CN112462932A - 带可穿戴或手持设备基于自混合干涉测量的手势输入*** - Google Patents

带可穿戴或手持设备基于自混合干涉测量的手势输入*** Download PDF

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CN112462932A CN202010885729.7A CN202010885729A CN112462932A CN 112462932 A CN112462932 A CN 112462932A CN 202010885729 A CN202010885729 A CN 202010885729A CN 112462932 A CN112462932 A CN 112462932A
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Abstract

本公开涉及带可穿戴或手持设备基于自混合干涉测量的手势输入***。本发明公开了一种可穿戴设备，该可穿戴设备包括被配置为穿戴在用户的第一表面上的设备外壳、一组一个或多个SMI传感器和处理器。该一组一个或多个SMI传感器安装在该设备外壳内并且被配置为发射一组一个或多个电磁辐射束，其中每个束在远离该第一表面延伸的不同方向上发射。该一组一个或多个SMI传感器还被配置为生成包含关于该设备外壳和第二表面之间的关系的信息的一组一个或多个SMI信号。该处理器被配置为从该一组一个或多个SMI信号的数字化样本中提取该设备外壳和该第二表面之间的该关系。

Description

带可穿戴或手持设备基于自混合干涉测量的手势输入***
技术领域
本专利申请是非临时性的，并且根据35 U.S.C.§1.19(e)，要求于2019 年9月6日提交的美国临时专利申请号62/896,801的权益，上述专利申请的内容以引用方式并入本文，如同在本文中完全公开。
所述实施方案整体涉及包括自混合干涉测量(SMI)传感器的设备，并且更具体地讲，涉及包括可穿戴设备或手持设备中的至少一者的基于 SMI的手势输入***。
背景技术
传感器***包括在当今许多电子设备中，包括电子设备诸如智能电话、计算机(例如，平板电脑或膝上型计算机)、可穿戴电子设备(例如，电子表或健康监测器)、游戏控制器、导航***(例如，车辆导航***或机器人导航***)等。传感器***可不同地感测对象的存在、到对象的距离或对象的接近、对象的移动(例如，对象是否在移动，或对象移动的速度、加速度或方向)等。
考虑到传感器***的广泛应用，传感器***的配置或操作方面的任何新开发均可能是有用的。可能特别有用的新开发是减少传感器***的成本、尺寸、复杂性、部件数量或制造时间的开发，或者改善传感器***操作的灵敏度或速度的开发。
发明内容
本公开中描述的***、设备、方法和装置的实施方案涉及包括一个或多个SMI传感器的基于SMI的手势输入***的配置和操作。SMI传感器可用于确定可穿戴设备或手持设备和表面之间的关系、或可穿戴设备和手持设备之间的关系、或不同的可穿戴设备之间或不同的手持设备之间的关系。关系可包括对可穿戴设备或手持设备相对于一个或多个表面的位置、取向或运动中的一者或多者的表征。在一些情况下，关系可用于识别由基于SMI的手势输入***的用户做出的一个或多个手势。
SMI传感器在本文中被定义为被配置为进行以下操作的传感器：生成电磁辐射(例如，光)；从谐振腔(例如，谐振光学腔)发射电磁辐射；接收电磁辐射的反射或反向散射(例如，从表面或具有表面的对象(在本文中统称为表面)反射或反向散射回到谐振腔中的电磁辐射)；相干地或部分相干地在谐振腔内自混合所生成的和反射/反向散射的电磁辐射；并且产生指示自混合的输出(即，SMI信号)。生成的、发射的以及接收到的电磁辐射可以是相干的或部分相干的。在一些示例中，由SMI传感器发射的电磁辐射可由电磁辐射源诸如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、垂直外腔表面发射激光器(VECSEL)、量子点激光器(QDL)、量子级联激光器(QCL)、或发光二级管(LED)(例如，有机LED(OLED)、谐振腔LED(RC-LED)、微LED(mLED)、超发光LED(SLED)、或边缘发射LED)等生成。生成的、发射的以及接收到的电磁辐射可包括例如可见光或不可见光(例如，绿光、红外(IR)光，紫外(UV)光等)。 SMI传感器的输出(即，SMI信号)可包括由光电探测器(例如，光电二极管)产生的光电流，该光电探测器与传感器的电磁辐射源集成或者定位在传感器的电磁辐射源下方、上方或旁边。另选地或除此之外，SMI传感器的输出可包括SMI传感器的电磁辐射源的电流或结电压的测量结果。
在第一方面，本公开描述了一种可穿戴设备，所述可穿戴设备包括被配置为穿戴在用户的第一表面上的设备外壳、一组一个或多个SMI传感器和处理器。所述一组一个或多个SMI传感器可安装在所述设备外壳内并且被配置为发射一组一个或多个电磁辐射束，其中每个束在远离所述第一表面延伸的不同方向上发射。所述一组一个或多个SMI传感器还可被配置为生成包含关于所述设备外壳和第二表面之间的关系的信息的一组一个或多个SMI信号。所述处理器可被配置为从所述一组一个或多个SMI信号的数字化样本中提取所述设备外壳和所述第二表面之间的所述关系。
在本公开的另一方面，本公开描述了一种手势输入***。所述手势输入***包括被配置为由用户穿戴的可穿戴设备和被配置为由所述用户握持的对象。所述手势输入***还包括一组一个或多个SMI传感器和处理***。每个SMI传感器可安装在所述可穿戴设备或所述对象内，并且可被配置为发射电磁辐射束并且生成SMI信号。所述处理***可容纳在所述可穿戴设备或所述对象中的至少一者内，并且可被配置为从所述一组一个或多个SMI传感器接收一组一个或多个SMI信号。所述处理***还可被配置为从所述一组一个或多个SMI信号中提取关于以下中的至少一者的信息：所述可穿戴设备和所述对象之间的时变关系，或者所述可穿戴设备和除所述对象的表面之外的表面之间的时变关系。
在另一方面，本公开描述了一种识别手势类型的方法。所述方法可包括从设置在可穿戴设备中的一组一个或多个SMI传感器中的每个SMI传感器发射电磁辐射束；对由每个SMI传感器生成的SMI信号进行采样，以针对每个SMI传感器产生时变样本流；使用所述可穿戴设备的处理器和所述一组一个或多个SMI传感器中的至少一个SMI传感器的所述时变样本流，来确定所述可穿戴设备相对于表面的移动；以及将指示所述可穿戴设备的所述移动的信息从所述可穿戴设备传输到远程设备。
除了所述示例性方面和实施方案之外，参考附图并通过研究以下描述，更多方面和实施方案将为显而易见的。
附图说明
通过以下结合附图的具体实施方式，将容易理解本公开，其中类似的附图标号指代类似的结构元件，并且其中：
图1示出了包括可穿戴设备的示例性基于SMI的手势输入***；
图2和图3示出了包括可穿戴设备的基于SMI的手势输入***的附加示例；
图4示出了具有一组SMI传感器的可穿戴设备，设备的处理器可从该组SMI传感器中选择SMI传感器的子集以确定可穿戴设备和表面之间的关系；
