定位系统及方法与流程

本案是有关于一种定位系统及方法，且特别是有关于一种计算控制器相对位置的方法及系统。

背景技术：

在现今虚拟实境(virtualreality,vr)环境中，控制器装置通常用来与虚拟实境场景互动，例如游戏场景或虚拟实境内容。通常一虚拟实境系统会具有头戴式装置(head-mounteddisplay,hmd)、定位追踪装置、以及控制器。定位追踪装置是用来追踪头戴式装置以及控制器的位置和方向，然而，定位追踪装置具有一些限制，举例而言，由于控制器可能会被使用者的身体或环境遮挡，使得定位追踪装置无法追踪到控制器的情况发生。

技术实现要素：

依据本揭示文件的第一实施态样，其揭示一种定位系统，定位系统包含第一电子装置以及第二电子装置。第一电子装置包含发光单元、多个超声波感测器以及处理器。发光单元用以发射射线，处理器与发光单元以及超声波感测器电性耦接。第二电子装置包含第一光感测器以及第一超声波发射器。第一光感测器用以感测从第一装置发射的射线，第一超声波发射器当射线被第一光感测器感测到时，第一超声波发射器用以发送第一超声波信号，超声波感测器用以感测第一超声波信号，处理器用以计算多个第一时段，其中第一时段是从发光单元发射出射线开始计时，直到超声波感测器感测到第一超声波信号为止。处理器用以计算超声波感测器与第一超声波发射器之间的多个第一相对距离，以及用以根据第一相对距离定位第二电子装置相对于第一电子装置的第一相对位置。

根据本案一实施例，定位系统还包含第三电子装置，第三电子装置包含第二光感测器以及第二超声波发射器。第二光感测器用以感测从第一装置发射的射线，第二超声波发射器，当射线被第二光感测器感测到时，第二超声波发射器用以发送第二超声波信号。其中，超声波感测器用以感测第二超声波信号，以及处理器用以计算多个第二时段，其中第二时段是从发光单元发射出射线开始计时，直到超声波感测器感测到第二超声波信号为止，处理器用以计算超声波感测器与第二超声波发射器之间的多个第二相对距离，以及用以根据第二相对距离定位第三电子装置相对于第一电子装置的第二相对位置。

根据本案一实施例，第一电子装置还包含脉宽调变电路，与处理器以及发光单元电性耦接，并用以调整发光单元产生的射线的负载比。

根据本案一实施例，当脉宽调变电路设定为第一负载比，具有第一负载比的射线被用以触发第二电子装置的第一超声波发射器；以及当脉宽调变电路设定为第二负载比，具有第二负载比的射线被用以触发第三电子装置的第二超声波发射器。

根据本案一实施例，第一电子装置包含头戴式装置，第二电子装置及第三电子装置包含多个控制装置，控制装置与头戴式装置通讯连接。

根据本案一实施例，超声波感测器包含第一超声波感测器、第二超声波感测器及第三超声波感测器，第一超声波感测器、第二超声波感测器及第三超声波感测器是设置于第一电子装置上的不同位置。

根据本案一实施例，第一超声波信号在不同时间被第一超声波感测器、第二超声波感测器以及第三超声波感测器感测；第二超声波信号在不同时间被第一超声波感测器、第二超声波感测器以及第三超声波感测器感测。

依据本揭示文件的第二实施态样，其揭示一种定位系统，定位系统包含第一电子装置以及第二电子装。第一电子装置包含超声波发射器、光感测器以及处理器。超声波发射器用以发送超声波信号，处理器与超声波发射器以及光感测器电性耦接。第二电子装置包含多个超声波感测器以及发光单元。超声波感测器用以感测从第一装置发送的超声波信号，第一发光单元用以发射多条射线，光感测器感测射线，处理器用以计算多个第一时段，其中第一时段是从超声波发射器发送出超声波信号开始计时，直到光感测器感测到射线为止。处理器用以决定第二电子装置的超声波感测器与超声波发射器之间的多个第一相对距离，以及用以根据第一相对距离定位第二电子装置相对于第一电子装置的第一相对位置。

根据本案一实施例，第二电子装置的超声波感测器包含第一超声波感测器、第二超声波感测器及第三超声波感测器，第一超声波感测器、第二超声波感测器及第三超声波感测器设置于第二电子装置上的不同位置，以及超声波信号在不同时间被第一超声波感测器、第二超声波感测器以及第三超声波感测器感测。

根据本案一实施例，当第一超声波感测器感测到超声波信号，该第一发光单元被触发以发射所述多条射线的其中之一；当第二超声波感测器感测到超声波信号，第一发光单元被触发以发射所述多条射线的其中之另一；以及当第三超声波感测器感测到超声波信号，第一发光单元被触发以发射所述多条射线的其中之再一。

