專利名稱：光學式觸控顯示裝置及其方法
技術領域：
本發明是有關于一種光學式觸控顯示裝置及其方法，特別是有關于一種可調整不可見光強度的光學式觸控顯示裝置及其方法。
背景技術：
目前，紅外線攝影機式的觸控式屏幕是透過兩個邊角發出紅外光照射到反光條形成光幕后，再通過兩邊角的傳感器來接收光幕上的訊號變化，并以三角函數計算觸控位置。 紅外線攝影機式的觸控式屏幕的優點在于可以應用在大尺寸的觸控顯示器，但其具有觸控顯示器因需具備反光條而無法達到輕薄化的問題。另外，內嵌式的光學式觸控屏幕則是以設于面板內的傳感器感測可見光的亮度的不同，進而辨識觸控位置。光學式觸控屏幕具有整合制程的優點，因而可達到降低面板厚度的目的，但其亦具有觸控顯示器必須在有一定亮度(環境光或背光模塊發射可見光)的情況下才能進行觸控的問題。此外，現有的觸控顯示器背光光源亮度為定值，在近端觸控影像分析時，影像中細微的差異無法被分辨；而在遠端物體辨識時，其辨識解析度因觸控顯示器背光光源亮度為定值而受限。
發明內容
有鑒于上述現有技術的問題，本發明的目的就是提供一種光學式觸控顯示裝置及其方法，以解決光學式觸控屏幕因光源亮度固定而產生的影像辨識不易的問題。根據本發明的目的，提出一種光學式觸控顯示裝置，包含一顯示屏幕、至少一影像擷取模塊以及一處理模塊。其中，所述顯示屏幕包含一顯示面板及一發光模塊，顯示面板可用以顯示一影像，發光模塊則可發出一可見光及一不可見光。影像擷取模塊用于擷取位于顯示屏幕前的物件被不可見光照射后所反射的不可見光影像；處理模塊則連結所述顯示屏幕及所述影像擷取模塊，并接收所述不可見光影像，且對此不可見光影像進行影像特征分析，并根據所述影像特征分析的結果調整不可見光的亮度。其中，所述不可見光為紅外光anfrared，IR)。其中，影像特征分析更包含灰度分布分析、輪廓分析、鏡像分析或位置分析。根據本發明的目的，又提出一種光學式觸控方法，包含下列步驟使用顯示屏幕的發光模塊發出不可見光，再以至少一影像擷取模塊擷取位于顯示屏幕前的物件被不可見光照射后所反射的不可見光影像，并以一處理模塊接收所述不可見光影像，以對所述不可見光影像進行影像特征分析，再根據所述影像特征分析結果調整不可見光的亮度。其中，不可見光為紅外光anfrared，IR)。其中，影像特征分析更包含灰度分布分析、輪廓分析、鏡像分析或位置分析。承上所述，依本發明的光學式觸控顯示裝置及其方法，其可具有一個或多個下述優點
(1)此光學式觸控顯示裝置及其方法可以單獨對近端觸控、遠端空間物體辨識或前述兩者混合型態進行亮度調整；(2)此光學式觸控顯示裝置及其方法可以將影像特征的差異量或解析度提升，解決過亮或過暗的問題；(3)此光學式觸控顯示裝置及其方法可以適時調整亮度以達省電的功效；(4)此光學式觸控顯示裝置及其方法可以只用一個紅外線模塊即可達成近端觸控及遠端辨識的能力，可解決現有技術在近端觸控及遠端辨識需要兩種紅外光源的問題。
圖1所示為本發明中光學式觸控顯示裝置的第一實施例方塊圖；圖2所示為本發明中光學式觸控顯示裝置的第一實施例示意圖；圖3所示為本發明中不可見光影像內物件輪廓的示意圖；圖4所示為本發明中不可見光影像內鏡像的示意圖；以及圖5所示為光學式觸控顯示裝置的第二實施例顯示屏幕橫切面示意圖；以及圖6所示為本發明中光學式觸控方法實施流程圖。
具體實施例方式請參閱圖1及圖2，為本發明的光學式觸控顯示裝置的第一實施例方塊圖及示意圖。圖中，光學式觸控顯示裝置1包含顯示屏幕11、第一影像擷取模塊12、第二影像擷取模塊13及處理模塊14。顯示屏幕11具有一顯示面板111及一發光模塊112。顯示面板 111可用以顯示影像，此顯示面板111較佳為非自發光顯示面板(如液晶面板或電致變色面板)、自發光面板(如有機發光二極體(OLED)面板、高分子發光二極體(PLED)面板或電漿面板)或具有特殊設計的顯示面板；所述特殊設計的顯示面板可具有頂穿透光的獨立次像素(Sub-pixel)或頂穿透光的原色次像素。而發光模塊112包含一可見光模塊113及一不可見光模塊114。