TW201245656A - Detecting method and apparatus - Google Patents
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Description
201245656 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係為-種感測方法與裝置,特別是應用於 體之位置之感測方法與裝置。 【先前技術】 、當前的觸控裝置可以依據其工作原理的不同而區分為電 阻式觸控、電容式觸控、光學式馳等_,射光學式觸控 具有觸感輕、材料成本低等優點。 工 簡單來說,光學式觸控的作法是利用光源接收遮斷原理, 在觸控面板的周圍或底部設置光源與感測單元,#辆、投射之 出射光線遭遮斷時,代表使用者正在進行觸控操作,並因此導 致光源所發出的出射光線無法沿著原本的出射方向前進,而感 測單元則對應此種遮斷現象而傳送相㈣之信料信號相連 之處理電路,進而判斷出觸控點的位置。 請參見第-圖,其係習用技術將光學感測作法應用於觸控 系統之不意圖。此種觸控系統10包含:底板1〇1、分別設置 於底板1G1之左上方角落與右上方祕的第―影像感測模組 103、第二影像感測模組刚、信號連接於第一影像感測模組 103與第二影像感測模組1〇4的處理電路1〇6,以及設置在底 板101翻之反射元件102。其中該等影像感測模組係用以榻 取觸控區域107内的影像,而處理電路1〇6則是根據該等影像 感測模組擷取到的影像計算出待測物體u在觸控區域1〇7的 位置。 在第-圖中,觸控系、统10係利用影像感測模組發出紅外 光而照射至待測物體11與反射元件1〇2後,再經紅外光照射 201245656 Ιΐΐίί像來判斷待測物體11的位置,影像感測模組接收 像可被區分為兩個部份,分別是透過反射元件ι〇2而 、、#’此部份在影像中形成亮度較高 的亮區(bright 職)’=及因為待測物體11遮蔽所形成的暗區。 易=之’以習用技術為基礎的觸控系統10藉由反射元件 2在衫像巾所形成的亮區來搭配待測物體 11所形成的暗區 因此反射70件102在底板1G1所構成的範難當於觸控 糸統1〇所能提供的觸控區域1〇7。換言之,當使用者利用手 才曰或觸控筆等待測物體u進行觸控操作時,其觸控區域浙 必須被限制在反射元件102所區隔出的範圍内。 由於習用技術所使用的觸控***10必須使用反光元件 102產生的壳區作為判斷待測物體n位置的參考,這也使得 習用技術產生以下的缺失: 嫌首先,由於底板101與反射元件1〇2佔有一定體積而不易 攜帶,因此觸控區域必須受到底板101與反射元件102的實體 尺寸之限制而被限制其使用環境。其次,底板101與反射元件 102的使用也代表額外的製造成本,因此習用技術的作法將使 觸控裝置的單價提升許多而有待改進。換言之,習用技術的作 法對可攜式電子裝置等應用將造成製造與使用時很大的限制。 如别所述,習用技術中的觸控裝置藉由反射元件102將入 射光線(如紅外光)反射至觸控區域107後,透過第一影像感測 模組103與第二影像感測模組104操取觸控區域107内的影 像,接著再以第一影像感測模組103與第二影像感測模組1〇4 所操取到的影像為基礎’利用處理電路106來計算出觸控點的 座標’但是這樣的作法必須使用以回復反射材質 (retro-reflective material)製成的反射元件102而使生產成本提 4 201245656 高、觸控區域受到限制。 【發明内容】 本發明的目的就是在提供一種感測方法,應用於感測一物 體之位置,該感測方法包含以下步驟:驅動一光源產生一平面 光;該物體反射該平面光而形成一反射光分佈;以及根據該反 射光分佈而估計出該物體與該光源間之一相對距離。 本發明的再一目的是提供一種感測裝置,應用於感測一物 體之位置,該感測裝置包含:一光源,其係產生一平面光;以 及一第一感測單元,設置於該光源之一側,該第一感測單元係 根據一反射光分佈而估計出該物體與該光源間之一相對距 離,其中該反射光分佈係由該物體反射該平面光而形成。 在本發明的較佳實施例中,上述之感測方法中,該光源係 為一雷射光源或一發光二極體光源。 f本發明的較佳實施例中,上述之感測方法中,該光源係 發出一出射光線,而驅動該光源產生該平面光之步驟係包含: ,出射光線魏—柱狀鏡而產生該平面光;或該出減線透過 可轉動之一微機電反射鏡而產生該平面光。 ,本發明的較佳實施例中,上述之感測方法中,根據該反 分佈而估計出該物體與該光源間之該相對距離之步驟係 下步驟:取得包含該反射光分佈之一第一影像;以及根 ^第一影像中對應於該反射光分佈之複數個像素而得出一 第—位置參數。 一在本發明的較佳實施例中,上述之感測方法中,得出該第 係包^;_第—影財對應㈣反射光分 要文個像素進行一質心位置計算而得出該第一位置參 201245656 數;以及根據一參考紀錄與該第一位置參數而估計出該物體與 該光源間之該相對距離。 