皮膚接近性和傾斜效應傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種便攜式電子設備，該便攜式電子設備包括用于計算設備和用戶之間的距離和旋轉(zhuǎn)角的一個或多個電極?；谒嬎愕木嚯x和旋轉(zhuǎn)角，可確定用戶的身體活動。此外，可將所計算的距離和旋轉(zhuǎn)角用于補償由設備檢測到的一個或多個信號中的光學偽影。用戶移動或身體活動可能引入光學偽影，這可能導致一個或多個特征的錯誤確定?？墒褂盟嬎愕木嚯x和旋轉(zhuǎn)角來減少或消除光學偽影，從而更精確地確定用戶的一個或多個特征。
【專利說明】
皮膚接近性和傾斜效應傳感器
技術領域
[0001] 本發(fā)明通常涉及確定便攜式電子設備相對于用戶的身體部位的距離和旋轉(zhuǎn)角，并 且更具體地涉及通過設備的下側(cè)來確定皮膚接近性和傾斜效應。
【背景技術】
[0002] -些常規(guī)便攜式電子設備可被穿戴或通過其他方式附接到用戶并提供與用戶的 身體活動相關的功能。例如，很多常規(guī)可穿戴設備可監(jiān)測用戶的心率。然而，常規(guī)設備在其 功能性方面受到限制，并且其精確性可能受到用戶相對于可穿戴設備的距離變化的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 以下公開包括確定用戶相對于便攜式電子設備的接近性和旋轉(zhuǎn)角的示例。該便攜 式電子設備可被穿戴或被置于用戶的身體部位上或附接到用戶的身體部位。該設備可包括 用于計算用戶的身體部位和設備之間的距離和旋轉(zhuǎn)角的電極?；谒嬎愕木嚯x和旋轉(zhuǎn) 角，可確定用戶的身體活動。此外，可將所計算的距離和旋轉(zhuǎn)角用于補償由設備檢測到或生 成的一個或多個信號中的光學偽影。例如，該設備可包括一個或多個光發(fā)射器和傳感器，以 用于確定或至少估計或預測用戶的一個或多個特征諸如用戶的身體活動。用戶移動或身體 活動可能引入光學偽影，這可能導致一個或多個特征的錯誤確定?？梢允褂盟嬎愕木嚯x 和旋轉(zhuǎn)角來減少或消除光學偽影，從而更精確地確定用戶的一個或多個特征。
【附圖說明】
[0004] 圖1A-圖1C示出了可在其中實施本公開的示例的示例性便攜式電子設備。
[0005]圖2示出了具有位于設備的下側(cè)的光發(fā)射器和光學傳感器的示例性便攜式電子設 備的橫截面視圖。
[0006] 圖3A-圖3B示出了具有位于設備的下側(cè)的光發(fā)射器、光學傳感器和電極的示例性 便攜式電子設備的橫截面視圖和下側(cè)的視圖。
[0007] 圖3C示出了具有基本上填充設備的下側(cè)的整個區(qū)域的電極的示例性便攜式電子 設備的下側(cè)的視圖。
[0008] 圖3D示出了包括多行、多列皮膚接近性和傾斜效應傳感器而沒有周圍屏蔽件的示 例性便攜式電子設備的下側(cè)的視圖。
[0009] 圖3E示出了包括多行、多列皮膚接近性和傾斜效應傳感器并且具有周圍屏蔽件的 示例性便攜式電子設備的下側(cè)的視圖。
[0010]圖4A-圖4B示出了具有位于下側(cè)的電極的示例性便攜式電子設備的旋轉(zhuǎn)角的示例 性確定。
[0011]圖5A-圖5F示出了由附接到用戶手腕的具有位于設備的下側(cè)的九個電極的示例性 便攜式電子設備所計算的旋轉(zhuǎn)角。
[0012]圖6示出了用于計算示例性便攜式電子設備相對于用戶的距離和旋轉(zhuǎn)角的示例性 過程流的流程圖。
[0013]圖7A-圖7B示出了示例性便攜式電子設備的下偵啲橫截面視圖。
[0014]圖8示出了根據(jù)本公開的各種示例的由于身體活動的變化導致的用戶心率的示例 性補償。
[0015] 圖9示出了根據(jù)本公開的各種示例的由于便攜式電子設備和用戶的身體部位之間 的距離的變化導致的用戶心率的示例性補償。
[0016] 圖10示出了根據(jù)本公開的示例的示例性系統(tǒng)1000。
【具體實施方式】
[0017] 在以下對示例的描述中將引用形成以下描述的一部分的附圖并且在附圖中以例 示的方式示出了可被實施的具體示例。應當理解，在不脫離所公開的示例的范圍的情況下， 可使用其他示例并且可進行結(jié)構(gòu)性變更。
[0018] 便攜式電子設備可被穿戴或被置于用戶的身體部位上或附接到該用戶的身體部 位?？墒褂迷O備上的電極來計算設備與用戶之間的距離和旋轉(zhuǎn)角。基于所計算的距離和旋 轉(zhuǎn)角，可確定用戶的身體活動。此外，可將所計算的距離和旋轉(zhuǎn)角用于補償由設備檢測到的 一個或多個信號中的光學偽影。例如，該設備可包括一個或多個光發(fā)射器和傳感器，以用于 確定用戶的一個或多個特征。用戶移動或身體活動可能引入光學偽影，這可能導致一個或 多個特征的錯誤確定?？梢允褂盟嬎愕木嚯x和旋轉(zhuǎn)角來減少或消除光學偽影，從而更精 確地確定用戶的一個或多個特征。
