TW201523395A - 光學觸控系統、光學感測模組及其運作方法 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種光學觸控系統、光學感測模組及其定位方法。該光學觸控系統識別位於一觸控表面之一物件的軌跡以執行其對應之手勢功能，其包含：一觸控表面、至少一影像感測器以及一處理單元。該觸控表面被劃分為至少兩個觸控區域。該影像感測器擷取具有該物件之影像的連續複數個圖像。該處理單元根據該複數個圖像之起始圖像中該物件之影像的起始位置確認該物件係位於該兩個觸控區域中何者，並辨識該複數個圖像中該物件之影像的軌跡以執行對應之手勢功能。

Description

光學觸控系統、光學感測模組及其運作方法

本發明係有關一種光學觸控系統、光學感測模組及其運作方法，特別是指一種藉由多個觸控區域以分別執行手勢功能之光學觸控系統及其運作方法。

觸控螢幕裝置是一種可讓使用者在螢幕上直接與應用程式互動之裝置。觸控螢幕裝置的種類繁多，其中光學觸控螢幕是常見之一種。

第1圖顯示一種習知之光學式觸控螢幕系統1，其揭露於美國專利公告號第4,782,328號。如圖1所示，光學式觸控螢幕系統1包括兩感測器11，兩感測器11用於擷取在觸控區域12上之物件13之影像。處理器14耦接兩感測器11，藉由分析兩感測器11所產生之影像，以決定出分別連接物件13與兩感測器11之感測路線(sensing path)15。處理器14再根據感測路線15計算出物件13之位置座標。光學式觸控螢幕系統1需使用兩個感測器11，使得光學式觸控螢幕系統1的成本較高。

第2圖顯示另一種習知之光學式觸控螢幕系統2。為降低成本，中華民國發明專利公開號第201003477號(相應案：美國專利第7689381 B2號)揭示一種光學式觸控螢幕系統2，其包括一反射鏡21、兩光源22、一影像感測器23與一處理器24。反射鏡21和兩光源22設置在觸控區域28周邊，反射鏡21用於產生物件25之一鏡像26。影像感測器23用於產生物件 25之影像與鏡像26之影像。處理器24分析通過物件25之影像之感測路線27與通過鏡像26之影像之感測路線27，以及根據兩感測路線27計算出物件25之座標。光學式觸控螢幕系統2僅需要使用一個影像感測器23，因此可具較低成本。

雖上述兩種光學式觸控螢幕系統(1，2)均可辨識物件(或手指)之軌跡，並執行對應之手勢功能，例如：換頁、旋轉或下拉選單。然該等先前技術僅定義一個觸控區域，因此有限之軌跡型式(例如：水平滑移、畫圓圈或向下滑移)所對應手勢功能亦顯不足，故無法滿足目前更多觸控功能或手勢功能多樣化之需求，從而相當限制觸控螢幕系統之使用。

有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種藉由多個觸控區域以分別執行手勢功能之光學觸控系統及其運作方法。可以於不同觸控區域將相同之軌跡型式對應至不同之手勢功能，故此可以倍增手勢功能之數量。

本發明目的之一在提供一種可倍增手勢功能之數量之光學觸控系統。

本發明另一目的之一在提供一種用於光學觸控系統之運作方法。

本發明另一目的之一在提供一種用於光學觸控系統之光學感測模組。

為達上述之目的，就其中一個觀點言，本發明提供了一種光學觸控系統，識別一物件的軌跡以執行其對應之手勢功能，其包含：一觸控表面，被劃分為至少兩個觸控區域，其中該物件係位於該觸控表面；至少一影像感測器，擷取具有該物件之影像的連續複數個圖像；以及一處理器，根據該複數個圖像中該物件之影像的軌跡確認係屬於該等觸控區域中一被 採用者，並辨識該軌跡以執行該被採用的觸控區域對應之一手勢功能。

