CN106468780A - 可携带装置与相关的震动侦测方法 - Google Patents

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Abstract

一种可携带装置，用来执行震动侦测方法。该可携带装置包含震动侦测模组以及计算单元。该震动侦测模组用来侦测震动信号。该计算单元电性连接该震动侦测模组，并用来分析该震动信号，来获得相关震动参数，从而可以据此激活可携带装置的应用程序。

Description

可携带装置与相关的震动侦测方法
优先权声明
本申请主张在2015年8月20日提出申请的美国临时专利申请第62/207,469号的权利，且上述美国专利申请以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明与具有相关的震动侦测方法的可携带装置有关，更具体来说，与可携带装置以及相关的震动侦测方法相关。
背景技术
传统的可携带电子装置利用触摸屏来显示图像并且接收一个输入命令。当可携带电子装置被控制来改变它的视角时，在触摸屏上显示的图像依据由可携带电子装置的陀螺仪侦测到的坐标变化来自动旋转；当可携带电子装置处于静止的条件下时，应用程序可依据可携带电子装置的加速侦测器来据此启动。因此，陀螺仪与加速侦测器是用来侦测可携带电子装置的一个简单运动，用户不能利用重力传感器以及加速侦测器来如触摸屏般地输入复杂控制命令，并且可携带电子装置的麦克风的功能也仅仅限制在语音通信。
发明内容
本发明提供一种可携带装置以及相关的震动侦测方法来解决上述技术缺陷。
本发明的一个实施例提供一种可携带装置，该可携带装置包含震动侦测模组与计算单元。该震动侦测模组可以是，但不限于，麦克风、加速器以及或者陀螺仪。震动侦测模组用于侦测震动信号。计算模组电性连接至该震动侦测模组，用于分析该震动信号，来获得相关震动参数，从而据此激活该可携带装置的应用程序。
依据本发明的另一实施例，提供一种震动侦测方法，应用至一个可携带装置，该可携带装置包含震动侦测模组与计算单元，能够侦测该可携带装置周围的至少一个震动源，该震动侦测方法包含：由该震动侦测模组侦测震动信号；由该计算单元来分析该震动信号来获得相关震动参数；以及依据该相关震动参数激活该可携带装置的应用程序。
本发明在可携带装置内部的震动侦测模组之间切换，并且可以提供多输入侦测功能。用户将可携带装置(例如移动电话或者平板电脑)放置于一个传统的桌子上，利用一个随处可获得的传统的手写笔或者手指来摩擦、涂抹、或者敲击传统的桌子来行成一个震动信号以及相关的震动参数，震动参数可理解为指示输入手势的轨迹以及/或者节奏与外部物体的材质(其代表决定传统手写笔或者手指的触摸)。在本发明中，可携带装置的侦测区域可通过一个大的边界来扩大，当可携带装置放置于桌面的任意一个位置时，整个桌面可视作侦测区域，并且所述的侦测区域支持单用户操作以及多用户操作。
在本领域的技术人员阅读过本发明的实施例以及图示之后，可了解本发明的其他目的与解决的问题。
附图说明
图1是依据本发明的实施例的可携带装置的功能方框示意图。
图2是依据本发明的实施例的可携带装置的示意图。
图3是依据本发明的第一实施例的可携带装置的应用示意图。
图4是依据本发明的第二实施例的可携带装置的应用示意图。
图5是依据本发明的第三实施例的可携带装置的应用示意图。
图6是依据本发明的第四实施例的可携带装置的应用示意图。
图7是依据本发明的第五实施例的可携带装置的应用示意图。
图8是依据本发明的实施例的可携带装置的震动侦测方法的流程图。
具体实施方式
请参考图1、图2与图8。图1是依据本发明的实施例的可携带装置10的功能方框图。图2是依据本发明的可携带装置10的示意图。图8是依据本发明的应用至可携带装置10的震动侦测方法的流程图。可携带装置10包含布置在电路板(图中未显示)上的震动侦测模组(vibration detecting module)12以及计算单元14，并且两者相互耦接(电性连接)。震动侦测模组12可以是，而并非限制于，麦克风、加速器(accelerometer)以及/或者陀螺仪。计算单元14可以是可携带装置10的一个内置单元，或者是可携带装置10之外分离的一个外部单元。可携带装置10使用震动侦测模组12来侦测通过空气或者与可携带装置10接触的支撑物传播的环境震动，计算单元14剖析(dissect)上述环境震动来获得其含义，从而上述周围震动源可用来输出复杂的命令，并且可携带装置10的支撑物可定义为一个额外的触摸输入接口。
