TWI894651B - 偵測裝置和偵測方法 - Google Patents
偵測裝置和偵測方法Info
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Abstract
一種偵測裝置,包括:複數個電容式感測器、一發射天線、一接收天線、一雷達模組、一載體元件,以及一處理器。電容式感測器可偵測出一人體部份於一第一方向上之一第一資訊,並可偵測出人體部份於一第二方向上之一第二資訊。雷達模組可利用發射天線來傳送一雷達信號至人體部份,並可利用接收天線來由人體部份處接收一反射信號。雷達模組可根據反射信號來偵測出人體部份於一第三方向上之一第三資訊。電容式感測器、發射天線,以及接收天線皆設置於載體元件上。處理器可根據第一資訊、第二資訊,以及第三資訊來推估出人體部份之一狀態資訊。
Description
本發明係關於一種偵測裝置,特別係關於一種偵測裝置和偵測方法。
電容感測板(Capacitive Sense Pad)為一般常見之偵測元件。然而,當應用於虛擬實境(Virtual Reality,VR)或是擴增實境(Augmented Reality,AR)之領域時,傳統電容感測板之應用卻相對侷限,此將會降低整體之偵測準確度。有鑑於此,勢必要提出一種全新之解決方案,以克服先前技術所面臨之困境。
在較佳實施例中,本發明提出一種偵測裝置,用於偵測一人體部份,並包括:複數個電容式感測器,偵測出該人體部份於一第一方向上之一第一資訊,並偵測出該人體部份於一第二方向上之一第二資訊;一發射天線;一接收天線;一雷達模組,利用該發射天線來傳送一雷達信號至該人體部份,並利用該接收天線來由該人體部份處接收一反射信號,其中該雷達模組更根據該反射信號來偵測出該人體部份於一第三方向上之一第三資訊;一載體元件,其中該等電容式感測器、該發射天線,以及該接收天線皆設置於該載體元件上;以及一處理器,根據該第一資訊、該第二資訊,以及該第三資訊來推估出該人體部份之一狀態資訊。
在一些實施例中,該人體部份為一使用者之一手指。
在一些實施例中,該偵測裝置係實施於一虛擬實境(Virtual Reality,VR)控制器或是一擴增實境(Augmented Reality,AR)控制器上。
在一些實施例中,該第一方向、該第二方向,以及該第三方向係彼此互相垂直。
在一些實施例中,該第一資訊和該第二資訊各自為一位置資訊。
在一些實施例中,該第三資訊為一位置及速度資訊。
在一些實施例中,該等電容式感測器、該發射天線,以及該接收天線彼此皆不互相重疊。
在一些實施例中,該載體元件為一多層電路板。
在一些實施例中,該狀態資訊係關於該人體部份之一立體影像。
在一些實施例中,該偵測裝置更包括:一天線罩,覆蓋住該發射天線和該接收天線。
在一些實施例中,該天線罩具有介於55GHz至140GHz之一操作頻帶。
在一些實施例中,該天線罩包括一導體層和一非導體外殼,而該導體層係設置於該非導體外殼上。
在一些實施例中,該導體層包括一信號輻射區域和一信號截止區域,而該信號輻射區域係鄰近於該發射天線和該接收天線。
在一些實施例中,該信號輻射區域係由該信號截止區域所包圍。
在一些實施例中,複數個槽孔係形成並週期性地排列於該導體層之該信號輻射區域之內。
在一些實施例中,該等槽孔之每一者之長度皆大致等於該操作頻帶之0.5倍波長。
在一些實施例中,該等槽孔之每一者之寬度皆小於或等於該操作頻帶之0.1倍波長。
在一些實施例中,複數個開孔係形成並週期性地排列於該導體層之該信號截止區域之內。
在一些實施例中,該等開孔之每一者之長度或寬度皆介於該操作頻帶之0.1倍至0.2倍波長之間。
在另一較佳實施例中,本發明提出一種偵測方法,包括下列步驟:藉由複數個電容式感測器,偵測出一人體部份於一第一方向上之一第一資訊;藉由該等電容式感測器,偵測出該人體部份於一第二方向上之一第二資訊;藉由一發射天線,傳送一雷達信號至該人體部份;藉由一接收天線,由該人體部份處接收一反射信號;藉由一雷達模組,根據該反射信號來偵測出該人體部份於一第三方向上之一第三資訊;以及藉由一處理器,根據該第一資訊、該第二資訊,以及該第三資訊來推估出該人體部份之一狀態資訊;其中該等電容式感測器、該發射天線,以及該接收天線皆設置於一載體元件上。
為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉出本發明之具體實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下。
