TWI567407B - 電子裝置及電子裝置之操作方法 - Google Patents

Description

電子裝置及電子裝置之操作方法

本發明係有關於一種位置偵測技術，特別係有關一種使用超音波之位置偵測方法與其對應之電子裝置。

現行有許多對於電子裝置的操控方法，像是對觸控面板進行觸控或是對按鈕進行按壓。然而，上述方式都是需要使用者對電子裝置的操控裝置進行觸摸，才有辦法達到操控的目的。在現實生活中有許多的情況是不適合觸摸式操控的。舉例而言，在醫療中行為中，醫生正在進行手術時並不適合以觸摸方式操控醫療儀器。在此情形下，醫療儀器的操控必須要由其他的人來進行。因此，透過不觸摸到電子裝置的情形下達到操控電子裝置的功效為使用者欲達成之目標。

有鑑於此，本發明提供一種利用短時距傅立葉轉換之技術以及電子裝置中超音波換能器之擺設方式使得使用者能更精準地且更快速地得到待測物體的位置。

本發明提供一種電子裝置，包括：一超音波發射換能器，用以於一第一時間發送一第一超音波訊號至一待測物體，其中上述第一超音波訊號會被待測物體反射，作為一第二 超音波訊號；第一、第二及第三超音波接收換能器，用以接收上述第二超音波訊號；以及一處理器，使用短時距傅立葉轉換計算出上述第一、第二及第三超音波接收換能器接收到上述第二超音波訊號之一第二、第三以及第四時間，並根據上述第一時間、上述第二時間、上述第三時間與上述第四時間得出上述待測物體與上述超音波發射換能器的一相對位置。

本發明提供一種電子裝置，包括：一超音波發射換能器，用以於一第一時間發送一第一超音波訊號至一待測物體，其中上述第一超音波訊號會被待測物體反射，作為一第二超音波訊號；第一、第二、第三以及第四超音波接收換能器，用以接收上述第二超音波訊號，其中上述第一、第二、第三以及第四超音波接收換能器與上述超音波發射換能器位於同一平面上，並且以上述超音波發射換能器為原點，上述第一、第二超音波接收換能器沿一第一軸方向排列，上述第三、第四超音波接收換能器沿一第二軸方向排列；以及一處理器，使用短時距傅立葉轉換計算出上述第一、第二、第三以及第四超音波接收換能器接收到上述第二超音波訊號之一第二、第三、第四以及第五時間，並根據上述第一時間、上述第二時間、上述第三時間、上述第四時間以及上述第五時間得出上述待測物體與上述超音波發射換能器的一相對位置。

本發明提供一種電子裝置之操作方法，包括：於一第一時間由一超音波發射換能器發送一第一超音波訊號至一待測物體，其中上述第一超音波訊號會被待測物體反射，作為一第二超音波訊號；藉由一第一、第二以及第三超音波接收 換能器，接收上述第二超音波訊號；使用短時距傅立葉轉換計算出上述第一、第二以及第三超音波接收換能器接收到上述第二超音波訊號之一第二、第三以及第四時間；以及根據上述第一時間、上述第二時間、上述第三時間與上述第四時間得出上述待測物體與上述超音波發射換能器的一相對位置。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100、300‧‧‧電子裝置

