台湾专利TW201324281A 觸控裝置、無線觸控系統及其觸控方法

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专利摘要:
本發明為一種觸控裝置、無線觸控系統及其觸控方法。觸控裝置包括光源發射模組、第一擷取模組、第二擷取模組、運算模組及第一無線傳輸模組。光源發射模組係投射光源訊號以成為觸控平面。第一擷取模組及第二擷取模組係於物體接近觸控平面時，藉由反射光源訊號以接收第一反射訊號及第二反射訊號。運算模組用以根據第一反射訊號及第二反射訊號以得到第一擷取角度及第二擷取角度，再計算出物體之座標資料。第一無線傳輸模組係經由無線傳輸方式將座標資料傳輸至受控系統。
公开号:TW201324281A
申请号:TW100144713
申请日:2011-12-05
公开日:2013-06-16
发明作者:Jr-Shiung Jang；Shih-Che Chien；Yi-Shu Chen；you-xin Liu
申请人:Wistron Corp；
IPC主号:G06F3-00

专利说明:
觸控裝置、無線觸控系統及其觸控方法
本發明係關於一種觸控裝置、無線觸控系統及其觸控方法，特別是一種體積小且可達到獨立可攜之目的之觸控裝置、無線觸控系統及其觸控方法。
隨著現在的科技發展，人機觸控互動技術在現今生活中已經成為不可或缺的應用。各式的觸控方式，例如電阻式、電容式、紅外線式或是音波式等技術業已經廣泛地應用於各式場合。但前述的觸控技術大部分適用於小尺寸的手持產品，對於大尺寸的裝置，例如對於電子櫥窗或電子白板而言，若利用先前技術之觸控方式會導致製作成本過高。另一方面，在先前技術中各式的觸控裝置皆透過硬體實體介面連接的方式才能達到觸控的功能。如此一來觸控裝置之應用就會被限制，觸控裝置無法任意適用於其他的被控系統。
因此，有必要發明出一種觸控裝置、無線觸控系統及其觸控方法，以達到縮小體積、獨立可攜及多平台支援的目的。
本發明之主要目的係在提供一種觸控裝置，其具有體積小且可達到獨立可攜之目的之效果。
本發明之另一主要目的係在提供一種無線觸控系統
本發明之又一主要目的係在提供一種觸控方法。
為達成上述之目的，本發明之觸控裝置係用以供物體經由無線傳輸方式控制受控系統。觸控裝置包括光源發射模組、第一擷取模組、第二擷取模組、運算模組及第一無線傳輸模組。光源發射模組係投射光源訊號以成為觸控平面。第一擷取模組係於物體接近觸控平面時，藉由反射光源訊號以接收第一反射訊號。第二擷取模組係於物體接近觸控平面時，藉由反射光源訊號以接收第二反射訊號。運算模組係與第一擷取模組及第二擷取模組電性連接，用以根據第一反射訊號及第二反射訊號以得到第一擷取角度及第二擷取角度，再執行座標計算，以計算出物體之座標資料。第一無線傳輸模組係與運算模組電性連接，以經由無線傳輸方式將座標資料傳輸至受控系統。
本發明之無線觸控系統用以供物體進行觸控。無線觸控系統包括觸控裝置及受控系統。觸控裝置包括光源發射模組、第一擷取模組、第二擷取模組及運算模組。光源發射模組係投射光源訊號以成為觸控平面。第一擷取模組係於物體接近觸控平面時，藉由反射光源訊號以接收第一反射訊號。第二擷取模組係於物體接近觸控平面時，藉由反射光源訊號以接收第二反射訊號。運算模組係與第一擷取模組及第二擷取模組電性連接，用以根據第一反射訊號及第二反射訊號以得到第一擷取角度及第二擷取角度，再執行座標計算，以計算出物體之座標資料。第一無線傳輸模組係與運算模組電性連接，用以傳輸座標資料。受控系統包括第二無線傳輸模組、轉換模組及控制模組。第二無線傳輸模組用以自第一無線傳輸模組接收座標資料。轉換模組係與第二無線傳輸模組電性連接，用以轉換座標資料成控制訊號。控制模組係與轉換模組電性連接，用以處理控制訊號。
