专利名称：位置侦测装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种侦测装置，尤指一种位置侦测装置及其方法。
背景技术：
近年来，触控式面板(Touch Panel)的应用愈来愈广泛，例如个人数字助理装置 (Personal Digital Assistant)、游客导览系统、自动柜员机、销售点终端机等。而目前触 控式面板依其使用技术的不同，可区分为电阻式触控面板、电容式触控面板、以及红外线式 触控面板等种类。
以电容式触控面板来说，主要的做法是在玻璃板上镀上氧化锑锡薄膜(ΑΤΟ Film) 及银浆线等导电材料，外侧再覆上防刮涂膜。玻璃板周围的电极会在外侧导电层上产生均 勻的低压电场。内侧导电层则可以提供电磁屏蔽，并减低噪声。每当手指接触到屏幕时，就 会与外侧导电层上的电场产生电容耦合，而吸去微小的电流，借助各电极负责测量来自各 个角落的电流大小来定出手指的坐标。电容式触控面板的优点为稳定性高、透光度佳、表面 硬度强，但缺点为价格较高且制程较为复杂。对电阻式触控面板而言，主要是透过氧化铟锡导电薄膜(ΙΤ0 Film)及一片氧化铟 锡导电玻璃(ΙΤ0 Glass)而形成，导电玻璃与导电薄膜之间，则用一层聚酯制成的微小分隔 点隔开。沿着玻璃的X轴，以及导电薄膜的Y轴，各有一个控制器，会施加微小的电压梯度。 每当手指触及面板，就会把两片导电层压在一起，进而侦测出触点的X坐标与Y坐标。电阻 式触控面板的优点为制造成本较低、构造较简易，但透光度及表面硬度均差于电容式触控 面板。红外线式触控面板则利用光源遮断原理，在显示器屏幕四周安置红外线发射及接 收装置，当有物体接触屏幕时将会遮断光信号，借助分析接收装置的接收信号来测得物体 在屏幕上的坐标。如中国台湾专利公开号为200805123所揭示的“位置侦测装置“，即是利 用红外线原理来侦测特定位置。请参考图1，该图为现有的位置侦测装置的一具体实施例的 外观架构示意图。如图1所示，位置侦测装置1包括一框架11、红外线光源131、133、135、 137、以及光线接收器132、134、136、138。其中，红外线光源131、133、135、137以及光线接收 器132、134、136、138设置于框架11上，光线接收器132、134、136、138用来接收红外线光源 131、133、135、137所发射的光线。位置侦测装置1用来搭配一屏幕111使用，框架11环绕该屏幕111而设置于其上。 当手指或其它物体置于框架11内部的某个位置而遮断红外线时，部分的光线接收器132、 134、136、138将收不到红外线光源131、133、135、137所发射的光线。由受到光线遮断的光 线接收器132、134、136、138的位置可决定物体在框架11内的X坐标以及Y坐标。具体来说，当放置一待测物15于框架11内的某个位置时，将会遮挡红外线光源 131、133、135所发射的光信号，而使得部份的光线接收器132、134、136、138所接收到的光 信号强度降低。借助处理器(图中未示)分析每一光线接收器132、134、136、138所接收的 光信号强度，并根据每一光线接收器132、134、136、138的位置及其所接收光信号的强度变化，而决定待测物15在框架11内的位置。由图1中可看出，光线接收器132、134、136、138 与每一红外线光源131、133、135之间所形成的四组联机的交会处可决定待测物15于框架 11内的位置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种位置侦测装置及其侦测方法，其利用撷取屏幕前方的 各角度的影像，分析每张影像的变化来计算出物体触击屏幕的位置，以能实时侦测触控屏
幕的位置。本发明揭示一种位置侦测装置，其包括有一框架、复数个影像撷取单元以及一处 理单元。所述的框架限定一空间范围；影像撷取单元分别设置于框架上，每一影像撷取单 元用以撷取空间范围中的一位置影像；处理单元耦接于影像撷取单元；其中，当一待测物 置于空间范围中的一特定位置时，处理单元会根据每一个位置影像来决定待测物的特定位置。本发明又揭示一种位置侦测方法，用以决定至少一待测物位于一平面物体上的一 特定位置。所述的位置侦测方法的步骤如下首先，于该平面物体上的外围设置复数个影像 撷取单元；再来，每一影像撷取单元分别对待测物撷取一位置影像，其中位置影像记录有特 定位置与平面物体的表面位置的相对关系；最后，根据每一位置影像来决定待测物的特定 位置。借助前述技术方案，本发明设置多个影像感测装置于屏幕的四周，利用其分别对 屏幕感测影像变化的方式来估算出触控屏幕的实际位置，如此能实时、正确地侦测触控坐 标。以上的概述与接下来的详细说明及附图，皆是为了能进一步说明本发明为达成预 定目的所采取的方式、手段及功效。而有关本发明的其它目的及优点，将在后续的说明及附 图中加以阐述。