根据本案一实施例，定位系统还包含第三电子装置，第三电子装置包含多个超声波感测器以及第二发光单元。多个超声波感测器用以感测从第一装置发送的超声波信号，第二发光单元用以发射多条射线。其中，光感测器用以感测所述多条射线，以及处理器用以计算多个第二时段，其中第二时段是从超声波发射器发送出超声波信号开始计时，直到光感测器感测到射线为止，处理器用以决定第三电子装置的超声波感测器与超声波发射器之间的多个第二相对距离，以及用以根据第二相对距离定位第三电子装置相对于第一电子装置的第二相对位置。

根据本案一实施例，第二发光单元发射的射线与第一发光单元发射的射线有不同的颜色、频率、负载比或亮度。

根据本案一实施例，第三电子装置的超声波感测器包含第一超声波感测器、第二超声波感测器及第三超声波感测器，第一超声波感测器、第二超声波感测器及第三超声波感测器设置于第三电子装置上的不同位置，以及超声波信号在不同时间被第一超声波感测器、第二超声波感测器以及第三超声波感测器感测。

根据本案一实施例，当第一超声波感测器感测到超声波信号，第二发光单元被触发以发射所述多条射线的其中之一；当第二超声波感测器感测到超声波信号，第二发光单元被触发以发射所述多条射线的其中之另一；以及当第三超声波感测器感测到超声波信号，第二发光单元被触发以发射所述多条射线的其中之再一。

根据本案一实施例，第一电子装置包含头戴式装置，第二电子装置及第三电子装置包含多个控制装置，控制装置与头戴式装置通讯连接。

依据本揭示文件的第三实施态样，其揭示一种定位方法，定位方法适用于包含第一电子装置以及第二电子装置的定位系统，定位方法包含：从第一电子装置发射射线至第二电子装置，并开始累计时间计数；在第二电子装置上感测射线，并从第二电子装置上的第一超声波发射器发送第一超声波信号至第一电子装置；由第一电子装置上的多个超声波感测器感测第一超声波信号，并计算多个第一时段，其中第一时段是从发光单元发射出射线开始计时，直到超声波感测器感测到第一超声波信号为止；计算超声波感测器与第二电子装置上的第一超声波发射器之间的多个第一相对距离；以及，根据第一相对距离定位第二电子装置相对于第一电子装置的第一相对位置。

根据本案一实施例，定位方法还包含：在第三电子装置上感测射线，并从第三电子装置上的第二超声波发射器发送第二超声波信号至第一电子装置；由第一电子装置上的超声波感测器感测第二超声波信号，并计算多个第二时段，其中第二时段是从发光单元发射出射线开始计时，直到超声波感测器感测到第二超声波信号为止；计算超声波感测器与第三电子装置上的第二超声波发射器之间的多个第二相对距离；以及根据第二相对距离定位第三电子装置相对于第一电子装置的第二相对位置。

根据本案一实施例，发射该射线的步骤包含：产生具有第一负载比或第二负载比的射线；其中，具有第一负载比的射线被用以触发第二电子装置的第一超声波发射器，具有第二负载比的射线被用以触发第三电子装置的第二超声波发射器。

根据本案一实施例，超声波感测器包含第一超声波感测器、第二超声波感测器及第三超声波感测器，第一超声波感测器、第二超声波感测器及第三超声波感测器是设置于第一电子装置上的不同位置。

根据本案一实施例，第一超声波信号在不同时间被第一超声波感测器、第二超声波感测器以及第三超声波感测器感测；第二超声波信号在不同时间被第一超声波感测器、第二超声波感测器以及第三超声波感测器感测。

根据上述实施态样，定位系统中的第一电子装置能够计算从发光单元发射出射线开始，直到超声波感测器感测到第一超声波信号为止的多个时段，以及根据得到的多个时段，获得多个超声波感测器与超声波发射器之间的相对距离。在上述实施态样中，并不需要对第一电子装置以及第二电子装置进行时脉信号的同步，第一电子装置与第二电子装置之间的相对距离可以直接根据第一电子装置累计的时间计数获得，第二电子装置上不需再额外设置高精准度的定时器电路。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1是根据本案的一些实施例所绘示的一种定位系统的示意图；

