TWI493413B - 光學觸控系統及其操作方法 - Google Patents

Description

光學觸控系統及其操作方法

本發明是有關於光學式觸控技術之領域，且特別是有關於一種光學觸控系統及其操作方法。

目前有一種光學觸控系統係採用一影像感測裝置與一反光鏡來進行觸碰感測。所述之影像感測裝置係用以感測光學觸控系統之一觸控表面的影像，以及感測反射鏡所形成之觸控表面的鏡像。因此，當有一物件鄰近上述觸控表面時，光學觸控系統便可依據所感測影像中的物件影像與物件影像之鏡像來計算此物件相對於觸控表面之位置。

然而，當上述物件靠近反光鏡時，在影像感測裝置所感測的影像中，物件影像與物件影像之鏡像會合併(merge)在一起，使得光學觸控系統無法正確地計算出物件的實際位置。

本發明提供一種光學觸控系統，其可正確地計算出物件的實際位置。

本發明另提供一種光學觸控系統的操作方法。

本發明提出一種光學觸控系統，其包括有一觸控表面、一感光單元、一類比-數位轉換單元、一開關單元以及一處理電路。感光單元係配置在觸控表面之一側邊，此感光單元具有多個感光元件，每一感光元件用以感測觸控表面之光線而據以輸出感測訊號，且這些感光元件被劃分為多個感光元件群組，每 一感光元件群組包含有相鄰之多個感光元件。類比-數位轉換單元具有多個輸入端與至少一輸出端。開關單元係電性連接於感光元件與類比-數位轉換單元之輸入端之間。處理電路係電性連接類比-數位轉換單元之輸出端、開關單元與所有感光元件，此處理電路用以開啟其中一感光元件群組來感測光線，並控制開關單元將開啟之感光元件群組中的感光元件分別電性連接至類比-數位轉換單元之輸入端，以使開啟之感光元件群組所產生之多個感測訊號傳送至上述輸入端，進而使類比-數位轉換單元根據其輸入端所接收到之感測訊號而產生至少一數位輸出訊號。

本發明另提出一種光學觸控系統的操作方法，所述之光學觸控系統包括有一觸控表面、一感光單元、一類比-數位轉換單元與一開關單元。感光單元係配置在觸控表面之一側邊，且感光單元具有多個感光元件，每一感光元件用以感測觸控表面之光線而據以輸出感測訊號，且這些感光元件被劃分為多個感光元件群組，每一感光元件群組包含有相鄰之多個感光元件。類比-數位轉換單元具有多個輸入端與至少一輸出端，而開關單元係電性連接於感光元件與類比-數位轉換單元之輸入端之間。所述之操作方法包括下列步驟：開啟其中一感光元件群組來感測光線；以及控制開關單元將開啟之感光元件群組中的感光元件分別電性連接至類比-數位轉換單元之輸入端，以使開啟之感光元件群組所產生之感測訊號傳送至上述輸入端，進而使類比-數位轉換單元根據其輸入端所接收到之感測訊號而產生至少一數位輸出訊號。

本發明再提出一種光學觸控系統，其包括有觸控表面、至少一影像感測裝置、至少一影像處理單元、一感光單元以及一 感光處理單元。上述之影像感測裝置係用以擷取觸控表面鄰近區域之觸控影像。上述之影像處理單元係用以根據所擷取之觸控影像計算至少一物件於觸控表面之觸控位置。感光單元具有多個感光元件，且此感光單元係設置在觸控表面之至少一側邊。感光處理單元係用以根據上述觸控位置接收感光元件中的部分感光元件的多個感測訊號，並根據所接收之感測訊號與上述觸控位置產生至少一觸控座標。