在本發明的較佳實施例中,上述之感測方法中,該參考記 錄係包含複數個參考位置參數,而該等參考位置參數透過—設 定流程將一待測物體移動至與該光源間分別相距為複數個預 設之相對距離’並對該待測物體所反射該平面光而形成之複數 個參考反射光分佈分別進行該質心位置計算而得出。 在本發明的較佳實施例中,上述之感測方法中,該質心位 置計算係指將該等像素上之亮度作為該等像素所對應之權 重搭配該等像素在該第一影像之位置、該等像素之個數進行 計算。 在本發明的較佳實施例中,上述之感測方法更包含以下步 驟:取得包含—反射光分佈之—第二影像;以及根據該第二^ =中對應於該反射光分佈之複數個像素而得出一第二位置來 /在本發明的較佳實施例中’上述之感測方法中, 係分別透過ϋ測單元與—第二制單元得出,其中= 感測單元係分別設置於該光源之兩側。 八^ 一在本發明的較佳實施例中,上述之感測方法中,該第一感 測單元與該第二感測料㈣直方向麟㈣級所在之^ 平面所分別形成之距離相異。 在本發明的較佳實施例中,上述之感測方法中,根據該反 射光分佈而估計出該物體與該光源間之該相對距離之步驟係 包含以下步驟:得出該物體在-第―時點與該光源間之—第;; 相對距離;得出該物體在一第二時點與該光源間之一第二相對 距離;以及根據該第-相對距離與該第二相對距離而^該物 201245656 體在該第一時點與該第二時點間之移動。 =發明的又-目的是提供^種-種_裝 -物體之位置,該感測裝置包含光源,其係產生一平面光· 感測衫,設置於該光源之—側,該感尋元係根據— 反射光分佈而估計出該物體與該感測單元間之一相 ,其 中該反射光分佈係由該物體反射該平面光而形成’ 八 f 2明的較佳實施例中,上述之感㈣^,該光_ 為一雷射光源或一發光二極體光源。 發出在佳實施上述之感測裝置中,該光源係 發出一出射先線,而該出射光線係透過―枝 之-微機電反射飾產生該平面光。m…轉勁 在本發明的較佳實施例中,上述之感測楚 含:一_ 接於該第_感測單元,其 光分佈之一第一影像,並由該第-影像中 對應於該反射先分佈之複數個像素而得出一第—位置參數。 在本發明的較佳實施例中,上述之感測u更包^: =兀號連接於該控鮮元,其係提供—參考紀錄予該於 ίΐϊ個=制單元雜第—影像巾對齡敍射光分佈 複數個像素進订—f錄置計算*得出該第 根據該參考紀錄與該第一位置參數 ^ 、 間之該相對距離。 u而估#該物體與該光源 錄在發明的她實蘭中,上述之感崎置巾,該參考記 數個參考位置參數,而該尊參考位置參數透過―: 物11軸絲誠關分卿距為複數個預 亏反射先刀佈77獅行該質錄置計算而得出。 201245656 在本發明的較佳實施例中,上述之感測裝置中,該質心位 置計算係指將該等像素上之亮度作為該等像素所對應之權 重三搭配該等像素在該第一影像之位置、該等像素之個^進行 計算。 在本發明的較佳實施例中,上述之感測裝置更包含:一第 二感測單元,信號連接於該控制單元,該第二感測單元係根據 一反射光分佈而估計出該物體與該光源間之該相對距離,其中 該反射光分佈係由該物體反射該平面光而形成。 在本發明的較佳實施例中,上述之感測裝置中,該第一感 測單元與該第二感測單元係分別設置於該光源之兩側。〜 在本發明的較佳實施例中,上述之感測装置中,該第一咸 測單元與該第二感測單元在垂直方向與該出射光線所在之^ 平面所分別形成之距離相異。 在本發明的較佳實施例中,上述之感測裝置,其中更包 3. 5 周整單元,設置於該第一感測單元與該第二感測單元 間,其係使該等感測單元在水平方向所形成之間距動\態調整。 一在本發明的較佳實施例中,上述之感測裝置中,該控制單 元係於一第一時點得出該物體與該光源、該 = :第:相對距離,於一第二時點得出該物體與該光== 感測早兀間之一第二相對距離,並根據該第— :柏對距離而判斷該物體在該第一時點與該第二 傳 電連接於該感測單元,其係將該感測畫面傳送至愈該 連接之—洲主機,並將職體_光源間之該 相對距離轉換為一游標顯示。 在本發明的較佳實施例中,上述之感測裝置更包含:一 8 201245656 、—在本發明的較佳實施例中,上述之感測裝置,其中該平面 =疋義之一感測區域係位於一實體觸控平面或一立體操作平 本發明因採用第一感測單元感測該平面光在該物體所產 生之平面光分佈而得出該物體與該光源、該第一感測單元間之 相對距離,因此可關斷該物體在不同時點之位置變化。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易 董’下文特舉較佳實施例,並配合所關式,作詳細說明如下。 【實施方式】 為了改善習用技術因為使用反射元件1〇2所造成的缺 失,本案發明人於我國專射請第,丨17㈣號提出了利用反 ίίΓ!而取得觸控位置變化的作法’以下利用第二圖⑷⑻ 對該作法進行闡釋。 请參見第二圖⑷,其係一種改善制技術使用反射元件與 之作法改以分设兩處之影像感測器而擷取觸控待測物體 衫像並判斷觸控待測物體的位置之示意圖。 ^卜觀來看’此種作法與制技侧樣使用了第—影像感 =旲’、且03、第二影像感測模組2〇4與處理電路如6 ,但是其 =第#像感測模也2〇3與第二影像感測模组辦因為内部 構影像的原理與制技解同,因此 使用 兀件與底板。 簡單來說’此種作法係對包含制物體21本身產生的反 反射影像進行處理,而不需要利甩反光元件所產生的亮 目的疋為了取得包含反射光影像之特徵資料,如:待測 1影像之面積、長寬比、邊界、色彩、亮度等參數後, 201245656 再依據這些影像資料或影像之特徵資料來計算出待測物體2i 的位置。 在第二圖(a)中,第一影像感測模組2〇3沿著第一感測路徑 (Π來感測待測物體21的位置,而第二影像感測模組2〇4則沿 著第二感測路徑d2來感測待測物體21的位置,因此,只要處 理電路206能取得該等感測路徑的直線方程式,並計算出這些 感測路径的父點,就能得出待測物體21的位置。 請參見第二_),其係在第二圖⑷中的第二影像感測模 組之内部構造示意圖。由第二圖⑼可以看出,第二影像感測 模組204包含:影像感測器綱、尸、能讓紅外光通過的紅外 光濾光裝置2042、紅外光發射裝置2〇43、光學鏡片2〇44、光 學鏡片組2045。而第-影像感測模组2〇3的内部構造與第二 影像感測模組204相當類似,差異僅在紅外光發射裝置2〇43 與光學鏡>ί 2044二者相對於其他元件之相對距離。 此種作法透過第一影像感測模組加與第二影像感測模 、’且2〇4擷,付包含觸控待測物體反射紅外光之影像,該等 f像感測器所取得之包含反射影像的影像資料可以直接傳給 處理或利用第—影像感測模組203與第二影像 t ^片二4進行前置處理後’再將感測而得的信號、資訊傳 迗至處理電路2〇6。 朵,作法直接利用待測物體21表面所形成的反射 、+由M g — ^ 了習用技術必須使用反射元件的缺失,然而此作 用紅外光測模組2〇3與第二影像感測模組綱均需使 ,因此本案提出了更為簡便的作法,減少了 言m :光發射裝置的個數’更進一步降低生產成本。 月' 一圖(a),其係本發明所提出利用反射光分佈而估 201245656 計待測物體之位置的觸控感測方法之流程圖。簡單來說,本發 明所提出的感測方法包含以下步驟:驅動光源產生平面光(步 驟S31),待測物體反射平面光而形成反射光分佈(步驟S33); 以及根據反射光分佈而估計出待職體與光 (步驟S35)。 簡早來說,本發㈣縣是以單—織源搭配影像感測模 組使用’透過影像_模組取得包含制物體之反射光分佈的 影像後,再_這些影像觸出待_體的位置。而此處的光 源可以是-個點光源,因此如:雷射光、發光二極體 (hght-emitting diode,簡稱為LED)等均可作為發生出射光 線的光源。 較佳的方式是_肖眼看*到但制單元可以感測得到 的紅外線(Infrared,_為IR)雷射二極離D)或是發光二 極體(LED)作為光源,亦即波長大於78〇nm波的長的光源為 佳:如850nm波長或是940nm波長,即便待測物體的材質 不同’也不會影料反射亮度。再者,若待測物體的顏色為深 $,則在待測物體上所形成的反射光會略暗,但在光源本身的 亮度很高且集中的情形下’待測物體顏色對於反射光分佈的影 響並不大。 在步驟S31中’驅動光源產生平面光之步驟可以選擇性的 將出射光線透過一個繞射光學元件(Diffractive 〇ptical
Element)(如··柱狀鏡)而產生平面光;或將出射光線透過 一個微機電反射鏡(micro-electromechanical systems mirror, 間稱為MEM Mirror )而產生。 倘若光源所產生的出射光線經過的是繞射光學元件(如: 柱狀鏡)時,便可直接產生平面光;另一方面,若使用的是微 11 201245656 度之平面光來搭配本發明時較適合,: 峨罐舰靖== 源時’由於f射光的光束較為集中,因 ^生的平面光也會較理想,便可料需額外搭配透鏡來集中 ^士 t見/三圖(5) ’其係在步驟S35中’根據反射光分佈, =估^出待測物體與光源間之相對距離之步驟之細部流程 f丨田t第:’)可以看出,步驟s35可進-步包含以下步驟: 利用感測早70取得包含反射光分佈之第-影像(步驟S351); =及根據第-影像帽應於反射光分佈之複數個像素而得出 第一位置參數(步驟S353)。 再者’為了實現在步驟S353中,根據第-影像中對應於 反射光分佈之複數個像素而得出第一位置參數之步驟,觸^感 測裝置可以選擇以感測單元、控制單元之一者來實現,或利用 -者彼此搭配等方式來進行,而步驟S353係可包含以下步驟: 、首先對第-f彡像情應於反射光分佈之複數個像素進行 質心位置計算而得出第一位置參數(步驟S3531 );在得出第 一位置參數後,再搭配先前取得的參考紀錄來使用,也就是接 著根據參考紀錄與第一位置參數而估計出待測物體與光源 之相對距離(步驟S3533)。 關於步驟S3531所述,對第一影像中對應於反射光分佈之 12 201245656 位置計算而得出第-位置參數的作法可 ha -- __ (e〇t 吗 /ία j (V,)-·
