一种光电感应装置及其控制方法、电子设备
技术领域
本发明涉及非接触式感应技术领域,更具体地说,涉及一种光电感应装置及其控制方法、电子设备。
背景技术
伴随着生活质量的提高,智能家居已经融入人们的工作和生活中。目前,家居用的开关大多为接触式触摸开关,但是,由于接触式触摸开关长时间使用后,会在表面附着许多细菌和病毒,因此,为了方便卫生,非接触式感应开关在智能家居上得到了广泛的应用。
非接触式感应开关主要包括:光电感应开关、电磁波感应开关、声波感应开关、热辐射感应开关和影像感应开关等。其中,相比于其他感应开关,光电感应开关具有方向性强、低功耗和低成本等优势。
但是,目前普遍应用的光电感应开关的功能较单一,只能简单的识别光是否被遮挡,并根据光是否被遮挡执行相应的开或者关的动作,并不能识别手势(手的运动方向及轨迹),更不能根据不同的手势执行更多的动作,极大限制了光电感应开关的应用范围。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种光电感应装置及其控制方法、电子设备,以识别不同的手势,并根据不同的手势执行更多的动作。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种光电感应装置,包括光发射器件、光接收器件和控制器件;
所述光发射器件包括多个发光芯片和覆盖所述多个发光芯片的光学元件,所述多个发光芯片按照预设位置关系排列,不同发光芯片发出的光束经所述光学元件透射后形成具有不同发光角度和不同出光方向的光束;
所述光接收器件包括一个光接收芯片,所述光接收芯片用于接收任一所述发光芯片发出的光束被障碍物遮挡后形成的光信号,并将所述光信号转换为电信号;其中,不同发光芯片发出的光束具有不同的特征标识,根据不同发光芯片发出的光束获得的电信号也具有对应的不同的特征标识;
所述控制器件与所述多个发光芯片相连,所述控制器件用于按照一定的时序向所述光发射器件中的发光芯片发送驱动信号,以控制所述多个发光芯片按照一定的时序发光;
所述控制器件还与所述光接收芯片相连,所述控制器件还用于接收所述光接收芯片输出的电信号,根据接收到的多个电信号的特征标识识别出其所属的多个发光芯片,根据接收到所述多个电信号的时序识别出所述多个发光芯片发出的光束被障碍物遮挡的顺序,所述多个发光芯片为所述光发射器件中的全部或部分发光芯片,并根据识别出的所述多个发光芯片的位置关系以及所述多个发光芯片发出的光束被障碍物遮挡的顺序识别出障碍物的运动方向和运动轨迹,根据所述运动方向和运动轨迹生成相应的控制指令,并输出至与所述控制器件相连的被控制器件,以使所述被控制器件执行相应的动作。
可选地,所述控制器件还用于对不同发光芯片的驱动信号进行不同编码,以使不同发光芯片发出的光束具有不同的特征标识;
其中,所述控制器件通过脉冲位置调制方式、脉冲频率调制方式或脉冲宽度调制方式对所述驱动信号进行编码。
可选地,所述控制器件还用于调整任一所述发光芯片的驱动信号的强度和/或频率,以调整任一所述发光芯片发出的光束的光强度和/或发光频率。
可选地,所述光发射器件和所述光接收器相邻设置在第一基板上;
并且,所述光接收器件和所述光发射器件之间具有预设高度的隔离结构件,以使所述光发射器件发出的光束不能直接进入所述光接收器件。
可选地,所述光发射器件顶部具有V型导光罩,所述V型导光罩用于反射或折射从侧面进入V型导光罩的光线,以便将各个发光芯片发出的光束的角度和出光方向控制在一定范围内。
可选地,所述光发射器件包括两个发光芯片或四个发光芯片;
所述两个发光芯片呈一字形排列;
所述四个发光芯片呈口字形排列。
一种光电感应装置的控制方法,应用于如上任一项所述的光电感应装置,所述控制方法包括:
按照一定的时序向光发射器件内的多个发光芯片发送驱动信号,以控制所述多个发光芯片按照一定的时序发光;
接收一光接收芯片输出的电信号,所述光接收芯片接收任一所述发光芯片发出的光束被障碍物遮挡后形成的光信号,并将所述光信号转换为电信号;
根据接收到的多个电信号的特征标识识别出对应所属的多个发光芯片,根据接收到所述多个电信号的时序识别出所述多个发光芯片发出的光束被障碍物遮挡的顺序,所述多个发光芯片为所述光发射器件中的全部或部分发光芯片;
