专利名称：感测方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明为一种感测方法与装置，特别是应用于感测一物体的位置的感测方法与装置。
背景技术：
当前的触控装置可以依据其工作原理的不同而区分为电阻式触控、电容式触控、光学式触控等类型，其中光学式触控具有触感轻、材料成本低等优点。简单来说，光学式触控的作法是利用光源接收遮断原理，在触控面板的周围或底部设置光源与感测单元，当光源投射的出射光线遭遮断时，代表使用者正在进行触控操作，并因此导致光源所发出的出射光线无法沿着原本的出射方向前进，而感测单元则对应此种 遮断现象而传送相对应的信号予信号相连的处理电路，进而判断出触控点的位置。请参见图1，其现有技术将光学感测作法应用于触控系统的示意图。此种触控系统10包含底板101、分别设置于底板101的左上方角落与右上方角落的第一影像感测模块103、第二影像感测模块104、信号连接于第一影像感测模块103与第二影像感测模块104的处理电路106，以及设置在底板101周围的反射元件102。其中各该影像感测模块是用以撷取触控区域107内的影像，而处理电路106则是根据各该影像感测模块撷取到的影像计算出待测物体11在触控区域107的位置。在图I中，触控系统10是利用影像感测模块发出红外光而照射至待测物体11与反射元件102后，再经红外光照射而产生的影像来判断待测物体11的位置，影像感测模块接收而得的影像可被区分为两个部份，分别是透过反射元件102而反射的部份，此部份在影像中形成亮度较高的亮区(bright zone)，以及因为待测物体11遮蔽所形成的暗区。易言之，以现有技术为基础的触控系统10凭借反射元件102在影像中所形成的亮区来搭配待测物体11所形成的暗区使用，因此反射元件102在底板101所构成的范围相当于触控系统10所能提供的触控区域107。换言之，当使用者利用手指或触控笔等待测物体11进行触控操作时，其触控区域107必须被限制在反射元件102所区隔出的范围内。由于现有技术所使用的触控系统10必须使用反光元件102产生的亮区作为判断待测物体11位置的参考，这也使得现有技术产生以下的缺失首先，由于底板101与反射元件102占有一定体积而不易携带，因此触控区域必须受到底板101与反射元件102的实体尺寸的限制而被限制其使用环境。其次，底板101与反射元件102的使用也代表额外的制造成本，因此现有技术的作法将使触控装置的单价提升许多而有待改进。换言之，现有技术的作法对可携式电子装置等应用将造成制造与使用时很大的限制。如前所述，现有技术中的触控装置凭借反射元件102将入射光线(如红外光)反射至触控区域107后，透过第一影像感测模块103与第二影像感测模块104撷取触控区域107内的影像，接着再以第一影像感测模块103与第二影像感测模块104所撷取到的影像为基础，利用处理电路106来计算出触控点的座标，但是这样的作法必须使用以回复反射材质(retro-reflective material)制成的反射元件102而使生产成本提高、触控区域受到限制。
发明内容
本发明的目的就是在提供一种感测方法，应用于感测一物体的位置，该感测方法包含以下步骤驱动一光源产生一平面光；该物体反射该平面光而形成一反射光分布；以及根据该反射光分布而估计出该物体与该光源间的ー相对距离。本发明的再一目的是提供一种感测装置，应用于感测一物体的位置，该感测装置包含一光源，其是产生一平面光；以及ー第一感测单元，设置于该光源的ー侧，该第一感测单元是根据一反射光分布而估计出该物体与该光源间的ー相对距离，其中该反射光分布是由该物体反射该平面光而形成。在本发明的较佳实施例中，上述的感测方法中，该光源为ー雷射光源或ー发光二极体光源。
在本发明的较佳实施例中，上述的感测方法中，该光源是发出一出射光线，而驱动该光源产生该平面光的步骤是包含该出射光线透过一柱状镜而产生该平面光；或该出射光线透过可转动的一微机电反射镜而产生该平面光。在本发明的较佳实施例中，上述的感测方法中，根据该反射光分布而估计出该物体与该光源间的该相对距离的步骤是包含以下步骤取得包含该反射光分布的一第一影像；以及根据该第一影像中对应于该反射光分布的数个像素而得出一第一位置參数。在本发明的较佳实施例中，上述的感测方法中，得出该第一位置參数的步骤是包含对该第一影像中对应于该反射光分布的数个像素进行ー质心位置计算而得出该第一位置參数；以及根据ー參考纪录与该第一位置參数而估计出该物体与该光源间的该相对距离。在本发明的较佳实施例中，上述的感测方法中，该參考记录是包含数个參考位置參数，而各该參考位置參数透过ー设定流程将ー待测物体移动至与该光源间分别相距为数个预设的相对距离，并对该待测物体所反射该平面光而形成的数个參考反射光分布分别进行该质心位置计算而得出。在本发明的较佳实施例中，上述的感测方法中，该质心位置计算是指将各该像素上的亮度作为各该像素所对应的权重，搭配各该像素在该第一影像的位置、各该像素的个数进行计算。在本发明的较佳实施例中，上述的感测方法还包括以下步骤取得包含一反射光分布的一第二影像；以及根据该第二影像中对应于该反射光分布的数个像素而得出一第二位置參数。