手势感测模块、方法及其电子装置的制造方法
【专利摘要】本公开提供一种手势感测模块、方法及其电子装置。手势感测模块设置于基底上，且包括至少一发光单元、至少一光感测器以及控制电路。发光单元用于提供光束，以照射感测区域，其中光束的中央光轴与基底的法向量形成夹角，而此夹角不为零。光感测器用以感测感测区域内一目标物反射光束的反射光，并根据反射光产生感测信号。控制电路耦接光感测器与发光单元，根据感测信号判断目标物的行进方向。
【专利说明】
手势感测模块、方法及其电子装置
技术领域
[0001]本公开涉及一种感测模块，且特别是一种手势感测模块、方法及其电子装置。【背景技术】
[0002]现今多数以触控操作为基础的移动装置，主要是将传统键盘移转至触控屏幕的虚拟键盘，或是将触控功能提升为有特殊方向性的操作。使用者可利用简单的手势操控，以执行放大缩小画面中物件的功能。然而，部分现有技术仍需要以碰触屏幕的方式操作。
[0003]目前市面上已出现多种不同类型的感测方式，例如:声音感测、手势感测等，其中手势感测主要是通过设置多个光源以及多个感测器于移动装置中，使得使用者在进行操作时，无需触碰屏幕，移动装置就可以检测出使用者的操作指示。
[0004]请参阅图1，图1是传统的手势感测模块所获取的感测信号的正规化反射光强度与时间的曲线图。曲线C100代表光感测器所感测到的正规化反射光强度于各个时间点的变化。通过比较多个光感测器感生的感测信号，移动装置就可以检测出使用者的操作指示。
【发明内容】
[0005]本公开实施例提供一种手势感测模块。所述手势感测模块设置于基底上，且包括至少一发光单元、至少一光感测器以及控制电路，其中控制电路耦接光感测器与发光单元。 发光单元用于提供光束，以照射感测区域，其中光束的中央光轴与基底的法向量形成夹角， 而此夹角不为零。光感测器用以感测感测区域内目标物反射光束的反射光，并根据反射光产生感测信号。控制电路根据感测信号判断目标物的行进方向。
[0006]综合以上所述，本公开实施例所提供的手势感测模块、方法及其电子装置可以利用至少一发光单元与至少一感测器来感测目标物的行进方向，例如:目标物由左往右、由右往左、由上往下、或往下往上移动。因此，上述手势感测模块、方法及其电子装置可以判断更多样化的操作方式，故可增加了使用者操作的灵活度以及减轻了后端电路的计算量。
[0007]为了能更进一步了解本公开为实现既定目的所采取的技术、方法及功效，请参阅以下有关本公开的详细说明、附图，相信本公开的目的、特征与特点，当可由此得以深入且具体的了解，然而说明书附图仅提供参考与说明用，并非用来对本公开加以限制者。【附图说明】
[0008]图1是传统的手势感测模块所获取的感测信号的正规化反射光强度与时间的曲线图。
[0009]图2A是本公开实施例提供的一种手势感测模块的运作示意图。
[0010]图2B是图2A的手势感测模块的感测区域的示意图。
[0011]图2C是本公开实施例提供的一种手势感测模块的功能方块图。
[0012]图2D是图2A的手势感测模块所获取的感测信号的正规化反射光强度与时间的曲线图。
[0013]图3是本公开实施例的手势感测模块所获取的另一种感测信号的正规化反射光强度与时间的曲线图。
[0014]图4A是本公开另一实施例提供的一种手势感测模块的运作示意图。
[0015]图4B是图4A的手势感测模块的感测区域的示意图。
[0016]图4C是图4A的手势感测模块所获取的感测信号的正规化反射光强度与时间的曲线图。
[0017]图4D是本公开另一实施例的手势感测模块所获取的另一种感测信号的正规化反射光强度与时间的曲线图。
[0018]图5是本公开另一实施例提供的一种手势感测模块的运作示意图。
[0019]图6是本公开另一实施例提供的一种手势感测模块的感测区域的示意图。
[0020]图7是本公开实施例提供的一种电子装置的示意图。
[0021]图8是本公开实施例提供的一种手势感测方法的流程图。
[0022]附图标记说明:
[0023]1、la、lb:手势感测模块
