專利名稱：三維空間多自由度偵測裝置及其偵測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種偵測裝置(detecting device)及其偵測方法，尤指一
種三維空間多自由度偵測裝置及其偵測方法。
背景技術(shù)：
請參閱圖l所示，其為現(xiàn)有三維空間多自由度偵測裝置的示意圖。 由圖中可知，現(xiàn)行的三維空間多自由度偵測裝置通過一攝影機D直接 擷取一物體H的影像信息，然后再通過影像處理軟件進行計算，以得 到該物體H于空間的位置。
由上可知，現(xiàn)有需要通過攝影機D擷取影像的方式來得到該物體 H于空間的相關(guān)位置信息，在實際使用上，顯然都具有不便與缺陷存 在。
于是，本發(fā)明人有感上述缺陷的可改善之處，且依據(jù)多年來從事 此方面的相關(guān)經(jīng)驗，悉心觀察且研究，并配合學(xué)理的運用，而提出一 種設(shè)計合理且有效改善上述缺陷的本發(fā)明技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種三維空間多自由度偵測裝置及其偵測方法。本發(fā) 明通過至少兩個電磁波發(fā)射源及兩個感測模塊的配合，以偵測出該三 維空間多自由度偵測裝置于空間中的兩個旋轉(zhuǎn)自由度(2 degrees of rotational freedom)禾卩三個線性自由度(3 degrees of linear freedom),并且 通過至少三個電磁波發(fā)射源及兩個感測模塊的配合，以偵測出該三維 空間多自由度偵測裝置于空間中的三個旋轉(zhuǎn)自由度(3 degrees of rotational freedom)禾口三個線性自由度(3 degrees of linear freedom)。
根據(jù)本發(fā)明的其中一種方案，提供一種三維空間多自由度偵測裝 置，其包括 一第一電磁波發(fā)射源、 一第二電磁波發(fā)射源、 一第一感 測模塊、及至少一第二感測模塊。
該第一電磁波發(fā)射源用以產(chǎn)生一具有一第一調(diào)制信號的第一電磁 波，其中該第一電磁波發(fā)射源為點光源。該第二電磁波發(fā)射源用以產(chǎn) 生一具有一第二調(diào)制信號的第二電磁波，其中該第二電磁波發(fā)射源為 點光源。該第一感測模塊具有多個第一感測元件，以用于從不同空間 角度同時接收從該第一電磁波發(fā)射源傳來的第一電磁波及該第二電磁波發(fā)射源傳來的第二電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量。該第二感測模 塊具有多個第二感測元件，以用于從不同空間角度同時接收從該第一 電磁波發(fā)射源傳來的第一電磁波及該第二電磁波發(fā)射源傳來的第二電 磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量。
借此，通過該第一電磁波發(fā)射源相對于該第一感測模塊的該等第 一感測元件及該第二感測模塊的該等第二感測元件在空間中的方向角 的差異及該第一電磁波與該第二電磁波之間的調(diào)制信號的差異，以使 得該等第一感測元件及該等第二感測元件分別接收到該第一電磁波發(fā) 射源的該等不同的輻射能量，因此借助該等不同的輻射能量的相對大 小關(guān)系，進而得到該第一電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及 該第二感測模塊的一第一空間方向角及一第二空間方向角，并且通過 該第一電磁波發(fā)射源分別距離該第一感測模塊及該第二感測模塊的一 第一空間距離及一第二空間距離分別與上述第一電磁波發(fā)射源分別相 對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間方向角及第二空間 方向角的運算，以得到該第一電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模 塊及該第二感測模塊的第一空間坐標位置。
借此，通過該第二電磁波發(fā)射源相對于該第一感測模塊的該等第 一感測元件及該第二感測模塊的該等第二感測元件在空間中的方向角 的差異及該第一電磁波與該第二電磁波之間的調(diào)制信號的差異，以使 得該等第一感測元件及該等第二感測元件分別接收到該第二電磁波發(fā) 射源的該等不同的輻射能量，因此借助該等不同的輻射能量的相對大 小關(guān)系，進而得到該第二電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及 該第二感測模塊的一第一空間方向角及一第二空間方向角，并且通過 該第二電磁波發(fā)射源分別距離該第一感測模塊及該第二感測模塊的一 第一空間距離及一第二空間距離分別與上述第二電磁波發(fā)射源分別相 對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間方向角及第二空間 方向角的運算，以得到該第二電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模 塊及該第二感測模塊的第二空間坐標位置。
借此，通過該第一空間坐標位置與該第二空間坐標位置兩點的聯(lián) 機以于空間中產(chǎn)生一直線向量，并且通過該直線向量于空間中的向量 變化以得到該直線向量于空間中的旋轉(zhuǎn)情形。
根據(jù)本發(fā)明的其中一種方案，提供一種三維空間多自由度偵測裝 置的偵測方法，其包括下列步驟
(a)提供一用于產(chǎn)生一第一電磁波的第一電磁波發(fā)射源、 一用于產(chǎn) 生一第二電磁波的第二電磁波發(fā)射源、 一具有多個第一感測元件的第 一感測模塊、及至少一具有多個第二感測元件的第二感測模塊，其中 該第一電磁波發(fā)射源及該第二電磁波發(fā)射源皆為點光源；
10(b)分別通過該第一感測模塊的該等第一感測元件及該第二感測模 塊的該等第二感測元件，從不同空間角度接收從該第一電磁波發(fā)射源 傳來的第一電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量及接收從該第二電磁波發(fā) 射源傳來的第二電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量；
(C)借助該第一電磁波及該第二電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量的 相對大小關(guān)系，進而得到該第一電磁波發(fā)射源及該第二電磁波發(fā)射源 分別相對于該第一感測模塊的兩組第一空間方向角；
(d) 借助該第一電磁波及該第二電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量的
相對大小關(guān)系，進而得到該第一電磁波發(fā)射源及該第二電磁波發(fā)射源 分別相對于該第二感測模塊的兩組第二空間方向角；
(e) 通過該第一電磁波發(fā)射源分別距離該第一感測模塊及該第二感 測模塊的第一空間距離及第二空間距離分別與上述第一電磁波發(fā)射源 分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間方向角及第 二空間方向角的運算，以得到該第一電磁波發(fā)射源分別相對于該第一 感測模塊及該第二感測模塊的第一空間坐標位置；
(f) 通過該第二電磁波發(fā)射源分別距離該第一感測模塊及該第二感 測模塊的第一空間距離及第二空間距離分別與上述第二電磁波發(fā)射源 分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間方向角及第 二空間方向角的運算，以得到該第二電磁波發(fā)射源分別相對于該第一 感測模塊及該第二感測模塊的第二空間坐標位置；以及
(g) 通過該第一空間坐標位置與該第二空間坐標位置兩點的聯(lián)機以 于空間中產(chǎn)生一直線向量，并且通過該直線向量于空間中的向量變化 以得到該直線向量于空間中的旋轉(zhuǎn)情形。
