便携式光学触控系统的制作方法

便携式光学触控系统的制作方法
【专利摘要】本发明是有关于一种便携式光学触控系统。上述便携式光学触控系统包括有第一影像感测模块、第二影像感测模块、长度可调整连接装置、通讯接口与处理电路。所述二影像感测模块的感测范围为部份重迭，而上述部分重迭的区域用以定义一触控区域。长度可调整连接装置连接第一影像感测模块与第二影像感测模块，用以调整第一影像感测模块与第二影像感测模块之间的距离。当有一物体位于触控区域内，处理电路便依据上述二影像感测模块所感测到之物体的影像来计算物体的坐标，并透过通讯接口输出所述坐标。
【专利说明】便携式光学触控系统

【技术领域】
[0001]本发明涉及触控领域的技术，且特别是涉及一种便携式光学触控系统。

【背景技术】
[0002]图1为现有的一种光学触控系统的立体图。请参照图1，光学触控系统100包括有面板104、影像感测模块106与108、处理电路110、反射组件112、反射组件114与反射组件116。此外，图中的标号118所指的四边形区域是用以作为光学触控系统100的触控区域，而影像感测模块106与108是设置在上述触控区域118的二个不同的角落，使得这二个影像感测模块的感测范围可以分别涵盖触控区域118。在此例中，触控区域118的形状为四边形，且较佳为矩形。而图中的标号102所指的是一物件。
[0003]在光学触控系统100的这些构件中，反射组件112、反射组件114与反射组件116为回复反射材质(retro-reflective material)所构成,都用以将入射光线(如红外光)反射至触控区域118内。影像感测模块106与108都用以撷取触控区域118内的影像。而处理电路110则用以接收影像感测模块106与108所撷取到的影像，并依据影像感测模块106与108所撷取到的影像来计算出影像中的物体102相对于触控区域118的坐标。
[0004]图2为图1的光学触控系统进行单点触控的说明图。在图2中，标号与图1中的标号相同者表示为相同构件。如图2所示，影像感测模块106能沿着感测路线202感测到物体102，而影像感测模块108则能沿着感测路线204感测到物件102。因此，只要处理电路110能取得感测路线202与204这二者的直线方程式，并计算出感测路线202与204的交点，就能获得物体102的坐标。
[0005]以下将说明光学触控系统100如何取得感测路线202与204这二者的直线方程式，然此将先从影像感测模块106与108的构造来进行说明。
[0006]以影像感测模块106为例，其构造一如图3所示。图3为影像感测模块106的构造示意图。请参照图3，影像感测模块106包括有红外光发射装置302、光学镜片组304、只能让红外光通过的红外光滤光装置306以及影像传感器308。其中，红外光发射装置302用以发射红外光来照射触控区域118、反射组件112、反射组件114与反射组件116，而影像传感器308则用以依序透过红外光滤光装置306与光学镜片组304来取得触控区域118内的影像，以便将取得的影像传送给处理电路110。当物体102位于触控区域118内时，影像感测模块106便能取得含有物体102的影像，如图4所示。
[0007]图4为影像感测模块106所感测到的影像的示意图。在图4中，标号402所指的白色区域即是因红外光发射装置302发射红外光照射反射组件114与116所反射的光线在影像中形成亮度较高的亮区(bright zone)，上述亮区402就是主要的感测区。而标号404就是物体102遮蔽亮区402所造成的暗区。
[0008]藉由图2及图4可知，只要处理电路110能得知角度α (即感测路线202与触控区域118上边的夹角)及暗区404的重心或中心，就能进一步计算出感测路线202的直线方程式。同理，处理电路110也能按照相同的方式来计算出感测路线204的直线方程式。而物体102的坐标即为感测路线202与204的交点。
[0009]图1所示的这种光学触控系统能够执行类似鼠标、键盘或触控板等用于计算机的使用者输入接口的功能，让使用者直接以手指头即可执行输入操作。然而，由于光学触控系统100必需有实体的面板104、反射组件112、反射组件114与反射组件116来进行操作，因此使用环境受到限制。再者，实体面板104、反射组件112、反射组件114与反射组件116的价格不便宜，使得这种光学触控系统的成本居高不下。另外，由于面板104具有一定体积，且反射组件112、反射组件114与反射组件116也具有一定长度，使得光学触控系统100的尺寸无法缩得更小而便于携带。
[0010]由前述可知，使用环境、成本、体积及携带性为现有光学触控系统100有待解决的问题。


【发明内容】

[0011]为了克服现有的触控系统不易于携带的不足，本发明提供一种便携式光学触控系统。
[0012]本发明提出一种便携式光学触控系统，其包括有第一影像感测模块、第二影像感测模块、长度可调整连接装置、通讯接口与处理电路。上述二个影像感测模块的感测范围为部份重迭，而上述部分重迭的区域用以定义一触控区域。长度可调整连接装置连接第一影像感测模块与第二影像感测模块，用以调整第一影像感测模块与第二影像感测模块之间的距离。当有一物体位于触控区域内，处理电路便依据上述二个影像感测模块所感测到的物体的影像来计算物体的坐标，并透过通讯接口输出所述坐标。