101‧‧‧操控裝置

102‧‧‧處理器

104‧‧‧訊號控制裝置

106‧‧‧數位類比轉換器

108‧‧‧前驅放大器

109‧‧‧超音波換能器裝置

110‧‧‧超音波發射換能器

112、114、116、118‧‧‧超音波接收換能器

120‧‧‧接收放大器

122‧‧‧類比數位轉換器

Tr‧‧‧觸發訊號

D1‧‧‧第一數位訊號

D2‧‧‧第二數位訊號

A1‧‧‧第一類比訊號

A2‧‧‧第二類比訊號

S1‧‧‧驅動訊號

S2‧‧‧接收訊號

U1、U2‧‧‧超音波訊號

t1‧‧‧第一時間

t2‧‧‧第二時間

t3‧‧‧第三時間

t4‧‧‧第四時間

t5‧‧‧第五時間

d21‧‧‧第一距離

d31‧‧‧第二距離

d41‧‧‧第三距離

d51‧‧‧第四距離

Po、Pt、Pr1、Pr2、Pr3‧‧‧位置

del1‧‧‧第一時間差

del2‧‧‧第二時間差

del3‧‧‧第三時間差

del4‧‧‧第四時間差

En1‧‧‧訊號封包

int‧‧‧外在雜訊

f1‧‧‧頻率

S10、S20、S30、S40、S50、S60、S70、S80、S90、S100、S110‧‧‧步驟

Po,x‧‧‧X座標

Po,y‧‧‧Y座標

Po,z‧‧‧Z座標

Po,z1‧‧‧第一Z座標

Po,z2‧‧‧第二Z座標

M1、M2、N1、N2、O1、O2、P1、P2‧‧‧參數

第1圖顯示為本發明之一電子裝置之示意圖。

第1A圖為超音波訊號以及外在雜訊在空氣中反射至超音波接收換能器之電壓-時間之對應關係圖。

第1B圖為第1A圖使用短時距傅立葉轉換將外在雜訊濾除後超音波接收換能器之分貝-時間之對應關係圖。

第1C圖係於一電子裝置中超音波發射換能器以及超音波發射換能器之分貝-時間之對應關係比較圖。

第1D圖係於一電子裝置中用以計算超音波換能器裝置與待測物體之相對位置之示意圖。

第2圖顯示為依據本發明之一電子裝置之操作方法的流程圖。

第3圖顯示為本發明之另一電子裝置之示意圖。

第3A圖係於另一電子裝置中超音波發射換能器以及超音波發射換能器之分貝-時間之對應關係比較圖。

第3B圖係於另一電子裝置中用以計算超音波換能器裝置與待測物體之相對位置之示意圖。

以下將詳細討論本發明各種實施例之製造及使用方法。然而值得注意的是，本發明所提供之許多可行的發明概念可實施在各種特定範圍中。這些特定實施例僅用於舉例說明本發明之製造及使用方法，但非用於限定本發明之範圍。

第1圖顯示為本發明之一電子裝置100之示意圖。電子裝置100包括一處理器102、一訊號控制裝置104、一數位類比轉換器106、一前驅放大器108、一超音波換能器裝置109、一接收放大器120以及一類比數位轉換器122。超音波換能器裝置109包括一超音波發射換能器110、超音波接收換能器112、114以及116。在某些實施例中，電子裝置100更包括一操控裝置101。

訊號控制裝置104可用以接收來自處理器102之一觸發訊號Tr以產生一第一數位訊號D1，並將第一數位訊號D1傳送至數位類比轉換器106。訊號控制裝置104也可用以接收來自類比數位轉換器122之一第二數位訊號D2，以及將第二數位訊號D2傳送至處理器102。舉例而言，訊號控制裝置104中具有一方波產生器(未圖示)。訊號控制裝置104在接收觸發訊號Tr後，產生方波訊號至數位類比轉換器106。

數位類比轉換器106用以接收來自訊號控制裝置104之第一數位訊號D1，以及將第一數位訊號D1轉換成一第一類比訊號A1。舉例而言，第一數位訊號D1可為方波訊號，第 一類比訊號A1可為正弦波訊號。

前驅放大器108用以將第一類比訊號A1放大為一驅動訊號S1，並將驅動訊號S1傳送至超音波發射換能器110。舉例而言，前驅放大器108為一電壓放大器，前驅放大器108放大第一類比訊號A1之電壓，使得第一類比訊號A1成為驅動訊號S1，以便增加驅動訊號S1的功率。

超音波發射換能器110用以接收來自前驅放大器108之驅動訊號S1，並將驅動訊號S1轉換為一超音波訊號U1後發射至一待測物體上，超音波訊號U1會被待測物體反射，作為超音波訊號U2，並由超音波接收換能器112、114與116所接收。在發明之實施例中，超音波發射換能器110發射超音波訊號U1的時間點被定義為一第一時間t1。

