CN102981681B - 光学触控***、光学装置及其定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种光学触控***、光学装置及其定位方法，该光学触控***定位存在于一触控区域的一对象，其包含：至少两个反射元件，设于该触控区域中相邻的一第一侧边及一第二侧边，其中该第一侧边及该第二侧边的长度和大于该两个反射元件的长度和；两个发光元件，设于该触控区域中相邻的一第三侧边及一第四侧边；一影像传感器，撷取该对象的一对象影像及该对象于该两个反射元件内产生的至少一镜像影像；以及一处理器，根据该对象影像及该镜像影像的几何数据以计算该对象的一坐标。

Description

光学触控***、光学装置及其定位方法

技术领域

本发明涉及一种光学触控***、光学装置及其定位方法，特别是指一种使用多个反射元件(reflective element)以解决盲区(blind zone)问题的光学触控***及其定位方法。

背景技术

触控屏幕装置是一种可让使用者在屏幕上直接与应用程序互动的装置。触控屏幕装置的种类繁多，其中光学触控屏幕是常见的一种。

图1显示一种现有的光学式触控屏幕***1，其公开于美国专利公告号第4,782,328号。如图1所示，光学式触控屏幕***1包括两传感器11，两传感器11用于撷取在触控区域12上的对象13的影像。处理器14耦接两传感器11，通过分析两传感器11所产生的影像，以决定出分别连接对象13与两传感器11的感测路线(sensing path)15。处理器14再根据感测路线15计算出对象13的位置坐标。光学式触控屏幕***1需使用两个传感器11，使得光学式触控屏幕***1的成本较高。

图2显示另一种现有的光学式触控屏幕***2。为降低成本，TW发明专利公开号第201003477号(相应案：美国专利第7689381B2号)揭示一种光学式触控屏幕***2，其包括一反射镜21、两光源22、一影像传感器23与一处理器24。反射镜21和两光源22设置在触控区域28周边，反射镜21用于产生对象25的一镜像26。影像传感器23用于产生对象25的影像与镜像26的影像。处理器24分析通过对象25的影像的感测路线27与通过镜像26的影像的感测路线27，以及根据两感测路线27计算出对象25的坐标。光学式触控屏幕***2仅需要使用一个影像传感器23，因此可具较低成本。

在光学式触控屏幕***2中，当两感测路线27太过相近时，对象25的影像与镜像26的影像会重叠，因而无法计算出对象25的位置。如图2所示，于触控区域28中靠近影像传感器23且未设有光源22侧的局部区域，因对象的影像与镜像的影像会重叠，从而造成无法侦测出对象的精确位置，故此局部区域称为盲区。

为解决前述盲区的问题，TW发明专利申请号第098131423号(又美国专利公开第20100309169号的FIG.10亦公开类似装置)公开一种光学式触控装置，如图3所示。光学式触控装置100a包含一发光元件120、一影像侦测模块130、二导光条(112a、112b)以及二条状镜(114a、114b)。导光条112a、112b相邻设置，且条状镜114a、114b亦相邻设置，并且导光条112a、112b与条状镜114a、114b沿一矩形的四个边排列，而矩形内的区域为一感测区116。导光模块110a包括二条状镜(114a、114b)，使得位于感测区116的每一触控点会相应地产生三个镜像，影像侦测模块130会撷取对象B的影像与三个镜像B1～B3的影像，并根据这些影像计算出对象B的位置。虽然光学式触控装置100a的盲区150a的面积大幅减少，但是盲区的问题仍然存在，亦即B及B1的暗点影像和B2及B3的暗点影像会有部分重叠。此外，于条状镜114a、114b邻接的直角处会有影像无穷反射的问题。

有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种使用多个反射元件的光学触控***及其定位方法，不但解决盲区的问题，亦可以避免无穷反射的发生。

发明内容

本发明目的之一在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种可以解决盲区问题的光学触控***。

本发明另一目的在于，提出一种用于光学触控***的定位方法。

为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种一种光学触控***，定位存在于一触控区域的一对象，包含：至少两个反射元件，设于该触控区域中相邻的一第一侧边及一第二侧边，其中该第一侧边及该第二侧边的长度和大于该两个反射元件的长度和；两个发光元件，设于该触控区域中相邻的一第三侧边及一第四侧边；一影像传感器，撷取该对象的一对象影像及该对象于该两个反射元件内产生的至少一镜像影像；以及一处理器，根据该对象影像及该镜像影像的几何数据以计算该对象的坐标。

