CN109426396A - 光触控装置 - Google Patents

Abstract

一种光触控装置，包括发光单元、成像单元、光信号处理单元及位置处理单元。发光单元发出投影光线。成像单元撷取外部影像，其中，外部影像包括有多个二维像素，发光单元的投影光线分别对应于这些二维像素的相对位置而形成有多个投影光点。光信号处理单元接收由投影光点分别反光传出的多个反射光信息，并分析反射光信息以对应产生多个分析光点信息，分析光点信息包括触控振动信息，触控振动信息包括有别于投影光线的频域的触碰振动波。位置处理单元根据触控振动信息以计算得到触控位置。

Description

光触控装置

技术领域

本发明关于一种触控装置，特别是指一种光触控装置。

背景技术

目前现有的投射式光触控装置，主要由光源、摄影机及处理器所组成，光源可将光线投射于幕，在幕被照射的区域形成操作区，当有一对象在操作区时，由于对象阻挡光源射向幕的部分光线，而在幕上形成一对应于对象的对象影子，利用摄影机撷取对象及对象影子及操作区的影像，籍由处理器读取对象与对象影子接触而有一接触点的影像，进而使处理器籍由影像分析技术分析影像中接触点的位置信息。

另一现有的投射式触控装置具有界定一检测区域的外框体，外框体于侧壁处设有多个发光元件及设置用于将发光元件所产生的光源进行均光的均光层，以及于外框体的角落处设置有用于摄录检测区域的摄影机，摄影机电性连接至用于分析影像定位的控制装置。当用户点选触碰而进入检测区域时，亦于触碰位置处将光源遮断，同时摄影机将检测区域摄录下的画面传递至控制装置进行影像定位分析以判断触碰位置。

上述两种现有的投射式触控装置，都是利用光遮断的方式判断触控位置，因此容易受到周遭其他光线影响而造成判断失准的问题。再者，现有的投影式触控装置也必须将光源投射至平坦的表面，以避免光线反射不均而影响判断的精确度。

发明内容

有鉴于此，于一实施例中，一种投影式光触控装置包括发光单元、成像单元、光信号处理单元以及位置处理单元。发光单元发出投影光线。成像单元撷取外部影像，其中，外部影像包括有多个二维像素，发光单元的投影光线分别对应于这些二维像素的相对位置而形成有多个投影光点。光信号处理单元电连接于成像单元、并接收多个反射光信息，该反射光信息是由这些投影光点分别反光传出，光信号处理单元更能分析这些反射光信息以对应产生多个分析光点信息，其中，这些分析光点信息包括至少一触控振动信息，至少一触控振动信息包括一触碰振动波其有别于投影光线的频域。位置处理单元电连接于光信号处理单元，位置处理单元接收至少一触控振动信息，位置处理单元根据至少一触控振动信息以计算得到一触控位置，触控位置是指产生触碰振动波的相对震央位置。

于另一实施例中，一种扫描式光触控装置包括扫描单元、光信号处理单元以及位置处理单元。扫描单元发射扫描光束并产生多个扫描光点。光信号处理单元接收多个反射光信息其是由这些扫描光点分别反光传出，光信号处理单元更能分析这些反射光信息以对应产生多个分析光点信息，其中，这些分析光点信息包括至少一触控振动信息，至少一触控振动信息包括一触碰振动波其是有别于扫描光束的频域。位置处理单元电连接于光信号处理单元、并接收至少一触控振动信息，位置处理单元根据至少一触控振动信息以计算得到一触控位置，触控位置是指产生触碰振动波的相对震央位置。

上述实施例的光触控装置是通过成像单元或扫描单元取得光线投射的多个光点的位置，当光线(扫描光束或投影光线)所照射的光点有触控行为时，可通过光信号处理单元分析光点反光传出的反射光信息以取得因触控所造成的振动而产生的触控振动信息，并根据触控振动信息计算得到触控位置。藉此，本发明实施例通过触控振动信息计算触控位置，可达到不受周遭其他光线影响而提高位置判断的准确性，此外，也能不局限于使用在平坦的被投影表面，而大幅增加实用性。

