CN207410484U - 无线耳塞 - Google Patents

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Abstract

本实用新型题为“无线耳塞”。该无线耳塞被配置为在包括当前操作状态的多种操作状态中操作，该无线耳塞包括：外壳；位于外壳中的扬声器；位于外壳中的至少一个光学接近传感器；位于外壳中的被配置为产生包括相应地与正交的第一轴、第二轴和第三轴对应的第一输出、第二输出和第三输出的输出信号的加速度计；以及被配置为至少部分地基于第一输出和第二输出是否相关来识别当前操作状态的控制电路。

Description

无线耳塞
技术领域
本实用新型整体涉及电子设备，并且更具体地涉及可穿戴电子设备，诸 如耳塞。
背景技术
蜂窝电话、计算机和其他电子设备可在媒体回放操作和电话呼叫期间生 成音频信号。可在这些设备中使用麦克风和扬声器，以处理电话呼叫和媒体 回放。有时耳塞具有允许将耳塞插入到电子设备中的绳索。
无线耳塞为用户提供了比有线耳塞更高的柔性，但在使用时可能具有挑 战性。例如，可能难以确定耳塞是在用户的口袋中、搁置在桌子上、在盒子 里，还是在用户的耳中。因此，控制耳塞的操作可具有挑战性。
因此，期望能够提供改进的可穿戴电子设备，诸如改进的无线耳塞。
实用新型内容
可提供与电子设备进行无线通信的耳塞。为了确定耳塞的当前状态并且 从而在控制电子设备和耳塞的操作过程中采取合适的动作，耳塞可设置有产 生光学接近传感器输出的光学接近传感器和产生加速度计输出的加速度计。
控制电路可分析光学接近传感器输出和加速度计输出，以确定耳塞的当 前操作状态。控制电路可确定耳塞是位于用户的耳中，还是处于不同的操作 状态中。
控制电路还可分析加速度计输出，以识别轻击输入，诸如由用户在耳塞 的外壳上进行的双击。加速度计输出的样本可别分析，以确定轻击的样本是 否已被切削。如果该样本已被切削，则曲线可被拟合到该样本，以提高测量 脉冲属性的准确度。
可结合潜在的轻击输入来分析光学传感器数据。如果与一对加速度计脉 冲相关联的光学传感器数据是有序的，则控制电路可确认对来自用户的真实 双击的检测。如果光学传感器数据是无序的，则控制电路可推断出来自加速 度计的脉冲数据对应于与外壳的无意接触，并且可忽略该脉冲数据。
根据实施方案，提供了一种无线耳塞，该无线耳塞被配置为在包括当前 操作状态的多种操作状态中操作，该无线耳塞包括：外壳；位于外壳中的扬 声器；位于外壳中的至少一个光学接近传感器；位于外壳中的被配置为产生 包括相应地与正交的第一轴、第二轴和第三轴对应的第一输出、第二输出和 第三输出的输出信号的加速度计；以及被配置为至少部分地基于第一输出和 第二输出是否相关来识别当前操作状态的控制电路。
根据另一个实施方案，该外壳具有柄部，并且第二轴线与该柄部对准。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为至少部分地基于柄部是否垂 直来识别当前操作状态。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为至少部分地基于第一输出、 第二输出和第三输出是否指示外壳正在移动来识别当前操作状态。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为至少部分地基于来自光学接 近传感器的接近传感器数据来识别当前操作状态。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为向接近传感器数据应用低通 滤波器并被配置为向接近传感器数据应用高通滤波器。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为至少部分地基于已向其应用 高通滤波器的接近传感器数据的变化是否大于阈值量来识别当前操作状态。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为至少部分地基于已向其应用 低通滤波器的接近传感器数据是否大于第一阈值且小于第二阈值来识别当 前操作状态。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为至少部分地基于来自光学接 近传感器的接近传感器数据来识别当前操作状态。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为基于来自加速度计的输出信 号来识别轻击输入。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为基于输出信号来识别轻击输 入。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为对输出信号进行采样以产生 样本并被配置为将曲线曲线拟合到样本。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为基于样本是否已被切削来选 择性地向样本应用曲线拟合。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为至少部分地基于来自加速度 计的输出信号来识别双击输入。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为至少部分地基于来自光学接 近传感器数据的接近传感器数据来识别假双击。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为通过确定接近传感器数据的 无序度量来识别假双击。
