Un brevet Microsoft propose une mesure améliorée de la capacité du capteur pour le suivi facial des lunettes AR

(Nwe le 4 janvier 2024) Les casques peuvent contenir des capteurs de suivi du visage pour suivre les mouvements du visage. Une façon d’effectuer le suivi du visage consiste à utiliser un ensemble de capteurs de suivi du visage pour mesurer les valeurs de capacité. Lorsque les muscles du visage bougent, la capacité du capteur de suivi facial change en fonction de la proximité de la surface du visage par rapport au capteur correspondant.

Une façon possible de déterminer la capacité consiste à utiliser un circuit LC résonant contenant la capacité de détection du capteur de suivi du visage. La modification de la proximité de la surface par rapport au condensateur de détection peut provoquer une modification mesurable de la fréquence de résonance du circuit LC résonant. Cependant, une diaphonie capacitive peut se produire entre les capteurs de suivi de visage du réseau, compliquant les mesures de capacité simultanées à partir de plusieurs capteurs.

Dans la demande de brevet intitulée « Détermination de la charge sur un capteur de suivi facial », Microsoft introduit une méthode pour déterminer la capacité du condensateur sensoriel du capteur de suivi facial principalement en déterminant la quantité de charge stockée dans l'électrode du condensateur sensoriel.

En termes simples, un capteur de suivi du visage se compose d'électrodes de condensateur de détection configurées pour être positionnées près de la surface du visage. L'électrode du condensateur inductif forme une capacité basée sur la distance entre l'électrode du condensateur inductif et la surface. Le contrôleur applique une tension de référence à l'électrode à capacité inductive du capteur de suivi de visage.

Le circuit de détection de charge détermine ensuite la capacité sur l'électrode du condensateur de détection en déterminant la quantité de charge accumulée sur l'électrode du condensateur de détection en raison de l'application de la tension de référence.

Dans un mode de réalisation, le contrôleur applique une tension de référence à la piste de blindage simultanément le long de la connexion électrique entre le circuit de détection de charge et le capteur de suivi du visage. La tension de référence de la piste de blindage contribue à réduire la diaphonie capacitive reçue par le capteur de suivi du visage.

La figure 1 montre un exemple de visiocasque 100 comprenant plusieurs capteurs de suivi du visage. Plus précisément, le visiocasque 100 comprend un réseau d'électrodes capacitives gauche 102L formé sur la lentille gauche 104L du visiocasque 100 et un réseau d'électrodes capacitives droite 102R formé sur la lentille droite 104R.

Le réseau d'électrodes de condensateur de détection gauche 102L et le réseau d'électrodes de condensateur de détection droite 102R comprennent chacun une pluralité d'électrodes de condensateur de détection, chaque électrode de condensateur de détection étant configurée pour détecter une zone différente du visage du porteur. Chaque électrode de condensateur de détection est configurée pour être positionnée à proximité de la surface du visage de la personne et former une capacité basée sur la distance entre l'électrode du condensateur de détection et la surface du visage de la personne.

Les réseaux d'électrodes de condensateur de détection 102L, 102R sont formés à partir d'un film conducteur au moins partiellement optiquement transparent. Le film peut comprendre un ou plusieurs matériaux conducteurs, tels que de l'oxyde d'indium et d'étain, du graphène ou d'autres matériaux appropriés. Le film mince peut être formé par n'importe quel procédé approprié, tel qu'un dépôt chimique en phase vapeur. Les tranchées formées entre les électrodes du condensateur de détection peuvent être utilisées pour placer des traces conductrices. Étant donné que les films conducteurs ne sont pas complètement transparents optiquement, l’utilisation de films relativement minces pour détecter les électrodes des condensateurs peut offrir une plus grande transparence que des revêtements relativement épais.

Le visiocasque 100 comprend plusieurs circuits de détection de charge en même temps, comme le montre la figure 112. Chacun de la pluralité de circuits de détection de charge 112 est connecté à un capteur de suivi de visage correspondant. Chaque circuit de détection de charge 112 est configuré pour déterminer la capacité d'une électrode de condensateur de détection correspondante en déterminant la quantité de charge accumulée sur l'électrode de condensateur de détection correspondante suite à l'application d'une tension de référence.

