专利名称：三维空间多自由度侦测装置及其侦测方法
技术领域：
本发明涉及 一 种侦测装置(detecting device)及其侦测方法，尤指一
种三维空间多自由度侦测装置及其侦测方法。
背景技术：
请参阅图l所示，其为现有三维空间多自由度侦测装置的示意图。 由图中可知，现行的三维空间多自由度侦测装置通过一摄影机D直接 撷取一物体H的影像信息，然后再通过影像处理软件进行计算，以得 到该物体H于空间的位置。
由上可知，现有需要通过摄影机D撷取影像的方式来得到该物体 H于空间的相关位置信息，在实际使用上，显然都具有不便与缺陷存 在。
于是，本发明人有感上述缺陷的可改善之处，且依据多年来从事 此方面的相关经验，悉心观察且研究，并配合学理的运用，而提出一 种设计合理且有效改善上述缺陷的本发明技术方案。
发明内容
本发明提供一种三维空间多自由度侦测装置及其侦测方法。本发 明通过至少两个电磁波发射源及两个感测模块的配合，以侦测出该三 维空间多自由度侦测装置于空间中的两个旋转自由度(2 degrees of rotational freedom)禾卩三个线性自由度(3 degrees of linear freedom),并且 通过至少三个电磁波发射源及两个感测模块的配合，以侦测出该三维 空间多自由度侦测装置于空间中的三个旋转自由度(3 degrees of rotational freedom)禾口三个线性自由度(3 degrees of linear freedom)。
根据本发明的其中一种方案，提供一种三维空间多自由度侦测装 置，其包括 一第一电磁波发射源、 一第二电磁波发射源、 一第一感 测模块、及至少一第二感测模块。
该第一电磁波发射源用以产生一具有一第一调制信号的第一电磁 波，其中该第一电磁波发射源为点光源。该第二电磁波发射源用以产 生一具有一第二调制信号的第二电磁波，其中该第二电磁波发射源为 点光源。该第一感测模块具有多个第一感测元件，以用于从不同空间 角度同时接收从该第一电磁波发射源传来的第一电磁波及该第二电磁波发射源传来的第二电磁波所产生的不同的辐射能量。该第二感测模 块具有多个第二感测元件，以用于从不同空间角度同时接收从该第一 电磁波发射源传来的第一电磁波及该第二电磁波发射源传来的第二电 磁波所产生的不同的辐射能量。
借此，通过该第一电磁波发射源相对于该第一感测模块的该等第 一感测元件及该第二感测模块的该等第二感测元件在空间中的方向角 的差异及该第一电磁波与该第二电磁波之间的调制信号的差异，以使 得该等第一感测元件及该等第二感测元件分别接收到该第一电磁波发 射源的该等不同的辐射能量，因此借助该等不同的辐射能量的相对大 小关系，进而得到该第一电磁波发射源分别相对于该第一感测模块及 该第二感测模块的一第一空间方向角及一第二空间方向角，并且通过 该第一电磁波发射源分别距离该第一感测模块及该第二感测模块的一 第一空间距离及一第二空间距离分别与上述第一电磁波发射源分别相 对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间方向角及第二空间 方向角的运算，以得到该第一电磁波发射源分别相对于该第一感测模 块及该第二感测模块的第一空间坐标位置。
借此，通过该第二电磁波发射源相对于该第一感测模块的该等第 一感测元件及该第二感测模块的该等第二感测元件在空间中的方向角 的差异及该第一电磁波与该第二电磁波之间的调制信号的差异，以使 得该等第一感测元件及该等第二感测元件分别接收到该第二电磁波发 射源的该等不同的辐射能量，因此借助该等不同的辐射能量的相对大 小关系，进而得到该第二电磁波发射源分别相对于该第一感测模块及 该第二感测模块的一第一空间方向角及一第二空间方向角，并且通过 该第二电磁波发射源分别距离该第一感测模块及该第二感测模块的一 第一空间距离及一第二空间距离分别与上述第二电磁波发射源分别相 对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间方向角及第二空间 方向角的运算，以得到该第二电磁波发射源分别相对于该第一感测模 块及该第二感测模块的第二空间坐标位置。
借此，通过该第一空间坐标位置与该第二空间坐标位置两点的联 机以于空间中产生一直线向量，并且通过该直线向量于空间中的向量 变化以得到该直线向量于空间中的旋转情形。
根据本发明的其中一种方案，提供一种三维空间多自由度侦测装 置的侦测方法，其包括下列步骤
(a)提供一用于产生一第一电磁波的第一电磁波发射源、 一用于产 生一第二电磁波的第二电磁波发射源、 一具有多个第一感测元件的第 一感测模块、及至少一具有多个第二感测元件的第二感测模块，其中 该第一电磁波发射源及该第二电磁波发射源皆为点光源；
10(b)分别通过该第一感测模块的该等第一感测元件及该第二感测模 块的该等第二感测元件，从不同空间角度接收从该第一电磁波发射源 传来的第一电磁波所产生的不同的辐射能量及接收从该第二电磁波发 射源传来的第二电磁波所产生的不同的辐射能量；
(C)借助该第一电磁波及该第二电磁波所产生的不同的辐射能量的 相对大小关系，进而得到该第一电磁波发射源及该第二电磁波发射源 分别相对于该第一感测模块的两组第一空间方向角；
(d) 借助该第一电磁波及该第二电磁波所产生的不同的辐射能量的
相对大小关系，进而得到该第一电磁波发射源及该第二电磁波发射源 分别相对于该第二感测模块的两组第二空间方向角；
(e) 通过该第一电磁波发射源分别距离该第一感测模块及该第二感 测模块的第一空间距离及第二空间距离分别与上述第一电磁波发射源 分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间方向角及第 二空间方向角的运算，以得到该第一电磁波发射源分别相对于该第一 感测模块及该第二感测模块的第一空间坐标位置；
(f) 通过该第二电磁波发射源分别距离该第一感测模块及该第二感 测模块的第一空间距离及第二空间距离分别与上述第二电磁波发射源 分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间方向角及第 二空间方向角的运算，以得到该第二电磁波发射源分别相对于该第一 感测模块及该第二感测模块的第二空间坐标位置；以及
(g) 通过该第一空间坐标位置与该第二空间坐标位置两点的联机以 于空间中产生一直线向量，并且通过该直线向量于空间中的向量变化 以得到该直线向量于空间中的旋转情形。
本发明还提供一种三维空间多自由度侦测装置，包括 一第一电 磁波发射源，其用以产生第一电磁波，并且该第一电磁波发射源为点 光源； 一第二电磁波发射源，其用以产生第二电磁波，并且该第二电 磁波发射源为点光源； 一第三电磁波发射源，其用以产生第三电磁波， 并且该第三电磁波发射源为点光源； 一第一感测模块，其具有多个第 一感测元件，以用于从不同空间角度同时接收从该第一电磁波、该第 二电磁波及该第三电磁波所产生的不同的辐射能量；以及至少一第二 感测模块，其具有多个第二感测元件，以用于从不同空间角度同时接 收从该第一电磁波、该第二电磁波及该第三电磁波所产生的不同的辐 射能量；借此，通过该第一电磁波发射源相对于该第一感测模块的该 等第一感测元件及该第二感测模块的该等第二感测元件在空间中的方 向角的差异，以使得该等第一感测元件及该等第二感测元件分别接收 到该第一电磁波发射源的该等不同的辐射能量，因此借助该等不同的 辐射能量的相对大小关系，进而得到该第一电磁波发射源分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的一第一空间方向角及一第二空间 方向角，并且通过该第一电磁波发射源分别距离该第一感测模块及该 第二感测模块的一第一空间距离及一第二空间距离分别与上述第一电 磁波发射源分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间 方向角及第二空间方向角的运算，以得到该第一电磁波发射源分别相 对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间坐标位置。
