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用于确定至少一个对象的位置的探测器

用于确定至少一个对象的位置的探测器

提出了一种用于确定至少一个对象(112)关于至少一个光学传感器(120)的位置的探测器(110),其中光学传感器(120)具有图像平面(122)。探测器(110)包括:至少一个照明源(134),其中照明源(134)射出至少一个光束(136),其中光束(136)包括平行于光学传感器(120)的图像平面(122)的分量;光学传感器(120),其中光学传感器(120)在图像平面(122)中具有传感器区域(126),其中光学传感器(120)适于在对象(112)以光从光束(136)的平行于光学传感器(120)的图像平面(122)传导的分量散射的方式接近光学传感器(120)的情况下确定对象(112)的位置的横向分量,位置的横向分量是在光学传感器(120)的图像平面(122)中的位置,光学传感器(120)适于由在传感器区域(126)中的从光束(136)的平行于光学传感器(120)的图像平面(122)传导的分量散射的光生成至少一个横向传感器信号,其中光学传感器(120)还被设计成以依赖于通过从光束(136)的平行于光学传感器(120)的图像平面(122)传导的分量散射的光对传感器区域(126)的照明的方式生成至少一个纵向传感器信号,其中纵向传感器信号依赖于在传感器区域(126)中的从光束(136)的平行于光学传感器(120)的图像平面(122)传导的分量散射的光的强度的变化;和评估装置(132),其中评估装置(132)被设计成通过评估横向传感器信号生成与对象(112)的位置的横向分量有关的至少一条信息,并且其中评估装置(132)还被设计成通过评估纵向传感器信号生成与对象(112)的位置的纵向分量有关的至少一条信息。

上述探测器、方法、人机接口和娱乐装置以及所提出的用途相比于现有技术具有明显的优点。因而,一般地,可提供用于确定至少一个对象在空间中的位置的简单并且仍有效的探测器。在其中,作为示例,可采用快速和有效的方式确定对象或对象的一部分的三维坐标。

142显示器

如以下将进一步概述的,优选地,光学传感器可包括一个或多个光电探测器,优选地一个或多个有机光电探测器以及最优选地一个或多个染料敏化有机太阳能电池(DSC,也被称为染料太阳能电池),例如一个或多个固体染料敏化有机太阳能电池(s-DSC)。因此,优选地,探测器可包括用作光学传感器的一个或多个DSC(例如一个或多个sDSC)。然而,也可采用可发挥如以下更详细地说明的"FiP"效应的其它类型的材料和装置作为光学传感器。

也被称为"FiP效应"(暗指束横截面Φ影响由光学传感器生成的电功率P的效应)的上述效应可依赖于适当的光束调制或者可以由适当的光束调制强调,如在W02012/110924A1中公开的。因此,优选地,照明源此外可以具有用于调制照明的至少一个调制装置。探测器可以设计成检测在不同调制情况下的至少两个纵向传感器信号,特别是在相应不同的调制频率下的至少两个传感器信号。在该情况下,评估装置可设计成通过评估所述至少两个纵向传感器信号来生成关于对象的纵向位置的所述至少一条信息。

多年来就已知可通过使用与人有关的对象如人的手指触摸触敏(触觉)表面来控制的人机接口。为此目的,触觉面可与显示器对齐,由此实现人和与人机接口相关的机器之间的单向和/或双向交互。目前,一类一般被表示为"触摸屏"或"触摸板"的人机接□用于许多领域中,尤其用于控制诸如移动电话的电话、医疗和/或工业设备、诸如售票机或饮料机的售货机器,或在信息展示中用于引导目的,例如政务大楼、博物馆,或用于公共交通。

184光斑

也被称为"FiP效应"(暗指束横截面Φ影响由光学传感器生成的电功率P的效应)的上述效应可依赖于适当的光束调制或者可以由适当的光束调制强调,如在W02012/110924A1中公开的。因此,优选地,照明源此外可以具有用于调制照明的至少一个调制装置。探测器可以设计成检测在不同调制情况下的至少两个纵向传感器信号,特别是在相应不同的调制频率下的至少两个传感器信号。在该情况下,评估装置可设计成通过评估所述至少两个纵向传感器信号来生成关于对象的纵向位置的所述至少一条信息。

