專(zhuān)利名稱(chēng)：使用多分段光電二極管和一個(gè)或更少的照明源檢測(cè)手勢(shì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子設(shè)備的顯示器。更具體地，本發(fā)明涉及感測(cè)并且確定物理手勢(shì)的設(shè)備。
背景技術(shù)：
手勢(shì)傳感器是一種如下的人機(jī)界面設(shè)備，該設(shè)備支持檢測(cè)物理移動(dòng)而并不需要用戶(hù)實(shí)際接觸手勢(shì)傳感器駐留于其中的設(shè)備。所檢測(cè)的移動(dòng)繼而可以用作設(shè)備的輸入命令。 在某些應(yīng)用中，設(shè)備被編程以識(shí)別明顯的非接觸手部移動(dòng)，諸如從左至右、從右至左、從上至下、從下至上、從入至出、以及從出至入的手部移動(dòng)。手勢(shì)傳感器常用于手持設(shè)備(諸如平板式計(jì)算設(shè)備和智能手機(jī))以及其他便攜設(shè)備(諸如膝上型電腦)。手勢(shì)傳感器也可以在檢測(cè)視頻游戲玩家的移動(dòng)的視頻游戲控制臺(tái)中實(shí)現(xiàn)。
許多常規(guī)手勢(shì)傳感器實(shí)施方式使用三個(gè)或更多個(gè)照明源(諸如發(fā)光二極管 (LED))以及光電傳感器(諸如光檢測(cè)器)。照明源被相繼打開(kāi)和關(guān)閉、或閃爍，以便傳感器從閃爍光的反射獲取空間信息。圖I示出常規(guī)手勢(shì)傳感器的簡(jiǎn)化框圖。光電傳感器4位于 LEDULED 2,LED 3的鄰近?？刂齐娐?被編程以連續(xù)開(kāi)啟和關(guān)閉LED1-3并分析光電傳感器4感測(cè)的所得測(cè)量。由光電傳感器4感測(cè)的數(shù)據(jù)針對(duì)每個(gè)LED單獨(dú)存儲(chǔ)。例如，對(duì)應(yīng)于 LED I的每次閃爍所感測(cè)的數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在LED I寄存器中，對(duì)應(yīng)于LED 2的每次閃爍所感測(cè)的數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在LED 2寄存器中，對(duì)應(yīng)于LED 3的每次閃爍所感測(cè)的數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在LED 3 寄存器中。結(jié)果是針對(duì)每個(gè)LED的時(shí)域信號(hào)。圖2示出使用圖I的手勢(shì)傳感器檢測(cè)移動(dòng)目標(biāo)的示例性方法。通過(guò)觀察來(lái)自相同軸LED的所感測(cè)信號(hào)之間的相對(duì)延遲來(lái)檢測(cè)移動(dòng)。例如，如圖2所示，為了檢測(cè)從左至右或從右至左的移動(dòng)，比較由LEDl和LED 2感測(cè)的信號(hào)。 LED I在和LED 2不同的時(shí)間閃爍。LED I和LED 2置于已知位置并以已知順序開(kāi)啟和關(guān)閉。當(dāng)來(lái)自LED的光照射在LED之上移動(dòng)的目標(biāo)時(shí),光從移動(dòng)目標(biāo)反射回光電傳感器4。所感測(cè)的反射光被轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)被發(fā)送到控制電路5?？刂齐娐?包括使用 LED位置、LED點(diǎn)亮順序以及所接收感測(cè)數(shù)據(jù)以確定目標(biāo)的相對(duì)移動(dòng)的算法。相繼的LED的閃爍之間的在時(shí)間上的分隔相比于移動(dòng)目標(biāo)的速度小地多，并且因此當(dāng)比較一個(gè)LED和另CN 102981608 A書(shū)明說(shuō)2/14 頁(yè)一 LED的時(shí)域信號(hào)時(shí)它可以忽略不計(jì)。
圖2顯示了針對(duì)從左至右的移動(dòng)和從右至左的移動(dòng)的兩種情況的時(shí)域感測(cè)電壓信號(hào)。標(biāo)記為“來(lái)自LED I的信號(hào)”的曲線顯示了從LED I的重復(fù)閃爍得到的感測(cè)電壓。每個(gè)曲線的下部表示目標(biāo)沒(méi)有在LED I之上經(jīng)過(guò)或與其接近。換言之，目標(biāo)不在光電傳感器 4的“視場(chǎng)”內(nèi)或覆蓋區(qū)域中，憑借該視場(chǎng)，從LED I發(fā)射的光可以從目標(biāo)反射到光電傳感器 4上。如果目標(biāo)不在與LED I相關(guān)的光電傳感器4的視場(chǎng)內(nèi)，則光電傳感器4并不感測(cè)從 LED I發(fā)射的光的任何反射。曲線的高部表示目標(biāo)在與LED I相關(guān)的視場(chǎng)內(nèi)，這表示目標(biāo)正在LED I之上經(jīng)過(guò)或接近。標(biāo)記為“來(lái)自LED 2的信號(hào)”的曲線顯示從LED 2的重復(fù)閃爍所得的感測(cè)電壓。LED I和LED 2交替閃爍，從而當(dāng) LED I開(kāi)啟時(shí)，LED 2關(guān)閉，反之亦然。 當(dāng)目標(biāo)位于對(duì)應(yīng)于LED I的視場(chǎng)內(nèi)而不在對(duì)應(yīng)于LED 2的視場(chǎng)內(nèi)時(shí)，與LED
I的閃爍相關(guān)的感測(cè)電壓高，而與LED 2的閃爍相關(guān)的感測(cè)電壓低。簡(jiǎn)而言之，這對(duì)應(yīng)于目標(biāo)處于LED I之上或與其接近。當(dāng)目標(biāo)被放置在LED I和LED 2之間的中間時(shí)， 光電傳感器4檢測(cè)從LED I和LED 2兩者的閃爍所反射的光，從而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于LED I和LED 2兩者的高感測(cè)電壓電平。當(dāng)目標(biāo)正處于LED 2之上或與其鄰近時(shí)，與LED 2的閃爍相關(guān)的感測(cè)電壓為高值，但是與LED I的閃爍相關(guān)的感測(cè)電壓為低值。當(dāng)目標(biāo)沒(méi)有放置在LED I 或LED 2任一者之上或LED I和LED 2之間時(shí)，該光電傳感器4并不感測(cè)與任一 LED相關(guān)聯(lián)的反射光，并且對(duì)應(yīng)的感測(cè)電壓電平為低值。
如圖2的從左至右移動(dòng)信號(hào)中所示，對(duì)于從左至右的移動(dòng)而言，“來(lái)自LED I的信號(hào)”的感測(cè)電壓電平比“來(lái)自LED 2的信號(hào)”的感測(cè)電壓電平先變高。換言之，當(dāng)目標(biāo)從左向右移動(dòng)時(shí)，“來(lái)自LED2的信號(hào)”的電壓比對(duì)時(shí)間的曲線相對(duì)于“來(lái)自LED I的信號(hào)”的電壓比對(duì)時(shí)間的曲線延遲。
圖2還顯示了對(duì)于從右至左的移動(dòng)的情況所感測(cè)電壓信號(hào)。對(duì)于從右至左移動(dòng)， 如圖2的從右至左移動(dòng)信號(hào)所示，“來(lái)自LED 2的信號(hào)”的感測(cè)電壓電平比“來(lái)自LED I的信號(hào)”的感測(cè)電壓電平早變高。換言之，當(dāng)目標(biāo)正從右至左移動(dòng)時(shí)，“來(lái)自LED I的信號(hào)”的電壓比對(duì)時(shí)間的曲線相對(duì)于“來(lái)自LED 2的信號(hào)”的電壓比對(duì)時(shí)間的曲線延遲。
從上至下的移動(dòng)(其中上下都被認(rèn)為是y_軸移動(dòng))使用LED 2和LED 3以及對(duì)應(yīng)的電壓比對(duì)時(shí)間的數(shù)據(jù)類(lèi)似地進(jìn)行確定?？刂齐娐?從光電傳感器4接收感測(cè)電壓并以與上述X-軸相關(guān)的描述的相似方式確定I—軸的相對(duì)目標(biāo)移動(dòng)。
多個(gè)照明源配置的缺陷在于，多數(shù)量的照明源部件必須集成在設(shè)備內(nèi)。隨著不斷減小的設(shè)備尺寸，不期望附加的部件。發(fā)明內(nèi)容
手勢(shì)感測(cè)設(shè)備的實(shí)施例包括單個(gè)光源和多分段單個(gè)光電傳感器，或光電傳感器陣列，本文中統(tǒng)稱(chēng)為分段光電傳感器?；谥T如手或手指之類(lèi)的目標(biāo)的位置，光修改結(jié)構(gòu)將來(lái)自光源的反射光中繼到分段光電傳感器的不同分段上。光修改結(jié)構(gòu)可以是光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)或機(jī)械結(jié)構(gòu)。光電傳感器的不同分段感測(cè)反射光并且輸出對(duì)應(yīng)的感測(cè)電壓信號(hào)?？刂齐娐方邮詹⑶姨幚砀袦y(cè)電壓信號(hào)以確定相對(duì)于分段光電傳感器的目標(biāo)移動(dòng)?？刂齐娐钒ㄋ惴ǎ?該算法被配置成使用從分段光電傳感器輸出的感測(cè)電壓信號(hào)來(lái)計(jì)算多個(gè)差分模擬信號(hào)之一。在一些實(shí)施例中，根據(jù)所計(jì)算的差分模擬信號(hào)確定向量，該向量用于確定目標(biāo)移動(dòng)的方6向和/或速度。
一方面，公開(kāi)一種檢測(cè)手勢(shì)的方法。該方法包括配置具有多個(gè)分段的分段傳感器， 每個(gè)分段輸出對(duì)應(yīng)于由該分段感測(cè)的光的分段信號(hào)；根據(jù)從多個(gè)分段輸出的分段信號(hào)計(jì)算一個(gè)或多個(gè)差分信號(hào)；并且通過(guò)向一個(gè)或多個(gè)差分信號(hào)應(yīng)用向量分析來(lái)確定經(jīng)過(guò)分段傳感器的目標(biāo)的目標(biāo)移動(dòng)方向。
