接近检测器的制作方法
专利名称：接近检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种装置，其能够检测出一个或多个目标物体处于其各自的参考表面或参考物体的附近。
本发明还涉及一种检测系统，其能够与该装置相配合，并能够判断一个或多个目标物体处于其各自的参考表面或参考物体的附近。
而且，本发明还涉及一种方法，用于判断一个或多个物体处于其各自的参考表面或参考物体的附近。
背景技术：
现今已知有若干种方法用于检测一个目标物体是否处于一参考表面或其他参考物体的附近。
这其中，接近检测(proximity detection)是人们感兴趣的，在工业上、汽车和航空系统中。利用接近检测器，系统能够报告其自身相对于参考物体的位置并报告其状况，例如，判断由这种检测器提供的阀门的状况(打开、关闭)。在自动或自主系统中，通过改变速度方向，这些系统本身响应于接近检测器和其他传感器的状态，并根据系统的整体状态可以进行一系列不同的操作。
总的来说，接近检测器具有这样的性质，即，为了判断两者是否彼此靠近，不需要所述目标物体与所述参考物体之间的物理接触。在一些情况下，不需要检测器系统与所述两个物体中的一个或多个有物理接触，并且，通过远程传感来完成接近检测，这两点是有决定性的。两个所述物体上的装备不需要电或其他能量，这也可能是决定性的。而且，该装备的重量轻也是决定性的。除此以外，该装备还需要制造起来简单廉价。在许多情况下，该装备不需要任何维护，这一点也是重要的。而且，该装备或测量方法对目标物体或环境没有任何影响，这常常也是重要的，例如，不会扰乱电场或磁场。在使用医疗设备时，有严格的要求，设备不能伤害病人。本发明就满足以上的所有条件。
已知有若干不同的接近检测器原理，例如，基于超声波传播距离测量等等(US6114950，DE3235028，US5144593)，光相差测量(US4752799)，光纤传感器(US6498654)，基于激光的原理(DE2448898)，磁原理(US6127821，US2003173957)等等。
US 5,200,604描述了一种光学接近检测器，用于在激光手术刀装置中的探头。该接近检测器包括光源、将光引出到输出孔的光导体、以及通过通向在输出孔附近的一个孔的光导体接收光的光检测器。对于参考表面的接近程度由反射的光强来计算。其目的是避免在与要切割的组织相接触之前启动激光刀。
US 4,991,509描述了一种方法和装置，用于判断物体和参考表面之间的空隙。该接近检测器包括光源、将光引出到输出孔的光导体、以及通过通向在输出孔附近的一个孔的光导体接收光的光检测器。这两个孔以一定距离彼此隔开，从而发出的光锥与光检测器通过输入孔捕捉到的视野的一大部分或一小部分重叠。对于参考表面的接近程度由反射的光强来计算。
两个专利US 5,200,604和US 4,991,509描述了利用以下原理进行的接近检测源和检测具有一定的相互间隔，从而来自光源的光锥以及光检测器的视野能够覆盖参考物体上的公共的体积或公共的面积，这将根据目标物体与其参考表面之间的间隔而改变，从而，表现出不断变化的反向散射光强。与本发明相比，这些阀门都不包括任何的透镜或曲面镜，其具有关联的焦距，形成接近检测。这些发明没有描述任何光源的光锥和光检测器的视野有重叠的装置；相反，在两个孔之间需要一定的侧向间距，从而光锥和光检测器将具有部分重叠的覆盖面积，反过来这又取决于到参考表面的距离，并且该可变的重叠面积给出了变化的反向散射光强，其可以由光检测器进行测量。这样，为了装置能够正常工作，在上述两个专利中的前提条件是输入孔和输出孔之间的侧向距离，而本发明就不涉及对于输入孔和输出孔应由侧向距离分开的要求。
发明内容
