TWI472991B - 可偵測物體的顯示器的聲音／超音波轉換器的排列、可偵測物體的顯示器及其控制方法 - Google Patents

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Description

可偵測物體的顯示器的聲音/超音波轉換器的排列、可偵測物體的顯示器及其控制方法
本發明大體上是有關於一種物體偵測，且特別是有關於一種應用聲音/超音波(acoustic/ultrasonic)於顯示設備中於螢幕內容/資訊控制之物體偵測的聲音/超音波轉換器(transducer)排列以及控制資訊顯示之方法。
已知可提供電子系統與使用者間之人性化介面(natural interface)的觸控技術已廣泛應用於各種領域，例如行動電話、個人數位助理(PDA)、自動櫃員機(ATM)、遊戲機、醫療器材、液晶顯示(LCD)元件、發光二極體(LED)元件、電漿顯示面板(PDP)元件、計算裝置等等，其中使用者可透過與電子系統結合之觸控元件來輸入所需資訊及/或操作此電子系統。
有不同型式之觸控元件可用來偵測觸碰位置。其中一種是電容式(capacitive)或電阻式(resistive)觸控感應系統，此電容式或電阻式觸控感應系統利用類比電容式或電阻式觸控感應技術來辨別觸控面板上的指標接觸。電容式與電阻式觸控感應技術僅適用於平面觸控面板之二維觸控偵測。雖然電容式感應技術可同時偵測多點觸控，然而這類偵測在大觸控面積上並無法發生效力，且昂貴。
另一種為攝影機式(camera-based)觸控偵測系統，此攝影機式觸控偵測系統利用光學記錄裝置，例如攝影機，而從不同位置取得觸控面板表面之影像，並處理所取得之影像，以判斷觸控位置與姿勢。然而，現存之影像處理技術對周圍環境，例如背景與周遭光強度，具有非常嚴格的要求。舉例而言，若周遭的光太暗，則需另外提供光。否則，需紅外線攝影機來取得影像。此外，複雜背景中的姿勢辨識也是長期的需求，但難以解決。再者，攝影機的使用增加了製造成本與複雜性。
也可以使用聲音或超音波觸控偵測系統，此聲音或超音波觸控偵測系統利用自手指或物體反射之聲波或超音波，來偵測手指或物體的位置，更辨識手指或物體的姿勢與動作，藉以控制觸控面板於其上顯示所需內容。
因此，在此領域中，存在一個至今仍未提出的需求，以對付上述缺陷與不足。
在本發明之一態樣中，一種具有指令輸入功能之顯示器，包含：一顯示面板，用以顯示資訊，此顯示面板具有一顯示區、以及一周邊部圍繞顯示區；複數個聲音/超音波轉換器{Xi }排列在周邊部中之複數個選取位置處，i=1、2、3、…、N，N為正整數，其中每一聲音/超音波轉換器Xi 包含發射器，以發射具有第一頻率段fi 之第一訊號S1i 、以及接收器，以接收由至少一物體反射自第一訊號S1i 的第二訊號S2i ；一微控制器，與前述聲音/超音波轉換器{Xi }交流，以產生具週期時間T之控制訊號，而在每一週期定期地來驅動每一聲音/超音波轉換器Xi 之發射器在第一期間Δtdi 內發射第一訊號S1i ，並驅動每一聲音/超音波轉換器Xi 之接收器在第二期間ΔTdi 內接收第二訊號S2i ；以及一處理器，與微控制器耦合，以處理來自這些聲音/超音波轉換器{Xi }之已接收的第二訊號{S2i }，來判斷此至少一物體相對於顯示區的位置與姿勢。
在另一態樣中，本發明係有關於一種具有指令輸入功能之顯示器。在一實施例中，此顯示器具：有一顯示面板以顯示資訊，顯示面板具有一顯示區、以及一周邊部圍繞顯示區；複數個聲音/超音波轉換器{Xi }排列在周邊部中之複數個選取位置處，i=1、2、3、…、N，N為正整數，其中每一聲音/超音波轉換器Xi 配置以於每一週期定期地在第一期間Δtdi 內發射第一訊號S1i ，以及在第二期間ΔTdi 內接收第二訊號S2i ，其中第二訊號S2i 係由至少一物體反射自第一訊號S1i ；以及一處理器，與前述之聲音/超音波轉換器{Xi }交流，以處理來自這些聲音/超音波轉換器{Xi }之已接收的第二訊號{S2i }，來判斷此至少一物體相對於顯示區的位置與姿勢。
在又一態樣中，本發明係有關於一種具有指令輸入功能之顯示器的控制方法，此顯示器具有：顯示面板，此顯示面板具有顯示區、與圍繞顯示區之周邊部；以及複數個聲音/超音波轉換器{Xi }排列在周邊部中之複數個選取位置，其中i=1、2、3、…、N，N為正整數。在一實施例中，本方法包含步驟：提供控制訊號來驅動這些聲音/超音波轉換器{Xi }，如此每一聲音/超音波轉換器Xi 於每一週期定期地在第一期間Δtdi 內發射具有第一頻率段fi 之第一訊號S1i ，且在第二期間ΔTdi 內接收第二訊號S2i ，其中第二訊號S2i 係由至少一物體反射自第一訊號S1i ；收集每一聲音/超音波轉換器Xi 之已接收的第二訊號S2i ；處理來自每一聲音/超音波轉換器Xi 之已收集的第二訊號S2i ，以判斷至少一物體相對於顯示區的位置與姿勢；以及根據至少一物體之已判斷的位置與姿勢來顯示所需資訊於顯示區中。
於再一態樣中，本發明係有關於一種顯示面板之物體偵測以控制螢幕內容的聲音/超音波轉換器的排列。再一實施例中，此排列包含複數個聲音/超音波轉換器{Xi }，i=1、2、3、…、N，且N4，且每一聲音/超音波轉換器Xi 具有盲視區(blind area)。這些聲音/超音波轉換器{Xi }在空間中排列成一或多個聲納柱(sonar bar)，且此一或多個聲納柱可拆卸地裝設在顯示面板的周圍，以定義出一聲音/超音波轉換器陣列，如此一來，此聲音/超音波轉換器陣列之至少四個聲音/超音波轉換器的盲視區沒有重疊。當欲偵測之物體位於一聲音/超音波轉換器的盲視區中時，至少三個未重疊之聲音/超音波轉換器可偵測物體與此至少三個未重疊之聲音/超音波轉換器之間各別的距離，藉以判斷物體相對於顯示面板之位置及/或姿勢。
於再一態樣中，本發明係有關於一種顯示面板之螢幕內容控制中的物體偵測方法。在一實施例中，此方法包含：將複數個聲音/超音波轉換器{Xi }在空間中排列成一或多個聲納柱，其中此一或多個聲納柱可拆卸地裝設在顯示面板的周圍，以定義出一聲音/超音波轉換器陣列，i=1、2、3、…、N，N4，且每一聲音/超音波轉換器Xi 具有盲視區，如此一來，聲音/超音波轉換器陣列之至少四個聲音/超音波轉換器的盲視區沒有重疊；藉此，當欲偵測之物體位於一聲音/超音波轉換器的盲視區中時，至少三個未重疊之聲音/超音波轉換器可偵測物體與此至少三個未重疊之聲音/超音波轉換器之間各別的距離，藉以判斷物體相對於顯示面板之位置及/或姿勢。
此方法亦包含步驟：裝設這複數個聲音/超音波轉換器Xi 中之至少一個來發射第一訊號S1i 、以及每一聲音/超音波轉換器Xi 來接收由物體反射自第一訊號S1i 的第二訊號S2i ；處理所接收之第二訊號{S2i }，以判斷此物體相對於顯示區的位置、動作及/或姿勢；以及根據物體之位置、動作及/或姿勢，在顯示面板中顯示所需資訊。
於再一態樣中，本發明係有關於一種聲納柱，用以在顯示面板之螢幕內容控制中的物體偵測。在一實施例中，此聲納柱具有一或多個聲音/超音波轉換器，每一聲音/超音波轉換器具有盲視區；以及圍體，用以圍入前述之至少一聲音/超音波轉換器，此圍體具有一或多個防護膜或一個防護殼，以防止具有顯示面板之圍入的一或多個聲音/超音波轉換器遭受電磁干擾(electromagnetic interference；EMI)。
