带有具有磁场跟踪的外围设备的系统的制作方法

带有具有磁场跟踪的外围设备的系统
1.本专利申请要求于2020年9月21日提交的美国临时专利申请63/081,251号的优先权，该美国临时专利申请据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
2.本公开整体涉及电子设备，并且更具体地涉及具有控制头戴式设备的外围设备的系统。


背景技术：

3.头戴式设备和其它电子设备可由外围装备控制。当向电子设备提供输入时，一些外围设备可无线地操作。


技术实现要素：

4.头戴式设备或其它电子设备可发射交流磁场。无线控制器可具有用于监测该交流场的交流磁力计。该无线控制器还可具有用于测量该控制器相对于地球重力的取向的加速度计以及用于测量该控制器相对于地球磁场的取向的直流磁力计。使用部件诸如这些部件，该无线控制器可确定该无线控制器相对于该头戴式设备的位置和取向。此信息然后可无线地传输到该头戴式设备以控制该头戴式设备。
5.这些交流磁力计可以是位于控制器外壳中的不同位置处的三线圈磁力计。每个三线圈交流磁力计可具有沿着线性独立的三个相应轴线(没有轴线彼此平行)对准的三个线圈。在本文中有时可作为示例描述的例示性配置中，每个三线圈交流磁力计可具有三个正交线圈。在一些配置中，线圈可共享公共磁芯。如果需要，线圈也可具有空气芯或单独的磁芯。在例示性布置中，每个交流磁力计的两个或三个线圈可围绕公共磁芯缠绕。
6.该无线控制器可具有附加部件以帮助测量位置和取向。这些部件可包括光学传感器，诸如形成视觉惯性测程系统的一部分的相机、自混频接近传感器和/或基于光流的视觉惯性测程系统传感器。如果需要，该无线控制器可具有用作视觉参考点的光源。头戴式设备中的相机可跟踪这些视觉参考点以帮助确定该无线控制器的位置和取向。
附图说明
7.图1是根据一个实施方案的具有头戴式设备和控制器的例示性系统的图示。
8.图2是根据一个实施方案的具有头戴式设备和控制器的例示性系统的示意图。
9.图3是根据一个实施方案的例示性手指设备的前视图。
10.图4是根据一个实施方案的例示性手持式设备的顶视图。
11.图5是根据一个实施方案的例示性触笔的侧视图。
12.图6是根据一个实施方案的可以可移除地耦接到电子设备的例示性跟踪模块的侧视图。
13.图7是根据一个实施方案的例示性磁场感测线圈的透视图。
14.图8是根据一个实施方案的可用作控制器的例示性手指设备的透视图。
15.图9是根据一个实施方案的具有用于手指设备的一对磁性传感器的衬底的透视图。
16.图10是根据一个实施方案的具有图9所示类型的磁性传感器的例示性手指设备的侧视图。
17.图11是根据一个实施方案的具有磁性传感器的另一个例示性手指设备的侧视图。
具体实施方式
18.电子设备诸如头戴式设备和其它电子装备可具有按钮、触摸传感器和直接采集用户输入的其它输入设备。在一些配置中，外部附件用于控制电子设备。例如，外围设备诸如无线控制器可用于控制头戴式设备、计算机、蜂窝电话和其它电子设备。在本文中有时作为示例描述的例示性配置中，控制器诸如可穿戴无线控制器、手持式无线控制器和其它无线控制器用于控制头戴式设备或其它电子设备。
19.图1是其中电子设备诸如头戴式设备正由外围设备(有时称为附件或控制器)无线地控制的例示性系统的图示。如图1所示，系统8可包括控制器诸如无线控制器10b，该无线控制器用于无线地控制诸如头戴式设备10a的电子设备。无线控制器10b可穿戴在用户的手指上、握持在用户的手中、或者可移除地耦接到握持在用户的手中或以其它方式由用户移动的便携式电子设备。
20.在本文中有时可作为示例描述的例示性配置中，设备10a穿戴在用户的头部上并且控制器10b穿戴在用户的手指上。在用户移动控制器10b(并且可选地按压按钮、触摸触摸传感器、向力传感器施加力、或以其它方式向控制器提供输入)时，控制器10b的位置和取向可由控制器10b中的传感器电路(以及，如果需要，设备10a中的相机或其它传感器电路)监测。控制器10b采集的关于控制器10b的位置、取向和移动的信息(以及提供到控制器10b的可选按钮按压输入和其它输入)用作设备10a的用户输入。
21.来自控制器10b的用户输入可实时无线地提供到设备10a并且用于控制控制器10b的操作。例如，由控制器10b提供的(并且可选地由设备10a中的相机或其它传感器采集的)用户输入可控制游戏中的元素的移动，可移动指针，可用于导航通过屏幕上菜单项并且进行菜单选择，和/或可以其它方式用于控制用户与设备10a的交互。
