专利名称：定位感测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多种功能的定位感测装置，特别涉及一种具有多种功能的触碰定位感测装置，作为电子打击乐器、电子键盘乐器、外挂式触控面板、游戏平台等各式应用。
背景技术：
请参考图1，图I所示的是为一与电脑连结的传统的电子打击乐器100的简化示意
图。电子打击乐器100通常是平放于桌上，以鼓棒或其他类似的打击棒操作，携带方便。电子打击乐器100是通过一连接线101，连接至一主机102。主机102通常是笔记本电脑、台式电脑、服务器等电脑设备。连接线101以通用串行总线(USB cable)最普遍，其中包含电源线与信号线，可由主机102提供电源至电子打击乐器100。电子打击乐器100包含有数个打击垫104与数个功能垫106 ;打击垫104通常是由压电感测器构成，用于将打击产生的压力转换成电子信号。打击垫104也可以是由导电橡胶、金属片等组成的开关结构，其功用是每次打击时传送一相对应的电子信号。功能垫106则是用来产生预设的特效或功能，其结构通常与打击垫104相同。主机102接收到打击垫104或功能垫106的电子信号后，则播放预先储存的相对应的声音数据。底座103 —般是由塑胶或金属材料组成的刚性结构，也可以由塑胶膜组成的可挠性结构。为了减少使用者打击时的位置偏移与误差，电子打击乐器100的打击垫104与功能垫106的尺寸愈大愈好，最好直径IOOmm以上。因此电子打击乐器100，若设置3个打击垫104排列成直线,如图I所不，包含打击垫104之间的间隔，电子打击乐器100的长度,需要380mm(15英时)或更长。电子打击乐器100的形状、大小、与位置都是固定的，通常是以模具成型，大量生产；变更设计的成本很高，型号选择有限。换言之，若使用者想要使用不同种类的电子乐器，就必须花更多预算额外买一个或多个不同种类的电子乐器，例如一电子键盘乐器。请参考图2，图2所示的为另一与电脑连结的传统的电子键盘乐器110的简化示意图。电子键盘乐器110通常是平放于桌上操作，通过连接线101连接至主机102，携带方便。电子键盘乐器110包含有多个按键112与数个功能键114。按键112通常是由导电橡胶、金属片等组成的开关结构，其可在每次按压或打击时传送一相对应的电子信号；按键112也可使用压电感测器，将按压或打击产生的压力转换成电子信号。功能键114的结构通常与按键112相同，用来在按压或打击后产生预设的特效或功能。主机102接收到按键112或功能键114的电子信号后，则播放预先储存的相对应的声音数据。底座113 —般是由塑胶或金属材料组成的刚性结构，也可以由塑胶膜组成的可挠性结构。为了方便使用者以手指按压，电子键盘乐器110的按键112的宽度，需要20mm以上，通常一个电子键盘乐器110的音阶至少要涵盖3个八度。每个八度有7个白键连成一直线，所以电子键盘乐器110的长度，至少需要430mm(17英时)。与电子打击乐器100同样的问题，电子键盘乐器110的按键112与功能垫114的形状、大小与位置也都是固定的，通常是以模具成型，大量生产；变更设计的成本很高，型号选择有限。另外，传统的电子打击乐器100或电子键盘乐器110，使用压电感测器或导电橡胶、金属片等组成的开关结构，使用者必须用力按压或打击，才能产生相对应的电子信号，因此在正常使用的情况下，容易损坏。此外按压或打击的力量太大，又产生不必要的噪音；力量太小则无信号反应。所以传统的电子打击乐器100与电子键盘乐器110都有使用寿命不长、可靠度不佳、反应不灵敏与噪音过大的问题。请参考图3，图3所示是另一现有技术，是以触控显示器200作为乐器的示意图，是一种电脑乐器，含一台式显示器203，一 主机206，两条连接线202、204，一触控面板205，与数个独立的电子图案208、210。显示器203通常为平面型态，以液晶显示器最为普遍，直立在桌面上。主机206是台式电脑、笔记本电脑、服务器等电脑设备，借由一连接线202与显示器203连接；连接线202以视频图像阵列线缆(VGA cable)最常用。一触控面板205放置于显示器203的显示区域的前方。触控面板205是以一片透明的玻璃薄板为基板，其厚度一般是2_以内；并在玻璃板上方，布置电阻式、电容式或其他适用的感测器，形成一个平面型态的感测区域，以检测手指或其他触碰物相对于显示区域的位置，并通过连接线204将该位置数据，传输至主机206。连接线204以通用串行总线(USB cable)最常用，其中包含电源线与信号线，可由主机206提供电源至触控面板205。主机206依据预设的程序，产生数个独立的电子图案208、210于显示器203上。电子图案208、210的形状、大小、位置，与每个图案代表的意义，已预先输入至主机206。电子图案208、210，通过触控面板205的透明基板，将触控面板205的感测区域分隔为数个与原图案的大小与位置相同的独立区块。当手指或其他触碰物接触到该些独立区块时，主机206依据预设的程序，播放相对应的乐器声音。