其中，不可見光模塊114較佳為一紅外光(IR)發光單元，以發出紅外光，做為觸控顯示或物件辨識的光源基礎。而所述不可見光模塊114的發光方式可為持續發光；或配合影像擷取模塊12、13間歇性發光，如僅在影像擷取模塊12、13擷取影像時發光；或配合顯示面板111的設定僅在特定畫框(Frame)或特定頻率才發出不可見光。第一影像擷取模塊12及第二影像擷取模塊13可設置于顯示屏幕11的左上方及右上方，所述第一影像擷取模塊12與第二影像擷取模塊13的視角可涵蓋顯示屏幕11的大部份區域，以分別擷取觸控物件15于顯示屏幕11前反射不可見光所產生的第一不可見光影像121與第二不可見光影像131。其中，顯示屏幕11的表面或上方可定義為坐標偵測區域。處理模塊14連接顯示屏幕11、第一影像擷取模塊12及第二影像擷取模塊13。處理模塊14包含影像特征分析單元141、觸控資料分析單元142與不可見光調整單元143 ； 觸控資料分析單元142可根據所接收的第一不可見光影像121及第二不可見光影像131分析出觸控點數目、觸控點位置、觸控手勢或觸控高度等資訊；而影像特征分析單元142則可對第一不可見光影像121及第二不可見光影像131進行影像特征分析；不可見光調整單元 143根據所述影像特征分析結果調整不可見光模塊114的驅動電流或驅動電壓，以控制不可見光的強度，以取得較佳解析度的不可見光影像121、131。上述的調整方式可將發光模塊112所發出的不可見光強度設定為兩段或兩段以上，各段本身為一定亮度；或者可設定在一個周期內讓不可見光強度隨機變動調整亮度；又或者根據觸控物件與顯示屏幕的距離采取特定亮度的發光方式。其中，所述影像特征分析可為灰度分布分析、輪廓分析、鏡像分析或位置分析。所述灰度分布分析可以分析不可見光影像121、131本身的灰度分布，且可對不可見光影像 121、131的全部區域或指定區域進行灰度分布分析。舉例而言，對指定區域(例如50個像素)內的影像灰度分布分析后，取得此指定區域內的灰度分布變化，此灰度分布在此以0 63階為例，但并不以此為限，當灰度為62 63的像素數目與指定區域內全部像素數目的比例超過一門限值時，則不可見光調整單元143可降低不可見光的強度，此門限值較佳為 50% ；或者當不可見光影像121、131本身灰度為0 32的像素數目與整個影像的像素數目比例小于10%時，則降低不可見光的強度；又或者搜尋整個不可見光影像121、131內一限定大小的區域，如50x50大小的區域，若灰度為60 63的像素數目與限定大小的區域內全部像素數目的比例超過門限值時，可降低不可見光的強度，直到所述比例低于門限值，此門限值較佳為40%。輪廓分析可以是分析不可見光影像121、131的輪廓、邊緣或形狀，以判斷不可見光影像中的觸控物件是否對應至一限定圖案或一非限定圖案；所述限定圖案較佳為人臉、 手指等具有非幾何圖形、或具有幾何圖形形狀的觸控筆等。當不可見光影像121、131被判斷為非限定圖案時，則可對此非限定圖案的影像輪廓邊緣對應的像素進行灰度分析，當最高灰度與最低灰度的灰度值差異小于一門限值時，則可降低不可見光的亮度，以提高辨識能力。當不可見光影像121、131被判斷為觸控筆時，由于使用觸控筆進行觸控時不需要太強的光源進行觸控行為，因此不可見光調整單元143可降低不可見光的亮度；若不可見光影像121、131被影像特征分析單元141判斷為非幾何圖形而對應至人臉時，即可進行此非幾何圖形區域內各像素的灰度分布；當最高灰度與最低灰度的灰度值差異小于一門限值時，則可降低不可見光的亮度，以提高辨識能力，此門限值較佳為20。請參閱圖3，為本發明的不可見光影像內物件輪廓的示意圖。在圖3中，當不可見光影像121、131被判斷為顯示屏幕11附近的手指21時，影像特征分析單元141可一并進行灰度分布分析以及輪廓分析， 由于手指輪廓中面向顯示屏幕11的部分會反射比較多的不可見光，因此可藉由灰度分布分析取得畫面中較亮的區域，再由輪廓分析取得觸控點22位置或觸控手勢。