一種手勢(shì)識(shí)別裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于探測(cè)光束的球面角分布和光學(xué)接近傳感器進(jìn)行手勢(shì)識(shí)別的裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，包含至少兩個(gè)探測(cè)光束被分布在不同的球面角區(qū)間，一個(gè)與提供所述探測(cè)光束的輻射光源器件靠近放置的光學(xué)接近傳感器，一個(gè)和所述光學(xué)接近傳感器相連的實(shí)施手勢(shì)識(shí)別運(yùn)算的電路單元。分布在不同球面角區(qū)間的探測(cè)光束的中心光線之間的夾角大于探測(cè)光束在遠(yuǎn)場(chǎng)的發(fā)散角，因此，探測(cè)光束在遠(yuǎn)場(chǎng)互不重疊。由此，不論做出手勢(shì)的目標(biāo)物體距離裝置的遠(yuǎn)近，裝置都可以對(duì)其運(yùn)動(dòng)做出可靠的判斷。
【專利說(shuō)明】一種手勢(shì)識(shí)別裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光學(xué)傳感裝置，尤其是一種基于光學(xué)傳感的手勢(shì)識(shí)別裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 手勢(shì)識(shí)別技術(shù)已廣泛應(yīng)用于游戲，虛擬現(xiàn)實(shí)，高端平板電腦和智能手機(jī)等領(lǐng)域。 較先進(jìn)的手勢(shì)識(shí)別技術(shù)需要用到實(shí)時(shí)視頻技術(shù)和非常復(fù)雜的算法，但是其高成本導(dǎo)致在 大規(guī)模普及的困難。已經(jīng)被研究的是一種基于一個(gè)接近傳感器的廉價(jià)手勢(shì)識(shí)別技術(shù)，如 Qualcomm 申請(qǐng)的美國(guó)專利 US20110310005A1。
[0003] 目前，這種基于一個(gè)接近傳感器的手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性取決于作出手 勢(shì)的對(duì)象（例如用戶的手掌）的距離和移動(dòng)范圍，它們又與接近傳感器有關(guān)。同時(shí)，為了提 高系統(tǒng)可識(shí)別手勢(shì)的復(fù)雜性，系統(tǒng)需要使用多個(gè)紅外發(fā)光二極管（LED)，而且彼此之間有足 夠的距離。這就要求智能電話或平板電腦的面板上開(kāi)多個(gè)相互之間具有合適距離的孔，在 實(shí)際應(yīng)用中這一要求相當(dāng)麻煩，幾乎不能接受。目標(biāo)物體（作出手勢(shì)的對(duì)象）與傳感器之 間的距離同樣也會(huì)限制現(xiàn)有的手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別手勢(shì)的能力。例如，如果作出手勢(shì)的對(duì)象 與傳感器靠得太近，紅外探測(cè)光束可能無(wú)法被做出手勢(shì)的對(duì)象反射；如果作出手勢(shì)的對(duì)象 與傳感器離得太遠(yuǎn)，多個(gè)紅外探測(cè)光束的發(fā)射又會(huì)互相混淆，導(dǎo)致系統(tǒng)不可靠。在下文中， 做出手勢(shì)的對(duì)象將被稱為目標(biāo)物體。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，
[0005] 本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種手勢(shì)識(shí)別裝置，包括有：至少一個(gè)光學(xué)接近傳感器；兩個(gè)或兩個(gè)以上輻射光 源，每個(gè)所述輻射光源各提供一束探測(cè)光束；所述輻射光源中有第一輻射光源提供第一探 測(cè)光束；所述輻射光源中有第二輻射光源提供第二探測(cè)光束；所述第一輻射光源和第二輻 射光源臨近放置，以至于所述第一、第二探測(cè)光束在遠(yuǎn)場(chǎng)可被近似地看成從同一個(gè)球坐標(biāo) 系的原點(diǎn)發(fā)出；所述第一探測(cè)光束的中心光線相對(duì)于所述第二探測(cè)光束的中心光線呈一定 角度，以至于所述第一探測(cè)光束和第二探測(cè)光柵的遠(yuǎn)場(chǎng)互不交疊或僅有部分交疊。
[0007] 在上述的手勢(shì)識(shí)別裝置中，所述光學(xué)接近傳感器與所述第一輻射光源、第二輻射 光源也可以臨近放置，以至于其也可近似地被看成與所述兩個(gè)輻射光源位于所述同一球坐 標(biāo)系的原點(diǎn)；
