CN110515090A - 光感测模组及感测方法 - Google Patents

Abstract

本发明光感测模组包含一感光晶片以及四个红外线光源组，本发明的感测模组和感测方法具体实现了判断一标的物为平面物或曲面物、曲面深度判断、标的物为静态物或动态物、以及动态物的移动方向判别等功能。

Description

光感测模组及感测方法

技术领域

本发明关于光感应式感测模组的设计，尤指一种可判断出一标的物为平面物或曲面物及静态物或动态物的光感测模组和感测方法。

背景技术

光感应技术(light sensing technology)被广泛的应用，例如，用于量测一标的物在一空间中的位置，或相对一基准点的距离，或其移动方向。已知应用于动态感测的光感测器组成，大致在单一元件内搭载多个感测IC并结合单一红外光源或者外接多个红外光源，此设计对于产品设计的空间运用灵活度较差。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种可判断出一标的物为平面物或曲面物及静态物或动态物的光感测模组和感测方法。

本发明一种光感测模组，包括：

至少四个红外线光源组，每一红外线光源组包括一反光杯及配置其中的一IRLED，该反光杯为聚光型反光杯；

一感光晶片，用以接收上述每一个IR LED分别或同时投射至一标的物的一表面的反射光；该感光晶片将该反射光的光感测值传输至一控制模组；

一封装载体，封装上述红外线光源组、该感光晶片及其电路；且该感光晶片位于该封装载体的中央，该红外线光源组位于该感光晶片的邻侧。

较佳的，该反光杯具有XY方向40-45度以及Z方向0-15度的倾斜角设计，全部该IRLED的光投射至该标的物形成一类方形光斑。

较佳的，平行于该封装载体X轴的两个该红外线光源组的反光杯的倾斜角为镜射对称；平行于该封装载体Y轴的两个该红外线光源组的反光杯的倾斜角为镜射对称。

本发明的光感测模组的感测方法，包括：

光源一次循环启动步骤，包括将四个IR LED个别启动一次以及将四个IR LED同步启动一次，在该标的物的该表面形成四个个别反射光以及一个总反射光；该感光晶片获取该个别反射光及该总反射光的光感测值；以及

平面或非平面判断步骤，由该控制模组将该感光晶片所获取的光感测值进行(式1)及(式2)比对运算；比对运算的结果若符合(式1)及(式2)，判定该标的物为平面物；若其中一式不符合，则判定为曲面物；

A＝B＝C＝D (式1)

ABCD＝A+B+C+D (式2)

其中，A、B、C、D为该个别反射光的光感测值；

ABCD为该总反射光的光感测值。

更进一步的，当该标的物被判定为曲面物，则接续执行曲面物侦测步骤；包括：

表面颜色深浅判断步骤，该控制模组个别对每一IR LED施以两次不同的电流脉冲，该控制模组计算出两次电流脉冲所产生的个别反射光的数值斜率，透过两次数值斜率判断该标的物的表面颜色深浅；若两次数值斜率相同时，表示该标的物的该表面颜色深浅趋于一致，故执行以下的曲面深度判断步骤；当两次数值斜率不相同时，该数值斜率低代表该标的物该表面包含颜色较深的区域，数值斜率高代表该标的物的该表面包含颜色较浅的区域，则执行以下的斜率补正步骤；

斜率补正步骤，该控制模组通过一补正公式修正颜色深浅的斜率误差，使两次数值斜率为相同；斜率补正后执行以下的曲面深度判断步骤；

曲面深度判断步骤，该控制模组依据该四个个别反射光的光感测值判断该标的物的该表面与该感测元件的相对距离关系；该光感测值愈高，表示该表面包含较接近该感测元件的区域；反之，表示该表面包含较远离该感测元件的区域。

本发明光感测模组的感测方法，包括：

光源二次循环启动步骤，四个IR LED个别启动一次以及四个IR LED同步启动一次构成一循环，连续执行两次该循环；在该标的物的该表面形成八个个别反射光以及两个总反射光；该感光晶片获取该个别反射光及该总反射光的光感测值；以及

静态物或动态物判断步骤，该控制模组将该感光晶片所获取的光感测值进行(式3)及(式4)比对运算；若比对运算结果符合(式3)及(式4)，判定该标的物为静态物；若其中一式不符合，则判定为动态物；

A1＝A2、B1＝B2、C1＝C2、及D1＝D2 (式3)

A1+B1+C1+D1＝A2+B2+C2+D2 (式4)