在本发明中，所述目标物体和所述参考表面或参考物体被光完全照射或部分照射，且该光具有处于或不处于可见光范围的光谱。该光检测器可以是相机(camera)，带有后续模拟和/或数字信号处理和/或数字图像处理，或者在较简单的实施例中，可以由一个或多个光学光检测器构成，其带有相关的检测电子设备。所述的光照可以是脉冲的或调制的，以便与其他照明相区分，且这样的调制也可以是与光检测同步的。
以下，将参考附图更具体地解释本发明，在附图中图1示出该接近检测器的一个实施例。
图2多个接近传感器构成的系统的一个实施例，其具有公共光源和公共光检测，带有相机和计算机或类似的数字系统，用于图像获取、数据处理、展示、通信和操作的相关软件。
图3示出一个实施例，其中光源与目标物体相关联。
图4-7示出根据本发明的实施例的各种变化形式。
具体实施例方式
图1示出接近检测器的一个实施例。所述的照明源1和所述的光检测器3将具有尽可能接近和尽可能平行的轴线，该轴线指向指向目标物体2，而目标物体具有凸透镜4(由一个或多个透镜元件构成，或者是球或者圆柱棒)或者凹反射镜(或者一组若干个带有不同曲率的镜面)，具有规定的焦距。当在这样的目标物体上的这样的透镜-反射镜结构与参考表面或参考物体具有与规定的焦距7相应的一定距离时，得到接近检测，但是，通过所述透镜反射镜，光以小角度被反向散射到较大距离8或较小距离6。参考表面6、7、8或参考物体应该具有一定的反射性，从而使得不是所有的入射光都被吸收。在这样的情况下，在所述透镜-反射镜装置有光时，目标物体与参考表面或参考物体之间的接近度可以被检测到，因为来自照明源通过透镜-反射镜装置的入射光从参考表面或参考物体通过透镜-反射镜装置反向散射到所述检测器，因为目标物体的透镜-反射镜装置与参考表面之间的距离是相应的。通过将光强水平与固定或动态的参考水平进行比较，就可以检测到在上述条件下的所述光强水平变高了。根据测量情况，参考水平可以是静态的、动态的、或者可调的。如果照明是调制的和/或还具有同步检测，导致错误检测的随机的其他照明的可能就减小了。
作为一个“接收器”(光检测器)，可以想到，人眼(操作者的视觉)代替相机等等，在这种情况下，接收器装置设计成与操作者或使用者的眼睛配合工作。
在优选实施例中，仅具有安装在目标物体上的所述透镜-反射镜装置，但是，照明源和检测器是与目标物体和参考物体分开的。而且，该照明源和该检测器可以彼此分开，只要检测器位于来自透镜-反射镜装置的反向散射光的轴线上即可。在另一个优选实施例中，如图3所示，照明源1可以放置在目标物体2上，而光检测器3可以放置在另一个静止或运动的点上。在第三优选实施例中，如图4所示，检测器3放置在目标物体2上，而照明源放置在另一个静止或运动的点上。在第四优选实施例中，如图5所示，检测器和照明源都位于目标物体上。在第五优选实施例中，如图6所示，使用凹面镜4作为位于目标物体2上的聚集光元件。在第六实施例中，如图7所示，凹面镜4用作位于目标物体2上的聚集元件，并且目标物体相对于光源和检测器位于漫射屏的相对侧。通过额外的反射镜和/或其他的光学元件，还可以相对于照明源的轴线方向改变光检测器的轴线方向。参见图3中的3a-14的变化。
在图2中示出接近判断和/或位置判断系统11的一个实施例，其用于和一个或多个设备9一起使用，设备9使得能够检测一个或多个目标物体处于其各自的参考表面6、7、8或参考物体6、7、8附近的情况。在本实施例中，一个或多个接近检测器具有公共的光源和公共的通过相机进行的光检测，以及用于图像获取、数据处理、显示、通讯的计算机或类似的数字系统，以及相关软件的执行。图像像素的模拟和/或数字的信号处理常常是必要的，以便获得可靠的接近检测，其中，还使用和估计不同的参考水平。
本发明涉及接近检测的总原理。如上所述，接近检测器在各种应用领域内具有重要的工业可能性。新的低成本的相机技术以及其他现代照明源的应用，诸如可以容易地调制和发出脉冲的激光、激光二极管和发光二极管等，这些应用给出了很好的使用和赢利前景。这些使用可以是在要被检测的尺寸很大的情况或者毫米或微米级别的距离上。
