CN102169394A - 多点触控面板及其手势识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种能够识别至少一个手势的触控面板及其方法。该触控面板包括：第一光学单元，其包括第一发光元件和第一光接收元件，其被安置在触控面板的第一位置上；第一光学元件，其沿着触控面板的第一边缘安置用于反射光；第二和第三光学元件，其分别沿着触控面板的第二和第三边缘安置，用于原向反射光，第二边缘毗连第三边缘和第一边缘；和一个处理单元，其根据可能触摸点之间的距离和斜率的变化来识别至少一个手势。

Description

多点触控面板及其手势识别方法

【技术领域】

本发明通常涉及一种触控系统及其方法，特别涉及至少一个手势识别方法以及使用该方法的多点触控系统。

【发明背景】

随着近年图像显示器技术的进步，通过直接接触来输入数据的触摸屏，作为显示器装置已经取得很大进展，在各种电子产品如小型手持装置、当代智能电话等里的应用越来越普及。但是，如果两个或多个同时的触点产生了一个多点触控，那么触控面板就可能失灵，或任何一个触摸都可能被相关软件误读为单个输入，而不是一个多点触控手势的一部分。为了克服现有技术里触控面板的多点触控识别的限制，近年来开发了一种多点触控识别装置，其能够同时识别多个触控。

其中一种普遍技术，用于传统手势识别装置内识别输入手势信号，需要两个或多个光学单元来进行手势识别，其中每个光学单元包括一个发光部件和一个光接收部件。

例如，美国专利7,411,575披露了一种手势识别方法，其包括步骤：显示一个图像在触控表面上；扫视所述触控表面摄取图像；处理摄取的图像以探测在所述触控表面上的触点，并检查所述触点，根据所述触点的相对位置来识别代表一个手势的不同连续的触点；当代表一个手势的不同连续触点出现时，依照所述手势更新所示图像。为了实施该方法，需要四个相机用于探测多个触点。

另一个例子是在美国专利文献2008/0143690里披露的一种显示器装置，标题为“具有多点触控识别功能的显示器装置及其驱动方法”。其披露了一种具有多点触控识别功能的显示器装置，包括：一个集成模块，其有多个相机集成在一个显示器面板的边缘；一个在大约0到90度范围内多个补偿角的查找表，对应多个相机中的每个相机；以及一个处理器，其使用由多个相机分别摄取的至少第一和第二图像来探测一个触控区域，并利用其中一个补偿角来补偿所探测的触控区域。仍然需要四个相机来探测多个触控点。

另一个例子是美国专利申请12/071263，提议了一种用来辨别多个触点的系统，包括：一个面板；标示在该面板上的N个触点，N是大于1的整数；第一图像摄取单元，其被安置在面板外部边缘上第一位置上，用于摄取与N个触点有关的第一图像；第二图像摄取单元，其被安置在面板外部边缘与第一位置相反的第二位置上，用于摄取与N个触点有关的第二图像；至少一个第三图像摄取单元，其被安置在面板外部边缘上，并第一图像摄取单元和第二图像摄取单元之间，用于摄取与N个触点有关的第三图像；以及一个处理单元，根据第一图像和第二图像计算N组坐标对应N个触点，并根据至少一个第三图像从这N组坐标中确定一组真实坐标对应N个触点。在此方法里，有三个图像摄取单元用于多个触点探测。

在现有技术里的所有手势识别系统需要至少两个光学单元或相机来进行手势识别。本发明的目的是介绍一种方法在仅具有一个光学单元的光学触控面板上识别手势，并提高所计算出的触控点的位置精度以提高触控面板的可靠性。

【发明概述】

鉴于以上所述，提供一种能够识别至少一个手势的多点触控面板，其仅有一个光学单元，从而降低多点触控面板的制造成本。另外，提高了所计算出的触摸点的位置精度，从而增强触控面板的可靠性。

在一个实施例里，提供了一个能够识别至少一个手势的触控面板。该触控面板包括：第一光学单元，包括第一发光元件和第一光接收元件，其被安置在触控面板的第一位置上，如第一拐角；第一光学元件，其沿着触控面板的第一边缘安置，用于发射光；第二和第三光学元件，分别沿着触控面板的第二和第三边缘安置，用于原向反射(retro-reflect)光，第二边缘毗连第三边缘和第一边缘；以及一个处理单元，用于依照可能触摸点之间的距离和斜率的变化来识别手势。

