专利名称：光学式触控系统及其方法
技术领域：
本发明是关于一种光学式触控系统及其方法，特别是关于一种控制多个光源于不 同时间点发光，并根据在这些时间点所撷取的影像来计算影像中特定对象的空间坐标的光 学式触控技术。
背景技术：
近年来，由于影像显示技术不断地进步，触控式屏幕因为具有可直接透过接触方 式进行输入的优点，已成为现今市面上常见的一种显示装置，并且广泛地应用于各类电子 产品中，例如销售点终端机、游客导览系统、自动柜员机或多种工业控制系统等。一般的光 学镜头侦测式的触控屏幕相关产品，受限于传统的调整机构大小，需要较大的设计空间方 可满足屏幕触控侦测的需求。传统的光学镜头侦测式的触控屏幕是在显示面板上装设至少 两个影像撷取模组，并且需在显示面板周围装设多个红外光光源，由影像撷取模组撷取显 示面板表面上方的红外光影像。当对象触碰显示面板的表面时，此对象会遮挡红外光从发 光模组射至光学反射体的光路径，而在光学反射体上产生较暗区域，进而被影像撷取模组 所撷取，如此便可根据三角测距算法，仿真从影像撷取模组射向对象的虚拟射线，而多个虚 拟射线的相交处便是对象触碰的位置，如此以计算出对象触碰的坐标。然而，当有多个对象触碰显示面板的表面时，每一影像撷取模组可仿真出多条虚 拟射线，造成虚拟射线之间的相交处数目多于对象数目，容易造成触碰点位置的误判。例 如，由面板上的两触碰点便可仿真出从影像撷取模组所射出的两条射线连接到光学反射体 上所造成的四个阴暗区，便总共会有四个相交点，产生两组触碰点位置的可能，也就是有 50%的误判可能性。随着触控装置日渐普及，多点触控的需求有随之增加，如何提高多点触 控的判断精确度是一项亟待解决的事情。
发明内容
有鉴于上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种光学式触控系统及其 方法，以提高多点触控的判断精确度。根据本发明的目的，提出一种光学式触控系统，包含至少一个光学反射体、多个影 像撷取模组、多个第一发光模组、一第二发光模组、一控制模组及一资料计算模组。至少一 个光学反射体、多个影像撷取模组、多个第一发光模组及第二发光模组设置于一坐标侦测 区的外围。多个影像撷取模组用以撷取至少一个对象所造成的影像。至少一个光学反射体 将多个第一发光模组及第二发光模组所发出的光反射至多个影像撷取模组；控制模组于一 第一时间点控制多个第一发光模组发光，并控制多个影像撷取模组分别撷取一第一影像， 并于一第二时间点控制第二发光模组发光，并控制多个影像撷取模组中至少一个影像撷取 模组撷取至少一个第二影像。资料计算模组根据至少一个对象分别于多个第一影像及至少 一个第二影像内的位置，计算出此至少一个对象于坐标侦测区内的坐标值。其中，此坐标侦测区较佳为一显示屏幕的表面，至少一个光学反射体架设于显示4屏幕的侧边，多个影像撷取模组分别设置于显示屏幕的角落位置。所述第二发光模组设置于显示屏幕的侧边，并且位于多个影像撷取模组之间。所述多个第一发光模组或第二发光模组发出不可见光。所述多个影像撷取模组用于撷取一不可见光影像。当此至少一个对象的数目为多个时，其中资料计算模组根据多个对象于多个第一 影像内的位置计算出多个对象候选坐标组，再根据多个对象于至少一个第二影像内的位置 从多个对象候选坐标组中选择其一作为多个对象的坐标。其中，资料计算模组根据多个对象于多个第一影像内的位置，以及多个影像撷取 模组于坐标侦测区的位置，计算出多个影像撷取模组射出的射线，并计算多个射线之间的 多个交点坐标，并将这些交点坐标分群成多个对象候选坐标组。其中，控制模组于第一时间点控制多个第一发光模组发光时，亦控制第二发光模 组关闭。其中，控制模组于第二时间点控制第二发光模组发光时，亦控制多个第一发光模 组关闭。根据本发明的目的，提出一种光学式触控方法，包含下列步骤。首先，于一坐标侦 测区的外围设置至少一个光学反射体、多个影像撷取模组、多个第一发光模组及一第二发 光模组。