TWI443308B - 測距裝置、３ｄ影像感測裝置以及光學式觸控系統 - Google Patents

測距裝置、３ｄ影像感測裝置以及光學式觸控系統 Download PDF

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Description

測距裝置、3D影像感測裝置以及光學式觸控系統
本發明係有關於一種測距裝置，更明確地說，係有關於一種根據偵測光往返待測物之時間以推算待測距離之測距裝置。
在先前技術中，測距裝置係對待測物發射偵測光，並接收由待測物反射偵測光所產生之反射光。測距裝置可藉由量測偵測光往返測距裝置與待測物之間所需的時間，以推算測距裝置與待測物之間的距離。然而，由於當待測物表面之反射率較低時，待測物所產生之反射光之能量較低，而使得測距裝置易受到背景光(雜訊)之影響，而產生較大的量測誤差，造成使用者的不便。
本發明提供一種測距裝置。該測距裝置包含一發光/感測控制電路、一發光元件、一光感測組，以及一距離計算電路。該發光/感測控制電路，用來產生一發光週期訊號、一第一快門週期訊號、一第二快門週期訊號、一階段訊號、一偵測頻率訊號，以及一讀取訊號。該發光週期訊號、該第一快門週期訊號以及該第二快門週期訊號具有相同之一偵測頻率。該發光週期訊號與該第一快門週期訊號係大致為同相。該第一快門週期訊號與該第二快門週期訊號大致為反相。該偵測頻率訊號指出該偵測頻率之大小。該發光元件，用來根據該發光週期訊號，以發出一偵測光射向一待測物。該光感測組，用來根據該第一快門週期訊號，感測並累積該偵測光被該待測物反射所產生之一反射光之能量，以產生一第一光感測訊號，並根據該讀取訊號，輸出該第一光感測訊號，且用來根據該第二快門週期訊號，感測並累積該偵測光被該待測物反射所產生之該反射光之能量，以產生一第二光感測訊號，並根據該讀取訊號，輸出該第二光感測訊號。該距離計算電路，用來根據該階段訊號、該第一光感測訊號、該第二光感測訊號，以及該偵測頻率訊號，以計算該測距裝置與該待測物之間之一待測距離。
本發明另提供一種3D影像感測裝置。該3D影像感測裝置包含一發光/感測控制電路、一發光元件、一光感測模組、一距離計算電路，以及一影像感測控制電路。該發光/感測控制電路，用來產生一發光週期訊號、一第一快門週期訊號、一第二快門週期訊號、一階段訊號、一偵測頻率訊號，以及一讀取訊號。該發光週期訊號、該第一快門週期訊號以及該第二快門週期訊號具有相同之一偵測頻率。該發光週期訊號與該第一快門週期訊號係大致為同相。該第一快門週期訊號與該第二快門週期訊號大致為反相。該偵測頻率訊號指出該偵測頻率之大小。該發光元件，用來根據該發光週期訊號，以發出一偵測光射向一場景。該場景包含M個反射點。該光感測模組，用來產生M個第一光感測訊號與M個第二光感測訊號。該光感測模組包含M個光感測組。該M個光感測組之一第K個光感測組，包含一第一光感測元件，以及一第二光感測元件。該M個光感測組之該第K個光感測組之該第一光感測元件，用來根據該第一快門週期訊號，感測並累積該偵測光被該場景之該M個反射點之一第K個反射點反射所產生之一反射光之能量，以產生該M個第一光感測訊號之一第K個第一光感測訊號，並根據該讀取訊號，輸出該M個第一光感測訊號之該第K個第一光感測訊號。該M個光感測組之該第K個光感測組之該第二光感測元件，用來根據該第二快門週期訊號，感測並累積該偵測光被該場景之該M個反射點之該第K個反射點反射所產生之一反射光之能量，以產生該M個第二光感測訊號之一第K個第二光感測訊號，並根據該讀取訊號，輸出該M個第二光感測訊號之該第K個第二光感測訊號。該距離計算電路，用來根據該階段訊號、該M個第一光感測訊號、該M個第二光感測訊號，以及該偵測頻率訊號，以計算該3D影像感測裝置與該場景之該M個反射點之M個待測距離。該影像感測控制電路，用來控制該光感測模組之該M個光感測組，以感測該場景以得出一影像，該影像包含(2×M)個子畫素影像資料。該影像感測控制電路係分別控制該該M個光感測組之該第K個光感測組之該第一光感測元件與該M個光感測組之該第K個光感測組之該第二光感測元件，來感測該場景之該第K個反射點，以得到一該(2×M)個子畫素影像資料之一第(2×K)個子畫素影像資料與一第(2×K-1)個子畫素影像資料。1≦K≦M，且M、K皆表示正整數。
本發明另提供一種光學式觸控系統。該光學式觸控系統包含一顯示幕、一第一3D影像感測裝置，以及一位置計算電路。該顯示幕用來顯示影像。該第一3D影像感測裝置用來偵測至少一指示物，以據以輸出該指示物與該第一3D影像感測裝置之一待測距離與一待測角度。該第一3D影像感測裝置與該顯示幕之間所夾之角度為一第一預設夾角。該位置計算電路用來根據該待測距離、該待測角度及該第一預設夾角，以計算出該指示物於該顯示幕上之一位置。
請參考第1圖。第1圖係為說明根據本發明之第一實施例之測距裝置100之示意圖。如第1圖所示，測距裝置100與待測物O1 之間之距離為D，而測距裝置100即為測量待測距離D。測距裝置100包含一發光/感測控制電路110、一發光元件120、一光感測組130、一距離計算電路140、一背景計算電路150、一頻率調整電路160，以及一聚光模組170。
發光/感測控制電路110，用來產生一發光週期訊號SLD 、快門週期訊號SST1 與SST2 、一階段訊號SP 、一偵測頻率訊號SFQ ，以及一讀取訊號SRE 。發光週期訊號SLD 、快門週期訊號ST1 與ST2 具有相同週期(頻率)，且其頻率大小係由偵測頻率訊號SFQ 所決定。偵測頻率訊號SFQ 指示發光週期訊號SLD 、快門週期訊號ST1 與ST2 之頻率，意即當一裝置接收到偵測頻率訊號SFQ 時，可以得知發光週期訊號SLD 、快門週期訊號ST1 與ST2 之頻率。發光週期訊號SLD 大致上與快門週期訊號ST1 同相；發光週期訊號SLD 大致上與快門週期訊號ST2 反相。
發光元件120可為一發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)。發光元件120根據發光週期訊號SLD ，以發射偵測光LID 射至待測物。舉例而言，當發光週期訊號SLD 代表「發光」時，發光元件120發射偵測光LID ；反之，當發光週期訊號SLD 代表「不發光」時，發光元件120不發射偵測光LID 。
聚光模組170用來將待測物反射偵測光LID 所產生之反射光LRD 匯聚於光感測組130。
光感測組130，可為電荷耦合元件(Charge Coupled Device,CCD)或互補式金氧半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)感光元件。光感測組130用來根據快門週期訊號SST1 ，感測並累積偵測光LID 被待測物反射所產生之反射光LRD 之能量，以產生光感測訊號SLS1 ，並根據讀取訊號SRE ，輸出光感測訊號SLS1 。舉例而言，當快門週期訊號SST1 代表「開啟」時，光感測組130感測反射光LRD 之能量，以據以累積能量ER1 ；當快門週期訊號SST1 代表「關閉」時，光感測組130不感測反射光LRD 之能量，而不累積能量ER1 (電子)。當讀取訊號SRE 代表「讀取」時，光感測組130根據已經累積能量ER1 ，以輸出光感測訊號SLS1 。除此之外，光感測組130用來根據快門週期訊號SST2 ，感測並累積偵測光LID 被待測物反射所產生之反射光LRD 之能量，以產生光感測訊號SLS2 ，並根據讀取訊號SRE ，輸出光感測訊號SLS2 。舉例而言，當快門週期訊號SST2 代表「開啟」時，光感測組130感測反射光LRD 之能量，以據以累積能量ER2 ；當快門週期訊號SST2 代表「關閉」時，光感測組130不感測反射光LRD 之能量，而不累積能量ER2 。當讀取訊號SRE 代表「讀取」時，光感測組130根據已經累積能量ER2 ，以輸出光感測訊號SLS2 。其中當讀取訊號SRE 代表「讀取」時，在光感測組130輸出光感測訊號SLS1 與SLS2 之後，光感測組130會重置已累積能量ER1 與ER2 (意即光感測組130會清除所累積能量)。
背景計算電路150，用來根據階段訊號SP ，以及光感測訊號SLS1 ，以輸出背景訊號SB 。
頻率調整電路160，用來根據階段訊號SP ，以及光感測訊號SLS1 ，以輸出頻率控制訊號SFC 。距離計算電路140，用來根據階段訊號SP 、背景訊號SB 、光感測訊號SST1 與SST2 ，以及偵測頻率訊號SFQ ，以計算測距裝置100與待測物之間之待測距離D。
當測距裝置100量測待測距離D時，可分為「量測背景階段」、「調整頻率階段」，以及「計算距離階段」。以下將就各階段之運作原理作詳細地說明。
