CN113366412A - 包括可操作以响应用户的手指移动来控制设备的光电模块的设备 - Google Patents

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马库斯.丹特勒
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Ams Sensors Singapore Pte Ltd
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Abstract

描述了与广泛的消费者和其他电子设备一起使用以便于用户根据应用来控制诸如音量以及歌曲、频道或页面选择之类的特征的技术。一种方法包括将光发射出模块，从模块中的光检测器接收信号，其中信号至少部分地表示由经过光检测器前面的人的手指或其他对象反射的光，基于接收到的信号检测人的手指或其他对象的移动，以及响应于检测到的移动来控制设备的特征。

Description

包括可操作以响应用户的手指移动来控制设备的光电模块的 设备
技术领域
本公开涉及包括光电模块的设备，该光电模块可操作以响应用户的手动移动来控制该设备。
背景技术
诸如移动电话、收音机、平板电脑和电视遥控器的许多消费者电子设备，包括允许用户控制用户体验的各种功能(例如音量控制；频道选择)的机械钮或其他接口。因此，音量控制可以用于例如调节移动电话的声音水平。在某些情况下，音量控制基于机械按钮，用户可以使用这些按钮来增大或减小声音的音量。同样，电视遥控器有时包括可用于音量控制和频道选择的机械按钮。
将机械控制钮集成到电子设备中和集成到设备外壳中可能非常复杂，尤其是在非常小的设备中，会带来额外的质量风险。机械钮通常需要很大的空间，而空间在智能电话等紧凑型设备中是非常宝贵的。此外，外壳中机械按钮所需开口的存在使得防尘和防水具有挑战性。这些问题可以通过例如额外的密封或保护部件来解决，但是这些特征增加了设备的复杂性和成本。此外，这种机械按钮系统的寿命可能受到例如与按钮相关联的弹簧的限制。
发明内容
此处描述的技术可以用于广泛的消费者和其他电子设备，并且可以根据应用促进用户对诸如音量以及歌曲、频道或页面选择等特征的控制。
例如，在一方面，本公开描述了一种包括模块的设备，该模块包括可操作以将光发射出设备的光源和多个光检测器。电子控制单元可操作以接收来自光检测器的信号，并检测经过设备外部的模块前面的对象(例如，用户的手指)的移动。电子控制单元可操作以基于从模块发射、被对象反射回模块并被光检测器感测到的光来检测移动。电子控制单元还可操作以响应于检测到的移动来控制设备的特征。
一些实施方式包括以下一个或多个特征。例如，该设备可以包括可操作以产生声音的扬声器，其中电子控制单元可操作以响应于检测到的对象移动来控制由扬声器产生的声音的音量。在某些情况下，电子控制单元可操作来根据检测到的对象移动的方向来增大或减小声音的音量。此外，在一些实施方式中，每当电子控制单元确定对象经过每个检测器的前面时，电子控制单元可操作以将声音的音量增大或减小指定的量(例如，百分比)。电子控制单元还可以基于来自光检测器的信号来确定对象在光检测器前面经过的速度，并且作为响应，将声音的音量增大或减小指定的量。
在一些实施方式中，该设备包括用于存储歌曲播放列表的存储器，其中电子控制单元可操作以响应于检测到的对象移动来选择播放列表中的下一项或前一项。在某些情况下，电子控制单元可操作以根据检测到的对象移动的方向选择播放列表中的下一项或播放列表中的前一项。此外，在某些情况下，电子控制单元可操作以基于来自光检测器的信号来确定对象在光检测器前面经过的速度，并且作为响应，增大或减小滚动播放列表的速度。
在一些实施方式中，该设备包括数字图书阅读器和存储电子书的存储器，其中电子控制单元可操作以响应于检测到的对象移动来显示电子书中的下一页或上一页。在一些情况下，电子控制单元可操作以根据检测到的对象移动的方向显示电子书中的下一页或电子书中的上一页。此外，在一些情况下，电子控制单元可操作来基于来自光检测器的信号来确定对象在光检测器前面经过的速度，并且响应于此，增大或减小滚动电子书的页面的速度。