在其中一種實施型態中，該處理器計算得到該軌跡之起始位置係位於該使用的觸控區域內，則確認該軌跡係屬於該使用的觸控區域。

在其中一種實施型態中，該處理器根據該複數個圖像之起始圖像中該物件之影像位於該影像感測器之影像感測視窗中之位置，以確認該軌跡係屬於該使用的觸控區域。

在其中一種實施型態中，該處理器計算得到該軌跡位於該使用的觸控區域內之部分的比率，以確認該軌跡係屬於該使用的觸控區域。

在其中一種實施型態中，該處理器根據該軌跡位於該影像感測器之影像感測視窗中各分區的比率，以確認該軌跡係屬於該使用的觸控區域。

在其中一種實施型態中，該被採用的觸控區域對應之該手勢功能與其他觸控區域對應之手勢功能不相同。

在其中一種實施型態中，該影像感測器之數量為二，又該兩個影像感測器設於該該觸控表面之一側邊的兩端，該系統另包含設於該觸控表面之其他側邊的一反射元件及至少一發光元件。

在前述實施型態中，該兩個影像感測器擷取該物件之影像與該物件於該反射元件中鏡像之影像，該處理器分析通過該物件之影像之感測路線與通過該鏡像之影像之感測路線以計算出該物件之座標。

就另一個觀點言，本發明提供了一種用於光學觸控系統之運作方法，識別一物件的軌跡以執行其對應之手勢功能，該運作方法包含：劃分該觸控表面為至少兩個觸控區域，其中該物件係位於該觸控表面；連續擷取具有該物件之影像的複數個圖像；根據該複數個圖像中該物件之影像的軌跡確認係屬於該等觸控區域中一被採用者；以及辨識該軌跡以執行該被採用的觸控區域對應之一手勢功能。

在其中一種實施型態中，該軌跡係分為複數個取樣點及複數個 連續向量，以確認該軌跡係屬於該使用的觸控區域。

就另一個觀點言，本發明提供了一種光學觸控系統，識別一物件的軌跡以執行其對應之手勢功能，其包含：一觸控表面，其中該物件係接近或接觸該觸控表面；至少一影像感測器，擷取具有該物件之影像的連續複數個圖像；以及一處理器，根據該複數個圖像中該物件之影像確認軌跡，並根據該軌跡之起始位置或該軌跡之路徑決定一手勢功能。

就另一個觀點言，本發明提供了一種光學感測模組，係用於一光學觸控系統以識別一物件的軌跡，其包含：至少一影像感測器，擷取具有該物件之影像的連續複數個圖像；以及一處理器，根據該複數個圖像中該物件之影像確認軌跡，並根據該軌跡之起始位置及該軌跡以產生一輸出訊號。

在前述實施型態中，該處理器確認該軌跡之起始位置或路徑位於該光學觸控系統之觸控表面之一預定觸控區域內，則該處理器之輸出訊號包括該觸控區域之有關資訊。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