La figure 2 montre un exemple de disposition 202 d'un réseau d'électrodes de condensateur de détection comprenant une pluralité d'électrodes de condensateur de détection. Comme illustré, les électrodes du condensateur de détection 204a à g sont séparées par des régions de tranchée 208, représentées par des lignes noires épaisses. La région de tranchée 208 est une région entre les électrodes du condensateur de détection dépourvue des électrodes du condensateur de détection formant un film conducteur 204a à g. La région de tranchée 208 peut comprendre des traces conductrices pour connecter les électrodes de condensateur de détection 204a à g aux circuits de détection de charge et/ou à d'autres circuits.

La disposition 202 est visible dans cet exemple particulier puisque le film conducteur formant le réseau d'électrodes du condensateur de détection n'est pas complètement transparent. Cependant, lorsqu'il est incorporé dans une configuration de dispositif monté sur la tête, l'agencement 202 peut être positionné plus près que la distance focale de l'œil humain pendant la plupart des utilisations normales. Par conséquent, l'agencement 202 peut être flou pour l'utilisateur lors d'une utilisation ordinaire du dispositif et donc ne pas gêner ou distraire l'utilisateur.

La figure 3 montre un exemple de visiocasque 300. Le dispositif monté sur la tête 300 comprend un ou plusieurs capteurs de suivi de visage 302 et un ou plusieurs circuits de détection de charge correspondants 304. Chaque capteur de suivi du visage 302 comprend une électrode de condensateur sensoriel 306 configurée pour être positionnée à proximité de la surface du visage, qui peut former une capacité basée sur la distance entre l'électrode de condensateur sensoriel 306 et la surface du visage.

Le dispositif monté sur la tête 300 comprend également un contrôleur 308 configuré pour appliquer une tension de référence aux électrodes du condensateur de détection 306 d'un ou plusieurs capteurs de suivi du visage 302.

Comme décrit ci-dessus, chaque circuit de détection de charge 304 est configuré pour déterminer la capacité de l'électrode du condensateur de détection 306 du capteur de suivi de visage 302 correspondant en déterminant la quantité de charge générée par la tension de référence et accumulée au niveau de l'électrode du condensateur de détection 306. Par exemple, la capacité C peut être déterminée comme Q = C*V, où V est la tension de référence et Q est la quantité de charge accumulée sur l'électrode du condensateur de détection 306 résultant de la tension de référence.

Dans un mode de réalisation, chaque circuit de détection de charge 304 est en outre configuré pour générer une pluralité de valeurs de bits de capacité basées au moins sur le suréchantillonnage de la quantité de charge accumulée dans l'électrode du condensateur de détection 306 du capteur de suivi de visage correspondant 302 généré par la référence. tension. . Le suréchantillonnage implique le rééchantillonnage de la charge de l'électrode du condensateur du capteur 306 et le filtrage des échantillons rééchantillonnés.

Dans un mode de réalisation, la charge accumulée dans chacune des multiples électrodes de condensateur de détection 306 peut être déterminée simultanément. En conséquence, le contrôleur 308 peut être configuré pour faire fonctionner simultanément un ou plusieurs des circuits de détection de charge respectifs 304. Une telle configuration peut faciliter un fonctionnement plus rapide qu'une configuration qui utilise un fonctionnement multiplexé dans le temps du capteur de suivi de visage.

Le dispositif monté sur la tête 300 comprend également une piste de blindage 310 le long des connexions électriques entre un ou plusieurs circuits de détection de charge 304 et un ou plusieurs capteurs de suivi de visage 302 correspondants. La piste de blindage 310 peut aider à réduire les interférences électriques provenant des conducteurs à proximité de la connexion électrique entre un ou plusieurs capteurs de suivi de visage 302 et le(s) circuit(s) de détection de charge correspondant(s) 304, comme la diaphonie capacitive entre les électrodes 306 du condensateur de détection.

La réduction de la diaphonie capacitive aide à réduire les erreurs de détection et/ou à réduire le bruit. Par exemple, la piste de blindage 310 peut aider à annuler électriquement la capacité parasite entre la masse électrique et les connexions électriques du casque 300.