图5示出了另一个示例性基于SMI的手势输入***，该***包括多于一个设备；
图6示出了参考图5所述的***的示例，其中可穿戴设备是指环，并且对象被成形为触笔、钢笔、铅笔、标记笔或画笔中的一者或多者；
图7示出了参考图5所述的***的另选的实施方案，其中对象也是可穿戴设备；
图8A至图8D示出了可在参考图1至图7所述的基于SMI的手势输入***中的一个或多个基于SMI的手势输入***中使用的示例性SMI传感器；
图9A至图9D示出了可与参考图1至图8D所述的SMI传感器中的任一个SMI传感器一起使用的不同的束成形或束转向光学器件；
图10示出了使用自混合干涉测量来确定表面(或对象)的速度和绝对距离的三角偏置过程；
图11示出了用于使用参照图10所述的过程来实现频谱分析过程的***的框图；
图12示出了用于使用利用自混合干涉测量的正交解调来确定表面 (或对象)的位移的正弦偏置过程；
图13示出了识别手势类型的示例性方法；以及
图14示出了电子设备的示例性电气框图。
附图中的交叉影线或阴影的用途通常被提供以阐明相邻元件之间的边界并还有利于附图的易读性。因此，存在或不存在无交叉影线或阴影均不表示或指示对特定材料、材料属性、元件比例、元件尺寸、类似图示元件的共同性或在附图中所示的任何元件的任何其他特性、性质、或属性的任何偏好或要求。
此外，应当理解，各个特征部和元件(以及其集合和分组)的比例和尺寸(相对的或绝对的)以及其间呈现的界限、间距和位置关系在附图中被提供，以仅用于促进对本文所述的各个实施方案的理解，并因此可不必要地被呈现或示出以进行缩放并且并非旨在指示对所示的实施方案的任何偏好或要求，以排除结合其所述的实施方案。
具体实施方式
现在将具体地参考在附图中示出的代表性实施方案。应当理解，以下描述不旨在将实施方案限制于一个优选实施方案。相反，其旨在涵盖可被包括在由所附权利要求书限定的所述实施方案的实质和范围内的另选形式、修改形式和等同形式。
以下描述涉及基于SMI的手势输入***(即，可使用从一个或多个 SMI传感器接收的信号来识别由用户做出的手势的***)的配置和操作。 SMI传感器可用于利用亚波长分辨率来光学测量SMI传感器和目标(例如，表面或对象)之间的相对运动(位移)。当位移测量结果与测量时间相关联时，也可测量目标的速度。此外，通过利用已知的波长调制(例如，三角调制)来调制SMI传感器，可测量从SMI传感器到目标的绝对距离。
在增强现实(AR)、虚拟现实(VR)和混合现实(MR)应用以及其他应用中，跟踪用户的手指移动和/或识别用户的手势(例如，用一个或多个手指、手、手臂等做出的手势)可能是有用的。在一些应用中，用户能够通过与表面进行交互(例如，在任何随机表面诸如桌面、墙壁或纸张上做出手势)或通过在自由空间中做出手势来向***提供输入是有用的。在此类应用中，基于SMI的手势输入***可用于参考任何表面(在一些情况下，包括另一个手指的表面、用户的手掌等)来跟踪用户的手指移动。
本文描述了基于SMI的手势输入***和可由用户穿戴或握持的设备。***中的一些包括单个可穿戴设备或手持设备。其他***可包括两个或更多个可穿戴设备和/或手持设备。***可设置有更多或更少的SMI传感器，这些SMI传感器通常实现更精细或更低分辨率的跟踪，或者更复杂或不那么复杂的手势检测/识别。例如，利用一个SMI传感器，可检测到沿单个轴的滚动。利用两个SMI传感器，可跟踪平面中的用户运动。利用三个或更多个SMI传感器，可跟踪x、y和z方向上的移动。具有六个自由度的运动跟踪也可用三个或更多个SMI传感器来跟踪，并且在一些情况下，通过以特定或不同的方式调制SMI传感器来跟踪。
与传统的光学跟踪方法诸如光流和光斑跟踪相比，基于SMI的跟踪方法可阻隔环境光(例如，日光或其它环境光)，并且跟踪具有六个自由度的运动，而无需用于确定到目标表面的距离的补充传感器。基于SMI的手势输入***也可在黑暗房间(例如，没有环境光的房间)中使用。
参考图1至图14所述的这些和其他技术。然而，本领域的技术人员将容易地理解，本文相对于这些附图所给出的详细描述仅出于说明性目的，而不应被理解为是限制性的。
方向性术语，诸如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“前部”、“后部”、“上方”、“下方”、“以下”、“左侧”、“右侧”等参考下面所述的一些图中的一些部件的取向来使用。因为各种实施方案中的部件可以多个不同的取向定位，所以方向性术语仅用于说明的目的并且不以任何方式进行限制。方向性术语旨在被广义地解释，因此不应被解释为排除以不同方式取向的部件。使用替代性术语，诸如“或”，旨在表示替代元素的不同组合。例如，A或B旨在包括A或B，或者A和B。
图1示出了示例性基于SMI的手势输入***100。***100包括设备外壳102、安装在设备外壳102内的一组一个或多个SMI传感器104、安装在设备外壳102内的处理***106和/或安装在设备外壳102内的通信接口108。
设备外壳102可采取各种形式，并且在一些情况下可被配置为由用户 110穿戴或握持。当设备外壳102被配置为由用户110穿戴时，设备外壳 102可限定可穿戴设备，诸如指环、整个或部分手套、套管等。当设备外壳 102被配置为由用户110握持时，设备外壳102可限定触笔、另一个书写工具(例如，钢笔或铅笔)、任意对象等。在任何情况下，设备外壳102可由各种材料(诸如，塑料、金属或陶瓷材料)制成。在一些情况下，设备外壳102可包括多个部件，诸如卡扣在一起或以其他方式(例如，通过粘合剂或焊料)紧固的第一环和第二环、卡扣在一起或以其他方式(例如，通过粘合剂或焊料)紧固的第一半圆管和第二半圆管或限定开放部分圆的一个或多个零件，该开放部分圆具有由盖塞住的一个或多个开口端部。
SMI传感器104中的每个SMI传感器可包括电磁辐射源。电磁辐射源可包括从其发射电磁辐射束112的谐振腔。电磁辐射束112可包括以下的相干(或部分相干)混合：1)由电磁辐射源生成的电磁辐射，以及2)在从表面 114反射或反向散射之后被接收到电磁辐射源的谐振腔中的电磁辐射。SMI 传感器104中的每个SMI传感器可包括光电探测器，该光电探测器生成包含关于SMI传感器104和表面114之间的关系的信息的SMI信号116。由SMI 传感器104生成的SMI信号116包含对应于包含在由SMI传感器104接收到的电磁辐射波形中的信息的信息。作为另外一种选择，SMI传感器104可将其电磁辐射源的电流或结电压的测量结果输出为SMI信号116。
该一个或多个SMI传感器104可发射一组一个或多个电磁辐射束 112。不同的束112可在不同的方向上发射。在一些情况下，一些或所有束 112可在远离用户110的第一表面(例如，远离用户110的其上穿戴有设备外壳102的表面)延伸的方向上发射。一些(或所有)束112中可朝向第二表面(例如，表面114)发射。由该组一个或多个SMI传感器104生成的SMI信号116不仅可包含关于单独的SMI传感器104和表面114之间关系的信息，而且包括关于设备外壳102和表面114之间的关系的信息，并且因此包括关于正穿戴或握持设备外壳102的用户110的位置、取向或移动的信息。
