TWI481831B - 非接觸式光源感測系統 - Google Patents

Description

非接觸式光源感測系統

本發明係有關一種非接觸式光源感測系統，尤指一種藉由識別碼技術應用在偵測物體近接(proximity)之非接觸式光源感測系統。

非接觸光源近接感測器的基本工作原理相當簡單。首先，由LED發射器發出紅外光脈波，到達離開感測器特定偵測距離的遮蔽物體或表面，並發生穿透、散射或反射回到光二極體偵測器等情況決定反射物體或表面越接近非接觸光源近接感測器的程度。

非接觸光源近接感測器的重要性隨著多種不同的產業應用發展日益受到重視，透過消費性電子產品、行動通訊、工業自動化以及汽車電子等應用智慧化的設計，非接觸光源近接感測器的發展與市場更是蓬勃發展。例如，將非接觸光源近接感測器應用在臉部偵測、手部動作以及距離感測等各種技術上，許多消費產品的功能以及便利性更是大大提升。舉凡智慧型手機、液晶電視顯示幕、個人電腦與鍵盤背光顯示、數位相機取景 器、自動光度切換甚至衛浴自動水龍頭控制等產品，在在都可看見非接觸光源近接感測器的身影。尤其是隨著消費者對使用體驗、智慧型自動控制、與功能和使用效率的提升等要求的普及，非接觸光源近接感測器更是成為逐漸成為新一代多功能行動電話的主流技術選擇，例如，用於調節光源之強度或螢幕的省電模式等等應用。其他周邊應用，更包含印表機、傳真機、影印機、多功能事務機、ATM自動提款機以及遊戲機上，以做為紙張邊緣偵測。

傳統不使用識別碼的非接觸式光源感測系統，當兩邊光感測器接收的反射能量相同時會無法分辨是哪一個光源發送的光，近而無法判斷反射物的近接程度，大大地限制了近接感測器的效果，如第一圖所示。當不使用識別碼時，感測器102A無法分辨其感測到反射自反射物103的光的總量裡，哪一部分是源自光源101A或哪一部分是光源101B。同理，感測器102B無法分辨其感測到反射自反射物103的光的總量裡，哪一部分是源自光源101A或哪一部分是光源101B。因此，感測器102A與感測器102B都無法確實地判斷反射物103的近接程度。

基於上述習知技術之缺失，本發明之主要目的在於提供一種使用識別碼技術的非接觸式光源感測系統，藉由識別碼以實現一對一的非接觸式光源感測系統。

在使用辨識碼技術的非接觸光源感測系統中，由不同的LED所發出明暗變化的辨識碼，經過物體反射之後，每一個光源感測器根據獨特的辨識碼，判斷出相關性最高的LED反射光，而不會受到其它LED所發送出來的光影響或同樣波長的光所影響，以避免錯誤的發生，因此可以實現一對一的獨特性。

本發明之另一目的在於提供一種使用識別碼技術的非接觸式光源感測系統，且具有保密安全的功能。

為達成上述目的，本發明提供一種非接觸式光源感測系統包含一亂碼產生器、控制器、以及至少一LED暨光感測器；其中，該LED暨光感測器更包含一LED光源與一光感測器。該亂碼產 生器可以產生隨機亂數以作為本系統所用的識別碼，以確保系統每次重新開機，會產生的識別碼皆不相同，可以達到保密安全的要求。亂碼產生器所產生的識別碼經由控制器分別傳至各個LED暨光感測器內的LED光源來發送該識別碼。每個LED暨光感測器內的光感測器會根據所接收反射光裡的識別碼，利用內部的一鑑別器來判別是由哪個LED光源所發送的。該鑑別器更包含一二元決定器、一比較器、一開關器、以及一動態臨界位準計算器來完成動態決定臨界值與判斷識別碼的功能。

茲配合下列圖示、實施例之詳細說明及申請專利範圍，將上述及本揭露之其他優點詳述於後。

使用識別碼和不使用識別碼的非接觸式光源感測器系統，最大的不同是使用辨識碼的光源感測系統是一對一的；換言之，光感測器僅會處理和自身辨識碼相關性最高的LED反射光，而不使用辨識碼系統的光源感測，會對所有的LED反射光做處理。

