Microsoftの特許は、ARグラスの顔追跡のためのセンサー静電容量測定の改善を提案しています

(Nweon 2024 年 1 月 4 日) ヘッドマウント デバイスには、顔の動きを追跡するための顔追跡センサーが含まれる場合があります。顔追跡を実行する 1 つの方法は、一連の顔追跡センサーを使用して静電容量値を測定することです。顔の筋肉が動くと、顔の表面と対応するセンサーの近さに応じて、顔追跡センサーの静電容量が変化します。

静電容量を決定する考えられる方法の 1 つは、顔追跡センサーの感知静電容量を含む共振 LC 回路を使用することです。検出コンデンサへの表面の近接度を変更すると、共振 LC 回路の共振周波数に測定可能な変化が生じる可能性があります。ただし、アレイの顔追跡センサー間で容量性クロストークが発生する可能性があり、複数のセンサーからの同時静電容量測定が複雑になります。

「顔追跡センサーの電荷の決定」というタイトルの特許出願の中で、マイクロソフトは、感覚コンデンサの電極に蓄積された電荷量を決定することによって顔追跡センサーの感覚コンデンサの静電容量を決定する方法について説明しています。

簡単に言えば、顔追跡センサーは、顔の表面に近接して配置されるように構成された感知コンデンサ電極を含む。誘導性コンデンサ電極は、誘導性コンデンサ電極と表面との間の距離に基づいて静電容量を形成する。コントローラーは、顔追跡センサーの誘導容量電極に基準電圧を印加します。

次に、電荷検出回路は、基準電圧の印加により検出コンデンサ電極に蓄積された電荷量を決定することによって、検出コンデンサ電極の静電容量を決定します。

＃＃＃ 一実施形態では、コントローラは、電荷感知回路と顔追跡センサとの間の電気接続に沿って同時にシールドトラックに基準電圧を印加する。シールド トラックの基準電圧は、顔追跡センサーが受信する容量性クロストークを低減するのに役立ちます。

＃＃＃＃ 図１は、複数の顔追跡センサを含む例示的なヘッドマウントデバイス１００を示す。具体的には、頭部装着装置１００は、頭部装着装置１００の左レンズ１０４Ｌ上に形成された左容量電極アレイ１０２Ｌと、右レンズ１０４Ｒ上に形成された右容量電極アレイ１０２Ｒとを含む。

＃＃＃＃ 左センスキャパシタ電極アレイ１０２Ｌおよび右センスキャパシタ電極アレイ１０２Ｒのそれぞれは、複数のセンスキャパシタ電極を含み、各センスキャパシタ電極は、着用者の顔の異なる領域を感知するように構成される。各感知コンデンサ電極は、人の顔の表面に近接して配置され、感知コンデンサ電極と人の顔の表面との間の距離に基づいて静電容量を形成するように構成される。

感知コンデンサ電極アレイ102L、102Rは、少なくとも部分的に光学的に透明な導電性フィルムから形成される。フィルムは、酸化インジウムスズ、グラフェン、または他の適切な材料などの１つまたは複数の導電性材料を含むことができる。薄膜は、化学蒸着などの任意の適切なプロセスによって形成することができる。感知コンデンサ電極間に形成されたトレンチは、導電性トレースを配置するために使用できます。導電性フィルムは光学的に完全に透明ではないため、検出コンデンサ電極に比較的薄いフィルムを使用すると、比較的厚いコーティングよりも高い透明度を得ることができます。

＃＃＃＃ ヘッドマウントデバイス１００は、図１１２に示すように、複数の電荷感知回路を同時に含む。複数の電荷感知回路１１２のそれぞれは、対応する顔追跡センサに接続される。各電荷感知回路１１２は、基準電圧の印加の結果として対応する感知コンデンサ電極に蓄積された電荷量を決定することによって、対応する感知コンデンサ電極の静電容量を決定するように構成される。

