CN102460563B - 使用位置敏感检测器的位置测量系统 - Google Patents

Abstract

公开了用于针对显示设备的远程控制设备的方法和设备。在一个实施例中，远程控制设备可以包括多个光源，其中每一个光源都具有以不同于其他光源的预定角度倾斜的光轮廓。在另一个实施例中，远程控制设备可以包括控制器以及耦合至控制器的多个光学检测器。每一个光学检测器都可以响应来自位于显示设备上的多个光源的入射光而生成一对电信号，并且控制器可以根据电信号来计算远程控制设备的位置。

Description

使用位置敏感检测器的位置测量系统

相关申请的交叉引用

本申请是2008年12月3日提交的申请号为12/327,511的美国专利申请(待决申请)的部分继续申请，通过引用将其内容并入本文。本申请根据美国法典第35篇第119条(e)款的规定要求2009年5月27日提交的申请号为61/181,538的发明名称为“ApplicationsForPositionMeasurementSystemsUsingPositionSensitiveDetectors”的美国临时申请的优先权。

技术领域

本发明涉及计算可移动对象的位置，并且更具体地涉及利用光来计算可移动对象的位置。

背景技术

能够计算可移动设备位置的优点巨大，但是测量可移动设备的位置可能很有难度。并且很多应用都需要通过重复地测量可移动设备的位置来跟踪可移动设备。部分已知的设备存在一些问题。基于陀螺仪的设备很容易积累误差并且需要定期复位。基于测量无线电波的设备可能会遭遇来自生成无线电波的多种其他设备的干扰。基于视频记录真人或者与真人(或对象)相关联的光线并随后通过计算方法来计算人(或对象)位置的设备需要昂贵的硬件才能实施。另外，可移动设备可能是无线的，从而使得电源必须被包含在可移动设备内。

因此，本领域内对不依赖于无线电波或陀螺仪就能可靠地计算可移动设备的位置存在需求。

附图简要说明

图1示出了本发明的一个实施例。

图2A示出了在一维位置敏感设备上测量聚焦光线的位置x。

图2B示出了在二维位置敏感设备上测量聚焦光线的位置x，y。

图3示出了用于计算本发明的一个实施例所用光源的位置的X和Z平面。

图4示出了用于计算可移动设备的旋转的一个实施例。

图5A示出了用于计算可移动设备的旋转的一个实施例。

图5B示出了用于借助多个光源来计算可移动设备的旋转的一个实施例。

图6A示出了本发明的一个实施例，其中在控制台上有两个光源，并且在由人手持的可移动设备上有一个光检测器。

图6B示出了一种可移动设备，其中在光检测器上具有由两个光源发射的光或反射光构成的两个光点。

图7示出了用于控制器的一个实施例。

图8A-8D示出了本发明的实施例。

图9A-9E示出了本发明的实施例。

图10示出了能够采用本发明的一种应用。

图11示出了能够采用本发明的另一种应用。

图12示出了图11所示应用的另一个实施例。

图13示出了根据本发明的一个实施例的一种系统。

具体实施方式

公开了用于针对显示设备的远程控制设备的方法和设备。在一个实施例中，远程控制设备可以包括多个光源，其中每一个光源都具有以不同于其他光源的预定角度倾斜的光轮廓(lightprofile)。在另一个实施例中，远程控制设备可以包括控制器以及耦合至控制器的多个光学检测器。每一个光学检测器都可以响应来自位于显示设备上的一个或多个光源的入射光而生成一对电信号，并且控制器可以根据电信号来计算远程控制设备的位置。

图1示出了根据本发明的一个实施例的系统100。系统100可以包括一个或多个可移动设备110和控制台120。可移动设备110可以包括向自由空间发射光或者反射光的光源130。控制台120可以包括小孔140、光学检测器170和控制器180。小孔140可以将来自光源130的入射光汇聚到光学检测器170的表面上并且可以由此生成横向电流190。当设备110在自由空间内移动时，光学检测器170表面上的汇聚光线的分布可以改变，这就可以改变由此生成的电流。控制器180监测电流中的改变并且可以计算设备在自由空间内的位置。

一旦控制器180计算出设备在自由空间内的位置，计算结果即可被输入至其他的控制台部件(未示出)作为输入数据。在一个实施例中，其中可移动设备110可以是游戏控制器并且控制台120可以是视频游戏控制台，设备的位置可以是用于游戏角色等的控制输入。在一个实施例中，其中可移动设备110可以被连接至居家照护患者，设备的位置可以被用于跟踪居家照护患者的活动，并且跟踪的活动可以被上载至用于监测患者活动或诊断患者的医疗个人记录。在一个实施例中，可移动设备110被连接至机械手臂，设备的位置为控制手臂的计算机程序提供反馈。

更具体地，可以由控制台120计算可移动设备110相对于控制台120的原点173的位置P(X，Y，Z)(X175.1，Y175.2和Z175.3)。光源130发射或者反射光。小孔140可以将光线160聚焦在光学检测器上，在此是“位置敏感设备”(PSD)170。PSD170可以由于光线160投射在PSD170上而生成电流190。控制器180可以基于由PSD170生成的电流190并且基于小孔140的性质来计算可移动设备110的位置175。控制器180可以通过线路185连接至PSD170。在PSD170和控制器180之间可以有电子元件(未示出)例如运算放大器。控制器180可以包括A/D转换器185用于将来自PSD170的模拟数据转换为数字数据以由控制器180处理。在一个实施例中，如图所示有两个PSD170，其中一个是一维的170.1，还有一个是二维的170.2。二维的PSD170.2生成电流190.3，190.4，190.5和190.6(如图所示，但是可选地或附加地也可以测量电压)使控制器180能够定位聚焦光线197在PSD170.2所处平面上的形心(centroid)。一维的PSD170.1生成电流190.1和190.2使控制器180能够定位聚焦光线198在PSD170.1所处直线上的形心。控制器180可以包括模拟-数字转换器185用于将来自PSD170的模拟电流190转换为要在控制器180上进行运算的数字值。如下所述，可选的实施例可以使用PSD170的不同配置和选择。例如，三个一维PSD，两个沿x轴取向和一个沿y轴取向。在另一个示例中，有沿x轴取向的两个PSD。追加的PSD可以被用于提高计算测量值的灵敏度。

在一个实施例中，小孔140可以被设置为控制台120壳体内的狭缝。可选地，小孔140可以包括将焦距调节为PSD和透镜之间分隔距离的聚焦透镜、鱼眼透镜或棱镜。

为了方便，将光源130作为可移动设备110的一部分进行介绍，并且将PSD170和控制器180作为控制台120的一部分进行介绍，但是这些角色可以颠倒为光源130是控制台120的一部分，而光学检测器170和控制器180则是可移动设备110的一部分。如果可移动设备110包括光学检测器170和控制器180，那么可移动设备110可能需将可移动设备110的计算位置送往控制台120的方法。

