TWI692672B

TWI692672B - 光觸控裝置

Info

Publication number: TWI692672B
Application number: TW107122415A
Authority: TW
Inventors: 林志雄
Original assignee: 英屬開曼群島商音飛光電科技股份有限公司
Priority date: 2017-08-22
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2020-05-01
Also published as: US20190065003A1; CN109426396A; US10481738B2; TW201913219A

Abstract

一種光觸控裝置，包括發光單元、成像單元、光信號處理單元及位置處理單元。發光單元發出投影光線。成像單元擷取外部影像，其中，外部影像包括有複數二維像素，發光單元之投影光線分別對應於這些二維像素之相對位置而形成有複數投影光點。光信號處理單元接收由投影光點分別反光傳出的複數反射光資訊，並分析反射光資訊以對應產生複數分析光點資訊，分析光點資訊包括觸控振動資訊，觸控振動資訊包括有別於投影光線之頻域的觸碰振動波。位置處理單元根據觸控振動資訊以計算得到觸控位置。

Description

光觸控裝置

本發明係關於一種觸控裝置，特別是指一種光觸控裝置。

目前習用之投射式光觸控裝置，主要由光源、攝影機及處理器所組成，光源可將光線投射於幕，在幕被照射的區域形成操作區，當有一物件在操作區時，由於物件阻擋光源射向幕的部分光線，而在幕上形成一對應於物件的物件影子，利用攝影機擷取物件及物件影子及操作區的影像，籍由處理器讀取物件與物件影子接觸而有一接觸點的影像，進而使處理器籍由影像分析技術分析影像中接觸點的位置資訊。

另一習用之投射式觸控裝置具有界定一偵測區域的外框體，外框體於側壁處設有複數個發光元件及設置用於將發光元件所產生之光源進行均光的均光層，以及於外框體的角落處設置有用於攝錄偵測區域的攝影機，攝影機電性連接至用於分析影像定位的控制裝置。當使用者點選觸碰而進入偵測區域時，亦於觸碰位置處將光源遮斷，同時攝影機將偵測區域攝錄下的畫面傳遞至控制裝置進行影像定位分析以判斷觸碰位置。

上述兩種習用之投射式觸控裝置，都是利用光遮斷的方式判斷觸控位置，因此容易受到周遭其他光線影響而造成判斷失準的問題。再者，習用之投影式觸控裝置也必須將光源投射至平坦的表面，以避免光線反射不均而影響判斷的精確度。

有鑑於此，於一實施例中，一種投影式光觸控裝置包括發光單元、成像單元、光信號處理單元以及位置處理單元。發光單元發出投影光線。成像單元擷取外部影像，其中，外部影像包括有複數二維像素，發光單元之投影光線分別對應於這些二維像素之相對位置而形成有複數投影光點。光信號處理單元電連接於成像單元、並接收複數反射光資訊其係由這些投影光點分別反光傳出，光信號處理單元更能分析這些反射光資訊以對應產生複數分析光點資訊，其中，這些分析光點資訊包括至少一觸控振動資訊，至少一觸控振動資訊包括一觸碰振動波其係有別於投影光線之頻域。位置處理單元電連接於光信號處理單元，位置處理單元接收至少一觸控振動資訊，位置處理單元根據至少一觸控振動資訊以計算得到一觸控位置，觸控位置是指產生觸碰振動波之相對震央位置。

於另一實施例中，一種掃描式光觸控裝置包括掃描單元、光信號處理單元以及位置處理單元。掃描單元發射掃描光束並產生複數掃描光點。光信號處理單元接收複數反射光資訊其係由這些掃描光點分別反光傳出，光信號處理單元更能分析這些反射光資訊以對應產生複數分析光點資訊，其中，這些分析光點資訊包括至少一觸控振動資訊，至少一觸控振動資訊包括一觸碰振動波其係有別於掃描光束之頻域。位置處理單元電連接於光信號處理單元、並接收至少一觸控振動資訊，位置處理單元根據至少一觸控振動資訊以計算得到一觸控位置，觸控位置是指產生觸碰振動波之相對震央位置。