[0013]本发明另提出一种便携式光学触控系统，其包括有第一影像感测模块、第二影像感测模块、连接装置、通讯接口与处理电路。上述二个影像感测模块的感测范围为部份重迭，而上述部分重迭的区域用以定义一触控区域。连接装置连接第一影像感测模块与第二影像感测模块，其中第一影像感测模块与第二影像感测模块之间的距离为预定长度。当有一物体位于触控区域内，处理电路便依据上述二个影像感测模块所感测到的物体的影像来计算物体的坐标，并透过通讯接口输出所述坐标。
[0014]本发明又提出一种可感测至少一物体位置的便携式光学触控装置，其包括有第一影像感测模块、第二影像感测模块、处理电路与显示屏幕。第一影像感测模块又包含有第一影像传感器、第一红外光发射装置、第一红外光滤光装置及一第一光学镜片组。第二影像感测模块又包含有第二影像传感器、第二红外光发射装置、第二红外光滤光装置及第二光学镜片组。其中，第一影像感测模块与第二影像感测模块的感测范围为部份重迭，且部分重迭的区域用以定义一触控区域。第一红外光发射装置与第二红外光发射装置用以发射红外光以照射位于触控区域的一物体。第一影像感测模块与第二影像感测模块分别透过第一红外光滤光装置与第二红外光滤光装置来分别取得物体反射红外光的影像。第一光学镜片组与第二光学镜片组分别设置在第一影像传感器与第二影像传感器前方，用来使所对应的影像传感器的视角呈现至少90度。处理电路用以依据上述二个影像感测模块所感测到的物体的影像来计算并输出物体的坐标。至于显示屏幕，其用以显示并反应处理电路所输出的物体坐标。
[0015]本发明再提出一种可感测至少一物体位置的便携式光学触控装置，其包括有第一影像感测模块、第二影像感测模块、处理电路与显示屏幕。第一影像感测模块又包含有第一影像传感器、第一光学镜片组、第一雷射光发射装置及第一光学镜片。第二影像感测模块又包含有第二影像传感器、第二光学镜片组、第二雷射光发射装置及第二光学镜片。其中，第一影像感测模块与第二影像感测模块的感测范围为部份重迭，且部分重迭的区域用以定义一触控区域。第一雷射光发射装置与第二雷射光发射装置分别用以发射一点雷射光并分别透过第一光学镜片与第二光学镜片转换为一线雷射光以分别照射位于触控区域的一物体。第一影像传感器与第二影像传感器用以分别透过第一光学镜片组与第二光学镜片组取得物体反射线雷射光的影像。第一光学镜片组与第二光学镜片组分别用来使所对应的影像传感器的视角呈现至少90度。处理电路用以依据上述二个影像感测模块所感测到的物体的影像来计算并输出物体的坐标。至于显示屏幕，其用以显示并反应处理电路所输出的物体坐标。
[0016]本发明还提出一种感测物体位置的方法，其适用于一便携式光学触控系统。所述的便携式光学触控系统包括有第一影像感测模块、第二影像感测模块、长度可调整连接装置、处理电路与通讯接口。其中，上述二个影像感测模块的感测范围为部份重迭，而上述部分重迭的区域用来定义一触控区域。长度可调整连接装置连接第一影像感测模块与第二影像感测模块，用以调整第一影像感测模块与第二影像感测模块之间的距离。上述方法包括有:藉由上述二个影像感测模块撷取位于触控区域内的物体的影像；藉由处理电路依据上述二个影像感测模块所撷取的物体的影像来计算物体的坐标；以及藉由通讯接口输出物体的坐标。
[0017]本发明主要是采用二个影像感测模块与一处理电路来构建一便携式光学触控系统。在实际的设计中，是使二个影像感测模块的感测范围部份重迭，使得上述部分重迭的区域可用来定义一触控区域。如此一来，当有一物体位于触控区域内，处理电路便可依据这二个影像感测模块所感测到的物体的影像来计算物体的坐标。而在进一步的设计中，可使二个影像感测模块发射红外光或雷射光以照射物体，藉此取得物体反射红外光或雷射光的影像，让处理电路可依据这样的影像来计算物体的坐标。
[0018]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

【专利附图】

【附图说明】
[0019]图1为现有的一种光学触控系统的立体图。
[0020]图2为图1的光学触控系统进行单点触控的说明图。
[0021]图3为影像感测模块106的构造示意图。
[0022]图4为影像感测模块106所感测到的影像的示意图。
[0023]图5为依照本发明一实施例的便携式光学触控系统的立体示意图。
[0024]图6也为图5所示的便携式光学触控系统的立体示意图。
[0025]图7为图5所示的便携式光学触控系统的俯视透视示意图。
[0026]图8为影像感测模块510的侧视透视示意图。
[0027]图9为图7所示的便携式光学触控系统进行单点触控的说明图。
[0028]图10为处理电路570接收两影像传感器512及532的影像数据及后续处理的示意图。
[0029]图11为影像传感器512感测到的影像中的物体位置与对应角度图。
[0030]图12绘示影像感测模块510的内部构件的另外一种设置方式。
[0031]图13说明最远视野的计算方式。
[0032]图14绘示改造后的便携式光学触控系统500。
[0033]图15绘示处理电路在触控区域中所定义的鼠标功能图案。
[0034]图16为本发明的便携式光学触控系统设置在电子装置的沟槽中的示意图。
[0035]图17为依照本发明一实施例的感测物体位置的方法的基本流程。
[0036]100:光学触控系统102、502:物件
[0037]104:面板106、108、510、530:影像感测模块
[0038]110、570:处理电路112、114、116:反射组件
[0039]118:触控区域202、204、902、904:感测路线
[0040]402、1012、1022:亮区404:暗区
