專利名稱：定位感測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多種功能的定位感測裝置，特別涉及一種具有多種功能的觸碰定位感測裝置，作為電子打擊樂器、電子鍵盤樂器、外掛式觸控面板、游戲平臺等各式應用。
背景技術：
請參考圖1，圖I所示的是為一與電腦連結的傳統(tǒng)的電子打擊樂器100的簡化示意
圖。電子打擊樂器100通常是平放于桌上，以鼓棒或其他類似的打擊棒操作，攜帶方便。電子打擊樂器100是通過一連接線101，連接至一主機102。主機102通常是筆記本電腦、臺式電腦、服務器等電腦設備。連接線101以通用串行總線(USB cable)最普遍，其中包含電源線與信號線，可由主機102提供電源至電子打擊樂器100。電子打擊樂器100包含有數(shù)個打擊墊104與數(shù)個功能墊106 ;打擊墊104通常是由壓電感測器構成，用于將打擊產(chǎn)生的壓力轉換成電子信號。打擊墊104也可以是由導電橡膠、金屬片等組成的開關結構，其功用是每次打擊時傳送一相對應的電子信號。功能墊106則是用來產(chǎn)生預設的特效或功能，其結構通常與打擊墊104相同。主機102接收到打擊墊104或功能墊106的電子信號后，則播放預先儲存的相對應的聲音數(shù)據(jù)。底座103 —般是由塑膠或金屬材料組成的剛性結構，也可以由塑膠膜組成的可撓性結構。為了減少使用者打擊時的位置偏移與誤差，電子打擊樂器100的打擊墊104與功能墊106的尺寸愈大愈好，最好直徑IOOmm以上。因此電子打擊樂器100，若設置3個打擊墊104排列成直線,如圖I所不，包含打擊墊104之間的間隔，電子打擊樂器100的長度,需要380mm(15英時)或更長。電子打擊樂器100的形狀、大小、與位置都是固定的，通常是以模具成型，大量生產(chǎn)；變更設計的成本很高，型號選擇有限。換言之，若使用者想要使用不同種類的電子樂器，就必須花更多預算額外買一個或多個不同種類的電子樂器，例如一電子鍵盤樂器。請參考圖2，圖2所示的為另一與電腦連結的傳統(tǒng)的電子鍵盤樂器110的簡化示意圖。電子鍵盤樂器110通常是平放于桌上操作，通過連接線101連接至主機102，攜帶方便。電子鍵盤樂器110包含有多個按鍵112與數(shù)個功能鍵114。按鍵112通常是由導電橡膠、金屬片等組成的開關結構，其可在每次按壓或打擊時傳送一相對應的電子信號；按鍵112也可使用壓電感測器，將按壓或打擊產(chǎn)生的壓力轉換成電子信號。功能鍵114的結構通常與按鍵112相同，用來在按壓或打擊后產(chǎn)生預設的特效或功能。主機102接收到按鍵112或功能鍵114的電子信號后，則播放預先儲存的相對應的聲音數(shù)據(jù)。底座113 —般是由塑膠或金屬材料組成的剛性結構，也可以由塑膠膜組成的可撓性結構。為了方便使用者以手指按壓，電子鍵盤樂器110的按鍵112的寬度，需要20mm以上，通常一個電子鍵盤樂器110的音階至少要涵蓋3個八度。每個八度有7個白鍵連成一直線，所以電子鍵盤樂器110的長度，至少需要430mm(17英時)。與電子打擊樂器100同樣的問題，電子鍵盤樂器110的按鍵112與功能墊114的形狀、大小與位置也都是固定的，通常是以模具成型，大量生產(chǎn)；變更設計的成本很高，型號選擇有限。另外，傳統(tǒng)的電子打擊樂器100或電子鍵盤樂器110，使用壓電感測器或導電橡膠、金屬片等組成的開關結構，使用者必須用力按壓或打擊，才能產(chǎn)生相對應的電子信號，因此在正常使用的情況下，容易損壞。此外按壓或打擊的力量太大，又產(chǎn)生不必要的噪音；力量太小則無信號反應。所以傳統(tǒng)的電子打擊樂器100與電子鍵盤樂器110都有使用壽命不長、可靠度不佳、反應不靈敏與噪音過大的問題。請參考圖3，圖3所示是另一現(xiàn)有技術，是以觸控顯示器200作為樂器的示意圖，是一種電腦樂器，含一臺式顯示器203，一 主機206，兩條連接線202、204，一觸控面板205，與數(shù)個獨立的電子圖案208、210。顯示器203通常為平面型態(tài)，以液晶顯示器最為普遍，直立在桌面上。主機206是臺式電腦、筆記本電腦、服務器等電腦設備，借由一連接線202與顯示器203連接；連接線202以視頻圖像陣列線纜(VGA cable)最常用。一觸控面板205放置于顯示器203的顯示區(qū)域的前方。觸控面板205是以一片透明的玻璃薄板為基板，其厚度一般是2_以內；并在玻璃板上方，布置電阻式、電容式或其他適用的感測器，形成一個平面型態(tài)的感測區(qū)域，以檢測手指或其他觸碰物相對于顯示區(qū)域的位置，并通過連接線204將該位置數(shù)據(jù)，傳輸至主機206。連接線204以通用串行總線(USB cable)最常用，其中包含電源線與信號線，可由主機206提供電源至觸控面板205。主機206依據(jù)預設的程序，產(chǎn)生數(shù)個獨立的電子圖案208、210于顯示器203上。電子圖案208、210的形狀、大小、位置，與每個圖案代表的意義，已預先輸入至主機206。電子圖案208、210，通過觸控面板205的透明基板，將觸控面板205的感測區(qū)域分隔為數(shù)個與原圖案的大小與位置相同的獨立區(qū)塊。當手指或其他觸碰物接觸到該些獨立區(qū)塊時，主機206依據(jù)預設的程序，播放相對應的樂器聲音。因此圖3所示的6個電子圖案208，可分別設定代表6種不同的打擊樂器的打擊面,例如大鼓、小鼓、鈸或其他樂器；2個電子圖案210可設定為兩種不同的特效功能。電子圖案208、210形狀、大小、位置與每個圖案代表的樂器，只需更換主機206的程序即可變更。