光源130可以是LED或激光器或几乎是任意类型的光源130。在一个实施例中，光源可以是固定波长的发光设备。固定波长可以有助于抑制环境光。但是，在某些情况下，对于环境光源，可能需要计算一个或多个光源的位置，并且如果需要，光学检测器170可能要被用于确定一个或多个环境光源的位置。可移动设备110如果是无线的，那么可能包括电源例如电池(未示出)。另外，如下所述，可能有用于可移动设备110的附加部件。例如，可移动设备110可以包括用于发射光的时间调制或频率调制的电子部件。

在另一个实施例中，光源130可以反射由光发生器(未示出)发出并送往或送向光源130的光。光源130将调制光反射到自由空间中，其中的一部分可能在光学检测器170处被接收到。

可选地，上述设备可以被设置在可移动设备例如游戏控制器上。并且，光源可以被设置在另一设备例如游戏控制台上。在一个实施例中，不再是两个光学检测器，而是可以有至少三个光学检测器，其中至少一个光学检测器具有不同的取向。在一个实施例中，该设备包括具有小孔的壳体以接纳来自光源的光线。小孔将来自光源的光线聚焦在光学检测器上。在一个实施例中，可以有多个光源(和/或光学检测器)用于计算可移动设备的旋转。在一个实施例中，可以有多个可移动设备。在一个实施例中，控制器可以使用三角定位法来计算光线的位置。在一个实施例中，使用了多个光源，每一个光源都可以通过时间或频率加以区分，并且根据光源的计算位置来计算旋转。在一个实施例中，使用了多个光源，每一个光源都可以通过时间或频率加以区分，并且根据接收到的光源的空间分布来计算旋转。

以下介绍的是一种用于供控制台计算可移动设备三个坐标的方法的实施例。可以使用不同的坐标系并且下述方法的多种变形都是可行的。

定位一维光学检测器上的光点

图2A示出了测量汇聚光线245在线性PSD210上的位置x200。从光源(未示出)发射或反射出入射光215。入射光215穿过小孔220，然后变成落在PSD210上的具有光分布245的汇聚光205。入射光215可以被模型化为就像是入射在PSD210上的光点一样。光分布245在PSD210内生成横向电流i₁和i₂并且在设于线性PSD210相对端的相应电触点230.1、230.2处生成电流I_L225.1和I_R225.2。横向电流i₁和i₂与入射光215成比例。电流I_L225.1和I_R225.2可以由相应的放大器230.1、230.2放大并且可以被数字化以用于由控制器(未示出)进一步处理。

入射光可以被模型化为就像是入射在PSD210上的光点一样。PSD具有长度D235。控制器可以通过应用以下公式来计算光点的位置x200：

$1.x=\left(\frac{I_L-I_R}{I_L+I_R}\right)\frac{D}{2}\≡\left(\frac{I_L-I_R}{I_T}\right)\frac{D}{2}$

在此情况下，控制器可以根据检测器210的中心来计算x200。要注意这是根据以下事实得出的：生成的总光电流要根据PSD210表面材料的电阻在两个触点230.1、230.2中进行分配。因此，在仅有一维PSD的实施例中，PSD可以检测LED的一个自由度(例如x方向)。PSD210可以与另一个PSD(未示出)的中心相距S_D240。

定位二维光学检测器上的光点

图2B示出了测量汇聚光线260在二维PSD265上的位置x250和y255。从光源(未示出)发射或反射出入射光270。入射光270穿过小孔275，然后变成落在PSD265上的具有光分布260的汇聚光260，光分布260生成横向电流i₁...i₉并且在相应的电触点285.1，285.2、285.3和285.4处生成电流I_L280.1、I_R280.2、I_B280.3和I_F280.4。电流I_L280.1、I_R280.2、I_B280.3和I_F280.4可以由放大器(未示出)放大并且可以被数字化以用于由控制器(未示出)进一步处理。

入射光可以被模型化为就像是入射在PSD265上的光点一样。PSD265具有长度D_X270.1和D_Y270.2。控制器可以通过应用以下公式来计算光点260的形心位置x250和y255：

$2.y=\frac{D_y}{2}\left(\frac{I_F-I_B}{I_F+I_B}\right)$

$3.x=\frac{D_x}{2}\left(\frac{I_L-I_R}{I_L+I_R}\right)$

在此情况下，控制器可以根据检测器265的中心来计算x250和y255。在实施例中，控制器可以计算用于x250和y255的调节值以对触点285的位置进行调节。例如，在一个实施例中，触点285可以位于PSD265的边缘。控制器随后即可根据几何坐标使用公式来调节x250和y255的值，以调整位于PSD265边缘的触点285。在实施例中，控制器可以计算用于x250和y255的调节值以对PSD265的性质进行调节。要注意这是根据以下事实得出的：生成的总光电流要根据PSD265表面材料的电阻在四个触点285.1、285.2、285.3和285.4中进行分配。因此，二维的PSD可以检测LED的两个自由度(例如x、y方向)。PSD265可以与另一个PSD(未示出)的中心相距S_D240。

通过使用亮度调制可以跟踪多个光源

亮度调制可以采用多种形式(例如开/关，频率的高/低)。在至少一个实施例中，调制码对于每一个LED均是唯一的，以便处理读取自PSD传感器的电流从而分离并识别出每一个源。例如，调制可以是亮度的频率调制，其中每一个光源都通过唯一的亮度调制频率识别，或者按时间识别，其中每一个光源都被赋予特定时隙，光源在该特定时隙中发光。

控制器可以利用时间调制计算多个光源的位置。例如，每一个光源都可以按预定顺序开关以使在任意指定时刻都只有一个光源是打开的。在本实施例中，规定的时间间隔期间只会测量与特定光源相对应的坐标。由此，控制器可以在分时的基础上计算所有光源的位置数据。在一个实施例中，光源可以是脉动的并且可以是在每一个光源脉动时给予时间窗口的多个个体光源。控制器随后即可针对每一个时间窗口计算每一个光源的形心。

可选地，控制器可以通过调制每一个光源在不同频率下的亮度而在光源之间加以区分。例如，可以在唯一的频率f_k(k表示相应的光源)处调节每一个光源。由光学检测器响应于接收自光源的入射光而生成的电流I_L和I_R可以包括特征在于这些调制的频率分量，例如：

