TWI525510B - 光學觸控系統及光學觸控方法 - Google Patents

Description

光學觸控系統及光學觸控方法

本發明關於一種光學觸控系統及光學觸控方法，尤指一種多點觸控之光學觸控系統及光學觸控方法。

觸控技術已廣泛運用，觸控技術亦已從單點觸控發展至多點觸控。目前的多點觸控技術僅是將觸碰表面上的所有觸碰點視為同一操作的基礎，例如兩觸碰點相互靠近或遠離代表顯示影像縮小或放大，而無法將這些觸碰點區分為不同來源(例如由不同使用者實施的觸碰)。換言之，目前的多點觸控技術不容許在同一時間進行不同目的的觸控操作，這使得目前的多點觸控技術無法處理多人同時互動觸控模式，例如一使用者在旋轉物件，而另一使用者同時在書寫或拖曳物件。此技術特徵侷限了目前多點觸控技術可應用的範圍。

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，可容許兩種不同目的之觸控操作同時實施。

本發明之光學觸控系統用於感測實施於一觸碰表面上之二觸碰，該光學觸控系統包含二觸控裝置、二光感測裝置及一處理模組。該觸控裝置用以分別於該觸碰表面上實施該二觸碰，其中一個觸控裝置於觸碰該觸碰表面時能發射第一光線，另一個觸控裝置於觸碰該觸碰表面時能發射第二光線，該第一光線之中心波長不同於該第二光線之中心波長。該光感測裝置設置於該觸碰表面之周圍，每一個光感測裝置包含一光感測元件、一第一濾光片及一第二濾光片，該光感測元件其上定義一第一感測區域及一第二感測區 域，該第一濾光片設置於該第一感測區域之上，該第二濾光片設置於該第二感測區域之上，該第一濾光片容許於一第一波段內之光線通過，該第二濾光片容許於一第二波段內之光線通過，該第一光線之中心波長位於該第一波段內但不在該第二波段內，該第二光線之中心波長位於該第二波段內但不在該第一波段內，每一個光感測裝置利用該光感測元件感測該第一光線及該第二光線以產生關於該第一光線及該第二光線之一光感測訊號。該處理模組與該二光感測裝置電連接，該處理模組接收來自該二光感測裝置之該二光感測訊號以決定每一個觸控裝置於該觸碰表面上之一觸碰位置。藉此，使用者可利用該二觸控裝置於該觸碰表面上同時獨立實施觸控操作，實現使用者間直接的互動觸控操作。

本發明之另一目的在於提供一種光學觸控方法，可同時實施兩種不同目的之觸控操作。

本發明之光學觸控方法用於一光學觸控系統以感測實施於一觸碰表面上之二觸碰。該光學觸控系統包含二光感測裝置、二觸控裝置及一處理模組，該二光感測裝置設置於該觸碰表面之周圍，每一個光感測裝置具有一第一感測區域及一第二感測區域以分別接收於一第一波段及一第二波段內之光線，其中一個觸控裝置於觸碰該觸碰表面時能發射第一光線，另一個觸控裝置於觸碰該觸碰表面時能發射第二光線，該第一光線之中心波長不同於該第二光線之中心波長，該第一光線之中心波長位於該第一波段內但不在該第二波段內，該第二光線之中心波長位於該第二波段內但不在該第一波段內。該光學觸控方法包含使用該二觸控裝置於該觸碰表面上實施該二觸碰並分別發射該第一光線及該第二光線；利用每一個光感測裝置接收該第一光線及該第二光線以產生一光感測訊號；以及利用該處理模組接收來自該二光感測裝置之該二光感測訊號以決定每一個觸控裝置於該觸碰表面上之一觸碰位置。藉此，使用者利用該二觸控裝置即可於該觸碰表面上同時實施獨立的觸控操作，實現使用者間直接的互動觸控操作。

相較於先前技術，本發明利用觸控裝置發射能被區別之光線，並利用光感測裝置接收它並區別出來，故本發明能同時分辨出每一個觸控裝置之觸碰位置，進而實現使用者間直接的互動觸控操作。

