TWI476664B - 多點觸控光學輸入裝置及方法 - Google Patents

Description

多點觸控光學輸入裝置及方法

本案係關於一種輸入裝置及方法，尤指一種多點觸控光學輸入裝置及方法。

近年來，觸控螢幕已成為消費性電子產品非常重要的人機介面，且逐漸地取代鍵盤、滑鼠及機械式按鍵的功能，使鍵盤、滑鼠及按機械式按鍵成為配件而非必要裝置。觸控螢幕的演進，從以往的單點觸控技術(single-touch)發展到現今的多點觸控技術(multi-touch)，而達到提供更多樣化之圖像應用控制功能，例如影像的旋轉、移動、縮放等等，以及提供更友善與更富趣味性之人機互動介面。

目前電子產品所使用的多點觸控技術包括電容式、電阻式、光學式、聲波式及影像辨識方式等等。然而，大部分之多點觸控技術必須架構於固定尺寸之面板及外框內，因此其操作範圍受面板尺寸及外框尺寸之限制。當欲將現有的多點觸控技術應用於較大尺寸之顯示螢幕時，例如投影螢幕或大尺寸顯示面板，則必須配合投影螢幕或面板及外框尺寸重新設計、佈線及調校，如此不只缺乏應用彈性，且會大幅增加生產成本及延後設計與產製之期程。

雖然利用影像擷取辨識之多點觸控技術較不受限於固定尺寸面板或外框等因素考量，但由於影像擷取辨識需較高的運算需求，因而導致反應速度較慢，且影像擷取辨識之多點觸控技術容易因環境光源的影響而造成影像辨識錯誤，進而產生誤判或是指標物體定位錯誤等缺失。如我國專利公開號TW201220129A1揭示一種三維動態操控方法及裝置，其係利用影像擷取裝置及影像辨識技術取得一控制件之座標。然而，該習用技術所使用之影像辨識方式係需較高的運算需求，導致運算時間增加，進而造成反應速度較慢，再者環境光源易影響影像辨識之結果，進而產生誤判或是指標物體定位錯誤等缺失。

另外，美國專利公開號US 2010/0207876A1揭示一種雷射掃描輸入裝置，其係藉由雷射掃描裝置及影像擷取裝置並利用三角座標法來計算得知標的物之座標，藉此以進一步獲得該標的物之相關立體資訊。由於該習用技術之運算過程較為複雜，導致運算時間增加或是容易產生計算錯誤等問題。

因此，如何發展一種可改善上述習用技術缺失之多點觸控光學輸入裝置及方法，實為目前需要研發之課題。

本案之目的在於提供一種多點觸控光學輸入裝置及方法，可因應影像顯示之實體平面的大小，實現多點觸控輸入之功能，俾解決習用技術中觸控範圍受面板及外框尺寸限制、易受環境光源影響及反應速度較慢等缺失。

本案之另一目的在於提供一種多點觸控光學輸入裝置及方法，可 適用於各種尺寸之影像顯示平面，且可以較低之生產成本及較快之設計與產製時間實現於較大尺寸之影像顯示平面。

為達上述目的，一種多點觸控光學輸入裝置，應用於影像顯示平面上形成觸控區域，多點觸控光學輸入裝置包括：至少一個雷射測距模組，設置於影像顯示平面之一側邊，以取得觸控區域中之至少一個指標物體與該雷射測距模組間之距離與角度資訊；以及處理單元，與雷射測距模組電性連接，用以接收雷測距模組所提供之距離與角度資訊，並因應地計算出該至少一個指標物體之平面座標位置。

為達上述目的，本案之另一較廣義實施態樣為提供一種多點觸控輸入方法，包括：提供多點觸控光學輸入裝置，其中多點觸控光學輸入裝置包括至少一個雷射測距模組以及處理單元，該至少一個雷射測距模組設置於影像顯示平面之一側邊，以於該影像顯示平面上形成觸控區域；該至少一個雷射測距模組取得觸控區域中之至少一個指標物體與雷射測距模組間之距離與角度資訊；以及處理單元接收該雷測距模組所提供之該距離與角度資訊，並因應地計算出至少一個指標物體之平面座標位置。