超音波接收換能器112、114以及116用以分別地接收由待測物體反射回來的超音波訊號U2，以及將超音波訊號U2轉換為接收訊號S2後分別地傳送至接收放大器120。舉例而言，超音波發射換能器110或超音波接收換能器112、114以及116皆可為一探頭。超音波接收換能器112接收到由待測物體反射回來的超音波訊號U2的時間點可被定義為一第二時間t2。超音波接收換能器114接收到由待測物體反射回來的超音波訊號U2的時間點可被定義為一第三時間t3。超音波接收換能器116接收到由待測物體反射回來的超音波訊號U2的時間點可被定義為一第四時間t4。值得注意的是，第二時間t2、第三時間t3與第四時間t4係使用短時距傅立葉轉換(Short-Time Fourier Transform)針對特定頻率的頻譜分析計算所得出。接收放大器 120用以將接收訊號S2放大為一第二類比訊號A2，以及將第二類比訊號A2傳送至類比數位轉換器122。舉例而言，接收放大器120為一電壓放大器。接收放大器120放大接收訊號S2之電壓，使得接收訊號S2成為第二類比訊號A2，以便增加第二類比訊號A2的功率。

類比數位轉換器122用以接收來自接收放大器120之第二類比訊號A2，並將第二類比訊號A2轉換成第二數位訊號D2後傳送至訊號控制裝置104。舉例而言，第二類比訊號A2可為正弦波訊號，第二數位訊號D2可為方波訊號。

處理器102用以發送觸發訊號至訊號控制裝置104以啟動整個超音波定位之程序。處理器102也可用以接收來自訊號控制裝置104之第二數位訊號D2，根據第二數位訊號D2計算出含有待測物體之相對位置之資訊，並將含有待測物體之相對位置之資訊傳送至操控裝置101。處理器102根據由超音波發射換能器110傳送超音波訊號U1的時間(第一時間t1)(見第1C圖)與超音波接收換能器112、114與116接收到由待測物體反射之超音波訊號U2的時間(第二時間t2、第三時間t3與第四時間t4)(見第1C圖)之第一時間差del1、第二時間差del2與第三時間差del3(見第1C圖)計算出待測物體與超音波發射換能器110的相對位置。超音波訊號U2係為超音波訊號U1傳送至待測物體再由待測物體反射而來。仔細而言，當超音波發射換能器110發射超音波訊號U1(例如：頻率為40k赫茲)時係被定義為第一時間。由於短時矩傅立葉轉換之特性，超音波訊號U2(例如：頻率為40k赫茲)透過頻譜分析可單獨被分離出來進而避免掉 介質中的雜訊干擾。接著，處理器102可將第一時間差del1、第二時間差del2與第三時間差del3(見第1C圖)分別乘以超音波訊號U2在介質(例如：水、空氣或其他諸如此類的介質)中傳送之速度(例如：超音波在空氣中的傳送速度為340公尺/秒)，以取得第一距離d21、第二距離d31與第三距離d41(見第1D圖)。在本發明之實施例中，超音波訊號U2在介質中傳送之速度同超音波訊號U1在介質中傳送之速度。接著，根據第一距離d21、第二距離d31與第三距離d41(見第1D圖)，處理器102便可計算出待測物體與超音波發射換能器110的相對位置。

第1A圖為超音波訊號U2以及外在雜訊int在空氣中反射至超音波接收換能器112之電壓-時間之對應關係圖。如第1A圖所示，訊號封包En1為超音波訊號U2以及外在雜訊int在空氣中反射至超音波接收換能器112的實際訊號，訊號封包En1包括使用者欲接收的超音波訊號U2以及外在雜訊int。超音波接收換能器112容易受到外在雜訊int的影響而使得處理器102無法精準地判斷出超音波接收換能器112接收到超音波訊號U2(例如：頻率為40k赫茲之訊號源)的第二時間t2。也就是說，第一時間t1至第二時間t2的這段期間內，外在雜訊int所造成的波形會與超音波訊號U2所造成的波形互相結合形成訊號封包En1，而訊號封包En1會使得處理器102無法準確判斷出超音波訊號U2反射至超音波接收換能器112的第二時間t2。如此一來，處理器102便無法精準地計算出待測物體與超音波發射換能器110的相對位置。為了克服此問題，本發明透過短時距傅立葉轉換的方式濾除超音波接收換能器112所接收到的實際 訊號中的外在雜訊int，以得出想要的超音波訊號U2。

