TWI590132B - A device for detecting the position of the object and a light guide plate touch device using the device - Google Patents

Description

偵測物件位置的裝置及利用該裝置的導光板觸控裝置

本發明係有關獲得相片中物體位置的前後關係的技術，且與導光板進行內全反射內傳播的觸控技術有關。

一般鏡頭成像都是平面對平面的2D成像，我們無法獲得相片中物體位置的前後關係。習知技術有利用前後移動鏡頭對焦的方式，以獲得物體位置的前後關係，例如台灣專利I470338“物體輪廓的偵測裝置及方法”揭示者。也有透過雙鏡頭的方式，使拍攝出的三維畫面產生前景或後景的三維效果，例如台灣專利I 477885“三維成像系統及方法”揭示者。或是如台灣公開專利201249170“產生立體影像的方法”揭示者，依據二維影像的場景模式，判斷二維影像中的前景物件與後景物件，再依據場景模式決定前景物件與後景物件之間的景深資訊；然後依據景深資訊產生立體影像的左眼影像與右眼影像。

台灣專利I460638，揭示一種導光板觸控裝置，係將一個光射出單元發出的光線導入導光板內進行全反射傳播，並藉由微處理器偵測全部感光單元接收的多個信號，進一步比對多個信號，以確認物件碰觸導光板造成破壞全反射(FTIR)之衰減信號，進而確認感測到衰減信號的至少兩個感光單元，然後依據感測到衰減信號的至少兩個感光單元的位置，獲得物件碰觸導光板的上端面的觸 控點的位置資訊，進而輸出一對應的觸控信號。

如第1、2圖所示，利用鏡頭10攝取第一物件21、第二物件22的相片30，將顯示對應第一物件21、第二物件22的第一影像33、第二影像34。由相片30所示，僅能得知第一物件21、第二物件22在平面上(例如在X-Y座標)的相對位置，無法得知第一物件21與第二物件22之間的前、後(例如在Z座標)的相對位置。

為了改良習知獲得相片中物體位置的前後關係有關技術，及進一步改良習知在導光板進行內全反射內傳播的觸控裝置，而提出本發明。

本發明的主要目的，在提供一種偵測物件位置的裝置，利用單一鏡頭就能獲得物件的三維位置資訊，並可進一步利用對應物件的清晰影像及像距資訊組成應物件的立體輪廓。

本發明的另一目的，在提供一種明導光板觸控裝置，利用單一鏡頭，就能方便攝取多個碰觸位置的三維位置資訊，產生對應的觸控訊號。

本發明偵測物件位置的裝置，包括：一鏡頭，用以攝取至少一物件的影像或攝取至少一物件碰觸一導光板至少一位置的影像；至少一感光元件，置於該鏡頭的後方，用以同時感測被該鏡頭所攝取不同像距的影像；一微處理器，電氣連接該至少一感光元件；該微處理器依據該至 少一感光元件中感測到清晰實像的感光元件的位置、或一感光元件上感測到清晰影像的位置，得知一像距；其中該微處理器依據該至少一感光元件傳輸的影像資訊，確認對應至少一物件的清晰影像的位置資訊或對應至少一物件碰觸該導光板至少一位置的清晰影像的位置資訊及像距資訊；該微處理器依據該清晰影像的位置資訊及該像距資訊，獲得該至少一物件的三維位置資訊或獲得該至少一物件碰觸該導光板至少一位置的三維位置資訊。

本發明偵測物件位置的裝置，可包括複數感光元件；該複數感光元件係透明者；該複數感光元件的光感測面分別垂直該鏡頭的一主軸。

本發明偵測物件位置的裝置，可進一步包括一反射單元，置於該鏡頭的後方；該反射單元設有複數反射面；該複數反射面分別與該鏡頭的主軸呈傾斜45度，以分別將被該鏡頭攝取的不同像距的實像反射至該至少一感光元件上。