請參考第2圖。第2圖係為說明測距裝置100於「量測背景階段」時之內部之控制訊號之波形圖。當測距裝置100進入「量測背景階段」時，測距裝置100此時主要用來量測單位時間內光感測組130所感測背景光LB 之能量，以使測距裝置100在「計算距離階段」時可減小背景光LB 的影響。發光/感測控制電路110會先產生代表「讀取」之讀取訊號SRE ，以先重置光感測組130已累積之能量。接著，發光/感測控制電路110會產生脈衝寬度為TB 之快門週期訊號SST1 。其中TB 係為「量測背景週期」。由於此時發光週期訊號SLD 代表「不發光」，發光元件120沒有發出偵測光LID 。因此光感測組130不會感測到待測物反射偵測光LID 所產生之反射光LRD 之能量，而是感測背景光LB 之能量，以據以累積能量EB 。在量測背景週期TB 之後，發光/感測控制電路110會產生代表「讀取」之讀取訊號SRE 且同時產生代表「量測背景」之階段訊號SP ，以使光感測組130根據累積能量EB ，而輸出光感測訊號SLS1 。同時，背景計算電路150根據偵測頻率訊號SFQ 、光感測訊號SST1 ，以輸出背景訊號SB 至距離計算電路140。其中背景訊號SB 之值係代表單位時間內光感測組130感測背景光LB 所累積之能量，可以下式表示：
SB =EB /TB ...(1)；
其中EB 即為光感測組130於量測背景週期TB 內感測背景光LB 所累積之總能量。
請參考第3圖。第3圖係為說明測距裝置100於「計算距離階段」時之內部之控制訊號之波形圖。當測距裝置100進入「計算距離階段」時，測距裝置100此時主要用來藉由發光元件120以偵測頻率FC 之發光週期訊號SLD ，控制發光元件120，以發出偵測光LID ，並藉由光感測組130感測待測物O1 反射偵測光LID 所產生之反射光LRD ，以計算出光往返測距裝置100與待測物O1 之間的時間，而得到待測距離D。發光/感測控制電路110會先產生代表「讀取」之讀取訊號SRE ，以先重置光感測組130之已累積能量。接著，發光/感測控制電路110會在N個偵測週期TC1 ~TCN 內以偵測頻率FC ，產生快門週期訊號SST1 與SST2 ，以及發光週期訊號SLD ，以使快門週期訊號SST1 與SST2 在「開啟」與「關閉」之間交互切換，且讓發光週期訊號SLD 在「發光」與「不發光」之間交互切換，其中N代表正整數。偵測週期TC1 ~TCN 之時間長度皆等於偵測週期TC ，且偵測週期TC 係為偵測頻率FC 之倒數。在偵測週期TC1 ~TCN 中，發光週期訊號SLD 與快門週期訊號SST1 係大致為同相，且快門週期訊號SST1 與快門週期訊號SST2 大致為反相。更明確地說，在偵測週期TC1 ~TCN 中，當發光週期訊號SLD 代表「發光」時，快門週期訊號SST1 代表「開啟」，而快門週期訊號SST2 代表「關閉」；當發光週期訊號SLD 代表「不發光」時，快門週期訊號SST1 代表「關閉」，而快門週期訊號SST2 代表「開啟」。發光元件120會在每個偵測週期TC1 ~TCN 之前半週期，發出偵測光LID ；光感測組130會在每個偵測週期TC1 ~TCN 之前半週期，感測待測物反射偵測光LID 所產生之反射光LRD ，以累積能量ER1 ；且光感測組130會在每個偵測週期TC1 ~TCN 之後半週期，感測待測物反射偵測光LID 所產生之反射光LRD ，以累積能量ER2 。
在偵測週期TC1 ~TCN 之後，發光/感測控制電路110會產生代表「讀取」之讀取訊號SRE 且同時產生代表「計算距離」之階段訊號SP ，以使光感測組130根據於偵測週期TC1 ~TCN 之前半週期感測反射光LRD 所累積之能量ER1 與感測背景光LB 所累積之能量EB1 ，輸出光感測訊號SLS1 至距離計算電路140，以及根據於偵測週期TC1 ~TCN 之後半週期感測反射光LRD 所累積之能量ER2 與感測背景光LB 所累積之能量EB2 ，輸出光感測訊號SLS2 至距離計算電路140。此時，距離計算電路140根據偵測頻率訊號SFQ 、光感測訊號SLS1 與SSL2 ，以及背景訊號SB ，以計算該測距裝置100與待測物之間之待測距離D，其中光感測訊號SLS1 與SSL2 之值係為(ER1 ＋EB1 )與(ER2 ＋EB2 )，而偵測頻率訊號SFQ 之值係為偵測頻率FC 。以下將更進一步地說明計算待測距離D之原理。
由第3圖中可看出，光感測組130於發光元件130開始發出偵測光LID 後，經過時間TD ，開始感測到待測物O1 反射偵測光LID 所產生之反射光LRD 。換句話說，時間TD 即為偵測光LID 從發光元件120射至待測物之時間，加上反射光LRD 從待測物O1 反射至光感測組130之時間(意即光往返測距裝置100與待測物O1 之時間)。由於在偵測週期TC1 之前半週期中，光感測組130有感測到反射光LRD 而累積能量ER1 之時間係為[(TC /2)-TD ]，又偵測光LID 之脈衝寬度係等於(TC /2)，因此於偵測週期TC1 之後半週期中，光感測組130有感測到反射光LRD 而累積能量ER1 之時間，係等於偵測光LID 之脈波寬度減去光感測組130於偵測週期TC1 之前半週期中有感測到反射光LRD 之時間。也就是說，於偵測週期TC1 之後半週期中，光感測組130有感測到反射光LRD 而累積能量ER1 之時間，會等於往返時間TD 。在偵測週期TC1 ~TCN 中，發光/感測控電路110係以「固定」的偵測頻率FC 產生發光週期訊號SLD 與快門週期訊號SST1 、SST2 ，因此在偵測週期TC2 ~TCN 中，每個前半週期中，光感測組130感測反射光LRD 而累積能量ER1 之時間皆會等於[(TC /2)-TD ]，且每個後半週期中，光感測組130感測反射光LRD 而累積能量ER2 之時間皆會等於TD 。如此一來，累積能量ER1 與ER2 之比值係等於[(TC /2)-TD ]/TD 。因此，往返時間TD 與光感測訊號ST1 與ST2 、偵測頻率FC ，以及背景訊號SB 之關係可由下式表示：
TD =(TC /2)×[ER2 /(ER1 ＋ER2 )]=[1/(2×FC )]×[(SLS2 -EB2 )/(SLS1 -EB1 ＋SLS2 -EB2 )]=[1/(2×FC )]×[(SLS2 -EB2 )/(SLS1 -EB1 ＋SLS2 -EB2 )]=[1/(2×FC )]×[(SLS2 -SB /(2×FC ))/(SLS1 ＋SLS2 -SB /FC )]...(2)；
由於往返時間TD 係為光往返測距裝置100與待測物O1 之待測距離D之時間，因此待測距離D可以下式表示：
D=TD ×C/2=[C/(4×FC )]×[(SLS2 -SB /(2×FC ))/(SLS1 ＋SLS2 -SB /FC )]...(3)；
其中C代表光速、N代表於計算距離階段內偵測週期之數目。
另外，值得注意的是，於「計算距離階段」，若N等於1，則光感測組130只有感測一個偵測週期的反射光LRD ，來累積能量ER1 與ER2 。此時若待測物O1 之反射率較低或待測距離D較長，則光感測組130可能會因為反射光LRD 之能量較低，而使得所累積之能量ER1 與能量ER2 太小，造成量測誤差較大。然而，若N越大，則光感測組130可於越多個偵測週期內，感測反射光LRD ，來累積能量ER1 與ER2 ，而使得能量ER1 與ER2 較大。如此一來，即使因待測物O1 之反射率較低或待測距離D較長，而造成反射光LRD 之能量較低，光感測組130仍可藉由多個偵測週期感測反射光LRD ，以提高累積能量ER1 與ER2 ，來減小量測誤差。
除此之外，在「計算距離階段」時，待測距離D係藉由式(2)之往返時間TD 推算而得。然而，若測距裝置100與待測物O1 之間之待測距離D太長，則有可能會導致往返時間TD 超過偵測週期TC 的二分之一。換句話說，於偵測週期TC1 之前半週期中，光感測組130無法感測到反射光LRD 來累積能量ER1 。如此一來，累積能量ER1 與ER2 之比值會不等於[(TC /2)-TD ]/TD ，而使得式(2)無法成立，而造成距離計算電路140無法透過式(3)計算出正確的待測距離D。因此，在計算距離階段之前，測距裝置100可先於「調整頻率階段」時，調整偵測週期TC (意即調整偵測頻率FC )，以確保在「計算距離階段」內之往返時間TD 小於偵測週期TC 的二分之一，而使距離計算電路140可透過式(3)計算出正確的待測距離D。
請參考第4圖。第4圖係為說明測距裝置100於「調整頻率階段」時之內部之控制訊號之波形圖。在如第4圖左半部所示，當測距裝置100進入「調整頻率階段」時，發光/感測控制電路110會先產生代表「讀取」之讀取訊號SRE ，以先重置光感測組130之已累積能量。然後，發光/感測控制電路110會同時產生脈衝寬度為(TC /2)之代表「發光」之發光週期訊號SLD 、與脈衝寬度為(TC /2)之代表「開啟」之快門週期訊號SST1 。最後，發光/感測控制電路110會產生代表「讀取」之讀取訊號SRE 與代表「調整頻率」之階段訊號SP ，而使得光感測組130，根據感測反射光LRD 而累積之能量ER 與背景光之能量EB ，而輸出光感測訊號SLS1 (等於ER ＋EB )。且頻率調整電路160會根據光感測訊號SLS1 以及背景訊號SB ，以輸出頻率控制訊號SFC 。由於當光往返待測距離D之往返時間TD 小於(TC /2)時，光感測組130感測到反射光LRD 所累積之能量ER 會大於零；而當光往返待測距離D之往返時間TD 大於(TC /2)時，光感測組130無法感測到反射光LRD ，而使累積之能量ER 等於零。其中能量ER 可由下式表示：
ER =SLS1 -SB /(2×FC )...(4)；