[0019] 圖1A-圖1C示出了可在其中實施本公開的示例的示例性便攜式電子設備。圖1A示 出了包括觸摸屏124的示例性移動電話136。觸摸屏124可包括用于觸摸檢測的觸摸面板部 分以及用于在觸摸屏上顯示圖像的顯示器部分。如整個公開中所使用的，"觸摸屏"可指用 于觸摸或懸停檢測的觸摸面板部分、觸摸屏的顯示器部分或兩者。圖1B示出了包括觸摸屏 126的示例性數(shù)字媒體播放器140。圖1C示出了包括觸摸屏128的示例性可穿戴設備144。例 如，觸摸屏124,126和128可基于自電容或互電容、或另一種觸摸感測技術。例如，在基于自 電容的觸摸系統(tǒng)中，可使用具有與地之間的自電容的個體電極來形成用于檢測觸摸的觸摸 像素(觸摸節(jié)點）。在對象接近觸摸像素時，可在對象和觸摸像素之間形成與地的附加電容。 與地的附加電容可能導致由觸摸像素看到的自電容有凈增加。自電容的這種增加可由觸摸 感測系統(tǒng)檢測并測量，以在一個或多個對象觸摸觸摸屏時確定它們的位置。基于互電容的 觸摸系統(tǒng)可包括例如驅(qū)動區(qū)域和感測區(qū)域，諸如驅(qū)動線和感測線。例如，可將驅(qū)動線形成 行，而可以將感測線形成列（即，驅(qū)動線和感測線可正交）。可在行和列的交點或鄰接處(在 單層配置中）形成觸摸像素(觸摸節(jié)點）。在操作期間，可利用AC波形來激勵行并且可在觸摸 像素的行和列之間形成互電容。在對象接近觸摸像素時，可將觸摸像素行和列之間耦接的 一些電荷轉(zhuǎn)而耦接到對象上。觸摸像素上的電荷耦接的這種減少可能導致行和列之間的互 電容的凈減小以及觸摸像素上耦接的AC波形減少?？捎捎|摸感測系統(tǒng)檢測并測量電荷耦接 的AC波形的減少，以確定一個或多個對象觸摸觸摸屏時的它們的位置。在一些示例中，觸摸 屏可以是多點觸摸、單點觸摸、投影掃描、完整成像多點觸摸或任何電容式觸摸。觸摸屏 124,126和128的顯示器部分可基于顯示器類型諸如液晶顯示器（IXD)、電致發(fā)光顯示器 (ELD)、場發(fā)射顯示器(FED)、發(fā)光二極管顯示器(LED)、有機發(fā)光二極管顯示器(0LED)或量 子點顯示器(QLED)。在觸摸屏124,126和128中還可使用很多其他類型的顯示技術，并且它 們同樣在本公開的范圍內(nèi)。
[0020]圖2示出了具有位于設備的下側(cè)的光發(fā)射器和光學傳感器的示例性便攜式電子設 備的橫截面視圖。示例性便攜式電子設備200可包括觸摸屏210、顯示器220和設備主體230。 設備200可包括可以是例如位于用戶視線中的觸摸屏210的表面的頂表面271。設備主體230 可包括部件諸如微處理器芯片、印刷電路板、存儲器芯片、電池、指示器和輸入機構(gòu)。設備 200可附接到、置于或觸摸用戶的部位，使得設備的下側(cè)272面對用戶的身體部位260。盡管 圖2示出了位于觸摸屏的表面上的頂表面271，但頂表面271可包括并且不限于沿著與觸摸 屏的可檢測到或不可檢測到觸摸的表面相同的平面的任何表面。此外，盡管圖2示出了具有 作為獨立部件的觸摸屏和顯示器的便攜式電子設備，但本公開的示例可包括并且不限于具 有集成觸摸面板和顯示面板的設備。
[0021] 便攜式電子設備200可包括位于下側(cè)272上的光學設備。光學設備可包括光發(fā)射器 202和203以及光學傳感器212和213,例如可成對地使用它們以確定用戶的一個或多個特 征。每個光發(fā)射器202和203可朝向身體部位260發(fā)射光254。人的解剖結(jié)構(gòu)可允許一部分光 被皮膚、肌肉、血液和/或用戶身體的其他部位吸收，并且光的附加部分可被反射到光學傳 感器212和213。光學傳感器212和213可生成用于指不反射光252相對于發(fā)射光254的一個或 多個特征的信息?？墒褂么祟愋畔泶_定信息諸如用戶心率或?qū)τ脩舻淖R別。由光學傳感 器檢測的信號可以是電壓、電流或可向設備傳送信息的任何其他信號。在一些示例中，便攜 式電子設備可包括被配置為將由光學傳感器檢測到的光轉(zhuǎn)換成可測量的電流或電壓的另 一個半導體二極管或電氣設備。在一些示例中，光發(fā)射器202和203可以是不同類型的光源 和/或在不同波長處發(fā)光，并且光學傳感器212和213可吸收不同的波長。在一些示例中，光 學傳感器可以是相同類型的傳感器，但利用不同的濾波器吸收不同的波長。在一些示例中， 光發(fā)射器202和203可以是相同類型的光源和/或在相同波長處發(fā)光，并且由光學傳感器212 和213檢測到的信號可被平均化。在一些示例中，光學傳感器的數(shù)量可與光發(fā)射器的數(shù)量不 同。
[0022] 圖3A示出了具有位于設備的下側(cè)的光發(fā)射器、光學傳感器和電極的示例性便攜式 電子設備的橫截面視圖，并且圖3B示出了其下側(cè)的視圖。示例性便攜式電子設備300可包括 觸摸屏310、顯示器320和設備主體330。設備300可包括可以是例如位于用戶視線中的觸摸 屏310的表面的頂表面371。設備主體330可包括部件諸如微處理器芯片、印刷電路板、存儲 器芯片、電池、指示器和輸入機構(gòu)。設備300可附接到、置于或觸摸用戶的部位，使得設備的 下側(cè)372面對用戶的身體部位360。
