专利名称：具备多点触控功能的触控输入装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种多点触控输入装置，尤指一种光学式多点触控装置及其侦测方 法。
背景技术：
随着高科技产品的普及，消费性设备如桌面计算机、笔记本电脑(Notebook)、个人 数字助理(PDA)或者手机等设备也被广泛的应用。随着这些高科技产品的发展以及功能上 的多样化，输入工具也随的变得更加重要。目前已有的输入方式，例如传统型的键盘与鼠 标、可直接输入的触控式面板(Touch Panel)、触控笔(Touch Pen)或者声音输入(speech recognition)等都已广泛应用于各种产品之中。其中最为大众所瞩目的，当属于可直接输 入的触控式面板。近年来，随着触控式面板手机(如苹果计算机产品iPOD)的畅销，利用触控式面板 进行多点触控输入的方式也受到大众的瞩目与重视。由于利用触控式面板进行多点触控输 入，对于一般使用者而言具可经过直觉性的手势语言即可进行输入与操作，不需要经过任 何的打字训练或者任何的外加装置，因此可以增加用户使用的便利性以及进一步减少键盘 以及鼠标所占的空间。因此，近年来的各种科技产品无不全力推出具备此种触控输入的装 置。并且，微软公司也即将推出新一代的windows操作系统，该新一代的windows操作系统 特别支持触控面板的多点触控输入，因此，预期将引爆一股触控输入的热潮。并且，将来的 输入方式将会从传统的鼠标或键盘等输入方式进化成利用直觉式触控输入的方式。图1所示为公知利用光学感应技术的触控输入装置的示意图。图2所示为公知利用光学感应技术的触控输入装置的侦侧信号示意图。如图1所示，利用光学感应技术的触控输入装置10仅需于触控面板11的周围加 装反射板12以及多个光源发射/侦测系统13a、13b。利用光源发射/侦测系统13a、13b产 生一侦测光束，并通过反射板12反射，最后由光源/发射系统13a、13b侦测光束。因此，当 一使用者触碰触控面板11，则会挡住侦测光束，因此即可于光源/发射系统13a、13b产生一 光束遮蔽信号。触控输入装置10的光源发射/侦测系统13a、13b为一整合光源以及侦测装置的 系统，并配置于触控面板11的相邻两顶点，并发射近乎平行于触控面板11表面的侦测光 束，依序扫描整个面板，并利用反射板12将光源发射/侦测系统13a、13b所发射的侦测光 束依原发射路径反射回光源发射/侦测系统13a、13b，则光源发射/侦测系统13a、13b即 可通过侦测装置进行侦测光束的侦侧。因此，当使用者利用手指或触控笔于触控面板11输 入一触控点P1，则会遮挡光源发射/侦测系统13a、13b所发射的侦测光束，并造成从光源 发射/侦测系统13a、13b无法接收借助于反射板12反射的侦测光束，则光源发射/侦测系 统13a、13b即可产生一光束遮蔽信号以感测该触控点Pl。此时，光源发射/侦测系统13a、 13b可分别产生一侦测信号，即光束遮蔽信号，如图2所示的侦测信号S ( θ L1)及S ( θ K1)，则 触控输入装置10即可通过此侦测信号所对应的角度，例如θ u及θ K1，再配合上触控面板10的宽度W，亦即光源发射/侦测系统13a、13b的间距W，即可通过简单的三角函数公式进 行计算得到触控点Pl的坐标(xl，yl)。同理，亦可以相同的原理及计算方法得到触控点P2 的坐标(x2，y2)。但是，利用此种光学感应技术的触控输入装置10无法同时侦测多点输入的状况， 例如当使用者同时于触控面板11上输入两个触控点P1、P2，则光源发射/侦测系统13a、 13b则分别侦测到如第二图所示的侦测信号S( θ L1)、S( θ L2)及S( θ K1)、S( θ K2)等四个侦 测信号。