在本发明的较佳实施例中，上述的感测方法中，各该影像是分别透过ー第一感测単元与一第二感测单元得出，其中各该感测单元是分别设置于该光源的两侧。在本发明的较佳实施例中，上述的感测方法中，该第一感测单元与该第二感测单元在垂直方向与该出射光线所在的水平面所分别形成的距离相异。在本发明的较佳实施例中，上述的感测方法中，根据该反射光分布而估计出该物体与该光源间的该相对距离的步骤是包含以下步骤得出该物体在一第一时点与该光源间的一第一相对距离；得出该物体在一第二时点与该光源间的ー第二相对距离；以及根据该第一相对距离与该第二相对距离而判断该物体在该第一时点与该第二时点间的移动。本发明的又一目的是提供ー种ー种感测装置，应用于感测一物体的位置，该感测装置包含一光源，其是产生一平面光；以及ー感测单元，设置于该光源的ー侧，该感测单元是根据一反射光分布而估计出该物体与该感测单元间的一相对距离，其中该反射光分布是由该物体反射该平面光而形成。在本发明的较佳实施例中，上述的感测装置中，该光源是为ー雷射光源或ー发光ニ极体光源。 在本发明的较佳实施例中，上述的感测装置中，该光源发出ー出射光线，而该出射光线透过一柱状镜或透过可转动的ー微机电反射镜而产生该平面光。在本发明的较佳实施例中，上述的感测装置还包括一控制单元，信号连接于该第一感测单元，其是根据该第一感测单元所感测包含该反射光分布的一第一影像，并由该第一影像中对应于该反射光分布的数个像素而得出一第一位置參数。在本发明的较佳实施例中，上述的感测装置还包括一储存单元，信号连接于该控制単元，其是提供一參考纪录予该控制单元，其中该控制単元对该第一影像中对应于该反射光分布的数个像素进行ー质心位置计算而得出该第一位置參数，井根据该參考纪录与该第一位置參数而估计出该物体与该光源间的该相对距离。在本发明的较佳实施例中，上述的感测装置中，该參考记录是包含数个參考位置參数，而各该參考位置參数透过ー设定流程将ー待测物体移动至与该光源间分别相距为数个预设的相对距离，并对该待测物体所反射该平面光而形成的数个參考反射光分布分别进行该质心位置计算而得出。在本发明的较佳实施例中，上述的感测装置中，该质心位置计算是指将各该像素上的亮度作为各该像素所对应的权重，搭配各该像素在该第一影像的位置、各该像素的个数进行计算。在本发明的较佳实施例中，上述的感测装置还包括一第二感测单元，信号连接于该控制単元，该第二感测单元是根据一反射光分布而估计出该物体与该光源间的该相对距离，其中该反射光分布是由该物体反射该平面光而形成。在本发明的较佳实施例中，上述的感测装置中，该第一感测单元与该第二感测单元是分别设置于该光源的两侧。在本发明的较佳实施例中，上述的感测装置中，该第一感测单元与该第二感测单元在垂直方向与该出射光线所在的水平面所分别形成的距离相异。在本发明的较佳实施例中，上述的感测装置，其中还包括一调整单元，设置于该第一感测单元与该第二感测单元间，其是使各该感测単元在水平方向所形成之间距动态调整。在本发明的较佳实施例中，上述的感测装置中，该控制单元是于ー第一时点得出该物体与该光源、该第一感测单兀间的一第一相对距离，于ー第二时点得出该物体与该光源、该第一感测单元间的ー第二相对距离，井根据该第一相对距离与该第二相对距离而判断该物体在该第一时点与该第二时点间的移动。在本发明的较佳实施例中，上述的感测装置还包括一传送单元，电连接于该感测单元，其是将该感测画面传送至与该感测装置信号连接的一控制主机，并将该物体与该光源间的该相对距离转换为一游标显示。在本发明的较佳实施例中，上述的感测装置，其中该平面光定义的一感测区域是位于一实体触控平面或一立体操作平面。本发明因采用第一感测单元感测该平面光在该物体所产生的平面光分布而得出该物体与该光源、该第一感测单元间的相对距离，因此可以判断该物体在不同时点的位置变化。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
图I其现有技术将光学感测作法应用于触控系统的示意图；图2a其是一种改善现有技术使用反射元件与底板的作法，改以分设两处的影像感测器而撷取待测物体影像并判断待测物体位置的示意图；图2b其是影像感测器感测到的影像中的待测物体位置与对应角度图；图3a其是本发明所提出利用反射光分布而估计物体的位置的触控感测方法的流程图；图3b其是在步骤S31中，根据反射光分布而估计出物体与光源间的相对距离的步骤的细部流程图；图4a其是本发明所提出根据物体所反射而成的反射光分布而估计出物体与光源间的相对距离的感测装置的系统方块图；图4b其是本发明所提出根据物体所反射而成的反射光分布而估计出物体与第一感测单元间的相对距离的感测装置的系统方块图；图4c其是利用本发明所提出的触控装置搭配通用序列汇流排使用的示意图；图5a、5b、5c、5d其是本发明所提出的感测装置包含第一感测单元与第二感测单元时，透过调整单元而彼此相连接的示意图；图6a、6b、6c其为本发明所提供的感测装置在利用不同的传输介面而与主机系统进行数据交换而将触控位置操作转换为游标操作的示意图；图7a其是本发明所提供的感测装置在光源所产生的平面光位于实体触控平面时，感测待测物体于实体触控平面上的位置变化的示意图；图7b其是本发明所提供的感测装置在光源所产生的平面光位于立体操作平面时，感测待测物体于立体空间进行悬空操作时的位置变化的示意图。附图标记触控系统10 光源401、501底板101透镜402第一影像感测模块103、203第一感测单元403、503第二影像感测模块104、204平面光43处理电路106、206控制单元406反射元件102储存单元407
