专利名称：使用位置敏感检测器的位置测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算可移动对象的位置，并且更具体地涉及利用光来计算可移动对象的位置。
背景技术：
能够计算可移动设备位置的优点巨大，但是测量可移动设备的位置可能很有难度。并且很多应用都需要通过重复地测量可移动设备的位置来跟踪可移动设备。部分已知的设备存在一些问题。基于陀螺仪的设备很容易积累误差并且需要定期复位。基于测量无线电波的设备可能会遭遇来自生成无线电波的多种其他设备的干扰。基于视频记录真人或者与真人(或对象)相关联的光线并随后通过计算方法来计算人(或对象)位置的设备需要昂贵的硬件才能实施。另外，可移动设备可能是无线的，从而使得电源必须被包含在可移动设备内。因此，本领域内对不依赖于无线电波或陀螺仪就能可靠地计算可移动设备的位置存在需求。附图简要说明
图1示出了本发明的一个实施例。图2A示出了在一维位置敏感设备上测量聚焦光线的位置X。图2B示出了在二维位置敏感设备上测量聚焦光线的位置X，y。图3示出了用于计算本发明的一个实施例所用光源的位置的X和Z平面。图4示出了用于计算可移动设备的旋转的一个实施例。图5A示出了用于计算可移动设备的旋转的一个实施例。图5B示出了用于借助多个光源来计算可移动设备的旋转的一个实施例。图6A示出了本发明的一个实施例，其中在控制台上有两个光源，并且在由人手持的可移动设备上有一个光检测器。图6B示出了一种可移动设备，其中在光检测器上具有由两个光源发射的光或反射光构成的两个光点。图7示出了用于控制器的一个实施例。图8A-8D示出了本发明的实施例。图9A-9E示出了本发明的实施例。
图10示出了能够采用本发明的一种应用。图11示出了能够采用本发明的另一种应用。图12示出了图11所示应用的另一个实施例。图13示出了根据本发明的一个实施例的一种系统。
具体实施例方式公开了用于针对显示设备的远程控制设备的方法和设备。在一个实施例中，远程控制设备可以包括多个光源，其中每一个光源都具有以不同于其他光源的预定角度倾斜的光轮廓(light profile) 0在另一个实施例中，远程控制设备可以包括控制器以及耦合至控制器的多个光学检测器。每一个光学检测器都可以响应来自位于显示设备上的一个或多个光源的入射光而生成一对电信号，并且控制器可以根据电信号来计算远程控制设备的位置。图1示出了根据本发明的一个实施例的系统100。系统100可以包括一个或多个可移动设备110和控制台120。可移动设备110可以包括向自由空间发射光或者反射光的光源130。控制台120可以包括小孔140、光学检测器170和控制器180。小孔140可以将来自光源130的入射光汇聚到光学检测器170的表面上并且可以由此生成横向电流190。 当设备110在自由空间内移动时，光学检测器170表面上的汇聚光线的分布可以改变，这就可以改变由此生成的电流。控制器180监测电流中的改变并且可以计算设备在自由空间内的位置。一旦控制器180计算出设备在自由空间内的位置，计算结果即可被输入至其他的控制台部件(未示出)作为输入数据。在一个实施例中，其中可移动设备110可以是游戏控制器并且控制台120可以是视频游戏控制台，设备的位置可以是用于游戏角色等的控制输入。在一个实施例中，其中可移动设备110可以被连接至居家照护患者，设备的位置可以被用于跟踪居家照护患者的活动，并且跟踪的活动可以被上载至用于监测患者活动或诊断患者的医疗个人记录。在一个实施例中，可移动设备110被连接至机械手臂，设备的位置为控制手臂的计算机程序提供反馈。更具体地，可以由控制台120计算可移动设备110相对于控制台120的原点173 的位置P(x，Y，Ζ) (Χ 175. 1，Υ175. 2和Z 175. 3)。光源130发射或者反射光。小孔140可以将光线160聚焦在光学检测器上，在此是“位置敏感设备”(PSD) 170。