一种用于测量输入设备和对象（１５）沿至少一个测量轴的相对运动的方法和光学模块。对于每个测量轴，提供了具有激光腔的激光设备（３）用于生成测量束（１３）。测量束（１３）用于照射对象（１５），由对象（１５）反射并且重新进入激光腔的测量束辐射在激光器中产生自混合效应并且引起激光腔操作的变化。检测器（４）用于生成代表这些变化的测量信号，而且电子处理电路（１８）取决于相对运动速度选择测量信号的至少两个参数之一，以便确定相对运动的速度和方向。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】测量对象和光学输入设备在一速度范围中 的相对运动的方法
本专利技术涉及一种测量输入设备和对象沿至少一个测量轴相对于彼此的运动的方法，该方法包括步骤对于每个测量轴、使用从激光 设备的激光腔发射的测量激光束照射对象表面；测量激光腔操作中的 变化，所述变化归因于重新进入所述激光腔的测量束辐射和所述激光 腔中的光波之间的自混合干涉，并且代表了沿所述至少一个测量轴的 所述运动；以及生成代表所测得的、所述激光腔操作中的变化的电信 号。本专利技术还涉及一种配备了用于执行该方法的光学模块的输入设 备，以及涉及一种包括这种输入设备的装置。#4居美国专利No. 6707027可得知这样的方法和输入设备。该输 入设备可以是光学鼠标，其在计算机配置中使用以便在计算机显示器 或监视器上移动光标，从而例如选择被显示菜单的功能。像传统的机 械式鼠标一样，这样的光学鼠标靠手在鼠标垫上移动。该输入设备也 可以是"倒置的"光学鼠标。因而该输入设备是固定的，并且例如嵌 入到台式电脑的4建盘中，或笔记本电脑中，或i者如移动电话、PDA或 游戏机之类的手持装置中，并且所述对象是在该输入设备的外壳中的 透明窗口上移动的用户手指。在后者的应用中，该输入设备的优点得 到了最佳的利用，所述优点即体积小、重量轻、成本少和功耗低。附图说明图1是美国专利No. 6707027所描述的输入设备的示意截面。该 设备在其下侧包括底板l,它是用于二极管激光器(所述实施例中即 VCSEL激光器)和检测器(例如光电二极管)的载体。在图la中， 仅仅一个二极管激光器3及其关联的光电二极管4是可见的，但是通 常如图lb中所示(其是该设备的示意俯视图)、在底板上提供至少 第二二极管激光器5和关联的检测器6。 二极管激光器3、 5分别发 射测量束13和17。在所述设备的上侧配备了透明窗口 12,例如人的 手指之类的对象在该透明窗口上面移动。例如为平凸透镜的透镜10布置在二极管激光器和窗口之间。该透镜将激光束13、 17聚焦在透 明窗口 12的上侧位置或其附近。如果对象15位于该位置，那么它就 散射该束13 (和17)。辐射束13的一部分沿照明束13的方向散射， 而且这部分由透镜10会聚到二极管激光器3的发射表面上并且重新 进入其激光腔。如后面将要阐述的那样，重新进入激光腔的辐射引起 由二极管激光器发射的辐射的强度的变化。这些变化可以由光电二极 管4检测到，光电二极管4将测得的变化转换成电信号，并且将该电 信号施加给电子电路18进行处理。类似地，光电二极管6将测得的、 二极管激光器5所发射辐射的强度的变化转换成电信号，并且将该电 信号施加给另一个电子电路19进行处理。如图lb所示，电子电路 18、 19是彼此连接的。激光器和检测器可以进行不同程度的集成， 包括单片集成。图2说明了当使用水平发射二极管激光器和布置在激光器后平 面处的监视光电二极管时，如美国专利No. 6707027所述的输入设备 和测量相对运动的方法的原理。在图2中，二极管激光器(例如二极 管激光器3)由它的腔20以及它的前、后平面或者相应的激光腔镜 21、 22来示意性地表示。腔的长度为L。对象15和前平面21之间的 空间形成外腔，其长度为L0。发射穿过前平面的激光束用附图标记 25表示，而且由对象沿前平面方向反射的辐射用附图标记26表示。 部分在激光腔中生成的辐射穿过后平面，并由光电二极管4捕获。如果对象15沿照明束13的方向移动，那么反射的辐射26将经 历时变相位延迟和多普勒频移。这意味着该辐射的频率(因而相位) 发生了变化或者出现了频移。这个频移取决于对象移动的速度，其数 量级为几个kHz MHz。重新进入激光腔的、发生频移的辐射与该腔内 生成的光波或辐射发生干涉，即在腔内出现自混合效应。取决于光波 和重新进入该腔的辐射之间的相移量，这种干涉将是相长或相消的， 即激光辐射的强度周期性地增大或减小。