CN102541303A - 具有运动检测能力的接近传感器 - Google Patents

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钟翰康
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Abstract

本发明提供了具有运动检测能力的接近传感器。该接近传感器可响应于对象的移动来提供导航功能。该接近传感器包括：驱动器，可操作来以特定定时序列生成去往多个光源的电流；光电检测器，被配置为接收光并且生成输出信号；控制器，被配置为当所生成的输出信号模式与来自一组已知输出信号模式的输出信号模式之一相匹配时，报告对象在接近传感器附近的移动。接近传感器可被配置为当对象在接近传感器附近移动时，提供导航操作。

Description

具有运动检测能力的接近传感器
技术领域
本发明涉及具有运动检测能力的接近传感器(proximity sensor)。
背景技术
传统上，接近传感器被用来在无需任何实体接触的情况下检测对象的存在。典型的接近传感器包括用于发出光的光源以及用于检测位于传感器的预定接近度内的对象所反射的光的光电检测器。
接近传感器已被广泛用在许多设备中，例如在水龙头中，接近传感器被用来在诸如人手之类的对象在水龙头的预定距离之内被检测到时，自动放水和关水。接近传感器通常还被用作用于在传感器检测到对象时打开和关闭电子电路的电子开关。在自动化的生产装配线中，接近传感器被用来测量机器组件在该生产线中的位置。而在机器人产业中，接近传感器可被用来监视机器人的位置并且控制机器人的移动。最近，光学接近传感器已被广泛应用在诸如便携手持设备、移动电话和便携计算机之类的便携电子设备中。
一般地，接近传感器包含不可见光源和光电检测器。当对象进入传感器的预定距离内时，对象朝光电检测器反射来自光源的光。在感测到所反射光之后，光电检测器随后发送指示对象的存在的输出信号。通常，诸如放水、开门等的动作响应于该输出信号被执行。因此，传统的接近传感器仅被用来辅助检测位于传感器的预定接近度内的对象。尽管具有在无需任何实体接触的情况下检测对象的能力，然而传统接近传感器未被用作导(navigation)航操作或输入功能的一部分。因此，迄今为止接近传感器在电子设备中的运用仅限于执行接近感测的专用功能。
因此，为了提供输入导航操作，常规上，专用输入设备与接近传感器一起被集成到电子设备中，这增加了成本。具有输入导航系统和接近感测系统必然会增大设备的总体大小，因为需要更多空间来容纳两个单独的系统。因此，希望提供在功能上能够提供接近感测操作以及输入导航控制操作的单个设备或系统。
发明内容
在一个方面中，本发明提供了一种具有移动检测的接近传感器，包括：多个光源，被配置为发射光；驱动器，被配置为以特定定时序列向每个光源提供电流；光电检测器，被配置为接收光并且生成输出信号；以及控制器，被配置为当确定输出信号中存在预定模式时对移动进行报告；其中，预定模式是来自一组已知输出信号模式的、由光电检测器响应于对象在接近传感器附近的特定移动而生成的输出信号模式。
在另一方面，本发明提供了一种用于接近传感器的移动检测方法，包括：以特定定时序列向光源提供驱动电流；接收从位于接近传感器附近的对象反射来的光；响应于所接收的光生成输出信号；判断预定模式是否存在于输出信号中；以及如果预定模式存在，则报告该对象在接近传感器上方的移动。
在又一方面，本发明提供了一种具有导航功能的接近传感器，包括：多个光源，被配置为发射光；驱动器，被配置为以特定定时序列向每个光源提供电流；光电检测器，被配置为接收光并且生成输出信号；控制器，被配置为当确定输出信号中存在预定模式时对移动进行报告；以及导航引擎，被耦合到控制器，并被配置为当对象在接近传感器附近的移动被检测到时，提供导航操作；其中，预定模式是来自一组已知输出信号模式的、由光电检测器响应于对象在接近传感器附近的特定移动而生成的输出信号模式。
附图说明
