本發(fā)明基于一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的模塊。

背景技術(shù)：

眾所周知用于提供人機接口的設備。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務在于，提出一種用于提供人機接口的模塊，所述模塊具有相對緊湊的結(jié)構(gòu)型式并且由此可多方面地應用。

根據(jù)并列的權(quán)利要求的根據(jù)本發(fā)明的模塊和根據(jù)本發(fā)明的方法相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點：提供相對緊湊并且簡單設計的模塊，該模塊盡管如此可以相對精確并且可靠地確定用戶命令。此外能夠?qū)崿F(xiàn)對象的、尤其手指的特別快速的測位，從而實現(xiàn)具有非常靈活的應用可能性的模塊，尤其用于通過檢測用戶姿勢來識別用戶命令。光源、掃描鏡結(jié)構(gòu)以及光學探測裝置如此匯總在唯一的根據(jù)本發(fā)明的模塊中，使得模塊可以靈活的方式安裝到多個不同的設備類型中?；谀K化結(jié)構(gòu)，根據(jù)組合部件原理(Baukasten)原理可以將各個部件或整個模塊更靈活地匹配于不同要求。通過應用掃描鏡結(jié)構(gòu)——其尤其包括微機電系統(tǒng)(MEMS)——根據(jù)本發(fā)明的模塊提供如下優(yōu)點，即提供相比于現(xiàn)有技術(shù)相對大幅小型化的模塊，該模塊用于提供人機接口。人機接口在此稱為HMI，而模塊稱為HMI模塊。

尤其應將人機接口理解為如下用戶接口，通過該用戶接口人員可以與電設備和/或模塊如此相互作用或者可以輸入命令，使得電設備和/或模塊通過人員控制和/或操作。該模塊尤其用作用于電設備的命令輸入裝置。優(yōu)選地，對象是手指、筆或其他物品，其由用戶定位在測位區(qū)中和/或由用戶使其在測位區(qū)中運動。測位在此尤其表示：確定對象相對于模塊的位置坐標，其中，尤其由位置坐標探測對象與模塊之間的距離和/或?qū)ο笙鄬τ谀K的速度。初級射束與對象的相互作用尤其表示：初級射束在對象上被反射，從而次級信號是經(jīng)反射的初級射束的一部分，該部分可通過光學探測裝置探測。優(yōu)選地，光源配置用于產(chǎn)生輻射到測位區(qū)中的初級射束，其中，初級射束例如包括可見光和/或紅外光。尤其應將初級射束(基本上沿輻射面)的掃描運動理解為初級射束在測位區(qū)的兩個測位邊界之間的周期性的網(wǎng)格式或行式的運動，其中，初級射束尤其是連續(xù)的或脈沖式的光束。優(yōu)選地，光學探測裝置配置用于探測次級信號，其中，次級信號尤其通過初級射束與對象的相互作用而產(chǎn)生并且因此如果對象定位在輻射面中則次級信號是可探測的。

本發(fā)明有利的構(gòu)型和擴展方案可由從屬權(quán)利要求以及參照附圖的說明書得出。

根據(jù)一個優(yōu)選的擴展方案設置，所述掃描鏡結(jié)構(gòu)能夠被調(diào)節(jié)到在兩個最大偏轉(zhuǎn)位置之間的偏轉(zhuǎn)位置上，其中，所述掃描鏡結(jié)構(gòu)如此配置，使得所述初級射束在所述測位平面內(nèi)的掃描運動期間在所述測位區(qū)的兩個測位邊界之間運動。

由此有利地可能的是，以高精度定位對象?；旧涎剌椛涿鎸崿F(xiàn)的掃描運動在此尤其表示基本上單行的掃描運動。

根據(jù)另一優(yōu)選的擴展方案設置，所述掃描鏡結(jié)構(gòu)是微機電系統(tǒng)(MEMS)，其中，所述掃描鏡結(jié)構(gòu)具有微機電掃描鏡元件，其中，所述掃描鏡元件尤其具有能夠繞第一軸線和/或繞與所述第一軸線基本上垂直的第二軸線擺動的鏡單元，其中，所述鏡單元尤其能夠繞所述第一和第二軸線或者僅僅繞所述第一軸線擺動。

由此有利地可能的是，提供相對緊湊的模塊，所述模塊盡管如此允許對象的相對精確和快速的測位。

根據(jù)另一優(yōu)選的擴展方案設置，所述模塊具有廣角光學器件，其中，所述廣角光學器件或者擴張光學器件(Aufweitungsoptik)包括凸鏡光學器件、凹鏡光學器件、衍射光學元件(DOE)和/或透鏡或者透鏡系統(tǒng)。

