TWI573045B - 使用多段發光二極體及一或更少照明光源檢測姿勢之方法 - Google Patents

Description

使用多段發光二極體及一或更少照明光源檢測姿勢之方法

本專利申請案為在2011年11月25日所申請之美國專利申請號第13/304,603號(名稱為「使用單一照明光源之光學姿勢偵測器」)的部分接續案。美國專利申請號第13/304,603號係主張相同發明人在2011年5月5日所申請之美國臨時申請案第61/483,034號(名稱為「使用單一照明光源之光學姿勢偵測器」)的優先權。本申請案係藉由引用形式而整合了美國臨時申請案第61/483,034號與美國專利申請號第13/304,603號之內容。

本發明係與電子裝置之顯示器有關。更具體而言，本發明係與一種偵測及決定實體姿勢的裝置有關。

姿勢偵測器是一種人為介面裝置，其可在不需使用者實際觸碰內部置有姿勢偵測器的裝置下偵測實體動作，所偵測之動作係可接續使用作為裝置之輸入指令。在某些應用中，該裝置係經程式化以辨識不同的非接觸性手部動作，例如由左向右、由右向左、由上向下、由下向上、由內向外、以及由外向內之手部動作。已經發現到姿勢偵測器係廣泛應用於手持裝置中，例如平板電腦裝置與智慧型手機、以及其他可攜式裝置(例如膝上型電腦)。姿勢偵測器也可於影音遊戲操控台中執行，其係偵測一影音遊戲玩家的動作。

許多的傳統姿勢偵測器實施方式係使用三個以上的照明光源(例如發光二極體(LEDs))以及一光線偵測器(例如一光偵測器)。照明光源係連續開啟與關閉、或閃爍，以供偵測器自閃光的反射取得空間資訊。第1圖說明了一傳統姿勢偵測器的簡化方塊圖。光偵測器4係位於LED 1、LED 2與LED 3之鄰近處。一控制電路5係經編程以連續開啟與關閉LEDs 1-3，並分析光偵測器4所偵測之測量結果。光偵測器4所偵測之資料4係針對各LED而分別儲存。舉例而言，與LED 1的每一次閃爍對應的偵測資料係儲存於一LED 1暫存器，與LED 2的每一次閃爍對應的偵測資料係儲存於一LED 2暫存器，而與LED 3的每一次閃爍對應的偵測資料係儲存於一LED 3暫存器；其結果是每一LED之一時域訊號。第2圖說明一種用於偵測一移動目標的示例方法，其係使用如第1圖所示之姿勢偵測器來進行，動作是藉由觀察來自同軸LEDs之偵測訊號之間的相對延遲而加以偵測。舉例而言，為了偵測由左向右或由右向左的動作，係可比較LED 1與LED 2所偵測之訊號，如第2圖所示。LED 1是在不同於LED 2的時間點處閃爍。LEDs 1與2係位於已知位置，且係以一已知順序來開啟與關閉。當來自LEDs的光照到在LEDs上方移動的一目標時，光係從移動的目標反射離開、返回光偵測器4。所偵測到的反射光係轉化為一電壓訊號而傳送至控制電路5。控制電路5包含一演算法，其使用LED位置、LED點亮順序、以及所接收到的偵測資料以決定目標的相對移動。相較於移動目標的速度而言，在連續LEDs的閃爍之間的時間分隔是很小的，因此在比較來自一LED的時域訊號與另一者時，此時間分隔係可忽略。

第2圖說明在從左向右的動作以及從右向左的動作兩種情形下的時域偵測電壓訊號。標示有「來自LED 1之訊號」的曲線係表示從LED 1的重複閃爍所得之偵測電壓。各曲線的低部表示該目標並未通過LED 1上方、或接近LED 1。換言之，該目標並未在光偵測器4的「視野」或覆蓋區域內，因此從LED 1發出的光係可反射離開該目標而至光偵測器4上。當目標未落於與LED 1相關之光偵測器4的視野內時，光偵測器4並不會偵測到自LED 1所發出的光之反射。曲線的高部表示該目標係位於與LED 1相關之視野內，其代表該目標正通過LED 1上方或接近LED 1。標示有「來自LED 2之訊號」的曲線係表示從LED 2的重複閃爍所得之偵測電壓。LED 1與LED 2係交替地閃爍，因此當LED 1為開敔時，LED 2係關閉；反之亦如此。當該目標位於與LED 1對應的視野內、而不位於與LED 2對應的視野內時，與LED 1的閃爍相關之偵測電壓為高，但與LED 2的 閃爍相關之偵測電壓則為低。在一簡化之偵測中，其係對應於位於LED 1上方、或接近LED 1之一目標。當該目標位於LEDs 1與2之間的中點時，光偵測器4係偵測到來自LED 1與LED 2兩者的閃爍之反射光，而產生與LED 1、LED 2兩者對應的高偵測電壓等級。當該目標位於LED 2上方、或接近LED 2時，與LED 2的閃爍有關之偵測電壓即為高，但與LED 1的閃爍有關之偵測電壓則為低。當該目標未位於LED 1或LED 2上方、也未位於LED 1與LED 2之問時，光偵測器4即不會偵測到與任一者相關之反射光，且對應的偵測電壓等級即為低。

對於從左向右的動作而言，「來自LED 1之訊號」之偵測電壓等級是在「來自LED 2之訊號」之偵測電壓等級之前轉為高，如第2圖中的「由左向右之動作」所示。換言之，當目標從左向右移動時，「來自LED 2之訊號」的電壓對時間之曲線係相對於「來自LED 1之訊號」的電壓對時間之曲線而延遲。

第2圖也顯示在從右向左動作的情形中的偵測電壓訊號。對於從右向左的動作而嘗，「來自LED 2之訊號」之偵測電壓等級是在「來自LED 1之訊號」之偵測電壓等級之前轉為高，如第2圖中的「由右向左之動作」所示。換言之，當目標從右向左移動時，「來自LED 1之訊號」的電壓對時間之曲線係相對於「來自LED 2之訊號」的電壓對時間之曲線而延遲。

至於向上與向下的動作，可將向上與向下視為在y軸中的動作，其可使用LEDs 2與3以及對應的電壓對時間之資料來類似地加以決定。控制電路5自光偵測器4接收偵測電壓，並以與上述關於x軸的類似方式來決定y軸中的相對目標動作。

多照明光源配置的一項缺點為必須在裝置中整合多數個照明光源組件，而在減少裝置大小時，是不想要設置其他組件的。

姿勢偵測裝置之具體實施例係包含一單一光源、以及一多段之分段式單一光偵測器或光偵測器之陣列(在本文中統稱為分段式光偵測 器)。一光調變結構係可根據一目標(例如手或手指)的位置，而將自光源反射的光線延遲至分段式光偵測器的不同區段上。該光調變結構可為一光學透鏡結構或一機械結構。光偵測器的不同區段係偵測反射光、並輸出對應的偵測電壓訊號。一控制電路係接收並處理偵測電壓訊號，以決定相對於分段式光偵利器之目標動作。控制電路包含一演算法，其係配置以利用自分段式光偵測器所輸出的偵測電壓訊號來計算一或多個差分類比訊號。在某些具體實施例中，係根據所計算之差分類比訊號來決定一向量，該向量係用以決定目標動作的一方向及/或速率。

