TWI498792B - 光學觸控系統及觸控顯示系統 - Google Patents

Description

光學觸控系統及觸控顯示系統

本發明關於一種光學觸控系統及採用此光學觸控系統之觸控顯示系統。

一些習知光學觸控系統係利用設置於觸控區周圍的感光裝置擷取關於觸控區之觸控訊號，進而解析出物件(例如手指或觸控筆)於觸控區之觸碰位置。然而，感光裝置相對於該觸控區之設置(包含相對位置及鏡頭角度)可能因裝置的組裝(例如組裝於液晶顯示面板上)或系統使用前之設置(例如投影式顯示系統)而產生不小的變異，使得於正式使用觸控功能之前，必須進行校準程序，以使解析感光裝置感測之觸碰訊號時，觸碰訊號的範圍能正確地對應該觸控區。前述校準程序通常需使用者的參考點(例如該觸控區的四個角落)觸碰操作的參與，但人為操作亦將引入誤差，使得校準程序執行後，感光裝置感測之觸碰訊號範圍與該觸控區之對應關係仍可能存有些許誤差。此外，當使用多個感光裝置時，需得知感光裝置間之相對距離以能求出較精確的觸碰座標，且為簡化解析步驟，此相對距離通常為固定值，但於投影式顯示系統中，觸控區域往往隨實際使用情境(例如不同的投影區域大小)而變化，使得前述固定間距之設計即難以適用。

鑑於先前技術中的問題，本發明的目的之一在於提供一種光學觸控系統，透過將光學感測模組之結構與觸控區域輪廓對齊，直接達到光學感測模組相對於觸控區域定位的功效，使得該光學觸控系統無需進一步校準即 可使用。

本發明之光學觸控系統用於感測實施於一觸控區域之一觸碰，該光學觸控系統包含一第一光學感測模組、一第二光學感測模組及一處理模組。該第一光學感測模組包含一第一固定座及一第一感光裝置，該第一固定座具有一第一對齊結構，該第一感光裝置設置於該第一固定座上，使得該第一感光裝置與該第一固定座之相對位置固定。該第一光學感測模組設置於該觸控區域之一第一角落使得該第一對齊結構對齊該第一角落之輪廓且該第一感光裝置朝向該觸控區域，該第一感光裝置用以產生關於該觸碰之一第一訊號。該第二光學感測模組包含一第二固定座及一第二感光裝置，該第二固定座具有一第二對齊結構，該第二感光裝置設置於該第二固定座上，使得該第二感光裝置與該第二固定座之相對位置固定。該第二光學感測模組設置於該觸控區域之一第二角落使得該第二對齊結構對齊該第二角落之輪廓且該第二感光裝置朝向該觸控區域，該第二感光裝置用以產生關於該觸碰之一第二訊號。該處理模組與該第一感光裝置及該第二感光裝置通訊連接，用以接收該第一訊號及該第二訊號並根據該第一訊號及該第二訊號產生關於該觸碰之一座標。

本發明之另一目的在於提供一種觸控顯示系統，採用本發明之光學觸控系統。該觸控顯示系統包含一顯示裝置、一第一光學感測模組、一第二光學感測模組及一觸控顯示處理模組。該顯示裝置用以於一顯示幕上顯示一影像，該顯示幕上定義一觸控區域。該第一光學感測模組包含一第一固定座及一第一感光裝置，該第一固定座具有一第一對齊結構，該第一感光裝置設置於該第一固定座上，使得該第一感光裝置與該第一固定座之相對位置固定。該第一光學感測模組設置於該觸控區域之一第一角落使得該第一對齊結構對齊該第一角落之輪廓且該第一感光裝置朝向該觸控區域，該第一感光裝置用以產生關於實施於該觸控區域之一觸碰之一第一訊號。該第二光學感測模組，包含一第二固定座及一第二感光裝置，該第二固定座具有一第二對齊 結構，該第二感光裝置設置於該第二固定座上，使得該第二感光裝置與該第二固定座之相對位置固定。該第二光學感測模組設置於該觸控區域之一第二角落使得該第二對齊結構對齊該第二角落之輪廓且該第二感光裝置朝向該觸控區域，該第二感光裝置用以產生關於該觸碰之一第二訊號。該觸控顯示處理模組與該第一感光裝置、該第二感光裝置及該顯示裝置通訊連接，該觸控顯示處理模組用以接收該第一訊號及該第二訊號並根據該第一訊號及該第二訊號產生關於該觸碰之一座標，該觸控顯示處理模組根據該座標控制該顯示裝置顯示該影像。