本發(fā)明還提供一種三維空間多自由度偵測裝置，包括 一第一電 磁波發(fā)射源，其用以產(chǎn)生第一電磁波，并且該第一電磁波發(fā)射源為點 光源； 一第二電磁波發(fā)射源，其用以產(chǎn)生第二電磁波，并且該第二電 磁波發(fā)射源為點光源； 一第三電磁波發(fā)射源，其用以產(chǎn)生第三電磁波， 并且該第三電磁波發(fā)射源為點光源； 一第一感測模塊，其具有多個第 一感測元件，以用于從不同空間角度同時接收從該第一電磁波、該第 二電磁波及該第三電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量；以及至少一第二 感測模塊，其具有多個第二感測元件，以用于從不同空間角度同時接 收從該第一電磁波、該第二電磁波及該第三電磁波所產(chǎn)生的不同的輻 射能量；借此，通過該第一電磁波發(fā)射源相對于該第一感測模塊的該 等第一感測元件及該第二感測模塊的該等第二感測元件在空間中的方 向角的差異，以使得該等第一感測元件及該等第二感測元件分別接收 到該第一電磁波發(fā)射源的該等不同的輻射能量，因此借助該等不同的 輻射能量的相對大小關(guān)系，進而得到該第一電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的一第一空間方向角及一第二空間 方向角，并且通過該第一電磁波發(fā)射源分別距離該第一感測模塊及該 第二感測模塊的一第一空間距離及一第二空間距離分別與上述第一電 磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間 方向角及第二空間方向角的運算，以得到該第一電磁波發(fā)射源分別相 對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間坐標位置。
借此，通過該第二電磁波發(fā)射源相對于該第一感測模塊的該等第 一感測元件及該第二感測模塊的該等第二感測元件在空間中的方向角 的差異，以使得該等第一感測元件及該等第二感測元件分別接收到該 第二電磁波發(fā)射源的該等不同的輻射能量，因此借助該等不同的輻射 能量的相對大小關(guān)系，進而得到該第二電磁波發(fā)射源分別相對于該第 一感測模塊及該第二感測模塊的一第一空間方向角及一第二空間方向 角，并且通過該第二電磁波發(fā)射源分別距離該第一感測模塊及該第二 感測模塊的一第一空間距離及一第二空間距離分別與上述第二電磁波 發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間方向 角及第二空間方向角的運算，以得到該第二電磁波發(fā)射源分別相對于 該第一感測模塊及該第二感測模塊的第二空間坐標位置。
借此，通過該第三電磁波發(fā)射源相對于該第一感測模塊的該等第 一感測元件及該第二感測模塊的該等第二感測元件在空間中的方向角 的差異，以使得該等第一感測元件及該等第二感測元件分別接收到該 第三電磁波發(fā)射源的該等不同的輻射能量，因此借助該等不同的輻射 能量的相對大小關(guān)系，進而得到該第三電磁波發(fā)射源分別相對于該第 一感測模塊及該第二感測模塊的一第一空間方向角及一第二空間方向 角，并且通過該第三電磁波發(fā)射源分別距離該第一感測模塊及該第二 感測模塊的一第一空間距離及一第二空間距離分別與上述第三電磁波 發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間方向 角及第二空間方向角的運算，以得到該第三電磁波發(fā)射源分別相對于 該第一感測模塊及該第二感測模塊的第三空間坐標位置。
借此，通過該第一空間坐標位置、該第二空間坐標位置及該第三 空間坐標位置三點的聯(lián)機以于空間中產(chǎn)生三條直線向量及上述三條直 線向量所建立的平面，并且通過上述任意一條直線向量于空間中的向 量變化及該平面的法向量變化以得到該平面于空間中的旋轉(zhuǎn)情形。
本發(fā)明再提供一種三維空間多自由度偵測裝置的偵測方法，包括 下列步驟
(a)提供一用于產(chǎn)生一第一電磁波的第一電磁波發(fā)射源、 一用于產(chǎn) 生一第二電磁波的第二電磁波發(fā)射源、 一用于產(chǎn)生一第三電磁波的第 三電磁波發(fā)射源、 一具有多個第一感測元件的第一感測模塊、及至少一具有多個第二感測元件的第二感測模塊，其中該第一電磁波發(fā)射源、 該第二電磁波發(fā)射源及該第三電磁波發(fā)射源皆為點光源；
(b)分別通過該第一感測模塊的該等第一感測元件及該第二感測模 塊的該等第二感測元件，從不同空間角度接收從該第一電磁波發(fā)射源 傳來的第一電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量、接收從該第二電磁波發(fā) 射源傳來的第二電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量、及接收從該第三電 磁波發(fā)射源傳來的第三電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量；
(C)借助該第一電磁波、該第二電磁波及該第三電磁波所產(chǎn)生的不 同的輻射能量的相對大小關(guān)系，進而得到該第一電磁波發(fā)射源、該第 二電磁波發(fā)射源及該第三電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊的 三組第一空間方向角；
(d) 借助該第一電磁波、該第二電磁波及該第三電磁波所產(chǎn)生的不 同的輻射能量的相對大小關(guān)系，進而得到該第一電磁波發(fā)射源、該第 二電磁波發(fā)射源及該第三電磁波發(fā)射源分別相對于該第二感測模塊的 三組第二空間方向角；
(e) 通過該第一電磁波發(fā)射源分別距離該第一感測模塊及該第二感 測模塊的第一空間距離及第二空間距離分別與上述第一電磁波發(fā)射源 分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間方向角及第 二空間方向角的運算，以得到該第一電磁波發(fā)射源分別相對于該第一 感測模塊及該第二感測模塊的第一空間坐標位置；
(f) 通過該第二電磁波發(fā)射源分別距離該第一感測模塊及該第二感 測模塊的第一空間距離及第二空間距離分別與上述第二電磁波發(fā)射源 分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間方向角及第 二空間方向角的運算，以得到該第二電磁波發(fā)射源分別相對于該第一 感測模塊及該第二感測模塊的第二空間坐標位置；
(g) 通過該第三電磁波發(fā)射源分別距離該第一感測模塊及該第二感 測模塊的第一空間距離及第二空間距離分別與上述第三電磁波發(fā)射源 分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間方向角及第 二空間方向角的運算，以得到該第三電磁波發(fā)射源分別相對于該第一 感測模塊及該第二感測模塊的第三空間坐標位置；以及
(h) 通過該第一空間坐標位置、該第二空間坐標位置及該第三空間 坐標位置三點的聯(lián)機以于空間中產(chǎn)生三條直線向量及上述三條直線向 量所建立的平面，并且通過上述任意一條直線向量于空間中的向量變 化及該平面的法向量變化以得到該平面于空間中的旋轉(zhuǎn)情形。
綜上所述，本發(fā)明通過至少兩個電磁波發(fā)射源及兩個感測模塊的 配合，以偵測出該三維空間多自由度偵測裝置于空間中的兩個旋轉(zhuǎn)自 由度(2 degrees of rotational freedom)和三個線性自由度(3 degrees oflinear freedom),并且通過至少三個電磁波發(fā)射源及兩個感測模塊的配 合，以偵測出該三維空間多自由度偵測裝置于空間中的三個旋轉(zhuǎn)自由 度(3 degrees of rotational freedom)禾口三個線性自由度(3 degrees of linear freedom)。
為了能更進一步了解本發(fā)明為達到預(yù)定目的所采取的技術(shù)、手段 及功效，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細說明與附圖，相信本發(fā)明的目 的、特征與特點，當可由此得一深入且具體的了解，然而所附附圖僅 提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。


圖1為現(xiàn)有三維空間多自由度偵測裝置的示意圖； 圖2A為本發(fā)明第一感測模塊的第一實施例的立體圖； 圖2B為本發(fā)明第一感測模塊的第一實施例的俯視圖； 圖2C為本發(fā)明第二感測模塊的第一實施例的立體圖； 圖2D為本發(fā)明第二感測模塊的第一實施例的俯視圖2E為本發(fā)明三維空間多自由度偵測裝置的第一實施例的立體 示意圖3為本發(fā)明三維空間多自由度偵測裝置的第二實施例的立體示
意圖4為本發(fā)明三維空間多自由度偵測裝置的第三實施例的立體示
意圖5A為本發(fā)明第一感測模塊的第四實施例的立體圖； 圖5B為本發(fā)明第一感測模塊的第四實施例的俯視圖； 圖5C為本發(fā)明第二感測模塊的第四實施例的立體圖5D為本發(fā)明第二感測模塊的第四實施例的俯視圖5E為本發(fā)明三維空間多自由度偵測裝置的第四實施例的立體 示意圖6-1、圖6-2及圖6-3為本發(fā)明三維空間多自由度偵測裝置的偵 測方法的第 一 實施例的流程圖6A為本發(fā)明第一電磁波發(fā)射源相對于第一感測模塊的立體坐 標示意圖(3D coordinate schematic diagram);
