TWI380002B - Light source detection device and method for detecting light source - Google Patents
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Description
28151 twf.d〇c/i 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種光源偵測裝置，且特別是有關於 一種太陽追跡系統中的光源偵測裝置。 ' 【先前技術】
光源偵測或追蹤模組在太陽追跡系統中為—重要的 裝置。一般來說，目前現有技術大多是將光偵測器配置於 (Photo sensor)—經過特殊設計的機構或殼體内，以主 定角度範_統。 W 舉例來說，在美國專利第4484565號中，多個光偵測 器配置於一經過設計的殼體内，其中該殼體具有—圓开/門 口。由於這些光細彳||配置於殼體内，因此，光源適^ 過圓形開π而於-特定之角度照射至這些光源偵測器其中 之一，如此一來，便可推得光源的所在角度。 八 同樣地，在美國專利第4316084號與第64175〇〇號 中，其採用的方式亦為將光偵測器設置於—包覆空間内广 並利用此包覆空間來制光源的角度，進而達到偵測光源 的目的。 、 "y' 【發明内容】' 有鑑於此，本發明提供一種光源偵測袈置，其設置於 中可用以_光源之位置，同時具有較ίί易及 較精準的偵測機制。 發Γ另提供—種制光源的方法，_此方法可有 效地偵測光源的位置。 1380002 28151twf.doc/n 本發明提出一種光源偵測裝置，其適於設置於— 空間中以制-光源之位置。此光源偵測裝置包括二: 一光感測件以及一控制單元。第一光感測件沿 設置於-參考平面上。這些第一光感測件分別具有二 感測面以偵測光源的光強度並適於輸出-光強訊號。這: 第「感測面互相背對或面對，且這些第—感測面^中^二 的法向量與參考平面的法向量的夾角等於另 的法向量與參考平面的法向量的夾角。這些法向^平 面。控制早7G適於接收光強訊號，並標準化這些 ^ 測件所感㈣源之光強度的差H測光 ^ 面沿第一方向的角度。 ]、翏考表 本發明另提出一種光源偵測袭置，其適於設置於 放空間切❹卜光源之位置。此光源 汗 第—光ΐ測件以及—控制單元。第-光感測件沿! 向陣列设置於-參考平面或—參考曲面上。這些第 具有-第-感測面以偵測光源的光強度並適^ 且這些法向量共平面。控制單==以 差以直接偵測光源相對參考表面沿第一方向的角度強度之 if本,之—實_中’光源偵測裝置更包括二個第 一光感測件。這些第二氺成、、目丨4 彳固第 考平面上。這些第二光感測件分=二參 測光源的光強度並適於輸出—光強訊號。這些第二感= 6 28l51twf.doc/n 互相背對或面對。這些第二感測面其中之一的法向量與參 考平面的法向量的夾角等於另一第二感測面的法向量與參 考平面的法向量的夾角，且這些法向量共平面。。 在本發明之一實施例中，光源偵測裝置更包括多個第 二光感測件，沿一第二方向陣列設置於一參考平面上。這 些第二光感測件分別具有一第二感測面以偵測光源的光強 度並適於輸出一光強訊號，且任兩相鄰之這些第二感測面 的法向量夾角相等，且這些法向量共平面。。 本發明提出一種偵測光源的方法，適於使用於一開放 空間中以偵測一光源之位置。其包括下列步驟。首先，設 置二個第一光感測件沿一第一方向於一參考平面上以形成 一感測區。感測區為標準化這些第一光感測件同時感測光 源的光強度之差的範圍。這些第一光感測件分別具有一第 一感測面以偵測光源的光強度並適於輸出一光強訊號。這 些第一感測面互相背對或面對。這些第一感測面其中之一 的法向量與參考平面的法向量的夾角等於另一第一感測面 的法向量與參考平面的法向量的夾角，且這些法向量共平 面。接S ’標準化這些第一光感測件感測光源的光強度之 差。然後’騎縣化後之光強度之差是否位於感測區内 以直接制光馳對參考表面沿第―方向的角度。 本發明提出-種偵測光源的方法，適於使用於 工間中貞測-光源之位置。其包括下列步驟。首先，言凡 置多個第-光感測件沿—第—方向於—參考】 -感測區。感魏為標準化該些第―光感測件同時感^ 1380002 28151twf.doc/n 源的光強度之差的範圍。這些第一光感測件分別具有一第 一感測面以谓測光源的光強度並適於輸出一光強訊號。任 兩相鄰之這些第—感測面的法向量夾角相等，且這些法向 置共^面。接著’尋找輸出最大光強訊號的第一光感測件， 其中第一光感測件之第一感測面面向光源的方向做為一光 源方向。然後，標準化相鄰輸出最大光強訊號的第一光感 測件二側的這些光感測件所感測光源的光強度之差以修正 光源方向。 ^在本發明一實施例中，光源偵測裝置適當地設置二個 第:光感測件於一參考平面上，使光源偵測裝置將這些第 一光感測件所感測光源的光強度之差值進行標準化計算 後，而可直接得知光源的位置。同樣地，光源偵測裝置更 可適當地設置多個第一光感測件於一參考平面或一參考曲 ，上，並將感測最大光強度的第一光感測件所面對的方向 疋義為光源方向，並根據相鄰感測最大光強度的第一光感 ，件的二個第一光感測件所感測之光強度進行標準化運 算，從而校正該光源方向。另外，本發明亦提供一種偵測 光源的方法適用使用於上述之光源偵測裝置。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉多個實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。 【實施方式】 【第一實施例】 圖1A為本發明第一實施例之光源偵測裝置的示意 圖，而圖1B為本發明第一實施例之光源偵測裝置的方^ 8 1380002 28151 twf.doc/n 示意圖。請同時參考圖1A與圖IB，本實施例之光源偵測 裝置100適於設置於一開放空間中以偵測一光源1〇1的位 置。光源偵測裝置1〇〇包括二個第一光感測件112、114 以及一控制單元120。 