CN101366001A

CN101366001A - 发射机、接收机和具有发射机和接收机之间的相对位置检测功能性的系统

Info

Publication number: CN101366001A
Application number: CNA2006800525287A
Authority: CN
Inventors: P·皮拉雅
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 2005-12-29
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2009-02-11
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: US20070152131A1; WO2007074370A3; EP1974250A2; US7541566B2; WO2007074370A2; CN101366001B

Abstract

公开了一种方法，该方法包括从发射器发射能量束的脉冲。该束产生一个具有变化梯度的场，其中该梯度具有基本上垂直于该束的传播方向的方向。一个或多个检测器接收该场的一部分。对于一个或多个检测器中的相应的检测器，确定与由该检测器接收的场的一部分的照度级相对应的值，其中该场的值是检测器和发射器之间的相对位置的指示。发射机包括适于发射能量束的发射器，该束产生具有变化梯度的场。该梯度具有基本上垂直于该束的传播方向的方向。该发射机进一步包括适于使得发射器在第一持续时间期间发射能量束的控制电路。

Description

发射机、接收机和具有发射机和接收机之间的相对位置检测功能性的系统

技术领域

本发明一般地涉及诸如指示设备的发射机，其用于与其他设备进行交互，更具体地涉及发射照明场的发射机和接收照明场的接收机。

背景技术

诸如激光指示器的指示设备是以可见光波长产生能量束的发射机。其他指示设备可以使用红外(IR)波长。这些指示设备产生能量束，并且通常以脉冲形式产生。通过在特定区域上产生照明场的特定的二维或三维角度来产生能量束。照明场通常在区域中具有恒定的照度。激光指示器趋向于以较长的脉冲产生非常窄的(例如，在很小的角度上)相对高的能量束，而诸如IR指示设备的其他指示设备以较短的脉冲产生较宽的(例如，较大的角度上)相对低功率的能量束。

存在指示设备用于允许用户与设备进行交互。例如，指示设备可以用于控制图形用户界面或大型电视(TV)屏幕上的游戏。然而，指示设备可以与接收机进行交互以通过对指示设备进行定向或改变方向来执行指示功能。

此类指示设备的问题在于它们需要加速或重力传感器，用于检测设备的定向或定向的改变，并且需要无线连接，用于将该定向数据传输给诸如电视机的接收机。这些传感器和无线发射机增加了指示设备的体积、复杂度和成本。而且，接收机还必须以无线连接来实现以用于与指示设备进行通信。

但是，已经引入了装备有加速度计的手持指示设备，其中受控设备的显示器上的滚动和指示通过倾斜以及移动指示设备来实现。例如，集成了加速度计的两类设备如下。一种设备是用于在诸如电视机的固定设备上进行指示的手持遥控器。另一种设备是可以通过倾斜设备来控制的手持单独设备(比如动作控制的移动电话)。

这里的问题在于手持指示设备不能在步行时使用或不能在骑车时使用。可以在用户上配备另一个加速度计并且使该加速度计计算指示设备相对于用户的位移，这将减轻提到的问题。然而，这在技术上对于实现来说更加复杂而且很昂贵。

因此，当前指示设备和相关接收机存在问题。

发明内容

在本发明的示例性实施方式中，公开了一种方法，其包括从发射器发射能量束脉冲。所述束产生具有变化梯度的场，其中所述梯度具有基本上横切(transverse)所述束的传播方向的方向。一个或多个检测器接收所述场的一部分。对于所述一个或多个检测器中的相应一个，确定对应于由所述检测器接收的所述场的所述部分的照度级的值，其中所述场的所述值指示所述检测器和所述发射器之间的相对位置。

在另一个示例性实施方式中，一种发射机包括发射器，其适于发射能量束，所述束产生具有变化梯度的场。所述梯度具有基本上横切所述束的传播方向的方向。所述发射机进一步包括控制电路，其适于使得所述发射器在持续时间内发射所述能量束。

在另一个示例性实施方式中，一种接收机包括一个或多个检测器，其适于接收第一能量束的第一场的部分，所述第一场具有第一变化梯度，所述第一变化梯度具有基本上横切所述第一束的传播方向的第一方向。所述一个或多个检测器进一步适于接收第二能量束的第二场的部分，所述第二场具有第二变化梯度，所述第二变化梯度具有基本上横切所述第二束的传播方向的第二方向。所述接收机进一步包括检测器电路，其耦合至所述一个或多个检测器，并且所述检测器电路适于确定值，每个值对应于由所述一个或多个检测器中的相应一个所接收的所述场的部分。所述检测器电路进一步适于使用所述值来确定相应的检测器和一个或多个发射所述第一束和第二束的发射器之间的相对位置。

附图说明

当结合附图阅读时，在以下对示例性实施方式的详细描述中，本发明实施方式的前述和其他方面将变得明显，附图中：

图1-4是在指示设备和接收机之间传递的能量束的脉冲的图示；

图5是针对图1-4中的能量束的脉冲在接收机处由检测器产生的照度的值的图示；

图6-8是在指示设备和接收机之间传递的能量束的脉冲的图示；

图9是针对图6-8中的能量束的脉冲在接收机处由检测器产生的照度的值的图示；

图10是人可用以控制接收机功能的系统的示例的图示；

图11是用于确定发射机相对于检测器的位置和/或用于确定发射机相对于检测器的移动的方法的流程图；

图12是提供相对位置检测功能性的系统的框图；

图13A示出了在发射机中使用以产生具有线性强度梯度照明场的能量束脉冲的示例性IR发射器的分解图；

图13B示出了与图13A类似的另一个IR发射器的另一个视图；

图14是示例性接收机电路的框图；

图15是另一个示例性接收机电路的框图；

图16是与允许无手操作的输入系统进行交互的示例的图示；

图17A和图17B是示出了使用多个检测器检测关于z轴线旋转的示例的图示；

图18是集成本发明的发射器的示例性远程控制；

图19是使得照明场具有正弦光栅以便接收机可以确定精确位置的发射器的图示；以及

图20是耦合至示例性检测器电路的示例性检测器的框图。

具体实施方式

发明人已经认识到，提供诸如指示设备的发射机和接收机之间的相对位置检测功能性是有益的，使得发射机和接收机之间的定向和定向中的改变可以以最少的传感器或不用传感器来确定，并且同时允许此类系统在步行时使用或在骑车时使用。因而，本公开的发明的特定的示例性实施方式提供发射机、接收机和具有用于在接收机上的检测器和发射机上的发射器之间进行定位的相对位置检测功能性的系统。示例性实施方式允许该系统在步行时或汽车中使用。

现在参考图6-8，作为发射机示例的指示设备1发射红外(IR)光束2。束2被发射向电视(TV)5并且由电视(TV)5(接收机的示例)截获，电视5在框(bezel)3上具有检测器4。在图6-8的示例中，指示设备1保持静止。在图6的示例中，该束沿y轴线的宽度(更精确地说，或角度，α₁)通常是大约120度。该宽度(或角度，α₂)大约是沿x轴线的120度。