因此，當頻率調整電路160根據式(4)，判斷累積能量ER 小於等於臨界能量ETH (臨界能量ETH 可設為零)時，代表光往返待測距離D之往返時間TD 大於(TC /2)。此時頻率調整電路160會輸出代表「降低」之頻率調整訊號SFC ，以使得發光/感測控制電路110降低偵測頻率FC (增加偵測週期TC )，並使發光/感測控制電路110重複上述之步驟，以判斷在降低偵測頻率FC 後，光往返待測距離D之往返時間TD 是否小於(TC /2)。當頻率調整電路160根據光感測訊號SLS1 與背景訊號SB ，判斷累積能量ER 大於臨界能量ETH 時，代表光往返待測距離D之往返時間TD 小於(TC /2)。此時頻率調整電路160會輸出代表「維持」之頻率調整訊號SFC ，以使得發光/感測控制電路110維持此時之偵測頻率FC ，並結束「調整頻率階段」。如此一來，藉由頻率調整電路160判斷累積能量ER 大於臨界能量ETH ，以決定是否調降偵測頻率FC ，發光/感測控制電路110最後所得到的偵測頻率FC ，可使光往返待測距離D之往返時間TD 小於(TC /2)。
綜上所述，於「量測背景階段」內，測距裝置100可量測單位時間內光感測組130所感測之背景光，以使測距裝置100可計算出光感測組130於單位時間內根據背景光LB 所累積之能量；於「調整頻率階段」內，測距裝置100可反覆降低偵測頻率FC ，以確保光往返待測距離D之往返時間TD 小於(TC /2)；於「計算距離階段」內，測距裝置100可根據於N個偵測週期TC1 ~TCN 內光感測組130感測反射光LRD 而輸出之光感測訊號SLS1 與SLS2 、背景訊號SB 、頻率訊號SFQ ，並利用式(3)以計算出待測距離D。也就是說，測距裝置100可根據光感測訊號SLS1 與SLS2 之間之比值，以計算出待測距離D，且測距裝置100可根據背景訊號SB 以校正光感測訊號SLS1 與SLS2 之間之比值，來修正背景光LB 之影響。如此，測距裝置100可減小背景光LB 的影響，且避免待測距離D過長或待測物之反射率太低而造成的量測誤差，而更正確的計算出待測距離D。
請參考第5圖。第5圖係為說明根據本發明之第二實施例之測距裝置500之示意圖。發光/感測控制電路511、發光元件520、距離計算電路540、背景計算電路550、頻率調整電路560及聚光模組570之結構及工作原理分別與發光/感測控制電路110、發光元件120、距離計算電路140、背景計算電路150、頻率調整電路160及聚光模組170類似，故不再贅述。發光/感測控制模組510包含發光/感測控制電路511，以及一驅動電路512。驅動電路512用來根據發光/感測控制電路511所產生之快門週期訊號SST1 與SST2 ，以及讀取訊號SRE ，以產生快門開啟脈衝訊號SSOP1 與SSOP2 、快門關閉脈衝訊號SSCP1 與SSCP2 、重置脈衝訊號SRP1 與SRP2 、輸出脈衝訊號SOP1 與SOP2 。光感測組530包含兩個光感測元件531與532。光感測元件531用來根據快門開啟脈衝訊號SSOP1 與快門關閉脈衝訊號SSCP1 ，以感測背景光LB 或反射光LRD ，而累積能量；並根據輸出脈衝訊號SOP1 與累積之能量，以輸出光感測訊號SLS1 ；且光感測元件531會根據重置脈衝訊號SRP1 ，以重置已累積之能量。光感測元件532之結構以及工作原理與光感測元件531類似，故不再贅述。
請參考第6圖。第6圖係為說明驅動電路512根據快門週期訊號SST1 與SST2 ，以及讀取訊號SRE ，以產生之快門開啟脈衝訊號SSOP1 與SSOP2 、快門關閉脈衝訊號SSCP1 與SSCP2 、重置脈衝訊號SRP1 與SRP2 、輸出脈衝訊號SOP1 與SOP2 之示意圖。如第6圖所示，當快門週期訊號SST1 從代表「關閉」切換到代表「開啟」時，驅動電路512會觸發快門開啟脈衝訊號SSOP1 ；當快門週期訊號SST1 從代表「開啟」切換到代表「關閉」時，驅動電路512會觸發快門關閉脈衝訊號SSCP1 。當快門週期訊號SST2 從代表「關閉」切換到代表「開啟」時，驅動電路512會觸發快門開啟脈衝訊號SSOP2 ；當快門週期訊號SST2 從代表「開啟」切換到代表「關閉」時，驅動電路512會觸發快門關閉脈衝訊號SSCP2 。當讀取訊號SRE 代表「讀取」時，驅動電路512會先觸發輸出脈衝訊號SOP1 與SOP2 ，然後再觸發重置脈衝訊號SRP1 與SRP2 。
請參考第7圖。第7圖係為說明本發明之光感測組530之結構之示意圖。光感測組530之結構與數位相機中所用之CMOS感光元件類似。光感測元件531包含開關SW11 、SW12 、SW13 與SW14 、感光二極體PD1 、電容C1 ，以及電晶體Q1 。當開關SW13 之控制端C接收到重置脈衝訊號SRP1 時，開關SW13 之第一端1會耦接至第二端2(開關SW13 導通)，而使電容C1 透過開關SW13 耦接至電壓源VDD ，以將電壓VC1 重置為一預定電位(如電壓VDD )。感光二極體PD1 ，用來根據偵測光LID 被待測物O1 反射所產生之反射光LRD 之能量，以產生並累積電子數目NE1 之電子。當開關SW12 之控制端C接收到快門關閉脈衝訊號SSCP1 時，開關SW12 之第一端1會耦接至第二端2(開關SW12 導通)，而使感光二極體PD1 之電子透過開關SW12 流向電容C1 ，而造成電壓VC1 之電位下降。開關SW11 ，用來根據快門開啟脈衝訊號SSOP1 ，以清除感光二極體PD1 之殘餘電子，而重置電子數目NE1 。更明確地說，當開關SW11 之控制端C接收到快門開啟脈衝訊號SSOP 時，此時開關SW11 之第一端1會耦接至第二端2(開關SW11 導通)，而使得感光二極體PD1 透過開關SW11 耦接至電壓源VDD 。因此，感光二極體PD1 所累積之電子會透過開關SW11 流向電壓源VDD 。電晶體Q1 用來作為一電壓隨耦器(voltage follower)。因此，電晶體Q1 之第二端2之電位係隨著電晶體Q1 之控制端C(閘極)之電壓VC1 變化。當開關SW14 之控制端C接收到輸出脈衝訊號SOP1 時，開關SW14 之第一端1耦接至第二端2(開關SW14 導通)。因此開關SW14 會藉由電晶體Q1 (電壓隨耦器)，根據電壓VC1 ，以輸出光感測訊號SLS1 。如此一來，藉由光感測訊號SLS1 ，根據電壓VC1 與預定電位(如VDD )之間的電位差，可計算出光感測元件531所累積之能量。光感測元件532包含開關SW21 、SW22 、SW23 與SW24 、感光二極體PD2 、電容C2 ，以及電晶體Q2 。光感測元件532之結構及工作原理與光感測元件531類似，故不再贅述。
由於當發光感測控制電路511產生快門週期訊號SST1 與SST2 ，或讀取訊號SRE 時，驅動電路512會據以產生對應的控制訊號(快門開啟脈衝訊號SSOP1 與SSOP2 、快門關閉脈衝訊號SSCP1 與SSCP2 、重置脈衝訊號SRP1 與SRP2 、輸出脈衝訊號SOP1 與SOP2 )，而控制光感測組530之光感測元件531與532，以使得光感測組530可如同光感測組130運作。更明確地說，當快門週期訊號SST1 表示「開啟」時，光感測元件531可感測偵測光LID 被待測物O1 反射所產生之反射光LRD 之能量；當快門週期訊號SST2 表示「開啟」時，光感測元件532可感測偵測光LID 被待測物O1 反射所產生之反射光LRD 之能量。當讀取訊號SRE 表示「讀取」時，光感測元件531輸出光感測訊號SLS1 ，同時光感測元件531重置所累積之反射光之能量，且光感測元件532也輸出光感測訊號SLS2 ，同時光感測元件532重置所累積之反射光之能量。也就是說，測距裝置500可如同測距裝置100運作。因此，測距裝置500可藉由第2圖所說明之測距裝置100於「量測背景階段」之運作方法、第4圖所說明之測距裝置100於「調整頻率階段」之運作方法，以及第3圖所說明之測距裝置100於「計算距離階段」之運作方法，來正確地量測待測距離D。
請參考第8圖。第8圖係為說明根據本發明之第三實施例之測距裝置800之示意圖。發光/感測控制電路811、發光元件820、距離計算電路840、背景計算電路850、頻率調整電路860及聚光模組870之結構及工作原理分別與發光/感測控制電路110、發光元件120、距離計算電路140、背景計算電路150、頻率調整電路160及聚光模組170類似，故不再贅述。發光/感測控制模組810包含發光/感測控制電路811，以及一驅動電路812。驅動電路812用來根據發光/感測控制電路811所產生之快門週期訊號SST1 與SST2 ，以及讀取訊號SRE ，以產生快門開啟脈衝訊號SSOP 、快門關閉脈衝訊號SSCP1 與SSCP2 、重置脈衝訊號SRP1 與SRP2 、輸出脈衝訊號SOP1 與SOP2 。驅動電路812之工作原理與驅動電路512類似。與驅動電路512不同的是當快門週期訊號SST1 或快門週期訊號SST2 從代表「關閉」切換到代表「開啟」時，驅動電路812皆會觸發快門開啟脈衝訊號SSOP 。
