TW201235633A - Apparatus and method for sensing distance - Google Patents

Description

201235633 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於距離檢測裝置及方法；具體而言，本發明 係關於一種近距離檢測裝置及方法。 【先前技術】 隨著科技快速發展’各種具有量距功能的儀器不斷推陳 出新。從最原始的捲尺測量’直至各種電子測距儀，這些儀 器因應不同領域的需求以達到量距目的。其中二 、1 A入A '、T ’電子測距方 法包3電磁測距及光電測距。以光電測距方式 器中’較為熱門的至少有紅外線測距儀、雷射^距^超音 波感測器。雷射測距儀及超音波感測器具有靈敏的量距準確 度，但價格昂貴。紅外線測距儀雖然較為便宜，但其量距準 確度沒有雷射測距儀及超音波感測器佳。 〃 一般而δ，傳統式的紅外線測距儀包含有發射器及接收 器。當發射器產生紅外線並射出至物體時，接收器接收自物 體反射之光線，以產生電訊號。由於傳統式紅外線測距儀只 有一個接收器，其電訊號需與一固定參考電訊號進行比較， 以判斷紅外線測距儀與物體之間距。此外，物體的材質會直 接影響反射光線之強弱。倘若物體的材質係屬易吸收光線之 材質’導致反射光線太弱，產生之電訊號亦隨之減弱，進而 影響量測準確度，或甚至不能與參考電訊號進行比較，而無 法量測間距。 因此，本發明提出一種能夠提升量距準確度且不受反射 201235633 材質影響之距離檢測裝置及方法。 【發明内容】 本發明之一目的在於提供一種距離檢測裝置及方法，其 應用電訊號與距離之曲線’決定要量測的預定最小距離。 本發明之另一目的在於提供一種距離檢測裝置及方 法，其利用兩個接收器，以不受反射材質影響的方式，提升 量測的精確度。 本發明之又一目的在於提供一種距離檢測裝置及方 法’其藉由調整接收器與發射器之間的角度及/或位置，精 確地進行近距離量測。 於一實施例中，本發明之距離檢測裝置包含發射器、第 一接收器及第二接收器。 其中’發射器用於沿發射方向發射光線。第一接收器設置 於發射器之-側並具有第—人光面，用於接收物體所反射之光 ，，以產生第一電訊號。第二接收器設置於發射器及第一接收 器之間並具有第二人光面，用於接收物體所反射之光線，以產 生第二電訊號。其中’第—接收器具有第—電訊號距離曲線， 第-接收n具有第二電訊號·距離曲線，且第_電訊號·距離曲 線具有第—波峰，第二電訊號距離曲線具有第二波峰，第-波峰對應的輯大於第二鱗對應的距離。 並且，第一電訊號_距離曲線及第二電訊號_距離曲線之交 f所的距離實質為駄距離。當待舰離小於預定距離 絡-電錢大於第—電訊號，錢當待測距離大於預定距 離時’第二電訊號小於第—電訊號。 201235633 入光面之㈣具有—&光面以提供光線㈣，第一 一 ㈣之出光面之法線方向之間具有第 間匕第i t 與第—从面之法線方向之 第一角度’第—角度及第二角度係根據預定距離設置。 體的施例包含距離檢測方法，係用以檢測至物 第-接㈣、、哲法包含·提供距離檢測裝置，包含發射器、 机置於°以及一接收器，其中第一接收器及第二接收器 ς置=發射㈣之-側’第—接收器具有第—電訊號距離曲 = 收器具有第二電訊號-距離曲線，且第—電訊號-距 離曲線具有第-波峰，第二電訊號_距離曲線具有第二波峰， 第一波料應的距離大於第二波峰對應的距離；發射器沿發射 方向發射光線，第-接收器及第二接收器接收物體所反射之光 線以分別產生第-電訊號與第二魏號；錢依一電訊號 及第二電訊號取得物體的制雜或決定频是^在預定距 離内。 具體而言，第一電訊號-距離曲線及第二電訊號距離曲線 之乂點所對應的距離實質為預定距離，其中待測距離小於預定 距離時，第二電訊號大於第一電訊號，而待測距離大於預定距 離時’第二電訊號小於第一電訊號。 相較於先前技術’本發明所提出之距離檢測裝置及方法 係透過第一接收器及第二接收器，以產生相對應之第一電訊 5虎及第二電訊號，不僅能檢測與物體之間的距離，更能並藉 由第一電訊號及第二電訊號之大小關係，以決定物體是否位 於預定距離内，進而提升量距準確度。此外，本發明之距離 檢測裝置能夠透過兩個接收器之電訊號大小關係，以決定物 體是否位於預定距離内，不僅能夠不受反射材質影響且有效 201235633 提升量距準確度。 神可以藉由以下的發明詳述及 關於本發明之優點與精 所附圖式得到進·—步的瞭解 【實施方式】 根據本發明之-具體實施例提供一種距離 此實施例巾’此距離檢魏置㈣檢測至 待測離並

