專利名稱：用以檢測輸入裝置的表面觸碰狀態(tài)的方法及相關輸入裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及觸碰狀態(tài)的檢測，尤其涉及一種用以檢測輸入裝置的表面觸碰狀態(tài)的方法以及應用該方法的輸入裝置。
背景技術：
觸碰面板(touch panel)在多樣的消費者電子產(chǎn)品中有著廣泛的應用，使用者僅需要運用手指或觸碰筆在觸碰面板屏幕移動，便可從屏幕選擇影像或是字符，輸入信息以及執(zhí)行功能。傳統(tǒng)觸碰面板可依據(jù)不同的感測方法分成幾種不同的類型。舉例來說，觸碰面板可以是電阻式(resistive type)觸碰面板或是電容式(capacitive type)觸碰面板。電阻式觸碰面板由兩個氧化銦錫(indium tin oxide, ITO)傳導薄膜相互堆疊而成,經(jīng)由施加壓力來將這兩個傳導薄膜電連接在一起，其控制器便可測量該面板上的電壓差以計算出該觸碰輸入的坐標。而電阻式觸碰面板的結構則是由兩個分別沿著X軸方向以及Y軸方向電連接在一起的電極層(electrode layer)以及在這兩個電極層之間的絕緣層所構成,如此一來，便可經(jīng)由使用者的手指的靜電反應所產(chǎn)生的電容差值以及電場來決定觸碰輸入。近年來，已開始有將光學傳感器應用在觸碰面板的設計問世。這樣的設計對于大面積的觸碰面板來說，會較為合適且較為經(jīng)濟。在制作大面積的觸碰面板時，不論是電阻式或是電容式的觸碰面板，「感測」材質(例如氧化銦錫傳導薄膜)的消耗量亦會有等比例的增加。然而，由于光學觸碰面板的結構中并沒有「感測」材質,增加觸碰面板的尺寸并不會導致該光學觸碰面板的制作成本跟著等比例上升。部分現(xiàn)有的光學觸碰面板應用了一維 (one dimensional, 1_D)條形碼讀取裝置或一些特別設計的線性光學傳感器來作為觸碰檢測器。然而，上述的光學觸碰面板并無法感測觸碰的壓力或是筆劃的強度。此外，上述的線性光學傳感器外型會太薄以及過長而難以分割和布局，因此需要較高的制作成本。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的之一，在于提供一種方法來檢測輸入裝置的表面的觸碰狀態(tài)以及應用該方法的輸入裝置，以解決上述的問題。依據(jù)本發(fā)明的第一實施例，一種用以檢測輸入裝置的表面的觸碰狀態(tài)的方法，包括應用設置于第一位置的第一二維(two-dimension, 2D)影像傳感器(sensor),擷取所述表面上的對象的第一擷取影像；以及分析所述第一擷取影像的多條水平線以分別輸出所述對象對應于所述表面的多個第一位置。依據(jù)本發(fā)明的第二實施例，一種用以檢測輸入裝置的表面的觸碰狀態(tài)的方法，包括應用設置于第一位置的二維影像傳感器，來擷取所述表面上的對象的第一擷取影像，其中所述對象具有第一部分以及第二部分，而所述第二部分具有與所述第一部分不同的光學特征；以及依據(jù)所述第一擷取影像中所述第一部分的垂直位置來輸出觸碰壓力。依據(jù)本發(fā)明的第三實施例，提供一種輸入裝置，包括第一二維影像傳感器以及觸碰控制器。所述第一二維影像傳感器設置于表面上的第一位置，用以擷取所述表面上的對 象的第一擷取影像。所述觸碰控制器耦接于所述第一二維影像傳感器，用以分析所述第一 擷取影像的多條水平線以分別輸出所述對象對應于所述表面的多個第一位置。依據(jù)本發(fā)明的第四實施例，提供一種輸入裝置，包括對象、二維影像傳感器以及觸 碰控制器。所述對象具有第一部分以及第二部分，其中所述第二部分具有與所述第一部分 不同的光學特征。所述二維影像傳感器設置于表面的第一位置，用以擷取所述表面上的所 述對象的第一擷取影像。所述觸碰控制器耦接于所述二維影像傳感器，用以分析所述第一 擷取影像中所述第一部分的垂直位置來輸出觸碰壓力。