根据一个实施方案，提供了一种无线耳塞，该无线耳塞包括：外壳；位 于外壳中的扬声器；位于外壳中的产生光学接近传感器输出的光学接近传感 器；位于外壳中的产生加速度计输出的加速度计；以及被配置为至少部分地 基于光学接近传感器输出和加速度计输出来识别外壳上的双击的控制电路。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为处理加速度计输出中的样 本，以确定样本是否已被切削并被配置为基于样本是否已被切削而将曲线拟 合到样本。
根据一个实施方案，提供了一种无线耳塞，该无线耳塞包括：外壳；位 于外壳中的扬声器；位于外壳中的产生光学接近传感器输出的光学接近传感 器；位于外壳中的产生加速度计输出的加速度计；以及被配置为处理加速度 计输出的样本以确定样本是否已被切削的控制电路。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为至少部分地通过响应于确定 样本已被切削而选择性地将曲线拟合到样本来识别外壳上的轻击。
附图说明
图1是根据实施方案的包括电子设备的示例性系统的示意图，该电子设 备与可穿戴电子设备诸如无线耳塞进行无线通信。
图2是根据实施方案的示例性耳塞的透视图。
图3是根据实施方案的位于用户的耳中的示例性耳塞的侧视图。
图4是示出根据实施方案的可与耳塞的操作相关联的示例性状态的状 态图。
图5是示出根据实施方案的可与光学接近传感器相关联的示例性输出 信号的曲线图。
图6是根据实施方案的示例性耳塞的图示。
图7是根据实施方案的用户的耳中的示例性耳塞的图示。
图8是示出根据实施方案的示例性加速度计输出可居中于平均值的方 式的曲线图。
图9是示出根据实施方案的示例性加速度计输出和当耳塞被佩戴在用 户的耳中时可能产生的类型的相关联的X轴和Y轴相关信息的图示。
图10是示出根据实施方案的示例性加速度计输出和当耳塞位于用户的 衣物的口袋中时可能产生的类型的相关联的X轴和Y轴相关信息的图示。
图11是示出根据实施方案的耳塞中的控制电路处理传感器信息以区分 操作状态的方式的图示。
图12是根据实施方案的包含可与轻击输入(诸如双击)相关联的类型 的脉冲的示例性加速度计输出的图示。
图13是根据实施方案的用于识别表现出切削的经采样的加速度计数据 中的加速度计脉冲信号峰值的示例性曲线拟合过程的图示。
图14是示出根据实施方案的耳塞控制电路可对传感器数据执行用于识 别双击的处理操作的方式的图示。
图15、图16和图17是根据实施方案的用于示例性真双击事件的加速度 计和光学传感器数据的曲线图。
图18、图19和图20是根据实施方案的用于示例性假双击事件的加速度 计和光学传感器数据的曲线图。
图21是根据实施方案的区分真双击和假双击所涉及的示例性处理操作 的图示。
具体实施方式
本专利申请要求于2017年6月14日提交的美国专利申请No. 15,/622,448以及于2016年9月6日提交的临时专利申请No.62/383,944的优 先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。
电子设备诸如主机设备可具有无线电路。无线可穿戴电子设备诸如无线 耳塞可与主机设备进行通信并且彼此进行通信。通常，在这种类型的布置中 可使用任何合适类型的主机电子设备和可穿戴无线电子设备。对无线主机诸 如蜂窝电话、计算机或手表的使用有时可作为示例在本文中进行描述。此外， 任何合适的可穿戴无线电子设备可与无线主机进行无线通信。使用无线耳塞 来与无线主机进行通信仅是示例性的。
其中无线电子设备主机与附件设备诸如耳塞进行无线通信的示例性系 统的示意图在图1中示出。主机电子设备10可以是蜂窝电话、可以是计算 机、可以是手表设备或其他可穿戴设备、可以是嵌入式系统(例如，面板或 车辆中的系统)的一部分、可以是家庭网络的一部分，或可以是任何其他合 适的电子设备。其中电子设备10为手表、计算机或蜂窝电话的示例性配置 有时可作为示例来描述。
如图1所示，电子设备10可具有控制电路16。控制电路16可包括用于 支持设备10的操作的存储和处理电路。该存储和处理电路可包括存储装置， 诸如硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动 器的闪存存储器或其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态 随机存取存储器或动态随机存取存储器)等等。控制电路16中的处理电路 可用于控制设备10的操作。该处理电路可基于一个或多个微处理器、微控 制器、数字信号处理器、基带处理器、功率管理单元、音频芯片、专用集成 电路等。如果需要，该处理电路可包括至少两个处理器(例如，用作应用处 理器的微处理器，和用于处理来自传感器的运动信号和其他信号的有时被称 为运动处理器的专用集成电路处理器)如果需要，可使用其他类型的处理电 路布置。
设备10可具有输入-输出电路18。输入-输出电路18可包括用于经由无 线链路26来支持与无线可穿戴设备诸如耳塞24或其他无线可穿戴电子设备 的通信的无线通信电路20(例如，射频收发器)。耳塞24可具有用于支持 与设备10的电路20的通信的无线通信电路30。耳塞24也可使用无线电路 30彼此进行通信。通常，与设备10进行通信的无线设备可以是任何合适的 便携式和/或可穿戴设备。其中无线可穿戴设备24为耳塞的配置在本文中有时作为示例来进行描述。
设备10诸如输入-输出设备22中的输入-输出电路可用于允许将数据供 应至设备10，并且允许将数据从设备10提供至外部设备。输入-输出设备22 可包括按钮、操纵杆、滚轮、触摸板、小键盘、键盘、麦克风、扬声器、显 示器(例如，触摸屏显示器)、音频发生器、振动器(例如，压电振动部件 等)、摄像机、传感器、发光二极管和其他状态指示器、数据端口等。用户 可通过输入-输出设备22提供命令来控制设备10的操作并且可使用输入-输 出设备22的输出资源从设备10来接收状态信息和其他输出。如果需要，这 些输入-输出设备中的一些或全部输入-输出设备可并入到耳塞24中。