根据识别出的所述多个发光芯片的位置关系以及所述多个发光芯片发出的光束被障碍物遮挡的顺序识别出障碍物的运动方向和运动轨迹;
根据所述运动方向和运动轨迹生成相应的控制指令,并输出至与所述控制器件相连的被控制器件,以使所述被控制器件执行相应的动作。
可选地,向光发射器件内的多个发光芯片发送驱动信号之前,还包括:
对不同发光芯片的驱动信号进行不同编码,以使不同发光芯片发出的光束具有不同的特征标识;
其中,对驱动信号进行编码包括通过脉冲位置调制方式、脉冲频率调制方式或脉冲宽度调制方式对所述驱动信号进行编码。
可选地,还包括:
调整任一所述发光芯片的驱动信号的强度和/或频率,以调整任一所述发光芯片发出的光束的光强度和/或发光频率。
一种电子设备,包括如上任一项所述的光电感应装置和与所述光电感应装置相连的被控制器件,所述被控制器件根据所述光电感应装置输出的控制指令,执行相应的动作。
与现有技术相比,本发明所提供的技术方案具有以下优点:
本发明所提供的光电感应装置及其控制方法、电子设备,由于光发射器件中的不同发光芯片发出的光束经光学元件透射后具有不同的发光角度和不同的出光方向,且光发射器件内的发光芯片按照一定的时序发光,因此,当手等障碍物具有特定的动态手势即手按照特定的方向和轨迹运动时,会按照特定的顺序遮挡部分或全部发光芯片发出的光束,光接收器件接收任一发光芯片发出的光束被遮挡形成的光信号后产生电信号,控制器件根据接收到的多个电信号的特征标识识别出其对应所属的多个发光芯片,根据接收到多个电信号的时序识别出多个发光芯片发出的光束被遮挡的顺序,根据识别出的多个发光芯片的位置关系以及多个发光芯片发出的光束被遮挡的顺序识别出障碍物的运动方向和运动轨迹,即识别出动态手势,之后,根据所述运动方向和运动轨迹生成相应的控制指令,并输出至与所述控制器件相连的被控制器件,以使所述被控制器件执行相应的动作。
也就是说,本发明可以根据障碍物不同的运动方向和运动轨迹,如根据不同的动态手势,生成不同的控制指令,以控制被控制器件执行不同的动作,从而扩大了光电感应装置的应用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例提供的光感应装置的俯视结构示意图;
图2为图1所示的光感应装置沿切割线AA’的剖面结构示意图;
图3为本发明一个实施例提供的光感应装置的光辐射分布示意图;
图4为本发明另一个实施例提供的光感应装置的俯视结构示意图;
图5为本发明另一个实施例提供的光辐射分布示意图;
图6为本发明一个实施例提供的光感应装置的感应盲区的示意图;
图7为本发明一个实施例提供的光感应装置的V型导光罩的结构示意图;
图8为本发明另一个实施例提供的光感应装置的俯视结构示意图;
图9为图8所示的光感应装置沿切割线AA’的剖面结构示意图;
图10为本发明一个实施例提供的光感应装置的控制方法的流程图。
具体实施方式
以上是本发明的核心思想,为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种光电感应装置,用于感应手等障碍物的运动方向和运动轨迹,以便光电感应装置根据特定的运动方向和运动轨迹执行相应的控制动作,如图1所示,光电感应装置包括光发射器件10、光接收器件11和控制器件12。
如图1和图2所示,光发射器件10包括多个发光芯片101和覆盖多个发光芯片101的光学元件102。其中,多个发光芯片101按照预设位置关系排列,不同发光芯片101发出的光束经光学元件102透射后具有不同的发光角度和不同的出光方向。
本发明的一些实施例中,光学元件102为凸透镜,发光芯片101为红外芯片,即该发光芯片101发出的光线为红外光,当然,本发明并不仅限于此,在其他的一些实施例中,光学元件102还可以是凹透镜等,发光芯片101还可以是发射紫外光的芯片等。
光接收器件11包括一个光接收芯片110。光接收芯片110用于接收光信号并将光信号转换为电信号。本发明实施例中,光接收芯片110用于接收任一发光芯片101发出的光束被障碍物遮挡后形成的光信号,并将光信号转换为电信号。其中,不同发光芯片101发出的光束具有不同的特征标识,根据不同发光芯片101发出的光束获得的电信号也具有不同的特征标识。
控制器件12与多个发光芯片101相连,控制器件12用于按照一定的时序向光发射器件10中的发光芯片101发送驱动信号,以控制多个发光芯片101按照一定的时序发光。