上述實施例之光觸控裝置是通過成像單元或掃描單元取得光線投射之多個光點的位置，當光線（掃描光束或投影光線）所照射的光點有觸控行為時，可通過光信號處理單元分析光點反光傳出之反射光資訊以取得因觸控所造成之振動而產生的觸控振動資訊，並根據觸控振動資訊計算得到觸控位置。藉此，本發明實施例通過觸控振動資訊計算觸控位置，可達到不受周遭其他光線影響而提高位置判斷的準確性，此外，也能不侷限於使用在平坦的被投影表面，而大幅增加實用性。

圖1為本發明投影式光觸控裝置一實施例之觸控示意圖，圖2為本發明投影式光觸控裝置一實施例之硬體方塊圖，如圖1與圖2所示，在本實施例中，投影式光觸控裝置1A包括發光單元10、成像單元20、光信號處理單元40以及位置處理單元50。

如圖1所示，發光單元10具體上可為投影光源，例如發光二極體（Light-emitting diode, LED）或其他發光件（如鹵素燈或紅外線燈或雷射光源等），或者發光單元10也可為一投影機（例如LED微投影機或雷射微投影機）。其中，發光單元10可發出一投影光線L1以對應照射一具有反射功能之物體（例如桌面、牆面、地面或布幕等）表面，物體可反射投影光線L1而形成一發亮的投影操作區域A1，以供用戶在投影操作區域A1上進行觸控輸入。

在一實施例中，成像單元20可為相機（Camera）或感光元件，例如感光元件可為感光耦合元件（charge-coupled device, CCD）或互補式金屬氧化物半導體主動像素傳感器（CMOS Active pixel sensor）或者，成像單元20也可為一TOF感測器（Time-of-Flight sensor）或者可解調變之感光元件。

如圖1所示，成像單元20可設置於面對著投影操作區域A1的方向，由於投影操作區域A1受到投影光線L1的照射而產生反射光線，因而成像單元20能收集並擷取對應於投影操作區域A1範圍的反射光線據以成像為一外部影像I（如圖4所示）。其中，成像單元20於成像過程已自定義其外部影像I包括有複數二維像素P及其相對位置，從而發光單元10之投影光線L1可對應於這些二維像素P之相對位置而分別形成有複數投影光點M1，進一步言之，發光單元10發出投影光線L1照射到投影操作區域A1所形成之反射光線，可視為根據這些二維像素P之相對位置排列而成的複數投影光點M1所集合發光。如圖1所示，在本實施例中，複數投影光點M1分別是以方格狀表示，但並不限定投影光點M1的形狀。成像單元20可根據由複數投影光點M1所反射的光線而取得外部影像I上各二維像素P的位置。例如圖4所示，假設外部影像I為900×1500共1350000個像素，成像單元20可根據由複數投影光點M1所反射的光線得知每個像素的位置而能定義出1350000個二維像素P，如圖4中所示，外部影像I具有呈陣列排列且對應於多個投影光點M1之多個二維像素P(0,0)～P(m,n)。

