TWI475448B - 座標定位模組、光學式觸控系統及其計算觸控媒介之座標的方法 - Google Patents

Description

座標定位模組、光學式觸控系統及其計算觸控媒介之座標的方法

本發明係提供一種座標定位模組、光學式觸控系統及其計算觸控媒介之座標的方法，尤指一種可判斷觸控媒介已觸及觸控平面才啟動正確座標計算機制的座標定位模組、光學式觸控系統及其計算觸控媒介之座標的方法。

傳統的光學式觸控模組係將發光源設置在光學感測器的上方，如此可得到正確的光學遮斷路徑，確保光學式觸控模組的處理器計算出正確的物件遮斷位置。然而，發光源的垂直高度高於光學感測器的影像擷取鏡頭，使用者透過一物件來操控傳統的光學式觸控模組時，物件在尚未接近觸控表面前，便會遮斷光線而使得光學感測器偵測到觸控動作輸出，造成使用上的不便。若將發光源移至與光學感測器同一水平面的位置，物件遮蔽發光源所輸出之光線而產生的陰影會產生偏移，光學感測器無法根據擷取影像正確地計算物件遮斷位置。因此，如何克服先前技術之缺點，設計出一種可於物件幾乎觸及或直接觸及觸控平面時才啟動座標計算機制，以計算出正確的物件遮斷位置的光學式觸控系統，即為相關產業的重點發展目標。

本發明係提供一種可判斷觸控媒介以觸及觸控平面才啟動正確座標計算機制的座標定位模組、光學式觸控系統及其計算觸控媒介之座標的方法，以解決上述之問題。

本發明之申請專利範圍係揭露一種座標定位模組，用來計算一觸控媒介之一座標。該座標定位模組包含有至少一影像感測元件、一第一發光源、一第二發光源以及一處理器。該影像感測元件具有一側端與一上端，該影像感測元件擷取一反光元件所反射之至少一影像。該第一發光源，設置於該側端，用以輸出一第一光線。該第二發光源，設置於該上端，用以輸出一第二光線。該處理器電連接於該影像感測元件。該處理器根據該影像感測元件接收該第一光線所產生一第一影像用以判斷一觸控狀態，以及根據該影像感測元件接收該第二光線所產生至少一第二影像用以判斷一觸控位置。

本發明之申請專利範圍另揭露一種光學式觸控系統，用來計算一觸控媒介之一座標。該光學式觸控系統包含有一面板以及一座標定位模組。該座標定位模組設置於該面板上。該座標定位模組包含有至少一影像感測元件、一第一發光源、一第二發光源以及一處理器。該影像感測元件具有一側端與一上端，該影像感測元件擷取一反光元件所反射之至少一影像。該第一發光源，設置於該側端，用以輸出一第一光 線。該第二發光源，設置於該上端，用以輸出一第二光線。該處理器電連接於該影像感測元件。該處理器根據該影像感測元件接收該第一光線所產生一第一影像用以判斷一觸控狀態，以及根據該影像感測元件接收該第二光線所產生至少一第二影像用以判斷一觸控位置。

本發明之申請專利範圍另揭露一種計算一觸控媒介之一座標的方法。該方法包含有輸出一第一光線，輸出一第二光線，接收該第一光線所產生之一第一影像，根據該第一影像判斷一觸控狀態，接收該第二光線所產生之至少一第二影像，以及根據該第二影像以判斷一觸控位置。

本發明之光學式觸控系統不但可避免觸控媒介在未實際觸及面板的狀態下即執行座標運算機制，還可快速得到觸控媒介觸碰面板時的座標值，故有效提高了座標定位模組的定位速度及精準度。

請參閱第1A圖，第1A圖為本發明實施例之一光學式觸控系統10之示意圖。使用者可利用一觸控媒介12畫出線條軌跡，而光學式觸控系統10用來偵測觸控媒介12之一座標，以依據座標輸出相應的操作指令。光學式觸控系統10包含有一面板14以及一座標定位模組16。觸控媒介12可在 面板14之表面劃記，座標定位模組16則設置於面板14上，用以計算觸控媒介12的座標。一般來說，觸控媒介12可為使用者手指或一觸控筆。