总的来说，本发明可以与用于侧向位置判断和目标物体朝向判断的装置一起使用。在一般情况下，本发明可以与挪威专利No.311740和PCT专利PCT/NO01/00369中的定位和朝向原理一起使用，其中，需要在观察平面上检测一个或多个目标物体的位置和/或朝向，并同时判断对于一个或多个参考物体的接近和/或判断关于物体情况的各种细节。PCT专利PCT/NO01/00369总的覆盖了在一个区域或观察空间中进行位置判断和/或寻找一个或多个标记的目标物体的朝向的操作，并且带有多个记录装置，也能够计算目标物体的移动和速度方向。
本发明的一个有趣的具体应用的一个例子是对于与数据投影机一起使用的书写和指点工具的接近检测。这样的系统，其使用相机观察系统作为传感器，使用数据投影机作为照明源，这在挪威专利311740和PCT专利PCT/NO01/00369中记载，其专利也延伸到了美国和欧洲。这些专利描述了用于在数据投影机图像中指点、画图、和书写的系统，还描述了画图、书写和指点工具的可能的设计/原理及其特性，其中，这样的工具具有尖端，尖端具有可见的图案，该图案带有编码理论上良好的图案，以便在投影机图像平面上进行良好的定位判断。这些专利还覆盖了各种形式的工作原理，例如，基于与书写表面直接机械接触的接近检测。这些专利不覆盖本发明以上所述的接近检测原理。上述的用于接近检测的新原理还可以单独应用或与该画图、书写及指点工具的各种侧向位置或空间相关位置以及朝向判断的原理相结合。总的来说，在需要检测一个或多个目标物体的位置并判断到参考物体的接近程度和/或判断物体的状态的时候，使用本发明与以上段落中所述的挪威专利311740及PCT专利PCT/NO01/00369中定位和朝向装置的组合。特别的，所述接近检测器与一个或两个上述专利的组合，可以形成基础，用于具有特别可靠的检测和很高赢利潜力的指点、画图及书写工具。而且，该组合总的来说提供了在一区域中的若干标记物体的可靠的接近检测以及定位和朝向记录。
即使不使用根据上述两发明的在投影机图像平面上的位置判断和/或朝向判断原理，本发明也可以实施为该画图、书写和指点工具中的接近传感器。本发明还可以作为独立的方法来使用，或者结合一个或多个其他的位置判断方法。
几个优选实施例中的一个可以如图2所示，但光源是数据投影机且光检测器是带有数字检测电子设备的相机，相机位于数据投影机附近且其轴线尽可能接近并平行于数据投影机的轴线。在优选实施例中，相机的数字检测电子设备结合在数据投影机中。图2的系统将能够检测到互动装置，例如画图、书写或指点工具，是否与书写表面相间隔或紧密靠近书写表面(例如，墙壁、桌面、板子、后投影屏幕)。通过对相关的目标物体与参考物体之间的距离/接近程度进行检测，图2上的系统还可以检测到画图工具的按钮或其他调节装置是否被按下或以其他方式触发。
如上所述的接近检测可以对这样的系统进行完善，从而使其更可靠和富有冗余，但其中光源不必须是数据投影机，而是独立的恒定、脉冲或调制的可见光或非可见光光源。
在后投影中的例子中的接近检测可以使用例如图7所示的优选实施例，其中，如上所述的投影机和相机以及可能有的附加光源都位于投影屏之后，且其中投影屏是散射型的。
本发明涉及接近检测以及位置判断。接近检测总的来说在很多应用领域都具有利益。自从新的相机技术和其他现代光学传感器和照明源出现以来，基于上述原理的光学接近检测特别吸引人。而且，共焦显微术也应该提及，其中，用于照明(通常是激光)并通向光检测器的光路在入射到要显微观察的物体上之前和之后穿过相同的透镜系统。
本发明使得将光检测器和/或光源与目标物体和参考物体分开称为可能。因此，本发明可以通过远程检测来判断目标对象和参考对象是否彼此邻近。而且，可以通过这样的远程检测得知目标物体的状况。