請參考第9圖。第9圖係為說明本發明之光感測組830之結構之示意圖。光感測組830之結構與工作原理與光感組530(包含光感測元件531與532)類似。與光感測組530不同的是，光感測組830省去開關SW21 與感光二極體PD2 。由於當測距裝置500於「量測背景階段」或於「調整頻率階段」時，只有利用到光感測組530之光感測元件531。換句話說，測距裝置500於「量測背景階段」或於「調整頻率階段」時，不會利用到開關SW21 與感光二極體PD2 。因此，利用光感測組830，測距裝置800於「量測背景階段」或於「調整頻率階段」時可如同測距裝置500運作。此外，由於在「計算距離階段」之偵測週期TC1 ~TCN 之內時，當快門週期訊號SST1 代表「開啟」時，快門週期訊號SST2 則代表「關閉」；當快門週期訊號SST2 代表「開啟」時，快門週期訊號SST1 則代表「關閉」。也就是說，快門週期訊號SST1 與SST2 不會同時代表「開啟」。因此，測距裝置800可於偵測週期TC1 ~TCN 之前半週期內(快門週期訊號SST1 代表「開啟」)，利用光感測組830之感光二極體PD1 ，以累積電子；當快門週期訊號SST1 從「開啟」切為「關閉」時，感光二極體PD1 於前半週期內(快門週期訊號SST1 代表「開啟」)所累積之電子會流向電容C1 ，而使電壓VC1 之電位隨之變化；且測距裝置800可於偵測週期TC1 ~TCN 之後半週期內(快門週期訊號SST2 代表「開啟」)，利用光感測組830之感光二極體PD1 ，以累積電子；當快門週期訊號SST2 從「開啟」切為「關閉」時，感光二極體PD2 於後半週期內(快門週期訊號SST2 代表「開啟」)所累積之電子會流向電容C2 ，而使電壓VC2 之電位隨之變化。因此，即使光感測組830只有一個感光二極體PD1 ，仍可如同光感測組530一樣運作。換句話說，測距裝置800於「計算距離階段」時也可如同測距裝置500運作。如此一來，由於測距裝置800於「量測背景階段」、「調整頻率階段」或「計算距離階段」時，皆可如同測距裝置500一樣運作，因此測距裝置800也可藉由第2圖所說明之測距裝置100於「量測背景階段」之運作方法、第4圖所說明之測距裝置100於「調整頻率階段」之運作方法，以及第3圖所說明之測距裝置100於「計算距離階段」之運作方法，來正確地量測待測距離D。
此外，由於在光感測組530中，感光二極體PD2 所需之面積甚大，因此相較於光感測組530，光感測組830所需之面積較小，而使得測距裝置800之成本較低。
請參考第10圖與第11圖。第10圖與第11圖係為說明本發明之3D影像感測裝置1000之示意圖。3D影像感測裝置1000包含一測距裝置1090，以及一2D影像感測裝置1100。測距裝置1090包含一發光/感測控制電路1010、一發光元件1020、一光感測模組1030、一距離計算電路1040、一背景計算電路1050、一頻率調整電路1060，以及一聚光模組1070。2D影像感測裝置1100包含一影像感測控制電路1080，以及光感測模組1030，其中2D影像感測裝置1100與測距裝置1090共用光感測模組1030。發光/感測控制模組1010、發光元件1020、距離計算電路1040、背景計算電路1050、頻率調整電路1060之結構及工作原理分別與發光/感測控制電路110(或發光/感測控制電路511)、發光元件120(或發光元件520、820)、距離計算電路140(或距離計算電路540、840)、背景計算電路150(或背景計算電路550、850)、頻率調整電路160(或頻率計算電路560、860)類似。相較於測距裝置100、500、800，3D影像感測裝置1000之光感測模組1030包含M個光感測組CS1 ~CSM ，其中M為一正整數。光感測組CS1 ~CSM 之結構與工作原理與光感測組130或530類似。此外，光感測組CS1 ~CSM 受控於影像感測控制電路1080，用來感測一場景P(如第11圖所示)，以得到一影像I。其中該場景P包含M個反射點PN1 ~PNM ；該影像I包含M個畫素，且每個畫素包含兩個子畫素。場景P之每個反射點係對應於影像I中之一個畫素。
由於3D影像感測裝置1000之光感測模組1030包含M個光感測組CS1 ~CSM ，因此3D影像感測裝置1000可利用影像感測控制電路1080來控制光感測模組1030，以感測場景P之各反射點，進而得到影像I中之對應於各反射點之各畫素之兩個子畫素影像資料，且更可藉由測距模組1090來測量場景P之每個反射點與3D影像感測裝置1000的距離，以得到每個畫素對應的距離資料。換句話說，3D影像感測裝置1000可感測場景P，以得到影像I，而影像I的解析度為M，且3D影像感測裝置1000所得到的每個畫素資料包含了兩個子畫素影像資料以及對應的距離(距離資料)。
舉例而言，設光感測模組1030之光感測組CS1 ~CSM 之結構如同光感測組530。也就是說，每個光感測組CS1 ~CSM 皆包含兩個光感測元件。其中光感測組CS1 包含光感測元件CSA1 與CSB1 ；光感測組CS2 包含光感測元件CSA2 與CSB2 ...光感測組CSM 包含光感測元件CSAM 與CSBM 。因此，3D影像感測裝置1000，可利用測距裝置1090之發光/感測控制電路1010產生第一快門週期訊號SST1 、第二快門週期訊號SST2 以及讀取訊號SRE ，來控制光感測模組CS1 ~CSM 。舉例而言，光感測組CSK 包含光感測元件CSAK 與CSBK 。當快門週期訊號SSTl 代表「開啟」時，光感測元件CSAK 感測偵測光LID 被場景P之反射點PNK 反射所產生之反射光LRD 之能量，以據以累積能量ER1K ；當快門週期訊號SSTl 代表「關閉」時，光感測元件CSAK 不感測偵測光LID 被場景P之反射點PNK 反射所產生之反射光LRD 之能量，而不累積能量ER1K 。當讀取訊號SRE 代表「讀取」時，光感測元件CSAK 根據已經累積能量ER1K ，以輸出光感測訊號SLS1K ；當快門週期訊號SST2 代表「開啟」時，光感測元件CSBK 感測偵測光LID 被場景P之反射點PNK 反射所產生之反射光LRD 之能量，以據以累積能量ER2K ；當快門週期訊號SST2 代表「關閉」時，光感測元件CSBK 不感測偵測光LID 被場景P之反射點PNK 反射所產生之反射光LRD 之能量，而不累積能量ER2K 。當讀取訊號SRE 代表「讀取」時，光感測元件CSBK 根據已經累積能量ER2K ，以輸出光感測訊號SLS2K 。除此之外，當讀取訊號SRE 代表「讀取」時，在光感測元件CSAK 與CSBK 輸出光感測訊號SLS1K 與SLS2K 之後，光感測元件CSAK 與CSBK 會重置已累積能量ER1K 與ER2K (意即光感測元件CSAK 與CSBK 會清除所累積能量)。
如此一來，藉由第2圖所說明之測距裝置於「量測背景階段」之運作方法、第4圖所說明之測距裝置於「調整頻率階段」之運作方法，以及第3圖所說明之測距裝置於「計算距離階段」之運作方法，發光/感測控制電路1010係分別可控制光感測組CS1 ~CSM ，以量測場景P之反射點PN1 ~PNM 與3D影像感測裝置1000之待測距離D1 ~DM 。
除此之外，3D影像感測裝置1000，可利用影像感測控制電路1080來控制光感測模組1030，以感測場景P之反射點PN1 ~PNM ，以得到影像I，進而得到子畫素影像資料GA1 ~GAM 與GB1 ~GBM 。更明確地說，影像感測控制電路1080分別控制光感測元件CSA1 與CSB1 ，以感測場景P之反射點PN1 ，以得到對應的兩個子畫素影像資料GA1 與GB1 ...影像感測控制電路1080分別控制光感測元件CSAX 與CSBX ，以感測場景P之反射點PNX ，以得到對應的兩個子畫素影像資料GAX 與GBX (如第11圖所示，反射點PNX 與3D影像感測裝置1000之距離為DX )...影像感測控制電路1080分別控制光感測元件CSAY 與CSBY ，以感測場景P之反射點PNY ，以得到對應的兩個子畫素影像資料GAY 與GBY (如第11圖所示，反射點PNY 與3D影像感測裝置1000之距離為DY )...影像感測控制電路1080分別控制光感測元件CSAM 與CSBM ，以感測場景P之反射點PNM ，以得到對應的兩個子畫素影像資料GAM 與GBM 。如此，本發明之3D影像感測裝置1000，便可利用子畫素影像資料GA1 ~GAM 與GB1 ~GBM 與距離資料D1 ~DM ，以建構出一3D影像。
此外，光感測模組1030之光感測組CS1 ~CSM 係為CMOS或CCD感光元件。也就是說，光感測模組1030與數位相機中用來感測影像之感光模組之結構及工作原理相同。換句話說，當3D影像感測裝置1000應用於數位相機時，數位相機不但可利用3D影像感測裝置1000中之影像感測控制電路1080，以控制光感測模組1030來感測場景以得到影像，且數位相機還可利用3D影像感測裝置1000中之測距裝置1090之各元件配合光感測模組1030，以同時對場景之各反射點測距，而得到各畫素之距離資料。如此一來，數位相機可根據感測場景所得到之影像與場景之各反射點與數位相機之距離，以建構一3D影像。且由於3D影像感測裝置1000中之2D影像感測裝置1100與測距裝置1090可共用光感測模組1030，因此可降低建構3D影像的成本。
