光學式觸控面板的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種光學式觸控面板，包含顯示面板、單一一個鏡頭模塊以及處理單元。鏡頭模塊設置于顯示面板的單一角落，鏡頭模塊包含電路基板、設置于電路基板上的第一光接收單元與第二光接收單元。第一光接收單元與第二光接收單元的視野范圍均涵蓋顯示面板。處理單元與鏡頭模塊電連接，處理單元通過第一光接收單元與第二光接收單元所回傳的影像計算觸控物于顯示面板上的坐標。
【專利說明】
光學式觸控面板
技術領域
[0001] 本發明涉及一種觸控面板，且特別是涉及一種光學式觸控面板。
【背景技術】
[0002] 觸控技術將電子裝置的熒幕與輸入模塊結合，使用者只需使用手指在熒幕上按壓 即可操作。觸控裝置可分為電阻式、電容式以及光學式。光學式觸控裝置因為不用在整片 熒幕面板下埋線，因而在大尺寸的面板具有成本上的優勢。
[0003] 然而，光學式的觸控面板需要額外的空間安裝光發射器與光接收器，因此，如何降 低這些額外的空間配置以免影響產品的外觀，并且兼顧光學式觸控面板的優點，便成為一 個重要的課題。
【發明內容】
[0004] 因此，本發明的目的在于提出了 一種光學式觸控面板，其將鏡頭模塊設置在顯示 面板的單一角落，以縮減光學式觸控面板的空間。
[0005] 此外，本發明的光學式觸控面板通過鏡頭模塊提供的影像計算觸控物與鏡頭模塊 間的距離以及角度，進而計算出觸控物的所在坐標。
[0006] 為達上述目的，本發明的一實施方式提供了一種光學式觸控面板，包含顯示面板、 一個鏡頭模塊以及處理單元。鏡頭模塊設置于顯示面板的單一角落，鏡頭模塊包含電路基 板、設置于電路基板上的第一光接收單元與第二光接收單元。第一光接收單元具有第一坐 標，第一光接收單元與第二光接收單元的視野范圍均涵蓋顯示面板。處理單元與鏡頭模塊 電連接，處理單元通過第一光接收單元與第二光接收單元所回傳的影像計算觸控物與第一 光接收單元的距離，并根據第一坐標、上述距離以及觸控物與第一光接收單元的連線與顯 示面板的頂邊之間的夾角計算觸控物于顯示面板上的第二坐標。
[0007] 在本發明的一或多個實施例中，第一光接收單元與第二光接收單元均為單色系影 像感測器。光學式觸控面板還包含設置于電路基板的紅外線發射器設置于第一光接收單元 以及第二光接收單元之間。
[0008] 在本發明的一或多個實施例中，第一光接收單元與第二光接收單元均為全彩影像 感測模塊。
[0009] 在本發明的一或多個實施例中，第一光接收單元與第二光接收單元具有相同的透 鏡焦距長度。
[0010] 在本發明的一或多個實施例中，光學式觸控面板還包含第三光接收單元，設置于 電路基板，以通過第一光接收單元、第二光接收單元與第三光接收單元兩兩一組得到三個 坐標值，再經由權重分配得到觸控物的坐標。
[0011] 在本發明的一或多個實施例中，其中第一光接收單元、第二光接收單元與第三光 接收單元均為單色系影像感測器。光學式觸控面板還包含一紅外線發射器，設置于電路基 板。
[0012] 在本發明的一或多個實施例中，第一光接收單元、第二光接收單元與第三光接收 單元均為全彩影像感測模塊。
[0013] 在本發明的一或多個實施例中，第一光接收單元、第二光接收單元與第三光接收 單元均具有相同的透鏡焦距長度。
[0014] 由于鏡頭模塊僅安裝在顯示面板的一個角落，因此，可以有效地節省光學式觸控 面板的空間使用，并且提供全區域觸控的功效。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明的光學式觸控面板一實施例的上視示意圖；
[0016] 圖2為本發明的光學式觸控面板中觸控物與第一光接收單元與第二光接收單元 的相對關系不意圖；
[0017] 圖3為第一光接收單元所擷取的影像示意圖；
[0018] 圖4為第二光接收單元所擷取的影像示意圖；
[0019] 圖5為本發明的光學式觸控面板組裝完成后進行角度校正的示意圖；