其中，A1、B1、C1、D1分别表示第一次循环的四个该个别反射光的光感测值；A2、B2、C2、D2分别表示第二次循环的四个该个别反射光的光感测值。

更进一步的，当该标的物判定为动态物时，执行移动方向侦测步骤，包括：

该控制模组个别对每一IR LED施以连续电流脉冲，该控制模组计算出每一IR LED在连续电流脉冲下的个别反射光的强度斜率，该个别反射光的强度斜率依序定义为A_m、B_m、C_m、及D_m；其中，A_m是位于该光感测模组的平面座标系的第一象限的IR LED的强度斜率，B_m是位于该光感测模组的平面座标系的第二象限的IR LED的强度斜率，C_m是位于该光感测模组的平面座标系的第三象限的IR LED的强度斜率，D_m是位于该光感测模组的平面座标系的第四象限的IR LED的强度斜率；其中，

B_m＝C_m且A_m＝D_m，且B_m及C_m的强度斜率由高变低，A_m及D_m的强度斜率由低变高，代表该动态物的移动方向是沿着该平面座标系的X轴由左向右移动；

B_m＝C_m且Am＝D_m，且B_m及C_m的强度斜率由低变高，A_m及D_m的强度斜率由高变低，代表该动态物的移动方向是沿着该平面座标系的X轴由右向左移动；

A_m＝B_m且C_m＝D_m，且C_m及D_m的强度斜率由高变低，A_m及B_m的强度斜率由低变高，代表该动态物的移动方向是沿着该平面座标系的Y轴由下往上移动；

A_m＝B_m且C_m＝D_m，且C_m及D_m的强度斜率由低变高，A_m及B_m的强度斜率由高变低，代表该动态物的移动方向是沿着该平面座标系的Y轴由上往下移动；

A_m、B_m、C_m、D_m的强度斜率总合由高变低，代表该动态物相对该平面座标系由近处往远处移动；反之则为由远处往近处移动。

本发明的功效：

本发明的光感测模组将所有组件统整做单一积体化，成型包含一个感测晶片和四个红外线光源组的结构。单一积体化的光感测模组与主机装置搭配时具有好的空间应用灵活度。

通过聚光型反光杯获得更高的光强值与更小的发光角，可进行较远距离的感测。

本发明的感测模组和感测方法具体实现了判断一标的物为平面物或曲面物、曲面深度判断、标的物为静态物或动态物、以及动态物的移动方向判别等功能。

本发明可应用于一主机装置，该主机装置采用本发明感测模组及感测方法来实现一种或多种人机互动的功能，包含但不限于手势辨识、图像处理。

附图说明

图1为本发明光感测模组的立体外观图。

图2为本发明光感测模组的俯视平面图。

图3为图2的III-III剖面图。

图4为本发明光感测模组将光源投射至一平面标的物及感光晶片接收反射光的示意图。

图5为本发明四颗IR LED在平面标的物的总反射光的光斑图。

图6为IR-1在平面标的物的反射光的光斑图。

图7为IR-2在平面标的物的反射光的光斑图。

图8为IR-3在平面标的物的反射光的光斑图。

图9为IR-4在平面标的物的反射光的光斑图。

图10为本发明光感测模组将光源投射至一曲面标的物及感光晶片接收反射光的示意图。

图11为本发明四颗IR LED在曲面标的物的总反射光的光斑图。

图12为IR-1在曲面标的物的反射光的光斑图。

图13为IR-2在曲面标的物的反射光的光斑图。

图14为IR-3在曲面标的物的反射光的光斑图。

图15为IR-4在曲面标的物的反射光的光斑图。

附图说明

10：光感测模组；11：红外线光源组；111：反光杯；112：红外线发光二极体/IR LED；13：感光晶片；14：封装载体；15：类方形光斑；21：平面标的物；22：曲面标的物；I₁：XY方向倾斜角；I₂：Z方向倾斜角；IR-1、IR-2、IR-3、IR-4：四颗IR LED。

具体实施方式

为便于说明本发明在上述发明内容一栏中所表示的中心思想，兹以具体实施例表达。实施例中各种不同物件按适于说明的比例、尺寸、变形量或位移量而描绘，而非按实际元件的比例予以绘制，合先叙明。

如图1、图2、图3，本发明光感测模组10，包括：至少四个红外线光源组11，一感光晶片13，以及一封装载体14。

每一红外线光源组11包括一反光杯111及配置其中的一红外线发光二极体(以下简称IR LED)112，红外线波长范围700nm～1600nm。该反光杯111为聚光型反光杯；该反光杯111具有XY方向40-45度倾斜角I₁，以及Z方向0-15度倾斜角I₂。红外线光源也可以采用IRVCSEL(红外光面射型镭射二极体)。