[0008] 上述的手勢(shì)識(shí)別裝置，所述的輻射光源中，可以部分相互臨近放置（如前述第一 和第二輻射光源），也可以全部相互臨近放置，以至于所述所有探測(cè)光束可被近似地看成從 所述同一球坐標(biāo)系的原點(diǎn)發(fā)出；全部臨近放置是部分臨近放置的一個(gè)子集，即部分臨近放 置邏輯上包含全部臨近放置的情況。所述所有臨近放置的輻射光源的探測(cè)光束的中心光線 在同一球坐標(biāo)系中的俯仰角或方位角各不相同，以至于所述各探測(cè)光束的遠(yuǎn)場(chǎng)互不交疊或 僅有部分交疊。
[0009] 上述手勢(shì)識(shí)別裝置，其中所述輻射光源為紅外發(fā)光二極管，或垂直腔表面輻射激 光器。
[0010] 上述手勢(shì)識(shí)別裝置，其中所述多個(gè)輻射光源的探測(cè)光束中心光線兩兩之間的相對(duì) 角度大于所述探測(cè)光束的發(fā)散角，以至于所述多個(gè)探測(cè)光束的遠(yuǎn)場(chǎng)相互之間完全沒(méi)有交 疊。
[0011] 上述手勢(shì)識(shí)別裝置，其中所述多個(gè)輻射光源提供的多個(gè)探測(cè)光束的中心光線兩兩 之間相對(duì)角度小于所述多個(gè)探測(cè)光束的發(fā)散角，以至于所述多個(gè)探測(cè)光束的遠(yuǎn)場(chǎng)相互之間 有部分交疊。
[0012] 上述手勢(shì)識(shí)別裝置，其中所述光學(xué)接近傳感器采用分時(shí)方式分別驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)輻 射光源并探測(cè)目標(biāo)物體對(duì)相應(yīng)所述輻射光源發(fā)出的探測(cè)光束的散射；一個(gè)手勢(shì)識(shí)別算法處 理器和所述光學(xué)接近傳感器相連，所述手勢(shì)識(shí)別算法處理器分析目標(biāo)物體對(duì)所述各個(gè)輻射 光源發(fā)出的探測(cè)光束的散射，以此判斷手勢(shì)類(lèi)別。
[0013] 為了實(shí)現(xiàn)所述探測(cè)光束的球面分布，上述手勢(shì)識(shí)別裝置中，所述多個(gè)輻射光源被 放置在一個(gè)近似呈球面的多面體基板上，以至于它們的探測(cè)光束的中心光線在所述同一球 坐標(biāo)系中呈不同的角度。
[0014] 為了實(shí)現(xiàn)所述探測(cè)光束的球面分布，上述手勢(shì)識(shí)別裝置中，還可以將所述多個(gè)輻 射光源提供的多個(gè)探測(cè)光束通過(guò)一層覆蓋其上的透明覆蓋介質(zhì)，所述多個(gè)探測(cè)光束的中心 光線在通過(guò)所述透明覆蓋介質(zhì)前相互平行，所述多個(gè)探測(cè)光束的中心光線在通過(guò)所述透明 覆蓋介質(zhì)后相互呈一定角度，使得所述多個(gè)探測(cè)光束組成的光束群在通過(guò)所述透明介質(zhì)后 呈現(xiàn)發(fā)散形態(tài)。上述實(shí)現(xiàn)探測(cè)光束球面分布的方式，特例之一可以是：所述多個(gè)輻射光源被 放置在一個(gè)水平的底座上，所述透明覆蓋介質(zhì)是一層類(lèi)似凹面透鏡形狀的透明覆蓋介質(zhì)， 所述透明覆蓋介質(zhì)將所述多個(gè)輻射光源完全密封覆蓋，所述多個(gè)輻射光源發(fā)出的探測(cè)光束 的中心光線經(jīng)過(guò)這層所述凹面透鏡形狀介質(zhì)材料后在所述同一球坐標(biāo)系中呈不同的俯仰 角或方位角。
[0015] 上述手勢(shì)識(shí)別裝置中，探測(cè)光束球面分布的特例之一，其中，所述多個(gè)輻射光源發(fā) 出的探測(cè)光束在所述同一球坐標(biāo)系的遠(yuǎn)場(chǎng)球面上投射的光斑互不交疊或僅有部分交疊，所 述光斑中心分布在若干俯仰角坐標(biāo)圓上。
[0016] 上述手勢(shì)識(shí)別裝置中，探測(cè)光束球面分布的特例之一，其中，所述多個(gè)輻射光源發(fā) 出的探測(cè)光束在所述同一球坐標(biāo)系的遠(yuǎn)場(chǎng)球面上投射的光斑互不交疊或僅有部分交疊，所 述光斑中心分布在相互正交的兩個(gè)水平角坐標(biāo)圓上。
[0017] 上述手勢(shì)識(shí)別裝置中，所述多個(gè)輻射光源可以為紅外發(fā)光二極管，所述光學(xué)接近 傳感器可以為紅外光學(xué)接近傳感器。
[0018] 采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果：
[0019] 第一，使得利用光學(xué)接近傳感器和多個(gè)探測(cè)光束對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行檢測(cè)的手勢(shì)識(shí)別 裝置擺脫了對(duì)目標(biāo)物體距離和探測(cè)光束相互距離的敏感性。