在一構想中，揭露了一種用於偵測一姿勢的方法。該方法包含：配置一分段式偵測器，其具有複數個區段，各區段係輸出與該區段所偵測之光線相應的一區段訊號；根據該複數個區段所輸出之區段訊號來計算一或多個差分訊號；以及藉由對該一或多個差分訊號應用一向量分析來決定正通過該分段式偵測器的一目標之一目標動作方向。

該方法也包含籍由對該一或多個差分訊號應用向量分析，決定通過該區段式偵測器之該目標的一目標動作速率的一比例值。在某些具體實施例中，該區段所偵測的光係包含從一照明光源發出且反射離開該目標的光。在其他具體實施例中，該區段所偵測的光係包含周圍光。在某些具體實施例中，該一或多個差分訊號係包含一或多個差分複合訊號，其中一複合訊號是由兩個以上的區段訊號相加而形成之一訊號。

計算一或多個差分訊號係包含計算一第一差分訊號，其表示沿著一x軸之該目標動作方向。在某些具體實施例中，該第一差分訊號包含一最大正值與一最大負值。若該最大正值在時間上早於該最大負值時，則該目標動作方向係決定為在一正x方向中；且若該最大負值在時間上早於該最大正值時，則該目標動作方向係決定為在一負x方向中。計算一或多個差分訊號係包含計算一第二差分訊號，其表示沿著一y軸之該目標動作方向。在某些具體實施例中，該第二差分訊號包含一最大正值與一最大負值。若該最大正值在時間上早於該最大負值時，則該目標動作方向係決定為在一正y方向中；且若該最大負值在時間上早於該最大正值時，則該目標動作方向係決定為在一負y方向中。

該方法可更包含：使用在該第一差分訊號的連續零交叉點之間的一時間差來計算沿著該x軸之一目標動作速率的一比例值，並使用在該第二差分訊號的連續零交叉點之間的一時間差來計算沿著該y軸之一目標動作速率的一比例值。該方法也可包含：利用該第二差分訊號的連續零交叉點之間的一時間差而沿著該y軸疊加該目標動作速率的該比例值，以形成一目標向量。該方法也可更包含：根據該目標向量來決定一預定方向集合中其一。該預定方向集合包含一正x方向、一負x方向、一正y方向以及一負y方向。

在某些具體實施例中，該目標向量具有一目標向量角，且決定該預定方向集合中其一係包含比較該目標向量角與一組預定臨界角。在其他具體實施例中，決定該預定向量集合中其一係包含比較該目標向量與一預定分佈圖樣集合，每一分佈圖樣係對應於該預定方向集合的其中一個方向。在此一替代具體實施例中，比較該目標向量係包含決定與對每一分佈圖樣比較該目標向量有關之一可信度值，以及根據最高可信度值而選擇該預定方向集合中其一。

在另一構想中係揭露一種裝置，其包含：一分段式偵測器，該分段式偵測器具有複數個區段，其各可輸出與該區段所偵測之光線相應的一區段訊號；一記憶體，其係配置以儲存該等區段訊號：以及一處理器，其係耦接至該記憶體。該處理器包含程式指令，其配置以：根據從該複數個區段所輸出之區段訊號來計算一或多個差分訊號；以及藉由對該一或多個差分訊號應用向量分析來決定正通過該分段式偵測器的一目標之一目標動作方向。

LED‧‧‧發光二極體

4‧‧‧光偵測器

5、14‧‧‧控制電路

10‧‧‧姿勢偵測裝置

11‧‧‧照明光源

12‧‧‧分段式光偵測器

A、B、C、D‧‧‧區段/光電二極體胞元/節點

13‧‧‧光學透鏡結構

M1、M2、M3‧‧‧金屬層

TM‧‧‧上金屬層

I‧‧‧隔離區域

t1、t2‧‧‧時間

第1圖說明一種傳統姿勢偵測器的簡化方塊圖。

第2圖說明一種利用第1圖之姿勢偵測器來偵測一移動目標的示例方法。

第3圖係說明根據一具體實施例之姿勢偵測裝置的概念圖。

第4圖與第5圖說明由分段光偵測器響應於一目標在各種方向中移動而輸出的訊號所產生的示例複合訊號。

第6圖說明根據一具體實施例之一日晷配置的截面圖。

第7圖說明第6圖之胞元的上下軸視圖。

第8圖說明了旋轉90度的第7圖之胞元。

第9圖說明用以形成四個區段之複數個胞元之上下軸視圖。

第10圖說明根據一替代具體實施例之日晷配置的截面圖。

第11圖說明根據又一替代具體實施例之日晷配置的截面圖。

第12圖說明根據一替代具體實施例之針孔配置的截面圖。

第13圖說明第12圖之胞元的上下軸視圖。

第14圖說明根據一具體實施例之罩蓋配置的截面圖。

第15圖說明根據一具體實施例之角落式四維配置的上下軸視圖。

第16圖說明第15圖之角落式四維配置的截面圖。

第17圖說明在Venetian百葉式配置中所使用的傾斜阻壁。

第18圖說明在Venetian百葉式配置中的相鄰胞元。

第19圖說明根據一具體實施例之一微小四維胞元配置的上下軸視圖；第20圖說明與第3圖之分段式偵測器間之由左向右影像動作相應的一示例波形。

第21圖說明在第20圖中當該目標動作是由右向左時、與分段式偵測器間之由上至下影像動作相應的一示例波形。

第22圖說明在第23圖中當該目標動作是由下至上時、與分段式偵測器間之由左向右影像動作相應的一示例波形。

第23圖說明與第3圖之分段式偵測器間之由上至下影像動作相應的一示例波形。

第24圖至第27圖說明與第20圖至第23圖之波形類似的波形。

第28圖說明了與所辨識方向中左、右、上與下相應的四個高斯分佈

第29圖說明一示例之光電二極體區段的4×4陣列。

本發明之具體實施例係與姿勢偵測裝置以及用於偵測姿勢之對應演算法有關。該領域之技術人士將理解到該裝置與演算法的下述詳細實施方式係僅為說明之用，而不是用以作為任何形式的限制。對於這些技術人士而言，在本文教示下，係可直接得知該裝置與演算法本身的其他具體實施例。

現將詳細參照如附圖式中所述之裝置與演算法之實施方式。在圖式中以及在下列詳細說明中係使用相同的元件代表符號來代表相同或類似的部件。為求清晰，並未顯示及說明本文所述實施方式的所有慣常特徵。當然，可推知在任何這類實際實施方式的發展中係可類似地進行諸般特定實施方式之決定，以達到開發者的特定目標(例如為符合應用與商業相關限制)，且這些特定目標係可隨著實施方式的不同以及隨開發者的不同而變化。此外，可得知此一開發心力是很複雜且耗時的，但對於該領域技術人士而官，在本說明書的教示下，其係一工程慣常工作。