如第1A圖所示，座標定位模組16包含有至少一影像感測元件18、一第一發光源20、一第二發光源22、一反光元件24以及一處理器26。反光元件24設置於面板14之至少一側，且影像感測元件18、第一發光源20以及第二發光源22設置於面板14之另一側。第一發光源20與第二發光源22分別用來輸出一第一光線B1及一第二光線B2，並經由反光元件24反射到影像感測元件18，以產生相應的第一影像與第二影像。面板14在相對影像感測元件18之一側設置一鏡面元件28，使得影像感測元件18可同時擷取觸控媒介12的實像虛像，進而計算座標。影像感測元件18具有一側端18A(斜線區域)以及一上端18B(點狀區域)，第一發光源20設置在側端18A，且第二發光源22設置在上端18B。

其中，座標定位模組16另可包含複數個影像感測元件18，分設於面板14的各端角或各端邊，如第1B圖所示。各影像感測元件18之上端設置發光源。第1B圖為本發明另一實施例之光學式觸控系統10之示意圖。座標定位模組16可利用觸控媒介12在每一個影像感測元件18的成像位置以三角函數計算座標。影像感測元件18之數量及配置位置不限 於前述實施例所述，端視設計需求而定。

此外，處理器26係電連接於影像感測元件18，處理器26可根據影像感測元件18所產生的第一影像判斷觸控媒介12與面板14之一觸控狀態。詳細來說，觸控媒介12進入座標定位模組16之偵測範圍會遮蔽第一光線B1，部分的第一光線B1被遮蔽而在反光元件24上產生一第一暗區域。影像感測元件18可擷取具有第一暗區域的第一影像，接著，處理器26分析第一暗區域在第一影像中成像的亮度值，以判斷觸控媒介12與面板14的觸控狀態。第一暗區域可為一個或多個欄的大小，或可設定一比較門檻值來判斷是否可構成一個第一暗區域。例如，本發明可設定遮蔽影像之尺寸小於三個欄者不屬於第一暗區域。

處理器26係比較第一影像的亮度值與一門檻值，並依據比較結果判斷觸控媒介12是否觸碰到面板14。第一影像之亮度值可包含多個亮度數值，且每一個亮度數值皆代表第一影像的其中一個欄的亮度數值；門檻值亦包含多個門檻數值，各門檻數值於對應第一影像的多個欄的亮度門檻。當第一影像的其中一個亮度數值低於門檻值時，此亮度數值的欄即為第一影像中的第一暗區域，處理器26可根據第一暗區域的亮度值判斷出觸控媒介12已經接觸到面板14。

另一方面，處理器26另可根據影像感測元件18所產生的第二影像來判斷觸控媒介12在面板14上的一觸控位置。當觸控媒介12置於面板14，觸控媒介12會遮蔽部分的第二光線B2，而在反光元件24形成一第二暗區域。接著，處理器26可執行第二影像之多個亮度值與至少一個門檻數值的比較，以找出第二暗區域在第二影像中成像的位置，並據此判斷觸控媒介12在面板14的觸控位置(意即計算出觸控媒介12的座標值)。第二暗區域可為一個或多個欄的大小，或可設定一比較門檻值來判斷是否可構成一個第二暗區域。例如，本發明可設定遮蔽影像之尺寸小於三個欄者不屬於第二暗區域。

如第1A圖所示，第一發光源20設置在側端18A，而第二發光源22設置在上端18B，使得第一發光源20相較第二發光源22更貼近面板14之表面(觸控媒介12用以劃記的觸控表面)。觸控媒介12進入座標定位模組16的偵測範圍時，處理器26先驅動影像感測元件18擷取第一影像，並根據第一影像中的第一暗區域的亮度值判斷觸控狀態。若判斷觸控媒介12已接觸到面板14(或觸控媒介12與面板14間之距離小於預設值)，處理器26另可開始執行第二影像之分析，以進一步計算觸控媒介12在面板14之表面的觸控位置(座標值)。