PSD 170可以由于光线160投射在PSD 170上而生成电流190。控制器180可以基于由PSD 170生成的电流 190并且基于小孔140的性质来计算可移动设备110的位置175。控制器180可以通过线路185连接至PSD 170。在PSD 170和控制器180之间可以有电子元件(未示出)例如运算放大器。控制器180可以包括A/D转换器185用于将来自PSD 170的模拟数据转换为数字数据以由控制器180处理。在一个实施例中，如图所示有两个PSD 170，其中一个是一维的170. 1，还有一个是二维的170. 2。二维的PSD 170. 2生成电流190. 3，190. 4，190. 5和 190. 6(如图所示，但是可选地或附加地也可以测量电压)使控制器180能够定位聚焦光线 197在PSD 170. 2所处平面上的形心(centroid)。一维的PSD 170. 1生成电流190. 1和 190. 2使控制器180能够定位聚焦光线198在PSD170. 1所处直线上的形心。控制器180可以包括模拟_数字转换器185用于将来自PSD 170的模拟电流190转换为要在控制器180上进行运算的数字值。如下所述，可选的实施例可以使用PSD 170的不同配置和选择。例如，三个一维PSD，两个沿χ轴取向和一个沿y轴取向。在另一个示例中，有沿χ轴取向的两个PSD。追加的PSD可以被用于提高计算测量值的灵敏度。在一个实施例中，小孔140可以被设置为控制台120壳体内的狭缝。可选地，小孔 140可以包括将焦距调节为PSD和透镜之间分隔距离的聚焦透镜、鱼眼透镜或棱镜。为了方便，将光源130作为可移动设备110的一部分进行介绍，并且将PSD 170和控制器180作为控制台120的一部分进行介绍，但是这些角色可以颠倒为光源130是控制台120的一部分，而光学检测器170和控制器180则是可移动设备110的一部分。如果可移动设备110包括光学检测器170和控制器180，那么可移动设备110可能需将可移动设备 110的计算位置送往控制台120的方法。光源130可以是LED或激光器或几乎是任意类型的光源130。在一个实施例中，光源可以是固定波长的发光设备。固定波长可以有助于抑制环境光。但是，在某些情况下，对于环境光源，可能需要计算一个或多个光源的位置，并且如果需要，光学检测器170可能要被用于确定一个或多个环境光源的位置。可移动设备110如果是无线的，那可能包括电源例如电池(未示出)。另外，如下所述，可能有用于可移动设备110的附加部件。例如，可移动设备110可以包括用于发射光的时间调制或频率调制的电子部件。在另一个实施例中，光源130可以反射由光发生器(未示出)发出并送往或送向光源130的光。光源130将调制光反射到自由空间中，其中的一部分可能在光学检测器170 处被接收到。 可选地，上述设备可以被设置在可移动设备例如游戏控制器上。并且，光源可以被设置在另一设备例如游戏控制台上。在一个实施例中，不再是两个光学检测器，而是可以有至少三个光学检测器，其中至少一个光学检测器具有不同的取向。在一个实施例中，该设备包括具有小孔的壳体以接纳来自光源的光线。小孔将来自光源的光线聚焦在光学检测器上。在一个实施例中，可以有多个光源(和/或光学检测器)用于计算可移动设备的旋转。 在一个实施例中，可以有多个可移动设备。在一个实施例中，控制器可以使用三角定位法来计算光线的位置。在一个实施例中，使用了多个光源，每一个光源都可以通过时间或频率加以区分，并且根据光源的计算位置来计算旋转。在一个实施例中，使用了多个光源，每一个光源都可以通过时间或频率加以区分，并且根据接收到的光源的空间分布来计算旋转。以下介绍的是一种用于供控制台计算可移动设备三个坐标的方法的实施例。可以使用不同的坐标系并且下述方法的多种变形都是可行的。定位一维光学检测器上的光点图2A示出了测量汇聚光线245在线性PSD 210上的位置x200。从光源(未示出) 发射或反射出入射光215。