圖1所示為依據(jù)本發(fā)明一實施例的輸入裝置的簡圖；圖2所示為依據(jù)本發(fā)明另一實施例的輸入裝置的簡圖；圖3所示為依據(jù)本發(fā)明另一實施例的輸入裝置的簡圖；圖4為依據(jù)本發(fā)明一實施例的用以檢測輸入裝置的表面的觸碰狀態(tài)的流程圖；以 及圖5為依據(jù)本發(fā)明另一實施例的用以檢測輸入裝置的表面的觸碰狀態(tài)的流程圖。主要元件符號說明110二維影像傳感器112_1 112_m感測排120圓柱型凹透鏡130觸碰控制器132讀取電路134分析電路140平板150觸碰筆250,260延展性觸碰筆252,262彈性元件254,264第一部分256,266第二部分310第一二維影像傳感器320第二二維影像傳感器330第一圓柱型凹透鏡340第二圓柱型凹透鏡350觸碰控制器360平板G1、G2感測組Routl Routm、" Routl Routm 讀取數(shù)據(jù)S402 S408、S502 S508步驟
具體實施例方式在說明書及權利要求書中使用了某些詞匯來指稱特定的元件。所屬領域中的普通技術人員應可理解，硬件制造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及權利要求書并不以名稱的差異來作為區(qū)分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區(qū)分的準則。在通篇說明書及權利要求中所提及的「包括」為開放式的用語，故應解釋成「包括但不限定于」。另外，「耦接」一詞在此包括任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第一裝置耦接于第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接于該第二裝置，或通過其它裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。請參照圖1，圖I所示為依據(jù)本發(fā)明一實施例的輸入裝置100的簡圖。輸入裝置100包括(但不局限于)二維(two-dimension, 2D)影像傳感器(sensor) 110、圓柱型 (cylindrical)凹透鏡(concave lens) 120以及觸碰控制器130,其中平板反射器(未圖示)，也就是一面鏡子，被相對應地設置于二維影像傳感器120的相對方向上。輸入裝置100 應用在平板140 (例如顯示器(monitor)或是其它的平板)上。二維影像傳感器120用以在平板140的平面上擷取一場景來得到第一擷取影像。圓柱型凹透鏡120則設置于二維影像傳感器110之前，用以擴大第一場景的影像尺寸，以形成于二維影像傳感器110之上。觸碰控制器130耦接于二維影像傳感器110，用以分析第一擷取影像的至少一部分，以檢測出平板140的平面的觸碰狀態(tài)。請注意，在此實施例中，輸入裝置100為光學觸碰裝置，圓柱型凹透鏡120是用來將第一場景的影像尺寸擴大并成像于二維影像傳感器110上的光學裝置；然而，上述范例僅用來說明本發(fā)明的精神，而并非用來限定本發(fā)明的范圍。應用其它具有擴大機能的光學裝置的設計亦落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，圓柱型凹透鏡120僅為用來將該第一場景的影像尺寸擴大并成像于二維影像傳感器110上的優(yōu)選實施例，在本發(fā)明其它的實施例中，亦可依據(jù)不同的設計考慮而選擇不加入圓柱型凹透鏡120。在一實施例中，二維影像傳感器110包括多個感測排(sensor row) 112_1 112_ m。觸碰控制器包括讀取電路132以及分析電路134。讀取電路132用以逐一讀取二維影像傳感器110的感測排112_1 112_m,并接著產(chǎn)生多筆讀取數(shù)據(jù)Routl Routm。分析電路 134則會分析讀取電路132所讀出的讀取數(shù)據(jù)Routl Routm,以檢測出平板140的平面的觸碰狀態(tài)。