在一些实施方式中，该设备包括可操作用于音量控制和频道选择的遥控器。该模块可以包括多个光源和多组光检测器，其中电子控制单元可操作以将来自第一组光检测器的信号用于音量控制，并将来自第二组光检测器的信号用于频道选择。在某些情况下，第一和第二组光检测器相对于彼此正交布置。在某些实施方式中，电子控制单元可操作以至少部分地基于检测到的对象移动的方向来产生指示频道选择的信号。
在另一方面，本公开描述了一种方法，该方法包括将光发射出模块，从模块中的光检测器接收信号，其中信号至少部分地表示由经过光检测器前面的人的手指(或其他对象)反射的光，基于接收到的信号检测人的手指(或其他对象)的移动，以及响应于检测到的移动控制设备的特征。
一些实施方式包括以下一个或多个特征。例如，该方法可以包括响应于检测到的用户手指的移动来控制设备产生的声音的音量。在一些情况下，该方法包括根据检测到的用户手指的移动的方向来控制音量是增大还是减小。此外，在某些情况下，该方法包括基于来自光检测器的信号来确定用户的手指在光检测器前面经过的速度，并且作为响应，将声音的音量增大或减小指定的量。
在一些情况下，本公开的主题可以帮助避免与机械按钮相关联的问题。此外，通过消除机械按钮，可以降低设备的设计复杂性和成本，并且可以延长控制接口的寿命。在某些情况下，制造过程也会变得更简单，从而进一步降低成本。这里描述的技术可以导致设备具有降低的高度和更小的整体容量，这可以使得该技术特别适合于小型和超小型(可穿戴)设备。
根据以下详细描述、附图和权利要求，其他方面、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1示出了包括光电模块的便携式设备的示例，该光电模块可操作以响应用户的手动移动来控制该设备。
图2示出了光电音量控制模块的示例。
图3示出了光电音量控制模块的另一个示例。
图4A和4B示出了对象移动穿过模块的光检测器前面的空间。
图5示出了对象移动穿过模块的光检测器前面的空间的更多细节。
图6是包括光电控制模块的主机设备的框图。
图7A和7B是来自光检测器的信号的时序图。
图8示出了光电音量控制模块的另一种实现方式。
图9A和9B示出了音量控制模块的俯视图的示例。
图10A和10B示出了可操作以发射不同颜色的光或具有用于不同检测器的颜色滤波器的音量控制模块的示例。
图11示出了入耳式耳机中光电音量控制模块的示例。
图12A示出了可操作用于音量控制和频道选择的遥控设备的示例。
图12B和12C示出了用于集成到图12A的遥控设备中的光电控制模块的各种布置。
具体实施方式
如图1所示，诸如智能电话的便携式设备18包括扬声器，该扬声器可操作以产生能够被用户听到的可听声音。例如，扬声器可以是可操作的，以将电信号转换成可听声音，并且可以包含电磁体。设备18包括光电音量控制模块20，其例如响应于用户的手指19的移动，而不需要用户触摸或以其他方式接触音量控制模块。
如图2所示，音量控制模块20包括光源21(例如发光二极管(LED))和多个光检测器22a、22b(例如光电二极管)。在一些实施方式中，可以使用其他类型的光源(例如，有机LED(OLED)、红外(IR)激光器或垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。同样，在某些情况下也可以使用其他类型的光检测器。根据实施方式，光源21可操作以发射电磁光谱的红外(IR)、可见或紫外(UV)部分的光。在某些情况下，光源21可操作以产生连续发射；在其他情况下，光源21可操作以用脉冲模式发光，这有助于降低总功耗。光检测器22a、22b可操作以检测由光源21发射的波长的光。模块20可以包括玻璃或其他盖25，其对于光源21发射的光的波长是透明的，以防止灰尘、水和湿气进入模块。如图3所示，在某些情况下，模块20设置在主机设备18的盖玻璃25下面。
当模块附近不存在目标以拦截和反射光源21发射的光时，光检测器22a、22b不感测由光源发射的光。图4A和4B示出了当用户在光源21发光的同时将手指稍微滑动到模块上方时模块20的操作。因此，例如，当用户的手指出现在模块的左侧时(图4A)，它反射由光源21发射的光。第一光检测器22a接收反射的光。随着用户的手指进一步移动到模块20的右侧，第一光检测器22a感测到的光信号减少，而第二光检测器22b感测到的光信号增加。