此时，触控输入装置10无法辨别此四个侦测信号所对应的角度与其对应的触控点 Ρ1、Ρ2，因此，触控输入装置10即可能产生假性触控点(Ghost point) P3及P4。即是，当光源 发射/侦测系统13a侦测到触控点Pl的侦测信号S ( θ u)且光源发射/侦测系统13b侦测 到触控点Pl及触控点P2的侦测信号S ( θ K1)、S ( θ K2)，则对光源发射/侦测系统13a而言， 侦测信号S( θ L1)所对应的角度为θ u，对光源发射/侦测系统13b而言，侦测信号S( θ R1)、 s(eK2)所对应的角度为ΘΚ1、ΘΚ2。经过运算后，触控输入装置10则可能产生正确的辨识 触控点Pl坐标及错误辨识的假性触控点Ρ3坐标。因此，触控输入装置10无法正确辨识这 些侦测信号S ( θ L1)、S ( θ L2)及S ( θ K1)、S ( θ Κ2)以产生正确的触控坐标。因此，需要针对此种利用光学感应技术的触控输入装置10提出一种更有效的辨 识方法，以使得此种光学感应式的触控输入装置10得以应用于多点触控的输入方式。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种具备多点触控功 能的触控输入装置及其方法。本发明提供一种具备多点触控功能的触控输入装置，包括一触控面板，以供输入 至少一触控点；至少一光源，配置于该触控面板周围，以提供一侦测光束；多个成像系统， 具有一第一空间视角，位于该触控面板的相邻的顶点，且接收该侦测光源，并根据该触控点 所遮蔽的侦测光束产生一第一侦测信号；以及至少一视角可变化单元，与该些成像系统连 接，并使得该些成像系统具有一第二空间视角，且具有该第二空间视角的该些成像系统根 据该触控点所遮蔽的侦测光束产生一第二侦测信号；其中，一运算系统接收该第一侦测信 号及该第二侦测信号，并且据以运算出该触控点的坐标值。本发明提供一种触控输入装置，包括一触控面板，以供输入一触控点；至少一光 源，配置于该触控面板周围，以提供一侦测光束；多个第一成像系统，具有一第一空间视角， 位于该触控面板的相邻的顶点，且接收该侦测光源，并根据该触控点所遮蔽的侦测光束产 生一第一侦测信号；以及多个第二成像系统，具有一第二空间视角，位于该触控面板的相邻 的顶点，且接收该侦测光源，并根据该触控点所遮蔽的侦测光束产生一第二侦测信号；其 中，一运算系统接收该第一侦测信号及该第二侦测信号，并据以运算出该触控点的坐标值。本发明提供一种触控输入装置的侦测多点位置的触控方法，包括提供一触控面 板，以供输入多点的触控点；通过多个成像系统感测该些触控点以产生一第一侦测信号， 其中该些成像系统具有一第一空间视角；通过一视角可变化单元以改变该些成像系统，使 该些成像系统具有一第二空间视角，且该些成像系统感测该些触控点以产生一第二侦测信 号；以及通过一运算系统的一角度选择单元接收该第一侦测信号及该第二侦测信号，并根 据该第一侦测信号及该第二侦测信号所对应的角度的变化以选择出该第一侦测信号所对
