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物體位置的光檢測(cè)方法和設(shè)備的制作方法

文檔序號(hào):7513448閱讀:247來(lái)源:國(guó)知局
專(zhuān)利名稱(chēng):物體位置的光檢測(cè)方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種輸入數(shù)據(jù)的方法和設(shè)備,和一種適用于或結(jié)合在該方法和設(shè)備中的、用于對(duì)物體或部件的位置進(jìn)行光檢測(cè)的系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域涉及鍵盤(pán)及用于手動(dòng)輸入由數(shù)字計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)的類(lèi)似設(shè)備的制造領(lǐng)域。
為了輸入數(shù)據(jù),尤其是字母數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),現(xiàn)有的很多光系統(tǒng)都被用于檢測(cè)部件或物體的位置。
法國(guó)專(zhuān)利FR 2443173描述了一種具有移動(dòng)鍵和多個(gè)光源和光傳感器的鍵盤(pán),其中光傳感器可以檢測(cè)到鍵的按壓。該鍵盤(pán)由于需要大量的機(jī)械元件和光電元件,因此價(jià)格昂貴;而且由于所述的光源和傳感器在鍵所處的位置區(qū)內(nèi)排列的方式,也很復(fù)雜。
近來(lái),靜態(tài)設(shè)備(沒(méi)有移動(dòng)鍵)已被用于輸入數(shù)據(jù)。
文獻(xiàn)GB-A-2133537描述了一種用于光檢測(cè)用戶(hù)手指在屏幕上的位置的系統(tǒng);該系統(tǒng)包括發(fā)射發(fā)散光束的光源,以在不增加發(fā)射器和檢測(cè)器的數(shù)量的前提下增加系統(tǒng)的分辨率。
美國(guó)專(zhuān)利NO.4986662描述了一種與上述系統(tǒng)類(lèi)似的系統(tǒng),其中光源放置在拋物線反射器的焦點(diǎn)處,以減少光電元件的數(shù)量。
這些設(shè)備的缺點(diǎn)是都需要以完全分布式的方式放置在輸入?yún)^(qū)(或監(jiān)視區(qū))的周邊的光元件(光源,檢測(cè)器,必要時(shí)還有反射器)。為了在用于限定由用戶(hù)選定的數(shù)據(jù)的障礙物(手指等)的輸入?yún)^(qū)確定位置,該過(guò)程以足夠的幾何精確度完成,以避免在表示由檢測(cè)器所傳送的信號(hào)的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上執(zhí)行計(jì)算時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤。結(jié)果,這些設(shè)備相當(dāng)昂貴。
文獻(xiàn)EP 0559357描述了一種報(bào)警系統(tǒng),該系統(tǒng)包括一個(gè)“光電屏障”式檢測(cè)器設(shè)備,該設(shè)備由兩個(gè)立于地面上的柱子構(gòu)成,并配置有四個(gè)產(chǎn)生四重紅外光束的發(fā)射器,以及對(duì)應(yīng)的檢測(cè)光束受到穿過(guò)紅外屏障的障礙物的干擾時(shí)刻的接收器。該系統(tǒng)用于處理由檢測(cè)器所傳送的二進(jìn)制信號(hào),并依次包括一個(gè)復(fù)用器;一個(gè)表示紅外光束由于人、動(dòng)物、或物體的通過(guò)而阻斷的圖形發(fā)生器;一個(gè)前置處理器;一個(gè)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò);一個(gè)比較器;一個(gè)連接于告警器的控制器;一個(gè)顯示和/或打印機(jī)設(shè)備。經(jīng)過(guò)一段訓(xùn)練周期后,該神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)比較物體的類(lèi)型來(lái)從預(yù)定的物體類(lèi)型(人、動(dòng)物、車(chē)輛)集合中進(jìn)行識(shí)別,并作為一個(gè)由檢測(cè)阻擋于紅外光束上的阻斷的信號(hào)中產(chǎn)生的圖形表示的函數(shù)。
該系統(tǒng)并非用于確定在監(jiān)視區(qū)中的物體的位置,也不適合這樣做,因?yàn)樗龅陌l(fā)射器和檢測(cè)器均不能覆蓋整個(gè)監(jiān)視區(qū)。
文獻(xiàn)EP 0506039描述了一種用于檢測(cè)刀具8相對(duì)于板中的V型槽的刀口8a,8b的位置的設(shè)備。
