專利名稱：光學式觸控面板及觸控顯示裝置及其觸控輸入方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有光學式觸控面板的觸控顯示裝置及其觸控輸入方法，尤指一 種僅使用單一面光源產(chǎn)生器與單一光感測陣列的光學式觸控面板與包含有上述光學式觸 控面板的觸控顯示裝置及其觸控輸入方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)今各類型消費性電子產(chǎn)品中，平板計算機、個人數(shù)字助理(PDA)、移動電話 (mobile phone)與衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GPS)等可攜式電子產(chǎn)品已廣泛地使用觸控面板(touch panel)，作為人機數(shù)據(jù)的溝通界面，借此節(jié)省電子產(chǎn)品的體積。一般而言，依照觸控輸入機制的不同，觸控面板主要可區(qū)分為電阻式觸控面板、電 容式觸控面板與光學式觸控面板三大類，其中光學式觸控面板由于具有高使用壽命與高透 光率等優(yōu)點，已逐漸廣泛地被應用在各式電子產(chǎn)品上。請參考圖1。圖1示出了公知光學式觸控面板的示意圖。如圖1所示，公知光學 式觸控面板10包括一基板12、一第一光源產(chǎn)生器141設(shè)置于基板12的一第一角落181、一 第二光源產(chǎn)生器142設(shè)置于基板12的一第二角落182、一第一光接收器161設(shè)置于基板12 的第一角落181，以及一第二光接收器162設(shè)置于基板12的第二角落182。當利用一觸控 輸入裝置例如觸控筆(圖未示)于輸入點A進行輸入時，第一光源產(chǎn)生器141所發(fā)射的光 線會被觸控輸入裝置反射并被第一光接收器161所接收，借此可獲得第一角落181與輸入 點A的連線以及基板12的一側(cè)邊L的第一夾角Y 1 ；同樣地，第二光源產(chǎn)生器142所發(fā)射 的光線會被觸控輸入裝置反射并被第二光接收器162所接收，借此可獲得第二角落182與 輸入點A的連線以及基板12的側(cè)邊L的第二夾角Y2。借此，在基板12的側(cè)邊L的長度W 為已知的狀況下，可利用下列公式㈧、⑶計算出輸入點A的水平坐標χ與垂直坐標y。
W tan γ2^ =-,；。公式(A)
tan γ\ + tan γ2y = xtan Y 1公式(B)由上述可知，公知光學式觸控面板必須設(shè)置有至少兩個以上的光源產(chǎn)生器與至少 兩個以上光接收器，才可判斷出正確的輸入位置。然而，光源產(chǎn)生器與光接收器數(shù)目的增加 即代表制作成本的增加以及工藝復雜度的提升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種具有光學式觸控面板的觸控顯示裝置及其觸控 輸入方法，以減少制作成本以及工藝復雜度。本發(fā)明的一實施例提供一種光學式觸控面板，包括基板、單一面光源產(chǎn)生器、回歸 反射元件，以及單一光感測陣列。基板具有一表面。單一面光源產(chǎn)生器設(shè)置于基板的表面 之外，用以產(chǎn)生面光源，其中面光源的照射范圍涵蓋基板的表面的范圍。回歸反射元件設(shè)置 于基板的側(cè)邊，用以反射面光源。單一光感測陣列設(shè)置于基板的表面之外，用以感測被反射的面光源，并產(chǎn)生反射光分布信息。本發(fā)明的另一實施例提供一種觸控顯示裝置，包括顯示面板，以及上述光學式觸 控面板。本發(fā)明的又一實施例提供一種觸控輸入方法，包括下列步驟。首先，提供上述光學 式觸控面板。接著，利用觸控輸入裝置，于基板的表面進行觸控輸入，其中于進行觸控輸入 時，部分面光源受觸控輸入裝置的阻擋而未反射至單一光感測陣列。隨后，利用信號處理單 元進行觸控輸入運算程序，依據(jù)單一光感測陣列所產(chǎn)生的反射光分布信息計算出觸控輸入 位置的坐標。本發(fā)明的光學式觸控面板與觸控顯示裝置僅需設(shè)置單一面光源產(chǎn)生器與單一光 感測陣列，即可發(fā)揮觸控輸入的功能，故可大幅降低光學式觸控面板的制作成本與工藝復 雜度。


