Microsoft 특허는 AR 안경 얼굴 추적을 위한 향상된 센서 정전 용량 측정을 제안합니다.

(2024년 1월 4일 뉴원) 머리 장착 장치에는 얼굴 움직임을 추적하는 얼굴 추적 센서가 포함될 수 있습니다. 얼굴 추적을 수행하는 한 가지 방법은 얼굴 추적 센서 배열을 사용하여 정전 용량 값을 측정하는 것입니다. 안면 근육이 움직일 때 안면 추적 센서의 정전 용량은 해당 센서에 대한 안면 표면의 근접도에 따라 달라집니다.

커패시턴스를 결정하는 한 가지 가능한 방법은 얼굴 추적 센서의 감지 커패시턴스를 포함하는 공진 LC 회로를 사용하는 것입니다. 감지 커패시터에 대한 표면 근접성을 변경하면 공진 LC 회로의 공진 주파수에 측정 가능한 변화가 발생할 수 있습니다. 그러나 어레이의 얼굴 추적 센서 간에 정전 용량 누화가 발생할 수 있어 여러 센서의 동시 정전 용량 측정이 복잡해집니다.

Microsoft는 "안면 추적 센서의 전하 결정"이라는 특허 출원에서 주로 감각 커패시터의 전극에 저장된 전하량을 결정하여 얼굴 추적 센서의 감각 커패시터의 정전 용량을 결정하는 방법을 소개합니다.

간단히 말하면 얼굴 추적 센서에는 얼굴 표면에 가깝게 위치하도록 구성된 감지 커패시터 전극이 포함되어 있습니다. 유도성 커패시터 전극은 유도성 커패시터 전극과 표면 사이의 거리를 기준으로 용량을 형성합니다. 컨트롤러는 얼굴 추적 센서의 유도 용량 전극에 기준 전압을 적용합니다.

전하 감지 회로는 기준 전압 인가로 인해 감지 커패시터 전극에 축적된 전하량을 결정하여 감지 커패시터 전극의 커패시턴스를 결정합니다.

일 실시예에서 컨트롤러는 전하 감지 회로와 얼굴 추적 센서 사이의 전기 연결을 따라 동시에 차폐 트랙에 기준 전압을 적용합니다. 차폐 트랙의 기준 전압은 얼굴 추적 센서가 수신하는 용량성 누화를 줄이는 데 도움이 됩니다.

그림 1은 다중 얼굴 추적 센서를 포함하는 예시적인 머리 장착형 장치(100)를 보여줍니다. 구체적으로, 머리 장착형 장치(100)는 머리 장착형 장치(100)의 왼쪽 렌즈(104L)에 형성된 왼쪽 용량성 전극 어레이(102L)와 오른쪽 렌즈(104R)에 형성된 오른쪽 용량성 전극 어레이(102R)를 포함한다.

왼쪽 감지 커패시터 전극 어레이(102L)와 오른쪽 감지 커패시터 전극 어레이(102R)는 각각 복수의 감지 커패시터 전극을 포함하고, 각각의 감지 커패시터 전극은 착용자 얼굴의 서로 다른 영역을 감지하도록 구성됩니다. 각 감지 커패시터 전극은 사람의 얼굴 표면에 근접하게 위치하도록 구성되며, 감지 커패시터 전극과 사람의 얼굴 표면 사이의 거리에 따라 정전 용량을 형성한다.

감지 커패시터 전극 어레이(102L, 102R)는 적어도 부분적으로 광학적으로 투명한 전도성 필름으로 형성됩니다. 필름은 인듐 주석 산화물, 그래핀, 또는 다른 적합한 재료와 같은 하나 이상의 전도성 재료를 포함할 수 있습니다. 박막은 화학 기상 증착과 같은 임의의 적합한 공정에 의해 형성될 수 있다. 감지 커패시터 전극 사이에 형성된 트렌치는 전도성 트레이스를 배치하는 데 사용될 수 있습니다. 전도성 필름은 광학적으로 완전히 투명하지 않기 때문에 상대적으로 얇은 필름을 감지 커패시터 전극에 사용하면 상대적으로 두꺼운 코팅보다 더 높은 투명성을 제공할 수 있습니다.

헤드 마운트 장치(100)는 도 112에 도시된 바와 같이 동시에 여러 개의 전하 감지 회로를 포함합니다. 복수의 전하 감지 회로(112) 각각은 대응하는 얼굴 추적 센서에 연결된다. 각 전하 감지 회로(112)는 기준 전압 인가에 따라 해당 감지 커패시터 전극에 축적되는 전하량을 판단하여 해당 감지 커패시터 전극의 정전 용량을 결정하도록 구성된다.

