TWI470510B - 光學觸控裝置及觸控感測方法 - Google Patents

光學觸控裝置及觸控感測方法 Download PDF

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Description

光學觸控裝置及觸控感測方法
本發明關於一種光學觸控裝置及觸控感測方法，尤指一種將二影像感測單元分別設置於指示平面上成對角之二角落之光學觸控裝置及適用於此光學觸控裝置之觸控感測方法。
由於目前的消費性電子產品皆以輕、薄、短、小為設計之方向，因此，產品上已無空間容納如滑鼠、鍵盤等傳統輸入之工具。隨著觸控裝置技術的進步，在各種消費性電子產品中，例如顯示器、一體機(All in One)、行動電話、個人數位助理(Personal Digital Assistant，PDA)等產品已廣泛地使用觸控裝置作為其資料輸入之工具。目前，光學觸控裝置相較其他觸控技術，如電阻式、電容式、超音波式或投影影像式等，特別是在大尺寸的觸控顯示領域，具有更低成本與更易達成的優勢。
習知的光學觸控裝置利用相間隔之二個影像感應模組以偵測遮斷或是反射之光學方式感測一觸控物件(例如：手指或觸控筆)於指示平面上所指示的觸控點。當影像感測單元於指示平面上感測到觸控物件，光學觸控裝置之處理單元即可計算出觸控物件所指示的觸控點。
請參閱第1圖以及第2圖，第1圖為採用反射式先前技術之光學觸控裝置1的示意圖，第2圖為採用遮斷式先前技術之另一光學觸控裝置1'的示意圖。如第1圖所示，光學觸控裝置1包含一指示平面10、二影像感測單元12、一處理單元14以及二發光單元16。處理單元14電性連接於二影像感測單元12。二影像感測單元12分別設置於指示平面10之同一邊側之相對二角落。二發光單元16分別設置於二影像感測單元12旁。如第2圖所示，光學觸控裝置1'與光學觸控裝置1的主要不同之處在於，光學觸控裝置1'係將設置於影像感測單元12旁之發光單元16替換成多個設置於指示平面10之四周的發光單元16(例如可為發光邊條)。
當光學觸控裝置1或光學觸控裝置1'使用在單手指之單點觸控時，可以較簡單地利用三角定位方式計算出該手指之觸控點位置，但一旦遇到二指或多指之多點觸控時，處理單元14在辨視與計算觸控點位置上就較為複雜，且易產生誤判或干擾之狀況而需加以解決，例如所謂的”鬼點”問題即是一例。如第1圖與第2圖所示，當例如二個手指之二觸控物件同時碰觸於指示平面10上時，在二影像感測單元12交叉擷取影像之作用下，會產生二個觸控點RP1 、RP2 以及二個鬼點GP1 、GP2 ，此時處理單元14會根據二影像感測單元12感測到之影像計算出二觸控點RP1 、RP2 之座標以及二鬼點GP1 、GP2 之座標，再藉由某些特徵及條件來判斷及篩選辨認後認定二觸控點RP1 、RP2 才是真實觸控點，而只輸出該確認過後之二觸控點RP1 、RP2 之座標。由於鬼點GP1 、GP2 的出現會增加觸控判斷與演算法的複雜度與困難度，使得光學觸控裝置判斷錯誤的可能性提高，特別是在超過二手指以上的多點觸控裝置。
本發明提供一種光學觸控裝置，其將二影像感測單元分別設置於指示平面上成對角之二角落，以解決上述之問題。
本發明另提供一種使用於此光學觸控裝置之觸控感測方法。
根據一實施例，本發明之光學觸控裝置包含一指示平面、二影像感測單元以及一處理單元。二影像感測單元分別設置於指示平面上成對角之二角落，且二角落之連線為一對角線。處理單元電性連接於二影像感測單元。當二觸控點碰觸於指示平面上時，處理單元根據二影像感測單元感測到之影像判斷二觸控點是否分別位於對角線之二側，若二觸控點分別位於對角線之二側，處理單元根據二影像感測單元感測到之影像直接計算並輸出二觸控點之座標。
