用于检测红外线光源的运动的传感器系统的制作方法
【专利说明】用于检测红外线光源的运动的传感器系统
[0001]本发明涉及一种用于检测红外线光源的运动的传感器系统。
[0002]交互系统及其人机接口(其装备有用于自动辨识通过人执行的示意动作的装置)已知用于人-计算机交互。作为一般原理，示意动作可源自人体的任何姿势及任何运动。在此情况下，手示意动作是最重要的。示意动作辨识系统装备有用于(确切地说)正作出示意动作的手的视觉检测的装置，使得由此方法产生的图像数据借助于对应算法来评估，以便从图像数据中导出示意动作。用于视觉检测的装置通常是相机，其具有其占据大的安装空间并具有高投资成本的缺点。出于此原因，不可能以低成本小型化设计生产将(例如)有利地用于移动电话中的基于相机的示意动作辨识系统。此外，基于相机的系统具有其具有高能量消耗的缺点，使得移动应用难以实施。作为替代方案，高速光谱仪是众所周知的。然而，其就低成本小型化设计来说不提供替代性。此外，基于传感器的系统是已知的。然而，就其分辨率的有限准确度来说，此等基于传感器的系统仅允许不令人满意的示意动作辨识质量；且就其高能量消耗来说，其仅适合于有限范围内的移动应用。
[0003]本发明的目标是提供一种用于检测运动的传感器系统。在此情况下，传感器系统具有小的空间要求，示意动作辨识的分辨率的高准确度，低功耗以及低成本。
[0004]借助于专利权利要求1中揭示的特征实现此工程技术目标。额外专利权利要求中揭示其优选实施例。
[0005]用于检测在红外线光源的预定运动方向中的运动的本发明传感器系统具有至少一对红外线光传感器，所述对红外线光传感器由两个红外线光传感器组成，所述两个红外线光传感器相对于运动方向并排布置，且因此界定传感器覆盖区域，所述传感器覆盖区域通过红外线光传感器的末端之间的距离确定，红外线光传感器相对于运动方向彼此背对且经配置使得在暴露于红外线光源期间所述传感器提供用于检测红外线光源的运动的电信号(其电荷符号是相反的)，使得所述信号可被分接，其中传感器系统具有在红外线光传感器与红外线光源之间的窗；且通过此窗，红外线光源的红外线光可照射到红外线光传感器上；且在此窗后方，布置红外线光传感器；且其布置及其在运动方向上的范围根据窗的宽度调整，使得在距窗的预定限制距离之外，所述红外线光传感器中的每一个具有充分照明区域，所述充分照明区域界定位置，红外线光源从所述位置仅充分照明红外线光传感器中的其中一个，其中充分照明区域在空间上不重叠超出限制距离(暴露区域的限制)，且窗的宽度在运动方向上小于传感器覆盖区域。
[0006]优选地，传感器覆盖区域在两侧伸出超出窗相同长度。此外，红外线光传感器优选地经配置使得当所述传感器暴露于具有相同强度的红外线光源时，信号同样强。红外线光传感器优选地为热电性质，通常优选地由锆钛酸铅制成且优选地经反向极化。优选地，借助于溅镀工艺以薄膜设计制造红外线光传感器。
[0007]红外线光传感器中的每一个优选地具有信号线，红外线光传感器的电信号可利用所述信号线分接，其中在此情况下所述信号线连接到传感器系统的信号总线线路。此外，优选地运动方向上的窗的宽度在传感器覆盖区域的0.7与I倍之间，确切地说，在0.8与0.9倍之间。
[0008]此外，还优选地就窗的范围来说，传感器的外缘及传感器的内缘是通过每一红外线光传感器界定，且直接邻近于传感器的内缘的第一窗边缘及直接邻近于传感器的外缘的第二窗边缘是通过窗界定。在此情况下，从传感器的内缘到窗的第一边缘的直线与传感器法线封围第一角；且传感器法线与从传感器的外缘到窗的第二边缘的直线封围第三角，使得第一角的绝对值与第三角的绝对值之间的差大于第三角的绝对值的两倍，确切地说，在第三角的绝对值的两倍与四倍之间。
[0009]另外或作为替代方案，优选地就窗的范围来说，传感器的外缘及传感器的内缘是通过每一红外线光传感器界定，且直接邻近于传感器的内缘的第一窗边缘及直接邻近于传感器的外缘的第二窗边缘是通过窗界定。在此情况下，从传感器的内缘到窗的第二边缘的直线与传感器法线封围第二角；且传感器法线与从传感器的外缘到窗的第二边缘的直线封围第三角，使得第三角的绝对值是在零与第二角的绝对值之间，确切地说，使得第三角的绝对值是在零与第二角的绝对值的0.5之间。