圖1示出了公知光學式觸控面板的示意圖。
圖2示出了本發(fā)明一優(yōu)選實施例的光學式觸控面板于未進行觸控輸入時的示意
圖3示出了本實施例的光學式觸控面板在未進行觸控輸入時的反射光分布信息
的示意圖<
示意圖<

圖4 圖5
圖6 圖7 其中 10 141 161 181 Y 1 χ L 30 321 341 38 θ θ 2 X 50
示出了本發(fā)明優(yōu)選實施例的光學式觸控面板于進行觸控輸入時的示意圖。 示出了本實施例的光學式觸控面板在進行觸控輸入時的反射光分布信息的
示出了本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的觸控顯示裝置的示意圖。 示出了本發(fā)明的觸控輸入方法的校準程序的示意圖。 ，附圖標記說明如下
光學式觸控面板 第一光源產(chǎn)生器 第一光接收器 第一角落 第一夾角 水平坐標 側(cè)邊
光學式觸控面板
表面
面光源
單一光感測陣列 中央方向角 第二邊界方位角 水平坐標 觸控顯示裝置
12基板
142第二光源產(chǎn)生器
162第二光接收器
182第二角落
Υ2第二夾角
y垂直坐標
W長度
32基板
34單一面光源產(chǎn)生器
36回歸反射元件
40信號處理單元
θ 1第一邊界方位角
R距離
Y垂直坐標
52顯示面板
5
521 顯示面α 1 第一邊界方位角a半徑
r 距離 α2 第二邊界方位角 A 輸入點
具體實施例方式為使本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能更進一步了解本發(fā)明，下文特列舉本 發(fā)明的優(yōu)選實施例，并配合附圖，詳細說明本發(fā)明的構(gòu)成內(nèi)容及所欲達成的功效。請參考圖2。圖2示出了本發(fā)明一優(yōu)選實施例的光學式觸控面板于未進行觸控輸 入時的示意圖。如圖2所示，本實施例的光學式觸控面板30包括基板32、單一面光源產(chǎn)生 器34、至少一回歸反射元件(retro reflector) 36、單一光感測陣列38，以及一信號處理單 元40?；?2具有一表面321。單一面光源產(chǎn)生器34設(shè)置于基板32的表面321之外，用 以產(chǎn)生一面光源341，其中面光源341的照射范圍涵蓋基板32的表面321的范圍。此外，面 光源341可為單一面光源產(chǎn)生器34于同一時間點所發(fā)出，或是由單一面光源產(chǎn)生器34所 發(fā)出的線性光束在一短暫周期內(nèi)以掃描方式所構(gòu)成的面光源341。面光源產(chǎn)生器34可包括 例如紅外線光源產(chǎn)生器(例如紅外線發(fā)光二極管)、激光光源產(chǎn)生器(激光發(fā)光二極管)， 或其它各種可產(chǎn)生特定波長的可見光或不可見光的光源產(chǎn)生器。在本實施例中，單一面光 源產(chǎn)生器34設(shè)置于基板32的一角落，而面光源341的照射范圍以方位角θ定義，且將逆 時針方向定義為正向，因此面光源341的照射范圍大體上為方位角θ介于0度至90度之 間的范圍。單一面光源產(chǎn)生器34的設(shè)置位置并不以設(shè)置于基板32的角落為限，例如也可 設(shè)置于基板32的側(cè)壁，或是基板32的表面321以外的適當位置。此外，單一面光源產(chǎn)生器 34可設(shè)置于與基板32的表面321同一水平面，或是在不同水平面。另外，單一光感測陣列 38也設(shè)置于基板32的表面321之外，且單一光感測陣列38優(yōu)選設(shè)置在與單一面光源產(chǎn)生 器34相同的位置，但不以此為限。