例如更換一個新的程序，即可以讓圖3的打擊樂器，成為如圖2所示的電子鍵盤樂器。觸控顯示器200作為樂器使用，反應靈敏，且無噪音過大的問題。為了方便使用者操作，電子圖案208的大小，最好能與圖I所示的電子打擊樂器100的打擊墊104，和圖2所示的電子鍵盤樂器110的按鍵112相同或更大，因此一個對角線長度20英時以上的臺式顯示器較適用。以觸控顯示器200作為樂器，明顯解決了傳統(tǒng)電子樂器，變更設計的成本很高、反應不靈敏與噪音過大的問題。但是以觸控顯示器200作為樂器，也有幾個重大的問題，例如當手指或其他觸碰物接觸電子圖案208、210時，整個觸控顯示器200會搖晃，對使用者的視力與整個觸控顯示器的壽命有害。此外觸控顯示器200直立于桌上，使用者必須將手抬起才能操作觸控面板205，使用者容易手酸。另外觸控顯示器200的重量不輕，攜帶不方便。最后也最重要的一個問題是觸控顯示器200是一精細的電子產(chǎn)品，又配備易脆的玻璃板，僅可輕輕觸碰，不可使用鼓棒或其他類似的打擊棒操作。

發(fā)明內容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術的不足而提供一定位感測裝置，作為一種與電腦連結的電子樂器。樂器的打擊墊或按鍵的形狀、大小、位置與樂器的種類，可以很容易變更；且反應靈敏，無噪音過大的問題。本發(fā)明的電子樂器可平放于桌上操作，攜待方便。更重要的是本發(fā)明的電子樂器，可以是一種電子打擊樂器，可使用鼓棒或其他類似的打擊棒操作；產(chǎn)品壽命長且可靠度佳。本發(fā)明的技術方案如下一種定位感測裝置，尤其是一種觸碰定位感測裝置，包含多個感測器，形成一感測區(qū)域，用于檢測觸碰物的一特性數(shù)據(jù)；一實體圖案層，與該感測區(qū)域結合在一起，用于將該感測區(qū)域分隔為多個獨立區(qū)塊；一控制電路，用于處理該些感測器檢測到的該特性數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生該觸碰物相對于該些獨立區(qū)塊的一位置數(shù)據(jù)，并將該位置數(shù)據(jù)傳輸至一主機；其中該主機是依據(jù)該位置數(shù)據(jù)來啟動至少一相對應的指令。本發(fā)明的定位感測裝置可另包含一基板，設置于該感測區(qū)域的下方；與一框架，設置于感測區(qū)域的外圍。感測器為光學圖像式感測器或其他適用的感測器；圖案層上可制作多個獨立的圖案代表樂器的打擊墊、按鍵或功能鍵。圖案層與感測區(qū)域結合在一起，將感測 區(qū)域分隔成為多個與原圖案的大小與位置相同的獨立區(qū)塊。因此當手指、鼓棒等觸碰物接觸到感測區(qū)域時，感測器檢測到該些觸碰物的特性數(shù)據(jù)，通過控制電路處理，以產(chǎn)生該觸碰物的一位置數(shù)據(jù)，并將該位置數(shù)據(jù)傳輸至主機。主機依據(jù)該位置數(shù)據(jù)，播放相對應的樂器聲音，或啟動其他相對應的指令。本發(fā)明的定位感測裝置的實體圖案層可更換，且可以低成本的印刷方式制作。變更樂器的打擊墊或按鍵的形狀、大小、位置與樂器的種類，只需要更換一張新的圖案層，并執(zhí)行另一電腦程序即可，非常容易。另外手指、鼓棒等觸碰物接觸到感測區(qū)域時，主機立即依據(jù)其位置數(shù)據(jù)，啟動預設的程序回應，根本不需要用力按壓或打擊，因此反應靈敏，無噪音過大的問題，產(chǎn)品壽命長且可靠度佳。本發(fā)明的定位感測裝置的基板可為堅韌的金屬板、塑膠板，或透明的壓克力板，尤其圖案層上方更可以設置一可透光的橡膠墊，因此依據(jù)本發(fā)明的定位感測裝置實施的電子樂器，可以是一種電子打擊樂器，可使用鼓棒或其他類似的打擊棒操作。本發(fā)明的目的之二在于提供一定位感測裝置，可以作為獨立型的電子樂器，不需要與電腦連結。本發(fā)明的定位感測裝置，是以感測器檢測，通過控制電路處理，以產(chǎn)生觸碰物的位置數(shù)據(jù)，并將該位置數(shù)據(jù)傳輸至主機。主機的功能是儲存預先錄制的樂器聲音與其他相關的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行預設的程序。因此一簡易型的主機板，與控制電路電連接，包含一數(shù)字處理器、一存儲器、一小型顯示器、一數(shù)模轉換器，即可完成主機的功能。因此本發(fā)明的定位感測裝置，可獨立運作，不需要連結至臺式電腦、筆記本電腦、服務器等電腦設備。本發(fā)明的目的之三在于提供一定位感測裝置，可以作為電子樂器，也可以轉換成為外掛式觸控面板，而且兩者之間很容易互相轉換。如前所述，本發(fā)明的定位感測裝置的實體圖案層可更換，且基板可使用透明的壓克力板。因此若將整個實體圖案層取下來，并將基板放置于與主機連結的一顯示器的前方，則顯示區(qū)域上的電子圖案，通過透明的基板，清楚顯現(xiàn)。因此主機依據(jù)預設的程序，產(chǎn)生數(shù)個獨立的電子圖案于顯示器上，該些獨立的電子圖案的形狀、大小、位置，與每個圖案代表的意義，已預先輸入至主機。該些電子圖案，通過透明基板，將基板上方的感測區(qū)域分隔為數(shù)個與原圖案的大小與位置相同的獨立區(qū)塊；當手指或其他觸碰物接觸到該些獨立區(qū)塊時，主機依據(jù)預設的程序，啟動相對應的指令。本發(fā)明的定位感測裝置，因此成為一外掛于顯示器前方的觸控面板，其中感測區(qū)域的范圍大于顯示器的顯示區(qū)域。
