测距装置、立体影像感测装置以及光学式触控系统的制作方法

专利名称：测距装置、立体影像感测装置以及光学式触控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测距装置。
背景技术：
在公知技术中，测距装置对待测物发射侦测光，并接收由待测物反射侦测光所产生的反射光。测距装置可借由量测侦测光往返测距装置与待测物之间所需的时间，以推算测距装置与待测物之间的距离。然而，由于当待测物表面的反射率较低时，待测物所产生的反射光的能量较低，而使得测距装置易受到背景光(噪声)的影响，而产生较大的量测误差，造成使用者的不便。

发明内容
本发明提供一种测距装置。该测距装置包含一发光/感测控制电路、一发光组件、 一光感测组，以及一距离计算电路。该发光/感测控制电路，用来产生一发光周期信号、一第一快门周期信号、一第二快门周期信号、一阶段信号、一侦测频率信号，以及一读取信号。 该发光周期信号、该第一快门周期信号以及该第二快门周期信号具有相同的一侦测频率。 该发光周期信号与该第一快门周期信号大致为同相。该第一快门周期信号与该第二快门周期信号大致为反相。该侦测频率信号指出该侦测频率的大小。该发光组件，用来根据该发光周期信号，以发出一侦测光射向一待测物。该光感测组，用来根据该第一快门周期信号，感测并累积该侦测光被该待测物反射所产生的一反射光的能量，以产生一第一光感测信号， 并根据该读取信号，输出该第一光感测信号，且用来根据该第二快门周期信号，感测并累积该侦测光被该待测物反射所产生的该反射光的能量，以产生一第二光感测信号，并根据该读取信号，输出该第二光感测信号。该距离计算电路，用来根据该阶段信号、该第一光感测信号、该第二光感测信号，以及该侦测频率信号，以计算该测距装置与该待测物之间的一待测距离。本发明另提供一种立体影像感测装置。该立体影像感测装置包含一发光/感测控制电路、一发光组件、一光感测模块、一距离计算电路，以及一影像感测控制电路。该发光/ 感测控制电路，用来产生一发光周期信号、一第一快门周期信号、一第二快门周期信号、一阶段信号、一侦测频率信号，以及一读取信号。该发光周期信号、该第一快门周期信号以及该第二快门周期信号具有相同的一侦测频率。该发光周期信号与该第一快门周期信号大致为同相。该第一快门周期信号与该第二快门周期信号大致为反相。该侦测频率信号指出该侦测频率的大小。该发光组件，用来根据该发光周期信号，以发出一侦测光射向一场景。该场景包含M个反射点。该光感测模块，用来产生M个第一光感测信号与M个第二光感测信号。该光感测模块包含M个光感测组。该M个光感测组的一第K个光感测组，包含一第一光感测组件，以及一第二光感测组件。该M个光感测组的该第K个光感测组的该第一光感测组件，用来根据该第一快门周期信号，感测并累积该侦测光被该场景的该M个反射点的一第K 个反射点反射所产生的一反射光的能量，以产生该M个第一光感测信号的一第K个第一光感测信号，并根据该读取信号，输出该M个第一光感测信号的该第K个第一光感测信号。该 M个光感测组的该第K个光感测组的该第二光感测组件，用来根据该第二快门周期信号，感测并累积该侦测光被该场景的该M个反射点的该第K个反射点反射所产生的一反射光的能量，以产生该M个第二光感测信号的一第K个第二光感测信号，并根据该读取信号，输出该 M个第二光感测信号的该第K个第二光感测信号。该距离计算电路，用来根据该阶段信号、 该M个第一光感测信号、该M个第二光感测信号，以及该侦测频率信号，以计算该立体影像感测装置与该场景的该M个反射点的M个待测距离。该影像感测控制电路，用来控制该光感测模块的该M个光感测组，以感测该场景以得出一影像，该影像包含QXM)个子像素影像资料。该影像感测控制电路分别控制该M个光感测组的该第K个光感测组的该第一光感测组件与该M个光感测组的该第K个光感测组的该第二光感测组件，来感测该场景的该第 K个反射点，以得到该OXM)个子像素影像资料的一第OXK)个子像素影像资料与一第 (2 X K-1)个子像素影像资料。1彡K彡M，且M、K皆表示正整数。本发明另提供一种光学式触控系统。该光学式触控系统包含一显示屏、丨第一立体影像感测装置，以及一位置计算电路。该显示屏用来显示影像。该第一立体影像感测装置用来侦测至少一指示物，以据以输出该指示物与该第一立体影像感测装置的一待测距离与一待测角度。该第一立体影像感测装置与该显示屏之间所夹的角度为一第一已知夹角。 该位置计算电路用来根据该待测距离、该待测角度及该第一已知夹角，以计算出该指示物于该显示屏上的一位置。


图1为说明根据本发明的第一实施例的测距装置的示意图；图2为说明测距装置于「量测背景阶段」时的内部的控制信号的波形图；图3为说明测距装置于「计算距离阶段」时的内部的控制信号的波形图；图4为说明测距装置于「调整频率阶段」时的内部的控制信号的波形图；图5为说明根据本发明的第二实施例的测距装置的示意图；图6为说明驱动电路根据第一快门周期信号、第二快门周期信号，以及读取信号， 以产生的各控制信号的示意图；图7为说明本发明的光感测组的结构的示意图；图8为说明根据本发明的第三实施例的测距装置的示意图；图9为说明本发明的光感测组件组的结构的示意图；图10与图11为说明本发明的立体影像感测装置的示意图；图12为说明利用本发明的立体影像感测装置以测量一指示物与立体影像感测装置之间的待测角度的方法的示意图；图13为说明本发明的光学式触控系统的第一实施例的示意图；图14为说明本发明的光学式触控系统的另一实施例的示意图；图15为说明本发明的光学式触控系统的另一实施例的示意图；图16为说明本发明的光学式触控系统的另一实施例的示意图。其中，附图标记说明如下100、500、800、1090测距装置
110、511、811、1010发光/感测控制电路120.520.820U020发光组件130、530、830、CS! C、、CS^光感测组140、Mo、840、1040距离计算电路150、550、850、1050背景计算电路160、560、860、1060频率调整电路170、570、870聚光模块1000、1420、1520、1530、1620、1630立体影像感测装置1030光感测模块1100平面影像感测装置1300、1400、1500、1600光学式触控系统1310、1410、1510、1610显示屏1320、1330角度侦测器510.810发光/感测控制模块512、812驱动电路531、532光感测组件Ci、C2电容D、Dmi DM3待测距离Dp. Dpov/2已知距离Dx、DY距离资料Eb、ER能量F隹占Fc侦测频率GAX、GBX、(^ay、GBY子像素影像资料Lb背景光Lp中线Lid侦测光‘反射光LOCi LOC4位置Oi待测物02、Og指示物P场景Pp中点Pl端点PDi、PA感光二极管Qi、も晶体管Sb、Sbi Sbm背景信号Spc频率控制信号Spg频率信号
SLD发光周期信号
c c c ^c Q °LS1、°LS2、0LSll °LS1M、°LS21-Sls2m 光感测信号
Sp阶段信号
Sre读取信号
SSTI、SST2快门周期信号
SSOPI、Ss〇P2、Ssop快门开启脉冲信号
Sscpi、SscP2快门关闭脉冲信号
SOPl、S0p2输出脉冲信号
Srpi、Srp2重置脉冲信号
Sff11 SW14、Sff21 SW24开关
TB背景周期
T T 1 Cl 1 CN侦测周期
Vci、Vc2电压
VDD、VSS电压源
Γ) Γ) Cl、 C2触控夹角
%待测角度
Γ)FOV视角