本發明解決前述問題的方式，乃是採用一感光單元來建構一光學觸控系統。此感光單元係配置在光學觸控系統之觸控表面的至少一側邊，且此感光單元係具有多個感光元件，每一感光元件用以感測觸控表面之光線而據以輸出感測訊號。因此，當有一物件鄰近上述觸控表面，使得至少有一感光元件所感測到的光線強度減弱時，光學觸控系統便可依據感測訊號所表示的亮度差異來判斷出上述物件相對於感光單元之位置，進而得知上述物件相對於觸控表面至少一維度之位置。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖1為依照本發明一實施例之光學觸控系統的示意圖。此光學觸控系統100包括有觸控表面110、感光單元120、開關單元130、類比-數位轉換單元140以及處理電路150。感光單元120係配置在觸控表面110之一側邊，此感光單元120具有多個感光元件(如標示120-2所示)，每一感光元件120-2用以感測觸控表面110之光線而據以輸出一感測訊號。這些感測訊號以S1~S12來分別標示之。此外，這些感光元件120-2被劃 分為多個感光元件群組(如標示122所示)，每一感光元件群組122包含有相鄰之多個感光元件120-2。在此例中，感光元件120-2的數目為十二個，且這些感光元件120-2係被劃分為三個感光元件群組122，而每一感光元件群組122係包含有四個感光元件120-2。除了將感測訊號S1~S4劃分為其中一個感光元件群組、將感測訊號S5~S8劃分為另一個感光元件群組、以及將感測訊號S9~S12劃分為再一個感光元件群組的方式之外，亦可將感測訊號S1、S3、S5、S7、S9、S11劃分為其中一個感光元件群組，以及將感測訊號S2、S4、S6、S8、S10、S12劃分為另一個感光元件群組。

類比-數位轉換單元140具有多個輸入端(如標示142所示)與至少一輸出端(如標示144所示)。在此例中，類比-數位轉換單元140具有四個輸入端142與二個輸出端144。開關單元130係電性連接於感光元件120-2與類比-數位轉換單元140之輸入端142之間。處理電路150係電性連接類比-數位轉換單元130之輸出端144、開關單元130與所有的感光元件120-2。此處理電路150係用以開啟其中一感光元件群組122來感測光線，並控制開關單元130將開啟之感光元件群組122中的感光元件120-2分別電性連接至類比-數位轉換單元140的輸入端142，以使開啟之感光元件群組122所產生之感測訊號傳送至上述輸入端142。以上所列舉之四個輸入端與二個輸出端的數目，僅是舉例之用，本發明並不以此為限。

如此一來，類比-數位轉換單元140便能根據其輸入端142所接收到之感測訊號而產生至少一數位輸出訊號。在此例中，類比-數位轉換單元140係產生二個數位輸出訊號，並透過上述二個輸出端144來將上述二個數位輸出訊號傳送至處理電 路150。因此，當類比-數位轉換單元140輸出三個感光元件群組122所對應之數位輸出訊號給處理電路150後，處理電路150便可依據所接收到的數位輸出訊號來計算位於觸控表面110之物件112相對於感光單元120之位置。

此外，此光學觸控系統100更可以包括影像感測裝置160。此影像感測裝置160係電性連接處理電路150，以便處理電路150透過影像感測裝置160來取得物件112之影像，並據以計算物件112相對於觸控表面110之座標，進而依據物件112相對於感光單元120之位置來對計算出的座標進行調整。在此例中，影像感測裝置160係具有發光裝置，因而可發出光線來照射物件112。因此，處理電路150可從影像感測裝置160所取得之影像中找到因物件112反射光線而形成的亮點，並將此亮點當作物件112的影像，進而據以計算物件112之座標。

當然，處理電路150可以是先去計算出物件112相對於觸控表面110之座標，然後再開啟對應於此座標之一感光元件群組122來感測光線。此外，處理電路150也可以是在透過影像感測裝置160來取得物件112之影像時，同時去開啟一感光元件群組122來感測光線，其中所開啟之感光元件群組122係依據前一次計算出的物件座標來決定。當然，處理電路150在透過影像感測裝置160取得第一張影像時，可以是依序開啟上述感光元件群組122。另外，在其他一些實施例中，至少部分感光元件群組122的一個感光元件120-2藉由開關單元130電性連接至類比-數位轉換單元140的其中一輸入端142。此外，每相鄰之二個感光元件群組122可具有相同之感光元件120-2，也就是相鄰之二個感光元件群組122中的感光元件120-2可以是部分重覆。