图8所示的震动侦测方法首先切换可携带装置10的侦测功能(步骤800)。震动侦测模组12利用多于一个的声音传感单元来计算周围(环境)振动源与可携带装置10之间的距离，震动侦测模组12可进一步可选地利用一些加速器(例如加速侦测单元以及/或者陀螺仪)来侦测由周围震动源与可携带装置10的相对位置，从而步骤800中切换的侦测功能由震动侦测模组12提供，并且计算单元14读取并且分析来自震动侦测模组12的消息。当外部物体震动远离可携带装置10时，外部物体的震动经由一个媒介(其可由固体物质、气体物质或者液体物质组成)传递至可携带装置10，并接着被震动侦测模组12侦测到(步骤802)，并且计算单元14分析由震动侦测模组12接收到的震动信号，来获得一个相关的震动参数(步骤804)。使用震动信号的信息，例如幅度、波形、波长以及频率，来代表相关震动参数以及周围震动源的特点，从而相关震动参数可用来决定外部物体的行为，并且可携带装置10的应用程序被上述行为激活(步骤806)。
震动侦测模组12具有内部元件，该内部元件从加速侦测单元16、陀螺仪18以及至少一个声音传感单元中选择。使用加速侦测单元16以及陀螺仪18来侦测由震动信号导致的加速信息与方向信息。当震动通过可携带装置10位于的一个工作表面传播时，可携带装置10震动，从而加速侦测单元16可侦测到可携带装置10的加速变化，并且陀螺仪18可通过保存角动量来侦测到周围震动源的位置。在一个实施例中，由于震动侦测模组12具有单独的声音传感单元，所述声音传感单元可用来侦测震动的频率以及波形。在另一个实施例中，由于震动侦测模组12具有至少两个声音传感单元，例如声音传感单元20A与20B，可利用上述声音传感单元来侦测周围震动源与可携带装置10之间的距离。
声音传感单元20A与20B分别固定在可携带装置10的空腔(housing)上的固定位置，举例来说，声音传感单元20A可位于可携带装置10的前表面，并且声音传感单元20B可位于可携带装置10的后表面，或者声音传感单元20A可位于可携带装置10的上部区域并且声音传感单元20B可位于可携带装置10的下部区域。声音传感单元20A与20B可用来分别接收一个根据该震动信号的声音信号，其原因为该震动信号是通过空气以及/或者可携带装置10位于的工作平面(例如桌面)来从外部物体传播至可携带装置10；这代表着声音传感单元20A与20B作为声波震动的侦测。声音传感单元可被震动传感器代替。
如图1与图2所示，可携带装置10具有外壳(casing)11，并且震动侦测模组12固定在外壳11之内或者与外壳11相邻。因此，当可携带装置10放置于工作平面时，外壳11直接与工作平面接触，通过工作平面传播的震动能够影响外壳11，并且接着在外壳11周围的震动能够被震动侦测模组12感测到。
请参考图3。图3是依据本发明的第一实施例的可携带装置10的应用示意图。在第一实施例中，可携带装置10放置于工作平面22上，并且激活该侦测功能。当外部物体24与远离可携带装置10的工作平面22的一个区域接触时，通过撞击接触工作平面22的外部物体24，产生震动信号，声音传感单元中的一个(例如声音传感单元20A)感测到通过空气传播的声音信号，并且另一个声音传感单元(例如声音传感单元20B)感测到通过工作平面22传播的声音信号，因此计算单元14能够计算出首次侦测到的由声音传感单元20A与20B分别感测到的分别通过空气与工作平面22传播的声音信号的时间差。
在第一个实施例中，至少一个声音传感单元20A与20B是震动侦测模组12的一个不可缺少的元件，加速侦测单元16与陀螺仪18是可选择的。任何能够决定加速的元件属于震动侦测模组12的范围，其细节在此不再赘述。
可携带装置10进一步包含存储单元26，电性连接至计算单元14。存储单元26是用来存储上述的应用程序以及工作平面22的材质信息，因此可以通过搜素存储在存储单元26中的查找表的方式得知通过工作平面22传播的声音信号的传播速度Vt，并且通过空气传播的声音信号的传播速度Va也是一个已知的参数。接着，在外部物体24与可携带装置10之间的距离可假设为符号D，声音传感单元20A的接收时长定义为符号Ta(其等于距离值D除以传播速度Va)，声音传感单元20B的接收时长定义为符号Tt(其等于距离值D除以传播速度Vt)，从接收时长Tt减去接收时长来获得时间差dt，并最终计算单元14能够分析上述的接收数据来依据如下的等式1计算距离D。