La figure 4 représente un schéma fonctionnel plus détaillé du visiocasque 400. Le visiocasque 400 est un exemple de mise en œuvre du visiocasque 300. Semblable au visiocasque 300, le visiocasque 400 comprend une pluralité de capteurs de suivi de visage 402, une pluralité correspondante de circuits de détection de charge 404, une piste de blindage 406 et un contrôleur 408.

Semblable au capteur de suivi de visage 302, chacun de la pluralité de capteurs de suivi de visage 402 comprend une électrode de condensateur de détection 410. Dans le mode de réalisation représenté, chaque circuit de détection de charge 404 est configuré pour générer une pluralité de valeurs de bits de capacité 412 sur la base au moins d'un suréchantillonnage de la quantité de charge accumulée. Chaque circuit de détection de charge 404 comprend un SD-ADC 414 et un filtre numérique 416 connecté à la sortie du SD-ADC 414.

À titre d'exemple, le SD-ADC 414 suréchantillonne l'entrée du circuit de détection de charge 404 et émet un flux binaire 415. Le flux binaire indique la quantité de charge accumulée sur la base au moins du suréchantillonnage de l'entrée.

Dans un mode de réalisation, le suréchantillonnage peut inclure un taux de suréchantillonnage compris entre 50 et 256. Dans d'autres modes de réalisation, le suréchantillonnage peut inclure tout autre rapport de suréchantillonnage approprié. Le suréchantillonnage d'entrée peut contribuer à améliorer la précision du SD-ADC 414, permettre la mise en forme du bruit de la conversion analogique-numérique et/ou réduire la complexité de conception du SD-ADC 414. À titre d'exemple, la mise en forme du bruit peut façonner le bruit à des fréquences plus élevées et ainsi faciliter le filtrage du bruit.

Le filtre numérique 416 convertit le flux binaire 415 du SD-ADC 414 en la pluralité de valeurs binaires de capacité 412 et filtre le bruit haute fréquence de la pluralité de valeurs binaires de capacité 412. Ce filtrage du bruit contribue à améliorer le rapport signal/bruit. Dans l'exemple où le SD-ADC 414 comprend un SD-ADC de second ordre, le filtre numérique 416 comprend un filtre de second ordre. Dans d'autres exemples, chaque SD-ADC 414 et chaque filtre numérique 416 peuvent contenir n'importe quel ordre approprié de SD-ADC et de filtres numériques, respectivement.

La figure 5 représente le schéma fonctionnel d'un exemple de SD-ADC 500. Le SD-ADC 500 est un exemple d'implémentation du SD-ADC 414. Le SD-ADC 500 reçoit une entrée analogique U 502 et délivre une sortie numérique V via le circuit d'incrémentation 504, le circuit Sigma 506 et le quantificateur 508.

Le SD-ADC 500 comprend également un chemin de rétroaction comprenant un convertisseur numérique-analogique DAC 510 et un circuit de retard unitaire 512. Le circuit triangle 504 compare la différence entre l'entrée U 502 et la sortie du chemin de rétroaction. Par exemple, le circuit triangle 504 peut comparer la différence de tension analogique entre l'entrée U 502 et la sortie du chemin de rétroaction.

Ensuite, le circuit Sigma 506 est configuré comme nœud de sortie y514, sur la base au moins de la moyenne de la sortie du circuit Delta 504 au fil du temps. La moyenne dans le temps peut être déterminée en temps continu ou en temps discret. Le circuit Sigma 506 peut inclure un circuit intégrateur tel que décrit ci-dessous et/ou tout autre circuit approprié.

Ensuite, le quantificateur 508 échantillonne le nœud y514 et génère une valeur numérique basée sur la valeur échantillonnée du nœud y514 pour former un flux binaire 516. À titre d'exemple spécifique, le quantificateur 508 peut comprendre un circuit comparateur configuré pour émettre un 0 logique ou un 1 logique sur un cycle d'horloge lorsque le nœud y 514 est respectivement inférieur ou supérieur à la tension de référence du quantificateur.

La figure 6 montre un exemple de circuit Sigma 600 connecté à une électrode de condensateur de détection 602. Par exemple, le SD-ADC 414 et le SD-ADC 500 peuvent utiliser le circuit Sigma 600. Le circuit Sigma 600 comprend un intégrateur 604 ayant un premier condensateur intégrateur 606 et un deuxième condensateur intégrateur 608. Le fonctionnement du circuit sigma 600 est contrôlé par le premier point de contrôle θ1, le deuxième point de contrôle θ2, le troisième point de contrôle θ3 et le quatrième point de contrôle θ4. Dans certains exemples, un contrôleur externe au circuit Sigma 600 (par exemple, le contrôleur 408) peut contrôler les premier, deuxième, troisième et quatrième points de contrôle.

