TW202006524A - 可定義筆頭色彩之光學觸控裝置及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供了一種可定義筆頭色彩之光學觸控裝置及其方法，不同材質觸控筆筆頭的光穿透率、光吸收率以及光反射率不同，來定義觸控軌跡的色彩或粗細。本發明可應用在中大尺寸的觸控螢幕或拼接面板上，不僅應用便利，其成本更是低廉。

Description

可定義筆頭色彩之光學觸控裝置及其方法

本發明之技術涉及觸控領域，特別是指可定義筆頭色彩之光學觸控裝置及其方法。

隨著觸控技術、無線移動通訊等各項應用的快速發展，為了達到更便利、體積更輕巧化，以及更人性化的目的，許多信息產品的輸入裝置已由傳統的鍵盤或鼠標等轉變為觸控面板（touch panel)，此觸控面板與顯示器結合成觸控面板顯示器(touch panel display)。在現今一般的觸控面板設計大致可區分為電阻式、電容式、光學式、聲波式以及電磁式等。電容式觸控螢幕的觸控效果最好，但其成本會隨著螢幕尺寸的變大而增加，限制了電容式觸控螢幕的應用，因此大尺寸的觸控螢幕多是使用光學式、聲波式或是電磁式。

光學式觸控螢幕是利用在螢幕的邊緣設置多個光學鏡頭或反光邊框，用以偵測使用者手指或觸控筆在螢幕上操作的影像，而目前市面上的螢幕尺寸越來越大，若要在大型螢幕上搭配觸控功能，操作上會相當不易，主要是因為無論何種操作界面，功能鍵或快捷鍵等使用者界面大多會配置於螢幕邊緣，以避免影響到螢幕中央的顯示。當使用者要更換筆頭的色彩顏色時，需移動到螢幕的邊緣點選界面更換，使得操作體驗不佳且耗時費力。

本發明之主要目的係提供一種可以在中大尺寸觸控裝置快速更換觸控筆顏色或粗細之結構或方法。為了達到上述目的，本發明係採取以下之技術手段予以達成，其中，本發明提供一種可定義筆頭色彩之光學觸控裝置，包括一光學觸控螢幕、一觸控筆、一座標運算單元以及一色彩運算單元。該光學觸控螢幕包括一顯示面板、至少一光發射端以及至少一光接收端，該光發射端以及該光接收端設置於該光學觸控螢幕之側邊，該光發射端用以發射一光發射訊號，該光接收端用以接收該光發射訊號傳播至一反射介質而反射之一光反射訊號。該觸控筆用以在該顯示面板進行觸控。該座標運算單元連接於該光學觸控螢幕，該座標運算單元跟據該觸控筆在該顯示面板的觸控位置運算一觸控座標，並在該顯示面板上相對應該觸控座標位置處顯示一觸控軌跡。色彩運算單元，連接於該光學觸控螢幕，該色彩運算單元根據該光反射訊號之強度或比例來定義該觸控軌跡之顏色。

在本發明一實施例中，該光學觸控螢幕包括一光反射端，該光反射端設置於該光學觸控螢幕之側邊，用以反射該光發射訊號。

在本發明一實施例中，該反射介質為該光反射端或該觸控筆。

在本發明一實施例中，該觸控筆的筆頭為光穿透材質所製成。

在本發明一實施例中，該觸控筆的筆頭的表面電鍍有一金屬層或一多層膜。

在本發明一實施例中，該觸控筆的筆頭具有微結構。

本發明還提供一種可定義筆頭色彩之光學觸控方法，其包括下列步驟：（a）提供一光學觸控螢幕以及一觸控筆，該光學觸控螢幕包括一顯示面板、至少一光發射端以及至少一光接收端。（b）該觸控筆在該顯示面板進行觸控，用以在該顯示面板上顯示一觸控軌跡。（c）該光發射端發射一光發射訊號。（d）該光接收端接收該光發射訊號傳播至一反射介質而反射之一光反射訊號。（e）根據該光反射訊號之強度或比例來定義該觸控軌跡之顏色。

在本發明一實施例中，該步驟（e）之後包括：步驟（f）跟據該觸控筆在該顯示面板的觸控位置運算一觸控座標。

在本發明一實施例中，該步驟（f）之後包括：步驟（g）在該顯示面板上相對應該觸控座標位置處顯示一觸控軌跡。

為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及構造，茲繪圖就本發明一實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全了解，但須注意的是，所述內容不構成本發明的限定。