控制器件12还与光接收芯片110相连,控制器件12还用于接收光接收芯片110输出的电信号,根据接收到的多个电信号的特征标识识别出对应所属的多个发光芯片101,根据接收到多个电信号的时序识别出多个发光芯片101发出的光束被障碍物遮挡的顺序,多个发光芯片为光发射器件中的全部或部分发光芯片,并根据识别出的多个发光芯片101的位置关系以及多个发光芯片101发出的光束被障碍物遮挡的顺序识别出障碍物的运动方向和运动轨迹,根据运动方向和运动轨迹生成相应的控制指令,并输出至与控制器件12相连的被控制器件,以使被控制器件执行相应的动作。
本发明一些实施例中,如图1所示,光发射器件10和光接收器件11相邻设置在第一基板13上,控制器件12也设置在第一基板13上,光发射器件10和光接收器件11设置在第一基板13的一侧表面,控制器件12设置在第一基板13相对的另一侧表面,当然,本发明并不仅限于此,在另一实施例中,光发射器件10、光接收器件11和控制器件12也可以设置在第一基板10的一侧,在此不再赘述。需要说明的是,第一基板13为具有电路走线等结构的线路板,以实现控制器件12与光发射器件10和光接收器件11的电连接。
本发明的一些实施例中,如图3所示,光发射器件10包括两个发光芯片101a和101b,这两个发光芯片101a和101b呈一字形排列,其中一个发光芯片101a发出光束A,另一个发光芯片101b发出光束B。光束A和光束B的发光角度不同,如光束A和光束B之间具有60°的夹角。
下面以光发射器件10包括两个发光芯片101a和101b为例,对光电感应装置的工作过程进行说明。
在光电感应装置工作的过程中,控制器件12按照一定的时序向发光芯片101a和101b发送驱动信号,以控制发光芯片101a和101b按照时序发光,如按照先向发光芯片101a发送驱动信号、后向发光芯片101b发送驱动信号的顺序,控制发光芯片101a先发出光束A、发光芯片101b后发出光束B。
当遮挡物在距离光发射器件10一定距离的位置处沿X轴方向从左向右挥动时,遮挡物先对光束A进行遮挡,光束A被遮挡物遮挡后经过反射或漫反射形成A光信号,后对光束B进行遮挡,光束B被遮挡物遮挡后经过反射或漫反射形成B光信号。
A光信号入射到光接收器件11中的光接收芯片110上,光接收芯片110将A光信号转换为电信号A并传输至控制器件12,B光信号入射到光接收器件11中的光接收芯片110上,光接收芯片110将B光信号转换为电信号B并传输至控制器件12。
控制器件12先后接收到电信号A和电信号B后,根据接收到的电信号A和电信号B的特征标识识别出对应所属的发光芯片101a和101b,根据接收到电信号A和电信号B的时序识别出发光芯片101a和101b发出的光束被障碍物遮挡的顺序AB,根据识别出的发光芯片101a和101b的位置关系以及发光芯片101a和101b发出的光束被障碍物遮挡的顺序AB识别出障碍物的运动方向和运动轨迹,如识别出障碍物沿X轴方向从左向右运动,然后根据识别出的运动方向和运动轨迹生成相应的控制指令,并输出至与控制器件12相连的被控制器件,以使被控制器件执行相应的动作。
需要说明的是,不同实施例中光接收器件11的感应能力不同,因此,为了保证被遮挡物遮挡后形成的光信号能够入射到光接收芯片110上,需保证遮挡物在距离光发射器件10一定距离的位置处运动。本发明一些实施例中,遮挡物距离光发射器件10的范围为5cm~20cm。
还需要说明的是,为了保证被遮挡物遮挡后形成的光信号能够入射到光接收芯片110上,光发射器件10和光接收器件11需相邻设置,二者的具体位置关系可以根据实际情况进行设置,在此不再赘述。
本发明的一些实施例中,障碍物可以为人手,被控制器件可以为光源等的控制开关,也可以为抽油烟机、空调或洗衣机等。例如,人手的动态手势不同时,光电感应装置输出的控制指令不同,可以控制光源开、关、亮度调高、调低,控制空调温度调高、调低、模式选择等。
需要说明的是,本发明实施例中,需预先设定一些障碍物的特定的运动方向和运动轨迹,并设定特定的运动方向和运动轨迹与控制指令的对应关系,并将其预先存储在控制器件12中,以便控制器件12识别出障碍物的运动方向和运动轨迹后,输出相应的控制指令。
