TWI533010B - 光學感測裝置以及偵測光學感測裝置周遭之物件的方法 - Google Patents

光學感測裝置以及偵測光學感測裝置周遭之物件的方法 Download PDF

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光學感測裝置以及偵測光學感測裝置周遭之物件的方法
本發明係關於光學感測，尤指一種利用三角定位來得到物件之位置資訊的非接觸式光學感測裝置及其相關的非接觸式光學感測方法。
個人電子產品(例如，手機、電腦)的問世，伴隨了多元的人機互動控制方法。舉例來說，使用者得以透過滑鼠在螢幕上進行定位追蹤並下達操作指令(例如，選取選單上的項目，或編輯選取項目的內容)。對於觸控螢幕感測技術(電容式、電阻式、磁感式或表面聲波式)來說，使用者可藉此直接選取並移動螢幕上所顯示之物件。另外，使用者另可透過其他感測裝置(例如，無線空中滑鼠(air mouse)或三維滑鼠(three-dimensional mouse，3D mouse))以三維操控的方式於螢幕上進行定位追蹤之操作。
然而，上述控制方法並無法允許使用者透過手勢/手指以非接觸式的方式來於螢幕上進行定位追蹤，這將造成使用上的限制。舉例來說，當使用者因為進行機械工作而使手沾粘污垢，或因為處理食材而使手沾粘油垢的時候，使用者會希望能夠以非接觸式的方式來於螢幕上進行定位追蹤。另外，當觸控螢幕距離使用者較遠的時候，以接觸式觸控操作來於螢幕上進行定位追蹤是有困難的。
因此，需要一種創新的非接觸式感測機制以提供更便利的人機互動。
有鑑於此，本發明的目的之一在於提供一種利用三角定位來得到物件之位置資訊的非接觸式光學感測裝置及其相關的非接觸式光學感測方法，來解決上述問題。
依據本發明之一實施例，其揭示一種光學感測裝置。該光學感測裝置包含M個發光元件、N個感測元件、一控制電路以及一處理電路。M為正整數，N為大於或等於3的整數。該控制電路係電連接於該M個發光元件以及該N個感測元件，用以控制該M個發光元件之開啟與關閉，以及控制各感測元件於相對應之一發光元件開啟時偵測反射自一物件之反射訊號，以產生各該感測元件相對應之一感測結果，其中該N個感測元件係因應該M個發光元件而產生N個感測結果。該處理電路係耦接於該控制電路以及該N個感測元件，用以至少依據該N個感測元件之N個感測位置以及該N個感測結果，來計算出該物件之一位置資訊，其中該N個感測位置係定義出至少一幾何平面。
依據本發明之另一實施例，其揭示一種光學感測裝置。該光學感測裝置包含M個發光元件、N個感測元件、一控制電路以及一處理電路。M為大於或等於3的整數，N為正整數。該控制電路係電連接於該M個發光元件以及該N個感測元件，用以控制該M個發光元件之開啟與關閉，以及控制各感測元件於相對應之一發光元件開啟時偵測反射自一物件之反射訊號，以產生該發光元件相對應之一感測結果，其中該N個感測元件係因應該M個發光元件而產生M個感測結果，該M個感測結果之中Q個感測結果中的每一感測結果所對應之感測元件與發光元件並未彼此相鄰，且Q為正整數。該處理電路係耦接於該控制電路以及該 N個感測元件，用以依據該Q個感測結果所對應之Q個發光元件的Q個發光位置、該N個感測元件之N個感測位置以及該M個感測結果，來計算出該物件之一位置資訊，其中該M個發光元件之M個發光位置係定義出至少一幾何平面
依據本發明之一實施例，其揭示一種偵測一光學感測裝置周遭之一物件的方法。該光學感測裝置包含M個發光元件與N個感測元件。N個感測元件之N個感測位置定義出至少一幾何平面。M為正整數，N為大於或等於3的正整數。該方法包含下列步驟：於各感測元件相對應之一發光元件開啟時，致能各該感測元件以偵測反射自一物件之反射訊號，以產生各該感測元件相對應之一感測結果，其中該N個感測元件係因應該M個發光元件而產生N個感測結果；以及至少依據該N個感測位置以及該N個感測結果，來計算出該物件之一位置資訊。
依據本發明之另一實施例，其揭示一種偵測一光學感測裝置周遭之一物件的方法。該光學感測裝置包含M個發光元件與N個感測元件。M個發光元件之M個發光位置係定義出至少一幾何平面。M為大於或等於3的整數，N為正整數。該方法包含下列步驟：於各感測元件於相對應之一發光元件開啟時，致能各該感測元件以偵測反射自一物件之反射訊號，以產生該發光元件相對應之一感測結果，其中該N個感測元件係因應該M個發光元件而產生M個感測結果，該M個感測結果之中Q個感測結果中的每一感測結果所對應之感測元件與發光元件並未彼此相鄰，且Q為正整數；以及依據該Q個感測結果所對應之Q個發光元件的Q個發光位置、該N個感測元件之N個感測位置以及該M個感測結果，來計算出該物件之一位置資訊。
100‧‧‧空間
210~250‧‧‧步驟
300、500、700、900、1000‧‧‧光學感測裝置
1100、1200、1300、1400‧‧‧光學感測裝置
302‧‧‧螢幕
310‧‧‧控制電路
320‧‧‧處理電路
A1~A3‧‧‧感測空間
dP1~dP3‧‧‧距離
P0~P3‧‧‧參考點
Q‧‧‧特定點
M0~M4‧‧‧感測模組
E1~E4、E1'~E4'、E1"~E4"‧‧‧紅外線發光二極體
S1~S4‧‧‧紅外光感測器
L1~L4‧‧‧紅外光訊號
R1~R4‧‧‧反射訊號
OB‧‧‧手指
DR1~DR4‧‧‧感測結果
d1~d4、d11、d12、d21、d22‧‧‧特定距離
d31、d32、d41、d42‧‧‧特定距離
Φ1、Φ2‧‧‧紅外光發射錐角
E0‧‧‧發光元件
S0‧‧‧光感測器
PX1~PX4‧‧‧紅外光感測像素
第1圖為本發明於一空間之中利用三角定位來進行非接觸式定位追蹤的一實施例的示意圖。
第2圖為本發明偵測一光學感測裝置周遭之一物件之一實施例的方法。
第3圖為本發明光學感測裝置用於非接觸式定位追蹤之一實施例的示意圖。
第4圖為第3圖所示之光學感測裝置的功能方塊示意圖。
第5圖為第3圖所示之光學感測裝置之一實作範例的示意圖。
第6圖為第5圖所示之光學感測裝置的側視圖。
第7圖為第3圖所示之光學感測裝置之另一實作範例的示意圖。
第8圖為第7圖所示之光學感測裝置的側視圖。
第9圖為本發明光學感測裝置之一實施例的示意圖。
第10圖為本發明光學感測裝置用於非接觸式定位追蹤之另一實施例的示意圖。
第11圖為本發明光學感測裝置用於非接觸式定位追蹤之另一實施例的示意圖。
第12圖為本發明光學感測裝置用於非接觸式定位追蹤之另一實施例的示意圖。
第13圖為本發明光學感測裝置用於非接觸式定位追蹤之另一實施例的示意圖。
第14圖為本發明光學感測裝置用於非接觸式定位追蹤之另一實施例的示意圖。
請參閱第1圖，其係為本發明於一空間100之中利用三角定位來進行非接觸式定位追蹤的一實施例的示意圖。於此實施例中，一物件(未顯示於 第1圖中)係位於一特定點Q，其中當有一光訊號從複數個參考點P1~P3之中的一參考點發射至該物件時，該物件可將該光訊號反射回該參考點或其他參考點。因此，該光訊號的發射路徑可以是自一參考點指向特定點Q之路徑(亦即，相對應之光行進距離可以是複數個距離dP1~dP3之其一)，而相對應的反射路徑可以是自特定點Q指向該參考點之路徑(亦即，發射光訊號的位置與接收相對應之反射訊號的位置是相同的)或自特定點Q指向其他參考點路徑(亦即，發射光訊號的位置與接收相對應之反射訊號的位置是不同的)。由第1圖可知，若參考點P1之座標(x1,y1,z1)、參考點P2之座標(x2,y2,z2)、參考點P3之座標(x3,y3,z3)以及各參考點與特定點Q之間的距離均已知，則可透過數學運算(例如，解聯立方程式)來求得該物件的座標(x,y,z)，進而對該物件進行定位追蹤。
