专利名称：光学触控系统及其定位方法
技术领域：
本发明涉及一种光学触控系统及其定位方法，特别是指一种使用可选择自发光及 反射外部光的投光装置，以解决盲区(blind zone)问题的光学触控系统及其定位方法。
背景技术：
触控屏幕装置是一种可让使用者在屏幕上直接与应用程序互动的装置。触控屏幕 装置的种类繁多，其中光学触控屏幕是常见的一种。
图1显示一种现有的光学式触控屏幕系统1，其揭露于美国专利公告号第 4，782，328号。如图1所示，光学式触控屏幕系统I包括两传感器11，两传感器11用于撷 取在触控区域12上的对象13的影像。处理器14耦接两传感器11，通过分析两传感器11 所产生的影像，以决定出分别连接对象13与两传感器11的感测路线(sensing path) 15。 处理器14再根据感测路线15计算出对象13的位置坐标。光学式触控屏幕系统I需使用 两个传感器11，使得光学式触控屏幕系统I的成本较高。
图2显示另一种现有的光学式触控屏幕系统2。为降低成本，TW发明专利公开号 第201003477号(相应案美国专利第7689381B2号)揭示一种光学式触控屏幕系统2，其 包括一反射镜21、两光源22、一影像传感器23与一处理器24。反射镜21和两光源22设置 在触控区域28周边，反射镜21用于产生对象25的一镜像26。影像传感器23用于产生对 象25的影像与镜像26的影像。处理器24分析通过对象25的影像的感测路线27与通过 镜像26的影像的感测路线27，以及根据两感测路线27计算出对象25的坐标。光学式触控 屏幕系统2仅需要使用一个影像传感器23，因此可具较低成本。
在光学式触控屏幕系统2中，当两感测路线27太过相近时，对象25的影像与镜像 26的影像会重叠，因而无法计算出对象25的位置。如图2所示，于触控区域28中靠近影像 传感器23且未设有光源22侧的局部区域，因对象的影像与镜像的影像会重叠，从而造成无 法侦测出对象的位置，故此局部区域称为盲区。
为解决前述盲区的问题，TW发明专利申请号第098131423号(又美国专利公开第 20100309169号的图10亦接露类似装置)揭露一种光学式触控装置，如图3所示。光学式 触控装置IOOa包含一发光元件120、一影像侦测模块130、二导光条(112a、112b)以及二 条状镜(114a、114b)。导光条112a、112b相邻设置，且条状镜114a、114b亦相邻设置，并且 导光条112a、112b与条状镜114a、114b沿一矩形的四个边排列，而矩形内的区域为一感测 区116。导光模块IlOa包括二条状镜(I 14a、114b)，使得位于感测区116的每一触控点会 相应地产生三个镜像，影像侦测模块130会撷取对象B的影像与三个镜像BI B3的影像， 并根据这些影像计算出对象B的位置。虽然光学式触控装置IOOa的盲区150a的面积大幅 减少，但是盲区的问题仍然存在，亦即B及BI的暗点影像和B2及B3的暗点影像会有部分 重叠。此外，于条状镜114a、114b邻接的直角处会有影像无穷反射的问题，因此美国专利第 7，274，356B2号于该处设置一非反射区(non-reflective region)以解决此问题。
有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种使用可选择自发光及反射外部光的投光装置的光学触控系统及其定位方法，可有效解决现有技术中盲区的问题。 发明内容
本发明目的之一在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种可以解决盲区问题的 光学触控系统。
本发明另一目的在于，提出一种用于光学触控系统的定位方法。