借此，通过该第二电磁波发射源相对于该第一感测模块的该等第 一感测元件及该第二感测模块的该等第二感测元件在空间中的方向角 的差异，以使得该等第一感测元件及该等第二感测元件分别接收到该 第二电磁波发射源的该等不同的辐射能量，因此借助该等不同的辐射 能量的相对大小关系，进而得到该第二电磁波发射源分别相对于该第 一感测模块及该第二感测模块的一第一空间方向角及一第二空间方向 角，并且通过该第二电磁波发射源分别距离该第一感测模块及该第二 感测模块的一第一空间距离及一第二空间距离分别与上述第二电磁波 发射源分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间方向 角及第二空间方向角的运算，以得到该第二电磁波发射源分别相对于 该第一感测模块及该第二感测模块的第二空间坐标位置。
借此，通过该第三电磁波发射源相对于该第一感测模块的该等第 一感测元件及该第二感测模块的该等第二感测元件在空间中的方向角 的差异，以使得该等第一感测元件及该等第二感测元件分别接收到该 第三电磁波发射源的该等不同的辐射能量，因此借助该等不同的辐射 能量的相对大小关系，进而得到该第三电磁波发射源分别相对于该第 一感测模块及该第二感测模块的一第一空间方向角及一第二空间方向 角，并且通过该第三电磁波发射源分别距离该第一感测模块及该第二 感测模块的一第一空间距离及一第二空间距离分别与上述第三电磁波 发射源分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间方向 角及第二空间方向角的运算，以得到该第三电磁波发射源分别相对于 该第一感测模块及该第二感测模块的第三空间坐标位置。
借此，通过该第一空间坐标位置、该第二空间坐标位置及该第三 空间坐标位置三点的联机以于空间中产生三条直线向量及上述三条直 线向量所建立的平面，并且通过上述任意一条直线向量于空间中的向 量变化及该平面的法向量变化以得到该平面于空间中的旋转情形。
本发明再提供一种三维空间多自由度侦测装置的侦测方法，包括 下列步骤
(a)提供一用于产生一第一电磁波的第一电磁波发射源、 一用于产 生一第二电磁波的第二电磁波发射源、 一用于产生一第三电磁波的第 三电磁波发射源、 一具有多个第一感测元件的第一感测模块、及至少一具有多个第二感测元件的第二感测模块，其中该第一电磁波发射源、 该第二电磁波发射源及该第三电磁波发射源皆为点光源；
(b)分别通过该第一感测模块的该等第一感测元件及该第二感测模 块的该等第二感测元件，从不同空间角度接收从该第一电磁波发射源 传来的第一电磁波所产生的不同的辐射能量、接收从该第二电磁波发 射源传来的第二电磁波所产生的不同的辐射能量、及接收从该第三电 磁波发射源传来的第三电磁波所产生的不同的辐射能量；
(C)借助该第一电磁波、该第二电磁波及该第三电磁波所产生的不 同的辐射能量的相对大小关系，进而得到该第一电磁波发射源、该第 二电磁波发射源及该第三电磁波发射源分别相对于该第一感测模块的 三组第一空间方向角；
(d) 借助该第一电磁波、该第二电磁波及该第三电磁波所产生的不 同的辐射能量的相对大小关系，进而得到该第一电磁波发射源、该第 二电磁波发射源及该第三电磁波发射源分别相对于该第二感测模块的 三组第二空间方向角；
(e) 通过该第一电磁波发射源分别距离该第一感测模块及该第二感 测模块的第一空间距离及第二空间距离分别与上述第一电磁波发射源 分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间方向角及第 二空间方向角的运算，以得到该第一电磁波发射源分别相对于该第一 感测模块及该第二感测模块的第一空间坐标位置；
(f) 通过该第二电磁波发射源分别距离该第一感测模块及该第二感 测模块的第一空间距离及第二空间距离分别与上述第二电磁波发射源 分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间方向角及第 二空间方向角的运算，以得到该第二电磁波发射源分别相对于该第一 感测模块及该第二感测模块的第二空间坐标位置；
(g) 通过该第三电磁波发射源分别距离该第一感测模块及该第二感 测模块的第一空间距离及第二空间距离分别与上述第三电磁波发射源 分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间方向角及第 二空间方向角的运算，以得到该第三电磁波发射源分别相对于该第一 感测模块及该第二感测模块的第三空间坐标位置；以及
(h) 通过该第一空间坐标位置、该第二空间坐标位置及该第三空间 坐标位置三点的联机以于空间中产生三条直线向量及上述三条直线向 量所建立的平面，并且通过上述任意一条直线向量于空间中的向量变 化及该平面的法向量变化以得到该平面于空间中的旋转情形。
综上所述，本发明通过至少两个电磁波发射源及两个感测模块的 配合，以侦测出该三维空间多自由度侦测装置于空间中的两个旋转自 由度(2 degrees of rotational freedom)和三个线性自由度(3 degrees oflinear freedom),并且通过至少三个电磁波发射源及两个感测模块的配 合，以侦测出该三维空间多自由度侦测装置于空间中的三个旋转自由 度(3 degrees of rotational freedom)禾口三个线性自由度(3 degrees of linear freedom)。
为了能更进一步了解本发明为达到预定目的所采取的技术、手段 及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目 的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而所附附图仅 提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
图1为现有三维空间多自由度侦测装置的示意图； 图2A为本发明第一感测模块的第一实施例的立体图； 图2B为本发明第一感测模块的第一实施例的俯视图； 图2C为本发明第二感测模块的第一实施例的立体图； 图2D为本发明第二感测模块的第一实施例的俯视图2E为本发明三维空间多自由度侦测装置的第一实施例的立体 示意图3为本发明三维空间多自由度侦测装置的第二实施例的立体示
意图4为本发明三维空间多自由度侦测装置的第三实施例的立体示
意图5A为本发明第一感测模块的第四实施例的立体图； 图5B为本发明第一感测模块的第四实施例的俯视图； 图5C为本发明第二感测模块的第四实施例的立体图5D为本发明第二感测模块的第四实施例的俯视图5E为本发明三维空间多自由度侦测装置的第四实施例的立体 示意图6-1、图6-2及图6-3为本发明三维空间多自由度侦测装置的侦 测方法的第 一 实施例的流程图6A为本发明第一电磁波发射源相对于第一感测模块的立体坐 标示意图(3D coordinate schematic diagram);
图6B为本发明第一电磁波发射源相对于第二感测模块的立体坐 标示意图(3D coordinate schematic diagram);
图6C为本发明第一电磁波发射源相对于第一感测模块及第二感 测模块的平面投影坐标示意图(2D projection coordinate schematic diagram);
图6D为本发明线条于空间中的旋转情形的立体坐标示意图(3D
14coordinate schematic diagram);
图7-l及图7-2为本发明三维空间多自由度侦测装置的侦测方法的
第二实施例的流程图；以及
图7A为本发明平面于空间中的旋转情形的立体坐标示意图(3D coordinate schematic diagram)。
主要元件附图标记说明
[现有]
摄影机 D 物体 H [本发明]
第一电磁波发射源1 第一电磁波 10a、 10b
第二电磁波发射源r
第二电磁波 10a'、 10b' 第三电磁波发射源1〃 第三电磁波 10a〃 、 10b〃 第一感测模块 2a 第一基座 20a