[0041]500:便携式光学触控系统 5101、5301:壳体
[0042]51011:第一部分51012:第二部分
[0043]5101A:底面5102、5302:透光区域
[0044]512A:影像撷取面302、518、538:红外光发射装置
[0045]304,516,536:光学镜片组 306、514、534:红外光滤光装置
[0046]308,512,532:影像传感器 582、584、5部:虚线
[0047]550:长度可调整连接装置560:通讯接口
[0048]590:触控区域802:真实工作表面
[0049]1010、1020:影像1014、1016、1024、1026:边缘
[0050]1602:电子装置A、B、E、F:点
[0051]D:最远视野H:高度
[0052]L、M、R:区域S1702、S1704、S1706:步骤
[0053]5161、5162、520、5361、5362、540:光学镜片
[0054]1018、1028、1018A、1018B、1018C:物体的中心、重心或平均值
[0055]α、β、α1、β1、Θ1、Θ2、Θ 3:角度

【具体实施方式】
[0056]为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的便携式光学触控系统、可感测至少一物体位置的便携式光学触控装置以及感测物体位置的方法其【具体实施方式】、结构、方法(制造方法、加工方法)、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
[0057]第一实施例:
[0058]图5为依照本发明一实施例的便携式光学触控系统的立体示意图，图6也为图5所示的便携式光学触控系统的立体示意图，而图7为图5所示的便携式光学触控系统的俯视透视示意图。请先参照图5及图7，上述便携式光学触控系统500包括有影像感测模块510、影像感测模块530、长度可调整连接装置550、通讯接口 560以及处理电路570。影像感测模块510具有壳体5101，而上述壳体5101具有透光区域5102。影像感测模块530具有壳体5301，而上述壳体5301具有透光区域5302。长度可调整连接装置550的二端分别连接壳体5101与5301，用以调整影像感测模块510与530之间的距离。
[0059]长度可调整连接装置550可采用多段式可伸缩长度的杆体结构或是采用滑轨结构来达成长度可调整的功能，然本发明的长度可调整连接装置550并不限用于上述二种实现方式。另外，在此例中，通讯接口 560乃是一个有线通讯接口，例如是通用串行总线(Universal Series Bus, USB)接口，但不以此为限。而通用串行总线接口的规格可为USB1.0,USB 1.UUSB 2.0或USB 3.0。请参照图6，标号与图5中的标号相同者表示为相同构件。图6主要是绘示长度可调整连接装置550的长度可缩短到使得影像感测模块510与530能够互相碰触的情形，以方便使用者随身携带。
[0060]请参照图7,标号与图5中的标号相同者表不为相同构件,而标号502表不为一物体，例如使用者的手指或笔状物。在此例中，影像感测模块510除了具有壳体5101之外，还包括有影像传感器512、只能让红外光通过的红外光滤光装置514、由光学镜片5161与5162所组成的光学镜片组516、红外光发射装置518以及光学镜片520。其中，影像传感器512可为电荷稱合组件(charge-coupled device, CO))或互补式金氧半影像感测组件(CMOSimage sensor)。而影像传感器512的外型可为矩阵形式(Array)或线性形式(Linear)。另外，在此例中，影像传感器512的视角约为30?45度，因此影像感测模块510必须采用光学镜片组516来将影像传感器512的视角扩增到至少为90度，以便使得影像感测模块510的感测范围至少为虚线582与584的夹角所涵盖的区域。而在光学镜片组516中，每一个光学镜片可增加影像传感器512的视角至少30度。
[0061]至于红外光发射装置518，其所发射的红外光会依序透过光学镜片520与透光区域5102而照射虚线582与584的夹角所涵盖的区域，包括物体502，使得影像传感器512可以依序透过红外光滤光装置514、光学镜片组516与透光区域5102来取得物体502反射红外光后的影像。而这意味着，透光区域5102的形状与大小必须设计成能让影像传感器512感测到虚线582与584的夹角所涵盖的区域的影像，同时透光区域5102也不能去阻挡到红外光发射装置518透过光学镜片520所发射的红外光的行进方向而使红外光无法照射到上述夹角所涵盖的区域中的任一个位置。
[0062]同样地，影像感测模块530除了具有壳体5301之外，还包括有影像传感器532、只能让红外光通过的红外光滤光装置534、由光学镜片5361与5362所组成的光学镜片组536、红外光发射装置538以及光学镜片540。在此例中，影像传感器532的视角约为30?45度，因此影像感测模块530必须采用光学镜片组536来将影像传感器532的视角扩增到至少为90度，以便使得影像感测模块530的感测范围至少为虚线582与586的夹角所涵盖的区域。而在光学镜片组536中，每一个光学镜片可增加影像传感器532的视角至少30度。
