TWI485580B - 光學定位系統和光學定位方法 - Google Patents

Description

光學定位系統和光學定位方法

本發明相關於一種光學定位系統，尤指一種可降低背景光源干擾之光學定位系統。

使用者能透過遙控器對電子裝置進行遠端控制，而不需要時常移動到電子裝置旁。傳統電子裝置功能單純，其遙控器之按鍵多半僅針對特定功能，例如開啟/關閉、選擇、輸入或調整設定等。隨著科技的快速發展，電子裝置的種類和功能越來越多，提供互動式應用的智慧家庭生活已成為主流。

智慧家庭生活可視為一光學定位系統，其包含許多電子裝置，例如電視機、機上盒、多媒體播放器，或藍光播放機等數位家庭的產品。相較於傳統遙控器，智慧家庭生活之遙控器功能更多樣化。舉例來說，當機上盒有內建上網的瀏覽器時，遙控器便需要提供指向介面以操作瀏覽器；當有搜尋功能或是輸入網址之需求時，遙控器便需提供輸入介面。針對指向性操作，使用者握持遙控器的方式會影響指向游標在螢幕上的操作方向，因此需提供能夠準確判斷目標電子裝置和其控制裝置之間的相對位置與角度的光學系統。

本發明提供一種光學定位系統，其包含一第一光源，設置於一目標物上之一第一目標點，用來提供波長在一第一預定範圍內之光線；一第二光源，設置於該目標物上之一第二目標點，用來提供波長在一第二預定範圍內之光線；一影像接收器，用來偵測該第一光源和該第二光源之光學訊號以產生相對應之一第一影像和一第二影像；以及一分析單元，用來依據該第一影像和該第二影像計算出該影像接收器和該目標物之間的一相對位置。

本發明另提供一種光學定位方法，其包含在一目標物上之一第一目標點提供波長在一第一預定範圍內之一第一光線；在該目標物上之一第二目標點提供波長在一第二預定範圍內之一第二光線；一影像接收器偵測該第一光線和該第二光線以產生相對應之一第一影像和一第二影像；以及依據該第一影像和該第二影像計算出該影像接收器和該目標物之間的一相對位置。

第1圖為本發明第一實施例中一光學定位系統100之功能方塊圖。光學定位系統100包含複數個光源LT1~LTn(n為不小於2之整數)、一影像接收器10，以及一分析單元20。光源LT1~LTn可設置在一目標物50上，例如設置在一顯示 裝置之殼體正面。影像接收器10和分析單元20可設置在此目標物50之一控制裝置60內，例如設置在顯示裝置之遙控器內。光源LT1~LTn可為不同色之複數個可見光光源、不同頻率之複數個紅外光光源，或是前述兩種類型光源之任意組合，因此可分別提供波長在第一至第n預定範圍內之光線。在本發明第一實施例之光學定位系統100中，影像接收器10可偵測光源LT1~LTn之光學訊號並以產生相對應之影像。

第2圖為本發明第二實施例中一光學定位系統200之功能方塊圖。光學定位系統200包含複數個光源LT1~LTn、一影像接收器10、一分析單元20，以及一調整單元40。光源LT1~LTn和調整單元40可設置在一目標物50上，例如設置在一顯示裝置之殼體正面。影像接收器10和分析單元20可設置在此目標物50之一控制裝置60內，例如設置在顯示裝置之遙控器內。光源LT1~LTn可為不同色之複數個可見光光源、不同頻率之複數個紅外光光源，或是前述兩種類型光源之任意組合，因此可分別提供波長在第一至第n預定範圍內之光線。在本發明第二實施例之光學定位系統200中，影像接收器10可偵測光源LT1~LTn之光學訊號並以產生相對應之影像，並偵測背景光學訊號。分析單元20(或是影像接收器10本身)可計算出背景光學訊號之工作週期(duty cycle)，調整單元40再依此調整光源LT1~LTn之工 作週期以降低背景光學訊號之干擾。

第3圖為本發明第三實施例中一光學定位系統300之功能方塊圖。光學定位系統300包含複數個光源LT1~LTn、一影像接收器10、一分析單元20、一環境光偵測器30，以及一調整單元40。光源LT1~LTn、環境光偵測器30和調整單元40可設置在一目標物50上，例如設置在一顯示裝置之殼體正面。影像接收器10和分析單元20可設置在此目標物50之一控制裝置60內，例如設置在顯示裝置之遙控器內。光源LT1~LTn可為不同色之複數個可見光光源、不同頻率之複數個紅外光光源，或是前述兩種類型光源之任意組合，因此可分別提供波長在第一至第n預定範圍內之光線。在本發明第三實施例之光學定位系統300中，影像接收器10可偵測光源LT1~LTn之光學訊號並以產生相對應之影像，環境光偵測器30可偵測背景光學訊號並計算出背景光學訊號之工作週期，調整單元40再依此調整光源LT1~LTn之工作週期以降低背景光學訊號之干擾。