待测物体11、21、41传送单元408、508触控区域107第二感测单元504红外光滤光装置2042调整单元52红外光发射装置2043笔记型电脑55光学镜片2044网络57光学镜片组2045手机56感测装置40、50
具体实施例方式下面结合附图，对本发明做进一步的详细描述。为了改善现有技术因为使用反射元件102所造成的缺失，本案发明人于我国专利申请第099117670号提出了利用反射光分布而取得触控位置变化的作法，以下利用图2ab对该作法进行阐释。请参见图2a，其是一种改善现有技术使用反射元件与底板的作法，改以分设两处的影像感测器而撷取触控待测物体影像并判断触控待测物体的位置的示意图。就外观来看，此种作法与现有技术同样使用了第一影像感测模块203、第二影像感测模块204与处理电路206，但是其中的第一影像感测模块203与第二影像感测模块204因为内部构造与取得影像的原理与现有技术不同，因此不需要使用反光元件与底板。简单来说，此种作法是对包含待测物体21本身产生的反射光的反射影像进行处理，而不需要利用反光元件所产生的亮区，其目的是为了取得包含反射光影像的特征数据，如待测物体21影像的面积、长宽比、边界、色彩、亮度等参数后，再依据这些影像数据或影像的特征数据来计算出待测物体21的位置。在图2a中，第一影像感测模块203沿着第一感测路径dl来感测待测物体21的位置，而第二影像感测模块204则沿着第二感测路径d2来感测待测物体21的位置，因此，只要处理电路206能取得各该感测路径的直线方程式，并计算出这些感测路径的交点，就能得出待测物体21的位置。请参见图2b，其是在图2a中的第二影像感测模块的内部构造示意图。由图2b可以看出，第二影像感测模块204包含影像感测器2041、只能让红外光通过的红外光滤光装置2042、红外光发射装置2043、光学镜片2044、光学镜片组2045。而第一影像感测模块203的内部构造与第二影像感测模块204相当类似，差异仅在红外光发射装置2043与光学镜片2044 二者相对于其他元件的相对距离。 此种作法透过第一影像感测模块203与第二影像感测模块204撷取得包含触控待测物体21反射红外光的影像，各该影像感测器所取得的包含反射影像的影像数据可以直接传给处理电路206处理，或利用第一影像感测模块203与第二影像感测模块204进行前置处理后，再将感测而得的信号、信息传送至处理电路206。由于前述作法直接利用待测物体21表面所形成的反射光，因此改善了现有技术必须使用反射元件的缺失，然而此作法中的第一影像感测模块203与第二影像感测模块204均需使用红外光发射装置，因此本案提出了更为简便的作法，减少了所需使用的红外光发射装置的个数，更进一步降低生产成本。
请參见图3a，其是本发明所提出利用反射光分布而估计待测物体的位置的触控感测方法的流程图。简单来说，本发明所提出的感测方法包含以下步骤驱动光源产生平面光(步骤S31);待测物体反射平面光而形成反射光分布(步骤S33);以及根据反射光分布而估计出待测物体与光源间的相对距离(步骤S35)。简单来说，本发明的构想是以单ー个光源搭配影像感测模块使用，透过影像感测模块取得包含待测物体的反射光分布的影像后，再利用这些影像判断出待测物体的位置。而此处的光源可以是ー个点光源，因此如雷射光、发光二极体(light-emitting diode,简称为LED)等均可作为发生出射光线的光源。较佳的方式是利用肉眼看不到但感测单元可以感测得到的红外线(Infrared，简称为IR)雷射ニ极体LD或是发光二极体LED作为光源，亦即波长大于780nm波的长的光源为佳，如850nm波长或是940nm波长，即便待测物体的材质不同，也不会影响其反射亮度。再者，若待测物体的颜色为深色，则在待测物体上所形成的反射光会略暗，但在光源本身的亮度很高且集中的情形下，待测物体顔色对于反射光分布的影响并不大。
在步骤S31中，驱动光源产生平面光的步骤可以选择性的将出射光线透过ー个绕射光学元件(Diffractive Optical Element)(如柱状镜)而产生平面光；或将出射光线透过一个微机电反射镜(micro-electromechanical systems mirror,简称为MEM Mirror)而产生。倘若光源所产生的出射光线经过的是绕射光学元件(如柱状镜)时，便可直接产生平面光；另一方面，若使用的是微机电反射镜时，则需透过微机电控制系统对微机电反射镜进行来回、快速转动的控制，并借此将光源所发出的光点转换为平面光。使用发光二极体作为光源时，此处的平面光可能产生的偏移角度大约为十几度的范围，但在理想状况下，利用平面偏差小于五度的平面光来搭配本发明时较适合，因此在偏移角度较大的情况，则可以搭配透镜使用而使光源产生的平面光较为集中。若使用雷射作为光源时，由于雷射光的光束较为集中，因此产生的平面光也会较理想，便可以不需额外搭配透镜来集中光束。