在说明书和附图中，类似标号可被用来标识类似元件。
图1图示出了具有移动检测的接近传感器的示意框图；
图2A图示出了具有移动检测的接近传感器的示意图；
图2B图示出了具有移动检测的接近传感器的顶部透视图；
图2C图示出了具有移动检测的接近传感器的顶视图；
图3图示出了用于移动检测的方法的框图；
图4图示出了表示对象从LED X1到LED X2的移动的检测的输出信号模式的波形图；以及
图5图示出了具有导航功能的接近传感器的示意框图。
具体实施方式
图1图示出了具有移动检测的接近传感器100的一个实施例的示意框图。下面更详细地描述接近传感器100和用于提供导航操作的对应移动检测功能。虽然对于接近传感器100仅讨论了X-Y输入功能的实施方式，然而诸如滚动或鼠标点击事件之类的其它输入功能也可由接近传感器100提供。虽然结合图1的具有移动检测的接近传感器100示出了某些组件部分，然而其它实施例可以实现用于提供类似检测功能的更少或更多组件部分。
接近传感器100可以包括多个光源(如LED)102、驱动器104、光电检测器106、控制器108和控制逻辑110。在一个实施例中，接近传感器100可被实现为模块化系统，从而LED 102、光电检测器106、控制器108和控制逻辑110可以作为模块被集成在单个封装中。另外，控制器108和控制逻辑110可以形成与光电检测器106相耦合的ASIC芯片的一部分。
接近传感器100可以包括用于发光的多个LED 102和耦合到每个LED102的驱动器104，驱动器104被配置来以预定定时序列生成驱动电流。在一个实施例中，LED 102可被配置为响应于所施加的电流而发光，该电流具有特定的定时或者有某种序列。LED 102可以是能够以所希望波长和强度发光的任何合适的红外(IR)LED源。LED 102的选择可取决于应用而变化；并且还取决于其提供用于产生到光电检测器106的最优光反射的所需强度的能力而变化。在一个实施例中，光源可以是红外LED。
在另一实施例中，接近传感器200可以包括如图2A所示的四个红外LED 204、206、208和210，即，X1、X2、Y1、Y2。图2B和图2C分别图示出了具有移动检测的接近传感器200的顶部透视图和顶视图。如图2B和图2C所示，接近传感器200可以包括布置在光电检测器106和LED204-210两者之上并且覆盖这两者的封盖220。在一个实施例中，接近传感器200可以包括通过任何已知的模制工艺布置在光电检测器106和LED102两者上的、由模制化合物制成的封盖220。封盖220可以包括分别位于LED 204-210之上的多个LED孔221，以及位于光电检测器106上面的光电检测器孔222。由LED 204-210发出的光可以朝着将被检测的对象(未示出)通过LED孔221。当光被靠近该接近传感器200的对象(未示出)反射之后，其随后可以朝着光电检测器106通过光电检测器孔222。虽然图2A中的箭头图示出了在LED之间径直移动时对象的移动方向，然而事实上更倾斜的其它移动方向也能够被检测到，此时从一个LED或另一LED检测到的光将更强或更弱。
驱动器104(图1所示)可被配置为以预定序列向LED 204-210中的每一者提供电流，例如，驱动器104可以首先向X1 204，接着向X2 206，然后向Y1 208，然后向Y2 210提供电流，每个持续一毫秒(ms)的持续时间。因此，在任何给定时刻，LED 204-210中的仅一个被点亮并能够持续1ms。当LED被配置来发出具有已知特性的光时，如果附近存在对象112(图1所示)来将光反射回光电检测器106，则预期光电检测器106因此随后传达出也表现出相同特性的一组输出信号109。例如，每个LED可以具有与之相关联的特定波长，其随后被光电检测器检测到并且然后被输出为表示该特定波长的LED的信号。以特定序列被驱动的多个LED具有等效于用于检测X和Y方向上的移动的四个光电二极管的效果。将根据图4A-4B以波形图的形式更详细地讨论每个输出信号109的特性的细节。