為此,該設(shè)備包括一個(gè)正對(duì)分割刀口和參考板的邊沿的V型槽的激光源,一個(gè)響應(yīng)于由于該槽發(fā)生衍射的激光束而產(chǎn)生的條紋的光學(xué)系統(tǒng),以及一個(gè)用于根據(jù)所述的光學(xué)系統(tǒng)傳送的信號(hào)確定刀口位置的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò);該光學(xué)系統(tǒng)包括三個(gè)串聯(lián)排列的光電二極管,或者包括一個(gè)CCD攝像機(jī)。
來(lái)自激光束的衍射條紋的使用不能用于檢測(cè)位于確定的輪廓范圍區(qū)內(nèi)的手指的位置,在手指存在的范圍內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生衍射條紋。
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是為了矯正,至少是部分地矯正現(xiàn)有的光檢測(cè)預(yù)定范圍內(nèi)的手指(或指示性物體)位置的方法、設(shè)備及系統(tǒng)中的缺陷。
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是改進(jìn)這些方法、設(shè)備及系統(tǒng),以便于將其應(yīng)用于靜態(tài)數(shù)據(jù)輸入終端,如鍵盤(pán)。
為此,本發(fā)明包括將由對(duì)輸入?yún)^(qū)域(或檢測(cè)區(qū)域)內(nèi)的光線敏感的光電二極管所傳送的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化,以獲得表示所述信號(hào)的數(shù)據(jù),通過(guò)一個(gè)分類(lèi)器處理所獲得的數(shù)據(jù),該分類(lèi)器最好基本上由一個(gè)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,該神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)用于輸出一個(gè)或多個(gè)具有物體和/或輸入數(shù)據(jù)的位置特性的數(shù)據(jù)項(xiàng)。
該輸入?yún)^(qū)可由一個(gè)系統(tǒng)外部的光源照亮;可以是自然光,也可以是人造背景光;然而本發(fā)明的系統(tǒng)最好包括至少一個(gè)光源,通常包括多個(gè)用于照亮輸入?yún)^(qū)域的光源。
因此,一方面,本發(fā)明提供了一種在由輪廓線、表面或體積限定的區(qū)域(兩維或三維)中檢測(cè)物體位置的方法,其中·該區(qū)域由多個(gè)第一發(fā)光器照亮;·多個(gè)對(duì)所述發(fā)光器發(fā)出的光線敏感的第二光電二極管被放置在該區(qū)內(nèi)域和/或周?chē)?;·光電二極管輸出的信號(hào)被轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù);·轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)可以在再次處理后被輸入至一個(gè)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)(包括多個(gè)第三輸入神經(jīng)元)的輸入層,該網(wǎng)絡(luò)還具有輸出層(可能包括多個(gè)第四輸出神經(jīng)元);并且·輸出層所傳送的輸出數(shù)據(jù)被用來(lái)確定每個(gè)區(qū)域內(nèi)預(yù)定輪廓線和/或表面(或體積)的子區(qū)中的物體位置的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)特性,其中對(duì)應(yīng)于所述子區(qū)的適當(dāng)?shù)妮斎霐?shù)據(jù)由此被推導(dǎo)出來(lái)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,光確定物體位置的設(shè)備包括·用于發(fā)射波長(zhǎng)位于紫外線(UV)、可見(jiàn)光或紅外線(IR)范圍內(nèi)的光輻射的通常相同的多個(gè)第一光發(fā)射器;·通常相同的多個(gè)第二光檢測(cè)器,每個(gè)檢測(cè)器適用于輸出一個(gè)作為接收的光輻射的函數(shù)的電信號(hào);·連接至所述光檢測(cè)器的轉(zhuǎn)換裝置,用于將由光檢測(cè)器傳送的(模擬)信號(hào)轉(zhuǎn)換為(數(shù)字)數(shù)據(jù);·一個(gè)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò),具有接收由轉(zhuǎn)換裝置傳送的數(shù)據(jù)的輸入層,在預(yù)處理完所述數(shù)據(jù)后,該神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可能是這樣的通過(guò)所述輸出層在網(wǎng)絡(luò)的輸出端所傳送的數(shù)據(jù)包括(或者描述)所述區(qū)域中的物體的坐標(biāo),或者其它屬于所述區(qū)域的一個(gè)預(yù)定部分的所述物體的位置特性的數(shù)據(jù)。
