TW201229814A - Mobile communication device with three-dimensional sensing and a method therefore - Google Patents

Description

201229814 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種具有三維感測之行動通信裝置及1方 法》該三維感測係較佳地用於債測該行動通信裝置之二 示器上方之一空間體積中之物體。 【先前技術】 如7 5争多3亥讀動通信裝置具備—觸控顯示器或—相 :。此-觸控顯示器係用作可與_使用者互動之輪入構 。如今該等顯示器之一些亦可感测與該顯示器緊密接近 之Γί體或示意動作。因此，實際上並不總是需要觸摸該 顯不裔以與該行動通信裝置互動。 而且，該行動通信裝置之相機可用以偵測或感測—物體 或不意動作。然而，該相機之範圍通常有所限 機之附近的表現-點也不令人滿意。 在以目 因此’必須能夠在比如今可能的範圍大得多之_範圍内 及=維地感測—行動通信裝置之—顯示器上方之—物體或 示思動作，且亦最佳化此範圍中之空間解析度。 三維感測該行動通信裝置上方之物體及示意動作將賦予 ，用者依新的方式及三維地與該行動通信裝置互動之一可 能性。舉例而t，本發明可連同三維顯示器及/或遊戲裝 置一起使用。 【發明内容】 上因此，本發明之一目的係為克服與先前技術有關之上文 哉別之缺點並產生因此能夠三維地及在一更大偵測體積内 158262.doc 201229814 且以較佳解析度感测— M^^ 仃動通k裝置之顯示器上方之一物 體或不思動作之-行動裳置及其方法。 根據本發明之一第— ^ 先、樣’藉由能夠三維感測行動通信 裝置之一顯示器上方ou. .班〜 —工間體積中之物體之行動通信裝 置貫現此目的。該裝晋由紅.& 置匕括·輪入構件，其具有經組態以 收集關於該空間體積令 T <物體之貧料之至少兩個感測器； 及用於處理空間物體資粗 科之一處理邏輯。當該行動通信裝 置處於一偵測模式中時， '•亥订動通信裝置經組態以執行以 下步驟：自該等感測器 至夕一者接收指示一物體存在於 該顯示器上方之-悄測信號；判定至該經伯測之物體之距 離，在查找表中查找與每—感測器相關聯之加權參數， 該等加權參數可取決於該經判定之距離；自每一感測器收 集關於該經偵測之物體之資料；及藉由使用該經收集之資 料連同該等經查找之加權參數一起計算該經偵測之物體之 位置。 在該行動通信裝置之-較佳實施例巾，該等加權參數可 進一步取決於周圍光條件》 在該行動通信裝置之另一實施例中，該等加權參數可進 一步取決於周遭濕度。 在該行動通信裝置之另一實施例中，該等輸入構件包括 至少一電容式感測器及一電場感測器。 在該行動通信裝置之另一變體中，該輸入構件亦包括— 光學感測器。 在該行動通信裝置之另一進一步實施例中，該顯时 1、益係 158262.doc 201229814 經組態以用作該至少兩個感測器之一者之一力敏顯示器。 根據本發明之一第二態樣，藉由三維感測該行動通信裝 置之一顯示器上方之一空間體積中之物體之一方法實現此 目的。該行動通信裝置包括：輸入構件，其具有經組態以 收集關於該空間體積中之物體之資料之至少兩個感測器； 及用於處理空間物體資料之—處理邏輯。該方法包括以下 步驟.自該等感測器之至少-者接收指示—物體存在於該 顯不益上方之-偵測信號；判定至該經偵測之物體之距 離；在一查找表中查找與每一感測器相關聯之加權參數， 該等加權參數可取決於該經判定之距離；自每—感測器收 集關於該經偵測之物體之資料；及藉由使用該經收集之資 料連同該等經查找之加權參數—起計算該經㈣之物體之 根據該方法之一實施例 S亥寻周圍光條件β 該等加權參數可 進一步取決於 在該方法之另一實施例中 於該周遭濕度。 