TW201419036A - 感測元件陣列、控制感測裝置的方法以及相關電子裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種可降低手勢感測裝置之功率消耗的方法，其主要透過一個輔助感測裝置來偵測待測物體是否處在手勢感測器的有效感測範圍中，進而決定手勢感測裝置與輔助感測裝置的操作狀態以及功率消耗。在輔助感測裝置未發現待測物體處在有效感測範圍中或者未發現待測物體進行動作之前，可令手勢感測裝置運作於低功率操作狀態中，以降低其功率消耗。

Description

感測元件陣列、控制感測裝置的方法以及相關電子裝置
本發明係關於影像偵測領域，特指一種降低手勢感測器之功率消耗的方法，電子裝置以及相關的感測元件陣列。
目前，手勢感測裝置廣泛地應用在各式各樣的領域中，以提供一種創新且直覺性的人機互動方式，其主要偵測使用者的手部動作，發出對應的控制指令以對使用者介面進行控制。一般來說，進行手勢感測的感測系統包含有第1圖所示的架構。其中，一個主動光源110週期性地對手部照射，接著，感測裝置120相對應地對照射後所產生的光影變化進行週期性的偵測。感測裝置120內部的運算電路會決定手部的動作是否對應於特定手勢型樣，進一步產生控制指令。主動光源110與感測裝置120在正常操作狀態下的操作頻率可參考第2A圖所示的示意圖。
通常，當手部離開感測系統100的有效感測範圍V時，主動光源110與感測裝置120會停止週期性地運作，進入待機模式，避免不必要的功率消耗。此時，主動光源110暫時停止對使用者的手部進行照射，感測裝置120也暫時停止對光影變化取樣。為了能在手部再次進入有效感測範圍V時，重新啟動感測系統100，因此，主動光源110與感測裝置120會間歇性地進行偵測(以低於正常操作狀 態的頻率運作)，判斷是否手部再次進入有效感測範圍V，一旦未偵測出光影變化時，立即重返待機模式；反之，感測系統100重回正常操作狀態，進行手勢偵測。關於這種狀態下的操作頻率可參考第2B圖所示的示意圖。
然而，這樣的操作方式問題在於，由於主動光源110與感測裝置120在待機模式中僅間歇性地偵測光影變化，若是手部動作所造成光影變化無法在這段時間被偵測到(例如：手部動作過於快速)，則需耗費較長的時間，感測系統100才能重回正常操作狀態，進行手勢偵測。這是因為在待機模式下，感測系統100的操作頻率較低，容易錯失使用者手部的動作。如此一來，當使用者在待機模式下想要再次啟動感測系統時，將會感受到明顯的延遲。
有鑑於此，本發明之一目的在於提供一種待機模式下的偵測與再啟動機制，其主要透過一輔助感測裝置來持續性地對待測物體進行偵測，因此可以迅速的對手部動作所造成的光影變化做出反應，及時地將手勢感測裝置切換回正常操作狀態。並且，本發明的實施例中提供多種輔助感測裝置的實施方式，這些實施方式所帶來的功率消耗，都遠低於習知技術中，間歇性地啟動手勢感測裝置所造成的功率消耗。
本發明之一實施例提供一種電子裝置，該電子裝置包含：具有 一第一感測裝置的一感測系統、一第二感測裝置以及一控制單元。該感測系統用以選擇性地偵測一待測物體來產生一第一偵測結果，其中，該第一偵測結果指出該待測物體的動作。該第二感測裝置用以選擇性地偵測該待測物體來產生一第二偵測結果，且該第二偵測結果指出該待測物體是否處於一特定空間範圍中。該控制單元耦接於該第一感測裝置與該第二感測裝置，用以依據該第一與該第二偵測結果，控制該第一感測裝置與該第二感測裝置的操作狀態。