第1B圖為第1A圖使用短時距傅立葉轉換將外在雜訊int濾除後超音波接收換能器112之分貝-時間之對應關係圖。如第1B圖所示，經過短時距傅立葉轉換後的超音波訊號U2以及外在雜訊int只會顯示一特定頻率f1(例如：頻率為40k赫茲)的超音波訊號U2。處理器102可根據超音波訊號U2是否大於某一特定分貝值(例如：-30分貝)，判斷出超音波接收換能器112接收到超音波訊號U2的第二時間t2。舉例而言，當超音波訊號大於-30分貝的時間點即為超音波接收換能器112接收到超音波訊號U2的第二時間t2。

第1C圖係於電子裝置100中超音波發射換能器110以及超音波接收換能器112、114以及116之分貝-時間之對應關係比較圖。承第1B圖所述，當超音波訊號大於-30分貝的時間點即為超音波接收換能器112接收到超音波訊號U2的第二時間t2，當超音波訊號大於-30分貝的時間點即為超音波接收換能器114接收到超音波訊號U2的第三時間t3，當超音波訊號大於-30分貝的時間點即為超音波接收換能器116接收到超音波訊號U2的第四時間t4。在一實施例中，第一時間t1、第二時間t2、第三時間t3與第四時間t4可能相同。在另一實施例中，第一時間t1、第二時間t2、第三時間t3與第四時間t4可能不相同。

接著，處理器102根據第1C圖中所揭露之第一時間t1與第二時間t2之一第一時間差del1計算第一距離d21(見第1D圖)，第一時間t1與第三時間t3之一第二時間差del2計算第二距離d31(見第1D圖)，第一時間t1與第四時間t4之一第三時間差 del3計算第三距離d41(見第1D圖)。

第1D圖係於電子裝置100中用以計算超音波換能器裝置109與待測物體之相對位置之示意圖。超音波發射換能器110傳送超音波訊號U1時的位置係被定義成位置Pt，待測物體的位置係被定義為位置Po，超音波接收換能器112接收到來自待測物體反射回來的超音波訊號U2時的位置被定義為位置Pr1，超音波接收換能器114接收到來自待測物體反射回來的超音波訊號U2時的位置被定義為位置Pr2，超音波接收換能器116接收到來自待測物體反射回來的超音波訊號U2時的位置被定義為位置Pr3。第一距離d21即為位置Pr1與位置Po間之距離，第二距離d31即為位置Pr2與位置Po間之距離，第三距離d41即為位置Pr3與位置Po間之距離。

最後，處理器102在取得第一距離d21、第二距離d31以及第三距離d41後，先以第一距離d21做為一橢球的兩倍長軸長，超音波接收換能器112以及超音波發射換能器110做為橢球的兩焦點，可得出一第一三維直角坐標系橢球方程式。接著，以第二距離d31做為一橢球的兩倍長軸長，超音波接收換能器114以及超音波發射換能器110做為一橢球的兩焦點，可得出一第二三維直角坐標系橢球方程式。最後，以第三距離d41做為一橢球的兩倍長軸長，超音波接收換能器116以及超音波發射換能器110做為一橢球的兩焦點，可得出一第三三維直角坐標系橢球方程式。處理器102根據第一、第二、第三三維直角坐標系橢球方程式，以解聯立方程組的方式計算出待測物體之位置。

操控裝置101用以接收待測物體之位置之資訊，並根據上述資訊於操控裝置101上執行對應動作。舉例而言，處理器102每經過一次超音波定位的程序便會針對待測物體計算出一定位點(即待測物體之位置)，而不同定位點之間於空間上會有一差異量。在一實施例中，操控裝置101可將上述差異量分為X軸、Y軸以及Z軸三個分量。操控裝置101以X軸、Y軸以及Z軸三個分量中之其中兩者根據一對照表於操控裝置101上做出一對應動作(例如：對應動作可為在螢幕上鼠標之一移動動作，操控裝置101可為一電腦)；操控裝置101以X軸、Y軸以及Z軸三個分量中之剩餘一者根據另一對照表於操控裝置101上做出另一對應動作(例如：對應動作可為螢幕上鼠標之一點擊動作，操控裝置101可為一電腦)。