그림 2는 복수의 감지 커패시터 전극을 포함하는 감지 커패시터 전극 어레이의 예시적인 레이아웃(202)을 보여줍니다. 도시된 바와 같이, 감지 커패시터 전극(204a-g)은 두꺼운 흑색 선으로 표시된 트렌치 영역(208)에 의해 분리된다. 트렌치 영역(208)은 감지 커패시터 전극(204a-g)을 형성하는 전도성 막이 없는 감지 커패시터 전극 사이의 영역이다. 트렌치 영역(208)은 감지 커패시터 전극(204a-g)을 전하 감지 회로 및/또는 다른 회로에 연결하는 전도성 트레이스를 포함할 수 있다.

감지 커패시터 전극 어레이를 형성하는 전도성 필름이 완전히 투명하지 않기 때문에 레이아웃(202)은 이 특정 예에서 볼 수 있습니다. 그러나 머리 장착형 장치 구성에 통합되면 레이아웃(202)은 대부분의 일반적인 사용 중에 사람 눈의 초점 거리보다 더 가깝게 위치할 수 있습니다. 따라서 레이아웃(202)은 일반적인 장치 사용 중에 사용자의 초점에서 벗어날 수 있으므로 사용자를 방해하거나 산만하게 하지 않습니다.

그림 3은 예시적인 머리 장착 장치(300)를 보여줍니다. 머리 장착형 장치(300)는 하나 이상의 얼굴 추적 센서(302) 및 대응하는 하나 이상의 전하 감지 회로(304)를 포함한다. 각각의 얼굴 추적 센서(302)는 얼굴 표면에 근접하게 위치되도록 구성된 감각 커패시터 전극(306)을 포함하며, 이는 감각 커패시터 전극(306)과 얼굴 표면 사이의 거리에 기초하여 정전 용량을 형성할 수 있다.

머리 장착형 장치(300)는 또한 하나 이상의 얼굴 추적 센서(302)의 감지 커패시터 전극(306)에 기준 전압을 인가하도록 구성된 컨트롤러(308)를 포함합니다.

전술한 바와 같이, 각 전하 감지 회로(304)는 ​​기준 전압에 의해 생성되어 감지 커패시터 전극(306)에 축적되는 전하량을 결정함으로써 해당 얼굴 추적 센서(302)의 감지 커패시터 전극(306)의 정전 용량을 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 커패시턴스 C는 Q=C*V로 결정될 수 있으며, 여기서 V는 기준 전압이고 Q는 기준 전압으로 인해 감지 커패시터 전극(306)에 축적된 전하량이다.

일 실시예에서, 각 전하 감지 회로(304)는 ​​기준에 의해 생성된 해당 얼굴 추적 센서(302)의 감지 커패시터 전극(306)에 축적된 전하량을 오버샘플링하는 것에 적어도 기초하여 복수의 커패시턴스 비트 값을 생성하도록 추가로 구성됩니다. 전압. . 오버샘플링은 센서 커패시터 전극(306)의 전하를 리샘플링하고 리샘플링된 샘플을 필터링하는 것을 포함합니다.

일 실시예에서, 다수의 감지 커패시터 전극(306) 각각에 축적된 전하는 동시에 결정될 수 있다. 따라서, 제어기(308)는 각각의 전하 감지 회로(304) 중 하나 이상을 동시에 동작시키도록 구성될 수 있다. 이러한 구성은 얼굴 추적 센서의 시간 다중화 동작을 활용하는 구성보다 더 빠른 동작을 촉진할 수 있습니다.

머리 장착 장치(300)는 또한 하나 이상의 전하 감지 회로(304)와 대응하는 하나 이상의 얼굴 추적 센서(302) 사이의 전기 연결을 따라 차폐 트랙(310)을 포함합니다. 차폐 트랙(310)은 감지 커패시터 전극(306) 사이의 용량성 누화와 같이 하나 이상의 얼굴 추적 센서(302)와 대응하는 전하 감지 회로(들)(304) 사이의 전기 연결에 근접한 도체로부터의 전기 간섭을 줄이는 데 도움이 될 수 있다.

용량성 누화를 줄이면 감지 오류 및/또는 소음을 줄이는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 차폐 트랙(310)은 헤드셋(300)의 전기 접지와 전기 연결 사이의 표유 커패시턴스를 전기적으로 상쇄하는 데 도움을 줄 수 있다.

