CN104345989A - 光学触控系统及触控显示系统 - Google Patents

Abstract

一种光学触控系统及触控显示系统，该光学触控系统包含二光学感测模块及一处理模块；该光学感测模块包含一固定座及一感光装置；该固定座具有一对齐结构并通过该对齐结构与一触控区域的一角落的轮廓对齐以设置该角落，该感光装置朝向该触控区域设置于该固定座上；该处理模块自该二光学感测模块接收感测信号以产生关于实施于该触控区域的一触碰的一坐标；触控显示系统包含一显示装置，该触控显示系统的处理模块根据该坐标控制该显示装置于一显示幕上显示影像，其中该显示幕上定义该触控区域。通过该光学触控系统，将光学感测模块的结构与触控区域轮廓对齐，直接达到光学感测模块相对于触控区域定位的功效，使该光学触控系统无需进一步校准即可使用。

Description

光学触控系统及触控显示系统

技术领域

本发明关于一种光学触控系统及采用此光学触控系统的触控显示系统。

背景技术

一些现有光学触控系统是利用设置于触控区周围的感光装置获取关于触控区的触控信号，进而解析出物件(例如手指或触控笔)于触控区的触碰位置。然而，感光装置相对于该触控区的设置(包含相对位置及镜头角度)可能因装置的组装(例如组装于液晶显示面板上)或系统使用前的设置(例如投影式显示系统)而产生不小的变异，使得于正式使用触控功能之前，必须进行校准程序，以使解析感光装置感测触碰信号时，触碰信号的范围能正确地对应该触控区。前述校准程序通常需使用者的参考点(例如该触控区的四个角落)触碰操作的参与，但人为操作亦将引入误差，使得校准程序执行后，感光装置感测的触碰信号范围与该触控区的对应关系仍可能存有些许误差。此外，当使用多个感光装置时，需得知感光装置间的相对距离以能求出较精确的触碰坐标，且为简化解析步骤，此相对距离通常为固定值，但于投影式显示系统中，触控区域往往随实际使用情境(例如不同的投影区域大小)而变化，使得前述固定间距的设计即难以适用。

发明内容

鉴于先前技术中的问题，本发明要解决的技术问题是：提供一种光学触控系统及触控显示系统，通过将光学感测模块的结构与触控区域轮廓对齐，直接达到光学感测模块相对于触控区域定位的功效，使得该光学触控系统无需进一步校准即可使用。

本发明的技术方案是：一种光学触控系统，用于感测实施于一触控区域的一触碰，该光学触控系统包含一第一光学感测模块、一第二光学感测模块及一处理模块。该第一光学感测模块包含一第一固定座及一第一感光装置，该第一固定座具有一第一对齐结构，该第一感光装置设置于该第一固定座上，使得该第一感光装置与该第一固定座的相对位置固定。该第一光学感测模块设置于该触控区域的一第一角落使得该第一对齐结构对齐该第一角落的轮廓且该第一感光装置朝向该触控区域，该第一感光装置用以产生关于该触碰的一第一信号。该第二光学感测模块包含一第二固定座及一第二感光装置，该第二固定座具有一第二对齐结构，该第二感光装置设置于该第二固定座上，使得该第二感光装置与该第二固定座的相对位置固定。该第二光学感测模块设置于该触控区域的一第二角落使得该第二对齐结构对齐该第二角落的轮廓且该第二感光装置朝向该触控区域，该第二感光装置用以产生关于该触碰的一第二信号。该处理模块与该第一感光装置及该第二感光装置通信连接，用以接收该第一信号及该第二信号并根据该第一信号及该第二信号产生关于该触碰的一坐标。

本发明还提供一种触控显示系统，采用本发明的光学触控系统。该触控显示系统包含一显示装置、一第一光学感测模块、一第二光学感测模块及一触控显示处理模块。该显示装置用以于一显示幕上显示一影像，该显示幕上定义一触控区域。该第一光学感测模块包含一第一固定座及一第一感光装置，该第一固定座具有一第一对齐结构，该第一感光装置设置于该第一固定座上，使得该第一感光装置与该第一固定座的相对位置固定。该第一光学感测模块设置于该触控区域的一第一角落使得该第一对齐结构对齐该第一角落的轮廓且该第一感光装置朝向该触控区域，该第一感光装置用以产生关于实施于该触控区域的一触碰的一第一信号。该第二光学感测模块，包含一第二固定座及一第二感光装置，该第二固定座具有一第二对齐结构，该第二感光装置设置于该第二固定座上，使得该第二感光装置与该第二固定座的相对位置固定。该第二光学感测模块设置于该触控区域的一第二角落使得该第二对齐结构对齐该第二角落的轮廓且该第二感光装置朝向该触控区域，该第二感光装置用以产生关于该触碰的一第二信号。该触控显示处理模块与该第一感光装置、该第二感光装置及该显示装置通信连接，该触控显示处理模块用以接收该第一信号及该第二信号并根据该第一信号及该第二信号产生关于该触碰的一坐标，该触控显示处理模块根据该坐标控制该显示装置显示该影像。