第2圖顯示依據本發明之電子裝置100之操作方法的流程圖。首先，於步驟S10中，處理器102用以發送觸發訊號Tr至訊號控制裝置104。接著，進入步驟S20。於步驟S20中，訊號控制裝置104接收觸發訊號Tr後產生第一數位訊號D1，並將第一數位訊號D1傳送至數位類比轉換器106。接著，進入步驟S30。於步驟S30中，數位類比轉換器106將第一數位訊號D1轉換第一類比訊號A1，並將第一類比訊號A1傳送至前驅放大器108。接著，進入步驟S40。於步驟S40中，前驅放大器108將第一類比訊號A1轉換為驅動訊號S1，並將驅動訊號S1傳送至超音波發射換能器110。接著，進入步驟S50。於步驟S50中，超音波發射換能器110將來自前驅放大器108之驅動訊號S1轉換為超音波訊號U1，並將超音波訊號U1發射至待測物體。接 著，進入步驟S60。於步驟S60中，超音波接收換能器112、114以及116，用以分別地接收由待測物體反射回來的超音波訊號U2，將超音波訊號U2轉換為接收訊號S2，並將接收訊號S2分別地傳送至接收放大器120。接著，進入步驟S70。於步驟S70中，接收放大器120將接收訊號S2放大為第二類比訊號A2，並將第二類比訊號A2傳送至類比數位轉換器122。接著，進入步驟S80。於步驟S80中，類比數位轉換器122將第二類比訊號A2轉換成第二數位訊號D2，並將第二數位訊號D2傳送至訊號控制裝置104。接著，進入步驟S90。於步驟S90中，訊號控制裝置104將來自類比數位轉換器122的第二數位訊號D2傳送至處理器102。接著，進入步驟S100。於步驟S100中，處理器102根據來自訊號控制裝置104的第二數位訊號D2，透過短時矩傅立葉轉換以及三維直角坐標系橢球方程式，計算出待測物體以超音波發射換能器110為原點之相對位置，並且將含有待測物體之相對位置之資訊傳送至操控裝置101。最後，進入步驟S110。於步驟S110中，操控裝置101根據含有待測物體之相對位置之資訊，並根據上述資訊於操控裝置101上執行對應動作。

第3圖顯示為本發明之另一電子裝置300之示意圖。與電子裝置100不同之處在於電子裝置300中多增加一個超音波接收換能器118，以及超音波接收換能器112、114、116、118與超音波發射換能器110的擺放關係有所不同。

超音波接收換能器112、114、116與118擺設在超音波發射換能器110所在之一平面上。超音波接收換能器112以及114以超音波發射換能器110為原點沿一第一軸方向排列且分 別位於超音波發射換能器110的兩側。超音波接收換能器116以及118以超音波發射換能器110為原點沿一第二軸方向排列且分別位於超音波發射換能器110的兩側。超音波接收換能器112、114、116與118用以接收由待測物體反射回來的超音波訊號U2，以及將超音波訊號U2轉換為接收訊號S2後傳送至接收放大器120。在一實施例中，第一軸為一X軸且第二軸為一Y軸。在另一實施例中，第一軸與第二軸為兩個相互垂直的軸。在本發明之另一實施例中，第一軸與第二軸僅為兩個相互交錯的軸。

處理器102根據由超音波發射換能器110傳送超音波訊號U1的時間(第一時間t1)(見第3A圖)與超音波接收換能器112、114、116與118接收到由待測物體反射之超音波訊號U2的時間(第二時間t2、第三時間t3、第四時間t4與第五時間t5)(見第3A圖)之第一時間差del1、第二時間差del2、第三時間差del3與第四時間差del4(見第3A圖)計算出待測物體與超音波發射換能器110的相對位置。接著，處理器102可將第一時間差del1、第二時間差del2、第三時間差del3與第四時間差del4(見第3A圖)分別乘以超音波訊號U2在介質中傳送之速度以取得第一距離d21、第二距離d31、第三距離d41以及第四距離d51(見第3B圖)，以計算出待測物體與超音波發射換能器110的相對位置。