[0020] 圖6為本發明的光學式觸控面板計算觸控物所在坐標的示意圖；
[0021] 圖7為本發明的光學式觸控面板另一實施例的上視示意圖；
[0022] 圖8為本發明的光學式觸控面板又一實施例的上視示意圖。
[0023] 符號說明
[0024] 100 :光學式觸控面板
[0025] 110:顯示面板
[0026] 120 :鏡頭模塊
[0027] 122 :光發射單元
[0028] 124 :第一光接收單元
[0029] 125:電路基板
[0030] 126 :第二光接收單元
[0031] 128:第三光接收單元
[0032] 130 :處理單元
[0033] 200 :觸控物
[0034] 3〇0、400 :影像
[0035] 310、410:區塊
[0036] d、dl、d2、D:距離
[0037] F0V :視野范圍
[0038] θ、θ 1 ~θ N :角度
[0039] (x，y)、（X，Y):坐標
【具體實施方式】
[0040] 以下將以附圖及詳細說明清楚說明本發明的精神，任何所屬技術領域中具有通常 知識者在了解本發明的優選實施例后，當可由本發明所教示的技術，加以改變及修飾，其并 不脫離本發明的精神與范圍。
[0041] 參照圖1，其為本發明的光學式觸控面板一實施例的上視示意圖。光學式觸控面 板100包含有顯示面板110、設置于顯示面板110的一角落的鏡頭模塊120,以及處理單元 130。顯示面板110為平面顯示器，例如液晶顯示面板或是等離子體顯示器。顯示面板110 具有多個側邊以及由側邊所夾成的多個角落，鏡頭模塊120設置在顯示面板110單一一個 角落，并且處理單元130與鏡頭模塊120電連接。
[0042] 鏡頭模塊120中包含有一光發射單兀122以及設置于光發射單兀122兩側的第一 光接收單元124與第二光接收單元126。在此實施例中，光發射單元122可以為肉眼不可見 的紅外線發射器，第一光接收單元124與第二光接收單元126為可接受紅外線的影像感測 器。在一具體實施例中，第一光接收單元124與第二光接收單元126可以為單色系（mono) 影像感測器。
[0043] 第一光接收單元124與第二光接收單元126用以分別擷取顯示面板110上方的影 像，舉例而言，光發射單元122提供光線照射顯示面板110的上表面，當有觸控物200 (如手 指或觸控筆）靠近顯示面板110表面時，第一光接收單元124與第二光接收單元126得以 接收自觸控物反射的光線（即觸控物因為受到光線照射后而反射部分的光線，從而被第一 光接收單元124與第二光接收單元126所偵測而紀錄）。第一光接收單元124與第二光接 收單元126所擷取到的影像再傳送至處理單元130中進行計算，以得到觸控物的所在坐標。
[0044] 為此，第一光接收單元124以及第二光接收單元126的視野范圍（field of view，F0V)需要涵蓋顯示面板110上的觸控區（通常對應于顯示面板110的顯示區），第一 光接收單元124與第二光接收單元126的視野范圍優選為至少90度，以縮短鏡頭模塊120 與顯示面板110之間的距離。并且第一光接收單元124與第二光接收單元126的透鏡焦距 長度（lens focal length)需要相同。
[0045] 鏡頭模塊120中還包含有電路基板125,用以固定光發射單元122、第一光接收單 元124與第二光接收單元126于其上，并通過電路基板125與處理單元130電連接。處理單 元130可以為設置于電路基板125上的處理器，或是經由線路另外連接至如電腦主機。鏡 頭模塊120可以為可分離式地組裝于顯示面板110,亦即鏡頭模塊120外掛于顯示面板110 的角落。或者，鏡頭模塊120可以內埋于顯示面板110的框體內。
[0046] 接著，請配合參照圖2至圖4,其中圖2為本發明的光學式觸控面板中觸控物與第 一光接收單元124與第二光接收單元126的相對關系示意圖，圖3為第一光接收單元124 所擷取的影像示意圖，以及圖4為第二光接收單元126所擷取的影像示意圖。