＃＃＃ 図２は、複数の感知コンデンサ電極を含む感知コンデンサ電極アレイの例示的なレイアウト２０２を示す。図示のように、センスキャパシタ電極２０４ａ〜ｇは、太い黒線で表されるトレンチ領域２０８によって分離されている。トレンチ領域２０８は、センスキャパシタ電極２０４ａ〜ｇを形成する導電膜が欠けているセンスキャパシタ電極間の領域である。トレンチ領域２０８は、感知コンデンサ電極２０４ａ〜ｇを電荷感知回路および／または他の回路に接続するための導電性トレースを含むことができる。

レイアウト202は、感知コンデンサ電極のアレイを形成する導電性フィルムが完全に透明ではないため、特定の例で見ることができる。しかしながら、ヘッドマウントデバイス構成に組み込まれる場合、レイアウト２０２は、ほとんどの通常の使用において人間の目の焦点距離よりも近くに配置される可能性がある。したがって、レイアウト２０２は、通常のデバイスの使用中にユーザにとって焦点が合っていなくてもよく、従って、ユーザの邪魔になったり気を散らしたりすることはない。

図3は、ヘッドマウントデバイス300の例を示しています。頭部装着装置３００は、１つまたは複数の顔追跡センサ３０２、および対応する１つまたは複数の電荷感知回路３０４を含む。各顔追跡センサ３０２は、顔表面に近接して配置されるように構成された感覚コンデンサ電極３０６を含み、感覚コンデンサ電極３０６と顔表面との間の距離に基づいて静電容量を形成することができる。

＃＃＃＃ 頭部装着装置３００はまた、１つまたは複数の顔追跡センサ３０２の感知コンデンサ電極３０６に基準電圧を印加するように構成されたコントローラ３０８を含む。

＃＃＃＃ 上述のように、各電荷感知回路３０４は、基準電圧によって生成され、感知コンデンサ電極３０６上に蓄積された電荷の量を決定して、対応する顔追跡センサ３０２の静電容量の感知コンデンサ電極３０６を決定するように構成される。例えば、静電容量Ｃは、Ｑ＝Ｃ＊Ｖとして決定することができ、ここで、Ｖは基準電圧であり、Ｑは基準電圧によって感知コンデンサ電極３０６に蓄積される電荷​​の量である。

＃＃＃ 一実施形態では、各電荷感知回路３０４はさらに、基準電圧によって生成される対応する顔追跡センサ３０２の感知コンデンサ電極３０６に蓄積された電荷量のオーバーサンプリングに少なくとも基づいて複数の静電容量を生成するように構成される。値を配置します。オーバーサンプリングには、センサコンデンサ電極３０６の電荷を再サンプリングすることと、再サンプリングされたサンプルをフィルタリングすることが含まれる。

＃＃＃ 一実施形態では、複数の感知コンデンサ電極３０６のそれぞれに蓄積された電荷を同時に決定することができる。したがって、コントローラ３０８は、それぞれの電荷感知回路３０４のうちの１つまたは複数を同時に動作させるように構成され得る。このような構成は、顔追跡センサの時間多重動作を利用する構成よりも高速な動作を促進することができる。

＃＃＃＃ ヘッドセット３００はまた、１つ以上の電荷感知回路３０４と対応する１つ以上の顔追跡センサ３０２との間の電気接続に沿ったシールドトラック３１０を含む。シールドトラック３１０は、感知コンデンサ電極３０６間の容量性クロストークなど、１つまたは複数の顔追跡センサ３０２と対応する電荷感知回路３０４との間の電気接続に近接する導体からの電気的干渉を低減するのに役立ち得る。

容量性クロストークを低減すると、検出エラーの低減やノイズの低減に役立ちます。例えば、シールドトラック３１０は、ヘッドセット３００の電気的接地と電気的接続との間の浮遊容量を電気的にキャンセルするのに役立ち得る。