[0024]2、2’:基底
[0025]10:发光单元
[0026]12:光感测器
[0027]14:控制单元
[0028]15:第一光学透镜
[0029]16:第二光学透镜
[0030]18:目标物
[0031]20:感测区域
[0032]22、22 '、52、54:光点[0〇33]60:电子装置
[0034]T1:第一时间区间
[0035]T2:第二时间区间
[0036]C100、C200、C300、C400、C410:曲线
[0037]S801 ?S807:步骤
[0038]C_AXIS:中央光轴
[0039]N_VEC:法向量
[0040]C_P:中心点
[0041]丫:夹角【具体实施方式】
[0042]本公开实施例提供一种手势感测模块、方法及其电子装置，所述手势感测模块、方法及其电子装置可以具有至少一发光单元与至少一光感测器。所述发光单元所发射的光束的中央光轴与基底的法向量形成不为零的夹角，而使得发光单元所发射的光束的光强度并不会集中于感测区域的正中心。因此，光感测器可以直接通过感测时间内的感测信号的变化来判断使用者的手势。由于发光单元所发射的光束的光强度并不会集中于感测区域的正中心，因此，当使用者的手由左往右或由右往左时，光感测器所获取的感测信号为不对称信号，因此控制电路可以例如通过此感测信号的上升斜率与下降斜率判断使用者的手势为由左往右或由右往左。
[0043]由于上述手势感测模块、方法及其电子装置可以仅利用一个发光单元与一个光感测器来感测使用者的手势，因此其实现的复杂度不高，故能够减少后端电路运作的复杂度。 另外，上述电子装置可以根据手势感测模块判断的行进方向而相对应的执行应用程序的运作，例如:屏幕画面翻转或放大等操作，因此，当使用者在操作电子装置时，使用者可以在无须触碰电子装置的情况下便能执行相关应用程序。简单地说，上述手势感测模块、方法及其电子装置可以增加了使用者操作的灵活度，也使得电子装置可提供多样化的操作方式。
[0044][手势感测模块的实施例]
[0045]首先请参照图2A?2C，图2A是本公开实施例提供的一种手势感测模块的运作示意图，图2B是图2A的手势感测模块的感测区域的示意图，图2C是本公开实施例提供的一种手势感测模块的功能方块图。手势感测模块1设置于基底2上，且手势感测模块1包括至少一发光单元10、至少一光感测器12以及控制电路14,其中控制电路14耦接发光单元 10与光感测器12。
[0046]发光单元10用于提供光束，以照射感测区域20,其中光束的中央光轴C_AXIS与基底2的法向形成夹角y，而此夹角y不为零。光感测器12用以感测感测区域 20内目标物18反射光束的反射光，并根据反射光产生感测信号。控制电路14根据感测信号判断目标物18的行进方向。
[0047]值得一提的是，于本实施例中，光感测器12的上方设置有第一光学透镜15,例如为凸透镜，以接收目标物18反射光束的反射光，并将反射光聚焦于光感测器12中。另外， 于本实施例中，发光单元10的上方设置有第二光学透镜16,例如为凸透镜，以使得发光单元10所发射出的光束的中心光轴C_AXIS偏移于基底2的法向量N_VEC，而造成光束的中央光轴C_AXIS与基底2的法向量N_VEC形成夹角Y。更详细地说，第二光学透镜16的正投影的中心点与发光单元10的中心点的不重叠，以发光单元10所发射的光束偏移于基底 2的法向量N_VEC，并造成光束的中央光轴C_AXIS与基底2的法向量N_VEC形成一夹角。
[0048]简单地说，发光单元10发射出倾斜于基底2的光束，而非如同现有技术一般皆是让发光单元10发出垂直于于基底2的光束。因此，光感测器12所获得的感测信号会因为使用者的手势的不同而有差异，且控制电路14得以依据感测信号判断手势的类型。
[0049]另外，于本实施例中，光感测器12可例如为光二极管(photo d1de)，且发光单元 10可例如为发光二极管(Light emitting D1de，LED)。然而，本公开并不限制光感测器12 与发光单元10的类型。除此之外，上述第一透镜15与第二透镜16不限制仅有玻璃材质的凸透镜来实现，本公开并不限制第一透镜15与第二透镜16的材质，而且第一透镜15与第二透镜16可以是聚焦效果的透镜组合。