本發明的反射單元可包括複數透明板；該複數透明板分別具有兩反射面形成該複數反射面。

本發明的反射單元可包括一透明體；該透明體設有複數鍍膜形成該複數反射面；該複數鍍膜用以透光及反射光。

本發明的反射單元可包括兩稜鏡及一透明板；該透明板具有兩反射面，置於該兩稜鏡之間；該兩稜鏡的斜面及該透明板的兩反射面形成該複數反射面。

本發明的反射單元可包括複數透明板；該複數透明板分別具有鍍膜的兩反射面形成該複數反射面；該鍍膜用以透光及反射光。

本發明偵測物件位置的裝置，可包括一感光元件置於該複數反射面的下方；該感光元件的光感測面平行該鏡頭的主軸。

本發明導光板觸控裝置，包括上述的偵測物件位置的裝置，其中該導光板，具有相平行的一上端面及一下端面，使光線在該上端面及該下端面之間進行內全反射；及包括：一光源；其中，該光源發射的調變光線用以被導入該導光板內進行內全反射，然後被導入該鏡頭；當該至少一物件碰觸該導光板的至少一碰觸位置時，將使對應通過該至少一碰觸位置的調變光線產生破壞內全反射傳播，而被該鏡頭攝取對應該至少一碰觸位置的影像資訊；該微處理器進一步依據該至少一物件碰觸該導光板的至少一碰觸位置的三維位置資訊，產生對應的觸控訊號。

本發明導光板觸控裝置，其中該光源發射的調變光線藉由一第一導光單元被導入該導光板內，然後藉由一第二導光單元被導入該鏡頭。

1、2‧‧‧偵測物件位置的裝置

10‧‧‧鏡頭

11‧‧‧主軸

21‧‧‧第一物件

22‧‧‧第二物件

30‧‧‧相片

31‧‧‧第一實像

311、321‧‧‧不清晰的像

32‧‧‧第二實像

33‧‧‧第一影像

331、341‧‧‧不清晰的影像

34‧‧‧第二影像

41、43‧‧‧感光元件

411、431‧‧‧光感測面

42‧‧‧微處理器

5‧‧‧反射單元

50、56‧‧‧透明板

51、561‧‧‧反射面

52、531‧‧‧鍍膜

53‧‧‧透明體

55、57‧‧‧稜鏡

541、561‧‧‧斜面

3‧‧‧導光板觸控裝置

61‧‧‧導光板

611‧‧‧上端面

612‧‧‧下端面

62‧‧‧光源

621‧‧‧調變光線

63‧‧‧第一導光單元

64‧‧‧第二導光單元

65‧‧‧第一碰觸位置

66‧‧‧第二碰觸位置

第1圖為已知鏡頭成像的示意圖。

第2圖為已知鏡頭攝取的相片的示意圖。

第3圖為本發明偵測物件位置的裝置第一實施例的示意圖。

第4圖為本發明偵測物件位置的裝置第一實施例攝取的相片的示 意圖。

第5圖為本發明反射單元的第二實施例的示意圖。

第6圖為本發明反射單元的第三實施例的示意圖。

第7圖為本發明偵測物件位置的裝置第二實施例的示意圖。

第8圖為本發明導光板觸控裝置實施例的示意圖。

如第1圖所示，置於鏡頭10一側邊的第一物件21、第二物件22，透過鏡頭10將分別於鏡頭10的另一側邊形成對應的第一實像31、第二實像32；第一實像31、第二實像32分別與鏡頭10之間的距離，相對於第一物件21、第二物件22分別與鏡頭10之間的距離有對應的關係；例如第一物件21與鏡頭10之間的距離較第二物件22與鏡頭10之間的距離短時，第一實像31與鏡頭10之間的距離將較第二實像32與鏡頭10之間的距離長。因此依據實像與鏡頭之間的距離可獲的對應物件與鏡頭之間的距離，進而得知對應物件的位置資訊。

如第3圖所示，本發明第一實施例的偵測物件位置的裝置1，包括一鏡頭10、一感光元件41、一微處理器42及一反射單元5。感光元件41電氣連接微處理器42。反射單元5的第一實施例，包括複數透明板50；複數透明板50分別具有兩反射面51；反射面51可進一步具有鍍膜52，鍍膜52可透光及反射光。反射單元5置於鏡頭10的後方；感光元件41置於複數反射面51的下方；感光元件41的光感測面411平行鏡頭10的主軸11。複數反射面51分別與鏡頭10的主軸11呈傾斜45度，以分別將被鏡頭10攝取的不同像距的清晰 的第一實像31、第二實像32及沒對焦模糊不清晰的像311、321反射至感光元件41上。微處理器42依據感光元件41上感測到對應第一實像31、第二實像32的清晰影像的位置，可分別得知對應第一物件21、第二物件22的像距。

