KR20160147761A - 모듈 및 모듈 작동 방법 - Google Patents

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KR20160147761A
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크리스토프 델프스
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세바스티안 라이쓰
가엘 필라드
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 인간-기계 인터페이스의 제공을 위한 모듈에 관한 것이며, 상기 모듈은 위치 인식 구역 내에 포지셔닝된 객체의 위치를 인식하도록 구성되고; 상기 모듈은 일차 빔을 발생시키도록 구성되며; 상기 모듈은 스캐닝 미러 구조물을 가지고, 이 스캐닝 미러 구조물은, 일차 빔에 의해 스캐닝 동작이 위치 인식 구역 내부에서 실질적으로 방사면을 따라 실행되도록 제어될 수 있고; 상기 모듈은, 방사면 내에 포지셔닝된 객체와 일차 빔의 상호작용을 통해 이차 신호가 발생하면 상기 이차 신호가 검출되도록 구성되고; 상기 모듈은 상기 이차 신호에 기초하여 위치 인식 정보를 생성하도록 구성되고; 상기 모듈은 일차 빔을 발생시키기 위한 광원과, 이차 신호의 검출을 위한 광학 검출 장치를 가지며, 상기 광원, 스캐닝 미러 구조물 및 광학 검출 장치는 상기 모듈 내에 통합된다.

Description

모듈 및 모듈 작동 방법{MODULE AND METHOD FOR OPERATING A MODULE}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 모듈에 관한 것이다.
인간-기계 인터페이스를 제공하기 위한 장치들이 일반적으로 공지되어 있다.
본 발명의 과제는, 비교적 컴팩트한 구조 형상을 가짐으로써 다방면에 이용될 수 있는, 인간-기계 인터페이스를 제공하기 위한 모듈을 소개하는 것이다.
대등의 독립 청구항들에 청구된 발명에 따른 모듈 및 본 발명에 따른 방법은, 선행 기술에 비해, 비교적 컴팩트하고 단순하게 구성되면서도 사용자 명령을 비교적 정확하고 신뢰성 있게 결정할 수 있는 모듈이 제공된다는 장점이 있다. 또한, 객체, 특히 손가락의 매우 신속한 위치 인식(locating)이 가능하며, 그럼으로써 특히 사용자 제스처의 검출을 통한 사용자 명령의 인식을 위해 매우 유연한 이용 가능성을 갖는 모듈이 실현된다. 광원, 스캐닝 미러 구조물 및 광학 검출 장치는, 모듈이 유연한 방식으로 다수의 상이한 유형의 장치 내에 내장될 수 있는 방식으로, 본 발명에 따른 단일 모듈 내에 통합된다. 모듈식 구성을 기반으로 모듈 원리에 따라, 개별 컴포넌트들 또는 전체 모듈이 상이한 요건들에 더욱 유연하게 매칭될 수 있다. 특히 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS)을 포함하는 스캐닝 미러 구조물의 이용은, 본 발명에 따른 모듈은 인간-기계 인터페이스의 제공을 위해 선행 기술에 비해 비교적 상당히 소형화된 모듈이 이용된다는 장점을 제공한다. 여기서, 인간-기계 인터페이스는 HMI(Human-Machine Interface)라고도 지칭되며, 상기 모듈은 HMI 모듈로도 지칭된다.
특히 인간-기계 인터페이스는, 전기 장치 및/또는 모듈이 인간에 의해 제어되고, 그리고/또는 조작되도록 인간이 전기 장치 및/또는 모듈과 상호작용할 수 있게 하거나 명령어를 입력할 수 있게 하는 사용자 인터페이스를 의미한다. 특히 모듈은 전기 장치용 명령어 생성기(command generator)로서 이용된다. 바람직하게 객체는, 사용자에 의해 위치 인식 구역(locating zone) 내에 포지셔닝되고, 그리고/또는 움직이는 손가락, 핀(pin) 또는 기타 대상이다. 여기서 위치 인식이란, 모듈에 대한 객체의 상대 위치 좌표를 검출하고, 특히 상기 위치 좌표로부터 객체와 모듈 사이의 이격 거리 및/또는 모듈에 대한 객체의 상대 속도를 검출하는 것을 의미한다. 객체와 일차 빔(primary beam)의 상호작용은, 일차 빔이 객체에서 반사되는 것을 의미하며, 그럼으로써 이차 신호는 광학 검출 장치를 통해 검출될 수 있는 반사된 일차 빔의 성분이 된다. 바람직하게 광원은 위치 인식 구역 내로 방사되는 일차 빔을 발생시키도록 구성되며, 일차 빔은 예컨대 가시광 및/또는 적외선 광을 포함한다. (실질적으로 방사면을 따라 실행되는) 일차 빔의 스캐닝 동작은 특히, 위치 인식 구역의 2개의 위치 인식 경계 사이에서의 일차 빔의 주기적인 격자선 형태 또는 줄 형태의 이동을 의미하며, 특히 일차 빔은 연속적인 또는 맥동하는 광빔이다. 바람직하게 광학 검출 장치는 이차 신호를 검출하도록 구성되며, 이 경우 이차 신호는 특히 객체와 일차 빔의 상호작용을 통해 생성되고, 그에 따라 객체가 방사면 내에 포지셔닝될 때 검출될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예들 및 개선예들은 종속 청구항들과, 도면들에 기초한 설명에서 확인할 수 있다.