[0063]至于红外光发射装置538，其所发射的红外光会依序透过光学镜片540与透光区域5302而照射虚线582与586的夹角所涵盖的区域，包括物体502，使得影像传感器532可以依序透过红外光滤光装置534、光学镜片组536与透光区域5302来取得物体502反射红外光后的影像。而这意味着，透光区域5302的形状与大小必须设计成能让影像传感器532感测到虚线582与586的夹角所涵盖的区域的影像，同时透光区域5302也不能去阻挡到红外光发射装置538透过光学镜片540所发射的红外光的行进方向而使红外光无法照射到上述夹角所涵盖的区域中的任一个位置。
[0064]藉由上述的描述可知，虚线582与584的夹角约为90度，而虚线582与586的夹角也约为90度。因此，影像感测模块510与530的感测范围为部分重迭，而上述部分重迭的区域用以定义一触控区域590。此外，由图7及上述的描述也可知，影像传感器512是设置在虚线582与584相交的角落，而影像传感器532则是设置在虚线582与586相交的角落。也就是说，影像传感器512与532是设置在触控区域590的二个不同角落。
[0065]图8为影像感测模块510的侧视透视示意图。在图8中，标号与图5、图7中的标号相同者表示为相同构件，而标号802则表示为一真实工作表面。如图8所示，影像传感器512的影像撷取面512A与壳体5101的底面5101A呈现预定角度Θ I，而上述预定角度Θ I为90度。此外，红外光滤光装置514、光学镜片组516、红外光发射装置518 (此图未绘示)与光学镜片520 (此图未绘示)也随着上述预定角度Θ I而设置。由于上述预定角度Θ1为90度，因此影像传感器512的视野(field of view)理论上为无限远，即影像传感器512所感测到的影像的景深理论上为无限远。然而，实际情形则视环境及组件本身的物理限制而定。此外，若红外光发射装置518所发射的红外光能涵盖影像传感器512的视野，则当物体502进入到红外光的照射范围时，就能反射红外光来让影像传感器512进行感测。
[0066]同样地，影像感测模块530中的影像传感器532、红外光滤光装置534、光学镜片组536、红外光发射装置538以及光学镜片540也以图8所示的方式来设置。
[0067]请再参照图7。在此例中，处理电路570是设置在影像感测模块510的壳体5101中，并且电性耦接通讯接口 560、影像传感器512与影像传感器532。因此，当物体502位于触控区域590内，影像传感器512与532便能撷取得物体502反射红外光后的影像，并将该等影像数据直接传给处理电路570，或影像传感器512与532也能将影像数据进行前置处理而取得影像的特征数据(例如物体影像的面积、长宽比、边界、色彩、亮度等参数)后，再传给处理电路570，以减轻处理电路570的负担，而处理电路570便依据这些影像数据或影像的特征数据来计算出物体502的坐标。处理电路570在取得物体502的坐标之后，便可透过通讯接口 560将所述坐标输出至一电子装置，例如是输出至一笔记型计算机，以便上述电子装置依据所述坐标来进行进一步的操作。以下将对物体坐标的取得方法再做进一步的说明。
[0068]图9为图7所示的便携式光学触控系统进行单点触控的说明图。在图9中，标号与图7中的标号相同者表示为相同构件。此外，点A表示为影像传感器512的设置位置，而点B表示为影像传感器532的设置位置。如图9所示，当物体502位于触控区域590内，影像传感器512便能沿着感测路线902而感测到物体502，而影像传感器532则能沿着感测路线904而感测到物件502。因此，只要处理电路570能够分别依据影像传感器512、532所感测到的影像来分别取得感测路线902、904的直线方程式，就能够进一步计算出这二条感测路线的交点，进而获得物体502的坐标。以下将进一步说明处理电路570如何依据这二个影像传感器所感测到的影像来取得上述二条感测路线的直线方程式。
[0069]图10为处理电路570接收两影像传感器512及532的影像数据及后续处理的示意图。在图10中，标号1010表示为影像传感器512所感测到的影像，标号1012表示物体502反射红外光而在影像1010上形成亮度较高的亮区(bright zone)，标号1014与1016分别表示亮区1012的左边缘及右边缘，而标号1018表示为亮区1012(即物体影像)的中心(center)、重心(gravity)或平均值(mean or average)。标号 1014、1016 与 1018 为影像1010中关于物体502的特征数据。
[0070]同样地，标号1020表示为影像传感器532所感测到的影像，标号1022表示物体502反射红外光而在影像1020上形成亮度较高的亮区，标号1024与1026分别表示亮区1022的左边缘及右边缘，而标号1028表示为亮区1022(即物体影像)的中心、重心或平均值。标号1024、1026与1028为影像1020中关于物体502的特征数据。此外，物体502的其它特征数据，例如物体影像的面积、长宽比、边界、色彩、亮度等参数，也可藉由处理电路570来进行处理或藉由影像传感器512、532来进行前置处理。而本实施例藉由处理电路570求得该等特征数据。
[0071]图11为影像传感器512感测到的影像中的物体位置与对应角度图。承上述，处理电路570在接收到影像1010之后，可计算出亮区1012的中心、重心或平均值，此即物体502在影像1010中的位置。请参照图9、图10及图11，为求得虚线582与感测路线902的夹角α 1，可将影像1010平均划分为若干等份，例如九十等份。每一等份代表角度I度，所以影像1010右边界为角度O度，而左边界为角度90度。当物体的中心、重心或平均值落在影像1010内时，即可对应出该位置所代表的角度α I。举例来说，1018Α代表角度α I为45度，1018Β代表角度α I为30度，1018C代表角度α I为75度。若无刚好整数的对应角度值时，可用内插法计算。而相同方法也可求得角度β?。
