專利名稱：測量物體的位移的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量物體的位移的裝置，特別是涉及一種利用激光測量物體的位移的裝置。
背景技術(shù)：
市面上有很多利用光學特性以檢測位移的輸入裝置，例如應(yīng)用于計算機的光學鼠標。光學鼠標底部有一光學傳感器，在每隔一定時間擷取多個影像，并藉由處理器比較所擷取的影像圖片的差異來決定鼠標的位移。
光學鼠標的普遍，是因為其準確度較佳于利用鼠標球(mouse ba11)的機械式鼠標。另外，若應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品中，例如PDA，使用者在移動中并無平坦表面以供光學鼠標運行，因此并不適用光學鼠標。
飛利浦的美國專利US 6,707,027揭示了一種量測位移的輸入裝置，其利用激光的多普勒效應(yīng)(Doppler shift)而檢測手指的位移，所需的面積很小，適合用于可攜式電子裝置上。然而，在手指快速移動時，此種輸入裝置并無法精確的檢測位移，使得坐標在屏幕看似反應(yīng)遲鈍而造成使用上的不便。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種有效檢測物體的快速及慢速移動以正確判定物體的位移。
根據(jù)本發(fā)明的目的，提出一種測量物體位移的方法，產(chǎn)生變頻驅(qū)動訊號以發(fā)出一激光束。變頻驅(qū)動訊號包括不同頻率的第一子成分及第二子成分，其分別包括上升階段及下降階段。接著，投射激光束于一物體的表面并反射接收一混合訊號，其中，對應(yīng)于第一子成分的上升與下降階段，混合訊號具有第一與第二子訊號；對應(yīng)于第二子成分的上升與下降階段，混合訊號具有第三與第四子訊號。接著，接收混合訊號，并輸出分別對應(yīng)于第一至第四子訊號的第一至第四脈沖數(shù)，并依據(jù)至少第一與第二脈沖數(shù)之差以及第三波與第四脈沖數(shù)之差之一而決定物體的位移。
根據(jù)本發(fā)明的目的，提出一種光學測量一物體的位移的裝置，包括驅(qū)動單元、激光二極管及光傳感器。驅(qū)動單元產(chǎn)生一變頻驅(qū)動訊號。變頻驅(qū)動訊號包括不同頻率的第一子成分及第二子成分，第一子成分及該第二子成分分別包括一上升階段及一下降階段。激光二極管接收變頻驅(qū)動訊號以發(fā)出一激光束，其中，激光束投射于該物體的表面并經(jīng)其所反射。光傳感器依據(jù)反射的該激光接收一混合訊號，其中，對應(yīng)于第一子成分的上升階段與下降階段，混合訊號具有一第一與一第二子訊號，對應(yīng)于第二子成分的上升與下降階段，混合訊號具有一第三與一第四子訊號，光傳感器并輸出分別對應(yīng)于第一至第四子訊號的第一至第四脈沖數(shù)。其中，驅(qū)動單元依據(jù)第一脈沖數(shù)與第二脈沖數(shù)之差產(chǎn)生第一脈沖差，依據(jù)第三脈沖數(shù)與第四脈沖數(shù)之差產(chǎn)生第二脈沖差，并由驅(qū)動單元依據(jù)至少第一與第二脈沖差之一而決定物體的位移。
為使本發(fā)明的上述目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并結(jié)合附圖詳細說明如下。


圖1示出了依照本發(fā)明較佳實施例的一種測量物體的位移的輸入裝置的方塊圖。
圖2A示出了變頻驅(qū)動訊號波形圖。
圖2B中示出了混合訊號的波形圖。
圖3示出了混合訊號脈沖的波形圖。
圖4示出了依照本發(fā)明的另一實施例的一種測量物體的位移的輸入裝置的方塊圖。
圖5示出了依照本發(fā)明較佳實施例的一種測量物體的位移的方法的流程圖。
附圖符號說明100、400輸入裝置110驅(qū)動單元120激光二極管130光傳感器
410變頻驅(qū)動單元Obj物體LB激光束10、12、14、22、30、32、34波形P1、P2第一子成分、第二子成分H1、H2上升階段L1、L2下降階段R1、R2、R3、R4第一、第二、第三、第四子訊號Im混合訊號Id變頻驅(qū)動訊號具體實施方式
飛利浦的美國專利US 6,707,027揭示的量測位移的輸入裝置，其使用固定頻率的驅(qū)動訊號以驅(qū)動激光二極管，此方式僅適合檢測特定的物體移動速度，當速度過快時會發(fā)生檢測不準確的現(xiàn)象。
