JP2011070625A - 光学式タッチ制御システム及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学式タッチ制御システムおよびその方法を提供する。
【解決手段】光学式タッチ制御システムにおいて、少なくとも１つの光学反射体および複数の画像取得モジュールを座標検出区域の側面周辺に配置する。各複数の画像取得モジュール組において、１つの画像取得モジュールおよび１つの第１発光モジュールを有する。また、座標検出区域の周辺に第２発光モジュールを追設する。第１時点にて、複数の第１発光モジュールを制御し発光させると共に、それぞれの複数の画像取得モジュールを制御し第１画像を取得する。第２時点にて、第１発光モジュールに代わって、第２発光モジュールを制御し発光をさせると共に、それぞれの複数の画像取得モジュールを制御し第２画像を取得する。本発明の光学式タッチ制御システムによれば、少なくとも１つの物体が第１画像と第２画像との位置に基づいて、この少なくとも１つの物体が座標検出区域内の座標値を算出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は一種の光学式タッチ制御システム及びその方法に関し、特に一種の複数の光源を異なる時点に発光させるように制御し、それらの時点で取得された画像に基づいて、画像における特定物体の空間座標を算出する光学式タッチ制御技術分野に関するものである。

近年、画像表示技術は絶えず進歩が見られ、その中でも、タッチスクリーンには、指や専用のペンで直接に画面に触れることで、操作の入力を行なうことができる長所を有するため、市場でよく見かける表示装置の１つとなっている。また、その用途は幅広く、売り場専用端末、観光ナビゲーションシステム、現金自動預け払い機または他の多種の工業制御システムなどのような各種分野の電子製品に応用されている。一般の光学レンズによる光学検出式タッチスクリーンの関連製品では、従来の調節機構のサイズに制限しやすい、より大きい設計スペースでなければ、タッチスクリーン検出の要求に応えることができない。従来の光学レンズによる光学検出式タッチスクリーンは、表示パネル上に少なくとも２つの画像取得モジュールのほか、表示パネルの周囲に複数の赤外線光源を取り付け、それらの画像取得モジュールによって表示パネルの画面上方の赤外線画像を取得する構造が開示されている。物体がタッチパネルの画面に触れたとき、その物体が発光モジュールから光学反射体への赤外線の出射光路を遮り、光学反射体上により暗い区域を形成してから、画像取得モジュールによって取得される。これによって、三角距離測定法に基づいて、画像取得モジュールから物体までの仮想出射線をシミュレートすることができるから、複数の仮想出射線が互いに交差する箇所が物体を触れた位置となり、そのようにして物体が触れた座標を算出する。

しかしながら、複数の物体が表示パネルの画面に触れたとき、各画像取得モジュールによって複数の仮想出射線がシミュレートするため、これらの仮想出射線の間の互いに交差する箇所が物体の数より多く、タッチ点の位置を誤判断しやすくなる。たとえば、パネル上の２つのタッチ点から、画像取得モジュールより出射する２本の出射線を光学反射体上に接続して、４つの暗い区域を形成することをシミュレートすることができる。これで、４つの交点があるため、２組のタッチ点の位置が形成される可能性がある。すなわち、５０％確率で誤判断され得る。一方、タッチ装置がますます普及し、多点タッチ制御の要求も多くなる。よって、多点タッチ制御の判断精度を向上させることは、至急に解決する必要がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、多点タッチ制御の判断精度の向上を図る光学式タッチ制御システムおよびその方法を提供することである。

本発明の目的は、一種の光学式タッチ制御システムを提供するものである。その光学式タッチ制御システムは、少なくとも１つの光学反射体、複数の画像取得モジュール、複数の第１発光モジュール、１つの第２発光モジュール、制御モジュールおよびデータ演算モジュールを含む。少なくとも１つの光学反射体、複数の画像取得モジュール、複数の第１発光モジュールおよび第２発光モジュールは、いずれも座標検出区域の周辺に配置される。画像取得モジュールは、少なくとも１つの物体から形成される画像を取得するために用いる。制御モジュールは、第１時点にて、複数の第１発光モジュールを制御し発光させると共に、それぞれの複数の画像取得モジュールを制御し、第１画像を取得する。第２時点にて、第２発光モジュールを制御し発光させると共に、それぞれの複数の画像取得モジュールを制御し第２画像を取得する。データ演算モジュールは、少なくとも１つの物体が複数の第１画像と複数の第２画像の位置に基づいて、少なくとも１つの物体が座標検出区域内の座標値を算出する。