附图说明

图1为本发明投影式光触控装置一实施例的触控示意图。

图2为本发明投影式光触控装置一实施例的硬件方块图。

图3为本发明投影式光触控装置一实施例的振动波示意图。

图4为本发明投影式光触控装置一实施例的影像撷取示意图。

图5为本发明投影式光触控装置一实施例的分析示意图。

图6为本发明扫描式光触控装置一实施例的触控示意图。

图7为本发明扫描式光触控装置一实施例的硬件方块图。

图8为本发明扫描式光触控装置一实施例的振动波示意图。

图9为本发明扫描式光触控装置一实施例的影像撷取示意图。

图10为本发明扫描式光触控装置一实施例的分析示意图。

其中附图标记为：

1A 投影式光触控装置

1B 扫描式光触控装置

10 发光单元

20 成像单元

30 扫描单元

40 光信号处理单元

50 位置处理单元

A1 投影操作区域

A11 触控点

I 外部影像

P 二维像素

L1 投影光线

M1 投影光点

R1 反射光信息

D1 分析光点信息

V1 触控振动信息

W1 触碰振动波

W12 震央位置

A2 操作区域

A21 触控点

L2 扫描光束

M2 扫描光点

R2 反射光信息

D2 分析光点信息

V2 触控振动信息

W2 触碰振动波

W21 震央位置

具体实施方式

图1为本发明投影式光触控装置一实施例的触控示意图，图2为本发明投影式光触控装置一实施例的硬件方块图，如图1与图2所示，在本实施例中，投影式光触控装置1A包括发光单元10、成像单元20、光信号处理单元40以及位置处理单元50。

如图1所示，发光单元10具体上可为投影光源，例如发光二极管(Light-emittingdiode,LED)或其他发光件(如卤素灯或红外线灯或激光光源等)，或者发光单元10也可为一投影机(例如LED微投影机或激光微投影机)。其中，发光单元10可发出一投影光线L1以对应照射一具有反射功能的物体(例如桌面、墙面、地面或布幕等)表面，物体可反射投影光线L1而形成一发亮的投影操作区域A1，以供用户在投影操作区域A1上进行触控输入。

在一实施例中，成像单元20可为相机(Camera)或感光元件，例如感光元件可为感光耦合元件(charge-coupled device,CCD)或互补式金属氧化物半导体主动像素传感器(CMOS Active pixel sensor)或者，成像单元20也可为一TOF传感器(Time-of-Flightsensor)或者可解调变的感光元件。

如图1所示，成像单元20可设置于面对着投影操作区域A1的方向，由于投影操作区域A1受到投影光线L1的照射而产生反射光线，因而成像单元20能收集并撷取对应于投影操作区域A1范围的反射光线据以成像为一外部影像I(如图4所示)。其中，成像单元20于成像过程已自定义其外部影像I包括有多个二维像素P及其相对位置，从而发光单元10的投影光线L1可对应于这些二维像素P的相对位置而分别形成有多个投影光点M1，进一步言之，发光单元10发出投影光线L1照射到投影操作区域A1所形成的反射光线，可视为根据这些二维像素P的相对位置排列而成的多个投影光点M1所集合发光。如图1所示，在本实施例中，多个投影光点M1分别是以方格状表示，但并不限定投影光点M1的形状。成像单元20可根据由多个投影光点M1所反射的光线而取得外部影像I上各二维像素P的位置。例如图4所示，假设外部影像I为900×1500共1350000个像素，成像单元20可根据由多个投影光点M1所反射的光线得知每个像素的位置而能定义出1350000个二维像素P，如图4中所示，外部影像I具有呈数组排列且对应于多个投影光点M1的多个二维像素P(0,0)～P(m,n)。

