TWI436242B - 移動偵測裝置 - Google Patents

Description

移動偵測裝置

本發明係關於一移動偵測裝置，其利用一光源與複數感光元件判斷物體的三維動作。

目前的移動偵測裝置僅能偵測與移動偵測裝置呈現約略平行方向的移動。舉例而言，具有移動偵測裝置之一手機，若該手機位於一平面上且該平面定義為一XY平面，則該手機的移動偵測裝置，僅能偵測XY方向的移動物體，例如相對該手機約略成平行方向的揮動手勢。此乃因為目前的移動偵測裝置所配置的感測器多用於偵測物體是否遮蔽感測器，同時輔以設置多個感測器，於操作時藉由感測物體的移動是否遮蔽於移動偵測裝置的感測器上方以及複數感測器被遮蔽的順序，來判斷物體的移動方向。此類移動偵測裝置係為偵測平面移動而設計，因此對於垂直於一預定偵測平面(若以XY平面為例，則為Z方向)移動之物體，由於該移動並未改變物體在移動偵測裝置的投影效果，因此習知移動偵測裝置將無法有效地判斷物體於垂直預定偵測平面方向的動作。

有鑑於此，一種能夠同時偵測一空間範圍中三維動作的移動偵測裝置，即為偵測系統業界所需。

本發明之目的係提供一移動偵測裝置，既能偵測物體於一平面之移動，該平面約略平行於該移動偵測裝置，亦能偵測物體於垂直該平面之方向的動作。藉由偵測物體於該平面之移動來觸發一特定指令，並根據該指令內容進行後續處理及/或控制機制；藉由偵測物體於垂直該平面之方向的動作，能偵測物體與該移動偵測裝置之相對距離變化來觸發另一特定指令，並根據該指令內容進行另一後續處理及/或控制機制。

本發明之目的係提供一移動偵測裝置，其可於空間中界定一三維空間範圍並偵測一物體於該三維空間範圍之動作。

為達上述目的，本發明提出一種移動偵測裝置用以偵測一物體於一空間範圍內之移動。該移動偵測裝置包含一光源、一導光元件、至少兩感光元件及一處理單元。該等感光元件於一第一方向形成錯位，以使該物體於該空間範圍內移動時透過該導光元件依序反射該光源之光線至該等感光元件。該處理單元根據該等感光元件感測反射光線之順序判斷該物體於該第一方向之移動。

本發明另提出一種移動偵測裝置用以偵測一物體之動作。該移動偵測裝置包含一光源沿一光軸發光、一導光元件、至少二感光元件及一處理單元。該等感光元件於一第一方向及一第二方向形成錯位並透過該導光元件感測該光源前方一空間範圍中該物體反射該光源之反射光線。該處理單元根據該等感光元件感測反射光線之亮度變化判斷該物體沿該光軸之動作。

本發明另提出一種移動偵測裝置用以偵測一物體之動作。該移動偵測裝置包含一光源、一導光元件、一感光元件及一處理單元。該感光元件透過該導光元件感測該光源前方一空間範圍中該物體反射該光源之反射光線。該處理單元根據該感光元件感測反射光線之亮度變化及一預設時間內該物體出現於該空間範圍內之次數判斷該物體之動作。

本發明之移動偵測裝置中，該光源係以一發光角度發光且所能偵測之空間範圍係由該發光角度、該等感光元件彼此最遠端之距離及該光源與該導光元件之一空間關係所決定。

以下將透過實施例來解釋本發明內容，其係關於一移動偵測裝置，其包含一光源、一導光元件及至少二感光元件。當一物體相對於該移動偵測裝置進行一橫向方向移動時，該物體會依序並逐漸地將光線反射至該等感光元件，藉此判斷該物體於該橫向方向的移動；當該物體於相對於該移動偵測裝置進行一縱向方向移動時，該等感光元件可感測反射光線之亮度變化，藉此判斷該物體於該縱向方向的動作。然而，本發明的實施例並非用以限制本發明需在如實施例所述之任何特定的環境、應用或特殊方式方能實施。因此，關於實施例之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以限制本發明。需說明者，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示；且為求容易瞭解起見，各元件間之尺寸關係乃以稍誇大之比例繪示出。

第1圖顯示本發明第一實施例之移動偵測裝置，其包含一光源11、一導光元件12、一感測裝置13及一處理單元15，其可包含於該感測裝置13之內或獨立於其外。該光源11在本實施例中以一紅外線(IR)光源為例以便於說明。該導光元件12在本實施例中以一透鏡為例以便於說明。在本實施例中，該感測裝置13具有三感光元件131、132及133，但感光元件之數目並非用以限定本發明。第1圖並同時繪示感測裝置13之上視布局13a以便說明感光元件131、132及133於本實施例中之布局。該處理單元15則耦接至該等感光元件131、132及133以根據其所送出之電氣信號判斷物體之動作。

