CN103076925A - 光学触控系统、光学感测模块及其运作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种光学触控系统、光学感测模块及其定位方法。该光学触控系统识别位于一触控表面的一对象的轨迹以执行其对应的手势功能，其包含：一触控表面、至少一影像传感器以及一处理单元。该触控表面被划分为至少两个触控区域。该影像传感器撷取具有该对象的影像的连续多个图像。该处理单元根据该多个图像的起始图像中该对象的影像的起始位置确认该对象为位于该两个触控区域中何者，并辨识该多个图像中该对象的影像的轨迹以执行对应的手势功能。

Description

光学触控系统、光学感测模块及其运作方法

技术领域

本发明涉及一种光学触控系统、光学感测模块及其运作方法，特别是指一种通过多个触控区域以分别执行手势功能的光学触控系统及其运作方法。

背景技术

触控屏幕装置是一种可让使用者在屏幕上直接与应用程序互动的装置。触控屏幕装置的种类繁多，其中光学触控屏幕是常见的一种。

图1显示一种现有的光学式触控屏幕系统1，其揭露于美国专利公告号第4,782,328号。如图1所示，光学式触控屏幕系统1包括两传感器11，两传感器11用于撷取在触控区域12上的对象13的影像。处理器14耦接两传感器11，通过分析两传感器11所产生的影像，以决定出分别连接对象13与两传感器11的感测路线(sensing path)15。处理器14再根据感测路线15计算出对象13的位置坐标。光学式触控屏幕系统1需使用两个传感器11，使得光学式触控屏幕系统1的成本较高。

图2显示另一种现有的光学式触控屏幕系统2。为降低成本，TW发明专利公开号第201003477号(相应案：美国专利第7689381 B2号)揭示一种光学式触控屏幕系统2，其包括一反射镜21、两光源22、一影像传感器23与一处理器24。反射镜21和两光源22设置在触控区域28周边，反射镜21用于产生对象25的一镜像26。影像传感器23用于产生对象25的影像与镜像26的影像。处理器24分析通过对象25的影像的感测路线27与通过镜像26的影像的感测路线27，以及根据两感测路线27计算出对象25的坐标。光学式触控屏幕系统2仅需要使用一个影像传感器23，因此可具较低成本。

虽上述两种光学式触控屏幕系统(1，2)均可辨识对象(或手指)的轨迹，并执行对应的手势功能，例如：换页、旋转或下拉选单。然而该些现有技术仅定义一个触控区域，因此有限的轨迹型式(例如：水平滑移、画圆圈或向下滑移)所对应手势功能亦显不足，故无法满足目前更多触控功能或手势功能多样化的需求，从而相当限制触控屏幕系统的使用。

有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种通过多个触控区域以分别执行手势功能的光学触控系统及其运作方法。可以于不同触控区域将相同的轨迹型式对应至不同的手势功能，故此可以倍增手势功能的数量。

发明内容

本发明目的之一在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种可倍增手势功能的数量的光学触控系统。

本发明另一目的之一在于，提出一种用于光学触控系统的运作方法。

本发明另一目的之一在于，提出一种用于光学触控系统的光学感测模块。

为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种光学触控系统，识别一对象的轨迹以执行其对应的手势功能，其包含：一触控表面，被划分为至少两个触控区域，其中该对象位于该触控表面；至少一影像传感器，撷取具有该对象的影像的连续多个图像；以及一处理器，根据该多个图像中该对象的影像的轨迹确认属于所述触控区域中一被采用者，并辨识该轨迹以执行该被采用的触控区域对应的一手势功能。

在其中一种实施型态中，该处理器计算得到该轨迹的起始位置位于该使用的触控区域内，则确认该轨迹属于该使用的触控区域。

在其中一种实施型态中，该处理器根据该多个图像的起始图像中该对象的影像位于该影像传感器的影像感测窗口中的位置，以确认该轨迹属于该使用的触控区域。

在其中一种实施型态中，该处理器计算得到该轨迹位于该使用的触控区域内的部分的比率，以确认该轨迹属于该使用的触控区域。

在其中一种实施型态中，该处理器根据该轨迹位于该影像传感器的影像感测窗口中各分区的比率，以确认该轨迹属于该使用的触控区域。

在其中一种实施型态中，该被采用的触控区域对应的该手势功能与其它触控区域对应的手势功能不相同。

在其中一种实施型态中，该影像传感器的数量为二，又该两个影像传感器设于该该触控表面的一侧边的两端，该系统另包含设于该触控表面的其它侧边的一反射元件及至少一发光元件。