圖2A為依照本發明另一實施例之光學觸控系統的示意圖。此光學觸控系統200與前述光學觸控系統100的差別，在於光學觸控系統200多採用了發光單元270與反光單元280，且其處理電路250的操作與前述處理電路150的操作略有不同，而其影像感測裝置260的功能也與前述影像感測裝置160的功能略有不同。發光單元270係配置在觸控表面110的其中一側邊，並用以朝觸控表面110發光。而反光單元280亦配置在觸控表面110的其中一側邊，並用以將光線反射至觸控表面110。在此例中，反光單元280可以是採用反光鏡來實現。而此發光單元270可以是導光元件，此導光元件係利用光源設置於導光條側邊，藉此產生線性光源。

由於此光學觸控系統200採用了發光單元270，因此影像感測裝置260可不具任何的發光裝置來照射物件112。而處理電路250則可從影像感測裝置260所取得之影像中找到因物件112及其鏡像因遮蔽光線而形成的二個暗點，並將其中一暗點當作物件112之影像，以及將另一暗點當作物件112之鏡像的影像。也就是說，處理電路250可透過影像感測裝置260來取得物件112之影像與物件112之鏡像的影像。因此，影像感測裝置260在取得物件112及其鏡像之二個影像後，就可據以計算物件112相對於觸控表面110之座標，進而依據物件112相對於感光單元120之位置來對計算出的座標進行調整。而在較佳之實施例中，與影像感測裝置260相鄰且未配置感光單元120的一側邊以及與感光單元120相對的一側皆配置有發光單元270，使得影像感測裝置260與感光單元120皆可偵測到物件112的遮蔽影像。此外，在圖2中，發光單元270亦可由反光單元280來取代，並於影像感測裝置260上設置發光裝置而 發出光線來照射物件112。

當然，處理電路250可以是先去計算出物件112相對於觸控表面110之座標，然後再開啟對應於此座標之一感光元件群組122來感測光線。此外，處理電路250也可以是在透過影像感測裝置260來取得物件112之影像與物件112之鏡像的影像時，同時去開啟一感光元件群組122來感測光線，其中所開啟之感光元件群組122係依據前一次計算出的物件座標來決定。當然，處理電路250在透過影像感測裝置260取得第一張影像時，可以是依序開啟上述感光元件群組122。值得一提的是，發光單元270係可依照實際設計之需求而決定是否採用。

圖2B為依照本發明又一實施例之光學觸控系統的示意圖。此光學觸控系統210與前述光學觸控系統100的差別，在於光學觸控系統210多採用了導光模組271，以及採用了二個影像感測裝置(如標示261與262所示)，且其處理電路251的操作與前述處理電路150的操作略有不同。導光模組271係配置在觸控表面110的相鄰之二側邊，導光模組271。在此例中，光學觸控系統210採用的感光元件群組122亦可增設導光模組271，而導光模組271可以疊加配置於感光元件群組122之上的位置，或是感光元件群組122可以疊加配置於導光模組271之上的位置。

上述之二個影像感測裝置261與262皆電性連接處理電路251，以便處理電路251透過二個影像感測裝置261與262來取得物件112之影像，並據以計算物件112相對於觸控表面110之座標，進而依據物件112相對於感光單元120之位置來對計算出的座標進行調整。在此例中，二個影像感測裝置261與262皆具有發光裝置，因而可發出光線來照射物件112。因 此，處理電路150可從二個影像感測裝置261與262所取得之影像中找到因物件112反射光線而形成的亮點，並將此亮點當作物件112的影像，進而據以計算物件112之座標。

根據上述各實施例之教示，本領域具有通常知識者當可歸納出前述光學觸控系統之操作方法的一些基本步驟，一如圖3所示。圖3即為依照本發明一實施例之光學觸控系統之操作方法的流程圖。