在該方法之另一變體中， 場感測器收集該資料。 在該方法之另一實施例中 料。 該等加權參數可進一步取決 電容式感測器及一電 光學感測器收集該資 在該方法之另-實施例中，自 至少兩個 感測器之—者之—力敏顯示器收集該資料。' 【實施方式】 158262.doc 201229814 現在將關於隨附圖式更詳細地描述本發明。 現在將關於一蜂巢式電話描述根據本發明之一行動通信 裝置，该蜂巢式電話係本發明之一較佳變體。然而，用於 二維感測某種類的顯示器上方之一空間體積上方之一物體 之多個感測器係可應用於其他行動通信裝置（諸如一無線 電話、一個人數位助理（PDA)、一膝上型電腦、一媒體播 放器（諸如MP3播放器或DVD播放器）或具有一顯示器並與 無線電波通信之任何其他類型的可攜式裝置）。 圖1展示一例示性行動通信裝置2，其中可實施根據本發 明之二維感測。如所示，該行動通信裝置2可包含控制按 鈕或鍵10、一顯示器12、一揚聲器14、一麥克風16、一第 一感測器18、一第二感測器20及一第三感測器22。 應瞭解的是，該行動通信裝置2係藉由可保護該行動通 信裝置2免受磨損及外部元件之一外殼（圖丨中並未明確表 示）包圍。該外殼經設計以容納該行動通信裝置2之各種元 件（諸如如習知此項技術者充分熟習之該顯示器12、該等 感測器18至22等等）。 而且，該揚聲器14及該麥克風16係一行動通信農置2之 充分已知元件，且因此並未進一步論述。當提及該顯示器 12時’該顯示器12可為用於顯示資訊之一普通的顯示器或 其可用作如下文將更詳細地論述之一感測器。舉例而古， 若該顯示器係經組態以展示虛擬鍵或控制按紐之一觸於顯 示器’則可省略該等控制按鈕或鍵i 〇。當然，如習知此項 技術者認知’亦可使用硬體鍵與虛擬鍵之一組合。 158262.doc 201229814 圖1中描繪之該三個感測器18至22係用於三維感測該行 動通信裝置2之顯示器12上方之一空間體積中之一物體或 示意動作。該等感測器經較佳地配置使得其等具有垂直於 該顯示器之一偵測方向（即’ Z方向）。然而，取決於經感 測之三維感測器資料之使用，可在如習知此項技術者認知 之另一方向上配置並組態該等感測器。存在可用於此目的 之許多感測器。此等感測器之實例係光學被動感測器（諸 如相機或長波紅外線感測器）。如今大部分行動通信裝置2 已經具備一相機，這致使將該相機用作三維感測之感測器 之一者特別合適。其他感測器係使用紅外線光照明物體並 接著使用光學感測器（如一紅外線感測相機或紅外線光電 二極體）來偵測並定位該物體之光學主動感測器。 而且’感測器（諸如電場感測器、電容式感測器、超音 波感測器）或雷達可用以偵測該顯示器上方之空間體積中 之物體或若干物體。 圖2展不通常存在於一行動通信裝置2中之組件之一方$ 圖。一行動通信裝置可包含輸入構件1〇〇、輸出構件11() 過濾構件12〇、處理邏輯130及記憶體構件14〇。該行動立 信裝置可依數種不同的方式組態，且包含如f知此項技名 者熟習之其他或不同的元件（諸如用於處理資料之調, 器、解調變器、編碼器、解碼器等等）。 該輸入構件1 〇 〇可包会_ /1 匕s使用者使用以將輸入資訊輸， 至該行動通信裝置中之全部機错 王丨機構（啫如一麥克風16、一角 控顯示器12及鍵10等等）。而B m ^ 哥’而且，用於感測一物體之該； I58262.doc 201229814 感測器可定義為輸入構件100。 輸出構件110可包含自包含該顯示器12、該揚聲器14等 等之行動通信裝置輸出資訊之全部裝置。如下文將詳細描 述，該過濾構件120可用以加權來自該等不同的感測器18 至22之輸入信號。 