[0020] 第二，避免了多個(gè)探測(cè)光束的輻射光源需要安裝在相關(guān)設(shè)備的不同位置的要求， 從而可以構(gòu)造一個(gè)集成的手勢(shì)識(shí)別模組。這個(gè)模組將多個(gè)探測(cè)光束分布在不同的球面角 上，從而在距模組不同距離的遠(yuǎn)場(chǎng)球面上始終有相互不交疊或僅有小部分交疊的探測(cè)光束 光斑，更加適用通常手勢(shì)識(shí)別應(yīng)用發(fā)生的場(chǎng)景。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1是本發(fā)明公開(kāi)的手勢(shì)識(shí)別裝置的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，該實(shí)施例采用了 2個(gè) 紅外發(fā)光二級(jí)管（LED)光源。
[0022] 圖2是本發(fā)明公開(kāi)的手勢(shì)識(shí)別裝置的探測(cè)光束球面分布方式示意圖。
[0023] 圖3是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的示意圖，該實(shí)施例采用了 4個(gè)紅外LED光源。
[0024] 圖4是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的示意圖，該實(shí)施例采用了 3個(gè)紅外LED光源。
[0025] 圖5是本發(fā)明公開(kāi)的探測(cè)光束球面分布在俯仰角坐標(biāo)面的示意圖。
[0026] 圖6是本發(fā)明公開(kāi)的探測(cè)光束球面分布在俯仰角坐標(biāo)面的另一個(gè)示意圖。
[0027] 圖7是本發(fā)明公開(kāi)的探測(cè)光束球面分布的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式。
[0028] 圖8是本發(fā)明公開(kāi)的探測(cè)光束球面分布的另一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式。
[0029] 圖9是本發(fā)明公開(kāi)的手勢(shì)識(shí)別裝置中探測(cè)光束分布的另一個(gè)例子。
[0030] 圖10是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖，該實(shí)施例采用3個(gè)紅外LED光源，并且 接近傳感器芯片和3個(gè)紅外LED光源不在同一個(gè)封裝腔體內(nèi)。
[0031] 圖11是本發(fā)明公開(kāi)的手勢(shì)識(shí)別裝置的系統(tǒng)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 本發(fā)明公開(kāi)的手勢(shì)識(shí)別裝置，將多個(gè)輻射光源發(fā)出的探測(cè)光束設(shè)置在同一個(gè)球坐 標(biāo)系內(nèi)，使它們從遠(yuǎn)場(chǎng)觀察可以被近似地認(rèn)為是從此球坐標(biāo)系的原點(diǎn)發(fā)出的，并且使它們 的中心光線具有不同的俯仰角Θ和方位角0。這些中心光線的（% )坐標(biāo)之間的差別 使得無(wú)論離輻射光源多遠(yuǎn)進(jìn)行觀察，輻射光源發(fā)出的相應(yīng)的探測(cè)光束彼此不會(huì)重疊。在一 些實(shí)施例中，部分輻射光源以相互距離很近的方式臨近放置，部分輻射光源則以另外方式 放置，如相隔一段距離。在一些實(shí)施例中，所有輻射光源以相互距離很近的方式放置在幾乎 同一個(gè)位置。
[0033] 輻射光源多采用紅外發(fā)光二級(jí)管，這些輻射光源的出射光束具有相當(dāng)?shù)陌l(fā)射角， 如果它們的中心光線相互平行，則在一定距離之后，就會(huì)幾乎完全重疊。本發(fā)明公開(kāi)的球面 分布的方法，可以完全避免這一點(diǎn)，從而可以將這些輻射光源以相互距離很近的方式放置 在幾乎同一個(gè)位置。
[0034] 輻射光源也可以采用表面出射激光器，如紅外垂直腔表面出射激光器（VCSEL)。也 可以采用其他波長(zhǎng)的發(fā)光二級(jí)管或激光器。
[0035] 圖1是本發(fā)明公開(kāi)的采用2個(gè)紅外發(fā)光二級(jí)管作為輻射光源的手勢(shì)識(shí)別傳感裝置 模塊的示意圖.如圖1所示，第一紅外LED光源1，紅外接近傳感器2,和第二紅外LED光源 3被安裝在同一基板上，彼此距離非常近，因此，采用該傳感裝置模塊的設(shè)備面板（例如手 機(jī)面板）上只需要開(kāi)一個(gè)孔。一層透明覆蓋介質(zhì)114將被覆蓋在基板上，以密封第一、第二 紅外LED光源1、3和紅外接近傳感器2。透明覆蓋介質(zhì)114與第一、第二紅外LED光源1、 3和紅外接近傳感器2粘合在一起，它具有凹狀的頂部，從而使的來(lái)自兩個(gè)LED光源的探測(cè) 光束被折射到逐漸背離Z軸的方向。透明覆蓋介質(zhì)114可以用任何合適的材料制成。
