專利名稱：用于檢測裝置的取向的方法和具有取向檢測器的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測裝置的取向的方法。
本發(fā)明還涉及具有取向檢測器的裝置。
背景技術(shù)：
在許多應(yīng)用領(lǐng)域中，都對相對于加速力如重力的裝置的取向檢測感興趣。這樣的應(yīng)用領(lǐng)域的例子包括航空、計(jì)算、保密和虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用例如博弈。在歐洲專利申請EP1040357中，公開了一種加速傳感器，其能夠充當(dāng)相對于重力場的取向的檢測器。該加速傳感器包括具有腔室的不導(dǎo)電的、非磁性的外殼，在腔室中設(shè)置與線圈耦合的感應(yīng)元件。一旦其中設(shè)有傳感器的裝置的取向發(fā)生變化，則元件的自感應(yīng)發(fā)生變化，該自感應(yīng)能夠借助于線圈進(jìn)行檢測。這種傳感器的缺陷在于它依靠機(jī)械移動的部件進(jìn)行取向檢測，該部件在傳感器的使用期限期間遭受機(jī)械磨損。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)起始段落，本發(fā)明尋求提供一種取向檢測方法，該方法避免或者至少減少機(jī)械磨損。
本發(fā)明還尋求提供具有遭受較少的機(jī)械磨損的取向檢測器的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一方法，提供一種檢測相對于加速力方向的裝置取向的方法，包括提供具有包含第一液體和第二液體的光學(xué)器件的裝置，所述液體是不混溶的，具有不同的折射率和不同的密度，彼此通過界面接觸，并提供包含像素網(wǎng)格的傳感器；在像素網(wǎng)格的子集上檢測由光學(xué)器件捕獲的圖像；和根據(jù)子集在網(wǎng)格上的位置計(jì)算裝置的取向。
該方法基于下述實(shí)現(xiàn)能夠?qū)⒐鈱W(xué)器件如在PCT專利申請WO2003/069380中公開的可變焦距透鏡用作取向檢測器，檢測相對于加速力如重力的方向的裝置的取向。為此目的，將光學(xué)器件中的液體密度選擇成不相同，這使得它們在裝置內(nèi)的取向取決于加速力如重力的方向。由于液體的不同折射率，裝置的取向的變化將導(dǎo)致通過光學(xué)器件的光線軌跡的變化。
有代表性的是，光學(xué)器件后面的圖像傳感器的像素網(wǎng)格僅僅部分暴露給由光學(xué)器件捕獲的圖像，即像素網(wǎng)格大于暴露的面積。通過檢測哪些像素沒有暴露給由光學(xué)器件捕獲的圖像，能夠確定網(wǎng)格上的圖像取向。因?yàn)槿∠蚴侵亓蛘吡硪环N加速力的函數(shù)，所以能夠計(jì)算相對于這樣的力的方向的裝置取向。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種裝置，其包括光學(xué)器件，所述光學(xué)器件包含第一液體和第二液體，所述液體是不混溶的，具有不同的折射率和不同的密度，彼此通過界面接觸；包含像素網(wǎng)格的傳感器；設(shè)置該傳感器以檢測在像素網(wǎng)格的子集上由光學(xué)器件捕獲的圖像；和計(jì)算裝置，從子集在網(wǎng)格上的位置計(jì)算相對于加速力方向的裝置取向。
這一裝置可以是電子裝置如移動電話，用于航空的控制裝置，電子水平儀等，其執(zhí)行本發(fā)明的方法，具有下述優(yōu)點(diǎn)無需機(jī)械移動部件來確定該裝置的取向。
在一種實(shí)施方式中，第一液體是電敏液體。這是慮及利用被施加的電場控制液體的位置。為了使控制容易進(jìn)行，光學(xué)器件還包括和第一液體導(dǎo)電接觸的電極結(jié)構(gòu)，該器件還包括和電極結(jié)構(gòu)耦合的驅(qū)動電路。這具有例如光學(xué)器件也能夠用作變焦透鏡的優(yōu)點(diǎn)。
