CN102455827A - 物件感测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种物件感测装置，包括指示平面、第一发光单元、光学组件、第一影像感测单元以及控制单元。指示平面用以供物件指示目标位置。目标位置包括介于物件与第一影像感测单元间的目标距离。第一发光单元设置于指示平面的周围。光学组件设置于第一发光单元的前方，第一发光单元发出的光线通过光学组件投射出特征图案在物件上。第一影像感测单元设置邻近第一发光单元，用以在第一发光单元发光期间感测关于物件的第一影像。第一影像具有特征图案。控制单元电连接于第一影像感测单元以及第一发光单元，用以根据第一影像中的特征图案决定目标距离。本发明还可利用定位算法计算物件的目标角度，从而根据目标距离与目标角度决定所述目标位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种物件感测装置，特别是涉及一种利用特征图案决定物件的目标距离的物件感测装置。
背景技术
由于目前的消费性电子产品都是以轻、薄、短、小为设计的方向，因此，产品上已无空间容纳如鼠标、键盘、触控笔等传统输入工具。随着触控装置技术的进步，在各种消费性电子产品中，例如显示器、一体机(All in One)、行动电话、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)等产品已广泛地使用触控装置作为其数据输入的工具。此外，在触控装置日趋成熟之下，拥有大尺寸与多点触控技术的电子装置将成为未来的主流。目前，光学式触控装置相较其它方式，如电阻式、电容式、超音波式或投影影像式等，有更低成本与更易达成的优势。
一般而言，现有的光学式触控装置利用光学的方式感测物件(例如：手指或触控笔)所指示的位置。当影像感测单元于指示平面内感测到物件，再通过定位算法(例如，三角定位测量)计算出物件所指示的位置。然而，如果使用者于触控屏幕上同时指示两个或两个以上的位置时，由于缺少距离信息，现有的光学式触控装置可能发生误判的情形。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为了弥补现有技术的不足，提供一种物件感测装置，其利用光学组件投射在物件上的特征图案而决定物件的目标距离。
本发明的物件感测装置采用以下技术方案：
所述物件感测装置包括指示平面、第一发光单元、光学组件、第一影像感测单元以及控制单元。指示平面用以供物件指示目标位置。目标位置包括介于物件与第一影像感测单元间的目标距离。第一发光单元设置于指示平面的周围。光学组件设置于第一发光单元的前方。第一发光单元发出的光线通过光学组件投射出特征图案在物件上。第一影像感测单元设置于指示平面的周围且邻近第一发光单元，用以在第一发光单元发光期间感测关于物件的第一影像。第一影像具有特征图案。控制单元电连接于第一影像感测单元以及第一发光单元，用以根据第一影像中的特征图案决定目标距离。
根据上述技术方案，本发明的物件感测装置至少具有下列优点及有益效果：本发明的物件感测装置利用光线经由光学组件投射出特征图案在物件上，在第一影像感测单元感测到具有特征图案的第一影像后，控制单元就可以根据第一影像中的特征图案决定物件的目标距离。
附图说明
图1是本发明第一实施例的物件感测装置的示意图。
图2是图1中的光学组件与第一发光单元的立体示意图。
图3是第一影像感测单元所撷取的第一影像的示意图。
图4是本发明第二实施例的物件感测装置的示意图。
图5(a)是图4中的光学组件与第一发光单元的立体示意图。
图5(b)是第一影像感测单元所撷取的第一影像的示意图。
图6(a)是本发明第三实施例的物件感测装置的示意图。
图6(b)是第一影像感测单元所撷取的第一影像的示意图。
图6(c)是第一影像感测单元所撷取的第二影像的示意图。
图7(a)是本发明第四实施例的物件感测装置的示意图。
图7(b)是第一影像感测单元以及滤光构件的立体示意图。
图7(c)是第一影像感测单元所撷取的第一影像的示意图。
图8(a)是本发明第五实施例的物件感测装置的示意图。
图8(b)是第一影像感测单元所撷取的第一影像的示意图。
图8(c)是第二影像感测单元所撷取的第二影像的示意图。
其中，附图标记说明如下：
具体实施方式
请参考图1，图1是本发明第一实施例的物件感测装置1的示意图。如图1所示，物件感测装置1包括指示平面10、第一发光单元12a、光学组件14、第一影像感测单元16a、控制单元18以及内存单元20。指示平面10用以供物件22(例如，手指或触控笔)指示目标位置P。目标位置P包括介于物件22与第一影像感测单元16a间的目标距离D以及介于物件22与指示平面10的侧边S间的目标角度A。第一发光单元12a与第一影像感测单元16a都设置于指示平面10的周围，且第一影像感测单元16a邻近第一发光单元12a。于此实施例中，第一发光单元12a与第一影像感测单元16a可设置于指示平面10的角落。控制单元18电连接于第一影像感测单元16a、第一发光单元12a以及内存单元20。
