(57)【要約】本発明は、加速力の方向に対する装置（１）の向きを検出する方法と、不混和性で、異なる屈折率及び異なる密度を有し、界面（１４）を介して互いに接触する第１の液体（Ａ）及び第２の液体（Ｂ）を有する光学素子（１０）と、画素のグリッド（２２）を有し、該画素のグリッドのサブセット（２４、２４’）上で光学素子により捕捉された像を感知するよう構成されるセンサ（２０）と、グリッド上のサブセットの位置から加速力の方向に対する装置の向きを計算する計算手段（３０）を有する装置（１）を開示する。従って、例えば、重力といった加速力の方向に対する装置（１）の向きは、機械的に動く部分を使用することなく得ることができる。
2007518987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速力の方向に対する装置の向きを検出する方法であって、
不混和性で、異なる屈折率及び異なる密度を有し、界面を介して互いに接触する第１の液体及び第２の液体を有する光学素子と、画素のグリッドを有するセンサとを有する装置を設ける段階と、
前記画素のグリッドのサブセット上で前記光学素子により捕捉された像を感知する段階と、
前記グリッド上の前記サブセットの位置から前記装置の向きを計算する段階と、
を有する方法。
【請求項２】
前記加速力は、重力である請求項１記載の方法。
【請求項３】
不混和性で、異なる屈折率及び異なる密度を有し、界面を介して互いに接触する第１の液体及び第２の液体を有する光学素子と、
画素のグリッドを有し、該画素のグリッドのサブセット上で前記光学素子により捕捉された像を感知するよう構成されるセンサと、
前記グリッド上の前記サブセットの位置から加速力の方向に対する装置の向きを計算する計算手段と、
を有する該装置。
【請求項４】
前記第１の液体は、電気的に影響を受けやすい液体である請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記光学素子は更に、前記第１の液体と導電接触する電極構造を有し、
前記装置は更に、前記電極構造に結合される駆動器回路を有する請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記第２の液体は、油の混合体を有する請求項３乃至５のうちいずれか一項記載の装置。
【請求項７】
前記計算手段は、較正データを格納するためのメモリ素子を有し、
前記計算手段は、前記較正データを使用して前記向きを計算するよう構成される請求項３乃至６のうちいずれか一項記載の装置。
【請求項８】
前記光学素子の前にある光源を更に有する請求項３乃至７のうちいずれか一項記載の装置。
【請求項９】
前記光源は、着脱可能である請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記加速力は、重力である請求項３記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装置の向きを検出する方法に係る。
【０００２】
本発明は更に、向き検出器を有する装置に係る。
【背景技術】
【０００３】
重力といった加速力に対する装置の向きの検出は、多数の適用分野における関心事である。そのような適用分野の例は、航空、計算、セキュリティ、及びゲームといったバーチャルリアリティ適用である。特許文献１では、重力場に対する向きの検出器として機能可能な加速度センサが開示される。加速度センサは、チャンバを有する非導電性、非磁気性の筐体を有し、その中にコイルに結合された誘導影響部材が配置される。内部にセンサが配置された装置の向きにおける変化により、部材の自己インダクタンスが変化する。このことはコイルを介して検出可能である。このセンサは、向き検出のために機械的に動く部分に依存し、これは、センサの耐用年数の間に機械的に摩耗するという不利点を有する。
【特許文献１】欧州特許出願第１０４０３５７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、機械的摩耗を回避する又は少なくとも低減する冒頭段落に記載したような向き検出方法を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明は更に、あまり機械的摩耗しない向き検出器を有する装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の面では、加速力の方向に対する装置の向きを検出する方法であって、不混和性で、異なる屈折率及び異なる密度を有し、界面を介して互いに接触する第１の液体及び第２の液体を有する光学素子と、画素のグリッドを有するセンサとを有する装置を設ける段階と、画素のグリッドのサブセット上で光学素子により捕捉された像を感知する段階と、グリッド上のサブセットの位置から装置の向きを計算する段階とを有する方法を提供する。
【０００７】
婚お方法は、光学素子は、国際出願第２００３／０６９３８０号に開示される可変フォーカスレンズのような光学素子は、重力といった加速力の方向に対する装置の向きを検出する向き検出器として機能するよう偏光可能であるという認識に基づいている。このために、光学素子内の液体の密度は異なるよう選択され、それにより、液体の素子内での向きは、例えば、重力である加速力の方向に依存する。液体の異なる屈折率により、装置の向きにおける変化は、光学素子を通る光の軌道における変化を引き起こす。