当然,在本发明的另一些实施例中,光发射器件10还可以包括三个甚至更多个发光芯片101,如图4所示,光发射器件10还可以包括四个发光芯片101a、101b、101c和101d,可选地,这四个发光芯片101a、101b、101c和101d呈口字形排列。
本发明的一些实施例中,一个动态手势即一个障碍物的运动轨迹和运动方向可以遮挡光发射器件10中的全部发光芯片101,也可以遮挡光发射器件10中的部分发光芯片101。
如图5所示,障碍物如手可以从左下向右上挥动,先后遮挡发光芯片101b发出的光束B和101d发出的光束D,也可以从右上向左下挥动,先后遮挡发光芯片101d发出的光束D和101b发出的光束B,也可以从左上向右下挥动,先后遮挡发光芯片101a发出的光束A和101c发出的光束C,也可以从右下向左上挥动,先后遮挡发光芯片101c发出的光束C和101a发出的光束A,并根据对应的光束的电信号以及接收到对应电信号的顺序进行后续的识别。
本发明的一些实施例中,控制器件12还用于对不同发光芯片101的驱动信号进行不同编码,以使不同发光芯片101发出的光束具有不同的特征标识。其中,控制器件12通过脉冲位置调制方式(PPM)、脉冲频率调制方式(PFM)或脉冲宽度调制方式(PWM)对驱动信号进行编码。当然,本发明并不仅限于此,在其他实施例中,还可以通过其他方式对驱动信号进行编码,以使发光芯片101根据编码后的驱动信号发出的光束具有相应的特征标识。
本发明一些实施例中,控制器件12还用于调整任一发光芯片101的驱动信号的强度和/或频率,以调整任一发光芯片101发出的光束的光强度和/或发光频率。此外,本发明实施例中,多个发光芯片101的位置关系也是预设的,即也可以根据需要调整多个发光芯片101的位置关系。其中,调整多个发光芯片101的位置关系之后,多个发光芯片101发出的光束之间的夹角也会发生变化。
本发明一些实施例中,通过调整具有多个发光芯片101的光发射器件10的光辐射强度和多个发光芯片101发出的光束的夹角,可以得到不同的空间光辐射感应分布区,实现不同的障碍物如手的感应距离及感应幅度,进而满足不同的应用需求。
如图6所示,其中H代表障碍物如手的最大感应距离,h代表障碍物如手的最小感应距离,W代表障碍物如手的最大感应幅度或挥动幅度,w代表障碍物如手的最小感应幅度或挥动幅度,α代表与手势相关的两个发光芯片101的光束夹角,可以得到关系公式为:
基于此,可以根据需要的最大感应距离和最小感应距离对光束的夹角α即对多个发光芯片101的位置关系进行设定。
需要说明的是,若要进一步提高光接收器件11对动态手势响应的可靠性,各个发光芯片101发出的光束需要各自变窄些,基于此,如图7所示,可以在光发射器件10顶部外加装一个V型导光罩14,V型导光罩14用于反射或折射从侧面进入V型导光罩14的光线,以便将各个发光芯片101发出的光束的角度和出光方向控制在一定范围内,即控制在一个合理的范围内。
本发明的一些实施例中,为了避免光发射器件10出射的光线直接入射到光接收器件11上,如图8和图9所示,光发射器件10和光接收器件11之间还具有预设高度的隔离结构件15。可选地,隔离结构件15由遮光材料制成,隔离结构件15的高度可根据实际情况进行设定,在此不再赘述。
本发明的一些实施例中,各个发光芯片10具有不同的发光角度,且各个发光芯片10的光束之间有一个夹角α,夹角α之间的三角区域,也是正面对着光接收器件11的区域,是光接收器件11的辐射感应盲区,如图6所示,这个盲区的存在可以有效地降低光接收器件11的误动作的概率,这是与普通光电感应装置最大的不同。
本发明实施例提供的光电感应装置,由于光发射器件中的不同发光芯片101发出的光束经光学元件102透射后具有不同的发光角度和不同的出光方向,且多个发光芯片101按照一定的时序发光,因此,可以在不同时间形成不同的光辐射空间,上述光辐射空间的差异、光辐射时序的差异以及发光芯片101特征标识的差异为控制器件12识别手势轨迹即障碍物运动方向和运动轨迹提供了多元信息,从而提高了轨迹识别的能力及识别的准确性。
本发明实施例提供的光电感应装置,障碍物需要在特定的光辐射感应空间、特定的时序下先后两次遮挡光束,才有机会被控制器件12识别,否则不会响应,所以,与普通光电感应装置相比,本发明提供的光电感应装置具有更高的抗干扰能力!