在應用上，一或多個聲納柱可拆卸地裝設在顯示面板的周圍，以定義出一聲音/超音波轉換器陣列，如此一來，此聲音/超音波轉換器陣列之至少四個聲音/超音波轉換器的盲視區沒有重疊，藉此，當欲偵測之物體位於一聲音/超音波轉換器的盲視區中時，至少三個未重疊之聲音/超音波轉換器可偵測物體與此至少三個未重疊之聲音/超音波轉換器之間各別的距離，藉以判斷物體相對於顯示面板之位置及/或姿勢。
本發明可偵測物體的顯示器及其控制方法，無須觸碰到顯示器即可達到指令輸入的目的，進而控制顯示器的顯示內容，並且在光線不足的環境下，仍然能夠達到指令輸入的功能，而本發明可偵測物體的顯示器的聲音/超音波轉換器的排列能夠有效的偵測各位置的指令輸入，降低聲音/超音波轉換器的偵測盲區的限制。
本發明的這些與其他態樣從參照下列圖式所做的較佳實施例的描述中，變得更明顯，雖然在不偏離本揭露之新觀念的精神與範圍下，在此可變更其中的變化與變異。
本揭露特別以下列例子加以描述，這些例子僅係用以舉例說明而已，因為對於熟習此技藝者而言，其中許多變異與改變為顯而易見的。現將更詳細地描述本揭露之各種實施例。請參照圖式，在整份圖式中，相同的數字指示相同的構件。應用在此描述中與下述之全部申請專利範圍中時，除非內容清楚指定，否則「一」以及「該」的意義包含複數指稱(plural reference)。而且，應用在此描述中與下述之全部申請專利範圍中時，除非內容清楚指定，否則「中」的意思包含「在其中」與「在其上」。
在說明書所使用之用詞(terms)，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供從業人員(practitioner)在有關本揭露之描述上額外的引導。在此說明書之任何地方之例子，包含在此所討論之任何用詞之例子的使用，僅係用以舉例說明，當然不限制本揭露或任何例示用詞之範圍與意義。同樣地，本揭露並不限於此說明書中所提出之各種實施例。
如在此所使用的用詞「大約(around)」、「約(about)」或「近乎(approximately)」應大體上意味在給定值或範圍的20%以內，較佳係在10%以內，更佳係在5%內。在此所提供之數量為近似的，因此意味著若無特別陳述，可以用詞「大約」、「約」或「近乎」加以表示。
可了解如在此所使用的用詞「包含(comprising)」、「包含(including)」、「具有(having)」、「含有(containing)」、「包含(involving)」等等，為開放性的(open-ended)，即意指包含但不限於。
關於本發明之實施例將結合第1圖至第18圖之附圖進行描述。依照本發明之目的，如同在此體現與概括描述的，在一態樣中，本發明係有關於一種具有指令輸入功能之顯示器及其驅動方法。
在一實施例中，顯示器包含：顯示資訊之顯示面板具有顯示區、與圍繞顯示區之周邊部；以及複數個聲音/超音波轉換器{Xi }排列在周邊部中之複數個選取位置處。其中，i=1、2、3、…、N，N為正整數。每一聲音/超音波轉換器Xi 包含發射器，以發射具有第一頻率段fi 之第一訊號S1i ；以及接收器，以接收由至少一物體反射自第一訊號S1i 的第二訊號S2i 。每一轉換器Xi 可具有獨立的頻率段fi 或相同頻率段fs 。若轉換器Xi 具有相同頻率fs ，可將每一轉換器之啟動時間與至少一轉換器發射頻率fs 之第一訊號S1i 同步。舉例而言，此至少一物體可為使用者的手或手的一部分。在一實施例中，每一聲音/超音波轉換器Xi 之發射器包含揚聲器，且每一聲音/超音波轉換器Xi 之接收器包含麥克風。自每一聲音/超音波轉換器Xi 發射之第一訊號S1i 的至少一者具有頻率fi ，此頻率fi 彼此相同或實質不同。在一實施例中，第一訊號S1i 之頻率fi 的範圍約為10 kHz-200kHz。
此顯示器亦包含與這些聲音/超音波轉換器{Xi }交流或溝通的微控制器，以產生具週期時間T之控制訊號，而在每一週期定期地來驅動每一聲音/超音波轉換器Xi 之發射器在第一期間Δtdi 內發射具頻率段fi 之第一訊號S1i ，並驅動每一聲音/超音波轉換器Xi 之接收器在第二期間ΔTdi 內接收第二訊號S2i ；以及與微控制器耦合之處理器，以處理來自這些聲音/超音波轉換器{Xi }之已接收的第二訊號{S2i }，來判斷此至少一物體相對於顯示區的位置與姿勢。在一實施例中，控制訊號之頻率的範圍約為10Hz-500kHz。
此顯示器可進一步包含資訊顯示控制器，其與處理器和顯示面板耦合，以根據至少一物體之位置與姿勢，而在顯示區中顯示所需資訊。
對於轉換器Xi 之每一週期，第一期間Δtdi 係從週期的起始時間t0i 至第一時間t1i ，且第二期間ΔTdi 係從週期的第三時間t3i =2ΔTi 至第四時間t4i =2(ΔTi +Δtdi )，其中ΔTi =(t2i -t0i )並決定在此週期中欲偵測之至少一物體的有效距離，t2i 為週期之第二時間，且t4i >t3i >t2i >t1i >t0i 。在一實施例中，每一週期之ΔTi 不同於其所緊接之前一週期的ΔTi ，藉以定義從第一週期中可偵測之第一有效偵測距離至在最後週期中可偵測之最後有效偵測距離的有效偵測範圍。舉例而言，任何但非各第一週期的ΔTi 比不同於其所緊接之前一週期之ΔTi 長，藉以定義從第一週期中可偵測之第一有效偵測距離至在最後週期中可偵測之最後有效偵測距離的有效偵測範圍。
在一實施例中，改變控制訊號以適合每一週期，啟動每一聲音/超音波轉換器Xi 的發射器，以在第一期間Δtdi 內發射頻率段fi 之第一訊號S1i ，並啟動每一聲音/超音波轉換器Xi 的接收器，以在第二期間ΔTdi 內接收第二訊號S2i 。此外，當聲音/超音波轉換器Xi 沒有接收或發射訊號時，可關閉聲音/超音波轉換器Xi 。
在一實施例中，此顯示器亦包含耦合在微控制器與每一聲音/超音波轉換器Xi 之間的數位類比轉換器(Digital-Analog Converter；DAC)，以將控制訊號從數位格式轉換成類比格式，並將轉換後之控制訊號輸入至每一聲音/超音波轉換器Xi ，如此對於每個週期，每一聲音/超音波轉換器Xi 之發射器在第一期間Δtdi 內發射第一訊號S1i ，且每一聲音/超音波轉換器Xi 之接收器在第二期間ΔTdi 內接收第二訊號S2i 。
在另一實施例中，顯示器可包含耦合在數位類比轉換器與每一聲音/超音波轉換器Xi 之間的發射器放大器，以放大轉換後之控制訊號，並將放大後之控制訊號輸入至每一聲音/超音波轉換器Xi 。
此外，顯示器亦可包含耦合於每一聲音/超音波轉換器Xi 之接收器放大器，以放大每一聲音/超音波轉換器Xi 之接收器所接收之每一第二訊號S2i ；以及耦合在微控制器與接收器放大器之間的類比數位轉換器(analog-digital converter；ADC)，以將每一放大後的第二訊號S2i 從類比格式轉換成數位格式，並將每一轉換後之第二訊號S2i 輸入至微控制器。