1‧‧‧光學式觸控螢幕系統

11‧‧‧感測器

12‧‧‧觸控區域

13‧‧‧物件

14‧‧‧處理器

15‧‧‧感測路線

2‧‧‧光學式觸控螢幕系統

21‧‧‧反射鏡

22‧‧‧光源

23‧‧‧影像感測器

24‧‧‧處理器

25‧‧‧物件

26‧‧‧鏡像

27‧‧‧感測路線

28‧‧‧觸控區域

3‧‧‧光學觸控系統

331‧‧‧第一影像感測器

332‧‧‧第二影像感測器

34‧‧‧處理器

35‧‧‧物件

37‧‧‧感測路線

38‧‧‧觸控表面

381‧‧‧第一觸控區域

382‧‧‧第二觸控區域

39、39’‧‧‧軌跡

4‧‧‧光學觸控系統

41‧‧‧反射元件

421‧‧‧第一發光元件

422‧‧‧第二發光元件

43‧‧‧影像感測器

44‧‧‧處理器

47‧‧‧感測路線

48‧‧‧觸控區域

481‧‧‧第一側邊

482‧‧‧第二側邊

483‧‧‧第三側邊

484‧‧‧第四側邊

48a‧‧‧第一觸控區域

48b‧‧‧第二觸控區域

49‧‧‧軌跡

50‧‧‧影像感測視窗

51‧‧‧左側區

52‧‧‧中間區

53‧‧‧右側區

55‧‧‧影像

圖1顯示一種習知之光學式觸控螢幕系統。

圖2顯示另一種習知之光學式觸控螢幕系統。

第3A圖顯示本發明一實施例之光學觸控系統之示意圖。

第3B圖顯示第3A圖中光學觸控系統之不同操作之示意圖。

第4圖顯示本發明一實施例之光學觸控系統之示意圖。

第5A圖顯示本發明一實施例之觸控表面之示意圖。

第5B圖顯示第5A圖中影像感測器之影像感測視窗的示意圖。

本案係一種光學觸控系統及其運作方法，可以用於改善第1圖及第2圖中觸控系統，亦即可應用於具有多個或單一影像感測器之觸控系統。

第3A圖顯示本發明一實施例之光學觸控系統之示意圖。當一物件35(例如：手指或觸控筆(stylus pen))接觸光學觸控系統3之觸控表面38，該系統會計算而定位物件35所在之座標。光學觸控系統3包含一第一影像感測器331、一第二影像感測器332及一處理器34。觸控表面38被劃分為第一觸控區域381及第二觸控區域382，又第一影像感測器331及第二影像感測器332係用於擷取在第一觸控區域381或第二觸控區域382上之物件35之影像。本實施例之第一觸控區域381係觸控表面38之內部區，又第二觸控區域382係觸控表面38之邊框區，然本發明不受此實施例中畫分方式及畫分區域之數量所限制。

處理器34耦接兩感測器(331、332)，藉由分析兩感測器(331、332)所產生之影像以決定出分別連接物件34與兩感測器(331、332)之感測路線37，以及再根據感測路線37而計算出物件35之位置座標，亦即物件35之位置座標為兩感測路線37交點。

當使用者依照圖中軌跡39將物件35由起點向右滑移至終點，兩感測器(331、332)會連續擷取具有物件35之影像的連續複數個圖像(frame)，處理器34會根據該複數個圖像之起始圖像中物件35之影像的起始位置(物件35於最左邊之位置)，以確認該物件35係位於該兩個觸控區域(381、382)中何者，並辨識複數個圖像中物件35之影像的軌跡39以執行對應之手勢功能。舉例而言，本實施中處理器34確認物件35之起始位置係位於第一觸控區域381，且辨識物件35之軌跡39係向右滑移之直線，因此可決定將目前顯示之畫面換至下一頁。

第3B圖顯示第3A圖中光學觸控系統之不同操作之示意圖。圖中處理器34會確認物件35之起始位置係位於第二觸控區域382，且辨識物件35之軌跡39’係向右滑移之直線，因此可決定將目前選單之選項展開。相較於第3A圖中光學觸控系統之操作，雖物件35以相同方式之軌跡移動，但所對應手勢功能卻不同，其係因物件35之起始位置被確認為位於不同之觸控區域(381、382)。然物件35也可以於不同觸控區域(381、382)採相同方式之某些特定軌跡移動，但所對應手勢功能仍相同。

第4圖顯示本發明一實施例之光學觸控系統之示意圖。當一物件35接觸光學觸控系統4之觸控表面48，該系統會計算而定位物件35所在之座標。光學觸控系統4包含一反射元件41、一第一發光元件421、一第二發光元件422、一影像感測器43及一處理器44。反射元件41係設於觸控表面48的第一側邊481，又第一發光元件421和第二發光元件422係分別設於觸控表面48中相鄰的第二側邊482及第三側邊483。本實施例之觸控表面48的第四側邊484未設有反射元件或發光元件，然本發明之保護範圍不受此限。又本實施例中反射元件及發光元件之長度和數量的配置可以參見申請人先前之申請案，此亦為本發明之保護範圍。該反射元件41可以是一平面反射鏡(plane mirror)，但不以此為限定。第一發光元件及第二發光元件(421、422)可以是發出不可見光(invisible light)之線性光源，又影像感測器43具有一影像感測視窗(image-sensing window)與一濾波器(filter)。