因此图3所示的6个电子图案208，可分别设定代表6种不同的打击乐器的打击面,例如大鼓、小鼓、钹或其他乐器；2个电子图案210可设定为两种不同的特效功能。电子图案208、210形状、大小、位置与每个图案代表的乐器，只需更换主机206的程序即可变更。例如更换一个新的程序，即可以让图3的打击乐器，成为如图2所示的电子键盘乐器。触控显示器200作为乐器使用，反应灵敏，且无噪音过大的问题。为了方便使用者操作，电子图案208的大小，最好能与图I所示的电子打击乐器100的打击垫104，和图2所示的电子键盘乐器110的按键112相同或更大，因此一个对角线长度20英时以上的台式显示器较适用。以触控显示器200作为乐器，明显解决了传统电子乐器，变更设计的成本很高、反应不灵敏与噪音过大的问题。但是以触控显示器200作为乐器，也有几个重大的问题，例如当手指或其他触碰物接触电子图案208、210时，整个触控显示器200会摇晃，对使用者的视力与整个触控显示器的寿命有害。此外触控显示器200直立于桌上，使用者必须将手抬起才能操作触控面板205，使用者容易手酸。另外触控显示器200的重量不轻，携带不方便。最后也最重要的一个问题是触控显示器200是一精细的电子产品，又配备易脆的玻璃板，仅可轻轻触碰，不可使用鼓棒或其他类似的打击棒操作。
发明内容
本发明为解决现有技术的不足而提供一定位感测装置，作为一种与电脑连结的电子乐器。乐器的打击垫或按键的形状、大小、位置与乐器的种类，可以很容易变更；且反应灵敏，无噪音过大的问题。本发明的电子乐器可平放于桌上操作，携待方便。更重要的是本发明的电子乐器，可以是一种电子打击乐器，可使用鼓棒或其他类似的打击棒操作；产品寿命长且可靠度佳。本发明的技术方案如下一种定位感测装置，尤其是一种触碰定位感测装置，包含多个感测器，形成一感测区域，用于检测触碰物的一特性数据；一实体图案层，与该感测区域结合在一起，用于将该感测区域分隔为多个独立区块；一控制电路，用于处理该些感测器检测到的该特性数据，以产生该触碰物相对于该些独立区块的一位置数据，并将该位置数据传输至一主机；其中该主机是依据该位置数据来启动至少一相对应的指令。本发明的定位感测装置可另包含一基板，设置于该感测区域的下方；与一框架，设置于感测区域的外围。感测器为光学图像式感测器或其他适用的感测器；图案层上可制作多个独立的图案代表乐器的打击垫、按键或功能键。图案层与感测区域结合在一起，将感测 区域分隔成为多个与原图案的大小与位置相同的独立区块。因此当手指、鼓棒等触碰物接触到感测区域时，感测器检测到该些触碰物的特性数据，通过控制电路处理，以产生该触碰物的一位置数据，并将该位置数据传输至主机。主机依据该位置数据，播放相对应的乐器声音，或启动其他相对应的指令。本发明的定位感测装置的实体图案层可更换，且可以低成本的印刷方式制作。变更乐器的打击垫或按键的形状、大小、位置与乐器的种类，只需要更换一张新的图案层，并执行另一电脑程序即可，非常容易。另外手指、鼓棒等触碰物接触到感测区域时，主机立即依据其位置数据，启动预设的程序回应，根本不需要用力按压或打击，因此反应灵敏，无噪音过大的问题，产品寿命长且可靠度佳。本发明的定位感测装置的基板可为坚韧的金属板、塑胶板，或透明的压克力板，尤其图案层上方更可以设置一可透光的橡胶垫，因此依据本发明的定位感测装置实施的电子乐器，可以是一种电子打击乐器，可使用鼓棒或其他类似的打击棒操作。本发明的目的之二在于提供一定位感测装置，可以作为独立型的电子乐器，不需要与电脑连结。本发明的定位感测装置，是以感测器检测，通过控制电路处理，以产生触碰物的位置数据，并将该位置数据传输至主机。主机的功能是储存预先录制的乐器声音与其他相关的数据，并执行预设的程序。因此一简易型的主机板，与控制电路电连接，包含一数字处理器、一存储器、一小型显示器、一数模转换器，即可完成主机的功能。因此本发明的定位感测装置，可独立运作，不需要连结至台式电脑、笔记本电脑、服务器等电脑设备。本发明的目的之三在于提供一定位感测装置，可以作为电子乐器，也可以转换成为外挂式触控面板，而且两者之间很容易互相转换。如前所述，本发明的定位感测装置的实体图案层可更换，且基板可使用透明的压克力板。因此若将整个实体图案层取下来，并将基板放置于与主机连结的一显示器的前方，则显示区域上的电子图案，通过透明的基板，清楚显现。因此主机依据预设的程序，产生数个独立的电子图案于显示器上，该些独立的电子图案的形状、大小、位置，与每个图案代表的意义，已预先输入至主机。该些电子图案，通过透明基板，将基板上方的感测区域分隔为数个与原图案的大小与位置相同的独立区块；当手指或其他触碰物接触到该些独立区块时，主机依据预设的程序，启动相对应的指令。本发明的定位感测装置，因此成为一外挂于显示器前方的触控面板，其中感测区域的范围大于显示器的显示区域。
