專利名稱：用于檢測物體存在的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測物體存在的方法和裝置。具體地，本發(fā)明涉及通過借助于物體影響光的傳播并檢測得到的到達(dá)檢測器的光的變化而檢測物體的存在。
背景技術(shù)：
W0/2009/086836公開了一種用于檢測接觸裝置的物體的位置的裝置。借助于干擾由該裝置從光源朝檢測器引導(dǎo)的光并檢測得到的到達(dá)檢測器的光的變化來檢測位置。重要的是，對于上述裝置，物體可以干擾或影響光傳播。此外，在US 2008/0278460中公開了光的引導(dǎo)。因此，需要一種改進(jìn)的對物體存在的檢測。因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的對物體存在的檢測。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種裝置，用于檢測物體在所述裝置處的存在。該裝置包括第一重定向結(jié)構(gòu)，其包括第一主重定向結(jié)構(gòu)；和第二重定向結(jié)構(gòu)，其包括第二主重定向結(jié)構(gòu)。該裝置還可以包括光源和光檢測裝置，或者該裝置可以適于接收來自光源的光并將光返回至檢測器。光源適于朝第一主重定向結(jié)構(gòu)發(fā)射光。第一主重定向結(jié)構(gòu)適于將來自光源的光朝第二主重定向結(jié)構(gòu)重定向。第二主重定向結(jié)構(gòu)適于將來自第一主重定向結(jié)構(gòu)的光朝第一主重定向結(jié)構(gòu)返回。第一主重定向結(jié)構(gòu)適于將來自第二主重定向結(jié)構(gòu)的光朝光檢測裝置重定向。在該裝置的操作期間，該裝置形成包括第一感測區(qū)的感測區(qū)，第一感測區(qū)由在第一主重定向結(jié)構(gòu)和第二主重定向結(jié)構(gòu)之間傳播的光形成。由于第二主重定向結(jié)構(gòu)適于將來自第一主重定向結(jié)構(gòu)的光朝第一主重定向結(jié)構(gòu)返回，該裝置可以適于使光束穿過感測區(qū)兩次。因此，可以提高物體對穿過感測區(qū)的光束可能產(chǎn)生的影響。因此，本發(fā)明可以有利于檢測物體在裝置處的存在。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于檢測物體存在的方法。該方法包括從光源朝第一主重定向結(jié)構(gòu)發(fā)射光。該方法還包括借助于第一主重定向結(jié)構(gòu)將來自光源的光朝第二主重定向結(jié)構(gòu)重定向。該方法還包括借助于第二主重定向結(jié)構(gòu)將來自第一主重定向結(jié)構(gòu)的光朝第一主重定向結(jié)構(gòu)返回。該方法還包括借助于第一主重定向結(jié)構(gòu)將來自第二主重定向結(jié)構(gòu)的光朝光檢測裝置重定向。該方法還包括借助于在第一主重定向結(jié)構(gòu)和第二主重定向結(jié)構(gòu)之間傳播的光形成第一感測區(qū)。由于借助于第二主重定向結(jié)構(gòu)將來自第一主重定向結(jié)構(gòu)的光朝第一主重定向結(jié)構(gòu)返回，光束可以穿過感測區(qū)兩次。因此，可以提高物體對穿過感測區(qū)的光束可能產(chǎn)生的影響。因此，本發(fā)明可以有利于檢測物體的存在。


通過結(jié)合附圖的本發(fā)明的示例性實施例的下列詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得顯而易見，在附圖中圖1-4示意性地示出從上方觀察的根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實施例；圖5示意性地示出第一實施例的一部分的透視圖；圖6-10示意性地示出從上方觀察的根據(jù)本發(fā)明的裝置的第二實施例；圖11-14示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的實施例的橫截面圖；圖15-16示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的實施例的橫截面圖；圖17示意性地示出從上方觀察的根據(jù)本發(fā)明的裝置的第三實施例；圖18示意性地示出從側(cè)面觀察的第三實施例； 圖19示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的方法；以及圖20示意性地示出從上方觀察的根據(jù)本發(fā)明的裝置的實施例。附圖為示意性的且為清楚起見而簡化，并且附圖可能僅僅示出對于理解本發(fā)明必不可少的細(xì)節(jié)，而其它細(xì)節(jié)則可能被省略。在全文中，相同的附圖標(biāo)記用于相同或?qū)?yīng)的部件。應(yīng)該指出的是，除了附圖中所示本發(fā)明的示例性實施例之外，本發(fā)明可以以不同形式實施且不應(yīng)理解為局限于本文所闡述的實施例。相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底的和充分的，并且向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達(dá)了本發(fā)明的概念。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的實施例可以適于借助于大致如W0/2009/086836中所公開的平面波導(dǎo)來引導(dǎo)光。