請參考第12圖。第12圖係為說明利用本發明3D影像感測裝置1000以測量一指示物O2 與3D影像感測裝置1000之間之待測角度θM 之方法之示意圖。設光感測模組1030具有一焦點F，焦點F投影在光感測模組1030上之端點係為光感測模組1030之中點PF ，焦點F與中點PF 之間形成中線LF ，且中線LF 之長度等於預定距離DF 。中線LF 係與影像感測器110之平面垂直。此外，對應於光感測模組1030之可感測之範圍之視角為θFOV ，且中點PF 與光感測模組1030之兩側端點(如左側端點PL )之距離為預定距離DFOV/2 。若指示物O2 投影於光感測模組1030之光感測組CSX ，且光感測組CSX 與中點PF 之距離為DFx ，則指示物O2 與3D影像感測裝置1000(之中線LF )之間之待測角度θM 可由下列方式表示：
θM =tan-1 [tan(θFOV /2)×(DFX /DF )/(DFOV/2 /DF )]=tan-1 [tan(θFOV /2)×(DFX /DFOV/2 )]...(5)；
由於視角θFOV 與距離DFOV/2 係為已知，且距離DFX 可藉由相加光感測組CSX 與中點PF 之間的光感測組之寬度而得，因此利用本發明3D影像感測裝置1000，可根據式(5)計算出指示物O2 與3D影像感測裝置1000之間之待測角度θM 。
由前述說明可知，利用本3D影像感測裝置1000，可同時偵測一待測物(或一指示物)與3D影像感測裝置1000之間之待測角度θM 與待測距離DM 。
請參考第13圖。第13圖係為說明本發明之光學式觸控系統之第一實施例1300之示意圖。光學式觸控系統1300包含一顯示幕1310、角度偵測器1320與1330，以及一位置計算電路1340(在第13圖中未圖示)。顯示幕1310用來顯示影像。當使用者利用指示物O2 (如手指或觸控筆)以觸碰顯示幕1310時，角度偵測器1320與1330會分別偵測到指示物O2 ，以得到相對於顯示幕1310之邊緣之觸控角度θC1 與θC2 (如第13圖之左半部所示)，並據以輸出至位置計算電路1340。位置計算電路1340可根據觸控角度θC1 與θC2 ，以定位出指示物O2 於顯示幕1310上之位置，如此，位置計算電路1340可根據使用者利用指示物O2 所觸碰之位置，並據以達到觸控之目的。然而，若有兩指示物(如指示物O2 與O3 )同時觸碰顯示幕1310，則如第13圖右半部所示，位置計算電路1340會得到觸控角度θC1 、θC2 、θC3 以及θC4 。此時位置計算電路1314無法判斷指示物O2 與O3 之位置係為LOC1 、LOC2 或者是LOC3 、LOC4 。換句話說，光學式觸控系統1300無法處理兩個以上之指示物(如指示物O2 與O3 )同時觸控之情形，也就是說，光學式觸控系統1300無法進行多點觸控。
請參考第14圖。第14圖係為說明本發明之光學式觸控系統之另一實施例1400之示意圖。光學式觸控系統1400包含一顯示幕1410、一3D影像感測裝置1420，以及一位置計算電路1430(在第14圖中未圖示)。其中顯示幕1410及3D影像感測裝置1420之結構與工作原理分別與顯示幕1310及3D影像感測裝置1000相似，故不再贅述。由於當使用者利用指示物O2 (如手指或觸控筆)以觸碰顯示幕1410時，3D影像感測裝置1420可偵測指示物O2 與3D影像感測裝置1000之間之待測角度θM1 與待測距離DM1 。又顯示幕1410與3D影像感測裝置1000之間之夾角係為已知之預設夾角，因此，位置計算電路1430根據3D影像感測裝置1000所輸出之待測角度θM1 可得到指示物O2 與顯示幕1410之觸控夾角θC1 。如此一來，位置計算電路1430可根據觸控夾角θC1 與3D影像感測裝置1420所輸出之待測距離DM1 ，以計算得到指示物於顯示幕1410上之位置LOC1 ，來達到觸控之目的。此外，相較於光學式觸控系統1300，當有兩指示物O2 與O3 同時觸碰顯示幕1410時，則3D影像感測裝置1420會輸出對應於指示物O2 之待測距離DM1 與待測角度θM1 ，以及對應於指示物O3 之待測距離DM2 與待測角度θM2 至位置計算電路1430。因此，位置計算電路1430可根據待測角度θM1 計算出指示物O2 之觸控夾角θC1 ，並根據待測距離DM1 與觸控夾角θC1 ，以計算得出指示物O2 之位置LOC1 ，且位置計算電路1430可同時根據待測角度θM2 計算出指示物O3 之觸控夾角θC2 ，並根據待測距離DM2 與觸控夾角θC2 ，以計算得出指示物O3 之位置LOC2 。也就是說，光學式觸控系統1400可進行多點觸控。然而，若指示物O2 與O3 之觸控夾角相等時(如第14圖中所示)，此時由於指示物O3 被指示物O2 所遮蔽，因此3D影像感測裝置1420無法偵測到指示物O3 ，而僅能偵測到指示物O2 。換句話說，此時位置計算電路1430只能得到指示物O2 之位置LOC1 。由此可知，利用光學式觸控系統1400進行多點觸控時，指示物之間可能會互相遮蔽，而使得3D影像感測裝置1420有偵測上的死角。
請參考第15圖。第15圖係為說明本發明之光學式觸控系統之另一實施例1500之示意圖。光學式觸控系統1500包含一顯示幕1510、一3D影像感測裝置1520、一角度偵測器1530，以及一位置計算電路1540(在第15圖中未圖示)。其中顯示幕1510、角度偵測器1530及3D影像感測裝置1520之結構與工作原理分別與顯示幕1410、角度偵測器1330(或1320)及3D影像感測裝置1420相似，故不再贅述。相較於光學式觸控系統1400，當指示物O2 與O3 之觸控夾角相等時(如第15圖中所示之觸控夾角θC1 )，此時由於角度偵測器1530可偵測到對應於指示物O2 之觸控夾角θC2 以及對應於指示物O3 之觸控夾角θC3 ，因此位置計算電路1540可根據對應於指示物O3 之觸控夾角θC3 與θC1 以計算出指示物O3 之位置LOC2 。也就是說，相較於光學式觸控系統1400，光學式觸控系統1500可減少於偵測指示物時之死角。
請參考第16圖。第16圖係為說明本發明之光學式觸控系統之另一實施例1600之示意圖。光學式觸控系統1600包含一顯示幕1610、3D影像感測裝置1620與1630，以及一位置計算電路1640(在第16圖中未圖示)。其中顯示幕1610及3D影像感測裝置1620與1630之結構與工作原理分別與顯示幕1410及3D影像感測裝置1420相似，故不再贅述。相較於光學式觸控系統1400，當指示物O2 與O3 之觸控夾角相等時(如第16圖中所示之觸控夾角θC1 )，此時由於3D影像感測裝置1630可偵測到對應於指示物O2 之待測角度θM2 (在第16圖中未圖示)與對應於指示物O3 之待測角度θM3 (在第16圖中未圖示)，因此位置計算電路1540可根據待測角度θM3 以得到對應於指示物O3 之觸控夾角θC3 ，並且根據觸控夾角θC3 與θC1 以計算出指示物O3 之位置LOC2 。也就是說，相較於光學式觸控系統1400，光學式觸控系統1600可減少於偵測指示物時之死角。此外，由於3D影像感測裝置1630可偵測指示物O2 之待測距離DM3 ，因此位置計算電路1640也可根據待測距離DM3 與觸控夾角θC3 以計算得到指示物O3 之位置LOC2 。
綜上所述，本發明提供之測距裝置可減小背景光的影響，且可減小因待測物與測距裝置之間之待測距離過長時或待測物之反射率太低而造成的量測誤差，以更正確的計算出待測距離。此外，本發明提供之3D影像感測裝置，可對影像之各畫素測距，以建構3D影像。且本發明提供之3D影像感測裝置中之2D影像感測裝置與測距裝置可共用光感測模組，因此可降低建構3D影像的成本。再者，本發明另提供一光學式觸控系統，利用3D影像感測裝置，可處理多點觸控，且減少於觸控時偵測上的死角，帶給使用者更大的方便。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100、500、800、1090．．．測距裝置
110、511、811、1010．．．發光/感測控制電路
120、520、820、1020．．．發光元件
130、530、830、CS1 ~CSM 、CSX ．．．光感測組
140、540、840、1040．．．距離計算電路
150、550、850、1050．．．背景計算電路
160、560、860、1060．．．頻率調整電路
170、570、870．．．聚光模組
1000、1420、1520、1530、1620、1630．．．3D影像感測裝置
1030．．．光感測模組
1100．．．2D影像感測裝置
1300、1400、1500、1600．．．光學式觸控系統
1310、1410、1510、1610．．．顯示幕
1320、1330．．．角度偵測器
510、810．．．發光/感測控制模組
512、812．．．驅動電路
531、532．．．光感測元件
C1 、C2 ．．．電容
D、DM1 ~DM3 ．．．待測距離
DF 、DFOV/2 ．．．預定距離
DX 、DY ．．．距離資料
EB 、ER ．．．能量
F．．．焦點
FC ．．．偵測頻率
GAX 、GBX 、GAY 、GBY ．．．子畫素影像資料