在本實施例中’第一光感測件112、114沿一第一方 向L1設置於一參考平面130上，如圖1A所繪示。詳細來 說，這些第一光感測件112、114分別具有一第一感測面 112a、114a以偵測光源1〇1的光強度，並適於輪出一光強 訊號112b、114b。第一感測面112a與第一感測面114&可 以是互相背對或面對，在本實施例中，第一感測面U2a 與第一感測面114a互相背對，如圖ία所繪示，此為舉例 說明，但不限於此。 另外，第一感測面112a的法向量112c與參考平面13〇 的法向量130a的夹角等於另一第一感測面U4a的法向 i 114c與參考平面130的法向量130a的夾角0 2，且這此 法向量112c、114c、13〇a共平面，亦即是01=02，如圖 1A所繪示。在本實施例中，第一感測面112a、114a的法 線向量112c、114c與參考平面130的法線向量13〇a的夾 角βι、02之角度可以是大於〇度且小於9〇度。 在本實施例中，控制單元12〇用於接收第—感測件 112、114輸出的光強訊號丨12b、丨14b，並將第—光感測件 U2、114所感測光源101之光強度的差值進行標準化以直 接偵測光源101相對於參考表面130沿第一方向u的角 度(未繪示），亦即是，可直接地偵測光源1〇1相對參考表 9 1380002 28151twf.doc/n 面130的位置，如圖ία與圖1B所繪示。詳細來說，控制 • 單元120包括一訊號轉換單元122、一儲存單元124以及 .一微控制單元126，如圖1B所繪示。訊號轉換單元122 用以將第一光感測件112、114的光強訊號112b、i14b轉 換成數位訊號。儲存單元124用以儲存光強訊號U2b、 114b ’與標準化後之第一光感測件112、114所感測光源 ιοί，之光強度的差值的資料量。微控制單元126用以標準 化光強訊號112b、114b的差值以偵測光源101相對於參考 表面130沿第一方向L1的角度。 為了清楚說明本發明之光源偵測裝置1〇〇的作動機 制，以圖2A至圖2C說明之。 圖2A繪示一種光感測件感測光源的感測光譜，而圖 2B為圖ία所繪示之二個第一光感測件設置於參考平面上 感測光源的感測光譜，其中橫軸定義為光源相對參考平面 的角度，而縱軸為光感測件感測光源的相對光強度值。另 外，圖2C為圖2B所繪示之感測曲線進行光強差值標準化 • 後的感測光譜，其中橫軸定義為光源相對參考平面的角 度’縱軸為標準化後之相對值。 4先參考圖2A，一般來說，光源正向面對光感測件 的感測面時’如圖2A所繪示之角度為零，域測件感測 光源的光強度值最大，而當光源相對光感測件的法向量的 .· 夾角越大時(亦即光源越偏離正向面對光感測件的方向）， ·: 則光感測件所感測的光源的光強度變越小，如圖2A所繪 不之曲線l4〇a。因此，若將二個第一光感測件U2a、ma 1380002 28151 twf.doc/n 設置於參考平面13〇上，如圖1A所繪示之設置方式將 可得到如圖2B所繪示之感測光譜。 • 詳細來說，請同時參考圖1A與圖2B，第一光感測件 112、114的法向量112c、114c分別與參考平面13〇的法 向量130a的夾角分別為_45度與+45度，其中失角之正負 值係以參考平面130的法向量為基準，亦即是0 1== 45度， 0尸45度。如此一來，第一光感測件112適於在％度具 有最大光強度以及第一光感測件112適於在45度具有最大 • 光強度，如圖2B所繪示。換言之，第一光感測件112、114 感測光源ιοί的光強度相對於參考平面130沿第—方向Li 的角度關係，便分別如圖2B所繪示之曲線140b、14〇c。 由曲線140b與曲線140c可知，當光源1〇1相對於參考平 面130的法向量l30a的夾角為_45度至+45度之間時第 一光感測件112與另一第一光感測件114可同時感測到光 ，101的光強度，若光源1〇1相對於參考平面13〇的法向 篁130a的夾角在-45度至+45度之外的範圍時，則僅有一 • 個第一光感測件112或114可感測到光源101的光強度。 進-步來說，將第-光感測件112感測的光強度值減 去第一光感測件114感測所得到之光強度值差值，除以二 個第一光感測件112、114感測的光強度值之和，則可得到 如圖2C所繪示之曲線14()d以及如表—所示之#料。詳細 來說，從曲線14〇d可知，在-45度至+45度之範圍内，單 •—角度對應單一標準化光強差值。因此，若光源101的位 置介於-45度至+45度之範圍内，此時可將第一光感測件 11 1380002
28151twf.doc/n 112感測的光酿值與第—光相件u 值，進行如上述之光強差值標準化，並搭配 r身料，而可直接換算光源叫目對於參考平面二角見
得:更為精準之光源相對於參二
例說明 在本實施例中’上述係以第-光感測件112、114的 法向量me、me與參考平面m的法向量·的失角 分別為-45度與+45度為實施範例。在另—實施例中，上述 之失角也可以是其他適當的肖度’以下再舉例說明。 在-實施例中，第-光感測件112、114的法向量 112c、ll4e脖考平面m的法向量丨地的㈣分別可 12 1380002 28]51twf.doc/n ^75度與+75度，亦即是H度，而Θ 2=75度，其中 :2D、..a不―實施例之二個第—光感測件^置於參考平面 感測光源的感触譜，其中橫軸定義為光_對表考平 ，的角度’縱轴為光感測件感測光源的相對光強度值。另 ^圖/^圖犯所繪示之躺曲線進行光強差值標準化 ^的感測光譜，其中橫軸定義為光源相對參考平面的角 度’縱軸則為標準化後之相對值。
詳細來說，請同時參考圖1A與圖2D，由於第一 測件U2、114的法向量U2c、U4c分別與參考平面⑽ 的法向量130&的炎角分別為_75度與+75度，因此，第一 光感測件112適於在_75度具有最大光強度以及第一光感 測件112適於在+75度具有最大光強度，如圖2D所繪示。 如此一來，第一光感測件112、114感測光源101的光強度 相對於參考平面130的角度關係，便分別為如圖2〇所緣 不之曲線142a、142b。由曲線142a與曲線142b可知，當