姿勢偵測裝置之具體實施例係包含一單一光源與一分段式單一光偵測器、或光偵測器之陣列。藉由添加一光調變結構(例如一光學透鏡結構或一機械結構)，從一鄰近目標(例如手或手指)反射的光線係可根據該目標相對於分段式光偵測器的位置而聚焦及/或被引導至光偵測器的不同區段上。光偵測器的不同區段係在同時偵測到反射光線，且來自每一區段的相對振幅係代表該目標的移動。一控制電路係接收並處理來自分段式光偵測器的偵測資料，以決定相對於分段式光偵測器的目標動作。該一光線偵測器配置係比多光源配置更為緊緻且較不昂貴。姿勢偵測器的另一優點是，一使用者係可透過姿勢來傳達一裝置指令，無需啟動觸控螢幕控制器、或使用機械式按紐；這可顯著節省電力及成本。

第3圖說明根據一具體實施例之姿勢偵測裝置的概念圖。姿勢偵測裝置10包含一單一照明光源(表示為LED 11)以及一分段式光偵測器12。在某些具體實施例中，分段式光偵測器12係配置以偵測僅一特定波長或部分特定波長的光，例如由照明光源11所發出的波長，可透過濾光器的使用來實施此配置。分段式光偵測器12係可為功能上分隔為多個區段的單一偵測器、或是由個別光偵測器所組成之一陣列。舉例而言，一四維 分段式光偵測器在功能上係等同於排列為一四維佈局的四個個別光偵測器。在本文中，用語「區段」是指在一單一偵測器中的一分隔區段、也可指在一偵測器陣列中的一個別偵測器。第3圖係以分段式光感測器12的逢緣視圖(標示為12之上方元件)與平面圖兩者來說明不同的區段(標示為12之下方元件)。

在第3圖之示例配置中，分段式光偵測器12包含四個區段：區段A、區段B、區段C與區段D。四區段之偵測器是最簡化的實施方式，然應知可增加區段數量以提高系統的解析度。當區段數量增加時，訊號處理電子元件即變得更為複雜。每一區段係彼此隔離。LED 11係位於與分段式光偵測器12鄰近處。當一移動目標通過LED 11附近且進入分段式光偵測器12的一對應視野時，LED 11所輸出的光即反射離開該移動目標而至該分段式光偵測器12。該姿勢偵測裝置10也包含一光學透鏡結構13，以使光線聚焦於分段式光偵測器12上。聚焦透鏡係使自一移動目標(例如一手部姿勢)反射的光聚焦於分段式光偵測器12上方的空問中。應知只有在「視野」內的反射光會聚焦在分段式光偵測器12上。雖然在第3圖中係繪示為一單一元件13，但光學透鏡結構13也可代表任何數量的透鏡及/或光學元件，以將光線引導至分段式光偵測器12。在共同擁有與待審之美國專利臨時申請案號61/490,568(2011年5月26日申請，名為「具有玻璃基板與形成於其中之透鏡的光偵測器」)與共同擁有與待審之美國專利臨時申請案號61/491,805(2011年5月31日申請，名為「具有玻璃基板與形成於其中之透鏡的光偵測器」)中係說明了光學透鏡結構及/或光偵測器的一種示例實施方式，兩者皆藉由引用形式而併入本文中。分段式光偵測器12的每一區段係對一控制電路14輸出一區段訊號，該等區段訊號係於控制電路14處進行處理。

LED 11係連續或週期地被驅動以對目標照明。從目標反射的光係產生在分段式光偵測器中每一者上的區段訊號。這些區段訊號係經處理、並儲存於一緩衝記憶體中，該緩衝記憶體係可整合於控制電路14中或與其分離。控制電路14分析儲存資料、並決定是否已經偵測到一有效姿勢。也可使用同樣資料，使得分段式光偵測器12係可運作作為一鄰近偵測 器。同一光偵測器結構係可與一不同訊號處理電路一起使用，因此該姿勢偵測裝置也可作為一周圍光偵測器。

當LED 11被啟動或閃爍時，當目標位於該分段式光偵測器12上方之一鄰近空間中時，該目標即被照明。該移動目標係以一平坦反射器為例而概念性描述於第3圖中。該目標反射係藉光學透鏡結構13而成像至分段式光偵測器12上。第3圖之實例係說明了該目標的由右向左之動作。當目標的邊緣移動經過成像區的中心時，該目標邊緣的聚焦影像即移動於分段式光偵測器12間。區段A與區段C首先會響應於該移動影像，然後是區段B與區段D。控制電路14係經編程以偵測此事件順序，並且辨識一由右向左之目標動作。同樣的，可藉由相反順序來辨識一由左向右之目標動作，且可利用正交訊號集合來辨識由上至下、以及由下至上兩種目標動作。進與出之目標動作係可藉由偵測四個區段A至D的總和之絕對振幅來加以辨識，其亦為鄰近測量。

第4圖與第5圖說明了響應於在各種方向中移動之一目標、而由自分段式光偵測器12輸出之訊號所產生的示例複合訊號。一複合訊號是兩個以上的區段訊號之複合組成，其中各區段訊號係提供了偵測電壓對時間關係之資料。第4圖與第5圖中所示之該等複合訊號以及分析複合訊號的方法說明了一個如何分析區段訊號以決定目標動作的示例方法。應瞭解也可對區段訊號應用替代分析方法來決定相對目標動作。

參閱第4圖，為了決定一目標是否正由右向左移動、或由左向右移動，來自區段A與區段C的區段訊號係相加在一起以形成複合訊號A+C，且來自區段B與區段D的區段訊號係加在一起以形成複合訊號B+D。第4圖說明與決定目標的由右向左或由左向右之動作對應的示例複合訊號。自複合訊號A+C中減去複合訊號B+D，以決定一差分複合訊號(A+C)-(B+D)。若出現的是由右向左之動作，則差分複合訊號(A+C)-(B+D)會具有一正向波峰、然後接以一負向波峰，如第4圖的下方左側曲線所示。若出現的是由左向右之動作，則差分複合訊號(A+C)-(B+D)會具有一負向波峰、然後接以一正向波峰，如第4圖的下方右側曲線所示。

注意在第3圖中，目標動作的方向係與分段式光偵測器12 上的影像動作方向相反。在替代具體實施例中，如下文將詳細說明者，係以數個機械結構的其中一種來取代光學透鏡結構。在這些替代配置的某些具體實施例中，在分段式光偵測器12上的影像係移動於與目標相同之方向中，且第4圖中所示之複合訊號(A+C)與(B+D)會交換，且差分複合訊號(A+C)-(B+D)會反向。如第3圖所示，當該目標由右向左移動時，分段式光偵測器12上的影像係由左向右移動。如對第4圖所應用，當該目標由右向左移動，則影像初始會因該目標在右方而出現在區段A與C上，但影像還沒有出現在區段B與D上，且所產生的複合訊號A+C係開始增加，如第4圖中上方左側曲線所示，但複合訊號B+D仍保持為零。當該目標移動到左方時，影像開始出現在區段B+D上，同時也出現在區段A+C上，且所產生的複合訊號B+D開始增加，如第4圖中中間左側曲線所示。最後，影像完全出現在所有區段A至D上。當目標影像的尾部邊緣移動離開區段A與C時，複合訊號A+C即轉為零，而形成差分複合訊號(A+C)-(B+D)之負向波峰。