第四方面,本發(fā)明提供了一種處理數(shù)據(jù)的機(jī)器或系統(tǒng),包括一個(gè)輸入終端,用于通過(guò)一個(gè)物體或手指靠近或接觸襯底的一個(gè)區(qū)域的方式,輸入從多個(gè)第五預(yù)定數(shù)據(jù)項(xiàng)中選擇的數(shù)據(jù),該襯底具有分別對(duì)應(yīng)于所述的預(yù)定數(shù)據(jù)項(xiàng)的多個(gè)第六子區(qū)段。所述的機(jī)器包括◆用于照亮所述區(qū)域的光發(fā)射器,如發(fā)光二極管(LED);◆對(duì)由至少一些光發(fā)射器所發(fā)射的光輻射敏感的光接收器,如光電二極管;◆對(duì)由所述的光接收器所傳送的信號(hào)做出響應(yīng)以產(chǎn)生所述信號(hào)的數(shù)據(jù)特性的裝置,其中設(shè)置所述的光發(fā)射器的合適的狀態(tài),以將所述的數(shù)據(jù)輸入至一個(gè)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的輸入神經(jīng)元;以及◆一個(gè)分類(lèi)器,如一個(gè)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò),用于輸出至少一個(gè)標(biāo)識(shí)所述的一個(gè)子區(qū)的數(shù)據(jù)項(xiàng)。
換句話(huà)說(shuō),本發(fā)明通過(guò)利用一個(gè)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)(或等價(jià)的分類(lèi)器裝置),通過(guò)確定哪個(gè)子區(qū)或區(qū)段已經(jīng)被一個(gè)不透明物體靠近或接觸過(guò),對(duì)來(lái)自光接收器的數(shù)字化信號(hào)做出響應(yīng),該不透明物體對(duì)至少一個(gè)所述的光發(fā)射器發(fā)出的光輻射形成障礙。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備不同,不必將光發(fā)射器和光接收器放置在被照亮(輸入)區(qū)域的輪廓線四周。光發(fā)射器和接收器也不必排成行或列。它們也不必有規(guī)則地彼此間隔排列。總的來(lái)說(shuō)本發(fā)明能夠滿(mǎn)足使發(fā)射器發(fā)出的光束照亮所述的整個(gè)區(qū)域,接收器接收的光束也能覆蓋所述的整個(gè)區(qū)域。這些優(yōu)點(diǎn)尤其得益于由神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)元所執(zhí)行的數(shù)據(jù)處理的非線性。
實(shí)際上,特別是對(duì)于矩形輪廓的一個(gè)平面區(qū)域,沿輪廓線的短邊和長(zhǎng)邊根本不必放置光發(fā)射器和光接收器。而是可以沿一條曲線和/或在變化的間隔處放置發(fā)射器。也可以在區(qū)域的輪廓線的外部放置一些發(fā)射器,同時(shí)在所述輪廓線的內(nèi)部再放置一些其他的發(fā)射器。這同樣也適用于接收器。
另外,還可以在具有多種不同形狀和/或各種不同類(lèi)型的分區(qū)的輸入?yún)^(qū)域的預(yù)定空間布局中設(shè)置發(fā)射器和接收器。這尤其出現(xiàn)在操作性使用網(wǎng)絡(luò)前訓(xùn)練神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的階段。在訓(xùn)練所述神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的通常被監(jiān)控的階段也可能出現(xiàn),其中恰當(dāng)?shù)貥?gòu)建網(wǎng)絡(luò)以使其能夠辨別(和/或識(shí)別)經(jīng)認(rèn)可的輸入和未經(jīng)認(rèn)可的輸入。尤其當(dāng)物體是一個(gè)手指的時(shí)候,可以通過(guò)訓(xùn)練和執(zhí)行繼續(xù)的、先利用經(jīng)認(rèn)可的第一個(gè)手指然后利用未經(jīng)認(rèn)可的其他手指的輸入的例子,構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)該目的。
除了數(shù)據(jù)識(shí)別功能外,神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的使用還可以使發(fā)射器和接收器的空間布局在某種程度上獨(dú)立于輸入?yún)^(qū)的空間布局,其中輸入?yún)^(qū)的空間布局方式為細(xì)分為多個(gè)子區(qū)。特別的,本發(fā)明可以更容易地提供這樣的一種靜態(tài)矩形終端或鍵盤(pán),其中通過(guò)沿著鍵盤(pán)的一個(gè)邊緣設(shè)置一個(gè)反射器,使得其中的發(fā)射器和接收器一起成組地沿著鍵盤(pán)相對(duì)的另一個(gè)邊緣設(shè)置,或者它們一起成組地沿兩個(gè)相對(duì)的邊緣放置。