在本實施例中，單一光感測陣列38與單一面光源產(chǎn)生器 34可設(shè)置在基板32上相同的角落，且單一光感測陣列38可與單一面光源產(chǎn)生器34垂直堆 疊或水平并列，但不以此為限。單一光感測陣列38可感測到單一面光源產(chǎn)生器34所發(fā)射 出面光源341，且光感測陣列38可為各式感光元件所組成的感光陣列或影像擷取陣列，例 如互補式金屬氧化物半導體(CMOS)光感測陣列或電荷耦合(CXD)光感測陣列，但不以此為 限?；貧w反射元件36設(shè)置于基板32的至少一側(cè)邊，用以反射面光源341。例如在本實施例 中，回歸反射元件36設(shè)置于基板32的兩側(cè)邊。回歸反射元件36的特性在于，照射在回歸 反射元件36的任何位置的面光源341均會反射至單一光感測陣列38。在本實施例中，回歸 反射元件36設(shè)置于相對于單一面光源產(chǎn)生器34所在位置的基板32另一側(cè)，借此可將單一 面光源產(chǎn)生器34發(fā)出的面光源341反射至單一光感測陣列38。然而，回歸反射元件36的 位置并不以此為限，回歸反射元件36的數(shù)目與位置可視單一面光源產(chǎn)生器34的位置不同 而作適當調(diào)整。此外，回歸反射元件36所反射的面光源341，會被單一光感測陣列38所感 測，并產(chǎn)生一反射光分布信息，而信號處理單元40則可根據(jù)光感測陣列38所產(chǎn)生的反射光 分布信息計算出一觸控輸入位置的坐標。請再參考圖3，并一并參考圖2。圖3示出了本實施例的光學式觸控面板在未進行 觸控輸入時的反射光分布信息的示意圖。如圖2所示，在未進行觸控輸入時，所有的面光源 341均會被回歸反射元件36反射至單一光感測陣列38，因此對應于基板32的表面321的所有范圍內(nèi)，亦即方位角介于0度至90度的范圍內(nèi)，反射光的強度大體上均相同。在未進 行觸控輸入時，由于在方位角介于0度至90度的范圍內(nèi)，反射光具有相同的強度，因此信號 處理單元40會判斷出無觸控輸入。值得說明的是，隨著基板32的形狀與尺寸的不同、或是 單一面光源產(chǎn)生器34、回歸反射元件36與單一光感測陣列38的相對位置不同，反射光的強 度在方位角介于0度至90度的范圍內(nèi)或許不會具有相同的強度，但反射光的強度仍會具有 特定的分布狀況。請再參考圖4與圖5。圖4示出了本發(fā)明優(yōu)選實施例的光學式觸控面板于進行觸 控輸入時的示意圖，而圖5示出了本實施例的光學式觸控面板在進行觸控輸入時的反射光 分布信息的示意圖。如圖4所示，于進行觸控輸入時，使用者可使用光學式觸控面板30的 觸控輸入裝置42，例如觸控筆，于基板32的表面321進行觸控輸入。在本實施例中，觸控 輸入裝置42具有一已知的半徑a。此時，部分的面光源341會受觸控輸入裝置42的阻擋、 吸收或散射而無法反射至單一光感測陣列38，在此狀況下，單一光感測陣列38會產(chǎn)生一與 未進行觸控輸入狀況下不同的反射光分布信息，如圖5所示。信號處理單元40會進行觸控 輸入運算程序，以計算出觸控輸入的位置，其中觸控輸入運算程序包括下列步驟。信號處理 單元40會依據(jù)進行觸控輸入狀況下的反射光分布數(shù)據(jù)判斷出觸控輸入位置的一中央方向 角θ、一第一邊界方位角θ 1與一第二邊界方位角θ 2，其中中央方向角θ為對應于反射 光分布信息的反射光強度最小的角度，其代表了觸控輸入裝置42的中心點，而第一邊界方 位角θ 1與第二邊界方位角θ 2則分別對應于反射光分布信息的反射光強度開始減少的兩 個起始點的角度，其分別代表了觸控輸入裝置42的外殼的兩外側(cè)端點。接著利用下列公式 1，即可計算出單一光感測陣列38與觸控輸入位置的一距離R。隨后再利用下列公式2即可 計算出觸控輸入位置的水平坐標X，以及利用下列公式3即可計算出觸控輸入位置的垂直 坐標Y。