在一實施例中，顯示器包含特殊用途積體電路(Application-Specific Integrated Circuit；ASIC)，此特殊用途積體電路具有耦合於微控制器之第一埠與第二埠、以及耦合於每一聲音/超音波轉換器Xi 之第三埠。特殊用途積體電路具有：耦合在第一埠與第三埠之間的數位類比轉換器，以將控制訊號從數位格式轉換成類比格式，並將轉換後之控制訊號輸入至每一聲音/超音波轉換器Xi ，如此對於每個週期，每一聲音/超音波轉換器Xi 之發射器在第一期間Δtdi 內發射第一訊號S1i ，且每一聲音/超音波轉換器Xi 之接收器在第二期間ΔTdi 內接收第二訊號S2i ；耦合於第三埠之接收器放大器，以放大每一聲音/超音波轉換器Xi 之接收器所接收之每一第二訊號S2i ；以及耦合在第二埠與接收器放大器之間的類比數位轉換器，以將每一放大後的第二訊號S2i 從類比格式轉換成數位格式，並將每一轉換後之第二訊號S2i 輸入至微控制器。
在一實施例中，處理器係配置以利用滑動視窗協定(sliding window protocol)，來聯結來自每一聲音/超音波轉換器Xi 之已接收的第二訊號S2i 與匹配濾波器(matched filter)，藉此獲得至少一物體到每一聲音/超音波轉換器Xi 的距離di 。至少一物體到一聲音/超音波轉換器Xi 之距離di 滿足關係式：
其中X i =[x i y i ] T 為轉換器Xi 的位置，X =[x y ]T 為至少一物體之位置，其中至少一物體之位置可從位於非直線中之三轉換器X1 、X2 與X3 來獲得，且形式為：
在一實施例中，處理器包含電腦。
現請參照第1圖至第9圖，特別是先參照第1圖，其係繪示依照本發明之一實施例的一種具有指令輸入功能之顯示器100。在此例子中，顯示器100包含：顯示面板110，以顯示所需資訊；複數個聲音/超音波轉換器120，以感應指示或命令欲顯示資訊之一或多個物體的位置與姿勢(動作)；微控制器130，以控制這些聲音/超音波轉換器120；數位訊號處理器(Digital Signal Processor；DSP)140，以處理聲音/超音波轉換器120所偵測到之感應訊號，藉以判斷一或多個物體之位置與姿勢(動作)；以及資訊顯示控制器170，以控制顯示面板110來根據一或多個物體之位置與姿勢(動作)來顯示所需資訊。
如第2圖所示，顯示面板110具有顯示區112與圍繞顯示區112之周邊部114。聲音/超音波轉換器120({Xi })排列在顯示面板110之周邊部114中的複數個選取位置，其中i=1、2、3、…、N，N為正整數。在此示範實施例中，四個(N=4)聲音/超音波轉換器120(X1 、X2 、X3 與X4 )以聲音/超音波轉換器120之發射/接收面設置在周邊部114之框的上表面上的方式，分別埋設在顯示面板110之周邊部114之鋼框的四個角落中。每一轉換器Xi 可具有獨立的頻率段fi 或相同頻率段fs 。若轉換器Xi 具有相同頻率fs ，可將每一轉換器之啟動時間與至少一轉換器發射頻率fs 之第一訊號S1i 同步。
如第3圖所示，每一聲音/超音波轉換器120(X1 、X2 、X3 與X4 )包含發射器122與接收器124。發射器122係配置以發射具有頻率fi 之第一聲音/超音波訊號(S1i ) 121。當第一訊號(S1i ) 121之波前129碰到一或多個障礙物或物體時，例如第3圖所示之物體A、B與C，每一物體A、B與C將第一訊號(S1i ) 121反射回去。接收器124接著接收經反射(第二)之聲音/超音波訊號123。反射後之訊號123包含分別由物體A、B與C所反射之訊號123A、123B與123C。根據這些反射訊號123A、123B與123C之間的時間差與電壓差，可判斷每個物體A、B與C之位置及/或動作。此一或多個物體可為使用者的身體、手或手的一部分，或者是其它物體。
在一實施例中，控制聲音/超音波轉換器120(Xi )，以在每一週期T定期地於第一期間Δtdi 內發射第一聲音/超音波訊號121，以及在第二期間ΔTdi 內接收反射自物體之第二訊號(S2i )123。即聲音/超音波轉換器120所發射之第一聲音/超音波訊號121為週期T的脈衝訊號。第一期間Δtdi 與第二期間ΔTdi 為預設。如第4圖與第5圖所示，聲音/超音波轉換器120之發射器122在第一期間Δtdi 內發射聲音/超音波訊號121，其中第一期間Δtdi 係從起始時間t0i 至第一時間t1i 。第一期間Δtdi 定義出偵測區125。當聲音/超音波訊號121碰到使用者(物體)101的手時，聲音/超音波訊號121在第二期間ΔTdi 內被反射回聲音/超音波轉換器120之接收器124，其中第二期間ΔTdi 係從第三時間t3i =2ΔTi 至第四時間t4i =2(ΔTi +Δtdi )，且ΔTi 定義出對應偵測距離。在此示範例中，接收器124包含一對接收器，此對接收器設置在發射器122之二側。因此，此對接收器所接收之反射訊號123r1與123r2之間具有時間差與電壓差。藉由分析反射訊號123r1與123r2之間的時間差與電壓差，可判斷出使用者的手的位置與動作(姿勢)。
利用第1圖所示之微控制器130所產生之控制訊號(未繪示)，控制在第一期間Δtdi 內第一聲音/超音波訊號121的發射、以及在第二期間ΔTdi 內反射訊號123的接收。在一實施例中，控制訊號的頻率範圍約為10Hz-500kHz。控制訊號係用以驅動每一聲音/超音波轉換器120，且配置以在每一週期T的第一期間Δtdi 內來啟動每一聲音/超音波轉換器120之發射器122，使其發射第一聲音訊號121，並在其他時間內關閉發射器122；以及在第二期間ΔTdi 內啟動每一聲音/超音波轉換器120之接收器124，來接收反射(第二)訊號123，並在其他時間內關閉接收器124。第一期間Δtdi 與第二期間ΔTdi 並未重疊。換言之，發射第一聲音訊號121與接收反射訊號123係發生在不同時間。如此，接收之訊號主要為一或多個物體所反射之訊號，而可減少或消除來自背景訊號的訊號干擾。此外，這樣的架構可大幅降低聲音/超音波轉換器120的功率耗損。
請參照第5圖，其繪示依照本發明之一實施例的一種時序控制，其中脈衝週期T=100ms。對於轉換器Xi 的每一週期T，第一期間△tdi 係從週期的起始時間t0i 到第一時間t1i ，且第二期間△Tdi 係從週期的第三時間t3i =2△Ti 至第四時間t4i =2(△Ti +△tdi )，其中△Ti =(t2i -t0i )且決定在此週期中欲偵測之一或多個物體的有效距離，且t4i >t3i >t2i >t1i >t0i 。第一期間△tdi 決定偵測區。舉例而言，如第5圖所示，對於每一脈衝週期T=100ms而言，第一期間△tdi 係設定從0ms至0.3ms，且△Ti 係設定從0ms至1.0ms，因此第二期間△Tdi 係設定從2.0ms至2.6ms。因此，偵測區△ddi 約為3cm，且偵測距離Di 約為34cm。反射訊號之前導(第一)波從偵測距離34cm處移動而在時間t3i =2.0ms時回到接收器，而反射訊號之背(最後)波從距離(Di +△ddi )=44cm移動處而在時間t4i =2.6ms時回到接收器。在此例子中，偵測距離Di 約為34cm，且具有約3cm的偵測區(範圍)△ddi 。