22.如图1所示，头戴式设备10a可包括头戴式支撑结构26。支撑结构26可包括主外壳部分26m以及一个或多个条带诸如条带26b。结构26可被配置为将设备10a支撑在用户的头部上。为了向用户呈现用于从适眼区诸如适眼区56观看的图像，设备10a可包括显示器诸如显示器52和透镜诸如透镜54。这些部件可安装在光学模块诸如光学模块50(例如，镜筒)中以形成相应的左光学系统和右光学系统。例如，可存在用于在左适眼区中通过左透镜向用户的左眼呈现图像的左显示器和用于在右适眼区中向用户的右眼呈现图像的右后向式显示器。当结构26抵靠用户的面部的外表面搁置时，用户的眼睛位于设备10a的后侧r的适眼区56中。
23.主外壳部分26m可从设备10a的后侧r延伸到设备10的相反的前侧f。在后侧r上，主外壳部分26m可具有缓冲结构，以在部分26m抵靠用户的面部搁置时增强用户舒适度。如果需要，设备10可具有光学部件66(例如，相机等)。作为示例，这些相机可安装在部分26m的前
侧f上并且可沿远离显示器52的向前方向面向。在一些配置中，设备10a可具有安装在主外壳部分26m的前侧f上的可公开观看的前向式显示器。
24.为了形成可由控制器10b检测的磁场b，设备10a可具有一个或多个线圈诸如线圈60。在图1的示例中，设备10a具有单个环形线圈(线圈60)，该单个环形线圈具有沿着部分26m在设备10a的前侧f上的外围边缘延伸的一匝或多匝，可具有矩形占有面积、椭圆形形状、在左侧和右侧上具有泪珠状轮廓的形状和/或其它合适的形状。作为示例，线圈60可沿着前侧f上的可公开观看的前向式显示器的外围边缘(例如，围绕外壳部分26m的外边缘)延伸。在系统8的操作期间，设备10a中的控制电路驱动交流(ac)电流通过线圈60以产生ac磁场b。
25.控制器10b可具有外壳，诸如外壳64。在一个例示性中，控制器10b是手指设备或其它可穿戴设备，并且外壳64是指戴式外壳或其它可穿戴外壳(身体安装式外壳)，该外壳被配置为允许控制器10b穿戴在用户的手指或其它身体部位上。也可使用其中外壳64是便携式设备外壳(例如，手持式设备外壳)的布置。
26.外壳64可具有将控制器10b的内部区域诸如内部区域70与围绕设备10的外部区域诸如外部区域72分离的壁或其它结构。电气部件62(例如，集成电路、传感器、控制电路、发光二极管、激光器和其它发光设备、其它控制电路和输入-输出设备等)可安装在控制器10b内的印刷电路和/或其它结构上(例如，在内部区域70中)。
27.为了感测ac磁场b并由此确定控制器10b相对于设备10a的位置和取向，控制器10b可具有ac磁场传感器(有时称为ac磁力计或ac磁性传感器)。在一个例示性配置中，设备10具有多个ac磁力计诸如图1的例示性的一对ac磁力计32。
28.每个ac磁力计32可具有一个或磁感测线圈。通过使用一组三个正交线圈(例如，围绕由铁氧体或其它磁性材料形成的共同磁芯缠绕的线圈)，ac磁力计可在三个维度上测量磁场b的强度和方向。基于由线圈60产生的磁场分布的知识(例如，根据先前的表征测量结果)，控制器10b可使用磁场b的测量结果来确定控制器10b相对于设备10a的位置和取向。
29.通过使用至少两个ac磁力计诸如图1的例示性的一对ac磁力计32，可增强控制器10b可确定控制器10b相对于设备10b的位置和取向的准确性。ac磁力计32中的每个磁力计可以是三线圈磁力计，或者如果需要，可使用具有较少线圈的ac磁力计(例如，磁力计32中的第一者可以是三线圈磁力计并且磁力计32中的第二者可以是单线圈或双线圈磁力计)。在一些布置中，控制器10b可具有三个或更多个ac磁力计。在本文中有时作为示例描述其中控制器10b具有位于外壳64的内部70内的不同相应位置处的第一三线圈ac磁力计和第二三线圈ac磁力计的配置。
30.图2中示出了图1的系统8的示意图。如图2所示，系统8可包括一个或多个电子设备10诸如头戴式设备10a和控制器10b。一般来讲，设备10可包括头戴式设备(例如，图1的设备10a)、控制器(例如，图1的控制器10b)、附件诸如耳机、计算装备(例如，蜂窝电话、平板计算机、膝上型计算机、台式计算机等)、和/或其它电子装备(例如，由控制器10b控制的其它电子装备)。一些设备(例如，设备10a)可发射磁场(例如，图1的ac磁场b)且一些设备(例如，控制器10b和/或具有磁性传感器的其它外围设备)可感测这些磁场以确定其相对于发射设备的位置和取向。在本文中作为示例描述其中头戴式设备10a使用线圈60来发射由控制器10b中的磁力计32检测的磁场的布置。