在前述实施型态中，该两个影像传感器撷取该对象的影像与该对象于该反射元件中镜像的影像，该处理器分析通过该对象的影像的感测路线与通过该镜像的影像的感测路线以计算出该对象的坐标。

就另一个观点言，本发明提供了一种用于光学触控系统的运作方法，识别一对象的轨迹以执行其对应的手势功能，该运作方法包含：划分该触控表面为至少两个触控区域，其中该对象位于该触控表面；连续撷取具有该对象的影像的多个图像；根据该多个图像中该对象的影像的轨迹确认属于所述触控区域中一被采用者；以及辨识该轨迹以执行该被采用的触控区域对应的一手势功能。

在其中一种实施型态中，该轨迹分为多个取样点及多个连续向量，以确认该轨迹属于该使用的触控区域。

就另一个观点言，本发明提供了一种光学触控系统，识别一对象的轨迹以执行其对应的手势功能，其包含：一触控表面，其中该对象接近或接触该触控表面；至少一影像传感器，撷取具有该对象的影像的连续多个图像；以及一处理器，根据该多个图像中该对象的影像确认轨迹，并根据该轨迹的起始位置或该轨迹的路径决定一手势功能。

就另一个观点言，本发明提供了一种光学感测模块，用于一光学触控系统以识别一对象的轨迹，其包含：至少一影像传感器，撷取具有该对象的影像的连续多个图像；以及一处理器，根据该多个图像中该对象的影像确认轨迹，并根据该轨迹的起始位置及该轨迹以产生一输出讯号。

在前述实施型态中，该处理器确认该轨迹的起始位置或路径位于该光学触控系统的触控表面的一预定触控区域内，则该处理器的输出讯号包括该触控区域的有关信息。

下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1显示一种现有的光学式触控屏幕系统；

图2显示另一种现有的光学式触控屏幕系统；

图3A显示本发明一实施例的光学触控系统的示意图；

图3B显示图3A中光学触控系统的不同操作的示意图；

图4显示本发明一实施例的光学触控系统的示意图；

图5A显示本发明一实施例的触控表面的示意图；

图5B显示图5A中影像传感器的影像感测窗口的示意图。

图中符号说明

1       光学式触控屏幕系统

11      传感器

12      触控区域

13      物件

14      处理器

15      感测路线

2       光学式触控屏幕系统

21      反射镜

22      光源

23      影像传感器

24      处理器

25      物件

26      镜像

27      感测路线

28      触控区域

3       光学触控系统

331     第一影像传感器

332     第二影像传感器

34      处理器

35      物件

37      感测路线

38      触控表面

381     第一触控区域

382     第二触控区域

39、39’轨迹

4       光学触控系统

41      反射元件

421     第一发光元件

422     第二发光元件

43      影像传感器

44      处理器

47      感测路线

48      触控区域

481     第一侧边

482     第二侧边

483     第三侧边

484     第四侧边

48a     第一触控区域

48b     第二触控区域

49      轨迹

50      影像感测窗口

51      左侧区

52      中间区

53      右侧区

55      影像

具体实施方式

本发明为一种光学触控系统及其运作方法，可以用于改善图1及图2中的触控系统，亦即可应用于具有多个或单一影像传感器的触控系统。

图3A显示本发明一实施例的光学触控系统的示意图。当一对象35(例如：手指或触控笔(stylus pen))接触光学触控系统3的触控表面38，该系统会计算而定位对象35所在的坐标。光学触控系统3包含一第一影像传感器331、一第二影像传感器332及一处理器34。触控表面38被划分为第一触控区域381及第二触控区域382，又第一影像传感器331及第二影像传感器332用于撷取在第一触控区域381或第二触控区域382上的对象35的影像。本实施例的第一触控区域381触控表面38的内部区，又第二触控区域382触控表面38的边框区，然而本发明不受此实施例中划分方式及划分区域的数量所限制。