請參照圖1，其示出了依照本發(fā)明的一種測量物體的位移的輸入裝置的方塊圖。輸入裝置100包括驅(qū)動單元110、激光二極管120及光傳感器130。驅(qū)動單元110產(chǎn)生一變頻驅(qū)動訊號Id以驅(qū)動激光二極管120。本實施例使用具有不同頻率的驅(qū)動訊號Id以驅(qū)動激光二極管，因此當物體的速度快或慢時都可準確的檢測。圖2A為變頻驅(qū)動訊號Id波形圖。標號1表示頻率較快的子成份，標號2次之，標號3最慢。驅(qū)動訊號Id可以為波形10、12或14之一。波形10具有交替為快、快、慢、慢(1、1、3、3)頻率的子成分；波形12具有交替為慢、快、慢、快(3、1、3、1)頻率的子成分；波形14具有快、中、慢(1、2、3)頻率的子成分。以波形12為例，于2B圖中所示，變頻驅(qū)動訊號Id包括較慢頻率的第一子成分P1及較快頻率的第二子成分P2，第一子成分P1具有上升階段H1及下降階段L1，第二子成分具有上升階段H2及下降階段L2。
激光二極管120用以接收由驅(qū)動單元110所產(chǎn)生的變頻驅(qū)動訊號Id，受其所驅(qū)動，并據(jù)以發(fā)出一激光束LB以傳播至物體Obj，例如為使用者的手指。當激光束LB投射于物體Obj的表面時，經(jīng)由反射，并以原激光束LB的傳播路徑傳回，使得反射激光，與原有的激光LB自我混合(self-mixing)，成為一混合訊號Im。
如第2B圖中，混合訊號Im為波形22，具有一第一子訊號R1與一第二子訊號R2，對應(yīng)于第一子成分P1的上升階段H1與下降階段L1，還具有一第三子訊號R3與一第四子訊號R4，對應(yīng)于第二子成分P2的上升階段H2與下降階段L2。當物體Obj為靜止不動時，第一子訊號R1與第二子訊號R2的波數(shù)為相等，而第三子訊號R3與第四子訊號R4的波數(shù)亦為相等。
當物體Obj朝向或遠離激光束LB的方向移動時，反射光束經(jīng)歷多普勒效應(yīng)，因而導致頻移，使得混合訊號Im呈現(xiàn)圖3波形上的訊號脈沖。當混合訊號Im如波形32所示，其表示物體Obj往前移動(朝向激光束LB所行徑的方向)，混合訊號的子訊號R1及R3的波數(shù)分別大于其子訊號R2及R4的波數(shù)。而當物體Obj往后移動時(遠離激光束LB所行徑的方向)，混合訊號Im將呈現(xiàn)如波形34，與物體Obj往前移動時相反的結(jié)果。而脈沖數(shù)與物體的行徑速度更有密切關(guān)系。因此，在充分的利用兩者之間的關(guān)系，便能由觀察脈沖數(shù)得知物體Obj的行徑速度快慢與方向。
藉由此，當光傳感器130接收混合訊號Im后，即計算其頻率以輸出分別對應(yīng)于第一子訊號R1、第二子訊號R2、第三子訊號R3及第四子訊號R4的第一脈沖數(shù)C1、第二脈沖數(shù)C2、第三脈沖數(shù)C 3及第四脈沖數(shù)C4。驅(qū)動單元110則依據(jù)第一脈沖數(shù)C1與第二脈沖數(shù)C2之差計算而產(chǎn)生第一脈沖差D1，并依據(jù)第三脈沖數(shù)C3與第四脈沖數(shù)C4之差計算而產(chǎn)生第二脈沖差D2。
理論上，第一脈沖差D1以及第二脈沖差D2應(yīng)相同，不受驅(qū)動訊號Id的頻率變化所影響。然而，受到物體Obj的移動速度的影響而產(chǎn)生的誤差，使得第一脈沖差D1常不等于第二脈沖差D2。當物體Obj快速移動時，利用低頻(較慢)的第一子成分P1，可能無法明顯分辨上升周期與下降周期之間脈沖差D1。此時，便需通過較高頻的第二子成分P2，來檢測脈沖差D2。舉例說明，當?shù)谝蛔映煞諴1的頻率為1kHz時，對應(yīng)的R1及R2的第一脈沖數(shù)C1及第二脈沖數(shù)C2例如分別為100與99，第二子成分P2的頻率為10kHz時，而對應(yīng)的R3及R4的第三脈沖數(shù)C3及第四脈沖數(shù)C4為10與4。因此，D1等于100-99＝1而D2等于10-4＝6。因此，相對于D1，藉由D2可較清楚的得知于上升周期的第三脈沖數(shù)C3大于下升周期的第四脈沖數(shù)C4，代表物體的移動方向是往前。也就是說，在物體Obj快速移動時，第二脈沖差D2更能正確地表示物體的移動方向。另外，驅(qū)動單元110亦可依據(jù)第一脈沖差D1與該第二脈沖差D2的平均來決定該移動方向。于此例中，第一脈沖差D1及第二脈沖差D2的平均值為3.5，因此，驅(qū)動單元110便可判定物體的移動方向是往前。
也就是說，由不同頻率的子成分，例如設(shè)定P1及P2的頻率分別為1kHz及100kHz，即可讓P2有P1一百倍的移動檢測速率，達到較高的分辨率，以更精確的檢測到物體Obj極快速的移動。因此，藉由物體Obj的移動速度，處理器110便能依據(jù)至少第一脈沖差D1與第二脈沖差D2之一決定物體Obj的位移。