处理***106可包括例如用于数字化由SMI传感器104输出的SMI信号116的一个或多个数模转换器118(ADC)(例如，每个SMI传感器104 一个ADC 118)、处理器120和/或其他部件。在一些情况下，处理*** 106可包括用于处理SMI信号116的滤波器、放大器或其他分立电路。处理器120可采取各种形式，诸如微处理器、微控制器、专用集成电路 (ASIC)等的形式。
处理器120可被配置为从该一个或多个SMI信号116的数字化样本中提取设备外壳102和表面114之间的关系。当***100仅包括一个SMI传感器104时，或者当处理器120仅使用一个SMI信号116时，处理器120可确定例如设备外壳102沿SMI传感器的发射束112的轴(例如，在笛卡尔坐标系的x、y或z方向上)的运动(并且因此确定用户110的运动)。当***100仅包括两个SMI传感器104时，或者当处理器120仅使用两个 SMI信号116时，处理器120可确定例如设备外壳102在平面中(例如，在笛卡尔坐标系的xy、xz或yz平面中，假设束112倾斜(即，不垂直于或平行于)平面)的运动(并且因此确定用户110的运动)。当***100仅包括至少三个SMI传感器104时，或者当处理器120使用至少三个SMI信号 116时，处理器120可确定例如设备外壳102在自由空间中(例如，在笛卡尔坐标系的xyz空间中)的运动(并且因此确定用户110的运动)。
当***100包括两个或三个SMI传感器104时，由SMI传感器104发射的束112优选地具有正交轴，该正交轴解耦SMI信号116以改善灵敏度并最小化误差，并且这简化了置于处理器120上的处理负担(即，计算负担)。然而，如果束112与所测量位移的方向之间的角度是已知的，则束 112不需要具有正交轴。当***100生成比处理器120所需的更多的SMI 信号116时，或者当***100包括多于三个SMI传感器104时，处理器 120可分析多个SMI信号116的数字化样本，并且(至少部分地基于分析)识别从其中提取设备外壳102和表面114之间的关系的多个SMI信号 116中的至少一个SMI信号。在后一种情况下，公认的是，在一些情况下，设备外壳102可以不同的方式定位，使得其SMI传感器104可在无用的方向上发射电磁辐射束112，或者在导致不同束112照射在不同表面上的方向上发射该电磁辐射束。因此，处理器120可分析多个SMI信号116 的数字化样本，以确定哪些SMI信号116似乎包含关于相同表面的有用信息(例如，处理器120可被编程为假设指示表面在阈值距离内的SMI信号 116由面朝用户手掌或其他附近身体部位的SMI传感器104生成，然后忽略这些SMI信号116。另选地，***的用户110可定位设备外壳102，使得其SMI传感器104在有用的方向上发射电磁辐射束112。
在一些实施方案中，处理器120可被配置为使用通信接口108传输指示设备外壳102与表面114之间的关系的信息。该信息可被传输到远程设备。在一些情况下，所传输的信息可包括时间依赖性测量结果的序列，或时间依赖性位置、取向或移动的序列。在其他情况下，处理器120可被配置为识别由用户110做出的一个或多个手势并且传输对该一个或多个手势的指示 (这些指示是指示设备外壳102和表面114之间的关系的信息的形式)。处理器120可通过将从一个或多个SMI传感器104获得的一个或多个SMI信号116的变化序列与已经与一个或多个手势相关联的一个或多个已存储序列进行比较来识别用户110的手势。例如，处理器120可将SMI信号116的变化序列与对应于按压或戳的已存储序列进行比较，并且在确定匹配(或确定序列足够相似以指示匹配)时，处理器120可指示用户110已做出按压或戳的手势。类似地，在将一组SMI信号116的变化序列与对应于用户110 书写字母“A”的一组已存储序列或对应于用户110做出圆形运动的一组已存储序列组进行比较，并且确定与这些手势中的一个手势的匹配，处理器 120可指示用户110已绘制字母“A”或已做出圆形手势。除了或代替将一个或多个SMI信号116的变化序列与已存储的变化序列进行比较，处理器120可根据一个或多个SMI信号116的变化序列来确定在一维、二维或三维中的一组时间依赖性位置、取向、移动矢量或其他信息片段，并且可将该另选信息与已与一个或多个预先确定的手势相关联的已存储信息进行比较。
当确定设备外壳102相对于表面114的运动时，当仅使用三个时间依赖性测量结果的序列时，在位移和旋转之间存在模糊性。这是因为在笛卡尔坐标系中运动的表征需要六个自由度(6DoF)的表征。6DoF的表征需要六个未知量的表征，这因此需要六个时间依赖性测量结果的序列—例如，不仅需要沿三个轴(x轴、y轴和z轴)的位移的测量结果，而且需要围绕该三个轴中的每个轴的旋转(例如，偏航、俯仰和翻滚)。换句话讲，处理器120不能使用仅三个时间依赖性测量结果的序列来求解六个未知量。为了提供三个附加的时间依赖性测量结果的序列，处理器120可使用由六个不同的SMI传感器104获得的SMI信号116，这六个SMI传感器朝向表面114发射指向六个不同方向的束112。另选地，处理器120可从较少数量的SMI传感器104中的每个SMI传感器104获得两个或更多个时间依赖性测量结果的序列。例如，处理器120可另选地使用正弦波形和三角波形调制一组三个SMI传感器104中的每个SMI传感器104的输入，并且从该三个SMI传感器104中的每个SMI传感器获得针对每种调制类型的时间依赖性测量结果的序列(例如，处理器120可在第一组时间段期间使用正弦波形调制每个SMI传感器104的输入，并且在第二组时间段期间使用三角波形调制每个SMI传感器104的输入)。使用三角波形对输入进行调制可提供绝对距离测量结果，这可能无法使用正弦波形调制获得。
通信接口108可包括可用于与远程设备(例如，移动电话、电子表、平板电脑或膝上型计算机)进行通信的有线和/或无线通信接口(例如，
Figure BDA0002655510970000091
低功耗(BLE)、Wi-Fi或通用串行总线(USB)接口)。
图2和图3示出了基于SMI的手势输入***的示例，这些***可以是参考图1所述的***的实施方案。图2示出了采取闭合环200形式的示例性基于SMI的手势输入***。闭合环200可被配置为接纳用户的手指202 (即，闭合环200可以是指环)。容纳在闭合环200内的一组SMI传感器 204可通过对于发射束206的波长为透明的孔和/或窗口元件发射电磁辐射束206。以举例的方式，闭合环200包括发射正交电磁辐射束206的三个 SMI传感器204。在另选的实施方案中，闭合环200可包括发射正交或非正交电磁辐射束206的更多或更少的SMI传感器204。
图3示出了采取开环300形式的示例性基于SMI的手势输入***。开环300可以被配置为接纳用户的手指302(例如，开环300可以是指环)。开环300可包括SMI传感器304，这些SMI传感器被设置成沿该开环的环主体308和/或从该开环的环主体308的一个或两个端部310、312(例如，从该开环的环主体308的端部310、312处的盖)发射电磁辐射束306。以举例的方式，开环300包括发射正交电磁辐射束306的三个SMI传感器 304。在另选的实施方案中，开环300可包括发射正交或非正交电磁辐射束 306的更多或更少的SMI传感器304。虽然SMI传感器304在图3中被示出为靠近开环300的两个端部310、312，但另选地，所有SMI传感器304 (或更多或更少的SMI传感器304)可靠近开环300的一个端部设置。