本發明之觸控方法包括以下步驟：投射光源訊號以成為觸控平面；於物體接近觸控平面時，藉由反射光源訊號以接收第一反射訊號；於物體接近觸控平面時，藉由反射光源訊號以接收第二反射訊號；根據第一反射訊號及第二反射訊號以得到第一擷取角度及第二擷取角度；執行座標計算，以計算出物體之座標資料；經由無線傳輸方式以傳輸座標資料至受控系統；以及轉換座標資料成控制訊號以控制受控系統。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
請先參考圖1係本發明之無線觸控系統之架構示意圖。
本發明之無線觸控系統1包括觸控裝置10及受控系統20，彼此之間係經由無線傳輸方式來連接。此無線傳輸方式可為藍芽傳輸方式，但本發明並不以此為限。觸控裝置10用以供一物體41(如圖2所示)進行觸控，再經由無線傳輸方式來控制受控系統20。其中物體41可為使用者之手指或觸控筆，但本發明並不限於此。
觸控裝置10可供使用者隨意設置於天花板、牆面或桌面等地方，皆可達到觸控之目的。在此請同時參考圖2係本發明之使用觸控裝置之示意圖。圖2中之觸控裝置10係設置於牆面上。觸控裝置10包括光源發射模組11、第一擷取模組12、第二擷取模組13、運算模組14及第一無線傳輸模組15。
光源發射模組11可由發光元件及透鏡(圖未示)所組成，係用以投射光源訊號，以成為觸控平面51。光源訊號較佳者為一不可見光光源訊號，可降低雜訊影響，但本發明並不以此為限。光源訊號亦可為可見光光源訊號，以供使用者辨識出觸控平面51之切確位置。光源發射模組11所投射出的光源訊號之夾角可為約90度至150度，本發明之較佳實施例為120度，但並不限於此，可依需求而調整光源訊號之夾角。
第一擷取模組12及第二擷取模組13可由光濾鏡及感測元件(圖未示)所組成。第一擷取模組12及第二擷取模組13係分別設置於光源發射模組11之兩側，且相隔距離可為5公分到50公分。此距離可根據光源發射模組11之投射角度與第一擷取模組12及第二擷取模組13之可擷取角度做調整。本發明之較佳實施例中，第一擷取模組12及第二擷取模組13與光源發射模組11之間距為5公分，使得觸控裝置10的整體體積縮小。第一擷取模組12及第二擷取模組13用以擷取反射之光源訊號，因此當物體41接近觸控平面51時，第一擷取模組12及第二擷取模組13會分別擷取到因為物體41所反射之脈波訊號，即為第一反射訊號及第二反射訊號。第一擷取模組12及第二擷取模組13所能擷取之角度可為約135度到225度，但本發明並不以此為限。
運算模組14可由硬體、硬體結合韌體或是硬體結合軟體等方式架構而成，但本發明並不以此為限。運算模組14係與第一擷取模組12及第二擷取模組13電性連接。當第一擷取模組12及第二擷取模組13分別擷取到第一反射訊號及第二反射訊號後，運算模組14可先執行濾除雜訊之流程，以過濾掉第一反射訊號及第二反射訊號中不代表物體41之脈波訊號。舉例來說，當觸控裝置10所設置的環境並非平整的平面或是有其他障礙物時，第一擷取模組12及第二擷取模組13就可能一併擷取到複數個脈波訊號，這些脈波訊號就代表受到環境影響的雜訊。因此運算模組14係先將第一反射訊號及第二反射訊號中的雜訊濾除。由於濾除雜訊之方式已經被本發明所屬技術領域者所廣泛應用，故在此不再贅述其原理。
接著運算模組14可根據第一反射訊號及第二反射訊號以得到第一擷取角度θ1及第二擷取角度θ2。就如同圖2A所示，圖2A係本發明之觸控裝置之擷取角度之示意圖。