$4.I_L\left(t\right)=\underset{k=\mathrm{sources}}{\mathrm{\Σ}}\∫i_{\mathrm{ik}}\left(x\right)\cos \left[{2\mathrm{\πf}}_{k}t\right]\mathrm{xdx}$

$I_R\left(t\right)=\underset{k=\mathrm{sources}}{\mathrm{\Σ}}\∫i_{\mathrm{rk}}\left(x\right)\cos \left[{2\mathrm{\πf}}_{k}t\right]\mathrm{xdx}$

在以上的公式中，i_k(x)表示在光学检测器表面上的来自每一个远程光源的个体光点尺寸分布。电流I_L和I_R可以通过电子电路检测并且控制器可以通过使用以上公式解调每一个频率f_k下的电流I_L和I_R来解调与每一个i_k(x)相对应的左电流I_L和右电流I_R。通过以上公式的计算，控制器即可根据频率解调在由不同光源于PSD表面上形成的光点之间进行辨别。控制器随后即可如本文中公开的那样将公式1应用于每一个单独解调的电流i_kL(x)和i_kR(x)来计算光源的位置。由此控制器即可计算多个调制光源的位置，并且控制器可以通过重复地计算多个光源的位置来跟踪多个光源。

计算X、Y和Z坐标的位置

图3示出了本发明的一个实施例中用于计算光源320的位置330的X350.1和Z350.3平面。光源320发出或者反射光线325，光线325由光学器件380汇聚以在PSD370上形成光点347.1，347.2。两个PSD370被连接至控制器(未示出)，控制器可以包括一个或多个运算放大器以及差分和求和测量放大器结构用于测量光点347.1、347.2的位置。S_D310是两个PSD370之间的距离。在一个实施例中，相对于PSD390中心测量光点347.1、347.2的位置为x_L345.1和x_R345.2。

在一个实施例中，控制器测量光源320在PSD370表面上的亮度分布的形心。如本文中所述，控制器可以利用时间或亮度调制来计算多个光源的位置。如果f是小孔380的焦距，小孔380可以是壳体内的狭缝，那么对于每一个PSD370，控制器(未示出)均可利用以下公式计算成像光点的位置：

$5.x_L=-\frac{f}{Z}(\frac{S_D}{2}+X)$

$x_R=\frac{f}{Z}(\frac{S_D}{2}-X)$

其中x_L是345.1，x_R是345.2，Z是350.3并且S_D是310，其中对于x_L的原点是PSD370.1的中心，对于x_R的原点是PSD370.2的中心，并且对于X的原点是两个PSD370.1和370.2之间的中点(原点左侧是负值且右侧是正值)。通过以上公式的计算，控制器即可利用以下公式来计算X350.1：

$6.X=\frac{S_D}{2}\left(\frac{x_L+x_R}{x_L-x_R}\right)$

其中x_L是345.1，x_R是345.2，X是350.1并且S_D是310。横向位置已确定后，控制器即可根据PSD的两个输出将X350.1和Z350.3计算为：

$7.Z=-\frac{f}{x_L-x_R}{S}_D$

其中x_L是345.1，x_R是345.2，Z是350.3并且S_D是310。

返回参照图1，如果一个或多个PSD270是二维的，那么控制器可以通过下式直接计算Y175.2的位置：

$8.Y=\frac{{\mathrm{Zy}}_L}{f}=\frac{{\mathrm{Zy}}_R}{f}=\left(\frac{Z}{f}\right)\left(\frac{y_L+y_R}{2}\right)$

其中Y是175.2，y_L是190.4，y_R是190.6并且Z是175.3。根据以上的公式，控制器可以通过使用由一对PSD170响应于来自光源的入射光生成的电信号来计算点光源130的位置。

在一个实施例中，控制器可以根据用于补偿小孔380变形的校正计算来计算对光源位置330的调节值。例如，小孔380可能由于例如针垫、散光等的变形而使形心在PSD370表面上的位置347失真。在一个实施例中，控制器可以根据PSD370由于PSD370的设计而造成的变形来计算用于光源位置330的调节值。控制器可以进行校准以计算用于光源位置330的调节值。

参照图3，在一个实施例中，给出了多个可移动设备和/或使用了多个可移动设备上的多个光源320。每一个光源320均可被唯一地进行时间或频率调制，使控制器能够直接测量每一个调制的输出，并且用简单的信号处理来测量每一个光点347的位置330。

计算旋转

图4示出了用于计算可移动设备440的旋转的一个实施例。控制器410在以固定距离S_D470分开的两个光学检测器460处从两个光源430接收光420，光源430被设置在可移动设备440上并且沿x轴以固定距离I450分开。控制器410可以通过使用本文中公开的方法和装置在两个光源430之间进行区分并且计算每一个光源430的位置。控制器410可以随后根据可移动设备440的几何形状来计算可移动设备440的取向。由于每一个光源430的位置均被独立确定，因此控制器410可以计算光源430之间的有向段(长度和取向)。这样就能提供可移动设备440在空间内的取向和位置。例如在一个实施例中，控制器可以根据两个光源430之间距离的测量长度矢量的改变将围绕Y轴的旋转计算为(l_x，l_z)＝(lcos(θ)，lsin(θ))，其中θ是围绕Y轴的旋转角。类似地，控制器410可以计算围绕X轴的旋转角。在一个实施例中，沿y轴间隔开的附加光源430被用于为X方向的旋转提供更高的灵敏度。控制器可以通过重复地测量旋转来跟踪移动设备440的旋转。光源430和光检测器460的角色可以像本文中公开的那样被颠倒。多个光源430可以被连接至刚性或柔性主体并且可以计算刚性主体或部分挠性主体中的取向。

图5A示出了用于计算可移动设备530旋转的一个实施例。可移动设备530具有发射或者反射光560.1的光源520.1并且在控制台510的光学检测器540.1和540.2处被检测。

控制器570可以根据在两个光学检测器540.1和540.2处生成的电流来计算光源520.1的角度。在两个光学检测器540.1和540.2处生成的电流可以基于投射到两个光学检测器540.1和540.2的总的光亮度。例如，在图5A中，由于光源520.1亮度的角分布和光源520.1的位置，因此光学检测器540.1可以生成比光学检测器540.2更大的电流。控制器570可以利用在光学检测器540.1和540.2处生成的相对电流比以基于光源520.1沿不同方向变化的已知角分布来测量光源520.1的角度。

图5B示出了用于计算具有多个光源530的可移动设备530旋转的一个实施例。每一个光学检测器540通过投射在相应光学检测器540上的入射光生成电流。控制器570可以利用本文中公开的方法和装置在光源520之间进行区分。光源520可以每一个都取向不同并且光源520可以彼此分隔开。光源520可以均具有可由控制器540用于计算光源520角度的角分布。使用多个光学检测器520可以提高计算光源520(多个)的角度的准确性。