また、座標検出区域は、表示スクリーンの画面が好ましい。

少なくとも１つの物体の数が複数である場合、データ演算モジュールは、複数の物体の複数の第１画像の位置に基づいて、複数の物体の候補座標組を算出した後に、当該複数の物体の複数の第２画像の位置に基づいて、複数の物体の候補座標組のうちの１つを複数の物体の座標として選出する。

さらに、データ演算モジュールは、複数の物体の複数の第１画像の位置及び複数の画像取得モジュールの座標検出区域における位置に基づいて、複数の画像取得モジュールより出射する出射線を算出した上、複数の出射線の間の複数の交点座標を算出し、当該複数の交点座標を当該複数の物体の候補座標組にグループ分けする。

また、制御モジュールが第１時点にて、複数の第１発光モジュールを制御し発光させると共に、第２発光モジュールを制御し発光を中止させる。

また、制御モジュールが第２時点にて、第２発光モジュールを制御し発光させると共に、複数の第１発光モジュールを制御し発光を中止させる。

本発明の別の目的は、一種の光学式タッチ制御方法を提供することである。その光学式タッチ制御方法において、以下のステップを含む。まず、座標検出区域の周辺に、少なくとも１つの光学反射体、複数の画像取得モジュール、複数の第１発光モジュールおよび第２発光モジュールを配置するステップである。また、複数の画像取得モジュールは、少なくとも１つの物体によって形成する画像を取得するために使用するステップである。これから、第１時点にて、複数の第１発光モジュールを制御し発光させると共に、それぞれの複数の画像取得モジュールを制御し第１画像を取得するステップである。さらに、第２時点にて、第２発光モジュールを制御し発光させると共に、それぞれの複数の画像取得モジュールの少なくとも１つを制御し、少なくとも１つの第２画像を取得するステップである。その後、少なくとも１つの物体がそれぞれ複数の第１画像と複数の第２画像の位置に基づいて、座標検出区域内の座標値を算出する。

また、この座標検出区域は、表示スクリーンの画面である。

少なくとも１つの物体の数が複数である場合は、本発明による光学式タッチ制御方法は、さらに複数の物体が第１画像内の位置に基づいて、複数の物体の候補座標組を算出した後、複数の物体が複数の第２画像内の位置に基づいて、複数の物体の候補座標組のうちの１つを複数の物体の座標として選出する。

また、本発明による光学式タッチ制御方法は、さらに複数の物体が複数の第１画像内の位置および複数の画像取得モジュールが座標検出区域における位置に基づいて、複数の画像取得モジュールより出射した出射線を算出した上、複数の出射線の間の複数の交点座標を算出し、これらの複数の交点座標を上記複数の物体の候補座標組にグループ分けする。

第１時点にて、複数の第１発光モジュールを制御し発光させると共に、第２発光モジュールを制御し発光を中止させる。

第２時点にて、第２発光モジュールを制御し発光させると共に、複数の第１発光モジュールを制御し発光を中止させる。

以上説明のように、本発明の光学式タッチ制御システムによれば、多点タッチ制御の判断精度を向上できる長所を有する。

本発明の光学式タッチ制御システムに係る実施例を示す第１概略例示図である。 本発明の光学式タッチ制御システムに係る実施例を示す第２概略例示図である。 本発明の光学式タッチ制御システムに係る実施例を示すブロック図である。 本発明の光学式タッチ制御方法を示す流れ図である。