尽管以上已经展示和/或说明了本发明的许多实施例，但是，对于本领域的技术人员来说，当然还可以有很多的变化和替换实施例，而这些变化和改变形式的限制仅仅与如权利要求中所述的本发明相关。
权利要求
1.一种用于检测第一物体(目标物体)和第二物体(参考物体)之间的接近程度的装置，其包括光源(1)以及光检测器(3)，光检测器(3)适于在参考物体被光源(1)照射时接纳来自参考物体的结果反向散射光，因而射到光检测器(3)的反向散射光的强度被用来测量所述接近程度，其特征在于，该目标物体(2)包括光学器件(4)，光学器件(4)具有焦平面(7)并适于被光源(1)照射，来自光源(1)的光线的轴线以及反向散射到光检测器(3)的光线的轴线具有彼此紧邻并基本平行或重合的部分，以及所述接近程度对应于目标物体(2)与参考物体(6、8)之间的间距(相对位置)，其中，参考物体基本位于焦平面上。
2.如权利要求1所述的装置，其中，光源(1)和/或光检测器(3)位于目标物体(2)上。
3.如权利要求1或2所述的装置，其中，在所述部分以外的所述轴线具有倾斜的方向，例如通过使用镜子、光纤、或光导体。
4.如权利要求1或2或3所述的装置，其中，光源(1)适于发出调制的或可能是脉冲的光，且光检测器(3)与该调制或脉冲是同步的。
5.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，光检测器包括相机(3)。
6.如权利要求1-5中任一项所述的装置，其中，光学器件(4)具有至少两个焦平面，用于在目标物体(2)和参考物体(6、8)的至少两个相关的位置判断所述接近程度。
7.如权利要求1-6中任一项所述的装置，其中，将射到光检测器(3)的反向散射光的强度与预定的且优选可调的水平进行比较，从而检测所述的接近程度。
8.如权利要求1-7中任一项所述的装置，其中，光源(1)和光检测器(3)相对于彼此分开放置。
9.如权利要求1-8中任一项所述的装置，其中，所述光源由数据投影机(图2)构成。
10.一种用于数据演示、计算机支持的工作、或者与计算机进行互动操作的画图、书写和/或指点工具，其中，在该工具中集成了如权利要求1-9中任一项所述的装置。
11.一种用于检测第一物体(目标物体)和第二物体(参考物体)之间的接近程度的装置，其包括光源(1)以及接收器，接收器用于在参考物体被光源(1)照射时接纳来自参考物体的结果反向散射光，因而射到接收器的反向散射光的强度被用来测量所述接近程度，其特征在于，该目标物体(2)包括光学器件(4)，光学器件(4)具有焦平面(7)并适于被光源(1)照射，来自光源(1)的光线的轴线以及反向散射到接收器的光线的轴线具有彼此紧邻并基本平行或重合的部分，所述接近程度对应于目标物体(2)与参考物体(6、8)之间的距离(相对位置)，其中，参考物体基本位于焦平面上，并且，接收器适于与装置的使用者的眼睛配合工作。
12.如权利要求11所述的装置，其中，光源由数据投影机构成。
全文摘要
一种用于检测第一物体(目标物体)和第二物体(参考物体)之间的接近程度的装置，其包括光源(1)以及光检测器(3)，光检测器(3)适于在参考物体被光源(1)照射时接纳来自参考物体的结果反向散射光。该目标物体(2)包括光学器件(4)，其具有焦平面(7)，适于被光源(1)照射。来自光源(1)的光线的轴线以及反向散射到光检测器(3)的光线的轴线具有彼此紧邻并基本平行或重合的部分。所述接近程度对应于目标物体(2)与参考物体(6、8)之间的距离(相对位置)，其中，参考物体基本位于焦平面上。
文档编号G01C3/00GK1882820SQ200480034174
公开日2006年12月20日 申请日期2004年11月12日 优先权日2003年11月19日
发明者托尔莫德·恩乔尔斯泰德 申请人:新标志股份有限公司