根據另一實施例，本發明之觸控感測方法適用於一光學觸控裝置，且光學觸控裝置包含一指示平面以及二影像感測單元，其中二影像感測單元分別設置於指示平面上成對角之二角落，且二角落之連線為一對角線。觸控感測方法包含：當二觸控點碰觸於指示平面上時，根據二影像感測單元感測到之影像判斷二觸控點是否分別位於對角線之二側；以及若二觸控點分別位於對角線之二側，根據二影像感測單元感測到之影像直接計算並輸出二觸控點之座標。
綜上所述，本發明之光學觸控裝置係將二影像感測單元分別設置於指示平面上成對角之二角落。當碰觸於指示平面上之二觸控點分別位於對角線之二側時，不會有鬼點出現，處理單元即可根據二影像感測單元感測到之影像直接計算並輸出二觸控點之座標。藉此，可大幅降低鬼點出現的機率，進而降低光學觸控裝置判斷錯誤的可能性。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
請參閱第3圖，第3圖為根據本發明一實施例之光學觸控裝置3的示意圖。如第3圖所示，光學觸控裝置3包含一指示平面30、二影像感測單元32以及一處理單元34。二影像感測單元32分別設置於指示平面30上成對角之二角落，且二角落之連線為一對角線36。處理單元34電性連接於二影像感測單元32。於實際應用中，指示平面30可為觸控面板，供使用者進行觸控操作；影像感測單元32可為電荷耦合元件(Charge-coupled Device,CCD)感測器或互補式金屬氧化半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)感測器，但不以此為限；處理單元34可為具有資料運算/處理功能之處理器或控制器。於實際應用中，可在二影像感測單元32旁設置如第1圖所示之發光單元16(例如反射式)，或在指示平面30之四周設置如第2圖所示之發光單元16(例如遮斷式)，視實際應用而定。需說明的是，若是在二影像感測單元32旁設置如第1圖所示之發光單元16，則可在指示平面30之四周設置反光元件或吸光元件，視實際應用而定。由於發光單元及其相關元件的設置可由習知技藝之人輕易達成，在此不再贅述。
當二觸控物件碰觸於指示平面30上時，處理單元34根據二影像感測單元32感測到之影像判斷該二觸控物件之二觸控點是否分別位於對角線36之二側。若二觸控點分別位於對角線36之二側，處理單元34即會根據二影像感測單元32感測到之影像直接計算並輸出二觸控點之座標。如第3圖所示，二觸控點RP1 、RP2 分別位於對角線36之二側，藉由將二影像感測單元32設置在對角的設計，因此就不會有鬼點出現。此時，處理單元34根據二影像感測單元32感測到之影像計算二觸控點RP1 、RP2 相對於對角線36之夾角α1 、β1 、α2 、β2 。接著，將夾角α1 、β1 、α2 、β2 以及對角線36之長度D代入下列公式一至公式四，即可計算出二觸控點RP1 、RP2 之座標(X1 ,Y1 )、(X2 ,Y2 )。
公式二：Y 1 =X 1 ×tanα1 。
公式四：Y 2 =X 2 ×tanα2 。
換言之，由於光學觸控裝置3係將二影像感測單元32分別設置於指示平面30上成對角之二角落，因此當碰觸於指示平面30上之二觸控點RP1 、RP2 分別位於對角線36之二側時，就不會有鬼點出現，處理單元34即可根據二影像感測單元32感測到之影像判定二觸控點RP1 、RP2 為真實觸控點而直接計算並輸出二觸控點RP1 、RP2 之座標(X1 ,X2 )、(Y1 ,Y2 )。藉此，可大幅降低鬼點出現的機率，進而降低光學觸控裝置3判斷錯誤的可能性。