[0023] 便攜式電子設備300可包括光學設備。光學設備可包括光發(fā)射器302-306，光學傳 感器312-315和多個電極322-330。電極322-330可以是任何類型的導電材料諸如銅。在一些 不例中，電極322-330與光學設備位于同一層上。在一些不例中，電極332-330與光學設備位 于不同層上。由于人體皮膚的導電性質(zhì)，在電極和人的身體部位之間可形成電容。電極中的 一些或全部電極可讀取電容值Csense，并且電容值Csense可能基于身體部位到設備的距離 而有所不同。設備300可讀取Csense并計算用戶的身體部位到電極的距離?；谠O備到用戶 皮膚的所計算的距離，還可計算設備相對于人的身體部位的旋轉(zhuǎn)角。
[0024] 在一些示例中，可由來自驅(qū)動電路的激勵信號來驅(qū)動電極322-330中的一些電極， 以與相鄰的感測電極形成邊緣電場線。在一些示例中，可以利用AC波形來激勵那些驅(qū)動電 極。在驅(qū)動電極和充當感測電極的另一個電極之間可形成互電容。人的身體部位可阻擋一 些電場線，并且因此影響耦接到感測電極的電荷。并不是電荷主要耦接到感測電極上，一些 電荷可通過人的身體部位耦接到地。驅(qū)動電極和感測電極之間的電荷耦接的這種減少可能 導致電容的凈減小和耦接的AC波形的減小。基于電容△ Csense的變化，可計算設備的下側(cè) 和皮膚之間的距離。
[0025] 設備300可包括被設置在電極322-330和人的身體部位360之間的覆蓋層380。覆蓋 層380可用于將皮膚與電極電隔離并保護電極不受損壞或不被腐蝕。在一些示例中，覆蓋層 可以是黑色的，以幫助去除任何光學干擾。此外，可在遠離用戶的電極上方設置絕緣層340 和屏蔽件342,以防止電極和觸摸屏310之間的交互。除此之外或另選地，設備300可包括驅(qū) 動屏蔽件344，以防止外部干擾。在一些示例中，驅(qū)動屏蔽件344可向下延伸，以比覆蓋層380 更接近人的身體部位360。在一些示例中，驅(qū)動屏蔽件344可被并入被附接到設備300的腕帶 或綁帶(諸如圖1C中所示的綁帶146)中?？稍谝粋€或多個電極周圍設置一個或多個驅(qū)動屏 蔽件，以防止內(nèi)部干擾、外部干擾或兩者。
[0026] 如圖3C所示，在一些示例中，電極可基本上占據(jù)設備的下側(cè)。電極322-330可由間 隙分隔開。電極之間的間隙可足以電隔離電極，同時允許電極基本上填充下側(cè)的區(qū)域。可使 用更大的電極來實現(xiàn)更靈敏的Csense測量。應當理解，電極和光學設備可以是任何尺寸的， 并且可包括任何類型的形狀諸如圓形、正方形和矩形。在一些示例中，設備的下側(cè)可包括或 不包括光發(fā)射器和傳感器。
[0027]圖3D示出了包括多行、多列皮膚接近性和傾斜效應傳感器而沒有周圍屏蔽件的示 例性便攜式電子設備的下側(cè)的視圖。設備的下側(cè)可包括多個部件340和360。部件340例如可 以是一個或多個光發(fā)射器、一個多個或光學傳感器和/或其他類型的傳感器。光發(fā)射器、光 學傳感器和其他傳感器可用于確定信息或檢測用戶的特征。部件360例如可以是可用于在 電極和人的身體部位之間形成電容的電極。另選地和/或除此之外，可能在由激勵信號驅(qū)動 的一個或多個電極和一個或多個相鄰感測電極之間形成邊緣電場線。設備的下側(cè)還可包括 區(qū)域350。區(qū)域350可以是未占用空間或可包括虛擬區(qū)域。此外，區(qū)域350可被另一個部件占 用諸如第二傳感器、發(fā)射器或可與部件340和360電隔離的電極。圖3E示出了包括多行、多列 皮膚接近性和傾斜效應傳感器并且具有周圍屏蔽件的示例性便攜式電子設備的下側(cè)的視 圖。周圍屏蔽件370可用于防止內(nèi)部干擾和/或外部干擾。盡管圖3D-圖3E示出了多行多列的 傳感器，但本公開的示例不限于圖中所示的傳感器的數(shù)量。此外，本公開的示例不限于部件 340和360和區(qū)域350的形狀和配置。在一些示例中，部件340可包括電極并且部件360可包括 光發(fā)射器和光學傳感器。在一些不例中，部件340和360可包括一個或多個電極、一個或多個 光發(fā)射器、一個或多個光學傳感器和一個或多個其他類型的傳感器的任何組合，并且不限 于一種類型的部件。
[0028]基于由電極所計算的距離，還可以計算設備相對于用戶的身體部位的旋轉(zhuǎn)角。圖 4A-圖4B示出了具有位于下側(cè)的電極的示例性便攜式電子設備的旋轉(zhuǎn)角的示例性確定。設 備400可附接到、置于或觸摸用戶的部位，使得設備的下側(cè)472面對用戶的身體部位460,并 且頂表面471可位于用戶視線中。設備400可包括位于設備下側(cè)472上的電極428,430和424。 電極428可位于距身體部位460距離d428處，電極430可位于距身體部位距離D43q處，并且電極 424可位于距身體部位距離d424處。由于人皮膚的導電性質(zhì)，在電極428，430和424與身體部 位460之間可形成電容C428、C43Q和C424。如上所述，可基于電容值來計算距離D428、D43Q和D424〇 根據(jù)所計算的距離，可使用設備400的俯仰和滾動來量化設備400相對于用戶的身體部位 460的二維旋轉(zhuǎn)。電極428和430可彼此分開距尚31，并且電極430和424可分開距i^S2。滾動 可以是圍繞縱軸的旋轉(zhuǎn)量，如圖4A所示，并且可被表示為：