由此有利地可能的是，隨著可運動的掃描鏡元件的相對小的偏轉(zhuǎn)或偏轉(zhuǎn)位置的相對小的變化通過廣角光學器件產(chǎn)生相對大的張角。由此可以借助僅僅一個唯一可運動的鏡結(jié)構(gòu)精確并且快速地對對象測位。廣角光學器件尤其抗相對運動(bewegungsfest)地集成在模塊中。

根據(jù)另一優(yōu)選的擴展方案設置，所述模塊具有集成在所述模塊中的另一光源，其中，所述另一光源配置用于產(chǎn)生另一初級射束，其中，所述掃描鏡結(jié)構(gòu)如此配置，使得所述另一初級射束的另一掃描運動基本上沿另一輻射面在所述測位區(qū)內(nèi)實現(xiàn)，其中，所述模塊如此配置，使得如果通過所述另一初級射束與定位在所述另一輻射面中的對象的相互作用產(chǎn)生另一次級信號，則探測所述另一次級信號，其中，所述模塊配置用于根據(jù)所述另一次級信號產(chǎn)生另一測位信息。

由此有利地可能的是，還進一步提高不僅在輻射面中而且在另一輻射面中對象測位的精度。

根據(jù)另一優(yōu)選的擴展方案設置，

所述掃描鏡元件配置用于產(chǎn)生所述掃描運動并且用于產(chǎn)生所述另一掃描運動；或者

所述掃描鏡結(jié)構(gòu)具有另一掃描鏡元件，其中，所述掃描鏡元件配置用于產(chǎn)生掃描運動，并且所述另一掃描鏡元件配置用于產(chǎn)生所述另一掃描運動。

由此有利地可能的是，為了提高測位精度，通過不同方式實現(xiàn)兩個輻射面并且因此將模塊匹配于不同要求。

根據(jù)另一優(yōu)選的擴展方案設置，所述輻射面和所述另一輻射面相互平行地布置，其中，所述輻射面和所述另一輻射面沿基本上垂直于所述輻射面的投影方向重疊，其中，所述輻射面和所述另一輻射面尤其完全重疊。此外，根據(jù)另一優(yōu)選的擴展方案設置，所述輻射面和所述另一輻射面沿所述投影方向以一輻射間距間隔開，其中，所述輻射間距優(yōu)選在0與50毫米之間、特別優(yōu)選在1毫米與5毫米之間，完全特別優(yōu)選為3毫米。

由此有利地可能的是，還進一步提高測位精度。此外尤其有利地可能的是，如果對象以時間順序依次穿過輻射面和另一輻射面地運動，則探測對象沿與輻射面的投影方向垂直的對象運動。由此尤其可以探測對象的點擊移動或輕拍運動。

根據(jù)另一優(yōu)選的擴展方案設置，所述廣角光學器件和所述輻射面沿基本上垂直于輻射面的投影方向布置在不同平面中。

由此有利地可能的是，提供模塊的更緊湊的結(jié)構(gòu)型式，因為一方面光源和掃描鏡結(jié)構(gòu)而另一方面廣角光學器件相疊布置。

根據(jù)另一優(yōu)選的擴展方案設置，所述模塊配置用于借助于飛行時間方法和/或借助于強度測量的測位。

由此有利地可能的是，進行對象的相對精確和高分辨率的測位。

根據(jù)另一優(yōu)選的擴展方案設置，所述光學探測裝置包括光學探測元件，其中，

所述光學探測元件和所述光源集成在相同的半導體激光構(gòu)件中，其中，所述半導體激光構(gòu)件尤其是具有垂直空穴(VCSEL)的表面發(fā)射激光器或者具有外部垂直空穴(VeCSEL)的表面發(fā)射激光器；或者

所述光學探測元件和所述光源相互分離地布置，其中，所述光學探測元件與所述掃描鏡結(jié)構(gòu)具有錯位間距(Versatzabstand)，其中，所述錯位間距小于5厘米、優(yōu)選小于2厘米、完全特別優(yōu)選小于1厘米。

由此有利地可能的是，提供模塊的更緊湊和更小的實施方式。

根據(jù)另一優(yōu)選的擴展方案設置，所述電設備能夠根據(jù)所述測位信息和/或所述另一測位信息被控制。

由此有利地可能的是，使用具有電設備的模塊并且由此在電設備上提供人機接口。尤其電設備是便攜式電設備、電信終端設備、膝上型電腦、筆記本電腦、個人計算機、電視機或用于電子數(shù)據(jù)處理的其他設備。