光源ιοί相對於參考平面130的法向量13〇a的夾角介二 -15至+15度之間時’第一光感測件112與另一第一光感測 件114可同時感測到光源1〇1的光強度，若光源ι〇ι相對 於參考平面130的法向量13〇a的夾角落在_15至+ 15度之 外的範圍時，則僅有一個第一光感測件U2或114可感測 到光源101的光強度。 同樣地，將第一光感測件112感測的光強度值減去第 二光感測件114感測所得到之光強度差值，除以二個第_ 光感測件112、114感測的光強度值之和，則可得到如圖 13 28151twf.doc/n 2E所繪示之曲線142〇以及如表二所示之資料。詳細來說， 從曲線142c可知，在_15度至+15之範圍内，單一角度對 應單一標準化光強差值。因此，若光源介於_15度至^15 之範圍内，可將第一光感測件112感測的光強度值與第一 光感測件114感測的光強度值做如前述之計算，並^配如 表一所呈現的資料，而可直接換算光源相對於參考^面的 角度。 表 標準化光強度差值 光源相對於參考平面的自庐 1 ------- -15 0.9 -14 0.7 ~~~*-- -10 0.5 -5 0 ------ 0 -0.5 ~~--—_ 5 -0.7 --——~~~—_ -0.9 14 -1 15 …· · 7~---- ™ 的凌向量112c、 mc與參考平面130的法向量13如的失角越來越大時(如 負45度至正負75度之例子），採用上述之憤測光 源的方式’可直接制光源1GU目對於參考平面的角度範 圍則越來越小，雖然如此，其精確值卻較高。主要原因在 於’可_光源的角度腳雖變小’然而其標準化光強差 1380002 28151twf.doc/n 值的範圍仍為+1至-卜如此一來，在換算上可得到較高之 精確度。在本實施例中，第一光感測件112、114的法向旦 112c、114c與參考平面13〇的法向量n〇a之間的夹角^ 視使用者的需求而定，上述為舉例說明，非限於此。 在本實施例中’控制單元120更包括一馬達控制單元 128，如圖1Β所繪示。馬達控制單元128用以控制參考平 面130沿第一方向L1轉動。詳細來說，當光源1〇1相對 於參考平面130的法向量i30a的夾角位於上述之可直接偵 測光源之角度範圍之外，馬達控制單元128適於控制參考 平面130沿第一方向L1轉動，使偵測光源1〇1 ^角^可 落入第一光感測件112、114同時感測光強的範圍内，=而 採用上述之偵測方式而可直接偵測光源1〇1相對於參考 面130的角度範圍。 〆 需要說明的是，以上僅是偵測光源101沿第一方向L1 移動之角度為舉例說明，亦即是，僅可偵測光源在一維度 的移動方向。換言之，若欲使光源偵測裝置1〇〇可偵測光 源在另一維度的移動方向或角度，光源偵測裝置1〇〇更可 包括二個第二光感測件152、154。 在本實施例中，第二光感測件152、154沿一第二方 向L2設置於一參考平面13〇上，如圖1A所繪示。詳細來 說，這些第二光感測件152、154分別具有一第二感測面 152a、154a以偵測光源1〇1的光強度並適於輸出一光強訊 號152b、154b。第二感測面152a與第二感測面154&可以 是互相背對或面對，在本實施例中，第一感測面152a與第 一感測面154a互相背對，如圖1A所繪示，此為舉例說明， 15 1380002 28151twfdoc/n 但不限於此。
詳細來說’第二感測面152a的法向量152c與參考平 面130的法向量130a的夾角Θ3等於另一第二感測面154a 的法向量154c與參考平面130的法向量i3〇a的夾角04， 且這些法向量152c、154c、130a共平面，亦即是θ 3=0 4， 如圖1A所繪示。在本實施例中’第二感測面152a、154a 的法線向量152c、154c與參考平面130的法線向量13〇a 的夾角6>3、Θ4之角度可以是介於〇度與9〇度之間。 相同地，第一光感測件152、154用於偵測光源1〇1 相對參考平面130沿第二方向L2的角度，其中相關的偵 測方式如同上述之說明，在此不再贅述。另外，在本實施 例中，第二方向L2與第一方向L1互相垂直，如此一來， 光源偵測裝置100即可偵測光源1〇1在二維方向的移動方 向或位置。 圖3為本發明另一實施形態之光源偵測裝置的示意
圖。請同時參考圖1與圖3，光源制裝置與光源^ 測裝置100結構相似，相同構件標示相同符號，惟二者不 同處在於’光源偵測裝置細更包括置中光感測件， 如圖3所繪示。 實施例中，置中光感測件160可設置於第一光感 ®士 & 乂 U4之間以及/或第二光感測件152、154之間。 的# % ΐ測件160具有一置中感測面160a以偵測光源101 並用於輸出—置中光強訊號16%，且置中感測 面160 a的法向量账與參考平面13()的法向量⑽同向。 以下將以置中光㈣件16G設置在第—光感測件 1380002 28151twf.doc/n 112、114之間為範例做詳細說明。，置中光感測件160主 要是用以感測光源101的光強度，並將其所感測之光強度 用以標準化第一光感測件112、114所感測到光強度差值， 而在光源偵測裝置100中，係以第一光感測件112、114 所感測光源的光強度和作為標準化條件。 由於本實施例之光源偵測裝置200係以置中光感測元 件160所感測光源1〇1的強度值作為標準化條件，因此， 將第一光感測件112、114所感測光源1〇1的光強度差值除 以置中光感測元件160辦感測光源1〇1的強度值後，可得 到如圖4所繪示之標準化曲線144，以及如表三所示之資 料，其中第一光感測件112、114的法向量112c、U4c分 別與參考平面130的法向量130a的夾角分別為_45度與+45 度，而置中感測面160a的法向量16〇c與參考平面丨如的 法向量130a同向。 表三 I準化光強度差值 1.5 ^迴平面的角度 45 -40