為了實現非接觸式定位追蹤，本發明於各參考點上提供一發光元件與一感測元件之至少其一(未顯示於第1圖中)，並透過偵測反射自該物件之一反射訊號來產生一感測結果(例如，電流或電壓)，其中各參考點可為接收反射訊號之感測位置或發射光訊號之發光位置，抑或同時為感測位置與發光位置。由於所接收之反射訊號的能量會隨著光行進距離增加而減小，故可透過反射訊號的能量與光行進距離之間的對應關係來將該感測結果轉換為一特定距離，以作為光訊號自發光位置行進至該特定點Q的距離加上反射訊號自該特定點Q行進至感測位置的距離的距離和。由於各參考點之位置均為已知，在得到光行進距離的資訊之後(亦即，包含複數個距離dP1~dP3的資訊)，便可求得該物件的座標(x,y,z)，以對該物件進行定位追蹤。
值得注意的是，該物件係位於複數個感測空間A1~A3之重疊區域中，以確保可得到與複數個參考點P1~P3相關的有效感測結果，其中複數個感測空間A1~A3分別對應於複數個參考點P1~P3。另外，複數個參考點P1~P3於空 間100中並未同時位在同一直線上(亦即，複數個參考點P1~P3可定義一幾何平面)，以確保在進行數學運算時可求得該物件的座標(x,y,z)。
實作上，可於複數個參考點P1~P3之至少其一設置一發光元件，並將三感測元件分別設置於複數個參考點P1~P3。於另一實作範例中，也可於複數個參考點P1~P3之至少其一設置一感測元件，而將三發光元件分別設置於複數個參考點P1~P3。接下來，便可依據所偵測之至少三反射訊號(對應於複數個參考點P1~P3)來得到複數個距離dP1~dP3之資訊，進而透過數學運算來對得到該物件之位置資訊。另外，由於該物件於空間100中移動時，該物件與各參考點之間的距離會隨之改變，致使各反射訊號之感測結果也會隨時間改變。因此，可依據所偵測之反射訊號來得到該物件之位置資訊與時間之間的關係，以對該物件進行定位追蹤。
簡言之，本發明利用M個發光元件(M為正整數)來發射光訊號至一物件(例如，手指)，並藉由N個感測元件(N為正整數)來偵測反射自該物件之反射訊號以得到至少三個感測結果，接著根據所得到的感測結果來取得該物件分別與至少三個參考點(彼此不共線)的距離資訊，最後再搭配三角定位技術來計算該物件之位置資訊，以實現非接觸式定位追蹤。具體來說，在M為正整數，N為大於或等於3的整數，N個感測元件可因應M個發光元件而產生N個感測結果(亦即，各感測元件產生一感測結果)的情形下，只要N個感測元件之N個感測位置(亦即，參考點)可定義出至少一幾何平面(亦即，N個感測位置彼此不共線)，可採用三角定位技術來對N個感測結果進行處理以計算出該物件之位置資訊。在M為大於或等於3的整數，N為正整數，N個感測元件可因應M個發光元件而產生M個感測結果(亦即，各發光元件對應一感測結果)的另一情形下，只要M個發光元件之M個發光位置(亦即，參考點)可定義出至少一幾何平面(亦即，M個發光位置彼此不共線)，可採用三角定位技術來對M個感測結 果進行處理以計算出該物件之位置資訊。為了進一步說明本發明的技術特徵，以下係以具有不同感測元件與發光元件的配置態樣之光學感測裝置的複數個實作範例來說明之。
請一併參閱第2圖、第3圖與第4圖。第2圖係為本發明偵測一光學感測裝置周遭之一物件之一實施例的方法，第3圖係為本發明光學感測裝置用於非接觸式定位追蹤之一實施例的示意圖，以及第4圖係為第3圖所示之光學感測裝置300的功能方塊示意圖。第2圖所示之方法可應用於第3圖所示之光學感測裝置300。為了進一步了解本發明非接觸式定位追蹤的技術特徵，以下係以將光學感測裝置300實作為行動裝置(例如，智慧型手機或平板電腦)來作為範例說明，然而，熟習技藝者應可了解這並非用來作為本發明之限制。
由第3圖與第4圖可知，光學感測裝置300包含一螢幕302、一控制電路310、一處理電路320、複數個發光元件(於此實施例中，係由複數個紅外線發光二極體E1~E4來實作之)以及複數個感測元件(於此實施例中，係由複數個紅外光感測器S1~S4來實作之)。於此實施例中(但本發明不限於此)，紅外線發光二極體的個數可等於紅外光感測器的個數，且彼此相鄰之一紅外線發光二極體與一紅外光感測器可由一感測模組來實作之(亦即，複數個感測模組M1~M4之其一)。另外，控制電路310係電連接於複數個紅外線發光二極體E1~E4、複數個紅外光感測器S1~S4以及處理電路320，並可用來控制複數個紅外線發光二極體E1~E4之開啟與關閉、控制複數個紅外光感測器S1~S4之感測操作，以及控制處理電路320之訊號處理操作。
於步驟210中，控制電路310可於各紅外光感測器相對應之一紅外線發光二極體開啟時，致能各該紅外光感測器以偵測反射自一物件(例如，懸浮於螢幕302上方之使用者的手指OB)之反射訊號，來產生各該紅外光感測器相對應之一感測結果，其中紅外光感測器S1~S4可因應複數個紅外線發光二極體 E1~E4而產生複數個感測結果DR1~DR4。實作上，控制電路310可依據一啟用時序來輪流致能複數個紅外線發光二極體E1~E4以分別產生複數個紅外光訊號L1~L4，並依據該啟用時序來輪流致能複數個紅外光感測器S1~S4以分別偵測反射自手指OB之複數個反射訊號R1~R4，使得各紅外光感測器偵測反射自手指OB之反射訊號時僅有一紅外線發光二極體開啟(亦即，分時多工)。舉例來說，控制電路310可依照順時針方式輪流開啟複數個紅外線發光二極體E1~E4，其中當感測模組M1之紅外線發光二極體E1開啟時，複數個感測模組M2~M4所包含之紅外線發光二極體與紅外光感測器是關閉的，因此，紅外光感測器S1所接收的反射訊號R1係來自於手指OB反射紅外線發光二極體E1所產生之紅外光訊號L1。以此類推，各感測模組所接收之反射訊號係對應於各該感測模組所產生之紅外光訊號。
處理電路320係耦接於複數個紅外光感測器S1~S4，以接收複數個紅外光感測器S1~S4對複數個反射訊號R1~R4進行感測所分別產生的複數個感測結果DR1~DR4。於步驟220中，處理電路320可對複數個感測結果DR1~DR4進行預處理。舉例來說，處理電路320可將刪除感測結果之中異常的資料(例如，過高或過低)，及/或對感測結果進行雜訊濾除處理(例如，移動平均濾波處理(running average filtering))。
接下來，於步驟230中，處理電路320可依據複數個感測結果DR1~DR4之中的至少三感測結果及其相關的參考點(例如，該至少三感測結果所對應之複數個感測元件的感測位置)來計算物件(亦即，手指OB)之位置資訊(亦即，座標(x,y,z))。於此實施例中，處理電路320可先將複數個感測結果DR1~DR4分別轉換為複數個感測量(sensing count)C1~C4(例如，透過一類比數位轉換操作)，其中各感測量大致正比於相對應反射訊號之行進距離平方的倒數。因此，處理電路320接著可透過以下轉換關係來分別得到複數個特定距離d1~d4：
其中參考感測量C0與相對應之參考距離d0可經由校正而得之，而參數i等於1、2、3或4。請參閱下方關於上述轉換關係的說明。
由於感測結果DR1所對應之感測量C1係正比於1/(d1+d1)2、感測結果DR2所對應之感測量C2係正比於1/(d2+d2)2、感測結果DR3所對應之感測量C3係正比於1/(d3+d3)2以及感測結果DR4所對應之感測量C4係正比於1/(d4+d4)2，因此，可透過對感測量與訊號行進距離之間的轉換關係進行校正，來得到參考感測量C0及其相對應之參考距離(d0+d0)，接下來，處理電路320便可利用比例的方式(亦即，上述轉換關係)來得到複數個特定距離d1~d4，並將各特定距離作為手指OB與產生對應各該特定距離之感測結果的紅外光感測器(或感測模組/紅外線發光二極體)之間的距離。舉例來說，特定距離d1可作為手指OB與產生感測結果DR1之紅外光感測器S1之間的距離。
