采用投影条纹技术的光学导航系统和方法技术方案

一种用于确定光学导航装置与导航地带之间的相对运动的方法（３００）包括产生（３０３）两条交叠的相干光束和产生所述两条交叠的光束之间的干涉条纹图（３０４）。所述方法还包括：利用所述干涉条纹图照射（３０５）所述导航地带的表面部分；将所述条纹照射表面的一部分成像（３０６）；以及响应所述成像的条纹照射表面部分而产生（３０６）－（３０７）信号模式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及运动传感光学装置，尤其涉及。
技术介绍
现有的相对运动检测光学装置采用模式相关技术，当光学装置经过表面时(或者，当所述表面穿过光学装置时)，通过捕捉反映所述表面特征的图案来确定光学装置与所述表面之间的相对运动。通过把一个图案帧与下一个图案帧的对照来确定所述光学装置的运动距离和方向。这种技术通常检测表面上的阴影(shadow)的亮度变化，它的灵敏度和可用性取决于捕捉的表面图案的亮度对比。例如，相对运动传感器用于计算机指针(即，鼠标)控制。这种指针一般采用光学装置来控制计算机屏幕上指针的位置。在更常用的场合中，光学导航信息可以用来补偿扫描装置沿扫描路径的曲线和旋转运动的失真。专利文件5786804、5578813、5644139、6442725、6281882和6433780描述了光学鼠标、其它手持式导航设备和手持式扫描仪的例子。一般的现有装置在镜面或光泽表面、均匀表面、以及具有浅部特征(shallow feature)的表面(如玻璃或白板)上不太好操作。在这些装置中，为了提高图像对比度，镜面反射通常被挡住了，而仅仅捕捉来自表面上的散射的光辐射。一般来说，所使用的平面必须能够投射阴影。通常，这就意味着被观察的表面特征必须具有关于所使用的光辐射波长的几何光学范畴的维数。因此，对特定表面类型的限制是现有光学鼠标设计的典型缺点。专利技术概述按照本专利技术，提供一种用于确定相对于导航地带的运动的光学导航系统。所述系统包括可以用来产生两条交叠光束的光学导航装置，这两条交叠光束为相干的光辐射。这两条交叠光束可以用来产生干涉条纹图，使得具有条纹图的两条交叠光束可以用来照射导航地带的表面部分。所述光学导航装置包括检测器阵列和成像元件，检测器阵列用于响应输入光学像图而产生输出信号模式，，成像元件设置成将用两条交叠光束照射的导航地带表面部分成像在成像在检测器阵列上。本专利技术还提供用于确定光学导航系统与导航地带之间的相对运动的方法，所述方法包括产生两条交叠相干光束；以及在两条交叠光束之间产生干涉条纹图。所述方法还包括用干涉条纹图照射导航地带的表面部分；将条纹照射表面部分成像；以及响应所述成像的条纹照射表面部分而产生信号模式。附图说明为更完整地理解本专利技术，现在参考联系附图进行的以下说明，附图中图1为描述按照本专利技术实施例的光学导航系统的高级方框图； 图2A为描述按照本专利技术实施例的采用投影条纹技术的光学导航系统实施方案的光路图；图2B为描述按照本专利技术实施例的可供选择的采用投影条纹技术的光学导航系统实施方案的光路图；图2C为描述按照本专利技术实施例的另一种可供选择的采用投影条纹技术的光学导航的系统实施方案的光路图；图3为描述按照本专利技术实施例的用于以光学方式确定导航表面相对于导航装置的两维运动的操作序列的流程图；以及图4为描述按照本专利技术实施例的的计算机系统的简图。本专利技术的详细说明图1为描述按照本专利技术实施例的光学导航系统10的高级方框图。光学导航系统10确定光学装置101(如光学鼠标)与导航地带102之间的相对位置，导航地带102可以处在相对于光学装置101的在任何方向(如箭头107、108所示)的运动中。下文中使用的导航地带102是相对于光学装置101运动或变换位置的物体，使得光学装置101和导航地带102之间的相对运动或位置确定一种输出信号。工作时，导航地带102被光学装置101中光源模块103发出的光辐射110照射，通过与导航地带102的相互作用来处理光辐射110，使得照射光辐射110的图案被修改成出射光辐射112，出射光辐射112由导航地带102传播(例如透射或反射)。在本专利技术的一些实施例中，通过相互作用来修改出射光辐射112的图案，例如，利用导航地带102的表面106来反射或散射照射光辐射110。或者，例如，可以通过在光辐射110穿过导航地带102的体积时发生的相互作用来修改所述图案。