[0036] 圖1中的透明覆蓋介質(zhì)114的凹狀頂部，相當(dāng)于兩個(gè)相互反向放置的棱鏡。假設(shè) 第一紅外LED光源1發(fā)出的探測(cè)光束4與第二紅外LED光源3發(fā)出的探測(cè)光束5的發(fā)散角 度均為α，如圖1所示。只要探測(cè)光束4和5的中心光線之間的角度大于α，不管距離多 遠(yuǎn)觀察，探測(cè)光束4和5的遠(yuǎn)場(chǎng)將永遠(yuǎn)不會(huì)彼此重疊。透明覆蓋介質(zhì)114的具體形狀可以 不同于圖1所示，只需確保能夠?qū)⑻綔y(cè)光束4和5折射并使其中心光線之間有大于其遠(yuǎn)場(chǎng) 發(fā)射角α的夾角，同時(shí)，可以進(jìn)行比圖1更復(fù)雜的設(shè)計(jì)，以限定探測(cè)光束4和5在通過(guò)透明 覆蓋介質(zhì)114后的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)射角并使之具有不同的光束形狀，例如，具有長(zhǎng)軸和短軸的橢圓 形光束。
[0037] 這樣，本發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)方案就克服了在當(dāng)前采用光學(xué)接近傳感器的手勢(shì)識(shí)別裝 置中手勢(shì)與傳感器之間的距離限制手勢(shì)識(shí)別能力的問(wèn)題。在本發(fā)明中，輻射光源如紅外LED 光源相互之間的距離可以非常近，所有輻射光源的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射光束（亦即它所發(fā)出的探測(cè)光 束的遠(yuǎn)場(chǎng)）可以被近似地看成從同一個(gè)球坐標(biāo)系的原點(diǎn)出發(fā)并具有不同的球面角度（俯仰 角坐標(biāo)和方位角坐標(biāo)）。光學(xué)接近傳感器也可以和輻射光源相互靠近放置，甚至可以放置在 一個(gè)透明覆蓋介質(zhì)的封裝內(nèi)，此時(shí)，需要采用特定的封裝方法隔離輻射光源如紅外LED光 源到光學(xué)接近傳感器的近場(chǎng)輻射耦合。
[0038] 在圖1中，兩個(gè)紅外LED芯片，即第一、第二紅外LED光源1、3,與接近傳感器芯片， 即紅外接近傳感器2,集成在同一基板上并且處于同一個(gè)密封模塊中。所述基板還包括一個(gè) 導(dǎo)線架，所述導(dǎo)線架還包括所有芯片之間的金屬連接和延伸到封裝外部的導(dǎo)線，例如第一 紅外LED光源1的導(dǎo)線8,紅外接近傳感器2的導(dǎo)線7,第二紅外LED光源3的導(dǎo)線6。圖1 中還包括綁定線實(shí)例9。
[0039] 為了進(jìn)一步描述輻射光源的探測(cè)光束的球面分布方式，圖2展示了一個(gè)實(shí)施例中 的一個(gè)球坐標(biāo)系以及探測(cè)光束定位方法或方式。如圖2所示，一個(gè)包括接近傳感器和紅外 LED光源的手勢(shì)識(shí)別裝置位于球坐標(biāo)系的原點(diǎn)10。由于接近傳感器和紅外LED光源彼此位 置非常近，在遠(yuǎn)場(chǎng)觀察時(shí)，可以認(rèn)為所有來(lái)自不同紅外LED光源的探測(cè)光束都來(lái)自同一個(gè) 點(diǎn)，即原點(diǎn)10。為方便說(shuō)明，圖2中只給出一個(gè)探測(cè)光束38,它具有俯仰角Θ和方位角φ， 發(fā)散角α。圖2同時(shí)給出了球坐標(biāo)系中的一個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)球面37和平行于XY平面的橫截面11。 橫截面11距離ΧΥ坐標(biāo)面的高度為Η，Η的選擇使得橫截面11恰好通過(guò)探測(cè)光束38在遠(yuǎn) 場(chǎng)球面37上所投射光斑的中心點(diǎn)。探測(cè)光束38在橫截面11上將具有一個(gè)橢圓形的投影 (圖2中沒(méi)有畫(huà)出）。當(dāng)手勢(shì)識(shí)別裝置中有多個(gè)紅外LED光源，其探測(cè)光束分別具有不同的 俯仰角和方位角，它們?cè)跈M截面11上的橢圓形投影彼此不會(huì)重疊，在遠(yuǎn)場(chǎng)球面37上的投射 光斑也不會(huì)相互重疊。
[0040] 在另一些實(shí)施例中，探測(cè)光束在遠(yuǎn)場(chǎng)球面上投射的光斑中心分布在球坐標(biāo)系中相 互正交的兩個(gè)方位角坐標(biāo)圓上。