根據(jù)本發(fā)明的方法的一個優(yōu)選的擴展方案設置，在第二運行步驟中使朝所述掃描鏡結(jié)構(gòu)定向的初級射束如此偏轉(zhuǎn)并且朝所述廣角光學器件定向，使得通過所述廣角光學器件使所述初級射束偏轉(zhuǎn)到所述輻射面中。通過廣角光學器件根據(jù)本發(fā)明有利地可能的是，可以相比于鏡單元的掃描角更大地選擇初級射束的掃過的角。光源的射束成形光學器件優(yōu)選如此匹配于廣角光學器件，使得初級射束在廣角光學器件之后的射束成形不超過5毫米、優(yōu)選3毫米、進一步優(yōu)選1毫米、完全特別優(yōu)選0.5毫米的直徑。

由此有利地可能的是，隨著掃描鏡結(jié)構(gòu)的相對小的偏轉(zhuǎn)或偏轉(zhuǎn)位置的相對小的變化產(chǎn)生比相對大的張角。由此可以借助僅僅一個唯一的可運動的鏡結(jié)構(gòu)精確并且快速地對對象測位。

附圖說明

在附圖中示出并且在以下描述中進一步闡明本發(fā)明的實施例。附圖示出：

圖1至7：根據(jù)本發(fā)明的不同實施方式的模塊。

具體實施方式

在不同圖中相同部分總是設有相同附圖標記并且因此通常也分別僅僅一次命名或提及。

在圖1中示出根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的用于提供人機接口的模塊2的示意圖。模塊2在此配置用于布置在輻射面30中的對象4的測位。模塊2如此配置，使得初級射束3實施基本上沿輻射面30的掃描運動，其中，如果初級射束3與定位在輻射面30中的對象4如此相互作用使得產(chǎn)生次級信號5，則探測次級信號5。例如，如果初級射束3沿輻射方向101輻射并且射到對象4上并且如果對象由模塊2看去沿輻射方向101定位在輻射面30中，則通過初級射束3在對象4上的反射產(chǎn)生次級信號5。

模塊2配置用于通過探測次級信號5來對對象4測位，其中，對象4的測位根據(jù)距離探測和/或強度探測來實現(xiàn)，其中，距離探測尤其借助于飛行時間方法實現(xiàn)和/或強度探測借助于強度探測實現(xiàn)，其中，強度探測包括在次級信號5的所測量的強度與參考強度之間的強度比較。參考強度例如在參考測量中被測量并且被存儲在模塊2中。

對象4的測位在此表示整個對象或僅僅一個對象部分(例如在對象4的對象表面上的由初級射束3產(chǎn)生的投影點)的位置確定，其中，位置確定涉及在模塊2與對象4或?qū)ο蟛糠种g的距離的或間距的確定和/或涉及(與在對象部分關(guān)聯(lián)的)投影點相對于(與另一對象部分關(guān)聯(lián)的)另一投影點的位置的確定，其中，尤其分別在掃描運動期間在不同的時刻產(chǎn)生該投影點和另一投影點。

優(yōu)選地，模塊2具有第一子模塊21、第二子模塊22、第三子模塊23、第四子模塊24、第五子模塊25、第六子模塊26、第七子模塊27、第八子模塊28和/或另外的子模塊。由此提供模塊化地構(gòu)造的模塊2，該模塊例如根據(jù)組合部件原理可靈活地匹配于多個不同的電設備1和/或應用情況。

在模塊2的一種示例性的實施方式中，第一子模塊21是配置用于產(chǎn)生初級射束3和/或另一初級射束3’的光模塊21；和/或，第二子模塊22是配置用于產(chǎn)生初級射束3的掃描運動的和/或另一初級射束3’的另一掃描運動的掃描模塊22；和/或，第三子模塊23是配置用于根據(jù)次級信號5和/或另一次級信號5’產(chǎn)生探測信號的第一控制和/或探測模塊23；和/或，第四子模塊24是用于產(chǎn)生測位信息的分析處理模塊24；和/或，第五子模塊25是第二控制和/或探測模塊25；和/或，第六子模塊26是用于控制能量供給的控制模塊26；和/或，第七子模塊27是攝像機模塊；和/或，第八子模塊28是配置用于與電設備1通信和/或到電設備1上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ拍K28。

在圖2中示出根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的模塊2。模塊2具有用于產(chǎn)生初級射束3的光源6。光源優(yōu)選是激光二極管，例如以表面發(fā)射激光器的形式。由光源6產(chǎn)生的初級射束3尤其是可見光束3——也即大約380納米(nm)至780nm的波長的光——或者紅外(IR)光束3。