图5示出了随着用户的手指19移动穿过在光检测器22a、22b前面的空间，每个光检测器22a、22b感测到的变化的进一步细节。只要用户的手指19在模块20的检测范围之外(在时间T1)，光源21发射的光就不会被用户的手指反射到光检测器22a、22b中的任何一个。因此，每个光检测器22a、22b产生的信号大约为零。随着用户的手指19移动到检测区域中(在时间T2)，其开始朝向第一检测器22a反射光，并且来自第一检测器22a的信号增加。这种趋势持续直到达到第一检测器22a检测到的信号的最大值(在时间T3)。随着用户的手指19移动到模块的检测区域的中心(在时间T4)，光被朝向两个检测器22a、22b反射，每个检测器产生具有与来自另一个检测器的信号大约相同幅度的相应信号。随着用户手指19继续朝向右移动(在时间T6)，来自检测器的信号改变，使得来自第二检测器22b的信号增加，来自第一检测器22a的信号减少。随着用户的手指19移动到检测范围之外(在时间T7)，来自每个光检测器22a、22b的信号再次大约为零。
手指从右向左(而不是从左向右)的移动随着时间在检测器22a、22b中产生相反的信号。因此，在这种情况下，来自第二检测器22b的信号在来自第一检测器22a的信号之前增加。因此，来自检测器的信号可以用于确定用户的手指是否正在移动穿过光检测器22a、22b前面的空间，如果是，则确定移动的方向。
如图6所示，来自光检测器22a、22b的输出信号被提供给模块本身中或主机设备中的电子控制单元(ECU)40。ECU 40可操作以处理信号并分析它们，以确定用户的手指(或其他对象)是否正在移动穿过光检测器22a、22b前面的空间，如果是，则确定移动的方向。如上所述，响应于检测到用户的手指19(或其他对象)已经移动穿过光检测器22a、22b前面的空间，ECU 40调节主机设备的扬声器42或其他声音发生器的音量水平。例如，如果ECU 40检测到用户手指从左向右移动，它可以将声音水平增大预定量(例如，10％)，而如果ECU 40检测到用户手指从右向左移动，它可以将声音水平减小预定量(例如，10％)。如果用户想要进一步增大或减小音量，她可以一次或多次移动她的手指穿过在光检测器22a、22b前面的空间(例如，从左到右增大音量或从右到左减小音量)。
一般来说，当用户在光检测器22a、22b前面滑动其手指时，用户的手指应最好保持在模块20上方大约相同的高度。在前面的描述中，用户手指的移动被描述为从左向右(增大音量)或从右向左(减小音量)。在一些实施方式中，从左到右的移动可以用于减小音量，从右到左的移动可以用于增大音量。此外，在一些情况下，用户的手指可以被描述为根据例如主机设备18的方位上下移动(而不是左右移动)。
在一些实施方式中，ECU 40可操作以确定用户移动她的手指19穿过模块20前面的空间的速度，并与测量的速度成比例地增大或减小音量。因此，例如，如果ECU检测到较慢的速度，它将以第一量(例如，10％)增大或减小音量，而如果电子控制单元检测到较高的速度，它将以大于第一量的第二量(例如，20％)增大或减小音量。ECU 40可以测量移动速度，例如，通过确定在特定时间帧期间由光检测器22a、22b检测到的峰值信号之间的时间差。峰值之间相对较短的时间(t”)表示用户手指相对较快地移动穿过在模块20前面的空间，而峰值之间较长的时间(t’)表示用户手指的较慢移动(图7A和7B)。使用前述技术，模块20和ECU40不仅可以用于控制设备18的音量是增大还是减小，还可以用于控制音量增大或减小的速度。
为了提高精度和灵敏度，可以在模块中提供额外的光源和/或光检测器。例如，图8示出了具有两个光源(21a，21b)和三个光检测器(22a，22b，22c)的示例模块20A。在这种情况下，从左向右移动穿过在光检测器22a、22b、22c前面空间的手指(或其他对象)将在第一检测器22a中产生信号、然后在第二检测器22b中产生信号以及然后在第三检测器22c中产生信号。以类似于上述的方式，ECU 40可以使用来自检测器22a、22b、22c的信号以确定用户手指的移动方向和速度，并且作为响应，调节音量(快速/缓慢地增大/减小音量)。
图9A和9B示出了光源21和光检测器22a、22b的各种布置。这些组件可以例如沿着图9A所示的一条线布置。在其他情况下，如图9B所示，组件以不对称的几何形状布置。如果光源21和光检测器22a、22b都在同一个ASIC上，后一种布置特别合适。
