CN102135795B

CN102135795B - 移动侦测装置

Info

Publication number: CN102135795B
Application number: CN 201010182558
Authority: CN
Inventors: 许恩峰
Original assignee: Pixart Imaging Inc
Current assignee: Pixart Imaging Inc
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2030-05-21
Also published as: CN103135764A; CN102135795A; CN103135764B

Abstract

本发明涉及一种移动侦测装置，该装置用以侦测物体在空间范围内的移动。所述移动侦测装置包括光源、导光元件、至少两个感光元件以及处理单元。所述感光元件在第一方向形成错位，以使所述物体在所述空间范围内移动时透过所述导光元件依序反射所述光源的光线至所述感光元件。所述处理单元根据所述感光元件感测反射光线的顺序来判断所述物体在所述第一方向的移动。

Description

移动侦测装置

技术领域

本发明涉及一种移动侦测装置，其利用一光源与多个感光元件判断物体的三维动作。

背景技术

目前的移动侦测装置仅能侦测与移动侦测装置呈现约略平行方向的移动。举例而言，具有移动侦测装置的手机，若该手机位于一平面上且该平面定义为一XY平面，则该手机的移动侦测装置，仅能侦测XY方向的移动物体，例如相对该手机约略成平行方向的挥动手势。此乃因为目前的移动侦测装置所配置的感测器多用于侦测物体是否遮蔽感测器，同时辅以设置多个感测器，在操作时藉由感测物体的移动是否遮蔽于移动侦测装置的感测器上方以及多个感测器被遮蔽的顺序，来判断物体的移动方向。此类移动侦测装置针对侦测平面移动而设计，因此对于垂直于预定侦测平面(若以XY平面为例，则为Z方向)移动的物体，由于该移动并未改变物体在移动侦测装置的投影效果，因此现有的移动侦测装置将无法有效地判断物体于垂直预定侦测平面方向的动作。

有鉴于此，侦测系统领域亟需一种能够同时侦测空间范围中的三维动作的移动侦测装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种移动侦测装置，该装置既能侦测物体在一平面上的移动，该平面约略平行于所述移动侦测装置，亦能侦测物体在垂直所述平面的方向的动作。藉由侦测物体在所述平面的移动来触发一特定指令，并根据该指令内容进行后续处理和/或控制机制；藉由侦测物体在垂直所述平面的方向的动作，能侦测物体与所述移动侦测装置的相对距离变化来触发另一特定指令，并根据该指令内容进行另一后续处理和/或控制机制。

本发明的目的在于提供一种移动侦测装置，其可在空间中界定一三维空间范围，并侦测物体在该三维空间范围的动作。

为达上述目的，本发明提出一种移动侦测装置，该装置用以侦测物体在空间范围内的移动。所述移动侦测装置包括光源、导光元件、至少两个感光元件以及处理单元。所述感光元件在第一方向形成错位，以使所述物体在所述空间范围内移动时透过所述导光元件依序反射所述光源的光线至所述感光元件。所述处理单元根据所述感光元件感测反射光线的顺序来判断所述物体在所述第一方向的移动。

本发明另提出一种移动侦测装置，该装置用以侦测物体的动作。所述移动侦测装置包括沿一光轴发光的光源、导光元件、至少两个感光元件以及处理单元。所述感光元件在第一方向和第二方向形成错位，并透过所述导光元件感测所述光源前方一空间范围中所述物体反射所述光源的反射光线。所述处理单元根据所述感光元件感测反射光线的亮度变化来判断所述物体沿所述光轴的动作。

本发明另提出一种移动侦测装置，该装置用以侦测物体的动作。所述移动侦测装置包括光源、导光元件、感光元件以及处理单元。所述感光元件透过所述导光元件感测所述光源前方一空间范围中所述物体反射所述光源的反射光线。所述处理单元根据所述感光元件感测反射光线的亮度变化以及一预设时间内所述物体出现于所述空间范围内的次数来判断所述物体的动作。

