用于装置控制的磁控制器相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求于2014年6月24日提交的申请号为62/016,
392、题为“Magnetic Controller For Device Control(用于装置控制的磁控制器)”的美
国专利申请的优先权。在先申请的公开通过以全部目的将其整体引用整合于本文。
技术领域
本申请涉及一种使用磁控制器以控制装置的系统、方法以及设备。
背景技术
移动装置是当前最流行的电气装置类型之一。例如，移动电话继续扩展其连接性
的领域，以允许用户访问他们的邮箱和音乐，以及在他们的移动电话上玩游戏。相似地，平
板计算机设计为方便的形状参数，其支持便携性。随着移动装置称为日常生活的集成部分，
现在对于移动装置可得许多应用。
可以使用触屏控制或移动装置上的按钮来控制许多这些应用，以及移动装置自
身。此外，许多移动装置可以与外围坞站(比如具有键盘和其他控制的坞站)配对，以允许用
户在方便时(比如，当坐下而不到处移动时)利用用于移动装置的较大的输入装置。
现在许多移动装置通常配备有磁力计，其允许装置检测周围磁场。磁力计传统地
用来提供移动装置上的数字罗盘。
发明内容
本说明书涉及一种用于数据输入的磁控制器。特别地，本说明书涉及利用用户装
置(比如智能手机或平板，或甚至台式计算机，如果计算机如此配备)的磁力计来将磁控制
器造成的磁场改变解译为输入。
总体上，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以实施为一种方法，其包含以
下操作：通过装置的磁力计，确定参考磁场测量，参考磁场测量指定围绕磁力计的周围磁场
的强度和方向；通过装置的磁力计，确定一系列后续磁场测量，每个后续磁场测量指定围绕
磁力计的周围磁场的强度和方向；对于每个后续磁场测量：通过装置的处理器，确定参考磁
场测量与后续磁场测量之间的差异；通过装置的处理器，确定参考磁场测量与后续磁场测
量之间的差异是否满足阈值改变；以及对于不满足阈值改变的每个差异，不将差异解译为
装置的用户输入；并且对于满足阈值改变的每个差异，基于输入模型确定装置的用户输入，
输入模型对于多个用户输入将周围磁场中的差异建模。
本说明书描述的主题的另一创新方面可以实施为一种系统，其包含装置外部的磁
控制器，磁控制器包含：磁装置，其改变装置的周围磁场；一个或多个输入致动器，每个可操
作地耦接到磁装置，并且当其被致动时，使得磁装置根据预定改变来改变周围磁场，预定改
变与输入致动器相关；以及由装置可执行的模型，其将装置的周围磁场中的差异建模为装
置输入，差异由一个或多个输入致动器的致动造成。
本说明书描述的主题的另一创新方面可以实施为一种系统，其包含数据处理设
备，数据处理设备包含处理子系统和磁力计，数据处理设备可操作为：通过磁力计，确定参
考磁场测量，参考磁场测量指定围绕磁力计的磁场的强度和方向；通过磁力计，确定一系列
后续磁场测量，每个后续磁场测量指定围绕磁力计的周围磁场的强度和方向；对于每个后
续磁场测量：通过处理子系统，确定参考磁场测量与后续磁场测量之间的差异，通过处理子
系统，确定参考磁场测量与后续磁场测量之间的差异是否满足阈值改变；对于不满足阈值
改变的每个差异，不将差异解译为数据处理设备的用户输入；并且对于满足阈值改变的每
个差异，基于输入模型，确定为数据处理设备的用户输入，输入模型对于多个输入将周围磁
场中的差异建模；以及数据处理设备外部的磁控制器，磁控制器包含：磁装置，改变周围磁
场；一个或多个输入致动器，每个可操作地耦接到磁装置，并且当其被致动时，使得磁装置
根据预定改变来改变周围磁场，预定改变与输入致动器相关。
本说明书描述的主题的另一创新方面可以实施为一种方法，其包含通过装置的磁