31.系统8中的每个电子设备10可具有控制电路12。控制电路12可包括用于控制设备操作的存储和处理电路。电路12可以包括存储装置，诸如硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动器的电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态或动态随机存取存储器)等。控制电路12中的处理电路可以基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、基带处理器、功率管理单元、音频芯片、图形处理单元、专用集成电路以及其它集成电路。软件代码可存储在电路12中的存储设备上，并且在电路12中的处理电路上运行，以实施控制操作(例如，数据采集操作、涉及使用控制信号调节电子设备的部件的操作等)。控制电路12可以包括有线和无线通信电路。例如，控制电路12可包括射频收发器电路，诸如蜂窝电话收发器电路、无线局域网收发器电路(例如，电路)、收发器电路、毫米波收发器电路、和/或其它无线通信电路。
32.在操作期间，系统8中的设备的通信电路(例如，每个电子设备10的控制电路12的通信电路)可用于支持电子设备之间的通信。例如，一个电子设备可将视频数据、音频数据、控制信号和/或其它数据传输到系统8中的另一个电子设备。系统8中的电子设备可以使用有线和/或无线通信电路来通过一个或多个通信网络(例如，互联网、局域网等)进行通信。通信电路可用于允许给定设备从外部装备(例如，拴系计算机、控制器、便携式设备诸如手持式设备或膝上型计算机、在线计算装备诸如远程服务器或其它远程计算装备、或其它电气装备)接收数据和/或向外部装备提供数据。作为示例，第一设备诸如无线控制器可使用电路12的无线通信电路(例如，蓝牙电路等)来向头戴式设备无线地传输关于无线控制器的位置和取向的信息。以此方式，无线控制器可实时控制头戴式设备。头戴式设备可作为独立设备操作和/或可从伴随设备(例如，膝上型计算机、蜂窝电话、平板计算机等)接收视频、游戏内容和/或其它内容。在其中系统8包括头戴式设备、无线控制器和与头戴式设备结合操作的伴随设备的布置中，来自无线控制器的无线控制信号可提供到头戴式设备和/或伴随设备(其可被认为形成头戴式设备系统的一部分)。
33.系统8中的每个设备10可包括输入-输出设备22。输入-输出设备22可以被用于允许用户为设备10提供用户输入。输入-输出电路22可以也被用于采集有关设备10在其中操作的环境的信息。电路22中的输出部件可以允许设备10向用户提供输出，并且可以被用于与外部电气装备通信。
34.输入-输出设备22可包括显示器、发光二极管、激光器和产生光输出的其它部件，可包括音频部件诸如扬声器和麦克风，可包括按钮、触摸传感器、力传感器和接收用户输入的其它部件，可包括测量系统8的操作环境的传感器，可包含触觉输出设备，和/或可包含其它电路。
35.不同的设备10可具有不同组的输入-输出设备。作为示例，控制器10b可具有或可不具有显示器。在一个例示性配置中，控制器10b是具有有限大小的手指设备，因此可省略显示器。头戴式设备10a可包括显示器诸如图1的显示器52，以在设备10a正穿戴在用户的头部上时显示针对左适眼区和右适眼区的图像。作为另一个示例，设备10a可具有光学部件诸如相机(参见，例如，图1的相机66)。相机可例如用于帮助跟踪控制器诸如控制器10b。控制器10b可具有相机以帮助测量控制器10b的运动，或者可不具有任何相机。
36.设备10的部件中的另一个电势差涉及感测电路。为了确定其位置和取向，控制器10b可具有传感器16，诸如dc磁力计30(有时称为罗盘或dc磁性传感器)、ac磁力计32和加速
度计34(作为示例)。设备10a可具有传感器，诸如这些传感器或者这些传感器中的一个或全部传感器可从设备10a中省略。
37.图2的控制器10b可以可选地具有用于帮助确定控制器10b的位置和取向的附加传感器。这些附加传感器可包括光学传感器36(例如，相机、光流传感器、自混频传感器和/或发射和/或检测光的其它传感器)。
38.光源14可设置在设备10b中以在外壳64(图1)上形成可见光参考点。设备10a可使用相机诸如相机66来检测光源14的位置以帮助跟踪设备10的位置和取向。