感光晶片13，用以接收上述每一个IR LED 112分别或同时投射至一标的物21或22的一表面的反射光，如图4、图10。该感光晶片112将该反射光的光感测值传输至一控制模组(图未示)。所述的控制模组可以一并被以下的封装载体14所封装，也可以建置在一主机装置上。较佳的，本发明光感测模组10与控制模组建置于同一主机装置上，所述主机装置包含但不限于任何具有摄像镜头的行动装置或机具。

封装载体14，为精密塑胶射出成型，通过已知的积体电路封装将该红外线光源组11、该感光晶片13及其等的电路封装，也可包含前述的控制模组。在方位配置方面，以该封装载体14的平面座标系来说明，如图2，该感光晶片13位于该封装载体14的X轴和Y轴的中心，并沿着X轴延伸，该红外线光源组11位于该感光晶片13的邻侧，图例所示，四个红外线光源组11两两并列于该感光晶片13的两侧，平行于该封装载体14X轴的两个该红外线光源组11的反光杯111的倾斜角I₁，I₂为镜射对称；平行于该封装载体14Y轴的两个该红外线光源组11的反光杯111的倾斜角I₁，I₂为镜射对称。

如图5，全部该IR LED 112的光投射至一平面标的物21的表面会形成一类方形光斑15。该反光杯111的倾斜角设计，使该IR LED 112具窄发光角度和高光强度，并且使IRLED 112产生偏离该感光晶片13的偏角出光，避免红外光杂讯干扰感光晶片13，使感光晶片13光讯号尽可能的来自于反射光。

本发明光感测模组10的感测方法，用以感测标的物为平面物或曲面物。包括：

光源一次循环启动步骤，包括将四个IR LED 112个别启动一次以及将四个IR LED112同步启动一次，光源投射于该标的物的表面，在该标的物的表面形成四个个别反射光以及一个总反射光；该感光晶片13获取该个别反射光及该总反射光的光感测值；以及

平面或非平面判断步骤，由该控制模组将该感光晶片13所获取的光感测值进行(式1)及(式2)比对运算；比对运算的结果若符合(式1)及(式2)，判定该标的物为平面物21；若其中一式不符合，则判定为曲面物22；

A＝B＝C＝D (式1)

ABCD＝A+B+C+D (式2)

其中，A、B、C、D为该个别反射光的光感测值；

ABCD为该总反射光的光感测值。

如图2，为便于说明，我们将四个IR LED分别以IR-1、IR-2、IR-3、IR-4称之。将IR-1、IR-2、IR-3、IR-4同步启动，光源投射于平面标的物21(如图4)，该感光晶片13所接收的总反射光是类方形光斑，如图5。四颗IR LED 112个别启动一次，光源投射于平面标的物21，该感光晶片13所接收的个别反射光的光斑如图6至图9，图6为IR-1的反射光的光斑，图7为IR-2的反射光的光斑，图8为IR-3的反射光的光斑，图9为IR-4的反射光的光斑。四颗光斑的形状、强度、范围近似。

当该标的物被判定为曲面物，则接续执行曲面物侦测步骤；包括：

表面颜色深浅判断步骤，该控制模组个别对每一IR LED施以两次不同的电流脉冲，该控制模组计算出两次电流脉冲所产生的个别反射光的数值斜率，透过两次数值斜率判断该标的物的表面颜色深浅；若两次数值斜率相同时，表示该标的物的该表面颜色深浅趋于一致，故执行以下的曲面深度判断步骤；当两次数值斜率不相同时，该数值斜率低代表该标的物该表面包含颜色较深的区域，数值斜率高代表该标的物的该表面包含颜色较浅的区域，则执行以下的斜率补正步骤；

斜率补正步骤，该控制模组通过一补正公式修正颜色深浅的斜率误差，使两次数值斜率为相同；斜率补正后执行以下的曲面深度判断步骤；

曲面深度判断步骤，该控制模组依据该四个个别反射光的光感测值判断该标的物的该表面与该感测元件的相对距离关系；该光感测值愈高，表示该表面包含较接近该感测元件的区域；反之，表示该表面包含较远离该感测元件的区域。

