紅外線(xiàn)接近感應人機界面設計要素

圖2 單一LED系統性能分析

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(gè)方向運動(dòng)檢測結果。其中，白線(xiàn)代表從LED1中讀出的數據，紅線(xiàn)代表從LED2讀出的數據。從左到右滑動(dòng)過(guò)程中，白線(xiàn)上升，然后是紅線(xiàn)。當手從左到右滑動(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(xiàn)上，可以把LED1和LED2之間的連線(xiàn)看作X軸，LED1和LED3之間的連線(xiàn)看作Y軸，從光電二極管和LED到被測物體之間的連線(xiàn)看作Z軸。圖4顯示了與圖2和圖3相同的測量過(guò)程，其中，藍線(xiàn)代表LED3的測量數據。當手從左向右滑動(dòng)時(shí)，因為手在LED1和LED3上同時(shí)通過(guò)，LED1和LED3數據線(xiàn)同時(shí)上升，然后是LED2數據線(xiàn)。當手從底部向頂部滑動(dòng)時(shí)，因為手先遇到來(lái)自L(fǎng)ED3的IR光，LED3數據線(xiàn)上升，然后是LED1和LED2。當往復運動(dòng)時(shí)，因為手在整個(gè)過(guò)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IR LED和IR傳感器應用于產(chǎn)品時(shí)，這些組件通常不會(huì )用作裝飾目的而放在外面，終端產(chǎn)品至少需要一個(gè)開(kāi)口或透明窗口，讓IR光透過(guò)。

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

雙窗口設計使用其中一個(gè)窗口用于IR LED，另一個(gè)窗口用于傳感器。通過(guò)在LED和傳感器之間進(jìn)行適當的隔離，設計消除了內部反射的問(wèn)題，為系統提供更好的敏感性和檢測范圍。

對于IR接近感應系統設計而言，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(gè)圓錐狀，圓錐頂角（大多數LED能量從這里輸出）被稱(chēng)為L(cháng)ED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(zhù)發(fā)出的能量更加集中，比寬視角LED照射的更遠。這意味著(zhù)使用窄視角IR LED將在窄檢測區域中形成更遠的檢測范圍，圖5說(shuō)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

當設計IR系統時(shí)，系統中被測物體的特點(diǎn)也是需要重點(diǎn)考慮的。除了用于檢測手勢外，IR接近感應系統也能被用于檢測無(wú)生命物體，如車(chē)庫門(mén)（打開(kāi)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。物體的顏色是另一個(gè)需要考慮的因素，因為IR光與可見(jiàn)光有相同特性，淺色物體比深色物體反射更多光線(xiàn)。物體的顏色越深，越要接近IR系統，因為僅有來(lái)自IR LED的少量IR光被反射到IR傳感器。