值得注意的是，於此實施例中，由於各感測結果所對應之感測元件與發光元件係彼此相鄰，使得同一感測模組之紅外光感測器與紅外線發光二極體之間的距離遠小於該感測模組與手指OB之間的距離，因此，同一感測模組之紅外光感測器所處在的感測位置可視為相同於相對應之紅外線發光二極體所處在的發光位置，以及紅外光訊號的行進距離可視為相同於相對應之反射訊號的行進距離。舉例來說，感測模組M1之位置與紅外線發光二極體E1之發光位置均可由紅外光感測器S1之感測位置(x1,y1,z1)來表示之。於一設計變化中，也可以藉由紅外線發光二極體E1之發光位置來表示感測模組M1之位置與紅外光感測器S1之感測位置。另外，為了方便說明，各感測模組均設置於同一平面上(亦即，Z軸座標相同)，並以參考點P0為該平面之座標原點。
接下來，處理電路320可對下列聯立方程式求解，以得到手指OB之座標(x,y,z)：f 1(x 1,y 1,z 1)=(x 1-x)2+(y 1-y)2+(z 1-z)2-d 1 2=0 f 2(x 2,y 1,z 1)=(x 2-x)2+(y 1-y)2+(z 1-z)2-d 2 2=0 f 3(x 1,y 2,z 1)=(x 1-x)2+(y 2-y)2+(z 1-z)2-d 3 2=0 f 4(x 3,y 2,z 1)=(x 3-x)2+(y 2-y)2+(z 1-z)2-d 4 2=0
換言之，處理電路320可依據紅外光感測器S1~S4的感測位置與複數個特定距離d1~d4來計算出座標(x,y,z)。值得注意的是，處理電路320可選取「f1(x1,y1,z1)=0」、「f2(x2,y1,z1)=0」、「f3(x1,y2,z1)=0」與「f4(x3,y2,z1)=0」之中的三個方程式來求解即可。舉例來說，處理電路320可利用複數個感測結果DR1~DR4之中具有較高感測量的三個感測結果來作為三角定位之依據，而具有較低感測量之感測結果可當作參考之用，進而提昇計算位置資訊的速度。
於步驟240中，處理電路320可經由一校正補償函數來對物件(亦即，手指OB)之位置資訊(亦即，座標(x,y,z))進行校正補償。這是因為環境仍可能存在干擾因素，造成感測量與特定距離之間的對應關係僅是近似於上述轉換關係，因此，處理電路320可採用該校正補償函數來對計算出來的座標進行補償。以X方向座標值與Y方向座標值的校正補償為例：x c =[1+k 1+k 3(x 2+y 2)]x y c =[1+k 1+k 3(x 2+y 2)]y
其中係數k1與係數k3為校正係數，可以是正值或負值；參數x與參數y係為手指OB於校正補償之前的X方向座標值與Y方向座標值；以及參數xc與參數yc係為手指OB於校正補償之後的X方向座標值與Y方向座標值。
最後，於步驟250中，處理電路320便可將校正補償後的位置資訊提供給後端電路進行後續處理(例如，手勢辨識)。
請注意，以上僅供說明之需，並非用來作為本發明之限制。舉例來說，於步驟210中，處理電路320也可以採用逆時針啟用時序、順時針與逆時針交替之啟用時序、其他啟用時序或隨機啟用的方式來致能複數個紅外線發光二極體E1~E4與複數個紅外光感測器S1~S4。於一設計變化中，控制電路310也可以於一感測模組之紅外線發光二極體開啟時，致能另一感測模組之紅外光感測器以偵測反射訊號，也就是說，於分時多工的操作模式下，於同一時段內用來產生紅外光訊號之紅外線發光二極體與用來偵測相對應反射訊號之紅外光感測器可以位於不同感測模組。
另外，在各紅外線發光二極體均具有一發光波段、複數個紅外線發光二極體E1~E4之複數個發光波段係彼此不同、各紅外光感測器均具有一偵測波段、複數個紅外光感測器S1~S4之複數個偵測波段係彼此不同，以及該複數個發光波段分別對應於該複數個偵測波段的情形下，除了依據一啟用時序來輪流致能複數個紅外線發光二極體E1~E4(亦即，上述之分時多工操作)，由於該複數個發光波段不會互相干擾的關係，處理電路320也可以同時開啟複數個紅外線發光二極體E1~E4，控制電路310便可控制各紅外光感測器於相對應之紅外線發光二極體開啟時偵測相對應的反射訊號(亦即，分頻多工)，進而提昇光學感測裝置300之感測取像率(frame rate)。
於一設計變化中，步驟240所採用的校正補償函數也可以是其他形式的函數。於另一設計變化中，可省略步驟220與步驟240之中的至少一個步驟。於又一設計變化中，除了執行於步驟240之校正補償以外，處理電路320也可將所有的感測結果納入計算，以增加定位準確性與解析度，舉例來說，當光學感測裝置300包含n個感測模組時，可基於第2圖所示之步驟210~230來得到以下n個方程式「fr1(xr1,yr1,zr1)=0」~「frn(xrn,yrn,zrn)=0」。
f r1(x r1,y r1,z r1)=(x r1-x)2+(y r1-y)2+(z r1-z)2-d r1 2=0 f r2(x r2,y r2,z r2)=(x r2-x)2+(y r2-y)2+(z r2-z)2-d r2 2=0 f r3(x r3,y r3,z r3)=(x r3-x)2+(y r3-y)2+(z r3-z)2-d r3 2=0...f rn (x rn ,y rn ,z rn )=(x rn -x)2+(y rn -y)2+(z rn -z)2-d rn 2=0
其中複數個座標(xr1,yr1,zr1)~(xrn,yrn,zrn)分別為該n個感測模組之位置，而座標(x,y,z)則是欲定位之物件的位置。接下來，處理電路320可利用牛頓-拉福森法(Newton-Raphson method)來解上述n個方程式： P 0=[x 0,y 0,z 0]
其中P0為初始猜測解，並進行多次疊代運算：P k+1=P k -J -1●f(P k )=P k -△P k △P k =P k+1-P k
其中k為疊代索引值。當△Pk的絕對值小於一預定值時，則可判定此疊代運算收斂，並解出欲感測之物件的座標(x,y,z)。另外，處理電路320另可採用加權最小平方法(least weighted square method)，以將所得到的感測結果中感測量較低的感測結果予以較小的權重，進一步提昇定位的準確性。由於熟習技藝者應可了解利用加權最小平方法以及牛頓-拉福森法來解上述n個方程式的計算細節，故進一步的說明在此便不再贅述。值得注意的是，由於複數個感測模組M1~M4之中的任三個感測模組之感測元件均可定義一幾何平面(亦即，並未同時位於同一直線上)，即便光學感測裝置300只具有複數個感測模組M1 ~M4的其中三個感測模組，其仍可基於上述相同/相似的操作來得到三個方程式，以計算出手指OB之位置資訊(亦即，n可大於等於3)。
為了提昇整體的感測性能，控制電路310另可依據計算出來的位置資訊來調整複數個紅外線發光二極體E1~E4的發光能量，此外，複數個紅外光感測器S1~S4之感測面上可塗佈/成長一窄頻寬之帶通濾波薄膜或保護玻璃(cover lens)來抑制非紅外光波段或紅外光波段附近的波段。另外，在複數個紅外線發光二極體E1~E4具有複數個不同的發光波段的情形下，複數個紅外光感測器S1~S4之感測面上則可分別塗佈/成長對應於該複數個發光波段的帶通濾波薄膜。
