紅外線接近感應(yīng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)要素

圖2 單一LED系統(tǒng)性能分析

二維空間檢測由位于不同位置的兩個(gè)LED和單個(gè)光電二極管組成。從LED1得到一個(gè)測量值，然后快速從LED2獲得另一個(gè)測量值，兩個(gè)測量值被用于計(jì)算二維空間上的物體位置。其中，一維空間是接近LED1（左）或接近LED2（右），而另一維空間是接近或遠(yuǎn)離光電二極管。圖3是與圖2相同的三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)檢測結(jié)果。其中，白線代表從LED1中讀出的數(shù)據(jù)，紅線代表從LED2讀出的數(shù)據(jù)。從左到右滑動(dòng)過程中，白線上升，然后是紅線。當(dāng)手從左到右滑動(dòng)時(shí)，LED1反射IR光到傳感器，然后是LED2。

圖3 二維空間中手勢性能分析

三維空間運(yùn)動(dòng)檢測由三個(gè)LED和單個(gè)光電二極管組成，LED3與LED1、LED2不在同一直線上，可以把LED1和LED2之間的連線看作X軸，LED1和LED3之間的連線看作Y軸，從光電二極管和LED到被測物體之間的連線看作Z軸。圖4顯示了與圖2和圖3相同的測量過程，其中，藍(lán)線代表LED3的測量數(shù)據(jù)。當(dāng)手從左向右滑動(dòng)時(shí)，因?yàn)槭衷贚ED1和LED3上同時(shí)通過，LED1和LED3數(shù)據(jù)線同時(shí)上升，然后是LED2數(shù)據(jù)線。當(dāng)手從底部向頂部滑動(dòng)時(shí)，因?yàn)槭窒扔龅絹碜訪ED3的IR光，LED3數(shù)據(jù)線上升，然后是LED1和LED2。當(dāng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)槭衷谡麄€(gè)過程中都反射等量的LED光，三個(gè)LED測量值是相同的。

圖4 加入LED3后的三維空間中動(dòng)作性能分析

當(dāng)IR LED和IR傳感器應(yīng)用于產(chǎn)品時(shí)，這些組件通常不會用作裝飾目的而放在外面，終端產(chǎn)品至少需要一個(gè)開口或透明窗口，讓IR光透過。

IR LED從窗口中照射出，被外部物體反射后，通過窗口進(jìn)入Si1120傳感器。單一窗口配置的主要缺點(diǎn)是：窗口將導(dǎo)致一些光線被內(nèi)反射到Si1120，即使在檢測范圍內(nèi)沒有外部物體時(shí)，大量反射光也可能導(dǎo)致傳感器輸出。

雙窗口設(shè)計(jì)使用其中一個(gè)窗口用于IR LED，另一個(gè)窗口用于傳感器。通過在LED和傳感器之間進(jìn)行適當(dāng)?shù)母綦x，設(shè)計(jì)消除了內(nèi)部反射的問題，為系統(tǒng)提供更好的敏感性和檢測范圍。

對于IR接近感應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，選擇何種IR LED是一項(xiàng)非常重要的決定。IR LED視角對最大檢測距離和范圍有很大影響。從LED射出的IR光形成一個(gè)圓錐狀，圓錐頂角（大多數(shù)LED能量從這里輸出）被稱為LED視角。

所有的LED都有一個(gè)特定的視角，一個(gè)窄視角LED意味著發(fā)出的能量更加集中，比寬視角LED照射的更遠(yuǎn)。這意味著使用窄視角IR LED將在窄檢測區(qū)域中形成更遠(yuǎn)的檢測范圍，圖5說明了窄視角和寬視角IR LED的差異。

圖5 窄視角和寬視角IR LED的差異

當(dāng)設(shè)計(jì)IR系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中被測物體的特點(diǎn)也是需要重點(diǎn)考慮的。除了用于檢測手勢外，IR接近感應(yīng)系統(tǒng)也能被用于檢測無生命物體，如車庫門（打開或關(guān)閉）。檢測較大物體時(shí)，由于有更多的IR光被反射，檢測距離將更遠(yuǎn)。物體的顏色是另一個(gè)需要考慮的因素，因?yàn)镮R光與可見光有相同特性，淺色物體比深色物體反射更多光線。物體的顏色越深，越要接近IR系統(tǒng)，因?yàn)閮H有來自IR LED的少量IR光被反射到IR傳感器。