[0047] 請先參照圖2,第一光接收單元124與第二光接收單元126之間具有一距離d，此 距離d為第一光接收單元124的中心至第二光接收單元126的中心間的距離，或者也可以 用第一光接收單元124的左（右）緣至第二光接收單元126的左（右）緣之間的距離代 替。當觸控物200置于顯示面板上（可接觸或不接觸顯示面板）時，通過第一光接收單元 124與第二光接收單元126所擷取的影像，便可以得到觸控物200的坐標，具體說明如下。
[0048] 首先，由于第一光接收單元124與第二光接收單元126之間相鄰一距離d，因此，第 一光接收單元124與第二光接收單元126所擷取的影像中，觸控物200呈現于影像中的位 置會略有不同，如圖3所示，在第一光接收單元124所擷取的影像300中，由于觸控物200 會反射光線，因此第一光接收單元124所擷取的影像300中出現亮度較高的區塊310 ;如圖 4所示，同樣地，在第二光接收單元126所擷取的影像400中，在觸控物所對應的位置會出現 亮度較高的區塊410。假設以第一光接收單元124為主，第二光接收單元126為輔，則可以 代入以下公式：
[0050] 其中d為第一光接收單元124與第二光接收單元126之間的距離，f為第一光接 收單元124與第二光接收單元126的透鏡焦距長度，| dl-d2 |為區塊310與區塊410之間 的距離差，例如dl為區塊310的左（右）邊界至影像300的左（右）邊界之間的距離，d2 為區塊410的左（右）邊界至影像400的左（右）邊界之間的距離，兩者相減取絕對值后 便可以得到兩個影像300、400之間觸控物所在位置的距離差。由于第一光接收單元124與 第二光接收單元126之間的距離d，以及第一光接收單元124與第二光接收單元126的透鏡 焦距長度f為已知，區塊310與區塊410之間的距離差|dl-d2|可以通過計算得知，因此， 將上述信息代入公式后便可以得到觸控物200與第一光接收單元124之間的距離D。
[0051] 接著請參照圖5,其為本發明的光學式觸控面板組裝完成后進行角度校正的示意 圖。為了較為清楚地表現角度校正的方式，此圖中僅繪示第二光接收單元126的角度校正 過程，第一光接收單元124的校正過程與第二光接收單元126類似而不再贅述。
[0052] 首先，可以在顯示面板110上配置多個已知角度θ 1至θ N的紀錄點，接著以手指 或是觸控筆按壓這些紀錄點，并擷取影像。如此一來便可以得到此些已知角度的紀錄點在 影像中所對應的像素位置（亮度較高的區塊），進而建立角度-像素位置的數據庫，而在之 后使用時可以通過觸控物在影像中的所在像素位置反推得知觸控物所在角度，此角度舉例 而言可以是觸控物與第二光接收單元126的連線與顯示面板110的頂邊之間的夾角。
[0053] 接著，參照圖6,其為本發明的光學式觸控面板計算觸控物所在坐標的示意圖。延 續圖2至圖5所述的內容，此時已經得到觸控物200與第一光接收單元124之間的距離D 以及觸控物200的所在角度Θ，而當光學式觸控面板1〇〇組裝完成之后，鏡頭模塊120的 位置也為固定，故第一光接收單元124的坐標（x，y)為已知，通過商高定理配合點斜式解聯 立方程式，或是通過圓方程式（(X-x)2+(Y-y)2= D2)配合直線方程式（
）解聯 立方程式，便可以得到觸控物200的所在坐標（X，Y)。當得知觸控物200的所在坐標（X，Y) 之后，即可以經由觸控物200的坐標變化進行例如移動游標等對應的動作。
[0054] 觸控物200在顯示面板110上的坐標（X，Y)的計算方式已經說明如前，在以下實 施例中將針對不同實施例的光學式觸控面板1〇〇的結構差異進行說明，觸控物200的坐標 (X，Y)計算方式均與前述方式相同而不再贅述。
[0055] 參照圖7,其為本發明的光學式觸控面板另一實施例的上視示意圖。在此實施例 中，鏡頭模塊120中的第一光接收單元124與第二光接收單元126可以為全彩（color)影 像感測器，則圖1的光發射單元122可以被省略。此實施例較適用于以手指進行操作，讓處 理單元130可以分辨影像中膚色的部分，或是通過影像分析分辨影像中手指的部分，用于 判斷觸控物的所在。
