專利名稱：通過分割的超低輪廓的光學(xué)手指導(dǎo)航照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及光學(xué)系統(tǒng)。具體而言，涉及光學(xué)導(dǎo)航設(shè)備。
背景技術(shù)：
諸如蜂窩電話和智能電話之類的一些電子設(shè)備具有相當(dāng)復(fù)雜的菜單或圖形用戶界面。為了通過這些菜單進(jìn)行導(dǎo)航，用戶可以在導(dǎo)航器上方移動其手指，這會使與該菜單相關(guān)聯(lián)的圖標(biāo)發(fā)生移動。隨著電子設(shè)備的小型化，導(dǎo)航器也必須變小，以不會限制電子設(shè)備的尺寸。光學(xué)手指導(dǎo)航(OFN)系統(tǒng)往往包含在上述電子設(shè)備中。OFN系統(tǒng)通常包括照亮目標(biāo)區(qū)域的照明系統(tǒng)和當(dāng)用戶手指與該目標(biāo)區(qū)域接觸時接收用戶手指圖像的光學(xué)成像系統(tǒng)。在光學(xué)成像系統(tǒng)處所接收到的圖像可接著被轉(zhuǎn)變成電信號，該電信號用來操控被電子設(shè)備顯示的物體。該照明系統(tǒng)具有數(shù)個能夠發(fā)生變化以實現(xiàn)優(yōu)越手指追蹤性能的參數(shù)。第一個參數(shù)是照亮目標(biāo)區(qū)域的束斑的尺寸——該束斑越大，潛在能由成像系統(tǒng)獲得的傳感器的圖像數(shù)據(jù)越多。第二個參數(shù)是入射在目標(biāo)區(qū)域附近的物體上的光線的角展度(angular spread)大小——當(dāng)最小化該角展度的量時，可實現(xiàn)更精確的追蹤性能。第三個參數(shù)是落到目標(biāo)區(qū)域上的光功率(照射度)大小——如果落到目標(biāo)區(qū)域上的照射度足夠充分，則能夠?qū)崿F(xiàn)更好的圖像和更精確的追蹤。用于操控和最大化這些照明系統(tǒng)參數(shù)以實現(xiàn)質(zhì)量追蹤性能的現(xiàn)有方案之一是利用將來自裸LED管芯(LED die)的光收集、擴(kuò)展、定向(準(zhǔn)直)到目標(biāo)區(qū)域上的光管。用于對這些照明系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行操控并使其最大化以實現(xiàn)質(zhì)量追蹤性能的另一現(xiàn)有方案是利用封裝型LED (通常具有諸如反射杯和圓頂之類的集成收集光學(xué)系統(tǒng))，并接著經(jīng)由反射鏡和光管等將由該封裝型LED發(fā)射的光重新定向到目標(biāo)區(qū)域上。上述這兩種現(xiàn)有方案的最大缺陷便是它們需要寶貴的空間來實現(xiàn)質(zhì)量追蹤性能。具體而言，這兩種方案通常都要求在約2_至約4_的范圍內(nèi)的垂直空間(厚度)。隨著對小型化電子設(shè)備和小型化OFN系統(tǒng)的需求，也需要重新考慮OFN系統(tǒng)中所使用的現(xiàn)有照明系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面涉及一種用于光學(xué)手指導(dǎo)航(OFN)系統(tǒng)的照明系統(tǒng)。該照明系統(tǒng)包括光源以及光分割光學(xué)系統(tǒng)。該光分割光學(xué)系統(tǒng)定位在光源與目標(biāo)區(qū)域之間并包括一個或多個光學(xué)元件，該光學(xué)元件被構(gòu)造為將由光源發(fā)射的光至少分割成第一光段和第二光段，使得第一光段沿第一光路從光源傳播到目標(biāo)區(qū)域并且第二光段沿第二光路從光源傳播到目標(biāo)區(qū)域。其中，第一光路和第二光路不同，并且第一光段遇到光分割光學(xué)系統(tǒng)中的第二 光段未遇到的至少一個光學(xué)元件。本發(fā)明的另一方面涉及一種光學(xué)傳感器組件，包括罩，該罩包括具有頂部主表面和相對的底部主表面的升高部分，其中頂部主表面包括用戶交互區(qū)域，用戶交互區(qū)域具有用于設(shè)置在其中的光的共同目的地的；光源，其安裝在由所述罩界定的腔內(nèi)并被構(gòu)造為朝所述共同目的地發(fā)射光；以及光分割光學(xué)系統(tǒng)，該光分割光學(xué)系統(tǒng)定位在光源與共同目的地之間并包括一個或多個光學(xué)元件，光學(xué)元件被構(gòu)造為將由光源發(fā)射的光至少分割成第一光段和第二光段，使得第一光段沿第一光路從光源傳播到共同目的地并且第二光段沿第二光路從光源傳播到共同目的地。其中，第一光路和第二光路不同，第一光段遇到光分割光學(xué)系統(tǒng)中的至少一個光學(xué)元件，并且其中第二光段從光源直接傳播到罩的底部主表面。本發(fā)明的另一方面涉及一種操縱由光源朝向光學(xué)手指導(dǎo)航(OFN)系統(tǒng)中的目標(biāo)區(qū)域發(fā)射的光的方法。該方法包括在光分割光學(xué)系統(tǒng)處接收由光源發(fā)射的光；將在光分割光學(xué)系統(tǒng)處接收的光分離成第一光段和第二光段；使得第一光段能夠在去往目標(biāo)區(qū)域的途中沿第一光路傳播；使得第二光段能夠在去往目標(biāo)區(qū)域的途中沿不同于第一光路的第二光路傳播；以及使第一光段和第二光段照射目標(biāo)區(qū)域的不同部位。