可以使用各种技术来帮助降低光学噪声(例如，来自环境的背景噪声)。例如，可以选择光源21，使得其发射的光的波长仅在感兴趣的环境中以相对低的水平存在(例如红外光)。在某些情况下，在光源前面设置光学元件以产生非常窄的光束。同样，在某些情况下，相应的光学元件设置在光检测器22a、22b的前面，以帮助从环境中排除光学噪声。
此外，在一些实施方式中，光源21以高脉宽调制模式来操作，以检测光学噪声的变化。然后，光学噪声的测量可以用于手指移动的测量。例如，当光源21关闭(即，不发光)时，则ECU 40可以基于来自检测器22a、22b的输出信号来测量光学噪声。然后可以在用户手指移动穿过光检测器22a、22b前面的空间的情况下，从光源开启(即，发射光脉冲)时进行的测量中减去噪声。
也可以通过为模块提供发射不同相应波长的光的多个光源(21a，22b)和设置在光源之间的颜色传感器81(参见图10A)来实现或进一步优化降低光学噪声的影响。例如，一个光源21a可以可操作以发射近IR光，而另一个光源21b可以可操作以发射UV光。随着用户移动手指穿过模块前面的空间，用户手指反射的光从一个波长转换到另一个波长。在其他情况下，如图10B所示，模块包括多个居中的光检测器22a、22b，其具有对应于由光源21a、21b发射的光的波长的不同的相应颜色滤波器91a、91b。
音量控制可用于各种消费者设备，包括例如智能电话和其他移动电话、个人电脑、平板电脑、笔记本电脑、电视遥控器、收音机、电子手表等可穿戴设备以及入耳式耳机。图11示出了集成到入耳式耳机100中的模块20的示例。用户可以以上述方式在模块20中的光检测器前面移动她的手指102来控制音量。
上述模块也可以用于控制其他便携式电子设备的特征。例如，该模块可以集成在便携式音乐播放设备中。用户可以以上述方式在模块中的光检测器前移动她的手指，以使设备播放存储在音乐播放设备的存储器中的播放列表中的下一首(或前一首)歌曲。ECU 40可以被编程，使得用户手指的更快移动导致播放列表的更快滚动。
类似地，该模块可以集成在包括存储电子书的存储器的数字图书阅读器中。用户可以以上述方式在模块中的光检测器前移动她的手指，以使设备在图书阅读器中显示下一页(或上一页)。这里，ECU 40也可以被编程，使得用户手指的更快移动导致电子书的更快滚动。
前述模块也可用于电视遥控设备中的频道选择。用户可以以上述方式在模块中的光检测器前移动她的手指，以使遥控设备产生一个或多个信号，这些信号使电视显示下一个(或前一个)频道。这里，ECU 40也可以被编程，使得用户手指的更快移动导致频道的更快滚动。
如图12A、12B和12C所示，可以修改前述技术，以便于在同一遥控设备200中进行音量控制和频道选择两者。在这种情况下，光电模块202包括第一和第二光源61a、61b，每个光源具有各自的光滤波器。例如，第一光源61a可以可操作以发射红光或IR光，第二光源61b可以可操作以发射绿光。第一对光检测器62a、62b(沿图12B中的水平轴对齐)可以具有红光或IR光滤波器，第二对光检测器62c、62d(沿图12B中的垂直轴对齐)可以具有绿光滤波器。
如图12C所示，可以使用不同的偏振光和偏振滤波器来代替用于相应光源和相应光检测器的不同波长。因此，例如，模块202A包括可操作以发射具有第一偏振的光的第一光源71a，以及可操作以发射具有第二不同偏振的光的第二光源61b。第一对光检测器72a、72b(沿图12C中的水平轴对齐)可以具有滤波器，使得它们可操作以选择性地检测第一偏振的光，第二对光检测器72c、72d(沿图12C中的垂直轴对齐)可以具有滤波器，使得它们可操作以选择性地检测第二偏振的光。
图12B和12C的布置可以帮助避免水平取向和垂直取向的检测器对之间的混淆(即，用于音量控制的那些和用于频道选择的那些)。在某些情况下，图12B(或12C)的模块也响应于用户在中心区域204中一次或多次敲击她的手指(例如，直接在发射器61a、61b上)。在这种情况下，来自检测器(例如62a、62b或62c、62d)的信号几乎同时增加。基于该信息，ECU 40可以被编程为检测用户的一次或多次手指敲击，并且在某些情况下，还可以检测多次敲击发生的速度。