當影像特征分析單元141分析出不可見光影像121、131中存在鏡像41時，如圖4 所示，觸控資料分析單元142則可分析出觸控物件與顯示屏幕11的接觸點位置，并可由影像特征分析單元141對所述接觸點22附近的區域進行灰度分布分析，例如對觸控點22附近的十個像素進行分析，當像素數目的灰度值為62 63的比例高于門限值(如50% )時， 則降低不可見光亮度，直至此例小于門限值。位置分析則為分析觸控物件與顯示屏幕11的相對位置，此相對位置為觸控物件的坐標值，以第一不可見光影像121與第二不可見光影像131搭配三角定位演算法計算觸控物件的空間位置，此空間位置也就是觸控物件在顯示屏幕11的坐標偵測區域內的坐標值。此坐標值可為二維坐標或三維坐標。當觸控物件的位置為近端觸控位置，且接近坐標偵測區域的邊緣，則可提高不可見光的亮度，以強化此區域內的光源辨識基礎；又觸控物件處于較遠的三維位置時，如手掌距離顯示屏幕11三十厘米處，且不可見光為照射近端觸控區域，則由不可見光調整單元143調整不可見光進行提升亮度，使手掌能被照明清楚。當不可見光模塊114中有多個紅外光發射單元時，處理模塊14更可根據觸控物件與顯示屏幕11 的距離調整不可見光模塊114的發光權重，如當人臉在距離顯示屏幕11五十厘米能夠被最清楚的辨識時，可調整80 %的紅外光發射單元對近端發光，20 %的紅外光發射單元對遠端發光；而當人臉在距離顯示屏幕11 一百厘米能夠被最清楚的辨識時，可調整20%的紅外光發射單元對近端發光，80%的紅外光發射單元對遠端發光。此調整方式包含對發射不可見光的發光模塊112的供電量、掃描方式或解析度等進行調整。請注意，上述各種分析的啟動方式可為手動啟動、自動啟動或偵測后啟動。手動啟動為使用者自行手動調整不可見光強度。自動啟動則為使用軟件根據不同的觸控物件自動調整不可見光亮度。而偵測后啟動則為發光模塊112持續發射不可見光，直到觸控物件進入坐標偵測區域后，由影像擷取模塊12、13取得不可見光影像121、131，并由處理模塊進行分析，再根據分析結果調整不可見光強度。本發明藉由調整不可見光強度可實現單獨對近端觸控、遠端空間物體辨識或前述兩者混合型態進行亮度調整，以提高辨識能力，并可適時的降低不可見光亮度以達省電之功效。請參閱圖5，為光學式觸控顯示裝置的第二實施例顯示屏幕橫切面示意圖。與第一實施例相較，其差異在于第二實施例的影像擷取模塊51是設置在顯示面板111之內，且影像擷取模塊51上更設置有濾波單元116來吸收可見光，藉此影像擷取模塊51可擷取觸控物件15在顯示屏幕11上或附近所反射的不可見光1512。且顯示屏幕11的背光模塊 115可發出可見光及不可見光1511，另背光模塊115可為直下式(Direct-lit)或側光式 (Edge-lit)的方式設置于顯示面板111的下方，并藉由不可見光發射單元152發出不可見光1511。請注意，在此實施例中，影像擷取模塊51的設置位置雖然是在顯示面板111之內， 但僅為舉例，并不以此為限，影像擷取模塊51還可以外貼于顯示面板111上。另外，在第二實施例中，不可見光發射單元152的數目可為一個亦可為多個，當不可見發射單元152的數目為一時，不可見光調整單元143(圖5中未示)可根據觸控物件15的坐標位置調整不可見光1511的亮度，藉此以實現使用一個不可見發射單元152來完成近端觸控及遠端影像辨識功能；而當有多個不可見發射單元152時，可實現在顯示屏幕11前的面狀感測。第一實施例與第二實施例的其余部分皆為相同，就不在此贅述。請參閱圖6，為本發明的光學式觸控方法實施流程圖。在圖6中，所述光學式觸控方法包含下列步驟SlO 使用顯示屏幕的發光模塊發出不可見光。S20 以影像擷取模塊擷取位于顯示屏幕前物件被不可見光照射后所反射的不可見光影像。S30 通過處理模塊接收不可見光影像，并對所述不可見光影像進行影像特征分析。S40 利用處理模塊根據影像特征分析的結果調整不可見光的亮度。以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明的精神與范疇，而對其進行的等效修改或變更，均應包含于本發明的保護范圍中。
