感測裝置與定位方法
【專利摘要】揭示了一種感測裝置與定位方法。感測裝置用以裝設(shè)于顯示模塊的周邊以檢測物體，其中顯示模塊具有用以顯示影像的顯示面。感測裝置包含第一音波收發(fā)器、第二音波收發(fā)器與控制模塊。第一與第二音波收發(fā)器分別設(shè)置以發(fā)射第一及第二音波并接收分別根據(jù)第一及第二音波產(chǎn)生的第一及一第二反射音波，其中第一及第二音波的頻率在50至70千赫茲之間?？刂颇K則設(shè)置以控制第一及第二音波收發(fā)器并根據(jù)第一及第二反射音波計(jì)算物體相對(duì)于顯示模塊的位置。
【專利說明】感測裝置與定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種感測裝置，特別是涉及使用音波進(jìn)行感測的感測裝置與定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著顯示與觸控技術(shù)的進(jìn)步，可提供電子系統(tǒng)與使用者之間的人性化界面已廣泛地應(yīng)用于各種領(lǐng)域。例如，移動(dòng)電話、顯示面板、教學(xué)系統(tǒng)等等。常見的一種觸控應(yīng)用為超音波觸控系統(tǒng)。超音波觸控系統(tǒng)是基于檢測物體產(chǎn)生的反射波與反射波的強(qiáng)度來檢測物體的位置與相應(yīng)指令。
[0003]現(xiàn)有的超音波觸控系統(tǒng)發(fā)展出數(shù)個(gè)感測種類。其中一種超音波觸控系統(tǒng)包含放置于待測物體周圍的一個(gè)超音波發(fā)射器與多個(gè)超音波感測器。超音波發(fā)射器產(chǎn)生聲波信號(hào)至前述的待測物體，而多個(gè)超音波感測器用以接收自待測物體反射的聲波信號(hào)，藉此計(jì)算而定位出待測物體的相對(duì)位置。然而，在此應(yīng)用中，需確保每一個(gè)超音波感測器需皆可接收到單一聲波的反射信號(hào)，故在超音波感測器配置位置上會(huì)具有較大的限制。此外，當(dāng)超音波感測器的數(shù)目過多時(shí)，會(huì)造成系統(tǒng)整體的計(jì)算量過大，造成后續(xù)的執(zhí)行時(shí)間延遲。
[0004]另一種超音波觸控系統(tǒng)則包含放置于待測物體周圍的多個(gè)超音波收發(fā)器。多個(gè)超音波收發(fā)器用以分別同時(shí)地產(chǎn)生一聲波信號(hào)，以在一預(yù)定距離內(nèi)監(jiān)測前述的待測物體。然而，在此系統(tǒng)中，必須在各個(gè)超音波收發(fā)器分別于前述的預(yù)定距離內(nèi)接收完待測物體所反射的各個(gè)聲波信號(hào)后，系統(tǒng)才可進(jìn)行后續(xù)的定位計(jì)算。造成系統(tǒng)對(duì)于待測物體的定位更新率不足，造成無法即時(shí)地對(duì)當(dāng)下的觸控操作進(jìn)行判斷。
[0005]因此，如何能在使用超音波聲波觸控時(shí)，可以有效地改善檢測更新率與有效率地計(jì)算待測物體的位置，是當(dāng)前重要研發(fā)課題之一，亦成為當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域亟需改進(jìn)的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述問題，本發(fā)明的第一實(shí)施例提供一種感測裝置。感測裝置裝設(shè)于顯示模塊的周邊以檢測物體，其中顯示模塊具有用于顯示影像的顯示面。感測裝置包含第一音波收發(fā)器、第二音波收發(fā)器與控制模塊。第一音波收發(fā)器設(shè)置以發(fā)射第一音波，第二音波收發(fā)器設(shè)置以發(fā)射第二音波。且第一音波收發(fā)器與第二音波收發(fā)器還設(shè)置以接收根據(jù)第一音波與第二音波所產(chǎn)生的第一反射音波與第二反射音波，其中第一及第二音波的頻率在50至70千赫茲之間?？刂颇K電性耦接第一及第二音波收發(fā)器，并設(shè)置以控制第一音波收發(fā)器與第二音波收發(fā)器，控制模塊還根據(jù)前述的第一反射音波與第二反射音波計(jì)算物體相對(duì)于顯示模塊的位置。將第一與第二音波的頻率設(shè)置于50至70千赫茲之間，可使第一音波收發(fā)器與第二音波收發(fā)器更準(zhǔn)確地接收到第一與第二反射音波。
[0007]根據(jù)本發(fā)明對(duì)第一實(shí)施例更進(jìn)一步的改良，其中第一音波在垂直顯示面的垂直方向具有垂直波束角。垂直波束角為15?40度。
[0008]根據(jù)本發(fā)明對(duì)第一實(shí)施例更進(jìn)一步的改良，其中第一音波在平行顯示面的水平方向具有水平波束角。水平波束角為80?100度。
[0009]根據(jù)本發(fā)明對(duì)第一實(shí)施例更進(jìn)一步的改良，其中控制模塊還設(shè)置以控制第一音波收發(fā)器發(fā)射第一音波，并根據(jù)第一音波收發(fā)器接收到第一反射音波與否而選擇控制第二音波收發(fā)器發(fā)射第二音波或者控制第一音波收發(fā)器再次發(fā)射第一音波，且第一音波與第二音波的傳播路徑至少有部分重迭。
