CN113692615B - 不带有用于音频的物理屏幕开口的移动通信设备 - Google Patents
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Abstract
一种在屏幕上没有用于音频的物理开口的移动通信设备可操作以传输信号，通过与用户的耳朵中的水蒸气相互作用，可以对该信号采用光声效应，以便在耳朵或用户耳朵的紧邻附近中生成音频。还描述了相关的方法、装置、系统、技术和物品。
Description
技术领域
这里描述的主题涉及在屏幕中没有用于音频的物理开口的移动通信设备。更具体地，移动通信设备被设计成配置和传输信号，通过与用户耳朵中的湿度相互作用，可以对该信号采用光声效应，以便在用户的耳朵(或耳朵的紧邻附近)中生成音频。
背景技术
许多传统移动通信设备(如移动电话)的屏幕都有一个物理的屏幕开口，音频信号可以通过该开口从屏幕后面的扬声器发送到人耳。这种开口可能是不利的，因为开口会减少可用于显示的屏幕空间量。为了弥补在屏幕玻璃上形成不希望的开口的缺陷，可以在屏幕后面使用压电扬声器。然而，压电扬声器的这种使用也可能是不利的，因为由压电扬声器引起的机械运动导致屏幕玻璃的不希望的和令人讨厌的振动。除了这种不想要的振动之外，振动还生成不限于用户耳朵(或者甚至耳朵附近)的音频信号，从而潜在地损害了谈话的私密性，尤其是当移动通信设备在人口密集区域使用时。
发明内容
本公开描述了一种移动通信设备，该移动通信设备在屏幕上没有用于音频的物理开口，并且被设计成配置和传输信号，通过与用户耳朵中的水蒸气相互作用，可以对该信号采用光声效应，以便在用户的耳朵(或耳朵的紧邻附近)中生成音频。
在一个方面，描述了一种移动通信设备，其可以包括屏幕、调制器和激光器。调制器可以基于来自信号发生器的信号产生经调制信号。激光器可操作以基于经调制信号产生经调制输出激光信号。经调制输出激光信号可以穿过显示屏幕，用于与移动通信设备的用户的耳朵中的水蒸气相互作用以生成音频。
在一些实施方式中，可以存在一个或多个以下特征。传感器可以是移动通信设备内光学模块的一部分。显示屏幕可以没有音频开口。调制器可以是传感器的一部分，该传感器被配置为检测用户距传感器的接近度。传感器可以包括被配置为检测接近度的至少一个微处理器。该至少一个微处理器可以耦合到微控制器。微控制器可以基于接近度的检测来控制信号生成装置进行的信号生成。
调制器可以附加地或替代地是传感器的一部分，该传感器被配置为检测该传感器附近的环境光。该传感器可以包括被配置为执行环境光的检测的至少一个微处理器。该至少一个微处理器可以耦合到微控制器。微控制器可以基于环境光的检测来控制信号生成装置进行的信号生成。
激光可以具有近红外波长。近红外波长可以是1.9微米(μm)。
在另一方面，移动通信设备内的信号生成装置可以生成基于环境光和移动通信设备的用户的接近度中的至少一个来量化的信号。移动通信设备内的调制器可以调制该信号以生成经调制信号。移动通信设备内的激光器可以基于经调制信号产生经调制输出激光信号。经调制输出激光信号可以经由移动通信设备内的光学设备传输通过移动通信设备的显示屏幕。经调制输出激光信号可以与移动通信设备的用户的耳朵中的水蒸气相互作用以生成音频。
在一些实施方式中，可以存在一个或多个以下特征。激光可以具有近红外波长。在一个示例中，近红外波长可以在0.7μm和5μm之间。在另一个示例中，近红外波长可以是1.9μm。显示屏幕可以没有音频开口。当用户的耳朵与移动通信设备的距离在0毫米和1.5厘米之间时，可以听到音频。
在又一方面，一种系统可以包括：位于移动通信设备内的传感器的至少一个可编程处理器；以及存储指令的机器可读介质，当指令被至少一个处理器执行时，使得至少一个可编程处理器执行操作，该操作包括：从微控制器接收指令，以开始检测移动通信设备的用户距传感器的接近度和环境光中的至少一个；响应于接收到指令，检测接近度和环境光的值；以及将接近度和环境光的值传输到微控制器，微控制器指示信号生成装置生成基于接近度和环境光的值来量化的信号，该信号由传感器内的调制器调制以生成经调制信号，激光器产生耦合到传感器的激光信号，经调制信号被转换成经调制输出激光信号，经调制输出激光信号穿过移动通信设备的显示屏幕，用于与移动设备的用户的耳朵中的水蒸气相互作用以生成音频。
在一些实施方式中，可以存在一个或多个以下特征。激光可以具有近红外波长。近红外波长可以是1.9μm。显示屏幕没有音频开口。当用户的耳朵与移动通信设备的距离在0毫米和1.5厘米之间时，可以听到音频。
一些实施方式提供了一个或多个以下优点。例如，移动通信设备在屏幕上没有用于音频的物理开口，这继而会增加可用于显示的屏幕空间量。此外，由移动通信设备发射的信号被配置为在与用户的耳朵中的湿度结合时生成音频，从而在用户的耳朵(或耳朵的紧邻附近)中生成音频，这保持了通信的私密性。
下面阐述了一个或多个实施方式的细节。
附图说明
图1示出了移动通信设备的示例。