模塊2在此具有掃描鏡結(jié)構(gòu)7，所述掃描鏡結(jié)構(gòu)具有微機電掃描鏡元件7。模塊2尤其如此配置，使得通過掃描鏡結(jié)構(gòu)7以如下方式使初級射束3偏轉(zhuǎn)，使得初級射束3基本上沿(平整的)輻射面30延伸。微機械掃描鏡元件7可調(diào)整到在(掃描鏡元件7或另外的掃描鏡元件7’的)兩個最大的偏轉(zhuǎn)位置之間的區(qū)域中的多個偏轉(zhuǎn)位置中。在所述兩個最大偏轉(zhuǎn)位置中的第一最大偏轉(zhuǎn)位置中，通過掃描鏡結(jié)構(gòu)7使初級射束3沿輻射面30以第一輻射方向101’輻射。在所述兩個最大偏轉(zhuǎn)位置的第二最大偏轉(zhuǎn)位置中，通過掃描鏡結(jié)構(gòu)7使初級射束3沿輻射面30以第二輻射方向101’輻射。通過第一輻射方向101’和第二輻射方向101”在此限定測位區(qū)30的測位邊界101’、101”。尤其在該實施方式中術(shù)語測位區(qū)30和輻射面30具有相同含義。微機械掃描鏡元件7尤其如此配置，使得當以控制信號加載掃描鏡元件7時，掃描鏡元件7執(zhí)行在所述兩個最大偏轉(zhuǎn)位置之間的偏轉(zhuǎn)運動。初級射束3尤其是激光射束3，例如連續(xù)激光射束3或脈沖式激光射束3。

尤其使初級射束3在具有掃描頻率的掃描運動期間運動，其中，所述掃描頻率與掃描運動的掃描周期關(guān)聯(lián)。尤其使初級射束3在所述掃描周期期間由第一測位邊界101’(通過具有附圖標記3’的初級射束表示)至第二測位邊界101”(通過具有附圖標記3”的初級射束表示)并且又回到第一測位邊界101’地掃描或擺動。掃描頻率優(yōu)選在1赫茲與2000赫茲(Hz)之間，特別優(yōu)選在5赫茲與500赫茲之間，完全特別優(yōu)選在10赫茲與200赫茲之間。

在掃描鏡元件7的最大偏轉(zhuǎn)位置之間的區(qū)域中的偏轉(zhuǎn)位置中，使初級射束3沿輻射方向101輻射。如果對象4——例如用戶手指4如此布置或定位在輻射面30中，使得對象4觸碰輻射面30或與輻射面30相交，則通過初級射束3與對象4的相互作用——也即例如反射產(chǎn)生次級信號5。例如使對象4通過對象4沿與輻射面30垂直的投影方向103的對象運動運動到輻射面30中，從而對象4布置或定位在輻射面30中。在此，如果初級射束3(在掃描運動期間)沿輻射方向101輻射，則產(chǎn)生次級信號5。

模塊2包括配置用于探測次級信號5的光學探測裝置9、9’，所述光學探測裝置具有光學探測元件9，例如光電二極管9。在一種替代的實施方式中，光學探測元件9與光源9單片地集成，尤其如果光源是VCSEL。優(yōu)選地，模塊2配置用于根據(jù)通過光學探測元件9探測的次級信號5產(chǎn)生探測信號。模塊2尤其配置用于根據(jù)探測信號產(chǎn)生測位信息。優(yōu)選地，模塊2如此配置用于在探測次級信號5期間產(chǎn)生關(guān)于掃描鏡元件7的偏轉(zhuǎn)位置的和/或另一掃描鏡元件7’的另一偏轉(zhuǎn)位置的位置探測信號，使得時間分辨地根據(jù)探測信號和位置探測信號產(chǎn)生測位信息。測位信息尤其包括關(guān)于對象4與模塊2的距離的距離信息和/或關(guān)于對象4相對于模塊2的取向方向的取向信息和/或關(guān)于在對象4的對象表面上的投影點的位置的位置坐標。模塊2尤其配置用于借助于飛行時間方法(英語：Time-of-Flight，TOF，探測)和/或借助于強度比較分別借助時間分辨的分析處理來對對象測位。

在圖3中示出根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的模塊2。在此示出具有模塊2和底座10的系統(tǒng)，其中，模塊2具有模塊下側(cè)2‘，模塊下側(cè)支承在底座10(支承面)例如桌子上。支承面10在此主要沿平面100延伸。模塊2尤其如此配置，使得在模塊2以模塊下側(cè)2‘支承在支承面10上的情況下輻射面30和主延伸平面100基本上相互平行地布置并且沿垂直于輻射面30的投影方向100在支承面10與輻射面100之間具有輻射距離11。優(yōu)選地，輻射距離11在0.1毫米與10毫米(mm)之間、特別優(yōu)選在0.5毫米與5毫米之間、完全特別優(yōu)選為大約1毫米。

