CN102063228A - 光学侦测系统及应用该光学侦测系统的触摸屏 - Google Patents

Abstract

一种光学侦测系统，用以侦测靠近或接触一侦测区域的一对象，该光学侦测系统包括：至少两个发光单元，沿侦测区域一侧的边缘设置。光学镜片和感光元件依次设置在侦测区域侧边框的另一侧，与发光单元相对，并彼此保持一定距离。光学镜片接收并导引发光单元所发出的光，感光元件接收经该光学镜片导引的光并在该感光元件上成像。当该光照射至对象时，部分光被对象遮挡在感光元件上形成至少两个像点；及处理单元，接收感光元件所侦测到的位置信号，并计算对象接触该显示屏幕时的位置。本发明还提供一种应用该光学侦测系统的触摸屏，利用本发明，发光单元发射的光不需要经过多次反射，即可成像于感光元件，能够更准确地确定对象触摸位置。

Description

光学侦测系统及应用该光学侦测系统的触摸屏

技术领域

本发明涉及一种光学侦测系统及应用该光学侦测系统的触摸屏。

背景技术

传统上，运用于计算机输入系统的光学侦测系统通常会在侦测区(例如一显示屏幕或一触控板)的周围环绕设置多个影像或光学侦测器。例如，设置多个影像侦测器装设于一显示屏幕的左上和右上两端，借以当显示屏幕被触摸时截取触控对象的影像以及侦测区的影像。触摸对象的位置就可以根据影像侦测器所获得的影像信号计算出来。或者一般会利用光学镜片将光源发射的光束反射至侦测区域内，当照射至位于侦测区的对象时，光束被对象反射，并经过导引透镜接收并导引，侦测器接受该导引透镜所导引的反射光，将对象的影像成像于侦测器上。

但是，显示屏幕的四个边上的空间被影像侦测器、光学侦测器及透镜等光学镜片所占满，使得已知的光学侦测系统的结构大都太复杂，因此不管在制造或维修上，所需成本都较高。而，若用于较大显示屏幕时，光线经过多次的反射后，会使得反射光不均匀或强度不足，影响侦测的准确性。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种结构较为简单的光学侦测系统，以有效侦测对象。

还有必要提供一种应用所述光学侦测系统的触摸屏。

一种光学侦测系统，用以侦测靠近或接触一侦测区域的一对象，该光学侦测系统包括：至少两个发光单元，沿侦测区域一侧的边缘设置，用于发射光束。光学镜片，装设于侦测区域的另一侧，与该发光单元相对，并与侦测区域侧边框保持一定距离，用于接收并导引该发光单元所发出的光，其中当该光照射至该对象时，部分光被该对象遮挡。感光元件，装设于该光学镜片远离侦测区域的一侧，并与该光学镜片保持一定距离，用于接收经该光学镜片导引的光并在该感光元件上成像，被该对象遮挡的部分光在该感光元件上形成至少两个像点。该光学侦测系统还包括处理单元，用于接收该感光元件所侦测到的位置信号，并计算该对象接触该显示屏幕时的位置。

一种触摸屏，该触摸屏包括一显示屏幕，还包括光学侦测系统，用以侦测靠近或接触该显示屏幕的一对象。该光学侦测系统包括：至少两个发光单元，沿显示屏幕一侧的边缘设置，用于发射光束。光学镜片，装设于显示屏幕的另一侧，与该发光单元相对，并与显示屏幕侧边框保持一定距离，用于接收并导引该发光单元所发出的光，其中当该光照射至该对象时，部分光被该对象遮挡。感光元件，装设于该光学镜片远离显示屏幕的一侧，并与该光学镜片保持一定距离，用于接收经该光学镜片导引的光并在该感光元件上成像，被该对象遮挡的部分光在该感光元件上形成至少两个像点。处理单元，用于接收该感光元件所侦测到的位置信号，并计算该对象接触该显示屏幕时的位置。

相对于现有技术，本发明提供的一种光学侦测系统，可用以侦测并定位一对象接触显示屏幕的位置。此光学侦测系统较已知的光学侦测系统在结构设计上较为简单，且发射光不需要经过多次反射，即可成像于感光元件。因而，能够更容易且经济、准确地确定对象触摸位置。

附图说明

图1为本发明一具体实施例的光学侦测系统的示意图。

图2为图1中的光学侦测系统在侦测对象时的示意图与所产生的信号图。

图3为位于侦测区域中的对象以及该对象成像于光学侦测系统的示意图。

图4为本发明一具体实施例的光学侦测系统运用于显示屏幕构成一触摸屏的示意图。

主要元件符号说明

光学侦测系统                10

发光单元                    100、100a、100b

侦测区域                    101

光学镜片                102、102a、102b

感光元件                103

处理单元104             104

光束                    100a’、100b’