在一實施例中，將每一週期T的△Ti 設定為不相同，藉以擴大偵測距離與有效偵測範圍。舉例而言，如第6圖所示，脈衝週期T=100ms，亦即每秒有十個週期T1i 、T2i 、T3i 、…、T10i 。這十個週期T1i 、T2i 、T3i 、…、T10i 均相同，且T1i =T2i =T3i =…=T10i =T=100ms。然而，在每一週期中，將△Ti 設定成不相同。較佳是，△T1i <△T2i <△T3i <…<△T10i 。例如，△T1i =0.9ms，△T2i =1.0ms，△T3i =1.1ms，…，T10i =1.8ms。此外，△td1i =△td2i =△td3i =…=△td10i =0.1ms。因此，有效偵測範圍為可在第一週期T1i 中偵測的第一有效偵測距離D1i 至可在最後一個週期T10i 中偵測的最後有效偵測距離D10i ，在此例子中為約31cm-61cm。
在一例子中，每一聲音/超音波轉換器120的發射器122包含揚聲器，且每一聲音/超音波轉換器120之接收器124包含麥克風。在另一實施例中，聲音/超音波轉換器120包含微機電系統(MEMS)超音波轉換器。每一聲音/超音波轉換器120之發射器122所發射之第一聲音訊號121具有一頻率。此頻率落在約10kHz-20kHz的音頻(audio frequency)範圍、或超音波頻率(ultrasonic frequency)範圍(大於20kHz)。每一發射的聲音訊號124的頻率彼此相同或實質不同。每一轉換器Xi 可具有獨立的頻率段fi 或相同頻率段fs 。若轉換器Xi 具有相同頻率fs ，必須將每一轉換器之啟動時間與至少一轉換器發射頻率fs 之第一訊號S1i 同步。前者繪示於第6圖中。後者繪示於第7圖中，其中第一發射器發出頻率約40 kHz的訊號，第二發射器發出頻率約80 kHz的訊號。對於這樣具有發射器來發射不同頻率之訊號的顯示器而言，偵測準確性可獲得進一步的改善。
由於聲音/超音波轉換器120以180度的發射角來發射聲波，因此沒有光學死角的限制。因此，顯示器的控制區包含近場(near field)觸控區115(用以偵測一物體之X-Y座標之顯示區112上方約0-5cm)、姿勢控制區116(姿勢控制之顯示面板110的前方約30cm-200cm)、以及非觸控區117(姿勢控制之顯示面板110的側邊區)，如第8圖所示。
現請回頭參照第1圖，微控制器130與聲音/超音波轉換器120({Xi })交流，以產生具週期時間T之控制訊號，而在每一週期定期地來驅動每一聲音/超音波轉換器120之發射器122在第一期間Δtdi 內發射第一訊號S1i ，並驅動每一聲音/超音波轉換器120之接收器124在第二期間ΔTdi 內接收第二訊號S2i 。
顯示器100亦包含耦合於微控制器130之數位類比轉換器152，以將控制訊號從數位格式轉換成類比格式；且選擇性包含耦合在數位類比轉換器152與每一聲音/超音波轉換器120(Xi )之間的發射器放大器162，以放大轉換後之控制訊號，並將放大後之控制訊號輸入至每一聲音/超音波轉換器120(Xi)，如此在每一週期中，每一聲音/超音波轉換器120(Xi )之發射器122在第一期間Δtdi 內發射第一訊號S1i ，且每一聲音/超音波轉換器120(Xi )之接收器124在第二期間ΔTdi 內接收第二訊號S2i 。
此外，顯示器100亦包含耦合於每一聲音/超音波轉換器120(Xi )之接收器放大器164，以放大每一聲音/超音波轉換器120(Xi )之接收器124所接收之每一第二訊號S2i ；以及耦合在微控制器130與接收器放大器164之間的類比數位轉換器154，以將每一放大後的第二訊號S2i 從類比格式轉換成數位格式，並將每一轉換後之第二訊號S2i 輸入至微控制器130。
在如第9圖所示之實施例中，可以特殊用途積體電路180來取代數位類比轉換器152、類比數位轉換器154與接收器放大器164，其中此特殊用途積體電路180具有耦合於微控制器130之第一埠181與第二埠182、以及耦合於聲音/超音波轉換器120之第三埠183。特殊用途積體電路180具有：耦合在第一埠181與第三埠183之間的數位類比轉換器184，以將控制訊號從數位格式轉換成類比格式，並將轉換後之控制訊號輸入至聲音/超音波轉換器120；耦合於第三埠183之接收器放大器185，以放大聲音/超音波轉換器120所接收之每一反射訊號；以及耦合在第二埠182與接收器放大器185之間的類比數位轉換器186，以將每一放大後的反射訊號從類比格式轉換成數位格式，並將每一轉換後之第二訊號S2i 輸入至微控制器130。
如第1圖所示，數位訊號處理器140與微控制器130耦合，以處理來自聲音/超音波轉換器120({Xi })之已接收的第二訊號{S2i }，藉以判斷至少一物體相對於顯示區的位置與姿勢。在一實施例中，處理器包含電腦。顯示器100更包含與處理器140和顯示面板110交流之資訊顯示控制器170(或螢幕之圖形控制器)，以根據一或多個物體的位置與姿勢來顯示所需資訊於顯示區112中。
根據本發明之實施例，在訊號處理中，擷取並處理轉換器之接收器所接收之反射訊號，以提升這些反射訊號的解析度，藉此物體所反射之訊號可獲得確認。從反射自物體之已確認訊號，可獲得接收器與物體之間的距離。接下來，藉由分析這些距離的幾何關係，可獲得物體相對於顯示面板之二維與三維位置。理論上，反射自物體之聲波具有特定回波包絡線(echo envelope)。在一實施例中，利用拉格瑞轉換(Laguerre transform)與費雪線性判別分析(Fisher’s linear discriminate analysis；FLDA)技術，來解析反射聲波之回波包絡線的形狀。接著，利用正交拉格瑞多項式法(orthonormal Laguerre polynomial approach)，展開強健特徵空間(robust characteristic space)(圖像)，其中拉格瑞係數係利用不同方法獲得。因此，產生包含超音波訊號之正確資訊的超音波訊號描述符號(descriptor)，藉此可建立反射窄頻超音波訊號的自動感測、建模與分類系統。
實際上，反射自物體之超音波訊號帶有大量雜訊，如第10圖之訊號1023所示，而會降低物體與轉換器之間之距離判斷的準確性。然而，根據本發明，利用滑動視窗協定來聯結來自每一聲音/超音波轉換器Xi 之每一接收之物體反射訊號與匹配濾波器。既然雜訊的能量與振幅小於物體反射之聲音訊號的能量與振幅，因此經過匹配濾波器後，雜訊的輸出遠小於物體反射之聲音訊號的輸出。如第10圖所示，訊號1028從匹配濾波器輸出，其中雜訊被實質濾除，且訊號峰「1」、「2」與「3」分別與三個物體有關。當輸出之訊號1028之峰值大於預設閥值1029時，可確認此峰為一物體。如第10圖所示，三個物體由輸出訊號1028的三個峰「1」、「2」與「3」所確認。
從這些峰訊號，可獲得一物體至每一聲音/超音波轉換器Xi 的距離di 。在一實施例中，至少一物體至每一聲音/超音波轉換器Xi 的距離di 滿足關係式：
其中X i =[x i y i ] T 為轉換器Xi 的位置，i為聲音/超音波轉換器的參考標號，X =[x y ] T 為物體的位置。對於四個轉換器系統，從每一轉換器Xi 的方程式(1)與其至物體的距離di ，可獲得下列之關係式：
只要四個轉換器中至少三個並非排成一直線，方程式(2)僅具有一解，此解的形式為：