如图3所示，开环可能是有用的，因为其可以不阻挡用户的手的内表面，这在一些情况下可改善用户抓握对象、感受表面上的纹理或接收经由表面提供的触觉输出的能力。
在一些实施方案中，参考图1至图3中的任一个图所述的可穿戴设备可通过三角调制到SMI传感器的输入来确定表面相对于SMI传感器的绝对距离、方向和速度，如参考图10和图11所述。然后可通过积分速度来获得表面的位移。在一些实施方案中，可穿戴设备可使用I/Q解调来确定表面相对于SMI传感器(在时域中)的位移和方向，如参考图12所述。然后可使用三角调制来获得绝对距离。
在一些情况下，可穿戴设备诸如指环可包括能够变形或能够压缩的***件，该能够变形或能够压缩的***件使得指环能够更远离或更靠近用户的指尖穿戴。
在一些情况下，指环可由用户旋转，使得该指环可交替地感测用户的手下方的表面、用户握持的对象的表面、相邻手指等。
在一些情况下，可穿戴设备可包括除SMI传感器之外的传感器，诸如惯性测量单元(IMU)。在一些情况下，附加传感器也可用于表征运动。可穿戴设备还可包含触觉引擎以向用户、电池或其他部件提供触觉反馈。
图4示出了具有一组SMI传感器402的可穿戴设备400，设备400的处理器可从该组SMI传感器选择子集404以确定可穿戴设备400和表面 406之间的关系。另选地，设备400的处理器可使用由SMI传感器402的不同子集404、408生成的SMI信号来确定可穿戴设备400和不同表面 406、410(例如，桌面406和用户的与其上穿戴有设备400的手指相邻的手指410)之间的关系。以举例的方式，可穿戴设备400被示出为闭合指环(例如，具有与参考图2所述的闭合环的形状因数类似的形状因数的可穿戴设备)。在另选的实施方案中，设备400可采用其他形式。
在图4中，SMI传感器402被分组为含三个SMI传感器402的子集，并且这些子集位于围绕设备400的圆周的不同位置处。在其他实施方案中，SMI传感器402的子集可具有不同数量的SMI传感器402(在一些情况下，仅包括一个SMI传感器402)。在一些实施方案中，SMI传感器 402可以不以离散的子集布置，并且设备400的处理器可分析从SMI传感器402接收的SMI信号，并且响应于分析SMI信号而动态地识别一个或多个SMI传感器402的子集。处理器还可确定SMI传感器中的一个或多个 SMI传感器未生成有用的SMI信号，并且将那些SMI传感器排除在外而不包括在任何子集中(并且在一些情况下，在识别到那些SMI传感器的SMI信号的变化之前，可不使用那些SMI传感器)。
在设备400的一些实施方案中(或在本文所述的其他设备的实施方案中)，设备400可包括用于确定设备400相对于其用户(例如，相对于其上穿戴有设备400的手指、一个或多个相邻手指、用户的手掌等)或表面 (例如，桌面、纸张、墙壁、用户身体的表面等)的取向的一个或多个传感器。传感器可包括例如接近传感器、接触传感器、压力传感器、加速度计、IMU等中的一者或多者。
图5示出了另一个示例性基于SMI的手势输入***500。与参考图1所述的***相比，***500可包括多于一个设备。例如，***500可包括被配置为由用户穿戴的可穿戴设备502，以及被配置为由用户握持的对象504。
在一些实施方案中，可穿戴设备502可类似于参考图1所述的可穿戴设备那样构造，并且可包括设备外壳506、安装在设备外壳506内的一组一个或多个SMI传感器508、安装在设备外壳506内的处理***510和/或安装在设备外壳102内的通信接口512。设备外壳506、SMI传感器508、处理*** 510和/或通信接口512可类似于参考图1所述的相同部件那样配置。在一些实施方案中，可穿戴设备502可以是指环，例如参考图2或图3所述。
在一些实施方案中，对象504可被成形为触笔、钢笔、铅笔、标记笔或画笔中的一者或多者。对象504还可采取其他形式。
在一些情况下，可穿戴设备502中的SMI传感器508中的一个或多个 SMI传感器可发射照射在对象504上的电磁辐射束514。在对象504被用户移动诸如用于书写或绘制时，可穿戴设备502和对象504之间的关系可被改变。处理***510可从SMI传感器508的SMI信号中提取关于可穿戴设备 502和对象504之间的时变关系的信息(和/或关于可穿戴设备502和除对象 504的表面之外的表面之间的时变关系的信息)，并且在一些情况下可识别由用户做出的一个或多个手势。在一些情况下，手势可包括由用户书写的字母数字字符串(一个或多个字符)。在这些情况下，处理***510可被配置为从关于可穿戴设备502和对象504之间的时变关系的信息中识别字母数字字符串。SMI传感器508还可或另选地用于确定用户是否正握持对象504，并且用于跟踪或预测对象504的运动。例如，如果对象504是书写工具(例如，钢笔)，则可分析由SMI传感器508生成的SMI信号来确定用户是否正握持对象504，并且在一些情况下，确定用户正松弛地还是紧紧地握持对象504。处理***510可根据对象504的存在和/或用户的抓握和/或对象504 的移动来确定用户是否即将书写、做出手势等。处理***510然后可响应于对象504的存在、抓握和/或移动而完全唤醒可穿戴设备502；或开始记录对象504的运动和/或识别用户利用对象504书写的字母、做出的手势等。在一些实施方案中，当未检测到对象504时，处理***510可将可穿戴设备502 切换到第一模式，其中SMI传感器508用于跟踪相对于桌面或用户的移动；并且当检测到对象504时，将可穿戴设备502切换到第二模式，其中SMI传感器508用于跟踪对象504的移动。在一些实施方案中，SMI传感器508可通过跟踪可穿戴设备502相对于桌面或其他表面(即，除对象504的表面之外的表面)的运动来跟踪对象504的运动。这是因为用户对对象504的握持可影响用户握持他们的手或移动他们的手指的方式，该手/手指相对于非对象表面的位置或移动可指示用户移动对象504的方式(例如，指示用户正利用对象504书写的字母或做出的手势)。在一些情况下，可穿戴设备502可有效地将任何对象(包括哑对象或非电子对象)转变成智能笔等。
在一些情况下，可穿戴设备502可具有相对更多的SMI传感器508，例如参考图4所述。在一些情况下，除可穿戴设备502在其中具有一个或多个SMI传感器508之外，对象504也可在其中具有一个或多个SMI传感器516。当设置有时，SMI传感器516可类似于包括在可穿戴设备502中的SMI传感器508那样使用，并且可确定对象504与可穿戴设备、用户的皮肤(即，用户的表面)或远程表面(例如，表面518)的关系。SMI传感器516可沿对象504的主体(例如，接近用户可能握持对象504的位置)定位或靠近对象504的尖端(例如，接近对象504的指向、书写或绘制的尖端)定位。在一些实施方案中，对象504可包括处理***和/或通信接口，该通信接口用于将由SMI传感器516生成的SMI信号或与其相关或从其衍生的信息传送到可穿戴设备502。另选地或除此之外，处理***和/ 或通信接口可从可穿戴设备502接收SMI信号或与其相关或从其衍生的信息。可穿戴设备502和对象504可无线地进行通信，或者可通过电线、缆线和/或导线进行连接。在一些实施方案中，可穿戴设备502的处理***510可承担大部分处理负担(例如，识别手势)。在其他实施方案中，对象504的处理***可承担大部分处理负担，或者可共享处理负担。在其他实施方案中，对象504可包括所有***的SMI传感器和处理***。