39.一般来讲，设备10(例如，头戴式设备10a和/或控制器10b)可包括任何合适的传感器电路诸如图2的例示性传感器16。传感器16可包括例如三维传感器(例如，三维图像传感器诸如发射光束并且使用二维数字图像传感器从在目标被该光束照射时产生的点或其它光点采集用于三维图像的图像数据的结构化光传感器、使用双目成像布置中的两个或更多个相机采集三维图像的双目三维图像传感器、三维lidar(光检测和测距)传感器(有时称为飞行时间相机或三维飞行时间相机)、三维射频传感器、或采集三维图像数据的其它传感器)、相机(例如，二维红外和/或可见光数字图像传感器)、视线跟踪传感器(例如，基于图像传感器、并且如果需要还基于光源的视线跟踪系统，该光源发射一个或多个光束，这些光束在从用户的眼睛反射之后使用图像传感器进行跟踪)、触摸传感器、电容式接近传感器、基于光的(光学)接近传感器、其它接近传感器、力传感器(例如，应变计、电容式力传感器、电阻式力传感器等)、传感器诸如基于开关的接触传感器、气体传感器、压力传感器、湿度传感器、磁性传感器、音频传感器(麦克风)、环境光传感器、采集关于环境照明条件诸如与人工照明相关联的时变环境光强度的存在的时间信息的闪烁传感器、用于采集语音命令和其它音频输入的麦克风、被配置为采集关于运动、位置和/或取向的信息的传感器(例如，加速度计诸如加速度计34、陀螺仪、罗盘诸如磁力计30、和/或包括所有这些传感器或者这些传感器中一个或两个传感器的子组的惯性测量单元)、和/或其它传感器。
40.用户输入和其他信息可以利用传感器和输入-输出设备22中的其他输入设备来采集。如果需要，(设备10a和/或控制器10b中的)输入-输出设备22可包括其它设备24，诸如触觉输出设备(例如，振动部件)、发光二极管、激光器和其它光源(例如，发射在环境光水平为低时照射围绕设备10的环境的光的发光设备)、扬声器诸如用于产生音频输出的耳用扬声器、用于接收无线电力的电路、用于将电力无线地传输到其它设备的电路、电池和其它能量存储设备(例如，电容器)、操纵杆、按钮和/或其它部件。
41.如结合图1所描述，控制器10b的外壳64可允许控制器10b由用户穿戴、固持在用户的手中、附接到电子设备诸如手持式设备和/或以其它方式由用户在系统8的操作期间操纵。图3、图4、图5和图6中示出了控制器10b的外壳64的例示性配置。
42.如图3所示，外壳64可被配置为穿戴在用户的手指(手指80)上。作为示例，外壳64可具有u形横截面轮廓，该u形横截面轮廓在覆盖指甲84的同时使手指80的下表面上的指身82的一部分或全部暴露。还可使用一定配置，在这些配置中，外壳64覆盖指身82和/或控制器10b的外壳被配置为形成手套、指环、腕带、臂带和/或安装在用户的手指、手腕、手或其它身体部位上的其它结构。
43.在图4的示例中，控制器10b用作手持式遥控器。如图4所示，外壳64可被配置为将输入-输出设备诸如按钮86支撑在一定位置中，在这些位置中，按钮86可在用户将外壳64握
持在用户的手中时由用户的手指按压。
44.图5是例示性配置中的控制器10b的侧视图，在该配置中，外壳64具有沿着纵向轴线88延伸的细长形状。作为示例，外壳64可具有允许控制器10b用作计算机触笔(有时称为笔)的尖头顶端，该计算机触笔向伴随设备诸如蜂窝电话、膝上型计算机或平板计算机提供输入，该伴随设备具有被二维电容传感器重叠的显示器。
45.在图6的例示性布置中，控制器10b是插入式模块。外壳64可具有部分诸如部分92，输入-输出设备22(例如，ac磁力计32和其它传感器16)和控制电路12安装在该部分中。外壳64还可具有部分诸如部分90，该部分具有形成连接器的接触件。作为示例，连接器可被配置为插入到蜂窝式电话或系统8中的其它手持式电子设备(例如，图6的设备10')上的匹配连接器中。在这种类型的配置中，控制器10b可测量磁场并且可以其它方式用于确定外壳64和附接设备10'的位置和取向(例如，控制器10b和设备10'可共同形成用于设备10a的手持式无线控制器)。由部分90形成的连接器可以是可拆卸的，使得控制器10b可在使用之后从设备10'脱离。
46.图7是可用于ac磁力计32中的类型的例示性线圈的透视图。在图7的示例中存在三个线圈32c。这些线圈包括具有被配置为感测x轴磁场的端子tx的x维度线圈、具有被配置为感测y轴磁场的端子ty的y维度线圈、以及具有被配置为感测z轴磁场的端子tz的z维度线圈。这三个线圈中的每个线圈可具有任何合适的匝数。线圈可共享公共磁芯诸如芯92。此示例中的三个线圈彼此正交地取向，这允许控制器10b测量ac磁场b的强度和取向。控制器10b(和/或设备10a)可包含三维磁场b的图(例如，磁场强度和取向)。可使用查找表或使用任何其它合适的磁场图表示来功能性地表示图。因为磁场b的分布是已知的，所以场b的强度和取向的测量结果可用于确定控制器10b相对于头戴式设备10a位于何处，即使在用户的头部转动或者设备10a在使用期间以其它方式移动的情况下。这允许游戏中的计算机生成的对象或其它虚拟内容相对于控制器10b准确地定位，并且允许控制器10b用于与这样的显示的虚拟内容准确地交互。