、,’ /e〇, J 中(XI,Y1 )代表計算得屮 分別代表各像素在數位影像中的位置立%參數’ *Xi,Yi 度,也就是利用各像素點的亮度 =各像素點的亮 物體位置的苐-位置參數,例二.且择計算出對應於待測 重心,並以此處計算而得的第—位置參所形成的 置的依據。 歎作為判斷待測物體位 易吕之,只要待測物體所形成的反 落在影像内時,即可以對應查表方式: ,仃计异而得出制物體與光源或感測單元的 ^ 苐-影像的解析度為:640χ彻像素,這時候的二二 得的結果可能會有小數點’因此計算出來的相; =度較影像所能提供的解析度還高,例如 像素點的解析度(sub-pixel,次晝素的位置)。 在步驟S3533中,用來輔助第一位置參數所使用的參考呓 錄心的是透過設定流程而狀複數轉考位 的 比對相對距離所使㈣資訊。 賴構成的 簡單來說’此處的設定流程是預先在一個參考物體的位置 為已知的情況下,取得參考物體在該等預設參考位置時的反射 光分佈,並將這些類型的反射光分佈透過質心位置計算等方 式,得出一個與實際位置、距離之關係式,之後在實際進行觸 ,操作時,再利用關係式來判斷實際上觸控物體與光源、感測 單元之間的距離。此種關係式的呈現可以是利用查表方式、確 13 201245656 了得出-個相對距離d、偏移角度θ與f心位置間的公式、或 是以,表來呈現待測物體與光源、感測單元間的相對距離纽 偏移角度θ的關係。〃 體在㈣錄時,錄體所呈現的反射光分佈也 #八:二i此對感測單元所感測而得的影像而言,包含反射 刀佈的像素在畫面上的位置A致上都是㈣的,透過設定济 紅f參考物體移動至與絲間分別相距為複數個預設之相對 =;並對㈣㈣所反射平面光㈣紅複數個參考反= 刀刀=進仃質心位置計算而得出複數個參考位置參數後,便 可以將=參考紀錄儲存於儲存單元(如:非揮發式記憶體)。 數的ίϊΐϊ’麵設定流絲提供包含了複數财考位置參 „紀錄’這些參考位置參數指的是在設_進行過程 考物體移動至與絲間分別相距為複數個預設之 =對距離時,由於參考物體與光關的相對距離為已知,因此 亥些預設之相對距離d時,反射光分佈所對應 的偏=角度Θ、透鏡之焦距f##訊的參考紀錄。 明參見第四_),其係本發明所提出根據待測物體所反射 咸射ί分佈’而估計出待測物體與光源間之相對距離之 之系統方塊圖。另—方面,第四圖⑻則為本發明所 = Γ;!體所反射而成之反射光分佈,而估計出待測物 ㉟秦70間之相對轉之感縣置之系統方塊圖。 在第四圖_)中,感測裝置4〇包含:光源4〇卜以及第 二感測單元4〇3,其中第一感測單元彻 在光源-的上方、下方、左側、右側先二 圖係將第一感測單元4〇3設置在光源的上方。其中第四 ’、苐四剛的差異為’前者係料出制物體μ與光源 201245656 間之相對距離’而後者則估計出待測物體41與第一感測 單元403間之相對距離。 首先光源401發出的光線透過透鏡4〇2產生平面光,接著 利用互補4金鮮電㈣f彡像制II(CMOS Image Sensor,簡 稱為CIS)/或一般的感光輕合元件(Charge Coupled Device
Senso^簡稱為CCD Se贿)來實現第—感測單元樹,第一 感測單元403的感測平面根據在待測物體41表面反射平面光 而成的反射光分佈而估計出待測物體41與光源4〇1間之相對 距離d ’其中反射光分佈係由待測物體41反射平面光43而形 成。 f注意的是,光源401所產生的平面光所在的平面並不需 要限定為水平面,當平面光所在的平面與水平面平行時,理想 ^其觸控區域可以是無限遠,#平面光與水平關形成切線 時,則觸控區域相當於平面光所在的區域,也就是由透鏡術 至切線之間所形成的範圍。 再者’在第四圖⑷⑻中’第一感測單元4〇2的位置盘光 源401的位置只要在相對於待測物體41的同一方向即可y因 此,第一感測單元403無論是位在光源4〇1的上方、下方、左 侧:右側等位置均可。在本發明中,感測影像的水平方向代表 的疋角度(Θ)的資訊,而垂直方向可用來得到距離⑻的資訊, 所以第-感測單元搬之較佳位置係設置在光源衝的上方 ί是I:二不過,如果不需要距離⑻的資訊,則將第-感測 早兀402 a又置在光源4〇1的左侧或右側亦可。 1 ^ ί 1=職置4 〇而言’較佳的設置方式是將光源4 01 «又置在感射置40内的相對下方,並於光源撕上方 -感測單元403,這是因為當光源位於感測單元彻的下 15 201245656 ^時’所產生的紐之㈣度較容易控制,而使待測物 在物理空間上的角度、距離較容易用來定位或游標控制。 除了光源401與第一感測單元彻外,第四 測裝置還可包含彼此信號連結的控制單元4G 1 4〇7、傳送單元408。 储存早兀 口口埘L制早現埂接於第一感測單元4〇3,在 測單元403感測而得到包含反射光分佈之第一影像後,由於^ 一影像將包含由制物體所反射而亮度較高的光點,因= ί Γ進出根代據表=r/f中對應於反射光分伟之複= 像素進而付出代表待測物體位置之第一位置參數。 將儲存單元407信號連接於控制單元4〇6,藉以提供來 紀錄予控制單元娜,其中控制單元概對第—影像中對應於 反射光分狀複數赌魏行f錄麟#而得丨該第二位 ^參數’亚根據參考域與第—位置錄*估計出待測物體盘 光源間之該相對距離。 /、 =送單元楊,電連接於第一感測單元彻,其係將感測 4旦〇1 ^至與制裝置錢連接之主機,並將制物體與光源 4〇1間之該相對距離轉換為游標顯示,此處的主機可以是電 腦、手機、個人數位助理(Pers〇nal Digital Assi_,簡_ PDA)或不同類型之可攜式電子裝置。 ’“ 、請參見第四圖⑷’其係利用本發明所提出之觸控裝置搭配 通用序列匯流排使狀*意g|。由第四圖⑷⑻的制可以得 知,本發明可以將光源401與第一感測單元403結合在一個觸 控感測裝置巾,因此可以簡控制裝置結合序列匯流排 (Umversal Serial Bus ’簡稱為USB)偏的功能,進而形成 一個可以即插即用的裝置。 201245656 此外,本發明所提出之觸控感 感測單元,簡單來說,第二咸制留_ λ m 第一 當類似,也就是將第用法相 體反射平面光所形成的反射光分佈而估ΐ 出待/貝丨物體與光源間之相對距離。 請參見第五圖⑷(b)(c)⑷,其 包含第-感測單元503與第一❹丨二二挺出之感測裝置 52而姑1:卜知咭杻_立罘—4冽早兀504時,透過調整單元 第二咸測覃-可接H。在此種應用時,第-感測單元與 一咸ΐί 一二Γ刀別5又置在光源的兩侧。也就是分別利用第 it二含反射光之第—影像,以及利用第二感測單 =來取付“反射光分佈U像;以及根據第二影像 應於反射光分佈之餘個像素吨出第二位置參數。 5〇4,感夺包含第一感測單元503與第二感測單元 504日厂料叫含:膽單元52,設置 與第二感測單元5〇4間,苴脊使独^ „饮則早〇3 成之間距動_整。 麵測早元在水平方向所形 光、=測單^ 503與第二感測單元5〇4係分別設置於 之水平面所分別形=可= =目核相異。為了便於說明起見,在第五圖⑷⑻中,假設 3 =平面相當於感敎置50底部所在的水平面。 假設第一感測單元503與出射光線所在之 高度hl ’以及第二感測單元504與出射 先線所在之水平面所形成的第二高度 五圖(_來說明光源训所在的高度h3亦可以被調整成與 17 201245656 第一 相等之情形。 相等,調整單元52第二高度h2、第三高度h3是否 長度被縮至最_,觸^/^動_整,.當難單元52的 示之外觀。 控装置5〇可被收納成為如第五圖⑷所 : 配:光源使用,利用相對距離:、偏:角=搭 個觸控點或多個觸控點的位置。 了 ^偵測 古产^佳實ί例如第五圖⑷所示’利用兩個設置在相同 ^當兩_測單元的高度相同時,只能取得偏 移角度Θ的貧訊’而無相對距離d的資訊 減^三^佳實施例則如第五剛所示,雖朗樣以兩個 感測早兀來貫現,但是這_感測單㈣設置位置之高度並不 相^而能同時取得偏移角度θ與相對距離d的資訊,因此可 以,此而在任意平面上定義一個虛擬的操作範圍,此時該等感 測單元在水平方向所形叙間距係可動態難,也讓本發明的 應用更為廣泛。 當然,無論在應用時,第一感測單元與第二感測單元之間 的设置是否等高,或是如第四圖(幻中,只使用了單一個感測單 元,光源與感測單元之間的位置可以如前述各圖中,相對設置 於彼此之上方、下方,即不同高度之處,也可以如第五圖(c) 一樣’設置於相等高度之位置。亦即,在前述之較佳實施例中, 對於感測單元與光源間的相對位置之描述,僅屬於本發明在應 用時的可能變化’而其他可能之位置配置在此便不討論。 除了在單一時點根據反射光分佈而估計出待測物體與光 201245656 源間之該相對距離外,本發明更可以被應用至不同時點對待測 物體之位置進行感測,也就是判斷待測物體在一段時間内的移 動情形,進而應用於觸控之連續操作的情形。 再者,本發明在判斷反射光的分佈時,待測物體即便不是 位於一個實體觸控平面上,而是位於一個立體操作平面時,感 測單元均能夠感測相對應產生的反射光分佈。因此,在本發明 中^待測物體之位置可以在實際的一個觸控平面上移動,丄可 以是在一個立體而懸空的虛擬平面上改變。也就是說,根據平 面光的形成,本發明將感測單元所能感測之範圍定義出感測區 域改變,只要待測物體在感測區域上產生位置變化時,便會產 生相對應之反射光分佈暖化’而本發明再藉此判斷出制物 體的位置為何。 在連縯時點之觸控位置判斷的應用中,用來判斷待測物體 位置,步驟係包含以下步驟:得出待測物體在第一時點與光源 間之第一相對距離;得出待測物體在第二時點與光源間^第二 相對距離,並根據帛—相對距離與第二相對距離而判斷待測物 體在第一時點與第二時點間之移動。 、 通常來說’由於設定流程較為費時’因此可能是在感測裝 置出廠前便預先進行而儲存起來。當然,也可以在觸控裝置出 廠後才啟動設定流程。後者可以當作使用一段期間之^ ^為了 =感測單元受到碰撞或其他时而偏料,可以動態地感測 車又新且較具有參考紀錄;也可以由使用者 先進行設定流程後,才啟用觸控操作流程。=== 費時’但其優闕是較㈣性,也就是可以讓使用者選 ^希望使用觸控區域,並據此而調整第—感測單域第 测早元之間的間距後才進行。 