高感測取像率也是影響三角定位的品質的因素之一，而感測取像率可藉由增加發光元件之責任週期(開啟時間)來提昇。另外，在複數個紅外線發光二極體E1~E4依據一啟用時序來輪流開啟，且複數個紅外光感測器S1~S4依據該啟用時序來進行偵測的情形下，各紅外光感測器之感測結果可經由相同的積分時間來處理之，而處理電路320可使用較短的類比數位轉換時間以來將感測結果轉換為感測量，以增加感測取像率。
三角定位區域(或手勢辨識區域)可定義為紅外光發射錐角(光束角)與感測錐形視角所重疊的立體空間。請一併參閱第5圖~第8圖。第5圖係為第3圖所示之光學感測裝置300之一實作範例的示意圖，而第6圖係為第5圖所示之光學感測裝置500的側視圖。光學感測裝置500之架構係基於第3圖所示之光學感測裝置300之架構，兩者之間的主要差別在於複數個紅外線發光二極體E1'~E4'均具有一紅外光發射錐角Φ1。第7圖係為第3圖所示之光學感測裝置300之另一實作範例的示意圖，而第8圖係為第7圖所示之光學感測裝置700的側視圖。光學感測裝置700之架構係基於第3圖所示之光學感測裝置300之架構，兩者之間 的主要差別在於複數個紅外線發光二極體E1"~E4"均具有一紅外光發射錐角Φ2。
於第5圖所示之實作範例中，假設各紅外光感測器之感測錐形視角為180°，故光學感測裝置500之三角定位區域(或手勢辨識區域)可由複數個紅外線發光二極體E1'~E4'之紅外光發射錐角Φ1的交集來決定。相似地，於第7圖所示之實作範例中，假設各紅外光感測器之感測錐形視角為180°，故光學感測裝置700之三角定位區域(或手勢辨識區域)可由複數個紅外線發光二極體E1"~E4"之紅外光發射錐角Φ2的交集來決定。由於紅外光發射錐角越小，紅外光發光效率越好，因此，光學感測裝置500對於距離螢幕302較遠之物件感測仍有良好的感測性能；紅外光發射錐角越大，可以使覆蓋於螢幕上的感測空間更廣，因此，光學感測裝置700具有較廣的三角定位區域(或手勢辨識區域)。
值得注意的是，當光學感測裝置500之螢幕302的尺寸增加時，可藉由設置多個(例如，大於4)感測模組於螢幕302的周圍，使各感測模組之感測空間的交集(例如，第1圖所示之複數個感測空間A1~A3的重疊區域)可覆蓋整個螢幕302的上方，進而同時滿足良好的遠距離感測性能以及足夠的手勢辨識區域之需求。
第3圖所示之複數個感測模組M1~M4具有相同的Z軸座標，然而，這並非用來作為本發明之限制。請參閱第9圖，其係為本發明光學感測裝置之一實施例的示意圖。光學感測裝置900所示之架構係基於第3圖所示之光學感測裝置300之架構，兩者之間的主要差別在於光學感測裝置900所包含之複數個感測模組M1~M4係設置於非平面上。於此實施例中，由於複數個紅外光感測器S1~S4並未同時位在同一直線上(亦即，複數個紅外光感測器S1~S4之複數個感測位置可定義出至少一幾何平面)，因此，熟習技藝者經由閱讀第1圖~第4圖所示之相關說明之後，應可了解光學感測裝置900可基於第2圖所示之流程來 實現非接觸式定位追蹤。另外，只要複數個紅外線發光二極體E1~E4並未同時位在同一直線上(亦即，複數個紅外線發光二極體E1~E4之複數個發光位置可定義出至少一幾何平面)，光學感測裝置900也可實現非接觸式定位追蹤。
於第3圖所示之實施例中，由於各感測結果所對應之紅外光感測器與紅外線發光二極體係彼此相鄰，使得各感測模組之紅外線發光二極體與紅外光感測器之間的距離遠小於手指OB與該感測模組之間的距離，因此，在將感測量轉換為特定距離時，可將各感測結果所對應之紅外光感測器與紅外線發光二極體視為具有相同的位置，以及將紅外光訊號的行進距離視為相同於反射訊號的行進距離，然而，這並非用來作為本發明之限制。請參閱第10圖，其係為本發明光學感測裝置用於非接觸式定位追蹤之另一實施例的示意圖。於此實施例中，光學感測裝置1000可包含第3圖所示之複數個紅外線發光二極體E1~E4與複數個紅外光感測器S1~S2、一控制電路(未繪示於第10圖中)以及一處理電路(未繪示於第10圖中)，其中該控制電路可由第3圖所示之控制電路310來實作之以及該處理電路可由第3圖所示之處理電路320來實作之。紅外光感測器S1與紅外線發光二極體E1係設置於感測模組M1中，以及紅外光感測器S2與紅外線發光二極體E2係設置於感測模組M2中。該控制電路可控制各紅外光感測器於相對應之一紅外線發光二極體開啟時偵測反射自一物件(例如，手指OB)之反射訊號，以產生該紅外線發光二極體相對應之一感測結果。
於此實施例中，紅外光感測器S1可用來偵測分別對應於複數個紅外線發光二極體E1與E3之複數個反射訊號R1與R3，並產生相對應之複數個感測結果(分別對應於複數個紅外線發光二極體E1與E3)，以及紅外光感測器S2可用來偵測分別對應於複數個紅外線發光二極體E2與E4之複數個反射訊號R2與R4，並產生相對應之複數個感測結果(分別對應於複數個紅外線發光二極體E2與E4)。由於複數個紅外線發光二極體E1~E4之複數個發光位置可定義出至少 一幾何平面，因此，因應複數個紅外線發光二極體E1~E4而產生之複數個感測結果可應用於三角定位計算。另外，於此實施例中，對應於同一感測結果之紅外線發光二極體與紅外光感測器並未彼此相鄰，因此，光學感測裝置1000之處理電路可依據複數個紅外線發光二極體E1~E4之複數個發光位置、複數個紅外光感測器S1~S2之複數個感測位置，以及複數個紅外光感測器S1~S2所產生之複數個感測結果來計算出手指OB之位置資訊。進一步的說明如下。
第2圖所示之方法也可應用於光學感測裝置1000之中。在光學感測裝置1000執行步驟210時，其可依據一啟用時序來輪流致能複數個紅外線發光二極體E1~E4以分別產生複數個紅外光訊號L1~L4，並依據該啟用時序來致能複數個紅外光感測器S1~S2以分別偵測反射自手指OB之複數個反射訊號R1~R4，使得各紅外光感測器偵測反射自手指OB之反射訊號時僅有一紅外線發光二極體開啟。舉例來說，光學感測裝置1000之控制電路依序執行以下步驟：開啟紅外線發光二極體E1，並致能紅外光感測器S1以偵測反射自手指OB之反射訊號R1，接著再關閉紅外線發光二極體E1與紅外光感測器S1；開啟紅外線發光二極體E3，並致能紅外光感測器S1以偵測反射自手指OB之反射訊號R3，接著再關閉紅外線發光二極體E3與紅外光感測器S1；開啟紅外線發光二極體E2，並致能紅外光感測器S2以偵測反射自手指OB之反射訊號R2，接著再關閉紅外線發光二極體E2與紅外光感測器S2；以及開啟紅外線發光二極體E4，並致能紅外光感測器S2以偵測反射自手指OB之反射訊號R4，接著再關閉紅外線發光二極體E4與紅外光感測器S2。
經由上述感測操作，紅外光感測器S1便可得到因應紅外線發光二極體E1而產生之感測結果，以及因應紅外線發光二極體E3而產生之感測結果，相似地，紅外光感測器S2可得到因應紅外線發光二極體E2而產生之感測結果，以及因應紅外線發光二極體E4而產生之感測結果。於步驟230中，光學感測裝置 1000之處理電路便可依據複數個紅外線發光二極體E1~E4之發光位置以及複數個紅外光感測器S1~S2之感測位置與感測結果，來計算出手指OB之位置資訊。
舉例來說，光學感測裝置1000之處理電路可先將各紅外光感測器所得到的感測結果轉換為相對應之感測量C1'~C4'，接著依據以下轉換關係來得到複數個特定距離(d11+d12)、(d21+d22)、(d31+d32)與(d41+d42)。
