CN101106777A - 位置传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铰链位置传感器，包括连接在一起以设置铰链的第一部件和第二部件，及连接于所述第一和第二部件之间以提供在所述第一和第二部件之间的通信链路的光纤或光波导。激光器或LED被耦合到所述光纤或光波导以在所述第一和第二部分之间传送光信号，且所述光信号被光电探测器接收。所述光纤或光波导由所述铰链的动作被物理扭曲以致光从所述光纤或光波导泄漏。被所述光电探测器接收到的光功率电平用于确定所述铰链的位置。

Description

位置传感器
技术领域
本发明涉及一种光位置传感器，具体来说，但不排他地，涉及一种光纤光学位置传感器，用于检测诸如移动电话或笔记本电脑的便携式电子设备的铰链盖位置。
背景技术
通常，诸如笔记本电脑或移动电话的便携式电子设备包括基座和盖，其中基座包括设备的键盘，盖包括设备的屏幕或用户显示器。在这种类型的设备中，所述基座和所述盖通过铰链部分连接在一起，以致当该设备不用的时候所述用户显示器就能倚铰链转动到平放在所述键盘上。通过探测所述铰链什么时候被闭合，所述设备能够探测出什么时间它可以安全地切换到节电模式。该功能允许该设备在不用的时候节约电池电力。
利用机械传感器探测该类型铰链的张开/闭合状态已为人所知，例如毂型介质探测开关或者回转型位置探测开关。然而，使用机械传感器常常给所述电子设备强加设计约束条件并且也可能要求毂适合所述设备的外型。机械传感器常常还要求在所述设备的主板上有额外的空间用于容纳探测器开关。
或者，所述铰链的位置可以利用固态继电器探测。例如，已知通过使用霍尔集成电路的系统在磁性上探测盖的位置。然而，这种类型的探测器既要求所述设备主板上的空间，也要求一定的待机电平。此外，这种类型的磁开关容易干扰集成到该设备中的其他类型的传感器，诸如全球定位系统所使用的那些传感器。
光学近似传感器的利用也是为人所知的。然而为了使得该传感器能可靠运行，近似传感器的发射器和接收器的表面必须保持干净。
发明内容
根据本发明，提供一种铰链位置探测装置，其包括转动地互连在一起以设置铰链的第一部件和第二部件、第一光纤、用于通过所述光纤传送光的光发射器及用于探测从所述光纤发出的光的功率电平的光探测器，其中，所述光纤被所述铰链的动作物理扭曲并且所探测的功率电平用于确定所述铰链的位置。
在所述光纤中的物理扭曲可以导致光从所述光纤泄漏并且影响被所述光探测器探测到的所述光功率电平。
所述光纤可以被连接在所述第一部件和所述第二部件之间，以致横穿所述铰链。
所确定的所述铰链的位置可以用于控制电子设备的运行。
如果所述铰链被确定为处于闭合状态，则所述装置可以被配置成将电子设备的一个或多个组件切换到节电模式。
如果所述所探测到的光功率电平达到预定的阈值电平，则所述铰链可以被确定为处于闭合状态。
所述光发射器可以被包含在所述第一部件中，所述光探测器可以被包含在所述第二部件中，并且所述光纤可以被耦合在所述光发射器和所述光探测器之间。
所述光探测器可以被安放用来直接探测从所述光纤发出的光，所述发出的光是由所述光纤中的物理扭曲引起的。
所述装置可以包括第二光纤，其可用于将所述发出的光从所述第一光纤引导到所述探测器。
所述光发射器可以包括LED或激光器，所述光探测器可以包括光敏器件，例如光电二极管、光电晶体管或者光敏电阻。
附图说明
为了更全面的理解本发明，现在参考附图通过例证性的示例描述其具体实施方式，其中：
图1是移动电话手机的示图，其包括通过铰链接头连接在一起的基座和盖；
图2是举例说明图1所示手机的组件的框图；
图3是横穿所述手机铰链接头的光纤剖视图；
图4是显示所述光纤在激光器和光电二极管之间的耦合的剖视图；
图5是显示从所述光纤泄漏光的剖视图；