在另一个实施例里，提供了一种方法来在一个具有第一光学单元的触控面板上识别至少一个手势。该方法包括：根据所探测到的来自第一光学元件并由第二或第三光学元件原向反射的光的强度，获得多个可能触摸点；从可能触摸点里选择一对触摸点；通过找出其最相邻的点确定所选择的那对触摸点的新位置；以及根据那对触摸点和所选择触目点对的新位置之间的距离和斜率的变化来识别手势。

另一方面，提供了一种计算触控面板上光学元件错位的方法，其中触控面板包括第一、第二、第三和第四边缘，光学元件安置在第一边缘上。该方法包括：在第一边缘上，距离第四边缘(其毗连第一和第三边缘)一个预设距离处，触摸第一点，得到第三边缘和一个路径之间的第一夹角，该路径连接发射光的第一光学单元和第一点；在第三边缘上，离第四边缘预设距离的2倍处，触摸第二点，得到第三边缘和一路径之间的第二夹角，该路径连接发射光的光学单元和反射该光的光学元件上的一点；以及通过第一和第二夹角之差来确定光学元件的错位角度。在识别触控面板上至少一个手势的方法里，不需要确定触摸点的精确位置，从而不需要多个探测器。因此，降低所需的计算量和制造成本。

在以下“发明详述”部分，描述本发明的这些和那些特征、方面和实施例。

【附图说明】

结合附图描述本发明的特征、方面和实施例，其中：

图1A显示本发明一个实施例的触控面板的结构示意图。

图1B显示图1A所示情况由光接收元件探测的光强度表示的触控信号；

图2A显示在触控面板上出现两个触摸点时的一个情景；

图2B显示图2A所示情况发生时的触控信号；

图3A显示触控面板上出现两个触摸点时的另一个情景；

图3B显示图3A所示情况发生时的触控信号；

图4A显示当两个触摸点出现时的另一个情景；

图4B显示图4A所示情况发生时的触控信号；

图5和6描述两个不同情况下在可能触摸点中间选择一对触摸点的算法；

图7描述本发明一个实施例识别至少一个手势的方法流程图；

图8A显示触控面板结构的另一个实施例；

图8B显示一个光学元件的截面示意图；

图8C显示图8A所示情景里以探测的光强度表示的触控信号；

图9A和9B描述使用两个光学单元来探测一个或多个手势的另一个

实施例；

图9C和9D分别显示由光学单元探测的触控信号；

图10显示触控面板的上光学元件错位的示意图；

图11显示光学元件错位的计算；和

图12描述计算光学元件错位的方法流程图。

【发明详述】

图1A是显示本发明一个实施例的一个触控面板1的示意图。触控面板1包括一个光学单元2、光学元件4、6和8、以及一个处理单元(图中未显示)。处理单元可以是单个装置或集成在光学单元2里。光学单元2包括一个发光元件和一个光接收元件，其被安置在触控面板的一个位置上。光学元件4是一个反射镜，其被安置在触控面板的第一边缘用于反射光线。光元件6和8是回归型反射片，分别沿着触控面板1的第二和第三边缘排列。安置光学元件6的第二边缘毗连分别安置光学元件8和4的第三边缘和第一边缘。发光元件被用来发出不同角度的光。光接收元件被用来接收来自不同角度的光，并根据来自不同角度光的强度而产生触控信号。处理单元根据两个触控点之间的距离和斜率的变化来识别手势，其是根据触控信号而确定的。

参照图1A和1B。图1A也显示出现两个触控点的一个情景。图1B显示图1A所述情景里由光接收元件探测的光强度表示的触控信号。当一个触摸装置(pointing instrument)如一支笔、一个指尖、一个特定装置触摸到触控面板1时，射向触控点的光被挡住。即显示为触摸点方向上的光强度被降低。从而，通过光学单元2的光接收元件，可以判断到指示触摸点的方向。例如，如图1A所示，如果光线L₁被触摸点20挡住，光接收元件探测到一个信号S₁，其表示所探测的光强度小于图1B里的一个阈值V_th1。所以，一个触摸点(如20)可以由光L₁和M₄的路径相交而确定。

当两个触摸点20和22出现在触控面板1上时，就会产生6个可能触摸点20、22、24、26、28和30。每个可能点由发光元件发出的光L₁、L₂、L₃和L₄的路径以及光学元件4反射的光M₂、M₃和M₄的路径中间的任何两条路径相交而确定。在图1A所述的例子里，6个可能触摸点20、22、24、26、28和30可以分成3对可能触摸点，其中第一对是由可能触摸点20和22构成，第二对是由可能触摸点24和26构成，第三对是由可能触摸点28和30构成。每对可能触摸点是由第一发光元件发出的光的路径和第一光学元件4反射的光的路径的相交确定。例如，在第一对可能触摸点20和22里，一个可能触摸点20是由光L₁(对应触控信号S₁)和光M₄(对应触控信号S₄)的路径相交确定，而另一个可能点22是由光L₂(对应触控信号S₂)和光M₃(对应触控信号S₃)的路径相交确定。在确定一对可能触摸点时，应该使用每个检测到的触控信号。在这3对可能触摸点里，将选择一对可能触摸点用来进行手势识别。选择一对可能触摸点用来进行手势识别的算法将在图7进行描述。