Lorsque le premier point de contrôle θ1 est conducteur, la première tension de référence 610 est connectée à l'électrode du condensateur de détection 602. De cette manière, une première tension de référence 610 est appliquée à l'électrode du condensateur de détection 602. Ensuite, le premier point de contrôle θ1 est activé, le deuxième point de contrôle θ2 est activé et la charge générée par la tension de référence et accumulée dans l'électrode du condensateur de détection 602 est transférée au premier condensateur intégrateur 606. Le premier condensateur intégrateur 606 et l'intégrateur 604 délivrent une tension basée sur la charge accumulée.

Dans un autre mode de réalisation, lorsque le premier point de contrôle θ1 est activé, le deuxième point de contrôle θ2 et le quatrième point de contrôle θ4 sont activés, transférant la charge accumulée sur l'électrode du condensateur de détection 602 au premier condensateur intégrateur 606 et au premier intégrateur. condensateur 606. Deux condensateurs intégrateurs 608.

Dans une telle configuration, l'intégrateur 604 est entièrement différencié et la charge accumulée est répartie entre les premier et deuxième condensateurs intégrateurs 606, 608. Par conséquent, la tension de sortie est divisée entre les nœuds de sortie de l'intégrateur 604, comme indiqué en 612. Un intégrateur entièrement différentiel peut contribuer à améliorer la précision du SD-ADC, à réduire la sensibilité au bruit parasite et/ou au couplage et/ou à réduire la complexité de conception du SD-ADC.

Ensuite, lorsque le troisième point de contrôle θ3 est activé, la deuxième tension de référence 614 est connectée et appliquée à l'électrode du condensateur de détection 602. Dans le mode de réalisation représenté, l'application d'une première tension de référence 610 pendant le premier cycle dirige la charge accumulée au niveau de l'électrode du condensateur de détection 602 vers l'entrée non inverseuse de l'intégrateur 604, et l'application d'une deuxième tension de référence 614 pendant le deuxième cycle. l'électrode 602 du condensateur de détection est dirigée vers l'entrée inverseuse de l'intégrateur 604.

De même, le troisième point de contrôle θ3 est activé et le quatrième point de contrôle θ4 est activé, transférant la charge accumulée sur l'électrode du condensateur de détection 602 au deuxième condensateur intégrateur 608. Le deuxième condensateur intégrateur 608 et l'intégrateur 604 délivrent alors une tension basée sur la charge accumulée. Dans d'autres modes de réalisation, les premier, deuxième, troisième et quatrième points de contrôle peuvent être contrôlés de toute autre manière appropriée.

Dans un mode de réalisation, un ou plusieurs des capteurs de suivi du visage du dispositif peuvent voir électriquement une capacité de polarisation supérieure à la capacité des points proches du visage, ce qui peut interférer avec la détection de la plus petite capacité du visage. Cette capacité de décalage peut être compensée électriquement en utilisant un condensateur ayant une valeur de capacité similaire ou équivalente à la capacité de décalage.

Cependant, des condensateurs plus gros peuvent consommer une plus grande surface. Par conséquent, le casque 700 représenté sur la figure 7 utilise un condensateur fixe 702 relativement petit qui peut être connecté à l'électrode du condensateur de détection 704 pour annuler électriquement la capacité de polarisation 706.

Dans l'exemple représenté, comme mentionné ci-dessus, le premier point de contrôle θ1 conduit et applique la première tension de référence 610 à l'électrode du condensateur de détection 704. Ensuite, le premier point de contrôle θ1 est ouvert et le cinquième point de contrôle θ5 situé sur la connexion du condensateur fixe 702 est basculé pour annuler électriquement la capacité de polarisation 706 sur l'électrode du condensateur de détection 704. Le nombre de commutateurs peut être basé sur la valeur de capacité du condensateur fixe 702 et la valeur du condensateur de polarisation 706.