本发明的最后一个目的在于提供一定位感测装置，可以作为与电脑连结的游戏平台，或独立型游戏机。本发明的定位感测装置的实体图案层，除了乐器的图案，也可印制成一游戏场地的图案，包含两个代表球门的图案。一个球体在感测区域内滚动，球体的位置可以很容易由感测器检测到，通过控制电路处理并传输至主机。主机依据预设的程序计算球体移动的轨迹并计分，使得本发明的定位感测装置，成为一种与电脑连结的游戏平台。此夕卜，主机的功能可由一简易型的主机板完成，使得本发明的定位感测装置，成为一独立型游戏机。综上所述，本发明的的优点为本发明定位感测装置作为电子乐器的应用，解决了传统电子乐器变更设计困难、反应不灵敏、噪音过大、使用寿命不长与可靠度不佳等问题；也解决了台式触控显示器当作一电子乐器所产生的许多缺点，例如使用者容易手酸、屏幕会摇晃、不方便携带、不可作为打击乐器、使用寿命不长与可靠度不佳等问题。此外，本发明的定位感测装置具有多种功能，除了作为各种不同的电子乐器，也可以作为外挂式触控面板与游戏平台，故本发明实具有可专利性。
图I所示为一传统的电子打击乐器的简化示意图。图2所示为一传统的电子键盘乐器的简化示意图。图3所示为一传统的台式触控显示器的简化示意图。图4所示为本发明的一实施例的示意图。图5所示为本发明的一实施例的定位感测原理示意图。图6所示为本发明的一实施例的剖面示意图。图7A-7D所示为本发明的一实施例的实施方法。图8所示为本发明的一实施例的校正方法。图9所示为本发明的另一实施例的剖面示意图。图10所示为本发明的定位感测装置作为一独立型电子乐器的示意图。图11所示为本发明的定位感测装置的系统方块图。图12所示为本发明的定位感测装置作为一外挂式触控面板的示意图。图13所示为本发明的定位感测装置作为一游戏平台的示意图。其中，附图标记说明如下100电子打击乐器101连接线102主机103底座104打击垫106功能垫110电子键盘乐器112按键113底座114功能键
200触控显示器202、204连接线203显示器205触控面板206主机208,210电子图案300定位感测装置302主机304基板306感测器308光源310控制电路312图案层313缓冲材料314框架315支柱316橡胶垫317图案318感测区域319定位点320触碰物322感测区域的中心线323想感测区域324连接线326外接开关327图案层328、329图案330球体331主机332连接线333显示器334显示区域335校正点337扬声器338图案层339,340图案、
341中央处理器342动态存储器344只读存储器
346模数转换器348通用串行总线介面350主机板352数字处理器354快闪存储器356小型显不器358数模转换器
具体实施例方式在本说明书以及后续的权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件，而本领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件，本说明书及之前的权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则，在通篇说明书及之前的权利要求当中所提及的「包含有」是为一开放式的用语，故应解释成「包含有但不限定于」，此外，「耦接」一词在此是包含有任何直接及间接的电气连接手段，因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表第一装置可以直接电气连接于第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。请同时参考图4、图5与图6 ;图4所示的是为本发明的一实施例的一种定位感测装置300的简化示意图；图5所示的是为定位感测装置300的感测原理示意图；图6所绘示的是为定位感测装置300沿A-A方向的剖面示意图；其中定位感测装置300是为一与电脑电连结的电子乐器。如图4所示，定位感测装置300包含一基板304、一图案层312、一感测区域318、一可透光的橡胶垫316以及一框架314。基板304通常为一长方形平板，可为不透光的金属板、塑胶板，也可以是透明的压克力板或高强度的玻璃板。图案层312通常放置于基板304的上表面，可为各式尺寸与颜色的图案，并可依据不同的使用目的来更换。图案层312是以印刷、雕刻或成型方式构成，其中以印刷方式最经济；将数个代表乐器打击垫与功能垫的图案317，印制于纸、塑胶或其他适合的基材上，基材的厚度一般为0. 05-0. 3_。图案层也可以使用印刷或激光雕刻方式，将图案317直接制作于基板304的表面。感测区域318位于图案层312的上方，是由多个感测器形成，其范围足以涵盖图案层312的所有图案。橡胶垫316平整且可透光，覆盖于图案层312的上方，用于保护图案层312，分散打击时的应力，以及降低打击的噪音。框架314是设置于基板304与感测区域318的外围，通常为长方形外框，是由塑胶、金属组成的刚性结构。框架314可以另包含一支柱315，用来调整定位感测装置300的倾斜度，并且支柱315可以包含一橡胶脚垫与桌面接触，以减缓振动。