請參閱第4A圖以及第4B圖，第4A圖為觸控點RP1 先碰觸於指示平面30上以及二影像感測單元32感測到之影像I1 、I2 的示意圖，第4B圖為二觸控點RP1 、RP2 碰觸於指示平面30上以及二影像感測單元32感測到之影像I1 '、I2 '的示意圖。如第4B圖所示，二觸控點RP1 、RP2 皆位於對角線36之同一側，因此會有二鬼點GP1 、GP2 出現。如第4A圖所示，當觸控點RP1 先碰觸於指示平面30上時，二影像感測單元32會分別感測到影像I1 、I2 ，其中影像I1 是左側的影像感測單元32由畫素P0 掃描至畫素PN 的感測結果，且影像I2 是右側的影像感測單元32由畫素P0 掃描至畫素PN 的感測結果。接著，當觸控點RP2 碰觸於指示平面30上時，二影像感測單元32會分別感測到影像I1 '、I2 '。此時，處理單元34便可根據影像I1 、I2 以及影像I1 '、I2 '中的亮度變化順序(亦即，二觸控點RP1 、RP2 出現之先後順序)辨識出RP1 、RP2 、GP1 、GP2 何二者才是真實觸控點，再計算並輸出二真實觸控點RP1 、RP2 之座標。換言之，若二觸控點RP1 、RP2 皆位於對角線36之同一側，且二觸控點RP1 、RP2 非同時碰觸於指示平面30上，處理單元34即可根據二影像感測單元32感測到二觸控點RP1 、RP2 出現之先後順序辨視出RP1 、RP2 為真實觸控點並輸出該二觸控點RP1 、RP2 之座標。需說明的是，觸控點RP1 、RP2 之座標亦可利用上述公式一至公式四來計算，在此不再贅述。
請參閱第5圖，第5圖為二觸控點RP1 、RP2 同時碰觸於指示平面30上以及二影像感測單元32感測到之影像I1 、I2 的示意圖。如第5圖所示，由於二觸控點RP1 、RP2 皆位於對角線36之同一側，因此會有二鬼點GP1 、GP2 出現。當二觸控點RP1 、RP2 同時碰觸於指示平面30上時，二影像感測單元32會分別感測到影像I1 、I2 ，其中影像I1 是左側的影像感測單元32由畫素P0 掃描至畫素PN 的感測結果，且影像I2 是右側的影像感測單元32由畫素P0 掃描至畫素PN 的感測結果。如影像I1 所示，距離左側的影像感測單元32較遠的觸控點RP1 的感測亮度較低，而距離左側的影像感測單元32較近的觸控點RP2 的感測亮度較高。如影像I2 所示，距離右側的影像感測單元32較遠的觸控點RP2 的感測亮度較低，而距離右側的影像感測單元32較近的觸控點RP1 的感測亮度較高。此時，處理單元34即可根據影像I1 、I2 中的亮度辨識出RP1 、RP2 、GP1 、GP2 何二者才是真實觸控點，再計算並輸出二真實觸控點RP1 、RP2 之座標。換言之，若二觸控點RP1 、RP2 皆位於對角線36之同一側，且二觸控點RP1 、RP2 同時碰觸於指示平面30上，處理單元34即可根據二影像感測單元32感測到二觸控點RP1 、RP2 之亮度辨視出RP1 、RP2 為真實觸控點並輸出該二觸控點RP1 、RP2 之座標。需說明的是，觸控點RP1 、RP2 之座標亦可利用上述公式一至公式四來計算，在此不再贅述。
