TWI514193B - 動作感測裝置 - Google Patents

Description

動作感測裝置

本發明是有關於一種感測裝置，且特別是有關於一種利用無線射頻電波的動作感測裝置。

隨著科技的進步，各式各樣的可攜式電子裝置與穿戴型電子裝置蓬勃發展。為了配戴上的舒適性與攜帶上的便利性，這些可攜式電子裝置與穿戴型電子裝置的體積大都往輕薄短小的方向發展，導致透過手指觸控的操作方式變得相對困難與不便。於是，為了讓使用者可更直覺且便利的控制可攜式電子裝置與穿戴型電子裝置，人體就是控制器的概念為近年來研究的主軸之一。藉由身體四肢的運動，使用者可更直覺且便利地對配備有三維動作感應技術的電子產品進行操作。現有的動作感應技術包括接觸式的資料手套系統與肌電控制裝置，以及非接觸式的影像辨識系統與都普勒雷達等，都在人機互動介面上提供各式不同的人體動作感測方式。

都普勒雷達利用電磁波進行感測，具備高靈敏度且可跨越障礙物的感測能力備受期待。麻省理工學院的Adib在2013年 提出一種Wi-Fi系統，其利用已知頻率與調試方式之Wi-Fi訊號作為雷達發射源，再配合逆合成孔徑雷達(Inverse Synthetic aperture radar,ISAR)技術來追蹤牆後的移動目標。然而，此辨別物體移動的辨識解析度尚低，難以應用於近距離的手勢偵測上。此外，華盛頓大學的Pu提出一種WiSee系統，其利用特殊Wi-Fi訊號來進行手勢感測。此WiSee系統必須藉由OFDM調制訊號中每一子通道傳送大量連續性資訊來縮小訊號頻譜解析度，而手部動作所引起的都普勒頻移才可被偵測出來。顯然的，上述方式皆需要經過特殊處理的調制訊號才有辦法進行動作感測，此舉將造成應用環境上的限制。除此之外，現有的空間手勢感測系統之靈敏度皆不足以偵測到人體的呼吸頻率、心跳頻率等生理參數。

有鑑於此，本發明提供一種動作感測裝置，可直接將行動通訊裝置之發射訊號或環境中的無線調制訊號作為感測所需之雷達發射源，進而提高無線感測裝置的實用性並降低其功率消耗。

本發明提出一種動作感測裝置，其包括第一天線、壓控振盪器、相位偵測器以及訊號處理單元。第一天線接收由一目標物反射第二訊號而產生的第一訊號，並耦接相位偵測器與壓控振盪器其中之一，以將第一訊號輸出至相位偵測器或壓控振盪器。壓控振盪器接收第一訊號與第二訊號其中之一以及頻率調整訊號，以依據第一訊號與第二訊號其中之一以及頻率調整訊號產生 振盪訊號。相位偵測器耦接壓控振盪器，接收振盪訊號以及第一訊號與第二訊號其中之另一，並據以產生第一相位輸出訊號以及第二相位輸出訊號。訊號處理單元耦接相位偵測器以及壓控振盪器，接收第一相位輸出訊號以及第二相位輸出訊號，並輸出頻率調整訊號至壓控振盪器，並依據第一相位輸出訊號以及第二相位輸出訊號估測目標物的動作參數。另外，頻率調整訊號可用以造成一可調的時間延遲。

在本發明的一實施例中，上述的動作感測裝置更包括方 向耦合器，此方向耦合器具有第一輸入端以及第二輸入端。此第一輸入端或第二輸入端耦接第一天線以接收第一訊號，第一輸入端或第二輸入端接收第二訊號。此方向耦合器更將第一訊號第二訊號其中之一耦合至相位偵測器，並將第一訊號與第二訊號其中之另一耦合至壓控振盪器。

在本發明的一實施例中，上述的方向耦合器將第二訊號耦合至第一天線，以透過該第一天線將第二訊號發送出去。

在本發明的一實施例中，上述的動作感測裝置更包括一第二天線。此第二天線耦接方向耦合器的第一輸入端或第二輸入端，以透過第二天線接收第二訊號。其中方向耦合器將第二天線所接收的第二訊號耦合至第一天線，以透過第一天線將第二訊號發送出去，致使目標物反射第一天線所發送的第二訊號而產生的第一訊號。

在本發明的一實施例中，上述的動作感測裝置更包括一 終端器。此終端器耦接方向耦合器的第一輸入端或第二輸入端，以反射第一天線所接收的第二訊號。

在本發明的一實施例中，上述的相位偵測器包括第一功率分配器、九十度相差功率分配器、第一混波器以及第二混波器。第一功率分配器接收第一訊號與第二訊號其中之另一，以依據第一訊號與第二訊號其中之另一產生第一通道訊號與第二通道訊號。九十度相差功率分配器耦接壓控振盪器，以接收振盪訊號，並依據振盪訊號產生無相移振盪訊號以及相移振盪訊號。第一混波器耦接第一功率分配器以及九十度相差功率分配器，對第一通道訊號以及無相移振盪訊號進行混頻而產生第一相位輸出訊號。第二混波器耦接第一功率分配器以及九十度相差功率分配器，對第二通道訊號以及相移振盪訊號進行混頻而產生第二相位輸出訊號。