本發(fā)明可以更容易地檢測(cè)一個(gè)非平面的分區(qū)的襯底上的物體的位置。
本發(fā)明也可以更容易地提供一種鍵盤(pán),其輸入?yún)^(qū)中的子區(qū)具有不同的形狀和/或間距。
本發(fā)明的一個(gè)特別的結(jié)果是檢測(cè)的精度(或分辨率)與檢測(cè)器的數(shù)目不成比例,甚至分辨率不隨所述檢測(cè)器的數(shù)目的增加而增加。而且,檢測(cè)的準(zhǔn)確度和/或分辨率隨著網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控訓(xùn)練階段使用的實(shí)例(也稱(chēng)為“樣品”)的數(shù)目的增加而顯著增加。實(shí)際上,通常使用一百或幾百個(gè)(或上千個(gè))實(shí)例來(lái)進(jìn)行訓(xùn)練。
因此與已知設(shè)備相比,本發(fā)明可以減少所需的發(fā)射器和接收器的數(shù)目。
為此,作為附加的或是建議性的,發(fā)射器用于發(fā)射脈沖形式的光,來(lái)自發(fā)射器的光脈沖相互間發(fā)生相移。例如,發(fā)射器可分成兩組,第一組內(nèi)的所有發(fā)射器可同時(shí)發(fā)射然后關(guān)閉,接著第二組內(nèi)的所有的發(fā)射器同時(shí)發(fā)射然后關(guān)閉。這樣使得每個(gè)接收器能夠區(qū)分對(duì)應(yīng)于在第一組發(fā)射器發(fā)射時(shí)從該接收器輸出的信號(hào)的第一數(shù)據(jù)項(xiàng)和對(duì)應(yīng)于在第二組發(fā)射器發(fā)射時(shí)由同一接收器輸出的信號(hào)的第二數(shù)據(jù)項(xiàng)。從所有的接收機(jī)輸出的數(shù)據(jù)可被組合在一起,同時(shí)輸入至所述的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的輸入端。對(duì)于區(qū)域中的物體的一個(gè)給定位置,為網(wǎng)絡(luò)提供了兩倍于所有的發(fā)射器同時(shí)發(fā)射情況下的數(shù)據(jù)。這增加了網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)(和識(shí)別)的精度,從而增加了在不增加發(fā)射器和/或接收器數(shù)目情況下的檢測(cè)分辨率。
實(shí)際上,該方法還可以進(jìn)一步考慮使每個(gè)發(fā)射器相繼(insuccession)發(fā)射(在繼續(xù)發(fā)射的光脈沖之間有或最好沒(méi)有重疊),并調(diào)整神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu),特別是增加構(gòu)成輸入層的神經(jīng)元的數(shù)量。
與已知的用于檢測(cè)位于檢測(cè)區(qū)內(nèi)的物體位置的光系統(tǒng)相反,其中對(duì)位置的計(jì)算依賴(lài)于一個(gè)基本上由線性方程系構(gòu)成的數(shù)學(xué)模型,其中的物體僅僅被考慮為當(dāng)設(shè)置在輸入?yún)^(qū)中時(shí)形成陰影的不透明的屏幕,本發(fā)明的方法、設(shè)備和系統(tǒng)可以考慮物體(和/或用戶(hù)的手指)的實(shí)際光學(xué)和幾何特性,尤其是發(fā)射、反射和/或反向散射光的能力,也可考慮其形狀。
神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)可以以硬件形式實(shí)現(xiàn),但最好由一個(gè)或多個(gè)軟件模塊構(gòu)成,如建議使用MATHWORKS(美國(guó))公司的MATLAB軟件。
一般來(lái)說(shuō),發(fā)射器的數(shù)目在2至500的范圍內(nèi),尤其是5至50的范圍內(nèi),接收器的數(shù)目與此相等或類(lèi)似。
輸出層中的神經(jīng)元的數(shù)目至少是2個(gè),尤其當(dāng)網(wǎng)絡(luò)傳送表示區(qū)域中的物體位置的2(或3)維坐標(biāo)形式的數(shù)據(jù)輸出,(例如直角坐標(biāo),柱狀坐標(biāo)或極坐標(biāo))。或者,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)輸出神經(jīng)元輸出表示物體的位置是否屬于區(qū)域中的每個(gè)預(yù)定的子區(qū)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)時(shí),神經(jīng)元的數(shù)目可以小于區(qū)域中的子區(qū)的數(shù)目。或者,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)包括對(duì)檢測(cè)位置進(jìn)行編碼的裝置時(shí),輸出神經(jīng)元的數(shù)目可以等于1。