图2示出了由图1的移动通信设备内的引擎实现以控制耳朵中生成的音频量的过程。
图3示出了移动通信设备内的光学模块的示例。
图4示出了图3的光学模块的实施方式。
图5示出了移动通信设备内的光学模块的另一种实施方式。
图6示出了由图5的移动通信设备内的引擎实现以控制耳朵中生成的音频量的过程的示例。
具体实施方式
图1示出了移动通信设备102，该移动通信设备102在显示屏幕104上没有用于音频的物理开口(也可以被称为玻璃的雕刻或切割、玻璃中的孔等)，并且被设计为配置和传输激光信号到移动通信设备102的用户的耳朵105，通过与湿度(例如诸如水蒸气的蒸气，)，以便在耳朵105(或耳朵105的紧邻附近)中生成音频。移动通信设备102可以包括屏幕104下方的光学模块106。光学模块106可以生成穿过屏幕104的激光信号。
光学模块104可以包括传感器108，传感器108被配置为感测移动通信设备102的用户与传感器108的接近度(即，移动通信设备102和用户之间的距离)和环境光的量。传感器108因此可以是接近度传感器和环境光传感器的组合。尽管传感器108被描述为检测接近度和环境光，但是在替代实施方式中，可以使用检测任何其他相关参数的任何其他光学传感器。传感器108可以包括引擎110和调制器112，引擎110可操作以执行表示接近度和环境光的检测信号的处理，调制器112可以调制由信号生成设备114生成的信号以生成经调制信号。调制可以是幅度调制或脉宽调制(PWM)。信号生成设备114可以生成模拟音频信号或数字音频信号。引擎110可以包括例如一个或多个微处理器和/或其他电路。引擎110可以经由集成电路总线(inter-integrated circuit，I2C)接口(参见图4)或I3C总线通信耦合到微控制器134。I2C接口是可用于促进两个或更多个组件(例如，引擎110和微控制器120)之间的通信的总线。尽管描述了I2C总线和I3C总线，但是在其他实施方式中，可以代替使用任何其他串行计算机总线。
光学模块104还可以包括激光器116，其可操作以从调制器112接收经调制信号。激光器116可以是表面发射激光器或边缘发射激光器。在一些实施方式中，激光器116可以是垂直腔面发射激光器(vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL)，例如1.9微米(μm)铥激光器。这里使用的术语VCSEL可以指半导体激光器——例如具有单片激光谐振器的激光二极管——其中发射的光在垂直于芯片表面的方向上从设备表面射出。虽然激光器116被描述为具有1.9μm的波长，但是在替代实施方式中，激光器116可以具有任何近红外波长，其范围可以在0.7μm和5μm之间。激光器116可以基于流经激光器的电流来发光。尽管激光器116被描述为VCSEL，但是在替代实施方式中，激光器116可以是任何其他半导体激光器，例如双异质结构激光器、量子阱激光器、量子级联激光器、带间级联激光器、分布式布拉格(Bragg)反射器激光器、分布式反馈激光器、垂直外腔面发射激光器(verticalexternal-cavity surface-emitting laser，VECSEL)、外腔二极管激光器、任何其他一个或多个半导体激光器和/或其任何组合。
光学设备(optical device)118可操作以从激光器116接收经编码信号。光学设备118可以包括例如透镜，并且可以光学地聚集或分散经编码信号以生成经光学处理的信号。
屏幕104可操作以从光学设备118接收经光学处理的信号。屏幕104可以将经光学处理的信号传输到用户的耳朵105。经光学处理的信号已经至少被激光器116配置为与通常存在于人耳中的湿度(例如水蒸气)相互作用，以基于光声效应生成音频。当用户的耳朵105邻近移动通信设备102或在移动通信设备102附近时(例如，与移动通信设备102的距离在0毫米和1.5厘米之间)，音频是可听见的(例如，音频的范围可以从40分贝到80分贝)。在替代实施方式中，即使当耳朵105远离移动通信设备102的距离高达两米半时，音频也是可听见的(例如，音频的范围可以从0分贝到130分贝)。在距离移动通信设备102两米半的距离处，音频的范围可以在40分贝和70分贝之间。在替代实施方式中，在远离移动通信设备102大于两米半的距离处，音频可以是可听见的(例如，音频的范围可以从0分贝到130分贝)。例如，在距离移动通信设备102五米的距离处，音频的范围可以在20分贝和40分贝之间。在距离移动通信设备102十米的距离处，音频的范围可以在0分贝和20分贝之间。
在耳朵105中生成的音频的量可以通过改变由信号生成装置114生成的信号的值来改变。由信号生成装置114生成的信号的值可以由通信耦合到引擎110的微控制器120控制。例如，微控制器120可以通过基于用户的接近度和环境光指示信号生成装置114改变信号生成装置114生成的信号的值来这么做，用户的接近度和环境光这两者都由引擎110确定。
