專利名稱：物件感測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種物件感測裝置，特別是涉及一種利用特征圖案決定物件的目標距離的物件感測裝置。
背景技術：
由于目前的消費性電子產品都是以輕、薄、短、小為設計的方向，因此，產品上已無空間容納如鼠標、鍵盤、觸控筆等傳統(tǒng)輸入工具。隨著觸控裝置技術的進步，在各種消費性電子產品中，例如顯示器、一體機(All in One)、行動電話、個人數字助理(Personal Digital Assistant,PDA)等產品已廣泛地使用觸控裝置作為其數據輸入的工具。此外，在觸控裝置日趨成熟之下，擁有大尺寸與多點觸控技術的電子裝置將成為未來的主流。目前， 光學式觸控裝置相較其它方式，如電阻式、電容式、超音波式或投影影像式等，有更低成本與更易達成的優(yōu)勢。一般而言，現有的光學式觸控裝置利用光學的方式感測物件(例如手指或觸控筆)所指示的位置。當影像感測單元于指示平面內感測到物件，再通過定位算法(例如，三角定位測量)計算出物件所指示的位置。然而，如果使用者于觸控屏幕上同時指示兩個或兩個以上的位置時，由于缺少距離信息，現有的光學式觸控裝置可能發(fā)生誤判的情形。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是為了彌補現有技術的不足，提供一種物件感測裝置，其利用光學組件投射在物件上的特征圖案而決定物件的目標距離。本發(fā)明的物件感測裝置采用以下技術方案所述物件感測裝置包括指示平面、第一發(fā)光單元、光學組件、第一影像感測單元以及控制單元。指示平面用以供物件指示目標位置。目標位置包括介于物件與第一影像感測單元間的目標距離。第一發(fā)光單元設置于指示平面的周圍。光學組件設置于第一發(fā)光單元的前方。第一發(fā)光單元發(fā)出的光線通過光學組件投射出特征圖案在物件上。第一影像感測單元設置于指示平面的周圍且鄰近第一發(fā)光單元，用以在第一發(fā)光單元發(fā)光期間感測關于物件的第一影像。第一影像具有特征圖案?？刂茊卧娺B接于第一影像感測單元以及第一發(fā)光單元，用以根據第一影像中的特征圖案決定目標距離。根據上述技術方案，本發(fā)明的物件感測裝置至少具有下列優(yōu)點及有益效果本發(fā)明的物件感測裝置利用光線經由光學組件投射出特征圖案在物件上，在第一影像感測單元感測到具有特征圖案的第一影像后，控制單元就可以根據第一影像中的特征圖案決定物件的目標距離。


圖1是本發(fā)明第一實施例的物件感測裝置的示意圖。圖2是圖1中的光學組件與第一發(fā)光單元的立體示意圖。
圖3是第一影像感測單元所擷取的第一影像的示意圖。圖4是本發(fā)明第二實施例的物件感測裝置的示意圖。圖5(a)是圖4中的光學組件與第一發(fā)光單元的立體示意圖。圖5(b)是第一影像感測單元所擷取的第一影像的示意圖。圖6(a)是本發(fā)明第三實施例的物件感測裝置的示意圖。圖6(b)是第一影像感測單元所擷取的第一影像的示意圖。圖6(c)是第一影像感測單元所擷取的第二影像的示意圖。圖7(a)是本發(fā)明第四實施例的物件感測裝置的示意圖。圖7(b)是第一影像感測單元以及濾光構件的立體示意圖。圖7(c)是第一影像感測單元所擷取的第一影像的示意圖。圖8(a)是本發(fā)明第五實施例的物件感測裝置的示意圖。圖8(b)是第一影像感測單元所擷取的第一影像的示意圖。圖8(c)是第二影像感測單元所擷取的第二影像的示意圖。其中，附圖標記說明如下
1、3、5、7、物件感測裝置10指示平面 9
12a第一發(fā)光單元12b第二發(fā)光單元
14、14'光學組件16a第一影像感測單元
16b第二影像感測單元 18控制單元
20內存單元22物件
70濾光構件70a第一濾光區(qū)
70b第二濾光區(qū)140、160 特征圖案
200對照表A目標角度
D目標距離I、II、12、影像
110、 112
P目標位置S側邊