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

10‧‧‧觸碰表面

12a、12b‧‧‧觸控裝置

14a、14b‧‧‧光感測裝置

16‧‧‧處理模組

122‧‧‧開關

124‧‧‧發光模組

140‧‧‧殼體

140a‧‧‧開口

142‧‧‧光感測元件

142a‧‧‧第一感測區域

142b‧‧‧第二感測區域

144‧‧‧第一濾光片

146‧‧‧第二濾光片

148‧‧‧玻璃保護蓋

L1‧‧‧第一光線

L2‧‧‧第二光線

P1、P2‧‧‧觸碰位置

Sa、Sb‧‧‧光感測訊號

S100、S120、S140‧‧‧實施步驟

第1圖為根據本發明之一較佳具體實施例之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光感測裝置之俯視圖。

第4圖為第3圖中光感測裝置沿線X-X之剖面圖。

第5圖為第1圖中光學觸控系統之觸控裝置觸碰觸碰表面時之側視圖。

第6圖為根據本發明之一較佳具體實施例之光學觸控方法之流程圖。

請參閱第1圖及第2圖，第1圖為根據本發明之一較佳具體實施例之光學觸控系統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碰表面10上之觸碰，光學觸控系統1包含二觸控裝置12a、12b、二光感測裝置14a、14b及一處理模組16。觸控裝置12a於觸碰觸碰表面10時能發射第一光線L1，而觸控裝置12b於觸碰觸碰表面10時能發射第二光線L2，其中，第一光線L1之中心波長不同於第二光線L2之中心波長，藉此，第一光線L1及第二光線L2可被區別出來。光感測裝置14a、14b設置於觸碰表面10之周圍，於本實施例中，光感測裝置14a、14b設置於觸碰表面10角落，用以個別地接收第一光線L1及第二光線L2以產生關於第一光線L1及第二光線L2之一光感測訊號Sa、Sb。處理模組16與該二光感測裝置14a、14b電連接，處理模組16接收來自該二光感測裝置14a、14b之該二光感測訊號Sa、Sb以決定每一個觸控裝置12a或12b於觸碰表面 10上之觸碰位置，例如第1圖中觸控裝置12a於觸碰表面10上之觸碰位置P1，觸控裝置12b於觸碰表面10上之觸碰位置P2，其皆以十字標記表示於第1圖中。

請併參閱第3圖及第4圖，第3圖為光感測裝置14a之俯視圖，第4圖為光感測裝置14a沿第3圖中線X-X之剖面圖；光感測裝置14b亦同。進一步來說，每一個光感測裝置14a或14b包含一殼體140、一光感測元件142、一第一濾光片144及一第二濾光片146。殼體140具有一開口140a，光感測元件142設置於殼體140中，第一濾光片144及第二濾光片146覆蓋於光感測元件142之上並嵌入開口140a。於實作上，光感測元件142通常還覆蓋一玻璃保護蓋148。於本實施例中，光感測元件142為一面感測器(area sensor)，其為一2-D感測器，故光感測元件142其上可定義一第一感測區域142a及一第二感測區域142b(於第3圖中以影線表示其範圍)，第一濾光片144設置於第一感測區域142a之上，第二濾光片146設置於第二感測區域142b之上。換言之，第一感測區域142a接收之光線已為第一濾光片144濾過，而第二感測區域142b接收之光線已為第二濾光片146濾過。因此，可根據第一光線L1及第二光線L2之波長分佈，選用具有明顯相異的濾波帶之第一濾光片144及第二濾光片146，以使每一個光感測裝置14a或14b能區別出第一光線L1及第二光線L2，進而使得處理模組16能據以決定每一個觸控裝置12a或12b於觸碰表面10上之觸碰位置P1、P2。

於實作上，每一個光感測裝置14a或14b經由光感測元件142之第一感測區域142a接收光線以產生一第一感測訊號，並經由光感測元件142之第二感測區域142b接收光線以產生一第二感測訊號，光感測訊號Sa或Sb即包含該第一感測訊號及該第二感測訊號。處理模組16接收該二光感測訊號Sa、Sb並自該二光感測訊號Sa、Sb擷取出該二第一感測訊號以決定觸控裝置12a於觸碰表面10上之觸碰位置P1，且自該二光感測訊號Sa、Sb擷取出該二第二感測訊號以決定觸控裝置12b於觸碰表面10上之觸碰位置P2。於 實作上，觸碰位置P1、P2之決定可透過光感測裝置14a、14b之光線接收角度，以三角定位方式決定。

