TWI479391B - 光學式觸控裝置及判斷觸控座標之方法 - Google Patents

Description

光學式觸控裝置及判斷觸控座標之方法

本發明係指一種光學式觸控裝置及判斷觸控座標之方法，尤指一種利用單一光學感測模組擷取一影像資料的光學式觸控裝置及判斷觸控座標之方法。

觸控裝置已廣泛地運用於各種消費性電子產品中，包含有電阻式、電容式、音波式及光學式等觸控裝置，並依據不同精準度的需求來進行挑選。而習知技術中，常見的光學式等觸控裝置係利用多個光學感測模組，偵測一觸控物於光學式觸控裝置所對應的一觸控座標。

請參考第1圖，第1圖為習知一光學式觸控裝置10的示意圖。如第1圖所示，光學式觸控裝置10於一觸控面板104的四週設置有光源條1000、1002、1004、1006，並於觸控面板104的區域範圍內產生複數個光源訊號。光學偵測器1020、1022設置於光學式觸控裝置10之一側邊，接收上述的複數個光源訊號。當觸控物(例如一手指F)出現於觸控面板104的區域範圍內時，手指F遮蔽了光源條1000、1002、1004、1006所產生的複數個光源訊號之部分光源訊號，將產生手指F所對應的一陰影區域，在此情況下，光學偵測器1020、1022將分別擷取包含有陰影區域的一第一影像資料與一第二影像資料。其中第一影像資料與第二影像資料根據陰影區域的訊號，顯示手指F與各光學偵測器1020、1022的距離，再利用三角定位的技術便能定義出手指F相對於觸控面板104的位置。

由上述可知，光學式觸控裝置10必須利用複數個光學偵測器才能以三角定位取得觸控物的位置，一方面將增加其生產成本，另一方面也要考量複數個光學偵測器是否同步來擷取影像資料，或必須增設額外的比較電路來處理影像資料之差值。因此，如何適當地減少光學式觸控裝置中光學偵測器的設置數量，同時降低處理影像資料的複雜度，就成為本領域重要的議題之一。

因此，本發明之主要目的即在於提供一種利用單一光學感測模組，擷取一影像資料的光學式觸控裝置及判斷一觸控座標之方法。

本發明揭露一種光學式觸控裝置，包含有一觸控區；一光學模組，包含有一光源及一感測模組，用來發射一光源訊號抵達該觸控區中一觸控物，並透過該感測模組擷取該觸控物之一影像資料；以及一計算模組，耦接於該光學模組，用來根據該影像資料所對應之一脈衝，判斷該觸控物相對於該觸控區之一觸控座標；其中，該脈衝包含有一位置參數與一數值參數。

本發明另揭露一種判斷一觸控座標之方法，包含有發射一光源訊號抵達一觸控區中一觸控物，並擷取該觸控物之一影像資料；以及根據該影像資料所對應之一脈衝，判斷該觸控物相對於該處控區之該觸控座標；其中，該脈衝包含有一位置參數與一數值參數。

請同時參考第2圖與第3圖，第2圖為本發明實施例之一顯示裝置2整合一光學式觸控裝置20之外觀示意圖，而第3圖為光學式觸控裝置20之細部結構示意圖。如第2圖及第3圖所示，光學式觸控裝置20包含有一觸控區200、一光學模組202、一計算模組204、一轉換模組300、一曝光時間控制模組302以及一光源強度控制模組304。在此實施例中，觸控區200係對應於顯示面板2之一顯示範圍，並大致覆蓋顯示裝置2(僅保留部分為顯示裝置2之邊框SF)，提供使用者進行觸控之操作。光學模組202設置於顯示裝置2之一側的邊框SF上，並大致位於邊框SF的中央區域，而計算模組204則與光學模組202電性連接，且在此實施例中計算模組204與光學模組202係彼此相連，然而兩者的位置根據使用者的不同需求，亦可彼此分離設置於光學式觸控裝置20中，非用以限制本發明之範疇。上述元件的設置方式係示範性配合顯示裝置2，當然，根據不同的使用者需求，光學式觸控裝置20可適性地進行元件尺寸、大小、連接方式等的修改/變化，在此不贅述。

詳細來說，光學模組202包含有一光源2020及一感測模組2022。光源2020可為一點狀/線狀光源、燈泡、發光二極體等發光體來發射一光源訊號，且光源2020係大致位於邊框SF的中央區域，至於光源訊號係輻射狀地平均散布於觸控區200的範圍內。感測模組2022係用來擷取一特定時間於觸控區200的範圍內所產生的一影像資料，而影像資料係對應為複數個亮點訊號，透過一脈衝波形的方式來呈現不同訊號的強弱情形，並透過一光學鏡片或一感光元件來收集複數個光源訊號。當然，根據使用者需求亦可設置其他光學元件，用來加強收集上述複數個光源訊號的效率，非用以限制本發明之範疇。