于实际应用时，第一发光单元12a可以是发光二极管。需说明的是，第一发光单元12a的数量可根据实际应用而决定，不以图1所绘示的为限。第一影像感测单元16a可以是电荷耦合组件(Charge-coupled Device，CCD)传感器或互补式金属氧化半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)传感器。控制单元18可以是具有数据运算/处理功能的控制器。内存单元20可以是闪存或其它非挥发性内存。
一般而言，物件感测装置1中还会设有运作时必要的软硬件组件，如显示面板、中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、电源供应器、操作系统等，视实际应用而定。上述组件的功能为具有通常知识者可轻易达成并加以运用，在此不再详加赘述。
如图1所示，内存单元20存储对照表200。如下表1所示，对照表200可纪录多个距离Y1～Yn以及多个特征图案的密集度X1～Xn，其中每一个距离Y1～Yn分别对应特征图案的密集度X1～Xn的其中之一。
表1
请参考图2，图2是图1中的光学组件14与第一发光单元12a的立体示意图。光学组件14设置于第一发光单元12a的前方。于实际应用时，光学组件14可以是光栅、绕射组件、微投影组件或其组合，以使第一发光单元12a发出的光线通过光学组件14投射出特征图案140。于此实施例中，特征图案140可以是条纹状图案、点状图案、弧形图案、多边形图案或其组合，视实际应用而定。图2所绘示的特征图案140是以条纹状图案为例。
于使用物件感测装置1时，控制单元18先控制第一发光单元12a发光。此时，第一发光单元12a发出的光线通过光学组件14投射出特征图案140，如图2所示。当使用者利用物件22(例如，手指或触控笔)于指示平面10上指示目标位置P时，第一发光单元12a发出的光线通过光学组件14投射出特征图案140在物件22上。请参考图3，图3是第一影像感测单元16a所撷取的第一影像I1的示意图。如图3所示，控制单元18控制第一影像感测单元16a于第一发光单元12a发光期间感测关于物件22的第一影像I1，其中此第一影像I1具有特征图案160。接着，控制单元18再根据第一影像I1中的特征图案160的密集度以及对照表200决定物件22的目标距离D。举例而言，如果第一影像I1中的特征图案160的密集度是X1，则物件22的目标距离D就是Y1。需说明的是，如果第一影像I1中的特征图案160的密集度介于Xi与Xi+1之间，则控制单元18可利用内插法计算出物件22的目标距离D。
如图3所示，假设第一影像感测单元16a是由一千个像素所组成的线性影像传感器，物件22的影像I落在其中的一百个像素上，而投射在物件22的特征图案140所成影像I包括六个条纹。如果此六个条纹落在一百个像素中的三十个像素上，则此第一影像I1中的特征图案160的密集度为30％。根据上述计算规则，本发明可事先利用物件22在指示平面10上指示多个特定的已知距离的位置，并且计算对应的特征图案的密集度。如此，就可以预先建立如上表1所示的对照表200。
此外，控制单元18也可以根据第一影像感测单元16a所撷取的第一影像以及定位算法决定目标角度A。需注意的是，定位算法(例如，三角定位测量)为具有通常知识者可轻易了解并加以运用，在此不再详加赘述。最后，控制单元18就可以根据目标距离D以及目标角度A决定物件22所指示的目标位置P。
请参考图4以及图5，图4是本发明第二实施例的物件感测装置3的示意图，图5(a)是图4中的光学组件14′与第一发光单元12a的立体示意图，而图5(b)是第一影像感测单元16a所撷取的第一影像I1的示意图。如图2以及图5(a)所示，第二实施例的物件感测装置3与第一实施例的物件感测装置1主要不同之处在于，仅有部分第一发光单元12a所发出的光线通过光学组件14′投射出。如图5(a)所示，第一发光单元12a发出的光线包括第一部分光线L1以及第二部分光线L2，第一部分光线L1通过光学组件14′投射出特征图案140，而第二部分光线L2直接投射出。当使用者利用物件22(例如，手指或触控笔)于指示平面10上指示目标位置P时，第一部分光线L1经由光学组件14′投射出特征图案140在物件22上，而第二部分光线L2直接投射在物件22上。