现在描述引擎110对接近度和环境光的感测。引擎110生成查询信号，以一次一个地确定接近度和环境光值。光学模块104还可以包括另一个激光器122。激光器122可以是边缘发射激光器或表面发射激光器。在一个实施方式中，激光器122可以是VCSEL，其可操作以例如发射940nm的光。尽管激光器122被描述为VCSEL，但是在替代实施方式中，激光器116可以是任何其他半导体激光器，例如双异质结构激光器、量子阱激光器、量子级联激光器、带间级联激光器、分布式布拉格反射器激光器、分布式反馈激光器、垂直外腔面发射激光器(VECSEL)、外腔二极管激光器、任何其他一个或多个半导体激光器和/或其任何组合。激光器122可操作以接收查询信号。激光器122可以将查询信号转换成相应的查询激光信号。光学模块104还可以包括光学设备124，该光学设备124可以是从激光器122接收查询激光信号的透镜。光学设备124可以聚集或分散经编码信号，以生成经光学处理的查询信号。经光学处理的查询信号可以与用户的耳朵105相互作用，并且返回(例如，通过从耳朵反射)到另一个光学设备126，该光学设备126也可以是光学模块104的一部分。返回的/反射的信号可以指示接近度和/或环境光。
光学装置126可操作以接收反射的信号，并聚集或分散反射的信号。光学模块104还可以包括光学滤波器128，以滤波经聚集或经分散的信号，以便与引擎110兼容。引擎110可以接收滤波后的信号，该滤波后的信号指示用户的接近度和环境光的值。引擎110然后可以处理滤波后的信号。这种处理可以包括例如将模拟数据转换成数字数据，以便能够在引擎110和微控制器120之间进行通信。
微控制器120可操作以从引擎110接收指示接近度和环境光的经处理信号的数字值，并基于接近度和环境光值控制信号生成装置114。
尽管光学设备118、124和126在上面被描述为透镜，但是在替代实施方式中，光学设备118、124和126中的任何一个都可以包括有机发光二极管(OLED)面板。在其他替代实施方式中，光学设备118、124和126中的任何一个可以包括以下一个或多个：至少一个微透镜阵列(micro lens array，MLA)、至少一个扩散器、至少一个孔径、任何其他一个或多个光学设备和/或其任意组合。
图2示出了由图1的移动通信设备102内的引擎110实现以控制用户的耳朵105中生成的音频量的过程的示例。如图2所示，在202，引擎110接收来自微控制器120的指令以启动/开始感测接近度和/或环境光。
在204，引擎110生成用于感测参数的查询信号给激光器122。激光器122将查询信号转换成查询激光信号。光学设备124聚集或分散经聚集/经分散的信号，以生成经光学处理的查询信号。经光学处理的查询信号与用户的耳朵105相互作用，并返回(例如，通过从耳朵反射)到光学设备126。返回的/反射的信号指示接近度和/或环境光。光学设备126聚集或分散反射的信号。光学滤波器128对经聚集或经分散的信号进行光学滤波，以便引擎110理解(即，兼容)该指示。
在206，引擎110接收滤波后的信号，该滤波后的信号指示用户的接近度和环境光的值。
在208，引擎110处理滤波后的信号。这种处理可以包括将模拟数据转换成数字数据，以便能够在引擎110和微控制器120之间进行通信。
在210，引擎110可以将指示接近度和环境光的经处理信号的数字值传输到微控制器120，微控制器120继而可以基于接近度和环境光值来控制信号生成装置114。
图3示出了移动通信设备102内的光学模块106的变型302。光学模块302包括红外发光二极管(LED)304，而不是图1中的激光器122。除了红外LED 302的功能之外，在其他实施方式中，光学模块302的剩余功能可以与光学模块106的功能相同或相似。
图4示出了图3的光学模块302的一种实施方式。如图4所示，光学模块302经由I2C接口401通信耦合到微控制器134。引擎110可以包括用于测量用户对移动通信设备102的接近度的接近度模块(其可以包括微控制器)402，以及用于感测环境光的环境光感测(ambient light sensing，ALS)模块404。每个模块可以包括一个或多个微处理器的相同集合或单独的各自集合。接近度模块402可以通过对红外LED 304产生的经反射红外能量进行光电检测(photo-detection)来执行接近度感测。检测/释放事件可以是中断驱动的(参见405)，并且可以在接近度结果超过上限和/或下限阈值设置时发生。接近度模块402可以偏移调节寄存器，以补偿光学模块302中不想要的红外能量反射。通过由ALS模块404实现的自动环境光感测，可以进一步改善接近度结果。ALS模块404可以提供明视(photopic)光强度数据。例如，ALS光电二极管可以具有紫外和红外阻挡滤波器以及可以产生16位数据的专用数据转换器。该架构可以允许引擎110准确地测量环境光。