图6示出了参考图5所述的***的示例，其中可穿戴设备502是指环，并且对象504被成形为触笔、钢笔、铅笔、标记笔或画笔中的一者或多者。
在一些情况下，基于SMI的手势输入***可包括多于一个可穿戴设备和/或多于一个手持设备。例如，图7示出了参考图5所述的***的另选的实施方案，其中对象504也是可穿戴设备。以举例的方式，可穿戴设备 502和对象504两者被示出为指环。例如，穿戴在用户拇指和食指上的指环可用于识别手势，诸如捏合、缩放、旋转等。
基于SMI的手势输入***，诸如参考图1至图7所述的***中的一个***，可在一些情况下用于向AR、VR或MR应用提供输入。基于SMI的手势输入***也可用作另一个***的锚定件。例如，在基于相机的手势输入***中，难以确定相机或用户的手(或手指)是否正在移动。基于SMI 的手势输入***可替换基于相机的手势输入***，或者可向基于相机的手势输入***提供锚定信息。
图8A示出了可在参考图1至图7所述的基于SMI的手势输入***中的一个或多个基于SMI的手势输入***中使用的第一示例性SMI传感器 800。在该示例中，SMI传感器800可包括具有集成谐振腔(或腔内的)光电探测器(RCPD)804的VCSEL 802。
图8B示出了可在参考图1至图7所述的基于SMI的手势输入***中的一个或多个基于SMI的手势输入***中使用的第二示例性SMI传感器810。在该示例中，SMI传感器810可包括具有外在芯片上RCPD 814的 VCSEL 812。例如，RCPD 814可形成围绕VCSEL 812的盘。
图8C示出了可在参考图1至图7所述的基于SMI的手势输入***中的一个或多个基于SMI的手势输入***中使用的第三示例性SMI传感器 820。在该示例中，SMI传感器820可包括具有外在芯片外光电探测器824 的VCSEL 822。
图8D示出了可在参考图1至图7所述的基于SMI的手势输入***中的一个或多个基于SMI的手势输入***中使用的第四示例性SMI传感器 830。在该示例中，SMI传感器830可包括具有外在芯片外光电探测器834 的双发射VCSEL 832。例如，顶部发射可朝向光学器件和/或另一个目标发射，并且底部发射可被提供给外在芯片外光电探测器834。
图9A至图9D示出了可与参考图1至图8D所述的SMI传感器中的任一个SMI传感器一起使用的不同的束成形或束转向光学器件。图9A示出了使由SMI传感器904发射的电磁辐射束902准直的束成形光学器件900(例如，透镜或准直器)。当设备支持的范围相对较大时(例如，当设备具有大约十厘米的范围时)，准直束可能是有用的。图9B示出了聚焦由SMI传感器914发射的电磁辐射束912的束成形光学器件910(例如，透镜)。当设备支持的范围有限(例如，局限于几厘米)时，聚焦电磁辐射束可能是有用的。图9C示出了引导由一组SMI传感器924发射的电磁辐射束922，使得束922会聚的束转向光学器件920(例如，透镜或一组透镜)。另选地， SMI传感器924可被配置为或取向成使得其束在没有光学器件920的情况下会聚。在一些实施方案中，束转向光学器件920可包括束成形光学器件(诸如，参考图9A或图9B描述的束成形光学器件)或与这些束成形光学器件相关联。图9D示出了引导由一组SMI传感器934发射的电磁辐射束932，使得束932分散的束转向光学器件930(例如，透镜或一组透镜)。另选地， SMI传感器934可被配置为或取向成使得其束在没有光学器件930的情况下分散。在一些实施方案中，束转向光学器件930可包括束成形光学器件(诸如，参考图9A或图9B描述的束成形光学器件)或与这些束成形光学器件相关联。
图10示出了使用自混合干涉测量来确定表面(或对象)的速度和绝对距离的三角偏置过程1000。过程1000可由参考图1至图7所述的***或设备中的一者或多者用于使用三角波形来调制SMI传感器，例如，如参考图1所述。
在初始阶段1002处，诸如通过数字或模拟信号发生器来生成初始信号。在阶段1006-1处，根据需要处理所生成的初始信号，以产生施加到 VCSEL的三角波形调制电流1102(参见图11)。根据需要，阶段1006-1可以是DAC(例如，当初始信号是数字阶跃发生器的输出时)、低通滤波 (诸如从DAC去除量化噪声)以及电压-电流转换的操作。
将调制电流1102施加到VCSEL会感应出SMI输出1118(即， VCSEL的干涉特性的变化)。为了简化讨论，将假设SMI输出1118来自光电检测器，但在其他实施方案中，该SMI输出可来自另一个部件。
在图10的初始阶段1004处，接收SMI输出1118。在阶段1006-2，根据需要执行SMI输出1118的初始处理。阶段1006-2可包括高通滤波或数字减法。
在阶段1008处，如果需要，处理器可均衡所接收的信号，以便匹配这些信号的峰-峰值、平均值、均方根值或任何其他特征值。例如，SMI输出1118可以是与调制电流1102匹配的主要三角波形分量，该信号由于干涉测量特性的变化而具有更小和更高的频率分量。高通滤波可应用于SMI 输出1118以获得与干涉测量特性相关的分量信号。该阶段还可包括分离和 /或减去SMI输出1118和调制电流1102的与调制电流1102的上升和下降时间间隔对应的部分。该阶段可包括对分离的信息进行采样。
在阶段1010和1012处，首先对经处理的SMI输出1118的与上升和下降时间间隔对应的部分执行单独的快速傅里叶变换(FFT)。可在阶段 1014处分析这两个FFT频谱。
在阶段1016处，可进一步处理FFT频谱，例如以去除伪影并减少噪声。这种进一步的处理可包括峰值检测和在检测到的峰值周围的高斯拟合，以提高频率精度。根据经处理的FFT频谱数据，可在阶段1018处获得关于绝对距离的信息。
图11示出了可实现上文相对于图10所述的方法中所述的频谱分析的***(例如，参考图1至图7所述的处理***的一部分或全部)的框图。在所示的示例性***中，***包括生成初始数字信号并根据需要对其进行处理，以产生调制电流1102作为VCSEL 1110的输入。在例示性示例中，初始阶跃信号可由数字发生器产生以近似三角函数。数字发生器的数字输出值用于数模转换器(DAC)1104中。然后可通过低通滤波器1106对所得电压信号进行滤波以去除量化噪声。另选地，基于积分器的模拟信号发生器可用于直接生成等效电压信号。然后，滤波后的电压信号是电压-电流转换器1108的输入，以产生某种形式的期望调制电流1102，以输入到VCSEL 1110。
