用于移动设备的基于近超声的接近度感测制造技术

一种移动设备和操作该设备的方法，其中用所述方法可以产生近超声波声信号用于通过现有的换能器(如耳机)进行的发射，以引起来自接近物体的对应回声。该回声可以由另一个现有的换能器(如麦克风)接收，并且经处理以产生指示这种物体的接近度的相应状态信号。

【技术实现步骤摘要】
用于移动设备的基于近超声的接近度感测
技术介绍
本公开涉及用于移动设备以感测设备的触摸屏显示器到用户的接近度的接近度感测技术，尤其涉及基于声音而不是光的感测技术。接近度感测是基于触摸屏的移动设备检测用户的身体的一部分的紧密存在的重要特征，用于在用户面部的情况下关闭所述触摸屏显示器以防止在语音呼叫期间的错误触摸事件，或者用于在用户手的情况下打开所述触摸屏显示器以启用在设备操作期间的触摸事件。当前的移动设备使用红外(IR)传感器执行接近度感应，这要求与所述触摸屏相邻的区域在所述设备的前部。随着设备趋向于可用于边框的显著减少的前部区域，IR传感器的空间损失将需要替代的接近度感测技术。附图说明关于随后的讨论，特别是关于附图，要强调的是，所示细节代表用于说明性讨论目的的示例，并且出于提供对本公开的原理和概念方面的描述的目的而呈现。就这一点而言，除了基本理解本公开所需要的以外，没有尝试示出实现细节。结合附图进行的以下讨论对于本领域技术人员而言显而易见的是如何可以根据本公开的实施例来实践。在各个附图和支持描述中，相似或相同的附图标记可用于识别或以其他方式指代相似或相同的元件。在附图中：图1示出了根据一个实施例的用于入射声波和反射声波的信号路径。图2示出了根据一个实施例的近超声波激励和接近度计算引擎的方框图。图3示出了根据一个实施例的用于近超声波接近度计算引擎的操作流程。图4示出了根据一个实施例的用于接近度计算的攻击-保持-衰变算法。图5示出了根据一个实施例的用于不同检测能力、距离和物体尺寸的测试用例。r>图6示出了根据一个实施例的用于移动设备的唤醒手势的接近度感测的使用。图7示出了根据一个实施例的用于移动设备的唤醒手势的检测的区域和范围。图8示出了根据一个实施例的用于近超声波脉冲的大小与时间的曲线图。图9示出了根据另一实施例的近超声波接近度计算引擎的方框图。图10示出了根据另一实施例的近超声波激励引擎和接近度计算引擎的方框图。图11示出了根据一个实施例的以计算设备的形式的移动设备的方框图。具体实施方式在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多示例和具体细节，以便提供对本公开的全面理解。然而，对于本领域的技术人员将明显的是单独地或与以下描述的其他特征组合，如权利要求中所表达的本公开可以包括这些示例中的一些或全部特征，并且还可以包括本文描述的特征和概念的修改和等同物。如下面更详细地讨论，可以使用在从17千赫兹至24千赫兹的频率范围中不可听的近超声波声信号实现接近度检测。由于内置耳机(EP)扬声器可用于发出不可听见的近超声波频率声波以及正常语音和/或音乐，因此该技术避免了在主机设备的表面上需要用于IR传感器的专用区域。图1示出了根据一个实施例的用于入射103和反射105声波的信号路径。从设备100的EP扬声器101发射的信号102的方向可以被引导(例如，形成束)朝向用户104的头部或耳朵。高频(HF)声波103从用户104反射105，并且由所述内置麦克风106捕获。反射波105的累积强度与用户104的头部的接近度成比例，并且反射的HF声音的能量可以用作检测该接近度的提示。如以下更详细讨论，可以使用近超声波以及自适应声感测算法检测头/物体的接近度，所述自适应声感测算法确定周围环境的回声反射曲线(例如，基于周围物体的吸声特性的变化)，并调整所述检测及其参数(例如，闲置信号层、灵敏度等)。这种自适应声感测还启用可以干扰所述近超声波激励信号(ES)的高强度环境噪声的检测，并且提供纠正路径，以最小化错误触发。图2示出了根据一个实施例的近超声波激励引擎210和接近度计算引擎230的方框图200。所述激励引擎210包括近超声波音调发生器212、自适应增益控制器214和音调混合器216。所述音调发生器212产生具有信号功率或增益的不可听近超声波音调(例如，18千赫兹)213，所述信号功率或增益可以由所述增益控制器214自适应地控制，以产生控制的近超声波音调215，所述控制的近超声波音调215可以与可听信号221在所述混合器216中组合，以产生用于所述EP扬声器222的驱动信号211。所述主机设备的其他元件包括：混合器218，用于组合传出语音流217a和/或音乐流217b；和带限制器(例如，低通滤波器)220，用于限制所述混合信号219的较高频率范围，以产生所述可听信号221。可以由所述麦克风226接收并转换为由所述接近度计算引擎230处理的信号227的所述回声波225的接收信号能量自适应地控制所述近超声波音调的产生。从所述EP扬声器222发出的所述声波223由各种障碍物在其路径(包括所述用户224的头/脸)中反射，并且由所述麦克风226捕获作为回声225。这些回声经进一步处理，以检测所述头/脸的接近度。所述近超声波接近度计算引擎230包括预处理引擎232、接近度感测引擎234和接近度检测引擎236。这些一起执行如由所述操作环境的声学性质影响的所述回声反射曲线的自适应声感测(其可以基于周围材料的吸声特性、头的大小、脸的轮廓等实时变化)，并且动态地调整所述检测参数(例如，闲置信号层、灵敏度、阈值等)。最终，检测算法可以与可配置的攻击-保持-衰变曲线使用，以在最小化错误触发同时精确地确定接近度。由任何所述前置麦克风226捕获的音频数据可以经分割或划分为适当的帧大小(例如，10毫秒)的帧。每个音频帧可以由一序列的信号预处理模块处理，以预放大并去除噪声和其他低频率信号(例如，低于17千赫兹)。这可以有利地使用六阶无限冲激响应(IIR)高通滤波器(HPF)232a和前置放大器来完成，以产生主要具有所述发射的(和反射的)近超声波音调(NUT)的回声的合成信号。来自所述HPF232a的所述回声信号还可以由包络(envelope)发生器232b处理，以提取所述反射信号225的总体回声曲线。该包络发生可以使用信号平方器和低通滤波器(LPF)完成。所得的包络信号可以由抽取器232c下采样到240赫兹，这有利地以200的因子降低了计算复杂度并启用低功率计算。所抽取的回声包络信号233还可以由所述接近度感测引擎234使用动态能量估计(DEE)处理。该DEE有利地估计用于预定的时间窗口(例如，100毫秒)的所述回声包括信号233的平均能量，以确定所述回声包络信号233在所估计的平均能量上的绝对标准偏差。这有益地确保，尽管由于操作环境可以产生变化，但仍可以精确地检测到所述回声包络信号233的所述平均能量。(例如，由于此类不同材料之中的吸声差异，根据所述装置是否保持在所述用户的手中、放置在木制桌面或钢桌面上、放置在所述用户的口袋中等，所述平均能量可以变化。)一旦已经获得用于所需的时间窗口的平均能量，所述回声包络信号在所述平均能量上的所述绝对标准偏差(ASD)作为输出的预处理信号235a产生。另外，反馈信号235b可以提供至所述NUT引擎210中的所述自适应增益控制器214，以帮助确保基于所估计的平均能量在所述EP扬声器222中提供足够大小的驱动信号211。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种移动设备，其包括：/n声信号激励引擎，被配置为产生包括近超声波声信号的多个声信号；/n第一机电换能器，耦合到所述声信号激励引擎，并通过产生包括与所述近超声波声信号相关的传出近超声波的多个传出声波来响应所述多个声信号；/n第二机电换能器，通过产生多个传入声信号来响应包括与所述传出近超声波的回声相关的传入近超声波的多个传入声波；和/n接近度计算引擎，耦合到所述第二机电换能器，并通过产生与所述传入近超声波相关的至少一个状态信号来响应所述多个传入声信号，并且指示所述第二机电换能器与接收所述传入近超声波的物体的接近度。/n

