CN105988640A - 光学触控装置及其触控检测方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种光学触控装置及其触控检测方法。此光学触控装置适合与触控面结合使用，并且包括控制单元及第一至第四光学获取单元。第一至第四光学获取单元耦接控制单元且设置于光学触控装置接近触控面的一侧。第一至第四光学获取单元与触控面分别相距预设距离且依据预定角度而设置。第一至第四光学获取单元各自的触控涵盖区域依据预设距离以及预定角度来获得，且触控涵盖区域与预设距离为正相关。控制单元依据第一至第四光学获取单元所获取的多个光学感应数据以计算触控面中的至少一触控点。

Description

光学触控装置及其触控检测方法

技术领域

本发明涉及一种电子设备的触控感应技术，且特别涉及一种光学触控装置及其触控检测方法。

背景技术

近年来触控式的电子产品由于操作方便，直觉性高，因此深受消费者喜爱而已渐渐成为市场上的主流趋势。可应用于电子产品的触控感应技术当中，以电容式触控屏幕的触控效果最好，但其成本亦最为昂贵，且会随着屏幕尺寸的变大而增加，因而限制了电容式触控屏幕的应用。另一方面，光学触控技术适合应用在大尺寸的显示面板中，更具有成本低、准确度佳等优点，在竞争的市场中更具有优势，目前也已成为大尺寸触控屏幕的另外一种选择。

现有光学触控模块的架构及尺寸会由于触控面板的尺寸大小而等比例地调整。如此一来，为了因应不同比例及大小的触控产品，就必须设计相对应的模块来满足空间上的需求。因此，工厂端库存的线材、生产治具、工艺也都需要再调整和控管，造成开发成本增加以及资源无法有效率的利用。

因此，如何发展出一种可相容于不同尺寸及不同比例的触控面板的触控模块来因应各种触控产品，并同时解决降低生产成本及资源有效利用的问题，这是一个有待克服的课题。

发明内容

本发明提供一种光学触控装置及其触控检测方法，此光学触控装置可应用于不同尺寸及不同比例的触控面，以因应各种触控产品的需求。

本发明提供一种光学触控装置。此光学触控装置适合与触控面结合使用，并且包括控制单元以及第一至一第四光学获取单元。第一至第四光学获取单元耦接控制单元且设置于光学触控装置接近触控面的一侧，用以获得至少一光学感应数据，其中第一及第二光学获取单元设置于第一区域，第三及第四光学获取单元设置于第二区域，触控面依据第一及第二区域的位置而区分为第一子触控区、第二子触控区及第三子触控区，第一及该第三光学获取单元朝向第一子触控区，第二及第三光学获取单元朝向第二子触控区，且第二及第四光学获取单元朝向第三子触控区。控制单元依据第一至第四光学获取单元所获取的多个光学感应数据以计算触控面中的至少一触控点，第一至第四光学获取单元与触控面分别相距预设距离且依据预定角度而设置，第一至第四光学获取单元各自的触控涵盖区域依据预设距离以及预定角度来获得，且触控涵盖区域与预设距离为正相关。

在本发明的一实施例中，上述触控涵盖区域以预设距离、第一至第四光学获取单元各自的视场角度以及预定角度来计算得到。

在本发明的一实施例中，上述触控涵盖区域以下列方程式计算：

$w=h_a\·[\tan (\frac{\mathrm{FOV}}{2}-{\mathrm{\θ}}_a)+\tan (\frac{\mathrm{FOV}}{2}+{\mathrm{\θ}}_a)]$

其中h_a是预设距离，θ_a是预定角度，FOV是视场角度，w是触控涵盖区域。

在本发明的一实施例中，上述触控涵盖区域的视场角度大于或等于90度。

在本发明的一实施例中，上述触控涵盖区域至少大于触控面的尺寸。

在本发明的一实施例中，上述光学触控装置还包括至少四个光源模块及光学触控设备。四个光源模块分别设置于第一至第四光学获取单元上，以产生光线。光学触控设备接收光线并将光线沿光线的前进路径进行全反射。

