TW201520859A

TW201520859A - 光學觸控的感測方法

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Publication number: TW201520859A
Application number: TW102143501A
Authority: TW
Inventors: Kuo-Hsien Lu; Yu-Yen Chen
Original assignee: Wistron Corp
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2015-06-01
Also published as: CN104679351A; CN104679351B; US9116577B2; TWI498794B; US20150145828A1

Abstract

一種光學觸控的感測方法，適於藉由至少一光學感測模組提供並感測一感測光束。光學觸控的感測方法包括下列步驟。選擇光學感測模組上的多個感測畫素區，並且依據各被選擇的感測畫素區所感測到的光強度分佈，從一入射角度範圍中選擇出一主要入射角度，其中從主要入射角度入射至光學感測模組之感測光束具有一最大光強度。根據這些被選擇的感測畫素區所對應的這些主要入射角度，計算出未被選擇的感測畫素區所對應的主要入射角度。

Description

光學觸控的感測方法

本發明是有關於一種感測方法，且特別是有關於一種光學觸控的感測方法。

近年來觸控式的電子產品由於操作方便，直覺性高，因此深受消費者喜愛而已漸漸成為市場上的主流趨勢。在以往使用之電阻式、電容式、背投影式的觸控螢幕中，以電容式觸控螢幕的觸控效果最好，但其成本亦最為昂貴，且會隨著螢幕尺寸的變大而增加，因而限制了電容式觸控螢幕的應用。為尋求電容式觸控螢幕的替代方案，目前有一種利用光學感測模組偵測觸碰位置的光學式觸控技術，其具有成本低、準確度佳等優點，在競爭的市場中更具有優勢，目前也已成為大尺寸觸控螢幕的另外一種選擇。

一般而言，光學式觸控技術是利用在螢幕的邊緣設置反射器與光學感測模組，並將使光源提供的光線經由反射器反射後傳遞到光學感測模組後，進行感測。當觸控物位於顯示面上方而遮斷反射器所反射的部分光線時，將可造成光學感測模組上的陰影，並因此計算出觸控物所在的位置。

然而，由於在大尺寸的觸控螢幕上保持光學感測模組與反射器在同一平面上是有困難的，因此這將可能導致觸控平面產生變形，並因而影響反射器上的反光效率，甚至使光源提供的光線不易經由反射器傳遞到光學感測模組上而造成陰影，進而影響觸控點的判斷。

為了解決觸控平面因變形而致的觸控點判斷之困難，現有一種具有影像感測陣列的光學感測模組，其可接收以一入射角度範圍入射光學感測模組的光線，因此當觸控平面產生變形時，將可針對光學感測模組上的不同感測畫素，選擇光強度較強的光線的入射角度來取得良好的反射訊號，以利進行觸控點的判斷。然而，目前光學觸控技術所使用的感測方法中，需要針對光學感測模組上的各感測畫素進行分析，以取得其對應的光強度較強的入射角度來進行觸控點的判斷，因此容易耗費許多時間。

本發明提供一種光學觸控的感測方法，其可使光學觸控裝置具有快速的觸控感測速率。

本發明的光學觸控的感測方法，適於藉由至少一光學感測模組提供並感測一感測光束。感測光束行經一觸控感測區域，且感測光束被一反射器反射回光學感測模組，其中從反射器上不同位置所反射回的感測光束係以一入射角度範圍入射至光學感測模組上的不同感測畫素區。光學觸控的感測方法包括下列步驟。選擇光學感測模組上的多個感測畫素區，並且依據各被選擇的感測畫素區所感測到的光強度分佈，從入射角度範圍中選擇出一主要入射角度，其中從主要入射角度入射至光學感測模組之感測光束具有一最大光強度。根據這些被選擇的感測畫素區所對應的這些主要入射角度，計算出未被選擇的感測畫素區所對應的主要入射角度。