如同圖I所示，觸碰筆150被置放于二維影像傳感器110的檢測區(qū)域中。圓柱型凹透鏡120將觸碰筆150的影像尺寸擴大并成像于二維影像傳感器110上。觸碰控制器130 逐一讀取二維影像傳感器110的感測排112_1 112_m并產(chǎn)生讀取數(shù)據(jù)Routl Routm。 接著，觸碰控制器130分析讀取數(shù)據(jù)Routl Routm來檢測出觸碰筆150的碰觸位置。在此實施例中，二維影像傳感器110的中貞率(frame rate)為30印s (frame per second),而其中m等于50，輸入裝置100的更新率可被視為1500fps。在另一實施例中，讀取電路130將感測排112_1 112_m分割為η個感測組 (sensor group)Gl Gn。在其中的一個范例中，m等于50而η等于10。也就是說,第一感測組GI包括感測排112_I、112_11、112_21、112_31、112_41 ;第二感測組G2包括感測排 112_2、112_12、112_22、112_32、112_42，以此類推(請注意，為了簡明起見，圖中僅示出兩個感測組Gl與G2)。然而，這個范例的目的僅是用來說明本發(fā)明，并非用來限定本發(fā)明的范圍。也就是說，m與η可為其它任意正整數(shù)。讀取電路132逐一讀出感測組Gl G10，并接著產(chǎn)生多筆讀取數(shù)據(jù)Routl’ RoutlO’。分析電路134則分析讀取電路132所讀出的讀取數(shù)據(jù)Routl’ RoutlO’來檢測出平板140的平面的觸碰壓力。如圖2所示,兩延展性(extensive)觸碰筆(亦即具有彈性的觸碰筆)250、260被設置于二維影像傳感器110的感測區(qū)域中。延展性觸碰筆250包括彈性元件252、第一部分 254以及第二部分256。第二部分用以接觸平板140的表面，其中第二部分254經(jīng)由彈性元件252連結于第一部分256，且第二部分254可自由移動，而第二部分256具有與第一部分 254不同的光學特征。在此范例中，彈性元件252為彈簧，第一部分254由不透明材質構成， 而第二部分256則由透明材質構成。由于延展性觸碰筆260的結構和材質均與延展性觸碰筆250相同，相關說明在此不再贅述。圓柱型凹透鏡120將延展性觸碰筆250、260的影像尺寸擴大，以成像于二維影像傳感器110之上。觸碰控制器130逐一讀取感測組Gl GlO，以分別產(chǎn)生讀取數(shù)據(jù)Routl ’ RoutlO’ ο接著,觸碰控制器130依據(jù)讀取數(shù)據(jù)Routl’ RoutlO’，分析成像在二維影像傳感器110的光拒斥(light rejection)區(qū)域(亦即暗區(qū)域)以及光接收(light acceptance) 區(qū)域(亦即亮區(qū)域)，以檢測延展性觸碰筆250、260的觸碰壓力。如圖2所示，延展性觸碰筆260的觸碰壓力高于延展性觸碰筆250的觸碰壓力，是故延展性觸碰筆260成形在二維影像傳感器110上的暗區(qū)域會較延展性觸碰筆250成形在二維影像傳感器110上的暗區(qū)域來得長，而二維影像傳感器110上的暗區(qū)域可由二維影像傳感器110的感測組Gl GlO來加以感測。在此實施例中，二維影像傳感器110的幀率亦為30fps而η等于10，因此輸入裝置100的更新率可被視為300印S。請注意，在上述的范例之中，延展性觸碰筆250、260是由三個不同元件組合而成， 然而，本實施例僅用來說明本發(fā)明的精神，這并非用來限定本發(fā)明的范圍。舉例來說，延展性觸碰筆可由第一部分以及第二部分組成，其中第二部分由彈性材質構成，并連結于第一部分，用來接觸平板140的平面，而第二部分具有與第一部分不同的光學特征。同樣地，可經(jīng)由分析延展性觸碰筆成像在二維影像傳感器的光拒斥區(qū)域(亦即暗區(qū)域)以及光接收區(qū)域(亦即亮區(qū)域)，來達到檢測延展性觸碰筆的觸碰壓力的目的。