5应的角度与其相对应的触控点，则一运算单元据以运算出该触控点的坐标值。本发明提供一种触控输入装置的侦测多点位置的触控方法，包括提供一触控面 板，以供输入多点的触控点；通过多个第一成像系统感测该些触控点以产生一第一侦测信 号，其中该些成像系统具有一第一空间视角；通过一第二成像系统感测该些输入点以产生 一第二侦测信号，其中该些成像系统具有一第二空间视角；以及通过一运算系统的一角度 选择单元接收该第一侦测信号及该第二侦测信号，并根据该第一侦测信号及该第二侦测信 号所对应的角度的变化以选择出该第一侦测信号所对应的角度与其相对应的触控点，则一 运算单元据以运算出该触控点的坐标值。本案发明人提出本案的发明概念，本发明的机制与公知技术截然不同，是以提供 具备多点触控功能的触控输入装置及侦测多点位置的触控方法，以促进产业升级。以上的概述与接下来的详细说明及附图，皆是为了能进一步说明本发明为达到预 定目的所采取的方式、手段及功效。而有关本发明的其他目的及优点，将在后续的说明及附 图中加以阐述。
图1所示为公知利用光学感应技术的触控输入装置的示意图；图2所示为公知利用光学感应技术的触控输入装置的侦侧信号示意图；图3所示为根据本发明第一实施例的利用光学感应技术的触控输入装置的示意 图；图4A、图4B所示为根据本发明第一实施例的利用光学感应技术的触控输入装置 的侦侧信号示意图；图5A、图5B所示为根据本发明第一实施例的成像系统所侦测的触控点的光束遮 蔽角度的示意图；图6所示为根据本发明第二实施例的成像系统的结构示意图；图7A、图7B所示为根据本发明第二实施例的成像系统所侦测的触控点的光束遮 蔽角度的示意图；图8所示为根据本发明第三实施例的利用光学感应技术的触控输入装置的示意 图；图9所示为根据本发明实施例的运算系统示意图。主要元件附图标记说明10、30、80触控输入装置11触控面板12反射板13a、13b光源发射/侦测系统3la、3lb、60a 成像系统31c、31d第二成像系统32 光源61、61，光学镜片62、62，光感应元件
90运算系统91成像系统92角度选择单元93运算单元P1、P2、P1，、P2，触控点Ρ3、Ρ4假性触控点w 宽度d、e、f移动距离
具体实施例方式图3所示为根据本发明第一实施例的利用光学感应技术的触控输入装置的示意 图。图4a、图4b所示为根据本发明第一实施例的利用光学感应技术的触控输入装置 的侦侧信号的示意图。图5a、图5b所示为根据本发明第一实施例的成像系统侦测到的触控点的光束遮 蔽角度的示意图。根据本发明第一实施例，触控输入装置30具有一触控面板11，以供使用者触碰并 输入至少一触控点、至少一光源32，环绕触控面板11的周围以提供近乎平行于触控面板11 表面的侦测光束、至少两个成像系统31a、31b，配置于触控面板11的两相邻顶点，以接收光 源32所产生的光束。其中，光源32可为多个LED所组成或者是LED与导光板的组合、LED 与反射片的组合、其他的发光元件或反射片，成像系统31a、31b为至少一光学镜片及至少 一光感应元件(photo sensor)所组成，并且成像系统31a、31b之间距为W，即为触控面板的 宽度W。于本实施例，成像系统31a、31b具有一第一空间视角。根据本发明第一实施例，成像系统31a、31b可各自通过一视角可变化单元(未显 示)，例如一致动元件，如通过步进马达(SteppingMotor)、音圈马达(Voice CoilMotor ； VCM)、压电元件(Piezo Actuator)驱动达到，或是可调焦镜片，如液态镜片(Liquid lens)， 或是软件处理视角技术，如数字自动变焦技术，各自对成像系统31a、31b的位置进行移动， 且成像系统31a、31b的移动距离为d，移动方向为平行于光源32的光束行进的方向，则成像 系统31a、31b则会具有一第二空间视角，相对于视角可变化单元移动成像系统31a、31b之 前的第一空间视角而言。