图1为现有的位置侦测装置的一具体实施例的外观架构示意图；图2为本发明所揭示的位置侦测装置的一具体实施例的外观架构示意图；图3为本发明所揭示的位置侦测装置的一具体实施例的系统架构示意图；图4为本发明所揭示的位置侦测装置的一具体实施例的操作示意图；图5为本发明所揭示的位置影像的一具体实施例示意图；图6为本发明所揭示的样本点的一具体实施例示意图；图7为本发明所揭示的对应关系表格的一具体实施例示意图；以及图8为本发明所揭示位置侦测方法的一具体实施例的步骤流程图。主要元件附图标记说明现有1 位置侦测装置11 框架111 屏幕
131、133、135、137 红外线光源132、134、136、138 光线接收器15 待测物本发明2 位置侦测装置21 框架211 空间范围231 238 影像撷取单元25 处理单元27 频率产生器29 缓存单元31 平面物体32 遮板33、35 待测物Li、L2:特定位置Il 18:位置影像Sl S25 样本点S801 S809 各个步骤流程
具体实施例方式本发明所提出的位置侦测装置及其侦测方法，是于装置出厂前，事先建立屏幕的 表面位置与其周边的影像撷取单元之间距离的对应关系，当任一物体触击屏幕时，影像撷 取单元会感测屏幕上的影像变化，并借助参考上述事先建立的对应关系来分析各个影像， 以估算出物体触控屏幕的实际位置。本发明的主要技术特征在于在屏幕周边设置影像撷取装置，并借助感测屏幕上的 影像变化来判断触击屏幕的位置坐标，以下就仅提出必要的内外部系统架构及其动作流 程，然而，本领域技术人员得知，除了以下所提及的构件，显示屏幕及其搭配的电子装置当 然包括其它的必要元件，因此，不应以本实施例揭示的内容为限。首先，请参阅图2，该图为本发明所揭示的位置侦测装置的一具体实施例的外观架 构示意图。如图2所示，位置侦测装置2包括一框架21以及多个影像撷取单元231 238。 框架2中围出了一空间范围211，而影像撷取单元231 238分别设置于框架21上，用以撷 取空间范围211中的影像。具体来说，影像撷取单元231 238正对着空间范围211的中 心，并平均地设置于框架21上。影像撷取单元231 238为互补金属氧化物半导体影像传 感器(Complementary Metal Oxide SemiconductorSensor, CMOS Sensor)或数字相机之其 一或其组合。值得一提的是，所述的影像撷取单元的数量为复数个，本实施例中是以八个为例， 然而不以揭示的内容为限。接着，请一并参考图3，该图为本发明所揭示的位置侦测装置的一具体实施例的系 统架构示意图。如图3所示，位置侦测装置2更包括一处理单元25、一频率产生器27以及一缓存单元29。处理单元25耦接于影像撷取单元231 238，用以处理其撷取的影像；频 率产生器27耦接于该影像撷取单元231 238，用以控制影像撷取单元231 238以一特 定周期来周期性地撷取影像；缓存单元29则是用来储存所撷取的影像。为了更了解本发明的操作态样，请参考图4，该图为本发明所揭示的位置侦测装置 的一具体实施例的操作示意图。如图4所示，位置侦测装置2的框架21搭配一平面物体31 使用，框架21环绕该平面物体31而设置于其上，以在平面物体31上界定出空间范围211。 具体来说，所述的平面物体31为一计算器系统的显示屏幕，当使用者借助待测物33、35接 触(或接近)该平面物体31上方的空间范围211中的特定位置时，影像撷取单元231 238随即感测到空间范围211中的影像有变化，便对着待测物33、35的方向撷取位置影像， 其中该位置影像记录有待测物33、35所在的特定位置与平面物体31的表面位置的相对关 系；最后，处理单元25便可根据每一影像撷取单元撷取的位置影像来计算出待测物33、35 的实际的特定位置。具体来说，待测物33、35可以是使用者的手指或笔的其中之一。于本发明的一具体实施例中，位置侦测装置2更包括一遮板32，使框架21能设置 于平面物体31以及遮板32之间，以减少影像撷取单元231 238感测该空间范围211的 大小，进而避免空间范围211外的影像产生变化时，便驱动影像撷取单元231 238撷取位 置影像。请一并参考图5，该图为本发明所揭示的位置影像的一具体实施例示意图。