相對於習知技術，本發明透過將光學感測模組之結構與觸控區域輪廓對齊，直接達到該光學感測模組相對於該觸控區域定位的功效，亦即該感光裝置相對於該觸控區域之位置、方向均自動以預設值設置，故該光學感測模組及該觸控顯示系統之觸控功能無需進一步校準即可使用。此外，本發明之光學觸控系統可進一步包含與該處理模組通訊連接之一距離量測模組，用以量測該第一感光裝置及該第二感光裝置間之一距離並產生關於該距離之一距離訊號，該處理模組即可接收該距離訊號以根據該第一訊號、該第二訊號及該距離訊號產生該座標。換言之，此時，該光學觸控系統可適用於多種尺寸不同的觸控區域，進一步擴展本發明之光學感測模組及觸控顯示系統之適用範圍，尤其是投影顯示系統。

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。

1‧‧‧光學觸控系統

3‧‧‧觸控顯示系統

12‧‧‧第一光學感測模組

14‧‧‧第二光學感測模組

16‧‧‧距離量測模組

18‧‧‧處理模組

20‧‧‧觸控區域

22‧‧‧觸碰

24‧‧‧觸碰物件

30‧‧‧顯示裝置

32‧‧‧觸控顯示處理模組

34‧‧‧顯示幕

122‧‧‧第一固定座

124‧‧‧第一感光裝置

126‧‧‧第一發光器

142‧‧‧第二固定座

144‧‧‧第二感光裝置

146‧‧‧第二發光器

202‧‧‧第一角落

204‧‧‧第二角落

242‧‧‧反光區域

322‧‧‧第二處理模組

1222‧‧‧第一對齊結構

1422‧‧‧第二對齊結構

A1、A2‧‧‧角度

D1‧‧‧距離

S1‧‧‧第一訊號

S2‧‧‧第二訊號

S3‧‧‧距離訊號

H1、H2‧‧‧水平偏移量

V1、V2‧‧‧垂直偏移量

Px、Py‧‧‧座標

第1圖為根據本發明之一具體實施例之一光學觸控系統之示意圖。

第2圖為第1圖中光學觸控系統之功能方塊圖。

第3圖為第1圖中光學觸控系統之觸碰物件產生觸碰之示意圖。

第4圖為第1圖中光學觸控系統之第一感光裝置或第二感光裝置所感測之反 射光線強度分佈之示意圖。

第5圖為根據本發明之一具體實施例之一觸控顯示系統之示意圖。

第6圖為第5圖中觸控顯示系統之功能方塊圖。

請參閱第1圖及第2圖，第1圖為根據本發明之一具體實施例之一光學觸控系統1之示意圖，第2圖為光學觸控系統1之功能方塊圖。光學觸控系統1用於感測實施於一觸控區域20(以矩形粗線框表示)之一觸碰22(以小圓圈表示)。光學觸控系統1包含一第一光學感測模組12、一第二光學感測模組14、一距離量測模組16及一處理模組18。第一光學感測模組12包含一第一固定座122、一第一感光裝置124及一第一發光器126。第一固定座122具有一第一對齊結構1222；於本實施例中，觸控區域20之一第一角落202之輪廓係一直角輪廓，第一對齊結構1222係一直角缺口結構，使得第一固定座122整體呈現四分之三圓之輪廓，該直角缺口結構匹配該直角輪廓，故第一固定座122可密貼第一角落202，但本發明不以此為限。第一感光裝置124固定設置於第一固定座122上，第一發光器126鄰近第一感光裝置124設置於第一固定座122上，於本實施例中，第一發光器126直接疊置於第一感光裝置124上，但本發明不以此為限。