如图5(b)所示，第一影像感测单元16a透过第一部分光线L1感测第一子影像I10，并且透过第二部分光线L2感测关于物件22的第二子影像I12。第一子影像I10与第二子影像I12组成第一影像I1，而第一子影像I10具有特征图案160。控制单元18可根据第一子影像I10中的特征图案160的密集度以及对照表200决定目标距离D，并且根据第二子影像I12以及现有定位算法决定目标角度A。接着，控制单元18就可以根据目标距离D以及目标角度A决定物件22所指示的目标位置P。此外，需说明的是，图4与图1中具有相同标号者，其作用原理大致相同，于此不再赘述。
请参考图6，图6(a)是本发明第三实施例的物件感测装置5的示意图，图6(b)是第一影像感测单元16a所撷取的第一影像I1的示意图，而图6(c)是第一影像感测单元16a所撷取的第二影像I2的示意图。如图1以及图6(a)所示，第三实施例的物件感测装置5与第一实施例的物件感测装置1主要不同之处在于，物件感测装置5还包括第二发光单元12b。第二发光单元12b设置于指示平面10的周围且邻近第一影像感测单元16a。
于使用物件感测装置5时，控制单元18会先控制第一发光单元12a与第二发光单元12b相继发光。当使用者利用物件22(例如，手指或触控笔)于指示平面10上指示目标位置P时，第一影像感测单元16a在第一发光单元12a发光期间感测到具有特征图案160的第一影像I1(如图6(b)所示)，并且第一影像感测单元16a在第二发光单元12b发光期间感测关于物件22的第二影像I2(如图6(c)所示)。控制单元18可根据第一影像I1中的特征图案160的密集度以及对照表200决定目标距离D，并且根据第二影像I2以及现有定位算法决定目标角度A。接着，控制单元18就可以根据目标距离D以及目标角度A决定物件22所指示的目标位置P。此外，需说明的是，图6(a)与图1中具有相同标号者，其作用原理大致相同，于此不再赘述。
请参考图7，图7(a)是本发明第四实施例的物件感测装置7的示意图，图7(b)是第一影像感测单元16a以及滤光构件70的立体示意图，而图7(c)是第一影像感测单元16a所撷取的第一影像I1的示意图。如图6(a)以及图7(a)所示，第四实施例的物件感测装置7与第三实施例的物件感测装置5主要不同之处在于物件感测装置7还包括滤光构件70。于使用物件感测装置7时，控制单元18会控制第一发光单元12a以及第二发光单元12b同时发光。如图7(b)所示，滤光构件70设置于第一影像感测单元16a的前方，而滤光构件70具有第一滤光区70a以及第二滤光区70b。第一发光单元12a的光线波长与第二发光单元12b的光线波长相异。当第一发光单元12a与第二发光单元12b同时发光，第一滤光区70a可将第二发光单元12b的光线过滤而仅让第一发光单元12a的光线通过；且第二滤光区70b可将第一发光单元12a的光线过滤而仅让第二发光单元12b的光线通过。
当使用者利用物件22(例如，手指或触控笔)于指示平面10上指示目标位置P时，第一影像感测单元16a透过第一滤光区70a感测第一子影像I10，并且透过第二滤光区70b感测关于物件22的第二子影像I12，如图7(c)所示。第一子影像I10与第二子影像I12组成第一影像I1，而第一子影像I10具有特征图案160。控制单元18可根据第一子影像I10中的特征图案160的密集度以及对照表200决定目标距离D，并且根据第二子影像I12以及现有定位算法决定目标角度A。接着，控制单元18就可以根据目标距离D以及目标角度A决定物件22所指示的目标位置P。此外，需说明的是，图7(a)与图6(a)中具有相同标号者，其作用原理大致相同，于此不再赘述。
请参考图8，图8(a)是本发明第五实施例的物件感测装置9的示意图，图8(b)是第一影像感测单元16a所撷取的第一影像I1的示意图，而图8(c)是第二影像感测单元16b所撷取的第二影像I2的示意图。如图6(a)以及图8(a)所示，第五实施例的物件感测装置9与第三实施例的物件感测装置5主要不同之处在于，物件感测装置9还包括第二影像感测单元16b。于使用物件感测装置9时，控制单元18可控制第一发光单元12a以及第二发光单元12b同时发光或相继发光。第二影像感测单元16b设置于指示平面10的周围且邻近第一影像感测单元16a。第一发光单元12a的光线波长与第二发光单元12b的光线波长相异。
当使用者利用物件22(例如，手指或触控笔)于指示平面10上指示目标位置P时，第一影像感测单元16a在第一发光单元12a发光期间感测到具有特征图案160的第一影像I1(如图8(b)所示)，并且第二影像感测单元16b在第二发光单元12b发光期间感测关于物件22的第二影像I2(如图8(c)所示)。控制单元18可根据第一影像I1中的特征图案160的密集度以及对照表200决定目标距离D，并且根据第二影像I2以及现有定位算法决定目标角度A。接着，控制单元18就可以根据目标距离D以及目标角度A决定物件22所指示的目标位置P。此外，需说明的是，图8(a)与图6(a)中具有相同标号者，其作用原理大致相同，于此不再赘述。