在本發明的一實施例中，上述的相位偵測器更包括低雜訊放大器。此低雜訊放大器耦接於第一功率分配器以及第一天線之間，放大第一訊號與第二訊號其中之另一。

在本發明的一實施例中，上述的相位偵測器更包括第一低通濾波器以及第二低通濾波器。第一低通濾波器耦接於第一混波器與訊號處理單元之間，用以濾除第一相位輸出訊號的高頻雜訊。第二低通濾波器耦接於第二混波器與訊號處理單元之間，用以濾除第二相位輸出訊號的高頻雜訊。

在本發明的一實施例中，上述的動作感測裝置更包括第 二天線以及第二功率分配器。第二功率分配器接收第二訊號。第二功率分配器耦接於第二天線與壓控振盪器之間，以將第二訊號分為兩路並分別輸出至第二天線以及壓控振盪器。第二天線發送第二訊號。第一天線耦接相位偵測器，以將由目標物反射第二訊號而產生的第一訊號輸出至相位偵測器。

在本發明的一實施例中，上述的動作感測裝置更包括第 二天線以及第二功率分配器。第二功率分配器接收第二訊號。第二功率分配器耦接於第二天線與相位偵測器之間，以將第二訊號分為兩路並分別輸出至第二天線以及相位偵測器，其中第二天線發送第二訊號。第一天線耦接壓控振盪器，以將由目標物反射第二訊號而產生的第一訊號輸出至壓控振盪器。

在本發明的一實施例中，上述的第一天線接收第一訊號 以及第二訊號。上述的相位偵測器包括九十度相差功率分配器、第一混波器以及第二混波器。九十度相差功率分配器耦接壓控振盪器，以接收振盪訊號，並依據振盪訊號產生無相移振盪訊號以及相移振盪訊號。第一混波器耦接第一天線以及九十度相差功率分配器，對第一通道訊號以及無相移振盪訊號進行混頻而產生第一相位輸出訊號，其中上述的第一通道訊號為第一訊號或第二訊號。第二混波器耦接第一天線以及九十度相差功率分配器，對第二通道訊號以及相移振盪訊號進行混頻而產生第二相位輸出訊號。上述的第二通道訊號為第一訊號或第二訊號。

在本發明的一實施例中，上述的訊號處理單元對第一相 位輸出訊號與第二相位輸出訊號進行反正切解調，以產生基頻訊號並依據基頻訊號估測目標物的動作參數。

在本發明的一實施例中，上述的第二訊號為支援無線通訊協定的無線射頻訊號，而動作參數為目標物的位移、移動速率、心跳頻率以及呼吸頻率其中之一或其組合。

在本發明的一實施例中，上述的動作感測裝置設置於一行動通訊裝置中，而第二訊號為行動通訊裝置所產生之內部射頻訊號或行動通訊裝置所接收之外來射頻訊號。

基於上述，本發明之動作感測裝置無須自行產生發射訊號源，可利用行動通訊裝置的內部發射訊號或環境中的外來調制訊號作為感測所需的雷射發射源。如此，本發明之動作感測裝置不會受限於特定的應用環境中，更具有低系統複雜度與低功耗等實用特性。除此之外，由於本發明之動作感測裝置非常適於近距離的動作感測，因此本發明之動作感測裝置還可以對人體的生命徵象進行感測，進而提高本發明之動作感測裝置的實際應用。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10‧‧‧目標物

110‧‧‧第一天線

120‧‧‧相位偵測器

130‧‧‧壓控振盪器

140‧‧‧訊號處理單元

150‧‧‧方向耦合器

160‧‧‧第一低通濾波器

170‧‧‧第二低通濾波器

121‧‧‧低雜訊放大器

122‧‧‧第一功率分配器

124‧‧‧第一混波器

125‧‧‧九十度相位分配器

126‧‧‧第二混波器

180‧‧‧第二天線

190‧‧‧第二功率分配器

200‧‧‧終端器

SRX‧‧‧第一訊號

STX‧‧‧第二訊號

SILO‧‧‧振盪訊號

SI‧‧‧第一相位輸出訊號

SQ‧‧‧第二相位輸出訊號

Vt‧‧‧頻率調整訊號

SINI‧‧‧第一通道訊號

SINQ‧‧‧第二通道訊號

SLOI‧‧‧無相移振盪訊號

SLOQ‧‧‧相移振盪訊號

Data‧‧‧動作參數

圖1A是依照本發明一實施例所繪示的動作感測器的架構示意圖。

圖1B是依照本發明一實施例所繪示的動作感測器的架構示意圖。

圖2是依照本發明一實施例所繪示的動作感測器的示意圖。

圖3是依照本發明一實施例所繪示的動作感測器的示意圖。

圖4是依照本發明一實施例所繪示的動作感測器的示意圖。

圖5是依照本發明一實施例所繪示的動作感測器的示意圖。

圖6是依照本發明一實施例所繪示的動作感測器的示意圖。

圖7是依照本發明一實施例所繪示的動作感測器的示意圖。

圖8是依照本發明一實施例所繪示的動作感測器的示意圖。

圖9是依照本發明一實施例所繪示的動作感測器的示意圖。

現將詳細參考本發明之示範性實施例，在附圖中說明所述示範性實施例之實例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/符號代表相同或類似部分。