判定物體是否在預歧_。於—實關中，本發明 檢測裝置及方法係應歸近距離量測，但糾此為限。 限 請參照圖1 ’圖1係緣示距離檢測裝置1之一實施例俯 視圖。實際上’距離檢種置丨之形狀可依照產品實際需求而 定’可以是方形、_形或其他不_狀，不財施例所 如圖1所不，距離檢測裝置i包含有發射器1〇、第一 接收器20及第二接收器3〇。第一接收器2〇設置於發射器 10之-侧並具有第-入光面25;第二接收器3〇設置於發射 器10及第-接收器20之間並具有第二人光面35。發射器 10具有出光面15，為光線出射的表面，發射器1〇沿發射方 向朝物體2發射光線。在實際應用中，發射器1〇較佳為不 可見光，並不以此為限。於此實施例中，發射器係為紅外線。 第一接收器20用於接收物體2所反射之光線，以產生第一 電汛號，而第二接收器30用於接收物體2所反射之光線， 以產生第二電訊號。亦即’第一接收器2〇及第二接收器30 係用於接收自發射器1〇朝物體2所發射並由物體2所反射 的光線’而分別產生對應所接收光線能量的第一電訊號及第 二電訊號。 201235633 具體，δ ’帛—接收器20具有第一電訊號-距離曲線S1, 第二接收器30具有第二電訊號_距離曲線s2，且第 距離曲線S1具料—鱗ρι，第二電減雜轉s2= 第一波峰P2’第—波峰P1對應的距離dl大於第二波峰P2斜 應的距離d2 ’如圖2所示。_ 2可知第—電訊號·距離曲線 si及第二電訊號·距離曲線S2之交點所對應的距離實質為預 定距離ds，其中待測距離小於預定距離&時，第三電訊號大 於第-電訊號’而待測距離大於預定距離ds _，第二電訊號 小於第-電訊號。有關第一電訊號_距離曲線8卜第二電訊號_ 距離曲線S2以及預定距離與第__電訊號及第二電訊號之間的 關係，如後詳述。 如圖1所示，第一接收器20之第一入光面25之法線方 向與發射器10之出光面15之法線方向之間具有第一角度 A卜類似地，第二接收器30之第二入光面35之法線方向 與第一接收器20之第一入光面25之法線方向之間具有第二 角度A2。此外’第一接收器2〇及發射器1〇分別與第二接收 器30相距第一距離D1及第二距離D2。 需說明的是，第一距離D1及第二距離D2以及第一角度 A1及第二角度A2係選擇成使得距離檢測裝置1根據第一電 訊號及第二電訊號之大小關係可決定物體2是否位於預定距 離内。 具體而言’調整第一接收器20、第二接收器30及發射 器10之相對位置及角度，使得物體2位於預定距離時，第 一接收器20及第二接收器30對應物體2之反射光線能量所 得的第一電訊號與第二電訊號之大小係為相同。在此實施例 中，預定距離係為5cm，第一電訊號及第二電訊號係屬類比 201235633 電壓，但不以此為限。於實際應用中，第一距離D1係介於 8〜10mm ’較佳為9mm ;第二距離D2係介於13〜15mm，較佳 為14mm。此外，第一角度A1係介於6〜8。，較佳為7。；且第 二角度A2係介於1〜3。，較佳為2。。 請參照圖2 ’圖2係繪示第一接收器20及第二接收器3〇 之電訊號-距離曲線圖。亦即，藉由調整接收器的角度及位置， 會得到物體距離與電訊號之間的獨特關係。