在一实施例中，光信号处理单元40具体上可为微处理器、微控制器、场编程门阵列或逻辑电路等。如图1与图2所示，光信号处理单元40可接收由多个投影光点M1分别反光传出的多个反射光信息R1，且光信号处理单元40能分析这些反射光信息R1以对应产生多个分析光点信息D1。当用户在投影操作区域A1上进行触控输入时，可使投影操作区域A1上受到碰触的位置产生一触控振动信息V1，例如图1所示，用户是以手指接触投影操作区域A1上的一位置而形成一触控点A11，其中触控点A11可对应其中一个投影光点M1位置，再对照图1与图3所示，受到碰触的触控点A11所产生的触控振动信息V1会包含有触碰振动波W1，也就是说，触碰振动波W1为物体碰触所产生的振动波，且触碰振动波W1会往四面八方逐渐扩散，假设投影光线L1照射的物体表面为均匀的平坦面时，触碰振动波W1会平均向四周扩散。其中，触控振动信息V1可伴随着投影操作区域A1所反光传出的反射光信息R1传递至光信号处理单元40，光信号处理单元40即可分析夹带触控振动信息V1的反射光信息R1而取得触控振动信息V1中的触碰振动波W1。

在一实施例中，触碰振动波W1是有别于投影光线L1的频域举例来说，发光单元10发出的投影光线L1的频域可为高频(如3MHz至300MHz)，触碰振动波W1的频域可为低频(如3kHz以下)，上述频率数值仅为举例，并不限制本发明，低频也可为3kHz～30kHz、300Hz～3kHz或30Hz～300Hz。光信号处理单元40可通过触碰振动波W1与投影光线L1两者频域的不同分析出触碰振动波W1。

在一实施例中，发光单元10也可为光调变单元而使发出投影光线L1为调变信号光线(modulation lighting)，举例来说，投影光线L1可为介于3MHz至300MHz之间的高频信号光线，触控点A11所反光传出反射光信息R1则对应为调变反射光信息(夹带有触控振动信息V1)，光信号处理单元40可根据一傅立叶变换式解调变(demodulate)此调变反射光信息以产生分析光点信息D1而取得触碰振动波W1。上述触碰振动波W1与投影光线L1的频域仅为举例，实际上两者为不同频域即可，例如触碰振动波W1的频域可为低频(LF)、甚低频(VLF)、特低频(ULF)或超低频(SLF)，投影光线L1的频域可为中频(MF)、高频(HF)、甚高频(VHF)、特高频(UHF)或超高频(SHF)，本实施例并不限制。此外，通过投影光线L1与反射光信息R1为调变信号光线，可避免与周遭其他频率信号的光线产生干扰，使光信号处理单元40能更精确、快速地产生分析光点信息D1。

如图1与图2所示，位置处理单元50具体上可为微处理器、微控制器、场编程门阵列或逻辑电路等，位置处理单元50电连接于光信号处理单元40与成像单元20，位置处理单元50可接收光信号处理单元40分析的触控振动信息V1，并根据触控振动信息V1以计算得到一触控位置。举例来说，由于触控振动信息V1是随着投影操作区域A1所反光传出的反射光信息R1传递至光信号处理单元40，因此，位置处理单元50可得知触碰振动波W1产生的位置，请对照图3、图4与图5所示，其中图5为显示触碰振动波W1与二维像素P的关系，当用户以手指接触投影操作区域A1上的一位置而形成触控点A11并产生触碰振动波W1时(如图1与图3所示)，由于触碰振动波W1为向外扩散的振波，因此，位置处理单元50可根据外部影像I与触控振动信息V1得知产生触碰振动波W1位置及其所对应的二维像素P(x1,y1)、P(x2,y2)、P(x3,y3)以及P(x4,y4)，并根据二维像素P(x1,y1)、P(x2,y2)、P(x3,y3)以及P(x4,y4)取得相对中央位置的二维像素P(x,y)，二维像素P(x,y)即对应于触碰振动波W1的相对震央位置W12(如图3所示)，从而取得触控点A11的触控位置(即P(x,y))。藉此，本发明实施例通过触控振动信息V1计算触控位置，可达到不受周遭其他光线影响而提高位置判断的准确性，此外，投影式光触控装置1A能不局限于使用在平坦的被投影表面，例如可适用于具有高低起伏或高度差的表面，而大幅增加实用性。

如图6与图7所示，为本发明扫描式光触控装置一实施例的触控示意图与硬件方块图。本实施例的扫描式光触控装置1B包括扫描单元30、光信号处理单元40及位置处理单元50。