请參见图3b，其是在步骤S35中，根据反射光分布，而估计出待测物体与光源间的相对距离的步骤的细部流程图。由图3b可以看出，步骤S35可进ー步包含以下步骤利用感测单元取得包含反射光分布的第一影像(步骤S351);以及根据第一影像中对应于反射光分布的数个像素而得出第一位置參数(步骤S353)。再者，为了实现在步骤S353中，根据第一影像中对应于反射光分布的数个像素而得出第一位置參数的步骤，触控感测装置可以选择以感测単元、控制单元的一者来实现，或利用二者彼此搭配等方式来进行，而步骤S353是可包含以下步骤首先对第一影像中对应于反射光分布的数个像素进行质心位置计算而得出第一位置參数(步骤S3531);在得出第一位置參数后，再搭配先前取得的參考纪录来使用，也就是接着根据參考纪录与第一位置參数而估计出待测物体与光源间的相对距离(步骤S3533)。关于步骤S3531所述，对第一影像中对应于反射光分布的数个像素进行质心位置计算而得出第一位置參数的作法可以參见下述关系式， Σ^ Σ^Ι(X1J1)=
、I^=O1ZeO1 J其中(XI，Yl)代表计算得出的第一位置参数，而Xi，Yi分别代表各像素在数字影像中的位置，而Ii则是各像素点的亮度，也就是利用各像素点的亮度作为权重，计算出对应于待测物体位置的第一位置参数，例如具有亮度的像素点所形成的重心，并以此处计算而得的第一位置参数作为判断待测物体位置的依据。易言之，只要待测物体所形成的反射光分布的中心、重心或平均值落在影像内时，即可以对应查表方式或内插法等方式进行计算而得出待测物体与光源或感测单元的相对距离。假设第一影像的解析度为=640x480像素，这时候根据质心计算而得的结果可能会有小数点，因此计算出来的相对距离所能提供的精准度较影像所能提供的解析度还高，例如 1/2、1/4、1/8个像素点的解析度(sub-pixel,次画素的位置)。在步骤S3533中，用来辅助第一位置参数所使用的参考记录指的是透过设定流程而得的数个参考位置参数所构成的比对相对距离所使用的信息。简单来说，此处的设定流程是预先在一个参考物体的位置为已知的情况下，取得参考物体在各该预设参考位置时的反射光分布，并将这些类型的反射光分布透过质心位置计算等方式，得出一个与实际位置、距离的关系式，之后在实际进行触控操作时，再利用关系式来判断实际上触控物体与光源、感测单元之间的距离。此种关系式的呈现可以是利用查表方式、确实得出一个相对距离d、偏移角度Θ与质心位置间的公式、或是以图表来呈现待测物体与光源、感测单元间的相对距离d与偏移角度Θ的关系。不同的物体在相同位置时，在物体所呈现的反射光分布也大致相同，因此对感测单元所感测而得的影像而言，包含反射光分布的像素在画面上的位置大致上都是固定的，透过设定流程将参考物体移动至与光源间分别相距为数个预设的相对距离，并对参考物体所反射平面光而形成的数个参考反射光分布分别进行质心位置计算而得出数个参考位置参数后，便可以将这些参考纪录储存于储存单元(如非挥发式记忆体)。也就是说，透过设定流程来提供包含了数个参考位置参数的参考纪录，这些参考位置参数指的是在设定流程进行过程中，分别将参考物体移动至与光源间分别相距为数个预设的相对距离时，由于参考物体与光源间的相对距离为已知，因此可以得出包含在这些预设的相对距离d时，反射光分布所对应的偏移角度Θ、透镜的焦距f等信息的参考纪录。请参见图4a，其是本发明所提出根据待测物体所反射而成的反射光分布，而估计出待测物体与光源间的相对距离的感测装置的系统方块图。另一方面，图4b则为本发明所提出根据待测物体所反射而成的反射光分布，而估计出待测物体与第一感测单元间的相对距离的感测装置的系统方块图。在图4a4b中，感测装置40包含光源401，以及第一感测单元403，其中第一感测单元403是设置于光源的一侧，例如设置在光源401的上方、下方、左侧、右侧，其中较佳的情况是将第一感测单元403设置在光源的上方。其中图4a与图4b的差异为，前者是估计出待测物体41与光源401间的相对距离，而后者则估计出待测物体41与第一感测单元403间的相对距离。
首先光源401发出的光线透过透镜402产生平面光，接着利用互补式金氧半电晶体影像感测器CMOS Image Sensor,简称为CIS,或一般的感光稱合元件(Charge CoupledDevice Sensor,简称为CO) Sensor)来实现第一感测单元403,第一感测单元403的感测平面根据在待测物体41表面反射平面光而成的反射光分布而估计出待测物体41与光源401间的相对距离山其中反射光分布是由待测物体41反射平面光43而形成。需注意的是，光源401所产生的平面光所在的平面并不需要限定为水平面，当平面光所在的平面与水平面平行时，理想上其触控区域可以是无限远，当平面光与水平面间形成切线时，则触控区域相当于平面光所在的区域，也就是由透镜402至切线之间所形成的范围。再者，在图4a4b中，第一感测单元402的位置与光源401的位置只要在相对于待测物体41的同一方向即可，因此，第一感测单元403无论是位在光源401的上方、下方、左侦れ右侧等位置均可。在本发明中，感测影像的水平方向代表的是角度Θ的信息，而垂直方向可用来得到距离R的信息，所以第一感测单元402的较佳位置是设置在光源401的上方或是下方。