为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种光学触控系统，定位存在 于一触控区域的一对象，包含一个反射元件，设于该触控区域中一第一侧边；两个发光元 件，分别设于该触控区域中相邻的一第二侧边及一第三侧边，其中该第三侧边与该第一侧 边相对；一第一投光装置，包括一镜面及一光产生器，设于该第一侧边并和该触控区域中一 第四侧边相邻；一影像传感器，于该光产生器关闭及开启时，分别撷取一第一图像及一第二 图像；以及一处理器，根据该第一图像及该第二图像中该对象的影像和镜像的几何数据以 计算该对象的一坐标。
在其中一种实施型态中，该几何数据是该对象影像及该镜像影像的中心、重心、代 表位置或边界。
在其中一种实施型态中，该第一投光装置和该第四侧边相邻接，且该影像传感器 设于该第三侧边及该第四侧边交接处。
在其中一种实施型态中，该第一图像为该影像传感器于该第一投光装置选择该光 产生器关闭时撷取的一图像，该第一图像包括该对象的影像和镜像重叠的一成像区域或分 隔的两成像区域；该第二图像为该影像传感器于该第一投光装置选择该光产生器开启时撷 取的一图像，该第二图像包括该对象的影像的一成像区域。该处理器根据该第一图像中重 叠该成像区域的边界及该第二图像的该成像区域的重心，或根据该第一图像中两该成像区 域的重心，以计算而得该对象的坐标。
在其中一种实施型态中，该光学触控系统另包含设于该第二侧边的第二投光装 置，其包括一镜面及一光产生器，并和该第三侧边相邻接。
在其中一种实施型态中，该第一图像为该影像传感器于该第一投光装置的该光产 生器被关闭及该第二投光装置的该光产生器被开启时撷取的一图像，该第一图像包括该对 象的影像和镜像重叠的一成像区域或分隔的两成像区域；该第二图像为该影像传感器于该 第一投光装置的该光产生器被开启及该第二投光装置的该光产生器被关闭时撷取的一图 像，该第二图像包括该对象的影像和镜像的两成像区域。当该第一图像仅包括一该成像区 域，则该处理器根据该第二图像的该两成像区域的重心计算而得该对象的坐标；当该第一 图像仅包括两该成像区域，该处理器根据该第一图像中两该成像区域的重心计算而得该对 象的坐标。
就另一个观点言，本发明提供了一种用于光学触控系统的定位方法，一光学触控 系统中影像传感器会撷取存在于一触控区域内一对象的对象影像及两个反射元件所形成 多个镜像影像，该定位方法包含提供一可切换反射外部光及自发光两模式的第一投光装 置；于该第一投光装置切换该两模式中，该系统中影像传感器分别撷取一第一图像或一第 二图像，其中该第一及第二图像包括该对象影像或该镜像影像的成像区域；若该第一图像 的成像区域的数目为1，则根据该第一图像中该成像区域的几何数据及该第二图像中成像区域的几何数据，或根据该第二图像中成像区域的几何数据，以得到该对象的坐标；以及若该第一图像的成像区域的数目为2，则根据该第一图像中该两成像区域的几何数据，以得到该对象的坐标。
下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
图1显示一种现有的光学式触控屏幕系统；
图2显示另一种现有的光学式触控屏幕系统；
图3显示另一种现有的光学式触控屏幕系统；
图4显示本发明一实施例的光学触控系统的示意图5A显示图4的光学触控系统中通过对象的观测线撷取第一图像的示意图5B显示图4的光学触控系统中另一通过对象的观测线撷取第二图像的示意图6A显示图5A中影像传感器的影像感测窗口的示意图6B显示图5B中影像传感器的影像感测窗口的示意图7显示本发明一实施例计算光学触控系统中重叠影像的说明图8A显示本发明一实施例的光学触控系统的示意图8B显示本发明一实施例的投光装置的示意图；
图9显示图8的光学触控系统中通过对象的观测线撷取第二图像的示意图10显示图9中影像传感器的影像感测窗口的示意图11显示本发明光学触控系统的定位方法的流程图。
图中符号说明
I光学式触控屏幕系统
la、60，第二图像
10光学触控系统
11传感器
12触控区域
13物件
14处理器
15感测路线
116感测区
120发光元件
130影像侦测模块
IOOa光学式触控装置
