CN1777860A - 多任务射线传感器 - Google Patents

Abstract

使用单独一个2－D射线检测器同时检测来自多个独立应用的射线并且输出从中可以得出与各个应用有关的信息的信号的系统和方法。来自各个应用的射线提供给传感器的各个部分。

Description

多任务射线传感器

技术领域

本发明涉及一种能够接收与多种独立功能有关的射线(radiation)的射线传感器。

背景技术

一种预期应用是光学触摸屏。

使用单独一个传感器实现多种用途的触摸屏和系统可以在下列文献中找到：US6538644A、US5679930A、US4710760A、US4484179A、US5484966A、US6172667A和US5065185A以及JP63143862、JP08075659和JP08149515。

发明内容

按照第一方面，本发明涉及一种用于得出与三个独立的应用有关的信息的系统，该系统包括具有多个独立的射线检测单元的射线传感器，该系统还包括：

-用于提供来自第一应用(application)的射线(radiation)的第一装置，该第一装置将射线提供给第一组多个独立的射线检测单元，

-用于提供来自第二应用的射线的第二装置，该第二装置将射线提供给第二组多个独立的射线检测单元，

-用于提供来自第三应用的射线的第三装置，该第三装置将射线提供给第三组多个独立的射线检测单元，第一、第二和/或第三组射线检测单元构成的对中没有任何共用的检测单元，

-用于从射线传感器获得信号的装置，该信号代表来自多个射线检测单元中的每一个的射线的检测结果，和

-用于根据该信号得出与所检测的来自第一、第二和第三应用的射线有关的信息。

在本文中，射线可以是可见和IR/NIR射线以及UV射线。

独立的应用是彼此独立地操作并提供射线的应用。某些应用可以在其它应用空闲的同时运转，并且一种应用可以独立于其它应用的操作或所提供的射线提供相同的射线。

一般来说，传感器是二维传感器，比如CCD传感器，具有以沿正交定位的行(line，row)定位的单元矩阵的形式定位的检测单元。从这个CCD提供信号可以是正常采用的提供信号的方式。

这样，尽管应用可以是完全独立的(比如摄像机、接触板和指纹扫描仪)，所有的应用都可以提供被确定和估计的射线。

传感器的信号输出与所有检测单元的检测结果有关。在已知检测单元的分组情况的前提下，不用很大的工作量就可以进行分离。

用于得出信息的装置可以从射线信息中得出与各个应用的属性有关的信息。

最好，第一、第二和第三装置中的一个或多个各自包括射线引导单元，该射线引导单元具有一个部件，适用于接收来自相关应用的射线，以将射线引导到相关的检测单元组，并且防止射线到达第一、第二和第三组中的其它组的检测单元。这些装置实际上可以延伸到并且紧挨着传感器，以便获得它的功能。

最好，这个射线引导单元适用于保持所引导的射线的方向和/或位置关系。实现这种功能的一种方式是将其设置为纤维束或固体射线透射单元。信息可以在射线的方向或位置上编码。这个信息可以是期望从射线信息中得出的信息。

按照一种优选实施方式，第一、第二和第三组之一是由沿着至少一个直的行(line)彼此相邻定位的检测单元构成的，或者第一、第二和第三组中的一个或多个是由在多个直的行上彼此相邻定位的检测单元构成的，这些行彼此相邻定位。这些行是最好共同延伸的。

而且，该系统可以包括适用于对入射在第一、第二和/或第三组之一的检测单元的至少一部分上的射线进行滤波的滤波装置。

总地来说，由各个应用提供的射线可以具有任何可检测的属性。这样，颜色/极化/方向/位置/强度可以是可检测的构成信号的一部分并且可与所需应用有关地得出的属性。

按照一种优选实施方式，相关应用适用于接收来自射线发射器的射线和在检测单元行的至少之一上提供具有预定强度/波长图案的射线，该图案取决于射线发射器的位置，比如相对于预定单元的位置。这个图案可以是彩色图案或者是强度图案，它们可以描述应用的一种或多种情况。