具体实施例方式请参考图1。图1为说明根据本发明的第一实施例的测距装置100的示意图。如图1所示，测距装置100与待测物O1之间的距离为D，而测距装置100即为测量待测距离D。 测距装置100包含一发光/感测控制电路110、一发光组件120、一光感测组130、一距离计算电路140、一背景计算电路150、一频率调整电路160，以及一聚光模块170。发光/感测控制电路110，用来产生一发光周期信号Sui、快门周期信号Ssn与&T2、 一阶段信号$、一侦测频率信号Sfq，以及一读取信号SKE。发光周期信号Sui、快门周期信号 ^与^具有相同周期(频率)，且其频率大小由侦测频率信号Sfq所决定。侦测频率信号 Sfq指示发光周期信号Sui、快门周期信号Sn与^的频率，意即当一装置接收到侦测频率信号Sfq时，可以得知发光周期信号Sui、快门周期信号Sn与^的频率。发光周期信号^11大致上与快门周期信号Sn同相；发光周期信号^11大致上与快门周期信号^反相。发光组件120可为一发光二极管(Light-Emitting Diode, LED)。发光组件120根据发光周期信号Sui，以发射侦测光Lid射至待测物Op举例而言，当发光周期信号Sui代表 「发光」时，发光组件120发射侦测光Lid ；反之，当发光周期信号Sui代表「不发光」时，发光组件120不发射侦测光Lid。聚光模块170用来将待测物O1反射侦测光Lid所产生的反射光Led汇聚于光感测组 130。光感测组130，可为电荷耦合组件(Charge Coupled Device, CCD)或互补式金氧半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS)感光组件。光感测组 130 用来根据快门周期信号& ，感测并累积侦测光Lid被待测物O1反射所产生的反射光Lkd的能量，以产生光感测信号并根据读取信号^ffi，输出光感测信号Sm。举例而言，当快门周期信号Ssn代表「开启」时，光感测组130感测反射光Lkd的能量，以据以累积能量Eki ；当快门周期信号代表「关闭」时，光感测组130不感测反射光Lkd的能量，而不累积能量K1 (电子)。当读取信号Ske代表「读取」时，光感测组130根据已经累积能量以输出光感测信号i^sl。除此之外，光感测组130用来根据快门周期信号，感测并累积侦测光Lid被待测物反射所产生的反射光Led的能量，以产生光感测信号Sm，并根据读取信号Ske，输出光感测信号^2。举例而言，当快门周期信号Sst2代表「开启」时，光感测组130感测反射光Led的能量，以据以累积能量Ek2 ；当快门周期信号Sst2代表「关闭」时，光感测组130不感测反射光 Led的能量，而不累积能量ΕΚ2。当读取信号Ske代表「读取」时，光感测组130根据已经累积能量Ek2，以输出光感测信号Sm。其中当读取信号Ske代表「读取」时，在光感测组130输出光感测信号Sm与Sm之后，光感测组130会重置已累积能量Eki与ΕΚ2(意即光感测组130 会清除所累积能量)。背景计算电路150，用来根据阶段信号SP，以及光感测信号Sm，以输出背景信号
Sb ο频率调整电路160，用来根据阶段信号SP，以及光感测信号Sm，以输出频率控制信号Src。距离计算电路140，用来根据阶段信号&、背景信号&、光感测信号Sm与Sm，以及侦测频率信号Sfq，以计算测距装置100与待测物之间的待测距离D。当测距装置100量测待测距离D时，可分为「量测背景阶段」、「调整频率阶段」，以及「计算距离阶段」。以下将就各阶段的运作原理作详细地说明。请参考图2。图2为说明测距装置100于「量测背景阶段」时的内部的控制信号的波形图。当测距装置100进入「量测背景阶段」时，测距装置100此时主要用来量测单位时间内光感测组130所感测背景光Lb的能量，以使测距装置100在「计算距离阶段」时可减小背景光Lb的影响。发光/感测控制电路110会先产生代表「读取」的读取信号Ske，以先重置光感测组130已累积的能量。接着，发光/感测控制电路110会产生脉冲宽度为Tb的快门周期信号&T1。其中Tb为「量测背景周期」。由于此时发光周期信号Sui代表「不发光」， 发光组件120没有发出侦测光Lid。因此光感测组130不会感测到待测物反射侦测光Lid所产生的反射光Lkd的能量，而是感测背景光Lb的能量，以据以累积能量&。在量测背景周期 Tb之后，发光/感测控制电路110会产生代表「读取」的读取信号^ffi且同时产生代表「量测背景」的阶段信号SP，以使光感测组130根据累积能量&，而输出光感测信号Sm。同时，背景计算电路150根据侦测频率信号Sfq、光感测信号SLsi,以输出背景信号&至距离计算电路140。其中背景信号&的值代表单位时间内光感测组130感测背景光Lb所累积的能量， 可以下式表示Sb = Eb/Tb. . . (1)；其中&即为光感测组130于量测背景周期Tb内感测背景光Lb所累积的总能量。请参考图3。图3为说明测距装置100于「计算距离阶段」时的内部的控制信号的波形图。当测距装置100进入「计算距离阶段」时，测距装置100此时主要用来借由发光组件120以侦测频率F。的发光周期信号Sui，控制发光组件120，以发出侦测光Lid，并借由光感测组130感测待测物O1反射侦测光Lid所产生的反射光Led，以计算出光往返测距装置100与待测物O1之间的时间，而得到待测距离D。发光/感测控制电路110会先产生代表「读取」 的读取信号^，以先重置光感测组130的已累积能量。接着，发光/感测控制电路110会在N个侦测周期Ta Tcm内以侦测频率F。，产生快门周期信号Ssn与，以及发光周期信号Sui，以使快门周期信号Ssn与Sst2在「开启」与「关闭」之间交互切换，且让发光周期信号 ^11在「发光」与「不发光」之间交互切换，其中N代表正整数。侦测周期Ta Tcn的时间长度皆等于侦测周期Τ。，且侦测周期Τ。为侦测频率F。的倒数。在侦测周期Ta Tcn中，发光周期信号与快门周期信号大致为同相，且快门周期信号与快门周期信号大致为反相。更明确地说，在侦测周期Ta Tcm中，当发光周期信号Sui代表「发光」时，快门周期信号代表「开启」，而快门周期信号代表「关闭」；当发光周期信号代表「不发光」时，快门周期信号Ssn代表「关闭」，而快门周期信号Sst2代表「开启」。发光组件120 会在每个侦测周期Ta Tcn的前半周期，发出侦测光Lid ；光感测组130会在每个侦测周期 Tci Tcn的前半周期，感测待测物反射侦测光Lid所产生的反射光Lkd，以累积能量Eki ；且光感测组130会在每个侦测周期Ta Tcn的后半周期，感测待测物反射侦测光Lid所产生的反射光Lkd，以累积能量^。在侦测周期Ta Tcm之后，发光/感测控制电路110会产生代表「读取」的读取信号Ske且同时产生代表「计算距离」的阶段信号SP，以使光感测组130根据于侦测周期Ta Tcn的前半周期感测反射光Lkd所累积的能量Eki与感测背景光Lb所累积的能量Ebi，输出光感测信号Sm至距离计算电路140，以及根据于侦测周期Ta Tcn的后半周期感测反射光 Led所累积的能量与感测背景光Lb所累积的能量，输出光感测信号S⑶至距离计算电路140。此时，距离计算电路140根据侦测频率信号Sfq、光感测信号Sm与 ^2，以及背景信号&，以计算该测距装置100与待测物之间的待测距离D，其中光感测信号Sm与的值为(ΕΚ1+ΕΒ1)与ΦΚ2+ΕΒ2)，而侦测频率信号Sfq的值为侦测频率F。。以下将更进一步地说明计算待测距离D的原理。由图3中可看出，光感测组130于发光组件120开始发出侦测光Lid后，经过时间 Td,开始感测到待测物O1反射侦测光Lid所产生的反射光Lkd。换句话说，时间Td即为侦测光 Lid从发光组件120射至待测物的时间，加上反射光Lkd从待测物O1反射至光感测组130的时间(意即光往返测距装置100与待测物O1之间的时间)。由于在侦测周期Ta的前半周期中，光感测组130有感测到反射光Led而累积能量Eki的时间为[(T。/2)-Td]，又侦测光Lid 的脉冲宽度等于(Τ。/2)，因此于侦测周期Ta的后半周期中，光感测组130有感测到反射光 Led而累积能量Eki的时间，等于侦测光Lid的脉波宽度减去光感测组130于侦测周期Ta的前半周期中有感测到反射光Led的时间。也就是说，于侦测周期Ta的后半周期中，光感测组 130有感测到反射光Lkd而累积能量Eki的时间，会等于往返时间Td。在侦测周期Ta Tcn 中，发光/感测控制电路110以「固定」的侦测频率F。产生发光周期信号S111与快门周期信号&T1、&T2，因此在侦测周期Τ。2 Tcn中，每个前半周期中，光感测组130感测反射光Led而累积能量Eki的时间皆会等于[(Tc/2) -Td]，且每个后半周期中，光感测组130感测反射光Lkd 而累积能量的时间皆会等于TD。如此一来，累积能量Eki与^i2的比值等于[(Tc/2)-Td]/ Tdo因此，往返时间Td与光感测信号Sn与St2、侦测频率F。，以及背景信号&的关系可由下式表不Td= (Tc/2) X [Ee2/ (Ee1+ER2)]= [ 1/(2XFc)] X [(Sls2-Eb2)/(SLS1-EB1+SLS2-EB2)]