第3A圖係於電子裝置300中超音波發射換能器以及超音波發射換能器之分貝-時間之對應關係比較圖。承第1B圖所述，當超音波訊號大於-30分貝的時間點即為超音波接收換能器112接收到超音波訊號U2的第二時間t2，當超音波訊號 大於-30分貝的時間點即為超音波接收換能器114接收到超音波訊號U2的第三時間t3，當超音波訊號大於-30分貝的時間點即為超音波接收換能器116接收到超音波訊號U2的第四時間t4，當超音波訊號大於-30分貝的時間點即為超音波接收換能器118接收到超音波訊號U2的第五時間t5。在一實施例中，第一時間t1、第二時間t2、第三時間t3、第四時間t4與第五時間t5可能相同。在另一實施例中，第一時間t1、第二時間t2、第三時間t3、第四時間t4與第五時間t5可能不相同。

接著，處理器102根據第3A圖中所揭露之第一時間t1與第二時間t2之一第一時間差del1計算第一距離d21(見第3B圖)，第一時間t1與第三時間t3之一第二時間差del2計算第二距離d31(見第3B圖)，第一時間t1與第四時間t4之一第三時間差del3計算第三距離d41(見第3B圖)，第一時間t1與第五時間t5之一第四時間差del4計算第四距離d51(見第3B圖)。

第3B圖係於電子裝置300中用以計算超音波換能器裝置109與待測物體之相對位置之示意圖。超音波發射換能器110傳送超音波訊號U1時的位置係被定義成位置Pt，待測物體的位置係被定義為位置Po，超音波接收換能器112接收到來自待測物體反射回來的超音波訊號U2時的位置被定義為位置Pr1，超音波接收換能器114接收到來自待測物體反射回來的超音波訊號U2時的位置被定義為位置Pr2，超音波接收換能器116接收到來自待測物體反射回來的超音波訊號U2時的位置被定義為位置Pr3，超音波接收換能器118接收到來自待測物體反射回來的超音波訊號U2時的位置被定義為位置Pr4。第一距離d21 即為位置Pr1與位置Po間之距離，第二距離d31即為位置Pr2與位置Po間之距離，第三距離d41即為位置Pr3與位置Po間之距離，第四距離d51即為位置Pr4與位置Po間之距離。

在此實施例中，處理器102係根據第一距離d21、第二距離d31、第三距離d41、第四距離d51(不同於第2圖中的步驟S60中三個)，得出相對位置。仔細而言，處理器102在取得超音波訊號U2由待測物體反射至超音波接收換能器112的第一距離d21，以第一距離d21做為一橢球的兩倍長軸長，超音波接收換能器112以及超音波發射換能器110做為橢球的兩焦點，可得出第一三維直角坐標系橢球方程式。同理，對超音波發射換能器114可得出第二三維直角坐標系橢球方程式。與電子裝置100所示之實施例不同之處在於，處理器102透過第一、第二三維直角坐標系橢球方程式可求得一第一交線，上述第一交線為一圓周且具有一第一交線方程式。同理，處理器102針對超音波發射換能器116及118可得出第三三維直角坐標系橢球方程式以及一第四三維直角坐標系橢球方程式。由第三、第四三維直角坐標系橢球方程式可求得一第二交線，上述第二交線亦為一圓周且具有一第二交線方程式。接著，處理器102可透過上述第一、第二交線方程式計算出待測物體的X座標以及Y座標。最後，處理器102再將待測物體的X座標以及Y座標代入上述第一、第二交線方程式中之任一者，處理器102便可透過畢氏定理計算出待測物體的Z座標。由於待測物體的X座標、Y座標以及Z座標皆被決定，故處理器102可計算出待測物體的位置。

