红外线接近感应人机界面设计要素

图2 单一LED系统性能分析

二维空间检测由位于不同位置的两个LED和单个光电二极管组成。从LED1得到一个测量值，然后快速从LED2获得另一个测量值，两个测量值被用于计算二维空间上的物体位置。其中，一维空间是接近LED1（左）或接近LED2（右），而另一维空间是接近或远离光电二极管。图3是与图2相同的三个方向运动检测结果。其中，白线代表从LED1中读出的数据，红线代表从LED2读出的数据。从左到右滑动过程中，白线上升，然后是红线。当手从左到右滑动时，LED1反射IR光到传感器，然后是LED2。

图3 二维空间中手势性能分析

三维空间运动检测由三个LED和单个光电二极管组成，LED3与LED1、LED2不在同一直线上，可以把LED1和LED2之间的连线看作X轴，LED1和LED3之间的连线看作Y轴，从光电二极管和LED到被测物体之间的连线看作Z轴。图4显示了与图2和图3相同的测量过程，其中，蓝线代表LED3的测量数据。当手从左向右滑动时，因为手在LED1和LED3上同时通过，LED1和LED3数据线同时上升，然后是LED2数据线。当手从底部向顶部滑动时，因为手先遇到来自LED3的IR光，LED3数据线上升，然后是LED1和LED2。当往复运动时，因为手在整个过程中都反射等量的LED光，三个LED测量值是相同的。

图4 加入LED3后的三维空间中动作性能分析

当IR LED和IR传感器应用于产品时，这些组件通常不会用作装饰目的而放在外面，终端产品至少需要一个开口或透明窗口，让IR光透过。

IR LED从窗口中照射出，被外部物体反射后，通过窗口进入Si1120传感器。单一窗口配置的主要缺点是：窗口将导致一些光线被内反射到Si1120，即使在检测范围内没有外部物体时，大量反射光也可能导致传感器输出。

双窗口设计使用其中一个窗口用于IR LED，另一个窗口用于传感器。通过在LED和传感器之间进行适当的隔离，设计消除了内部反射的问题，为系统提供更好的敏感性和检测范围。

对于IR接近感应系统设计而言，选择何种IR LED是一项非常重要的决定。IR LED视角对最大检测距离和范围有很大影响。从LED射出的IR光形成一个圆锥状，圆锥顶角（大多数LED能量从这里输出）被称为LED视角。

所有的LED都有一个特定的视角，一个窄视角LED意味着发出的能量更加集中，比宽视角LED照射的更远。这意味着使用窄视角IR LED将在窄检测区域中形成更远的检测范围，图5说明了窄视角和宽视角IR LED的差异。

图5 窄视角和宽视角IR LED的差异

当设计IR系统时，系统中被测物体的特点也是需要重点考虑的。除了用于检测手势外，IR接近感应系统也能被用于检测无生命物体，如车库门（打开或关闭）。检测较大物体时，由于有更多的IR光被反射，检测距离将更远。物体的颜色是另一个需要考虑的因素，因为IR光与可见光有相同特性，浅色物体比深色物体反射更多光线。物体的颜色越深，越要接近IR系统，因为仅有来自IR LED的少量IR光被反射到IR传感器。