結(jié)合附圖來描述本發(fā)明。圖I是根據(jù)本發(fā)明實施例的用戶設(shè)備的正視圖。圖2A是根據(jù)本發(fā)明實施例的光學(xué)傳感器的剖面立體圖。圖2B是圖2A中所示出的立體圖的放大圖。圖3A是根據(jù)本發(fā)明實施例的光學(xué)傳感器組件中的構(gòu)件的剖面正視圖。圖3B是圖3A中所示出的正視圖的放大圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的照明系統(tǒng)的剖面構(gòu)件圖。圖5是示出操作根據(jù)本發(fā)明實施例的光學(xué)傳感器組件的方法的流程圖。
具體實施例方式隨后的描述僅提供了實施例，并不意在限制權(quán)利要求的范圍、適用性或構(gòu)造。相反，隨后的描述將為本領(lǐng)域技術(shù)人員提供實施所述實施例的描述。應(yīng)理解，可以在不脫離所附權(quán)利要求的本質(zhì)和范圍的情況下對元件的功能和配置作出各種更換。圖I示出了用戶設(shè)備100的示例性實施例。用戶設(shè)備100可以包括顯示屏104、觸摸輸入部108和小鍵盤輸入部112。顯示屏104、觸摸輸入部108和小鍵盤輸入部112可以被統(tǒng)稱為用戶設(shè)備100的用戶界面。用戶設(shè)備100的用戶界面可以包括除用于控制用戶設(shè)備100的其它各種操作的小鍵盤以外的其它構(gòu)件，如麥克風(fēng)(用于接收音頻用戶輸入)、揚聲器(用于提供音頻用戶輸出)、照相機(jī)(用于捕獲圖像輸入)和按鈕等。在一些實施例中，顯示屏104僅僅是用戶輸出部，這意為顯示屏104未被構(gòu)造為接收用戶輸入。在一些實施例中，顯示屏104可以包括觸摸板或類似的雙重用戶輸入/輸出設(shè)備。在這樣的實施例中，可以通過下述事實將觸摸輸入部108或其構(gòu)件包含在用戶輸出部104中顯示屏104也被構(gòu)造為檢測具有觸摸和/或圖像數(shù)據(jù)形式的用戶輸入并將該觸摸或圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成用于由用戶設(shè)備100處理的電信號。如果顯示屏104被構(gòu)造為觸摸屏輸入部，那么可能不必為用戶設(shè)備100提供單獨的觸摸輸入108。觸摸輸入部108可包括能夠由用戶手指、拇指和/或手部操縱的輸入設(shè)備。此外，或另外，觸摸輸入部108可由觸筆及其類似物操縱。在一些實施例中，觸摸輸入部108是包括光學(xué)傳感器組件的、基于光學(xué)的用戶輸入部。用戶能夠利用觸摸輸入部108來在顯示屏104上移動物體、光標(biāo)、選擇工具或指針等。因此，觸摸輸入部108為用戶提供了一種與用戶設(shè)備100接口的選擇。在一些實施例中，用戶手指與觸摸輸入部108接合并將用戶手指橫跨觸摸輸入部108的x-y運動轉(zhuǎn)變?yōu)棣?y輸入數(shù)據(jù)。該χ-y輸入數(shù)據(jù)可被用來在顯示屏104各處操縱物體、光標(biāo)、選擇工具或指針等。小鍵盤112提供了用于在用戶設(shè)備100處接收用戶輸入的另一機(jī)構(gòu)。小鍵盤112可與以任何類型的構(gòu)造所提供的任何按鈕或按鈕集合對應(yīng)。例如，小鍵盤112可與QWERTY鍵盤、其派生物、或用于QWERTY鍵盤的替代物(例如，QWERTY鍵盤的移動版本、字母順序的鍵盤或用于特定語言的任何鍵盤)對應(yīng)。作為另一示例，小鍵盤112可被構(gòu)造為具有與數(shù)字0-9對應(yīng)的按鈕、“#”鍵和鍵的撥號盤。作為另一示例，小鍵盤112可被構(gòu)造為具有與數(shù)字0-9對應(yīng)的按鈕和用于執(zhí)行數(shù)學(xué)運算的一個或多個鍵的計算器輸入部。也可以根據(jù)本發(fā)明的實施例來實施上述小鍵盤112構(gòu)造的組合。在一些實施例中，用戶設(shè)備100與移動通信設(shè)備對應(yīng)；具體而言，用戶設(shè)備100可與蜂窩式電話、移動電話或智能電話等對應(yīng)。其它類型的合適用戶設(shè)備100包括，但不限于計算機(jī)、膝上型計算機(jī)、上網(wǎng)本、電話或具有電子通信信道(例如，文本電話(TextTelephone, TTY)的打字機(jī)等?，F(xiàn)在參考圖2A及圖2B，將根據(jù)本發(fā)明的實施例來描述可包含在觸摸輸入部108中的光學(xué)傳感器組件200的一些構(gòu)件。