第二圖所示為本發明之非接觸式光源感測系統架構示意圖。如第二圖所示，本發明之非接觸式光源感測系統200包含一亂碼產生器(Pseudo Noise Code Generator)201、控制器(controller)202、以及至少一LED暨光感測器203；其中，該LED暨光感測器203更包含一LED光源2031與一光感測器2032。亂碼產生器201可以產生隨機亂數(pseudo random number)以作為本系統所用的識別碼。換言之，本發明所採用的識別碼，可為一種類亂碼(Pseudo Noise Code，PN code)，以增加系統之使用彈性。由於系統每次重新開機，會確保每次產生的識別碼(PN code)皆不相同，可以達到保密安全的要求。亂碼產生器201所產生的識別碼經由控制器202分別傳至各個LED暨光感測器203的LED光源2031，由各個LED光源2031隨著光源的明暗來發送該識別碼。發射的光經由一反射物(圖中未示)反射後，再由光感測器2032所接收，每個光感測器2032會根據反射光裡的識別碼，來判別是由哪個LED光源2031所發送的。本系統中的LED暨光感測器203是由一個LED光源2031配合一個光感測器2032所組成，但未限定LED暨光感測器203之排列方式。在本實施例中，LED光源2031與光感測器2032 各為三個，分別以A、B、C表示。

如上所述，光感測器2032會根據反射光裡的識別碼，來判別是由哪個LED光源2031所發送的。第三圖所示為本發明之光感測器判斷識別碼之鑑別器(Discriminator)的結構示意圖。如第三圖所示，光感測器內之鑑別器300更包含一二元決定器(Binary Digitizer)301、一比較器(Comparator)302、一開關器(Switch)303、以及一動態臨界位準計算器(Dynamic Thresholds Calculator)304；其中，比較器302更包含一識別碼暫存器302a以儲存一組識別碼，而動態臨界位準計算器304更包含一接收資料暫存器304a以儲存一組接收資料。

鑑別器300的運作流程如下：該二元決定器301係用於接收反射資料305的光的總量並與一動態決定的臨界高位準與低位準308比較以決定接收反射光的總量中所包含的識別碼306。該反射資料305的光的總量可為反應一段時間之內光感測器所收集到的光電子數量，或是再經由計算得到相對應的流明值。比較器302連接於二元決定器301以接收該二元決定器301所輸出的識別碼 306，並與儲存於識別碼暫存器302a內的識別碼比較，以決定是否相符，並且將比較結果輸出(out)。 比較器302的比較方式可基於所接收的識別碼306與儲存的識別碼之間的相關性(correlation)或是位元誤差率(Bit Error Rate)。值得注意的是，識別碼的目的是用來區分不同的LED光源。在非接觸式光源感測器系統中，最理想的設計是不同的識別碼之間是彼此正交的，不同LED光源相互造成的干擾要非常低。但是在實際應用上，不同的識別碼之間還是會有一些相關性存在，當使用識別碼的長度愈長，能使用的識別碼就愈多，不同的識別碼之間的相關性就越低。例如，若是相關性高，則判定識別碼306為有效識別碼，將結果輸出，並將接收反射資料305的光的總量透過開關器303傳給動態臨界位準計算器304做為下一筆接收反射資料臨界值判斷的依據；反之，若相關性低，則判定識別碼306為無效識別碼，並且忽略該筆接收反射資料305，該動態臨界位準計算器304則保留前一筆有效識別碼所對應的接收反射資料作以為下一筆接反射收資料臨界值判斷的依據。換言之，開關器303係依據該筆接收反射資料305所對應識別碼306的有效性決定是否將該筆接收反射資料存入動態臨界位準計算器304內 的接收資料暫存器304a。開關器303傳給動態臨界位準計算器304的輸入307係由比較結果的輸出(out)來控制。