本發明之動作感測裝置可透過注入式正交接收機與被動式雷達技術來偵測近距離內使用者的手勢及其生命徵象。本發明之動作感測裝置無須自行產生與發射偵測訊號源，而是利用行動通訊裝置之通訊模組所產生的射頻訊號或從周遭環境中所接收之無線調制訊號來作為感測所需的偵測訊號源。如此一來，本發明之動作感測裝置可利用環境周遭中常見的無線調制訊號(像是高斯最小鍵移(GMSK)訊號、正交相位鍵移(QPSK)訊號以及正交振幅 調變(64QAM)訊號作為偵測訊號源)來進行目標物的動作感測。為了使本發明之內容更為明瞭，以下列舉實施例作為本發明確實能夠據以實施的範例。

圖1A與圖1B為依據本發明一實施例所繪示的動作感測裝置的架構示意圖。請先參照圖1A，動作感測裝置包括第一天線110、壓控振盪器130、相位偵測器120以及訊號處理單元140。第一天線110接收由目標物10反射第二訊號STX而產生的第一訊號SRX。進一步來說，當空間中的第二訊號STX打到目標物10時，目標物10反射第二訊號STX而產生第一訊號SRX。於本實施中，由於第一天線110耦接相位偵測器120，第一天線110接收第一訊號SRX，並將第一訊號SRX輸出至相位偵測器120。

第二訊號STX可以是動作感測裝置透過第一天線110或其他天線所接收之外來的無線調制訊號。於此，上述的其他天線可與第一天線110設置於相同的電子裝置上，也可以與第一天線110設置於不相同的電子裝置上。另外，第二訊號STX也可以是與本實施例之動作感測器位於同一電子裝置內之通訊模組所產生的射頻訊號。當第二訊號STX為與動作感測器位於同一電子裝置內之通訊模組所產生的射頻訊號時，可透過第一天線110或其他設置於同一電子裝置內的其他天線而將第二訊號STX發射出去。

於一實施例中，第二訊號STX可以是支援無線通訊協定的無線射頻訊號。上述的無線通訊協定可以是第3代行動通訊(The Third Generation Mobile,3G)通訊協定、長期演進技術(Long Term Evolution,LTE)通訊協定、全球行動系統(Global System For Mobile,GSM)通訊協定、無線保真(Wireless Fidelity,WiFi)通訊協定或其他類型的無線區域網路(Wireless Local Network,WLAN)通訊協定，本發明對此不限制。

承上述，於圖1A所示的實施例中，第一天線110耦接相 位偵測器120，以將第一訊號SRX輸出至相位偵測器120。壓控振盪器130接收第二訊號STX以及頻率調整訊號Vt，以依據第二訊號STX以及頻率調整訊號Vt產生振盪訊號SILO。進一步來說，在第二訊號STX的影響下，壓控振盪器130的振盪頻率會受到影響。壓控振盪器130所輸出之振盪訊號SILO隨第二訊號STX的變動而變化。換言之，第二訊號STX輸入至壓控振盪器130之注入訊號輸入埠，使壓控振盪器130操作在注入鎖定狀態。此外，壓控振盪器130的時間延遲可透過訊號處理單元140所輸出頻率調整訊號Vt來調整。換言之，訊號處理單元140輸出頻率調整訊號Vt至壓控振盪器130，而頻率調整訊號Vt除了可用以控制壓控振盪器130的初始振盪頻率之外，頻率調整訊號Vt還可用以造成一可調的時間延遲。於圖1A所示的實施例中，頻率調整訊號Vt會影響振盪訊號SILO與第二訊號STX之間的時間延遲。

相位偵測器120耦接壓控振盪器130，接收振盪訊號SILO 以及第一訊號SRX，並據以產生第一相位輸出訊號SI以及第二相位輸出訊號SQ。訊號處理單元140耦接相位偵測器120以及壓控振盪器130，接收第一相位輸出訊號SI以及第二相位輸出訊號 SQ，並依據第一相位輸出訊號SI以及第二相位輸出訊號SQ估測目標物10的動作參數。動作參數可以是目標物10的位移、移動速率、心跳頻率以及呼吸頻率其中之一或其組合。

具體來說，空間中的第二訊號STX將因為目標物10的反射或影響而產生有額外地相位調制的第一訊號SRX，第一訊號SRX透過第一天線110的接收而輸入至相位偵測器120的輸入端其中之一。另一方面，壓控振盪器130基於第二訊號STX的鎖定而產生並輸出振盪訊號SILO至相位偵測器120的輸入端其中之另一。相位偵測器120比較第一訊號SRX以及振盪訊號SILO而產生第一相位輸出訊號SI以及第二相位輸出訊號SQ，而第一相位輸出訊號SI以及第二相位輸出訊號SQ具有因為目標物10所產生之相位調制資訊。

於一實施例中，訊號處理單元140對第一相位輸出訊號SI與第二相位輸出訊號SQ進行反正切解調，以產生基頻訊號並依據基頻訊號估測目標物10的動作參數。更進一步來說，反正切解調的數學表示式如式(1)所示。

其中，SBB (t )代表基頻訊號，SI (t )代表第一相位輸出訊號SI，而SQ (t )代表第二相位輸出訊號SQ。簡單來說，SBB (t )帶有目標物10所引起之都普勒相位偏移角度。因此，訊號處理單元140根據都普勒相位偏移角度而計算出目標物10的位移量以及移動速度。