定位感测装置300可另包含至少一个外接开关326，其中以脚踏开关最适用，除了双手，还可以用脚来操作。定位感测装置300通过连接线324与主机302连接，主机302通常是笔记本电脑、台式电脑、服务器等电脑设备，其显示器的显示区域的长度与宽度的比例为16 9。连接线324以通用串行总线(USB cable)最普遍，其中包含电源线与信号线；可由主机302提供5V电源至定位感测装置300。图案层312上每个图案317的大小、位置与其代表的意义，预先输入至主机302。图案层312位于感测区域318的下方，经过可透光的橡胶垫316，让使用者清楚可见。因此图案层312将感测区域318分隔成为多个与原图案317的大小与位置相同的独立区块；例如6个代表打击垫的椭圆型区块，2个代表功能垫的六角型区块，以及I个无任何作用的空白区块。因此当手指、鼓棒等触碰物接触到感测区域318的其中的一独立区块时，主机执行预设的程序，播放相对应的乐器声音，或启动其他相对应的指令。图5所示的是为定位感测装置300的定位感测原理示意图，是一种光学图像式感测技术，包含两个感测器306，分别设置于基板304的左上角和右上角；3根长条形的光源308分别设置于基板304的左侧、右侧、底边；一控制电路310，与感测器306电连接。感测器306主要由一感测芯片与一镜头组成；感测芯片是以半导体技术制作，将许多个微小的光感测元件，以线性或面积型排列方式，制作于硅晶片上。一镜头放置于感测芯片的前方，其视角为90度或更大，其功能是将视角范围内的物件，缩小并成像于感测芯片上。长条形的光源308主要是由压克力导光板与红外线发光二极管(LED)组成；两颗红外线发光二极管(LED)固定于压克力导光板的两端发光，红外线通过导光板向基板304的内侧发射，如箭头方向所示。波长850纳米或940纳米的红外线最常用，人类的眼睛看不见，但是感测器306检测得到。因此两个感测器306的视角范围，与3根光源308照射的范围，共同构成一感测区域318。如图5所示，感测区域318是一长方形，其长度是两个感测器306前端的距离，其高度约是侧边光源308的长度。 控制电路310与感测器306电连接，提供电源与驱动信号给感测器306和光源308。左上角的感测器306检测到右侧边与底边光源308的红外线；右上角的感测器306检测到左侧边与底边光源308的红外线；红外线使得两个感测器的输出维持高值。当手指、鼓棒等触碰物320接触到感测区域时，遮断部份红外线光源，两个感测器306分别检测到部份光感测元件的输出降为低值。控制电路310分别处理两个感测器306传送过来的数据，计算输出降为低值的光感测元件的起始点与结束点，且依据此特性数据找出触碰物320的中心线，并判断该中心线与两个感测器连线的夹角。0 I是左上角的感测器306检测到的夹角，0 2是右上角的感测器306检测到的夹角。0 I与0 2两个角度相交会点，就是触碰物320的中心点位置。该中心点通过适当的数学公式，得以转换成以左上角感测器306的前端为原点，以两个感测器306前端的连线为横轴，纵轴与横轴相交成直角的线性值(x，y)。控制电路310并将触碰物320的中心点位置，转换成适当的格式，通过连接线324，传输至主机302。请参考图6，感测区域的中心线322位于图案层312与橡胶垫316的上方。本发明的定位感测装置300另包含一缓冲层313，设置于基板304与框架314之间，用于减缓振动以保护感测器306与光源308，进而提高定位感测装置300的使用寿命与可靠度。缓冲层313可包含橡胶、泡棉、弹簧、气体或弹性塑胶等缓冲材料。关于光学图像式感测器的技术，美国专利4，144，449已经揭露相关的作法，其是使用两个线型图像感测器，放置于屏幕的左上角与右上角，以检测手指触碰到屏幕的位置。因为感测器与光源的厚度较厚，且必须架构在显示器的上方，因此不适合携带型的小尺寸显示器的应用。但是光学图像式技术很适合台式显示器等大尺寸的应用，原因是大尺寸显示器比较不在意感测器与光源的厚度，且光学图像式技术应用于大尺寸显示器时，可因制造成本较低而具有竞争优势。请参考图7A至图7D，所示本发明的定位感测装置300的一种实施方法，其中图案层312可依据不同的使用目的，很容易更换。图7A所示的是为图案层312的示意图，图7B所示的是为橡胶垫316的示意图，图7C所绘示的是为图案层312与橡胶垫316结合的示意图，图7D所绘示的是图案层312与橡胶垫316结合后，再与感测区域318结合的简化示意图。如图7A所示，图案层312是以印刷方式，将代表乐器打击垫与功能垫等图案317，制作于纸张或塑胶片等基材上，基材的厚度约为0.1mm，其长度与宽度的比例为16 9。图7B所示可透光的橡胶垫316,以娃胶材质最适用，厚度约其长度与宽度比例为16 9。橡胶垫316的尺寸可以略小于感测区域318的尺寸。并且橡胶垫316可以包含四个定位点319，其横向与纵向的中心距，分别等于图案层312的印刷基材的长度与宽度。