懸浮控制輸入裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及輸入裝置，特別是涉及一種可應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品懸浮控制的輸入 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 懸浮控制輸入裝置為一種人機(jī)互動(dòng)裝置，能夠在手勢(shì)動(dòng)作不接觸裝置表面的情況 下，檢測(cè)控制手勢(shì)的相對(duì)位置、移動(dòng)速度與移動(dòng)方向等信號(hào)。這些檢測(cè)到的控制手勢(shì)可作 為控制指令輸入給安裝有此裝置的電子產(chǎn)品，前述控制指令例如向左翻頁(yè)、向右翻頁(yè)、向下 翻頁(yè)、向上翻頁(yè)、點(diǎn)選等。懸浮控制輸入裝置在便攜式電子產(chǎn)品中，例如智能手機(jī)、平板電腦 等，具有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
[0003] 傳統(tǒng)的懸浮控制輸入裝置通常利用攝影機(jī)截取影像，并將攝影機(jī)得到的影像做軟 件處理和分析，以辨識(shí)手勢(shì)的各個(gè)控制動(dòng)作；然而，這種方法的耗電流很大，不適用使用電 池的便攜式電子產(chǎn)品使用。
[0004]另一種傳統(tǒng)的懸浮控制輸入裝置還采用多光源架構(gòu)，其由三個(gè)或超過(guò)三個(gè)的光 源、一個(gè)光電感測(cè)器及一個(gè)處理單元組成。圖1為現(xiàn)有多光源架構(gòu)的懸浮控制輸入裝置的 架構(gòu)圖。參照?qǐng)D1，懸浮控制輸入裝置1包含一個(gè)第一發(fā)光二極管（lightemittingdiode, LED) 10、一個(gè)第二發(fā)光二極管12、一個(gè)第三發(fā)光二極管14、一個(gè)光電感測(cè)器16及一個(gè)處理 單元18。第一發(fā)光二極管10及第二發(fā)光二極管12設(shè)置在光電感測(cè)器16的相對(duì)兩側(cè)，第 三發(fā)光二極管14位于第一發(fā)光二極管10或第二發(fā)光二極管12的下方，并與第一發(fā)光二極 管10或第二發(fā)光二極管12連線垂直的地方；在這里，第三發(fā)光二極管14是位在第二發(fā)光 二極管12的下方，并與第二發(fā)光二極管10連線垂直的地方。
[0005]處理單元18產(chǎn)生控制信號(hào)，使第一發(fā)光二極管10、第二發(fā)光二極管12,以及第三 發(fā)光二極管14輪流發(fā)光。第一發(fā)光二極管10、第二發(fā)光二極管12以及第三發(fā)光二極管14 發(fā)出的光線用以照射一個(gè)物體（未圖示）。
[0006] 光電感測(cè)器16接收物體反射第一發(fā)光二極管10、第二發(fā)光二極管12或第三發(fā)光 二極管14發(fā)出的光線，簡(jiǎn)而言之，光電感測(cè)器16用以接收經(jīng)物體反射后的反射光線。光電 感測(cè)器16同步感應(yīng)反射光線并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)反射光線的電信號(hào)。處理單元18接收上述電信號(hào)， 并根據(jù)上述電信號(hào)以判斷物體的相對(duì)位置、移動(dòng)速度與移動(dòng)方向。
[0007] 懸浮控制輸入裝置1的多光源架構(gòu)會(huì)造成體積大且耗能高的問(wèn)題，不便于懸浮控 制輸入裝置1往小型化和集成化的方向發(fā)展。
[0008] 圖2為現(xiàn)有具有多分區(qū)光電感測(cè)器的懸浮控制輸入裝置的架構(gòu)圖。圖2所示的懸 浮控制輸入裝置2包含一個(gè)發(fā)光元件20、多個(gè)光電感測(cè)器或一個(gè)分區(qū)光電感測(cè)器22以及一 個(gè)處理單元24。在這里，多區(qū)光電感測(cè)器22以具有四個(gè)區(qū)塊的多區(qū)光電感測(cè)器作為說(shuō)明范 例，且在圖2中，四個(gè)區(qū)塊分別標(biāo)記為a、b、c、d。處理單元24控制發(fā)光元件20發(fā)光，物體 反射發(fā)光元件20發(fā)出的光線到分區(qū)光電感測(cè)器22的不同區(qū)塊，分區(qū)光電感測(cè)器22的不同 區(qū)塊同時(shí)感測(cè)反射光線，并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電信號(hào)，區(qū)塊間感應(yīng)電信號(hào)的相對(duì)幅度可表示 物體的相對(duì)位置，處理單元24接收并處理來(lái)自分區(qū)光電感測(cè)器22的感測(cè)數(shù)據(jù)，判斷對(duì)應(yīng)于 分區(qū)光電感測(cè)器22的移動(dòng)速度與移動(dòng)方向。