当使用者利用手指或触控笔于触控面板11上输入两个触控点P1、P2时，则会遮蔽 从光源32产生的侦测光束，并各自于成像系统31a、31b产生两个第一侦测信号，如图4A所 示的第一侦测信号S( θ u)、S( θ 2)及S( θ Κ1)及S( θ Κ2)，其中，图4Α所示分别为成像系统 31a与31b所侦测到的侦测信号波形图。此时，此第一侦测信号S( θ L1)、S( θ J及S( θ K1)、 s( θ Κ2)所代表的光束遮蔽角度各自为eu、eL2> θκ1、θΚ2。根据本发明的第一实施例，当成像系统31a、31b感测到触控点Pl与P2的第一侦 测信号，然后，成像系统31a、31b会受到视角可变化单元的驱动而向后移动一距离d。因此， 触控点P1、P2至成像系统31a、31b的相对距离则会改变，则会产生如图4B所示的第二侦侧 信号s(eL1，)、s(0l2，)及s(eK1，)及s( θ K2’)，其中，图4b所示分别为成像系统3ia与31b所侦测到的侦测信号波形图。此时，此第二侦测信号S( θ L1，)、S( θ L2，)、S( θ Κ1，)及 s(eE2')所代表的光束遮蔽角度各自为eL1\ θL2，、θκ1，、θΚ2，。如图5Α所示，例如触控点Pl距离成像系统31a较近(相对于触控点P2距离成 像系统31a而言)，则成像系统31a所感测到触控点Pl的光束遮蔽角度为θ『当成像系 统31a受到视角可变化单元的驱动向后移动一距离d，则相对应的触控点Pl距离成像系 统31a的距离即向后移动至触控点ΡΓ处，此时成像系统31a所感测到触控点P1’的光束 遮蔽角度为θ u’，且针对成像系统31a所侦测到触控点Pl的遮蔽角度的差异为Δ 0L1 =
θ Ll_ θ Li，I °如图5B所示，例如触控点P2距离成像系统31a较远(相对于触控点Pl距离成 像系统31b而言)，则成像系统31a所侦测到触控点P2的光束遮蔽角度为θ L2,当成像系 统31a受到视角可变化单元的驱动向后移动一距离d，则相对应的触控点P2距离成像系 统31a的距离即向后移动至触控点P2’处，此时成像系统31a所侦测到触控点P2’的光束 遮蔽角度为θ J，且针对成像系统31a所侦测到触控点P2的遮蔽角度的差异为Δ 0L2 =
θ L2_ θ L2，I °由于，触控点Pl距离成像系统31a较近，因此，成像系统31a向后移动一距离d对 于触控点Pl的侦测到的遮蔽角度的变化△ θ u会大于对距离较远的触控点P2所侦测到的 遮蔽角度的变化Δ θ『即Δ 大于Δ θ m因此，即可利用此方法判定如图4Α及图4Β 的第一侦测信号S( θ L1)与第二侦测信号S( θ u’)是属于距离成像系统31a较近的触控点 Pl所产生的侦侧信号，而非其他距离较远的假性触控点P3。同样地，亦可依照较小的遮蔽 角度变化Δ θ L2判定如图4A及图4B的第一侦测信号S( θ L2)与第二侦测信号S( θ L2')属 于距离成像系统31a较远的触控点P2，而非其他距离较近的假性触控点P4。同理，亦可利用此方法判断出成像系统31b的第一侦侧信号S( θ R1)、S( θ R2)与第 二侦测信号S( θ R1，)、s( θ R2，)与触控点PI、P2的对应关系。即是，可利用此方法判定如 图4A及图4B的第一侦测信号S(eK1)与第二侦测信号S(eK1’)属于距离成像系统31b较 近的触控点P2所产生的侦侧信号，而非其他距离较远的假性触控点P3。同样地，第一侦测 信号S( θ R2)与第二侦测信号S( θ Κ2’)属于距离成像系统31b较远的触控点P1，而非其他 距离较近的假性触控点P4。因此，触控输入装置30可将上述的第一侦测信号或第二侦测信号各别对应的角 度配合上成像系统31a、31b的间距W，即可通过简单的三角函数公式进行计算得到触控点 Pl的坐标(xl，yl)及触控点P2的坐标(x2, y2)。