WO2015165619A1 - Modul und verfahren zum betrieb eines moduls - Google Patents

Modul und verfahren zum betrieb eines moduls Download PDF

Info

Publication number
WO2015165619A1
WO2015165619A1 PCT/EP2015/054426 EP2015054426W WO2015165619A1 WO 2015165619 A1 WO2015165619 A1 WO 2015165619A1 EP 2015054426 W EP2015054426 W EP 2015054426W WO 2015165619 A1 WO2015165619 A1 WO 2015165619A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
module
scanning mirror
primary beam
scanning
mirror structure
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/054426
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Delfs
Frank Fischer
Sebastian Reiß
Gael Pilard
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to KR1020167029737A priority Critical patent/KR20160147761A/ko
Priority to CN201580023063.1A priority patent/CN106462298B/zh
Publication of WO2015165619A1 publication Critical patent/WO2015165619A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0421—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by interrupting or reflecting a light beam, e.g. optical touch-screen
    • G06F3/0423—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by interrupting or reflecting a light beam, e.g. optical touch-screen using sweeping light beams, e.g. using rotating or vibrating mirror
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/017—Gesture based interaction, e.g. based on a set of recognized hand gestures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]

Definitions

  • the invention is based on a module according to the preamble of claim 1.
  • Devices for providing a man-machine interface are well known.
  • the module according to the invention and the method according to the independent claims have the advantage over the prior art that a comparatively compact and simply constructed module is provided, which nevertheless can determine the user commands comparatively precisely and reliably. Furthermore, a particularly rapid location of an object, in particular a finger, is possible, so that a module with a very flexible use possibility, in particular for the detection of user commands by detecting user gestures, is realized.
  • the light source, the scanning mirror structure and the optical detection arrangement are summarized in a single module according to the invention such that the module can be installed in a flexible manner in a variety of different types of devices. Due to the modular structure, individual components or the entire module can be flexibly adapted to different requirements according to the modular principle.
  • the module according to the invention offers the advantage that a comparatively strongly miniaturized module compared to the prior art is made available for providing a human-machine interface.
  • the human-machine interface is also referred to here as a human-machine interface (HMI) and the module as an HMI module.
  • HMI human-machine interface
  • a human-machine interface should be understood as meaning a user interface via which a person can interact with an electrical device and / or the module or input commands in such a way that the electrical device and / or the module are controlled by the human being and / or or being served.
  • the module serves as a command transmitter for an electrical device.
  • the object is a finger, pen, or other object that is positioned and / or moved by a user in the locating zone.
  • Location means here in particular that a position coordinate of the object is determined relative to the module, in particular from the
  • the light source is configured to generate the primary beam radiated into the locating zone, wherein the primary beam comprises, for example, visible and / or infrared light.
  • a scanning movement of the primary beam (essentially along a radiation surface) is to be understood as a periodic grid-like or line-like movement of the primary beam between two detection boundaries of the location zone, in which case the primary beam is in particular a continuous or pulsed light beam.
  • the optical detection arrangement is configured to detect the secondary signal, wherein the secondary signal is generated in particular by interaction of the primary beam with the object and is thus detectable when the object is positioned in the emission surface.
  • the scanning mirror structure can be adjusted into a deflection position between two maximum deflection positions, the scanning mirror structure being configured such that the primary beam is moved between two detection limits of the detection zone during the scanning movement within the detection plane.
  • a scanning movement taking place essentially along the emission surface here means, in particular, a substantially one-line scanning movement.
  • the scanning mirror structure is a microelectromechanical system (MEMS), the scanning mirror structure having a microelectromechanical scanning mirror element, the scanning mirror element in particular being pivotable about a second axis and / or about a second axis substantially perpendicular to the first axis Mirror means, in particular, the mirror means is pivotable about the first and second axes or only about the first axis.
  • MEMS microelectromechanical system
  • the module has a wide-angle optical system, wherein the wide-angle optical system or
  • Expansion optics a convex arched mirror optics, a concave arched
  • a DOE diffractive Optical Element
  • a lens or a lens system comprises.
  • the wide-angle optical system is integrated immovably in the module.
  • the module has a further light source integrated in the module, wherein the further light source is configured to generate a further primary beam, wherein the scan mirror structure is configured such that a further scanning movement of the further primary beam substantially along one further radiating surface within the locating zone, wherein the module is configured such that a further secondary signal is detected when the further secondary signal is generated by interaction of the further primary beam with the positioned in the further radiating surface object, wherein the module for generating a further locating information in Dependence of the further secondary signal is configured.
  • That the scanning mirror element is configured to generate the scanning movement and to generate the further scanning movement, or
  • the scanning mirror structure comprises a further scanning mirror element, wherein the scanning mirror element is configured to generate the scanning movement and the further scanning mirror element is configured to generate the further scanning movement.
  • the emission surface and the further emission surface are arranged parallel to one another, wherein the emission surface and the further emission surface overlap along a projection direction substantially perpendicular to the emission surface, with the emission surface and the further emission surface in particular completely overlapping. Furthermore, it is provided according to a further preferred development that the emission surface and the further emission surface are spaced along the projection direction with a radiation distance, wherein the Abstrahlabstand preferably between 0 and 50 millimeters, more preferably between 1 and 5 millimeters, most preferably 3 millimeters, is.
  • Wide-angle optical system and the emission surface are arranged along different planes to a projection direction substantially perpendicular to the emission surface.
  • the module is configured for locating by means of time-of-flight method and / or by means of intensity measurement.
  • the optical detection arrangement comprises an optical detection element, wherein
  • the optical detection element and the light source are integrated in the same semiconductor laser device, the semiconductor device being in particular a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) or external vertical cavity surface emitting laser (VeCSEL) or
  • the optical detection element and the light source are arranged separately from each other, wherein the optical detection element has an offset distance to the scanning mirror structure, wherein the offset distance is less than 5 centimeters, preferably small ner than 2 centimeters, most preferably less than 1 centimeter.
  • the electrical device can be controlled as a function of the location information and / or the further location information.
  • the electrical device is a portable electrical device, a telecommunications terminal, a laptop, a notebook, a personal computer, a television or other electronic data processing device.
  • the primary beam directed onto the scanning mirror structure is deflected and directed towards the wide-angle optical system so that the primary beam is deflected into the emitting surface by the wide-angle optical system. Due to the wide-angle optical system, it is advantageously possible according to the invention that the swept angle of the primary beam can be selected larger than the scanning angle of the mirror means.
  • a beam-shaping optical system of the light source is preferably adapted to the wide-angle optical system such that the beam shape of the primary beam behind the wide-angle optical system does not exceed a diameter of 5 millimeters, preferably 3 millimeters, more preferably 1 millimeter, most preferably 0.5 millimeter.
  • the object can be precisely and quickly located with only a single movable mirror structure.
  • FIGS. 1 to 7 a module according to various embodiments of the present invention.
  • the module 1 shows a module 2 for providing a human-machine interface according to an embodiment of the present invention in a schematic view.
  • the module 2 is configured here for locating an object 4 arranged in a radiating surface 30.
  • the module 2 is configured such that the primary beam 3 performs a scanning movement substantially along the radiating surface 30, wherein a secondary signal 5 is detected when the primary beam 3 interacts with the object 4 positioned in the radiating surface 30 such that the secondary signal 5 is generated ,
  • the secondary signal 5 is generated by reflection of the primary beam 3 on the object 4 when the primary beam 3 is emitted in an emission direction 101 and strikes the object 4 and if the object viewed from the module 2 in the emission surface 30 in the emission direction 101 is positioned.
  • the module 2 is configured to locate the object 4 by detecting the secondary signal 5, the location of the object 4 being dependent on distance detection and / or intensity detection, the distance detection in particular by means of a time-of-flight method and / or intensity detection by means of a
  • Intensity detection is performed, wherein the intensity detection comprises an intensity comparison between a measured intensity of the secondary signal 5 and a reference intensity.
  • the reference intensity is measured for example in a reference measurement and stored in the module 2.
  • Positioning of the object 4 here means a position determination of the entire object or only an object part (for example, a projection point generated by the primary beam 3 on an object surface of the object 4), wherein the position determination is based on a determination of a distance or a distance between the module 2 and the object 4 or object part and / or relates to a determination of a position of the (related to the object part) projection point relative to a (related to another object part) further projection point, in particular the projection point and further projection point are respectively generated at different times during the scan movement.