在第一阶段，将发射持续例如20毫秒(ms)脉冲的第一照明场30(参见图6)。第一照明场30具有一致的强度。第一照明场30是校准场并且允许检测器4确定检测器4处的照明场30的最大照度级。在该示例中，受控设备(例如，TV5)上的检测器4(在这个例子中是光电二极管)测量在照明场30的发射期间落在光电二极管上的照度级。该光电二极管检测器4位于框3上。在图6-8中，原点50示出位于相应的照明场30-32的左下角，并且还示出了示例性坐标系。

在第二阶段，指示设备1发射具有照度梯度31的第二束2。图40示出了沿图7中的x轴线从高(例如，点33处)到低(例如，点33’处)的照明场31的幅度F₁。在图7的示例中，强度梯度33具有+x方向的方向。指示设备1的光学器件可以设计为在平坦或半球投影表面上给出线性梯度。平面在此图中示出。在图7的示例中，点33与检测器4处的照明场31的最大照度级重合，并且点33’与检测器4处的照明场31的最小照度级重合。值得注意的是，在图7和图8中示出的强度梯度33、34是从高强度到低强度(例如，强度梯度具有负值)定位的强度梯度。相反还可以是这样的情况：强度梯度可以是从低强度到高强度(例如，强度梯度具有正值)定位的强度梯度。在图7的示例中，例如，箭头可以从其当前的位置转180度。图7和图8中的强度梯度在此示例中应该尽可能是线性的。

检测器4测量照明场31的发射期间落在光电二极管上的照度级。如果例如指示设备1指向右，如图所示，光电二极管检测器4大约与照明场的左边缘重合，并且因而照度级将为高。如果指示设备1指向左侧，则光电二极管检测器4处的照度级将为低。

对第三照明场32应用相同的过程(图8)，产生强度梯度34。曲线41示出了沿图8中的y轴线从低(例如，点34处)到高(例如，点34’处)的照明场32的幅度F₂。在此示例中，点34’与检测器4处的照明场32的最大照度级重合，并且点34与检测器4处的照明场32的最小照度级重合。图7和图8中的强度梯度33和34分别基本上是垂直的。在TV5和检测器4输出的准确度上，垂直性上介于例如百分之五或百分之十的小误差应该不是大问题。

在发送照明场30-32的周期之间，通常存在指示设备1将不发射的时间段。在此时间，检测器4可以确定背景照度级，这是检测器4处照明场的最小照度级。

因为电视5已经确定了最大和最小照度级和对应于照明场31、32的照度级的照度值，所以电视5可以确定检测器4相对于指示设备1的相对位置的值，这将在下面更详细地解释。

现在转向图9，同时适当参考图6-9，曲线示出了由接收机处的检测器产生的照度值，该照度值是针对图6-8中的能量束脉冲的。照明场30-32的接收期间光电二极管检测器4处的照度级不仅取决于相应的照明场30-32中检测器4的位置(例如，以及相应的强度梯度33、34)，而且取决于指示设备1的距离以及背景IR辐射的级别。一种用于产生照明场30-32的技术将使用三个发光二极管(LED)，每个针对相对应的照明场。在图9中表示了来自于三个LED的照明场。序列2000由三个脉冲生成，每个都生成一个照明场。脉冲2010生成校准照明场30；脉冲2020生成照明场31；并且脉冲2030生成照明场32。照度级的高度对应于检测器4处的照度值。

在序列2000的脉冲2010、2020和2030之间存在中止2051、2052，并且序列2000之间存在较长的脉冲2050。中止可以用于确定背景照度级2070，其应该与检测器4处分别针对照明场31、32的点33’和34处的最低照度级相同。脉冲2010应该产生检测器4处的最大照度级，并且最大照度级应该与检测器4处分别针对照明场31、32的点33和34’处的最高照度级相同。

照明场31、32中的检测器的位置可以利用例如位于如图6-8所示的场的左下角的坐标原点表示为(x，y)位置矢量。在图9(例如，以及相应的图6和图7)的配置中，x坐标将是：X＝第2场/(第1场-零级)^*k，其中零级是在中止2051、2050期间确定的照度值，并且k是常数。例如，设k＝100将产生百分比。类似计算可以用于y坐标。用于最大和最小照度级的校准场可以由表示为百分之五十(例如，中度)的照度级的校准场的照度级2011来替代。照度级2011将坐标的原点置于该场的中心。

还应该指出，照度级2010、2020和2030可以用于检测移动。在后者的示例中，实际确定(x，y)矢量不是必需的，并且代之为通过将照度级2020和2030的当前值与这些照度级的之前确定的值进行比较来确定移动。下面将对此进行更详细地描述。

可以实现并且可以使用多种方式实现图6-8的示例。说明性地，图10示出了人2110可以用来控制接收机功能的系统2100的示例。将发射机2130夹在用户衣物的前端。手中持有接收机2150，并且通过在x方向和y方向上平移接收机2150来控制接收机的功能。例如，人2110仅通过移动接收机2150可以上/下或左/右滚动或可以移动鼠标指针。

作为另一个示例，发射机2130夹在用户衣物上，并且将第二发射机2120夹在头饰上(未示出)。手持显示器(例如，接收机2150)上的滚动和缩放可以通过移动手来达到，并且可以通过转动头部(例如，上、下，侧向)来控制光标。在该示例性实施方式中，检测器2140将包括两个检测器、每个检测器对应于相应的发射机2120和2130。每个发射机2120、2130将在不同的波长上工作，并且多个检测器将在对应的波长上工作。应该指出，波长和频率是相关的，并且在此处将被认为是等价的(例如，波长的范围对应于频率的范围)。

诸如照明场31、32的单个照明场具有通常向照明场的“暗端”(例如，分别是点33’、34)变坏的信噪比(SNR)。然而，SNR中该降低可能不重要，并且上述实施方式很容易理解。然而，如果照明场的暗端的SNR较低，则存在用于改进相对位置测量的总SNR的选择。

现在参考图1-4，示出的技术用于增大接收的照明场的SNR。如图7和图8，指示设备1发射红外(IR)光束2。束2被发射向电视(TV)5并且由电视(TV)5截获，电视5在框3上具有检测器4。在图1-4的示例中，指示设备1再次保持静止。

在第一阶段，将发射持续例如20毫秒(ms)脉冲的第一照明场6(参见图1)。第一照明场6产生强度梯度10，同时如曲线14所示，例如在照明场6的左边缘处具有最高照度。在图1-4中，原点50被示出为位于相应照明场6-9的左下角，并且还示出了示例性坐标系。曲线14示出了沿图1中的x轴线从高(例如，点18处)到低(例如，点18’处)的照明场6的幅度F₁。在图1的示例中，强度梯度18具有+x方向的方向。值得注意的是，在图1到图4中示出的强度梯度是从高强度到低强度(例如，强度梯度具有负值)定位的强度梯度。相反还可以是这样的情况：强度梯度可以是从低强度到高强度(例如，强度梯度具有正值)定位的强度梯度。在图1的示例中，例如，箭头可以从其当前的位置转180度。图1-4中的强度梯度在此示例中应该尽可能是线性的。作为光电检测器的检测器4测量检测器4处的照度。

