TWI414980B - 虛擬觸控裝置與相關方法 - Google Patents

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Description

虛擬觸控裝置與相關方法
本發明有關於一種虛擬觸控裝置與相關方琺，其以虛擬方式令使用者得以遠距離進行「觸控」，且該虛擬觸控裝置中，自處理器以後的電路與應用和現有觸控裝置完全相容。
觸控裝置已為現今常見之電子元件，可見於例如筆記型電腦之觸控板(touchpad)、或如自動櫃員機、個人數位助理機、電子辭典等之觸控式螢幕(touch screen or touch panel)等等。觸控裝置的基本結構大致如第1圖所示，由觸控介面10接收外部觸控輸入，並由處理器20來計算座標；如在不同時間取得不同的座標，便可計算位移與速度。目前各種觸控裝置是以電阻式或電容式的方式來感測觸控的位置。電阻式的驅動原理是利用電壓降的方式來定位座標，當電阻式觸控螢幕被碰觸的時候，由於迴路被導通產生電壓降，且在面板的水平和垂直方向上，隨位置的不同，電壓降也不同，因此控制器可根據電壓降來計算出座標。電容式的架構則是以ITO(Indium Tin Oxide)玻璃為主體，其驅動原理是在ITO玻璃的四角放電，使表面形成一個均勻的電場，當可以導電的物體，例如手指，使微量的電流導通流失，控制器便計算出電流流失的比例，並進而算出X軸和Y軸座標。
以上先前技術之觸控裝置所適用的範圍有其限制；如果應用的場合不適合直接在螢幕上操作，觸控螢幕的功能就都無法使用了。例如電視的螢幕過大，製作觸控面板的成本太高，另外使用者也不會離電視太近，因此也碰不到電視螢幕。又例如投影機，也同樣無法製作觸控螢幕。
本發明之目的在提供一種嶄新的虛擬觸控裝置，其應用場合可不受既有觸控裝置的限制，當使用者不能便利地接觸觸控裝置時，仍可操作使用觸控裝置，且此虛擬觸控裝置中，自處理器以後的電路與應用和現有觸控裝置完全相容。以下將本發明稱為「虛擬觸控裝置」，將現有需要實際接觸的觸控裝置稱為「實體觸控裝置」。
本發明之第二目的在提供一種虛擬觸控方法。
為達上述之目的，本發明提供了一種虛擬觸控裝置，包含：一虛擬觸控介面，此虛擬觸控介面上產生一畫面；一遙控裝置，可供使用者移動以與虛擬觸控介面互動，其中遙控裝置與虛擬觸控介面之互動結果產生座標或動作指令；一資料格式轉換裝置，將所產生的座標或動作指令轉換為符合實體觸控裝置格式的資料；以及一處理器，對轉換後的資料進行處理。
此外，根據本發明的另一觀點，也提供一種虛擬觸控方法，包含：提供一虛擬觸控介面，並在該虛擬觸控介面上產生一畫面；提供一遙控裝置；根據該遙控裝置與虛擬觸控介面之互動，產生座標或動作指令；將所產生的座標或動作指令轉換為符合實體觸控裝置格式的資料；以及對轉換後的資料進行處理。
上述虛擬觸控裝置與方法中，若該遙控裝置與虛擬觸控介面互動所產生的座標為相對座標，則宜將該相對座標轉換為絕對座標；此外，宜根據遙控裝置的座標輸出範圍和虛擬觸控介面的畫面顯示範圍的比例，進行座標轉換。
在其中一種實施型態中，遙控裝置設有一按鍵，其按下與放開表示對虛擬觸控介面的觸碰與離開；此外，當該按鍵按下的時間較長時，表示按下的壓力較大，當該按鍵按下的時間較短時，表示按下的壓力較小。
在另一種實施型態中，當移動遙控裝置的加速度大於一臨界值時，視為表示觸碰的動作指令，而當加速度小於該臨界值時，視為移動遙控裝置。此外，當移動遙控裝置的加速度大於該臨界值時，加速度越大，表示按下的壓力較大。
在另一種實施型態中，當該遙控裝置指向固定位置且停留時間低於一臨界值時，視為不觸碰；高於該臨界值時，則視為觸碰。此外，當停留時間高於該臨界值時，根據其停留時間的長短，轉換為虛擬之壓力值。
在另一種實施型態中，該遙控裝置與虛擬觸控介面以光學方式互動，且於其中一方起始偵測到另一方發出的光學信號時，視為觸碰，其後如座標改變則(1)視為移動而無觸碰，或(2)視為保持觸碰但也輸出移動訊號。
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。