請參照圖1B，圖1B與圖1A所示之動作感測器相似，其差異在於接收第一訊號SRX之第一天線110的耦接方式。如圖1B所示，第一天線110耦接壓控振盪器130，以將第一訊號SRX輸出至壓控振盪器130。壓控振盪器130接收第一訊號SRX以及頻率調整訊號Vt，以依據第一訊號SRX以及頻率調整訊號Vt產生振盪訊號SILO。相似的，在第一訊號SRX的影響下，壓控振盪器130的振盪頻率會受到影響。壓控振盪器130所輸出之振盪訊號SILO隨第一訊號SRX的變動而變化。換言之，第一訊號SRX輸入至壓控振盪器130之注入訊號輸入埠，使壓控振盪器130操作在注入鎖定狀態。訊號處理單元140輸出頻率調整訊號Vt至壓控振盪器130，而頻率調整訊號Vt除了可用以控制壓控振盪器130的初始振盪頻率之外，頻率調整訊號Vt還可用以造成一可調的時間延遲。於圖1B所示的實施例中，頻率調整訊號Vt會影響振盪訊號SILO與第一訊號SRX之間的時間延遲。

於圖1B的實施例中，相位偵測器120耦接壓控振盪器130，接收振盪訊號SILO以及第二訊號STX，並據以產生第一相位輸出訊號SI以及第二相位輸出訊號SQ。如此，訊號處理單元140可依據第一相位輸出訊號SI以及第二相位輸出訊號SQ來估測目標物10的動作參數，其中解調第一相位輸出訊號SI以及第二相位輸出訊號SQ後所產生的基頻訊號帶有因目標物10所引起之相位調制資訊。

也就是說，當本發明之動作感測裝置設置於行動通訊裝 置中時，而第二訊號STX可以是行動通訊裝置之通訊模組所產生的內部射頻訊號或行動通訊裝置所接收之環境射頻訊號。此外，當本發明之動作感測裝置單獨設計成單一裝置而不具有無線調制訊號產生源時，而第二訊號STX可以是動作感測裝置透過內部天線所接收之環境射頻訊號。

為了詳細說明本發明，圖2是依照本發明一實施例所繪示的動作感測器的示意圖。請參照圖2，圖2所示的動作感測器除了包括第一天線110、相位偵測器120、壓控振盪器130以及訊號處理單元140之外，圖2所示的動作感測器更包括方向耦合器150、第一低通濾波器160以及第二低通濾波器170。再者，本實施例之相位偵測器120包括低雜訊放大器(LNA)121、第一功率分配器122、第一混波器124、九十度相位差功率分配器125以及第二混波器126。

請參照圖2，方向耦合器150具有第一輸入端以及第二輸入端。方向耦合器150的第一輸入端耦接第一天線110，而其第二輸入端接收第二訊號STX。於本實施例中，方向耦合器150可將第二訊號STX耦合至第一天線110，以透第一天線110將第二訊號STX發送出去。基於都普勒效應，由於第二訊號STX受到目標物10的呼吸或心跳起伏或肢體動作之影響，因此反射回來的第一訊號SRX的頻率與第一天線110所發送之第二訊號STX的頻率將有所差異。

透過第一天線110接收反射回來的第一訊號SRX，方向 耦合器150更將第一訊號SRX耦合至相位偵測器120，並將第二訊號STX耦合至壓控振盪器130。壓控振盪器130基於第二訊號STX的注入鎖定而產生振盪訊號SILO，並輸出振盪訊號SILO至相位偵測器120。相位偵測器120的低雜訊放大器121耦接於第一功率分配器122以及第一天線110之間，放大第一天線110所接收的第一訊號SRX，並將放大後的第一訊號SRX輸出至第一功率分配器122。

第一功率分配器122接收放大後的第一訊號SRX，以依據放大後的第一訊號SRX產生第一通道訊號SINI與第二通道訊號SINQ。換言之，第一功率分配器122將第一訊號SRX分為兩路，並將第一通道訊號SINI輸出至第一混波器124以及將第二通道訊號SINQ輸出至第二混波器126。

九十度相差功率分配器125耦接壓控振盪器130，以接收振盪訊號SILO，並依據振盪訊號SILO產生無相移振盪訊號SLOI以及相移振盪訊號SLOQ。無相移振盪訊號SLOI以及相移振盪訊號SLOQ的相位相差九十度，即無相移振盪訊號SLOI以及相移振盪訊號SLOQ為相互正交。

第一混波器124耦接第一功率分配器122以及九十度相差功率分配器125，對第一通道訊號SINI以及無相移振盪訊號SLOI進行混頻而產生第一相位輸出訊號SI。第二混波器126耦接第一功率分配器122以及九十度相差功率分配器125，對第二通道訊號SINQ以及相移振盪訊號SLOQ進行混頻而產生第二相位輸出 訊號SQ。另外，第一低通濾波器160耦接於第一混波器124與訊號處理單元140之間，用以濾除第一相位輸出訊號SI的高頻雜訊。第二低通濾波器170耦接於第二混波器126與訊號處理單元140之間，用以濾除第二相位輸出訊號SQ的高頻雜訊。