接下来，由指示设备1发射第二照明场7(参见图2)，在例如另一个20ms脉冲内产生另一个强度梯度11。这次，如曲线15所示，照度在照明场7的右边缘处最高。强度梯度11具有-x方向的方向(即，该方向与强度梯度10的方向相反)。此外，TV 5上的光电二极管检测器4测量照度。曲线15示出了沿图2中的x轴线从高(例如，点19处)到低(例如，点19’处)的照度的幅度F₂。

注意，当发射每个束2而不必接收时，在照明场6和7之间的强度梯度的方向发生改变。换言之，在检测器4处，如果指示设备1极快地旋转，则两个照明场6、7可以不必分别具有强度梯度10、11的绝对相反的方向。然而，两个照明场6、7分别以强度梯度10、11的大致相反的方向进行发射。

对第三照明场8应用相同的过程(图3)，产生强度梯度12，并且对第四照明场9应用相同的过程(图4)，产生强度梯度13。曲线16示出了沿图3中的y轴线从低(例如，点20处)到高(例如，点20’处)的照明场8的幅度F₃。曲线8示出了沿图4中的y轴线从低(例如，点21处)到高(例如，点21’处)的照明场9的幅度F₄。强度梯度12和13分别处于-y和+y方向上。在第四场9已经发射之后，序列以第一场6开始。

注意，在该示例性实施方式中，在脉冲之间，强度梯度的方向发生改变。特别地，强度梯度在图1和图2(强度梯度10和11)示出的脉冲和图3和图4(强度梯度12和13)示出的脉冲之间反转。强度梯度的方向还在图2和图3(强度梯度11和12)示出的脉冲之间改变90度(例如，从180到270度)。应该指出，该序列仅是示例性的。例如，照明场可以按照序列6、9、8、7而不是6、7、8和9发射。还应该指出，对于特定轴线在脉冲之间的强度梯度的方向性改变不必绝对相反。例如，方向改变可以是170或175度，而不是180度。

此外，照明场6-9和它们各自的强度梯度10-13(以及照明场31和32以及它们各自的强度梯度33和34)基本上横切束2的传播方向，即图1-4中的z方向。照明场6-9和它们各自的强度梯度10-13可以基本上横切，因为照明场6-9的表面将实际上存在某种程度的弯曲，具有半球表面。注意，指示设备1的光学器件可以设计为在平坦或半球投影表面上给出线性梯度。

照明场6-9的接收期间，光电二极管检测器4处的照度级不仅取决于相应的强度梯度10-13中的检测器4的位置，还取决于指示设备1的距离以及背景IR辐射的级别。一种用于产生照明场6-9的技术将使用四个发光二极管(LED)，每个针对相应的照明场。在图5中表示了来自于四个LED的照明场。序列500由四个脉冲生成，每个都生成一个照明场。脉冲510生成照明场6；脉冲520生成照明场7；脉冲530生成照明场8；并且脉冲540生成照明场9。脉冲的高度对应于检测器4处的照度值。

接收机应该与指示设备同步，即，接收机应该能够确定哪个照明场是序列中的第一照明场以及照明场是何顺序。例如，这可以通过将序列作为中间具有中止的突发进行发射来完成。在脉冲510、520、530和540的另一个序列500之前存在中止550，并且脉冲510-540之间存在中止580、581、582。

可以通过同时点亮两个LED来产生校准场590，这样，例如强度场6和7叠加。脉冲510-540的每个序列的开始处的校准场590将告知接收机在指示设备1的当前距离处最大可能的照度级为何。注意，由于在该示例中照明场6-9是线性并且是对称的，作为结果的校准场590具有一致的照度。

在不使用校准场590的情况下，也可以推导出任何距离处的最大照度级560：在任何点和任何距离处，最大可能的照度级560等价于第1和第2照明场或第3和第4照明场期间的照度级的和，如图5所示。

可以测量多个场之间的背景照度级570。为了最大化信噪比，使发射机和接收机在非常窄的带宽上工作是有益的。应该指出，当将相同发射频率用于脉冲510-540时，使得脉冲510-540不重叠从而在脉冲510-540之间存在中止581-582，这是有益的。然而，如果希望为了脉冲510-540重叠而在产生脉冲510-540时使用单个频率也是可以的，只要存在一个脉冲处于开状态而其他脉冲处于关状态。

本领域的技术人员应该清楚的是，根据在场和背景期间测量的强度以及最大照度级如何计算x坐标和y坐标。例如，在图5的配置中，x坐标将是：X＝(第2场-零级)/(第1场+第2场-零级)*k，其中零级是在中止(例如，中止580)期间确定的环境辐射，并且k是常数。类似计算可以用于y坐标。

还感兴趣的是，在照明场期间，相对照度级在序列之间如何改变。这些改变告知了远程指示设备1正在哪个方向上平移或旋转。因而，在针对平移(例如，桌面鼠标)的相对位置控制模式或针对旋转移动(例如，比如游戏杆的速度确定)的相对位置控制模式下有益地使用指示设备。

注意，甚至在绝对位置控制模式中，指示设备1的指示与激光指示器的指示不相类似，这在其最严格的意义上是绝对的。绝对位置控制模式尝试确定x、y的值，在该值处，指示设备1相对于检测器4驻留。根据指示设备1，“增益”(例如，指示设备移动或指示设备旋转)可以自由改变。在相对位置控制模式中，增益可以如正常桌面鼠标那样动态地改变。相对位置控制模式尝试确定指示设备1相对于检测器4的移动或旋转。

照明场移动穿过检测器4的一个方式是通过旋转指示设备1。但是，也可以通过平移指示设备1来完成该移动，即侧向或上下移动。可以证明这是有优势的：可以通过旋转移动执行粗略指示并且通过平移执行精细指示。用户将很快能够执行这些移动并且实现结果。然而，注意，平移的增益取决于指示设备1和检测器4之间的距离(然而旋转移动的增益独立于距离)。应该注意，参考图19还描述了另一个用于精细指示的技术。

发射器或接收机关于(发射器或接收机的)z轴线的无意旋转可以影响x和y方向上的指示。用于确定发射器或接收机关于(发射器或接收机的)z轴线的旋转的技术在图17A和图17B中示出。在图17A中，接收机2200上的两个检测器2210和2220用于确定来自于产生具有如前所述的x和y方向上的一系列强度梯度的照明场(在图17A或图17B中未示出)的发射器(在图17A或图17B中也未示出)的照度。分别称作“检测器a”和“检测器b”的两个检测器2210和2220在接收机2220上例如水平地移位。每个检测器2210、2220将分别确定不同的位置矢量A和B，如图17A所示。

矢量A表示照明场中的检测器a的位置的(x，y)位置，如通过上面参考图1-4和6-8描述的整个系列的强度梯度(例如，可能包括在最大照度级处具有一致强度的照明场)来确定。类似地，矢量B表示照明场中的检测器b的位置的(x，y)位置，如通过上面参考图1-4和6-8描述的整个系列的强度梯度(例如，可能包括在最大照度级处具有一致强度的照明场)来确定。因此矢量A和B表示位置矢量。