处理器34耦接两传感器(331、332)，通过分析两传感器(331、332)所产生的影像以决定出分别连接对象34与两传感器(331、332)的感测路线37，以及再根据感测路线37而计算出对象35的位置坐标，亦即对象35的位置坐标为两感测路线37交点。

当使用者依照图中轨迹39将对象35由起点向右滑移至终点，两传感器(331、332)会连续撷取具有对象35的影像的连续多个图像(frame)，处理器34会根据该多个图像的起始图像中对象35的影像的起始位置(对象35于最左边的位置)，以确认该对象35为位于该两个触控区域(381、382)中何者，并辨识多个图像中对象35的影像的轨迹39以执行对应的手势功能。举例而言，本实施中处理器34确认对象35的起始位置位于第一触控区域381，且辨识对象35的轨迹39为向右滑移的直线，因此可决定将目前显示的画面换至下一页。

图3B显示图3A中光学触控系统的不同操作的示意图。图中处理器34会确认对象35的起始位置位于第二触控区域382，且辨识对象35的轨迹39’为向右滑移的直线，因此可决定将目前选单的选项展开。相较于图3A中光学触控系统的操作，虽对象35以相同方式的轨迹移动，但所对应手势功能却不同，其因对象35的起始位置被确认为位于不同的触控区域(381、382)。然而对象35也可以于不同触控区域(381、382)采用相同方式的某些特定轨迹移动，但所对应手势功能仍相同。

图4显示本发明一实施例的光学触控系统的示意图。当一对象35接触光学触控系统4的触控表面48，该系统会计算而定位对象35所在的坐标。光学触控系统4包含一反射元件41、一第一发光元件421、一第二发光元件422、一影像传感器43及一处理器44。反射元件41设于触控表面48的第一侧边481，又第一发光元件421和第二发光元件422分别设于触控表面48中相邻的第二侧边482及第三侧边483。本实施例的触控表面48的第四侧边484未设有反射元件或发光元件，然本发明的保护范围不受此限。又本实施例中反射元件及发光元件的长度和数量的配置可以参见申请人先前的申请案，此亦为本发明的保护范围。该反射元件41可以是一平面反射镜(plane mirror)，但不以此为限定。第一发光元件及第二发光元件(421、422)可以是发出不可见光(invisible light)的线性光源，又影像传感器43具有一影像感测窗口(image-sensing window)与一滤波器(filter)。

反射元件41、第一发光元件421和第二发光元件422设置在触控表面48周边，反射元件41用于产生对象35的一镜像(图未示，请参见图2)。影像传感器43用于撷取对象35的影像与镜像的影像。处理器44分析通过对象35的影像的感测路线47与通过镜像的影像的感测路线(图未示，请参见图2)，以及根据两感测路线计算出对象35的坐标。

触控表面48被划分为第一触控区域48a及第二触控区域48b，又第一影像传感器43用于撷取在第一触控区域48a或第二触控区域48b上的对象35的影像。本实施例的第一触控区域48a为触控表面48的左半区，又第二触控区域38b为触控表面48的右半区，然而本发明不受此实施例中划分方式及划分区域的数量所限制。

当使用者依照图中圆弧轨迹49将对象35由起点向下滑移至终点，传感器43会连续撷取具有对象35的影像的连续多个图像(frame)，处理器44会参考该多个图像的起始图像中对象35的影像的起始位置(对象35于最左边的位置)，以及评估圆弧轨迹49位于该两个触控区域(48a、48b)中何者较多，并辨识多个图像中对象35的影像的轨迹49以执行对应的手势功能。举例而言，本实施例中处理器44确认对象35的起始位置位于第一触控区域48a；但将圆弧轨迹49分为多个取样点及连续向量判断后，发现该轨迹49除起始位置及终点位置外大部分是落于第二触控区域48b，且辨识对象35的轨迹49为顺时钟方向的圆弧线，因此可决定将目前显示的画面顺时钟方向旋转180度，此手势功能为执行第二触控区域48b被赋予的一对应功能。若该轨迹49全部是落于第一触控区域48a，则可以执行放弃回到前一次修改结果并跳至目前修改结果，或执行其它特定的手势功能。因触控表面48即为屏幕，故并无明确的线条区隔各触控区域，所以本实施例可以应用于较多触控区域的触控表面，如此使用者能轻易使用各触控区域赋予的手势功能。