請參照圖3，圖3為依據(jù)本發(fā)明另一實施例實現(xiàn)的輸入裝置300的簡圖。輸入裝置300包括(但不局限于)第一二維影像傳感器310、第二二維影像傳感器320、第一圓柱型凹透鏡330以及第一圓柱型凹透鏡340、觸碰控制器350以及平板360，其中兩平板反射器(未圖示)，例如兩面鏡子，分別設置于第一與第二二維影像傳感器310與320的相對方向的兩邊。第一二維影像傳感器310用以擷取平板360的表面上的第一場景以得到第一擷取影像。第一圓柱型凹透鏡330設置于第一二維影像傳感器310之前，用以擴大第一場景的影像尺寸，以形成于第一二維影像傳感器310之上。第二二維影像傳感器320用以擷取平板360的表面(與第一二維影像傳感器310所在的表面相同)上的第二場景以得到第二擷取影像。第二圓柱型凹透鏡340設置于第二二維影像傳感器320之前，用以擴大第二場景的影像尺寸，以形成于第二二維影像傳感器320之上?？刂破?50耦接于第一二維影像傳感器310與第二二維影像傳感器320，用以分析第一擷取影像的至少一部分與第二擷取影像的至少一部分，以檢測出平板360的平面的觸碰狀態(tài)。請注意，在此實施例中，輸入裝置300為光學觸碰裝置，第一與第二圓柱型凹透鏡330與340為用以分別將第一場景與第二場景的影像尺寸擴大并成像于第一二維影像傳感器310與第二二維影像傳感器320上的光學裝置；然而，上述范例僅用來說明本發(fā)明，并非用來限定本發(fā)明的范圍。應用其它具有擴大機能的光學裝置的設計亦落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，對其它未采用第一與第二圓柱型凹透鏡330與340或是僅采用其中之一的設計來說，如可得到大致相同的結果，其設計仍然會落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。在閱讀過上述所公開的實施例之后，本領域普通技術人員應可輕易了解輸入裝置300的操作，為簡明起見，相關敘述在此不再贅述。上述實施例僅用來說明本發(fā)明在實踐上的設計，并非用來限制本發(fā)明的范圍。本領域普通技術人員應可輕易得知，在不背離本發(fā)明的精神的前提下，對輸入裝置進行各種不同修改的設計，仍屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。圖4為依據(jù)本發(fā)明一實施例的用以檢測輸入裝置的表面的觸碰狀態(tài)的流程圖。請注意，倘若大體上可達到相同的結果，并不需要一定照圖4所示的流程中的步驟順序來進行，且圖4所示的步驟不一定要連續(xù)進行，亦即，其它步驟亦可插入其中；詳細操作步驟包括(但不限定于)步驟402 :應用二維影像傳感器來擷取輸入裝置的表面上的場景，以得到擷取影像，其中二維影像傳感器包括多個感測排。步驟404 :應用延展性裝置來接觸輸入裝置的平面，其中延展性裝置位于該場景之中。步驟406 :擴大該場景的影像尺寸，以形成于二維影像傳感器之上。步驟408 :分析該擷取影像的至少一部分，以檢測出該輸入裝置的該平面的觸碰壓力。在步驟408之中，該多個感測排被分為多個感測組以接著產(chǎn)生多筆讀取數(shù)據(jù)。接著分析這些讀取數(shù)據(jù)來檢測該輸入裝置的平面的觸碰狀態(tài)。在閱讀過前述關于圖2所示的輸入裝置100的說明之后，本領域普通技術人員應可輕易得知圖4中各個步驟的相關運作， 為簡明起見，在此不再贅述。圖5為依據(jù)本發(fā)明另一實施例的用以檢測輸入裝置的表面的觸碰狀態(tài)的流程圖。 請注意，倘若大體上可達到相同的結果，并不需要一定照圖5所示的流程中的步驟順序來進行，且圖5所示的步驟不一定要連續(xù)進行，亦即，其它步驟亦可插入其中；詳細操作步驟包括(但不限定于)步驟502 :應用第一二維影像傳感器來擷取該輸入裝置的該表面上的場景，以得到第一擷取影像，其中該第一二維影像傳感器包括多個感測排。