手势感测装置的控制系统和控制手势感测装置的方法
【专利说明】手势感测装置的控制系统和控制手势感测装置的方法
[0001]本发明涉及用于手势感测装置的控制系统和用于控制手势感测装置的方法。
[0002]手势感测或手势识别表示控制电子设备特别是移动电子设备例如智能手机、平板计算机或电子书阅读设备的替选或另外的方式。手势检测允许使用由用户的手指或手的动作作出的特别限定的移动来以便捷的方式与电子设备进行交互，而非使用键盘或鼠标或者触摸触摸屏上的个别点。可能的实现是使用无接触手势感测一一使用光学传感器或对应的评估装置。该技术涉及例如驱动红外发射器以及评估由光电检测器生成的信号，其中，光电检测器检测由对象反射的光。缺点是造成相当大的功耗以及随之发生的电子设备的电池寿命的降低。
[0003]目的是提供针对手势感测的改进的概念以减小通过手势控制的电子设备的功耗。
[0004]上述目的通过独立权利要求的主题来实现。进一步的实施方式为从属权利要求的主题。
[0005]根据本发明的手势感测装置包括至少一个被设计成发送并且检测光的光学传感器，其中，在此处和在下文中“光”一般表不电磁福射，优选地表不红外福射。
[0006]为了检测手势，执行手势的相应对象例如用户的手或手指需要位于传感器的某一附近内。因此，根据本发明的用于手势感测装置的控制系统被设计成为用于至少两个不同的任务。
[0007]第一任务为接近检测，S卩:确定对象例如用户的手是否已经进入传感器的附近。对象的位置特别是对象距离传感器的距离被编码在由传感器发出、通过对象反射并且随即被传感器检测到的光中。例如，对象与传感器越接近，则反射并且检测到的光的强度越高。通过将作为结果的传感器信号与例如对应于最大距离的阈值进行比较，确定对象进入传感器的由阈值限定的附近。
[0008]第二任务为实际手势检测:识别对象例如用户的手在传感器的附近如何移动。为了确定对象的位置和/或运动，再次利用由传感器发出、通过对象反射并且由传感器检测到的光。
[0009]应当提及的是，可以采用相同的传感器特别是相同的光发送元件和相同的光电检测器来执行接近检测和手势检测二者。
[0010]根据实施方式，用于手势感测装置的控制系统以接近模式开始操作传感器。在传感器以接近模式操作时，控制系统从传感器连续接收数据集并且基于这些数据集来确定对象是否已经进入接近传感器的某一附近。当确定对象在附近时，操作模式从接近模式被改变为手势模式。
[0011]控制系统被设计成在传感器以手势模式操作时从传感器接收一个或更多个数据集并且还基于所接收的数据集来确定手势的结束。当已经确定手势结束时，控制系统以接近模式操作传感器，相应地切换回接近模式。随后，该过程可以通过检测在传感器的附近的对象而再次开始。
[0012]手势的结束可以例如对应于传感器反复生成具有在限定的阈值以下的值的信号。这可以指示对象已经在传感器的附近的外部达限定的时段。可替代地，可以将对象的运动中的其他可检测模式限定为手势的结束。
[0013]接近模式和手势模式在与发出的光的特性和用于光检测的设置方面的要求可以不同。由传感器发出的光可以例如按照连续突发(burst)的光脉冲进行布置。表征传感器操作的参数例如为:
[0014]-—个突发内的脉冲的数目
[0015]-连续突发之间的时段
[0016]-脉冲宽度
[0017]-通过传感器的驱动电流进行控制的单个脉冲的强度
[0018]-增益因子
[0019]-检测阈值。