  • the module 2 preferably has a first submodule 21, a second submodule 22, a third submodule 23, a fourth submodule 24, a fifth submodule 25, a sixth submodule 26, a seventh submodule 27, an eighth submodule 28 and / or further submodules.
  • This will be a modularized
  • the first submodule 21 is a light module 21 configured for generating the primary beam 3 and / or a further primary beam 3 'and / or the second submodule 22 is for generating a scanning movement of the primary beam 3 and / or a further scanning movement the further primary beam 3 'configured scan module 22 and / or the third sub-module 23 a for generating a detection signal in response to the secondary signal 5 and / or further secondary signal 5' configured first control and / or detection module 23 and / or the fourth sub-module 24 an evaluation 24 for generating a location information and / or the fifth sub-module 25, a second control and / or detection module 25 and / or the sixth sub-module 26, a control module 26 for controlling a power supply and / or the seventh sub-module 27, a camera module and / or the eighth sub-
  • FIG. 2 shows a module 2 according to an embodiment of the present invention.
  • the module 2 has a light source 6 for generating a primary beam 3.
  • the light source is preferably a laser diode, for example in the form of a surface emitting laser.
  • the primary beam 3 generated by the light source 6 is in particular a visible light beam 3 - ie light of approximately
  • nm nm
  • IR infrared
  • the module 2 has the scanning mirror structure 7 with the microelectromechanical scanning mirror element 7.
  • the module 2 is configured such that the primary beam 3 is deflected by the scanning mirror structure 7 in such a way that the primary beam 3 extends substantially along the (planar) radiating surface 30.
  • the micromechanical scanning mirror element 7 is in a plurality of deflection positions in a range between two maximum deflection positions (of the scanning mirror element 7 and the further scanning mirror element
  • the primary beam 3 is emitted by the scanning mirror structure 7 in a first emission direction 101 'along the emission surface 30.
  • a second maximum deflection position of the two maximum deflection positions the primary beam 3 is emitted by the scanning mirror structure 7 in a second emission direction 101 'along the emission surface 30.
  • the location limits 101', 101" of the location zone 30 are defined here.
  • the terms locating zone 30 and radiating surface 30 have the same meaning.
  • the micromechanical scanning mirror element 7 is configured in such a way that the scanning mirror element 7 executes a deflection movement between the two maximum deflection positions when a control signal is applied to the scanning mirror element 7.
  • the primary beam 3 is a laser beam 3 -for example a continuous laser beam 3 or a pulsed laser beam 3.
  • the primary beam 3 is moved during the scanning movement at a scanning frequency, wherein the scanning frequency is associated with a scanning period of the scanning movement.
  • the primary beam 3 is shown during the scanning period from the first detection limit 101 '(represented by a primary beam with reference number 3') to the second detection limit 101 "(FIG
  • the scan frequency is preferably between 1 and 2000 hertz (Hz), more preferably between 5 and 500 hertz, most preferably between 10 and 200 hertz ,
  • the primary beam 3 is emitted in a radiation direction 101.
  • an object 4 such as a user's finger 4
  • the radiating surface 30 such that the object 4 contacts the radiating surface 30, it is caused by interaction - i.
  • reflection of the primary beam 3 with the object 4 generates the secondary signal 5.
  • the object 4 is moved into the emission surface 30 by an object movement of the object 4 along a projection direction 103 perpendicular to the emission surface 30, so that the object 4 is arranged or positioned in the emission surface 30.
  • the secondary signal 5 is generated when the primary beam 3 (during the scanning movement) is radiated in the emission direction 101.
  • the module 2 comprises an optical detection arrangement 9, 9 'configured for detecting the secondary signal 5 with an optical detection element 9 - for example a photodiode 9.
  • the optical detection element 9 is monolithically integrated with the light source 9, in particular if the light source is a VCSEL is.
  • the module 2 is preferably configured to generate a detection signal as a function of the secondary signal 5 detected by the optical detection element 9. In particular, that is
  • Module 2 configured to generate a location information as a function of the detection signal.
  • the module 2 is configured to generate a position detection signal with respect to a deflection position of the scanning mirror element 7 and / or a further deflection position of the further scanning mirror element 7 'during the detection of the secondary signal 5 in such a way that the positioning information is generated time-resolved in dependence on the detection signal and the position detection signal becomes.
  • the location information comprises a distance information relating to a distance of the object 4 to the module 2 and / or an orientation information with respect to an orientation direction of the object 4 relative to the module 2 and / or a position coordinate with respect to a position of a projection point on the object surface of the
  • the module 2 is configured to locate the object by means of the time-of-flight method (English: Time-of-Flight, TOF, Detection) and / or by means of intensity comparison, each with time-resolved evaluation.
  • FIG. 3 shows a module 2 according to an embodiment of the present invention.
  • a system with a module 2 and a base 10 wherein the module 2 has a module lower side 2 ', which rests on the base 10 (bearing surface) - for example, a table.
  • the support surface 10 here extends mainly along a plane 100.
  • the module 2 is in particular configured such that in the event that the module 2 with the module lower side 2 'rests on the support surface 10, the emission surface 30 and the main extension plane 100 substantially parallel are arranged to one another and have an emission distance 11 - along the projection direction 103 perpendicular to the emission surface 30 - between the support surface 10 and the emission surface 30.
  • the emission distance 1 1 is preferably between 0.1 and 10
  • Millimeters more preferably between 0.5 and 5 mm, most preferably about 1 mm.
  • the light source 6, the scanning mirror element 7 and the optical detection element 9 are arranged essentially in a first module plane and the wide-angle optical system 8 is arranged in a second module plane, the first and second module planes being substantially plane-parallel and mutually distinct are spaced.
  • the first and second module planes being substantially plane-parallel and mutually distinct are spaced.
  • Scan mirror element 7, the optical detection element 9 and the wide-angle optical system 8 are arranged in a common module level.
  • FIG. 4 shows a module 2 according to an embodiment of the present invention.
  • the offset distance 12 is shown, wherein the offset distance from a first location of the module 2, at which the primary beam 3 is radiated from the module 2, to a second location of the module 2, at which the secondary signal 5 detected by the module 2 is extended.
  • the first location corresponds, for example, to the beam output area of the module 2
  • the second location corresponds to, for example, a detection area of the module 2, wherein the optical detection element 9 is arranged in the detection area is.
  • the offset distance 12 is according to the invention less than 5 centimeters, preferably less than 2 centimeters, very particularly preferably less than 1 centimeter.
  • FIG. 5 shows a module 2 according to an embodiment of the present invention.
  • the module 2 comprises a light source 6 and another
  • the further light source 6 ' is configured to produce a further primary beam 3'.
  • the scanning mirror structure 7 is configured to generate a further scanning movement of the further primary beam 3 'substantially along a further radiating surface 30'.
  • the locating zone 30, 30 ' is formed by the radiating surface 30 and the further radiating surface 30'.
  • the further scanning movement of the further primary beam 3 'and the scanning movement of the primary beam 3 take place in particular with the same scanning frequencies or with different scanning frequencies and / or synchronized or in an asynchronous manner.
  • the wide-angle optical system 8 has a mirror surface element 8 'and a further mirror surface element 8 ".
  • the primary beam 3 is directed by the scanning mirror element 7 onto the mirror surface element 8' and the further primary beam 3 'onto the further mirror surface element 8".
  • the secondary signal 5 is generated and detected by the optical detection element 9. If the object 4 in the further radiating surface 30 'is arranged and the further primary beam 3' with the object
  • FIG. 6 shows a module 2 according to an embodiment of the present invention. The embodiment shown here differs from the embodiment illustrated in FIG.
  • the wide-angle optical system 8 is designed, for example, as a freeform.
  • FIG. 7 shows a module 2 according to an embodiment of the present invention.
  • the module 2 has a scanning mirror structure 7, 7 'with the microelectromechanical scanning mirror element 7 and a further microelectromechanical scanning mirror element 7' and the wide-angle optical system 8.
  • the radiating surface 30 and the further radiating surface 30 ' are arranged in the same plane 30, 30', the scanning movement of the primary beam 3 substantially along the radiating surface 30 through the scanning mirror element 7 and the further scanning movement of the further primary beam 3 'substantially along the other Radiating surface 30 'by the further scanning mirror element 7' is generated.
  • it is advantageously possible to achieve a comparatively high angular resolution for locating the object 4.
  • the light source 6 is alternatively a VCSEL Doppler sensor, wherein the VCSEL Doppler sensor is configured to generate the primary beam 3 and to detect the secondary signal 5.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Es wird ein Modul zur Bereitstellung einer Mensch-Maschinen-Schnittstelle vorgeschlagen, wobei das Modul zur Ortung eines in einer Ortungszone positionierten Objekts konfiguriert ist, wobei das Modul zur Erzeugung eines Primärstrahls konfiguriert ist, wobei das Modul eine Scanspiegelstruktur aufweist, wobei die Scanspiegelstruktur derart steuerbar ist, dass von dem Primärstrahl eine Scanbewegung im Wesentlichen entlang einer Abstrahlfläche innerhalb der Ortungszone durchgeführt wird, wobei das Modul derart konfiguriert ist, dass ein Sekundärsignal detektiert wird, wenn das Sekundärsignal durch Wechselwirkung des Primärstrahls mit dem in der Abstrahlfläche positionierten Objekt erzeugt wird, wobei das Modul zur Erzeugung einer Ortungsinformation in Abhängigkeit des Sekundärsignals konfiguriert ist, wobei das Modul eine Lichtquelle zur Erzeugung des Primärstrahls und eine optische Detektionsanordnung zur Detektion des Sekundärsignals aufweist, wobei die Lichtquelle, die Scanspiegelstruktur und die optische Detektionsanordnung in dem Modul integriert sind.