IlOa导光模块
112a、112b导光条
114a、114b条状镜
150a盲区
2光学式触控屏幕系统21反射镜22光源23影像传感器24处理器25物件26镜像27感测路线28触控区域4光学触控系统43影像传感器44处理器45物件48触控区域41反射元件421、421’第一发光元件422第二发光元件423第三发光元件43影像传感器44处理器45物件471、471’第一投光装置471U4721镜面4712,4722光产生器4713导光单元481第一侧边482第二侧边483第三侧边484第四侧边491第一镜像492第二镜像4a感测路线60第一图像61亮区62,63成像区域631第一镜像影像632第二镜像影像70光学触控系统71镜面
79镜像
8光学触控系统
B物件
B I B3镜像
Lm> Lr、L1、LI L3观测线
O原点
PO对象的中心点
Pl P3暗点
Slll S114步骤
具体实施方式
图4显示本发明一实施例的光学触控系统的示意图。当一对象45(例如手指或触控笔(stylus pen))接触光学触控系统4的触控区域48,该系统会计算而定位对象45 所在的坐标。光学触控系统4包含一反射元件41、第一及第二发光元件(421、422)、一第一投光装置471、一影像传感器43及一处理器44。反射元件41设于触控区域48的第一侧边481，又第一发光元件421和第二发光元件422分别设于触控区域48中相邻的第二侧边482及第三侧边483，其中第三侧边483与第一侧边481相对。该第一反射元件41可以是一平面反射镜(Plane mirror)，但不以此为限定。第一至第二发光元件(421、422)可以是发出不可见光(invisible light)的线性光源，又影像传感器43具有一影像感测窗口 (image-sensing window)与一滤波器(filter)。该滤波器可使得影像传感器43仅接受特定波长的光线，例如红外线(IR)。
第一投光装置471包括一镜面4711及一光产生器4712，可以选择光产生器4712 发光或仅由镜面4711反射外部光线,其和反射兀件41 一同设于第一侧边481,并和触控区域48中第四侧边484相邻。第一投光装置471可以是镜面、导光元件及光源的任意组合， 该组合可切换镜面及发光两种模式，但不受此实施例的限制，或可参见申请人另一 TW发明申请案第098131423号。
图5A显示图4的光学触控系统中通过对象的观测线撷取第一图像的示意图。图 6A显示图5A中影像传感器的影像感测窗口的示意图。当对象45位于或接近第一投光装置471附近区域时，将第一投光装置471的光产生器4712关闭，则镜面4711会反射外部光线并形成第一镜像491。亦即，第一发光元件421及第二发光元件422会发出光线，并于影像传感器43所撷取的第一图像60上形成亮度较高的亮区(bright zone)61 ;但因为对象 45会遮蔽发光元件的部分光线，故会形成狭窄及灰暗的对象影像(或称为对象光学信息、 遮蔽点或暗点)，及第一镜像491亦会遮蔽镜面4711的反射光而形成第一镜像影像(或称为镜像光学信息、遮蔽点或暗点)。当两感测路线4a太过相近时，对象25的影像与第一镜像491的影像会重叠，因此在第一图像60形成一重叠的成像区域62，请参见图6A。
图5B显示图4的光学触控系统中另一通过对象的观测线撷取第二图像的示意图。 图6B显示图5B中影像传感器的影像感测窗口的示意图。于取得具有重叠影像62的第一图像60，再将第一投光装置471的光产生器4712开启。当光产生器4712发出光线时，光线会穿透该镜面4711而射向触控区域48，此影像传感器43会撷取一第二图像60’，且有别于第一图像60而可单独得到对象45的对象影像的成像区域63，参见图6B。
通过第二图像60’的对象影像63的左右边界或重心，以及第一图像60的重叠影像62的左右边界，可以计算得到对象的坐标，该计算方法请参见图7及下文说明。