步驟504 :應用第二二維影像傳感器來擷取該輸入裝置的該表面上的場景，以得到第二擷取影像，其中該第二二維影像傳感器包括多個感測排。步驟506 :擴大該場景的影像尺寸，以形成于該第一二維影像傳感器與該第二二維影像傳感器之上。步驟508 :分析該第一擷取影像與該第二擷取影像的至少一部分，以檢測出該輸入裝置的該平面的觸碰位置。在步驟508之中，該第一二維影像傳感器的該多個感測排以及該第二二維影像傳感器的該多個感測排被逐一讀取出來，產(chǎn)生復數(shù)筆讀取數(shù)據(jù)。接著分析這些讀取數(shù)據(jù)來檢測該輸入裝置的該平面的觸碰狀態(tài)。在閱讀過前述關于圖3所示的輸入裝置300的說明之后，本領域普通技術人員應可輕易得知圖5中各個步驟的相關運作，為簡明起見，在此不再贅述。
總結來說，本發(fā)明的各個實施例提供了一種輸入裝置以及方法來檢測該輸入裝置的平面的觸碰狀態(tài)。經(jīng)由應用二維影像檢測器以及光學裝置來將該場景的影像尺寸擴大， 以形成于該二維影像傳感器之上，該輸入裝置的觸碰狀態(tài)可經(jīng)由該二維影像檢測器的多個感測排來加以檢測。接著，本發(fā)明的其它實施例提供了一種逐排讀取的順序來增加更新率并檢測該輸入裝置的該觸碰位置。此外，該輸入裝置還配置了延展性裝置以接觸碰該輸入裝置的該平面；因此，該輸入裝置的觸碰壓力可經(jīng)由一組逐排讀取的順序來檢測出該輸入裝置的該觸碰壓力。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明權利要求所做的等同變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的覆蓋范圍。
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權利要求
1.一種用以檢測輸入裝置的表面的觸碰狀態(tài)的方法，包括應用設置于第一位置的第一二維影像傳感器，擷取所述表面上的對象的第一擷取影像；以及分析所述第一擷取影像的多條水平線以分別輸出所述對象對應于所述表面的多個第一位置。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，還包括調(diào)整觸碰區(qū)域，其中所述觸碰區(qū)域形成于所述第一二維影像傳感器上。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中所述觸碰區(qū)域應用圓柱型凹透鏡來加以調(diào)整。
4.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中所述第一二維影像傳感器包括多個感測排，每一感測排對應于所述第一擷取影像的一水平線，而分別輸出所述對象對應于所述表面的多個第一位置的步驟包括逐一讀取所述第一二維影像傳感器的所述多個感測排以產(chǎn)生多筆讀取數(shù)據(jù)；以及分析每一感測排的至少一讀取數(shù)據(jù)以輸出所述對象的所述位置。
5.根據(jù)權利要求I所述的方法，還包括應用第二二維影像傳感器來擷取第二擷取影像，其中所述第二二維影像傳感器設置于所述表面上不同于所述第一位置的第二位置；以及分析所述第二擷取影像的多條水平線以分別輸出所述對象對應于所述表面的多個第二位置。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中所述多個第一位置中的一第一位置與所述多個第二位置中相對應的一第二位置形成所述對象的一坐標。
7.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中所述對象具有第一部分以及第二部分，并可由分析所述第一擷取影像的所述第一部分來得到所述表面上的觸碰壓力，其中所述第二部分具有與所述第一部分不同的光學特征。