表面 201a、 202a、 203a、 204a、 205a
第一感测元件 21a、 22a、 23a、 24a、 25a
第二感测模块 2b 第二基座 20b
表面 201b、 202b、 203b、 204b、 205b
第二感测元件 第一感测模块 第一感测元件 空间平面 第二感测模块 第二感测元件 空间平面 反射板 空间坐标 参考轴 光源
21b、 22b、 23b、 24b、 25b 2a,
23a'、 203a
21a'、 22a'. 201a'、 202a' 2a'
21b'、 22b' 201b'、 202b'
24a'、 25a' 204a'、 205a'
23b'、 24b'、 25b' 203b'、 204b'、 205b'
Cl、 C2 Yl、 Y2 S、 S'
具体实施例方式
15请参阅图2A至图2E所示，其分别为本发明第一感测模块的第一 实施例的立体图及俯视图、本发明第二感测模块的第一实施例的立体 图及俯视图、及本发明三维空间多自由度侦测装置的第一实施例的立 体示意图。由该等图中可知，本发明第一实施例提供一种三维空间多
自由度侦测装置，其包括 一第一电磁波发射源l、 一第二电磁波发射
源l'、 一第一感测模块2a、及一第二感测模块2b(本发明至少有两个感 测模块或者两个以上的感测模块皆可)。
其中，该第一电磁波发射源1用以产生具有一第一调制信号的第 一电磁波10a、 10b，并且该第二电磁波发射源l'用以产生具有一第二 调制信号的第二电磁波10a'、 10b'。该第一电磁波发射源1及该第二电 磁波发射源l'可为可见光或不可见光。该第一调制信号及该第二调制 信号皆可为振幅调变(amplitude modulation)、频率调变(frequency modulation)或相位调变(phase modulation)。该第一电磁波与该第二电磁 波的波长为相同或不相同。
再者，请配合图2A及图2B所示，该第一感测模块2a包括一第 一基座20a及五个第一感测元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a，其中该第 一基座20a具有多个位于不同平面的表面201a、 202a、 203a、 204a、 205a，并且该等第一感测元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a分别设置在上 述第一基座20a的该等表面201a、 202a、 203a、 204a、 205a上，以使 得上述第一感测模块2a的该等第一感测元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a 可从不同空间角度接收从该第一电磁波发射源l传来的第一电磁波10a 及从该第二电磁波发射源l'传来的第二电磁波10a'所产生的不同的辐 射能量。
再者，请配合图2C及图2D所示，该第二感测模块2b包括一第 二基座20b及五个第二感测元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b，其中该第 二基座20b具有多个位于不同平面的表面201b、 202b、 203b、 204b、 205b，并且该等第二感测元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b分别设置在 上述第二基座20b的该等表面201b、 202b、 203b、 204b、 205b上，以 使得上述第二感测模块2b的该等第二感测元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b可从不同空间角度接收从该第一电磁波发射源l传来的第一电磁波 10b及从该第二电磁波发射源l'传来的第二电磁波10b'所产生的不同的 辐射能量。
然而，以该第一感测模块2a为例，上述第一感测模块2a所揭示 的五个感测元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a为本发明其中一实施例，其 并非用以限定本发明。凡是该等感测元件的数量至少为三个以上或五 个以上，皆为本发明所保护的范畴。再者，上述所揭示的第一基座20a 及该等位于不同平面的表面201a、 202a、 203a、 204a、 205a亦非用以
16限定本发明，凡是能够使得该等第一感测元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a位于不同平面或相同平面(例如使用波导元件(waveguide))以从不同 空间角度接收从该第一电磁波发射源1传来的第一电磁波10a及从该 第二电磁波发射源l'传来的第二电磁波10a'所产生的不同的辐射能量， 皆为本发明所保护的范畴。
另外，以第一实施而言，该第一感测模块2a的其中一第一感测元 件21a的法向量(与该第一感测元件21a垂直的向量称为此第一感测元 件21a的法向量)平行于一空间坐标Cl的一参考轴Yl，并且该第一感 测模块2a的其余的第一感测元件22a、 23a、 24a、 25a的法向量分别与 该参考轴Y1产生一夹角。
此外，该第二感测模块2b的其中一第二感测元件21b的法向量(与 该第二感测元件21b垂直的向量称为此第二感测元件21b的法向量)平 行于另一空间坐标C2的一参考轴Y2，并且该第二感测模块2b的其余 的第二感测元件22b、 23b、 24b、 25b的法向量分别与该参考轴Y2产 生一夹角。
然而，以该第一感测模块2a为例，上述所揭示的"该第一感测元 件21a平行于该空间坐标Cl的参考轴Yl"并非用以限定本发明，本 发明亦可随设计者的需求变换其它感测元件来平行于该空间坐标C1的 参考轴Yl，然后其余的第一感测元件的法向量再分别与该参考轴Yl
产生一夹角。
借此，请参考图2E所示，通过该第一电磁波发射源1相对于该第 一感测模块2a的该等第一感测元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a及该第 二感测模块2b的该等第二感测元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b在空间 中的方向角的差异及该第一电磁波10a、 10b与该第二电磁波10a'、 10b' 之间的调制信号的差异，以使得该等第一感测元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a及该等第二感测元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b分别接收到该第一 电磁波发射源1的该等不同的辐射能量，因此借助该等不同的辐射能 量的相对大小关系，进而得到该第一电磁波发射源1分别相对于该第 一感测模块2a及该第二感测模块2b的一第一空间方向角及一第二空 间方向角，并且通过该第一电磁波发射源1分别距离该第一感测模块 2a及该第二感测模块2b的一第一空间距离及一第二空间距离分别与上 述第一电磁波发射源1分别相对于该第一感测模块2a及该第二感测模 块2b的第一空间方向角及第二空间方向角的运算，以得到该第一电磁 波发射源1分别相对于该第一感测模块2a及该第二感测模块2b的第 一空间坐标位置。