請參照圖3，所述之光學觸控系統包括有一觸控表面、一感光單元、一類比-數位轉換單元與一開關單元。感光單元係配置在觸控表面之一側邊，且感光單元具有多個感光元件，每一感光元件用以感測觸控表面之光線而據以輸出感測訊號，且這些感光元件被劃分為多個感光元件群組，每一感光元件群組包含有相鄰之多個感光元件。類比-數位轉換單元係具有多個輸入端與至少一輸出端。而開關單元係電性連接於感光元件與類比-數位轉換單元之輸入端之間。所述之操作方法包括下列步驟：開啟其中一感光元件群組來感測光線(如步驟S302所示)；以及控制開關單元將開啟之感光元件群組中的感光元件分別電性連接至類比-數位轉換單元之輸入端，以使開啟之感光元件群組所產生之感測訊號傳送至上述輸入端，進而使類比-數位轉換單元根據其輸入端所接收到之感測訊號而產生至少一數位輸出訊號(如步驟S304所示)。如此一來，便可進一步依據數位輸出訊號來計算位於觸控表面之一物件相對於感光單元之位置。

當然，所述之光學觸控系統還可進一步包括有一影像感測裝置、一發光單元與一反光單元。此反光單元可採用反光鏡來實現。如此一來，上述之操作方法更可包括下列步驟：透過影 像感測裝置來取得物件之影像與物件之鏡像的影像，並據以計算物件相對於觸控表面之座標；以及依據物件相對於感光單元之位置來對計算出的座標進行調整。

圖4為依照本發明再一實施例之光學觸控系統的示意圖。此光學觸控系統400包括有觸控表面410、影像感測裝置420、影像處理單元430、感光單元440以及感光處理單元450。影像感測裝置420係用以擷取觸控表面410鄰近區域之觸控影像。影像處理單元430係電性連接影像感測裝置420，並用以根據所擷取之觸控影像計算物件412於觸控表面410之觸控位置。感光單元440具有第一部分441與第二部分442，每一部份皆具有多個感光元件443，而每一感光元件443係用以感測觸控表面410之光線而據以輸出一感測訊號。此感光單元440係設置在觸控表面410之其中二側邊。感光處理單元450係電性連接影像處理單元430與每一感光元件443，並用以根據影像處理單元430所計算出的觸控位置來接收上述感光元件443中的部分感光元件443所產生的多個感測訊號，並根據所接收之感測訊號與前述之觸控位置產生一觸控座標。

此光學觸控系統400更可以包括發光單元460與反光單元470。發光單元460係配置在觸控表面410之一側邊，並用以朝觸控表面410發光。而反光單元470亦配置在觸控表面410之一側邊，並用以將光線反射至觸控表面410。當然，發光單元460與反光單元470皆可依照實際設計之需求而決定是否採用。舉例來說，當影像感測裝置420具有發光裝置時，就可不採用發光單元460與反光單元470。反之，當影像感測裝置420不具有發光裝置時，就可採用發光單元460與反光單元470。在此例中，上述之發光單元460可由反光單元470來取代，且 於影像感測裝置420上設置發光裝置而發出光線來照射物件412。

此外，在此例中，感光單元440中的感光元件443被劃分為多個感光元件群組444，每一感光元件群組444包含有相鄰之多個感光元件443。當然，每相鄰之二個感光元件群組444可具有相同之感光元件443。也就是說，每相鄰之二個感光元件群組444所具有之感光元件443可以是部分重覆。此外，本領域具有通常知識者應知，此光學觸控系統400若是採用二個影像感測裝置420，亦可實現本發明。當然，影像處理單元430的數目也可以對應改變。至於感光單元440，其需設置在觸控表面之至少一側邊。此外，若是光學觸控系統400感測到二個以上的物件412時，那麼影像處理單元430便會產生對應於物件412之數目的多筆觸控位置，而感光處理單元450則會產生對應於物件412之數目的多筆觸控座標。在一些實施例中，感光單元440之第二部分442的位置亦可增設發光單元460或反光單元470，並於影像感測裝置420上設置發光裝置而發出光線來照射物件412。而發光單元460與感光元件群組444的配置關係，例如圖5A所示，可以將發光單元460疊加配置於感光元件群組444之上的位置，或者是將感光元件群組444疊加配置於發光單元460之上的位置。另外，發光單元460與感光元件群組444的配置關係，例如圖5B所示，可以將發光單元460直接配置於感光元件群組444的前方位置，或者是將發光單元460直接配置於感光元件群組444的後方位置。

