CN104281285B - 外挂式光学触控装置及其校正方法 - Google Patents

Abstract

一种外挂式光学触控装置及其校正方法。该应用于外挂式光学触控装置相对显示面板的校正方法，适用在具有至少一讯号感测器与至少二位置感测器的一外挂式光学触控装置。该至少二位置感测器分别设置于该外挂式光学触控装置的一框架的两邻接端边。该校正方法包含有根据一显示面板的尺寸取得一第一数值，感测该框架相对该显示面板的距离取得一第二数值，利用该第一数值与该二数值得到一偏移量，以及根据该偏移量将该位置感测器检测所得的一触碰座标值校正为该显示面板的一屏幕座标值。

Description

外挂式光学触控装置及其校正方法

技术领域

本发明涉及一种外挂式光学触控装置，特别是涉及一种可自动进行座标校正的外挂式光学触控装置及其校正方法。

背景技术

一般来说，没有配置触控面板的显示器只能通过键盘、鼠标等周边装置输入控制指令来进行操作。为了让一般不具有触控面板的显示器也能提供触控操作功能，现有技术是利用一外挂式的触控装置，将外挂式触控装置套在显示器上，由外挂式触控装置进行触控点的数量及移动轨迹的检测。因为外挂式触控装置相对于显示器的位置不定，故每次外挂式触控装置套上显示器都必须执行校正功能，以避免真实触控点和欲操控位置产生偏差。传统的校正方式是使用者需在外挂式触控装置上点击四个校正点，藉此获得校正信息来计算外挂式触控装置和显示器之间的座标转换关系。然而，若使用者没有正确地点击到预设校正点上，传统校正方式转换出来数值仍会有明显的偏差。因此，如何设计出一种不需使用者手动点击校正点，以有效降低人为误差的外挂式触控装置及其校正方法，便为相关触控屏幕产业的重点发展目标。

发明内容

本发明提供一种可自动进行座标校正的外挂式光学触控装置及其校正方法，以解决上述的问题。

本发明揭示一种应用于外挂式光学触控装置相对显示面板的校正方法，适用在具有至少一讯号感测器与至少二位置感测器的一外挂式光学触控装置。该至少二位置感测器分别设置于该外挂式光学触控装置的一框架的邻接端边。该校正方法包含有根据一显示面板的尺寸取得一第一数值，感测该框架相对该显示面板的距离取得一第二数值，利用该第一数值与该二数值得到一偏移量，以及根据该平移偏移量将该位置感测器检测所得的一触碰座标值校正为该显示面板的一屏幕座标值。

本发明还揭示根据该显示面板的尺寸取得该第一数值的步骤还包含有该显示面板的尺寸为已知时，利用该框架与该显示面板的尺寸差取得该第一数值。

本发明还揭示该校正方法利用以下公式取得该第一数值：

其中，W、H代表该框架的宽度与高度，w’、h’代表该显示面板的宽度与高度，d1、d2代表该二位置感测器分别取得的该第一数值。

本发明还揭示该至少二位置感测器的数量为四个，该校正方法根据该显示面板的尺寸取得该第一数值的步骤还包含有该显示面板的尺寸为未知时，利用设置于该框架的四端边的四个位置感测器取得各端边相对显示面板的各侧的距离，根据该距离取得该显示面板的尺寸，以及根据该框架与该显示面板的尺寸差取得该第一数值。

本发明还揭示该校正方法利用以下公式取得该显示面板的尺寸：

其中，w’、h’代表该显示面板的宽度与高度，W、H代表该框架的宽度与高度，v1、v2、v3、v4代表该四位置感测器分别取得的该距离。

本发明还揭示该偏移量为一平移偏移量，该至少二位置感测器的数量为二个，该校正方法利用以下公式取得该平移偏移量：

其中，Xs、Ys分别代表沿一第一方向与一第二方向的一第一平移偏移量和一第二平移偏移量，该第一方向实质正交该第二方向，d1、d2代表该二位置感测器分别取得的该第一数值，d1’、d2’代表该二位置感测器分别感测所得的该第二数值。