微處理器42依據感光元件41傳輸的影像資訊，如第4圖所示包括清晰的第一影像33、第二影像34及對沒焦模糊不清晰的影像331、341，確認對應第一物件21、第二物件22的清晰的第一影像33、第二影像34的位置(例如在X-Y座標)資訊。微處理器42依據清晰影像的位置資訊及該像距(例如對應Z座標)資訊，可獲得兩物件21、22的三維位置(例如在X-Y-Z座標)資訊。

如第5圖所示，本發明反射單元5的第二實施例，包括一透明體53；透明體53設有複數鍍膜531形成該複數反射面；該複數鍍膜531用以透光及反射光。

如第6圖所示，本發明反射單元5的第三實施例包括兩稜鏡54、56及一透明板55；透明板55具有兩反射面551，置於兩稜鏡54、56之間；兩稜鏡54、56的斜面541、561及該透明板55的兩反射面551形成該複數反射面。

如第7圖所示，本發明第二實施例的偵測物件位置的裝置2，包括一鏡頭10、複數感光元件43及一微處理器42。複數感光元件43分別電氣連接微處理器42。複數感光元件43係透明者；複數感光元件43的光感測面431分別垂直鏡頭10的主軸11。複數感光元件43分別感測被鏡頭10攝取第一物件21、第二物件22的不同像距的清晰的實像及沒對焦模糊不清晰的像。微處理器42依據感測到清晰 實像的感光元件43的位置，可分別得知對應該第一物件21、第二物件22的像距。

微處理器42依據複數感光元件43傳輸的影像資訊，確認物件清晰影像的位置(例如在X-Y座標)資訊。微處理器42依據清晰影像的位置資訊及像距(例如對應Z座標)資訊，可獲得物件的三維位置(例如在X-Y-Z座標)資訊。

如第8圖所示，本發明導光板觸控裝置3，包括上述各實施例的偵測物件位置的裝置，並包括一導光板61、一光源62、一第一導光單元63及一第二導光單元64。導光板61具有相平行的一上端面611及一下端面612。

光源62發射的調變光線621被第一導光單元63導入導光板61內，在導光板61的上端面611及下端面612之間進行內全反射傳播，然後被第二導光單元64導入鏡頭10。

當第一、二物件21、22碰觸導光板61的第一、二碰觸位置65、66時，將使對應通過第一、二碰觸位置65、66的調變光線產生破壞內全反射傳播，而被鏡頭10攝取對應第一、二碰觸位置65、66的不同像距的清晰的實像及沒對焦模糊不清晰的像，藉由反射單元5的複數反射面51分別反射至感光元件41上；微處理器42依據感光元件41上感測到對應第一、二碰觸位置65、66的清晰影像的位置，可分別得知對應第一、二碰觸位置65、66的像距。

微處理器42依據對應第一、二碰觸位置65、66的清晰影像的位置(例如對應X-Y座標)資訊及對應第一、二碰觸位置65、66的像距(例如對應Z座標)資訊，可獲得第一、二碰觸位置65、66的三維位 置(例如在X-Y-Z座標)資訊；微處理器42進一步依據第一、二物件21、22碰觸導光板61的第一、二碰觸位置65、66的三維位置資訊，產生對應的觸控訊號。

本發明使用的感光元件可為感光耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或互補性氧化金屬半導體元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor Sensor，CMOS Sensor)；透明板可為透明的壓克力板、樹脂板或玻璃板等；導光板是由可導光的材料製成的可彎曲或不可彎曲板體，例如壓克力板、樹脂板或玻璃板等；第一導光單元及第二導光單元可為截面為三角形的光學稜鏡。本發明兩反射面之間可具有空氣，塑膠，或是玻璃等物質。

本發明利用單一鏡頭就能獲得物件的三維位置資訊，並可進一步利用對應物件的清晰影像及像距資訊組成應物件的立體輪廓，實是攝影相關技術上的一大突破。本發明導光板觸控裝置利用單一鏡頭，就能方便攝取多個碰觸位置的三維位置資訊，產生對應的觸控訊號，也是導光板觸控裝置相關技術上的一大突破。

以上所記載者，僅為利用本發明技術內容之實施例，任何熟悉本項技藝者運用本發明所為之修飾、變化，皆屬本創作所主張之專利範圍。

1‧‧‧偵測物件位置的裝置

10‧‧‧鏡頭

11‧‧‧主軸

21‧‧‧第一物件

22‧‧‧第二物件

31‧‧‧第一實像

311、321‧‧‧不清晰的像

32‧‧‧第二實像

41‧‧‧感光元件

411‧‧‧光感測面

42‧‧‧微處理器

5‧‧‧反射單元

50‧‧‧透明板

51‧‧‧反射面

52‧‧‧鍍膜

Claims (10)