更具体地，矢量A可以表示为其中A_x和A_y是指示检测器a相对于照明场原点(0，0)的(x，y)位置的标量。类似地，矢量B可以表示为

其中B_x和B_y是指示检测器b相对于照明场原点(0，0)的(x，y)位置的标量。那么，并且tan(α)＝(B_y-A_y/(B_x-A_x)，其中α是_x轴线和矢量

之间的角度。

该信息可以用于计算(x，y)位置的修正和/或作为额外输入。例如，接收机2200可以是静止设备，诸如电视机，并且发射器可以是手持遥控器，主要利用倾斜动作操作。

例如，转到图18，遥控器2300可以具有矩形剖面，在每个表面上(例如，两个或多个面2310、2320、2330和2340)有不同的小键盘。接收机2200的模式可以自动改变，因为表面2310-2340的任意一个都可以旋转到顶部以便使用。

返回到图17A和17B，矢量B-A的长度，表示为|B-A|，随发射器和接收机2200之间的物理距离的增加而线性减少。由于检测器2210、2220之间的物理距离是已知的，所以发射器到接收机2200的物理距离可以根据|B-A|计算。即，前提是接收机2200基本上保持垂直于该束。

关于y轴线的旋转也将减短矢量|B-A|。使用两个检测器2210、2220，通常不可能知道较短的|B-A|是否是因为接收机2220和检测器2280之间的距离还是因为关于y轴线的旋转(例如，接收机2220的旋转)。如果很可能是关于x和y轴线的旋转并且需要距离信息，则应该使用更多的检测器。

例如，检测器a、b、c和d(分别是检测器2210、2220、2215、2225)可以在接收机2200的前表面上安排为方形排列。用于位置矢量A、B、C(未示出)和D(未示出)的(x，y)值将形成排列的立体图像。接收机2200的位置和旋转度的每个可能组合都产生唯一的矢量A、B、C和D的集合。因而，可以开发清楚地给出接收机2200的(x，y，z)位置和(x，y，z)旋转的算法。即，只要接收机2200关于x和y轴线旋转不超过90度。不需要更多地旋转，因为某人将不能看到接收机2200的显示器。

现在转到图11，示出了用于确定发射机相对于检测器的位置和/或发射机相对于检测器的位移的方法1100的流程图。方法1100由发射机和接收机执行(参见图12)。在步骤1110中，发射机的一个或多个发射器发射能量束脉冲。如上所示，每个束产生具有基本上垂直于该束传播方向的强度梯度的照明场。强度梯度的方向在能量束的特定脉冲之间改变。

在步骤1115中，接收机接收脉冲。在步骤1120中，接收机确定照射到一个或多个检测器上的照明场的部分的值。步骤1125和1130提供绝对位置控制模式，其尝试确定发射机相对于接收机上的检测器的x、y值。注意，“绝对”在该情况中意味着针对位置矢量确定特定x、y值，但是这些值仍旧相对于接收机上的检测器。换言之，如果在大的接收机上存在隔开很大距离的两个检测器，则每个检测器将针对发射器确定不同的x、y值。步骤1140-1155提供相对位置控制模式，其尝试确定发射机相对于接收机上的检测器的平移或旋转移动。注意，步骤1125可以使用来自于多个检测器的输入(参见图17A和17B)。

在步骤1125中，确定一个或多个绝对位置。该绝对位置通常被给出(x，y)，但是可能简单地为x或y。该“绝对”位置基于发射机相对于检测器的相对位置。如上述等式所述，绝对位置通常以百分比给出。在步骤1130中，将输出绝对位置。通常，该输出将是函数，该特定函数然后将使用该位置。

在步骤1140中，针对x、y当前确定的值与之前的值进行比较。如果存在任何差异(步骤1145＝是)，则在步骤1150中输出该差异。通常该输出将是“发射机在+y方向上移动”或“发射机在+y方向上移动5％”。可以使用用于指示一个或多个方向上移动的任何合适技术。注意，步骤1140可以使用来自于多个检测器的输入(参见图17A和17B)，从而为每个检测器生成输出。如果不存在差异(步骤1145＝否)，则通常将输出某些类型的指示，诸如“在最后采样之间没有差异”。注意，这些输出可以是硬件信号(例如，由轨道承载)或软件信号(例如，软件模块之间的消息)。

现在通过参考前面的附图来参考图12，示出了提供相对位置检测功能性的系统1200的框图。系统1200包括发射机1210，该发射机1210通过信道1225向接收机1230发射能量束1202(图12中示出的一个)。应该指出，如图1-4以及图6-10所示，发射机1210可以是指示设备1。在示例性实施方式中，发射机1210可移动并且接收机1230是固定的。在其他实施方式中，发射机1210可以是固定的，并且接收机1230是可移动的。发射机1210和接收机1230两者都是可以移动的。

在图12的示例中，发射机1210包括控制电路和四个发射器1220-1到1220-4。在一个示例性实施方式中，每个发射器1220产生照明场6-9中的一个。控制电路适应于产生脉冲序列500，从而产生照明场6-9。如果使用，控制电路还适于产生中止550。用于产生IR照明场的线性强度梯度的发射器1220的示例在图13中示出。发射机1210将执行图11的方法1100的步骤1210。

接收机1230包括N个检测器1235-1到1235-N，其与对应的检测器电路1240-1到1240-N组合，产生各个检测器1235看到的照明场的值1241-1到1241-N。检测器1235通常是光电二极管，并且相应的检测器电路1240对于本领域技术人员公知。示例性检测器电路在图20中示出。值1241可以是电压、从电压转换的数字数目或检测器1235看到的照明场的任何其他指示。应该指出，某些或所有检测器电路1240可以在检测器1235之中共享。例如，检测器电路1240可以为检测器1235而复用。换言之，一个检测器电路1240将与N个检测器1235的所有(或部分)复用。此外，每个检测器1235可以包括检测器电路1240。

接收机电路1245包括相对位置检测模块1250、之前的值1255(如果使用)以及位置功能模块1260。相对位置检测模块1250将使用值1241执行图11的方法110的步骤1120-1155。之前的值1255是来自于检测器1235的其他序列500存储的值1241。

位置功能模块1260是接受来自于相对位置检测模块1250的输出1251(例如，来自于图11的步骤1130、1150和1155)，并且使用输出1251执行某些功能。例如，TV 5可以具有屏幕上的光标并且该光标将根据输出1251移动。如另一个示例，接收机1230可以是游戏控制器并且TV 1251的屏幕上的字符可以根据输出1251而移动。

现在参考图20，图20是耦合至示例性检测器电路2500的示例性IR检测器2150的框图。检测器电路2500包括偏压电源2520、电阻2530、电容2540、前置放大器(前置放大器)2550和数模转换器(DAC)2560。操作偏压电源2520、电阻2530、电容2540和检测器2510以在节点2545处产生电压，并且该电压与击中检测器2510的照明场成比例。前置放大器2550在节点2550处将该电压增大到较高电压并且可能增加驱动能力。DAC 2560产生作为节点2550处的电压表示的数字输出2570。在该示例中，DAC 2560可以对于多个前置放大器2550复用，或该前置放大器2550可以对于多个节点2545复用。在图20的示例中，检测器2510是光电二极管。然而，“检测器”可以集成除了诸如光电二极管的传感器之外的元件。例如，根据实现，“检测器”可以集成偏压电源2510、电阻2530、光电二极管2510和电容2540。