在本发明的一实施例中，上述光学触控装置还包括光学信号产生设备，用以产生光线以使第一至第四光学获取单元的其中的至少两个获取光学感应数据。

在本发明的一实施例中，上述光学触控装置还包括电源供应器。电源供应器耦接至光学触控装置，用以提供电源给光学触控装置。

本发明提供一种触控检测方法及使用此方法的光学触控装置。此方法包括下列步骤。获取第一至第四光学获取单元的多个光学感应数据，其中第一至第四光学获取单元耦接控制单元且设置于光学触控装置接近触控面的一侧，用以获得至少一光学感应数据，其中第一及第二光学获取单元设置于第一区域，第三及第四光学获取单元设置于第二区域，触控面依据第一及第二区域的位置而区分为第一子触控区、第二子触控区及第三子触控区，第一及该第三光学获取单元朝向第一子触控区，第二及第三光学获取单元朝向第二子触控区，且第二及第四光学获取单元朝向第三子触控区。另外，第一至第四光学获取单元与触控面分别相距预设距离且依据预定角度而设置，第一至第四光学获取单元各自的触控涵盖区域依据预设距离以及预定角度来获得，且触控涵盖区域与预设距离为正相关。根据光学感应数据计算触控面中的触控点。

在本发明的一实施例中，上述触控涵盖区域以预设距离、第一至第四光学获取单元各自的视场角度以及预定角度来计算得到。

在本发明的一实施例中，上述触控涵盖区域以下列方程式计算：

$w=h_a\·[\tan (\frac{\mathrm{FOV}}{2}-{\mathrm{\θ}}_a)+\tan (\frac{\mathrm{FOV}}{2}+{\mathrm{\θ}}_a)]$

其中h_a是预设距离，θ_a是预定角度，FOV是视场角度，w是触控涵盖区域。

基于上述，本发明实施例提出的光学触控装置及其触控检测方法会将四个光学获取单元特别配置在不同的方向以及预设的设置角度，以使光学触控装置皆能从其中两个光学获取单元中获得各个子触控区的光学感应数据以获得触控点。因此，便可在不需调整光学触控装置的结构的情况下涵盖较广的触控面。因此，本发明的光学触控装置得以应用于不同尺寸及不同比例的触控面，因而应各种触控产品的需求。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合说明书附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明一实施例所绘示的光学触控装置的架构示意图。

图2是应用图1的光学触控装置于其中的光学触控面板的架构示意图。

图3是依照本发明一实施例所绘示的计算一光学获取单元的触控涵盖区域的示意图。

图4A～4B是依照本发明实施例所绘示的光学获取单元的摆放示意图。

图5是依照本发明一实施例所绘示的光学获取单元检测触控点的示意图。

图6是依照图5所绘示各区域对应光学获取单元视角的涵盖数量的示意图。

图7绘示本发明一实施例的光学触控装置的触控检测方法的流程图。

附图标记说明：

100：光学触控装置

110：控制单元

120a～120d：光学获取单元

150：触控笔

160：电源供应器

200～220：光学触控面板

610～660、D1、D2：区域

S1～S3：子触控区

P1～P3：触控点

w、w₁～w₂：触控涵盖区域

h_a：预设距离

θ_a：预定角度

FOV：视场角度

S710～S720：步骤

具体实施方式

观察光学触控装置及其触控检测方法，触控面板的尺寸大小会直接左右整体装置的机构尺寸。为了因应不同比例及大小的触控产品，必须设计相对应的装置来满足空间上的需求。据此，本发明实施例将光学触控装置内的四个光学获取单元特别配置在不同的方向以及预设的设置角度，以使光学触控装置皆能从其中两个光学获取单元中获得各个子触控区的光学感应数据，藉以获得触控点。因此，便可在不需调整光学触控装置的结构的情况下涵盖较广的触控面。

现将详细参考本发明的示范性实施例，在附图中说明所述示范性实施例的实例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。

以下将以四个光学获取单元为范例进行说明。以下请同时参照图1与图2。图1是依照本发明一实施例所绘示的光学触控装置100的架构示意图。图2是应用图1的光学触控装置100于其中的光学触控面板200的架构示意图。于本实施例中，光学触控装置100与光学触控面板200可以为两个不同的独立个体。换句话说，光学触控面板200可以设置于另一个电子设备上，并且可将光学触控装置100设置于此电子设备。光学触控装置100包括控制单元110以及光学获取单元120a～120d。