在另一實(shí)施方式中，第一液體包含油的混合物。因?yàn)橛鸵话慊旌系煤茫⑶胰菀桌镁哂懈鞣N密度的各式各樣的油，其允許第二液體的總密度的精密調(diào)節(jié)，所以這是具有優(yōu)勢的。因?yàn)槿绻鈱W(xué)器件是透鏡，密度的不同會導(dǎo)致包括不期望的較高階象差如彗差和象散的光學(xué)象差，所以這一點(diǎn)是重要的。通過仔細(xì)選擇第一和第二液體的密度，能夠?qū)⒔缑嫒∠虻淖兓瘻p小到主要是一個(gè)傾角，且界面對球面的變形保持很小，從而減小前述較高階的象差。
有利的是，計(jì)算裝置包括用于存儲校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的存儲元件，設(shè)置該計(jì)算裝置，以利用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算取向。在制作時(shí)，通過在預(yù)定取向下執(zhí)行大量的測量，校準(zhǔn)該取向檢測器，并且將校準(zhǔn)結(jié)果存儲在存儲元件中，該存儲元件可以僅僅是查詢表(LUT)。在操作時(shí)，處理裝置將網(wǎng)格上的像素子集的位置和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)相比較，并從該比較結(jié)果計(jì)算取向。
在另一實(shí)施方式中，裝置還包括位于光學(xué)器件前面的光源。這具有該裝置在夜里也能使用的優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)選該光源可以移動，以允許另一光學(xué)器件如變焦透鏡使用。


參考附圖，利用非限制性的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置；和圖2示意性地描述了在圖像傳感器的像素網(wǎng)格上加速力對圖像取向的影響。
具體實(shí)施例方式
應(yīng)該理解的是，附圖僅僅是示意性的，并且不是按照尺寸繪制的。也應(yīng)該理解，在附圖中，利用相同的附圖標(biāo)記表示相同或者相似的部件。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置1。該裝置1可以是電子裝置，如移動電話或者用于航空應(yīng)用或者家用的取向確定儀，其具有置于圖像傳感器20前面的光學(xué)器件10。設(shè)置該圖像傳感器20，以將輸出信號提供給處理器30。光學(xué)器件10包括在內(nèi)壁上具有涂層13的腔室中密封的第一液體A和第二液體B。第一液體A和第二液體B是不混溶的，彼此通過界面14接觸。選擇涂層13，以控制界面14的曲率。例如，液體A可以是疏水性液體如油，液體B可以是親水性液體如鹽水溶液。光學(xué)器件10的腔室內(nèi)壁上的疏水性涂層13(如DuPont公司的AF 1600TM)使內(nèi)壁主要由疏水性液體覆蓋，其迫使界面14呈凸面取向，如圖1所示。涂層13的功能的較廣義的解釋可以在PCT專利申請WO2003/069380中找到。
根據(jù)本發(fā)明，第一液體A和第二液體B具有不同的折射率和不同的密度，以確保當(dāng)改變光學(xué)器件10的取向時(shí)，通過光學(xué)器件的光的軌跡變化。稍后將對這一點(diǎn)進(jìn)行更詳細(xì)的解釋。光學(xué)器件10可以是對取向檢測作出貢獻(xiàn)的無源器件。可選擇地，光學(xué)器件10可以是具有雙重功能的可配置器件，其另一功能是例如變焦透鏡。在這一實(shí)施方式中，光學(xué)器件的液體A、B之一是電敏液體，光學(xué)器件10還包含可以是環(huán)形電極的第一電極11，和可以是壁電極的第二電極12。在這一實(shí)施方式中，裝置1還包括驅(qū)動電路40，設(shè)置處理器30以控制該驅(qū)動電路40，該驅(qū)動電路40提供通過第一電極11和第二電極12的可變電壓，從而控制界面14的形狀，和光學(xué)器件10的光強(qiáng)度。這一原理可以從例如前述PCT申請中得知，不再作進(jìn)一步的解釋。根據(jù)公知技術(shù)，可以利用光闌或者光圈(未示出)和/或透鏡遮光罩或者物鏡遮光罩延伸光學(xué)器件10，以控制通過光學(xué)器件10的光束寬度。