相对于现有技术，本发明通过将光学感测模块的结构与触控区域轮廓对齐，直接达到该光学感测模块相对于该触控区域定位的功效，亦即该感光装置相对于该触控区域的位置、方向均自动以预设值设置，故该光学感测模块及该触控显示系统的触控功能无需进一步校准即可使用。此外，本发明的光学触控系统可进一步包含与该处理模块通信连接的一距离测量模块，用以测量该第一感光装置及该第二感光装置间的一距离并产生关于该距离的一距离信号，该处理模块即可接收该距离信号以根据该第一信号、该第二信号及该距离信号产生该坐标。换言之，此时，该光学触控系统可适用于多种尺寸不同的触控区域，进一步扩展本发明的光学感测模块及触控显示系统的适用范围，尤其是投影显示系统。

关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

图1为根据本发明的一具体实施例的一光学触控系统的示意图。

图2为图1中光学触控系统的功能方块图。

图3为图1中光学触控系统的触碰物件产生触碰的示意图。

图4为图1中光学触控系统的第一感光装置或第二感光装置所感测的反射光线强度分布的示意图。

图5为根据本发明的一具体实施例的一触控显示系统的示意图。

图6为图5中触控显示系统的功能方块图。

主要元件标号说明

1        光学触控系统          3        触控显示系统

12       第一光学感测模块      14       第二光学感测模块

16       距离测量模块          18       处理模块

20       触控区域              22       触碰

24       触碰物件              30       显示装置

32       触控显示处理模块      34       显示幕

122      第一固定座            124      第一感光装置

126      第一发光器            142      第二固定座

144      第二感光装置          146      第二发光器

202      第一角落              204      第二角落

242      反光区域              322      第二处理模块

1222         第一对齐结构           1422        第二对齐结构

A1、A2       角度                   D1          距离

S1           第一信号               S2          第二信号

S3           距离信号               H1、H2      水平偏移量

V1、V2       垂直偏移量             Px、Py      坐标

具体实施方式

请参阅图1及图2，图1为根据本发明的一具体实施例的一光学触控系统1的示意图，图2为光学触控系统1的功能方块图。光学触控系统1用于感测实施于一触控区域20(以矩形粗线框表示)的一触碰22(以小圆圈表示)。光学触控系统1包含一第一光学感测模块12、一第二光学感测模块14、一距离测量模块16及一处理模块18。第一光学感测模块12包含一第一固定座122、一第一感光装置124及一第一发光器126。第一固定座122具有一第一对齐结构1222；于本实施例中，触控区域20的一第一角落202的轮廓是一直角轮廓，第一对齐结构1222是一直角缺口结构，使得第一固定座122整体呈现四分之三圆的轮廓，该直角缺口结构匹配该直角轮廓，故第一固定座122可密贴第一角落202，但本发明不以此为限。第一感光装置124固定设置于第一固定座122上，第一发光器126邻近第一感光装置124设置于第一固定座122上，于本实施例中，第一发光器126直接叠置于第一感光装置124上，但本发明不以此为限。第一光学感测模块12设置于第一角落202使得第一对齐结构1222对齐第一角落202的轮廓且第一感光装置124朝向触控区域20；换言之，第一光学感测模块12通过第一对齐结构1222与触控区域20的第一角落202的轮廓对齐以设置于第一角落202。由于第一感光装置124与第一固定座122的相对位置及方向固定，且第一固定座122与第一角落202的相对方位及方向亦固定，故第一感光装置124相对于触控区域20的位置、方向均自动以预设值设置(即决定于第一对齐结构1222与第一角落202的轮廓)；换言之，第一感光装置124相对于触控区域20的设置状态为已知，第一感光装置124原则上无需进一步校准即可使用。第一发光器126朝向触控区域20发射光线，第一感光装置124接收反射自触控区域20的该光线以产生关于触碰22的一第一信号S1。于实作上，触碰22可通过一触碰物件24实施，例如触控笔，如图3所示。触碰物件24具有一反光区域242，用以反射第一发光器126发射的该光线，第一感光装置124即可接收此反射的光线以产生第一信号S1。