另外，於本實施例中，第一光線L1之波長分佈例如但不限於為830~870nm，其中心波長為850nm；第二光線L2之波長分佈例如但不限於為900~940nm，其中心波長為920nm。第一濾光片144容許於一第一波段內之光線通過，該第一波段例如但不限於800~900nm，第二濾光片146容許於一第二波段內之光線通過，該第二波段例如但不限於900~1000nm。經由此第一濾光片144及第二濾光片146之選用，第一光線L1之中心波長(850nm)即位於第一波段(800~900nm)內但不在該第二波段(900~1000nm)內，第二光線L2之中心波長(920nm)位於第二波段(900~1000nm)內但不在該第一波段(800~900nm)內。進一步來說，於本實施例中，第一光線L1之波長分佈完全位於該第一波段內，第二光線L2之波長分佈完全位於該第二波段內。此外，該第一波段與該第二波段不重疊，使得每一個光感測裝置14a或14b經由光感測元件142之第一感測區域142a僅接收第一光線L1以產生該第一感測訊號，並經由光感測元件142之第二感測區域142b僅接收第二光線L2以產生該第二感測訊號；亦即。藉此，該第一感測訊號僅基於第一光線L1而產生，該第二感測訊號僅基於第二光線L2而產生，處理模組16即可輕易地根據該二第一感測訊號以決定發射第一光線L1之觸控裝置12a於觸碰表面10上之觸碰位置P1，並根據該二第二感測訊號以決定發射第二光線L2之觸控裝置12b於觸碰表面10上之觸碰位置P2。

補充說明的是，於本實施例中，第一波段(800~900mm)與第二波段(900~1000nm)相鄰，但本發明不以此為限，但如使用分離的波段或是部分重疊的波段亦可。此外，濾光波段及光線波長分佈的選擇相互影響，於實作上，第一濾光片144及第二濾光片146之選用以使每一個光感測裝置14a或14b能透過第一濾光片144及第二濾光片146之濾光作用而區別出第一光線L1及第二光線L2即可。雖然完全分離的濾光波段及光線波長分佈，可使第一感 測區域142a侷限於僅接收第一光線L1且第二感測區域142b侷限於僅接收第二光線L2，可簡化處理模組16對觸碰位置P1、P2的判斷及提昇判斷結構的精度及可靠度，但本發明仍不以此為限。一般而言，於光線之波長分佈中，光線主要強度多集中在中心波長處，離中心波長較遠處之強度陡降。故濾光波段的選擇以包含此強度集中的波長分佈範圍為原則，依此選擇可使感測結果主要反映具有該範圍之光線，即使有其他光線部分(即此光線離其中心波長處較遠的部分)能通過此濾光片，但因其強度明顯較弱，故不會影響對觸碰位置的判斷。因此，於實作上，第一濾光片144及第二濾光片146區別出第一光線L1及第二光線L2不以濾光波段及光線波長分佈均無交集的情形為限。

再補充說明的是，於本實施例中，如第3圖所示，第一感測區域142a及第二感測區域142b於垂直於觸碰表面10(以粗實線表示於第3圖中)之方向上，上下相鄰設置。此配置可使每一個光感測裝置14a或14b於第一感測區域142a及第二感測區域142b均具有不錯的影像解析度。但本發明不以此為限。另外，於本實施例中，光感測裝置14a、14b可為單一組件，利用第一濾光片144及第二濾光片146以使實體單一的光感測元件142於邏輯上區隔成兩個光感測單元。此設計有利於直接使用現有一般的面感測器加上兩個濾光片而實作光感測裝置14a、14b；但本發明不以此為限。

請參閱第5圖，其為觸控裝置12a觸碰觸碰表面10(以粗實線表示於圖中)時之側視圖；觸控裝置12b亦同。於本實施例中，為使於觸碰觸碰表面10時觸控裝置12a、12b能發射第一光線L1及第二光線L2，每一個觸控裝置12a或12b包含一開關122及一發光模組124，開關122設置於裝置殼體的前端，發光模組124設置於裝置殼體靠近前端處。當觸控裝置12a、12b觸碰觸碰表面10時，開關122被觸發以使觸控裝置12a、12b之發光模組124對應發射第一光線L1或第二光線L2(即觸控裝置12a朝向四周發射第一光線L1、觸控裝置12b朝向四周發射第二光線L2)。另外，於實作上，開關122可為一觸碰開關，當觸控裝置12a、12b觸碰觸碰表面10時，開關122即觸 碰觸碰表面10而觸發；但本發明不以此為限，例如使用其他近接開關作為開關122。