本发明的移动侦测装置中，所述光源以一发光角度发光，且所能侦测的空间范围由所述发光角度、所述感光元件彼此最远端的距离以及所述光源与所述导光元件的空间关系所决定。

附图说明

图1显示了本发明的第一实施例的移动侦测装置。

图2显示了本发明的第二实施例的移动侦测装置。

图3显示了本发明的另一实施例的移动侦测装置。

图4显示了本发明的移动侦测装置连续操作时的示意图。

主要元件符号说明

11 光源 12 导光元件

13 感测装置 131～133 感光元件

13a 感测装置俯视布局 14 物体

14a、14a′ 物体的端点 14b、14b′ 物体的端点

15 处理单元 101、103、105 光线

具体实施方式

以下将通过实施例来解释本发明内容，其涉及一种移动侦测装置，其包括光源、导光元件以及至少两个感光元件。当物体相对于移动侦测装置进行横向方向移动时，该物体会依序并逐渐地将光线反射至感光元件，藉此判断物体在横向方向的移动；当物体相对于移动侦测装置进行纵向方向移动时，感光元件可感测反射光线的亮度变化，藉此判断物体在纵向方向的动作。然而，本发明的实施例并非用以限制本发明需在如实施例所述的任何特定的环境、应用或特殊方式方能实施。因此，关于实施例的说明仅为阐释本发明的目的，而非用以限制本发明。需要说明的是，以下实施例及图式中，与本发明非直接相关的元件已省略而未绘示；且为求容易了解起见，各元件间的尺寸关系乃以稍夸大的比例绘示出。

图1显示了本发明第一实施例的移动侦测装置，其包括光源11、导光元件12、感测装置13以及处理单元15，其可包括于所述感测装置13之内或独立于其外。所述光源11在本实施例中以一红外线(IR)光源为例以便于说明。所述导光元件12在本实施例中以一透镜为例以便于说明。在本实施例中，所述感测装置13具有三个感光元件131、132以及133，但感光元件的数目并非用以限定本发明。图1同时绘示了感测装置13的俯视布局13a，以便说明感光元件131、132以及133在本实施例中的布局。所述处理单元15则耦接至所述感光元件131、132以及133，以根据其所送出的电气信号来判断物体的动作。

本实施例中，光源11发光方向的光轴设定为Z方向并具有一发光角度θ。当物体14位于光源的发光方向(前方)时，光源11所发出的光线101会照射到物体14的一个表面，并且因应该表面的纹理与材质产生许多反射光线，其中一部份反射光线103会通过导光元件12而投射至感测装置13。从图中可知，当物体14位于高度D时，从物体14反射的反射光线透过导光单元12将于感测装置13上形成一可侦测区域。本发明的感测原理将详述于后。

本实施例的导光元件12例如为一透镜，其具有一焦距f。假定导光元件12的中心与物体14可侦测范围的一端14a的距离为L2，与物体14可侦测范围的另一端14b(远端)的距离为L1，而与光源11的中心间距为L。此外，光源11的前端与物体14的间距为D，同时假设光源11、导光元件12与感测装置13布局的横向方向为X方向。则根据三角函数可得出以下方程式：

L1＝L+D×tan(θ/2) 式1；以及

L2＝L-D×tan(θ/2) 式2

假定自14b的反射光线103投射于感测装置13的位置与导光元件12在X方向的间距为X₁；自14a的反射光线103投射于感测装置13的位置与导光元件12在X方向的间距为X₂，故由式1和2可推得

(D/L1)＝(f/X₁) 式3；以及

(D/L2)＝(f/X₂) 式4

如此，便可藉由已知的D、L1、L2以及f等信息，推得感光元件131～133应该设置的位置与导光元件12的相对关系；换句话说，根据光源11的发光角度θ、感光元件131～133的布局以及光源11与导光元件12的空间关系即可决定物件14所应操作的空间范围。如此，感光元件131～133便可在物体14在前述预定位置朝X方向移动时，依序感测自物体14所反射的光线103的变动，所述处理单元15则判断物体14感测反射光线的顺序，以判断物体14在X方向的移动，同理于Y方向移动的判断方式亦相同。详细的感测操作说明于后。

类似地，参考俯视布局13a，感光元件131～133的摆放位置，是使得感光元件133能与感光元件132和/或131搭配来同时感测物体14在X方向和Y方向的移动，其中Y方向为位于俯视布局13a上垂直于X方向的一个方向，例如感光元件132和133在X方向无错位(offset)而在Y方向形成错位；而感光元件132和133分别与感光元件131在X方向和Y方向均形成错位；藉此，感光元件131与132或131与133的布局，即可感测物体14在垂直Z方向的平面上(例如，X方向)的移动，而感光元件132与133的布局，即可感测物体在垂直Z方向的平面上(例如，Y方向)的移动。易言之，当感测装置13仅需要感测物体14在垂直Z方向的平面上单一方向的移动时，仅需要二个感光元件即可达成目的。如果使用较高感测灵敏度的感光元件感测反射光线的分布，亦仅需要二个感光元件即可判断物体在垂直Z方向的平面(例如，XY平面)的移动。