在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解,硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式,而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語,故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內,本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題,達到所述基本之技術效果。此外,「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此,若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置,則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置,或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例,以簡化說明。當然,這些特定的範例並非用以限定。例如,若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方,即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例,亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間,而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外,以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號或(且)標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的,並非用以限定所討論的不同實施例或(且)結構之間有特定的關係。
此外,其與空間相關用詞。例如「在…下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」 及類似的用詞,係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外,這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位),則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測裝置100之示意圖。例如,偵測裝置100可應用於虛擬實境(Virtual Reality,VR)或是擴增實境(Augmented Reality,AR)之領域當中,但亦不僅限於此。在第1圖之實施例中,偵測裝置100包括:複數個電容式感測器(Capacitive Sensor)110-1、110-2、…、110-N、一發射天線(Transmission Antenna)120、一接收天線(Reception Antenna)130、一雷達模組(Radar Module)140、一載體元件(Carrier Element)150,以及一處理器(Processor)160,其中「N」可為大於或等於2之任一正整數。必須理解的是,雖然未顯示於第1圖中,但偵測裝置100更可包括其他元件,例如:一外殼(Housing)、一揚聲器(Speaker),或(且)一供電模組(Power Supply Module)。
在一些實施例中,偵測裝置100可用於偵測一人體部份(Human Body Portion)HB。舉例而言,人體部份HB可為一使用者之任何一手指,但亦不僅限於此。
該等電容式感測器110-1、110-2、…、110-N可偵測出人體部份HB於一第一方向上之一第一資訊SX,並可偵測出人體部份HB於一第二方向上之一第二資訊SY,其中前述之第一方向和第二方向可以互相垂直。在一些實施例中,第一資訊SX和第二資訊SY可各自為一位置資訊(Position Information)。例如,第一資訊SX可包括人體部份HB之複數個X軸位置,而第二資訊SY則可包括人體部份HB之複數個Y軸位置,但亦不僅限於此。必須理解的是,因為人體部份HB在空間中佔據一定體積,所以其X軸位置和Y軸位置皆分別具有一特定範圍。
發射天線120和接收天線130之形狀和種類於本發明中並不特別作限制。例如,發射天線120和接收天線130之任一者可為一補釘天線(Patch Antenna)、一單極天線(Monopole Antenna)、一偶極天線(Dipole Antenna)、一迴圈天線(Loop Antenna)、一平面倒F字形天線(Planar Inverted F Antenna,PIFA),或是一晶片天線(Chip Antenna)。
雷達模組140係耦接至發射天線120和接收天線130。詳細而言,雷達模組140可利用發射天線120來傳送一雷達信號SE至人體部份HB,並可利用接收天線130來由人體部份HB處接收一反射信號SR。接著,雷達模組140更可根據反射信號SR來偵測出人體部份HB於一第三方向上之一第三資訊SZ,其中此第三方向可與前述之第一方向和第二方向皆互相垂直。在一些實施例中,第三資訊SZ可為一位置及速度資訊(Position and Velocity Information)。例如,第三資訊SZ可包括人體部份HB之複數個Z軸位置和一Z軸速度,但亦不僅限於此。
在一些實施例中,前述之第一方向可等同於一X軸方向,前述之第二方向可等同於一Y軸方向,而前述之第三方向可等同於一Z軸方向,其中X軸方向、Y軸方向,以及Z軸方向可以彼此互相垂直。另外,前述之第一方向和第二方向皆可視被為水平方向(Horizontal Direction),而前述之第三方向則可視被為垂直方向(Vertical Direction)。