光学获取单元120a～120d电性连接到控制单元110且设置于光学触控装置100接近光学触控面板200的一侧。第一光学获取单元120a及第二光学获取单元120b设置于第一区域D1，第三光学获取单元120c及第四光学获取单元120d设置于第二区域D2。光学触控面板200依据第一区域D1及第二区域D2的位置而区分为第一子触控区S1、第二子触控区S2及第三子触控区S3。第一光学获取单元120a及第三光学获取单元120c朝向第一子触控区S1，第二光学获取单元120b及第三光学获取单元120c朝向第二子触控区S2，且第二光学获取单元120b及第四光学获取单元120d朝向第三子触控区S3。之后，控制单元110依据第一至第四光学获取单元120a～120d所获取的多个光学感应数据以计算光学触控面板200中的至少一触控点。

通常在现有技术当中，光学触控装置仅设置两个光学获取单元。例如，请继续参照图2，假定光学触控装置200仅具有本发明的第二光学获取单元120b及第三光学获取单元120c时，第二光学获取单元120b及第三光学获取单元120c只能涵盖第二子触控区S2的区域。若于光学触控装置200内设置第一至第四光学获取单元120a～120d，光学触控装置200不但能涵盖第二子触控区S2的范围，更能增加第一子触控区S1及第三子触控区S3的涵盖区域，扩大了整体光学触控装置200的触控涵盖区域。

除此之外，第一至第四光学获取单元120a～120d与光学触控面板200分别相距预设距离且依据预定角度而设置，其中第一至第四光学获取单元120a～120d各自的触控涵盖区域依据预设距离以及预定角度来获得，且触控涵盖区域与预设距离为正相关。如此一来，除了增加第一子触控区S1及第三子触控区S3的触控涵盖区域之外，更在不需调整光学触控装置的结构的情况下，控制光学触控装置的设定来涵盖不同尺寸及大小的触控面。

值得注意的是，触控涵盖区域是以预设距离、第一至第四光学获取单元120a～120d各自的视场角度以及预定角度来计算得到。请参照图3。图3是依照本发明一实施例所绘示的计算一光学获取单元的触控涵盖区域的示意图。详细地说，触控涵盖区域可以下列方程式计算：

$w=w_1+w_2=h_a\·[\tan (\frac{\mathrm{FOV}}{2}-{\mathrm{\θ}}_a)+\tan (\frac{\mathrm{FOV}}{2}+{\mathrm{\θ}}_a)]$

其中将光学获取单元的整体涵盖范围切分为左右两个直角三角形，w₁是左半部的直角三角形的触控涵盖区域，w₂是右半部的直角三角形的触控涵盖区域，h_a是光学获取单元与光学触控面板200相距的预设距离，θ_a是光学获取单元与垂直线旋转的预定角度，FOV(Field of View)是光学获取单元的视场角度，而w是光学获取单元的触控涵盖区域。

另一方面，本发明设置一光学获取单元的触控涵盖区域的视场角度至少等于或大于90度，以通过两个光学获取单元所组成的触控涵盖区域的视场角度来涵盖平面180度的视场角度。

举例来说，图4A～4B是依照本发明实施例所绘示的光学获取单元的摆放示意图。请参照图4A，第一及第二光学获取单元120a～120b设置于第一区域D1，第一光学获取单元120a与垂直线旋转预定角度并朝向光学触控装置100的外侧，而第二光学获取单元120b朝向光学触控装置100的内侧并与第一光学获取单元120a呈现对称。因此，第一光学获取单元120a与第二光学获取单元120b所组成的触控涵盖区域的视场角度得以涵盖平面至少180度的视场角度。同样地，第三及第四光学获取单元120c～120d设置于第二区域D2，第三光学获取单元120c与垂直线旋转预定角度并朝向光学触控装置100的内侧，而第四光学获取单元120d朝向光学触控装置100的外侧并与第三光学获取单元120c呈现对称。因此，第三光学获取单元120c与第四光学获取单元120d所组成的触控涵盖区域的视场角度亦能够涵盖平面至少180度的视场角度。