그림 4는 머리 장착 장치(400)의 더 자세한 블록 다이어그램을 묘사합니다. 머리 장착형 장치(400)는 머리 장착형 장치(300)의 예시적인 구현이다. 머리 장착 장치(300)와 유사하게, 머리 장착 장치(400)는 복수의 얼굴 추적 센서(402), 대응하는 복수의 전하 감지 회로(404), 차폐 트랙(406) 및 제어기(408)를 포함한다.

얼굴 추적 센서(302)와 유사하게, 복수의 얼굴 추적 센서(402) 각각은 감지 커패시터 전극(410)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 각각의 전하 감지 회로(404)는 적어도 축적된 전하량의 오버샘플링에 기초하여 복수의 커패시턴스 비트 값(412)을 생성하도록 구성된다. 각각의 전하 감지 회로(404)는 SD-ADC(414) 및 SD-ADC(414)의 출력에 연결된 디지털 필터(416)를 포함한다.

예를 들어, SD-ADC(414)는 전하 감지 회로(404)에 대한 입력을 오버샘플링하여 비트 스트림(415)을 출력합니다. 비트스트림은 적어도 입력의 오버샘플링을 기반으로 누적된 전하량을 나타냅니다.

일 실시예에서 오버샘플링은 50~256 범위의 오버샘플링 비율을 포함할 수 있습니다. 다른 실시예에서, 오버샘플링은 임의의 다른 적절한 오버샘플링 비율을 포함할 수 있습니다. 입력 오버샘플링은 SD-ADC(414)의 정확도를 향상시키고, 아날로그-디지털 변환의 잡음 형성을 허용하고, SD-ADC(414)의 설계 복잡성을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어, 노이즈 성형은 노이즈를 더 높은 주파수로 성형하여 노이즈 필터링을 용이하게 할 수 있습니다.

디지털 필터(416)는 SD-ADC(414)로부터의 비트 스트림(415)을 복수의 커패시턴스 비트 값(412)으로 변환하고, 복수의 커패시턴스 비트 값(412)으로부터 고주파 노이즈를 필터링한다. 이 잡음 필터링은 신호 대 잡음비를 향상시키는 데 도움이 됩니다. SD-ADC(414)가 2차 SD-ADC를 포함하는 예에서, 디지털 필터(416)는 2차 필터를 포함한다. 다른 예에서, 각각의 SD-ADC(414) 및 각각의 디지털 필터(416)는 임의의 적절한 순서의 SD-ADC 및 디지털 필터를 각각 포함할 수 있다.

그림 5는 샘플 SD-ADC 500의 블록 다이어그램을 보여줍니다. SD-ADC 500은 SD-ADC 414의 구현 예입니다. SD-ADC(500)는 아날로그 입력 U(502)를 수신하고 증분 회로(504), 시그마 회로(506) 및 양자화기(508)를 통해 디지털 출력 V를 출력한다.

SD-ADC 500에는 디지털-아날로그 변환기 DAC(510) 및 단위 지연 회로(512)를 포함한 피드백 경로도 포함되어 있습니다. 델타 회로(504)는 입력 U(502)와 피드백 경로 출력 사이의 차이를 비교한다. 예를 들어, 델타 회로(504)는 입력 U(502)와 피드백 경로 출력 사이의 아날로그 전압 차이를 비교할 수 있다.

다음으로, 시그마 회로(506)는 적어도 시간에 따른 델타 회로(504)의 출력 평균을 기반으로 출력 노드 y514로 구성됩니다. 시간에 따른 평균은 연속 시간 또는 이산 시간으로 결정될 수 있습니다. 시그마 회로(506)는 후술하는 적분기 회로 및/또는 임의의 다른 적합한 회로를 포함할 수 있다.

그런 다음, 양자화기(508)는 노드 y514를 샘플링하고 노드 y514의 샘플링된 값에 기초하여 디지털 값을 출력하여 비트 스트림(516)을 형성합니다. 구체적인 예로서, 양자화기(508)는 노드 y(514)가 각각 양자화기 기준 전압보다 낮거나 높을 때 하나의 클록 사이클에서 논리 0 또는 논리 1을 출력하도록 구성된 비교기 회로를 포함할 수 있습니다.

그림 6은 감지 커패시터 전극(602)에 연결된 예시적인 시그마 회로(600)를 보여줍니다. 예를 들어, SD-ADC(414) 및 SD-ADC(500)는 시그마 회로(600)를 사용할 수 있습니다. 시그마 회로(600)는 제1 적분기 커패시터(606)와 제2 적분기 커패시터(608)를 갖는 적분기(604)를 포함한다. 시그마 회로(600)의 동작은 제1 제어점(θ1), 제2 제어점(θ2), 제3 제어점(θ3), 제4 제어점(θ4)에 의해 제어된다. 일부 예에서, 시그마 회로(600) 외부의 컨트롤러(예를 들어, 컨트롤러(408))는 제1, 제2, 제3 및 제4 제어 포인트를 제어할 수 있다.