[0041] 圖3是本發(fā)明公開(kāi)的手勢(shì)識(shí)別裝置的另一個(gè)實(shí)施例的俯視圖。圖3中的手勢(shì)識(shí)別 裝置包括，一個(gè)紅外接近傳感器22,四個(gè)紅外LED光源12,15,18和19。所有芯片（紅外接 近傳感器和紅外LED光源）和導(dǎo)線架39安裝在同一基板上。在這個(gè)實(shí)施例中，采用QFN封 裝，導(dǎo)線彎曲繞過(guò)基板39的邊緣從而焊盤(pán)位于基板39下方，例如紅外接近傳感器22的導(dǎo) 線23。紅外LED光源12,15,18和19發(fā)出的探測(cè)光束分別由其在球坐標(biāo)系中平行于XY平 面的橫截面（例如圖2中的橫截面11)上的投影圖案16,21，17和20表示。如前所述，這 些投影圖案16, 21，17和20是橢圓形的。紅外LED光源12,15,18和19的中心圓形區(qū)域是 發(fā)光有源區(qū)。在圖3中，探測(cè)光束的靠?jī)?nèi)邊緣幾乎是垂直的（平行于球坐標(biāo)系的z軸），這 里所謂靠?jī)?nèi)邊緣是指靠近整個(gè)裝置的中心（在圖3中是放置紅外接近傳感器22的地方） 的方位。因?yàn)楣馐膹?qiáng)度在沿遠(yuǎn)離中心光線的方向上逐漸衰落，其實(shí)沒(méi)有明確的邊緣，光束 的發(fā)射角或者邊緣往往是按照當(dāng)光強(qiáng)小于中心光線處光強(qiáng)的Ι/e 2來(lái)定義的，上述光束遠(yuǎn)場(chǎng) 光斑沒(méi)有重疊是近似描述。
[0042] 在圖3所示的實(shí)施例中，從俯視觀察，4個(gè)投影圖案16,21，17和20代表的探測(cè)光 束，分布于4個(gè)不同的正交位置。在球坐標(biāo)系中，4個(gè)投影圖案16,21，17和20代表的探測(cè)光 束的俯仰角和方位角分別為（α /2, 3 π /4)，（ α /2, 5 π /4)，（ α /2, π /4)和（α /2, 7 π /4)。 該手勢(shì)識(shí)別裝置的所有芯片（接近傳感器和紅外LED光源）近似位于球坐標(biāo)系的原點(diǎn)10。
[0043] 借用圖3所示的實(shí)施例，這里將對(duì)本發(fā)明公開(kāi)的手勢(shì)識(shí)別裝置的算法進(jìn)行簡(jiǎn)要討 論。當(dāng)目標(biāo)物體在設(shè)備上方移動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡和方向?qū)Q定它將以何種順序覆蓋哪個(gè)光束。 例如當(dāng)目標(biāo)物體運(yùn)動(dòng)軌跡為圓時(shí)，4個(gè)探測(cè)光束將依次被覆蓋，探測(cè)光束被目標(biāo)物體漫反射 產(chǎn)生的光信號(hào)以相應(yīng)的順序返回接近接近傳感器22,有了這4個(gè)探測(cè)光束，就可以很容易 分辨順時(shí)針和逆時(shí)針。即使目標(biāo)物體不是直接作用在手勢(shì)識(shí)別裝置上面的一個(gè)平面內(nèi)，該 3D手勢(shì)也可以被識(shí)別，因?yàn)橛?個(gè)探測(cè)光束組成的探測(cè)光束群會(huì)覆蓋很寬的球面角，而不 依賴于目標(biāo)物體與手勢(shì)識(shí)別裝置的距離。
[0044] 圖4所示是本發(fā)明公開(kāi)的手勢(shì)識(shí)別裝置的另一個(gè)實(shí)施例。如圖4所示，該實(shí)施例 包括三個(gè)紅外LED光源44,45和46,它們發(fā)出的探測(cè)光束分別為41，42和43。與之前描述 的實(shí)施例一樣，圖4中的手勢(shì)識(shí)別裝置包括一個(gè)接近傳感器22。紅外LED光源44,45和46 以及接近傳感器22安裝在同一個(gè)正方形布局的基板39上。探測(cè)光束41，42和43在球坐 標(biāo)系中的俯仰角和方位角分別為（α/2，π)，（α/2, 3 31/2)和（α/2,0)。
[0045] 圖4中采用三個(gè)LED光源的手勢(shì)識(shí)別裝置是圖3所示實(shí)施例的一種簡(jiǎn)化版本。當(dāng) 針對(duì)僅有線性二維運(yùn)動(dòng)的手勢(shì)時(shí)，兩者是相似的。鑒于該裝置最有可能被安裝在智能手機(jī) 面板頂部，在這類(lèi)應(yīng)用中，圖4的3-LED系統(tǒng)仍然是用戶友好的，并且有許多好的應(yīng)用。
[0046] 圖5和圖6是圖2所示球坐標(biāo)系的一個(gè)恒定方位角的截面（方位角為某個(gè)常數(shù)的 坐標(biāo)面）。圖5和圖6中，4個(gè)探測(cè)光束24,25,26和27具有不同的俯仰角。在圖5中，4個(gè) 光束彼此沒(méi)有重疊，表示俯仰角差大于光束的發(fā)散角。在圖6中俯仰角差 略小于光束的發(fā)散角，因此，它們略微重疊。圖5和圖6所示的情況，都適用于本發(fā)明公開(kāi) 的手勢(shì)識(shí)別裝置。
[0047] 要產(chǎn)生來(lái)自于相同的原始點(diǎn)（近似地）并且沿著球坐標(biāo)系統(tǒng)的俯仰角和方位角分 布的探測(cè)光束，有很多種安裝和封裝方式。圖7和圖8給出了其中兩種安裝和封裝方式。圖 7中LED芯片（即紅外LED光源）安裝在突起的近乎球面的多面體基板51上。基板51具 有多面體形狀，這個(gè)多面體在方位角坐標(biāo)面上的截圖是一個(gè)多邊形（如圖7)。這個(gè)多邊形 的每一條邊上安裝有一個(gè)LED芯片（即紅外LED光源），這些LED芯片產(chǎn)生的探測(cè)光束也就 具有不同的俯仰角。