接近度模块402和ALS模块404可以经由I2C接口401从微控制器120接收指令。例如，这些指令可以指示模块分别开始感测接近度和环境光。接近度模块402和ALS模块404可以从光学滤波器128接收滤波后的信号。滤波后的信号可以指示所感测的接近度和/或环境光的值。接近度模块402和ALS模块404可以分别基于下接近度阈值和上接近度阈值406以及下ALS阈值和上ALS阈值408来处理滤波后的感测信号。接近度模块402和ALS模块404然后可以在不同的时间经由I2C接口401将经处理信号传输到微控制器120。
微控制器134可以指示信号生成装置114生成信号，该信号的值基于感测到的接近度和/或环境光的值。调制器112可以调制可以穿过激光器116的信号。激光器116可以将信号转换成经调制激光信号，经调制激光信号可以穿过光学设备118，然后穿过屏幕104到达用户。来自激光器116的激光信号可以与用户的耳朵105中的湿度(例如，水蒸气)相互作用，以在耳朵中(或耳朵的紧邻附近)中生成音频。
图5示出了移动通信设备102内的光学模块106的另一个实施方式502。在光学模块502中，使用单个激光器116和单个光学设备118(代替光学模块106中的两个激光器116、122和两个光学设备118、124)来传输多路复用信号，该多路复用信号是以下两个多路复用信号之一：(a)确定接近度和/或环境光的查询信号，或者(b)由信号生成装置114生成的信号。光学模块502可以包括传感器504，除了光学模块106的传感器108的组件之外，传感器504还包括执行前述多路复用的多路复用器506。多路复用器506可以将多路复用的信号发送到激光器116，然后可以将其传输到光学设备118，然后传输到耳朵105。因此，查询信号和用于引起在耳朵105中生成音频的信号都穿过激光器116和光学设备118。滤波后的信号可以在传递到引擎110之前穿过光学检测器508。可能需要光学检测器508，因为光学模块502需要将1.9μm波长信号转换成电信号，而标准互补金属氧化物半导体(CMOS)过程可能仅对波长高达约1.1μm的信号敏感。
图6示出了由图5的移动通信设备102内的引擎110实现以控制耳朵105中生成的音频量的过程的示例。在602，引擎110从微控制器120接收指令，以开始感测用户距移动通信设备102的接近度和/或环境光。在604，引擎110经由多路复用器506发送用于感测与激光器116的接近度的查询信号。查询信号可以随后穿过光学设备118，然后穿过屏幕104，随后到达耳朵105。感测信号可以从耳朵返回，然后返回的/反射的信号可以穿过屏幕104、光学设备126和光学滤波器128。
如图6所示，在606，引擎110从光学滤波器128接收滤波后的信号。滤波后的信号可以指示所感测的接近度和/或环境光的值。在608，引擎124处理滤波后的信号。在610，引擎110将经处理感测信号传输到微控制器120。微控制器120指示信号生成装置114生成信号，该信号的值基于所感测的接近度和/或环境光的值。调制器112调制音频信号，该音频信号可以经由多路复用器506穿过激光器116。激光器116可以将音频信号转换成激光信号，该激光信号可以穿过光学设备118，然后透过屏幕106到达耳朵105。
这里描述的主题的各种实施方式可以在数字电子电路、集成电路、专门设计的专用集成电路(ASICs)、计算机硬件、固件、软件和/或其组合中实现。这些各种实施方式可以在一个或多个计算机程序中实现。这些计算机程序可以在可编程系统上执行和/或解释。可编程系统可以包括至少一个可编程处理器，其可以具有专用或通用目的。该至少一个可编程处理器可以耦合到存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备。至少一个可编程处理器可以从存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备接收数据和指令，并且可以向存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备发送数据和指令。
这些计算机程序(也称为程序、软件、软件应用或代码)可以包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以用高级过程和/或面向对象的编程语言和/或汇编/机器语言来实现。如这里所使用的，术语“机器可读介质”可以指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何计算机程序产品、装置和/或设备(例如，磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑器件(PLD))，包括可以接收机器指令作为机器可读信号的机器可读介质。术语“机器可读信号”可以指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何信号。
尽管上面已经详细描述了各种实施方式，但是其他修改也是可能的。例如，在附图中描述的和在此描述的逻辑流程不需要所示的特定顺序或按序顺序来实现期望的结果。其他实施例可以在以下权利要求的范围内。
