一个方向的入射光将于成像区域内形成图像，且图像可输出至至少一个光感测单元。

根据本发明的光学式触控装置，其中，感测结果和至少一个物体与参考区域之间的比对结果有关，参考区域设置于显示单元上相对于第一侧的第二侧。

根据本发明的光学式触控装置，其中，当至少一个物体于显示单元上阻挡住至少一个方向的入射光时，将会导致图像产生变化，至少一个光感测单元根据图像的变化情形产生感测结果。

根据本发明的光学式触控装置，其中，参考区域包含至少一个参考样式，至少一个参考样式以明暗交错的方式呈现，用于与至少一个物体进行比对以产生比对结果。

根据本发明的光学式触控装置，其中，比对结果与至少一个物体阻挡住至少一个方向的入射光所形成的遮蔽区域涵盖参考区域的比例大小有关。

根据本发明的光学式触控装置，其中至少一个光路单元可由多个透镜构成。

综上所述，本发明提供的光学式触控装置通过光路单元的适当设计，使得光感测模块能够有效地接收光信号，以改善传统上需要将感测模块准确对准的繁杂设置工序。此外，由于本发明将成像区域有效加大，也可防止系统处理图像时产生误差，而导致触控装置产生误判的情况。并且，本发明除可缩小透镜所占的空间外，还可提升组装时光感测模块可接受的误差，进而达到降低光学透镜的成本以及提升图像获取的灵敏度与稳定度的功效。

关于本发明的优点与精神可以通过以下的具体实施方式及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1示出传统的光学式触控装置的示意图。

图2A示出图1中传统的光感测模块的放大图。

图2B示出图2A中y-z方向可能的图像示意图。

图2C示出图像在y-z方向的可能情况的示意图。

图3示出根据本发明的一个具体实施例的光学式触控装置的示意图。

图4示出图3中光感测模块的放大图。

图5A示出入射光透过光路单元成像的三种视图。

图5B示出图5A中y-z方向可能的成像示意图。

图6A示出光路单元包含两个透镜的组合的示意图。

图6B示出图6A中入射光透过光路单元成像的三种视图。

图7A示出光路单元的第一面具有两种曲度的示意图。

图7B示出图7A中入射光透过光路单元成像的三种视图。

具体实施方式

根据本发明的一个具体实施例为一种光学式触控装置。在此实施例中，该光学式触控装置可应用于液晶显示器或其他显示装置，使其具备图像显示及触控输入的功能。请参照图3，图3示出根据本发明的一个具体实施例的光学式触控装置4的示意图。

如图3所示，光学式触控装置4包含显示单元40、至少一个光路单元42、至少一个光感测单元44及处理模块46。其中，显示单元40提供使用者通过手指或其他物体碰触表面来执行输入功能，但不以此为限。

在此实施例中，至少一个光路单元42设置于光学式触控装置4的显示单元40的第一侧，至少一个光路单元42用于接收入射光。值得注意的是，其接收的入射光于至少一个光路单元42内完成至少一次折射，以聚焦成图像于成像区域。

至少一个光感测单元44设置于至少一个光路单元42的相对位置，至少一个光感测单元44用于根据成像区域的图像产生感测结果，在实际应用中，至少一个光路单元42与光感测单元44可组合成光感测模块48，且可根据使用者的实际需求在显示单元40侧边设置多个光感测模块48，以提高光学式触控装置4的准确度及稳定度。

需要注意的是，光感测单元44可以是各种型式的光电传感器(例如电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)传感器、互补式金氧半(或互补式金属氧化物半导体，ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，CMOS)传感器等)、光压传感器、光热传感器、光声传感器及光磁传感器等光感测元件，再搭配本发明的光路单元42即可达到有效接收的功效，并改善传统球状透镜的缺点。

处理模块46耦接至至少一个光感测单元44，并用于根据该感测结果判定至少一个物体于该显示单元40上所形成的至少一个触控点位置。实际上，由于处理模块46根据触控点移动前与移动后的差异和已知的参考区域49比较，以得到移动后的触控点坐标位置，故可免除繁琐的计算，以减少时间浪费并提升光学式触控装置4的反应速度。

请参照图4，图4示出图3中光感测模块48的放大图。如图4所示，光路单元42通过透镜的适当设计，以接收显示单元40的入射光。在此实施例中，光路单元42的透镜的第一面420为凸出曲面，并且凸出曲面包含至少一个曲度。至于相对于第一面420的第二面422用于贴合至显示单元40的第一侧。在实际应用中，显示单元40的第一侧除了显示面以外均涵盖在第一侧的范围中，所以光路单元42设置的位置并不以图4所示为限。此外，该透镜还包含第三面424及第四面426，且第三面424对称于第四面426。

值得注意的是，由于该透镜的凸出曲面可依使用者实际需求设计出不同的曲度，当至少一个方向的入射光射入光路单元42时，光路单元42即可通过不同曲度的凸出曲面的设计产生不同角度的折射，进而达到控制入射光输出及成像区域的效果。

请参照图5A，图5A示出入射光透过光路单元42成像的三种视图。如图5A所示，本发明的光路单元42的成像范围为矩形且可更有效获取显示单元40上的图像，因而与现有技术有所差异。当至少一个方向的入射光投射至光路单元42中完成至少一次折射后，该至少一个方向的入射光将于成像区域A_s形成图像，且图像可顺利输出至光感测单元44。并且，可由y-z轴视图清楚看出本发明与传统透镜的成像差异，如图5B所示，即使光感测单元44于设置时产生些许的误差，通过本发明所提出的光路设计，使得光感测单元44仍可落在成像区域A_s内，如此即可提供用于判读的图像信号，进而改善现有技术的缺点。