201245656 再者,即便疋在感測裝置出廠之前就預先 的應用下,仍然可以提供設定流程,藉此作為校準使二考由己: 设疋流程係用以辅助本發明在進行觸控流在 著重的,在此便不再特別論究。 寻支化並非本案所 請參見第六’其係為本發_提供 在利用不同的傳輸介面而與主機系統進 1 、义 位置操作轉換為游獅作之*意圖。為=、而將觸控 以筆記型電腦作為主機的舉例,但在實用;,二= 式電子裝置、_式的電子裝置或其他類型; 應用仍可以顧本糾。 絲難知作的 在第六圖⑷中,感測裝置50被安裝在筆記型電腦 =是,筆記型電腦55的鍵盤前端内嵌感測裝置5G,使得感 二=間^成的感測區間成為可以提供觸控控制功能的㊁ ^域。在第六圖(b)中’感測裝置5〇透過實體連接璋,如· =器(—〇的方式連接於筆記型電腦55上 康 第-感測單元503與第二感測單元5〇4的第一構; 第^件可錢過長度可鍾的連接元件來婦之間的距 ’也就疋說’第-感測單元5〇3與第二感測單元5〇4之間 距離可以變化,因此觸控區域的尺寸也較為彈性。 罢第六圖⑻⑻所示’以實體的電連接方式將感測裝 置搭配筆記型電腦55使用外,感測裝置50還可以如第六 圖⑷所不,透過各類型的有線、無線網路57等方式與筆記型 2 56等類型的主機進行資料的交換與傳輸,搭配 、螢幕來顯示動態感測的結果,利如游標的顯示。 本^明改善了習用技術必須透過反射元件來界定觸控區 20 201245656 域的缺失,而提出了 法,也就是以卢了 乂在開放式空間進行觸控操作的作 需控區域並進行觸控操作。 個數為一個 ::及簡化說明起見’上述的舉‘係以觸控點 際声用中 ^及在单一時點的情形進行說明。 督 分佈作為_待測物趙位置的參考基^斷式’並同樣以反射先 另一方面,對動態的觸控操作而 稷數個時點得出觸控點(待測物體)才田後=的 的移動情Γ因=根對距離、位置的變化得出待測物邀 說,&第將此應用至游標的操作》也就是 單元間之第—相;時;=待,物體與第-感測 與該第-感測單元間之第距再離於s時測= 距離、位置與第二相對距離、位置後=第=對 第二時點= 跡位置而判斷待測物體在第-時點與 需轉的是,在本發财,制物體在不同時點 特定之觸控平面,也就是說,感測單元感測而 ,、光刀佈並不會因為待測物體之位置不在特定之實f 2控平面上而無法進行判斷。實際上,待測物體之位置係可在 平面光所叱義之感測區域上移動、改變,以下便利用第七圖 (a)(b)來說明待測物體可能的位置。 西 "月,見第七圖(a) ’其係本發明所提供之感測裝置在光源所 ,生之平面光位於貫體觸控平面時,感測待測物體於實體觸控 ,平面上的位置變化之示意圖。在此圖中,待測物體所進行的觸 21 201245656 控操作與感測裝置50所在的平面相同’也就是說,待測物體 =碰觸到一個實體觸控平面,而第一感測單元5〇3同樣接 體反射而得的反射光分佈,作為後續判斷待測物體 位置之變化所使用。 所盡^第七圖⑻’其係本制所提供之感職置在光源 之平面光位於立體操作平面時,感測待測物體於立體空 作時的位置變化之示意圖。在此圖中,待測物體 巧= 呆作時的位置高於與感測裝置5〇所在的平面相同,也 ί 測物體並不是進行—個確實碰觸於實體之觸控平面 署觸控^作,而是在—個立體空間中的虛擬平面中改變其位 第-感測料5〇3同樣可以接收由待測物體反射而得的 ^光^佈’作為後續判斷待測物體相對於光源Μ或第一感 測早7G 503的位置變化所使用。 :靜,據本發明所之感測方法與感測裝置,對於感 ^裝置,應用時的便利性得以大幅提升,也提高了觸控區域的 二注&的是’ ^在上述的較佳實施射,係以儲存單 出的參考紀錄,並以此為基礎 二& /立戶斤使用,但在實應用中,這個設定流 卜’也可以在應用前以動態進行,也就是 距可以彈性變化而第二感測單元的間 在本領域中的習知技藝者均可瞭解:在上述的說明中,作 例之各種邏輯方塊、模組、電路及方法步驟皆可利用電子 ㈣w Μ次—者合來貫現’且該些實現方式間的 述說明所採用的是信號連結、連接、耦接、 里之替代作法等用語,其目的僅為了說明在實 22 201245656 現邏辑方塊、模組、電路及方法步驟時,可以透過不同的手段, 例如有線電子信號、無線電磁信號以及光信號等,以直接、間 接的方式;^進彳亍彳5號父換,進*達到信號、資料、控制資訊的 f換與傳遞之目的。因此說明書所採的用語並不會形成本案在 =現連線關係時的限制,更不會因其連線方式的不同而脫離 案之範疇。 义雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定 =發,’任何熟習此技藝者’林脫離本發明之精神和範圍 ’當可作些狀更動與卿,因此本發明之保護範圍當視後 寸之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 本案得藉由下列圖式及說明,俾得更深入之了解: 一土第圖’其係習用技術將光學感測作法應用於觸控系統之 ^二_’其係_種改善制技術使用反射元件與底相 斷待雜❹1j 1而縣制漏影像並判 位置=圖其係她^ 體之=(二其係本發明所提出利用反射光分佈而估計物 置的觸控感測方法之流程圖。 