40 1.2 1.0 0.5 0 -0.5 -1.0 -1.2 -1.5 17 1380002 • 28151twf.doc/n 在圖4尹，曲線144為一連續平滑曲線，且在_45 • ，+45度之間同樣地為可直接偵測光源角度的範圍，亦f ' 是，在光源的角度落在_45度與+45度之間，可根據所 的標準化光強度差值而直接地判定光源的角度如前述 原理，在此不再贅述。在本實施例中，在光源相對於^ =面的角度介於-45度與+45度之間時，標準化光強度^值 落在1.5至-1.5之間。因此，在相同的可偵測光源角度範 • _ (如_45度至+45度），光源制裝置2〇〇在偵測光源101 的位置可具有較佳的偵測精確度。 同樣地，如前述實施例之描述，光源偵測裝置200亦 可應用於其他角度範圍内，相關說明在此不再贅述。 綜上所述，光源偵測裝置1〇〇、2〇〇係藉由設置第一 光感測件112、114於參考平面130上，且第一光感測件 112、114的法向量112c、ii4c分別與參考平面13〇的法 向量130a夾一正負角度(如前述之·45度與+45度或-75度 與+75度），並將第一光感測件112、114可同時感測光源 籲 #肖度範財義為可直接制統肖度的範圍，以及預先 計算在不同角度下，將第一光感測件112、114所感測光源 的光強度差作一標準化計算，從而得知標準化後之數值與 光源所在的角度關係，如圖2C、圖2Ε與圖4或表一、表 一以及表三所示。如此一來，當第一光感測件112、114 • 偵測到光源的光強度時，便可直接計算標準化光強差值， • 並搭配如表一、表二或表三之資料，從而可直接得知光源 101的位置（或角度）。 28151 twf.d〇c/n 、另外，圖5是依照本發明一實施例之一種偵測光源的 方法之流程方塊圖。請參考圖5，本實施例適於設置於開 放空間中以偵測一光源之位置。 —首先，在步驟S110中，設置二個第一光感測件沿一 第-方向於-參考平面上以形成—感測區，其中感測區定 義為標準化這些第—域測制時❹彳光源的光強度之差 的角度範圍，例如是圖2C所繪示之曲線在_45度與+45度 之間的範圍。詳細而言，這些第一光感測件分別具有一第 感測面以偵測光源的光強度並適於輸出一光強訊號，且 這些第一感測面可以是互相背對或面對。另外，這些第一 感測面其中之一的法向量與參考平面的法向量的夾角等於 另一第一感測面的法向量與參考平面的法向量的夾角，且 這些法向量共平面，以上可參考圖1A。 接著，在步驟S120中，標準化這些第一光感測件感 測光源的光強度之差。在本實施例中，標準化這些第一光 感測件感測光源的光強度之差的方法例如是將這些第一光 感測件感測光源的光強度之差除以這些第一光感測件感測 光源的光強度之和，更加詳細的說明可參考前實施例之描 述’在此不再寶述。 然後，在步驟S130中’判斷標準化後之光強度之差 疋否位於感測區内以直接偵測光源相對參考表面沿第一方 向的角度。在本實施例中’當標準化光強度差值位於感測 區外時，適於沿第一方向順時針或逆時針轉動參考平面直 至這些光感測件標準化後之光強度之差位於感測區内，如 1380002 ^ 28151twf.doc/n =Μ〇。詳細來說’當二個第-光感測件 適於將二㈣-光感測件所感測的光強度相減，並除以二 •個第一光感測件所感測的光強度相加以進行標準化運瞀y 而後，根據標準化後所得的數值查表(如表一 ^表二或^二° 以判斷光源㈣參考平面的該，相_述可 例。若標準化後所得的數值非表一、表二或表三所規定之 範圍’便適於沿第-方向順時針或逆時針轉動此參考平面 • 4至二個第一光感測件所感測的光強度進行標準化後的數 值位於上述之範圍（或稱為感測區内）。如此一來，便完成 種光源偵測的方法，且該方法適用於光源偵測裝置1〇〇。 、在另一實施例中，上述之標準化光強度差值的方法也 可以是，設置一置中感測件於這些第一光感測件之間，並 且置中感測件具有一置中感測面以偵測光源的光強度並適 於輸出一置中光強訊號，且置中感測面的法向量與參考平 面的法向量同向。 而後’標準化這些第一光感測件感測光源的光強度之 鲁差的方法例如是將這些第一光感測件感測光源的光強度之 差除以置中光感測件感測光源的光強度。接下來，偵測光 源的原理便如上述之光源偵測裝置200的說明，在此便不 再贅述。 【第二實施例】 • 圖6A為本發明第二實施例之光源偵測裝置的示意 • 圖’而圖6B為本發明第二實施例之光源偵測裝置的方塊 不意圖。請同時參考圖6A與圖6B ,本實施例之光源偵測 20 1380002 28151twf.doc/n 裝置300 於设置於-開放空間中以偵測—光源1〇1的位 .置。光源偵測裝置300包括多個第一光感測件21〇以及一 • 控制單元220。 在本實施例中，多個第一光感測件21〇沿一第一方向 L1陣列設置於-參考平面23G上。這些第—光感測件21〇 分別具有-第-感測面210a以偵測光源1〇1的光強度並適 於輸出-光強訊號2勘，且任兩相鄰之第一感測面21〇a • 的法=量21〇C炎角相等，如圖6A所示之角度0，且這些 法向i 210c共平面，如圖6A所繪示。本實施例以7個第 -光感測件沿第-方向L1陣列設置於參考平面23〇 上，在另―實施例中，第—光感測件21G的數目亦可以是 他的數值’需要說明的是，第—光感測件2ig的數目越 夕』，光源偵須樣置3〇〇的精準度越高，然而，在使用者 的°又°十考里與製作成本上，本發明並不以此為限 ，上述僅 二牛例。兒明。另外，這些第一感測面2i〇a沿第一方向U 感測光丨原101的光強度範圍介於。與18。度之間且任兩 ^之每些第—感測面21〇a的法向量夾角之角度Θ大於〇 又且=於90度，如圖6A所繪示。 μ詳、細來說’由於多個第一光感測件沿第一方向 =置於參考平面230上，且各感測面210a沿第-方向L1 /7别面向、=同的角度，如,6A所示，因此，在感測光源 • 1G1，時’ &些第-光感測件21G其中之-適於感測到最大 .°如此—來’可定義感測到最大光強度的第-感 21G所面向的角度為當時光源沿第-方向L1相對參 21 1380002 28151twf.doc/n 考平面230的角度，並以二相鄰感測最大光強度的第一感 測件210的第一光感測件21〇所感測到的光強度進行如前 實施例之標準化光強度的方法來校正光源1〇1沿第一方向 L1相對參考平面230的角度。