한 바람직한 개선예에 따라, 스캐닝 미러 구조물은 2개의 최대 편향 위치 사이의 임의의 편향 위치로 조정될 수 있으며, 상기 스캐닝 미러 구조물은, 일차 빔이 스캐닝 동작 동안 위치 인식 구역의 2개의 위치 인식 경계 사이의 위치 인식 평면 내에서 이동되도록 구성된다.
그 결과, 바람직하게는 높은 정밀도로 객체의 위치를 인식할 수 있다. 여기서 실질적으로 방사면을 따라 수행되는 스캐닝 동작은 특히 실질적으로 단선형(single-line) 스캐닝 동작을 의미한다.
또 다른 바람직한 개선예에 따라, 스캐닝 미러 구조물은 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS)이며, 스캐닝 미러 구조물은 마이크로 전자 기계 스캐닝 미러 요소를 가지며, 상기 스캐닝 미러 요소는 특히 제1 축을 중심으로, 그리고/또는 제1 축에 대해 실질적으로 수직인 제2 축을 중심으로 회동 가능한 미러 수단을 가지며, 특히 미러 수단은 제1 및 제2 축을 중심으로, 또는 단지 제1 축만을 중심으로 회동될 수 있다.
그 결과, 바람직하게는, 비교적 컴팩트한, 그럼에도 객체의 비교적 정밀하고 신속한 위치 인식을 허용하는 모듈을 제공할 수 있다.
또 다른 바람직한 개선예에 따라, 모듈은 광각 광학계를 가지며, 이 광각 광학계 또는 확대 광학계는 볼록 곡면형 미러 광학계, 오목 곡면형 미러 광학계, DOE(Diffractive Optical Element) 및/또는 렌즈 또는 렌즈계를 포함한다.
그 결과, 바람직하게는, 가동 스캐닝 미러 요소의 편향 위치의 비교적 작은 편향 또는 변동으로, 광각 광학계를 통해 비교적 큰 구경각을 형성할 수 있다. 그 결과, 단일 가동 미러 구조물만으로, 객체의 위치가 정밀하고 신속하게 인식될 수 있다. 특히 광각 광학계는 모듈 내에 위치 고정 방식으로 통합된다.
추가의 바람직한 개선예에 따라, 모듈은 이 모듈 내에 통합된 추가 광원을 가지며, 이 추가 광원은 추가 일차 빔을 발생시키도록 구성되고; 스캐닝 미러 구조물은, 상기 추가 일차 빔의 추가 스캐닝 동작이 위치 인식 구역의 내부에서 실질적으로 추가 방사면을 따라 수행되도록 구성되고; 모듈은, 추가 방사면 내에 포지셔닝된 객체와 추가 일차 빔의 상호작용을 통해 추가 이차 신호가 생성될 때 상기 추가 이차 신호가 검출되도록 구성되며; 모듈은 상기 추가 이차 신호에 기초하여 추가 위치 인식 정보를 생성하도록 구성된다.
그 결과, 바람직하게는, 방사면에서뿐만 아니라 추가 방사면에서도 객체의 위치 인식의 정밀도를 더욱 높일 수 있다.
추가의 바람직한 개선예에 따라,
- 스캐닝 미러 요소가 스캐닝 동작 및 추가 스캐닝 동작을 발생시키도록 구성되거나,
- 스캐닝 미러 구조물이 추가 스캐닝 미러 요소를 가지며, 스캐닝 미러 요소는 스캐닝 동작을 발생시키도록 구성되고, 추가 스캐닝 미러 요소는 추가 스캐닝 동작을 발생시키도록 구성된다.
그 결과, 바람직하게는, 위치 인식 정밀도의 증대를 위해, 2개의 방사면을 서로 상이한 유형으로 구현할 수 있고, 그에 따라 모듈을 상이한 요건들에 매칭시킬 수 있다.
추가의 바람직한 개선예에 따라, 방사면과 추가 방사면이 서로 평행하게 배치되고, 상기 방사면과 추가 방사면은 방사면에 대해 실질적으로 수직인 투사 방향을 따라 중첩되며, 상기 방사면과 추가 방사면은 특히 완전히 중첩된다. 또한, 추가의 바람직한 개선예에 따라, 방사면과 추가 방사면은 투사 방향을 따라 방사 간격으로 이격되며, 상기 방사 간격은 바람직하게 0 내지 50밀리미터 사이, 특히 바람직하게는 1 내지 5밀리미터 사이, 아주 특별히 바람직하게는 3밀리미터이다.
