TW201126397A - Optical touch control display and method thereof - Google Patents

Description

201126397 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種光學式觸控顯示裝置，特別是 有關於一種使用可發出不可見光之顯示螢幕來進行觸控 判斷的光學式觸控顯示裝置及其方法。 【先前技術】 目刚，觸控式操作介面越來越受重視，其中，小尺 寸螢幕大多透過電阻式、電容式等技術來達成。而隨著 觸控式螢幕的尺寸逐漸多樣化，針對大尺寸的觸控式螢 幕，例如17-30 4的螢幕，主要以紅外光配上影像榻取 模組外掛於面板之外的前框的光學式觸控技術來實施。 光學式觸控技術主妓在㈣的左上肖及右上角分別設 置紅外光感測器及紅外光源，並在週邊設置反光條 (reflector)。透過兩個紅外光源發出紅外光照射到反光條 來形成光幕，再透過兩紅外光感測器接收光幕上的結 果，當有物件觸碰螢幕時，物件會遮擋到光幕使紅外光 感測器的接收晝面上有陰暗區產生，因此透過陰暗區位 置以及二角函數即可算出物件觸碰位置。 但是，此種光學式觸控技術需要在螢幕之週邊設置 反光條(reflector)，增加了螢幕機構的厚度，也影響了螢 幕的美觀。 201126397 —【發明内容】 - 有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之其中一目的 就疋在提供一種光學式觸控顯示裝置及其方法，以避免 顯示螢幕為增加光學觸控功能而導致厚度增加。 根據本發明之一目的，提出一種光學式觸控顯示裝 置，其包含一顯示螢幕、至少一影像擷取模組及一處理 模組。顯示螢幕具有一顯示面板及一發光源，顯示面板 •係用以顯示資料，而發光源係用以發出一可見光及一不 可見光。此至少一影像擷取模組設置於顯示螢幕之週 邊用以摘取於顯示螢幕表面或上方之不可見光影像。 處理模組根據一物件於影像擷取模組所擷取之不可見光 衫像之位置’計算出物件之一空間位置。 f中，此顯示螢幕之顯示區域表面或上方係定義為 一座標偵測區，上述物件之空間位置係為物 測區内的座標值。 • 其中，處理模組係根據不可見光影像中較亮之區域 1斷物件之輪廓，再根據輪廓以判斷出物件於不可 影像之位置。 而處理模組係根據該鏡像以 务其=，不可見光影像係包含物件接觸顯示螢幕之鏡 見光影像之位置。 判斷出該物件於該不可 其中’其中當影像擷取模組之數目為

三時，影像擷 、右上侧及上 揭取模組係用 201126397 以操取該顯示螢幕前方之不可見光影像。 其中，上述物件為一使用者之手，處理模組 像擷取模組所擷取之不可見光影像，計算出手之介2 置，並辨識手之手勢。 心工间位 根據本發明之目的，提出一種光學式觸控方法，包 含下列步驟。於-顯示螢幕内設置—可發出不可見光之 發光源，並於該顯示螢幕之週邊設置至少—影 Ϊ而Ϊ著，使用此至少一影像擷取模組擷取於顯示螢幕 ί: 之不可見光影像，再使用一處理模組根據- $件於影像擷取模組所擷取之不可見光影像之位置，