技术领域：
本发明涉及一种装置，其能够检测出一个或多个目标物体处于其各自的参考表面或参考物体的附近。
本发明还涉及一种检测系统，其能够与该装置相配合，并能够判断一个或多个目标物体处于其各自的参考表面或参考物体的附近。
而且，本发明还涉及一种方法，用于判断一个或多个物体处于其各自的参考表面或参考物体的附近。
背景技术：
现今已知有若干种方法用于检测一个目标物体是否处于一参考表面或其他参考物体的附近。
这其中，接近检测(proximity detection)是人们感兴趣的，在工业上、汽车和航空系统中。利用接近检测器，系统能够报告其自身相对于参考物体的位置并报告其状况，例如，判断由这种检测器提供的阀门的状况(打开、关闭)。在自动或自主系统中，通过改变速度方向，这些系统本身响应于接近检测器和其他传感器的状态，并根据系统的整体状态可以进行一系列不同的操作。
总的来说，接近检测器具有这样的性质，即，为了判断两者是否彼此靠近，不需要所述目标物体与所述参考物体之间的物理接触。在一些情况下，不需要检测器系统与所述两个物体中的一个或多个有物理接触，并且，通过远程传感来完成接近检测，这两点是有决定性的。两个所述物体上的装备不需要电或其他能量，这也可能是决定性的。而且，该装备的重量轻也是决定性的。除此以外，该装备还需要制造起来简单廉价。在许多情况下，该装备不需要任何维护，这一点也是重要的。而且，该装备或测量方法对目标物体或环境没有任何影响，这常常也是重要的，例如，不会扰乱电场或磁场。在使用医疗设备时，有严格的要求，设备不能伤害病人。本发明就满足以上的所有条件。
已知有若干不同的接近检测器原理，例如，基于超声波传播距离测量等等(US6114950，DE3235028，US5144593)，光相差测量(US4752799)，光纤传感器(US6498654)，基于激光的原理(DE2448898)，磁原理(US6127821，US2003173957)等等。
US 5,200,604描述了一种光学接近检测器，用于在激光手术刀装置中的探头。该接近检测器包括光源、将光引出到输出孔的光导体、以及通过通向在输出孔附近的一个孔的光导体接收光的光检测器。对于参考表面的接近程度由反射的光强来计算。其目的是避免在与要切割的组织相接触之前启动激光刀。
US 4,991,509描述了一种方法和装置，用于判断物体和参考表面之间的空隙。该接近检测器包括光源、将光引出到输出孔的光导体、以及通过通向在输出孔附近的一个孔的光导体接收光的光检测器。这两个孔以一定距离彼此隔开，从而发出的光锥与光检测器通过输入孔捕捉到的视野的一大部分或一小部分重叠。对于参考表面的接近程度由反射的光强来计算。
两个专利US 5,200,604和US 4,991,509描述了利用以下原理进行的接近检测源和检测具有一定的相互间隔，从而来自光源的光锥以及光检测器的视野能够覆盖参考物体上的公共的体积或公共的面积，这将根据目标物体与其参考表面之间的间隔而改变，从而，表现出不断变化的反向散射光强。与本发明相比，这些阀门都不包括任何的透镜或曲面镜，其具有关联的焦距，形成接近检测。这些发明没有描述任何光源的光锥和光检测器的视野有重叠的装置；相反，在两个孔之间需要一定的侧向间距，从而光锥和光检测器将具有部分重叠的覆盖面积，反过来这又取决于到参考表面的距离，并且该可变的重叠面积给出了变化的反向散射光强，其可以由光检测器进行测量。这样，为了装置能够正常工作，在上述两个专利中的前提条件是输入孔和输出孔之间的侧向距离，而本发明就不涉及对于输入孔和输出孔应由侧向距离分开的要求。
发明内容
在本发明中，所述目标物体和所述参考表面或参考物体被光完全照射或部分照射，且该光具有处于或不处于可见光范围的光谱。该光检测器可以是相机(camera)，带有后续模拟和/或数字信号处理和/或数字图像处理，或者在较简单的实施例中，可以由一个或多个光学光检测器构成，其带有相关的检测电子设备。所述的光照可以是脉冲的或调制的，以便与其他照明相区分，且这样的调制也可以是与光检测同步的。