用于對(duì)由檢測(cè)器所傳送的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理或?qū)λ鲂盘?hào)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的裝置可以包括濾波器裝置和/或用于選擇有用信號(hào)/數(shù)據(jù)的裝置。這樣的選擇裝置能夠被用來(lái)有選擇性地消除表示很高的噪聲/信號(hào)比的信號(hào)(或相應(yīng)的數(shù)據(jù))。這尤其可發(fā)生在其中一個(gè)光檢測(cè)器對(duì)一個(gè)光發(fā)射器發(fā)出的輸入?yún)^(qū)的光照不敏感的情況下,這尤其適用于光檢測(cè)器被直接設(shè)置在以非全向的方式發(fā)射的光發(fā)射器的位置附近,以及當(dāng)接收器部分位于未被發(fā)射器照亮的位置的情況下??梢哉f(shuō)檢測(cè)器對(duì)于設(shè)置于相對(duì)的陰影區(qū)域中的發(fā)射器是“盲的”。
如果由盲檢測(cè)器所傳送的信號(hào)與由“看得見(jiàn)的”、即有效的檢測(cè)器所傳送的信號(hào)一起應(yīng)用于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的輸入端,則會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)在訓(xùn)練階段和識(shí)別階段在輸出端均產(chǎn)生很大的不穩(wěn)定性和/或錯(cuò)誤。這就是為什么建議消除這樣的干擾信號(hào),并且在神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的輸入端僅輸入對(duì)應(yīng)于來(lái)自有效檢測(cè)器的信號(hào)的數(shù)據(jù)。為此,本發(fā)明的設(shè)備最好包括一個(gè)用于選擇作為發(fā)射器的函數(shù)的有用信號(hào)的列表或真值表(matrix)。因此,網(wǎng)絡(luò)輸入層的神經(jīng)元的數(shù)目一般等于被相繼打開(kāi)的發(fā)射器(或發(fā)射器組)的數(shù)目乘以有效接收器的(最大)數(shù)目的乘積。
為了使得數(shù)據(jù)輸入和/或檢測(cè)以足夠高的速率被執(zhí)行,由接收器所傳送的信號(hào)和由神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)的處理每秒執(zhí)行幾次,甚至是每秒幾十次、成百、上千次。
將輸入層連接至輸出層的網(wǎng)絡(luò)中間層的數(shù)目,以及所述中間層中神經(jīng)元的數(shù)目在訓(xùn)練開(kāi)始前選定。神經(jīng)元之間的連接的聯(lián)會(huì)權(quán)重(synaptic weights)通過(guò)訓(xùn)練來(lái)確定。
實(shí)際上,在大量的應(yīng)用中,幾個(gè)或幾十個(gè)中間層就已足夠,其中每個(gè)中間層包括幾個(gè)或幾十個(gè)神經(jīng)元。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中,發(fā)射器和接收器以交替和/或交錯(cuò)的方式沿輸入?yún)^(qū)的輪廓線的兩部分設(shè)置,這樣是為了進(jìn)一步改善它們之間機(jī)械交互作用的緊湊性和簡(jiǎn)單性,和/或優(yōu)化作為發(fā)射器和接收器的方向性函數(shù)的檢測(cè)區(qū)的覆蓋。
本發(fā)明提供了一種用于檢測(cè)位置的方法和設(shè)備,這種設(shè)備簡(jiǎn)單、小巧、造價(jià)低。
本發(fā)明的其他的優(yōu)點(diǎn)和特性在結(jié)合附圖閱讀了下面的詳細(xì)描述后將很容易理解,其中附圖中非限制性地示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。


圖1是表示本發(fā)明的設(shè)備的第一實(shí)施例的主要元件的框圖。
圖2是本發(fā)明的設(shè)備的第二實(shí)施例的框圖。
圖3是本發(fā)明的設(shè)備中的一個(gè)鍵盤(pán)的簡(jiǎn)要視圖。
圖4是表示本發(fā)明的設(shè)備中的一個(gè)檢測(cè)器裝置中的四個(gè)LED和六個(gè)光電二極管的布局的簡(jiǎn)要平面視圖。圖5是用于選擇對(duì)應(yīng)于圖4的結(jié)構(gòu)的有效檢測(cè)器的真值表。
參考圖3和圖4,本發(fā)明尤其適用于確定部件的位置,如用戶(hù)的手指或書(shū)寫(xiě)工具或指示器、如一個(gè)靠近或與襯底37的區(qū)域30接觸的觸針的位置。矩形區(qū)域30由四條互相垂直的直線段31,32,33,34來(lái)限定。在圖3中,區(qū)域30又被所述的直線段以及兩條交叉的直線段34和35細(xì)分為四個(gè)矩形子區(qū)36。四個(gè)字母數(shù)字符號(hào)“1”、“2”、“3”、”4”寫(xiě)在襯底37上的各子區(qū)36中,從而構(gòu)成了可由操作員輸入的四個(gè)預(yù)定數(shù)據(jù)項(xiàng)。