如圖2所示，在上 述預設相對位置之狀況下’第一角度A1及第二角度A2係選 • 擇成使得第一接收器20及第二接收器30分別具有不同波峰的 第一電訊號-距離曲線S1及第二電訊號-距離曲線S2，其中第 一電訊號_距離曲線S1及第二電訊號-距離曲線S2交會於一交 點’且該交點相對應之距離實質為預定距離。舉例而言，於此 實施例’第一角度A1係介於6〜8。，較佳為7。；且第二角度 A2係介於1〜3。，較佳為2。。 如圖2所示，於距離為〇.5cm處，第二電訊號大於第一電 讯號。當距離自〇.5cm拉遠至1.5cm時’第一電訊號緩慢變大， • 而第二電訊號迅速變大。雖然距離拉遠，但因第二接收器30 的位置較第一接收器20靠近發射器10，於此距離處會有較多 反射光線進入第二接收器30，所以電訊號-距離曲線的變化較 為明顯。當距離自1.5cm拉遠至3.5cm時，第一電訊號持續緩 慢變大，而第二電訊號迅速變小。此乃由於反射角度及距離的 關係’使第一接收器20接收的反射光線越來越多，而進入第 二接收器30的反射光線越來越少。 當距離自3.5cm變大至5cm時，進入第一接收器20及第 二接收器30之反射光線越來越少，使得第一電訊號與第二電 訊號逐漸變小。然而，由於第一電訊號變小的速度較第二電訊 201235633 號緩慢’使得兩曲線於距離為5cm處有交點，其中5cm係為 預定距離。當距離自5cm繼續拉遠至10cm時，第一電訊號及 第二電訊號持續緩慢變小，且第二電訊號的變化幅度大於第一 電訊號的變倾度，使得第二電喊小於第—電訊號。 值得注意的是，因此，基於上述狀況，當物體2位於預定 距離(例如5cm)内時，第二電訊號大於或等於第一電訊號；； 田物體2位於預定距離(例如5cm)外時，第二電訊號小於第一 電訊號。因此’距離檢測裝置1藉由第-電訊號、第二電訊號、 第一電訊號-距離曲線、以及第二電訊號_距離曲線，可決定物 體2是否位於預定距離内。換句話說，使用者可將所欲量測之 最近距離設定為預定距離，而根據此預定距離調整發射器1〇、 第一接收器20、以及第二接收器3〇的相對角度及/或位置，進 而得到第一電訊號-距離曲線S1及第二電訊號曲線S2，其中 第一電訊號-距離曲線S1與第二電訊號-距離曲線幻之交點係 為預定距離(於此例為5cm)。因此，當距離檢測裝置i執行量 測時，即可根據第一電訊號及第二電訊號的大小關係，決定物 體疋否在預定距離内。此外，距離檢測裝置丨不僅可準確判斷 物體2是否在預定距離内，亦可藉由第一接收器2〇及/或第二 接收器30因應物體2反射之光訊號所產生的電訊號，來直接 檢測待測距離。 请參照圖3,圖3係繪示距離檢測裝置1針對不同物體(例 如第一物體及第二物體)之電訊號-距離曲線圖。在此實施例 中’第一物體及第二物體的材質不同’亦即第一物體及第二物 體對發射器10所發射的光線有不同的吸收度。舉例而言，第 一物體係為木板’第二物體係為黑色紙。如圖3所示，由於第 二物體(即黑色紙)相較於第一物體(即木板)具有較低之反射 201235633 率，故對應第二物體之第一電訊號及第二電訊號皆較對應第— 物體之第一電訊號及第二電訊號為弱。 如圖3所示，在此實施例中’預定距離係為5cm。亦即， 針對第一物體及第二物體，第一接收器20及第二接收器30分 別具有對應第一物體之第一電訊號-距離曲線S11與第二電訊 號-距離曲線S12，以及對應第二物體之第一電訊號-距離曲線 S21與第二電訊號-距離曲線S22。