如本文中公开的那样，控制器可以利用在二维PSD中生成的信息计算围绕Z轴的旋转。由此，使用本文中公开的方法和装置即可由控制器计算可移动设备530的旋转。

在一个实施例中，光源520可以是控制台510的一部分并且光检测器520是可移动设备530的一部分。在一个实施例中，光源520可以隔开而不是指向不同的角度。在一个实施例中，控制器570可以根据在光学检测器540处生成的电压来计算光源520的角度。

在上述的实施例中，每一个PSD均可定位每一个LED相对于PSD自身轴线的方向。LED的角分布可以被用于提供关于PSD和LED之间相对取向的更多信息。要注意的是，所有这些都是在3D空间内测量的相对位置和取向。根据相对于固定参照系是谁在移动(是PSD还是LED)，以此来测量可移动对象的相对取向和位置。下一部分示出了通过适当的“坐标系重构”，PSD和LED是可以互换的。

光源和光检测器的角色可以进行交换

图6A示出了本发明的一个实施例，在控制台610上有两个光源620，并且在由人660持有的可移动设备640上有一个光检测器650。两个光源620发射或反射的光线(未示出)由连接至可移动设备640的光检测器650检测，可移动设备640可以根据接收的光来计算可移动设备640的位置P(X、Y、Z)650。可移动设备640可以利用红外发送器690将计算的位置发送至控制台610。控制台610可以通过红外接收器695接收可移动设备640的位置650。如下所述，光检测器650和光源620的角色可以是可互换的。

可以以固定间隔S_L630使用两个光源620，并且单个光检测器650作为可移动设备640的一部分。两个光源620.1和620.2因为设置在可移动设备640内的小孔640而在光检测器650上形成两个光点。

图6B示出了可移动设备640，其中在光检测器650上的两个光点680是由两个光源620发射或反射的光线690穿过小孔670构成的。控制器645可以利用本文中公开的方法和装置在两个光源620之间进行区分。控制器645可以通过使用以下公式来计算X坐标660.1和Y坐标660.2：

$9.X=\frac{x_1+x_2}{2}$

$10.Y=\frac{y_1+y_2}{2}$

其中x₁625.1和x₂625.2是两个光点680与光检测器650的中心655相距的位置。Y660.2可以用来自二维光检测器650或第二光检测器650(未示出，它可以与光检测器650的取向不同并且可以沿y轴取向)的数据进行计算。应该注意的是，在此测量的坐标X和Y是相对于PSD的取向轴而言并且因此对应于PSD对于固定LED的相对取向(例如LED从PSD观察点的矢量方向)。控制器645可以通过使用存储的光检测器650的间隔值S_L以及存储的小孔670的焦距值f来计算与两个光源620的距离Z660。控制器640随后可以通过使用以下公式来计算Z：

$11.Z=\frac{f}{(x_2-x_1)}{S}_L$

其中S_L是630并且x₁625.1和x₂625.2是两个光点680.1、680.2的位置。

一旦可以确定Z值和相对取向，即可通过使用LED的相对角分布来测量绝对位置X和Y，从而如上所述确定PSD相对于LED所取的相对角度。

如上所述，光检测器650和光源620的角色可以是可互换的。在一个实施例中，红外发送器/接收器690、695可以是其他的通信类型，例如可移动设备640可以直接有线连接至控制台610，或者可移动设备640可以利用无线电波与控制台610通信。

图7示出了控制器710的实施例。控制器710可以包括一个或多个存储器720、一个或多个处理器730、电子元件740，并且控制器710可以与红外(IR)发送器和/或接收器760通信。控制器710可以直接通信耦合至一个或多个光学检测器750或PSD(如图所示)750，或者控制器710可以直接通信耦合至电子元件760，并且电子元件760可以直接通信耦合至一个或多个PSD750。控制器710可以通过接收从光学检测器750收集的数据来计算可移动对象的位置。数据在由控制器710接收之前可以由控制器710之外的电子元件760进行处理。控制器710可以包括模拟数字转换器770用于将来自PSD750和/或电子元件760的模拟数据转换为用于由处理器730处理的数字数据。存储器720可以是RAM和/或ROM和/或能够存储和取回指令的任意类型的存储器，并且可以包括用于确定一个或多个可移动设备的位置和/或旋转的程序指令。处理器730可以是本领域中公知的计算机处理器。

多个控制器710可以被用于确定可移动设备的位置。控制器710可以仅执行确定可移动设备位置所必须的部分计算。电子元件740，760可以包括运算放大器，放大器，用于测量光点位置的差分和求和的测量放大器结构，模拟数字转换器，一对电流检测器，每一个都耦合至PSD边缘，或者用于二维光检测器的两对电流检测器，用于将电流检测器连接至其他电子元件的简单线路，用于比较来自每一个光检测器的左边缘电流和右边缘电流的一对差分放大器，或者用于实现本发明功能的其他电子元件或电路。电子元件可以用多种方式布置或分组。例如，每一个光检测器可以有一个差分放大器，或者多个光检测器可以分享公共的差分放大器，或者可以没有差分放大器，或者可以有一个或多个差分放大器作为控制器的一部分。用于可移动设备的位置信息可以完全由一个设备进行计算，或者计算也可以拆分到两个或多个设备中进行。

控制器710可以包括能够区分和跟踪多个光源的单个数字信号处理机。控制器710可以从PSD750接收在远程设备处收集并送至控制器710的数据。例如，远程游戏控制器可以包括PSD750并且可以随后将来自PSD750的数据送往控制器710以供控制器710计算远程控制器的位置和旋转。控制器710可以通信耦合至多个光学检测器或PSD750和/或光源。控制器710可以被设置用于以时间或频率来调制光源，从而是光源可以与其他光源区别开。控制器710可以被设置用于根据从多个光源接收到的光谱来计算对象的旋转。

在一个实施例中，光检测器可以是PSD并且PSD可以是在每一端提供横向电流(左边缘电流(I_L)和右边缘电流(I_R))的线性光检测器，这些电流可以根据入射光在PSD表面上的位置而改变。PSD具有一定的长度。

在另一个实施例中，PSD可以是二维的。可以在PSD的每一端提供四种电流(左边缘电流(I_L)，右边缘电流(I_R)，后端电流(I_B)和前缘电流(I_F))，这些电流可以根据入射光在PSD表面上的位置而改变。光检测器可以包括很多其他的实施例。