= [ 1/(2XFc)] X [(Sls2-Eb2)/(SLS1-EB1+SLS2-EB2)]= [1Λ2XFc)] X [(SLs2-V^XFc)VCLs2-ViFc)]…O)；由于往返时间Td为光往返测距装置100与待测物O1之间的待测距离D的时间，因此待测距离D可以下式表示D= TdXC/2= [C/^4XFc)]X[(SLS2-&/^2XFc))/(SLS1+SLS2-&/Fc)l·.. (3)；其中C代表光速、N代表于计算距离阶段内侦测周期的数目。另外，值得注意的是，于「计算距离阶段」，若N等于1，则光感测组130只有感测一个侦测周期的反射光Led，来累积能量K1与EK2。此时若待测物O1的反射率较低或待测距离 D较长，则光感测组130可能会因为反射光Lkd的能量较低，而使得所累积的能量Eki与能量 Ee2太小，造成量测误差较大。然而，若N越大，则光感测组130可于多个侦测周期内，感测反射光Led，来累积能量Eki与Ek2，而使得能量Eki与^i2较大。如此一来，即使因待测物O1的反射率较低或待测距离D较长，而造成反射光Led的能量较低，光感测组130仍可借由多个侦测周期感测反射光Lkd，以提高累积能量Eki与Ek2，来减小量测误差。除此之外，在「计算距离阶段」时，待测距离D借由式O)的往返时间Td推算而得。 然而，若测距装置100与待测物O1之间的待测距离D太长，则有可能会导致往返时间Td超过侦测周期T。的二分之一。换句话说，于侦测周期Ta的前半周期中，光感测组130无法感测到反射光Lkd来累积能量K115如此一来，累积能量Eki与^i2的比值会不等于[(T。/2)-Td]/ TD，而使得式( 无法成立，而造成距离计算电路140无法通过式C3)计算出正确的待测距离D。因此，在计算距离阶段之前，测距装置100可先于「调整频率阶段」时，调整侦测周期 Tc(意即调整侦测频率Fc)，以确保在「计算距离阶段」内的往返时间Td小于侦测周期Tc的二分之一，而使距离计算电路140可通过式(3)计算出正确的待测距离D。请参考图4。图4为说明测距装置100于「调整频率阶段」时的内部的控制信号的波形图。在如图4左半部所示，当测距装置100进入「调整频率阶段」时，发光/感测控制电路110会先产生代表「读取」的读取信号^，以先重置光感测组130的已累积能量。然后，发光/感测控制电路110会同时产生脉冲宽度为(T。/2)的代表「发光」的发光周期信号 S111、与脉冲宽度为(Tc/2)的代表「开启」的快门周期信号& 。最后，发光/感测控制电路 110会产生代表「读取」的读取信号^ffi与代表「调整频率」的阶段信号$，而使得光感测组 130，根据感测反射光Lkd而累积的能量&与背景光的能量&，而输出光感测信号Sm (等于 Ee+Eb)。且频率调整电路160会根据光感测信号Sm以及背景信号SB，以输出频率控制信号 SFC。由于当光往返待测距离D的往返时间Td小于(Tc/2)时，光感测组130感测到反射光Lkd 所累积的能量&会大于零；而当光往返待测距离D的往返时间Td大于(Tc/2)时，光感测组 130无法感测到反射光Led，而使累积的能量&等于零。其中能量&可由下式表示& = SLS「&/OXig... (4)；因此，当频率调整电路160根据式G)，判断累积能量&小于或等于临界能量 Eth (临界能量Eth可设为零)时，代表光往返待测距离D的往返时间Td大于(Τ。/2)。此时频率调整电路160会输出代表「降低」的频率控制信号Src，以使得发光/感测控制电路110 降低侦测频率F。(增加侦测周期T。)，并使发光/感测控制电路110重复上述的步骤，以判断在降低侦测频率F。后，光往返待测距离D的往返时间Td是否小于(T。/2)。当频率调整电路160根据光感测信号Sm与背景信号SB，判断累积能量&大于临界能量Eth时，代表光往返待测距离D的往返时间Td小于(Tc/2)。此时频率调整电路160会输出代表「维持」的频率控制信号Src，以使得发光/感测控制电路110维持此时的侦测频率F。，并结束「调整频率阶段」。如此一来，借由频率调整电路160判断累积能量&大于临界能量Eth，以决定是否调降侦测频率F。，发光/感测控制电路110最后所得到的侦测频率F。，可使光往返待测距离D 的往返时间Td小于(Tc/2)。综上所述，于「量测背景阶段」内，测距装置100可量测单位时间内光感测组130 所感测的背景光，以使测距装置100可计算出光感测组130于单位时间内根据背景光Lb所累积的能量；于「调整频率阶段」内，测距装置100可反复降低侦测频率F。，以确保光往返待测距离D的往返时间Td小于(Tc/2)；于「计算距离阶段」内，测距装置100可根据于N个侦测周期Ta Tcn内光感测组130感测反射光Led而输出的光感测信号Sm与Sm、背景信号&、侦测频率信号Sfq，并利用式(3)以计算出待测距离D。也就是说，测距装置100可根据光感测信号Sm与S⑶之间的比值，以计算出待测距离D，且测距装置100可根据背景信号&以校正光感测信号Sm与Sm之间的比值，来修正背景光Lb的影响。如此，测距装置 100可减小背景光Lb的影响，且避免待测距离D过长或待测物的反射率太低而造成的量测误差，而更正确的计算出待测距离D。请参考图5。图5为说明根据本发明的第二实施例的测距装置500的示意图。发光/感测控制电路511、发光组件520、距离计算电路M0、背景计算电路550、频率调整电路 560及聚光模块570的结构及工作原理分别与发光/感测控制电路110、发光组件120、距离计算电路140、背景计算电路150、频率调整电路160及聚光模块170类似，故不再赘述。发光/感测控制模块510包含发光/感测控制电路511，以及一驱动电路512。驱动电路512 用来根据发光/感测控制电路511所产生的快门周期信号Ssn与，以及读取信号Ske，以产生快门开启脉冲信号^tffl与Stff2、快门关闭脉冲信号与、重置脉冲信号Skpi与 Skp2、输出脉冲信号Sm与Sra^光感测组530包含两个光感测组件531与532。光感测组件 531用来根据快门开启脉冲信号与快门关闭脉冲信号Ssm，以感测背景光Lb或反射光 Led，而累积能量；并根据输出脉冲信号Sm与累积的能量，以输出光感测信号Sm ；且光感测组件531会根据重置脉冲信号Skpi，以重置已累积的能量。光感测组件532的结构以及工作原理与光感测组件531类似，故不再赘述。请参考图6。图6为说明驱动电路512根据快门周期信号与，以及读取信号Ske，以产生的快门开启脉冲信号^tffl与^tff2、快门关闭脉冲信号与&⑵、重置脉冲信号Skpi与Skp2、输出脉冲信号Sm与Stff2的示意图。如图6所示，当快门周期信号Ssn从代表 「关闭」切换到代表「开启」时，驱动电路512会触发快门开启脉冲信号；当快门周期信号从代表「开启」切换到代表「关闭」时，驱动电路512会触发快门关闭脉冲信号&m。 当快门周期信号从代表「关闭」切换到代表「开启」时，驱动电路512会触发快门开启脉冲信号Scff2 ；当快门周期信号从代表「开启」切换到代表「关闭」时，驱动电路512会触发快门关闭脉冲信号^㈣。当读取信号Ske代表「读取」时，驱动电路512会先触发输出脉冲信号Sm与Stff2,然后再触发重置脉冲信号Skpi与SKP2。请参考图7。图7为说明本发明的光感测组530的结构的示意图。光感测组530的结构与数字相机中所用的CMOS感光组件类似。光感测组件531包含开关SWn、Sff12, Sff13 与SW14、感光二极管PDp电容C1,以及晶体管仏。当开关SW13的控制端C接收到重置脉冲信号Skpi时，开关、13的第一端1会耦接至第二端2 (开关SW13导通)，而使电容C1通过开关 SW13耦接至电压源VDD，以将电压Va重置为一已知电位(如电压VDD)。感光二极管PD1，用来根据侦测光Lid被待测物O1反射所产生的反射光Led的能量，以产生并累积电子数目^的电子。当开关SW12的控制端C接收到快门关闭脉冲信号时，开关Swi2的第一端1会耦接至第二端2 (开关^2导通)，而使感光二极管PD1的电子通过开关SW12流向电容C1,而造成电压Va的电位下降。开关SW11,用来根据快门开启脉冲信号Ssm，以清除感光二极管PD1 的残余电子，而重置电子数目K115更明确地说，当开关SW11的控制端C接收到快门开启脉冲信号&。P1时，此时开关SW11的第一端1会耦接至第二端2 (开关SW11导通)，而使得感光二极管PD1通过开关SW11耦接至电压源VDD。因此，感光二极管PD1所累积的电子会通过开关SW11流向电压源VDD。晶体管A用来作为一电压跟随器(voltage follower)。因此，晶体管A的第二端2的电位随着晶体管％的控制端C(闸极)的电压Va变化。当开关SW14 的控制端C接收到输出脉冲信号Sm时，开关SW14的第一端1耦接至第二端2 (开关SW14导通)。因此开关SW14会借由晶体管A (电压跟随器)，根据电压να，以输出光感测信号^115 如此一来，借由光感测信号Sm，根据电压Va与已知电位(如Vdd)之间的电位差，可计算出光感测组件531所累积的能量。