多个影像撷取模组用以撷取至少一个对象所造成的影像。接着，于一第一时间点 控制多个第一发光模组发光，并控制多个影像撷取模组分别撷取一第一影像。接着，于一第 二时间点控制第二发光模组发光，并控制多个影像撷取模组中至少一个影像撷取模组撷取 至少一个第二影像。再根据至少一个对象分别于多个第一影像及至少一个第二影像内的位 置，计算出此至少一个对象于坐标侦测区内的坐标值。其中，此坐标侦测区为一显示屏幕的表面，至少一个光学反射体架设于显示屏幕 的侧边，多个影像撷取模组分别设置于显示屏幕的角落位置。第二发光模组设置于显示屏幕的侧边，并且位于多个影像撷取模组之间。多个第一发光模组或第二发光模组发出不可见光。多个影像撷取模组用于撷取一不可见光影像。当所述至少一个对象的数目为多个时，此光学式触控方法更包含以下步骤根据 多个对象于多个第一影像内的位置计算出多个对象候选坐标组，再根据多个对象于至少一 个第二影像内的位置从多个对象候选坐标组中选择其一作为多个对象的坐标。其中，此光学式触控方法更包含下列步骤根据多个对象于多个第一影像内的位 置，以及多个影像撷取模组于坐标侦测区的位置，计算出多个影像撷取模组射出的射线，计 算多个射线之间的多个交点坐标，再将多个交点坐标分群成上述多个对象候选坐标组。其中，当于第一时间点控制多个第一发光模组发光时，亦控制第二发光模组关闭。其中，当于第二时间点控制第二发光模组发光时，亦控制多个第一发光模组关闭。承上所述，依本发明的光学式触控系统，其可具有提高多点触控的判断精确度的 优点。
图1为本发明的光学式触控系统的实施例的第一示意图2为本发明的光学式触控系统的实施例的第二示意图；图3为本发明的光学式触控系统的实施例的方块图；图4为本发明的光学式触控方法的流程图。主要组件符号说明10 控制模组；111:影像处理单元；113:坐标计算单元；12、14 影像撷取模组；13、15:第一影像；163 第二发光模组；191 194 射线相交点；23,25 第二影像；41 47 步骤流程。
具体实施例方式请参阅图1至图3，其为本发明的光学式触控系统的实施例的第一示意图、第二示 意图及方块图。图中，光学式触控系统包含一控制模组10、一资料计算模组11、多个影像撷 取模组12及14、多个光学反射体181 183、多个第一发光模组161及162以及一第二发 光模组163。其中，控制模组10及资料计算模组11仅绘示于图3，而光学反射体181 183 仅绘示于图1及图2。图中，光学式触控系统架设于一显示屏幕21上，以显示屏幕21的表 面作为一坐标侦测区。影像撷取模组12及14分别设置于显示屏幕21外围的左上角及右上 角，其摆设角度以可撷取显示屏幕21的表面上方影像为原则。光学反射体181 183设置 于显示屏幕的两侧及底边，且光学反射体181 183较佳为单一光谱透光材料、混光材料或 反光材料所构成。第一发光模组161及162的设置位置分别对应影像撷取模组12及14，使 第一发光模组161及162发出的光经光学反射体181 183反射后可分别射至影像撷取模 组12及14。第二发光模组163设置在显示屏幕的上侧，位于影像撷取模组12及14之间。 其中，第一发光模组161及162，或第二发光模组163较佳为发出不可见光，例如红外光，而 影像撷取模组12及14亦可撷取不可见光影像，例如红外光影像。控制模组10于一第一时间点控制第一发光模组161及162发光，此时影像撷取模 组12及14可分别撷取到亮度与背景有落差的影像。当有对象触碰显示屏幕21的表面时， 由于此对象会挡住第一发光模组161及162所发出的光射至光学反射体181、182、183的光 路径，而被影像撷取模组12及14撷取到第一影像13及15上的阴暗区。例如当有两个对 象分别触碰位置191及192时，第一影像13及15的内容有两处阴暗区。