그 결과, 바람직하게는, 위치 인식의 정밀도를 훨씬 더 증대할 수 있다. 또한, 특히 바람직하게는, 객체가 시간 순서로 차례로 방사면 및 추가 방사면을 통과하여 움직이면, 방사면에 수직인 투사 방향을 따라 수행되는 객체의 객체 운동도 검출할 수 있다. 그 결과, 특히 객체의 클릭 동작 또는 탭핑(tapping) 동작이 검출될 수 있다.
추가의 바람직한 개선예에 따라, 광각 광학계와 방사면은 상기 방사면에 대해 실질적으로 수직인 방사 방향을 따라 서로 상이한 평면에 배치된다.
그 결과, 바람직하게는 모듈의 훨씬 더 컴팩트한 구조 형상을 제공할 수 있는데, 그 이유는 일측의 광원 및 스캐닝 미러 구조물과 타측의 광각 광학계가 서로 적층 배치되기 때문이다.
추가의 바람직한 개선예에 따라, 모듈은 비행 시간법을 이용하여, 그리고/또는 강도 측정을 이용하여 위치를 인식하도록 구성된다.
그 결과, 바람직하게는, 객체의 비교적 정밀한 고분해능 위치 인식을 수행할 수 있다.
추가의 바람직한 개선예에 따라, 광학 검출 장치는 광학 검출 요소를 포함하며,
- 상기 광학 검출 요소와 광원이 동일한 반도체 레이저 소자 내에 통합되고, 반도체 소자는 특히 수직 캐비티를 가진 표면 발광 레이저(VCSEL), 또는 외부 수직 캐비티를 가진 표면 발광 레이저(VeCSEL)이거나,
- 상기 광학 검출 요소와 광원이 서로 분리되어 배치되고, 상기 광학 검출 요소는 스캐닝 미러 구조물에 대해 오프셋 간격을 가지며, 상기 오프셋 간격은 5센티미터 미만, 바람직하게는 2센티미터 미만, 아주 특별히 바람직하게는 1센티미터 미만이다.
그 결과, 바람직하게는, 모듈의 훨씬 더 컴팩트하고 더 작은 실시형태를 제공할 수 있다.
추가의 바람직한 개선예에 따라, 전기 장치는 위치 인식 정보 및/또는 추가 위치 인식 정보에 기초하여 제어될 수 있다.
그 결과, 바람직하게는, 전기 장치를 구비한 모듈을 이용함으로써 전기 장치에 인간-기계 인터페이스를 제공할 수 있다. 특히 전기 장치는 휴대용 전기 장치, 통신 단말기, 랩탑, 노트북, 개인용 컴퓨터, 텔레비전 또는 기타의 전자 데이터 처리 장치이다.
본 발명에 따른 방법의 한 바람직한 개선예에 따라, 제2 작동 단계에서 스캐닝 미러 구조물 쪽으로 배향된 일차 빔은, 상기 일차 빔이 광각 광학계를 통해 방사면으로 편향되는 방식으로 편향되어 상기 광각 광학계 쪽으로 배향된다. 광각 광학계를 통해, 본 발명에 따라 바람직하게, 일차 빔의 스윕 각(sweep angle)이 미러 수단의 스캐닝 각보다 더 크게 선택될 수 있다. 광원의 빔 성형 광학계는 바람직하게, 광각 광학계 후방에서의 일차 빔의 빔 형상이 5밀리미터, 바람직하게는 3밀리미터, 더욱 바람직하게는 1밀리미터, 아주 특별히 바람직하게는 0.5밀리미터의 지름을 초과하지 않도록, 광각 광학계에 매칭된다.
그 결과, 바람직하게, 스캐닝 미러 구조물의 편향 위치의 비교적 작은 편향 또는 변동에 의해 비교적 큰 구경각을 형성할 수 있다. 그럼으로써, 단일 가동 미러 구조물 만으로 객체의 위치가 정밀하고 신속하게 인식될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 도면들에 도시되어 있고 하기 설명부에서 더욱 상세하게 기술된다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 다양한 실시형태들에 따른 모듈을 각각 도시한 도면들이다.
상이한 도면들에서 동일한 부재들에는 항시 동일한 도면부호를 부여하였으며, 그에 따라 통상 한 번씩만 거명 또는 설명된다.
도 1에는, 본 발명의 한 실시형태에 따른 인간-기계 인터페이스를 제공하기 위한 모듈(2)이 개략도로 도시되어 있다. 여기서 모듈(2)은 방사면(30) 내에 배치된 객체(4)의 위치를 인식하도록 구성된다. 모듈(2)은, 일차 빔(3)이 실질적으로 방사면(30)에 따라 스캐닝 동작을 실행하도록 구성되며, 이 경우, 일차 빔(3)이 방사면(30) 내에 포지셔닝된 객체(4)와 상호작용하여 이차 신호(5)가 발생하면, 상기 이차 신호(5)가 검출된다. 예컨대 이차 신호(5)는, 일차 빔(3)이 방사 방향(101)으로 방사되어 객체(4)에 부딪치고, 객체가 모듈(2)로부터 관찰할 때 방사면(30) 내에 방사 방향(101)으로 배치되어 있을 때, 객체(4)에서의 일차 빔(3)의 반사를 통해 생성된다.