Description

Beschreibung Titel
Modul und Verfahren zum Betrieb eines Moduls Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Modul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Vorrichtungen zur Bereitstellung einer Mensch-Maschinen-Schnittstelle sind allgemein bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Modul zur Bereitstellung einer Mensch-Maschinen-Schnittstelle vorzuschlagen, welches eine vergleichsweise kompakte Bauform aufweist und dadurch vielseitig einsetzbar ist.
Das erfindungsgemäße Modul und das erfindungsgemäße Verfahren gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass ein vergleichsweise kompakt und einfach konstruiertes Modul bereitgestellt wird, welches dennoch die Benutzerbefehle vergleichsweise präzise und zuverlässig bestimmen kann. Weiterhin ist eine besonders schnelle Ortung eines Objekts, insbesondere eines Fingers, möglich, sodass ein Modul mit einer sehr flexiblen Verwendungsmöglichkeit, insbesondere zur Erkennung von Benutzerbefehlen durch Erfassung von Benutzergesten, realisiert wird. Die Lichtquelle, die Scanspiegelstruktur und die optische Detektionsanordnung werden in einem einzigen erfindungsgemäßen Modul derart zusammengefasst, dass das Modul in flexibler Weise in eine Vielzahl unterschiedlicher Gerätetypen einbaubar ist. Auf Grund des modularisierten Aufbaus können gemäß dem Baukastenprinzip einzelne Komponenten oder das gesamte Modul flexibler an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden. Durch die Verwendung einer Scanspiegelstruktur - welche insbesondere ein mikroelektromechanisches System (MEMS) umfasst - bietet das erfindungsgemäße Modul den Vorteil, dass ein gegenüber dem Stand der Technik vergleichsweise stark miniaturisiertes Modul zur Bereitstellung einer Mensch-Maschinen-Schnittstelle zur Verfügung gestellt wird. Die Mensch- Maschinen-Schnittstelle wird hier auch als Human-Machine-Interface (HMI) und das Modul als HMI-Modul bezeichnet.
Insbesondere soll unter einer Mensch-Maschinen-Schnittstelle eine Benutzerschnittstelle verstanden werden, über die ein Mensch mit einem elektrischen Gerät und/oder dem Modul derart interagieren bzw. Befehle eingeben kann, dass das elektrische Gerät und/oder das Modul durch den Menschen gesteuert und/oder bedient wird. Insbesondere dient das Modul als Befehlsgeber für ein elektrisches Gerät. Bevorzugt ist das Objekt ein Finger, ein Stift oder ein anderer Gegenstand, der von einem Benutzer in der Ortungszone positioniert und/oder bewegt wird. Ortung bedeutet hier insbesondere, dass eine Positionskoordinate des Objekts relativ zu dem Modul bestimmt wird, wobei insbesondere aus der
Positionskoordinate eine Entfernung zwischen dem Objekt und dem Modul und/oder eine Geschwindigkeit des Objekts relativ zu dem Modul detektiert wird. Insbesondere bedeutet Wechselwirkung des Primärstrahls mit dem Objekt, dass der Primärstrahl an dem Objekt reflektiert wird, sodass das Sekundärsignal ein Anteil des reflektierten Primärstrahls ist, welches durch die optische Detektions- anordnung detektierbar ist. Bevorzugt ist die Lichtquelle zur Erzeugung des in die Ortungszone abgestrahlten Primärstrahls konfiguriert, wobei der Primärstrahl beispielsweise sichtbares und/oder infrarotes Licht umfasst. Unter einer Scanbewegung des Primärstrahls (im Wesentlichen entlang einer Abstrahlfläche) ist ins- besondere eine periodische rasterartige bzw. zeilenartige Bewegung des Primärstrahls zwischen zwei Ortungsgrenzen der Ortungszone zu verstehen, wobei insbesondere der Primärstrahl ein kontinuierlicher oder gepulster Lichtstrahl ist. Bevorzugt ist die optische Detektionsanordnung zur Detektion des Sekundärsignals konfiguriert, wobei das Sekundärsignal insbesondere durch Wechselwirkung des Primärstrahls mit dem Objekt erzeugt wird und somit detektierbar ist, wenn das Objekt in der Abstrahlfläche positioniert ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Scanspiegelstruktur in eine Ablenkstellung zwischen zwei maximalen Auslenkstellungen einstellbar ist, wobei die Scanspiegelstruktur derart konfiguriert ist, dass der Primärstrahl während der Scanbewegung innerhalb der Ortungsebene zwischen zwei Ortungsgrenzen der Ortungszone bewegt wird.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, das Objekt mit hoher Präzision zu orten. Eine im Wesentlichen entlang der Abstrahlfläche erfolgende Scanbewegung bedeutet hier insbesondere eine im Wesentlichen einzeilige Scanbewegung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Scanspiegelstruktur ein mikroelektromechanisches System (MEMS) ist, wobei die Scanspiegelstruktur ein mikroelektromechanisches Scanspiegelelement aufweist, wobei das Scanspiegelelement insbesondere ein um eine erste Achse und/oder um eine zur ersten Achse im Wesentlichen senkrechte zweite Achse verschwenkbares Spiegelmittel aufweist, wobei insbesondere das Spiegelmittel um die erste und zweite Achse oder nur um die erste Achse verschwenkbar ist.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, ein vergleichsweise kompaktes Modul bereitzustellen, welches dennoch eine vergleichsweise präzise und schnelle Ortung des Objekts erlaubt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Modul eine Weitwinkeloptik aufweist, wobei die Weitwinkeloptik bzw.
Aufweitungsoptik eine konvex gewölbte Spiegeloptik, eine konkav gewölbte
Spiegeloptik, ein DOE (Diffractive Optical Element) und/oder eine Linse bzw. ein Linsensystem umfasst.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, mit einer vergleichsweise kleinen Auslenkung bzw. Änderung einer Ablenkstellung des beweglichen Scanspiegelelements durch die Weitwinkeloptik einen vergleichsweise großen Öffnungswinkel zu erzeugen. Hierdurch kann mit nur einer einzigen beweglichen Spiegelstruktur das Objekt präzise und schnell geortet werden. Insbesondere ist die Weitwinkeloptik in dem Modul bewegungsfest integriert. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Modul eine in dem Modul integrierte weitere Lichtquelle aufweist, wobei die weitere Lichtquelle zur Erzeugung eines weiteren Primärstrahls konfiguriert ist, wobei die Scanspiegelstruktur derart konfiguriert ist, dass eine weitere Scanbewegung des weiteren Primärstrahls im Wesentlichen entlang einer weiteren Abstrahlfläche innerhalb der Ortungszone erfolgt, wobei das Modul derart konfiguriert ist, dass ein weiteres Sekundärsignal detektiert wird, wenn das weitere Sekundärsignal durch Wechselwirkung des weiteren Primärstrahls mit dem in der weiteren Abstrahlfläche positionierten Objekt erzeugt wird, wobei das Modul zur Erzeugung einer weiteren Ortungsinformation in Abhängigkeit des weiteren Sekundärsignals konfiguriert ist.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, die Präzision der Ortung des Objekts sowohl in der Abstrahlfläche, als auch in der weiteren Abstrahlfläche noch weiter zu erhöhen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen,
- dass das Scanspiegelelement zur Erzeugung der Scanbewegung und zur Erzeugung der weiteren Scanbewegung konfiguriert ist, oder