LB ．．．背景光
LF ．．．中線
LID ．．．偵測光
LRD ．．．反射光
LOC1 ~LOC4 ．．．位置
O1 ．．．待測物
O2 、O3 ．．．指示物
P．．．場景
PF ．．．中點
PL ．．．端點
PD1 、PD2 ．．．感光二極體
Q1 、Q2 ．．．電晶體
SB 、SB1 ~SBM ．．．背景訊號
SFC ．．．頻率控制訊號
SFQ ．．．頻率訊號
SLD ．．．發光週期訊號
SLS1 、SLS2 、SLS11 ~SLS1M 、SLS21 ~SLS2M ．．．光感測訊號
SP ．．．階段訊號
SRE ．．．讀取訊號
SST1 、SST2 ．．．快門週期訊號
SSOP1 、SSOP2 、SSOP ．．．快門開啟脈衝訊號
SSCP1 、SSCP2 ．．．快門關閉脈衝訊號
SOP1 、SOP2 ．．．輸出脈衝訊號
SRP1 、SRP2 ．．．重置脈衝訊號
SW11 ~SW14 、SW21 ~SW24 ．．．開關
TB ．．．背景週期
TC1 ~TCN ．．．偵測週期
VC1 、VC2 ．．．電壓
VDD 、VSS ．．．電壓源
θC1 、θC2 ．．．觸控夾角
θM ．．．待測角度
θFOV ．．．視角
第1圖係為說明根據本發明之第一實施例之測距裝置之示意圖。
第2圖係為說明測距裝置於「量測背景階段」時之內部之控制訊號之波形圖。
第3圖係為說明測距裝置於「計算距離階段」時之內部之控制訊號之波形圖。
第4圖係為說明測距裝置於「調整頻率階段」時之內部之控制訊號之波形圖。
第5圖係為說明根據本發明之第二實施例之測距裝置之示意圖。
第6圖係為說明驅動電路根據第一快門週期訊號、第二快門週期訊號，以及讀取訊號，以產生之各控制訊號之示意圖。
第7圖係為說明本發明之光感測組之結構之示意圖。
第8圖係為說明根據本發明之第三實施例之測距裝置之示意圖。
第9圖係為說明本發明之光感測元件組之結構之示意圖。
第10圖與第11圖係為說明本發明之3D影像感測裝置之示意圖。
第12圖係為說明利用本發明之3D影像感測裝置以測量一指示物與3D影像感測裝置之間之待測角度之方法之示意圖。
第13圖係為說明本發明之光學式觸控系統之第一實施例之示意圖。
第14圖係為說明本發明之光學式觸控系統之另一實施例之示意圖。
第15圖係為說明本發明之光學式觸控系統之另一實施例之示意圖。
第16圖係為說明本發明之光學式觸控系統之另一實施例之示意圖。
100．．．測距裝置
110．．．發光/感測控制電路
120．．．發光元件
130．．．光感測組
140．．．距離計算電路
150．．．背景計算電路
160．．．頻率調整電路
170．．．聚光模組
D．．．待測距離
LB ．．．背景光
LID ．．．偵測光
LRD ．．．反射光
O1 ．．．待測物
SB ．．．背景訊號
SFC ．．．頻率控制訊號
SFQ ．．．頻率訊號
SLD ．．．發光週期訊號
SLS1 、SLS2 ．．．光感測訊號
SP ．．．階段訊號
SRE ．．．讀取訊號
SST1 、SST2 ．．．快門週期訊號

Claims (29)

  1. 一種測距裝置，包含：一發光/感測控制電路，用來產生一發光週期訊號、一第一快門週期訊號、一第二快門週期訊號、一階段訊號、一偵測頻率訊號，以及一讀取訊號；其中該發光週期訊號、該第一快門週期訊號以及該第二快門週期訊號具有相同之一偵測頻率；其中該發光週期訊號與該第一快門週期訊號係大致為同相；其中該第一快門週期訊號與該第二快門週期訊號大致為反相；其中該偵測頻率訊號指出該偵測頻率之大小；一發光元件，用來根據該發光週期訊號，以發出一偵測光射向一待測物；一光感測組，用來根據該第一快門週期訊號，感測並累積該偵測光被該待測物反射所產生之一反射光之能量，以產生一第一光感測訊號，並根據該讀取訊號，輸出該第一光感測訊號，且用來根據該第二快門週期訊號，感測並累積該偵測光被該待測物反射所產生之該反射光之能量，以產生一第二光感測訊號，並根據該讀取訊號，輸出該第二光感測訊號；一距離計算電路，用來根據該階段訊號、該第一光感測訊號、該第二光感測訊號，以及該偵測頻率訊號，以計算該測距裝置與該待測物之間之一待測距離；以及 一背景計算電路，用來根據該階段訊號，以及該第一光感測訊號，以輸出一背景訊號；其中當該階段訊號代表量測距離時，該距離計算電路根據下式以計算該待測距離：D=[C/(4×FC )]×[(SLS2 -SB /(2×FC ))/(SLS1 +SLS2 -SB /FC )]；其中D代表該待測距離、FC 代表該偵測頻率、C代表光速、SLS1 代表該第一光感測訊號、SLS2 代表該第二光感測訊號、SB 代表該背景訊號。
  2. 如請求項1所述之測距裝置，其中該距離計算電路根據該第一光感測訊號與該第二光感測訊號之間之比值，以計算該測距裝置與該待測物之間之該待測距離。
  3. 如請求項2所述之測距裝置，其中當該階段訊號代表量測背景時，該背景計算電路根據該第一光感測訊號，以輸出該背景訊號；其中該距離計算電路根據該背景訊號，以校正該第一光感測訊號與該第二光感測訊號之間之比值。
  4. 如請求項3所述之測距裝置，其中該測距裝置另包含：一頻率調整電路，用來根據該階段訊號，以及該第一光感測訊號，以輸出一頻率控制訊號，來控制該偵測頻率之大小。
  5. 如請求項4所述之測距裝置，其中當該階段訊號代表調整頻率時，該頻率調整電路比較該第一光感測訊號與一預定值，以輸出該頻率控制訊號；其中當該第一光感測訊號小於該預定值，該頻率調整電路輸出代表降頻之該頻率控制訊號。
  6. 如請求項5所述之測距裝置，其中當該頻率控制訊號代表降頻時，該發光/感測控制電路將該偵測頻率調低。
  7. 如請求項1所述之測距裝置，其中該光感測組包含：一第一光感測元件，包含：一第一感光二極體，耦接於一第二電壓源，用來根據該偵測光被該待測物反射所產生之該反射光之能量，以產生並累積一第一電子數目之電子；一第一開關，包含：一第一端，耦接於一第一電壓源；一第二端，耦接於該第一感光二極體；以及一控制端，用來接收一第一快門開啟脈衝訊號；其中當該第一開關接收到該第一快門開啟脈衝訊號，該第一開關之該第一端耦接於該第一開關之該第二端，以清除該第一感光二極體之殘留電子；一第二開關，包含：一第一端，耦接於該第一感光二極體與該第一開關之該第 二端；一第二端；以及一控制端，用來接收一第一快門關閉脈衝訊號；其中當該第二開關接收到該第一快門關閉脈衝訊號時，該第二開關之該第一端耦接於該第二開關之該第二端；一第一電容，耦接於該第二開關之該第二端與該第二電壓源之間；一第三開關，包含：一第一端，耦接於該第一電壓源；一第二端，耦接至該第一電容與該第二開關之該第二端；以及一控制端，用來接收一第一重置脈衝訊號；其中當該第三開關接收到該第一重置脈衝訊號時，該第三開關之該第一端耦接於該第三開關之該第二端；一第一電晶體，包含：一第一端，耦接於該第一電壓源；一第二端；以及一控制端，耦接至該第一電容與該第二開關之該第二端；以及一第四開關，包含：一第一端，耦接於該第一電晶體之該第二端；一第二端，用來輸出該第一光感測訊號；以及一控制端，用來接收一第一輸出脈衝訊號； 其中當該第四開關接收到之該第一輸出脈衝訊號時，該第四開關之該第一端耦接於該第四開關之該第二端，以輸出該第一光感測訊號；以及一第二光感測元件，包含：一第二感光二極體，耦接於一第二電壓源，用來根據該偵測光被該待測物反射所產生之該反射光之能量，以產生並累積一第二電子數目之電子；一第五開關，包含：一第一端，耦接於一第一電壓源；一第二端，耦接於該第二感光二極體；以及一控制端，用來接收一第二快門開啟脈衝訊號；其中當該第五開關接收到該第二快門開啟脈衝訊號，該第五開關之該第二端耦接於該第五開關之該第二端，以清除該第二感光二極體之殘留電子；一第六開關，包含：一第一端，耦接於該第二感光二極體與該第五開關之該第二端；一第二端；以及一控制端，用來接收一第二快門關閉脈衝訊號；其中當該第六開關接收到該第二快門關閉脈衝訊號時，該六開關之該第一端耦接於該第六開關之該第二端；一第二電容，耦接於該第六開關之該第二端與該第二電壓源之間； 一第七開關，包含：一第一端，耦接於該第一電壓源；一第二端，耦接至該第二電容與該第六開關之該第二端；以及一控制端，用來接收一第二重置脈衝訊號；其中當該第七開關接收到該第二重置脈衝訊號時，該第七開關之該第一端耦接於該第七開關之該第二端；一第二電晶體，包含：一第一端，耦接於該第一電壓源；一第二端；以及一控制端，耦接至該第二電容與該第六開關之該第二端；以及一第八開關，包含：一第一端，耦接於該第二電晶體之該第二端；一第二端，用來輸出該第二光感測訊號；以及一控制端，用來接收一第二輸出脈衝訊號；其中當該第八開關接收到之該第二輸出脈衝訊號時，該第二開關之該第一端耦接於該第二開關之該第二端，以輸出該第二光感測訊號。