图2显示了本发明第二实施例的移动侦测装置，其与第一实施例最主要不同处在于，移动侦测装置在空间中Z方向界定一可侦测范围，亦即物体14的可侦测范围为自与光源11的前端与物体14的间距为D至D₁的空间范围，因此物体14可侦测范围的一端14a′与可侦测范围的另一端14b′(远端)将分别反射光线105，并将光线投射于感测装置13的位置X₂′与X₁′(与导光元件12中心的横向距离)。为使物体14在D至D₁的空间范围内时，朝向X方向和Y方向的移动均能被侦测，则感光元件131～133在横向方向的放置边界，应以X₂以及X₁′为界限，以使得感光元件131、132和/或131能够感测D至D₁的空间范围中至少一部分物体14的反射光线。

当物体14在Z方向移动时，由于投射至感测装置13的亮度亦会随之改变，因此可据此侦测物体14在Z方向的动作，例如当物体14由D朝向D₁移动时，感测装置13所感测的亮度渐小而当物体14由D₁朝向D移动时，感测装置13所感测的亮度渐大。由图中可知，X₂与X₁′的距离、光源11的发光角度θ以及光源11与导光元件12的空间关系决定了移动侦测装置的可侦测空间范围，其为由X方向、Y方向及光轴所界定的三维空间。例如X₂与X₁′的距离可界定一纵向可侦测距离(D₁-D)，当物体14在纵向可侦测距离外时，移动侦测装置则无法侦测任何物体。此特性使得本发明的移动侦测装置可侦测物体14在纵向方向的动作；例如处理单元15可根据感光元件131～133感测反射光线的亮度变化以及一预设时间内物体出现于所述空间范围内的次数来判断物体14的动作，其中所述预设时间可根据实际应用来决定。一种实施例中，例如当处理单元15判断所述预设时间内的亮度变化出现一次由暗变亮和一次由亮变暗，则判断为一次点击(click)动作，在另一实施例中，当所述处理单元15判断所述预设时间内的亮度变化出现两次由暗变亮和两次由亮变暗，则判断为一次双击(double click)的动作，但本发明所能判断物体的纵向动作并不限于此。藉此，本发明可改善现有的无法判断纵向动作的问题。

相较于第一实施例，可以发现图2中X₂与X₁′的间距小于图1中X₂与X₁的间距，因此若物体14的移动速度较快，则在相同的硬件条件下，由于第一实施例的感光元件131与132(133)的间距较大，因此有较充裕的时间来侦测物体14的移动，在侦测物体快速移动的表现上，将优于第二实施例。但第二实施例可侦测物体在垂直Z方向平面的移动空间涵盖自D至D₁的高度，亦即只要物体位于D至D₁高度的高度范围内，不但物体在X方向和Y方向的移动可被感测装置13所侦测而增加可操作范围，亦能够侦测物体在Z方向的动作以增加移动侦测装置的实用性，因此优于第一实施例。因此，感光元件的布局，能视应用场合而有所调整。

此外，当想要利用本发明的移动侦测装置来侦测相对光源的纵向动作时(例如，点击或双击)，亦可仅设置一个感光元件，如图3所示。移动侦测装置包括光源11、导光元件12、感测装置13以及处理单元15，其中感测装置13仅设置一感光元件131。处理单元15则根据感光元件131感测反射光线的亮度变化以及一预设时间内物体14出现于空间范围内的次数判断物体14的动作(与图2类似)。本实施例中，所述空间范围可根据光源11的发光角度、感光元件131的尺寸以及光源11与导光元件12的空间关系(例如，距离L)所决定。

图4进一步绘示了本发明的感测装置连续操作的示意图。横向时间轴代表时间经过时，物体14与感测装置13和感光元件131、132、133的相对位置关系，本实施例中还绘示出感光元件131、132、133的俯视布局13a，以便说明。

当时间t0时，物体14(在本实施例中为使用者的手掌)尚未经过光源11，因此感光元件131、132以及133尚未接收到反射光线。而后时间t1时，物体14开始进入光源11的发光范围，因此感光元件131接收到反射光线而感光元件132和133未接收到反射光线。随着时间逐渐经过，在时间t2时，物体14进入光源11发光范围的部份亦增加，因此感光元件131、132以及133皆接收到反射光线，其中感光元件132和133仅部分接收到反射光线。直到时间t3，物体14所反射的光线完全涵盖感光元件131、132以及133。而后物体14逐渐远离，在时间t4，感光元件131开始逐渐无法接收到反射光线。在时间t5，仅感光元件132和133接收到反射光线。直到时间t6，物体14完全离开光源11的发光范围，感光元件131、132以及133又恢复至未接收到反射光线的状态。感光元件接收反射光线后产生电气信号，感测装置即根据该电气信号判断物体移动的方向。可以理解的是，感测装置13判断一物体同时在一平面的两个方向的移动的方式类似图3所示。