제1 제어점(θ1)이 도통되면 제1 기준 전압(610)이 감지 커패시터 전극(602)에 연결된다. 이러한 방식으로, 감지 커패시터 전극(602)에 제1 기준 전압(610)이 인가된다. 그러면, 제1 제어점(θ1)이 턴온되고, 제2 제어점(θ2)이 턴온되고, 기준전압에 의해 생성되어 감지 커패시터 전극(602)에 축적된 전하가 제1 적분기 커패시터(606)로 전달된다. 제1 적분기 커패시터(606)와 적분기(604)는 축적된 전하에 기초하여 전압을 출력한다.

다른 실시예에서는 제1 제어점(θ1)이 턴온되면 제2 제어점(θ2)과 제4 제어점(θ4)이 턴온되어 감지 커패시터 전극(602)에 축적된 전하를 제1 적분기 커패시터(606)와 제1 적분기에 전달한다. 커패시터(606). 2개의 적분기 커패시터(608).

이러한 구성에서는 적분기(604)가 완전히 차별화되고 축적된 전하가 제1 및 제2 적분기 커패시터(606, 608) 사이에 분배됩니다. 그러므로 출력 전압은 612에 도시된 바와 같이 적분기(604)의 출력 노드 사이에서 분할된다. 완전 차동 적분기는 SD-ADC의 정확도를 향상시키고, 스퓨리어스 잡음 및/또는 커플링에 대한 민감도를 줄이며, SD-ADC의 설계 복잡성을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

다음으로, 제3 제어점(θ3)이 턴온되면 제2 기준전압(614)이 연결되어 감지 커패시터 전극(602)에 인가된다. 도시된 실시예에서, 첫 번째 사이클 동안 제1 기준 전압(610)을 인가하면 감지 커패시터 전극(602)에 축적된 전하가 적분기(604)의 비반전 입력으로 향하게 되고, 두 번째 사이클 동안 제2 기준 전압(614)을 인가하면 축적된 전하가 증가한다. 감지 커패시터 전극(602)에서의 전류는 적분기(604)의 반전 입력으로 향한다.

마찬가지로 세 번째 제어점(θ3)이 턴온되고, 네 번째 제어점(θ4)이 턴온되어 감지 커패시터 전극(602)에 축적된 전하를 두 번째 적분기 커패시터(608)로 전달한다. 그러면 제2 적분기 커패시터(608)와 적분기(604)는 축적된 전하에 기초하여 전압을 출력한다. 다른 실시예에서, 제1, 제2, 제3 및 제4 제어 지점은 임의의 다른 적절한 방식으로 제어될 수 있다.

일 실시예에서 장치의 얼굴 추적 센서 중 하나 이상은 얼굴 근처 지점의 정전 용량보다 큰 바이어스 정전 용량을 전기적으로 볼 수 있으며, 이는 얼굴의 더 작은 정전 용량을 감지하는 데 방해가 될 수 있습니다. 이 오프셋 커패시턴스는 오프셋 커패시턴스와 유사하거나 동등한 커패시턴스 값을 갖는 커패시터를 사용하여 전기적으로 오프셋될 수 있습니다.

그러나 더 큰 커패시터는 더 넓은 면적을 차지할 수 있습니다. 따라서, 도 7에 도시된 헤드셋(700)은 바이어스 커패시턴스(706)를 전기적으로 상쇄하기 위해 감지 커패시터 전극(704)에 연결될 수 있는 상대적으로 작은 고정 커패시터(702)를 활용한다.

도시된 예에서 위에서 언급한 바와 같이 제1 제어점(θ1)은 제1 기준 전압(610)을 전도하여 감지 커패시터 전극(704)에 인가합니다. 그런 다음, 제1 제어점 θ1이 열리고 고정 커패시터(702) 연결에 위치한 제5 제어점 θ5가 토글되어 감지 커패시터 전극(704)의 바이어스 커패시턴스(706)를 전기적으로 상쇄합니다. 스위치의 수는 고정 커패시터(702)의 커패시턴스 값과 바이어스 커패시터(706)의 값에 기초할 수 있다.