产生强度梯度可以使用分离的IR LED和用于四个照明场的每个的光学器件实现。转到图13A以及图12，示例性IR发射器1300在图13A中示出。IR发射器1300是发射机1210的发射器1220的一个。对于每个IR LED 1310，发射的能量束(即IR光)首先通过具有缝1330的掩膜1320，该缝1330在一端1331处较窄并且在另一端1332处较宽。然后，由圆柱透镜1340展开窄的场。缝1330在该示例中是三角形的。缝1330和掩膜1320具有基本上与圆柱透镜1340的纵轴1360对准的纵轴1350。推荐圆柱透镜1340的外径1352至少与缝1330的较大端1332的宽度1351一样大。通常，圆柱透镜的内径1353将至少与缝1330的较大端1332的宽度1351一样大。应该指出，缝1330将相对于发射机1210的前端1291取向为四个不同方向，以提供图1-4中示出的发射四个不同照明场6-9的所有四个发射器1220。还可以具有一个与四个掩膜1320和圆柱透镜1340通信的LED 1310(或一个具有四个缝1330的大掩膜1320，其中每个缝1330由圆柱透镜1340覆盖)。

LED 1310也可以加倍，作为数字数据到屏幕的发射机，其将便于按键等。通过使用LED 1310以及光电二极管作为工作在不同波长处的检测器1235，照明场(例如，和数字数据)可以同时发射，这使得系统更快。在任何情况中，使LED 1310和作为检测器1235的光电二极管工作在窄带宽上都是有益的，从而减少了环境IR辐射的影响。

注意，另一个更复杂的选择是使掩膜1320和圆柱透镜1340移动到间隔90度的四个不同位置(例如，0、90、180和270度)。这在图13B中示出，其中IR发射器1350包括IR LED 130、掩膜1320和圆柱透镜1340，但是带有适于旋转掩膜1320和圆柱透镜1340到四个不同位置(例如，或多或少的位置)的旋转设备1390。这四个不同的位置将产生四个图1-4中示出的照明场，即使(例如)以图1、图3、图2和图4的顺序。该实施方式将仅使用LED 1310，但是移动机制将增加复杂性。

当用户希望通过使用发射机1210与检测器进行交互时，检测器1235可以安装在将被控制的设备上任何地方，只要检测器1235朝向用户即可。检测器1235不必内置。取而代之的是，例如，检测器还可以是插入将要被控制的接收机1230的端口上的增强部件。通过将多个检测器1235(例如，相关的检测器电路1240)放置在房间四周，即使360度(例如，球形)控制也可以达到。

发射机1210和接收机1250的角色可以反过来：发射器1300可以静止于室内，并且检测器1235可以有用户持有。在该情况中，可以检测到手持设备的横向移动而不是旋转。通过使发射器1300和检测器1235位于静止设备和手持设备上，可以检测到横向移动和旋转。

现在参考图14，示出了示例性接收机电路1400的框图。接收机电路1400是图12的接收机1230的接收机电路1245的实现的一个示例。在该示例中，接收机电路1400包括耦合至一个或多个存储器1420的一个或多个处理器1410。一个或多个存储器1420包括相对位置检测模块1425、之前的值1430和位置功能模块1435，如参考图12在上面描述的(分别参见相对位置检测模块1250、之前的值1255和位置功能模块1260)。在图14中，模块1425和1435是适于将一个或多个处理器1410配置为执行这里描述的一个或多个操作的软件模块。还应该指出，模块1425、1435可以实现为信号承载介质(例如，在诸如硬盘驱动器、压缩盘、数字多功能盘和存储器棒的存储器1420中)，该信号承载介质有形地包含可以由数字处理装置执行以执行这里描述的操作的机器可读指令。

现在参考图15，示出了示例性接收机电路1500的框图。接收机电路1500是图12的接收机1230的接收机电路1245的实现的另一个示例。接收机电路1500包括分立电路1510，该分立电路1510包括相对位置检测模块部分1520。接收机电路1530还包括集成电路1530，该集成电路1530包括相对位置检测模块1540、之前的值1550和位置功能模块部分1560，如上面参考图12所描述的(分别参见相对位置检测模块1250、之前的值1255和位置功能模块1260)。分立电路1510包括各个晶体管、电容和可能包括可编程逻辑器件的其他元件。

在该示例中，相对位置检测模块部分1520和1540实现单个相对位置检测模块1250。在其他实施方式中，集成电路1530包含作为单个模块的相对位置检测模块部分1520和1540两者。作为另一个示例，可以没有作为接收机电路1500的一部分的分立电路。仍旧在其他实施方式中，接收机电路可以包括一个或多个处理器、一个或多个存储器、一个或多个集成电路(例如，包含处理器)以及一个或多个分立电路。应该指出，控制电路1215还可以包括一个或多个处理器、一个或多个存储器、一个或多个集成电路(例如，包含处理器)以及一个或多个分立电路。

在其他示例性实施方式中，可以使用不同类型的发射能量。原则上，本发明可以以任何种类的发射能量束实现，可以赋予这些发射能量束垂直于传播方向的强度梯度，诸如：(1)不同波长的电磁辐射，诸如IR光、可见光、紫外(UV)光(例如，利用可见光，你可以通过如同使用手电那样照射受控设备来选择该设备)；以及(2)声音(例如，超声)。

如另一个示例，在图1-4中示出的强度梯度还可以具有某些非线性量，尤其对于相对位置控制模式。例如，强度梯度可能在照明场的边缘是非线性的。只要照明场的部分是线性的，当检测器位于照明场的线性部分内时，系统1200应该仍旧工作于绝对和相对位置控制模式。而且，可以以非线性强度梯度设计整个照明场。虽然非线性强度梯度将使的绝对位置控制模式更加困难，但是相对位置控制模式仍旧可以相对容易地执行。

除了简单的梯度之外，不同的投影图像也可以使用。例如，由发射机投影的照明场可以比仅强度梯度更复杂。一般说来，发射机在驻留在受控设备(例如，接收机)上的或多或少的点型检测器上投影图像或图像集合。受控设备(例如，接收机1230)识别检测器在投影到接收机上的图像中的位置。或者优选地，受控设备检测在检测器上的图像移动的方向和速度。

作为第一示例，考虑这样的系统，该系统将垂直和水平梯度(分别参见，例如图7和图8)用于粗略位置检测并且然后将正弦光栅用于建立精细位置。图19示出了包括IR LED2440和光栅2430的发射器2490，其针对照明场2400产生了正弦光栅2470。光栅2430产生了正弦的强度2410并且在正弦光栅2470中引起高强度区域2425和低强度区域2420。这些高和低的强度可以用于精细位置检测。通常，垂直(如图19所示)正弦光栅2470将被发射以允许x值的确定，然后发射水平正弦光栅2470以允许y值的确定。注意，如果使用不同的频率进行发射，则可以同时发射竖直和水平的正弦光栅。图19中示出了强度梯度可以在图案中改变并且不必是简单的线性梯度。