实际上，在全部或部分检测单元前面设置滤光器还有其它的原因，比如为了能够提供正常的彩色图像。

最好，应用适用于接收由射线发射器沿两个不同方向发射的射线，并且在由检测单元进行检测之前，通过一个或多个缝隙/透镜/针孔传输来自两个方向的射线。

按照这样，应用可以是接触板或光学键盘，例如在PCT/DK03/00155中介绍的。

这样，射线在检测器上的位置可以描述射线在缝隙等上的入射角度，并且从而描述出位置。当从来自传感器的信息中得出位置信息时，可以使用标准三角测量来进行该确定过程。

在一种情况下，应用适用于提供从一个方向接收的具有预定波长的射线，并且其中相关装置包括适用于对入射在组中的检测装置的至少一部分上的射线进行滤波的滤波装置。于是，更加容易将波峰分离开，因为可以通过传感器的不同部分确定波峰(使用不同的滤波器)。

按照一种实施方式，相关组的一部分设置在传感器的外边缘部分上，并且其中在传感器的中心定义了一个组，与中心组有关的装置包括用于向中心组提供系统周围的图像的装置。这可以是标准摄像机。

按照一种特殊的实施方式，传感器的射线检测装置设置成多个共同延伸的行，并且其中一行中的射线检测装置相对于相邻行的射线检测装置位移射线检测装置的宽度的几分之一。这样，代替检测装置的常规的矩阵定位方式，提供了移位方式。这具有这样的优点：当对多个行提供射线光点的时候，比如椭圆光点(沿着与行的方向成一定角度的方向的长的椭圆)，可以更好地确定例如光点波峰的位置，因为各个行检测波峰的不同位置。

为了获得更好的适应性，可以使第一装置适用于提供来自多个应用中的一个的射线，该系统还包括用于选择多个应用中的哪一个向第一装置提供射线的选择装置。这样，多个应用可以适用于向同一个检测装置提供射线。选择装置可以是用于防止射线到达检测装置的装置，比如遮光器，或者是可以简单地防止提供射线的装置，比如为应用提供射线以提供给第一装置的射线提供装置。这样的射线提供装置可以是用于向接触板提供射线的装置，其中接触板为本系统提供射线，该射线包括与接触板上的选定位置有关的信息。此外，按照一种具体的实施方式，多个应用实际上可以同时提供射线，此时提供了分离装置，用于在检测射线之后，分离来自各个应用的信息。这种分离可以利用射线调制方式的差异、基于射线的波长等等。

最好，该系统还包括第一、第二和第三应用，该第一、第二和第三应用适用于彼此独立地提供射线。

这样的应用可以是接触板、指纹扫描仪、摄像机或者其它所有具有编码在其中的与应用的属性或测量结果有关的信息的射线的应用。

在本文中，如果从两个应用发出的射线或由射线代表的信息是独立的，这两个应用就是独立的。

按照第二方面，本发明涉及一种提供与多个独立的应用有关的信息的方法，该方法包括：

-提供具有多个独立的射线检测单元的射线传感器，

-将来自第一应用的射线提供给第一组多个独立的射线检测单元的第一步骤，

-将来自第二应用的射线提供给第二组多个独立的射线检测单元的第二步骤，

-将来自第三应用的射线提供给第三组多个独立的射线检测单元的第三步骤，第一、第二和/或第三组射线检测单元构成的对中没有任何共用的检测单元，

-从射线传感器获得信号，该信号代表来自多个射线检测单元中的每一个的射线的检测结果，和

-根据该信号得出与所检测的来自第一、第二和第三应用的射线有关的信息。

最好，第一、第二和第三步骤中的一个或多个各自包括在射线引导单元中接收来自相关应用的射线、将射线引导到相关的检测单元组并且防止射线到达第一、第二和第三组中的其它组的检测单元。