同樣的，當該目標由左向右移動時，影像初始會因該目標在左方而出現在區段B與D上，但影像還沒有出現在區段A與C上，且所產生的複合訊號B+D係開始增加，如第4圖中上方右側曲線所示，但複合訊號A+C仍保持為零。當該目標移動到右方時，影像開始出現在區段A+C上，同時也出現在區段B+D上，且所產生的複合訊號A+C開始增加，如第4圖中中間右側曲線所示。最後，影像完全出現在所有區段A至D上。當目標影像的尾部邊緣移動離開區段B與D時，複合訊號B+D即轉為零，而形成差分複合訊號(A+C)-(B+D)之正向波峰。

向上與向下之移動也可類似地決定。為了決定一目標是否正由上向下移動、或由下向上移動，來自區段A與區段B的區段訊號係相加在一起以形成複合訊號A+B，且來自區段C與區段D的區段訊號係加在一起以形成複合訊號C+D。第5圖說明與決定目標的由上向下或由下向上之動作對應的示例複合訊號。自複合訊號A+B中減去複合訊號C+D，以決定一差分複合訊號(A+B)-(C+D)。若出現的是由下向上之動作，則差分複合訊號(A+B)-(C+D)會具有一正向波峰、然後接以一負向波峰，如第5圖的下方 左側曲線所示。若出現的是由上向下之動作，則差分複合訊號(A+B)-(C+D)會具有一負向波峰、然後接以一正向波峰，如第5圖的下方右側曲線所示。

當該目標由下向上移動，則影像初始會在區段A與B上，但影像還沒有出現在區段C與D上。所產生的複合訊號A+B係開始增加，如第5圖中上方左側曲線所示，但複合訊號C+D仍保持為零。當該目標向下移動時，影像開始出現在區段C+D上，同時也出現在區段A+B上，且所產生的複合訊號C+D開始增加，如第5圖中中間左側曲線所示。最後，影像完全出現在所有區段A至D上。如同在由右向左之動作中的情形，在由下向上之動作中，差分複合訊號(A+B)-(C+D)是先呈現一正向波峰、而後接以一負向波峰，如第5圖中下方左側曲線所示。可輕易得知反向的動作(由上向下)係形成一類似差分複合訊號(A+B)-(C+D)，但其相位相反，如第5圖中下方右側曲線所示。

可執行其他處理來決定朝向、或遠離分段式光偵測器的動作，即稱為進與出之動作。為了決定進與出之動作，所有的四個區段A、B、C、D都被相加以形成一複合訊號A+B+C+D。若複合訊號A+B+C+D隨一既定時間週期增加，則可決定為存在一個朝向該分段式光偵測器之動作，或一向內(inward)動作。若複合訊號A+B+C+D隨一既定時間週期減少，則可決定為存在一個遠離該分段式光偵測器之動作，或一向外(outward)動作。

一般而言，係測量區段並適當處理區段訊號來決定複合訊號中之數值變化。這些數值變化在與其他複合訊號之數值變化進行時間性比較時，係可決定使光反射為到該分段式光偵測器之一目標的相對動作。

在替代具體實施例中，可使用機械結構來替代光學透鏡結構。機械結構係用以影響反射光如何被引導至該分段式光偵測器。一第一機械性結構係稱為一日晷配置。該日晷配置係實施為一實體「阻壁」，其自該分段式光偵測器的一偵測器表面突出。當該目標移動越過該分段式光偵測器上方的空間時，該阻壁會有效投射一「陰影」於不同的偵測器區段上。此陰影係經追蹤，即可對應決定該目標動作。

第6圖說明根據一具體實施例之日晷配置的截面圖。該日晷 配置係提供了一種用於偵測在一光偵測器(在此例中係一光電二極體)上之反射光的機械式機構。中心結構係一實體日晷阻壁，用以阻檔反射光。在阻壁任一側上的兩個N-磊晶對P-基板接面係形成兩個光電二極體。阻壁是一系列的金屬層，其係建置以分隔兩個光電二極體。在第6圖的示例配置中，阻壁包含一第一金屬層M1、一第二金屬層M2、一第三金屬層M3、以及一上金屬層TM。各金屬層係由一保護層(例如二氧化矽)所分隔，在保護層中係形成有貫孔。金屬層、保護層與貫扎是利用傳統的半導體製程技術所形成。阻壁係形成於一基板上，該基板係經摻雜以形成光電二極體，也稱之為一胞元。第一光電二極體(或光電二極體胞元A)係由一N-磊晶對P-基板接面所形成。金屬層M1係耦接至N-磊晶區，以對光電二極體胞元A之陰極產生接觸。P-基板係作為光電二極體之陽極，且其為光電二極體胞元A與B所共有。藉由在光電二極體胞元A的N-磊晶層上添加一P-井層，以形成另一光電二極體。P-井之接點係產生於P-井的端部處，其並未示於第6圖中。在某些具體實施例中，當未使用姿勢功能時，係使用P-井之光電二極體還測量周圍光。在共同擁有之美國專利申請案號12/889,335(2010年9月23日申請，名為「周圍光偵測器與鄰近感測器中之雙層光電二極體」)中係說明了此一配置與功能，其係藉由引用形式而併入本文中。第二光電二極體(或光電二極體胞元B)係以與光電二極體胞元A相同的方式所形成。這兩個光電二極體胞元A與B係由延伸通過N-磊晶區且接觸P-基板的兩P+擴散部所隔離。在該兩P+隔離擴散部之間形成有一N-磊晶島部。此島部形成一另一二極體，其係收集可能從光電二極體胞元A下方漂移的任何漂散光電流，否則其會被光電二極體胞元B所收集。該另一二極體也收集可能從光電二極體胞元B下方漂移的任何漂散光電流，否則其會被光電二極體胞元A所收集。這兩個P+隔離擴散部與其間的N-磊晶島部係一起形成A/B隔離區域。A/B隔離區域中的三個元件皆全部由第一金屬層M1予以短接，其係於上金屬層TM處連接接地。在複合之A/B隔離區域中所收集到的任何光電流係射至接地，其降低了光電二極體胞元A與光電二極體胞元B之間的串音干擾。

第6圖中的結構是一胞元，其包含光電二極體胞元A、光電 二極體胞元B、隔離區域及阻壁。第7圖說明了第6圖之胞元的上下軸視圖，此胞元係配置以決定左右動作，因為阻壁係垂直對齊於帶決定之動作方向(左右)。為了決定上下動作，胞元需旋轉90度，如第8圖所示。在第8圖所示之胞元配置中，阻壁結構係與待決定之上下動作垂直對齊。產生胞元的理由之一是因為光電二極體的尺寸受有限制，特別是延伸離開阻壁結構之光電二極體胞元寬度；其限制了可用以測量反射光的表面積。第9圖係根據一具體實施例而說明配置以形成四個方塊的複數個胞元之上下軸視圖，每一胞元係藉由一隔離區域I而與一相鄰胞元隔離。在第9圖中，方塊1係製為由交替的光電二極體胞元A與B所組成之一陣列。方塊1係與方塊4相同，其同樣包含由交替的光電二極體胞元A與B所組成之一陣列。在方塊1與方塊4中的所有光電二極體胞元A都短接在一起以形成一集結之A節點。集結胞元陣列係可增加訊號強度。同樣的，在方塊1與方塊4中的所有光電二極體胞元B都短接在一起以形成一集結之B節點。使用相同的連接方式而從方塊2與3中含交替的光電二極體胞元C與D之陣列來形成一C節點與一D節點。方塊2與3中的光電二極體胞元係相對於方塊1與4中的光電二極體胞元旋轉90度。在此方式中，有四個不同的訊號，分別來自每一個節點A、B、C與D。