轉換模組300同時連接感測模組2022與計算模組204。轉換模組300根據感測模組2022所擷取的影像資料之脈衝的至少一位置參數(index)與至少一數值參數(value)，對應產生一峰值訊號並傳送至計算模組204，其中峰值訊號包含有脈衝的數值參數(透過影像資料的Y軸座標表示其大小)與該數值參數所對應的位置參數(透過影像資料的X軸座標表示其大小)。當然，亦可將轉換模組300整合於感測模組2022內，直接由感測模組2022擷取影像資料並輸出峰值訊號，非用以限至本發明之範疇。請再參考第4A圖到第4C圖，第4A圖到第4C圖分別對應為不同實施例中感測模組2022所擷取的不同影像資料之示意圖，而不同影像資料係對應至的不同峰值訊號，以及每一峰值訊號所含脈衝的位置參數(X軸座標)與數值參數(Y軸座標)，最後再透過轉換模組300來輸出。

曝光時間控制模組302係連接於感測模組2022與計算模組204，且包含一比較器3020。比較器3020預設有一上限臨限值與一下限臨限值，用以比較上限/下限臨限值和計算模組204所輸出的峰值訊號之間的差異，並由曝光時間控制模組302產生一控制訊號，以控制感測模組2022擷取影像資料的一曝光時間，透過調整曝光時間來調整峰值訊號的大小，俾使峰值訊號不致大於上限臨限值或不致小於下限臨限值，造成峰值訊號判斷其X軸座標與Y軸座標的困難。

光源強度控制模組304係連接於光源2020與計算模組204，且包含一比較器3040。比較器3040預設有上限臨限值與下限臨限值，用以比較上限/下限臨限值和計算模組204所輸出的峰值訊號之間的差異，並由光源強度控制模組304產生一控制訊號，以控制光源2020所產生光源訊號之大小，俾使峰值訊號不致大於上限臨限值或不致小於下限臨限值，造成峰值訊號判斷其X軸座標與Y軸座標的困難。

計算模組204係接收轉換模組300所輸出的峰值訊號，並預設有一查找表2040對應儲存於一暫存裝置(圖中未示)內。查找表2040係建立有針對不同峰值訊號之位置參數(X軸座標)，來對應至觸控區200之一X軸坐標值，同時針對不同峰值訊號之數值參數(Y軸座標)，來對應至觸控區200之一Y軸坐標值，進而判斷手指F相對於觸控區200的一觸控座標。另外，根據峰值訊號對應之脈衝的位置參數(即X軸座標)與數值參數(即Y軸座標)，也能透過後製計算的方式，求得手指F相對於觸控區200的一觸控座標，或是透過一傳輸介面連接一電腦，動態地根據複數個脈衝的位置參數(X軸座標)與數值參數(Y軸座標)，並搭配判斷位置之一演算法，以判斷手指F之觸控座標。由於直接利用查找表2040判斷觸控座標係提供一較方便的方式，且對應所提供之光學式觸控裝置20亦便於攜帶，因此，於後之實施例係直接以查找表2040為例，非用以限制本發明之範疇。

詳細來說，以第4A圖為例，該筆影像資料的橫軸可對應為感測模組2022的X軸解析度，並代表觸控區200於X軸方向上所能顯示的範圍。該筆影像資料的縱軸係對應為影像資料的訊號強弱，透過一波形的高低變化來代表影像資料於不同X軸方向上的訊號強弱，在此實施例中，第4A圖所示的波形其頂部超過感測模組2022所能偵測的光源訊號的最大值，所以呈現被截斷的一平緩波峰。

相較於第4A圖，第4B圖或第4C圖所示之影像資料，其峰值訊號的X軸座標與Y軸座標皆不盡相同，係代表手指F觸碰觸控區200於X軸方向或Y軸方向已產生變化，而光源訊號抵達手指F瞬間透過感測模組2022所擷取的影像資料，自然對應產生峰值訊號的Y軸座標之改變，或是峰值訊號的X軸座標之改變。於光源強度控制模組304產生相同的控制訊號下，手指F距離感測模組2022的遠近，將會讓影像資料所對應的峰值訊號的Y軸座標產生大小改變。換句話說，手指F距離感測模組2022愈近，則峰值訊號的Y軸座標愈大，若手指F距離感測模組2022愈遠，則峰值訊號的Y軸座標愈小。在此情況下，本實施例能藉由曝光時間控制模組302或光源強度控制模組304，對應改變感測模組2022的曝光時間或是光源2020的光源訊號之大小，額外來調整峰值訊號之Y軸座標的大小，用以避免峰值訊號太大如第4A圖所示，而無法精準判斷其X軸座標與Y軸座標，或是峰值訊號太小如第4C圖所示，造成判斷其X軸座標與Y軸座標的困難。