图7显示本发明一实施例计算光学触控系统中重叠影像的说明图。光学触控系统 70包含一影像传感器34，和一面对影像传感器34的镜面71。触控区域48的高度为Y，且镜面71的厚度为H。镜面71面向触控区域48，以产生在触控区域48上进行操作的一对象 45的一镜像79。处理器会分析重叠影像，以决定出重叠影像的左边界与右边界。根据左边界与右边界的位置，可决定出自计算原点延伸，且分别通过右边界与左边界的观测线Lr与 Lm，其中观测线Lr与Lm可以下列方程式表示
Lm y = rnmx+bm (I)
Lr y = mrx+br (2)
其中该计算原点可为影像传感器34相对于触控区域48的起始位置，亦可参考对象45在触控区域48的位置，对影像传感器34相对触控区域48的起始位置进行校正后的一参考起始位置。再者，处理器确认在重叠影像中被遮蔽的对象影像的边缘，并根据边缘决定出自计算原点延伸，且通过边缘的观测线LI，其中观测线LI可以下列方程式表示
L1 y =(3)
然后，根据观测线Lr、Lm、LI的参数值、触控区域48的高度(Y)和镜面71的厚度 (H)，以下列方程式可计算对象45的坐标(X。，y0)和对象45的半径(r)。
权利要求
1.一种光学触控系统，定位存在于一触控区域的一对象，其特征在于，包含 一个反射元件，设于该触控区域中一第一侧边； 两个发光元件，分别设于该触控区域中相邻的一第二侧边及一第三侧边，其中该第三侧边与该第一侧边相对； 一第一投光装置，包括一镜面及一光产生器，设于该第一侧边并和该触控区域中一第四侧边相邻； 一影像传感器，于该光产生器关闭及开启时，分别撷取一第一图像及一第二图像；以及 一处理器，根据该第一图像或该第二图像中该对象的影像和镜像的几何数据以计算该对象的一坐标。
2.如权利要求1所述的光学触控系统，其中，该几何数据为该对象影像及该镜像影像的中心、重心、代表位置或边界。
3.如权利要求1所述的光学触控系统，其中，该第一投光装置和该第四侧边相邻接，且该影像传感器设于该第三侧边及该第四侧边交接处。
4.如权利要求1所述的光学触控系统，其中，该第一图像为该影像传感器于该第一投光装置选择该光产生器关闭时撷取的一图像，该第一图像包括该对象的影像和镜像重叠的一成像区域或分隔的两成像区域；该第二图像为该影像传感器于该第一投光装置选择该光产生器开启时撷取的一图像，该第二图像包括该对象的影像的一成像区域。
5.如权利要求4所述的光学触控系统，其中，该处理器根据该第一图像中重叠该成像区域的边界及该第二图像的该成像区域的重心计算而得该对象的坐标。
6.如权利要求4所述的光学触控系统，其中，该处理器根据该第一图像中两该成像区域的重心计算而得该对象的坐标。
7.如权利要求1所述的光学触控系统，其中，另包含设于该第二侧边的第二投光装置，其包括一镜面及一光产生器，并和该第三侧边相邻接。
8.如权利要求7所述的光学触控系统，其中，另包含一设于该第四侧边的发光元件。
9.如权利要求7所述的光学触控系统，其中，该第一图像为该影像传感器于该第一投光装置的该光产生器被关闭及该第二投光装置的该光产生器被开启时撷取的一图像，该第一图像包括该对象的影像和镜像重叠的一成像区域或分隔的两成像区域；该第二图像为该影像传感器于该第一投光装置的该光产生器被开启及该第二投光装置的该光产生器被关闭时撷取的一图像，该第二图像包括该对象的影像和镜像的两成像区域。
10.如权利要求7所述的光学触控系统，其中，该第一投光装置的长度小于该第一侧边的长度，该第二投光装置的长度小于该第二侧边的长度。
11.如权利要求9所述的光学触控系统，其中，当该第一图像仅包括一该成像区域，则该处理器根据该第二图像的该两成像区域的重心计算而得该对象的坐标。
12.如权利要求9所述的光学触控系统，其中，该处理器根据该第一图像中两该成像区域的重心计算而得该对象的坐标。