此外，物體的存在或在物體和裝置之間的接觸點的估計可以類似于W0/2009/086836中所公開的方式進(jìn)行。通常，借助于物體干擾光的傳播路徑，即例如阻擋或改變光的傳播路徑而由裝置感測該物體，該光從光源朝檢測裝置傳播并且由該裝置從光源朝檢測器引導(dǎo)。通過檢測到達(dá)檢測器陣列的光的強度和/或分布的變化，可以推導(dǎo)出物體的存在和可能的位置。第二重定向結(jié)構(gòu)可以包括反射結(jié)構(gòu)，諸如回射結(jié)構(gòu)(retroref Iectingstructure)和/或用作回射結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)?；厣浣Y(jié)構(gòu)可以包括一個或多個角形反射器(corner reflector)和/或一個或多個角狀反射器(corner-like reflector)和/或任何其它已知的回射結(jié)構(gòu)。具有回射結(jié)構(gòu)和/或用作回射結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)可以使得光可以沿大致相同的路徑來回傳播(即，例如從第一重定向結(jié)構(gòu)至第二重定向結(jié)構(gòu)并朝第一重定向結(jié)構(gòu)返回)，即，例如沿大致平行的路徑來回傳播。因此，第二重定向結(jié)構(gòu)可以被構(gòu)造成將來自第一主重定向結(jié)構(gòu)(the first primary redirecting structure)的光沿著與入射光大致相同的路徑和/或大致平行的路徑朝第一主重定向結(jié)構(gòu)返回。第二重定向結(jié)構(gòu)可以包括鏡(miiror)，諸如平面鏡。具有平面鏡可以提供簡單的構(gòu)造，該構(gòu)造可以較不復(fù)雜地生產(chǎn)，并且可以較廉價地生產(chǎn)。顯然，平面鏡可以用作用于以O(shè)度的入射角入射到該平面鏡上的光，即，用于沿著平面鏡的法線朝該平面鏡傳播的光的回射結(jié)構(gòu)。因此，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以被構(gòu)造成使得來自第一重定向結(jié)構(gòu)的光以O(shè)度或大致上O度的入射角入射到第二重定向結(jié)構(gòu)上。第二副重定向結(jié)構(gòu)(the second secondary redirecting structure)可以以具有形成多個角狀反射器的鋸齒狀結(jié)構(gòu)的回射結(jié)構(gòu)形式設(shè)置。每個角狀反射器可以包括形成90度的夾角的兩個平面鏡結(jié)構(gòu)。鋸齒狀結(jié)構(gòu)可以沿z軸線形成從裝置的波導(dǎo)的第一表面延伸至第二表面的平面。通常，角狀反射器的尺寸可以使得從鋸齒狀結(jié)構(gòu)的頂部到頂部的距離為從Iym至ICtam,諸如從100至500 μ m?；厣浣Y(jié)構(gòu)可以以任何其它已知方式設(shè)置，諸如，通過多個三或六反射表面來設(shè)置。使第二重定向結(jié)構(gòu)包括回射結(jié)構(gòu)和/或用作回射結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點可以是可以將光源和光檢測裝置彼此相鄰地放置。使第二重定向結(jié)構(gòu)包括回射結(jié)構(gòu)和/或用作回射結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點可以是考慮了第一重定向結(jié)構(gòu)的(可能非故意的)未對準(zhǔn)，使得可以將來自光源的光朝檢測裝置引導(dǎo)。
第一重定向結(jié)構(gòu)可以包括反射結(jié)構(gòu)。反射結(jié)構(gòu)可以包括棱鏡結(jié)構(gòu)(prismstructure)或鏡結(jié)構(gòu)(mirror structure)。反射結(jié)構(gòu)可以包括拋物線結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)可具有與檢測裝置和/或光源的位置大致重合的焦點。焦點可以替代地或另外地與裝置的角和/或裝置的平面波導(dǎo)的角重合。拋物線結(jié)構(gòu)可以將例如來自光源的發(fā)散光重定向為準(zhǔn)直光。拋物線結(jié)構(gòu)可以將例如來自第二重定向結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)直光重定向為會聚光。第一重定向結(jié)構(gòu)可以包括多個重定向元件，例如，包括多個棱鏡結(jié)構(gòu)或拋物線結(jié)構(gòu)。這可以提供更緊湊的結(jié)構(gòu)。第一重定向結(jié)構(gòu)可以包括衍射結(jié)構(gòu)，例如，光柵或全息圖。這可以提供緊湊的結(jié)構(gòu)。第一重定向結(jié)構(gòu)可以包括第一副重定向結(jié)構(gòu)。第二重定向結(jié)構(gòu)可以包括第二副重定向結(jié)構(gòu)。光源可以適于朝第一副重定向結(jié)構(gòu)發(fā)射光。第一副重定向結(jié)構(gòu)可以適于將來自光源的光朝第二副重定向結(jié)構(gòu)重定向。第二副重定向結(jié)構(gòu)可以適于使來自第一副重定向結(jié)構(gòu)的光朝該第一副重定向結(jié)構(gòu)返回。