光感测组件532包含开关SW21、SW22、Sff23与SW24、感光二极管PD2、电容C2,以及晶体管％。光感测组件532的结构及工作原理与光感测组件531类似， 故不再赘述。由于当发光感测控制电路511产生快门周期信号Ssn与，或读取信号^ffi时，驱动电路512会据以产生对应的控制信号(快门开启脉冲信号Ssm与、快门关闭脉冲信号与&CP2、重置脉冲信号Skpi与Skp2、输出脉冲信号Sqpi与Sqp2)，而控制光感测组530的光感测组件531与532，以使得光感测组530可如同光感测组130运作。更明确地说，当快门周期信号表示「开启」时，光感测组件531可感测侦测光Lid被待测物O1反射所产生的反射光Lkd的能量；当快门周期信号表示「开启」时，光感测组件532可感测侦测光Lid 被待测物O1反射所产生的反射光Lkd的能量。当读取信号Ske表示「读取」时，光感测组件 531输出光感测信号同时光感测组件531重置所累积的反射光的能量，且光感测组件 532也输出光感测信号、2，同时光感测组件532重置所累积的反射光的能量。也就是说， 测距装置500可如同测距装置100运作。因此，测距装置500可借由图2所说明的测距装置100于「量测背景阶段」的运作方法、图4所说明的测距装置100于「调整频率阶段」的运作方法，以及图3所说明的测距装置100于「计算距离阶段」的运作方法，来正确地量测待测距离D。请参考图8。图8为说明根据本发明的第三实施例的测距装置800的示意图。发光/感测控制电路811、发光组件820、距离计算电路840、背景计算电路850、频率调整电路 860及聚光模块870的结构及工作原理分别与发光/感测控制电路110、发光组件120、距离计算电路140、背景计算电路150、频率调整电路160及聚光模块170类似，故不再赘述。发光/感测控制模块810包含发光/感测控制电路811，以及一驱动电路812。驱动电路812 用来根据发光/感测控制电路811所产生的快门周期信号Ssn与，以及读取信号Ske，以产生快门开启脉冲信号快门关闭脉冲信号与、重置脉冲信号Skpi与Skp2、输出脉冲信号Sm与Sra^驱动电路812的工作原理与驱动电路512类似。与驱动电路512不同的是当快门周期信号或快门周期信号Sst2从代表「关闭」切换到代表「开启」时，驱动电路812皆会触发快门开启脉冲信号Ssopo请参考图9。图9为说明本发明的光感测组830的结构的示意图。光感测组830 的结构与工作原理与光感组530(包含光感测组件531与532)类似。与光感测组530不同的是，光感测组830省去开关SW21与感光二极管PD2。由于当测距装置500于「量测背景阶段」或于「调整频率阶段」时，只有利用到光感测组530的光感测组件531。换句话说，测距装置500于「量测背景阶段」或于「调整频率阶段」时，不会利用到开关SW21与感光二极管 PD20因此，利用光感测组830，测距装置800于「量测背景阶段」或于「调整频率阶段」时可如同测距装置500运作。此外，由于在「计算距离阶段」的侦测周期Ta Tcn之内时，当快门周期信号代表「开启」时，快门周期信号则代表「关闭」；当快门周期信号代表「开启」时，快门周期信号则代表「关闭」。也就是说，快门周期信号与不会同时代表「开启」。因此，测距装置800可于侦测周期Ta Tcn的前半周期内(快门周期信号 Ssn代表「开启」)，利用光感测组830的感光二极管PD1,以累积电子；当快门周期信号Ssn 从「开启」切为「关闭」时，感光二极管PD1于前半周期内(快门周期信号Ssn代表「开启」) 所累积的电子会流向电容C1，而使电压Va的电位随的变化；且测距装置800可于侦测周期 Tci Tcn的后半周期内(快门周期信号代表「开启」)，利用光感测组830的感光二极管PD1,以累积电子；当快门周期信号Sst2从「开启」切为「关闭」时，感光二极管PD2于后半周期内(快门周期信号Sst2代表「开启」)所累积的电子会流向电容C2，而使电压V。2的电位随之变化。因此，即使光感测组830只有一个感光二极管PD1，仍可如同光感测组530 —样运作。换句话说，测距装置800于「计算距离阶段」时也可如同测距装置500运作。如此一来，由于测距装置800于「量测背景阶段」、「调整频率阶段」或「计算距离阶段」时，皆可如同测距装置500 —样运作，因此测距装置800也可借由图2所说明的测距装置100于「量测背景阶段」的运作方法、图4所说明的测距装置100于「调整频率阶段」的运作方法，以及图 3所说明的测距装置100于「计算距离阶段」的运作方法，来正确地量测待测距离D。此外，由于在光感测组530中，感光二极管PD2所需的面积甚大，因此相较于光感测组530，光感测组830所需的面积较小，而使得测距装置800的成本较低。请参考图10与图11。图10与图11为说明本发明的立体影像感测装置1000的示意图。立体影像感测装置1000包含一测距装置1090，以及一平面影像感测装置1100。测距装置1090包含一发光/感测控制电路1010、一发光组件1020、一光感测模块1030、一距离计算电路1040、一背景计算电路1050、一频率调整电路1060，以及一聚光模块1070。平面影像感测装置1100包含一影像感测控制电路1080，以及光感测模块1030，其中平面影像感测装置1100与测距装置1090共用光感测模块1030。发光/感测控制电路1010、发光组件 1020、距离计算电路1040、背景计算电路1050、频率调整电路1060的结构及工作原理分别与发光/感测控制电路110 (或发光/感测控制电路511)、发光组件120 (或发光组件520、 820)、距离计算电路140(或距离计算电路M0、840)、背景计算电路150(或背景计算电路 550、850)、频率调整电路160(或频率计算电路560、860)类似。相较于测距装置100、500、 800，立体影像感测装置1000的光感测模块1030包含M个光感测组CS1 C、，其中M为一正整数。光感测组CS1-Csm结构与工作原理与光感测组130或530类似。此外，光感测组CS1 C、受控于影像感测控制电路1080，用来感测一场景P(如图11所示)，以得到一影像I。其中该场景P包含M个反射点PN1 ；该影像I包含M个像素，且每个像素包含两个子像素。场景P的每个反射点对应于影像I中的一个像素。由于立体影像感测装置1000的光感测模块1030包含M个光感测组CS1 CSM，因此立体影像感测装置1000可利用影像感测控制电路1080来控制光感测模块1030，以感测场景P的各反射点，进而得到影像I中的对应于各反射点的各像素的两个子像素影像资料， 且更可借由测距模块1090来测量场景P的每个反射点与立体影像感测装置1000的距离， 以得到每个像素对应的距离资料。换句话说，立体影像感测装置1000可感测场景P，以得到影像I，而影像I的分辨率为M,且立体影像感测装置1000所得到的每个像素资料包含了两个子像素影像资料以及对应的距离(距离资料)。举例而言，设光感测模块1030的光感测组CS1 C、的结构如同光感测组530。也就是说，每个光感测组CS1 C、皆包含两个光感测组件。其中光感测组CS1包含光感测组件CSA1与CSB1 ；光感测组包含光感测组件CSA2与CS&…光感测组C、包含光感测组件 CSAm与CS~。因此，立体影像感测装置1000，可利用测距装置1090的发光/感测控制电路 1010产生快门周期信号、快门周期信号以及读取信号Ske，来控制光感测模块CS1 C、。举例而言，光感测组(&包含光感测组件CSAk与05 。当快门周期信号代表「开启」时，光感测组件CSAk感测侦测光Lid被场景P的反射点PNk反射所产生的反射光Lkd的能量，以据以累积能量；当快门周期信号代表「关闭」时，光感测组件CSAkF感测侦测光Lid被场景P的反射点PNk反射所产生的反射光Lkd的能量，而不累积能量&1K。当读取信号^ffi代表「读取」时，光感测组件CSAk根据已经累积能量，以输出光感测信号； 当快门周期信号代表「开启」时，光感测组件CS&感测侦测光Lid被场景P的反射点PNK 反射所产生的反射光Lkd的能量，以据以累积能量Ek2k ；当快门周期信号Sst2代表「关闭」时， 光感测组件CS&不感测侦测光Lid被场景P的反射点PNk反射所产生的反射光Led的能量， 而不累积能量^κ。当读取信号^ffi代表「读取」时，光感测组件Csbk根据已经累积能量&κ， 以输出光感测信号、2Κ。