＃＃＃ 図４は、ヘッドマウントデバイス４００のより詳細なブロック図を示す。ヘッドマウントデバイス４００は、ヘッドマウントデバイス３００の実装例である。ヘッドマウントデバイス３００と同様に、ヘッドマウントデバイス４００は、複数の顔追跡センサ４０２、対応する複数の電荷感知回路４０４、シールドトラック４０６、およびコントローラ４０８を含む。

＃＃＃＃ 顔追跡センサ３０２と同様に、複数の顔追跡センサ４０２の各顔追跡センサは、感知コンデンサ電極４１０を含む。図示の実施形態では、各電荷感知回路４０４は、蓄積された電荷量のオーバーサンプリングに少なくとも基づいて複数の容量ビット値４１２を生成するように構成されている。各電荷感知回路４０４は、ＳＤ−ＡＤＣ４１４と、ＳＤ−ＡＤＣ４１４の出力に接続されたデジタルフィルタ４１６とを含む。

例として、SD-ADC 414は電荷感知回路404の入力をオーバーサンプリングし、ビットストリーム415を出力します。ビットストリームは、少なくとも入力のオーバーサンプリングに基づいて蓄積された電荷の量を示します。 ＃＃＃ 一実施形態では、オーバーサンプリングは、５０から２５６の範囲のオーバーサンプリング比を含むことができる。他の実施形態では、オーバーサンプリングには、他の任意の適切なオーバーサンプリング比が含まれてもよい。入力オーバーサンプリングは、SD-ADC 414の精度を向上させ、アナログデジタル変換のノイズシェーピングを可能にし、および/またはSD-ADC 414の設計の複雑さを軽減するのに役立ちます。一例として、ノイズ シェーピングはノイズをより高い周波数に整形することができるため、ノイズのフィルタリングが容易になります。

＃＃＃＃デジタルフィルタ４１６は、ＳＤ−ＡＤＣ４１４からのビットストリーム４１５を複数の容量ビット値４１２に変換し、複数の容量ビット値４１２から高周波ノイズをフィルタリングする。このノイズ フィルタリングは、信号対ノイズ比の向上に役立ちます。 ＳＤ−ＡＤＣ４１４が２次ＳＤ−ＡＤＣを含む例では、デジタルフィルタ４１６は２次フィルタを含む。他の例では、各ＳＤ−ＡＤＣ４１４および各デジタルフィルタ４１６は、それぞれ、任意の適切な順序のＳＤ−ＡＤＣおよびデジタルフィルタを含むことができる。

図 5 は、SD-ADC 500 の例のブロック図を示しています。 SD-ADC 500 は、SD-ADC 414 の実装例です。 ＳＤ－ＡＤＣ５００は、アナログ入力Ｕ５０２を受信し、インクリメント回路５０４、シグマ回路５０６および量子化器５０８を介してデジタル出力Ｖを出力する。

SD-ADC 500は、デジタルアナログ変換器DAC 510および単位遅延回路512を含むフィードバック経路も含む。デルタ回路５０４は、入力Ｕ５０２とフィードバック経路出力との差を比較する。例えば、デルタ回路５０４は、入力Ｕ５０２とフィードバック経路出力との間のアナログ電圧差を比較することができる。

＃＃＃＃次に、シグマ回路５０６は、デルタ回路５０４の経時的な出力の少なくとも平均に基づいて、ノードｙ５１４を出力するように構成される。時間にわたる平均は、連続時間または離散時間で求めることができます。シグマ回路５０６は、以下に説明するような積分回路および／または他の任意の適切な回路を含むことができる。

＃＃＃ 次に、量子化器５０８は、ノードｙ５１４をサンプリングし、ノードｙ５１４のサンプリング値に基づいてデジタル値を出力して、ビットストリーム５１６を形成する。具体例として、量子化器５０８は、ノードｙ５１４が量子化器基準電圧よりも低い場合、または高い場合に、それぞれ１クロックサイクルで論理０または論理１を出力するように構成された比較器回路を含み得る。

