TWI457805B - 測定物體位置的裝置及方法 - Google Patents

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Description

測定物體位置的裝置及方法
本發明係有關測定物體位置的裝置及方法，尤其是有關提供觸控裝置使用測定觸控位置的裝置及方法。
有一些觸控裝置藉由偵測一物體的座標，作為對應的文字、圖案、符號的輸入資訊，或作為互動式電子遊戲機的輸入資訊。
美國專利US 4,762,990，揭示一種測定物體位置的資料處理輸入介面(Data processing input interface determining position of object)包括：一物體位於一被反射單元圍繞於邊界周圍的工作區；一掃描光線的光源，使掃描光線從起始掃描的位置掃描操工作區；一測定物體在工作區的位置的工具，測量掃描光線經由圍繞於周圍的反射單元照射到物體及掃描光線直接照射到物體時，掃描光線從起始位置算起的旋轉角度，以測定物體在工作區的位置。
台灣公開專利第201104533號，揭示一種具備多點觸控功能之觸控輸入裝置，提供一觸控面板以供輸入至少一觸控點，至少一光源環繞觸控面板以提供偵測光束，複數個成像系統配置於觸控面板之兩相鄰頂點以偵測觸控點之遮蔽光束角度，並且這些複數個成像系統具備一第一空間視角及一第二空間視角，並根據不同空 間視角所偵測到之觸控點的遮蔽光束角度進行計算判斷這些遮蔽光束角度相對應之觸控點，最後利用簡單之三角函數即可計算獲得觸控點之觸控座標值。
當兩物體與掃描光線在同一直線上，一物體阻擋另一物體時，上述台灣專利及美國專利揭示的技術將無法偵測到被阻擋的另一物體的座標。
為了進一步改良習知測定物體位置的的技術，而提出本發明。
本發明的主要目的，在提供一種測定物體位置的裝置及方法，係用於偵測物體在一工作區的座標；該工作區被一長條狀呈“L”型的混合式反射單元及長條型的第一反射單元及第二反射單元圍繞；混合式反射單元包括反射鏡及回射器所組成；利用光偵測單元分別偵測發光模組由基準點的位置發出的光線分別被反射鏡反射及被回射器回射而得到的第一訊號及第二訊號，第一訊號包含多個對應於物體的第一弱訊號，第二訊號包含至少一個對應於該物體的第二弱訊號；利用訊號處理單元處理該第一訊號及該第二訊號，得到被物體阻擋直接或間接阻擋由基準點發出的光線分別與第一反射單元及第二反射單元之間的對應於第一弱訊號的多個角度A1及對應於第二弱訊號的多個角度A2；利用微處理器依據多個角度A1分別與每一個角度A2的組合分別轉換得到多個座標；然後比對該多個座標，由該多個座標中選出至少有兩個座標值相同的座標，以確認物體在工作區的相對座標，即使離基準點較遠的物體被離基準點較近的物體阻擋時，也能測定離基準點較遠的物體的座標。
本發明的另一目的，在提供一種測定物體位置的裝置及方法，可以同時測定多個物體的位置，方便進行多點觸控。
本發明的其他目的、功效，請參閱圖式及實施例，詳細說明如下。
1、2‧‧‧測定物體位置的裝置
11、51‧‧‧發光模組
12‧‧‧光偵測單元
13‧‧‧混合式反射單元
131‧‧‧反射鏡
132‧‧‧回射器
14‧‧‧第一反射單元
15‧‧‧第二反射單元
16‧‧‧訊號處理單元
17‧‧‧微處理器
20‧‧‧工作區
30‧‧‧第一訊號
31、311、312、313、321、322、323、33‧‧‧第一弱訊號
40‧‧‧第二訊號
41、42‧‧‧第二弱訊號
L11、L12、L13、L14、L21、L22、L23、L31、L32、L33、L34‧‧‧光線
510‧‧‧穿透孔
511‧‧‧掃描機構
512‧‧‧掃描鏡
513‧‧‧具有穿透孔的反射鏡或半反射鏡
514‧‧‧光源
P1、P2、P3‧‧‧物體
O‧‧‧基準點
(1)、(2)、(3)、(4)‧‧‧分別為本發明流程的步驟編號
第1圖為本發明測定物體位置的裝置第一實施例的示意圖。
第2圖為本發明第一訊號及第二訊號的示意圖。