[0050]请再参照图2A?2C，具体地说，光感测器12形成感测区域20,其中感测区域20 的感测范围大致为正40度至负40度，而发光单元10提供具有倾斜负20度的光束，用以照设于感测区域20内，而在感测区域20内形成往左偏移的光点22(如图2B所示)。换句话说，发光单元10所发射的光束并未照射在感测区域20的中心点C_P。当有目标物18 (如使用者的手)从感测区域20的一侧(左侧)以第一方向(例如:从左至右)移动，目标物18会先被发光单元10所发射的光束照射到，而当目标物18越靠近光点22时，目标物18所反射发光单元10的光束的反射光也会越来越多。换言之，当目标物18越远离光点22时，目标物18所反射发光单元10的光束的反射光会越来越少。光感测器12可以感测到上述反射光的变化而对应地产生感测信号，并将此感测信号传送至控制电路14。接着，控制电路 14会根据感测信号判断目标物18的行进方向。
[0051]请一并参照图2D，图2D是图2A的手势感测模块所获取的感测信号的正规化反射光强度与时间的曲线图。于图2D中，纵轴表示正规化反射光强度(Normalized Response)， 故纵轴上的最大值为1，另外，横轴表示正规化时间轴，且以秒(S)为单位。曲线C200用以为感测信号的正规化反射光强度于各个时间点的变化。另外，于图2D中，时间区间被分成第一时间区间T1与第二时间区间T2。
[0052]从图2D中可以得知，由于发光单元10发射的一具有倾斜负20度的光束照射于感测区域20内，因此，当目标物18以第一方向经过感测区域20时，当目标物18越靠近光点 22的正上方时，目标物18所反射光束的反射光会越来越多，而反射光的强度会越来越大， 此时，光感测器12可以根据反射光的光的强度的改变，而对应地产生感测信号。
[0053]由于发光单元10所提供的是向左偏的光束，并且目标物18行径的方向为第一方向，故使得目标物18—开始就被光束所照射到。因此，感测器12产生的感测信号于上升沿时间内，会慢慢地上升。当目标物18通过光点22的正上方，且持续以第一方向往感测区域 20的另一侧靠近时，此时，目标物18所反射光束的反射光会越来越少，而光感测器12所感应到的反射光也会相对地减少，使得产生的感测信号于下降沿时间内，会快速下降。因此， 控制电路14可以通过上述感测信号于上升沿时间与下降沿时间的变化来判断目标物18行径的方向为第一方向或第二方向(从右至左)。
[0054]举例来说，由于发光单元10所提供偏左的光束，且目标物18的行进方向为第一方向，因此，发光单元10会先照射到目标物18,使得光感测器12会慢慢地感测到最大的反射光。据此，感测信号的上升沿时间较长(一般定义为正规化反射光强度由0.1上升至0.9 的时间，但本公开不以此为限)，而当目标物18以第一方向自光点22离开时，感测信号的下降沿时间(一般定义为正规化反射光强度由0.9下降至0.1的时间，但本公开不以此为限)较短。
[0055]由此可知，控制电路14可以根据上升沿时间内与下降沿时间内感测信号的变化来判断目标物18的行进方向。例如，控制电路14可以根据感测信号的上升沿时间的斜率与下降沿时间的斜率判断目标物18的行进方向。因此，当控制电路14判断感测信号于上升沿时间的斜率低于感测信号于下降沿时间的斜率，此时控制电路14判断目标物18的行进方向为第一方向(从左至右)。相反地，当控制电路14判断感测信号于上升沿时间的斜率大于感测信号于下降沿时间的斜率，此时控制电路14判断目标物18的行进方向为第二方向(从右至左)，其中第一方向相反于第二方向。