為此,終端45(圖3)具有三個(gè)沿平行于直線段32,34,44以及平行于襯底37的短邊39的軸40規(guī)則地間隔排列的光電二極管1。該終端還包括四個(gè)沿軸40、以與傳感器1交替的方式規(guī)則地間隔排列的LED 22。由三個(gè)傳感器1和四個(gè)發(fā)射器22構(gòu)成的第二組沿平行于軸40的第二個(gè)軸41設(shè)置。發(fā)射器22和接收器1安裝在相對(duì)于襯底固定的位置,基本上可以與襯底的表面持平,或在表面上方的一段距離處。圖4中,發(fā)射器被標(biāo)記為L(zhǎng)1至L4,接收器被標(biāo)記為P1至P6。
光源22,L1至L4以光源為中心,以頂角為42度的錐形的方式發(fā)射光輻射46(圖4),這種方式對(duì)于從每個(gè)光源發(fā)出的發(fā)射光束覆蓋整個(gè)區(qū)域30是足夠的。
與每個(gè)傳感器相關(guān)的掩膜43用于保護(hù)傳感器不受寄生光輻射的影響。
假定光源和傳感器在平行的兩行中交錯(cuò)排列,每個(gè)光源直接自然地發(fā)射光,部分傳感器對(duì)于部分光源來(lái)說(shuō)是盲的。因此傳感器P1至P3(圖4)在傳輸過(guò)程中對(duì)于兩個(gè)光源L1和L2均是盲的,而傳感器P4至P6對(duì)于光源L3和L4均是盲的。
因此,例如當(dāng)發(fā)光二極管L1打開(kāi),同時(shí)發(fā)光二極管L2至L4關(guān)閉,在區(qū)域30中被檢測(cè)的物體幾乎沒(méi)有反射或反向散射時(shí),傳感器P1至P3的輸出信號(hào)基本上由噪聲構(gòu)成。為了確保來(lái)自傳感器P1至P6的信號(hào)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)的處理不受來(lái)自傳感器P1至P3的“干擾”數(shù)據(jù)的“污染”,相應(yīng)的信號(hào)和/或數(shù)據(jù)被消除。這種選擇通過(guò)如圖5所示的列表中對(duì)信號(hào)進(jìn)行系數(shù)為“0”或“1”的加權(quán)來(lái)執(zhí)行。如果L1自己被激活,由P4至P6傳送的信號(hào)被選擇為有效信號(hào),而由P1至P3傳送的信號(hào)被消除。這同樣適用于L2被單獨(dú)打開(kāi)的情況。當(dāng)L3和L4被打開(kāi)時(shí),選擇加權(quán)被插入。
或者,如果在區(qū)域30中被檢測(cè)的物體在很大程度上反射或反向散射,可以為用于選擇有效信號(hào)的裝置給出相應(yīng)的參數(shù)對(duì)于每一光源L3和L4,在反射時(shí)傳感器P1至P3是盲的,而對(duì)于每一光源L1和L2,在反射時(shí)傳感器P4至P6是盲的。然后相應(yīng)的加權(quán)列表或真值表將具有與圖5的列表中的系數(shù)相反的系數(shù)?!?”系數(shù)由“1”系數(shù)代替,反之亦然。
或者,列表中的各系數(shù)的值可被調(diào)整為發(fā)射器和接收器的位置和方向的函數(shù),也可以作為所使用的特殊的光特性(傳輸或反射)的函數(shù),其中給定被檢測(cè)物體的幾何特性。
特別參考圖1和2,每個(gè)傳感器1通過(guò)多個(gè)串聯(lián)連接的裝置被連接至一個(gè)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)16(也稱(chēng)為多層“感知(perception)”)。
在圖1中,每個(gè)傳感器1的輸出通過(guò)鏈路2被連接至用于對(duì)傳感器所傳送的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的單元3如濾波器的輸入端。每個(gè)單元3的輸出端通過(guò)鏈路4被連接至模數(shù)轉(zhuǎn)換器5的輸入端。每個(gè)轉(zhuǎn)換器5的輸出端通過(guò)鏈路6被連接至用于對(duì)轉(zhuǎn)換器所傳送的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的單元7的輸入端。每個(gè)單元7的輸出端通過(guò)鏈路8被連接至網(wǎng)絡(luò)16的輸入端9。
除了神經(jīng)元9的輸入層,網(wǎng)絡(luò)還具有多個(gè)神經(jīng)元11,12的中間層和神經(jīng)元14的輸出層,該輸出層將一個(gè)或多個(gè)描述將在區(qū)域30中被檢測(cè)的物體的位置的數(shù)據(jù)項(xiàng)傳送至輸出端15。聯(lián)合鏈路(synapticlinks)10,13連接接收器16的神經(jīng)元9,11,12,14。