光學(xué)傳感器組件200可以包括許多構(gòu)件，這些構(gòu)件包括，但不限于罩204、支架212、光源216和安裝基底220。應(yīng)理解，可以在不脫離本發(fā)明保護(hù)范圍的情況下將傳感器組件200的兩個及以上的個別構(gòu)件結(jié)合成一個構(gòu)件。罩204可以包括用戶交互區(qū)域208，其中用戶交互區(qū)域208為用戶設(shè)備100的用戶提供了與光學(xué)傳感器組件200互動的表面。罩204可包括升高部分(elevatedportion) 224，其中該升高部分224承擔(dān)著在其頂部主表面288上提供用戶交互區(qū)域208以及建立容納光學(xué)傳感器組件200的其它構(gòu)件的腔的雙重目的。具體而言，升高部分224可具有頂部主表面228，其中該頂部主表面228至少部分地包括用戶交互區(qū)域208，然而升高部分224的底部主表面232面向光學(xué)傳感器組件200的內(nèi)部構(gòu)件。在一些實施例中，頂部主表面228與底部主表面232相對。在一些實施例中，用戶交互區(qū)域208包括塑料和/或玻璃制成的窗口，其將頂部主表面228物理地連接到底部主表面232。被用作用戶交互區(qū)域208的材料應(yīng)被構(gòu)造為使由包含在罩204的腔內(nèi)的光源216所產(chǎn)生的至少一些光能夠從底部主表面232到達(dá)頂部主表面228。被選作罩204的用戶交互區(qū)域208的材料應(yīng)該對于由用戶在頂部主表面228處所施加的正常壓力下的變形具有足夠強度和抗性，而且可至少部分地發(fā)生透射。具體而言，用戶交互區(qū)域208可以被構(gòu)造為使從光源216發(fā)出的光能夠到達(dá)頂部主表面228，以及使從頂部主表面228附近的物體上反射的光能夠重新進(jìn)入到罩204中。應(yīng)理解，術(shù)語“光”可包含可見和/或不可見光譜中的光。另外，光在不脫離本發(fā)明保護(hù)范圍的情況下可以是相干光(即，激光)或不相干光。光源216和支架212可以安裝在罩204的腔內(nèi)的基底220上。在一些實施例中，基底220與印刷電路板(PCB)或柔性芯片對應(yīng)，其中印刷電路板和柔性芯片都為光源216、提供了安裝表面和用于向光源216提供電流以使光源216通電的機(jī)構(gòu)。在一些實施例中，基底220僅對應(yīng)于為光源216和支架212提供結(jié)構(gòu)支持的塑料和/或金屬件。基底220也可被構(gòu)造為具有沿具體固定取向彼此相對安裝的光源216和支架212，其中當(dāng)由光源216所產(chǎn)生的光向用戶交互區(qū)域208傳播時，該固定取向便于對光進(jìn)行分離。在一些實施例中，光源216與被安裝到基底220的裸LED對應(yīng)。該裸LED可被構(gòu)造為從頂部發(fā)光表面236發(fā)射不相干光。它也可以單獨使用側(cè)發(fā)射LED或與被構(gòu)造為從頂部發(fā)光表面236發(fā)射不相干光的LED組合使用。通過提供裸LED作為光源216，與現(xiàn)有技術(shù)中采用封裝LED (該封裝LED被包含在其中具有光學(xué)元件的大型LED中)的光學(xué)傳感器組件相比，可以大大減少光學(xué)傳感器組件200的整體厚度。裸LED光源216不需要任何光學(xué)構(gòu)件來聚焦或定向由頂部發(fā)光表面236發(fā)射的光。盡管利用傳統(tǒng)光源216示出并描述了的本發(fā)明的實施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明的實施例可以配備任何類型的光源216，包括在不要求大量垂直空間的情況下提供一級光操控的任何類型的小型化LED封裝。例如，如果能夠獲得在本文所討論的垂直空間要求下使用的封裝LED，則該封裝型LED將會是合適的光源216。相反，支架212和/或罩204的底部主表面232可被構(gòu)造為具有將光朝向用戶交互區(qū)域208定向的一個或多個光學(xué)元件。在一些實施例中，包括在支架212和/或罩204中的光學(xué)元件可以僅包括反射表面，其中這些反射表面被策略性地布置，以將由光源216發(fā)射的光分割為多個段，并且使多個段的每一者沿不同的光路向用戶交互區(qū)域208傳播?？蛇x的或另外，包括在支架212和/或罩204中的光學(xué)元件可以包括棱鏡、反射鏡、透鏡或其組合中的一個或多個。在一些實施例中，支架212與通過機(jī)械加工、注射成型或類似的工藝所形成的塑料件相對應(yīng)。罩204也可通過類似的制造工藝來形成。接合在支架212和/或罩204中的光學(xué)元件可通過在上述構(gòu)件的部分上施加反射涂層來實現(xiàn)。在一些實施例中，反射涂層可通過任何類型的沉積處理來涂布。光學(xué)傳感器組件200有利地避免了對當(dāng)光從光源216向用戶交互區(qū)域208傳播時利用光管來控制光的需求。通過避免對光管的需求，本發(fā)明的實施例實現(xiàn)了具有極其低的輪廓的光學(xué)傳感器組件200。在裸LED光源216與不要求使用光管的支架212和/或罩204結(jié)合使用的實施例中，與現(xiàn)有技術(shù)中不能實現(xiàn)小于約2. 5mm厚度的光學(xué)傳感器組件相比，光學(xué)傳感器組件200的整體厚度(即，從頂部主表面228到基底220的底面測量的垂直高度)能夠保持為約1mm。但是，支架212和/或罩204中的光學(xué)元件的策略性定位仍然能夠使得在用戶交互區(qū)域208處實現(xiàn)高質(zhì)量的束斑尺寸和束均勻度。