R=_^^加嚴_"1)公式1X = Rsin θ公式 2Y = Rcos θ公式 3在上述實施例中，光學式觸控面板可為一單純具有觸控輸入功能的面板，但本發(fā) 明的應用并不以此為限。例如，光學式觸控面板可與顯示面板整合而形成觸控顯示裝置，或 是應用在平板計算機、個人數(shù)字助理、移動電話、衛(wèi)星導航系統(tǒng)、數(shù)字相機、平面顯示裝置及 其它各式電子產(chǎn)品上。請參考圖6，并一并參考圖2。圖6示出了本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的 觸控顯示裝置的示意圖。如圖6所示，本實施例的觸控顯示裝置50包括顯示面板52與光 學式觸控面板。顯示面板52可為各式顯示面板，例如液晶顯示面板、有機發(fā)光二極管顯示 面板、等離子體顯示面板、陰極射線映像管顯示面板、場發(fā)射顯示面板等。光學式觸控面板 的元件及其特征如上文所述，在此不再贅述。值得說明的是，在本實施例中，光學式觸控面 板的基板可為顯示面板52的基板，且基板的表面為顯示面板52的顯示面521。換言之，在 此狀況下，光學式觸控面板可與顯示面板52的工藝整合，而可節(jié)省一片基板，進而提升觸 控顯示裝置50的透光率。此外，在上述實施例中，觸控輸入裝置具有一已知的半徑a，因此通過觸控輸入運 算程序可計算出觸控輸入位置的坐標。在觸控輸入裝置的半徑為未知的情況下，例如使用者利用手指進行觸控輸入時，本發(fā)明的方法可于進行觸控輸入之前先進行一校準程序，以 計算出觸控輸入裝置的半徑a，隨后通過觸控輸入運算程序仍可計算出觸控輸入位置的坐 標。請參考圖7。圖7示出了本發(fā)明的觸控輸入方法的校準程序的示意圖。如圖7所示，在 觸控輸入裝置42的半徑為未知的情況下，則進行校準程序以計算出觸控輸入裝置42的半 徑a。校準程序包括下列步驟。首先，將觸控輸入裝置42放置于基板32的表面321上的一 校準位置，其中校準位置與單一光感測陣列38具有一距離r。值得說明的是校準位置為基 板32的表面321上的一預設(shè)位置，且在光學式觸控面板整合在顯示面板的實施方式下，可 利用顯示面板顯示出校準位置，而引導使用者將觸控輸入裝置42準確地置放于校準位置 上。接著，利用信號處理單元40進行校準運算步驟，依據(jù)單一光感測陣列38所產(chǎn)生的反射 光分布信息計算出校準位置的第一邊界方位角α 與第二邊界方位角α 2，其中第一邊界 方位角α 與第二邊界方位角α2分別對應于反射光分布信息的反射光強度開始減少的兩 個起始點的角度，其分別代表了觸控輸入裝置42的外殼的兩外側(cè)端點。隨后，利用下列公 式4計算出觸控輸入裝置42的半徑a。
公式 4通過上述校準程序，即可計算出觸控輸入裝置42的半徑a。如此一來使用者即可 通過觸控輸入裝置42進行觸控輸入，而通過觸控輸入運算程序可計算出觸控輸入位置的 坐標。值得說明的是，為了提高校準程序的準確率，可重復進行校準程序，或選定多個不同 的校準位置分別進行校準程序，并使用各次校準程序所計算出的半徑的平均值作為觸控輸 入裝置42的半徑a。綜上所述，本發(fā)明的光學式觸控面板與觸控顯示裝置僅需設(shè)置單一面光源產(chǎn)生器 與單一光感測陣列，即可發(fā)揮觸控輸入的功能，故可大幅降低光學式觸控面板的制作成本 與工藝復雜度。此外，不論使用者所使用的觸控輸入裝置為何，一旦通過本發(fā)明的校準程序 精準計算出觸控輸入裝置的半徑后，即可使用觸控輸入裝置進行觸控輸入。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修 飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