本發(fā)明的最后一個目的在于提供一定位感測裝置，可以作為與電腦連結的游戲平臺，或獨立型游戲機。本發(fā)明的定位感測裝置的實體圖案層，除了樂器的圖案，也可印制成一游戲場地的圖案，包含兩個代表球門的圖案。一個球體在感測區(qū)域內滾動，球體的位置可以很容易由感測器檢測到，通過控制電路處理并傳輸至主機。主機依據(jù)預設的程序計算球體移動的軌跡并計分，使得本發(fā)明的定位感測裝置，成為一種與電腦連結的游戲平臺。此夕卜，主機的功能可由一簡易型的主機板完成，使得本發(fā)明的定位感測裝置，成為一獨立型游戲機。綜上所述，本發(fā)明的的優(yōu)點為本發(fā)明定位感測裝置作為電子樂器的應用，解決了傳統(tǒng)電子樂器變更設計困難、反應不靈敏、噪音過大、使用壽命不長與可靠度不佳等問題；也解決了臺式觸控顯示器當作一電子樂器所產(chǎn)生的許多缺點，例如使用者容易手酸、屏幕會搖晃、不方便攜帶、不可作為打擊樂器、使用壽命不長與可靠度不佳等問題。此外，本發(fā)明的定位感測裝置具有多種功能，除了作為各種不同的電子樂器，也可以作為外掛式觸控面板與游戲平臺，故本發(fā)明實具有可專利性。


圖I所示為一傳統(tǒng)的電子打擊樂器的簡化示意圖。圖2所示為一傳統(tǒng)的電子鍵盤樂器的簡化示意圖。圖3所示為一傳統(tǒng)的臺式觸控顯示器的簡化示意圖。圖4所示為本發(fā)明的一實施例的示意圖。圖5所示為本發(fā)明的一實施例的定位感測原理示意圖。圖6所示為本發(fā)明的一實施例的剖面示意圖。圖7A-7D所示為本發(fā)明的一實施例的實施方法。圖8所示為本發(fā)明的一實施例的校正方法。圖9所示為本發(fā)明的另一實施例的剖面示意圖。圖10所示為本發(fā)明的定位感測裝置作為一獨立型電子樂器的示意圖。圖11所示為本發(fā)明的定位感測裝置的系統(tǒng)方塊圖。圖12所示為本發(fā)明的定位感測裝置作為一外掛式觸控面板的示意圖。圖13所示為本發(fā)明的定位感測裝置作為一游戲平臺的示意圖。其中，附圖標記說明如下100電子打擊樂器101連接線102主機103底座104打擊墊106功能墊110電子鍵盤樂器112按鍵113底座114功能鍵
200觸控顯示器202、204連接線203顯示器205觸控面板206主機208,210電子圖案300定位感測裝置302主機304基板306感測器308光源310控制電路312圖案層313緩沖材料314框架315支柱316橡膠墊317圖案318感測區(qū)域319定位點320觸碰物322感測區(qū)域的中心線323想感測區(qū)域324連接線326外接開關327圖案層328、329圖案330球體331主機332連接線333顯示器334顯示區(qū)域335校正點337揚聲器338圖案層339,340圖案、
341中央處理器342動態(tài)存儲器344只讀存儲器
346模數(shù)轉換器348通用串行總線介面350主機板352數(shù)字處理器354快閃存儲器356小型顯不器358數(shù)模轉換器
具體實施例方式在本說明書以及后續(xù)的權利要求書當中使用了某些詞匯來指稱特定的元件，而本領域的技術人員應可理解，硬件制造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件，本說明書及之前的權利要求書并不以名稱的差異來作為區(qū)分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區(qū)分的準則，在通篇說明書及之前的權利要求當中所提及的「包含有」是為一開放式的用語，故應解釋成「包含有但不限定于」，此外，「耦接」一詞在此是包含有任何直接及間接的電氣連接手段，因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表第一裝置可以直接電氣連接于第二裝置，或通過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至第二裝置。請同時參考圖4、圖5與圖6 ;圖4所示的是為本發(fā)明的一實施例的一種定位感測裝置300的簡化示意圖；圖5所示的是為定位感測裝置300的感測原理示意圖；圖6所繪示的是為定位感測裝置300沿A-A方向的剖面示意圖；其中定位感測裝置300是為一與電腦電連結的電子樂器。如圖4所示，定位感測裝置300包含一基板304、一圖案層312、一感測區(qū)域318、一可透光的橡膠墊316以及一框架314?；?04通常為一長方形平板，可為不透光的金屬板、塑膠板，也可以是透明的壓克力板或高強度的玻璃板。圖案層312通常放置于基板304的上表面，可為各式尺寸與顏色的圖案，并可依據(jù)不同的使用目的來更換。圖案層312是以印刷、雕刻或成型方式構成，其中以印刷方式最經(jīng)濟；將數(shù)個代表樂器打擊墊與功能墊的圖案317，印制于紙、塑膠或其他適合的基材上，基材的厚度一般為0. 05-0. 3_。圖案層也可以使用印刷或激光雕刻方式，將圖案317直接制作于基板304的表面。感測區(qū)域318位于圖案層312的上方，是由多個感測器形成，其范圍足以涵蓋圖案層312的所有圖案。橡膠墊316平整且可透光，覆蓋于圖案層312的上方，用于保護圖案層312，分散打擊時的應力，以及降低打擊的噪音?？蚣?14是設置于基板304與感測區(qū)域318的外圍，通常為長方形外框，是由塑膠、金屬組成的剛性結構?？蚣?14可以另包含一支柱315，用來調整定位感測裝置300的傾斜度，并且支柱315可以包含一橡膠腳墊與桌面接觸，以減緩振動。定位感測裝置300可另包含至少一個外接開關326，其中以腳踏開關最適用，除了雙手，還可以用腳來操作。定位感測裝置300通過連接線324與主機302連接，主機302通常是筆記本電腦、臺式電腦、服務器等電腦設備，其顯示器的顯示區(qū)域的長度與寬度的比例為16 9。