請參閱第6圖，其為根據本發明之一較佳具體實施例之光學觸控方法之流程圖。於本實施例中，該光學觸控方法使用前述光學觸控系統1，故關於光學觸控系統1作動之相關說明於此亦有適用，不再贅述。如第6圖所示，該光學觸控方法使用該二觸控裝置12a、12b於觸碰表面10上實施二觸碰並分別發射第一光線L1及第二光線L2，如步驟S100所示；接著，利用每一個光感測裝置14a或14b接收第一光線L1及第二光線L2以產生一光感測訊號Sa、Sb，如步驟S120所示；以及，利用處理模組16接收來自該二光感測裝置14a、14b之該二光感測訊號Sa、Sb以決定每一個觸控裝置12a或12b於觸碰表面10上之一觸碰位置(例如第1圖中觸控裝置12a於觸碰表面10上之觸碰位置P1，觸控裝置12b於觸碰表面10上之觸碰位置P2)，如步驟S140所示。

於本實施例中，第一濾光片144僅容許第一光線L1通過，第二濾光片僅容許146第二光線L2通過，因此，於步驟S120中，每一個光感測裝置14a或14b經由光感測元件142之第一感測區域142a僅接收第一光線L1以產生該第一感測訊號，並經由光感測元件142之第二感測區域142b僅接收第二光線L2以產生該第二感測訊號；其中，每一個光感測訊號Sa或Sb包含該第一感測訊號及該第二感測訊號。此外，於步驟S140中，處理模組16根據該二第一感測訊號以決定發射第一光線L1之觸控裝置12a於觸碰表面10上之觸碰位置P1，並根據經由該二第二感測訊號以決定發射第二光線L2之觸控裝置12b於觸碰表面10上之觸碰位置P2。另外，於本實施例中，於步驟S100中，利用觸控裝置12a、12b觸碰觸碰表面10以觸發開關122使得觸控裝置12a、12b對應發射第一光線L1或第二光線L2(即觸控裝置12a朝向四周發射第一光線L1、觸控裝置12b朝向四周發射第二光線L2)。

前述各實施例均以容許兩個觸控裝置12a、12b同時獨立地實施觸 碰操作，可實現使用者間直接的互動觸控操作。但本發明可使用之觸控裝置之數量不以兩個為限，於實作上，配合可容許的觸控裝置使用數量，提供具有相同數量的濾光片之光感測裝置以將光感測裝置之光感測元件區隔出相同數量的感測區域，即可使這些觸控裝置同時獨立地實施觸碰操作，更增本發明之光學觸控系統之使用彈性及應用範圍。

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。

14a‧‧‧光感測裝置

140‧‧‧殼體

140a‧‧‧開口

142‧‧‧光感測元件

142a‧‧‧第一感測區域

142b‧‧‧第二感測區域

144‧‧‧第一濾光片

146‧‧‧第二濾光片

148‧‧‧玻璃保護蓋

Claims (13)