  8. 如請求項7所述之測距裝置，其中該發光/感測控制電路另包含：一第一驅動電路，用來根據該第一快門週期訊號、該第二快門週期訊號，以及該讀取訊號，以產生該第一快門開啟脈衝訊號、 該第一快門關閉脈衝訊號、該第一重置脈衝訊號、該第一輸出脈衝訊號、第二快門開啟脈衝訊號、該第二快門關閉脈衝訊號、該第二重置脈衝訊號，以及該第二輸出脈衝訊號；其中當該第一快門週期訊號從代表關閉切換到代表開啟時，該第一驅動電路會產生該第一快門開啟脈衝訊號；其中當該第一快門週期訊號從代表開啟切換到代表關閉時，該第一驅動電路會產生該第一快門關閉脈衝訊號；其中當該第二快門週期訊號從代表關閉切換到代表開啟時，該第一驅動電路會產生該第二快門開啟脈衝訊號；其中當該第二快門週期訊號從代表開啟切換到代表關閉時，該第一驅動電路會產生該第二快門關閉脈衝訊號；其中當該讀取訊號代表讀取時，該第一驅動電路會先產生該第一輸出脈衝訊號與該第二輸出脈衝訊號，然後再產生該第一重置脈衝訊號與該第二重置脈衝訊號。
  9. 如請求項7所述之測距裝置，其中當該發光週期訊號表示發光時，該發光元件發射該偵測光；當該第一快門週期訊號表示開啟時，該第一光感測元件感測該偵測光被該待測物反射所產生之該反射光之能量；當該第二快門週期訊號表示開啟時，該第二光感測元件接收該偵測光被該待測物反射所產生之該反射光之能量。
  10. 如請求項7所述之測距裝置，其中當該讀取訊號表示讀取時，該第一光感測元件輸出該第一光感測訊號同時重置該第一光感測 元件所累積之該反射光之能量；當該讀取訊號表示讀取時，該第二光感測元件輸出該第二光感測訊號同時重置該第二光感測元件所累積之該反射光之能量。
  11. 如請求項1所述之測距裝置，其中該光感測組包含：一第三感光二極體，耦接於一第四電壓源，用來根據該偵測光被該待測物反射所產生之該反射光之能量，以產生並累積一第三電子數目之電子；一第九開關，包含：一第一端，耦接於一第三電壓源；一第二端，耦接於該第三感光二極體；以及一控制端，用來接收一第三快門開啟脈衝訊號；其中當該第九開關接收到該第三快門開啟脈衝訊號，該第九開關之該第一端耦接於該第九開關之該第二端，以清除該第三感光二極體之殘留電子；一第十開關，包含：一第一端，耦接於該第三感光二極體與該第九開關之該第二端；一第二端；以及一控制端，用來接收一第三快門關閉脈衝訊號；其中當該第十開關接收到該第三快門關閉脈衝訊號時，該第三開關之該第一端耦接於該第三開關之該第二端；一第三電容，耦接於該第十開關之該第二端與該第四電壓源之 間；一第十一開關，包含：一第一端，耦接於該第三電壓源；一第二端，耦接至該第三電容與該第十開關之該第二端；以及一控制端，用來接收一第三重置脈衝訊號；其中當該第十一開關接收到該第三重置脈衝訊號時，該第十一開關之該第一端耦接於該第十一開關之該第二端；一第三電晶體，包含：一第一端，耦接於該第三電壓源；一第二端；以及一控制端，耦接至該第三電容與該第十開關之該第二端；以及一第十二開關，包含：一第一端，耦接於該第九電晶體之該第二端；一第二端，用來輸出該第一光感測訊號；以及一控制端，用來接收一第三輸出脈衝訊號；其中當該第十二開關接收到之該第三輸出脈衝訊號時，該第十二開關之該第一端耦接於該第十二開關之該第二端，以輸出該第一光感測訊號；一第四感光二極體，耦接於一第四電壓源與該第九開關之該第二端之間，用來根據該偵測光被該待測物反射所產生之該反射光之能量，以產生並累積一第四電子數目之電子； 一第十三開關，包含：一第一端，耦接於該第四感光二極體與該第九開關之該第二端；一第二端；以及一控制端，用來接收一第四快門關閉脈衝訊號；其中當該第十三開關接收到該第四快門關閉脈衝訊號時，該第十三開關之該第一端耦接於該第十三開關之該第二端；一第四電容，耦接於該第十三開關之該第二端與該第四電壓源之間；一第十四開關，包含：一第一端，耦接於該第三電壓源；一第二端，耦接至該第四電容與該第十三開關之該第二端；以及一控制端，用來接收一第四重置脈衝訊號；其中當該第十四開關接收到該第四重置脈衝訊號時，該第十四開關之該第一端耦接於該第十四開關之該第二端；一第四電晶體，包含：一第一端，耦接於該第三電壓源；一第二端；以及一控制端，耦接至該第四電容與該第十三開關之該第二端；以及一第十五開關，包含：一第一端，耦接於該第四電晶體之該第二端； 一第二端，用來輸出該第二光感測訊號；以及一控制端，用來接收一第四輸出脈衝訊號；其中當該第十五開關接收到之該第四輸出脈衝訊號時，該第十五開關之該第一端耦接於該第十五開關之該第二端，以輸出該第二光感測訊號。
  12. 如請求項11所述之測距裝置，其中該發光/感測控制電路另包含：一第二驅動電路，用來根據該第一快門週期訊號、該第二快門週期訊號，以及該讀取訊號，以產生該第三快門開啟訊號、該第三快門關閉訊號、該第三重置脈衝訊號、該第三輸出脈衝訊號、該第四快門關閉訊號、該第四重置脈衝訊號，以及該第四輸出脈衝訊號；其中當該第一快門週期訊號從代表關閉切換到代表開啟或該第二快門週期訊號從代表關閉切換到代表開啟時，該第二驅動電路會產生該第三快門開啟脈衝訊號；其中當該第一快門週期訊號從代表開啟切換到代表關閉時，該第二驅動電路會產生該第三快門關閉脈衝訊號；其中當該第二快門週期訊號從代表開啟切換到代表關閉時，該第二驅動電路會產生該第四快門關閉脈衝訊號；其中當該讀取訊號代表讀取時，該第二驅動電路會先產生該第三輸出脈衝訊號與該第四輸出脈衝訊號，然後再產生該第三重置脈衝訊號與該第四重置脈衝訊號。
  13. 如請求項11所述之測距裝置，其中當該發光週期訊號表示發光時，該發光元件發射該偵測光；當該第一快門週期訊號表示開啟時，該光感測組感測該偵測光被該待測物反射所產生之該反射光之能量；當該第二快門週期訊號表示開啟時，該光感測組接收該偵測光被該待測物反射所產生之該反射光之能量。
  14. 如請求項11所述之測距裝置，其中當該讀取訊號表示讀取時，該光感測組輸出該第一光感測訊號同時重置該光感測組所累積之該反射光之能量；當該讀取訊號表示讀取時，該光感測組輸出該第二光感測訊號同時重置該光感測組所累積之該反射光之能量。
  15. 如請求項1所述之測距裝置，另包含一聚光模組，該聚光模組用來將該待測物反射該偵測光所產生之該反射光匯聚於該光感測組。
  16. 一種3D影像感測裝置，包含：一發光/感測控制電路，用來產生一發光週期訊號、一第一快門週期訊號、一第二快門週期訊號、一階段訊號、一偵測頻率訊號，以及一讀取訊號；其中該發光週期訊號、該第一快門週期訊號以及該第二快門週期訊號具有相同之一偵測頻率；其中該發光週期訊號與該第一快門週期訊號係大致為同相； 其中該第一快門週期訊號與該第二快門週期訊號大致為反相；其中該偵測頻率訊號指出該偵測頻率之大小；一發光元件，用來根據該發光週期訊號，以發出一偵測光射向一場景；其中該場景包含M個反射點；一光感測模組，用來產生M個第一光感測訊號與M個第二光感測訊號，該光感測模組包含M個光感測組；其中該M個光感測組之一第K個光感測組，包含一第一光感測元件，以及一第二光感測元件；其中該M個光感測組之該第K個光感測組之該第一光感測元件，用來根據該第一快門週期訊號，感測並累積該偵測光被該場景之該M個反射點之一第K個反射點反射所產生之一反射光之能量，以產生該M個第一光感測訊號之一第K個第一光感測訊號，並根據該讀取訊號，輸出該M個第一光感測訊號之該第K個第一光感測訊號；其中該M個光感測組之該第K個光感測組之該第二光感測元件，用來根據該第二快門週期訊號，感測並累積該偵測光被該場景之該M個反射點之該第K個反射點反射所產生之一反射光之能量，以產生該M個第二光感測訊號之一第K個第二光感測訊號，並根據該讀取訊號，輸出該M個第二光感測訊號之該第K個第二光感測訊號；一距離計算電路，用來根據該階段訊號、該M個第一光感測訊 號、該M個第二光感測訊號，以及該偵測頻率訊號，以計算該3D影像感測裝置與該場景之該M個反射點之M個待測距離；一背景計算電路，用來根據該階段訊號，以及該M個第一光感測訊號，以輸出M個背景訊號；以及一影像感測控制電路，用來控制該光感測模組之該M個光感測組，以感測該場景以得出一影像，該影像包含(2×M)個子畫素影像資料；其中該影像感測控制電路係分別控制該該M個光感測組之該第K個光感測組之該第一光感測元件與該M個光感測組之該第K個光感測組之該第二光感測元件，來感測該場景之該第K個反射點，以得到一該(2×M)個子畫素影像資料之一第(2×K)個子畫素影像資料與一第(2×K-1)個子畫素影像資料；其中1≦K≦M，且M、K皆表示正整數；其中當該階段訊號代表量測距離時，該距離計算電路根據下式以計算每一該M個待測距離：D=[C/(4×FC )]×[(SLS2 -SB /(2×FC ))/(SLS1 +SLS2 -SB /FC )]；其中D代表每一該M個待測距離、FC 代表該偵測頻率、C代表光速、SLS1 代表每一該M個第一光感測訊號、SLS2 代表每一該M個第二光感測訊號、SB 代表每一該M個背景訊號。
  17. 如請求項16所述之3D影像感測裝置，其中當該發光週期訊號 表示發光時，該發光元件發射該偵測光；當該第一快門週期訊號表示開啟時，該M個光感測組之該第K個光感測組之該第一光感測元件接收該偵測光被該場景之該第K個反射點反射所產生之該反射光之能量；當該第K個第二快門週期訊號表示開啟時，該M個光感測組之該第K個光感測組之該第二光感測元件接收該偵測光被該場景之該第K個反射點反射所產生之該反射光之能量。
  18. 如請求項17所述之3D影像感測裝置，其中當該第K個讀取訊號表示讀取時，該M個光感測組之該第K個光感測組之該第一光感測元件輸出該M個第一光感測訊號之該第K個第一光感測訊號同時重置該M個光感測組之該第K個光感測組之該第一光感測元件所累積之該反射光之能量；當該第K個讀取訊號表示讀取時，該M個光感測組之該第K個光感測組之該第二光感測元件輸出該第K個第二光感測訊號同時重置該M個光感測組之該第K個光感測組之該第二光感測元件所累積之該反射光之能量。