連接線324以通用串行總線(USB cable)最普遍，其中包含電源線與信號線；可由主機302提供5V電源至定位感測裝置300。圖案層312上每個圖案317的大小、位置與其代表的意義，預先輸入至主機302。圖案層312位于感測區(qū)域318的下方，經(jīng)過可透光的橡膠墊316，讓使用者清楚可見。因此圖案層312將感測區(qū)域318分隔成為多個與原圖案317的大小與位置相同的獨立區(qū)塊；例如6個代表打擊墊的橢圓型區(qū)塊，2個代表功能墊的六角型區(qū)塊，以及I個無任何作用的空白區(qū)塊。因此當手指、鼓棒等觸碰物接觸到感測區(qū)域318的其中的一獨立區(qū)塊時，主機執(zhí)行預設的程序，播放相對應的樂器聲音，或啟動其他相對應的指令。圖5所示的是為定位感測裝置300的定位感測原理示意圖，是一種光學圖像式感測技術，包含兩個感測器306，分別設置于基板304的左上角和右上角；3根長條形的光源308分別設置于基板304的左側、右側、底邊；一控制電路310，與感測器306電連接。感測器306主要由一感測芯片與一鏡頭組成；感測芯片是以半導體技術制作，將許多個微小的光感測元件，以線性或面積型排列方式，制作于硅晶片上。一鏡頭放置于感測芯片的前方，其視角為90度或更大，其功能是將視角范圍內的物件，縮小并成像于感測芯片上。長條形的光源308主要是由壓克力導光板與紅外線發(fā)光二極管(LED)組成；兩顆紅外線發(fā)光二極管(LED)固定于壓克力導光板的兩端發(fā)光，紅外線通過導光板向基板304的內側發(fā)射，如箭頭方向所示。波長850納米或940納米的紅外線最常用，人類的眼睛看不見，但是感測器306檢測得到。因此兩個感測器306的視角范圍，與3根光源308照射的范圍，共同構成一感測區(qū)域318。如圖5所示，感測區(qū)域318是一長方形，其長度是兩個感測器306前端的距離，其高度約是側邊光源308的長度。 控制電路310與感測器306電連接，提供電源與驅動信號給感測器306和光源308。左上角的感測器306檢測到右側邊與底邊光源308的紅外線；右上角的感測器306檢測到左側邊與底邊光源308的紅外線；紅外線使得兩個感測器的輸出維持高值。當手指、鼓棒等觸碰物320接觸到感測區(qū)域時，遮斷部份紅外線光源，兩個感測器306分別檢測到部份光感測元件的輸出降為低值?？刂齐娐?10分別處理兩個感測器306傳送過來的數(shù)據(jù)，計算輸出降為低值的光感測元件的起始點與結束點，且依據(jù)此特性數(shù)據(jù)找出觸碰物320的中心線，并判斷該中心線與兩個感測器連線的夾角。0 I是左上角的感測器306檢測到的夾角，0 2是右上角的感測器306檢測到的夾角。0 I與0 2兩個角度相交會點，就是觸碰物320的中心點位置。該中心點通過適當?shù)臄?shù)學公式，得以轉換成以左上角感測器306的前端為原點，以兩個感測器306前端的連線為橫軸，縱軸與橫軸相交成直角的線性值(x，y)?？刂齐娐?10并將觸碰物320的中心點位置，轉換成適當?shù)母袷剑ㄟ^連接線324，傳輸至主機302。請參考圖6，感測區(qū)域的中心線322位于圖案層312與橡膠墊316的上方。本發(fā)明的定位感測裝置300另包含一緩沖層313，設置于基板304與框架314之間，用于減緩振動以保護感測器306與光源308，進而提高定位感測裝置300的使用壽命與可靠度。緩沖層313可包含橡膠、泡棉、彈簧、氣體或彈性塑膠等緩沖材料。關于光學圖像式感測器的技術，美國專利4，144，449已經(jīng)揭露相關的作法，其是使用兩個線型圖像感測器，放置于屏幕的左上角與右上角，以檢測手指觸碰到屏幕的位置。因為感測器與光源的厚度較厚，且必須架構在顯示器的上方，因此不適合攜帶型的小尺寸顯示器的應用。但是光學圖像式技術很適合臺式顯示器等大尺寸的應用，原因是大尺寸顯示器比較不在意感測器與光源的厚度，且光學圖像式技術應用于大尺寸顯示器時，可因制造成本較低而具有競爭優(yōu)勢。請參考圖7A至圖7D，所示本發(fā)明的定位感測裝置300的一種實施方法，其中圖案層312可依據(jù)不同的使用目的，很容易更換。圖7A所示的是為圖案層312的示意圖，圖7B所示的是為橡膠墊316的示意圖，圖7C所繪示的是為圖案層312與橡膠墊316結合的示意圖，圖7D所繪示的是圖案層312與橡膠墊316結合后，再與感測區(qū)域318結合的簡化示意圖。如圖7A所示，圖案層312是以印刷方式，將代表樂器打擊墊與功能墊等圖案317，制作于紙張或塑膠片等基材上，基材的厚度約為0.1mm，其長度與寬度的比例為16 9。圖7B所示可透光的橡膠墊316,以娃膠材質最適用，厚度約其長度與寬度比例為16 9。橡膠墊316的尺寸可以略小于感測區(qū)域318的尺寸。并且橡膠墊316可以包含四個定位點319，其橫向與縱向的中心距，分別等于圖案層312的印刷基材的長度與寬度。因此圖案層312與橡膠墊316很容易定位貼合如圖7C所示。因為硅膠材質本身就有點黏性，圖案層312可以直接貼合在橡膠墊316上；也可使用 適用的膠帶，于圖案層312與橡膠墊316的交界處，將兩者黏貼在一起。然后再把黏貼好的圖案層312與橡膠墊316的組合，放置于基板304的上面，如圖7D所示。接著進行校正與轉換的程序，使得主機302可以準確判讀圖案層312的任一圖案317的位置。請參考圖8，是本發(fā)明的定位感測裝置300的校正與座標轉換的示意圖。其中XojYo是本發(fā)明的定位感測裝置300理想的感測區(qū)域323的長度與寬度。以對角線長度22英時的應用為例，Xo與Yo分別為480mm與270mm，長寬比為16 9。