[0056]值得一提的是，控制电路14除了根据感测信号于上升沿时间的斜率与感测信号于下降沿时间的斜率判断目标物18的行进方向外，还可以根据感测信号于上升沿时间的亮度积值(正规化反射光强度的积分值)与感测信号于下降沿时间的亮度积值判断目标物 18的行进方向。也就是说，当感测信号于上升沿时间的亮度积值大于感测信号于下降沿时间的亮度积值，则判断目标物18的行进方向为第一方向。相反地，当感测信号于上升沿时间的亮度积值小于感测信号于下降沿时间的亮度积值，则判断目标物18的行进方向为第二方向。
[0057]在其他实施例中，控制电路14亦可以根据感测信号的上升沿时间与下降沿时间的比例判断目标物18的行进方向。例如，当上升沿时间与下降沿时间的比例大于1时，则判断目标物18的行进方向为第一方向。相反地，当上升沿时间与下降沿时间的比例小于1 时，则判断目标物18的行进方向为第二方向。因此，本公开并不限制控制电路14是根据感测信号于上升沿时间与于下降沿时间的斜率、亮度积值或上升沿时间与上升沿时间的比例或来判断目标物18的行进方向。
[0058]另一方面，请参照图3,图3是本公开实施例的手势感测模块所获取的另一种感测信号的正规化反射光强度与时间的曲线图。图3中的纵轴与横轴与图2D中的纵轴与横轴为相同的单位，故在此不再赘述。于图3中所要说明的是，当目标物18由感测区域20的右侧以第二方向移动，亦即其行进方向为第二方向时，此时，发光单元10并不会先照射到目标物18,而是当目标物18靠近感测区域20的左侧时，发光单元10才照射到目标物18,而反射光束的反射光才会越来越多，使得光感测器12接收反射光束的反射光。因此，如图3 中曲线C300,感测信号的上升沿时间较短，而当目标物18越接近感测区域20的左侧时，感测信号的下降沿时间会较长。
[0059]由此可知，控制电路14可以根据上述的方式，通过感测信号于上升沿时间与于下降沿时间的斜率、亮度积值或上升沿时间与下降沿时间的比例来判断目标物18的行进方向。例如:当感测信号于上升沿时间的斜率大于感测信号于下降沿时间的斜率时，控制电路 14判断目标物18的行进方向从第二方向。或着是，当感测信号于上升沿时间的亮度积值小于感测信号于下降沿时间的亮度积值时，则判断目标物18的行进方向为第二方向。又或者是，当上升沿时间与下降沿时间的比例小于1时，则判断目标物18的行进方向为第二方向。
[0060]在此请注意，虽然于上述实施例中，仅说明控制电路14可以通过感测信号的上升沿时间与下降沿时间来判断目标物18的行进方式是第一方向或第二方向。然而，如图2B 所示，本公开实施例的手势感测模块1也可以通过感测信号的上升沿时间与下降沿时间来判断目标物18的行进方向是第三方向(由上至下)或第四方向(由下至上)。总而言之， 本公开并不以此为限。
[0061]需注意的是，上述实施例仅为本公开实施例的一个方面，本公开并不以上述实施例为限。请参照图4A?4D，图4A是本公开另一实施例提供的一种手势感测模块的运作示意图，图4B是图4A的手势感测模块的感测区域的示意图，图4C是图4A的手势感测模块所获取的感测信号的正规化反射光强度与时间的曲线图，图4D是本公开另一实施例的手势感测模块所获取的另一种感测信号的正规化反射光强度与时间的曲线图。图4A中的手势感测模块la与图2A中的手势感测模块1二者结构相似，而以下将对二者所包括的相同元件以相同标号表示。另外，图4C中的纵轴与横轴与图2D、3中的纵轴与横轴为相同的单位， 故在此不再赘述。手势感测模块la、i二者的差异在于，手势感测模块la的发光单元10提供一具有倾斜正20度的光束，用以照设于感测区域20内。换句话说，发光单元10在感测区域20内形成往右偏移的光点22’(如图4B所示)。
[0062]值得一提的是，于本实施例中，手势感测模块la的控制电路14与手势感测模块1 的控制电路14判断目标物18的行进方向的方式相同。因此，本领域技术人员可以参考手势感测模块的实施例以及上述差异后，应当可以轻易推知，控制电路14可以根据感测信号于上升沿时间与下降沿时间的斜率、亮度积值或上升沿时间与下降沿时间的比例来判断目标物18的行进方向，故在此不予赘述。