在其中一种实施型态中，该几何数据为该对象影像及该镜像影像的中心、重心、代表位置或边界。

在其中一种实施型态中，该光学触控***另包含设于该第一侧边及该第二侧边的两个发光元件，其中该两个反射元件相邻接。设于该第一侧边及该第二侧边的该两个发光元件分别和设于该第三侧边及该第四侧边的该两个发光元件相邻接。

在其中一种实施型态中，设于该第一侧边的该反射元件覆盖整个该第一侧边，设于该第二侧边的该反射元件覆盖该第二侧边的中间部分。设于该第四侧边的该发光元件覆盖该第四侧边的部分，且和设于该第一侧边的该反射元件相邻接。

在其中一种实施型态中，该处理器根据该对象影像及该镜像影像于该影像传感器内的成像区域数目，以选取该对象影像及该镜像影像非重叠的两该成像区域或该对象影像及该镜像影像重叠的成像区域，通过该成像区域的几何数据计算该对象的坐标。

就另一个观点言，本发明提供了一种用于光学触控***的定位方法，一光学触控***中影像传感器会撷取存在于一触控区域内一对象的对象影像及两个反射元件所形成多个镜像影像，该定位方法包含：检查该对象影像及该镜像影像的成像区域数目；若该成像区域数目等于4，则任选两该成像区域，并根据此两个成像区域的几何信息以得到该对象的坐标；若该成像区域数目等于3，选择该对象影像及该镜像影像非重叠的两该个成像区域，并根据此两该成像区域的几何信息以得到该对象的坐标；以及若该成像区域数目小于3，选择该对象影像及该镜像影像重叠的成像区域，并根据此成像区域的边界以得到该对象的坐标。

就另一个观点言，本发明又提供了一光学触控***，定位存在于一触控区域的一对象，其包含：至少两个反射元件，设于该触控区域中相邻的一第一侧边及一第二侧边，其中该两个反射元件间的夹角大于90度；两个发光元件，设于该触控区域中相邻的一第三侧边及一第四侧边；一影像传感器，撷取该对象的一对象影像及该对象于该两个反射元件内产生的至少一镜像影像；以及一处理器，根据该对象影像及该镜像影像的几何数据以计算该对象的坐标。

下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1显示一种现有的光学式触控屏幕***；

图2显示另一种现有的光学式触控屏幕***；

图3显示另一种现有的光学式触控屏幕***；

图4显示本发明一实施例的光学触控***的示意图；

图5显示图4的光学触控***中通过对象的观测线的示意图；

图6显示图5中影像传感器的影像感测窗口的示意图；

图7显示本发明另一实施例的光学触控***的示意图；

图8显示图7的光学触控***中通过对象的观测线的示意图；

图9显示图8中影像传感器的影像感测窗口的示意图；

图10显示本发明另一实施例的光学触控***的示意图；

图11显示本发明光学触控***的定位方法的流程图。

图中符号说明

1             光学式触控屏幕***

11            传感器

12            触控区域

13            物件

14            处理器

15            感测路线

110           光学触控***

1111          第一反射元件

1112          第二反射元件

120           发光元件

130           影像侦测模块

100a          光学式触控装置

110a          导光模块

112a、112b    导光条

114a、114b    条状镜

150a          盲区

2             光学式触控屏幕***

21            反射镜

22            光源

23            影像传感器

24            处理器

25            物件

26            镜像

27            感测路线

28            触控区域

4             光学触控***

43     影像传感器

44     处理器

45     物件

48     触控区域

411    第一反射元件

412    第二反射元件

421    第一发光元件

422    第二发光元件

423    第三发光元件

424    第四发光元件

481    第一侧边

482    第二侧边

483    第三侧边

484    第四侧边

491    第一镜像

492    第二镜像

60     影像感测窗口

61     亮区

62     对象影像

631    第一镜像影像

632    第二镜像影像

7      光学触控***

711    第一反射元件

712    第二反射元件

721    第一发光元件

722    第二发光元件

723    第三发光元件

724    第四发光元件

791    第一镜像

792    第二镜像

793         第三镜像

90          影像感测窗口

91          亮区

92          重叠影像

931         第二镜像影像

932         第三镜像影像

B           物件

B1～B3      镜像

S121～S126  步骤

具体实施方式

图4显示本发明一实施例的光学触控***的示意图。当一对象45(例如：手指或触控笔(stylus pen))接触光学触控***4的触控区域48，该***会计算而定位对象45所在的坐标。光学触控***4包含第一和第二反射元件(411、412)、第一至第四发光元件(421～424)、一影像传感器43及一处理器44。第一反射元件411和第二反射元件412分别设于触控区域48中相邻的第一侧边481及第二侧边482，又第一发光元件421和第二发光元件422分别设于触控区域48中相邻的第三侧边483及第四侧边484。该第一反射元件411和第二反射元件412可以是一平面反射镜(plane mirror)，但不以此为限定。第一至第四发光元件(421～424)可以是发出不可见光(invisible light)的线性光源，又影像传感器43具有一影像感测窗口(image-sensing window)与一滤波器(filter)。