圖案層312的長度與寬度可分別設計為Xo，Yo的90%，也就是432mm與243mm。理想的感測區(qū)域323與圖案層312共用中心點，且長邊與短邊互相平行。本發(fā)明的定位感測裝置300的位置是以mm計算，但是主機302的顯示器是以像素為單位。茲以目前常用的筆記本電腦為例，其顯示器的顯示區(qū)域為1366*768像素，長寬比為16 9。因此將整個理想的感測區(qū)域323，轉換至顯示器的顯示區(qū)域，其轉換系數(shù)為2. 85像素/mm(1366像素/480mm，或768像素/270mm)。故以理想的感測區(qū)域323的左上角為原點，圖案層312上任一圖案317的位置，很容易就可以轉換至主機302的顯示器，以左上角為原點的顯示區(qū)域的位置。如圖5所示，實際的感測區(qū)域318是以左上角感測器306的前端為原點，并以左上角和右上角的兩個感測器306前端的連線為橫軸，縱軸與橫軸相交成直角。實際的感測區(qū)域318與理想的感測區(qū)域323之間，存在偏差。偏差來自于兩個感測器306組裝的公差，圖案層312與橡膠墊316貼合的誤差，或是圖案層312與感測區(qū)域318結合時的偏移等。因此有必要執(zhí)行校正程序，找出偏差值加以修正。校正程序主要是找出實際的感測區(qū)域318與理想的感測區(qū)域323的原點橫向位移dX，縱向位移dY，與座標軸的旋轉角度△，如圖8所示。依據(jù)工業(yè)界常用的4點校正方法，首先以手指或其他適用的觸碰物，依序放置在圖案層312的4個角，也就是橡膠墊316的4個定位點319。本發(fā)明的定位感測裝置300分別讀取到4個相對應的座標值，并以工業(yè)界公知的運算方法，計算出三個參數(shù)dX、dY、A的值。因此實際的感測區(qū)域318的任一座標位置(x，y)，得以順利轉換成理想的感測區(qū)域323的相對應的座標位置(X，Y)。然后控制電路310，依據(jù)預設的轉換系數(shù)，例如2. 85像素/_，將座標位置(X，Y)轉換成顯示器的橫向與縱向的對應像素，并傳輸至主機302。請參考圖9，是本發(fā)明的定位感測裝置300的另一實施方法，其中感測器306與光源308設置于框架314上，且與基板304相分離。圖案層312與可透光的橡膠墊316放置于基板304的上方，且位于感測區(qū)域318的下方。一緩沖層313，設置于基板304與框架314之間，用于減緩基板的振動；緩沖層313可包含橡膠、泡棉、彈簧、氣體或彈性塑膠等緩沖材料。因為感測器306、光源308與基板304分離，手指、鼓棒或其他觸控物按壓或打擊橡膠墊316、圖案層312與基板304時，感測器306與光源308不會受到直接沖擊?；?04的振動，得以有效隔離，因此進一步提高本發(fā)明的定位感測裝置300的使用壽命與可靠度。此外，在其他實施例中，本發(fā)明的定位感測裝置300也可以使用電阻式感測器、電容式感測器或紅外線式感測器來實現(xiàn)。電阻式感測器是以兩片具有電阻層的塑膠薄膜貼合在一起，中間以電絕緣的小顆粒隔離；按壓后該兩片塑膠薄膜的電阻層接觸，產(chǎn)生一電阻輸出。按壓在不同的位置，產(chǎn)生不同的電阻輸出，因此可由電阻的輸出值，得知按壓的位置。電阻式感測器的優(yōu)點是接觸按壓后才會有信號輸出，因此適用于各種氣候與環(huán)境，且是由塑膠薄膜構成，可以貼合在平面或彎曲的基板上；缺 點是多次按壓后容易損壞。電容式感測器通常是由兩個金屬圖案層貼合構成，中間以一層很薄的介電層隔離。該兩個金屬圖案層分別有多個相同的圖案，規(guī)則排列。上下兩層的圖案錯開，其中一層執(zhí)行橫向檢測，另一層執(zhí)行縱向檢測。因此當手指或其他導電的觸碰物接近或接觸到圖案時，產(chǎn)生電容值變化，感測器因此得知觸碰的位置。電容式感測器的優(yōu)點是反應靈敏；缺點是成本高且不可使用電絕緣的觸碰物操作。紅外線式感測器是使用多個紅外線發(fā)光二極管，連結成一長條直線，布滿感測區(qū)域的底邊和一側邊，其中側邊代表縱向，底邊代表橫向。感測區(qū)域的上緣和另一側邊，則是布滿與發(fā)光二極管相同間距與數(shù)量的紅外線接收器。發(fā)光二極管與接收器一對一配對，由第一組依序開啟，且每次只開啟一組，紅外線的強度愈高，接收器的輸出就愈高。感測區(qū)域內的手指或其他觸碰物遮斷紅外線，因此由紅外線接收器的信號高低，得以判讀觸碰物的橫向與縱向的位置。紅外線式感測器的優(yōu)點是感測器位于感測區(qū)域的周圍，不與觸碰物接觸。缺點是成本高，且不適用于戶外等紅外線較高的環(huán)境。在本發(fā)明的其他實施例中，定位感測裝置300可作為獨立型電子樂器，不需要與電腦連結。本發(fā)明的定位感測裝置300，是以感測器306形成一感測區(qū)域318，以檢測手指、鼓棒等觸碰物的特性數(shù)據(jù)，通過控制電路310處理后，將該觸碰物的位置數(shù)據(jù)傳輸至主機302。主機302執(zhí)行預設的程序，依據(jù)該位置數(shù)據(jù)，播放相對應的樂器聲音，或啟動其他相對應的指令。主機302的功能是儲存預先錄制的樂器聲音與其他相關的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行預設的程序。因此一簡易型的主機板，與控制電路310電連接，即可完成本發(fā)明的定位感測裝置300的主機302的功能。圖10所示是本發(fā)明定位感測裝置300，作為獨立型電子樂器的示意圖，其中圖案層312可更換為另一圖案層338。除了基板304、可透光的橡膠墊316、感測區(qū)域318、框架314,另外包含兩個揚聲器337,以及一主機板350 (未顯不)。