- dass die Scanspiegelstruktur ein weiteres Scanspiegelelement aufweist, wobei das Scanspiegelelement zur Erzeugung der Scanbewegung konfiguriert ist und das weitere Scanspiegelelement zur Erzeugung der weiteren Scanbewegung konfiguriert ist.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, zur Erhöhung der Ortungspräzision zwei Abstrahlflächen auf unterschiedliche Arten zu realisieren und so das Modul an unterschiedliche Anforderungen anzupassen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Abstrahlfläche und die weitere Abstrahlfläche parallel zueinander angeordnet sind, wobei sich die Abstrahlfläche und die weitere Abstrahlfläche entlang einer zur Abstrahlfläche im Wesentlichen senkrechten Projektionsrichtung überlappen, wobei sich die Abstrahlfläche und die weitere Abstrahlfläche insbesondere vollständig überlappen. Weiterhin ist gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass die Abstrahlfläche und die weitere Abstrahlfläche entlang der Projektionsrichtung mit einem Abstrahlabstand beabstandet sind, wobei der Abstrahlabstand bevorzugt zwischen 0 und 50 Millimeter, besonders bevorzugt zwischen 1 und 5 Millimeter, ganz besonders bevorzugt 3 Millimeter, beträgt.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, die Präzision der Ortung noch weiter zu erhöhen. Insbesondere ist es weiterhin vorteilhaft möglich, eine Objektbewegung des Objekts entlang einer zur Abstrahlfläche senkrechten Projektionsrichtung zu detektieren, wenn das Objekt in einer zeitlichen Abfolge nacheinander durch die Abstrahlfläche und die weitere Abstrahlfläche hindurch bewegt wird. Insbesondere kann hierdurch eine Klickbewegung oder Tippbewegung des Objekts detektiert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die
Weitwinkeloptik und die Abstrahlfläche entlang einer zur Abstrahlfläche im Wesentlichen senkrechten Projektionsrichtung in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, eine noch kompaktere Bauform des Moduls bereitzustellen, da einerseits die Lichtquelle und die Scanspiegelstruktur und andererseits die Weitwinkeloptik übereinander angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Modul zur Ortung mittels Flugzeitverfahren und/oder mittels Intensitätsmessung konfiguriert ist.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, eine vergleichsweise präzise und hochauflösende Ortung des Objekts vorzunehmen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die optische Detektionsanordnung ein optisches Detektionselement umfasst, wobei
- das optische Detektionselement und die Lichtquelle in demselben Halbleiterlaserbauelement integriert sind, wobei das Halbleiterbauelement insbesondere ein oberflächenemittierender Laser mit vertikaler Kavität (VCSEL) oder oberflächenemittierender Laser mit externer, vertikaler Kavität (VeCSEL) ist oder
- das optische Detektionselement und die Lichtquelle separat voneinander angeordnet sind, wobei das optische Detektionselement einen Versatzabstand zur Scanspiegelstruktur aufweist, wobei der Versatzabstand kleiner als 5 Zentimeter, bevorzugt klei- ner als 2 Zentimeter, ganz besonders bevorzugt kleiner als 1 Zentimeter ist.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, eine noch kompaktere und kleinere Ausführungsform des Moduls bereitzustellen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das elektrische Gerät in Abhängigkeit der Ortungsinformation und/oder der weiteren Ortungsinformation steuerbar ist.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, das Modul mit einem elektrischen Gerät zu verwenden und dadurch eine Mensch-Maschinen-Schnittstelle an dem elektrischen Gerät bereitzustellen. Insbesondere ist das elektrische Gerät ein tragbares elektrisches Gerät, ein Telekommunikationsendgerät, ein Laptop, ein Notebook, ein Personal Computer, ein Fernsehgerät oder ein anderes Gerät zur elektronischen Datenverarbeitung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass in dem zweiten Betriebsschritt der auf die Scanspiegelstruktur gerichtete Primärstrahl derart abgelenkt und auf die Weitwinkeloptik gerichtet wird, dass der Primärstrahl durch die Weitwinkeloptik in die Abstrahlfläche abgelenkt wird. Durch die Weitwinkeloptik ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, dass der überstrichene Winkel des Primärstrahls größer gewählt werden kann als der Scanwinkel des Spiegelmittels. Eine Strahlformungsoptik der Lichtquelle ist bevorzugt an die Weitwinkeloptik derart angepasst, dass die Strahlform des Primärstrahls hinter der Weitwinkeloptik einen Durchmesser von 5 Millimeter, bevorzugt von 3 Millimeter, weiter bevorzugt von 1 Millimeter, ganz besonders bevorzugt von 0,5 Millimeter, nicht übersteigt.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, mit einer vergleichsweise kleinen Auslenkung bzw. Änderung einer Ablenkstellung der Scanspiegelstruktur einen vergleichsweise großen Öffnungswinkel zu erzeugen. Hierdurch kann mit nur einer einzigen beweglichen Spiegelstruktur das Objekt präzise und schnell geortet werden.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen
Figuren 1 bis 7 ein Modul gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsform(en) der Erfindung In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In Figur 1 ist ein Modul 2 zur Bereitstellung einer Mensch-Maschinen- Schnittstelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in sche- matischer Ansicht dargestellt. Das Modul 2 ist hier zur Ortung eines in einer Abstrahlfläche 30 angeordneten Objekts 4 konfiguriert. Das Modul 2 ist derart konfiguriert, dass der Primärstrahl 3 eine Scanbewegung im Wesentlichen entlang der Abstrahlfläche 30 durchführt, wobei ein Sekundärsignal 5 detektiert wird, wenn der Primärstrahl 3 mit dem in der Abstrahlfläche 30 positionierten Objekt 4 derart wechselwirkt, dass das Sekundärsignal 5 erzeugt wird. Beispielsweise wird das Sekundärsignal 5 durch Reflexion des Primärstrahls 3 an dem Objekt 4 erzeugt, wenn der Primärstrahl 3 in eine Abstrahlrichtung 101 abgestrahlt wird und auf das Objekt 4 trifft und wenn das Objekt vom Modul 2 aus betrachtet in der Ab- strahlfläche 30 in Abstrahlrichtung 101 positioniert ist.
Das Modul 2 ist zur Ortung des Objekts 4 durch Detektion des Sekundärsignals 5 konfiguriert, wobei die Ortung des Objekts 4 in Abhängigkeit einer Distanzdetek- tion und/oder Intensitätsdetektion erfolgt, wobei die Distanzdetektion insbesonde- re mittels eines Flugzeitverfahrens und/oder die Intensitätsdetektion mittels einer