算出此物件之一空間位置 D 螢幕月之光學式觸控方法更包含定義此顯示 螢幕之,4 7F區域表面或上方為—座標制區物 間位置係為物件於座標❹m内的座標值。 工 其中，上述處理模組係根據不可見光影像 物件之輪廓，再根據輪廓以判斷出於 見光影像之位置。 其中’不可見光影像係包含物件接觸顯示螢 ΐ光：f理模組係根據該鏡像以判斷出該物件於該不可 兄尤衫像之位置。 ㈣LUr象擷取模組之數目為三時，影像掏取模 而於該顯示螢幕之左上側、右上侧及上側， 示螢幕前方貝影像擷取模組係用以擷取顯 201126397 - 其中，上述物件為一使用者之手，處理模組根據影 •像擷取模組所擷取之不可見光影像，計算出手之空間位 置，並辨識手之手勢。 【實施方式】 請參閱第1圖及第2圖，其係為本發明之光學式觸 控顯不裝置之第一實施例方塊圖及示意圖。圖中，光學 •式觸控顯示裝置包含一顯示螢幕11、一第一影像擷取模 組13、一第二影像擷取模組15及一處理模組17。顯示 螢幕U具有一顯示面板121及一發光源122，顯示面板 121係用以顯示資料，而發光源122包含一可見光模組 123及不可見光模組124。其中，不可見光模組124 較佳為一紅外光（IR)發光模組。此外，不可見光模組124 的發光方式可為固定發光；或是配合影像擷取模組13、 15進行間歇發光，亦如僅影像擷取模組13、15啟動時 φ 才發光’或疋配合顯示螢幕11的顯示特性在特定畫框 _me)或是特錢率發光。上述顯示螢幕u較佳為包含 非自發光顯示面版（例如液晶面板或電致變色面版等） 及一具有紅外光LED的背光模組；或是包含一具有紅外 光LED像素的自發光顯示面版（例如0LED，pLED ,電漿 面板）.；或是具有特別設計IR穿透光的獨立次像素 (SUb_P1Xel)的顯示面板；或是具有特別設計的IR穿透光 的原色次像素（可發出IR的紅光次像素）的顯示面板。 第一影像擷取模組13設置於顯示螢幕u之左上方 201126397 摘T组15設置於顯示勞幕11之右上方， 頻干整二 的大部分區域。在此， =發幕U之顯示區域表面或上方係定義為—座標侦 用以取模組13及第二影像娜模組15分別 H取顯示螢幕11表面或上方之第—不可見光影像 131及第二不可見光影像151 ’處理模植 處理單元Π!，其對不可見光影幻31*15^影= Ϊ判==判斷單元172根據經影像處理過的影像内 不可見光影像中是否有特定物件存在，例如 使用者手心、觸控筆或是具有尖端之H由於頻 之不可見光並無直接射人影㈣取模組，因此 =無=罪近顯示螢幕U時，第一影像擷取模組13及 第=__組15賴取之第—柯見光影像i3i ^^丨可見光影像151為亮度較暗的影像，經過影像 处 列如二疋化處理）不會出現特別的影像。當有物 件18靠近顯示螢幕11時’顯示螢幕11發出之不可見光 可透過物件18反射至第一影像擷取模組13及第二影像 彌取模”且15 ’因此第一影像擷取模組！ 3及第二影擷 取模組15所擷取之影像中亮度較高的區域便可視為物 件18的影像，如不可見光影像131及151中所顯示一手 指的影像’經過二元化處理後手指的部分會變成白色影 像，其可作為進一步判斷依據。 因此，處理模組17可先分析出不可見光影像131 201126397 =中亮度較高的區域，請一同參閱第3目 乂刀析出此較亮區域的輪廓21 ’並從輪廓21中 趣的特定點作為物件18的位置，例如輪廟中較尖的凸端 ==是輪廓中畫面位置最低、最左、最上或最右 置財等。亦或，由於越靠近顯示螢幕11則反射的 越強，因此處理模組17亦可分析出不可見光影 J 十亮度最高的區域，請一同參閱第4圖， 备使用者以手接近顯示螢I η時，直接面向顯示榮幕 的部位會反射較多的不可見光，所以不可見光影像 ▲ | 51中手指尖端31及其他握拳手指32的影像最 =，處理模組17可先分析不可見光影像131及ΐ5ΐ亮度 區域’以此區域的位置作為物件18的位置；若符 = Π = 域有複數個，則可再以上述輪靡分 斤的方式從中選擇其一作為物件18的位置。 