本發明之另一實施例提供一種感測元件陣列，該感測元件陣列包含：複數個第一感測元件以及至少一第二感測元件。該些第一感測元件，用以選擇性地偵測一待測物體來產生一第一偵測結果，其中，該第一偵測結果指出該待測物體的動作。該至少一第二感測元件用以選擇性地偵測該待測物體來產生一第二偵測結果，其中該第二偵測結果指出該待測物體是否處於一特定空間範圍中。再者，該第一感測裝置與該第二感測裝置的操作狀態基於該第一與該第二偵測結果而決定。
本發明之再一實施例提供一種控制感測裝置的方法，該方法包含：利用一第一感測裝置來選擇性地偵測一待測物體來產生一第一偵測結果，該第一偵測結果指出該待測物體的動作；利用一第二感測裝置來選擇性地偵測該待測物體來產生一第二偵測結果，該第二偵測結果指出該待測物體是否處於一特定空間範圍中；以及依據該第一與該第二偵測結果，控制該第一感測裝置與該第二感測裝置的 操作狀態。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。
請參考第3圖，其係為本發明電子裝置之一實施例的架構示意圖。如圖所示，本發明電子裝置300包含：感測系統310、感測裝置320以及控制單元330。其中，感測系統310可以是一手勢感測裝置，並且包含有感測裝置315，用以選擇性地偵測一待測物體(如：手部)來產生偵測結果SR_1。偵測結果SR_1可指出該待測物體的動作。感測裝置315主要由一感測元件陣列以及相關的運算與控制電路所組成。感測裝置320用以選擇性地偵測該待測物體來產生一偵測結果SR_2。偵測結果SR_2的目的為指出該待測物體是否處於一特定空間範圍L(亦即，感測系統310的有效感測範圍)中。控制單元330耦接於感測裝置315與感測裝置320，用以依據偵測結果SR_1與SR_2，控制感測裝置315與感測裝置320的操作狀態。
簡單來說，本發明藉由偵測結果SR_1與SR_2來決定感測裝置315與感測裝置320的啟動與否(或者於正常操作狀態以及低耗電操作狀態之間切換)。當偵測結果SR_1指出該待測物體離開特定空間範圍L或者是該待測物體的動作維持不變時，控制單元330便發出控制命令S_command1至感測裝置315，令感測裝置315進入一低耗電操作狀態或者是停止運作。此時，感測裝置315將會暫停產生偵測結果SR_1，達到省電效果。具體來說，本發明將對一段特定時間間隔中所取樣的多個偵測結果SR_1進行比對，一旦發現該些偵測結果SR_1之間完全無明顯差異(代表待測物體毫無動作)，或者是指出該待測物體離開特定空間範圍L(偵測結果SR_1在瞬間改變後，維持不變)，控制電路330會發出控制命令S_command1至感測系統310，並且藉由關閉/降低感測裝置315中的讀取電路(readout circuit)、選擇電路、重置電路以及其他電路元件的供電，及/或關閉感測系統310中的發光裝置312來達到省電的目的。其中，發光裝置312的功能在於照射該待測物體，使感測裝置315得以根據該待測物體所造成的光影變化來偵測該待測物體的動作。於此同時，控制單元330所發出的控制命令S_command1亦將傳送至感測裝置320，令感測裝置320進入一正常操作狀態，產生偵測結果SR_2。控制單元330後續將依據偵測結果SR_2來判斷是否重新啟動感測裝置315以及發光裝置312以令感測系統310重回正常操作狀態。
本發明於習知技術不同之處在於，一旦進入低耗電操作狀態後，感測裝置315不需間歇性地啟動來偵測該待測物體的動作，而 是透過一個構造較簡單，而且耗電量較低的輔助感測裝置320來偵測該待測物體的動作。於一實施例中，感測裝置320可以是一環境光感測器或一近接感測器，這些裝置在運作時所需耗費的電能通常遠低於由相對複雜的感測元件陣列所組感的感測裝置315。雖然，感測裝置320並無法偵測出該待測物體的動作型態(手勢)，但卻可偵測出該待測物體是否處在於特定空間範圍L。由於特定空間範圍L代表的是感測系統310的有效感測範圍，因此，一旦發現該待測物體不處於特定空間範圍L內，則代表此時並無重新啟動感測裝置315以及其回到正常運作模式的必要。唯有當該待測物體處於特定空間範圍L內，感測裝置315才需被重新啟動。