Intensitätsdetektion erfolgt, wobei die Intensitätsdetektion einen Intensitätsvergleich zwischen einer gemessenen Intensität des Sekundärsignals 5 und einer Referenzintensität umfasst. Die Referenzintensität wird beispielsweise in einer Referenzmessung gemessen und in dem Modul 2 abgespeichert. Ortung des Objekts 4 bedeutet hier eine Positionsbestimmung des gesamten Objekts oder lediglich eines Objektteils (beispielsweise eines vom Primärstrahl 3 erzeugten Projektionspunktes auf einer Objektoberfläche des Objekts 4), wobei sich die Positionsbestimmung auf eine Bestimmung einer Entfernung bzw. eines Abstands zwischen Modul 2 und Objekt 4 bzw. Objektteil bezieht und/oder auf eine Bestimmung einer Position des (mit dem Objektteil zusammenhängenden) Projektionspunktes relativ zu einem (mit einem weiteren Objektteil zusammenhängenden) weiteren Projektionspunkt, wobei insbesondere der Projektionspunkt und weitere Projektionspunkt jeweils zu unterschiedlichen Zeitpunkten während der Scanbewegung erzeugt werden.
Bevorzugt weist das Modul 2 ein erstes Teilmodul 21 , ein zweites Teilmodul 22, ein drittes Teilmodul 23, ein viertes Teilmodul 24, ein fünftes Teilmodul 25, ein sechstes Teilmodul 26, ein siebtes Teilmodul 27 ein achtes Teilmodul 28 und/oder weitere Teilmodule auf. Hierdurch wird ein modularisiert aufgebautes
Modul 2 bereitgestellt, welches beispielsweise nach dem Baukastenprinzip an eine Vielzahl unterschiedlicher elektrischer Geräte 1 und/oder Anwendungsfälle flexibel anpassbar ist. In einer beispielhaften Ausführungsform des Moduls 2 ist das erste Teilmodul 21 ein zur Erzeugung des Primärstrahls 3 und/oder eines weiteren Primärstrahls 3' konfiguriertes Lichtmodul 21 und/oder das zweite Teilmodul 22 ein zur Erzeugung einer Scanbewegung des Primärstrahls 3 und/oder einer weiteren Scanbewegung des weiteren Primärstrahls 3' konfiguriertes Scanmodul 22 und/oder das dritte Teilmodul 23 ein zur Erzeugung eines Detektionssignals in Abhängigkeit des Sekundärsignals 5 und/oder weiteren Sekundärsignals 5' konfiguriertes erstes Steuer- und/oder Detektionsmodul 23 und/oder das vierte Teilmodul 24 ein Auswertemodul 24 zur Erzeugung einer Ortungsinformation und/oder das fünfte Teilmodul 25 ein zweites Steuer- und/oder Detektionsmodul 25 und/oder das sechste Teilmodul 26 ein Steuermodul 26 zur Steuerung einer Energieversorgung und/oder das siebte Teilmodul 27 ein Kameramodul und/oder das achte Teilmodul 28 ein zur Kommunikation mit einem elektrischen Gerät 1 und/oder Datenübertragung an das elektrische Gerät 1 konfiguriertes Kommunikationsmodul 28. In Figur 2 ist ein Modul 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Modul 2 weist eine Lichtquelle 6 zur Erzeugung eines Primärstrahls 3 auf. Die Lichtquelle ist bevorzugt eine Laserdiode, beispielsweise in Form eines oberflächenemittierenden Lasers. Der von der Lichtquelle 6 erzeugte Primärstrahl 3 ist insbesondere ein sichtbarer Lichtstrahl 3 - d.h. Licht von etwa
380 Nanometer (nm) bis 780 nm Wellenlänge - oder ein Infrarot (IR) Lichtstrahl 3.
Das Modul 2 weist hier die Scanspiegelstruktur 7 mit dem mikroelektromechani- sehen Scanspiegelelement 7 auf. Insbesondere ist das Modul 2 derart konfiguriert, dass der Primärstrahl 3 durch die Scanspiegelstruktur 7 in der Weise abgelenkt wird, dass der Primärstrahl 3 sich im Wesentlichen entlang der (ebenen) Abstrahlfläche 30 erstreckt. Das mikromechanische Scanspiegelelement 7 ist in mehrere Ablenkstellungen in einem Bereich zwischen zwei maximalen Auslenk- Stellungen (des Scanspiegelelements 7 bzw. des weiteren Scanspiegelelements
7') einstellbar. In einer ersten maximalen Auslenkstellung der zwei maximalen Auslenkstellungen wird der Primärstrahl 3 durch die Scanspiegelstruktur 7 in eine erste Abstrahlrichtung 101 ' entlang der Abstrahlfläche 30 abgestrahlt. In einer zweiten maximalen Auslenkstellung der zwei maximalen Auslenkstellungen wird der Primärstrahl 3 durch die Scanspiegelstruktur 7 in eine zweite Abstrahlrichtung 101 ' entlang der Abstrahlfläche 30 abgestrahlt. Durch die erste Abstrahlrichtung 101 ' und die zweite Abstrahlrichtung 101 " werden hier die Ortungsgrenzen 101 ', 101 " der Ortungszone 30 definiert. Insbesondere haben in dieser Ausführungsform die Begriffe Ortungszone 30 und Abstrahlfläche 30 dieselbe Bedeu- tung. Das mikromechanische Scanspiegelelement 7 ist insbesondere derart konfiguriert, dass das Scanspiegelelement 7 eine Auslenkungsbewegung zwischen den zwei maximalen Auslenkstellungen ausführt, wenn das Scanspiegelelement 7 mit einem Steuersignal beaufschlagt wird. Insbesondere ist der Primärstrahl 3 ein Laserstrahl 3 - beispielsweise ein kontinuierlicher Laserstrahl 3 oder ein ge- pulsier Laserstrahl 3.
Insbesondere wird der Primärstrahl 3 während der Scanbewegung mit einer Scanfrequenz bewegt, wobei die Scanfrequenz mit einer Scanperiode der Scanbewegung zusammenhängt. Insbesondere wird der Primärstrahl 3 während der Scanperiode aus der ersten Ortungsgrenze 101 ' (dargestellt durch einen Primärstrahl mit Bezugszeichen 3') bis zur zweiten Ortungsgrenze 101 " (dargestellt durch einen Primärstrahl mit Bezugszeichen 3") und wieder zurück zur ersten Ortungsgrenze 101 ' gescannt bzw. verschwenkt. Die Scanfrequenz beträgt bevorzugt zwischen 1 und 2000 Hertz (Hz), besonders bevorzugt zwischen 5 und 500 Hz, ganz besonders bevorzugt zwischen 10 und 200 Hz.
In einer Ablenkstellung in einem Bereich zwischen den maximalen Auslenkstellungen des Scanspiegelelements 7 wird der Primärstrahl 3 in eine Abstrahlrichtung 101 abgestrahlt. Wenn ein Objekt 4 - beispielsweise ein Finger 4 eines Benutzers - so in der Abstrahlfläche 30 angeordnet bzw. positioniert wird, dass das Objekt 4 die Abstrahlfläche 30 berührt bzw. schneidet, wird durch Wechselwirkung - d.h. beispielsweise Reflexion - des Primärstrahls 3 mit dem Objekt 4 das Sekundärsignal 5 erzeugt. Beispielsweise wird das Objekt 4 durch eine Objektbewegung des Objekts 4 entlang einer zur Abstrahlfläche 30 senkrechten Projektionsrichtung 103 in die Abstrahlfläche 30 hinein bewegt, sodass das Objekt 4 in der Abstrahlfläche 30 angeordnet bzw. positioniert ist. Hier wird das Sekundärsignal 5 erzeugt, wenn der Primärstrahl 3 (während der Scanbewegung) in die Abstrahlrichtung 101 abgestrahlt wird.
Das Modul 2 umfasst eine zur Detektion des Sekundärsignals 5 konfiguriertes optische Detektionsanordnung 9, 9' mit einem optischen Detektionselement 9 - beispielsweise einer Fotodiode 9. In einer alternativen Ausführungsform ist das optische Detektionselement 9 mit der Lichtquelle 9 monolithisch integriert, insbesondere wenn die Lichtquelle ein VCSEL ist. Bevorzugt ist das Modul 2 zur Erzeugung eines Detektionssignals in Abhängigkeit des durch das optische Detek- tionselement 9 detektierten Sekundärsignals 5 konfiguriert. Insbesondere ist das