而在其他实施例中，第一光学获取单元120a及第二光学获取单元120b亦可以在第一区域D1内堆叠摆放，而第三光学获取单元120c及第四光学获取单元120d亦在第二区域D2内堆叠摆放，如图4B所示。简言之，将光学获取单元120a～120d如图4A或4B的摆放方式，光学触控装置100的视场角度可涵盖到整体平面区域(即，180度的涵盖区域)，但本发明并不限定上述摆放方式。

应当注意的是，本发明设置光学触控装置100的触控涵盖区域至少大于触控面的尺寸。请再次参照图2，当光学触控面板200的尺寸有所变动时(例如，光学触控面板200～220)，本发明通过调整光学触控装置100的各光学获取单元120a～120d分别与垂直线旋转的预定角度及与光学触控面板200～220相距的预设距离来控制触控涵盖区域至少大于光学触控面板200～220的尺寸，使得触控涵盖区域能够涵盖各种光学触控面板200～220以检测触控面中的触控点。

在一实施例中，本发明列出两光学获取单元分别与垂直线旋转的预定角度及分别与光学触控面板相距的预设距离的多组设定值，并且针对各组设定值计算两光学获取单元的触控涵盖区域所能涵盖的光学触控面板尺寸，其中θ_a及h_a为一光学获取单元的设定值，而θ_b及h_b为另一光学获取单元的设定值，如表1所示。而表1的最后一行列出了计算各组设定值所能涵盖的触控涵盖区域，而各组光学获取单元的设定值都能够涵盖大于90吋的触控涵盖区域。因此，各组光学获取单元的设定值都能够涵盖至少90吋的光学触控面板。

表1

简言之，本发明通过在光学触控装置100内的第一及第二区域(D1、D2)设置两组光学获取单元(120a～120d)，并考虑各光学获取单元(120a～120d)的视场角度、与垂直线旋转的预定角度以及与光学触控面板(200～220)相距的预设距离来控制触控涵盖区域。因此，本发明的光学触控装置100得以总合各光学获取单元(120a～120d)的触控涵盖区域，以涵盖各种尺寸的光学触控面板(200～220)，进而得以应用于不同尺寸及不同比例的光学触控面板。

在本发明的上述实施例中，控制单元110可以为硬件及/或软件所实现的功能模块，其中硬件可包括中央处理器、晶片组、微处理器等具有数据运算处理功能的硬件设备或上述硬件设备的组合，而软件则可以是作业***、驱动程序等，但本发明不以此为限。光学获取单元120a～120d可以是摄影镜头或是影像获取装置，但本发明亦不限于此。

除此之外，光学触控装置还包括至少四个光源模块及光学触控设备。至少四个光源模块可分别设置于第一至第四光学获取单元120a～120d上，用以产生光线。光学触控设备则可接收由光源模块所产生的光线，并将光线沿光线的前进路径进行全反射。光学触控设备例如是反光笔，其反光笔芯上的反射层为一种回归反射材质(Optical Retro-reflection material)，通过笔尖当中的微结构将入射的光线进行折射，最后沿着入射光的方向反射回去，但本发明并不以此为限。

当光学触控设备接触光学触控面板200时，光学触控设备接收光源模块所发出的光(例如，红外光，但本发现不限于此)并形成光学触控面板200上的触控点。接下来，光学触控设备会将光线沿光线的前进路径进行全反射，使得控制单元110能够通过光学获取单元120a～120d获取光学触控设备在触控点所反射的光来产生多个光学感应数据，并将多个光学感应数据转换成电信号以检测触控点的位置。

从另一观点来说，光学触控装置100亦可包括光学信号产生设备。光学信号产生设备用以产生光线，使得第一至第四光学获取单元120a～120d的其中的至少两个获取光学感应数据。光学信号产生设备可以是照明或显示光源***，通过间接照明或发光源直接点亮光线，以使光学获取单元能够检测光源来产生光学感应数据。于本实施例中，光学信号产生设备可以是从笔尖发射光线的发光笔，但本发明并不以此为限。