本发明实施例还提供了一种光电感应装置的控制方法,应用于如上任一实施例提供的光电感应装置,如图10所示,控制方法包括:
S101:按照一定的时序向光发射器件内的多个发光芯片发送驱动信号,以控制多个发光芯片按照一定的时序发光;
S102:接收一光接收芯片输出的电信号,光接收芯片接收任一发光芯片发出的光束被障碍物遮挡后形成的光信号,并将光信号转换为电信号;
S103:根据接收到的多个电信号的特征标识识别出对应所属的多个发光芯片,根据接收到多个电信号的时序识别出多个发光芯片发出的光束被障碍物遮挡的顺序,多个发光芯片为光发射器件中的全部或部分发光芯片;
S104:根据识别出的多个发光芯片的位置关系以及多个发光芯片发出的光束被障碍物遮挡的顺序识别出障碍物的运动方向和运动轨迹;
S105:根据运动方向和运动轨迹生成相应的控制指令,并输出至与控制器件相连的被控制器件,以使被控制器件执行相应的动作。
下面以光发射器件10包括四个发光芯片101a、101b、101c和101d为例,参考图5对光电感应装置的控制方法进行说明。
首先,控制器件12按照一定的时序向发光芯片101a、101b、101c和101d发送驱动信号,以控制发光芯片101a、101b、101c和101d按照一定的时序发光,如按照101a、101b、101c和101d的顺序向四个发光芯片发送驱动信号,控制发光芯片101a、101b、101c和101d先后发出光束A、B、C和D。
当遮挡物在距离光发射器件10一定距离的位置处沿X轴方向从左向右挥动时,遮挡物先对光束A进行遮挡,光束A被遮挡物遮挡后经过反射或漫反射形成A光信号,后对光束B进行遮挡,光束B被遮挡物遮挡后经过反射或漫反射形成B光信号。
A光信号入射到光接收器件11中的光接收芯片110上,光接收芯片110将A光信号转换为电信号A并传输至控制器件12,B光信号入射到光接收器件11中的光接收芯片110上,光接收芯片110将B光信号转换为电信号B并传输至控制器件12。
控制器件12先后接收到电信号A和电信号B后,根据接收到的电信号A和电信号B的特征标识识别出对应所属的发光芯片101a和101b,根据接收到电信号A和电信号B的时序识别出发光芯片101a和101b发出的光束被障碍物遮挡的顺序AB,根据识别出的发光芯片101a和101b的位置关系以及发光芯片101a和101b发出的光束被障碍物遮挡的顺序AB识别出障碍物的运动方向和运动轨迹,如识别出障碍物沿X轴方向从左向右运动,然后根据识别出的运动方向和运动轨迹生成相应的控制指令,并输出至与控制器件12相连的被控制器件,以使被控制器件执行相应的动作。
本发明一些实施例中,向光发射器件内的多个发光芯片发送驱动信号之前,还包括:
对不同发光芯片的驱动信号进行不同编码,以使不同发光芯片发出的光束具有不同的特征标识;
其中,对驱动信号进行编码包括通过脉冲位置调制方式、脉冲频率调制方式或脉冲宽度调制方式对驱动信号进行编码。
本发明一些实施例中,控制方法还包括:
调整任一发光芯片的驱动信号的强度和/或频率,以调整任一发光芯片发出的光束的光强度和/或发光频率。
本发明实施例还提供了一种电子设备,包括如上任一实施例提供的光电感应装置和与光电感应装置相连的被控制器件,被控制器件根据光电感应装置输出的控制指令,执行相应的动作。可选地,本发明实施例中的被控制器件可以是开关或马达或控制器等,电子设备可以是光源、空调、冰箱以及抽油烟机等。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。