本发明还揭示将该触碰座标值校正为该屏幕座标值的步骤是利用以下公式：

其中，(x,y)代表该触碰座标值，w’、h’代表该显示面板的宽度与高度，R代表该显示面板的解析度，(x”,y”)代表该屏幕座标值。

本发明还揭示该校正方法还包含有利用该第一数值与该第二数值得到一旋转偏移量，以及根据该旋转偏移量，利用另一转换函数将该触碰座标值校正为该屏幕座标值。

本发明还揭示该偏移量为一旋转偏移量，该至少二位置感测器的数量为二个，该校正方法利用以下公式取得该旋转偏移量：

θ=tan^-1[2(d2×d1′-d1×d2′)]

其中，d1、d2代表该二位置感测器分别取得的该第一数值，d1’、d2’代表该二位置感测器分别感测所得的该第二数值，θ代表该旋转偏移量。

本发明还揭示将该触碰座标值校正为该屏幕座标值的步骤是利用以下公式：

其中，(x,y)代表该触碰座标值，(x’,y’)代表该屏幕座标值。

本发明还揭示该校正方法还包含有判断该距离是否于一预设范围内，以及该距离不在该预设范围内时，利用该转换函数将该触碰座标值校正为该屏幕座标值。

本发明还揭示该校正方法还包含有间隔一预定时间后，利用该转换函数将该触碰座标值校正为该屏幕座标值。

本发明还揭示该偏移量包含一旋转偏移量与一平移偏移量。该校正方法依序地根据该旋转偏移量及该平移偏移量，将该触碰座标值校正为该屏幕座标值。

本发明还揭示一种外挂式光学触控装置，其包含有一框架、至少一讯号感测器、至少二位置感测器以及一处理单元。该框架用来活动地设置于一显示面板上。该至少一讯号感测器设置于该框架的一端角，用来感测一物件位于该框架的感测区域内的一触碰座标值。该至少二位置感测器分别设置于该框架的邻接端边，用来感测该框架相对该显示面板的一距离。该处理单元电连接该讯号感测器与该位置感测器。该处理单元根据该距离取得该框架相对于该显示面板的一偏移量，并根据该平移偏移量将该触碰座标值校正为该显示面板的一屏幕座标值。

本发明还揭示各位置感测器实质设置在该框架的各相应端边的中间区段。

本发明还揭示该外挂式光学触控装置还包含至少四个位置感测器，分别设置于该框架的四个端边。各位置感测器用来感测该框架的各端边相对该显示面板的各侧的距离。

本发明的外挂式光学触控装置及其校正方法使用多个位置感测器来自动执行显示面板的尺寸量测及座标值的转换，不需通过手动点击校正点来获得校正信息。因此，本发明可有效避免人为误差的影响，改善座标值转换的准确度，并使产品具有自动校正功能，以相应提高其操作便利性。

附图说明

图1为本发明实施例的外挂式光学触控装置的示意图。

图2为本发明实施例的外挂式光学触控装置的功能方块图。

图3为本发明实施例的校正方法的流程图。

图4为本发明实施例的计算显示面板的尺寸的示意图。

图5与图6分别为本发明实施例的计算显示面板的尺寸于不同校正阶段的示意图。

图7为本发明实施例的取得框架的平移偏移量的示意图。

图8为本发明实施例的取得框架的旋转偏移量的示意图。

附图符号说明

步骤300、302、304、306、308、310

具体实施方式

请参阅图1与图2，图1为本发明实施例的一外挂式光学触控装置10的示意图，图2为本发明实施例的外挂式光学触控装置10的功能方块图。外挂式光学触控装置10是以可拆卸方式挂在没有触控功能的显示面板12上，使得显示面板12可通过外挂式光学触控装置10产生触控操作的功能。外挂式光学触控装置10可相容于尺寸较小的显示面板12。一般来说，显示面板12可为常见的液晶面板。如图1与图2所示，外挂式光学触控装置10包含有一框架14、一触控面板16、至少一讯号感测器18、至少二位置感测器20以及一处理单元22。触控面板16是设置于框架14内以形成一感测区域，框架14则以可拆卸方式活动地设置在显示面板12上。