[0048] 另一種方法是仍然使用水平基板52,如圖8所示，只是還要用凹透鏡形狀的透明 覆蓋介質(zhì)覆蓋于LED芯片之上。圖7和圖8所示的安裝和封裝方式可以實(shí)現(xiàn)圖5或圖6中 的探測(cè)光束分布。
[0049] 圖9是本發(fā)明公開(kāi)的手勢(shì)識(shí)別裝置中探測(cè)光束分布的另一個(gè)例子。圖9中畫(huà)出了 從圖2所示球坐標(biāo)系的原點(diǎn)發(fā)出的紅外探測(cè)光束在遠(yuǎn)場(chǎng)球面37上的光斑分布。球面37上 共有5個(gè)探測(cè)光束的光斑圖像，即光斑32, 33, 34, 35和36。坐標(biāo)系（XS，YS)是球面上的二 維笛卡爾坐標(biāo)系，d和h是光斑到球面中心（z軸的位置）的距離，在本發(fā)明所包含的手勢(shì) 識(shí)別算法中，d和h可以由角度來(lái)度量，而不是線性距離。在這種方式中，計(jì)算將適用于手 勢(shì)產(chǎn)生處的任何球面。
[0050] 圖9中，光斑33所對(duì)應(yīng)的探測(cè)光束被目標(biāo)物體漫反射返回到接近傳感器的光信 號(hào)可以作為度量目標(biāo)物體與手勢(shì)識(shí)別裝置之間的垂直距離的主要指標(biāo)，因?yàn)楣獍?3的中 心在坐標(biāo)系（XS，YS)的坐標(biāo)為（0,0)?？梢钥吹剑瑘D9所示的探測(cè)光束分布，在任何遠(yuǎn)場(chǎng)球 面上其光斑分布都覆蓋了球面的大量區(qū)域，這是探測(cè)光束發(fā)射角和探測(cè)光束球面分布的好 處。這使得本發(fā)明所公開(kāi)的手勢(shì)識(shí)別裝置的探測(cè)光束群有較好的空間覆蓋率。采用發(fā)光二 級(jí)管由比較大的發(fā)射角，相反，采用激光器的話，發(fā)射加小，空間覆蓋率就不高，而采用激光 器所帶來(lái)的好處是空間分辨率高。
[0051] 前文描述的實(shí)施例都是要求所有的LED輻射光源芯片和接近傳感器芯片用透明 介質(zhì)覆蓋的方式封裝在一起。這種情況下，LED輻射光源芯片和接近傳感器的近場(chǎng)隔離問(wèn)題 是一個(gè)挑戰(zhàn)。在一些實(shí)施例中，在封裝中為此目的設(shè)計(jì)了隔離物。而圖10是一個(gè)在實(shí)踐中 比較容易實(shí)現(xiàn)的實(shí)施例。它允許采用現(xiàn)有的接近傳感器（例如Silicon lab的Sill43)，該 傳感器可以驅(qū)動(dòng)3個(gè)LED輻射光源芯片來(lái)構(gòu)建性能良好的手勢(shì)識(shí)別傳感裝置。圖10所示 的實(shí)施例包括3個(gè)LED輻射光源芯片61，62和63,被封裝在一個(gè)普通的透明封裝中，LED芯 片61，62和63封裝以后被安裝在模塊68的其中一個(gè)艙室中，而另一艙室則包含一個(gè)單獨(dú) 封裝的接近傳感器64。模塊68的兩個(gè)艙室之間有一個(gè)隔離擋板69,因此，從LED芯片61， 62和63到接近傳感器64將不會(huì)有近場(chǎng)光耦合。每個(gè)艙室有一個(gè)透明的開(kāi)口，開(kāi)口 71在3 個(gè)LED芯片所在的艙室，開(kāi)口 72在接近傳感器64所在的艙室。在不同的實(shí)施例中，開(kāi)口可 以分別為一個(gè)孔，一個(gè)窗口，一個(gè)透鏡或其他形式的開(kāi)口。在一些實(shí)施例中，開(kāi)口 71是一個(gè) 凹透鏡，將來(lái)自LED芯片的光束發(fā)散。在開(kāi)口 71的作用下，LED芯片61，62和63的探測(cè)光 束65,66和67的分布如圖10的俯視圖所示（在橫截面11上的橢圓形投影）。探測(cè)光束 65,66 和 67 的俯仰角和方位角為（a /2+b，-5 π /6)，（ a /2+b，- π /2)和（a /2+b，- π /6)。 這里b是偏置角，α是發(fā)散角。增加偏置角b是為了方便用戶體驗(yàn)。由于模塊68通常安 裝在平板或智能手機(jī)設(shè)備的頂部，用戶將面對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)球面37的前上部。通過(guò)增加偏置角b，輻 射光束可以照亮球面37的前上部的中央，即手勢(shì)發(fā)生最多的位置。
[0052] 圖10中的俯視圖取自圖2中的橫截面11，該俯視圖上的橢圓形光斑65,66和67 即為探測(cè)光束投影在橫截面11上的光斑。當(dāng)偏置角b等于0時(shí)，光斑65,66和67的分布 如圖10所示；當(dāng)偏置角b大于零時(shí)，光斑65,66和67將距離Z軸更遠(yuǎn)。
[0053] 值得注意的是圖10所示的每個(gè)探測(cè)光束的俯仰角和方位角僅為一個(gè)示例。在一 些實(shí)施例中，會(huì)假設(shè)或限定探測(cè)光束的發(fā)散角小于η/3 (否則光束之間會(huì)出現(xiàn)重疊）。當(dāng)探 測(cè)光束的發(fā)散角越大，探測(cè)光束之間的方位角差異也需要更大。同樣值得指出的是，探測(cè)光 束66的俯仰角可能會(huì)大于α/2+b，來(lái)改善一定安裝布局下模塊的性能。