在一實施例中，光信號處理單元40具體上可為微處理器、微控制器、場編程閘陣列或邏輯電路等。如圖1與圖2所示，光信號處理單元40可接收由多個投影光點M1分別反光傳出的複數反射光資訊R1，且光信號處理單元40能分析這些反射光資訊R1以對應產生複數分析光點資訊D1。當用戶在投影操作區域A1上進行觸控輸入時，可使投影操作區域A1上受到碰觸的位置產生一觸控振動資訊V1，例如圖1所示，用戶是以手指接觸投影操作區域A1上的一位置而形成一觸控點A11，其中觸控點A11可對應其中一個投影光點M1位置，再對照圖1與圖3所示，受到碰觸的觸控點A11所產生的觸控振動資訊V1會包含有觸碰振動波W1，也就是說，觸碰振動波W1為物體碰觸所產生之振動波，且觸碰振動波W1會往四面八方逐漸擴散，假設投影光線L1照射之物體表面為均勻的平坦面時，觸碰振動波W1會平均向四周擴散。其中，觸控振動資訊V1可伴隨著投影操作區域A1所反光傳出之反射光資訊R1傳遞至光信號處理單元40，光信號處理單元40即可分析夾帶觸控振動資訊V1之反射光資訊R1而取得觸控振動資訊V1中的觸碰振動波W1。

在一實施例中，觸碰振動波W1是有別於投影光線L1之頻域舉例來說，發光單元10發出之投影光線L1的頻域可為高頻（如3MHz至300MHz），觸碰振動波W1的頻域可為低頻（如3kHz以下），上述頻率數值僅為舉例，並不限制本發明，低頻也可為3kHz ~30kHz、300Hz~3kHz或30Hz~300Hz。光信號處理單元40可通過觸碰振動波W1與投影光線L1兩者頻域的不同分析出觸碰振動波W1。

在一實施例中，發光單元10也可為光調變單元而使發出投影光線L1為調變信號光線（modulation　lighting），舉例來說，投影光線L1可為介於3MHz至300MHz之間的高頻信號光線，觸控點A11所反光傳出反射光資訊R1則對應為調變反射光資訊（夾帶有觸控振動資訊V1），光信號處理單元40可根據一傅立葉變換式解調變（demodulate）此調變反射光資訊以產生分析光點資訊D1而取得觸碰振動波W1。上述觸碰振動波W1與投影光線L1的頻域僅為舉例，實際上兩者為不同頻域即可，例如觸碰振動波W1的頻域可為低頻（LF）、甚低頻（VLF）、特低頻（ULF）或超低頻（SLF），投影光線L1的頻域可為中頻（MF）、高頻（HF）、甚高頻（VHF）、特高頻（UHF）或超高頻（SHF），本實施例並不限制。此外，通過投影光線L1與反射光資訊R1為調變信號光線，可避免與周遭其他頻率訊號之光線產生干擾，使光信號處理單元40能更精確、快速地產生分析光點資訊D1。

如圖1與圖2所示，位置處理單元50具體上可為微處理器、微控制器、場編程閘陣列或邏輯電路等，位置處理單元50電連接於光信號處理單元40與成像單元20，位置處理單元50可接收光信號處理單元40分析之觸控振動資訊V1，並根據觸控振動資訊V1以計算得到一觸控位置。舉例來說，由於觸控振動資訊V1是隨著投影操作區域A1所反光傳出之反射光資訊R1傳遞至光信號處理單元40，因此，位置處理單元50可得知觸碰振動波W1產生的位置，請對照圖3、圖4與圖5所示，其中圖5係顯示觸碰振動波W1與二維像素P的關係，當用戶以手指接觸投影操作區域A1上的一位置而形成觸控點A11並產生觸碰振動波W1時（如圖1與圖3所示），由於觸碰振動波W1為向外擴散之振波，因此，位置處理單元50可根據外部影像I與觸控振動資訊V1得知產生觸碰振動波W1位置及其所對應之二維像素P(x₁ ,y₁ )、P(x₂ ,y₂ )、P(x₃ ,y₃ )以及P(x₄ ,y₄ )，並根據二維像素P(x₁ ,y₁ )、P(x₂ ,y₂ )、P(x₃ ,y₃ )以及P(x₄ ,y₄ )取得相對中央位置之二維像素P(x,y)，二維像素P(x,y)即對應於觸碰振動波W1之相對震央位置W12（如圖3所示），從而取得觸控點A11的觸控位置（即P(x,y)）。藉此，本發明實施例通過觸控振動資訊V1計算觸控位置，可達到不受周遭其他光線影響而提高位置判斷的準確性，此外，投影式光觸控裝置1A能不侷限於使用在平坦的被投影表面，例如可適用於具有高低起伏或高度差的表面，而大幅增加實用性。