在圖3中示出的實施方式中，光源6、掃描鏡元件7以及光學探測元件9基本上布置在第一模塊平面中而廣角光學器件8布置在第二模塊平面中，其中，第一和第二模塊平面基本上平面平行并且相互間隔開。由此有利地可能的是，提供特別緊湊地設計的模塊2。對此替代地，根據(jù)本發(fā)明可以設置，光源6、掃描鏡元件7、光學探測元件9和廣角光學器件8布置在一個共同的模塊平面中。

在圖4中示出根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的模塊2。在此示出錯位間距12，其中，錯位間距由模塊2的第一位置——在該第一位置上初級射束3由模塊2輻射——延伸直至模塊2的第二位置，在該第二位置上次級信號5由模塊2探測。第一位置例如相應于模塊2的射束輸出區(qū)域，而第二位置例如相應于模塊2的探測區(qū)域，其中，在探測區(qū)域布置有光學探測元件9。根據(jù)本發(fā)明，錯位間距12小于5厘米、優(yōu)選小于2厘米、完全特別優(yōu)選小于1厘米。

在圖5中示出根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的模塊2。在此，模塊2包括光源6和另一光源6’。另一光源6’配置用于產(chǎn)生另一初級射束3’。在此，掃描鏡結(jié)構(gòu)7配置用于產(chǎn)生另一初級射束3’的基本上沿另一輻射面30’的另一掃描運動。在此，測位區(qū)30、30’通過輻射面30和另一輻射面30’形成。另一初級射束3’的另一掃描運動和初級射束3的掃描運動尤其以相同掃描頻率或以不同掃描頻率和/或同步地或異步地實現(xiàn)。廣角光學器件8在此具有鏡面元件8’和另一鏡面元件8”。通過掃描鏡元件7使初級射束3朝鏡面元件8’定向，而另一初級射束3’朝另一鏡面元件8”定向。在此，鏡面元件8’和另一鏡面元件8”如此配置，使得初級射束3在沿輻射面30的掃描運動期間輻射而另一初級射束3’在沿另一輻射面30’的另一掃描運動期間輻射。在此，輻射面30和另一輻射面30’沿投影方向103具有輻射間距13。

如果對象4布置在輻射面30中并且初級射束3與對象4相互作用，則產(chǎn)生次級信號5并且通過光學探測元件9探測該次級信號。如果對象4布置在另一輻射面30’中并且另一初級射束3’與對象4相互作用，則產(chǎn)生另一次級信號5’并且通過光學探測元件9探測該另一次級信號。在一種替代的實施方式中(未示出)，次級信號5通過光源6探測而另一次級信號5’通過另一光源6’探測，尤其如果光源6和另一光源6’是VCSEL。通過使用兩個(平整的和相互平行布置的)輻射面30、30’有利地可能的是，以相對高的精度對對象4測位。

在圖6中示出根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的模塊2。在此示出的實施方式與在圖5中示出的實施方式的區(qū)別在于，光源6和另一光源6’如此定位或布置，使得如此引導初級射束3和另一初級射束3’，使得初級射束3基本上沿輻射面30而另一初級射束3’基本上沿另一輻射面30’輻射，其中，初級射束3和另一初級射束3’從光源6或另一光源6’出發(fā)基本上在相同點上射到掃描鏡結(jié)構(gòu)7上。廣角光學器件8例如構(gòu)造為自由型式。

在圖7中示出根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式的模塊2。在此，模塊2具有掃描鏡結(jié)構(gòu)7、7’以及廣角光學器件8，所述掃描鏡結(jié)構(gòu)具有微機電掃描鏡元件7和另一微機電掃描鏡元件7’。在此，輻射面30和另一輻射面30’布置在相同平面30、30’中，其中，初級射束3的掃描運動基本上沿輻射面30通過掃描鏡元件7產(chǎn)生，而另一初級射束3’的另一掃描運動基本上沿另一輻射面30’通過另一掃描鏡元件7’產(chǎn)生。由此有利地可能的是，實現(xiàn)用于對象4的測位的相對高的角分辨率。

替代地，例如光源6是VCSEL多普勒傳感器，其中，VCSEL多普勒傳感器配置用于產(chǎn)生初級射束3并且用于探測次級信號5。