47.在一个例示性配置中，外壳64被配置为穿戴在用户的手指上(例如，控制器10b是手指设备)。图8是一种布置中的控制器10b的透视图，在该布置中，外壳64已被配置为形成指戴式设备外壳。
48.如图8所示，外壳64可具有水平延伸的顶部部分诸如顶部部分64a，该顶部部分耦接到相应的左侧和右侧向下突出侧部部分64b。当控制器10b穿戴在用户的手指上时，用户的手指沿着外壳64的长度(例如，沿着外壳64的纵向轴线100)在侧部部分64b之间延伸。在用户正穿戴设备10a并且正与由设备10a显示的内容交互时，用户可在围绕用户的环境中四处移动控制器10b来控制设备10a(例如，以与所显示内容交互)。
49.在一些场景中，控制器10b移动通过自由空间并且可用于向设备10a提供隔空手势输入。磁性传感器和其它传感器16可在这些自由空间移动期间检测控制器10b的位置、取向以及位置和取向的变化，使得隔空手势输入可用于控制设备10a。
50.在其它情况下，用户的手指(例如，用户的指身)接触环境中的对象。使用控制器10b中的传感器，控制器10b可检测用户的手指和外部对象之间的接触。例如，控制器10b可具有力传感器诸如应变仪和/或安装在部分64b中的其它传感器16。在用户跨对象移动用户的指身表面和/或抵靠对象按压用户的指身表面时，这些传感器可检测来自用户的手指(例
如，用户的手指的侧面)的压力。控制器10b中的加速度计电路还可用于检测用户的手指何时击中外部对象。除了通过使用磁性传感器和其它传感器电路采集的移动信息之外，传感器测量结果诸如检测用户与对象的交互的那些测量结果可用作用于控制设备10a的用户输入。
51.通过使用传感器16，控制器10b可因此监测用户的手指运动以及与外部环境的交互。例如，控制器10b可通过映射与利用用户的手指和/或控制器10b的部分触摸这些对象和抵靠这些对象按压相关联的位置和力来检测外部对象表面的位置和物理属性。可由设备10a将呈隔空手势形式的用户输入以及关于用户与物理对象的交互的信息用于确定应为用户显示哪个内容以及提供其它输出。在一些情况下，设备10可向控制器10b提供控制信号，这些控制信号致使控制器10b(例如，通过激活控制器10b中的一个或多个触觉输出设备)向用户的手指提供触觉输出。还可基于由控制器10b采集的用户输入来调节利用设备10a或一对相关联的耳机向用户提供的音频输出。
52.为了准确地测量控制器10b的位置和取向，图8的控制器10b可具有一对ac磁力计32。这些磁力计可在外壳64内间隔开，使得可进行比使用仅单个磁力计可能进行的磁场测量更准确的磁场测量。例如，磁力计32可沿着纵向轴线100(例如，在沿着图8的y轴的不同位置处)间隔开并且/或者可放置在沿着图8的x轴和/或z轴的不同位置处。在一个例示性配置中，磁力计32位于位置诸如外壳64中的向前位置102和向后位置104处。每个位置受不同局部条件(例如，局部影响磁场的不同结构和/或部件)影响，并由此受到不同潜在干扰源的影响。通过使磁力计的线圈在空间上彼此分离，可增强传感器性能。
53.在操作期间，每个ac磁力计32可使用其线圈来在x方向、y方向和z方向上测量ac磁场b，并且根据这些测量结果，可在x、y和z上确定控制器10b的位置。通过使用两个ac磁力计32而不是单个磁力计，可将来自每个磁力计的读数求平均或以其它方式将其组合以确保x、y和z位置测量结果是准确的。
54.控制器10b可具有加速度计诸如图2的加速度计34(例如，惯性测量单元中的加速度计或独立加速度计)。加速度计可测量控制器10b上的地球重力，并且可因此用于(例如，通过测量控制器10b相对于地球表面的俯仰角和横滚角)采集关于控制器10b相对于地心的角取向的信息。
55.可用于测量控制器10b的位置和取向的另一个传感器是dc磁力计诸如图2的dc磁力计30。可以是惯性测量单元的一部分或者可以是独立dc磁性传感器单元的dc磁力计可采集关于地球磁场的罗盘读数，这些罗盘读数揭示外壳64相对于地球磁极的角取向(例如，偏航角)。
56.如果需要，可使用陀螺仪(例如，微机电系统陀螺仪，有时称为角速率传感器或取向传感器)来测量控制器10b的角取向的变化速率。陀螺仪输出可与加速度计输出和/或dc磁力计输出结合用于评估控制器10b的移动(例如，加速度计输出、dc磁力计输出和陀螺仪输出可一起用于监测相对于地球的俯仰角、横滚角和偏航角)。
57.通过组合每个这些测量结果，可确定控制器10b的位置和取向(例如，可实现六自由度跟踪，其中ac磁力计32在x、y和z上测量位置，加速度计34测量俯仰角和横滚角，dc磁力计30测量偏航角，并且可选的陀螺仪用于测量控制器10b的角取向的变化速率以帮助增强角取向测量结果的准确性)。
