發射機、接收機和具有發射機和接收機之間的相對位置檢測功能性的系統的製作方法

2023-05-23 11:19:51 2

專利名稱：發射機、接收機和具有發射機和接收機之間的相對位置檢測功能性的系統的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及諸如指示設備的發射機，其用於與其他設備 進行交互，更具體地涉及發射照明場的發射機和接收照明場的接收機。
背景技術：
諸如雷射指示器的指示設備是以可見光波長產生能量束的發射
機。其他指示設備可以使用紅外(IR)波長。這些指示設備產生能 量束，並且通常以脈沖形式產生。通過在特定區域上產生照明場的 特定的二維或三維角度來產生能量束。照明場通常在區域中具有恆
定的照度。雷射指示器趨向於以較長的脈沖產生非常窄的(例如， 在很小的角度上)相對高的能量束，而諸如IR指示設備的其他指示 設備以較短的脈衝產生較寬的(例如，較大的角度上)相對低功率 的能量束。
存在指示設備用於允許用戶與設備進行交互。例如，指示設備 可以用於控制圖形用戶界面或大型電視(TV )屏幕上的遊戲。然而， 指示設備可以與接收機進行交互以通過對指示設備進行定向或改變 方向來執行指示功能。
此類指示設備的問題在於它們需要加速或重力傳感器，用於檢 測設備的定向或定向的改變，並且需要無線連接，用於將該定向數 據傳輸給諸如電視機的接收機。這些傳感器和無線發射機增加了指 示設備的體積、複雜度和成本。而且，接收機還必須以無線連接來 實現以用於與指示設備進行通信。
但是，已經引入了裝備有加速度計的手持指示設備，其中受控
設備的顯示器上的滾動和指示通過傾斜以及移動指示設備來實現。 例如，集成了加速度計的兩類設備如下。 一種設備是用於在諸如電 視機的固定設備上進行指示的手持遙控器。另 一種設備是可以通過 傾斜設備來控制的手持單獨設備(比如動作控制的行動電話)。
這裡的問題在於手持指示設備不能在步行時使用或不能在騎車 時使用。可以在用戶上配備另一個加速度計並且使該加速度計計算 指示設備相對於用戶的位移，這將減輕提到的問題。然而，這在技 術上對於實現來說更加複雜而且很昂貴。
因此，當前指示設備和相關接收機存在問題。

發明內容
在本發明的示例性實施方式中，公開了一種方法，其包括從發 射器發射能量束脈衝。所述束產生具有變化梯度的場，其中所述梯
度具有基本上橫切(transverse)所述束的傳播方向的方向。 一個或 多個檢測器接收所述場的一部分。對於所述一個或多個檢測器中的 相應 一個，確定對應於由所述4企測器接收的所述場的所述部分的照 度級的值，其中所述場的所述值指示所述檢測器和所述發射器之間 的相對位置。
在另一個示例性實施方式中， 一種發射機包括發射器，其適於 發射能量束，所述束產生具有變化梯度的場。所述梯度具有基本上 橫切所述束的傳播方向的方向。所述發射機進 一 步包括控制電路， 其適於使得所述發射器在持續時間內發射所述能量束。
在另 一 個示例性實施方式中， 一 種接收機包括 一 個或多個檢測 器，其適於接收第一能量束的第一場的部分，所述第一場具有第一 變化梯度，所述第一變化梯度具有基本上橫切所述第一束的傳播方 向的第一方向。所述一個或多個檢測器進一步適於接收第二能量束 的第二場的部分，所述第二場具有第二變化梯度，所述第二變化梯
度具有基本上橫切所述第二束的傳播方向的第二方向。所述接收機 進一步包括檢測器電路，其耦合至所述一個或多個檢測器，並且所述檢測器電路適於確定值，每個值對應於由所述一個或多個檢測器 中的相應一個所接收的所述場的部分。所述檢測器電路進一步適於 使用所述值來確定相應的檢測器和一個或多個發射所述第一束和第 二束的發射器之間的相對位置。


當結合附圖閱讀時，在以下對示例性實施方式的詳細描述中，
本發明實施方式的前述和其他方面將變得明顯，附圖中
圖1 -4是在指示設備和接收機之間傳遞的能量束的脈衝的圖示； 圖5是針對圖l-4中的能量束的脈衝在接收機處由檢測器產生的
照度的值的圖示；
圖6-8是在指示設備和接收機之間傳遞的能量束的脈沖的圖示； 圖9是針對圖6-8中的能量束的脈衝在接收機處由檢測器產生的
照度的值的圖示；
圖10是人可用以控制接收機功能的系統的示例的圖示；
圖11是用於確定發射機相對於檢測器的位置和/或用於確定發
射機相對於檢測器的移動的方法的流程圖12是提供相對位置檢測功能性的系統的框圖13A示出了在發射機中使用以產生具有線性強度梯度照明場
的能量束脈沖的示例性IR發射器的分解圖13B示出了與圖13A類似的另一個IR發射器的另一個視圖14是示例性接收機電路的框圖15是另一個示例性接收機電路的框圖16是與允許無手操作的輸入系統進行交互的示例的圖示；
圖17A和圖17B是示出了使用多個檢測器檢測關於z軸線旋轉
的示例的圖示；
圖18是集成本發明的發射器的示例性遠程控制；
圖19是使得照明場具有正弦光柵以便接收機可以確定精確位置
的發射器的圖示；以及
圖20是耦合至示例性檢測器電路的示例性檢測器的框圖。
具體實施例方式
發明人已經認識到，提供諸如指示設備的發射機和接收機之間 的相對位置檢測功能性是有益的，使得發射機和接收機之間的定向 和定向中的改變可以以最少的傳感器或不用傳感器來確定，並且同 時允許此類系統在步行時使用或在騎車時使用。因而，本公開的發 明的特定的示例性實施方式提供發射機、接收機和具有用於在接收 機上的檢測器和發射機上的發射器之間進行定位的相對位置檢測功 能性的系統。示例性實施方式允許該系統在步行時或汽車中使用。
現在參考圖6-8，作為發射機示例的指示設備1發射紅外(IR) 光束2。束2被發射向電視(TV) 5並且由電視(TV) 5 (接收機的 示例)截獲，電視5在框(bezel) 3上具有檢測器4。在圖6-8的示 例中，指示設備1保持靜止。在圖6的示例中，該束沿y軸線的寬 度(更精確地說，或角度，ot ，)通常是大約120度。該寬度(或角 度，oc 2 )大約是沿x軸線的120度。
在第一階段，將發射持續例如20毫秒(ms)脈沖的第一照明場 30 (參見圖6)。第一照明場30具有一致的強度。第一照明場30 是校準場並且允許檢測器4確定檢測器4處的照明場30的最大照度 級。在該示例中，受控設備(例如，TV5)上的檢測器4 (在這個例 子中是光電二極體)測量在照明場30的發射期間落在光電二極體上 的照度級。該光電二極體檢測器4位於框3上。在圖6-8中，原點 50示出位於相應的照明場30-32的左下角，並且還示出了示例性坐 標系。
在第二階段，指示設備1發射具有照度梯度31的第二束2。圖 40示出了沿圖7中的x軸線從高(例如，點33處)到低(例如，點 33，處)的照明場31的幅度F,。在圖7的示例中，強度梯度33具有 十x方向的方向。指示設備l的光學器件可以設計為在平坦或半球投 影表面上給出線性梯度。平面在此圖中示出。在圖7的示例中，點
33與檢測器4處的照明場31的最大照度級重合，並且點33，與檢測 器4處的照明場31的最小照度級重合。值得注意的是，在圖7和圖 8中示出的強度梯度33、 34是從高強度到低強度(例如，強度梯度 具有負值)定位的強度梯度。相反還可以是這樣的情況強度梯度 可以是從低強度到高強度(例如，強度梯度具有正值)定位的強度 梯度。在圖7的示例中，例如，箭頭可以從其當前的位置轉180度。 圖7和圖8中的強度梯度在此示例中應該儘可能是線性的。