[0063]请参照图5,图5是本公开另一实施例提供的一种手势感测模块的运作示意图。图 5中的手势感测模块lb与图2A中的手势感测模块1二者结构相似，而以下将对二者所包括的相同元件以相同标号表示。手势感测模块lb、l二者的差异在于，手势感测模块lb的基底2’具有一个倾斜面，发光单元10设置于倾斜面上，使得发光单元10所发射光束的中央光轴C_AXIS与基底2’的法向形成的夹角y不为零。换句话说，于本实施例中， 发光单元10可以通过设置于所述倾斜面上，以提供具有倾斜的光束(例如:倾斜正20度以及负20度)照射于感测区域20内，使得控制电路14可以根据光感测器12感测目标物18 反射发光单元10所发射的光束的反射光所产生的感测信号于上升沿时间与下降沿时间的斜率、亮度积值或上升沿时间与下降沿时间的比例来判断目标物18的行进方向。
[0064]除上述差异之外，本领域技术人员应当知道，本实施例的手势感测模块的操作方式与上述实施例的手势感测模块操作方式近似，且本领域技术人员可参考上述实施例的手势感测模块以及上述差异后，应当可以轻易推知，故在此不予赘述。
[0065]基于上述，本公开实施例的手势感测模块1的的发光单元10能够发射一个其中央光轴C_AXIS倾斜于基底2的法向量N_VEC的光束的照射感测区域20。由于发光单元10所发射的光束并未照射在感测区域20的中心点C_P，因此，控制电路14可以通过光感测器12 感测目标物18反射发光单元10所发射的光束的反射光，而根据所产生的感测信号于上升沿时间与下降沿时间的斜率、亮度积值或上升沿时间与下降沿时间的比例来判断目标物18 的行进方向。
[0066]简言之，本公开实施例的手势感测模块1可以直接通过感测时间内目标物18反射的光强度的变化来判断使用者的操作指示，因此将能够减少后端电路运作的计算量。除此之外，由于使用者无须触控使用手势感测模块1的电子装置，即能对电子装置操作，故使用者的操作灵活性也进一步地被提升。
[0067][手势感测模块的另一实施例]
[0068]请参照图6,图6是本公开另一实施例提供的一种手势感测模块的感测区域的示意图。于本实施例中，手势感测模块(图未示)与图2A中的手势感测模块1二者结构相似，而以下将对二者所包括的相同元件以相同标号表示。本实施例的手势感测模块(图未示)与上述实施例手势感测模块1二者的差异在于，本实施例的手势感测模块(图未示) 具有两个发光单元(图未示)分别提供具有倾斜的两光束照射于一感测区域20内，如图6 所示，感测区域20内会形成两个光点52、54分别偏移感测区域20的中心点C_P。
[0069]因此，于本实施例中，控制电路14不仅能根据目标物18反射光点52的反射光所产生的感测信号于上升沿时间与下降沿时间的斜率、亮度积值或上升沿时间与下降沿时间的比例的方式来判断目标物18的行进方向是第一方向或第二方向，控制电路14还能根据目标物18反射光点54的反射光所产生的感测信号于上升沿时间与下降沿时间的斜率、亮度积值或上升沿时间与下降沿时间的比例的方式来判断目标物18的行进方向是第三方向或第四方向。
[0070]于本实施例中，手势感测模块(图未示)具有两个发光单元(图未示)分别提供具有倾斜的两光束照射于感测区域20内。然而，于其他实施例中，手势感测模块也可以具有三个发光单元或是四个发光单元。本公开并不限制发光单元的数目。
[0071] 除上述差异之外，本实施例的手势感测模块(图未示)的控制电路14与上述实施例的手势感测模块1的控制电路14判断目标物18的行进方向的方式相同。因此，本领域技术人员参考上述实施例的手势感测模块以及上述差异后，应当可以轻易推知，故在此不予赘述。另外一方面，本公开亦不限制光感测器的数量。在其他实施例中，手势感测模块可以不只仅有一个光感测器。通过设置多个光感测器并配合适当的演算法，所述控制电路可以提升判断目标物的行进方向的准确度。
[0072][电子装置的实施例]