除此之外，当读取信号Ske代表「读取」时，在光感测组件CSAk与 CSBk输出光感测信号^ik与S^k之后，光感测组件CSAk与CS&会重置已累积能量与 Ee2k (意即光感测组件CSAk与CS&会清除所累积能量)。如此一来，借由图2所说明的测距装置于「量测背景阶段」的运作方法、图4所说明的测距装置于「调整频率阶段」的运作方法，以及图3所说明的测距装置于「计算距离阶段」的运作方法，发光/感测控制电路1010分别可控制光感测组CS1 CSM，以量测场景P 的反射点PN1 与立体影像感测装置1000之间的待测距离D1 Dm。除此之外，立体影像感测装置1000，可利用影像感测控制电路1080来控制光感测模块1030，以感测场景P的反射点PN1 P&，以得到影像I，进而得到子像素影像资料Gai Gam与(iB1 Gbm。更明确地说，影像感测控制电路1080分别控制光感测组件CSA1与CSB1,以感测场景P的反射点PN1,以得到对应的两个子像素影像资料Gai与(iB1…影像感测控制电路 1080分别控制光感测组件CSAx与CSBx,以感测场景P的反射点PNX，以得到对应的两个子像素影像资料Gax与(iBX(如图11所示，反射点PNx与立体影像感测装置1000的距离为Dx)… 影像感测控制电路1080分别控制光感测组件CSAy与CS&，以感测场景P的反射点PNY，以得到对应的两个子像素影像资料Gay与Gby(如图11所示，反射点PNy与立体影像感测装置1000之间的距离为Dy)…影像感测控制电路1080分别控制光感测组件CSAm与CS~，以感测场景P的反射点P&，以得到对应的两个子像素影像资料Gam与Gbm。如此，本发明的立体影像感测装置1000，便可利用子像素影像资料(iA1 Gam与(iB1 Gbm与距离资料D1 Dm，以建构出一立体影像。此外，光感测模块1030的光感测组CS1 C、为CMOS或CXD感光组件。也就是说， 光感测模块1030与数字相机中用来感测影像的感光模块的结构及工作原理相同。换句话说，当立体影像感测装置1000应用于数字相机时，数字相机不但可利用立体影像感测装置 1000中的影像感测控制电路1080，以控制光感测模块1030来感测场景以得到影像，且数字相机还可利用立体影像感测装置1000中的测距装置1090的各组件配合光感测模块1030， 以同时对场景的各反射点测距，而得到各像素的距离资料。如此一来，数字相机可根据感测场景所得到的影像与场景的各反射点与数字相机的距离，以建构一立体影像。且由于立体影像感测装置1000中的平面影像感测装置1100与测距装置1090可共用光感测模块1030， 因此可降低建构立体影像的成本。请参考图12。图12为说明利用本发明立体影像感测装置1000以测量一指示物仏与立体影像感测装置1000之间的待测角度Θ M的方法的示意图。设光感测模块1030具有一焦点F，焦点F投影在光感测模块1030上的端点为光感测模块1030的中点Pf，焦点F与中点Pf之间形成中线Lf，且中线Lf的长度等于已知距离Df。中线Lf与光感测模块1030的平面垂直。此外，对应于光感测模块1030的可感测的范围的视角为eFQV，且中点&与光感测模块1030的两侧端点(如左侧端点PJ的距离为已知距离Dfw/2。若指示物O2投影于光感测模块1030的光感测组CSX，且光感测组与中点Pf的距离为Dfx，则指示物&与立体影像感测装置1000(的中线Lf)之间的待测角度θ M可由下列方式表示ΘΜ= tan—1 [tan ( θ 冊/2) X (DFX/DF) / (DF0V/2/DF)]= taiT1 [tan ( θ F0V/2) X (DFX/DF0V/2) ]... (5)；由于视角θ F0V与距离Dfqv/2为已知，且距离Dfx可借由相加光感测组与中点Pf 之间的光感测组的宽度而得，因此利用本发明立体影像感测装置1000，可根据式( 计算出指示物A与立体影像感测装置1000之间的待测角度θ Μ。由前述说明可知，利用本立体影像感测装置1000，可同时侦测一待测物(或丨指示物)与立体影像感测装置1000之间的待测角度θ Μ与待测距离Dm。请参考图13。图13为说明本发明的光学式触控系统的第一实施例1300的示意图。光学式触控系统1300包含一显示屏1310、角度侦测器1320与1330，以及一位置计算电路1340(在图13中未图示)。显示屏1310用来显示影像。当使用者利用指示物O2 (如手指或触控笔)以触碰显示屏1310时，角度侦测器1320与1330会分别侦测到指示物02， 以得到相对于显示屏1310的边缘的触控角度90与θ C2 (如图I3的左半部所示)，并据以输出至位置计算电路1340。位置计算电路1340可根据触控角度90与θ e2，以定位出指示物A于显示屏1310上的位置，如此，位置计算电路1340可根据使用者利用指示物&所触碰的位置，并据以达到触控的目的。然而，若有两指示物(如指示物O2与O3)同时触碰显示屏1310，则如图13右半部所示，位置计算电路1340会得到触控角度θ α、θ C2> 0^以及θ。4。此时位置计算电路1340无法判断指示物&与O3的位置为LOCpLOC2或者是L0C3、L0C4。换句话说，光学式触控系统1300无法处理两个以上的指示物(如指示物O2与O3)同时触控的情形，也就是说，光学式触控系统1300无法进行多点触控。请参考图14。图14为说明本发明的光学式触控系统的另一实施例1400的示意图。光学式触控系统1400包含一显示屏1410、一立体影像感测装置1420，以及一位置计算电路1430(在图14中未图示)。其中显示屏1410及立体影像感测装置1420的结构与工作原理分别与显示屏1310及立体影像感测装置1000相似，故不再赘述。由于当使用者利用指示物化(如手指或触控笔)以触碰显示屏1410时，立体影像感测装置1420可侦测指示物O2与立体影像感测装置1420之间的待测角度ΘΜ1与待测距离DM1。又显示屏1410与立体影像感测装置1420之间的夹角为已知，因此，位置计算电路1430根据立体影像感测装置 1420所输出的待测角度θ M1可得到指示物O2与显示屏1410的触控夹角θα。如此一来， 位置计算电路1430可根据触控夹角θ C1与立体影像感测装置1420所输出的待测距离Dmi， 以计算得到指示物于显示屏1410上的位置LOC1,来达到触控的目的。此外，相较于光学式触控系统1300，当有两指示物O2与O3同时触碰显示屏1410时，则立体影像感测装置1420 会输出对应于指示物A的待测距离Dmi与待测角度θ Μ1，以及对应于指示物O3的待测距离 D12与待测角度θ Μ2至位置计算电路1430。因此，位置计算电路1430可根据待测角度θ M1 计算出指示物O2的触控夹角θ α，并根据待测距离Dmi与触控夹角θ α，以计算得出指示物 O2的位置LOC1,且位置计算电路1430可同时根据待测角度θ Μ2计算出指示物O3的触控夹角θ e2，并根据待测距离Dm2与触控夹角，以计算得出指示物O3的位置L0C2。也就是说， 光学式触控系统1400可进行多点触控。然而，若指示物&与O3的触控夹角相等时(如图 14中所示)，此时由于指示物O3被指示物&所遮蔽，因此立体影像感测装置1420无法侦测到指示物03，而仅能侦测到指示物02。换句话说，此时位置计算电路1430只能得到指示物 O2的位置L0Q。由此可知，利用光学式触控系统1400进行多点触控时，指示物之间可能会互相遮蔽，而使得立体影像感测装置1420有侦测上的死角。请参考图15。图15为说明本发明的光学式触控系统的另一实施例1500的示意图。 光学式触控系统1500包含一显示屏1510、一立体影像感测装置1520、一角度侦测器1530， 以及一位置计算电路巧40(在图15中未图示)。其中显示屏1510、角度侦测器1530及立体影像感测装置1520的结构与工作原理分别与显示屏1410、角度侦测器1330(或1320)及立体影像感测装置1420相似，故不再赘述。相较于光学式触控系统1400，当指示物&与O3 的触控夹角相等时(如图15中所示的触控夹角θ α)，此时由于角度侦测器1530可侦测到对应于指示物O2的触控夹角θ e2以及对应于指示物O3的触控夹角θ e3，因此位置计算电路 1540可根据对应于指示物O3的触控夹角θ e3与θ α以计算出指示物O3的位置L0C2。也就是说，相较于光学式触控系统1400，光学式触控系统1500可减少于侦测指示物时的死角。请参考图16。图16为说明本发明的光学式触控系统的另一实施例1600的示意图。光学式触控系统1600包含一显示屏1610、立体影像感测装置1620与1630，以及一位置计算电路1640(在图16中未图示)。