因此图案层312与橡胶垫316很容易定位贴合如图7C所示。因为硅胶材质本身就有点黏性，图案层312可以直接贴合在橡胶垫316上；也可使用 适用的胶带，于图案层312与橡胶垫316的交界处，将两者黏贴在一起。然后再把黏贴好的图案层312与橡胶垫316的组合，放置于基板304的上面，如图7D所示。接着进行校正与转换的程序，使得主机302可以准确判读图案层312的任一图案317的位置。请参考图8，是本发明的定位感测装置300的校正与座标转换的示意图。其中XojYo是本发明的定位感测装置300理想的感测区域323的长度与宽度。以对角线长度22英时的应用为例，Xo与Yo分别为480mm与270mm，长宽比为16 9。图案层312的长度与宽度可分别设计为Xo，Yo的90%，也就是432mm与243mm。理想的感测区域323与图案层312共用中心点，且长边与短边互相平行。本发明的定位感测装置300的位置是以mm计算，但是主机302的显示器是以像素为单位。兹以目前常用的笔记本电脑为例，其显示器的显示区域为1366*768像素，长宽比为16 9。因此将整个理想的感测区域323，转换至显示器的显示区域，其转换系数为2. 85像素/mm(1366像素/480mm，或768像素/270mm)。故以理想的感测区域323的左上角为原点，图案层312上任一图案317的位置，很容易就可以转换至主机302的显示器，以左上角为原点的显示区域的位置。如图5所示，实际的感测区域318是以左上角感测器306的前端为原点，并以左上角和右上角的两个感测器306前端的连线为横轴，纵轴与横轴相交成直角。实际的感测区域318与理想的感测区域323之间，存在偏差。偏差来自于两个感测器306组装的公差，图案层312与橡胶垫316贴合的误差，或是图案层312与感测区域318结合时的偏移等。因此有必要执行校正程序，找出偏差值加以修正。校正程序主要是找出实际的感测区域318与理想的感测区域323的原点横向位移dX，纵向位移dY，与座标轴的旋转角度△，如图8所示。依据工业界常用的4点校正方法，首先以手指或其他适用的触碰物，依序放置在图案层312的4个角，也就是橡胶垫316的4个定位点319。本发明的定位感测装置300分别读取到4个相对应的座标值，并以工业界公知的运算方法，计算出三个参数dX、dY、A的值。因此实际的感测区域318的任一座标位置(x，y)，得以顺利转换成理想的感测区域323的相对应的座标位置(X，Y)。然后控制电路310，依据预设的转换系数，例如2. 85像素/_，将座标位置(X，Y)转换成显示器的横向与纵向的对应像素，并传输至主机302。请参考图9，是本发明的定位感测装置300的另一实施方法，其中感测器306与光源308设置于框架314上，且与基板304相分离。图案层312与可透光的橡胶垫316放置于基板304的上方，且位于感测区域318的下方。一缓冲层313，设置于基板304与框架314之间，用于减缓基板的振动；缓冲层313可包含橡胶、泡棉、弹簧、气体或弹性塑胶等缓冲材料。因为感测器306、光源308与基板304分离，手指、鼓棒或其他触控物按压或打击橡胶垫316、图案层312与基板304时，感测器306与光源308不会受到直接冲击。基板304的振动，得以有效隔离，因此进一步提高本发明的定位感测装置300的使用寿命与可靠度。此外，在其他实施例中，本发明的定位感测装置300也可以使用电阻式感测器、电容式感测器或红外线式感测器来实现。电阻式感测器是以两片具有电阻层的塑胶薄膜贴合在一起，中间以电绝缘的小颗粒隔离；按压后该两片塑胶薄膜的电阻层接触，产生一电阻输出。按压在不同的位置，产生不同的电阻输出，因此可由电阻的输出值，得知按压的位置。电阻式感测器的优点是接触按压后才会有信号输出，因此适用于各种气候与环境，且是由塑胶薄膜构成，可以贴合在平面或弯曲的基板上；缺 点是多次按压后容易损坏。电容式感测器通常是由两个金属图案层贴合构成，中间以一层很薄的介电层隔离。该两个金属图案层分别有多个相同的图案，规则排列。上下两层的图案错开，其中一层执行横向检测，另一层执行纵向检测。因此当手指或其他导电的触碰物接近或接触到图案时，产生电容值变化，感测器因此得知触碰的位置。电容式感测器的优点是反应灵敏；缺点是成本高且不可使用电绝缘的触碰物操作。红外线式感测器是使用多个红外线发光二极管，连结成一长条直线，布满感测区域的底边和一侧边，其中侧边代表纵向，底边代表横向。感测区域的上缘和另一侧边，则是布满与发光二极管相同间距与数量的红外线接收器。发光二极管与接收器一对一配对，由第一组依序开启，且每次只开启一组，红外线的强度愈高，接收器的输出就愈高。感测区域内的手指或其他触碰物遮断红外线，因此由红外线接收器的信号高低，得以判读触碰物的横向与纵向的位置。红外线式感测器的优点是感测器位于感测区域的周围，不与触碰物接触。缺点是成本高，且不适用于户外等红外线较高的环境。在本发明的其他实施例中，定位感测装置300可作为独立型电子乐器，不需要与电脑连结。