第一反射元件411与第二发光元件422间另设有第三发光元件423，藉此影像传感器43可单独得到对象45的对象影像，以避免现有技术的图2及图3中对象的影像与镜像的影像重叠，此部分会于图5中详述。第二反射元件412与第一发光元件421间可以设有第四发光元件424，由此避免当对象45接近第四发光元件424附近区域所造成相似的影像重叠。此外，第一反射元件411与第二反射元件412间的夹角可大于90度，以解决前述无穷反射的问题，该夹角较佳地建议为90度至96度。由图4可知，第一反射元件411未覆盖整个第一侧边481，与第二反射元件412未分别覆盖整个第二侧边482，亦即该第一侧边481及该第二侧边482的长度和大于该两个反射元件(411、412)的长度和。此实施例是在反射元件靠近影像传感器一侧设置非反射区域，故可降低对象实像与虚像重叠的问题，且进一步在该处使用发光元件可增加对象实像辨识的准确度。

图5显示图4的光学触控***中通过对象的观测线的示意图，及图6显示图5中影像传感器的影像感测窗口的示意图。当对象45位于或接近第三发光元件423附近区域，因为第二发光元件422及第三发光元件423会发出光线，因此会于影像传感器43的影像感测窗口60上形成亮度较高的亮区(bright zone)61；但因为对象45会遮蔽第三发光元件423的部分光线，故会形成狭窄及灰暗的对象影像62(或称为对象光学信息)，请参见图6。相较于现有技术的图3，本实施例会得到单独的对象影像62，而再不会有镜像影像和对象影像62重叠的问题。同时，对象45因第二反射元件412产生的一第一镜像491，又第一镜像491会因第一反射元件411成像为一第二镜像492。该第一镜像491及第二镜像492会于影像感测窗口50上分别形成一第一镜像影像631及一第二镜像影像632(或称为第一镜像及第二镜像的光学信息)。在本实施例中，对象影像62可为较影像感测窗口60中背景(亮区61)亮度值为低的一遮蔽影像。

参照图6所示，处理器44可选择对象影像62、第一镜像影像631及第二镜像影像632中任二个光学信息，并根据所选择的光学信息的中心、重心或代表位置等几何数据而得到对象45的实际坐标。有关于详细的坐标计算方法为所属技术领域中的通常知识，在此将不详述，或可参见TW发明专利申请号第098131423号及第098100969号的记载。因为第二镜像影像632为二次反射形成的镜像，因为光程较长所以光学信息可能较不明显或足够，例如：亮度相较于背景不明显，故可以利用对象影像62及第一镜像影像631计算得到对象45的坐标。相似地，当对象45接近第四发光元件424附近区域，因本实施例进一步设置第四发光元件424以取代镜面，所以可以解决前述的影像重叠问题，而得到单独的对象影像。

图7显示本发明另一实施例的光学触控***的示意图。光学触控***7包含第一和第二反射元件(711、712)、第一至第四发光元件(721～724)、一影像传感器43及一处理器44。第一反射元件711和第二反射元件712分别设于触控区域48中相邻的第一侧边481及第二侧边482，又第一发光元件721和第二发光元件722分别设于触控区域48中相邻的第三侧边483及第四侧边484。设于第二侧边482及第三侧边483的发光元件(721、723、724)为主要提供照明者，可以用以辅助对象45的实像成像以及在第一反射元件711的镜像成像。本实施例进一步在第二侧边482的中间设置第二反射元件712，及于第四侧边484且邻接第一侧边481处设置第二发光元件722，当对象45接近第一侧边481及第四侧边484的交接处，若对象45的实像与第一反射元件711的镜像重叠时，则可利用第二反射元件712产生对象45的另一镜像，由此可计算对象45的坐标。

由于第二反射元件712为解决对象45位于左上角盲区而无法计算坐标的问题，因此仅需要设于第二侧边482的中央区域，从而使得位于盲区的对象45可以在第二反射元件712后方形成镜像，由此消除或缩减盲区。而第二发光元件722为非必要元件，主要用以加强在第二反射元件712中对象45的成像。此外，第二发光元件722并未延伸至影像传感器43，如此当对象45靠近影像传感器43时，就不会有过多光线直接自对象45表面反射至影像传感器43内，从而影响对象或镜像影像的撷取。第二反射元件712及第二发光元件722是用以解决左上角盲区问题，因此该两元件的长度可根据原盲区的范围以进行调整。

