遙控指向技術的製作方法

2023-05-13 07:48:16 5

專利名稱：遙控指向技術的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及遙控指向(pointing)技術，並且特別涉及一種指 向設備。本發明還涉及一種包括指向設備的系統。
技術背景為了使用戶和互動內容之間易於互動，點擊(point-and-click)操 作(一般使用計算機滑鼠)是很常見和普遍使用的。這些操作通常靠 近屏幕來執行，並需要平坦表面或設備，而所述平坦表面或設備要麼 難以使用，要麼非常昂貴。另一方面，對於後仰(lean-back)的和放木>的應用，例如，見看視 頻和聽音樂，常常使用遙控(RC)。還可以注意到，由於其控制的應 用的複雜性日益增大，RC按鈕的數目快速增大。這已經導致了部分用 戶對於特定應用應按哪個按鈕的不滿和混淆。傳統的後仰應用與具有網際網路的PC應用的匯聚(convergence) 使當前問題增加，網際網路是後端支持的基礎設施。由於後仰和PC世界 這兩者都具有不同的互動裝置，所以因所述匯聚產生了左右為難的情 況。為了處理這個問題，開發了遙控指向技術。使用包括許多紅夕卜(IR) 發光二極體(LED)的遙控手持設備和屏幕附近的光檢測器，可以確 定用戶將所述設備相對於屏幕指向的位置。這使得用戶能夠做出點擊 操作或做出可以在所述屏幕附近被識別的手勢。具有指向設備的一些已知系統的主要缺點是結構複雜、成本高、 計算要求高和/或接收裝置的改造極度繁雜。 一些已知系統具有的問題還有，必須將位置信息從所述手持設備發送到屏幕側(通過有線或無 線的方式)。專利US5，949，402中公開了第一指向設備。該指向設備包括在相同 方向上指向的四個LED。這些LED中的兩個沿著第一軸對稱放置。另 外兩個沿著垂直於第一軸的第二軸對稱放置。透鏡被用於在不同的方4向引導每個LED所發射的光。屏幕附近的光檢測器接收每個LED發 射的光束。指向設備的指向角(pointing angle)可以通過求沿第一軸 放置的LED的脈沖幅度之比以及通過求沿第二軸放置的LED的脈衝 幅度之比來計算。然後，這些指向角度可以用來在顯示屏幕上定位光標。然而，使用在不同方向引導LED光的透鏡使指向設備變得昂貴。 它還使這種設備的結構複雜化，因為LED的位置和取向需要關於透鏡 的軸對齊。專利US5，023，943中公開了第二指向設備。該指向設備包括三個具 有不同輻射圖案的LED。放置在中心的LED是參照LED。它沒被屏 蔽，並具有相對平坦的光強度分布。餘下的兩個LED中的第一個在第 一方向上被部分屏蔽。結果，這個LED與參照LED以及餘下的兩個 LED中的另一個相比在第一方向上具有不同的輻射圖案。餘下的兩個 LED中的另一個在垂直於第一方向的第二方向上被部分屏蔽。結果， 該餘下的兩個LED中的另一個LED與參照LED以及餘下的兩個LED 中的第一個相比在第二方向上具有不同的輻射圖案。在接收側上檢測 所述光。使用從參照LED和所述餘下的兩個LED中的第一個所接收 的光強度之差，並使用從參照LED和所述餘下的兩個LED中的第二 個所接收的光強度之差，來確定指向設備的指向方向。然而，這個指向設備具有的缺點是，其線性度嚴重依賴於參照LED 的光強度分布的平坦度。本發明的目的是提供一種指向設備，該設備既簡單又廉價，並且 不具有高的結構複雜性，沒有計算要求，和/或不需要對接收裝置進行 極度繁雜的改造。本發明另 一個目的是提供具有良好線性度的指向設備。發明內容本發明的這些和其他目的通過根據獨立權利要求1的指向設備來 實現。有益實施例由從屬權利要求2-18限定。指向設備被提供包括至少兩個光源(例如LED)。