根据上述技术方案，本发明的物件感测装置至少具有下列优点及有益效果：本发明的物件感测装置利用光线通过光学组件投射出特征图案在物件上，在第一影像感测单元感测到具有特征图案的第一影像后，控制单元就可以根据第一影像中的特征图案决定物件的目标距离。此外，本发明可利用现有定位算法计算物件的目标角度，从而根据目标距离与目标角度决定物件于指示平面上所指示的目标位置。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种物件感测装置，其特征在于，所述物件感测装置包括：
指示平面，用以供物件指示目标位置；
第一发光单元，设置于所述指示平面的周围；
光学组件，设置于所述第一发光单元的前方，所述第一发光单元发出的光线通过所述光学组件投射出特征图案在所述物件上；
第一影像感测单元，设置于所述指示平面的周围且邻近所述第一发光单元，用以在所述第一发光单元发光期间感测关于所述物件的第一影像，所述第一影像具有所述特征图案，所述目标位置包括介于所述物件与所述第一影像感测单元间的目标距离；以及
控制单元，电连接于所述第一影像感测单元以及所述第一发光单元，用以根据所述第一影像中的所述特征图案决定所述目标距离。
2.如权利要求1所述的物件感测装置，其特征在于，所述物件感测装置还包括内存单元，电连接于所述控制单元，用以存储对照表，所述对照表纪录多个距离以及多个特征图案的密集度，每一个所述距离分别对应所述特征图案的密集度的其中之一，所述控制单元根据所述第一影像中的所述特征图案的密集度以及所述对照表决定所述目标距离。
3.如权利要求1所述的物件感测装置，其特征在于，所述目标位置还包括介于所述物件与所述指示平面的侧边间的目标角度，所述控制单元根据所述目标距离以及所述目标角度决定所述目标位置。
4.如权利要求3所述的物件感测装置，其特征在于，所述控制单元根据所述第一影像以及定位算法决定所述目标角度。
5.如权利要求3所述的物件感测装置，其特征在于，所述第一发光单元发出的光线包括第一部分光线以及第二部分光线，所述第一部分光线通过所述光学组件投射出所述特征图案在所述物件上，所述第二部分光线直接投射在所述物件上，所述第一影像感测单元透过所述第一部分光线感测第一子影像，并且透过所述第二部分光线感测关于所述物件的第二子影像，所述第一子影像与所述第二子影像组成所述第一影像，所述第一子影像具有所述特征图案，所述控制单元根据所述第一子影像中的所述特征图案决定所述目标距离，并且根据所述第二子影像以及定位算法决定所述目标角度。
6.如权利要求3所述的物件感测装置，其特征在于，所述物件感测装置还包括第二发光单元，设置于所述指示平面的周围且邻近所述第一影像感测单元，所述第一发光单元与所述第二发光单元相继发光，所述第一影像感测单元在所述第二发光单元发光期间感测关于所述物件的第二影像，所述控制单元根据所述第二影像以及定位算法决定所述目标角度。
7.如权利要求3所述的物件感测装置，其特征在于，所述物件感测装置还包括第二影像感测单元以及第二发光单元，所述第二影像感测单元设置于所述指示平面的周围且邻近所述第一影像感测单元，所述第二发光单元设置于所述指示平面的周围且邻近所述第二影像感测单元，所述第一发光单元的光线波长与所述第二发光单元的光线波长相异，所述第二影像感测单元在所述第二发光单元发光期间感测关于所述物件的第二影像，所述控制单元根据所述第二影像以及定位算法决定所述目标角度。
8.如权利要求3所述的物件感测装置，其特征在于，所述物件感测装置还包括第二发光单元以及滤光构件，所述第二发光单元设置于所述指示平面的周围且邻近所述第一影像感测单元，所述滤光构件设置于所述第一影像感测单元的前方，所述滤光构件具有第一滤光区以及第二滤光区，所述第一发光单元的光线波长与所述第二发光单元的光线波长相异，所述第一发光单元与所述第二发光单元同时发光，所述第一影像感测单元透过所述第一滤光区感测第一子影像，并且透过所述第二滤光区感测关于所述物件的第二子影像，所述第一子影像与所述第二子影像组成所述第一影像，所述第一子影像具有所述特征图案，所述控制单元根据所述第一子影像中的所述特征图案决定所述目标距离，并且根据所述第二子影像以及定位算法决定所述目标角度。
9.如权利要求1所述的物件感测装置，其特征在于，所述光学组件选自下列群组中的其中之一：光栅、绕射组件以及微投影组件。
10.如权利要求1所述的物件感测装置，其特征在于，所述特征图案包括下列群组中的至少其中之一：条纹状图案、点状图案、弧形图案以及多边形图案。
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| TW201218047A (en) | 2012-05-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120516 |