第一光學感測模組12設置於第一角落202使得第一對齊結構1222對齊第一角落202之輪廓且第一感光裝置124朝向觸控區域20；換言之，第一光學感測模組12透過第一對齊結構1222與觸控區域20之第一角落202之輪廓對齊以設置於第一角落202。由於第一感光裝置124與第一固定座122之相對位置及方向固定，且第一固定座122與第一角落202之相對方位及方向亦固定，故第一感光裝置124相對於觸控區域20之位置、方向均自動以預設值設置(即決定於第一對齊結構1222與第一角落202之輪廓)；換言之，第一感光裝置124相對於觸控區域20之設置狀態為已知，第一感光裝置124原則上無需進一步校準即可使用。第一發光器126朝向觸控區域20發射光線，第一感光裝置124接收反射自觸控區域20之該 光線以產生關於觸碰22之一第一訊號S1。於實作上，觸碰22可透過一觸碰物件24實施，例如觸控筆，如第3圖所示。觸碰物件24具有一反光區域242，用以反射第一發光器126發射之該光線，第一感光裝置124即可接收此反射之光線以產生第一訊號S1。

同樣地，第二光學感測模組14包含一第二固定座142、一第二感光裝置144及一第二發光器146。第二固定座142具有一第二對齊結構1422；於本實施例中，觸控區域20之一第二角落204之輪廓係一直角輪廓，第二對齊結構1422係一直角缺口結構，使得第二固定座142整體呈現四分之三圓之輪廓，該直角缺口結構匹配該直角輪廓，故第二固定座142可密貼第二角落204，但本發明不以此為限。第二感光裝置144固定設置於第二固定座142上，第二發光器146鄰近第二感光裝置144設置於第二固定座142上，於本實施例中，第二發光器146直接疊置於第二感光裝置144上，但本發明不以此為限。第二光學感測模組14設置於第二角落204使得第二對齊結構1422對齊第二角落204之輪廓且第二感光裝置144朝向觸控區域20；換言之，第二光學感測模組14透過第二對齊結構1422與觸控區域20之第二角落204之輪廓對齊以設置於第二角落204。由於第二感光裝置144與第二固定座142之相對位置及方向固定，且第二固定座142與第二角落204之相對方位及方向亦固定，故第二感光裝置144相對於觸控區域20之位置、方向均自動以預設值設置(即決定於第二對齊結構1422與第二角落204之輪廓)；換言之，第二感光裝置144相對於觸控區域20之設置狀態為已知，第二感光裝置144原則上無需進一步校準即可使用。第二發光器146朝向觸控區域20發射光線，第二感光裝置144接收反射來自觸控區域20由觸碰物件24反射之該光線以產生關於觸碰22之一第二訊號S2。

距離量測模組16用以量測第一感光裝置124及第二感光裝置144間之一距離D1並產生關於距離D1之一距離訊號S3，亦即距離訊號S3包含距離D1之資訊。於本實施例中，距離量測模組16以一無線測距(wireless distance measurement)方法產生距離訊號S3，但本發明不以此為限。

處理模組18與第一感光裝置124、第二感光裝置144及距離量測模組16分別通訊連接。於實作上，處理模組18得以有線或無線的方式與第一感光裝置124、第二感光裝置144及距離量測模組16通訊連接，此外，處理模組18亦可整合至第一光學感測模組12、第二光學感測模組14或距離量測模組16，不待贅述。處理模組18用以接收第一訊號S1、第二訊號S2及距離訊號S3並根據第一訊號S1、第二訊號S2及距離訊號S3產生關於觸碰22之一座標(Px,Py)。

