CN102654809A

CN102654809A - 光学影像式触控装置

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Publication number: CN102654809A
Application number: CN2011100602996A
Authority: CN
Inventors: 周家德
Original assignee: Wistron Corp
Current assignee: Wistron Corp
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2031-03-14
Also published as: CN102654809B; TW201237709A; TWI446249B; US8797446B2; US20120224093A1

Abstract

一种光学影像式触控装置。该光学影像式触控装置包含有一显示面板，其上形成有一坐标检测区；至少一第一光学反射单元，其设置于该显示面板外侧的角落，用来反射一物体在该坐标检测区移动时所传来的光线；至少一第二光学反射单元，其设置于该显示面板的外侧，用来反射由该至少一第一光学反射单元所反射传来的光线；一取像模块，其安装于该显示面板的一侧，用来撷取该至少一第二光学反射单元所反射传来的光线，藉以撷取该物体的至少一影像数据；以及一控制模块，其耦合于该取像模块，用来接收该取像模块所撷取的该至少一影像数据，并依据该至少一影像数据计算出该物体在该坐标检测区的一坐标值。本发明有效降低成本、可靠度佳且解决影像同步问题。

Description

光学影像式触控装置

技术领域

本发明涉及一种光学影像式触控装置，尤指一种利用多组光学反射组件来达到仅使用一台摄影机即可同步撷取物体影像的光学影像式触控装置。

背景技术

在现今各式消费性电子产品市场中，个人数字助理、移动电话以及手机等便携式电子产品皆已广泛使用具有触控装置作为其数据沟通的界面工具。由于目前电子产品的设计皆以轻、薄、短、小为方向，因此在产品上无足够空间容纳如键盘、鼠标等传统输入装置，尤其在讲求人性化设计的平板计算机需求的带动下，搭配触控装置的显示器已逐渐成为各式电子产品的关键零部件之一。然而现今所发展出的触控技术众多，例如电阻式、电容式、超声波式、红外线感测式、光学遮断式、光学影像式等触控技术，且由于技术层面与成本有所差异，因此这诸多种类的触控技术便运用在各种不同领域。举例来说，光学影像式触控技术的作用原理为通过位于显示器两个角落的摄影机，检测物体位于影像上的位置，经由坐标转换的方法找出触控对象位于显示器上的触控位置，故与传统电阻式或电容式触控技术比较起来，其不但也具有准确、可靠度佳、损坏率低、成本低以及支持多点触控手势等优点，还具备有成本低廉的优势，尤其在中大尺寸显示器方面更容易切入市场。然而现有的光学影像式触控装置大多需要两台以上的摄影机以检测触控对象所形成的阴影，且必须考虑到多台摄影机撷取影像时需同步的问题，而造成成本的增加。为了解决上述问题，在中国台湾专利(专利号M338402)中公开了在显示器的可显示范围之内在左右下角设置反射镜，藉以反射物体影像至同一影像感测器的技术，然而其缺点在于当显示器尺寸很大时，所需要使用到的影像感测器的可视范围要变大，同时会造成影像的变形，要特别利用摄影机校正将变形的影像校正回去；且由于反射镜的摆设位置位于显示器的左右下角且在其可显示范围之内，故会造成使用者使用计算机的不便。

因此，如何设计出一种可有效降低成本且可同时解决影像同步问题的光学影像式触控装置，便为现今触控技术所需努力的重要课题之一。

发明内容

本发明提供一种利用多组光学反射组件来达到仅使用一台摄影机即可同步撷取物体影像的光学影像式触控装置，以解决上述的问题。

本发明公开一种光学影像式触控装置，该光学影像式触控装置包含有一显示面板，该显示面板上形成有一坐标检测区；至少一第一光学反射单元，该至少一第一光学反射单元设置于该显示面板外侧的角落，该至少一第一光学反射单元用来反射一物体在该坐标检测区移动时所传来的光线；至少一第二光学反射单元，该至少一第二光学反射单元设置于该显示面板的外侧，该至少一第二光学反射单元用来反射由该至少一第一光学反射单元所反射传来的光线；一取像模块，该取像模块安装于该显示面板的一侧，该取像模块用来撷取该至少一第二光学反射单元所反射传来的光线，藉以撷取该物体的至少一影像数据；以及一控制模块，该控制模块耦合于该取像模块，该控制模块用来接收该取像模块所撷取的该至少一影像数据，并依据该至少一影像数据计算出该物体在该坐标检测区的一坐标值。

本发明还公开该至少一第一光学反射单元包含有两第一光学反射单元，其分别设置于该显示面板的一外侧的两角落。

本发明还公开该至少一第二光学反射单元包含有两第二光学反射单元，其设置于该显示面板的该外侧的中央位置，该两第二光学反射单元分别用来反射该两第一光学反射单元所反射传来的光线。