另外或作为替换，第一、第二和第三步骤之一可以包括将射线提供给由沿着至少一个直的行彼此相邻定位的检测单元构成的组。

而且，第一、第二和第三步骤之一可以包括将射线提供给由在多个直的行上彼此相邻定位的检测单元构成的组，这些行彼此相邻定位。在这种情况下，这些行是共同延伸的。

该方法此外还可以包括，对入射在第一、第二和/或第三组之一的检测单元的至少一部分上的射线进行滤波的步骤。

相关应用最好接收来自射线发射器的射线并且在检测单元线的至少之一上提供具有预定强度/波长图案的射线，该图案取决于射线发射器的位置。于是，按照一种实施方式，应用接收由射线发射器沿两个不同方向发射的射线，并且在由检测单元进行检测之前，通过一个或多个缝隙/透镜/针孔传输来自两个方向的射线。然后，同样，应用可以提供从一个方向接收的具有预定波长的射线，并且其中相关步骤对入射在组中的检测单元的至少一部分上的射线进行滤波。

而且，相关组可以设置在传感器的外边缘部分上，并且在传感器的中心定义了一个组，与中心组有关的装置向中心组提供系统周围的图像。

按照一种特殊实施方式，提供步骤包括提供传感器，该传感器的射线检测装置设置成多个共同延伸的行，并且其中一行中的射线检测装置相对于相邻行的射线检测装置移动射线检测装置的宽度的几分之一，并且其中第一、第二和第三步骤中的至少一个包括向至少两个相邻的行提供射线。最好，射线是经过强度调制的，并且将相同的调制方式提供到各个行上，以便相同的行检测相同(或至少基本上相同)射线“图案”的不同位置。

按照另一种实施方式，第一步骤包括提供来自多个应用中的一个的射线，该第一步骤还包括选择多个应用中的哪一个向第一装置提供射线的步骤。如上所述，可以使用不同的装置和步骤来防止来自多个应用的射线提供到或到达检测装置。另外，要使得来自多个应用的射线能够得到检测，于是在这种情况下，要提供用来分离来自应用的信息的步骤。

最后，该方法此外还可以包括进行第一、第二和第三应用的步骤，该第一、第二和第三应用适用于彼此独立地提供射线。

附图说明

在下文中，将参照附图对本发明的优选实施方式加以介绍，其中：

附图1表示具有二维CCD 20的系统10，该CCD 20具有射线敏感检测器的二维阵列，

附图2和3表示另一种实施方式，

附图4表示检测器上的区域的重新分配，和

附图5表示系统的数据处理和提供。

具体实施方式

这个检测器阵列分为区域22、24、26和28以及剩余中心区。

中心区用作摄像机，其中使用透镜40和42将来自周围环境的射线提供到这个中心区上，并且吸收单元44确保环境光不会影响成像处理。

外围区域22-28可以用于多种用途，将解释说明其中一种。

可以看到，区域22-28设置为细长区域并且实际上可以设置成单行光敏检测器或者多个彼此相邻的共同延伸的行。

所示出的应用是触摸屏，此时手指56触摸着光透射单元52的上表面。由监视器或屏幕54从反面照射单元52。来自这个屏幕54的射线被手指56反射并且借助内部反射朝向传感器20传输。

通过检测触摸点与两个预定点之间的方向，使用简单的三角测量来确定手指56触摸的位置，在所述两个预定点的位置上，设置有例如透镜/缝隙/针孔。这个单元将会为传感器提供角度灵敏性，因为从透镜/缝隙/针孔朝向检测器单元行传输的光束将会入射到确定实际角度的点或区域上。有两个这样的测量结果，就足以确定触摸的位置了。

使用单行检测单元(见26)和所确定的结果波峰可以检测重叠光束，从而可以使用三角测量来确定位置。

这样，可以使用单行检测单元的两个部分(见22和24)或者可以使用两个独立的行。而且，还可以通过具有直线形式的滤波器进行的选择，将来自于单独的缝隙/透镜/针孔的射线设定为具有预定波长(或波长间隔)，从而避免其它光束的干扰。

为了将来自这种应用的光线引向期望的检测单元行，设置了透射部件，该透射部件适合于相邻于或紧挨着传感器20定位。该部件包括限定出透镜40的中心部分和适于接收来自应用的射线并且将其引向期望的检测器行的边缘部分50。