図１は、本発明の光学式タッチ制御システムに係る実施例を示す第１概略例示図であり、図２は、本発明の光学式タッチ制御システムに係る実施例を示す第２概略例示図であり、図３は、本発明の光学式タッチ制御システムに係る実施例を示すブロック図である。図１ないし３を参照すると、光学式タッチ制御システムは、制御モジュール１０、データ演算モジュール１１、複数の画像取得モジュール（１２，１４）、複数の光学反射体１８１〜１８３、複数の第１発光モジュール（１６１，１６２）および第２発光モジュール１６３を含む。また、制御モジュール１０およびデータ演算モジュール１１は、図３に示しており、光学反射体１８１〜１８３は、図１および図２に示している。これらの図において、光学式タッチ制御システムは、表示スクリーン２１上に架設し、表示スクリーン２１の画面を座標検出区域とする。画像取得モジュール１２および画像取得モジュール１４は、表示スクリーン２１の周辺の左上隅と右上隅にそれぞれ配置し、その配置角度は原則として、表示スクリーン２１の画面上方の画像を取得可能な範囲を要件とする。光学反射体１８１〜１８３は、表示スクリーンの両側または底辺にそれぞれ配置し，かつ光学反射体１８１〜１８３は、単一のスペクトル透光性材料、光混合材料または光反射材料であることが好ましい。第１発光モジュール１６１および第１発光モジュール１６２の位置は、それぞれ画像取得モジュール１２および画像取得モジュール１４に対応するように配置し、第１発光モジュール１６１および第１発光モジュール１６２より出射した光線は、光学反射体１８１〜１８３を介して反射された後に、それぞれ画像取得モジュール１２および画像取得モジュール１４に出射する。第２発光モジュール１６３は、表示スクリーンの上方に配置し、画像取得モジュール１２と画像取得モジュール１４との間に取り付ける。また、第１発光モジュール１６１および第１発光モジュール１６２または第２発光モジュール１６３は、たとえば赤外線のような不可視光が好ましく、画像取得モジュール１２および画像取得モジュール１４は、それに応じて、赤外線画像のような不可視光画像を取得することができる。

制御モジュール１０は、第１時点にて、第１発光モジュール１６１および第１発光モジュール１６２を制御し発光させ、画像取得モジュール１２および画像取得モジュール１４は輝度と背景に落差が伴う画像をそれぞれ取得することができる。物体によって表示スクリーン２１の画面に触れたとき、この物体が第１発光モジュール１６１および第１発光モジュール１６２から光学反射体１８１、１８２、１８３に出射する光路を遮り、画像取得モジュール１２および画像取得モジュール１４によって、第１画像１３および第１画像１５内の暗い区域を取得する。たとえば、２つの物体によって、位置１９１および位置１９２にそれぞれ触れたときに、第１画像１３および第１画像１５に２箇所の暗い区域が形成される。ここで注意すべきことは、複数の物体によって、座標検出区域に触れたときには、角度（例えば、複数の物体と画像取得モジュールの位置と共線）により、画像取得モジュールによって取得する画像内の暗い区域の数は、物体の数より少なくなる。

データ演算モジュール１１は、画像処理ユニット１１１、画像取得モジュールパラメータ１１２、座標演算ユニット１１３および判断ユニット１１４をさらに含む。データ演算モジュール１１によって、第１画像１３および第１画像１５を受信した後に、画像処理ユニット１１１より、第１画像１３および第１画像１５の暗い区域の位置を解析する。画像取得モジュールパラメータ１１２は、少なくとも画像取得モジュール１２および画像取得モジュール１４の視角パラメータ、座標検出区域における位置および解像度を含む。第１画像１３および第１画像１５は、画像取得モジュール１２および画像取得モジュール１４の視角１２１範囲内に受信可能な光信号であるため、第１画像１３および第１画像１５の暗い区域の位置に基づいて、光路を遮る物体が画像取得モジュール１２および画像取得モジュール１４における方位を算出する。それぞれの暗い区域の位置は、物体が光路を遮ることによって形成したものであるため、座標演算ユニット１１３は暗い区域の位置および画像取得モジュールパラメータ１１２に基づいて、光路を遮る物体に出射する出射線を算出し、即ち、物体の位置がこの出射線の光路上にあることと表す。同じ物体は、異なる画像取得モジュールによって取得する画像上に暗い区域を形成するため、座標演算ユニット１１３は、画像取得モジュール１２および画像取得モジュール１４から出射する出射線の交点を計算し、物体の座標を算出する。以上は、三角距離測定法を概略説明したものであるが、三角距離測定法は当業者が熟知されているため、ここでの詳細説明を省略する。