外挂式光学触控装置10较佳地包含两个讯号感测器18，分别设置在框架14的两端角。讯号感测器18用来感测一物件24位于框架14的感测区域内的一触碰座标值。物件24可为触控笔或使用者手指。外挂式光学触控装置10至少需包含两个位置感测器20，分别设置在框架14的两邻接端边；或者外挂式光学触控装置10较佳地可包含四个位置感测器20，分别设置在框架14的四个端边。位置感测器20实质设置于框架14的各相应端边的中间区段，才可有效感测到框架14的各端边相对显示面板12的各对应侧的距离。处理单元22电连接于讯号感测器18与位置感测器20。处理单元22可根据位置感测器20感测所得的距离得知框架14相对于显示面板12的平移偏移量和旋转偏移量，藉此通过预设转换函数将触碰座标值校正转换为显示面板12的屏幕座标值，确保使用者所输入控制指令的正确性。

值得一提的是，本发明的外挂式光学触控装置10可选择性地仅根据平移偏移量将触碰座标值校正为屏幕座标值、或可仅根据旋转偏移量将触碰座标值校正为屏幕座标值、或者还可根据平移偏移量和旋转偏移量来依序校正触碰座标值为屏幕座标值。外挂式光学触控装置10通常会先进行旋转偏移量的校正，接着再进行平移偏移量的校正，但并不限于此，视实际使用需求而定。

此外，如图2所示，外挂式光学触控装置10还可包含一计时器26，电连接于处理单元22。处理单元22可利用计时器26计算时间，并在间隔一预定时间后，自动套用相关转换函数以将触碰座标值校正为屏幕座标值。或者，处理单元22可根据框架14相对显示面板12的距离变化进行自动校正。举例来说，当处理单元22判断框架14相对显示面板12的偏移量(距离)介于一预设范围内，表示框架14没有太大的误差，处理单元22不执行座标值校正转换的功能；另一方面，若处理单元22判断框架14相对显示面板12的偏移量(距离)不在预设范围内，表示框架14相对于显示面板12的移动量大于容忍值，会造成触控指令的错误，此时处理单元22便可自动地套用相关转换函数，以将触碰座标值校正为正确的屏幕座标值。

请参阅图3，图3为本发明实施例的校正方法的流程图。图3所示的校正方法适用于图1与图2所示的外挂式光学触控装置10。首先，执行步骤300，处理单元22根据显示面板12的尺寸取得第一数值。不论显示面板12的尺寸是已知或未知，本发明的校正方法皆可有效取得第一数值，其方法将于后详述。接着，执行步骤302，位置感测器20感测框架14相对显示面板12的距离以取得第二数值。位置感测器20通常可为光学感测器，其根据接收到的反射光强来判断距离。位置感测器20另可选择性地为电容式、电感式、超音波式或微波式感测器。接着，执行步骤304与步骤306，处理单元22利用第一数值与第二数值分别取得平移偏移量和旋转偏移量，以得知框架14相对显示面板12的相对位置差异及旋转角度变化。步骤304及步骤306可视实际情况任选一个执行，或两者都执行，且其执行顺序不限。接着，执行步骤308，讯号感测器18感测物件24的触碰座标值。最后，执行步骤310，处理单元22根据平移偏移量、旋转偏移量及显示面板12的尺寸和解析度，利用转换函数将触碰座标值校正为屏幕座标值，达到本发明不需手动点击预设校正点，仍可快速有效进行座标校正的目的。

于此对上述步骤进行详细说明。关于步骤300，若显示面板12的尺寸已知，外挂式光学触控装置10至少需要两个位置感测器20A及20B。请参阅图4，图4为本发明实施例的计算显示面板12的尺寸的示意图。如图4所示，框架14具有宽度W与高度H，显示面板12具有宽度w’与高度h’；此时，位置感测器20A可根据框架14和显示面板12的尺寸差取得第一数值d1，位置感测器20B亦可根据框架14和显示面板12的尺寸差取得第一数值d2，其校正方法是利用下列公式取得第一数值：

(公式1)

第一数值d1、d2为当显示面板12位于框架14内正中间时，显示面板12的各侧相对框架14的各相应端边的间距。处理单元22取得第一数值后，始可利用第一数值进行后续的旋转偏移量与平移偏移量的校正。需注意的是，第一数值d1、d2并非由位置感测器20A、20B感测所得的数据，而是由处理单元22计算取得的参考值。