具體來說，第一天線110朝目標物10發射第二訊號STX，反射回來的第一訊號SRX將因為目標物10的移動而產生對應的都普勒相移。第一訊號SRX同樣由第一天線110接收後再耦合至低雜訊放大器121的輸入埠。第一訊號SRX經過低雜訊放大器121以及第一功率分配器122後，第一功率分配器122的兩個輸出端將各自輸出第一通道訊號SINI以及第二通道訊號SINQ至I/Q混波器的射頻端(RF端)。壓控振盪器130被第二訊號STX注入後，其輸出的振盪訊號SILO的相位資訊將與第二訊號STX相同。振盪訊號SILO輸入九十度相差功率分配器125後，九十度相差功率分配器125分別輸出無相移振盪訊號SLOI以及相移振盪訊號SLOQ至I/Q混波器的本地振盪端(LO端)。經過I/Q混波器的混波與低通濾波器的濾波，第一相位輸出訊號SI以及第二相位輸出訊號SQ分別輸出至訊號處理單元140。於本實施例中，訊號處理單元140藉由反正切解調(Arctangent demodulation)方法而獲取目標物10所引起的都普勒相移，並據以估測出目標物10的動作參數Data。

圖3是依照本發明一實施例所繪示的動作感測器的示意圖。請參照圖3，圖3所示之實施例與圖2所示之實施例相似。圖 3所示之動作感測器包括第一天線110、相位偵測器120、壓控振盪器130以及訊號處理單元140之外，圖3所示的動作感測器也包括方向耦合器150、第一低通濾波器160以及第二低通濾波器170。再者，本實施例之相位偵測器120包括低雜訊放大器121、第一功率分配器122、第一混波器124、九十度相位差功率分配器125以及第二混波器126。

圖3所示之各元件的功能與圖2所示之各元件的功能相 同或相似。惟，圖2所示之實施例以及圖3所示之實施例之間的差異在於方向耦合器150的訊號耦合方式不同。請參照圖3，圖3所示之方向耦合器150的第一輸入端接收第二訊號STX而第二輸入端耦接第一天線110。方向耦合器150先將第二訊號STX耦合至第一天線110，致使第一天線110向目標物10發射第二訊號STX。第一訊號SRX是由目標物反射第二訊號STX而產生。第一天線110因此接收第一訊號SRX，而方向耦合器150將第一天線所接收的第一訊號SRX耦合至壓控振盪器130。另一方面，方向耦合器150也將第二輸入端所接收的第二訊號STX耦合至相位偵測器120。基於圖1B以及圖2的說明，本領域具備通常知識者可據以得知圖3所示之動作感測器也同樣可依據行動通訊裝置的通訊模組所產生的第二訊號STX來估測目標物的動作參數。

圖4是依照本發明一實施例所繪示的動作感測器的示意 圖。請參照圖4，圖4所示之實施例與圖2所示之實施例相似。圖3所示之動作感測器除了包括第一天線110、相位偵測器120、壓 控振盪器130、訊號處理單元140、方向耦合器150、第一低通濾波器160以及第二低通濾波器170之外，更包括耦接於方向耦合器150的第二天線180。再者，本實施例之相位偵測器120與圖2以及圖3實施例之相位偵測器相似，於此不再贅述。

需特別說明的是，於圖4所示的實施例中，動作感測裝置更包括第二天線180。第二天線180耦接方向耦合器150的第二輸入端，以透過第二天線180接收環境中的第二訊號STX，而方向耦合器150將第二天線180所接收的第二訊號STX耦合至第一天線110，以透過第一天線110發出第二訊號STX。當第一天線110發出第二訊號STX，將導致目標物10反射第一天線110所發送的第二訊號STX而產生的第一訊號SRX。如此，方向耦合器150便可透過第一天線110接收第一訊號SRX。

另外，基於圖4的架構，第一天線110也可接收環境中的第二訊號STX，而方向耦合器150將第一天線110所接收的第二訊號STX耦合至第二天線180，以透過第二天線180發出第二訊號STX。當第二天線180發出第二訊號STX，將導致目標物10反射第二天線180所發送的第二訊號STX而產生的第一訊號SRX。如此，方向耦合器150便可透過第二天線180接收第一訊號SRX。

也就是說，於圖4所示的實施例中，第二訊號STX為存在於環境中的無線調制訊號，像是Wifi存取點(access point,AP)所發出的Wifi訊號或是LTE基地台所發出的LTE訊號等，本發明 對此不限制。基此，圖4所示之動作感測裝置可利用周遭環境現有的無線調制訊號作為偵測訊號源，而非利用自身的天線來發射偵測訊號源。

簡單來說，第一天線110以及第二天線180皆可接收第 一訊號SRX以及第二訊號STX，並將第一訊號SRX以及第二訊號STX其中之一輸出至相位偵測器120以及將第一訊號SRX以及第二訊號STX其中之另一輸出至壓控振盪器130。如此，相位偵測器120就可比較第一訊號SRX與第二訊號STX其中之一以及壓控振盪器130所產生的振盪訊號SILO而產生帶有都普勒相移資訊的第一相位輸出訊號SI與第二相位輸出訊號SQ，而訊號處理單元140也可依據第一相位輸出訊號SI與第二相位輸出訊號SQ來估測出目標物10的動作參數。

圖5是依照本發明一實例所繪示的動作感測器的示意 圖。請參照圖5，圖5所示之實施例與圖4所示之實施例相似，圖5所示之動作感測器包括第一天線110、相位偵測器120、壓控振盪器130、訊號處理單元140、方向耦合器150、第一低通濾波器160以及第二低通濾波器170。與圖4不同之處在於，圖5所示之動作感測器僅包括第一天線110，但更包括耦接於方向耦合器150的終端器200。終端器200可以是開路終端、閉路終端或負載終端，本發明對此並不限制。再者，本實施例之相位偵測器120與圖4之相位偵測器相似，於此不再贅述。