換言之，本實施例之光源偵測裝置300無須擺動參考 平面230 ’便可透過多個第一光感測件所感測之光強度而 直接地感測光源101的方向，並可搭配使用前實施例之標 準化光強度之方法，進而更精確地感測光源1〇丨沿第一方 向L1相對參考平面230的角度。 在本實施例中，控制單元220適於接收上述之第一光 感測件的光強訊號210b，並標準化這些第一光感測件 所感測光源101的光強度之差以直接偵測光源1〇1相對參 考表面230沿第一方向L1的角度，如圖6B所示。詳細來 說，控制單元220包括一訊號轉換單元222、一儲存單元 224以及一微控制單元226，如圖6B所繪示。訊號轉換單
兀222用以將這些第一光感測件21〇的光強訊號21〇b轉換 成數位訊號，存單元224用以儲存這些光強訊號21%: 與標準化後之這些第-光感測件21〇所咸測光源1Gi的光 強度之差的資料量。微控制單元22〇用以標準化這些光 訊號210b的差以偵測光源101相對於參考表面23〇二 方向L1的角度。 / 口乐一 為了更了解本發明之光源偵測裝置3〇〇的 以圖7A至圖7C說明之。 _
7A繪不為第一光感測件其中 之一感測光源最大光 22 1380002 28151tw£d〇c/n 強度的感測光譜，而圖7B為相鄰圖7A所繪示之第一光感 測件的二個第一光感測件感測光源的感測光譜，其中橫轴 定義為光源相對參考平面的角度，而縱軸為光感測件感測 光源的相對光強度值。另外，圖7C為圖7B所繪示之感測 曲線進行光強差值標準化後的感測光譜，其中橫轴定義為 光源相對參考平面的角度，縱轴為標準化後之相對值。 睛先參考圖7A ’在本實施例中，以光源1〇丨位於沿 第一方向L1且相對參考平面230的角度0為-30度的方向 為舉例說明，如此一來，第一感測面2l〇a面向此方向之第 一光感測件210便適於感測最大光強度’且相對光源ι〇1 位於不同角度時’其感測光譜便如圖7A所示之感測曲線 240a。 接著’為了使光源偵測裝置300可更為精準地感測光 源101的方向，因此，可分別以相鄰上述之第一光感測件 210之二個第一光感測件210所感測光源的光強度作為校 正光源方向的機制’其中二個第一光感測件210的感測面 210a例如是沿第一方向L1面向_6〇度以及〇度之第一光感 測件。如此一來，二個第一光感測件21〇所感測光源的光 強度便如圖7B所繪示之曲線240b、240c在光源於_60度 或0度時’可感測到最大光強度。 同樣地，將上述二個第一光感測件210感測光源的光 強度值互減所得到之光強度值差值，除以感測最大光強度 之第一光感測件所感測的光強度值，則可得到如圖7C所 繪示之曲線240d以及如表四所示之資料。在曲線24〇d中， 23 1380002 28l51twf.doc/n
取二個第-光感測件的最大光強度之間的範圍作為有 測光源角度的範圍，例如是在_60度至〇度之範圍内其 中單一角度對應單一標準化之光強差值。因此，若光源 的位置介於-60度至0度之範圍内，可將二個第一光残測 件210感測的光強度值與感測到最大光強度之第一光感^ 件210感測的光強度值，進行如上述之光強差值標準化，' 並搭配如表四所呈現的資料，進而可校正光源1〇1相 參考平面230的角度。 ； 表四 標準化光強差值 光源相對於參考平面的角唐 0.8 -60 0.7 -55 0.5 -50 0.1 -45 0 -30 -0.1 -15 -0.5 -10 -0.7 -5 "0.8 0
在另一實施例中，校正光源換算光源101相對於參考 平面230的角度亦可使用相對感測最大光強度之第—光感 測件210兩侧的二個第一光感測件21〇，其中二個第一光 感測件210例如是光感測面分別面向_9〇度與+3〇度之第— 光感測件，詳細說明如下之描述。 24 1380002 28151twf.doc/n ^圖7D為相制7A所繪示之第—光感測件二側的二 個第一光感測件感測光源的感測光譜，其中橫軸定義為光 源相對參考㈣的角度’而賴為光感測件感測光源的相 對光強度值。另外’圖7E為圖7D所繪示之感測曲線進行 光強差值標準化後的感測光t#，其巾橫軸定義為光源相對 參考平面的角度’縱軸為標準化後之相對值。 由於二個第一光感測件210分別設置為面向_9〇度與 +30度之方向，因此’二者所感測光源的感測光譜便如圖 7D所示之曲線242a、242b。在本實施例中，以二個第二 光感測可同時感測光源光強度的角度範圍作為有效偵測光 源角度的範圍，例如是-60度至〇度，如圖7D所示。 同樣地，將上述二個第一光感測件2丨〇感測光源的光 強度值互減所得到之光強度值差值，除以感測最大光強度 之第一光感測件所感測的光強度值，則可得到如圖7E所 繪示之曲線242c以及如表五所示之資料。在曲線242C中， 取二個第一光感測件可同時感測光源的角度範圍作為有效 偵測光源角度的範圍’例如是在-60度至〇度之範圍内， 其中單一角度對應單一標準化光強差值。因此，若光源1〇1 的位置介於_60度至〇度之範圍内，可將二個第一光感測 件210感測的光強度值與感測到最大光強度之第一光感測 件210感測的光強度值，進行如上述之光強差值標準化， 並搭配如表五所呈現的資料，進而可校正光源101相對於 參考平面230的角度。 25 1380002
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在另:實施财，進行標準化的方式也可以是採用將 度值互減所得
的光強度:互加的光強度值的方式=== 在此不再贅言。如此—來’將可得到如表六所】