請同時參閱圖1所示， 其為本發明可定義筆頭色彩之光學觸控裝置一實施例之結構示意圖。光學觸控裝置包括一光學觸控螢幕 1、一觸控筆 2、一座標運算單元 3以及一色彩運算單元 4。

該光學觸控螢幕 1包括一顯示面板 11、至少一光發射端 12以及至少一光接收端 13。該顯示面板 11為該光學觸控螢幕 1的顯示面，該光發射端 12以及該光接收端 13設置於該光學觸控螢幕 1之側邊或邊角處。該光發射端 12用以發射可見光波段或不可見光波段的一光發射訊號 81，光發射訊號 81的行進方向與該顯示面板 11大致平行。在本實施例中，光學觸控螢幕 1包括複數個光發射端 12以及光接收端 13，該等光發射端 12以及該等光接收端 13設置於光學觸控螢幕 1的邊角處，其中該等光發射端 12以及該等光接收端 13可以以交錯排列的方式組成一線性感測器。在一實施例中，該光發射端 12可為發光二極管(light emitting diode, LED) 或紅外線光源，但不限於此。

該光接收端 13可包括電荷稱合元件(charge couple device,CCD)或是互補式金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide semiconductor, CMOS)感測器等影像感測器，但不限於此。該光接收端 13用以接收該光發射訊號 81傳播至一反射介質而反射之一光反射訊號 82，並將其傳輸至座標運算單元 3以及色彩運算單元 4。

該觸控筆 2用以在該顯示面板 11進行觸控，其筆頭 21可直接與顯示面板 11接觸進行書寫、點選控制等操作，該觸控筆 2的筆頭 21對於該光發射訊號 81具有固定的光穿透率、光吸收率以及光反射率，其穿透率、吸收率以及反射率的變化皆介於5%至95%之間。

在本發明一實施例中，該觸控筆 2的筆頭 21為光穿透材質所製成，其材質可包括玻璃、壓克力材料或矽膠。不同材質的玻璃對於紅外光有不同之光穿透率，以青板玻璃為例，因其內部成份含有鐵離子，鐵離子可吸收紅外光波段，因此根據鐵離子濃度的不同或是厚度不同會有不一樣的紅外光穿透率。此外，壓克力材料經過染料，作在聚碳酸脂(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)塑料上，可以控制紅外光可穿透率，進而改變光反射訊號 82的強弱。在本發明另一實施例中，觸控筆 2的筆頭 21的表面電鍍有一金屬層或一多層膜，以控制光發射訊號 81的穿透率或反射率。在本發明又一實施例中，該觸控筆 2的筆頭 21具有利用噴紗、研磨技術處理的微結構或是散射性結構，微結構包括微三角陣列結構、微透鏡陣列結構以及柱狀透鏡陣列結構，可增加筆頭 21表面散射程度，控制光發射訊號 81的穿透率或反射率。

該座標運算單元 3連接於該光學觸控螢幕 1，該座標運算單元 3根據該等光接收端 13所接收到的光反射訊號 82之強弱判斷該觸控筆 2在該顯示面板 11的觸控位置，運算出一觸控座標(圖中未示)，並在該顯示面板 11上相對應該觸控座標位置處顯示一觸控軌跡 5。在本發明一實施例中，該座標運算單元 3可透過分群演算法運算該觸控筆 2在該顯示面板 11觸控位置的觸控座標，並且，該座標運算單元 3亦可利用三角定位法將觸控座標轉換為二維空間中的多個可能觸控區，在該顯示面板 11上相對應觸控座標的位置處顯示其觸控軌跡 5。

該色彩運算單元 4連接於該光學觸控螢幕 1，該色彩運算單元 4可以比對光發射訊號 81以及光反射訊號 82的強度變化，並根據該光反射訊號 82之強度或比例來定義該觸控軌跡 5之顏色。

在本發明一實施例中，該座標運算單元 3以及該色彩運算單元 4可以為具有電腦分析運算功能的元件，存儲有相關演算法以進行定位分析計算，並與光學觸控螢幕 1的電路板連接為一體。在本發明另一實施例中，該座標運算單元 3以及該色彩運算單元 4可以為具有外接端口的電子裝置，並透過外接端口與該光學觸控螢幕 1電訊連接，對於該觸控座標及光反射訊號 82進行運算處理，再將計算結果傳輸回光學觸控螢幕 1。