變頻驅(qū)動訊號Id的形式除了圖2A所示的波形10、12、14以外，尚可有其它種種的變化，或是使用兩組激光二極管，分別以不同的頻率驅(qū)動，仍可達到可以在不同物體移動速度中仍可準確判斷方向的目的。
請參照圖4，其示出了依照本發(fā)明一較佳實施例的一種光學測量一物體的位移的輸入裝置400的方塊圖。輸入裝置400包括變頻驅(qū)動單元410、激光二極管120及光傳感器130。變頻驅(qū)動單元410用以產(chǎn)生變頻驅(qū)動訊號Id以驅(qū)動激光二極管120發(fā)出激光束LB，并以光傳感器130接收的反射的混合訊號Im。變頻驅(qū)動單元410還具有時序控制、回授控制及數(shù)據(jù)處理等功能。變頻驅(qū)動訊號Id包括多個不同頻率的子成分，如第一子成分P1及第二子成分P2，藉由驅(qū)動單元110依據(jù)物體Obj的移動速度而改變其頻率。當物體Obj的移動速度較快時，驅(qū)動單元110更可用以使得變頻驅(qū)動訊號的子成分的平均頻率調(diào)整為較高，反之，則使得子成分的平均頻率調(diào)整為較低。
請參照圖5，其示出了依照本發(fā)明較佳實施例的一種測量物體的位移的方法的流程圖。本實施例的方法始于步驟510，產(chǎn)生變頻驅(qū)動訊號Id以驅(qū)動激光二極管120，以發(fā)出激光束LB。接著，于步驟520中，投射激光束于物體Obj的表面并經(jīng)其所反射，產(chǎn)生反射光。然后，于步驟530中，依據(jù)反射光與激光LB的激光自混(self-mixing)，而接收混合訊號Im。接著，于步驟540中，利用光傳感器130接收混合訊號Im，并輸出分別對應(yīng)于第一子訊號R1、第二子訊號R2、第三子訊號R3及第四子訊號R4的第一脈沖數(shù)C1、第二脈沖數(shù)C2、第三脈沖數(shù)C3及第四脈沖數(shù)C4。接著，于步驟550中，依據(jù)第一脈沖數(shù)C1與第二脈沖數(shù)C2之差產(chǎn)生第一脈沖差D1，并依據(jù)第三脈沖數(shù)C2與第四脈沖數(shù)C4之差產(chǎn)生第二脈沖差D2。接著，于步驟560中，依據(jù)至少第一脈沖差D1與第二脈沖差D2之一而決定物體Obj的位移。
因此，利用本發(fā)明上述實施例所披露的光學測量一物體的位移的方法及裝置實施例，當物體移動得很快時，便可由較高頻率的P2及第二脈沖差D2來決定位移，而當物體移動得緩慢時，便可由較低頻率的P1及第一脈沖差D1來決定位移，以彌補傳統(tǒng)利用固定頻率，只能檢測特定范圍的變化，而無法檢測快速或緩慢移動的缺點。針對可攜式電子裝置，各可有效檢測使用者手指的移動，以判斷正確的坐標位置。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以一較佳實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(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與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍以本發(fā)明的權(quán)利要求為準。
權(quán)利要求
1.一種測量一物體位移的方法，包括產(chǎn)生一變頻驅(qū)動訊號以驅(qū)動一激光二極管，以發(fā)出一激光束，該變頻驅(qū)動訊號包括不同頻率的第一子成分及第二子成分，該第一子成分及該第二子成分各別包括一上升階段及一下降階段；投射該激光束于該物體的表面并經(jīng)其所反射；依據(jù)反射的該激光接收一混合訊號，其中，對應(yīng)于該第一子成分的該上升階段與該下降階段，該混合訊號具有一第一子訊號與一第二子訊號；對應(yīng)于該第二子成分的該上升階段與該下降階段，該混合訊號具有一第三子訊號與一第四子訊號；利用一光傳感器接收該混合訊號，并輸出分別對應(yīng)于該第一子訊號、該第二子訊號、該第三子訊號及該第四子訊號的一第一脈沖數(shù)、一第二脈沖數(shù)、一第三脈沖數(shù)及一第四脈沖數(shù)；依據(jù)該第一脈沖數(shù)與該第二脈沖數(shù)之差產(chǎn)生一第一脈沖差，依據(jù)該第三脈沖數(shù)與該第四脈沖數(shù)之差產(chǎn)生一第二脈沖差；以及依據(jù)至少該第一脈沖差與該第二脈沖差之一而決定該物體的位移。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在量測該位移的步驟中，依據(jù)第一脈沖差與該第二脈沖差的平均來決定該位移。