重庆时时彩真的: 光学触控系统及光学触控位置检测方法.pdf

(10)申请公布号 CN 103324356 A (43)申请公布日 2013.09.25 CN 103324356 A *CN103324356A* (21)申请号 201210103737.7 (22)申请日 2012.04.10 101109281 2012.03.19 TW G06F 3/042(2006.01) (71)申请人 广达电脑股份有限公司 地址 中国台湾桃园县 (72)发明人 梁次震 柳昀呈 林建宏 (74)专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人 史新宏 (54) 发明名称 光学触控系统及光学触控位置检测方法 (57) 摘要 本发明提供一种光学触控系统及光学触控位 置检测方法。该光学触控系统， 包括 ： 一镜头模 块， 具有一透镜及一影像感测器， 使至少一触控物 通过该透镜成像于该影像感测器 ； 一主动光源， 用以照亮该触控物 ； 以及一处理器， 根据该影像 感测器的影像大小或影像亮度来判断该触控物与 该镜头?？榈木嗬?， 并且根据在该影像感测器的 影像位置来判断该触控物的方向， 计算该触控物 的位置。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103324356 A CN 103324356 A *CN103324356A* 1/2 页 2 1. 一种光学触控系统， 包括 ： 一镜头?？?， 具有一透镜及一影像感测器， 使至少一触控物通过该透镜成像于该影像 感测器 ； 一主动光源， 用以照亮该触控物 ； 一处理器， 根据该影像感测器的影像大小或影像亮度 来判断该触控物与该镜头?？榈木嗬?， 并且根据在该影像感测器的影像位置来判断该触控 物的方向， 计算该触控物的位置 ； 以及 一触控面， 提供该触控物进行触控操作， 其中该镜头?？榕渲糜诟么タ孛娴闹鼙?， 使该镜头?？榈氖右翱珊歉么タ孛嫔系娜?意位置。 2. 如权利要求 1 所述的光学触控系统， 其中该主动光源设置于该镜头?？樯?， 并且提 供足够强度的光， 使该触控物可将来自该主动光源的光反射回该镜头?？?。 3. 如权利要求 2 所述的光学触控系统， 其中该主动光源为红外光发光二极管或红外光 激光二极管， 且该影像感测器的影像检测范围为红外线影像。 4. 如权利要求 1 所述的光学触控系统， 其中该影像感测器的影像大小是由该影像所占 像素数目而定。 5. 如权利要求 1 所述的光学触控系统， 其中该处理器根据该影像感测器的影像大小来 判断该触控物与该镜头?？榈木嗬胧?， 是依据以下公式计算 ： W1/W2 ＝ D2/D1， 其中， D1、 D2 为该触控物与该镜头?？榈木嗬?， W1、 W2 为该触控物与该镜头?？榫嗬?D1、 D2 时的影像宽度。 6. 如权利要求 1 所述的光学触控系统， 其中该影像感测器的影像亮度是由该影像灰阶 值高低而定。 7. 如权利要求 1 所述的光学触控系统， 其中该处理器根据该影像感测器的影像亮度来 判断该触控物与该镜头?？榈木嗬胧?， 是依据以下公式计算 ： L1/L2 ＝ (D2/D1)2， 其中， D1、 D2 为该触控物与该镜头?？榈木嗬?， L1、 L2 为该触控物与该镜头?？榫嗬?D1、 D2 时的影像亮度。 8. 如权利要求 1 所述的光学触控系统， 其中该触控物的方向是由该触控物位置至该透 镜?？榈牧哂胍患榷ǖ幕枷叩募薪抢幢硎?， 该处理器根据该影像的中心所对应的该影 像感测器的像素决定该夹角。 9. 一种光学触控位置检测方法， 包括 ： 使用一具有影像感测器的镜头?？槔唇邮罩辽僖淮タ匚锏挠跋?； 根据该影像感测器的触控物影像大小或影像亮度来判断该触控物与该镜头?？榈木?离 ； 根据在该影像感测器的触控物影像位置来判断该触控物的方向 ； 根据该距离及该方向的信息， 计算该触控物的位置。 10. 