13.如权利要求1所述的光学触控系统，其中，该第一投光装置具有一导光单元，该镜面设于该导光单元中背向该触控区域的一侧，当该光产生器开启时，该第一投光装置形成一明亮光源，当该光产生器关闭时，进入该第一投光装置的光线在该镜面产生反射。
14.如权利要求1所述的光学触控系统，其中，该第一投光装置具有一导光单元，该镜面设于该导光单元中背向该触控区域的一侧，且该镜面为一半穿半反透镜，当该光产生器开启时，其产生的光线经由该镜面射出形成一明亮光源，当该光产生器关闭时，则射往该第一投光装置的光线在该镜面产生反射。
15.一种用于光学触控系统的定位方法，一光学触控系统中影像传感器会撷取存在于一触控区域内一对象的对象影像及至少一个镜像影像，其特征在于，该定位方法包含 提供一可切换反射外部光及自发光两模式的第一投光装置； 于该第一投光装置切换该两模式中，该系统中影像传感器分别撷取一第一图像或一第二图像，其中该第一及第二图像包括该对象影像或该镜像影像的成像区域； 若该第一图像的成像区域的数目为1，则根据该第一图像中该成像区域的几何数据及该第二图像中成像区域的几何数据，或根据该第二图像中成像区域的几何数据，以得到该对象的坐标；以及 若该第一图像的成像区域的数目为2，则根据该第一图像中该两成像区域的几何数据，以得到该对象的坐标。
16.如权利要求15所述的光学触控系统的定位方法，其中，该成像区域的几何信息为该成像区域的重心、中心或代表位置。
17.如权利要求15所述的光学触控系统的定位方法，其中，该成像区域亮度低于背景的区域。
18.如权利要求15所述的光学触控系统的定位方法，其中，该第一图像为该影像传感器于该第一投光装置选择该反射外部光模式时撷取的一图像，该第一图像包括该对象的影像和镜像重叠的一成像区域或分隔的两成像区域；该第二图像为该影像传感器于该第一投光装置选择该自发光模式时撷取的一图像，该第二图像包括该对象的影像的一成像区域。
19.如权利要求18所述的光学触控系统的定位方法,其中，该对象的坐标根据该第一图像中重叠该成像区域的边界及该第二图像的该成像区域的重心计算而得。
20.如权利要求18所述的光学触控系统的定位方法，其中，该该对象的坐标根据该第一图像中两该成像区域的重心计算而得。
21.如权利要求15所述的光学触控系统的定位方法，其中，包含提供一可切换反射外部光及自发光两模式的第二投光装置的步骤。
22.如权利要求15所述的光学触控系统的定位方法，其中，该第一图像为该影像传感器于该第一投光装置选择该反射外部光模式及该第二投光装置选择该自发光模式时撷取的一图像，该第一图像包括该对象影像和该镜像影像重叠的一成像区域或分隔的两成像区域；该第二图像为该影像传感器于该第一投光装置选择该自发光模式及该第二投光装置选择该反射外部光模式时撷取的一图像，该第二图像包括该对象影像和该镜像影像的两成像区域。
23.如权利要求22所述的光学触控系统的定位方法，其中，当该第一图像仅包括一该成像区域，则该对象的坐标根据该第二图像的该两成像区域的重心计算而得。
24.如权利要求22所述的光学触控系统的定位方法，其中，该对象的坐标根据该第一图像中两该成像区域的重心计算而得该对象的坐标。
全文摘要
本发明提出一种光学触控系统及其定位方法，该光学触控系统定位存在于一触控区域的一对象，其包含一个反射元件，设于该触控区域中一第一侧边；两个发光元件，分别设于该触控区域中相邻的一第二侧边及一第三侧边，其中该第三侧边与该第一侧边相对；一第一投光装置，包括一镜面及一光产生器，设于该第一侧边并和该触控区域中一第四侧边相邻；一影像传感器，于该光产生器关闭及开启时，分别撷取一第一图像及一第二图像；以及一处理器，根据该第一图像或该第二图像中该对象的影像和镜像的几何数据以计算该对象的一坐标。
文档编号G06F3/042GK103019458SQ20111028989
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月20日 优先权日2011年9月20日
发明者苏宗敏, 林志新, 高铭璨 申请人:原相科技股份有限公司