＃＃＃ 図６は、センスキャパシタ電極６０２に接続されたシグマ回路６００の例を示す。たとえば、SD-ADC 414 および SD-ADC 500 はシグマ回路 600 を使用する場合があります。シグマ回路６００は、第１の積分器コンデンサ６０６および第２の積分器コンデンサ６０８を有する積分器６０４を含む。シグマ回路６００の動作は、第１制御点θ１、第２制御点θ２、第３制御点θ３、第４制御点θ４によって制御される。いくつかの例では、シグマ回路６００の外部のコントローラ（例えば、コントローラ４０８）は、第１、第２、第３、および第４の制御点を制御することができる。

第1の制御点θ1が導通している場合、第1の基準電圧610は感知コンデンサ電極602に接続される。このようにして、第１の基準電圧６１０が感知コンデンサ電極６０２に印加される。次に、第１制御点θ１がオンになり、第２制御点θ２がオンになり、基準電圧によって生成され検出コンデンサ電極６０２に蓄積された電荷が第１積分コンデンサ６０６に転送される。第１の積分器コンデンサ６０６および積分器６０４は、蓄積された電荷に基づく電圧を出力する。

別の実施形態では、第1の制御点θ1がオンになると、第2の制御点θ2および第4の制御点θ4がオンになり、感知コンデンサ電極602に蓄積された電荷が第1の積分コンデンサ606および第2の積分コンデンサ電極606に転送される。積分器コンデンサ６０８。

＃＃＃そのような構成では、積分器６０４は完全に微分され、蓄積された電荷は第１および第２の積分器コンデンサ６０６、６０８に分割される。したがって、出力電圧は、６１２に示すように、積分器６０４の出力ノード間で分割される。完全差動積分器は、SD-ADC の精度を向上させ、スプリアス ノイズやカップリングに対する感度を低減し、SD-ADC の設計の複雑さを軽減するのに役立ちます。

次に、第3制御点θ3がオンになると、第2基準電圧614が接続され、感知コンデンサ電極602に印加される。図示の実施形態では、第１のサイクル中に第１の基準電圧６１０を印加すると、検知コンデンサ電極６０２に蓄積された電荷が積分器６０４の非反転入力に向けられ、第２のサイクル中に第２の基準電圧６１４が印加される。センスキャパシタ電極６０２におけるΔは、積分器６０４の反転入力に向けられる。

同様に、第3制御点θ3がオンになり、第4制御点θ4がオンになり、感知コンデンサ電極602に蓄積された電荷が第2積分コンデンサ608に転送される。次に、第２の積分器コンデンサ６０８および積分器６０４は、蓄積された電荷に基づいた電圧を出力する。他の実施形態では、第１、第２、第３、および第４の制御点は、他の任意の適切な方法で制御されてもよい。

＃＃＃ 一実施形態では、デバイスの１つまたは複数の顔追跡センサは、顔の近い点への静電容量よりも大きなバイアス静電容量を電気的に検出する可能性があり、顔のより小さい静電容量の感知を妨げる可能性がある。このオフセット容量は、オフセット容量と同様または同等の容量値を有するコンデンサを使用することによって電気的にオフセットすることができる。

ただし、コンデンサが大きいほど、より多くの面積を消費する可能性があります。したがって、図７に示されるヘッドセット７００は、バイアス容量７０６を電気的にキャンセルするために感知コンデンサ電極７０４に接続できる比較的小さな固定コンデンサ７０２を利用する。

＃＃＃＃ 図示の例では、上述したように、第１の制御点θ１がオンになり、第１の基準電圧６１０が感知コンデンサ電極７０４に印加される。次に、第１の制御点θ１が開かれ、固定コンデンサ７０２接続上に位置する第５の制御点θ５が切り替えられて、検出コンデンサ電極７０４上のバイアス容量７０６が電気的にキャンセルされる。スイッチの数は、固定コンデンサ７０２の容量値およびバイアスコンデンサ７０６の値に基づくことができる。