-光学传感器,其中所述光学传感器在所述图像平面中具有传感器区域,其中所述光学传感器适于在所述对象以光从光束的平行于所述光学传感器的图像平面传导的分量散射的方式接近所述光学传感器的情况下确定所述对象的位置的横向分量,所述位置的横向分量是在所述光学传感器的图像平面中的位置,所述光学传感器适于由在所述传感器区域中的从所述光束的平行于所述光学传感器的图像平面传导的分量散射的光生成至少一个横向传感器信号,其中所述光学传感器还被设计成以依赖于通过从光束的平行于所述光学传感器的图像平面传导的分量散射的光对所述传感器区域的照明的方式生成至少一个纵向传感器信号,其中所述纵向传感器信号依赖于在所述传感器区域中的从所述光束的平行于所述光学传感器的图像平面传导的分量散射的光的强度的变化;和

在该实验中,纵向传感器信号被提供,对于光束的各种调制频率,对于0Hz(无调制)、7Hz、377Hz和777Hz。如在图中可以看到的,对于调制频率0Hz,没有FiP效应或仅非常小的FiP效应可被检测到,该FiP效应不易于从纵向传感器信号的噪声区分开。对于较高的调制频率,纵向传感器信号对光束的横截面的明显依赖性可被观察到。一般地,在0.1Hz至10kHz的范围中的调制频率可用于根据本发明的探测器,诸如0.3Hz的调制频率。

用于确定至少一个对象的位置的探测器

提出了一种用于确定至少一个对象(112)关于至少一个光学传感器(120)的位置的探测器(110),其中光学传感器(120)具有图像平面(122)。探测器(110)包括:至少一个照明源(134),其中照明源(134)射出至少一个光束(136),其中光束(136)包括平行于光学传感器(120)的图像平面(122)的分量;光学传感器(120),其中光学传感器(120)在图像平面(122)中具有传感器区域(126),其中光学传感器(120)适于在对象(112)以光从光束(136)的平行于光学传感器(120)的图像平面(122)传导的分量散射的方式接近光学传感器(120)的情况下确定对象(112)的位置的横向分量,位置的横向分量是在光学传感器(120)的图像平面(122)中的位置,光学传感器(120)适于由在传感器区域(126)中的从光束(136)的平行于光学传感器(120)的图像平面(122)传导的分量散射的光生成至少一个横向传感器信号,其中光学传感器(120)还被设计成以依赖于通过从光束(136)的平行于光学传感器(120)的图像平面(122)传导的分量散射的光对传感器区域(126)的照明的方式生成至少一个纵向传感器信号,其中纵向传感器信号依赖于在传感器区域(126)中的从光束(136)的平行于光学传感器(120)的图像平面(122)传导的分量散射的光的强度的变化;和评估装置(132),其中评估装置(132)被设计成通过评估横向传感器信号生成与对象(112)的位置的横向分量有关的至少一条信息,并且其中评估装置(132)还被设计成通过评估纵向传感器信号生成与对象(112)的位置的纵向分量有关的至少一条信息。

所描述的探测器可以有利地采用各种方式研发。因此,探测器还可具有用于调制照明、尤其用于周期性调制的至少一个调制装置,特别是周期性光束切断装置。照明的调制应当理解为是指如下过程,其中照明的总功率优选地周期性地改变,特别地采用一个或多个调制频率。特别地,周期性调制可以在照明的总功率的最大值和最小值之间实现。最小值可以是0,但也可以是>0,以使得(通过举例的方式)完全调制不必实现。因此,调制可在用于照明对象的可选照明源与对象之间的束路径中实现,例如通过在所述束路径中设置的所述至少一个调制装置。这些可能性的组合也是可设想的。所述至少一个调制装置可以包括例如束斩波器或一些其它类型的周期性束中断装置,例如包括至少一个中断器叶片或中断器轮,其优选以恒定速度旋转并且因此可以周期性地中断照明。还可能使用一个或多个不同类型的调制装置,例如基于电光效应和/或声光效应的调制装置。优选地,所述至少一个可选的照明源本身也可以设计成生成调制的照明,例如通过具有调制强度和/或总功率(例如周期性调制的总功率)的所述照明源本身,和/或通过体现为脉冲照明源(例如为脉冲发光二极管)的所述照明源。因此,通过举例的方式,所述至少一个调制装置也可以完全或部分地集成到照明源中。各种可能性是可设想的。