모듈(2)은 이차 신호(5)의 검출을 통해 객체(4)의 위치를 인식하도록 구성되고, 객체(4)의 위치 인식은 거리 검출 및/또는 강도 검출에 기초하여 실시되며, 거리 검출은 특히 비행 시간법을 이용하여 수행되고, 그리고/또는 강도 검출은 강도 측정을 이용하여 수행되며, 상기 강도 검출은 이차 신호(5)의 측정된 강도와 기준 강도 간의 강도 비교를 포함한다. 기준 강도는 예컨대 기준 측정에서 측정되어 모듈(2)에 저장된다.
여기서 객체(4)의 위치 인식은 전체 객체 또는 객체 일부분[예컨대 일차 빔(3)에 의해 객체(4)의 객체 표면상에 생성된 투사점]만의 위치 측정을 의미하며, 이 경우 위치 측정은 모듈(2)과 객체(4) 간 또는 객체 일부분 간의 이격 거리 또는 간격의 측정과 관련되고, 그리고/또는 (또 다른 객체 부분과 연관되는) 추가 투사점에 대한 (상기 객체 부분과 연관된) 투사점의 상대 위치의 측정과 관련되며, 특히 상기 투사점 및 추가 투사점은 각각 스캐닝 동작 동안 서로 상이한 시점에 생성된다.
바람직하게 모듈(2)은 제1 부분 모듈(21), 제2 부분 모듈(22), 제3 부분 모듈(23), 제4 부분 모듈(24), 제5 부분 모듈(25), 제6 부분 모듈(26), 제7 부분 모듈(27), 제8 부분 모듈(28) 및/또는 추가 부분 모듈들을 포함한다. 그 결과, 모듈식으로 구성되어 예컨대 모듈 원리에 따라 다수의 상이한 전기 장치(1) 및/또는 용례들에 유연하게 매칭될 수 있는 모듈(2)이 제공된다.
모듈(2)의 한 실시예에서, 제1 부분 모듈(21)은 일차 빔(3) 및/또는 추가 일차 빔(3')을 발생시키도록 구성된 광 모듈(21)이고, 그리고/또는 제2 부분 모듈(22)은 일차 빔(3)의 스캐닝 동작 및/또는 추가 일차 빔(3')의 추가 스캐닝 동작을 발생시키도록 구성된 스캐닝 모듈(22)이고, 제3 부분 모듈(23)은 이차 신호(5) 및/또는 추가 이차 신호(5')에 따라 검출 신호를 생성하도록 구성된 제1 제어 및/또는 검출 모듈(23)이고, 그리고/또는 제4 부분 모듈(24)은 위치 인식 정보를 생성하는 평가 모듈(24)이고, 그리고/또는 제5 부분 모듈(25)은 제2 제어 및/또는 검출 모듈(25)이고, 그리고/또는 제6 부분 모듈(26)은 에너지 공급을 제어하는 제어 모듈(26)이고, 그리고/또는 제7 부분 모듈(27)은 카메라 모듈이고, 그리고/또는 제8 부분 모듈(28)은 전기 장치(1)와 통신하도록, 그리고/또는 전기 장치(1)로 데이터를 전송하도록 구성된 통신 모듈(28)이다.
도 2에는, 본 발명의 한 실시예에 따른 모듈(2)이 도시되어 있다. 이 모듈(2)은 일차 빔(3)을 발생시키는 광원(6)을 포함한다. 광원은 바람직하게는 예컨대 표면 발광 레이저의 형태인 레이저 다이오드이다. 광원(6)에 의해 발생한 일차 빔(3)은 특히 가시광빔(3)[즉, 약 380나노미터(㎚) 내지 780㎚ 파장의 광] 또는 적외선(IR) 광빔(3)이다.
여기서 모듈(2)은 마이크로 전자 기계 스캐닝 미러 요소(7)를 구비한 스캐닝 미러 구조물(7)를 포함한다. 특히 모듈(2)은, 일차 빔(3)이 실질적으로 (평면) 방사면(30)을 따라 연장되는 방식으로 일차 빔(3)이 스캐닝 미러 구조물(7)를 통해 편향되도록 구성된다. 마이크로 기계 스캐닝 미러 요소(7)는 [스캐닝 미러 요소(7) 또는 추가 스캐닝 미러 요소(7')의] 2개의 최대 편향 위치 사이의 영역 내에 있는 여러 편향 위치로 조정될 수 있다. 2개의 최대 편향 위치 중 제1 최대 편향 위치에서 일차 빔(3)은 스캐닝 미러 구조물(7)를 통해 방사면(30)을 따라 제1 방사 방향(101')으로 방사된다. 2개의 최대 편향 위치 중 제2 최대 편향 위치에서 일차 빔(3)은 스캐닝 미러 구조물(7)를 통해 방사면(30)을 따라 제2 방사 방향(101")으로 방사된다. 여기서, 제1 방사 방향(101') 및 제2 방사 방향(101")에 의해, 위치 인식 구역(30)의 위치 인식 경계들(101', 101")이 정의된다. 특히 본 실시형태에서는, 위치 인식 구역(30)과 방사면(30)의 개념이 동일한 의미를 갖는다. 마이크로 기계 스캐닝 미러 요소(7)는, 특히 이 스캐닝 미러 요소(7)에 제어 신호가 공급될 때 스캐닝 미러 요소(7)가 2개의 최대 편향 위치 사이에서 편향 동작을 구현하도록 구성된다. 특히, 일차 빔(3)은 레이저 빔(3), 예컨대 연속 레이저 빔(3)이거나, 맥동형 레이저 빔(3)이다.