光學(xué)傳感器組件200的各種構(gòu)件可通過任何數(shù)目的公知制造技術(shù)來制造。作為一個示例，一些或全部構(gòu)件可由單件材料加工而成。作為另一示例，一些或全部構(gòu)件可通過注射成型工藝來形成。作為另一示例，一些或全部構(gòu)件可包括通過粘合劑、外部連接機(jī)構(gòu)或壓接特征等彼此連接的多個部件。也可使用上述制造技術(shù)的組合來制造光學(xué)傳感器組件200的各種構(gòu)件。在一些實施例中，支架212可通過注射成型工藝來形成，然而罩204可由多個部件構(gòu)成(例如，罩204的一部分可通過注射成型來形成，然而其它部分如罩204的窗口可被單獨制造并被連接到罩204的注射成型部分)。可以在不脫離本發(fā)明保護(hù)范圍的情況下采用其它任何合適的制造技術(shù)。
盡管未不出，但是光學(xué)傳感器組件200也可包括被安裝到基底200的光學(xué)傳感器。在一些實施例中，光學(xué)傳感器可以包括光電二極管、多個光電二極管或光電二極管陣列等。光源216可被構(gòu)造為使光向上穿過罩204到達(dá)頂部主表面228，在此處，光能夠被位于用戶交互區(qū)域208中的物體(例如，手指，手部、觸筆等等)反射。被反射的光可接著向后傳播穿過罩204，穿過支架212直至其最終到達(dá)光學(xué)傳感器。在傳感器206處所接收到的光可被轉(zhuǎn)換成電信號并且被處理，以確定與罩204的頂部主表面228接口的物體的運動。所確定的物體運動可接著被轉(zhuǎn)變成x-y運動輸入或其它一些計算機(jī)指令以控制用戶設(shè)備100的顯示屏104上的一個或多個物體。
Lee等人所著的美國專利申請No. 13/009, 699中描述了包括光學(xué)傳感器的成像系統(tǒng)的附加細(xì)節(jié)，在此通過引用將其全部內(nèi)容結(jié)合在本說明書中。圖3A及圖3B示出了可包含在支架212和/或罩204中以在頂部主表面228處實現(xiàn)具有足夠尺寸并均勻的光束的光學(xué)元件的其它細(xì)節(jié)。具體而言，由光源216發(fā)射的光可被引向目標(biāo)區(qū)域304。目標(biāo)區(qū)域304的尺寸可小于整個用戶交互區(qū)域208的面積。但是，目標(biāo)區(qū)域304的尺寸可大于用戶手指壓向頂部主表面228時用戶手指的平均面積。例如，目標(biāo)區(qū)域304可被構(gòu)造為具有在約Imm與2mm之間范圍內(nèi)的面積。在一些實施例中，包括第一光學(xué)元件308、第二光學(xué)元件312和第三光學(xué)元件316的多個光學(xué)元件被放置在罩204的腔內(nèi)。在一些實施例中，光學(xué)元件308、312、316的一些被放置在支架212中，然而其它光學(xué)元件被放置在罩204中。但是，也可以將全部光學(xué)元件放置在支架212中或罩204中。也可為其中具有光學(xué)元件308、312、316的一個或多個的光學(xué)傳感器組件200提供額外的構(gòu)件。光學(xué)元件的每一者可被用來使由光源216發(fā)射的光的至少一部分重新定向。光學(xué)元件308、312、316也可相對彼此定位，使得將光源216所發(fā)射的光分離為兩個、三個、四個、五個或更多不同的段，并且各個不同的段經(jīng)由不同的光路到達(dá)目標(biāo)區(qū)域304。在一些實施例中，被用來將光從光源216定向到目標(biāo)區(qū)域306的光學(xué)元件308、312和/或316可以是支架212和/或罩204的整體部分。換言之，支架212和/或罩204可以以包括光學(xué)元件308、312、316的方式形成。在支架212由塑料材料形成的實施例中，可期望利用反射材料來覆蓋支架212的一部分。同樣地，當(dāng)升高部分224由塑料構(gòu)成時，可以利用反射材料涂覆升高部分224的一部分。在一些實施例中，可以將反射材料、金屬合金或類似的反射材料沉積在支架212和/或罩204的所選區(qū)域上，以產(chǎn)生光學(xué)元件308、312和/或316。可被添加到支架212和/或罩204以產(chǎn)生光學(xué)元件308、312和/或316的適合材料的示例包括，但不限于Al、Au、Ag、Ni、W、Pi和/或Pt。