如上所述，目标的移动可引起干涉测量参数的变化，诸如VCSEL 1110的参数或在该***中工作的光电检测器的参数。可测量这些变化以产生SMI输出1118。在所示的实施方案中，将假设SMI输出1118由光电检测器测量。对于具有三角波形的调制电流1102，SMI输出1118可为和与干涉测量特性相关的较小和较高频率信号组合的相似周期的三角波。在一些情况下，即使调制电流1102是线性的，但SMI输出1118也可能不是完全线性的。这可能是由于偏置电流与VCSEL 1110的光输出曲线的关系呈非线性(例如，由于非理想因素，诸如自热效应)。
SMI输出1118首先传递到高通滤波器1120，该高通滤波器可有效地将SMI输出1118的主要上升和下降斜坡分量转换为DC偏移。由于SMI输出1118通常可为电流，因此互阻抗放大器1122可产生对应的电压输出 (放大或未放大)，以用于进一步处理。
然后可通过ADC块1124对电压输出进行采样和量化。在立即将数字 FFT应用于ADC块1124的输出之前，应用均衡可能会有所帮助。来自用于产生调制电流1102的数字发生器的初始数字信号值用作到数字高通滤波器1112的输入，以产生与ADC块1124的输出相关联的数字信号。数字可变增益块1114可将可调节增益应用于数字高通滤波器1112的输出。
数字可变增益块1114的输出用作到数字均衡器和减法器块1116的一个输入。到数字均衡器和减法器块1116的另一个输入是ADC块1124的输出。这两种信号是差分的，并且用作反馈的一部分以调节由数字可变增益块1114提供的增益。
均衡和减法可用于从三角形中清除SMI输出1118中可能存在的任何剩余伪影。例如，如果SMI输出1118中存在斜率误差或非线性，则数字高通滤波器1112可能不会完全消除三角形，并且伪影可能仍然存在。在这种情况下，这些伪影可能在FFT之后显示为低频分量，从而使得峰值检测对于附近的对象而言变得困难。应用均衡和减法可部分或完全去除这些伪影。
一旦通过反馈获得了最佳相关性，就可将块1128所指示的FFT应用于与三角波的上升侧和下降侧对应的ADC块1124的输出的分量。根据所获得的FFT频谱，可使用在上升侧和下降侧上检测到的峰值频率来推断绝对距离和/或方向速度，如上文所述并由框1126所指示的。
刚刚描述的方法及其变型涉及将频谱分析应用于SMI输出。然而，应当理解，这是示例。在其他具体实施中，用于确定绝对距离的另选方法可直接从时域SMI输出获得，而不应用频谱分析。在不脱离本公开的范围的情况下，各种配置是可能的和预期的。
图12示出了用于使用利用自混合干涉测量的正交解调来确定表面 (或对象)的位移的正弦偏置过程1200。过程1200可由参考图1至图7 所述的***或设备中的一者或多者用于使用正弦波形来调制SMI传感器，例如，如参考图1所述。
如下文更详细地解释，图12示出了生成正弦调制的偏置电流并将其施加到VCSEL的部件。正弦偏置电流可在光电探测器1216中生成输出电流，这取决于正弦偏置的频率和设备的结构部件的位移。在图12的电路中，光电探测器1216的输出电流被数字采样，然后与偏置电流的原始正弦调制频率下的第一正弦波和在为该原始频率的两倍的频率下的第二正弦波相乘。然后对两个单独的经相乘的输出各自进行低通滤波，并且可计算干涉测量参数的相位。此后，使用至少该相位来确定位移。
DC电压发生器1202用于生成恒定偏置电压。正弦波发生器1204可产生将与恒定电压组合的约单频率的正弦信号。如图12所示，正弦波发生器1204为数字发生器，但在其他具体实施中，该正弦波发生器可产生模拟正弦波。低通滤波器1206-1提供对DC电压发生器1202的输出的滤波以减少恒定偏置电压的不期望变化。带通滤波器1206-2可用于减少正弦波发生器1204的输出中的失真和噪声，以减少噪声、量化或其他失真、或其信号远离其预期调制频率ωm的频率分量。
电路加法器1208将经低通滤波的恒定偏置电压和经带通滤波的正弦波组合，以在链路1209上产生组合电压信号，在图12的实施方案中，该组合电压信号具有以下形式：V0+Vmsin(ωmt)。该电压信号用作到电压-电流转换器1210的输入以产生电流，从而驱动VCSEL1214的激光作用。线1213上来自电压-电流转换器1210的电流可具有以下形式：I0+Imsin(ωmt)。
VCSEL 1214因此被驱动以发射如上所述调制的激光。然后可将调制的激光的反射接收回到VCSEL 1214的激光腔内并且引起自混合干涉。所得VCSEL 1214的发射光功率可由于自混合干涉而被修改，并且该修改可由光电探测器1216检测。如上所述，在这种情况下，链路1215上光电探测器1216的光电流输出可具有以下形式：
Figure BDA0002655510970000181
由于要在后续阶段中使用的 I/Q分量仅基于第三项，因此可通过差分互阻抗放大器和抗混叠 (DTIA/AA)滤波器1218来去除或减小前两个项。为了进行这种去除/减小，由分压器1212产生前两项的比例值或缩放值。分压器1212可使用由电路加法器1208在链路1209上产生的组合电压信号作为输入。于是链路1211上分压器1212的输出可具有以下形式：α(V0+Vmsin(ωmt))。光电探测器电流和分压器1212的该输出可以是到DTIA/AA滤波器1218的输入。然后DTIA/AA滤波器1218的输出可至少大部分与光电探测器电流的第三项成比例。
然后可量化DTIA/AA滤波器1218的输出以供ADC块1220进行后续计算。此外，ADC块1220的输出可具有与初始由正弦波发生器1204生成的正弦波成比例的残余信号分量。为了过滤该残余信号分量，可在乘法器块1224-3处(诸如通过乘以β的指示因子)缩放初始生成的正弦波，然后在减法块1222处从ADC块1220的输出中减去。根据上述
Figure BDA0002655510970000182
项的傅里叶展开，链路1221上经滤波的输出可具有以下形式：A+Bsin(ωmt)+Ccos(2ωmt)+Dsin(3ωmt)+…。然后，经滤波的输出可用于通过混合来提取I/Q分量。
乘法器块1224-1将初始由正弦波发生器1204生成在链路1207上的数字正弦波与链路1221上的经滤波的输出混合(相乘)。然后在块1228-1 处对该乘积进行低通滤波以获得上文所述的Q分量，这可能在缩放了与激光的频率调制量和到目标的距离相关的数之后进行。
另外，初始生成的数字正弦波用作到平方/滤波块1226中的输入，以产生频率为初始生成的数字正弦波的频率的两倍的数字余弦波。然后在乘法器块1224-2处将数字余弦波与链路1221上ADC块1220的经滤波的输出混合(相乘)。然后在块1228-2处对该乘积进行低通滤波以获得上文所述的I分量，这可能在缩放了与激光的频率调制量和到目标的距离相关的数之后进行。
然后相位计算部件1230将Q分量和I分量用于获得相位，根据该相位可计算目标的位移，如上所述。
本领域的技术人员将会知道，虽然图12所示的实施方案利用由正弦波发生器1204产生在链路1207上的初始生成的正弦波的数字形式，但是在其他实施方案中，初始生成的正弦波可以是模拟信号并且与DTIA/AA滤波器1218的模拟输出混合。在其他实施方案中，分压器1212可以是可变分压器。在其他实施方案中，可省略分压器1212，并且DTIA/AA滤波器1218可以是单端DTIA/AA滤波器。在此类实施方案中，可仅在减法块 1222处以数字方式进行减法。在其他实施方案中，可省略减法块1222，并且可不执行调制电流的减法。