圖6B為本發(fā)明第一電磁波發(fā)射源相對于第二感測模塊的立體坐 標示意圖(3D coordinate schematic diagram);
圖6C為本發(fā)明第一電磁波發(fā)射源相對于第一感測模塊及第二感 測模塊的平面投影坐標示意圖(2D projection coordinate schematic diagram);
圖6D為本發(fā)明線條于空間中的旋轉(zhuǎn)情形的立體坐標示意圖(3D
14coordinate schematic diagram);
圖7-l及圖7-2為本發(fā)明三維空間多自由度偵測裝置的偵測方法的
第二實施例的流程圖；以及
圖7A為本發(fā)明平面于空間中的旋轉(zhuǎn)情形的立體坐標示意圖(3D coordinate schematic diagram)。
主要元件附圖標記說明
[現(xiàn)有]
攝影機 D 物體 H [本發(fā)明]
第一電磁波發(fā)射源1 第一電磁波 10a、 10b
第二電磁波發(fā)射源r
第二電磁波 10a'、 10b' 第三電磁波發(fā)射源1〃 第三電磁波 10a〃 、 10b〃 第一感測模塊 2a 第一基座 20a
表面 201a、 202a、 203a、 204a、 205a
第一感測元件 21a、 22a、 23a、 24a、 25a
第二感測模塊 2b 第二基座 20b
表面 201b、 202b、 203b、 204b、 205b
第二感測元件 第一感測模塊 第一感測元件 空間平面 第二感測模塊 第二感測元件 空間平面 反射板 空間坐標 參考軸 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'
具體實施例方式
15請參閱圖2A至圖2E所示，其分別為本發(fā)明第一感測模塊的第一 實施例的立體圖及俯視圖、本發(fā)明第二感測模塊的第一實施例的立體 圖及俯視圖、及本發(fā)明三維空間多自由度偵測裝置的第一實施例的立 體示意圖。由該等圖中可知，本發(fā)明第一實施例提供一種三維空間多
自由度偵測裝置，其包括 一第一電磁波發(fā)射源l、 一第二電磁波發(fā)射
源l'、 一第一感測模塊2a、及一第二感測模塊2b(本發(fā)明至少有兩個感 測模塊或者兩個以上的感測模塊皆可)。
其中，該第一電磁波發(fā)射源1用以產(chǎn)生具有一第一調(diào)制信號的第 一電磁波10a、 10b，并且該第二電磁波發(fā)射源l'用以產(chǎn)生具有一第二 調(diào)制信號的第二電磁波10a'、 10b'。該第一電磁波發(fā)射源1及該第二電 磁波發(fā)射源l'可為可見光或不可見光。該第一調(diào)制信號及該第二調(diào)制 信號皆可為振幅調(diào)變(amplitude modulation)、頻率調(diào)變(frequency modulation)或相位調(diào)變(phase modulation)。該第一電磁波與該第二電磁 波的波長為相同或不相同。
再者，請配合圖2A及圖2B所示，該第一感測模塊2a包括一第 一基座20a及五個第一感測元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a，其中該第 一基座20a具有多個位于不同平面的表面201a、 202a、 203a、 204a、 205a，并且該等第一感測元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a分別設(shè)置在上 述第一基座20a的該等表面201a、 202a、 203a、 204a、 205a上，以使 得上述第一感測模塊2a的該等第一感測元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a 可從不同空間角度接收從該第一電磁波發(fā)射源l傳來的第一電磁波10a 及從該第二電磁波發(fā)射源l'傳來的第二電磁波10a'所產(chǎn)生的不同的輻 射能量。
再者，請配合圖2C及圖2D所示，該第二感測模塊2b包括一第 二基座20b及五個第二感測元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b，其中該第 二基座20b具有多個位于不同平面的表面201b、 202b、 203b、 204b、 205b，并且該等第二感測元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b分別設(shè)置在 上述第二基座20b的該等表面201b、 202b、 203b、 204b、 205b上，以 使得上述第二感測模塊2b的該等第二感測元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b可從不同空間角度接收從該第一電磁波發(fā)射源l傳來的第一電磁波 10b及從該第二電磁波發(fā)射源l'傳來的第二電磁波10b'所產(chǎn)生的不同的 輻射能量。
然而，以該第一感測模塊2a為例，上述第一感測模塊2a所揭示 的五個感測元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a為本發(fā)明其中一實施例，其 并非用以限定本發(fā)明。凡是該等感測元件的數(shù)量至少為三個以上或五 個以上，皆為本發(fā)明所保護的范疇。再者，上述所揭示的第一基座20a 及該等位于不同平面的表面201a、 202a、 203a、 204a、 205a亦非用以
16限定本發(fā)明，凡是能夠使得該等第一感測元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a位于不同平面或相同平面(例如使用波導(dǎo)元件(waveguide))以從不同 空間角度接收從該第一電磁波發(fā)射源1傳來的第一電磁波10a及從該 第二電磁波發(fā)射源l'傳來的第二電磁波10a'所產(chǎn)生的不同的輻射能量， 皆為本發(fā)明所保護的范疇。
另外，以第一實施而言，該第一感測模塊2a的其中一第一感測元 件21a的法向量(與該第一感測元件21a垂直的向量稱為此第一感測元 件21a的法向量)平行于一空間坐標Cl的一參考軸Yl，并且該第一感 測模塊2a的其余的第一感測元件22a、 23a、 24a、 25a的法向量分別與 該參考軸Y1產(chǎn)生一夾角。
此外，該第二感測模塊2b的其中一第二感測元件21b的法向量(與 該第二感測元件21b垂直的向量稱為此第二感測元件21b的法向量)平 行于另一空間坐標C2的一參考軸Y2，并且該第二感測模塊2b的其余 的第二感測元件22b、 23b、 24b、 25b的法向量分別與該參考軸Y2產(chǎn) 生一夾角。
然而，以該第一感測模塊2a為例，上述所揭示的"該第一感測元 件21a平行于該空間坐標Cl的參考軸Yl"并非用以限定本發(fā)明，本 發(fā)明亦可隨設(shè)計者的需求變換其它感測元件來平行于該空間坐標C1的 參考軸Yl，然后其余的第一感測元件的法向量再分別與該參考軸Yl
產(chǎn)生一夾角。
借此，請參考圖2E所示，通過該第一電磁波發(fā)射源1相對于該第 一感測模塊2a的該等第一感測元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a及該第 二感測模塊2b的該等第二感測元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b在空間 中的方向角的差異及該第一電磁波10a、 10b與該第二電磁波10a'、 10b' 之間的調(diào)制信號的差異，以使得該等第一感測元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a及該等第二感測元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b分別接收到該第一 電磁波發(fā)射源1的該等不同的輻射能量，因此借助該等不同的輻射能 量的相對大小關(guān)系，進而得到該第一電磁波發(fā)射源1分別相對于該第 一感測模塊2a及該第二感測模塊2b的一第一空間方向角及一第二空 間方向角，并且通過該第一電磁波發(fā)射源1分別距離該第一感測模塊 2a及該第二感測模塊2b的一第一空間距離及一第二空間距離分別與上 述第一電磁波發(fā)射源1分別相對于該第一感測模塊2a及該第二感測模 塊2b的第一空間方向角及第二空間方向角的運算，以得到該第一電磁 波發(fā)射源1分別相對于該第一感測模塊2a及該第二感測模塊2b的第 一空間坐標位置。