第一副重定向結(jié)構(gòu)可以適于將來自第二副重定向結(jié)構(gòu)的光朝光檢測裝置重定向。感測區(qū)可以包括由在第一副重定向結(jié)構(gòu)和第二副重定向結(jié)構(gòu)之間傳播的光形成的第二感測區(qū)。在第一副重定向結(jié)構(gòu)和第二副重定向結(jié)構(gòu)之間傳播的光可以與在第一主重定向結(jié)構(gòu)和第二主重定向結(jié)構(gòu)之間傳播的光例如以直角相交，使得第一感測區(qū)和第二感測區(qū)互相重疊。具有相交的光可以有利于檢測物體關(guān)于裝置的位置。該裝置可以包括平面波導(dǎo)。平面波導(dǎo)可以適于引導(dǎo)從光源朝第一重定向結(jié)構(gòu)傳播的光。平面波導(dǎo)可以適于引導(dǎo)從第一重定向結(jié)構(gòu)朝光檢測裝置傳播的光。平面波導(dǎo)可以具有第一表面和第二表面。第一表面和第二表面可以位于波導(dǎo)的相對側(cè)上。第一表面和第二表面可以平行。平面波導(dǎo)可以被構(gòu)造用于借助于在第一表面和第二表面處的全內(nèi)反射引導(dǎo)光。由于該第一表面和第二表面，具有諸如平面鏡的鏡形式的第二重定向結(jié)構(gòu)(第二主重定向結(jié)構(gòu)和/或第二副重定向結(jié)構(gòu))可以用作用于沿如下路徑傳播的光的回射結(jié)構(gòu)當(dāng)投影到波導(dǎo)的第一表面或第二表面上時，該路徑在第二重定向結(jié)構(gòu)上形成O度的入射角。因此，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以被構(gòu)造成使得當(dāng)投影到波導(dǎo)的第一表面或第二表面上時，來自第一重定向結(jié)構(gòu)的光以O(shè)度或大致上O度的入射角入射到第二重定向結(jié)構(gòu)上。提供包括回射結(jié)構(gòu)和/或用作回射結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的第二重定向結(jié)構(gòu)可以使得當(dāng)投影到波導(dǎo)的第一表面和/或第二表面上時，光可以沿大致相同的路徑和/或大致平行的路徑來回傳播(即，從第一重定向結(jié)構(gòu)到第二重定向結(jié)構(gòu)并朝第一重定向結(jié)構(gòu)返回)。
因此，第二重定向結(jié)構(gòu)可以被構(gòu)造成當(dāng)投影到波導(dǎo)的第一表面和/或第二表面上時，將來自第一主重定向結(jié)構(gòu)的光作為入射光沿大致相同的路徑和/或大致平行的路徑朝第一主重定向結(jié)構(gòu)返回。光源和光檢測裝置可以關(guān)于重定向結(jié)構(gòu)相鄰，諸如，被并置或一個位于另一個的頂部上或彼此緊鄰。光源和光檢測裝置可以位于波導(dǎo)的同一側(cè)或同一角處。具有相鄰的光源和光檢測裝置可以提供更緊湊的構(gòu)造。第一重定向結(jié)構(gòu)可以包括具有如下表面的反射結(jié)構(gòu)該表面相對于第一表面形成在60° -89°的范圍內(nèi)的角度，諸如，在70° -86°的范圍內(nèi)的角度，諸如，在76° -82°的范圍內(nèi)的角度。這樣可以有利于由波導(dǎo)引導(dǎo)的光只能在沿路徑的(一個或多個)特定部分從光源朝檢測器傳播時被干擾，諸如，僅當(dāng)在第一重定向結(jié)構(gòu)和第二重定向結(jié)構(gòu)之間傳播時被干擾。 平面波導(dǎo)可以適于在第一重定向結(jié)構(gòu)和第二重定向結(jié)構(gòu)之間弓I導(dǎo)光，例如使得第一表面的至少一部分在感測區(qū)內(nèi)。因此，利用物體接觸第一表面可以干擾光。 平面波導(dǎo)可以包括緊鄰第一表面的第一平面波導(dǎo)層。平面波導(dǎo)可以包括緊鄰第二表面的第二平面波導(dǎo)層。所述第一波導(dǎo)層可以適于在第一重定向結(jié)構(gòu)和第二重定向結(jié)構(gòu)之間引導(dǎo)光。所述第二波導(dǎo)層可以適于引導(dǎo)從光源朝第一重定向結(jié)構(gòu)傳播的光。第二波導(dǎo)層可以適于引導(dǎo)從第一重定向結(jié)構(gòu)朝光檢測裝置傳播的光。使波導(dǎo)具有第一層和第二層可以使得光路的不同部分可以分開，從而有利于使光只能在沿路徑的(一個或多個)特定部分傳播時被干擾。該裝置可以適于使得在第一重定向結(jié)構(gòu)和第二重定向結(jié)構(gòu)之間傳播的光至少部分地在與該裝置交界的諸如空氣的介質(zhì)中傳播。這可以有利于使諸如與裝置略微分開地定位在裝置處的物體可以干擾由裝置引導(dǎo)的光。光從光源向平面波導(dǎo)內(nèi)的發(fā)射可以適于使得由平面波導(dǎo)引導(dǎo)的光具有相對于第一表面的入射角，使得光可以不受與第一表面接觸的水的干擾。光從光源向平面波導(dǎo)內(nèi)的發(fā)射可以適于使得由平面波導(dǎo)引導(dǎo)的光具有相對于第一表面的入射角，使得可能被故意的物體干擾的光在如下材料接觸第一表面時可以不受該材料的干擾該材料的折射率比該物體的折射率低至少5%，諸如低至少10%。第一重定向結(jié)構(gòu)可以適于使得由平面波導(dǎo)引導(dǎo)的光在被第一重定向結(jié)構(gòu)重定向之后改變相對于第一表面的入射角。