每个耳塞24可具有控制电路28(例如，控制电路诸如设备10的控制电 路16)、无线通信电路30(例如，用于支持通过链路26进行的无线通信的 一个或多个射频收发器)，可具有一个或更多的传感器32(例如，包括用于 发射红外光或其他光的发光二极管并且包括检测对应反射光的光检测器的 一个或多个光学接近传感器)，并且可具有附加部件，诸如扬声器34、麦克 风36、和加速度计38。扬声器34可向用户的耳中播放音频。麦克风36可 采集音频数据，诸如正在进行电话呼叫的用户的声音。加速度计38可检测 耳塞24何时运动或何时处于静态。在耳塞24的操作期间，用户可提供轻击 命令(例如，双击、三击、其他模式的轻击、单击等)，以控制耳塞24的 操作。可使用加速度计38来检测轻击命令。在处理轻击命令时可使用光学 接近传感器输入和其他数据，以避免出现假的轻击检测。
耳塞24上的控制电路28和设备10的控制电路16可分别用于运行耳塞 24和设备10上的软件。在运行期间，在控制电路28和/或16上运行的软件 可用于采集传感器数据、用户输入、和其他输入，并且可以用于响应于所检 测到的状况而采取合适的动作。作为示例，当确定用户已将耳塞24中的一 个耳塞放置在用户的耳中时，控制电路28和16可用于处理与传入的蜂窝电 话呼叫相关的音频信号。控制电路28和/或16也可用于协调握手操作、与公共主机设备(例如，设备10)配对的一对耳塞24之间的操作等。
在某些情况下，可能期望容纳来自耳塞24的立体声回放。这可通过将 耳塞24中的一个耳塞指定为主耳塞并将耳塞24中的一个耳塞指定为辅耳塞 来进行处理。该主耳塞可以用作从设备，而设备10用作主设备。设备10和 主耳塞之间的无线链路可用于向主耳塞提供立体声内容。该主耳塞可将立体 声内容的两个声道中的一个声道传输到辅耳塞，以用于与用户进行通信(或 者该通道可从设备10传输到辅耳塞)。麦克风信号(例如，在电话呼叫期 间来自用户的声音信息)可通过使用主耳塞中的麦克风36来捕获，并以无 线方式被传送到设备10。
传感器32可包括应变计传感器、接近传感器、环境光线传感器、触摸 传感器、力传感器、温度传感器、压力传感器、磁传感器、加速度计(参见 例如，加速度计38)、陀螺仪、用于测量取向的其他传感器(例如，位置传 感器、取向传感器)、微机电系统传感器、和其他传感器。传感器32中的 接近传感器可发射和/或检测光，和/或可以是基于电容传感器(作为示例) 的测量而生成接近输出数据的电容式接近传感器。接近传感器可用于检测用 户的耳的一部分相对于耳塞24的存在情况，和/或可由用户的手指来触发(例 如，当期望使用接近传感器作为电容按钮时，或者当用户的手指因将耳塞24 插入到用户的耳中而抓住耳塞24的一部分时)。其中耳塞24使用光学接近 传感器的配置在本文中有时可作为示例进行描述。
图2是示例性耳塞的透视图。如图2所示，耳塞24可包括外壳诸如外 壳40。外壳40可具有由以下材料所形成的壁：塑料、金属、陶瓷、玻璃、 蓝宝石或其他结晶材料、纤维基复合体(诸如玻璃纤维和碳纤维复合材料)、 天然材料(诸如木材和棉花)、其他合适的材料，和/或这些材料的组合。外 壳40可具有主要部分(诸如容纳音频端口42的主体40-1)、和柄部部分(诸 如柄部40-2)、或远离主要部分40-1延伸的其他伸长部分。在操作期间， 用户可抓住柄部40-2，并且在保持柄部40-2时，可将主要部分40-1和音频 端口42插入到耳中。当耳塞24被佩戴在用户的耳中时，柄部40-2可垂直地 取向成与地球的重力(重力矢量)对准。
音频端口(诸如音频端口42)可用于采集用于麦克风的声音，和/或用 于向用户提供声音(例如，与电话呼叫、媒体回放、听觉警报等相关联的音 频)。例如，图2的音频端口42可以是允许将来自扬声器34(图1)的声 音呈现给用户的扬声器端口。声音也可穿过附加音频端口(例如，可在外壳 40中形成一个或多个穿孔，以容纳麦克风36)。
可使用传感器数据(例如，接近传感器数据、加速度计数据、或其他运 动传感器数据)、无线通信电路状态信息、和/或其他信息来确定每个耳塞 24的当前操作状态。可使用位于外壳40中的任何合适的位置处的接近传感 器来采集接近传感器数据。图3是在耳塞24具有两个接近传感器S1和S2 的示例性配置中的耳塞24的侧视图。传感器S1和S2可被安装在外壳40的 主体部分40-1中。如果需要，可将附加传感器(例如，当耳塞24被佩戴在 用户的耳中时，预期不会产生接近输出的一个、两个或多于两个的传感器， 其有时可被称为空传感器)安装在柄部40-2上。也可使用其他接近安装布置。 在图3的示例中，在外壳40上存在两个接近传感器。如果需要，可在耳塞 24中使用更多的接近传感器或更少的接近传感器。
传感器S1和S2可以是使用反射光来确定附近是否存在外部对象的光学 接近传感器。光学接近传感器可包括光源诸如红外发光二极管。该红外发光 二极管可在操作期间发光。光学接近传感器中的光检测器(例如，光电二极 管)可监测经反射的红外光。在没有对象靠近耳塞24的情况下，所发射的 红外光将不会朝向光检测器被反射回来，并且接近传感器的输出将为低的 (即，将检测到在耳塞24附近不存在外部对象)。在耳塞24与外部对象相邻的情况下，从红外光检测器所发射的一些红外光将被反射回到光检测器并 将被检测。在这种情况下，外部对象的存在将使得来接近传感器的输出信号 将为高的。当外部对象与接近传感器相距中等距离时，可能产生中等水平的 接近传感器输出。
如图3所示，耳塞24可被插入到用户的耳(耳50)中，使得扬声器端 口42与耳道48对准。耳50可具有特征结构诸如外耳46，耳屏45、和对耳 屏44。接近传感器(诸如接近传感器S1和S2)可在耳塞24插入耳50时输 出正信号。传感器S1可以是耳屏传感器。并且传感器S2可以是外耳传感器 或者可相邻于耳50的其他部分而被安装的传感器(诸如传感器S1和/或S2)。