특히 일차 빔(3)은 스캐닝 동작 동안 임의의 스캐닝 주파수로 동작하며, 상기 스캐닝 주파수는 스캐닝 동작의 스캐닝 주기와 연관된다. 특히 일차 빔(3)은 스캐닝 주기 동안 [도면부호(3')를 갖는 일차 빔으로 도시된] 제1 위치 인식 경계(101')로부터 [도면부호(3")를 갖는 일차 빔으로 도시된] 제2 위치 인식 경계(101") 쪽으로, 그리고 다시 제1 위치 인식 경계(101')를 향해 뒤쪽으로 스캐닝되거나 회동된다. 스캐닝 주파수는 바람직하게는 1 내지 2000헤르츠(Hz) 사이, 특히 바람직하게는 5 내지 500Hz 사이, 아주 특별히 바람직하게는 10 내지 200Hz 사이이다.
스캐닝 미러 요소(7)의 최대 편향 위치들 사이의 영역 내 한 편향 위치에서 일차 빔(3)은 방사 방향(101)으로 방사된다. 객체(4)[예컨대 사용자의 손가락(4)]가 방사면(30)에 접촉하거나 이와 교차하도록 객체(4)가 방사면(30) 내에 배치되거나 포지셔닝되면, 객체(4)와 일차 빔(3)의 상호작용, 즉, 예컨대 반사를 통해 이차 신호(5)가 발생한다. 예컨대 객체(4)가 방사면(30)에 대해 수직인 투사 방향(103)을 따르는 객체(4)의 객체 동작을 통해 방사면(30) 내부로 움직임으로써, 객체(4)는 방사면(30) 내에 배치되거나 포지셔닝된다. 여기서 일차 빔(3)이 (스캐닝 동작 동안) 방사 방향(101)으로 방사되면 이차 신호(5)가 발생한다.
모듈(2)은, 광학 검출 요소(9), 예컨대 포토다이오드(9)를 구비하며 이차 신호(5)를 검출하도록 구성된 광학 검출 장치(9, 9')를 포함한다. 한 대안적 실시형태에서, 광학 검출 요소(9)는, 특히 광원이 VCSEL이라면, 광원(9)과 함께 일체로 집적된다. 바람직하게 모듈(2)은 광학 검출 요소(9)를 통해 검출된 이차 신호(5)에 따라 검출 신호를 발생시키도록 구성된다. 특히, 모듈(2)은 상기 검출 신호에 기초하여 위치 인식 정보를 생성하도록 구성된다. 바람직하게 모듈(2)은 이차 신호(5)의 검출 동안 스캐닝 미러 요소(7)의 편향 위치 및/또는 추가 스캐닝 미러 요소(7')의 추가 편향 위치와 관련한 위치 검출 신호를 생성하도록 구성되며, 그럼으로써 위치 인식 정보는 상기 검출 신호 및 위치 검출 신호에 기초하여 시간 분해 방식으로 생성된다. 특히 위치 인식 정보는 모듈(2)까지의 객체(4)의 이격 거리와 관련한 이격 거리 정보, 및/또는 모듈(2)에 대한 객체(4)의 상대적 배향 방향과 관련한 배향 정보, 및/또는 객체(4)의 객체 표면 상의 투사점의 위치와 관련한 위치 좌표를 포함한다. 특히 모듈(2)은, 각각 시간 분해식 평가를 포함한 비행 시간법(Time-of-Flight, TOF, Detection)을 이용하여, 그리고/또는 강도 비교를 이용하여 객체의 위치를 인식하도록 구성된다.
도 3에는, 본 발명의 한 실시형태에 따른 모듈(2)이 도시되어 있다. 여기에는 모듈(2) 및 지지판(10)을 구비한 시스템이 도시되어 있고, 모듈(2)은 지지판(10)(지지면), 예컨대 테이블 상에 올려진 모듈 하면(2')을 갖는다. 지지면(10)은 여기서 주로 평면(100)을 따라 연장된다. 모듈(2)은 특히, 모듈(2)의 모듈 하면(2')이 지지면(10) 상에 올려지는 경우 방사면(30) 및 주 연장 평면(100)이 실질적으로 서로 평행하게 배치되고, 방사면(30)에 대해 수직인 방사 방향(103)을 따라 지지면(10)과 방사면(30) 사이에 방사 거리(11)를 갖도록 구성된다. 바람직하게 방사 거리(11)는 0.1 내지 10밀리미터(㎜) 사이, 특히 바람직하게는 0.5 내지 5㎜ 사이, 아주 특별히 바람직하게는 약 1㎜이다.