運算模組14係根據第一擷取模組12擷取到的第一反射訊號計算出物體41相對於第一擷取模組12之第一擷取角度θ1，同時根據第二擷取模組13擷取到的第二反射訊號計算出物體41相對於第二擷取模組13之第二擷取角度θ2。如此一來，運算模組14即可根據第一擷取角度θ1及第二擷取角度θ2利用三角函數等方法進一步計算出物體41之座標資料。此外，運算模組14亦可在觸控平面51的範圍內設定出可偵測區域53(如圖4B所示)，其設定的方法在之後會有詳細的說明，故在此先不贅述。
第一無線傳輸模組15係由硬體或硬體結合韌體等方式架構而成，但本發明並不限於此。第一無線傳輸模組15係與運算模組14電性連接，用以傳輸訊號至受控系統20之第二無線傳輸模組21。在本發明之其中一實施方式中，第一無線傳輸模組15與第二無線傳輸模組21皆為符合藍芽傳輸通訊協定之傳輸模組，以利用藍芽傳輸方式來傳輸資料，但本發明並不限於此。第一無線傳輸模組15與第二無線傳輸模組21亦可利用頻率偏移調變(Frequency-Shift Keying，FSK)或高斯頻率偏移調變(Gauss frequency Shift Keying，GFSK)等方式傳輸訊號。由於無線傳輸之方式已經被本發明所屬技術領域者所廣泛應用，故在此不再贅述其原理。
受控系統20可為智慧型手機、桌上型電腦、筆記型電腦或是平板電腦等裝置，但本發明並不以此限。受控系統20包括第二無線傳輸模組21、轉換模組22與控制模組23。
第二無線傳輸模組21係由硬體或硬體結合韌體等方式架構而成，但本發明並不限於此。第二無線傳輸模組21係具有與第一無線傳輸模組15相同之通訊協定之架構，用以自第一無線傳輸模組15經由無線傳輸方式接收座標資料。
在本發明之一實施方式中，轉換模組22可為儲存於儲存媒體內之驅動程式，但本發明並不以此為限，轉換模組22亦可由硬體或是硬體結合韌體等方式架構而成。轉換模組22係與第二無線傳輸模組21電性連接，用以將座標資料進行資料格式之轉換。舉例而言，觸控裝置10所傳輸來的座標資料可能僅為二維平面之座標點。轉換模組22係先將此座標資料進行轉換，以符合受控系統20所具有之作業系統之協定。
另一方面，轉換模組22還可執行解析度格式的轉換。舉例而言，觸控裝置10所傳輸來的座標資料可能為符合1080P之座標點，但受控系統20所顯示之解析度為320×240。因此轉換模組22係轉換座標資料成為符合受控系統20之解析度格式。如此一來，經過解析度格式與資料格式的轉換後，轉換模組22係可將座標資料轉換為受控系統20可處理之控制訊號。
控制模組23可由硬體、硬體結合韌體或是硬體結合軟體等方式架構而成，但本發明並不以此為限。控制模組23係與轉換模組22電性連接，用以接收控制訊號後再對受控系統20的其他內部模組進行後續的處理。
由上述的說明可知，觸控裝置10僅需傳輸二維平面之座標資料就可控制受控系統20。在本發明之較佳實施方式中，第一無線傳輸模組15與第二無線傳輸模組21間的寬頻僅為9.6Kps。因此觸控裝置10與受控系統20間的寬頻需求可以縮小，觸控裝置10與受控系統20間的距離亦可延伸。
在本發明之一實施方式中，無線觸控系統1還可包括影像顯示裝置30。影像顯示裝置30係與受控系統20之控制模組23電性連接，用以顯示出一影像訊號。此影像訊號係對應於控制訊號，可根據控制訊號而做反應。並需注意的是，受控系統20與影像顯示裝置30可同時設置於同一裝置內，例如同時設置於投影裝置或是顯示器內，或是受控系統20與影像顯示裝置30各為獨立之裝置，例如筆記型電腦與投影裝置之連接，但本發明並不限於此。
接著請參考圖3係本發明之設定觸控裝置之步驟流程圖。此處需注意的是，以下雖以具有觸控裝置10之無線觸控系統1為例說明本發明之設定觸控裝置之方法，但本發明之設定觸控裝置之方法並不以使用在上述之觸控裝置10或無線觸控系統1為限。
首先進行步驟301：設置觸控裝置。