再者，通过该第二电磁波发射源l'相对于该第一感测模块2a的该 等第一感测元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a及该第二感测模块2b的该等第二感测元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b在空间中的方向角的差异 及该第一电磁波10a、 10b与该第二电磁波10a'、 lOb'之间的调制信号 的差异，以使得该等第一感测元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a及该等第 二感测元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b分别接收到该第二电磁波发射 源l'的该等不同的辐射能量，因此借助该等不同的辐射能量的相对大 小关系，进而得到该第二电磁波发射源l'分别相对于该第一感测模块 2a及该第二感测模块2b的一第一空间方向角及一第二空间方向角，并 且通过该第二电磁波发射源l'分别距离该第一感测模块2a及该第二感 测模块2b的一第一空间距离及一第二空间距离分别与上述第二电磁波 发射源l'分别相对于该第一感测模块2a及该第二感测模块2b的第一空 间方向角及第二空间方向角的运算，以得到该第二电磁波发射源l'分 别相对于该第一感测模块2a及该第二感测模块2b的第二空间坐标位 置。
因此，通过该第一空间坐标位置与该第二空间坐标位置两点的联 机以于空间中产生一直线向量，并且通过该直线向量于空间中的向量 变化以得到该直线向量于空间中的旋转情形。
请参阅图3所示，其为本发明三维空间多自由度侦测装置的第二 实施例的立体示意图。由图中可知，本发明第二实施例与第一实施例 最大的不同在于在第二实施例中，该三维空间多自由度侦测装置更 进一步包括 一反射板(reflectiveboard)3，其用以将该第一电磁波发射 源1的第一电磁波10a、 10b及该第二电磁波发射源l'的第二电磁波 10a'、 10b'反射至该第一感测模块2a及该第二感测模块2b，因此该第 一电磁波发射源1的第一电磁波10a、 10b及该第二电磁波发射源l'的 第二电磁波10a'、 10b'系通过该反射板3的反射而产生的。换言之，起 初光源S、 S'的发射点可放置在与该第一感测模块2a及该第二感测模 块2b同侧的地方，然后再通过该反射板3的反射以产生该第一电磁波 发射源1及其第一电磁波10a、 10b与该第二电磁波发射源l'及其第二 电磁波10a'、 10b'。
请参阅图4所示，其为本发明三维空间多自由度侦测装置的第三 实施例的立体示意图。由图中可知，本发明第三实施例与第一实施例 最大的不同在于在第三实施例中，该三维空间多自由度侦测装置更 进一步包括 一第三电磁波发射源1〃 ，其用以产生具有一第三调制信 号(third modulation signal)的第三电磁波10a〃 、 10b"，并且通过该第 一电磁波10a、 10b、该第二电磁波10a'、 10b'与该第三电磁波10a"、 10b"之间的调制信号的差异，以分辨感测模块接收到那一种电磁波。
再者，通过该第三电磁波发射源1〃相对于该第一感测模块2a的 该等第一感测元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a及该第二感测模块2b的该等第二感测元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b在空间中的方向角的差 异及该第一电磁波10a、 10b、该第二电磁波10a'、 lOb'与该第三电磁波 10a〃 、 10b〃之间的调制信号的差异，以使得该等第一感测元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a及该等第二感测元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b
分别接收到该第三电磁波发射源1〃的该等不同的辐射能量，因此借助 该等不同的辐射能量的相对大小关系，进而得到该第三电磁波发射源1 〃分别相对于该第一感测模块2a及该第二感测模块2b的一第一空间 方向角及一第二空间方向角，并且通过该第三电磁波发射源1〃分别距 离该第一感测模块2a及该第二感测模块2b的一第一空间距离及一第 二空间距离分别与上述第三电磁波发射源1〃分别相对于该第一感测 模块2a及该第二感测模块2b的第一空间方向角及第二空间方向角的 运算，以得到该第三电磁波发射源1〃分别相对于该第一感测模块2a 及该第二感测模块2b的第三空间坐标位置。
因此，通过该第一空间坐标位置、该第二空间坐标位置及该第三 空间坐标位置三点的联机以于空间中产生三条直线向量及上述三条直 线向量所建立的平面，并且通过上述任意一条直线向量于空间中的向 量变化及该平面的法向量变化以得到该平面于空间中的旋转情形。
请参阅图5A至图5E所示，其分别为本发明第一感测模块的第四 实施例的立体图及俯视图、本发明第二感测模块的第四实施例的立体 图及俯视图、及本发明三维空间多自由度侦测装置的第四实施例的立 体示意图。由图中可知，本发明第四实施例与第一实施例最大的不同 在于在第四实施例中， 一第一感测模块2a'包括五个第一感测元件 21a'、 22a'、 23a'、 24a'、 25a'，其分别设置于不同的空间平面201a'、 202a'、 203a'、 204a'、 205a'上，并且该等空间平面201a'、 202a'、 203a'、 204a'、 205a'彼此分离。换言之，随着不同的设计需求，该等第一感测元件21a'、 22a'、 23a'、 24a'、 25a'可座落于空间中的任意平面上，以使得该等第一 感测元件21a'、 22a'、 23a'、 24a'、 25a'可从不同空间角度接收从该第一 电磁波发射源1传来的第一电磁波10a所产生的不同的辐射能量及接 收从该第二电磁波发射源l'传来的第二电磁波10a'所产生的不同的辐 射能量。
另外，在第四实施例中， 一第二感测模块2b'包括五个第二感测元 件21b'、 22b'、 23b'、 24b'、 25b'，其分别设置于不同的空间平面201b'、 202b'、 203b'、 204b'、 205b'上，并且该等空间平面201b'、 202b'、 203b'、 204b'、 205b'彼此分离。换言之，随着不同的设计需求，该等第二感测 元件21b'、 22b'、 23b'、 24b'、 25b'可座落于空间中的任意平面上，以使 得该等第二感测元件21b'、 22b'、 23b'、 24b'、 25b'可从不同空间角度接 收从该第一电磁波发射源1传来的第一电磁波10b所产生的不同的辐射能量及接收从该第二电磁波发射源l'传来的第一电磁波10b'所产生 的不同的辐射能量。
请参阅图6-l、图6-2及图6-3所示，其为本发明三维空间多自由 度侦测装置的侦测方法的第一实施例的流程图。配合图2E、及图6-l、 图6-2及图6-3可知，本发明第一实施例提供一种三维空间多自由度侦 测装置的侦测方法，其包括下列步骤
步骤S100:首先，提供一用于产生第一电磁波10a、 10b的第一 电磁波发射源l、 一用于产生第二电磁波10a'、 10b'的第二电磁波发射 源l'、 一具有一第一基座20a及多个第一感测元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a的第一感测模块2a、及一具有一第二基座20b及多个第二感测元件 21b、 22b、 23b、 24b、 25b的第二感测模块2b，其中该第一电磁波10a、 10b具有一第一调制信号，并且该第二电磁波10a'、 10b'具有一第二调 制信号。此外，该第一基座20a具有多个位于不同平面的表面201a、 202a、 203a、 204a、 205a，并且该等第一感测元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a分别设置在上述第一基座20a的该等表面201a、 202a、 203a、 204a、 205a上，并且该第二基座20b具有多个位于不同平面的表面201b、 202b、 203b、 204b、 205b，并且该等第二感测元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b分别设置在上述第二基座20b的该等表面201b、 202b、 203b、 204b、 205b上。