入射光215穿过小孔220，然后变成落在PSD 210上的具有光分布245的汇聚光205。入射光215可以被模型化为就像是入射在PSD 210上的光点一样。 光分布245在PSD 210内生成横向电流I1和i2并且在设于线性PSD 210相对端的相应电触点230. 1、230. 2处生成电流Il 225. 1和Ie 225.2。横向电流I1和士2与入射光215成比例。电流Il 225. 1和Ik 225. 2可以由相应的放大器230. 1,230. 2放大并且可以被数字化以用于由控制器(未示出)进一步处理。入射光可以被模型化为就像是入射在PSD 210上的光点一样。PSD具有长度D
7235。控制器可以通过应用以下公式来计算光点的位置χ 200 (
权利要求
1.一种远程控制设备，包括多个光源，其中每一个光源都具有以不同于其他光源的预定角度成角度的光轮廓。
2.如权利要求1所述的远程控制设备，其中所述多个光源适于向显示设备发送控制信号。
3.如权利要求2所述的远程控制设备，其中所述显示设备是电视机、计算机监视器或 PDA ；并且所述显示设备具有耦合至多个位置敏感光学检测器的控制器，每一个光学检测器都响应来自所述光源的入射光而生成一对电信号，并且根据由所述光学检测器生成的电信号来计算所述远程控制设备的位置。
4.如权利要求3所述的远程控制设备，其中所述控制器包括处理器，用于执行代表电视上显示的图形用户界面的程序指令，并且所述处理器定期使用代表图形用户界面上的光标运动的计算位置数据。
5.如权利要求4所述的远程控制设备，其中所述控制器被进一步设置用于根据已知的光源角分布计算远程控制设备的旋转信息，能够通过时间和频率中的至少一种区分所述光源的光。
6.如权利要求5所述的远程控制设备，其中所述控制器被进一步设置用于通过重复地计算光源的位置和旋转信息来跟踪所述远程控制设备的位置和旋转。
7.如权利要求1所述的远程控制设备，其中调制由所述光源发出的光以携带表示由操作人员进行的按键操作的信息内容。
8.如权利要求3所述的远程控制设备，其中所述多个光源包括两对光源，一对中的每一个光源的光轮廓都与该对中的另一个光源成垂直角度或成相反的角度。
9.如权利要求8所述的远程控制设备，其中所述控制器计算所述远程控制设备沿六个自由度中每一个的取向。
10.一种用于无接触地接收指令的设备，包括 用于从所述设备发射光的光源；多个位置敏感光检测器，每一个都接收从所述设备附近的可移动对象反射的光，并且每一个都响应于反射到所述设备的光而生成电信号；控制器，通信地耦合至多个位置敏感光检测器以根据电信号计算所述可移动对象的位置，其中所述控制器用于通过连续地计算移动对象的位置来跟踪所述可移动对象的运动， 将跟踪的运动匹配为预定的系统指令，并且执行所匹配的指令。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述控制器计算可移动对象在三个维度中的位置，并且将可移动对象的运动确定为以下运动中的一种从左往右、从右往左、从上往下、从下往上、圆周顺时针、圆周逆时针、朝向光检测器、远离光检测器。
12.如权利要求10所述的设备，其中所述设备被集成在用于集成电路芯片的管芯上。
13.如权利要求10所述的设备，其中所述电信号是模拟信号，具有与接收到的反射光成比例的强度。
14.如权利要求10所述的设备，其中所述设备是移动设备，并且所述控制器包括处理器，用于执行代表用于所述移动设备的软件程序的程序指令。
15.如权利要求10所述的设备，其中所述光检测器进一步检测来自背景光源的背景光，并且所述控制器通过连续地计算所述背景光源相对于所述设备的位置来跟踪所述设备相对于所述背景光源的运动。
16.如权利要求15所述的设备，其中所述控制器用于将所述背景光源的相对运动匹配为所述设备的“摇晃和动作”并执行对应的预定系统指令。