58.如果需要，控制器10b和/或设备10a可具有辅助系统8确定控制器10b相对于设备10a的位置和取向的附加部件。作为示例，控制器10b可在外壳64上具有发光设备14。发光设备14可包括在紫外波长、可见光波长和/或红外波长下操作的发光二极管或激光器。每个发光设备14可从外壳64上的不同位置(例如，图8的示例中的外壳64的顶部四个角部中的每个角部)发射光(例如，对用户不可见的红外光)。相机66可对光的发射波长敏感(例如，相机诸如设备10a中的相机66可用于捕获红外图像，其中来自设备14的光束表现为亮点)。设备14在外壳64上的已知位置可允许设备14用作视觉参考以向设备10a通知控制器10b的位置和取向。如果需要，布置设备14的模式可以是不对称的，以帮助在由相机66观察时唯一地识别控制器10b相对于设备10a的位置和取向。设备14还可利用不同调制模式来调制和/或可具有其它属性以帮助区分不同设备14(例如，不同波长的输出光、不同照射形状等)。
59.在操作期间，相机诸如设备10a的相机66可捕获控制器10b的图像。只要摄像机66能够观看发光设备14(例如，只要在摄像机66之间保持清晰的视线)，发光设备14在所捕获图像中的位置可用于帮助确定控制器10b相对于相机66(并且因此相对于设备10a)的位置和取向。基于相机的控制器跟踪(例如，对包含来自发光设备14的亮点的图像执行的图像处理操作)可用于补充其它形式的设备跟踪(例如，涉及ac磁力计32、dc磁力计30和加速度计34的位置和取向测量操作)。
60.可用于确定控制器10b的位置和取向的另一个传感器布置涉及使用控制器10b中的光学传感器36。如图8所示，例如，控制器10b可具有在不同相应方向上取向的一个或多个传感器36(例如，一个或多个、至少两个、至少三个、至少四个等)。在图8的示例中，存在四个光学传感器36，这些光学传感器在四个相应的方向110上(例如，在+x方向、-x方向、+z方向和+y方向上)取向。光学传感器36可以是相机(例如，可见光敏感相机和/或红外光敏感相机)，可以是光学自混频传感器(例如，可见光自混频传感器或红外自混频传感器)，或者可以是光流传感器(例如，在可见光波长和/或红外波长下操作的光流传感器)。
61.在第一例示性配置中，传感器36是捕获围绕控制器10b的环境的图像的相机。相机图像可与惯性测量单元输出组合以形成跟踪控制器10b的移动的视觉惯性测程(vio)系统。
62.在第二例示性配置中，传感器36是自混频传感器。自混频传感器可具有发射光的可见光半导体激光器或红外半导体激光器，该光反射回到激光器中。在每个激光器中，反射光干扰激光器电流和该激光器的光学输出。通过使用自混频干涉测量的原理处理这些信号，可测量自混频传感器和外部对象之间的距离，从而帮助确定控制器10b和外部对象之间的相对位置。
63.在第三例示性配置中，实施基于光流的视觉惯性测程技术以帮助跟踪控制器10b。在这种类型的布置中，传感器36中的每个传感器是光流传感器(例如，用于观察所照射表面的微观细节并由此跟踪控制器10b相对于这些表面的移动的红外发射器和接收器)。光流传感器的输出可与内部测量单元输出组合以形成光流视觉惯性测程系统。
64.一般来讲，传感器36可用于实施这些跟踪技术中的任一个跟踪技术，并且这些技术中的任一个技术可用于帮助确定控制器10b在操作期间的位置和定位。例如，来自基于相机的vio跟踪系统的输出、来自自混频干涉测量跟踪系统的输出、来自基于光流的vio跟踪系统的输出和/或来自跟踪发光设备14的跟踪相机的相机数据可与来自ac磁力计32的在x、y和z上的位置的测量结果以及来自加速度计34和dc磁力计30的角取向测量结果组合。
65.ac磁力计32可安装在外壳64内的任何合适的空间分离位置处。图9示出一对ac磁力计32可如何附接到柔性印刷电路诸如印刷电路112的相反端。印刷电路112可安装在外壳64的内部中。如图10所示，在设备10穿戴在用户的手指(手指80)上时，当安装在外壳64中时，图9的ac磁力计32中的第一者可位于外壳部分64a的前部附近，并且图9的ac磁力计32中的第二者可位于外壳部分64a的后部附近。
66.在图9和图10的示例中，磁力计芯92的平坦侧具有沿+x方向和-x方向面向的表面法线。如果需要，ac磁力计32可被取向成使得磁力计芯92的平坦侧的表面法线沿着y轴(例如，控制器10b的纵向轴线)对准。在图11的控制器10b的侧视图中示出这种类型的布置。如果需要，可使用ac磁力计32的线圈的其它布置。图9、图10和图11的布置是例示性的。