出物ί rf(b) ’其係在步驟S31中,根據反射光分佈而估計 -/、光源間之相對距離之步驟之細部流程圖。 射光tt) ’其係本發明所提出根據物賴反射而成之反 刀佈而估計出物體與光源間之相對距離之感測裝置之系 23 201245656 統方塊圖。 ㈣2圖⑻’其係本發明所提出根據物體所反射而成之反 =佈而估計出物體與第一感測單元間之相對距離之感測 裝置之糸統方塊圖。 心|^Γ圖⑷’其係利用本發明所提出之觸控裝置搭配通用 序列匯流排使用之示意圖。 = il(a)(b)⑻⑷,其係本發明所提出之感測裝置包含第 :^早元與第二感測單元時,透過娜單元而彼此相連接之 不葸圖0 第六圖⑷⑻⑻,其係為本發明所提供之感測裝置在利用 =同的傳輸介面而與主«統進行資料交換而賴控位置操 作轉換為游標操作之示意圖。 ” 、,第Ka),其係本發明所提供之感測裝置在光源所產生 之平面光位於實體觸控平㈣,感測待測物體於實體觸控平面 上的位置變化之示意圖。 、,第七圖⑼’其係本發明所提供之感測裝置在光源所產生 之平面光位於立體操作平面日寺,感測待測物胁立體空間進行 懸空操作時的位置變化之示意圖。 【主要元件符號說明】 本案圖式中所包含之各元件列示如下: 光源 401、501 透鏡402 第一感測單元403、503 平面光43 控制單元406 觸控糸統1 〇 底板101 第一影像感測模組103、203 第二影像感測模組104、204 處理電路106、206 24 201245656 反射元件102 待測物體11、21、41 觸控區域107 紅外光濾光裝置2042 紅外光發射裝置2043 光學鏡片2044 光學鏡片組2045 感測裝置40、50 儲存單元407 傳送單元408、508 第二感測單元504 調整單元52 筆記型電腦55 網路57 手機56 25
Claims (1)
- 201245656 七、申請專利範圍:1. 一種感測方法 法包含以下步驟: 驅動一光源產生一平面光; 相對距離。 該物體反射該平面光而形成—反射光分佈,;以及 根據該反射於佈而估計出絲體與該光源間之一 ;以及 ’其中該光源 如申請專利範圍第1項所述之感測方法 係為一雷射光源或一發光二極體光源。 3. 如申請專利範圍第1項所述之感測方法,其中該光源 係發出一出射光線’而驅動該光源產生該平面光之步驟係包 含: 該出射光線透過一柱狀鏡而產生該平面光;或 該出射光線透過可轉動之一微機電反射鏡而產生該 平面光。 4. 如申請專利範圍第1項所述之感測方法,其中根據該 反射光分佈而估計出該物體與該光源間之該相對距離之方法 係包含以下步驟: 取得包含該反射光分佈之一第一影像;以及 根據該第一影像中對應於該反射光分佈之複數個像 素而得出一第一位置參數。 5. 如申請專利範圍第4項所述之感測方法,其中得出該 26 201245656 第一位置參數之步驟係包含· ,質 與該光源間之該相^^與該第—位置參數而估計出該物體 诚鄕㈣5躺狀翻方法,其中該參考 設定产參考位置參數’而該等參考位置參數透過- 對距Π物體移動至與該光關分_距為複數個 憤待測物體所反射該平面光而形成之複 數個參考反射光分佈分顺行錄置計算祕h 專概圍第5項所狀感财法,其中該質心 =置^係指將料像素上之亮度作為該 ^搭配料像餘該第—雜之减、該等像权個數進ί & I 8. 如申明專利範圍第4項所述之感測方法,其中更包含 以下步驟: 取得包含一反射光分佈之一第二影像;以及 根據該第二影像中對應於該反射光分佈之複數個像 素而得出一第二位置參數。 9. 如申δ青專利範圍帛8項所述之感測方法,其中該等影 像係分別透過H測單元與―第二感測單元得出,其中該 等感測單元係分別設置於該光源之兩侧。 27 201245656 10.如申請專利範圍第9項所述之感測方法,其中該第一 感測單元與該第二感測單元在垂直方向與該出射光線所在之 水平面所分別形成之相對距離相異.<5 11.如申請專利範圍第1項所述之感測方法,其中根據該 反射光分佈而估計出該物體與該光源間之讀相對距離之步驟 係包含以下步驟: Λ 距離; 付出該物體在一第一時點與該光源間 之一第一相對 得出該物體在一第二時點與該光源間之— 距離;以及 一相對 根據該第一位置與該第二相對距離而判斷 該第一時點與該第二時點間之移動。 物體在 12.如申請專利範圍第1項所述之感測方法,其中士、, 光定義之一感測區域係位於一實體觸控平面或—4平面 面。 儿體操作平 13. 置包含: 一種感測裝置,應用於感測一物體之位置, 該感測骏 一光源,其係產生一平面光;以及 一第一感測單元,設置於該光源之一側,該第一 單元係根據一反射光分佈而估計出該物體與該光源間之二、 對距離,其中該反射光分佈係由該物體反射該平面光而形成^ 14.如申請專利範圍第13項所述之感測裝置,其中誃 源係為一雷射光源或一發光二極體光源。 、喊 28 201245656 15. 