本发明还公开该两第二光学反射单元之间形成有一间隙。

本发明还公开该第二光学反射单元为一三棱镜，该三棱镜的两侧分别用来反射该两第一光学反射单元所反射传来的光线。

本发明还公开该光学影像式触控装置还包含有至少一第三光学反射单元，其设置于该至少一第二光学反射单元与该取像模块间的光路上，该至少一第三光学反射单元用来反射该至少一第二光学反射单元所反射传来的光线或该物体所传来的光线至该取像模块。

本发明还公开该至少一第三光学反射单元包含有两第三光学反射单元，其中一第三光学反射单元用来反射该至少一第二光学反射单元所反射传来的光线或该物体所传来的光线至另一第三光学反射单元，以使另一第三光学反射单元反射光线至该取像模块。

本发明还公开该至少一第一光学反射单元、该至少一第二光学反射单元以及该至少一第三光学反射单元设置于该显示面板的上方，且该取像模块设置于该显示面板的背侧。

本发明还公开该光学影像式触控装置还包含有至少一光源，其设置于该显示面板外侧的角落，该至少一光源用来发射光线至该坐标检测区，藉以照明该物体。

本发明还公开该至少一光源为一红外线发光二极管。

本发明还公开该光学影像式触控装置还包含有一无反射边框，其设置于该显示面板的旁侧，藉以提供该物体的影像撷取背景。

本发明还公开该无反射边框的宽度实质上相同于该至少一第一光学反射单元的宽度和该至少一第二光学反射单元的宽度。

本发明还公开该至少一第一光学反射单元与该至少一第二光学反射单元分别为一平面反射镜或一球面反射镜。

本发明还公开该取像模块为一影像感测器。

本发明的光学影像式触控装置利用多组光学反射组件来达到仅使用单一取像模块即可同步撷取物体影像的功能，故可节省成本且可解决多台摄影机撷取影像时需同步的问题。再者，本发明利用多组光学反射组件将物体反射的光线集中于单一取像模块处，故即便是应用于大尺寸的显示面板，也无需使用到可视范围大的影像感测器，也不会造成影像的变形；再者，由于各光学反射单元皆并非设置于显示面板的可显示范围内，故并不会造成使用者使用计算机的不便。本发明提供一种可有效降低成本、可靠度佳且可同时解决影像同步问题的光学影像式触控装置。

附图说明

图1为本发明实施例的光学影像式触控装置的功能方框示意图。

图2为本发明实施例的光学影像式触控装置的立体示意图。

图3为本发明实施例的光学影像式触控装置的正视示意图。

图4为本发明实施例的光学影像式触控装置的侧视示意图。

图5为本发明另一实施例的光学影像式触控装置的侧视示意图。

图6为本发明另一实施例的光学影像式触控装置的正视示意图。

主要组件符号说明：

50 光学影像式触控装置 52 显示面板

54 坐标检测区 56a、56b 第一光学反射单元

58a、58b、58c 第二光学反射单元 60 取像模块

62a、62b 第三光学反射单元 64a、64b 光源

66 无反射边框 68 控制模块

70 物体

具体实施方式

请参阅图1至图4，图1为本发明实施例的一光学影像式触控装置50的功能方框示意图，图2为本发明实施例的光学影像式触控装置50的立体示意图，图3为本发明实施例的光学影像式触控装置50的正视示意图，图4为本发明实施例的光学影像式触控装置50的侧视示意图。光学影像式触控装置50包含有一显示面板52，其上形成有一坐标检测区54、两第一光学反射单元56a、56b，其分别设置于显示面板52一外侧的两角落、两第二光学反射单元58a、58b，其设置于显示面板52的外侧、一取像模块60，其安装于显示面板52的一侧、两第三光学反射单元62a、62b，其设置于第二光学反射单元58与取像模块60间的光路上、两光源64a、64b，其分别设置于显示面板52外侧的角落、一无反射边框66，其设置于显示面板52的旁侧，以及一控制模块68，其耦合于取像模块60，控制模块68用来接收取像模块60所撷取的至少一影像数据，并依据该至少一影像数据计算出一物体70在坐标检测区54的一坐标值。本发明的显示面板52、第一光学反射单元56a、56b、第二光学反射单元58a、58b、取像模块60、第三光学反射单元62a、62b、光源64a、64b、无反射边框66，以及控制模块68可整合于同一显示器内，例如在显示屏幕、一体式桌面计算机(All In One PC)、电子看板或电子白板之内等；或是第一光学反射单元56a、56b、第二光学反射单元58a、58b、取像模块60、第三光学反射单元62a、62b、光源64a、64b，以及控制模块68可单独模块化，例如设置于用来外挂于显示面板52的一框架内，且坐标检测区54可为该框架上的透明面板，故可拆卸安装于不同的显示面板52上。