該方法還可以包括通過(guò)向一個(gè)或多個(gè)差分信號(hào)應(yīng)用向量分析來(lái)確定經(jīng)過(guò)分段傳感器的目標(biāo)的目標(biāo)移動(dòng)速度的比例值。在一些實(shí)施例中，由分段感測(cè)的光包括源自照明源并從目標(biāo)反射的光。在其他一些實(shí)施例中，由分段感測(cè)的光包括環(huán)境光。在一些實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)差分信號(hào)包括一個(gè)或多個(gè)差分復(fù)合信號(hào)，其中復(fù)合信號(hào)是通過(guò)將兩個(gè)或更多個(gè)分段信號(hào)相加而形成的信號(hào)。
計(jì)算一個(gè)或多個(gè)差分信號(hào)可以包括計(jì)算第一差分信號(hào)，表示沿著X-軸的目標(biāo)移動(dòng)方向。在一些實(shí)施例中，第一差分信號(hào)包括正的最大值和負(fù)的最大值。如果在時(shí)間上正的最大值先于負(fù)的最大值，則該目標(biāo)移動(dòng)方向可以被確定在正的X-方向，如果在時(shí)間上負(fù)的最大值先于正的最大值，則該目標(biāo)移動(dòng)方向可以被確定在負(fù)的X-方向。計(jì)算一個(gè)或多個(gè)差分信號(hào)可以包括計(jì)算第二差分信號(hào)，表示沿著y_軸的目標(biāo)移動(dòng)方向。在一些實(shí)施例中， 第二差分信號(hào)包括正的最大值和負(fù)的最大值。如果在時(shí)間上正的最大值先于負(fù)的最大值， 則目標(biāo)移動(dòng)方向可以被確定在正的y-方向，如果在時(shí)間上負(fù)的最大值先于正的最大值，貝1J 目標(biāo)移動(dòng)方向可以被確定在負(fù)的y_方向。
該方法還可以包括使用第一差分信號(hào)的相繼零交叉之間的時(shí)間差計(jì)算目標(biāo)移動(dòng)速度沿著X-軸的比例值，并使用第二差分信號(hào)的相繼零交叉之間的時(shí)間差計(jì)算目標(biāo)移動(dòng)速度沿著I-軸的比例值。該方法還可以包括疊加目標(biāo)移動(dòng)速度沿著X-軸的比例值和目標(biāo)移動(dòng)速度沿著y-軸的比例值以形成目標(biāo)向量。該方法還可以包括根據(jù)目標(biāo)向量確定預(yù)定的方向集合之一。預(yù)定的方向集合可以包括正的X-方向，負(fù)的X-方向，正的y_方向和負(fù)的y-方向。在一些實(shí)施例中，目標(biāo)向量具有目標(biāo)向量角度以及確定預(yù)定的方向集合之一包括將目標(biāo)向量角度與確定的閾值角度集合進(jìn)行比較。在其他一些實(shí)施例中，確定預(yù)定的方向集合之一包括將比較目標(biāo)向量與預(yù)定的分布圖案集合進(jìn)行比較，每個(gè)分布圖案對(duì)應(yīng)于預(yù)定的方向集合中的一個(gè)方向。在該備選實(shí)施例中，比較目標(biāo)向量可以包括確定與將目標(biāo)向量與每個(gè)分布圖案進(jìn)行比較相關(guān)聯(lián)的置信度值，并根據(jù)最高置信度值選擇預(yù)定的方向集合之一。
另一方面，公開(kāi)一種裝置，該裝置包括具有多個(gè)分段的分段傳感器，每個(gè)分段輸出對(duì)應(yīng)于由分段感測(cè)的光的分段信號(hào)；存儲(chǔ)器，配置成存儲(chǔ)分段信號(hào)；以及處理器，耦合到存儲(chǔ)器。處理器包括程序指令，該程序指令配置成根據(jù)從多個(gè)分段輸出的分段信號(hào)計(jì)算一個(gè)或多個(gè)差分信號(hào)；通過(guò)向一個(gè)或多個(gè)差分信號(hào)應(yīng)用向量分析來(lái)確定經(jīng)過(guò)分段傳感器的目標(biāo)的目標(biāo)移動(dòng)方向。


圖I示出常規(guī)手勢(shì)傳感器的簡(jiǎn)化框圖。
圖2示出用于使用圖I的手勢(shì)傳感器檢測(cè)移動(dòng)目標(biāo)的示例性方法。
圖3示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的手勢(shì)感測(cè)設(shè)備的概念圖。CN 102981608 A說(shuō)明書(shū)4/14頁(yè)
圖4和圖5不出響應(yīng)于在多個(gè)方向移動(dòng)的目標(biāo)而從分段光電傳感器輸出的信號(hào)產(chǎn)生的示例性復(fù)合信號(hào)。
圖6示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的日規(guī)配置的截面視圖。
圖7示出圖6的單元的自上而下視圖。
圖8示出圖7的單元旋轉(zhuǎn)90度。
圖9示出經(jīng)配置成形成四個(gè)分段的多個(gè)單元的自上而下視圖。
圖10示出根據(jù)一個(gè)備選實(shí)施例的日規(guī)配置的截面視圖。
圖11示出根據(jù)另一備選實(shí)施例的日規(guī)配置的截面視圖。
圖12示出根據(jù)實(shí)施例的針孔(pinhole)配置的截面視圖。
圖13示出圖12的單元的自上而下的平面視圖。
圖14示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的罩蓋(canopy)配置的截面視圖。
圖15示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的四角(corner quad)配置的自上而下視圖。
圖16示出圖15的四角配置的截面視圖。
圖17示出在百葉簾配置中所用的成角壁的示例性實(shí)施方式。
圖18示出在百葉簾配置中的相鄰單元。
圖19示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的微四角單元配置的自上而下視圖。
圖20示出對(duì)應(yīng)于從左至右圖像移動(dòng)經(jīng)過(guò)圖3的分段傳感器的示例性波形。
圖21示出對(duì)應(yīng)于從上至下圖像移動(dòng)經(jīng)過(guò)分段傳感器的示例性波形，而目標(biāo)移動(dòng)如圖20所示從右至左。
圖22示出對(duì)應(yīng)于從左至右圖像移動(dòng)經(jīng)過(guò)分段傳感器的示例性波形，而目標(biāo)移動(dòng)如圖23所示從下至上。
圖23示出對(duì)應(yīng)于從上至下圖像移動(dòng)經(jīng)過(guò)圖3的分段傳感器的示例性波形。
圖24-圖27分別示出與圖20-圖23的波形類(lèi)似的波形，除了對(duì)應(yīng)于圖24-圖27 中的波形的目標(biāo)移動(dòng)比起對(duì)應(yīng)于圖20-圖23中的波形的目標(biāo)移動(dòng)更快。
圖28示出對(duì)應(yīng)于經(jīng)識(shí)別的方向左、右、上、下的四個(gè)高斯分布。
圖29示出光電二極管分段的示例性4X4陣列。
具體實(shí)施方式
本申請(qǐng)的實(shí)施例涉及手勢(shì)感測(cè)設(shè)備以及對(duì)應(yīng)的用于檢測(cè)手勢(shì)的算法。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，下面詳細(xì)描述的設(shè)備和算法只用于示例并非以任何方式限制。設(shè)備和算法的其他一些實(shí)施例將容易地為具有本公開(kāi)優(yōu)勢(shì)的本領(lǐng)域技術(shù)人員所想到。
將詳細(xì)參考如所附附圖所示的設(shè)備和算法的實(shí)現(xiàn)方式。相同的參考標(biāo)記將在整個(gè)附圖和隨后的詳細(xì)描述中用于指示相同或相似的部件。為了清楚起見(jiàn)，并非所有實(shí)施方式的常規(guī)特征都在此展示和描述。當(dāng)然，可以理解，在任何這類(lèi)實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式的開(kāi)發(fā)過(guò)程中， 很有可能做出專(zhuān)用于多個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的決定以便實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的特定目標(biāo)，諸如符合應(yīng)用和商用相關(guān)約束，這些特定目標(biāo)在不同實(shí)現(xiàn)方式之間以及不同開(kāi)發(fā)者之間有所不同。此外，將理解，這些開(kāi)發(fā)的努力可以是復(fù)雜并且耗時(shí)的，但絕不是具有本公開(kāi)的優(yōu)勢(shì)的本領(lǐng)域技術(shù)人員的例行任務(wù)。
手勢(shì)感測(cè)設(shè)備的實(shí)施例包括單個(gè)光源和多分段的單個(gè)光電傳感器，或光電傳感器陣列。通過(guò)添加諸如光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)或機(jī)械結(jié)構(gòu)之類(lèi)的光修改結(jié)構(gòu)，基于相對(duì)于分段光電傳感器的目標(biāo)位置，從諸如手或手指之類(lèi)的鄰近目標(biāo)反射的光可以被聚焦和/或?qū)蚬怆妭鞲衅鞯牟煌侄紊?。光電傳感器的不同分段同時(shí)感測(cè)反射光，并且來(lái)自每個(gè)分段的相對(duì)幅度指示目標(biāo)的移動(dòng)?？刂齐娐方邮蘸吞幚韥?lái)自分段光電傳感器的感測(cè)數(shù)據(jù)以確定相對(duì)于分段光電傳感器的目標(biāo)移動(dòng)。一個(gè)光電傳感器配置比起多個(gè)源配置更加緊湊并且更加便宜。手勢(shì)感測(cè)設(shè)備的另一個(gè)好處是，用戶(hù)可以通過(guò)手勢(shì)遞送設(shè)備命令，而不需要激活觸摸屏控制器或使用機(jī)械按鈕。這提供了顯著的功率和成本節(jié)約。
圖3示出根據(jù)實(shí)施例的手勢(shì)感測(cè)設(shè)備的概念圖。手勢(shì)感測(cè)設(shè)備10包括由LED 11 表示的單個(gè)照明源，以及分段光電傳感器12。在一些實(shí)施例中，分段光電傳感器12被配置成僅感測(cè)光的一個(gè)或多個(gè)特定波長(zhǎng)，諸如從照明源11發(fā)出的波長(zhǎng)?？梢酝ㄟ^(guò)使用過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)該配置。分段光電傳感器12可以是功能上劃分為多個(gè)分段的單個(gè)傳感器或單獨(dú)的光電傳感器的陣列。例如，四分段光電傳感器功能上等同于以方形布局布置的四個(gè)單獨(dú)的光電傳感器。如本文所用，“分段”是指單個(gè)傳感器中劃分的分段或傳感器陣列中的單獨(dú)的傳感器。圖3以邊視圖(標(biāo)記為12的上部元件)和平面圖顯示分段光電傳感器12以顯示不同分段(標(biāo)記為12的下部元件)。