表示スクリーン２１に触れた物体が複数である場合には、図１に示すように、第１画像１３および第１画像１５は、それぞれ２つの暗い区域を有し、データ演算モジュール１１によって、画像取得モジュール１２および画像取得モジュール１４から出射する２つの出射線を計算した上、出射線の間の交点を算出する。しかしながら、こういう場合には、４つの出射線の間に４つの出射線による交点１９１〜１９４を有し、２つの物体の候補座標組を有する。１つは出射線の交点１９１および交点１９２であり、もう１つは出射線の交点１９３および交点１９４である。よって、制御モジュール１０は、第２時点にて、第２発光モジュール１６３を制御し発光させ、第１発光モジュール１６１および第１発光モジュール１６２を制御し発光を中止させる。制御モジュール１０は、これから画像取得モジュール１２および画像取得モジュール１４を制御し、第２画像２３および第２画像２５をそれぞれ取得する。図２に示すように、第２発光モジュール１６３のみが発光するときに、２つの物体が光学反射体１８２上に２つの暗い影を形成し、その位置は図２に示す区域２９１、区域２９２である。そのため、画像取得モジュール１２および画像取得モジュール１４により、取得した第２画像２３および第２画像２５上には２つの暗い区域を有する。

データ演算モジュール１１の判断ユニット１１４により、第２画像２３および第２画像２５の暗い区域の位置に基づいて、どの物体の候補座標組を選択すべきかを判断する。図２の例に示すように、出射線の交点１９３および交点１９４がタッチ点であれば、光学反射体１８２上の２つの暗い影は相当に近づくはずであり、２つの画像２３３および画像２５上の暗い区域の位置と一致しない。そのため、データ演算モジュール１１は、出射する出射線の交点１９１および交点１９２を含む物体の候補座標組を正確なタッチ点として選出することができる。そのうち、画像処理ユニット１１１、座標計算部１１３および判断ユニット１１４はプロセッサーによって、関連プログラムを実行する方式で実現することが好ましい。

本発明に係る光学式タッチ制御システムは、従来の双画像取得モジュールの構造を利用し、第２発光モジュール１６２およびデータ演算モジュール内に備える判断ユニット１１４を追加配置することによって、光学式タッチ制御システムの多点タッチ制御の正確性を向上できる。

図４は、本発明の光学式タッチ制御方法を示す流れ図である。図４を参照すると、この図において、光学式タッチ制御方法は、以下のステップを含む。ステップ４１において、座標検出区域の周辺に、少なくとも１つの光学反射体、複数の画像取得モジュール、複数の第１発光モジュール及び第２発光モジュールを配置する。また、この座標検出区域は、表示スクリーンの画面であることが好ましい。複数の画像取得モジュールは、たとえば、左上隅と右上隅のように、表示スクリーンの上に隣接する２つの隅に設ける。少なくとも１つの光学反射体は、表示スクリーンの側面周辺に架設し、たとえば、３つの光学反射体を表示スクリーンの両側および底辺に配置する。また、光学反射体は、単一のスペクトル透光性材料、光混合材料または光反射材料であることが好ましい。また、一体成形の光学反射体によって、表示スクリーンの２つの側面および底辺を覆うようにする。第１発光モジュールおよび第２発光モジュールは、たとえば、赤外光のような不可視光が好ましく、複数の画像取得モジュールは、たとえば不可視光画像のような少なくとも１つの物体によって形成する画像を取得する。

ステップ４２において、第１時点にて、複数の第１発光モジュールを制御し発光させると共に、それぞれの複数の画像取得モジュールを制御し第１画像を取得する。そのうち、第２発光モジュールは第１画像の暗い区域の数と位置への影響を避けるように制御し、第１時点にて、発光を中止させる。ステップ４３において、第２時点にて、第２発光モジュールを制御し発光させると共に、それぞれの複数の画像取得モジュールを制御し第２画像を取得する。あるいは第２発光モジュールの複数の画像取得モジュールのうちの１つを制御し第２画像を取得する。そのうち、複数の第１発光モジュールは、第２画像内の暗い区域の数と位置への影響を避けるように制御し、第２時点にて、発光を中止させる。