图2是根据本案的一些实施例所绘示的定位方法的流程图；

图3是根据本案的一些实施例所绘示的第二电子装置的相对位置的示意图；

图4是根据本案的一些实施例所绘示的建立编码资料库及目标词汇关系模型的流程图；

图5是根据本案的一些实施例所绘示的第一电子装置与第三电子装置之间的流程图；

图6是根据本案的一些实施例所绘示的目标词汇关系模型的示意图；以及

图7是根据本案的一些实施例所绘示的第二电子装置的相对位置的示意图。

具体实施方式

以下揭示提供许多不同实施例或例证用以实施本发明的不同特征。特殊例证中的元件及配置在以下讨论中被用来简化本揭示。所讨论的任何例证只用来作解说的用途，并不会以任何方式限制本发明或其例证的范围和意义。此外，本揭示在不同例证中可能重复引用数字符号且/或字母，这些重复皆为了简化及阐述，其本身并未指定以下讨论中不同实施例且/或配置之间的关系。

在全篇说明书与权利要求书所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭露的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本揭露的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本揭露的描述上额外的引导。

关于本文中所使用的“耦接”或“连接”，均可指二或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，而“耦接”或“连接”还可指二或多个元件相互操作或动作。

在本文中，使用第一、第二与第三等等的词汇，是用于描述各种元件、组件、区域、层与/或区块是可以被理解的。但是这些元件、组件、区域、层与/或区块不应该被这些术语所限制。这些词汇只限于用来辨别单一元件、组件、区域、层与/或区块。因此，在下文中的一第一元件、组件、区域、层与/或区块也可被称为第二元件、组件、区域、层与/或区块，而不脱离本发明的本意。如本文所用，词汇“与/或”包含了列出的关联项目中的一个或多个的任何组合。本案文件中提到的“及/或”是指表列元件的任一者、全部或至少一者的任意组合。

请参阅图1。图1是根据本案的一些实施例所绘示的一种定位系统100的示意图。如图1所绘示，定位系统100包含第一电子装置110、第二电子装置130以及第三电子装置150。第一电子装置110可以实施为头戴式装置(head-mounteddevice，hmd)，第二电子装置130以及第三电子装置150可以实施为与头戴式装置通讯连接的控制装置。

第一电子装置110包含发光单元111、处理器112以及超声波感测器113a、113b以及113c。处理器112包含计时器112a，处理器112与发光单元111以及超声波感测器113a、113b以及113c电性耦接。第二电子装置130包含光感测器131以及超声波发射器132，光感测器131与超声波发射器132电性耦接。第三电子装置150包含光感测器151以及超声波发射器152，光感测器151与超声波发射器152电性耦接。处理器112可以实施为图形处理器、中央处理单元、控制电路或图形处理单元。

请继续参阅图2。图2是根据本案的一些实施例所绘示的定位方法200的流程图。于此实施例中，定位方法200可被用于计算第二电子装置130相对于第一电子装置110的相对位置，以及第三电子装置150相对于第一电子装置110的另一相对位置。

请一并参阅图1图2。如图2的实施例所示，定位方法200首先执行步骤s210，从第一电子装置110发射射线至第二电子装置130，并开始累计时间计数。于此实施例中，第一电子装置110的发光单元111用以发射射线，以及处理器112用以开始累计时间计数。

接着，定位方法200执行步骤s220在第二电子装置130上感测射线，并从第二电子装置130上的超声波发射器132发送第一超声波信号至第一电子装置110。于此实施例中，第二电子装置130的光感测器131用以感测从第一电子装置110发射的射线，以及第二电子装置130的超声波发射器132用以发送第一超声波信号至第一电子装置110。

接着，定位方法200执行步骤s230由第一电子装置110上的超声波感测器113a、113b及113c感测第一超声波信号，并计算多个第一时段。其中第一时段是从发光单元111发射出射线开始计时，直到超声波感测器113a、113b及113c感测到第一超声波信号为止。于此实施例中，超声波感测器113a、113b及113c是设置于第一电子装置110上的不同位置。如此一来，第一超声波信号在不同时间被超声波感测器113a、超声波感测器113b以及超声波感测113c器感测。

接着，定位方法200执行步骤s240计算超声波感测器113a、113b及113c与第二电子装置130上的超声波发射器132之间的多个相对距离。请继续参阅图3，图3是根据本案的一些实施例所绘示的第二电子装置130的相对位置的示意图。如图3所示，点p1是代表超声波感测器113a，点p2是代表超声波感测器113b，点p3是代表超声波感测器113c，以及点s是代表超声波发射器132。点p1的坐标系为(x1,y1,z1)，点p2的坐标系为(x2,y2,z2)，点p3的坐标系为(x3,y3,z3)以及点s的坐标系为(x,y,z)。须特别说明的是，多个时段与点p1、p2及p3有关，一旦点p1以及点s之间的时段经由上述步骤s230计算得出，点p1以及点s之间的距离d1可利用时段以及声速求出。于此实施例中，声速可以假设为340m/s，如此一来，距离d2以及d3也可以由对应的时段配合声速计算得出。