[0010]根據(jù)本發(fā)明對(duì)第一實(shí)施例更進(jìn)一步的改良，其中控制模塊還設(shè)置以監(jiān)測第一反射音波的強(qiáng)度是否大于或等于一臨界值，且當(dāng)?shù)谝环瓷湟舨ǖ膹?qiáng)度大于或等于臨界值時(shí)，控制模塊中斷控制模塊對(duì)第一反射音波強(qiáng)度大小的監(jiān)測而根據(jù)第一反射音波大于或等于臨界值的時(shí)段及第一音波發(fā)射的時(shí)段計(jì)算物體相對(duì)于第一音波收發(fā)器的距離。
[0011]根據(jù)本發(fā)明對(duì)第一實(shí)施例更進(jìn)一步的改良，其中第一音波收發(fā)器具有一發(fā)射端。發(fā)射端設(shè)置以產(chǎn)生第一音波。第一音波收發(fā)器還具有吸音材料。吸音材料由發(fā)射端沿第一音波的傳遞方向延伸。
[0012]本發(fā)明的第二實(shí)施例提供一種感測裝置。感測裝置裝設(shè)于顯示模塊的周邊以檢測物體，其中顯示模塊具有用于顯示影像的顯示面。感測裝置包含第一音波收發(fā)器、第二音波收發(fā)器與控制模塊。第一音波收發(fā)器設(shè)置以發(fā)射第一音波，第二音波收發(fā)器設(shè)置以發(fā)射第二音波。且第一音波收發(fā)器與第二音波收發(fā)器還設(shè)置以接收根據(jù)第一音波與第二音波所產(chǎn)生的第一反射音波與第二反射音波其中第一音波在垂直顯示面的垂直方向具有垂直波束角，且垂直波束角為15?40度?？刂颇K電性耦接第一及第二音波收發(fā)器，并設(shè)置以控制第一音波收發(fā)器與第二音波收發(fā)器，控制模塊還根據(jù)前述的第一反射音波與第二反射音波計(jì)算物體相對(duì)于顯示模塊的位置。藉由設(shè)置前述的垂直波束角，本實(shí)施例中的感測裝置可具有更精確的感測距離，以避免誤判。
[0013]根據(jù)本發(fā)明對(duì)第二實(shí)施例更進(jìn)一步的改良，第一音波在平行顯示面的水平方向具有一水平波束角，水平波束角為80?100度。
[0014]根據(jù)本發(fā)明對(duì)第二實(shí)施例更進(jìn)一步的改良，控制模塊還設(shè)置以控制第一音波收發(fā)器發(fā)射第一音波，并根據(jù)第一音波收發(fā)器接收到第一反射音波與否而選擇控制第二音波收發(fā)器發(fā)射第二音波或者控制第一音波收發(fā)器再次發(fā)射第一音波，且第一音波與第二音波的傳播路徑至少有部分重迭。
[0015]根據(jù)本發(fā)明對(duì)第二實(shí)施例更進(jìn)一步的改良，其中控制模塊還設(shè)置以監(jiān)測第一反射音波的強(qiáng)度是否大于或等于一臨界值，且當(dāng)?shù)谝环瓷湟舨ǖ膹?qiáng)度大于或等于臨界值時(shí)，中斷控制模塊對(duì)第一反射音波強(qiáng)度大小的監(jiān)測而根據(jù)第一反射音波大于或等于臨界值的時(shí)段及第一音波發(fā)射的時(shí)段計(jì)算物體相對(duì)于第一音波收發(fā)器的距離。
[0016]根據(jù)本發(fā)明對(duì)第二實(shí)施例更進(jìn)一步的改良，其中第一音波收發(fā)器具有一發(fā)射端，設(shè)置以產(chǎn)生第一音波，第一音波收發(fā)器還具有一吸音材料，吸音材料由發(fā)射端沿第一音波的傳遞方向延伸。
[0017]本發(fā)明的第三實(shí)施例提供一種感測裝置。感測裝置裝設(shè)于顯示模塊的周邊以檢測物體，其中顯示模塊具有用于顯示影像的顯示面。感測裝置包含第一音波收發(fā)器、第二音波收發(fā)器與控制模塊。第一音波收發(fā)器設(shè)置以發(fā)射第一音波，第二音波收發(fā)器設(shè)置以發(fā)射第二音波。且第一音波收發(fā)器與第二音波收發(fā)器還設(shè)置以接收根據(jù)第一音波與第二音波所產(chǎn)生的第一反射音波與第二反射音波?？刂颇K電性耦接第一及第二音波收發(fā)器，設(shè)置以控制第一音波收發(fā)器與第二音波收發(fā)器，控制模塊還根據(jù)前述的第一反射音波與第二反射音波計(jì)算物體相對(duì)于顯示模塊的位置。且控制模塊還設(shè)置以控制第一音波收發(fā)器發(fā)射第一音波，并根據(jù)第一音波收發(fā)器接收到第一反射音波與否而選擇控制第二音波收發(fā)器發(fā)射第二音波或者控制第一音波收發(fā)器再次發(fā)射第一音波，且第一音波與第二音波的傳播路徑至少有部分重迭。本實(shí)施例中的感測裝置可以避免第二音波收發(fā)器冗余地發(fā)射第二音波。
[0018]根據(jù)本發(fā)明對(duì)第三實(shí)施例更進(jìn)一步的改良，其中控制模塊還設(shè)置以監(jiān)測第一反射音波的強(qiáng)度是否大于或等于一臨界值，且當(dāng)?shù)谝环瓷湟舨ǖ膹?qiáng)度大于或等于臨界值時(shí)，中斷控制模塊對(duì)第一反射音波強(qiáng)度大小的監(jiān)測而根據(jù)第一反射音波大于或等于臨界值的時(shí)段及第一音波發(fā)射的時(shí)段計(jì)算物體相對(duì)于第一音波收發(fā)器的距離。
[0019]根據(jù)本發(fā)明對(duì)第三實(shí)施例更進(jìn)一步的改良，其中第一音波在垂直顯示面的垂直方向具有一垂直波束角，垂直波束角為15?40度。