檢測器4測量照明場31的發射期間落在光電二極體上的照度 級。如果例如指示設備1指向右，如圖所示，光電二極體檢測器4 大約與照明場的左邊緣重合，並且因而照度級將為高。如果指示設 備1指向左側，則光電二極體檢測器4處的照度級將為低。
對第三照明場32應用相同的過程(圖8),產生強度梯度34。 曲線41示出了沿圖8中的y軸線從低(例如，點34處)到高(例 如，點34，處)的照明場32的幅度F2。在此示例中，點34，與檢測 器4處的照明場32的最大照度級重合，並且點34與檢測器4處的 照明場32的最小照度級重合。圖7和圖8中的強度梯度33和34分 別基本上是垂直的。在TV5和檢測器4輸出的準確度上，垂直性上 介於例如百分之五或百分之十的小誤差應該不是大問題。
在發送照明場30-32的周期之間，通常存在指示設備1將不發射 的時間段。在此時間，檢測器4可以確定背景照度級，這是檢測器4 處照明場的最小照度級。
因為電視5已經確定了最大和最小照度級和對應於照明場31、 32的照度級的照度值，所以電視5可以確定4企測器4相對於指示設 備l的相對位置的值，這將在下面更詳細地解釋。
現在轉向圖9，同時適當參考圖6-9，曲線示出了由接收機處的 檢測器產生的照度值，該照度值是針對圖6-8中的能量束脈衝的。照 明場30-32的接收期間光電二極體檢測器4處的照度級不僅取決於 相應的照明場30-32中檢測器4的位置(例如，以及相應的強度梯度 33、 34),而且取決於指示設備1的距離以及背景IR輻射的級別。
一種用於產生照明場30-32的技術將使用三個發光二極體(LED), 每個針對相對應的照明場。在圖9中表示了來自於三個LED的照明 場。序列2000由三個脈衝生成，每個都生成一個照明場。脈衝2010 生成校準照明場30;脈沖2020生成照明場31;並且脈沖2030生成 照明場32。照度級的高度對應於檢測器4處的照度值。
在序列2000的脈衝2010、 2020和2030之間存在中止2051 、 2052， 並且序列2000之間存在較長的脈衝2050。中止可以用於確定背景照 度級2070，其應該與檢測器4處分別針對照明場31、 32的點33，和 34處的最低照度級相同。脈衝2010應該產生檢測器4處的最大照度 級，並且最大照度級應該與檢測器4處分別針對照明場31、 32的點 33和34，處的最高照度級相同。
照明場31、 32中的4企測器的位置可以利用例如位於如圖6-8所 示的場的左下角的坐標原點表示為(x,y)位置矢量。在圖9(例如， 以及相應的圖6和圖7)的配置中，x坐標將是乂=第2場/ (第1 場-零級)4k,其中零級是在中止2051、 2050期間確定的照度值，並 且k是常數。例如，設k=100將產生百分比。類似計算可以用於y 坐標。用於最大和最小照度級的校準場可以由表示為百分之五十(例 如，中度)的照度級的校準場的照度級2011來替代。照度級2011 將坐標的原點置於該場的中心。
還應該指出，照度級2010、 2020和2030可以用於4全測移動。 在後者的示例中，實際確定(x，y)矢量不是必需的，並且代之為通 過將照度級2020和2030的當前值與這些照度級的之前確定的值進 行比較來確定移動。下面將對此進行更詳細地描述。
可以實現並且可以使用多種方式實現圖6-8的示例。i兌明性地， 圖10示出了人2110可以用來控制接收機功能的系統2100的示例。 將發射機2130夾在用戶衣物的前端。手中持有接收機2150,並且通 過在x方向和y方向上平移接收機2150來控制接收機的功能。例如，
標指針。
作為另一個示例，發射機2130夾在用戶衣物上，並且將第二發 射機2120夾在頭飾上(未示出)。手持顯示器(例如，接收機2150) 上的滾動和縮放可以通過移動手來達到，並且可以通過轉動頭部(例 如，上、下，側向)來控制光標。在該示例性實施方式中，檢測器 2140將包括兩個4企測器、每個檢測器對應於相應的發射才幾2120和 2130。每個發射機2120、 2130將在不同的波長上工作，並且多個檯r 測器將在對應的波長上工作。應該指出，波長和頻率是相關的，並 且在此處將被認為是等價的(例如，波長的範圍對應於頻率的範圍)。
諸如照明場31、 32的單個照明場具有通常向照明場的"暗端" (例如，分別是點33，、 34)變壞的信噪比(SNR)。然而，SNR中 該降低可能不重要，並且上述實施方式很容易理解。然而，如果照 明場的暗端的SNR較低，則存在用於改進相對位置測量的總SNR 的選擇。
現在參考圖1-4，示出的技術用於增大接收的照明場的SNR。如 圖7和圖8，指示設備1發射紅外(IR)光束2。束2被發射向電視 (TV) 5並且由電視(TV) 5截獲，電視5在框3上具有檢測器4。 在圖l-4的示例中，指示設備l再次保持靜止。
在第一階段，將發射持續例如20毫秒(ms)脈沖的第一照明場 6(參見圖1)。第一照明場6產生強度梯度10,同時如曲線14所 示，例如在照明場6的左邊緣處具有最高照度。在圖1-4中，原點 50被示出為位於相應照明場6-9的左下角，並且還示出了示例性坐 標系。曲線14示出了沿圖1中的x軸線從高(例如，點18處)到 低(例如，點18，處)的照明場6的幅度F,。在圖l的示例中，強度 梯度18具有+x方向的方向。值得注意的是，在圖1到圖4中示出的 強度梯度是從高強度到低強度(例如，強度梯度具有負值)定位的 強度梯度。相反還可以是這樣的情況強度梯度可以是從低強度到 高強度(例如，強度梯度具有正值)定位的強度梯度。在圖1的示 例中，例如，箭頭可以從其當前的位置轉180度。圖l-4中的強度梯 度在此示例中應該儘可能是線性的。作為光電檢測器的檢測器4測
量檢測器4處的照度。
接下來，由指示設備1發射第二照明場7 (參見圖2)，在例如
另一個20 ms脈衝內產生另一個強度梯度11。這次，如曲線15所示， 照度在照明場7的右邊緣處最高。強度梯度11具有-x方向的方向 (即，該方向與強度梯度10的方向相反)。此外，TV5上的光電二 極管檢測器4測量照度。曲線15示出了沿圖2中的x軸線從高(例 如，點19處)到低(例如，點19，處)的照度的幅度F2。
注意，當發射每個束2而不必接收時，在照明場6和7之間的 強度梯度的方向發生改變。換言之，在檢測器4處，如果指示設備l 極快地旋轉，則兩個照明場6、 7可以不必分別具有強度梯度10、 11 的絕對相反的方向。然而，兩個照明場6、 7分別以強度梯度10、 11 的大致相反的方向進行發射。
對第三照明場8應用相同的過程(圖3)，產生強度梯度12, 並且對第四照明場9應用相同的過程(圖4)，產生強度梯度13。 曲線16示出了沿圖3中的y軸線從低(例如，點20處)到高(例 如，點20，處)的照明場8的幅度F3。曲線8示出了沿圖4中的y
軸線從低(例如，點21處)到高(例如，點21，處)的照明場9的 幅度F,。強度梯度12和13分別處於-y和+y方向上。在第四場9已 經發射之後，序列以第一場6開始。
