專利名稱：通過監(jiān)測(cè)阻抗來感測(cè)人的活動(dòng)的系統(tǒng)和方法
通過監(jiān)測(cè)阻抗來感測(cè)人的活動(dòng)的系統(tǒng)和方法相關(guān)串請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求于2010年4月8日提交的、標(biāo)題為“Systems and MethodsFor SensingWith Resonant Tuning”的共同待審的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/322，084的申請(qǐng)日的優(yōu)先權(quán)和其權(quán)益，該臨時(shí)專利申請(qǐng)的全部公開內(nèi)容以此通過引用結(jié)合于此。
背景技術(shù)：
用于感測(cè)人的活動(dòng)的技術(shù)的研究與開發(fā)處于被稱為人機(jī)交互(HCI)的領(lǐng)域的最前沿。術(shù)語HCI廣泛地涉及計(jì)算系統(tǒng)與人類之間的任何交互，并且更特別地涉及其中人類將他們的意圖傳送給計(jì)算系統(tǒng)的交互。人類可以將他們的意圖傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)方式是令計(jì)算機(jī)系統(tǒng)感測(cè)使用傳感器的人類的存在。這樣的傳感器的示例包括接近傳感器和觸摸傳感器。對(duì)感測(cè)人的活動(dòng)并且將人的意圖傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的期望正引起用于使能新型人機(jī)交互的新技術(shù)的開發(fā)。設(shè)計(jì)新的交互式體驗(yàn)是舉例說明了對(duì)開發(fā)用于感測(cè)人的活動(dòng)的 新系統(tǒng)和方法的需求的新型人機(jī)交互的一個(gè)示例。存在用于檢測(cè)人的活動(dòng)與交互的存在和類型的多個(gè)不同的感測(cè)方法學(xué)。傳感器是將諸如光或運(yùn)動(dòng)的物理刺激轉(zhuǎn)換成可以被測(cè)量的信號(hào)的變換器。傳感器的應(yīng)用取決于設(shè)法測(cè)量的物理現(xiàn)象，例如，阻抗在電阻式觸控面板中被測(cè)量，光強(qiáng)度在相機(jī)和光學(xué)傳感器中被測(cè)量，磁場(chǎng)的方向和強(qiáng)度在接近傳感器中被測(cè)量，加速度被用來測(cè)量運(yùn)動(dòng)，以及電荷的量可以被用來測(cè)量多點(diǎn)觸摸電容式輸入裝置的響應(yīng)。在被實(shí)現(xiàn)為用戶接口的一部分時(shí)，一個(gè)或多個(gè)傳感器可以位于與用戶接口相關(guān)聯(lián)的輸入裝置中。傳感器或多個(gè)傳感器可以由用戶佩戴或者可以被嵌入到用戶與其接觸或接近的對(duì)象和環(huán)境中。許多類型的傳感器不具有固定應(yīng)用并且可以被用在各種應(yīng)用中。HCI研究的一個(gè)領(lǐng)域探索用新的且創(chuàng)造性方式來使用傳統(tǒng)的傳感器技術(shù)。例如，雖然磁力計(jì)通常被用作用于羅盤的傳感器，但是它還可以被用來感測(cè)人的姿勢(shì)。因此，期望如下的傳感器該傳感器具有可以被用來測(cè)量諸如接近或觸摸之類的各種人的動(dòng)作和活動(dòng)、對(duì)象的變形和操縱以及可以被用來感測(cè)人類的存在和意圖的其它動(dòng)作，并且可以被用作用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用戶接口的一部分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例包括一種用于通過監(jiān)測(cè)阻抗來感測(cè)人的活動(dòng)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)生器，用于生成交流(AC)信號(hào)，所述AC信號(hào)被施加到對(duì)象；電抗改變?cè)获詈系剿鯝C信號(hào)；包絡(luò)發(fā)生器，用于將返回的AC信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)變直流(DC)信號(hào)；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于確定所述時(shí)變DC信號(hào)的定義了的阻抗參數(shù)，其中，所述定義了的阻抗參數(shù)定義所述對(duì)象的電磁諧振屬性。還提供了其它的實(shí)施例?；趯?duì)以下圖和具體實(shí)施方式