26 1380002 28151twf.d〇c/n -0.5 -15 -0.7 -10 -0.9 -5 -1.0 0 ，上述可知，不同標準化光強度之方式以及選用相對 感測最大光強度之第一光感測件二側的二個第一光感測 件’將可得到不同的校正精確度，如上述之表四、表五以 • 及表換言之，以上僅為舉例說明，非用以限定本發明， 亦即是，本實施例之光源偵測裝置可根據使用者的需求與 設計而可自行使用上述標準化光強度的方法。 /、 同樣地，上述係以偵測光源101沿第一方向L1移動 之角度為舉例說明’亦即是，僅可制光源在一維度的移 動=向。換言之，若欲使光源偵測裝置300可偵測光源在 ^ ，度的移動方向或偵測，光源偵測裝置300更可包括 多個第二光❹彳件(未繪示）。這些第二规測件沿一第二 ^ ° (未、s示）陣列设置於一參考平面上。這些第二光感測 列如疋採用上述第一光感測件，相關說明可參考上述， 在此不再贅言。另外，第二方向L2例如是與第-方向L1 f直如此一來，第二光感測件便可感測光源沿第二方向 ^對參考平面移動之角度，進而使光源偵測裝置230可同 .~制絲1G1在二維方向的移動方向或位置，其中相關 . 的=機制如前實施例之說明，在此不再資述。 . 紅上所述，光源偵測裝置3〇〇係藉由設置多個第一光 之測件210於參考平面23〇上，且任兩相鄰之第一感測面 27 1380002 28151twfd〇c/n 21〇a的法向量210c夾角相等(如圖6A所示之0角），並將 • 感測到最大光強的第一光感測件210所面向的方向或角度 * 疋義為光源相對參考平面230的方向或角度。然後， 以二相鄰感測最大光強度的第一感測件21〇的第一光咸測 件210所感測到的光強度進行如上述之標準化光強度^方 法來校正光源101相對參考平面230的方向或角度^其中 根據不同的標準化條件具有不同的程度的精確度，如表 φ 四、表五以及表六所不。換言之，本實施例之光源偵測裝 置無須控制參考平面的轉動方向以偵測光源，而可直接地 根據第一光感測件210所偵測到光源的光強度，進行計算 標準化光強差值，並搭配如表四、表五或表六之資料，從 而得知光源101的方向或角度。 另外，圖8是依照本發明一實施例之一種偵測光源的 方法之流程方塊圖。請參考圖8，本實施例適於設置於一 開放空間中以偵測一光源之位置。 々首先，在步驟S210中，設置多個第一光感測件沿一 鲁帛一^向於一參考平面上以形成一感測區，其中感測區定 義，標準化這些第一光感測件同時感測光源的光強度之差 的1巳圍。這些第一光感測件分別具有-第-感ί則面以價測 光源的光強度並適於輸出一光強訊號，且任兩相鄰之這些 . 第一感測面的法向量夾角相等，以及這些法向量共平面， 相關描述可參考光源偵測裝置300之說明，在此不再贅述。 .· 一然後，在步驟S220中，尋找輸出最大光強訊號的第 一光感測件’其中第一光感測件之第一感測面面向光源的 28 1380002 28151twf.doc/n 方向定義為一光源方向，相關描述可參考光源偵測裝置 • 30〇之說明，在此不再贅述。 " . ，再者，在步驟S230中，標準化相鄰輸出最大光強訊 號的第一光感測件二側的這些光感測件所感測光源的光強 度之差以修正光源方向。詳細來說’上述之標準化的方法， 可以是將這些第一光感測件感測光源的光強度之差除以這 些第一光感測件感測光源的光強度之和以形成一感測區， φ 進而直接地修正光源方向；或是，將這些第一光感測件感 測光源的光強度之差除以輸出最大光強訊號的第一光感測 件感測光源的光強度以形成一感測區，進而直接地修正該 光源方向，更為詳細的描述，可參考光源偵測裝置3〇〇之 況明，在此不再贅述。至此，便完成一種偵測光源的方法， 其中該方法適於使用於上述之光源偵測裝置3〇〇。 【第三實施例】 圖9A〜圖9C綠示為本發明第三實施例之不同實施形 態的光源偵測裝置的示意圖。請同時參考圖9A至圖9c， 鲁 本只她例之光源偵測裝置400a、400b、400c包括多個第一 光，測件310以及一控制單元32〇。第一光感測件31〇沿 一第一 ^向L1陣列設置於一參考曲面33〇上。在本實施 例中’第-光感測件31(M列如是採用上述之第一光感測件 210，相關#田述在此不再贅述。另夕卜，任兩相鄰之這些第一 .·光感測件310的法向量阳失角相等，例如是圖9A至圖 - 9C所繪不之0角，且這些法向量312共平面。 同樣地’控制單幻20適於接收第一光感測件31〇所 29 1380002 28151twf.doc/n 感測的光強訊號310a ’並標準化這些第一光感測件31〇所 .感測光源101的光強度之差以直接偵測光源1〇1相對參考 •曲面330沿第一方向L1的角度。在本實施例巾’控制裳 置32〇例如是採用上述之控制裝置22〇，相關說明可參考 前實施例之描述，在此不再贅言。 / 在本實施例中，光源偵測裝置400a、400b、400c係 採用如前述之光源偵測裝置300所使用偵測光源101的概 φ 念’惟不同處在於’第一光感測件3HH系設置於參考曲面 330上，其中參考曲面例如是半圓弧、平面與半圓弧 之組合、或全圓，如圖9A至圖9C所繪示。如此一來，光 源偵測裝置400a、400b、400c偵測光源的角度便可具有多 兀化的範圍，例如是〇度至360或0度至180度，其中偵 測光源101的作動機制，可參考前實施例之說明，在此 再贅述。 需要說明的是，圖9A至圖9C所繪示之參考曲面330 僅為舉例說明，其亦可以是其他適當的設計，而非用以限 Φ 定本發明。 综上所述，本發明之光源偵測裝置至少具有下列優 點。首先，適當地設置二個第一光感測件於一參考平面上， 並將這些第一光感測件所感測光源的光強度之差值進行標 • 準化計算，進而在偵測光源時，可藉由第一光感測件所感 則光源的光強度而可直接得知光源的位置。另外，光源偵 ·· 測裝置更可適當地設置多個第一光感測件於一參考平面或 —參考曲面上，然後，將感測最大光強度的第一光感測件 30 1380002 28I5ltvvf.doc/n 所面對的=向定義為光源方向，並根據相鄰感測最大光強 度的二個第一光感測件所感測之光強度差值進行標準化運 算，進而校正光源方向。此外，本發明同時提供一種偵測 光源的方法，其適用使用於上述之光源偵測裝置。因此， 本發明之光源偵測裝置適於設置於一開放空間中以偵測光 源之位置，同時具有較簡易及較精確的光源偵測機制。 