綜上所述，本發明解決前述問題的方式，乃是採用一感光單元來建構一光學觸控系統。此感光單元係配置在光學觸控系統之觸控表面的至少一側邊，且此感光單元係具有多個感光元 件，每一感光元件用以感測觸控表面之光線而據以輸出感測訊號。因此，當有一物件鄰近上述觸控表面，使得至少有一感光元件所感測到的光線強度減弱時，光學觸控系統便可依據感測訊號所表示的亮度差異來判斷出上述物件相對於感光單元之位置，進而得知上述物件相對於觸控表面至少一維度之位置。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200、210、400‧‧‧光學觸控系統

110、410‧‧‧觸控表面

112、412‧‧‧物件

120、440‧‧‧感光單元

120-2、443‧‧‧感光元件

122、444‧‧‧感光元件群組

130‧‧‧開關單元

140‧‧‧類比-數位轉換單元

142‧‧‧類比-數位轉換單元之輸入端

144‧‧‧類比-數位轉換單元之輸出端

150、250、251‧‧‧處理電路

160、260、261、262、420‧‧‧影像感測裝置

270、460‧‧‧發光單元

271‧‧‧導光模組

280、470‧‧‧反光單元

430‧‧‧影像處理單元

441‧‧‧感光單元之第一部分

442‧‧‧感光單元之第二部分

450‧‧‧感光處理單元

S1~S12‧‧‧感測訊號

S302、S304‧‧‧步驟

圖1為依照本發明一實施例之光學觸控系統的示意圖。

圖2A為依照本發明另一實施例之光學觸控系統的示意圖。

圖2B為依照本發明又一實施例之光學觸控系統的示意圖。

圖3為依照本發明一實施例之光學觸控系統之操作方法的流程圖。

圖4為依照本發明再一實施例之光學觸控系統的示意圖。

圖5A為依照本發明一實施例之發光單元與感光元件群組的立體示意圖。

圖5B為為依照本發明另一實施例之發光單元與感光元件群組的立體示意圖。

S302、S304‧‧‧步驟

Claims (14)