的查驗(yàn)，本發(fā)明的其它系統(tǒng)、方法、特征以及優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將會(huì)或變得顯而易見。旨在所有這樣的附加的系統(tǒng)、方法、特征以及優(yōu)點(diǎn)都被包括在該說明書內(nèi)、在本發(fā)明的范圍內(nèi)以及由所附權(quán)利要求來保護(hù)。


可以參照以下圖來更好地理解本發(fā)明。圖內(nèi)的組件不必按比例繪制，重點(diǎn)反而被放在清楚地說明本發(fā)明的原理之上。此外，在圖中，相同的附圖標(biāo)記在所有不同的視圖中指明對(duì)應(yīng)的部分。圖I是圖示了用于通過監(jiān)測(cè)阻抗來感測(cè)人的活動(dòng)的系統(tǒng)的實(shí)施例的框圖。圖2A是圖示了由于人的交互而導(dǎo)致的對(duì)象的諧振頻率的可測(cè)量的改變的示例的圖形視圖。圖2B是圖示了圖I的對(duì)象的替代性可測(cè)量參數(shù)的圖形視圖。 圖3是示出了偏置電感器對(duì)對(duì)象的電容和諧振頻率的效應(yīng)的圖形圖示。圖4A是示出了對(duì)象的靜態(tài)諧振頻率的示例性圖的圖形圖示。圖4B是示出了在人的交互之后的圖4A的對(duì)象的諧振頻率的示例性圖的圖形圖
/Jn ο圖5是圖示了其中可以使用用于通過監(jiān)測(cè)阻抗來感測(cè)人的活動(dòng)的系統(tǒng)的方式的第一示例的示意圖。圖6是圖示了其中可以使用用于通過監(jiān)測(cè)阻抗來感測(cè)人的活動(dòng)的系統(tǒng)的方式的第二示例的示意圖。圖7A和7B是共同地圖示了其中可以使用用于通過監(jiān)測(cè)阻抗來感測(cè)人的活動(dòng)的系統(tǒng)的方式的另一示例的示意圖。圖8A和SB是共同地圖示了其中可以使用用于通過監(jiān)測(cè)阻抗來感測(cè)人的活動(dòng)的系統(tǒng)的方式的另一示例的示意圖。圖9A和9B共同地圖示了描述用于通過監(jiān)測(cè)阻抗來感測(cè)人的活動(dòng)的方法的實(shí)施例的操作的流程圖。
具體實(shí)施例方式用于通過監(jiān)測(cè)阻抗來感測(cè)人的活動(dòng)的系統(tǒng)和方法是基于被稱為阻抗的物理現(xiàn)象的。阻抗通常被定義為裝置或電路以給定頻率提供給交流電流(AC)的流動(dòng)的總對(duì)抗。對(duì)于許多對(duì)象而言，對(duì)交流電流的流動(dòng)的對(duì)抗下降到它的最小值時(shí)的頻率被稱為對(duì)象的諧振頻率。諧振頻率與對(duì)象的電磁諧振的效應(yīng)有關(guān)。對(duì)于一些對(duì)象而言，阻抗的值在對(duì)象的諧振頻率處是最小的，而對(duì)于其它對(duì)象而言，阻抗的值在對(duì)象的諧振頻率處是最大的。電磁諧振已經(jīng)被廣泛地用于調(diào)諧和過濾無線通信電路，以及用于識(shí)別和標(biāo)記對(duì)象。這些使用假定了對(duì)象的諧振特性被提前知道，從而用戶操縱特定標(biāo)簽或識(shí)別卡。然而，包括人的導(dǎo)電對(duì)象的任何系統(tǒng)具有諧振特性，該諧振特性可以通過諸如諧振頻率之類的定義了的阻抗參數(shù)或其它參數(shù)來描述。由于這些原因，電磁諧振，并且尤其是諧振頻率可以被用作用于感測(cè)人的活動(dòng)的指示器。假定對(duì)象或系統(tǒng)的電氣特性是恒定的，則對(duì)象或系統(tǒng)的諧振特性的任何改變由用戶活動(dòng)或用戶交互產(chǎn)生。因此，人與對(duì)象或系統(tǒng)的交互可以通過以下步驟檢測(cè)a)測(cè)量系統(tǒng)在各種頻率處的阻抗并且生成被稱為表示系統(tǒng)在一系列頻率處的阻抗的“阻抗曲線”的東西山)根據(jù)該阻抗曲線計(jì)算各種諧振特性和其它特征；以及c)監(jiān)測(cè)對(duì)象或系統(tǒng)在不同頻率處的所計(jì)算的諧振特性的變化。諧振特性包括對(duì)象或系統(tǒng)的諧振頻率以及其它諧振特性，諸如在諧振頻率處的被測(cè)信號(hào)的幅度、被測(cè)信號(hào)的峰值的分布以及阻抗曲線上的其它峰值的存在。