当光学信号产生设备接触光学触控面板200时，光学信号产生设备在接触光学触控面板200的位置形成触控点。同时，由光学信号产生设备所发出的光(例如，红外光，但本发现不限于此)促使第一至第四光学获取单元的其中的至少两个获取光学感应数据。接下来，控制单元110将光学获取单元120a～120d所获取的多个光学感应数据转换成电信号以检测触控点的位置。

举例来说，图5是依照本发明一实施例所绘示的光学获取单元检测触控点的示意图。在本实施例中，触控点P1～P3为分别使用触控笔150接触光学触控面板200所产生，其中触控笔150可以是上述的光学触控设备或光学信号产生设备，但本发明并不限于此。光学触控装置100通过控制单元110将光学获取单元120a～120d在触控点P1～P3所获取的多个光学感应数据转换成电信号以检测触控点P1～P3的位置。

具体而言，控制单元110可利用三角定位法来计算光学触控面板200中的触控点的坐标，但本发明不限于此。请继续参照图5，触控点P1落在第一子触控区S1，此区域可同时由第一光学获取单元120a与第三光学获取单元120c所检测到。第一光学获取单元120a、第三光学获取单元120c与触控点P1形成一三角形，且第一光学获取单元120a与第三光学获取单元120c之间的距离为固定值。因此，只要取得此三角形的第一光学获取单元120a与触控点P1的角度以及第三光学获取单元120c与触控点P1的角度，即可计算出光学触控面板200中的触控点P1的坐标。

需要说明的是，在本发明的实施例中，一个触控点必须被两个光学获取单元同时观察到，才能通过三角定位法计算出处控点的位置。请再次参照图5，触控点P1落在同时由第一光学获取单元120a与第三光学获取单元120c检测到的第一子触控区S1，触控点P2落在同时由第二光学获取单元120b与第三光学获取单元120c检测到的的第二子触控区S2，而触控点P3落在同时由第二光学获取单元120b与第四光学获取单元120d检测到的第三子触控区S3。

因此，请参照图6，图6是依照图5所绘示各区域对应光学获取单元视角的涵盖数量的示意图。本发明依照上述实施例的第一至第四光学获取单元120a～120d划分光学触控面板200为多个区域，各区域对应到光学获取单元120a～120d视角的涵盖数量。例如，区域610、620及630是由分别由两个光学获取单元的视角所涵盖，区域640及650是分别由三个光学获取单元的视角所涵盖，而区域660则是由四个光学获取单元的视角所涵盖。由图6可知各区域内至少都有两个镜头的视角所涵盖。

换言之，在本发明的实施例中，光学触控装置100内的光学获取单元(120a～120d)的设置，不但要考虑各光学获取单元(120a～120d)的视场角度、与光学触控面板200相距的预设距离以及与垂直线旋转的预定角度来涵盖整个光学触控面板200之外，还必须安排在光学触控面板200上的任一位置都必需要有两个光学获取单元的视角所涵盖。因此，本发明的光学触控装置能够在涵盖整个光学触控面板200的情况下，以计算触控点的确切位置。

另一方面，光学触控装置100还可包括电源供应器160。电源供应器160耦接至光学触控装置100，用以提供电源给光学触控装置100。电源供应器160可以是以内建或外接电源方式，提供电源于光学触控装置100。内建的电源供应器160，例如由一或以上的电池组成，而外接的电源供应器160，例如通过一般交流电源供电或是采用通用串行的总线(USB)规格或是微型通用串行的总线(Micro-USB)规格作为电源供应的接口，但本发明并不以此为限。

以下请同时参照图2与图7，图7绘示本发明一实施例的光学触控装置的触控检测方法的流程图。本范例实施例的光学触控装置的触控检测方法包括如下步骤。首先，在步骤S710中，获取第一至第四光学获取单元(例如图2的第一至第四光学获取单元120a～120d)的多个光学感应数据。之后，在步骤S720中，根据多个光学感应数据计算触控面中的触控点。

综上所述，本发明实施例提出的光学触控装置及其触控检测方法会将四个光学获取单元特别配置在不同的方向以及预设的设置角度，以使光学触控装置皆能从其中两个光学获取单元中获得各个子触控区的光学感应数据以获得触控点。因此，便可在不需调整光学触控装置的结构的情况下涵盖较广的触控面。因此，本发明的光学触控装置得以应用于不同尺寸及不同比例的触控面，因而应各种触控产品的需求。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (11)