首先係將觸控裝置10安裝於平面之環境，例如桌面、牆面或玻璃上。若影像顯示裝置30為顯示器時，觸控裝置10亦可直接設置於影像顯示裝置30上，但本發明並不以此為限。
其次進行步驟302：經由無線傳輸方式以配對觸控裝置及受控系統。
其次觸控裝置10係經由無線傳輸方式以連接於受控系統20，使得觸控裝置10與受控系統20之間可傳輸訊號。在本發明之一實施方式中，觸控裝置10係藉由藍芽傳輸方式與受控系統20連接，因此受控系統20係可將觸控裝置10視為一藍芽裝置。
最後進行步驟303：設定可偵測區域。
接著觸控裝置10可事先在觸控平面51的範圍內設定可偵測區域53，以濾除掉不需控制之範圍。
而設定可偵測區域之步驟係先進行步驟303a：投射光源訊號以成為觸控平面。
首先觸控裝置10之光源發射模組11係先投射出光源訊號，以散射成為觸控平面51。
再進行步驟303b：自觸控平面擷取得複數之定位座標。
就如同圖4A及圖4B所示，其中圖4A係本發明之觸控裝置擷取得複數之定位座標之示意圖，圖4B係本發明之觸控裝置設定得可偵測區域之示意圖。
物體41可依序於觸控平面51上設定出複數個定位點52，第一擷取模組12及第二擷取模組13再依序對此複數之定位點52擷取反射訊號。如此一來，運算模組14即可運算得到複數之定位座標。其中定位點52可為3個或3個以上用來構成一平面之複數點，本發明並不以圖4A所示的4個點為限。
最後進行步驟303c：根據複數之定位座標以設定可偵測區域。
最後當運算模組14計算出複數之定位點52對應之座標後，運算模組14再定義複數之定位點52之座標所構成的區域即為可偵測區域53。如此一來，運算模組14係可僅將可偵測區域53內的座標資料傳輸至受控系統20。
並且當無線觸控系統1中具有影像顯示裝置30時，可偵測區域53之範圍可對應於影像顯示裝置30所顯示或投影出的影像訊號，但本發明並不限於此。
並需注意的是，本發明觸控裝置10亦可直接偵測物體41位於觸控平面51內的座標，設置觸控裝置10之方法並不限定必須要執行步驟303來設定可偵測區域53。
當設定完成觸控裝置10，使用者係可對觸控裝置10進行觸控。接著請參考圖5A-5B係本發明之觸控方法之步驟流程圖。
首先進行步驟501：投射光源訊號，以成為觸控平面。
首先觸控裝置10之光源發射模組11係投射出光源訊號，以散射成為觸控平面51。
接著進行步驟502：於物體接近觸控平面時，藉由反射光源訊號以接收第一反射訊號及第二反射訊號。
當物體41接近觸控平面51時，會反射自光源發射模組11發出的光源訊號，第一擷取模組12與第二擷取模組13即可分別接收第一反射訊號及第二反射訊號。
再進行步驟503：濾除第一反射訊號及第二反射訊號之雜訊。
接著第一擷取模組12與第二擷取模組13將第一反射訊號及第二反射訊號傳輸至運算模組14，運算模組14先將第一反射訊號及第二反射訊號內的雜訊濾除掉，以確定代表物體41之脈波訊號為何。
接著進行步驟504：根據第一反射訊號及第二反射訊號以得到第一擷取角度及第二擷取角度。
接著運算模組14再根據第一反射訊號及第二反射訊號以分別得到相對於第一擷取模組12的第一擷取角度θ1及相對於第二擷取模組13之第二擷取角度θ2。
接著進行步驟505：執行座標計算，以計算出物體之座標資料。
當得知第一擷取角度θ1及第二擷取角度θ2之後，運算模組14係可利用三角函數運算等方式以計算出物體41相對於觸控裝置10之位置，亦即得知物體41之座標資料。
再進行步驟506：判斷座標資料是否位於可偵測區域內。
當得知物體41之座標資料後，運算模組14係與可偵測區域53進行比對，以確定物體41之座標是否位在可偵測區域53內。若物體41之座標超出了可偵測區域53之範圍，運算模組14係將此座標資料濾除掉，並可結束此觸控的流程。