光束延长线              110a’、110b’

轴线                    112a、112b

距离                    L₁、L₂、S

焦距                    F₁、F₂

对象                    300

影像                    300a’、300b’

夹角                    α、θ₁、θ₂、β₁、β₂

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图1，为本发明一具体实施例的光学侦测系统的示意图。该光学侦测系统10，可实施于一显示屏幕上，用于定位接触显示屏幕的对象(例如使用者的手指、触控笔或其他物体)在显示屏幕上的坐标。该光学侦测系统10包括若干个发光单元100、光学镜片102及感光元件103。其中，该多个发光单元100以排列成一列的形式设置于一侦测区域101的一侧，可朝向侦测区域101发射大致平行于侦测区域101的平面光束，在本实施例中，该发光单元100包括发光单元100a和100b，该发光单元100a和100b可以为发光二极管(LED)和红外发射管等光源，用于发射相应的光束。

光学镜片102装设于侦测区域101的另一侧，与发光单元100相对，并距离侦测区域101最近的侧边框2倍焦距的位置，该光学镜片102经配置可接收上述发光单元100所发出的光，并将光导引至感光元件103上。上述光学侦测系统10可包括多个光学镜片，该多个光学镜片102沿侦测区域101上与发光单元100相对的一侧排列成一列，能导引发射光使其成像于感光元件103上即可。在本实施例中，光学侦测系统10包括2面光学镜片102a和102b，排列成一列，且每一面光学镜片102均为凸透镜，凸透镜的光轴大致平行。

感光元件103装设于光学镜片102远离侦测区域101的一侧，并与该光学镜片102中心点相距1倍焦距的距离，发光单元100发出的并经过侦测区域101和光学镜片102的光在该感光元件103上成像。可利用能够侦测一维位置信号的组件来作为本案所述的感光元件103，包括线性互补金属氧化半导体(linearCMOS)、线性电耦合组件(linear CCD)与光学位置感知组件(opticalposition-sensingdetector)。在本实施例中，该感光元件103为线性电耦合组件(linear CCD)组成。

一般而言，上述发光单元100发出的平面光会略高于侦测区域101的表面且大致平行于侦测区域101的表面。该侦测区域101可位于一显示屏幕的显示面上。因此，当有一对象(如手指)与侦测区域101的表面(如显示屏幕的显示面)接触时，照射到该对象上的平面光就会被对象遮挡，而在感光元件103上形成黑像点。

请参照图2，以发光单元100a和光学镜片102a为例，从发光单元100a发出的光经光学镜片102a后在感光元件103上成像。如图2所示，当手指位于侦测区域101内时，感光元件103(线性CCD)可侦测到由发光单元100a所发出的光的信号，并利用这些信号成像，而被这根手指遮挡的光由于不能够被导引至感光元件103上，相较于其他光线所成的像，而形成一像点。

在本实例中，光学侦测系统10还包括一处理单元104，该处理单元104能够接收感光元件103所侦测到的位置信号，并利用三角定位法来计算对象接触侦测区域101时的位置。

请参阅图3，进一步说明处理单元104利用三角定位法来计算对象接触侦测区域的位置的原理。发光单元100a、100b发射出的光线分别穿越光学镜片102a和102b后，在感光元件103上产生位置信号而形成对应的影像。当对象300与侦测区域101接触时，分别将发光单元100a和100b所发出的光束100a’和100b’遮挡住，而在感光元件103上产生位置信号而形成对象300的像点，即影像300a’和300b’。处理单元104能够由影像300a’、300b’的位置获知两个影像之间的距离S。

光学镜片102a和102b分别有一光轴线112a和112b，且112a、112b分别和100a’、100b’的延长线110a’、110b’形成夹角θ₁、θ₂。此外，在感光元件103上形成的像点的影像300a’、300b’与轴线112a、112b和感光元件103的交点之间有一距离，分别是L₁与L₂，上述距离会随着对象300和侦测区域101接触位置移动而改变，而处理单元104能够由影像300a’、300b’的成像位置获知此距离。F₁、F₂分别是光学镜片102a、102b的焦距。另外，光束100a’、100b’的延长线110a’、110b’之间形成夹角为α，且夹角α、θ₁、θ₂的角度大小会随着对象300接触侦测区域101的位置移动而改变，其中处理单元104可以利用以下方程式1、2和3来计算各角度，其中n＝1或2：