67.根据一个实施方案，提供了一种被配置为无线地控制头戴式设备的无线控制器，该无线控制器包括：外壳，该外壳被配置为由用户穿戴；直流(dc)磁力计，该dc磁力计位于该外壳中；加速度计，该加速度计由该外壳支撑；第一交流(ac)磁力计，该第一ac磁力计位于该外壳中的第一位置处；第二ac磁力计，该第二ac磁力计位于该外壳中的不同于该第一位置的第二位置处；以及电路，所述电路被配置为：使用来自该dc磁力计、该第一ac磁力计和该第二ac磁力计以及该加速度计的信息来确定该外壳相对于该头戴式设备的位置和取向；并且向该头戴式设备无线地传输该位置和该取向。
68.根据另一个实施方案，该第一ac磁力计包括具有围绕第一磁芯缠绕的第一三个正交线圈的三线圈磁力计，并且该第二ac磁力计包括具有围绕第二磁芯缠绕的第二三个正交线圈的三线圈磁力计，并且该外壳是指戴式外壳。
69.根据另一个实施方案，该头戴式设备被配置为发射ac磁场，并且该第一ac磁力计和该第二ac磁力计被配置为测量该ac磁场。
70.根据另一个实施方案，该无线控制器包括该外壳上的发光设备。
71.根据另一个实施方案，该头戴式设备具有被配置为监测该发光设备的相机，并且该发光设备包括红外发光设备。
72.根据另一个实施方案，该无线控制器包括相机。
73.根据另一个实施方案，该无线控制器包括自混频传感器。
74.根据另一个实施方案，该无线控制器包括：光流传感器，该光流传感器具有光发射器和光检测器。
75.根据另一个实施方案，该无线控制器包括：多个相机，该多个相机捕获图像，这些相机被配置为形成视觉惯性测程系统的一部分。
76.根据另一个实施方案，该无线控制器包括：多个红外自混频传感器，该多个红外自混频传感器被配置为采集关于该外壳和外部对象之间的距离的信息。
77.根据另一个实施方案，该无线控制器包括：多个光流传感器，该多个光流传感器被配置为形成视觉惯性测程系统的一部分。
78.根据另一个实施方案，该外壳是计算机触笔外壳。
79.根据另一个实施方案，该外壳包括：手持式遥控外壳。
80.根据另一个实施方案，该无线控制器包括：连接器，该连接器被配置为与蜂窝电话中的连接器配合。
81.根据一个实施方案，提供了一种能操作来控制发射交流磁场的电子设备的无线可
穿戴控制器，该无线可穿戴控制器包括：可穿戴外壳；交流磁力计电路，该交流磁力计电路被配置为测量该交流磁场；以及控制电路，该控制电路被配置为使用关于所测量交流磁场的信息来无线地控制该电子设备。
82.根据另一个实施方案，该交流磁力计电路包括：第一交流磁力计，该第一交流磁力计被配置为测量该交流磁场；以及第二交流磁力计，该第二交流磁力计被配置为测量该交流磁场，并且该控制电路被配置为使用来自该第一交流磁力计和该第二交流磁力计的关于所测量交流磁场的信息来无线地控制该电子设备。
83.根据另一个实施方案，该第一交流磁力计具有三个正交线圈。
84.根据另一个实施方案，该第二交流磁力计具有至少两个正交线圈。
85.根据另一个实施方案，该可穿戴外壳包括指戴式外壳，并且该第二交流磁力计具有三个正交线圈，该无线可穿戴控制器包括：直流磁力计；以及加速度计，该控制电路被配置为使用来自该直流磁力计和该加速度计的信息来无线地控制该电子设备。
86.根据一个实施方案，提供了一种被配置为控制发射交流磁场的电子设备的无线控制器，该无线控制器包括：外壳；第一三线圈交流磁力计，该第一三线圈交流磁力计被配置为测量该交流磁场；第二三线圈交流磁力计，该第二三线圈交流磁力计被配置为测量该交流磁场；直流磁力计，该直流磁力计被配置为测量地球磁场；加速度计，该加速度计被配置为测量地球重力；以及控制电路，该控制电路被配置为使用来自该第一三线圈交流磁力计的第一输出并且使用来自该第二三线圈交流磁力计的第二输出来在三个正交维度上确定该外壳的位置；使用来自该加速度计的输出来确定该外壳的俯仰角和横滚角；并且使用来自该直流磁力计的输出来确定该外壳的偏航角。
87.根据另一个实施方案，该外壳包括指戴式外壳。
88.根据另一个实施方案，该无线控制器包括：相机，该相机被配置为形成视觉内部测程系统的一部分。
89.前述内容仅为示例性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

技术特征：