另一方面，关于步骤300，若显示面板12的尺寸为未知，外挂式光学触控装置10至少需要四个位置感测器20A、20B、20C及20D。请参阅图5与图6，图5与图6分别为本发明实施例的计算显示面板12的尺寸于不同校正阶段的示意图。如图5所示，多个20A、20B、20C及20D首先分别感测框架14的四端边相对显示面板12的各侧的距离，以得到距离v1、v2、v3及v4。本发明的校正方法利用下列公式取得显示面板12的尺寸：

(公式2)

由上述公式可知，处理单元22可将框架14的尺寸减去位置感测器20感测所得的距离，以计算出显示面板12的宽度w’与高度h’。得到显示面板12的尺寸后，处理单元22便再通过公式1取得欲当作参考值的第一数值d1、d2、d3及d4；或者另可取距离v1、v3的平均值得到第一数值d1、d3，以及取距离v2、v4的平均值得到第一数值d2、d4。换句话说，本发明校正方法是利用四个位置感测器20取得显示面板12的尺寸，再利用显示面板12的尺寸或位置感测器20取得的距离算出第一数值d1、d2、d3及d4。其中，第一数值d1、d2、d3及d4为显示面板12位于框架14内正中间时，显示面板12的各侧相对框架14的各相应端边的间距。

请参阅图7，图7为本发明实施例的取得框架14的平移偏移量的示意图。如图7所示，虚线框形表示框架14的理想位置(如图6所示的位置)，实线框形表示框架14的实际位置。外挂式光学触控装置10计算平移偏移量需使用至少两个位置感测器20A及20B。位置感测器20A、20B用来感测框架14相对显示面板12的距离而分别得到第二数值d1’、d2’。框架14沿一第一方向D1具有一第一平移偏移量Xs，沿一第二方向D2具有一第二平移偏移量Ys，且第一方向D1实质正交于第二方向D2。关于步骤304，本发明校正方法利用下列公式取得平移偏移量：

(公式3)

处理单元22将第一数值d2减去第二数值d2’取得第一平移偏移量Xs，以及将第一数值d1减去第二数值d1’取得第二平移偏移量Ys。由于显示面板12的宽度w’、高度h’和解析度R为已知，故校正方法接着可再利用下列转换函数将触碰座标值校正为屏幕座标值：

(公式4)

其中，讯号感测器18感测取得触碰座标值(x,y)。执行步骤310时，处理单元22可将触碰座标值(x,y)带入公式4来得到屏幕座标值(x”,y”)，因此屏幕座标值(x”,y”)即为触碰座标值(x,y)经校正后转换到显示面板12上的正确数值。

请参阅图8，图8为本发明实施例的取得框架14的旋转偏移量的示意图。如图8所示，虚线框形表示框架14的理想位置(如图6所示的位置)，实线框形表示框架14的实际位置。外挂式光学触控装置10计算旋转偏移量需使用至少两个位置感测器20A及20B。位置感测器20A、20B是感测框架14相对显示面板12的距离以分别得到第二数值d1’、d2’。关于步骤306，本发明校正方法利用下列公式取得旋转偏移量，以及将触碰座标值校正为屏幕座标值：

θ=tan^-1[2(d2×d1′-d1×d2′)] (公式5)

(公式6)

执行步骤310时，处理单元22是根据第一数值与第二数值，通过公式5的三角函数算出旋转偏移量θ，接着再使用公式6的转换函数得到校正后的屏幕座标值(x’,y’)。本发明除了可使用常见的线性映射(Affine Transform)作为转换函数，还可应用其它转换函数来校正触碰座标值，其应用态样不限于本实施例所述，而视设计需求而定。

若框架14相对显示面板12同时具有旋转偏移与平移偏移，位置感测器20A、20B感测所得的第二数值d1’、d2’可用来分别带入公式3与公式5，以分别计算平移偏移量(Xs,Ys)及旋转偏移量θ。接着，本发明较佳实施例是先利用公式6，根据触碰座标值(x,y)和旋转偏移量θ算出经旋转校正的屏幕座标值(x’,y’)；然后再利用公式4，根据经旋转校正的屏幕座标值(x’,y’)、平移偏移量(Xs,Ys)和显示面板12的宽度w’、高度h’与解析度R算出经旋转与平移校正的屏幕座标值(x”,y”)。屏幕座标值(x”,y”)为初始的触碰座标值(x,y)经转换函数(例如线性映射)后可正确使用在显示面板12的数值。本发明的校正方法不限于前述的先旋转校正再平移校正的流程，还可选择先平移再旋转的校正方式，或可视实际情况仅执行平移校正或仅执行旋转校正。