步骤S102:该第一感测模块2a的其中一第一感测元件21a的法向 量以平行于一空间坐标Cl的一参考轴Yl的方式来接收该第一电磁波 10a及该第二电磁波10a'所产生的不同的辐射能量，并且该第一感测模 块2a的其余的第一感测元件22a、 23a、 24a、 25a的法向量以分别与该 参考轴Yl产生一夹角的方式来接收该第一电磁波10a及该第二电磁波 10a'所产生的不同的辐射能量，借此以换算出由该第一感测模块2a相 对应该第一电磁波发射源1及该第二电磁波发射源l'所建立的两组第 一空间投影矩阵。
步骤S104:该第二感测模块2b的其中一第二感测元件21b的法 向量以平行于另一空间坐标C2的一参考轴Y2的方式来接收该第一电 磁波10b及该第二电磁波10b'所产生的不同的辐射能量，并且该第二 感测模块2b的其余的第二感测元件22b、 23b、 24b、 25b的法向量以 分别与该参考轴Y2产生一夹角的方式来接收该第一电磁波10b及该第 二电磁波10b'所产生的不同的辐射能量，借此以换算出由该第二感测 模块2b相对应该第一电磁波发射源l及该第二电磁波发射源l'所建立 的两组第二空间投影矩阵。
换言之，通过该等第一感测元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a及该 等第二感测元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b从不同空间角度接收从该第一电磁波发射源1传来的电磁波10a、 10b所产生的不同的辐射能量 及接收从该第二电磁波发射源l'传来的第二电磁波10a'、 10b'所产生的 不同的辐射能量，其中该第一感测模块2a及该第二感测模块2b所接 收到的辐射能量皆为光通量(luminous flux)。另外，若以本发明的第二 实施例为例(如图3所示)，步骤S102及S104更进一步包括通过一反 射板(reflectiveboard)3将该第一电磁波发射源1的第一电磁波10a、10b 及该第二电磁波发射源l'的第二电磁波10a'、 10b'同时反射至该第一感 测模块2a及该第二感测模块2b。
步骤S106:取出该第一感测模块2a的一部分第一感测元件，其 所接收的该第一电磁波10a及该第二电磁波10a'的辐射能量比该第一 感测模块2a的其余的第一感测元件大。
步骤S108:取出该第二感测模块2b的一部分第二感测元件，其 所接收的该第一电磁波10b及该第二电磁波10b'的辐射能量比该第二 感测模块2b的其余的第二感测元件大。
步骤S110:将该第一感测模块2a的该等部分第一感测元件所接收 的该第一电磁波10a及该第二电磁波10a'的辐射能量与该第一感测模 块2a相对于该第一电磁波发射源l及该第二电磁波发射源l'所建立的 两组第一空间投影矩阵进行运算，进而得到该第一电磁波发射源1及 该第二电磁波发射源l'分别相对于该第一感测模块2a的两组第一空间 方向角。
步骤S112:将该第二感测模块2b的该等部分第二感测元件所接 收的该第一电磁波10b及该第二电磁波10b'的辐射能量与该第二感测 模块2b相对于该第一电磁波发射源l及该第二电磁波发射源l'所建立 的两组第二空间投影矩阵进行运算，进而得到该第一电磁波发射源1
及该第二电磁波发射源r分别相对于该第二感测模块2b的两组第二空 间方向角。
换言之，于步骤S110及S112中，借助该第一电磁波10a及该第 二电磁波10a'所产生的不同的辐射能量的相对大小关系，进而得到该第
一电磁波发射源i及该第二电磁波发射源r分别相对于该第一感测模
块2a的两组第一空间方向角；借助该第一电磁波10b及该第二电磁波 10b'所产生的不同的辐射能量的相对大小关系，进而得到该第一电磁波
发射源i及该第二电磁波发射源r分别相对于该第二感测模块2b的两
组第二空间方向角。
步骤S114:计算出该第一电磁波发射源1及该第二电磁波发射源 l'分别距离该第一感测模块2a的两组第一空间距离。
步骤S116:计算出该第一电磁波发射源1及该第二电磁波发射源
r分别距离该第二感测模块2b的两组第二空间距离。步骤S118:通过该第一电磁波发射源1分别距离该第一感测模块
2a及该第二感测模块2b的第一空间距离及第二空间距离分别与上述第 一电磁波发射源l分别相对于该第一感测模块2a及该第二感测模块2b 的第一空间方向角及第二空间方向角的运算，以得到该第一电磁波发 射源1分别相对于该第一感测模块2a及该第二感测模块2b的第一空 间坐标位置。
步骤S120:通过该第二电磁波发射源l'分别距离该第一感测模块 2a及该第二感测模块2b的第一空间距离及第二空间距离分别与上述第 二电磁波发射源l'分别相对于该第一感测模块2a及该第二感测模块2b 的第一空间方向角及第二空间方向角的运算，以得到该第二电磁波发 射源l'分别相对于该第一感测模块2a及该第二感测模块2b的第二空间 坐标位置。
步骤S122:通过该第一空间坐标位置与该第二空间坐标位置两点 的联机以于空间中产生一直线向量，并且通过该直线向量于空间中的 向量变化以得到该直线向量于空间中的旋转情形。
请参考图6A至图6D所示，其分别为本发明第一电磁波发射源相 对于第 一 感测模块的立体坐标示意图(3D coordinate schematic diagram)、本发明第一电磁波发射源相对于第二感测模块的立体坐标示 意图(3D coordinate schematic diagram)、本发明第一电磁波发射源相对 于第一感测模块及第二感测模块的平面投影坐标示意图(2D projection coordinate schematic diagram)、及本发明线条于空间中的旋转情形的立 体坐标示意图(3D coordinate schematic diagram)。以下举列说明，将步 骤S102至S122整理如下
首先，如图6A及图6B所示，先定义出 =/"'^'"^，以得到该 第一感测模块2a相对于该第一电磁波发射源1所建立的第一空间投影 矩阵及该第二感测模块2b相对于该第一电磁波发射源1所建立的第二 空间投影矩阵。其中a;j为光源发射功率函数(the function of source emitting power); P为光源发身寸功率(source emitting power); A为投影面 (the plane of projection); r为光源发射点至投影面的距离(the distance between the source emitting point and the plane of projection); 5为投影面 的法向量(the normal vector of the plane of projection)。
然后，以从该第一感测模块2a中取出三个接收该第一电磁波发射 源1的辐射能量较大的第一感测元件为例(该等接收的辐射能量比其余 的第一感测元件大的第一感测元件的数量至少为三个以上)，此三个较 大的辐射能量分别为L、 12及13。
22<formula>formula see original document page 23</formula>
其中，A为空间投影矩阵(3D projection transformation matrix), B 为空间方向角矩阵(directional angle matrix), I为辐射能量强度矩阵 (intensity matrix),所以将该等部分第一感测元件所接收的较大辐射能 量与该第一感测模块2a所建立的第一空间投影矩阵进行运算，进而得 到该第一电磁波发射源1相对于该第一感测模块2a的空间方向角 (spatial direction angle)。换言之，因为A(该第一感测模块2a所建立的 第一空间投影矩阵)与I(该等接收该第一电磁波发射源1的辐射能量较 大的第一感测元件所得到的辐射能量强度)皆为已知，所以得到B即可 求得该第一电磁波发射源1相对于该第一感测模块2a的空间方向角 b『g(a,，卩p Yi)(第一空间方向角)，其中 为ai、 ^、 Yi的方向余旋 角函数(the function of direction cosine angle)。另夕卜，运用上述相同的计 算方式，以求得该第一电磁波发射源l相对于该第二感测模块2b的空 间方向角bij=g(a2，卩2， n)(第二空间方向角)，其中bij为ot2、 p2、 72的 方向余旋角函数(the function of direction cosine angle)。