該等電容式感測器110-1、110-2、…、110-N、發射天線120,以及接收天線130皆可設置於載體元件150上。例如,載體元件150可為一多層電路板(Multilayer Circuit Board)。在一些實施例中,該等電容式感測器110-1、110-2、…、110-N、發射天線120,以及接收天線130皆可設置於此多層電路板之同一層上。然而,本發明並不僅限於此。在另一些實施例中,該等電容式感測器110-1、110-2、…、110-N、發射天線120,以及接收天線130亦可設置於此多層電路板之不同層上。
處理器160係耦接至該等電容式感測器110-1、110-2、…、110-N,以接收第一資訊SX和第二資訊SY。處理器160更耦接至雷達模組140,以接收第三資訊SZ。接著,處理器160可根據第一資訊SX、第二資訊SY,以及第三資訊SZ來推估出人體部份HB之一狀態資訊(Status Information)ST。在一些實施例中,前述之狀態資訊ST可關於人體部份HB之一立體影像(3D Image),但亦不僅限於此。舉例而言,若人體部份HB為使用者之手指,則處理器160所推估出之狀態資訊ST可包括人體部份HB之一手勢影像(Gesture Image)。
在本發明之設計下,所提之偵測裝置100可同時藉由使用該等電容式感測器110-1、110-2、…、110-N和雷達模組140來針對人體部份HB執行一雙重偵測程序。除了水平方向上之資訊以外,由於雷達模組140可額外提供於垂直方向上之資訊,故偵測裝置100之雙重偵測程序之整體準確度將夠能大幅提高。
以下實施例將介紹偵測裝置100各種不同組態及細部結構特徵。必須理解的是,這些圖式和敘述僅為舉例,而非用於限制本發明。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之控制器(Controller)270之示意圖。前述之偵測裝置100可實施於控制器270上。例如,控制器270可為一虛擬實境控制器或是一擴增實境控制器。在第2圖之實施例中,前述之偵測裝置100可設置於控制器270之一手把部份(Handle Portion)280處,但亦不僅限於此。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測裝置300之示意圖。第3圖和第1圖相似。在第3圖之實施例中,偵測裝置300至少包括:複數個電容式感測器310-1、310-2、…、310-M、一發射天線320、複數個接收天線331、332、333,以及一載體元件350,其中「M」可為大於或等於2之任一正整數。大致而言,發射天線320和該等接收天線331、332、333可與該等電容式感測器310-1、310-2、…、310-M交錯地設置於載體元件350上。必須注意的是,為改良偵測裝置300之偵測準確度,該等電容式感測器310-1、310-2、…、310-M、發射天線320,以及該等接收天線331、332、333彼此皆不互相重疊。在此設計下,偵測裝置300將能提供一雷達感測範圍(Radar Sense Zone)390,以便於有效地偵測一人體部份(未顯示)。相似地,前述之雷達感測範圍390不僅可對應於X軸方向和Y軸方向,其還能再對應於Z軸方向。在一些實施例中,該等電容式感測器310-1、310-2、…、310-M、發射天線320,以及該等接收天線331、332、333之任相鄰二者之間距D1皆可大於或等於0.5mm。第3圖之偵測裝置300之其餘特徵皆與第1圖之偵測裝置100類似,故此二實施例均可達成相似之操作效果。
第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線罩(Antenna Cover)400之示意圖。例如,前述之偵測裝置100(或300)更可包括一天線罩400,其中天線罩400可用於覆蓋住前述之發射天線120(或320)和接收天線130(或331、332、333)。在一些實施例中,天線罩400具有介於55GHz至140GHz之一操作頻帶(Operational Frequency Band)。大致而言,天線罩400之加入可限制一雷達輻射範圍,從而能降低雷達模組140針對人體部份HB之偵測結果發生誤判之機率。
在第4圖之實施例中,天線罩400包括一導體層(Conductive Layer)410和一非導體外殼(Nonconductive Housing)460,其中導體層410係設置於非導體外殼460上。詳細而言,導體層410包括一信號輻射區域(Signal Radiation Region)420和一信號截止區域(Signal Cut-off Region)440,其中信號輻射區域420可鄰近於前述之發射天線120(或320)和接收天線130(或331、332、333)。例如,信號輻射區域420可係由信號截止區域440所完全包圍,但亦不僅限於此。必須注意的是,本說明書中所謂「鄰近」或「相鄰」一詞可指對應之二元件間距小於一既定距離(例如:10mm或更短),但通常不包括對應之二元件彼此直接接觸之情況(亦即,前述間距縮短至0)。