图12的电路可适用于实现上述使用Q′∝Lowpass{IPD×sin(3ωmt)}的经修改的I/Q方法。一些此类电路的适用可包括直接生成混合信号sin(2ωmt) 和sin(3ωmt)，以及将每个混合信号与ADC块1220的输出相乘，然后诸如通过块1228-1、1228-2施加相应的低通滤波。然后DTIA/AA滤波器1218 可被滤波器替换，以去除或大致减小初始调制频率ωm下的IPD的整个分量。本领域的技术人员将认识到用于实现该经修改的I/Q方法的其他电路适用。例如，可通过将链路1207与平方/滤波块1226的输出相乘，并且随后执行带通滤波以抑制除sin(3ωmt)之外的频率分量来生成信号sin(3ωmt)。
在附加和/或另选的实施方案中，刚刚描述的基于I/Q时域的方法可与第一系列实施方案的基于频谱的方法一起使用。第一系列的频谱方法可在特定时间用于来确定到目标的绝对距离，并且提供值L0。此后，在后续时间间隔期间，可使用刚刚描述的各种I/Q方法中的任一种来确定ΔL。
在附加和/或另选的实施方案中，基于VCSEL的偏置电流的三角波调制的频谱方法可用作I/Q时域方法的向导。在J1(b)＝J2(b)的情况下，I/Q方法最佳地操作，使得I和Q分量具有相同的振幅。然而，b取决于距离L。一个实施方案可向VCSEL的偏置电流施加三角波调制以确定到感兴趣的点的距离。然后，该距离用于找到偏置电流的最佳峰-峰正弦调制以在I/Q 方法中使用。此类双重方法可提供根据I/Q方法获得的改善的信噪比和位移准确性。
图13示出了识别手势类型的示例性方法1300。方法1300可例如由本文所述的处理***或处理器中的任一者来执行。
在框1302处，方法1300可包括从设置在可穿戴设备中的一组一个或多个SMI传感器中的每个SMI传感器发射电磁辐射束。另选地，可从设置在手持设备中的一组一个或多个SMI传感器中的每个SMI传感器发射电磁辐射束。
在框1304处，方法1300可包括对由每个SMI传感器生成的SMI信号进行采样，以针对每个SMI传感器产生时变样本流。
在框1306处，方法1300可包括使用可穿戴设备的处理器和该组一个或多个SMI传感器中的至少一个SMI传感器的时变样本流，来确定可穿戴设备(或手持设备)相对于表面的移动。在框1306处的操作还可包括或另选地包括确定可穿戴设备(或手持设备)相对于表面的位置和/或取向。
在框1308处，方法1300可包括将指示可穿戴设备(或手持设备)的移动的信息从可穿戴设备(或手持设备)传输到远程设备。
在一些实施方案中，方法1300可包括使用三角波形或正弦波形来调制到SMI传感器(或到每个SMI传感器)的输入。在一些实施方案中，方法 1300可包括：1)当针对SMI传感器产生时变样本流中的样本的第一子集时，使用第一类型的调制来调制到SMI传感器(或到每个SMI传感器)的输入；以及2)当针对SMI传感器产生时变样本流中的样本的第二子集时，使用第二类型的调制来调制到SMI传感器(或到每个SMI传感器)的输入，其中第一类型的调制不同于第二类型的调制(例如，三角调制与正弦调制)。
在方法1300的一些实施方案中，该至少一个SMI传感器可包括三个 SMI传感器，并且确定可穿戴设备(或手持设备)相对于表面的移动可包括确定可穿戴设备在6DoF上的移动。
在方法1300的一些实施方案中，该组一个或多个SMI传感器包括多个SMI传感器，并且方法1300可包括分析针对多个SMI传感器产生的时变样本流，以及至少部分地基于该分析来识别用于确定可穿戴设备(或手持设备)相对于表面的移动的该至少一个SMI传感器。
在方法1300的一些实施方案中，该至少一个SMI传感器可以是一个或多个SMI传感器的第一子集，并且表面可以是第一表面。在这些实施方案中，方法1300可包括使用可穿戴设备(或手持设备)的处理器和该组一个或多个SMI传感器中的一个或多个SMI传感器的第二子集的时变样本流，来确定可穿戴设备(或手持设备)相对于第二表面的移动。
图14示出了电子设备1400的示例性电气框图，该电子设备在某些情况下可被实现为参考图1至图7和图13所述的设备中的任一个设备。电子设备1400可包括电子显示器1402(例如，发光显示器)、处理器1404、电源1406、存储器1408或存储设备、传感器***1410或输入/输出(I/O) 机构1412(例如，输入/输出设备、输入/输出端口或触觉输入/输出接口)。处理器1404可控制电子设备1400的一些或所有操作。处理器1404 可直接或间接地与电子设备1400的一些或所有其他部件进行通信。例如，***总线或其他通信机构1414可以提供电子显示器1402、处理器1404、电源1406、存储器1408、传感器***1410和I/O机构1412之间的通信。
处理器1404可被实现为能够处理、接收或发送数据或指令的任何电子设备，无论这些数据或指令是软件还是固件的形式或以其他方式编码。例如，处理器1404可包括微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、控制器或此类设备的组合。如本文所述，术语“处理器”意在涵盖单个处理器或处理单元、多个处理器、多个处理单元或一个或多个其他适当配置的计算元件。在一些情况下，处理器1404可提供参考图1至图7和图10至图13所述的处理***或处理器的一部分或全部。
应当指出的是，电子设备1400的部件可由多个处理器控制。例如，电子设备1400的选择部件(例如，传感器***1410)可由第一处理器控制并且电子设备1400的其他部件(例如，电子显示器1402)可由第二处理器控制，其中第一处理器和第二处理器可或不可彼此通信。
电源1406可利用能够向电子设备1400提供能量的任何设备来实现。例如，电源1406可包括一个或多个电池或可充电电池。附加地或另选地，电源1406可以包括将电子设备1400连接到另一电源诸如壁装电源插座的电源连接器或电源线。
存储器1408可存储可由电子设备1400使用的电子数据。例如，存储器1408可存储电子数据或内容，诸如，例如，音频和视频文件、文档和应用程序、设备设置和用户偏好、定时信号、控制信号以及数据结构或数据库。存储器1408可包括任何类型的存储器。仅以举例的方式，存储器 1408可包括随机存取存储器、只读存储器、闪存存储器、可移动存储器、其他类型的存储元件或这些存储器类型的组合。
电子设备1400还可包括被定位在电子设备1400上的几乎任何位置处的一个或多个传感器***1410。在一些情况下，传感器***1410可包括一个或多个SMI传感器，该一个或多个SMI传感器如参考图1至图13中的任一个图所述的那样定位。传感器***1410可以被配置为感测一种或多种类型的参数，诸如但不限于振动；光；触摸；力；热；移动；相对运动；用户的生物计量数据(例如，生物参数)；空气质量；接近；位置；连通性；等等。以举例的方式，传感器***1410可包括SMI传感器、热传感器、位置传感器、光或光学传感器、加速度计、压力换能器、陀螺仪、磁力仪、健康监测传感器和空气质量传感器等。此外，该一个或多个传感器***1410可利用任何适当的感测技术，包括但不限于干涉测量、磁力、电容、超声波、电阻、光学、声音、超声、压电或技术。