[0073]请参照图7,图7是本公开实施例提供的一种电子装置的示意图。上述手势感测模块1可以直接应用于电子装置60中，但此应用并非用以限制本公开。电子装置60通常包括手势感测模块1与处理单元(图未示)，其中处理单元耦接于手势感测模块1。处理单元用以根据手势感测模块1所判断的行进方向相对应地执行应用程序的运作。另外，上述电子装置60例如可以是手机、平板电脑或笔记本电脑等。
[0074][手势感测方法的实施例]
[0075]请参照图8并同时参考图2A、4A、5,图8是本公开实施例提供的一种手势感测方法的流程图。在步骤S801中，发光单元10提供光束，以照射于一感测区域20,其中光束的中央光与基底2的法向形成一夹角y。于本实施例中，此夹角可以为正20度或是负20度。然而，本实施例不加以限制，于其他实施例中，本领域技术人员可以依据实际使用情况进行设计。换言之，发光单元10提供具有倾斜的光束照射感测区域20， 使得发光单元10所发射的光束并未照射在感测区域20的中心位置。
[0076]在步骤S803中，光感测器12通过目标物18反射光束而产生的反射光，并相对应地产生感测信号。值得一提的是，感测信号代表于各个时间点目标物18反射光束而产生的反射光的强度变化。在步骤S805中，控制电路14会根据感测信号判断目标物18的行进方性。在步骤S807中，处理单元(图未示)可以根据控制电路14的判断结果而相对应的执行应用程序的运作，例如:屏幕画面翻转或放大等运作。[〇〇77][实施例的可能功效]
[0078] 综合以上所述，本公开实施例所提供的手势感测模块、方法及其电子装置可以利用至少一发光单元与至少一感测器来感测目标物的行进方向。因此，上述手势感测模块、方法及其电子装置可以判断更多样化的操作方式，故可增加了使用者操作的灵活度以及减轻了后端电路的计算量。
[0079] 以上所述仅为本公开的实施例，其并非用以限定本公开的专利保护范围。任何本领域技术人员，在不脱离本公开的精神与范围内，所作的变动及润饰的等效替换，仍为本公开的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种手势感测模块，设置于一基底上，其特征在于，包括:至少一发光单元，用于提供一光束，照射一感测区域，该光束的中央光轴与该基底的法 向量形成一夹角，其中该夹角不为零；至少一光感测器，用以感测该感测区域内一目标物反射该光束的一反射光，并根据该 反射光产生一感测信号；一控制电路，耦接该光感测器与该发光单元，根据该感测信号判断该目标物的一行进 方向。2.如权利要求1所述的手势感测模块，其中该控制电路根据该感测信号于一上升沿时 间的斜率与该感测信号于一下降沿时间的斜率判断该目标物的该行进方向。3.如权利要求1所述的手势感测模块，其中该控制电路根据该感测信号的一上升沿时 间与一下降沿时间的比例判断该目标物的该行进方向。4.如权利要求1所述的手势感测模块，其中该控制电路根据该感测信号于一上升沿时 间的亮度积值与该感测信号于一下降沿时间的亮度积值判断该目标物的该行进方向。5.如权利要求1所述的手势感测模块，其中该光束的中央光轴与该基底的法向量形成 的该夹角为20度或-20度。6.如权利要求1所述的手势感测模块，还包括:一第一光学透镜，设置于该光感测器的上方，接收该反射光，并将该反射光聚焦于该光 感测器。7.如权利要求1所述的手势感测模块，其中该光感测器包括至少一光二极管。8.如权利要求1所述的手势感测模块，还包括:一第二光学透镜，设置于该发光单元的上方，该第二光学透镜的正投影的中心点与该 发光单元的正投影的中心点不重叠，则使得该光束的中央光轴与该基底的法向量形成的该 夹角不为零。9.如权利要求1所述的手势感测模块，其中该基底具有一倾斜面，该发光单元设置于 该倾斜面上，使得该光束的中央光轴与该基底的法向量形成的该夹角不为零。
【文档编号】G06F3/01GK105988575SQ201510085242
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月16日
【发明人】蔡圣义, 陈重志, 郑理勤
【申请人】光宝新加坡有限公司