1. 一種偵測物件位置的裝置，包括：一鏡頭，用以攝取至少一物件的影像或攝取至少一物件碰觸一導光板至少一位置的影像；至少一感光元件，置於該鏡頭的後方，用以同時感測被該鏡頭所攝取不同像距的影像；一微處理器，電氣連接該至少一感光元件；該微處理器依據該至少一感光元件中感測到清晰實像的感光元件的位置、或一感光元件上感測到清晰影像的位置，得知一像距；一反射單元，置於該鏡頭的後方；該反射單元設有複數反射面；該複數反射面分別與該鏡頭的一主軸呈傾斜45度，以分別將被該鏡頭攝取的不同像距的實像反射至該至少一感光元件上；其中該微處理器依據該至少一感光元件傳輸的影像資訊，確認對應該至少一物件的清晰影像的位置資訊或對應該至少一物件碰觸該導光板至少一位置的清晰影像的位置資訊及像距資訊；該微處理器依據該清晰影像的位置資訊及該像距資訊，獲得該至少一物件的三維位置資訊或獲得該至少一物件碰觸一導光板至少一位置的三維位置資訊。
2. 如申請專利範圍的1項所述的偵測物件位置的裝置，其中該反射單元包括複數透明板；該複數透明板分別具有兩反射面形成該複數反射面。
3. 如申請專利範圍的1項所述的偵測物件位置的裝置，其中該反射 單元包括一透明體；該透明體設有複數鍍膜形成該複數反射面；該複數鍍膜用以透光及反射光。
4. 如申請專利範圍的1項所述的偵測物件位置的裝置，其中該反射單元包括兩稜鏡及一透明板；該透明板具有兩反射面，置於該兩稜鏡之間；該兩稜鏡的斜面及該透明板的兩反射面形成該複數反射面。
5. 如申請專利範圍的1項所述的偵測物件位置的裝置，其中該反射單元包括複數透明板；該複數透明板分別具有鍍膜的兩反射面形成該複數反射面；該鍍膜用以透光及反射光。
6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述的偵測物件位置的裝置，包括一感光元件置於該複數反射面的下方；該感光元件的一光感測面平行該鏡頭的主軸。
7. 一種導光板觸控裝置，包括如申請專利範圍的第1至5項中任一項所述的偵測物件位置的裝置，其中該導光板，具有相平行的一上端面及一下端面，使光線在該上端面及該下端面之間進行內全反射；及包括：一光源，發射調變光線；其中，該光源發射的調變光線用以被導入該導光板內進行內全反射，然後被導入該鏡頭；當該至少一物件碰觸該導光板的至少一碰觸位置時，將使對應通過該至少一碰觸位置的調變光線產生破壞內全反射傳播，而被該鏡頭攝取對應該至少一碰觸位置的影像資訊；該微處理器進一步依據該至少一物件碰觸該導光板的至少一碰觸位置的三維位置資訊，產生對應的觸控訊號。
8. 如申請專利範圍的7項所述的導光板觸控裝置，其中該光源發射的調變光線藉由一第一導光單元被導入該導光板內，然後藉由一 第二導光單元被導入該鏡頭。
9. 一種導光板觸控裝置，包括如申請專利範圍的第6項所述的偵測物件位置的裝置，其中該導光板，具有相平行的一上端面及一下端面，使光線在該上端面及該下端面之間進行內全反射；及包括：一光源，發射調變光線；其中，該光源發射的調變光線用以被導入該導光板內進行內全反射，然後被導入該鏡頭；當該至少一物件碰觸該導光板的至少一碰觸位置時，將使對應通過該至少一碰觸位置的調變光線產生破壞內全反射傳播，而被該鏡頭攝取對應該至少一碰觸位置的影像資訊；該微處理器進一步依據該至少一物件碰觸該導光板的至少一碰觸位置的三維位置資訊，產生對應的觸控訊號。
10. 如申請專利範圍的9項所述的導光板觸控裝置，其中該光源發射的調變光線藉由一第一導光單元被導入該導光板內，然後藉由一第二導光單元被導入該鏡頭。