這樣可以有利于由波導(dǎo)引導(dǎo)的光可以僅當(dāng)沿著路徑的(一個或多個)特定部分從光源朝檢測器傳播時被干擾，例如，僅當(dāng)在第一重定向結(jié)構(gòu)和第二重定向結(jié)構(gòu)之間傳播時被干擾。入射角可以改變，使得由平面波導(dǎo)從光源朝第一重定向結(jié)構(gòu)引導(dǎo)的光不能被物體干擾，并且使得在被第一重定向結(jié)構(gòu)重定向之后，重定向的光可以在被平面波導(dǎo)從第一重定向結(jié)構(gòu)朝第二重定向結(jié)構(gòu)引導(dǎo)時被物體干擾。這可以有利于改進(jìn)的物體檢測。第一重定向結(jié)構(gòu)和第二重定向結(jié)構(gòu)可以一體化在平面波導(dǎo)的相對端中。這可以有利于裝置的生產(chǎn)。平面波導(dǎo)的端部的至少一些部分可以形成重定向結(jié)構(gòu)。例如可以涂覆這些部分以便提供反射表面。平面波導(dǎo)可以包括凹表面，該凹表面用于接收來自光源的光并將所接收的光朝第一重定向結(jié)構(gòu)定向。光源可以與平面表面的例如該凹表面的接收部分隔開。該特征可以有利于在平面波導(dǎo)內(nèi)朝第一重定向結(jié)構(gòu)擴(kuò)散來自光源的、可能具有窄的低發(fā)散束的光。平面波導(dǎo)可以包括凸表面，該凸表面用于接收來自第一重定向結(jié)構(gòu)的光并將所接收的光朝光檢測裝置定向。光檢測裝置可與平面波導(dǎo)的例如該凸表面的部分隔開，該凸表面可以將光朝檢測裝置定向。該特征可以有利于向光檢測裝置擴(kuò)散光，這繼而可以有利于檢測由光檢測裝置接收的光的變化。該凹表面和該凸表面可以一個位于另一個的頂部上或彼此緊鄰。凸表面可以沿與波導(dǎo)的第一表面垂直的方向具有更小的尺寸。光檢測裝置的寬度可以至多是第二主重定向結(jié)構(gòu)的寬度的五分之一，例如，至多是第二主重定向結(jié)構(gòu)的寬度的十分之一，例如，至多是第二主重定向結(jié)構(gòu)的寬度的十五分之一。這可以使得能夠更廉價地生產(chǎn)裝置。根據(jù)本發(fā)明的一種用于檢測物體在裝置處的存在的系統(tǒng)可以包括用于干擾在感測區(qū)中傳播的光的物體。該物體可以例如為諸如筆的細(xì)長構(gòu)件，其至少在細(xì)長構(gòu)件的頂端 處具有折射率，該折射率可以適于波導(dǎo)的表面的折射率，使得細(xì)長構(gòu)件可以干擾在感測區(qū)中的光。這可以有利于提供根據(jù)本發(fā)明的、對于物體位置的檢測具有更高精度和/或更高分辨率的裝置或系統(tǒng)。該裝置可以包括連接到光檢測裝置的、用于導(dǎo)出物體存在信息的處理器。這可以例如有利于估計物體的位置。該裝置可以適于用于例如膝上型計算機(jī)或手持裝置的裝置的用戶輸入，該手持裝置諸如包括移動電話、PDA和便攜式音樂播放器中的至少一種的裝置。該裝置可以是例如結(jié)合到光學(xué)平臺中或諸如包括移動電話、PDA和便攜式音樂播放器中的至少一種的手持裝置的手持裝置中的觸摸屏的一部分。根據(jù)本發(fā)明的裝置適于檢測物體在裝置處的存在。該裝置可以適于檢測物體在感測區(qū)內(nèi)的位置。該裝置可以適于檢測物體關(guān)于感測區(qū)中的平面的二維位置，例如，關(guān)于諸如以下所參考的平面波導(dǎo)的第一表面的裝置的表面的二維位置。該裝置包括光源或適于接收來自光源的光。光源可以例如包括激光器。光源可以是所謂的點光源。直接從光源傳播的光可以例如發(fā)散或者可以沿狹窄路徑傳播。在第一主重定向結(jié)構(gòu)和第二主重定向結(jié)構(gòu)之間傳播的光可以是準(zhǔn)直的。這樣可以有利于檢測物體的位置。第一主重定向結(jié)構(gòu)和可能地第二主重定向結(jié)構(gòu)可以被來自光源的光照射。這可以有利于大的和/或大致上連續(xù)的感測區(qū)。該裝置包括光檢測裝置或適于朝光檢測裝置發(fā)射光。光檢測裝置可以例如包括CMOS裝置。物體的存在和/或位置可以由干擾光的物體引起。干擾可導(dǎo)致光偏離其路徑，導(dǎo)致到達(dá)檢測裝置的光的不同分布和/或強度，這種差異可對應(yīng)于物體的位置。該裝置具有包括第一感測區(qū)的感測區(qū)，第一感測區(qū)由在第一主重定向結(jié)構(gòu)和第二主重定向結(jié)構(gòu)之間傳播的光形成。感測區(qū)可以是例如波導(dǎo)的第一表面的至少一部分的區(qū)域。感測區(qū)可以是例如在第一重定向結(jié)構(gòu)和第二重定向結(jié)構(gòu)之間緊鄰裝置的體積的體積。圖I示意性地示出用于檢測在裝置處的物體(未示出)的存在的裝置2的第一實施例的頂視圖。裝置2包括光源4、包括第一主重定向結(jié)構(gòu)8的第一重定向結(jié)構(gòu)6、包括第二主重定向結(jié)構(gòu)12的第二重定向結(jié)構(gòu)10、以及光檢測裝置14。光源4適于朝第一主重定向結(jié)構(gòu)8發(fā)射光16。裝置2被構(gòu)造成使得第一重定向結(jié)構(gòu)8被來自光源4的光16照射，但為了簡單起見，圖I中僅示意性地示出光16的一些路徑。第一主重定向結(jié)構(gòu)8適于將來自光源4的光16朝第二主重定向結(jié)構(gòu)12重定向。圖2中示出從第一主重定向結(jié)構(gòu)8朝第二主重定向結(jié)構(gòu)12傳播的光16。第二主重定向結(jié)構(gòu)12適于使來自第一主重定向結(jié)構(gòu)8的光16朝第一主重定向結(jié)構(gòu)8返回。圖3中示出從第二主重定向結(jié)構(gòu)12朝第一主重定向結(jié)構(gòu)8傳播的光16。