本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示元件間的結構與功能關係，而非限定元件之形狀或其間之比例關係。
本發明之虛擬觸控裝置可(但不限於)應用於遠距離的控制、而不絕對需要實際的碰觸，但因本發明目的之一在於對現有實體觸控裝置提供另一種解決方案，因此仍沿用「觸控裝置」之用語。
請參閱第2與第3圖，本發明之虛擬觸控裝置基本上包括遙控裝置100、虛擬觸控介面110、處理器120、以及資料格式轉換裝置130。虛擬觸控介面110上產生一畫面；使用者透過遙控裝置100和虛擬觸控介面110互動，經由互動產生座標或其他有意義的動作指令(例如，按下某一位置)。使用者使用遙控裝置100的方式例如可包括移動遙控裝置100或按下遙控裝置100上的按鍵等；當然，當使用者移動遙控裝置100時，虛擬觸控介面110上宜顯示出對應的位置，以便利使用者識別。經由互動所產生的座標或動作指令可以在遙控裝置100端將其轉換成電子訊號(第2圖)，或在虛擬觸控介面110端將其轉換成電子訊號(第3圖)，再透過資料格式轉換裝置130轉換為符合現有實體觸控裝置格式的資料，傳送給處理器120加以處理。由於資料經過轉換成為適當的格式，因此處理器120中的軟體可以沿用現有實體觸控裝置的軟體，不需要另行重新開發，亦即就處理器120以及其後端的電路與應用而言，與現有實體觸控裝置完全相容。
遙控裝置100和虛擬觸控介面110可視應用的需求而體現為各種類型的實體設備，例如遙控裝置100可為電視或影音設備的遙控器、電子遊樂器的控制器或指向裝置(如玩具槍枝)、或可投射光線(例如但不限於為準直光)的物體(如雷射筆或其他特製之專用光源)、或可接收光線的物體等等，而虛擬觸控介面110可為電視螢幕、或投影設備加上投影螢幕等等。
遙控裝置100和虛擬觸控介面110可以使用有線或無線方式溝通，僅需能夠根據遙控裝置100的移動產生不同的座標，即可。舉例而言，假設遙控裝置100為影音設備的遙控器，而虛擬觸控介面110為投影設備加上投影螢幕，則可在投影設備或投影螢幕上設置光源，並在遙控裝置100上設置影像感測器；兩者間以光學方式互動，當遙控裝置100移動時，影像感測器將感測到不同的影像，便可計算出座標與位移。(當然，亦可將光源與影像感測器的位置對換，在遙控裝置100上設置光源，而在投影設備或投影螢幕上設置影像感測器；或是將光源與影像感測器安置在同一側，而在另一側設置反射材料等。)或是，遙控裝置100上可設置重力感測計(gyro-sensor)或加速度計等，並給定一個初始座標，如此即可根據初始座標與感測到的重力變化或加速度變化，來推算位移與目前的座標。以上所述均為目前已有的技術，其細節不詳予贅述。
資料格式轉換裝置130可以為一個獨立的電路，或亦可整合在遙控裝置100內、或是整合在虛擬觸控介面110內、或是整合在處理器120之內。資料格式轉換裝置130接收自遙控裝置100(第2圖)或虛擬觸控介面110(第3圖)而來的座標或動作指令，將其轉換為符合現有實體觸控裝置格式的資料，傳送給處理器120。詳言之，現有實體觸控裝置所定義的資料格式包括「1.二維座標、2.是否觸碰(tip switch)、3.深度範圍(in-range)、4.壓力」四個項目；根據本發明，可依以下方式處理，將資料格式轉換裝置130所接收的座標或動作指令，轉換為與現有實體觸控裝置相容：
1.　二維座標
現有實體觸控裝置係根據絕對座標來進行運算(亦即，觸控介面上的每一位置都有一絕對座標值)。若資料格式轉換裝置130所接收的座標為相對座標(目前位置相對於前一位置的差距量)，則資料格式轉換裝置130宜先將該相對座標轉換為絕對座標。例如，可在啟動遙控裝置100時經由對準步驟賦予遙控裝置100一個初始座標，則後續遙控裝置100的任何移動都可轉換為絕對座標。此外，資料格式轉換裝置130宜將所接收的座標，經過放大縮小的轉換(scaling)後再輸出給處理器120，其中轉換的方式可依照遙控裝置100的座標輸出範圍跟虛擬觸控介面110顯示範圍的比例來轉換，使處理器120所處理的座標對應於虛擬觸控介面110的座標。