作为另一个示例，考虑商业上可获得的数字笔。一个这样的数字笔检测其尖端在纸上印刷的特定图案上的位置。可以将纸上使用的图案作为图像利用远程指示设备投影在类似数字笔上的检测器上。图像将由例如图案的改变的强度梯度引起。图像可以是诸如网格、方波和对数网格的图案。然而，该方法存在问题。指示设备将必须投影具有非常高分辨率的图像。此外，图案将必须在检测器距离上是清晰(in focus)的。使用简单的并且线性的梯度用作针对照明场的强度梯度的益处是照明场(以及其对应的强度梯度)不必清晰。

转到图16，示出的另一个示例性实施方式是头戴式指示设备1610(例如，图1-4的指示设备1)。输入系统1600包括头戴式指示设备1610和支架1620。假设光学器件可以制作得足够小，则指示设备1610可以用作头戴式指示设备。最简单的形式，笔式指示设备1610可以戴在耳朵上(如图16所示，其中该指示设备示出位于人类头部1610的耳朵1650上)，与人们有时利用正常笔的方式相同。该指示设备可以集成到头戴式耳机(未示出)、眼镜、头盔、帽子中，或通过其他技术集成。头戴式指示设备1640腾出了手以便使用键盘或游戏控制。特别地，其可以是翻滚二维页面或改变三维游戏中的视角方向的直觉方式，并且同时以手操作的输入设备进行指示。

对于完全的无手使用感兴趣的可能性是将可调节的支架1620(例如，麦克风支架)非常靠近嘴唇，并且向支架1620提供电容性按键1630。通过推动下嘴唇1660向外，则进行了接触并且激活了光标。该方法可能听起来很笨拙，但是嘴唇的敏感度使得对于用户感觉嘴唇是否与该支架接触来说是很容易的。因而，仅需要非常细微移动(需要可忽略的力量)来操作按键。

支架1620到嘴唇的距离可能非常难以调节并保持是一个缺点。存在一个使用按键(例如，电容性按键1630)的备选方案，这可能是笨拙的但非常强健：用户可以利用他的舌头触摸按键。该系统看起来不漂亮，但是该系统可以工作并且可以在某些需要的使用环境中有用。接触键可以置于微小的凹部以避免意外的激活。

取代受控设备中的加速度计而使用所公开的实施方式的益处在于相对于用户检测移动。这样，控制不易受到用户左右移动或骑车引起的干扰。控制也是多种多样的，因为同样的效果也可以通过移动身体的不同部位(例如，头部或手部)来实现。

应该指出，在图1-4、图7、图8和图19中示出的强度梯度涉及具有变幅度的强度梯度。图1-4、图7和图8示出了线性变化的强度梯度，而图19示出了正弦改变的强度梯度。上述讨论还是在形状上具有强度梯度改变的技术。注意，这些之前的讨论将强度梯度的改变限制为幅度改变。然而，强度梯度还可以以其他方式改变，诸如通过频率变化或极化变化。上述技术可以相应修改。对于频率变化，在图19中作为一个示例，可以以棱镜或类似的分频设备替代光栅2430来产生频率改变的强度梯度。作为频率变化的另一个说明，对于照明场30(参见图7)，检测器峰值敏感度的频率可以用于图6中示出的校准场。对于极化梯度是同样的。检测器将对以下变量敏感，诸如幅度，频率或极化，这些变量在强度梯度中改变。此外，照明场也可以使用除线性梯度之外的梯度。例如，每个照明场将检测器的可能位置限制为场中具有检测到的变量的幅度的点。这些点将沿线展开。例如，水平强度梯度(参见图1)将可能的位置限制为垂直线。径向梯度将具有产生圆圈的可能位置。而且，在图1-4和图6-8中示出的照明场的序列仅是示例性的。例如，图6中的照明场30可以在图7中的照明场31之后发射。

应该注意，图11的逻辑流程图的各种框可以表示程序步骤，或互连电路或程序步骤与互连电路的组合，用于执行特定任务。

通常地，发射机和接收机中的一个或两者的各种实施方式可以包括，但不限制于，蜂窝电话、远程控制、笔型指示器、个人数字助理(PDA)、电视、便携式或非便携式计算机、图像捕捉设备(诸如数码相机)、游戏设备、电视、音乐存储和播放装置、因特网装置、以及集成此类功能的组合的便携式单元或终端、或者非便携式单元或终端。

一个或多个存储器1420或其他存储器可以是适于本地技术环境的任何类型并且可以使用任何合适的数据存储技术来实现，诸如基于半导体的存储器设备、磁性存储器设备以及系统、光学存储器设备以及系统、固定存储器和可移动存储器。一个或多个处理器1410可以是适于本地技术环境的任何类型并且可以包括一个或多个通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(DSP)以及基于多核处理器架构的处理器，这些均是非限制性示例。

本发明的实施方式可以实施在各种组件诸如集成电路模块中。集成电路的设计总体上来说是高度自动化的过程。复杂并且有力的软件工具可用于将逻辑级设计转换到准备用于刻蚀并且形成在半导体衬底上的半导体电路设计。诸如由加利福尼亚Mountain View的Synopsys公司和加利福尼亚San Jose的Cadence Design提供的那些程序使用完善的设计规则以及预存储的设计模块库自动在半导体芯片上进行导线布局并定位组件。一旦针对半导体电路的设计已经完成，则可以以标准化的电子格式(例如，Opus、GDS II等)将所得设计传输到半导体制造工厂或者用于制造的“工厂”。

前面的描述已经通过示例性和非限制性实例提供了发明人当前构思的用于执行本发明的最好的方法和装置的全面和信息性描述。然而，根据前面的描述，当结合附图和所附权利要求书阅读时，各种变形和修改可以对相关领域的技术人员变得明显。然而，本发明教导的所有此类和类似修改仍将落入本发明的范围内。

而且，本发明实施方式的某些特征可以在不相应使用其他特征的情况下有优势地使用。这样，应该认为前面的描述仅是对本发明原则的说明，并且不限于此。

Claims

1.一种方法，包括：

从发射器发射能量束的脉冲，所述束产生具有变化梯度的场，所述梯度具有基本上垂直于所述束的传播方向的方向；

在至少一个检测器处接收所述场的一部分；以及

对于所述至少一个检测器的相应检测器，确定与由所述相应检测器接收的所述场的所述部分的照度级相对应的值，其中所述场的所述值是所述相应检测器和所述发射器之间的相对位置的指示。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述发射器包括至少一个发射器；

