在消費(fèi)電子產(chǎn)品中，接近感應(yīng)作為一種探測用戶身體或手部存在的方法，越來越為人們所接受。該技術(shù)也能夠用于動(dòng)作感應(yīng)，如檢測用戶手勢。用戶手勢作為一種輸入，可以應(yīng)用于許多設(shè)備，如手機(jī)、計(jì)算機(jī)和其他家用電子產(chǎn)品。
　　
　　要理解動(dòng)作感應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，需要了解紅外線（IR）與可見光的差異，探討接近和動(dòng)作感應(yīng)系統(tǒng)如何在單一LED下運(yùn)行，以及動(dòng)作感應(yīng)在使用多個(gè)LED進(jìn)行多接近測量時(shí)如何工作。
　　
　　當(dāng)我們談及“光”時(shí)，通常指的是來自太陽或燈具的可見光，然而，可見光僅占光譜范圍中的一小部分。我們把可見光定義為人眼可以識(shí)別的所有光線，通常人眼可以識(shí)別的光線波長為380-750nm。那么，人眼無法識(shí)別的非可見光（如波長為850nm光）又如何呢？
　　
　　IR輻射光的波長為750nm-1000μm，IR光與可見光有著相同的特性，例如反射率，而且它可以通過特殊燈泡或發(fā)光二極管生成。因?yàn)槿搜蹮o法看到IR光，所以我們可以用它來完成一些特殊的人機(jī)界面任務(wù)，例如接近檢測，而無需用戶與系統(tǒng)進(jìn)行任何直接接觸。
　　
　　IR接近傳感系統(tǒng)能夠檢測附近物體的存在，并根據(jù)檢測結(jié)果做出反應(yīng)。IR接近檢測的應(yīng)用無處不在。例如，手機(jī)可以使用接近傳感技術(shù)檢測通話時(shí)手機(jī)是否接近面部。當(dāng)你把手機(jī)靠近耳邊時(shí)，手機(jī)將檢測到頭的存在，從而自動(dòng)關(guān)閉屏幕以節(jié)省電能。其他接近感應(yīng)系統(tǒng)的例子包括皂液器和飲水機(jī)，你可以把手放在傳感器附近（通常在皂液管或水附近），以“非接觸”而又衛(wèi)生的方式獲取皂液或水。
　　
　　在汽車上，外部防碰撞系統(tǒng)也使用接近檢測，當(dāng)汽車與其他汽車或者物體太靠近時(shí)，接近檢測會(huì)提醒司機(jī)注意。有些車輛還可以使用車內(nèi)接近感應(yīng)系統(tǒng)檢測乘客的存在，從而調(diào)整安全裝置（如安全氣囊）。接近檢測通過專門設(shè)計(jì)的IRLED實(shí)現(xiàn)。與IRLED相對(duì)應(yīng)的是光電二極管，它一般用來檢測LED發(fā)出的IR光。當(dāng)IRLED和光電二極管同方向放置時(shí)，光電二極管將不會(huì)檢測到任何IR光，除非有物體在LED的前面，將光反射回光電二極管。反射回光電二極管的光強(qiáng)與物體到光電二極管的距離逆向相關(guān)。　　單一LED和光電二極管相結(jié)合可以檢測一些動(dòng)作，例如可以檢測物體是否靠近或遠(yuǎn)離光電二極管，這僅僅是一維空間檢測。假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)，其布局如圖1所示，單一LED系統(tǒng)僅使用LED1與IR傳感器。圖2是三個(gè)手勢動(dòng)作過程中SiliconLabsSi1120傳感器感應(yīng)IRLED后的輸出值，其中Y軸是反射的IR光強(qiáng)，X軸是時(shí)間。三個(gè)手勢包括沿圖1X軸從左到右的滑動(dòng)，沿Y軸從底部到頂部的滑動(dòng)，以及沿Z軸由遠(yuǎn)及近，然后由近及遠(yuǎn)的往復(fù)動(dòng)作。圖2表明，單一LED系統(tǒng)不能區(qū)分這些手勢，使用單一LED，系統(tǒng)只能檢測到物體正在接近或遠(yuǎn)離傳感器，而不能判別其方向。　　