实施例34:根据前述实施例中的任一个所述的探测器,其中,所述探测器还包括用于调制由所述照明源射出的所述至少一个光束的照明的至少一个调制装置。

164η半导体金属氧化物

实施例45:根据前述与探测器有关的实施例中的任一个所述的探测器出于使用目的的用途,所述用途选自由以下用途组成的组合:位置测量,特别是作为近程传感器;距离测量,特别是作为近程传感器;人机接口应用;娱乐应用;安全应用。

特别地,该手势可包括选自点击击、双击、旋转、缩放功能和拖放动作的功能。然而,其它类型的手势是可以的。如本文中所使用,"点击"功能可指其中用户可从当前显示在屏幕上的图像选择预定部分如下划线文本消息或强调区域一一也被称为"按钮"一一的手势。鉴于点击或单击手势通常可用于例如通过进一步高亮显示强调区域以便向用户提供相应信息来确认用户的选择,一般可包括在预定时间段内的两次单独的连续单击的"双击"手势一般可用于实际地执行与相应使用选择一致的指令。然而,仍可通过已经以与这里对双击手势所述相同的方式解释单击手势来实际地执行用户的相应选择。如本文中进一步使用,"拖放"功能可包含这种手势,即其中用户可通过选择它并且另外通过使其移动到屏幕上的不同位置一一例如进一步显示在同一屏幕上的另一虚拟对象上一一来选择显示在屏幕上的虚拟对象。因而,拖放手势特别是可用于生成两个虚拟对象之间的一类动作或一种关联作为要通过评估单元提供的指令。

US2013/0076695A1公开了一种包括近程传感器的人机接口,其中设置了交互表面。这里,交互表面包括显示区域、至少一个光敏传感器以及可选地与显示区域和传感器连接的控制单元,其中显示区域、传感器和控制单元由液体形式的有机导电材料和半导体材料在介电基板上的沉积物形成。此外,传感器包括光电二极管、光敏电阻或光子传感器阵列,其中该阵列能够检测对象的阴影的变化并且由其推导信息,例如人机接口前方的对象的位置的变化,例如对象与交互表面之间的距离的变化。在一个特定实施例中,在平行于光子传感器阵列的平面中以及光子传感器与透明或半透明保护涂层如玻璃板或塑料涂层之间另外设置有背光或发光像素的阵列,例如发光二极管(LED)。在又一个实施例中,人机接口另外包括红外线发射器的阵列,其在操作中永久地射出红外线辐射,其中,只要对象关于传感器靠近地经过,射出的辐射的一部分就可朝阵列内的相邻光敏传感器反射以便推导与表面附近有无对象有关的信息。此外,可提供带频率调制的红外线射出,从而使得在由传感器接收时能够将如上所述的可见谱范围内的阴影与红外线区分。结果,因此可以同时使用红外线操作和投射阴影检测以便获得关于对象的位置的附加信息。