本发明的定位感测装置300，是以感测器306形成一感测区域318，以检测手指、鼓棒等触碰物的特性数据，通过控制电路310处理后，将该触碰物的位置数据传输至主机302。主机302执行预设的程序，依据该位置数据，播放相对应的乐器声音，或启动其他相对应的指令。主机302的功能是储存预先录制的乐器声音与其他相关的数据，并执行预设的程序。因此一简易型的主机板，与控制电路310电连接，即可完成本发明的定位感测装置300的主机302的功能。图10所示是本发明定位感测装置300，作为独立型电子乐器的示意图，其中图案层312可更换为另一图案层338。除了基板304、可透光的橡胶垫316、感测区域318、框架314,另外包含两个扬声器337,以及一主机板350 (未显不)。图案层338包含多个代表按键的图案340与代表功能键的图案339。图案层338将感测区域318分隔为多个与原图案340与339的大小与位置相同的独立区块，因此当手指或其他触碰物按压任一图案340或339，主机板350执行预设的程序，通过扬声器337播放相对应的乐器声音，或启动其他相对应的指令。请参考图11，图11所示的是为本发明定位感测装置300，作为独立型电子乐器的系统方块图，包含控制电路310与主机板350。控制电路310包含一中央处理器341、一动态存储器342、一只读存储器344、一模数转换器346、一通用串行总线介面348。中央处理器341是用于提供驱动信号至感测器306，并处理感测器306检测到的特性数据，来产生一相对应的位置数据；模数转换器346是用于将感测器306的模拟输出信号转换成中央处理器341可执行的数字信号；只读存储器344是用于储存演算软件数据；动态存储器342是用于暂时储存正在执行中的相关数据；通用串行总线介面348是用于将中央处理器341处理完成的该位置数据传输至主机302 ;外接开关326视需要提供控制信号至中央处理器341。主机板350包含一数字处理器352、一快闪存储器354、一小型显示器356以及一数模转换器358。数字处理器352从中央处理器341接收该位置数据并依据该位置数据来启动至少一相对应的指令，例如播放预先储存于快闪存储器354的声音数据；快闪存储器354是用于储存预设的声音数据、程序与其他相关的数据；小型显示器356可以是一发光二极管显示器或小型液晶显示器，用来选择或显示程序的编号；数模转换器358是用于将数字信号转换成模拟信号，以驱动扬声器337等输出装置。在本实施例中，定位感测装置300借由主机板350，成为一独立型电子乐器，不需要与外部主机连结。此外，也可以选择关闭主机板350，让定位感测装置300与外部主机连结，成为一与电脑连结的电子乐器。请参考图12，所示为本发明的定位感测装置300的另一实施例，一个外挂式触控面板。本发明的定位感测装置300，可以作为电子乐器，也可以转换成为外挂式触控面板，而 且两者之间互相转换的程序很简单。如前所述，本发明的定位感测装置的基板可为不透光的金属板、塑胶板，也可以是透明的压克力板，或是高强度的玻璃板。本发明的定位感测装置300的图案层312可更换，很容易就可以将整个实体图案层312与其上方的橡胶垫316取下来。因此本发明的定位感测装置可使用透明基板，并可借由将图案层312移除，来作为一外挂式触控面板，放置于与主机331连结的显不器333的前方。主机331可为台式电脑、笔记本电脑或服务器。显示器333是一台式显示器，以平面型液晶显示器最普遍，有一显示区域334。显示器333通过一连接线332与主机331连接；连接线332以视频图像阵列线缆(VGA cable)最常用。本发明的定位感测装置300包含一基板304、一感测区域318、一框架314与两个支柱315，并借由连接线324与主机331连接。其中基板304是为一透明基板，例如透明的压克力板或高强度的玻璃板，放置于显示器333的前方。两个支柱315与框架314连结，放置于显示器333的上缘，支撑整个装置300的重量。支柱315上可制作塑胶螺丝或其他调整机构，以调整感测区域318相对于显示区域334的高度。连接线324以通用串行总线(USB cable)最普遍，其中包含电源线与信号线；可由主机331提供5V电源至定位感测装置300。感测区域318位于基板304的前方，且感测区域318的范围大于显示器333的显示区域334。首先需要执行校正与转换程序，才能将感测区域318与显示区域334作精准的结合。校正与转换的方法与图8所示相同，显示器333的显示区域334相当于理想的感测区域323。校正程序是找出实际的感测区域318与显示区域334的原点横向位移dX，纵向位移dY，与座标轴的旋转角度A。4个校正点335由主机331产生，该4点形成的长方形与显示区域334平行且中心点相同。依据工业界常用的4点校正方法，首先以手指或其他适用的触碰物，依序放置在4个校正点335上，本发明的定位感测装置300分别读取到4个相对应的座标值，并以工业界公知的运算方法，计算出三个参数dX、dY、A的值。