在圖3的示例性配置中，分段光電傳感器12包括四個(gè)分段，分段A、分段B、分段C 和分段D。雖然四分段檢測(cè)器是最簡(jiǎn)單的實(shí)施方式，但是可以理解，可以增加分段的數(shù)量以增加系統(tǒng)的分辨率。隨著分段數(shù)量的增加，信號(hào)處理電子器件將變得日益復(fù)雜。每個(gè)分段彼此隔離。LED 11鄰近分段光電傳感器12定位。當(dāng)移動(dòng)的目標(biāo)接近LED 11并且進(jìn)入分段光電傳感器12的對(duì)應(yīng)視場(chǎng)內(nèi)時(shí),從LEDll輸出的光從移動(dòng)的目標(biāo)反射到分段光電傳感器12。 手勢(shì)感測(cè)設(shè)備10也包括光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)13以將光聚焦在分段光電傳感器12上。聚焦透鏡將從移動(dòng)的目標(biāo)(諸如手勢(shì))反射的光聚焦到在分段光電傳感器12之上的空間中。可以理解，只有在“視場(chǎng)”內(nèi)的反射的光才會(huì)聚焦在分段光電傳感器12上。雖然在圖3中表示為單個(gè)元件13，但是光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)13代表用于將光導(dǎo)向分段光電傳感器12的任何數(shù)量的透鏡和/或光學(xué)兀件。光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)和/或光傳感器的不例性實(shí)現(xiàn)方式如在2011年5月26日提交的、申請(qǐng)序列號(hào)為 61/490，568、并且標(biāo)題為 “Light Sensor Having Glass Substrate With Lens Formed Therein”的共有和共同待決美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)以及在2011年5月31 日提交的、序列號(hào)為 61/491，805、標(biāo)題為 “Light Sensor Having Glass Substrate With Lens Formed Therein”的共有和共同待決美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)中描述,這兩個(gè)文獻(xiàn)通過(guò)引用整體并入本文。分段光電傳感器12的每個(gè)分段向控制電路14輸出分段信號(hào)，在控制電路 14處處理分段信號(hào)。
LED 11持續(xù)或定期激活以照亮目標(biāo)。從目標(biāo)反射的光導(dǎo)致在每個(gè)分段光電傳感器上的分段信號(hào)。這些分段信號(hào)經(jīng)過(guò)處理并儲(chǔ)存在緩沖存儲(chǔ)器中，緩沖存儲(chǔ)器與控制電路14 集成或與其分離?？刂齐娐?4分析所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)并確定是否已檢測(cè)到有效的手勢(shì)。相同的數(shù)據(jù)同樣可以使用，從而分段光電傳感器12作為鄰近檢測(cè)器操作。相同的光電傳感器結(jié)構(gòu)可以與不同的信號(hào)處理電路一起使用，從而手勢(shì)感測(cè)設(shè)備也用作環(huán)境光傳感器。
當(dāng)LED 11加電或閃爍時(shí)，如果目標(biāo)在分段光電傳感器12之上的鄰近空間中，則目標(biāo)被照亮。移動(dòng)的目標(biāo)在概念上如圖3所示為平面反射器。目標(biāo)反射由光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)13成像到分段光電傳感器12上。圖3的示例示出目標(biāo)的從右至左移動(dòng)。當(dāng)目標(biāo)的邊緣移動(dòng)經(jīng)過(guò)成像區(qū)域的中心時(shí)，目標(biāo)的邊緣的聚焦圖像移動(dòng)經(jīng)過(guò)分段光電傳感器12。分段A和分段 C首先響應(yīng)移動(dòng)的圖像，之后是分段B和分段D?？刂齐娐?4可被編程以檢測(cè)該事件序列， 并且識(shí)別從右至左的目標(biāo)移動(dòng)。類(lèi)似地，從左至右的目標(biāo)移動(dòng)可以通過(guò)相反的序列識(shí)別，從上至下以及從下至上目標(biāo)移動(dòng)這兩者可以使用正交信號(hào)集合識(shí)別。入和出目標(biāo)移動(dòng)可以通過(guò)感測(cè)四個(gè)分段A-D之和的絕對(duì)幅度而識(shí)別，其同樣是鄰近測(cè)量。
圖4和圖5不出響應(yīng)于在各種方向移動(dòng)的目標(biāo)而從分段光電傳感器12輸出的信號(hào)產(chǎn)生的示例性復(fù)合信號(hào)。復(fù)合信號(hào)是兩個(gè)或更多個(gè)分段信號(hào)的復(fù)合，每個(gè)分段信號(hào)提供感測(cè)電壓比對(duì)時(shí)間的數(shù)據(jù)。如圖4和圖5所示的復(fù)合信號(hào)以及分析復(fù)合信號(hào)的方法顯示了如何分析分段信號(hào)以用于確定目標(biāo)移動(dòng)的示例性方法?？梢岳斫?，備選的分析方法可以應(yīng)用于分段信號(hào)以確定相對(duì)目標(biāo)移動(dòng)。
參見(jiàn)圖4，為了確定目標(biāo)是否正在從左至右或從左至右移動(dòng)，來(lái)自分段A和分段C 的分段信號(hào)相加在一起以形成復(fù)合信號(hào)A+C,而來(lái)自分段B和分段D的分段信號(hào)相加在一起以形成復(fù)合信號(hào)B+D。圖4示出對(duì)應(yīng)于確定目標(biāo)的從右至左或從左至右移動(dòng)的示例性復(fù)合 目號(hào)。從復(fù)合/[目號(hào)A+C減去復(fù)合/[目號(hào)B+D以形成差分復(fù)合/[目號(hào)(A+C)-(B+D)。如果存在從右至左的移動(dòng)，則差分復(fù)合信號(hào)(A+C)-(B+D)具有正向峰值，之后是負(fù)向峰值，如圖4的左下角曲線所示。如果存在從左至右的移動(dòng)，則差分復(fù)合信號(hào)(A+C)-(B+D)具有負(fù)向峰值，之后是正向峰值，如圖4的右下角曲線所示。
注意在圖3中，目標(biāo)的移動(dòng)方向與分段光電傳感器12上的圖像的移動(dòng)方向相反。 圖像翻轉(zhuǎn)是光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)13的結(jié)果。在如下詳細(xì)描述的備選實(shí)施例中，光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)由多個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)之一取代。在這些備選配置的一些實(shí)施例中，分段光電傳感器12上的圖像以與目標(biāo)的方向相同的方向移動(dòng)，并且交換如圖4所示的復(fù)合信號(hào)(A+C)和(B+D)并且翻轉(zhuǎn)差分復(fù)合信號(hào)(A+C)-(B+D)。如圖3所示，當(dāng)目標(biāo)從右至左移動(dòng)時(shí)，分段光電傳感器12上的圖像從左至右移動(dòng)。當(dāng)應(yīng)用于圖4時(shí)，當(dāng)目標(biāo)從右至左移動(dòng)時(shí)，則當(dāng)目標(biāo)在右側(cè)時(shí)圖像最初出現(xiàn)在分段A和分段C上，但圖像還沒(méi)有出現(xiàn)在分段B和分段D上，如圖4左上側(cè)曲線所示，所得的復(fù)合信號(hào)A+C開(kāi)始增加，但復(fù)合信號(hào)B+D仍為零。當(dāng)目標(biāo)向左偵彳移動(dòng)時(shí)，圖像開(kāi)始出現(xiàn)在分段B+D上并且還出現(xiàn)在分段A +C上，如圖4的中間左側(cè)曲線所示，所得的復(fù)合信號(hào)B+D 開(kāi)始增加。最后，圖像完全出現(xiàn)在所有分段A-D上。當(dāng)目標(biāo)圖像的尾緣移動(dòng)離開(kāi)分段A和分段C時(shí)，復(fù)合信號(hào)A+C返回到零，并且形成差分復(fù)合信號(hào)(A+C)-(B+D)的負(fù)向峰值。
類(lèi)似地，當(dāng)目標(biāo)從左向右移動(dòng)時(shí)，則當(dāng)目標(biāo)在左側(cè)時(shí)，圖像最初出現(xiàn)在分段B和分段D上，但圖像還未出現(xiàn)在分段A和分段C上，如圖4的右上側(cè)曲線所示，所得的復(fù)合信號(hào) B+D開(kāi)始增加，但復(fù)合信號(hào)A+C仍為零。當(dāng)目標(biāo)向右側(cè)移到時(shí)，圖像開(kāi)始出現(xiàn)在分段A+C上并且仍出現(xiàn)在分段B+D上，并如圖4的中間右側(cè)曲線所示，所得的復(fù)合信號(hào)A+C開(kāi)始增加。 最后，圖像完全出現(xiàn)在所有分段A-D上。當(dāng)目標(biāo)圖像的尾緣移動(dòng)離開(kāi)分段B和D時(shí)，復(fù)合信號(hào)B+D返回到零，并形成差分復(fù)合信號(hào)(A+C)-(B+D)的正向峰值。
類(lèi)似地確定上下移動(dòng)。為了確定目標(biāo)是否正從上至下或從下至上移動(dòng)，來(lái)自分段 A和分段B的分段信號(hào)相加在一起以形成復(fù)合信號(hào)A+B，以及來(lái)自分段C和分段D的分段信號(hào)相加在一起以形成復(fù)合信號(hào)C+D。圖5示出對(duì)應(yīng)于確定目標(biāo)的從上至下或從下至上移動(dòng)的不例性復(fù)合 目號(hào)。從復(fù)合/[目號(hào)Α+Β減去復(fù)合/[目號(hào)C+D以形成差分復(fù)合/[目號(hào)(A+B)-(C+D)。 如果存在從下至上移動(dòng)，則差分復(fù)合信號(hào)(A+B)-(C+D)具有正向峰值，之后是負(fù)向峰值，如CN 102981608 A書(shū)明說(shuō)7/14 頁(yè)圖5的左下角曲線所示。如果存在從上至下移動(dòng)，差分復(fù)合信號(hào)(A+B)-(C+D)具有負(fù)向峰值，之后是正向峰值，如圖5的右下側(cè)曲線所示。