所描述的探测器可以有利地采用各种方式研发。因此,探测器还可具有用于调制照明、尤其用于周期性调制的至少一个调制装置,特别是周期性光束切断装置。照明的调制应当理解为是指如下过程,其中照明的总功率优选地周期性地改变,特别地采用一个或多个调制频率。特别地,周期性调制可以在照明的总功率的最大值和最小值之间实现。最小值可以是0,但也可以是>0,以使得(通过举例的方式)完全调制不必实现。因此,调制可在用于照明对象的可选照明源与对象之间的束路径中实现,例如通过在所述束路径中设置的所述至少一个调制装置。这些可能性的组合也是可设想的。所述至少一个调制装置可以包括例如束斩波器或一些其它类型的周期性束中断装置,例如包括至少一个中断器叶片或中断器轮,其优选以恒定速度旋转并且因此可以周期性地中断照明。还可能使用一个或多个不同类型的调制装置,例如基于电光效应和/或声光效应的调制装置。优选地,所述至少一个可选的照明源本身也可以设计成生成调制的照明,例如通过具有调制强度和/或总功率(例如周期性调制的总功率)的所述照明源本身,和/或通过体现为脉冲照明源(例如为脉冲发光二极管)的所述照明源。因此,通过举例的方式,所述至少一个调制装置也可以完全或部分地集成到照明源中。各种可能性是可设想的。

152位置信息

-其中,使用探测器的至少一个光学传感器,其中所述光学传感器在所述图像平面中具有传感器区域,其中所述光学传感器适于在所述对象以光从所述光束的平行于所述光学传感器的图像平面传导的分量散射的方式接近所述光学传感器的情况下确定所述对象的位置的横向分量,所述位置的横向分量是在所述光学传感器的图像平面中的位置,所述光学传感器适于由在所述传感器区域中的从所述光束的平行于所述光学传感器的图像平面传导的分量散射的光生成至少一个横向传感器信号,其中所述光学传感器还被设计成以依赖于通过从所述光束的平行于所述光学传感器的图像平面传导的分量散射的光对所述传感器区域照明的方式生成至少一个纵向传感器信号,其中所述纵向传感器信号依赖于在所述传感器区域中的从所述光束的平行于所述光学传感器的图像平面传导的分量散射的光的强度的变化;

优选地,光学传感器的第二电极可以是具有至少两个局部电极的分割电极,其中光学传感器具有传感器区,其中横向传感器信号指示在传感器区中的光束位置。因此,如上所述,光学传感器可以是或者可以包括一个或多个光电探测器,优选一个或多个有机光电探测器,更优选一个或多个DSC或sDSC。传感器区可以是光电探测器的朝向对象的表面。传感器区优选可垂直于光轴取向。因此,横向传感器信号可指示在光学传感器的传感器区的平面中由光束生成的光斑的位置。

优选地,光学传感器的第二电极可以是具有至少两个局部电极的分割电极,其中光学传感器具有传感器区,其中横向传感器信号指示在传感器区中的光束位置。因此,如上所述,光学传感器可以是或者可以包括一个或多个光电探测器,优选一个或多个有机光电探测器,更优选一个或多个DSC或sDSC。传感器区可以是光电探测器的朝向对象的表面。传感器区优选可垂直于光轴取向。因此,横向传感器信号可指示在光学传感器的传感器区的平面中由光束生成的光斑的位置。

与基于复杂的三角形法的本领域中已知的装置相比,所提出的探测器特别是关于探测器的光学设置提供了高简单程度。因而,原则上,一个、两个或更多个SDSC结合合适的评估装置的简单组合足够用于高精度位置检测。这种高简单程度与高精度测量的可能性相结合特别适合用于例如人机接口中和更优选地游戏中的机器控制。因而,可提供可用于大量游戏目的的成本划算的娱乐装置。

本发明的更多实施例涉及照明源。如以下将更详细地概述的,提供一个或多个照明源,其例如通过使用一个或多个射线或光束如具有预定特性的一个或多个射线或光束对对象照明。这里,从对象进一步传播到探测器的光束可以是光束,其中,在对象接近光学传感器的情况下,光束可从光束的平行于光学传感器的图像平面的分量弹性地或非弹性地散射,由此产生传播到探测器的光束。如本文中所使用,光束可优选平行于光学传感器的图像平面传导。然而,本发明也可适用于一种情况,其中光束可以不严格平行于光学传感器的图像平面传导,而是以如下方式传导:光束可以不接触光学传感器的图像平面并且同时仍可包括平行于光学传感器的图像平面传导的有穷分量,特别是为了由对象如用户的手指或手或与其相关的另一物体弹性地或非弹性地散射。

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