再者，通過該第二電磁波發(fā)射源l'相對于該第一感測模塊2a的該 等第一感測元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a及該第二感測模塊2b的該等第二感測元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b在空間中的方向角的差異 及該第一電磁波10a、 10b與該第二電磁波10a'、 lOb'之間的調(diào)制信號 的差異，以使得該等第一感測元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a及該等第 二感測元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b分別接收到該第二電磁波發(fā)射 源l'的該等不同的輻射能量，因此借助該等不同的輻射能量的相對大 小關(guān)系，進而得到該第二電磁波發(fā)射源l'分別相對于該第一感測模塊 2a及該第二感測模塊2b的一第一空間方向角及一第二空間方向角，并 且通過該第二電磁波發(fā)射源l'分別距離該第一感測模塊2a及該第二感 測模塊2b的一第一空間距離及一第二空間距離分別與上述第二電磁波 發(fā)射源l'分別相對于該第一感測模塊2a及該第二感測模塊2b的第一空 間方向角及第二空間方向角的運算，以得到該第二電磁波發(fā)射源l'分 別相對于該第一感測模塊2a及該第二感測模塊2b的第二空間坐標位 置。
因此，通過該第一空間坐標位置與該第二空間坐標位置兩點的聯(lián) 機以于空間中產(chǎn)生一直線向量，并且通過該直線向量于空間中的向量 變化以得到該直線向量于空間中的旋轉(zhuǎn)情形。
請參閱圖3所示，其為本發(fā)明三維空間多自由度偵測裝置的第二 實施例的立體示意圖。由圖中可知，本發(fā)明第二實施例與第一實施例 最大的不同在于在第二實施例中，該三維空間多自由度偵測裝置更 進一步包括 一反射板(reflectiveboard)3，其用以將該第一電磁波發(fā)射 源1的第一電磁波10a、 10b及該第二電磁波發(fā)射源l'的第二電磁波 10a'、 10b'反射至該第一感測模塊2a及該第二感測模塊2b，因此該第 一電磁波發(fā)射源1的第一電磁波10a、 10b及該第二電磁波發(fā)射源l'的 第二電磁波10a'、 10b'系通過該反射板3的反射而產(chǎn)生的。換言之，起 初光源S、 S'的發(fā)射點可放置在與該第一感測模塊2a及該第二感測模 塊2b同側(cè)的地方，然后再通過該反射板3的反射以產(chǎn)生該第一電磁波 發(fā)射源1及其第一電磁波10a、 10b與該第二電磁波發(fā)射源l'及其第二 電磁波10a'、 10b'。
請參閱圖4所示，其為本發(fā)明三維空間多自由度偵測裝置的第三 實施例的立體示意圖。由圖中可知，本發(fā)明第三實施例與第一實施例 最大的不同在于在第三實施例中，該三維空間多自由度偵測裝置更 進一步包括 一第三電磁波發(fā)射源1〃 ，其用以產(chǎn)生具有一第三調(diào)制信 號(third modulation signal)的第三電磁波10a〃 、 10b"，并且通過該第 一電磁波10a、 10b、該第二電磁波10a'、 10b'與該第三電磁波10a"、 10b"之間的調(diào)制信號的差異，以分辨感測模塊接收到那一種電磁波。
再者，通過該第三電磁波發(fā)射源1〃相對于該第一感測模塊2a的 該等第一感測元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a及該第二感測模塊2b的該等第二感測元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b在空間中的方向角的差 異及該第一電磁波10a、 10b、該第二電磁波10a'、 lOb'與該第三電磁波 10a〃 、 10b〃之間的調(diào)制信號的差異，以使得該等第一感測元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a及該等第二感測元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b
分別接收到該第三電磁波發(fā)射源1〃的該等不同的輻射能量，因此借助 該等不同的輻射能量的相對大小關(guān)系，進而得到該第三電磁波發(fā)射源1 〃分別相對于該第一感測模塊2a及該第二感測模塊2b的一第一空間 方向角及一第二空間方向角，并且通過該第三電磁波發(fā)射源1〃分別距 離該第一感測模塊2a及該第二感測模塊2b的一第一空間距離及一第 二空間距離分別與上述第三電磁波發(fā)射源1〃分別相對于該第一感測 模塊2a及該第二感測模塊2b的第一空間方向角及第二空間方向角的 運算，以得到該第三電磁波發(fā)射源1〃分別相對于該第一感測模塊2a 及該第二感測模塊2b的第三空間坐標位置。
因此，通過該第一空間坐標位置、該第二空間坐標位置及該第三 空間坐標位置三點的聯(lián)機以于空間中產(chǎn)生三條直線向量及上述三條直 線向量所建立的平面，并且通過上述任意一條直線向量于空間中的向 量變化及該平面的法向量變化以得到該平面于空間中的旋轉(zhuǎn)情形。
請參閱圖5A至圖5E所示，其分別為本發(fā)明第一感測模塊的第四 實施例的立體圖及俯視圖、本發(fā)明第二感測模塊的第四實施例的立體 圖及俯視圖、及本發(fā)明三維空間多自由度偵測裝置的第四實施例的立 體示意圖。由圖中可知，本發(fā)明第四實施例與第一實施例最大的不同 在于在第四實施例中， 一第一感測模塊2a'包括五個第一感測元件 21a'、 22a'、 23a'、 24a'、 25a'，其分別設(shè)置于不同的空間平面201a'、 202a'、 203a'、 204a'、 205a'上，并且該等空間平面201a'、 202a'、 203a'、 204a'、 205a'彼此分離。換言之，隨著不同的設(shè)計需求，該等第一感測元件21a'、 22a'、 23a'、 24a'、 25a'可座落于空間中的任意平面上，以使得該等第一 感測元件21a'、 22a'、 23a'、 24a'、 25a'可從不同空間角度接收從該第一 電磁波發(fā)射源1傳來的第一電磁波10a所產(chǎn)生的不同的輻射能量及接 收從該第二電磁波發(fā)射源l'傳來的第二電磁波10a'所產(chǎn)生的不同的輻 射能量。
另外，在第四實施例中， 一第二感測模塊2b'包括五個第二感測元 件21b'、 22b'、 23b'、 24b'、 25b'，其分別設(shè)置于不同的空間平面201b'、 202b'、 203b'、 204b'、 205b'上，并且該等空間平面201b'、 202b'、 203b'、 204b'、 205b'彼此分離。換言之，隨著不同的設(shè)計需求，該等第二感測 元件21b'、 22b'、 23b'、 24b'、 25b'可座落于空間中的任意平面上，以使 得該等第二感測元件21b'、 22b'、 23b'、 24b'、 25b'可從不同空間角度接 收從該第一電磁波發(fā)射源1傳來的第一電磁波10b所產(chǎn)生的不同的輻射能量及接收從該第二電磁波發(fā)射源l'傳來的第一電磁波10b'所產(chǎn)生 的不同的輻射能量。
請參閱圖6-l、圖6-2及圖6-3所示，其為本發(fā)明三維空間多自由 度偵測裝置的偵測方法的第一實施例的流程圖。配合圖2E、及圖6-l、 圖6-2及圖6-3可知，本發(fā)明第一實施例提供一種三維空間多自由度偵 測裝置的偵測方法，其包括下列步驟
步驟S100:首先，提供一用于產(chǎn)生第一電磁波10a、 10b的第一 電磁波發(fā)射源l、 一用于產(chǎn)生第二電磁波10a'、 10b'的第二電磁波發(fā)射 源l'、 一具有一第一基座20a及多個第一感測元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a的第一感測模塊2a、及一具有一第二基座20b及多個第二感測元件 21b、 22b、 23b、 24b、 25b的第二感測模塊2b，其中該第一電磁波10a、 10b具有一第一調(diào)制信號，并且該第二電磁波10a'、 10b'具有一第二調(diào) 制信號。此外，該第一基座20a具有多個位于不同平面的表面201a、 202a、 203a、 204a、 205a，并且該等第一感測元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a分別設(shè)置在上述第一基座20a的該等表面201a、 202a、 203a、 204a、 205a上，并且該第二基座20b具有多個位于不同平面的表面201b、 202b、 203b、 204b、 205b，并且該等第二感測元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b分別設(shè)置在上述第二基座20b的該等表面201b、 202b、 203b、 204b、 205b上。
步驟S102:該第一感測模塊2a的其中一第一感測元件21a的法向 量以平行于一空間坐標Cl的一參考軸Yl的方式來接收該第一電磁波 10a及該第二電磁波10a'所產(chǎn)生的不同的輻射能量，并且該第一感測模 塊2a的其余的第一感測元件22a、 23a、 24a、 25a的法向量以分別與該 參考軸Yl產(chǎn)生一夾角的方式來接收該第一電磁波10a及該第二電磁波 10a'所產(chǎn)生的不同的輻射能量，借此以換算出由該第一感測模塊2a相 對應(yīng)該第一電磁波發(fā)射源1及該第二電磁波發(fā)射源l'所建立的兩組第 一空間投影矩陣。