第二主重定向結(jié)構(gòu)12包括回射結(jié)構(gòu)?；厣浣Y(jié)構(gòu)借助于具有反射表面的平面鏡而設(shè)置。該反射表面適于使得其在投影到XZ平面中時形成線。 重定向。圖4中示出從第一主重定向結(jié)構(gòu)8朝檢測裝置14傳播的光16。裝置2具有包括第一感測區(qū)20的感測區(qū)18，第一感測區(qū)20由在第一主重定向結(jié)構(gòu)8和第二主重定向結(jié)構(gòu)12之間傳播的光16形成，參見圖2和3。裝置2包括平面波導(dǎo)22，平面波導(dǎo)22適于引導(dǎo)從光源4朝第一重定向結(jié)構(gòu)6傳播的光16，并且適于引導(dǎo)從第一重定向結(jié)構(gòu)6朝光檢測裝置14傳播的光。平面波導(dǎo)22具有第一表面24和第二表面。第二表面相對于第一表面24在波導(dǎo)的相對側(cè)上。平面波導(dǎo)22適于在第一重定向結(jié)構(gòu)8和第二重定向結(jié)構(gòu)10之間引導(dǎo)光16,使得第一表面24的至少一部分在感測區(qū)18內(nèi)。光檢測裝置14的寬度小于第二主重定向結(jié)構(gòu)12的寬度。圖5示意性地示出第一實施例的一部分的透視圖，示出了光源4、檢測裝置14和平面波導(dǎo)22的一部分。平面波導(dǎo)22包括凹表面26，凹表面26用于接收來自光源4的光16并將所接收的光朝第一重定向結(jié)構(gòu)(圖5中未示出)定向。平面波導(dǎo)22包括凸表面28，凸表面28用于接收來自第一重定向結(jié)構(gòu)(圖5中未示出)的光16并將所接收的光朝光檢測裝置14定向。凹表面26和凸表面28定位成一個位于另一個的頂部上。光源4和光檢測裝置14關(guān)于重定向結(jié)構(gòu)相鄰。光源4與凹表面26隔開。光檢測裝置14與凸表面28隔開。圖6-10示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的用于檢測在裝置40處的物體(未示出)的存在的裝置40的第二實施例的頂視圖。裝置40包括光源4、光檢測裝置14、第一重定向結(jié)構(gòu)6和第二重定向結(jié)構(gòu)10。第一重定向結(jié)構(gòu)6包括第一主重定向結(jié)構(gòu)8和第一副重定向結(jié)構(gòu)
9。第二重定向結(jié)構(gòu)10包括第二主重定向結(jié)構(gòu)12和第二副重定向結(jié)構(gòu)13。光源4適于朝第一主重定向結(jié)構(gòu)8和第一副重定向結(jié)構(gòu)9發(fā)射光16。裝置40被構(gòu)造成使得第一重定向結(jié)構(gòu)8 (即,第一主重定向結(jié)構(gòu)8和第一副重定向結(jié)構(gòu)9)被來自光源4的光16照射,但為了簡單起見，圖7僅示意性地示出光16的一些路徑。第一主重定向結(jié)構(gòu)8適于將來自光源4的光朝第二主重定向結(jié)構(gòu)12重定向，并且第一副重定向結(jié)構(gòu)9適于將來自光源4的光朝第二副重定向結(jié)構(gòu)13重定向，參見圖7。第二主重定向結(jié)構(gòu)12適于使來自第一主重定向結(jié)構(gòu)8的光16朝第一主重定向結(jié)構(gòu)8返回，并且第二副重定向結(jié)構(gòu)13適于使來自第一副重定向結(jié)構(gòu)9的光16朝第一副重定向結(jié)構(gòu)9返回，參見圖8。裝置40具有感測區(qū)18，所述感測區(qū)18包括第一感測區(qū)20和第二感測區(qū)21，第一感測區(qū)20由在第一主重定向結(jié)構(gòu)8和第二主重定向結(jié)構(gòu)12之間傳播的光16形成，第二感測區(qū)21由在第一副重定向結(jié)構(gòu)9和第二副重定向結(jié)構(gòu)13之間傳播的光16形成。
在圖7和8中示出了，在第一副重定向結(jié)構(gòu)9和第二副重定向結(jié)構(gòu)13之間傳播的光16與在第一主重定向結(jié)構(gòu)8和第二主重定向結(jié)構(gòu)12之間傳播的光16相交,使得第一感測區(qū)和第二感測區(qū)互相重疊。第一主重定向結(jié)構(gòu)8適于將來自第二主重定向結(jié)構(gòu)12的光16朝光檢測裝置14重定向，并且第一副重定向結(jié)構(gòu)9適于將來自第二副重定向結(jié)構(gòu)13的光16朝光檢測裝置14重定向，參見圖9。圖10示意性地示出具有示出的光路17的裝置50的第二實施例。第二重定向結(jié)構(gòu)10為回射結(jié)構(gòu)，但為了說明目的，將反射的光16示出為在于重定向結(jié)構(gòu)10處反射時關(guān)于入射光略微偏移。圖11-14示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的實施例的一部分的橫截面圖。圖