請參閱第6圖，第6圖為碰觸於指示平面30上的二觸控點RP1 、RP2 正在移動中的示意圖。如第6圖所示，由於二觸控點RP1 、RP2 皆位於對角線36之同一側，因此會有二鬼點GP1 、GP2 出現。當二觸控點RP1 、RP2 正在指示平面30上移動時，由於二觸控點RP1 、RP2 的移動軌跡為已知，因此可利用觸控點RP1 、RP2 於前一時刻的觸控點RP1 '、RP2 '之位置來找出二觸控點RP1 、RP2 之位置。換言之，若二觸控點RP1 、RP2 皆位於對角線36之同一側，且二觸控點RP1 、RP2 碰觸於指示平面30上且正在移動中，處理單元34即可根據二觸控點RP1 、RP2 之移動軌跡辨識出RP1 、RP2 、GP1 、GP2 何二者才是真實觸控點，再計算並輸出二真實觸控點RP1 、RP2 之座標。需說明的是，觸控點RP1 、RP2 之座標亦可利用上述公式一至公式四來計算，在此不再贅述。
請參閱第7圖，第7圖為根據本發明一實施例之觸控感測方法的流程圖。第7圖中的觸控感測方法係適用於上述之光學觸控裝置3。如第7圖所示，首先，執行步驟S100，當二觸控點碰觸於指示平面30上時，由二影像感測單元32感測二觸控點之影像。接著，執行步驟S102，根據二影像感測單元32感測到之影像判斷二觸控點是否分別位於對角線36之二側。若二觸控點分別位於對角線36之二側(如第3圖所示)，執行步驟S104，根據二影像感測單元32感測到之影像直接計算並輸出二觸控點之座標。若二觸控點皆位於對角線36之同一側，且二觸控點非同時碰觸於指示平面30上(如第4A圖與第4B圖所示)，執行步驟S106，根據二影像感測單元32感測到二觸控點出現之先後順序辨識出二觸控點為真實觸控點，再計算並輸出二觸控點之座標。若二觸控點皆位於對角線36之同一側，且二觸控點同時碰觸於指示平面30上(如第5圖所示)，執行步驟S108，根據二影像感測單元32感測到二觸控點之亮度辨識出二觸控點為真實觸控點，再計算並輸出二觸控點之座標。若二觸控點皆位於對角線36之同一側，且二觸控點碰觸於指示平面30上且正在移動中(如第6圖所示)，執行步驟S110，根據二觸控點之移動軌跡辨識出二觸控點為真實觸控點，再計算並輸出二觸控點之座標。需說明的是，第7圖中的觸控感測方法之控制邏輯中的各個部分或功能皆可透過軟體、硬體或軟硬體的組合來實現。
綜上所述，本發明之光學觸控裝置係將二影像感測單元分別設置於指示平面上成對角之二角落。當碰觸於指示平面上之二觸控點分別位於對角線之二側時，不會有鬼點出現，處理單元即可根據二影像感測單元感測到之影像直接計算並輸出二觸控點之座標。藉此，可大幅降低鬼點出現的機率，進而降低光學觸控裝置判斷錯誤的可能性。此外，當碰觸於指示平面上之二觸控點皆位於對角線之同一側時，處理單元可選擇性地根據二影像感測單元感測到二觸控點出現之先後順序、二影像感測單元感測到二觸控點之亮度或二觸控點之移動軌跡，辨識出二觸控點為真實觸控點，再計算並輸出二觸控點之座標。值得一提的是，本發明之技術特徵不僅可以應用在可辨識二個觸控點之雙點觸控裝置上，對本領域具通常技術或知識之人亦當能知悉本發明亦可延伸適用於多點觸控裝置上。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
1、1'、3‧‧‧光學觸控裝置
10、30‧‧‧指示平面
12、32‧‧‧影像感測單元
14、34‧‧‧處理單元
16‧‧‧發光單元
36‧‧‧對角線
RP1 、RP2 、
GP1 、GP2 ‧‧‧鬼點
RP1 '、RP2 '‧‧‧觸控點
α1 、β1 、α2 、β2 ‧‧‧夾角
D‧‧‧長度
I1 、I2 、I1 '、I2 '‧‧‧影像
P0 、PN ‧‧‧畫素
S100-S110‧‧‧步驟
第1圖為先前技術之光學觸控裝置的示意圖。
第2圖為先前技術之另一光學觸控裝置的示意圖。
第3圖為根據本發明一實施例之光學觸控裝置的示意圖。