2.　是否觸碰(tip switch)
在本發明的虛擬觸控裝置中，「是否觸碰」這個動作指令有多種方式可以達成，例如可定義遙控裝置100上的一個按鍵，其按下與放開對應於對虛擬觸控介面110的觸碰與離開。或是，可定義遙控裝置100的某些特殊動作(如小範圍快速畫圓或上下抖動等)表示單次觸碰。表示觸碰的動作指令和移動遙控裝置100兩者間可根據加速度來區隔，當加速度大於某一臨界值時，可視為表示觸碰的動作指令，而當加速度小於某一臨界值時，則可視為使用者欲移動遙控裝置100。
再舉一例，如遙控裝置100為可投射光線的物體(此情況下遙控裝置100包含光源)而虛擬觸控介面110中設置有影像感測器，則遙控裝置100上光源的發亮與否(或其他形式的光學信號發出與否)，也可以定義為觸碰，當光源發亮而令影像感測器偵測到光時，表示觸碰；當光源關閉或影像感測器偵測不到光時，表示離開。此例中由於當影像感測器偵測到光時即表示觸碰，因此可以區分「觸碰」與「移動而不觸碰」，其區分方式例如可為：(1)可在螢幕圖像上安排「觸控區」與「非觸控區」。參見第4圖，在螢幕圖像中，區塊41-44具有觸碰功能，但在區塊與區塊之間則不具有觸碰功能，如光線在區塊之間移動便不會啟動觸碰功能；或(2)當影像感測器初偵測到光時表示觸碰；接著所投射光線在投影螢幕上移動時，則視為不觸碰；或(3)當光線在投影螢幕上某一位置停留超過一臨界時間時，視為觸碰，低於該臨界時間時，視為單純移動；或(4)當影像感測器初偵測到光時表示觸碰；接著所投射光線在投影螢幕上移動時，則視為保持觸碰但也輸出移動訊號。如使用上述方法，則光線的投射或影像感測器是否致能(光源的開/關與影像感測器的致能/禁能可視為等效，此外如前所述，光源與影像感測器的位置可以互換)，可以用按鍵控制，也可以用壓力控制，例如假設遙控裝置100為筆狀物，則將筆壓在投影螢幕上，就點亮光源，亦屬一種實施型態。
3.深度範圍(in-range)
某些實體觸控裝置可支援第三維度的偵測，判斷物體是否靠近觸控介面，以啟動觸控功能。某些實體觸控裝置並不支援此功能，則僅有當物體實際接觸觸控介面時才啟動觸控功能。本發明由於可進行遠距離的虛擬觸控，因此本就已具備此功能。本發明中，如有必要，亦可使用專用按鈕來啟動 或關閉第三維度的偵測，使遠距離的虛擬觸控僅在某一範圍內實施。
4.壓力
根據本發明，亦有多種方式可以偵測「壓力」，例如可定義遙控裝置100上的一個按鍵，其按下與放開對應於虛擬觸控介面110的觸碰與離開，而其按下的時間長短則對應於壓力的大小，時間越長表示壓力越大，時間越短表示壓力越小。或是，當移動遙控裝置100的加速度大於某一臨界值時，視為表示觸碰的動作指令，在超過該臨界值的情況下，加速度值越大，表示壓力越大。再舉一例，如遙控裝置100為可投射光線的物體，則光線在某一位置停留的時間，也可以轉換成虛擬的壓力值，停留時間越長，壓力越大，停留時間越短則壓力越小；例如，當停留時間低於某臨界值時，視為不觸碰；高於該臨界值時，則視為觸碰，並根據停留時間轉換為虛擬的壓力值。
以上說明資料格式轉換裝置130可將所接收的座標或動作指令，轉換為與現有實體觸控裝置相容，因此處理器120及其以後的電路與相關軟體，都可沿用現有實體觸控裝置的既有元件與軟體，使本發明易於實施且可降低成本，達到經濟效益。資料格式轉換裝置130本身可以使用硬體、軟體或韌體來達成。
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，均應包含在本發明的範圍之 內。
10‧‧‧處理器
20‧‧‧觸控介面
41-44‧‧‧區塊
100‧‧‧遙控裝置
110‧‧‧虛擬觸控介面
120‧‧‧處理器
130‧‧‧資料格式轉換裝置
第1圖示出先前技術之實體觸控裝置。
第2圖示出本發明之虛擬觸控裝置的第一個實施例。
第3圖示出本發明之虛擬觸控裝置的第二個實施例。
第4圖示出可在螢幕圖像上安排「觸控區」與「非觸控區」。
100．．．遙控裝置
110．．．虛擬觸控介面
120．．．處理器