发射进一步包括：

从所述至少一个发射器发射第一能量束的第一脉冲，所述第一束产生具有第一变化梯度的第一场，所述第一变化梯度具有基本上垂直于所述第一束的传播方向的第一方向；

所述方法进一步包括：

从所述至少一个发射器发射第二能量束的第二脉冲，所述第二束产生第二场，所述第二场在基本上垂直于所述第二束的传播方向的第二方向上具有一致的强度；

从所述至少一个发射器发射第三能量束的第三脉冲，所述第三束产生具有第二变化梯度的第三场，所述第二变化梯度具有基本上垂直于所述第三束的传播方向的第三方向，其中所述第三方向基本上垂直于所述第一方向；

接收进一步包括在所述至少一个检测器处接收所述第一、第二和第三场中每个场的部分；以及

确定进一步包括，针对所述相应检测器并且针对所述第一、第二和第三场中的每个场，确定与由所述相应检测器接收的相应场的所述部分的照度级相对应的值，其中与所述第一和第三场相对应的值是所述相应检测器和所述至少一个发射器之间的相对位置的指示。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：

存在其中所述至少一个发射器不发射所述第一、第二和第三束中的任何一个束的时间周期；

确定进一步包括，对于所述相应检测器，在所述时间周期的至少一部分期间确定值；以及

所述方法进一步包括，对于所述相应检测器，基于针对所述第一、第二和第三场的值以及在所述时间周期期间确定的值，确定指示所述相应检测器和所述至少一个发射器之间的相对位置的两个分量值，其中所述分量值中的一个分量值是与平行于所述第一方向的轴线相对应的相对位置的指示，并且其中所述分量值的另一个分量值是与平行于所述第三方向的轴线相对应的相对位置的指示。

4.根据权利要求3所述的方法，其中：

所述至少一个检测器包括多个检测器；

针对所述相应检测器的所述两个分量值是第一分量值；

确定两个分量值进一步包括，针对所述多个检测器中的另一个检测器确定两个第二分量值；以及

所述方法进一步包括：

使用所述第一分量值形成第一矢量；以及

使用所述第二分量值形成第二矢量，

其中所述第一矢量和第二矢量用于确定所述至少一个发射器和包括至少一个检测器的接收机之间的相对旋转。

5.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述发射器包括至少一个发射器；

发射进一步包括：

所述方法进一步包括：

从所述至少一个发射器发射第二能量束的第二脉冲，所述第二束产生具有第二变化梯度的第二场，所述第二梯度具有基本上垂直于所述第二束的传播方向的第二方向，其中所述第二方向基本上与所述第一方向相反；

接收进一步包括在所述至少一个检测器处接收所述第一和第二场中每个场的部分；以及

确定进一步包括，针对所述相应检测器并且针对所述第一和第二场中的每个场，确定与由所述相应检测器接收的相应场的所述部分的照度级相对应的值，其中与所述第一和第二场相对应的值是所述相应检测器和所述至少一个发射器之间的相对位置的指示。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

将针对所述相应检测器的所述值与之前确定的来自于所述相应检测器的值进行比较；以及

使用所述比较，确定所述发射器和所述相应检测器之间是否已经存在移动。

7.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：

基于针对所述相应检测器的第一和第二场的值，确定所述至少一个发射器相对于所述相应检测器的绝对位置的值。

8.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一和第二能量束是红外束。

9.根据权利要求5所述的方法，其中所述至少一个发射器包括第一和第二发射器，所述第一发射器发射所述第一能量束并且所述第二发射器发射所述第二能量束。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一和第二发射器使用相同的波长进行发射。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一和第二发射器使用不同的波长进行发射。

12.根据权利要求5所述的方法，其中所述至少一个发射器包括单个发射器。

13.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

通过使用所述第一和第二发射器同时发射所述第一和第二能量束两者来发射校准场。

14.根据权利要求9所述的方法，进一步包括，通过将针对所述相应检测器的值和针对所述第一和第二场中的每个场的值进行相加来确定最大照度级。

15.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：

从所述至少一个发射器发射第三能量束的第三脉冲，所述第三束产生具有第三变化梯度的第三场，所述第三变化梯度具有基本上垂直于所述第三束的传播方向的第三方向，所述第三方向相对于所述第一方向和第二方向大约呈90度；

从所述至少一个发射器发射第四能量束的第四脉冲，所述第四束产生具有第四变化梯度的第四场，所述第四变化梯度具有基本上垂直于所述第四束的传播方向的第四方向，其中所述第四方向基本上与所述第三方向相反；

在所述至少一个检测器处接收所述第三和第四场中的每个场的部分；以及

针对所述相应检测器和所述第三和第四场中的每个场，确定与由所述相应检测器接收的相应场的部分的照度级相对应的值。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述场包括红外、可见光、紫外光和声音中的一种。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述变化梯度在幅度、频率和极化的一个上改变。

18.根据权利要求1所述的方法，其中所述变化梯度沿着所述场的区域内的轴线线性改变。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述变化梯度沿着针对平坦投影表面和半球投影表面中的一个的轴线线性改变。

20.根据权利要求1所述的方法，其中所述变化梯度根据图案改变。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述图案包括正弦光栅。

22.根据权利要求1所述的方法，其中所述变化梯度在所述场的区域内径向地改变。

23.一种发射机，包括：

发射器，适于发射能量束，所述束产生具有变化梯度的场，所述梯度具有基本上垂直于所述束的传播方向的方向；以及

控制电路，适于使得所述发射器在持续时间内发射所述能量束。

24.根据权利要求23所述的发射机，其中：

所述发射器包括至少一个发射器；

所述能量束是第一能量束，所述场是第一场，所述梯度是具有第一方向的第一梯度，并且所述持续时间是第一持续时间；

所述至少一个发射器进一步适于发射第二和第三能量束，所述第二束产生第二场，所述第二场在基本上垂直于所述第二束的传播方向的第二方向上具有一致的强度，所述第三束产生具有第二变化梯度的第三场，所述第二变化梯度具有基本上垂直于所述第三束的传播方向的第三方向，其中所述第三方向基本上垂直于所述第一方向；以及

所述控制电路进一步适于使得所述至少一个发射器在第二持续时间内发射所述第二能量束，并且适于使得所述至少一个发射器在第三持续时间内发射所述第三能量束。

25.根据权利要求24所述的发射机，其中：

所述控制电路进一步适于产生其中所述至少一个发射器不发射所述第一、第二和第三束中的任何一个的时间周期。

26.根据权利要求23所述的发射机，其中：

所述发射器包括至少一个发射器；

所述至少一个发射器进一步适于发射第二能量束，所述第二束产生具有第二变化梯度的第二场，所述第二变化梯度具有基本上垂直于所述第二束的传播方向的第二方向，其中所述第二方向基本上与所述第一方向相反；以及

所述控制电路进一步适于使得所述至少一个发射器在第二持续时间内发射所述第二能量束。

27.根据权利要求26所述的发射机，其中所述至少一个发射器包括第一和第二发射器，所述第一发射器适于发射所述第一能量束并且所述第二发射器适于发射所述第二能量束。

28.根据权利要求27所述的发射机，其中所述至少一个发射器进一步包括第三和第四发射器，所述第三发射器适于发射第三能量束，所述第三束产生具有第三变化梯度的第三场，所述第三变化梯度具有基本上垂直于所述第三束的传播方向的第三方向，其中所述第三方向相对于所述第一方向和第二方向中的一个大约呈90度，所述第四发射器适于发射第四能量束，所述第四束产生具有第四变化梯度的第四场，所述第四梯度具有基本上垂直于所述第四束的传播方向的第四方向，其中所述第四方向基本上与所述第三方向相反。