圖案層338包含多個代表按鍵的圖案340與代表功能鍵的圖案339。圖案層338將感測區(qū)域318分隔為多個與原圖案340與339的大小與位置相同的獨立區(qū)塊，因此當手指或其他觸碰物按壓任一圖案340或339，主機板350執(zhí)行預設的程序，通過揚聲器337播放相對應的樂器聲音，或啟動其他相對應的指令。請參考圖11，圖11所示的是為本發(fā)明定位感測裝置300，作為獨立型電子樂器的系統(tǒng)方塊圖，包含控制電路310與主機板350?？刂齐娐?10包含一中央處理器341、一動態(tài)存儲器342、一只讀存儲器344、一模數(shù)轉換器346、一通用串行總線介面348。中央處理器341是用于提供驅動信號至感測器306，并處理感測器306檢測到的特性數(shù)據(jù)，來產(chǎn)生一相對應的位置數(shù)據(jù)；模數(shù)轉換器346是用于將感測器306的模擬輸出信號轉換成中央處理器341可執(zhí)行的數(shù)字信號；只讀存儲器344是用于儲存演算軟件數(shù)據(jù)；動態(tài)存儲器342是用于暫時儲存正在執(zhí)行中的相關數(shù)據(jù)；通用串行總線介面348是用于將中央處理器341處理完成的該位置數(shù)據(jù)傳輸至主機302 ;外接開關326視需要提供控制信號至中央處理器341。主機板350包含一數(shù)字處理器352、一快閃存儲器354、一小型顯示器356以及一數(shù)模轉換器358。數(shù)字處理器352從中央處理器341接收該位置數(shù)據(jù)并依據(jù)該位置數(shù)據(jù)來啟動至少一相對應的指令，例如播放預先儲存于快閃存儲器354的聲音數(shù)據(jù)；快閃存儲器354是用于儲存預設的聲音數(shù)據(jù)、程序與其他相關的數(shù)據(jù)；小型顯示器356可以是一發(fā)光二極管顯示器或小型液晶顯示器，用來選擇或顯示程序的編號；數(shù)模轉換器358是用于將數(shù)字信號轉換成模擬信號，以驅動揚聲器337等輸出裝置。在本實施例中，定位感測裝置300借由主機板350，成為一獨立型電子樂器，不需要與外部主機連結。此外，也可以選擇關閉主機板350，讓定位感測裝置300與外部主機連結，成為一與電腦連結的電子樂器。請參考圖12，所示為本發(fā)明的定位感測裝置300的另一實施例，一個外掛式觸控面板。本發(fā)明的定位感測裝置300，可以作為電子樂器，也可以轉換成為外掛式觸控面板，而 且兩者之間互相轉換的程序很簡單。如前所述，本發(fā)明的定位感測裝置的基板可為不透光的金屬板、塑膠板，也可以是透明的壓克力板，或是高強度的玻璃板。本發(fā)明的定位感測裝置300的圖案層312可更換，很容易就可以將整個實體圖案層312與其上方的橡膠墊316取下來。因此本發(fā)明的定位感測裝置可使用透明基板，并可借由將圖案層312移除，來作為一外掛式觸控面板，放置于與主機331連結的顯不器333的前方。主機331可為臺式電腦、筆記本電腦或服務器。顯示器333是一臺式顯示器，以平面型液晶顯示器最普遍，有一顯示區(qū)域334。顯示器333通過一連接線332與主機331連接；連接線332以視頻圖像陣列線纜(VGA cable)最常用。本發(fā)明的定位感測裝置300包含一基板304、一感測區(qū)域318、一框架314與兩個支柱315，并借由連接線324與主機331連接。其中基板304是為一透明基板，例如透明的壓克力板或高強度的玻璃板，放置于顯示器333的前方。兩個支柱315與框架314連結，放置于顯示器333的上緣，支撐整個裝置300的重量。支柱315上可制作塑膠螺絲或其他調整機構，以調整感測區(qū)域318相對于顯示區(qū)域334的高度。連接線324以通用串行總線(USB cable)最普遍，其中包含電源線與信號線；可由主機331提供5V電源至定位感測裝置300。感測區(qū)域318位于基板304的前方，且感測區(qū)域318的范圍大于顯示器333的顯示區(qū)域334。首先需要執(zhí)行校正與轉換程序，才能將感測區(qū)域318與顯示區(qū)域334作精準的結合。校正與轉換的方法與圖8所示相同，顯示器333的顯示區(qū)域334相當于理想的感測區(qū)域323。校正程序是找出實際的感測區(qū)域318與顯示區(qū)域334的原點橫向位移dX，縱向位移dY，與座標軸的旋轉角度A。4個校正點335由主機331產(chǎn)生，該4點形成的長方形與顯示區(qū)域334平行且中心點相同。依據(jù)工業(yè)界常用的4點校正方法，首先以手指或其他適用的觸碰物，依序放置在4個校正點335上，本發(fā)明的定位感測裝置300分別讀取到4個相對應的座標值，并以工業(yè)界公知的運算方法，計算出三個參數(shù)dX、dY、A的值。因此實際的感測區(qū)域318的任一座標位置(x，y)，得以順利轉換成顯示區(qū)域334，以左上角為原點的相對應的座標位置(X，Y)。然后依照預先輸入的轉換系數(shù)，將座標位置(X，Y)轉換成顯示器的橫向與縱向像素。以對角線22英時，長寬比16 9的顯示器為例，其長度與寬度分別為480mm與270mm。若顯示器的顯示區(qū)域為1366*768像素，則轉換系數(shù)為2. 85像素/mm(1366像素 /480_，或 768 像素 /270mm)。因此主機331依據(jù)預設的程序，產(chǎn)生于顯示區(qū)域334的電子圖案，通過透明基板304，清楚顯現(xiàn)。主機依據(jù)預設的程序，產(chǎn)生數(shù)個獨立的電子圖案于顯示器上，該些獨立的電子圖案的形狀、大小、位置，與每個圖案代表的意義，已預先輸入至主機。