请注意，多个对象 触碰坐标侦测区时，有时因为角度的关系(例如多个对象与影像撷取模组的位置共线)，影 像撷取模组所撷取的影像内的阴暗区的数目会小于对象数目。资料计算模组11更包含一影像处理单元111、一影像撷取模组参数112、一坐标计 算单元113及一判断单元114。资料计算模组11接收到第一影像13及15后，先由影像处 理单元111分析出第一影像13及15内阴暗区位置。影像撷取模组参数112至少包含影像 撷取模组12及14的视角参数、在坐标侦测区的位置以及分辨率。由于第一影像13及15是11 资料计算模组； 112 影像撷取模组参数； 114 判断单元； 121 视角；161、162:第一发光模组; 181 183 光学反射体； 21 显示屏幕； 291,292 光学反射体上的阴影区域；6影像撷取模组12及14的视角121内可接收的光讯号，所以可以根据第一影像13及15内 阴暗区位置而推算出遮挡光路径的对象在影像撷取模组12及14的哪一个方位。由于每一 阴暗区位置是由对象遮挡光路径所造成的，坐标计算单元113可根据阴暗区位置及影像撷 取模组参数112计算出射向遮挡光路径的对象的射线，即表示对象位置位于此射线上。由 于同一对象会在不同影像撷取模组所撷取的影像上造成阴暗区，所以坐标计算单元113计 算从影像撷取模组12及14发出的射线之间的相交点，以得到对象的坐标。上述内容为三 角测距法的大略描述，由于三角测距法为此技术领域的技术人员所熟知，故在此不再详述。当触碰显示屏幕21的对象为多个时，如图1所示，第一影像13及15分别有两个阴 暗区，资料计算模组11计算出分别从影像撷取模组12及14射出的两条射线，并接着计算 射线之间的相交点。然而，此时会发现四条射线之间有四个射线相交点191 194，有两个 对象候选坐标组，一组是射线相交点191及192，而另一组是射线相交点193及194。因此， 控制模组10于一第二时间点控制第二发光模组163发光，而控制第一发光模组161及162 停止发光。控制模组10接着控制影像撷取模组12及14分别撷取一第二影像23及25，或 者控制两个影像撷取模组12及14其中至少一影像撷取模组12或14撷取至少一个第二影 像23或25。如图2所示，当仅第二发光模组163发光时，两个对象在光学反射体182上形 成两个阴影，其位置如图2所示的区域四1、四2，因此影像撷取模组12及14所撷取的第二 影像23及25上各具有两个阴暗区，或使两个影像撷取模组12及14中的其中一个影像撷 取模组12或14所撷取的第二影像23或25上亦具有两个阴影区。资料计算模组11的判断单元114可根据第二影像23及25内的阴暗区位置来判 断应选择哪一个对象候选坐标组，或者资料计算模组11的判断单元114可仅根据任一个第 二影像23或25内的阴影区位置来判断应选择哪一个对象候选坐标组。以图2为例，若射 线相交点193及194为碰触点，则光学反射体182上的两个阴影应相当接近，与两个第二影 像23及25中的其中一个第二影像23或25内的阴暗区位置不符合，因此资料计算模组11 便可选择包含射线相交点191及192的对象候选坐标组作为正确的碰触点。其中，影像处 理单元111、坐标计算单元113及判断单元114较佳的是以处理器执行相关程序的软件方式 来实现。本发明的光学式触控系统利用传统的双影像撷取模组的架构，仅加装额外的第二 发光模组162以及资料计算模组内的判断单元114，便可以增加光学式触控系统多点触控 的准确性。请参阅图4，其绘示本发明的光学式触控方法的流程图。图中，光学式触控方法包 含下列步骤。在步骤41，于一坐标侦测区的外围设置至少一个光学反射体、多个影像撷取模 组、多个第一发光模组及一第二发光模组。其中，坐标侦测区较佳为一显示屏幕的表面，多 个影像撷取模组分别设置于显示屏幕的相邻两角落，例如左上角位置及右上角位置。