注意，在該示例性實施方式中，在脈沖之間，強度梯度的方向 發生改變。特別地，強度梯度在圖1和圖2 (強度梯度10和11 )示 出的脈沖和圖3和圖4 (強度梯度12和13)示出的脈沖之間反轉。 強度梯度的方向還在圖2和圖3 (強度梯度11和12)示出的脈沖之 間改變90度(例如，從180到270度)。應該指出，該序列僅是示 例性的。例如，照明場可以^t安照序列6、 9、 8、 7而不是6、 7、 8和 9發射。還應該指出，對於特定軸線在脈衝之間的強度梯度的方向性 改變不必絕對相反。例如，方向改變可以是170或175度，而不是 180度。
此外，照明場6-9和它們各自的強度梯度10-13 (以及照明場31
和32以及它們各自的強度梯度33和34)基本上橫切束2的傳播方 向，即圖l-4中的z方向。照明場6-9和它們各自的強度梯度10-13 可以基本上橫切，因為照明場6-9的表面將實際上存在某種程度的彎 曲，具有半球表面。注意，指示設備1的光學器件可以設計為在平 坦或半球投影表面上給出線性梯度。
照明場6-9的接收期間，光電二極體檢測器4處的照度級不僅取 決於相應的強度梯度10-13中的檢測器4的位置，還取決於指示設備 1的距離以及背景IR輻射的級別。 一種用於產生照明場6-9的技術 將使用四個發光二極體(LED),每個針對相應的照明場。在圖5 中表示了來自於四個LED的照明場。序列500由四個脈衝生成，每 個都生成一個照明場。脈衝510生成照明場6;脈沖520生成照明場 7;脈衝530生成照明場8;並且脈衝540生成照明場9。脈衝的高 度對應於檢測器4處的照度值。
接收機應該與指示設備同步，即，接收機應該能夠確定哪個照 明場是序列中的第一照明場以及照明場是何順序。例如，這可以通 過將序列作為中間具有中止的突發進行發射來完成。在脈衝510、 520、 530和540的另一個序列500之前存在中止550,並且脈衝 510-540之間存在中止580、 581、 582。
可以通過同時點亮兩個LED來產生4交準場590,這樣，例如強 度場6和7疊加。脈衝510-540的每個序列的開始處的校準場590 將告知接收機在指示設備1的當前距離處最大可能的照度級為何。 注意，由於在該示例中照明場6-9是線性並且是對稱的，作為結果的 校準場590具有一致的照度。
在不使用校準場590的情況下，也可以推導出任何距離處的最 大照度級560:在任何點和任何距離處，最大可能的照度級560等價 於第1和第2照明場或第3和第4照明場期間的照度級的和，如圖5 所示。
可以測量多個場之間的背景照度級570。為了最大化信噪比，使 發射機和接收機在非常窄的帶寬上工作是有益的。應該指出，當將
相同發射頻率用於脈衝510-540時，使得脈衝510-540不重疊從而在 脈衝510-540之間存在中止581-582，這是有益的。然而，如果希望 為了脈衝510-540重疊而在產生脈衝510-540時使用單個頻率也是可 以的，只要存在 一 個脈衝處於開狀態而其他脈衝處於關狀態。
本領域的技術人員應該清楚的是，根據在場和背景期間測量的 強度以及最大照度級如何計算x坐標和y坐標。例如，在圖5的配 置中，x坐標將是X^(第2場-零級)/ (第1場+第2場-零級)*k, 其中零級是在中止(例如，中止580 )期間確定的環境輻射，並且k 是常數。類似計算可以用於y坐標。
還感興趣的是，在照明場期間，相對照度級在序列之間如何改 變。這些改變告知了遠程指示設備1正在哪個方向上平移或旋轉。 因而，在針對平移(例如，桌面滑鼠)的相對位置控制模式或針對 旋轉移動(例如，比如遊戲杆的速度確定)的相對位置控制模式下 有益地使用指示設備。
注意，甚至在絕對位置控制模式中，指示設備1的指示與雷射 指示器的指示不相類似，這在其最嚴格的意義上是絕對的。絕對位 置控制模式嘗試確定x、 y的值，在該值處，指示設備l相對於檢測 器4駐留。根據指示設備l，"增益"(例如，指示設備移動或指示 設備旋轉)可以自由改變。在相對位置控制模式中，增益可以如正 常桌面滑鼠那樣動態地改變。相對位置控制模式嘗試確定指示設備1 相對於檢測器4的移動或旋轉。
照明場移動穿過檢測器4的一個方式是通過旋轉指示設備1。但 是，也可以通過平移指示設備1來完成該移動，即側向或上下移動。 可以證明這是有優勢的可以通過旋轉移動執行粗略指示並且通過 平移執行精細指示。用戶將很快能夠執行這些移動並且實現結果。 然而，注意，平移的增益取決於指示設備1和檢測器4之間的距離 (然而旋轉移動的增益獨立於距離)。應該注意，參考圖19還描述 了另一個用於精細指示的技術。
發射器或接收機關於(發射器或接收機的)z軸線的無意旋轉可
以影響x和y方向上的指示。用於確定發射器或接收機關於(發射 器或接收機的)z軸線的旋轉的技術在圖17A和圖17B中示出。在 圖17A中，接收機2200上的兩個檢測器2210和2220用於確定來自 於產生具有如前所述的x和y方向上的 一 系列強度梯度的照明場(在 圖17A或圖17B中未示出)的發射器(在圖17A或圖17B中也未示 出)的照度。分別稱作"檢測器a"和"檢測器b"的兩個檢測器2210 和2220在接收機2220上例如水平地移位。每個4全測器2210、 2220 將分別確定不同的位置矢量:i和萬，如圖17A所示。
矢量表示照明場中的檢測器a的位置的(x，y)位置，如通過上 面參考圖l-4和6-8描述的整個系列的強度梯度(例如，可能包括在 最大照度級處具有一致強度的照明場)來確定。類似地，矢量萬表示 照明場中的檢測器b的位置的(x，y)位置，如通過上面參考圖1-4 和6-8描述的整個系列的強度梯度(例如，可能包括在最大照度級處
具有一致強度的照明場)來確定。因此矢量:i和》表示位置矢量。 更具體地，矢量:i可以表示為2-4"^5，其中次和^是指示檢
測器a相對於照明場原點(O，O)的(x,y)位置的標量。類似地，矢 量》可以表示為力-A"A夕，其中A和A是指示檢測器b相對於照明 場原點(0,0)的(x，y)位置的標量。那麼，2 = (A-J》+(A_A)i>,
並且、卜 4)，其中a是x軸線和矢量S-3之間的角度。
該信息可以用於計算(x，y)位置的修正和/或作為額外輸入。例 如，接收機2200可以是靜止設備，諸如電視機，並且發射器可以是 手持遙控器，主要利用傾斜動作操作。
例如，轉到圖18,遙控器2300可以具有矩形剖面，在每個表面 上(例如，兩個或多個面2310、 2320、 2330和2340)有不同的小鍵 盤。接收機2200的才莫式可以自動改變，因為表面2310-2340的任意 一個都可以;旋轉到頂部以侵 使用。
返回到圖17A和17B,矢量B-A的長度，表示為^ —4，隨發射 器和接收機2200之間的物理距離的增加而線性減少。由於檢測器
2210、 2220之間的物理距離是已知的，所以發射器到接收機2200 的物理距離可以根據^ —4計算。即，前提是接收機2200基本上保持
垂直於該束。