其中显示屏1610及立体影像感测装置1620与1630 的结构与工作原理分别与显示屏1410及立体影像感测装置1420相似，故不再赘述。相较于光学式触控系统1400，当指示物&与O3的触控夹角相等时(如图16中所示的触控夹角 θ C1)，此时由于立体影像感测装置1630可侦测到对应于指示物O2的待测角度θ κ(在图 16中未图示)与对应于指示物O3的待测角度θ Μ3(在图16中未图标)，因此位置计算电路1640可根据待测角度θ M3以得到对应于指示物O3的触控夹角θ。3，并且根据触控夹角θ。3 与θ Ci以计算出指示物O3的位置L0C2。也就是说，相较于光学式触控系统1400，光学式触控系统1600可减少于侦测指示物时的死角。此外，由于立体影像感测装置1630可侦测指示物化的待测距离Dm3，因此位置计算电路1640也可根据待测距离Dm3与触控夹角θ C3以计算得到指示物O3的位置LOC2。综上所述，本发明提供的测距装置可减小背景光的影响，且可减小因待测物与测距装置之间的待测距离过长时或待测物的反射率太低而造成的量测误差，以更正确的计算出待测距离。此外，本发明提供的立体影像感测装置，可对影像的各像素测距，以建构立体影像。且本发明提供的立体影像感测装置中的平面影像感测装置与测距装置可共用光感测模块，因此可降低建构立体影像的成本。再者，本发明另提供一光学式触控系统，利用立体影像感测装置，可处理多点触控，且减少于触控时侦测上的死角，带给使用者更大的方便。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
1.一种测距装置，其特征在于包含一发光/感测控制电路，用来产生一发光周期信号、一第一快门周期信号、一第二快门周期信号、一阶段信号、一侦测频率信号，以及一读取信号；其中该发光周期信号、该第一快门周期信号以及该第二快门周期信号具有相同的一侦测频率；其中该发光周期信号与该第一快门周期信号为同相； 其中该第一快门周期信号与该第二快门周期信号为反相； 其中该侦测频率信号指出该侦测频率的大小；一发光组件，用来根据该发光周期信号，以发出一侦测光射向一待测物； 一光感测组，用来根据该第一快门周期信号，感测并累积该侦测光被该待测物反射所产生的一反射光的能量，以产生一第一光感测信号，并根据该读取信号，输出该第一光感测信号，且用来根据该第二快门周期信号，感测并累积该侦测光被该待测物反射所产生的该反射光的能量，以产生一第二光感测信号，并根据该读取信号，输出该第二光感测信号；以及一距离计算电路，用来根据该阶段信号、该第一光感测信号、该第二光感测信号，以及该侦测频率信号，以计算该测距装置与该待测物之间的一待测距离。
2.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，该距离计算电路根据该第一光感测信号与该第二光感测信号之间的比值，以计算该测距装置与该待测物之间的该待测距离。
3.如权利要求2所述的测距装置，其特征在于，该测距装置另包含一背景计算电路，用来根据该阶段信号，以及该第一光感测信号，以输出一背景信号； 其中当该阶段信号代表量测背景时，该背景计算电路根据该第一光感测信号，以输出该背景信号；其中该距离计算电路根据该背景信号，以校正该第一光感测信号与该第二光感测信号之间的比值。
4.如权利要求3所述的测距装置，其特征在于，该测距装置另包含一频率调整电路，用来根据该阶段信号，以及该第一光感测信号，以输出一频率控制信号，来控制该侦测频率的大小；其中当该阶段信号代表调整频率时，该频率调整电路比较该第一光感测信号与一已知值，以输出该频率控制信号；其中当该第一光感测信号小于该已知值，该频率调整电路输出代表降频的该频率控制信号；其中当该频率控制信号代表降频时，该发光/感测控制电路将该侦测频率调低。
5.如权利要求3所述的测距装置，其特征在于，当该阶段信号代表计算距离时，该距离计算电路根据下式以计算该待测距离D = [C/ (4XFC)]X[ (Sls2-Sb/ (2 XFc))/(SLS1+SLS2-SB/FC)]；其中D代表该待测距离、F。代表该侦测频率、C代表光速、Slsi代表该第一光感测信号、Sls2代表该第二光感测信号、Sb代表该背景信号。
6.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，该光感测组包含 一第一光感测组件，包含一第一感光二极管，耦接于一第二电压源，用来根据该侦测光被该待测物反射所产生的该反射光的能量，以产生并累积一第一电子数目的电子； 一第一开关，包含 一第一端，耦接于一第一电压源； 一第二端，耦接于该第一感光二极管；以及一控制端，用来接收一第一快门开启脉冲信号；其中当该第一开关接收到该第一快门开启脉冲信号，该第一开关的该第一端耦接于该第一开关的该第二端，以清除该第一感光二极管的残留电子； 一第二开关，包含一第一端，耦接于该第一感光二极管与该第一开关的该第二端； 一第二端；以及一控制端，用来接收一第一快门关闭脉冲信号；其中当该第二开关接收到该第一快门关闭脉冲信号时，该第二开关的该第一端耦接于该第二开关的该第二端；一第一电容，耦接于该第二开关的该第二端与该第二电压源之间；一第三开关，包含一第一端，耦接于该第一电压源；一第二端，耦接至该第一电容与该第二开关的该第二端；以及一控制端，用来接收一第一重置脉冲信号；其中当该第三开关接收到该第一重置脉冲信号时，该第三开关的该第一端耦接于该第三开关的该第二端；一第一晶体管，包含 一第一端，耦接于该第一电压源； 一第二端；以及一控制端，耦接至该第一电容与该第二开关的该第二端；以及一第四开关，包含一第一端，耦接于该第一晶体管的该第二端； 一第二端，用来输出该第一光感测信号；以及一控制端，用来接收一第一输出脉冲信号；其中当该第四开关接收到该第一输出脉冲信号时，该第四开关的该第一端耦接于该第四开关的该第二端，以输出该第一光感测信号；以及一第二光感测组件，包含一第二感光二极管，耦接于该第二电压源，用来根据该侦测光被该待测物反射所产生的该反射光的能量，以产生并累积一第二电子数目的电子； 一第五开关，包含 一第一端，耦接于该第一电压源； 一第二端，耦接于该第二感光二极管；以及一控制端，用来接收一第二快门开启脉冲信号；其中当该第五开关接收到该第二快门开启脉冲信号，该第五开关的该第二端耦接于该第五开关的该第二端，以清除该第二感光二极管的残留电子； 一第六开关，包含一第一端，耦接于该第二感光二极管与该第五开关的该第二端； 一第二端；以及一控制端，用来接收一第二快门关闭脉冲信号；其中当该第六开关接收到该第二快门关闭脉冲信号时，该六开关的该第一端耦接于该第六开关的该第二端；一第二电容，耦接于该第六开关的该第二端与该第二电压源之间；一第七开关，包含一第一端，耦接于该第一电压源；一第二端，耦接至该第二电容与该第六开关的该第二端；以及一控制端，用来接收一第二重置脉冲信号；其中当该第七开关接收到该第二重置脉冲信号时，该第七开关的该第一端耦接于该第七开关的该第二端；一第二晶体管，包含 一第一端，耦接于该第一电压源； 一第二端；以及一控制端，耦接至该第二电容与该第六开关的该第二端；以及一第八开关，包含一第一端，耦接于该第二晶体管的该第二端； 一第二端，用来输出该第二光感测信号；以及一控制端，用来接收一第二输出脉冲信号；其中当该第八开关接收到的该第二输出脉冲信号时，该第八开关的该第一端耦接于该第八开关的该第二端，以输出该第二光感测信号； 其中该发光/感测控制电路另包含一第一驱动电路，用来根据该第一快门周期信号、该第二快门周期信号，以及该读取信号，以产生该第一快门开启脉冲信号、该第一快门关闭脉冲信号、该第一重置脉冲信号、该第一输出脉冲信号、第二快门开启脉冲信号、该第二快门关闭脉冲信号、该第二重置脉冲信号，以及该第二输出脉冲信号；其中当该第一快门周期信号从代表关闭切换到代表开启时，该第一驱动电路会产生该第一快门开启脉冲信号；其中当该第一快门周期信号从代表开启切换到代表关闭时，该第一驱动电路会产生该第一快门关闭脉冲信号；其中当该第二快门周期信号从代表关闭切换到代表开启时，该第一驱动电路会产生该第二快门开启脉冲信号；其中当该第二快门周期信号从代表开启切换到代表关闭时，该第一驱动电路会产生该第二快门关闭脉冲信号；其中当该读取信号代表读取时，该第一驱动电路会先产生该第一输出脉冲信号与该第二输出脉冲信号，然后再产生该第一重置脉冲信号与该第二重置脉冲信号。