再次藉由分析差分訊號來決定在左右與上下方向中的目標動作。為決定在左右方向中的目標動作，係形成差分訊號A-B。利用與關於第3圖中的四維胞元配置之差分複合訊號(A+C)-(B+D)類似的方式來分析差分訊號A-B。為決定在上下方向中的目標動作，係形成差分訊號C-D。利用與關於第3圖中的四維胞元配置之差分複合訊號(A+B)-(C+D)類似的方式來分析差分訊號C-D。

第6圖所示之胞元結構是一示例日晷配置，且也可推想出替代結構。第10圖說明根據一替代具體實施例之日晷結構的截面圖。在第10圖之替代配置中，係另外形成了阻壁，且下方基板係另外經摻雜。在此具體實施例中，在兩個光電二極體胞元A與B之間的隔離區域係由一單一P+擴散部所組成。相較於第6圖而言，第10圖中的較小隔離區域係可允許較高的封裝密度。P-井與N-磊晶區之接點係產生於陣列的端部處，並未示於 第10圖中。基板中的P+區域係於上金屬層TM處連接接地。

第11圖說明根據另一替代具體實施例之日晷配置的截面圖。在第11圖之替代配置中，係另外形成了阻壁，且下方的基板係經另外摻雜。在此配置中，光電二極體胞元並不包含P-井。N-磊晶區之接點係產生於陣列的端部處，並未示於第11圖中。光電二極體胞元A與B之間的P+隔離區域係於上金屬層TM處連接接地。在此具體實施例中，缺少P-井層係可製造比第6圖中更窄的光電二極體胞元A與B。此結構可提供比第6圖更高的胞元封裝密度。

第二種機械結構係稱為細條式(pinstripe)配置。第13圖說明了根據一具體實施例之細條式配置的截面圖。細條式配置提供了一種用於偵測在一光偵測器(在此例中為光電二極體)上的反射光之機械式機構。細條式配置係類似於針孔相機，其中針孔係已加長為細條或狹槽。在基板中的兩個N-磊晶區段係形成光電二極體胞元A與B的陰極，其中P-基板形成共同陽極。金屬層M3係形成於胞元上方，且一開放狹槽係形於金屬層中。金屬層係形成於一層間介電質(例如二氧化矽)上方，其係可透光。金屬層與開放狹槽是利用傳統的半導體製造程序所形成。在某些具體實施例中，係利用傳統CMOS、數位式半導體製程來形成胞元結構。第13圖說明了第12圖所示胞元的上下軸平面圖。如第13圖所示，該開放狹槽係沿著胞元的長度而對齊。該開放狹槽可運行胞元的整個長度或部分長度。

在運作中，反射光係通過開放狹槽並衝擊光電二極體(N-磊晶區段)。當一目標位置是在開放狹槽的右側時，從該目標反射的光係通過該開放狹槽並衝擊左側光電二極體胞元A。隨著該目標由右向左移動，會有更多的反射光衝擊左側光電二極體胞元A，直到該目標通過一臨界角為止，在該處有較少的反射光衝擊左側光電二極體胞元A，取而代之，反射光開始衝擊右側光電二極體胞元B。當該目標直接覆蓋於狹槽上方，在一交錯點處，從光電二極體胞元A與B所接收到的反射光是相同的。這是具有最高整體訊號強度的位置，也是兩訊號間之差異(A-B)為零的位置。隨著該目標繼續移動至左側，會有更多的反射光衝擊右側光電二極體胞元B，且差分訊號(A-B)會改變其符號並轉變為負。在該目標進一步向左動作之 後，零反射光衝擊左側光電二極體胞元A。類似於日晷配置，針孔式配置的複數個胞元係相鄰置放以形成一方塊，且來自個別光電二極體胞元A的訊號係集結在一起而形成共同的A節點。相同類型的訊號集結係使用於B至D訊號。開放狹槽的對齊決定了待決定之目標動作的方向。舉例而言，在第13圖中，開放狹槽的水平對齊係用以決定上下動作。對齊的複數個胞元(例如第13圖中之胞元)係形成一區段以測量上下動作。開放狹槽的垂直對齊係用以決定左右動作。在一示例配置中，具有細條式配置的區段係以與第9圖所示之日晷式配置的區段類似之方式對齊，其中區段A與D係配置以決定左右動作，而區段B與C係配置以決定上下動作。在左右與上下方向中的目標動作係以與上述日晷方式類似的方式、利用差分訊號來決定。

在替代配置中，金屬層與開放狹槽係可由任何類型的光遮元件加以替代，其可使光進入通過一限定區域並阻檔其他地方的光，例如可用MEMS(微機電系統)裝置或其他舉升、部分浮動元件，其中光遮元件是由一透光材料予以支撐、或是懸浮於開放狹槽的鄰近空氣上方。一MEMS裝置係由電力驅動之一非常小的機械裝置。

一替代具體實施例是將細條式概念應用至四維胞元設計，以產生一微型四維胞元。第19圖說明根據一具體實施例之一微型四維胞元配置的上下軸視圖。微型四維胞元係由小的四維胞元陣列所組成。所有的個別A區段係集結在一起以形成一單一A訊號，至於B、C與D區段亦然。四維胞元的陣列係由一金屬層所覆蓋，其具有方形或圓形開口而使光通過。金屬層的形成方式係類似於前述細條式概念者，是使用一半導體製程。四維胞元A至D的大小、金屬層間隔、以及金屬層中的開口大小係與半導體製程中一般所用者一致。金屬層中的開口係定位為使得當光直接在開口上方時，所有的胞元都可等量、但部分地被照射。當光的角度改變時，四個胞元的相對照射量開始變得不平衡，四個訊號(A至D)係以與前述關於第3圖之說明相同的方式進行處理。

一第3機械結構係稱為罩蓋配置。罩蓋配置係以類似於細條式配置的方式運作，除了反射光經由在胞元結構中央的一開放狹槽而進入 胞元的光電二極體(如針孔式配置)以外；該胞元結構的中央係覆蓋有一「遮蓋」，且結構的周邊側部是開放的以供反射光進入胞元的光電二極體。第14圖說明根據一具體實施例之一遮罩配置的截面圖。該遮單配置係提供一種用於將反射光引導至一光偵測器(在此例中係光電二極體)上的機械式機構。兩個N-磊晶區段係形成光電二極體胞元A與B。一上金屬層TM係形成在胞元結構的中央上方之一遮罩，藉以覆蓋光電二極體的內部、但不覆蓋外部。上金屬層係一阻壁之上層，其係形成為一系列的金屬層，且係建置以分隔光電二極體胞元A與B。阻壁結構係以類似於日晷配置之阻壁結構的方式所形成，除了遮罩配置的上金屬層TM係延伸於兩個光電二極體胞元A與B的部分上方。延伸於兩個光電二極體胞元A與B上方的部分上金屬層TM係形成於一層間介電質(未示)上方，例如二氧化矽，其係可透光。類似於細條式配置與日晷配置，遮罩配置中的複數個胞元係相鄰置放以形成一區段，且多數個區段係配置及定向以決定左右與上下動作。反射光係由光電二極體胞元A與B加以偵測，而所偵測的電壓是以類似於上述細條式配置與日晷配置的方式進行收集與處理。