如圖6與圖7所示，為本發明掃描式光觸控裝置一實施例之觸控示意圖與硬體方塊圖。本實施例之掃描式光觸控裝置1B包括掃描單元30、光信號處理單元40及位置處理單元50。

如圖6與圖7所示，掃描單元30可發射一掃描光束L2掃描一具有反射功能之物體（例如桌面、牆面、地面或布幕）表面以產生一操作區域A2以及操作區域A2上的複數掃描光點M2，用戶可在操作區域A2上進行觸控輸入，進一步言之，掃描單元30所發出的掃描光束L2可沿一路徑進行掃描，例如圖6所示，掃描光束L2可從操作區域A2的左上方角落由左至右、由上至下進行多次反覆掃描，掃描光束L2可在一掃描周期（如0.01秒至0.1秒）內完成一次操作區域A2掃描，且掃描單元30掃描後即可產生複數掃描光點M2並取得各掃描光點M2的位置，在此僅繪示幾個掃描光點M2示意，實際上複數掃描光點M2可佈滿整個操作區域A2。例如圖9所示，掃描單元30取得各掃描光點M2的位置後，可定義複數掃描光點M2的位置為M(t)～M(m)。

在一實施例中，掃描單元30可為一雷射掃描單元（Laser Range scanner），以發出雷射光束掃描物體表面。在不同實施例中，掃描單元30也可為一紅外光掃描單元或MEMS掃描單元。

如圖6與圖7所示，光信號處理單元40可設置於操作區域A2的反射方向，以接收由複數掃描光點M2分別反光傳出的複數反射光資訊R2，且光信號處理單元40能分析這些反射光資訊R2以對應產生複數分析光點資訊D2。當用戶在操作區域A2上進行觸控輸入時，可使操作區域A2上受到碰觸的位置產生觸控振動資訊V2，例如圖6所示，用戶是以手指接觸操作區域A2上的另一位置而形成一觸控點A21，其中觸控點A21可對應其中一個掃描光點M2位置。再對照圖6、圖7與圖8所示，受到碰觸的觸控點A21所產生的觸控振動資訊V2會包含有觸碰振動波W2，也就是說，觸碰振動波W2為物體碰觸所產生之振動波，且觸碰振動波W2會朝四面八方逐漸擴散。當掃描光束L2掃描到操作區域A2上具有觸碰振動波W2的位置（如圖9中的M(t₁ ) 、M(t₂ )、 M(t₃ )、 M(t₄ )所對應的位置）時，觸控振動資訊V2可伴隨著操作區域A2所反光傳出之反射光資訊R2傳遞至光信號處理單元40，光信號處理單元40即可分析夾帶觸控振動資訊V2之反射光資訊R2而取得觸控振動資訊V2中的觸碰振動波W2。

在一實施例中，觸碰振動波W2有別於掃描光束L2之頻域，舉例來說，掃描單元30發出之掃描光束L2的頻域可為高頻（如3MHz至300MHz），觸碰振動波W2的頻域可為低頻（如3kHz以下），上述頻率數值僅為舉例，並不限制本發明，低頻也可為3kHz ~30kHz、300Hz~3kHz或30 Hz~300Hz。光信號處理單元40可通過觸碰振動波W2與掃描光束L2兩者頻域的不同分析出觸碰振動波W2。

