紅外線接近感應(yīng)人機界面設(shè)計要素

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LED和單個光電二極管組成。從LED1得到一個測量值，然后快速從LED2獲得另一個測量值，兩個測量值被用于計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離光電二極管。圖3是與圖2相同的三個方向運動檢測結(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)。從左到右滑動過程中，白線上升，然后是紅線。當(dāng)手從左到右滑動時，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

三維空間運動檢測由三個LED和單個光電二極管組成，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，藍線代表LED3的測量數(shù)據(jù)。當(dāng)手從左向右滑動時，因為手在LED1和LED3上同時通過，LED1和LED3數(shù)據(jù)線同時上升，然后是LED2數(shù)據(jù)線。當(dāng)手從底部向頂部滑動時，因為手先遇到來自LED3的IR光，LED3數(shù)據(jù)線上升，然后是LED1和LED2。當(dāng)往復(fù)運動時，因為手在整個過程中都反射等量的LED光，三個LED測量值是相同的。

圖4 加入LED3后的三維空間中動作性能分析

當(dāng)IR LED和IR傳感器應(yīng)用于產(chǎn)品時，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，通過窗口進入Si1120傳感器。單一窗口配置的主要缺點是：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，大量反射光也可能導(dǎo)致傳感器輸出。

雙窗口設(shè)計使用其中一個窗口用于IR LED，另一個窗口用于傳感器。通過在LED和傳感器之間進行適當(dāng)?shù)母綦x，設(shè)計消除了內(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)計而言，選擇何種IR LED是一項非常重要的決定。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都有一個特定的視角，一個窄視角LED意味著發(fā)出的能量更加集中，比寬視角LED照射的更遠。這意味著使用窄視角IR LED將在窄檢測區(qū)域中形成更遠的檢測范圍，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IR系統(tǒng)時，系統(tǒng)中被測物體的特點也是需要重點考慮的。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，由于有更多的IR光被反射，檢測距離將更遠。物體的顏色是另一個需要考慮的因素，因為IR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)，因為僅有來自IR LED的少量IR光被反射到IR傳感器。