TWI470511B - 雙模輸入裝置 - Google Patents

Description

雙模輸入裝置

本發明關於一種輸入裝置，尤指一種光學觸控輸入裝置。

隨著觸控技術發展成熟，各種觸控已廣泛運用於觸控顯示系統中，不同於早期輸入需使用獨立的鍵盤或滑鼠，提昇使用者使用電子裝置的便利性。目前觸控顯示螢幕尺寸越來越大，提供使用者較舒適的觀看條件，然而當使用者需實施觸控操作時，使用者需靠近螢幕，造成使用者觸控時不便觀看整個畫面，對使用者與系統間的互動造成一定程度的不便。此外，若使用者欲對大範圍的區域進行觸控操作亦顯得不便。對於大區域觸控操作的不便，目前已有利用使用者於空間中的手勢影像作為輸入之系統，藉此使用者得以於適當的距離觀看螢幕的同時，輕鬆地以手勢執行大區域的輸入操作，但對於手勢輸入，其控制精確度相對地可能不足，尤其是於進行小區域輸入操作的情境下，例如移動、小圖示的點選等，造成移動定位不佳、圖示誤選等問題。由於目前無論以觸控或手勢輸入的互動顯示系統中，皆有各自實體上獨立架構，因此於實作上，此類互動顯示系統多僅擇一輸入架構配置，使得目前互動顯示系統僅能適於單一輸入模式，難以兼顧輸入操作的方便性及精確度。

鑑於先前技術中的問題，本發明的目的之一在於提供一種雙模輸入裝置，利用同一影像擷取裝置以擷取面板前方觸控影像及手勢 影像，故能滿足觸控輸入及手勢輸入之需求，突破習知互動顯示系統無法僅利用實體單一的輸入架構實現兩種輸入模式的限制。

本發明之一雙模輸入裝置包含一面板、一影像感測元件、一光調制元件及一處理模組。該面板前方定義一觸碰輸入空間及一手勢輸入空間，該觸碰輸入空間位於該面板及該手勢輸入空間之間。該光調制元件朝向該觸碰輸入空間及該手勢輸入空間設置於該影像感測元件之上，使得該影像感測元件能透過該光調制元件同時感測關於該觸碰輸入空間內之一第一影像及關於該手勢輸入空間內之一第二影像。該處理模組與該影像感測元件電連接並處理該第一影像及該第二影像至少其中之一以決定出一輸入資訊。於實際應用上，該第一影像可為使用者於該面板上之觸控影像，該第二影像可為使用者於該面板前方一定距離處之手勢影像。因此，本發明之雙模輸入裝置可接受使用者之觸控操作及手勢操作作為輸入之依據，突破習知互動顯示系統僅能接受單一輸入模式的限制，並進一步增加互動輸入設計的彈性並可兼顧輸入操作的方便性及精確度。

本發明之另一雙模輸入裝置包含一面板、一影像擷取裝置及一處理模組。該面板前方定義一觸碰輸入空間及一手勢輸入空間，該觸碰輸入空間位於該面板及該手勢輸入空間之間。該影像擷取裝置設置於該面板之周圍並能相對該面板轉動。該處理模組與該影像擷取裝置電連接並根據一切換機制控制該影像擷取裝置轉動以能選擇地擷取關於該觸碰輸入空間內之一第一影像或關於該手勢輸入空間內之一第二影像以決定出一輸入資訊。同樣地，本發明之雙模輸入裝置可接受使用者之觸控操作及手勢操作作為輸入之依據，突破習 知互動顯示系統僅能接受單一輸入模式的限制。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

請參閱第1圖及第2圖，第1圖為本發明根據一較佳具體實施例之雙模輸入裝置1之前視配置示意圖，第2圖為雙模輸入裝置1局部之側視配置示意圖。雙模輸入裝置1包含一面板12、二影像擷取裝置14a、14b及一處理模組16。面板12係一顯示面板，但本發明不以此為限。面板12前方定義一觸碰輸入空間12a及一手勢輸入空間12b(以影線表示於第2圖中)，觸碰輸入空間12a位於面板12及手勢輸入空間12b之間。影像擷取裝置14a與影像擷取裝置14b結構相同並對稱設置，以下僅就影像擷取裝置14a說明。影像擷取裝置14a包含一影像感測元件142及一光調制元件144。光調制元件144朝向觸碰輸入空間12a及手勢輸入空間12b設置於影像感測元件142之上，使得影像感測元件142能透過光調制元件144同時感測關於觸碰輸入空間12a內之一第一影像及關於手勢輸入空間12b內之一第二影像。處理模組16與影像感測元件142電連接(以虛線表示)，處理模組16處理該第一影像及該第二影像至少其中之一以決定出一輸入資訊，例如物件(例如滑鼠游標)移動、點擊物件(例如圖示)、其他具有作用之軌跡(例如物件放大、縮小、旋轉)等。