力计，确定磁场中的瞬态变化；通过装置的处理器，确定磁场中的瞬态变化是否满足阈值改
变；对于不满足阈值改变的每个瞬态变化，不将瞬态变化解译为装置的输入；并且对于满足
阈值改变的每个瞬态变化，基于输入模型确定为装置的用户输入，输入模型将周围磁场中
的瞬态变化建模为多个输入，每个瞬态变化唯一地对应于相应的输入。
本说明书描述的主题的另一创新方面可以实施为一种系统，其包含装置外部的磁
控制器，磁控制器包含：电磁装置，改变装置的周围磁场；多个输入致动器，每个可操作地耦
接到控制器，并且其产生用于控制器的用户输入信号，并且其中控制器对于每个输入信号
产生对应的唯一信号，以驱动电磁装置产生磁场中的瞬态变化，瞬态变化唯一地对应于输
入；以及由装置可执行的模型，并且其将由一个或多个输入致动器的致动造成的装置的周
围磁场中的差异建模为装置输入。
可以实施本说明书描述的主题的特定实施例，以实现下面的优点中的一个或多
个。本说明书描述的系统允许装置解译来自磁控制器的命令。磁控制器可以为无源或有源。
无源控制器不需要也不消耗电源。相对于用特定装置优化的无源控制器，有源控制器可以
较易于校准并优化。
磁控制器允许移动装置的无线控制，而不需遵守专有的或标准化的通信协议。最
后，磁控制器不需改变包含磁力计的受控制装置的硬件。
在下面的附图和说明书中提出本说明书描述的主题的一个或多个实施例的细节。
从说明书、附图以及权利要求，主题的其他特征、方面以及优点将变得显而易见。
附图说明
图1A和图1B是包含用于装置的无源无线磁控制器的系统的示例实施方式的框图。
图2A至图2C是不同类型的磁控制器的框图。
图3是使用磁控制器控制配备有磁力计的装置的示例过程的流程图。
图4是具有电控制的电磁装置的多输入装置的示例的框图。
相同参考数字和标记在各附图中指代相同元素。
具体实施方式
下面的主题涉及一种系统和方法，其中将磁控制器与用户装置结合使用，以控制
用户装置。在下面的示例中，以移动装置的背景描述磁控制器。然而，磁控制器的原理可以
用于具有磁力计的其他装置，比如可穿戴装置、平板装置，以及甚至台式及平板装置。
图1A和图1B为包含用于装置(比如移动装置140)的磁控制器144的系统的示例实
施方式的框图。在所示的示例中，磁控制器144为按钮致动器，并且在移动装置140的外部。
移动装置140包含与处理器130通信的磁力计120。磁力计周期性地或响应于处理
器130的请求产生磁场测量。这些系列的磁场测量可以表现为一系列空间矢量，每个矢量具
有大小值和方向值。方向值可以为三维空间中的三维方向。
处理器130执行计算，并且处理从移动装置140的不同部件接收的数据。例如，处理
器130与通信块132和磁力计120通信。通信块132负责通过无线收发器126来传输和接收数
据。无线收发器126连接到通信块132，并且能够传输接收信号。
移动装置140还包含数据储存体134，其储存由处理器130可执行的指令、应用以及
类似数据。如下面将更详细描述的，数据储存体134储存输入模型，其对于多个用户输入将
周围磁场中的差异建模。处理器130相对于参考磁场测量比较磁场测量，确定改变，并且询
问模型以确定对应的用户向移动装置输入。
在一些实施方式中，输入模型可以为机器学习分类器。可以用正数据样本和负数
据样本训练分类器，其中正数据样本对应于被激活的输入(比如，按钮被按下)，而负数据样
本对应于未被激活的输入。然后基于数据样本学习模型。例如，参考图1A和图1B，当未按下
磁体110时，获得磁力计120处的测量的第一集。第一集对应于负数据样本。相似地，当磁体
110被按下时，获得磁力计120处的测量的第二集，并且其对应于正数据样本。磁力计120处
的测量的第一集和第二集可以用来训练机器学习分类器，以区分磁体110被按下和磁体110