在本發明一實施例中，該色彩運算單元 4亦根據該光反射訊號 82之強度或比例來定義該觸控軌跡 5之粗細。透過比對光發射訊號 81以及光反射訊號 82的強度變化，亦可將此原理應用於定義該觸控軌跡 5之粗細，使用者不需點選操作界面即可更換觸控軌跡 5之粗細。

請更加參閱圖2所示，其為本發明光學觸控裝置一實施例之光發射訊號及光反射訊號示意圖。在本發明一實施例中，該光學觸控螢幕 1包括四感測模組以及一光反射端 14，該四感測模組分別設置於該顯示面板 11的四個邊角處，每一個感測模組都包括由光發射端 12以及光接收端 13交錯排列所組成的線性感測器，使每一個感測模組可分別發射光發射訊號 81以及接收所回溯的光反射訊號 82。該光反射端 14設置於該光學觸控螢幕 1之側邊，光反射端 14具有反射結構，可做為光發射訊號 81a的反射介質，當該光發射訊號 81a穿過筆頭 21而到達該光反射端 14，該光反射端 14可反射該光發射訊號 81a以相同角度進行回溯反射，形成光反射訊號 82a。

請更加參閱圖3所示，其為本發明光學觸控裝置另一實施例之光發射訊號及光反射訊號示意圖。在本發明另一實施例中，該觸控筆 2的筆頭 21可做為光發射訊號 81b的反射介質，當該光發射訊號 81b發射至該觸控筆 2的筆頭 21，會在筆頭 21表面產生部份反射或全反射現象，其中所反射的光訊號會形成光反射訊號 82b被光接收端 13所偵測。由於不同材料成份對於可見光波段(380nm~7800nm)或紅外光波段(800nm~1100nm)有不同之穿透率，當觸控筆 2筆頭 21的材質或成份改變，穿過筆頭 21或反射的光訊號比例亦跟著改變。該色彩運算單元 4可以計算光發射訊號 81b以及光反射訊號 82b的強度變化，計算出光反射訊號 82b強度閥值(Threshold)，從而定義出所使用之觸控筆 2的顏色。

請同時參閱圖4A及圖4B所示，其分別為本發明可定義筆頭色彩之光學觸控裝置一實施例之水平發光角度示意圖及垂直發光角度示意圖。在一實施例中，該光發射端 12具有二次光學設計結構，使每一個光發射端 12的水平發光角度 θ介於90°至100°之間，垂直發光角度 α介於0°至10°之間。

在本發明一實施例中，該光學觸控螢幕 1除了可透過該觸控筆 2進行書寫點擊外，亦可透過使用者的手指進行書寫點擊，該座標運算單元 3計算使用者手指書寫點擊之位置，顯示相對應的觸控軌跡，以及該色彩運算單元 4分析使用者手指的光反射訊號 82b之強度或比例來定義觸控軌跡 5之顏色。

請更加參閱圖5所示，其為本發明可定義筆頭色彩之光學觸控方法的方法流程圖。本發明還提供一種可定義筆頭色彩之光學觸控方法，包括以下步驟：

步驟100：提供一光學觸控螢幕 1以及一觸控筆 2，該光學觸控螢幕 1包括一顯示面板 11、至少一光發射端 12以及至少一光接收端 13。提供上述實施例所提到的光學觸控螢幕 1以及觸控筆 2。

步驟110：該觸控筆 2在該顯示面板 11進行觸控，用以在該顯示面板 11上顯示一觸控軌跡 5。使用可以利用該觸控筆 2於顯示面板 11進行觸控、書寫、點擊等動作。

步驟120：該光發射端 12發射一光發射訊號 81。

步驟130：該光接收端 13接收該光發射訊號 81傳播至一反射介質而反射之一光反射訊號 82。由於部份光發射訊號 81的路徑經過觸控筆 2的筆頭 21，其光強度有一定之損耗，因此經過反射介質反射後之光反射訊號 82與初始的光發射訊號 81存有強度上之差異。

步驟140：根據該光反射訊號 82之強度或比例來定義該觸控軌跡 5之顏色。可透過色彩運算單元 4根據該光反射訊號 82之強度或比例來定義該觸控軌跡 5之顏色。其判斷方式如下所示：