不过，如果不需要距离R的信息，则将第一感测单元402设置在光源401的左侧 或右侧亦可。承上，对感测装置40而言，较佳的设置方式是将光源401设置在感测装置40内的相对下方，并于光源401上方设置第一感测单元403，这是因为当光源401位于感测単元403的下方时，所产生的光线的均匀度较容易控制，而使待测物体41在物理空间上的角度、距离较容易用来定位或游标控制。除了光源401与第一感测单元403外，图4a4b的感测装置还可包含彼此信号连结的控制单元406、储存单元407、传送单元408。将控制単元406信号连接于第一感测单元403，在第一感测单元403感测而得到包含反射光分布的第一影像后，由于第一影像将包含由待测物体所反射而亮度较高的光点，因此控制単元406可以根据由第一影像中对应于反射光分布的数个像素，进而得出代表待测物体位置的第一位置參数。将储存単元407信号连接于控制单元406，借以提供參考纪录予控制単元406，其中控制单元406对第一影像中对应于反射光分布的数个像素进行质心位置计算而得出该第一位置參数，井根据參考纪录与第一位置參数而估计出待测物体与光源间的该相对距离。传送单元408，电连接于第一感测单元403，其是将感测画面传送至与感测装置信号连接的主机，并将待测物体与光源401间的该相对距离转换为游标显示，此处的主机可以是电脑、手机、个人数字助理(Personal Digital Assistant,简称为PDA)或不同类型的可携式电子装置。请參见图4c，其是利用本发明所提出的触控装置搭配通用序列汇流排使用的示意图。由图4ab的说明可以得知，本发明可以将光源401与第一感测单元403结合在ー个触控感测装置中，因此可以将触控感测装置结合通用序列汇流排(Universal Serial Bus,简称为USB) 408的功能，进而形成一个可以即插即用的装置。此外，本发明所提出的触控感测装置皆可进ー步包含第二感测单元，简单来说，第ニ感测单元与第一感测单元的用法相当类似，也就是将第二感测单元信号连接于控制单元，第二感测单元根据待测物体反射平面光所形成的反射光分布而估计出待测物体与光源间的相对距离。请参见图5a5b5c5d，其是本发明所提出的感测装置包含第一感测单元503与第二感测单元504时，透过调整单元52而彼此相连接的示意图。在此种应用时，第一感测单元与第二感测单元可以分别设置在光源的两侧。也就是分别利用第一感测单元取得包含反射光的第一影像，以及利用第二感测单元来取得包含反射光分布的第二影像；以及根据第二影像中对应于反射光分布的数个像素而得出第二位置参数。当感测装置同时包含第一感测单元503与第二感测单元504时，还可以包含调整单元52，设置于第一感测单元503与第二感测单元504间，其是使各该感测单元在水平方向 所形成之间距动态调整。其中第一感测单元503与第二感测单元504是分别设置于光源501的两侧，而第一感测单元503与第二感测单元504在垂直方向与出射光线所在的水平面所分别形成的高度可以彼此相等或相异。为了便于说明起见，在图5a5b中，假设平面光所在的水平面相当于感测装置50底部所在的水平面。在图5a中，假设第一感测单元503与出射光线所在的水平面所形成的第一高度hi,以及第二感测单元504与出射光线所在的水平面所形成的第二高度h2彼此相等；而图5b则假设第一高度hi与第二高度h2的高度相异。此外，图5c则用来说明光源501所在的高度h3亦可以被调整成与第一高度hi、第二高度h2相等的情形。再者，无论第一高度hi、第二高度h2、第三高度h3是否相等，调整单元52的长度均可以动态调整，当调整单元52的长度被缩至最短时，触控装置50可被收纳成为如图5d所示的外观。归纳前述的说明可以得知本发明提供了几种较佳实施例第一种较佳实施例如图4c所示，利用一个感测单元搭配一个光源使用，利用相对距离d、偏移角度Θ便可以检测一个触控点或多个触控点的位置。第二种较佳实施例如图5a所示，利用两个设置在相同高度的感测单元，当两个感测单元的高度相同时，只能取得偏移角度Θ的信息，而无相对距离d的信息第三种较佳实施例则如图5b所示，虽然同样以两个感测单元来实现，但是这两个感测单元的设置位置的高度并不相同，而能同时取得偏移角度Θ与相对距离d的信息，因此可以借此而在任意平面上定义一个虚拟的操作范围，此时各该感测单元在水平方向所形成的间距是可动态调整，也让本发明的应用更为广泛。当然，无论在应用时，第一感测单元与第二感测单元之间的设置是否等高，或是如图4c中，只使用了单一个感测单元，光源与感测单元之间的位置可以如前述各图中，相对设置于彼此的上方、下方，即不同高度之处，也可以如图5c —样，设置于相等高度的位置。亦即，在前述的较佳实施例中，对于感测单元与光源间的相对位置的描述，仅属于本发明在应用时的可能变化，而其他可能的位置配置在此便不讨论。除了在单一时点根据反射光分布而估计出待测物体与光源间的该相对距离外，本发明更可以被应用至不同时点对待测物体的位置进行感测，也就是判断待测物体在一段时间内的移动情形，进而应用于触控的连续操作的情形。