【技术特征摘要】
20181221 US 16/230,9081.一种移动设备，其包括：
声信号激励引擎，被配置为产生包括近超声波声信号的多个声信号；
第一机电换能器，耦合到所述声信号激励引擎，并通过产生包括与所述近超声波声信号相关的传出近超声波的多个传出声波来响应所述多个声信号；
第二机电换能器，通过产生多个传入声信号来响应包括与所述传出近超声波的回声相关的传入近超声波的多个传入声波；和
接近度计算引擎，耦合到所述第二机电换能器，并通过产生与所述传入近超声波相关的至少一个状态信号来响应所述多个传入声信号，并且指示所述第二机电换能器与接收所述传入近超声波的物体的接近度。


2.根据权利要求1所述的移动设备，其中所述近超声波声信号包括具有在17千赫兹至24千赫兹的频率范围内的标称频率的音调。


3.根据权利要求1所述的移动设备，其中所述声信号激励引擎包括：
近超声波音调发生器，用于产生近超声波音调作为所述近超声波声信号；和
声信号混合器，通过混合语音信号和所述近超声波音调以产生所述多个声信号来响应所述语音信号。


4.根据权利要求1所述的移动设备，其中所述近超声波声信号包括具有在17千赫兹至24千赫兹的频率范围内的中心频率的脉冲流、脉冲持续时间和脉冲重复间隔，所述脉冲持续时间基本上小于所述脉冲重复间隔。


5.根据权利要求1所述的移动设备，其中所述声信号激励引擎包括：
近超声波脉冲发生器，用于产生近超声波脉冲流作为所述近超声波声信号；和
声信号混合器，通过混合语音信号和所述近超声波脉冲流以产生所述多个声信号来响应所述语音信号。


6.根据权利要求1所述的移动设备，其中所述接近度计算引擎包括：
预处理引擎，通过产生包括与所述传入近超声波相关的主要信号分量和与所述多个传入声信号的其他多个传入声信号相关的一个或多个附加信号分量的回声信号来响应所述多个传入声信号，其中所述主要信号分量的大小基本上大于所述一个或多个附加信号分量的大小；和
信号积分引擎，耦合到所述预处理引擎，并通过根据所述回声信号的攻击-保持-衰变积分产生所述至少一个状态信号来响应所述回声信号。


7.一种移动设备，其包括：
信号激励装置，用于产生包括近超声波声信号的多个声信号；
第一换能器装置，用于通过产生包括与所述近超声波声信号相关的传出近超声波的多个传出声波来响应所述多个声信号；
第二换能器装置，用于通过产生多个传入声信号来响应于包括与所述传出近超声波的回声相关的传入近超声波的多个传入声波；和
接近度计算装置，用于通过产生与所述传入近超声波相关的至少一个状态信号来响应所述多个传入声信号，并指示所述第二机电换能器与接收所述传入近超声波的物体的接近度。


8.根据权利要求7所述的移动设备，其中所述近超声波声信号包括具有在17千赫兹至24千赫兹的频率范围内的标称频率的音调。


9.根据权利要求7所述的移动设备，其中所述信号激励装置包括：音调发生器装置，用于产生近超声波音调...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·托马斯，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US