第3圖為本發明測定物體位置的裝置第二實施例的示意圖。
第4圖為本發明測定物體位置的方法的流程圖。
如第1圖所示，本發明第一實施例的測定物體位置的裝置1，包括一發光模組11、一光偵測單元12、一混合式反射單元13、第一反射單元14、第二反射單元15、訊號處理單元16及微處理器17所組成。
本實施例的發光模組11包括LED光源或雷射光源。光偵測單元12為一攝影機。混合式反射單元13包括分別為長條狀呈“L”型的反射鏡131及回射器(Retroreflector)132所組成，回射器132置於反射鏡131的上方，如第2圖所示，回反射器132可將光線以接近入射方向反射回去。第一反射單元14、第二反射單元15分別為長條狀的回射器；訊號處理單元16具有影像處理功能，分別電氣連結光偵測單元12及微處理器17。
光偵測單元12位於發光模組11的上方或下方。混合式反射單元13 、第一反射單元14及第二反射單元15圍成一個接近矩形的工作區20；第一反射單元14及第二反射單元15分別位於混合式反射單元13的兩側端。第一反射單元14及第二反射單元15的接觸點為工作區20一角被設為基準點O。工作區20可以是一觸控裝置的觸控區。
發光模組11位於基準點O正下方或正下方接近基準點的位置；混合式反射單元13位於發光模組11的相對方；第一反射單元14及第二反射單元15分別位於發光模組11的兩側方。從基準點O分別到混合式反射單元13的兩側端的長度的兩倍分別被設為長度D1及長度D2；也就是長度D1是第一反射單元14的長度的兩倍；長度D2是第二反射單元15的長度的兩倍。
發光模組11照射於工作區20的光線，可被混合式反射單元13反射至光偵測單元12。由於混合式反射單元13呈長條狀，且具有上、下配置的反射鏡131及回射器132，因此光偵測單元12將會偵測到分別對應於反射鏡131及回射器132呈長條狀的第一訊號(影像)30及第二訊號(影像)40。當工作區20沒有物體阻擋射到工作區20的光線時，第一訊號30及第二訊號40全部呈較強(較亮)的狀態。
如第1、2圖所示，若工作區20上同時有物體P1、P2及P3時，且物體P1、物體P2與發光模組11在同一直線上時，物體P1阻擋發光模組11發光模組11射到物體P1的光線L11直接再射到物體P2。
發光模組11射到工作區20的光線L11、L31將被物體P1及物體P3直接阻擋無法射到反射鏡131及回射器132，而在第一訊號30上形成分別對應於物體P1及物體P3的第一弱訊號(暗點)31、33，在第 二訊號40上形成分別對應於物體P1及物體P3的第二弱訊號(暗點)41、42。
物體P1也會間接阻擋由發光模組11射到工作區20而被反射鏡131反射的光線L12、L13及L14，而在第一訊號30上形成對應於物體P1的第一弱訊號311、312及313。由於反射鏡131呈“L”型，所以對於每一個間接阻擋光線的物體會得到對應於被反射鏡131一次反射的弱訊號，例如第一弱訊號311、312及被反射鏡131二次反射的弱訊號，例如第一弱訊號313。同樣的物體P2也會間接阻擋由發光模組11射到工作區20而被反射鏡131反射的光線L21、L22及L23，而在第一訊號30上形成對應於物體P2的第一弱訊號321、322及323；物體P3也會間接阻擋由發光模組11射到工作區20而被反射鏡131反射的光線L32、L33及L34，而在第一訊號30上形成對應於物體P3的第一弱訊號331、332及333。
如第1、2圖所示，第一訊號30及第二訊號40的範圍分別為對應於角度90度的範圍，或第一訊號30及第二訊號40出現的時間間隔對應於角度90度的範圍；因此藉由訊號處理單元16分析處理第一弱訊號及第二弱訊號分別在第一訊號30及第二訊號40的位置或出現的時間，可以得到被物體P1、P2及P3直接或間接阻擋發光模組11由基準點O發出的光線分別與第一反射單元14及第二反射單元15之間的角度。