图6所示为根据本发明第二实施例的成像系统的结构示意图。图7A、图7B所示为根据本发明第二实施例的成像系统所侦测的触控点的光束遮 蔽角度的示意图。根据本发明第二实施例，图6显示的成像系统60a为如图3所示配置于触控面板 11的成像系统31a的位置，且另具有一成像系统60b (未显示)，置放于如成像系统31b的 位置，其中，成像系统60a具有至少一组光学镜片61及至少一组光感应元件62，且成像系统 60a、60b具有相同的结构。本实施例利用一视角可变化单元，例如一致动元件，如通过步进马达(Stepping Motor)、音圈马达(Voice CoilMotor ;VCM)、压电元件(Piezo Actuator)驱动达到，或是可调焦镜片，如液态镜片(Liquidlens)，或是软件处理视角技术，如数字自动变焦技术，对成 像系统60a的光学镜片61或是光感应元件62之一的位置进行移动，且光学镜片61或是光 感应元件62的移动距离分别为e与f。由于，光学镜片61或是光感应元件62的相对距离 的改变，即会改变此成像系统60a所能侦测的最大角度的范围，因此本实施例的成像系统 60a即可产生两组以上不同的最大侦测角度范围，即是具有两组不同的空间视角，实际来说 是一第一最大侦测角度范围Q1及第二最大侦测角度范围θ2。 如图3所示，当使用者利用手指或触控笔于触控面板11上输入两个触控点Ρ1、Ρ2 时，则会遮蔽从光源32产生的光束，并各自于成像系统60a产生光遮蔽信号，即是如图4A 的第一侦测信号S ( θ L1)、S ( θ L2)与S ( θ K1)、S ( θ K2)。此时，成像系统60a操作于第一最大 侦测角度范围θ”即是操作于第一空间视角。 当成像系统60a侦测到上述的侦测信号，接着，视角可变化单元将成像系统60a的 光学镜片61或光感应元件62的位置移动至光学镜片61’或光感应元件62’的位置，则由 于光学镜片61及光感应元件62的相对距离改变，因此成像系统60a即具有一第二最大侦 测角度范围θ 2，即是具有一第二空间视角。由于，触控点Pl距离成像系统60a较近(相对于触控点P2距离成像系统60a而 言)，则如图7A所示，成像系统60a所侦测到触控点Pl的光束遮蔽角度为θ『同样地，触 控点P2距离成像系统60a (相对于触控点Pl距离成像系统60a而言)较远，则如图7B所 示，成像系统60a所侦测到触控点P2的光束遮蔽角度为θ『因此，如图7Α所示，当成像系 统60a所侦测到的触控点Pl距离成像系统60a较近，则成像系统60a所侦测到的光束遮蔽 角度为θ u，且此光束遮蔽角度占第一最大侦测角度范围Q1与第二侦测角度范围θ2 的比例的绝对差值为
权利要求
一种具备多点触控功能的触控输入装置，其特征在于，包括一触控面板，以供输入至少一触控点；至少一光源，配置于该触控面板周围，以提供一侦测光束；多个成像系统，具有一第一空间视角，位于该触控面板的相邻的顶点，且接收该侦测光源，并根据该触控点所遮蔽的侦测光束产生一第一侦测信号；以及至少一视角可变化单元，与该些成像系统连接，并使得该些成像系统具有一第二空间视角，且具有该第二空间视角的该些成像系统根据该触控点所遮蔽的侦测光束产生一第二侦测信号；其中，一运算系统接收该第一侦测信号及该第二侦测信号，并且据以运算出该触控点的坐标值。
2.如权利要求1所述的触控输入装置，其特征在于，该光源可为多个LED的组合、LED 与导光板的组合、LED与反射片的组合、其他光源或是反射片。