需特別說明的是，於圖5所示的實施例中，動作感測裝 置包括終端器200。終端器200耦接方向耦合器150的第二輸入端。基於圖5的架構，當終端器200為開路終端或閉路終端時，第一天線110可接收環境中沒有受到目標物10影響的第二訊號STX，而方向耦合器150將第一天線110所接收的第二訊號STX耦合至為開路終端或閉路終端的終端器200，致使終端器200反射第一天線110所接收的第二訊號STX。

當終端器200發出第二訊號STX時，目標物10將反射終端器200所發送的第二訊號STX而產生的第一訊號SRX，而第一天線110便可以接收到目標物10所反射的第一訊號SRX。承上述，壓控振盪器130便可依據第一訊號SRX與第二訊號STX其中之一來產生振盪訊號SILO，而相位偵測器120便可依據第一訊號SRX與第二訊號STX其中之另一來進行相位解調。如此，相位偵測器120就可比較第一訊號SRX與第二訊號STX其中之一以及壓控振盪器130所產生的振盪訊號SILO而產生帶有都普勒相移資訊的第一相位輸出訊號SI與第二相位輸出訊號SQ，而訊號處理單元140也可依據第一相位輸出訊號SI與第二相位輸出訊號SQ來估測出目標物10的動作參數。

另外，基於圖5的架構，終端器200也可為負載終端， 像是電阻值為五十歐姆的電阻負載終端，但本發明並不以此為限。當終端器200為負載終端時，第一天線110可接收環境中的第二訊號STX以及受到目標物反射的第一訊號SRX，而方向耦合器則可將環境中的第二訊號STX以及受到目標物反射的第一訊號 SRX耦合至相位偵測器120以及壓控振盪器130。也就是說，由於環境週遭的無線調制訊號打到目標物10時也會因訊號反射而產生第一訊號SRX。因此，當終端器200為負載終端時，本實施例之動作感測器從環境週遭中同時接收其他通訊裝置所發射的第二訊號STX以及因訊號反射而產生的第一訊號SRX，以依據第一訊號SRX以及第二訊號STX來估測出目標物10的動作參數。

圖6是依照本發明一實例所繪示的動作感測器的示意 圖。請參照圖6，圖6所示之實施例與圖5所示之實施例相似。與圖5所示實施例不同之處在於，圖6所示的終端器200耦接方向耦合器150的第一輸入端，而第一天線110耦接方向耦合器150的第二輸入端。圖6所示之實施例的工作原理與圖5所示之實施例相似，本領域具備通常知識者應當可依據圖5的相關說明而推知圖6所示之實施例的工作原理，於此不再贅述。

圖7是依照本發明一實例所繪示的動作感測器的示意 圖。請參照圖7，圖7所示之動作感測器包括第一天線110、相位偵測120、壓控振盪器130、訊號處理單元140、第一低通濾波器160以及第二低通濾波器170。與圖2所示之實施例不同的是，圖7所示之動作感測器並不具備方向耦合器但更包括第二天線180以及第二功率分配器190。第二功率分配器190接收第二訊號STX。第二功率分配器190耦接於第二天線180與壓控振盪器130之間，以將第二訊號STX分為兩路並分別輸出至第二天線180以及壓控振盪器130。因此，第二天線180發送第二訊號STX，而目 標物10反射第二天線所發射的第二訊號STX而產生第一訊號SRX。第一天線110耦接相位偵測器120，以將由目標物10反射第二訊號STX而產生的第一訊號SRX輸出至相位偵測器120。

更進一步來說，第一天線110接收第一訊號SRX並直接輸出至第一功率分配器122的輸入端，第一功率分配器122將第一訊號SRX分成兩路而產生第一通道訊號SINI以及第二通道訊號SINQ。第一功率分配器122將第一通道訊號SINI以及第二通道訊號SINQ分別傳送至第一混波器124以及第二混波器126。

相似的，壓控振盪器130基於第二訊號STX的鎖定而產生振盪訊號SILO，其中振盪訊號SILO的相位調制資訊與第二訊號STX相同。基此，相位偵測器120可藉由比較振盪訊號SILO以及第一訊號SRX而產生第一相位輸出訊號SI與第二相位輸出訊號SQ，而訊號處理單元140也可依據第一相位輸出訊號SI與第二相位輸出訊號SQ來估測出目標物10的動作參數。

圖8是依照本發明一實施例所繪示的動作感測器的示意圖。圖8所示之動作感測器包括第一天線110、相位偵測器120、壓控振盪器130、訊號處理單元140、第一低通濾波器160以及、第一低通濾波器170。相似的，相位偵測器120包括第一功率分配器122、第一混波器124、九十度相位差功率分配器125以及第二混波器126。再者，圖8所示之動作感測器更包括第二天線180以及第二功率分配器190。

與圖7所示之實施例不同的是，圖8所示之第二功率分 配器190耦接於第二天線180與相位偵測器120之間。第二功率分配器190的輸入端接收第二訊號STX，以將第二訊號STX分為兩路並分別輸出至第二天線180以及相位偵測器120。基此，當第二功率分配器190的輸入端接收第二訊號STX時，第二天線180可據以發送第二訊號STX並將第二訊號STX傳送至相位偵測器120。因此，第二天線180發送第二訊號STX，而目標物10反射第二天線所發射的第二訊號STX而產生第一訊號SRX。此外，第一天線110耦接壓控振盪器130，以將由目標物10反射第二訊號STX而產生的第一訊號SRX輸出至壓控振盪器130。基於與前述實施例相似的運作方式，相位偵測器120可比較第二訊號STX的相位以及因為目標物10的反射而經過相位調制的第一訊號SRX的相位，而訊號處理單元140可解調相位偵測器120產生的比較結果來估測出目標物的動作參數。