本實施例中，光源11發光方向之光軸設定為Z方向並具有一發光角度Θ。當一物體14位於光源之發光方向(前方)時，光源11所發出的光線101會照射到物體14之一表面，並且因應該表面之紋理與材質產生許多反射光線，其中一部份反射光線103會通過導光元件12而投射至感測裝置13。從圖中可知，當該物體14於一高度D時，從該物體14反射之反射光線透過該導光單元12將於感測裝置13上形成一可偵測區域。本發明之感測原理將詳述於後。

本實施例之導光元件12例如為一透鏡，其具有一焦距f。假定導光元件12之中心與物體14可偵測範圍之一端14a的距離為L2，與物體14可偵測範圍之另一端14b(遠端)的距離為L1，而與光源11之中心間距為L。此外，光源11之前端與物體14之間距為D，同時假設光源11、導光元件12與感測裝置13布局之橫向方向為X方向。則根據三角函數可得出以下方程式：

L1=L+D×tan(Θ/2)　式1；以及

L2=L-D×tan(Θ/2)　式2

假定自14b之反射光線103投射於感測裝置13之位置與導光元件12於X方向之間距為X1；自14a之反射光線103投射於感測裝置13之位置與導光元件12於X方向之間距為X2，故由式1及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及f等資訊，推得感光元件131~133應該設置的位置與導光元件12之相對關係；換句話說，根據該光源11之發光角度Θ、該等感光元件131~133的布局以及該光源11與該導光元件12之一空間關係即可決定該物件14於所應操作之空間範圍。如此，感光元件131~133便可在物體14於前述預定位置朝X方向移動時，依序感測自物體14所反射之光線103的變動，該處理單元15則判斷物體14感測反射光線之順序來判斷物體14於X方向之移動，同理於Y方向移動之判斷方式亦相同。詳細之感測操作說明於後。

類似地，參考上視布局13a，感光元件131~133之擺放位置，是使得感光元件133能與感光元件132及/或131搭配來同時感測物體14於X方向及Y方向之移動，其中Y方向為位於上視布局13a上垂直於X方向的一個方向，例如感光元件132及133於X方向無錯位(offset)而於Y方向形成錯位；而感光元件132及133分別與感光元件131於X方向及Y方向均形成錯位；藉此，感光元件131與132或131與133之布局，即可感測物體14於垂直Z方向之平面上(例如X方向)之移動，而感光元件132與133之布局，即可感測物體於垂直Z方向之平面上(例如Y方向)之移動。易言之，當感測裝置13僅需要感測物體14於垂直Z方向之平面上單一方向之移動時，僅需要二感光元件即可達成目的。如果使用較高感測靈敏度之感光元件感測反射光線之分佈，亦僅需要二感光元件即可判斷物體於垂直Z方向之平面(例如XY平面)之移動。

第2圖顯示本發明第二實施例之移動偵測裝置，其與第一實施例最主要不同處在於，該移動偵測裝置於空間中Z方向界定一可偵測範圍，亦即物體14之可偵測範圍為自與光源11之前端與物體14之間距為D至D1之空間範圍，因此物體14可偵測範圍之一端14a' 與可偵測範圍之另一端14b' (遠端)將分別反射光線105，並將光線投射於感測裝置13之位置X2' 與X1' (與該導光元件12中心之橫向距離)。為使物體14於D至D1之空間範圍內時，朝向X方向及Y方向之移動均能被偵測，則感光元件131~133於橫向方向之放置邊界，應以X2以及X1' 為界限，以使得感光元件131、132及/或131能夠感測D至D1之空間範圍中至少一部分物體14之反射光線。

當物體14於Z方向移動時，由於投射至感測裝置13之亮度亦會隨之改變，因此可據此偵測物體14於Z方向之動作，例如當該物體14由D朝向D1移動時，感測裝置13所感測之亮度漸小而當該物體14由D1朝向D移動時，感測裝置13所感測之亮度漸大。由圖中可知，X2與X1' 之距離、該光源11之發光角度Θ以及該光源11與導光元件12之一空間關係決定了該移動偵測裝置之可偵測空間範圍，其為由該X方向、Y方向及光軸所界定之一三維空間。例如X2與X1' 之距離可藉定一縱向可偵測距離(D1-D)，當一物體14在縱向可偵測距離外時，該移動偵測裝置則無法偵測任何物體。此特性使得本發明之移動偵測裝置可偵測物體14於縱向方向之動作；例如該處理單元15可根據該等感光元件131~133感測反射光線之亮度變化及一預設時間內該物體出現於該空間範圍內之次數判斷該物體14之動作，其中該預設時間可根據實際應用來決定。一種實施例中，例如當該處理單元15判斷該預設時間內之亮度變化出現一次由暗變亮及一次由亮變暗，則判斷為一點擊(click)動作，於另一實施例中當該處理單元15判斷該預設時間內之亮度變化出現兩次由暗變亮及兩次由亮變暗，則判斷為一雙擊(double click)的動作，但本發明所能判斷物體之縱向動作並不限於此。藉此，本發明可改善習知無法判斷縱向動作之問題。