在圖2所示的優(yōu)選實(shí)施例中,由傳感器1傳送的信號(hào)被輸入到復(fù)用器17的輸入端,復(fù)用器17的輸出端與一個(gè)轉(zhuǎn)換器5相連。來(lái)自傳感器1的有效信號(hào)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)矢量(a1,...an)...(Z1,...Zn)被記錄在存儲(chǔ)器18中,每個(gè)光照和數(shù)據(jù)識(shí)別序列在微處理器控制單元20的控制下產(chǎn)生,該控制單元20與部件17,5,7,16相連,還通過(guò)鏈路23至27與輸出存儲(chǔ)器19相連。
單元20還通過(guò)鏈路28與序列發(fā)生器21相連,通過(guò)在每個(gè)序列期間相繼打開(kāi)所有的光源22,控制該序列發(fā)生器的工作來(lái)產(chǎn)生掃描區(qū)域30的周期性的序列,為此,各條鏈路29將該序列發(fā)生器分別連接至各光源。
權(quán)利要求
1.一種確定在基底(37)上的區(qū)域(30)內(nèi)的物體位置的方法,其中該襯底包括多個(gè)區(qū)段(36),該方法的特征在于包括以下步驟◆在該區(qū)域內(nèi)和/或周?chē)O(shè)置多個(gè)光檢測(cè)器,每個(gè)光檢測(cè)器對(duì)準(zhǔn)一個(gè)接收光束,一組接收光束覆蓋了整個(gè)所述的區(qū)域;◆通過(guò)訓(xùn)練構(gòu)建一個(gè)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò);◆在所構(gòu)建的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)(16)的輸入端輸入由所述多個(gè)光檢測(cè)器(1,P1,...P6)傳送的信號(hào)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù),所述的多個(gè)光檢測(cè)器對(duì)所述區(qū)域的光照敏感;并且◆通過(guò)確定哪個(gè)區(qū)段已經(jīng)被物體接觸或接近,確定所述區(qū)域中的物體位置,其中該位置作為所構(gòu)建的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)輸出的至少一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的函數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其中為了構(gòu)建所述的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò),通過(guò)繼續(xù)提供幾百或上千的實(shí)例(或樣品)向量來(lái)表示所述神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的輸入執(zhí)行監(jiān)控訓(xùn)練,每個(gè)實(shí)例向量包括多個(gè)實(shí)例數(shù)據(jù)項(xiàng),這些數(shù)據(jù)項(xiàng)是從由所述的多個(gè)檢測(cè)器傳送的信號(hào)轉(zhuǎn)換得到的,并分別對(duì)應(yīng)于所述區(qū)域的多種不同的光照條件,其中所述區(qū)域被多個(gè)光發(fā)射器(22,L1至L4)照亮,每個(gè)光發(fā)射器包括一個(gè)發(fā)射光束,一組發(fā)射光束組照射整個(gè)所述區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法,其中為了產(chǎn)生所述區(qū)域的多種不同的光照條件,多個(gè)光源(22,L1至L4)被相繼用來(lái)照射所述區(qū)域,所述光源發(fā)射波長(zhǎng)位于紫外線、可見(jiàn)光或紅外線范圍內(nèi)的光輻射。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法,其中有效信號(hào)從檢測(cè)器傳送的信號(hào)中選擇,由一個(gè)或多個(gè)盲的檢測(cè)器傳送的信號(hào)被消除。
5.一種確定在襯底(37)上的輸入和/或檢測(cè)區(qū)域(30)中的物體位置的設(shè)備,該襯底包括多個(gè)區(qū)段(36),該設(shè)備的特征在于包括◆對(duì)所述區(qū)域中的光照敏感的多個(gè)傳感器(1,P1,...,P6),傳送作為所述光照的函數(shù)的電信號(hào),這些傳感器的接收光束組覆蓋了整個(gè)所述區(qū)域;◆轉(zhuǎn)換裝置(5),連接至所述傳感器,用于將所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù);以及◆分類(lèi)裝置(16),連接至所述轉(zhuǎn)換裝置,用于對(duì)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)做出響應(yīng),通過(guò)確定物體正在接觸或靠近所述區(qū)域的哪一部分,來(lái)傳送表示所述區(qū)域中物體位置的特性的至少一個(gè)輸出數(shù)據(jù)項(xiàng)。