外挂式光学触控装置通常以可拆卸方式安装在显示面板上，因手动安装的人为因素，外挂式光学触控装置难以精确地对准于显示面板的正中央，而当外挂式光学触控装置相对显示面板有组装偏移时，本发明可自动地将外挂式光学触控装置感测所得的触控座标值转换为显示面板上的屏幕座标值，不需手动触发即可达到校正目的。进一步来说，本发明的外挂式光学触控装置是于框架的端边设置二个或四个位置感测器，位置感测器用来感测框架的各端边相对显示面板的各对应侧的距离，再经由本发明的校正方法算出框架相对于显示面板的平移偏移量与旋转偏移量，便可根据平移偏移量、旋转偏移量和显示面板的参数(例如尺寸与解析度)，利用转换函数将触控座标值校正为屏幕座标值，让使用者通过外挂式光学触控装置输入的控制指令(手动点击的触碰座标值)可正确地反映到显示面板所展示的图像位置(自动转换产生的屏幕座标值)上。

相较现有技术，本发明的外挂式光学触控装置及其校正方法使用多个位置感测器来自动执行显示面板的尺寸量测及座标值的转换，不需通过手动点击校正点来获得校正信息。因此，本发明可有效避免人为误差的影响，改善座标值转换的准确度，并使产品具有自动校正功能，以相应提高其操作便利性。

Claims (19)

1.一种外挂式光学触控装置的校正方法，适用在具有至少一讯号感测器与至少二位置感测器的一外挂式光学触控装置，该至少二位置感测器分别设置于该外挂式光学触控装置的一框架的邻接端边，该校正方法包含有：

根据一显示面板的尺寸取得一第一组数值；

感测该框架相对该显示面板的一距离取得一第二组数值；

利用该第一组数值与该第二组数值得到一偏移量；以及

根据该偏移量利用一转换函数将该讯号感测器感测所得的一触碰座标值校正为该显示面板的一屏幕座标值。

2.如权利要求1所述的校正方法，其中根据该显示面板的尺寸取得该第一组数值的步骤还包含有：

利用该框架与该显示面板的尺寸差取得该第一组数值。

3.如权利要求2所述的校正方法，其中该校正方法利用以下公式取得该第一组数值：

$\left\{\begin{array}{c}d1=\frac{W-w^{\′}}{2}\\ d2=\frac{H-h^{\′}}{2}\end{array}\right.$

其中，W、H代表该框架的宽度与高度，w’、h’代表该显示面板的宽度与高度，d1、d2代表该二位置感测器分别取得的该第一组数值。

4.如权利要求1所述的校正方法，其中该至少二位置感测器的数量为四个，该校正方法根据该显示面板的尺寸取得该第一组数值的步骤还包含有：

利用设置于该框架的四端边的四个位置感测器取得各端边相对显示面板的各侧的距离；

根据该距离取得该显示面板的尺寸；以及

根据该框架与该显示面板的尺寸差取得该第一组数值。

5.如权利要求4所述的校正方法，其中该校正方法利用以下公式取得该显示面板的尺寸：

$\left\{\begin{array}{c}{w}^{\′}=W-(v2+v4)\\ h^{\′}=H-(v1+v3)\end{array}\right.$

其中，w’、h’代表该显示面板的宽度与高度，W、H代表该框架的宽度与高度，v1、v2、v3、v4代表该四个位置感测器分别取得的该距离。

6.如权利要求1或2或4所述的校正方法，其中该偏移量为一平移偏移量，该至少二位置感测器的数量为二个，该校正方法利用以下公式取得该平移偏移量：

$\left\{\begin{array}{c}Xs=d2-d{2}^{\′}\\ Ys=d1-d{1}^{\′}\end{array}\right.$

其中，Xs、Ys分别代表沿一第一方向与一第二方向的一第一平移偏移量和一第二平移偏移量，该第一方向实质正交该第二方向，d1、d2代表该二位置感测器分别取得的该第一组数值，d1’、d2’代表该二位置感测器分别感测所得的该第二组数值。