除了由对象35的位置坐标确认其轨迹所在的触控区域，亦可由影像传感器的影像感测窗口中对象影像所在像素单元(pixel cell)的位置，从而直接确认对象35的轨迹所在的触控区域，故不需计算对象35的位置坐标。图5A显示本发明一实施例的触控表面的示意图，又图5B显示图5A中影像传感器的影像感测窗口的示意图。触控表面58被划分为第一触控区域58a、第二触控区域58b及第三触控区域58c。影像传感器的影像感测窗口50(或图像(frame))可以分为左侧区51、中间区52及右侧区53，其中左侧区51对应触控表面48中靠近第四侧边484的第一触控区域58a，又右侧区53对应触控表面48中靠近第三侧边483的第三触控区域58c，另中间区51则对应触控表面48的第二触控区域58b。如图所示，对象35的影像55位于左侧区51内，因此可以得知对象35落于靠近第四侧边484的第一触控区域58a内，故可执行该触控区域对应的一特定手势功能。

前述处理器亦可根据该轨迹的起始位置及该轨迹以产生一输出讯号，又该输出讯号包括所采用触控区域的有关信息。系统可另包含一主机(图未示)，由主机根据该输出讯号执行该触控区域对应的一特定手势功能。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，触控表面中触控区域划分方式及划分区域的数量，可以不同于前述实施例的例示。或者，计算对象的轨迹所在触控区域的比例或比率，及判断应执行何触控区域对应的一特定手势功能，亦为本发明保护的范畴。本发明的范围应涵盖上述及其它所有等效变化。

Claims (26)

1.一种光学触控系统，识别一对象的轨迹以执行其对应的手势功能，其特征在于，包含：

一触控表面，被划分为至少两个触控区域，其中该对象位于该触控表面；

至少一影像传感器，撷取具有该对象的影像的连续多个图像；以及

一处理器，根据该多个图像中该对象的影像的轨迹确认为属于所述触控区域中一被采用者，并辨识该轨迹以执行该被采用的触控区域对应的一手势功能。

2.如权利要求1所述的光学触控系统，其中，该处理器计算得到该轨迹的起始位置位于该使用的触控区域内，则确认该轨迹属于该使用的触控区域。

3.如权利要求1所述的光学触控系统，其中，该处理器根据该多个图像的起始图像中该对象的影像位于该影像传感器的影像感测窗口中的位置，以确认该轨迹属于该使用的触控区域。

4.如权利要求1所述的光学触控系统，其中，该处理器计算得到该轨迹位于该使用的触控区域内的部分的比率，以确认该轨迹属于该使用的触控区域。

5.如权利要求1所述的光学触控系统，其中，该处理器根据该轨迹位于该影像传感器的影像感测窗口中各分区的比率，以确认该轨迹属于该使用的触控区域。

6.如权利要求1所述的光学触控系统，其中，该被采用的触控区域对应的该手势功能与其它触控区域对应的手势功能不相同。

7.如权利要求1所述的光学触控系统，其中，该影像传感器的数量为二，又该两个影像传感器设于该触控表面的一侧边的两端，该系统另包含设于该触控表面的其它侧边的一反射元件及至少一发光元件。

8.如权利要求7所述的光学触控系统，其中，该两个影像传感器撷取该对象的影像与该对象于该反射元件中镜像的影像，该处理器分析通过该对象的影像的感测路线与通过该镜像的影像的感测路线以计算出该对象的坐标。