边缘部分50是固体的射线透射单元，用于保持射线的传输方向，以保持所检测到的强度图案的可信度。

以相同的方式为使用部分22-28的其它三个应用设置了类似的部分50。

部分50既将来自各个应用的射线引向期望的检测单元，又同时防止射线干扰其它任何一个检测单元。而且，它们确保从透镜42到透镜40的光线不会进入单元50并干扰与其有关的检测单元。

这样，可以看到，所介绍的传感器实际上还适用于接收来自其它三个应用(比如指纹传感器、与所介绍的接触板相同的接触板)的射线、在处于系统外部的射线发射器发射射线的情况下从外部提供的射线，在这种情况下，与所介绍的应用一样地检测该射线，但是是使用适用于收集来自系统外部的射线的透镜对射线进行收集的。

可以设置指纹扫描仪作为触摸屏，不过，在这种情况下，在透射部件52的表面上设置了槽(射线可以从这里暴露于正在平移的手指)。当手指在该槽上方平移(translate)时，指纹的隆起和凹部将会不同地反射/散射，从而发射出可由角度灵敏检测器检测的图案。这样，仅需要单独一个缝隙/透镜并且需要使用单独一行检测单元。

其它应用可能需要或利于采用其它形状的各个检测单元组，比如光强度测量计监测环境光的强度，以便例如确定图像采集处理的特性或屏幕54的照明属性。

在PCT/DK03/00155和2003年9月12日提交的本申请人的共同审查当中的美国专利申请中也介绍了适当的应用。

这样，可以使用标准CCD以及由其提供图像数据或信息的标准方式。

这个信息现在可能与多个不同的且独立的应用有关，但是不过，可以相当容易地得出和分离该信息。而且，该系统可以对多个应用使用相同的传感器，而不必设置机械的或光学的遮光罩来确保应用相互之间不会发生干扰。

附图2表示另一种实施方式，其中传感器20由保护或覆盖层60覆盖着。和第一实施方式中的情况相同，传感器20的一部分可以借助透镜系统66(比如标准摄像光学系统)提供周围环境的标准图像。

其它的应用经由平行射线引导件(guide)68和70向传感器20提供射线，平行射线引导件68和70在平行于传感器20的方向上提供射线并且朝向相同的区域(比如附图1中的区域28)反射该射线。在另一个区域(比如附图1中的区域24)上设置了类似的机构，其中射线引导件74和76将光线提供到相同的区域上。

在一种情况下，向引导件68和70中提供光线的应用可以同时提供射线。然后需要射线或得到的信息从传感器20的分离。这一分离可以通过为来自各个应用的射线设置不同的波长或极化方式来获得，从而可以在传感器20处进行分离。而且，可以对射线设置不同的调制频率，从而可以在射线的检测之后对从传感器得出的信号或信息进行分离。

在另一种情况下，可能期望或需要应用不同时传输射线。在这种情况下，可以使用例如遮光器对来自应用的射线进行衰减或防止其到达传感器。如果应用本身需要光发射器来产生最终朝向传感器20传输的射线，则可以关闭该光发射器来防止射线从该应用发出。

附图3表示类似于附图2的实施方式，其中示出了射线引导件68、70、74和76的其它可选方案。这些射线引导件朝向传感器传输射线(引导件73和75)或紧靠着覆盖层(引导件69和71)，以防止杂散射线并且最佳化由传感器20接收的射线的强度。

使用射线引导件73和75所获得的优点是，由这些引导件使用的区域也可以用于摄像应用，因为来自透镜系统66的射线也可以照射在该区域22/24上。

附图4表示传感器20的整个检测器表面。取决于应用，可以将其不同区域单独分配给给定的应用。不过，也可能期望至少一部分区域实际上可以同时或一次一个地用于多个应用。

这样，如附图4中所示，当需要摄像机时，可以使用很大的区域(暗区域)，此时可以使用较小的区域(比如仅仅一个或一些像素)作为用于检测环境光以便控制摄像机的电子快门速度的传感器。