[0072]请参考图9,利用已知的A点坐标值及角度α 1，即可利用点斜公式(point_slopeform)求得感测路线902的直线方程式；同理，也可利用B点坐标值及角度β I求得感测路线904的直线方程式。因此，处理电路570就能计算这二个感测路线的交点，进而求得物体502的坐标。这种物体坐标计算方法，就是所谓的两线交点法。另外，便携式光学触控系统500也可采用其它方法，例如三角函数法来计算出物体502的坐标，由于上述方法已广泛地使用在现有的光学触控系统中，在此便不再赘述。此外，藉由上述的教示，本领域具有通常知识者当知道上述便携式光学触控系统500也可使用在多点触控(multi touch)。
[0073]另外，在影像传感器512与532的视野内除了待测的物体502外，视野远处也可能会存在其它物体，而这些物体也会反射红外线而干扰到光学触控系统500的触控操作，因此可利用物体所反射的光线的亮度来进行筛选。举例来说(但不以此为限)，处理电路570可预设一亮度门坎值或一亮度范围，并将影像传感器512与532所撷取的影像中的每一像素(Pixel)的亮度值进行检测筛选。若一像素的亮度值超过预设的亮度门坎值或落在预设的亮度范围内，则上述像素的亮度值符合预设标准。依此方式，依序筛选影像中的每一像素的亮度值，则可滤除待测物体502以外的其它物体。
[0074]值得一提的是，在实际的设计中，前述的红外光发射装置518与538都可采用至少一个红外光发光二极管(IR LED)来实现；而前述的红外光滤光装置514与534都可采用一红外光滤光片(IR-pass filter)来实现。红外光发光二极管所发出的红外光的波长约为800nm?960nm,—般是使用红外光的波长为850nm的红外光发光二极管。此外，由于一般的影像传感器的视角为30?45度，因此光学镜片组516与536中的光学镜片数目当可视影像传感器的视角以及每一光学镜片所能增加的视角而做适当的设计。而尽管在此例中，处理电路570是设置在影像感测模块510的壳体5101内，且通讯接口 560是设置在影像感测模块510的壳体5101上，然此仅是用以举例说明，并非用以限制处理电路570与通讯接口 560的配置位置。另外，前述的物体502的表面还可额外采用反光材质来提高反光效果。
[0075]此外，通讯接口 560也可是一个无线通讯接口，例如是蓝芽(Blue Tooth)无线传输接口、无线通用串行总线(Wireless Universal Series Bus, Wireless USB)接口或是超宽带(Ultra Wide Band, UffB)无线接口。甚至，通讯接口 560可采用多种有线通讯界面与多种无线通讯界面。
[0076]藉由上述的说明，可知前述触控区域590的范围理论上可达到无限远。然而，触控区域590的大小仍可藉由软件的方式来进行限制。请再参照图9，在触控区域590中，由虚线582形成的边的长度为已知，而由虚线584与586所形成的二个边的长度理论上都为无限长。为使由虚线584与586所形成的二个边的长度为预定长度，处理电路570可依不同应用场合定义不同的触控范围。举例来说，将该光学触控系统500当成一虚拟鼠标使用时，那么在影像感测模块510及530前方的触控区域590的大小便可依使用者操作实体鼠标的使用习惯范围而加以定义，例如是定义成15cmX 15cm(即虚线582长度X虚线584长度)大小的触控范围。或者，处理电路570可藉由物体影像的大小与距离的关系来实时定义虚线584与586的预定长度，也可藉由物体影像的反射光的亮度来定义上述预定长度，或者是结合这二种方式来实时定义虚线584与586的预定长度，并将定义的方式内建在处理电路570所采用的软件或韧体当中。如此一来，触控区域590便可呈现出一具有预定面积大小的四边形触控范围。
[0077]承上述，在触控区域590具有预定面积大小的情况下，处理电路570可以先计算出物体502的坐标，然后再判断物体502是否位于触控区域590内。当物体502位于触控区域590内时，处理电路570才会透过通讯接口 560输出物体502的坐标。当然，处理电路570也可以是先计算出物体502的坐标，并透过通讯接口 560将物体502的坐标输出至前述的电子装置，以让上述电子装置自行判断物体502是否位于触控区域590内，进而决定是否加以利用。
[0078]第二实施例:
[0079]此例主要在说明便携式光学触控系统500可以是利用硬件的限制，来使得影像传感器512与532的视野可由无限远改变为有限距离，一如图12所示。
[0080]图12绘示影像感测模块510的内部构件的另外一种设置方式。在图12中，标号与图5中的标号相同者表示为相同构件。如图12所示，影像传感器512的影像撷取面512A与壳体5101的底面5101A呈现预定角度Θ 3，而上述预定角度Θ 3小于90度。此外，红外光滤光装置514、光学镜片组516、红外光发射装置518 (此图未绘不)与光学镜片520 (此图未绘示)也随着上述预定角度Θ 3而设置。其中，红外光发射装置518与光学镜片520的设置方式必须使得红外光的行进方向能大致平行于真实工作表平面802。由于上述预定角度Θ 3为小于90度，因此影像传感器512的视野为有限距离。也就是说，影像传感器512所感测到的影像的景深为有限距离。