[0029]
[0030]俯仰可以是圍繞橫軸的旋轉(zhuǎn)量，如圖4B所示，并且可被表示為：
[0031]
[0032] 在一些示例中，可計算不同對電極之間的多個俯仰值和滾動值。設備可對多個值 平均化和/或構(gòu)造等高線圖。應當理解，盡管圖3A-圖3C和圖4A-圖4B及其以上對應文本公開 了用于確定設備和用戶的身體部位之間的距離的電容性電極。在一些示例中，下側(cè)可包括 或不包括發(fā)射器或其他傳感器諸如光學傳感器。在本公開的其他示例中，可使用用于檢測 距離的其他電路諸如光學接近傳感器。在其他示例中，可將用于估計用戶的特征的相同的 光學傳感器(例如，參見圖2)進行時間復用，以確定距離、俯仰和滾動，以用于后續(xù)的補償計 算。
[0033]圖5A-圖5F示出了由附接到用戶手腕的具有位于設備的下側(cè)的九個電極的示例性 便攜式電子設備所計算的旋轉(zhuǎn)角。圖5A-圖5B示出了在用戶正在慢跑時的所計算的俯仰角 和滾動角。可如圖3B所示指定行和列。使用所測量的電容值和從九個電極計算的距離，可計 算六個俯仰值和六個滾動值或角度。例如，R〇l 1 1表示從圖3B的電極328和329所計算的滾 動角，并且Pitch 1表示從圖3B的電極325和326所計算的俯仰角。圖5C-圖5D示出了在用戶 握緊其拳頭時所計算的俯仰角和滾動角，并且圖5E-圖5F示出了在用戶彎曲其手指時所計 算的俯仰角和滾動角?；诟┭鼋?、滾動角和等高線圖中的一者或多者，該設備可確定或至 少預測用戶正在執(zhí)行的身體活動。此外，該設備可基于所計算的俯仰值和滾動值的大小來 確定或至少估計身體活動的強度。在一些示例中，該設備可結(jié)合來自其他設備部件諸如光 發(fā)射器和光學傳感器的輸出來計算所計算的旋轉(zhuǎn)角。
[0034]圖6示出了用于計算示例性便攜式電子設備相對于用戶的距離和旋轉(zhuǎn)角的示例性 過程流的流程圖。過程600可在602處開始，在此處可在一個或多個電極處測量電容或電容 的變化。在604處，可基于所測量的電容值來計算電極到身體部位的距離。在606處，可從所 計算的距離計算一個或多個俯仰值和滾動值。在608處，可生成等高線圖。在610處，該設備 可任選地基于俯仰值和滾動值和等高線圖來確定或至少估計用戶的身體活動和強度。在 612處，該設備可任選地向用戶生成通知或存儲該信息，以用于未來目的或歷史跟蹤。例如， 對于正在接受肌腱炎物理治療的用戶而言，該設備可基于距離、俯仰信息和滾動信息中的 超過大小閾值和/或持續(xù)時間閾值中的一者或多者來通知用戶手腕有過度移動。該設備可 在特定時間段內(nèi)跟蹤用戶的移動，并且醫(yī)生可使用歷史跟蹤信息來進行治療。在另一個示 例中，該設備可利用距離、俯仰信息和滾動信息中的一者或多者來檢測低強度震顫或搖動， 并使移動與過度的應力相關。響應于該所檢測到的移動，該設備可通知用戶放松或播放輕 松的音樂來使用戶冷靜下來。
[0035] 在一些示例中，可使用俯仰和滾動通過調(diào)節(jié)其他部件的性質(zhì)或激活便攜式電子設 備中的其他特征來增強用戶的體驗。例如，確定用戶在劇烈慢跑可激活計時器，并且該設備 可自動跟蹤并存儲用戶的速度或運動步幅。在其他示例中，該設備可確定用戶何時表現(xiàn)出 最小的移動，并可關閉可能消耗大量功率的部件諸如顯示器。
[0036] 除了利用用戶和電極之間的所計算的距離來確定或估計用戶的身體活動之外，便 攜式電子設備還可將所計算的距離用于其他目的，諸如消除由于用戶移動導致的光學偽 影。圖7A-圖7B示出了示例性便攜式電子設備的下側(cè)的橫截面視圖。設備的下側(cè)772可包括 光發(fā)射器702、光學傳感器712以及面對用戶的身體部位760的電極722和723。圖7A示出了位 于距身體部位760第一距離d處的下側(cè)772。圖7B示出了在由于例如用戶移動而使設備和身 體部位之間的間隙變化時，位于第二距離d+ △ d處的下側(cè)772。光發(fā)射器702可向用戶的身體 部位760發(fā)射光254a。一部分光可被皮膚、肌肉、血液和/或用戶身體的其他部位吸收，并且 光的附加部分可被反射回到光學傳感器成為反射光252a。如果用戶移動，則設備下側(cè)和用 戶的身體部位之間的距離可能會改變距離A d，如圖7B所示。由于用戶移動導致的距離的變 化Δ d，因此從光發(fā)射器702發(fā)射的光254b可能必須要行進更長的距離（與圖7A的光254a相 比)才能到達身體部位760。類似地，反射光252b可能必須要行進更長的距離(與圖7A的反射 光252a相比）才能到達光學傳感器712。結(jié)果，由光學傳感器712檢測到的光的強度也可能改 變量ΛΙ_ΡΙ)。該設備可能不知道距離的變化△(!，該設備可能會錯誤地認為由光學傳感器感 測到的光的變化是由用戶一個或多個特征的變化導致的。然而，利用電極722和723可計算 距離變化A d，并且可使用由于距離變化導致的光強度的變化ΔΙ來補償光學偽影。考慮到 由于用戶和設備的下側(cè)之間距離的變化導致的所檢測光的變化，可將光電二極管電流I_PD 值表示為：