因此由第一訊號30可以得到被物體P1、P2及P3直接阻擋發光模組11由基準點O發出的光線分別與第一反射單元14及第二反射單元15之間的角度A11及A12；由第二訊號40可以得到被物體P1、P2及P3直接阻擋發光模組11由基準點O發出的光線分別與第一反射單 元14及第二反射單元15之間的角度A21及A22；由第一訊號30可以得到被物體P1、P2及P3間接阻擋發光模組11由基準點O發出的光線分別與第一反射單元14及第二反射單元15之間的角度A13及A14。角度A11及A12分別等於角度A21及A22。
如第1圖所示，由光線L11與第一反射單元14之間的角度A21、光線L12、L14與第一反射單元14之間的角度A13及第一反射單元14長度的兩倍長度D1，利用如上述美國專利揭示的三角方程式即可算出物體P1在工作區20的相對座標；並且由光線L11與第二反射單元15之間的角度A22、光線L13與第二反射單元15之間的角度A14及第二反射單元15長度的兩倍長度D2，利用如上述美國專利揭示的三角方程式也可算出物體P1在工作區20的相對座標。
利用上述相同的計算也可得到物體P2、P3在工作區20的相對座標，且每一個物體P1、P2、P3可得到相同對應的三個相對座標。因此可利用微處理器17由第二訊號40得到被物體直接阻擋發光模組11由基準點O發出的光線分別與第一反射單元14及第二反射單元15之間的每一角度A21及A22，分別組合相對應的長度D1及D2及組合由第一訊號30得到被物體直接及間接阻擋發光模組11由基準點O發出的光線分別與第一反射單元14及第二反射單元15之間的每一角度A11、A12、A13及A14，利用如上述美國專利揭示的三角方程式轉換得到多個座標，然後比對該多個座標，由該多個座標中選出至少有兩個座標值相同的座標，以確認物體在工作區20的相對座標。
雖然物體P1、物體P2與發光模組11在同一直線上時，物體P1阻擋發光模組11發光模組11射到物體P1的光線L11直接再射到物體P2 ，而不能得到被物體P2直接阻擋由發光模組11發出的光線分別與第一反射單元14及第二反射單元15之間的角度。但本發明利用仍可偵測得P2的座標，此為上述台灣專利及美國專利所無法偵測到者。
如第3圖所示，本發明第二實施例的測定物體位置的裝置2，包括一發光模組51、一光偵測單元12、一混合式反射單元13、第一反射單元14、第二反射單元15、訊號處理單元16及微處理器17所組成；除了發光模組的結構及光偵測單元的位置與上述第一實施例揭示的不同之外，其餘的結構及座標計算方法大致與上述第一實施例揭示的大致相同，相同的部分不再重覆說明。
本實施例的發光模組51包括一掃描機構511、掃描鏡512、一具有穿透孔510的反射鏡或半反射鏡513及一光源514所組成。光源514發出的光源穿過反射鏡的穿透孔510或半反射鏡513至掃描鏡512，在基準點O的位置被掃描鏡512反射至工作區20；掃描機構511帶動掃描鏡512快速掃描整個工作區20，有如第一實施例中以LED光或雷射光照射整個工作區一般；並將混合式反射單元13、第一反射單元14及第二反射單元15所反射的光線反射至半反射鏡513，被反射鏡或半反射鏡513反射至光偵測單元12。光源514為LED光源或雷射光源。
如上述第一實施例中所揭示者，本實施例也可利用微處理器轉換由第二訊號得到被物體直接阻擋由發光模組發出的光線分別與第一反射單元及第二反射單元之間的每一角度，分別組合相對應的長度D1及D2，及組合由第一訊號得到被物體直接及間接阻擋由發光模組發出的光線分別與第一反射單元及第二反射單元之間的每 一角度，得到多個座標，然後比對該多個座標，由該多個座標中選出至少有兩個座標值相同的座標，以確認物體在工作區的相對座標。