在一實施例中，若以超音波發射換能器110傳送超音波訊號U1時的位置Pt為三維直角坐標系之原點，第一距離d21等於第二距離d31時，則待測物體的位置Po之X座標Po,x為0。在另一實施例中，若以超音波發射換能器110傳送超音波訊號U1時的位置Pt為三維直角坐標系之原點，第三距離d41等於第四距離d51時，則待測物體的位置Po之Y座標Po,y為0。在另一實施例中，若以超音波發射換能器110傳送超音波訊號U1時的位置Pt為三維直角坐標系之原點，第一距離d21不等於第二距離d31時，則處理器102可透過第一交線方程式計算出待測物體的位置Po之X座標Po,x。接著，處理器102再透過畢氏定理求得待測物體的位置Po之第一Z座標Po,z1。

同理，處理器102可透過第二交線方程式計算待測物體的位置Po之Y座標Po,y。接著，處理器102再透過畢氏定理求得待測物體的位置Po之第二Z座標Po,z2。

最後，處理器102將待測物體的位置Po之第一Z座標Po,z1與待測物體的位置Po之第二Z座標Po,z2平均後得出一Z座標Po,z。

如此一來，待測物體的X座標、Y座標以及Z座標皆被決定，故處理器102可計算出待測物體的位置。值得注意的是，在某些實施例中，步驟S60中超音波接收換能器的數目係為四個(超音波接收換能器112、114、116與118)。

與習知技術不同的是，使用者若使用此計算方式 可大幅降低處理器102之計算複雜度。因此，處理器102可更快速地計算出待測物體的位置。

雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電子裝置

101‧‧‧操控裝置

102‧‧‧處理器

104‧‧‧訊號控制裝置

106‧‧‧數位類比轉換器

108‧‧‧前驅放大器

109‧‧‧超音波換能器裝置

110‧‧‧超音波發射換能器

112、114、116‧‧‧超音波接收換能器

120‧‧‧接收放大器

122‧‧‧類比數位轉換器

Tr‧‧‧觸發訊號

D1‧‧‧第一數位訊號

D2‧‧‧第二數位訊號

A1‧‧‧第一類比訊號

A2‧‧‧第二類比訊號

S1‧‧‧驅動訊號

S2‧‧‧接收訊號

U1、U2‧‧‧超音波訊號

Claims (10)