關於y軸線的旋轉也將減短矢量^—4。使用兩個檢測器2210、 2220,通常不可能知道較短的I5 — 一是否是因為接收機2220和檢測器 2280之間的距離還是因為關於y軸線的旋轉(例如，接收機2220 的旋轉)。如果很可能是關於x和y軸線的旋轉並且需要距離信息， 則應該使用更多的檢測器。
例如，檢測器a、 b、 c和d (分別是檢測器2210、 2220、 2215、 2225 )可以在接收機2200的前表面上安排為方形排列。用於位置矢 量A、 B、 C (未示出)和D (未示出)的(x，y)值將形成排列的立 體圖像。接收機2200的位置和旋轉度的每個可能組合都產生唯一的 矢量A、 B、 C和D的集合。因而，可以開發清楚地給出接收機2200 的(x，y,z)位置和(x，y,z)旋轉的算法。即，只要接收機2200關於 x和y軸線旋轉不超過90度。不需要更多地旋轉，因為某人將不能 看到接收機2200的顯示器。
現在轉到圖11，示出了用於確定發射機相對於檢測器的位置和/ 或發射機相對於檢測器的位移的方法1100的流程圖。方法1100由 發射機和接收機執行(參見圖12)。在步驟1110中，發射機的一個 或多個發射器發射能量束脈衝。如上所示，每個束產生具有基本上 垂直於該束傳播方向的強度梯度的照明場。強度梯度的方向在能量 束的特定脈沖之間改變。
在步驟1115中，接收機接收脈衝。在步驟1120中，接收機確 定照射到一個或多個檢測器上的照明場的部分的值。步驟1125和 1130提供絕對位置控制模式，其嘗試確定發射機相對於接收機上的 檢測器的x、 y值。注意，"絕對"在該情況中意味著針對位置矢量 確定特定x、 y值，但是這些值仍舊相對於接收機上的檢測器。換言 之，如果在大的接收機上存在隔開很大距離的兩個檢測器，則每個 檢測器將針對發射器確定不同的x、 y值。步驟1140-1155提供相對
位置控制模式，其嘗試確定發射機相對於接收機上的檢觀"器的平移 或旋轉移動。注意，步驟1125可以使用來自於多個檢測器的輸入(參
見圖17A和17B)。
在步驟1125中，確定一個或多個絕對位置。該絕對位置通常被 給出(x，y)，但是可能筒單地為x或y。該"絕對"位置基於發射 機相對於檢測器的相對位置。如上述等式所述，絕對位置通常以百 分比給出。在步驟1130中，將輸出絕對位置。通常，該輸出將是函 數，該特定函數然後將使用該位置。
在步驟1140中，針對x、 y當前確定的值與之前的值進行比較。 如果存在任何差異(步驟1145=是)，則在步驟1150中輸出該差異。 通常該輸出將是"發射機在+y方向上移動"或"發射機在+y方向上 移動5%"。可以使用用於指示一個或多個方向上移動的任何合適技 術。注意，步驟1140可以使用來自於多個檢測器的輸入(參見圖17A 和17B)，從而為每個檢測器生成輸出。如果不存在差異(步驟1145= 否)，則通常將輸出某些類型的指示，諸如"在最後採樣之間沒有 差異"。注意，這些輸出可以是硬體信號(例如，由軌道承載)或 軟體信號(例如，軟體模塊之間的消息)。
現在通過參考前面的附圖來參考圖12，示出了提供相對位置檢 測功能性的系統1200的框圖。系統1200包括發射機1210,該發射 機1210通過信道1225向接收機1230發射能量束1202 (圖12中示 出的一個)。應該指出，如圖l-4以及圖6-10所示，發射機1210可 以是指示設備l。在示例性實施方式中，發射機1210可移動並且接 收機1230是固定的。在其他實施方式中，發射4幾1210可以是固定 的，並且接收機1230是可移動的。發射機1210和接收4幾1230兩者 都是可以移動的。
在圖12的示例中，發射機1210包括控制電路和四個發射器 1220-1到1220-4。在一個示例性實施方式中，每個發射器1220產生 照明場6-9中的一個。控制電路適應於產生脈衝序列500，從而產生 照明場6-9。如果使用，控制電路還適於產生中止550。用於產生IR
照明場的線性強度梯度的發射器1220的示例在圖13中示出。發射 才幾1210將執行圖11的方法1100的步驟1210。
接收機1230包括N個檢測器1235-1到1235-N，其與對應的檢 測器電路1240-1到1240-N組合，產生各個檢測器1235看到的照明 場的值1241-1到1241-N。檢測器1235通常是光電二極體，並且相 應的檢測器電路1240對於本領域技術人員公知。示例性檢測器電路 在圖20中示出。值1241可以是電壓、從電壓轉換的數字數目或檢 測器1235看到的照明場的任何其他指示。應該指出，某些或所有檢 測器電路1240可以在檢測器1235之中共享。例如，檢測器電路1240 可以為檢測器1235而復用。換言之， 一個4企測器電路1240將與N 個^r測器1235的所有(或部分)復用。此外，每個^r測器1235可 以包括糹企測器電路1240。
接收機電路1245包括相對位置4企測模塊1250、之前的值1255 (如果使用)以及位置功能模塊1260。相對位置檢測模塊1250將使 用值1241執行圖11的方法110的步驟1120-1155。之前的值1255 是來自於檢測器1235的其他序列500存儲的值1241。
位置功能模塊1260是接受來自於相對位置檢測模塊1250的輸 出1251 (例如，來自於圖11的步驟1130、 1150和1155),並且4吏 用輸出1251執行某些功能。例如，TV 5可以具有屏幕上的光標並且 該光標將根據輸出1251移動。如另一個示例，接收機1230可以是 遊戲控制器並且TV 1251的屏幕上的字符可以根據輸出1251而移 動。
現在參考圖20,圖20是耦合至示例性檢測器電路2500的示例 性IR檢測器2150的框圖。檢測器電路2500包括偏壓電源2520、電 阻2530、電容2540、前置放大器(前置放大器)2550和數模轉換器 (DAC) 2560。 4乘作偏壓電源2520、電阻2530、電容2540和4企測 器2510以在節點2545處產生電壓，並且該電壓與擊中檢測器2510 的照明場成比例。前置放大器2550在節點2550處將該電壓增大到 較高電壓並且可能增加驅動能力。DAC 2560產生作為節點2550處
的電壓表示的數字輸出2570。在該示例中，DAC 2560可以對於多個 前置放大器2550復用，或該前置放大器2550可以對於多個節點2545 復用。在圖20的示例中，檢測器2510是光電二極體。然而，"檢 測器，，可以集成除了諸如光電二極體的傳感器之外的元件。例如， 根據實現，"檢測器"可以集成偏壓電源2510、電阻2530、光電二 極管2510和電容2540。
產生強度梯度可以使用分離的IR LED和用於四個照明場的每個 的光學器件實現。轉到圖13A以及圖12,示例性IR發射器1300在 圖13A中示出。IR發射器1300是發射機1210的發射器1220的一 個。對於每個IR LED 1310,發射的能量束(即IR光)首先通過具 有縫1330的掩膜1320,該縫1330在一端1331處較窄並且在另一端 1332處較寬。然後，由圓柱透鏡1340展開窄的場。縫1330在該示 例中是三角形的。縫1330和掩膜1320具有基本上與圓柱透鏡1340 的縱軸1360對準的縱軸1350。推薦圓柱透鏡1340的外徑1352至少 與縫1330的較大端1332的寬度1351 —樣大。通常，圓柱透鏡的內 徑1353將至少與縫1330的較大端1332的寬度1351 —樣大。應該 指出，縫1330將相對於發射機1210的前端1291取向為四個不同方 向，以提供圖1-4中示出的發射四個不同照明場6-9的所有四個發射 器1220。還可以具有一個與四個掩膜1320和圓柱透4竟1340通信的 LED 1310(或一個具有四個縫1330的大掩膜1320,其中每個縫1330 由圓柱透鏡1340覆蓋)。