如权利要求 9 所述的光学触控位置检测方法， 其中该影像感测器的影像大小是由 该影像所占像素数目而定， 且该影像感测器的影像亮度是由该影像灰阶值高低而定。 11. 如权利要求 9 所述的光学触控位置检测方法， 其中该触控物影像位置是由该影像 权 利 要 求 书 CN 103324356 A 2 2/2 页 3 的中心所对应的该影像感测器的像素而定。 权 利 要 求 书 CN 103324356 A 3 1/6 页 4 光学触控系统及光学触控位置检测方法 技术领域 [0001] 本发明涉及一种光学触控系统及光学触控位置检测方法， 特别是涉及一种使用单 一镜头检测触控物距离及方向的光学触控系统及光学触控位置检测方法。 背景技术 [0002] 使用于显示器的触控技术除了将屏幕内建电容式或电感式触控面板外， 还包括外 加具有影像感测器的镜头?？橛谙允酒髦鼙?， 用以检测触控位置的光学触控技术。 [0003] 现有的光学触控技术使用两个镜头?？?， 并配置于触控平面的不同角落， 使两者 的视野同时涵盖整个触控平面。 而触控平面上的触控点位置则是藉由触控物与两个镜头的 连线后的交点来决定。 [0004] 如图 1 所示， 镜头?？?101、 102 配置于触控区域 103 的两个角落， 使镜头?？?101 与 102 的视野都能涵盖整个触控区域 103。而触控区域 103 的边缘还配置了线性光源 104 及反向反射镜(Retro-reflector)105， 其中反向反射镜105包围触控区域103的三个边， 并 可将任意方向入射的光线以接近入射的方向反射回去。因此线性光源 104 可照亮整个触控 区域 103 并通过反向反射镜 105 将光线反射回镜头?？?101 与 102。当有一触控物碰触触 控区域 103 产生一触控点 107 时， 因触控物挡住了与镜头?？?101、 102 连线方向的反射光， 因此镜头?？?101、 102 都会在其影像感测器的某一像素位置获得暗点。最后， 处理器 106 再根据镜头?？?101、 102 的影像感测器的暗点位置， 判断触控点 107 相对于镜头?？?101、 102 的方向， 并计算出触控点 107 的实际位置。 [0005] 除此之外， 现有的光学触控技术也有使用一个镜头?？榕渲糜诖タ仄矫娴慕锹?， 再搭配平面镜的构造。 [0006] 如图 2 所示， 镜头?？?201 配置于触控区域 203 的一个角落， 使镜头?？?201 的 视野涵盖整个触控区域 203。另外， 触控区域 203 的边缘还配置了线性光源 204 及平面镜 (Mirror)205。因为平面镜 205 可将镜头?？?201 镜像至对称的位置， 故此架构实质上仍等 同于有两个镜头?？榇嬖?。而线性光源 204 通过平面镜 205 照亮整个触控区域 203 并将光 线反射回镜头?？?01。 当有一触控物碰触触控区域203产生一触控点207时， 因触控物挡 住了两个方向的光线经由平面镜205反射至镜头?？?01， 故镜头?？?01内的影像感测器 会在某两个像素位置产生暗点。最后， 处理器 206 再根据镜头?？?201 的影像感测器的两 个暗点位置对应的方向， 计算出触控点 207 的实际位置。 [0007] 因此， 现有技术的光学触控系统无论是使用两个镜头?？榇钆浞聪蚍瓷渚祷蚴且?个镜头?？榇钆淦矫婢档募芄?， 都会导致制造成本提高。 本发明有鉴于此， 而提出一种仅使 用一个镜头?？槔醇觳獯タ氐阄恢玫墓庋Тタ叵低臣肮庋Тタ匚恢眉觳夥椒?， 因本发明的 光学触控系统不需要线性光源、 平面镜、 反向反射镜等组件， 故可以降低整个光学触控系统 的制造成本。 发明内容 说 明 书 CN 103324356 A 4 2/6 页 5 [0008] 有鉴于上述降低制造成本的需求， 本发明提供一种光学触控系统， 包括 ： 一镜头模 块， 具有一透镜及一影像感测器， 使至少一触控物通过该透镜成像于该影像感测器 ； 一主动 光源， 用以照亮该触控物 ； 一处理器， 根据该影像感测器的影像大小或影像亮度来判断该触 控物与该镜头?？