除了用環境光感測器或者近接感測器來進行以上的偵測外，本發明其他實施例中亦提供其他方式來實現輔助感測裝置320。於一實施例中，感測裝置320與感測裝置315可以是同一感測單元陣列的一部分。關於這樣的範例請參考第4圖。如第4圖所示，感測單元陣列400的中央部分的感測單元，可規劃為感測裝置315，依據光影變化來偵測待測物體的動作，而感測單元陣列400其他部分的感測單元，則可規劃為感測裝置320，用來偵測該待測物體是否處在特定空間範圍L。請注意，第4圖中所示的規劃方式並非為本發明的限制。舉例來說，感測裝置320可以是感測單元陣列400中任何部分(邊緣、角落或者是中心處)的一個或多個感測元件。由於規劃為感測裝置320的感測單元的數量小於感測裝置315所包含的感測單元的數量，因此，感測裝置320進行偵測時所耗費的功率，將 會小於間歇性地啟動感測裝置315來偵測該待測物體時所耗費的功率。另外，不論是透過環境光感測器或近接感測器，又或是感測元件陣列中的部分感測單元來實現感測裝置320。感測系統310與感測裝置320都可透過系統單晶片(System on Chip,SoC)的方式而實現於同一晶片中，達到電路面積的最佳運用。
再者，當由感測裝置320所產生之偵測結果SR_2指出該待測物體再次進入特定空間範圍L，或者開始動作時，則該控制單元330將發出控制指令S_Command2，令感測系統310進入一正常操作狀態，繼續對待測物體的動作進行偵測，產生偵測結果SR_1。同樣地，控制指令S_Command2可能被傳送至感測裝置320，結束其運作。關於感測系統310、感測裝置320的操作頻率可參考第5圖所示的示意圖。
關於功率消耗水平與控制指令之間的關係，請參考第6圖。如圖所示，當該待測物體離開特定空間範圍L或者是動作維持不變時，則控制指令S_Command1被發出，令感測系統310的功率消耗水平PWR_Level1降低(透過感測裝置315進入低耗電模式或是關閉，以及關閉發光裝置312來達成)，進而停止對該待測物體進行偵測。接著，感測裝置320被啟動，進入正常操作狀態，此時功率消耗水平PWR_Level2將升高。而一旦感測裝置320指出特定空間範圍L中的光影有所變化時(亦即，該待測物體再次進入有效感測範圍，或者是該待測物體開始動作)，則控制指令S_Command2被發 出，令感測系統310回到正常操作狀態，此時感測系統310的功率消耗水平PWR_Level1將回到正常值，另外，感測裝置320將被關閉或者是進入低耗電操作狀態，進而使功率消耗水平PWR_Level2降低。
基於以上操作原理，本發明之一實施例提供一種控制感測裝置的方法，其流程圖包含如第7圖所示的步驟。首先，在步驟700中，流程開始。接著，在步驟702中，判斷是否待測物體離開特定空間範圍或者是動作維持不變，這項判斷係依據一第一感測裝置(感測裝置315)所產生的第一感測結果(感測結果SR_1)來進行。若判斷結果為否，則返回步驟702，持續進行判斷；若判斷結果為是，則進入步驟704，關閉第一感測裝置或者是使其進入低耗電操作狀態，於此同時，可能會進一步關閉關聯於第一感測裝置的一發光裝置。並且，開啟一第二感測裝置(感測裝置320)，以產生第二感測結果(感測結果SR_2)。之後，流程進入步驟706，判斷是否待測物體再次進入特定空間範圍或者是進行移動。若判斷結果為否，則返回步驟706：若判斷結果為是，則進入步驟708，關閉第二感測裝置。並且，開啟第一感測裝置以令其進入正常操作狀態，同時開啟發光裝置，令第一感測裝置得以重新偵測待測物體的動作。