本说明书中描述的主题和功能操作的各个方面可以在数字电子电路中实现，或者在包括本说明书中公开的结构及其结构等同物的计算机软件、固件或硬件中实现，或者在它们中的一个或多个的组合中实现。本说明书中描述的主题的各方面可以实现为一个或多个计算机程序产品，即，编码在计算机可读介质上的计算机程序指令的一个或多个模块，用于由数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作。计算机可读介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基板、存储设备、实现机器可读传播信号的物质组合，或者它们中的一个或多个的组合。术语“数据处理装置”和“计算机”包括用于处理数据的所有装置、设备和机器，包括例如可编程处理器、计算机或多个处理器或计算机。除了硬件之外，该装置可以包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或它们中的一个或多个的组合的代码。
计算机程序(也称为程序、软件、软件应用、脚本、应用或代码)可以用任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言，并且它可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、组件、子例程或适合在计算环境中使用的其他单元。计算机程序不一定对应于文件系统中的文件。程序可以存储在保存其他程序或数据的文件的一部分中(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)，存储在专用于所讨论的程序的单个文件中，或者存储在多个协同文件中(例如，存储一个或多个模块、子程序或部分代码的文件)。计算机程序可以被部署为在一台计算机上或位于一个站点或分布在多个站点并通过通信网络互连的多台计算机上执行。
本说明书中描述的过程和逻辑流程可以由一个或多个可编程处理器执行，该处理器执行一个或多个计算机程序，以通过对输入数据进行操作并产生输出来执行功能。这些过程和逻辑流程也可以由专用逻辑电路来执行，并且装置也可以被实现为专用逻辑电路，例如，FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。
适于执行计算机程序的处理器包括，例如，通用和专用微处理器，以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或这两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器和一个或多个用于存储指令和数据的存储设备。通常，计算机还将包括或操作地耦合到一个或多个用于存储数据的大容量存储设备(例如磁盘、磁光盘或光盘)，以从其接收数据或向其传输数据，或两者兼有。然而，计算机不需要有这样的设备。此外，计算机可以嵌入到另一个设备中，例如智能电话或其他移动电话、个人数字助理(PDA)、移动音频播放器等。适于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储设备，包括例如：半导体存储器设备，例如EPROM、EEPROM和闪存设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；以及CD ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路来补充或结合在其中。
可以进行各种修改，并且从前面的描述中可以明显看出。此外，在一些情况下，结合不同实施方式描述的特征可以在同一实施方式中组合。因此，其他实施方式也在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种设备，包括:
模块，包括:
光源，能够操作以将光发射出所述设备，以及
多个光检测器，
电子控制单元，能够操作以:
接收来自光检测器的信号，以及
检测经过所述设备外部的模块前面的对象的移动，其中所述电子控制单元能够操作以基于从所述模块发射、被所述对象反射回所述模块并被所述光检测器感测到的光来检测所述移动，