如方程式(3)，選擇四個轉換器X1 、X2 、X3 與X4 的所有可能組合，以獲得所有組合之物體位置。理論上，所獲得之所有位置必須幾乎相同。
實際上，由於背景雜訊與其它因素，因此誤差可能存在物體至每一聲音/超音波轉換器Xi 的所計算出的距離di 中。因此，針對物體所獲得之所有位置可能不相同。若所獲得之位置的差異沒有很顯著，藉由平均所獲得之位置，可獲得物體之平均位置。
若所獲得之位置的差異非常明顯，則需再次檢查物體至每一聲音/超音波轉換器Xi 之距離di 的關係。由於四個超音波轉換器之位置固定，且物體(例如手指)位在這四個超音波轉換器所定義出之偵測區中，因此物體到每一聲音/超音波轉換器Xi 的距離di 會受到限制。因此，在訊號處理中，可刪除或移除不遵守限制傳導的距離di ，而可降低不合理之物體位置點。另一方面，由於聲音/超音波轉換器在非常短的時間間隔中發射多組聲音訊號，因此根據上面所揭露的方法，可計算出物體之一定數量的位置座標。藉由使用統計方法於短時間間隔中所算出之物體之一定數量的位置座標，可獲得具有此物體的這些位置座標的統計分布。當統計分布的值大於一預設閥值時，此位置座標為物體所在之處。否則，並無物體位在位置座標上。亦可將這樣的統計方法應用在多個物體的識別上，藉以改善偵測準確性。
第11圖繪示依照本發明之一示範顯示器的二接收器1與2所接收之物體反射訊號。根據上面揭露之方法處理每一接收的物體反射訊號，並顯示三個峰分別對應於手指1、2與3。
在本發明之一態樣中，一種具有指令輸入功能之顯示器，其具有：顯示資訊之顯示面板，此顯示面板具有顯示區、與圍繞顯示區之周邊部；以及複數個聲音/超音波轉換器{Xi}排列在周邊部中之複數個選取位置處，其中i=1、2、3、…、N，N為正整數，且每一聲音/超音波轉換器Xi 配置以每一週期定期地在第一期間Δtdi 內發射第一訊號S1i ，且在第二期間ΔTdi 內接收第二訊號S2i ，其中第二訊號S2i 係由至少一物體反射自第一訊號S1i ；以及與這些聲音/超音波轉換器{Xi }交流的處理器，以處理來自這些聲音/超音波轉換器{Xi }之已接收的第二訊號{S2i }，來判斷此至少一物體相對於顯示區的位置與姿勢。
在一實施例中，每一聲音/超音波轉換器Xi 包含：發射器，以發射第一訊號S1i ；以及接收器，以接收第二訊號S2i 。每一轉換器Xi 可具有獨立的頻率段fi 或相同頻率段fs 。若轉換器Xi 具有相同頻率fs ，必須將每一轉換器之啟動時間與至少一轉換器發射頻率fs 之第一訊號S1i 同步。每一聲音/超音波轉換器Xi 所發射之第一訊號S1i 的頻率彼此相同或實質不同。
在一實施例中，對於轉換器Xi 之每一週期，第一期間Δtdi 係從週期的起始時間t0i 至第一時間t1i ，且第二期間ΔTdi 係從週期的第三時間t3i =2ΔTi 至第四時間t4i =2(ΔTi +Δtdi )，其中ΔTi =(t2i -t0i )並決定在此週期中欲偵測之至少一物體的有效距離，且t4i >t3i >t2i >t1i >t0i 。在一實施例中，任何但非第一週期的ΔTi 比其所緊接之前一週期的ΔTi 長，藉以定義從第一週期中可偵測之第一有效偵測距離至在最後週期中可偵測之最後有效偵測距離的有效偵測範圍。
在另一態樣中，本發明係有關於一種具有指令輸入功能之顯示器的控制方法，其中此顯示器包含：顯示面板，此顯示面板具有顯示區、與圍繞顯示區之周邊部；以及複數個聲音/超音波轉換器{Xi }排列在周邊部中之複數個選取位置，其中i=1、2、3、…、N，N為正整數。
在一實施例中，此方法包含步驟：提供控制訊號來驅動這些聲音/超音波轉換器{Xi }，如此每一聲音/超音波轉換器Xi 於每一週期定期地在第一期間Δtdi 內發射第一訊號S1i ，且在第二期間ΔTdi 內接收第二訊號S2i ，其中第二訊號S2i 係由至少一物體反射自第一訊號S1i ；收集每一聲音/超音波轉換器Xi 之已接收的第二訊號S2i ；處理來自每一聲音/超音波轉換器Xi 之已收集的第二訊號S2i ，以判斷至少一物體相對於顯示區的位置與姿勢；以及根據至少一物體之已判斷的位置與姿勢來顯示所需資訊於顯示區中。每一聲音/超音波轉換器Xi 所發射之第一訊號S1i 的頻率fi 彼此相同或實質不同。
本發明之一態樣係有關於一種顯示面板之物體偵測以控制螢幕內容的聲音/超音波轉換器的排列。在一實施例中，此排列包含複數個聲音/超音波轉換器{Xi }，i=1、2、3、…、N，且N4。每一聲音/超音波轉換器Xi 具有盲視區，聲音/超音波轉換器Xi 並無法在盲視區中偵測出訊號。這些聲音/超音波轉換器{Xi }在空間中排列成一或多個聲納柱(sonar bar)。此一或多個聲納柱可拆卸地裝設在顯示面板的周圍，以定義出一聲音/超音波轉換器陣列，如此一來，此聲音/超音波轉換器陣列之至少四個聲音/超音波轉換器的盲視區沒有重疊。
替代地，本發明係有關於一種聲納柱，用以在顯示面板之螢幕內容控制中的物體偵測。在一實施例中，此聲納柱具有圍體、以及圍入圍體內之一或多個聲音/超音波轉換器。圍體具有一或多個防護膜或一個防護殼，以防止具有顯示面板之圍入的一或多個聲音/超音波轉換器遭受電磁干擾。應用時，一或多個聲納柱可拆卸地裝設在顯示面板的周圍，以定義出一聲音/超音波轉換器陣列，如此一來，此聲音/超音波轉換器陣列之至少四個聲音/超音波轉換器的盲視區沒有重疊。
藉此，當欲偵測之物體位於一聲音/超音波轉換器的盲視區中時，至少三個未重疊之聲音/超音波轉換器可偵測物體與此至少三個未重疊之聲音/超音波轉換器之間各別的距離，藉以判斷物體相對於顯示面板之位置及/或姿勢。這樣的排列可應用在，例如電視、監視器、膝上型電腦、車輛的全球定位系統(GPS)或導引系統、多媒體遊戲機等等的螢幕內容控制中。
在一實施例中，聲音/超音波轉換器Xi 的接收器具有不同的頻率段。換句話說，聲音/超音波轉換器Xi 係裝設以發射和接收具不同頻率段的訊號。
在一實施例中，每一聲音/超音波轉換器Xi 具有相同之頻率段fs 。這複數個聲音/超音波轉換器中之至少一個係裝設以發射具有頻率段fs 之第一訊號S1i 。若二個或多個轉換器係裝設以發射第一訊號S1i ，將此二或多個轉換器之啟動時間彼此同步。
此外，每一聲音/超音波轉換器Xi 裝設以接收由物體反射自第一訊號S1i 的第二訊號S2i 。由各別聲音/超音波轉換器Xi 接收之第二訊號S2i 含有至少一反射時間Tri 、反射電壓Vri 與反射相位Ψri 的資訊。反射時間Tri 和物體與各別聲音/超音波轉換器之間的距離di 有關。反射電壓Vri 和物體之尺寸、或物體與顯示面板之間的距離有關。反射相位Ψri 和物體之材質有關。
依照本發明之實施例，藉由計算各別聲音/超音波轉換器Xi 所接收之每一第二訊號S2i 的反射時間Tri ，可決定物體與各別聲音/超音波轉換器Xi 之間的距離di 。舉例而言，從至少三個未重疊之聲音/超音波轉換器X1 、X2 與X3 ，可獲得物體相對於顯示面板之位置X，此至少三個未重疊之聲音/超音波轉換器X1 、X2 與X3 的形式為：
其中X i =[x i y i ] T 為聲音/超音波轉換器Xi 的位置，且X =[x y ] T 為物體的位置。若物體的位置X位於所需之感應位置，物體的碰觸或運動這樣一個事件視為有效。