至少 一个光学反射体架设于显示屏幕的侧边，例如三个光学反射体分别设置于显示屏幕的两侧 边及底边，且光学反射体较佳为单一光谱透光材料、混光材料或反光材料所构成；亦或以一 体成形的光学反射体包覆显示屏幕的两侧边及底边。第一发光模组及一第二发光模组较佳 为发出不可见光，例如红外光，而多个影像撷取模组撷取至少一个对象所造成的影像，例如 不可见光影像。在步骤42，于一第一时间点控制多个第一发光模组发光，并控制这些影像撷取模组分别撷取一第一影像。其中，第二发光模组在第一时间点时为停止发光，以避免影响第一 影像内的阴暗区数目及位置。在步骤43，于一第二时间点控制第二发光模组发光，并控制多 个影像撷取模组分别撷取一第二影像，或者控制多个第二发光模组中至少一个影像撷取模 组撷取至少一个第二影像。其中，多个第一发光模组在第二时间点时为停止发光，以避免影 响第二影像内的阴暗区数目及位置。在步骤44，根据对象于多个第一影像内的位置计算出至少一个对象候选坐标组。 其中，对象于多个第一影像内的位置以对第一影像作影像处理而取得。在步骤45，判断对象 候选坐标组是否为多个，若是，则执行步骤46 ；若否，则执行步骤47，将此对象候选坐标组 输出作为对象的坐标。当对象候选坐标组为多个时，在步骤46根据对象于多个第二影像内的位置或者 对象于至少一个第二影像中的位置，从多个对象候选坐标组中选择其一作为多个对象的坐 标，并将该坐标输出。请注意，在步骤42及步骤43提及第一时间点及第二时间点，是为说 明第一影像与第二影像为不同时间所撷取，但没有一定的先后顺序，亦可先执行步骤43再 执行步骤42。以上所述仅为本发明的优选实施例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制性的； 本领域技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修 改，甚至等效变更，但都将落入本发明的保护范围内。8
权利要求
1.一种光学式触控系统，包含多个第一发光模组、用以撷取至少一个对象所造成的影 像的多个影像撷取模组、至少一个光学反射体、一控制模组及一资料计算模组，其特征在 于所述光学式触控系统还包括一第二发光模组，所述多个第一发光模组、第二发光模组、 多个影像撷取模组及至少一个光学反射体设置于一坐标侦测区的外围；所述至少一个光学 反射体将所述多个第一发光模组及所述第二发光模组所发出的光反射至所述多个影像撷 取模组；所述控制模组于一第一时间点控制所述多个第一发光模组发光，并控制所述多个 影像撷取模组分别撷取一第一影像，并于一第二时间点控制所述第二发光模组发光，并控 制所述多个影像撷取模组中至少一个模组撷取至少一个第二影像；所述资料计算模组根据 所述至少一个对象分别于所述多个第一影像及所述至少一个第二影像内的位置，计算出所 述至少一个对象于所述坐标侦测区内的坐标值。
2.如权利要求1所述的光学式触控系统，其特征在于所述坐标侦测区为一显示屏幕 的表面，所述至少一个光学反射体架设于所述显示屏幕的侧边，所述多个影像撷取模组分 别设置于所述显示屏幕的角落位置。
3.如权利要求2所述的光学式触控系统，其特征在于所述第二发光模组设置于所述 显示屏幕的侧边，并且位于所述多个影像撷取模组之间。
4.如权利要求1所述的光学式触控系统，其特征在于所述多个第一发光模组或所述 第二发光模组发出不可见光。
5.如权利要求4所述的光学式触控系统，其特征在于所述多个影像撷取模组撷取一 不可见光影像。
6.如权利要求1所述的光学式触控系统，其特征在于当所述至少一个对象的数目为 多个时，所述资料计算模组根据所述多个对象于所述多个第一影像内的位置计算出多个对 象候选坐标组，再根据所述多个对象于所述至少一个第二影像内的位置从所述多个对象候 选坐标组中选择其一作为所述多个对象的坐标。