反射元件41、第一發光元件421和第二發光元件422設置在觸控表面48周邊，反射元件41用於產生物件35之一鏡像(圖未示，請參見第2圖)。影像感測器43用於擷取物件35之影像與鏡像之影像。處理器44分析通過物件35之影像之感測路線47與通過鏡像之影像之感測路線(圖未示，請參見第2圖)，以及根據兩感測路線計算出物件35之座標。

觸控表面48被劃分為第一觸控區域48a及第二觸控區域48b， 又第一影像感測器43係用於擷取在第一觸控區域48a或第二觸控區域48b上之物件35之影像。本實施例之第一觸控區域48a係觸控表面48之左半區，又第二觸控區域38b係觸控表面48之右半區，然本發明不受此實施例中畫分方式及畫分區域之數量所限制。

當使用者依照圖中圓弧軌跡49將物件35由起點向下滑移至終點，感測器43會連續擷取具有物件35之影像的連續複數個圖像(frame)，處理器44會參考該複數個圖像之起始圖像中物件35之影像的起始位置(物件35於最左邊之位置)，以及評估圓弧軌跡49位於該兩個觸控區域(48a、48b)中何者較多，並辨識複數個圖像中物件35之影像的軌跡49以執行對應之手勢功能。舉例而言，本實施中處理器44確認物件35之起始位置係位於第一觸控區域48a；但將圓弧軌跡49分為複數個取樣點及連續向量判斷後，發現該軌跡49除起始位置及終點位置外大部分是落於第二觸控區域48b，且辨識物件35之軌跡49係順時鐘方向之圓弧線，因此可決定將目前顯示之畫面順時鐘方向旋轉180度，此手勢功能係執行第二觸控區域48b被賦予之一對應功能。若該軌跡49全部是落於第一觸控區域48a，則可以執行放棄回到前一次修改結果並跳至目前修改結果，或執行其他特定之手勢功能。因觸控表面48即為螢幕，故並無明確之線條區隔各觸控區域，所以本實施例可以應用於較多觸控區域之觸控表面，如此使用者能輕易使用各觸控區域賦予之手勢功能。

除了由物件35之位置座標確認其軌跡所在之觸控區域，亦可由影像感測器之影像感測視窗中物件影像所在像素單元(pixel cell)之位置，從而直接確認物件35之軌跡所在之觸控區域，故不需計算物件35之位置座標。第5A圖顯示本發明一實施例之觸控表面之示意圖，又第5B圖顯示第5A圖中影像感測器之影像感測視窗的示意圖。觸控表面58被劃分為第一觸控區域58a、第二觸控區域58b及第三觸控區域58c。影像感測器之影像感測視窗50(或圖像(frame))可以分為左側區51、中間區52及右側區53， 其中左側區51對應觸控表面48中靠近第四側邊484之第一觸控區域58a，又右側區53對應觸控表面48中靠近第三側邊483之第三觸控區域58c，另中間區51則對應觸控表面48之第二觸控區域58b。如圖所示，物件35之影像55位於左側區51內，因此可以得知物件35係落於靠近第四側邊484之第一觸控區域58a內，故可執行該觸控區域對應之一特定手勢功能。

前述處理器亦可根據該軌跡之起始位置及該軌跡以產生一輸出訊號，又該輸出訊號包括所採用觸控區域之有關資訊。系統可另包含一主機(圖未示)，由主機根據該輸出訊號執行該觸控區域對應之一特定手勢功能。

以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，觸控表面中觸控區域畫分方式及畫分區域之數量，可以不同於前述實施例之例示。或者，計算物件之軌跡所在觸控區域之比例或比率，及判斷應執行何觸控區域對應之一特定手勢功能，亦為本發明保護之範疇。本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。