[0020]根據(jù)本發(fā)明對(duì)第三實(shí)施例更進(jìn)一步的改良，其中第一音波在平行顯示面的水平方向具有一水平波束角，水平波束角為80?100度。
[0021]根據(jù)本發(fā)明對(duì)第三實(shí)施例更進(jìn)一步的改良，其中第一音波收發(fā)器具有一發(fā)射端，設(shè)置以產(chǎn)生第一音波，第一音波收發(fā)器還具有一吸音材料，吸音材料由發(fā)射端沿第一音波的傳遞方向延伸。
[0022]根據(jù)本發(fā)明對(duì)第三實(shí)施例更進(jìn)一步的改良，其中第一及第二音波的頻率在50至70千赫茲之間。
[0023]本發(fā)明的另一態(tài)樣是提供一種定位方法。定位方法用以定位物體于顯示面的一側(cè)的相對(duì)位置。定位方法包含下列步驟:(a)將第一音波收發(fā)器與第二音波收發(fā)器設(shè)置于顯不面的周邊；(b)利用第一音波收發(fā)器與第二音波收發(fā)器分別產(chǎn)生第一音波與第二音波，且第一音波與第二音波的頻率可設(shè)置在50至70千赫茲之間；以及(c)根據(jù)第一音波及第二音波所產(chǎn)生的第一反射音波與第二反射音波計(jì)算物體相對(duì)于顯示面的相對(duì)位置。
[0024]綜上所述，本發(fā)明的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。藉由上述技術(shù)方案，可達(dá)到相當(dāng)?shù)募夹g(shù)進(jìn)步，并具有產(chǎn)業(yè)上的廣泛利用價(jià)值，本揭示內(nèi)容所示的感測裝置與定位方法具有快速檢測更新率并可適用于大尺寸面板的觸控應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]為使本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點(diǎn)與實(shí)施例能更明顯易懂，【專利附圖】

【附圖說明】如下:
[0026]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例繪示一種感測裝置的示意圖；
[0027]圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例繪示的第一音波與第二音波的頻率對(duì)不同材質(zhì)的反射強(qiáng)度曲線圖；
[0028]圖2B是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例繪示的第一音波的垂直波束角的示意圖；
[0029]圖2C是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例繪示的第一音波的水平波束角的示意圖
[0030]圖2D是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例繪示的第一音波與第二音波的頻率與垂直波束角的關(guān)系圖；
[0031]圖3A與圖3B是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例繪示的感測裝置的定位計(jì)算流程的示意圖；[0032]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例繪示的第一音波收發(fā)器的操作波形示意圖；
[0033]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例繪示的第一音波收發(fā)器的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0034]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例繪示的定位方法的流程圖。
[0035]附圖符號(hào)說明
[0036]為使本揭示內(nèi)容能更明顯易懂，附圖符號(hào)的說明如下：
[0037]感測裝置：100
[0038]顯示模塊：102
[0039]顯示面：102a
[0040]物體：104
[0041]第一音波收發(fā)器：120
[0042]第一音波發(fā)射器：122
[0043]第一音波接收器：124
[0044]發(fā)射端：126
[0045]吸音材料：128
[0046]第二音波收發(fā)器：140
[0047]第二音波發(fā)射器：142
[0048]第二音波接收器：144
[0049]控制模塊：160
[0050]玻璃的反射音壓電平曲線：202
[0051]海綿的反射音壓電平曲線：204
[0052]鋁的反射音壓電平曲線：206
[0053]PP塑料的反射音壓電平曲線：208
[0054]手掌的反射音壓電平曲線：210
[0055]空氣的反射音壓電平曲線：212
[0056]定位計(jì)算流程：300、320
[0057]時(shí)間：TA、TB、11
[0058]臨界值：VTH
[0059]定位方法：600
[0060]距離：dl、d2
[0061]步驟：S302a、S302b、S303a、S303b、S304、S306、S308、S322a、S322b、S324、S326、S620、S640、S660
【具體實(shí)施方式】
