利用干涉测量技术光学追踪目标的方法和系统技术方案

一种光学位置追踪系统（２００）包括用于从光束（２８０）产生入射光束（２８４）和参考光束（２８２）的光学装置（２６０）。此外，光学位置追踪系统（２００）进一步包括用于使所述入射光束（２８４）扫描经过一个角度范围（２９０）以产生目标（２０５）对该入射光束（２８４）的反射（２８６）的光束导引装置（２３０），其中导引该入射光束（２８４）的反射（２８６）与所述参考光束（２８２）干涉以形成干涉光束（２５０）。另外，光学位置追踪系统（２００）能够通过干涉测量技术利用该入射光束（２８４）的角度值和所述干涉光束（２５０）确定所述目标（２０５）的位置，其中该角度值依赖于该反射（２８６）。如果该光束（２８０）具有多个波长，要么由于这些波长同时存在，要么由于在一个时间间隔内具有多个波长，就能确定目标（２０５）的绝对位置。如果光束（２８０）具有单一波长，就能确定目标（２０５）的相对位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及光学系统。特别是，本专利技术涉及利用干涉测量(interferometric)技术光学追踪目标。
技术介绍
已经研制了各种系统和装置，以便能够向计算机系统输入数据并能够进行操纵/光标控制以操作该计算机系统。计算机系统应用的大量增加又导致了这些系统和装置的进步。这些系统和装置典型地利用若干种技术中的一种。这些技术的实例包括机械追踪球，加速度探测，光学图像相关，激光斑点图案分析，以及强度探测。也利用其它的技术。尽管这些系统和装置的改进提高了计算机系统的可用性，但在这些系统和装置所利用的这些技术中的若干缺陷仍然限制了这些系统和装置的潜在优点。例如，有限分辨率的技术阻碍了计算机系统的使用。此外，这些技术中的某些响应时间缓慢。另一些技术仅能在特殊的表面类型上使用。此外，某些技术中的能量消耗增大。最后，系统和装置为实现某些技术所需的尺寸也是不利因素。除了这些缺陷，上述现有技术还存在另外的缺陷。通常，这些现有技术限于二维空间操纵/光标控制和相对坐标追踪(例如，位置的变化)。即，在二维空间中追踪目标的位置变化而不是目标的绝对位置(例如，当前位置)。相对坐标追踪限制了这些系统和装置在例如手写输入中的应用，其需要绝对位置追踪。总之，现有技术具有难以克服的严重限制。
技术实现思路
公开了一种利用干涉测量技术光学追踪目标的方法和系统。一种光学位置追踪系统包括从一个光束中产生一个入射光束和一个参考光束的光学装置。此外，该光学位置追踪系统进一步包括一个光束导引装置，该光束导引装置用于使入射光束扫过一个角度范围以产生目标对该入射光的反射，同时将该入射光束的反射导引为与参考光束相干涉，以便形成干涉光束。另外，光学位置追踪系统能够通过干涉测量技术利用入射光束的角度值和干涉光束确定目标的位置，而该角度值取决于反射。如果光束有多个波长，由于这些波长的同时存在，或在一个时间间隔内具有多个波长，那么就能够确定目标的绝对位置。如果光束具有单一波长，那么就能够测定目标的相对位置。附图说明通过结合在本说明书中并成为说明书一部分的附图对根据本专利技术的示例性实施例进行说明，并且结合描述对根据本专利技术的实施例的原理进行解释。图1描绘了一个根据本专利技术实施例的系统，示出了一个光学位置追踪系统。图2描绘了一个根据本专利技术实施例的用于追踪目标相对位置的光学位置追踪系统。图3描绘了由根据本专利技术实施例的图2所示光学位置追踪系统确定的目标的相对位置。图4描绘了根据本专利技术实施例的由图2的探测器响应于干涉光束所产生的信号。图5描绘了根据本专利技术实施例的用于追踪目标绝对位置的光学位置追踪系统。图6描绘了根据本专利技术实施例的由图5的光学位置追踪系统确定的目标绝对位置。图7描绘了根据本专利技术实施例的由图5的探测器响应于干涉光束所产生的多个信号。图8A描绘了根据本专利技术实施例的光束的圆形截面。图8B描绘了根据本专利技术实施例的光束的椭圆形截面。图9描绘了根据本专利技术实施例在限制扫描模式下运行的图2光学位置追踪系统。图10描绘了根据本专利技术实施例的显示光学追踪目标的方法的流程图。具体实施例方式现在将详细参考根据本专利技术的实施例，实例示出在附图中。尽管将结合这些实施例对本专利技术进行描述，但应该理解本专利技术并不限制于这些实施例。相反，本专利技术旨在覆盖包含在如附加的权利要求所限定的专利技术精神和范围内的替代、改进和等效方案。另外，在下面对根据本专利技术的实施例的详细描述中，进行了大量的细节描述以便为本专利技术提供一个全面的理解。在根据本专利技术的实施例中，一个光学位置追踪系统包括用于产生光束的光束发生器和用于从该光束产生入射光束和参考光束的光学装置。