其中參考感測量C0'與相對應之參考距離(d01'+d02')可經由校正而得之，而參數i等於1、2、3或4。感測量C1'係對應於紅外光感測器S1因應紅外線發光二極體E1而產生之感測結果，故感測量C1'所對應之特定距離(d11+d12)可用來作為紅外線發光二極體E1與手指OB之間的距離加上手指OB與紅外光感測器S1之間的距離的距離和；相似地，感測量C2'所對應之特定距離(d21+d22)可用來作為紅外線發光二極體E2與手指OB之間的距離加上手指OB與紅外光感測器S2之間的距離的距離和、感測量C3'所對應之特定距離(d31+d32)可用來作為紅外線發光二極體E3與手指OB之間的距離加上手指OB與紅外光感測器S1之間的距離的距離和，以及感測量C4'所對應之特定距離(d41+d42)可用來作為紅外線發光二極體E4與手指OB之間的距離加上手指OB與紅外光感測器S2之間的距離的距離和。
在得到複數個特定距離(d11+d12)、(d21+d22)、(d31+d32)與(d41+d42)之後，光學感測裝置1000之處理電路便可對下列方程式之中的至少三個方程式進行求解，以得到手指OB之座標(x,y,z)：
換言之，處理電路320可依據複數個紅外線發光二極體E1~E4之發光位置、複數個紅外光感測器S1~S4的感測位置以及複數個特定距離(d11+d12)、(d21+d22)、(d31+d32)與(d41+d42)來計算出座標(x,y,z)。值得注意的是，當第3圖所示之同一感測模組內的紅外線發光二極體與紅外光感測器並未彼此相鄰時，光學感測裝置300也可以採用上述計算方式，以將各感測模組所對應之一感測結果轉換為一特定距離，其可作為該感測結果所對應之紅外線發光二極體與手指OB之間的距離加上手指OB與產生該感測結果之紅外光感測器之間的距離的距離和，進而依據各紅外線發光二極體之發光位置、各紅外光感測器之感測位置以及各感測結果(或各特定距離)來計算物件位置資訊。
上述訊號發射與接收的元件配對係僅供說明之需。於一設計變化中，於紅外線發光二極體E1開啟時，光學感測裝置1000之控制電路可致能位於感測模組M2之紅外光感測器S2來偵測反射訊號；而於紅外線發光二極體E2開啟時，光學感測裝置1000之控制電路則是可致能位於感測模組M1之紅外光感測器S1來偵測反射訊號。
於另一設計變化中，當感測模組M1之感測結果所對應之紅外光感測器S1與紅外線發光二極體E1係彼此相鄰(其意味著紅外線發光二極體E1與紅外光感測器S1之間的距離遠小於手指OB與紅外光感測器S1(或紅外線發光二極體E1)之間的距離)，以及感測模組M2之感測結果所對應之紅外光感測器S2與紅外線發光二極體E2係彼此相鄰(其意味著紅外線發光二極體E2與紅外光感測器S2之間的距離遠小於手指OB與紅外光感測器S2(或紅外線發光二極體E2)之間的距離)時，可將上述聯立方程式改寫如下以簡化計算。
上述簡化方式係將同一感測模組之紅外線發光二極體的發光位置視為等同於相對應之紅外光感測器的感測位置(例如，將紅外線發光二極體E1的發光位置視為座標(x1,y2,z1)。如此一來，光學感測裝置1000之處理電路便可依據紅外線發光二極體E3與E4之發光位置、複數個紅外光感測器S1~S4的感測位置以及複數個特定距離d12、d22、(d31+d32)與(d41+d42)來計算出座標(x,y,z)，其中特定距離d12可作為手指OB與紅外光感測器S1之間的距離，以及特定距離d22 可作為手指OB與紅外光感測器S2之間的距離。於一實作範例中，也可將同一感測模組之紅外光感測器的感測位置視為等同於相對應之紅外線發光二極體的發光位置(例如，紅外光感測器S1的感測位置視為座標(x1,y1,z1)以簡化計算。
另外，由於複數個紅外線發光二極體E1~E4之中的任三個紅外線發光二極體均可定義一幾何平面(亦即，並未同時位於同一直線上)，即便光學感測裝置1000只具有複數個紅外線發光二極體E1~E4的其中三個紅外線發光二極體(例如，複數個紅外線發光二極體E1~E3)，其仍可基於第10圖相關的操作說明來得到三個方程式，以計算出手指OB之位置資訊。
由上可知，當一感測結果所對應之紅外線發光二極體與紅外光感測器彼此相鄰時，可將該感測結果轉換為一特定距離(例如，第3圖所示之特定距離d1或第10圖所示之特定距離d12)，其中該特定距離可作為手指OB與產生對應於該感測結果之紅外光感測器(或紅外線發光二極體)之間的距離，以及該特定距離與相對應之紅外光感測器之感測位置(或相對應之紅外線發光二極體之發光位置)可用於計算手指OB之位置資訊；當另一感測結果所對應之紅外線發光二極體與紅外光感測器未彼此相鄰時，可將該另一感測結果轉換為另一特定距離(例如，第10圖所示之特定距離(d31+d32))，其中該另一特定距離可作為手指OB與產生該另一感測結果之紅外光感測器之間的距離加上手指OB與該另一感測結果所對應之紅外線發光二極體之間的距離的距離和，以及該另一特定距離、相對應之紅外光感測器之感測位置、以及相對應之紅外線發光二極體之發光位置可用於計算手指OB之位置資訊。
請參閱第11圖，其係為本發明光學感測裝置用於非接觸式定位追蹤之另一實施例的示意圖。光學感測裝置1100之架構係基於第3圖所示之光學感測裝置300之架構(亦即，光學感測裝置1100具有可定義出至少一幾何平面的複數個紅外光感測器)，並可包含第3圖所示之複數個紅外線發光二極體E1~E2 與複數個紅外光感測器S1~S3、一控制電路(未繪示於第10圖中)以及一處理電路(未繪示於第10圖中)，其中該控制電路可由第3圖所示之控制電路310來實作之以及該處理電路可由第3圖所示之處理電路320來實作之。紅外光感測器S1與紅外線發光二極體E1係設置於感測模組M1中，以及紅外光感測器S2與紅外線發光二極體E2係設置於感測模組M2中。該控制電路可控制各紅外光感測器於相對應之一紅外線發光二極體開啟時偵測反射自一物件(例如，手指OB)之反射訊號，以產生各該紅外光感測器相對應之一感測結果。於此實施例中，紅外光感測器S1可用來偵測對應於紅外線發光二極體E1之反射訊號R1以產生相對應之感測結果、紅外光感測器S2可用來偵測對應於紅外線發光二極體E2之反射訊號R2以產生相對應之感測結果，以及紅外光感測器S3可用來偵測對應於紅外線發光二極體E1之反射訊號R3以產生相對應之感測結果。
光學感測裝置1100可採用第2圖所示之方法來對手指OB進行定位追蹤。實作上，光學感測裝置1100之控制電路可依據一啟用時序來致能複數個紅外線發光二極體E1~E2以分別產生複數個紅外光訊號L1~L3，並依據該啟用時序來輪流致能複數個紅外光感測器S1~S3以分別偵測反射自手指OB之複數個反射訊號R1~R3，使得各紅外光感測器偵測反射自手指OB之反射訊號時僅有一紅外線發光二極體開啟。接下來，光學感測裝置1100之處理電路便可依據紅外線發光二極體E1~E2之發光位置、複數個紅外光感測器S1~S3之感測位置、複數個紅外光感測器S1~S3之感測結果來計算手指OB之位置資訊。舉例來說，光學感測裝置1100之處理電路可將各紅外光感測器之感測結果轉換為特定距離，並從下列聯立方程式來得到手指OB之座標(x,y,z)：
其中特定距離(d11+d12)可用來作為紅外線發光二極體E1與手指OB之間的距離加上手指OB與紅外光感測器S1之間的距離的距離和、特定距離(d21+d22)可用來作為紅外線發光二極體E2與手指OB之間的距離加上手指OB與紅外光感測器S2之間的距離的距離和、特定距離(d31+d32)可用來作為紅外線發光二極體E1與手指OB之間的距離加上手指OB與紅外光感測器S3之間的距離的距離和。由於熟習技藝者經由閱讀第1圖~第10圖的相關說明之後，應可了解得到上述聯立方程式的操作細節，故進一步的說明在此便不再贅述。