該些電子圖案，通過透明基板，將基板上方的感測區(qū)域分隔為數(shù)個與原圖案的大小與位置相同的獨立區(qū)塊；當手指或其他觸碰物接觸到該些獨立的區(qū)塊時，主機依據(jù)預設的程序，啟動相對應的指令。本發(fā)明的定位感測裝置300，因此成為一外掛于顯示器333前方的觸控面板。綜上所述，本發(fā)明的定位感測裝置300，使用一透明基板，圖案層312是以印刷等方式制作的實體圖案，可以平放于桌上，作為電子樂器應用。并且借由拆除實體圖案層312，本發(fā)明的定位感測裝置300，也可以放置于顯示器333的前方，以顯示器333上面的電子圖案為圖案層312，作為外掛式觸控面板應用。本發(fā)明的定位感測裝置300，作為外掛式觸控面板應用，可另包含一外接開關 326，可以使用手或腳操作，其目的是提供一觸碰以外的控制信號來源。本發(fā)明的定位感測裝置300的感測區(qū)域318位于基板304的前方，因此手指或其他觸碰物尚未完全接觸到基板304時，觸碰物的位置數(shù)據(jù)，就已經(jīng)借由控制器310，傳送至主機331，以執(zhí)行相對應的指令。此種感測方式很靈敏，對于電子打擊樂器的應用很好，但是對于一些需要精細對位的操作，反而是一項缺失。沒有輔助工具的情況下，一般人以手觸碰或繪制細小的圖案，誤差較大，因此要觸碰或繪制細小的圖案，最好是以手指觸碰到基板后，再微調位置。因此外接開關326可設定為觸碰確認開關，使得控制器310同時接收到觸碰物的位置數(shù)據(jù)與外接開關326的信號后，才會傳送位置數(shù)據(jù)至主機331，以執(zhí)行相對應的指令。因此使用者可以在基板304上面仔細調整手指觸碰的位置，直到滿意后才啟動外接開關326。上述的實施例僅作為本發(fā)明的舉例說明，而不是本發(fā)明的限制條件。本發(fā)明定位感測裝置的圖案層可更換，因此可以變換圖案層以代表不同的電子樂器。依此類推，圖案層也可以變更為樂器以外的應用，例如游戲。圖13是本發(fā)明定位感測裝置300，作為游戲應用的一示意圖，包含一基板304、一圖案層327、一可透光的橡膠墊316、一感測區(qū)域318、一框架314以及一連接線324。圖案層327包含兩個代表球門的圖案328、329 ;橡膠墊316放置于圖案層327的上面。一個實際的球體330在橡膠墊316上面滾動，因此球體330相對于圖案328、329的位置，定位感測裝置300都可以檢測得到，并將該位置數(shù)據(jù)，通過連接線324，傳輸至主機302。主機302依據(jù)預設的程序，計算球體330移動的軌跡并計分，例如球體330穿越代表左側球門的圖案328，就計右側的玩家得分。因此本發(fā)明定位感測裝置300成為一游戲平臺，而且很容易借由變更圖案層327與主機302的執(zhí)行程序，就可以變更游戲的類型。與電子樂器的應用相同原理，本發(fā)明定位感測裝置300作為游戲應用，可以另包含一主機板350，用以儲存數(shù)據(jù)與執(zhí)行程序，使得感測裝置300成為一獨立型游戲機，不需要與外部主機連結。綜上所述，本發(fā)明的定位感測裝置作為電子樂器的應用，解決了傳統(tǒng)電子樂器變更設計困難、反應不靈敏、噪音過大、使用壽命不長與可靠度不佳等問題；也解決了臺式觸控顯示器當作一電子樂器所產(chǎn)生的許多缺點，例如使用者容易手酸、屏幕會搖晃、不方便攜帶、不可作為打擊樂器、使用壽命不長與可靠度不佳等問題。此外，本發(fā)明的定位感測裝置具有多種功能，除了作為各種不同的電子樂器，也可以作為外掛式觸控面板與游戲平臺，故本發(fā)明實具有可專利性。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明權利要求所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種定位感測裝置，包含 多個感測器，形成一感測區(qū)域，用于檢測一觸碰物的一特性數(shù)據(jù)； 一實體圖案層，與該感測區(qū)域結合在一起，用于將該感測區(qū)域分隔為多個獨立區(qū)塊；以及 一控制電路，與該些感測器電連接，用于處理該些感測器檢測到的該特性數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生該觸碰物相對于該些獨立區(qū)塊的一位置數(shù)據(jù)，并將該位置數(shù)據(jù)傳輸至一主機； 其中該主機是依據(jù)該位置數(shù)據(jù)來啟動至少一相對應的指令。
2.如權利要求I所述的定位感測裝置，其特征在于，該些感測器包含光學圖像式感測 器、電阻式感測器、電容式感測器或紅外線式感測器。
3.如權利要求I所述的定位感測裝置，其特征在于，該實體圖案層是以印刷、雕刻或成型方式構成。
4.如權利要求I所述的定位感測裝置，其特征在于，該實體圖案層是可更換。
5.如權利要求I所述的定位感測裝置，其特征在于，該些獨立區(qū)塊與該圖案層其中的圖案的大小與位置相同。
6.如權利要求I所述的定位感測裝置，其特征在于，另包含一基板，設置于該感測區(qū)域的下方。
7.如權利要求6所述的定位感測裝置，其特征在于，另包含一框架，設置于該感測區(qū)域外圍；其中該些感測器設置于該框架上。
8.如權利要求7所述的定位感測裝置，其特征在于，另包含一緩沖層，設置于該框架與該基板之間，用于減緩振動以保護該些感測器。
9.如權利要求I所述的定位感測裝置，其特征在于，另包含一可透光的橡膠墊，設置于該實體圖案層上。