进一步而言，在前述实施例中，感光元件131、132以及133能够感测反射光线的分布，因此可于仅适当设置二感光元件的场合，例如利用本实施例中错开置放的感光元件131与132或感光元件131与133其中一种分布，即可判断物体14在单一方向的移动。此外，亦能增加更多感光元件，虽不影响基本操作的效果，但能使感测效果更为准确。

在前述实施例中，导光元件12虽以一透镜为例说明，其主要为强调反射光线103透过导光元件12而集中在感测装置13的效果；在其他实施例中，若导光元件12为具有一细微针孔的适当物件，亦可使反射光线103和105照射在感测装置13上，通过相应的修改，还可相应调整感光元件的配置关系，但感光元件的配置仍以前述边界条件为限制。

由以上实施例可知，本发明的重要特征，在藉由多个感光元件在不同时间时，感测到的反射光量差异，来作为判断物体移动方向的基准。而判断物体移动方向的结果，可使该物体的移动触发一特定的指令，以根据该指令内容进行后续处理和/或控制机制。举例而言，本发明的移动侦测装置，可应用于可携式装置，例如笔记型电脑、手机，亦可应用于桌上型装置，例如电视、个人电脑，或可应用于游戏机等等。当开启移动侦测功能时，可藉由肢体或者物体的移动来触发特定的指令，例如应用在笔记型电脑时，在浏览相片时，可以通过手势来翻动相片，在编辑文件或浏览网页时，可以通过手势来滚动页面等等，应用领域并非本发明的限制。

虽然本发明已通过前述实施例所揭示，然其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可以作出各种的更动与修改。因此本发明的保护范围应当以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种移动侦测装置，用以侦测物体在空间范围内的移动，该移动侦测装置包括：

光源，该光源以一发光角度发光；

导光元件；

第一感光元件、第二感光元件以及第三感光元件，所述第一感光元件和所述第二感光元件在第一方向无错位而在第二方向形成错位，所述第一感光元件和所述第二感光元件分别与所述第三感光元件在所述第一方向和所述第二方向均形成错位，其中所述第一方向垂直所述第二方向；

处理单元，该处理单元根据所述第一感光元件、所述第二感光元件以及所述第三感光元件感测反射光线的顺序来判断所述物体在所述第一方向和所述第二方向的移动；

其中，所述空间范围由所述发光角度、所述第一感光元件、所述第二感光元件和所述第三感光元件的布局以及所述光源和所述导光元件的空间关系所决定，所述处理单元还根据所述第一感光元件、所述第二感光元件和所述第三感光元件感测反射光线的亮度变化来判断所述物体相对所述光源的距离变化。

2.根据权利要求1所述的移动侦测装置，其中，所述导光元件为透镜或具有针孔的物件。

3.一种移动侦测装置，用以侦测物体的动作，该移动侦测装置包括：

光源，该光源沿一光轴并以一发光角度发光；

导光元件；

至少两个感光元件，在第一方向和第二方向形成错位，并透过所述导光元件感测所述光源前方一空间范围中所述物体反射所述光源的反射光线；以及

处理单元，根据所述至少两个感光元件感测反射光线的亮度变化来判断所述物体沿所述光轴的动作，还根据所述至少两个感光元件感测反射光线的顺序来判断所述物体在所述第一方向和所述第二方向的动作；

所述空间范围由所述发光角度、所述至少两个感光元件的布局以及所述光源与所述导光元件的空间关系所决定；所述空间范围为所述第一方向、所述第二方向以及所述光轴所界定的三维空间。

4.根据权利要求3所述的移动侦测装置，其中，所述处理单元还根据所判断的所述物体的动作来执行相对应的指令。

5.根据权利要求3所述的移动侦测装置，其中，所述处理单元还根据一预设时间内所述物体出现于所述空间范围内的次数来判断所述物体的动作。

6.一种移动侦测装置，用以侦测物体的动作，该移动侦测装置包括：

光源，该光源以一发光角度发光；

导光元件；

感光元件，透过所述导光元件感测所述光源前方一空间范围中所述物体反射所述光源的反射光线；以及

处理单元，根据所述感光元件感测反射光线的亮度变化以及一预设时间内所述物体出现于所述空间范围内的次数来判断所述物体的动作；

其中，所述空间范围由所述发光角度、所述感光元件的尺寸以及所述光源与所述导光元件的空间关系所决定；

其中，当所述处理单元判断所述预设时间内的亮度变化出现一次由暗变亮以及一次由亮变暗时，则判断为一次点击动作。