예를 들어, 바이어스 커패시터(706)가 고정 커패시터(702)보다 10배 큰 경우, 제5 제어점(θ5)은 10배 스위칭되어 바이어스 커패시터(706)를 전기적으로 오프셋시킬 수 있다. 제5 제어점(θ5)을 사용한 스위칭은 그러한 스위칭을 생략하는 구현에 비해 헤드셋(700)의 고정 커패시터(702)의 크기를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 도 7은 단일 감지 커패시터 전극, 고정 커패시터 및 시그마 회로를 도시하며, 다른 실시예는 다중 감지 커패시터 전극 및 대응하는 다중 고정 커패시터 및 시그마 회로를 포함할 수 있다.

도 8은 감지 커패시터 전극 커패시턴스 값을 결정하기 위한 예시적인 방법(800)의 흐름도를 묘사합니다.

802에서 얼굴 추적 센서의 감지 정전용량 전극에 기준 전압을 적용합니다.

804에서는 얼굴 추적 센서와 전하 감지 회로 사이의 전기 연결을 따라 차폐 트랙에 기준 전압이 적용됩니다. 차폐 트랙에 기준 전압을 적용하면 헤드셋에 있는 여러 얼굴 추적 센서의 감지 커패시터 전극 사이의 정전 용량을 전기적으로 취소하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한, 차폐 트레이스에 기준 전압을 인가하면 해당하는 여러 전하 감지 회로의 동시 작동을 가능하게 하는 데 도움이 될 수 있습니다.

위에서 언급했듯이 헤드셋은 감지 커패시터 전극에서 오프셋 정전 용량을 볼 수 있습니다. 이러한 예에서, 806은 오프셋 보상 커패시터의 연결을 스위칭함으로써 오프셋 커패시턴스를 방전하는 것을 포함하고, 그에 따라 감지 커패시터 전극 상의 오프셋 커패시턴스를 제거한다.

일 실시예에서 오프셋 보상 커패시터는 여러 번 전환될 수 있는 더 작은 고정 커패시터를 포함할 수 있습니다. 이러한 방식으로 고정 커패시턴스가 작을수록 바이어스 커패시턴스가 커짐을 전기적으로 상쇄합니다. 다른 예에서, 오프셋 보상 커패시터는 커패시턴스 값을 조정하기 위해 선택적으로 제어 가능한 프로그램 가능 커패시터를 포함할 수 있습니다.

808에 이어, 얼굴 추적 센서의 감지 커패시터 전극의 정전 용량 값은 기준 전압 인가로 인해 얼굴 추적 센서의 감지 커패시터 전극에 축적된 전하량에 기초하여 결정된다.

일 실시예에서, 감지 커패시터 전극의 커패시턴스 값을 결정하는 것은 810에 도시된 바와 같이 얼굴 추적 센서의 감지 커패시터 전극에 의해 축적된 전하량을 적어도 오버샘플링하는 것에 기초하여 복수의 커패시턴스 비트 값을 결정하는 것을 포함합니다.

일례로, 복수의 커패시턴스 비트 값은 감지 커패시터 전극에 축적된 전하량을 나타내는 이진수를 포함할 수 있다. 앞서 언급했듯이 SD-ADC는 여러 커패시터 값에서 더 높은 주파수로 잡음을 형성할 수 있습니다. 따라서, 방법(800)은 812에서 복수의 커패시턴스 비트 값으로부터 고주파수 잡음을 필터링하는 단계를 포함한다. 고주파수 잡음을 필터링하면 커패시터 비트 값의 신호 대 잡음비를 개선하는 데 도움이 됩니다.

관련 특허: Microsoft 특허 | 얼굴 추적 센서의 요금 결정 |

"얼굴 추적 센서의 요금 결정"이라는 제목의 Microsoft 특허 출원은 원래 2022년 6월에 제출되었으며 최근 미국 특허청에 게시되었습니다.

일반적으로 미국 특허 출원은 검토 후 출원일 또는 우선일로부터 18개월 후에 자동으로 공개되거나, 출원인의 요청에 따라 출원일로부터 18개월 이내에 공개된다는 점에 유의해야 합니다. 응모자. 특허 출원이 공개되었다고 해서 해당 특허가 승인되었음을 의미하는 것은 아닙니다. 특허 출원이 접수된 후 USPTO는 실제 검토를 요구하며, 이는 1~3년 정도 걸릴 수 있습니다.

또한 이는 특허 출원일 뿐 승인을 의미하는 것은 아니며, 실제로 상용화될지 여부와 실제 적용 효과도 확실하지 않습니다.

위 내용은 Microsoft 특허는 AR 안경 얼굴 추적을 위한 향상된 센서 정전 용량 측정을 제안합니다.의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!