[0037] I_PD^dXm
[0038]
[0039] 在一些示例中，該設備可響應于用戶移動而移動得更近，并且距離變化Ad和強度 變化A I_PD可以是負值。在一些示例中，該設備可響應于用戶移動而移動得更遠，并且距離 變化A d和強度變化△ I_ro可以是正值。在一些示例中，可在距離變化△ d和強度變化Δ 1_ ro超過預先確定的值時，應用補償。
[0040] 確定或估計用戶活動可能特別有用，其不僅用于生成通知和歷史跟蹤，而且用于 用戶活動可能會引入光學偽影情況下的其他設備測量。例如，光學偽影可包括從位于設備 的下側(cè)的光學傳感器讀取的信號的大的百分比。由此，補償可防止或減少錯誤讀數(shù)。圖8示 出了根據(jù)本公開的各種示例的由于身體活動的變化導致的用戶心率的示例性補償。可將包 括被設置在設備的下側(cè)的光發(fā)射器、光學傳感器和電極的便攜式電子設備附接到用戶的手 腕。光發(fā)射器和光學傳感器可產(chǎn)生原始信號，可使用該原始信號以基于通過用戶的皮膚的 光和向光學傳感器反射的一部分光來測量用戶的心率?？墒褂秒姌O來確定用戶的身體活 動、設備和用戶的身體部位之間的距離、俯仰角、滾動角等。原始信號可以是在光學傳感器 處測量的，例如用于確定用戶心率的信號1+A I_PD。所計算的1_^)值可以是由于用戶的身 體活動導致的所估計的光電流信號?？上蛟夹盘枒?_^)值，從而獲得校正的信號。校正 的信號可以是用于確定用戶一個或多個特征的信號。在一些示例中，可使用加、減、乘、和除 中的至少一者來向原始信號應用i_ro值。
[0041]如圖8所示，在時間段T0期間，用戶可能正在執(zhí)行最小的移動。結(jié)果，未向所測量的 原始信號中引入光學偽影。在時間段T1期間，用戶可能彎曲其食指，同時保持恒定的心率。 由于用戶食指的移動，由光學傳感器測量的原始信號可能會顯著變化。然而，原始信號的變 化可能不是由用戶心率的變化導致的。如果設備不知道用戶彎曲其食指，該設備可能會將 原始信號的變化錯誤地解釋為用戶心率的顯著變化。為了減少光學偽影并避免錯誤解釋， 可使用電極來估計1_^)值并基于i_ro值來調(diào)節(jié)原始信號。該校正的信號可源自基于1_^)值 調(diào)節(jié)的原始信號并可通過對原始信號和1_^)值進行減、加、乘、除或執(zhí)行若干種數(shù)學運算的 任一種數(shù)學運算而生成。該設備可使用校正的信號來對用戶心率進行更精確的確定。類似 地，在時間段T2期間，用戶可彎曲其所有手指而心率沒有改變。彎曲用戶的所有手指可能導 致原始信號有劇烈變化?？墒褂秒姌O測量I_ro值并且可向原始信號應用i_ro值以獲得校正 的信號。該設備可將原始信號的變化歸因于用戶的身體活動，而不是用戶的一個或多個其 他特征的變化。
[0042]圖9示出了根據(jù)本公開的各種示例的由于便攜式電子設備和用戶的身體部位之間 的距離的變化導致的用戶心率的示例性補償。該設備可補償設備和用戶的身體部位之間的 間隙的變化?？捎嬎阌捎谠O備和用戶的身體部位之間的距離變化導致的1_^)值，并可基于 i_ro值來調(diào)節(jié)原始信號。如圖9所示，該設備可通過利用光發(fā)射器和傳感器對來測量用戶的 心率。光發(fā)射器可位于設備的下側(cè)并朝向用戶的皮膚引導光。一部分光可能被反射回位于 設備下側(cè)接近光發(fā)射器處的光傳感器。電極也可位于設備的靠近傳感器的下側(cè)上。光學傳 感器可檢測光電流或原始信號。在五個時間段內(nèi)可獲取來自光學傳感器的測量，例如:Τ3、 Τ4、Τ5、Τ6和Τ7。在當前示例的時間段期間，用戶不活動并且心率的變化最小。設備與用戶的 身體部位偏離五個不同的間隙：Ζ3、Ζ4、Ζ5、Ζ6和Ζ7。間隙變化導致由光學傳感器檢測的光電 流的變化，這可能被設備錯誤地解釋為心率的變化。然而，根據(jù)本公開的示例，可使用電極 來測量由于間隙的變化導致的電容的變化?；谒鶞y量的電容得變化，可計算I_PD值或計 算由于間隙變化導致的所估計的光電流。然后可向原始信號應用I_PD值，以產(chǎn)生校正的信 號。校正的信號可補償原始信號中的任何光學偽影，并可能導致對用戶的一個或多個特征 諸如他們的心率的更精確的確定。在一些示例中，可使用加、減、乘、和除中的至少一者基于 i_ro值來調(diào)節(jié)原始信號。盡管圖9示出了用戶的心率，但本公開的示例可包括但不限于用戶 的其他特征。