雖然本發明已以多個實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不 脫離本發明之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾， 因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者 為準。 【圖式簡單說明】 圖1A為本發明第一實施例之光源偵測裝置的示意圖。 圖1B為本發明第一實施例之光源偵測裝置的方塊示 意圖。 圖2A繪示一種光感測件感測光源的感測光譜。 圖2B為圖ία所繪示冬二個第一光感測件設置於參考 平面上感測光源的感測光譜。 圖2C為圖2B所繪示之感測曲線進行光強差值標準化 後的感測光譜。 圖2D繪示一實施例之二個第一光感測件設置於參考 平面上感測光源的感測光譜。 圖2E為圖2D所繪示之感測曲線進行光強差值標準化 後的感測光譜。 31 1380002 28151twf.doc/n 置的示意 圖3為本發明另一 圖。 實施形態之光源偵測裝 圖4為圖2D所繪示之感測曲線進行另— 準化後的_光t#。 ㈣錄私 圖5是依照本發明一實施例之_種價測光源的方 流程方塊圖。 圖6A為本發明第二實施例之光源偵測裝置的示意圖。
圖6B為本發明第二實施例之光源偵測裝置的方塊示 意圖。 圖7A繪示為第一光感測件其中之一感測光源最大光 強度的感測光譜。 圖7B為相鄰圖7A所繪示之第一光感測件的二個第一 光感測件感測光源的感測光譜。 圖7C為圖7B所繪示之感測曲線進行光強差值標準化 後的感測光譜。
圖7P為相對圖7A所繪示之第一光感測件二側的二個 第一光感測件感測光源约感測光譜。. 圖7E為圖7D所繪示之感測曲線進行光強差值標準化 後的感測光譜。 圖8是依照本發明一實施例之一種偵測光源的方法之 流程方塊圖。 圖9A〜圖9C繪示為本發明第三實施例之不同實施形 態的光源偵測裝置的示意圖。 32 1380002 28151twf.doc/n 【主要元件符號說明】 • 100、200、300、400a、400b、400c :光源偵測裝置 - 101 :光源 112、114、210、310 :第一光感測件 112a、114a、210a :第一感測面 112b、114b、152b、152b、210b :光強訊號 112c、114c、130a、152c、154c、210c、312 :法向量 120、230、320 :控制單元 • 122、222:訊號轉換單元 124、224 :儲存單元 126、226 :微控制單元 128 :馬達控制單元 130、230 :參考平面 140a、140b、140c、142a、142b、142c、144、240a、 240b、240c、240d、242a、242b、242c :曲線 152、154 :第二光感測件 # 152a、154a :第二感測面 160 :置中光感測件 160a :置中感測面 330 :參考曲面 LI、L2 :第一方向 · S110〜S140、S210〜S230 :步驟 .· Θ、6Μ2、03、04:角度 33
Claims (1)
1380002
1〇4 101-8-10 十、申請專利範圍： 1.一種光源偵測襄°置，設置於一開放空間中 光源之位置，包括：
二第一光感測件，沿一第一方向設置於一表 上’該些第-域測件分別具有—第__感測面以令 源的強度並適於輸出—光強訊號，該些第—感測面互ς北 對或面對，且該些第—感測面其中之—的法向量與該參二 平面的法向量的夾角等於另一該第一感測面的法 參考平面的法向量的夾角，該些法向量共平面；一Μ 一控制單元，適於接收該些光強訊號，並標準化該此 第一光感測件所感測該光源的光強度之差以偵測該光ϋ 對該參考表面沿該第一方向的角度；
一置中光感測件，設置於該些第一光感測件之間，並 具有一置中感測面以偵測該光源的光強度並適於輸出一置 中光強訊號，且該置中感測面的法向量與參考平面的法向 量同向，其中該控制單元將所述第一光感測件感測該光源 的光強度之差除以該置中光感測件感測該光源的光強度。' 2.如申請專利範圍第1項所述之光源偵測裝置，其中 各該些第一感測面沿該第一方向感測該光源的光強度範圍 介於0與180度之間。 3·如申請專利範圍第1項所述之光源偵測裝置，其中 該些第一感測面其中之一的法線向量與該參考平面的法線 向量的夾角之角度大於〇度且小於90度。 4.如申請專利範圍第丨項所述之光源偵測裝置，其中 34 101-8-10 年月·日修(更)正替換頁 該控制單元包括： -訊雜換單元’用以將該些第L 號轉換成數位訊號； ㈣九強訊 1此二儲存單元，用以儲存該些光強訊號，與標準化後之 该些第-光感測件所感_杨之光強度的差 量；以及 ^，η
一微控制單7G，用以標準化該些光強訊號的差值以 測5亥光源相對該參考表面沿該第一方向的角度。 、 5. 如申α月專利範圍苐4項所述之光源债测裝置，其中 該控制單元更包括-馬達控料元，⑽控制該參^ 沿該第一方向轉動。 6. 如申請專利範圍第丨項所述之光源偵測装置，更包 括一置中光感測件，設置於該些第一光感測件之間，並具 有一置中感測面以偵測該光源的光強度並適於輪出一置/中 光強訊號，且該置中感測面的法向量與參考平面的法向旦 同向。 〇里
7. 如申清專利範圍第1項所述之光源偵測裴置，更包 括二第二光感測件，沿一第二方向設置於一參考平面上， 該些第二光感測件分別具有一第二感測面以偵測該光源的 光強度並適於輸出一光強訊號，該些第二感測面互相背對 或面對，且5亥些弟二感測面其中之一的法向量與該參考平 面的法向量的夾角等於另一該第二感測面的法向量與該參 考平面的法向量的夾角，該些法向量共平面。 8. 如申請專利範圍第7項所述之光源偵測裴置，其中 35 1380002