【０００８】
一般的に、光学素子の背後にある像センサの画素のグリッドは、その光学素子により捕捉された像に部分的にのみ露光される。即ち、画素のグリッドは、露光領域より大きい。その画素が、光学素子により捕捉された像に露光されなかったのかを検出することにより、グリッド上の像の向きを決定することが可能である。この向きは、重力又は別の加速力の関数であるので、そのような力の方向に対する装置の向きを計算することが可能である。
【０００９】
本発明の更なる面では、不混和性で、異なる屈折率及び異なる密度を有し、界面を介して互いに接触する第１の液体及び第２の液体を有する光学素子と、画素のグリッドを有し、該画素のグリッドのサブセット上で光学素子により捕捉された像を感知するよう構成されるセンサと、グリッド上のサブセットの位置から加速力の方向に対する装置の向きを計算する計算手段とを有する装置を提供する。
【００１０】
移動電話機、航空に使用される制御装置、電子アルコール水準器等といった電子装置でありうるこの装置が、本発明の方法を実施し、装置の向きを決定するのに機械的に動く部分は必要ないという利点を有する。
【００１１】
１つの実施例では、第１の液体は、電気的に影響を受けやすい液体である。これは、印加電界により液体の位置を操作することを可能にする。この操作を容易にするために、光学素子は更に、第１の液体と導電接触する電極構造を有し、装置は更に、この電極構造に結合される駆動器回路を有する。これは、光学素子が、例えば、可変フォーカスレンズとして使用することが可能であるという利点を有する。
【００１２】
別の実施例では、第２の液体は、油の混合体を有する。これは、油は一般的に良好に混ぜ合わさり、また、第２の液体の密度全体の注意深い調整を可能にする様々な密度を有する広範囲に及ぶ油が容易に入手可能であるので有利である。これは重要である、何故なら、光学素子がレンズである場合、密度における違いは、コマ収差又は非点収差といった望ましくない高次収差を含む光学収差に寄与するからである。第１の液体及び第２の液体の密度を注意深く選択することにより、界面の向きにおける変化は、球面空の界面変形は小さいまま主に傾斜に簡単化することができ、従って、上述した高次収差を低減する。
【００１３】
有利には、計算手段は、較正データを格納するメモリ素子を有し、計算手段は、較正データを用いて向きを計算するよう較正される。製造時において、向き検出器は、所定の向き下で多数の測定を行い、較正結果をメモリ素子内に格納することによって較正される。メモリ素子は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）といったように単純でありうる。動作時には、処理手段が、グリッド上の画素のサブセットの位置を較正データと比較し、この比較から向きを計算する。
【００１４】
別の実施例では、装置は更に、光学素子の前にある光源を有する。これは、装置が、夜間にも使用可能であるという利点を有する。光源は、例えば、可変フォーカスレンズといったように光学素子の別の使用法を可能にするよう着脱可能であることが好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明をより詳細に、また、添付図面を参照しながら非限定的な例として説明する。
【００１６】
尚、図面は概略的に過ぎず、縮尺がとられているわけではないことを理解すべきである。同じ又は同様の部分を示すために全図に亘って同じ参照番号が使用されることも理解すべきである。
【００１７】
図１は、本発明の装置１を示す。移動電話機といった電子装置又は航空適用又は家庭適用に使用する向き決定器具でありうる装置１は、像センサ２０の前に配置された光学素子１０を有する。像センサ２０は、プロセッサ３０に出力信号を供給するよう構成される。光学素子１０は、内壁にコーティング１３を有するチャンバ内に閉じ込められた第１の液体Ａと第２の液体Ｂを有する。第１の液体Ａ及び第２の液体Ｂは、不混和性であり、界面１４を介して互いに接触する。コーティング１３は、界面１４の曲率を操作するために選択される。例えば、液体Ａは、油といった疎水性液体であり、液体Ｂは、食塩水といった親水性液体でありうる。デュポン社のＡＦ１６００（商標）といった光学素子１０のチャンバの内壁上の疎水性コーティング１３は、内壁が疎水性液体で主に覆われるようにし、これは、図１に示すように、界面１４を凸状にする。コーティング１３の機能のより詳しい説明は、国際公開第２００３／０６９３８０号に記載する。
【００１８】
本発明では、第１の液体Ａ及び第２の液体Ｂは、異なる屈折率と異なる密度を有し、それにより、光学素子を通る光の軌道が、光学素子１０の向きが変化したときに変化することを確実にする。このことは、以下により詳細に説明する。光学素子１０は、向き検出専用の受動素子であり得る。或いは、光学素子１０は、二重機能を有する構造化可能な素子であり得る。もう一つの機能は、例えば、可変フォーカスレンズである。この実施例では、光学素子の液体Ａ、Ｂのうちの１つは、電気的に影響を受けやすい液体であり、また、光学素子１０は更に、環状電極でありうる第１の電極１１と、壁電極でありうる第２の電極１２を更に有する。この実施例では、装置１は更に、駆動回路４０を有し、プロセッサ３０はこの駆動回路４０を制御するよう構成される。駆動回路は、第１の電極１１と第２の電極１２の間に可変電圧を与え、界面１４の形状、従って、光学素子１０の光学パワーを操作するよう構成される。この原理は、例えば、上述した国際公開から周知であり、更には説明しない。周知技術によると、光学素子１０は、光学絞り又はダイアフラム（図示せず）、及び／又は、レンズフード又はサンシェード（図示せず）を用いて拡大されてもよく、それにより、光学素子１０を通過する光ビームの幅を制御する。