图2A显示出现两个触摸点时的另一个情景。图2B显示出现图2A所述情况时的触控信号。在图2A，当两个触摸点20和22出现在触控面板1上时，以上述相同的方式就会产生五个可能触摸点20、22、24、26和28。可能触摸点28是一个单点。因此，通过触控信号仅获得两对可能触摸点。

图3A显示出现两个触摸点时触控面板上的另一个情景。图3B显示出现图3A所述情况时所探测到的触控信号。当两个触摸点22和24出现在触摸板1上时，就会产生三个可能触摸点20、22和24。这三个可能触摸点20、22和24可以组合为三对可能触摸点(如20和22、20和24、22和24)。

图4A显示出现两个触摸点时的另一个情景。图4B显示出现图4A所述情况时所探测到的触控信号。当两个触摸点20和22出现在触控面板1上时，仅产生两个触摸点20和22，而没有任何鬼点(ghost point)。在此情形下，能够清楚地确定触摸点的位置。

图7是本发明一个实施例用来识别至少一个手势的方法流程图。在可能触摸点中间选择一对触摸点的算法，包含在图7所述的方法里。选择一对触摸点的算法包括两种方式，如图5和6所示。在图5，在时间点T₁，已经确定单个触摸点P₁′的位置，然后出现两个触摸点。在图6，在时间点T₁，没有触摸点被确定位置，然后出现两个触摸点。

现参照图5，解释在图7里用来识别至少一个手势的方法。本发明从在时间点T₂探测到超过两个触控信号时开始(步骤702)。在图5的情况下，在时间点T₁探测到一个触摸点P₁′(由步骤704确定)。然后，根据探测到的触控信号的数目，可以获得多个可能触摸点，并确定在最靠近单个触摸点P₁′的可能触摸点里的一个触摸点P₁的位置。因为每对可能的触摸点必须使用每个检测到的信号来确定，因此触摸点里的另一个触摸点P₂的位置可根据触摸点P₁的位置及所探测到的触控信号来决定(步骤708)。在确定该对可能触摸点P₁和P₂之后，计算并记录触摸点P₁和P₂之间的第一距离d₁以及连接触摸点P₁和P₂的直线的第一斜率tan(θ₁)(步骤710)。当在时间点T₃探测到超过两个触控信号时(由步骤712确定)，根据触控信号获得多对可能触摸点，并选择最靠近触摸点P₁和P₂的那对可能触摸点P₁″和P₂″(步骤714)。然后，计算并记录触摸点P₁″和P₂″位置之间的第二距离d₂以及连接触摸点P₁″和P₂″的直线的第二斜率tan(θ₂)(步骤716)。根据触摸点P₁和P₂以及触摸点P₁″和P₂″之间的距离和斜率的变化，能够识别手势，如顺时钟转动、逆时针转动、放大和缩小(步骤718)。

参照图6，进一步解释图7所述的方法。在图6的情况下，在时间点T₁没有探测到触摸点(步骤704)。在获得可能触摸点之后，可以选择任何一对可能触摸点作为触摸点对，如P₁₁和P₂₂(步骤706)。计算并记录触摸点P₁₁和P₂₂之间的第一距离d₁₁以及连接触摸点P₁₁和P₂₂的直线的第一斜率tan(θ₁₁)(步骤710)。当在时间点T₃探测到不止两个触摸点时(步骤712)，选择最靠近触摸点P₁₁和P₂₂的可能触摸点对P₁₁″和P₂₂″的新位置(步骤714)。计算并记录触摸点P₁₁″和P₂₂″的新位置之间的第二距离d₂₂以及连接触摸点P₁₁″和P₂₂″新位置的直线的第二斜率tan(θ₂₂)(步骤716)。根据触摸点P₁₁和P₂₂和触摸点P₁₁″和P₂₂″之间的距离和斜率的变化，能够识别手势，如顺时针旋转、逆时针旋转、放大和缩小(步骤718)。