反射材料可通過無電電鍍或電鍍技術(shù)沉積在支架212和/或罩204上。在本文所示出和描述的非限制性實施例中，第一和第三光學(xué)元件308和316可分別被集成到支架212，然而第二光學(xué)元件312被集成到罩204。更具體而言，第一光學(xué)元件308可被構(gòu)造為使由光源206沿總體向上的方向所發(fā)射的光重新定向為與其原來傳播方向大致平行或正交。另外，由第一光學(xué)元件308重新定向的光可傳播通過罩204的腔而到達(dá)目標(biāo)區(qū)域304，并且避開第二和第三光學(xué)元件312和316。第二光學(xué)元件312可被構(gòu)造為使從光源216發(fā)出的光重新定向為沿總體向下的方向朝第三光學(xué)兀件316。在一些實施例中，第二光學(xué)元件312被構(gòu)造為升高部分224的較厚并傾斜的部位。第三光學(xué)元件316可接著被構(gòu)造為使從第二光學(xué)元件312所接收的光重新定向為再次沿總體向上的方向朝目標(biāo)區(qū)域 304。此外，光學(xué)元件308、312、316可被彼此間隔地放置，以允許由光源216發(fā)射的光的至少一部分避開光學(xué)元件308、312、316并且直接朝向目標(biāo)區(qū)域304傳播(但是穿過了升高部分224的材料，其中升高部分224可充當(dāng)使從底部主表面232向頂部主表面228傳播的光發(fā)生折射的光學(xué)元件)。
在一些實施例中，光從光源216到目標(biāo)區(qū)域304沿X-方向(即，平行于頂部主表面228并在紙張平面內(nèi))傳播的距離可大于光沿Z-方向(即，垂直于頂部主表面228并在紙張平面內(nèi))傳播的距離。在一些實施例中，從光源216向目標(biāo)區(qū)域304傳播的光沿X方向比沿z方向可多傳播約2至3倍的距離。這有助于減少光學(xué)傳感器組件200沿z方向的厚度，從而增加其期望值。作為一個非限制性示例，光源216與目標(biāo)區(qū)域304之間沿X方向的距離可在約2mm至3mm的范圍內(nèi)，然而光源216與目標(biāo)區(qū)域304之間沿z方向的距離可約為1mm。但是應(yīng)理解，可根據(jù)各種設(shè)計約束條件來調(diào)節(jié)光源216與目標(biāo)區(qū)域304之間的不同距離和相對取向。應(yīng)理解，可以改變光學(xué)元件308、312和/或316的特性來實現(xiàn)任何類型的光分割。此外，可以在不脫離本發(fā)明保護(hù)范圍的情況下使用更多或更少的光學(xué)元件，用以對由光源216發(fā)射的光進(jìn)行分割。作為一個示例，用作升高部分224的材料可被構(gòu)造為當(dāng)光經(jīng)過其中時使光發(fā)生彎曲或折射。因此，升高部分224本身可被視作光學(xué)元件。作為另一示例，第一和第三光學(xué)元件308和316被示為至少具有一定曲率，然而第二光學(xué)元件312被示為大致平坦的反射表面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可以利用曲面的、平面的、折疊的或彎曲的特征的任何組合來構(gòu)造光學(xué)元件308、312和/或316。作為非限制性示例，除了對于第一光學(xué)元件308使用彎曲的反射表面之外，可以使用一系列相對于彼此具有大致成曲面或成角度關(guān)系的平面部分來代替使用真正曲面的反射表面。如上所述，可以使用棱鏡、反射鏡、透鏡和其它公知光學(xué)元件的任何組合來實現(xiàn)本文所描述的期望光學(xué)特性?，F(xiàn)在參考圖4，將根據(jù)本發(fā)明的至少一些實施例來描述對由光源216發(fā)射的光進(jìn)行分割的其它細(xì)節(jié)。圖4示出了光源216、目標(biāo)區(qū)域304和光分割光學(xué)系統(tǒng)404的簡化版本，其中光源216、目標(biāo)區(qū)域304和光分割光學(xué)系統(tǒng)404被設(shè)置為當(dāng)光從光源216向目標(biāo)區(qū)域304傳播時對光進(jìn)行分割。在一些實施例中，光分割光學(xué)系統(tǒng)404類似或等同于光學(xué)兀件308、312和316。但是，光分割光學(xué)系統(tǒng)404已經(jīng)被單獨示出，以強調(diào)光學(xué)元件308、312、316可放置在光學(xué)傳感器組件200中的任何構(gòu)件中，以及光學(xué)元件308、312、316可被放置為光學(xué)傳感器組件200的單獨構(gòu)件。另外，圖4示出了從光源216向目標(biāo)區(qū)域304傳播的多個光段408a、408b和408c的簡化圖。在一些實施例中，由光源216發(fā)射的光被分離為的段數(shù)等于光分割光學(xué)系統(tǒng)404中光學(xué)元件的數(shù)目。