LED 1310也可以加倍，作為數字數據到屏幕的發射機，其將便 於按鍵等。通過使用LED 1310以及光電二極體作為工作在不同波長 處的檢測器1235,照明場(例如，和數字數據)可以同時發射，這 使得系統更快。在任何情況中，使LED 1310和作為檢測器1235的 光電二極體工作在窄帶寬上都是有益的，從而減少了環境IR輻射的 影響。
注意，另一個更複雜的選擇是使掩膜1320和圓柱透鏡1340移 動到間隔90度的四個不同位置(例如，0、 90、 180和270度)。這
在圖13B中示出，其中IR發射器1350包括IRLED 130、掩膜1320 和圓柱透鏡1340，但是帶有適於旋轉掩膜1320和圓柱透鏡1340到 四個不同位置(例如，或多或少的位置)的旋轉"i殳備1390。這四個 不同的位置將產生四個圖l-4中示出的照明場，即使(例如)以圖1、 圖3、圖2和圖4的順序。該實施方式將僅使用LED 1310,但是移 動機制將增加複雜性。
當用戶希望通過使用發射機1210與檢測器進行交互時，檢測器 1235可以安裝在將被控制的設備上任何地方，只要檢測器1235朝向 用戶即可。檢測器1235不必內置。取而代之的是，例如，檢測器還 可以是插入將要被控制的接收機1230的埠上的增強部件。通過將 多個檢測器1235 (例如，相關的檢測器電路1240)放置在房間四周， 即使360度(例如，球形)控制也可以達到。
發射機1210和接收機1250的角色可以反過來發射器1300可 以靜止於室內，並且檢測器1235可以有用戶持有。在該情況中，可 以檢測到手持設備的橫向移動而不是旋轉。通過使發射器1300和檢 測器1235位於靜止設備和手持設備上，可以檢測到橫向移動和旋轉。
現在參考圖14,示出了示例性接收機電路1400的框圖。接收機 電路1400是圖12的接收機1230的接收機電路1245的實現的一個 示例。在該示例中，接收機電路1400包括耦合至一個或多個存儲器 1420的一個或多個處理器1410。 一個或多個存儲器1420包括相對 位置檢測模塊1425、之前的值1430和位置功能才莫塊1435,如參考 圖12在上面描述的(分別參見相對位置檢測模塊1250、之前的值 1255和位置功能才莫塊1260)。在圖14中，才莫塊1425和1435是適 於將一個或多個處理器1410配置為執行這裡描述的一個或多個操作 的軟體模塊。還應該指出，模塊1425、 1435可以實現為信號承載介 質(例如，在諸如硬碟驅動器、壓縮盤、數字多功能盤和存儲器棒 的存儲器1420中)，該信號承載介質有形地包含可以由數字處理裝 置執行以執行這裡描述的操作的機器可讀指令。
現在參考圖15，示出了示例性接收機電路1500的框圖。接收機
電路1500是圖12的接收機1230的接收機電路1245的實現的另一 個示例。接收才幾電路1500包括分立電^各1510,該分立電i 各1510包 括相對位置一全測衝莫塊部分1520。接收才幾電路1530還包括集成電^各 1530,該集成電路1530包括相對位置檢測模塊1540、之前的值1550 和位置功能模塊部分1560,如上面參考圖12所描述的(分別參見相 對位置檢測模塊1250、之前的值1255和位置功能模塊1260)。分 立電路1510包括各個電晶體、電容和可能包括可編程邏輯器件的其 他元件。
在該示例中，相對位置檢測模塊部分1520和1540實現單個相 對位置檢測模塊1250。在其他實施方式中，集成電路1530包含作為 單個模塊的相對位置檢測模塊部分1520和1540兩者。作為另一個 示例，可以沒有作為接收機電路1500的一部分的分立電路。仍舊在 其他實施方式中，接收機電路可以包括一個或多個處理器、 一個或 多個存儲器、 一個或多個集成電路(例如，包含處理器)以及一個 或多個分立電路。應該指出，控制電路1215還可以包括一個或多個 處理器、 一個或多個存儲器、 一個或多個集成電路(例如，包含處 理器)以及一個或多個分立電路。
在其他示例性實施方式中，可以使用不同類型的發射能量。原 則上，本發明可以以任何種類的發射能量束實現，可以賦予這些發 射能量束垂直於傳播方向的強度梯度，諸如(1)不同波長的電磁 輻射，諸如IR光、可見光、紫外(UV)光(例如，利用可見光， 你可以通過如同使用手電那樣照射受控設備來選擇該設備)；以及 (2)聲音(例如，超聲)。
如另一個示例，在圖1-4中示出的強度梯度還可以具有某些非線 性量，尤其對於相對位置控制模式。例如，強度梯度可能在照明場 的邊緣是非線性的。只要照明場的部分是線性的，當檢測器位於照 明場的線性部分內時，系統1200應該仍舊工作於絕對和相對位置控 制模式。而且，可以以非線性強度梯度設計整個照明場。雖然非線 性強度梯度將使的絕對位置控制模式更加困難，但是相對位置控制
模式仍舊可以相對容易地執行。
除了簡單的梯度之外，不同的投影圖像也可以使用。例如，由 發射機投影的照明場可以比僅強度梯度更複雜。 一般說來，發射機 在駐留在受控設備(例如，接收機)上的或多或少的點型檢測器上
投影圖像或圖像集合。受控設備(例如，接收機1230)識別檢測器 在投影到接收機上的圖像中的位置。或者優選地，受控設備檢測在 檢測器上的圖像移動的方向和速度。
作為第一示例，考慮這樣的系統，該系統將垂直和水平梯度(分 別參見，例如圖7和圖8)用於粗略位置檢測並且然後將正弦光柵用 於建立精細位置。圖19示出了包括IRLED2440和光柵2430的發射 器2490，其針對照明場2400產生了正弦光柵2470。光柵2430產生 了正弦的強度2410並且在正弦光柵2470中引起高強度區域2425和 低強度區域2420。這些高和低的強度可以用於精細位置檢測。通常， 垂直(如圖19所示)正弦光4冊2470將^皮發射以允許x值的確定， 然後發射水平正弦光柵2470以允許y值的確定。注意，如果使用不 同的頻率進行發射，則可以同時發射豎直和水平的正弦光柵。圖19 中示出了強度梯度可以在圖案中改變並且不必是簡單的線性梯度。
作為另一個示例，考慮商業上可獲得的數字筆。 一個這樣的數 字筆檢測其尖端在紙上印刷的特定圖案上的位置。可以將紙上使用 的圖案作為圖像利用遠程指示設備投影在類似數字筆上的檢測器 上。圖像將由例如圖案的改變的強度梯度引起。圖像可以是諸如網 格、方波和對數網格的圖案。然而，該方法存在問題。指示設備將 必須投影具有非常高解析度的圖像。此外，圖案將必須在檢測器距 離上是清晰(in focus)的。使用簡單的並且線性的梯度用作針對照 明場的強度梯度的益處是照明場(以及其對應的強度梯度)不必清 晰。