圖9是依照本發明一實施例所繪示的動作感測器的示意 圖。需特別說明的是，本實施例之動作感測器並未發射用以生成第一訊號SRX的第二訊號STX，而是接收環境週遭的無線調制訊號作為第二訊號STX。也就是說，由於環境週遭的無線調制訊號打到目標物10時也會因訊號反射而產生第一訊號SRX，因此本實施例之動作感測器從環境週遭中同時接收其他通訊裝置所發射的第二訊號STX以及因訊號反射而產生的第一訊號SRX。

請參照圖9，圖9所示之動作感測器包括第一天線110、相位偵測器120、壓控振盪器130、訊號處理單元140、第一低通 濾波器160以及、第一低通濾波器170。本實施例之相位偵測器120包括第一混波器124、九十度相位差功率分配器125以及第二混波器126。再者，第一混波器124、第二混波器126的射頻輸入端皆耦接第一天線110，而壓控振盪器130的注入訊號輸入端也耦接第一天線110。相較於圖1至圖8，於本實施例中，第一通道訊號SINI可以是第一訊號STX或第二訊號SRX。相似的，對應於第一通道訊號SINI，第二通道訊號SINQ可以是第一訊號STX或第二訊號SRX。

基於與圖1至圖9之說明可知，在第一天線110接收其他通訊裝置所發射的第二訊號STX以及因訊號反射而產生的第一訊號SRX之後，相位偵測器120、壓控振盪器130以及訊號處理單元140可對第二訊號STX以及基於訊號反射所產生的第一訊號SRX進行正交解調並獲取目標物10所引起的都普勒相移，並據以估測出目標物的動作參數。簡單來說，圖1至圖9所示之壓控振盪器130可放大第一訊號SRX或第二訊號STX、保留第一訊號或SRX第二訊號STX的相位調制資訊並同時提供訊號延遲效果，以進一步精確地鑑別第一訊號SRX以及第二訊號STX之間的相位差異。

值得一提的是，由於本發明適於對近距離的目標物進行動作參數的估測，因此可用以感測出操作者之手部於動作感測裝置附近的移動速度、相對距離或其他動作參數。如此，設置有本發明之動作感測器的電子裝置可據以辨識出操作者所下達的手 勢，並執行進一步的控制與應用。除此之外，當目標物為人體心肺或脈搏時，本發明之動作感測器可作為生理徵象的感測器，從而量測出受測者的心跳頻率、呼吸頻率以及脈搏跳動頻率等生理參數。基此，本發明之動作感測器可整合至行動通訊裝置之內，並利用像是GSM、Wi-Fi、3G或LTE等無線調制訊號來感測受測者的手勢與生命徵象。

綜上所述，本發明採用被動式雷達偵測方法來偵測目標 物的動作參數，因此本發明之動作感測裝置無須自行產生發射訊號源，可利用行動通訊裝置的內部發射訊號或環境中的外來調制訊號作為感測所需的雷射發射源。再者，本發明更透過注入式正交接收機的解調來偵測近距離內使用者的手勢及其生命徵象。如此，本發明之動作感測裝置不會受限於特定的應用環境中，更具有低系統複雜度與低功耗等實用特性。當本發明之動作感測器設置於行動通訊裝置中時，由於並未額外產生其他用以偵測目標物的射頻訊號，因此可避免電磁干擾的問題。此外，由於本發明之動作感測器可將環境中的無線調制訊號作為偵測訊號源，因此本發明之動作感測器並不需要其他的訊號源發射模組就可自行達到偵測目標物之動作參數的目的。此外，由於本發明之動作感測裝置非常適於近距離的動作感測，因此本發明之作感測裝置還可以對人體的生命徵象進行感測，進而提高本發明之動作感測裝置的應用範圍。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本 發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧目標物

110‧‧‧第一天線

120‧‧‧相位偵測器

130‧‧‧壓控振盪器

140‧‧‧訊號處理單元

SRX‧‧‧第一訊號

STX‧‧‧第二訊號

SILO‧‧‧振盪訊號

SI‧‧‧第一相位輸出訊號

SQ‧‧‧第二相位輸出訊號

Vt‧‧‧頻率調整訊號

Claims (14)