值得注意的是，在對應於同一感測結果之紅外線發光二極體E1與紅外光感測器S1係彼此相鄰的情形下，可將紅外線發光二極體E1之發光位置近似為紅外光感測器S1之感測位置，以及將特定距離(d11+d12)近似為兩倍的d12；相似地，在對應於同一感測結果之紅外線發光二極體E2與紅外光感測器S2係彼此相鄰的情形下，可將紅外線發光二極體E2之發光位置近似為紅外光感測器S2 之感測位置，以及將特定距離(d21+d22)近似為兩倍的d22。因此，上述聯立方程式可改寫如下。
換言之，光學感測裝置1100之處理電路可依據紅外線發光二極體E1之發光位置、複數個紅外光感測器S1~S3的感測位置以及複數個特定距離d12、d22、(d31+d32)來計算出座標(x,y,z)，其中特定距離d12可作為手指OB與紅外光感測器S1之間的距離，以及特定距離d22可作為手指OB與紅外光感測器S2之間的距離。於一設計變化中，也可以將上列第二個方程式之中紅外線發光二極體E1的發光位置近似為紅外光感測器S1的感測位置，以得到更進一步的化簡計算。
本發明所提供之光學感測裝置可以只利用單一發光元件以及至少三感測元件來實現非接觸式定位追蹤。請參閱第12圖，其係為本發明光學感測裝置用於非接觸式定位追蹤之另一實施例的示意圖。光學感測裝置1200之架構係基於第11圖所示之光學感測裝置1100之架構，而兩者之間主要的差別在於光學感測裝置1200僅包含單一發光元件(亦即，紅外線發光二極體E1)。於此實施例中，複數個紅外光感測器S1~S3均用來偵測對應於紅外線發光二極體E1之反射訊號。
光學感測裝置1200可採用第2圖所示之方法來對手指OB進行定位追蹤。實作上，於紅外線發光二極體E1開啟時，光學感測裝置1200之控制電路可同時致能複數個紅外光感測器S1~S3以分別偵測反射自手指OB之複數個反射訊號R1~R3(分別對應於複數個紅外光訊號L1~L3)。接下來，光學感測裝置1200之處理電路便可依據紅外線發光二極體E1之發光位置、複數個紅外光感測器S1~S3之感測位置、複數個紅外光感測器S1~S3之感測結果來計算手指OB之位置資訊。舉例來說，光學感測裝置1100之處理電路可將各紅外光感測器之感測結果轉換為特定距離，並從下列聯立方程式來得到手指OB之座標(x,y,z)：
其中特定距離(d11+d12)可用來作為紅外線發光二極體E1與手指OB之間的距離加上手指OB與紅外光感測器S1之間的距離的距離和、特定距離(d21+d22)可用來作為紅外線發光二極體E1與手指OB之間的距離加上手指OB與紅外光感測器S2之間的距離的距離和、特定距離(d31+d32)可用來作為紅外線發光二 極體E1與手指OB之間的距離加上手指OB與紅外光感測器S3之間的距離的距離和。
值得注意的是，當感測模組M1之感測結果所對應之紅外光感測器S1與紅外線發光二極體E1係彼此相鄰(其意味著紅外線發光二極體E1與紅外光感測器S1之間的距離遠小於手指OB與紅外光感測器S1(或紅外線發光二極體E1)之間的距離)，則上述聯立方程式可改寫如下。
換言之，光學感測裝置1200之處理電路(未繪示於第12圖中)可依據紅外線發光二極體E1之發光位置、複數個紅外光感測器S1~S3的感測位置以及複數個特定距離d12、(d21+d22)、(d31+d32)來計算出座標(x,y,z)，其中特定距離d12可用來作為手指OB與紅外光感測器S1之間的距離。於一設計變化中，也可以將上列第二個方程式與第三個方程式之中紅外線發光二極體E1的發光位置近似為紅外光感測器S1的感測位置，以得到更進一步的化簡計算。
上述單一發光元件以及至少三感測元件的光學感測機制也可以應用於單一感測模組。請參閱第13圖，其係為本發明光學感測裝置用於非接觸式定位追蹤之另一實施例的示意圖。光學感測裝置1300之架構係基於第3圖所示 之光學感測裝置300之架構(亦即，光學感測裝置1300具有可定義出至少一幾何平面的複數個感測元件)。於此實施例中，光學感測裝置1300可包含單一感測模組M0、一控制電路(未繪示於第13圖中)以及一處理電路(未繪示於第13圖中)，其中該控制電路可由第3圖所示之控制電路310來實作之以及該處理電路可由第3圖所示之處理電路320來實作之。感測模組M0包含一光感測器S0以及一發光元件E0(例如，一紅外線發光二極體)，其中光感測器S0包含複數個感測元件，該複數個感測元件係以複數個紅外光感測像素PX1~PX4來實作之。
各紅外光感測像素之感測操作係與第3圖所示之紅外光感測器大致相同/相似。另外，光學感測裝置1300可採用第2圖所示之方法來對手指OB進行定位追蹤。實作上，於發光元件E0開啟時，光學感測裝置1200之控制電路可同時致能複數個紅外光感測像素PX1~PX4以分別偵測反射自手指OB之複數個反射訊號R1~R4(分別對應於複數個紅外光訊號L1~L4)，各紅外光感測像素可據以產生相對應之一感測結果。接下來，光學感測裝置1300之處理電路便可依據發光元件E0之發光位置(x3,y3,z1)、紅外光感測像素PX1之感測位置(x1,y1,z1)、紅外光感測像素PX2之感測位置(x2,y1,z1)、紅外光感測像素PX3之感測位置(x1,y2,z1)、紅外光感測像素PX4之感測位置(x2,y2,z1)以及複數個紅外光感測像素PX1~PX4之感測結果來計算手指OB之位置資訊。舉例來說，光學感測裝置1300之處理電路可將各紅外光感測像素之感測結果轉換為特定距離，並從下列聯立方程式來得到手指OB之座標(x,y,z)：
其中特定距離(d11+d12)可用來作為發光元件E0與手指OB之間的距離加上手指OB與紅外光感測像素PX1之間的距離的距離和、特定距離(d21+d22)可用來作為發光元件E0與手指OB之間的距離加上手指OB與紅外光感測像素PX2之間的距離的距離和、特定距離(d31+d32)可用來作為發光元件E0與手指OB之間的距離加上手指OB與紅外光感測像素PX3之間的距離的距離和，以及、特定距離(d41+d42)可用來作為發光元件E0與手指OB之間的距離加上手指OB與紅外光感測像素PX4之間的距離的距離和。
值得注意的是，在對應於同一感測結果之發光元件與紅外光感測像素係彼此相鄰的情形下(亦即，發光元件E0與一紅外光感測像素之間的距離遠小於手指OB與該紅外光感測像素之間的距離)，可將發光元件與相對應之紅外光感測像素視為位在同一位置上，並可將上述聯立方程式改寫如下：
其中特定距離d12可用來作為手指OB與紅外光感測像素PX1之間的距離、特定距離d22可用來作為手指OB與紅外光感測像素PX2之間的距離、特定距離d32可用來作為手指OB與紅外光感測像素PX3之間的距離、特定距離d42可用來作為手指OB與紅外光感測像素PX4之間的距離。由於熟習技藝者經由閱讀第1圖~第12圖的相關說明之後，應可了解具有感測模組M0之光學感測裝置1300的運作細節，故進一步的說明在此便不再贅述。
本發明所提供之光學感測裝置也可以只利用單一感測元件以及至少三發光元件來實現非接觸式定位追蹤。請參閱第14圖，其係為本發明光學感測裝置用於非接觸式定位追蹤之另一實施例的示意圖。光學感測裝置1400之架構係基於第10圖所示之光學感測裝置1000之架構(亦即，光學感測裝置1400具有可定義出至少一幾何平面的複數個紅外線發光二極體)。於此實施例中，光學感測裝置1400可包含單一感測元件(亦即，紅外光感測器S1)、一控制電路(未繪示於第14圖中)以及一處理電路(未繪示於第14圖中)，其中該控制電路可由第3圖所示之控制電路310來實作之以及該處理電路可由第3圖所示之處理電路320來實作之。紅外光感測器S1可用來偵測分別對應於複數個紅外線發光二極體E1~E3之複數個反射訊號R1~R3(分別對應於複數個紅外光訊號L1~L3)。