在本發明的一實施例中，上述的這些被選擇的感測畫素區包括一第一感測畫素區、一第二感測畫素區以及一第三感測畫素區。第一感測畫素區所接收的感測光束係經由反射器的一第一邊界位置反射回光學感測模組。第二感測畫素區以及第三感測畫素區所接收的感測光束係分別經由反射器的一第二邊界位置以及一第三邊界位置反射回光學感測模組。第一邊界位置、第二邊界位置、第三邊界位置與反射器鄰近光學感測模組的一第四邊界位置分別對應於觸控感測區域的四個角落。

在本發明的一實施例中，上述的第一邊界位置與光學感測模組之間的距離大於反射器上的其他位置與光學感測模組之間的距離，且第一感測畫素區位於第二感測畫素區與第三感測畫素區之間。

在本發明的一實施例中，上述的這些被選擇的感測畫素區更包括至少一第四感測畫素區，且第四感測畫素區位於第一感測畫素區與第二感測畫素區之間。

在本發明的一實施例中，上述的這些被選擇的感測畫素區更包括至少一第五感測畫素區，且第五感測畫素區位於第一感測畫素區與第三感測畫素區之間。

在本發明的一實施例中，上述的這些被選擇的感測畫素區更包括至少一第四感測畫素區以及至少一第五感測畫素區，第四感測畫素區位於第一感測畫素區與第二感測畫素區之間，且第五感測畫素區位於第一感測畫素區與第三感測畫素區之間。

在本發明的一實施例中，上述計算出未被選擇的感測畫素區所對應的主要入射角度的方法包括根據這些被選擇的感測畫素區所對應的這些主要入射角度進行一線性內插運算。

在本發明的一實施例中，上述的光學感測模組包括一光源以及一影像感測陣列。光源適於提供感測光束。影像感測陣列適於感測從反射器反射回的感測光束的光強度。

在本發明的一實施例中，上述的光源為發光二極體，且影像感測陣列為區域感測器。

在本發明的一實施例中，上述的光學觸控的感測方法更包括當光學感測模組感測到感測光束被遮斷時，根據光學感測模組的感測結果計算出一觸控座標。

基於上述，本發明的光學觸控的感測方法，在不需針對光學感測模組上的所有感測畫素各自進行分析的情況下，即可取得光學感測模組的各感測畫素所對應的主要入射角度，進而使得光學感測模組可藉此取得良好的反射訊號，以利進行觸控點的判斷，並同時節省了系統的運算時間。因此在光學觸控裝置的每次觸控感應時，皆具有快速的觸控感測速率。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

70、70a、70b、70c‧‧‧感測光束

100‧‧‧光學觸控裝置

110a、110b‧‧‧光學感測模組

111‧‧‧光源

112‧‧‧影像感測陣列

120‧‧‧反射器

130‧‧‧處理單元

O‧‧‧觸控物

TA‧‧‧觸控感測區域

P1、P2、P3、P4‧‧‧位置

SA、SA1、SA2、SA3、SA4、SA5‧‧‧感測畫素區

L13‧‧‧直線

θ 1、θ 2、θ 3‧‧‧入射角度

S310、S320‧‧‧步驟

圖1A是本發明一實施例的一種光學觸控裝置的架構示意圖。

圖1B是圖1A的光學觸控裝置的側視圖。

圖2A是圖1A的影像感測陣列的感測畫素區的示意圖。

圖2B是圖1A的影像感測陣列的示意圖。

圖3A是本發明一實施例的一種光學觸控的感測方法的流程圖。

圖3B是圖3A實施例的影像感測陣列上的示意圖。

圖4是物體觸碰圖1A的光學觸控裝置的示意圖。

圖5是本發明另一實施例的影像感測陣列的示意圖。

圖1A是本發明一實施例的一種光學觸控裝置的架構示意圖。圖1B是圖1A的光學觸控裝置的側視圖。請參照圖1A及圖1B，本實施例的光學觸控裝置100包括二光學感測模組110a、110b、一反射器120以及一處理器130。舉例而言，如圖1B所示，在本實施例中，光學感測模組110a、110b分別包括一光源111以及一影像感測陣列112，其中光源111適於提供感測光束70。舉例而言，光源111可為發光二極體。進一步而言，請參照圖1A至圖1B，當光學感測模組110a的光源111提供感測光束70時，感測光束70會行經一觸控感測區域TA，且感測光束70會被反射器120反射回光學感測模組110a，並被光學感測模組110a的影像感測陣列112所感測，其中從反射器120上不同位置所反射回的感測光束70會入射至光學感測模組110a上的不同感測畫素區。此外，在本實施例中，影像感測陣列112例如是區域感測器(Area Sensor)，而能感測到由一入射角度範圍中的不同入射角度入射至光學感測模組110a的感測光束70，並適於感測從反射器120反射回的感測光束70的光強度。