若座標資料位於可偵測區域53內時，則進行步驟507：經由無線傳輸方式以傳輸座標資料至受控系統。
接著運算模組14係經由第一無線傳輸模組15將座標資料利用無線傳輸方式以傳輸至受控系統20。
最後進行步驟508：轉換座標資料成控制訊號。
最後轉換模組22將座標資料經過解析度格式轉換及資料格式轉換後，成為控制訊號，以供控制模組23進行後續處理。例如控制模組23可根據控制訊號來控制影像顯示裝置30顯示對應之影像訊號，或是控制音效裝置(圖未示)發出音效，本發明並不限制控制模組23所控制之方式。
此處需注意的是，本發明之觸控之方法並不以上述之步驟次序為限，只要能達成本發明之目的，上述之步驟次序亦可加以改變。
由上述的說明可知，本發明之觸控裝置10的體積小，可任意安裝於任何位置，並且可經由無線通訊方式來與受控系統20做搭配，在使用上可具有最佳的靈活度。
綜上所陳，本發明無論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異於習知技術之特徵，懇請　貴審查委員明察，早日賜准專利，俾嘉惠社會，實感德便。惟應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
1．．．無線觸控系統
10．．．觸控裝置
11．．．光源發射模組
12．．．第一擷取模組
13．．．第二擷取模組
14．．．運算模組
15．．．第一無線傳輸模組
20．．．受控系統
21．．．第二無線傳輸模組
22．．．轉換模組
23．．．控制模組
30．．．影像顯示裝置
41．．．物體
51．．．觸控平面
52．．．定位點
53．．．可偵測區域
θ1．．．第一擷取角度
θ2．．．第二擷取角度
圖1係本發明之無線觸控系統之架構示意圖。
圖2係本發明之使用觸控裝置之示意圖。
圖2A係本發明之觸控裝置之擷取角度之示意圖。
圖3係本發明之設定觸控裝置之步驟流程圖。
圖4A係本發明之觸控裝置擷取得複數之定位座標之示意圖。
圖4B係本發明之觸控裝置設定得可偵測區域之示意圖。
圖5A-5B係本發明之觸控方法之步驟流程圖。
1．．．無線觸控系統
10．．．觸控裝置
11．．．光源發射模組
12．．．第一擷取模組
13．．．第二擷取模組
14．．．運算模組
15．．．第一無線傳輸模組
20．．．受控系統
21．．．第二無線傳輸模組
22．．．轉換模組
23．．．控制模組
30．．．影像顯示裝置

权利要求:
Claims (21)
[1] 一種觸控裝置，係用以供一物體經由一無線傳輸方式控制一受控系統，該觸控裝置包括：一光源發射模組，係投射一光源訊號以成為一觸控平面；一第一擷取模組，係於該物體接近該觸控平面時，藉由反射該光源訊號以接收一第一反射訊號；一第二擷取模組，係於該物體接近該觸控平面時，藉由反射該光源訊號以接收一第二反射訊號；一運算模組，係與該第一擷取模組及該第二擷取模組電性連接，用以根據該第一反射訊號及該第二反射訊號以得到一第一擷取角度及一第二擷取角度，再執行一座標計算，以計算出該物體之一座標資料；以及一第一無線傳輸模組，係與該運算模組電性連接，以經由無線傳輸方式將該座標資料傳輸至該受控系統。
[2] 如申請專利範圍第1項所述之觸控裝置，其中該運算模組更包括設定一可偵測區域，其中該可偵測區域係位於該觸控平面內。
[3] 如申請專利範圍第2項所述之觸控裝置，其中該第一擷取模組及該第二擷取模組係自該觸控平面擷取得複數之定位座標，該運算模組係根據該複數之定位座標以設定該可偵測區域。
[4] 如申請專利範圍第1項所述之觸控裝置，其中該運算模組更包括濾除該第一反射訊號及該第二反射訊號之一雜訊。
[5] 如申請專利範圍第1項所述之觸控裝置，其中該光源訊號之投射夾角為90度至150度，該第一擷取模組及該第二擷取模組所擷取之角度為135度到225度。