Claims (22)
1.一种移动通信设备，包括：
显示屏幕；
调制器，能够操作以基于来自信号生成装置的信号产生经调制信号；以及
激光器，能够操作以基于所述经调制信号产生经调制输出激光信号，所述经调制输出激光信号穿过所述显示屏幕，用于与所述移动通信设备的用户的耳朵中的水蒸气相互作用以生成音频。
2.根据权利要求1所述的设备，其中：
传感器是所述移动通信设备内光学模块的一部分；并且
所述显示屏幕没有音频开口。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述调制器是传感器的一部分，所述传感器被配置为检测用户距所述传感器的接近度。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述传感器包括被配置为执行所述接近度的所述检测的至少一个微处理器。
5.根据权利要求4所述的设备，其中：
所述至少一个微处理器耦合到微控制器；并且
所述微控制器被配置为基于所述接近度的所述检测来控制信号生成装置进行的信号生成。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述调制器是传感器的一部分，所述传感器被配置为检测所述传感器附近的环境光。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述传感器包括被配置为执行所述环境光的所述检测的至少一个微处理器。
8.根据权利要求7所述的设备，其中：
所述至少一个微处理器耦合到微控制器；并且
所述微控制器被配置为基于所述环境光的所述检测来控制信号生成装置进行的信号生成。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述激光器具有近红外波长。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述近红外波长为1.9µm。
11.一种方法，包括：
由移动通信设备内的信号生成装置生成基于环境光和所述移动通信设备的用户的接近度中的至少一个来量化的信号；
由所述移动通信设备内的调制器调制所述信号以生成经调制信号；
由所述移动通信设备内的激光器基于所述经调制信号产生经调制输出激光信号；以及
经由所述移动通信设备内的光学设备，使所述经调制输出激光信号传输通过所述移动通信设备的显示屏幕，所述经调制输出激光信号与所述移动通信设备的用户的耳朵中的水蒸气相互作用以生成音频。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述激光器具有近红外波长。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述近红外波长在0.7µm和5µm之间。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述近红外波长为1.9µm。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述显示屏幕没有音频开口。
16.根据权利要求11所述的方法，其中当所述用户的耳朵与所述移动通信设备的距离在0毫米和1.5厘米之间时，能够听到所述音频。
17.一种系统，包括：
位于移动通信设备内的传感器的至少一个可编程处理器；以及
存储指令的机器可读介质，当所述指令被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个可编程处理器执行操作，所述操作包括:
从微控制器接收指令，以开始检测移动通信设备的用户距传感器的接近度和环境光中的至少一个；
响应于接收到所述指令，检测接近度和环境光的值；以及
将所述接近度和所述环境光的值传输到所述微控制器，所述微控制器指示信号生成装置生成基于所述接近度和所述环境光的值量化的信号，所述信号由所述传感器内的调制器调制以生成经调制信号，激光器生成耦合到所述传感器的激光信号，所述经调制信号被转换成经调制输出激光信号，所述经调制输出激光信号穿过所述移动通信设备的显示屏幕，用于与所述移动通信设备的用户的耳朵中的水蒸气相互作用以生成音频。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述激光器具有近红外波长。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述近红外波长为1.9µm。
20.根据权利要求17所述的系统，其中所述显示屏幕没有音频开口。
21.根据权利要求17所述的系统，其中当所述用户的耳朵与所述移动通信设备的距离在0毫米和1.5厘米之间时，能够听到所述音频。
22.根据权利要求17所述的系统，其中所述激光器是垂直腔面发射激光器VCSEL。
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