专利名称：通过监测阻抗来感测人的活动的系统和方法
通过监测阻抗来感测人的活动的系统和方法相关串请的交叉引用本申请要求于2010年4月8日提交的、标题为“Systems and MethodsFor SensingWith Resonant Tuning”的共同待审的美国临时专利申请No. 61/322，084的申请日的优先权和其权益，该临时专利申请的全部公开内容以此通过引用结合于此。
背景技术：
用于感测人的活动的技术的研究与开发处于被称为人机交互(HCI)的领域的最前沿。术语HCI广泛地涉及计算系统与人类之间的任何交互，并且更特别地涉及其中人类将他们的意图传送给计算系统的交互。人类可以将他们的意图传送给计算机系统的一个方式是令计算机系统感测使用传感器的人类的存在。这样的传感器的示例包括接近传感器和触摸传感器。对感测人的活动并且将人的意图传送给计算机系统的期望正引起用于使能新型人机交互的新技术的开发。设计新的交互式体验是举例说明了对开发用于感测人的活动的 新系统和方法的需求的新型人机交互的一个示例。存在用于检测人的活动与交互的存在和类型的多个不同的感测方法学。传感器是将诸如光或运动的物理刺激转换成可以被测量的信号的变换器。传感器的应用取决于设法测量的物理现象，例如，阻抗在电阻式触控面板中被测量，光强度在相机和光学传感器中被测量，磁场的方向和强度在接近传感器中被测量，加速度被用来测量运动，以及电荷的量可以被用来测量多点触摸电容式输入装置的响应。在被实现为用户接口的一部分时，一个或多个传感器可以位于与用户接口相关联的输入装置中。传感器或多个传感器可以由用户佩戴或者可以被嵌入到用户与其接触或接近的对象和环境中。许多类型的传感器不具有固定应用并且可以被用在各种应用中。HCI研究的一个领域探索用新的且创造性方式来使用传统的传感器技术。例如，虽然磁力计通常被用作用于罗盘的传感器，但是它还可以被用来感测人的姿势。因此，期望如下的传感器该传感器具有可以被用来测量诸如接近或触摸之类的各种人的动作和活动、对象的变形和操纵以及可以被用来感测人类的存在和意图的其它动作，并且可以被用作用于计算机系统的用户接口的一部分。
发明内容
本发明的实施例包括一种用于通过监测阻抗来感测人的活动的系统，所述系统包括信号发生器，用于生成交流(AC)信号，所述AC信号被施加到对象；电抗改变元件，被耦合到所述AC信号；包络发生器，用于将返回的AC信号转换为时变直流(DC)信号；以及模数转换器，用于确定所述时变DC信号的定义了的阻抗参数，其中，所述定义了的阻抗参数定义所述对象的电磁谐振属性。还提供了其它的实施例。基于对以下图和具体实施方式
的查验，本发明的其它系统、方法、特征以及优点对于本领域的技术人员而言将会或变得显而易见。旨在所有这样的附加的系统、方法、特征以及优点都被包括在该说明书内、在本发明的范围内以及由所附权利要求来保护。
可以参照以下图来更好地理解本发明。图内的组件不必按比例绘制，重点反而被放在清楚地说明本发明的原理之上。此外，在图中，相同的附图标记在所有不同的视图中指明对应的部分。图I是图示了用于通过监测阻抗来感测人的活动的系统的实施例的框图。图2A是图示了由于人的交互而导致的对象的谐振频率的可测量的改变的示例的图形视图。图2B是图示了图I的对象的替代性可测量参数的图形视图。 图3是示出了偏置电感器对对象的电容和谐振频率的效应的图形图示。图4A是示出了对象的静态谐振频率的示例性图的图形图示。图4B是示出了在人的交互之后的图4A的对象的谐振频率的示例性图的图形图
/Jn ο图5是图示了其中可以使用用于通过监测阻抗来感测人的活动的系统的方式的第一示例的示意图。图6是图示了其中可以使用用于通过监测阻抗来感测人的活动的系统的方式的第二示例的示意图。图7A和7B是共同地图示了其中可以使用用于通过监测阻抗来感测人的活动的系统的方式的另一示例的示意图。图8A和SB是共同地图示了其中可以使用用于通过监测阻抗来感测人的活动的系统的方式的另一示例的示意图。图9A和9B共同地图示了描述用于通过监测阻抗来感测人的活动的方法的实施例的操作的流程图。