颜色深浅判断是为了减少误判情形，颜色深反射率低，测值会低于浅色，浅色面虽测得较高数值，但相对位置有可能是低于深色面，所以判断曲面前须先执行颜色判断并补正。

如图10，将IR-1、IR-2、IR-3、IR-4同步启动，光源投射于曲面标的物22，该感光晶片13所接收的总反射光的光斑如图11。将IR-1、IR-2、IR-3、IR-4个别启动一次，光源投射于曲面标的物22，该感光晶片13所接收的个别反射光的光斑如图12至图15，图12为IR-1的反射光的光斑，图13为IR-2的反射光的光斑，图14为IR-3的反射光的光斑，图15为IR-4的反射光的光斑。四颗光斑的形状、强度、范围都不同，曲面愈接近该感光晶片13，光斑的范围愈小，强度愈强；反之，曲面愈远离该感光晶片13，光斑的范围愈大，强度愈弱。

如图2，本发明光感测模组10的感测方法，用以感测标的物为静态物或动态物。包括：

光源二次循环启动步骤，四个IR LED 112个别启动一次以及四个IR LED 112同步启动一次构成一循环，连续执行两次该循环；光源投射于该标的物21或22的表面，在该标的物的该表面形成八个个别反射光以及两个总反射光；该感光晶片获取该个别反射光及该总反射光的光感测值；以及

静态物或动态物判断步骤，该控制模组将该感光晶片所获取的光感测值进行(式3)及(式4)比对运算；若比对运算结果符合(式3)及(式4)，判定该标的物为静态物；若其中一式不符合，则判定为动态物；

A1＝A2、B1＝B2、C1＝C2、及D1＝D2 (式3)

A1+B1+C1+D1＝A2+B2+C2+D2 (式4)

其中，A1、B1、C1、D1分别表示第一次循环的四个该个别反射光的光感测值；A2、B2、C2、D2分别表示第二次循环的四个该个别反射光的光感测值。

当该标的物判定为动态物时，执行移动方向侦测步骤，包括：

该控制模组个别对每一IR LED施以连续电流脉冲，该控制模组计算出该个别反射光的强度斜率，将IR-1、IR-2、IR-3、IR-4的个别反射光的强度斜率依序定义为A_m、B_m、C_m、及D_m。IR-1、IR-2、IR-3、IR-4分别位于该光感测模组平面座标系的一第一象限、一第二象限、一第三象限、及一第四象限。其中，

B_m＝C_m且A_m＝D_m，且B_m及C_m的强度斜率由高变低，A_m及D_m的强度斜率由低变高，代表该动态物的移动方向是沿着该平面座标系的X轴由左向右移动；

B_m＝C_m且A_m＝D_m，且B_m及C_m的强度斜率由低变高，A_m及D_m的强度斜率由高变低，代表该动态物的移动方向是沿着该平面座标系的X轴由右向左移动；

A_m＝B_m且C_m＝D_m，且C_m及D_m的强度斜率由高变低，A_m及B_m的强度斜率由低变高，代表该动态物的移动方向是沿着该平面座标系的Y轴由下往上移动；

A_m＝B_m且C_m＝D_m，且C_m及D_m的强度斜率由低变高，A_m及B_m的强度斜率由高变低，代表该动态物的移动方向是沿着该平面座标系的Y轴由上往下移动；

A_m、B_m、C_m、D_m的强度斜率总合由高变低，代表该动态物相对该平面座标系由近处往远处移动；反之则为由远处往近处移动。

Claims (8)

1.一种光感测模组，其特征在于，包括：

至少四个红外线光源组，每一红外线光源组包括一反光杯及配置其中的一IR LED，该反光杯为聚光型反光杯；

一感光晶片，用以接收上述每一个IR LED分别或同时投射至一标的物的一表面的反射光；该感光晶片将该反射光的光感测值传输至一控制模组；

一封装载体，封装上述红外线光源组、该感光晶片及其电路；且该感光晶片位于该封装载体的中央，该红外线光源组位于该感光晶片的邻侧。

2.如权利要求1所述的光感测模组，其特征在于，该反光杯具有XY方向40-45度以及Z方向0-15度的倾斜角设计，全部该IR LED的光投射至该标的物形成一类方形光斑。

3.如权利要求2所述的光感测模组，其特征在于，平行于该封装载体X轴的两个该红外线光源组的反光杯的倾斜角为镜射对称；平行于该封装载体Y轴的两个该红外线光源组的反光杯的倾斜角为镜射对称。

4.如权利要求1所述光感测模组，其特征在于，该IR LED可被IR VCSEL(红外光面射型镭射二极体)取代。

5.一种如权利要求1所述的光感测模组的感测方法，其特征在于，包括：

光源一次循环启动步骤，包括将四个IR LED个别启动一次以及将四个IRLED同步启动一次，在该标的物的该表面形成四个个别反射光以及一个总反射光；该感光晶片获取该个别反射光及该总反射光的光感测值；以及