图6是直接探测从所述光纤泄漏的光的示图；以及
图7是显示通过第二光纤直接探测从所述光纤泄漏的光的示图。
具体实施方式
参考图1，铰链位置探测装置是移动电话手机11的一部分。移动电话手机11包括基座12形式的第一部件和盖13形式的第二部件。基座12和盖13通过铰链接头14连接在一起，使得手机11可以在闭合位置和张开位置之间活动。
电话手机11被配置成运行在蜂窝无线网络中，如GSM网络，但它可以被配置成用在诸如3G网络或I模式的其他网络中。
电话手机11配备有用户显示器15，例如采用液晶显示器(LCD)面板的形式。手机11另外配备有扩音器16，其位于盖13中并且在与用户显示器15相同的表面上。手机11的基座12容纳其余的电话基本组件，包括键盘17。
键盘17位于基座12的表面上，以便当铰链接头14处于闭合位置时，键盘17直接面对用户显示器15。因此，当铰链14闭合时用户看不见用户显示器15和键盘17。天线18设置在基座12内部，以致于它不构成手机外型的部分。
参考图2，除了用户显示器15、扩音器16、键盘17和天线18外，手机11还包括麦克风12、SIM卡22、SIM卡读卡器23、放大器24和25、RF子系统26、编解码器27、微控制器28和存储器29。
RF子系统26包含所述电话发射器和接收器的电路。RF子系统26被耦合到天线18以在蜂窝移动网络中接收和发射无线信号。
天线18通过RF子系统26连接到编解码器27，编解码器27被配置成在微控制器28的控制下处理信号。
微控制器28根据存储器29中存储的程序运行并控制手机11的操作。微控制器28被耦合到RF子系统26以向频率合成器提供调谐指令。
用户显示器15连接到微控制器28以接收控制数据，键盘17连接到微控制器28以提供用户输入数据。图2中，存储器29与微控制器28分开显示。然而，存储器29与控制器28也可以一起被包含在集成单元中。
放大器24放大来自编解码器27的被解调的声音信号，并将其用于扩音器16。由麦克风12探测到的声音信号被放大器25预放大并被发送到编解码器27以进行编码。
有关用户身份的信息被保持在形式为GSM SIM卡的智能卡22中，其包含通常的GSM国际移动用户识别(ISMI)和密钥Ki，密钥Ki用于对无线传输以众所周知的方式进行编码。所述SIM卡被可拆装地接纳到SIM卡读卡器23中。
参考图3，手机11进一步包括光波导，例如光纤31，其经由铰链接头14连接于基座12和盖13之间。光纤31被连接以便为设置在基座12和盖13中的电路之间的光通信提供传输介质。
参考图4，手机11的基座12进一步包括光发射器，例如激光器41，其适于发出波长范围为630-670纳米的红激光。然而，也可以使用其他合适的波长。激光器41被耦合到光纤31的基座端，从而使得从激光器41发出的光进入光纤31，并被传送到盖13。术语“光”此处用来指在可见光谱、红外光谱和紫外光谱中的电磁辐射。
光纤31包括由包层31b包围着的中心纤芯31a。中心纤芯31a的折射率与包层31b的折射率不同，即光通过全内反射被限制在中心纤芯31a中，并沿着光纤31被引导。光纤31可以是渐变光纤或阶跃光纤。通过光纤31传送的光可以承载，例如用于控制用户显示器15或扩音器16的运行的信号。或者，通过光纤31传送的光可以包括用于在手机11的盖侧照明的控制数据。在可选的实施例中，激光器41可以由发光二极管(LED)替代。
进一步参考图4，手机11的盖13包括光探测器，例如光电二极管42，其被耦合到光纤31的盖端。光电二极管42适于探测来自激光器41的通过光纤31传送的光，并被耦合到设置在手机11的盖13中的电路。或者，代替光电二极管42，手机可以包括另一类型的光敏器件，例如光电晶体管或者光敏电阻。