榈木嗬?， 并且根据在该影像感测器的影像位置来判断该触控物的方向， 计算该触控物的位置 ； 以及一触控面， 提供该触控物进行触控操作， 其中该镜头?？榕渲糜?该触控面的周边， 使该镜头?？榈氖右翱珊歉么タ孛嫔系娜我馕恢?。 [0009] 上述的光学触控系统中， 该主动光源设置于该镜头?？樯?， 并且提供足够强度的 光， 使该触控物可将来自该主动光源的光反射回该透镜?？?。 [0010] 根据本发明一个实施例， 上述的光学触控系统中的该主动光源为红外光发光二极 管或红外光激光二极管， 且该影像感测器的影像检测范围为红外线影像。 [0011] 根据本发明一个实施例， 上述的光学触控系统中， 该影像感测器的影像大小是由 该影像所占像素数目而定。 且该处理器根据该影像感测器的影像大小来判断该触控物与该 镜头?？榈木嗬胧?， 依据以下公式计算 ： [0012] W1/W2 ＝ D2/D1， [0013] 其中， D1、 D2 为该触控物与该镜头?？榈木嗬?， W1、 W2 为该触控物与该镜头?？榫?离 D1、 D2 时的影像宽度。 [0014] 根据本发明一个实施例， 上述的光学触控系统中， 该影像感测器的影像亮度是由 该影像灰阶值高低而定。 且该处理器根据该影像感测器的影像亮暗来判断该触控物与该镜 头?？榈木嗬胧?， 依据以下公式计算 ： [0015] L1/L2 ＝ (D2/D1)2， [0016] 其中， D1、 D2 为该触控物与该镜头?？榈木嗬?， L1、 L2 为该触控物与该镜头?？榫?离 D1、 D2 时的影像亮度。 [0017] 根据本发明一个实施例， 上述的光学触控系统中该触控物的方向是由该触控物位 置至该透镜?？榈牧哂胍患榷ǖ幕枷叩募薪抢幢硎?， 该处理器根据该影像的中心所对 应的该影像感测器的像素决定该夹角。 [0018] 本发明还提供一种光学触控位置检测方法， 包括 ： 使用一具有影像感测器的镜头 ?？槔唇邮罩辽僖淮タ匚锏挠跋?； 根据该影像感测器的触控物影像大小或影像亮度来判断 该触控物与该镜头?？榈木嗬?； 根据在该影像感测器的触控物影像位置来判断该触控物的 方向 ； 根据该距离及该方向的信息， 计算该触控物的位置。 [0019] 上述的光学触控位置检测方法中， 该影像感测器的影像大小是由该影像所占像素 数目而定， 且该影像感测器的影像亮度是由该影像灰阶值高低而定。 另外， 该触控物影像位 置是由该影像的中心所对应的该影像感测器的像素而定。 [0020] 根据本发明的光学触控系统及其触控位置检测方法， 只用单一镜头?？槔醇觳獯?控位置， 且因采用设置于镜头?？樯系闹鞫庠蠢凑樟链タ匚?， 使镜头?？榻邮沾タ匚锏?反射光的方式来成像， 故可省去现有技术的反向反射镜或平面镜等组件。因此本发明的光 学触控系统相对于现有技术可有效地降低生产成本。 附图说明 [0021] 图 1 是现有技术的光学触控系统架构图。 说 明 书 CN 103324356 A 5 3/6 页 6 [0022] 图 2 是现有技术的光学触控系统架构图。 [0023] 图 3 是根据本发明实施例的光学触控系统架构图。 [0024] 图 4 是本发明实施例的光学触控系统的距离计算的示意图。 [0025] 图 5 是说明本发明实施例的距离计算方法的示意图。 [0026] 图 6 是本发明实施例的光学触控系统的夹角计算的示意图。 [0027] 图 7 是根据本发明实施例光学触控系统的触控位置检测步骤流程图。 [0028] 图 8 是校正镜头?？榻嵌炔问乃得魍?。 [0029] 图 9 是校正触控物距离参数的说明图。 [0030] 图 10 是实际触控点计算的说明图。 [0031] 附图符号说明 [0032] 101、 102、 201、 301 ～镜头?？?