請參閱第1圖及第4圖，第4圖為第一感光裝置124或第二感光裝置144所感測之反射光線強度分佈之示意圖。於實作上，第一感光裝置124及第二感光裝置144均得以CCD或CMOS實作，因此第一感光裝置124及第二感光裝置144可視為影像擷取元件，其擷取之影像可設定為一列或二列像素組成之影像。如第4圖所示，第一感光裝置124或第二感光裝置144所擷取之影像可由光線強度分佈表示，此即為觸碰訊號，其橫軸即擷取之影像之像素位置，縱軸即影像之強度(即光線強度)。於實作上，可將觸碰訊號左右邊界的平均值作為觸碰發生位置。由於第一感光裝置124及第二感光裝置144相對於觸控區域20之相對位置、方向均固定且已可預知，因此擷取影像之像素位置可對應觸碰相對於第一感光裝置124或第二感光裝置144之角度。於實作上，可將像素位置對應角度之關係以表格(其部分肉容如下所示)的形式表現，即可利用此表以映射的方式找出前述觸碰發生位置(即像素位置)對應的角度。其中對應的角度以其正切值表示，有助於觸碰22座標(Px,Py)之計算，但本發明不以此為限。

於實作上，可能受限於第一感光裝置124與第二感光裝置144的視野，感光裝置需離觸控區域20一小段距離以能接收所有來自觸控區域20之光線。如第1圖所示，第一感光裝置124與第二感光裝置144並非精確地位於角落202、204的頂點，而是遠離觸控區域20偏移設置。第一感光裝置124相對於第一角落202具有一水平偏移量H1及一垂直偏移量V1；第二感光裝置144相對於第二角落204具有一水平偏移量H2及一垂直偏移量V2。為簡化說明，水平偏移量H1及垂直偏移量V1分別與水平偏移量H2及垂直偏移量V2相同。第一感光裝置124及第二感光裝置144各自擷取關於觸碰22的影像可經由前述表格映射的方式找出觸碰22與第一感光裝置124及第二感光裝置144之角度A1、A2，並將包含此角度A1、A2資訊之訊號S1、S2傳送給處理模組18。根據三角幾何的關係，即可計算出觸碰22之座標(Px,Py)，座標原點定義為第一角落202頂點，向右為水平座標Px正向，向下為垂直座標Py正向，其計算式如下：

Py=Px×tan A1-V1

處理模組18接收訊號S1、S2、S3後，即可自訊號S1、S2、S3解析出角度A1、A2及距離D1，並根據前述計算式獲得觸碰22之座標(Px,Py)。進一步地，處理模組18可再以有線並無線的方式將此座標(Px,Py)傳送至其他裝置，例如一投影系統，此投影系統即可根據此座標(Px,Py)投影 影像至觸控區域20，此影像可包含一指示標記，例如滑鼠游標。

補充說明的是，於實際應用光學觸控系統1中，第一光學感測模組12及第二光學感測模組14係以可拆卸的方式設置於觸控區域20之角落202、204處，不以永久固定為限，故光學觸控系統1可結合顯示系統而成為觸控顯示系統。其中，第一對齊結構1222及第二對齊結構1422與第一角落202及第二角落204之對齊操作不以實體結構連接為限，亦可為利用影像顯示區域邊緣(例如投影顯示區域)目視對齊。此外，光學觸控系統1配備有距離量測模組16，容許第一感光裝置124及第二感光裝置144間之距離變化，故光學觸控系統1可適用於不同尺寸之觸控區域，撘配不同尺寸之顯示區域，尤其是投影機所投射出的顯示區域。

請參閱第1、第5及第6圖，第5圖為根據本發明之一具體實施例之一觸控顯示系統3之示意圖，第6圖為觸控顯示系統3之功能方塊圖。觸控顯示系統3包含第一光學感測模組12、第二光學感測模組14、距離量測模組16、一顯示裝置30及一觸控顯示處理模組32，其中觸控顯示處理模組32包含一第一處理模組(即處理模組18)及一第二處理模組322。其中第一光學感測模組12、第二光學感測模組14、距離量測模組16及處理模組18即為前述光學觸控系統1，因此，觸控顯示系統3邏輯上可視為光學觸控系統1與顯示系統之組合，關於光學觸控系統1之其他說明，請直接參閱前述相關說明，不另贅述。