未被按下时获得的测量。
在一些实施方式中，可以在包含特定量的干扰的环境中训练分类器。例如，可以从
各种环境确定额定背景磁场，并且在训练分类器时可以感应。
可以使用测量的附加集来训练更加复杂的模型。例如，具有多个输入(比如，多个
按钮和操纵杆)的装置或许能够产生数据的多个不同集(按钮致动和操纵杆位置的各种组
合)以训练模型来确定不同的组合。
在图1A中，磁控制器144具有设置在第一位置的磁体110。例如，磁体110可以集成
到键盘按键中。如图1A所示，当磁体110未被按下时，由磁体产生的磁场136在围绕磁力计
120的区域相对弱。然而，如图1B所示，当磁体110被按下时，其被移置得更接近磁力计120。
将磁体110移动到此第二位置使得围绕磁力计120的区域的磁场136与磁体未被按下时相比
较强。
处理器130接收磁力计120的读数，并且可以区分当磁体110处于第一位置时和当
磁体110处于第二位置时产生的磁场。例如，将由磁力计提供的读数转移到处理器130。进
而，基于在每个位置中由磁体产生的磁场，处理器130将磁体处于第一位置和第二位置解译
为不同的输入。
在操作中，装置140的磁力计120产生参考磁场测量。参考磁场测量指定围绕磁力
计120的周围磁场的强度和方向。例如，当用户希望使用磁控制器144时，移动装置140上的
软件可以取磁场的参考读数。然后用此参考读数来确定由磁控制器144造成的磁场中的差
别。
然后磁力计120向处理器130提供一系列后续磁场测量。每个后续磁场测量指定围
绕磁力计120的周围磁场的强度和方向。对于每个后续磁场测量，处理器130确定参考磁场
测量与后续磁场测量之间的差异，并且然后确定参考磁场测量与后续磁场测量之间的差异
是否满足阈值改变。阈值改变可以用来确保磁场中的小扰动不被解译为用户输入，并且确
保环境磁场(比如，地磁场)中的装置的取向的改变也不被解译为用户输入。相应地，可以选
择阈值改变，以区分用户装置中的取向改变(在环境磁场相对无扰动的情况下)以及由控制
装置对磁场的感应的改变(在感应的改变显著地改变周围的环境磁场的情况下)。从而可以
将感应的改变映射到用户输入控制模型。
在一些实施方式中，可以基于磁控制器类型来选择阈值改变。例如，通过使用磁
体，当按照指定方式使用磁控制器(比如，在装置140的特定范围之内)时，磁控制器可以导
致围绕磁力计120的磁场中的至少最小变化。将阈值选择为稍小于最小变化，并且储存在为
磁控制器144生成的模型中。
对于不满足阈值改变的每个差异，处理器130不将差异解译为移动装置140的输
入。相反地，对于满足阈值改变的每个差异，处理器130基于输入模型来确定对应的输入，输
入模型对于多个输入将周围磁场中的差异建模。
在一些实施方式中，可以向模型提供伴随磁控制器144的软件。模型可以描述磁场
改变到由磁控制器144支持的输入的映射。可以例如由磁控制器144的制造商确定映射。在
其他实施方式中，处理器130可以执行学习程序，其提示用户使用磁控制器144执行输入，并
且然后监视磁场中的改变。然后这些改变作为输入模型储存在数据储存体134中。
可以使用除图1的控制器之外的其他类型的磁控制器。例如，图2A至图2C是不同类
型的磁控制器的框图。
图2A图示了一种类型的磁控制器，其为接收移动装置242的磁坞站240。在一些实
施方式中，磁坞站240是无源磁坞站，其包含分别连接到一个或多个致动器的一个或多个磁
体。在可替代的实施方式中，坞站240可以为有源坞站，其被供电，并且其中致动器连接到处
理系统，处理系统进而驱动一个或多个电磁体，以响应于致动器的激活而操纵磁场。
磁坞站240可以包含一个或多个输入致动器。例如，磁坞站240可以包含磁滑块244
和磁旋钮246。在一个实施方式中，磁滑块244可以用来控制移动装置242的音量，而旋钮246