7.如权利要求6所述的测距装置，其特征在于，当该发光周期信号表示发光时，该发光组件发射该侦测光；当该第一快门周期信号表示开启时，该第一光感测组件感测该侦测光被该待测物反射所产生的该反射光的能量；当该第二快门周期信号表示开启时，该第二光感测组件接收该侦测光被该待测物反射所产生的该反射光的能量；当该读取信号表示读取时，该第一光感测组件输出该第一光感测信号同时重置该第一光感测组件所累积的该反射光的能量；当该读取信号表示读取时，该第二光感测组件输出该第二光感测信号同时重置该第二光感测组件所累积的该反射光的能量。
8.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，该光感测组包含一第三感光二极管，耦接于一第四电压源，用来根据该侦测光被该待测物反射所产生的该反射光的能量，以产生并累积一第三电子数目的电子； 一第九开关，包含 一第一端，耦接于一第三电压源； 一第二端，耦接于该第三感光二极管；以及一控制端，用来接收一第三快门开启脉冲信号；其中当该第九开关接收到该第三快门开启脉冲信号，该第九开关的该第一端耦接于该第九开关的该第二端，以清除该第三感光二极管的残留电子； 一第十开关，包含一第一端，耦接于该第三感光二极管与该第九开关的该第二端； 一第二端；以及一控制端，用来接收一第三快门关闭脉冲信号；其中当该第十开关接收到该第三快门关闭脉冲信号时，该第十开关的该第一端耦接于该第三开关的该第二端；一第三电容，耦接于该第十开关的该第二端与该第四电压源之间； 一第十一开关，包含 一第一端，耦接于该第三电压源；一第二端，耦接至该第三电容与该第十开关的该第二端；以及一控制端，用来接收一第三重置脉冲信号；其中当该第十一开关接收到该第三重置脉冲信号时，该第十一开关的该第一端耦接于该第十一开关的该第二端； 一第三晶体管，包含 一第一端，耦接于该第三电压源； 一第二端；以及一控制端，耦接至该第三电容与该第十开关的该第二端；以及一第十二开关，包含一第一端，耦接于该第三晶体管的该第二端； 一第二端，用来输出该第一光感测信号；以及一控制端，用来接收一第三输出脉冲信号；其中当该第十二开关接收到的该第三输出脉冲信号时，该第十二开关的该第一端耦接于该第十二开关的该第二端，以输出该第一光感测信号；一第十三开关，包含一第一端，耦接于该第三感光二极管与该第九开关的该第二端； 一第二端；以及一控制端，用来接收一第四快门关闭脉冲信号；其中当该第十三开关接收到该第四快门关闭脉冲信号时，该第十三开关的该第一端耦接于该第十三开关的该第二端；一第四电容，耦接于该第十三开关的该第二端与该第四电压源之间； 一第十四开关，包含 一第一端，耦接于该第三电压源；一第二端，耦接至该第四电容与该第十三开关的该第二端；以及一控制端，用来接收一第四重置脉冲信号；其中当该第十四开关接收到该第四重置脉冲信号时，该第十四开关的该第一端耦接于该第十四开关的该第二端； 一第四晶体管，包含 一第一端，耦接于该第三电压源； 一第二端；以及一控制端，耦接至该第四电容与该第十三开关的该第二端；以及一第十五开关，包含一第一端，耦接于该第四晶体管的该第二端； 一第二端，用来输出该第二光感测信号；以及一控制端，用来接收一第四输出脉冲信号；其中当该第十五开关接收到的该第四输出脉冲信号时，该第十五开关的该第一端耦接于该第十五开关的该第二端，以输出该第二光感测信号。 其中该发光/感测控制电路另包含一第二驱动电路，用来根据该第一快门周期信号、该第二快门周期信号，以及该读取信号，以产生该第三快门开启信号、该第三快门关闭信号、该第三重置脉冲信号、该第三输出脉冲信号、该第四快门关闭信号、该第四重置脉冲信号，以及该第四输出脉冲信号；其中当该第一快门周期信号从代表关闭切换到代表开启或该第二快门周期信号从代表关闭切换到代表开启时，该第二驱动电路会产生该第三快门开启脉冲信号；其中当该第一快门周期信号从代表开启切换到代表关闭时，该第二驱动电路会产生该第三快门关闭脉冲信号；其中当该第二快门周期信号从代表开启切换到代表关闭时，该第二驱动电路会产生该第四快门关闭脉冲信号；其中当该读取信号代表读取时，该第二驱动电路会先产生该第三输出脉冲信号与该第四输出脉冲信号，然后再产生该第三重置脉冲信号与该第四重置脉冲信号。
9.如权利要求8所述的测距装置，其特征在于，当该发光周期信号表示发光时，该发光组件发射该侦测光；当该第一快门周期信号表示开启时，该光感测组感测该侦测光被该待测物反射所产生的该反射光的能量；当该第二快门周期信号表示开启时，该光感测组接收该侦测光被该待测物反射所产生的该反射光的能量；当该读取信号表示读取时，该光感测组输出该第一光感测信号同时重置该光感测组所累积的该反射光的能量；当该读取信号表示读取时，该光感测组输出该第二光感测信号同时重置该光感测组所累积的该反射光的能量。
10.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，该测距装置另包含一聚光模块，该聚光模块用来将该待测物反射该侦测光所产生的该反射光汇聚于该光感测组。
11.一种立体影像感测装置，其特征在于包含一发光/感测控制电路，用来产生一发光周期信号、一第一快门周期信号、 一第二快门周期信号、一阶段信号、一侦测频率信号，以及一读取信号； 其中该发光周期信号、该第一快门周期信号以及该第二快门周期信号具有相同的一侦测频率；其中该发光周期信号与该第一快门周期信号为同相；其中该第一快门周期信号与该第二快门周期信号为反相；其中该侦测频率信号指出该侦测频率的大小；一发光组件，用来根据该发光周期信号，以发出一侦测光射向一场景；其中该场景包含M个反射点；一光感测模块，用来产生M个第一光感测信号与M个第二光感测信号，该光感测模块包含M个光感测组；其中该M个光感测组的一第K个光感测组，包含一第一光感测组件，以及一第二光感测组件；其中该M个光感测组的该第K个光感测组的该第一光感测组件，用来根据该第一快门周期信号，感测并累积该侦测光被该场景的该M个反射点的一第K个反射点反射所产生的一反射光的能量，以产生该M个第一光感测信号的一第K个第一光感测信号，并根据该读取信号，输出该M个第一光感测信号的该第K个第一光感测信号；其中该M个光感测组的该第K个光感测组的该第二光感测组件，用来根据该第二快门周期信号，感测并累积该侦测光被该场景的该M个反射点的该第K个反射点反射所产生的一反射光的能量，以产生该M个第二光感测信号的一第K个第二光感测信号，并根据该读取信号，输出该M个第二光感测信号的该第K个第二光感测信号；一距离计算电路，用来根据该阶段信号、该M个第一光感测信号、该M个第二光感测信号，以及该侦测频率信号，以计算该立体影像感测装置与该场景的该M个反射点的M个待测距离；以及一影像感测控制电路，用来控制该光感测模块的该M个光感测组，以感测该场景以得出一影像，该影像包含OXM)个子像素影像资料；其中该影像感测控制电路分别控制该M个光感测组的该第K个光感测组的该第一光感测组件与该M个光感测组的该第K个光感测组的该第二光感测组件，来感测该场景的该第 K个反射点，以得到该OXM)个子像素影像资料的一第OXK)个子像素影像资料与一第 (2 X K-1)个子像素影像资料；其中1彡K彡M，且M、K皆表示正整数。
12.如权利要求11所述的立体影像感测装置，其特征在于，当该发光周期信号表示发光时，该发光组件发射该侦测光；当该第一快门周期信号表示开启时，该M个光感测组的该第K个光感测组的该第一光感测组件接收该侦测光被该场景的该第K个反射点反射所产生的该反射光的能量；当该第K个第二快门周期信号表示开启时，该M个光感测组的该第K个光感测组的该第二光感测组件接收该侦测光被该场景的该第K个反射点反射所产生的该反射光的能量；当该读取信号表示读取时，该M个光感测组的该第K个光感测组的该第一光感测组件输出该M个第一光感测信号的该第K个第一光感测信号同时重置该M个光感测组的该第K个光感测组的该第一光感测组件所累积的该反射光的能量；当该读取信号表示读取时，该M个光感测组的该第K个光感测组的该第二光感测组件输出该第K个第二光感测信号同时重置该M个光感测组的该第K个光感测组的该第二光感测组件所累积的该反射光的能量。
13.如权利要求11所述的立体影像感测装置，其特征在于，该距离计算电路根据该M个第一光感测信号的该第K个第一光感测信号与该M个第二光感测信号的该第K个第二光感测信号之间的比值，以计算该立体影像感测装置与该场景的该M个反射点的该M个待测距离的一第K个待测距离。
14.如权利要求13所述的立体影像感测装置，其特征在于，该立体影像感测装置另包含一背景计算电路，用来根据该阶段信号，以及该M个第一光感测信号，以输出M个背景信号；其中当该阶段信号代表量测背景时，该背景计算电路根据该M个第一光感测信号的该第K个第一光感测信号，以输出该M个背景信号中的一第K个背景信号；其中该距离计算电路根据该M个背景信号中的该第K个背景信号，以校正该M个第一光感测信号的该第K个第一光感测信号与该M个第二光感测信号的该第K个第二光感测信号之间的比值。