值得一提的是，處理器26另可選擇性電連接於第一發光源20與第二發光源22。處理器26可依序啟動影像感測元件18、第一發光源20以及第二發光源22，驅動影像感測元件18分別取得第一影像與第二影像，並交由處理器26同步進行觸控狀態及觸控位置的分析。或者為了有效節省座標定位模組16的能源消耗，處理器26還可以分段啟動(分時啟動)的方式控制第一發光源20與第二發光源22分別輸出第一光線B1及第二光線B2。第一發光源20及第二發光源22的光線輸出時間長度可以不同。若座標定位模組16具有多個影像感測元件18，則不同影像感測元件18可以是一次性輸出光線或是分別地輸出光線。在省電模式中，處理器26可先啟動第一發光源20產生第一影像，藉由分析第一影像，於判斷觸控媒介12已觸碰到面板14後關閉第一發光源20，且即時啟動第二發光源22產生第二影像，如此不但可計算出觸控媒介12在面板14的正確觸控位置，還可節約長時間開啟發光源而消耗的能量。

請參閱第2圖，第2圖為本發明第一實施例之計算觸控媒介12之座標的流程圖。第2圖所示之計算觸控媒介12之座標的方法適用於第1A圖所示的光學式觸控系統10。首先，執行步驟200，進行光學式觸控系統10的初始化設定。接著，執行步驟202，啟動第一發光源20。第一發光源20輸出第一光線B1，且第一光線B1會經由反光元件24反射 而在影像感測元件18形成第一影像。接著，執行步驟204，判斷觸控媒介12的觸控狀態。觸控媒介12置於面板14時，會遮蔽部分的第一光線B1而產生第一暗區域，因此影像感測元件18擷取的第一影像具有第一暗區域。處理器26係比較第一暗區域在第一影像中成像的亮度值與門檻值，判斷觸控媒介12是否有觸及面板14。若亮度值高於門檻值，判斷觸控媒介12未觸碰到面板14，執行步驟202；若亮度值低於門檻值，判斷觸控媒介12已觸碰面板14，則執行步驟206，啟動第二發光源22，此時可選擇性關閉第一發光源20以節省電力。

第二發光源22被啟動後會輸出第二光線B2，第二光線B2經由反光元件24之反射亦在影像感測元件18形成第二影像。由於觸控媒介12已置於面板14，意即觸控媒介12遮蔽了部分的第二光線而產生第二暗區域。故接著執行步驟208，計算觸控媒介12的位置，處理器26係根據第二暗區域在第二影像中成像的位置，計算觸控媒介12在面板14表面的觸控位置(座標值)。接著，執行步驟210，處理器26輸出觸控媒介12位於面板14的座標值，以供操作相應的應用程式，此時可選擇性關閉第二發光源22。輸出座標值後，座標定位模組16已完成一次性的觸控偵測及定位，因此回復到執行步驟202，再次啟動第一發光源20，用以驅使影像感測元件18擷取第一影像，及驅使處理器26根據第一影像判 斷觸控媒介12的另一階段的觸控狀態。

請參閱第3圖，第3圖為本發明第二實施例之計算觸控媒介12之座標的流程圖。第3圖所示之計算觸控媒介12之座標的方法適用於第1A圖所示的光學式觸控系統10。第二實施例之計算觸控媒介12之座標的步驟300-310實質相同於第一實施例所述方法的步驟200-210。第二實施例為另一種型態的省電模式，第二實施例與第一實施例的相異處在於，第二實施例在輸出觸控媒介12的座標值後，接著執行步驟312，判斷觸控媒介12是否離開面板14。若判斷觸控媒介12未離開面板14，影像感測元件18可再次擷取第二影像，交由處理器26分析第二暗區域的成像位置，來計算觸控媒介12在下一階段的觸控位置；若判斷觸控媒介12已離開面板14，處理器26可關閉第二發光源22及啟動第一發光源20，並驅使影像感測元件18擷取第一影像，以供處理器26分析第一影像中的第一暗區域，而判斷觸控媒介12在下一階段的觸控狀態。