现在参考图1，在另一实施例中，接近传感器100可以包括被配置为接收光并且作为响应生成输出信号109的光电检测器106。一般地，光电检测器106可以将照射到它的光或电磁辐射转换为电流。出于简化，在本说明书中，电磁辐射可被简单地称为光，并且由光电检测器106响应于其接收的光而生成的电流可被称为输出信号109。在操作实施例中，如果存在被放置在接近传感器100附近的对象112，则LED 102所发射的光可朝着光电检测器106被反射，从而使得光电检测器106作为响应生成输出信号109。可以预期输出信号109包含与LED 102发射的光的模式
(pattern)类似的模式。反之，如果没有对象存在以反射LED 102发射的光，则由光电检测器106接收的入射光(如果有的话)可能来自其它源，并且这导致不同或未知输出信号模式的生成，其随后可被系统忽略或消除。
在一个实施例中，控制器108可与光电检测器106相耦合，并被配置为接收来自光电检测器106的输出信号109。控制器108可被配置为当确定光电检测器106所生成的输出信号109中存在特定模式时，则报告对象112的移动。其中，该特定模式是一组已知输出信号模式中的、可由光电检测器106响应于对象112在接近传感器100上方的某些移动而生成的一输出信号模式。控制器108还可以包括控制逻辑(control logic)110，控制逻辑110将光电检测器106所生成的输出信号109处理或转换为输出信号模式111。
在一个实施例中，当对象102沿特定方向在接近传感器100上方移动时，表示该移动的特定输出信号模式111可由控制逻辑110产生。例如，当对象112沿着X轴在接近传感器100上方移动时，控制逻辑110可以处理由光电检测器106生成的输出信号109并且产生与水平移动相对应的唯一输出信号模式111。因此，可以与对象在接近传感器110上方的各种移动相关联地创建一组输出信号模式111，从而每种移动可由特定输出信号模式111来表示。
在一个实施例中，该组输出信号模式111可以包括表示对象112沿着X轴在接近传感器100上方的水平移动的水平移动输出信号模式，而另一垂直移动输出信号模式可以表示对象112沿着Y轴的垂直移动。因此，在控制逻辑110所生成的输出信号模式111与该组已知输出信号模式中的一个输出信号模式相匹配的情形中，相关联的对象移动类型可以立即被标识出。
图3图示出了用于移动检测的方法的一个实施例的框图。在块302，驱动器104以特定定时序列向LED 102驱动电流并且使得LED 102以不同特性发光。在块304，光电检测器106接收从对象112反射来的光(如果存在的话)，并且响应于所接收的光生成输出信号109。在块306，控制器108(具体地，由控制逻辑110)处理由光电检测器106生成的输出信号109，并且生成输出信号模式111。在块308，控制器108判断输出信号111中是否存在特定模式。其中，该特定模式是一组已知输出信号模式中的、由光电检测器106响应于对象112在接近传感器100上方的某些移动而生成的输出信号模式。在块310，控制器108在确定控制逻辑110所生成的输出信号模式111中存在特定模式时，则报告对象112的移动。因此，当对象112在特定方向上在接近传感器100上方移动时，LED 102生成的光可朝着光电检测器106被反射。因此，可预期所生成的输出信号模式111具有与表示对象112的特定移动的输出信号模式类似的模式。