再者，本发明在判断反射光的分布时，待测物体即便不是位于一个实体触控平面上，而是位于ー个立体操作平面吋，感测单元均能够感测相对应产生的反射光分布。因此，在本发明中，待测物体的位置可以在实际的ー个触控平面上移动，也可以是在ー个立体而悬空的虚拟平面上改变。也就是说，根据平面光的形成，本发明将感测单元所能感测的范围定义出感测区域改变，只要待测物体在感测区域上产生位置变化时，便会产生相对应的反射光分布的变化，而本发明再借此判断出待测物体的位置为何。在连续时点的触控位置判断的应用中，用来判断待测物体位置的步骤是包含以下步骤得出待测物体在第一时点与光源间的第一相对距离；得出待测物体在第二时点与光源间的第二相对距离；并根据第一相对距离与第二相对距离而判断待测物体在第一时点与第二时点间的移动。通常来说，由于设定流程较为费时，因此可能是在感测装置出厂前便预先进行而储存起来。当然，也可以在触控装置出厂后才启动设定流程。后者可以当作使用一段期间之后，为了防止感测单元受到碰撞或其他因素而偏移时，可以动态地感测较新且较具有參考纪录；也可以由使用者在开始执行触控操作之前，先进行设定流程后，才启用触控操作流程。此种作法虽然较为费时，但其优点则是较为弾性，也就是可以让使用者选择所希望使用 触控区域，并据此而调整第一感测单元与第二感测单元之间的间距后才进行。再者，即便是在感测装置出厂的前就预先储存了參考纪录的应用下，仍然可以提供设定流程，借此作为校准使用。由于设定流程是用以辅助本发明在进行触控流程时的判断，因此在何时应用设定流程，以及如何进行设定流程等变化并非本案所着重的，在此便不再特别论究。请參见图6abc，其是为本发明所提供的感测装置在利用不同的传输介面而与主机系统进行数据交换而将触控位置操作转换为游标操作的示意图。为了便于说明，此处主要以笔记型电脑作为主机的举例，但在实际应用中，无论是移动式电子装置、固定式的电子装置或其他类型的提供触控操作的应用仍可以适用本发明。在图6a中，感测装置50被安装在笔记型电脑55内，也就是在笔记型电脑55的键盘前端内嵌感测装置50，使得感测单元间所形成的感测区间成为可以提供触控控制功能的触控区域。在图6b中，感测装置50透过实体连接埠，如适配器(dongle)的方式连接于笔记型电脑55上，在此种应用中，包含第一感测单元503与第二感测单元504的第一构件与第二构件可以透过长度可调整的连接元件来调整之间的距离，也就是说，第一感测单元503与第二感测单元504之间的距离可以变化，因此触控区域的尺寸也较为弹性。除了如图6a6b所示，以实体的电连接方式将感测装置50搭配笔记型电脑55使用夕卜，感测装置50还可以如图6c所示，透过各类型的有线、无线网络57等方式与笔记型电脑55、手机56等类型的主机进行数据的交換与传输，搭配主机上的萤幕来显示动态感测的结果，利如游标的显示。本发明改善了现有技术必须透过反射元件来界定触控区域的缺失，而提出了ー个可以在开放式空间进行触控操作的作法，也就是以虚拟的平面作为触控区域并进行触控操作。需注意的是，为了简化说明起见，上述的举例是以触控点个数为ー个，以及在単一时点的情形进行说明。事实上，在实际应用中，类似的流程仍被套用至触控点个数多于ー个的情况，也就是针对多点触控的情形加上判断式，并同样以反射光分布作为判断待测物体位置的参考基础。另一方面，对动态的触控操作而言，相当于在前后不同的数个时点得出触控点(待测物体)与光源/感测单元间的相对距离、位置，进而根据相对距离、位置的变化得出待测物体的移动情形，因此可以进一步将此应用至游标的操作。也就是说，利用第一感测单元，在第一时点得出待测物体与第一感测单元间的第一相对距离、位置后；再于第二时点得出待测物体与该第一感测单元间的第二相对距离、位置，在得出第一相对距离、位置与第二相对距离、位置后，便可以根据第一相对距离、位置与第二相对距离、位置而判断待测物体在第一时点与第二时点间的移动。需注意的是，在本发明中，待测物体在不同时点的位置并不被限定需位于特定的触控平面，也就是说，感测单元感测而得的反射光分布并不会因为待测物体的位置不在特定的实体触控平面上而无法进行判断。实际上，待测物体的位置是可在由平面光所定义的感测区域上移动、改变，以下便利用图7ab来说明待测物体可能的位置。请参见图7a，其是本发明所提供的感测装置在光源所产生的平面光位于实体触控 平面时，感测待测物体于实体触控平面上的位置变化的示意图。在此图中，待测物体所进行的触控操作与感测装置50所在的平面相同，也就是说，待测物体是直接碰触到一个实体触控平面，而第一感测单元503同样接收由待测物体反射而得的反射光分布，作为后续判断待测物体位置的变化所使用。请参见图7b，其是本发明所提供的感测装置在光源所产生的平面光位于立体操作平面时，感测待测物体于立体空间进行悬空操作时的位置变化的示意图。在此图中，待测物体在进行操作时的位置高于与感测装置50所在的平面相同，也就是说，待测物体并不是进行一个确实碰触于实体的触控平面的触控操作，而是在一个立体空间中的虚拟平面中改变其位置，而第一感测单元503同样可以接收由待测物体反射而得的反射光分布，作为后续判断待测物体相对于光源501或第一感测单元503的位置变化所使用。综上所述，依据本发明所的感测方法与感测装置，对于感测装置在应用时的便利性得以大幅提升，也提高了触控区域的大小。