步驟S104:該第二感測模塊2b的其中一第二感測元件21b的法 向量以平行于另一空間坐標C2的一參考軸Y2的方式來接收該第一電 磁波10b及該第二電磁波10b'所產(chǎn)生的不同的輻射能量，并且該第二 感測模塊2b的其余的第二感測元件22b、 23b、 24b、 25b的法向量以 分別與該參考軸Y2產(chǎn)生一夾角的方式來接收該第一電磁波10b及該第 二電磁波10b'所產(chǎn)生的不同的輻射能量，借此以換算出由該第二感測 模塊2b相對應(yīng)該第一電磁波發(fā)射源l及該第二電磁波發(fā)射源l'所建立 的兩組第二空間投影矩陣。
換言之，通過該等第一感測元件21a、 22a、 23a、 24a、 25a及該 等第二感測元件21b、 22b、 23b、 24b、 25b從不同空間角度接收從該第一電磁波發(fā)射源1傳來的電磁波10a、 10b所產(chǎn)生的不同的輻射能量 及接收從該第二電磁波發(fā)射源l'傳來的第二電磁波10a'、 10b'所產(chǎn)生的 不同的輻射能量，其中該第一感測模塊2a及該第二感測模塊2b所接 收到的輻射能量皆為光通量(luminous flux)。另外，若以本發(fā)明的第二 實施例為例(如圖3所示)，步驟S102及S104更進一步包括通過一反 射板(reflectiveboard)3將該第一電磁波發(fā)射源1的第一電磁波10a、10b 及該第二電磁波發(fā)射源l'的第二電磁波10a'、 10b'同時反射至該第一感 測模塊2a及該第二感測模塊2b。
步驟S106:取出該第一感測模塊2a的一部分第一感測元件，其 所接收的該第一電磁波10a及該第二電磁波10a'的輻射能量比該第一 感測模塊2a的其余的第一感測元件大。
步驟S108:取出該第二感測模塊2b的一部分第二感測元件，其 所接收的該第一電磁波10b及該第二電磁波10b'的輻射能量比該第二 感測模塊2b的其余的第二感測元件大。
步驟S110:將該第一感測模塊2a的該等部分第一感測元件所接收 的該第一電磁波10a及該第二電磁波10a'的輻射能量與該第一感測模 塊2a相對于該第一電磁波發(fā)射源l及該第二電磁波發(fā)射源l'所建立的 兩組第一空間投影矩陣進行運算，進而得到該第一電磁波發(fā)射源1及 該第二電磁波發(fā)射源l'分別相對于該第一感測模塊2a的兩組第一空間 方向角。
步驟S112:將該第二感測模塊2b的該等部分第二感測元件所接 收的該第一電磁波10b及該第二電磁波10b'的輻射能量與該第二感測 模塊2b相對于該第一電磁波發(fā)射源l及該第二電磁波發(fā)射源l'所建立 的兩組第二空間投影矩陣進行運算，進而得到該第一電磁波發(fā)射源1
及該第二電磁波發(fā)射源r分別相對于該第二感測模塊2b的兩組第二空 間方向角。
換言之，于步驟S110及S112中，借助該第一電磁波10a及該第 二電磁波10a'所產(chǎn)生的不同的輻射能量的相對大小關(guān)系，進而得到該第
一電磁波發(fā)射源i及該第二電磁波發(fā)射源r分別相對于該第一感測模
塊2a的兩組第一空間方向角；借助該第一電磁波10b及該第二電磁波 10b'所產(chǎn)生的不同的輻射能量的相對大小關(guān)系，進而得到該第一電磁波
發(fā)射源i及該第二電磁波發(fā)射源r分別相對于該第二感測模塊2b的兩
組第二空間方向角。
步驟S114:計算出該第一電磁波發(fā)射源1及該第二電磁波發(fā)射源 l'分別距離該第一感測模塊2a的兩組第一空間距離。
步驟S116:計算出該第一電磁波發(fā)射源1及該第二電磁波發(fā)射源
r分別距離該第二感測模塊2b的兩組第二空間距離。步驟S118:通過該第一電磁波發(fā)射源1分別距離該第一感測模塊
2a及該第二感測模塊2b的第一空間距離及第二空間距離分別與上述第 一電磁波發(fā)射源l分別相對于該第一感測模塊2a及該第二感測模塊2b 的第一空間方向角及第二空間方向角的運算，以得到該第一電磁波發(fā) 射源1分別相對于該第一感測模塊2a及該第二感測模塊2b的第一空 間坐標位置。
步驟S120:通過該第二電磁波發(fā)射源l'分別距離該第一感測模塊 2a及該第二感測模塊2b的第一空間距離及第二空間距離分別與上述第 二電磁波發(fā)射源l'分別相對于該第一感測模塊2a及該第二感測模塊2b 的第一空間方向角及第二空間方向角的運算，以得到該第二電磁波發(fā) 射源l'分別相對于該第一感測模塊2a及該第二感測模塊2b的第二空間 坐標位置。
步驟S122:通過該第一空間坐標位置與該第二空間坐標位置兩點 的聯(lián)機以于空間中產(chǎn)生一直線向量，并且通過該直線向量于空間中的 向量變化以得到該直線向量于空間中的旋轉(zhuǎn)情形。
請參考圖6A至圖6D所示，其分別為本發(fā)明第一電磁波發(fā)射源相 對于第 一 感測模塊的立體坐標示意圖(3D coordinate schematic diagram)、本發(fā)明第一電磁波發(fā)射源相對于第二感測模塊的立體坐標示 意圖(3D coordinate schematic diagram)、本發(fā)明第一電磁波發(fā)射源相對 于第一感測模塊及第二感測模塊的平面投影坐標示意圖(2D projection coordinate schematic diagram)、及本發(fā)明線條于空間中的旋轉(zhuǎn)情形的立 體坐標示意圖(3D coordinate schematic diagram)。以下舉列說明，將步 驟S102至S122整理如下
首先，如圖6A及圖6B所示，先定義出 =/"'^'"^，以得到該 第一感測模塊2a相對于該第一電磁波發(fā)射源1所建立的第一空間投影 矩陣及該第二感測模塊2b相對于該第一電磁波發(fā)射源1所建立的第二 空間投影矩陣。其中a;j為光源發(fā)射功率函數(shù)(the function of source emitting power); P為光源發(fā)身寸功率(source emitting power); A為投影面 (the plane of projection); r為光源發(fā)射點至投影面的距離(the distance between the source emitting point and the plane of projection); 5為投影面 的法向量(the normal vector of the plane of projection)。
然后，以從該第一感測模塊2a中取出三個接收該第一電磁波發(fā)射 源1的輻射能量較大的第一感測元件為例(該等接收的輻射能量比其余 的第一感測元件大的第一感測元件的數(shù)量至少為三個以上)，此三個較 大的輻射能量分別為L、 12及13。
22<formula>formula see original document page 23</formula>
其中，A為空間投影矩陣(3D projection transformation matrix), B 為空間方向角矩陣(directional angle matrix), I為輻射能量強度矩陣 (intensity matrix),所以將該等部分第一感測元件所接收的較大輻射能 量與該第一感測模塊2a所建立的第一空間投影矩陣進行運算，進而得 到該第一電磁波發(fā)射源1相對于該第一感測模塊2a的空間方向角 (spatial direction angle)。換言之，因為A(該第一感測模塊2a所建立的 第一空間投影矩陣)與I(該等接收該第一電磁波發(fā)射源1的輻射能量較 大的第一感測元件所得到的輻射能量強度)皆為已知，所以得到B即可 求得該第一電磁波發(fā)射源1相對于該第一感測模塊2a的空間方向角 b『g(a,，卩p Yi)(第一空間方向角)，其中 為ai、 ^、 Yi的方向余旋 角函數(shù)(the function of direction cosine angle)。另夕卜，運用上述相同的計 算方式，以求得該第一電磁波發(fā)射源l相對于該第二感測模塊2b的空 間方向角bij=g(a2，卩2， n)(第二空間方向角)，其中bij為ot2、 p2、 72的 方向余旋角函數(shù)(the function of direction cosine angle)。
然后，如圖6C所示，分別計算出該第一電磁波發(fā)射源1距離該第 一感測模塊2a的第一空間距離及該第一電磁波發(fā)射源1距離該第二感 測模塊2b的第二空間距離。
因此，
c12
_c21c22_/l2_;2 _