도 3에 도시된 실시형태에서, 광원(6), 스캐닝 미러 요소(7) 및 광학 검출 요소(9)는 실질적으로 제1 모듈 평면 내에 배치되고, 광각 광학계(8)는 제2 모듈 평면 내에 배치되며, 제1 및 제2 모듈 평면은 실질적으로 평면 평행을 이루면서 서로 이격되어 있다. 그 결과, 바람직하게 매우 컴팩트하게 구성된 모듈(2)을 제공할 수 있다. 그 대안으로, 본 발명에 따라 광원(6), 스캐닝 미러 요소(7), 광학 검출 요소(9) 및 광각 광학계(8)가 하나의 공통 모듈 평면에 배치될 수 있다.
도 4에는, 본 발명의 한 실시형태에 따른 모듈(2)이 도시되어 있다. 여기에는 오프셋 간격(12)이 도시되어 있는데, 이 오프셋 간격은 모듈(2)로부터 일차 빔(3)이 방사되는 모듈(2)의 제1 위치로부터, 모듈(2)에 의해 이차 신호(5)가 검출되는 모듈(2)의 제2 위치까지 연장된다. 제1 위치는 예컨대 모듈(2)의 빔 송출 영역에 상응하고, 제2 위치는 예컨대 모듈(2)의 검출 영역에 상응하며, 상기 검출 영역 내에 광학 검출 요소(9)가 배치된다. 오프셋 간격(12)은 본 발명에 따라 5센티미터 미만이고, 바람직하게는 2센티미터 미만, 아주 특별히 바람직하게는 1센티미터 미만이다.
도 5에는, 본 발명의 한 실시형태에 따른 모듈(2)이 도시되어 있다. 여기서는 모듈(2)이 광원(6)과 추가 광원(6')을 포함한다. 추가 광원(6')은 추가 일차 빔(3')을 발생시키도록 구성된다. 여기서 스캐닝 미러 구조물(7)은 실질적으로 추가 방사면(30')을 따라 추가 일차 빔(3')의 추가 스캐닝 동작을 발생시키도록 구성된다. 여기서 위치 인식 구역(30, 30')은 방사면(30) 및 추가 방사면(30')에 의해 형성된다. 추가 일차 빔(3')의 추가 스캐닝 동작과 일차 빔(3)의 스캐닝 동작은 특히 동일한 스캐닝 주파수로, 또는 서로 상이한 스캐닝 주파수들로, 그리고/또는 동기식 또는 비동기식으로 수행된다. 여기서 광각 광학계(8)는 미러 표면 요소(8') 및 추가 미러 표면 요소(8")를 갖는다. 일차 빔(3)은 스캐닝 미러 요소(7)를 통해 미러 표면 요소(8')로 배향되고, 추가 일차 빔(3')은 추가 미러 표면 요소(8")로 배향된다. 여기서 미러 표면 요소(8') 및 추가 미러 표면 요소(8")는, 스캐닝 동작 동안 일차 빔(3)이 방사면(30)을 따라 방사되고 추가 스캐닝 동작 동안 추가 일차 빔(3')이 추가 방사면(30')을 따라 방사되도록 구성된다. 여기서 방사면(30)과 추가 방사면(30')은 투사 방향(103)을 따라 방사 간격(13)을 갖는다.
객체(4)가 방사면(30) 내에 배치되고 일차 빔(3)이 상기 객체(4)와 상호작용하면, 이차 신호(5)가 생성되어 광학 검출 요소(9)에 의해 검출된다. 객체(4)가 추가 방사면(30') 내에 배치되고 추가 일차 빔(3')이 상기 객체(4)와 상호작용하면, 추가 이차 신호(5')가 생성되어 광학 검출 요소(9)에 의해 검출된다. (도시되지 않은) 한 대안적 실시형태에서는, 특히 광원(6) 및 추가 광원(6')이 VCSEL일 경우, 이차 신호(5)는 광원(6)에 의해, 그리고 추가 이차 신호(5')는 추가 광원(6')에 의해 검출된다. 2개의 (평평하고 서로 평행하게 배치된) 방사면(30, 30')의 사용을 통해, 바람직하게 비교적 높은 정밀도로 객체(4)의 위치를 인식할 수 있다.