[0009] 與多光源架構(gòu)相比，此單光源架構(gòu)更精簡(jiǎn)、成本更為低廉，但其解析度低。雖然增 加分區(qū)光電感測(cè)器22的區(qū)塊數(shù)量可以增強(qiáng)解析度，但這樣會(huì)增加懸浮控制輸入裝置2的整 體面積，也對(duì)技術(shù)水準(zhǔn)提出了較高要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種懸浮控制輸入裝置，主要解決 現(xiàn)有懸浮控制輸入裝置存在體積大以及檢測(cè)信號(hào)不連續(xù)的現(xiàn)象。本發(fā)明提出的懸浮控制輸 入裝置采用單個(gè)發(fā)光二極管及單個(gè)位置感測(cè)器，以減小懸浮控制輸入裝置的尺寸以及耗電 流，并可檢測(cè)物體的連續(xù)變化。
[0011] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包含至少一個(gè)紅外光發(fā)光二極管、至少一個(gè)可判別方位 的位置感測(cè)器、至少一個(gè)位于位置感測(cè)器上方的成像模塊，以及一個(gè)信號(hào)控制與處理電路。
[0012] 所述發(fā)光二極管選用紅外發(fā)光二極管，其原因是：1.紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外 光可以避免人眼的不適感；2.采用紅外光使懸浮控制輸入裝置具有快速響應(yīng)能力，有效地 突顯了信號(hào)的同步特點(diǎn)；3.在位置感應(yīng)器的上方鍍上供紅外反射脈沖通過(guò)的光學(xué)鍍膜，可 阻隔或降低環(huán)境背景光的影響，并且大幅提高信噪比（signal-to-noiseratio)。
[0013] 所述位置感測(cè)器包含至少一個(gè)P層結(jié)構(gòu)和一個(gè)N層結(jié)構(gòu)、至少一對(duì)光電流輸出電 極和一個(gè)公共電極，P層結(jié)構(gòu)和N層結(jié)構(gòu)之間形成PN結(jié)，P層結(jié)構(gòu)和N層結(jié)構(gòu)中摻雜濃度高 的一層作為公共電極的引出端，摻雜濃度低的一層結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)高阻抗特性，其邊緣作為光電 流輸出電極的引出端，位置感測(cè)器接收頻譜范圍內(nèi)光的強(qiáng)度，根據(jù)光強(qiáng)及光強(qiáng)的重心位置 即時(shí)輸出電信號(hào)給信號(hào)控制與處理電路。
[0014] 所述信號(hào)控制與處理電路與位置感測(cè)器、紅外發(fā)光二極管以及外部的微處理器電 性相連，其作用是：1.控制紅外發(fā)光二極管的發(fā)出的紅外光脈沖的脈沖時(shí)序與脈沖強(qiáng)度； 2.接收并處理紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光脈沖的脈沖時(shí)序同步的位置感測(cè)器產(chǎn)生的電 信號(hào)；3.將位置感測(cè)器產(chǎn)生的電信號(hào)中對(duì)應(yīng)于紅外反射光脈沖的紅外反射光脈沖信號(hào)與 對(duì)應(yīng)于環(huán)境背景光的環(huán)境背景光信號(hào)分離，并將紅外反射光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最 終傳給外部的微處理器。
[0015] 上述位置感測(cè)器可以與傳統(tǒng)互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，簡(jiǎn)稱(chēng)CMOS)技術(shù)兼容。
[0016] 上述位置感測(cè)器和信號(hào)控制與處理電路可整合在單一集成電路上。
[0017] 上述位置感測(cè)器可以感測(cè)其接收頻率范圍內(nèi)的所有光，包括環(huán)境背景光，也包括 由紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光脈沖遇到物體反射后，經(jīng)過(guò)成像模塊后成像在位置感測(cè)器 上的紅外反射光脈沖。
[0018] 上述位置感測(cè)器可采用至少一個(gè)一維位置感測(cè)器，也可采用一個(gè)二維位置感測(cè) 器。
[0019] 上述信號(hào)與處理電路包含位置感測(cè)器光電流運(yùn)算單元、至少一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (Analog-to-digitalconverter,簡(jiǎn)稱(chēng)ADC)、一個(gè)寄存器、一個(gè)時(shí)序控制電路、一個(gè)紅外發(fā) 光二極管電流驅(qū)動(dòng)電路，以及一個(gè)通訊接口。