具體實施例方式請參考圖1，圖1是本發(fā)明第一實施例的物件感測裝置1的示意圖。如圖1所示， 物件感測裝置1包括指示平面10、第一發(fā)光單元12a、光學組件14、第一影像感測單元16a、 控制單元18以及內存單元20。指示平面10用以供物件22 (例如，手指或觸控筆)指示目標位置P。目標位置P包括介于物件22與第一影像感測單元16a間的目標距離D以及介于物件22與指示平面10的側邊S間的目標角度A。第一發(fā)光單元1 與第一影像感測單元16a都設置于指示平面10的周圍，且第一影像感測單元16a鄰近第一發(fā)光單元12a。于此實施例中，第一發(fā)光單元1 與第一影像感測單元16a可設置于指示平面10的角落。控制單元18電連接于第一影像感測單元16a、第一發(fā)光單元12a以及內存單元20。于實際應用時，第一發(fā)光單元1 可以是發(fā)光二極管。需說明的是，第一發(fā)光單元12a的數量可根據實際應用而決定，不以圖1所繪示的為限。第一影像感測單元16a 可以是電荷耦合組件(Charge-coupled Device, CCD)傳感器或互補式金屬氧化半導體 (Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)傳感器?？刂茊卧?I8 可以是具有數據運算/處理功能的控制器。內存單元20可以是閃存或其它非揮發(fā)性內存。一般而言，物件感測裝置1中還會設有運作時必要的軟硬件組件，如顯示面板、中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)、電源供應器、操作系統(tǒng)等，視實際應用而定。 上述組件的功能為具有通常知識者可輕易達成并加以運用，在此不再詳加贅述。如圖1所示，內存單元20存儲對照表200。如下表1所示，對照表200可紀錄多個距離Yl 以及多個特征圖案的密集度Xl &!，其中每一個距離Yl 分別對應特征圖案的密集度Xl )(11的其中之一。表 1
對照表200
特征圖案之密集度距離
Xl“Yl
X2Y2
X3Y3
XnYn請參考圖2，圖2是圖1中的光學組件14與第一發(fā)光單元12a的立體示意圖。光學組件14設置于第一發(fā)光單元12a的前方。于實際應用時，光學組件14可以是光柵、繞射組件、微投影組件或其組合，以使第一發(fā)光單元1 發(fā)出的光線通過光學組件14投射出特征圖案140。于此實施例中，特征圖案140可以是條紋狀圖案、點狀圖案、弧形圖案、多邊形圖案或其組合，視實際應用而定。圖2所繪示的特征圖案140是以條紋狀圖案為例。于使用物件感測裝置1時，控制單元18先控制第一發(fā)光單元1 發(fā)光。此時，第一發(fā)光單元1 發(fā)出的光線通過光學組件14投射出特征圖案140，如圖2所示。當使用者利用物件22 (例如，手指或觸控筆)于指示平面10上指示目標位置P時，第一發(fā)光單元12a 發(fā)出的光線通過光學組件14投射出特征圖案140在物件22上。請參考圖3，圖3是第一影像感測單元16a所擷取的第一影像Il的示意圖。如圖3所示，控制單元18控制第一影像感測單元16a于第一發(fā)光單元1 發(fā)光期間感測關于物件22的第一影像II，其中此第一影像Il具有特征圖案160。接著，控制單元18再根據第一影像Il中的特征圖案160的密集度以及對照表200決定物件22的目標距離D。舉例而言，如果第一影像Il中的特征圖案160的密集度是Xl，則物件22的目標距離D就是Yl。需說明的是，如果第一影像11中的特征圖案160的密集度介于Xi與Xi+Ι之間，則控制單元18可利用內插法計算出物件22的
目標距離D。如圖3所示，假設第一影像感測單元16a是由一千個像素所組成的線性影像傳感器，物件22的影像I落在其中的一百個像素上，而投射在物件22的特征圖案140所成影像 I包括六個條紋。如果此六個條紋落在一百個像素中的三十個像素上，則此第一影像Ii中的特征圖案160的密集度為30%。根據上述計算規(guī)則，本發(fā)明可事先利用物件22在指示平面10上指示多個特定的已知距離的位置，并且計算對應的特征圖案的密集度。如此，就可以預先建立如上表1所示的對照表200。此外，控制單元18也可以根據第一影像感測單元16a所擷取的第一影像以及定位算法決定目標角度A。