舉例而言，請繼續參照圖1A至圖1B，由於當光學觸控裝置100具有較大尺寸時，保持光學感測模組110a(或光學感測模組110b)與反射器120在同一平面上是有困難的，因此這將可能影響反射器120上的反光效率。舉例而言，如圖1B所示，反射器120可將感測光束70a、70b、70c皆反射回光學感測模組110a，但由於感測光束70a、70c並未被反射器120完全反射，因此光學感測模組110a的影像感測陣列112所感測的感測光束70a、70c的光強度較弱，而使影像感測陣列112的各個感測畫素上所感測到來自不同入射角度的感測光束70a、70b、70c的光強度並不相同。

圖2A是圖1A的影像感測陣列的感測畫素區的示意圖。舉例而言，請同時參照圖1B與圖2A，在本實施例中，感測光束70a、70b、70c入射至光學感測模組110a的一感測畫素區SA上的入射角度分別為不同的入射角度θ 1、θ 2、θ 3，且如圖2A所示，而以入射角度θ 2入射至光學感測模組110a的感測畫素區SA上的感測光束70b，其光強度最強(如圖2A所示)。換言之，入射角度θ 2為感測光束70入射至此感測畫素區SA的主要入射角度。在此，各感測畫素區所對應的主要入射角度的定義為從主要入射角度入射一感測畫素區SA的感測光束70相較於從其他入射角度入射此感測畫素區SA的感測光束70的光強度較強，也就是說，從主要入射角度入射至光學感測模組110a的感測光束70具有一最大光強度。

進一步而言，當光學觸控裝置100具有較大尺寸，而使得觸控感測區域TA的平面產生變形時，各感測畫素區所對應的主要入射角度並不相同。因此，為了可取得良好的反射訊號以利進行觸控點的判斷，當光學觸控裝置100進行觸控偵測時，處理器130會取得各感測畫素區對應的主要入射角度，並藉此進行感測光束70的偵測。

圖2B是圖1A的影像感測陣列的示意圖。另一方面，由於當感測光束70被距離光學感測模組110a相對較遠的角落的反射器120反射回光學感測模組110a時，其光強度相對而言亦較微弱，因此其所入射的感測畫素區的所對應的入射角度範圍亦會較小。舉例而言，如圖1A及圖2B所示，反射器120的第一邊界位置P1、第二邊界位置P2、第三邊界位置P3與鄰近光學感測模組110a的第四邊界位置P4分別對應於觸控感測區域TA的四個角落。當感測光束70被反射器120的第一邊界位置P1、第二邊界位置P2、第三邊界位置P3反射回光學感測模組110a時，其將分別被光學感測模組110a的第一感測畫素區SA1、第二感測畫素區SA2以及第三感測畫素區SA3所接收，其中第一感測畫素區SA1位於第二感測畫素區SA2與第三感測畫素區SA3之間。進一步而言，以不同入射角度入射至光學感測模組110a的感測光束70並會分別在第一感測畫素區SA1、第二感測畫素區SA2以及第三感測畫素區SA3上形成亮區部分(如圖2B所示的白色區域)。在本實施例中，由於第一邊界位置P1與光學感測模組110a之間的距離大於反射器120上的其他位置與光學感測模組110a之間的距離，因此光學感測模組110a的第一感測畫素區SA1上的亮區的範圍最小，這也意味著第一感測畫素區SA1的入射角度範圍的選擇較為有限。