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備,其中所述的分類(lèi)裝置包括一個(gè)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)或多層感知器,通過(guò)監(jiān)控訓(xùn)練,該設(shè)備包括多個(gè)用于照亮數(shù)據(jù)輸入和/或檢測(cè)區(qū)域的光源(22,L1至L4),從光源發(fā)出的發(fā)射光束組照射整個(gè)所述區(qū)域。
7.如權(quán)利要求5或6所述的設(shè)備,進(jìn)一步包括用于選擇有效數(shù)據(jù)和/或信號(hào)的裝置(7),連接至傳感器和/或轉(zhuǎn)換裝置和/或分類(lèi)裝置,用于例如通過(guò)濾波或通過(guò)加權(quán)來(lái)消除干擾的信號(hào)和/或從干擾信號(hào)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求6或7所述的設(shè)備,進(jìn)一步包括光掃描裝置(21),連接至光源,用于使光源相繼被打開(kāi)。
9.如權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的設(shè)備,包括一個(gè)控制單元(20),連接至轉(zhuǎn)換裝置(5),并連接至分類(lèi)裝置(16)、選擇裝置(7)、以及掃描器裝置(21),用于控制這些裝置的操作,該設(shè)備還包括用于存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于所述區(qū)域的各種光函數(shù)的有效數(shù)據(jù)的裝置,最好是一個(gè)存儲(chǔ)器(18),其中包含一個(gè)組合了來(lái)自每個(gè)有效傳感器的、以光掃描的順序在光源發(fā)光的各階段中的信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的有效數(shù)據(jù)列表。
10.一種數(shù)據(jù)輸入終端(45),包括根據(jù)權(quán)利要求5至9中任一項(xiàng)所述的設(shè)備,還包括一個(gè)襯底(37),其中傳感器(1,P1至P6)和光源(22,L1至L4),如果有的話(huà),相對(duì)于該襯底以固定的方式安裝,并且該襯底被用作所述的輸入?yún)^(qū)域(30)的支撐物。
11.如權(quán)利要求10所述的終端,具有兩行平行排列的傳感器(1,P1至P6)和兩行平行排列的光源(22,L1至L4),傳感器和光源以交替和/或交錯(cuò)的方式排列,該終端還包括一個(gè)與每個(gè)傳感器相關(guān)的掩膜或外罩(43),用于保護(hù)傳感器不受寄生光輻射的影響。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種輸入數(shù)據(jù)的方法和設(shè)備,以及一種能夠被用于所述的方法(各設(shè)備)中的對(duì)物體或部件的位置進(jìn)行光檢測(cè)的系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域涉及鍵盤(pán)及用于手動(dòng)輸入由數(shù)字計(jì)算機(jī)處理的數(shù)據(jù)的類(lèi)似設(shè)備的制造領(lǐng)域。本發(fā)明的用于確定區(qū)域(30)中的物體位置的方法包括以下步驟通過(guò)學(xué)習(xí)構(gòu)建一個(gè)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò);向所構(gòu)建的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的輸入端(16)輸入由多個(gè)檢測(cè)器(1,P1,...,P6)傳送的信號(hào)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù),其中所述檢測(cè)器對(duì)所述區(qū)域的光照敏感;根據(jù)從所構(gòu)建的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)輸出的至少一個(gè)數(shù)據(jù)確定所述區(qū)域中的物體的位置。
文檔編號(hào)H03K17/94GK1518796SQ02812353
公開(kāi)日2004年8月4日 申請(qǐng)日期2002年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月21日
發(fā)明者吉列斯·卡瓦路西, 吉列斯 卡瓦路西 申請(qǐng)人:H21技術(shù)公司
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