[0062]下文結(jié)合附圖對(duì)所舉實(shí)施例作詳細(xì)說明，但所提供的實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明所涵蓋的范圍，而結(jié)構(gòu)操作的描述非用以限制其執(zhí)行的順序，任何由元件重新組合的結(jié)構(gòu)，所產(chǎn)生具有均等功效的裝置，皆為本發(fā)明所涵蓋的范圍。此外，附圖僅以說明為目的，并未依照原尺寸作圖。為使便于理解，下述說明中相同元件將以相同的符號(hào)標(biāo)示來說明。
[0063]關(guān)于本文中所使用的『第一』、『第二』、…等，并非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本發(fā)明，其僅僅是為了區(qū)別以相同技術(shù)用語描述的元件或操作而已。[0064]關(guān)于本文中所使用的『約』、『大約』或『大致』一般通常是指數(shù)值的誤差或范圍約百分的二十以內(nèi)，較好地是約百分的十以內(nèi)，而更佳地則是約百分五的以內(nèi)。文中若無明確說明，其所提及的數(shù)值皆視作為近似值，即如『約』、『大約』或『大致』所表示的誤差或范圍。
[0065]另外，關(guān)于本文中所使用的『稱接』或『連接』，均可指二個(gè)或多個(gè)元件相互直接作實(shí)體或電性接觸，或是相互間接作實(shí)體或電性接觸，亦可指二或多個(gè)元件相互操作或動(dòng)作。
[0066]請(qǐng)參照?qǐng)D1，其繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中一種感測裝置100的示意圖。如圖I所示，感測裝置100裝設(shè)于顯示模塊102的周邊以檢測物體104，其中顯示模塊102具有用于顯示影像的顯示面102a。
[0067]物體104通常可為使用者的手掌或手指、觸控筆、或其他由使用者操作的指示物，感測裝置100可用音波方式檢測使用者進(jìn)行觸控操作時(shí)手掌在顯示面102a上方的相對(duì)位置/座標(biāo)后，進(jìn)而于顯示模塊102上執(zhí)行相應(yīng)的觸控控制。通過此方式，可讓使用者可采非接觸式（也就是物體104并不需要實(shí)際碰觸到顯示面102a)或接觸式的方式來進(jìn)行觸控操作。
[0068]以下段落將提出各個(gè)實(shí)施例，來說明上述感測裝置100的功能與應(yīng)用，但本發(fā)明并不僅以下所列的實(shí)施例為限。
[0069]如圖I所示，感測裝置100包含第一音波收發(fā)器120、第二音波收發(fā)器140與控制模塊160。第一音波收發(fā)器120設(shè)置以發(fā)射第一音波,第二音波收發(fā)器140設(shè)置以發(fā)射第二音波。且第一音波收發(fā)器120與第二音波收發(fā)器140還設(shè)置以接收根據(jù)第一音波與第二音波所產(chǎn)生的第一反射音波與第二反射音波?？刂颇K160設(shè)置以控制第一音波收發(fā)器120與第二音波收發(fā)器140，控制 模塊160還根據(jù)前述的第一反射音波與第二反射音波計(jì)算物體104相對(duì)于顯不模塊102的位置。
[0070]舉例而言,控制模塊160可控制第一音波收發(fā)器120與第二音波收發(fā)器140以產(chǎn)生前述的第一音波與第二音波，且第一與第二音波經(jīng)物體104反射后而產(chǎn)生第一反射音波與第二反射音波。控制模塊160藉由第一音波收發(fā)器120與第二音波收發(fā)器140分別接收第一反射音波與第二反射音波，并根據(jù)接收到的第一反射音波與第二反射音波計(jì)算物體104的相對(duì)位置。第一音波收發(fā)器120與第二音波收發(fā)器140的發(fā)射端與接收端可以整合在一起，或者分別設(shè)置。
[0071]請(qǐng)參照?qǐng)D2A，其繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例繪示第一音波與第二音波的頻率對(duì)不同材質(zhì)的反射強(qiáng)度曲線圖。由于第一與第二音波的物理特性相同，故在圖2A中以單一曲線繪示。若前述的第一與第二音波經(jīng)物體反射而產(chǎn)生的第一與第二反射音波的音壓電平(sound pressure level, SPL)與第一與第二音波經(jīng)空氣反射后的音波的音壓電平可具有一定的差異性，可讓第一音波收發(fā)器120與第二音波收發(fā)器140可準(zhǔn)確地接收到由物體104反射的第一與第二反射音波，藉此使控制模塊160正確地計(jì)算出物體104的相對(duì)位置。如圖2A所示，前述的第一音波與第二音波對(duì)于不同材質(zhì)（例如玻璃、海綿、鋁、PP塑料、手掌與空氣等材質(zhì)上反射音壓電平曲線202、204、206、208、210與212)的物體104所產(chǎn)生的反射音波會(huì)具有不同的音壓電平。