然后，如图6C所示，分别计算出该第一电磁波发射源1距离该第 一感测模块2a的第一空间距离及该第一电磁波发射源1距离该第二感 测模块2b的第二空间距离。
因此，
c12
_c21c22_/l2_;2 _
其中，C为平面投影矢巨阵(2D projection transformation matrix); R 为光源发射距离矩阵(source emitting distance matrix); L为感测模块距 离矩阵(sensing module distance matrix)。因为C(该第一电磁波发射源1 相对于第一感测模块2a及第二感测模块2b所投影出来的平面投影矩 阵)与L(该第一感测模块2a与该第二感测模块2b之间的y方向距离 111，及该第一电磁波发射源1距离该第一感测模块2a或该第二感测模 块2b的z方向距离112)皆为已知，所以即可得到R值，其中 为该第 一电磁波发射源l距离该第一感测模块2a的第一空间距离，！"12为该第 一电磁波发射源1距离该第二感测模块2b的第二空间距离。
接下来，通过该第一空间距离rn及该第二空间距离1"12分别与该 第一空间方向角(a,、卩,、Yi)及该第二组空间方向角(a2、 p2、 h)的运算， 以得到该第一电磁波发射源1相对于该第一感测模块2a及该第二感测 模块2b的第一空间坐标位置。换言之，该第一电磁波发射源1相对于 该第一感测模块2a的第一空间坐标位置(&、 yi、 zD及该第一电磁波发射源1相对于该第二感测模块2b的第一空间坐标位置(&、 y2、 Z2)分别 为
x产r"cos(a!); y产rucos(卩,)；zf rucosCn)。
x2= r12cos(a2); y2= r12cos((32); z2= r12cos(>2)。
然后，依照上述从图6A至图6C的步骤，以计算出该第二电磁波 发射源l'相对于该第一感测模块2a及该第二感测模块2b的第二空间坐 标位置。
最后，请参阅图6D所示，以该第一感测模块2a为中心点为例， 该第一电磁波发射源1相对于该第一感测模块2a的第一空间坐标位置 及该第二电磁波发射源l'相对于i多第一感测模块2a的第二空间坐标位 置两点的联机即产生一直线向量&(亦即通过该第一空间坐标位置与该 第二空间坐标位置两点的联机以于空间中产生一直线向量)，并且通过 该直线向—量于空fs]中的向量变化^以得到该享幾向尊于空间中的旋转 情形(由^旋转到^得情形)。换言之，借助Mz^-^以得到一直线向 掌于空间中的旋转情形，其中A《为该直线向量于空间中的向量变化， ^为旋转前的直线向量，&=^-^为旋转后的直线向量。
请参阅图7-1与图7-2、及图7A所示，其分别为本发明三维空间 多自由度侦测装置的侦测方法的第二实施例的流程图、及本发明平面 于空间中的旋转情形的立体坐标示意图(3D coordinate schematic diagram)。配合图4、图7-l与图7-2、及图7A可知，本发明第二施实 例的侦测方法包括下列步骤
步骤S200:提供一用于产生一第一电磁波10a、 10b的第一电磁 波发射源l、 一用于产生一第二电磁波10a'、 10b'的第二电磁波发射源 l'、 一用于产生一第三电磁波10a〃 、 10b〃的第三电磁波发射源1〃 、 一具有多个第一感测元件的第一感测模块2a、及一具有多个第二感测 元件的第二感测模块2b，其中该第一电磁波10a、 10b具有一第一调制 信号，该第二电磁波10a'、 10b'具有一第二调制信号，并且该第三电磁 波10a〃 、 10b〃具有一第三调制信号。
步骤S202:分别通过该第一感测模块2a的该等第一感测元件及 该第二感测模块2b的该等第二感测元件，从不同空间角度接收从该第 一电磁波发射源1传来的第一电磁波10a、 10b所产生的不同的辐射能 量、接收从该第二电磁波发射源l'传来的第二电磁波10a'、 10b'所产生 的不同的辐射能量、及接收从该第三电磁波发射源1〃传来的第三电磁 波10a〃 、 10b〃所产生的不同的辐射能量。
步骤S204:借助该第一电磁波10a、 10b、该第二电磁波10a'、 10b' 及该第三电磁波10a〃 、 10b〃所产生的不同的辐射能量的相对大小关 系，进而得到该第一电磁波发射源1、该第二电磁波发射源l'及该第三电磁波发射源1〃分别相对于该第一感测模块2a的三组第一空间方向 角。
步骤S206:借助该第一电磁波10a、 10b、该第二电磁波10a'、 10b' 及该第三电磁波10a〃 、 10b〃所产生的不同的辐射能量的相对大小关 系，进而得到该第一电磁波发射源1、该第二电磁波发射源l'及该第三 电磁波发射源1〃分别相对于该第二感测模块2b的三组第二空间方向 角。
步骤S208:通过该第一电磁波发射源1分别距离该第一感测模块 2a及该第二感测模块2b的第一空间距离及第二空间距离分别与上述第 一电磁波发射源l分别相对于该第一感测模块2a及该第二感测模块2b 的第一空间方向角及第二空间方向角的运算，以得到该第一电磁波发 射源1分别相对于该第一感测模块2a及该第二感测模块2b的第一空 间坐标位置。
步骤S210:通过该第二电磁波发射源l'分别距离该第一感测模块 2a及该第二感测模块2b的第一空间距离及第二空间距离分别与上述第 二电磁波发射源l'分别相对于该第一感测模块2a及该第二感测模块2b 的第一空间方向角及第二空间方向角的运算，以得到该第二电磁波发 射源l'分别相对于该第一感测模块2a及该第二感测模块2b的第二空间 坐标位置。
步骤S212:通过该第三电磁波发射源1〃分别距离该第一感测模 块2a及该第二感测模块2b的第一空间距离及第二空间距离分别与上 述第三电磁波发射源1〃分别相对于该第一感测模块2a及该第二感测 模块2b的第一空间方向角及第二空间方向角的运算，以得到该第三电 磁波发射源1〃分别相对于该第一感测模块2a及该第二感测模块2b的 第二空间坐标位置。
步骤S214:如图7A所示，通过该第一空间坐标位置、该第二空
间坐标位置及该第三空间坐标位置三点的联机以于空间中产生三条直
线向量及上述三条直线向量所建立的平面，并且通过上述任意一条直
线向量于一空间中的向量变化^ = ^—&(其中^=^—^为旋转前的直线
向量，、=^ t - &为旋转后的直线向量)及该平面的法向量变化 ^ = &-~其中^为旋转前的一法向量，_^为旋转后的法向量)以得到该
平面于空间中的旋转情形(由^旋转到、得情形)。
综上所述，本发明通过至少两个电磁波发射源及两个感测模块的 配合，以侦测出该三维空间多自由度侦测装置于空间中的两个旋转自 由度(2 degrees of rotational freedom)和三个线性自由度(3 degrees of linear freedom),并且通过至少三个电磁波发射源及两个感测模块的配 合，以侦测出该三维空间多自由度侦测装置于空间中的三个旋转自由度(3 degrees of rotational freedom)禾口三个线性自由度(3 degrees of linear freedom)。
但，以上所述，仅为本发明最佳的一具体实施例的详细说明与附 图，但本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的 保护范围应以权利要求书的范围为准，凡符合本发明权利要求书范围 的精神与其类似变化的实施例，皆应包含于本发明的范畴中，任何本 领域技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖 在本案的保护范围之内。
权利要求