在一實施例中，掃描單元30可為光調變單元而使發出掃描光束L2為調變信號光線（modulation　lighting），舉例來說，掃描光束L2可為介於3MHz至300MHz之間的高頻信號光線，觸控點A21所反光傳出反射光資訊R2則對應為調變反射光資訊（夾帶有觸控振動資訊V2），光信號處理單元40可根據一傅立葉變換式解調變（demodulate）此調變反射光資訊以產生分析光點資訊D2而取得觸碰振動波W2。上述觸碰振動波W2與掃描光束L2的頻域僅為舉例，實際上兩者為不同頻域即可，例如觸碰振動波W2的頻域可為低頻（LF）、甚低頻（VLF）、特低頻（ULF）或超低頻（SLF），掃描光束L2的頻域可為中頻（MF）、高頻（HF）、甚高頻（VHF）、特高頻（UHF）或超高頻（SHF），本實施例並不限制。此外，通過掃描光束L2與反射光資訊R2為調變信號光線，可避免與周遭其他頻率訊號之光線產生干擾，使光信號處理單元40能更精確、快速地產生分析光點資訊D2。

如圖6與圖7所示，位置處理單元50具體上也可為微處理器、微控制器、場編程閘陣列或邏輯電路等，位置處理單元50電連接於光信號處理單元40與掃描單元30，位置處理單元50可接收光信號處理單元40分析之觸控振動資訊V2，並根據觸控振動資訊V2以計算得到一觸控位置，舉例來說，由於觸控振動資訊V2是隨著觸控點A21所反光傳出之反射光資訊R2傳遞至光信號處理單元40，因此，位置處理單元50可得知觸碰振動波W2產生的位置，請對照圖8、圖9與圖10所示，其中圖10係顯示觸碰振動波W2與掃描光點M2的關係，當用戶以手指接觸操作區域A2上的一位置而形成觸控點A21並產生觸碰振動波W2時（如圖6與圖8所示），位置處理單元50可根據觸控振動資訊V2而得知產生觸碰振動波W2所對應之掃描光點M(t₁ ) 、M(t₂ )、 M(t₃ )、 M(t₄ )等位置，並根據掃描光點M(t₁ ) 、M(t₂ )、 M(t₃ )、 M(t₄ ) 取得相對中央位置之掃描光點M(c)，掃描光點M(c)即可對應於觸碰振動波W2之相對震央位置W21，從而取得觸控點A21的觸控位置（即M(c)）。藉此，本發明實施例通過觸控振動資訊V2計算觸控位置，可達到不受周遭其他光線影響而提高位置判斷的準確性，此外，掃描式光觸控裝置1B能不侷限於使用在平坦的被投影表面，例如可適用於具有高低起伏或高度差的表面，而大幅增加實用性。

雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1A‧‧‧投影式光觸控裝置1B‧‧‧掃描式光觸控裝置10‧‧‧發光單元20‧‧‧成像單元30‧‧‧掃描單元40‧‧‧光信號處理單元50‧‧‧位置處理單元A1‧‧‧投影操作區域A11‧‧‧觸控點I‧‧‧外部影像P‧‧‧二維像素L1‧‧‧投影光線M1‧‧‧投影光點R1‧‧‧反射光資訊D1‧‧‧分析光點資訊V1‧‧‧觸控振動資訊W1‧‧‧觸碰振動波W12‧‧‧震央位置A2‧‧‧操作區域A21‧‧‧觸控點L2‧‧‧掃描光束M2‧‧‧掃描光點R2‧‧‧反射光資訊D2‧‧‧分析光點資訊V2‧‧‧觸控振動資訊W2‧‧‧觸碰振動波W21‧‧‧震央位置

[圖1] 係本發明投影式光觸控裝置一實施例之觸控示意圖。 [圖2] 係本發明投影式光觸控裝置一實施例之硬體方塊圖。 [圖3] 係本發明投影式光觸控裝置一實施例之振動波示意圖。 [圖4] 係本發明投影式光觸控裝置一實施例之影像擷取示意圖。 [圖5] 係本發明投影式光觸控裝置一實施例之分析示意圖。 [圖6] 係本發明掃描式光觸控裝置一實施例之觸控示意圖。 [圖7] 係本發明掃描式光觸控裝置一實施例之硬體方塊圖。 [圖8] 係本發明掃描式光觸控裝置一實施例之振動波示意圖。 [圖9] 係本發明掃描式光觸控裝置一實施例之影像擷取示意圖。 [圖10] 係本發明掃描式光觸控裝置一實施例之分析示意圖。