平面或非平面判断步骤，由该控制模组将该感光晶片所获取的光感测值进行(式1)及(式2)比对运算；比对运算的结果若符合(式1)及(式2)，判定该标的物为平面物；若其中一式不符合，则判定为曲面物；

A＝B＝C＝D (式1)

ABCD＝A+B+C+D (式2)

其中，A、B、C、D为该个别反射光的光感测值；

ABCD为该总反射光的光感测值。

6.如权利要求5所述的光感测模组的感测方法，当该标的物被判定为曲面物，则接续执行曲面物侦测步骤；其特征在于，包括：

表面颜色深浅判断步骤，该控制模组个别对每一IR LED施以两次不同的电流脉冲，该控制模组计算出两次电流脉冲所产生的个别反射光的数值斜率，透过两次数值斜率判断该标的物的表面颜色深浅；若两次数值斜率相同时，表示该标的物的该表面颜色深浅趋于一致，故执行以下的曲面深度判断步骤；当两次数值斜率不相同时，该数值斜率低代表该标的物该表面包含颜色较深的区域，数值斜率高代表该标的物的该表面包含颜色较浅的区域，则执行以下的斜率补正步骤；

斜率补正步骤，该控制模组通过一补正公式修正颜色深浅的斜率误差，使两次数值斜率为相同；斜率补正后执行以下的曲面深度判断步骤；

曲面深度判断步骤，该控制模组依据该四个个别反射光的光感测值判断该标的物的该表面与该感测元件的相对距离关系；该光感测值愈高，表示该表面包含较接近该感测元件的区域；反之，表示该表面包含较远离该感测元件的区域。

7.一种如权利要求1所述的光感测模组的感测方法，其特征在于，包括：

光源二次循环启动步骤，四个IR LED个别启动一次以及四个IR LED同步启动一次构成一循环，连续执行两次该循环；在该标的物的该表面形成八个个别反射光以及两个总反射光；该感光晶片获取该个别反射光及该总反射光的光感测值；以及

静态物或动态物判断步骤，该控制模组将该感光晶片所获取的光感测值进行(式3)及(式4)比对运算；若比对运算结果符合(式3)及(式4)，判定该标的物为静态物；若其中一式不符合，则判定为动态物；

A1＝A2、B1＝B2、C1＝C2、及D1＝D2 (式3)

A1+B1+C1+D1＝A2+B2+C2+D2 (式4)

其中，A1、B1、C1、D1分别表示第一次循环的四个该个别反射光的光感测值；A2、B2、C2、D2分别表示第二次循环的四个该个别反射光的光感测值。

8.如权利要求7所述的光感测模组的感测方法，其特征在于，当该标的物判定为动态物时，执行移动方向侦测步骤，包括：

该控制模组个别对每一IR LED施以连续电流脉冲，该控制模组计算出每一IR LED在连续电流脉冲下的个别反射光的强度斜率，该个别反射光的强度斜率依序定义为A_m、B_m、C_m、及D_m；其中，A_m是位于该光感测模组的平面座标系的第一象限的IR LED的强度斜率，B_m是位于该光感测模组的平面座标系的第二象限的IR LED的强度斜率，C_m是位于该光感测模组的平面座标系的第三象限的IR LED的强度斜率，D_m是位于该光感测模组的平面座标系的第四象限的IR LED的强度斜率；其中，

B_m＝C_m且A_m＝D_m，且B_m及C_m的强度斜率由高变低，A_m及D_m的强度斜率由低变高，代表该动态物的移动方向是沿着该平面座标系的X轴由左向右移动；

B_m＝C_m且A_m＝D_m，且B_m及C_m的强度斜率由低变高，A_m及D_m的强度斜率由高变低，代表该动态物的移动方向是沿着该平面座标系的X轴由右向左移动；

A_m＝B_m且C_m＝D_m，且C_m及D_m的强度斜率由高变低，A_m及B_m的强度斜率由低变高，代表该动态物的移动方向是沿着该平面座标系的Y轴由下往上移动；

A_m＝B_m且C_m＝D_m，且C_m及D_m的强度斜率由低变高，A_m及B_m的强度斜率由高变低，代表该动态物的移动方向是沿着该平面座标系的Y轴由上往下移动；

A_m、B_m、C_m、D_m的强度斜率总合由高变低，代表该动态物相对该平面座标系由近处往远处移动；反之则为由远处往近处移动。