轉到圖16,示出的另一個示例性實施方式是頭戴式指示設備 1610 (例如，圖1-4的指示設備1)。輸入系統1600包括頭戴式指 示設備1610和支架1620。假設光學器件可以製作得足夠小，則指示
設備1610可以用作頭戴式指示設備。最簡單的形式，筆式指示設備 1610可以戴在耳朵上(如圖16所示，其中該指示設備示出位於人類 頭部1610的耳朵1650上)，與人們有時利用正常筆的方式相同。 該指示設備可以集成到頭戴式耳機(未示出)、眼鏡、頭盔、帽子 中，或通過其他技術集成。頭戴式指示設備1640騰出了手以便使用 鍵盤或遊戲控制。特別地，其可以是翻滾二維頁面或改變三維遊戲 中的視角方向的直覺方式，並且同時以手操作的輸入設備進行指示。
對於完全的無手使用感興趣的可能性是將可調節的支架1620 (例如，麥克風支架)非常靠近嘴唇，並且向支架1620提供電容性 按鍵1630。通過推動下嘴唇1660向外，則進行了接觸並且激活了光 標。該方法可能聽起來很笨拙，但是嘴唇的敏感度使得對於用戶感 覺嘴唇是否與該支架接觸來說是很容易的。因而，僅需要非常細微 移動(需要可忽略的力量)來操作按鍵。
支架1620到嘴唇的距離可能非常難以調節並保持是一個缺點。 存在一個使用按鍵(例如，電容性按鍵1630 )的備選方案，這可能 是笨拙的但非常強健用戶可以利用他的舌頭觸摸按鍵。該系統看 起來不漂亮，但是該系統可以工作並且可以在某些需要的使用環境 中有用。接觸鍵可以置於微小的凹部以避免意外的激活。
取代受控設備中的加速度計而使用所公開的實施方式的益處在 於相對於用戶檢測移動。這樣，控制不易受到用戶左右移動或騎車 引起的幹擾。控制也是多種多樣的，因為同樣的效果也可以通過移 動身體的不同部位(例如，頭部或手部)來實現。
應該指出，在圖1-4、圖7、圖8和圖19中示出的強度梯度涉及 具有變幅度的強度梯度。圖1-4、圖7和圖8示出了線性變化的強度 梯度，而圖19示出了正弦改變的強度梯度。上述討論還是在形狀上 具有強度梯度改變的技術。注意，這些之前的討論將強度梯度的改 變限制為幅度改變。然而，強度梯度還可以以其他方式改變，諸如 通過頻率變化或極化變化。上述技術可以相應修改。對於頻率變化， 在圖19中作為一個示例，可以以稜鏡或類似的分頻設備替代光柵
2430來產生頻率改變的強度梯度。作為頻率變化的另一個說明，對 於照明場30 (參見圖7),檢測器峰值敏感度的頻率可以用於圖6 中示出的校準場。對於極化梯度是同樣的。檢測器將對以下變量敏 感，諸如幅度，頻率或極化，這些變量在強度梯度中改變。此外， 照明場也可以使用除線性梯度之外的梯度。例如，每個照明場將檢 測器的可能位置限制為場中具有檢測到的變量的幅度的點。這些點 將沿線展開。例如，水平強度梯度(參見圖l)將可能的位置限制為 垂直線。徑向梯度將具有產生圓圈的可能位置。而且，在圖1-4和圖 6-8中示出的照明場的序列僅是示例性的。例如，圖6中的照明場30 可以在圖7中的照明場31之後發射。
應該注意，圖11的邏輯流程圖的各種框可以表示程序步驟，或 互連電路或程序步驟與互連電路的組合，用於執行特定任務。
通常地，發射機和接收機中的一個或兩者的各種實施方式可以 包括，但不限制於，蜂窩電話、遠程控制、筆型指示器、個人數字 助理(PDA)、電視、可攜式或非可攜式計算機、圖像捕捉設備(諸 如數位相機)、遊戲設備、電視、音樂存儲和播放裝置、網際網路裝 置、以及集成此類功能的組合的可攜式單元或終端、或者非可攜式 單元或終端。
一個或多個存儲器1420或其他存儲器可以是適於本地技術環境 的任何類型並且可以使用任何合適的數據存儲技術來實現，諸如基 於半導體的存儲器設備、磁性存儲器設備以及系統、光學存儲器設 備以及系統、固定存儲器和可移動存儲器。 一個或多個處理器1410 可以是適於本地技術環境的任何類型並且可以包括一個或多個通用 計算機、專用計算機、微處理器、數位訊號處理器(DSP)以及基於 多核處理器架構的處理器，這些均是非限制性示例。
本發明的實施方式可以實施在各種組件諸如集成電^各模塊中。 集成電路的設計總體上來說是高度自動化的過程。複雜並且有力的 軟體工具可用於將邏輯級設計轉換到準備用於刻蝕並且形成在半導 體襯底上的半導體電踏3殳計。諸如由加利福尼亞Mountain View的
Synopsys 7>司和力口利3畐尼亞San Jose的Cadence Design才是供的那些 程序使用完善的設計規則以及預存儲的設計模塊庫自動在半導體芯 片上進行導線布局並定位組件。 一旦針對半導體電路的設計已經完 成，則可以以標準化的電子格式(例如，Opus、 GDSII等)將所得 設計傳輸到半導體製造工廠或者用於製造的"工廠"。
前面的描述已經通過示例性和非限制性實例提供了發明人當前 構思的用於執行本發明的最好的方法和裝置的全面和信息性描述。 然而，根據前面的描述，當結合附圖和所附權利要求書閱讀時，各 種變形和修改可以對相關領域的技術人員變得明顯。然而，本發明 教導的所有此類和類似修改仍將落入本發明的範圍內。
的情況下有優勢地使用。這樣，應該認為前面的描述僅是對本發明 原則的說明，並且不限於此。
權利要求
1.一種方法，包括 從發射器發射能量束的脈衝，所述束產生具有變化梯度的場，所述梯度具有基本上垂直於所述束的傳播方向的方向；在至少一個檢測器處接收所述場的一部分；以及對於所述至少一個檢測器的相應檢測器，確定與由所述相應檢測器接收的所述場的所述部分的照度級相對應的值，其中所述場的所述值是所述相應檢測器和所述發射器之間的相對位置的指示。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中 所述發射器包括至少一個發射器； 發射進一步包括從所述至少一個發射器發射第一能量束的第一脈衝，所述第 一束產生具有第一變化梯度的第一場，所述第一變化梯度具有基本 上垂直於所述第一束的傳播方向的第一方向；所述方法進一步包括從所述至少一個發射器發射第二能量束的第二脈衝，所述第 二束產生第二場，所述第二場在基本上垂直於所述第二束的傳播方 向的第二方向上具有一致的強度；從所述至少一個發射器發射第三能量束的第三脈衝，所述第 三束產生具有第二變化梯度的第三場，所述第二變化梯度具有基本 上垂直於所述第三束的傳播方向的第三方向，其中所述第三方向基 本上垂直於所述第一方向；接收進一步包括在所迷至少一個檢測器處接收所述第一、第二和 第三場中每個場的部分；以及確定進一步包括，針對所述相應檢測器並且針對所述第一、第二 和第三場中的每個場，確定與由所述相應檢測器接收的相應場的所 述部分的照度級相對應的值，其中與所述第一和第三場相對應的值 是所述相應檢測器和所述至少一個發射器之間的相對位置的指示。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中存在其中所述至少一個發射器不發射所述第一、第二和第三束中 的任何一個束的時間周期；確定進一步包括，對於所述相應檢測器，在所述時間周期的至少 一部分期間確定〗直；以及所述方法進一步包括，對於所述相應檢測器，基於針對所述第一、 第二和第三場的值以及在所述時間周期期間確定的值，確定指示所 述相應檢測器和所述至少一個發射器之間的相對位置的兩個分量 值，其中所述分量值中的一個分量值是與平行於所述第一方向的軸 線相對應的相對位置的指示，並且其中所述分量值的另一個分量值 是與平行於所述第三方向的軸線相對應的相對位置的指示。