其次，藉由計算各別聲音/超音波轉換器Xi 所接收之每一第二訊號S2i 的反射電壓Vri ，可決定物體之尺寸、或物體與顯示面板之間的距離。後者與物體在z方向的位置對應。
再者，藉由計算各別聲音/超音波轉換器Xi 所接收之每一第二訊號S2i 的反射時間的變化ΔTri 、或反射電壓的變化ΔVri ，可決定物體的動作及/或姿勢。可利用這樣物體的動作及/或姿勢來選取資訊顯示的選擇及/或改變游標的位置。舉例而言，若物體朝顯示面板移動，反射時間變短。這樣表示一個推的觸控事件或游標處資訊顯示的選取。若物體從顯示面板移回，反射時間變長。這樣代表一個鬆開的觸控事件或游標從資訊顯示的移位。此外，沿著顯示面板上下及/或左右移動物體引起各別聲音/超音波轉換器Xi 所接收之每一第二訊號S2i 的反射時間Tri 的變動，而可能代表游標的移動、不同資訊顯示的改變或不同資訊顯示的選取。
此外，藉由計算各別聲音/超音波轉換器Xi 所接收之每一第二訊號S2i 的反射時間的導數(ΔTri /dt)、或反射電壓的導數(ΔVri /dt)，可決定物體動作及/或姿勢的速度與方向。這樣物體的動作及/或姿勢的速度向量(即速度與方向)可用以控制資訊顯示的速率、顯示選取或游標的移動。
此外，藉由計算各別聲音/超音波轉換器Xi 所接收之每一第二訊號S2i 的反射相位Ψri ，可決定物體之材質。根據物體之材質，可將對應資訊顯示於顯示面板中、或者可因此指定游標的對應影像。舉例而言，若物體為人的手指時，將手型(hand-like)影像指定給游標。如此一來，手型游標僅用以進行資訊顯示的選取。若物體為筆，則將手持筆型(hand-hold pencil-like)影像指定給游標。因此，手持筆型游標用以在顯示面板上繪圖。
現請參照第12圖，其係繪示依照本發明之一實施例的一種聲納柱1200的示意圖。聲納柱1200具有圍體1210、以及圍入圍體1210內之一或多個聲音/超音波轉換器1220。每一聲音/超音波轉換器1220具有盲視區1230，聲音/超音波轉換器1220並無法在盲視區1230中偵測出訊號。在第12圖所示之示範實施例中，使用了五個聲音/超音波轉換器1220，且圍體1210係一防護殼，以防止具有顯示面板之圍入的聲音/超音波轉換器1220遭受電磁干擾。在一實施例中，圍體1210可具有一或多個防護膜，以防止具有顯示面板之圍入的聲音/超音波轉換器1220遭受電磁干擾。
應用時，一或多個聲納柱可拆卸地裝設在顯示面板的周圍，以定義出一聲音/超音波轉換器陣列，如此一來，此聲音/超音波轉換器陣列之至少四個聲音/超音波轉換器的盲視區沒有重疊。
請參照第13圖，具有五個聲音/超音波轉換器1320的聲納柱1300可拆卸地裝設在顯示面板1350的上側/緣，以定義出一聲音/超音波轉換器陣列。在此實施例中，聲音/超音波轉換器陣列具有在圍體1310中排成一直線的五個聲音/超音波轉換器1320。這五個聲音/超音波轉換器1320的盲視區1330彼此不重疊。此外，每一聲音/超音波轉換器1320具有角度β所標示之視場(field of view)，其中此角度β可180度。實際上，一聲音/超音波轉換器1320發射一傳送訊號。當物體，例如人的手指1390，碰觸或接近顯示面板1350時，人的手指1390將傳送訊號反射至每一聲音/超音波轉換器1320。如上所討論，藉由處理這五個聲音/超音波轉換器1320所接收之反射訊號，可決定人的手指1390之位置及/或姿勢，因此將資訊/內容顯示在顯示面板1350中。
第14圖與第15圖係繪示顯示面板之物體偵測以控制螢幕內容的聲音/超音波轉換器之排列的另一實施例。同樣使用一個聲納柱1400。聲納柱1400可拆卸地裝設在顯示面板1450的左側/緣，且具有四個聲音/超音波轉換器X1 、X2 、X3 與X4 。每一聲音/超音波轉換器X1 、X2 、X3 或X4 具有一盲視區1431、1432、1433或1434。這四個盲視區1431、1432、1433與1434彼此不重疊。
若手指1490並未位於這四個盲視區1431、1432、1433與1434的任一者中時，如第14圖所示，藉由計算各別聲音/超音波轉換器Xi 所接收之反射訊號的反射時間Tri ，可獲得手指1490與各別聲音/超音波轉換器Xi (i=1、2、3與4)之間的距離di 。物體至每一聲音/超音波轉換器Xi 的距離di 滿足關係式：
其中X i =[x i y i ] T 為聲音/超音波轉換器Xi 的位置，i為聲音/超音波轉換器的參考標號，且X =[x y ] T 為物體的位置。對於如第14圖所示的四個轉換器系統，從每一轉換器Xi 的方程式(4)與其至物體的距離di ，可獲得下列之關係式：
由於四個盲視區1431、1432、1433與1434彼此不重疊，因此方程式(5)僅具有一解，此解的形式為：
如方程式(6)，選擇四個轉換器X1 、X2 、X3 與X4 的所有可能組合，以獲得所有組合之物體位置。理論上，所獲得之所有位置必須幾乎相同。
若手指1490位於例如第四聲音/超音波轉換器X4 的盲視區1434中時，如第15圖所示，利用手指1490與第一、第二和第三之各聲音/超音波轉換器Xi (i=1、2與3)之間的距離di 來決定手指1490之位置X，其中手指1490之位置X由方程式(6)所決定。
請參照第16圖，依照本發明之一實施例，利用二聲納柱1601與1602進行顯示面板之螢幕內容控制中的物體偵測。每一聲納柱1601(1602)具有二聲音/超音波轉換器X1 與X2 (X3 與X4 )。聲納柱1601與1602分別設置在顯示面板1650的左側與右側，如此一來盲視區1631-1634並不重疊。
若手指1690並未位於這四個盲視區1631、1632、1633與1634的任一者中時，如第16圖所示，藉由計算各別聲音/超音波轉換器Xi 所接收之反射訊號的反射時間Tri ，可獲得手指1690與各別聲音/超音波轉換器Xi (i=1、2、3與4)之間的距離di 。接著，利用滿足方程式(6)之關係的四個距離d1 、d2 、d3 與d4 中的任三個，可獲得物體的位置X。
不同地，若手指1690位於例如第四聲音/超音波轉換器X4 的盲視區1634中時，利用距離d1 、d2 與d3 來決定手指1690之位置X，其中手指1690之位置X由方程式(6)所決定。
第17圖與第18圖係繪示出聲音/超音波轉換器之排列的一種實施例。在一示範實施例中，利用二聲納柱1701與1702進行顯示面板1750之螢幕內容控制中的物體偵測。每一聲納柱1701(1702)具有三聲音/超音波轉換器X1 、X2 與X3 (X4 、X5 與X6 )。類似於第16圖所示之排列，聲納柱1701與1702分別設置在顯示面板1750的左側與右側。然而，在聲納柱1701中，盲視區1731與盲視區1732重疊，盲視區1732接著與盲視區1733重疊。在聲納柱1702中，盲視區1734與盲視區1735重疊，盲視區1735接著與盲視區1736重疊。
若手指1790並未位於這六個盲視區1731-1736的任一者中時，如第17圖所示，可啟動任一聲納柱1701或1702來偵測手指1790的位置。舉例而言，如第17圖所示，啟動聲納柱1701來判斷手指1790之位置X。在一例子中，由聲納柱1701之第一、第二與第三聲音/超音波轉換器X1 、X2 與X3 所接收之反射訊號，計算出距離d1 、d2 與d3 。