在所示出的實施例中，第一光段408a在未被重新定向的情況下經(jīng)過光分割光學(xué)系統(tǒng)404，并且到達(dá)底部主表面232，其中在底部主表面232處，其朝向目標(biāo)區(qū)域304折射。第二光段408b在到達(dá)底部主表面232之前遇到光分割光學(xué)系統(tǒng)404中的一個或多個元件。盡管圖4示出了第二光段408b被光分割光學(xué)系統(tǒng)404中的兩個元件反射，但是也可以使第二光段408b在到達(dá)底部主表面232之前只遇到光分割光學(xué)系統(tǒng)404中的一個元件，并且使第二 光段408b重新定向的方式不必與反射或一系列反射相對應(yīng)，而可以與折射、一系列折射或折射和反射的結(jié)合相對應(yīng)。類似于第二光段408b，第三光段408c可在到達(dá)底部主表面232之前遇到光分割光學(xué)系統(tǒng)404中的一個或多個元件。但是，第三光段408c沿與第二光段408b不同的光路傳播，這意味著第三光段408c相比于第一和第二光段408a和408b所遇到的元件分別遇到了光分割光學(xué)系統(tǒng)404中的至少一個不同的元件。根據(jù)本發(fā)明的至少一些實施例，通過以下事實來定義不同的光段除了未遇到光分割光學(xué)系統(tǒng)404中的任何元件的光段以外，當(dāng)兩個光段從光源216向目標(biāo)區(qū)域304(與目標(biāo)區(qū)域304對應(yīng)的底部主表面232上的區(qū)域)傳播時，該不同的光段遇到了至少一個其他光段未曾遇到的光分割光學(xué)系統(tǒng)404中的至少一個元件。因為不同的光段408a、408b、408c分別沿不同的光路傳播，并且遇到光分割光學(xué)系統(tǒng)404中的不同元件，所以如果真的發(fā)生這種情況的話，不同的光段408a、408b、408c分別會到達(dá)目標(biāo)區(qū)域304的不同部位。更具體而言，各個光段408a、408b、408c在目標(biāo)區(qū)域304處具有不同的照射輪廓，但是來自各個光段408a、408b、408c的不同照射輪廓的總和/或結(jié)合會導(dǎo)致目標(biāo)區(qū)域304的完全照射。同樣，光分割光學(xué)系統(tǒng)404被構(gòu)造為確保不同的光段408a、408b、408c以大約相同或在可容許的范圍內(nèi)的入射角到達(dá)目標(biāo)區(qū)域304。盡管一個光段到相鄰光段在目標(biāo)區(qū)域304和/或底部主表面232處的入射角確實并不完全相同，但是光分割光學(xué)系統(tǒng)404被構(gòu)造為確保入射角之差足夠小到能夠在目標(biāo)區(qū)域304處實現(xiàn)良好的物體追蹤性能。因此，由光源216發(fā)射的光通過光分割光學(xué)系統(tǒng)404分割。各段408a、408b、408c沿光源216與目標(biāo)區(qū)域304之間的不同光路傳播。在一些實施例中，第一光段408a可從光源216直接向目標(biāo)區(qū)域304傳播，從而導(dǎo)致通過第一光段408a直接對目標(biāo)區(qū)域304進(jìn)行照明。其它光段可以在到達(dá)目標(biāo)區(qū)域304之前被光分割光學(xué)系統(tǒng)404反射和/或折射。將從光源216輸出的光分割為束斑的段能夠使得更好地控制由升高部分224的高度所界定的有限垂直空間內(nèi)的光輸出。當(dāng)由光源216發(fā)射的大部分光被捕獲并重新定向到目標(biāo)區(qū)域304時，該分割方法也提高了光學(xué)傳感器組件200的效率。各光段408a、408b、408c的組合效果是在目標(biāo)區(qū)域304處較大且相對均勻的束斑。該束斑可以呈圓形、橢圓形、正方形或矩形形狀。在小于約2mm的垂直高度內(nèi)也實現(xiàn)了該束斑。換言之，本發(fā)明的實施例使得在緊湊的垂直空間約束條件下操縱或調(diào)節(jié)目標(biāo)區(qū)域304處的光束斑的機(jī)構(gòu)成為可能?，F(xiàn)在參考圖5，將根據(jù)本發(fā)明的至少一些實施例來描述使用用戶設(shè)備100中的光學(xué)傳感器組件200的方法。該方法開始于在光源216處產(chǎn)生光并且從光源216的光發(fā)射表面發(fā)射出光時(步驟504)。該光可由(裸的或封裝的)LED、非陣列的多個LED或容納在罩204內(nèi)的(裸的或封裝的)LED陣列發(fā)射。由光源216發(fā)射的光接著被分離成多個段(步驟508)，并且在所分離的段向其共同目的地傳播時其被沿不同的光路定向(步驟512)。在一些實施例中，光分割光學(xué)系統(tǒng)404被用來分割由光源216發(fā)射的光。同樣，特定光段的光路由該特定光段所遇到的光定向(light-directing)元件界定。因此，不同的光段將由該光段所遇到的光學(xué)元件界定。作為示例，一個光段可沿光源216-光學(xué)元件A-光學(xué)元件B-光學(xué)元件C-共同目的地的光路傳播。