因此实际的感测区域318的任一座标位置(x，y)，得以顺利转换成显示区域334，以左上角为原点的相对应的座标位置(X，Y)。然后依照预先输入的转换系数，将座标位置(X，Y)转换成显示器的横向与纵向像素。以对角线22英时，长宽比16 9的显示器为例，其长度与宽度分别为480mm与270mm。若显示器的显示区域为1366*768像素，则转换系数为2. 85像素/mm(1366像素 /480_，或 768 像素 /270mm)。因此主机331依据预设的程序，产生于显示区域334的电子图案，通过透明基板304，清楚显现。主机依据预设的程序，产生数个独立的电子图案于显示器上，该些独立的电子图案的形状、大小、位置，与每个图案代表的意义，已预先输入至主机。该些电子图案，通过透明基板，将基板上方的感测区域分隔为数个与原图案的大小与位置相同的独立区块；当手指或其他触碰物接触到该些独立的区块时，主机依据预设的程序，启动相对应的指令。本发明的定位感测装置300，因此成为一外挂于显示器333前方的触控面板。综上所述，本发明的定位感测装置300，使用一透明基板，图案层312是以印刷等方式制作的实体图案，可以平放于桌上，作为电子乐器应用。并且借由拆除实体图案层312，本发明的定位感测装置300，也可以放置于显示器333的前方，以显示器333上面的电子图案为图案层312，作为外挂式触控面板应用。本发明的定位感测装置300，作为外挂式触控面板应用，可另包含一外接开关 326，可以使用手或脚操作，其目的是提供一触碰以外的控制信号来源。本发明的定位感测装置300的感测区域318位于基板304的前方，因此手指或其他触碰物尚未完全接触到基板304时，触碰物的位置数据，就已经借由控制器310，传送至主机331，以执行相对应的指令。此种感测方式很灵敏，对于电子打击乐器的应用很好，但是对于一些需要精细对位的操作，反而是一项缺失。没有辅助工具的情况下，一般人以手触碰或绘制细小的图案，误差较大，因此要触碰或绘制细小的图案，最好是以手指触碰到基板后，再微调位置。因此外接开关326可设定为触碰确认开关，使得控制器310同时接收到触碰物的位置数据与外接开关326的信号后，才会传送位置数据至主机331，以执行相对应的指令。因此使用者可以在基板304上面仔细调整手指触碰的位置，直到满意后才启动外接开关326。上述的实施例仅作为本发明的举例说明，而不是本发明的限制条件。本发明定位感测装置的图案层可更换，因此可以变换图案层以代表不同的电子乐器。依此类推，图案层也可以变更为乐器以外的应用，例如游戏。图13是本发明定位感测装置300，作为游戏应用的一示意图，包含一基板304、一图案层327、一可透光的橡胶垫316、一感测区域318、一框架314以及一连接线324。图案层327包含两个代表球门的图案328、329 ;橡胶垫316放置于图案层327的上面。一个实际的球体330在橡胶垫316上面滚动，因此球体330相对于图案328、329的位置，定位感测装置300都可以检测得到，并将该位置数据，通过连接线324，传输至主机302。主机302依据预设的程序，计算球体330移动的轨迹并计分，例如球体330穿越代表左侧球门的图案328，就计右侧的玩家得分。因此本发明定位感测装置300成为一游戏平台，而且很容易借由变更图案层327与主机302的执行程序，就可以变更游戏的类型。与电子乐器的应用相同原理，本发明定位感测装置300作为游戏应用，可以另包含一主机板350，用以储存数据与执行程序，使得感测装置300成为一独立型游戏机，不需要与外部主机连结。综上所述，本发明的定位感测装置作为电子乐器的应用，解决了传统电子乐器变更设计困难、反应不灵敏、噪音过大、使用寿命不长与可靠度不佳等问题；也解决了台式触控显示器当作一电子乐器所产生的许多缺点，例如使用者容易手酸、屏幕会摇晃、不方便携带、不可作为打击乐器、使用寿命不长与可靠度不佳等问题。此外，本发明的定位感测装置具有多种功能，除了作为各种不同的电子乐器，也可以作为外挂式触控面板与游戏平台，故本发明实具有可专利性。以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种定位感测装置，包含 多个感测器，形成一感测区域，用于检测一触碰物的一特性数据； 一实体图案层，与该感测区域结合在一起，用于将该感测区域分隔为多个独立区块；以及 一控制电路，与该些感测器电连接，用于处理该些感测器检测到的该特性数据，以产生该触碰物相对于该些独立区块的一位置数据，并将该位置数据传输至一主机； 其中该主机是依据该位置数据来启动至少一相对应的指令。
2.如权利要求I所述的定位感测装置，其特征在于，该些感测器包含光学图像式感测 器、电阻式感测器、电容式感测器或红外线式感测器。
3.如权利要求I所述的定位感测装置，其特征在于，该实体图案层是以印刷、雕刻或成型方式构成。
4.如权利要求I所述的定位感测装置，其特征在于，该实体图案层是可更换。
5.如权利要求I所述的定位感测装置，其特征在于，该些独立区块与该图案层其中的图案的大小与位置相同。