[0081]同样地，影像感测模块530中的影像传感器532、红外光滤光装置534、光学镜片组536、红外光发射装置538以及光学镜片540也以图12所示的方式来设置。
[0082]请再参照图9，由于影像传感器512与532的视野由无限远改变为有限距离，因此可知在触控区域590中，由虚线584与586所形成的二个边的长度是依照影像传感器512与532所能感测到的最远视野来定义。而影像传感器能感测到的最远视野可参照图13所示的方式来进行计算。在图13中，D表示为影像传感器512能感测到的最远视野(即虚线584或586的长度)，H表示为影像传感器512的高度，Θ 2表示为角度。D、H、02之间的关系由图中的公式0 = !1八&11(0 2)来表示，且Θ3(见图12)加上Θ 2为角度90度。举例来说，H为5mm，Θ 2为角度1.91度，则D经该公式计算则为H/tan( Θ 2)，即为约150臟。
[0083]第三实施例:
[0084]此例主要在说明以另外一种硬件限制的方式，来使得便携式光学触控系统500的影像传感器512与532的视野可由无限远改变为有限距离，如图14所示。
[0085]图14绘不改造后的便携式光学触控系统500。在图14中，标号与图5中的标号相同者表示为相同构件。而在图14所示的光学触控系统500中，影像感测模块510的壳体5101的体积被增大，且上述壳体5101具有第一部分51011与第二部分51012。通讯接口560设置在第一部分51011,而影像传感器512、红外光滤光装置514、光学镜片组516、红外光发射装置518、光学镜片520、处理电路570以及透光区域5102都设置在第二部分51012。上述第二部分51012用以连接长度可调整连接装置550，且上述第二部分51012可相对于第一部分51011而旋转。
[0086]由于长度可调整连接装置550连接上述第二部分51012，而影像感测模块530的壳体5301又连接长度可调整连接装置550，因此当第二部分51012相对于第一部分51011而旋转时，长度可调整连接装置550与影像感测模块530也会旋转相同的角度。如此一来，当上述便携式光学触控系统500放置或邻近于一真实工作表面上时,影像传感器512与532的视野便能顺着旋转角度而由无限远改变为有限距离。
[0087]第四实施例:
[0088]藉由第一实施例的教示，可知只要便携式光学触控系统500的长度可调整连接装置550的体积够大，影像感测模块510便可不采用壳体5101，而可将影像传感器512、红外光滤光装置514、光学镜片组516、红外光发射装置518与光学镜片520设置在长度可调整连接装置550的其中一端。同理，影像感测模块530也不需采用壳体5301，而可将影像传感器532、红外光滤光装置534、光学镜片组536、红外光发射装置538与光学镜片540设置在长度可调整连接装置550的另一端。当然，影像传感器512与532的感测范围仍需部份重迭，使得上述部分重迭的区域可用来定义一触控区域。至于通讯接口 560与处理电路570则可任意设置，只需使处理电路570仍电性连接通讯接口 560、影像传感器512与影像传感器532即可。
[0089]值得一提的是，在此例中，影像传感器512与532的视野理论上也为无限远。
[0090]第五实施例:
[0091]藉由第四实施例与第二实施例的教示，可知在第四实施例所述的便携式光学触控系统500中，影像传感器512与532可设计成能相对于长度可调整连接装置550的轴心而旋转一预定角度，而上述预定角度小于90度。当然，红外光滤光装置514、光学镜片组516、红外光发射装置518与光学镜片520也必须随着影像传感器512的旋转角度而作相对应的适当调整；而红外光滤光装置534、光学镜片组536、红外光发射装置538与光学镜片540则必须随着影像传感器532的旋转角度而作相对应的适当调整。如此一来，当上述便携式光学触控系统500放置在一真实工作表面上时，影像传感器512与532的视野便能顺着旋转方向而由无限远改变为有限距离。
[0092]第六实施例:
[0093]此实施例主要是说明在采用了红外光发射装置的便携式光学触控系统中，每一光学镜片组中的至少一光学镜片可交错涂布有多层的氧化镁(MgO)以及多层的二氧化钛(Τ?02)或二氧化硅(Si02)，以使至少一光学镜片产生类似于红外光滤光装置的效果。如此一来，原有的红外光滤光装置便可予以省略。
[0094]值得一提的是，原有的红外光滤光装置就是所谓的光阻(Photo Resistor)，其成份包含了有机化合物、高分子(Polymer)以及塑料(Plastic)。
[0095]第七实施例:
[0096]此实施例主要是说明在采用了红外光发射装置的便携式光学触控系统中，每一红外光发射装置都可以一雷射光发射装置取代的，且每一红外光滤光装置都可予以省略。此夕卜，每一光学镜片组中的每一光学镜片也不需涂布氧化镁(MgO)、二氧化钛(Ti02)以及二氧化硅(Si02)。然必须注意的是，每一个设置在雷射光发射装置前的光学镜片必须能将对应的雷射光发射装置所发出的点光源转换成线光源，以使得对应的雷射光发射装置所发出的雷射光能至少含盖到触控区域。如此一来，每一雷射光发射装置所发出的雷射光就能照射到位于触控区域内的物体，而每一影像传感器也能取得上述物体反射雷射光的影像。