以圖2的實施例為例，可根據光反射訊號強度來定義不同的閥值區段，做為分色的基準。使用不同穿透率材質的筆頭 21，當筆頭 21穿透率為0%，光反射訊號強度為200燭光(cd)，低於光反射訊號強度閥值400，則可定義此筆頭 21的觸控軌跡為黑色；當筆頭 21穿透率為40%，光反射訊號強度為600燭光(cd)，介於光反射訊號強度閥值400至800之間，則可定義此筆頭 21的觸控軌跡為紅色；當筆頭 21穿透率為80%，光反射訊號強度為1000燭光(cd)，介於光反射訊號強度閥值800至1200，則可定義此筆頭 21的觸控軌跡為綠色；而當反射訊號強度大於1200燭光(cd)以上，則可定義為無觸控。

在圖2的另一實施例中，亦可根據光訊號閥值比例（光反射訊號強度除以光發射訊號強度）來定義不同的閥值區段，做為分色的基準。使用不同穿透率材質的筆頭 21，當筆頭穿透率為10%，光發射訊號強度為1400燭光(cd)，光反射訊號強度為200燭光(cd)，光訊號閥值比例為14.28%，則可定義低於此光訊號閥值比例的觸控軌跡為黑色；當筆頭穿透率為40%，光發射訊號強度為1400燭光(cd)，光反射訊號強度為600燭光(cd)，光訊號閥值比例為42.8%，則可定義光訊號閥值比例介於14.28～42.8%的觸控軌跡為紅色；當筆頭穿透率為80%，光發射訊號強度為1400燭光(cd)，光反射訊號強度為1000燭光(cd)，光訊號閥值比例為71.4%，則可定義光訊號閥值比例介於42.8～71.4%的觸控軌跡為綠色；而當光訊號閥值比例大於71.4%，則可定義為無觸控。

以圖3的實施例為例，可根據光反射訊號強度來定義不同的閥值區段，做為分色的基準。使用不同反射率材質的筆頭，當筆頭反射率為0%，光反射訊號強度為200燭光(cd)，低於光反射訊號強度閥值400，則可定義此筆頭的觸控軌跡為黑色；當筆頭反射率為40%，光反射訊號強度為600燭光(cd)，低於光反射訊號強度閥值800，則可定義此筆頭的觸控軌跡為紅色；當筆頭反射率為80%，光反射訊號強度為1000燭光(cd)，低於光反射訊號強度閥值1200，則可定義此筆頭的觸控軌跡為綠色；而當反射訊號強度大於1000燭光(cd)以上，則可定義為無觸控。

在圖3的另一實施例中，亦可根據光訊號閥值比例（光反射訊號強度除以光發射訊號強度）來定義不同的閥值區段，做為分色的基準。使用不同反射率材質的筆頭， 當筆頭反射率為10%，光發射訊號強度為1400燭光(cd)，光反射訊號強度為200燭光(cd)，光訊號閥值比例（光反射訊號強度除以光發射訊號強度）為14.28%，則可定義低於此光訊號閥值比例的觸控軌跡為黑色；當筆頭反射率為40%，光發射訊號強度為1400燭光(cd)，光反射訊號強度為600燭光(cd)，光訊號閥值比例為42.8%，則可定義光訊號閥值比例介於14.28～42.8%的觸控軌跡為紅色；當筆頭反射率為80%，光發射訊號強度為1400燭光(cd)，光反射訊號強度為1000燭光(cd)，光訊號閥值比例為71.4%，則可定義光訊號閥值比例介於42.8～71.4%的觸控軌跡為綠色；而當光訊號閥值比例大於71.4%，則可定義為無觸控。

步驟150：跟據該觸控筆 2在該顯示面板 11的觸控位置運算一觸控座標。透過該座標運算單元 3根據該等光接收端 13所接收到的光反射訊號 82之強弱判斷該觸控筆 2在該顯示面板 11的觸控位置，運算出一觸控座標，其運算機制可透過分群演算法運算觸控座標，以及三角定位法將觸控座標轉換為二維空間中的多個可能觸控區。

步驟160：在該顯示面板 11上相對應該觸控座標位置處顯示一觸控軌跡 5。根據運算的結果，在顯示面板 11上與觸控座標相對應的位置處顯示觸控軌跡 5及其相對應之顏色。

故，請參閱全部附圖所示，本發明提供的一種可定義筆頭色彩之光學觸控裝置及其方法，透過不同材質筆頭的光穿透率、光吸收率以及光反射率皆不同，來定義筆頭的色彩或粗細。其可應用在中大尺寸的觸控螢幕或拼接面板上，使用者不需要移動到螢幕的邊緣點選操作界面進行色彩或粗細的更換，在使用上具有更佳的體驗。此外，本發明的架構簡單，亦可應用於大部分的光學式觸控螢幕，不僅應用更佳便利，其成本更是低廉。