1.一种光学触控装置，适合与一触控面结合使用，且其包括：

一控制单元；以及

一第一至一第四光学获取单元，该第一至该第四光学获取单元耦接该控制单元且设置于该光学触控装置接近该触控面的一侧，用以获得至少一光学感应数据，其中该第一及该第二光学获取单元设置于一第一区域，该第三及该第四光学获取单元设置于一第二区域，该触控面依据该第一及该第二区域的位置而区分为一第一子触控区、一第二子触控区及一第三子触控区，该第一及该第三光学获取单元朝向该第一子触控区，该第二及该第三光学获取单元朝向该第二子触控区，且该第二及该第四光学获取单元朝向该第三子触控区，

其中该控制单元依据该第一至该第四光学获取单元所获取的多个光学感应数据以计算该触控面中的至少一触控点，该第一至该第四光学获取单元与该触控面分别相距一预设距离且依据一预定角度而设置，该第一至该第四光学获取单元各自的一触控涵盖区域依据该预设距离以及该预定角度来获得，且该触控涵盖区域与该预设距离为正相关。

2.如权利要求1所述的光学触控装置，其中该触控涵盖区域以该预设距离、该第一至该第四光学获取单元各自的一视场角度以及该预定角度来计算得到。

3.如权利要求2所述的光学触控装置，其中该触控涵盖区域以下列方程式计算：

$w=h_a\·[\tan (\frac{\mathrm{FOV}}{2}-{\mathrm{\θ}}_a)+\tan (\frac{\mathrm{FOV}}{2}+{\mathrm{\θ}}_a)]$

其中h_a是该预设距离，θ_a是该预定角度，FOV是该视场角度，w是该触控涵盖区域。

4.如权利要求2所述的光学触控装置，其中该触控涵盖区域的该视场角度大于或等于90度。

5.如权利要求2所述的光学触控装置，其中该触控涵盖区域至少大于该触控面的尺寸。

6.如权利要求1所述的光学触控装置，其中该光学触控装置还包括：

至少四个光源模块，分别设置于该第一至该第四光学获取单元上，以产生一光线；以及

一光学触控设备，接收该光线并将该光线沿该光线的一前进路径进行全反射。

7.如权利要求1所述的光学触控装置，还包括：

一光学信号产生设备，产生一光线以使该第一至该第四光学获取单元的其中的至少两个获取光学感应数据。

8.如权利要求1所述的光学触控装置，还包括：

一电源供应器，耦接至该光学触控装置，用以提供电源给该光学触控装置。

9.一种触控检测方法，适用于与一触控面结合使用的一光学触控装置，该方法包括：

获取一第一至一第四光学获取单元的多个光学感应数据，其中该第一及该第二光学获取单元设置于一第一区域，该第三及该第四光学获取单元设置于一第二区域，该触控面依据该第一及该第二区域的位置而区分为一第一子触控区、一第二子触控区及一第三子触控区，该第一及该第三光学获取单元朝向该第一子触控区，该第二及该第三光学获取单元朝向该第二子触控区，且该第二及该第四光学获取单元朝向该第三子触控区，并且该第一至该第四光学获取单元与该触控面分别相距一预设距离且依据一预定角度而设置，该第一至该第四光学获取单元各自的一触控涵盖区域依据该预设距离以及该预定角度来获得，且该触控涵盖区域与该预设距离为正相关；以及

根据该些光学感应数据计算该触控面中的一触控点。

10.如权利要求9所述的方法，其中该触控涵盖区域以该预设距离、该第一至该第四光学获取单元各自的一视场角度以及该预定角度来计算得到。

11.如权利要求10所述的方法，其中该触控涵盖区域以下列方程式计算：

$w=h_a\·[\tan (\frac{\mathrm{FOV}}{2}-{\mathrm{\θ}}_a)+\tan (\frac{\mathrm{FOV}}{2}+{\mathrm{\θ}}_a)]$

其中h_a是该预设距离，θ_a是该预定角度，FOV是该视场角度，w是该触控涵盖区域。