[0072]—般而言，現(xiàn)有的觸控應(yīng)用大多經(jīng)由使用者的手掌或手指進(jìn)行觸控控制。因此，如圖2A所示，在本實(shí)施例中的第一與第二音波的頻率可設(shè)置于大約為50至70千赫茲之間，且第一與第二音波經(jīng)手掌所反射的音波的音壓電平可與經(jīng)空氣反射的音波的音壓電平的差異大致為20dB。相較于習(xí)知的超音波收發(fā)器所產(chǎn)生的音波頻率大多設(shè)置于48千赫茲或75千赫茲，此兩個(gè)頻率的音波經(jīng)手掌所反射音波的音壓電平與經(jīng)空氣反射的音波的音壓電平差異僅約為IOdB,故將第一與第二音波的頻率設(shè)置于50至70千赫茲之間，可使第一音波收發(fā)器140與第二音波收發(fā)器160更準(zhǔn)確地接收到第一與第二反射音波。較佳的，第一與第二音波的頻率可設(shè)置為大于50千赫茲且小于或等于70千赫茲。更佳的，第一與第二音波的頻率可設(shè)置于大約為55至65千赫茲之間。更佳的，第一與第二音波的頻率可設(shè)置于大約為55至60千赫茲之間。例如為57千赫茲。
[0073]請(qǐng)參照?qǐng)D2B至圖2C，圖2B根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例繪示第一音波的垂直波束角的示意圖，圖2C根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例繪示第一音波的水平波束角的示意圖。一般而言，音波信號(hào)為具有多個(gè)指向性的波束角的信號(hào)。舉例而言，如圖2B所示，第一音波收發(fā)器120發(fā)射的第一音波在垂直于顯不面102a的垂直方向上具有一垂直波束角?；蛘?如圖2C所示，第一音波在平行于顯示面102a的水平方向上具有水平波束角。
[0074]在一般的應(yīng)用中，水平波束角越大，感測裝置100可檢測的物體104移動(dòng)的水平距離也越大，此種情況可適用于大面積的顯示面102a(例如:大尺寸的顯示面板)。然而，若垂直波束角越大，物體104相對(duì)顯示面102a的垂直最短距離dl與垂直最遠(yuǎn)距離d2越大，可能會(huì)造成感測裝置100誤判。例如，在一般的觸控應(yīng)用中，若垂直波束角過大，感測裝置100可能會(huì)將使用者的手指誤觸亦判定為正常的觸控控制，進(jìn)而產(chǎn)生不必要的觸控操作。
[0075]請(qǐng)參照?qǐng)D2D，其繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例繪示第一音波與第二音波的頻率與垂直波束角的關(guān)系圖，其中在圖2D中的波束角是定義于音波的能量衰減至一半時(shí)所量測到的波束角度。同樣地，由于第一與第二音波的物理特性相同，故在圖2D中亦以單一曲線繪示。一般而言，第一與第二音波的頻率越高，其對(duì)應(yīng)的各個(gè)指向性波束角會(huì)越小。因此，考量到頻率、水平波束角與垂直波束角之間的取舍，可如前述實(shí)施例，將第一音波收發(fā)器與第二音波收發(fā)器所產(chǎn)生的第一與第二音波的頻率可設(shè)置于50至70千赫茲之間。如圖2D所不，設(shè)置于50至70千赫茲之間的第一與第二音波在垂直顯不面102a的垂直方向的垂直波束角大約為15?40度(如圖2B所示)，較佳為20?35度，更佳為25?30度，且前述的第一與第二音波在水平顯示面102a的垂直方向的水平波束角大約為80?100度，較佳為85?95度，更佳為90度(如圖2C所示)。
[0076]請(qǐng)參照?qǐng)D3A至圖3B，其繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例繪示感測裝置100的定位計(jì)算流程的示意圖。在此實(shí)施例中，控制模塊160還設(shè)置以控制第一音波收發(fā)器120發(fā)射第一音波，并根據(jù)第一音波收發(fā)器120是否接收到第一反射音波而選擇控制第二音波收發(fā)器140發(fā)射第二音波或控制第一音波收發(fā)器120再次發(fā)射第一音波，且其中第一與第二音波的傳遞路徑至少有部分重迭。因?yàn)橥ㄟ^第一音波收發(fā)器120及第二音波收發(fā)器140來計(jì)算同一個(gè)物體的位置時(shí)，如果僅取得物體相對(duì)于單一音波收發(fā)器的相對(duì)位置關(guān)系，仍無法正確估算物體的位置，因此如果第一音波收發(fā)器120未接收到第一反射音波，則控制模塊160會(huì)控制第一音波收發(fā)器120再次發(fā)射第一音波，當(dāng)僅有第二音波收發(fā)器140未接收到第一反射音波時(shí)，控制模塊160才控制第二音波收發(fā)器140發(fā)射第二音波以取得物體相對(duì)于第二音波收發(fā)器140的位置。因此，可以避免浪費(fèi)第二音波收發(fā)器140冗余地發(fā)射第二音波。
[0077]舉例而言，如圖3A所示，為了更明了的解釋，在圖3A中將單一音波收發(fā)器繪示為音波發(fā)射器與音波接收器?？刂颇K160控制第一音波收發(fā)器120中的第一音波發(fā)射器122產(chǎn)生第一音波，且第一音波經(jīng)物體104反射后產(chǎn)生第一反射音波。若第一音波接收器124有接收到第一反射音波，控制模塊160可將第一音波收發(fā)器120自發(fā)射第一音波至接收到第一反射音波的時(shí)間紀(jì)錄為tl，并根據(jù)下述式（I)計(jì)算第一音波收發(fā)器120相對(duì)于物體104的距離dl (SI)(如圖3A中的步驟S302a)：
[0078]dl(Sl) = (V*tl)/2..........................式（I)。