如图5 所示，以待测物33置于特定位置Ll，其坐标为(XI，Yl)，以及待测物35置于特定位置L2，其 坐标为(X2，Y2)为例，每一影像撷取单元231 238处于不同方位看到的两特定位置Li、 L2的影像都不相同，影像撷取单元231撷取到的位置影像Il便记录了两待测物33、35的所 在位置与平面物体31的表面位置的相对关系，其余的影像撷取单元232 238亦撷取了各 自方向所感测到的位置影像12 18(图中未示)，以分别记录两待测物33、35相对于各影 像撷取单元232 238的距离。如此一来，处理单元25便可利用八张位置影像Il 18中 记录的位置信息，来运算出两特定位置Li、L2的坐标。值得一提的是，位置侦测装置2必须于出厂前先建立平面物体31的表面位置与影 像撷取单元231 238之间的一对应关系，以校正位置影像来计算出待测物切确的特定位 置。建立对应关系的方式可以有很多种，一具体实施例中，如图6所示，于平面物体31上点 击多个样本点Sl S25，每点击一个样本点Si，所有的影像撷取单元就分别对该样本点Si 撷取一样本位置影像，以记录该样本点Si的所在位置与该平面物体31的表面位置的相对 关系，最后再由处理单元25记录样本点Si及其所在的样本位置、样本位置影像等信息来产 生表示对应关系的表格，如图7所示，以样本点Sl为例，假设其所在的样本位置为(0，0)，则 从每个影像撷取单元231 238感测到样本点Sl的样本位置影像所表示的相对位置即为 (0,0,0,0. 5,1,1,1,0. 5)，其它样本点亦以此类推。有了图7的对应关系表格7，便可计算出位于平面物体31上待测物33、35的位置。 以待测物33的位置为Ll
、待测物35的位置为L2
举例，影像撷取 单元231 238对待测物33撷取的位置影像所转换出的数值为Vu
，处理单元25会将Vu —一与每个样本位置影像转换出的数值Isi进 行运算，以找出至少一与待测物33最近的样本点Si，即为样本点S17。进而依据样本点S17 的样本位置影像计算样本点S17与待测物33的距离来校正Vu，如公式(1)，并利用计算出的距离差以及样本点S17的样本位置来计算出待测物33切确的特定位置Li，如公式(2)； 待测物35的特定位置L2亦是以相同的方式算出。如此一来，即使在平面物体31上点击复 数个位置，处理单元25仍然可利用影像撷取单元所撷取的位置影像，并透过对应关系表格 7的校正，来估算出每一待测物的实际位置。
<formula>formula see original document page 8</formula>
于本发明的一具体实施例中，获得位置影像的方法除了利用感测平 面物体31上 影像的变化外，亦可利用频率产生器27控制影像撷取单元231 238以特定周期来周期性 地撷取不同角度的位置影像，因此，缓存单元29会同时储存最新撷取的位置影像以及上一 个该特定周期前所撷取的位置影像，实时由处理单元25比对上述两时间点所撷取的位置 影像，并根据两者的差异来决定待测物的特定位置。最后，请参阅图8，该图为本发明所揭示位置侦测方法的一具体实施例的步骤流程 图。其中相关的系统架构请同时参阅图2至图7。如图8所示，所述的位置侦测方法为以下 步骤首先，使用待测物33、35分别在平面物体31上点击特定位置L1、L2 (步骤S801)； 接着，每一影像撷取单元231 238便对待测物33、35撷取不同方位的位置影像，并依据 特定位置Li、L2与平面物体31的表面位置的相对关系以及比例来将位置影像量化(步骤 S803)；再来，处理单元25会以量化后的位置影像一一与每个样本位置影像转换出的数 值Isi进行运算，以找出与待测物最近的样本点Si (步骤S805)；得知样本点Si后，处理单 元25便可从对应关系表格7查出样本位置以及量化的样本位置影像，并利用公式(1)来校 正量化后的位置影像(步骤S807)；最后，处理单元25再利用公式(1)将校正后的位置影 像计算出待测物33、35的特定位置Li、L2 (步骤S809)。借助以上实例详述，当可知悉本发明的位置侦测装置及其侦测方法，是利用感测 屏幕上的各角度的影像，分析每张影像的变化来计算出物体触击屏幕的位置坐标。如此一 来，能减少现有电阻式触控面板、电容式触控面板在电路设计上的成本，以及降低其侦测位 置易失误的缺失。且，利用影像撷取单元感测到各方位的影像，并透过对应关系表格的校 正，可达到同时间侦测多个触击位置，进而提供更多元的控制模式。但，以上所述，仅为本发明的具体实施例的详细说明及附图而已，并非用以限制本 发明，本发明的保护范围应以权利要求书的范围为准，任何本领域技术人员在本发明的领 域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在本案所界定的保护范围之内。