可以用来控制移动装置的导航。致动器244和致动器246两者都各自可操作地耦接到磁装
置，并且当其被致动时，使得磁装置根据预定改变来改变周围磁场，预定改变与输入致动器
相关。
移动装置242可以检测坞站240中的放置。在一个实施方式中，移动装置242通过确
定移动装置取向来检测坞站240中的放置。例如，如果坞站240设计为距直立位置15度垂直
地持握移动装置，当移动装置240确定其取向为垂直且距直立位置15度时，移动装置可以确
定其处于坞站240中。在另一实施方式中，移动装置240使用磁力计120并感测当安装在坞站
240中时可能存在的参考磁场来确定其取向。当处理器确定移动装置处于坞站240中时，其
会将磁场中的改变解译为命令；然而，如果移动装置不在坞站内，处理器不会将磁场中的改
变解译为命令。
坞站240可以实施为无源磁坞站。操作控制元件(比如滑块244和旋钮246)可以使
磁体在坞站240内机械移置。在坞站240内移动磁体导致围绕移动装置242的磁场的改变。如
上所述，磁力计120检测对周围磁场的改变，并且将这样的改变解译为向移动装置的输入。
移动滑块242可以使得磁体在坞站240内机械地移动。当移动装置检测到装置242的周围磁
场中的改变时，处理器130可以将改变解译为例如提高装置音量的命令。
在另一实施方式中，坞站240为有源坞站。运行有源磁控制器需要电源，并且使用
电流感应围绕移动装置242的区域中的磁场。可以通过在特定路径(例如，线圈)中转移电流
感应磁场。可以通过控制特定路径中的电流的大小来控制磁场的强度。例如，滑块244和旋
钮246可以用来改变坞站240内的电流大小和路径，其进而改变围绕装置242的磁场的大小
和方向。滑块244和旋钮246可以控制用来感应磁场的电流路径中的可变电阻。相似于上面
关于无源坞站的说明，当移动装置检测到装置242的周围磁场中的改变时，处理器130可以
将改变解译为例如降低装置音量的命令。
图2C示出了磁视频游戏控制器210。磁视频游戏控制器210可以包含一个或多个按
钮214a-214c以及操纵杆212。在一些实施方式中，操纵杆212用来在受控装置(比如平板)上
移动视频游戏对象，而按钮214a-214c用来发起特定的视频游戏动作。例如，操纵杆212可以
用来在视频游戏中转向车辆，而按钮214可以用来激活车辆的刹车。相似于上面关于坞站
240的讨论，磁视频游戏控制器210可以为无源或有源。无源磁视频游戏控制器可以包含多
个磁体，每个磁体在控制器内机械地可移动。例如，操纵杆212可以含有纵向磁体，其随着用
户移动杆212而移动，而按钮214a-214c可以各自包含磁体，其可以响应于用户按下各自的
按钮而移动。可以使用移动装置242的磁力计130来检测来自移动操纵杆212和按钮214a-
214c的合成磁场。处理器130可以将合成磁场解译为指令。例如，处理器130可以确定杆212
被向左移，并且进而，将视频游戏中的车辆向左移。
图2C示出了配备有磁控制器232的可穿戴计算机装置230。装置230可以包含磁按
钮232、麦克风224以及包含磁力计的电子器件226。在一种实施方式中，磁按钮232可以用来
激活装置230的麦克风224，使得可以使用麦克风224从用户接受语音命令。可以使用无源磁
装置或有源磁装置来实施按钮232。
图3是使用磁控制器控制配备有磁力计的装置的示例过程300的流程图。过程300
始于获得第一磁场测量，其指定周围磁场的强度和方向(302)。例如，可以通过移动装置的
磁力计130获得此测量。在一种实施方式中，由三维空间中指定的大小和方向来指定强度。
在一些实施方式中，可以由一个或多个三维矢量来表现磁场。此第一测量指定在激活磁控
制器之前围绕移动装置的区域中的净合成磁场，并且用作参考磁场。例如，第一测量可以指