存储单元26能够选择性地存储一个校正算法，该校正算法应用至通过工作平面22传播的声音信号的传播速度Vt的校正。举例来说，工作平面的材料特征可能由于很多因素(例如温度以及/或者湿度变化)而改变，这将影响传播速度Vt的实际值，或者工作平面的材料特征可能由于放置于工作平面22的一个物体(例如一个写入工具)而改变，这将导致传播速度Vt的改变，从而校正程序能够分析一个在一个预定时间产生的点击(hit)或者在工作平面22的预定区域的一个点击来校正传播速度Vt。优选地，上述点击是由用户通过一个已经知道材料信息的工具而操作的。此外，上述接收周期是在声音信号产生的第一时间开始，持续到声音传感单元20感测到声音信号的第二时间。
此外，可通过接收到的数据的时间差来决定外部物体24与可携带装置10的相对位置。声音传感单元20A与20B分别侦测通过空气与工作平面22传播的声音信号，从而当外部物体24接近可携带装置10的上部区域(upper region)时，声音传感单元20A接收震动的较大的幅度，或者当外部物体24接近可携带装置10的下部区域(lower region)，声音传感单元20B接收到震动的较大幅度。接着，计算单元14分析外部物体24与声音传感单元20A与20B之间的位置关系，来决定外部物体24与可携带装置10之间的相对位置关系。此外，分别通过空气与工作平面22传播的声音信号被声音传感单元20A与20B分别接收到的接收时间之间的时间差可用来计算上述相对位置。
工作平面22是与可携带装置10接触的一个平面，并且在尺寸上大于可携带装置10的触摸屏。举例来说，如果可携带装置10放置于桌面上，桌面可视为工作平面22。在其他的实施例中，工作平面22可以是与可携带装置10接触的任何类型的平面，而并非局限于本申请的实施例。在本发明的另一个实施例中，外部物体24可以是用户的一个手指，并且可携带装置10可利用震动侦测模组12来侦测手指在工作平面22上的移动，其中工作平面22是可携带装置10放置的平面。可携带装置10通过侦测获得震动参数(例如相对位置与手指的位置)，相关的震动参数可转换为在工作平面上滑动的手指的轨迹，并且该轨迹可解释为一个符号、一个数值、一个特征以及/或者一个由用户绘制的图画。换言之，可携带装置10能够切换至手写模式并且利用震动侦测模组12来达到写入输入的功能，并且应用程序可据此激活。
一个预先设定的节奏可存储在可携带装置10的存储单元26中。当用户敲击或者击打工作平面22时，计算单元14分析通过外部物体24击打工作平面22而产生的侦测到的节奏。在其他的实施例中，接收到的节奏是一个密码，与该预先设定的节奏比较，并且当侦测到的节奏与预先设定的节奏之间的差异小于一个预先设定的容忍值时，侦测到的节奏可得到认证。可携带装置10的触摸屏可依据比较结果锁定或者解锁，或者可携带装置10的特定应用程序可依据硬件识别以及/或者软件识别的比较结果被激活。举例来说，上述预先设定的节奏可通过在一个预定的时间内点击或者敲击工作平面22或者一个预定的节拍而产生，或者通过以一个预定的节拍在一串预定的位置点击或者敲击工作平面22而产生。对于硬件识别，计算单元14利用一个以侦测到的敲击工作平面22的节奏为形式的密码来识别用户的身份，从而来锁定/解锁可携带装置10来执行可携带装置10的一个特定的识别。对于软件识别来说，用户的身份被当做可携带装置10的背景模式；当用户连续摩擦或者敲击工作平面22并且输入节奏至可携带装置10时，计算单元14同时分析侦测到的节奏的摩擦/敲击方式以及节拍，并且用户的身份能够据此在一段时间内(例如一分钟内)识别。
请参考图1与图4。图4是依据本发明的第二实施例的可携带装置10的应用示意图。震动侦测模组12可侦测到由多个不同的物体24A、24B、24C与24D导致的多个震动信号，并且计算单元14分析多个震动信号的相对位置来决定整个物体24A、24B、24C与24D的质量；举例来说，携带震动信号的载波可帮助来识别有多少外部物体应用至工作平面22。更进一步，震动侦测模组12可侦测到由外部物体24A(或者单独输入识别时的外部物体24B)导致的震动信号，或者侦测到由外部物体24C(或者多输入识别时的外部物体24D)的一些点(spots)导致的震动信号，并且计算单元14分析多个震动信号的节奏以及前述的外部物体的轨迹来激活并且驱动相关的应用程序。