1A‧‧‧投影式光觸控裝置

20‧‧‧成像單元

40‧‧‧光信號處理單元

50‧‧‧位置處理單元

I‧‧‧外部影像

R1‧‧‧反射光資訊

D1‧‧‧分析光點資訊

V1‧‧‧觸控振動資訊

Claims

一種投影式光觸控裝置，包括：一發光單元，發出一投影光線；一成像單元，擷取一外部影像，其中，該外部影像包括有複數二維像素，該發光單元之該投影光線對應於該些二維像素之相對位置分別形成有複數投影光點；一光信號處理單元，電連接於該成像單元、並接收複數反射光資訊其係由該些投影光點分別反光傳出，該光信號處理單元更能分析該些反射光資訊以對應產生複數分析光點資訊，其中，該些分析光點資訊包括至少一觸控振動資訊，該至少一觸控振動資訊包括一觸碰振動波其係有別於該投影光線之頻域；以及一位置處理單元，電連接於該光信號處理單元，該位置處理單元接收該至少一觸控振動資訊，該位置處理單元根據該至少一觸控振動資訊以計算得到一觸控位置，該觸控位置是指產生該觸碰振動波之相對震央位置。
如請求項1所述之投影式光觸控裝置，其中該發光單元為一光調變單元，該投影光線為一調變信號光線，各該反射光資訊則分別為一調變反射光資訊。
如請求項2所述之投影式光觸控裝置，其中該光信號處理單元係根據一傅立葉變換式解調變該些調變反射光資訊以產生該些分析光點資訊。
如請求項1所述之投影式光觸控裝置，其中該觸碰振動波之頻域為低頻、甚低頻、特低頻或超低頻，該投影光線之頻域為中頻、高頻、甚高頻、特高頻或超高頻。
如請求項1所述之投影式光觸控裝置，其中該成像單元為一相機（Camera）、一感光耦合元件（charge-coupled device, CCD）、互補式金屬氧化物半導體主動像素傳感器（CMOS Active pixel sensor）或一TOF感測器（Time-of-Flight sensor）。
一種掃描式光觸控裝置，包括：一掃描單元，發射一掃描光束並產生複數掃描光點；一光信號處理單元，接收複數反射光資訊其係由該些掃描光點分別反光傳出，該光信號處理單元更能分析該些反射光資訊以對應產生複數分析光點資訊，其中，該些分析光點資訊包括至少一觸控振動資訊，該至少一觸控振動資訊包括一觸碰振動波其係有別於該掃描光束之頻域；以及一位置處理單元，電連接於該光信號處理單元、並接收該至少一觸控振動資訊，該位置處理單元根據該至少一觸控振動資訊以計算得到一觸控位置，該觸控位置是指產生該觸碰振動波之相對震央位置。
如請求項6所述之掃描式光觸控裝置，其中該掃描單元為一雷射掃描單元，該掃描光束為一雷射光束。
如請求項6所述之掃描式光觸控裝置，其中該掃描單元為一光調變單元，該掃描光束為一調變信號光束，各該反射光資訊則分別為一調變反射光資訊。
如請求項8所述之掃描式光觸控裝置，其中該光信號處理單元係根據一傅立葉變換式解調變該些調變反射光資訊以產生該些分析光點資訊。
如請求項6所述之掃描式光觸控裝置，其中該觸碰振動波之頻域為低頻、甚低頻、特低頻或超低頻，該掃描光束之頻域為中頻、高頻、甚高頻、特高頻或超高頻。