定地球结合周围区域中的电气装置(比如电源线或电话)的净合成磁场。
当使用磁控制器时，发生周围磁场的改变。过程300获得第二磁场测量，其指定周
围磁场的强度和方向(304)。可以由移动装置的磁力计130获得第二测量。在一个实施方式
中，由在三维空间中指定的大小和方向来指定强度。在一些实施方式中，可以由一个或多个
三维矢量表现磁场。此第二测量指定在净磁场由磁控制器改变之后围绕移动装置的区域中
的净合成磁场。
通过确定第一测量与第二测量是否满足特定阈值(306)来继续过程300。可以由移
动装置的处理器130来执行确定。可以通过将来自第一磁场测量的矢量与来自第二磁场测
量的矢量比较来执行确定。阈值可以指定大小中的最小变化以及方向中的最小变化。如上
所述，可以在三维空间中指定方向。可以基于移动装置运行环境的预期的磁干扰来限定特
定阈值，并储存在输入模型中。磁控制器的设计参数可以用来考虑到操作环境中预期的干
扰程度。
响应于确定差异满足特定阈值，过程300将差异解译为向移动装置的输入(308)。
相反地，如果过程300确定差异不满足特定阈值，过程300可以不将差异解译为向移动装置
的输入。
在一些实施方式中，移动装置响应于确定差异满足特定阈值而执行动作。不同动
作由用于上面的不同磁控制器的各自的输入模型描述。
如上所述，可以相对于参考磁场来测量磁场中的差异。然而，在使用有源磁装置的
实施方式中，磁场可以根据预定模式变化，以编码用户输入命令。例如，键盘装置可以包含
控制器，其驱动一个或多个电磁体。一个示例实施方式如图4所示，其为具有电控制的电磁
装置402的多输入装置400(比如，键盘)的示例的框图。每个键盘按键按动或按键按动的组
合使得控制器404产生相应的唯一信号，以驱动电磁装置402，其进而对应于围绕装置410中
的磁力计120的磁场中的唯一变化。变化由耦合420指示。变化可以为矢量的方向、矢量的大
小，或两者的组合。例如，按动“j”键可以造成磁场中第一临时转换(比如，50毫秒)为由磁装
置产生的第一大小和方向，而按动“k”键可以导致磁场中第二临时转换为第二大小和方向。
变化到输入的映射存储在数据储存体134中的输入模型中，并且这些磁场瞬态变化由磁力
计120检测，并且由处理器130解译为对应的用户输入命令。检测到的瞬态变化还可以经受
满足最小磁场改变，以便对其进行操作。
尽管本说明书包含许多具体实施细节，但是这些不应解释为对任何发明或可要求
保护的范围的限制，而应解释为对特定发明的特定实施例特定的特征的描述。在本说明书
中在分开的实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在
单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中分开地或以任何合适的子
组合来实施。此外，虽然特征可以在上面描述为在某些组合中起作用并且甚至最初如此要
求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从组合中分离，
并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变化。
类似地，虽然在附图中以特定顺序图示了操作，但是这不应理解为这些操作需要
以所示的特定顺序或以依次执行，或者需要执行所有所示的操作以实现期望的结果。此外，
上述实施例中的各种系统部件的分离不应理解为在所有实施例中都需要这种分离，并且应
当理解，所描述的部件和系统通常可以集成在单个产品中。
因此，已经描述了主题的特定实施例。其他实施例在所附权利要求的范围内。在一
些情况下，权利要求中列举的动作可以按不同的顺序执行，并且仍实现期望的结果。此外，
为实现期望的结果，附图中图示的过程不必需要所示的特定顺序或次序。