此外，若光學式觸控顯示裝置需要判斷物件是否觸 =螢幕，可將第-影_取馳13及第二影像摘取 莫、、^5的視角調整包含顯示榮幕η的表面處理模組 17可包含一鏡像判斷單& 173。由於顯示螢幕u本身發 出不可見光’因此當物件觸碰顯示螢幕u之表 :影像擷取模組13及第二影像擷取模組15所掏取之 出現鏡像’如第5圖所示。與不可見光影像13; ^⑸相比，鏡像有明顯的對稱圖形而容易㈣，因此 莫組17一可分析不可見光影像内是否有鏡像來有效 、:斷出顯不螢幕Π是否被觸碰。例如’將第—影像擷 模組13及第二影像擷取模組15所擷取之影像作二^ 201126397 = 到如第6圖所示之黑白影像，其中白色區 干顯面底部’表示有鏡像出現。若有鏡像，表 ^螢幕破—物件碰觸，處理模組17可分析出物 件影像與鏡像連接處作為韻 如第6圖中影像區it 觸之位置，例 處理模組η可取得此^其為兩個對稱圖形之交界處， 制時，卢理煊 域之位置。執行上述多種判斷機 f J日f ’處理模組17可僅斜… if , ^ ,Λ 針對特疋衫像範圍内的内容作處 理以解析度640x480的摘取晝面為，可僅處理蚩面 :中段影像，如第3〇〇條水平像素線至第 線之間的640x20區;ώ 、 區塊。 以成疋晝面中間的600χ10長方形 出此組Π判斷不可見光影像内有物件，且分析 出此物件在不可見光影像之位置 ^ 取模組13及第_爹傻枸再根據第一影像擷 久弟一办像擷取模組15在顯示 置，以及三角定位演算法料11上的位 此六Π々Γ番介β 1 L 卞异出物件1 8的空間位置， 此二間位置亦是物件18在以顯示二罝 定義之座標偵測區内的座_ 之‘，、1不區域所 值或是三維座標值‘值。此賴討為二維座標 高的=判將影像中亮度最 判斷物件位置、或是根據 以輪廓 營幕，此些判斷機制視需要可由處H斷=是否接觸 =行，並不因上述内容而有;:二 控顯不裝置的設計者根據其需求來衫。㈣先予式觸 201126397 若使用輪廓判斷機制，則處理模組17進一步可分辨 不同物體，例如手、筆或其他對IR有強反射或是強吸收 特性的物件，以作為後端處理之應用。 請參閱第7圖及第8圖，其係為本發明之光學式觸 控顯示裝置之第二實施例方塊圖及示意圖。第二實施例 與第一實施例不同之處在於，第二實施例包含一第三影 像擷取模組19，且顯示螢幕11之發光源122係包含一 紅光發光模組122a、一藍光發光模組122b及一綠光發 • 光模組122c，而紅光發光模組122a之發光波長範圍為 700nm至1400nm。上述發光模組較佳以一紅光、一綠光 或一藍光發光二極體（LED)來實現，而紅光發光二極體之 發光波長範圍為700nm至1400nm ;亦或，以不同過遽 波長的濾光片搭配白光發光源來實現，而其中一濾光片 的過濾波長為700nm至1400nm。第三影像擷取模組19 係設置在顯示螢幕11之上方，於第一影像擷取模組13 及第二影像擷取模組15之間。第三影像擷取模組19可 • 擷取物件28的第三不可見光影像133,並判斷出此物件 的特徵，例如手勢；亦或，處理模組17可根據第三影像 擷取模組19可擷取物件28的影像來判斷物件28的2 維或3維自由度資訊，例如根據物件大小的變化判斷物 件的對於顯示螢幕11的相對位置或是深淺位置。 其中，第一影像擷取模組13及第二影像擷取模組 15除了設置於左上侧及右上側（如第2圖及第8圖所示） 之外，亦可全設置於顯示螢幕11之上側；第一影像擷取 模組13、第二影像擷取模組15及第三影像擷取模組19 11 201126397 的位置視需要亦可互換，其擺放位置以第 組13、第二影像擷取模組15可 ：像擷取模 面或上方之不可見光影像，而第三影像擷取模=幕表 取顯示勞幕前方的影像者為基本原則。、、、且可掏 及第第二影像擷取模組15 像擷取模組19亦可視需要由處理 模植二 17判斷第一影像操取 物㈣t : 模組15所擷取的影像内有特定 二勿件時，表示有物件非常接近顯示螢幕u之表面，所以 省以暫時關閉第三影像擷取模組19，以節 ^ L 若判斷第—影像#1取模組U及第二 ; 組15所摘取的影像内無特定物件時，則啟動