7.如权利要求6所述的校正方法，其中将该触碰座标值校正为该屏幕座标值的步骤是利用以下公式：

$\left\{\begin{array}{c}{x}^{\′\′}=\frac{(x-Xs)\×R}{w^{\′}}\\ y^{\′\′}=\frac{(y-Ys)\×R}{h^{\′}}\end{array}\right.$

其中，(x,y)代表该触碰座标值，w’、h’代表该显示面板的宽度与高度，R代表该显示面板的解析度，(x”,y”)代表该屏幕座标值。

8.如权利要求1所述的校正方法，其中该偏移量为一旋转偏移量，该至少二位置感测器的数量为二个，该校正方法利用以下公式取得该旋转偏移量：

θ＝tan^-1[2(d2×d1'-d1×d2')]

其中，d1、d2代表该二位置感测器分别取得的该第一组数值，d1’、d2’代表该二位置感测器分别感测所得的该第二组数值，θ代表该旋转偏移量。

9.如权利要求8所述的校正方法，其中将该触碰座标值校正为该屏幕座标值的步骤是利用以下公式：

$\left[\begin{array}{c}{x}^{\′}\\ y^{\′}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}cos\mathrm{\θ}& -sin\mathrm{\θ}\\ sin\mathrm{\θ}& cos\mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]$

其中，(x,y)代表该触碰座标值，(x’,y’)代表该屏幕座标值。

10.如权利要求1所述的校正方法，其还包含有：

判断该距离是否于一预设范围内；以及

该距离不在该预设范围内时，利用该转换函数将该触碰座标值校正为该屏幕座标值。

11.如权利要求1所述的校正方法，其还包含有：

间隔一预定时间后，利用该转换函数将该触碰座标值校正为该屏幕座标值。

12.如权利要求1所述的校正方法，其中该偏移量包含一旋转偏移量与一平移偏移量，该校正方法依序地根据该旋转偏移量及该平移偏移量，将该触碰座标值校正为该屏幕座标值。

13.一种外挂式光学触控装置，其包含有：

一框架，用来活动地设置于一显示面板上；

至少一讯号感测器，设置于该框架的一端角，用来感测一物件位于该框架的感测区域内的一触碰座标值；

至少二位置感测器，分别设置于该框架的邻接端边，用来感测该框架相对该显示面板的一距离；以及

一处理单元，电连接该讯号感测器与该位置感测器，

该处理单元

利用该位置感测器取得该显示面板的尺寸，根据一显示面板的尺寸取得一第一组数值；

利用该位置感测器感测该框架相对该显示面板的一距离，取得一第二组数值；

利用该第一组数值与该第二组数值取得该框架相对于该显示面板的一偏移量；以及

根据该偏移量利用一转换函数将该触碰座标值校正为该显示面板的一屏幕座标值。

14.如权利要求13所述的外挂式光学触控装置，其中各位置感测器实质设置在该框架的各相应端边的中间区段。

15.如权利要求13所述的外挂式光学触控装置，其中该外挂式光学触控装置还包含至少四个位置感测器，分别设置于该框架的四个端边，各位置感测器用来感测该框架的各端边相对该显示面板的各侧的距离。

16.如权利要求13所述的外挂式光学触控装置，其中该偏移量为一平移偏移量，该位置感测器感测该距离取得一第二组数值，该处理单元利用该第一组数值与该第二组数值得到该平移偏移量，以根据该平移偏移量将该触碰座标值校正为该屏幕座标值。

17.如权利要求13所述的外挂式光学触控装置，其中该偏移量为一旋转偏移量，该位置感测器感测该距离取得一第二组数值，该处理单元利用该第一组数值与该第二组数值得到该旋转偏移量，并根据该旋转偏移量将该触碰座标值校正为该屏幕座标值。

18.如权利要求13所述的外挂式光学触控装置，其中该偏移量包含一旋转偏移量与一平移偏移量，该处理单元依序地根据该旋转偏移量及该平移偏移量，将该触碰座标值校正为该屏幕座标值。

19.如权利要求13所述的外挂式光学触控装置，其中该外挂式光学触控装置还包含有一计时器，电连接该处理单元，该处理单元使用该计时器计算时间，并在间隔一预定时段后将该触碰座标值校正为该屏幕座标值。