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在決定該位移的步驟中，依據(jù)該物體的一移動速度而決定采用該第一脈沖差或采用該第二脈沖差來決定該位移。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在該變頻驅(qū)動訊號中，該第一子成分的頻率低于該第二子成分，當該物體的一移動速度較慢時，采用該第一脈沖差來決定該位移，當該物體的該移動速度較快時，采用該第二脈沖差來決定該位移。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該變頻驅(qū)動訊號包括多個不同頻率的子成分，在產(chǎn)生該變頻時脈步驟中，依據(jù)該物體的該移動速度而改變所述子成分的頻率。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中若該物體的該移動速度較快，則使得該變頻驅(qū)動訊號的所述子成分的平均頻率調(diào)整為較高，反之，則使得所述子成分的平均頻率調(diào)整為較低。
7.一種光學測量一物體的位移的裝置，包括一驅(qū)動單元，產(chǎn)生一變頻驅(qū)動訊號，該變頻驅(qū)動訊號包括不同頻率的第一子成分及第二子成分，該第一子成分及該第二子成分分別包括一上升階段及一下降階段；一激光二極管，接收該變頻驅(qū)動訊號以發(fā)出一激光束，其中，該激光束投射于該物體的表面并經(jīng)其所反射；以及一光傳感器，依據(jù)反射的該激光接收一混合訊號，其中，對應(yīng)于該第一子成分的該上升階段與該下降階段，該混合訊號具有一第一子訊號與一第二子訊號；對應(yīng)于該第二子成分的該上升階段與該下降階段，該混合訊號具有一第三子訊號與一第四子訊號；該光傳感器并輸出分別對應(yīng)于該第一子訊號、該第二子訊號、該第三子訊號及該第四子訊號的一第一脈沖數(shù)、一第二脈沖數(shù)、一第三脈沖數(shù)及一第四脈沖數(shù)；其中，該驅(qū)動單元依據(jù)該第一脈沖數(shù)與該第二脈沖數(shù)之差產(chǎn)生一第一脈沖差，依據(jù)該第三脈沖數(shù)與該第四脈沖數(shù)之差產(chǎn)生一第二脈沖差；其中，該驅(qū)動單元依據(jù)至少該第一脈沖差與該第二脈沖差之一而決定該物體的位移。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該驅(qū)動單元依據(jù)第一脈沖差與該第二脈沖差的平均來決定該位移。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該驅(qū)動單元依據(jù)該物體的一移動速度而決定采用該第一脈沖差或采用該第二脈沖差來決定該位移。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該第一子成分的頻率低于該第二子成分，當該物體的一移動速度較慢時，該驅(qū)動單元采用該第一脈沖差來決定該位移，當該物體的該移動速度較快時，該驅(qū)動單元采用該第二脈沖差來決定該位移。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該變頻驅(qū)動訊號包括多個不同頻率的子成分，該驅(qū)動單元依據(jù)該物體的該移動速度而改變所述子成分的頻率。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中若該物體的該移動速度較快，則該驅(qū)動單元使得該變頻驅(qū)動訊號的所述子成分的平均頻率調(diào)整為較高，反之，則使得所述子成分的平均頻率調(diào)整為較低。
全文摘要
一種測量物體位移的方法，產(chǎn)生變頻驅(qū)動訊號以發(fā)出一激光束。變頻驅(qū)動訊號包括不同頻率的第一子及第二子成分，其分別包括上升階段及下降階段。接著，投射激光束于一物體的表面并反射接收一混合訊號，其中，對應(yīng)于第一子成分的上升與下降階段，混合訊號具有第一與第二子訊號；對應(yīng)于第二子成分的上升與下降階段，混合訊號具有第三與第四子訊號。接著，接收混合訊號，并輸出分別對應(yīng)于第一至第四子訊號的第一至第四脈沖數(shù)，并依據(jù)至少第一與第二脈沖數(shù)之差以及第三波與第四脈沖數(shù)之差之一而決定物體的位移。
文檔編號G06F3/033GK1949157SQ20051011320
公開日2007年4月18日 申請日期2005年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月12日
發(fā)明者馬國棟, 廖炳謙, 李建興 申請人:達方電子股份有限公司