　　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(jì)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(yuǎn)離光電二極管。圖3是與圖2相同的三個(gè)手勢，其中白線代表從LED1中讀出的數(shù)據(jù)，紅線代表從LED2讀出的數(shù)據(jù)。從左到右滑動(dòng)過程中，白線上升，然后是紅線。當(dāng)手從左到右滑動(dòng)時(shí)，LED1反射IR光到傳感器，然后是LED2。　　三維空間動(dòng)作檢測由三個(gè)LED和單個(gè)光電二極管組成。LED3與LED1、LED2不在同一直線上，如圖1所示，可以把LED1和LED2之間的連線看作X軸，LED1和LED3之間的連線看作Y軸，從光電二極管和LED到被測物體之間的連線看作Z軸。圖4顯示了與圖2和圖3相同的測量過程，其中藍(lán)線代表LED3的測量數(shù)據(jù)。當(dāng)手從左向右滑動(dòng)時(shí)，因?yàn)槭衷贚ED1和LED3上同時(shí)通過，LED1和LED3數(shù)據(jù)線同時(shí)上升，然后是LED2數(shù)據(jù)線。當(dāng)手從底部向頂部滑動(dòng)時(shí)，因?yàn)槭窒扔龅絹碜訪ED3的IR光，LED3數(shù)據(jù)線上升，然后是LED1和LED2。當(dāng)往復(fù)動(dòng)作時(shí)，因?yàn)槭衷谡麄€(gè)過程中都反射等量的LED光，三個(gè)LED測量值是相同的。　　當(dāng)IRLED和IR傳感器應(yīng)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)開口或透明窗口，讓IR光透過。
　　
　　IRLED從窗口中照射出，被外部物體反射后，通過窗口進(jìn)入Si1120傳感器。單一窗口配置的主要缺點(diǎn)是：窗口將導(dǎo)致一些光線被內(nèi)反射到Si1120，即使在檢測范圍內(nèi)沒有外部物體時(shí)，大量反射光也可能導(dǎo)致傳感器輸出。
　　
　　雙窗口設(shè)計(jì)使用其中一個(gè)窗口用于IRLED，另一個(gè)窗口用于傳感器。通過在LED和傳感器之間進(jìn)行適當(dāng)?shù)母綦x，設(shè)計(jì)消除了內(nèi)部反射的問題，為系統(tǒng)提供更好的敏感性和檢測范圍。
　　
　　對(duì)于IR接近感應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，選擇何種IRLED是一項(xiàng)非常重要的決定。IRLED視角對(duì)zui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(shù)LED能量從這里輸出）被稱為LED視角。　　所有的LED都有一個(gè)特定的視角，一個(gè)窄視角LED意味著發(fā)出的能量更加集中，比寬視角LED照射的更遠(yuǎn)。這意味著使用窄視角IRLED將在窄檢測區(qū)域中形成更遠(yuǎn)的檢測范圍，圖5說明了窄視角和寬視角IRLED的差異。
　　
　　當(dāng)設(shè)計(jì)IR系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)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，IR接近感應(yīng)系統(tǒng)也能被用于檢測無生命物體，如車庫門（打開或關(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(yuǎn)。物體的顏色是另一個(gè)需要考慮的因素，因?yàn)镮R光與可見光有相同特性，淺色物體比深色物體反射更多光線。物體的顏色越深，越要接近IR系統(tǒng)，因?yàn)閮H有來自IRLED的少量IR光被反射到IR傳感器。
　　
　　在消費(fèi)電子、工業(yè)和汽車領(lǐng)域應(yīng)用中，許多電子系統(tǒng)從非接觸式反射中受益。IR接近感應(yīng)為需要檢測物體存在的系統(tǒng)提供了一個(gè)*方法。接近感應(yīng)也可用于檢測zui多三維空間內(nèi)的動(dòng)作，甚至是手勢，使得下一代電子產(chǎn)品的人機(jī)界面更*、更直觀。