需注意的是，定位算法(例如，三角定位測量)為具有通常知識者可輕易了解并加以運用，在此不再詳加贅述。最后，控制單元18就可以根據目標距離D以及目標角度A決定物件22所指示的目標位置P。請參考圖4以及圖5，圖4是本發(fā)明第二實施例的物件感測裝置3的示意圖，圖 5(a)是圖4中的光學組件14'與第一發(fā)光單元12a的立體示意圖，而圖5(b)是第一影像感測單元16a所擷取的第一影像Il的示意圖。如圖2以及圖5(a)所示，第二實施例的物件感測裝置3與第一實施例的物件感測裝置1主要不同之處在于，僅有部分第一發(fā)光單元 1 所發(fā)出的光線通過光學組件14'投射出。如圖5(a)所示，第一發(fā)光單元1 發(fā)出的光線包括第一部分光線Ll以及第二部分光線L2，第一部分光線Ll通過光學組件14'投射出特征圖案140，而第二部分光線L2直接投射出。當使用者利用物件22 (例如，手指或觸控筆)于指示平面10上指示目標位置P時，第一部分光線Ll經由光學組件14'投射出特征圖案140在物件22上，而第二部分光線L2直接投射在物件22上。如圖5(b)所示，第一影像感測單元16a透過第一部分光線Ll感測第一子影像 110，并且透過第二部分光線L2感測關于物件22的第二子影像112。第一子影像IlO與第二子影像112組成第一影像II，而第一子影像IlO具有特征圖案160。控制單元18可根據第一子影像IlO中的特征圖案160的密集度以及對照表200決定目標距離D，并且根據第二子影像112以及現有定位算法決定目標角度A。接著，控制單元18就可以根據目標距離 D以及目標角度A決定物件22所指示的目標位置P。此外，需說明的是，圖4與圖1中具有相同標號者，其作用原理大致相同，于此不再贅述。請參考圖6，圖6(a)是本發(fā)明第三實施例的物件感測裝置5的示意圖，圖6 (b)是第一影像感測單元16a所擷取的第一影像Il的示意圖，而圖6(c)是第一影像感測單元16a 所擷取的第二影像12的示意圖。如圖1以及圖6(a)所示，第三實施例的物件感測裝置5 與第一實施例的物件感測裝置1主要不同之處在于，物件感測裝置5還包括第二發(fā)光單元 12b。第二發(fā)光單元12b設置于指示平面10的周圍且鄰近第一影像感測單元16a。于使用物件感測裝置5時，控制單元18會先控制第一發(fā)光單元1 與第二發(fā)光單元12b相繼發(fā)光。當使用者利用物件22 (例如，手指或觸控筆)于指示平面10上指示目標位置P時，第一影像感測單元16a在第一發(fā)光單元1 發(fā)光期間感測到具有特征圖案160 的第一影像Il (如圖6 (b)所示)，并且第一影像感測單元16a在第二發(fā)光單元12b發(fā)光期間感測關于物件22的第二影像12 (如圖6(c)所示)?？刂茊卧?8可根據第一影像Il中的特征圖案160的密集度以及對照表200決定目標距離D，并且根據第二影像12以及現有定位算法決定目標角度A。接著，控制單元18就可以根據目標距離D以及目標角度A決定物件22所指示的目標位置P。此外，需說明的是，圖6(a)與圖1中具有相同標號者，其作用原理大致相同，于此不再贅述。請參考圖7，圖7(a)是本發(fā)明第四實施例的物件感測裝置7的示意圖，圖7 (b)是第一影像感測單元16a以及濾光構件70的立體示意圖，而圖7(c)是第一影像感測單元16a 所擷取的第一影像Il的示意圖。如圖6(a)以及圖7(a)所示，第四實施例的物件感測裝置 7與第三實施例的物件感測裝置5主要不同之處在于物件感測裝置7還包括濾光構件70。 于使用物件感測裝置7時，控制單元18會控制第一發(fā)光單元12a以及第二發(fā)光單元12b同時發(fā)光。如圖7(b)所示，濾光構件70設置于第一影像感測單元16a的前方，而濾光構件 70具有第一濾光區(qū)70a以及第二濾光區(qū)70b。第一發(fā)光單元12a的光線波長與第二發(fā)光單元12b的光線波長相異。當第一發(fā)光單元12a與第二發(fā)光單元12b同時發(fā)光，第一濾光區(qū) 70a可將第二發(fā)光單元12b的光線過濾而僅讓第一發(fā)光單元12a的光線通過；且第二濾光區(qū)70b可將第一發(fā)光單元12a的光線過濾而僅讓第二發(fā)光單元12b的光線通過。