最後，預先量測手指F觸碰的不同觸控座標時，其所對應的峰值訊號的Y軸座標大小變化與其對應之X軸座標的改變，用來建立查找表2040於Y軸方向以及X軸方向上，相對於觸控區200上的觸控座標。同時，本領域具通常知識者可適性地加入曝光時間及光源訊號強度變化等相關參數，用來增加判斷觸控座標的精準度，或是額外考量例如光源相對於觸控物的角度變化、觸控物的大小尺寸等參數，用以避免判斷觸控座標的誤差，皆為本發明之範疇。

請參考第5A圖、第5B圖及第5C圖，其分別代表光學式觸控裝置20於不同實施例中判斷觸控座標之示意圖，其中每一圖中感測模組2022其光學元件所提供的橫軸解析度為(0,640)，縱軸解析度為(0,255)，顯示螢幕的解析度為1920*1080個像素，手指F均以一半圓弧線移動於觸控區200上，並於起點、中間點及終點各別擷取一張影像資料，至於不同實施例中係根據手指F距離感測模組2022的距離不同，對應設定不同的曝光時間，依序為20微秒、60微秒及100微秒，也就是說距離越遠曝光時間愈長，避免峰值訊號過小造成判斷觸控座標的困難。

如第5A圖所示，手指F從起點經過中間點最後到終點，透過感測模組2022所量測之峰值訊號之Y軸座標的大小及其對應的X軸座標之數對，依序為(255,100)、(255,320)、(255,500)，進而透過查找表得到實際的觸控座標依序為(900,10)、(960,70)與(1020,10)。如第5B圖所示，手指F從起點經過中間點最後到終點，透過感測模組2022所量測之峰值訊號之Y軸座標的大小及其對應的X軸座標之數對，依序為(150,100)、(150,320)、(150,500)，進而透過查找表得到實際的觸控座標依序為(760,100)、(960,500)與(1160,100)。最後，如第5C圖所示，手指F從起點經過中間點最後到終點，透過感測模組2022所量測之峰值訊號之Y軸座標的大小及其對應的X軸座標之數對，依序為(80,100)、(80,320)、(80,500)，進而透過查找表得到實際的觸控座標依序為(560,300)、(960,900)、(1360,300)。藉此，光學式觸控裝置20已達成透過單一感測模組2022，根據手指F於觸控區的不同位置，來判斷其對應的觸控座標。

於本實施例中光學式觸控裝置20所適用的一判斷觸控座標方法，可進一步歸納為一判斷觸控座標流程60，如第6圖所示。判斷觸控座標流程60包含以下步驟：

步驟600：開始。

步驟602：光源2020發射光源訊號抵達觸控區200中之觸控物，並擷取觸控物(如本實施例中的手指F)含脈衝之影像資料。

步驟604：轉換模組300根據脈衝的至少一位置參數與至少一數值參數，透過曝光時間控制模組302或光源強度控制模組304來調整峰值訊號之大小，並將峰值訊號傳送至計算模組204。

步驟606：計算模組204根據查找表2040所建立的峰值訊號之位置座標，判斷觸控物相對於顯示面板2中觸控區200之觸控座標。

步驟608：結束。

本實施例所提供的判斷觸控座標流程60的細部操作方式，可參考第2圖到第5C圖所示及關於光學式觸控裝置20的相關段落來了解，在此不贅述。

值得注意地，本實施例利用根據感測模組2022於光源訊號抵達觸控物後，對應擷取觸控物的影像資料，再由轉換模組300輸出峰值訊號且對應為複數個亮點訊號。相較於習知技術，根據複數個光學偵測器1020、1022所偵測的影像資料中陰影區域的訊號，顯示手指F與各光學偵測器1020、1022的距離，再利用三角定位的技術便能定義出手指F相對於觸控面板104的位置。因此，本領域具通常知識者，已可結合習知技術中三角定位的技術，作為本實施例中亮點訊號的除錯表或修正值，用以提高觸控座標的精準度，同時適性地降低環境雜訊的干擾，皆為本發明之範疇。

綜上所述，本發明提供一種光學式觸控裝置，係利用一光源產生複數個光源訊號抵達位於一觸控區之一觸控物，再由一感測模組對應擷取觸控物的一脈衝的影像資料，接著透過一轉換模組將脈衝的至少一位置參數與至少一數值參數轉換為一峰值訊號，並設置有一曝光時間控制模組與一光源強度控制模組，用以適性地調整峰值訊號的大小，最後由一計算模組比對峰值訊號及預設好的一查找表，用以判斷觸控物的一觸控座標，俾使使用者可得到更精準的觸控座標。