進一步來說，為了達到節省能源之目的，第二實施例執行步驟312時，處理器26係比較第二影像之亮度值與門檻值，若多個亮度值皆高於相應的門檻數值，第二暗區域消失，表示觸控媒介12已離開面板14，故接著執行步驟302，啟動觸控媒介12之觸控狀態的偵測機制；若有至少一個亮 度數值低於相應的門檻數值，第二暗區域因觸控媒介12遮蔽第二光線B1而存在，意即觸控媒介12仍位於座標定位模組16的偵測範圍，觸控媒介12未離開面板14，則接著執行步驟308，以計算觸控媒介12在下一階段的觸控位置。

在第一實施例的方法中，處理器26在每一次輸出觸控媒介12的觸控位置後，便啟動觸控媒介12之觸控狀態的偵測機制，以計算出觸控媒介12於面板12上劃記過程的每一個座標值。在面板12上劃記時，無論觸控媒介12是否有脫離座標定位模組16的偵測範圍，處理器26皆會重覆地啟動觸控媒介12之觸控狀態的偵測機制，確保座標定位模組16可抓取到觸控媒介12在移動過程的每一個觸控位置。另一方面，第二實施例的方法可在輸出觸控媒介12的觸控位置後，逐次判斷觸控媒介12是否遠離面板12。若觸控媒介12未離開面板14，座標定位模組16便可使用處理器26即時分析影像感測元件擷取的第二影像，計算觸控媒介12於此階段的觸控位置。如此一來，本發明之光學式觸控系統10可利用第二實施例的方法提高座標偵測的計算速度，並節省啟動第一發光源20所需的能源消耗。

綜上所述，本發明之光學式觸控系統利用擺設在不同位置的兩個發光源，使得座標定位模組可先偵測觸控媒介是否觸碰到面板，並於觸控媒介與面板接觸後再執行座標計算機 制，不但可正確計算出觸控媒介於面板的座標值，還可達到節能省電的目的。設置於影像感測元件之側端的第一發光源，可在觸控媒介觸碰面板時在第一影像中產生第一暗區域，座標定位模組藉由比較第一暗區域的亮度值與門檻值，判斷觸控媒介相對面板的觸控狀態。設置於影像感測元件之上端的第二發光源，則在判斷觸控媒介已觸碰面板後啟動，使得座標定位模組可計算觸控媒介在面板上的正確觸控位置。因此，本發明之光學式觸控系統不但可避免觸控媒介在未實際觸及面板的狀態下即執行座標運算機制，還可快速得到觸控媒介觸碰面板時的座標值，故有效提高了座標定位模組的定位速度及精準度。

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。

10‧‧‧光學式觸控系統

12‧‧‧觸控媒介

14‧‧‧面板

16‧‧‧座標定位模組

18‧‧‧影像感測元件

18A‧‧‧側端

18B‧‧‧上端

20‧‧‧第一發光源

22‧‧‧第二發光源

24‧‧‧反光元件

26‧‧‧處理器

28‧‧‧鏡面元件

B1‧‧‧第一光線

B2‧‧‧第二光線

200、202、204、206、208、210‧‧‧步驟

300、302、304、306、308、310、312‧‧‧步驟

第1A圖為本發明實施例之光學式觸控系統之示意圖。

第1B圖為本發明另一實施例之光學式觸控系統之示意圖。

第2圖為本發明第一實施例之計算觸控媒介之座標的流程圖。

第3圖為本發明第二實施例之計算觸控媒介之座標的流程圖。

10‧‧‧光學式觸控系統

12‧‧‧觸控媒介

14‧‧‧面板

16‧‧‧座標定位模組

18‧‧‧影像感測元件

18A‧‧‧側端

18B‧‧‧上端

20‧‧‧第一發光源

22‧‧‧第二發光源

24‧‧‧反光元件

26‧‧‧處理器

28‧‧‧鏡面元件

B1‧‧‧第一光線

B2‧‧‧第二光線

Claims (28)