可能期望基于耳塞24的当前状态来调节耳塞24的操作。例如，当耳塞 24位于用户的耳中并且正被活跃地使用时，可能期望比耳塞24未被使用时 激活耳塞24的更多功能。控制电路28可通过执行状态机来跟踪耳塞24的 当前操作状态(操作模式)。利用一种示例性配置，控制电路28可使用双 状态状态机来保持关于耳塞24的当前状态的信息。例如，控制电路28可使 用传感器数据和其他数据来确定耳塞24是处于用户的耳中还是未处于用户的耳中，并且可相应地调整耳塞24的操作。利用更复杂的布置(例如，使 用具有三、四、五、六或更多种状态的状态机)，可跟踪更详细的行为并且 由控制电路28采取合适的状态相关动作。如果需要，可将光接近传感器处 理电路或其他电路断电，以在未活跃使用时节省电池电量。
控制电路28可使用光学接近传感器、加速度计、接触传感器和其他传 感器来形成用于入耳式检测的系统。例如，该系统可使用光学接近传感器和 加速度计(运动传感器)测量来检测耳塞何时被插入到用户的耳中，或者耳 塞何时处于其他状态中。
光学接近传感器(例如，参见传感器S1和S2)可提供对传感器和外部 对象之间的距离的测量。该测量可以标准化距离D(例如，0和1之间的值) 来表示。可使用三轴加速度计(例如，产生用于三个正交轴--X轴，Y轴和Z 轴的输出的加速度计)来进行加速度计测量。在操作期间，传感器输出可由 控制电路28进行数字采样。校准操作可在制造期间和/或在正常使用期间的 合适时候(例如，在从存放盒移除耳塞24时的上电操作期间)执行。这些 校准操作可用于补偿传感器偏差、刻度误差、温度影响、和传感器不准确度 的其他潜在来源。传感器测量(例如，经校准的测量)可由控制电路28使 用低通滤波器和高通滤波器和/或使用其他处理技术(例如，去除噪声和异常 测量)来进行处理。可将经滤波的低频内容信号和高频内容信号供应至在控 制电路28上运行的有限状态机算法，以帮助控制电路28跟踪耳塞24的当 前操作状态。
除了光学传感器数据和加速度计数据之外，控制电路28可使用来自耳 塞24中的接触传感器的信息来帮助确定耳塞位置。例如，接触传感器可耦 接到耳塞中的用于在耳塞处于盒中时对耳塞进行充电的电触点(参见例如图 3的触点52)。控制电路28可检测到触点52何时与盒触点配对，以及耳塞 24何时从盒中电源接收电力。控制电路28然后可推断出耳塞24位于存储盒 中。来自接触传感器的输出可因此提供指示耳塞何时位于盒中并且不位于用 户的耳中的信息。
来自加速度计38的加速度计数据可用于向控制电路28提供运动上下文 信息。运动上下文信息可包括关于耳塞的当前取向(有时被称为耳塞的“姿 态”或“姿势”)的信息，并且可用于表征耳塞在最近时间历史(耳塞的最 近动作历史)内所经历的运动量。
图4示出了可由控制电路28实现的类型的示例性状态机。图4的状态 机具有六种状态。也可使用具有更多状态或更少状态的状态机。图4中的配 置仅是示例性的。
如图4所示，耳塞24可在六种状态中的一种状态中操作。在盒中(IN CASE)状态中，耳塞24耦接到电源诸如存储盒中的电池，或者耦接到充电 器。可使用耦接到触点52的接触传感器来检测该状态中的操作。图4的状 态60对应于在用户将耳塞24从存储盒中移除的情况下的耳塞24的操作。
拾取状态与最近已从电源卸离耳塞的情况相关联。静态状态对应于耳塞 已长时间处于静止(例如，放置在桌上)，但未处于坞站或盒中。口袋状态 对应于耳塞被放置在衣服、袋子或其他密闭空间等物品的口袋中。入耳状态 对应于耳塞位于用户的耳道中。调节状态对应于未由其他状态表示的状况。
控制电路28可使用信息诸如加速度计信息和光学接近传感器信息来区 分图4中的状态。例如，光学接近传感器信息可指示耳塞24何时与外部对 象相邻，并且可使用加速度计信息来帮助确定耳塞24是位于用户的耳中还 是位于用户的口袋中。
图5是作为传感器(例如，传感器S1或传感器S2)与外部对象之间的 距离D的函数的示例性光学接近传感器输出(M)的曲线图。在D值较大的情 况下，M为低的，这是因为在从传感器发射出的光中的少量的光从外部对象 反射回到传感器中的检测器。在适中距离处，传感器的输出将高于较低阈值 M1并且将低于较高阈值M2。当耳塞24位于用户的耳中(有时被称为“在 范围内”的状况)时，可产生这种类型的输出。当耳塞24位于用户的口袋 中时，传感器的输出M通常将饱和(例如，信号将高于上限阈值M2)。
加速度计38可沿三个不同的维度(X轴、Y轴和Z轴)来感测加速度。 耳塞24的X轴、Y轴和Z轴可例如如图6所示那样进行取向。如图6所示， Y轴可与每个耳塞的柄部对准，并且Z轴可从Y轴垂直延伸穿过每个耳塞中 的扬声器。
当用户在进行徒步运动(即行走或跑步)时佩戴耳塞24(参见例如图7) 时，耳塞24通常将处于垂直取向中，使得耳塞24的柄部的向下指。在这种 情况下，耳塞24的主要运动将沿地球的重力向量(即，每个耳塞的Y轴将 指向地心)，并且将由于用户头部的摆动而波动。X轴相对于地表呈水平， 并沿用户的运动方向(例如用户走路的方向)进行取向。Z轴将垂直于用户 行走的方向并且通常将经历比X轴和Y轴更低的加速度。当用户在行走中 并佩戴有耳塞24时，X轴加速度计输出和Y轴加速度计输出将显示独立于 耳塞24在X-Y平面内的取向的较强相关性。该X-Y相关性可用于识别耳塞 的入耳式操作24。
在操作期间，控制电路28可监测加速度计输出，以确定耳塞24可能是 搁置在桌子上还是另外处于静态环境中。如果确定耳塞24处于静态状态中， 则可通过对耳塞24的一些电路去激活来节省电力。例如，可将用于处理来 自传感器S1和S2的接近传感器数据的处理电路中的至少一些处理电路断 电。在检测到移动的情况下，加速度计38可生成中断。这些中断可用于唤 醒断电电路。