一種光學式觸控面板，包括一基板，具有一表面；一單一面光源產(chǎn)生器，設(shè)置于該基板的該表面之外，用以產(chǎn)生一面光源，其中該面光源的照射范圍涵蓋該基板的該表面的范圍；至少一回歸反射元件，設(shè)置于該基板的至少一側(cè)邊，用以反射該面光源；以及一單一光感測陣列，設(shè)置于該基板的該表面之外，用以感測被反射的該面光源，并產(chǎn)生一反射光分布信息。
2.如權(quán)利要求1所述的光學式觸控面板，還包括一觸控輸入裝置，用以于該基板的該 表面進行觸控輸入。
3.如權(quán)利要求1所述的光學式觸控面板，還包括一信號處理單元，用以根據(jù)該單一光 感測陣列所產(chǎn)生的該反射光分布信息計算出一觸控輸入位置的坐標。
4.如權(quán)利要求1所述的光學式觸控面板，其中該面光源產(chǎn)生器設(shè)置于該基板的一角落。
5.如權(quán)利要求1所述的光學式觸控面板，其中該面光源產(chǎn)生器包括一紅外線光源產(chǎn)生 器或一激光光源產(chǎn)生器。
6.如權(quán)利要求1所述的光學式觸控面板，其中該光感測陣列包括一互補式金屬氧化物 半導體光感測陣列或一電荷耦合光感測陣列。
7.一種觸控顯示裝置，包括 一顯示面板；以及如權(quán)利要求1至7的其中一項所述的該光學式觸控面板。
8.如權(quán)利要求7所述的觸控顯示裝置，其中該基板為該顯示面板的一基板，且該基板 的該表面為該顯示面板的一顯示面。
9.一種觸控輸入方法，包括提供如權(quán)利要求1所述的該光學式觸控面板；利用一觸控輸入裝置，于該基板的該表面進行觸控輸入，其中于進行觸控輸入時，部分 該面光源受該觸控輸入裝置的阻擋而未反射至該單一光感測陣列；以及利用一信號處理單元進行一觸控輸入運算程序，依據(jù)該光感測陣列所產(chǎn)生的該反射光 分布信息計算出一觸控輸入位置的一坐標。
10.如權(quán)利要求9所述的觸控輸入方法，其中該觸控輸入運算程序包括 提供該觸控輸入裝置的一半徑a ；依據(jù)該反射光分布數(shù)據(jù)判斷出該觸控輸入位置的一中央方向角θ、一第一邊界方位角θ 1與一第二邊界方位角θ 2 ；R=^^^利用公式1 計算出該單一光感測陣列與該觸控輸入位置的一距離R ；以及利用公式2 =X = Rsin θ與公式3 :γ = Rcos θ計算出該觸控輸入位置的該坐標，其中 X為該觸控輸入位置的一水平坐標，且Y為該觸控輸入位置的一垂直坐標。
11.如權(quán)利要求10所述的觸控輸入方法，還包括于進行該觸控輸入運算程序之前先進行一校準程序，用以計算出該觸控輸入裝置的該半徑a。
12.如權(quán)利要求11所述的觸控輸入方法，其中該校準程序包括 將該觸控輸入裝置放置于該基板的該表面上的一校準位置，其中該校準位置與該單一 光感測陣列具有一距離r;利用該信號處理單元進行一校準運算步驟，依據(jù)該單一光感測陣列所產(chǎn)生的該反射光 分布信息計算出該校準位置的一第一邊界方位角α 與一第二邊界方位角α2;以及 利用公式 計算出該觸控輸入裝置的該半徑a。
全文摘要
一種光學式觸控面板、觸控顯示裝置及其觸控輸入方法，該光學式觸控面板，包括基板、單一面光源產(chǎn)生器、回歸反射元件，以及單一光感測陣列?；寰哂幸槐砻?。單一面光源產(chǎn)生器設(shè)置于基板的表面之外，用以產(chǎn)生面光源，其中面光源的照射范圍涵蓋基板的表面的范圍?；貧w反射元件設(shè)置于基板的側(cè)邊，用以反射面光源。單一光感測陣列設(shè)置于基板的表面之外，用以感測被反射的面光源，并產(chǎn)生反射光分布信息。本發(fā)明的光學式觸控面板與觸控顯示裝置僅需設(shè)置單一面光源產(chǎn)生器與單一光感測陣列，即可發(fā)揮觸控輸入的功能，故可大幅降低光學式觸控面板的制作成本與工藝復雜度。
文檔編號G06F3/042GK101887328SQ20101022447
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者莊幸蓉, 胡家瑋, 范富誠 申請人:友達光電股份有限公司