1. 一種光學觸控系統，用於感測實施於一觸碰表面上之二觸碰，該光學觸控系統包含：二觸控裝置，用以分別於該觸碰表面上實施該二觸碰，其中一個觸控裝置於觸碰該觸碰表面時能發射第一光線，另一個觸控裝置於觸碰該觸碰表面時能發射第二光線，該第一光線之中心波長不同於該第二光線之中心波長；二光感測裝置，設置於該觸碰表面之周圍，每一個光感測裝置包含一光感測元件、一第一濾光片及一第二濾光片，該光感測元件其上定義一第一感測區域及一第二感測區域，該第一濾光片設置於該第一感測區域之上，該第二濾光片設置於該第二感測區域之上，該第一濾光片容許於一第一波段內之光線通過，該第二濾光片容許於一第二波段內之光線通過，該第一光線之中心波長位於該第一波段內但不在該第二波段內，該第二光線之中心波長位於該第二波段內但不在該第一波段內，每一個光感測裝置利用該光感測元件感測該第一光線及該第二光線以產生關於該第一光線及該第二光線之一光感測訊號；以及一處理模組，與該二光感測裝置電連接，該處理模組接收來自該二光感測裝置之該二光感測訊號以決定每一個觸控裝置於該觸碰表面上之一觸碰位置。
2. 如請求項1所述之光學觸控系統，其中該第一波段與該第二波段分離。
3. 如請求項2所述之光學觸控系統，其中該第一光線之波長分佈位於該第一波段內，該第二光線之波長分佈位於該第二波段內。
4. 如請求項1所述之光學觸控系統，其中該光感測訊號包含一第一感測訊號及一第二感測訊號，該光感測裝置經由該光感測元件之該第一感測區域僅接收該第一光線以產生該第一感測訊號，並經由該光感測元件之該第二感 測區域僅接收該第二光線以產生該第二感測訊號，該處理模組根據該二第一感測訊號以決定發射該第一光線之該觸控裝置於該觸碰表面上之該觸碰位置，並根據經由該二第二感測訊號以決定發射該第二光線之該觸控裝置於該觸碰表面上之該觸碰位置。
5. 如請求項1所述之光學觸控系統，其中該第一感測區域及該第二感測區域於垂直於該觸碰表面之方向上，上下相鄰設置。
6. 如請求項1所述之光學觸控系統，其中每一個光感測裝置包含具有一開口之一殼體，該光感測元件設置於該殼體中，該第一濾光片及該第二濾光片覆蓋於該光感測元件之上並嵌入該開口。
7. 如請求項1所述之光學觸控系統，其中每一個觸控裝置包含一開關，當該觸控裝置觸碰該觸碰表面時，該開關被觸發以使該觸控裝置對應發射該第一光線或該第二光線。
8. 如請求項7所述之光學觸控系統，其中該開關為一觸碰開關。
9. 一種光學觸控方法，用於一光學觸控系統以感測實施於一觸碰表面上之二觸碰，該光學觸控系統包含二光感測裝置、二觸控裝置及一處理模組，該二光感測裝置設置於該觸碰表面之周圍，每一個光感測裝置具有一第一感測區域及一第二感測區域以分別接收於一第一波段及一第二波段內之光線，其中一個觸控裝置於觸碰該觸碰表面時能發射第一光線，另一個觸控裝置於觸碰該觸碰表面時能發射第二光線，該第一光線之中心波長不同於該第二光線之中心波長，該第一光線之中心波長位於該第一波段內但不在該第二波段內，該第二光線之中心波長位於該第二波段內但不在該第一波段內，該光學觸控方法包含下列步驟：(a)使用該二觸控裝置於該觸碰表面上實施該二觸碰並分別發射該第一光線及該第二光線；(b)利用每一個光感測裝置接收該第一光線及該第二光線以產生一光感測訊號；以及 (c)利用該處理模組接收來自該二光感測裝置之該二光感測訊號以決定每一個觸控裝置於該觸碰表面上之一觸碰位置。
10. 如請求項9所述之光學觸控方法，其中該第一波段與該第二波段分離。
11. 如請求項10所述之光學觸控方法，其中該第一光線之波長分佈位於該第一波段內，該第二光線之波長分佈位於該第二波段內。
12. 如請求項9所述之光學觸控方法，其中該光感測訊號包含一第一感測訊號及一第二感測訊號，於步驟(b)中，每一個光感測裝置經由該光感測元件之該第一感測區域僅接收該第一光線以產生該第一感測訊號，並經由該光感測元件之該第二感測區域僅接收該第二光線以產生該第二感測訊號，以及於步驟(c)中，該處理模組根據該二第一感測訊號以決定發射該第一光線之該觸控裝置於該觸碰表面上之該觸碰位置，並根據經由該二第二感測訊號以決定發射該第二光線之該觸控裝置於該觸碰表面上之該觸碰位置。
13. 如請求項9所述之光學觸控方法，其中每一個觸控裝置包含一開關，於步驟(a)中，利用該觸控裝置觸碰該觸碰表面以觸發該開關使得該觸控裝置對應發射該第一光線或該第二光線。