4. 根據權利要求3所述的方法，其中 所述至少一個檢測器包括多個檢測器； 針對所述相應檢測器的所述兩個分量值是第一分量值；確定兩個分量值進一步包括，針對所述多個檢測器中的另 一個檢 測器確定兩個第二分量值；以及 所述方法進一步包括使用所述第一分量值形成第一矢量；以及使用所述第二分量值形成第二矢量，其中所述第一矢量和第二矢量用於確定所述至少一個發射 器和包括至少 一 個檢測器的接收機之間的相對旋轉。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中 所述發射器包括至少一個發射器； 發射進一步包括從所述至少一個發射器發射第一能量束的第一脈衝，所述第 一束產生具有第 一變化梯度的第 一場，所述第 一變化梯度具有基本 上垂直於所述第 一束的傳播方向的第 一方向； 所述方法進一步包括從所述至少一個發射器發射第二能量束的第二脈衝，所述第 二束產生具有第二變化梯度的第二場，所述第二梯度具有基本上垂 直於所述第二束的傳播方向的第二方向，其中所述第二方向基本上與所述第一方向相反；接收進一步包括在所述至少一個檢測器處接收所述第一和第二 場中每個場的部分；以及確定進一步包括，針對所述相應檢測器並且針對所述第一和第二的照度級相對應的值，其中與所述第一和第二場相對應的值是所述 相應檢測器和所述至少一個發射器之間的相對位置的指示。
6. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括 將針對所述相應檢測器的所述值與之前確定的來自於所述相應檢測器的值進行比較；以及使用所述比較，確定所述發射器和所述相應檢測器之間是否已經 存在移動。
7. 根據權利要求5所述的方法，進一步包括 基於針對所述相應檢測器的第 一和第二場的值，確定所述至少一個發射器相對於所述相應檢測器的絕對位置的值。
8. 根據權利要求5所述的方法，其中所述第一和第二能量束是 紅外束。
9. 根據權利要求5所述的方法，其中所述至少一個發射器包括 第一和第二發射器，所述第一發射器發射所述第一能量束並且所述第二發射器發射所述第二能量束。
10. 根據權利要求9所述的方法，其中所述第一和第二發射器使 用相同的波長進行發射。
11. 根據權利要求9所述的方法，其中所述第一和第二發射器使 用不同的波長進行發射。
12. 根據權利要求5所述的方法，其中所述至少一個發射器包括 單個發射器。
13. 根據權利要求9所述的方法，進一步包括 通過使用所述第一和第二發射器同時發射所述第一和第二能量 束兩者來發射校準場。
14. 根據權利要求9所述的方法，進一步包括，通過將針對所述相應檢測器的值和針對所述第一和第二場中的每個場的值進行相加 來確定最大照度級。
15. 根據權利要求5所述的方法，進一步包括 從所述至少一個發射器發射第三能量束的第三脈衝，所述第三束產生具有第三變化梯度的第三場，所述第三變化梯度具有基本上垂 直於所述第三束的傳播方向的第三方向，所述第三方向相對於所述 第一方向和第二方向大約呈90度；從所述至少一個發射器發射第四能量束的第四脈衝，所述第四束 產生具有第四變化梯度的第四場，所述第四變化梯度具有基本上垂 直於所述第四束的傳播方向的第四方向，其中所述第四方向基本上 與所述第三方向相反；在所述至少 一個檢測器處接收所述第三和第四場中的每個場的 部分；以及針對所述相應檢測器和所述第三和第四場中的每個場，確定與由 所述相應 一全測器接收的相應場的部分的照度級相對應的值。
16. 根據權利要求1所述的方法，其中所述場包括紅外、可見光、 紫外光和聲音中的一種。
17. 根據權利要求1所述的方法，其中所述變化梯度在幅度、頻 率和極化的一個上改變。
18. 根據權利要求1所述的方法，其中所述變化梯度沿著所述場 的區域內的軸線線性改變。
19. 根據權利要求18所述的方法，其中所述變化梯度沿著針對 平坦投影表面和半球投影表面中的 一 個的軸線線性改變。
20. 根據權利要求1所述的方法，其中所述變化梯度根據圖案改變。
21. 根據權利要求20所述的方法，其中所述圖案包括正弦光柵。
22. 根據權利要求1所述的方法，其中所述變化梯度在所述場的區域內徑向地改變。
23. —種發射才幾，包4舌發射器，適於發射能量束，所述束產生具有變化梯度的場，所述 梯度具有基本上垂直於所述束的傳播方向的方向；以及控制電路，適於使得所述發射器在持續時間內發射所述能量束。
24. 根據權利要求23所述的發射機，其中 所述發射器包括至少一個發射器；所述能量束是第一能量束，所述場是第一場，所述梯度是具有第 一方向的第 一梯度，並且所述持續時間是第 一持續時間；所述至少一個發射器進一步適於發射第二和第三能量束，所述第 二束產生第二場，所述第二場在基本上垂直於所述第二束的傳播方 向的第二方向上具有一致的強度，所述第三束產生具有第二變化梯度的第三場，所述第二變化梯度具有基本上垂直於所述第三束的傳 播方向的第三方向，其中所述第三方向基本上垂直於所述第一方向； 以及所述控制電路進一步適於使得所述至少一個發射器在第二持續 時間內發射所述第二能量束，並且適於使得所述至少一個發射器在 第三持續時間內發射所述第三能量束。
25. 根據權利要求24所述的發射機，其中 所述控制電路進一步適於產生其中所述至少一個發射器不發射所述第一、第二和第三束中的任何一個的時間周期。
26. 根據權利要求23所述的發射機，其中 所述發射器包括至少一個發射器；所述能量束是第一能量束，所述場是第一場，所述梯度是具有第 一方向的第一梯度，並且所述持續時間是第一持續時間；所述至少一個發射器進一步適於發射第二能量束，所述第二束產 生具有第二變化梯度的第二場，所述第二變化梯度具有基本上垂直於所述第二束的傳播方向的第二方向，其中所述第二方向基本上與 所述第一方向相反；以及所述控制電路進一步適於使得所述至少一個發射器在第二持續 時間內發射所述第二能量束。
27. 根據權利要求26所述的發射機，其中所述至少一個發射器 包括第一和第二發射器，所述第一發射器適於發射所述第一能量束 並且所述第二發射器適於發射所述第二能量束。
28. 根據權利要求27所述的發射機，其中所述至少一個發射器 進一步包括第三和第四發射器，所述第三發射器適於發射第三能量 束，所述第三束產生具有第三變化梯度的第三場，所述第三變化梯度具有基本上垂直於所述第三束的傳播方向的第三方向，其中所述 第三方向相對於所述第一方向和第二方向中的一個大約呈90度，所述第四發射器適於發射第四能量束，所述第四束產生具有第四變化 梯度的第四場，所述第四梯度具有基本上垂直於所述第四束的傳播 方向的第四方向，其中所述第四方向基本上與所述第三方向相反。
29. 根據權利要求26所述的發射機，其中所述至少一個發射器 中的每個包括紅外(IR)發光二極體(LED)。