Modul 2 zur Erzeugung einer Ortungsinformation in Abhängigkeit des Detektionssignals konfiguriert. Bevorzugt ist das Modul 2 zur Erzeugung eines Lagede- tektionssignals bezüglich einer Ablenkstellung des Scanspiegelelements 7 und/oder einer weiteren Ablenkstellung des weiteren Scanspiegelelements 7' während der Detektion des Sekundärsignals 5 in derart konfiguriert, dass die Ortungsinformation zeitaufgelöst in Abhängigkeit des Detektionssignals und des Lagedetektionssignals erzeugt wird. Insbesondere umfasst die Ortungsinformation eine Entfernungsinformation bezüglich einer Entfernung des Objekts 4 zum Modul 2 und/oder eine Orientierungsinformation bezüglich einer Orientierungs- richtung des Objekts 4 relativ zum Modul 2 und/oder eine Positionskoordinate bezüglich einer Position eines Projektionspunktes auf der Objektoberfläche des Objekts 4. Insbesondere ist das Modul 2 zur Ortung des Objekts mittels des Flugzeitverfahrens (engl. Time-of-Flight, TOF, Detection) und/oder mittels Intensitätsvergleichs jeweils mit zeitaufgelöster Auswertung konfiguriert. In Figur 3 ist ein Modul 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hier ist ein System mit einem Modul 2 und einer Unterlage 10 dargestellt, wobei das Modul 2 eine Modulunterseite 2' aufweist, die auf der Unterlage 10 (Auflagefläche) - beispielsweise ein Tisch - aufliegt. Die Auflagefläche 10 erstreckt sich hier hauptsächlich entlang einer Ebene 100. Das Modul 2 ist insbesondere derart konfiguriert, dass in dem Fall, dass das Modul 2 mit der Modulunterseite 2' auf der Auflagefläche 10 aufliegt, die Abstrahlfläche 30 und die Haupterstreckungsebene 100 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und eine Abstrahldistanz 11 - entlang einer zur Abstrahlfläche 30 senkrechten Projektionsrichtung 103 - zwischen der Auflagefläche 10 und der Abstrahlflä- che 30 aufweisen. Bevorzugt beträgt die Abstrahldistanz 1 1 zwischen 0,1 und 10
Millimeter (mm), besonders bevorzugt, zwischen 0,5 und 5 mm, ganz besonders bevorzugt ungefähr 1 mm.
In der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform sind die Lichtquelle 6, das Scan- spiegelelement 7 und das optische Detektionselement 9 im Wesentlichen in einer ersten Modulebene angeordnet und die Weitwinkeloptik 8 in einer zweiten Modulebene angeordnet, wobei die erste und zweite Modulebene im Wesentlichen planparallel und voneinander beabstandet sind. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, ein besonders kompakt konstruiertes Modul 2 bereitzustellen. Alternativ hierzu kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Lichtquelle 6, das
Scanspiegelelement 7, das optische Detektionselement 9 und die Weitwinkeloptik 8 in einer gemeinsamen Modulebene angeordnet sind.
In Figur 4 ist ein Modul 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin- dung dargestellt. Hier ist der Versatzabstand 12 dargestellt, wobei sich der Versatzabstand von einer ersten Stelle des Moduls 2, an der der Primärstrahl 3 von dem Modul 2 abgestrahlt wird, bis zu einer zweiten Stelle des Moduls 2, an der das Sekundärsignal 5 von dem Modul 2 detektiert wird, erstreckt. Die erste Stelle entspricht beispielsweise dem Strahlausgangsbereich des Moduls 2 und die zweite Stelle entspricht beispielsweise einem Detektionsbereich des Moduls 2, wobei in dem Detektionsbereich das optische Detektionselement 9 angeordnet ist. Der Versatzabstand 12 ist erfindungsgemäß kleiner als 5 Zentimeter, bevorzugt kleiner als 2 Zentimeter, ganz besonders bevorzugt kleiner als 1 Zentimeter.
In Figur 5 ist ein Modul 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin- dung dargestellt. Hier umfasst das Modul 2 eine Lichtquelle 6 und eine weitere
Lichtquelle 6'. Die weitere Lichtquelle 6' ist zur Erzeugung eines weiteren Primärstrahls 3' konfiguriert. Hier ist die Scanspiegelstruktur 7 zur Erzeugung einer weiteren Scanbewegung des weiteren Primärstrahls 3' im Wesentlichen entlang einer weiteren Abstrahlfläche 30' konfiguriert. Hier wird die Ortungszone 30, 30' durch die Abstrahlfläche 30 und die weitere Abstrahlfläche 30' gebildet. Die weitere Scanbewegung des weiteren Primärstrahls 3' und die Scanbewegung des Primärstrahls 3 erfolgen insbesondere mit gleichen Scanfrequenzen oder mit unterschiedlichen Scanfrequenzen und/oder synchronisiert oder in asynchroner Weise. Die Weitwinkeloptik 8 weist hier ein Spiegelflächenelement 8' und ein weiteres Spiegelflächenelement 8" auf. Der Primärstrahl 3 wird durch das Scanspiegelelement 7 auf das Spiegelflächenelement 8' gerichtet und der weitere Primärstrahl 3' auf das weitere Spiegelflächenelement 8". Hier sind das Spiegelflächenelement 8' und das weitere Spiegelflächenelement 8" derart konfiguriert, dass der Primärstrahl 3 während der Scanbewegung entlang der Abstrahlfläche 30 und der weitere Primärstrahl 3'während der weiteren Scanbewegung entlang der weiteren Abstrahlfläche 30' abgestrahlt werden. Hier weisen die Abstrahlfläche 30 und die weitere Abstrahlfläche 30' entlang der Projektionsrichtung 103 einen Abstrahlabstand 13 auf. Wenn das Objekt 4 in der Abstrahlfläche 30 angeordnet ist und der Primärstrahl
3 mit dem Objekt 4 wechselwirkt, wird das Sekundärsignal 5 erzeugt und durch das optische Detektionselement 9 detektiert. Wenn das Objekt 4 in der weiteren Abstrahlfläche 30' angeordnet ist und der weitere Primärstrahl 3' mit dem Objekt
4 wechselwirkt, wird das weitere Sekundärsignal 5' erzeugt und durch das opti- sehe Detektionselement 9 detektiert. In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) wird das Sekundärsignal 5 durch die Lichtquelle 6 und das weitere Sekundärsignal 5' durch die weitere Lichtquelle 6' detektiert, insbesondere wenn die Lichtquelle 6 und die weitere Lichtquelle 6' VCSELs sind. Durch die Verwendung von zwei (ebenen und parallel zueinander angeordneten) Abstrahlflächen 30, 30' ist es vorteilhaft möglich, das Objekt 4 mit vergleichsweise hoher Präzision zu Orten. In Figur 6 ist ein Modul 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die hier dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass die Lichtquelle 6 und die weitere Lichtquelle 6' derart positioniert bzw. angeordnet sind, dass der Primärstrahl 3 und der weitere Primärstrahl 3' so geführt werden, dass der Primärstrahl 3 im Wesentlichen entlang der Abstrahlfläche 30 und der weitere Primärstrahl 3' im Wesentlichen entlang der weiteren Abstrahlfläche 30' abgestrahlt wird, wobei der Primärstrahl 3 und der weitere Primärstrahl 3' ausgehend von der Lichtquelle 6 bzw. der weiteren Lichtquelle 6' im Wesentlichen im gleichen Punkt auf die Scanspiegelstruktur 7 auftreffen. Die Weitwinkeloptik 8 ist beispielsweise als Freiform ausgebildet.
In Figur 7 ist ein Modul 2 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hier weist das Modul 2 eine Scanspiegelstruktur 7, 7' mit dem mikroelektromechanischen Scanspiegelelement 7 und einem weiteren mikro- elektromechanischen Scanspiegelelement 7' und die Weitwinkeloptik 8 auf. Hier sind die Abstrahlfläche 30 und die weitere Abstrahlfläche 30' in derselben Ebene 30, 30' angeordnet, wobei die Scanbewegung des Primärstrahls 3 im Wesentlichen entlang der Abstrahlfläche 30 durch das Scanspiegelelement 7 und die weitere Scanbewegung des weiteren Primärstrahls 3' im Wesentlichen entlang der weiteren Abstrahlfläche 30' durch das weitere Scanspiegelelement 7' erzeugt wird. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, eine vergleichsweise hohe Winkelauflösung zur Ortung des Objekts 4 zu erreichen.
Beispielsweise ist die Lichtquelle 6 alternativ ein VCSEL Dopplersensor, wobei der VCSEL Dopplersensor zur Erzeugung des Primärstrahls 3 und zur Detektion des Sekundärsignals 5 konfiguriert ist.

