专利名称：使用声波测量物体空间位置的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种测量物体空间位置的方法及系统，且特别是有关于一种使用声波测量物体空间位置的方法及系统。
背景技术：
传统的电容式、电阻式以及表面声波触控技术等，只能对于位处屏幕表面的触控进行侦测，且因为电子元件合格率的限制，在大面积触控的应用上会导致成本快速上升。另一种运用深度摄影机进行位置判断的技术则因光学限制之故，仅能在30公分以外才有效，并不适于近距离的触控应用；此外因为摄影机视角问题，在大面积触控时所能涵盖的区域偏小，故同样不适于大面积触控的应用。有鉴于此，一种被称为脉冲-回声超音波(pulse-echo ultrasound)的技术便开·始被使用于近距离且大面积的触控环境上。此种技术是根据声音传递的速度来计算待测物体与感应器之间的距离，然后透过几何关系而获知待测物体的位置。然而，欲使用此技术必须先克服两个问题其一是需要知道声音速度的大小，但因为声音速度会随着温度与湿度而有所改变，所以必须随时校正才能维持精准度；其二是如何利用反射时间资讯来计算待测物体的三度空间坐标，亦即，用来计算待测物体三度空间坐标的计算方式的复杂度将很大程度的影响到物体侦测的运作流畅程度。

发明内容
本发明的目的之一就是在提供一种使用声波测量物体空间位置的方法与系统，其不需要确认声音速度即可进行物体位置的量测。本发明提出一种使用声波测量物体空间位置的方法，其适于使用一个声波收发装置及多个声波接收装置以测量指示物品的位置。此方法先取得声波收发装置至每一声波接收装置之间的相对位置，并取得对应于从声波收发装置发出声波，直至由声波收发装置与由声波接收装置接收到从指示物品反射而回的反射声波之间所需的反射时间，之后再利用所取得的相对位置与反射时间来计算指示物品的位置。本发明还提出一种使用声波测量物体空间位置的系统，此系统用于测量指示物品的位置，并包括声波生发装置、第一与第二声波接收装置、记录元件以及计算单元。其中，声波收发装置发出声波至指示物品，并接收因声波从指示物品反射而回所产生的第一声波反射信号。第一与第二声波接收装置分别接收因为前述声波从指示物品反射而回所产生的第二与第三声波反射信号。记录元件记录第一声波接收装置与声波收发装置之间的第一相对位置资讯，并记录第二声波接收装置与声波收发装置之间的第二相对位置资讯。计算单元根据从声波收发装置从发出声波至声波收发装置本身接收到第一声波反射信号所需的第一反射时间、从声波收发装置发出声波至第一声波接收装置接收第二声波反射信号所需的第二反射时间、从声波收发装置发出声波至第二声波接收装置接收第三声波反射信号所需的第三反射时间、第一相对位置资讯以及第二相对位置资讯，以计算指示物品的位置。
本发明预先记录声波收、发元件之间的相对位置作为计算指示物品时的参数，再配合各反射时间以及对应的空间几何关系，如此就可以在没有确切的声速数据的情况下计算出指示物品的空间位置。为让本发明之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。


图I为根据本发明一实施例的系统方块图；图2为图I所示之实施例的俯视示意图；图3为根据本发明一实施例的实施步骤流程图。其中，附图标记 10 :使用声波测量物体空间位置的系统15 :指示物品100 :面板110:声波收发装置120、122、124 :声波接收装置130 :记录元件140 :计算单元S30CTS312 :本发明一实施例之实施步骤
具体实施例方式请参照图I，其为根据本发明一实施例的系统方块图。如图I所示，在本实施例中，使用声波测量物体空间位置的系统10包括了声波收发装置110、声波接收装置120、122与124、记录元件130以及计算单元140。虽然这些装置与元件在本实施例中被设置在面板100的四周或其内部，但这并非唯一的设计方式。例如，面板100本身可以只是一个用于显示而没有触控功能的屏幕，或者可以是一块用于涂写字画的板子。当然，记录元件130与计算单元140等可以不被设置在屏幕或板子之内，而是独立在外并以能沟通数据的方式与声波收发装置110及声波接收装置120、122与124等相互耦接。在图I所示的实施例中，声波收发装置110会发出声波以便后续量测操作的进行。由声波收发装置Iio所发出的声波在碰撞到指示物品15之后会四散反射至各处，而从指示物品15反射而回的声波中的一部分则会分别被声波收发装置110本身以及声波接收装置120、122与124所接收。这些被接收的反射声波(后称为声波反射信号)的接收时间点与原本发出声波的时间点之间的差异，会被传送到记录元件130或直接传送到计算单元140，以使计算单元140能配合记录元件130所储存之声波收发装置110与声波接收装置120、122与124间的相对位置资讯，对指示物品15的空间位置进行计算。请参照图2,其为图I所示之实施例的俯视示意图。应注意的是,此图仅用于表示声波收发装置110与声波接收装置120、122与124间的相对位置关系，以借此让本领域技术人员知悉何谓前述的相对位置资讯，但并不以此代表这些装置的实际长度与形状。如图2所示，此实施例以声波收发装置110为原点，并以声波接收装置120相对于声波收发装置110在X轴上的位移量为hl，在Y轴与在Z轴上的位移量因为其值为0，所以没有标示出来；以声波接收装置122相对于声波收发装置110在X轴上的位移量为h2，在Y轴与在Z轴上的位移量因为其值为0，所以没有标示出来；并以声波接收装置124相对于声波收发装置110在X轴上的位移量为h3，在Y轴上的位移量为h4，在Z轴上的位移量因为其值为0，所以没有标示出来。所述各轴上的位移量会被储存在记录元件130之中，以备后续计算时使用。请参照图3，其为根据本发明一实施例的实施步骤流程图。为方便说明，请一并参照图I。