【００１９】
任意選択的に、装置１は更に、暗所における向き測定を容易にするようホルダ５２上に取り付けられる光源５０を有する。光源５０は、ホルダ５２から着脱可能であり得、また、ホルダ５２は、装置１から着脱可能でありうる。
【００２０】
装置１の動作、即ち、装置１において本発明の方法が実施される方法を図２に示す。図２では、プロセッサ３０及び任意選択な駆動回路４０は明瞭さのためにのみ省略する。図２の左側には、第１の向きにおける光学素子１０を示す。光学素子１０を通過する光ビームは、破線の束により示す。界面１４は、レンズのように動作し、光ビームを、界面１４のこの特定の向きに対して発散させる。当然ながら、光学素子１０の特性は、収束光ビームを形成するよう調整可能である。これは、光学素子１０の背後の検出器が、光学素子１０を通る光学路の面積より小さい場合に有利である。第１の向きでは、光ビームの中心は、光学素子１０を通る光学軸Ｘと一致する。左側の図面では、光学軸Ｘは、線Ｙと示す例えば重力である加速力の主方向と平行に方向付けられる。
【００２１】
光学素子１０を通過する光の軌道は、センサ２０の画素グリッド２２上で測定されることが好適であるが、例えば、別個のセンサのアレイといった他の検出手段も可能である。光ビームは、画素グリッド２２のある面積２４を覆う。面積２４は、画素グリッド２２の画素のサブセットを有する。センサ２０の面積２４以外の画素は、第１の向きでは露光されない。
【００２２】
図２の右側に示すように、装置１の第２の向きにおいて、装置１は、線Ｙにより示す重力場に対して傾斜される。第１の液体Ａと第２の液体Ｂの様々な密度によって、界面１４は、重力の影響化で光学軸Ｘに対して傾斜する。従って、光学素子１０を通過する光の軌道は変化し、即ち、光学素子１０を通る光ビームの中心は、光学素子１０を出射する際に光学軸Ｘとは一致しなくなり、画素グリッド２２の露光面積２４’は、露光領域２４に比べてシフトされる。即ち、装置１の第１の向きにおいて露光される画素のサブセットは、装置１の第２の向きにおける画素のサブセットとは異なり、この差は、向きの関数である。従って、光学素子１０を通過する光の軌道は、光学素子１０と、光学素子１０が内部に配置される装置１の向きに関する情報を含む。
【００２３】
本発明の方法では、装置１の向きは、測定された軌道から計算される。１つの実施例では、プロセッサ３０は、較正データが格納されるルックアップテーブルといったメモリ素子（図示せず）を有する。較正データは、装置１を多数の所定の向きに配置し、各向きについてメモリ素子内に画素の露光された画素セットを識別する情報を格納することによって、装置１の組み立て時又は組み立て後に生成可能である。動作時には、プロセッサは、メモリ素子における較正データから装置１の向きを推定することが可能である。或いは、較正データは、ハードウェア内に埋め込みされてもよい。
【００２４】
この時点において、コマ収差といった高次の収差が、界面１４の半球形状の逸脱から生じることを明記しておく。このような収差の発生も、向きに依存する。高次の影響は可能な限り小さく維持されることが好適であるが、これらの影響の定量化を、センサ２０の画素２２の露光面積２４を評価することにより装置１の向き決定に含むことが可能である。
【００２５】
本発明のコンテキストにおいて、「電気的に影響を受けやすい液体」という表現は、導電性液体、極性液体、及び分極可能液体、並びに、磁場に反応する液体を包含することを意図する。
【００２６】
尚、上述した実施例は、本発明を限定するのではなく、説明するものであり、また、当業者は、請求項の範囲から逸脱することなく多くの代案の実施例を設計可能であろうことを明記する。請求項において、括弧内に入れられた任意の参照符号は、その請求項を限定すると解釈すべきではない。「有する」という用語は、請求項に記載した素子又は段階以外の素子又は段階の存在を排除するものではない。また、単数形で示される素子も、そのような素子が複数存在することを排除するものではない。本発明は、幾つかの別個の素子を有するハードウェア手段によって実施可能である。幾つかの手段を列挙する装置の請求項において、これらの手段のうちの幾つかは、全く同じハードウェアアイテムにより具現化されることが可能である。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるという単なる事実は、これらの手段が組み合わされて有利に使用されることができないということを示すものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の装置を示す図である。
【図２】像センサの画素グリッド上の像の向きへの加速力の影響を示す図である。
【図１】
2007518987.tif 000003
【図２】
2007518987.tif 000004
【国際調査報告】
2007518987.tif 000005
2007518987.tif 000006
2007518987.tif 000007