如果用户佩戴有耳塞24但未显著移动，则加速度将主要是沿Y轴的(如 图7所示，这是因为耳塞的柄部通常向下指)。在耳塞24搁置在桌子上的 情形下，X轴加速度计输出将占主导地位。响应于检测到X轴输出相对于Y 轴输出和Z轴输出较高，控制电路28可处理涵盖足够长时间段的加速度计 数据，以检测耳塞的移动。例如，控制电路28可分析耳塞在20s、10s至30s、 大于5s、小于40s或其他合适的时间段内的加速度计输出。如图8所示，如果所测量的加速度计输出MA在该时间段内未变化太多(例如，如果加速度 计输出MA的量值在1g或其他平均加速度计输出值的三个标准偏差内变 化)，则控制电路28可推断出耳塞处于静态状态中。如果存在更多的运动， 则控制电路28可分析姿态信息(关于耳塞取向的信息24)，以帮助识别耳 塞的当前操作状态24。
当控制电路28在耳塞24处于静止状态中的情况下检测到运动时，控制 电路28可转换到拾取状态。拾取状态是可用于避免入耳状态中(例如，在 用户在手中握持耳塞24的情况下等)的误报的临时等待状态(例如，1.5s、 大于0.5s、小于2.5s或其他合适的时间段)。当拾取状态截止时，控制电路 28可自动转换到调节状态。
在处于调节状态中时，控制电路28可处理来自接近传感器和加速度计 的信息，以确定耳塞24是否搁置在桌子或其他表面(静态)上、在用户的口袋 (口袋)里、或在用户的耳(入耳)中。为了进行该确定，控制电路28可对来自 多个轴的加速度计数据进行比较。
图9的曲线图示出了当耳塞24在用户的耳中并且用户正在行走时，耳 塞24在X和Y轴上的运动如何相关联。图9的上部迹线对应于X轴、Y轴 和Z轴的加速度计输出(分别为加速度计数据XD、YD和ZD)。当用户正 在行走时，耳塞24如图7所示进行取向，因此Z轴数据在量值上倾向于比 X数据和Y数据更小。当用户正在(时间段TW期间)行走时，相比用户没 有正在行走的情况(时间段TNW)，X数据和Y数据还倾向于具有良好的 相关性(例如，X-Y相关信号XYC可大于0.7、在0.6和1.0之间，大于0.9、 或具有其他合适的值)。在时间段TNW期间，加速度计数据中的X-Y相关 性可例如小于0.5、小于0.3、在0和0.4之间、或具有其他合适的值。
图10的曲线图示出了当耳塞24位于用户的衣服的口袋中时(例如，当 用户正在行走或以其他方式移动时)，耳塞24在X轴和Y轴上的运动如何 不相关。图10的上部迹线对应于耳塞24在用户的口袋中时的X轴、Y轴和 Z轴的加速度计输出(分别为加速度计数据XD、YD和ZD)。当耳塞24 位于用户的口袋中时，X加速度计输出和Y加速度计输出(分别为信号XD和YD)将倾向于不太相关，如图10的下部迹线中的XY相关信号XYC所 示的。
图11是示出控制电路28如何处理来自加速度计38和光学接近传感器 32的数据的图示。圆形缓冲器(例如，控制电路28中的存储器)可用于保 持最近的加速度计数据和接近传感器数据，以在处理期间使用。可使用低通 滤波器和高通滤波器来对光学接近数据进行滤波。当具有介于阈值诸如图5 的阈值M1和M2之间的值时，光学接近传感器数据可被认为在范围内。当 数据没有显著变化(例如，当光学接近传感器的高通滤波输出低于预先确定的阈值)时，光学接近数据可被认为是稳定的。耳塞24的姿态(取向)的 垂直度可通过确定由地球重力施加的重力矢量是否主要位于X-Y平面中来 确定(例如，通过确定重力矢量是否在处于+/-30°或其他合适的预先确定的 垂直取向角度偏差极限内的X-Y平面中)。控制电路28可通过将最近的运 动数据(例如，在一个时间段内被平均的加速度计数据、或其他加速度计数 据)与预先确定的阈值进行比较来确定耳塞24是否正在运动。X轴加速度 计数据和Y轴加速度计数据的相关性也可被认为是耳塞24是否位于用户的 耳中的指示，如结合图9和图10所述的。
控制电路28可基于有关光学接近传感器是否在范围内、光学接近传感 器信号是否稳定、耳塞24是否垂直、X轴加速度计数据和Y轴加速度计数 据是否相关、以及耳塞24是否垂直的信息来将耳塞24的当前状态从调节状 态转换到图4的状态机的入耳状态。如等式62所示的，如果耳塞24处于正 在运动，则仅当X轴苏剧和Y轴数据相关时耳塞24才处于入耳状态中。如 果耳塞24正在运动并且XY数据相关或者如果耳塞24不运动，则在光学传 感器信号M在范围(在M1和M2之间)内并且稳定并且在耳塞24是垂直 的情况下，耳塞24将处于入耳状态中。
为了从调节状态转换到口袋状态，光学传感器S1或S2应在预先确定的 时间窗口(例如，0.5s、0.1s至2s、大于0.2s、小于3s、或其他合适的时间 段的窗口)内饱和(输出M大于M2)。
一旦处于口袋状态中，如果来自两个传感器S1和S2的输出降低并且姿 态已变为垂直，则控制电路28将使耳塞24转换到入耳状态。如果耳塞24 的柄部的取向(例如，加速度计的Y轴)在+/-60°(或其他合适的阈值角度) 内平行于重力矢量，则耳塞24的姿态可被认为已充分地改变为垂直而从口 袋状态转换出来。如果S1和S2在耳塞24的姿态变为垂直(例如，在0.5s、 0.1s至2s、或其他合适的时间段内)之前都没有降低，则耳塞24的状态将 不会从口袋状态转换出来。
如果外耳传感器S2的输出降低至低于预先确定的阈值超过预先确定的 时间段(例如，0.1s至2s、0.5s、0.3s至1.5s、大于0.3s、小于5s、或其他 合适的时间段)，或者如果外耳传感器S2和耳屏传感器S1两者的输出中存 在超过阈值量的波动，并且传感器S1和S2中的至少一个传感器的输出降低， 则耳塞24可能从入耳状态转换出来。为了从入耳转换到口袋，耳塞24应该 具有与被定位在口袋中相关联的姿态(例如，水平或上下颠倒)。
用户可向耳塞24提供轻击输入。例如，用户可通过用手指敲击耳塞的 外壳来提供双击、三击、单击和其他模式的轻击，以控制耳塞24的操作(例 如，对至设备10的电话呼叫进行回复、结束电话呼叫、在设备10正在向用 户回放的媒体轨道之间进行导航、进行音量调节、播放或暂停媒体等)。控 制电路28可处理来自加速度计38的输出，以检测用户轻击输入。在某些情 况下，加速度计输出中的脉冲将对应于来自用户的轻击输入。在其他情况下，加速度计脉冲可能与和耳塞外壳的无意的像轻击的接触相关联，并且应被忽 略。