15.如权利要求14所述的立体影像感测装置，其特征在于，该立体影像感测装置另包含一频率调整电路，用来根据该阶段信号，以及该M个第一光感测信号的该第K个第一光感测信号，以输出一频率控制信号，来控制该侦测频率的大小；其中当该阶段信号代表调整频率时，该频率调整电路比较该M个第一光感测信号的该第K个第一光感测信号与一已知值，以输出该频率控制信号；其中当该M个第一光感测信号的该第K个第一光感测信号小于该已知值，该频率调整电路输出代表降频的该频率控制信号；其中当该频率控制信号代表降频时，该发光/感测控制电路将该侦测频率调低。
16.如权利要求11所述的立体影像感测装置，其特征在于，该立体影像感测装置另包含一聚光模块，该聚光模块用来将该场景的该M个反射点反射该侦测光所产生的该反射光汇聚于该光感测模块。
17.如权利要求11所述的立体影像感测装置，其特征在于，该立体影像感测装置利用该影像以及该立体影像感测装置与该场景的该M个反射点之间的该M个待测距离，以建构一立体影像。
18.一种光学式触控系统，其特征在于包含 一显示屏，用来显示影像；一第一立体影像感测装置，用来侦测至少一指示物，以据以输出该指示物与该第一立体影像感测装置的一待测距离与一待测角度；其中该第一立体影像感测装置与该显示屏之间所夹的角度为一第一已知夹角；以及一位置计算电路，用来根据该待测距离、该待测角度及该第一已知夹角，以计算出该指示物于该显示屏上的一位置。
19.如权利要求18所述的光学式触控系统，其特征在于，该第一立体影像感测装置包含一发光/感测控制电路，用来产生一发光周期信号、一第一快门周期信号、一第二快门周期信号、一阶段信号、一侦测频率信号，以及一读取信号；其中该发光周期信号、该第一快门周期信号以及该第二快门周期信号具有相同的一侦测频率；其中该发光周期信号与该第一快门周期信号为同相；其中该第一快门周期信号与该第二快门周期信号为反相；其中该侦测频率信号指出该侦测频率的大小；一发光组件，用来根据该发光周期信号，以发出一侦测光射向一场景；其中该场景包含M个反射点；一光感测模块，用来产生M个第一光感测信号与M个第二光感测信号，该光感测模块包含M个光感测组；其中该M个光感测组的一第K个光感测组，包含一第一光感测组件，以及一第二光感测组件；其中该M个光感测组的该第K个光感测组的该第一光感测组件，用来根据该第一快门周期信号，感测并累积该侦测光被该场景的该M个反射点的一第K个反射点反射所产生的一反射光的能量，以产生该M个第一光感测信号的一第K个第一光感测信号，并根据该读取信号，输出该M个第一光感测信号的该第K个第一光感测信号；其中该M个光感测组的该第K个光感测组的该第二光感测组件，用来根据该第二快门周期信号，感测并累积该侦测光被该场景的该M个反射点的该第K个反射点反射所产生的一反射光的能量，以产生该M个第二光感测信号的一第K个第二光感测信号，并根据该读取信号，输出该M个第二光感测信号的该第K个第二光感测信号；一距离计算电路，用来根据该阶段信号、该M个第一光感测信号、该M第二光感测信号， 以及该侦测频率信号，以计算该第一立体影像感测装置与该场景的该M个反射点的M个待测距离；以及一影像感测控制电路，用来控制该光感测模块的该M个光感测组，以感测该场景以得出一影像，该影像包含OXM)个子像素影像资料；其中该影像感测控制电路分别控制该M个光感测组的该第K个光感测组的该第一光感测组件与该M个光感测组的该第K个光感测组的该第二光感测组件，来感测该场景的该第K 个反射点，以得到一该OXM)个子像素影像资料的一第OXK)个子像素影像资料与一第 (2 X K-1)个子像素影像资料；其中1彡K彡M，且M、K皆表示正整数。
20.如权利要求18所述的光学式触控系统，其特征在于，该光学式触控系统另包含一角度侦测器，用来侦测该指示物，以输出该指示物与该显示屏之间的一触控夹角至该位置计算电路。
21.如权利要求18所述的光学式触控系统，其特征在于，该光学式触控系统另包含 一第二立体影像感测装置，用来侦测一第一指示物与一第二指示物，以据以输出该第一指示物与该第二立体影像感测装置的一第三待测距离与一第三待测角度，且输出该第二指示物与该第二立体影像感测装置的一第四待测距离与一第四待测角度；其中该第一立体影像感测装置侦测该第一指示物与该第二指示物，以据以输出该第一指示物与该第一立体影像感测装置的一第一待测距离与一第一待测角度，且输出该第二指示物与该第一立体影像感测装置的一第二待测距离与一第二待测角度；其中该第二立体影像感测装置与该显示屏之间所夹的角度为一第二已知夹角； 其中该位置计算电路根据该第一待测距离、该第二待测距离、该第三待测距离、该第四待测距离、该第一待测角度、该第二待测角度、该第三待测角度、该第四待测角度、该第一已知夹角与该第二已知夹角，以计算出该第一指示物于该显示屏上的一第一位置与该第二指示物于该显示屏上的一第二位置；其中当该第一指示物、该第二指示物与该第一立体影像感测装置共线时，该位置计算电路根据该第三待测距离、该第四待测距离、该第三待测角度、该第四待测角度与该第二已知夹角，以计算出该第一位置与该第二位置；其中当该第一指示物、该第二指示物与该第二立体影像感测装置共线时，该位置计算电路根据该第一待测距离、该第二待测距离、该第一待测角度、该第二待测角度与该第一已知夹角，以计算出该第一位置与该第二位置；其中该第一立体影像感测装置与该第二立体影像感测装置皆包含 一发光/感测控制电路，用来产生一发光周期信号、一第一快门周期信号、一第二快门周期信号、一阶段信号、一侦测频率信号，以及一读取信号；其中该发光周期信号、该第一快门周期信号以及该第二快门周期信号具有相同的一侦测频率；其中该发光周期信号与该第一快门周期信号为同相；其中该第一快门周期信号与该第二快门周期信号为反相；其中该侦测频率信号指出该侦测频率的大小；一发光组件，用来根据该发光周期信号，以发出一侦测光射向一场景；其中该场景包含M个反射点；一光感测模块，用来产生M个第一光感测信号与M个第二光感测信号，该光感测模块包含M个光感测组；其中该M个光感测组的一第K个光感测组，包含一第一光感测组件，以及一第二光感测组件；其中该M个光感测组的该第K个光感测组的该第一光感测组件，用来根据该第一快门周期信号，感测并累积该侦测光被该场景的该M个反射点的一第K个反射点反射所产生的一反射光的能量，以产生该M个第一光感测信号的一第K个第一光感测信号，并根据该读取信号，输出该M个第一光感测信号的该第K个第一光感测信号；其中该M个光感测组的该第K个光感测组的该第二光感测组件，用来根据该第二快门周期信号，感测并累积该侦测光被该场景的该M个反射点的该第K个反射点反射所产生的一反射光的能量，以产生该M个第二光感测信号的一第K个第二光感测信号，并根据该读取信号，输出该M个第二光感测信号的该第K个第二光感测信号；一距离计算电路，用来根据该阶段信号、该M个第一光感测信号、该M个第二光感测信号，以及该侦测频率信号，以计算该第一立体影像感测装置与该场景的该M个反射点的M个待测距离；以及一影像感测控制电路，用来控制该光感测模块的该M个光感测组，以感测该场景以得出一影像，该影像包含OXM)个子像素影像资料；其中该影像感测控制电路分别控制该M个光感测组的该第K个光感测组的该第一光感测组件与该M个光感测组的该第K个光感测组的该第二光感测组件，来感测该场景的该第 K个反射点，以得到该OXM)个子像素影像资料的一第OXK)个子像素影像资料与一第 (2 X K-1)个子像素影像资料；其中1彡K彡M，且M、K皆表示正整数。
全文摘要
本发明涉及一种测距装置，该测距装置包含一发光/感测控制电路、一发光组件、一光感测组、一背景计算电路、一频率调整电路，以及一距离计算电路。该发光组件以一侦测频率发出一侦测光射至一待测物。该发光/感测控制电路控制该光感测组累积该侦测光被该待测物反射所产生的一反射光的能量，以使该距离计算电路可根据该光感测组所累积的能量，以计算出该待测物与该测距装置的一待测距离。该测距装置可借由该背景计算电路计算出该光感测组单位时间内根据背景光所累积的能量。如此，可减小背景光的影响与因该反射光的能量较低时而造成的量测误差。
文档编号G01C11/02GK102235860SQ201010153060
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月20日 优先权日2010年4月20日
发明者刘汉麒, 吕志宏, 许恩峰, 高铭璨 申请人:原相科技股份有限公司