一第四機械結構係稱為角落式四維配置。角落式四維配置在使用一實體阻壁於光偵測元件之間的概念上係類似於日晷配置，但其係以矽等級來實施阻壁，且對於每一區段而言具有複數個阻壁(如日晷配置)，角落式四維配置係實施為晶片封裝等級，其中一阻壁係形成於區段之間。第15圖說明根據一具體實施例之一角落式四維配置的上下軸視圖。第16圖說明第15圖之角落式四維配置的截面圖。在第15圖與第16圖所示之示例配置中，光偵測元件A-D係形成為在一積體電路晶片上的四個光電二極體。這四個光電二極體可視為與第3圖之四個光電二極體相同，除了不使用如第3圖之緊密分隔的四維幾何以外，取而代之，光電二極體是分開的、且放置在基板的四個角落中。積體電路晶片係封裝為一晶片封裝體，其包含由一不透光材料所製成之一阻壁，其可阻檔光線，例如自一移動目標所反射的光。在光電二極體上方的部分晶片封裝體係由一透光材料所製成。在角落式四維配置中的阻壁高度係足夠高，使得各區段係一單一偵測器元件，其與日晷及遮單配置中的複數個胞元相反。目標動作的決定係以類似 於日晷配置的方式來決定，不需要為一給定區段來集結個別胞元電壓。角落式四維配置包含一阻壁，其具有一晶片封裝等級之大小，日晷配置則是包含具有電晶體等級大小之阻壁。

一第五機械結構係稱為Venetian百葉式配置，Venetian百葉式配置係類似於日晷配置，除了在各胞元中的阻壁結構是形成為與光電二極體胞元間呈一非垂直角度，相對於日晷配置中的垂直角度。該等傾斜阻壁係藉由以階梯配置方式來形成金屬層與貫孔而製成，如第17圖所示。此外，在Venetian百葉式配置中的每一胞元係包含一單一光電二極體胞元，其位於該傾斜阻壁的一側部上，如第18圖所示。在Venetian百葉式配置中，四個區段中每一個都面向一個不同的90度方向。舉例而言，區段A係配置為具有向左傾斜的阻壁，區B係配置為具有向上傾斜的阻壁，區段C係配置為具有向下傾斜的阻壁，而區段D係配置為具有向右傾斜的阻壁。換言之，各區段係具有一不同視野。利用這些對齊方式，可以與上述日晷配置相同的方式來決定在左右與上下方向中的目標動作。應理解也可使用替代對齊方式。

在某些具體實施例中，係於光偵測器的上方增加濾光器，以濾出具有不同於照明光源之波長的光。

示例之具體實施例係說明一種具有四個對稱配置區段、或光偵測器的姿勢偵測裝置。應理解本文所述概念係可延伸至對稱或非對稱配置的四個以上的區段，例如光偵測區段或偵測器之N×N、N×M、圓形、或其他形狀的陣列。如先前所述，一「區段」是指在一單一偵測器內的一分隔區段、或是指在偵測器陣列中之一分離的偵測器或光電二極體。

如先前所述，控制電路係配置以處理自分段式光偵測器所接收之區段訊號。特別是，控制電路係包含一演算法，其用以辨識在兩個維度(例如左、右、上、下中的某些組合)中之一姿勢的方向與速度兩者，以產生一「姿勢向量」。這可延伸至較大的光電二極體陣列，以形成向量場，其可進一步增加演算法的準確性。向量可用於指令辨識、連續處理、或其他具體應用之使用。因可追蹤速率，故可使可辨識之姿勢的有效數量增加兩倍(在僅使用「慢」與「快」時)以上，藉此提供增加之功能性。 可使用原始向量資料來定義預定姿勢，或可將原始向量資料轉化為該向量對應於四個卡式方向或其他定義之基礎方向集合中的其中一個之機率。

該演算法亦可包含沿著z軸之姿勢辨識，例如朝向或遠離分段式光偵測器。在某些具體實施例中，該演算法也包含手指追蹤。

該演算法係可於第3圖之姿勢偵測裝置的上下文脈絡中解釋。LED 11係照射該目標，其係移動於分段式偵測器12上方，產生反射離開該目標而衝擊該分段式偵測器的光。光調變結構13在概念上係代表可將反射光引導至分段式偵測器12上的任何機構，其中用於偵測之機構係包含、但不限於前述之光學機構與機械機構。分段式偵測器上形成的影像係可相對於該目標動作而以平移方式移動。從四個區段A、B、C、D所輸出的區段訊號係可得出複合訊號。藉由區段訊號的加減(針對X與Y兩軸產生不同組合)即可決定動作，其中x軸係對應於左右動作、而y軸係對應於上下動作。在左右方向中的動作是根據X=(A+C)-(B+D)而決定，在上下方向中的動作是根據Y=(A+B)-(C+D)而決定；朝向或遠離分段式偵測器(在z軸中)的動作是衝擊所有區段的光的總量，且是根據Z=A+B+C+D而決定。

當一影像由左向右移動於分段式偵測器上方時，複合訊號x首先會從零增加為某正值，然後減少至低於零，而達某負值，最後再轉為零。若該動作純粹是在x方向中，則該複合訊號Y並不會改變太多；且若其改變，其係僅於一個方向中移動，這是因為區段是被一發光源以非對稱方式照射。複合訊號Z係因照明而增加，無關於是沿x軸或y軸之移動方向。

可了解到目標動作的方向與偵測器上影像動作的對應方向之間的關係是依據用以將反射光引導至分段式偵測器上的光引導機構而定。第3圖說明由左向右之示例目標動作。如先前所述，目標動作係隨分段式偵測器12上之影像動作而反向平移。對於由右向左之目標動作而言，則有對應的由左向右之影像動作，且反之亦然。同樣的，對於由上向下之目標動作而言，也會有對應的由下向上之影像動作，且反之亦然。在上述實例中，存在一種反向關係，其中目標動作方向係與其影像動作方向相反。也可推知其他替代關係。

第20圖說明了與第3圖之分段式偵測器12上方之由左向右的影像動作對應之一示例波形。由左向右之影像動作係對應於由右向左之目標動作。隨著該目標從很遠的右方朝向分段式偵測器12移動，最終係開始在區段A與C上出現一影像。隨著該目標繼續由右向左移動，該目標係有越來越多成像在區段A與C上，而產生一增加的X值。在某時點，在區段A與C上係偵測到一最大影像，其係對應於在影像恰衝擊於區段B與D之前的時點。此時點係對應於一最大X值，在第20圖中係示例為正弦波形之正波峰。當該目標進一步移動至左方，影像係進一步移動至右方，並且衝擊區段B與D。在數值X的計算式中，係從A+C中減去B+D之一正值，產生X之一衰減值。最後，隨著該目標向左移動至有一半影像衝擊區段A與C且有一半影像衝擊區段B與D的一時點時，其即對應於第20圖中之中間的與零交會點。當該目標繼續移動至左方，該影像係繼續移動至右方，且衝擊越來越多的區段B與D、而衝擊越來越少的區段A與C，產生一個越來越大的X負值。最後，X的數值會到達一最大負值，其與影像不再衝擊區段A與C、而是衝擊一最大數量之區段B與D的目標位置對應。當該目標更進一步移動至左方，則有越來越少的影像衝擊區段B與D，直到該目標到達一個沒有對應反射光衝擊任何區段的位置為止，其即對應於第20圖中的最右方之與零交會點。