1、一种三维空间多自由度侦测装置，其特征在于，包括一第一电磁波发射源，其用以产生第一电磁波，并且该第一电磁波发射源为点光源；一第二电磁波发射源，其用以产生第二电磁波，并且该第二电磁波发射源系为点光源；一第一感测模块，其具有多个第一感测元件，以用于从不同空间角度同时接收从该第一电磁波发射源传来的第一电磁波及该第二电磁波发射源传来的第二电磁波所产生的不同的辐射能量；以及至少一第二感测模块，其具有多个第二感测元件，以用于从不同空间角度同时接收从该第一电磁波发射源传来的第一电磁波及该第二电磁波发射源传来的第二电磁波所产生的不同的辐射能量；借此，通过该第一电磁波发射源相对于该第一感测模块的该等第一感测元件及该第二感测模块的该等第二感测元件在空间中的方向角的差异，以使得该等第一感测元件及该等第二感测元件分别接收到该第一电磁波发射源的该等不同的辐射能量，因此借助该等不同的辐射能量的相对大小关系，进而得到该第一电磁波发射源分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的一第一空间方向角及一第二空间方向角，并且通过该第一电磁波发射源分别距离该第一感测模块及该第二感测模块的一第一空间距离及一第二空间距离分别与上述第一电磁波发射源分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间方向角及第二空间方向角的运算，以得到该第一电磁波发射源分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间坐标位置。借此，通过该第二电磁波发射源相对于该第一感测模块的该等第一感测元件及该第二感测模块的该等第二感测元件在空间中的方向角的差异，以使得该等第一感测元件及该等第二感测元件分别接收到该第二电磁波发射源的该等不同的辐射能量，因此借助该等不同的辐射能量的相对大小关系，进而得到该第二电磁波发射源分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的一第一空间方向角及一第二空间方向角，并且通过该第二电磁波发射源分别距离该第一感测模块及该第二感测模块的一第一空间距离及一第二空间距离分别与上述第二电磁波发射源分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间方向角及第二空间方向角的运算，以得到该第二电磁波发射源分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第二空间坐标位置；借此，通过该第一空间坐标位置与该第二空间坐标位置两点的联机以于空间中产生一直线向量，并且通过该直线向量于空间中的向量变化以得到该直线向量于空间中的旋转情形。
2、 如权利要求1所述的三维空间多自由度侦测装置，其特征在于该第一电磁波发射源及该第二电磁波发射源皆为可见光或不可见光。
3、 如权利要求1所述的三维空间多自由度侦测装置，其特征在于该第一感测模块更进一步包括一第一基座，其具有多个位于不同平面的表面，并且该等第一感测元件分别设置在上述第一基座的该等表面上；该第二感测模块更进一步包括一第二基座，其具有多个位于不同平面的表面，并且该等第二感测元件分别设置在上述第二基座的该等表面上。
4、 如权利要求1所述的三维空间多自由度侦测装置，其特征在于该第一电磁波具有一第一调制信号，该第二电磁波具有一第二调制信号，并且该第一调制信号及该第二调制信号皆为振幅调变、频率调变或相位调变。
5、 如权利要求1所述的三维空间多自由度侦测装置，其特征在于该第一电磁波与该第二电磁波的波长为相同或不相同。
6、 如权利要求1所述的三维空间多自由度侦测装置，其特征在于该等第一感测元件及该等第二感测元件分别设置于空间中的相同平面上。
7、 一种三维空间多自由度侦测装置的侦测方法，其特征在于，包括下列步骤(a) 提供一用于产生一第一电磁波的第一电磁波发射源、 一用于产生一第二电磁波的第二电磁波发射源、 一具有多个第一感测元件的第一感测模块、及至少一具有多个第二感测元件的第二感测模块，其中该第一电磁波发射源及该第二电磁波发射源皆为点光源；(b) 分别通过该第一感测模块的该等第一感测元件及该第二感测模块的该等第二感测元件，从不同空间角度接收从该第一电磁波发射源传来的第一电磁波所产生的不同的辐射能量及接收从该第二电磁波发射源传来的第二电磁波所产生的不同的輻射能量；(C)借助该第一电磁波及该第二电磁波所产生的不同的辐射能量的相对大小关系，进而得到该第一电磁波发射源及该第二电磁波发射源分别相对于该第一感测模块的两组第一空间方向角；(d) 借助该第一电磁波及该第二电磁波所产生的不同的辐射能量的相对大小关系，进而得到该第一电磁波发射源及该第二电磁波发射源分别相对于该第二感测模块的两组第二空间方向角；(e) 通过该第一电磁波发射源分别距离该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间距离及第二空间距离分别与上述第一电磁波发射源分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间方向角及第二空间方向角的运算，以得到该第一电磁波发射源分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间坐标位置；(f) 通过该第二电磁波发射源分别距离该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间距离及第二空间距离分别与上述第二电磁波发射源分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间方向角及第二空间方向角的运算，以得到该第二电磁波发射源分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第二空间坐标位置；以及(g) 通过该第一空间坐标位置与该第二空间坐标位置两点的联机以于空间中产生一直线向量，并且通过该直线向量于空间中的向量变化以得到该直线向量于空间中的旋转情形。
8、 如权利要求7所述的三维空间多自由度侦测装置的侦测方法，其特征在于该第一电磁波发射源及该第二电磁波发射源皆为可见光或不可见光。
9、 如权利要求7所述的三维空间多自由度侦测装置的侦测方法，其特征在于，上述(b)至(d)的步骤中，更进一步包括该第一感测模块的其中一第一感测元件的法向量以平行于一空间坐标的一参考轴的方式来接收该第一电磁波及该第二电磁波所产生的收辐射能量，并且该第一感测模块的其余的第一感测元件的法向量以分别与该参考轴产生一夹角的方式来接收该第一电磁波及该第二电磁波所产生的收辐射能量，借此以换算出由该第一感测模块相对应该第一电磁波发射源及该第二电磁波发射源所建立的两组第一空间投影矩阵；该第二感测模块的其中一第二感测元件的法向量以平行于另一空间坐标的一参考轴的方式来接收该第一电磁波及该第二电磁波所产生的收辐射能量，并且该第二感测模块的其余的第二感测元件的法向量以分别与该参考轴产生一夹角的方式来接收该第一电磁波及该第二电磁波所产生的收辐射能量，借此以换算出由该第二感测模块相对应该第一电磁波发射源及该第二电磁波发射源所建立的两组第二空间投影矩阵；取出该第一感测模块的一部分第一感测元件，其所接收的该第一电磁波及该第二电磁波的辐射能量比该第一感测模块的其余的第一感测元件大；取出该第二感测模块的一部分第二感测元件，其所接收的该第一电磁波及该第二电磁波的辐射能量比该第二感测模块的其余的第二感测元件大；将该第一感测模块的该等部分第一感测元件所接收的该第一电磁波及该第二电磁波的辐射能量与该第一感测模块相对于该第一电磁波发射源及该第二电磁波发射源所建立的两组第一空间投影矩阵进行运算，进而得到该第一电磁波发射源及该第二电磁波发射源分别相对于该第一感测模块的两组第一空间方向角；以及将该第二感测模块的该等部分第二感测元件所接收的该第一电磁波及该第二电磁波的辐射能量与该第二感测模块相对于该第一电磁波发射源及该第二电磁波发射源所建立的两组第二空间投影矩阵进行运算，进而得到该第一电磁波发射源及该第二电磁波发射源分别相对于该第二感测模块的两组第二空间方向角。