其中所述电子控制单元还能够操作以响应于检测到的移动来控制所述设备的特征。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括能够操作以产生声音的扬声器，其中所述电子控制单元能够操作以响应于检测到的对象移动来控制由所述扬声器产生的声音的音量。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述电子控制单元能够操作以根据检测到的对象移动的方向来增大或减小所述声音的音量。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的设备，其中每当所述电子控制单元确定所述对象经过每个所述检测器的前面时，所述电子控制单元能够操作以将所述声音的音量增大或减小指定的量。
5.根据权利要求4所述的设备，其中每当所述电子控制单元确定所述对象经过所述检测器的前面时，所述电子控制单元能够操作以将所述声音的音量增大或减小指定的百分比量。
6.根据权利要求2或3中任一项所述的设备，其中所述电子控制单元能够操作以基于来自所述光检测器的信号来确定所述对象在所述光检测器前面经过的速度，并且作为响应，将所述声音的音量增大或减小指定的量。
7.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述光源能够在脉冲模式下操作。
8.根据任一前述权利要求所述的设备，还包括用于存储歌曲播放列表的存储器，其中所述电子控制单元能够操作以响应于检测到的对象移动来选择所述播放列表中的下一项或前一项。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述电子控制单元能够操作以根据检测到的对象移动的方向来选择所述播放列表中的下一项或所述播放列表中的前一项。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述电子控制单元能够操作以基于来自所述光检测器的信号来确定所述对象在所述光检测器前面经过的速度，并且作为响应，增大或减小滚动所述播放列表的速度。
11.根据任一前述权利要求所述的设备，还包括数字图书阅读器和存储电子书的存储器，其中所述电子控制单元能够操作以响应于检测到的对象移动来显示所述电子书中的下一页或上一页。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述电子控制单元能够操作以根据检测到的对象移动的方向来显示所述电子书中的下一页或所述电子书中的上一页。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述电子控制单元能够操作以基于来自所述光检测器的信号来确定所述对象在所述光检测器前面经过的速度，并且响应于此，增大或减小滚动所述电子书的页面的速度。
14.根据任一前述权利要求所述的设备，包括能够操作用于音量控制和频道选择的遥控器，其中所述模块包括多个光源和多组光检测器，其中所述电子控制单元能够操作以将来自第一组光检测器的信号用于音量控制，并将来自第二组光检测器的信号用于频道选择。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述第一组光检测器和所述第二组光检测器相对于彼此正交布置。
16.根据权利要求14或15中任一项所述的设备，其中所述电子控制单元能够操作以至少部分地基于检测到的对象移动的方向来产生指示频道选择的信号。
17.一种方法，包括:
将光发射出模块；
从所述模块中的光检测器接收信号，其中所述信号至少部分地表示由经过所述光检测器前面的人的手指反射的光，
基于接收的信号检测人的手指的移动；以及
响应于检测到的移动以控制设备的特征。
18.根据权利要求17所述的方法，包括响应于检测到的用户手指的移动来控制由所述设备产生的声音的音量。
19.根据权利要求18所述的方法，包括根据检测到的用户手指的移动的方向来控制所述音量是增大还是减小。
20.根据权利要求19所述的方法，包括基于来自所述光检测器的信号来确定用户的手指在所述光检测器前面经过的速度，并且作为响应，将所述声音的音量增大或减小指定的量。
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