图4图示出表示对象从LED X1到LED X2的移动的检测的输出信号模式的波形图。先前在图2和图1中描述的具有四个红外LED的接近传感器的示例将结合用于说明这些波形图的图4来使用。在一个实施例中，驱动器104可被配置为按照一序列向每个LED提供电流用于发光。例如，驱动器104可被配置为首先向LED X1 204，接着向LED X2 206，然后向LEDY1 208，然后向Y2提供电流。图4a示出了表示当对象在水平方向上在接近传感器100上方从LED X1 204向LED X2 206移动时由光电检测器106生成的输出信号109的波形图。当对象从LED X1 204向LED X2 206移动时，LED发射的光可被对象反射并且照射光电检测器106，使得光电检测器106生成如图4A中的波形图4a和4b所示的输出信号109。控制逻辑110随后可以处理先前由光电检测器106生成的这些输出信号109(参见波形图4a和4b)，以产生如图4B中的波形图4c和4d所示的输出信号。控制逻辑110然后可以将这些输出信号相组合并且最终生成表示对象在接近传感器100上方的水平移动的输出信号模式111，如图4B中的波形图4e所示。
如先前讨论的，在由控制逻辑110生成的输出信号模式111与来自一组已知输出信号模式的输出信号模式之一相匹配的情形中，接近传感器100可立即标识出特定类型的对象移动。反之，如果没有对象存在以反射LED X1 204和LED X2 206发射的光，则光电检测器106接收到的入射光(如果存在的话)会是来自其它源的，例如周围环境光。因此，随后由控制逻辑110产生的输出信号模式将具有不同形式，并且随后可被忽略或消除。
在另一实施例中，控制器109生成的输出信号模式111也可以表示对象在其它方向上的移动。例如，参考图2，输出信号模式可以表示另外方向的对象移动，例如：(a)对象在从LED X2 206朝向LED X1 204的反方向上的水平移动；(b)对象在从LED Y1 208朝向LED Y2 210的方向上的垂直移动；以及(c)对象在从LED Y2 210朝向LED Y1 208的方向上的垂直移动。
图5图示出具有导航功能的接近传感器500的一个实施例的示意框图。在此实施例中，接近传感器500可与导航引擎502相耦合，导航引擎502被配置为在检测对象110在接近传感器500上方的移动时提供导航操作。已参考图1至图3讨论了具有移动检测的接近传感器。在一个实施例中，具有移动检测的接近传感器500与导航引擎502相耦合来模仿诸如光标控制或鼠标点击事件之类的导航功能。导航引擎502可被配置为在接近传感器500报告了移动时提供导航操作。例如，当用户在接近传感器500上方做出水平手势时，手的移动可被接近传感器500检测到并且随后被导航引擎502用来模仿诸如光标移动或鼠标点击事件之类的导航功能。
在另一实施例中，具有移动检测的接近传感器500可被用作被配置为在无需实体接触的情况下提供导航功能的无触摸输入设备。接触传感器500可以是被耦合到手持便携电子设备的输入设备的一部分，来提供无触摸输入功能，从而接近传感器500被配置为识别用户做出的手势并且利用检测到的移动来模仿导航功能，例如光标移动、四路摇杆或鼠标点击事件。在另一实施例中，接近传感器500可被用作辅助输入设备来补充基于电容的触敏输入设备。众所周知，基于电容的触敏输入设备，例如i-PodTouch，需要手指直接接触触摸屏以用于操作；因此，如果用户戴着手套，则无法操作。因此，如果将辅助的无触摸输入设备与之结合，就可以克服这样的限制。在另一实施例中，接近传感器500可被结合到电子书阅读器(例如“i-Pad”或“NOOK”)中，以便在阅读时通过在设备上方做出适当手势来提供用于翻页的无触摸输入功能。
应理解，接近传感器500与导航引擎502的集成可被扩展为超越作为输入设备的应用。在一个实施例中，接近传感器500可被用作用于操作多个设备或执行多个功能的接通/关断开关。例如，接通/关断开关可被配置为当检测到对象的水平移动时打开灯A，并且在检测到对象的垂直移动时打开灯B。另外，接近传感器500可被配置为用作调光器，从而当用户的手在接近传感器500上慢慢挥动时，灯的亮度可被调节。
虽然已描述并图示出了本发明的具体实施例，然而本发明不限于如此描述并图示出的各部分的具体形式或布置。本发明的范围将由所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (20)

1.一种具有移动检测能力的接近传感器，包括：
多个光源，被配置为发射光；