作为示例，考虑用户正在向耳塞24中的一个耳塞供应双击的场景。在 这种情况下，来自加速度计38的输出MA将表现出脉冲诸如图12的示例性 轻击脉冲T1和T2。为了被识别为轻击输入，两个脉冲应该足够强并且应该 在彼此的预先确定的时间内发生。特别地，脉冲T1和T2的量值应该超过预 先确定的阈值，并且脉冲T1和T2应当在预先确定的时间窗口W内发生。 时间窗口W的长度可以是例如350ms、200ms至1000ms、100ms至500ms、 大于70ms、小于1500ms等。
控制电路28可以任何合适的数据速率对加速度计38的输出进行采样。 利用一个示例性配置，可使用250Hz的采样率。这仅是示例性的。如果需要， 可使用更大的采样率(例如，250Hz或更大，300Hz或更大的速率等)或更 小的采样率(例如，250Hz或更小，200Hz或更小的速率等)。
特别是当使用较慢的采样率(例如，小于1000Hz等)时，有时需要将 曲线(样条)拟合到经采样的数据点。这允许控制电路28准确地识别加速 度计数据中的峰值，即使数据在采样过程期间被切削。因此，曲线拟合将允 许控制电路28更准确地确定脉冲是否具有足够大的量值，其将被认为是来 自用户的双击命令中的有意轻击。
在图13的示例中，控制电路28已对加速度计输出进行采样，以产生数 据点P1、P2、P3和P4。在将曲线64曲线拟合到点P1、P2、P3和P4之后， 即使与点P1、P2、P3和P4相关联的加速度计数据被切削，控制电路28也 可准确地识别与曲线64的峰值66相关联的量值和时间。
如图13的示例中所示的，曲线拟合峰值66可具有大于最大数据样本的 值(例如，在该示例中为点P3)，并且可在与样本P3不同的时间发生。为 了确定脉冲T1是否为有意轻击，可将峰值66的量值与预先确定的轻击阈值 进行比较，而不是与点P3的量值进行比较。为了确定轻击诸如图12的轻击 T1和T2是否发生在时间窗口W内，可分析出现峰值66的时间。
图14示出了可在轻击检测操作期间由控制电路28实现的示例性过程。 特别地，图14示出了控制电路处理层68X如何处理X轴传感器数据(例如， 来自加速度计38中的X轴加速度计38X)，并且示出了控制电路处理层68 68Z可如何处理Z轴传感器数据(例如，来自加速度计38中的Z轴加速度 计38Z)。可使用层68X和层68Z来确定在加速度计信号的斜率中是否存在 符号变化(由正到负或由负到正)。在图13的示例中，加速度计信号的段 SEG1和段SEG2具有正斜率。段SEG2的正斜率在段SEG3变为负。
处理器68X和68Z还可确定每个加速度计脉冲是否具有大于预先确定 的阈值的斜率，可确定脉冲的宽度是否大于预先确定的阈值，可确定脉冲量 值是否大于预先确定的阈值，和/或可应用其他标准来确定加速度计脉冲是否 为来自用户的可能的轻击输入。如果满足所有这些约束或其他合适的约束， 则处理器68X和/或68Z可向轻击选择器70提供对应的脉冲输出。如果仅存 在一个信号，轻击选择器70可向双击检测层72提供来自处理器68X和68Z (如果两者都存在)的两个轻击信号中的较大的轻击信号或来自处理器68X 和68Z中的合适的一个处理器的轻击信号。
轻击选择器70可分析段诸如SEG1、SEG2和SEG3的斜率，以确定加 速度计是否因被切削并且因此是否需要曲线拟合。在信号未被切削的情况 下，可省略曲线拟合过程以节省电力。在需要曲线拟合的情况下，因为加速 度计数据中的样本已被切削，因此可对样本(参见例如点P1、P2、P3和P4) 进行曲线(曲线64)拟合。
为了确定是否存在对切削的指示，控制电路28(例如，处理器68X和 68Z)可确定第一脉冲段(例如，本示例中的SEG1)是否具有大于预先确定 的阈值的斜率量值(指示第一段相对陡峭)、第二段是否具有小于预先确定 的阈值的斜率量值(指示第二段相对平坦)，以及第三段是否具有大于预先 确定的阈值的斜率量值(指示第三斜率陡峭)。如果满足所有这些标准或其 他合适的标准，则控制电路28可推断出信号已被切削，并且可将曲线64曲线拟合到采样点。通过以这种方式选择性地进行曲线拟合(当控制电路28 确定样本数据被切削时仅将曲线64曲线拟合到采样数据)，可节省处理操 作和电池电力。
双击检测处理器72可通过对脉冲施加约束来识别可能的双击。为了确 定一对脉冲是否对应于可能的双击，处理器72可例如确定两次轻击(例如， 图12的轻击T1和T2)是否已在预先确定的时间窗口W(例如，长度为120ms 至350ms的窗口、长度为50ms至500ms的窗口等)内发生。处理器72还可 确定第二脉冲(T2)的量值是否在第一脉冲(T1)的量值的指定范围内。例如， 处理器72可确定T2/T1的比率是否在50％至200％之间，或在30％至300％之间、或者在T2/T1的比率的其他合适的范围内。作为另一个约束(有时被 称为“放下”约束，因为其对用户是否在桌面上放置耳塞24敏感)，处理 器72可确定耳塞24的姿态(取向)是否已变化(例如，耳塞24的角度是 否已变化大于45°或其他合适的阈值，以及耳塞24的最终姿态角度(例如， Y轴)是否在水平面(平行于地球表面)30°内。如果轻击T1和T2在时间上足够接近发生，则该轻击T1和T2具有没有太大不同的相对尺寸，并且在 放下状态为假的情况下，处理器72可将输入事件临时识别为双击。
双轻击检测处理器72还可分析来自处理器72的经处理的加速度计数据 和来自传感器S1和S2的有关输入74的光学接近传感器数据，以确定所接 收的输入事件是否对应于真双击。例如，可分析来自传感器S1和S2的光学 数据，以确定已从加速度计接收的可能双击实际上是否为假双击(例如，当 用户调整用户的耳中的耳塞24的位置时无意中产生的波动)并且应该被忽 略。