[0043]圖10示出了根據(jù)本公開的示例的示例性系統(tǒng)1000。系統(tǒng)1000可包括觸摸屏1012、 一個或多個處理器1006和存儲裝置1008。系統(tǒng)1000還可包括用于確定設備相對于用戶的身 體部位的接近性和傾斜度的一個或多個電極1002以及其他傳感器1004,諸如上文所述的那 些傳感器。如上所述，其他傳感器1004還可包括其他信息源。以上所有部件可經(jīng)由總線1010 進行通信耦接。
[0044]電極1002可經(jīng)由總線1010來向處理器1006輸出電極信號以進行處理。其他傳感器 1004(如果被包括在系統(tǒng)1000中）也可經(jīng)由總線1010來向處理器1006輸出傳感器輸出以進 行處理。盡管非觸摸屏示例諸如觸控板也在本公開的范圍內(nèi)，但是觸摸屏1012可以是根據(jù) 本公開的示例的設備上的觸摸屏。存儲器1008可以是任何非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)，并 且例如可存儲與來自電極1002和其他傳感器1004的測量相關的歷史數(shù)據(jù)和/或模式數(shù)據(jù)。 存儲裝置1008還可存儲指令，該指令可使得處理器1006執(zhí)行距離和旋轉(zhuǎn)角計算，從而確定 用戶的身體活動或補償傳感器1004的輸出中的光學偽影。如本公開所述，處理器1006可生 成通知或監(jiān)測用戶移動。
[0045] 需注意，例如可由存儲器(例如，存儲裝置1008)中存儲并由處理器1006執(zhí)行的固 件來執(zhí)行上文所述的功能中的一個或多個功能。該固件也可被存儲和/或被輸送于任何非 暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)（不包括信號）內(nèi)，以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設備諸如基于計算 機的系統(tǒng)、包含處理器的系統(tǒng)或可從指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設備獲取指令并執(zhí)行指令的其 他系統(tǒng)使用或與其結(jié)合。在本文檔的上下文中，"非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)"可以是可包 含或存儲程序以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置和設備使用或與其結(jié)合的任何介質(zhì)（不包括信號）。 非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)可包括但不限于電子、磁性、光學、電磁、紅外或半導體系統(tǒng)、裝 置或設備，便攜式計算機磁盤(磁性）、隨機存取存儲器(RAM)(磁性）、只讀存儲器(ROM)(磁 性）、可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)(磁性）、便攜式光盤(諸如⑶、⑶-R、⑶-RW、DVD、DVD- R或DVD-RW)、或閃存存儲器(諸如緊湊型閃存卡、安全數(shù)字卡）、USB存儲器設備、記憶棒等。
[0046]在一些不例中，公開了一種設備。該設備可包括:一個或多個電極，該一個或多個 電極位于設備的表面上;感測電路，該感測電路耦接到一個或多個電極并被配置為生成用 于指示一個或多個電極和鄰近對象之間的一個或多個距離的感測信號；以及耦接到一個或 多個電極的邏輯部件，該邏輯部件被配置為計算一個或多個距離。除了上述一個或多個示 例之外或另選地，該一個或多個電極被配置成使得一個或多個電極彼此電隔離并基本上占 據(jù)設備的表面的整個區(qū)域。除了上述一個或多個示例之外或另選地，覆蓋層被設置在設備 的表面上，該設備進一步包括:覆蓋層，其中該覆蓋層被配置為允許從一個或多個電極到鄰 近對象的電容耦合。除了上述一個或多個示例之外或另選地，該設備還包括:屏蔽件，其中 該屏蔽件被設置在一個或多個電極的至少一個周圍，并被配置為消除或減少外部干擾。除 了上述一個或多個示例之外或另選地，該設備進一步包括:絕緣層；以及被設置在該絕緣層 上方的屏蔽件，其中該屏蔽件被配置為消除或減少內(nèi)部干擾。除了上述一個或多個示例之 外或另選地，該設備進一步包括:驅(qū)動電路，該驅(qū)動電路被配置為驅(qū)動電極中的至少一個電 極并形成耦接到另一個電極的電場，其中感測電路感測電容的變化。除了上述一個或多個 示例之外或另選地，該邏輯部件被進一步配置為基于所計算的一個或多個距離來計算一個 或多個角度，并從所計算的一個或多個角度估計身體活動。除了上述一個或多個示例之外 或另選地，身體活動包括包括手腕移動、手指移動、震顫和慢跑中的至少一者。除了上述一 個或多個示例之外或另選地，該設備進一步包括:存儲器，該存儲器被配置為存儲所感測的 信號、所計算的一個或多個距離和身體活動中的至少一者。