該指向設備適 合使用在包括用於檢測該指向設備所發射的光的光檢測裝置 (arrangement)和用於確定指向設備被指向何處的裝置的系統中。指向設備的所述至少兩個光源基本上沿著第一軸對稱放置並指向基本相 同的方向。該指向設備包括屏蔽裝置，該屏蔽裝置用於當指向設備遠 離光檢測裝置指向時，對光源中的一個所發射的光比對其他光源所發 射的光屏蔽得更多。根據本發明，所述屏蔽裝置關於所述至少兩個光 源基本對稱地布置。所建議的設備便宜且在接收裝置處僅需要單個的 低成本光檢測器。它允許接收側計算在第一方向上指向設備相對光檢 測器的指向角。這個指向角可以轉換為屏幕上在該第一方向上的位置。 另外，在接收側的計算要求低，這使得系統速度快。最後，對所述至 少兩個光源基本對稱的屏蔽促使在接收側信號歸一化變得簡單，這使 得容易補償用戶距離或惡劣的光條件。根據一個實施例，所述屏蔽裝置包括兩個屏蔽壁，在第一軸的方 向上看，所述屏蔽壁放置在所述至少兩個光源周圍，所述壁在垂直於 第一軸的第二軸的方向上延伸。在一個替換實施例中，所述屏蔽裝置包括放置在所述至少兩個光 源之間的屏蔽壁，所述壁在垂直於第一軸的第二軸的方向上延伸。在這兩個實施例中，所述屏蔽裝置保持很簡單，並且同時具有良 好的特性。優選地，在所述至少兩個光源的指向方向上看，在所述一個或多 個屏蔽壁的邊緣處，屏蔽部件被設置成在第一軸的方向上延伸。作為 其結果，當指向設備僅僅稍微遠離檢測器指向時，已經存在相當的光 屏蔽。這允許更好地檢測指向設備的小的移動。根據另外的實施例，指向設備包括至少兩個另外的沿著第二軸基 本對稱放置的光源，第二軸垂直於第一軸。屏蔽裝置關於所述至少兩個另外的光源基本對稱地布置。這允許接收側計算在垂直於第一方向 的第二方向上指向設備關於光檢測器的指向角。這個指向角可以被轉換為屏幕上在第二方向上的位置。優選地，所述屏蔽裝置具有方形腔(square cavity)的形狀。這允 許第一方向上的移動和第二方向上的移動的良好分離。另外，所述方 形腔使得實現了歸一化的指向角的簡單轉譯以及因而產生的向屏幕位 置的轉換。根據另外的實施例，與沿著第二軸基本對稱放置的所述至少兩個 另外的光源相比，沿著第一軸基本對稱放置的指向設備的所述至少兩個光源適合於發射具有不同偏振的光。這優選地通過為沿著第一軸放 置的指向設備的所述至少兩個光源裝備與沿著第二軸放置的所述至少 兩個光源相比不同的偏振濾波器來實現。這樣，如果接收側也裝備有偏振濾波器，則可以檢測所接收到的信號強度(strength)，該信號強 度作為滾動的函數，該滾動即指向設備圍繞其縱軸的旋轉。這允許對 滾動誤差的量化和對這個誤差的補償，使得當指向某個方向時，不期 望的滾動效應可以得到補償。可替換地，指向設備的滾動可以被使用 作為控制中的額外自由度。優選地，沿第一軸放置的指向設備的所述至少兩個光源裝備有水 平的偏振濾波器，沿第二軸放置的所述至少兩個光源裝備有對角線的 偏振濾波器。這樣，可以在180。角上檢測指向設備的滾動。所述光源可以適合於採用時間復用。在這種情況下，在接收側的 光檢測器以相同的頻率一個接一個地檢測光源所發射的光信號，實現 了簡單的結構。可替換地或附加地，光源適合於採用頻率復用、代碼復用或波長 復用。採用頻率、代碼或波長復用允許使用附加的信號(比如不同頻 率、代碼或波長的常規RC命令)，與用於確定被指向的位置的那些完 全不同。這還允許快的位置更新速度，因為光源的所有信號可以同時 檢測。另外，這促進了同時使用多個指向設備的可能性。在另一個優選實施例中，指向設備包括用於擴散光源所發射的光 的擴散裝置。該擴散裝置以移動的角度平滑了光源的強度分布。這允 許使用具有非平滑強度分布的便宜的LED作為光源。根據下面描述的實施例，本發明的這些和其他方面將變得清楚明 白，並將參考這些實施例進行闡述。