[0079]其中，dl(Sl)表不為第一音波收發(fā)器120藉由第一音波量測而得的距離,V則為音波信號(hào)的波速。一般而言，V可為每秒340公尺（m/s)。在計(jì)算出距離dl (SI)后，此時(shí)控制模塊160會(huì)中斷第一音波接收器124的操作（如圖3A中的步驟S303a)。接著，若第二音波接收器144亦有接收到第一反射音波，并將第二音波收發(fā)器120自發(fā)射第一音波至接收到第一反射音波的時(shí)間紀(jì)錄為t2，并根據(jù)下述式（2)計(jì)算出第二音波收發(fā)器140相對(duì)于物體104的距離d2(Sl)(如第3圖中的步驟S302b)：
[0080]d2 (SI) =V*t2 - dl (SI)....................式（2)。
[0081]控制模塊160可進(jìn)一步藉由計(jì)算上述的式（I)與式（2)而計(jì)算出物體104相對(duì)于顯示模塊102的位置（如圖3B中的步驟S304)。之后，控制模塊160控制第一音波收發(fā)器120發(fā)射第一音波以進(jìn)行下一次的感測操作（如圖3A中的步驟S306)。
[0082]然而，如圖3B所示，若第二音波接收器144未接收到第一反射音波時(shí)，控制模塊160無法計(jì)算出距離d2(Sl)，則控制模塊160進(jìn)一步選擇控制第二音波發(fā)射器142發(fā)射第二音波（如圖3B中的步驟S308)。第二音波經(jīng)物體104反射后產(chǎn)生第二反射音波，當(dāng)?shù)谝灰舨ń邮掌?24與第二音波接收器144皆接收到第二反射音波時(shí)，控制模塊160可將第一音波收發(fā)器120自發(fā)射第二音波至接收到第二反射音波的時(shí)間紀(jì)錄為t3，并將第二音波收發(fā)器140自發(fā)射第二音波至接收到第二反射音波的時(shí)間紀(jì)錄為t4，并根據(jù)下述式（3)與式
(4)分別計(jì)算第一音波收發(fā)器120相對(duì)于物體104的距離dl(S2)(如圖3A中的步驟S322a)與第二音波收發(fā)器140相對(duì)于物體104的距離d2(S2)(如圖3A中的步驟S322b)：
[0083]dl(S2)=V*t3_d2(S2).......................式（3)
[0084]d2(S2) = (V*t4)/2...........................式⑷。
[0085]控制模塊160進(jìn)一步地將前述的式⑴、式（3)與式⑷合并為下述式（5)：
[0086]dl= a *dl (SI) + (I- α ) *dl (S2)...............式（5)
[0087]其中，α為一距離加權(quán)指數(shù)，可根據(jù)第一音波收發(fā)器120與第二音波收發(fā)器140相對(duì)于顯示模塊102的距離而相應(yīng)調(diào)整α的值，且OS α <1。在此實(shí)施例中，控制模塊160可根據(jù)式（4)與式（5)而計(jì)算出物體104相對(duì)于顯示模塊102的位置（如圖3Β中的步驟S324)。之后，控制模塊160控制第一音波收發(fā)器120重新發(fā)射第一音波以進(jìn)行下一次的感測操作（如圖3Β中的步驟S306)。相較于現(xiàn)有技術(shù)，在使用音波收發(fā)裝置的個(gè)數(shù)較多的情況下，本發(fā)明所提出的定位計(jì)算方式的運(yùn)算復(fù)雜度可較低，藉此可增加定位計(jì)算的處理速度。
[0088]在前述的實(shí)施例中，控制模塊160還可藉由設(shè)置一中斷時(shí)間而判別第一音波接收器124與第二音波接收器144是否有接收到第一反射音波或第二反射音波。舉例而言，若感測裝置100的最大可檢測距離為50公分（cm)，若假設(shè)第一音波與第二音波的波速為340m/s，則因音波傳遞與反射的最長時(shí)間可為O. 5*2/340=2. 49毫秒（ms)。故控制模塊160可設(shè)置中斷時(shí)間為2. 49ms,當(dāng)?shù)谝灰舨ń邮掌?24與第二音波接收器144在超過2. 49ms后尚未接收到第一反射音波或第二反射音波，控制模塊160可即時(shí)地控制第一音波收發(fā)器120或第二音波收發(fā)器140再度重新發(fā)送音波，藉此可增加感測裝置100檢測更新率。
[0089]請(qǐng)參照?qǐng)D4，其繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例繪示第一音波收發(fā)器的操作波形示意圖。除了設(shè)置中斷時(shí)間外，控制模塊160可進(jìn)一步地設(shè)置以監(jiān)測第一反射音波的強(qiáng)度是否大于或等于一臨界值VTH，且當(dāng)?shù)谝环瓷湟舨ǖ膹?qiáng)度大于或等于臨界值VTH時(shí)，控制模塊160中斷控制模塊對(duì)第一反射音波強(qiáng)度大小的監(jiān)測而根據(jù)第一反射音波大于或等于臨界值的時(shí)段及第一音波發(fā)射的時(shí)段計(jì)算物體相對(duì)于第一音波收發(fā)器120的距離。