驱动器，被配置为以特定定时序列向每个光源提供电流；
光电检测器，被配置为接收光并且生成输出信号；以及
控制器，被配置为当确定所述输出信号中存在预定模式时对移动进行报告；
其中，所述预定模式是来自一组已知输出信号模式的、由所述光电检测器响应于对象在所述接近传感器附近的特定移动而生成的输出信号模式。
2.如权利要求1所述的接近传感器，还包括控制逻辑，该控制逻辑被耦合到所述控制器并被配置为处理来自所述光电检测器的输出信号并且生成所述输出信号模式。
3.如权利要求1所述的接近传感器，其中，所述控制器被配置为：如果由所述控制逻辑生成的输出信号模式与来自一组已知输出信号模式的输出信号模式之一相匹配，则报告该对象在所述接近传感器上方的移动。
4.如权利要求3所述的接近传感器，其中，所述已知输出信号模式包括水平运动输出信号模式，该模式与对象在所述接近传感器上沿着X轴的移动相对应。
5.如权利要求3所述的接近传感器，其中，所述已知输出信号模式包括垂直运动输出信号模式，该模式与对象在所述接近传感器上沿着Y轴的移动相对应。
6.如权利要求1所述的接近传感器，其中，所述接近传感器还被配置为提供导航操作。
7.如权利要求6所述的接近传感器，其中，所述接近传感器与导航引擎相耦合，该导航引擎被配置为当检测到对象在所述接近传感器附近的移动时提供导航操作。
8.如权利要求1所述的接近传感器，其中，所述接近传感器是被配置为在无需实体接触的情况下提供导航功能的无触摸输入设备。
9.如权利要求8所述的接近传感器，其中，所述接近传感器是耦合到电子设备的输入设备的一部分。
10.如权利要求8所述的接近传感器，其中，所述接近传感器是耦合到手持便携电子设备的输入设备的一部分。
11.如权利要求1所述的接近传感器，其中，所述控制器和所述控制逻辑形成与所述光电检测器相耦合的ASIC芯片的一部分。
12.一种用于接近传感器的移动检测方法，包括：
以特定定时序列向光源提供驱动电流；
接收从位于所述接近传感器附近的对象反射的光；
响应于所接收的光生成输出信号；
判断所述输出信号中是否存在预定模式；以及
如果预定模式存在，则报告该对象在所述接近传感器上方的移动。
13.如权利要求12所述的方法，还包括：利用控制逻辑来处理由光电检测器生成的所述输出信号并生成输出信号模式。
14.如权利要求12所述的方法，还包括：如果由所述控制逻辑生成的所述输出信号模式与来自一组已知输出信号模式的输出信号模式相匹配，则报告该对象在所述接近传感器附近的移动。
15.如权利要求14所述的方法，其中，该组已知输出信号模式包括水平运动输出信号模式和垂直运动输出信号模式，这两种模式分别与对象在所述接近传感器附近沿着X轴或Y轴的移动相关联。
16.如权利要求12所述的方法，还包括：当检测到对象在所述接近传感器附近不发生任何实体接触的移动时，提供导航操作。
17.如权利要求16所述的方法，还包括：将对象在所述接近传感器附近进行的移动转换为导航操作。
18.一种具有导航功能的接近传感器，包括：
多个光源，被配置为发射光；
驱动器，被配置为以特定定时序列向每个光源提供电流；
光电检测器，被配置为接收光并且生成输出信号；
控制器，被配置为当确定所述输出信号中存在预定模式时对移动进行报告；以及
导航引擎，被耦合到所述控制器，并被配置为当对象在所述接近传感器附近的移动被检测到时提供导航操作；
其中，所述预定模式是来自一组已知输出信号模式的、由所述光电检测器响应于对象在所述接近传感器附近的特定移动而生成的输出信号模式。
19.如权利要求18所述的接近传感器，还包括控制逻辑，该控制逻辑被耦合到所述控制器并被配置为处理来自所述光电检测器的输出信号并且生成所述输出信号模式。
20.如权利要求18所述的接近传感器，其中，所述控制器被配置为：如果由所述控制逻辑生成的所述输出信号模式与来自一组已知输出信号模式的输出信号模式之一相匹配，则报告该对象在所述接近传感器附近的移动。
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