1. 一種電子裝置，包括：一超音波發射換能器，用以於一第一時間發送一第一超音波訊號至一待測物體，其中上述第一超音波訊號會被待測物體反射，作為第二超音波訊號；第一、第二及第三超音波接收換能器，用以接收上述第二超音波訊號；以及一處理器，使用短時距傅立葉轉換計算出上述第一、第二及第三超音波接收換能器接收到上述第二超音波訊號之一第二、第三以及第四時間，並根據上述第一時間、上述第二時間、上述第三時間與上述第四時間，得出上述待測物體與上述超音波發射換能器的一相對位置，其中上述處理器利用上述第一時間與上述第二時間取得一第一時間差，利用上述第一時間與上述第三時間取得一第二時間差，並且利用上述第一時間與上述第四時間取得一第三時間差，其中上述處理器透過上述第一時間差乘以上述第一超音波訊號的一傳送速度得到上述待測物體與上述第一超音波接收換能器間之一第一距離，透過上述第二時間差乘以上述第一超音波訊號的上述傳送速度得到上述待測物體與上述第二超音波接收換能器間之一第二距離，並且透過上述第三時間差乘以上述第一超音波訊號的上述傳送速度得到上述待測物體與上述第三超音波接收換能器間之一第三距離， 其中上述處理器根據上述超音波發射換能器的位置、上述第一、第二與第三超音波接收換能器的位置以及上述第一、第二、第三距離得出三個三維直角坐標系橢球方程式，並且利用上述三個三維直角坐標系橢球方程式計算出上述待測物體以上述超音波發射換能器為原點之上述相對位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電子裝置，更包括一操控裝置，上述操控裝置根據含有上述待測物體之上述相對位置之資訊執行一對應動作。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電子裝置，其中上述對應動作係為在螢幕上一鼠標的一移動動作或一點擊動作。
4. 一種電子裝置，包括：一超音波發射換能器，用以於一第一時間發送一第一超音波訊號至一待測物體，其中上述超音波訊號會被待測物體反射，作為第二超音波訊號；第一、第二、第三以及第四超音波接收換能器，用以接收上述第二超音波訊號，其中和上述超音波發射換能器和上述第一、第二、第三與第四超音波接收換能器位於同一平面上，並且以上述超音波發射換能器為原點，上述第一、第二超音波接收換能器沿一第一軸方向排列，上述第三、第四超音波接收換能器沿一第二軸方向排列；以及一處理器，使用短時距傅立葉轉換計算出上述第一、第二、第三以及第四超音波接收換能器接收到上述第二 超音波訊號之一第二、第三、第四以及第五時間，並根據上述第一時間、上述第二時間、上述第三時間、上述第四時間以及上述第五時間得出上述待測物體與上述超音波發射換能器的一相對位置，其中上述處理器利用上述第一時間與上述第二時間取得一第一時間差，利用上述第一時間與上述第三時間取得一第二時間差，利用上述第一時間與上述第四時間取得一第三時間差，並且利用上述第一時間與上述第五時間取得一第四時間差，其中上述處理器透過上述第一時間差乘以上述第一超音波訊號的一傳送速度得到上述待測物體與上述第一超音波接收換能器間之一第一距離，透過上述第二時間差乘以上述第一超音波訊號的上述傳送速度得到上述待測物體與上述第二超音波接收換能器間之一第二距離，透過上述第三時間差乘以上述第一超音波訊號的上述傳送速度得到上述待測物體與上述第三超音波接收換能器間之一第三距離，並且透過上述第四時間差乘以上述第一超音波訊號的上述傳送速度得到上述待測物體與上述第四超音波接收換能器間之一第四距離。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電子裝置，其中上述處理器根據上述超音波發射換能器的位置、上述第一、第二、第三以及第四超音波接收換能器的位置、上述第一距離、第二距離、第三距離以及第四距離得出四個三維直角坐標系橢球方程式，並且利用上述四個三維直角坐標 系橢球方程式計算出上述待測物體以上述超音波發射換能器為原點之上述相對位置。
6. 如申請專利範圍第4項所述之電子裝置，更包括一操控裝置，上述操控裝置根據含有上述待測物體之上述相對位置之資訊執行一對應動作。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電子裝置，其中上述對應動作係為在螢幕上一鼠標的一移動動作或一點擊動作。
8. 如申請專利範圍第4項所述之電子裝置，其中上述第一軸與上述第二軸互相垂直。
9. 一種電子裝置之操作方法，包括：於一第一時間由一超音波發射換能器發送一第一超音波訊號至一待測物體，其中上述第一超音波訊號會被待測物體反射，作為一第二超音波訊號；藉由一第一、第二以及第三超音波接收換能器，接收上述第二超音波訊號；使用短時距傅立葉轉換計算出上述第一、第二以及第三超音波接收換能器接收到上述第二超音波訊號之一第二、第三以及第四時間；利用上述第一時間與上述第二時間取得一第一時間差；上述第一時間與上述第三時間取得一第二時間差；上述第一時間與上述第四時間取得一第三時間差；透過上述第一時間差乘以上述第一超音波訊號的一傳送速度得到上述待測物體與上述第一超音波接收換能器 間之一第一距離；透過上述第二時間差乘以上述第一超音波訊號的上述傳送速度得到上述待測物體與上述第二超音波接收換能器間之一第二距離；透過上述第三時間差乘以上述第一超音波訊號的上述傳送速度得到上述待測物體與上述第三超音波接收換能器間之一第三距離；透過上述第一時間差乘以上述第一超音波訊號的一傳送速度得到上述待測物體與上述第一超音波接收換能器間之一第一距離；透過上述第二時間差乘以上述第一超音波訊號的上述傳送速度得到上述待測物體與上述第二超音波接收換能器間之一第二距離；透過上述第三時間差乘以上述第一超音波訊號的上述傳送速度得到上述待測物體與上述第三超音波接收換能器間之一第三距離；根據上述超音波發射換能器的位置、上述第一、第二及第三超音波接收換能器的位置以及上述第一、第二、第三距離得出三個三維直角坐標系橢球方程式；以及利用上述三個三維直角坐標系橢球方程式計算出上述待測物體以上述超音波發射換能器為原點之一相對位置。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電子裝置之操作方法，更包括根據含有上述待測物體之上述相對位置之資訊執行 一對應動作。