[0090]舉例來說，如圖4所示，當(dāng)?shù)谝灰舨ㄊ瞻l(fā)器120在時(shí)間TA時(shí)發(fā)射第一音波，且控制模塊160在時(shí)間TB檢測到第一音波接收器122所接收到的第一反射音波的強(qiáng)度大于臨界值VTH，控制模塊160因此判定第一音波接收器122已正確接收到第一反射音波，控制模塊160藉由時(shí)間TB與時(shí)間TA的時(shí)間差(例如:前述式(I)中的tl)，來計(jì)算出物體104相對(duì)于第一音波收發(fā)器120的距離dl (SI)。同樣地，對(duì)于第二反射音波亦可具有相同的配置，在此不再贅述。一般而言，前述的臨界值可隨實(shí)際環(huán)境進(jìn)行調(diào)整，臨界值須大于實(shí)際環(huán)境的環(huán)境噪音，以避免控制模塊160將環(huán)境噪音誤認(rèn)為第一或第二反射音波。相較于現(xiàn)有技術(shù)需等待所有的音波收發(fā)裝置接收到待測物體所反射的各個(gè)聲波信號(hào)，在此實(shí)施例中藉由設(shè)置臨界值VTH，當(dāng)?shù)谝灰舨ㄊ瞻l(fā)器120與第二音波收發(fā)器140所接收到的第一或第二反射音波的強(qiáng)度大于臨界值VTH時(shí)，控制模塊160可即時(shí)地中斷第一音波收發(fā)器120與第二音波收發(fā)器140的感測操作。藉由此種方式，控制模塊160可增加判斷第一音波收發(fā)器120與第二音波收發(fā)器140是否有正確接收到第一與第二反射音波的速度，進(jìn)而提升計(jì)算物體104的位置的處理速度，藉此有效地提升感測裝置100的檢測更新率。
[0091]請(qǐng)參照?qǐng)D5，其繪示是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例繪示第一音波收發(fā)器的結(jié)構(gòu)示意圖。在此實(shí)施例中，第一音波收發(fā)器120具有發(fā)射端126與吸音材料128。發(fā)射端126設(shè)置以產(chǎn)生前述的第一音波，吸音材料128由發(fā)射端126沿第一音波的傳遞方向延伸。例如，吸音材料128可為吸音板或吸音棉，并安置于發(fā)射端126的兩側(cè)。如此，第一音波發(fā)射器120可進(jìn)一步地將前述的垂直波束角縮小，進(jìn)而提升感測裝置100的準(zhǔn)確度。同樣地，第二音波收發(fā)器140亦可具有相同結(jié)構(gòu)。
[0092]值得注意的是，以上各個(gè)實(shí)施例皆以兩個(gè)音波收發(fā)器為主，但感測裝置100可進(jìn)一步地包含多個(gè)音波收發(fā)器，并根據(jù)圖3A與圖3B所示的定位計(jì)算流程300、320而計(jì)算物體104的位置。本領(lǐng)域技術(shù)人員可視實(shí)際應(yīng)用環(huán)境來調(diào)整使用的音波收發(fā)器的個(gè)數(shù)，本發(fā)明并不以此為限。
[0093]此外，如上所述的控制模塊160，其【具體實(shí)施方式】可為軟件或硬件與/固件。舉例來說，若以執(zhí)行速度及精確性為首要考量，則控制模塊160基本上可選用硬件為主。例如，控制模塊160可為處理單元或FPGA。而若以設(shè)計(jì)彈性為首要考量，則控制模塊160基本上可選用軟件為主。本發(fā)明并不以此為限，本領(lǐng)域技術(shù)人員可視當(dāng)時(shí)需要，彈性選擇控制模塊160的【具體實(shí)施方式】。
[0094]本發(fā)明的另一態(tài)樣是提供一種定位方法。定位方法用以定位物體于顯示面的一側(cè)的相對(duì)位置(例如:如圖1中的物體104與顯示面102a)。請(qǐng)參照?qǐng)D6，其繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例繪示定位方法600的流程圖。如圖6所示，定位方法600包含步驟S620、步驟S640與步驟S660。[0095]在步驟S620中，將第一音波收發(fā)器120與第二音波收發(fā)器140設(shè)置于顯示面102的周邊，如圖1所示。
[0096]在步驟S640中，利用第一音波收發(fā)器120與第二音波收發(fā)器140分別產(chǎn)生第一音波與第二音波。其中，如先前所述，第一音波與第二音波的頻率可設(shè)置在50至70千赫茲之間。且第一與第二音波在垂直顯示面102a的垂直方向的垂直波束角大約為15?40度(如圖2B所示)，且前述的第一與第二音波在水平顯示面102a的垂直方向的水平波束角大約為80?100度。
[0097]在步驟S660中，根據(jù)第一音波及第二音波所產(chǎn)生的第一反射音波與第二反射音波計(jì)算物體104相對(duì)于顯示面102a的相對(duì)位置。其中，在步驟S660中還可根據(jù)第一音波收發(fā)器120接收到第一反射音波與否而使第二音波收發(fā)器140發(fā)射第二音波或者使第一音波收發(fā)器120再次發(fā)射第一音波，且第一音波與第二音波的傳遞路徑至少部分重迭。例如，根據(jù)先前圖3A與圖3B所示的操作流程，并藉由前述的式(I)至式(5)便可計(jì)算出物體104的相對(duì)位置。
[0098]同樣地，在步驟S660中亦可如前述圖4所示，藉由監(jiān)測第一反射音波的強(qiáng)度是否大于或等于一臨界值VTH，且當(dāng)?shù)谝环瓷湟舨ǖ膹?qiáng)度大于或等于臨界值VTH時(shí)，中斷對(duì)第一反射音波強(qiáng)度大小的監(jiān)測而根據(jù)第一反射音波大于或等于臨界值的時(shí)段及第一音波發(fā)射的時(shí)段計(jì)算物體相對(duì)于第一音波收發(fā)器120的距離。