6.如权利要求I所述的定位感测装置，其特征在于，另包含一基板，设置于该感测区域的下方。
7.如权利要求6所述的定位感测装置，其特征在于，另包含一框架，设置于该感测区域外围；其中该些感测器设置于该框架上。
8.如权利要求7所述的定位感测装置，其特征在于，另包含一缓冲层，设置于该框架与该基板之间，用于减缓振动以保护该些感测器。
9.如权利要求I所述的定位感测装置，其特征在于，另包含一可透光的橡胶垫，设置于该实体图案层上。
10.如权利要求I所述的定位感测装置，其特征在于，另包含 至少一外接开关，用于输入至少一信号至该控制电路； 其中该主机是依据该信号启动另一相对应的指令。
11.如权利要求I所述的定位感测装置，其特征在于，该相对应的指令包含播放预先储存的声音数据，使得该装置成为一电子乐器。
12.如权利要求I所述的定位感测装置，其特征在于，该相对应的指令包含执行预先设定的计分方式，使得该装置成为一游戏平台。
13.一种定位感测装置，包含 多个感测器，形成一感测区域，用于检测一触碰物的一特性数据； 一实体图案层，与该感测区域结合在一起，用于将该感测区域分隔为多个独立区块；以及 一控制电路，与该些感测器电连接，用于处理该些感测器检测到的该特性数据，以产生该触碰物相对于该些独立区块的一位置数据； 以及 一处理器，耦接于该控制电路，用于接收该位置数据并依据该位置数据来启动至少一相对应的指令。
14.如权利要求13所述的定位感测装置，其特征在于，该实体图案层是可更换。
15.如权利要求13所述的定位感测装置，其特征在于，另包含一基板，设置于该感测区域的下方。
16.如权利要求15所述的定位感测装置，其特征在于，另包含一框架，设置于该感测区域外围；其中该些感测器设置于该框架上。
17.如权利要求16所述的定位感测装置，其特征在于，另包含一缓冲层，设置于该框架与该基板之间，用于减缓振动以保护该些感测器。
18.如权利要求13述的定位感测装置，其特征在于，另包含 至少一外接开关，用于输入至少一信号至该控制电路； 其中该处理器是依据该信号启动另一相对应的指令。
19.如权利要求13所述的定位感测装置，其特征在于，另包含一可透光的橡胶垫，设置 于该实体图案层上。
20.如权利要求13所述的定位感测装置，其特征在于，该相对应的指令包含播放预先储存的声音数据，使得该装置成为一独立型电子乐器。
21.如权利要求13所述的定位感测装置，其特征在于，该相对应的指令包含执行预先设定的计分方式，使得该装置成为一独立型游戏机台。
22.—种定位感测装置，包含 多个感测器，形成一感测区域，用于检测一触碰物的一特性数据； 一图案层，与该感测区域结合在一起，用于将该感测区域分隔为多个独立区块；以及一控制电路，与该些感测器电连接，用于处理该些感测器检测到的该特性数据，以产生该触碰物相对于该些独立区块的一位置数据，并将该位置数据传输至一主机； 该主机是依据该位置数据来启动至少一相对应的指令； 其中该图案层是在一实体图案与一电子图案之间转换选用。
23.如权利要求22所述的定位感测装置，其特征在于，另包含一透明基板，设置于该感测区域的下方。
24.如权利要求22所述的定位感测装置，其特征在于，该电子图案是由与该主机连接的一显示器产生，且该感测区域的范围大于该显示器的显示区域。
25.如权利要求24所述的定位感测装置，其特征在于，该感测区域设置于该显示器的显示区域的前方，使得该定位感测装置成为外挂于该显示器的一触控面板。
26.一种定位感测装置，包含 多个感测器，形成一感测区域，用于检测一触碰物的一特性数据； 一控制电路，与该些感测器电连接，用于处理该些感测器检测到的该特性数据，以产生该触碰物相对于该感测区域的一位置数据，并将该位置数据传输至一主机；以及至少一外接开关，用于输入至少一信号至该控制电路； 其中该主机是依据该位置数据来启动至少一相对应的指令。
27.如权利要求26所述的定位感测装置，其特征在于，该控制电路接收到该外接开关的信号后，才传输该位置数据至该主机。
28.如权利要求27所述的定位感测装置，其特征在于，是为外挂于与该主机连结的一显示器前方的一触控面板。
全文摘要
本发明公开了一种多功能定位感测装置，包含多个感测器，形成一感测区域，用于检测触碰物的一特性数据；一实体图案层，与该感测区域结合在一起，用于将该感测区域分隔为多个独立区块；以及一控制电路，用于处理该些感测器检测到的该特性数据，以产生该触碰物相对于该些独立区块之一位置数据，并将该位置数据传输至一主机；其中该主机是依据该位置数据来启动至少一相对应的指令。本发明的实体图案层可依据不同的使用目的作更换，使得本发明的定位感测装置成为一电子打击乐器、电子键盘乐器、外挂式于桌上型显示器的触控面板或游戏平台。
文档编号G06F3/041GK102736766SQ20111012268
公开日2012年10月17日 申请日期2011年5月11日 优先权日2011年4月1日
发明者蔡聪明 申请人:诚佑科技股份有限公司