11-14中所示的裝置類似于所示的第一實施例和第二實施例。因此，使用共同的附圖標(biāo)記。此外，對于裝置和在該裝置內(nèi)的光傳播的橫截面圖，參見圖10。圖11-14所示裝置40包括 具有第一表面24和第二表面30的平面波導(dǎo)22。平面波導(dǎo)22適于引導(dǎo)從光源4朝第一重定向結(jié)構(gòu)6、在第一重定向結(jié)構(gòu)6和第二重定向結(jié)構(gòu)10之間、以及從第一重定向結(jié)構(gòu)6朝光檢測裝置(圖11-14中未示出)傳播的光16。第一表面24的至少一部分在感測區(qū)18內(nèi)。參照圖12，第一重定向結(jié)構(gòu)6適于使得由平面波導(dǎo)22引導(dǎo)的光16在被第一重定向結(jié)構(gòu)6重定向之后改變相對于第一表面24的入射角。第一重定向結(jié)構(gòu)包括反射結(jié)構(gòu)，該反射結(jié)構(gòu)具有相對于第一表面24形成在約75°內(nèi)的角度α的表面。光16的入射角改變，使得由平面波導(dǎo)22從光源4朝第一重定向結(jié)構(gòu)6引導(dǎo)的光16在物體接觸第一表面24時不能被物體干擾，并且使得在由第一重定向結(jié)構(gòu)6重定向之后，當(dāng)光16被平面波導(dǎo)22從第一重定向結(jié)構(gòu)6朝第二重定向結(jié)構(gòu)10引導(dǎo)時，重定向的光16可以被物體干擾。光借助于在第一表面24和第二表面30處的全內(nèi)反射而被平面波導(dǎo)22引導(dǎo)。圖15示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的實施例的橫截面圖。圖16示出圖15所示實施例的一部分。該裝置適于使得在第一重定向結(jié)構(gòu)6和第二重定向結(jié)構(gòu)10之間傳播的光16至少部分地在與該裝置交界的諸如空氣的介質(zhì)中傳播。圖17示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的用于檢測在裝置50處的物體52的存在的裝置50的第三實施例的頂視圖。裝置50包括光源4、光檢測裝置14、第一重定向結(jié)構(gòu)6和第二重定向結(jié)構(gòu)10。第一重定向結(jié)構(gòu)6包括第一主重定向結(jié)構(gòu)8和第一副重定向結(jié)構(gòu)9。第二重定向結(jié)構(gòu)10包括第二主重定向結(jié)構(gòu)12和第二副重定向結(jié)構(gòu)13。光源4適于朝第一主重定向結(jié)構(gòu)8和朝第一副重定向結(jié)構(gòu)9發(fā)射光16。借助于分束器54執(zhí)行或有利于從光源4分別朝這兩個第一重定向結(jié)構(gòu)8、9的傳播。裝置50適于借助于來自光源4的光16照射第一重定向結(jié)構(gòu)8、9，但為了簡單起見，圖17中僅示出兩個光路17。一個光路17示出了，第一主重定向結(jié)構(gòu)8適于將來自光源4的光16朝第二主重定向結(jié)構(gòu)12重定向。第二主重定向結(jié)構(gòu)12適于使來自第一主重定向結(jié)構(gòu)8的光16朝第一主重定向結(jié)構(gòu)8返回。第一主重定向結(jié)構(gòu)8適于將來自第二主重定向結(jié)構(gòu)12的光16朝光檢測裝置14重定向。另一個光路示出了，第一副重定向結(jié)構(gòu)9適于將來自光源4的光16朝第二副重定向結(jié)構(gòu)13重定向。第二副重定向結(jié)構(gòu)13適于使來自第一副重定向結(jié)構(gòu)9的光16朝第一副重定向結(jié)構(gòu)9返回。第一副重定向結(jié)構(gòu)9適于將來自第二副重定向結(jié)構(gòu)13的光16朝光檢測裝置14重定向。借助于分束器54執(zhí)行分別從這兩個第一重定向結(jié)構(gòu)8、9朝檢測裝置14的傳播。感測區(qū)18由光16形成。感測區(qū)18包括第一感測區(qū)20和第二感測區(qū)21，第一感測區(qū)20由在第一主重定向結(jié)構(gòu)8和第二主重定向結(jié)構(gòu)12之間傳播的光16形成，并且第二感測區(qū)21由在第一副重定向結(jié)構(gòu)9和第二副重定向結(jié)構(gòu)13之間傳播的光16形成。在第一副重定向結(jié)構(gòu)9和第二副重定向結(jié)構(gòu)13之間傳播的光16與在第一主重定向結(jié)構(gòu)8和第二主重定向結(jié)構(gòu)12之間傳播 的光16相交，使得第一感測區(qū)20和第二感測區(qū)21互相重疊。圖18以從側(cè)面的剖視圖示意性地示出裝置的第三實施例50。裝置50適于使得在第一重定向結(jié)構(gòu)6和第二重定向結(jié)構(gòu)10之間傳播的光16在與裝置50交界的諸如空氣的介質(zhì)中傳播。示出了諸如手指的物體52如何可以物理地阻擋光16。圖19示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的用于檢測物體存在的方法60。該方法60包括從光源朝第一主重定向結(jié)構(gòu)發(fā)射62光。方法60包括借助于第一主重定向結(jié)構(gòu)將來自光源的光朝第二主重定向結(jié)構(gòu)重定向64。方法60包括借助于第二主重定向結(jié)構(gòu)使來自第一主重定向結(jié)構(gòu)的光朝第一主重定向結(jié)構(gòu)返回66。方法60包括借助于第一主重定向結(jié)構(gòu)將來自第二主重定向結(jié)構(gòu)的光朝光檢測裝置重定向68。方法60包括借助于在第一主重定向結(jié)構(gòu)和第二主重定向結(jié)構(gòu)之間傳播的光形成第一感測區(qū)。通過檢測從光源朝光檢測裝置傳播的光是否被干擾，使得光偏離其路徑，從而導(dǎo)致到達(dá)檢測裝置的光的不同分布和/或強度，來執(zhí)行存在檢測。由檢測裝置檢測的光的分布和/或強度的差異用于估計干擾光的物體的存在和/或位置。圖20示意性地示出從上方觀察的根據(jù)本發(fā)明的裝置70的實施例。