如第4圖所示，本發明測定物體位置的方法，係偵測物體在一工作區的座標；該工作區被一長條狀呈“L”型的混合式反射單元及長條型的第一反射單元及第二反射單元圍繞；第一反射單元及第二反射單元分別位於混合式反射單元的兩側端；第一反射單元及第二反射單元的接觸點為工作區的一角被設為基準點；混合式反射單元包括反射鏡及回射器所組成，回射器置於反射鏡的上方或下方其中之一；測定物體位置的方法，包括如下步驟：(1)使發光模組由基準點的位置發出光線照射整個工作區或掃描整個工作區其中之一；(2)使光偵測單元分別偵測發光模組由基準點的位置發出的光線被反射鏡反射至光偵測單元的光線，及被物體直接阻擋及藉由反射鏡反射被物體間接阻擋而無法被反射鏡反射至光偵測單元的光線而得到的第一訊號，及被回射器回射至光偵測單元的光線及被物體直接阻擋而無法被回射器回射至光偵測單元的光線而得到的第二訊號；其中該第一訊號包含對應於該物體的多個第一弱訊號；該第二訊號包含對應於該物體的至少一個第二弱訊號；(3)使訊號處理單元處理該第一訊號及該第二訊號，依據第一弱訊號及第二弱訊號分別出現在第一訊號中及第二訊號中的位置或時間其中之一，得到被物體直接及間接阻擋由基準點發出的光線分別與第一反射單元及第二反射單元之間對應於第一弱訊號的多 個角度A1及對應於第二弱訊號的多個角度A2；(4)使微處理器依據多個角度A1分別與每一個角度A2的組合分別轉換得到多個座標；然後比對該多個座標，由該多個座標中選出至少有兩個座標值相同的座標，以確認物體在工作區的相對座標。
本發明測定物體位置的方法，包括上述本發明測定物體位置的裝置所揭示的技術內容，不再重複說明。
本發明測定物體位置的裝置及方法，使工作區被一長條狀呈“L”型的混合式反射單元及長條型的第一反射單元及第二反射單元圍繞，混合式反射單元包括反射鏡及回射器所組成；藉由反射鏡可偵測被物體直接及間接阻擋的光線與第一反射單元及第二反射單元之間的多個角度A1，藉由回射器可偵測被物體直接阻擋的光線與第一反射單元及第二反射單元之間的角度A2，依據多個角度A1分別與每一個角度A2的組合分別轉換得到多個座標；然後比對該多個座標，由該多個座標中選出至少有兩個座標值相同的座標，以確認物體在工作區的相對座標，可以同時測定多個物體的位置，方便進行多點觸控，並且可以測定被阻擋的物體的座標。
以上所記載者，僅為利用本發明技術內容之實施例，任何熟悉本項技藝者運用本發明所為之修飾、變化，皆屬本創作所主張之專利範圍。
(1)、(2)、(3)、(4)‧‧‧分別為本發明流程的步驟編號

Claims (10)

  1. 一種測定物體位置的裝置，包括：一發光模組；一第一反射單元，為長條狀；一第二反射單元，為長條狀；一混合式反射單元，包括分別為長條狀呈“L”型的反射鏡及回射器所組成，該回射器置於該反射鏡的上方或下方其中之一；該混合式反射單元、該第一反射單元及第二反射單元圍成一個接近矩形的工作區；該第一反射單元及該第二反射單元分別位於該混合式反射單元的兩側端；該第一反射單元及該第二反射單元的接觸點為該工作區一角被設為基準點；該發光模組由該基準點的位置發出光線照射整個該工作區或掃描整個該工作區其中之一；一光偵測單元，藉由該反射鏡偵測被至少一物體直接及間接阻擋的光線而得到的第一訊號；並藉由該回射器偵測被物體直接阻擋的光線而得到的第二訊號；其中該第一訊號包含對應於該物體的多個第一弱訊號；該第二訊號包含對應於該物體的至少一個第二弱訊號；一訊號處理單元，電氣連結該光偵測單元；該訊號處理單元處理該第一訊號及該第二訊號，得到被該物體直接及間接阻擋由基準點發出的光線分別與第一反射單元及第二反射單元之間對應於該第一弱訊號的多個角度A1及對應於該第二弱訊號的多個角度A2；一微處理器，電氣連結該訊號處理單元；該微處理器依據該多個 角度A1分別與每一個該角度A2的組合分別轉換得到多個座標；然後比對該多個座標，由該多個座標中選出至少有兩個座標值相同的座標，以確認物體在工作區的相對座標。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的測定物體位置的裝置，其中該發光模組位於該基準點的正下方或正下方其中之一接近該基準點的位置；該發光模組包括LED光源或雷射光源其中之一；該光偵測單位於該發光模組的上方或下方其中之一。