在一个实施例中，设置在公共壳体内具有光检测器的光学器件将来自光源的光线汇聚为光检测器表面上的光点。一个或多个成像光学器件可以是针孔、狭缝、鱼眼透镜或倾向于将光线汇聚在PSD上的任意类型的透镜或设备。位置信息可以通过确定汇聚光线或光点在PSD表面上的形心或者通过利用成像光学器件的聚焦性质来确定。

图8A-8D示出了本发明的一个实施例。图8A示出了具有三个一维光检测器810的实施例。光检测器810(可以是PSD)包括平行于第一轴线820定位(未示出光学器件)的用于确定可移动设备位置坐标的两个一维光检测器810，以及平行于第二轴线840定位的一个一维PSD860。第二轴线840正交于第一轴线820定位用于确定可移动设备的一个或多个位置坐标。在一个实施例中，光检测器810、860可以位置不同并且仍然提供用于计算可移动设备位置所需的数据。例如，第一轴线820和第二轴线840不必是正交的。在一个实施例中，可以使用一个或多个二维光检测器820、810。

图8B示出了集成有电子元件872的光检测器870，其可以是PSD。光检测器870集成有电子元件872.1和872.2。如本文中所述，电子元件可以包括各种类型的元件，包括运算放大器、放大器和/或用于将光检测器870连接至其他元件的简单线路。

图8C示出了可以是PSD的两个光检测器880.1和880.2，其中一个是二维的。该结构足以用于确定可移动设备的位置的所有三个坐标。如前所述，光学器件与利用成像光学器件的性质相结合就足以用于确定位置的第三坐标。

图8D示出了二维光检测器892，在光检测器892四个边缘中的每一条上都集成有电子元件890。在光检测器892是PSD892的实施例中，电流将径向远离光学形心(由于成像光学器件而形成)流动。由PSD892生成的数据可以在触点890.1-890.4处成为可用数据并且由控制器(未示出)和/或电子元件处理以计算位置信息。触点890.1-890.4可以包括集成的电子元件例如放大器。

在一个实施例中，可以使用多个固定的控制台。例如，房间中可以在游戏控制台处有若干个光检测器和/或光源，并且游戏控制器可以接收光或者将光发送至若干个光检测器和/或光源。

图9A-9E示出了本发明的实施例。图9A示出了装有一个光检测器910或一个光源910的可移动设备900。图9B示出了装有两个光检测器910或两个光源910的可移动设备900。

图9C示出了装有两个光源910或光检测器910的可移动设备910。可移动设备910以这样的方式成形：使视频游戏的玩家不太可能影响到控制台和可移动设备之间的光传输或者可移动设备和控制台之间的光传输。

图9D示出了装有大光源910或大的光检测器910的杆形可移动设备。图9E示出了装有多个光源910或多个光检测器910的杆形可移动设备900。

多个光源910降低了使用可移动设备的人影响光源910发光到达控制台的风险。多个光源也可以被时间和/或频率调制以使控制台能够利用本文中公开的方法和装置单个地计算多个光源的位置并使用位置信息来确定可移动设备的旋转信息。光源910可以是光检测器910，并且多个光检测器910可以降低人影响从控制台接收光线的风险。可移动设备910还可以包括其他的电子元件，包括传感反馈设备、输入设备和输出设备，例如可以在游戏控制器中找到的输入和输出设备、用于向控制台传递信息的通信设备等。可移动设备可以通过重复地确定可移动设备的位置进行跟踪。

可以使用附加的光检测器来提高定位其他设备(控制台或可移动设备)的准确度或者提高设备的区域灵敏度或者降低光检测器被阻挡的可能性。例如，如果光检测器位于可移动设备上，那么附加的光检测器就可以提高光检测器不被阻挡以免无法检测光源的可能性。或者如果有两对光检测器被设置在控制台上，那么它们可以被分离以提高检测到光源的可能性。

在实施例中，使用本文中介绍的方法和装置即可计算可移动设备所有的六个自由度、空间坐标和取向。

光源可以被时间或频率调制以使得光源之间能够区分。不同的光源可以被用于提供附加信息，例如可移动设备的旋转。和/或不同的光源可以被用在不同的可移动设备上以使得能够适用于游戏控制台多玩家和/或用于每一个玩家都具有多个可移动设备的情况，例如两个玩家的每只手和脚上都有可移动设备。可移动设备和/或控制台可以同时包括光源和光检测器。

图10示出了能够使用本发明的应用。两个玩家1010正手持可移动设备1020.1、1020.2或控制器1020.1、1020.2。化身1030.1、1030.2通过用于每一名玩家1010.1、1010.2的游戏控制台1050而显示在显示器1040上。游戏控制台1050根据控制器1020.1、1020.2的运动来移动化身1030.1、1030.2。游戏控制台1050需要得到控制器1020.1、1020.2的位置或者需要能够计算出控制器1020.1、1020.2的位置。该位置可以由参照控制台1050的坐标系给出。例如，控制器1020.1的位置可以由x坐标1060.1，y坐标1060.2和z坐标1060.3确定，并且控制器1020.2的位置可以由x坐标1070.1，y坐标1070.2和z坐标1070.3确定。控制台1050可以位于坐标系1080的原点或零点位置。控制器1020.1、1020.2的位置可以被重复地计算以跟踪控制器1020.1、1020.2的位置。

以上实施例提供了相对简单的技术用于确定游戏控制器等的自由空间位置。用这种方式，这些技术提供了明显优于可选技术的优点，例如在基于图像捕捉的技术中，对象的位置必须要从数字图像数据中检测。这样的图像数据可能包括很高的数据传输速率。例如在使用60帧/秒的系统中就高达480兆字节/秒。

而且，以上的实施例有利地提供了具有高带宽(kHz的10-1000倍)的PSD，这就使得能够在几微秒内就计算出PSD表面上的光形心位置。以这样的计算速率，以上的技术可以提供实时跟踪。在实施例中，光源的角度可以由于拥有了对光检测器上的每一个光源的总亮度的准确测量值而得以测量。

在使用光源的电视中使用的具有远程控制的PSD的用法

图11示出了能够使用本发明的另一种应用。图11中的系统可以是远程控制的电视观看系统，其包括显示器1110、控制器1120和远程控制设备1130。根据本发明的一个实施例，显示器1110和/或控制器1120可以在其上装有PSD。显示器1110和控制器1120可以像在多种显示环境中常用的那样被集成到公共机壳(未示出)中或者可以被设置为单独的部件，例如机顶盒与相关联的监视器。控制器1120可以是处理器控制的设备，其执行代表操作系统1140、应用程序1150、I/O接口1160和图形用户界面1170的程序指令。根据本发明，控制器1120可以测量远程控制设备1130关于控制器1120的相对取向和位置以用于游戏和菜单导航。例如，根据本发明，控制器1120可以促使在图形用户界面1170上显示光标并根据远程控制设备1130的运动来移动光标。