在另一个可能的应用中，可携带装置10可通过一个内置的投射器来投射一个键盘模式在工作平面22上，或者该键盘模式是预先设定在可携带装置10旁的工作平面22上。请参考图1与图5。图5是依据本发明的第三实施例的可携带装置10的应用示意图。键盘模式28包含多个虚拟按键，例如与物理键盘相似的按键切换；然而虚拟按键可设计为独特的按键，这依据设计需求而定。由于可携带装置10具有决定相对位置以及外部物体24的相对位置的能力，计算单元14能够用来进一步找到哪个虚拟按键被外部物体24所激活，从而键盘模式28可以是一个与可携带装置10的触摸屏匹配的额外的输入接口。举例来说，通过敲击，虚拟按键被触发以激活或者非激活一个特定的功能。在第三实施例中，震动侦测模组12包含加速侦测单元16以及声音传感单元20A与20B，可选地包含陀螺仪18。换言之，该工作平面上具有多个与该可携带装置相邻的区块，每一个区块对应多个虚拟按键中的至少一个，并且该计算单元依据该物体与该可携带装置之间的距离来决定哪一个按键被触发。
在另一个可能的应用中，当可携带装置10放置在工作平面22上，而并没有外部物体24的作用时，震动侦测模组12可用来侦测由周围环境震动(例如地震或者其他未识别的行为)而产生的震动信号，计算单元14能够输出地震警报或者防盗警报来提醒。地震的震动以及周围家具的移动而导致的震动可使得可携带装置10直接激活震动侦测模组12，并且可携带装置10分析并且转换该震动参数为地震警报以及/或者防盗自动警铃。
在另一个可能的应用中，外部物体24的材质信息可提供存储在存储单元26中。外部物体24可以是手写笔、钥匙、指腹、指背、或者指甲。震动侦测模组12侦测外部物体24与工作平面22接触产生的震动信号，计算单元14依据震动信号的波形、波长以及频率将相关的震动参数分类，并据此识别外部物体24的材质以及/或者外部物体24相对可携带装置10的相对位置。
请参考图1与图6。图6是依据本发明的第四实施例的可携带装置10的应用示意图。在将可携带装置10放置于工作平面22的时刻，由于可携带装置10撞击工作平面22，震动信号产生，并且该震动沿着工作平面向外传播，通过震动信号在工作平面22的边缘反射，一个弹回信号产生，并且接着震动侦测模组12能够侦测到弹回信号，以及计算单元14分析弹回信号来决定工作平面22的尺寸。换言之，在第四实施例中，震动侦测模组12能够利用陀螺仪18或者声音传感单元20A与20B来侦测以及获得工作平面22的尺寸。
请参考图1与图7。图7是依据本发明的第五实施例的可携带装置10的应用示意图。可携带装置10包含电性连接至计算单元14的一个无线传输单元30，来与至少一个外部电子装置32通信。无线传输单元30是蓝牙通信单元、WiFi通信单元或者任何使用其他无线通信标准的其他类型的通信单元。外部电子装置32是一个智能手表，戴在用户的手腕(其定义为外部物体24)上，外部电子装置32输出一个控制命令(例如线上需求)来进行身份识别，无线传输单元30接收控制命令并且计算单元14从整个的物体中识别特别指出的外部物体24。换言之，计算单元14利用该控制命令来识别该外部电子装置32放置于哪个外部物体上，即识别是那个外部物体24发出的指令。此外，外部电子装置32可以设计为具有包含加速侦测单元、陀螺仪以及/或者声音传感单元的震动侦测模组的可携带装置。
依据如上所述的实施例，本发明可切换在可携带装置中的震动侦测模组来提供侦测功能。用户将可携带装置(例如智能手机或者平板电脑)放置在一个传统的桌子上，接着，使用一个传统的手写笔、手指或者其他的随处可以获得的物体来摩擦、敲击或者涂刷该传统的桌子来行成震动信号以及相关的震动参数，震动参数被解释成指示轨迹以及/或者输入手势的轨迹以及外部物体的材质(其含义是决定传统的手写笔或者手指的接触组织)。在本发明中，可携带装置的侦测区域能够通过一个大的边界来扩大，当可携带装置放置在桌面的任意一个位置时，整体的桌面可视作侦测区域，并且上述侦测区域支持单用户操作以及多用户操作。