1. 一種座標定位模組，設置於一面板上以用來計算一觸控媒介在該面板之一座標，該座標定位模組包含有：至少一影像感測元件，具有一底端、一側端與一上端，該側端彎折連接在該底端和該上端之間使該底端與該上端為該影像感測元件的兩個相對端面，該底端貼附在該面板上，該影像感測元件擷取一反光元件所反射之至少一影像；一第一發光源，設置於該面板上且鄰近該側端，該第一發光源輸出一第一光線；一第二發光源，設置於該上端，該第二發光源輸出一第二光線，其中該面板與該第二發光源之出光方向的一夾角大於該面板與該第一發光源之出光方向的一夾角；以及一處理器，電連接於該影像感測元件，該處理器根據該影像感測元件接收該第一光線所產生一第一影像用以判斷一觸控狀態，以及根據該影像感測元件接收該第二光線所產生至少一第二影像用以判斷一觸控位置。
2. 如請求項1所述之座標定位模組，其中該第一影像係該第一光線經由該反光元件反射至該影像感測元件而產 生，而該第二影像係該第二光線經由該反光元件反射至該影像感測元件而產生。
3. 如請求項2所述之座標定位模組，其中該影像感測元件係感測該觸控媒介遮蔽至少部分該第一光線而在該反光元件上產生之一第一暗區域，並根據該第一暗區域在該第一影像中成像的亮度值判斷該觸控狀態。
4. 如請求項3所述之座標定位模組，其中當該第一暗區域在該第一影像中成像的亮度值低於一門檻值，則判斷該觸控媒介觸碰一面板。
5. 如請求項2所述之座標定位模組，其中該影像感測器係感測該觸控媒介遮蔽至少部分該第二光線而在該反光元件上產生之一第二暗區域，並根據該第二暗區域在該第二影像中成像的位置判斷該觸控位置。
6. 如請求項1所述之座標定位模組，其中該第一發光源較該第二發光源貼近一面板之一表面。
7. 如請求項1所述之座標定位模組，其中該處理器係分時啟動該第一發光源與該第二發光源。
8. 如請求項7所述之座標定位模組，其中該處理器係啟動該第一發光源以產生該第一影像，並根據該第一影像所取得該觸控狀態決定是否啟動該第二發光源以產生該第二影像。
9. 如請求項4所述之座標定位模組，其中該第一影像之該亮度值分別包含多個亮度數值，每一個亮度數值代表該第一影像的其中一個欄的亮度數值。
10. 如請求項4所述之座標定位模組，其中該門檻值包含多個門檻數值，用以對應該第一影像的多個欄分別對應的亮度門檻。
11. 一種光學式觸控系統，用來計算一觸控媒介之一座標，該光學式觸控系統包含有：一面板；以及一座標定位模組，設置於該面板上，該座標定位模組包含有：至少一影像感測元件，具有一底端、一側端與一上端，該側端彎折連接在該底端和該上端之間使該底端與該上端為該影像感測元件的兩個相對端面，該底端貼附在該面板上，該影像感測元件擷取一反光元件所反射之至少一影像； 一第一發光源，設置於該面板上且鄰近該側端，該第一發光源輸出一第一光線；一第二發光源，設置於該上端，該第二發光源輸出一第二光線，其中該面板與該第二發光源之出光方向的一夾角大於該面板與該第一發光源之出光方向的一夾角；以及一處理器，電連接於該影像感測元件，該處理器根據該影像感測元件接收該第一光線所產生一第一影像用以判斷一觸控狀態，以及根據該影像感測元件接收該第二光線所產生至少一第二影像用以判斷一觸控位置。
12. 如請求項11所述之光學式觸控系統，其中該第一影像係該第一光線經由該反光元件反射至該影像感測元件而產生，而該第二影像係該第二光線經由該反光元件反射至該影像感測元件而產生。