远程控制设备1130可以设有两个或多个发光二极管(LED)。这些LED可以被设置为使其光源轮廓以上述的固定关系取向(例如，光源具有特定的角分布，譬如图5A和图5B中所示的光源520.1)。由此，控制器1120即可如上所述地计算远程控制设备1130相对于固定PSD的移动和取向。

在进一步的实施例中，LED的输出可以被调制以携带表示由操作人员在远程控制设备1130的不同按钮上进行的按键操作的信息内容。由此，控制器1120可以解读PSD传感器的输出数据，从而不但确定光标的位置，而且还通过按钮来捕捉用户的输入。用这种方式，控制器1120可以生成例如支持移动光标的图形用户界面1170，移动光标可以与菜单和用户界面的其他导航元素相结合，这些导航元素可以被记录为通过远程控制设备的按钮输入的点击。由此位置和取向数据即可支持远程的鼠标导航或玩游戏。在此情况下，远程控制设备的位置被直接测量并且受控光标的“指向或取向”可根据位置数据以及由远程控制设备输送的控制信息得出。

在另一个实施例中，可以更方便地将LED光源设置在显示器1110或控制台1120附近，并将PSD传感器设置在远程控制设备1130内。该实施例允许通过远程控制设备相对于光源的远程取向来直接测量。在某些情况下，将远程控制器设置为计算其自身位置可能是优选的。然后远程控制器即可将关于其位置的数据以及其他数据例如按键信息、操纵杆控制数据等(例如通过LED发光、射频或蓝牙链接)输送至控制台或电视机。在一个实施例中，远程控制器可以具有单个PSD。如果单个PSD是一维的，那么即可跟踪两个自由度(沿x或y方向的移动)。如果单个PSD是二维的，那么即可跟踪四个自由度(沿x或y方向的移动)。因此，单个PSD在例如菜单导航这样的情况下可能就足够了。在一个或多个其他的实施例中，可以用多个PSD来测量其他的自由度，例如距离和位置。

图12示出了图11中所示应用的装有四个固定LED的另一个实施例。4个LED可以均具有成角度的光分布并且它们可以以预定方式交错排列以有助于根据每一个LED的成角度的光分布来测量位置。每一个LED均可被独立跟踪。LED可以被成对地提供，例如图中所示的1210.1/1210.4和1210.2/1210.3。每一对中的第一元件可以相对于垂直矢量错开预定角度，并且每一对中的第二LED具有大小相等但方向相反的错开角度。图12示意性地示出了每一个LED均可用箭头表示“成角度”的LED。使用先前所述的各种测量原理并加以组合，就可以测量所有的六个自由度。可以通过使用任何一个LED来测量远程控制设备的取向。围绕z轴的旋转可以由于LED如前所述形成了线光源(两个就已经足够)而进行测量。由于LED对的明显间隔随着z的改变而改变(例如PSD上的光点间隔的改变)，因此就可以用任意分离的LED对来测量z向距离。PSD的X维和Y维的绝对位置可以通过获得成角度光分布的比值来进行测量。这就类似于利用通过一对PSD由于其角分布从特定LED接收的不同数量的光来测量LED的取向。在一个实施例中，4个LED1210可以被放到便携设备(例如远程控制设备1130)上并将PSD(多个)设置在显示设备的控制器上。在另一个实施例中，4个LED1210可以被放到非便携控制器(例如控制器1120)或耦合至显示设备的机顶盒上，并将PSD(多个)设置在便携的远程控制设备上。

一个实施例可以实现一个LED提供2个自由度，例如光点在二维PSD上的位置。这可以对应于测量光点相对于PSD的相对角位置的测量-或者测量两个取向。在另一个实施例中，LED的数量或PSD的数量可以多于一个，并且可以如上公开的那样测量更多数量的自由度，例如光源和PSD之间的旋转或距离。在六个自由度中，测量哪一个自由度可以取决于LED如何安装或PSD如何安装以及需要测量谁的位置。在所有情况下，可以通过三角定位法来测量每一个LED在每一个PSD上的位置(例如根据能够测量的相对取向和坐标来构成虚拟三角形)。已经在以上介绍了两个PSD和多个可移动LED的一个实施例。另一个实施例可以包括单个可移动的PSD和多个固定的LED。例如，2个LED可以提供4个自由度-这些LED相对于PSD的3个取向或矢量方向以及PSD和LED之间的Z值或距离。将其亮度轮廓的角取向指向不同方向的三个或多个LED可以提供所有的六个自由度。由此，LED的角分布即可被用于在3D空间内定位PSD-类似于在LED可移动而一对PSD被固定时在3D空间内定位LED的取向。数学上讲，使用分为两对的4个LED可能更容易工作，在LED可以被固定就位时，将一对用于定位PSD相对于LED的X坐标并将另一对用于定位Y坐标。

手势识别

在图13示出的一个实施例中，系统1300可以使用位置测量值来测量手指或其他惯性对象相对于立体PSD对的位置。这样的系统可以包括调制光源(例如LED阵列1310.1-1310.3)以及以固定关系安装至公共基板的一对PSD1320.1-1320.2。

光源可以照射传感器附近的空间区域。如果对象进入传感器的视野，那么来自光源的调制光就会被反射回传感器。系统可以跟踪反射光的位置。

系统可以在移动设备中获得应用，其中系统可以很紧凑。在一个实施例中，两个PSD1320.1-1320.2、附随的放大器和LED可以被制造到同一个集成电路管芯上。

系统允许测量3D空间内的复杂对象轨迹，包括例如以下运动：(a)从左往右、(b)从右往左、(c)从上往下、(d)从下往上、(e)圆周顺时针、(f)圆周逆时针、(g)朝向传感器、(h)远离传感器等。距离测量与对象的反射率无关。

系统1300可以被包含在移动设备内并且耦合至设备中的控制器(例如计算机处理器和存储软件指令的存储器)。控制器可以将对象的运动分类并将运动匹配为一系列的预设运动(例如上/下/左/右滚动、单击、双击)。匹配的运动可以被解读为操作人员的手势，手势可以与预定的系统指令相关联并且由操作系统和/或应用程序执行(例如滚动显示内容，根据手指相对于用户界面上显示的多个应用程序的位置来运行软件应用程序)。在一个实施例中，设备表面(例如移动手持PDA的屏幕)可以被实施为具有图13中所示的光源和光检测器。无需触摸表面，操作人员即可通过在设备表面附近或上方移动手指做出手势来向设备发出指令。系统1300中的所有部件均可被集成在单块硅IC上以形成紧凑型传感器。紧凑型传感器IC可以被用于用户界面，其不必接触受控设备的表面就能够提供导航用户界面所需的信息。