承上述，由於當觸控平面發生變形會導致觸控點判斷的困難多是由於觸控感測區域TA的四個角落將不會落在同一平面上而致，且與觸控感測區域TA的角落相對應的感測畫素區SA1、SA2、SA3的主要入射角度的大小會是所有感測畫素區的主要入射角度的集合的邊界值，因此若可先取得了這些與觸控感測區域TA的角落相對應的感測畫素區SA1、SA2、SA3的主要入射角度，則可間接推知位於感測畫素區SA1、SA2、SA3之間的其他感測畫素區所對應的主要入射角度。

因此，本實施例的光學觸控裝置100將可先行取得部分感測畫素區所對應的主要入射角度，並藉此進行計算出其他的感測畫素區所對應的主要入射角度。如此，將可在不需針對光學感測模組110a上的所有感測畫素各自進行分析的情況下，即可取得各感測畫素所對應的主要入射角度，而可節省系統的運算時間，並提升觸控感測速率。以下將搭配圖3A至圖3C來對本實施例的光學觸控的感測方法的詳細步驟做進一步的說明。

圖3A是本發明一實施例的一種光學觸控的感測方法的流程圖。圖3B是圖3A實施例的影像感測陣列的示意圖。請參照圖3A，在本實施例中，光學觸控的感測方法例如可利用圖1的光學觸控裝置100來執行。以下並搭配光學觸控裝置100中的各構件及模組以對本實施例的光學觸控的感測方法的詳細步驟進行進一步的描述。

首先，執行步驟S310，選擇光學感測模組110a上的多個感測畫素區，並且依據各被選擇的感測畫素區所感測到的光強度分佈，從入射角度範圍中選擇出一主要入射角度。舉例而言，這些被選擇的感測畫素區可包括上述的第一感測畫素區SA1、第二感測畫素區SA2以及第三感測畫素區SA3。此外，在本實施例中，這些感測畫素區中可包括多個感測畫素，以有利於進行位於第二感測畫素區SA2以及第三感測畫素區SA3之間的第一感測畫素區 SA1所對應的主要入射角度的分析，但本發明不以此為限。在其他實施例中，這些感測畫素區亦可為單一感測畫素，此技術領域中具有通常知識者當可依據實際需求來設計感測畫素區的範圍，此處便不再贅述。

接著，執行步驟S320，根據這些被選擇的感測畫素區所對應的主要入射角度，計算出未被選擇的感測畫素區所對應的主要入射角度。具體而言，在本實施例中，計算出未被選擇的感測畫素區所對應的主要入射角度的方法包括根據這些被選擇的感測畫素區所對應的這些主要入射角度進行一線性內插運算。

更詳細而言，當處理器130取得了第一感測畫素區SA1、第二感測畫素區SA2以及第三感測畫素區SA3所對應的主要入射角度時，即意味著處理器130取得了第一感測畫素區SA1、第二感測畫素區SA2以及第三感測畫素區SA3中可接收到感測光束70的最大光強度之感測畫素的位置，並可據此執行線性內插運算。舉例而言，如圖3B所示，在本實施例中，處理器130可對第一感測畫素區SA1及第三感測畫素區SA3中可接收到感測光束70的最大光強度之感測畫素的位置進行線性內插運算，以求得這些未被選擇的感測畫素區可接收到感測光束70的最大光強度之感測畫素的位置(如圖3B所繪示的直線L13所對應之處)，而這亦即意味著處理器求得了位於第一感測畫素區SA1及第三感測畫素區SA3之間的未被選擇的感測畫素區所對應的主要入射角度。

此外，位於第一感測畫素區SA1及第二感測畫素區SA2 之間的其他感測畫素區，其所對應的主要入射角度以及可接收到感測光束70的最大光強度之感測畫素的位置，亦可透過對第一感測畫素區SA1及第二感測畫素區SA2中可接收到感測光束70的最大光強度之感測畫素的位置進行線性內插運算而求得，其方法與圖3B所示的步驟類似，在此就不予贅述。

如此一來，藉由本實施例的光學觸控的感測方法，在不需針對光學感測模組110a上的所有感測畫素各自進行分析的情況下，即可取得光學感測模組110a的各感測畫素所對應的主要入射角度，進而使得光學感測模組110a可藉此取得良好的反射訊號，以利進行觸控點的判斷，並同時節省了系統的運算時間。