於本實施例中，當雙模輸入裝置1處於觸控模式時，處理模組16將處理該第一影像以作為輸入資訊，該第一影像即使用者的手指於面板12上的位置影像。該位置影像的解析及其所需之硬體配置隨 使用不同的觸控技術而有所不同，於本實施例中，雙模輸入裝置1採用兩個影像擷取裝置14a、14b及三個棒狀光源13a、13b、13c(例如以點光源加導光棒實作)，可解析多點觸碰位置，但本發明不以此為限。補充說明的是，該第一影像係擷取自觸碰輸入空間12a內的影像，而非手指與面板12實際的接觸形成的影像，因此於實作上，該第一影像有效的擷取不以手指實際接觸面板12為限。另外，於實作上，單一位置影像可形成觸控點位置，連續的位置影像則可形成軌跡的輸入態樣，此為光學觸控領域所習知者，不另贅述。

當雙模輸入裝置1處於手勢輸入模式時，處理模組16將處理該第二影像以作為輸入資訊，該第二影像即使用者的手指於手勢輸入空間12b內的影像。原則上，空間中影像可僅由單一影像擷取裝置擷取，於本實施例中，影像擷取裝置14a、14b均可擷取手勢輸入空間12b內的影像，處理同時擷取的影像可獲得影像深度資訊；但本發明不以此為限。補充說明的是，於習知光學觸控技術中，該第一影像多一維的線影像；相對於該第一影像，該第二影像為二維影像，故可包含更多的資訊，例如使用者的手勢、骨架或身體其他特定部位的影像，單一張影像即可有豐富輸入態樣，連續的影像亦可包含軌跡的輸入態樣。

如第2圖所示，光調制元件144包含一第一鏡頭1442及一第二鏡頭1444，影像感測元件142包含一光感測單元，例如CMOS，但不以此為限。該光感測單元具有一第一感測區域1422及一第二感測區域1424，分別對應第一鏡頭1442及第二鏡頭1444。該光感測單元以第一感測區域1422透過第一鏡頭1442感測關於觸碰輸入空間 12a內之該第一影像，該光感測單元以第二感測區域1424透過第二鏡頭1444感測關於手勢輸入空間12b內之該第二影像。於本實施例中，第一鏡頭1442之光軸(以鏈線表示於第2圖中)平行於面板12的表面(即觸控表面)，光調制元件144包含一反射面1446，用以將來自的第一鏡頭1442的光線反射至影像感測元件142之第一感測區域1422。而第二鏡頭1444則直接正對第二感測區域1424設置，於實作上，第二鏡頭1444可採用大視角的鏡頭，例如魚眼鏡頭，以能擷取到關於手勢輸入空間12b內的影像，但本發明不以此為限。例如於實作上，第二鏡頭1444亦可搭配一反射面而傾斜設置，有助於抑制像差對解析影像的影響。另外，補充說明的是，於本實施例中，影像感測元件142採用單一光感測單元，但本發明不以此為限。如第3圖所示，於另一實施例中，影像感測元件143採用兩個獨立的第一光感測單元1432及第二光感測單元1434，分別對應第一鏡頭1442及第二鏡頭1444，第一光感測單元1432透過第一鏡頭感測關於觸碰輸入空間12a內之該第一影像，第二光感測單元1434透過第二鏡頭1444感測關於手勢輸入空間12b內之該第二影像。

於本實施例中，由於影像感測元件142可同時感測兩處(即觸碰輸入空間12a及手勢輸入空間12b)的影像，故於實作上，處理模組16可直接透過分析該第一影像及該第二影像以決定雙模輸入裝置1處於何種輸入模式。例如，當該第一影像係一無效用的影像時，雙模輸入裝置1可視為處於手勢輸入模式，處理模組16處理該第二影像以決定出該輸入資訊；當該第二影像係一無效用的影像時，雙模輸入裝置1可視為處於觸控模式，處理模組16處理該第一影像以決 定出該輸入資訊。甚至是當該第一影像及該第二影像均屬有效時，雙模輸入裝置1可視為處於混合輸入模式，處理模組16同時解析該第一影像及該第二影像以決定出該輸入資訊，此可更豐富輸入態樣。