[0054] 在圖10所示的實(shí)施例中，傳感器64是獨(dú)立封裝的，但仍然放置在靠近LED輻射光 源芯片的地方。在大多數(shù)的手勢(shì)識(shí)別應(yīng)用中，探測(cè)光束在目標(biāo)物體上會(huì)發(fā)生漫反射，我們又 可以將之稱為目標(biāo)物體對(duì)探測(cè)光束的散射，散射光分布在一個(gè)很大的角度范圍內(nèi)，因此實(shí) 際上可以把傳感器放在距離LED芯片一定距離的位置，不影響對(duì)散射光的接收。還可以為 特定類(lèi)型的目標(biāo)物體和其運(yùn)動(dòng)區(qū)域設(shè)計(jì)專門(mén)的接近傳感器位置。所謂目標(biāo)物體大多數(shù)情況 是指正在移動(dòng)而產(chǎn)生手勢(shì)的對(duì)象，通常是用戶的手或手指。
[0055] 圖11是本發(fā)明公開(kāi)的手勢(shì)識(shí)別裝置的系統(tǒng)框圖。一個(gè)帶有兩個(gè)LED驅(qū)動(dòng)電路的光 學(xué)接近傳感器2以分時(shí)的方式，同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)LED輻射光源1和3。探測(cè)光束82來(lái)自LED 輻射光源1，探測(cè)光束83來(lái)自LED輻射光源3。由于這里是系統(tǒng)框圖，探測(cè)光束82和83的 球面分布特征沒(méi)有表示出來(lái)。目標(biāo)物體81對(duì)探測(cè)光束82和83產(chǎn)生漫反射，或稱之為目標(biāo) 物體81對(duì)探測(cè)光束82和83的散射，從而產(chǎn)生回到接近傳感器2的信號(hào)光84和85。信號(hào) 光84為目標(biāo)物體對(duì)探測(cè)光束82的漫反射光信號(hào)，信號(hào)光85為目標(biāo)物體對(duì)探測(cè)光束83的 漫反射光信號(hào)。由于采用分時(shí)方式，光學(xué)接近傳感器2能夠區(qū)分對(duì)不同探測(cè)光束漫反射光 信號(hào)84和85。
[0056] 在圖11中，光學(xué)接近傳感器2將收到的漫反射光信號(hào)84和85進(jìn)行光電變換、放 大和模數(shù)變換，將結(jié)果以實(shí)時(shí)的方式傳遞給后面的手勢(shì)識(shí)別算法處理器86。手勢(shì)識(shí)別算法 處理器運(yùn)行相應(yīng)的算法程序，對(duì)目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行判斷識(shí)別。
[0057] 以上實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可根據(jù)上述說(shuō)明 對(duì)本發(fā)明做出種種變化例。因而，實(shí)施方式中的某些細(xì)節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定，本發(fā)明 將以所附權(quán)利要求書(shū)界定的范圍作為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種手勢(shì)識(shí)別裝置，包括： 至少一個(gè)光學(xué)接近傳感器； 兩個(gè)或兩個(gè)以上輻射光源，每個(gè)所述輻射光源各提供一束探測(cè)光束； 所述福射光源中有第一福射光源提供第一探測(cè)光束； 所述輻射光源中有第二輻射光源提供第二探測(cè)光束； 所述第一輻射光源和第二輻射光源臨近放置，以至于所述第一、第二探測(cè)光束在遠(yuǎn)場(chǎng) 可被近似地看成從同一個(gè)球坐標(biāo)系的原點(diǎn)發(fā)出； 所述第一探測(cè)光束的中心光線相對(duì)于所述第二探測(cè)光束的中心光線呈一定角度，以至 于所述第一探測(cè)光束和第二探測(cè)光柵的遠(yuǎn)場(chǎng)互不交疊或僅有部分交疊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的手勢(shì)識(shí)別裝置，其特征在于， 所述光學(xué)接近傳感器與所述第一輻射光源、第二輻射光源臨近放置，以至于其也可近 似地被看成與所述兩個(gè)輻射光源位于所述同一球坐標(biāo)系的原點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的手勢(shì)識(shí)別裝置，其特征在于， 所述所有輻射光源相互臨近放置，以至于所述所有探測(cè)光束可被近似地看成從所述同 一球坐標(biāo)系的原點(diǎn)發(fā)出； 