如申請專利範圍第13項所述之感測裝置,其中該光 源係發出一出射光線,而該出射光線係透過一柱狀鏡或透過可 轉動之-微機電反射鏡而產生該平面光。 16. 如申請專利範圍第13項所述之感測裝置,其中更包 含一,制單元,信號連接於該第一感測單元,其係根據該第一 f測單元所❹抱含歧射光分佈之 一第一影像,並由該第一 〜像中對應於該反射光分佈之複數個像素而得出一第一位置 人一π.如。申請專利範圍第16項所述之感測裝置,其中更包 3 =儲存,信號連接於該控制單元,其係提供一參考紀錄 :早兀,其中該控制單元對該第-影像中對應於該反射 ^二、之複數個像素進行一質心位置計算而得出該第一位置 二並根據該參考紀錄與該第—位置參數而估計出該物體與 該光源間之該相對距離。參考物體移動至與該光源間分別相距為複數 _’並對該參考物體所反射該平面絲形成之 第17項所述之感測裝置,其中該參 位置參數,而該等參考位置參數透過 一設定流程將一參考物體29 201245656 行計算。 2〇.如申請專利範㈣16項所述之感測裝置 含.一第二感測單元,信號連接於該控制單元,j更包 元係根據-反射光分佈而估計出該物體與該光源單 距離’其中該反射光分佈係由該物體反射該平面光㈣=相對 、.如申。月專利範圍第20項所述之感測|置,甘 -感測單7〇與該第二感測單元係分別設置於該光源之兩侧該第 、22.如申請專利範圍第21項所述之感測裝置, -感測單元與該第二感測單元在垂直方向與該 ^該第 之水平面所分別形成之距離相異。 4線所在 23.如申請專利範圍第21項所述之感測裝置, 含-調整單元’設置於該第—_單元與該第二置中更包 其係使該等感測單元在水平方向所侃之間距_調=間, 24·如申請專利範圍第13項所述之感測裝置,t -感測單元係於-第—時點得出該物體與該光源=第 相對距離,於-第二時點得出該物體與該光源間之--距離,並根據該第—相對距離與該第二相對 ^目對 在該第-時點與該第二時點間之移動。 •亥物體 25.如申請專利範圍第13項所述之感測裝置,其中更勺 含:一傳送單元’電連接於該感測單元,其係將該感&畫面^ 送至與該感測裴置信號連接之一控制主機,並將該物體與該光 201245656 源間之該相對距離轉換為—游標顯示。 .如申請專利範圍第13項所述之感測裝置’其中讀平 面光疋義之一感測區域係位於一實體觸控平面或一立體操作 平面。 27. —種感測装置,應用於感測一物體之位置,該感 置包含: ^ 一光源,其係產生一平面光;以及 一感測單元’設置於該光源之一側,該感測單元係根據 一反射光分佈而估計出該物體與該感測單元間之一相對距 離其中該反射光分佈係由該物體反射該平面光而形成。 28. 如申請專利範圍第27項所述之感測裝置,其中該光 源係為一雷射光源或一發光二極體光源。 29. 如申請專利範圍第27項所述之感測裝置,其中該光 源係發出一出射光線,而該出射光線係透過一柱狀鏡或透過可 轉動之一微機電反射鏡而產生該平面光。 30. 如申請專利範圍第27項所述之感測裝置,其中更包 含一控制單元,信號連接於該第一感測單元,其係根據該第一 感測單元所感測包含該反射光分佈之一第一影像,並由該第一 影像中對應於該反射光分佈之複數個像素而得出一第一位置 參數。 31·如申請專利範圍第30項所述之感測裝置,其中更包 31 201245656 供-參考紀錄 r並==質=二 該光關之軸對距2細第—位置錄_料該物體與 32.如申請專利範圍第3 =:複=考:置參“該等二= 二:::==:== 複數個參杜射衫佈相妨对雜置計 33·如申請專利範圍第31項所述之感崎置,且中 行計算。 ’、w第〜像之位置、該等像素之個數進 含一 專利範圍第3〇項所述之感測裝置,其中更包 而估計出該物體與該光源間:=距 〃中該反射光》佈係由該物體反射該平面光而形成。 35.如申請專利範圍第34項所述之感測裂置, -感測單元與該第二_單元係分職置魏切之兩側= 36·如申請專利範圍第35項所述之感測裝置, -感測早το與該第二感測單元在垂直方向與卿面光所分別 32 201245656 形成之距離相異。 37. 如申請專利範圍第35項所述之感測裝置,其中更包 含一調整單元,設置於該第一感測單元與該第二感測單元間, 其係使該等感測單元在水平方向所形成之間距動態調整。 38. 如申請專利範圍第27項所述之感測裝置,其中該第 一感測單元係於一第一時點得出該物體與該第一感測單元間 之一第一相對距離,於一第二時點得出該物體與該第一感測單 元間之第一相對距離’並根據該第一位置與該第二相對距離 而判斷該物體在該第一時點與該第二時點間之移動。 39. 如申請專利範圍第27項所述之感測裝置,其中更包含 一傳送單元,電連接於該感測單元,其係將該感測畫面傳送至 〃該感測裝置彳§號連接之一控制主機,並將該物體與該光源間 之該相對距離轉換為一游標顯示。 一如申請專利範圍第27項所述之感測裝置,其中該平 面光疋義之一感測區域係位於一實體觸控平面或一立體操作 平面。 八、圖式: 33
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