如图6与图7所示，扫描单元30可发射一扫描光束L2扫描一具有反射功能的物体(例如桌面、墙面、地面或布幕)表面以产生一操作区域A2以及操作区域A2上的多个扫描光点M2，用户可在操作区域A2上进行触控输入，进一步言之，扫描单元30所发出的扫描光束L2可沿一路径进行扫描，例如图6所示，扫描光束L2可从操作区域A2的左上方角落由左至右、由上至下进行多次反复扫描，扫描光束L2可在一扫描周期(如0.01秒至0.1秒)内完成一次操作区域A2扫描，且扫描单元30扫描后即可产生多个扫描光点M2并取得各扫描光点M2的位置，在此仅绘示几个扫描光点M2示意，实际上多个扫描光点M2可布满整个操作区域A2。例如图9所示，扫描单元30取得各扫描光点M2的位置后，可定义多个扫描光点M2的位置为M(t)～M(m)。

在一实施例中，扫描单元30可为一激光扫描单元(Laser Range scanner)，以发出激光束扫描物体表面。在不同实施例中，扫描单元30也可为一红外光扫描单元或MEMS扫描单元。

如图6与图7所示，光信号处理单元40可设置于操作区域A2的反射方向，以接收由多个扫描光点M2分别反光传出的多个反射光信息R2，且光信号处理单元40能分析这些反射光信息R2以对应产生多个分析光点信息D2。当用户在操作区域A2上进行触控输入时，可使操作区域A2上受到碰触的位置产生触控振动信息V2，例如图6所示，用户是以手指接触操作区域A2上的另一位置而形成一触控点A21，其中触控点A21可对应其中一个扫描光点M2位置。再对照图6、图7与图8所示，受到碰触的触控点A21所产生的触控振动信息V2会包含有触碰振动波W2，也就是说，触碰振动波W2为物体碰触所产生的振动波，且触碰振动波W2会朝四面八方逐渐扩散。当扫描光束L2扫描到操作区域A2上具有触碰振动波W2的位置(如图9中的M(t1)、M(t2)、M(t3)、M(t4)所对应的位置)时，触控振动信息V2可伴随着操作区域A2所反光传出的反射光信息R2传递至光信号处理单元40，光信号处理单元40即可分析夹带触控振动信息V2的反射光信息R2而取得触控振动信息V2中的触碰振动波W2。

在一实施例中，触碰振动波W2有别于扫描光束L2的频域，举例来说，扫描单元30发出的扫描光束L2的频域可为高频(如3MHz至300MHz)，触碰振动波W2的频域可为低频(如3kHz以下)，上述频率数值仅为举例，并不限制本发明，低频也可为3kHz～30kHz、300Hz～3kHz或30Hz～300Hz。光信号处理单元40可通过触碰振动波W2与扫描光束L2两者频域的不同分析出触碰振动波W2。

在一实施例中，扫描单元30可为光调变单元而使发出扫描光束L2为调变信号光线(modulation lighting)，举例来说，扫描光束L2可为介于3MHz至300MHz之间的高频信号光线，触控点A21所反光传出反射光信息R2则对应为调变反射光信息(夹带有触控振动信息V2)，光信号处理单元40可根据一傅立叶变换式解调变(demodulate)此调变反射光信息以产生分析光点信息D2而取得触碰振动波W2。上述触碰振动波W2与扫描光束L2的频域仅为举例，实际上两者为不同频域即可，例如触碰振动波W2的频域可为低频(LF)、甚低频(VLF)、特低频(ULF)或超低频(SLF)，扫描光束L2的频域可为中频(MF)、高频(HF)、甚高频(VHF)、特高频(UHF)或超高频(SHF)，本实施例并不限制。此外，通过扫描光束L2与反射光信息R2为调变信号光线，可避免与周遭其他频率信号的光线产生干扰，使光信号处理单元40能更精确、快速地产生分析光点信息D2。