可通过确定光学接近传感器信号中的波动是有序的还是无序的来将由 加速度计拾取的无意的像轻击的波动(有时称为假轻击)与轻击输入进行区 分。如果用户有意地轻击耳塞24，则用户的手指将有序地接近和离开光学传 感器附近的位置。可将光学接近传感器输出中的所产生的有序波动识别为与 用户的手指朝向耳塞的外壳的有意移动相关联。相反，当用户移动耳内的耳 塞以调节耳塞的适配度时接触耳塞的外壳而产生的无意波动是倾向于无序 的。这种效果在图15和图20中示出。
在图15、图16和图17的示例中，用户正在对耳塞提供有意的双击输入。 在这种情况下，加速度计38的输出产生两个脉冲T1和T2，如图15所示。 由于用户的手指朝向和远离耳塞(并因此朝向和远离靠近传感器S1和S2的 位置)移动，传感器S1的输出PS1(图16)和传感器S2的输出PS2(图17) 倾向于具有良好的排序，如PS1和PS2信号中的脉冲的不同形状所示的。
在图18、图19和图20的示例中，相反，用户在移动耳内的耳塞以调节 耳塞的适配度时保持耳塞。在这种情况下，用户可能意外地使在加速度计输 出中产生像轻击的脉冲T1和T2，如图18中所示。然而，由于用户并非故 意将用户的手指朝向或远离耳塞24移动，因此传感器输出PS1和PS2是无 序的，如图19和图20中的噪声信号迹线所示的。
图21是可在控制电路28上运行的双击检测处理器(双轻击检测器)72 中实现的示例性处理操作的图示，以对图15、图16和图17中所示类型的双 击(或其他轻击输入)和图18、图19和图20所示类型的无意的像轻击的加 速度计脉冲(假双击)进行区分。
如图21所示，检测器72可使用中值滤波器80来确定每个光学接近传 感器信号的平均值(中值)。可使用减法器82来从所接收的光学接近传感 器数据减去这些中值。来自减法器82的输出的绝对值可通过绝对值框84而 被提供至框86。在框86的操作期间，可分析光学信号以产生对应的无序度 量(表示在光学信号中存在多少无序的值)。如结合图15至图20所述，无 序光学信号指示假双击，并且有序信号指示真双击。
利用一种示例性无序度量计算技术，框86可分析以两个脉冲T1和T2 为中心的时间窗口，并且可计算在该时间窗口内超过预先确定的阈值的每个 光学传感器信号中的峰值的数量。如果超过阈值的峰值数量大于阈值量，则 可认为光学传感器信号是无序的，并且可能的双击将被指示为假(框88)。 在这种情况下，处理器72忽略加速度计数据，并且不将脉冲识别为对应于 来自用户的轻击输入。如果超过阈值的峰值数量小于阈值量，则可认为光学 传感器信号是有序的，并且可将可能的双击确认为真双击(框90)。在这种 情况下，控制电路28可响应于轻击输入而采取合适的动作(例如，改变媒 体轨道、调节回放音量、接听电话呼叫等)。
利用另一种示例性的无序度量计算技术，可通过使用等式(1)和(2)对时 间窗口内的以两个脉冲为中心的加速度计信号计算熵E来确定无序，
E＝∑i–pi log(pi) (1)
pi＝xi/sum(xi) (2)
其中xi是窗口内的时间i的光学信号。如果无序度量(本示例中的熵E)大 于阈值量，则可忽略可能的双击数据(例如，可在框88处识别假双击)， 因为该数据不对应于真双击事件。如果无序度量小于阈值量，则控制电路28 可确认可能的双击数据对应于来自用户的有意轻击输入(框90)，并且可响 应于该双击来采取合适的动作。这些过程可用于识别任何合适类型的轻击 (例如，三击等)。作为示例，双击处理技术已被描述。
根据实施方案，提供了一种被配置为在包括当前操作状态的多种操作状 态中操作的无线耳塞，该无线耳塞包括：外壳；位于外壳中的扬声器；位于 外壳中的至少一个光学接近传感器；位于外壳中的被配置为产生包括与第一 相应正交轴、第二相应正交轴和第三相应正交轴对应的第一输出、第二输出 和第三输出的输出信号的加速度计；以及被配置为至少部分地基于第一输出 和第二输出是否相关来识别当前操作状态的控制电路。
根据另一个实施方案，该外壳具有柄部，并且第二轴线与该柄部对准。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为至少部分地基于柄部是否垂 直来识别当前操作状态。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为至少部分地基于第一输出、 第二输出和第三输出是否指示外壳正在移动来识别当前操作状态。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为至少部分地基于来自光学接 近传感器的接近传感器数据来识别当前操作状态。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为向接近传感器数据应用低通 滤波器并被配置为向接近传感器数据应用高通滤波器。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为至少部分地基于已应用高通 滤波器的接近传感器数据的变化是否大于阈值量来识别当前操作状态。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为至少部分地基于已应用低通 滤波器的接近传感器数据是否大于第一阈值且小于第二阈值来识别当前操 作状态。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为至少部分地基于来自光学接 近传感器的接近传感器数据来识别当前操作状态。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为基于来自加速度计的输出信 号来识别轻击输入。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为基于输出信号来识别轻击输 入。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为对输出信号进行采样以产生 样本并被配置为将曲线曲线拟合到样本。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为基于样本是否已被切削来选 择性地向样本应用曲线拟合。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为至少部分地基于来自加速度 计的输出信号来识别双击输入。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为至少部分地基于来自光学接 近传感器数据的接近传感器数据来识别假双击。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为通过确定接近传感器数据的 无序度量来识别假双击。