[0020]例如，对于检测手势而言，脉冲的突发之间的时段通常可以较短或者每一突发的脉冲的数目通常可以较高以便确定对象的接近。每一突发的光脉冲的典型数目可以介于I与64之间。增益因子的典型值可以介于I与8之间。脉冲宽度的典型值可以介于4ys与32ys之间。脉冲的突发之间的典型时段对于手势模式可以大约为几毫秒以及对于接近模式可以大约为数十毫秒。所以，与以接近模式进行操作时的功耗相比，以手势模式进行操作时的功耗会显著较高，并且因此如上所述在接近模式与手势模式之间进行切换将导致功耗减小。
[0021]在各个实施方式中，控制系统还包括缓冲元件，缓冲元件例如被实现为先进先出存储器。控制系统被设计成将在手势模式下操作时从传感器接收的数据集写入缓冲元件。数据集在此可以例如对应于手势的一部分或者数据集可以对应于全部手势。然后，控制系统确定写入缓冲元件的数据是否满足一个或更多个先前限定的手势有效性条件。当数据满足手势有效性条件时，控制系统向处理器发送信号，特别是唤醒信号。唤醒信号可以例如相当于中断请求IRQ。随即，处理器可以从缓冲元件收集数据。
[0022]处理器可以例如为通过手势感测装置例如平板计算机或智能手机进行操作的电子设备的一部分，或者处理器也可以为手势感测装置的一部分。还可以使处理器的任务分离，使得处理器的一部分包含在手势感测装置中而另一部分包含在电子设备中。
[0023]在用于手势感测装置的控制系统的实施方式中，将手势的最小长度用作手势有效性条件。最小长度可以对应于写入缓冲元件的具有大于限定的阈值的值的最小数目的数据集。
[0024]在另一实施方式中，将对象距离传感器的最大距离用作手势有效性条件。对象的在最大距离以下的距离可以对应于写入缓冲元件的具有大于限定的阈值的值的数据集。
[0025]当然，可以将其他条件限定为手势有效性条件，例如:对象沿限定方向的运动大于阈值距离。
[0026]根据本发明的一些实现方式，如果所有手势有效性条件没有被完全满足，则控制系统可以忽略来自缓冲元件的数据和/或从缓冲元件删除数据，特别是不向处理器发送唤醒信号。
[0027]在使用所描述的具有包括缓冲元件的控制系统的实施方式的情况下，因为仅在控制系统已经发送对应的唤醒信号时处理器才必须被打开，所以可以减小手势感测装置的功耗并且因此可以增加附接的电子设备的电池寿命。
[0028]使用缓冲元件的另一暗示是手势感测装置可以与以高延迟设备驱动器为特征的设备一起使用。光脉冲的连续突发之间的时间延迟可以非常短，例如大约几毫秒。因此，如果未在控制系统中实现缓冲元件，则处理器必须能够每隔几毫秒就接收和处理新的数据集。另一方面，使用缓冲元件虑及不能满足该要求的设备驱动器。如上所说明的，可以针对电子设备的各自要求来调整手势有效性条件。特别地，可以调整条件以优化处理器的中断率，同时手势感测装置的性能仍保持为高。
[0029]在一些实施方式中，控制系统包括传感器，传感器可以被实现为定向光传感器阵列。例如，传感器包括至少一个光发射(light-emitting)或光发送(light-sending)元件例如发光二极管，以及至少两个定向光电检测器，定向光电检测器被实现为检测主要来自主方向的光。可以分别针对每个光电检测器来指定主方向。使用具有不同主方向的定向光电检测器具有以下优点:传感器能够提供与从不同方向入射到传感器上的光相对应的信号。
[0030]在控制系统的利用了被实现为定向光传感器阵列的传感器的另外的实施方式中，传感器包括一个光发射或光发送元件。此外，传感器包括用于检测从左边入射的光的第一光电检测器、用于检测从右边入射的光的第二光电检测器、用于检测从上方入射的光的第三光电检测器以及用于检测从下方方向入射的光的第四光电检测器。通常关于手势感测装置所用于的电子设备的主平面和方位来限定方向左、右、上和下。
[0031]在本发明的一些实现方式中，可以在传