若手指1790位於例如聲納柱1701之第三聲音/超音波轉換器X3 的盲視區1733中時，啟動聲納柱1702來判斷手指1790之位置X，如第18圖所示。在此例子中，由聲納柱1702之第四、第五與第六聲音/超音波轉換器X4 、X5 與X6 所接收之反射訊號，計算出距離d4 、d5 與d6 。
在本發明之另一態樣中，一種顯示面板之螢幕內容控制中的物體偵測方法包含步驟：將複數個聲音/超音波轉換器{Xi }在空間中排列成一或多個聲納柱，其中此一或多個聲納柱可拆卸地裝設在顯示面板的周圍，以定義出一聲音/超音波轉換器陣列，i=1、2、3、…、N，N4，且每一聲音/超音波轉換器Xi 具有盲視區，如此一來聲音/超音波轉換器陣列之至少四個聲音/超音波轉換器的盲視區沒有重疊；裝設這複數個聲音/超音波轉換器Xi 中之至少一個來發射第一訊號S1i 、以及使每一聲音/超音波轉換器Xi 接收由物體反射自第一訊號S1i 的第二訊號S2i ；處理所接收之第二訊號S2i ，以判斷此物體相對於顯示區的位置、動作及/或姿勢；以及根據物體之位置、動作及/或姿勢，在顯示面板中顯示所需資訊。
已提交之本發明之示範實施例的上述描述，僅作為舉例說明與描述之用，並非無所不包，也非用以將本發明限制在所揭示之刻板型式。根據上述教示，可有許多修飾與變化。
實施例之選擇與描述係為了解釋本發明之原理及其實際應用，藉以使其他熟習此技藝者來利用本發明、各實施例、與各種適用於預期之特定使用的修飾。與本發明有關且未脫離其精神與範圍之替代實施例，對於熟習此技藝者而言是顯而易見的。因此，本發明之範圍係由所附申請專利範圍所界定，而非上述描述與在此所描述之示範實施例。
100．．．顯示器
101．．．使用者
110．．．顯示面板
112．．．顯示區
114．．．周邊部
115．．．近場觸控區
116．．．姿勢控制區
117．．．非觸控區
120．．．聲音/超音波轉換器
121．．．訊號
122．．．發射器
123．．．訊號
123A．．．訊號
123B．．．訊號
123C．．．訊號
123r1．．．反射訊號
123r2．．．反射訊號
124．．．接收器
125．．．偵測區
129．．．波前
130．．．微控制器
140．．．處理器
152．．．數位類比轉換器
154．．．類比數位轉換器
162．．．發射器放大器
164．．．接收器放大器
170．．．資訊顯示控制器
180．．．特殊用途積體電路
181．．．第一埠
182．．．第二埠
183．．．第三埠
184．．．數位類比轉換器
185．．．接收器放大器
186．．．類比數位轉換器
1023．．．訊號
1028．．．訊號
1029．．．預設閥值
1200．．．聲納柱
1210．．．圍體
1220．．．聲音/超音波轉換器
1230．．．盲視區
1300．．．聲納柱
1310．．．圍體
1320．．．聲音/超音波轉換器
1330．．．盲視區
1350．．．顯示面板
1390．．．手指
1400．．．聲納柱
1431．．．盲視區
1432．．．盲視區
1433．．．盲視區
1434．．．盲視區
1450．．．顯示面板
1490．．．手指
1601．．．聲納柱
1602．．．聲納柱
1631．．．盲視
1632．．．盲視
1633．．．盲視
1634．．．盲視
1650．．．顯示面板
1690．．．手指
1701．．．聲納柱
1702．．．聲納柱
1731．．．盲視區
1732．．．盲視區
1733．．．盲視區
1734．．．盲視區
1735．．．盲視區
1736．．．盲視區
1750．．．顯示面板
1790．．．手指
A．．．物體
B．．．物體
C．．．物體
d1 ．．．距離
d2 ．．．距離
d3 ．．．距離
d4 ．．．距離
d5 ．．．距離
d6 ．．．距離
X1 ．．．轉換器
X2 ．．．轉換器
X3 ．．．轉換器
X4 ．．．轉換器
X5 ．．．轉換器
X6 ．．．轉換器
β．．．角度
所附圖式繪示出本發明之一或多個實施例，連同所載描述，用以解釋本發明之原理。只要有可能，相同參考符號應用於整個圖式中，以表示一實施例之相同或相似元件，其中：
第1圖係繪示依照本發明之一實施例的一種控制資訊顯示之顯示器的示意圖；
第2圖係繪示應用在第1圖之顯示器中的一種顯示面板與埋設於其中之轉換器的示意圖；
第3圖係繪示依照本發明之一實施例的一種轉換器之訊號發射與接收的示意圖；
第4圖係繪示依照本發明之另一實施例的一種轉換器之訊號發射與接收的示意圖；
第5圖係繪示依照本發明之一實施例的一種控制資訊顯示之顯示器的時序控制示意圖；
第6圖係繪示依照本發明之另一實施例的一種控制資訊顯示之顯示器的時序控制的示意圖；
第7圖係繪示依照本發明之另一實施例的轉換器發射不同頻率訊號的示意圖；
第8圖係繪示依照本發明之一實施例的一種顯示面板與埋設於其中之轉換器的示意圖；
第9圖係繪示依照本發明之一實施例的一種控制資訊顯示之顯示器的示意圖；
第10圖係繪示利用依照本發明之一實施例的一種顯示器所偵測之一物體反射訊號的示意圖；
第11圖係繪示利用依照本發明之一實施例的一種顯示器所偵測之數個物體反射訊號的示意圖；
第12圖係繪示依照本發明之一實施例的一種聲納柱的示意圖；
第13圖係繪示依照本發明之一實施例的一種聲音/超音波轉換器在顯示面板中的排列示意圖；
第14圖係繪示依照本發明之另一實施例的一種聲音/超音波轉換器在顯示面板中的排列示意圖；
第15圖係繪示第14圖之聲音/超音波轉換器的排列示意圖；
第16圖係繪示依照本發明之又一實施例的一種聲音/超音波轉換器在顯示面板中的排列示意圖；
第17圖係繪示依照本發明之再一實施例的一種聲音/超音波轉換器在顯示面板中的排列示意圖；以及
第18圖係繪示第17圖之聲音/超音波轉換器的排列示意圖。
100．．．顯示器
120．．．聲音/超音波轉換器
122．．．發射器
124．．．接收器
130．．．微控制器
140．．．處理器
152．．．數位類比轉換器
154．．．類比數位轉換器
162．．．發射器放大器
164．．．接收器放大器
170．．．資訊顯示控制器

Claims (19)

  1. 一種可偵測至少一物體的顯示器，包含：(a)一顯示面板，用以顯示資訊，該顯示面板具有一顯示區、以及一周邊部圍繞該顯示區；(b)複數個聲音/超音波轉換器Xi ，排列在該周邊部中之複數個選取位置處，i=1、2、3、…、N，N為正整數，其中配置該些聲音/超音波轉換器Xi 之至少一者以定期地在一第一期間△tdi 內發射一第一訊號S1i ，且在一第二期間△Tdi 內接收一第二訊號S2i ，其中該第二訊號S2i 係由該至少一物體反射自該第一訊號S1i ；以及(c)一處理器，與該些聲音/超音波轉換器Xi 交流，以處理已接收之該第二訊號S2i ，來判斷該至少一物體相對於該顯示區之一位置。
  2. 如請求項1所述之顯示器，更包含一微控制器，耦合在該些聲音/超音波轉換器Xi 與該處理器之間，以提供一控制訊號來驅動該些聲音/超音波轉換器Xi 。