接着，定位方法200执行步骤s250根据第一相对距离定位第二电子装置130相对于第一电子装置110的相对位置。如图3所示的例子当中，由于超声波感测器113a、113b以及113c设置于第一电子装置110上，点p1、p2及p3的坐标是已知的，而点s的坐标(x,y,z)可以由《公式1》计算得到。如此一来，即可知道第二电子装置130上的超声波发射器132的坐标位置。

di²＝(x-xi)²+(y-yi)²+(z-zi)²i＝1,2,3《公式1》

请继续参阅图4，图4是根据本案的一些实施例所绘示的说明时段的计算的示意图。如图4所示的例子当中，发光单元111发射射线以及光感测器131感测到射线，此射线的速度大约是光速(3.00×10⁸m/s)，如此一来，此射线的传输时间t1趋近于零。当光感测器131感测到此射线，光感测器131触发超声波发射器132发送第一超声波信号，从射线备感测到开始，直到第一超声波信号发出为止，将这段时间假设为回应时间t2(由光感测器131以及超声波发射器132之间的通信所引起的时间)。第一超声波信号的传输时间t3a、t3b以及t3c是从超声波发射器132发出第一超声波信号开始计算，直到超声波感测器113a、113b及113c接收到第一超声波信号为止。计时器112a将会产生三个累计时段包含一累计时段(t1+t2+t3a)、另一累计时段(t1+t2+t3b)以及又一累计时段(t1+t2+t3c)。由于传输时间t1趋近于零，以及回应时间t2是电子元件内的计算时间通常为一固定时间(约20μs)，累计时段的变量通常由传输时间t3a、t3b以及t3c所决定，传输时间t3a、t3b以及t3c也是远超过射线的传输时间t1。

根据前述的实施例，定位系统100的第一电子装置110能够分别计算从射线发射开始，直到超声波信号被三个超声波感测器113a、113b及113c接收到为止的三个时段，以及根据计算出的三个时段得到超声波感测器113a、113b及113c与超声波发射器132之间的相对距离。于一些实施例中，不需要同步第一电子装置110与第二电子装置130之间的时脉信号，相对距离可以直接根据在第一电子装置110上累计的三个时段而得到，第二电子装置130上不需再额外设置高精准度的定时器电路。如此一来，在定位过程中第一电子装置110与第二电子装置130之间并不需要再进行时序同步。

请一并参考图1～图5，图5是根据本案的一些实施例所绘示的第一电子装置与第三电子装置之间的流程图。在步骤s210执行完之后，定位方法200不仅会执行步骤s220也会执行步骤s310，在第三电子装置150上感测射线，并从第三电子装置150上的超声波发射器152发送第二超声波信号至第一电子装置110。在本实施例中，当第一电子装置110的发光单元111发射出射线时，此射线会分别被第二电子装置130及第三电子装置150感测到，以执行接下来的步骤s220～s250以及步骤s310～s340。

接着，步骤s320～s340的操作流程可由上述步骤s230～s250而得知，在此不另赘述。值得注意的是，第一电子装置110还包含脉宽调变电路，脉宽调变电路与处理器112以及发光单元111电性耦接，并用以调整发光单元111产生的射线的负载比。当脉宽调变电路设定为第一负载比，具有第一负载比的射线被用以触发第二电子装置130的超声波发射器132，以及当脉宽调变电路设定为第二负载比，具有第二负载比的该射线被用以触发第三电子装置150的超声波发射器152。如此一来，第一电子装置110可以控制第二电子装置130或第三电子装置150发送超声波信号。脉宽调变电路用以根据不同负载比调变射线，以分别触发第二电子装置130及第三电子装置150。触发不同控制器的方式并不限于仅利用前述所提的脉宽调变电路，在另一实施例中，发光单元111发出的射线可以有不同的颜色、频率、负载比或亮度。

在另一实施中，请参考图6，图6是根据本案的一些实施例所绘示的一种定位系统500的示意图。定位系统500包含第一电子装置510、第二电子装置530以及第三电子装置550。第一电子装置510可以实施为头戴式装置(head-mounteddevice，hmd)，第二电子装置530以及第三电子装置550可以实施为与头戴式装置通讯连接的控制装置。