[0056] 參照圖8,其為本發明的光學式觸控面板又一實施例的上視示意圖。在此實施例 中，鏡頭模塊120中除了包含第一光接收單元124與第二光接收單元126外，還包含有第三 光接收單元128。第一光接收單元124、第二光接收單元126以及第三光接收單元128均設 置在電路基板125上。鏡頭模塊120可以外掛于顯示面板110或是內埋于顯示面板110的 邊框。
[0057] 第一光接收單元124、第二光接收單元126以及第三光接收單元128可以為單色 系影像感測器，此時需要搭配不可見光的光源，例如紅外線發射器。或者，第一光接收單元 124、第二光接收單元126以及第三光接收單元128可以為全彩影像感測器，此時，優選為利 用手指進行觸控操作，以利于辨識顏色（膚色）。
[0058] 當在判斷觸控物的所在位置的時候，可以將第一光接收單元124、第二光接收單元 126以及第三光接收單元128所擷取的影像兩兩一組進行計算，如此便可以得到三個坐標 值，進而通過三個坐標值的權重分配，例如取其重心，得到更為精準的坐標。此外，若是三個 坐標值中有一者明顯與其他坐標值差異過大，也可以在計算時排除明顯有誤差的該組坐標 值，讓計算的結果更為精確。
[0059] 綜上所述，由于鏡頭模塊僅安裝在顯示面板的一個角落，因此，可以有效地節省光 學式觸控面板的空間使用，并且提供全區域觸控的功效。
[0060] 雖然結合以上優選實施例公開了本發明，然而其并非用以限定本發明，任何熟悉 此技術者，在不脫離本發明的精神和范圍內，可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護范 圍應當以附上的權利要求所界定的為準。
【主權項】
1. 一種光學式觸控面板，包含： 顯示面板； 鏡頭模塊，設置于該顯示面板的一角落，該鏡頭模塊包含： 電路基板； 第一光接收單元，具有第一坐標，該第一光接收單元設置于該電路基板上；以及 第二光接收單元，設置于該電路基板上，其中該第一光接收單元與該第二光接收單元 的視野范圍均涵蓋該顯示面板；以及 處理單元，與該鏡頭模塊電連接，該處理單元通過該第一光接收單元與該第二光接收 單元所回傳的影像計算一觸控物與該第一光接收單元的一距離，并根據該第一坐標、該距 離以及該觸控物與該第一光接收單元的連線與該顯示面板的頂邊之間的夾角計算該觸控 物于該顯示面板上的一第二坐標。2. 如權利要求1所述的光學式觸控面板，其中該第一光接收單元與該第二光接收單元 均為單色系影像感測器。3. 如權利要求2所述的光學式觸控面板，還包含一紅外線發射器，設置于該第一光接 收單元以及該第二光接收單元之間。4. 如權利要求1所述的光學式觸控面板，其中該第一光接收單元與該第二光接收單元 均為全彩影像感測模塊。5. 如權利要求1所述的光學式觸控面板，其中該第一光接收單元與該第二光接收單元 具有相同的透鏡焦距長度。6. 如權利要求1所述的光學式觸控面板，還包含第三光接收單元，設置于該電路基板， 以通過該第一光接收單元、該第二光接收單元與該第三光接收單元兩兩一組得到三個第二 坐標，再經由權重分配得到該觸控物的坐標。7. 如權利要求6所述的光學式觸控面板，其中該第一光接收單元、該第二光接收單元 與該第三光接收單元均為單色系影像感測器。8. 如權利要求7所述的光學式觸控面板，還包含一紅外線發射器，設置于該電路基板。9. 如權利要求6所述的光學式觸控面板，其中該第一光接收單元、該第二光接收單元 與該第三光接收單元均為全彩影像感測模塊。10. 如權利要求6所述的光學式觸控面板，其中該第一光接收單元、該第二光接收單元 與該第三光接收單元均具有相同的透鏡焦距長度。
【文檔編號】G06F3/042GK105867700SQ201510031347
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年1月22日
【發明人】柳昀呈, 林建宏
【申請人】廣達電腦股份有限公司