7.如权利要求6所述的光学式触控系统，其特征在于所述资料计算模组根据所述多 个对象于所述多个第一影像内的位置，以及所述多个影像撷取模组于所述坐标侦测区的位 置，计算从所述多个影像撷取模组射出的多个射线，并计算所述多个射线之间的多个交点 坐标，并将所述多个交点坐标分群成所述多个对象候选坐标组。
8.如权利要求1所述的光学式触控系统，其特征在于所述控制模组于所述第一时间 点控制所述多个第一发光模组发光时，亦控制所述第二发光模组关闭。
9.如权利要求1所述的光学式触控系统，其特征在于所述控制模组于所述第二时间 点控制所述第二发光模组发光时，亦控制所述多个第一发光模组关闭。
10.如权利要求1所述的光学式触控系统，其特征在于所述光学反射体由单一光谱透 光材料、混光材料或反光材料所构成。
11.一种光学式触控方法，包含下列步骤于一坐标侦测区的外围设置至少一个光学反射体、多个影像撷取模组、多个第一发光 模组及一第二发光模组，所述多个影像撷取模组用以撷取至少一个对象所造成的影像；于一第一时间点控制所述多个第一发光模组发光，并控制所述多个影像撷取模组分别撷取一第一影像；于一第二时间点控制所述第二发光模组发光，并控制所述多个影像撷取模组中至少一个模组撷取至少一个第二影像；以及根据所述至少一个对象分别于所述多个第一影像及所述该至少一个第二影像内的位 置，计算出所述至少一个对象于所述坐标侦测区内的坐标值。
12.如权利要求11所述的光学式触控方法，其特征在于所述坐标侦测区为一显示屏 幕的表面，所述至少一个光学反射体架设于所述显示屏幕的侧边，所述多个影像撷取模组 分别设置于所述显示屏幕的角落位置。
13.如权利要求12所述的光学式触控方法，其特征在于所述第二发光模组设置于所 述显示屏幕的侧边，并且位于所述多个影像撷取模组之间。
14.如权利要求11所述的光学式触控方法，其特征在于所述多个第一发光模组或所 述第二发光模组发出不可见光。
15.如权利要求14所述的光学式触控方法，其特征在于所述多个影像撷取模组撷取 一不可见光影像。
16.如权利要求11所述的光学式触控方法，其特征在于当所述至少一个对象的数目 为多个时，所述光学式触控方法更包含下列步骤根据所述多个对象于所述多个第一影像内的位置计算出多数个对象候选坐标组；以及 根据所述多个对象于所述至少一个第二影像内的位置从所述多个对象候选坐标组中 选择其一作为所述多个对象的坐标。
17.如权利要求16所述的光学式触控方法，其特征在于所述方法更包含下列步骤 根据所述多个对象于所述多个第一影像内的位置，以及所述多个影像撷取模组于所述坐标侦测区的位置，计算从所述多个影像撷取模组射出的多个射线； 计算所述多个射线之间的多个交点坐标；以及 将所述多个交点坐标分群成所述多个对象候选坐标组。
18.如权利要求11所述的光学式触控方法，其特征在于当于所述第一时间点控制所 述多个第一发光模组发光时，亦控制所述第二发光模组关闭。
19.如权利要求11所述的光学式触控方法，其特征在于当于所述第二时间点控制所 述第二发光模组发光时，亦控制所述多个第一发光模组关闭。
20.如权利要求11所述的光学式触控方法，其特征在于所述光学反射体由单一光谱 透光材料、混光材料或反光材料所构成。
全文摘要
本发明揭露一种光学式触控系统及其方法。在光学式触控系统中，至少一个光学反射体及多个影像撷取模组设置于一坐标侦测区的侧边。每一个影像撷取模组具有一影像撷取模组及一第一发光模组。此外，于坐标侦测区的外围增设一第二发光模组。于第一时间点时，多个第一发光模组发光，多个影像撷取模组分别撷取一第一影像；于一第二时间点时，改由第二发光模组发光，多个影像撷取模组中至少一个影像撷取模组撷取至少一个第二影像。此光学式触控系统根据至少一个对象分别在第一影像及第二影像内的位置，计算出此至少一个对象于坐标侦测区内的坐标值。
文档编号G06F3/042GK102043543SQ20091022506
公开日2011年5月4日 申请日期2009年11月17日 优先权日2009年10月9日
发明者苏东兴 申请人:宏碁股份有限公司