I/O机构1412可传输或接收来自用户或另一个电子设备的数据。I/O 机构1412可包括电子显示器1402、触摸感测输入表面、冠部、一个或多个按钮(例如，图形用户界面“home”按钮)、一个或多个相机(包括显示器下相机)、一个或多个麦克风或扬声器、一个或多个端口诸如麦克风端口和/或键盘。附加地或另选地，I/O机构1412可经由通信接口诸如无线、有线和/或光通信接口发送电子信号。无线和有线通信接口的示例包括但不限于蜂窝和Wi-Fi通信接口。
上述描述为了进行解释使用了特定命名来提供对所述实施方案的彻底理解。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，在阅读本说明书之后，不需要具体细节即可实践所述实施方案。因此，出于例示和描述的目的，呈现了对本文所述的具体实施方案的前述描述。这些描述并非旨在是穷举性的或将实施方案限制到所公开的精确形式。对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，在阅读本说明书之后，鉴于上面的教导内容，许多修改和变型是可能的。

Claims (20)

1.一种可穿戴设备，包括：
设备外壳，所述设备外壳被配置为穿戴在用户的第一表面上；
一组一个或多个SMI传感器，所述一组一个或多个SMI传感器安装在所述设备外壳内并且被配置为：
发射一组一个或多个电磁辐射束，其中每个束在远离所述第一表面延伸的不同方向上发射；以及
生成一组一个或多个SMI信号，所述一组一个或多个SMI信号包含关于所述设备外壳和第二表面之间的关系的信息；以及
处理器，所述处理器被配置为从所述一组一个或多个SMI信号的数字化样本中提取所述设备外壳和所述第二表面之间的所述关系。
2.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其中所述一组一个或多个SMI传感器包括至少三个SMI传感器。
3.根据权利要求2所述的可穿戴设备，其中所述处理器被配置为：
使用三角波来调制所述至少三个SMI传感器中的每个SMI传感器的输入。
4.根据权利要求2所述的可穿戴设备，其中所述处理器被配置为：
在第一组时间段期间，使用正弦波形来调制所述至少三个SMI传感器中的每个SMI传感器的输入；以及
在第二组时间段期间，使用三角波形来调制所述至少三个SMI传感器中的每个SMI传感器的所述输入。
5.根据权利要求2所述的可穿戴设备，其中所述至少三个SMI传感器被配置为发射正交电磁辐射束。
6.根据权利要求2所述的可穿戴设备，其中所述至少三个SMI传感器被配置为发射会聚的电磁辐射束。
7.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其中所述设备外壳限定被配置为接纳手指的闭合环。
8.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其中所述设备外壳限定被配置为接纳手指的开环。
9.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其中所述一组一个或多个SMI信号包括多个SMI信号，并且所述处理器被配置为：
分析所述多个SMI信号的数字化样本；以及
至少部分地基于所述分析来识别从其中提取所述设备外壳和所述第二表面之间的所述关系的所述多个SMI信号中的至少一个SMI信号。
10.根据权利要求1所述的可穿戴设备，还包括：
无线通信接口，所述无线通信接口安装在所述设备外壳内；其中：
所述处理器被配置为使用所述无线通信接口来传输指示所述设备外壳和所述第二表面之间的所述关系的信息。
11.一种手势输入***，包括：
可穿戴设备，所述可穿戴设备被配置为由用户穿戴；
对象，所述对象被配置为由所述用户握持；
一组一个或多个SMI传感器，每个SMI传感器安装在所述可穿戴设备或所述对象内并且被配置为：
发射电磁辐射束；以及
生成SMI信号；以及
处理***，所述处理***容纳在所述可穿戴设备或所述对象中的至少一者内，所述处理***被配置为：
从所述一组一个或多个SMI传感器接收一组一个或多个SMI信号；以及
从所述一组一个或多个SMI信号中提取关于以下各项中的至少一者的信息：所述可穿戴设备和所述对象之间的时变关系，或者所述可穿戴设备和除所述对象的表面之外的表面之间的时变关系。
12.根据权利要求11所述的手势输入***，其中所述处理***被进一步配置为从关于所述可穿戴设备和所述对象之间的所述时变关系的所述信息中识别字母数字字符串。
13.根据权利要求11所述的手势输入***，其中所述可穿戴设备包括指环。
14.根据权利要求11所述的手势输入***，其中所述对象被成形为以下中的至少一者：触笔、钢笔、铅笔、标记笔或画笔。
15.一种识别手势类型的方法，包括：
从设置在可穿戴设备中的一组一个或多个SMI传感器中的每个SMI传感器发射电磁辐射束；
对由每个SMI传感器生成的SMI信号进行采样，以针对每个SMI传感器产生时变样本流；
使用所述可穿戴设备的处理器和所述一组一个或多个SMI传感器中的至少一个SMI传感器的所述时变样本流，来确定所述可穿戴设备相对于表面的移动；以及
将指示所述可穿戴设备的所述移动的信息从所述可穿戴设备传输到远程设备。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
使用三角波来调制到包括在所述至少一个SMI传感器中的SMI传感器的输入。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括：
通过以下各项来调制到包括在所述至少一个SMI传感器中的SMI传感器的输入：
当针对所述SMI传感器产生所述时变的样本流中的样本的第一子集时，使用第一类型的调制；以及
当针对所述SMI传感器产生所述时变样本流中的样本的第二子集时，使用第二类型的调制；
其中所述第一类型的调制不同于所述第二类型的调制。
18.根据权利要求15所述的方法，其中：
所述至少一个SMI传感器包括三个SMI传感器；以及
确定所述可穿戴设备相对于所述表面的所述移动包括确定所述可穿戴设备在六个自由度上的移动。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述一组一个或多个SMI传感器包括多个SMI传感器，所述方法还包括：
分析针对所述多个SMI传感器产生的所述时变样本流；以及
至少部分地基于所述分析来识别用于确定所述可穿戴设备相对于所述表面的所述移动的所述至少一个SMI传感器。
20.根据权利要求15所述的方法，其中所述至少一个SMI传感器是所述一组一个或多个SMI传感器的第一子集，并且所述表面是第一表面，所述方法还包括：
使用所述可穿戴设备的所述处理器和所述一组一个或多个SMI传感器中的一个或多个SMI传感器的第二子集的所述时变样本流，来确定所述可穿戴设备相对于第二表面的移动。
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