ステップ４４において、物体が複数の第１画像内の位置に基づいて、少なくとも１つの物体の候補座標組を算出する。そのうち、物体が複数の第１画像における位置は、第１画像を画像処理を行うことによって得られる。ステップ４５において、物体の候補座標組が複数であるかどうかの判断を行い、複数である場合には、ステップ４６を実行し、それに対して、複数ではない場合には、ステップ４７を実行し、この物体の候補座標組を物体の座標として出力する。

上記したように、物体の候補座標組が複数である場合には、ステップ４６において、物体が複数の第２画像内の位置に基づいて、複数の物体の候補座標組のうちの１つを複数の物体の座標として選出して、その座標を出力する。ここで注意すべきことは、ステップ４２およびステップ４３による第１時点と第２時点は、それぞれ異なる時点によって取得することを説明するものであるが、順序の前後はその限りでなく、ステップ４２をステップ４３の後に実行しても良いのである。

以上は実施例の列挙であり、本発明になんらの制限を加えるものではない。本発明の精神と範囲を逸脱しない限り、その等しい効果を生じさせる修正又は変更は、なお、本明細書の特許請求の範囲に含まれるものとする。

１０：制御モジュール
１１：データ演算モジュール
１１１：画像処理ユニット
１１２：画像取得モジュールパラメータ
１１３：座標演算ユニット
１１４：判断ユニット
１２，１４：画像取得モジュール
１２１：画像取得モジュールの視角
１３，１５：第１画像
１６１，１６２：第１発光モジュール
１６３：第２発光モジュール
１８１〜１８３：光学反射体
１９１〜１９４：射線の交点
２１：表示スクリーン
２３，２５：第２画像
２９１，２９２：光学反射体上の暗い区域
４１〜４７：ステップ

Claims (20)