3‧‧‧光學觸控系統

331‧‧‧第一影像感測器

332‧‧‧第二影像感測器

34‧‧‧處理器

35‧‧‧物件

37‧‧‧感測路線

38‧‧‧觸控表面

381‧‧‧第一觸控區域

382‧‧‧第二觸控區域

39‧‧‧軌跡

Claims (12)

1. 一種用於識別一物件的軌跡以執行其對應之手勢功能的方法，包含：劃分該觸控表面為至少兩個觸控區域，其中該物件係位於該觸控表面；連續擷取具有該物件之影像的複數個圖像；根據該複數個圖像中該物件之影像的軌跡確認係屬於該等觸控區域中一被採用者；以及辨識該軌跡以執行該被採用的觸控區域對應之一手勢功能；其中，該被採用的觸控區域對應之該手勢功能與其他觸控區域對應之手勢功能不相同。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於光學觸控系統之運作方法，其中確認該物件之影像的軌跡係屬於該被採用的觸控區域之步驟另包含：計算得到該軌跡之起始位置；及當該起始位置係位於該使用的觸控區域內，則確認該軌跡係屬於該使用的觸控區域。
3. 如申請專利範圍第1項所述之用於光學觸控系統之運作方法，其中確認該物件之影像的軌跡係屬於該被採用的觸控區域之步驟另包含：根據該物件之影像位於該複數個圖像之起始圖像中之位置，以確認該軌跡係屬於該使用的觸控區域。
4. 如申請專利範圍第1項所述之用於光學觸控系統之運作方法，其中確認該物件之影像的軌跡係屬於該被採用的觸控區域之步驟另包含：計算得到該軌跡位於該使用的觸控區域內之部分的比率；及根據該比率以確認該軌跡係屬於該使用的觸控區域。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控系統之運作方法，其中確認該物件之影像的軌跡係屬於該被採用的觸控區域之步驟另包含：根據該物件之影像位於該複數個圖像中各分區的比率，以確認該軌跡係屬於該使用的觸控區域。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控系統之運作方法，其中該軌跡係分為複數個取樣點及複數個連續向量，以確認該軌跡係屬於該使用的觸控區域。
7. 一種用於識別一物件的軌跡以執行其對應之手勢功能的方法，包含：劃分該觸控表面為至少兩個觸控區域，其中該物件係位於該觸控表面；計算該物件在該觸控表面的連續位置座標用以確認該物件在觸控表面之一軌跡；根據該物件在該觸控表面之該軌跡確認係屬於該等觸控區域中一被採用者；以及辨識該軌跡以執行該被採用的觸控區域對應之一手勢功能；其中，該被採用的觸控區域對應之該手勢功能與其他觸控區域對應之手勢功能不相同。
8. 如申請專利範圍第7項所述之用於光學觸控系統之運作方法，其中確認該物件之影像的軌跡係屬於該被採用的觸控區域之步驟另包含：計算得到該軌跡之起始位置；及當該起始位置係位於該使用的觸控區域內，則確認該軌跡係屬於該使用的觸控區域。
9. 如申請專利範圍第7項所述之用於光學觸控系統之運作方法，其中確認該物件之影像的軌跡係屬於該被採用的觸控區域之步驟另包含：根據該物件之影像位於該複數個圖像之起始圖像中之位置，以確認該軌跡係屬於該使用的觸控區域。
10. 如申請專利範圍第7項所述之用於光學觸控系統之運作方法，其中確認該物件之影像的軌跡係屬於該被採用的觸控區域之步驟另包含：計算得到該軌跡位於該使用的觸控區域內之部分的比率；及根據該比率以確認該軌跡係屬於該使用的觸控區域。
11. 如申請專利範圍第7項所述之光學觸控系統之運作方法，其中確認該物件之影像的軌跡係屬於該被採用的觸控區域之步驟另包含：根據該物件之影像位於該複數個圖像中各分區的比率，以確認該軌跡係屬於該使用的觸控區域。
12. 如申請專利範圍第7項所述之光學觸控系統之運作方法，其中該軌跡係分為複數個取樣點及複數個連續向量，以確認該軌跡係屬於該使用的觸控區域。