其中，C為平面投影矢巨陣(2D projection transformation matrix); R 為光源發(fā)射距離矩陣(source emitting distance matrix); L為感測模塊距 離矩陣(sensing module distance matrix)。因為C(該第一電磁波發(fā)射源1 相對于第一感測模塊2a及第二感測模塊2b所投影出來的平面投影矩 陣)與L(該第一感測模塊2a與該第二感測模塊2b之間的y方向距離 111，及該第一電磁波發(fā)射源1距離該第一感測模塊2a或該第二感測模 塊2b的z方向距離112)皆為已知，所以即可得到R值，其中 為該第 一電磁波發(fā)射源l距離該第一感測模塊2a的第一空間距離，！"12為該第 一電磁波發(fā)射源1距離該第二感測模塊2b的第二空間距離。
接下來，通過該第一空間距離rn及該第二空間距離1"12分別與該 第一空間方向角(a,、卩,、Yi)及該第二組空間方向角(a2、 p2、 h)的運算， 以得到該第一電磁波發(fā)射源1相對于該第一感測模塊2a及該第二感測 模塊2b的第一空間坐標位置。換言之，該第一電磁波發(fā)射源1相對于 該第一感測模塊2a的第一空間坐標位置(&、 yi、 zD及該第一電磁波發(fā)射源1相對于該第二感測模塊2b的第一空間坐標位置(&、 y2、 Z2)分別 為
x產(chǎn)r"cos(a!); y產(chǎn)rucos(卩,)；zf rucosCn)。
x2= r12cos(a2); y2= r12cos((32); z2= r12cos(>2)。
然后，依照上述從圖6A至圖6C的步驟，以計算出該第二電磁波 發(fā)射源l'相對于該第一感測模塊2a及該第二感測模塊2b的第二空間坐 標位置。
最后，請參閱圖6D所示，以該第一感測模塊2a為中心點為例， 該第一電磁波發(fā)射源1相對于該第一感測模塊2a的第一空間坐標位置 及該第二電磁波發(fā)射源l'相對于i多第一感測模塊2a的第二空間坐標位 置兩點的聯(lián)機即產(chǎn)生一直線向量&(亦即通過該第一空間坐標位置與該 第二空間坐標位置兩點的聯(lián)機以于空間中產(chǎn)生一直線向量)，并且通過 該直線向—量于空fs]中的向量變化^以得到該享幾向尊于空間中的旋轉(zhuǎn) 情形(由^旋轉(zhuǎn)到^得情形)。換言之，借助Mz^-^以得到一直線向 掌于空間中的旋轉(zhuǎn)情形，其中A《為該直線向量于空間中的向量變化， ^為旋轉(zhuǎn)前的直線向量，&=^-^為旋轉(zhuǎn)后的直線向量。
請參閱圖7-1與圖7-2、及圖7A所示，其分別為本發(fā)明三維空間 多自由度偵測裝置的偵測方法的第二實施例的流程圖、及本發(fā)明平面 于空間中的旋轉(zhuǎn)情形的立體坐標示意圖(3D coordinate schematic diagram)。配合圖4、圖7-l與圖7-2、及圖7A可知，本發(fā)明第二施實 例的偵測方法包括下列步驟
步驟S200:提供一用于產(chǎn)生一第一電磁波10a、 10b的第一電磁 波發(fā)射源l、 一用于產(chǎn)生一第二電磁波10a'、 10b'的第二電磁波發(fā)射源 l'、 一用于產(chǎn)生一第三電磁波10a〃 、 10b〃的第三電磁波發(fā)射源1〃 、 一具有多個第一感測元件的第一感測模塊2a、及一具有多個第二感測 元件的第二感測模塊2b，其中該第一電磁波10a、 10b具有一第一調(diào)制 信號，該第二電磁波10a'、 10b'具有一第二調(diào)制信號，并且該第三電磁 波10a〃 、 10b〃具有一第三調(diào)制信號。
步驟S202:分別通過該第一感測模塊2a的該等第一感測元件及 該第二感測模塊2b的該等第二感測元件，從不同空間角度接收從該第 一電磁波發(fā)射源1傳來的第一電磁波10a、 10b所產(chǎn)生的不同的輻射能 量、接收從該第二電磁波發(fā)射源l'傳來的第二電磁波10a'、 10b'所產(chǎn)生 的不同的輻射能量、及接收從該第三電磁波發(fā)射源1〃傳來的第三電磁 波10a〃 、 10b〃所產(chǎn)生的不同的輻射能量。
步驟S204:借助該第一電磁波10a、 10b、該第二電磁波10a'、 10b' 及該第三電磁波10a〃 、 10b〃所產(chǎn)生的不同的輻射能量的相對大小關(guān) 系，進而得到該第一電磁波發(fā)射源1、該第二電磁波發(fā)射源l'及該第三電磁波發(fā)射源1〃分別相對于該第一感測模塊2a的三組第一空間方向 角。
步驟S206:借助該第一電磁波10a、 10b、該第二電磁波10a'、 10b' 及該第三電磁波10a〃 、 10b〃所產(chǎn)生的不同的輻射能量的相對大小關(guān) 系，進而得到該第一電磁波發(fā)射源1、該第二電磁波發(fā)射源l'及該第三 電磁波發(fā)射源1〃分別相對于該第二感測模塊2b的三組第二空間方向 角。
步驟S208:通過該第一電磁波發(fā)射源1分別距離該第一感測模塊 2a及該第二感測模塊2b的第一空間距離及第二空間距離分別與上述第 一電磁波發(fā)射源l分別相對于該第一感測模塊2a及該第二感測模塊2b 的第一空間方向角及第二空間方向角的運算，以得到該第一電磁波發(fā) 射源1分別相對于該第一感測模塊2a及該第二感測模塊2b的第一空 間坐標位置。
步驟S210:通過該第二電磁波發(fā)射源l'分別距離該第一感測模塊 2a及該第二感測模塊2b的第一空間距離及第二空間距離分別與上述第 二電磁波發(fā)射源l'分別相對于該第一感測模塊2a及該第二感測模塊2b 的第一空間方向角及第二空間方向角的運算，以得到該第二電磁波發(fā) 射源l'分別相對于該第一感測模塊2a及該第二感測模塊2b的第二空間 坐標位置。
步驟S212:通過該第三電磁波發(fā)射源1〃分別距離該第一感測模 塊2a及該第二感測模塊2b的第一空間距離及第二空間距離分別與上 述第三電磁波發(fā)射源1〃分別相對于該第一感測模塊2a及該第二感測 模塊2b的第一空間方向角及第二空間方向角的運算，以得到該第三電 磁波發(fā)射源1〃分別相對于該第一感測模塊2a及該第二感測模塊2b的 第二空間坐標位置。
步驟S214:如圖7A所示，通過該第一空間坐標位置、該第二空
間坐標位置及該第三空間坐標位置三點的聯(lián)機以于空間中產(chǎn)生三條直
線向量及上述三條直線向量所建立的平面，并且通過上述任意一條直
線向量于一空間中的向量變化^ = ^—&(其中^=^—^為旋轉(zhuǎn)前的直線
向量，、=^ t - &為旋轉(zhuǎn)后的直線向量)及該平面的法向量變化 ^ = &-~其中^為旋轉(zhuǎn)前的一法向量，_^為旋轉(zhuǎn)后的法向量)以得到該
平面于空間中的旋轉(zhuǎn)情形(由^旋轉(zhuǎn)到、得情形)。
綜上所述，本發(fā)明通過至少兩個電磁波發(fā)射源及兩個感測模塊的 配合，以偵測出該三維空間多自由度偵測裝置于空間中的兩個旋轉(zhuǎn)自 由度(2 degrees of rotational freedom)和三個線性自由度(3 degrees of linear freedom),并且通過至少三個電磁波發(fā)射源及兩個感測模塊的配 合，以偵測出該三維空間多自由度偵測裝置于空間中的三個旋轉(zhuǎn)自由度(3 degrees of rotational freedom)禾口三個線性自由度(3 degrees of linear freedom)。
但，以上所述，僅為本發(fā)明最佳的一具體實施例的詳細說明與附 圖，但本發(fā)明的特征并不局限于此，并非用以限制本發(fā)明，本發(fā)明的 保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求書的范圍為準，凡符合本發(fā)明權(quán)利要求書范圍 的精神與其類似變化的實施例，皆應(yīng)包含于本發(fā)明的范疇中，任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的領(lǐng)域內(nèi)，可輕易思及的變化或修飾皆可涵蓋 在本案的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種三維空間多自由度偵測裝置，其特征在于，包括一第一電磁波發(fā)射源，其用以產(chǎn)生第一電磁波，并且該第一電磁波發(fā)射源為點光源；一第二電磁波發(fā)射源，其用以產(chǎn)生第二電磁波，并且該第二電磁波發(fā)射源系為點光源；一第一感測模塊，其具有多個第一感測元件，以用于從不同空間角度同時接收從該第一電磁波發(fā)射源傳來的第一電磁波及該第二電磁波發(fā)射源傳來的第二電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量；以及至少一第二感測模塊，其具有多個第二感測元件，以用于從不同空間角度同時接收從該第一電磁波發(fā)射源傳來的第一電磁波及該第二電磁波發(fā)射源傳來的第二電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量；借此，通過該第一電磁波發(fā)射源相對于該第一感測模塊的該等第一感測元件及該第二感測模塊的該等第二感測元件在空間中的方向角的差異，以使得該等第一感測元件及該等第二感測元件分別接收到該第一電磁波發(fā)射源的該等不同的輻射能量，因此借助該等不同的輻射能量的相對大小關(guān)系，進而得到該第一電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的一第一空間方向角及一第二空間方向角，并且通過該第一電磁波發(fā)射源分別距離該第一感測模塊及該第二感測模塊的一第一空間距離及一第二空間距離分別與上述第一電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間方向角及第二空間方向角的運算，以得到該第一電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間坐標位置。