为了达到在光学影像式触控装置50实施触控的目的，使用者可在坐标检测区54内进行触控操作，例如以手指(物体70)在坐标检测区54内移动，而光源64a、64b用来发射光线至坐标检测区54，藉以照明物体70，其中光源64a、64b可分别为一红外线发光二极管，在此实施例中两光源64a、64b分别安装于显示面板52外侧的两角落，而其设置位置与数量不局限于本实施例中所述，视实际设计需求而定；而无反射边框66设置于显示面板68的旁侧，如设置于显示面板68的三侧边上，无反射边框66可提供物体70在坐标检测区54时的拍摄背景，举例来说无反射边框66可由非反射材质所构成，或是其表面可以雾面处理，故可明显对比出物体70在坐标检测区54的摄像位置，其中无反射边框66的宽度可实质上相同于第一光学反射单元56和第二光学反射单元58的宽度，如此一来可确保撷取到所需要使用的有效影像宽度即为无反射边框66的宽度，故无需额外判断影像处理的兴趣区域(Region of Interest，ROI)为何。

当物体70在坐标检测区54内移动时，两光源64a、64b照射于物体70的光线(以虚线绘制)可被物体70反射至两第一光学反射单元56a、56b，接着第一光学反射单元56a、56b可分别将光线再反射至第二光学反射单元58a、58b，而第一光学反射单元56a、56b与第二光学反射单元58a、58b可实质上设置于同一水平方向位置；之后，第二光学反射单元58a、58b可分别将光线反射至第三光学反射单元62a，其中第二光学反射单元58a、58b可与第三光学反射单元62a实质上设置于同一垂直方向位置；接下来第三光学反射单元62a再将光线反射至第三光学反射单元62b，其中第三光学反射单元62a、62b可实质上设置于同一水平方向位置；最后第三光学反射单元62b可将光线反射至取像模块60。在此实施例中第一光学反射单元56a、56b、第二光学反射单元58a、58b以及第三光学反射单元62a、62b设置于显示面板52的上方，且取像模块60设置于显示面板52的背侧，且本发明的第一光学反射单元56a、56b、第二光学反射单元58a、58b，以及第三光学反射单元62a、62b可分别为一平面反射镜或一球面反射镜等，且其设置位置与数量可不局限于此实施例所述，只要是能够有效地将光线导引至取像模块60的光学机制，皆属于本发明所保护的范畴。举例来说，请参阅图5，图5为本发明另一实施例的光学影像式触控装置50的侧视示意图，本发明的第三光学反射单元62a、62b亦可为选择性的配置，在此实施例中可将取像模块60设置于第二光学反射单元58a、58b的上方，意即将取像模块60取代前述实施例的第三光学反射单元62a的位置，而不设置第三光学反射单元62a、62b，藉以利用取像模块60直接撷取由第二光学反射单元58a、58b所传来的光线。

故经过多道光反射路径，取像模块60可撷取到物体70的至少一影像数据，其中取像模块60可为一影像感测器，例如为一互补式金属氧化物半导体影像感测器(CMOS imagesensor)等。值得注意的是，由于两第二光学反射单元58a、58b之间形成有一间隙，故当物体70位于坐标检测区54的中央区域时，物体70所反射的光线可直接通过第三光学反射单元62a、62b反射至取像模块60，同时也会经过第一光学反射单元56a、56b与第二光学反射单元58a、58b，如此一来便可避免如先前技术只有采用两组取像模块位于两角落的架构下可能造成某些区域(如中央区域)成为触控判断死角的问题。而耦合于取像模块60的控制模块68可接收取像模块60所撷取的该至少一影像数据，并依据该影像数据计算出物体70在坐标检测区54的一坐标值，若是取像模块60接收到由两组第一光学反射单元56a、56b与第二光学反射单元58a、58b所分别传来的光线，则具有两组影像数据以供控制模块68作为计算判读。举例来说，控制模块68可先对该两组影像数据进行影像处理分析，例如去除噪声等，之后再对经影像处理过后的影像数据进行坐标转换计算，例如可依据两影像与坐标轴的夹角以三角定位方式找出物体70的触控位置，最后再转换成在坐标检测区54的该坐标值，而所得出的坐标值即可提供计算机主机执行触控操作的依据。