圖4是物體觸碰圖1A的光學觸控裝置100的示意圖。舉例而言，請參照圖4，當觸控物O位於觸控感測區域TA上方，而遮斷反射器120所反射的部分光線時，將可分別於光學感測模組110a、110b的影像感測陣列112上造成陰影，且由於光學感測模組110a、110b皆可藉由前述的光學觸控的感測方法取得良好的反射訊號，因此當光學感測模組110a、110b感測到感測光束70被遮斷時，其由觸控物O所造成的陰影訊號亦較易被判讀。接著，處理器130可再根據光學感測模組110a、110b的感測結果以及利用三角定位法，計算出一觸控座標。因此在光學觸控裝置100的每次觸控感應時，光學感測模組110a、110b皆可藉由前述的光學觸控的感測方法節省系統的運算時間，並使光學觸控裝置100具有快速的觸控感測速率。

此外，前述的實施例中，被選擇的感測畫素區雖以包括第一感測畫素區SA1、第二感測畫素區SA2以及第三感測畫素區SA3為例示，但本發明並不以此為限。以下將搭配圖5，針對被選擇的感測畫素區的可能變化作出進一步的說明。

圖5是本發明另一實施例的影像感測陣列的示意圖。本實施例的光學觸控的感測方法與圖3A至圖3C的實施例的光學觸控的感測方法類似，而差異如下所述。在本實施例中，請參照圖5，被選擇的感測畫素區更包括至少一第四感測畫素區SA4以及至少一第五感測畫素區SA5，其中第四感測畫素區SA4位於第一感測畫素區SA1與第二感測畫素區SA2之間，且第五感測畫素區SA5位於第一感測畫素區SA1與第三感測畫素區SA3之間。

具體而言，在本實施例中，當求得了第四感測畫素區SA4以及第五感測畫素區SA5分別所對應的主要入射角度後，亦可選擇性地藉此求得其他未被選擇的未被選擇的感測畫素區所對應的主要入射角度。舉例而言，位於第三感測畫素區SA3及第五感測畫素區SA5之間的其他感測畫素區所對應的主要入射角度可根據對第三感測畫素區SA3及第五感測畫素區SA5所對應的主要入射角度來進行運算，其方法與圖3B所示的步驟類似，在此就不予贅述。另一方面，其他未被選擇的感測畫素區所對應的主要入射角度亦可分別透過第五感測畫素區SA5、第一感測畫素區SA1、第二感測畫素區SA2以及第四感測畫素區SA4所對應的主要入射角度來求得，其方法亦與圖3B所示的步驟類似，在此就不予贅述。

如此，當光學觸控裝置100的尺寸變得更大，而使得觸控感測區域TA的變形更加明顯時，本實施例的光學觸控的感測方法將可選擇性地透過第四感測畫素區SA4分段求取位於第一感測畫素區SA1與第二感測畫素區SA2之間的感測畫素區所對應的主要入射角度，或透過第五感測畫素區SA5分段求取位於第一感測畫素區SA1與第三感測畫素區SA3之間的感測畫素區所對應的主要入射角度，以更準確地求得未被選擇的感測畫素區所對應的主要入射角度以取得良好的反射訊號。如此一來，本實施例的光學觸控的感測方法，亦可在不需針對光學感測模組110a上的所有感測畫素各自進行分析的情況下，即可取得光學感測模組110a的各感測畫素所對應的主要入射角度，進而使得光學感測模組110a可藉此取得良好的反射訊號，以利進行觸控點的判斷，並同時節省了系統的運算時間。

此外，需要說明的是，在本實施例中，第四感測畫素區SA4或第五感測畫素區SA5的數量雖以一個為例示，但本發明不以此為限。在其他實施例中，第四感測畫素區SA4或第五感測畫素區SA5的數量可為多個。或是在另一實施例中，被選擇的感測畫素區亦可選擇性地針對第四感測畫素區SA4或第五感測畫素區SA5之其中一者來取得其所對應的主要入射角度。此技術領域中具有通常知識者當可依據實際需求來增減第四感測畫素區SA4或第五感測畫素區SA5的數量，此處便不再贅述。