在一个实施例中，设备可以被用于与从照明LED附近的对象反射的光线无关地跟踪一个或多个背景光源。设备可以通过测量背景光源的位置来跟踪设备自身的相对动作。背景光源的相对动作即可被用作移动设备“摇晃和动作”的相对测量值。

如以上公开的那样，由于PSD是硅基传感器，因此在一个实施例中，PSD可以被集成到电路管芯中，电路管芯包括其他的功能单元，例如光学数据传输端口、远程控制传感器等。

传感器可以被设置在设备上的任何位置以构成用于三角定位法计算的基线。在三角定位法中，可以由从光源到对象以及从对象到PSD的光线路径构成三角形。如以上公开的那样，这些传感器可以同时被用于不仅跟踪来自局部LED的反射光，而且还要跟踪其他的编码光源。由此，装有此类传感器的计算机监视器(笔记本/电视机/PDA等)即可被用于如以上公开的那样跟踪玩家以及手势。应该注意的是，系统1300的应用并不局限于移动设备。在一个实施例中，系统1300可以被用于替代任意的触摸屏设备，例如台式计算机、GPS单元、自助服务信息显示屏等。而且，系统1300可以在测量设备内用于监测人在房间内的位置或者在机器人内的位置，其中可以跟踪多个自主型机器人的位置。

根据反射光点进行距离测量

图13中的系统还可以被用于通过PSD对来测量对象的距离。对象距离可以如上公开的那样基于三角定位法测量对象距离来进行测量。在此情况下，为对象照明的光源可以相对于传感器固定。对于PSD之间的指定距离，准确度可能随着与对象距离的增大而下降。

在一个实施例中，图13中所示的调制光源中的一个LED(例如1310.1)可以发出准直光。准直光可以传输至可移动对象并且反射至PSD1320.1-1320.2。系统1300可以利用准直光来计算从PSD1320.1-1320.2到可移动对象的特定点的距离。其他的LED(例如1310.2和1310.3)可以发出非准直光(例如发散光束)，并且发散光束可以被用于测量对象的平均位置。例如，当光被对象反射时，反射的对象图像就会在PSD传感器的表面上形成，但是待测电流是自动测量图像的形心而不是测量图像的实际细节。由此这就可以对应于测量对象的平均位置。

这可以有效用于检测车辆周围接近对象的车辆安全性。例如，考虑5mW的CW激光器或从1米远的对象反射的LED光(其反射率为7％)。借助1厘米直径的光学器件，每一个PSD均可用140的信噪比(SNR)来测量反射强度。用间隔为10厘米的PSD对，即可以30Hz的带宽测量Z位置上2米的距离，误差为6厘米。由此，在光源照明区域内并且被一对PSD“看到”的任何对象均可被跟踪。多个光源(用于覆盖多个照明区域)和多对传感器可以被用于提供围绕整部汽车或交通工具的测量值并跟踪车辆周围的多个对象。这可以被用于如果有对象出现在“盲点”区域或者在辅助进行车辆安全导航时向驾驶员报警。

上述系统具有优于飞行时间(Time-of-Flight，TOF)系统例如LIDAR或RADAR的优点。基于飞行时间的测量系统是已知但却昂贵的，原因在于它们需要精确的高速电路来进行飞行时间测量。与对象的距离越短，用于TOF系统的信号链就变得越难。相比之下，图13的实施例可以通过使用立体的位置敏感检测器(PSD)对而被设置为低成本的电子系统。上述系统还具有优于现有超声波系统的优点，原因在于它可以在车辆行驶时使用并且提供更高的分辨率。本发明允许使用车辆周围现有的基于LED的照明设备(头灯、刹车灯)以“再利用”为用于本发明的光源。

在一个实施例中，由于测量系统使用多个光源进行工作，因此这些光源可以被用于构成机器人设备的边界立柱。这可以是我们的跟踪多个光源的应用扩展，每一个光源均由其“编号”唯一地标识。包含PSD传感器的设备可以在由多个光源照明的空间内移动。这可以是机器人设备或者是带有设备的人。通过获知光源的定位，本发明就允许精确计算位置而无需使用TOF技术或昂贵的基于摄像头的系统。

应该理解的是正如对本领域普通技术人员显而易见的那样，本发明及其各种应用存在其他变形和修改的实施方式，并且本发明并不局限于本文中介绍的具体实施例。上述的特征和实施例可以进行组合。因此本发明应该被认为是涵盖了落入本文中公开和要求保护的基本隐含原理范围内的任意和全部的修改、变形、组合或等价方案。

Claims (32)

1.一种远程控制设备，包括：

多个光源，适于向显示设备发送控制信号，其中每一个光源都具有以不同于其他光源的预定角度成角度的光轮廓；以及

其中所述多个光源中的至少其中一个光源是线光源并且由彼此分离的至少两个发光二极管形成，以便基于显示设备上的多个位置敏感光学检测器上的光点的分离来计算所述远程控制设备与所述显示设备的距离，所述光点产生自至少两个彼此分离的发光二极管；

所述显示设备具有耦合至多个位置敏感光学检测器的控制器，每一个光学检测器都响应来自多个光源的入射光而生成一对电信号；以及

所述控制器计算所述多个光源中的至少一个的角度。

2.如权利要求1所述的远程控制设备，其中所述显示设备是电视机、计算机监视器或PDA；并且所述控制器根据由所述多个位置敏感光学检测器中的每一个生成的电信号对来计算所述远程控制设备的位置。

3.如权利要求2所述的远程控制设备，其中所述控制器包括处理器，用于执行代表电视上显示的图形用户界面的程序指令，并且所述处理器定期使用所计算的位置数据来在图形用户界面上显示和移动光标。