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。

10、20．．．光學式觸控裝置

1000、1002、1004、1006．．．光源條

1020、1022．．．光學偵測器

104．．．處理模組

2．．．顯示面板

200．．．觸控區

202．．．光學模組

204．．．計算模組

2040．．．查找表

300．．．轉換模組

302．．．曝光時間控制模組

3020、3040．．．比較器

304．．．光源強度控制模組

60．．．判斷觸控座標流程

600、602、604、606、608．．．步驟

F．．．手指

SF．．．邊框

第1圖為習知一光學式觸控裝置的示意圖。

第2圖為本發明實施例之一顯示裝置整合一光學式觸控裝置之外觀示意圖。

第3圖為光學式觸控裝置之細部結構示意圖。

第4A圖到第4C圖分別對應為不同實施例中感測模組所擷取的不同影像資料之示意圖。

第5A圖、第5B圖及第5C圖分別代表光學式觸控裝置於不同實施例中判斷觸控座標之示意圖。

第6圖為本實施例一判斷觸控座標流程之示意圖。

2．．．顯示面板

20．．．光學式觸控裝置

200．．．觸控區

202．．．光學模組

204．．．計算模組

F．．．手指

SF．．．邊框

Claims (19)

1. 一種光學式觸控裝置，包含有：一觸控區；一邊框，包圍該觸控區；一光學模組，設置於該邊框之一邊之中央區域上，包含有一光源及一感測模組，用來發射一光源訊號抵達該觸控區中一觸控物，並透過該感測模組擷取該觸控物之一影像資料；以及一計算模組，耦接於該光學模組，用來根據該影像資料所對應之一脈衝，判斷該觸控物相對於該觸控區之一觸控座標；其中，該脈衝係透過光學式累積進入該光學模組之反射光源訊號來得到，且包含有一位置參數與一數值參數。
2. 如請求項1所述之光學式觸控裝置，其更包含一轉換模組，耦接於該感測模組，用來根據該影像資料產生該峰值訊號，以傳送至該計算模組。
3. 如請求項2所述之光學式觸控裝置，其更包含一曝光時間控制模組，耦接於該感測模組，用來控制該感測模組擷取該影像資料之一曝光時間。
4. 如請求項3所述之光學式觸控裝置，其中該曝光時間控制模組更包含一比較器預設至少一臨限值，用來根據該該峰值訊號來調整該曝光時間，進而調整該峰值訊號之大小。
5. 如請求項2所述之光學式觸控裝置，其中該峰值訊號之大小係 根據該觸控物相對於該感測模組之一相對位置而改變。
6. 如請求項5所述之光學式觸控裝置，其更包含一光源強度控制模組，耦接於該光源，用來根據該相對位置，調整該光源訊號之大小。
7. 如請求項6所述之光學式觸控裝置，其中該光源強度控制模組更包含一比較器預設至少一臨限值，根據該該峰值訊號來調整該光源訊號之大小。
8. 如請求項1所述之光學式觸控裝置，其中該感測模組更包含至少一光學鏡片或至少一感光元件，用來擷取該光源訊號抵達該觸控物之該影像資料。
9. 如請求項1所述之光學式觸控裝置，其中該影像資料係對應為複數個亮點訊號。
10. 如請求項1所述之光學式觸控裝置，其中該觸控區係一顯示面板之一顯示範圍。
11. 如請求項1所述之光學式觸控裝置，其中根據該位置參數與該數值參數係建立一查找表。
12. 如請求項11所述之光學式觸控裝置，其中該查找表係根據該位置座標，用以決定該觸控物於該顯示面板之該觸控座標。
13. 一種判斷一觸控座標之方法，包含有：利用一光學模組來發射一光源訊號且抵達一觸控區中一觸控物，並擷取該觸控物之一影像資料，其中該觸控區係被依邊框所包圍，且該光學模組係設置於該邊框之一邊之中央區域上；以及 根據該影像資料所對應之一脈衝，判斷該觸控物相對於該觸控區之該觸控座標；其中，該脈衝係透過光學式累積進入該光學模組之反射光源訊號來得到，且包含有一位置參數與一數值參數。
14. 如請求項13所述之方法，其更包含有：根據該影像資料產生該峰值訊號，以傳送至該計算模組。
15. 如請求項14所述之方法，其更包含有：控制該影像資料之一曝光時間來調整該峰值訊號之大小。
16. 如請求項14所述之方法，其更包含有：根據該觸控物相對於該感測模組之一相對位置，調整該光源訊號之大小。
17. 如請求項16所述之方法，其中當該峰值訊號係大於一臨限值時，則調降該光源訊號之大小。
18. 如請求項13所述之方法，其更包含有；根據該位置參數與該數值參數係建立一查找表。
19. 如請求項13所述之方法，其更包含有：根據該位置座標，用以決定該觸控物於一顯示面板之該觸控座標。