承上述，由於本實施例的光學觸控的感測方法，可使光學感測模組110a藉此取得良好的反射訊號，節省系統的運算時間，因此亦可應用於圖1A的光學觸控裝置100中，使光學觸控裝置100具有快速的觸控感測速率，並達到與圖3A實施例的光學觸控的感測方法類似的功效，此處便不再贅述。

綜上所述，本發明的光學觸控的感測方法，在不需針對光學感測模組上的所有感測畫素各自進行分析的情況下，即可取得光學感測模組的各感測畫素所對應的主要入射角度，進而使得光學感測模組可藉此取得良好的反射訊號，以利進行觸控點的判斷，並同時節省了系統的運算時間。因此在光學觸控裝置的每次觸控感應時，皆具有快速的觸控感測速率。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S310、S320‧‧‧步驟

Claims

一種光學觸控的感測方法，適於藉由至少一光學感測模組提供並感測一感測光束，該感測光束行經一觸控感測區域，且該感測光束被一反射器反射回該光學感測模組，其中從該反射器上不同位置所反射回的該感測光束係以一入射角度範圍入射至該光學感測模組上的不同感測畫素區，而該光學觸控的感測方法包括：選擇該光學感測模組上的多個感測畫素區，並且依據各該被選擇的(selected)感測畫素區所感測到的光強度分佈，從該入射角度範圍中選擇出一主要入射角度，其中從該主要入射角度入射至該光學感測模組之該感測光束具有一最大光強度；以及根據該些被選擇的感測畫素區所對應的該些主要入射角度，計算出未被選擇的感測畫素區所對應的主要入射角度。
如申請專利範圍第1項所述的光學觸控的感測方法，其中該些被選擇的感測畫素區包括：一第一感測畫素區，該第一感測畫素區所接收的該感測光束係經由該反射器的一第一邊界位置反射回該光學感測模組；一第二感測畫素區；以及一第三感測畫素區，該第二感測畫素區以及該第三感測畫素區所接收的該感測光束係分別經由該反射器的一第二邊界位置以及一第三邊界位置反射回該光學感測模組，其中該第一邊界位置、該第二邊界位置、該第三邊界位置與該反射器鄰近該光學感測模組的一第四邊界位置分別對應於該觸控感測區域的四個角落。
如申請專利範圍第2項所述的光學觸控的感測方法，其中該第一邊界位置與該光學感測模組之間的距離大於該反射器上的其他位置與該光學感測模組之間的距離，且該第一感測畫素區位於該第二感測畫素區與該第三感測畫素區之間。
如申請專利範圍第3項所述的光學觸控的感測方法，其中該些被選擇的感測畫素區更包括至少一第四感測畫素區，且該第四感測畫素區位於該第一感測畫素區與該第二感測畫素區之間。
如申請專利範圍第3項所述的光學觸控的感測方法，其中該些被選擇的感測畫素區更包括至少一第五感測畫素區，且該第五感測畫素區位於該第一感測畫素區與該第三感測畫素區之間。
如申請專利範圍第3項所述的光學觸控的感測方法，其中該些被選擇的感測畫素區更包括至少一第四感測畫素區以及至少一第五感測畫素區，該第四感測畫素區位於該第一感測畫素區與該第二感測畫素區之間，且該第五感測畫素區位於該第一感測畫素區與該第三感測畫素區之間。
如申請專利範圍第1項所述的光學觸控的感測方法，其中計算出未被選擇的感測畫素區所對應的主要入射角度的方法包括：根據該些被選擇的感測畫素區所對應的該些主要入射角度進行一線性內插運算。
如申請專利範圍第1項所述的光學觸控的感測方法，其中該光學感測模組包括：一光源，適於提供該感測光束；以及一影像感測陣列，適於感測從該反射器反射回的該感測光束的光強度。
如申請專利範圍第8項所述的光學觸控的感測方法，其中該光源為發光二極體，且該影像感測陣列為區域感測器。
如申請專利範圍第1項所述的光學觸控的感測方法，更包括：當該光學感測模組感測到該感測光束被遮斷時，根據該光學感測模組的感測結果計算出一觸控座標。