悬浮控制输入装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及输入装置，特别是涉及一种可应用于便携式电子产品悬浮控制的输入 装置。
【背景技术】
[0002] 悬浮控制输入装置为一种人机互动装置，能够在手势动作不接触装置表面的情况 下，检测控制手势的相对位置、移动速度与移动方向等信号。这些检测到的控制手势可作 为控制指令输入给安装有此装置的电子产品，前述控制指令例如向左翻页、向右翻页、向下 翻页、向上翻页、点选等。悬浮控制输入装置在便携式电子产品中，例如智能手机、平板电脑 等，具有越来越广泛的应用。
[0003] 传统的悬浮控制输入装置通常利用摄影机截取影像，并将摄影机得到的影像做软 件处理和分析，以辨识手势的各个控制动作；然而，这种方法的耗电流很大，不适用使用电 池的便携式电子产品使用。
[0004]另一种传统的悬浮控制输入装置还采用多光源架构，其由三个或超过三个的光 源、一个光电感测器及一个处理单元组成。图1为现有多光源架构的悬浮控制输入装置的 架构图。参照图1，悬浮控制输入装置1包含一个第一发光二极管（lightemittingdiode, LED) 10、一个第二发光二极管12、一个第三发光二极管14、一个光电感测器16及一个处理 单元18。第一发光二极管10及第二发光二极管12设置在光电感测器16的相对两侧，第 三发光二极管14位于第一发光二极管10或第二发光二极管12的下方，并与第一发光二极 管10或第二发光二极管12连线垂直的地方；在这里，第三发光二极管14是位在第二发光 二极管12的下方，并与第二发光二极管10连线垂直的地方。
[0005]处理单元18产生控制信号，使第一发光二极管10、第二发光二极管12,以及第三 发光二极管14轮流发光。第一发光二极管10、第二发光二极管12以及第三发光二极管14 发出的光线用以照射一个物体（未图示）。
[0006] 光电感测器16接收物体反射第一发光二极管10、第二发光二极管12或第三发光 二极管14发出的光线，简而言之，光电感测器16用以接收经物体反射后的反射光线。光电 感测器16同步感应反射光线并产生对应反射光线的电信号。处理单元18接收上述电信号， 并根据上述电信号以判断物体的相对位置、移动速度与移动方向。
[0007] 悬浮控制输入装置1的多光源架构会造成体积大且耗能高的问题，不便于悬浮控 制输入装置1往小型化和集成化的方向发展。
[0008] 图2为现有具有多分区光电感测器的悬浮控制输入装置的架构图。图2所示的悬 浮控制输入装置2包含一个发光元件20、多个光电感测器或一个分区光电感测器22以及一 个处理单元24。在这里，多区光电感测器22以具有四个区块的多区光电感测器作为说明范 例，且在图2中，四个区块分别标记为a、b、c、d。处理单元24控制发光元件20发光，物体 反射发光元件20发出的光线到分区光电感测器22的不同区块，分区光电感测器22的不同 区块同时感测反射光线，并产生对应的感应电信号，区块间感应电信号的相对幅度可表示 物体的相对位置，处理单元24接收并处理来自分区光电感测器22的感测数据，判断对应于 分区光电感测器22的移动速度与移动方向。
[0009] 与多光源架构相比，此单光源架构更精简、成本更为低廉，但其解析度低。虽然增 加分区光电感测器22的区块数量可以增强解析度，但这样会增加悬浮控制输入装置2的整 体面积，也对技术水准提出了较高要求。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种悬浮控制输入装置，主要解决 现有悬浮控制输入装置存在体积大以及检测信号不连续的现象。本发明提出的悬浮控制输 入装置采用单个发光二极管及单个位置感测器，以减小悬浮控制输入装置的尺寸以及耗电 流，并可检测物体的连续变化。
[0011] 为实现上述目的，本发明包含至少一个红外光发光二极管、至少一个可判别方位 的位置感测器、至少一个位于位置感测器上方的成像模块，以及一个信号控制与处理电路。
[0012] 所述发光二极管选用红外发光二极管，其原因是：1.红外发光二极管发出的红外 光可以避免人眼的不适感；2.采用红外光使悬浮控制输入装置具有快速响应能力，有效地 突显了信号的同步特点；3.在位置感应器的上方镀上供红外反射脉冲通过的光学镀膜，可 阻隔或降低环境背景光的影响，并且大幅提高信噪比（signal-to-noiseratio)。