图8显示图7的光学触控***中通过对象的观测线的示意图，及图9显示图8中影像传感器的影像感测窗口的示意图。当对象45位于或接近第二发光元件722附近区域，因为各发光元件(721、722、723、724)会发出光线，因此会于影像传感器43的影像感测窗口90上形成亮度较高的亮区91；但因为对象45会遮蔽第一反射元件711反射该第一发光元件721的部分光线的反射光线，故会于影像感测窗口90形成狭窄及灰暗的对象影像及第一镜像791的重叠影像92(或称为对象及第一镜像光学信息)，请参见图9。同时，对象45因第二反射元件712产生的一第二镜像792，又第二镜像792会因第一反射元件711成像为一第三镜像793。该第二镜像792及第三镜像793会于影像感测窗口90上分别形成一第二镜像影像931及一第三镜像影像932(或称为第二镜像及第三镜像的光学信息)。

如前所述，当第二镜像影像931及第三镜像影像932的光学信息相较于背景亮区91明显或足够，可以利用该两个光学信息的中心、重心或代表位置等几何数据而得到对象45的实际坐标。但第三镜像影像932会因为光程较长，所得到的光学信息可能较不明显或不足够，可以利用重叠影像92的两侧边界或边缘等几何信息计算出对象影像及第一镜像791的个别成像范围，详述如下。

图10显示本发明另一实施例光学触控***的示意图。光学触控***110包含第一和第二反射元件(1111、1112)、第一和第二发光元件(421、421)、一影像传感器43及一处理器44。第一反射元件1111和第二反射元件1112分别设于触控区域48中相邻的第一侧边481及第二侧边482，又第一发光元件421和第二发光元件422分别设于触控区域48中相邻的第三侧边483及第四侧边484。第一反射元件1111和第二反射元件1112间的夹角可大于90度，以解决前述无穷反射的问题，该夹角较佳地建议为90度至96度。本实施例中对象45的坐标计算方法和前述实施例所载方法类似，不在此赘述。

图11显示本发明光学触控***的定位方法的流程图。在步骤S121中，光学触控***中影像传感器撷取存在于一触控区域内一对象的影像及两个反射元件所形成多个镜像的影像，该对象的影像和最接近的镜像在影像感测窗口中可能发生成像区域的重叠，如图9的重叠影像92，但于图5及6的实施例中较不可能发生。接着于步骤S122中，检查对象的影像及镜像的影像的成像区域数目是否小于4，若有前述成像区域重叠或对应光学信息不明显的问题发生，则成像区域数目会小于4。若成像区域数目等于4，则可任选两个成像区域，并根据此两个成像区域的重心或中心等几何信息以得到对象的坐标，如步骤S123所示。若成像区域数目小于4，则继续检查成像区域数目会小于3，如步骤S124所示。若成像区域数目等于3，则可排除该对象影像及该镜像影像重叠的成像区域，选择另两个镜像的单独成像区域，并根据此两成像区域的重心或中心等几何信息以得到对象的坐标，如步骤S125所示。若成像区域数目小于3，选择该对象影像及该镜像影像重叠的成像区域，则根据此成像区域的边界，以分析其中对象的影像及镜像的影像成像区域的重心或中心以得到对象的坐标，如步骤S126所示。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，发光元件的设置位置及数量，可以不同于前述实施例的例示。或者，至少两个反射元件覆盖第一侧边及第二侧边的区域，如能形成足够影像的光学信息，亦为本发明保护的范畴。本发明的范围应涵盖上述及其它所有等效变化。

Claims (17)

1.一种光学触控***，定位存在于一触控区域的一对象，其特征在于，包含：

至少两个反射元件，设于该触控区域中相邻的一第一侧边及一第二侧边，其中该第一侧边及该第二侧边的长度和大于该两个反射元件的长度和；

两个发光元件，设于该触控区域中相邻的一第三侧边及一第四侧边；

一影像传感器，撷取该对象的一对象影像及该对象于该两个反射元件内产生的至少一镜像影像；以及

一处理器，根据该对象影像及该镜像影像的几何数据以计算该对象的坐标；

其中，该处理器根据该对象影像及该镜像影像于该影像传感器内的成像区域数目，以选取该对象影像及该镜像影像非重叠的两该成像区域或该对象影像及该镜像影像重叠的成像区域，通过该成像区域的几何数据计算该对象的坐标。