需注意的是，尽管在上述的较佳实施例中，是以储存单元预先存放了经由设定流程而得出的参考纪录，并以此为基础作为后续比对质心位置所使用，但在实际应用中，这个设定流程除了在出厂时设定外，也可以在应用前以动态进行，也就是可以弹性的根据环境(如第一感测单元与第二感测单元的间距可以弹性变化)的设定而取得参考纪录。在本领域中的技术人员均可了解在上述的说明中，作为举例的各种逻辑方块、模块、电路及方法步骤皆可利用电子硬件、电脑软件，或二者的组合来实现，且这些实现方式间的连线方式，无论上述说明所采用的是信号连结、连接、耦接、电连接或其他类型的替代作法等用语，其目的仅为了说明在实现逻辑方块、模块、电路及方法步骤时，可以透过不同的手段，例如有线电子信号、无线电磁信号以及光信号等，以直接、间接的方式来进行信号交换，进而达到信号、数据、控制信息的交换与传递的目的。因此说明书所采的用语并不会形成本案在实现连线关系时的限制，更不会因其连线方式的不同而脱离本案的范畴。本发明的技术内容及技术特点已如上公开，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种感测方法，应用于感测一物体的位置，该感测方法包含以下步骤 驱动一光源产生一平面光； 该物体反射该平面光而形成一反射光分布；以及 根据该反射光分布而估计出该物体与该光源间的ー相对距离。
2.如权利要求I所述的感测方法，其特征在于，该光源为ー雷射光源或ー发光二极体光源。
3.如权利要求I所述的感测方法，其特征在于，该光源发出ー出射光线，而驱动该光源产生该平面光的步骤包含 该出射光线透过一柱状镜而产生该平面光；或 该出射光线透过可转动的一微机电反射镜而产生该平面光。
4.如权利要求I所述的感测方法，其特征在于，根据该反射光分布而估计出该物体与该光源间的该相对距离的方法包含以下步骤 取得包含该反射光分布的一第一影像；以及 根据该第一影像中对应于该反射光分布的数个像素而得出一第一位置參数。
5.如权利要求4所述的感测方法，其特征在于，得出该第一位置參数的步骤包含 对该第一影像中对应于该反射光分布的数个像素进行ー质心位置计算而得出该第一位置參数；以及 根据ー參考纪录与该第一位置參数而估计出该物体与该光源间的该相对距离。
6.如权利要求5所述的感测方法，其特征在于，该參考记录包含数个參考位置參数，而各该參考位置參数透过ー设定流程将ー待测物体移动至与该光源间分别相距为数个预设的相对距离，并对该待测物体所反射该平面光而形成的数个參考反射光分布分别进行该质心位置计算而得出。
7.如权利要求5所述的感测方法，其特征在于，该质心位置计算是指将各该像素上的亮度作为各该像素所对应的权重，搭配各该像素在该第一影像的位置、各该像素的个数进行计算。
8.如权利要求4所述的感测方法，其特征在于，还包括以下步骤 取得包含一反射光分布的一第二影像；以及 根据该第二影像中对应于该反射光分布的数个像素而得出一第二位置參数。
9.如权利要求8所述的感测方法，其特征在于，各该影像分别透过一第一感测单元与一第二感测单元得出，其中各该感测単元分别设置于该光源的两侧。
10.如权利要求9所述的感测方法，其特征在于，该第一感测单元与该第二感测单元在垂直方向与该出射光线所在的水平面所分别形成的相对距离相异。
11.如权利要求I所述的感测方法，其特征在于，根据该反射光分布而估计出该物体与该光源间的该相对距离的步骤包含以下步骤 得出该物体在一第一时点与该光源间的ー第一相对距离； 得出该物体在一第二时点与该光源间的ー第二相对距离；以及 根据该第一位置与该第二相对距离而判断该物体在该第一时点与该第二时点间的移动。
12.如权利要求I所述的感测方法，其特征在于，该平面光定义的ー感测区域位于ー实体触控平面或一立体操作平面。
13.一种感测装置，应用于感测一物体的位置，其特征在干，该感测装置包含 一光源，其产生一平面光；以及 一第一感测单元，设置于该光源的ー侧，该第一感测单元根据ー反射光分布而估计出该物体与该光源间的ー相对距离，其中该反射光分布是由该物体反射该平面光而形成。
14.如权利要求13所述的感测装置，其特征在于，该光源为ー雷射光源或ー发光二极体光源。
15.如权利要求13所述的感测装置，其特征在于，该光源发出ー出射光线，而该出射光线是透过ー柱状镜或透过可转动的ー微机电反射镜而产生该平面光。
16.如权利要求13所述的感测装置，其特征在于，还包括一控制单元，信号连接于该第一感测单元，其根据该第一感测单元所感测包含该反射光分布的一第一影像，并由该第一影像中对应于该反射光分布的数个像素而得出一第一位置參数。
17.如权利要求16所述的感测装置，其特征在于，还包括一储存单元，信号连接于该控制単元，其提供一參考纪录予该控制单元，其特征在于，该控制単元对该第一影像中对应于该反射光分布的数个像素进行ー质心位置计算而得出该第一位置參数，井根据该參考纪录与该第一位置參数而估计出该物体与该光源间的该相对距离。
18.如权利要求17所述的感测装置，其特征在于，该參考记录包含数个參考位置參数，而各该參考位置參数透过ー设定流程将ー參考物体移动至与该光源间分别相距为数个预设的相对距离，并对该參考物体所反射该平面光而形成的数个參考反射光分布分别进行该质心位置计算而得出。