17.一种用于执行指令的方法，包括 从设备发射光；通过设备上的多个位置敏感光检测器接收从可移动对象反射的光； 由所述光检测器响应于接收到的反射光而生成电信号；根据所述电信号计算所述可移动对象的位置，其中所述位置是通过由所述光检测器接收到的反射光确定的；通过连续地计算所述移动对象的位置来跟踪所述可移动对象的运动； 将所跟踪的运动匹配为预定的系统指令，并且执行所匹配的指令。
18.如权利要求17所述的方法，其中在三个维度中计算所述可移动对象的位置并且可移动对象的运动是以下运动中的一种从左往右、从右往左、从上往下、从下往上、圆周顺时针、圆周逆时针、朝向光检测器、远离光检测器。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述设备被集成在用于集成电路芯片的管芯上。
20.如权利要求17所述的方法，其中所述电信号是模拟信号，具有与接收到的反射光成比例的强度。
21.如权利要求17所述的方法，其中所述设备是移动设备，并且所述控制器包括处理器，用于执行代表用于所述移动设备的软件程序的程序指令。
22.如权利要求17所述的方法，其中所述光检测器进一步检测来自背景光源的背景光，并且通过连续地计算所述背景光源相对于所述设备的位置来跟踪所述设备相对于所述背景光源的运动。
23.如权利要求22所述的方法，其中将所述背景光源的相对运动匹配为所述设备的 “摇晃和动作”并执行对应的预定系统指令。
24.一种用于控制可移动设备的方法，包括响应于接收从多个对象反射的光，由所述可移动设备的至少一个位置敏感检测器生成差分电信号；根据所述差分信号计算到每一个对象的距离；并且根据到每一个对象的距离计算所述可移动设备的位置。
25.一种设备，包括 控制器；和耦合至所述控制器的位置敏感光学检测器，其中所述位置敏感光学检测器响应来自多个光源的入射光而生成一对电信号，所述控制器根据所述电信号来计算所述设备相对于多个光源位置的位置。
26.如权利要求25所述的设备，进一步包括发射器，用于向具有多个光源的显示设备发送控制信号。
27.如权利要求25所述的设备，其中所述控制器被进一步设置用于根据已知的光源角分布计算所述设备相对于多个光源的旋转信息，能够通过亮度的频率区分所述光源的光。
28.如权利要求27所述的设备，其中所述控制器被进一步设置用于通过重复地计算所述光源的位置和旋转信息来跟踪所述设备的位置和旋转。
29.如权利要求28所述的设备，进一步包括无线发送设备，用于向具有多个光源的显示设备发送代表计算位置的数据，其中所述设备是显示设备的便携式远程控制设备。
30.如权利要求29所述的设备，其中所述显示设备是电视机并且所述电视机包括处理器，用于执行代表电视上显示的图形用户界面的程序指令，并且所述处理器定期使用接收自所述便携式远程控制设备的计算位置数据以呈现所述图形用户界面上的光标运动。
31.如权利要求25所述的设备，其中所述多个光源包括两对光源，一对中的每一个光源的光轮廓都与该对中的另一个光源以预定角度成角度。
32.如权利要求31所述的设备，其中所述预定角度为90度或180度。
33.如权利要求31所述的设备，其中所述设备为便携式设备并且所述控制器计算所述设备在六个自由度中每一个上的取向。
全文摘要
公开了用于针对显示设备的远程控制设备的方法和设备。在一个实施例中，远程控制设备可以包括多个光源，其中每一个光源都具有以不同于其他光源的预定角度倾斜的光轮廓。在另一个实施例中，远程控制设备可以包括控制器以及耦合至控制器的多个光学检测器。每一个光学检测器都可以响应来自位于显示设备上的多个光源的入射光而生成一对电信号，并且控制器可以根据电信号来计算远程控制设备的位置。
文档编号G09G5/08GK102460563SQ201080028678
公开日2012年5月16日 申请日期2010年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者S·德里韦拉 申请人:美国亚德诺半导体公司