當使用者利用物件22 (例如，手指或觸控筆)于指示平面10上指示目標位置P時， 第一影像感測單元16a透過第一濾光區(qū)70a感測第一子影像110，并且透過第二濾光區(qū)70b 感測關于物件22的第二子影像112，如圖7 (c)所示。第一子影像IlO與第二子影像112組成第一影像II，而第一子影像IlO具有特征圖案160?？刂茊卧?8可根據第一子影像IlO 中的特征圖案160的密集度以及對照表200決定目標距離D，并且根據第二子影像112以及現有定位算法決定目標角度A。接著，控制單元18就可以根據目標距離D以及目標角度 A決定物件22所指示的目標位置P。此外，需說明的是，圖7(a)與圖6(a)中具有相同標號者，其作用原理大致相同，于此不再贅述。請參考圖8，圖8(a)是本發(fā)明第五實施例的物件感測裝置9的示意圖，圖8 (b)是第一影像感測單元16a所擷取的第一影像Il的示意圖，而圖8(c)是第二影像感測單元16b 所擷取的第二影像12的示意圖。如圖6(a)以及圖8(a)所示，第五實施例的物件感測裝置 9與第三實施例的物件感測裝置5主要不同之處在于，物件感測裝置9還包括第二影像感測單元16b。于使用物件感測裝置9時，控制單元18可控制第一發(fā)光單元12a以及第二發(fā)光單元12b同時發(fā)光或相繼發(fā)光。第二影像感測單元16b設置于指示平面10的周圍且鄰近第一影像感測單元16a。第一發(fā)光單元12a的光線波長與第二發(fā)光單元12b的光線波長相
已當使用者利用物件22 (例如，手指或觸控筆)于指示平面10上指示目標位置P時， 第一影像感測單元16a在第一發(fā)光單元1 發(fā)光期間感測到具有特征圖案160的第一影像 Il (如圖8 (b)所示)，并且第二影像感測單元16b在第二發(fā)光單元12b發(fā)光期間感測關于物件22的第二影像12 (如圖8(c)所示)?？刂茊卧?8可根據第一影像Il中的特征圖案 160的密集度以及對照表200決定目標距離D，并且根據第二影像12以及現有定位算法決定目標角度A。接著，控制單元18就可以根據目標距離D以及目標角度A決定物件22所指示的目標位置P。此外，需說明的是，圖8(a)與圖6(a)中具有相同標號者，其作用原理大致相同，于此不再贅述。根據上述技術方案，本發(fā)明的物件感測裝置至少具有下列優(yōu)點及有益效果本發(fā)明的物件感測裝置利用光線通過光學組件投射出特征圖案在物件上，在第一影像感測單元感測到具有特征圖案的第一影像后，控制單元就可以根據第一影像中的特征圖案決定物件的目標距離。此外，本發(fā)明可利用現有定位算法計算物件的目標角度，從而根據目標距離與目標角度決定物件于指示平面上所指示的目標位置。 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
1.一種物件感測裝置，其特征在于，所述物件感測裝置包括指示平面，用以供物件指示目標位置；第一發(fā)光單元，設置于所述指示平面的周圍；光學組件，設置于所述第一發(fā)光單元的前方，所述第一發(fā)光單元發(fā)出的光線通過所述光學組件投射出特征圖案在所述物件上；第一影像感測單元，設置于所述指示平面的周圍且鄰近所述第一發(fā)光單元，用以在所述第一發(fā)光單元發(fā)光期間感測關于所述物件的第一影像，所述第一影像具有所述特征圖案，所述目標位置包括介于所述物件與所述第一影像感測單元間的目標距離；以及控制單元，電連接于所述第一影像感測單元以及所述第一發(fā)光單元，用以根據所述第一影像中的所述特征圖案決定所述目標距離。
2.如權利要求1所述的物件感測裝置，其特征在于，所述物件感測裝置還包括內存單元，電連接于所述控制單元，用以存儲對照表，所述對照表紀錄多個距離以及多個特征圖案的密集度，每一個所述距離分別對應所述特征圖案的密集度的其中之一，所述控制單元根據所述第一影像中的所述特征圖案的密集度以及所述對照表決定所述目標距離。
3.如權利要求1所述的物件感測裝置，其特征在于，所述目標位置還包括介于所述物件與所述指示平面的側邊間的目標角度，所述控制單元根據所述目標距離以及所述目標角度決定所述目標位置。