第二光段可沿光源216-光學(xué)元件B-光學(xué)元件D-共同目的地的光路傳播。第三光段可沿光源216-光學(xué)元件C-共同目的地的光路傳播。第四光段可沿光源216-共同目的地的光路傳播。因此，當(dāng)在共同目的地處接收到不同的光段(步驟516)時，該方法繼續(xù)，其中該共同目的地可對應(yīng)于目標(biāo)區(qū)域304或底部主表面232上的與目標(biāo)區(qū)域304對應(yīng)的區(qū)域。盡管未示出，但是操作光學(xué)傳感器組件200的附加步驟可包括接收被共同目的地附近的物體所反射的光，將該光轉(zhuǎn)變成電信號，并接著使用該電信號來控制用戶設(shè)備100的運行。本說明書中給出了具體的細(xì)節(jié)，以便徹底地理解實施例。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，這些實施例可以不具有這些具體細(xì)節(jié)。例如，為了不使實施例的不必要細(xì)節(jié)模糊不清，可以框圖的形式示出電路。又如，為了避免使實施例模糊不清，可以在不具備不必要細(xì)節(jié)的情況下示出公知的電路、處理、算法、結(jié)構(gòu)和技術(shù)。盡管本文詳細(xì)描述了本發(fā)明的示例性實施例，但是應(yīng)理解，可以不同的方式另外包含并采用該發(fā)明概念，并且所附權(quán)利要求書意在包括除現(xiàn)有技術(shù)所限制以外的這些變化。權(quán)利要求
1.一種用于光學(xué)手指導(dǎo)航(OFN)系統(tǒng)的照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包括 光源；以及 光分割光學(xué)系統(tǒng)，所述光分割光學(xué)系統(tǒng)定位在所述光源與目標(biāo)區(qū)域之間，所述光分割光學(xué)系統(tǒng)包括ー個或多個光學(xué)元件，所述光學(xué)元件被構(gòu)造為將由所述光源發(fā)射的光至少分割成第一光段和第二光段，使得所述第一光段沿第一光路從所述光源傳播到所述目標(biāo)區(qū)域并且所述第二光段沿第二光路從所述光源傳播到所述目標(biāo)區(qū)域，其中所述第一光路和所述第二光路不同，并且其中所述第一光段遇到所述光分割光學(xué)系統(tǒng)中的所述第二光段未遇到的至少ー個光學(xué)元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述第二光段未遇到所述光分割光學(xué)系統(tǒng)中的任何光學(xué)元件，并且其中所述第一光段被所述光分割光學(xué)系統(tǒng)中的至少ー個光學(xué)元件反射。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng),其中所述光源基本上由裸LED構(gòu)成，并且其中所述光分割光學(xué)系統(tǒng)不包括光管。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述第一光段和所述第二光段均以大致相同的入射角到達(dá)所述目標(biāo)區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述光源與所述目標(biāo)區(qū)域之間的垂直距離小于所述光源與所述目標(biāo)區(qū)域之間的水平距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述光分割光學(xué)系統(tǒng)包括兩個以上的反射表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述兩個以上的反射表面的至少ー者為曲面。
8.ー種光學(xué)傳感器組件，包括 罩，所述罩包括升高部分，所述升高部分具有頂部主表面和相対的底部主表面，其中所述頂部主表面包括用戶交互區(qū)域，所述用戶交互區(qū)域具有用于設(shè)置在其中的光的共同目的地的； 光源，所述光源安裝在由所述罩界定的腔內(nèi)，所述光源被構(gòu)造為朝所述共同目的地發(fā)射光；以及 光分割光學(xué)系統(tǒng)，所述光分割光學(xué)系統(tǒng)定位在所述光源與所述共同目的地之間，所述光分割光學(xué)系統(tǒng)包括ー個或多個光學(xué)元件，所述光學(xué)元件被構(gòu)造為將由所述光源發(fā)射的光至少分割成第一光段和第二光段，使得所述第一光段沿第一光路從所述光源傳播到所述共同目的地并且所述第二光段沿第二光路從所述光源傳播到所述共同目的地，其中所述第一光路和所述第二光路不同，其中所述第一光段遇到所述光分割光學(xué)系統(tǒng)中的至少ー個光學(xué)元件，并且其中所述第二光段從所述光源直接傳播到所述罩的所述底部主表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的組件，還包括 基底，所述基底被構(gòu)造為具有被安裝到其上的所述光源；以及 支架，所述支架被安裝到所述基底，其中所述支架包括所述ー個或多個光學(xué)元件的第一光學(xué)兀件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的組件，其中所述光分割光學(xué)系統(tǒng)被集成到所述支架和所述罩中的至少ー者。