4.如权利要求3所述的远程控制设备，其中所述控制器被进一步设置用于：

根据已知的光源角分布计算远程控制设备的旋转信息，能够通过时间和频率中的至少一种区分所述多个光源的光。

5.如权利要求4所述的远程控制设备，其中所述控制器被进一步设置用于通过重复地计算所述多个光源的位置和旋转信息来跟踪所述远程控制设备的位置和旋转。

6.如权利要求1所述的远程控制设备，其中调制由所述多个光源发出的光以携带表示由操作人员进行的按键操作的信息内容。

7.如权利要求2所述的远程控制设备，其中所述多个光源包括两对光源，一对中的每一个光源的光轮廓都与该对中的另一个光源成垂直角度或成相反的角度。

8.如权利要求7所述的远程控制设备，其中所述控制器计算所述远程控制设备沿六个自由度中每一个的取向。

9.一种用于无接触地接收指令的设备，包括：

用于从所述设备发射光的光源；

多个位置敏感光检测器，每一个都接收从所述设备附近的可移动对象反射的光，并且每一个都响应于反射到所述设备的光而生成电信号；

控制器，通信地耦合至多个位置敏感光检测器以根据反射光的角度计算所述可移动对象的位置；

其中所述光源是由彼此分离的至少两个发光二极管形成的线光源，以便基于所述控制器上的多个位置敏感光学检测器上的光点的分离来计算所述设备与所述可移动对象的距离，所述光点产生自至少两个彼此分离的发光二极管；以及

其中所述控制器用于：

通过连续地计算所述可移动对象的位置来跟踪所述可移动对象的运动，

将跟踪的运动匹配为预定的系统指令，并且

执行所匹配的指令。

10.如权利要求9所述的设备，其中所述控制器计算可移动对象在三个维度中的位置，并且将可移动对象的运动确定为以下运动中的一种：从左往右、从右往左、从上往下、从下往上、圆周顺时针、圆周逆时针、朝向所述多个位置敏感光检测器、远离所述多个位置敏感光检测器。

11.如权利要求9所述的设备，其中所述设备被集成在用于集成电路芯片的管芯上。

12.如权利要求9所述的设备，其中所述电信号是模拟信号，具有与接收到的反射光成比例的强度。

13.如权利要求9所述的设备，其中所述设备是移动设备，并且所述控制器包括处理器，用于执行代表用于所述移动设备的软件程序的程序指令。

14.如权利要求9所述的设备，其中所述多个位置敏感光检测器进一步检测来自背景光源的背景光，并且所述控制器通过连续地计算所述背景光源相对于所述设备的位置来跟踪所述设备相对于所述背景光源的运动。

15.如权利要求14所述的设备，其中所述控制器用于将所述背景光源的相对运动匹配为所述设备的“摇晃和动作”并执行对应的预定系统指令。

16.一种用于执行指令的方法，包括：

从设备发射光；

通过设备上的多个位置敏感光检测器接收从可移动对象反射的至少两个光点；

由所述多个位置敏感光检测器响应于接收到的反射光而生成电信号；

根据所述电信号计算所述可移动对象的位置和角度，其中所述位置是通过由所述位置敏感光检测器接收到的反射光确定的，并且所述角度是利用所述多个位置敏感光检测器的每一个处产生的电信号对的相对比基于沿不同方向变化的反射光的已知角分布确定的；

通过连续地计算所述可移动对象的位置来跟踪所述可移动对象的运动；

将所跟踪的运动匹配为预定的系统指令，并且

执行所匹配的指令；

其中所发射的光来自所述设备的线光源，所发射的光由彼此分离的至少两个发光二极管形成，以便基于所述多个位置敏感光检测器上的光点的分离来计算所述可移动对象与所述设备的距离，所述光点产生自至少两个彼此分离的发光二极管。

17.如权利要求16所述的方法，其中在三个维度中计算所述可移动对象的位置并且可移动对象的运动是以下运动中的一种：从左往右、从右往左、从上往下、从下往上、圆周顺时针、圆周逆时针、朝向位置敏感光检测器、远离位置敏感光检测器。

18.如权利要求16所述的方法，其中所述设备被集成在用于集成电路芯片的管芯上。

19.如权利要求16所述的方法，其中所述电信号是模拟信号，具有与接收到的反射光成比例的强度。

20.如权利要求16所述的方法，其中所述设备是移动设备，并且所述设备的控制器包括处理器，用于执行代表用于所述移动设备的软件程序的程序指令。

21.如权利要求16所述的方法，其中所述多个位置敏感光检测器进一步检测来自背景光源的背景光，并且通过连续地计算所述背景光源相对于所述设备的位置来跟踪所述设备相对于所述背景光源的运动。

22.如权利要求21所述的方法，其中将所述背景光源的相对运动匹配为所述设备的“摇晃和动作”并执行对应的预定系统指令。

23.一种用于控制可移动设备的方法，包括：

响应于接收从多个对象反射的光，聚焦所接收的光以在所述可移动设备的多个位置敏感光检测器中的每一个上形成至少一个光点；

通过由所述可移动设备的各个位置敏感检测器生成差分电信号而测量所述光点的位置；

根据所述差分信号计算到每一个对象的距离；并且

根据到每一个对象的距离计算所述可移动设备的位置；

其中所述反射光形成线光源。

24.一种远程控制设备，包括：

控制器；和

耦合至所述控制器的位置敏感光学检测器，其中

所述位置敏感光学检测器响应来自多个光源的入射光而生成一对电信号，

所述控制器计算所述设备相对于所述多个光源位置的位置和所述设备相对于所述多个光源角度的角度，所述角度利用所述电信号的相对比基于沿不同方向变化的所述多个光源的已知角分布来确定；

其中所述多个光源中的至少一个是由至少两个发光二极管形成的线光源，所述入射光被所述位置敏感光学检测器接收作为至少两个分离的光点，所述光点表示至少两个LED的分离。

25.如权利要求24所述的设备，进一步包括发射器，用于向具有多个光源的显示设备发送控制信号。

26.如权利要求24所述的设备，其中所述控制器被进一步设置用于：

根据多个光源的已知角分布计算所述设备相对于多个光源的旋转信息，能够通过亮度调制的频率区分所述多个光源的光。

27.如权利要求26所述的设备，其中所述控制器被进一步设置用于通过重复地计算所述多个光源的位置和旋转信息来跟踪所述设备的位置和旋转。

28.如权利要求27所述的设备，进一步包括无线发送设备，用于向具有多个光源的显示设备发送代表计算位置的数据，其中所述设备是显示设备的便携式远程控制设备。

29.如权利要求28所述的设备，其中所述显示设备是电视机并且所述电视机包括处理器，用于执行代表电视上显示的图形用户界面的程序指令，并且所述处理器定期使用接收自所述便携式远程控制设备的计算位置数据以呈现所述图形用户界面上的光标运动。

30.如权利要求24所述的设备，其中所述多个光源包括两对光源，一对中的每一个光源的光轮廓都与该对中的另一个光源以预定角度成角度。

31.如权利要求30所述的设备，其中所述预定角度为90度或180度。

32.如权利要求30所述的设备，其中所述设备为便携式设备并且所述控制器计算所述设备在六个自由度中每一个上的取向。