Si 組19，以擷取顯示螢幕11前的影像， 2 時關閉第一影像擷取模組13及第二影 像擷取模組15，以節省電力消耗。 此外’在此第二實施例中，雖然在顯示榮幕U的左 右上側設置第—影像擷取模組13及第二影像榻# 取模組15 ’但是實際設計上顯示螢幕u亦可僅配置第 :影像操取模組19，透過顯示螢幕11發出的不可見光 來^射顯示螢幕U前方空間，再由第三影像擷取模組 來擷取影像，根據影像來判斷顯示螢幕u前是否有 物件；以及若有物件，則此物件與顯示螢幕u之間的相 對位置關係，或是遠近關係。 請參閱第9 ® ’係為本㈣之光學搞控方法之流 12 201126397 程圖。圖中，此方法包含下列步驟。在步驟91，於一顯 示螢幕内設置一可發出不可見光之發光源。其中，此發 光源實施上可包含一可見光模組及一不可見光模組；亦 或可包含一紅光發光模組、一藍光發光模組及一綠光發 光模組，而紅光發光模組之發光波長範圍為700nm至 1400nm。此外，驅動顯示螢幕發不可見光的方式可為下 列幾種：固定發不可見光；或是配合影像擷取模組間歇 發不可見光，亦如僅影像擷取模組啟動時才發出不可見 • 光；或是配合顯示螢幕的顯示特性在特定晝框或是特定 頻率發出不可見光。 在步驟92，於顯示螢幕之週邊設置複數個影像擷取 模組。其中，當實施上欲設置二個影像擷取模組時，其 分別設置於顯示螢幕之左上側及右上侧；當實施上欲設 置三個影像擷取模組時，其分別設置於顯示螢幕之左上 侧、右上侧及上側。在步驟93，使用此複數個影像擷取 模組分別擷取於顯示螢幕表面或上方之不可見光影像。 • 其中，當有三個影像擷取模組時，設置於顯示螢幕的上 方的影像擷取模組可用於擷取顯示螢幕前方的影像。在 步驟94，使用一處理模組根據一物件於複數個影像擷取 模組所擷取之不可見光影像之位置，計算出物件之一空 間位置。其中，當有第三個影像擷取模組且其擷取顯示 螢幕前方的影像時，處理模組可根據此複數個影像擷取 模組所擷取之不可見光影像，除了計算出物件之空間位 置外，並可辨識物件的特徵，例如物件為使用者之手時， 可辨識使用者之手勢。 13 201126397 像内3::二為本發明之光學式觸控方法之影 測搭配判斷圖。此實施例係說明以輪扉偵 、像有無來判斷物件的觸控狀態。圖中，此 :影像=包有=:。在步驟941，判斷不可見 93;若有，則疋物件之影像。若無，則執行步驟 有貝J在步驟942,取得此特定物件之輪廊。 若有在π二IT特定物件影像是否包含-鏡像， 作為物置鏡像二7以鏡_ 敌;?曰4主L 位置右無鏡像，則在步驟945 作“3=輪f 2端部份’並以適當的尖端部份 外，亦可相減m 除了輪廊判斷物件之 件部位作亮之區域或是最接近特定方向之物 兩種=制測及鏡像有無判斷 或是招滅22 廓再以輪廓判斷物件位置、 斷無來判斷物件是否接觸螢幕，而“判 =制可卜執行或搭配執行，並不因上述内容而^ 離太^上所述僅為舉触，㈣為料彳性者。任何未脫 ::二之八精二與範，，而對其進行之等效二 更均應包含於後附之f請專利範圍卜^ 201126397 •【圖式簡單說明】 第1圖係為本發明之光學式觸控顯示裝置之第一實施 例方塊圖； 第2圖係為本發明之光學式觸控顯示裝置之第—實施 例示意圖； 第3圖係為本發明之不可見光影像内物件輪靡之示意 ❿圖； 〜 第4圖係為本發明之不可見光影像内物件最亮區域之 示意圖； 第5圖係為本發明之不可見光影像内鏡像之示意圖； 第6圖係為本發明之不可見光影像内鏡像經二元化處 理之示意圖； 第7圖係為本發明之光學式觸控顯示裝置之第二實施 φ 例方塊圖； 第8圖係為本發明之光學式觸控顯示裝置之第二實施 例示意圖； 第9圖係為本發明之光學式觸控方法之流程圖；以及 第1 〇圖係為本發明之光學式觸控方法之影像内容分析 之實施利流程圖。 201126397 【主要元件符號說明】 11 :顯示螢幕； 121 :顯示面板； 122 :發光源； 122a :紅光發光模組； 122b :綠光發光模組； 122c :藍光發光模組； 123 :可見光模組； 124 :不可見光模組； 13 :第一影像擷取模組； 131 :第一不可見光影像； 132、151 :第二不可見光影像； 133 :第三不可見光影像； 15 :第二影像擷取模組； 17 :處理模組； 171 :影像處理單元； 172 :物件判斷單元； 173 :鏡像判斷單元； 18、28 :物件； 19 :第三影像擷取模組； 21 .輪庸， 201126397 ， 22 :凸端位置點； ， 31 :手指尖端； 32 :握拳手指之部位； 41 :影像區域； 91〜94 :步驟；以及 941〜945 :步驟。