如图6与图7所示，位置处理单元50具体上也可为微处理器、微控制器、场编程门阵列或逻辑电路等，位置处理单元50电连接于光信号处理单元40与扫描单元30，位置处理单元50可接收光信号处理单元40分析的触控振动信息V2，并根据触控振动信息V2以计算得到一触控位置，举例来说，由于触控振动信息V2是随着触控点A21所反光传出的反射光信息R2传递至光信号处理单元40，因此，位置处理单元50可得知触碰振动波W2产生的位置，请对照图8、图9与图10所示，其中图10为显示触碰振动波W2与扫描光点M2的关系，当用户以手指接触操作区域A2上的一位置而形成触控点A21并产生触碰振动波W2时(如图6与图8所示)，位置处理单元50可根据触控振动信息V2而得知产生触碰振动波W2所对应的扫描光点M(t1)、M(t2)、M(t3)、M(t4)等位置，并根据扫描光点M(t1)、M(t2)、M(t3)、M(t4)取得相对中央位置的扫描光点M(c)，扫描光点M(c)即可对应于触碰振动波W2的相对震央位置W21，从而取得触控点A21的触控位置(即M(c))。藉此，本发明实施例通过触控振动信息V2计算触控位置，可达到不受周遭其他光线影响而提高位置判断的准确性，此外，扫描式光触控装置1B能不局限于使用在平坦的被投影表面，例如可适用于具有高低起伏或高度差的表面，而大幅增加实用性。

虽然本发明的技术内容已经以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神所作些许的更动与润饰，皆应涵盖于本发明的范畴内，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种投影式光触控装置，包括：

一发光单元，发出一投影光线；

一成像单元，撷取一外部影像，其中，该外部影像包括有多个二维像素，该发光单元的该投影光线对应于该些二维像素的相对位置分别形成有多个投影光点；

一光信号处理单元，电连接于该成像单元、并接收多个反射光信息,该反射光信息是由该些投影光点分别反光传出，该光信号处理单元更能分析该些反射光信息以对应产生多个分析光点信息，其中，该些分析光点信息包括至少一触控振动信息，该至少一触控振动信息包括一触碰振动波其为有别于该投影光线的频域；以及

一位置处理单元，电连接于该光信号处理单元，该位置处理单元接收该至少一触控振动信息，该位置处理单元根据该至少一触控振动信息以计算得到一触控位置，该触控位置是指产生该触碰振动波的相对震央位置。

2.如权利要求1所述的投影式光触控装置，其特征在于，该发光单元为一光调变单元，该投影光线为一调变信号光线，各该反射光信息则分别为一调变反射光信息。

3.如权利要求2所述的投影式光触控装置，其特征在于，该光信号处理单元是根据一傅立叶变换式解调变该些调变反射光信息以产生该些分析光点信息。

4.如权利要求1所述的投影式光触控装置，其特征在于，该触碰振动波的频域为低频、甚低频、特低频或超低频，该投影光线的频域为中频、高频、甚高频、特高频或超高频。

5.如权利要求1所述的投影式光触控装置，其特征在于，该成像单元为一相机、一感光耦合元件、互补式金属氧化物半导体主动像素传感器或一TOF传感器。

6.一种扫描式光触控装置，其特征在于，包括：

一扫描单元，发射一扫描光束并产生多个扫描光点；

一光信号处理单元，接收多个反射光信息其是由该些扫描光点分别反光传出，该光信号处理单元更能分析该些反射光信息以对应产生多个分析光点信息，其特征在于，，该些分析光点信息包括至少一触控振动信息，该至少一触控振动信息包括一触碰振动波其是有别于该扫描光束的频域；以及

一位置处理单元，电连接于该光信号处理单元、并接收该至少一触控振动信息，该位置处理单元根据该至少一触控振动信息以计算得到一触控位置，该触控位置是指产生该触碰振动波的相对震央位置。

7.如权利要求6所述的扫描式光触控装置，其特征在于，该扫描单元为一激光扫描单元，该扫描光束为一激光束。

8.如权利要求6所述的扫描式光触控装置，其特征在于，该扫描单元为一光调变单元，该扫描光束为一调变信号光束，各该反射光信息则分别为一调变反射光信息。

9.如权利要求8所述的扫描式光触控装置，其特征在于，该光信号处理单元是根据一傅立叶变换式解调变该些调变反射光信息以产生该些分析光点信息。

10.如权利要求6所述的扫描式光触控装置，其特征在于，该触碰振动波的频域为低频、甚低频、特低频或超低频，该扫描光束的频域为中频、高频、甚高频、特高频或超高频。