動態臨界位準計算器304則依據存於接收資料暫存器304a內的一筆有效的接收反射資料來動態的加以計算臨界位準308，包含一臨界高位準(TH)與一臨界低位準(TL)。第四圖所示為鑑別器內之動態臨界位準計算的一個實施範例。如第四圖所示，若識別碼為10110110經判別為有效識別碼，其對應之該筆有效的接收反射資料為<3000、400、3200、3800、300、3300、3700、500>，則動態臨界位準計算器304可依下列方式計算求得動態的TH與TL：TH=((3000+3200+3800+3300+3700)/5)*W_H

TL=((400+300+500)/3)*W_L

其中，W_H與W_L分別為一權重常數，W_H為一個小於1的值，建議值在0.7到0.9之間，例如，0.8。而W_L為一個大於1的值，建議值在1.1到1.3之間，例如，1.2。值得注意的是，上述實施例僅為較佳實施範例，但並不限於此。其他可達相同目的的計算公式亦可適用。

第五圖所示為本發明之非接觸式光源感測系統之識別碼判斷方法的流程圖。如第五圖所示，步驟501為接收一光的總量，該光可為一經由一物體反射的反射光。步驟502為將該所接收光的總量進行二元化；該二元化可將該光的總量與一動態決定的臨界高位準與低位準比較，以決定該光的總量中所包含的識別碼。步驟503係將該決定的識別碼與一預設的識別碼比較；其中該預設的識別碼在本發明中可以亂碼產生器產生，因此每次產生的識別碼皆不相同，以增進保密安全的效果。當該識別碼與該預設的識別碼的相關性小於一預設之門檻值，表示所接收該反射光非為自身所發出，結束此流程；反之，表示所接收該反射光係為自身所發出，再進行步驟504，以該識別碼計算決定該動態的臨界高位準與低位準。

經由以上本發明之實施例與現有之習知技術比較，本發明有以下之優點：

1.使用識別碼，增加識別能力。

2.利用亂碼產生器，每次產生的識別碼皆不相 同，可以增進保密安全的效果。

因此，本發明之一種非接觸式光源感測系 統，確能藉所揭露之技藝，達到所預期之目的與功效，符合發明專利之新穎性，進步性與產業利用性之要件。

以上所述者皆僅為本揭露實施例，不能依此限定本揭露實施之範圍。大凡本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應屬於本發明專利涵蓋之範圍。

101A‧‧‧光源

101B‧‧‧光源

102A‧‧‧感測器

102B‧‧‧感測器

103‧‧‧反射物

200‧‧‧非接觸式光源感測系統

201‧‧‧亂碼產生器

202‧‧‧控制器

203‧‧‧LED暨光感測器

2031A‧‧‧LED光源

2031B‧‧‧LED光源

2031C‧‧‧LED光源

2032A‧‧‧光感測器

2032B‧‧‧光感測器

2032C‧‧‧光感測器

300‧‧‧鑑別器

301‧‧‧二元決定器

302‧‧‧比較器

302a‧‧‧識別碼暫存器

303‧‧‧開關器

304‧‧‧動態臨界位準計算器

304a‧‧‧接收資料暫存器

305‧‧‧接收反射資料

306‧‧‧識別碼

307‧‧‧輸入

308‧‧‧臨界位準

第一圖所示為傳統未使用識別碼的非接觸式光源感測系統示意圖。

第二圖所示為本發明之非接觸式光源感測系統架構示意圖。

第三圖所示為本發明之光感測器判斷識別碼之鑑別器的結構示意圖。

第四圖所示為鑑別器內之動態臨界位準計算的一個實施範例。

第五圖所示為本發明之非接觸式光源感測系統之識別碼判斷方法的流程圖。

200‧‧‧非接觸式光源感測系統

201‧‧‧亂碼產生器

202‧‧‧控制器

203‧‧‧LED暨光感測器

2031A‧‧‧LED光源

2031B‧‧‧LED光源

2031C‧‧‧LED光源

2032A‧‧‧光感測器

2032B‧‧‧光感測器

2032C‧‧‧光感測器

Claims (13)