對(duì)象或系統(tǒng)的諧振特性的改變由于用戶與對(duì)象或系統(tǒng)之間的直接或間接交互而產(chǎn)生。例如，通過在用戶與對(duì)象交互時(shí)測(cè)量對(duì)象的諧振頻率的改變，可以識(shí)別交互的類型和程度。本說明書的剩余部分通常將集中于監(jiān)測(cè)諧振頻率的改變以及對(duì)象或系統(tǒng)的其它相關(guān)的阻抗參數(shù)以確定人與對(duì)象或系統(tǒng)的交互的類型和程度。如在本文中所使用的那樣，術(shù)語對(duì)象和系統(tǒng)將被可交換地用來指代對(duì)象或系統(tǒng)、阻抗，并且在一實(shí)施例中，對(duì)象或系統(tǒng)的諧振頻率被設(shè)法測(cè)量并且監(jiān)測(cè)以確定人與對(duì)象或系統(tǒng)的交互。具有電容式、電感式以及電阻式元件的任何電氣系統(tǒng)具有流過系統(tǒng)的交流電流將達(dá)到最大值或最小值時(shí)的唯一頻率，即它的諧振頻率。最大和最小值還可以采取局部最小值和局部最大值的形式。雖然許多系統(tǒng)在它們的諧振頻率處對(duì)應(yīng)于最小交流電流值，但是存在在其諧振頻率處對(duì)應(yīng)于最大交流電流值的一些系統(tǒng)。取決于系統(tǒng)，在本文中構(gòu)思了兩個(gè)實(shí)例。該系統(tǒng)可以通過在一系列不同的頻率上施加周期性電信號(hào)，例如通過執(zhí)行系統(tǒng)的掃頻來激勵(lì)。交流電流的幅度在系統(tǒng)的諧振頻率處達(dá)到它的最小值或最大值，并且因此可以被用作系統(tǒng)的諧振頻率的指示器。影響系統(tǒng)的反應(yīng)性特性(即電容或電感)的任何交互將改變阻抗特性，并且在實(shí)施例中為系統(tǒng)的諧振頻率。假定系統(tǒng)的電氣特性保持恒定，則諧振頻率的任何改變將由于與系統(tǒng)的人的活動(dòng)或交互而發(fā)生。因此，能夠通過跟蹤系統(tǒng)的諧振頻率的改變來推斷人與系統(tǒng)的交互。包括電容、電感以及電阻特性的電路的諧振頻率通?？梢杂傻仁絀來描述。
權(quán)利要求
1.一種用于通過監(jiān)測(cè)阻抗來感測(cè)人的活動(dòng)的系統(tǒng)，包括 信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生交流(AC)信號(hào)，所述AC信號(hào)被施加到對(duì)象； 電抗改變?cè)获詈系剿鯝C信號(hào)； 包絡(luò)發(fā)生器，用于將返回的AC信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)變直流(DC)信號(hào)；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于確定所述時(shí)變DC信號(hào)的定義的阻抗參數(shù)，其中，所述定義的阻抗參數(shù)定義所述對(duì)象的電磁諧振屬性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述電抗改變?cè)ū慌渲贸纱蟠蟮販p少電容對(duì)所述返回的AC信號(hào)的影響的偏置電容，從而允許確定對(duì)所述電磁諧振屬性的電感效應(yīng)的改變。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述電抗改變?cè)ū慌渲贸纱蟠蟮販p少電感對(duì)所述返回的AC信號(hào)的影響的偏置電感，從而允許確定對(duì)所述電磁諧振屬性的電容效應(yīng)的改變。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述電磁諧振屬性是諧振頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述定義的阻抗參數(shù)是所述時(shí)變DC信號(hào)的跡線的局部最小值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述局部最小值對(duì)應(yīng)于所述對(duì)象的所述諧振頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述定義的阻抗參數(shù)是所述時(shí)變DC信號(hào)的幅度。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于存儲(chǔ)所述對(duì)象的所述定義的阻抗參數(shù)的存儲(chǔ)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括將所述定義的阻抗參數(shù)與所述對(duì)象相關(guān)聯(lián)。