接触板可能需要其它用于不同应用的区域，可以打开或关闭各个应用，并且根据应用所需的区域的大小重新分配各个区域，以便检测所需的特性。一个实例是需要一行检测单元的位置或角度检测器。在这种情况下，可以将来自环境光检测器的射线改道输送到传感器20的另一个区域，或者将其完全切断，以便“释放”用于接触板的传感器的一整行。

在附图5中，图解说明了数据处理过程。

显然，不管传感器20检测到的射线是什么样的，传感器20的内部处理是相同的，并且其输出总是例如与其各个像素有关的数字的一个或多个串或向量。

在第一个后续步骤(80)中，将来自传感器的模拟信号转换成数字信号，在去多路复用步骤82中，将该数字信号传送给各个应用专用计算过程84-92，这些计算过程接收数字值并且计算编码在来自相关应用的射线中的实际信息。

自然，当传感器上的各个区域可以自由分配或重新分配时，去多路复用步骤82可以根据用于传感器上的各个区域的传感器上的实际区域改变去多路复用过程。

计算过程84-92是各自按程序进行的，以便得出期望的专用信息。这样，与摄像机有关的计算过程将输出所拍摄的图像。环境光检测器将输出与环境光强度有关的值。这个值可以由图像计算过程或监视器或显示器的背景光发光过程使用。

与接触板有关的计算过程将给出与接触板的位置或另一种特性有关的信息，比如鼠标按键的按下。这个信息随后可以用在之后接收这一信息并且据此操纵该系统的应用专用软件94中。取决于得到所接收和解释的射线所采取的动作，这一操纵可以是结束或开始新的处理、拍摄图像、拨打电话、控制菜单等。

自然，可以以一个、两个或多个芯片的形式给出本传感器20和电子器件，比如ASIC、DSP、FPGA等。

除了上述的应用外，也可以使用或配备多种其它的应用。在2003年9月12日提交的美国专利申请中介绍了这些应用。

Claims (26)

1.一种用于得出与三个独立的应用有关的信息的系统，该系统包括具有多个独立的射线检测单元的射线传感器，该系统还包括：

-用于提供来自第一应用的射线的第一装置，该第一装置将射线提供给多个独立的射线检测单元的第一组，

-用于提供来自第二应用的射线的第二装置，该第二装置将射线提供给多个独立的射线检测单元的第二组，

-用于提供来自第三应用的射线的第三装置，该第三装置将射线提供给多个独立的射线检测单元的第三组，第一、第二和/或第三组射线检测单元构成的对中没有任何共用的检测单元，

-用于从射线传感器获得信号的装置，该信号代表来自多个射线检测单元中的每一个的射线的检测结果，和

-用于根据该信号得出与从第一、第二和第三应用中的每一个检测的射线有关的信息的装置。

2.按照权利要求1所述的系统，其中第一、第二和第三装置中的一个或多个各自包括射线引导单元，该射线引导单元具有一个部件，适用于接收来自相关应用的射线，以将射线引导到相关的检测单元组，并且防止射线到达第一、第二和第三组中的其它组的检测单元。

3.按照权利要求1或2所述的系统，其中第一、第二和第三组之一是由沿着至少一个直的行彼此相邻定位的检测单元构成的。

4.按照权利要求1或2所述的系统，其中第一、第二和第三组之一是由在多个直的行上彼此相邻定位的检测单元构成的，这些行彼此相邻定位。

5.按照权利要求4所述的系统，其中这些行是共同延伸的。

6.按照权利要求3-5中任何一项所述的系统，还包括，适用于对入射在第一、第二和/或第三组之一的检测单元的至少一部分上的射线进行滤波的滤波装置。

7.按照权利要求3所述的系统，其中相关应用适用于接收来自射线发射器的射线和在检测单元行的至少之一上提供具有预定强度/波长图案的射线，该图案取决于射线发射器的位置。

8.按照权利要求7所述的系统，其中该应用适用于接收由射线发射器沿两个不同方向发射的射线，并且适于在由检测单元进行检测之前，通过一个或多个缝隙/透镜/针孔传输来自这两个方向的射线。

9.按照权利要求8所述的系统，其中该应用适用于提供从一个方向接收的具有预定波长的射线，并且其中相关装置包括适用于对入射在所述组中的检测装置的至少一部分上的射线进行滤波的滤波装置。