第4圖為本發明第一實施例之光學定位系統100運作時光源LT1~LTn之訊號圖。在第4圖所示之實施例中，第一至第n預定範圍中每一預定範圍並無交集，或分佈大致上相異，使得彼此之間可依據波長特性加以區分。例如光源LT1~LTn可分別提供波長為λ₁~λ_n之光線(λ₁≠λ₂≠...≠ λ_n)。如此，影像接收器10可偵測光源LT1~LTn之光學訊號並以產生相對應之第一至第n影像。由於λ₁~λ_n相異，第一至第n影像的特性不同，分析單元20可依此計算出控制裝置60和目標物50之間的相對位置或角度。

第5圖為本發明第二實施例之光學定位系統200或第三實施例之光學定位系統300運作時光源LT1~LTn之訊號圖。在第5圖所示之實施例中，第一至第n預定範圍中每一預定範圍並無交集，或分佈大致上相異，使得彼此之間可依據波長特性加以區分。例如光源LT1~LTn可分別提供波長為λ₁~λ_n之光線(λ₁≠λ₂≠...≠λ_n)。另一方面，影像接收器10或環境光偵測器30可偵測背景光源，並依此計算出光源LT1~LTn之工作週期T₁~T_n。如此，影像接收器10可偵測光源LT1~LTn之光學訊號並以產生相對應之第一至第n影像。由於λ₁~λ_n相異，第一至第n影像的特性不同，分析單元20可依此計算出控制裝置60和目標物50之間的相對位置或角度。由於工作週期T₁~T_n是由背景光源來決定，影像接收器10所偵測之光學訊號可隔絕背景光學訊號之干擾，使得分析單元20能更準確地計算出控制裝置60和目標物50之間的相對位置或角度。

在本發明一實施例中，工作週期T₁~T_n可具相同值，或為整數倍關係。在本發明其它實施例中，工作週期T₁~T_n 可具不同值。

第6圖為本發明光學定位系統100、200和300中光源LT1~LTn設置方式之示意圖。光源LT1~LTn可分別設置於目標物50上之不同目標點，n值和每一光源彼此之間的相對位置可依據目標物50之設計或應用而有所變化，第6圖所示僅為本發明之實施例，並不限定本發明之範疇。

第7圖和第8圖為本發明光學定位系統100、200和300中影像接收器10之示意圖。在第7圖所示之實施例中，影像接收器10可包含單一光學感測器SR0，其包含複數個畫素。每一畫素上可覆蓋著不同種類和數量的光學塗層以用來阻擋波長在相對應預定範圍之外的光線，進而提供濾波器的功能，第7圖中以R、G、B、IR、IR1和IR2來表示不同種類之光學塗層。在第7圖中，覆蓋著光學塗層R之畫素僅讓紅色可見光通過(波長範圍大約介於600~780nm之間)，覆蓋著光學塗層G之畫素僅讓綠色可見光通過(波長範圍大約介於500~600nm之間)，覆蓋著光學塗層B之畫素僅讓藍色可見光通過(波長範圍大約介於380~500nm之間)，而覆蓋著光學塗層IR、IR1和IR2之畫素器僅讓特定波長之紅外光通過(波長大約介於780~1400nm之間)。

在第8圖所示之實施例中，影像接收器10可包含複數個 光學感測器SR1~SRn，每一光學感測器包含包含複數個畫素。每一畫素上可覆蓋著不同種類和數量的光學塗層以用來阻擋波長在相對應預定範圍之外的光線，進而提供濾波器的功能，第8圖中以R、G、B、IR、IR1~IRn來表示不同種類之光學塗層。在第8圖中，覆蓋著光學塗層R之光學感測器僅讓紅色可見光通過(波長範圍大約介於600~780nm之間)，覆蓋著光學塗層G之光學感測器僅讓綠色可見光通過(波長範圍大約介於500~600nm之間)，覆蓋著光學塗層B之光學感測器僅讓藍色可見光通過(波長範圍大約介於380~500nm之間)，而覆蓋著光學塗層IR、IR1~IRn之光學感測器僅讓特定波長之紅外光通過(波長大約介於780~1400nm之間)。

影像接收器10可依據設計或應用而採用單一或複數個光學感測器之結構，畫素上覆蓋之光學塗層其種類和數量可由光源LT1~LTn之種類和數量來決定，並視需求改變濾波器之排列方式。第7圖和第8圖所示僅為本發明之實施例，並不限定本發明之範疇。

本發明提供一光學定位系統，在一電子裝置上不同目標點分別設置波長在不同預定範圍之複數個光源，並透過調整複數個光源之工作週期以減少背景光源的干擾，因此能準確地判斷電子裝置和其控制裝置之間的相對位置與角度，無論 使用者以何種方式手持控制裝置，皆能精準地對目標電子裝置下達指向性指令。