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Claims (1)

1. 201126397 七、申請專利範圍： 1. 一種光學式觸控顯示裝置，包含： 一顯不螢幕，具有一顯示面板及一發光源，該 顯示面板係用以顯示資料，而該發光源係用以發出 一可見光及一不可見光； 至少一影像擷取模組，係設置於該顯示螢幕之 週邊，用以擷取於該顯示螢幕表面或上方之不可見 光影像；以及 一處理模組，係根據一物件於該至少一影像擷 取模組所擷取之不可見光影像之位置，計算出該物 件之一空間位置。 2. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控顯示裝 置，其中該顯示螢幕之顯示區域表面或上方係定義 為一座標偵測區，該物件之該空間位置係為該物件 於該座標偵測區内的座標值。 3. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控顯示裝 置，其中該發光源包含一紅光發光模組、一藍光發 光模組及一綠光發光模組，而該紅光發光模組之發 光波長範圍為700nm至1400nm。 4. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控顯示裝 置，其中該處理模組係根據該不可見光影像中較亮 之區域判斷該物件之輪廓，再根據該輪廓以判斷出0 該物件於該不可見光影像之位置。 201126397 5·如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控顯示裝 置’其中該不可見光影像係包含該物件接觸該顯示 榮幕之鏡像’而該處理模組係根據該鏡像以判斷出 該物件於該不可見光影像之位置。 6. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控顯示裝 置’當該至少一影像擷取模組之數目為三時，其中

   該三個影像擷取模組係分別設置於該顯示螢幕之 左上側、右上側及上侧。 7. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控顯示裝 置，當該至少一影像擷取模組之數目為一時，該影 像摘取模組係設置於該顯示螢幕之上侧。 8· —種光學式觸控方法，包含下列步驟： 於一顯示螢幕内設置一可發出不可見光之發光 源； Χ 於該顯示螢幕之週邊設置至少一影像擷取模 組； 便用該至>、一影像擷取模組分別擷取於該顯5 螢幕表面或上方之不可見光影像；以及 使用一處理模組根據一物件於該至少一影像丰 取模組所擷取之不可見光影像之位置，計算^該4 件之一空間位置。 Λ 9.如申料㈣圍第8項所述之光學式觸控方法，』 包含： 201126397 定義該顯示螢幕之顯示區域表面或上方為一座 標偵測區，該物件之該空間位置係為該物件於該座 標偵測區内的座標值。 如申請專利範圍第8項所述之光學式觸控方法，其 中該發光源包含一紅光發光模組、一藍光發光模組 及、亲光發光模組，而該紅光發光模組之發光波長 範圍為700nm至i4〇〇nm。

   u·如申請專利範圍第8項所述之光學式觸控方法，其 中該處理模組係根據該不可見光影像中較亮之區 域判斷該物件之輪廓，再根據該輪#以判斷出該物 件於該不可見光影像之位置。 12. 如申請專利範圍第8項所述之光學式觸控方法，其 中該不可見光影像係包含該物件接觸該顯示勞幕 ^鏡像，而該處理模組係根據該鏡像以判斷出 件於該不可見光影像之位置。

   13. 如申凊專㈣圍第8項所述之光學式觸控方法，各 -影像操取模組之數目為三時，其中該三； 办像擷取模組係分別設置於該顯示螢幕之左上 側、右上側及上侧。 14. ^請專利範圍第8項所述之光學式觸控方法，當 =二2取模組之數目為一時，該影像操取 模組係扠置於該顯示螢幕之上侧。 20