於前述實施例中，影像擷取裝置14a利用兩個鏡頭1442、1444分別擷取關於觸碰輸入空間12a及手勢輸入空間12b內之影像，但本發明不以此為限。請參閱第4圖，其為根據另一實施例之影像擷取裝置15之側視示意圖。影像擷取裝置15包含一影像感測元件152及一光調制元件154，光調制元件154對應影像感測元件152設置並包含單一魚眼鏡頭1542，影像感測元件152即能透過魚眼鏡頭1542同時感測關於觸碰輸入空間12a內之該第一影像及關於手勢輸入空間12b內之該第二影像。基於光學成像原理，該第一影像及該第二影像對應影像感測元件152之區域係可區分的，故前述關於解析影像擷取裝置1擷取之影像以決定出該輸入資訊之說明，於此亦有適用。

請參閱第5圖及第6圖，第5圖為本發明根據另一較佳具體實施例之雙模輸入裝置3之前視配置示意圖，第6圖為雙模輸入裝置3局部之側視配置示意圖。雙模輸入裝置3包含一面板32、二影像擷取裝置34a、34b及一處理模組36。面板32係一顯示面板，但本發明不以此為限。面板32前方定義一觸碰輸入空間32a及一手勢輸入空間32b(以影線表示於第6圖中)，觸碰輸入空間32a位於面板32及手勢輸入空間32b之間。影像擷取裝置34a與影像擷取裝置34b結構相同並對稱設置，以下僅就影像擷取裝置34a說明。影像擷取裝置34a設置於面板32之周圍並能相對面板32轉動，於本實施例 中，影像擷取裝置34a係利用與其連接之一馬達35以能相對面板32轉動，但本發明不以此為限。處理模組36與影像擷取裝置34a及馬達35電連接，處理模組36控制馬達35驅動影像擷取裝置34a轉動以能選擇地擷取關於觸碰輸入空間32a內之一第一影像或關於手勢輸入空間32b內之一第二影像以決定出一輸入資訊。由於雙模輸入裝置3與雙模輸入裝置1之配置邏輯上大致相同，故關於雙模輸入裝置3其他說明可參閱前述雙模輸入裝置1之相關說明，不另贅述。

於本實施例中，由於影像擷取裝置34a同一時間內僅能於觸碰輸入空間32a及手勢輸入空間32b之中擇一擷取影像，因此於實作上，處理模組36將根據一切換機制來切換雙模輸入裝置3之輸入模式。於本實施例中，雙模輸入裝置3包含一感測器38，鄰近面板32設置(例如中間上方的位置)並與處理模組36電連接。感測器38能感測關於位於觸碰輸入空間32a或手勢輸入空間32b內之一物體(例如使用者的手或身體等)之一感測信號。若處理模組36判斷該感測信號符合一判斷標準，處理模組36則相應地控制影像擷取裝置34a，即控制馬達35旋轉以使影像擷取裝置34a能擷取關於觸碰輸入空間32a內之該第一影像或關於手勢輸入空間32b內之該第二影像。藉此，實現該切換機制。

於一實際應用中，感測器38可為一距離感測器，例如利用紅外線、無線電波、聲納等技術感測距離，故該感測信號係基於關於該物體之一距離。若處理模組36判斷該感測信號大於一第一預定值(例如一個手臂長，約30公分)，處理模組36控制影像擷取裝置34a 以能擷取關於手勢輸入空間32b內之該第二影像。換言之，當雙模輸入裝置3處於觸控模式時，處理模組36控制影像擷取裝置34a轉動以使雙模輸入裝置3處於手勢輸入模式；當雙模輸入裝置3處於手勢輸入模式時，處理模組36維持影像擷取裝置34a攝影角度以使雙模輸入裝置3持續處於手勢輸入模式。

同樣地，若處理模組36判斷該感測信號小於一第二預定值(例如2公分)，處理模組36控制影像擷取裝置34a以能擷取關於觸碰輸入空間32a內之該第一影像。換言之，當雙模輸入裝置3處於手勢輸入模式時，處理模組36控制影像擷取裝置34a轉動以使雙模輸入裝置3處於觸控模式；當雙模輸入裝置3處於觸控模式時，處理模組36維持影像擷取裝置34a攝影角度以使雙模輸入裝置3持續處於觸控模式。補充說明的是，於實作上，前述第一預定值及第二預定值亦可相同。