如圖3所示，雖然在上述相 對角度及位置條件下，第一接收器20及第二接收器30針對第 • 一物體及第二物體之電訊號強度不同，但是具有類似的趨勢。 亦即，如圖3所示，對應第一物體之第一電訊號-距離曲線S11 與第一電訊號_距離曲線S12的交點，以及對應第二物體之第 一電訊號•距離曲線S21與第二電訊號-距離曲線S22的交點皆 位於距離為約5cm處。具體而言，預定距離(例如5cm)内，不 淪是第一電訊號-距離曲線S11或第一電訊號-距離曲線S21之 第一電訊號皆大於第二電訊號_距離曲線S12或第二電訊號_距 離曲線S22之對應的第二電訊號；而預定距離(例如5cm)外， 修 不淪是第一電訊號-距離曲線S11或第一電訊號-距離曲線S21 之第一電訊號皆小於第二電訊號·距離曲線S12或第二電訊號_ 距離曲線S22之對應的第二電訊號。因此，本發明之距離檢測 裝置1對於不同物體之檢測，即使物體材質不同(亦即反射效 果不同）’距離檢測裝置1仍保有相當好的量距準確度。因此， 本發月之距離檢測褒置1能夠透過兩個接收器之電訊號大 小y係，以決定物體是否位於預定距離内，不僅能夠有效提 升量距準確度且不受反射材質影響。 、圖4係為本發明之距離檢測方法之流程圖。本距離檢測方 法包含步驟刪，提供距離檢測農置，其包含發射器、第一 201235633 接收器、及第二接收器，其中第一接收器及第二接收器設置於 發射器之一側，第一接收器具有第一電訊號-距離曲線，第二 接收器具有第二電訊號-距離曲線，且第一電訊號-距離曲線具 有第一波峰，第二電訊號·距離曲線具有第二波峰，第一波峰 對應的距離大於第二波峰對應的距離。於此所提供的距離檢測 裝置，可如圖1所示，其中第二接收器係設置於第一接收器及 發射器之間，但不以此為限。此外，如上所述，可藉由調整第 一接收器及第二接收器相對於發射器之位置及角度，而使其分 別具有所需的第一電訊號-距離曲線及第二電訊號-距離曲線。 步驟1020包含發射器沿發射方向發射光線。舉例而言， 可使用紅外線發射器作為本發明之發射器，而朝物體之方向發 射紅外線。 步驟1030包含第一接收器及第二接收器接收物體所反射 之光線以分別產生第一電訊號與第二電訊號。舉例而言，第一 接收器及第二接收器接收物體所反射的紅外線，而因應紅外線 的能量分別產生相應的電訊號。 步驟1040包含依據第一電訊號及第二電訊號之關係取得 物體的待測距離或決定物體是否在預定距離内，其中第一電訊 號-距離曲線及第二電訊號-距離曲線之交點所對應的距離實 質為預定距離。於此所述之預定距離係指使用者欲量測之最近 距離，例如5cm，但不以此為限，可依實際應用與使用者需求 變化。步驟1041包含待測距離小於預定距離時，第二電訊號 大於第—電訊號；步驟1042包含待測距離大於預定距離時， 第二電訊號小於第一電訊號。 相較於先前技術’本發明所提出之距離檢測裝置及方法 12 201235633 不僅能檢測與物體之間的距離，更能利用電訊號-距離曲線 設定所需的預定距離，透過第一接收器及第二接收器，以產 生相對應之第一電訊號及第二電訊號，並由第一電訊號及第 一電矾號之大小關係，以決定物體是否位於預定距離内，進 而，升I距準確度。由於傳統式的距離檢測裝置僅具有一發 射器及-接收n ’接收ϋ之魏舰能與參考親號進行比 ，得到的量測效果有限，近距離量測更有顯著不足。因此，