； [0033] 104、 204 ～线性光源 ； [0034] 105 ～反向反射镜 ； [0035] 205 ～平面镜 ； [0036] 302 ～主动光源 ； [0037] 106、 206、 303 ～处理器 ； [0038] 103、 203、 304 ～触控区域 ； [0039] 107、 207、 305 ～触控点 ； [0040] 306 ～透镜 ； [0041] 307 ～影像感测器 ； [0042] D、 D1、 D2 ～距离 ； [0043] O1、 O2 ～触控物 ； [0044] I、 I1、 I2 ～影像 ； [0045] L1、 L2 ～亮度 [0046] W1、 W2 ～宽度 [0047] θ ～夹角 ； [0048] FOV ～视野。 具体实施方式 [0049] 图 3 是根据本发明实施例的光学触控系统架构图。如图 3 所示， 本发明实施例的 光学触控系统仅包括 ： 一个镜头?？?301、 一个主动光源 302、 及一个处理器 303。镜头模 块 301 配置于触控区域 304 的一个角落， 使镜头?？?301 的视野至少能涵盖整个触控区域 304。主动光源 302 固定于镜头?？?301 上。用以照亮触控区域 304 上出现的触控物， 使得 主动光源 302 所发出的光能自触控物反射回镜头?？?301。处理器 303 则用以计算触控物 的触控点 305 位置。 [0050] 接下来， 将说明此光学触控系统的触控点位置检测方法。如图 3 所示， 假设触控点 305 至镜头?？?301 之间的距离 ( 为了方便说明， 以后仅称为距离或触控物距离 ) 为 D， 并 且触控点 305 至镜头?？?301 的连线与触控区域 304 的一边缘的夹角 ( 为了方便说明， 以 后仅称为夹角或触控物夹角 ) 为 θ。因此只要能求得距离 D 及夹角 θ 就能决定出触控点 说 明 书 CN 103324356 A 6 4/6 页 7 305 在触控区域 304 上唯一的位置。以下将依序说明距离 D 的计算方法及夹角 θ 的计算方 法。 [0051] 图 4 是本发明实施例的光学触控系统的距离计算的示意图。镜头?？?301 包括一 透镜 306 及一影像感测器 307， 此透镜 306 与影像感测器 307 的搭配可以决定出镜头?？?301 的视野 FOV。在视野 FOV 内， 触控物 O1 会通过透镜 306 于影像感测器 307 形成影像 I1， 触控物 O2 会通过透镜 306 于影像感测器 307 形成影像 I2。而本发明的距离计算方法有两 种 ： 根据影像大小来决定距离或根据影像亮度来决定距离。 [0052] 当采用根据影像大小来决定距离时， 因较远离透镜306的触控物O1会在影像感测 器307形成较小的影像I1， 较靠近透镜306的触控物O2会在影像感测器307形成较大的影 像 I2。因此本发明可根据影像感测器 307 上的影像所占的像素数目 ( 即影像宽度 )， 来判 断触控物距离镜头?？?301 的远近。 [0053] 如图 5 所示， 假设当触控物与镜头?？?301 距离 D1 时， 影像感测器 307 上形成了 宽度 W1 的影像 ； 当触控物与镜头?？?301 距离 D2 时， 影像感测器 307 上形成了宽度 W2 的 影像。根据几何比例关系， 影像宽度与触控物距离成反比， 故上述四个参数的关系式如下 ： [0054] W1/W2 ＝ D2/D1(1) [0055] 因此根据式子 (1)， 只要处理器 303 内先储存一组已知的触控物距离及其对应的 影像宽度 ( 像素数目 )， 就可以根据任意的触控物影像宽度计算出该触控物的距离。 [0056] 回到图4， 当采用根据影像亮度来决定距离时， 因较远离透镜306的触控物O1会在 影像感测器307形成较暗的影像I1(因反射回来的光量较少)， 较靠近透镜306的触控物O2 会在影像感测器 307 形成较亮的影像 I2( 因反射回来的光量较多 )。因此本发明也可根据 影像感测器 307 上的影像灰阶值 ( 即影像亮度 )， 来判断触控物距离镜头?？?301 的远近。 [0057] 如图 5 所示， 假设当触控物与镜头?？?301 距离 D1 时， 影像感测器 307 上形成了 亮度 L1 的影像 ； 当触控物与镜头?？?301 距离 D2 时， 影像感测器 307 上形成了亮度 L2 的 影像。因为亮度大小与触控物距离平方成反比， 故上述四个参数的关系式如下 ： [0058] L1/L2 ＝ (D2/D1)2.(2) [0059] 因此根据式子 (2)， 只要处理器 303 内先储存一组已知的触控物距离及其对应的 影像亮度 ( 灰阶值 )， 就可以根据任意的触控物影像亮度计算出该触控物的距离。 [0060] 以上即为本发明的两种触控物的距离计算方式， 接着将说明触控物的夹角的计算 方式。 [0061] 如先前所述， 镜头?？?301 包括一透镜 306 及一影像感测器 307。因此， 位于不同 的夹角位置的触控物通过透镜 306 会成像于影像感测器 307 上唯一的对应像素位置。利用 此特性即可从影像感测器307的影像像素位置反推回触控物在触控区域304上相对于镜头 ?？?301 的夹角 θ。 [0062] 图 6 是本发明实施例的光学触控系统的夹角计算的示意图。假设镜头?？?301 的 视野 FOV 为 90 度， 恰好涵盖整个触控区域 304， 以影像感测器 307 的像素数目为 900 个 ( 像 素编号 0 ～ 899) 为例。因此触控物夹角每移动 0.1 度影像的像素位置就会移动 1 个像素。 如图 6 所示， 当触控物位于夹角 0 度时， 影像 I 位于第 0 个像素的位置 ； 当触控物位于夹角 45 度时， 影像 I 位于第 450 个像素的位置 ； 当触控物位于夹角 67.5 度时， 影像 I 位于第 675 个像素的位置。 说 明 书 CN 103324356 A 7 5/6 页 8 [0063] 根据上述方法， 即可由影像所在的像素位置推得触控物的夹角θ。 需注意的是， 本 发明镜头?？榈氖右坝胗跋窀胁馄鞯南袼厥坎⑽聪薅ㄓ谏鲜龅?90 度与 900 个， 图 6 仅是 举出一个较容易理解的例子来做说明而已。 [0064] 当获得触控物的距离D及夹角θ两项信息后， 触控物的在触控区域上的唯一位置 即可被确定。了解本发明实施例的光学触控系统的触控点位置检测方法后， 接下来将参照 图 7- 图 10， 以一个例子说明此光学触控系统的触控位置检测步骤。 [0065] 图 7 是根据本发明实施例光学触控系统的触控位置检测步骤流程图。图 8 是校正 镜头?？榻嵌炔问乃得魍?。图 9 是校正触控物距离参数的说明图。图 10 是实际触控点 计算的说明图。 [0066] 首先， 进行步骤 1 ： 校正镜头?？榈慕嵌炔问?。将触控区域在镜头?？榈氖右澳诘?最大涵盖区域边缘分成数个校正参考点， 记录触控区域上每个参考点所对应到的触控感测 器的像素中心 / 重心位置。 [0067] 如图 8 所示， 将触控区域从右上角沿着右侧边缘及下侧边缘至左下角依序分为 1～N个参考点， 每个参考点具有一特定的夹角(即参考点至镜头?？橛氪タ厍虮咴档募?角 )。接着使触控物接触上述一个以上的参考点， 并记录触控物接触的参考点所对应的像 素中心 / 重心位置， 如在总共 640 个像素的影像感测器中， 参考点 1 的影像中心 / 重心位置 在第 12.5 个像素的位置、 参考点 2 的影像中心 / 重心位置在第 100 个像素的位置、 参考点 3 的影像中心 / 重心位置在第 160 个像素的位置、 参考点 N 的影像中心 / 重心位置在第 626 个像素的位置。 如此一来， 即可根据每一参考点的夹角与影像所在像素位置， 求出一角度对 影像位置的角度校正参数曲线。 [0068] 接着， 进行步骤 2 ： 校正触控物的距离参数。将触控域内依距离的远近分成几个参 考点， 并记录触控区域上每个参考点所对应到的触控感测器的影像亮度或影像大小。 [0069] 如图 9 所示， 将触控区域的对角线方向依距离的远近分为几个参考点 ( 距离 D1 及 D2 的参考点 )。接着使触控物接触上述一个以上的参考点， 并记录触控物接触的参考点所 对应的影像亮度 (L1、 L2) 或影像大小 (W1、 W2)。例如， 距离 30mm 的参考点的影像亮度为 1000 个灰阶 ； 距离 70mm 的参考点的影像亮度为 183.67 个灰阶 ； 距离 100mm 的参考点的影 像亮度为90个灰阶。 或者是， 例如距离30mm的参考点的影像大小占630个像素 ； 距离70mm 的参考点的影像大小占270个像素 ； 距离100mm的参考点的影像大小占189个像素。 如此一 来， 即可根据每一参考点的距离与影像亮度， 求出一距离对影像亮度的距离校正参数曲线， 或者是根据每一参考点的距离与影像大小， 求出一距离对影像大小的距离校正参数曲线。 [0070] 最后， 进行步骤 3 ： 实际触控点计算。在此步骤下， 使用者做实际的触控操作， 而本 光学触控系统根据触控物的影像位置决定触控物的角度， 根据触控物的影像亮度或影像大 小决定触控物的距离。计算完触控点位置后， 若使用者继续触控操作则重复步骤 3。 [0071] 如图 10 所示， 假设当触控物碰触触控区域时， 影像感测器产生对应的影像。此影 像的中心/重心位于第300个像素， 故根据角度对影像位置角度校正参数曲线， 可得知此触 控物的触控点位于夹角 40 度的延伸方向。而若此影像大小共占 270 个像素 ( 横跨第 165 至 435 个像素 )， 故根据的距离对影像大小的距离校正曲线， 可得知此触控物位于距离镜头 ?？?70mm 的位置。处理器根据上述的夹角及距离计算出实际的触控点位置。 [0072] 以上即为本发明的光学触控系统的触控位置检测步骤。 因不同触控物会有不同的 说 明 书 CN 103324356 A 8 6/6 页 9 特征， 例如粗细不同的触控物， 故在实际触控操作前先让触控物点击一个以上的指定参考 点， 进行角度参数及距离参数的校正， 可让实际操作时触控点位置的计算更为精确。 [0073] 根据本发明的实施例的光学触控系统及其触控位置检测方法， 只用单一镜头?？?来检测触控位置， 且因采用设置于镜头?？樯系闹鞫庠蠢凑樟链タ匚?， 使镜头?？榻邮?触控物的反射光的方式来成像， 故可省去现有技术的反向反射镜或平面镜等组件。因此本 发明的光学触控系统相对于现有技术可有效地降低生产成本。 [0074] 以上说明仅为部分实施例， 并非用以限定本发明， 本发明的范围将由本发明的权 利要求来界定， 在不脱离本发明技术思想的前提下实施例可做各种变更。 例如， 镜头?？椴?一定要置于触控区域的角落， 也可以在满足镜头?？榈氖右昂钦龃タ厍虻奶跫?， 置于触控区域周边的任意位置。另外， 主动光源可例如是红外光发光二极管或红外光激光 二极管， 此时影像感测器的影像检测范围则必须涵盖红外线影像。而实施例的镜头?？樗?只包括一透镜， 但也可以是多个透镜构成的透镜组。 说 明 书 CN 103324356 A 9 1/5 页 10 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103324356 A 10 2/5 页 11 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103324356 A 11 3/5 页 12 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103324356 A 12 4/5 页 13 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 103324356 A 13 5/5 页 14 图 9 图 10 说 明 书 附 图 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