於另一實際應用中，感測器38可為一溫度感測器，故該感測信號係基於關於該物體之一溫度。若處理模組36判斷該感測信號小於一第三預定值，處理模組36控制影像擷取裝置34a以能擷取關於手勢輸入空間32b內之該第二影像。換言之，當雙模輸入裝置3處於觸控模式時，處理模組36控制影像擷取裝置34a轉動以使雙模輸入裝置3處於手勢輸入模式；當雙模輸入裝置3處於手勢輸入模式時，處理模組36維持影像擷取裝置34a攝影角度以使雙模輸入裝置3持續處於手勢輸入模式。

同樣地，若處理模組36判斷該感測信號大於一第四預定值，處理模組36控制影像擷取裝置34a以能擷取關於觸碰輸入空間32a內 之該第一影像。換言之，當雙模輸入裝置3處於手勢輸入模式時，處理模組36控制影像擷取裝置34a轉動以使雙模輸入裝置3處於觸控模式；當雙模輸入裝置3處於觸控模式時，處理模組36維持影像擷取裝置34a攝影角度以使雙模輸入裝置3持續處於觸控模式。補充說明的是，於實作上，前述第三預定值及第四預定值亦可相同。此外，於實作上，若同時考慮環境溫度的影像，則感測器38亦可感測環境溫度，且前述感測信號為物件的感測溫度與環境溫度的差值。

於前述說明中，該切換機制係利用感測器38之感測功能觸發，但本發明不以此為限。例如，於雙模輸入裝置3處於手勢輸入模式時，影像擷取裝置34a可擷取出關於手勢輸入空間32b內之一單一輸入影像，處理模組36自該單一輸入影像解析出影像內容資訊，當處理模組36判斷此單一輸入影像(或此影像內容資訊)符合一前景比例要求或一前景配置要求時，處理模組36控制影像擷取裝置34a轉動以能擷取關於觸碰輸入空間32a內之影像，亦即雙模輸入裝置3自手勢輸入模式切換至觸控模式。其中，前景比例可為使用者影像於輸入影像中所佔區域比例，前景配置可為使用者影像於輸入影像中之配置情形，包含使用者骨架的態樣。於此例中，該切換機制直接利用影像擷取裝置34a本身的功能觸發，可減少感測器38的設置成本。

另外，於述實施例中，該切換機制係雙模輸入裝置3自動完成，但本發明不以此為限。實作上，該切換機制可由使用者之輸入行為來觸發。例如於雙模輸入裝置3處於觸控模式時，使用者可於觸碰輸入空間32a內對雙模輸入裝置3進行觸控操作，影像擷取裝置34a 則對應地擷取出一序列的輸入影像，每一個輸入影像均包含觸控位置的資訊，處理模組36自該序列的輸入影像解析出輸入資訊，當處理模組36判斷此輸入資訊符合一預定軌跡或一點擊順序時，處理模組36控制影像擷取裝置34a轉動以能擷取關於手勢輸入空間32b內之影像，亦即雙模輸入裝置3自觸控模式切換至手勢輸入模式。

另一方面，於雙模輸入裝置3處於手勢輸入模式時，使用者可於手勢輸入空間32b內對雙模輸入裝置3進行手勢輸入操作，影像擷取裝置34a亦對應地擷取出一序列的輸入影像，處理模組36自該序列的輸入影像解析出輸入資訊，例如影像中使用者骨架(例如手臂)的移動速度，當處理模組36判斷此輸入資訊符合前景移動速度要求時，處理模組36控制影像擷取裝置34a轉動以能擷取關於觸碰輸入空間32a內之影像，亦即雙模輸入裝置3自手勢輸入模式切換至觸控模式。補充說明的是，於實作上，雙模輸入裝置3將先判斷輸入資訊是否為切換機制之觸發輸入，若否，雙模輸入裝置3則將此輸入資訊作為一般輸入，回饋至應用程式。

於利用使用者之輸入行為觸發切換機制之情形中，實作上亦得於面板32(例如顯示面上)顯示一圖示40(如第5圖所示)，使用者可藉由點擊此圖示40以觸發切換機制，亦即當處理模組36判斷圖示40被點擊時，雙模輸入裝置3之輸入模式切換，處理模組36控制影像擷取裝置34a轉動以能擷取關於觸碰輸入空間32a內或關於手勢輸入空間32b內之影像。換言之，當使用者點擊圖示40，雙模輸入裝置3即從手勢輸入模式切換為觸控模式，或從觸控模式切換為手勢輸入模式。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