2.如权利要求1所述的光学触控***，其中，该几何数据为该对象影像及该镜像影像的中心、重心、代表位置或边界。

3.如权利要求1所述的光学触控***，其中，另包含设于该第一侧边及该第二侧边的两个发光元件，其中该两个反射元件相邻接。

4.如权利要求3所述的光学触控***，其中，该两个反射元件间的夹角大于90度。

5.如权利要求3所述的光学触控***，其中，设于该第一侧边及该第二侧边的该两个发光元件分别和设于该第三侧边及该第四侧边的该两个发光元件相邻接。

6.如权利要求1所述的光学触控***，其中，设于该第一侧边的该反射元件覆盖整个该第一侧边，设于该第二侧边的该反射元件覆盖该第二侧边的中间部分。

7.如权利要求6所述的光学触控***，其中，设于该第四侧边的该发光元件覆盖该第四侧边的部分，且和设于该第一侧边的该反射元件相邻接。

8.如权利要求6所述的光学触控***，其中，另包含设于该第二侧边的两端的两个发光元件。

9.一种用于光学触控***的定位方法，一光学触控***中影像传感器会撷取存在于一触控区域内一对象的对象影像及两个反射元件所形成多个镜像影像，其特征在于，该定位方法包含：

检查该对象影像及该镜像影像的成像区域数目；

若该成像区域数目等于4，则任选两该成像区域，并根据此两个成像区域的几何信息以得到该对象的坐标；

若该成像区域数目等于3，选择该对象影像及该镜像影像非重叠的两该个成像区域，并根据此两该成像区域的几何信息以得到该对象的坐标；以及

若该成像区域数目小于3，选择该对象影像及该镜像影像重叠的成像区域，并根据此成像区域的边界以得到该对象的坐标。

10.如权利要求9所述的用于光学触控***的定位方法，其中，该两个反射元件分别设于该触控区域的相邻的两侧边，该两侧边的长度和大于该两个反射元件的长度和。

11.如权利要求10所述的用于光学触控***的定位方法，其中，该两个反射元件间的夹角大于90度。

12.如权利要求10所述的用于光学触控***的定位方法，其中，该两个侧边另设有至少一个发光元件。

13.如权利要求9所述的光学触控***的定位方法，其中，该成像区域的几何信息为该成像区域的重心、中心或代表位置。

14.如权利要求9所述的光学触控***的定位方法，其中，该成像区域的亮度低于背景的区域。

15.一种用于光学触控***的光学装置，使存在于一光学触控***的一触控区域中一对象成像，其特征在于，包含：

一第一反射元件，设于该触控区域的一第一侧边；

一第二反射元件，设于该触控区域的一第二侧边的中央的部分区域；

一第一发光元件，设于该触控区域的一第三侧边；

一第二发光元件，设于该触控区域的一第四侧边的部分区域并相邻于该第一侧边；

一第三发光元件；

一第四发光元件，和该第三发光元件共设于该第二侧边，且分别与该第一侧边及该第三侧边相邻接；

一影像传感器，撷取该对象的一对象影像及该对象于该两个反射元件内产生的至少一镜像影像；以及

一处理器，根据该对象影像及该镜像影像于该影像传感器内的成像区域数目，以选取该对象影像及该镜像影像非重叠的两该成像区域或该对象影像及该镜像影像重叠的成像区域，通过该成像区域的几何数据计算该对象的坐标；

其中该第二反射元件邻接该第三发光元件及该第四发光元件。

16.一种光学触控***，定位存在于一触控区域的一对象，又该 触控区域包括四个依序邻接的一第一侧边、一第二侧边、一第三侧边及一第四侧边，其特征在于，包含：

一发光单元，设于该第四侧边的部分区域并相邻于该第一侧边；

两反射单元，该些反射单元其一设于该触控区域的该第二侧边的中央的部分区域；

一影像传感器，设于该第三侧边及该第四侧边的交接处，撷取该对象的一对象影像及该对象于该两个反射元件内产生的至少一镜像影像；以及

一处理器，根据该对象影像及该镜像影像于该影像传感器内的成像区域数目，以选取该对象影像及该镜像影像非重叠的两该成像区域或该对象影像及该镜像影像重叠的成像区域，通过该成像区域的几何数据计算该对象的坐标。

17.如权利要求16所述的光学触控***，其中，另包含：

一反射元件，设于该第一侧边；

一发光元件，设于该第三侧边；

一第一辅助发光元件；

一第二辅助发光元件，和该第三发光元件共设于该第二侧边，且分别与该第一侧边及该第三侧边相邻接；

其中该反射单元邻接该第一辅助发光元件及该第二辅助发光元件。