130．．．資料格式轉換裝置

Claims (21)

  1. 一種虛擬觸控裝置，包含：一虛擬觸控介面，此虛擬觸控介面上產生一畫面；一遙控裝置，可供使用者移動以與虛擬觸控介面互動，其中遙控裝置與虛擬觸控介面之互動結果產生座標或動作指令；一資料格式轉換裝置，將所產生的座標或動作指令轉換為符合實體觸控裝置格式的資料；以及一處理器，對轉換後的資料進行處理，其中該遙控裝置設有一按鍵，其按下與放開表示對虛擬觸控介面的觸碰與離開，且其中該遙控裝置至少提供「接觸該虛擬觸控介面且同時產生座標」、「不接觸該虛擬觸控介面但產生座標」、及「不接觸該虛擬觸控介面且也不產生座標」之三種操作功能。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之虛擬觸控裝置，其中該資料格式轉換裝置將所接收的相對座標轉換為絕對座標。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之虛擬觸控裝置，其中該資料格式轉換裝置根據遙控裝置的座標輸出範圍和虛擬觸控介面的畫面顯示範圍的比例，進行座標轉換。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之虛擬觸控裝置，其中當該按鍵按下的時間較長時，表示按下的壓力較大；當該按鍵按下的時間較短時，表示按下的壓力較小。
  5. 一種虛擬觸控裝置，包含：一虛擬觸控介面，此虛擬觸控介面上產生一畫面；一遙控裝置，可供使用者移動以與虛擬觸控介面互動，其中遙控裝置與虛擬觸控介面之互動結果產生座標或動作指令；一資料格式轉換裝置，將所產生的座標或動作指令轉換為 符合實體觸控裝置格式的資料；以及一處理器，對轉換後的資料進行處理，其中當移動遙控裝置的加速度大於一臨界值時，視為表示觸碰的動作指令，而當加速度小於該臨界值時，視為移動遙控裝置。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之虛擬觸控裝置，其中當移動遙控裝置的加速度大於該臨界值時，加速度越大，表示按下的壓力較大。
  7. 一種虛擬觸控裝置，包含：一虛擬觸控介面，此虛擬觸控介面上產生一畫面；一遙控裝置，可供使用者移動以與虛擬觸控介面互動，其中遙控裝置與虛擬觸控介面之互動結果產生座標或動作指令；一資料格式轉換裝置，將所產生的座標或動作指令轉換為符合實體觸控裝置格式的資料；以及一處理器，對轉換後的資料進行處理，其中當該遙控裝置指向固定位置且停留時間低於一臨界值時，視為不觸碰；高於該臨界值時，則視為觸碰。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之虛擬觸控裝置，其中當停留時間高於該臨界值時，根據其停留時間的長短，轉換為虛擬之壓力值。
  9. 一種虛擬觸控裝置，包含：一虛擬觸控介面，此虛擬觸控介面上產生一畫面；一遙控裝置，可供使用者移動以與虛擬觸控介面互動，其中遙控裝置與虛擬觸控介面之互動結果產生座標或動作指令；一資料格式轉換裝置，將所產生的座標或動作指令轉換為符合實體觸控裝置格式的資料；以及 一處理器，對轉換後的資料進行處理，其中該遙控裝置與虛擬觸控介面以光學方式互動，且於其中一方起始偵測到另一方發出的光學信號時，視為觸碰，其後如座標改變則視為移動而無觸碰。
  10. 一種虛擬觸控裝置，包含：一虛擬觸控介面，此虛擬觸控介面上產生一畫面；一遙控裝置，可供使用者移動以與虛擬觸控介面互動，其中遙控裝置與虛擬觸控介面之互動結果產生座標或動作指令；一資料格式轉換裝置，將所產生的座標或動作指令轉換為符合實體觸控裝置格式的資料；以及一處理器，對轉換後的資料進行處理，其中該遙控裝置設有一按鍵，其按下與放開表示對虛擬觸控介面的觸碰與離開，且其中該遙控裝置至少提供「接觸該虛擬觸控介面且同時產生座標」、「不接觸該虛擬觸控介面但產生座標」、及「不接觸該虛擬觸控介面且也不產生座標」之三種操作功能，其中該遙控裝置與虛擬觸控介面以光學方式互動，且於其中一方起始偵測到另一方發出的光學信號時，視為觸碰，其後如座標改變則視為保持觸碰但也輸出移動訊號。