該處理邏輯130可包含一或多個處理器、微處理器、特 定應用積體電路或類似物。該處理邏輯13〇可執行軟體指 令/程式或資料結構以控制該行動通信裝置2之操作。亦可 使用該處理邏輯130來實施該過濾構件12^該記憶體構件 140可實施為一動態儲存裝置、一靜態儲存裝置、一快閃 記憶體料。該記Μ構件14G可㈣儲錢由該處理邏 輯130執行之資訊及/或指令、藉由該處理邏輯13()等等執 行指令期間之暫時變數或中間資訊。 為更佳瞭解如何在該行動通信裝置2中實施該三維感 測’將描述使用三種不同類型的感測器之一實例。使用三 :感測器而不僅使用-個感測器之原因在於1同的感測 器具有將隨距離改變之不同的空間解析度，即 =接近該顯示器可具有一高解析度，且另一感測器 在物體進：步遠離該通信裝置之顯示器時可具有一高解 ::度。。此係精由展不上文提及之該三個感測器取決於離該 ==之解析度之圖3而圖解說明。圖3_之曲 :除取決於如上所提及之距離及感測器類 :於若干其他參數，諸如每一感測器類型 = 目、光學性質（諸如景深等等）。 ^數 158262.doc 201229814 應暸解的是’用以完成根據本發明之三維感測之感測器 之數目可取決於其中待偵測一物體之範圍而改變。重要的 是存在至少兩個感測器以能夠融合來自不同的感測器之資 料’此將緊接著予以解釋。因此，如本申請案中使用之表 達「多個」將意謂至少兩個感測器。 此較佳實例中使用之多個感測器係一第一電容式感測器 1 8、一第二電場感測器20及一第三光學感測器22。現在再 次轉向圖3’展示每一感測器is至22在一 z方向上（即，在 垂直於該顯示器12之一方向上）之解析度。該第一電容式 感測器1 8將在（例如）z=〇至約25至40毫米之一範圍中工 作。信雜比將隨著接近外部限制而降低，信雜比之降低將 降低空間解析度。因此’超出約4〇毫米之一距離’該第一 電谷式感測器1 8將極不有利於一物體之三維感測。接著作 為替代地’在該信雜比將降低並負面地影響該空間解析度 之則’可使用該第二電場感測器2〇，舉例而言，該第二電 场感測器20具有介於25毫米至丨5〇毫米之間之一有效範 圍。大於此範圍可使用該第三光學感測器22，該第三光學 感測器22可具有100毫米至3〇〇毫米之一有效範圍。一光學 感測器22之一實例可為照明待偵測之物體之紅外線發光二 極體連同使用三角量測以偵測該物體之至少三個光學感測 器。 即使上文貫例申已描述特定感測器，但仍應瞭解的是， 存在可使用並與圖3中描繪之該等感測器相比具有不同的 解析度之其他感剛器。舉例而言，可將一觸控顯示器用作 158262.doc 201229814 一感測器。該顯示器可感測其上之作用力，且回應於該作 用力而亦發出表示在負z方向上之一 z值之一信號。亦可將 如今大部分行動通信裝置具備之一相機用作通常具有自約 1〇〇毫米及以上之一偵測範圍之一感測器。 為在感測到一物體時最佳化空間解析度，融合來自該多 個感測器18至22之感測器資料。施加一過濾構件120以融 合該感測器資料。該過濾構件取決於z方向上之距離加權 來自《亥等感測器之輸入信號。藉由加權該感測器資料，獲 得一最佳解析度’其用圖3中之虛線200展示。 舉例而言’上文實例之距離可計算為： Z-(A*ZSensorl +B*ZSensor2 + C*ZSensor3) 其中A、B及C將為Z之加權函數β A、B&c將經調整以反 映-給定距離之-信號之品質（信雜比）。料參數A' B及 c之值可自可儲存於該記憶體構件14〇中之一模型或一查找 表而獲得。每-感測器將存在—單獨且特定的查找表。 該過遽（即，該等參數A、B&c)亦可取決於並適應於周 圍環境之變化（諸如周圍光、濕度等等）以能夠補償此等變 化。而且’對該該周圍環境之適應可儲存於每一感測器之 一查找表中。 