Par exemple, lorsque le condensateur de polarisation 706 est 10 fois plus grand que le condensateur fixe 702, le cinquième point de contrôle θ5 peut être commuté 10 fois pour compenser électriquement le condensateur de polarisation 706. La commutation utilisant le cinquième point de contrôle θ5 peut aider à réduire la taille du condensateur fixe 702 sur le casque 700 par rapport à une mise en œuvre qui omet une telle commutation. La figure 7 représente une seule électrode de condensateur de détection, un condensateur fixe et un circuit sigma. D'autres modes de réalisation peuvent comprendre plusieurs électrodes de condensateur de détection et plusieurs condensateurs fixes et circuits sigma correspondants.

La figure 8 représente un organigramme d'un exemple de méthode 800 pour déterminer une valeur de capacité d'électrode de condensateur de détection.

En 802, appliquez une tension de référence à l'électrode de capacité de détection du capteur de suivi du visage.

En 804, une tension de référence est appliquée à la piste de blindage le long de la connexion électrique entre le capteur de suivi de visage et le circuit de détection de charge. L'application d'une tension de référence à la piste blindée peut aider à annuler électriquement la capacité entre les électrodes du condensateur de détection de plusieurs capteurs de suivi du visage sur le casque. De plus, l'application de la tension de référence à la trace du blindage peut aider à permettre le fonctionnement simultané de plusieurs circuits de détection de charge correspondants.

Comme mentionné ci-dessus, le casque peut voir la capacité décalée au niveau des électrodes du condensateur de détection. Dans un tel exemple, 806 comprend la décharge de la capacité de décalage en commutant les connexions du condensateur de compensation de décalage, éliminant ainsi la capacité de décalage sur les électrodes du condensateur de détection.

Dans un mode de réalisation, le condensateur de compensation de décalage peut inclure un condensateur fixe plus petit qui peut être commuté plusieurs fois. De cette manière, la plus petite capacité fixe annule électriquement la plus grande capacité de polarisation. Dans d'autres exemples, le condensateur de compensation de décalage peut comprendre un condensateur programmable qui peut être commandé sélectivement pour ajuster la valeur de capacité.

En continuant en 808, la valeur de capacité de l'électrode du condensateur de détection du capteur de suivi du visage est déterminée sur la base de la quantité de charge accumulée au niveau de l'électrode du condensateur de détection du capteur de suivi du visage en raison de l'application de la tension de référence.

Dans un mode de réalisation, la détermination de la valeur de capacité de l'électrode du condensateur de détection comprend la détermination d'une pluralité de valeurs de bits de capacité basées sur au moins un suréchantillonnage de la quantité de charge accumulée par l'électrode du condensateur de détection du capteur de suivi de visage, comme indiqué 810.

À titre d'exemple, la pluralité de valeurs de bits de capacité peut inclure un nombre binaire indiquant la quantité de charge accumulée sur l'électrode du condensateur de détection. Comme mentionné précédemment, les SD-ADC peuvent façonner le bruit de plusieurs valeurs de condensateur vers des fréquences plus élevées. En conséquence, le procédé 800 consiste à filtrer le bruit haute fréquence de la pluralité de valeurs de bits de capacité en 812. Le filtrage du bruit haute fréquence contribue à améliorer le rapport signal/bruit de la valeur binaire du condensateur.

Brevets associés : Brevet Microsoft | Détermination de la charge sur un capteur de suivi du visage

La demande de brevet Microsoft intitulée « Détermination de la charge sur un capteur de suivi du visage » a été initialement soumise en juin 2022 et a été récemment publiée par l'Office américain des brevets et des marques.

Il est à noter que, de manière générale, après examen d'une demande de brevet américain, elle sera automatiquement publiée 18 mois à compter de la date de dépôt ou de la date de priorité, ou elle sera publiée dans les 18 mois à compter de la date de dépôt à la demande du demandeur. Notez que la publication d'une demande de brevet ne signifie pas que le brevet est approuvé. Après le dépôt d’une demande de brevet, l’USPTO exige un véritable examen, qui peut prendre de 1 à 3 ans.

De plus, il ne s'agit que d'une demande de brevet, ce qui ne signifie pas qu'elle sera approuvée. En même temps, on ne sait pas si elle sera réellement commercialisée ni quel sera l'effet réel de son application.

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