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、200、300‧‧‧光學定位系統

LT1~LTn‧‧‧光源

10‧‧‧影像接收器

20‧‧‧分析單元

30‧‧‧環境光偵測器

40‧‧‧調整單元

50‧‧‧目標物

60‧‧‧控制裝置

SR0~SRn‧‧‧光學感測器

R、G、B、IR、IR1~IRn‧‧‧光學塗層

第1圖為本發明第一實施例中一光學定位系統之功能方塊圖。

第2圖為本發明第二實施例中一光學定位系統之功能方塊圖。

第3圖為本發明第三實施例中一光學定位系統之功能方塊圖。

第4圖為本發明第一實施例之光學定位系統運作時光源之訊號圖。

第5圖為本發明第二或第三實施例之光學定位系統運作時光源之訊號圖。

第6圖為本發明光學定位系統中光源設置方式之示意圖。

第7圖和第8圖為本發明光學定位系統中影像接收器之示意圖。

LT1~LTn‧‧‧光源

Claims (11)

1. 一種光學定位系統，其包含：一第一光源，設置於一目標物上之一第一目標點，用來提供波長在一第一預定範圍內之一第一光線；一第二光源，設置於該目標物上之一第二目標點，用來提供波長在一第二預定範圍內之一第二光線，其中該第二預定範圍相異於該第一預定範圍；一影像接收器，其包含：一第一光學感測器，用來偵測該第一光源之光學訊號以產生相對應之一第一影像，該第一光學感測器包含至少一個第一畫素，該至少一個第一畫素上覆蓋著一第一光學塗層，用來阻擋波長在該第一預定範圍之外的光線；以及一第二光學感測器，用來偵測該第二光源之光學訊號以產生相對應之一第二影像，該第二光學感測器包含至少一個第二畫素，該至少一個第二畫素上覆蓋著一第二光學塗層，用來阻擋波長在該第二預定範圍之外的光線；以及一分析單元，用來依據至少該第一影像和該第二影像計算出該影像接收器和該目標物之間的一相對位置。
2. 如請求項1所述之光學定位系統，其另包含： 一調整單元，用來調整該第一光源之一第一工作週期和該第二光源之一第二工作週期。
3. 如請求項2所述之光學定位系統，其另包含：一環境光偵測器，用來偵測該光學定位系統運作時之一背景光學訊號，並依據該背景光學訊號計算出該第一工作週期和該第二工作週期。
4. 如請求項2所述之光學定位系統，其中該影像接收器另用來偵測該光學定位系統運作時之一背景光學訊號，並依據該背景光學訊號計算出該第一工作週期和該第二工作週期。
5. 如請求項1所述之光學定位系統，其中該第一光源和該第二光源係為不同色之兩可見光光源或不同頻率之兩紅外光光源，或是分別為一可見光光源和一紅外光光源。
6. 一種光學定位方法，其包含：在一目標物上之一第一目標點提供波長在一第一預定範圍內之一第一光線；在該目標物上之一第二目標點提供波長在一第二預定範圍內之一第二光線，其中該第二預定範圍相異於 該第一預定範圍；一影像接收器之一第一光學感測器偵測該第一光線之光學訊號且阻擋波長在該第一預定範圍之外的光線以產生相對應之一第一影像；該影像接收器之一第二光學感測器偵測該第二光線之光學訊號且阻擋波長在該第二預定範圍之外的光線以產生相對應之一第二影像；以及依據至少該第一影像和該第二影像計算出該影像接收器和該目標物之間的一相對位置。
7. 如請求項6所述之光學定位方法，其另包含：在該第一目標點以一第一工作週期提供該第一光線；以及在該第二目標點以一第二工作週期提供該第二光線。
8. 如請求項7所述之光學定位方法，其另包含：偵測一背景光學訊號，並依據該背景光學訊號計算出該第一工作週期和該第二工作週期。
9. 如請求項8所述之光學定位方法，其中該第一工作週期和該第二工作週期相異於該背景光學訊號之週期。
10. 如請求項8所述之光學定位方法，其另包含：在該目標物上之一第三目標點提供波長在一第三預定範圍內之一第三光線，其中該第三預定範圍相異於該第一預定範圍和該第二預定範圍；該影像接收器之一第三光學感測器偵測該第三光線之光學訊號且阻擋波長在該第三預定範圍之外的光線以產生相對應之一第三影像；以及依據該第一影像、該第二影像和該第三影像計算出該影像接收器和該目標物之間的該相對位置。
11. 如請求項1所述之光學定位系統，其另包含：一第三光源，設置於該目標物上之一第三目標點，用來提供波長在一第三預定範圍內之一第三光線，其中該第三預定範圍相異於該第一預定範圍和該第二預定範圍，其中：該影像接收器另包含一第三光學感測器，用來偵測該第三光源之光學訊號以產生相對應之一第三影像，該第三光學感測器包含至少一個第三畫素，該至少一個第三畫素上覆蓋著一第三光學塗層，用來阻擋波長在該第三預定範圍之外的光線；且該分析單元另用來依據該第一影像、該第二影像和該第三影像計算出該影像接收器和該目標物之 間的該相對位置。