詳細而言,複數個槽孔(Slot)430-1、430-2、…、430-K可形成並週期性地排列於導體層410之信號輻射區域420之內,其中「K」可為大於或等於2之任一正整數。例如,每一槽孔皆可大致呈現一直條形,但亦不僅限於此。在一些實施例中,該等槽孔430-1、430-2、…、430-K之每一者之長度L1皆可大致等於天線罩400之操作頻帶之0.5倍波長(0.5λ),而該等槽孔430-1、430-2、…、430-K之每一者之寬度W1皆可小於或等於天線罩400之操作頻帶之0.1倍波長(0.1λ)。根據實際量測結果,前述之長度L1和寬度W1之範圍有助於最大化信號輻射區域420內之對應輻射功效。換言之,相關之電磁波(Electromagnetic Wave)將可通過導體層410之信號輻射區域420而進行傳送。
另外,複數個開孔(Opening)450-1、450-2、…、450-R可形成並週期性地排列於導體層410之信號截止區域440之內,其中「R」可為大於或等於2之任一正整數。例如,每一開孔皆可大致呈現一正方形,但亦不僅限於此。在一些實施例中,該等開孔450-1、450-2、…、450-R之每一者之長度L2或寬度W2皆可介於天線罩400之操作頻帶之0.1倍至0.2倍波長之間(0.1λ~0.2λ)。根據實際量測結果,前述之長度L2和寬度W2之範圍有助於最小化信號截止區域440內之對應輻射功效。換言之,相關之電磁波將幾乎無法穿透過導體層410之信號截止區域440。必須注意的是,相關之參數僅用於表達「通帶(Pass-Band)」與「止帶(Stop-Band)」之相對應設計。在一些實施例中,導體層410之一中心區域可約略等同於前述之通帶,而導體層410之一邊緣區域則可約略等同於前述之止帶。在另一些實施例中,導體層410也可藉由更多層之結構來實施,惟其相關參數在此不再贅述。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測方法之流程圖。首先,在步驟S510,藉由複數個電容式感測器,偵測出一人體部份於一第一方向上之一第一資訊。在步驟S520,藉由前述之電容式感測器,偵測出人體部份於一第二方向上之一第二資訊。在步驟S530,藉由一發射天線,傳送一雷達信號至人體部份。在步驟S540,藉由一接收天線,由人體部份處接收一反射信號,其中前述之電容式感測器、發射天線,以及接收天線皆設置於一載體元件上。在步驟S550,藉由一雷達模組,根據反射信號來偵測出人體部份於一第三方向上之一第三資訊。最後,在步驟S560,藉由一處理器,根據第一資訊、第二資訊,以及第三資訊來推估出人體部份之一狀態資訊。必須理解的是,以上步驟無須依次序執行,而第1-4圖之實施例之每一特徵均可套用至第5圖之偵測方法當中。
本發明提出一種新穎之偵測裝置和偵測方法。與傳統設計相比,本發明至少具有可提升整體偵測準確度和降低整體製造成本等優勢,故其很適合應用於各種各式之裝置當中。
值得注意的是,以上所述之元件參數並非為本發明之限制條件。設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之偵測裝置和偵測方法並不僅限於第1-5圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-5圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之,並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之偵測裝置和偵測方法當中。
本發明之方法,或特定型態或其部份,可以以程式碼的型態存在。程式碼可以包含於實體媒體,如軟碟、光碟片、硬碟、或是任何其他機器可讀取(如電腦可讀取)儲存媒體,亦或不限於外在形式之電腦程式產品,其中,當程式碼被機器,如電腦載入且執行時,此機器變成用以參與本發明之裝置。程式碼也可以透過一些傳送媒體,如電線或電纜、光纖、或是任何傳輸型態進行傳送,其中,當程式碼被機器,如電腦接收、載入且執行時,此機器變成用以參與本發明之裝置。當在一般用途處理單元實作時,程式碼結合處理單元提供一操作類似於應用特定邏輯電路之獨特裝置。
在本說明書以及申請專利範圍中的序數,例如「第一」、「第二」、「第三」等等,彼此之間並沒有順序上的先後關係,其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。
本發明雖以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明的範圍,任何熟習此項技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可做些許的更動與潤飾,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。
100,300:偵測裝置
110-1、110-2、110-N,310-1,310-2,310-M:電容式感測器
120,320:發射天線
130,331,332,333:接收天線
140:雷達模組
150,350:載體元件
160:處理器
270:控制器
280:手把部份
390:雷達感測範圍
400:天線罩
410:導體層
420:信號輻射區域
430-1,430-2,430-K:槽孔