此外，请参阅图6，图6为本发明另一实施例的光学影像式触控装置50的正视示意图，此实施例与前述实施例不同之处在于光学影像式触控装置50的一第二光学反射单元58c为一三棱镜，而该三棱镜的两侧面分别用来反射两第一光学反射单元56a、56b所反射传来的光线，也就是说在此实施例中第二光学反射单元58c为单一结构体的光学组件，而在前述实施例中第一光学反射单元56a、56b为两分离结构体的光学组件，至于此实施例的其他光学作用原理亦相同于前述实施例，故在此便不再详述。

相比于先前技术，本发明的光学影像式触控装置利用多组光学反射组件来达到仅使用单一取像模块即可同步撷取物体影像的功能，故可节省成本且可解决多台摄影机撷取影像时需同步的问题。再者，本发明利用多组光学反射组件将物体反射的光线集中于单一取像模块处，故即便是应用于大尺寸的显示面板，也无需使用到可视范围大的影像感测器，也不会造成影像的变形；再者，由于各光学反射单元皆并非设置于显示面板的可显示范围内，故并不会造成使用者使用计算机的不便。综上所述，本发明提供一种可有效降低成本、可靠度佳且可同时解决影像同步问题的光学影像式触控装置。

以上所述仅为本发明的实施例，凡是根据本发明权利要求书的范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims

1.一种光学影像式触控装置，该光学影像式触控装置包括：

一显示面板，该显示面板上形成有一坐标检测区；

至少一第一光学反射单元，该至少一第一光学反射单元设置于该显示面板外侧的角落，该至少一第一光学反射单元用来反射一物体在该坐标检测区移动时所传来的光线；

至少一第二光学反射单元，该至少一第二光学反射单元设置于该显示面板的外侧，该至少一第二光学反射单元用来反射由该至少一第一光学反射单元所反射传来的光线；

一取像模块，该取像模块安装于该显示面板的一侧，该取像模块用来撷取该至少一第二光学反射单元所反射传来的光线，藉以撷取该物体的至少一影像数据；以及

一控制模块，该控制模块耦合于该取像模块，该控制模块用来接收该取像模块所撷取的该至少一影像数据，并依据该至少一影像数据计算出该物体在该坐标检测区的一坐标值。

2.如权利要求1所述的光学影像式触控装置，其中该至少一第一光学反射单元包括两第一光学反射单元，该两第一光学反射单元分别设置于该显示面板的一外侧的两角落。

3.如权利要求2所述的光学影像式触控装置，其中该至少一第二光学反射单元包括两第二光学反射单元，该两第二光学反射单元设置于该显示面板的该外侧的中央位置，该两第二光学反射单元分别用来反射该两第一光学反射单元所反射传来的光线。

4.如权利要求3所述的光学影像式触控装置，其中该两第二光学反射单元之间形成有一间隙。

5.如权利要求2所述的光学影像式触控装置，其中该第二光学反射单元为一三棱镜，该三棱镜的两侧分别用来反射该两第一光学反射单元所反射传来的光线。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的光学影像式触控装置，该光学影像式触控装置还包括至少一第三光学反射单元，该至少一第三光学反射单元设置于该至少一第二光学反射单元与该取像模块间的光路上，该至少一第三光学反射单元用来反射该至少一第二光学反射单元所反射传来的光线或该物体所传来的光线至该取像模块。

7.如权利要求6所述的光学影像式触控装置，其中该至少一第三光学反射单元包括两第三光学反射单元，其中一第三光学反射单元用来反射该至少一第二光学反射单元所反射传来的光线或该物体所传来的光线至另一第三光学反射单元，以使另一第三光学反射单元反射光线至该取像模块。

8.如权利要求6所述的光学影像式触控装置，其中该至少一第一光学反射单元、该至少一第二光学反射单元以及该至少一第三光学反射单元设置于该显示面板的上方，且该取像模块设置于该显示面板的背侧。

9.如权利要求1所述的光学影像式触控装置，该光学影像式触控装置还包括至少一光源，该至少一光源设置于该显示面板外侧的角落，该至少一光源用来发射光线至该坐标检测区，藉以照明该物体。

10.如权利要求9所述的光学影像式触控装置，其中该至少一光源为一红外线发光二极管。

11.如权利要求1所述的光学影像式触控装置，该光学影像式触控装置还包括一无反射边框，该无反射边框设置于该显示面板的旁侧，藉以提供该物体的影像撷取背景。

12.如权利要求11所述的光学影像式触控装置，其中该无反射边框的宽度实质上相同于该至少一第一光学反射单元的宽度和该至少一第二光学反射单元的宽度。

13.如权利要求1所述的光学影像式触控装置，其中该至少一第一光学反射单元与该至少一第二光学反射单元分别为一平面反射镜或一球面反射镜。

14.如权利要求1所述的光学影像式触控装置，其中该取像模块为一影像感测器。