101-8-10 該第一方向與該第二方向垂直。 9. 如申請專利範圍第7項所述之光源偵測裝置，其中 各該些第二感測面沿該第二方向感測該光源的光強度範圍 介於0與180度之間。 10. 如申請專利範圍第9項所述之光源偵測裝置，其中 該些第二感測面其中之一的法向量與該參考平面的法向量 的夾角之角度大於〇度且小於90度。 11·一種偵測光源的方法，用於一開放空間中偵測一光 源之位置，包括： 設置二第一光感測件沿一第一方向於一參考平面上 以形成一感測區，其中該感測區定義為標準化該些第一光 感測件同時感測該光源的光強度之差的範圍，該些第一光 感測件分別具有一第一感測面以偵測該光源的光強度並適 於輸出一光強訊號，該些第一感測面互相背對或面對，且 該些第一感測面其中之一的法向量與該參考平面的法向量 的夾角等於另一該第一感測面的法向量與該參考平面的法 向量的夾角，該些法向量共平面； 標準化該些第一光感測件所感測該光源的光強度之 差； 判斷標準化後之光強度之差是否位於該感測區内以 直接,m光源相對該參考表面沿該第—方向的角度； δ又置一置中感測件於該些第-紐測件之間，其中該 置中感測件具有_置中感測面則貞擊統的光強度並適 於輸出-置中光㈣號，且該置巾感測面的法向量與參考 36 1380002 Ι0Γ~&Γ-ί-6- 年月曰修(£) 正替換巧 101-8-10 平面的法向量同向，其中標準化該些第—光感測件感測該 光源的光強度之差的方法包括將該些第一光感測件感測該 光源的光強度之差除以5玄置中光感測件感測該光源的光強 度。 12·如申请專利範圍第η項所述之方法，其中標準化 該些第一光感測件感測該光源的光強度之差的方法包括： 將該些第一光感測件感測該光源的光強度之差除以 該些第一光感測件感測該光源的光強度之和。 13.如申请專利範圍第Η項所述之方法，當標準化之 光強度之差位於該感測區外，更包括： 沿該第一方向順時針或逆時針轉動該參考平面直至 该些光感測件標準化後之光強度之差位於成 14·如申請專利範圍第U項所述之方法S3: 設置一置中感測件於該些第一光感測件之間，其中該 置中感測件具有-置中感測面以偵測該光源的光強度並適 於輸出-置中光強訊號，且該置中感測面的法向量與參考 平面的法向量同向。 15·如申5月專利範圍第14項所述之方法，其中標準化 該些第-光感測件錢該光源的光強度之差的方法包括： 將該些第-紐測件❹猶光__度之差除以 該置中光感測件感測該光源的光強度。 16.-種光源伽懷置’設置於—開放空間中以一 光源之位置，包括： 多個第一光感測件，沿一第一方向陣列設置於一參考 37 101-8-10 年月曰修咬)正替換頁 面上，該些第一光感測件分別具有一第一感測面以偵測該 光源的光強度並適於輸出一光強訊號，且任兩相鄰之該些 第一感測面的法向量夾角相等，該些法向量共平面； 一控制單元，適於接收該些光強訊號，並標準化該些 第一光感測件所感測該光源的光強度之差以直接偵測該光 源相對該參考面沿該第一方向的角度； 一置中光感測件，設置於該些第一光感測件之間，並 具有一置中感測面以偵測該光源的光強度並適於輸出一置 =光強訊號，且該置中感測面的法向量與參考平面的法向 置同向，其中該控制單元將所述第一光感測件感測該光源 的光強度之差除以該置中光感測件感測該光源的光強度。 π.如申請專利範圍第16項所述之光源偵測裝置，其 中各該些第一感測面沿該第一方向感測該光源的光強度^ 圍介於0與180度d，以及任兩祕之該些第—感測面 的法向量夾角之角度大於0度且小於90度。 18. 如申請專利範圍第16項所述之光源偵測裝置，其 。亥參考面為平面、半祕、平面與半圓弧之 圓其中之一。 王 19. 如申請專利範圍第16 中該控制單元包括： 其 將該㈣—光感測件的光強訊 儲料元，用财特祕光強減，純準化後之 〜二-光感測件所感测該光賴光強度之差的資料量； 38 4Qi^£LJj) — 101-8-10 年月日修(更)正替換買 以及 該光’用以標準化該些光強訊號的差以侧 原相對鱗考面沿該第-方向的角度。 包括概㈣16賴狀細貞财置，更 面上，=光感測件，沿一第二方向陣列設置於一參考 光游的光感測件分別具有—第二感測面以伯測該 第^強度並適於輸出—光強訊號’且㈣相鄰之該些 〜感測面的法向量失角鱗，該些法向量共平面。一 =1.如f請專職圍第2G項所述之光賴測裝置，其 ^第彳向與該第二方向垂直，以及該參考面為平面、 圓弧、平面與半圓弧之組合、或全圓其中之一。 22.如/請專利範圍第20項所述之光源偵測裝置，其 ^該些第二感測面沿該第二方向感測該光源的光強度範 ’I於G與18G度之間以及任兩相鄰之該些第二感測面的 女向量夾角之角度大於〇度且小於9〇度。 2 3. —種偵測光源的方法，用於一開放空間中偵測一光 源、之位置，包括： 、 设置多個第一光感測件沿一第一方向於一參考平面 上以形成一感測區，其中該感測區為標準化該些第一光感 、!件同時感測該光源的光強度之差的範圍，該些第一光咸 貝J件分別具有一第一感測面以摘測該光源的光強度並適於 輪出一光強訊號’且任兩相鄰之該些第一感測面的法向量 夾角相等，該些法向量共平面； 尋找輸出最大該光強訊號的該第一光感測件，其中該 39 101. Q· 1 &- 年月曰修(更)正替換頁 ____ „ ' 101-8-10 第一光感測件之第一感測面面向該光源的方向做為一光源 方向；以及 # “、 標準化相鄰輸出最大光強訊號的該第一光感測件二 側的該些光感測件所感測該光源的光強度之差以修正該光 源方向。 24. 如申請專利範圍第23項所述之方法，其中標準化 該些第一光感測件感測該光源的光強度之差以修正^光源 方向的方法包括： 將該些第一光感測件感測該光源的光強度之差除以 該些第一光感測件感測該光源的光強度之和以形成一感測 區，以直接地修正該光源方向。 25. 如申清專利範圍第23項所述之方法，其中標準化 該些第一光感測件感測該光源的光強度之差以修正該光源 方向的方法包括： ' 將該些第一光感測件感測該光源的光強度之差除以 輸出最大光強甙號的5亥第一光感測件感測該光源的光強度 以形成一感測區，以直接地修正該光源方向。
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