圖20中所示的實施例70類似于圖6-10所示實施例40。因此，對于相同或?qū)?yīng)的部件使用相同的附圖標(biāo)記，并且參考了圖6-10，以便說明這些部件和說明這些部件的功能。裝置70被構(gòu)造成使得第一重定向結(jié)構(gòu)8 (即，第一主重定向結(jié)構(gòu)8和第一副重定向結(jié)構(gòu)9)被來自光源4的光16照射，但為了簡單起見，圖20僅示意性地示出光16的單個路徑17。路徑17示出了從光源4朝第一副重定向結(jié)構(gòu)9傳播的光，第一副重定向結(jié)構(gòu)9將光16朝第二副重定向結(jié)構(gòu)13重定向，第二副重定向結(jié)構(gòu)13使光16朝第一副重定向結(jié)構(gòu)9返回，第一副重定向結(jié)構(gòu)9將光16朝檢測裝置14重定向。沿路徑17的箭頭指示了光16的傳播方向。裝置70和裝置40之間的區(qū)別在于，對于裝置70，第二副重定向結(jié)構(gòu)13以具有形成多個角狀反射器的鋸齒狀結(jié)構(gòu)的回射結(jié)構(gòu)形式設(shè)置。每個角狀反射器包括形成90度的夾角的兩個平面鏡結(jié)構(gòu)。鋸齒狀結(jié)構(gòu)沿z軸線形成從裝置70的波導(dǎo)的第一表面延伸至第二表面的平面。通常，角狀反射器的尺寸可以使得從鋸齒狀結(jié)構(gòu)的頂部到頂部的距離為從Iym至IOmm,例如從100至500 μ m。第二主重定向結(jié)構(gòu)12形成與第二副重定向結(jié)構(gòu)13類似的鋸齒狀結(jié)構(gòu)。但在圖20中未詳細(xì)示出。圖20的實施例示出了如下情況借助于第二副重定向結(jié)構(gòu)13的回射結(jié)構(gòu)，考慮了第一副重定向結(jié)構(gòu)9的(可能非故意的)未對準(zhǔn)，使得光可以返回至第一副重定向結(jié)構(gòu)9并隨后返回至檢測裝置14。
權(quán)利要求
1.一種裝置，用于檢測物體在所述裝置處的存在，所述裝置包括 光源； 第一重定向結(jié)構(gòu)，所述第一重定向結(jié)構(gòu)包括第一主重定向結(jié)構(gòu)； 第二重定向結(jié)構(gòu)，所述第二重定向結(jié)構(gòu)包括第二主重定向結(jié)構(gòu)；和 光檢測裝置， 其中，所述光源適于朝所述第一主重定向結(jié)構(gòu)發(fā)射光，所述第一主重定向結(jié)構(gòu)適于將來自所述光源的光朝所述第二主重定向結(jié)構(gòu)重定向，所述第二主重定向結(jié)構(gòu)適于使來自所·述第一主重定向結(jié)構(gòu)的光朝所述第一主重定向結(jié)構(gòu)返回，并且所述第一主重定向結(jié)構(gòu)適于將來自所述第二主重定向結(jié)構(gòu)的光朝所述光檢測裝置重定向，并且其中，所述裝置具有包括第一感測區(qū)的感測區(qū)，所述第一感測區(qū)由在所述第一主重定向結(jié)構(gòu)和所述第二主重定向結(jié)構(gòu)之間傳播的光形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述第二重定向結(jié)構(gòu)包括回射結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的裝置，其中，所述第二重定向結(jié)構(gòu)包括平面鏡。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的裝置，其中，所述光源和所述光檢測裝置關(guān)于所述重定向結(jié)構(gòu)相鄰。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的裝置，其中，所述第一重定向結(jié)構(gòu)包括第一副重定向結(jié)構(gòu)，并且所述第二重定向結(jié)構(gòu)包括第二副重定向結(jié)構(gòu)，并且其中，所述光源適于朝所述第一副重定向結(jié)構(gòu)發(fā)射光，所述第一副重定向結(jié)構(gòu)適于將來自所述光源的光朝所述第二副重定向結(jié)構(gòu)重定向，所述第二副重定向結(jié)構(gòu)適于使來自所述第一副重定向結(jié)構(gòu)的光朝所述第一副重定向結(jié)構(gòu)返回，并且所述第一副重定向結(jié)構(gòu)適于將來自所述第二副重定向結(jié)構(gòu)的光朝所述光檢測裝置重定向，并且其中，所述感測區(qū)包括第二感測區(qū)，所述第二感測區(qū)由在所述第一副重定向結(jié)構(gòu)和所述第二副重定向結(jié)構(gòu)之間傳播的光形成，并且其中，在所述第一副重定向結(jié)構(gòu)和所述第二副重定向結(jié)構(gòu)之間傳播的光與在所述第一主重定向結(jié)構(gòu)和所述第二主重定向結(jié)構(gòu)之間傳播的光相交，使得所述第一感測區(qū)和所述第二感測區(qū)互相重疊。