[0097]值得一提的是，每一雷射光发射装置都可采用至少一个雷射光发光二极管(laserd1de)来实现。
[0098]第八实施例:
[0099]此实施例主要是说明在采用了长度可调整连接装置的便携式光学触控系统中，每一长度可调整连接装置都可用不可伸缩的连接装置来取代。
[0100]第九实施例:
[0101]此实施例主要是说明在本发明的便携式光学触控系统中，处理电路可设计成能进一步在触控区域中定义一图案，以便利用上述图案虚拟一使用者输入接口，而上述使用者输入接口可以是一鼠标、一键盘、一触控板(Touch Pad)或是一切换开关。以第二实施例所述的便携式光学触控系统为例，其处理电路可设计成能进一步在触控区域中定义一鼠标功能的图案，以图15来说明的。
[0102]图15绘不上述处理电路在触控区域中所定乂的鼠标功能图案。在图15中，由点A、点B、点E及点F依序相连而形成的平行四边形区域就是所述的触控区域590。其中，点A与点B表示为便携式光学触控系统中的二个影像传感器的设置位置。此外，区域L虚拟为鼠标的左键功能，区域M虚拟为鼠标的滚轮功能，而区域R则虚拟为鼠标的右键功能。如此一来，使用者便可利用上述触控区域590所虚拟的鼠标功能来进行操作。
[0103]第十实施例:
[0104]此实施例主要是说明在第九实施例所述的便携式光学触控系统中，可以再增设一光发射装置，以便利用上述光发射装置在触控区域所对应的真实工作表面上投射出处理电路所定义的图案，例如投射出鼠标功能图案、键盘功能图案等等。上述光发射装置的光源可为可见的雷射光源或可见的红外光源。
[0105]第H^一实施例:
[0106]第一实施例指出处理电路在取得物体的坐标之后，便可透过通讯接口将所述坐标输出至一电子装置。而此实施例主要是说明若是上述电子装置具有显示屏幕，例如是一笔记型计算机，那么本发明的便携式光学触控系统中的处理电路更可设计成能透过通讯界面与上述电子装置进行通讯，以便利用上述电子装置的显示屏幕的光标位置来反应(Mapping)物体的坐标。
[0107]第十二实施例:
[0108]此实施例主要是说明在第十一实施例所述的电子装置的壳体上，也可以设置有一沟槽，以便本发明的便携式光学触控系统可设置在上述沟槽中，一如图16所示。图16为本发明的便携式光学触控系统设置在电子装置的沟槽中的示意图。而此图所示的电子装置1602以笔记型计算机为例。
[0109]第十三实施例:
[0110]藉由第十二实施例的教示，可知若是具有显示屏幕的便携式电子装置本身就内建有本发明的便携式光学触控系统，那么上述电子装置也可称的为便携式光学触控装置。当然，在内建的便携式光学触控系统中，就不需要采用到长度可调整连接装置或是不可伸缩的连接装置。此外，内建的便携式光学触控系统可采用红外光发射装置或雷射光发射装置来照射位于触控区域内的物体。
[0111]第十四实施例:
[0112]藉由前述各实施例的教示，可知若是待测的物体本身可发光，例如可发出红外光或是雷射光，那么前述的各便携式光学触控系统便不需采用红外光发射装置或雷射光发射装置来照射物体。当然，原本设置在红外光发射装置或雷射光发射装置前的光学镜片及其它相关组件也可省略。
[0113]统合上述采用长度可调整连接装置的便携式光学触控系统的各实施例，可以归纳出一种感测物体位置的方法的基本流程，一如图17所示。图17为依照本发明一实施例的感测物体位置的方法的基本流程。所述方法适用于一便携式光学触控系统，上述便携式光学触控系统包括有第一影像感测模块、第二影像感测模块、长度可调整连接装置、处理电路与通讯接口。其中，上述二个影像感测模块的感测范围为部份重迭，而上述部分重迭的区域用来定义一触控区域。长度可调整连接装置连接第一影像感测模块与第二影像感测模块，用以调整第一影像感测模块与第二影像感测模块之间的距离。上述方法包括有:藉由上述二个影像感测模块撷取位于触控区域内的物体的影像(如步骤S1702所示)；藉由处理电路依据上述二个影像感测模块所撷取的物体的影像来计算物体的坐标(如步骤S1704所示)；以及藉由通讯接口输出物体的坐标(如步骤S1706所示)。其中，所述的处理电路可利用三角函数法或两线交点法来计算出上述物体的坐标。
[0114]藉由上述各实施例的说明，可知本发明的便携式光学触控系统可取代目前的鼠标、键盘、触控板等使用者输入接口，且本发明的便携式光学触控系统具有体积小、携带方便、可随处置放、低成本的优点。此外，本发明的便携式光学触控系统不像目前鼠标会受限于工作表面需平坦的限制，也不像电阻或电容式触控板一样需要有一实体触控区域的限制。而藉由上述各实施例的说明，也可知本发明的便携式光学触控系统可与具有显示屏幕的电子装置相结合或沟通，并可控制显示屏幕内的光标的动作，甚至可以实现目前市面上的触控屏幕所有可达成的功能，如单点触控、多点触控等。值得一提的是，利用光学方式侦测物体的技术可称为光学稱合(Optical Coupling)技术,即由至少一影像传感器感测物体所反射的光讯号，再将上述光讯号转换为电子讯号，最后将这些影像传感器所计算出的电子讯号进行相关性(correlat1n)处理，以求得物体的特征信息。
[0115]综上所述，本发明主要是采用二个影像感测模块与一处理电路来构建一便携式光学触控系统。在实际的设计中，是使二个影像感测模块的感测范围部份重迭，使得上述部分重迭的区域可用来定义一触控区域。如此一来，当有一物体(例如手指或笔状物)位于触控区域内，处理电路便可依据这二个影像感测模块所感测到的物体的影像来计算物体的坐标。而在进一步的设计中，可使二个影像感测模块发射红外光或雷射光以照射物体，藉此取得物体反射红外光或雷射光的影像，让处理电路可依据这样的影像来计算物体的坐标。