當(dāng)目標(biāo)從下至上移動(dòng)時(shí)，則圖像最初出現(xiàn)在分段A和分段B上，但圖像還未出現(xiàn)在分段C和分段D上。如圖5的左上側(cè)曲線所示，所得的復(fù)合信號(hào)A+B開(kāi)始增加，但復(fù)合信號(hào) C+D仍為零。當(dāng)目標(biāo)向下移動(dòng)時(shí)，圖像開(kāi)始出現(xiàn)在分段C+D上并且還出現(xiàn)在分段A+B上，如圖5的中間左側(cè)曲線所示，所得的復(fù)合信號(hào)C+D開(kāi)始增加。最后，圖像完全出現(xiàn)在所有分段A-D上。與從右至左移動(dòng)一樣，如圖5的左下側(cè)曲線所示，從下至上移動(dòng)中差分復(fù)合信號(hào) (A+B)-(C+D)展示正向峰值，之后是負(fù)向峰值。可以容易看出，相反 的移動(dòng)(從上至下)形成類(lèi)似的差分復(fù)合信號(hào)(A+B)-(C+D)，但具有相反相位，如圖5的右下側(cè)曲線所示。
執(zhí)行附加處理以確定去往和遠(yuǎn)離分段光電傳感器的移動(dòng)，被稱(chēng)為入移動(dòng)和出移動(dòng)。為了確定入移動(dòng)和出移動(dòng)，所有四個(gè)分段A、B、C、D相加以形成復(fù)合信號(hào)A+B+C+D。如果復(fù)合信號(hào)A+B+C+D在給定時(shí)段內(nèi)增加，則確定存在去往分段光電傳感器的移動(dòng)、或進(jìn)入。如果復(fù)合信號(hào)A+B+C+D在給定時(shí)段內(nèi)減少，則確定存在遠(yuǎn)離分段光電傳感器的移動(dòng)，或出去。
—般而言，測(cè)量分段并且酌情處理分段信號(hào)以確定復(fù)合信號(hào)的幅度變化。這些幅度變化，當(dāng)在時(shí)間上和其他復(fù)合信號(hào)的幅度變化相比時(shí)，確定將光反射回分段光電傳感器的目標(biāo)的相對(duì)移動(dòng)。
在一些備選實(shí)施例中，機(jī)械結(jié)構(gòu)用于取代光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)。機(jī)械結(jié)構(gòu)用于影響反射的光被如何導(dǎo)向分段光電傳感器。第一機(jī)械結(jié)構(gòu)稱(chēng)為日規(guī)配置。日規(guī)配置實(shí)現(xiàn)了物理“壁”， 其從分段光電傳感器的傳感器表面突出。當(dāng)目標(biāo)移動(dòng)經(jīng)過(guò)分段光電傳感器之上的空間時(shí)， 壁有效地在多個(gè)傳感器分段上投射“陰影”。追蹤該陰影并切對(duì)應(yīng)地確定目標(biāo)移動(dòng)。
圖6示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的日規(guī)配置的截面視圖。日規(guī)配置提供機(jī)械裝置，其用于將反射光導(dǎo)向到光電傳感器上，該光電傳感器在此情形下為光電二極管。中心結(jié)構(gòu)是用于阻擋反射光的物理日規(guī)。在壁的兩側(cè)上的兩個(gè)N-EPI到P-襯底的結(jié)形成兩個(gè)光電二極管。壁是一系列金屬層，其被構(gòu)建成分離兩個(gè)光電二極管。在圖6的示例性配置中，壁包括第一金屬層Ml、第二金屬層M2、第三金屬層M3、以及頂層金屬層TM。每個(gè)金屬層由鈍化層分隔，諸如其中形成有通孔的二氧化硅?？墒褂贸Ｒ?guī)半導(dǎo)體處理技術(shù)形成金屬層、鈍化層以及通孔。在襯底上形成壁，該襯底經(jīng)摻雜形成光電二極管，也稱(chēng)為單元。通過(guò)N-EPI到P-襯底的結(jié)形成第一光電二極管或光電二極管單元。金屬接觸Ml耦合到N-EPI區(qū)域，以便接觸光電二極管單元A陰極。P-襯底用作光電二極管陽(yáng)極，并且其對(duì)于兩個(gè)光電二極管單元A 和B單元是共同的。存在通過(guò)在光電二極管單元A的N-EPI層的頂部上添加P-阱層形成的附加的光電二極管。在P-阱層末端處制成用于P-阱層的接觸，其在圖6中未顯示。在一些實(shí)施例中，P-阱光電二極管被用來(lái)當(dāng)沒(méi)有使用手勢(shì)功能時(shí)測(cè)量環(huán)境光。該配置和功能在 2010 年 9 月 23 日提交的、序列號(hào)為 12/889，335、標(biāo)題為“Double Layer Photodiodes in Ambient Light Sensors and Proximity Detectors”的共有的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中描述,該申請(qǐng)?jiān)诖送ㄟ^(guò)引用整體并入本文。以與光電二極管A單元的相同的方式形成第二光電二極管或光電二極管單元B。這兩個(gè)光電二極管單元A和B由兩個(gè)P+擴(kuò)散隔離，P+擴(kuò)散延伸通過(guò) N-EPI區(qū)域并與P-襯底接觸。在兩個(gè)P+隔離擴(kuò)散之間形成N-EPI的島狀物。該島狀物形成附加的二極管，其收集可能從光電二極管單元A之下遷移出的任何雜散光電流，否則由光電二極管單元B收集。附加二極管也收集可能從光電二極管單元B之下遷移出的任何雜11散光電流，否則由光電二極管單元A收集。這兩個(gè)P+隔離擴(kuò)散和其間的N-EPI島狀物一起形成A/B隔離區(qū)域。A/B隔離區(qū)域的所有三個(gè)部件由第一金屬層Ml短路，其在頂部金屬層 TM處連接到接地。在復(fù)合A/B隔離區(qū)域中收集的任何光電流被分流到接地，從而減少光電二極管單元A和光電二極管單元B之間的串?dāng)_。
圖6中的結(jié)構(gòu)是包括光電二極管單元A、光電二極管單元B、隔離區(qū)域和壁的單元。 圖7示出圖6的單元的自上而下視圖。該單元被配置成當(dāng)壁與待確定的移動(dòng)方向(左-右) 垂直對(duì)準(zhǔn)時(shí)確定左-右移動(dòng)。為了確定上下移動(dòng)，單元旋轉(zhuǎn)90度，如圖8所示。在圖8的單元配置中，壁結(jié)構(gòu)與待確定的上-下移動(dòng)垂直對(duì)準(zhǔn)。創(chuàng)建單元的原因在于，光電二極管單元的尺寸受到限制，特別是從壁結(jié)構(gòu)延伸出的光電二極管單元的寬度。這就限制了可以用于測(cè)量反射光的表面區(qū)域。圖9示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的配置成形成四個(gè)塊的多個(gè)單元的自上而下視圖。每個(gè)單元與相鄰單元通過(guò)隔離區(qū)域I隔離。在圖9中，塊I由交替的光電二極管單元A和B的陣列形成。塊I和塊4相同，塊4也包括交替的光電二極管單元A和B 的陣列。塊I和塊4兩者中所有的光電二極管單元A短路連接在一起形成聚合的A節(jié)點(diǎn)。 聚合單元的陣列增加信號(hào)強(qiáng)度。類(lèi)似地，塊I和塊4中的所有光電二極管單元B被聚合在一起形成單個(gè)B節(jié)點(diǎn)。相同的連接方式用于通過(guò)塊2和塊3中的交替的光電二極管單元C 和D的陣列形成C節(jié)點(diǎn)和D節(jié)點(diǎn)。塊2和塊3中的光電二極管單元相對(duì)于塊I和塊4中的光電二極管單元旋轉(zhuǎn)90度。以這種方式，有四個(gè)不同的信號(hào)，信號(hào)來(lái)自節(jié)點(diǎn)A、B、C、D中的每一個(gè)。
通過(guò)分析差分信號(hào)再次確定在左-右、上-下方向的目標(biāo)移動(dòng)。為了確定左-右方向的目標(biāo)移動(dòng)，形成差分信號(hào)A-B。以與圖3的四角單元配置相關(guān)的差分復(fù)合信號(hào) (A+C)-(B+D)類(lèi)似的方式分析差分信號(hào)A-B。為了確定上-下方向的目標(biāo)移動(dòng)，形成差分信號(hào)C-D。以與圖3四角單元配置相關(guān)的差分復(fù)合信號(hào)(A+B)-(C+D)類(lèi)似的方式分析差分信號(hào) C-D。
如圖6所示的單元結(jié)構(gòu)是示例性日規(guī)配置，并且也可以考慮備選結(jié)構(gòu)。圖10示出根據(jù)以一個(gè)備選實(shí)施例的日規(guī)配置的截面視圖。在圖10的備選配置中，備選地形成壁，并備選地?fù)诫s底層襯底。在該實(shí)施例中，兩個(gè)光電二極管單元A和B之間的隔離區(qū)域由單個(gè) P+擴(kuò)散組成。與圖6相比，圖10的較小隔離區(qū)域允許增加的堆積密度。在陣列末端形成 P-阱接觸和N-EPI區(qū)域接觸，其在圖10中未顯示。襯底中的P+區(qū)域在頂部金屬層TM處連接到接地。
圖11示出根據(jù)另一備選實(shí)施例的日規(guī)配置的截面視圖。在圖11的備選配置中， 備選地形成壁，并備選地?fù)诫s底層襯底。在該配置中光電二極管單元不包括P-阱。在陣列末端處形成N-EPI區(qū)域接觸，其在圖11中未顯示。光電二極管單元A和B之間的P+隔離區(qū)域在頂部金屬層TM處連接到接地。在該實(shí)施例中，與圖6相比，沒(méi)有P-阱層允許制造較窄的光電二極管單元A和B。該結(jié)構(gòu)相比于圖6提供更高的單元堆積密度。
第二機(jī)械結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為細(xì)條(pinstripe)配置。圖12示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的細(xì)條配置的截面視圖。細(xì)條配置提供了用于將反射光導(dǎo)向光電傳感器上的機(jī)械裝置，在這種情況下該光電傳感器是光電二極管。細(xì)條結(jié)構(gòu)類(lèi)似于針孔相機(jī)，其中針孔被拉伸為條或槽。襯底中的兩個(gè)N-EPI分區(qū)形成光電二極管單元A和B的陰極，P-襯底形成共同的陽(yáng)極。在單元之上形成金屬層M3，并在金屬層中形成開(kāi)口槽。在層間電介質(zhì)(諸如二氧化硅)之上形成金屬層，其中層間電介質(zhì)是光學(xué)透明的。使用常規(guī)的半導(dǎo)體制造工藝形成金屬層和開(kāi)口槽。在一些實(shí)施例中，利用常規(guī)CMOS、數(shù)字半導(dǎo)體制造工藝形成單元結(jié)構(gòu)。圖13示出圖12 的單元的自上而下平面圖。如圖13所示，開(kāi)口槽沿著單元的長(zhǎng)度對(duì)準(zhǔn)。開(kāi)口槽可以延伸單元的整個(gè)長(zhǎng)度或部分長(zhǎng)度。