1、3‧‧‧雙模輸入裝置

12、32‧‧‧面板

15‧‧‧影像擷取裝置

16、38‧‧‧處理模組

12a、32a‧‧‧觸碰輸入空間

12b、32b‧‧‧手勢輸入空間

13a、13b、13c‧‧‧棒狀光源

14a、14b、34a、34b‧‧‧影像擷取裝置

35‧‧‧馬達

38‧‧‧感測器

40‧‧‧圖示

142、143‧‧‧影像感測元件

152‧‧‧影像感測元件

154‧‧‧光調制元件

144‧‧‧光調制元件

1422‧‧‧第一感測區域

1424‧‧‧第二感測區域

1432‧‧‧第一光感測單元

1434‧‧‧第二光感測單元

1442‧‧‧第一鏡頭

1444‧‧‧第二鏡頭

1446‧‧‧反射面

1542‧‧‧魚眼鏡頭

第1圖為本發明根據一較佳具體實施例之雙模輸入裝置之前視配置示意圖。

第2圖為第1圖中雙模輸入裝置局部之側視配置示意圖。

第3圖為根據另一實施例之影像擷取裝置之側視示意圖。

第4圖為根據另一實施例之影像擷取裝置之側視示意圖。

第5圖為本發明根據另一較佳具體實施例之雙模輸入裝置之前視配置示意圖。

第6圖為第5圖中雙模輸入裝置局部之側視配置示意圖。

12‧‧‧面板

12a‧‧‧觸碰輸入空間

12b‧‧‧手勢輸入空間

14a‧‧‧影像擷取裝置

142‧‧‧影像感測元件

144‧‧‧光調制元件

1422‧‧‧第一感測區域

1424‧‧‧第二感測區域

1442‧‧‧第一鏡頭

1444‧‧‧第二鏡頭

1446‧‧‧反射面

Claims (9)

1. 一種雙模輸入裝置，包含：一面板，其前方定義一觸碰輸入空間及一手勢輸入空間，該觸碰輸入空間位於該面板及該手勢輸入空間之間；一影像感測元件；一光調制元件，朝向該觸碰輸入空間及該手勢輸入空間設置於該影像感測元件之上，使得該影像感測元件能透過該光調制元件同時感測關於該觸碰輸入空間內之一第一影像及關於該手勢輸入空間內之一第二影像；以及一處理模組，與該影像感測元件電連接，該處理模組處理該第一影像及該第二影像至少其中之一以決定出一輸入資訊。
2. 如請求項1所述之雙模輸入裝置，其中該光調制元件包含一第一鏡頭及一第二鏡頭，該影像感測元件透過該第一鏡頭感測關於該觸碰輸入空間內之該第一影像，該影像感測元件透過該第二鏡頭感測關於該手勢輸入空間內之該第二影像。
3. 如請求項2所述之雙模輸入裝置，其中該第一鏡頭之光軸平行於該面板，該光調制元件包含一反射面，用以將來自的該第一鏡頭的光線反射至該影像感測元件。
4. 如請求項2所述之雙模輸入裝置，其中該影像感測元件包含一第一光感測單元及一第二光感測單元，分別對應該第一鏡頭及該第二鏡頭，該第一光感測單元透過該第一鏡頭感測關於該觸碰輸入空間內之該第一影像，該第二光感測單元透過該第二鏡頭感測關 於該手勢輸入空間內之該第二影像。
5. 如請求項2所述之雙模輸入裝置，其中該影像感測元件包含一光感測單元，該光感測單元具有一第一感測區域及一第二感測區域，分別對應該第一鏡頭及該第二鏡頭，該光感測單元以該第一感測區域透過該第一鏡頭感測關於該觸碰輸入空間內之該第一影像，該光感測單元以該第二感測區域透過該第二鏡頭感測關於該手勢輸入空間內之該第二影像。
6. 如請求項1所述之雙模輸入裝置，其中該光調制元件包含一魚眼鏡頭，該影像感測元件能透過該魚眼鏡頭同時感測關於該觸碰輸入空間內之該第一影像及關於該手勢輸入空間內之該第二影像。
7. 如請求項1所述之雙模輸入裝置，其中當該第一影像係一無效用的影像時，該處理模組處理該第二影像以決定出該輸入資訊。
8. 如請求項1所述之雙模輸入裝置，其中當該第二影像係一無效用的影像時，該處理模組處理該第一影像以決定出該輸入資訊。
9. 如請求項1所述之雙模輸入裝置，其中該面板係一顯示面板。