以下，将参考附图更具体地解释本发明，在附图中图1示出该接近检测器的一个实施例。
图2多个接近传感器构成的系统的一个实施例，其具有公共光源和公共光检测，带有相机和计算机或类似的数字系统，用于图像获取、数据处理、展示、通信和操作的相关软件。
图3示出一个实施例，其中光源与目标物体相关联。
图4-7示出根据本发明的实施例的各种变化形式。
具体实施例方式
图1示出接近检测器的一个实施例。所述的照明源1和所述的光检测器3将具有尽可能接近和尽可能平行的轴线，该轴线指向指向目标物体2，而目标物体具有凸透镜4(由一个或多个透镜元件构成，或者是球或者圆柱棒)或者凹反射镜(或者一组若干个带有不同曲率的镜面)，具有规定的焦距。当在这样的目标物体上的这样的透镜-反射镜结构与参考表面或参考物体具有与规定的焦距7相应的一定距离时，得到接近检测，但是，通过所述透镜反射镜，光以小角度被反向散射到较大距离8或较小距离6。参考表面6、7、8或参考物体应该具有一定的反射性，从而使得不是所有的入射光都被吸收。在这样的情况下，在所述透镜-反射镜装置有光时，目标物体与参考表面或参考物体之间的接近度可以被检测到，因为来自照明源通过透镜-反射镜装置的入射光从参考表面或参考物体通过透镜-反射镜装置反向散射到所述检测器，因为目标物体的透镜-反射镜装置与参考表面之间的距离是相应的。通过将光强水平与固定或动态的参考水平进行比较，就可以检测到在上述条件下的所述光强水平变高了。根据测量情况，参考水平可以是静态的、动态的、或者可调的。如果照明是调制的和/或还具有同步检测，导致错误检测的随机的其他照明的可能就减小了。
作为一个“接收器”(光检测器)，可以想到，人眼(操作者的视觉)代替相机等等，在这种情况下，接收器装置设计成与操作者或使用者的眼睛配合工作。
在优选实施例中，仅具有安装在目标物体上的所述透镜-反射镜装置，但是，照明源和检测器是与目标物体和参考物体分开的。而且，该照明源和该检测器可以彼此分开，只要检测器位于来自透镜-反射镜装置的反向散射光的轴线上即可。在另一个优选实施例中，如图3所示，照明源1可以放置在目标物体2上，而光检测器3可以放置在另一个静止或运动的点上。在第三优选实施例中，如图4所示，检测器3放置在目标物体2上，而照明源放置在另一个静止或运动的点上。在第四优选实施例中，如图5所示，检测器和照明源都位于目标物体上。在第五优选实施例中，如图6所示，使用凹面镜4作为位于目标物体2上的聚集光元件。在第六实施例中，如图7所示，凹面镜4用作位于目标物体2上的聚集元件，并且目标物体相对于光源和检测器位于漫射屏的相对侧。通过额外的反射镜和/或其他的光学元件，还可以相对于照明源的轴线方向改变光检测器的轴线方向。参见图3中的3a-14的变化。
在图2中示出接近判断和/或位置判断系统11的一个实施例，其用于和一个或多个设备9一起使用，设备9使得能够检测一个或多个目标物体处于其各自的参考表面6、7、8或参考物体6、7、8附近的情况。在本实施例中，一个或多个接近检测器具有公共的光源和公共的通过相机进行的光检测，以及用于图像获取、数据处理、显示、通讯的计算机或类似的数字系统，以及相关软件的执行。图像像素的模拟和/或数字的信号处理常常是必要的，以便获得可靠的接近检测，其中，还使用和估计不同的参考水平。
本发明涉及接近检测的总原理。如上所述，接近检测器在各种应用领域内具有重要的工业可能性。新的低成本的相机技术以及其他现代照明源的应用，诸如可以容易地调制和发出脉冲的激光、激光二极管和发光二极管等，这些应用给出了很好的使用和赢利前景。这些使用可以是在要被检测的尺寸很大的情况或者毫米或微米级别的距离上。