10.按照权利要求3所述的系统，其中相关组设置在传感器的外边缘部分上，并且其中在传感器的中心定义了一个组，与中心组有关的装置包括用于向中心组提供系统周围的图像的装置。

11.按照前面任何一项权利要求所述的系统，其中传感器的射线检测装置设置成多个共同延伸的行，并且其中一行中的射线检测装置相对于相邻行的射线检测装置位移射线检测装置的宽度的几分之一。

12.按照前面任何一项权利要求所述的系统，其中使第一装置适用于提供来自多个应用中的一个的射线，该系统还包括用于选择多个应用中的哪一个向第一装置提供射线的选择装置。

13.按照前面任何一项权利要求所述的系统，其中该系统还包括第一、第二和第三应用，该第一、第二和第三应用适用于彼此独立地提供射线。

14.一种提供与多个独立的应用有关的信息的方法，该方法包括：

-提供具有多个独立的射线检测单元的射线传感器，

-将来自第一应用的射线提供给多个独立的射线检测单元的第一组的第一步骤，

-将来自第二应用的射线提供给多个独立的射线检测单元的第二组的第二步骤，

-将来自第三应用的射线提供给多个独立的射线检测单元的第三组的第三步骤，第一、第二和/或第三组射线检测单元构成的对中没有任何共用的检测单元，

-从射线传感器获得信号，该信号代表来自多个射线检测单元中的每一个的射线的检测结果，和

-根据该信号得出与从第一、第二和第三应用中的每一个检测的射线有关的信息。

15.按照权利要求14所述的方法，其中第一、第二和第三步骤中的一个或多个各自包括在射线引导单元中接收来自相关应用的射线、将射线引导到相关的检测单元组并且防止射线到达第一、第二和第三组中的其它组的检测单元。

16.按照权利要求14或15所述的方法，其中第一、第二和第三步骤之一包括将射线提供给由沿着至少一个直的行彼此相邻定位的检测单元构成的组。

17.按照权利要求14或15所述的方法，其中第一、第二和第三步骤之一包括将射线提供给由在多个直的行上彼此相邻定位的检测单元构成的组，这些行彼此相邻定位。

18.按照权利要求17所述的方法，其中这些行是共同延伸的。

19.按照权利要求16-18中任何一项所述的方法，还包括，对入射在第一、第二和/或第三组之一的检测单元的至少一部分上的射线进行滤波的步骤。

20.按照权利要求16所述的方法，其中相关应用接收来自射线发射器的射线并且在检测单元行的至少之一上提供具有预定强度/波长图案的射线，该图案取决于射线发射器的位置。

21.按照权利要求20所述的方法，其中应用接收由射线发射器沿两个不同方向发射的射线，并且在由检测单元进行检测之前，通过一个或多个缝隙/透镜/针孔传输来自两个方向的射线。

22.按照权利要求20所述的方法，其中所述应用提供从一个方向接收的具有预定波长的射线，并且其中相关步骤对入射在所述组中的检测单元的至少一部分上的射线进行滤波。

23.按照权利要求16所述的方法，其中相关组设置在传感器的外边缘部分上，并且其中在传感器的中心定义了一个组，与中心组有关的装置向中心组提供系统周围的图像。

24.按照权利要求14-23中任何一项所述的系统，其中提供步骤包括提供传感器，该传感器的射线检测装置设置成多个共同延伸的行，并且其中一行中的射线检测装置相对于相邻行的射线检测装置位移射线检测装置的宽度的几分之一，并且其中第一、第二和第三步骤中的至少一个包括向至少领个相邻的行提供射线。

25.按照权利要求14-24中任何一项所述的方法，其中第一步骤包括提供来自多个应用中的一个的射线，该第一步骤还包括选择多个应用中的哪一个向第一装置提供射线的步骤。

26.按照权利要求14-25中任何一项所述的方法，该方法还包括进行第一、第二和第三应用的步骤，该第一、第二和第三应用适用于彼此独立地提供射线。

Images