440:信號截止區域
450-1,450-2,450-R:開孔
460:非導體外殼
D1:間距
HB:人體部份
L1,L2:長度
S510,S520,S530,S540,S550,S560:步驟
SE:雷達信號
SR:反射信號
ST:狀態資訊
SX:第一資訊
SY:第二資訊
SZ:第三資訊
W1,W2:寬度
X:X軸
Y:Y軸
Z:Z軸
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測裝置之示意圖。
第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之控制器之示意圖。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測裝置之示意圖。
第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之天線罩之示意圖。
第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之偵測方法之流程圖。
100:偵測裝置
110-1、110-2、110-N:電容式感測器
120:發射天線
130:接收天線
140:雷達模組
150:載體元件
160:處理器
HB:人體部份
SE:雷達信號
SR:反射信號
ST:狀態資訊
SX:第一資訊
SY:第二資訊
SZ:第三資訊
X:X軸
Y:Y軸
Z:Z軸
Claims (18)
- 一種偵測裝置,用於偵測一人體部份,並包括: 複數個電容式感測器,偵測出該人體部份於一第一方向上之一第一資訊,並偵測出該人體部份於一第二方向上之一第二資訊; 一發射天線; 一接收天線; 一雷達模組,利用該發射天線來傳送一雷達信號至該人體部份,並利用該接收天線來由該人體部份處接收一反射信號,其中該雷達模組更根據該反射信號來偵測出該人體部份於一第三方向上之一第三資訊; 一載體元件,其中該等電容式感測器、該發射天線,以及該接收天線皆設置於該載體元件上; 一處理器,根據該第一資訊、該第二資訊,以及該第三資訊來推估出該人體部份之一狀態資訊,其中該狀態資訊包括該人體部份之一手勢影像;以及 一天線罩,覆蓋住該發射天線和該接收天線; 其中該天線罩包括一導體層和一非導體外殼; 其中該導體層包括一信號輻射區域和一信號截止區域; 其中複數個開孔係形成並週期性地排列於該導體層之該信號截止區域之內。
- 如請求項1所述之偵測裝置,其中該人體部份為一使用者之一手指。
- 如請求項1所述之偵測裝置,其中該偵測裝置係實施於一虛擬實境(Virtual Reality,VR)控制器或是一擴增實境(Augmented Reality,AR)控制器上。
- 如請求項1所述之偵測裝置,其中該第一方向、該第二方向,以及該第三方向係彼此互相垂直。
- 如請求項1所述之偵測裝置,其中該第一資訊和該第二資訊各自為一位置資訊。
- 如請求項1所述之偵測裝置,其中該第三資訊為一位置及速度資訊。
- 如請求項1所述之偵測裝置,其中該等電容式感測器、該發射天線,以及該接收天線彼此皆不互相重疊。
- 如請求項1所述之偵測裝置,其中該載體元件為一多層電路板。
- 如請求項1所述之偵測裝置,其中該狀態資訊係關於該人體部份之一立體影像。
- 如請求項1所述之偵測裝置,其中該天線罩具有介於55GHz至140GHz之一操作頻帶。
- 如請求項1所述之偵測裝置,其中該導體層係設置於該非導體外殼上。
- 如請求項1所述之偵測裝置,其中該信號輻射區域係鄰近於該發射天線和該接收天線。
- 如請求項1所述之偵測裝置,其中該信號輻射區域係由該信號截止區域所包圍。
- 如請求項10所述之偵測裝置,其中複數個槽孔係形成並週期性地排列於該導體層之該信號輻射區域之內。
- 如請求項14所述之偵測裝置,其中該等槽孔之每一者之長度皆大致等於該操作頻帶之0.5倍波長。
- 如請求項14所述之偵測裝置,其中該等槽孔之每一者之寬度皆小於或等於該操作頻帶之0.1倍波長。
- 如請求項10所述之偵測裝置,其中該等開孔之每一者之長度或寬度皆介於該操作頻帶之0.1倍至0.2倍波長之間。
- 一種偵測方法,包括下列步驟: 藉由複數個電容式感測器,偵測出一人體部份於一第一方向上之一第一資訊; 藉由該等電容式感測器,偵測出該人體部份於一第二方向上之一第二資訊; 藉由一發射天線,傳送一雷達信號至該人體部份; 藉由一接收天線,由該人體部份處接收一反射信號; 藉由一天線罩,覆蓋住該發射天線和該接收天線,其中該天線罩包括一導體層和一非導體外殼,該導體層包括一信號輻射區域和一信號截止區域,而複數個開孔係形成並週期性地排列於該導體層之該信號截止區域之內; 藉由一雷達模組,根據該反射信號來偵測出該人體部份於一第三方向上之一第三資訊;以及 藉由一處理器,根據該第一資訊、該第二資訊,以及該第三資訊來推估出該人體部份之一狀態資訊,其中該狀態資訊包括該人體部份之一手勢影像; 其中該等電容式感測器、該發射天線,以及該接收天線皆設置於一載體元件上。
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-
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