透過上述之詳細說明，即可充分顯示本發明之目的及功效上均具有實施之進步性，極具產業之利用性價值，且為目前市面上前所未見之新發明，完全符合發明專利要件，爰依法提出申請。唯以上所述僅為本發明一的實施例，並非因此限制本發明的實施方式及保護範圍，對於本領域技術人員而言，應當能夠意識到凡運用本發明說明書及圖示內容所作出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應當包含在本發明的保護範圍內。

1‧‧‧光學觸控螢幕 11‧‧‧顯示面板 12‧‧‧光發射端 13‧‧‧光接收端 14‧‧‧光反射端 2‧‧‧觸控筆 21‧‧‧筆頭 3‧‧‧座標運算單元 4‧‧‧色彩運算單元 5‧‧‧觸控軌跡 81,81a,81b‧‧‧光發射訊號 82,82a,82b‧‧‧光反射訊號 θ‧‧‧角度 α‧‧‧角度 100～160‧‧‧步驟

圖1為本發明可定義筆頭色彩之光學觸控裝置一實施例之結構示意圖。 圖2為本發明光學觸控裝置一實施例之光發射訊號及光反射訊號示意圖。 圖3為本發明光學觸控裝置另一實施例之光發射訊號及光反射訊號示意圖。 圖4A本發明光學觸控裝置一實施例之水平發光角度示意圖。 圖4B本發明光學觸控裝置一實施例之垂直發光角度示意圖。 圖5為本發明可定義筆頭色彩之光學觸控方法的方法流程圖。

100~160‧‧‧步驟

Claims (10)

1. 一種可定義筆頭色彩之光學觸控裝置，包括： 一光學觸控螢幕，包括一顯示面板、至少一光發射端以及至少一光接收端，該光發射端以及該光接收端設置於該光學觸控螢幕之側邊，該光發射端用以發射一光發射訊號，該光接收端用以接收該光發射訊號傳播至一反射介質而反射之一光反射訊號； 一觸控筆，用以在該顯示面板進行觸控； 一座標運算單元，連接於該光學觸控螢幕，該座標運算單元跟據該觸控筆在該顯示面板的觸控位置運算一觸控座標，並在該顯示面板上相對應該觸控座標位置處顯示一觸控軌跡；以及 一色彩運算單元，連接於該光學觸控螢幕，該色彩運算單元根據該光反射訊號之強度或比例來定義該觸控軌跡之顏色。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可定義筆頭色彩之光學觸控裝置，其中該光學觸控螢幕包括一光反射端，該光反射端設置於該光學觸控螢幕之側邊，用以反射該光發射訊號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之可定義筆頭色彩之光學觸控裝置，其中該反射介質為該光反射端。
4. 如申請專利範圍第1項所述之可定義筆頭色彩之光學觸控裝置，其中該反射介質為該觸控筆
5. 如申請專利範圍第4項所述之可定義筆頭色彩之光學觸控裝置，其中該觸控筆的筆頭為光穿透材質所製成。
6. 如申請專利範圍第4項所述之可定義筆頭色彩之光學觸控裝置，其中該觸控筆的筆頭的表面電鍍有一金屬層或一多層膜。
7. 如申請專利範圍第4項所述之可定義筆頭色彩之光學觸控裝置，其中該觸控筆的筆頭具有微結構。
8. 一種可定義筆頭色彩之光學觸控方法，其包括下列步驟： （a）提供一光學觸控螢幕以及一觸控筆，該光學觸控螢幕包括一顯示面板、至少一光發射端以及至少一光接收端； （b）該觸控筆在該顯示面板進行觸控，用以在該顯示面板上顯示一觸控軌跡； （c）該光發射端發射一光發射訊號； （d）該光接收端接收該光發射訊號傳播至一反射介質而反射之一光反射訊號；以及 （e）根據該光反射訊號之強度或比例來定義該觸控軌跡之顏色。
9. 如申請專利範圍第8項所述之可定義筆頭色彩之光學觸控方法，其中該步驟（e）之後包括：步驟（f）跟據該觸控筆在該顯示面板的觸控位置運算一觸控座標。
10. 如申請專利範圍第9項所述之可定義筆頭色彩之光學觸控方法，其中該步驟（f）之後包括：步驟（g）在該顯示面板上相對應該觸控座標位置處顯示一觸控軌跡。

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