30. 根據權利要求26所述的發射器，其中-. 所述至少一個發射器包括至少兩個發射器；以及 所述至少兩個發射器中的每個包括紅外(IR)發光二極體(LED)、具有三角縫的掩膜、以及圓柱透鏡，所述掩膜放置在所 述IR LED和所述圓柱透鏡之間，並且被定位為使得來自於所述IR LED的光通過所述縫，所述圓柱透鏡被定位為用以接收通過所述縫 的所述光並且被定位為使得所述透鏡的縱軸與所述縫的縱軸大致對 準。
31. 根據權利要求26所述的發射機，其中所述至少一個發射器 包括紅外(IR)發光二極體(LED)、具有三角縫的掩膜、圓柱透 鏡、以及旋轉設備，所述掩膜放置在所述IRLED和所述圓柱透鏡之 間，並且被定位為使得來自於所述IRLED的光通過所述縫，所述圓 柱透鏡被定位為用以接收通過所述縫的所述光並且被定位為使得所 述透鏡的縱軸與所述縫的縱軸大致對準，所述旋轉設備適於將所述 掩膜和圓柱透鏡旋轉到至少兩個位置，所述位置的第 一位置對應於 所述第一束並且所述位置的第二位置對應於所述第二束。
32. 根據權利要求26所述的發射器，其中所述至少一個發射器 包括至少第一和第二發射器，所述第一發射器發射所述第一束並且 所述第二發射器發射所述第二束，所述第一和第二發射器中的每個 發射紅外輻射，其中所述第一和第二發射器中的一個以不同於所述 第 一和第二發射器中另 一個的波長進行發射，並且其中所述第 一和 第二持續時間可以重疊。
33. 根據權利要求26所述的發射機，其中所述至少一個發射器 包括至少第一和第二發射器，所述第一和第二發射器中的每個發射 器發射紅外輻射，其中所有所述第一和第二發射器以相同的波長進 行發射，並且其中所述第 一持續時間和所述第二持續時間不重疊。
34. 根據權利要求23所述的發射機，其中所述發射器適於安裝 在人類的頭部上。
35. 根據權利要求34所述的發射機，進一步包括可調節麥克風 支架，其適於定位在接近所述人類頭部的唇部的位置，其中所述支 架包括電容性按鍵，並且包括響應於所述電容性按鍵的處理元件。
36. —種接收才幾，包括至少一個檢測器，其適於接收第一能量束的第一場的部分，所述 第一場具有第一變化梯度，所述第一變化梯度具有基本上垂直於所 述第一束的傳播方向的第一方向，所述至少一個檢測器進一步適於 接收第二能量束的第二場的部分，所述第二場具有第二變化梯度，所述第二變化梯度具有基本上垂直於所述第二束的傳播方向的第二 方向；以及檢測器電路，耦合至所述至少一個檢測器，所述檢測器電路適於 確定值，每個值與由所述至少 一 個檢測器中的相應檢測器所接收的 所述場的部分相對應，所述檢測器電路進一步適於使用所述值來確 定所述相應檢測器和發射所述第一和第二束的至少一個發射器之間 的相對位置。
37. 根據權利要求36所述的接收機，其中 所述至少一個檢測器進一步適於接收第三能量束的第三場的部分，所述第三場在基本上垂直於所述第三束的傳播方向的第三方向 上具有一致的強度；以及所述檢測器電路進一 步適於確定與由所述至少 一個檢測器中的 相應檢測器所接收的所述第三場的所述部分的另外的值。
38. 根據權利要求37所述的接收機，其中 所述檢測器電路進一步適於在所述至少一個發射器不發射所述第 一、第二和第三束中的任意一個的時間周期的至少部分期間確定 值，所述檢測器電路進一步適於基於針對所述第一、第二和第三場 的值以及在所述時間周期期間確定的值來確定指示所述相應檢測器 和所述至少 一 個發射器之間的相對位置的兩個分量值，其中所述分 量值中的 一個是與平行於所述第 一方向的軸線相對應的相對位置的 指示，並且其中所述分量值的另一個是與平行於所述第二方向的軸 線相對應的相對位置的指示。
39. 根據權利要求38所述的接收機，其中 所述至少一個檢測器包括多個檢測器；針對所述相應檢測器的所述兩個分量值是第一分量值；以及 當確定兩個分量值時，所述接收機電路進 一 步確定針對所述多個 檢測器中的另一個檢測器的兩個第二分量值，其中，所述接收機電 路進一步適於使用所述第一分量值形成第一矢量以及使用所述第二 分量值形成第二矢量，其中所述第一和第二矢量用於確定所述至少 一個發射器和所述接收機之間的相對旋轉。
40. 根據權利要求36所述的接收機，其中所述第二方向基本上 與所述第一方向相反。
41. 根據權利要求40所述的接收機，其中所述接收機電路進一 步適於將所述值與之前確定的值進行比較，並且使用比較來確定至 少 一 個發射器和所述至少 一 個檢測器之間是否已經存在移動，所述 相對位置包括所述移動。
42. 根據權利要求40所述的接收機，進一步包括 耦合至所述檢測器電路並且適於比較所述第一和第二場的值的接收機電路。
43. 根據權利要求42所述的接收機，進一步包括耦合至所述檢 測器電路並且適於比較所述第一和第二場的值的接收機電路，並且 其中所述接收機電路進一步適於基於所述第一和第二場的比較來確 定發射所述第一和第二場的發射器相對於所述至少一個檢測器的絕 對位置的值，其中所述相對位置包括所述絕對位置。
44. 根據權利要求40所述的接收機，其中 所述至少一個檢測器進一步適於接收第三能量束的第三場的部分，所述第三場具有第三變化梯度，所述第三變化梯度具有基本上 垂直於所述第三束的傳播方向的第三方向，所述第三方向相對於所 述第一方向和第二方向中的一個大約呈90度；所述至少一個檢測器進一步適於接收第四能量束的第四場的部 分，所述第四場具有第四變化梯度，所述第四變化梯度具有基本上 垂直於所述第四束的傳播方向的第四方向，其中所述第四方向基本 上與所述第三方向相反；所述檢測器電路進 一 步適於確定與由所述至少 一 個檢測器接收 的所述第三和第四場的所述部分的照度級的值。
45. 根據權利要求36所述的接收機，其中所述至少一個檢測器 中的每個包括紅外檢測器、可見光檢測器、紫外光檢測器和聲音檢 測器中的一種。
46. 根據權利要求36所述的接收機，其中所述第一和第二變化 梯度中的每個在幅度、頻率和極化的一個上改變。
47. 根據權利要求36所述的接收機，其中所述至少一個檢測器 中的每個包括光電二極體。
48. 根據權利要求36所述的接收機，其中所述至少一個檢測器 包括多個檢測器，所述多個檢測器中的每個檢測器適於檢測預定的 頻率範圍，並且其中至少一個所述預定的範圍不同於所述預定範圍 中的其他範圍。
49.根據權利要求36所述的接收機，其中所述至少一個檢測器 中的每個檢測器適於檢測單個頻率範圍。
全文摘要
公開了一種方法，該方法包括從發射器發射能量束的脈衝。該束產生一個具有變化梯度的場，其中該梯度具有基本上垂直於該束的傳播方向的方向。一個或多個檢測器接收該場的一部分。對於一個或多個檢測器中的相應的檢測器，確定與由該檢測器接收的場的一部分的照度級相對應的值，其中該場的值是檢測器和發射器之間的相對位置的指示。發射機包括適於發射能量束的發射器，該束產生具有變化梯度的場。該梯度具有基本上垂直於該束的傳播方向的方向。該發射機進一步包括適於使得發射器在第一持續時間期間發射能量束的控制電路。
文檔編號G06F3/033GK101366001SQ200680052528
公開日2009年2月11日 申請日期2006年12月22日 優先權日2005年12月29日
發明者P·皮拉雅 申請人:諾基亞公司