在操作中，反射光經(jīng)過(guò)開(kāi)口槽并照射光電二極管，N-EPI分區(qū)。當(dāng)目標(biāo)位置在開(kāi)口槽的右側(cè)時(shí)，從目標(biāo)反射的光經(jīng)過(guò)開(kāi)口槽并照射左側(cè)光電二極管單元A。當(dāng)目標(biāo)從右至左移動(dòng)時(shí)，更多的反射光照射左側(cè)光電二極管單元A，直到目標(biāo)通過(guò)臨界角，在臨界角時(shí)較少的反射光照射左光電二極管單元A，并且相反反射光開(kāi)始照射右側(cè)光電二極管單元B。當(dāng)目標(biāo)直接在槽的正上方時(shí)，在交叉點(diǎn)時(shí)，從光電二極管單元A和B接收的信號(hào)相同。這是整體信號(hào)強(qiáng)度最高的位置，也是兩個(gè)信號(hào)之間的差異A-B為零的位置。當(dāng)目標(biāo)繼續(xù)向左側(cè)移動(dòng)時(shí)，更多的反射光照射右側(cè)光電二極管單兀B,從而差分信號(hào)A-B改變符號(hào)并變成負(fù)的。在目標(biāo)繼續(xù)向左移動(dòng)時(shí)，零反射光照射左側(cè)光二極管單元A。類(lèi)似于日規(guī)配置，針孔配置中的多個(gè)單元相鄰布置以形成塊，并且來(lái)自單獨(dú)的光電二極管單元A的信號(hào)聚合在一起形成共同的A節(jié)點(diǎn)。同一類(lèi)型的信號(hào)聚合用于B至D信號(hào)。開(kāi)口槽的對(duì)準(zhǔn)確定待確定的目標(biāo)移動(dòng)的方向。例如，圖13中的開(kāi)口槽水平對(duì)準(zhǔn)用于確定上-下移動(dòng)。對(duì)準(zhǔn)的多個(gè)單元(諸如圖 13中的單元)形成分段，該分段被配置成測(cè)量上下移動(dòng)。開(kāi)口槽的豎直對(duì)準(zhǔn)用于確定左右移動(dòng)。在示例性配置中，具有細(xì)條配置的分段按照與圖9所示具有日規(guī)配置的分段的類(lèi)似方式對(duì)準(zhǔn)，其中分段A和分段D被配置成確定左右移動(dòng)而分段B和分段C被配置成確定上下移動(dòng)。以與上述日規(guī)配置的相同方式使用差分信號(hào)確定在左-右和上-下方向的目標(biāo)移動(dòng)。
在備選配置中，金屬層和開(kāi)口槽可以由任何類(lèi)型的光遮蔽組件取代，光遮蔽組件使光經(jīng)過(guò)確定區(qū)域并在其他位置阻擋光，諸如MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))設(shè)備或其他分層或部分浮動(dòng)鏡片，其中遮蔽組件由光學(xué)透明材料的支撐或懸浮在緊鄰開(kāi)口槽的空氣中。MEMS設(shè)備是電力驅(qū)動(dòng)的非常小的機(jī)械設(shè)備。
一個(gè)備選實(shí)施例是向四角單元設(shè)計(jì)應(yīng)用細(xì)條原理以產(chǎn)生微四角單元。圖19示出根據(jù)實(shí)施例的微四角單元配置的自上而下視圖。微四角單元由小的四角單元的陣列組成。 所有的獨(dú)立的A分段聚合在一起以形成單個(gè)A信號(hào)，對(duì)于B、C、D分段也是如此。四角單元陣列被金屬層覆蓋，金屬層具有讓光穿過(guò)的方形或圓形開(kāi)口。使用半導(dǎo)體工藝，以與所述細(xì)條概念的類(lèi)似方式形成金屬層。四角單元A至D的尺寸、金屬層間距以及金屬層中開(kāi)口的尺寸符合半導(dǎo)體工藝中通?？捎玫某叽纭Ｔ诮饘賹又械拈_(kāi)口被定位成當(dāng)光直接在開(kāi)口正上方時(shí)，所有單元同樣地但部分地照亮。當(dāng)光的角度變化時(shí)，四個(gè)單元的相對(duì)照明變得不平衡。 以與之前針對(duì)圖3描述的方式相同的方式處理四個(gè)信號(hào)A至D。
第三個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為罩蓋配置。該罩蓋配置類(lèi)似于細(xì)條配置地操作，除了作為針孔配置中反射光經(jīng)過(guò)單元結(jié)構(gòu)中心的開(kāi)口槽進(jìn)入單元的光電二極管的替代，罩蓋配置中單元結(jié)構(gòu)的中心被“罩蓋”覆蓋并且結(jié)構(gòu)的周界側(cè)開(kāi)放以允許反射光進(jìn)入單元的光電二極管。圖14示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的罩蓋配置的截面視圖。罩蓋配置提供用于將反射光導(dǎo)向光電傳感器(在這種情況下，是光電二極管)上的機(jī)械裝置。兩個(gè)N-EPI分區(qū)形成光電二極管單元A和B。頂部金屬層TM在單元結(jié)構(gòu)的中心之上形成罩蓋，從而覆蓋光電二極管的內(nèi)部而不覆蓋外部。頂部金屬層是壁的頂層，該壁形成為使兩個(gè)光電二極管單元A和B隔開(kāi)的一系列金屬層。以與日規(guī)配置的壁結(jié)構(gòu)的類(lèi)似的方式形成壁結(jié)構(gòu)，除了罩蓋配置的頂層金屬層TM在兩個(gè)光電二極管A和B的部分之上延伸。在層間電介質(zhì)(未不出)，例如二氧化硅之上形成在兩個(gè)光電二極管A和B的部分之上延伸的頂層金屬層TM部分，層間電介質(zhì)是光學(xué)透明的。類(lèi)似于細(xì)條配置和日規(guī)配置，罩蓋配置的多個(gè)單元鄰近放置以形成分段， 并且多個(gè)分段被配置成和定向成確定左-右和上-下移動(dòng)。反射光由光電二極管單元A和 B感測(cè)，并以類(lèi)似于上述的細(xì)條配置和日規(guī)配置來(lái)收集并處理感測(cè)電壓。
第四個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為四角配置。在使用置于光電感測(cè)組件之間的物理壁方面， 四角配置在概念上類(lèi)似于日規(guī)配置，但是并非如在日規(guī)配置中那樣地在硅層處實(shí)現(xiàn)壁并且具有用于每個(gè)分段的多個(gè)單元，四角配置在芯片封裝層中實(shí)現(xiàn)，其中在分段之間形成壁。圖 15示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的四角配置的自上而下視圖。圖16示出圖15的四角配置的截面視圖。在如圖15、圖16所示的示例性配置中，光電傳感器分段A-D形成為集成電路芯片上的四個(gè)光電二極管。四個(gè)光電二極管可視為與圖3的四個(gè)光電二極管相同，不同之處在于作為使用圖3的緊密間隔的四角幾何形狀的替代，光電二極管是間隔開(kāi)并置于襯底的四個(gè)角落。集成電路芯片被封裝在芯片封裝體中，該芯片封裝體包括由阻擋光的光學(xué)不透明材料制成的壁，該光諸如從移動(dòng)目標(biāo)反射的光。光電二極管之上的芯片封裝體部分由光學(xué)透明材料制成。四角配置中壁的高度足夠高，從而每個(gè)分區(qū)是單個(gè)傳感器組件，與日規(guī)和罩蓋配置中的多個(gè)單元正相反。以與日規(guī)配置中相似方式確定目標(biāo)移動(dòng)，但不需要為給定分區(qū)聚合獨(dú)立的單元電壓。四角配置包括具有芯片封裝量級(jí)的壁，而日規(guī)配置包括具有晶體管量級(jí)的壁。
第五機(jī)械結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為百葉簾配置。百葉簾配置類(lèi)似于日規(guī)配置，不同之處在于以與光電二極管單元成非垂直的角度形成每個(gè)單元中的壁結(jié)構(gòu)，這與日規(guī)配置中垂直角度相反。如圖17所示，通過(guò)在步進(jìn)配置中形成金屬層和通孔來(lái)制造成角度的壁。附加地，百葉簾配置中的每個(gè)單元包括置于成角壁的一側(cè)上的單個(gè)光電二極管單元，如圖18所示。在百葉簾配置中，四個(gè)分段中的每個(gè)面對(duì)不同的90度方向。例如，分段A配置具有向左成角的壁，分段B配置以具有向上成角的壁，分段C配置具有向下成角的壁，分段D配置具有向右成角的壁。換言之，每個(gè)分段都有不同的視場(chǎng)。使用這些對(duì)準(zhǔn)，以與上述日規(guī)配置中相同的方式使用差分信號(hào)確定左-右和上-下方向的目標(biāo)移動(dòng)。可以理解可以使用備選對(duì)準(zhǔn)。
在一些實(shí)施例中，過(guò)濾器被添加到光電傳感器的頂部以濾出具有不同于照明源的波長(zhǎng)的光。
示例性實(shí)施例描述具有四個(gè)對(duì)稱(chēng)配置的分段或光電傳感器的手勢(shì)感測(cè)設(shè)備?？梢岳斫猓疚乃龈拍羁梢詳U(kuò)展到多于四個(gè)的對(duì)稱(chēng)或非對(duì)稱(chēng)配置(如NxN、NxM)、環(huán)形、或其他形狀的光電分段或傳感器陣列。如前所述，“分段”指單個(gè)傳感器中內(nèi)的劃分分段，或傳感器陣列中的分立傳感器或光電二極管。
如前所述，控制電路被配置成處理從分段光電傳感器接收的分段信號(hào)。特別地，控制電路包括算法，其用于識(shí)別兩個(gè)維度的手勢(shì)的方向和速度，例如左、右、上和下的組合，以產(chǎn)生“手勢(shì)向量”。這可以擴(kuò)展到更大的光電二極管陣列以允許形成向量域，這進(jìn)一步增加了算法的精度。向量可用于命令識(shí)別、后續(xù)處理，或其他的專(zhuān)門(mén)應(yīng)用使用。通過(guò)能夠追蹤速度，如果只使用“慢”和“快”，則可識(shí)別手勢(shì)的有效數(shù)量可以提高兩倍或者更多，從而提供增強(qiáng)功能。原始向量數(shù)據(jù)可以用來(lái)預(yù)定手勢(shì)，或者原始向量數(shù)據(jù)可被轉(zhuǎn)化為如下可能性，即向CN 102981608 A書(shū)明說(shuō)11/14 頁(yè)量對(duì)應(yīng)于四個(gè)基本方位或一些其他定義的基礎(chǔ)方向集合之一。