除了上述一個或多個示例之外 或另選地，該設備進一步包括:一個或多個傳感器，該一個或多個傳感器被配置為生成第一 信號，其中邏輯部件進一步包括基于所感測的信號來調(diào)節(jié)第一信號。除了上述一個或多個 示例之外或另選地，該邏輯部件通過執(zhí)行加、減、乘、和除中的至少一者來向第一信號應用 所感測的信號。除了上述一個或多個示例之外或另選地，該設備進一步包括:一個或多個光 發(fā)射器，該一個或多個光發(fā)射器被配置為生成在鄰近對象處引導的光，其中一個或多個傳 感器被配置為檢測從一個或多個光發(fā)射器生成并通過鄰近對象或從鄰近對象反射的光。除 了上述一個或多個示例之外或另選地，一個或多個傳感器和一個或多個光發(fā)射器位于設備 的表面上。除了上述一個或多個示例之外或另選地，該設備進一步包括:耦接到所述一個或 多個傳感器的一個或多個濾波器，每個濾波器被配置為通過一個或多個波長的光。
[0047] 在一些示例中，公開了一種包括面向鄰近對象的一個或多個電極的設備的方法。 該方法可包括:從一個或多個電極檢測耦接到鄰近對象的一個或多個電容;生成用于指示 一個或多個電極和鄰近對象之間的一個或多個距離的感測信號；以及基于感測信號來計算 一個或多個距離。除了上述一個或多個示例之外或另選地，該方法還包括:基于所計算的一 個或多個距離來計算一個或多個角度；以及根據(jù)所計算的一個或多個角度來估計身體活 動。除了上述一個或多個示例之外或另選地，該方法還包括:存儲所感測的信號、一個或多 個距離、一個或多個角度和身體活動中的至少一者。除了上述一個或多個示例之外或另選 地，該方法還包括:基于所估計的身體活動來改變設備的顯示器或觸摸面板中的至少一者 的操作狀態(tài)。除了上述一個或多個示例之外或另選地，該方法還包括:驅(qū)動一個或多個電極 以與另一個電極形成電場。除了上述一個或多個示例之外或另選地，該方法還包括:生成在 鄰近對象處引導的光;從在鄰近對象處引導并通過鄰近對象或從鄰近對象反射的光生成第 一信號；以及基于所感測的信號來調(diào)節(jié)第一信號。除了上述一個或多個示例之外或另選地， 該方法還包括:對通過鄰近對象或從鄰近對象反射的光進行濾波。
[0048] 在一些示例中，公開了一種非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)。該計算機可讀介質(zhì)包含 指令，該指令在被執(zhí)行時執(zhí)行包括一個或多個電極的電子設備的方法，該方法包括:從一個 或多個電極檢測耦接到鄰近對象的一個或多個電容;生成用于指示一個或多個電極和鄰近 對象之間的一個或多個距離的感測信號；以及基于感測信號來計算一個或多個距離。除了 上述一個或多個示例之外或另選地，該方法還包括:基于所計算的一個或多個距離來計算 一個或多個角度。除了上述一個或多個示例之外或另選地，該方法還包括:根據(jù)所計算的一 個或多個角度來估計身體活動；以及基于所估計的身體活動來改變設備的顯示器或觸摸面 板中的至少一者的操作狀態(tài)。除了上述一個或多個示例之外或另選地，該方法還包括:生成 在鄰近對象處引導的光;從在鄰近對象處引導并通過鄰近對象或從鄰近對象反射的光生成 第一信號；以及基于所感測的信號來調(diào)節(jié)第一信號。
[0049]盡管上文已描述了各種示例，但應當理解，它們僅是通過舉例的方式而非限制的 方式來呈現(xiàn)。盡管已參考附圖完整描述了示例，但各個圖示可針對本公開來描繪示例性架 構(gòu)或其他配置，這樣做是為了輔助理解可被包括在本公開中的特征和功能。本公開不限于 例示的示例性架構(gòu)或配置，但可使用多種另選的架構(gòu)和配置來實施。此外，盡管上文結(jié)合各 種示例和具體實施描述了本公開，但應當理解，在一個或多個示例中描述的各種特征和功 能不限于對利用其進行描述的特定示例的適用性。相反，可將它們單獨或以某種組合應用 于本公開的其他示例中的一個或多個示例，無論此類示例是否被描述并且無論此類特征是 否作為所述示例的一部分被呈現(xiàn)。因此，本公開的廣度和范圍不應受到上述任何示例的限 制。
【主權項】
1. 一種設備，包括： 一個或多個電極，所述一個或多個電極位于所述設備的表面上； 感測電路，所述感測電路耦接到所述一個或多個電極并被配置為生成用于指示所述一 個或多個電極和鄰近對象之間的一個或多個距離的感測信號;和 耦接到所述一個或多個電極的邏輯部件，所述邏輯部件被配置為計算所述一個或多個 距離。2. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述一個或多個電極被配置成使得所述一個或多 個電極彼此電隔離并基本上占據(jù)所述設備的所述表面的整個區(qū)域。3. 根據(jù)權利要求1所述的設備，還包括： 覆蓋層，所述覆蓋層被設置在所述設備的所述表面上，其中所述覆蓋層被配置為允許 從所述一個或多個電極到所述鄰近對象的電容耦合。4. 根據(jù)權利要求1所述的設備，還包括： 屏蔽件，其中所述屏蔽件被設置在所述一個或多個電極中的至少一個電極周圍并被配 置為消除或減少外部干擾。