光纤31是由适当的塑料制成并且是柔韧的，这样它能够与电话手机11的铰链接头14一同弯曲。塑料的利用使得光纤31能够被配置为它可以被弯成非常小的半径。这是很方便的，因为光纤31应该能充裕地弯到一定半径使得当手机11处于闭合位置时光纤31能横穿铰链接头14。塑料的利用也在传输速度方面提供了优势并与备选物质相比很便宜。然而，要知道除塑料以外的物质也是可用的。
参考图5，随着光纤31弯曲到一定半径使得它在手机11处于闭合位置时能够横穿铰链接头14，正在通过光纤31传送的光的一部分在弯曲处不满足在光纤31中的全内反射条件。不满足全内反射条件的光从光纤31泄漏出来，如图5中由箭头A所示。因此，不满足全内反射条件的光没有被光电二极管42探测到。随着弯曲半径的减小，随着盖13被依铰链转到基座12上的闭合位置，从光纤31泄漏出来的光的量增加。因此，对从激光器41发出的恒定功率的光信号，被光电二极管42探测到的光功率是光纤31的弯曲半径的函数，并且因此，也是铰链接头14的位置的函数。
在光电二极管42处探测到的光功率可以用来计算铰链接头14的位置。然后可以处理铰链接头14的位置信息以确定手机是张开还是闭合，并且因此，可以用于控制手机11的运行模式。
如图3所示，激光器41和光电二极管42被耦合到控制器28，其被配置为根据光电二极管42所探测到的光功率电平控制手机11的组件的运行模式。这些组件可以包括，例如，用户显示器15和扩音器16。因此，如果由光电二极管42探测到的光功率电平下降到低于预定阈值，则可以确定手机闭合并且将盖13的运行模式切换到节电模式。或者，光功率电平可用于监控铰链的精确角度并可用于手机11的更复杂的控制。
在可选的实施例中，激光器41作为盖13的组成部分并被耦合到光纤31的盖端。在该实施例中，光电二极管42作为基座的组成部分并被耦合到光纤31的基座端。通过光纤31传送的光可以承载用于控制手机11的运行的控制信号。用户显示器15可以是触控式显示器，并可以由用户操作以从显示器选择菜单选项来操作手机11。因此，通过光纤31传输的控制信号可以包括，例如，由触摸显示器15的用户选择的菜单选项信息。该信息然后可以被中转给微控制器28并用于控制手机11的运行。
光电二极管42被配置为探测从激光器接收的光功率。由光电二极管42在光纤31的基座端探测到的光功率电平的信息被提供给微控制器28，用于控制手机11的运行模式。如果所探测到的光功率电平下降到低于前面所述的预定阈值，则确定手机被闭合并且微控制器28将手机11的运行模式切换到节电模式。或者，可以处理由光电二极管42提供的光功率电平信息以直接控制手机11的一个或多个组件的运行。
因此，将光电二极管42所探测的光功率电平与预定阈值相比较，目的是确定手机11是处于张开位置还是处于闭合位置。如果通过铰链位置探测装置确定手机11处于闭合位置，则手机11的组件被配置为运行在节电模式。因此手机11能提高其电池使用效率，并且，因此能够延长由其电池(未示出)的单次充电所提供的待机时间。
参考图6，在可选实施例中，第二光探测器——例如第二光电二极管61——被设置在手机11的铰链接头14中以探测从光纤31泄漏的光。第二光电二极管61被放置在从光纤31中的弯曲处发出最大光的区域中，以最大化探测从光纤31泄漏出的光的效率。
第二光电二极管61被耦合到微控制器28，从而使得关于从光纤31泄漏出的光功率的信息可以被传回控制器28并被处理，以确定手机11是处于张开位置还是处于闭合位置。或者，光电二极管61可以被配置成将所探测的功率电平通过无线方式——例如通过蓝牙连接——传送回控制器28。与本发明的前述实施例相反，由光电二极管61探测到的光功率电平与铰链接头14的半径成反比；随着光纤31的弯曲半径减小，由光电二极管61探测到的光功率电平增加。通过直接检测所发出的光，该装置能够最小化由温度波动和光纤31的老化引起的损耗导致的误差影响。除了确定铰链接头14是张开还是闭合外，在光电二极管61所探测到的光功率电平与光纤31的弯曲半径之间的关系可用于提供铰链接头14位置的详细信息。例如，由光电二极管61探测到的光功率电平可用于计算铰链接头14的角度。