光學感測裝置1400亦可採用第2圖所示之方法來對手指OB進行定位追蹤。實作上，光學感測裝置1400之控制電路可依據一啟用時序來輪流致能複數個紅外線發光二極體E1~E3，並依據該啟用時序來致能紅外光感測器S1，使得紅外光感測器S1偵測反射自手指OB之反射訊號時僅有一紅外線發光二極體開啟。接下來，光學感測裝置1400之處理電路便可依據複數個紅外線發光二極體E1~E3之發光位置、紅外光感測器S1之感測位置以及紅外光感測器S1分別因應複數個紅外線發光二極體E1~E3所產生的複數個感測結果，來計算手指OB之位置資訊。舉例來說，光學感測裝置1400之處理電路可將各紅外光感測器之感測結果轉換為特定距離，並從下列聯立方程式來得到手指OB之座標(x,y,z)：
其中特定距離(d11+d12)可用來作為紅外線發光二極體E1與手指OB之間的距離加上手指OB與紅外光感測器S1之間的距離的距離和、特定距離(d21+d22)可用來作為紅外線發光二極體E2與手指OB之間的距離加上手指OB與紅外光感測器S1之間的距離的距離和、特定距離(d31+d32)可用來作為紅外線發光二極體E3與手指OB之間的距離加上手指OB與紅外光感測器S1之間的距離的距離和。
值得注意的是，在對應於同一感測結果之紅外線發光二極體與紅外光感測器係彼此相鄰的情形下(亦即，一紅外線發光二極體與紅外光感測器S1之間的距離遠小於手指OB與紅外光感測器S1之間的距離)，可將紅外線發光二極體與相對應之紅外光感測器視為位在同一位置上，並可將上述聯立方程式改寫如下：
其中特定距離d12可用來作為手指OB與紅外光感測器S1之間的距離。
綜上所述，本發明所提供之光學感測機制可利用三角定位來實現非接觸式定位追蹤，以允許使用者以非接觸式的方式控制電子裝置。另外，本發明所提供之光學感測機制可搭配分時多工及/或分頻多工的方式來提昇定位追蹤的性能(例如，提昇感測取像率)。再者，本發明所提供之光學感測裝置所包含之紅外光感測器不僅可用於定位追蹤，也可用來偵測一近接感測事件(例如，使用者將光學感測裝置(由行動電話來實作之)貼近臉頰以進行通話)，以節省成本並提供多元的附加功能。
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。
210~250‧‧‧步驟

Claims (31)

  1. 一種光學感測裝置，包含：M個發光元件，其中M為正整數；N個感測元件，其中N為大於或等於3的整數；一控制電路，電連接於該M個發光元件以及該N個感測元件，用以控制該M個發光元件之開啟與關閉，以及控制各感測元件於相對應之一發光元件開啟時偵測反射自一物件之反射訊號，以產生各該感測元件相對應之一感測結果，其中該N個感測元件係因應該M個發光元件而產生N個感測結果；以及一處理電路，耦接於該控制電路以及該N個感測元件，用以至少依據該N個感測元件之N個感測位置以及該N個感測結果，來計算出該物件之一位置資訊，其中該N個感測位置係定義出至少一幾何平面。
  2. 如請求項1所述之光學感測裝置，其中M大於1，該控制電路係依據一啟用時序來致能該M個發光元件，以及該控制電路依據該啟用時序來輪流致能該N個感測元件，使得各該感測元件偵測反射自該物件之反射訊號時僅有一發光元件開啟。
  3. 如請求項1所述之光學感測裝置，其中M等於N；各發光元件具有一發光波段，且該M個發光元件之M個發光波段係彼此不同；各感測元件具有一偵測波段，且該N個感測元件之N個偵測波段係彼此不同；以及該M個發光波段分別對應於該N個偵測波段。
  4. 如請求項3所述之光學感測裝置，其中該控制電路係同時開啟該M個發光元件。
  5. 如請求項1所述之光學感測裝置，其中該N個感測結果之中Q個感測結果中的每一感測結果所對應之感測元件與發光元件係彼此相鄰；以及該處理電路係將該Q個感測結果分別轉換為Q個第一特定距離，其中Q為正整數，各 第一特定距離係作為該物件與產生對應於各該第一特定距離之感測結果的感測元件之間的距離。
  6. 如請求項5所述之光學感測裝置，其中Q等於N，以及該處理電路係依據該N個感測位置與該Q個第一特定距離來計算出該位置資訊。
  7. 如請求項5所述之光學感測裝置，其中Q小於N，且該N個感測結果之中剩餘的(N-Q)個感測結果中的每一感測結果所對應之感測元件與發光元件並未彼此相鄰；該處理電路係將該(N-Q)個感測結果分別轉換為(N-Q)個第二特定距離，其中各第二特定距離係作為該物件與產生對應於各該第二特定距離之感測結果的感測元件之間的距離加上該物件與對應於各該第二特定距離之感測結果所對應的發光元件之間的距離的距離和；以及該處理電路係依據該(N-Q)個感測結果所對應之發光元件的發光位置、該N個感測位置、該Q個第一特定距離以及該(N-Q)個第二特定距離來計算出該位置資訊。
  8. 如請求項1所述之光學感測裝置，其中該處理電路係將該N個感測結果分別轉換為N個特定距離，以依據該M個發光元件之M個發光位置、該N個感測位置以及該N個特定距離來計算出該位置資訊，其中各特定距離係作為該物件與產生對應於各該特定距離之感測結果的感測元件之間的距離加上該物件與對應於各該特定距離之感測結果所對應的發光元件之間的距離的距離和。
  9. 如請求項1所述之光學感測裝置，其中M等於1，以及該控制電路係同時致能該N個感測元件。
  10. 如請求項1所述之光學感測裝置，其中該處理電路另經由一校正補償函數對該位置資訊的X方向座標值與Y方向座標值進行校正補償，該校正補償函數為：x c =[1+k 1+k 3(x 2+y 2)]x；y c =[1+k 1+k 3(x 2+y 2)]y；其中： k1與k3為校正係數；x與y為校正補償之前的X方向座標值與Y方向座標值；以及xc與yc為校正補償之後的X方向座標值與Y方向座標值。
  11. 一種光學感測裝置，包含：M個發光元件，其中M為大於或等於3的整數；N個感測元件，其中N為正整數；一控制電路，電連接於該M個發光元件以及該N個感測元件，用以控制該M個發光元件之開啟與關閉，以及控制各感測元件於相對應之一發光元件開啟時偵測反射自一物件之反射訊號，以產生該發光元件相對應之一感測結果，其中該N個感測元件係因應該M個發光元件而產生M個感測結果，該M個感測結果之中Q個感測結果中的每一感測結果所對應之感測元件與發光元件並未彼此相鄰，且Q為正整數；以及一處理電路，耦接於該控制電路以及該N個感測元件，用以依據該Q個感測結果所對應之Q個發光元件的Q個發光位置、該N個感測元件之N個感測位置以及該M個感測結果，來計算出該物件之一位置資訊，其中該M個發光元件之M個發光位置係定義出至少一幾何平面。
  12. 如請求項11所述之光學感測裝置，其中該控制電路係依據一啟用時序來輪流致能該M個發光元件，以及該控制電路依據該啟用時序來致能該N個感測元件，使得各該感測元件偵測反射自該物件之反射訊號時僅有一發光元件開啟。
  13. 如請求項11所述之光學感測裝置，其中該處理電路係將該Q個感測結果分別轉換為Q個第一特定距離，各第一特定距離係作為該物件與產生對應於各該第一特定距離之感測結果的感測元件之間的距離加上該物件與對應於各該第一特定距離之感測結果所對應的發光元件之間的距離的距離和。
  14. 如請求項13所述之光學感測裝置，其中Q等於M，以及該處理電路係依據該Q個發光位置、該N個感測位置以及該Q個第一特定距離來計算出該位置資訊。
  15. 如請求項13所述之光學感測裝置，其中Q小於M，且該M個感測結果之中剩餘的(M-Q)個感測結果中的每一感測結果所對應之感測元件與發光元件係彼此相鄰；該處理電路係將該(M-Q)個感測結果分別轉換為(M-Q)個第二特定距離，其中各第二特定距離係作為該物件與產生對應於各該第二特定距離之感測結果的感測元件之間的距離；以及該處理電路係依據該Q個發光位置、該N個感測位置、該Q個第一特定距離以及該(M-Q)個第二特定距離來計算出該位置資訊。