4.如權利要求3所述的物件感測裝置，其特征在于，所述控制單元根據所述第一影像以及定位算法決定所述目標角度。
5.如權利要求3所述的物件感測裝置，其特征在于，所述第一發(fā)光單元發(fā)出的光線包括第一部分光線以及第二部分光線，所述第一部分光線通過所述光學組件投射出所述特征圖案在所述物件上，所述第二部分光線直接投射在所述物件上，所述第一影像感測單元透過所述第一部分光線感測第一子影像，并且透過所述第二部分光線感測關于所述物件的第二子影像，所述第一子影像與所述第二子影像組成所述第一影像，所述第一子影像具有所述特征圖案，所述控制單元根據所述第一子影像中的所述特征圖案決定所述目標距離，并且根據所述第二子影像以及定位算法決定所述目標角度。
6.如權利要求3所述的物件感測裝置，其特征在于，所述物件感測裝置還包括第二發(fā)光單元，設置于所述指示平面的周圍且鄰近所述第一影像感測單元，所述第一發(fā)光單元與所述第二發(fā)光單元相繼發(fā)光，所述第一影像感測單元在所述第二發(fā)光單元發(fā)光期間感測關于所述物件的第二影像，所述控制單元根據所述第二影像以及定位算法決定所述目標角度。
7.如權利要求3所述的物件感測裝置，其特征在于，所述物件感測裝置還包括第二影像感測單元以及第二發(fā)光單元，所述第二影像感測單元設置于所述指示平面的周圍且鄰近所述第一影像感測單元，所述第二發(fā)光單元設置于所述指示平面的周圍且鄰近所述第二影像感測單元，所述第一發(fā)光單元的光線波長與所述第二發(fā)光單元的光線波長相異，所述第二影像感測單元在所述第二發(fā)光單元發(fā)光期間感測關于所述物件的第二影像，所述控制單元根據所述第二影像以及定位算法決定所述目標角度。
8.如權利要求3所述的物件感測裝置，其特征在于，所述物件感測裝置還包括第二發(fā)光單元以及濾光構件，所述第二發(fā)光單元設置于所述指示平面的周圍且鄰近所述第一影像感測單元，所述濾光構件設置于所述第一影像感測單元的前方，所述濾光構件具有第一濾光區(qū)以及第二濾光區(qū)，所述第一發(fā)光單元的光線波長與所述第二發(fā)光單元的光線波長相異，所述第一發(fā)光單元與所述第二發(fā)光單元同時發(fā)光，所述第一影像感測單元透過所述第一濾光區(qū)感測第一子影像，并且透過所述第二濾光區(qū)感測關于所述物件的第二子影像，所述第一子影像與所述第二子影像組成所述第一影像，所述第一子影像具有所述特征圖案， 所述控制單元根據所述第一子影像中的所述特征圖案決定所述目標距離，并且根據所述第二子影像以及定位算法決定所述目標角度。
9.如權利要求1所述的物件感測裝置，其特征在于，所述光學組件選自下列群組中的其中之一光柵、繞射組件以及微投影組件。
10.如權利要求1所述的物件感測裝置，其特征在于，所述特征圖案包括下列群組中的至少其中之一條紋狀圖案、點狀圖案、弧形圖案以及多邊形圖案。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種物件感測裝置，包括指示平面、第一發(fā)光單元、光學組件、第一影像感測單元以及控制單元。指示平面用以供物件指示目標位置。目標位置包括介于物件與第一影像感測單元間的目標距離。第一發(fā)光單元設置于指示平面的周圍。光學組件設置于第一發(fā)光單元的前方，第一發(fā)光單元發(fā)出的光線通過光學組件投射出特征圖案在物件上。第一影像感測單元設置鄰近第一發(fā)光單元，用以在第一發(fā)光單元發(fā)光期間感測關于物件的第一影像。第一影像具有特征圖案?？刂茊卧娺B接于第一影像感測單元以及第一發(fā)光單元，用以根據第一影像中的特征圖案決定目標距離。本發(fā)明還可利用定位算法計算物件的目標角度，從而根據目標距離與目標角度決定所述目標位置。
文檔編號G06F3/042GK102455827SQ20111033001
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權日2010年10月26日
發(fā)明者柳昀呈 申請人:昕興時樂股份有限公司