도 6에는, 본 발명의 한 실시형태에 따른 모듈(2)이 도시되어 있다. 여기에 도시된 실시형태는, 일차 빔(3)은 실질적으로 방사면(30)을 따라 방사되고 추가 일차 빔(3')은 실질적으로 추가 방사면(30')을 따라 방사되도록 일차 빔(3) 및 추가 일차 빔(3')이 안내되는 방식으로, 광원(6) 및 추가 광원(6')이 포지셔닝되거나 배치되고, 일차 빔(3)과 추가 일차 빔(3')은 각각 광원(6) 및 추가 광원(6')으로부터 송출되어 실질적으로 동일한 지점에서 스캐닝 미러 구조물(7)에 부딪친다는 점에서, 도 5에 도시된 실시형태와 구별된다. 광각 광학계(8)는 예컨대 자유 형상으로 형성된다.
도 7에는, 본 발명의 한 실시형태에 따른 모듈(2)이 도시되어 있다. 여기서 모듈(2)은, 마이크로 전자 기계 스캐닝 미러 요소(7) 및 추가 마이크로 전자 기계 스캐닝 미러 요소(7')를 구비한 스캐닝 미러 구조물(7, 7')과 광각 광학계(8)를 포함한다. 여기서 방사면(30)과 추가 방사면(30')은 동일한 평면(30, 30')에 배치되고, 일차 빔(3)의 스캐닝 동작은 스캐닝 미러 요소(7)를 통해 실질적으로 방사면(30)을 따라 수행되며, 추가 일차 빔(3')의 추가 스캐닝 동작은 추가 스캐닝 미러 요소(7')를 통해 실질적으로 추가 방사면(30')을 따라 수행된다. 그 결과, 바람직하게 객체(4)의 위치 인식을 위한 비교적 높은 각도 분해능을 달성할 수 있다.
예컨대 광원(6)은 선택적으로 VCSEL 도플러 센서이고, 이 VCSEL 도플러 센서는 일차 빔(3)을 생성하고 이차 신호(5)를 검출하도록 구성된다.

Claims (13)

  1. 인간-기계 인터페이스의 제공을 위한 모듈(2)로서, 상기 모듈(2)은 위치 인식 구역(30, 30') 내에 포지셔닝된 객체(4)의 위치를 인식하도록 구성되고; 모듈(2)은 일차 빔(3)을 생성하도록 구성되고; 모듈(2)은 스캐닝 미러 구조물(7, 7')을 가지며, 이 스캐닝 미러 구조물(7, 7')은, 일차 빔(3)에 의해 스캐닝 동작이 위치 인식 구역(30, 30')의 내부에서 실질적으로 방사면(30)을 따라 실행되도록 제어될 수 있고; 모듈(2)은, 방사면(30) 내에 포지셔닝된 객체(4)와 일차 빔(3)의 상호작용을 통해 이차 신호(5)가 생성될 때, 상기 이차 신호(5)가 검출되도록 구성되며; 모듈(2)은 이차 신호(5)에 기초하여 위치 인식 정보를 생성하도록 구성되는; 모듈(2)에 있어서,
    상기 모듈(2)은 일차 빔(3)을 발생시키기 위한 광원(6)과, 이차 신호(5)의 검출을 위한 광학 검출 장치(9, 9')를 가지며, 상기 광원(6), 스캐닝 미러 구조물(7, 7') 및 광학 검출 장치(9, 9')는 상기 모듈(2) 내에 통합되는 것을 특징으로 하는, 모듈(2).
  2. 제1항에 있어서, 스캐닝 미러 구조물(7, 7')은 2개의 최대 편향 위치 사이의 임의의 편향 위치로 조정될 수 있으며, 상기 스캐닝 미러 구조물(7, 7')은, 일차 빔(3)이 스캐닝 동작 동안 위치 인식 구역(30, 30')의 2개의 위치 인식 경계(101', 101") 사이의 위치 인식 평면(30) 내부에서 이동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스캐닝 미러 구조물(7, 7')은 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS)이고, 상기 스캐닝 미러 구조물(7, 7')은 마이크로 전자 기계 스캐닝 미러 요소(7)를 가지며, 상기 스캐닝 미러 요소(7)는 특히 제1 축(701)을 중심으로, 그리고/또는 상기 제1 축(701)에 대해 실질적으로 수직인 제2 축(702)을 중심으로 회동 가능한 미러 수단(71)을 가지며, 특히 미러 수단(71)은 제1 및 제2 축(701, 702)을 중심으로, 또는 단지 제1 축(701)만을 중심으로 회동 가능한 것을 특징으로 하는, 모듈(2).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 모듈(2)은 광각 광학계(8)를 가지며, 상기 광각 광학계(8)는 볼록 곡면형 미러 광학계, 오목 곡면형 미러 광학계, DOE(Diffractive Optical Element) 및/또는 렌즈를 포함하며, 상기 광각 광학계(8)는 바람직하게, 이 광각 광학계(8) 후방에서의 일차 빔(3)의 빔 형상이 5밀리미터, 바람직하게는 3밀리미터, 더욱 바람직하게는 1밀리미터, 아주 특별히 바람직하게는 0.5밀리미터의 지름을 초과하지 않도록, 광원의 빔 성형 광학계에 매칭되는 것을 특징으로 하는, 모듈(2).