此外，该光学位置追踪系统进一步包括一个光束引导装置，该光束引导装置使入射光束扫过一个角度范围并在入射光被目标反射时引导入射光束的反射与参考光束产生干涉以形成干涉光束。该入射光束的反射包括一条反射光束。另外，光学位置追踪系统进一步包括用于探测干涉光束的探测器和用于利用干涉测量技术和数据测定目标位置的处理单元，所述数据包括目标反射入射光束时入射光束的角度值和提供至目标距离的干涉光束。如果光束有多个波长，或者由于这些波长的同时存在，或者由于在一个时间间隔内具有多个波长，就能够确定目标的绝对位置。如果光束具有单一波长，就能够测定目标的相对位置。图1描绘了根据本专利技术实施例的系统100，示出了光学位置追踪系统20。系统100包括计算机系统50和光学位置追踪系统20。计算机系统50具有显示器60。在根据本专利技术的这个实施例中，当目标10在二维空间运动时，光学位置追踪系统20追踪目标10的位置。特别是，位置追踪系统20利用了至少一个光束90，该光束90在二维空间中扫过一角度范围95。当目标10在光束90运行于其中的二维空间中向左、右、前、后，或它们任意组合运动时，该目标可以反射光束90。光束90的反射由反射光束80构成，该反射光束被位置追踪系统20接收并处理以追踪目标10的位置。目标10可以是任何类型的对象。例如，目标10可以是鼠标型装置、笔、触摸屏输入型装置、指针以及类似物。目标10上的回反射表面提高了光学位置追踪系统20追踪目标10的运动的能力。如果目标10具有足够的反射性能，那么不必使用回反射表面。光学位置追踪系统20通过产生对应于目标10位置的位置数据所追踪的目标10的运动可以用于向计算机系统50输入数据(例如，手写输入)，在显示器60上操纵，或控制计算机系统50的光标。在根据本专利技术的另一实施例中，光学位置追踪系统20与显示器60集成以便目标10在显示器60的表面移动时提供触摸屏功能。其比现有技术的触摸屏装置具有更低的成本和更低的复杂度。结构(相对位置追踪实施例)参照图2，其示出了根据本专利技术实施例用于追踪目标205相对位置的光学位置追踪系统200。以下将进行根据本专利技术实施例的物理结构的描述。然后将对根据本专利技术实施例的运行进行描述。关于根据本专利技术实施例的物理结构，图2示出了根据本专利技术实施例用于追踪目标205相对位置的光学位置追踪系统200。相对位置是在极坐标中确定，其中“相对位置”指的是目标205相对于先前位置的变化。如图2所示，光学位置追踪系统200具有光束发生器210，光学装置260，镜子270，光束导引装置230，探测器240，聚焦透镜250，以及处理单元220。总之，目标205相对于光束导引装置230的角度关系结合探测器240确定。另外，利用干涉测量技术确定目标205距光束导引装置230的相对距离，该干涉测量技术依赖于从目标205反射的反射光束286与参考光束282干涉而形成的干涉光束250。由于反射光束286和参考光束282沿不同长度的路径传播，因此形成干涉光束250。由此，当参考光束282和反射光束286结合(例如，干涉光束250)时，它们形成被探测器240接收的明暗条纹的干涉图案，而该明暗条纹随着路程差的改变而漂移。因此，目标205的相对位置被表示为目标205的该角度关系和到目标205的该相对距离。光束发生器210产生光束280。光束发生器210包括光源212，用以产生光束280。光束280是相干的并具有单一波长λ。此外，光束发生器210具有准直透镜214。在根据本专利技术的一个实施例中，光源(例如光源212)可以基于低成本的LED(发光二极管)技术。在根据本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学位置追踪系统（２００，５００），包括：用于从光束（２８０）产生入射光束（２８４）和参考光束（２８２）的光学装置（２６０）；以及用于使所述入射光束（２８４）扫描经过一个角度范围（２９０）以产生目标（２０５）对所述入射光 束（２８４）的反射（２８６）的光束导引装置（２３０），其中导引所述入射光束（２８４）的所述反射（２８６）与所述参考光束（２８２）干涉以形成干涉光束（２５０），其中通过干涉测量技术利用所述入射光束（２８４）的角度值和所述干涉光束（２５０）确定所述目标（２０５）的位置，以及其中所述角度值依赖于所述反射（２８６）。

【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：T谢，DM巴尼，MT迪皮，
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]