應瞭解的是’即使上文例示性方程式僅展示Z方向上之 值上文原理仍可延伸至二維，因為該等感測器空間靈敏 度可能不同。此之一實f t 貝例保電％偵測，舉例而言，與且有 一更呈圓錐形偵測範圍之#風-Λ θ 固之光學二角量測相比，該電場偵測 具有一球形彳貞測範圍。 158262.doc -11 · 201229814 為完全瞭解本發明，現在將結合圖4描述一種用於三維 感測該行動通信裝置之顯示器上方之一物體之方法。 該方法首先開始於在-個三維偵測模式中設定該行動通 信裝置。在該偵測模式中，該三個感測器18至22將處於— 主動模式中並備妥待偵測—物體或示意動作。因此，在一 第步驟中，忒行動通k裝置等待待偵測之一物體或示意 動作。當S亥等感測器之至少一者接收到指示一物體存在於 該顯示器12上方之一偵測信號時，該等不同的感測器將開 始收集關於該物體之資料。該經收集之資料係用以判定至 該物體之距離，在此實例中該距離係在z方向上。若該距 離係（例如）30毫米，則此值將用以判定感測該物體時每一 感測器將具有之加權。在此距離下，該第一電容式感測器 18將具有一高信號品質；該電場感測器2〇具有一可接受之 信號品質，·且該光學感測器22具有一極差信號品質。因 此，在下一步驟中，針對此給定距離而使用該距離資料來 查找與每一感測器相關聯之該等加權參數A、b及c。該等 參數係在上文描述之方程式中使用用於Z方向。 Z=(A*ZSensorl+B*ZSensor2 + C*ZSensor3) 在此情況中，參數可為A=0.8、B = 〇 2及c = 〇以反映至該物 體之距離為30毫米。因此，因為感測器A(該第一電容式感 測益1 8)具有最高信號品質且藉此具有最小的誤差範圍， 其將被賦予對經融合之感測器資料之最大加權（8〇%)。具 有一可接受之信號品質之感測器B(該電場感測器2〇)將被 賦予一實質上較小加權（20%)，且該光學感測器22在此情 158262.doc -12- 201229814 況中將不被賦予任何加權’因為該光學感測器22具有一極 差信號品質。該等不同的感測器加權之總和將總是丨（即， 100%) ° 應注意的是’上文實例展示z方向上之距離，但因為如 所知相同原理可用於X方向及Y方向，如下列方程式： ' X^A/XSensorl+B^XSensod + C^XSensod)及 Y=(A2*YSensorl+B2*YSensor2+C2*YSensor3) 其中An、Bn及Cn將分別為X及γ之加權函數。如習知此項 技術者認知，上文該三個方程式亦可合併為一個方程式。 因此’重要的不是將如何融合來自不同的感測器之資料， 而是融合來自該等感測器之資料以最佳化空間解析度。 在自該查找表取得該等參數An、匕及匕後，計算該經價 測之物體之位置。因此，資料融合將產生用圖3中之虛線 展示之一最佳解析度。在資料融合後，將含有關於該物體 在X方向、Y方向、Z方向上之位置之資訊之一信號發送至 該處理邏輯。該行動通信裝置可使用關於該物體之資訊以 供該顯示器之示意動作控制.或玩遊戲或其他活動。在本發 . 明之一較佳貫施例中，該等感測器亦可收集關於周圍環境 . (諸如光條件）之資訊以進一步最佳化空間解析度。 應暸解的是，前述已描述本發明之原理、較佳實施例及 操作模式。然而，本發明不應被限於上文論述之特定實施 例，而應被視為闡釋性而非限制性。因此，如上所提及， 本發明之一：k發明性概念係融合來自不同的感測器之資料 以最佳化三維感測之空間解析度。因此，最好藉由以下申 I58262.doc -13- 201229814 請專利範圍定義本發明。 