本发明通过上述实施例进行举例说明，本发明并非局限于上述举例说明。本发明应理解为涵盖本领域技术人员可了解的多种变型的实施方式与相似的安排。因此，本发明的权利要求书应该理解为涵盖本领域技术人员可了解的多种变型的实施方式与相似的安排的较广范围。

Claims (20)

1.一种可携带装置，该可携带装置包含：
震动侦测模组，用于侦测震动信号；
计算单元，用于分析该震动信号，来获得相关震动参数，从而据此激活该可携带装置的应用程序。
2.根据权利要求1所述的可携带装置，其特征在于，该震动侦测模组包含至少两个固定在特定位置的声音传感单元，用于分别感测由该震动信号导致的声音信号。
3.根据权利要求2所述的可携带装置，其特征在于，该声音传感单元侦测声波震动。
4.根据权利要求2所述的可携带装置，其特征在于，其中一个声音传感单元接收通过空气传播的声音信号，另一个声音传感单元接收通过该可携带装置放置的工作平面传播的声音信号。
5.根据权利要求4所述的可携带装置，其特征在于，其中该震动信号是通过一个物体与该工作平面接触而产生的，并且该计算单元分析从该至少两个声音传感单元接收到的数据，来通过所接收的数据的时间差来计算该物体与该可携带装置之间的距离。
6.根据权利要求5所述的可携带装置，其特征在于，该距离是使用通过空气传播的声音信号的传播速度、通过工作平面传播的声音信号的传播速度、以及所接收到的数据的时间差来计算的。
7.根据权利要求5所述的可携带装置，其特征在于，该工作平面上具有多个与该可携带装置相邻的区块，每一个区块对应多个虚拟按键中的至少一个，并且该计算单元依据该物体与该可携带装置之间的距离来决定哪一个按键被触发。
8.根据权利要求5所述的可携带装置，其特征在于，该相关的震动参数依据该物体与该可携带装置之间的该距离的计算来转换为该物体在该工作平面上滑动的轨迹，并且该计算单元识别该轨迹来决定是否或者如何来激活该应用程序。
9.根据权利要求2所述的可携带装置，其特征在于，该计算单元通过所接收到的数据的时间差来决定该物体相对于该可携带装的位置。
10.根据权利要求1所述的可携带装置，其特征在于，该震动侦测模组包含加速侦测单元来侦测由该震动信号导致的加速信息。
11.根据权利要求1所述的可携带装置，其特征在于，该震动侦测模组包含陀螺仪，用于侦测由该震动信号导致的方向信息。
12.根据权利要求1所述的可携带装置，其特征在于，该震动信号是通过经由该可携带装置位于的该工作平面传播的周围震动而产生的，并且该相关震动参数以地震警报或者防盗警报表示。
13.根据权利要求1所述的可携带装置，其特征在于，该震动信号是通过一个物体与该可携带装置位于的工作平面接触而产生的，并且该相关震动参数是以该物体的材质以及/或者该物体与该可携带装置之间的相对位置来表示。
14.根据权利要求13所述的可携带装置，其特征在于，该震动侦测模组侦测由该震动信号从该工作平面的边缘反射导致的回弹信号，并且该计算单元分析该回弹信号来决定该工作平面的尺寸。
15.根据权利要求1所述的可携带装置，其特征在于，进一步包含：
存储单元，电性连接至该计算单元，并且用于存储该应用程序以及该物体的材质信息以及该可携带装置位于的工作平面的材质信息。
16.根据权利要求1所述的可携带装置，其特征在于，进一步包含：
无线传输单元，电性连接至该计算单元，并且用于接收外部电子装置的控制命令，该计算单元利用该控制命令来识别该外部电子装置放置于其上的一个物体。
17.根据权利要求1所述的可携带装置，其特征在于，该震动侦测模组是用来侦测由一个物体导致的多个侦测信号，并且该计算单元分析该多个震动信号的节奏来识别。
18.根据权利要求1所述的可携带装置，其特征在于，该震动侦测模组是用来侦测由多个不同的物体导致的多个震动，并且该计算单元分析该多个震动信号的相对位置来决定该多个不同的物体。
19.根据权利要求1所述的可携带装置，其特征在于，进一步包含：
外壳，其中该震动信号在该外壳周围感测。
20.一种震动侦测方法，应用至一个可携带装置，该可携带装置包含震动侦测模组与计算单元，能够侦测该可携带装置周围的至少一个震动源，该震动侦测方法包含：
由该震动侦测模组侦测震动信号；
由该计算单元来分析该震动信号来获得相关震动参数；以及
依据该相关震动参数激活该可携带装置的应用程序。
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