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的組件，其中所述支架包括塑料材料，所述塑料材料具有被涂布到所述支架的至少一部分以產(chǎn)生所述第一光學(xué)元件的反射材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的組件，其中所述罩包括所述ー個或多個光學(xué)元件的第二光學(xué)元件，其中所述罩包括塑料材料，所述塑料材料具有被涂布到所述罩的至少一部分以產(chǎn)生所述第二光學(xué)元件的反射材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的組件，其中所述第一光段遇到所述第一光學(xué)元件和所述第ニ光學(xué)兀件。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的組件，其中，所述ー個或多個光學(xué)元件被構(gòu)造為將由所述光源發(fā)射的光至少分割成第一、第二和第三光段，其中所述第三光段沿第三光路從所述光源傳播到所述共同目的地，其中所述第三光路不同于所述第一光路和所述第二光路，其中所述第三光段遇到所述光分割光學(xué)系統(tǒng)中的所述第一光段未遇到的至少ー個光學(xué)元件，并且其中所述第一、第二和第三光段照射所述共同目的地的不同部位。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的組件，其中所述光源包括相干光源。
16.一種操縱由光源朝向光學(xué)手指導(dǎo)航(OFN)系統(tǒng)中的目標(biāo)區(qū)域發(fā)射的光的方法，所述方法包括 在光分割光學(xué)系統(tǒng)處接收由所述光源發(fā)射的光； 將在所述光分割光學(xué)系統(tǒng)處接收的光分離成第一光段和第二光段； 使得所述第一光段能夠在去往所述目標(biāo)區(qū)域的途中沿第一光路傳播； 使得所述第二光段能夠在去往所述目標(biāo)區(qū)域的途中沿不同于所述第一光路的第二光路傳播；以及 使所述第一光段和所述第二光段照射所述目標(biāo)區(qū)域的不同部位。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法,其中，所述第一光路包括所述光分割光學(xué)系統(tǒng)中的所述第二光路沒有包括的至少ー個光學(xué)元件。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述第二光路從所述光源直接到達(dá)所述目標(biāo)區(qū)域。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括 利用所述至少ー個光學(xué)元件反射所述第一光段。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述分離步驟包括將在所述光光分割光學(xué)系統(tǒng)處接收到的光分離出第三光段，所述方法還包括 使得所述第三光段能夠在去往所述目標(biāo)區(qū)域的途中沿不同于所述第一光路和所述第ニ光路的第三光路傳播；以及 使所述第三光段照射所述目標(biāo)區(qū)域的未被所述第一光段和所述第二光段照射到的部位，其中所述第三光路包括所述光分割光學(xué)系統(tǒng)中的所述第一光路和所述第二光路沒有包括的至少ー個光學(xué)元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過分割的超低輪廓的光學(xué)手指導(dǎo)航照明系統(tǒng)，并公開了一種光學(xué)傳感器組件。該光學(xué)傳感器組件包括將由光源發(fā)射的光分割成多個段的照明系統(tǒng)。使該多個段在去往共同目標(biāo)區(qū)域的途中能夠沿不同的光路傳播，并且進(jìn)一步使其照射該共同目標(biāo)區(qū)域的不同部位。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)低輪廓的光學(xué)傳感器組件。
文檔編號F21V13/00GK102637095SQ20121003227
公開日2012年8月15日 申請日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月10日
發(fā)明者李賽穆, 楚黎平 申請人:安華高科技Ecbuip(新加坡)私人有限公司