相較於第一實施例，可以發現第2圖中X2與X1' 之間距小於第1圖中X2與X1之間距，因此若物體14之移動速度較快，則在相同的硬體條件之下，由於第一實施例之感光元件131與132(133)之間距較大，因此有較充裕之時間來偵測物體14之移動，在偵測物體快速移動的表現上，將優於第二實施例。但第二實施例可偵測物體於垂直Z方向平面之移動空間涵蓋自D至D1之高度，亦即只要物體位於D至D1高度之高度範圍內，不但物體於X方向及Y方向之移動可被感測裝置13所偵測而增加可操作範圍，亦能夠偵測物體於Z方向之動作以增加移動偵測裝置之實用性，因此優於第一實施例。因此，感光元件之布局，能視應用場合而有所調整。

此外，當想要利用本發明之移動偵測裝置來偵測相對該光源之一縱向動作時(例如點擊或雙擊)，亦可僅設置一個感光元件，如第3圖所示。該移動偵測裝置包含一光源11、一導光元件12、一感測裝置13及一處理單元15，其中該感測裝置13僅設置一感光元件131。該處理單元15則根據該感光元件131感測反射光線之亮度變化及一預設時間內一物體14出現於一空間範圍內之次數判斷該物體14之動作(與第2圖類似)。本實施例中，該空間範圍可根據該光源11之發光角度、該感光元件131尺寸及該光源11與該導光元件12之一空間關係(例如距離L)所決定。

第4圖進一步繪示本發明之感測裝置連續操作之示意圖。橫向時間軸代表時間經過時，物體14與感測裝置13及感光元件131、132、133之相對位置關係，本實施例中亦繪示出感光元件131、132、133之上視布局13a，以便說明。

當時間t0時，物體14(在本實施例中為使用者之手掌)尚未經過光源11，因此感光元件131、132及133尚未接收到反射光線。而後時間t1時，物體14開始進入光源11之發光範圍，因此感光元件131接收到反射光線而感光元件132及133未接收到反射光線。隨著時間逐漸經過，在時間t2時，物體14進入光源11發光範圍之部份亦增加，因此感光元件131、132及133皆接收到反射光線，其中感光元件132及133僅部分接收到反射光線。直到時間t3，物體14所反射之光線完全涵蓋感光元件131、132及133。而後物體14逐漸遠離，在時間t4，感光元件131開始逐漸無法接受到反射光線。在時間t5，僅感光元件132及133接收到反射光線。直到時間t6，物體14完全離開光源11之發光範圍，感光元件131、132及133又恢復未接收到反射光線之狀態。感光元件接收反射光線後產生電氣訊號，感測裝置即根據該等電氣訊號判斷物體移動之方向。可以了解的是，該感測裝置13判斷一物體同時於一平面的兩個方向的移動的方式類似第3圖所示。

進一步言，在前述實施例中，感光元件131、132及133能夠感測反射光線之分佈，因此可於僅適當設置二感光元件之場合，例如利用本實施例中錯開置放之感光元件131與132或感光元件131與133其中一種分布，即可判斷物體14於單一方向之移動。此外，亦能增加更多感光元件，雖不影響基本操作之效果，但能使感測效果更為準確。

在前述實施例中，導光元件12雖以一透鏡為例說明，其主要為強調反射光線103透過導光元件12而集中在感測裝置13之效果；在其他實施例中，若導光元件12為具有一細微針孔之適當物件，亦可使反射光線103及105照射在感測裝置13之上，透過相應的修改，亦可相應調整感光元件之配置關係，惟感光元件之配置仍以前述邊界條件為限制。