10.一種用于通過監(jiān)測(cè)阻抗來感測(cè)人的活動(dòng)的系統(tǒng)，包括 信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生交流(AC)信號(hào)，所述AC信號(hào)被施加到對(duì)象； 電抗改變?cè)?，被耦合到所述AC信號(hào)； 包絡(luò)發(fā)生器，用于將返回的AC信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)變直流(DC)信號(hào)；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于確定所述時(shí)變DC信號(hào)的局部最小值，其中，所述局部最小值定義所述對(duì)象的諧振頻率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述電抗改變?cè)ū慌渲贸纱蟠蟮販p少電容對(duì)所述返回的AC信號(hào)的影響的偏置電容，從而允許確定對(duì)所述諧振頻率的電感效應(yīng)的改變。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述電抗改變?cè)ū慌渲贸纱蟠蟮販p少電感對(duì)所述返回的AC信號(hào)的影響的偏置電感，從而允許確定對(duì)所述諧振頻率的電容效應(yīng)的改變。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于存儲(chǔ)所述對(duì)象的所述諧振頻率的存儲(chǔ)器。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括將所述諧振頻率與所述對(duì)象相關(guān)聯(lián)。
15.一種用于通過監(jiān)測(cè)阻抗來感測(cè)人的活動(dòng)的方法，包括 產(chǎn)生交流(AC)信號(hào)；通過電抗改變?cè)⑺鯝C信號(hào)施加到對(duì)象； 接收返回的AC信號(hào)； 將所述返回的AC信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)變直流(DC)信號(hào)；以及 確定所述時(shí)變DC信號(hào)的定義的阻抗參數(shù)，其中，所述定義的阻抗參數(shù)定義所述對(duì)象的電磁諧振屬性。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括大大地減少電容對(duì)所述返回的AC信號(hào)的影響，從而允許確定對(duì)所述電磁諧振屬性的電感效應(yīng)的改變。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括大大地減少電感對(duì)所述返回的AC信號(hào)的影響，從而允許確定對(duì)所述電磁諧振屬性的電容效應(yīng)的改變。·
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述電磁諧振屬性是諧振頻率。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述定義的阻抗參數(shù)是所述時(shí)變DC信號(hào)的跡線的局部最小值。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述局部最小值對(duì)應(yīng)于所述對(duì)象的所述諧振頻率。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，所述定義的阻抗參數(shù)是所述時(shí)變DC信號(hào)的幅度。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括存儲(chǔ)所述對(duì)象的所述定義的阻抗參數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，進(jìn)一步包括將所述定義的阻抗參數(shù)與所述對(duì)象相關(guān)聯(lián)。
全文摘要
一種用于通過監(jiān)測(cè)阻抗來感測(cè)人的活動(dòng)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)生器，用于生成交流(AC)信號(hào)，所述AC信號(hào)被施加到對(duì)象；電抗改變?cè)?，被耦合到所述AC信號(hào)；包絡(luò)發(fā)生器，用于將返回的AC信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)變直流(DC)信號(hào)；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于確定所述時(shí)變DC信號(hào)的定義了的阻抗參數(shù)，其中，所述定義了的阻抗參數(shù)定義所述對(duì)象的電磁諧振屬性。
文檔編號(hào)G06F3/046GK102934051SQ201180028652
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者伊萬·坡彼里夫, 楊智全, 喬納斯·羅 申請(qǐng)人:迪士尼企業(yè)公司