除此之外，由于本发明以光路单元42控制入射光的折射，因此也可采用两个或两个以上的光路单元42来达到相同的功效。请一并参照图6A及图6B，图6A示出光路单元42包含两个透镜的组合的示意图，而图6B示出图6A中入射光透过光路单元42成像的三种视图。如图6A及图6B所示，通过两个相同的透镜结构以不同的方向组合成光路单元42，或者由两个相异结构的透镜组合而成光路单元42。当光路单元42接收到入射光后可由第一透镜先行聚焦，再由第二透镜折射该入射光，而使得光感测单元44能落于成像区域A_s。因此，本发明的光感测模块48可有效改善光感测单元44组装时的误差值，以提升组装效率并提升光感测单元44有效判读图像信号的范围。

请一并参照图7A及图7B，图7A示出光路单元42的第一面420具有两种曲度的示意图，而图7B示出图7A中入射光透过光路单元成像的三种视图。如图7A及图7B所示，光路单元42的第一面420包含小曲率弧形曲面及大曲率弧形曲面。由于光路单元42的这一设计可使入射光投射至不同的曲率面时产生所需的折射角度，使得光感测单元44仍能顺利位于成像区域A_s内，并提供有效判读的图像信号，从而提高组装时的误差容忍范围。此外，本发明采用这一设计还可减少光学透镜使用的数量，以达到缩小光学式触控装置4的体积以及减少成本的功效。

请再参照图3，当至少一个物体P于显示单元40上阻挡住至少一个方向的入射光时，将会导致该图像产生变化，至少一个光感测单元44根据该图像的变化情形产生感测结果。在实际应用中，物体P可以是手指、触控笔或者其他可以遮住入射光的物体，但不以此为限。

值得注意的是，感测结果可以和至少一个物体P与参考区域49之间的比对结果有关。在此实施例中，参考区域49设置于显示单元40上相对于第一侧的第二侧。其中，参考区域49包含至少一个参考样式，至少一个参考样式以明暗交错的方式呈现，用于与至少一个物体P进行比对以产生比对结果。实际上，比对结果与至少一个物体P阻挡住至少一个方向的入射光所形成的遮蔽区域涵盖参考区域49的比例大小有关。

相比于现有技术，本发明提供的光学式触控装置通过光路单元的适当设计，使得光感测模块可有效接收显示单元中各种角度的光信号，以改善现有技术中感测模块必须非常准确对准的繁杂设置工序。并且本发明将成像区域有效加大，也可防止系统处理图像时产生误差，而导致装置产生错误动作的情况。并且，本发明除可缩小透镜所占的空间，还可提升组装时光感测模块可接受的误差，进而达到降低光学透镜的成本以及提升图像获取的灵敏度与稳定度。

通过以上优选的具体实施例的详述，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范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及等同性安排于本发明权利要求的范围内。

主要元件符号说明

2、4：光学式触控装置    20、40：显示单元

22、42：光路单元        420：第一面

422：第二面             424：第三面

426：第四面             24、44：光感测单元

46：处理模块            28、48：光感测模块

49：参考区域            P：物体

A_s：成像区域。

Claims (9)

1.一种光学式触控装置，包含：

至少一个光路单元，设置于所述光学式触控装置的显示单元的第一侧，用于接收至少一个方向的入射光，所述至少一个方向的入射光于所述至少一个光路单元内完成至少一次折射以聚焦成图像于成像区域，所述至少一个光路单元通过透镜的设计，用于接收通过所述显示单元的至少一个方向的入射光，所述透镜的第一面为凸出曲面，所述凸出曲面包含至少一个曲度，所述透镜的第二面用于贴合至所述显示单元的所述第一侧；以及

至少一个光感测单元，设置于所述至少一个光路单元的相对位置，所述至少一个光感测单元用于根据所述成像区域的所述图像产生感测结果。

2.根据权利要求1所述的光学式触控装置，其中所述透镜进一步包含第三面及第四面，且所述第三面对称于所述第四面。

3.根据权利要求1所述的光学式触控装置，其中当所述至少一个方向的入射光于所述至少一个光路单元中完成所述至少一次折射后，所述至少一个方向的入射光将于所述成像区域内形成所述图像，且所述图像可输出至所述至少一个光感测单元。

4.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路单元与所述光感测单元可组合成光感测模块。

5.根据权利要求1所述的光学式触控装置，进一步包含处理模块，所述处理模块耦接至所述至少一个光感测单元，并用于根据所述感测结果判定至少一个物体于所述显示单元上所形成的至少一个触控点位置。

6.根据权利要求1所述的光学式触控装置，其中所述感测结果和至少一个物体与参考区域之间的比对结果有关，所述参考区域设置于所述显示单元上相对于所述第一侧的第二侧，所述比对结果与所述至少一个物体阻挡住所述至少一个方向的入射光所形成的遮蔽区域涵盖所述参考区域的比例大小有关。

7.根据权利要求6所述的光学式触控装置，其中当所述至少一个物体于所述显示单元上阻挡住所述至少一个方向的入射光时，将会导致所述图像产生变化，所述至少一个光感测单元根据所述图像的变化情形产生所述感测结果。

8.根据权利要求7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样式，所述至少一个参考样式以明暗交错的方式呈现，用于与所述至少一个物体进行比对以产生所述比对结果。

9.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路单元可由多个透镜构成。

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