由以上實施例可知，本發明之重要特徵，在藉由複數感光元件於不同時間時，感測到的反射光量差異，來作為判斷物體移動方向之基準。而判斷物體移動方向之結果，可使該物體之移動觸發一特定之指令，以根據該指令內容進行後續處理及/或控制機制。舉例而言，本發明之移動偵測裝置，可應用於可攜式裝置，例如筆記型電腦、手機，亦可應用於桌上型裝置，例如電視、個人電腦，或可應用於遊戲機等等。當開啟移動偵測功能時，可藉由肢體或者物體的移動來觸發特定的指令，例如應用在筆記型電腦時，於瀏覽相片時，可以手勢來翻動相片，於編輯文件或瀏覽網頁時，可以手勢來捲動頁面等等，應用領域並非本發明之限制。

雖然本發明已以前述實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

11．．．光源

12．．．導光元件

13．．．感測裝置

131~133．．．感光元件

13a．．．感測裝置上視布局

14．．．物體

14a、14a' ．．．物體之端點

14b、14b' ．．．物體之端點

15．．．處理單元

101、103、105．．．光線

第1圖顯示本發明之第一實施例之移動偵測裝置。

第2圖顯示本發明之第二實施例之移動偵測裝置。

第3圖顯示本發明之另一實施例之移動偵測裝置。

第4圖顯示本發明之移動偵測裝置連續操作時之示意圖。

11．．．光源

12．．．導光元件

13．．．感測裝置

131~133．．．感光元件

13a．．．感測裝置上視布局

14．．．物體

14a、14a' ．．．物體之端點

14b、14b' ．．．物體之端點

15．．．處理單元

101、103、105．．．光線

Claims (13)

1. 一種移動偵測裝置，用以偵測一物體於一空間範圍內之移動，該移動偵測裝置包含：一光源；一導光元件；一第一感光元件；一第二感光元件，與該第一感光元件於一第一方向無錯位而於垂直該第一方向之一第二方向形成錯位；一第三感光元件，與該第一感光元件及該第二感光元件至少其中之一於該第一方向及該第二方向上均形成錯位，以使該物體於該空間範圍內移動時，透過該導光元件依序反射該光源之光線至該等感光元件；及一處理單元，根據該等感光元件感測反射光線之順序判斷該物體於該第一方向之移動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之移動偵測裝置，其中該導光裝置為一透鏡或具有一針孔之物件。
3. 如申請專利範圍第1項所述之移動偵測裝置，其中該光源以一發光角度發光，該空間範圍由該發光角度、該等感光元件之布局及該光源與該導光元件之一空間關係所決定。
4. 如申請專利範圍第1項所述之移動偵測裝置，其中該處理單元根據該第一感光元件、第二感光元件及第三感光元件感測反射光線之順序判斷該物體於該第一方向及該第二方向之移動。
5. 如申請專利範圍第1項所述之移動偵測裝置，其中該處理單元另根據該等感光元件感測反射光線之亮度變化判斷該物體相對該光源之距離變化。
6. 一種移動偵測裝置，用以偵測一物體之動作，該移動偵測裝置包含：一光源，沿一光軸發光；一導光元件；至少二感光元件，於一第一方向及一第二方向形成錯位並透過該導光元件感測該光源前方一空間範圍中該物體反射該光源之反射光線；及一處理單元，根據該等感光元件感測反射光線之亮度變化判斷該物體沿該光軸之動作，並根據一預設時間內該物體出現於該空間範圍內之一次數判斷該物體之動作。
7. 如申請專利範圍第6項所述之移動偵測裝置，其中該光源以一發光角度發光，該空間範圍由該發光角度、該等感光元件之布局及該光源與該導光元件之一空間關係所決定。
8. 如申請專利範圍第6項所述之移動偵測裝置，其中該空間範圍為該第一方向、該第二方向及該光軸所界定之一三維空間。
9. 如申請專利範圍第6項所述之移動偵測裝置，其中該處理單元另根據所判斷該物體之動作執行一相對應指令。
10. 如申請專利範圍第6項所述之移動偵測裝置，其中該處理單元另根據該等感光元件感測反射光線之順序判斷該物體於該第一方向及該第二方向之動作。
11. 一種移動偵測裝置，用以偵測一物體之動作，該移動偵測裝置包含：一光源；一導光元件；一感光元件，透過該導光元件感測該光源前方一空間範圍中該物體反射該光源之反射光線；及一處理單元，根據該感光元件感測反射光線之亮度變化及一預設時間內該物體出現於該空間範圍內之次數判斷該物體之動作。
12. 如申請專利範圍第11項所述之移動偵測裝置，其中該光源以一發光角度發光，該空間範圍由該發光角度、該感光元件尺寸及該光源與該導光元 件之一空間關係所決定。
13. 如申請專利範圍第11項所述之移動偵測裝置，其中當該處理單元判斷該預設時間內之亮度變化出現一次由暗變亮及一次由亮變暗，則判斷為一點擊動作。