該算法也并入沿著Z-軸的手勢(shì)識(shí)別，例如朝向或遠(yuǎn)離分段光電傳感器。在一些實(shí)施例中，該算法也包括手指追蹤。
在圖3手勢(shì)感測(cè)設(shè)備的情形下解釋該算法。LED 11照亮目標(biāo)，目標(biāo)在分段傳感器 12之上移動(dòng)，從而導(dǎo)致從目標(biāo)反射的光照射分段傳感器。光修改結(jié)構(gòu)13在概念上表示將反射光導(dǎo)向分段傳感器12上的任何裝置，其中用于導(dǎo)向的裝置包括但不限于之前所述的光學(xué)裝置和機(jī)械裝置。在分段傳感器上形成的圖像以與目標(biāo)移動(dòng)相關(guān)的平移模式移動(dòng)。復(fù)合信號(hào) 源自從四個(gè)分段A、B、C、D輸出的分段信號(hào)。采用兩個(gè)軸X和Y的不同組合，通過(guò)分段信號(hào)的相加和相減來(lái)確定移動(dòng)，其中X-軸對(duì)應(yīng)于左右移動(dòng)，y_軸對(duì)應(yīng)于上下移動(dòng)。根據(jù) X= (A+C)-(B+D)確定左右方向的移動(dòng)，根據(jù)Y = (A+B)-(C+D)確定上下方向的移動(dòng)。在 Z-軸朝向或遠(yuǎn)離分段傳感器的移動(dòng)是照射所有分段的光的總量，并根據(jù)Z = A+B+C+D確定。
當(dāng)圖像在分段傳感器之上從左向右移動(dòng)時(shí)，復(fù)合信號(hào)X先從零增加到某個(gè)正值， 然后在最終返回到O前朝某個(gè)負(fù)值減少到零以下。如果移動(dòng)完全是在X-方向，則復(fù)合信號(hào) Y沒(méi)有多大改變，如果不是，則由于分段被光源非對(duì)稱(chēng)照明，因此Y值只朝一個(gè)方向移動(dòng)。復(fù)合信號(hào)Z隨著照明增加，不論移動(dòng)方向沿X-軸或y_軸。
可以理解，目標(biāo)移動(dòng)方向和傳感器上對(duì)應(yīng)圖像移動(dòng)方向之間的關(guān)系依賴(lài)于用于將反射光導(dǎo)向分段傳感器上的光導(dǎo)向裝置。圖3顯示從右至左的示例性目標(biāo)移動(dòng)。如前所述， 目標(biāo)移動(dòng)是分段傳感器12上的圖像移動(dòng)的相反平移。對(duì)于從右至左的目標(biāo)移動(dòng)，具有對(duì)應(yīng)的從左至右圖像移動(dòng)，反之亦然。同樣，對(duì)于從上至下的移動(dòng)目標(biāo)，具有對(duì)應(yīng)的從下至上的圖像移動(dòng)，反之亦然。在上述示例中，具有目標(biāo)移動(dòng)方向與圖像移動(dòng)方向相反的對(duì)立關(guān)系。 也可考慮備選的關(guān)系。
圖20示出對(duì)應(yīng)于左至右的圖像移動(dòng)經(jīng)過(guò)圖3的分段傳感器12的示例性波形。從左至右的圖像移動(dòng)對(duì)應(yīng)從右至左的目標(biāo)移動(dòng)。當(dāng)目標(biāo)從遠(yuǎn)處右方朝向分段傳感器12移動(dòng)時(shí)，圖像最終開(kāi)始出現(xiàn)在分段A和分段C上。當(dāng)圖像繼續(xù)從右至左移動(dòng)時(shí)，越來(lái)越多的目標(biāo)在分段A和分段C上成像，從而導(dǎo)致X值增加。在某個(gè)時(shí)刻，分段A和C上感測(cè)到最大圖像， 其對(duì)應(yīng)于圖像照射分段B和D之前的點(diǎn)。該點(diǎn)對(duì)應(yīng)于最大X值，其在圖20例示為正弦波形的正向峰值。當(dāng)目標(biāo)進(jìn)一步向左移動(dòng)時(shí)，圖像進(jìn)一步向右移動(dòng)并開(kāi)始照射分段B和分段D。 在計(jì)算值X的公式中，從A+C減去具有正值的B+D，產(chǎn)生X的下降值。最終，當(dāng)目標(biāo)向左移動(dòng)到半個(gè)圖像照射分段A和分段C以及半個(gè)圖像照射分段B和分段D的點(diǎn)時(shí)，其對(duì)應(yīng)于圖20 中的中間零交叉。當(dāng)目標(biāo)繼續(xù)向左移動(dòng)時(shí)，圖像繼續(xù)向右移動(dòng)，照射越來(lái)越多的分段B和分段D，以及越來(lái)越少的分段A和分段C，導(dǎo)致X的越來(lái)越大的負(fù)值。最終，X的值達(dá)到負(fù)的最大值，其對(duì)應(yīng)于圖像不再照射分段A和C并照射最大量的分段B和D的目標(biāo)位置。當(dāng)目標(biāo)進(jìn)一步左移，越來(lái)越少的圖像照射分段B和D，直到目標(biāo)到達(dá)沒(méi)有反射光照射任何分段的位置，其對(duì)應(yīng)于圖20中的最右側(cè)零交叉。
圖21示出對(duì)應(yīng)于從上至下的圖像移動(dòng)經(jīng)過(guò)分段傳感器12的示例性波形，而目標(biāo)移動(dòng)如圖20所示從右至左。如圖20和圖21所示的示例性波形對(duì)應(yīng)于完全在X-方向的目標(biāo)移動(dòng)。理想地，完全X-方向目標(biāo)移動(dòng)的Y值是零。然而，在實(shí)踐中，由于分段傳感器被 LEDll非對(duì)稱(chēng)照明，通常確定某些非零值。如圖21所示的波形顯示正的非零值，但是旨在表示瑣碎的非零值，它可以是正的、負(fù)的、零或者隨著時(shí)間的某種組合。15
圖23示出對(duì)應(yīng)于從上至下的圖像移動(dòng)經(jīng)過(guò)圖3的分段傳感器12的示例性波形。 從上至下的圖像移動(dòng)對(duì)應(yīng)于從下至上的目標(biāo)移動(dòng)。如圖23所示的波形對(duì)應(yīng)于復(fù)合信號(hào)Y， 并且類(lèi)似于對(duì)應(yīng)于圖20所示的復(fù)合信號(hào)X的波形而確定。Y的正值對(duì)應(yīng)于反射光排它地或主導(dǎo)地照射分段A和分段B，而Y的負(fù)值對(duì)應(yīng)于圖像排它地或主導(dǎo)地照射分段C和分段D。 零交叉對(duì)應(yīng)于零圖像照射分段A、分段B、分段C和分段D，或同等數(shù)量的圖像照射分段A+B 和照射分段C+D。
圖22示出對(duì)應(yīng)于從左至右的圖像移動(dòng)經(jīng)過(guò)分段傳感器的示例性波形，而目標(biāo)移動(dòng)如圖23所示從下至上。如圖22和圖23所示的示例性波形對(duì)應(yīng)于目標(biāo)移動(dòng)完全在y-方向。理想地，完全y_方向的目標(biāo)移動(dòng)的X值是零。然而，在實(shí)踐中，由于分段傳感器被LED 11非對(duì)稱(chēng)照明，通常確定某些非零值。如圖22所示的波形顯示正的非零值，但是旨在表示一些瑣碎的非零值，它可以是正的、負(fù)的、零或者隨著時(shí)間的某種組合。
為了確定Z-方向的手勢(shì)，必須尋找Z、或VSUM、信號(hào)(A+B+C+D)的充分增加，而在 X或y方向上沒(méi)有檢測(cè)到向量。
參見(jiàn)圖20和圖23，正和負(fù)的零交叉符合圖像從分段傳感器的一側(cè)移動(dòng)到另一側(cè)。 因此，目標(biāo)移動(dòng)越快，則圖像越快地從分段傳感器的一側(cè)穿越到另一側(cè)，從而使波形的零交叉在時(shí)間上間隔更緊密。這正好與速度相關(guān)。圖24-圖27分別示出與圖20-23的波形類(lèi)似的波形，不同之處在于圖24-圖27的波形對(duì)應(yīng)的目標(biāo)移動(dòng)比圖20-圖23的波形對(duì)應(yīng)的目標(biāo)移動(dòng)更快。圖24-圖27中的波形分別具有與圖20-圖23中波形類(lèi)似的關(guān)系。與類(lèi)似但更慢目標(biāo)移動(dòng)所對(duì)應(yīng)的波形(諸如圖20-圖23中所示波形)相比，對(duì)應(yīng)于更快目標(biāo)移動(dòng)的波形(諸如圖24-圖27中所示波形)具有較短周期，或被壓縮。
以預(yù)定速率(例如每毫秒一次)對(duì)反射光采樣。在時(shí)間零處,X值開(kāi)始變?yōu)檎? 如圖20所示。在之后的時(shí)間(諸如等于30毫秒的時(shí)間)處，X值經(jīng)過(guò)零并成為負(fù)值。將采樣率除以零交叉之間的時(shí)間，則結(jié)果是與速度成比例的值。這是目標(biāo)速度的粗略估計(jì)，這是因?yàn)檫€有其他影響因素，諸如目標(biāo)與傳感器的距離，但該估計(jì)提供了與其他方向相比的準(zhǔn)確的相對(duì)速度，例如X-方向的相對(duì)速度比較y_方向的相對(duì)速度，因?yàn)榭梢允褂孟鄳?yīng)的零交叉計(jì)算X和I方向的估計(jì)速度，并然后隨后相互比較。示例性應(yīng)用是使用估計(jì)的速度確定作為過(guò)程級(jí)(course-level)命令,其中基于不同的估計(jì)速度確定不同命令。例如,如果所確定的估計(jì)速度大于高閾值，則可以命令顯示對(duì)象以快速率旋轉(zhuǎn)，如果所確定的估計(jì)速度在高閾值和低閾值之間則以中間速率，或如果所確定的估計(jì)速度低于低閾值則以較慢速率旋轉(zhuǎn)。
以上是手勢(shì)或目標(biāo)移動(dòng)完全在X或y方向產(chǎn)生的波形的示例。然而，許多手勢(shì)可以包括諸如對(duì)角目標(biāo)移動(dòng)之類(lèi)的兩個(gè)方向的分量，并且手勢(shì)波形幅度可以隨情況而改變。因此，尋找正負(fù)之間相對(duì)變化是合理的，特別是零交叉，并且同時(shí)對(duì)于左-右通道和上-下通道如此執(zhí)行是合理的。在目標(biāo)移動(dòng)不是完全的左-右或上-下的情形中，所得的X和Y信號(hào)波形可在振幅和周期上有所不同。
使用在復(fù)合信號(hào)X和復(fù)合信號(hào)Y中獲取的信息，可以確定二維向量。如果指定零交叉后必須是相反方向的零交叉以識(shí)別左右通道或上下通道的手勢(shì)，并且第一個(gè)零交點(diǎn)發(fā)生在時(shí)間tl和第二零交點(diǎn)發(fā)生在時(shí)間t2，則沿X或y方向的速度與l/(t2_tl)成正比例。 方向取決于第一個(gè)零交點(diǎn)是正的或是負(fù)的。對(duì)于左右通道和上下通道兩者執(zhí)行這些允許X-方向速度Vx和y_方向速度Vy疊加成使用笛卡爾坐標(biāo)的具有Vxi+Vyj形式的二維向量。 笛卡爾坐標(biāo)很容易被轉(zhuǎn)換為包括向量角的極坐標(biāo)。結(jié)果是可以檢測(cè)x、y平面上沿著任何角度和任何速度的目標(biāo)移動(dòng)，其僅受限于采樣速率。采樣率越大，則向量角的分辨率越精細(xì)。 例如，在確定的速度Vx大于速度Vy的情形中，可以確定目標(biāo)在左-右方向比在上-下方向移動(dòng)更多。