第4A圖為一觸控點先碰觸於指示平面上以及二影像感測單元感測到之影像的示意圖。
第4B圖為二觸控點碰觸於指示平面上以及二影像感測單元感測到之影像的示意圖。
第5圖為二觸控點同時碰觸於指示平面上以及二影像感測單元感測到之影像的示意圖。
第6圖為碰觸於指示平面上的二觸控點正在移動中的示意圖。
第7圖為根據本發明一實施例之觸控感測方法的流程圖。
3．．．光學觸控裝置
30．．．指示平面
32．．．影像感測單元
34．．．處理單元
36．．．對角線
RP1 、RP2 ．．．觸控點
α1 、β1 、α2 、β2 ．．．夾角
D．．．長度

Claims (8)

  1. 一種光學觸控裝置，包含：一指示平面，具有四角落；二影像感測單元，分別設置於該指示平面上之該四角落中成對角之二角落，該二角落之連線為一對角線；以及一處理單元，電性連接於該二影像感測單元；其中，該四角落中之其它二角落未設置額外的影像感測單元，當二觸控點碰觸於該指示平面上時，該處理單元根據該二影像感測單元感測到之影像判斷該二觸控點是否分別位於該對角線之二側，若該二觸控點分別位於該對角線之二側，該處理單元判斷無鬼點出現且根據該二影像感測單元感測到之影像直接計算並輸出該二觸控點之座標。
  2. 如請求項1所述之光學觸控裝置，其中若該二觸控點皆位於該對角線之同一側，且該二觸控點非同時碰觸於該指示平面上，該處理單元根據該二影像感測單元感測到該二觸控點出現之先後順序辨識出該二觸控點為真實觸控點，再計算並輸出該二觸控點之座標。
  3. 如請求項1所述之光學觸控裝置，其中若該二觸控點皆位於該對角線之同一側，且該二觸控點同時碰觸於該指示平面上，該處理單元根據該二影像感測單元感測到該二觸控點之亮度辨識出該二觸控點為真實觸控點，再計算並輸出該二觸控點之座標。
  4. 如請求項1所述之光學觸控裝置，其中若該二觸控點皆位於該 對角線之同一側，且該二觸控點碰觸於該指示平面上且正在移動中，該處理單元根據該二觸控點之移動軌跡辨識出該二觸控點為真實觸控點，再計算並輸出該二觸控點之座標。
  5. 一種觸控感測方法，適用於一光學觸控裝置，該光學觸控裝置包含一指示平面以及二影像感測單元，該指示平面具有四角落，該二影像感測單元分別設置於該指示平面上之該四角落中成對角之二角落，該二角落之連線為一對角線，該四角落中之其它二角落未設置額外的影像感測單元，該觸控感測方法包含：當二觸控點碰觸於該指示平面上時，根據該二影像感測單元感測到之影像判斷該二觸控點是否分別位於該對角線之二側；以及若該二觸控點分別位於該對角線之二側，判斷無鬼點出現且根據該二影像感測單元感測到之影像直接計算並輸出該二觸控點之座標。
  6. 如請求項5所述之觸控感測方法，另包含：若該二觸控點皆位於該對角線之同一側，且該二觸控點非同時碰觸於該指示平面上，根據該二影像感測單元感測到該二觸控點出現之先後順序辨識出該二觸控點為真實觸控點，再計算並輸出該二觸控點之座標。
  7. 如請求項5所述之觸控感測方法，另包含：若該二觸控點皆位於該對角線之同一側，且該二觸控點同時碰觸於該指示平面上，根據該二影像感測單元感測到該二觸控點之亮度辨識出該二觸控點為真實觸控點，再計算並 輸出該二觸控點之座標。
  8. 如請求項5所述之觸控感測方法，另包含：若該二觸控點皆位於該對角線之同一側，且該二觸控點碰觸於該指示平面上且正在移動中，根據該二觸控點之移動軌跡辨識出該二觸控點為真實觸控點，再計算並輸出該二觸控點之座標。
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