[0013] 所述位置感测器包含至少一个P层结构和一个N层结构、至少一对光电流输出电 极和一个公共电极，P层结构和N层结构之间形成PN结，P层结构和N层结构中掺杂浓度高 的一层作为公共电极的引出端，掺杂浓度低的一层结构呈现高阻抗特性，其边缘作为光电 流输出电极的引出端，位置感测器接收频谱范围内光的强度，根据光强及光强的重心位置 即时输出电信号给信号控制与处理电路。
[0014] 所述信号控制与处理电路与位置感测器、红外发光二极管以及外部的微处理器电 性相连，其作用是：1.控制红外发光二极管的发出的红外光脉冲的脉冲时序与脉冲强度； 2.接收并处理红外发光二极管发出的红外光脉冲的脉冲时序同步的位置感测器产生的电 信号；3.将位置感测器产生的电信号中对应于红外反射光脉冲的红外反射光脉冲信号与 对应于环境背景光的环境背景光信号分离，并将红外反射光脉冲信号转换成数字信号，最 终传给外部的微处理器。
[0015] 上述位置感测器可以与传统互补式金属氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，简称CMOS)技术兼容。
[0016] 上述位置感测器和信号控制与处理电路可整合在单一集成电路上。
[0017] 上述位置感测器可以感测其接收频率范围内的所有光，包括环境背景光，也包括 由红外发光二极管发出的红外光脉冲遇到物体反射后，经过成像模块后成像在位置感测器 上的红外反射光脉冲。
[0018] 上述位置感测器可采用至少一个一维位置感测器，也可采用一个二维位置感测 器。
[0019] 上述信号与处理电路包含位置感测器光电流运算单元、至少一个模拟数字转换器 (Analog-to-digitalconverter,简称ADC)、一个寄存器、一个时序控制电路、一个红外发 光二极管电流驱动电路，以及一个通讯接口。
[0020] 所述位置感测器光电流运算单元，其作用是：1.接收输入到信号控制与处理电路 的电信号；2.受时序控制电路控制，对电信号进行运算；3.输出运算后的电信号给模拟数 字转换器。
[0021] 所述模拟数字转换器受时序控制电路的控制，在每个模拟数字转换器转换周期将 位置感测器光电流运算单元输入的电信号同步转换为二进制数字量，并输出给寄存器。
[0022] 所述通讯接口，其作用是：1.受时序控制电路的控制，将寄存器中的二进制值作 为信号控制与处理电路的输出送给外部的微处理器；2.接收外部的微处理器的数据，并输 出给时序控制电路。
[0023] 所述红外发光二极管电流驱动电路在时序控制电路的控制下，产生驱动信号，作 为信号控制与处理电路的输出控制红外发光二极管发出红外光脉冲。
[0024] 所述时序控制电路，其作用是：1.控制红外发光二极管电流驱动电路，使其输出 控制红外发光二极管发出的红外光脉冲的脉冲时序与脉冲强度的驱动信号；2.控制位置 感测器光电流运算单元的运算法则；3.控制模拟数字转换器的转换时序；4.控制通讯接口 与外部的微处理器的通讯。
[0025] 上述信号控制与处理电路，其信号处理的具体方法，包含如下步骤：
[0026] 1.时序控制电路通过红外发光二极管电流驱动电路控制红外发光二极管发出红 外光脉冲；
[0027] 2.在红外发光二极管发出红外光脉冲时，位置感测器光电流运算单元对输入的各 路电信号进行加减运算，得到代表某一感测维度位置和环境背景光的电信号；
[0028] 3.模拟数字转换器同步将步骤2所产生的电信号转换为二进制值，所述二进制值 代表了沿所述维度方向的位置和环境背景光；
[0029] 4.在红外发光二极管不发出红外光脉冲时，位置感测器光电流运算单元对输入的 各个支路的电信号进行与步骤2相同的运算，得到代表所述维度环境背景光的电信号；
[0030] 5.模拟数字转换器同步将步骤4所产生的电信号转换为二进制值，所述二进制值 代表了沿所述维度方向的环境背景光；
[0031] 6.步骤3所产生的二进制值扣除步骤5所产生的二进制值即可代表所述维度的位 置；
[0032] 7.重复步骤2到步骤6,寄存器可得到代表N(N3 1)维度的位置，可通过通讯接 口将寄存器的数据传送到外部的微处理器，外部的微处理器通过计算分析，判断物体的相 对远近、位置、移动速度、移动方向以移动速度。
[0033] 上述步骤2和步骤4中所述的对输入的各路电信号进行加减运算，也可以省去不 做，只是选择某一路电信号。
[0034] 上述步骤4到步骤6可省略，由步骤3得到的二进制值即代表所述维度的位置。