  16. 如請求項11所述之光學感測裝置，其中該處理電路另經由一校正補償函數對該位置資訊的X方向座標值與Y方向座標值進行校正補償，該校正補償函數為：x c =[1+k 1+k 3(x 2+y 2)]x；y c =[1+k 1+k 3(x 2+y 2)]y；其中：k1與k3為校正係數；x與y為校正補償之前的X方向座標值與Y方向座標值；以及xc與yc為校正補償之後的X方向座標值與Y方向座標值。
  17. 一種偵測一光學感測裝置周遭之一物件的方法，該光學感測裝置包含M個發光元件與N個感測元件，N個感測元件之N個感測位置定義出至少一幾何平面，M為正整數，N為大於或等於3的正整數，該方法包含： 於各感測元件相對應之一發光元件開啟時，致能各該感測元件以偵測反射自一物件之反射訊號，以產生各該感測元件相對應之一感測結果，其中該N個感測元件係因應該M個發光元件而產生N個感測結果；以及至少依據該N個感測位置以及該N個感測結果，來計算出該物件之一位置資訊。
  18. 如請求項17所述之方法，其中M大於1，以及該方法另包含：依據一啟用時序來致能該M個發光元件；以及致能各該感測元件以偵測反射自該物件之反射訊號的步驟包含：依據該啟用時序來輪流致能該N個感測元件，使得各該感測元件偵測反射自該物件之反射訊號時僅有一發光元件開啟。
  19. 如請求項17所述之方法，其中M等於N；各發光元件具有一發光波段，且該M個發光元件之M個發光波段係彼此不同；各感測元件具有一偵測波段，且該N個感測元件之N個偵測波段係彼此不同；該M個發光波段分別對應於該N個偵測波段；以及該方法另包含：同時開啟該M個發光元件。
  20. 如請求項17所述之方法，其中各感測結果所對應之感測元件與發光元件係彼此相鄰；以及至少依據該N個感測位置以及該N個感測結果來計算出該位置資訊的步驟包含：將該N個感測結果分別轉換為N個特定距離，其中各特定距離係作為該物件與產生對應於各該特定距離之感測結果的感測元件之間的距離；以及依據該N個感測位置與該N個特定距離來計算出該位置資訊。
  21. 如請求項17所述之方法，其中該N個感測結果之中Q個感測結果中的每一感測結果所對應之感測元件與發光元件係彼此相鄰，且該N個感測結果之中剩餘的(N-Q)個感測結果中的每一感測結果所對應之感測元件與發光元 件並未彼此相鄰；以及至少依據該N個感測位置以及該N個感測結果來計算出該位置資訊的步驟包含：該Q個感測結果分別轉換為Q個第一特定距離，其中各第一特定距離係作為該物件與產生對應於各該第一特定距離之感測結果的感測元件之間的距離；將該(N-Q)個感測結果分別轉換為(N-Q)個第二特定距離，其中各第二特定距離係作為該物件與產生對應於各該第二特定距離之感測結果的感測元件之間距離加上該物件與對應於各該第二特定距離之感測結果所對應的發光元件之間的距離的距離和；以及依據該(N-Q)個感測結果所對應之發光元件的發光位置、該N個感測位置、該Q個第一特定距離以及該(N-Q)個第二特定距離來計算出該位置資訊。
  22. 如請求項17所述之方法，其中至少依據該N個感測位置以及該N個感測結果來計算出該位置資訊的步驟包含：將該N個感測結果分別轉換為N個特定距離，其中各特定距離係作為該物件與產生對應於各該特定距離之感測結果的感測元件之間的距離加上該物件與對應於各該特定距離之感測結果所對應的發光元件之間的距離的距離和；以及依據該M個發光元件之M個發光位置、該N個感測位置以及該N個特定距離來計算出該位置資訊。
  23. 如請求項17所述之方法，其中M等於1，以及致能各該感測元件以偵測反射自該物件之反射訊號的步驟包含：同時致能該N個感測元件。
  24. 如請求項17所述之方法，其中在執行至少依據該N個感測位置以及該N個感測結果來計算出該位置資訊的步驟之前，該方法另包含：對該N個感測結果進行一雜訊濾除處理。
  25. 如請求項17所述之方法，另包含： 利用一校正補償函數對該位置資訊的X方向座標值與Y方向座標值進行校正補償，該校正補償函數為：x c =[1+k 1+k 3(x 2+y 2)]x；y c =[1+k 1+k 3(x 2+y 2)]y；其中：k1與k3為校正係數；x與y為校正補償之前的X方向座標值與Y方向座標值；以及xc與yc為校正補償之後的X方向座標值與Y方向座標值。
  26. 一種偵測一光學感測裝置周遭之一物件的方法，該光學感測裝置包含M個發光元件與N個感測元件，M個發光元件之M個發光位置係定義出至少一幾何平面，M為大於或等於3的整數，N為正整數，該方法包含：於各感測元件於相對應之一發光元件開啟時，致能各該感測元件以偵測反射自一物件之反射訊號，以產生該發光元件相對應之一感測結果，其中該N個感測元件係因應該M個發光元件而產生M個感測結果，該M個感測結果之中Q個感測結果中的每一感測結果所對應之感測元件與發光元件並未彼此相鄰，且Q為正整數；以及依據該Q個感測結果所對應之Q個發光元件的Q個發光位置、該N個感測元件之N個感測位置以及該M個感測結果，來計算出該物件之一位置資訊。
  27. 如請求項26所述之方法，另包含：依據一啟用時序來輪流致能該M個發光元件；以及致能各該感測元件以偵測反射自該物件之反射訊號的步驟包含：依據該啟用時序來致能該N個感測元件，使得各該感測元件偵測反射自該物件之反射訊號時僅有一發光元件開啟。
  28. 如請求項26所述之方法，其中Q等於M，以及依據該Q個發光位置、該N個感測位置以及該M個感測結果來計算出該位置資訊的步驟包含：將該Q個感測結果分別轉換為Q個第一特定距離，其中各第一特定距離係作為該物件與產生對應於各該第一特定距離之感測結果的感測元件之間的距離加上該物件與對應於各該第一特定距離之感測結果所對應的發光元件之間的距離的距離和；以及依據該Q個發光位置、該N個感測位置以及該Q個第一特定距離來計算出該位置資訊。
  29. 如請求項26所述之方法，其中Q小於M，且該M個感測結果之中剩餘的(M-Q)個感測結果中的每一感測結果所對應之感測元件與發光元件係彼此相鄰；以及依據該Q個發光位置、該N個感測位置以及該M個感測結果來計算出該位置資訊的步驟包含：將該Q個感測結果分別轉換為Q個第一特定距離，各第一特定距離係作為該物件與產生對應於各該第一特定距離之感測結果的感測元件之間的距離加上該物件與對應於各該第一特定距離之感測結果所對應的發光元件之間的距離的距離和；將該(M-Q)個感測結果分別轉換為(M-Q)個第二特定距離，其中各第二特定距離係作為該物件與產生對應於各該第二特定距離之感測結果的感測元件之間的距離；以及依據該Q個發光位置、該N個感測位置、該Q個第一特定距離以及該(M-Q)個第二特定距離來計算出該位置資訊。
  30. 如請求項26所述之方法，其中在執行依據該Q個發光位置、該N個感測位置以及該M個感測結果來計算出該位置資訊的步驟之前，該方法另包含： 對該M個感測結果進行一雜訊濾除處理。
  31. 如請求項26所述之方法，另包含：利用一校正補償函數對該位置資訊的X方向座標值與Y方向座標值進行校正補償，該校正補償函數為：x c =[1+k 1+k 3(x 2+y 2)]x；y c=[1+k 1+k 3(x 2+y 2)]y；其中：k1與k3為校正係數；x與y為校正補償之前的X方向座標值與Y方向座標值；以及xc與yc為校正補償之後的X方向座標值與Y方向座標值。
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