同样地，第二光学感测模块14包含一第二固定座142、一第二感光装置144及一第二发光器146。第二固定座142具有一第二对齐结构1422；于本实施例中，触控区域20的一第二角落204的轮廓是一直角轮廓，第二对齐结构1422是一直角缺口结构，使得第二固定座142整体呈现四分之三圆的轮廓，该直角缺口结构匹配该直角轮廓，故第二固定座142可密贴第二角落204，但本发明不以此为限。第二感光装置144固定设置于第二固定座142上，第二发光器146邻近第二感光装置144设置于第二固定座142上，于本实施例中，第二发光器146直接叠置于第二感光装置144上，但本发明不以此为限。第二光学感测模块14设置于第二角落204，使得第二对齐结构1422对齐第二角落204的轮廓且第二感光装置144朝向触控区域20；换言之，第二光学感测模块14通过第二对齐结构1422与触控区域20的第二角落204的轮廓对齐以设置于第二角落204。由于第二感光装置144与第二固定座142的相对位置及方向固定，且第二固定座142与第二角落204的相对方位及方向亦固定，故第二感光装置144相对于触控区域20的位置、方向均自动以预设值设置(即决定于第二对齐结构1422与第二角落204的轮廓)；换言之，第二感光装置144相对于触控区域20的设置状态为已知，第二感光装置144原则上无需进一步校准即可使用。第二发光器146朝向触控区域20发射光线，第二感光装置144接收反射来自触控区域20由触碰物件24反射的该光线以产生关于触碰22的一第二信号S2。

距离测量模块16用以测量第一感光装置124及第二感光装置144间的一距离D1并产生关于距离D1的一距离信号S3，亦即距离信号S3包含距离D1的信息。于本实施例中，距离测量模块16以一无线测距(wireless distance measurement)方法产生距离信号S3，但本发明不以此为限。

处理模块18与第一感光装置124、第二感光装置144及距离测量模块16分别通信连接。于实作上，处理模块18可以有线或无线的方式与第一感光装置124、第二感光装置144及距离测量模块16通信连接，此外，处理模块18亦可整合至第一光学感测模块12、第二光学感测模块14或距离测量模块16，不待赘述。处理模块18用以接收第一信号S1、第二信号S2及距离信号S3并根据第一信号S1、第二信号S2及距离信号S3产生关于触碰22的一坐标(Px,Py)。

请参阅图1及图4，图4为第一感光装置124或第二感光装置144所感测的反射光线强度分布的示意图。于实作上，第一感光装置124及第二感光装置144均可以CCD或CMOS实作，因此第一感光装置124及第二感光装置144可视为影像获取元件，其获取的影像可设定为一列或二列像素组成的影像。如图4所示，第一感光装置124或第二感光装置144所获取的影像可由光线强度分布表示，此即为触碰信号，其横轴即获取的影像的像素位置，纵轴即影像的强度(即光线强度)。于实作上，可将触碰信号左右边界的平均值作为触碰发生位置。由于第一感光装置124及第二感光装置144相对于触控区域20的相对位置、方向均固定且已可预知，因此获取影像的像素位置可对应触碰相对于第一感光装置124或第二感光装置144的角度。于实作上，可将像素位置对应角度的关系以表格(其部分内容如下所示)的形式表现，即可利用此表以映射的方式找出前述触碰发生位置(即像素位置)对应的角度。其中对应的角度以其正切值表示，有助于触碰22坐标(Px,Py)的计算，但本发明不以此为限。

表

像素位置	对应的角度的正切值
		494	2.285714
495	2.380952
		496	2.47619
497	2.571429
		498	2.666667
499	2.761905
		500	2.857143

于实作上，可能受限于第一感光装置124与第二感光装置144的视野，感光装置需离触控区域20一小段距离以能接收所有来自触控区域20的光线。如图1所示，第一感光装置124与第二感光装置144并非精确地位于角落202、204的顶点，而是远离触控区域20偏移设置。第一感光装置124相对于第一角落202具有一水平偏移量H1及一垂直偏移量V1；第二感光装置144相对于第二角落204具有一水平偏移量H2及一垂直偏移量V2。为简化说明，水平偏移量H1及垂直偏移量V1分别与水平偏移量H2及垂直偏移量V2相同。第一感光装置124及第二感光装置144各自获取关于触碰22的影像可经由前述表格映射的方式找出触碰22与第一感光装置124及第二感光装置144的角度A1、A2，并将包含此角度A1、A2信息的信号S1、S2传送给处理模块18。根据三角几何的关系，即可计算出触碰22的坐标(Px,Py)，坐标原点定义为第一角落202顶点，向右为水平坐标Px正向，向下为垂直坐标Py正向，其计算式如下：