以上文中所提及之「一實施例」代表針對該實施例所描述之特定特徵、結構或者是特性係包含於本發明之至少一實施方式中，故文中不同段落中所出現之「一實施例」並非代表相同的實施例。因 此，儘管以上對於不同實施例描述時，分別提及了不同的結構特徵或是方法性的動作，但這些不同特徵可透過適當的修改而同時實現於同一特定實施方式中。
由以上說明可知，本發明採用輔助感測裝置的優點為：較快的再啟動時間，以及更低的功率消耗。這是因為，輔助感測裝置的組成較簡單，因此本身功率消耗較低。即便以較高的操作頻率(如第6圖所示)來運作，總體的功率消耗依然理想。況且，若是用較高的操作頻率來進行偵測時，較不容易錯失待測物體的動作，因此，本發明的方式提供較理想的再啟動時間，令使用者不易感到延遲。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100、310‧‧‧感測系統
110、312‧‧‧光源
120、315、320‧‧‧感測裝置
300‧‧‧電子裝置
330‧‧‧控制單元
700~708‧‧‧步驟
第1圖係為習知進行偵測手勢之感測系統的架構示意圖。
第2A圖與第2B圖係為習知感測系統中各元件在正常操作狀態與待機模式下的操作頻率示意圖。
第3圖係為本發明電子裝置之一實施例的架構示意圖。
第4圖係為本發明感測元件陣列之一實施例的架構示意圖。
第5圖係為本發明電子裝置中各元件在正常操作狀態與低耗電操作狀態下的操作頻率示意圖。
第6圖係為本發明電子裝置中各元件的功率消耗水平與控制指令之 間的時序關係。
第7圖係為本發明控制感測裝置之方法之一實施例的流程圖。
300‧‧‧電子裝置
310‧‧‧感測系統
312‧‧‧光源
315、320‧‧‧感測裝置
330‧‧‧控制單元

Claims (24)

  1. 一種電子裝置，包含：一感測系統，包含有一第一感測裝置，用以選擇性地偵測一待測物體來產生一第一偵測結果，該第一偵測結果指出該待測物體的動作；一第二感測裝置，用以選擇性地偵測該待測物體來產生一第二偵測結果，該第二偵測結果指出該待測物體是否處於一特定空間範圍中；以及一控制單元，耦接於該第一感測裝置與該第二感測裝置，用以依據該第一與該第二偵測結果，控制該第一感測裝置與該第二感測裝置的操作狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項之電子裝置，其中當該第一偵測結果指出該待測物體離開該特定空間範圍或者該待測物體動作維持不變時，該控制單元令該第一感測裝置進入一低耗電操作狀態，並停止產生該第一偵測結果。
  3. 如申請專利範圍第1項之電子裝置，其中當該第一偵測結果指出該待測物體離開該特定空間範圍或者該待測物體動作維持不變時，該控制單元令該第二感測裝置進入一正常操作狀態，並產生該第二偵測結果。
  4. 如申請專利範圍第1項之電子裝置，其中當該第二偵測結果指出 該待測物體進入該特定空間範圍或者進行動作時，該控制單元令該第一感測裝置進入一正常操作狀態，並產生該第一偵測結果。
  5. 如申請專利範圍第4項之電子裝置，其中當該控制單元令該第一感測裝置進入該正常操作狀態之前，該第一感測裝置停止產生該第一偵測結果。
  6. 如申請專利範圍第1項之電子裝置，其中該感測系統另包含有：一發光裝置，用以照射該待測物體，使該第一感測裝置得以偵測該待測物體的動作，其中該控制單元依據該第一與該第二偵測結果來開啟或關閉該發光裝置。
  7. 如申請專利範圍第1項之電子裝置，其中該第一感測裝置與該第二感測裝置係分別屬於同一感測單元陣列的一部分。
  8. 如申請專利範圍第1項之電子裝置，其中該第一感測裝置與該第二感測裝置係設置於同一晶片中。