第一电子装置510包含超声波发射器511，处理器512以及光感测器513。处理器512包含计时器512a，处理器512与超声波发射器511以及光感测器513电性耦接。第二电子装置530包含发光单元531以及超声波感测器532a、532b及532c，发光单元531与超声波感测器532a、532b及532c电性耦接。第三电子装置550包含发光单元551及超声波感测器552a、552b及552c，发光单元551与超声波感测器552a、552b及552c电性耦接。处理器512可以实施为图形处理器、中央处理单元、控制电路或图形处理单元。

接着，超声波发射器511用以发送超声波信号至第二电子装置530，以及处理器512累计时间计数。超声波感测器532a、532b及532c用以感测来自第一电子装置510的超声波信号，当超声波感测器532a、532b及532c感测到超声波信号，发光单元531用以发射多条射线，光感测器513用以感测发光单元531发出的射线。

接着，超声波感测器532a、532b及532c设置于第二电子装置530上的不同位置，超声波信号在不同时间被超声波感测器532a、532b及532c感测。如此一来，当超声波感测器532a感测到超声波信号，发光单元531被触发以发射多条射线的其中之一；当超声波感测器532b感测到超声波信号，发光单元531被触发以发射多条射线的其中之另一；以及当超声波感测器532c感测到超声波信号，发光单元531被触发以发射多条射线的其中之再一。在此实施例中，发光单元531被超声波感测器532a、532b及532c分别触发三次，计时器512a计算三个时段，三个时段是从第一电子装置510发出超声波信号开始计算，直到三条射线分别被第一电子装置510感测到为止。

接着请继续参考图7，图7是根据本案的一些实施例所绘示的第二电子装置530的相对位置的示意图。如图7所示的例子当中，点p1是代表超声波感测器532a，点p2是代表超声波感测器532b，点p3是代表超声波感测器532c，以及点s是代表超声波发射器511。点p1的坐标系为(x1,y1,z1)，点p2的坐标系为(x2,y2,z2)，点p3的坐标系为(x3,y3,z3)以及点s的坐标系为(x,y,z)。须特别说明的是，多个时段与点p1、p2及p3有关，举例而言，当超声波感测器532a感测到超声波发射器511所发出的超声波信号，发光单元531被触发以发射出一条射线至光感测器513，此时段与点p1有关，可进一步利用此时段以及声速(340m/s)计算出超声波发射器511与超声波感测器532a之间的距离。

接着，如图7所示，点s的坐标是已知的(即为头戴式装置的坐标)，由于超声波感测器532a、532b及532c是设置于第二电子装置530上，因此点p1、p2及p3之间的相对距离也是已知的。如此一来，第二电子装置530的相对位置(x1,y1,z1)，可利用《公式2》计算得知，由于点p1、p2及p3之间的相对距离至已知的(例如，x2＝x1+α，y2＝y1+α，z2＝z1+α，x3＝x1+β，y3＝y1+βandz3＝z1+β，其中α及β皆为常数)，因此《公式2》可以转换为《公式3》。超声波感测器532b以及532c相对于超声波感测器532a的相对距离可利用《公式3》求出。

在此实施例中，第三电子装置550的结构以及操作流程都与第二电子装置530相同，在此不多做赘述。值得注意的是，发光单元551发射的多条射线与发光单元531发射的多条射线有不同的颜色、频率、负载比或亮度。如此一来，第一电子装置510能够根据具有不同的颜色、频率、负载比或亮度的射线区分发光单元531及发光单元551。

脉宽调变电路用以根据不同负载比调变射线，以分别触发第一电子装置510上的光感测器513。触发光感测器513的方式并不限于仅利用前述所提的脉宽调变电路，在另一实施例中，发光单元531及发光单元551发出的射线可以有不同的颜色、频率、负载比或亮度。

根据前述的实施例，定位系统500的第一电子装置110能够计算从超声波信号发送开始，直到多条射线被光感测器513感测到为止的三个时段，以及根据计算出的三个时段得到超声波感测器532a、532b及532c与超声波发射器511之间的相对距离。于一些实施例中，不需要同步第一电子装置510、第二电子装置530以及第三电子装置550之间的时脉信号，相对距离可以直接根据在第一电子装置510上累计的三个时段而得到，第二电子装置530及第三电子装置550上不需再额外设置高精准度的定时器电路。如此一来，在定位过程中第一电子装置510、第二电子装置530与第三电子装置550之间并不需要再进行时序同步，达到节省成本的功效。

另外，上述例示包含依序的示范步骤，但这些步骤不必依所显示的顺序被执行。以不同顺序执行这些步骤皆在本揭示内容的考量范围内。在本揭示内容的实施例的精神与范围内，可视情况增加、取代、变更顺序及/或省略这些步骤。

虽然本案已以实施方式揭示如上，然其并非用以限定本案，任何熟悉此技艺者，在不脱离本案的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本案的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。