根据一个实施方案，提供了一种无线耳塞，该无线耳塞包括：外壳；位 于外壳中的扬声器；位于外壳中的产生光学接近传感器输出的光学接近传感 器；位于外壳中的产生加速度计输出的加速度计；以及被配置为至少部分地 基于光学接近传感器输出和加速度计输出来识别外壳上的双击的控制电路。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为处理加速度计输出中的样 本，以确定样本是否已被切削并被配置为基于样本是否已被切削而将曲线拟 合到样本。
根据一个实施方案，提供了一种无线耳塞，该无线耳塞包括：外壳；位 于外壳中的扬声器；位于外壳中的产生光学接近传感器输出的光学接近传感 器；位于外壳中的产生加速度计输出的加速度计；以及被配置为处理加速度 计输出的样本以确定样本是否已被切削的控制电路。
根据另一个实施方案，该控制电路被配置为至少部分地通过响应于确定 样本已被切削而选择性地将曲线拟合到样本来识别外壳上的轻击。
以上内容仅是示例性的，本领域的技术人员可在不脱离所述实施方案的 范围和实质的情况下作出各种修改。上述实施方案可单独实施或可以任意组 合实施。

Claims (20)

1.一种无线耳塞，所述无线耳塞被配置为在包括当前操作状态的多种操作状态中操作，其特征在于，所述无线耳塞包括：
外壳；
位于所述外壳中的扬声器；
位于所述外壳中的至少一个光学接近传感器；
位于所述外壳中的加速度计，所述加速度计被配置为产生包括相应地与正交的第一轴、第二轴和第三轴对应的第一输出、第二输出和第三输出的输出信号；和
控制电路，所述控制电路被配置为至少部分地基于所述第一输出和所述第二输出是否相关来识别所述当前操作状态。
2.根据权利要求1所述的无线耳塞，其中所述外壳具有柄部，并且其中所述第二轴与所述柄部对准。
3.根据权利要求2所述的无线耳塞，其中所述控制电路被配置为至少部分地基于所述柄部是否垂直来识别所述当前操作状态。
4.根据权利要求3所述的无线耳塞，其中所述控制电路被配置为至少部分地基于所述第一输出、所述第二输出和所述第三输出是否指示所述外壳正在移动来识别所述当前操作状态。
5.根据权利要求4所述的无线耳塞，其中所述控制电路被配置为至少部分地基于来自所述光学接近传感器的接近传感器数据来识别所述当前操作状态。
6.根据权利要求5所述的无线耳塞，其中所述控制电路被配置为向所述接近传感器数据应用低通滤波器，并被配置为向所述接近传感器数据应用高通滤波器。
7.根据权利要求6所述的无线耳塞，其中所述控制电路被配置为至少部分地基于已向其应用所述高通滤波器的所述接近传感器数据的变化是否大于阈值量来识别所述当前操作状态。
8.根据权利要求7所述的无线耳塞，其中所述控制电路被配置为至少部分地基于已向其应用所述低通滤波器的所述接近传感器数据是否大于第一阈值并且小于第二阈值来识别所述当前操作状态。
9.根据权利要求1所述的无线耳塞，其中所述控制电路被配置为至少部分地基于来自所述光学接近传感器的接近传感器数据来识别所述当前操作状态。
10.根据权利要求1所述的无线耳塞，其中所述控制电路被配置为基于来自所述加速度计的所述输出信号来识别轻击输入。
11.根据权利要求1所述的无线耳塞，其中所述控制电路被配置为基于所述输出信号来识别轻击输入。
12.根据权利要求11所述的无线耳塞，其中所述控制电路被配置为对所述输出信号进行采样以产生样本，并被配置为将曲线曲线拟合到所述样本。
13.根据权利要求12所述的无线耳塞，其中所述控制电路被配置为基于所述样本是否已被切削来选择性地向所述样本应用所述曲线拟合。
14.根据权利要求1所述的无线耳塞，其中所述控制电路被配置为至少部分地基于来自所述加速度计的所述输出信号来识别双击输入。
15.根据权利要求14所述的无线耳塞，其中所述控制电路被配置为至少部分地基于来自所述光学接近传感器数据的所述接近传感器数据来识别假双击。
16.根据权利要求15所述的无线耳塞，其中所述控制电路被配置为通过确定所述接近传感器数据的无序度量来识别所述假双击。
17.一种无线耳塞，其特征在于，所述无线耳塞包括：
外壳；
位于所述外壳中的扬声器；
位于所述外壳中的产生光学接近传感器输出的光学接近传感器；
位于所述外壳中的产生加速度计输出的加速度计；和
控制电路，所述控制电路被配置为至少部分地基于所述光学接近传感器输出和所述加速度计输出来识别所述外壳上的双击。
18.根据权利要求17所述的无线耳塞，其中所述控制电路被配置为处理所述加速度计输出中的样本以确定所述样本是否已被切削，并被配置为基于所述样本是否已被切削来将曲线拟合到所述样本。
19.一种无线耳塞，其特征在于，所述无线耳塞包括：
外壳；
所述外壳中的扬声器；
位于所述外壳中的产生光学接近传感器输出的光学接近传感器；
位于所述外壳中的产生加速度计输出的加速度计；和
控制电路，所述控制电路被配置为处理所述加速度计输出的样本，以确定所述样本是否已被切削。
20.根据权利要求19所述的无线耳塞，其中所述控制电路被配置为响应于确定所述样本已被切削而至少部分地通过将曲线选择性地拟合到所述样本来识别所述外壳上的轻击。
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