第21圖說明當該目標動作是由右向左時(如第20圖所示)，與分段式偵測器12上之由上向下的影像動作對應的一示例波形。第20圖與第21圖中所示之示例波形係對應於純粹在x軸方向中之目標動作。理想上，純x軸之目標動作之Y數值是零。然而，在實際上，由於分段式偵測器是受到LED 11的非對稱照射，因此一般也會決定有某些非零值。第21圖所示波形係顯示出一非零正值，但亦可表示某些瑣碎非零值，其可隨時間而為正值、負值、零、或某一組合。

第23圖說明了與第3圖之分段式偵測器12上之由上向下的影像動作對應的示例波形。由上向下的影像動作係對應於由下向上的目標動作。第23圖所示波形係對應於複合訊號Y，且可以類似於與第20圖中所示之複合訊號X對應波形的方式來加以決定。Y的正值係對應至專門衝 擊或主要衝擊於區段A與B中的反射光，而Y之負值則對應至專門衝擊或主要衝擊於區段C與D中的反射光。與零交會點係對應至衝擊區段A、B、C與D之零影像、或是對應至衝擊區段A+B的影像量與衝擊區段C+D者相等。

第22圖說明當該目標動作是由下向上時(如第23圖所示)，與分段式偵測器上之由上向下的影像動作對應的一示例波形。第22圖與第23圖中所示之示例波形係對應於純粹在y軸方向中之目標動作。理想上，純y軸之目標動作之X數值是零。然而，在實際上，由於分段式偵測器是受到LED 11的非對稱照射，因此一般也會決定有某些非零值。第22圖所示波形係顯示出一非零正值，但亦可表示某些瑣碎非零值，其可隨時間而為正值、負值、零、或某一組合。

為決定z軸中的姿勢，必須在Z或VSUM、訊號(A+B+C+D)中尋找足夠的增量，而不在x或y軸中偵測到一向量。

參閱第20圖與第23圖，正與負的與零交會點係與從分段式偵測器的一側部移動至另一側部的影像相符。因此，目標移動得越快，則影像也越快地越過分段式偵測器的一側而至另一側，因而導致波形的與零交會點在時間上可更為接近，這與速率精確相關。第24圖至第27圖說明了分別與第20圖至第23圖類似的波形，除了對應於第24圖至第27圖之波形的目標動作比對應於第20圖至第23圖之波形的目標動作更快以外。第24圖至第27圖中的波形具有分別類比於第20圖至第23圖之波形的關係。相較於與類似但較慢的目標動作對應的波形(例如第20圖至第23圖所示波形)而言，對應於較快目標動作的波形(例如第24圖至第27圖中所示波形)係具有一較短週期、或受壓縮。

以一預定速率來採樣反射光，例如每毫秒一次。在時間為零時，X值開始轉正，如第20圖中所示。在一稍晚時間，例如時間為30毫秒時，X值係與零交會且變為負。將採樣率除以與零交會點之間的時間，其結果係與速率成比例之一數值。這是目標速率的一個粗略估計值，因為還存在有其他影響因子(例如從目標到偵測器之間的距離)，但由於可利用個別的與零交會點來計算x與y方向中的估計速率、然後彼此進行比較， 故此一估計值係提供了一個相較於其他方向之正確相對速率，例如x方向相較於y方向之相對速率。一種示例應用係使用估計的速率決定值作為一進程等級的指令，其中不同的指令是根據一不同估計速率來決定，舉例而言，當所決定之估計速率大於一高臨界值，係命令一顯示物件以一快速速率旋轉；當所決定之估計速率介於高臨界值與一低臨界值之間時，以一中等速率旋轉；而當所決定之估計速率低於一低臨界值，則以一低速速率旋轉。

上述僅為從純粹在x方向或y方向中之姿勢或目標動作所產生之波形的實例；然而，許多姿勢都含有兩個方向的分量(例如一對角目標動作)，且姿勢波形振幅係可隨情形而變化。因此，在正向與負向之間(特別是在與零交會點之間)尋找相對變化、且是同時針對左右與上下通道兩者進行係合理的。當目標動作並非純粹為左右或上下時，所產生的X與Y訊號波形會在振幅與週期上都有變化。

利用在複合訊號X與複合訊號Y中所得資訊，即可決定一二維向量。若具體指明一與零交會點之後必須接以一個相反方向中的與零交會點以識別在左右或上下通道中之姿勢，且第一個與零交會點係發生在時間為t1、而第二個與零交會點係發生在時間為t2時，則沿著x或y方向之速率係與1/(t2-t1)成比例。方向是由該第一與零交會點是為正或為負來決定。對左右與上下通道都進行上述方法係使得可利用卡氏座標而將x方向速率Vx與y方向速率Vy疊加為一二維向量(其具有Vxi+Vyj的形式)。卡氏座標係可直接利用向量角而轉換為極座標，其結果是可在x,y平面中沿著任何角度與任何速率來偵測該目標動作，其僅受限於採樣速率。採樣速率越大，向量角的解析度就越細緻。舉例而言，當所決定之速率Vx大於速率Vy時，即可決定該目標是在一左右方向中移動地比在一上下方向中更多。

在某些具體實施例中，係可定義不同的角度臨界值，且將該向量角對這些角度臨界值進行比較。舉例而言，可將介於+45度與+135度之間的向量角決定為一向上目標動作，而介於+45度與-45度之間的向量角係決定為一向右目標動作。該演算法也可經非對稱加權。舉例而言，向量 角為60度仍可被決定為一向右目標動作，然更指向90度之向量係對應於向上目標動作。此一實例說明了演算法可經編程以考量先前的姿勢分佈之一般概念，先前的姿勢分佈可為均勻或不均勻的。

可藉由使用具有一機率概率函數集合的向量而延伸此一概念，以繪製出在一特定、預定方向中之一目標動作的可靠度。在此方式中，使用者並不需要精確做出姿勢，因為姿勢會被辨認為其中一個預定目標動作方向，例如向左、右、上與下。其也可補償已經產生的某一雜訊。舉例而言，若使用者僅希望辨認出由左向右、由上向下、由右向左、以及由下向上之方向，則可定義四個概率函數(例如高斯分佈)，其最大值係集中在每一所需向量處，且半最大值係恰好在鄰近所需向量間之中途處(放射狀)。第28圖說明與辨認方向左、右、上與下相對應的四個高斯分佈。在此實例中，該最大值係發生於0度(右)、+90度(上)、-90度(下)以及180度(左)，其半最大值係發生在±45度與±135度處。在此實例中，每一方向係幾乎相等地發生。給定某向量，則可針對0度(正x方向)決定向量角，並計算該向量對應至所有四個概率分佈的概率。這些數值中的最大者係因而為「最有可能」、且係決定作為目標動作。第28圖中繪示了兩個示例向量，各向量係對應至一測量之目標動作。向量1係被決定為一由左向右之動作，其具有90%之可靠度。向量2係被決定為大概是由上向下、且由右向左，因為該向量係幾乎等同地在左圓下圓中。在某些具體實施例中，演算法係經編程以於每一個此類模糊性中提供一預定結果。在其他具體實施例中，該演算法係經編程為不響應一模糊結果，或經編程以產生一錯誤訊息或指示。