总的来说，本发明可以与用于侧向位置判断和目标物体朝向判断的装置一起使用。在一般情况下，本发明可以与挪威专利No.311740和PCT专利PCT/NO01/00369中的定位和朝向原理一起使用，其中，需要在观察平面上检测一个或多个目标物体的位置和/或朝向，并同时判断对于一个或多个参考物体的接近和/或判断关于物体情况的各种细节。PCT专利PCT/NO01/00369总的覆盖了在一个区域或观察空间中进行位置判断和/或寻找一个或多个标记的目标物体的朝向的操作，并且带有多个记录装置，也能够计算目标物体的移动和速度方向。
本发明的一个有趣的具体应用的一个例子是对于与数据投影机一起使用的书写和指点工具的接近检测。这样的系统，其使用相机观察系统作为传感器，使用数据投影机作为照明源，这在挪威专利311740和PCT专利PCT/NO01/00369中记载，其专利也延伸到了美国和欧洲。这些专利描述了用于在数据投影机图像中指点、画图、和书写的系统，还描述了画图、书写和指点工具的可能的设计/原理及其特性，其中，这样的工具具有尖端，尖端具有可见的图案，该图案带有编码理论上良好的图案，以便在投影机图像平面上进行良好的定位判断。这些专利还覆盖了各种形式的工作原理，例如，基于与书写表面直接机械接触的接近检测。这些专利不覆盖本发明以上所述的接近检测原理。上述的用于接近检测的新原理还可以单独应用或与该画图、书写及指点工具的各种侧向位置或空间相关位置以及朝向判断的原理相结合。总的来说，在需要检测一个或多个目标物体的位置并判断到参考物体的接近程度和/或判断物体的状态的时候，使用本发明与以上段落中所述的挪威专利311740及PCT专利PCT/NO01/00369中定位和朝向装置的组合。特别的，所述接近检测器与一个或两个上述专利的组合，可以形成基础，用于具有特别可靠的检测和很高赢利潜力的指点、画图及书写工具。而且，该组合总的来说提供了在一区域中的若干标记物体的可靠的接近检测以及定位和朝向记录。
即使不使用根据上述两发明的在投影机图像平面上的位置判断和/或朝向判断原理，本发明也可以实施为该画图、书写和指点工具中的接近传感器。本发明还可以作为独立的方法来使用，或者结合一个或多个其他的位置判断方法。
几个优选实施例中的一个可以如图2所示，但光源是数据投影机且光检测器是带有数字检测电子设备的相机，相机位于数据投影机附近且其轴线尽可能接近并平行于数据投影机的轴线。在优选实施例中，相机的数字检测电子设备结合在数据投影机中。图2的系统将能够检测到互动装置，例如画图、书写或指点工具，是否与书写表面相间隔或紧密靠近书写表面(例如，墙壁、桌面、板子、后投影屏幕)。通过对相关的目标物体与参考物体之间的距离/接近程度进行检测，图2上的系统还可以检测到画图工具的按钮或其他调节装置是否被按下或以其他方式触发。
如上所述的接近检测可以对这样的系统进行完善，从而使其更可靠和富有冗余，但其中光源不必须是数据投影机，而是独立的恒定、脉冲或调制的可见光或非可见光光源。
在后投影中的例子中的接近检测可以使用例如图7所示的优选实施例，其中，如上所述的投影机和相机以及可能有的附加光源都位于投影屏之后，且其中投影屏是散射型的。
本发明涉及接近检测以及位置判断。接近检测总的来说在很多应用领域都具有利益。自从新的相机技术和其他现代光学传感器和照明源出现以来，基于上述原理的光学接近检测特别吸引人。而且，共焦显微术也应该提及，其中，用于照明(通常是激光)并通向光检测器的光路在入射到要显微观察的物体上之前和之后穿过相同的透镜系统。
本发明使得将光检测器和/或光源与目标物体和参考物体分开称为可能。因此，本发明可以通过远程检测来判断目标对象和参考对象是否彼此邻近。而且，可以通过这样的远程检测得知目标物体的状况。
尽管以上已经展示和/或说明了本发明的许多实施例，但是，对于本领域的技术人员来说，当然还可以有很多的变化和替换实施例，而这些变化和改变形式的限制仅仅与如权利要求中所述的本发明相关。