1‧‧‧多點觸控光學輸入裝置

11‧‧‧雷射測距模組

111‧‧‧本體

112‧‧‧雷射光發射器

113‧‧‧光接收器

114‧‧‧光學鏡組

115‧‧‧驅動單元

116‧‧‧容置空間

117‧‧‧開口

12‧‧‧處理單元

2‧‧‧影像顯示平面

21‧‧‧第一側邊

22‧‧‧中間區域

3‧‧‧觸控區域

4‧‧‧指標物體

5‧‧‧顯示器

6‧‧‧投影機

L‧‧‧雷射光束

D‧‧‧反射光

D1‧‧‧第一反射光

D2‧‧‧第二反射光

D3‧‧‧第三反射光

θ 1‧‧‧第一角度

θ 2‧‧‧第二角度

θ 3‧‧‧第三角度

C1‧‧‧第一延伸線段

C2‧‧‧第二延伸線段

T1‧‧‧第一距離

T2‧‧‧第二距離

T3‧‧‧第三距離

S11~S13‧‧‧步驟

第1A圖係為本案較佳實施例之多點觸控光學輸入裝置應用於一影像顯示平面之示意圖。

第1B圖係為第1A圖之多點觸控光學輸入裝置之結構示意圖。

第2圖係顯示本案之多點觸控光學輸入裝置對觸控區域中之複數個指標物體進行感測之示意圖。

第3圖係為本案之多點觸控光學輸入裝置之操作方法流程圖。

第4圖係為本案之多點觸控光學輸入裝置應用於一投影機所投射之影像顯示平面之示意圖。

第5A圖係為本案之多點觸控光學輸入裝置應用於一顯示器之影像顯示平面之示意圖。

第5B圖係為本案之多點觸控光學輸入裝置應用於一顯示器之影像顯示平面之示意圖。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第1A圖及第1B圖，其中第1A圖係為本案較佳實施例之多點觸控光學輸入裝置應用於一影像顯示平面之示意圖；第1B圖係為第1A圖之多點觸控光學輸入裝置之結構示意圖。本案之多點觸控光學輸入裝置1係應用於一影像顯示平面2，以於該影像顯示平面2上形成一觸控區域3。於本實施例中，影像顯示平面2可為一投影機所投射之影像顯示螢幕或一顯示器之影像顯示面板，但不以此為限。本案之多點觸控光學輸入裝置1包括至少一個雷射測距模組11(Laser Distance Sensing module)及一處理單元12，其中一個或複數個雷射測距模組11係設置於影像顯示平面2之一側邊，以用於取得觸控區域3中之一個或複數個指標物體4與該雷射測距模組11間之距離與角度資訊。於本實施例中，指標物體4 可為手指或筆，但不以此為限。處理單元12係與雷射測距模組11電性連接，以接收雷射測距模組11所提供之距離與角度資訊，並因應地計算出該指標物體4之平面座標位置。

雷射測距模組11包括本體111、雷射光發射器112、光接收器113、光學鏡組114及驅動單元115。其中，本體111具有一容置空間116及一開口117。雷射光發射器112、光接收器113、光學鏡組114及驅動單元115係設置於本體111之容置空間116內。雷射光發射器112係發射準直且具特定波長範圍之雷射光束L，且該雷射光束L可經由光學鏡組114導光後通過開口117而射出至觸控區域3。光接收器113係鄰設於雷射光發射器112，且用於接收雷射光束L經指標物體4反射之一反射光D，其中反射光D係經由開口117進入雷射測距模組11且藉由光學鏡組114導光至光接收器113。光學鏡組114係設置於雷射光束L及反射光D之光傳輸路徑中，以用於將雷射光發射器112所發射之雷射光束L導光至開口117後射出至觸控區域3，並且將進入開口117之反射光D導光至光接收器113。於一些實施例中，光學鏡組114係為反射鏡組，但不以此為限。驅動單元115可設定一預設頻率或一預設角速度進行往復式轉動，使得驅動單元115可於一預定之轉動角度範圍內進行轉動，例如180度或270度。光學鏡組114係固設於驅動單元115上，以藉由驅動單元115之帶動而因應地進行轉動，藉此雷射光發射器112所發射之雷射光束L便可利用光學鏡組114及驅動單元115之轉動而以一預定頻率或角速度於一水平面(亦即觸控區域3)進行掃描。