可選擇地，裝置1還包括安裝在支架52上的光源50，以方便在黑暗中的取向測量。光源50可以從支架52移動，而且支架52可以從裝置1移動。
在圖2中解釋了裝置的操作，即在裝置1中執(zhí)行本發(fā)明的方法的方式。在圖2中，僅僅為簡化起見，省略處理器30和光學(xué)驅(qū)動電路40。圖2的左手側(cè)示出了處于第一取向的光學(xué)器件10。通過光學(xué)器件10的光束由虛線束指示。界面14起透鏡的作用，使光束由于界面14的這一特定取向而發(fā)散。顯然，能夠調(diào)節(jié)光學(xué)器件10的特性，以建立會聚光束；如果位于光學(xué)器件10后面的檢測器小于通過光學(xué)器件10的光路的面積，這可能是有利的。在第一取向時(shí)，光束的中心和通過光學(xué)器件10的光軸X一致。在左手側(cè)的圖中，光軸X的取向和如線Y所示的加速力如重力的主方向平行。
盡管能夠想到其它的檢測裝置如離散的傳感器陣列，優(yōu)選在傳感器20的像素網(wǎng)格22上測量通過光學(xué)器件10的光的軌跡。光束覆蓋像素網(wǎng)格22的區(qū)域24。該區(qū)域24覆蓋像素網(wǎng)格22的像素子集。傳感器20的在區(qū)域24之外的像素在第一取向保持未暴露狀態(tài)。
如圖2的右手側(cè)所示，在裝置1的第二取向，裝置1相對于由線Y指示的重力場傾斜。因?yàn)榈谝灰后wA和第二液體B的不同密度，在重力的影響下，界面14相對于光軸X傾斜。從而通過光學(xué)器件10的光線的軌跡發(fā)生變化，即一旦離開光學(xué)器件10，通過光學(xué)器件10的光束的中心不再和光軸X一致，并且和被暴露區(qū)域24相比，傳感器20的像素網(wǎng)格22的被暴露區(qū)域24’發(fā)生移動。換言之，在裝置1的第一取向暴露的像素子集和在裝置1的第二取向中的像素子集不同，其差值是取向的函數(shù)。因此，通過光學(xué)器件10的光線的軌跡包含關(guān)于光學(xué)器件10的取向的信息和其中設(shè)有光學(xué)器件10的裝置1的信息。
根據(jù)本發(fā)明的方法，從測得的軌跡計(jì)算裝置1的取向。在一種實(shí)施方式中，處理器30包括存儲元件(未示出)如查詢表，在其中存儲校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。通過將裝置1放在多個(gè)預(yù)定的取向，并對于每一取向在存儲元件中存儲識別像素的被暴露子集的信息，可以在裝置1裝配期間或者之后產(chǎn)生校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。在操作期間，處理器能夠從存儲元件中的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)推斷裝置1的取向?？蛇x擇地，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)嵌入在硬件中。
在這一點(diǎn)上，要指出的是，從界面14的半球形的偏差產(chǎn)生較高階的象差如彗差。這樣的象差的產(chǎn)生也取決于取向。盡管優(yōu)選將較高階的影響保持得盡可能小，但通過計(jì)算傳感器上的像素22的暴露區(qū)域24的形狀，這些影響的量化能夠包含在裝置1的取向確定中。
要強(qiáng)調(diào)的是，在本發(fā)明的上下文中，詞組“電敏液體”包含導(dǎo)電液體、極性液體和可極化液體，以及對磁場作出響應(yīng)的液體。
應(yīng)該注意的是，上述實(shí)施方式是解釋而不是限制本發(fā)明，在不脫離權(quán)利要求的范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠設(shè)計(jì)許多替換的實(shí)施方式。在權(quán)利要求中，括號之間的參考標(biāo)記將不構(gòu)成對權(quán)利要求的限制。單詞“包含”不排除除權(quán)利要求中列出的元件或者步驟之外的元件或步驟的存在。元件前面的“一個(gè)”不排除多個(gè)這樣的元件的存在。本發(fā)明能夠利用包含幾個(gè)不同元件的硬件執(zhí)行。在列舉幾種裝置的裝置權(quán)利要求中，幾種裝置能夠由同一項(xiàng)的硬件實(shí)現(xiàn)。在互不相同的從屬權(quán)利要求中列舉某些測量方法的事實(shí)并不表示這些測量方法的結(jié)合不能有效使用。