θ_n＝arctan(F_n/L_n)        (方程式1)；

β_n＝90°-θ_n             (方程式2)；

α＝180°-β₁-β₂         (方程式3)；

其后，由于每个对象300与两个黑像点的影像所成的三角形的三个夹角角度是唯一的，这样，处理单元104即可根据α、β₁、β₂及S进一步确定出对象300在侦测区域101中的坐标(也就是对象300和侦测区域101接触的位置)。

请参照图4，将光学侦测系统10整合于显示屏幕400的周围，与显示屏幕400一同构成一触摸屏。在本实施例中，光学侦测系统10包含处理单元104(图未示)以及分别设于显示屏幕400左方边缘的发光单元100阵列，及依次设于显示屏幕400右方的光学镜片102和感光元件103。每一个发光单元100皆可朝向侦测区域101(显示屏幕400的显示区域)发出平面光。感光元件103可接收穿过光学镜片102的光线。在其他实施方式中，光学侦测系统10可整合于显示屏幕400的上、下边缘。该光学侦测系统10还可以可拆卸方式安装于显示屏幕400的周围。

使用上述光学侦测系统，此光学侦测系统可用以侦测并定位一对象接触显示屏幕的位置。此光学侦测系统较已知的光学侦测系统在结构设计上较为简单，且发射光不需要经过多次反射，即可成像于感光元件。因而，能够更容易且经济、准确地确定对象触摸位置。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种光学侦测系统，其特征在于，所述光学侦测系统用以侦测靠近或接触一侦测区域的一对象，所述光学侦测系统包括：

至少两个发光单元，沿侦测区域一侧的边缘设置，用于发射光束；

光学镜片，装设于侦测区域的另一侧，与所述发光单元相对，并与侦测区域侧边框保持一定距离，用于接收并导引所述发光单元所发出的光；其中当所述光照射至所述对象时，部分光被所述对象遮挡；

感光元件，装设于所述光学镜片远离侦测区域的一侧，并与所述光学镜片保持一定距离，用于接收经所述光学镜片导引的光并在所述感光元件上成像；被所述对象遮挡的部分光在所述感光元件上形成至少两个像点；及

处理单元，用于接收所述感光元件所侦测到的位置信号，并计算所述对象接触所述显示屏幕的位置。

2.如权利要求1所述的光学侦测系统，其特征在于，所述光学镜片装设于距离侦测区域最近的侧边框2倍焦距的位置。

3.如权利要求1所述的光学侦测系统，其特征在于，所述感光元件与所述光学镜片中心点相距1倍焦距的距离。

4.如权利要求1所述的光学侦测系统，其特征在于，所述光学镜片由两个凸透镜组成，沿侦测区域上与所述发光单元相对的一侧排列成一列，所述两个透镜的光轴大致平行。

5.如权利要求4所述的光学侦测系统，其特征在于，所述处理单元通过三角定位法以所述对象在所述感光元件上形成的至少两个像点与所述两个凸透镜位置之间分别形成的两夹角而定位出所述对象在所述侦测区域中的位置。

6.如权利要求1所述的光学侦测系统，其特征在于，所述发光单元为发光二极管或红外线激光二极管。

7.如权利要求1所述的光学侦测系统，其特征在于，所述感光元件为一线性传感器，其中所述传感器为线性互补金属氧化半导体、线性电耦合组件或光学位置感知组件。

8.如权利要求1所述的光学侦测系统，其特征在于，所述光学侦测系统整合于或以可拆卸方式安装于一显示屏幕的周围，使得所述侦测区域位于所述显示屏幕的一显示范围中。

9.一种触摸屏，所述触摸屏包括一显示屏幕，其特征在于，所述触摸屏还包括光学侦测系统，用以侦测靠近或接触所述显示屏幕的一对象，所述光学侦测系统包括：

至少两个发光单元，沿显示屏幕一侧的边缘设置，用于发射光束；

光学镜片，装设于显示屏幕的另一侧，与所述发光单元相对，并与显示屏幕侧边框保持一定距离，用于接收并导引所述发光单元所发出的光；其中当所述光照射至所述对象时，部分光被所述对象遮挡；

感光元件，装设于所述光学镜片远离显示屏幕的一侧，并与所述光学镜片保持一定距离，用于接收经所述光学镜片导引的光并在所述感光元件上成像；被所述对象遮挡的部分光在所述感光元件上形成至少两个像点；及

处理单元，用于接收所述感光元件所侦测到的位置信号，并计算所述对象接触所述显示屏幕时的位置。

10.如权利要求9所述的触摸屏，其特征在于，所述处理单元通过三角定位法以所述对象在所述感光元件上形成的至少两个像点与所述两个凸透镜位置之间分别形成的两夹角而定位出所述对象在所述侦测区域中的位置。

Images