8.一種用以檢測輸入裝置的表面的觸碰狀態(tài)的方法，包括應用設置于第一位置的二維影像傳感器，來擷取所述表面上的對象的第一擷取影像， 其中所述對象具有第一部分以及第二部分，而所述第二部分具有與所述第一部分不同的光學特征；以及依據(jù)所述第一擷取影像中所述第一部分的垂直位置來輸出觸碰壓力。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中所述對象還包括彈性元件，所述第二部分經(jīng)由所述彈性元件連結于所述第一部分，且所述第二部分可自由移動。
10.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中所述第二部分由彈性材質構成，并連結于所述第一部分。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，還包括分析所述第一擷取影像的多條水平線以分別輸出所述對象對應于所述表面的多個第一位置。
12.—種輸入裝置，包括第一二維影像傳感器，設置于表面上的第一位置，用以擷取所述表面上的對象的第一擷取影像；以及觸碰控制器，耦接于所述第一二維影像傳感器，用以分析所述第一擷取影像的多條水平線以分別輸出所述對象對應于所述表面的多個第一位置。
13.根據(jù)權利要求12所述的輸入裝置，還包括光學透鏡，設置于所述第一二維影像傳感器前，用以調(diào)整觸碰區(qū)域，其中所述觸碰區(qū)域形成于所述第一二維影像傳感器上。
14.根據(jù)權利要求13所述的輸入裝置，其中所述光學透鏡為圓柱型凹透鏡。
15.根據(jù)權利要求12所述的輸入裝置，其中所述第一二維影像傳感器包括多個感測排，每一感測排對應于所述第一擷取影像的一水平線，而所述觸碰控制器包括讀取電路，用以逐一讀取所述第一二維影像傳感器的所述多個感測排以產(chǎn)生多筆讀取數(shù)據(jù)；以及分析電路，用以分析所述讀取電路所讀取的至少一讀取數(shù)據(jù)以輸出所述對象的所述位置。
16.根據(jù)權利要求12所述的輸入裝置，還包括第二二維影像傳感器，設置于所述表面上不同于所述第一位置的第二位置，且耦接于所述觸碰控制器，用以擷取第二擷取影像；其中所述觸碰控制器分析所述第二擷取影像的多條水平線以分別輸出所述對象對應于所述表面的多個第二位置。
17.根據(jù)權利要求16所述的輸入裝置，其中所述多個第一位置中的一第一位置與所述多個第二位置中相對應的一第二位置形成所述對象的一坐標。
18.根據(jù)權利要求12所述的輸入裝置，其中所述對象具有第一部分以及第二部分，并可由分析所述第一擷取影像的所述第一部分來得到所述表面上的觸碰壓力，其中所述第二部分具有與所述第一部分不同的光學特征。
19.一種輸入裝置，包括對象，具有第一部分以及第二部分，其中所述第二部分具有與所述第一部分不同的光學特征；二維影像傳感器，設置于表面的第一位置，用以擷取所述表面上的所述對象的第一擷取影像；以及觸碰控制器，耦接于所述二維影像傳感器，用以分析所述第一擷取影像中所述第一部分的垂直位置來輸出觸碰壓力。
20.根據(jù)權利要求19所述的輸入裝置，其中所述對象還包括彈性元件，所述第二部分經(jīng)由所述彈性元件連結于所述第一部分，且所述第二部分可自由移動。
21.根據(jù)權利要求19所述的輸入裝置，其中所述第二部分由彈性材質構成，并連結于所述第一部分。
22.根據(jù)權利要求19所述的輸入裝置，其中所述觸碰控制器還分析所述第一擷取影像的多條水平線以分別輸出所述對象對應于所述表面的多個第一位置。
全文摘要
本發(fā)明公開用以檢測輸入裝置的表面觸碰狀態(tài)的方法及相關輸入裝置，其中用以檢測輸入裝置的表面的觸碰狀態(tài)的方法，包括應用設置于第一位置的第一二維影像傳感器，擷取所述表面上的對象的第一擷取影像；以及分析所述第一擷取影像的多條水平線以分別輸出所述對象對應于所述表面的多個第一位置。
文檔編號G06F3/041GK102609124SQ201110303400
公開日2012年7月25日 申請日期2011年10月9日 優(yōu)先權日2010年10月31日
發(fā)明者劉智民, 周益成 申請人:英屬開曼群島商恒景科技股份有限公司