  3. 如請求項2所述之顯示器，更包含一數位類比轉換，耦合在該微控制器與每一該些聲音/超音波轉換器Xi 之間，以將該控制訊號從一數位格式轉換成一類比格式，並將轉換後之該控制訊號輸入至每一該些聲音/超音波轉換器Xi ，如此對於每一週期，每一該些聲音/超音波轉換器Xi 之一發射器在該第一期間△tdi 內發射該第一訊號S1i ，且每一該些聲音/超音波轉換器Xi 之一接收器在該第二期間 △Tdi 內接收該第二訊號S2i 。
  4. 如請求項3所述之顯示器，更包含一發射器放大器，耦合在該數位類比轉換器與每一該些聲音/超音波轉換器Xi 之間，以放大轉換後之該控制訊號，並將放大後之該控制訊號輸入至每一該些聲音/超音波轉換器Xi 。
  5. 如請求項3所述之顯示器，更包含：(a)一接收器放大器，耦合於每一該些聲音/超音波轉換器Xi ，以放大每一該些聲音/超音波轉換器Xi 之該接收器所接收之每一該些第二訊號S2i ；以及(b)一類比數位轉換器，耦合在該微控制器與該接收器放大器之間，以將放大後之每一該些第二訊號S2i 從該類比格式轉換成該數位格式，並將轉換後之每一該些第二訊號S2i 輸入至該微控制器。
  6. 如請求項2所述之顯示器，更包含一特殊用途積體電路，該特殊用途積體電路具有耦合於該微控制器之一第一埠與一第二埠、以及耦合於每一該些聲音/超音波轉換器Xi 之一第三埠，該特殊用途積體電路包含：(a)一數位類比轉換器，耦合在該第一埠與該第三埠之間，以將該控制訊號從一數位格式轉換成一類比格式，並將轉換後之該控制訊號輸入至每一該些聲音/超音波轉換器Xi ，如此對於每一週期，每一該些聲音/超音波轉換器Xi 之一發射器在該第一期間△tdi 內發射該第一訊號S1i ，且 每一該些聲音/超音波轉換器Xi 之一接收器在該第二期間△Tdi 內接收該第二訊號S2i ；(b)一接收器放大器，耦合於該第三埠，以放大每一該些聲音/超音波轉換器Xi 之該接收器所接收之每一該些第二訊號S2i ；以及(c)一類比數位轉換器，耦合在該第二埠與該接收器放大器之間，以將放大後之每一該些第二訊號S2i 從該類比格式轉換成該數位格式，並將轉換後之每一該些第二訊號S2i 輸入至該微控制器。
  7. 一種偵測至少一物體的顯示器的控制方法，其中該顯示器包含具有一顯示區與圍繞該顯示區之一周邊部的一顯示面板、以及複數個聲音/超音波轉換器{Xi }排列在該周邊部中之複數個選取位置，i=1、2、3、…、N，N為正整數，且該方法包含下列步驟：(a)提供一控制訊號來驅動該些聲音/超音波轉換器Xi ，如此該些聲音/超音波轉換器Xi 之至少一者定期地在一第一期間△tdi 內發射一第一訊號S1i ，且在一第二期間△Tdi 內接收一第二訊號S2i ，其中該第二訊號S2i 係由該至少一物體反射自該第一訊號S1i ；(b)收集該些聲音/超音波轉換器Xi 之該至少一者已接收的該第二訊號S2i ；(c)處理已收集之該第二訊號S2i ，以判斷該至少一物體相對於該顯示區之一位置；以及(d)根據該至少一物體之已判斷的該位置來顯示所需 資訊於該顯示區中。
  8. 如請求項7所述之方法，其中對於每一週期，該第一期間△tdi 係從該週期之一起始時間t0i 至一第一時間t1i ，且該第二期間△Tdi 係從該週期之一第三時間t3i =2△Ti 至一第四時間t4i =2(△Ti +△tdi )，其中△Ti =(t2i -t0i )且決定在該週期中欲偵測之該至少一物體的一有效距離，t2i 為該週期之一第二時間，t4i >t3i >t2i >t1i >t0i 。
  9. 如請求項8所述之方法，其中每一週期之△Ti 不同於該週期所緊接之前一週期的△Ti ，藉以定義從一第一週期中可偵測之一第一有效偵測距離至在一最後週期中可偵測之一最後有效偵測距離的一有效偵測範圍。
  10. 如請求項7所述之方法，其中每一該些聲音/超音波轉換器Xi 包含一發射器，以發射該第一訊號S1i 、以及一接收器，以接收該第二訊號S2i 。
  11. 如請求項10所述之方法，其中改變該控制訊號以適合每一週期，藉以在該第一期間△tdi 內啟動每一該些聲音/超音波轉換器Xi 之該發射器、以及在該第二期間△Tdi 內啟動每一該些聲音/超音波轉換器Xi 之該接收器。
  12. 如請求項7所述之方法，其中每一該些聲音/超音波轉換器Xi 所發射之該些第一訊號S1i 之至少一者的頻率 彼此實質不同。
  13. 如請求項7所述之方法，其中該處理步驟包含利用一滑動視窗協定來聯結已接收之該第二訊號S2i 與一匹配濾波器之步驟，藉此獲得該至少一物體到每一該些聲音/超音波轉換器Xi 之一距離di 。
  14. 如請求項13所述之方法，其中該至少一物體到每一該些聲音/超音波轉換器Xi 之該距離di 滿足一關係式： 其中X i =[x i y i ] T 為每一該些聲音/超音波轉換器Xi 之一位置，X =[x y ] T 為該至少一物體之該位置，其中該至少一物體之該位置從該些聲音/超音波轉換器Xi 中位於一非直線之三聲音/超音波轉換器X1 、X2 與X3 來獲得，且形式為：
  15. 一種可偵測物體的顯示器的聲音/超音波轉換器的裝置，包含：複數個聲音/超音波轉換器Xi ，在空間中排列成一或複數個聲納柱，且該些聲納柱可拆卸地裝設在該顯示面板之一周圍，以定義出一聲音/超音波轉換器陣列，i=1、2、3、…、N，且N4，每一該些聲音/超音波轉換器Xi 具有一盲視區，藉以使該聲音/超音波轉換器陣列之至少四個聲音/超音波轉換器的該些盲視區沒有重疊，如此，當欲偵測之一物體 位於該些聲音/超音波轉換器Xi 中之一者之該盲視區中時，該些聲音/超音波轉換器Xi 中之未重疊之至少三個聲音/超音波轉換器X1 、X2 與X3 可偵測該物體與未重疊之該至少三個聲音/超音波轉換器X1 、X2 與X3 之間各別之一距離，藉以判斷該物體相對於該顯示面板之一位置及/或姿勢。
  16. 如請求項15所述之裝置，其中每一該些聲納柱包含一圍體，以將該些聲音/超音波轉換器Xi 中之一或複數個聲音/超音波轉換器圍入，其中該圍體具有一或複數個防護膜或一防護殼，以防止具有該顯示面板之圍入的該或該些聲音/超音波轉換器遭受電磁干擾。
  17. 如請求項15所述之裝置，其中該些聲音/超音波轉換器Xi 中之至少一者係裝設以發射一第一訊號S1i ，其中每一該些聲音/超音波轉換器Xi 係裝設以接收由該物體反射自該第一訊號S1i 的一第二訊號S2i 。
  18. 如請求項17所述之裝置，其中各別之該些聲音/超音波轉換器Xi 所接收之該第二訊號S2i 含有至少一反射時間Tri 、一反射電壓Vri 與一反射相位Ψ ri 的資訊，其中該反射時間Tri 和該物體與各別之該些聲音/超音波轉換器Xi 之間的一距離di 有關，該反射電壓Vri 和該物體之一尺寸、或該物體與該顯示面板之間的一距離有關，該反射相位Ψ ri 和該物體之一材質有關。
  19. 如請求項18所述之裝置，其中利用各別之該些聲音/超音波轉換器Xi 所接收之該第二訊號S2i 的該反射時間的變化△Tri 、或該反射電壓的變化△Vri ，決定該物體的一動作及/或姿勢；以及利用各別之該些聲音/超音波轉換器Xi 所接收之該第二訊號S2i 的該反射時間的導數△Tri /dt、或該反射電壓的導數△Vri /dt，決定該物體之該運動及/或姿勢的一速度與方向。
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