以此方式生成的激光辐射调 制的频率正好等于该腔内的光波频率和重新进入该腔的已发生多普 勒频移的辐射频率之间的差值。该频率差的数量级为几个kHz MHz, 因此易于检测。自混合效应和被反射光的时变相移的组合导致激光腔 操作的变化，尤其是其增益或光放大的变化，并且使得每个腔镜处的 输出功率变化。作为对象运动速度v的函数的增益变化Ag由下列等式给出在这个等式中K为到外腔的耦合系数，其指示耦合出激光腔的辐射量；v为激光辐射的频率；v为对象沿照明束方向的运动速度；t为时刻；c为光速。同对象的运动速度和运动量一样，也需要检测运动方向，即对象 沿测量轴是前向还是后向运动，其中的运动量即对象运动经过的距 离，其可以通过相对于时间积分所测得的速度来测量。在提出的一种确定运动方向的方法中，利用的事实是，激光辐射 的波长X取决于二极管激光器的温度，从而取决于通过二极管激光器 的电流。如果例如二极管激光器的温度升高了，那么激光腔的长度随 之增大，并且被放大的辐射的波长随之增大。图3的曲线45示出了 所发射的辐射的波长l的温度(T》相关性。如杲如图4所示、将周期性驱动电流Irf (由波形50表示)提供 给二极管激光器，那么二极管激光器的温度Trf就如波形52所示那样 周期性地上升和下降。这在激光腔中导致得到这样的光学驻波，其具 有周期性变化频率，并因此具有相对于由对象反射并且重新进入该腔 的辐射的连续变化的相移，所述辐射具有一定时延。在驱动电流的每 个半周期内，现在存在相继的时间段，其中取决于该腔内的波和重新 进入该腔的被反射辐射之间的相位关系、二极管激光器增益在这些时 间段中更高和更低。这结杲产生如图4中的波形54所示的、所发射 辐射的时间相关的强度变化(I)。这个波形代表针对静止或非运动 的对象的情况。第一半周期^P(a)中的脉冲数等于第二半周期^p(b)中的脉沖数。对象的运动导致重新进入激光腔的辐射的变化时移，即这个频率 取决于具有多普勒频移的运动的方向而增大或减小。对象沿一个方向 即前向方向的运动导致重新进入辐射的波长减小，沿相反方向的运动导致重新进入辐射的波长增大。激光腔内光波的周期性频率调制的效 果在于，在多普勒频移与激光腔内的频率调制符号相同的情况下，重 新进入该腔的、发生多普勒频移的辐射的效果不同于在所述频率调制 和多普勒频移具有相反符号的情况下该辐射具有的效果。如果这两个 频移符号相同，那么所述波和重新进入的辐射之间的相差就以緩慢的 速率发生变化，并且结果得到的激光辐射调制的频率更低。如果这两 个频移符号相反，那么所述波和辐射之间的相差就以更快的速率发生 变化，并且结果得到的激光辐射调制的频率更高。在驱动激光器电流的第一半周期^P(a)期间，所生成的激光辐射的波长增大。在对象后向运动的情况下，重新进入辐射的波长也增大，以致所述腔内的波的 频率和重新进入该腔的辐射的频率之间的差值更低。因此，与缺少所 发射激光辐射的电调制的情况相比，其间重新进入辐射的波长与所生 成辐射的波长相适应的时间段的数目更小。这意味着，如果对象沿后 向方向运动，那么与其中没有应用调制的情况相比，第一半周期内的 脉冲数更小。在其中激光器温度降低和所生成辐射的波长减小的第二 半周期j^P(b)内，其中重新进入辐射的波长与所生成辐射的波长相适本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测量输入设备和对象（１５）沿至少一个测量轴相对于彼此的运动的方法，该方法包括步骤：对于每个测量轴，使用从激光设备（３）的激光腔发射的测量激光束（１３）照射对象表面；生成代表激光腔操作中的变化的测量信号，所述变化归因于重新进入所述激光腔的测量束辐射和所述激光腔内的光波之间的干涉，并且代表了沿所述至少一个测量轴的所述运动；取决于所述输入设备和所述对象（１５）相对于彼此的运动速度来选择所述测量信号的至少两个参数之一，并且根据所选定的参数来确定所述运动的速度和方向；以及生成代表所述运动速度和方向的电信号。
【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：M谢曼，C海因克斯，P杜尼厄斯，A斯特克，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]
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