$\mathrm{Px}=\frac{D1\×\tan A1}{\tan A1+\tan A2}-H1$

Py=Px×tanA1-V1

处理模块18接收信号S1、S2、S3后，即可自信号S1、S2、S3解析出角度A1、A2及距离D1，并根据前述计算式获得触碰22的坐标(Px,Py)。进一步地，处理模块18可再以有线并无线的方式将此坐标(Px,Py)传送至其他装置，例如一投影系统，此投影系统即可根据此坐标(Px,Py)投影影像至触控区域20，此影像可包含一指示标记，例如鼠标指针。

补充说明的是，于实际应用光学触控系统1中，第一光学感测模块12及第二光学感测模块14是以可拆卸的方式设置于触控区域20的角落202、204处，不以永久固定为限，故光学触控系统1可结合显示系统而成为触控显示系统。其中，第一对齐结构1222及第二对齐结构1422与第一角落202及第二角落204的对齐操作不以实体结构连接为限，亦可为利用影像显示区域边缘(例如投影显示区域)目视对齐。此外，光学触控系统1配备有距离测量模块16，容许第一感光装置124及第二感光装置144间的距离变化，故光学触控系统1可适用于不同尺寸的触控区域，撘配不同尺寸的显示区域，尤其是投影机所投射出的显示区域。

请参阅图1、图5及图6，图5为根据本发明的一具体实施例的一触控显示系统3的示意图，图6为触控显示系统3的功能方块图。触控显示系统3包含第一光学感测模块12、第二光学感测模块14、距离测量模块16、一显示装置30及一触控显示处理模块32，其中触控显示处理模块32包含一第一处理模块(即处理模块18)及一第二处理模块322。其中第一光学感测模块12、第二光学感测模块14、距离测量模块16及处理模块18即为前述光学触控系统1，因此，触控显示系统3逻辑上可视为光学触控系统1与显示系统的组合，关于光学触控系统1的其他说明，请直接参阅前述相关说明，不另赘述。

于本实施例中，显示装置30包含一投影机，用以投影影像至一显示幕34(例如墙面或投影幕)上。显示幕34上定义触控区域20，原则上，触控区域20与影像显示区域相当，但本发明不以此为限。于实际使用上，当显示装置30投影时，影像显示区域的边缘清析可见，使用者可轻松地将第一固定座122的第一对齐结构1222即对齐触控区域20的第一角落202的轮廓(即目视判断影像显示区域的角落边缘)，以完成第一光学感测模块12的设置；换言之，第一光学感测模块12无需借助实体结构连接亦可达到定位功能。同理，第二光学感测模块14的设置亦同，不另赘述。第二处理模块322与显示装置30通信连接，以控制显示装置30投影影像。处理模块18与第二处理模块322通信连接，使得第二处理模块322能自处理模块18接收处理模块18产生的坐标(Px,Py)并根据坐标(Px,Py)控制显示装置30投影影像。例如，此影像可包含一指示标记(例如鼠标指针)，而此指示标记的显示位置对应坐标(Px,Py)。又或第二处理模块322回应一触控操作(包含触碰22)，根据坐标(Px,Py)平移显示的影像。

补充说明的是，于本实施例中，第二处理模块322由一笔记本电脑实现，因此，处理模块18与第二处理模块322原则上以无线的方式连接，显示装置30与第二处理模块322则得以有线并无线方式连接；但本发明不以此为限。例如，处理模块18可整合至笔记本电脑，亦即笔记本电脑实作触控显示处理模块32，第一光学感测模块12、第二光学感测模块14及距离测量模块16均与笔记本电脑(即触控显示处理模块32)无线连接，触控显示处理模块32接收第一信号S1、第二信号S2及距离信号S3并根据第一信号S1、第二信号S2及距离信号S3产生坐标(Px,Py)，坐标(Px,Py)无需再经信号传送即可由触控显示处理模块32直接根据坐标(Px,Py)控制显示装置30显示影像。

以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (15)

1.一种光学触控系统，用于感测实施于一触控区域的一触碰，其特征在于，该光学触控系统包含：

一第一光学感测模块，包含一第一固定座及一第一感光装置，该第一固定座具有一第一对齐结构，该第一感光装置设置于该第一固定座上，该第一光学感测模块设置于该触控区域的一第一角落使得该第一对齐结构对齐该第一角落的轮廓且该第一感光装置朝向该触控区域，该第一感光装置用以产生关于该触碰的一第一信号；