10、 如权利要求7所述的三维空间多自由度侦测装置的侦测方法，其特征在于该第一感测模块更进一步包括一第一基座，其具有多个位于不同平面的表面，并且该等第一感测元件分别设置在上述第一基座的该等表面上；该第二感测模块更进一步包括一第二基座，其具有多个位于不同平面的表面，并且该等第二感测元件分别设置在上述第二基座的该等表面上。
11、 如权利要求7所述的三维空间多自由度侦测装置的侦测方法，其特征在于该第一电磁波具有一第一调制信号，该第二电磁波具有一第二调制信号，并且该第一调制信号及该第二调制信号皆为振幅调变、频率调变或相位调变。
12、 如权利要求7所述的三维空间多自由度侦测装置的侦测方法，其特征在于该第一电磁波与该第二电磁波的波长为相同或不相同。
13、 如权利要求7所述的三维空间多自由度侦测装置的侦测方法，其特征在于该等第一感测元件及该等第二感测元件分别设置于空间中的相同平面上。
14、 一种三维空间多自由度侦测装置，其特征在于，包括一第一电磁波发射源，其用以产生第一电磁波，并且该第一电磁波发射源为点光源；一第二电磁波发射源，其用以产生第二电磁波，并且该第二电磁波发射源为点光源；一第三电磁波发射源，其用以产生第三电磁波，并且该第三电磁波发射源为点光源；一第一感测模块，其具有多个第一感测元件，以用于从不同空间角度同时接收从该第一电磁波、该第二电磁波及该第三电磁波所产生的不同的辐射能量；以及至少一第二感测模块，其具有多个第二感测元件，以用于从不同空间角度同时接收从该第一电磁波、该第二电磁波及该第三电磁波所产生的不同的辐射能量；借此，通过该第一电磁波发射源相对于该第一感测模块的该等第一感测元件及该第二感测模块的该等第二感测元件在空间中的方向角的差异，以使得该等第一感测元件及该等第二感测元件分别接收到该第一电磁波发射源的该等不同的辐射能量，因此借助该等不同的辐射能量的相对大小关系，进而得到该第一电磁波发射源分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的一第一空间方向角及一第二空间方向角，并且通过该第一电磁波发射源分别距离该第一感测模块及该第二感测模块的一第一空间距离及一第二空间距离分别与上述第一电磁波发射源分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间方向角及第二空间方向角的运算，以得到该第一电磁波发射源分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间坐标位置；借此，通过该第二电磁波发射源相对于该第一感测模块的该等第一感测元件及该第二感测模块的该等第二感测元件在空间中的方向角的差异，以使得该等第一感测元件及该等第二感测元件分别接收到该第二电磁波发射源的该等不同的辐射能量，因此借助该等不同的辐射能量的相对大小关系，进而得到该第二电磁波发射源分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的一第一空间方向角及一第二空间方向角，并且通过该第二电磁波发射源分别距离该第一感测模块及该第二 感测模块的一第一空间距离及一第二空间距离分别与上述第二电磁波 发射源分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间方向 角及第二空间方向角的运算，以得到该第二电磁波发射源分别相对于 该第一感测模块及该第二感测模块的第二空间坐标位置；借此，通过该第三电磁波发射源相对于该第一感测模块的该等第 一感测元件及该第二感测模块的该等第二感测元件在空间中的方向角 的差异，以使得该等第一感测元件及该等第二感测元件分别接收到该 第三电磁波发射源的该等不同的辐射能量，因此借助该等不同的辐射 能量的相对大小关系，进而得到该第三电磁波发射源分别相对于该第 一感测模块及该第二感测模块的一第一空间方向角及一第二空间方向 角，并且通过该第三电磁波发射源分别距离该第一感测模块及该第二 感测模块的一第一空间距离及一第二空间距离分别与上述第三电磁波 发射源分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间方向 角及第二空间方向角的运算，以得到该第三电磁波发射源分别相对于 该第一感测模块及该第二感测模块的第三空间坐标位置；借此，通过该第一空间坐标位置、该第二空间坐标位置及该第三 空间坐标位置三点的联机以于空间中产生三条直线向量及上述三条直 线向量所建立的平面，并且通过上述任意一条直线向量于空间中的向 量变化及该平面的法向量变化以得到该平面于空间中的旋转情形。
15、 一种三维空间多自由度侦测装置的侦测方法，其特征在于， 包括下列步骤(a) 提供一用于产生一第一电磁波的第一电磁波发射源、 一用于产 生一第二电磁波的第二电磁波发射源、 一用于产生一第三电磁波的第 三电磁波发射源、 一具有多个第一感测元件的第一感测模块、及至少 一具有多个第二感测元件的第二感测模块，其中该第一电磁波发射源、 该第二电磁波发射源及该第三电磁波发射源皆为点光源；(b) 分别通过该第一感测模块的该等第一感测元件及该第二感测模 块的该等第二感测元件，从不同空间角度接收从该第一电磁波发射源 传来的第一电磁波所产生的不同的辐射能量、接收从该第二电磁波发 射源传来的第二电磁波所产生的不同的辐射能量、及接收从该第三电 磁波发射源传来的第三电磁波所产生的不同的辐射能量；(C)借助该第一电磁波、该第二电磁波及该第三电磁波所产生的不 同的辐射能量的相对大小关系，进而得到该第一电磁波发射源、该第二电磁波发射源及该第三电磁波发射源分别相对于该第一感测模块的 三组第一空间方向角；(d) 借助该第一电磁波、该第二电磁波及该第三电磁波所产生的不同的辐射能量的相对大小关系，进而得到该第一电磁波发射源、该第二电磁波发射源及该第三电磁波发射源分别相对于该第二感测模块的 三组第二空间方向角；(e) 通过该第一电磁波发射源分别距离该第一感测模块及该第二感 测模块的第一空间距离及第二空间距离分别与上述第一电磁波发射源 分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间方向角及第 二空间方向角的运算，以得到该第一电磁波发射源分别相对于该第一 感测模块及该第二感测模块的第一空间坐标位置；(f) 通过该第二电磁波发射源分别距离该第一感测模块及该第二感 测模块的第一空间距离及第二空间距离分别与上述第二电磁波发射源 分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间方向角及第 二空间方向角的运算，以得到该第二电磁波发射源分别相对于该第一 感测模块及该第二感测模块的第二空间坐标位置；(g) 通过该第三电磁波发射源分别距离该第一感测模块及该第二感 测模块的第一空间距离及第二空间距离分别与上述第三电磁波发射源 分别相对于该第一感测模块及该第二感测模块的第一空间方向角及第 二空间方向角的运算，以得到该第三电磁波发射源分别相对于该第一 感测模块及该第二感测模块的第三空间坐标位置；以及(h) 通过该第一空间坐标位置、该第二空间坐标位置及该第三空间 坐标位置三点的联机以于空间中产生三条直线向量及上述三条直线向 量所建立的平面，并且通过上述任意一条直线向量于空间中的向量变 化及该平面的法向量变化以得到该平面于空间中的旋转情形。
全文摘要
一种三维空间多自由度侦测装置，其包括一第一电磁波发射源、一第二电磁波发射源、一第一感测模块及一第二感测模块。该第一电磁波发射源用以产生一具有一第一调制信号的第一电磁波。该第二电磁波发射源用以产生一具有一第二调制信号的第二电磁波。该第一感测模块具有多个第一感测元件，以用于从不同空间角度同时接收从该第一电磁波及该第二电磁波所产生的不同的辐射能量。该第二感测模块具有多个第二感测元件，以用于从不同空间角度同时接收从该第一电磁波及该第二电磁波所产生的不同的辐射能量。
文档编号G01S5/00GK101477191SQ20081000181
公开日2009年7月8日 申请日期2008年1月3日 优先权日2008年1月3日
发明者官知正, 郑家驹, 陈昭宇 申请人:敦南科技股份有限公司