例えば、バイアスコンデンサ706が固定コンデンサ702よりも10倍大きい場合、第5の制御点θ5を10回切り替えて、バイアスコンデンサ706を電気的にオフセットすることができる。第５の制御点θ５を使用する切り替えは、そのような切り替えを省略する実装と比較して、ヘッドセット７００上の固定コンデンサ７０２のサイズを縮小するのに役立つことができる。図７は、単一の感知コンデンサ電極、固定コンデンサおよびシグマ回路を示すが、他の実施形態は、複数の感知コンデンサ電極および対応する複数の固定コンデンサおよびシグマ回路を含み得る。

＃＃＃ 図８は、センスキャパシタ電極静電容量値を決定するための例示的な方法８００のフローチャートを示す。

802において、基準電圧が顔追跡センサの感知容量電極に印加される。

＃＃＃＃ ８０４において、基準電圧が、顔追跡センサと電荷感知回路との間の電気接続に沿ってシールドトラックに印加される。シールドされたトラックに基準電圧を印加すると、ヘッドセット上の複数の顔追跡センサーの感知コンデンサ電極間の静電容量を電気的にキャンセルするのに役立ちます。さらに、シールドトレースに基準電圧を印加すると、対応する複数の電荷検出回路の同時動作が可能になる場合があります。

上で述べたように、ヘッドセットはセンシング コンデンサ電極でオフセット静電容量を確認できます。このような例では、８０６は、オフセット補償コンデンサの接続を切り替えることによってオフセット静電容量を放電し、それによって感知コンデンサ電極上のオフセット静電容量を除去することを含む。

＃＃＃ 一実施形態では、オフセット補償コンデンサは、複数回切り替えることができるより小さい固定コンデンサを含むことができる。このようにして、より小さい固定容量は、より大きいバイアス容量を電気的に打ち消します。他の例では、オフセット補償コンデンサは、容量値を調整するために選択的に制御可能なプログラム可能なコンデンサを含んでもよい。

＃＃＃＃８０８に続き、顔​​追跡センサの感知コンデンサ電極の静電容量値は、基準電圧の印加により顔追跡センサの感知コンデンサ電極に蓄積された電荷量に基づいて決定される。

＃＃＃ 一実施形態では、感知コンデンサ電極の静電容量値を決定することは、顔追跡センサの感知コンデンサ電極によって蓄積された電荷量の少なくともオーバーサンプリングに基づいて複数の静電容量ビット値を決定することを含む。 810。

＃＃＃一例として、複数の静電容量ビット値は、感知コンデンサ電極上に蓄積された電荷の量を示す２進数を含むことができる。前述したように、SD-ADC は複数のコンデンサ値でノイズをより高い周波数に整形できます。したがって、方法８００は、８１２において、複数の容量ビット値から高周波ノイズをフィルタリングして除去することを含む。高周波ノイズをフィルタリングすると、コンデンサのビット値の S/N 比が向上します。

関連特許

: Microsoft 特許 | 顔追跡センサーの電荷の決定

「顔追跡センサーの電荷の決定」というタイトルの Microsoft 特許出願は、もともと 2022 年 6 月に提出され、最近米国特許商標庁によって公開されました。

一般的に、米国特許出願は審査後、出願日または優先日から 18 か月後に自動的に公開されるか、または要求に応じて出願日から 18 か月以内に公開されることに注意してください。申請者の。特許出願の公開は、特許が承認されることを意味するものではないことに注意してください。特許出願後、USPTO は実際の審査を必要とし、審査には 1 ～ 3 年かかる場合があります。

また、これはあくまで特許出願であり、必ず承認されるわけではなく、実際に商品化されるかどうか、実際の出願効果は不明です。

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