結合所附的詳細說明並參考下面的附圖，對於本領域技術人員而 言，本發明將得到更好的理解，並且它的許多目的和優點將變得更加 清楚明白，其中圖1顯示了不帶有屏蔽裝置的指向設備的第一實施例。 圖2顯示了帶有屏蔽裝置的根據第一實施例的指向設備。 圖3顯示了指向光檢測器的指向設備的頂截面視圖。圖4顯示了當遠離光檢測器指向時，指向設備的頂截面視圖。 圖5顯示了根據第一實施例的指向設備的前視圖。 圖6顯示了在接收端的光檢測器和信號處理裝置的框圖。 圖7顯示了根據第二實施例的指向設備的前視圖。 圖8顯示了根據第三實施例的指向設備的前視圖。 圖9顯示了根據第四實施例的指向設備的前視圖。 圖IO顯示了裝備有偏振濾波器的光源的前視圖。 圖11顯示了光強度，該強度是具有根據圖IO的結構的指向設備的 滾動角的函數。在整個附圖中，相同的附圖標記指代相同的元件。
具體實施方式
圖1顯示了不帶有屏蔽裝置的指向設備2。它具有四個對稱布置的 光源，例如放置在基底5上的LED。 LED中的兩個XI， X2沿著第一 水平軸X對稱放置。另兩個LEDY1， Y2沿著第二垂直軸Y對稱放置。 所述LED全都沿著垂直於第一和第二軸的第三軸Z指向基本相同的方向。這四個單元傳輸調製的信號。這可以通過使用頻率復用(對於每 個光源，不同的閃爍頻率)，代碼復用(不同的正交代碼)，波長復 用(不同的波長)或時分復用技術(不同的閃爍次數)來完成。在根據第一實施例的圖2中所示，屏蔽裝置6具有方形腔的形狀， 所述方形腔對稱地放置在所述四個LED周圍。方形腔的壁在Z軸方向 上稍微超出所述LED。如果所述指向設備遠離光檢測器指向時，屏蔽 部分所發射的光這是必需的。圖3顯示了當圖2中描繪的指向設備被定向到標準的單個光檢測 器4時該指向設備的頂截面視圖，所述光檢測器4例如是光電二極體， 與用於(TV)紅外遙控的光電二極體相似。指向設備2任選地包括普 通的光學擴散器7，導致光源的強度圖案相對平滑並幾乎相同。當所述 腔中的光源被指向光檢測器時，光檢測器4從所有源接收基本相同的 光信號。屏蔽裝置6包括鄰近光源放置並平行於光源在Z軸方向上延 伸的四個矩形壁。優選地，在壁的前邊緣處(在Z軸的方向上看)， 小的屏蔽部件9布置成在X軸的方向上延伸。所以，所述屏蔽裝置6的一小部分放置在光源的前面。如圖4中所示，當腔中的光源稍微遠 離檢測器指向時， 一個或兩個光源比其他光源更多地被所述腔邊緣所 屏蔽。於是，被檢測器接收的、被更多屏蔽的這些光源的信號強度便 被減小了。在根據圖4的構造中，檢測器4所接收的光源X2的信號強 度淨皮減小。圖5顯示了圖2描繪的指向設備的前視圖。如圖6中所示，在接收端，光源XI, X2, Yl, Y2發射的信號SX1， SX2， SY1， SY2分別被信號分離濾波器8分離。在頻率復用的信號的 情況下，這可以通過針對每個信號使用帶通濾波器來完成。在時分復 用的情況下，通過定時器來分離信號。在碼分復用的情況下，通過使 用合適的解碼器來分離信號。在波長復用的情況下，對於每個使用的 波長，需要對應的解碼器4。信號強度確定裝置IO確定四個信號的信號強度。這可以通過為每 個信號在低通濾波器後面使用整流器來實現。信號差異確定裝置12確定由兩個水平放置的光源XI， X2所發射 的信號SX1， SX2之間的差異ASX和由兩個垂直放置的光源Yl， Y2 所發射的信號SY1， SY2之間的差異ASY。差異ASX確定用戶在第一方向上指向的位置。差異ASY確定用戶 在第二方向上指向的位置。可以使用最強的信號來歸一化(normalized)所述差異信號以補償 用戶距離。這樣，該系統便不依賴於信號強度，而是依賴於信號強度 的差異，使之對於環境(背景)光條件不太敏感。變化的用戶位置也 很難影響到該系統。