或者，代替第二光电二极管61，手机可以包括不同类型的光敏器件，诸如光电晶体管或者光敏电阻。
控制器28处理由光电二极管61提供的光功率电平信息，以控制手机11的运行模式。如果由光电二极管61探测到的光功率电平增大到高于预定阈值，则手机11被确定为闭合并且微控制器28将手机11的运行模式切换到节电模式。或者，由光电二极管61探测到的光功率电平可用来直接控制手机11的一个或多个单独组件的运行模式。
参考图7，在可选的实施例中，第二光电二极管61是手机11的基座12的组成部分，并且第二光波导——例如第二光纤71——被安放用来接收从光纤31的弯曲处泄漏出的光并引导该光。或者，代替第二光纤71，手机可以包括用于引导该光的替换装置。该替换装置可以包括，例如包括一段没有包层的塑料光导管，其中，塑料/空气界面将光限定在该光导管中。光纤71、光波导或光导管可以与集光装置72一起使用，也可以不与集光装置72一起使用，所述集光装置72用于收集从光纤31泄漏出的光，例如包括透镜。
光纤71的光入口被安放在第一光纤31在其弯曲期间的最大发射点附近。由光电二极管61探测到的光功率电平要么被控制器28利用，要么直接用来控制手机11的运行模式。如果由光电二极管61探测到的光功率电平增大到高于预定阈值，在手机11被确定为闭合并且手机11被切换到节电模式。
包含第二光纤71为手机设计提供了更多的灵活性，因为第二光电二极管61的位置不受从第一光纤31发出最大光的位置所支配。因此，光电二极管61可被放置在手机11的基座12中便利的位置处。或者，光电二极管61可被放置在手机11的盖13中。
光纤31可以包有保护套(未示出)。在直接探测从光纤弯曲处泄漏出光的所述实施例中，如果用LED代替激光器41，则所述套在最大发光点被移除，目的是使得光电二极管61能探测从光纤31泄漏出的光的功率电平。然而，如果如上所述使用激光器41，则可以将保护套调整为使得激光能部分地传过该套。这样，不需要为了光电二极管61探测所述光而移除该套。
已经描述的手机11的运行模式控制是由光电二极管处探测到的光功率电平决定的。然而，手机的控制同样可以由所计算的信号损耗来决定。
实现所述铰链位置探测装置涉及手机11的硬件的最小改动。用于探测铰链位置的组件已经在很多其他传统移动电话手机中大量出现。此外，除了光纤31之外，没有使用活动部件，因此，可以认为该铰链位置探测装置是非常可靠的。所述铰链位置探测装置对电场或磁场不敏感，也不会干扰周边设备，例如利用该电场或磁场的GPS系统。
上述实施例和可选方案可以单独或组合使用，以达到所述铰链位置探测装置提供的效果。尽管已经参考移动电话手机11描述了所述铰链位置探测装置，当该系统同样可用于其他类型的包括铰链部分的电子设备。这些类型的设备包括，例如手持及膝上电脑、手持视频游戏机和个人数字助手。

Claims (23)

1.一种铰链位置探测装置，包括：
第一部件和第二部件，其被旋转地互连在一起以设置铰链；
光波导；
光发射器，其通过所述光波导传送光；以及
光探测器，其探测从所述光波导发出的光的光功率电平；
其中，所述光波导被所述铰链的动作物理扭曲并且所探测到的功率电平被用于确定所述铰链的位置。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述光波导中的物理扭曲导致光从所述光波导泄漏并且影响被所述光探测器探测到的光功率电平。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述光波导被连接在所述第一部件和所述第二部件之间以致横穿所述铰链。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所确定的所述铰链的位置用来控制电子设备的运行。