  19. 如請求項16所述之3D影像感測裝置，其中該距離計算電路根據該M個第一光感測訊號之該第K個第一光感測訊號與該M個第二光感測訊號之該第K個第二光感測訊號之間之比值，以計算該3D影像感測裝置與該場景之該M個反射點之該M個待測距離之一第K個待測距離。
  20. 如請求項19所述之3D影像感測裝置，其中當該階段訊號代表量測背景時，該背景計算電路根據該M個第一光感測訊號之該第K個第一光感測訊號，以輸出該M個背景訊號中之一第K個背景訊號；其中該距離計算電路根據該M個背景訊號中之一第K個背景訊號，以校正該M個第一光感測訊號之該第K個第一光感測訊號與該M個第二光感測訊號之該第K個第二光感測訊號之間之比值。
  21. 如請求項20所述之3D影像感測裝置，另包含：一頻率調整電路，用來根據該階段訊號，以及該M個第一光感測訊號之該第K個第一光感測訊號，以輸出一頻率控制訊號，來控制該偵測頻率之大小。
  22. 如請求項21所述之3D影像感測裝置，其中當該階段訊號代表調整頻率時，該頻率調整電路比較該M個第一光感測訊號之該第K個第一光感測訊號與一預定值，以輸出該頻率控制訊號；其中當該M個第一光感測訊號之該第K個第一光感測訊號小於該預定值，該頻率調整電路輸出代表降頻之該頻率控制訊號。
  23. 如請求項22所述之3D影像感測裝置，其中當該頻率控制訊號代表降頻時，該發光/感測控制電路將該偵測頻率調低。
  24. 如請求項16所述之3D影像感測裝置，另包含一聚光模組，該聚光模組用來將該場景之該M個反射點反射該偵測光所產生之該反射光匯聚於該光感測模組。
  25. 如請求項16所述之3D影像感測裝置，其中該3D影像感測裝置利用該影像以及該3D影像感測裝置與該場景之該M個反射點之間之該M個待測距離，以建構一3D影像。
  26. 一種光學式觸控系統，包含：一顯示幕，用來顯示影像；一第一3D影像感測裝置，用來偵測至少一指示物，以據以輸出該指示物與該第一3D影像感測裝置之一待測距離與一待測角度；其中該第一3D影像感測裝置與該顯示幕之間所夾之角度為一第一預設夾角；以及一位置計算電路，用來根據該待測距離、該待測角度及該第一預設夾角，以計算出該指示物於該顯示幕上之一位置；其中該第一3D影像感測裝置包含：一發光/感測控制電路，用來產生一發光週期訊號、一第一快門週期訊號、一第二快門週期訊號、一階段訊號、一偵測頻率訊號，以及一讀取訊號；其中該發光週期訊號、該第一快門週期訊號以及該第二快門 週期訊號具有相同之一偵測頻率；其中該發光週期訊號與該第一快門週期訊號係大致為同相；其中該第一快門週期訊號與該第二快門週期訊號大致為反相；其中該偵測頻率訊號指出該偵測頻率之大小；一發光元件，用來根據該發光週期訊號，以發出一偵測光射向一場景；其中該場景包含M個反射點；一光感測模組，用來產生M個第一光感測訊號與M個第二光感測訊號，該光感測模組包含M個光感測組；其中該M個光感測組之一第K個光感測組，包含一第一光感測元件，以及一第二光感測元件；其中該M個光感測組之該第K個光感測組之該第一光感測元件，用來根據該第一快門週期訊號，感測並累積該偵測光被該場景之該M個反射點之一第K個反射點反射所產生之一反射光之能量，以產生該M個第一光感測訊號之一第K個第一光感測訊號，並根據該讀取訊號，輸出該M個第一光感測訊號之該第K個第一光感測訊號；其中該M個光感測組之該第K個光感測組之該第二光感測元件，用來根據該第二快門週期訊號，感測並累積該偵測光被該場景之該M個反射點之該第K個反射點反射所產生之一反射光之能量，以產生該M個第二光感測訊號之一第K個第二光感測訊號，並根據該讀取訊號，輸出該 M個第二光感測訊號之該第K個第二光感測訊號；一距離計算電路，用來根據該階段訊號、該M個第一光感測訊號、該M個第二光感測訊號，以及該偵測頻率訊號，以計算該第一3D影像感測裝置與該場景之該M個反射點之M個待測距離；以及一影像感測控制電路，用來控制該光感測模組之該M個光感測組，以感測該場景以得出一影像，該影像包含(2×M)個子畫素影像資料；其中該影像感測控制電路係分別控制該該M個光感測組之該第K個光感測組之該第一光感測元件與該M個光感測組之該第K個光感測組之該第二光感測元件，來感測該場景之該第K個反射點，以得到一該(2×M)個子畫素影像資料之一第(2×K)個子畫素影像資料與一第(2×K-1)個子畫素影像資料；其中1≦K≦M，且M、K皆表示正整數。
  27. 一種光學式觸控系統，包含：一顯示幕，用來顯示影像；一第一3D影像感測裝置，用來偵測至少一指示物，以據以輸出該指示物與該第一3D影像感測裝置之一待測距離與一待測角度；其中該第一3D影像感測裝置與該顯示幕之間所夾之角度為一第一預設夾角； 一位置計算電路，用來根據該待測距離、該待測角度及該第一預設夾角，以計算出該指示物於該顯示幕上之一位置；以及一角度偵測器，用來偵測該指示物，以輸出該指示物與該顯示幕之間之一觸控夾角至該位置計算電路。
  28. 一種光學式觸控系統，包含：一顯示幕，用來顯示影像；一第一3D影像感測裝置，用來偵測至少一指示物，以據以輸出該指示物與該第一3D影像感測裝置之一待測距離與一待測角度；其中該第一3D影像感測裝置與該顯示幕之間所夾之角度為一第一預設夾角；一位置計算電路，用來根據該待測距離、該待測角度及該第一預設夾角，以計算出該指示物於該顯示幕上之一位置；以及一第二3D影像感測裝置，用來偵測一第一與一第二指示物，以據以輸出該第一指示物與該第二3D影像感測裝置之一第三待測距離與一第三待測角度，且輸出該第二指示物與該第二3D影像感測裝置之一第四待測距離與一第四待測角度；其中該第一3D影像感測裝置偵測該第一與該第二指示物，以據以輸出該第一指示物與該第一3D影像感測裝置之一第一待測距離與一第一待測角度，且輸出該第二指示物與該第一3D影像感測裝置之一第二待測距離與一第二待測角度；其中該第二3D影像感測裝置與該顯示幕之間所夾之角度為一第 二預設夾角；其中該位置計算電路根據該第一待測距離、該第二待測距離、該第三待測距離、該第四待測距離、該第一待測角度、該第二待測角度、該第三待測角度、該第四待測角度、該第一預設夾角與該第二預設夾角，以計算出該第一指示物於該顯示幕上之一第一位置與該第二指示物於該顯示幕上之一第二位置；其中當該第一、該第二指示物與該第一3D影像感測裝置共線時，該位置計算電路根據該第三待測距離、該第四待測距離、該第三待測角度、該第四待測角度與該第二預設夾角，以計算出該第一位置與該第二位置；其中當該第一、該第二指示物與該第二3D影像感測裝置共線時，該位置計算電路根據該第一待測距離、該第二待測距離、該第一待測角度、該第二待測角度與該第一預設夾角，以計算出該第一位置與該第二位置。
  29. 如請求項28所述之光學式觸控系統，其中該第一3D影像感測裝置與該第二3D影像感測裝置皆包含：一發光/感測控制電路，用來產生一發光週期訊號、一第一快門週期訊號、一第二快門週期訊號、一階段訊號、一偵測頻率訊號，以及一讀取訊號；其中該發光週期訊號、該第一快門週期訊號以及該第二快門週期訊號具有相同之一偵測頻率； 其中該發光週期訊號與該第一快門週期訊號係大致為同相；其中該第一快門週期訊號與該第二快門週期訊號大致為反相；其中該偵測頻率訊號指出該偵測頻率之大小；一發光元件，用來根據該發光週期訊號，以發出一偵測光射向一場景；其中該場景包含M個反射點；一光感測模組，用來產生M個第一光感測訊號與M個第二光感測訊號，該光感測模組包含M個光感測組；其中該M個光感測組之一第K個光感測組，包含一第一光感測元件，以及一第二光感測元件；其中該M個光感測組之該第K個光感測組之該第一光感測元件，用來根據該第一快門週期訊號，感測並累積該偵測光被該場景之該M個反射點之一第K個反射點反射所產生之一反射光之能量，以產生該M個第一光感測訊號之一第K個第一光感測訊號，並根據該讀取訊號，輸出該M個第一光感測訊號之該第K個第一光感測訊號；其中該M個光感測組之該第K個光感測組之該第二光感測元件，用來根據該第二快門週期訊號，感測並累積該偵測光被該場景之該M個反射點之該第K個反射點反射所產生之一反射光之能量，以產生該M個第二光感測訊號之一第K個第二光感測訊號，並根據該讀取訊號，輸出該M個第二光感測訊號之該第K個第二光感測訊號； 一距離計算電路，用來根據該階段訊號、該M個第一光感測訊號、該M個第二光感測訊號，以及該偵測頻率訊號，以計算該第一3D影像感測裝置與該場景之該M個反射點之M個待測距離；以及一影像感測控制電路，用來控制該光感測模組之該M個光感測組，以感測該場景以得出一影像，該影像包含(2×M)個子畫素影像資料；其中該影像感測控制電路係分別控制該該M個光感測組之該第K個光感測組之該第一光感測元件與該M個光感測組之該第K個光感測組之該第二光感測元件，來感測該場景之該第K個反射點，以得到一該(2×M)個子畫素影像資料之一第(2×K)個子畫素影像資料與一第(2×K-1)個子畫素影像資料；其中1≦K≦M，且M、K皆表示正整數。
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