9.一种用于光学触控系统的运作方法，识别一对象的轨迹以执行其对应的手势功能，其特征在于，该运作方法包含：

划分该触控表面为至少两个触控区域，其中该对象位于该触控表面；

连续撷取具有该对象的影像的多个图像；

根据该多个图像中该对象的影像的轨迹确认为属于所述触控区域中一被采用者；以及

辨识该轨迹以执行该被采用的触控区域对应的一手势功能。

10.如权利要求9所述的用于光学触控系统的运作方法，其中，确认该对象的影像的轨迹属于该被采用的触控区域的步骤另包含：计算得到该轨迹的起始位置；及当该起始位置位于该使用的触控区域内，则确认该轨迹属于该使用的触控区域。

11.如权利要求9所述的用于光学触控系统的运作方法，其中，确认该对象的影像的轨迹属于该被采用的触控区域的步骤另包含：根据该对象的影像位于该多个图像的起始图像中的位置，以确认该轨迹属于该使用的触控区域。

12.如权利要求9所述的用于光学触控系统的运作方法，其中，确认该对象的影像的轨迹属于该被采用的触控区域的步骤另包含：计算得到该轨迹位于该使用的触控区域内的部分的比率；及根据该比率以确认该轨迹属于该使用的触控区域。

13.如权利要求9所述的光学触控系统的运作方法，其中，确认该对象的影像的轨迹属于该被采用的触控区域的步骤另包含：根据该对象的影像位于该多个图像中各分区的比率，以确认该轨迹属于该使用的触控区域。

14.如权利要求9所述的光学触控系统的运作方法，其中，该被采用的触控区域对应的该手势功能与其它触控区域对应的手势功能不相同。

15.如权利要求9所述的光学触控系统的运作方法，其中，该轨迹分为多个取样点及多个连续向量，以确认该轨迹属于该使用的触控区域。

16.一种光学触控系统，识别一对象的轨迹以执行其对应的手势功能，其特征在于，包含：

一触控表面，其中该对象接近或接触该触控表面；

至少一影像传感器，撷取具有该对象的影像的连续多个图像；以及

一处理器，根据该多个图像中该对象的影像确认轨迹，并根据该轨迹的起始位置或该轨迹的路径决定一手势功能。

17.如权利要求16所述的光学触控系统，其中，该处理器确认该轨迹的起始位置或路径位于该触控表面的一预定触控区域内，以执行该触控区域对应的一手势功能。

18.如权利要求17所述的光学触控系统，其中，该处理器计算及得到该轨迹的路径位于该触控区域内的比率，以确认该轨迹属于该触控区域。

19.如权利要求17所述的光学触控系统，其中，处理器根据该轨迹位于该影像传感器的影像感测窗口中各分区的比率，以确认该轨迹属于该触控区域。

20.如权利要求17所述的光学触控系统，其中，该触控区域对应的该手势功能与其它触控区域对应的手势功能不相同。

21.如权利要求17所述的光学触控系统，其中，该影像传感器的数量为二，又该两个影像传感器设于该触控表面的一侧边的两端，该系统另包含设于该触控表面的其它侧边的一反射元件及至少一发光元件。

22.如权利要求21所述的光学触控系统，其中，该两个影像传感器撷取该对象的影像与该对象于该反射元件中镜像的影像，该处理器分析通过该对象的影像的感测路线与通过该镜像的影像的感测路线以计算出该对象的坐标。

23.一种光学感测模块，用于一光学触控系统以识别一对象的轨迹，其特征在于，包含：

至少一影像传感器，撷取具有该对象的影像的连续多个图像；以及

一处理器，根据该多个图像中该对象的影像确认轨迹，并根据该轨迹的起始位置及该轨迹以产生一输出讯号。

24.如权利要求23所述的光学感测模块，其中，该处理器确认该轨迹的起始位置或路径位于该光学触控系统的触控表面的一预定触控区域内，则该处理器的输出讯号包括该触控区域的有关信息。

25.如权利要求24所述的光学感测模块，其中，该处理器计算及得到该轨迹的路径位于该触控区域内的比率，以确认该轨迹属于该触控区域。

26.如权利要求24所述的光学感测模块，其中，处理器根据该轨迹位于该影像传感器的影像感测窗口中各分区的比率，以确认该轨迹属于该触控区域。

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