图8A显示触控面板1结构的另一个实施例，包括光学单元2、光学元件10、光学元件6和8、以及一个处理单元(图中未显示)。光学单元2、光学元件6和8以及处理单元的配置和功能与以上图1A所述的那些相同。图8B显示光元件10的截面示意图，其包括两层回归型反射片32夹住一层反射镜30。因此，入射到光学元件10的部分光被反射镜30反射，而入射到光学元件10的部分光被回溯归反射片32原向反射。注意到，回归型反射片数目和反射镜数目不受制于这些实施例。光学元件10沿着触控面板的第一边缘排列。在图8A，当光束从光学单元2的发光元件发射到光元件10时，部分光束被回归型反射器32原向反射，回到光学单元2，部分光束被反射镜反射到光学元件8，然后被光学元件8原向反射回到反射镜30和光学单元2。

图8C显示图8A情况下由光学单元2的接收元件所探测到的光强度表示的触摸点。如果触摸点是在光L₁，、L₂、L₃和L₄的路径上，所探测的光强度小于第一阈值V_th1。如果触摸点在由光学元件10反射的光M₂、M₃和M₄的路径上，所探测的光强度大于第一阈值V_th1但小于第二阈值V_th2，因为入射到回归型反射器32的部分光被原向反射到光学单元2。在图8C，信号S₁和S₂表示的光强度小于第一阈值V_th1。即触摸点位于光L₁、L₂的路径上。由于信号S₃和S₄表示的光强度大于第一阈值V_th1但小于第二阈值V_th2，所以触摸点位于光M₃和M₄而不是L₃和L₄的路径上。基于包括回归型反射器和反射镜的这种光学元件的配置，用来获得可能触摸点的光路径的数目得以减少。因此，可能触摸点的数目也得以减少。本实施例识别手势的方法与图7所述的方法相同。与图1A所述的实施例相比，本实施例的优点是较少的可能触摸点和较少的计算负担。

图9A和9B描述了基本本发明的另一个实施例的触控面板1的结构示意图，包括一个光学单元2、另一个光学单元3、光学元件4、6、7和8以及一个处理单元(图中未显示)。光学单元3的结构和功能跟光学单元2相同，但被安排在触控面板1的第二位置上，其中第二位置毗连第二和第三边缘。基于之前披露的类似处理方法，两个光学单元2和3能够顺序工作以探测触控面板1内的至少一个手势。即处理器能够同时确定在触控面板1上出现的不止一个手势。图9C和9D分别显示由光学单元2和3探测到的触摸点。

图10显示了触控面板的光学元件4有些错位的示意图。如果光学元件4没有错位，通过以下等式能够确定触摸点的位置：Y₀＝2H×cot(θ₂)/[cot(θ₁)+cot(θ₂)]X₀＝Y₀×cot(θ₁)                25如果光元件4的错位转角是Δθ，通过以下等式能够确定触摸点的位置：Y₀＝2H×cot(θ₂+Δθ)/[cot(θ₁)+cot(θ₂+Δ³⁰θ)]X₀＝Y₀×cot(θ₁)

为了校准上述错位，进行计算以找出转角Δθ。图11显示计算光学元件的错位。图12描述计算一个光学元件错位的方法流程图。该方法包括：在第一边缘上，离第四边缘(其毗连第一和第三边缘)的一个预设距离X₀处，触摸第一点P₁，得到第三边缘和一个由光学单元2发出的并被第一点P₁阻挡的光的路径之间的第一角度θ(步骤1202)；在第三边缘上，离第四边缘2X₀距离处，触摸第二点P₂，得到第三边缘和一路径(该路径是发射光的光学单元和光学元件反射该光的点之间的连线)之间的第二角度θ′(步骤1204)；然后确定第一光学元件4的错位角度是第一和第二角度之差Δθ＝|θ-θ′|，(步骤1206)。用来计算错位的上述方法不仅适用于光学元件4，也适用于光学元件10。

与需要三个或多个光学单元的传统技术相比，本发明的触控面板仅有一个光学单元，能够识别至少一个手势的多个触摸点，因此，能够降低制造成本。在识别触控面板上至少一个手势的方法里，不需要确定触摸点的精确位置，从而仅需要一个探测器。结果，降低了计算负担和制造成本。此外，通过利用包括至少一层回归型反射片32和一层反射镜30的光学元件，触控面板优选实施例能够利用较少可能触摸点来获得触摸点。为了避免由光学元件错位引起的误差，还提出了一种进行校正的方法。根据以上描述，与现有技术的触控面板相比，本发明不仅能够降低成本，而且可以改进触控面板的精度和可靠性。