具体实施例方式用于通过监测阻抗来感测人的活动的系统和方法是基于被称为阻抗的物理现象的。阻抗通常被定义为装置或电路以给定频率提供给交流电流(AC)的流动的总对抗。对于许多对象而言，对交流电流的流动的对抗下降到它的最小值时的频率被称为对象的谐振频率。谐振频率与对象的电磁谐振的效应有关。对于一些对象而言，阻抗的值在对象的谐振频率处是最小的，而对于其它对象而言，阻抗的值在对象的谐振频率处是最大的。电磁谐振已经被广泛地用于调谐和过滤无线通信电路，以及用于识别和标记对象。这些使用假定了对象的谐振特性被提前知道，从而用户操纵特定标签或识别卡。然而，包括人的导电对象的任何系统具有谐振特性，该谐振特性可以通过诸如谐振频率之类的定义了的阻抗参数或其它参数来描述。由于这些原因，电磁谐振，并且尤其是谐振频率可以被用作用于感测人的活动的指示器。假定对象或系统的电气特性是恒定的，则对象或系统的谐振特性的任何改变由用户活动或用户交互产生。因此，人与对象或系统的交互可以通过以下步骤检测a)测量系统在各种频率处的阻抗并且生成被称为表示系统在一系列频率处的阻抗的“阻抗曲线”的东西山)根据该阻抗曲线计算各种谐振特性和其它特征；以及c)监测对象或系统在不同频率处的所计算的谐振特性的变化。谐振特性包括对象或系统的谐振频率以及其它谐振特性，诸如在谐振频率处的被测信号的幅度、被测信号的峰值的分布以及阻抗曲线上的其它峰值的存在。
对象或系统的谐振特性的改变由于用户与对象或系统之间的直接或间接交互而产生。例如，通过在用户与对象交互时测量对象的谐振频率的改变，可以识别交互的类型和程度。本说明书的剩余部分通常将集中于监测谐振频率的改变以及对象或系统的其它相关的阻抗参数以确定人与对象或系统的交互的类型和程度。如在本文中所使用的那样，术语对象和系统将被可交换地用来指代对象或系统、阻抗，并且在一实施例中，对象或系统的谐振频率被设法测量并且监测以确定人与对象或系统的交互。具有电容式、电感式以及电阻式元件的任何电气系统具有流过系统的交流电流将达到最大值或最小值时的唯一频率，即它的谐振频率。最大和最小值还可以采取局部最小值和局部最大值的形式。虽然许多系统在它们的谐振频率处对应于最小交流电流值，但是存在在其谐振频率处对应于最大交流电流值的一些系统。取决于系统，在本文中构思了两个实例。该系统可以通过在一系列不同的频率上施加周期性电信号，例如通过执行系统的扫频来激励。交流电流的幅度在系统的谐振频率处达到它的最小值或最大值，并且因此可以被用作系统的谐振频率的指示器。影响系统的反应性特性(即电容或电感)的任何交互将改变阻抗特性，并且在实施例中为系统的谐振频率。假定系统的电气特性保持恒定，则谐振频率的任何改变将由于与系统的人的活动或交互而发生。因此，能够通过跟踪系统的谐振频率的改变来推断人与系统的交互。包括电容、电感以及电阻特性的电路的谐振频率通常可以由等式I来描述。
权利要求
1.一种用于通过监测阻抗来感测人的活动的系统，包括 信号发生器，用于产生交流(AC)信号，所述AC信号被施加到对象； 电抗改变元件，被耦合到所述AC信号； 包络发生器，用于将返回的AC信号转换为时变直流(DC)信号；以及模数转换器，用于确定所述时变DC信号的定义的阻抗参数，其中，所述定义的阻抗参数定义所述对象的电磁谐振属性。
2.根据权利要求I所述的系统，其中，所述电抗改变元件包括被配置成大大地减少电容对所述返回的AC信号的影响的偏置电容，从而允许确定对所述电磁谐振属性的电感效应的改变。
3.根据权利要求I所述的系统，其中，所述电抗改变元件包括被配置成大大地减少电感对所述返回的AC信号的影响的偏置电感，从而允许确定对所述电磁谐振属性的电容效应的改变。
4.根据权利要求I所述的系统，其中，所述电磁谐振属性是谐振频率。