於本實施例中，顯示裝置30包含一投影機，用以投影影像至一顯示幕34(例如牆面或投影幕)上。顯示幕34上定義觸控區域20，原則上，觸控區域20與影像顯示區域相當，但本發明不以此為限。於實際使用上，當顯示裝置30投影時，影像顯示區域之邊緣清析可見，使用者可輕鬆地將第一固定座122之第一對齊結構1222即對齊觸控區域20之第一角落202之輪廓(即目視判斷影像顯示區域之角落邊緣)，以完成第一光學感測模組12之設置；換言之，第一光學感測模組12無需借助實體結構連接亦可達到定位功能。同 理，第二光學感測模組14之設置亦同，不另贅述。第二處理模組322與顯示裝置30通訊連接，以控制顯示裝置30投影影像。處理模組18與第二處理模組322通訊連接，使得第二處理模組322能自處理模組18接收處理模組18產生之座標(Px,Py)並根據座標(Px,Py)控制顯示裝置30投影影像。例如，此影像可包含一指示標記(例如滑鼠游標)，而此指示標記之顯示位置對應座標(Px,Py)。又或第二處理模組322回應一觸控操作(包含觸碰22)，根據座標(Px,Py)平移顯示的影像。

補充說明的是，於本實施例中，第二處理模組322由一筆記型電腦實作，因此，處理模組18與第二處理模組322原則上以無線的方式連接，顯示裝置30與第二處理模組322則得以有線並無線方式連接；但本發明不以此為限。例如，處理模組18可整合至筆記型電腦，亦即筆記型電腦實作觸控顯示處理模組32，第一光學感測模組12、第二光學感測模組14及距離量測模組16均與筆記型電腦(即觸控顯示處理模組32)無線連接，觸控顯示處理模組32接收第一訊號S1、第二訊號S2及距離訊號S3並根據第一訊號S1、第二訊號S2及距離訊號S3產生座標(Px,Py)，座標(Px,Py)無需再經訊號傳送即可由觸控顯示處理模組32直接根據座標(Px,Py)控制顯示裝置30顯示影像。

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‧‧‧光學觸控系統

12‧‧‧第一光學感測模組

14‧‧‧第二光學感測模組

16‧‧‧距離量測模組

18‧‧‧處理模組

20‧‧‧觸控區域

22‧‧‧觸碰

24‧‧‧觸碰物件

122‧‧‧第一固定座

124‧‧‧第一感光裝置

126‧‧‧第一發光器

142‧‧‧第二固定座

144‧‧‧第二感光裝置

146‧‧‧第二發光器

202‧‧‧第一角落

204‧‧‧第二角落

1222‧‧‧第一對齊結構

1422‧‧‧第二對齊結構

A1、A2‧‧‧角度

D1‧‧‧距離

H1、H2‧‧‧水平偏移量

V1、V2‧‧‧垂直偏移量

Px、Py‧‧‧座標

Claims (15)