Claims

1. Modul (2) zur Bereitstellung einer Mensch-Maschinen-Schnittstelle, wobei das Modul (2) zur Ortung eines in einer Ortungszone (30, 30') positionierten Objekts (4) konfiguriert ist, wobei das Modul (2) zur Erzeugung eines Primärstrahls (3) konfiguriert ist, wobei das Modul (2) eine Scanspiegelstruktur (7, 7') aufweist, wobei die Scanspiegelstruktur (7, 7') derart steuerbar ist, dass von dem Primärstrahl (3) eine Scanbewegung im Wesentlichen entlang einer Abstrahlfläche (30) innerhalb der Ortungszone (30, 30') durchgeführt wird, wobei das Modul (2) derart konfiguriert ist, dass ein Sekundärsignal (5) detektiert wird, wenn das Sekundärsignal (5) durch Wechselwirkung des Primärstrahls (3) mit dem in der Abstrahlfläche (30) positionierten Objekt (4) erzeugt wird, wobei das Modul (2) zur Erzeugung einer Ortungsinformation in Abhängigkeit des Sekundärsignals (5) konfiguriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (2) eine Lichtquelle (6) zur Erzeugung des Primärstrahls (3) und eine optische Detektionsanordnung (9, 9') zur Detekti- on des Sekundärsignals (5) aufweist, wobei die Lichtquelle (6), die Scanspiegelstruktur (7, 7') und die optische Detektionsanordnung (9, 9') in dem Modul (2) integriert sind.
Modul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Scanspiegelstruktur (7, 7') in eine Ablenkstellung zwischen zwei maximalen Auslenkstellungen einstellbar ist, wobei die Scanspiegelstruktur (7, 7') derart konfiguriert ist, dass der Primärstrahl (3) während der Scanbewegung innerhalb der Ortungsebene (30) zwischen zwei Ortungsgrenzen (101 ', 101 ") der Ortungszone (30, 30') bewegt wird.
Modul (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scanspiegelstruktur (7, 7') ein mikroelektromechanisches System (MEMS) ist, wobei die Scanspiegelstruktur (7, 7') ein mikroelektromechanisches Scanspiegelelement (7) aufweist, wobei das Scanspiegelelement (7) insbesondere ein um eine erste Achse (701) und/oder um eine zur ersten Achse (701 ) im Wesentlichen senkrechte zweite Achse (702) verschwenkbares Spiegelmittel (71) aufweist, wobei insbesondere das Spiegelmittel (71) um die erste und zweite Achse (701 , 702) oder nur um die erste Achse (701)
verschwenkbar ist.
Modul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (2) eine Weitwinkeloptik (8) aufweist, wobei die Weitwinkeloptik (8) eine konvex gewölbte Spiegeloptik, eine konkav gewölbte Spiegeloptik, ein DOE (Diffractive Optical Element) und/oder eine Linse umfasst, wobei die Weitwinkeloptik (8) bevorzugt an eine Strahlformungsoptik der Lichtquelle derart abgestimmt ist, dass die Strahlform des Primärstrahls (3) hinter der Weitwinkeloptik (8) einen Durchmesser von 5 Millimeter, bevorzugt von 3 Millimeter, weiter bevorzugt von 1 Millimeter, ganz besonders bevorzugt von 0,5 Millimeter, nicht übersteigt.
Modul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (2) eine in dem Modul (2) integrierte weitere Lichtquelle (6') aufweist, wobei die weitere Lichtquelle (6') zur Erzeugung eines weiteren Primärstrahls (3') konfiguriert ist, wobei die Scanspiegelstruktur (7, 7') derart konfiguriert ist, dass eine weitere Scanbewegung des weiteren Primärstrahls (3') im Wesentlichen entlang einer weiteren Abstrahlfläche (30') innerhalb der Ortungszone (30, 30') erfolgt, wobei das Modul (2) derart konfiguriert ist, dass ein weiteres Sekundärsignal (5') detektiert wird, wenn das weitere Sekundärsignal (5') durch Wechselwirkung des weiteren Primärstrahls (3') mit dem in der weiteren Abstrahlfläche (30') positionierten Objekt (4) erzeugt wird, wobei das Modul (2) zur Erzeugung einer weiteren Ortungsinformation in Abhängigkeit des weiteren Sekundärsignals (5') konfiguriert ist.
Modul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass das Scanspiegelelement (7) zur Erzeugung der Scanbewegung und zur Erzeugung der weiteren Scanbewegung konfiguriert ist, oder
- dass die Scanspiegelstruktur (7, 7') ein weiteres Scanspiegelelement (7') aufweist, wobei das Scanspiegelelement (7) zur Erzeugung der Scanbewegung konfiguriert ist und das weitere Scanspiegelelement (7') zur Er- zeugung der weiteren Scanbewegung konfiguriert ist.
Modul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlfläche (30) und die weitere Abstrahlfläche (30') parallel zueinander angeordnet sind, wobei sich die Abstrahlfläche (30) und die weitere Abstrahlfläche (30') entlang einer zur Abstrahlfläche (30) im Wesentlichen senkrechten Projektionsrichtung (103) überlappen, wobei sich die Abstrahlfläche (30) und die weitere Abstrahlfläche (30) insbesondere vollständig überlappen.
Modul (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlfläche (30) und die weitere Abstrahlfläche (30') entlang der Projektionsrichtung (103) mit einem Abstrahlabstand (13) beabstandet sind, wobei der Abstrahlabstand (13) bevorzugt zwischen 0 und 50 Millimeter, besonders bevorzugt zwischen 1 und 5 Millimeter, ganz besonders bevorzugt 3 Millimeter, beträgt.
Modul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (2) zur Ortung mittels Flugzeitverfahren und/oder mittels Intensitätsmessung konfiguriert ist.
Modul (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Detektionsanordnung (9, 9') ein optisches Detek- tionselement (9) umfasst, wobei
- das optische Detektionselement (9) und die Lichtquelle (6) in demselben Halbleiterlaserbauelement integriert sind, wobei das Halbleiterbauelement insbesondere ein oberflächenemittierender Laser mit vertikaler Kavität (VCSEL) oder oberflächenemittierender Laser mit externer, vertikaler Kavität (VeCSEL) ist oder
- das optische Detektionselement (9) und die Lichtquelle (6) separat voneinander angeordnet sind, wobei das optische Detektionselement (9) einen Versatzabstand (12) zur Scanspiegelstruktur (7, 7') aufweist, wobei der Versatzabstand (12) kleiner als 5 Zentimeter, bevorzugt kleiner als 2 Zentimeter, ganz besonders bevorzugt kleiner als 1 Zentimeter ist. 1 1. Elektrisches Gerät (1) mit einem Modul (2) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät (1) in Ab- hängigkeit der Ortungsinformation und/oder der weiteren Ortungsinformation steuerbar ist.
2. Verfahren zum Betrieb eines Moduls (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch das Modul (2) ein Objekt (4) geortet wird, wenn sich das Objekt in einer Ortungszone (30, 30') befindet, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Betriebsschritt ein Primärstrahl (3) durch die Lichtquelle (6) erzeugt wird, wobei der Primärstrahl (3) auf die Scanspiegelstruktur (7, 7') gerichtet wird, wobei in einem zweiten Betriebsschritt die Scanspiegelstruktur (7, 7') derart gesteuert wird, dass von dem Primärstrahl (3) eine Scanbewegung in der Abstrahlfläche (30) der Ortungszone (30, 30') durchgeführt wird, wobei in einem dritten Betriebsschritt, in der Ablenkstellung der Scanspiegelstruktur (7, 7'), ein Sekundärsignal (5) durch die optische Detek- tionsanordnung (9, 9') detektiert wird, wenn, in der Ablenkstellung der Scanspiegelstruktur (7, 7'), der Primärstrahl (3) mit dem Objekt (4) wechselwirkt, wobei in einem vierten Betriebsschritt eine Ortungsinformation in Abhängigkeit des detektierten Sekundärsignals (5) erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Betriebsschritt der auf die Scanspiegelstruktur (7, 7') gerichtete Primärstrahl (3) derart abgelenkt und auf die Weitwinkeloptik (8) gerichtet wird, dass der Primärstrahl (3) durch die Weitwinkeloptik (8) in die Abstrahlfläche (30) abgelenkt wird.
PCT/EP2015/054426 2014-04-28 2015-03-03 Modul und verfahren zum betrieb eines moduls WO2015165619A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020167029737A KR20160147761A (ko) 2014-04-28 2015-03-03 모듈 및 모듈 작동 방법
CN201580023063.1A CN106462298B (zh) 2014-04-28 2015-03-03 模块和用于运行模块的方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014207902.0 2014-04-28
DE102014207902.0A DE102014207902A1 (de) 2014-04-28 2014-04-28 Modul und Verfahren zum Betrieb eines Moduls