如上所述，該演算法係應用至一四區段偵測器。該分段式偵測器與該演算法係可用於與具有四個以上的區段(例如一N×N或N×M區段陣列)之一偵測器。第29圖說明一示例之4×4光電二極體區段陣列。可針對九個不同的四區段排列中每一個都決定一向量。舉例而言，一第一四區段排列係包含區段1、2、5與6，一第二四區段排列係包含區段6、7、10與11，一第三四區段排列係包含區段11、12、15與16，依此類推，藉由針對這九個四區段排列中的每一個都應用該演算法，即可組合出一向量 場，其可用於得到更複雜的目標動作資訊。

所說明之姿勢偵測裝置係使用一單一照明光源，例如在第3圖中之LED 11。然而，在某些具體實施例中，該單一照明光源係可表示為同時脈衝化之一或多個照明光源，其與第1圖之傳統裝置中連續脈衝化之多數個照明光源相反。藉由使用在同時間脈衝化之多數個照明光源，即可達成較寬的覆蓋區域。一給定照明光源的覆蓋區域係定義為照明光源上方、光線反射離開該覆蓋區域內之一目標而將衝擊偵測器的區域。該覆蓋區域係與分段式偵測器的視野相符。雖然來自照明光源的光會在該覆蓋區域外部衝擊目標，但只有當該目標在該覆蓋區域內時反射光會傾斜而衝擊該分段式偵測器。在該覆蓋區域外，反射光並不會適當傾斜而衝擊該分段式偵測器。同時脈衝化之一個以上的照明光源係用於增加該覆蓋區域。

可於分段式偵測器中使用一個以上的照明光源，其中這些照明光源並不同時產生脈衝。在此方式中，係可實施多個x-通道與多個y-通道，其中一第一x-通道與一第一y-通道係對應於一第一照明光源，依此類推。

姿勢偵測裝置與演算法在不使用照明光源時也可適用，其不偵測與從一照明光源發出之反射光對應的影像，取而代之，而是偵測周圍光、並決定因一通過目標所產生的周圍光之減少量。在此方式中，一通過目標係於分段式偵測器上方投射一陰影，其中該陰影係經測量為周圍光之減少量。周圍光配置中的陰影係反向類比至一照明光源配置中的一影像。在周圍光配置中，三個複合訊號X、Y、Z的極性是反轉的。

姿勢偵測裝置與演算法也可使用作為一手指追蹤應用。藉由分析複合訊號X與Y的瞬間數值，即可決定一目標(例如一手指)的目前位置。舉例而言，若複合訊號X的數值為正、或為大於某一預定X正向臨界值的某數值，且複合訊號Y的數值為零、或某接近零之數值(其不超過某Y接近零之臨界值)，則決定為一使用者的手指係位朝分段式偵測器的左方。同樣的，若複合訊號X為零、或某接近零之數值(其不超過某X接近零之臨界值)，複合訊號Y的數值為負、或為大於某一預定Y負向臨界值的某數值，則決定為一使用者的手指係位於分段式偵測器下方。若複合 訊號X的數值為正，且複合訊號Y的數值為負，則決定使用者的手指係位於靠近偵測器的左下角落。在此方式中，可決定九個位置，其中八個位置係位於周圍，其為四個角落(左、右、上、下)；第九個位置為分段式偵測器的中心，其係對應於當複合訊號X的數值與複合訊號Y的數值都為零、但Z(或VSUM)訊號(A+B+C+D)不為零的時候。追蹤連續的手指位置也可決定一向量。舉例而言，對應於偵測器左方、偵測器中心、以及偵測器右方的三個連續手指位置係表示一個由右向左的目標動作。在此方式中，以手指追蹤來產生一向量決定係一種較複雜的決定目標動作向量之方法，手指追蹤也可用於較簡單的應用，例如代表一指令之單一手指位置(而非一連串的連續手指位置)。

本發明係以針對特定具體實施例與其細節而加以描述，以增進對於姿勢偵測裝置與用於偵測姿勢之方法的建構與操作原理之瞭解。在各圖式中所繪示與描述的許多組件係可互相變換以達到所需結果，且本文應被理解為也可涵蓋這些變換。因此，所參照的特定具體實施例及其細節皆不為限制如附申請專利範圍之範疇。該領域技術人士應瞭解，可對為說明而選擇之具體實施例進行諸般修飾，其皆不背離本發明之精神與範疇。。

LED‧‧‧發光二極體

10‧‧‧姿勢偵測裝置

11‧‧‧照明光源

12‧‧‧分段式光偵測器

A、B、C、D‧‧‧區段/光電二極體胞元/節點

13‧‧‧光學透鏡結構

14‧‧‧控制電路

Claims (14)

1. 一種裝置，包含：至少一個光偵測器；以及一光線調變結構，以延遲至該至少一個光偵測器之光線，其中該光線調變結構係被配置成選擇性地阻擋該光線的一部分，且其中該光線調變結構包含被配置成在一階梯結構中的複數個層；以及該至少一個光偵測器包含一光電二極體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，更包括一照明光源，以傳輸光線。
3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該至少一個光偵測器包含個別光偵測器之一陣列。
4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該該至少一個光偵測器包含分隔為多個區段之一單一光偵測器。
5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該至少一個光偵測器包含複數個胞元結構，每一胞元結構包含兩個光電二極體，另其中該機械結構包含複數個阻壁結構，每一胞元有一個阻壁結構，其中該阻壁結構位於所述兩個光電二極體之間。
6. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中該光線調變結構的一頂層具有不與所述兩個光電二極體的任一者重疊之一外週。
7. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中該光線調變結構的一頂層具有部分地覆蓋所述兩個光電二極體中每一者之一外週。
8. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中該光線調變結構包含複數個金屬層與複數個介電層，一介電層分隔每一金屬層，其中每一介電層包含複 數個金屬貫孔，其耦接至在該介電層的任一側上之金屬層。
9. 如申請專利範圍第7項所述之裝置，其中每一阻壁結構係垂直於該一或多個光電二極體的一頂部表面。
10. 如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中每一光偵測器包含複數個胞元結構，每一胞元結構包含一或多個光電二極體，另其中該機械結構包含複數個阻壁結構，每一胞元有一個阻壁結構，其中該阻壁結構係與該一或多個光電二極體的一頂部表面呈一非垂直角度。
11. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，更包含位於該複數個層的一第一層及該複數個層的一第二層之間的一阻壁結構。
12. 如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中該阻壁結構包含一貫孔。
13. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該光線包含紅外光或紫外光之至少一者。
14. 一種裝置，包含：至少一個光偵測器；以及一光線調變結構，以延遲至該至少一個光偵測器之光線，其中該光線調變結構係被配置成選擇性地阻擋該光線的一部分，且其中該光線調變結構包含被配置成在一階梯結構中的複數個層；以及該至少一個光偵測器包含個別光偵測器之一陣列。