1. 一種動作感測裝置，包括：一第一天線，接收由一目標物反射一第二訊號而產生的一第一訊號，並耦接該相位偵測器與該壓控振盪器其中之一，以將該第一訊號輸出至該相位偵測器或該壓控振盪器；一壓控振盪器，接收該第一訊號與該第二訊號其中之一以及一頻率調整訊號，以依據該第一訊號與該第二訊號其中之一以及該頻率調整訊號產生一振盪訊號；一相位偵測器，耦接該壓控振盪器，接收該振盪訊號以及該第一訊號與該第二訊號其中之另一，並據以產生一第一相位輸出訊號以及一第二相位輸出訊號；以及一訊號處理單元，耦接該相位偵測器以及該壓控振盪器，接收該第一相位輸出訊號以及該第二相位輸出訊號，並輸出該頻率調整訊號至該壓控振盪器，並依據該第一相位輸出訊號以及該第二相位輸出訊號估測該目標物的動作參數。
2. 如申請專利範圍第1項所述的動作感測裝置，更包括一方向耦合器，具有一第一輸入端以及一第二輸入端，其中該第一輸入端或該第二輸入端耦接該第一天線以接收該第一訊號，該第一輸入端或該第二輸入端接收該第二訊號，其中該方向耦合器將該第一訊號第二訊號其中之一耦合至該相位偵測器，並將該第一訊號與該第二訊號其中之另一耦合至該壓控振盪器。
3. 如申請專利範圍第2項所述的動作感測裝置，其中該方向耦合器將該第二訊號耦合至該第一天線，以透過該第一天線將該第二訊號發送出去。
4. 如申請專利範圍第2項所述的動作感測裝置，更包括一第二天線，該第二天線耦接該第一輸入端或該第二輸入端，以透過該第二天線接收第二訊號，其中該方向耦合器將該第二天線所接收的該第二訊號耦合至該第一天線，以透過該第一天線將該第二訊號發送出去，致使該目標物反射該第一天線所發送的該第二訊號而產生的該第一訊號。
5. 如申請專利範圍第2項所述的動作感測裝置，更包括一終端器，該終端器耦接該方向耦合器的該第一輸入端或該第二輸入端，以反射該第一天線所接收的該第二訊號。
6. 如申請專利範圍第1項所述的動作感測裝置，其中該相位偵測器包括：一第一功率分配器，接收該第一訊號與該第二訊號其中之另一，以依據該第一訊號與該第二訊號其中之另一產生一第一通道訊號與一第二通道訊號；一九十度相差功率分配器，耦接該壓控振盪器，以接收該振盪訊號，並依據該振盪訊號產生一無相移振盪訊號以及一相移振盪訊號；一第一混波器，耦接該第一功率分配器以及該九十度相差功率分配器，對該第一通道訊號以及該無相移振盪訊號進行混頻而 產生該第一相位輸出訊號；以及一第二混波器，耦接該第一功率分配器以及該九十度相差功率分配器，對該第二通道訊號以及該相移振盪訊號進行混頻而產生該第二相位輸出訊號。
7. 如申請專利範圍第6項所述的動作感測裝置，其中該相位偵測器更包括一低雜訊放大器，耦接於該第一功率分配器以及該第一天線之間，放大該第一訊號與該第二訊號其中之另一。
8. 如申請專利範圍第6項所述的動作感測裝置，其中該相位偵測器更包括一第一低通濾波器，耦接於該第一混波器與該訊號處理單元之間，用以濾除該第一相位輸出訊號的高頻雜訊，其中該相位偵測器更包括一第二低通濾波器，耦接於該第二混波器與該訊號處理單元之間，用以濾除該第二相位輸出訊號的高頻雜訊。
9. 如申請專利範圍第1項所述的動作感測裝置，更包括：一第二天線；以及一第二功率分配器，接收該第二訊號，耦接於該第二天線與該壓控振盪器之間，以將該第二訊號分為兩路並分別輸出至該第二天線以及該壓控振盪器，其中該第二天線發送該第二訊號，其中該第一天線耦接該相位偵測器，以將由該目標物反射該第二訊號而產生的該第一訊號輸出至該相位偵測器。
10. 如申請專利範圍第1項所述的動作感測裝置，更包括：一第二天線；以及 一第二功率分配器，接收該第二訊號，耦接於該第二天線與該相位偵測器之間，以將該第二訊號分為兩路並分別輸出至該第二天線以及該相位偵測器，其中該第二天線發送該第二訊號，其中該第一天線耦接該壓控振盪器，以將由該目標物反射該第二訊號而產生的該第一訊號輸出至該壓控振盪器。
11. 如申請專利範圍第1項所述的動作感測裝置，其中該第一天線接收該第一訊號以及該第二訊號，該相位偵測器包括：一九十度相差功率分配器，耦接該壓控振盪器，以接收該振盪訊號，並依據該振盪訊號產生一無相移振盪訊號以及一相移振盪訊號；一第一混波器，耦接該第一天線以及該九十度相差功率分配器，對一第一通道訊號以及該無相移振盪訊號進行混頻而產生該第一相位輸出訊號，其中該第一通道訊號為該第一訊號或該第二訊號；以及一第二混波器，耦接該第一天線以及該九十度相差功率分配器，對一第二通道訊號以及該相移振盪訊號進行混頻而產生該第二相位輸出訊號，其中該第二通道訊號為該第一訊號或該第二訊號。
12. 如申請專利範圍第1項所述的動作感測裝置，其中該訊號處理單元對該第一相位輸出訊號與該第二相位輸出訊號進行反正切解調，以產生一基頻訊號並依據該基頻訊號估測該目標物的該動作參數。
13. 如申請專利範圍第1項所述的動作感測裝置，其中該第二訊號為支援一無線通訊協定的無線射頻訊號，而該動作參數為該目標物的位移、移動速率、心跳頻率以及呼吸頻率其中之一或其組合。
14. 如申請專利範圍第1項所述的動作感測裝置，其中該動作感測裝置設置於一行動通訊裝置中，而該第二訊號為該行動通訊裝置所產生之射頻訊號或從行動通訊裝置所接收之外來射頻訊號。