[0020] 所述位置感測(cè)器光電流運(yùn)算單元，其作用是：1.接收輸入到信號(hào)控制與處理電路 的電信號(hào)；2.受時(shí)序控制電路控制，對(duì)電信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算；3.輸出運(yùn)算后的電信號(hào)給模擬數(shù) 字轉(zhuǎn)換器。
[0021] 所述模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器受時(shí)序控制電路的控制，在每個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換周期將 位置感測(cè)器光電流運(yùn)算單元輸入的電信號(hào)同步轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字量，并輸出給寄存器。
[0022] 所述通訊接口，其作用是：1.受時(shí)序控制電路的控制，將寄存器中的二進(jìn)制值作 為信號(hào)控制與處理電路的輸出送給外部的微處理器；2.接收外部的微處理器的數(shù)據(jù)，并輸 出給時(shí)序控制電路。
[0023] 所述紅外發(fā)光二極管電流驅(qū)動(dòng)電路在時(shí)序控制電路的控制下，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，作 為信號(hào)控制與處理電路的輸出控制紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外光脈沖。
[0024] 所述時(shí)序控制電路，其作用是：1.控制紅外發(fā)光二極管電流驅(qū)動(dòng)電路，使其輸出 控制紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外光脈沖的脈沖時(shí)序與脈沖強(qiáng)度的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；2.控制位置 感測(cè)器光電流運(yùn)算單元的運(yùn)算法則；3.控制模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)序；4.控制通訊接口 與外部的微處理器的通訊。
[0025] 上述信號(hào)控制與處理電路，其信號(hào)處理的具體方法，包含如下步驟：
[0026] 1.時(shí)序控制電路通過(guò)紅外發(fā)光二極管電流驅(qū)動(dòng)電路控制紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅 外光脈沖；
[0027] 2.在紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外光脈沖時(shí)，位置感測(cè)器光電流運(yùn)算單元對(duì)輸入的各 路電信號(hào)進(jìn)行加減運(yùn)算，得到代表某一感測(cè)維度位置和環(huán)境背景光的電信號(hào)；
[0028] 3.模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器同步將步驟2所產(chǎn)生的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制值，所述二進(jìn)制值 代表了沿所述維度方向的位置和環(huán)境背景光；
[0029] 4.在紅外發(fā)光二極管不發(fā)出紅外光脈沖時(shí)，位置感測(cè)器光電流運(yùn)算單元對(duì)輸入的 各個(gè)支路的電信號(hào)進(jìn)行與步驟2相同的運(yùn)算，得到代表所述維度環(huán)境背景光的電信號(hào)；
[0030] 5.模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器同步將步驟4所產(chǎn)生的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制值，所述二進(jìn)制值 代表了沿所述維度方向的環(huán)境背景光；
[0031] 6.步驟3所產(chǎn)生的二進(jìn)制值扣除步驟5所產(chǎn)生的二進(jìn)制值即可代表所述維度的位 置；
[0032] 7.重復(fù)步驟2到步驟6,寄存器可得到代表N(N3 1)維度的位置，可通過(guò)通訊接 口將寄存器的數(shù)據(jù)傳送到外部的微處理器，外部的微處理器通過(guò)計(jì)算分析，判斷物體的相 對(duì)遠(yuǎn)近、位置、移動(dòng)速度、移動(dòng)方向以移動(dòng)速度。
[0033] 上述步驟2和步驟4中所述的對(duì)輸入的各路電信號(hào)進(jìn)行加減運(yùn)算，也可以省去不 做，只是選擇某一路電信號(hào)。
[0034] 上述步驟4到步驟6可省略，由步驟3得到的二進(jìn)制值即代表所述維度的位置。