^之距離檢測裝置不僅能檢測與物體之間的距離，更夠 ，過兩個接收n之電_大小_， ㊁距離内’不僅能夠有效提升量距準確度且不== 藉由以上較佳具體實施例 述本發明之特徵與精神，而並非以上二望能更加清楚描 施例來對本發明之範#加以限制。相H揭，較佳具體實 涵蓋各種改變及具相等性 /、目的是希望能 範圍的範疇内。 於本發明所欲申請之專利

13 201235633 【圖式簡單說明】 圖1係繪示距離檢測裝置之一實施例俯視圖。 圖2係繪示第一接收器及第二接收器之電訊號-距離曲 線圖。 圖3係繪示距離檢測裝置檢測第一物體及第二物體之 電訊號-距離曲線圖。 圖4係為本發明之距離檢測方法之流程圖。

14 201235633 【主要元件符號說明】 1 :距離檢測裝置 2 :物體 10 :發射器 15 :出光面 20 :第一接收器 25 :第一入光面 30 :第二接收器 35 :第二入光面 A1 :第一角度 A2 :第二角度 D1 :第一距離 D2 :第二距離

Claims (1)

1. 201235633 七、申請專利範圍： 1、 一種距離檢測裝置，用以檢測至一物體的一待測距離，包含： 一發射器，用於沿一發射方向發射一光線； 一第一接收器’設置於該發射器之一侧並具有一第一入光 面，用於接收該物體所反射之光線，以產生一第一電訊 號；以及 一第二接收器，設置於該發射器及該第一接收器之間並具 有一第二入光面，用於接收該物體所反射之光線，以產 生一第二電訊號； 一其^，該第一接收器具有一第一電訊號-距離曲線，該第 二接收器具有-第二電峨·距離曲線，且該第—電訊號·距離 曲線具有一第一波峰，該第二電訊號_距離曲線具有一第二波 峰，該第-波峰對應的距離大於該第二波峰對應的距離。 2、如申請專利範圍第i項所述之距離檢測裝置，其中該第一電 訊號-距離曲線及該第二電峨_歸曲線之交 離實質為1定距離。 3、 該 訊 如申明專她®第2項所叙雜制裝置，其巾 離小於該縣雜時，該第二電«大於該第1訊^距 ^則距離大於簡定雜時，該第二電訊號小於該第4 4、如申明專利範圍第2項所述之距離檢測 據該預定距離設置 線方向之間具有H度，該第-角度及該第二 201235633 5、 如申請專利範圍第4項所述之距離檢測裝置，其中該第一角度 係介於6〜8度，且該第二角度係介於丨〜3度。 又 6、 如申請專利範圍第2項所述之距離檢測裝置，其中該第_Λ 光面之中點與該第二入光面之中點相距一第一距離，該第二 入光面之中點與該發射器之中點相距一第二距離，該第—距 離及該第二距離係根據該預定距離設置。 7、 如申請專利範圍第6項所述之距離檢測裝置，其中該第一距離 φ 係介於8〜10毫米，該第二距離係介於13〜15毫米。 8、 如申請專利範圍第1項所述之距離檢測裝置，其中該發射器為 紅外光發射器。 … 9、 種距離檢測方法，用以檢測至一物體的一待測距離，包含： 、提供一距離檢測裝置，包含一發射器、一第一接收器、 第二接收器，其中該第一接收器及該第二接收器設置 ”之一侧’該第一接收器具有-第-電訊號-距離曲 赢 第二接收器具有一第二電訊號-距離曲、線，且該第一電 • !^距離曲線具有-第一波峰，該第二電訊號-距離曲線具有 距離了波峰，該第一波峰對應的距離大於該第二波峰對應的 該發射器沿一發射方向發射一光線； 以八該第接收器及該第二接收器接收該物體所反射之光線 刀別產生一第一電訊號與一第二電訊號；以及 郎該第一電訊號及該第二電訊號取得該物體的該待測 距離或決賴鏡衫在―預歧離内。 1〇、=申請專利範圍第9項所述之距離檢測方法，其中該第一電訊 〜距離崎及該第二電訊號·距離曲線之想所對應的距離 17 201235633 實質為該預定距離，該待測距離小於該預定距離時，該第二 電訊號大於該第一電訊號，該待測距離大於該預定距離時， 該第二電訊號小於該第一電訊號。

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