一第二光学感测模块，包含一第二固定座及一第二感光装置，该第二固定座具有一第二对齐结构，该第二感光装置设置于该第二固定座上，该第二光学感测模块设置于该触控区域的一第二角落使得该第二对齐结构对齐该第二角落的轮廓且该第二感光装置朝向该触控区域，该第二感光装置用以产生关于该触碰的一第二信号；以及

一处理模块，与该第一感光装置及该第二感光装置通信连接，用以接收该第一信号及该第二信号，并根据该第一信号及该第二信号产生关于该触碰的一坐标。

2.根据权利要求1所述的光学触控系统，其特征在于，该第一角落的轮廓是一直角轮廓，该第一对齐结构是一直角缺口结构，该直角缺口结构匹配该直角轮廓。

3.根据权利要求1所述的光学触控系统，其特征在于，所述光学触控系统还包含一距离测量模块，用以测量该第一感光装置及该第二感光装置间的一距离并产生关于该距离的一距离信号，该处理模块与该距离测量模块通信连接并接收该距离信号，以根据该第一信号、该第二信号及该距离信号产生该坐标。

4.根据权利要求3所述的光学触控系统，其特征在于，该距离测量模块以一无线测距方法产生该距离信号。

5.根据权利要求1所述的光学触控系统，其特征在于，该第一光学感测模块还包含一发光器，邻近该第一感光装置设置，用以朝向该触控区域发射光线，该第一感光装置接收反射自该触控区域的该光线，以产生该第一信号。

6.根据权利要求5所述的光学触控系统，其特征在于，所述光学触控系统还包含一触碰物件，用以于该触控区域中实施该触碰，该触碰物件具有一反光区域，用以反射该发光器发射的该光线。

7.一种触控显示系统，其特征在于，所述触控显示系统包含：

一显示装置，用以于一显示幕上显示一影像，该显示幕上定义一触控区域；

一第一光学感测模块，包含一第一固定座及一第一感光装置，该第一固定座具有一第一对齐结构，该第一感光装置设置于该第一固定座上，该第一光学感测模块设置于该触控区域的一第一角落使得该第一对齐结构对齐该第一角落的轮廓且该第一感光装置朝向该触控区域，该第一感光装置用以产生关于实施于该触控区域的一触碰的一第一信号；

一第二光学感测模块，包含一第二固定座及一第二感光装置，该第二固定座具有一第二对齐结构，该第二感光装置设置于该第二固定座上，该第二光学感测模块设置于该触控区域的一第二角落使得该第二对齐结构对齐该第二角落的轮廓且该第二感光装置朝向该触控区域，该第二感光装置用以产生关于该触碰的一第二信号；以及

一触控显示处理模块，与该第一感光装置、该第二感光装置及该显示装置通信连接，该触控显示处理模块用以接收该第一信号及该第二信号并根据该第一信号及该第二信号产生关于该触碰的一坐标，该触控显示处理模块根据该坐标控制该显示装置显示该影像。

8.根据权利要求7所述的触控显示系统，其特征在于，该显示装置包含一投影机，用以投影该影像至该显示幕上。

9.根据权利要求7所述的触控显示系统，其特征在于，该影像包含一指示标记，该指示标记对应该坐标。

10.根据权利要求7所述的触控显示系统，其特征在于，该第一角落的轮廓是一直角轮廓，该第一对齐结构是一直角缺口结构，该直角缺口结构匹配该直角轮廓。

11.根据权利要求7所述的触控显示系统，其特征在于，所述触控显示系统还包含一距离测量模块，用以测量该第一感光装置及该第二感光装置间的一距离并产生关于该距离的一距离信号，该触控显示处理模块与该距离测量模块通信连接并接收该距离信号以根据该第一信号、该第二信号及该距离信号产生该坐标。

12.根据权利要求11所述的触控显示系统，其特征在于，该距离测量模块以一无线测距方法产生该距离信号。

13.根据权利要求11所述的触控显示系统，其特征在于，该触控显示处理模块包含一第一处理模块及一第二处理模块，该第一处理模块与该第二处理模块通信连接，该第一处理模块用以接收该第一信号、该第二信号及该距离信号并根据该第一信号、该第二信号及该距离信号产生该坐标，该第二处理模块自该第一处理模块接收该坐标控制该显示装置显示该影像。

14.根据权利要求7所述的触控显示系统，其特征在于，该第一光学感测模块还包含一发光器，邻近该第一感光装置设置，用以朝向该触控区域发射光线，该第一感光装置接收反射自该触控区域的该光线以产生该第一信号。

15.根据权利要求14所述的触控显示系统，其特征在于，所述触控显示系统还包含一触碰物件，用以于该触控区域中实施该触碰，该触碰物件具有一反光区域，用以反射该发光器发射的该光线。