[6] 一種無線觸控系統，用以供一物體進行觸控，該無線觸控系統包括：一觸控裝置，包括：一光源發射模組，係投射一光源訊號以成為一觸控平面；一第一擷取模組，係於該物體接近該觸控平面時，藉由反射該光源訊號以接收一第一反射訊號；一第二擷取模組，係於該物體接近該觸控平面時，藉由反射該光源訊號以接收一第二反射訊號；一運算模組，係與該第一擷取模組及該第二擷取模組電性連接，用以根據該第一反射訊號及該第二反射訊號以得到一第一擷取角度及一第二擷取角度，再執行一座標計算，以計算出該物體之一座標資料；以及一第一無線傳輸模組，係與該運算模組電性連接，用以傳輸該座標資料；以及一受控系統，包括：一第二無線傳輸模組，用以自該第一無線傳輸模組接收該座標資料；一轉換模組，係與該第二無線傳輸模組電性連接，用以轉換該座標資料成一控制訊號；以及一控制模組，係與該轉換模組電性連接，用以處理該控制訊號。
[7] 如申請專利範圍第6項所述之無線觸控系統，其中該運算模組更包括設定一可偵測區域，其中該可偵測區域係位於該觸控平面內。
[8] 如申請專利範圍第7項所述之無線觸控系統，其中該第一擷取模組及該第二擷取模組係自該觸控平面擷取得複數之定位座標，該運算模組係根據該複數之定位座標以設定該可偵測區域。
[9] 如申請專利範圍第8項所述之無線觸控系統，更包括一影像顯示裝置，係與該受控系統電性連接，用以根據該控制訊號顯示一對應之影像訊號。
[10] 如申請專利範圍第9項所述之無線觸控系統，其中該可偵測區域係對應於該影像訊號之範圍。
[11] 如申請專利範圍第6項所述之無線觸控系統，其中該運算模組更包括濾除該第一反射訊號及該第二反射訊號之一雜訊。
[12] 如申請專利範圍第6項所述之無線觸控系統，其中該轉換模組更包括執行一解析度轉換。
[13] 如申請專利範圍第6項所述之無線觸控系統，其中該第一無線傳輸模組及該第二無線傳輸模組係為符合藍芽通訊協定之無線傳輸模組。
[14] 如申請專利範圍第6項所述之無線觸控系統，其中該光源訊號之投射夾角為90度至150度，該第一擷取模組及該第二擷取模組所擷取之角度為135度到225度。
[15] 一種觸控方法，係用於一無線觸控系統內以供一物體經由一觸控裝置控制一受控系統，該方法包括以下步驟：投射一光源訊號以成為一觸控平面；於該物體接近該觸控平面時，藉由反射該光源訊號以接收一第一反射訊號；於該物體接近該觸控平面時，藉由反射該光源訊號以接收一第二反射訊號；根據該第一反射訊號及該第二反射訊號以得到一第一擷取角度及一第二擷取角度；執行一座標計算，以計算出該物體之一座標資料；經由無線傳輸方式以傳輸該座標資料至該受控系統；以及轉換該座標資料成一控制訊號以控制該受控系統。
[16] 如申請專利範圍第15項所述之觸控方法，更包括以下步驟：設定一可偵測區域，其中該可偵測區域係位於該觸控平面內。
[17] 如申請專利範圍第16項所述之觸控方法，其中設定該可偵測區域之步驟更包括：自該觸控平面擷取得複數之定位座標；以及根據該複數之定位座標以設定該可偵測區域。
[18] 如申請專利範圍第17項所述之觸控方法，更包括以下步驟：根據該控制訊號顯示一對應之影像訊號，其中該可偵測區域係對應於該影像訊號之範圍。
[19] 如申請專利範圍第15項所述之觸控方法，更包括以下步驟：濾除該第一反射訊號及該第二反射訊號之一雜訊。
[20] 如申請專利範圍第15項所述之觸控方法，更包括以下步驟：執行一解析度轉換。
[21] 如申請專利範圍第15項所述之觸控方法，更包括以下步驟：預先經由無線傳輸方式以配對該觸控裝置及該受控系統。

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