借此，通過該第二電磁波發(fā)射源相對于該第一感測模塊的該等第一感測元件及該第二感測模塊的該等第二感測元件在空間中的方向角的差異，以使得該等第一感測元件及該等第二感測元件分別接收到該第二電磁波發(fā)射源的該等不同的輻射能量，因此借助該等不同的輻射能量的相對大小關(guān)系，進而得到該第二電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的一第一空間方向角及一第二空間方向角，并且通過該第二電磁波發(fā)射源分別距離該第一感測模塊及該第二感測模塊的一第一空間距離及一第二空間距離分別與上述第二電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間方向角及第二空間方向角的運算，以得到該第二電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第二空間坐標位置；借此，通過該第一空間坐標位置與該第二空間坐標位置兩點的聯(lián)機以于空間中產(chǎn)生一直線向量，并且通過該直線向量于空間中的向量變化以得到該直線向量于空間中的旋轉(zhuǎn)情形。
2、 如權(quán)利要求1所述的三維空間多自由度偵測裝置，其特征在于該第一電磁波發(fā)射源及該第二電磁波發(fā)射源皆為可見光或不可見光。
3、 如權(quán)利要求1所述的三維空間多自由度偵測裝置，其特征在于該第一感測模塊更進一步包括一第一基座，其具有多個位于不同平面的表面，并且該等第一感測元件分別設(shè)置在上述第一基座的該等表面上；該第二感測模塊更進一步包括一第二基座，其具有多個位于不同平面的表面，并且該等第二感測元件分別設(shè)置在上述第二基座的該等表面上。
4、 如權(quán)利要求1所述的三維空間多自由度偵測裝置，其特征在于該第一電磁波具有一第一調(diào)制信號，該第二電磁波具有一第二調(diào)制信號，并且該第一調(diào)制信號及該第二調(diào)制信號皆為振幅調(diào)變、頻率調(diào)變或相位調(diào)變。
5、 如權(quán)利要求1所述的三維空間多自由度偵測裝置，其特征在于該第一電磁波與該第二電磁波的波長為相同或不相同。
6、 如權(quán)利要求1所述的三維空間多自由度偵測裝置，其特征在于該等第一感測元件及該等第二感測元件分別設(shè)置于空間中的相同平面上。
7、 一種三維空間多自由度偵測裝置的偵測方法，其特征在于，包括下列步驟(a) 提供一用于產(chǎn)生一第一電磁波的第一電磁波發(fā)射源、 一用于產(chǎn)生一第二電磁波的第二電磁波發(fā)射源、 一具有多個第一感測元件的第一感測模塊、及至少一具有多個第二感測元件的第二感測模塊，其中該第一電磁波發(fā)射源及該第二電磁波發(fā)射源皆為點光源；(b) 分別通過該第一感測模塊的該等第一感測元件及該第二感測模塊的該等第二感測元件，從不同空間角度接收從該第一電磁波發(fā)射源傳來的第一電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量及接收從該第二電磁波發(fā)射源傳來的第二電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量；(C)借助該第一電磁波及該第二電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量的相對大小關(guān)系，進而得到該第一電磁波發(fā)射源及該第二電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊的兩組第一空間方向角；(d) 借助該第一電磁波及該第二電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量的相對大小關(guān)系，進而得到該第一電磁波發(fā)射源及該第二電磁波發(fā)射源分別相對于該第二感測模塊的兩組第二空間方向角；(e) 通過該第一電磁波發(fā)射源分別距離該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間距離及第二空間距離分別與上述第一電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間方向角及第二空間方向角的運算，以得到該第一電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間坐標位置；(f) 通過該第二電磁波發(fā)射源分別距離該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間距離及第二空間距離分別與上述第二電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間方向角及第二空間方向角的運算，以得到該第二電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第二空間坐標位置；以及(g) 通過該第一空間坐標位置與該第二空間坐標位置兩點的聯(lián)機以于空間中產(chǎn)生一直線向量，并且通過該直線向量于空間中的向量變化以得到該直線向量于空間中的旋轉(zhuǎn)情形。
8、 如權(quán)利要求7所述的三維空間多自由度偵測裝置的偵測方法，其特征在于該第一電磁波發(fā)射源及該第二電磁波發(fā)射源皆為可見光或不可見光。
9、 如權(quán)利要求7所述的三維空間多自由度偵測裝置的偵測方法，其特征在于，上述(b)至(d)的步驟中，更進一步包括該第一感測模塊的其中一第一感測元件的法向量以平行于一空間坐標的一參考軸的方式來接收該第一電磁波及該第二電磁波所產(chǎn)生的收輻射能量，并且該第一感測模塊的其余的第一感測元件的法向量以分別與該參考軸產(chǎn)生一夾角的方式來接收該第一電磁波及該第二電磁波所產(chǎn)生的收輻射能量，借此以換算出由該第一感測模塊相對應(yīng)該第一電磁波發(fā)射源及該第二電磁波發(fā)射源所建立的兩組第一空間投影矩陣；該第二感測模塊的其中一第二感測元件的法向量以平行于另一空間坐標的一參考軸的方式來接收該第一電磁波及該第二電磁波所產(chǎn)生的收輻射能量，并且該第二感測模塊的其余的第二感測元件的法向量以分別與該參考軸產(chǎn)生一夾角的方式來接收該第一電磁波及該第二電磁波所產(chǎn)生的收輻射能量，借此以換算出由該第二感測模塊相對應(yīng)該第一電磁波發(fā)射源及該第二電磁波發(fā)射源所建立的兩組第二空間投影矩陣；取出該第一感測模塊的一部分第一感測元件，其所接收的該第一電磁波及該第二電磁波的輻射能量比該第一感測模塊的其余的第一感測元件大；取出該第二感測模塊的一部分第二感測元件，其所接收的該第一電磁波及該第二電磁波的輻射能量比該第二感測模塊的其余的第二感測元件大；將該第一感測模塊的該等部分第一感測元件所接收的該第一電磁波及該第二電磁波的輻射能量與該第一感測模塊相對于該第一電磁波發(fā)射源及該第二電磁波發(fā)射源所建立的兩組第一空間投影矩陣進行運算，進而得到該第一電磁波發(fā)射源及該第二電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊的兩組第一空間方向角；以及將該第二感測模塊的該等部分第二感測元件所接收的該第一電磁波及該第二電磁波的輻射能量與該第二感測模塊相對于該第一電磁波發(fā)射源及該第二電磁波發(fā)射源所建立的兩組第二空間投影矩陣進行運算，進而得到該第一電磁波發(fā)射源及該第二電磁波發(fā)射源分別相對于該第二感測模塊的兩組第二空間方向角。
10、 如權(quán)利要求7所述的三維空間多自由度偵測裝置的偵測方法，其特征在于該第一感測模塊更進一步包括一第一基座，其具有多個位于不同平面的表面，并且該等第一感測元件分別設(shè)置在上述第一基座的該等表面上；該第二感測模塊更進一步包括一第二基座，其具有多個位于不同平面的表面，并且該等第二感測元件分別設(shè)置在上述第二基座的該等表面上。
11、 如權(quán)利要求7所述的三維空間多自由度偵測裝置的偵測方法，其特征在于該第一電磁波具有一第一調(diào)制信號，該第二電磁波具有一第二調(diào)制信號，并且該第一調(diào)制信號及該第二調(diào)制信號皆為振幅調(diào)變、頻率調(diào)變或相位調(diào)變。