1. 一種非接觸式光源感測系統，包含：一亂碼產生器、一控制器、以及至少一LED暨光感測器；該LED暨光感測器更包含一LED光源與一光感測器；其中，該亂碼產生器可以產生隨機亂數以作為該系統所用的識別碼，該亂碼產生器所產生的識別碼經由該控制器分別傳至該LED暨光感測器的該LED光源，由該各個LED光源發送該識別碼，發射的光經由反射後，再由該LED暨光感測器的該光感測器所接收，該光感測器會根據反射光裡的該識別碼，來判別是由哪個LED光源所發送的；以及該光感測器包含：一鑑別器，用以判斷該反射光裡的該識別碼，並據以判別該識別碼是由哪個LED光源所發送的。
2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該鑑別器更包含：一二元決定器，接收一接收反射資料與一動態決定的臨界位準，以決定並輸出該接收反射資料中所包含的一識別碼；一比較器，更包含一識別碼暫存器以儲存一組識別碼，該比較器連結於該二元決定器以接收所 輸出的該識別碼，並與儲存於該識別碼暫存器內的識別碼比較，以決定是否相符，並且將比較結果輸出；一開關器，接收該接收反射資料，並接收來自該比較結果輸出用以控制是否輸出該接收反射資料；以及一動態臨界位準計算器，更包含一接收資料暫存器以儲存一組接收資料，並接收來自該開關器之該接收反射資料，以進行該動態決定的臨界位準的計算並輸出至該二元決定器；其中，該開關器係依據該比較器比較該接收反射資料所對應該識別碼的有效性決定是否將該接收反射資料存入該動態臨界位準計算器內的該接收資料暫存器；若判定為有效，則輸出；若判定無效，則不輸出，將接收反射資料忽略。
3. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該接收反射資料可為一光的總量，亦即一段時間之內光感測器所收集到的光電子數量，或是再經由計算得到相對應的流明值。
4. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該動態決定的臨界位準更包一含臨界高位準與一臨界低位準。
5. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中 該比較器的比較方式可為基於該接收反射資料內的識別碼與儲存的識別碼之間的相關性或是位元誤差率。
6. 如申請專利範圍第5項所述之系統，其中該識別碼的目的是用來區分不同的LED光源，因此不同的識別碼之間是彼此正交的或是相關性低的，若是相關性高，則判定該識別碼為有效識別碼，並將接收反射資料透過該開關器傳給該動態臨界位準計算器做為下一筆接收反射資料臨界值判斷的依據；反之，若相關性低，則判定該識別碼為無效識別碼，並且忽略該筆接收反射資料，該動態臨界位準計算器則保留前一筆有效識別碼所對應的接收反射資料作以為下一筆接反射收資料臨界值判斷的依據。
7. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該臨界高位準可為該接反射收資中判斷為高位準的資料的平均值，再乘以一權重。
8. 如申請專利範圍第7項所述之系統，其中該權重係為一小於1的數值。
9. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該臨界低位準可為該接反射收資中判斷為低位準的資料的平均值，再乘以一權重。
10. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中 該權重係為一大於1的數值。
11. 一種非接觸式光源感測系統之識別碼判斷方法，包括：接收一光的總量，該光可為一經由一物體反射的反射光；將該所接收光的總量進行二元化，該二元化可將該光的總量與一動態決定的臨界高位準與低位準比較，以決定該光的總量中所包含的識別碼；將該決定的識別碼與一預設的識別碼比較；當該識別碼與該預設的識別碼的相關性小於一預設之門檻值，表示所接收該反射光非為自身所發出，結束此流程；反之，表示所接收該反射光係為自身所發出；以及以該識別碼計算決定該動態的臨界高位準與低位準。
12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該預設的識別碼係以亂碼產生器產生，因此每次產生的識別碼皆不相同。
13. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該動態的臨界高位準與低位準係分別由該識別碼中的所有高位準位元與所有低位準位元平均而得。