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的裝置，包括平面波導(dǎo)，所述平面波導(dǎo)適于引導(dǎo)從所述光源朝所述第一重定向結(jié)構(gòu)傳播的光，并且適于引導(dǎo)從所述第一重定向結(jié)構(gòu)朝所述光檢測裝置傳播的光，所述平面波導(dǎo)具有第一表面和第二表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述第一重定向結(jié)構(gòu)包括反射結(jié)構(gòu)，所述反射結(jié)構(gòu)具有相對于所述第一表面形成在60° -89°的范圍內(nèi)的角度、諸如在70° -86°的范圍內(nèi)的角度、諸如在76° -82°的范圍內(nèi)的角度的表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的裝置，其中，所述平面波導(dǎo)適于在所述第一重定向結(jié)構(gòu)和所述第二重定向結(jié)構(gòu)之間引導(dǎo)光，使得所述第一表面的至少一部分在所述感測區(qū)內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述平面波導(dǎo)包括緊鄰所述第一表面的第一平面波導(dǎo)層和緊鄰所述第二表面的第二平面波導(dǎo)層，其中，所述第一波導(dǎo)層適于在所述第一重定向結(jié)構(gòu)和所述第二重定向結(jié)構(gòu)之間引導(dǎo)光，并且其中，所述第二波導(dǎo)層適于引導(dǎo)從所述光源朝所述第一重定向結(jié)構(gòu)傳播的光，并且適于引導(dǎo)從所述第一重定向結(jié)構(gòu)朝所述光檢測裝置傳播的光。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的裝置，適于使得在所述第一重定向結(jié)構(gòu)和所述第二重定向結(jié)構(gòu)之間傳播的光至少部分地在與所述裝置交界的諸如空氣的介質(zhì)中傳播。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10中的任何一項所述的裝置，其中，所述第一重定向結(jié)構(gòu)適于使得由所述平面波導(dǎo)引導(dǎo)的光在被所述第一重定向結(jié)構(gòu)重定向之后改變相對于所述第一表面的入射角。
12.根據(jù)從屬于權(quán)利要求8的權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述入射角改變，使得由所述平面波導(dǎo)從所述光源朝所述第一重定向結(jié)構(gòu)引導(dǎo)的光不能被所述物體干擾，并且使得在由所述第一重定向結(jié)構(gòu)重定向之后，重定向的光在由所述平面波導(dǎo)從所述第一重定向結(jié)構(gòu)朝所述第二重定向結(jié)構(gòu)引導(dǎo)時可以被所述物體干擾。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的裝置，其中，所述光檢測裝置的寬度至多是所述第二主重定向結(jié)構(gòu)的寬度的五分之一，諸如，至多是所述第二主重定向結(jié)構(gòu)的寬度的十分之一，諸如，至多是所述第二主重定向結(jié)構(gòu)的寬度的十五分之一。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項所述的裝置，其中，所述裝置是觸摸屏的一部分，所述觸摸屏例如結(jié)合到光學(xué)平臺中或手持裝置中，所述手持裝置諸如是包括移動電話、PDA和便攜式音樂播放器中的至少一種的手持裝置。
15.一種用于檢測物體存在的方法，所述方法包括 從光源朝第一主重定向結(jié)構(gòu)發(fā)射光，借助于所述第一主重定向結(jié)構(gòu)將來自所述光源的光朝第二主重定向結(jié)構(gòu)重定向， 借助于所述第二主重定向結(jié)構(gòu)使來自所述第一主重定向結(jié)構(gòu)的光朝所述第一主重定向結(jié)構(gòu)返回， 借助于所述第一主重定向結(jié)構(gòu)將來自所述第二主重定向結(jié)構(gòu)的光朝所述光檢測裝置重定向， 借助于在所述第一主重定向結(jié)構(gòu)和所述第二主重定向結(jié)構(gòu)之間傳播的光形成第一感測區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于借助于影響到達(dá)檢測器(14)的光(16)的傳播而檢測物體(52)的存在的方法(60)和裝置(2,40,50)。用于在裝置(2,40,50)處檢測物體(52)的存在的裝置(2,40,50)包括光源(4)、第一重定向結(jié)構(gòu)(6)、第二重定向結(jié)構(gòu)(10)和光檢測裝置(14)。光源(4)適于朝第一重定向結(jié)構(gòu)(6)發(fā)射光(16)，第一重定向結(jié)構(gòu)(6)適于將來自光源(4)的光(16)朝第二重定向結(jié)構(gòu)(10)重定向，第二重定向結(jié)構(gòu)(10)適于將來自第一重定向結(jié)構(gòu)(6)的光(16)朝第一重定向結(jié)構(gòu)(6)返回，第一重定向結(jié)構(gòu)(6)適于將來自第二重定向結(jié)構(gòu)(10)的光(16)朝光檢測裝置(14)重定向。裝置(2,40,50)具有由在第一重定向結(jié)構(gòu)(6)和第二重定向結(jié)構(gòu)(10)之間傳播的光(16)形成的感測區(qū)(18)。
文檔編號G01V8/14GK102893185SQ201180011428
公開日2013年1月23日 申請日期2011年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月4日
發(fā)明者亨里克·克里斯特恩·佩德森, 邁克爾·林德·雅各布森, 瓦恩·斯蒂恩·格呂納·漢森 申請人:Opdi 科技股份有限公司