  11. 如申請專利範圍第1至10項任一項所述之虛擬觸控裝置，其中該遙控裝置為電視或影音設備的遙控器、電子遊樂器的控制器或指向裝置、可投射光線的物體、或可接收光線的物體。
  12. 一種虛擬觸控方法，包含：提供一虛擬觸控介面，並在該虛擬觸控介面上產生一畫面； 提供一遙控裝置，其中該遙控裝置設有一按鍵，其按下與放開表示對虛擬觸控介面的觸碰與離開；根據該遙控裝置與虛擬觸控介面之互動，產生座標或動作指令；將所產生的座標或動作指令轉換為符合實體觸控裝置格式的資料；以及對轉換後的資料進行處理，其中該遙控裝置至少提供「接觸該虛擬觸控介面且同時產生座標」、「不接觸該虛擬觸控介面但產生座標」、及「不接觸該虛擬觸控介面且也不產生座標」之三種操作功能。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之虛擬觸控方法，其中該遙控裝置與虛擬觸控介面互動所產生的座標為相對座標，且方法更包含：將該相對座標轉換為絕對座標。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之虛擬觸控方法，更包含：根據遙控裝置的座標輸出範圍和虛擬觸控介面的畫面顯示範圍的比例，進行座標轉換。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之虛擬觸控方法，其中當該按鍵按下的時間較長時，表示按下的壓力較大；當該按鍵按下的時間較短時，表示按下的壓力較小。
  16. 一種虛擬觸控方法，包含：提供一虛擬觸控介面，並在該虛擬觸控介面上產生一畫面；提供一遙控裝置；根據該遙控裝置與虛擬觸控介面之互動，產生座標或動作指令； 將所產生的座標或動作指令轉換為符合實體觸控裝置格式的資料；以及對轉換後的資料進行處理，其中當移動遙控裝置的加速度大於一臨界值時，視為表示觸碰的動作指令，而當加速度小於該臨界值時，視為移動遙控裝置。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之虛擬觸控方法，其中當移動遙控裝置的加速度大於該臨界值時，加速度越大，表示按下的壓力較大。
  18. 一種虛擬觸控方法，包含：提供一虛擬觸控介面，並在該虛擬觸控介面上產生一畫面；提供一遙控裝置；根據該遙控裝置與虛擬觸控介面之互動，產生座標或動作指令；將所產生的座標或動作指令轉換為符合實體觸控裝置格式的資料；以及對轉換後的資料進行處理，其中當該遙控裝置指向固定位置且停留時間低於一臨界值時，視為不觸碰；高於該臨界值時，則視為觸碰。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之虛擬觸控方法，其中當停留時間高於該臨界值時，根據其停留時間的長短，轉換為虛擬之壓力值。
  20. 一種虛擬觸控方法，包含：提供一虛擬觸控介面，並在該虛擬觸控介面上產生一畫面； 提供一遙控裝置；根據該遙控裝置與虛擬觸控介面之互動，產生座標或動作指令；將所產生的座標或動作指令轉換為符合實體觸控裝置格式的資料；以及對轉換後的資料進行處理，其中該遙控裝置與虛擬觸控介面以光學方式互動，且於其中一方起始偵測到另一方發出的光學信號時，視為觸碰，其後如座標改變則視為移動而無觸碰。
  21. 一種虛擬觸控方法，包含：提供一虛擬觸控介面，並在該虛擬觸控介面上產生一畫面；提供一遙控裝置；根據該遙控裝置與虛擬觸控介面之互動，產生座標或動作指令；將所產生的座標或動作指令轉換為符合實體觸控裝置格式的資料；以及對轉換後的資料進行處理，其中該遙控裝置與虛擬觸控介面以光學方式互動，且於其中一方起始偵測到另一方發出的光學信號時，視為觸碰，其後如座標改變則視為保持觸碰但也輸出移動訊號；又，其中該遙控裝置至少提供「接觸該虛擬觸控介面且同時產生座標」、「不接觸該虛擬觸控介面但產生座標」、及「不接觸該虛擬觸控介面且也不產生座標」之三種操作功能。
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