權利要求
1.一種光學式觸控顯示裝置，其特征在于，包含一顯示屏幕，包含一顯示面板及一發光模塊，該顯示面板用于顯示一影像，該發光模塊系發出一可見光及一不可見光；至少一影像擷取模塊，用于擷取位于所述顯示屏幕之前的物件被所述不可見光照射后所反射的不可見光影像；以及一處理模塊，連結所述顯示屏幕及所述至少一影像擷取模塊，并接收所述不可見光影像，以對所述不可見光影像進行影像特征分析，并根據所述影像特征分析的結果調整所述不可見光的亮度。
2.如權利要求1所述的光學式觸控顯示裝置，其特征在于，所述影像特征分析包含灰度分布分析、輪廓分析、鏡像分析或位置分析。
3.如權利要求2所述的光學式觸控顯示裝置，其特征在于，所述處理模塊進行灰度分布分析時，根據所述不可見光影像的灰度分布的比例是否超越一門限值，選擇調高或降低所述不可見光的亮度。
4.如權利要求2所述的光學式觸控顯示裝置，其特征在于，所述處理模塊進行輪廓分析時，判斷所述不可見光影像對應至一限定圖案或一非限定圖案，并根據對應所述非限定圖案的所述不可見光影像輪廓邊緣的灰度差異是否大于一第一門限值，或根據對應所述限定圖案的所述不可見光影像的影像內容灰度差異是否大于一第二門限值，以調整所述不可見光的亮度。
5.如權利要求2所述的光學式觸控顯示裝置，其特征在于，所述不可見光影像包含所述物件接觸所述顯示屏幕的鏡像，所述處理模塊根據所述鏡像進行鏡像分析，以取得所述物件與所述顯示屏幕的接觸點位置，并判斷所述不可見光影像中包含所述接觸點位置的區域的灰度分布比例是否超過一門限值，以調整所述不可見光的亮度。
6.如權利要求2所述的光學式觸控顯示裝置，其特征在于，所述位置分析是判斷所述物件與所述顯示屏幕的相對位置。
7.一種光學式觸控方法，其特征在于，包含下列步驟使用顯示屏幕的發光模塊發出不可見光；通過一影像擷取模塊擷取位于所述顯示屏幕前的物件被所述不可見光照射后所反射的不可見光影像；通過一處理模塊接收所述不可見光影像，并對所述不可見光影像進行影像特征分析；以及通過所述處理模塊根據所述影像特征分析的結果調整所述不可見光的亮度。
8.如權利要求7所述的光學式觸控方法，其特征在于，所述影像特征分析包含灰度分布分析、輪廓分析、鏡像分析或位置分析。
9.如權利要求8所述的光學式觸控方法，其特征在于，當所述處理模塊進行灰度分布分析時，所述光學式觸控方法具體包括根據所述不可見光影像的灰度分布比例是否超越一門限值，以調整所述不可見光的亮度。
10.如權利要求8所述的光學式觸控方法，其特征在于，當該處理模塊進行輪廓分析時，所述光學式觸控方法具體包括判斷所述不可見光影像對應至一限定圖案或一非限定圖案，并根據對應所述非限定圖案的所述不可見光影像輪廓邊緣的灰度差異是否大于一第一門限值，或根據對應所述限定圖案的所述不可見光影像的影像內容灰度差異是否大于一第二門限值，以調整所述不可見光的亮度。
11.如權利要求8所述的光學式觸控方法，其特征在于，所述不可見光影像包含所述物件接觸所述顯示屏幕的鏡像，所述光學式觸控方法具體包括所述處理模塊根據該鏡像進行鏡像分析，以取得所述物件與所述顯示屏幕的接觸點位置，并判斷包含所述接觸點位置的區域的灰度分布比例是否超過一門限值，以調整所述不可見光的亮度。
12.如權利要求8所述的光學式觸控方法，其特征在于，所述位置分析是判斷所述物件與所述顯示屏幕的相對位置。
全文摘要
本發明公開一種光學式觸控顯示裝置及其方法，光學式觸控顯示裝置包含一顯示屏幕、至少一影像擷取模塊以及一處理模塊。顯示屏幕包含顯示面板及發光模塊，發光模塊可發出不可見光；影像擷取模塊可擷取位于所述顯示屏幕前的物件被不可見光照射后所反射的不可見光影像；處理模塊連結顯示屏幕及影像擷取模塊，并接收所述不可見光影像，且對所述不可見光影像進行影像特征分析后，調整不可見光的亮度。
文檔編號G06F3/042GK102163104SQ20101011176
公開日2011年8月24日 申請日期2010年2月22日 優先權日2010年2月22日
發明者柯杰斌 申請人:宏碁股份有限公司