19.如权利要求17所述的感测装置，其特征在于，该质心位置计算是指将各该像素上的亮度作为各该像素所对应的权重，搭配各该像素在该第一影像的位置、各该像素的个数进行计算。
20.如权利要求16所述的感测装置，其特征在于，还包括一第二感测单元，信号连接于该控制単元，该第二感测单元根据ー反射光分布而估计出该物体与该光源间的该相对距离，其中该反射光分布是由该物体反射该平面光而形成。
21.如权利要求20所述的感测装置，其特征在干，该第一感测单元与该第二感测单元分别设置于该光源的两侧。
22.如权利要求21所述的感测装置，其特征在于，该第一感测单元与该第二感测单元在垂直方向与该出射光线所在的水平面所分别形成的距离相异。
23.如权利要求21所述的感测装置，其特征在于，还包括一调整单元，设置于该第一感测单元与该第二感测单元间，其是使各该感测単元在水平方向所形成的间距动态调整。
24.如权利要求13所述的感测装置，其特征在于，该第一感测单元于ー第一时点得出该物体与该光源间的ー第一相对距离，于ー第二时点得出该物体与该光源间的ー第二相对距离，井根据该第一相对距离与该第二相对距离而判断该物体在该第一时点与该第二时点间的移动。
25.如权利要求13所述的感测装置，其特征在于，还包括一传送单元，电连接于该感测单元，其是将该感测画面传送至与该感测装置信号连接的一控制主机，并将该物体与该光源间的该相对距离转换为一游标显示。
26.如权利要求13所述的感测装置，其特征在于，该平面光定义的ー感测区域是位于ー实体触控平面或一立体操作平面。
27.一种感测装置，应用于感测一物体的位置，其特征在干，该感测装置包含 一光源，其产生一平面光；以及 一感测单元，设置于该光源的ー侧，该感测单元是根据一反射光分布而估计出该物体与该感测单元间的一相对距离，其中该反射光分布是由该物体反射该平面光而形成。
28.如权利要求27所述的感测装置，其特征在干，该光源为ー雷射光源或ー发光二极体光源。
29.如权利要求27所述的感测装置，其特征在于，该光源发出ー出射光线，而该出射光线透过一柱状镜或透过可转动的ー微机电反射镜而产生该平面光。
30.如权利要求27所述的感测装置，其特征在于，还包括一控制单元，信号连接于该第一感测单元，其是根据该第一感测单元所感测包含该反射光分布的一第一影像，并由该第一影像中对应于该反射光分布的数个像素而得出一第一位置參数。
31.如权利要求30所述的感测装置，其特征在于，还包括一储存单元，信号连接于该控制単元，其提供一參考纪录予该控制单元，其中该控制単元对该第一影像中对应于该反射光分布的数个像素进行ー质心位置计算而得出该第一位置參数，井根据该參考纪录与该第一位置參数而估计出该物体与该光源间的该相对距离。
32.如权利要求31所述的感测装置，其特征在干，该參考记录是包含数个參考位置參数，而各该參考位置參数透过ー设定流程将ー待测物体移动至与该光源间分别相距为数个预设的相对距离，并对该待测物体所反射该平面光而形成的数个參考反射光分布分别进行该质心位置计算而得出。
33.如权利要求31所述的感测装置，其特征在于，该质心位置计算是指将各该像素上的亮度作为各该像素所对应的权重，搭配各该像素在该第一影像的位置、各该像素的个数进行计算。
34.如权利要求30所述的感测装置，其特征在干，还包括一第二感测单元，信号连接于该控制単元，该第二感测单元根据ー反射光分布而估计出该物体与该光源间的该相对距离，其中该反射光分布是由该物体反射该平面光而形成。
35.如权利要求34所述的感测装置，其特征在干，该第一感测单元与该第二感测单元分别设置于该光源的两侧。
36.如权利要求35所述的感测装置，其特征在干，该第一感测单元与该第二感测单元在垂直方向与该平面光所分别形成的距离相异。
37.如权利要求35所述的感测装置，其特征在于，还包括一调整单元，设置于该第一感测单元与该第二感测单元间，其是使各该感测単元在水平方向所形成的间距动态调整。
38.如权利要求27所述的感测装置，其特征在于，该第一感测单元于ー第一时点得出该物体与该第一感测单元间的ー第一相对距离，于ー第二时点得出该物体与该第一感测单元间的ー第二相对距离，井根据该第一位置与该第二相对距离而判断该物体在该第一时点与该第二时点间的移动。
39.如权利要求27所述的感测装置，其特征在于，还包括一传送单元，电连接于该感测単元，其是将该感测画面传送至与该感测装置信号连接的一控制主机，并将该物体与该光源间的该相对距离转换为一游标显示。
40.如权利要求27所述的感测装置，其特征在于，该平面光定义的ー感测区域是位于ー实体触控平面或一立体操作平面。
全文摘要
本发明为一种感测方法与装置，应用于感测一物体的位置。该感测装置包含产生一平面光的一光源；以及设置于该光源的一侧的感测单元。而该感测方法包含以下步骤驱动该光源产生该平面光；该物体反射该平面光而形成一反射光分布；以及根据该反射光分布而估计出该物体与该光源间的一相对距离。
文档编号G06F3/042GK102841710SQ20121013937
公开日2012年12月26日 申请日期2012年5月7日 优先权日2011年5月9日
发明者林宏宇, 吴俊荣 申请人:林宏宇