如果腔壁是方形的，那麼Y-坐標信號不受X-移動的影響，反之亦 然。另外，所述方形腔使得實現了歸一化的指向角的簡單轉譯 (interpretation)以及因而產生的向屏幕位置的轉換。如根據笫二實施例的圖7中所示，指向設備2的屏蔽裝置6包括屏 蔽罩(shield),該屏蔽罩在X軸和Y軸的方向上延伸，這在Z軸的 方向上看，該屏蔽罩放置在光源的前面。在該屏蔽罩的周圍，存在用 於在檢測器4的方向上傳輸來自光源的光的自由空間。如根據第三實施例的圖8中所示，指向設備2的屏蔽裝置6包括放 置在四個光源之間的兩個壁。所述壁與X軸和Y軸二者成45。角地、對角地延伸，並互相垂直。如根據第四實施例的圖9中所示，指向設備2的屏蔽裝置6是圓形 的，並在四個光源周圍對稱放置。優選地，根據第三實施例和第四實施例的指向設備的屏蔽裝置6 包括在所述壁的前邊緣處的小的屏蔽部件9(在Z軸方向上看)。如上 所述，所述屏蔽部件在X軸的方向上延伸。如圖10中示意性地所示，沿著水平軸X放置的光源XI和X2發 射水平偏振的光。這可以通過給它們裝備水平偏振濾波器來實現。沿 著垂直軸Y放置的光源Yl和Y2發射對角偏振的光。這可以通過給它 們裝備對角偏振濾波器來實現。如圖11中所描繪的，在檢測器側(例 如，裝備有光敏感檢測器的電視機，所述檢測器包括水平取向的、在 發光源的頻率範圍中的偏振濾波器)，所檢測到的信號強度S作為滾 動cp (指向設備圍繞Z軸的旋轉)的函數而變化。這樣，可以在180° 角上檢測指向設備的滾動。當然，也可以使用具有與圖10中所示的角 度不同的角度的偏振濾波器。然而，優選地，為沿著水平軸X和垂直 軸Y的光源使用相差某一角度(不等於90"的偏振濾波器。如果使用 具有相差90。角度的偏振濾波器，那麼只能在90°角上檢測滾動角、而 不能在180°角上檢測滾動角。在上面的實例中，使用了 100%效率的光阻擋偏振濾波器。然而， 在實踐中，優選地使用基本上小於100%效率的濾波器。這樣，圖11 中的"傾角(dips)"將永遠不會變為零或接近零，這使得系統不穩定。所述指向設備可以用於許多應用，例如-TV的遙控-連接至顯示器的設備的控制-各種器具(appliance)(例如發光固定裝置(fixture ))的控制-通過做手勢(例如，通過上移或下移來改變音量)對其他設備 的控制如本領域技術人員將要認識到的，本申請中描述的新穎構思可以 在寬的應用範圍上進行變更或變化。例如，儘管這裡描述的光源是發 射紅外光的發光二極體，但是可以使用任何其他光源，包括發射可見 光的光源。另外，可以採用屏蔽裝置可替換的形狀，只要它們關於光源是對稱布置的。最後，所用的光源的數目可以多於四個。因此，該專利申請的主題的範圍不應限於所討論的任何特定的示 例性教示，而是由下面的權利要求來限定。權利要求中的任何附圖標 記不應被理解為限制所述範圍。
權利要求
1.指向設備(2)，包括至少兩個光源(X1，X2)，該指向設備(2)適合用在包括用於檢測該指向設備(2)發射的光的光檢測裝置(4)和用於確定該指向設備(2)被指向何處的裝置的系統中，指向設備(2)的所述至少兩個光源(X1，X2)基本沿著第一軸(X)對稱地放置並指向基本相同的方向(Z)，該指向設備(2)包括屏蔽裝置(6)，該屏蔽裝置用於當指向設備(2)遠離光檢測裝置(4)指向時，對由光源中的一個所發射的光比對由其他光源所發射的光屏蔽得更多，其中，所述屏蔽裝置(6)關於所述至少兩個光源(X1，X2)基本對稱地布置。
2. 根據權利要求1的指向設備(2)，其中，所述屏蔽裝置(6) 包括兩個屏蔽壁，在第一軸(X)的方向上看，所述屏蔽壁被放置在所 述至少兩個光源(Xl， X2)周圍，所述壁在垂直於第一軸(X)的第 二軸(Y)的方向上延伸。