1. 一種光學觸控系統，包括：一觸控表面；一感光單元，配置在該觸控表面之一側邊，該感光單元具有多個感光元件，每一感光元件用以感測該觸控表面之光線而據以輸出一感測訊號，且該些感光元件被劃分為多個感光元件群組，每一感光元件群組包含有相鄰之多個感光元件；一類比-數位轉換單元，具有多個輸入端與至少一輸出端；一開關單元，電性連接於該些感光元件與該類比-數位轉換單元之該些輸入端之間；一影像感測裝置；以及一處理電路，電性連接該類比-數位轉換單元之該輸出端、該開關單元、該些感光元件與該影像感測裝置，該處理電路用以透過該影像感測裝置來取得位於該觸控表面之一物件的影像，並據以計算該物件相對於該觸控表面之一座標，該處理電路還用以開啟對應於該座標之一感光元件群組來感測光線，並控制該開關單元將開啟之該感光元件群組中的該些感光元件分別電性連接至該些輸入端，以使開啟之該感光元件群組所產生之該些感測訊號傳送至該些輸入端，進而使該類比-數位轉換單元根據該些輸入端所接收到之該些感測訊號而產生至少一數位輸出訊號，而該處理電路更用以依據該數位輸出訊號來計算該物件相對於該感光單元之位置，並依據該物件相對於該感光單元之位置來對計算出的該座標進行調整。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控系統，其更包括一發光單元，該發光單元配置在該觸控表面之一側邊，並用 以朝該觸控表面發光。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光學觸控系統，其更包括一反光單元，該反光單元配置在該觸控表面之一側邊，並用以將光線反射至該觸控表面。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光學觸控系統，其中該反光單元包括一反光鏡。
5. 如申請專利範圍第4項所述之光學觸控系統，其中該處理電路更透過該影像感測裝置來取得該物件之鏡像的影像，並根據該物件之影像與該物件之鏡像的影像來計算該物件相對於該觸控表面之該座標，進而依據該物件相對於該感光單元之位置來對計算出的該座標進行調整。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控系統，其中至少部分感光元件群組的一個感光元件藉由該開關單元電性連接至該類比-數位轉換單元之該些輸入端的其中之一。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控系統，其中每相鄰之二個感光元件群組可具有相同之感光元件。
8. 一種光學觸控系統的操作方法，所述之光學觸控系統包括一觸控表面、一感光單元、一類比-數位轉換單元、一開關單元及一影像感測裝置，該感光單元配置在該觸控表面之一側邊，且該感光單元具有多個感光元件，每一感光元件用以感測該觸控表面之光線而據以輸出一感測訊號，且該些感光元件 被劃分為多個感光元件群組，每一感光元件群組包含有相鄰之多個感光元件，該類比-數位轉換單元具有多個輸入端與至少一輸出端，而該開關單元電性連接於該些感光元件與該類比-數位轉換單元之該些輸入端之間，該操作方法包括：透過該影像感測裝置來取得位於該觸控表面之一物件的影像，並據以計算該物件相對於該觸控表面之一座標；開啟對應於該座標之一感光元件群組來感測光線；控制該開關單元將開啟之該感光元件群組中的該些感光元件分別電性連接至該些輸入端，以使開啟之該感光元件群組所產生之該些感測訊號傳送至該些輸入端，進而使該類比-數位轉換單元根據該些輸入端所接收到之該些感測訊號而產生至少一數位輸出訊號；依據該數位輸出訊號來計算該物件相對於該感光單元之位置；以及依據該物件相對於該感光單元之位置來對計算出的該座標進行調整。
9. 如申請專利範圍第8項所述之操作方法，其中所述之光學觸控系統更包括一發光單元及一反光單元，該發光單元配置在該觸控表面之一側邊，並用以朝該觸控表面發光，該反光單元配置在該觸控表面之一側邊，並用以將光線反射至該觸控表面，其中該反光單元包括一反光鏡，該操作方法更包括：透過該影像感測裝置來取得該物件之鏡像的影像，並根據該物件之影像與該物件之鏡像的影像來計算該物件相對於該觸控表面之該座標；以及依據該物件相對於該感光單元之位置來對計算出的該座標進行調整。
10. 一種光學觸控系統，包括：一觸控表面；至少一影像感測裝置，用以擷取該觸控表面鄰近區域之觸控影像；至少一影像處理單元，用以根據所擷取之該觸控影像計算至少一物件於該觸控表面之一觸控位置；一感光單元，具有多個感光元件，設置在該觸控表面之至少一側邊；以及一感光處理單元，用以開啟對應於該觸控位置之該些感光元件來感測光線，並接收該些感光元件的多個感測訊號，並根據所接收之該些感測訊號與該觸控位置產生至少一觸控座標。
11. 如申請專利範圍第10項所述之光學觸控系統，其更包括一發光單元，該發光單元配置在該觸控表面之一側邊，並用以朝該觸控表面發光。
12. 如申請專利範圍第11項所述之光學觸控系統，其更包括一反光單元，該反光單元配置在該觸控表面之一側邊，並用以將光線反射至該觸控表面。
13. 如申請專利範圍第10項所述之光學觸控系統，其中該感光單元中的該些感光元件被劃分為多個感光元件群組，每一感光元件群組包含有相鄰之多個感光元件。
14. 如申請專利範圍第13項所述之光學觸控系統，其中每相鄰之二個感光元件群組可具有相同之感光元件。