處理單元12係電性連接於雷射測距模組11，且用於接收雷射測距模組11所感測到有關指標物體4之距離與角度資訊。處理單元12 可依據指標物體4之距離與角度資訊，因應地計算出指標物體4之平面座標位置。處理單元12於取得指標物體4之平面座標位置後，可進一步地將座標位置資訊傳送至電子裝置之控制單元(未圖示)，藉此可與電子裝置於其影像顯示平面2上之圖像畫面相配合而可實現多點觸控之功能。

於本實施例中，多點觸控光學輸入裝置1可採用單一個雷射測距模組11，且以設置於影像顯示平面2之第一側邊21之一中間區域22為較佳。雷射測距模組11之雷射光束L之掃描範圍可設定為以雷射測距模組11為圓心，並以第一側邊21為徑長所掃描形成之半圓形區域。當然，於一些實施例中，多點觸控光學輸入裝置1亦可採用兩個雷射測距模組11，且以設置於影像顯示平面2之第一側邊21之兩相對端緣處為較佳，藉此可提升多點觸控光學輸入裝置1之觸控感測精準度。於一些實施例中，雷射測距模組11與處理單元12可設置於同一包覆殼體內。當然，雷射測距模組11與處理單元12亦可設置於不同之包覆殼體中。

請參閱第2圖及第3圖並配合第1A圖及第1B圖，其中第2圖係顯示本案之多點觸控光學輸入裝置對觸控區域中之複數個指標物體進行感測之示意圖，第3圖係為本案之多點觸控光學輸入裝置之操作方法流程圖。於本實施例中，首先，如步驟S11所示，提供一多點觸控光學輸入裝置1，其中該多點觸控光學輸入裝置1包括至少一個雷射測距模組11以及一處理單元12，至少一個雷射測距模組11設置於一影像顯示平面2之一側邊，以於影像顯示平面2上形成一觸控區域3。於本實施例中，雷射測距模組11之雷射光發射器112係發射一雷射光束L，且該雷射光束L係藉由光學鏡組114與 驅動單元115之轉動而以一預定頻率於一預定掃描角度範圍內進行掃描，其中該雷射光束L之掃描區域可架構形成一觸控區域3，且該預定掃描角度範圍可為180度或270度，但不以此為限。於一實施例中，雷射測距模組11所發射之雷射光束L係於影像顯示平面2上之第一延伸線段C1與第二延伸線段C2間進行掃描，其中第一延伸線段C1與第二延伸線段C2係分別為影像顯示平面2之第一側邊21之部份區段，且分別位於雷射測距模組11之相對兩側，使得雷射測距模組11所發射之雷射光束L之預定掃描角度範圍可為180度。

接著，如步驟S12所示，該至少一個雷射測距模組11取得該觸控區域3中之至少一個指標物體4與該雷射測距模組11間之距離與角度資訊。於本實施例中，當一個或複數個指標物體4，例如第一指標物體41、第二指標物體42及第三指標物體43，觸碰於接觸區域3時，掃描於觸控區域3之雷射光束L會依序受到第一指標物體41、第二指標物體42及第三指標物體43之阻擋而產生第一反射光D1、第二反射光D2及第三反射光D3，且第一反射光D1、第二反射光D2及第三反射光D3會依序由光接收器113所接收，藉此可利用雷射光束L於發射後至接收到各反射光(D1、D2、D3)之時間，進而計算取得第一指標物體41、第二指標物體42及第三指標物體43與雷射測距模組11間之距離資訊，例如第一距離T1、第二距離T2、第三距離T3。此外，由於驅動單元115及光學鏡組114係以預定頻率進行轉動，或以預定角速度進行轉動，因此雷射光束L係以預定頻率或以預定角速度進行掃描，藉此當光接收器113接收到第一反射光D1、第二反射光D2及第三反射光D3時，可直接取得第 一指標物體41、第二指標物體42及第三指標物體43與雷射測距模組11間之角度資訊，例如第一角度θ 1、第二角度θ 2、第三角度θ 3。