3. 根據權利要求1的指向設備(2)，其中所述屏蔽裝置(6)包 括放置在所述至少兩個光源(XI, X2)之間的屏蔽壁，所述壁在垂直 於第一軸(X)的第二軸(Y)的方向上延伸。
4. 根據權利要求2或3的指向設備(2)，其中在所述至少兩個光 源(Xl， X2)的指向方向(Z)上看，在所述一個或多個屏蔽壁的邊 緣處，所述屏蔽部件(9)被設置成在第一軸(X)的方向上延伸。
5. 根據權利要求1至4中任一項的指向設備(2)，其中指向設備 (2)包括至少兩個另外的沿著第二軸(Y)基本對稱放置的光源(Yl，Y2)，第二軸(Y)垂直於第一軸(X)。
6. 根據權利要求5的指向設備(2)，其中所述屏蔽裝置(6)關 於所述至少兩個另外的光源(Y1, Y2)基本對稱地布置。
7. 根據權利要求6的指向設備(2)，其中所述屏蔽裝置(6)具 有方形腔的形狀。
8. 根據權利要求5至7中任一項的指向設備(2)，其中與沿著第 二軸(Y)基本對稱放置的所述至少兩個另外的光源(Yl， Y2)相比， 沿著第一軸(X)基本對稱放置的指向設備的所述至少兩個光源(Xl， X2)適合用於發射具有不同偏振的光。
9. 根據權利要求8的指向設備(2),其中與沿著笫二軸(Y)基本對稱放置的所述指向設備(2)的所述至少兩個光源(Yl， Y2)相比， 沿著第一軸(X)基本對稱放置的所述指向設備(2)的所述至少兩個 光源(Xl， X2)裝備有不同的偏振濾波器。
10. 根據權利要求9的指向設備(2)，其中沿著第一軸(X)基本 對稱放置的所述指向設備(2)的所述至少兩個光源(Xl， X2)裝備有 水平偏振濾波器，沿著第二軸(Y)基本對稱放置的所述指向設備(2) 的所述至少兩個光源(Yl， Y2)裝備有對角偏振濾波器。
11. 根據權利要求1至10中任一項的指向設備(2)，其中所述光 源適合於採用時間復用。
12. 根據權利要求1至10中任一項的指向設備(2)，其中所述光 源適合於採用頻率復用。
13. 根據權利要求1至10中任一項的指向設備(2)，其中所述光 源適合於採用代碼復用。
14. 根據權利要求1至10中任一項的指向設備(2)，其中所述光 源適合於採用波長復用。
15. 根據權利要求1至10中任一項的指向設備(2)，其中所述光 源適合於採用權利要求11至14中所述的復用方案的任何組合。
16. 根據權利要求1至15中任一項的指向設備(2)，包括用於擴 散所述光源發射的光的擴散裝置(7)。
17. 根據權利要求1至16中任一項的指向設備(2)，其中所述指 向設備是遙控器。
18. 系統，其包括根據權利要求1至17中任一項的指向設備(2)， 用於檢測該指向設備(2)所發射的光的光檢測裝置(4)以及用於確 定該指向設備(2)被指向何處的裝置。
全文摘要
包括沿著第一軸(X)對稱布置的兩個光源(X1，X2)和沿著與第一軸(X)垂直的第二軸(Y)對稱布置的兩個光源(Y1，Y2)的指向設備(2)。該指向設備(2)被用於包括在屏幕附近的光檢測器(4)和確定用戶將所述設備關於所述屏幕指向哪裡的計算裝置的系統中。所述光源沿著垂直於第一軸(X)和第二軸(Y)的第三軸(Z)指向基本相同的方向。所述指向設備包括屏蔽裝置(6)，該屏蔽裝置用於當指向設備(2)遠離檢測器(4)指向時，對由光源中的一個所發射的光比對由其他光源發射的光屏蔽得多，其中，所述屏蔽裝置(6)關於所述光源(X1，X2)基本對稱地布置。
文檔編號G06F3/0354GK101405684SQ200780009350
公開日2009年4月8日 申請日期2007年3月2日 優先權日2006年3月15日
發明者E·W·J·羅伯茨, G·J·德斯圖拉, M·H·J·德拉伊傑 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司