所述所有探測(cè)光束的中心光線在同一球坐標(biāo)系中的俯仰角或方位角各不相同，以至于 所述各探測(cè)光束的遠(yuǎn)場(chǎng)互不交疊或僅有部分交疊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的手勢(shì)識(shí)別裝置，其特征在于，所述輻射光源為紅外發(fā)光二 極管，或垂直腔表面輻射激光器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的手勢(shì)識(shí)別裝置，其特征在于，所述多個(gè)輻射光源的探測(cè)光 束中心光線兩兩之間的相對(duì)角度大于所述探測(cè)光束的發(fā)散角，以至于所述多個(gè)探測(cè)光束的 遠(yuǎn)場(chǎng)相互之間完全沒(méi)有交疊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的手勢(shì)識(shí)別裝置，其特征在于：所述多個(gè)輻射光源提供的 多個(gè)探測(cè)光束的中心光線兩兩之間相對(duì)角度小于所述多個(gè)探測(cè)光束的發(fā)散角，以至于所述 多個(gè)探測(cè)光束的遠(yuǎn)場(chǎng)相互之間有部分交疊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的手勢(shì)識(shí)別裝置，其特征在于： 所述光學(xué)接近傳感器采用分時(shí)方式分別驅(qū)動(dòng)所述多個(gè)輻射光源并探測(cè)目標(biāo)物體對(duì)相 應(yīng)所述輻射光源發(fā)出的探測(cè)光束的散射； 一個(gè)手勢(shì)識(shí)別算法處理器和所述光學(xué)接近傳感器相連，所述手勢(shì)識(shí)別算法處理器分析 目標(biāo)物體對(duì)所述各個(gè)輻射光源發(fā)出的探測(cè)光束的散射，以此判斷手勢(shì)類(lèi)別。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的手勢(shì)識(shí)別裝置，其特征在于： 所述多個(gè)輻射光源被放置在一個(gè)近似呈球面的多面體基板上，以至于它們的探測(cè)光束 的中心光線在所述球坐標(biāo)系中呈不同的角度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的手勢(shì)識(shí)別裝置，其特征在于： 所述多個(gè)輻射光源提供的多個(gè)探測(cè)光束通過(guò)一層覆蓋其上的透明覆蓋介質(zhì)，所述多個(gè) 探測(cè)光束的中心光線在通過(guò)所述透明覆蓋介質(zhì)前相互平行，所述多個(gè)探測(cè)光束的中心光線 在通過(guò)所述透明覆蓋介質(zhì)后相互呈一定角度，使得所述多個(gè)探測(cè)光束組成的光束群在通過(guò) 所述透明介質(zhì)后呈現(xiàn)發(fā)散形態(tài)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的手勢(shì)識(shí)別裝置，其特征在于： 所述多個(gè)輻射光源被放置在一個(gè)水平的底座上，所述透明覆蓋介質(zhì)是一層類(lèi)似凹面透 鏡形狀的透明覆蓋介質(zhì)，所述透明覆蓋介質(zhì)將所述多個(gè)輻射光源完全密封覆蓋，所述多個(gè) 輻射光源發(fā)出的探測(cè)光束的中心光線經(jīng)過(guò)這層所述凹面透鏡形狀介質(zhì)材料后在所述同一 球坐標(biāo)系中呈不同的俯仰角或方位角。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的手勢(shì)識(shí)別裝置，其特征在于： 所述多個(gè)輻射光源發(fā)出的探測(cè)光束在所述同一球坐標(biāo)系的遠(yuǎn)場(chǎng)球面上投射的光斑互 不交疊或僅有部分交疊，所述光斑中心分布在若干俯仰角坐標(biāo)圓上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的手勢(shì)識(shí)別裝置，其特征在于： 所述多個(gè)輻射光源發(fā)出的探測(cè)光束在所述同一球坐標(biāo)系的遠(yuǎn)場(chǎng)球面上投射的光斑互 不交疊或僅有部分交疊，所述光斑中心分布在相互正交的兩個(gè)方位角坐標(biāo)圓上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的手勢(shì)識(shí)別裝置，其特征在于，所述多個(gè)輻射光源為紅外 發(fā)光二極管，所述光學(xué)接近傳感器為紅外光學(xué)接近傳感器。
【文檔編號(hào)】G06F3/01GK104281254SQ201310365095
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】李冰 申請(qǐng)人:上海硅通半導(dǎo)體技術(shù)有限公司