在一些實(shí)施例中，可以定義各種角度閾值，并且將向量角與角度閾值相比較。例如，+45度和+135度之間的向量角被確定為向上的目標(biāo)移動(dòng)，+45度和-45度之間的向量角被確定是向右的目標(biāo)移動(dòng)。該算法也可以非對(duì)稱(chēng)加權(quán)。例如，60度的向量角仍可以被確定為向右目標(biāo)移動(dòng)，盡管向量更指向?qū)?yīng)于向上目標(biāo)移動(dòng)的90度。該示例示出一般概念，即算法可被編程以考慮之前手勢(shì)分布，該手勢(shì)分布可以是均勻的或非均勻的。
可以使用具有概率可能性函數(shù)集合的向量來(lái)擴(kuò)展該概念，以繪制目標(biāo)移動(dòng)在特定確定方向的置信度。以該方式，用戶(hù)不需要做精確的手勢(shì)以使得該手勢(shì)被識(shí)別為確定的目標(biāo)移動(dòng)方向之一，諸如左、右、上和下。這也可以補(bǔ)償可能引入的某些噪音。例如，如果用戶(hù)僅僅希望識(shí)別左到右，上至下、右到左，和下至上的方向，則可以定義四個(gè)可能性函數(shù)，諸如高斯分布，其中最大值在每個(gè)預(yù)期向量的中心，而半最大值確切地位于相鄰期望向量之間的一半(徑向地)。圖28示出對(duì)應(yīng)識(shí)別方向左、右、上和下的四個(gè)高斯分布。在這個(gè)示例中，最大值發(fā)生在O度(右)，+90度(上)，-90度(下)，和180度(左)，其中最大值的一半發(fā)生在±45和± 135度。在這個(gè)不例中，每個(gè)方向都是同等可能發(fā)生的。給定一些向量，確定關(guān)于O度向量角(正的X-方向)，并計(jì)算對(duì)應(yīng)于所有四個(gè)可能分布的向量的可能性。這些值中的最大值從而是“最有可能的”，并且被確定是目標(biāo)移動(dòng)。圖28所示是兩個(gè)示例向量，每個(gè)向量對(duì)應(yīng)于所測(cè)量的目標(biāo)移動(dòng)。向量I被確定是具有90%的置信度的從左至右移動(dòng)。向量2被確定是不明確的上至下和右至左，因?yàn)橄蛄客瓤赡艿卦谧蟓h(huán)和下環(huán)。 在一些實(shí)施例中，該算法被編程以給每個(gè)這種模糊情況提供預(yù)定結(jié)果。在其他一些實(shí)施例中，該算法被編程以不響應(yīng)模糊結(jié)果或產(chǎn)生錯(cuò)誤信息和指示。
如上所述，該算法應(yīng)用于四分段傳感器。分段傳感器和算法可適配用于具有多于四個(gè)的分段傳感器，例如，NxN或NxM的分段陣列。圖29示出光電二極管分段的示例性4X4 陣列。可以針對(duì)九個(gè)不同的四分段配置的每個(gè)確定向量。例如，第一四分段布置包括分段 1、2、5和6，第二四分段布置包括6、7、10和11，第三四分段布置包括11、12、15和16，等等。 通過(guò)對(duì)于九個(gè)四分段配置的每個(gè)應(yīng)用該算法，可以組合向量域，其可以用于獲得更復(fù)雜的目標(biāo)移動(dòng)信息。
手勢(shì)感測(cè)設(shè)備被描述為使用單個(gè)照明源，諸如圖3中的LED 11。然而，在一些實(shí)施例中，單個(gè)照明源旨在表示同時(shí)脈沖的一個(gè)或多個(gè)照明源，與圖I的常規(guī)設(shè)備中順序脈沖的多個(gè)照明源相反。通過(guò)使用同時(shí)脈沖的多個(gè)照明源，可以實(shí)現(xiàn)更廣泛的覆蓋范圍。給定照明源的覆蓋范圍被定義為照明源之上的區(qū)域，其中目標(biāo)在覆蓋區(qū)域內(nèi)的從反射的光將照射傳感器。覆蓋區(qū)域符合分段傳感器的視場(chǎng)。盡管來(lái)自照明源的光可以照射覆蓋區(qū)域之外的區(qū)域的目標(biāo)，但是只有當(dāng)目標(biāo)在覆蓋區(qū)域內(nèi)反射光將成角以照射分段傳感器。在覆蓋區(qū)域外，反射光并不適當(dāng)?shù)爻山且哉丈浞侄蝹鞲衅?。同時(shí)脈沖的多于一個(gè)的照明源進(jìn)行操作以增加覆蓋范圍。
分段傳感器可以與多于一個(gè)的照明源一起使用，其中照明源并不是同時(shí)脈沖。以此方式，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)X-通道和多個(gè)I-通道，第一 X-通道和第一 y-通道對(duì)應(yīng)于第一照明源，等等。
手勢(shì)感測(cè)設(shè)備和算法也可適配于沒(méi)有照明源。作為檢測(cè)對(duì)應(yīng)于源自照明源的反射光的圖像的替代，檢測(cè)環(huán)境光，并且確定由于經(jīng)過(guò)的目標(biāo)而產(chǎn)生的環(huán)境光減少。以此方式， 經(jīng)過(guò)的目標(biāo)在分段傳感器之上投射陰影，陰影被測(cè)量為環(huán)境光的減少。環(huán)境光配置中的陰影相反地類(lèi)似于照明源配置中的圖像。在環(huán)境光配置中，三個(gè)復(fù)合信號(hào)X，Y，Z的極性被翻轉(zhuǎn)。
手勢(shì)感測(cè)設(shè)備和算法也可以用作手指追蹤應(yīng)用。通過(guò)分析復(fù)合信號(hào)X和Y的瞬態(tài)值，可以確定諸如手指之類(lèi)的目標(biāo)的當(dāng)前位置。例如，如果復(fù)合信號(hào)X的值是正值，或大于某預(yù)定X正閾值的某些值，并且復(fù)合信號(hào)Y的值為零，或不超過(guò)一些Y近零閾值的某些接近零值，則確定用戶(hù)的手指位于分段傳感器的左側(cè)。同樣，如果復(fù)合信號(hào)X的值是零，或者不超過(guò)一些X近零閾值的某些近零值，并且復(fù)合信號(hào)Y的值是負(fù)值，或大于一些預(yù)定的Y負(fù)閾值的某些值，則確定用戶(hù)的手指在傳感器下方。如果復(fù)合信號(hào)X的值是正值，并且復(fù)合信號(hào) Y的值是負(fù)值，則確定用戶(hù)的手指位于傳感器左下角附近。以此方式，可以確定9個(gè)位置。 八個(gè)位置圍繞周長(zhǎng)，其是四個(gè)角落，左、右、上和下。第九位置是的分段傳感器的中心，其對(duì)應(yīng)于當(dāng)復(fù)合信號(hào)X的值和復(fù)合信號(hào)Y值的都是零而Z、或VSUM、信號(hào)(A+B+C+D)不為零時(shí)。 追蹤相繼的手指位置也確定向量。例如，對(duì)應(yīng)于傳感器左側(cè)、傳感器中心，傳感器右側(cè)的三個(gè)相繼的手指位置表示右至左目標(biāo)移動(dòng)。以此方式，引起向量確定的手指追蹤是確定目標(biāo)移動(dòng)向量的更復(fù)雜的方法。手指追蹤也可用于簡(jiǎn)單的應(yīng)用，諸如單個(gè)的手指位置，而不是指示命令的相繼手指位置序列。
已通過(guò)并入細(xì)節(jié)的特定實(shí)施例形式描述本申請(qǐng)，用于幫助理解手勢(shì)感測(cè)設(shè)備和檢測(cè)手勢(shì)方法的構(gòu)建原理和操作。多個(gè)圖中表示和描述的許多組件可以互換以實(shí)現(xiàn)必要效果，本說(shuō)明書(shū)應(yīng)該也包括這樣的交換。因此，本文對(duì)特定實(shí)施例和細(xì)節(jié)的引用并不用于限制所附權(quán)利要求的范圍。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，可以在不背離本申請(qǐng)精神和范圍的情況下對(duì)說(shuō)明所選實(shí)施例進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)手勢(shì)的方法，所述方法包括 a.配置具有多個(gè)分段的分段傳感器，每個(gè)分段輸出對(duì)應(yīng)于由所述分段感測(cè)的光的分段信號(hào); b.根據(jù)從所述多個(gè)分段輸出的所述分段信號(hào)計(jì)算一個(gè)或多個(gè)差分信號(hào)； c.通過(guò)向所述一個(gè)或多個(gè)差分信號(hào)應(yīng)用向量分析來(lái)確定經(jīng)過(guò)所述分段傳感器的目標(biāo)的目標(biāo)移動(dòng)方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)向所述一個(gè)或多個(gè)差分信號(hào)應(yīng)用向量分析來(lái)確定經(jīng)過(guò)所述分段傳感器的所述目標(biāo)的目標(biāo)移動(dòng)速度的比例值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中由所述分段檢測(cè)的所述光包括源自照明源并且從所述目標(biāo)反射的光。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中由所述分段檢測(cè)的光包括環(huán)境光。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)差分信號(hào)包括一個(gè)或多個(gè)差分復(fù)合信號(hào)，其中復(fù)合信號(hào)是通過(guò)將兩個(gè)或更多個(gè)分段信號(hào)相加而形成的信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中計(jì)算一個(gè)或多個(gè)差分信號(hào)包括計(jì)算指示沿著X-軸的所述目標(biāo)移動(dòng)方向的第一差分信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一差分信號(hào)包括正的最大值和負(fù)的最大值，進(jìn)一步其中如果在時(shí)間上所述正的最大值先于所述負(fù)的最大值，則確定所述目標(biāo)移動(dòng)方向在正的X-方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一差分信號(hào)包括正的最大值和負(fù)的最大值，進(jìn)一步其中如果在時(shí)間上所述負(fù)的最大值先于所述正的最大值，則確定所述目標(biāo)移動(dòng)方向在負(fù)的X-方向。