[0116]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种便携式光学触控系统，其中包括: 一第一影像感测模块，包括有一第一壳体与一第一影像传感器，该第一影像传感器设置在该第一壳体中，该第一壳体具有一第一透光区域，使得该第一影像传感器透过该第一透光区域感测影像； 一第二影像感测模块，包括有一第二壳体与一第二影像传感器，该第二影像传感器设置在该第二壳体中，该第二壳体具有一第二透光区域，使得该第二影像传感器透过该第二透光区域感测影像，其中该些影像感测模块的感测范围为部份重迭，而此部分重迭的区域用以定义一触控区域； 一长度可调整连接装置，连接该第一影像感测模块与该第二影像感测模块，用以调整该第一影像感测模块与该第二影像感测模块之间的距离； 一通讯接口 ；以及 一处理电路，电性耦接该第一影像感测模块与该第二影像感测模块，当有一物体位于该触控区域内，该处理电路便依据该些影像感测模块所感测到的该物体的影像来计算该物体的坐标，并透过该通讯接口输出所述坐标； 该第一壳体具有一第一部分与一第二部分，该通讯接口系设置于该第一部分，而该第一影像传感器与该第一透光区域系设置于该第二部分，该第二部分用以连接该长度可调整连接装置，且该第二部分可相对于该第一部分而旋转。
2.如权利要求1所述的便携式光学触控系统，其中该第一影像传感器的影像撷取面与该第一壳体的底面呈现一预定角度，该第二影像传感器的影像撷取面与该第二壳体的底面亦呈现该预定角度，其中该预定角度为90度。
3.如权利要求2所述的便携式光学触控系统，其中该触控区域的形状为一四边形，该四边形具有依序连接的一第一边、一第二边、一第三边与一第四边，该第一边与该第四边相交的角落为该第一影像传感器的设置位置，该第一边与该第二边相交的角落为该第二影像传感器的设置位置，且该第二边与该第四边的长度为一预定长度。
4.如权利要求1所述的便携式光学触控系统，其中该第一影像传感器的影像撷取面与该第一壳体的底面呈现一预定角度，该第二影像传感器的影像撷取面与该第二壳体的底面亦呈现该预定角度，其中该预定角度小于90度。
5.如权利要求4所述的便携式光学触控系统，其中该触控区域的形状为一四边形，该四边形具有依序连接的一第一边、一第二边、一第三边与一第四边，该第一边与该第四边相交的角落为该第一影像传感器的设置位置，该第一边与该第二边相交的角落为该第二影像传感器的设置位置，且该第二边与该第四边的长度系依照该第一影像传感器与该第二影像传感器所能感测到的最远视野来定义。
6.如权利要求1所述的便携式光学触控系统，其中该每一影像感测模块更包括有一红外光发射装置及只能让红外光通过的一红外光滤光装置，该红外光发射装置系用以发射红外光照射该物体，且该每一影像传感器是透过其对应的该红外光滤光装置来取得该物体反射该红外光的影像。
7.如权利要求1所述的便携式光学触控系统，其中该每一影像感测模块更包括有一红外光发射装置及一光学镜片组，该红外光发射装置系用以发射红外光照射该物体，该光学镜片组中的至少一光学镜片交错涂布有多层的氧化镁以及多层的二氧化钛或二氧化硅，且该每一影像传感器是透过其对应的该光学镜片组来取得该物体反射该红外光的影像。
8.如权利要求7所述的便携式光学触控系统，其中该每一光学镜片组系用来使所对应的该影像传感器的视角呈现至少90度。
9.如权利要求1所述的便携式光学触控系统，其中该每一影像感测模块更包括有一雷射光发射装置及一光学镜片，该雷射光发射装置用以发射一点雷射光并透过该光学镜片转换为一线雷射光以照射位于该触控区域的该物体，且该每一影像传感器系用以取得该物体反射该线雷射光的影像。
10.如权利要求1所述的便携式光学触控系统，其中该通讯接口包括有线通讯接口与无线通讯界面至少其中之一，其中所述有线通讯接口包括以通用串行总线接口来实现，而所述无线通讯界面包括以蓝芽无线传输接口来实现。
11.如权利要求1所述的便携式光学触控系统，其中该处理电路更进一步在该触控区域中定义一图案，以便利用该图案虚拟一使用者输入接口，其中该使用者输入接口包括是一鼠标、一键盘、一触控板或是一切换开关。
12.如权利要求1所述的便携式光学触控系统，其中该通讯接口系将所述坐标输出至一电子装置，该电子装置具有一显示屏幕，而该处理电路可透过该通讯接口与该电子装置进行通讯，以便利用该显示屏幕的一光标位置来反应出该物体的坐标。
13.如权利要求12所述的便携式光学触控系统，其中该电子装置具有一沟槽，以便该便携式光学触控系统设置于该沟槽中。
14.如权利要求1所述的便携式光学触控系统，其更包括一光发射装置，该光发射装置用以在该触控区域所对应的一真实工作表面上投射出一图案，使得该处理电路可更进一步在该触控区域内定义该图案，以便利用该图案虚拟一使用者输入接口，而该使用者输入接口包括是一鼠标、一键盘、一触控板或是一切换开关。
15.如权利要求1所述的便携式光学触控系统，其中该处理电路利用三角函数法或两线交点法计算出该物体的坐标。
【文档编号】G06F3/042GK104252271SQ201410379465
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2010年6月25日 优先权日:2010年6月25日
【发明者】林宏宇 申请人:林卓毅