5.如权利要求1所述的装置，其中，如果所述铰链被确定为处于闭合位置，则所述装置被配置成将电子设备的一个或多个组件切换到节电模式。
6.如权利要求1所述的装置，其中，如果所述所探测到的功率电平达到预定的阈值电平，则所述铰链被确定为处于闭合位置。
7.如前述权利要求中任何一项所述的装置，其中，所述光发射器被包括在所述第一部件中，所述光探测器被包括在所述第二部件中，并且所述光波导被耦合于所述光发射器和所述光探测器之间。
8.如权利要求7所述的装置，其中
如果被所述光探测器探测到的功率电平增大到高于预定的阈值，则所述铰链被确定为张开；且
如果被所述光探测器探测到的功率电平下降到低于预定的阈值，则所述铰链被确定为闭合。
9.如权利要求1到6中任何一项所述的装置，其中，所述光探测器被安放用来直接探测从所述光波导发出的光，所述光的发出是由所述光波导中的物理扭曲引起的。
10.如权利要求9所述的装置，其中
如果被所述光探测器探测到的功率电平增大到高于预定的阈值，则所述铰链被确定为闭合；且
如果被所述光探测器探测到的功率电平下降到低于预定的阈值，则所述铰链被确定为张开。
11.如权利要求9所述的装置，包括另外的光波导，其适用于将所述发出的光从所述光波导引导到所述探测器。
12.如权利要求11所述的装置，其中，所述另外的光波导是光纤。
13.如权利要求1到6中任何一项所述的装置，其中，所述光发射器包括LED或激光器，所述光探测器包括光电探测器。
14.如权利要求1到6中任何一项所述的装置，其中，所述光波导包括光纤。
15.一种移动电话，包括权如利要求1到6中任何一项所述的铰链位置探测装置。
16.一种便携式电子设备，包括
第一部件和第二部件，其被连接在一起以设置绕轴旋转的接头；
光波导；
处理器；
光发射器，其通过所述光波导传送光信号；以及
光探测器，探测来自所述光波导的光信号；
其中，所述处理器被配置成处理所探测到的信号以确定通过所述光波导的信号损耗并利用所确定的信号损耗来确定所述接头的位置。
17.如权利要求16所述的设备，其中，所确定的所述接头的位置被用来控制在所述设备中节电模式的实现。
18.如权利要求17所述的设备，其中
如果所述所确定的信号损耗增大到高于预定的阈值，则所述接头被确定为处于闭合位置；且
如果所述所确定的信号损耗下降到低于预定的阈值，则所述接头被确定为处于张开位置。
19.如权利要求16所述的设备，其中，所述光波导包括光纤。
20.如权利要求16到19中任何一项所述的设备，包括移动电话。
21.一种电子设备，包括：
盖和基座；
光发射器，其用于传送光信号；
光探测器，其用于探测光信号的功率电平；以及
光波导；
其中，所述光波导被耦合到所述光发射器并被连接在所述盖和所述基座之间以为所述光信号提供传输介质，所述光探测器所探测到的功率电平被用于确定所述盖相对于所述基座的位置，并且所述盖的位置用于在所述电子设备中使用节电模式。
22.如权利要求21所述的电子设备，其中，所述光波导包括光纤。
23.一种确定连接于第一部件和第二部件之间的铰链的位置的方法，其中，光波导被连接于所述第一部件和所述第二部件之间并且所述光波导被所述铰链的动作物理扭曲，所述方法包括：
通过所述光波导传送光；
探测从所述光波导发出的光的光功率电平；以及
基于所探测到的光功率电平确定所述铰链的位置。
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