5. 根據(jù)權利要求1所述的設備，還包括： 絕緣層;和 被設置在所述絕緣層上方的屏蔽件，其中所述屏蔽件被配置為消除或減少內(nèi)部干擾。6. 根據(jù)權利要求1所述的設備，還包括： 驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路被配置為驅(qū)動所述電極中的至少一個電極并形成耦接到另一 個電極的電場，其中所述感測電路感測電容的變化。7. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述邏輯部件被進一步配置為基于所計算的一個 或多個距離來計算一個或多個角度，并從所計算的一個或多個角度估計身體活動。8. 根據(jù)權利要求7所述的設備，其中所述身體活動包括手腕移動、手指移動、震顫和慢 跑中的至少一者。9. 根據(jù)權利要求7所述的設備，還包括： 存儲器，所述存儲器被配置為存儲所感測的信號、所計算的一個或多個距離和所述身 體活動中的至少一者。10. 根據(jù)權利要求1所述的設備，還包括： 一個或多個傳感器，所述一個或多個傳感器被配置為生成第一信號，其中所述邏輯部 件進一步包括基于所感測的信號來調(diào)節(jié)所述第一信號。11. 根據(jù)權利要求10所述的設備，其中所述邏輯部件通過執(zhí)行加、減、乘、和除中的至少 一者來向所述第一信號應用所感測的信號。12. 根據(jù)權利要求10所述的設備，還包括： 一個或多個光發(fā)射器，所述一個或多個光發(fā)射器被配置為生成在所述鄰近對象處引導 的光，其中所述一個或多個傳感器被配置為檢測從所述一個或多個光發(fā)射器生成并通過所 述鄰近對象或從所述鄰近對象反射的所述光。13. 根據(jù)權利要求12所述的設備，其中所述一個或多個傳感器和所述一個或多個光發(fā) 射器位于所述設備的所述表面上。14. 根據(jù)權利要求10所述的設備，還包括： 耦接到所述一個或多個傳感器的一個或多個濾波器，每個濾波器被配置為通過一個或 多個波長的光。15. -種包括面向鄰近對象的一個或多個電極的設備的方法，所述方法包括： 從所述一個或多個電極檢測耦接到所述鄰近對象的一個或多個電容； 生成用于指示所述一個或多個電極和所述鄰近對象之間的一個或多個距離的感測信 號；以及 基于所述感測信號來計算所述一個或多個距離。16. 根據(jù)權利要求15所述的方法，還包括： 基于所計算的一個或多個距離來計算一個或多個角度；以及 根據(jù)所計算的一個或多個角度來估計身體活動。17. 根據(jù)權利要求16所述的方法，還包括： 存儲所感測的信號、一個或多個距離、一個或多個角度和所述身體活動中的至少一者。18. 根據(jù)權利要求16所述的方法，還包括： 基于所估計的身體活動來改變所述設備的顯示器或觸摸面板中的至少一者的操作狀 ??τ 〇19. 根據(jù)權利要求15所述的方法，還包括： 驅(qū)動一個或多個電極以與另一個電極形成電場。20. 根據(jù)權利要求15所述的方法，還包括： 生成在所述鄰近對象處引導的光； 從在所述鄰近對象處引導并通過所述鄰近對象或從所述鄰近對象反射的所述光生成 第一信號；以及 基于所感測的信號來調(diào)節(jié)所述第一信號。21. 根據(jù)權利要求20所述的方法，還包括： 對通過所述鄰近對象或從所述鄰近對象反射的所述光進行濾波。22. -種非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀介質(zhì)包含指令，所述指令當被執(zhí) 行時執(zhí)行包括一個或多個電極的電子設備的方法，所述方法包括： 從所述一個或多個電極檢測耦接到所述鄰近對象的一個或多個電容； 生成用于指示所述一個或多個電極和所述鄰近對象之間的一個或多個距離的感測信 號；以及 基于所述感測信號來計算所述一個或多個距離。23. 根據(jù)權利要求22所述的非暫態(tài)計算機可讀介質(zhì)，所述方法還包括： 基于所計算的一個或多個距離來計算一個或多個角度。24. 根據(jù)權利要求23所述的非暫態(tài)計算機可讀介質(zhì)，所述方法還包括： 根據(jù)所計算的一個或多個角度來估計身體活動；以及 基于所估計的身體活動來改變所述設備的顯示器或觸摸面板中的至少一者的操作狀 ??τ 〇25. 根據(jù)權利要求22所述的非暫態(tài)計算機可讀介質(zhì)，所述方法還包括： 生成在所述鄰近對象處引導的光； 從在所述鄰近對象處引導并通過所述鄰近對象或從所述鄰近對象反射的所述光生成 第一信號；以及 基于所感測的信號來調(diào)節(jié)所述第一信號。
【文檔編號】A61B5/11GK105828705SQ201380081234
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2013年12月20日
【發(fā)明人】J·史, B·R·蘭德, N·A·科斯特里, S·O·伊斯克曼
【申請人】蘋果公司