1. 一種光學觸控系統，用於感測實施於一觸控區域之一觸碰，該光學觸控系統包含：一第一光學感測模組，包含一第一固定座及一第一感光裝置，該第一固定座具有一第一對齊結構，該第一感光裝置設置於該第一固定座上，該第一光學感測模組設置於該觸控區域之一第一角落使得該第一對齊結構對齊該第一角落之輪廓且該第一感光裝置朝向該觸控區域，該第一感光裝置用以產生關於該觸碰之一第一訊號；一第二光學感測模組，包含一第二固定座及一第二感光裝置，該第二固定座具有一第二對齊結構，該第二感光裝置設置於該第二固定座上，該第二光學感測模組設置於該觸控區域之一第二角落使得該第二對齊結構對齊該第二角落之輪廓且該第二感光裝置朝向該觸控區域，該第二感光裝置用以產生關於該觸碰之一第二訊號；以及一處理模組，與該第一感光裝置及該第二感光裝置通訊連接，用以接收該第一訊號及該第二訊號並根據該第一訊號及該第二訊號產生關於該觸碰之一座標。
2. 如請求項1所述之光學觸控系統，其中該第一角落之輪廓係一直角輪廓，該第一對齊結構係一直角缺口結構，該直角缺口結構匹配該直角輪廓。
3. 如請求項1所述之光學觸控系統，更包含一距離量測模組，用以量測該第一感光裝置及該第二感光裝置間之一距離並產生關於該距離之一距離訊號，該處理模組與該距離量測模組通訊連接並接收該距離訊號以根據該第一訊號、該第二訊號及該距離訊號產生該座標。
4. 如請求項3所述之光學觸控系統，其中該距離量測模組以一無線測距方法產生該距離訊號。
5. 如請求項1所述之光學觸控系統，其中該第一光學感測模組更包含一發光 器，鄰近該第一感光裝置設置，用以朝向該觸控區域發射光線，該第一感光裝置接收反射自該觸控區域之該光線以產生該第一訊號。
6. 如請求項5所述之光學觸控系統，更包含一觸碰物件，用以於該觸控區域中實施該觸碰，該觸碰物件具有一反光區域，用以反射該發光器發射之該光線。
7. 一種觸控顯示系統，包含：一顯示裝置，用以於一顯示幕上顯示一影像，該顯示幕上定義一觸控區域；一第一光學感測模組，包含一第一固定座及一第一感光裝置，該第一固定座具有一第一對齊結構，該第一感光裝置設置於該第一固定座上，該第一光學感測模組設置於該觸控區域之一第一角落使得該第一對齊結構對齊該第一角落之輪廓且該第一感光裝置朝向該觸控區域，該第一感光裝置用以產生關於實施於該觸控區域之一觸碰之一第一訊號；一第二光學感測模組，包含一第二固定座及一第二感光裝置，該第二固定座具有一第二對齊結構，該第二感光裝置設置於該第二固定座上，該第二光學感測模組設置於該觸控區域之一第二角落使得該第二對齊結構對齊該第二角落之輪廓且該第二感光裝置朝向該觸控區域，該第二感光裝置用以產生關於該觸碰之一第二訊號；以及一觸控顯示處理模組，與該第一感光裝置、該第二感光裝置及該顯示裝置通訊連接，該觸控顯示處理模組用以接收該第一訊號及該第二訊號並根據該第一訊號及該第二訊號產生關於該觸碰之一座標，該觸控顯示處理模組根據該座標控制該顯示裝置顯示該影像。
8. 如請求項7所述之觸控顯示系統，其中該顯示裝置包含一投影機，用以投影該影像至該顯示幕上。
9. 如請求項7所述之觸控顯示系統，其中該影像包含一指示標記，該指示標 記對應該座標。
10. 如請求項7所述之觸控顯示系統，其中該第一角落之輪廓係一直角輪廓，該第一對齊結構係一直角缺口結構，該直角缺口結構匹配該直角輪廓。
11. 如請求項7所述之觸控顯示系統，更包含一距離量測模組，用以量測該第一感光裝置及該第二感光裝置間之一距離並產生關於該距離之一距離訊號，該觸控顯示處理模組與該距離量測模組通訊連接並接收該距離訊號以根據該第一訊號、該第二訊號及該距離訊號產生該座標。
12. 如請求項11所述之觸控顯示系統，其中該距離量測模組以一無線測距方法產生該距離訊號。
13. 如請求項11所述之觸控顯示系統，其中該觸控顯示處理模組包含一第一處理模組及一第二處理模組，該第一處理模組與該第二處理模組通訊連接，該第一處理模組用以接收該第一訊號、該第二訊號及該距離訊號並根據該第一訊號、該第二訊號及該距離訊號產生該座標，該第二處理模組自該第一處理模組接收該座標控制該顯示裝置顯示該影像。
14. 如請求項7所述之觸控顯示系統，其中該第一光學感測模組更包含一發光器，鄰近該第一感光裝置設置，用以朝向該觸控區域發射光線，該第一感光裝置接收反射自該觸控區域之該光線以產生該第一訊號。
15. 如請求項14所述之觸控顯示系統，更包含一觸碰物件，用以於該觸控區域中實施該觸碰，該觸碰物件具有一反光區域，用以反射該發光器發射之該光線。