12、 如權(quán)利要求7所述的三維空間多自由度偵測裝置的偵測方法，其特征在于該第一電磁波與該第二電磁波的波長為相同或不相同。
13、 如權(quán)利要求7所述的三維空間多自由度偵測裝置的偵測方法，其特征在于該等第一感測元件及該等第二感測元件分別設(shè)置于空間中的相同平面上。
14、 一種三維空間多自由度偵測裝置，其特征在于，包括一第一電磁波發(fā)射源，其用以產(chǎn)生第一電磁波，并且該第一電磁波發(fā)射源為點光源；一第二電磁波發(fā)射源，其用以產(chǎn)生第二電磁波，并且該第二電磁波發(fā)射源為點光源；一第三電磁波發(fā)射源，其用以產(chǎn)生第三電磁波，并且該第三電磁波發(fā)射源為點光源；一第一感測模塊，其具有多個第一感測元件，以用于從不同空間角度同時接收從該第一電磁波、該第二電磁波及該第三電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量；以及至少一第二感測模塊，其具有多個第二感測元件，以用于從不同空間角度同時接收從該第一電磁波、該第二電磁波及該第三電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量；借此，通過該第一電磁波發(fā)射源相對于該第一感測模塊的該等第一感測元件及該第二感測模塊的該等第二感測元件在空間中的方向角的差異，以使得該等第一感測元件及該等第二感測元件分別接收到該第一電磁波發(fā)射源的該等不同的輻射能量，因此借助該等不同的輻射能量的相對大小關(guān)系，進而得到該第一電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的一第一空間方向角及一第二空間方向角，并且通過該第一電磁波發(fā)射源分別距離該第一感測模塊及該第二感測模塊的一第一空間距離及一第二空間距離分別與上述第一電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間方向角及第二空間方向角的運算，以得到該第一電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間坐標位置；借此，通過該第二電磁波發(fā)射源相對于該第一感測模塊的該等第一感測元件及該第二感測模塊的該等第二感測元件在空間中的方向角的差異，以使得該等第一感測元件及該等第二感測元件分別接收到該第二電磁波發(fā)射源的該等不同的輻射能量，因此借助該等不同的輻射能量的相對大小關(guān)系，進而得到該第二電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的一第一空間方向角及一第二空間方向角，并且通過該第二電磁波發(fā)射源分別距離該第一感測模塊及該第二 感測模塊的一第一空間距離及一第二空間距離分別與上述第二電磁波 發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間方向 角及第二空間方向角的運算，以得到該第二電磁波發(fā)射源分別相對于 該第一感測模塊及該第二感測模塊的第二空間坐標位置；借此，通過該第三電磁波發(fā)射源相對于該第一感測模塊的該等第 一感測元件及該第二感測模塊的該等第二感測元件在空間中的方向角 的差異，以使得該等第一感測元件及該等第二感測元件分別接收到該 第三電磁波發(fā)射源的該等不同的輻射能量，因此借助該等不同的輻射 能量的相對大小關(guān)系，進而得到該第三電磁波發(fā)射源分別相對于該第 一感測模塊及該第二感測模塊的一第一空間方向角及一第二空間方向 角，并且通過該第三電磁波發(fā)射源分別距離該第一感測模塊及該第二 感測模塊的一第一空間距離及一第二空間距離分別與上述第三電磁波 發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間方向 角及第二空間方向角的運算，以得到該第三電磁波發(fā)射源分別相對于 該第一感測模塊及該第二感測模塊的第三空間坐標位置；借此，通過該第一空間坐標位置、該第二空間坐標位置及該第三 空間坐標位置三點的聯(lián)機以于空間中產(chǎn)生三條直線向量及上述三條直 線向量所建立的平面，并且通過上述任意一條直線向量于空間中的向 量變化及該平面的法向量變化以得到該平面于空間中的旋轉(zhuǎn)情形。
15、 一種三維空間多自由度偵測裝置的偵測方法，其特征在于， 包括下列步驟(a) 提供一用于產(chǎn)生一第一電磁波的第一電磁波發(fā)射源、 一用于產(chǎn) 生一第二電磁波的第二電磁波發(fā)射源、 一用于產(chǎn)生一第三電磁波的第 三電磁波發(fā)射源、 一具有多個第一感測元件的第一感測模塊、及至少 一具有多個第二感測元件的第二感測模塊，其中該第一電磁波發(fā)射源、 該第二電磁波發(fā)射源及該第三電磁波發(fā)射源皆為點光源；(b) 分別通過該第一感測模塊的該等第一感測元件及該第二感測模 塊的該等第二感測元件，從不同空間角度接收從該第一電磁波發(fā)射源 傳來的第一電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量、接收從該第二電磁波發(fā) 射源傳來的第二電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量、及接收從該第三電 磁波發(fā)射源傳來的第三電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量；(C)借助該第一電磁波、該第二電磁波及該第三電磁波所產(chǎn)生的不 同的輻射能量的相對大小關(guān)系，進而得到該第一電磁波發(fā)射源、該第二電磁波發(fā)射源及該第三電磁波發(fā)射源分別相對于該第一感測模塊的 三組第一空間方向角；(d) 借助該第一電磁波、該第二電磁波及該第三電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量的相對大小關(guān)系，進而得到該第一電磁波發(fā)射源、該第二電磁波發(fā)射源及該第三電磁波發(fā)射源分別相對于該第二感測模塊的 三組第二空間方向角；(e) 通過該第一電磁波發(fā)射源分別距離該第一感測模塊及該第二感 測模塊的第一空間距離及第二空間距離分別與上述第一電磁波發(fā)射源 分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間方向角及第 二空間方向角的運算，以得到該第一電磁波發(fā)射源分別相對于該第一 感測模塊及該第二感測模塊的第一空間坐標位置；(f) 通過該第二電磁波發(fā)射源分別距離該第一感測模塊及該第二感 測模塊的第一空間距離及第二空間距離分別與上述第二電磁波發(fā)射源 分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間方向角及第 二空間方向角的運算，以得到該第二電磁波發(fā)射源分別相對于該第一 感測模塊及該第二感測模塊的第二空間坐標位置；(g) 通過該第三電磁波發(fā)射源分別距離該第一感測模塊及該第二感 測模塊的第一空間距離及第二空間距離分別與上述第三電磁波發(fā)射源 分別相對于該第一感測模塊及該第二感測模塊的第一空間方向角及第 二空間方向角的運算，以得到該第三電磁波發(fā)射源分別相對于該第一 感測模塊及該第二感測模塊的第三空間坐標位置；以及(h) 通過該第一空間坐標位置、該第二空間坐標位置及該第三空間 坐標位置三點的聯(lián)機以于空間中產(chǎn)生三條直線向量及上述三條直線向 量所建立的平面，并且通過上述任意一條直線向量于空間中的向量變 化及該平面的法向量變化以得到該平面于空間中的旋轉(zhuǎn)情形。
全文摘要
一種三維空間多自由度偵測裝置，其包括一第一電磁波發(fā)射源、一第二電磁波發(fā)射源、一第一感測模塊及一第二感測模塊。該第一電磁波發(fā)射源用以產(chǎn)生一具有一第一調(diào)制信號的第一電磁波。該第二電磁波發(fā)射源用以產(chǎn)生一具有一第二調(diào)制信號的第二電磁波。該第一感測模塊具有多個第一感測元件，以用于從不同空間角度同時接收從該第一電磁波及該第二電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量。該第二感測模塊具有多個第二感測元件，以用于從不同空間角度同時接收從該第一電磁波及該第二電磁波所產(chǎn)生的不同的輻射能量。
文檔編號G01S5/00GK101477191SQ20081000181
公開日2009年7月8日 申請日期2008年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月3日
發(fā)明者官知正, 鄭家駒, 陳昭宇 申請人:敦南科技股份有限公司