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的測定物體位置的裝置，其中該光偵測單位是一攝影機。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的測定物體位置的裝置，其中該發光模組包括一掃描機構、一掃描鏡、一具有穿透孔的反射鏡或半反射鏡其中之一及一LED光源或雷射光源其中之一的光源；該光源發出的光源穿過該反射鏡的穿透孔或半反射鏡其中之一至該掃描鏡，在該基準點的位置被該鏡反射至該工作區；該掃描機構帶動該掃描鏡快速掃描整個該工作區；該混合式反射單元反射的光線射至該反射鏡或半反射鏡其中之一，被該反射鏡或半反射鏡其中之一反射至該光偵測單元。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述的測定物體位置的裝置，其中該第一反射單元及該第二反射單元分別為長條狀的回射器；該工作區是一觸控區。
  6. 一種測定物體位置的方法，係偵測至少一物體在一工作區的座標；該工作區被一長條狀呈“L”型的混合式反射單元及長條型的第一反射單元及第二反射單元圍繞；該第一反射單元及該第二反射單元分別位於該混合式反射單元的兩側端；該第一反射單元及該第二反射單元的接觸點為該工作區的一角被設為一基準點；該 混合式反射單元包括一反射鏡及一回射器；該回射器置於該反射鏡的上方或下方其中之一，包括如下步驟：(1)使一發光模組由該基準點的位置發出光線照射整個該工作區或掃描整個該工作區其中之一；(2)使一光偵測單元分別偵測該發光模組由該基準點的位置發出的光線被該反射鏡反射至該光偵測單元的光線，及被該物體直接阻擋及藉由該反射鏡反射被該物體間接阻擋而無法被該反射鏡反射至該光偵測單元的光線而得到的第一訊號，及被該回射器回射至該光偵測單元的光線及被該物體直接阻擋而無法被該回射器回射至該光偵測單元的光線而得到的第二訊號；其中該第一訊號包含對應於該物體的多個第一弱訊號；該第二訊號包含對應於該物體的至少一個第二弱訊號；(3)使一訊號處理單元處理該第一訊號及該第二訊號，依據該第一弱訊號及該第二弱訊號分別出現在第一訊號中及第二訊號中的位置或時間其中之一，得到被該物體直接及間接阻擋由該基準點發出的光線分別與該第一反射單元及該第二反射單元之間對應於該第一弱訊號的多個角度A1及對應於該第二弱訊號的多個角度A2；(4)使一微處理器依據該多個角度A1分別與每一個角度A2的組合分別轉換得到多個座標；然後比對該多個座標，由該多個座標中選出至少有兩個座標值相同的座標，以確認物體在工作區的相對座標。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的測定物體位置的方法，其中該發光模組位於該基準點的正下方或正下方其中之一接近該基準點的位置；該發光模組包括LED光源或雷射光源其中之一；該光偵測單 位於該發光模組的上方或下方其中之一。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的測定物體位置的方法，其中該光偵測單位是一攝影機。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的測定物體位置的方法，其中該發光模組包括一掃描機構、一掃描鏡、一具有穿透孔的反射鏡或半反射鏡其中之一及一LED光源或雷射光源其中之一的光源；該光源發出的光源穿過該反射鏡的穿透孔或半反射鏡其中之一至該掃描鏡，在該基準點的位置被該鏡反射至該工作區；該掃描機構帶動該掃描鏡快速掃描整個該工作區；該混合式反射單元反射的光線射至該反射鏡或半反射鏡其中之一，被該反射鏡或半反射鏡其中之一反射至該光偵測單元。
  10. 如申請專利範圍第6至9項中任一項所述的測定物體位置的方法，其中該第一反射單元及該第二反射單元分別為長條狀的回射器；該工作區是一觸控區。
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