1.一种被配置为无线地控制头戴式设备的无线控制器，包括：外壳，所述外壳被配置为由用户穿戴；直流(dc)磁力计，所述dc磁力计位于所述外壳中；加速度计，所述加速度计由所述外壳支撑；第一交流(ac)磁力计，所述第一ac磁力计位于所述外壳中的第一位置处；第二ac磁力计，所述第二ac磁力计位于所述外壳中的不同于所述第一位置的第二位置处；以及电路，所述电路被配置为：使用来自所述dc磁力计、所述第一ac磁力计和所述第二ac磁力计以及所述加速度计的信息来确定所述外壳相对于所述头戴式设备的位置和取向；并且向所述头戴式设备无线地传输所述位置和所述取向。2.根据权利要求1所述的无线控制器，其中，所述第一ac磁力计包括具有围绕第一磁芯缠绕的第一三个正交线圈的三线圈磁力计，并且其中，所述第二ac磁力计包括具有围绕第二磁芯缠绕的第二三个正交线圈的三线圈磁力计，并且其中所述外壳是指戴式外壳。3.根据权利要求2所述的无线控制器，其中，所述头戴式设备被配置为发射ac磁场，并且其中，所述第一ac磁力计和所述第二ac磁力计被配置为测量所述ac磁场。4.根据权利要求1所述的无线控制器，还包括：发光设备，所述发光设备位于所述外壳上。5.根据权利要求4所述的无线控制器，其中，所述头戴式设备具有被配置为监测所述发光设备的相机，并且其中，所述发光设备包括红外发光设备。6.根据权利要求1所述的无线控制器，还包括：相机。7.根据权利要求1所述的无线控制器，还包括：自混频传感器。8.根据权利要求1所述的无线控制器，还包括：光流传感器，所述光流传感器具有光发射器和光检测器。9.根据权利要求1所述的无线控制器，还包括：多个相机，所述多个相机捕获图像，其中，所述相机被配置为形成视觉惯性测程系统的一部分。10.根据权利要求1所述的无线控制器，还包括：多个红外自混频传感器，所述多个红外自混频传感器被配置为采集关于所述外壳和外部对象之间的距离的信息。11.根据权利要求1所述的无线控制器，还包括：多个光流传感器，所述多个光流传感器被配置为形成视觉惯性测程系统的一部分。12.根据权利要求1所述的无线控制器，其中，所述外壳是计算机触笔外壳。13.根据权利要求1所述的无线控制器，其中，所述外壳包括手持式遥控外壳。14.根据权利要求1所述的无线控制器，还包括：连接器，所述连接器被配置为与蜂窝电话中的连接器配合。15.一种能够操作来控制发射交流磁场的电子设备的无线可穿戴控制器，包括：可穿戴外壳；交流磁力计电路，所述交流磁力计电路被配置为测量所述交流磁场；以及控制电路，所述控制电路被配置为使用关于所测量交流磁场的信息来无线地控制所述电子设备。
16.根据权利要求15所述的无线可穿戴控制器，其中，所述交流磁力计电路包括：第一交流磁力计，所述第一交流磁力计被配置为测量所述交流磁场；以及第二交流磁力计，所述第二交流磁力计被配置为测量所述交流磁场，并且其中，所述控制电路被配置为使用来自所述第一交流磁力计和所述第二交流磁力计的关于所测量交流磁场的信息来无线地控制所述电子设备。17.根据权利要求16所述的无线可穿戴控制器，其中，所述第一交流磁力计具有三个正交线圈。18.根据权利要求17所述的无线可穿戴控制器，其中，所述第二交流磁力计具有至少两个正交线圈。19.根据权利要求17所述的无线可穿戴控制器，其中，所述可穿戴外壳包括指戴式外壳，并且其中，所述第二交流磁力计具有三个正交线圈，所述无线可穿戴控制器还包括：直流磁力计；以及加速度计，其中，所述控制电路被配置为使用来自所述直流磁力计和所述加速度计的信息来无线地控制所述电子设备。20.一种被配置为控制发射交流磁场的电子设备的无线控制器，包括：外壳；第一三线圈交流磁力计，所述第一三线圈交流磁力计被配置为测量所述交流磁场；第二三线圈交流磁力计，所述第二三线圈交流磁力计被配置为测量所述交流磁场；直流磁力计，所述直流磁力计被配置为测量地球磁场；加速度计，所述加速度计被配置为测量地球重力；以及控制电路，所述控制电路被配置为：使用来自所述第一三线圈交流磁力计的第一输出并且使用来自所述第二三线圈交流磁力计的第二输出来在三个正交维度上确定所述外壳的位置；使用来自所述加速度计的输出来确定所述外壳的俯仰角和横滚角；并且使用来自所述直流磁力计的输出来确定所述外壳的偏航角。21.根据权利要求20所述的无线控制器，其中，所述外壳包括指戴式外壳。22.根据权利要求20所述的无线控制器，还包括：相机，所述相机被配置为形成视觉内部测程系统的一部分。

技术总结
头戴式设备或其它电子设备可发射交流磁场。无线控制器可具有用于监测该交流场的交流磁力计。该无线控制器还可具有用于测量该控制器相对于地球重力的取向的加速度计以及用于测量该控制器相对于地球磁场的取向的直流磁力计。这些交流磁力计可以是位于控制器外壳中的不同位置处的三线圈磁力计。使用来自这些交流磁力计、该直流磁力计、该加速度计和/或其它传感器的数据，该无线控制器可确定该无线控制器的位置和取向。此信息可无线地传输到该头戴式设备以控制该头戴式设备。式设备以控制该头戴式设备。式设备以控制该头戴式设备。


技术研发人员：潘昱豪 G
受保护的技术使用者：苹果公司
技术研发日：2021.09.21
技术公布日：2023/8/28