【圖式簡單說明】 圖1示意地展示根據本發明之一行動通信裝置； 圖2圖解說明一行動通信裝置之不同的元件之一方塊 圖， 圖3係展示不同的感測器之空間解析度及該等感測器之 經聚合之空間解析度之一圖；及 圖4展示一流程圖，該流程圖展示根據本發明之方法之 步驟。 【主要元件符號說明】 2 行動通信裝置 10 控制按细:或鍵 12 顯示器 14 揚聲器 16 麥克風 18 第一感測器/第 一電容式感測器 20 第二感測器/第 二電場感測Is 22 第三感測器/第三光學感測器 100 輸入構件 110 輸出構件 120 過濾構件 130 處理邏輯 140 記憶體構件 200 最佳解析度 158262.doc - 14-

Claims (1)

1. 201229814 七、申睛專利範圍： 種’、有—維感測一行動通信裂置（2)之-顯示器（12)上 方=i間體積中之物體能力之行動通信裝置，該行動 裝置包括.輸人構件（1GG) ’其具有經組態以收集關 工間體積中之物體之資料之至少兩個感測器(18、 20、^ Ο \ · ，及用於處理空間物體資料之一處理邏輯 (130) °亥行動通信裝置經組態以在其處於一偵測模式中 時執行以下步驟： 自該等感測器（18、2〇、22)之至少—者接收指示—物 體存在於該顯示器（12)上方之-谓測信號； 判疋至該經偵測之物體之距離； 在一查找表中查找與每一感測器（18、20、22)相關聯 之加權參數（An、Bn、Cn)，該等加權參數（An、Bn、Cn) 可取決於該經判定之距離； 自每一感測器（18、20、22)收集關於該經偵測之物體 之資料； 藉由使用該經收集之資料連同該等經查找之加權參數 (An、Bn、Cn) —起計算該經偵測之物體之位置。 2.如請求項1之行動通信裝置，其中該等加權參數（An、 • Bn ' Cn)可進一步取決於周圍光條件。 3_如請求項1之行動通信裝置，其中該等加權參數（An、 Bn、cn)可進一步取決於周遭濕度。 4.如請求項1之行動通信裝置，其中該輸入構件（1〇〇)包括 至少一電容式感測器（18)及一電場感測器（20)。 158262.doc 201229814 5. 如請求項4之行動通信裝置，其中該輸入構件（1〇〇)進一 步包括一光學感測器（22)。 6. 如請求項1之行動通信裝置’其中該顯示器（12)係一力敏 顯示器且經組態以用作該至少兩個感測器之一者。 7. 一種用於三維感測行動通信裝置（2)之—顯示哭（12)上方 之一空間體積中之物體之方法，該行動通信裝置包括： 輸入構件（1 〇〇) ’其具有經組態以收集關於該空間體積中 之物體之資料之至少兩個感測器（18、20、22);及用於 處理空間物體資料之一處理邏輯（13〇)，該方法包括以下 步驟： 自該等感測器（18、20、22)之至少一者接收指示一物 體存在於该顯不器（12)上方之一彳貞測信號； 判定至該經偵測之物體之距離； 在一查找表中查找與每一感測器（〖8、20、22)相關聯 之加權參數（An、Bn、Cn)，該等加權參數（An、&、I) 可取決於該經判定之距離； 自每一感測器（18、20、22)收集關於該經偵測之物體 之資料； & 藉由使用該經收集之資料連同該等經查找之加權參數 (An、Βη、cn) —起計算該經偵測之物體之位置。 8. 如請求項7之方法，其中該等加權參數（An、Bn、Cn)可進 一步取決於周圍光條件。 9_如明求項7之方法，其中該等加權參數（An、Bn、Cn)可進 一步取決於周遭濕度。 158262.doc 201229814 10. 如請求項7之方法，其中自至少一電容式感測器（18)及一 電場感測器（20)收集該資料。 11. 如請求項10之方法，其中進一步自一光學感測器（22)收 集資料。 12 ·如請求項7之方法，其中自經組態以用作該至少兩個感 測器之一者之一力敏顯示器（12)收集該資料。 S 158262.doc