权利要求
1.一种用于检测第一物体(目标物体)和第二物体(参考物体)之间的接近程度的装置，其包括光源(1)以及光检测器(3)，光检测器(3)适于在参考物体被光源(1)照射时接纳来自参考物体的结果反向散射光，因而射到光检测器(3)的反向散射光的强度被用来测量所述接近程度，其特征在于，该目标物体(2)包括光学器件(4)，光学器件(4)具有焦平面(7)并适于被光源(1)照射，来自光源(1)的光线的轴线以及反向散射到光检测器(3)的光线的轴线具有彼此紧邻并基本平行或重合的部分，以及所述接近程度对应于目标物体(2)与参考物体(6、8)之间的间距(相对位置)，其中，参考物体基本位于焦平面上。
2.如权利要求1所述的装置，其中，光源(1)和/或光检测器(3)位于目标物体(2)上。
3.如权利要求1或2所述的装置，其中，在所述部分以外的所述轴线具有倾斜的方向，例如通过使用镜子、光纤、或光导体。
4.如权利要求1或2或3所述的装置，其中，光源(1)适于发出调制的或可能是脉冲的光，且光检测器(3)与该调制或脉冲是同步的。
5.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，光检测器包括相机(3)。
6.如权利要求1-5中任一项所述的装置，其中，光学器件(4)具有至少两个焦平面，用于在目标物体(2)和参考物体(6、8)的至少两个相关的位置判断所述接近程度。
7.如权利要求1-6中任一项所述的装置，其中，将射到光检测器(3)的反向散射光的强度与预定的且优选可调的水平进行比较，从而检测所述的接近程度。
8.如权利要求1-7中任一项所述的装置，其中，光源(1)和光检测器(3)相对于彼此分开放置。
9.如权利要求1-8中任一项所述的装置，其中，所述光源由数据投影机(图2)构成。
10.一种用于数据演示、计算机支持的工作、或者与计算机进行互动操作的画图、书写和/或指点工具，其中，在该工具中集成了如权利要求1-9中任一项所述的装置。
11.一种用于检测第一物体(目标物体)和第二物体(参考物体)之间的接近程度的装置，其包括光源(1)以及接收器，接收器用于在参考物体被光源(1)照射时接纳来自参考物体的结果反向散射光，因而射到接收器的反向散射光的强度被用来测量所述接近程度，其特征在于，该目标物体(2)包括光学器件(4)，光学器件(4)具有焦平面(7)并适于被光源(1)照射，来自光源(1)的光线的轴线以及反向散射到接收器的光线的轴线具有彼此紧邻并基本平行或重合的部分，所述接近程度对应于目标物体(2)与参考物体(6、8)之间的距离(相对位置)，其中，参考物体基本位于焦平面上，并且，接收器适于与装置的使用者的眼睛配合工作。
12.如权利要求11所述的装置，其中，光源由数据投影机构成。
全文摘要
一种用于检测第一物体(目标物体)和第二物体(参考物体)之间的接近程度的装置，其包括光源(1)以及光检测器(3)，光检测器(3)适于在参考物体被光源(1)照射时接纳来自参考物体的结果反向散射光。该目标物体(2)包括光学器件(4)，其具有焦平面(7)，适于被光源(1)照射。来自光源(1)的光线的轴线以及反向散射到光检测器(3)的光线的轴线具有彼此紧邻并基本平行或重合的部分。所述接近程度对应于目标物体(2)与参考物体(6、8)之间的距离(相对位置)，其中，参考物体基本位于焦平面上。
文档编号G01C3/00GK1882820SQ200480034174
公开日2006年12月20日 申请日期2004年11月12日 优先权日2003年11月19日
发明者托尔莫德·恩乔尔斯泰德 申请人:新标志股份有限公司
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