[0099]綜上所述，本發(fā)明所揭示的感測裝置與定位方法對(duì)于使用者的手掌可具有較更準(zhǔn)確與快速的檢測率，并可適用于大尺寸面板的觸控應(yīng)用。
[0100]雖然本發(fā)明已以實(shí)施方式揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可作各種的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍是以本發(fā)明的權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種感測裝置，用以裝設(shè)于一顯示模塊的周邊以檢測一物體，該顯示模塊設(shè)置有一用以顯示影像的顯示面，該感測裝置包含： 一第一音波收發(fā)器及一第二音波收發(fā)器，分別設(shè)置以發(fā)射一第一及第二音波并接收分別根據(jù)該第一及第二音波產(chǎn)生的一第一及一第二反射音波，其中該第一及第二音波的頻率在50至70千赫茲之間；以及 一控制模塊，電性耦接該第一及該第二音波收發(fā)器，設(shè)置以控制該第一及該第二音波收發(fā)器并根據(jù)該第一及該第二反射音波計(jì)算該物體相對(duì)于該顯示模塊的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的感測裝置，其中該第一音波在垂直該顯示面的垂直方向具有一垂直波束角，該垂直波束角為15~40度。
3.如權(quán)利要求1所述的感測裝置，其中該第一音波在平行該顯示面的水平方向具有一水平波束角，該水平波束角為80~100度。
4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的感測裝置，其中該控制模塊還設(shè)置以控制該第一音波收發(fā)器發(fā)射該第一音波，并根據(jù)該第一音波收發(fā)器接收到該第一反射音波與否而選擇控制該第二音波收發(fā)器發(fā)射該第二音波或者控制該第一音波收發(fā)器再次發(fā)射該第一音波，且該第一音波與該第二音波的傳播路徑至少有部分重迭。
5.如權(quán)利要求4所述的感測裝置，其中該控制模塊還設(shè)置以監(jiān)測該第一反射音波的強(qiáng)度是否大于或等于一臨界值，且當(dāng)該第一反射音波的強(qiáng)度大于或等于該臨界值時(shí)，該控制模塊中斷該控制模塊對(duì)該第一反射音波強(qiáng)度大小的監(jiān)測而根據(jù)該第一反射音波大于或等于該臨界值的時(shí)段及該第一音波發(fā)射的時(shí)段計(jì)算該物體相對(duì)于該第一音波收發(fā)器的距離。
6.如權(quán)利要求4所述的感測裝置，其中該第一音波收發(fā)器具有一發(fā)射端，設(shè)置以產(chǎn)生該第一音波，該第一音波收發(fā)器還具有一吸音材料，該吸音材料由該發(fā)射端沿該第一音波的傳遞方向延伸。
7.—種定位方法，用以定位一物體在一顯示面的一側(cè)的相對(duì)位置，該定位方法包含： 設(shè)置一第一音波收發(fā)器與一第二音波收發(fā)器于該顯不面的周邊； 利用該第一與該第二音波收發(fā)器分別產(chǎn)生一第一音波與一第二音波，其中該第一與該第二音波的頻率在50至70千赫茲之間；以及 根據(jù)該第一音波及該第二音波所產(chǎn)生的一第一反射音波與一第二反射音波計(jì)算該物體相對(duì)于該顯示面的相對(duì)位置。
8.如權(quán)利要求7所述的定位方法,其中該第一音波在垂直該顯不面的垂直方向具有一垂直波束角，該垂直波束角為15~40度。
9.如權(quán)利要求8所述的定位方法，其中該第一音波在平行該顯示面的水平方向具有一水平波束角，該水平波束角為80~100度。
10.如權(quán)利要求7至權(quán)利要求9任一項(xiàng)所述的定位方法，其中還包含： 根據(jù)該第一音波收發(fā)器接收到該第一反射音波與否而使該第二音波收發(fā)器發(fā)射該第二音波或者使該第一音波收發(fā)器再次發(fā)射該第一音波，且該第一音波與該第二音波的傳遞路徑至少部分重迭。
11.如權(quán)利要求10所述的定位方法，其中還包含： 監(jiān)測該第一反射音波的強(qiáng)度是否大于或等于一臨界值，且當(dāng)該第一反射音波的強(qiáng)度大于或等于該臨界值時(shí)，中斷對(duì)該第一反射音波強(qiáng)度大小的監(jiān)測而根據(jù)該第一反射音波大于或等于該臨界值的時(shí)段及該第一音波發(fā)射的時(shí)段計(jì)算該物體相對(duì)于該第一音波收發(fā)器的距離。
12.如權(quán)利要求7所述的定位方法，其中還包含： 設(shè)置一吸音材料于該第一音波收發(fā)器的一發(fā)射端，其中該發(fā)射端設(shè)置以產(chǎn)生該第一音波，且該吸音材料由該發(fā)射端沿該第一音波的傳遞方向延伸。
【文檔編號(hào)】G06F3/043GK103530002SQ201310544109
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】游志源, 李芳慶, 陳志強(qiáng) 申請(qǐng)人:友達(dá)光電股份有限公司