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 모듈(2)은 이 모듈(2) 내에 통합된 추가 광원(6')을 가지며, 상기 추가 광원(6')은 추가 일차 빔(3')을 발생시키도록 구성되고; 스캐닝 미러 구조물(7, 7')은, 상기 추가 일차 빔(3')의 추가 스캐닝 동작이 위치 인식 구역(30, 30') 내부에서 실질적으로 추가 방사면(30')을 따라 실행되도록 구성되고; 모듈(2)은, 상기 추가 방사면(30') 내에 포지셔닝된 객체(4)와 추가 일차 빔(3')의 상호작용을 통해 추가 이차 신호(5')가 생성될 때 상기 추가 이차 신호(5')가 검출되도록 구성되며; 모듈(2)은 상기 추가 이차 신호(5')에 기초하여 추가 위치 인식 정보를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 모듈(2).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스캐닝 미러 요소(7)가 스캐닝 동작 및 추가 스캐닝 동작을 발생시키도록 구성되거나,
    상기 스캐닝 미러 구조물(7, 7')이 추가 스캐닝 미러 요소(7')를 가지며, 스캐닝 미러 요소(7)는 스캐닝 동작을 발생시키도록 구성되고, 추가 스캐닝 미러 요소(7')는 추가 스캐닝 동작을 발생시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 모듈(2).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 방사면(30)과 추가 방사면(30')이 서로 평행하게 배치되고, 상기 방사면(30)과 추가 방사면(30')은 방사면(30)에 대해 실질적으로 수직인 투사 방향(103)을 따라 중첩되며, 이때 상기 방사면(30)과 추가 방사면(30')은 특히 완전히 중첩되는 것을 특징으로 하는, 모듈(2).
  8. 제7항에 있어서, 방사면(30)과 추가 방사면(30')은 투사 방향(103)을 따라 방사 간격(13)으로 이격되며, 상기 방사 간격(13)은 바람직하게 0과 50밀리미터 사이, 특히 바람직하게는 1 내지 5밀리미터 사이, 아주 특별히 바람직하게는 3밀리미터인 것을 특징으로 하는, 모듈(2).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 모듈(2)은 비행 시간법을 이용하여, 그리고/또는 강도 측정을 이용하여 위치를 인식하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 모듈(2).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 광학 검출 장치(9, 9')는 광학 검출 요소(9)를 포함하며,
    상기 광학 검출 요소(9)와 광원(6)이 동일한 반도체 레이저 소자 내에 통합되고, 반도체 소자는 특히 수직 캐비티를 가진 표면 발광 레이저(VCSEL), 또는 외부 수직 캐비티를 가진 표면 발광 레이저(VeCSEL)이거나,
    상기 광학 검출 요소(9)와 광원(6)이 서로 분리되어 배치되고, 상기 광학 검출 요소(9)는 스캐닝 미러 구조물(7, 7')에 대해 오프셋 간격(12)을 가지며, 상기 오프셋 간격(12)은 5센티미터 미만, 바람직하게는 2센티미터 미만, 아주 특별히 바람직하게는 1센티미터 미만인 것을 특징으로 하는, 모듈(2).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 모듈(2)을 갖는 전기 장치(1)에 있어서,
    상기 전기 장치(1)는 위치 인식 정보 및/또는 추가 위치 인식 정보에 기초하여 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는, 전기 장치(1).
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 모듈(2)을 작동시키기 위한 방법으로서, 객체(4)가 위치 인식 구역(30, 30') 내에 위치할 때 모듈(2)을 통해 상기 객체의 위치가 인식되는 모듈 작동 방법에 있어서,
    제1 작동 단계에서 일차 빔(3)이 광원(6)에 의해 발생하고, 상기 일차 빔(3)은 스캐닝 미러 구조물(7, 7') 쪽으로 향하며; 제2 작동 단계에서 스캐닝 미러 구조물(7, 7')은, 상기 일차 빔(3)에 의해 스캐닝 동작이 위치 인식 구역(30, 30')의 방사면(30) 내에서 실행되도록 제어되며; 제3 작동 단계에서 스캐닝 미러 구조물(7, 7')의 편향 위치에서 일차 빔(3)이 객체(4)와 상호작용할 때, 스캐닝 미러 구조물(7, 7')의 편향 위치에서 광학 검출 장치(9, 9')를 통해 이차 신호(5)가 검출되며; 제4 작동 단계에서 상기 검출된 이차 신호(5)에 기초하여 위치 인식 정보가 생성되는 것을 특징으로 하는, 모듈 작동 방법.
  13. 제13항에 있어서, 제2 작동 단계에서 스캐닝 미러 구조물(7, 7') 쪽으로 배향된 일차 빔(3)은, 상기 일차 빔(3)이 광각 광학계(8)를 통해 방사면(30)으로 편향되는 방식으로 편향되어 상기 광각 광학계(8) 쪽으로 배향되는 것을 특징으로 하는, 모듈 작동 방법.
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