1. 光学式タッチ制御システムにおいて、
   座標検出区域の周辺に配置する複数の第１発光モジュールと、
   前記座標検出区域の周辺に配置する第２発光モジュールと、
   前記座標検出区域の周辺に配置し、少なくとも１つの物体より形成する画像を取得する画像取得モジュールと、
   前記座標検出区域の周辺に配置し、前記複数の第１発光モジュールと前記第２発光モジュールより出射する出射光を前記複数の画像取得モジュールに反射する少なくとも１つの光学反射体と、
   第１時点にて、前記複数の第１発光モジュールを制御し発光させると共に、前記複数の画像取得モジュールを制御し第１画像を取得し、第２時点にて、前記第２発光モジュールを制御し発光させると共に、それぞれの前記複数の画像取得モジュールを制御し第２画像を取得する制御モジュールと、
   少なくとも１つの物体が前記複数の第１画像と前記複数の第２画像内の位置に基づいて、少なくとも１つの前記物体が前記座標検出区域内の座標値を算出するデータ演算モジュールと、
   を含む光学式タッチ制御システム。
2. 前記座標検出区域は、表示スクリーンの画面であり、少なくとも１つの前記光学反射体は、前記表示スクリーンの側面に架設し、前記複数の画像取得モジュールは、前記表示スクリーンの隅箇所の位置に配置することを特徴とする、請求項１に記載の光学式タッチ制御システム。
3. 前記第２発光モジュールは、前記表示スクリーンの側面に配置し、かつ前記複数の画像取得モジュールの間に配置することを特徴とする、請求項２に記載の光学式タッチ制御システム。
4. 前記複数の第１発光モジュールまたは前記第２発光モジュールは、不可視光を出射することを特徴とする、請求項１に記載の光学式タッチ制御システム。
5. 前記複数の画像取得モジュールは、不可視光画像を取得することを特徴とする、請求項４に記載の光学式タッチ制御システム。
6. 少なくとも１つの前記物体が複数である場合に、前記データ演算モジュールは、前記複数の物体が前記複数の第１画像内の位置に基づいて、複数の物体の候補座標組を算出した後に、前記複数の物体が複数の第２画像内の位置に基づいて、複数の物体の候補座標組のうちの１つを複数の物体の座標として選出することを特徴とする、請求項１に記載の光学式タッチ制御システム。
7. 前記データ演算モジュールは、前記複数の物体が前記複数の第１画像内の位置および前記複数の画像取得モジュールが前記座標検出区域における位置に基づいて、前記複数の画像取得モジュールから出射する複数の出射線を計算し、複数の出射線の間の複数の交点座標を算出し、前記複数の交点座標を前記複数の物体の候補座標組にグループ分けすることを特徴とする、請求項６に記載の光学式タッチ制御システム。
8. 前記制御モジュールは、第１時点にて、前記複数の第１発光モジュールを制御し発光させると共に、前記第２発光モジュールを制御し発光を中止させることを特徴とする、請求項１に記載の光学式タッチ制御システム。
9. 前記制御モジュールは、第２時点にて、前記第２発光モジュールを制御し発光させると共に、前記複数の第１発光モジュールを制御し発光を中止させることを特徴とする、請求項１に記載の光学式タッチ制御システム。
10. 前記光学反射体は、単一のスペクトル透光性材料、光混合材料または光反射材料からなることを特徴とする、請求項１に記載の光学式タッチ制御システム。
11. 光学式タッチ制御方法において、
    座標検出区域の周辺に少なくとも１つの光学反射体、少なくとも１つの物体によって形成する画像を取得する複数の画像取得モジュール、複数の第１発光モジュール、１つの第２発光モジュールを配置するステップと、
    第１時点にて、前記複数の第１発光モジュールを制御し発光させると共に、それぞれの前記複数の画像取得モジュールを制御し前記第１画像を取得するステップと、
    第２時点にて、前記第２発光モジュールを制御し発光させると共に、前記複数の画像取得モジュールのうちの１つを制御し第２画像を取得するステップと、
    少なくとも１つの前記物体がそれぞれ前記複数の第１画像と少なくとも１つの前記第２画像内の位置に基づいて、少なくとも１つの前記物体が前記座標検出区域内の座標値を算出するステップと、
    を含む光学式タッチ制御方法。
12. 前記座標検出区域は、表示スクリーンの画面であり、少なくとも１つの前記光学反射体は、前記表示スクリーンの側面に架設し、前記複数の画像取得モジュールは、前記表示スクリーンの隅箇所の位置に配置することを特徴とする、請求項１１に記載の光学式タッチ制御方法。
13. 前記第２発光モジュールは、前記表示スクリーンの側面に配置し、かつ前記複数の画像取得モジュールの間に配置することを特徴とする、請求項１２に記載の光学式タッチ制御方法。
14. 前記複数の第１発光モジュールまたは前記第２発光モジュールは、不可視光を出射することを特徴とする、請求項１１に記載の光学式タッチ制御方法。
15. 前記複数の画像取得モジュールは、不可視光画像を取得することを特徴とする、請求項１４に記載の光学式タッチ制御方法。
16. 少なくとも１つの物体の数が複数である場合において、
    前記複数の物体が第１画像内の位置に基づいて、複数の物体の候補座標組を算出するステップと、
    前記複数の物体が第２画像内の位置に基づいて、複数の物体のうちの１つを前記複数の物体の座標として選出するステップと、
    をさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載の光学式タッチ制御方法。
17. 前記複数の物体が前記複数の第１画像内の位置と前記複数の画像取得モジュールが前記座標検出区域における位置に基づいて、前記複数の画像取得モジュールから出射する複数の出射線を算出するステップと、
    前記複数の出射線の間の複数の交点座標を計算するステップと、
    前記複数の交点座標を前記複数の物体の候補座標組にグループ分けするステップと、
    をさらに含むことを特徴とする、請求項１６に記載の光学式タッチ制御方法。
18. 第１時点にて、前記複数の第１発光モジュールを制御し発光させると共に、前記第２発光モジュールを制御し発光を中止させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載の光学式タッチ制御方法。
19. 第２時点にて、前記第２発光モジュールを制御し発光させると共に、前記複数の第１発光モジュールを制御し発光を中止させるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載の光学式タッチ制御方法。
20. 前記光学反射体は、単一のスペクトル透光性材料、光混合材料または光反射材料からなることを特徴とする、請求項１１に記載の光学式タッチ制御方法。

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