在一个优选实施例里，光学元件6和8是回归型反射片，而光学元件4是一个反射镜。在另一个优选实施例里，光学元件6和8是回归型反射片，而光学元件10包括两个回归型反射片32和一个反射镜30。但是，在本发明里，光学元件配置不受限于以上的优选实施例。另外，本领域技术人员能够依照光学元件的配置导出适当的阈值。从本发明说明书的披露，能够导出上述实施例的细节，因此在此不再赘述。

尽管以上已经描述了一些实施例，应该明白，这些实施例仅是示例。因此，在此描述的装置和方法不应该受限于具体实施例，而应该结合以上描述和附图作为权利要求解释的基础。

Claims (13)

1.一个能够识别至少一个手势的触控面板，包括：

第一光学单元，包括第一发光元件和第一光接收元件，其被安置在触控面板的第一位置上；

第一光学元件，其沿着触控面板的第一边缘安置，用于反射光；

第二和第三光学元件，分别沿着触控面板的第二和第三边缘安置，用于原向反射光，第二边缘毗连第三边缘和第一边缘；和

一个处理单元，根据可能触摸点之间的距离和斜率的变化来识别至少一个手势。

2.根据权利要求1所述的触控面板，其中第一光元学件包括一个反射镜。

3.根据权利要求2所述的触控面板，其中第一光学元件还包括一个回归型反射片，其中入射到第一光学元件的部分光被反射镜反射，入射到第一光学元件的部分光被回归型反射片原向反射。

4.根据权利要求1所述的触控面板，还包括：

第二光学单元，包括第二发光元件和第二光接收元件，其被安置在触控面板的第二位置上；

其中处理单元根据由第一和第二光学单元顺序探测到的可能触摸点之间的距离和斜率的变化来识别至少一个手势。

5.根据权利要求4所述的触控面板，其中第一位置毗连触控面板的第三边缘和第四边缘，第二位置毗连第二和第三边缘。

6.根据权利要求4所述的触控面板，其中当第一光学元件错位时，处理单元还需要进行校正处理。

7.一种在有第一光学单元的触控面板上识别至少一个手势的方法，该方法包括：

根据探测到的来自第一光学元件并由第二或第三光学元件原向反射的光的强度而获得多个可能触摸点；

从可能触摸点中选择一对触摸点；

通过找出其最相邻的触摸点，找出所选择的这对触摸点的新位置；和

根据这对触摸点和所选择的触摸点对的新位置之间的距离和斜率的变化来识别至少一个手势。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：

计算并记录这对触摸点之间的第一距离和连接这对触摸点的直线的第一斜率；和

计算并记录这对触摸点的新位置之间的第二距离和连接这对触摸点新位置的直线的第二斜率。

9.根据权利要求7所述的方法，其中选择一对触摸点的步骤包括：

如果已经找出一个单触摸点，在可能触摸点里找出最靠近这个单触摸点的一个触摸点，并选择包括这个最靠近触摸点的一对可能触摸点作为一对触摸点；和

如果没有找到一个触摸点，在可能触摸点里选择任何一对可能触摸点作为一对触摸点。

10.根据权利要求7所述的方法，其中获得多个可能触摸点的步骤包括：

如果在某个角度上的光强度小于第一阈值，则产生一个触控信号；和

根据产生两个触控信号的光路径的相交点，获得可能触摸点。

11.根据权利要求7所述的方法，其中获得多个可能触摸点的步骤包括：

如果在某个角度上的光强度小于第一阈值，光线被直接阻挡，产生一个触控信号；

如果在某个角度上的光强度大于第一阈值但小于第二阈值，光被第一光学元件反射和原向反射，产生一个触控信号；和

根据被直接阻挡的光路径和一个由第一光学元件反射并原向反射的光路径的相交点，获得可能触摸点。

12.根据权利要求7所述的方法，还包括：

触发第二光学单元与第一光学单元顺序工作以识别至少一个手势。

13.一种计算触控面板上光学元件错位的方法，触控面板包括第一、第二、第三和第四边缘，光学元件安置在第一边缘上，该方法的步骤包括：

在第一边缘上，在离第四边缘的预设距离处，触摸第一点，第四边缘毗连第一和第三边缘，得到第三边缘和一个路径之间的第一角度，该路径是连接发射光的第一光学单元和第一点；

在第三边缘上，在离第四边缘的两倍预设距离处，触摸第二点，得到第三边缘和一个路径之间的第二角度，该路径是连接发射光的光学单元和反射该光的光学元件上的一点；和

根据第一和第二角度之差，确定光学元件的错位角度。

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