[0010]优选地，传感器系统具有两对红外线光传感器，每一对红外线光传感器由红外线光传感器中的两个组成；且窗为矩形，红外线光传感器在窗下游经布置为与窗对称的阵列，其中一对红外线光传感器中的红外线光传感器布置在窗的一个对角线上，且另一对红外线光传感器中的红外线光传感器布置在窗的另一个对角线上，使得一个对角线或另一个对角线界定运动方向。
[0011]此外，优选的是红外线光传感器及窗经配置使得当红外线光源为人手时，在暴露于手后红外线光传感器提供用于检测手的运动的电信号，使得所述信号可被分接。
[0012]如果红外线光传感器中的每一个暴露于来自红外线光源的红外线光，那么可在红外线光传感器处分接的电信号具有相反电荷符号。通过红外线光传感器具有热电特性(其包括锆钛酸铅)且被反向极化的事实优选地实现此特征。当红外线光源在运动方向上移动经过红外线光传感器时，其限制条件为运动发生超出暴露区域的限制。窗布置于红外线光源所定位的位置与红外线光传感器之间，其中在此情况下远离窗至多达暴露区域的限制的区域的特征在于，红外线光传感器的充分照明区域重叠。传感器覆盖区域，窗的宽度，窗与红外线光传感器之间距离以及暴露区域的限制根据彼此调整，使得经过传感器系统的红外线光源的运动可在适用于传感器系统的应用中实现。由于红外线光源的运动进行超出暴露区域的限制，所以至少在红外线光源具有点范围的情况下满足目标:取决于红外线光源位于充分照明区域中的哪一个上，提供信号使得所述信号可在一个红外线光传感器或另一红外线光传感器处被分接。
[0013]当在运动方向上移动经过红外线光源并超出暴露区域的限制时，红外线光源首先落在前面红外线光传感器的充分照明区域中。在红外线光源已通过此充分照明区域之后，红外线光源移出此充分照明区域。如果红外线光源完全位于距窗的限制距离中，那么红外线光源直接落在后面红外线光传感器的充分照明区域中，使得充分照明区域的相应边界在暴露区域的限制处相交。此相交点在距窗的限制距离中对称并在红外线光传感器之上。超出暴露区域的限制的充分照明区域在空间上不重叠，且在运动方向上的窗的宽度小于传感器覆盖区域。如果红外线光源的运动发生超出暴露区域的限制，那么红外线光源(已离开前面红外线光传感器的充分照明区域)不直接落在后面红外线光传感器的充分照明区域中且可在中间区域中发现，后面红外线光传感器的充分照明区域与前面红外线光传感器的充分照明区域均不延伸到所述中间区域中。通过此中间区域后，红外线光源插入后面红外线光传感器的充分照明区域中且在后面红外线光传感器的充分照明区域中进一步移动，直至其从此充分照明区域中出现。因此，红外线光源通过两个充分照明区域，使得红外线光源不位于充分照明区域中的任一个中或布置在充分照明区域中的仅一个中。此方法满足电信号(其经提供使得其可在红外线光传感器处分接)之间的差为大的目标，使得传感器系统的信噪比为大。结果，传感器系统具有高敏感度。因此，传感器系统使得有可能以可靠方式通过分析电信号来检测红外线光源的运动。
[0014]此外，传感器系统有利地具有低功耗，其可在微瓦范围中。结果，传感器系统自身很好地适于在移动应用中使用，因为不需要将大、重且贵的单元提供给传感器系统的电源。两对红外线光传感器的优选阵列布置的一个优点为传感器系统可以在微瓦范围中的电力消耗操作。
[0015]下文参看随附示意性图式解释根据本发明的传感器系统的优选实施例。图式示出:
[0016]图1为传感器系统的示意形式的横截面视图。
[0017]图2为从图1观察的详细视图；以及
[0018]图3为传感器系统的平面视图。
[0019]1-传感器系统，2-隔膜，3-框架，4-第一红外线光传感器，5-第二红外线光传感器，6-盖板，7-窗，8-窗的第一边缘，9-窗的第二边缘，10-第一信号线，11-第二信号线，12-信号总线线路，13-信号调节单元，14-信号输出，15-传感器的内缘，16-传感器的外缘，17-传感器覆盖区域，18-对称轴，19-窗距离，20-限制距离，21-运动距离，22-第一充分照明区域，23-第二充分照明区域，24-部分照明区域，25-传感器法线，26-第一角，27-第二角，28-第三角，29-红外线光源，30-运动方向，31-第一位置，32-第二位置，33-第三位置，34-第四位置，35-第五位置，36-第三红外线光传感器，37-第四红外线光传感器，38-第三信号线，39-第四信号线，40-第二信号总线线路，41-窗宽度。
[0020]从图式显而易见