權(quán)利要求
1.一種檢測相對于加速力方向的裝置(1)的取向的方法，包括提供具有包含第一液體(A)和第二液體(B)的光學(xué)器件(10)的裝置(1)，所述液體(A；B)是不混溶的，具有不同的折射率和不同的密度，彼此通過界面(14)接觸；并且提供包含像素網(wǎng)格(22)的傳感器(20)；在像素網(wǎng)格(22)的子集(24，24’)上檢測由光學(xué)器件(10)捕獲的圖像；和根據(jù)子集(24，24’)在網(wǎng)格(22)上的位置計(jì)算裝置(1)的取向。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中加速力是重力。
3.一種裝置(1)，包括光學(xué)器件(10)，其包含第一液體(A)和第二液體(B)，所述液體是不混溶的，具有不同的折射率和不同的密度，彼此通過界面(14)接觸；包含像素網(wǎng)格(22)的傳感器(20)，該傳感器(20)被設(shè)置成檢測在像素網(wǎng)格(22)的子集上(24，24’)由光學(xué)器件(10)捕獲的圖像；和計(jì)算裝置(30)，從子集(24，24’)在網(wǎng)格(22)上的位置計(jì)算裝置(1)相對于加速力方向的取向。
4.權(quán)利要求3所述的裝置(1)，其中第一液體(A)是電敏液體。
5.權(quán)利要求4所述的裝置(1)，其中光學(xué)器件(10)還包含和第一液體(A)導(dǎo)電接觸的電極結(jié)構(gòu)(11，12)，并且裝置(1)還包含和電極結(jié)構(gòu)(11，12)耦合的驅(qū)動電路(40)。
6.權(quán)利要求3-5中任何一個(gè)所述的裝置(1)，其中第二液體(B)包含油的混合物。
7.權(quán)利要求3-6中任何一個(gè)所述的裝置(1)，其中計(jì)算裝置包括用于存儲校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的存儲元件，該計(jì)算裝置被設(shè)置成利用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算取向。
8.權(quán)利要求3-7中任何一個(gè)所述的裝置(1)，還包括位于光學(xué)器件(10)前面的光源(50)。
9.權(quán)利要求8所述的裝置(1)，其中光源(50)是可移動的。
10.權(quán)利要求3所述的裝置，其中加速力是重力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種檢測相對于加速力方向的裝置(1)的取向的方法和一種裝置(1)，該裝置(1)包括光學(xué)器件(10)，其包含第一液體(A)和第二液體(B)，所述液體是不混溶的，具有不同的折射率和不同的密度，彼此通過界面(14)接觸；包含像素網(wǎng)格(22)的傳感器(20)，該傳感器(20)被設(shè)置成檢測在像素網(wǎng)格(22)的子集上(24，24’)由光學(xué)器件(10)捕獲的圖像；和計(jì)算裝置(30)，從子集(24，24’)在網(wǎng)格(22)上的位置計(jì)算裝置(1)相對于加速力方向的取向。因此，能夠在沒有機(jī)械移動部件的情況下，獲得裝置(1)相對于加速力如重力的方向的取向。
文檔編號G02B26/02GK1910427SQ200580002513
公開日2007年2月7日 申請日期2005年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月15日
發(fā)明者B·H·W·亨德里克斯, S·凱帕 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司