检测器(例如检测器阵列104)捕获具有图案的出射光辐射112并且产生信号114。由于照射光辐射110中两个入射波阵面的干涉以及它们与导航地带102的相互作用，在出射光辐射112中存在条纹图。这些条纹图是出射光辐射112的空间亮度分布中的明暗调制，直接对应于导航地带102的表面106的表面高度变化。可以利用检测器阵列例如，CCD、CMOS、GaAs、非晶形硅或任何其它适合的检测器阵列来进行所述捕获。一般来说，使从光源模块103发出的光辐射110的波长谱与检测器阵列104的波长响应相匹配，以便优化信号效率。然后，信号114被发送至处理器105，在处理器105中信号114被进一步处理，并且响应信号114而产生输出信号116。例如，在处理器105中，传统上可以采用比较连续的各对捕获的帧的相关算法来进行确定相对运动的处理。在本专利技术的一些实施例中，可以提供定时信号以便确定相对速度。例如，输出信号116可以配置成激励计算机屏幕中指针的位置。为了结构的整体化，通常把光源模块103和检测器阵列104一起封装在光学装置101中。也可以任选地把处理器105封装在光学装置中，例如光学装置101中，但处理器105也可以置于光学导航系统10的其它地方。在本专利技术的一些实施例中，光学装置101代表计算机系统中的光学鼠标，操作者可以任选地手动操作光学鼠标。图2A为描述按照本专利技术实施例的采用投影条纹技术的光学导航系统实施方案200的光路图。系统200包括迈克耳孙/泰门-格林(Michelson/Twyman-Green)干涉计配置，所述干涉计配置包括分束器24和反射器25、26，分束器24和反射器25、26把来自相干光源21的光线分成两条交叠相干光束204、206(平面波)并改变它们的方向，相干光束204、206照射导航表面22。来自相干光源21(例如VCSEL激光源)的光线以发散光束201的形式发射，然后例如利用准直元件23准直发散光束201以便形成平行光束202。在分束器24，平行光束202被部分反射成为反射光束203a，并且被部分透射成为透射光束205a。反射光束203a经反射器25反射成为反射光束203b，然后反射光束203b部分穿过分束器24成为照射光束204。同样，透射光束205a被反射成为反射光束205b，然后反射光束205b部分穿过分束器24成为照射光束206。反射器26以相对于反射器25法线的小楔形角倾斜，使得照射光束204和206相互以角度θ交叠，如照射光束204的波矢量 和照射光束206的波矢量 的附加分部图中所示。两个平面波204、206(可以不失一般性地把它们视为相同的亮度)经干涉后，在导航表面22上产生黑白条纹相间的投影图案，其条纹间距如下d2＝(波长/2)(sin(θ/2))其中，条纹间距d2为黑条纹中心至下一个相邻白条纹中心的距离，θ为波矢量 和 的夹角。这便是众所周知的摩尔(Moire)测量技术，采用这种方法可测量表面变形、表面波动和表面轮廓。为了简单起见，没有显示反射光束203b在分束器24的部分反射和反射光束205b在分束器24的部分透射形成的光束。反射光束205b在分束器24的部分透射可以重新进入激光光源21的腔体内，可能会对激光模性能造成潜在的负面影响，但可以通过轻微地旋转分束器24以避免光束的重新进入。或者，例如可以在激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定相对于导航地带１０２的运动１０７、１０８的光学导航系统１０，所述系统包括：光学导航装置１０１，可以用来产生相干光辐射的两条交叠光束２０４、２０６，所述两条交叠光束可以用来产生干涉条纹图２３７，使得具有所述条纹图的两条交叠 光束可以用来照射所述导航地带１０２的表面部分２２、２１２；检测器阵列２１５，可以用来响应输入光学像图２０７、２０８而产生输出信号模式１１４；以及成像元件２７、２１４，设置成将用所述两条交叠光束照射的所述导航地带表面的一部分成 像在所述检测器阵列上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MT德皮，DW施勒德尔，T谢，
申请(专利权)人：阿瓦戈科技ECBUIP新加坡股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]