在本实施例中，首先自记录元件130中取得先前储存的各个相对位置资讯(步骤S300);并在声波收发装置110与声波接收装置120、122与124等各自收到声波反射信号之后，计算收到声波反射信号的时间点与声波收发装置110发出声波的时间点之间的时间差异以作为相对应的反射时间(步骤S302)。在取得相对位置资讯以及反射时间之后，这两组参数会被提供给计算单元140以计算指示物品15的位置。在计算指示物品15的位置时，可以考虑利用以下的方式来进行以Xi= [Xi Yi Zi]T, i=l表示声波收发装置110的空间坐标，i为其他值时表示分别表示一个声波接收装置的空间坐标。例如，可以以X2代表声波接收装置120的空间坐标，以 X3代表声波接收装置122的空间坐标，并以X4代表声波接收装置124的空间坐标。此外，并以τ i为声波收发装置110到第i-Ι个声波接收装置的反射时间。例如，可以i=l时(τ表示声波收发装置110发出声波到声波收发装置110自身收到声波反射的反射时间，并以i=2时(τ 2)表示声波收发装置110发出声波到声波接收装置120收到声波反射的反射时间，以i=3时(τ 3)表示声波收发装置110发出声波到声波接收装置122收到声波反射的反射时间，以i=4时(τ 4)表示声波收发装置110发出声波到声波接收装置124收到声波反射的反射时间。如此，根据声波收发装置110、声波接收装置120、122与124及指示物品15之间的几何空间关系，可以得到以下式子
权利要求
1.一种使用声波测量物体空间位置的系统，其特征在于，适于测量一指示物品的位置，该系统包括 一声波收发装置，用以发出一声波至该指示物品，并接收因该声波从该指示物品反射而回所产生的一第一声波反射信号； 一第一声波接收装置，接收因该声波从该指示物品反射而回所产生的一第二声波反射信号; 一第二声波接收装置，接收因该声波从该指示物品反射而回所产生的一第三声波反射信号; 一记录元件，记录该第一声波接收装置与该声波收发装置之间的一第一相对位置资讯，以及记录该第二声波接收装置与该声波收发装置之间的一第二相对位置资讯；以及 一计算单元，根据该声波收发装置从发出该声波至接收到该第一声波反射信号所需的一第一反射时间、从该声波收发装置发出该声波至该第一声波接收装置接收该第二声波反射信号所需的一第二反射时间、从该声波收发装置发出该声波至该第二声波接收装置接收该第三声波反射信号所需的一第三反射时间、该第一相对位置资讯及该第二相对位置资讯，计算该指示物品的位置。
2.如权利要求I所述的系统，其特征在于，该声波收发装置、该第一声波接收装置及该第二声波接收装置排列在一直线上。
3.如权利要求I所述的系统，其特征在于，更包括 一第三声波接收装置，接收因该声波从该指示物品反射而回所产生的一第四声波反射信号， 其中，该记录元件更记录该第三声波接收装置与该声波收发装置之间的一第三相对位置资讯，且该计算单元于计算该指示物品的位置时，更进一步依据该第三相对位置资讯以及从该声波收发装置发出该声波至该第二声波接收装置接收该第四声波反射信号所需的一第四反射时间以进行计算。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，该声波收发装置、该第一声波接收装置、该第二声波接收装置及该第三声波接收装置被排列在同一平面上，但不在同一直线上。
5.一种使用声波测量物体空间位置的方法，其特征在于，适于使用一声波收发装置及多个声波接收装置以测量一指示物品的位置，该方法包括 取得该声波收发装置至每一该些声波接收装置之间的一相对位置； 取得对应于从该声波收发装置发出声波，到该声波收发装置与到该些声波接收装置接收到从该指示物品反射而回的反射声波之间所需的多个反射时间；以及 利用该些相对位置与该些反射时间，计算该指示物品的位置。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该些声波接收装置被排列为在同一平面上但不在同一直线上。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，计算该指示物品的位置时采用并列下列方程式以求解 (Xi-X1) tX+ (V τ「V τ ) *ν τ ^2=(1/2) * (| Xi 12_ | X112+ν2 τ /-γ2 τ /) 其中Xi=Iixi Yi Zi]'i=l表示该声波收发装置的空间坐标,i为其他值时表示分别表示该些声波接收装置之一的空间坐标，τ i为该声波收发装置到第i_l个声波接收装置的反射时间，其中i=l时表示声波收发装置发出声波到声波收发装置自身收到声波反射的反射时间，V为声速。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，于计算该指示物品的位置之外，更进一步计算对应的声音速度。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，更利用所计算出来的声音速度以确认所计算出的该指示物品的位置是否可用。
全文摘要
一种使用声波测量物体空间位置的方法及系统，适于使用声波收发装置及多个声波接收装置以测量指示物品的位置。此方法首先取得声波收发装置至每一声波接收装置之间的相对位置；之后再取得对应于从声波收发装置发出声波、一直到声波收发装置与声波接收装置接收到从指示物品反射而回的反射声波之间所需的反射时间；最后就利用这些相对位置与反射时间，计算指示物品的位置。
文档编号G01S15/06GK102928843SQ20121038353
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月11日 优先权日2012年8月17日
发明者胡竹生, 阮崇维, 李芳庆 申请人:友达光电股份有限公司