3.如权利要求1所述的触控输入装置，其特征在于，该些成像系统包含至少一光学镜 片及至少一光感应元件。
4.如权利要求1所述的触控输入装置，其特征在于，该视角可变化单元可为一致动元 件，如通过步进马达、音圈马达、压电元件驱动达到，或是可调焦镜片，如液态镜片，或是软 件处理视角技术，如数字自动变焦技术。
5.一种具备多点触控功能的触控输入装置，其特征在于，包括 一触控面板，以供输入一触控点；至少一光源，配置于该触控面板周围，以提供一侦测光束；多个第一成像系统，具有一第一空间视角，位于该触控面板的相邻的顶点，且接收该侦 测光源，并根据该触控点所遮蔽的侦测光束产生一第一侦测信号；以及多个第二成像系统，具有一第二空间视角，位于该触控面板的相邻的顶点，且接收该侦 测光源，并根据该触控点所遮蔽的侦测光束产生一第二侦测信号；其中，一运算系统接收该第一侦测信号及该第二侦测信号，并据以运算出该触控点的 坐标值。
6.如权利要求5所述的触控输入装置，其特征在于，该光源可为多个LED的组合、LED 与导光板的组合、LED与反射片的组合、其他光源或是反射片。
7.—种触控输入装置的侦测多点位置的触控方法，其特征在于，包括 提供一触控面板，以供输入多点的触控点；通过多个成像系统感测该些触控点以产生一第一侦测信号，其中该些成像系统具有一 第一空间视角；通过一视角可变化单元以改变该些成像系统，使该些成像系统具有一第二空间视角， 且该些成像系统感测该些触控点以产生一第二侦测信号；以及通过一运算系统的一角度选择单元接收该第一侦测信号及该第二侦测信号，并根据该 第一侦测信号及该第二侦测信号所对应的角度的变化以选择出该第一侦测信号所对应的 角度与其相对应的触控点，则一运算单元据以运算出该触控点的坐标值。
8.如权利要求7所述的触控方法，其特征在于，该些第一成像系统包含至少一光学镜 片及至少一光感应元件。
9.如权利要求7所述的触控方法，其特征在于，视角可变化单元可为一致动元件，如通 过步进马达、音圈马达、压电元件驱动达到，或是可调焦镜片，如液态镜片，或是软件处理视 角技术，如数字自动变焦技术。
10.一种触控输入装置的侦测多点位置的触控方法，其特征在于，包括提供一触控面板，以供输入多点的触控点；通过多个第一成像系统感测该些触控点以产生一第一侦测信号，其中该些成像系统具 有一第一空间视角；通过一第二成像系统感测该些输入点以产生一第二侦测信号，其中该些成像系统具有 一第二空间视角；以及通过一运算系统的一角度选择单元接收该第一侦测信号及该第二侦测信号，并根据该 第一侦测信号及该第二侦测信号所对应的角度的变化以选择出该第一侦测信号所对应的 角度与其相对应的触控点，则一运算单元据以运算出该触控点的坐标值。
全文摘要
本发明关于一种具备多点触控功能的触控输入装置及其方法，且此装置利用光学侦测的技术以实现。根据本发明，提供一触控面板以供输入至少一触控点，至少一光源环绕触控面板以提供侦测光束，多个成像系统配置于触控面板的两相邻顶点以侦测触控点的遮蔽光束角度，并且这些多个成像系统可具备一第一空间视角及一第二空间视角，并根据不同空间视角所侦测到的触控点的遮蔽光束角度进行计算即可判断这些遮蔽光束角度相对应的触控点，最后利用简单的三角函数即可计算获得触控点的触控坐标值。本发明的机制与公知技术截然不同，提供具备多点触控功能的触控输入装置及侦测多点位置的触控方法，以促进产业升级。
文档编号G02B7/04GK101963867SQ20091015740
公开日2011年2月2日 申请日期2009年7月24日 优先权日2009年7月24日
发明者李昆勋, 胡亦龙, 陈昭宇 申请人:敦南科技股份有限公司