13. 如請求項12所述之光學式觸控系統，其中該影像感測元件係感測該觸控媒介遮蔽至少部分該第一光線而在該反光元件上產生之一第一暗區域，並根據該第一暗區域在該第一影像中成像的亮度值判斷該觸控狀態。
14. 如請求項13所述之光學式觸控系統，其中當該第一暗 區域在該第一影像中成像的亮度值低於一門檻值，則判斷該觸控媒介觸碰該面板。
15. 如請求項12所述之光學式觸控系統，其中該影像感測器係感測該觸控媒介遮蔽至少部分該第二光線而在該反光元件上產生之一第二暗區域，並根據該第二暗區域在該第二影像中成像的位置判斷該觸控位置。
16. 如請求項11所述之光學式觸控系統，其中該第一發光源較該第二發光源貼近該面板之一表面。
17. 如請求項11所述之光學式觸控系統，其中該處理器係分時啟動該第一發光源與該第二發光源。
18. 如請求項17所述之光學式觸控系統，其中該處理器係啟動該第一發光源以產生該第一影像，並根據該第一影像所取得該觸控狀態決定是否啟動該第二發光源以產生該第二影像。
19. 如請求項14所述之光學式觸控系統，其中該第一影像之該亮度值分別包含多個亮度數值，每一個亮度數值代表該第一影像的其中一個欄的亮度數值。
20. 如請求項14所述之光學式觸控系統，其中該門檻值包含多個門檻數值，用以對應該第一影像的多個欄分別對應的亮度門檻。
21. 一種計算一觸控媒介之一座標的方法，該方法應用於設置在一面板上的一座標定位模組，該座標定位模組包含至少一影像感測元件，該影像感測元件具有一底端、一側端與一上端，該側端彎折連接在該底端和該上端之間使該底端與該上端為該影像感測元件的兩個相對端面，且該底端貼附在該面板上，該方法包含有：由設置在該面板上且鄰近該側端的一第一發光源輸出一第一光線；由設置在該上端的一第二發光源輸出一第二光線，其中該面板與該第二發光源之出光方向的一夾角大於該面板與該第一發光源之出光方向的一夾角；接收該第一光線所產生之一第一影像；根據該第一影像判斷一觸控狀態；接收該第二光線所產生之至少一第二影像；以及根據該第二影像以判斷一觸控位置。
22. 如請求項21所述之方法，其另包含有：利用一反光元件將該第一光線反射至一影像感測元件，以產生該第一影像；以及 利用該反光元件將該第二光線反射至該影像感測元件，以產生該第二影像。
23. 如請求項22所述之方法，其另包含有：感測至少部分該第一光線被遮蔽而在該反光元件所產生之一第一暗區域；以及根據該第一暗區域在該第一影像中的亮度值判斷該觸控狀態。
24. 如請求項23所述之方法，其另包含有：該第一暗區域在該第一影像中成像的亮度值低於一門檻值時，判斷該觸控媒介觸碰一面板。
25. 如請求項22所述之方法，其另包含有：感測至少部分該第二光線被遮蔽而在該反光元件上產生之一第二暗區域；以及根據該第二暗區域在該第二影像中成像的位置判斷該觸控位置。
26. 如請求項21所述之方法，其另包含有：根據該第一影像所取得之該觸控狀態，決定是否輸出該第二光線以產生該第二影像。
27. 如請求項24所述之方法，其另包含有：比較該第二影像之亮度值與該門檻值；該亮度值高於該門檻值時，判斷該觸控媒介不觸碰該面板。
28. 如請求項21所述之方法，其中該第一光線由一第一發光源輸出，該第二光線由一第二發光源輸出，該第一影像與該第二影像由一影像感測元件所產生，且該第一發光源設置於該影像感測元件之一側端，該第二發光源設置於該影像感測元件之一上端。