29.根据权利要求26所述的发射机，其中所述至少一个发射器中的每个包括红外(IR)发光二极管(LED)。

30.根据权利要求26所述的发射器，其中：

所述至少一个发射器包括至少两个发射器；以及

所述至少两个发射器中的每个包括：红外(IR)发光二极管(LED)、具有三角缝的掩膜、以及圆柱透镜，所述掩膜放置在所述IR LED和所述圆柱透镜之间，并且被定位为使得来自于所述IRLED的光通过所述缝，所述圆柱透镜被定位为用以接收通过所述缝的所述光并且被定位为使得所述透镜的纵轴与所述缝的纵轴大致对准。

31.根据权利要求26所述的发射机，其中所述至少一个发射器包括红外(IR)发光二极管(LED)、具有三角缝的掩膜、圆柱透镜、以及旋转设备，所述掩膜放置在所述IR LED和所述圆柱透镜之间，并且被定位为使得来自于所述IR LED的光通过所述缝，所述圆柱透镜被定位为用以接收通过所述缝的所述光并且被定位为使得所述透镜的纵轴与所述缝的纵轴大致对准，所述旋转设备适于将所述掩膜和圆柱透镜旋转到至少两个位置，所述位置的第一位置对应于所述第一束并且所述位置的第二位置对应于所述第二束。

32.根据权利要求26所述的发射器，其中所述至少一个发射器包括至少第一和第二发射器，所述第一发射器发射所述第一束并且所述第二发射器发射所述第二束，所述第一和第二发射器中的每个发射红外辐射，其中所述第一和第二发射器中的一个以不同于所述第一和第二发射器中另一个的波长进行发射，并且其中所述第一和第二持续时间可以重叠。

33.根据权利要求26所述的发射机，其中所述至少一个发射器包括至少第一和第二发射器，所述第一和第二发射器中的每个发射器发射红外辐射，其中所有所述第一和第二发射器以相同的波长进行发射，并且其中所述第一持续时间和所述第二持续时间不重叠。

34.根据权利要求23所述的发射机，其中所述发射器适于安装在人类的头部上。

35.根据权利要求34所述的发射机，进一步包括可调节麦克风支架，其适于定位在接近所述人类头部的唇部的位置，其中所述支架包括电容性按键，并且包括响应于所述电容性按键的处理元件。

36.一种接收机，包括：

至少一个检测器，其适于接收第一能量束的第一场的部分，所述第一场具有第一变化梯度，所述第一变化梯度具有基本上垂直于所述第一束的传播方向的第一方向，所述至少一个检测器进一步适于接收第二能量束的第二场的部分，所述第二场具有第二变化梯度，所述第二变化梯度具有基本上垂直于所述第二束的传播方向的第二方向；以及

检测器电路，耦合至所述至少一个检测器，所述检测器电路适于确定值，每个值与由所述至少一个检测器中的相应检测器所接收的所述场的部分相对应，所述检测器电路进一步适于使用所述值来确定所述相应检测器和发射所述第一和第二束的至少一个发射器之间的相对位置。

37.根据权利要求36所述的接收机，其中：

所述至少一个检测器进一步适于接收第三能量束的第三场的部分，所述第三场在基本上垂直于所述第三束的传播方向的第三方向上具有一致的强度；以及

所述检测器电路进一步适于确定与由所述至少一个检测器中的相应检测器所接收的所述第三场的所述部分的另外的值。

38.根据权利要求37所述的接收机，其中：

所述检测器电路进一步适于在所述至少一个发射器不发射所述第一、第二和第三束中的任意一个的时间周期的至少部分期间确定值，所述检测器电路进一步适于基于针对所述第一、第二和第三场的值以及在所述时间周期期间确定的值来确定指示所述相应检测器和所述至少一个发射器之间的相对位置的两个分量值，其中所述分量值中的一个是与平行于所述第一方向的轴线相对应的相对位置的指示，并且其中所述分量值的另一个是与平行于所述第二方向的轴线相对应的相对位置的指示。

39.根据权利要求38所述的接收机，其中：

所述至少一个检测器包括多个检测器；

针对所述相应检测器的所述两个分量值是第一分量值；以及

当确定两个分量值时，所述接收机电路进一步确定针对所述多个检测器中的另一个检测器的两个第二分量值，其中，所述接收机电路进一步适于使用所述第一分量值形成第一矢量以及使用所述第二分量值形成第二矢量，其中所述第一和第二矢量用于确定所述至少一个发射器和所述接收机之间的相对旋转。

40.根据权利要求36所述的接收机，其中所述第二方向基本上与所述第一方向相反。

41.根据权利要求40所述的接收机，其中所述接收机电路进一步适于将所述值与之前确定的值进行比较，并且使用比较来确定至少一个发射器和所述至少一个检测器之间是否已经存在移动，所述相对位置包括所述移动。

42.根据权利要求40所述的接收机，进一步包括：

耦合至所述检测器电路并且适于比较所述第一和第二场的值的接收机电路。

43.根据权利要求42所述的接收机，进一步包括耦合至所述检测器电路并且适于比较所述第一和第二场的值的接收机电路，并且其中所述接收机电路进一步适于基于所述第一和第二场的比较来确定发射所述第一和第二场的发射器相对于所述至少一个检测器的绝对位置的值，其中所述相对位置包括所述绝对位置。

44.根据权利要求40所述的接收机，其中：

所述至少一个检测器进一步适于接收第三能量束的第三场的部分，所述第三场具有第三变化梯度，所述第三变化梯度具有基本上垂直于所述第三束的传播方向的第三方向，所述第三方向相对于所述第一方向和第二方向中的一个大约呈90度；

所述至少一个检测器进一步适于接收第四能量束的第四场的部分，所述第四场具有第四变化梯度，所述第四变化梯度具有基本上垂直于所述第四束的传播方向的第四方向，其中所述第四方向基本上与所述第三方向相反；

所述检测器电路进一步适于确定与由所述至少一个检测器接收的所述第三和第四场的所述部分的照度级的值。

45.根据权利要求36所述的接收机，其中所述至少一个检测器中的每个包括红外检测器、可见光检测器、紫外光检测器和声音检测器中的一种。

46.根据权利要求36所述的接收机，其中所述第一和第二变化梯度中的每个在幅度、频率和极化的一个上改变。

47.根据权利要求36所述的接收机，其中所述至少一个检测器中的每个包括光电二极管。

48.根据权利要求36所述的接收机，其中所述至少一个检测器包括多个检测器，所述多个检测器中的每个检测器适于检测预定的频率范围，并且其中至少一个所述预定的范围不同于所述预定范围中的其他范围。

49.根据权利要求36所述的接收机，其中所述至少一个检测器中的每个检测器适于检测单个频率范围。