之後，如步驟S13所示，處理單元12可依據雷射測距模組11所提供之複數個指標物體4之距離與角度資訊，因應地計算出指標物體4之平面座標位置。處理單元12於取得指標物體4之平面座標位置後，可進一步地將座標位置資訊傳送至電子裝置之控制單元(未圖示)，藉此可與電子裝置於其影像顯示平面2上之圖像畫面相配合而可實現多點觸控之功能，例如但不限於放大影像、縮小影像、旋轉影像、移動影像等等多點觸控功能。

請參閱第4圖，其係為本案之多點觸控光學輸入裝置應用於一投影機所投射之影像顯示平面之示意圖。如圖所示，本案之多點觸控光學輸入裝置1係適用於投影機6所投射之影像顯示平面2上，以於該影像顯示平面2上形成一觸控區域3。於本實施例中，影像顯示平面2可為一投影屏幕或一壁面，多點觸控光學輸入裝置1之雷射測距模組11係可拆卸地設置於投影機6所投射之影像顯示平面2之一側邊上，藉此當一個或多個指標物體4於觸控區域3操作時，多點觸控光學輸入裝置1可取得該些指標物體4之平面座標位置，並可進一步地將座標位置資訊傳送至投影機6之控制單元(未圖示)，藉此可與投影機6所投射之影像顯示平面2上之圖像畫面相配合而可實現多點觸控之功能，例如但不限於放大影像、縮小影像、旋轉影像、移動影像等等多點觸控功能。

請參閱第5A圖及第5B圖，其係分別為本案之多點觸控光學輸入裝置應用於一顯示器之影像顯示平面之示意圖。如第5A圖所示，本 案之多點觸控光學輸入裝置1係可拆卸地設置於一顯示器5之影像顯示平面2上，其中影像顯示平面2可為一影像顯示面板，多點觸控光學輸入裝置1之雷射測距模組11係可拆卸地設置於顯示器5之影像顯示面板之一側邊上，藉此當一個或多個指標物體4於觸控區域3操作時，多點觸控光學輸入裝置1可取得該些指標物體4之平面座標位置，並可進一步地將座標位置資訊傳送至顯示器5之控制單元(未圖示)，藉此可與顯示器5之影像顯示面板上之圖像畫面相配合而可實現多點觸控之功能，例如但不限於放大影像、縮小影像、旋轉影像、移動影像等等多點觸控功能。於一些實施例中，如第5B圖所示，本案之多點觸控光學輸入裝置1亦可直接設置於顯示器5之框體內部。

綜上所述，本案提供一種多點觸控光學輸入裝置及方法，其係利用雷射測距模組及處理單元以取得指標物體之平面座標資訊，本案技術無需架構於一固定尺寸之實體觸控面板或是外框，且不論影像顯示平面之大小或形狀，皆可實現多點觸控輸入之功能。此外，本案之多點觸控光學輸入裝置，其架構簡化、體積較小，可降低誤判機率，且反應速度較快。除此之外，本案之多點觸控光學輸入裝置可適用於各種尺寸之影像顯示平面，且可以較低之生產成本及較快之設計與產製時間實現於較大尺寸之影像顯示平面。

本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1‧‧‧多點觸控光學輸入裝置

11‧‧‧雷射測距模組

12‧‧‧處理單元

2‧‧‧影像顯示平面

21‧‧‧第一側邊

22‧‧‧中間區域

3‧‧‧觸控區域

Claims (8)