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015165619A1 true WO2015165619A1 (de) 2015-11-05

Family

ID=52682678

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2015/054426 WO2015165619A1 (de) 2014-04-28 2015-03-03 Modul und verfahren zum betrieb eines moduls

Country Status (5)

Country Link
KR (1) KR20160147761A (de)
CN (1) CN106462298B (de)
DE (1) DE102014207902A1 (de)
TW (1) TWI696945B (de)
WO (1) WO2015165619A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101976605B1 (ko) 2016-05-20 2019-05-09 이탁건 전자기기 및 그 동작 방법
WO2019020563A1 (de) * 2017-07-27 2019-01-31 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur realisierung einer detektionsfünktion sowie verfahren zum betreiben einer solchen vorrichtung
CN109904718B (zh) * 2019-03-25 2020-09-04 Oppo广东移动通信有限公司 飞行时间组件的控制系统及控制方法、终端

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020021287A1 (en) * 2000-02-11 2002-02-21 Canesta, Inc. Quasi-three-dimensional method and apparatus to detect and localize interaction of user-object and virtual transfer device
US20030218760A1 (en) * 2002-05-22 2003-11-27 Carlo Tomasi Method and apparatus for approximating depth of an object's placement onto a monitored region with applications to virtual interface devices
US20090262098A1 (en) * 2008-04-21 2009-10-22 Masafumi Yamada Electronics device having projector module
US20100253860A1 (en) * 2009-04-07 2010-10-07 Funai Electric Co., Ltd. Projector
US20130070213A1 (en) * 2011-09-15 2013-03-21 Funai Electric Co., Ltd. Projector and Projector System
US20130069912A1 (en) * 2011-09-15 2013-03-21 Funai Electric Co., Ltd. Projector
US20130162597A1 (en) * 2011-12-23 2013-06-27 Azurewave Technologies, Inc. Optical touch control module
US20130222771A1 (en) * 2010-11-10 2013-08-29 Funai Electric Co., Ltd. Projector
US20130314380A1 (en) * 2011-03-15 2013-11-28 Hidenori Kuribayashi Detection device, input device, projector, and electronic apparatus

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5525764A (en) * 1994-06-09 1996-06-11 Junkins; John L. Laser scanning graphic input system
CN1701351A (zh) * 2000-09-07 2005-11-23 卡尼斯塔公司 检测和定位用户－对象与虚拟传送设备的交互作用的准三维方法和装置
CN100489881C (zh) * 2001-01-08 2009-05-20 Vkb有限公司 数据输入装置和数据输入方法
DE10319977A1 (de) * 2003-01-31 2004-08-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Sensormodul
US8120754B2 (en) * 2009-02-19 2012-02-21 Northrop Grumman Systems Corporation Light detection and ranging apparatus
KR20100102774A (ko) * 2009-03-12 2010-09-27 삼성전자주식회사 터치 감지 시스템 및 이를 채용한 디스플레이 장치
LU91714B1 (en) * 2010-07-29 2012-01-30 Iee Sarl Active illumination scanning imager
CN102402277B (zh) * 2010-09-16 2014-11-05 联想(北京)有限公司 电子终端及信息输入处理方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020021287A1 (en) * 2000-02-11 2002-02-21 Canesta, Inc. Quasi-three-dimensional method and apparatus to detect and localize interaction of user-object and virtual transfer device
US20030218760A1 (en) * 2002-05-22 2003-11-27 Carlo Tomasi Method and apparatus for approximating depth of an object's placement onto a monitored region with applications to virtual interface devices
US20090262098A1 (en) * 2008-04-21 2009-10-22 Masafumi Yamada Electronics device having projector module
US20100253860A1 (en) * 2009-04-07 2010-10-07 Funai Electric Co., Ltd. Projector
US20130222771A1 (en) * 2010-11-10 2013-08-29 Funai Electric Co., Ltd. Projector
US20130314380A1 (en) * 2011-03-15 2013-11-28 Hidenori Kuribayashi Detection device, input device, projector, and electronic apparatus
US20130070213A1 (en) * 2011-09-15 2013-03-21 Funai Electric Co., Ltd. Projector and Projector System
US20130069912A1 (en) * 2011-09-15 2013-03-21 Funai Electric Co., Ltd. Projector
US20130162597A1 (en) * 2011-12-23 2013-06-27 Azurewave Technologies, Inc. Optical touch control module

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014207902A1 (de) 2015-10-29
CN106462298A (zh) 2017-02-22
TW201604745A (zh) 2016-02-01
KR20160147761A (ko) 2016-12-23
CN106462298B (zh) 2020-07-14
TWI696945B (zh) 2020-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014207896A1 (de) 3D Grob-Laserscanner
EP3220163B1 (de) Lasertracker mit zwei messfunktionalitäten
EP1637985A2 (de) Eingabesteuerung für Geräte
CN208940077U (zh) 红外相机模块及其图像传感器以及电子装置
EP2827173B1 (de) Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Erfassung von Objekten
WO2015165663A1 (de) 3d-laserscanner
EP1395853A1 (de) Vorrichtung zur optischen distanzmessung
EP2737278B1 (de) Berührungslos bedienbare vermessungsvorrichtung und steuerverfahren für eine solche
EP1942312B1 (de) Positionserkennungssystem zur berührungslosen interferometrischen Detektion der Ortsposition eines Zielobjektes und damit ausgestattetes Abtastsystem
DE102017002235A1 (de) LIDAR-System mit flexiblen Scanparametern
DE102010039948B4 (de) Messeinheit, Messsystem und Verfahren zum Ermitteln einer Relativposition und Relativorientierung
EP1789754A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur optischen distanzmessung
WO2015165619A1 (de) Modul und verfahren zum betrieb eines moduls
WO2017089006A1 (de) Laserentfernungsmessgerät
DE102012219433A1 (de) Elektrisches Gerät, insbesondere Telekommunikationsgerät, mit einer Projektionseinrichtung und Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Geräts
WO2015165617A1 (de) Modul und verfahren zum betrieb eines moduls
US20220326593A1 (en) Laser projector system
WO2011036033A1 (de) Verfahren und vorrichtungen zur bestimmung von orientierung und position eines objekts
WO2015165620A1 (de) ElEKTRISCHES GERÄT UND VERFAHREN ZUM BETRIEB EINES ELEKTRISCHEN GERÄTS
DE102014207899A1 (de) 3D Fein-Laserscanner
DE102017208180A1 (de) Laserentfernungsmessgerät
DE102020202982A1 (de) Optische Vorrichtung zur Abstandsbestimmung eines Messobjekts
WO2004107147A3 (en) Opto-electronic input device, method of manufacturing such a device and method of measuring the movement of an object by means of such a device
DE102012219456A1 (de) Elektrisches Gerät, insbesondere Telekommunikationsgerät, mit einer Projektionseinrichtung und Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Geräts
WO2015165613A1 (de) Interaktives menü

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15709870

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20167029737

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15709870

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1