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中計(jì)算一個(gè)或多個(gè)差分信號(hào)包括計(jì)算指示沿著y-軸的所述目標(biāo)移動(dòng)方向的第二差分信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第二差分信號(hào)包括正的最大值和負(fù)的最大值，進(jìn)一步其中如果在時(shí)間上所述正的最大值先于所述負(fù)的最大值，則確定所述目標(biāo)移動(dòng)方向在正的y_方向。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第二差分信號(hào)包括正的最大值和負(fù)的最大值，進(jìn)一步其中如果在時(shí)間上所述負(fù)的最大值先于所述正的最大值，則確定所述目標(biāo)移動(dòng)方向在負(fù)的y_方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括使用所述第一差分信號(hào)的相繼零交叉之間的時(shí)間差計(jì)算目標(biāo)移動(dòng)速度沿著X-軸的比例值，以及使用所述第二差分信號(hào)的相繼零交叉之間的時(shí)間差計(jì)算目標(biāo)移動(dòng)速度沿著I—軸的比例值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括疊加所述目標(biāo)移動(dòng)速度沿著X-軸的比例值和所述目標(biāo)移動(dòng)速度沿著y_軸的比例值以形成目標(biāo)向量。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)所述目標(biāo)向量確定預(yù)定的方向集合之一 O
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述預(yù)定的方向集合包括正的X-方向、負(fù)的X-方向、正的I—方向和負(fù)的I—方向。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述目標(biāo)向量具有目標(biāo)向量角度，并且確定所述預(yù)定的方向集合之一包括將所述目標(biāo)向量角度與確定的閾值角度集合進(jìn)行比較。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中確定所述預(yù)定的方向集合之一包括將所述目標(biāo)向量與預(yù)定的分布模式集合進(jìn)行比較，每個(gè)分布模式對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定的方向集合中的一個(gè)方向。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中比較所述目標(biāo)向量包括確定與將所述目標(biāo)向量和每個(gè)分布模式進(jìn)行比較相關(guān)聯(lián)的置信度值，并且根據(jù)最高置信度值選擇所述預(yù)定的方向集合之一。
19.一種裝置,包括 a.具有多個(gè)分段的分段傳感器，每個(gè)分段輸出對(duì)應(yīng)于由所述分段感測(cè)的光的分段信號(hào); b.被配置成存儲(chǔ)所述分段信號(hào)的存儲(chǔ)器；以及 c.耦合到所述存儲(chǔ)器的處理器，所述處理器包括程序指令，所述程序指令被配置成 i.根據(jù)從所述多個(gè)分段輸出的所述分段信號(hào)計(jì)算一個(gè)或多個(gè)差分信號(hào)； .通過(guò)向所述一個(gè)或多個(gè)差分信號(hào)應(yīng)用向量分析來(lái)確定經(jīng)過(guò)所述分段傳感器的目標(biāo)的目標(biāo)移動(dòng)方向。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述程序指令進(jìn)一步被配置成通過(guò)向所述一個(gè)或多個(gè)差分信號(hào)應(yīng)用向量分析來(lái)確定經(jīng)過(guò)所述分段傳感器的所述目標(biāo)的目標(biāo)移動(dòng)速度的比例值。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中由所述分段檢測(cè)的所述光包括源自照明源并從所述目標(biāo)反射的光。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中由所述分段檢測(cè)的光包括環(huán)境光。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)差分信號(hào)包括一個(gè)或多個(gè)差分復(fù)合信號(hào)，其中復(fù)合信號(hào)是通過(guò)將兩個(gè)或更多個(gè)分段信號(hào)相加而形成的信號(hào)。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中計(jì)算所述一個(gè)或多個(gè)差分信號(hào)包括計(jì)算指示沿著X-軸的所述目標(biāo)移動(dòng)方向的第一差分信號(hào)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述第一差分信號(hào)包括正的最大值和負(fù)的最大值，進(jìn)一步其中如果在時(shí)間上所述正的最大值先于所述負(fù)的最大值，則確定所述目標(biāo)移動(dòng)方向在正的X-方向。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述第一差分信號(hào)包括正的最大值和負(fù)的最大值，進(jìn)一步其中如果在時(shí)間上所述負(fù)的最大值先于所述正的最大值，則確定所述目標(biāo)移動(dòng)方向在負(fù)的X-方向。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中計(jì)算一個(gè)或多個(gè)差分信號(hào)包括計(jì)算指示沿著Y-軸的所述目標(biāo)移動(dòng)方向的第二差分信號(hào)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述第二差分信號(hào)包括正的最大值和負(fù)的最大值，進(jìn)一步其中如果在時(shí)間上所述正的最大值先于所述負(fù)的最大值，則確定所述目標(biāo)移動(dòng)方向在正的y_方向。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述第二差分信號(hào)包括正的最大值和負(fù)的最大值，進(jìn)一步其中如果在時(shí)間上所述負(fù)的最大值先于所述正的最大值，則確定所述目標(biāo)移動(dòng)方向在負(fù)的y_方向。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述程序指令進(jìn)一步被配置成使用所述第一差分信號(hào)的相繼零交叉之間的時(shí)間差計(jì)算目標(biāo)移動(dòng)速度沿著X-軸的比例值，以及使用所述第二差分信號(hào)的相繼零交叉之間的時(shí)間差計(jì)算目標(biāo)移動(dòng)速度沿著y_軸的比例值。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其中所述程序指令進(jìn)一步被配置成疊加所述目標(biāo)移動(dòng)速度沿著X-軸的比例值和所述目標(biāo)移動(dòng)速度沿著I-軸的比例值以形成目標(biāo)向量。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的裝置，所述程序指令進(jìn)一步被配置成根據(jù)所述目標(biāo)向量確定預(yù)定的方向集合之一。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的裝置，其中所述預(yù)定的方向集合包括正的X-方向、負(fù)的X-方向、正的I-方向和負(fù)的y_方向。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的裝置，其中所述目標(biāo)向量具有目標(biāo)向量角度，并且確定所述預(yù)定的方向集合之一包括將所述目標(biāo)向量角度和確定的閾值角度集合進(jìn)行比較。
35.根據(jù)權(quán)利要求32所述的裝置，其中確定所述預(yù)定的方向集合之一包括將所述目標(biāo)向量和預(yù)定的分布模式集合進(jìn)行比較，每個(gè)分布模式對(duì)應(yīng)于所述預(yù)定的方向集合中的一個(gè)方向。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的裝置，其中比較所述目標(biāo)向量包括確定與將所述目標(biāo)向量和每個(gè)分布模式進(jìn)行比較相關(guān)聯(lián)的置信度值，并且根據(jù)最高置信度值選擇所述預(yù)定的方向集合之一。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例公開(kāi)了一種使用多分段光電二極管和一個(gè)或更少的照明源檢測(cè)手勢(shì)的方法。手勢(shì)感測(cè)設(shè)備包括多分段光傳感器和用于處理從傳感器輸出的所感測(cè)電壓的控制電路?？刂齐娐诽幚砀袦y(cè)電壓信號(hào)以確定相對(duì)于分段光傳感器的目標(biāo)移動(dòng)?？刂齐娐钒ㄋ惴?，該算法被配置成使用從分段光傳感器輸出的感測(cè)電壓信號(hào)來(lái)計(jì)算多個(gè)差分模擬信號(hào)之一。根據(jù)所計(jì)算的差分模擬信號(hào)確定向量，該向量用于確定目標(biāo)移動(dòng)的方向和/或速度。
文檔編號(hào)G06F3/01GK102981608SQ20121022554
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者D·斯庫(kù)爾尼克, N·A·凱斯特利, I·K·維格曼, A·查瑪庫(kù)拉, C·F·愛(ài)德華, N·克爾尼斯, P·帕爾瓦蘭德, 徐魁森 申請(qǐng)人:馬克西姆綜合產(chǎn)品公司