10.如權利要求I所述的定位感測裝置，其特征在于，另包含 至少一外接開關，用于輸入至少一信號至該控制電路； 其中該主機是依據(jù)該信號啟動另一相對應的指令。
11.如權利要求I所述的定位感測裝置，其特征在于，該相對應的指令包含播放預先儲存的聲音數(shù)據(jù)，使得該裝置成為一電子樂器。
12.如權利要求I所述的定位感測裝置，其特征在于，該相對應的指令包含執(zhí)行預先設定的計分方式，使得該裝置成為一游戲平臺。
13.一種定位感測裝置，包含 多個感測器，形成一感測區(qū)域，用于檢測一觸碰物的一特性數(shù)據(jù)； 一實體圖案層，與該感測區(qū)域結合在一起，用于將該感測區(qū)域分隔為多個獨立區(qū)塊；以及 一控制電路，與該些感測器電連接，用于處理該些感測器檢測到的該特性數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生該觸碰物相對于該些獨立區(qū)塊的一位置數(shù)據(jù)； 以及 一處理器，耦接于該控制電路，用于接收該位置數(shù)據(jù)并依據(jù)該位置數(shù)據(jù)來啟動至少一相對應的指令。
14.如權利要求13所述的定位感測裝置，其特征在于，該實體圖案層是可更換。
15.如權利要求13所述的定位感測裝置，其特征在于，另包含一基板，設置于該感測區(qū)域的下方。
16.如權利要求15所述的定位感測裝置，其特征在于，另包含一框架，設置于該感測區(qū)域外圍；其中該些感測器設置于該框架上。
17.如權利要求16所述的定位感測裝置，其特征在于，另包含一緩沖層，設置于該框架與該基板之間，用于減緩振動以保護該些感測器。
18.如權利要求13述的定位感測裝置，其特征在于，另包含 至少一外接開關，用于輸入至少一信號至該控制電路； 其中該處理器是依據(jù)該信號啟動另一相對應的指令。
19.如權利要求13所述的定位感測裝置，其特征在于，另包含一可透光的橡膠墊，設置 于該實體圖案層上。
20.如權利要求13所述的定位感測裝置，其特征在于，該相對應的指令包含播放預先儲存的聲音數(shù)據(jù)，使得該裝置成為一獨立型電子樂器。
21.如權利要求13所述的定位感測裝置，其特征在于，該相對應的指令包含執(zhí)行預先設定的計分方式，使得該裝置成為一獨立型游戲機臺。
22.—種定位感測裝置，包含 多個感測器，形成一感測區(qū)域，用于檢測一觸碰物的一特性數(shù)據(jù)； 一圖案層，與該感測區(qū)域結合在一起，用于將該感測區(qū)域分隔為多個獨立區(qū)塊；以及一控制電路，與該些感測器電連接，用于處理該些感測器檢測到的該特性數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生該觸碰物相對于該些獨立區(qū)塊的一位置數(shù)據(jù)，并將該位置數(shù)據(jù)傳輸至一主機； 該主機是依據(jù)該位置數(shù)據(jù)來啟動至少一相對應的指令； 其中該圖案層是在一實體圖案與一電子圖案之間轉換選用。
23.如權利要求22所述的定位感測裝置，其特征在于，另包含一透明基板，設置于該感測區(qū)域的下方。
24.如權利要求22所述的定位感測裝置，其特征在于，該電子圖案是由與該主機連接的一顯示器產(chǎn)生，且該感測區(qū)域的范圍大于該顯示器的顯示區(qū)域。
25.如權利要求24所述的定位感測裝置，其特征在于，該感測區(qū)域設置于該顯示器的顯示區(qū)域的前方，使得該定位感測裝置成為外掛于該顯示器的一觸控面板。
26.一種定位感測裝置，包含 多個感測器，形成一感測區(qū)域，用于檢測一觸碰物的一特性數(shù)據(jù)； 一控制電路，與該些感測器電連接，用于處理該些感測器檢測到的該特性數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生該觸碰物相對于該感測區(qū)域的一位置數(shù)據(jù)，并將該位置數(shù)據(jù)傳輸至一主機；以及至少一外接開關，用于輸入至少一信號至該控制電路； 其中該主機是依據(jù)該位置數(shù)據(jù)來啟動至少一相對應的指令。
27.如權利要求26所述的定位感測裝置，其特征在于，該控制電路接收到該外接開關的信號后，才傳輸該位置數(shù)據(jù)至該主機。
28.如權利要求27所述的定位感測裝置，其特征在于，是為外掛于與該主機連結的一顯示器前方的一觸控面板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多功能定位感測裝置，包含多個感測器，形成一感測區(qū)域，用于檢測觸碰物的一特性數(shù)據(jù)；一實體圖案層，與該感測區(qū)域結合在一起，用于將該感測區(qū)域分隔為多個獨立區(qū)塊；以及一控制電路，用于處理該些感測器檢測到的該特性數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生該觸碰物相對于該些獨立區(qū)塊之一位置數(shù)據(jù)，并將該位置數(shù)據(jù)傳輸至一主機；其中該主機是依據(jù)該位置數(shù)據(jù)來啟動至少一相對應的指令。本發(fā)明的實體圖案層可依據(jù)不同的使用目的作更換，使得本發(fā)明的定位感測裝置成為一電子打擊樂器、電子鍵盤樂器、外掛式于桌上型顯示器的觸控面板或游戲平臺。
文檔編號G06F3/041GK102736766SQ20111012268
公開日2012年10月17日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權日2011年4月1日
發(fā)明者蔡聰明 申請人:誠佑科技股份有限公司