1. 一種多點觸控光學輸入裝置，應用於一影像顯示平面上形成一觸控區域，該多點觸控光學輸入裝置包括：至少一個雷射測距模組，設置於該影像顯示平面之一側邊，以取得該觸控區域中之至少一個指標物體與該雷射測距模組間之距離與角度資訊，該雷射測距模組包括：一本體，具有一容置空間及一開口；一雷射光發射器，設置於該本體之該容置空間，且發射一雷射光束；一光接收器，設置於該本體之該容置空間，且鄰設於該雷射光發射器，用於接收該雷射光束經該至少一個指標物體反射之一反射光；一驅動單元，設置於該本體之該容置空間，且以一預設頻率進行轉動；以及一光學鏡組，固設於該驅動單元，且設置於該雷射光束及該反射光之一光傳輸路徑中，用於將該雷射光束導光至該觸控區域，且將該反射光導光至該光接收器；以及一處理單元，與該雷射測距模組電性連接，用以接收該雷測距模組所提供之該距離與角度資訊，並因應地計算出該至少一個指標物體之平面座標位置；其中，該雷射光束係經由該光學鏡組導光後通過該開口而射出至該觸控區域，該反射光係經由該開口進入並藉由該光學鏡組導 光至該光接收器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多點觸控光學輸入裝置，其中該光學鏡組係藉由該驅動單元之帶動而因應地進行轉動，且該雷射光發射器之該雷射光束係藉由該光學鏡組及該驅動單元之轉動而以該預設頻率於該觸控區域進行掃描。
3. 如申請專利範圍第1項所述之多點觸控光學輸入裝置，其中該光學鏡組係為反射鏡組。
4. 如申請專利範圍第1項所述之多點觸控光學輸入裝置，其中該驅動單元係於一預設轉動角度範圍內進行轉動。
5. 如申請專利範圍第1項所述之多點觸控光學輸入裝置，其中該影像顯示平面係為一投影機所投射之一影像顯示螢幕或一顯示器之一影像顯示面板。
6. 如申請專利範圍第1項所述之多點觸控光學輸入裝置，其中該雷射測距模組係設置於該影像顯示平面之該側邊之中間區域。
7. 如申請專利範圍第1項所述之多點觸控光學輸入裝置，其中該雷射測距模組係可拆卸地設置於該影像顯示平面之一側邊。
8. 一種多點觸控輸入方法，包括：提供一多點觸控光學輸入裝置，其中該多點觸控光學輸入裝置包括至少一個雷射測距模組以及一處理單元，該至少一個雷射測距模組設置於一影像顯示平面之一側邊，以於該影像顯示平面上形成一觸控區域，該雷射測距模組包括：一本體，具有一容置空間及一開口；一雷射光發射器，設置於該本體之該容置空間，且發射一雷射光束；一光接收器，設置於該本體之該容置空間，且鄰設於該雷射 光發射器，用於接收該雷射光束經該至少一個指標物體反射之一反射光；一驅動單元，設置於該本體之該容置空間，且以一預設頻率進行轉動；以及一光學鏡組，固設於該驅動單元，且設置於該雷射光束及該反射光之一光傳輸路徑中，用於將該雷射光束導光至該觸控區域，且將該反射光導光至該光接收器；該至少一個雷射測距模組取得該觸控區域中之至少一個指標物體與該雷射測距模組間之距離與角度資訊；以及該處理單元接收該雷測距模組所提供之該距離與角度資訊，並因應地計算出該至少一個指標物體之平面座標位置；其中，該雷射光束係經由該光學鏡組導光後通過該開口而射出至該觸控區域，該反射光係經由該開口進入並藉由該光學鏡組導光至該光接收器，該光學鏡組係藉由該驅動單元之帶動而因應地進行轉動，且該雷射光發射器之該雷射光束係藉由該光學鏡組及該驅動單元之轉動而以該預設頻率於該觸控區域進行掃描。