  9. 如申請專利範圍第1項之電子裝置，其中該第二感測裝置係為一環境光感測器或一近接感測器。
  10. 一種感測元件陣列，包含：複數個第一感測元件，用以選擇性地偵測一待測物體來產生一 第一偵測結果，該第一偵測結果指出該待測物體的動作；以及至少一第二感測元件，用以選擇性地偵測該待測物體來產生一第二偵測結果，該第二偵測結果指出該待測物體是否處於一特定空間範圍中；其中該第一感測裝置與該第二感測裝置的操作狀態基於該第一與該第二偵測結果而決定。
  11. 如申請專利範圍第10項之電子裝置，其中當該第一偵測結果指出該待測物體離開該特定空間範圍或者該待測物體動作維持不變時，該些第一感測元件進入一低耗電操作狀態，並停止產生該第一偵測結果。
  12. 如申請專利範圍第10項之電子裝置，其中當該第一偵測結果指出該待測物體離開該特定空間範圍或者該待測物體動作維持不變時，該第二感測元件進入一正常操作狀態，並產生該第二偵測結果。
  13. 如申請專利範圍第10項之電子裝置，其中當該第二偵測結果指出該待測物體進入該特定空間範圍或者進行動作時，該些第一感測元件進入一正常操作狀態，並產生該第一偵測結果。
  14. 如申請專利範圍第13項之電子裝置，其中當該些第一感測元件進入該正常操作狀態之前，該些第一感測元件停止產生該第一偵測結果。
  15. 如申請專利範圍第10項之電子裝置，其中該第二感測元件設置於該感測元件陣列的邊緣。
  16. 一種控制感測裝置的方法，包含：利用一第一感測裝置來選擇性地偵測一待測物體來產生一第一偵測結果，該第一偵測結果指出該待測物體的動作；利用一第二感測裝置來選擇性地偵測該待測物體來產生一第二偵測結果，該第二偵測結果指出該待測物體是否處於一特定空間範圍中；以及依據該第一與該第二偵測結果，控制該第一感測裝置與該第二感測裝置的操作狀態。
  17. 如申請專利範圍第16項之控制感測裝置的方法，其中控制該第一感測裝置與該第二感測裝置的操作狀態的步驟包含：當該第一偵測結果指出該待測物體離開該特定空間範圍或者該待測物體動作維持不變時，令該第一感測裝置進入一低耗電操作狀態，並停止產生該第一偵測結果。
  18. 如申請專利範圍第16項之控制感測裝置的方法，其中控制該第 一感測裝置與該第二感測裝置的操作狀態的步驟包含：當該第一偵測結果指出該待測物體離開該特定空間範圍或者該待測物體動作維持不變時，令該第二感測裝置進入一正常操作狀態，並產生該第二偵測結果。
  19. 如申請專利範圍第16項之控制感測裝置的方法，其中控制該第一感測裝置與該第二感測裝置的操作狀態的步驟包含：當該第二偵測結果指出該待測物體進入該特定空間範圍或者進行動作時，令該第一感測裝置進入一正常操作狀態，並產生該第一偵測結果。
  20. 如申請專利範圍第19項之控制感測裝置的方法，其中控制該第一感測裝置與該第二感測裝置的操作狀態的步驟包含：當該控制單元令該第一感測裝置進入該正常操作狀態之前，停止產生該第一偵測結果。
  21. 如申請專利範圍第16項之控制感測裝置的方法，另包含：依據該第一與該第二偵測結果來開啟或關閉該發光裝置來控制用以照射該待測物體的一發光裝置。
  22. 如申請專利範圍第16項之控制感測裝置的方法，其中該第一感測裝置與該第二感測裝置係分別屬於同一感測單元陣列的一部分。
  23. 如申請專利範圍第16項之控制感測裝置的方法，其中該第一感測裝置與該第二感測裝置係設置於同一晶片中。
  24. 如申請專利範圍第16項之控制感測裝置的方法，其中該第二感測裝置係為一環境光感測器或一近接感測器。
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