权利要求
一种位置侦测装置，其特征在于，包括有一框架，其限定一空间范围；复数个影像撷取单元，分别设置于该框架上，每一该影像撷取单元用以撷取该空间范围中的一位置影像；以及一处理单元，耦接于该等影像撷取单元；其中，当至少一待测物置于该空间范围中的一特定位置时，该处理单元根据每一该位置影像来决定该待测物的该特定位置。
2.如权利要求1所述的位置侦测装置，其特征在于，该影像撷取单元于该空间范围中 的影像有变化时，始撷取该等位置影像。
3.如权利要求1所述的位置侦测装置，其特征在于，更包括有一频率产生器，耦接于该影像撷取单元，用以控制该影像撷取单元以一特定周期来周 期性地撷取该位置影像；以及一缓存单元，用以储存最新撷取的该位置影像。
4.如权利要求3所述的位置侦测装置，其特征在于，该缓存单元更储存有上一个该特 定周期前所撷取的该位置影像。
5.如权利要求4所述的位置侦测装置，其特征在于，该处理单元比对最新撷取的该位 置影像以及上一个该特定周期前所撷取的该位置影像，并根据两者的差异来决定该待测物 的该特定位置。
6.如权利要求2所述的位置侦测装置，其特征在于，该框架环绕一平面物体而设置于 其上，以在该平面物体上界定出该空间范围。
7.如权利要求6所述的位置侦测装置，其特征在于，该平面物体为一显示屏幕。
8.如权利要求6所述的位置侦测装置，其特征在于，该框架设置于该平面物体以及一 遮板之间，该遮板用来减少该影像撷取单元感测该空间范围的大小。
9.如权利要求1所述的位置侦测装置，其特征在于，该影像撷取单元为互补金属氧化 物半导体影像传感器或数字相机之其一或其组合。
10.一种位置侦测方法，其特征在于，用以决定至少一待测物位于一平面物体上的一特 定位置，该方法包括下列步骤于该平面物体上的外围设置复数个影像撷取单元；每一该影像撷取单元分别对该待测物撷取一位置影像，其中该位置影像记录有该特定 位置与该平面物体的表面位置的相对关系；以及根据每一该位置影像来决定该待测物的该特定位置。
11.如权利要求10所述的位置侦测方法，其特征在于，更包括下列步骤 建立该平面物体的表面位置与该影像撷取单元之间的一对应关系；以及 依据该对应关系来校正该位置影像。
12.如权利要求11所述的位置侦测方法，其特征在于，建立该对应关系的步骤中更包 括下列步骤提供复数个样本点，每一该样本点位于该平面物体上的一样本位置； 每一该影像撷取单元分别对该样本点撷取一样本位置影像，其中该样本位置影像记录 有该样本位置与该平面物体的表面位置的相对关系；以及记录该样本点、该样本位置及其该样本位置影像来产生该对应关系。
13.如权利要求12所述的位置侦测方法，其特征在于，依据该对应关系来校正该位置 影像的步骤中更包括下列步骤找出至少一与该待测物的该特定位置最近的该样本点；以及依据离该特定位置最近的该样本点的该样本位置以及该样本位置影像来校正该位置影像。
14.如权利要求13所述的位置侦测方法，其特征在于，该待测物的该特定位置是根据 校正后的每一该位置影像来决定。
15.如权利要求10所述的位置侦测方法，其特征在于，该影像撷取单元于该平面物体 上的影像有变化时，始撷取该等位置影像。
16.如权利要求10所述的位置侦测方法，其特征在于，该影像撷取单元以一特定周期 来周期性地撷取该位置影像，使得该待测物的该特定位置根据最新撷取的该位置影像以及 上一个该特定周期前所撷取的该位置影像两者之间的差异来决定。
17.如权利要求10所述的位置侦测方法，其特征在于，该平面物体为一显示屏幕。
18.如权利要求10所述的位置侦测方法，其特征在于，该影像撷取单元为互补金属氧 化物半导体影像传感器或数字相机之其一或其组合。
全文摘要
一种位置侦测装置，其包括有一框架、复数个影像撷取单元以及一处理单元；所述的框架限定一空间范围；影像撷取单元分别设置于框架上，每一影像撷取单元用以撷取空间范围中的一位置影像；处理单元耦接于影像撷取单元；其中，当一待测物置于空间范围中的一特定位置时，处理单元会根据每一个位置影像来决定待测物的特定位置。一种位置侦测方法，用以决定至少一待测物位于一平面物体上的一特定位置，该方法包括下列步骤于该平面物体上的外围设置复数个影像撷取单元；每一该影像撷取单元分别对该待测物撷取一位置影像，其中该位置影像记录有该特定位置与该平面物体的表面位置的相对关系；以及根据每一该位置影像来决定该待测物的该特定位置。
文档编号G06F3/042GK101833398SQ20091000878
公开日2010年9月15日 申请日期2009年3月9日 优先权日2009年3月9日
发明者李锦峰 申请人:李锦峰