5.根据权利要求I所述的系统，其中，所述定义的阻抗参数是所述时变DC信号的迹线的局部最小值。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述局部最小值对应于所述对象的所述谐振频率。
7.根据权利要求I所述的系统，其中，所述定义的阻抗参数是所述时变DC信号的幅度。
8.根据权利要求I所述的系统，进一步包括用于存储所述对象的所述定义的阻抗参数的存储器。
9.根据权利要求8所述的系统，进一步包括将所述定义的阻抗参数与所述对象相关联。
10.一种用于通过监测阻抗来感测人的活动的系统，包括 信号发生器，用于产生交流(AC)信号，所述AC信号被施加到对象； 电抗改变元件，被耦合到所述AC信号； 包络发生器，用于将返回的AC信号转换为时变直流(DC)信号；以及模数转换器，用于确定所述时变DC信号的局部最小值，其中，所述局部最小值定义所述对象的谐振频率。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述电抗改变元件包括被配置成大大地减少电容对所述返回的AC信号的影响的偏置电容，从而允许确定对所述谐振频率的电感效应的改变。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述电抗改变元件包括被配置成大大地减少电感对所述返回的AC信号的影响的偏置电感，从而允许确定对所述谐振频率的电容效应的改变。
13.根据权利要求10所述的系统，进一步包括用于存储所述对象的所述谐振频率的存储器。
14.根据权利要求10所述的系统，进一步包括将所述谐振频率与所述对象相关联。
15.一种用于通过监测阻抗来感测人的活动的方法，包括 产生交流(AC)信号；通过电抗改变元件将所述AC信号施加到对象； 接收返回的AC信号； 将所述返回的AC信号转换为时变直流(DC)信号；以及 确定所述时变DC信号的定义的阻抗参数，其中，所述定义的阻抗参数定义所述对象的电磁谐振属性。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括大大地减少电容对所述返回的AC信号的影响，从而允许确定对所述电磁谐振属性的电感效应的改变。
17.根据权利要求15所述的方法，进一步包括大大地减少电感对所述返回的AC信号的影响，从而允许确定对所述电磁谐振属性的电容效应的改变。·
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述电磁谐振属性是谐振频率。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述定义的阻抗参数是所述时变DC信号的迹线的局部最小值。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述局部最小值对应于所述对象的所述谐振频率。
21.根据权利要求15所述的方法，所述定义的阻抗参数是所述时变DC信号的幅度。
22.根据权利要求15所述的方法，进一步包括存储所述对象的所述定义的阻抗参数。
23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括将所述定义的阻抗参数与所述对象相关联。
全文摘要
一种用于通过监测阻抗来感测人的活动的系统，所述系统包括信号发生器，用于生成交流(AC)信号，所述AC信号被施加到对象；电抗改变元件，被耦合到所述AC信号；包络发生器，用于将返回的AC信号转换为时变直流(DC)信号；以及模数转换器，用于确定所述时变DC信号的定义了的阻抗参数，其中，所述定义了的阻抗参数定义所述对象的电磁谐振属性。
文档编号G06F3/046GK102934051SQ201180028652
公开日2013年2月13日 申请日期2011年4月7日 优先权日2010年4月8日
发明者伊万·坡彼里夫, 杨智全, 乔纳斯·罗 申请人:迪士尼企业公司