光学结构、光学导航系统和运动评估方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光学结构、光学导航系统和运动评估方法。光学导航系统和运动评估方法使用光学结构，该光学结构被配置为对沿着第一方向传播的光进行准直，并且将光从光学结构的输出反射面向下沿着垂直于第一方向的第二方向朝目标表面进行内反射。所述光学结构还被配置为将从目标表面反射的光通过输出反射面朝图像传感器透射。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
光学导航系统用于评估光学导航系统和目标表面之间的移动以执行跟踪操作。光学导航系统使用诸如发光二极管(LED)或激光二极管之类的 光源来照明导航表面的区域，并且使用图像传感器来接收从目标表面所反 射的光以连续地捕获目标表面的图像数据帧。光学导航系统比较连续的图 像帧，并且基于当前图像帧和先前图像帧之间的比较来评估光学导航系统 和目标表面之间的相对移动。该比较基于检测和计算所捕获的图像数据帧 中的特征的位移。对于基于激光的导航系统，这些特征通常是由照射到目 标表面上的激光光斑所产生的干涉图像。光学导航系统通常用于光学的计算机鼠标以跟踪鼠标相对于表面的移 动，所述表面是鼠标在其上被手动操纵的表面。为了正确地执行跟踪操 作，光学鼠标通常需要位于目标表面上，这是因为当图像导航系统的图像 传感器和目标表面之间的距离被显著增加时，即，当光学鼠标被从目标表 面抬升时，会引入误差。但是，在某些情形下，希望即使在光学导航系统 的图像传感器和目标表面之间的距离被增加时，光学导航系统也可以操 作。例如，如果在具有一片玻璃的目标表面上使用光学鼠标，则光学导航 系统需要在由于目标表面上的一片中间玻璃而引起的光学导航系统的图像 传感器和目标表面之间的距离增加的情况下正确地执行操作。因此，需要一种光学导航系统，即使在光学导航系统的图像传感器和目标表面之间的距离被增加时，该光学导航系统也能执行跟踪操作。
技术实现思路
一种光学导航系统和运动估计方法使用光学结构，该光学结构被配置 为对沿着第一方向传播的光进行准直，并且将光从光学结构的输出反射面 向下沿着垂直于第一方向的第二方向朝目标表面进行内反射。光学结构还 被配置为将从目标表面反射的光通过输出反射面朝图像传感器透射。因 此，光学导航系统能够提供以垂直于目标表面的角度照射到目标表面的经 准直的光，这允许即使当光学导航系统的图像传感器和目标表面之间的距 离例如由于光学导航系统和目标表面之间的一片透明材料而增加时，光学 导航系统也能有效地执行跟踪操作。根据本专利技术一实施例的用于光学导航系统的光学结构包括输入部分、 中间部分和输出部分。输入部分包括准直透镜，该准直透镜被定位为对在 最初高度上沿着第一方向传播的光进行接收和准直。中间部分接到输入部 分。中间部分被配置为对来自准直透镜的光进行内反射，从而以光学方式 操纵光在低于最初高度的较低高度上沿着第一方向传播。输出部分接到中 间部分。输出部分包括输出反射面，该输出反射面被定向为将来自中间部 分的光向下沿着垂直于第一方向的第二方向朝目标表面进行内反射，并且 使从目标表面反射的光通过输出反射面透射以从光学结构输出光。根据本专利技术一实施例的光学导航系统包括光源、光学结构和图像传感 器。光源被定位为在最初高度上沿着第一方向发射光。光学结构被光学地 耦合到光源。光学结构包括准直透镜，该准直透镜被定位为对在最初高度 上沿着第一方向传播的来自光源的光进行接收和准直。光学结构还包括中 间部分，该中间部分用于对来自准直透镜的光进行内反射，从而以光学方 式操纵光在低于最初高度的较低高度上沿着第一方向传播。光学结构还包 括输出反射面，该输出反射面被定向为将来自中间部分的光向下沿着垂直 于第一方向的第二方向朝目标表面进行内反射，并且使从目标表面反射的 光通过输出反射面透射以从光学结构输出光。图像传感器被光学地耦合到 光学结构，用于从光学结构接收光以捕获目标表面的图像数据帧。根据本专利技术一实施例的运动评估方法包括在第一高度上沿着第一方向 发射光，对在最初高度上沿着第一方向传播的光进行准直，在校准之后对光进行内反射，从而以光学方式操纵光在低于最初高度的较低高度上沿着 第一方向传播，将在较低高度上沿着第一方向传播的光从输出反射面向下 沿着垂直于第一方向的第二方向朝目标表面进行内反射，使从目标表面反 射的光通过输出反射面朝图像传感器透射，以及在图像传感器处接收从目 标表面反射的光以捕获目标表面的图像数据帧。根据下面的详细说明，结合附图，可以明白本专利技术的其他方面和优 点，附示了本专利技术的原理示例。附图说明图1示出了根据本专利技术一实施例的包括在光学的计算机鼠标中的光学 导航系统。图2是根据本专利技术一实施例的光学导航系统的示意图。图3是根据本专利技术一实施例的光学导航系统的光学结构的透视图。图4A是光学导航系统的示意图，其示出了当在光学导航系统和目标表面之间没有一片透明材料的情况下，光学导航系统在目标表面上操作时，通过系统的光的光路。图4B是光学导航系统的示意图，其示出了当在光学导航系统和目标表面之间具有一片透明材料的情况下，光学导航系统在目标表面上操作时，通过系统的光的光路。图5是根据本专利技术一实施例的运动评估方法的处理流程图。具体实施例方式参照图1来描述根据本专利技术一实施例的光学导航系统100。如图1所 示，光学导航系统100包括在光学的计算机鼠标102中，鼠标102连接到 计算机104。在该实现方式中，光学导航系统100用于当光学鼠标在目 标表面106上由用户操纵以控制显示在计算机104上的光标时，跟踪光学 鼠标102的移动。但是，在其他实现方式中，光学导航系统IOO可以用于 各种跟踪应用场合的不同产品中。如下详细所述，光学导航系统100被如 此设计即使在光学导航系统和目标表面106之间的距离例如由于目标表面上的一片透明材料而增加时，光学导航系统也可以有效地执行跟踪操 作。现在参照图2，示出了光学导航系统100的各种组件。图2是光学导航系统100的剖视图。如图2所示，光学导航系统100包括光源208、光 学结构210和图像传感器212。光源208被配置为生成光，该光用于照明 目标表面的106的成像区域214以进行运动评估。在该实施例中，光源 208是激光器件。具体而言，光源208是垂直腔表面发射激光器 (VCSEL)，其生成激光束形式的相干光。但是，在其他实施例中，光源 208可以是发光二极管或者任何其他发光器件。光源208被定位为将光沿 着正X方向发射到光学结构210中。这里所使用的沿着具体方向的光传播 表示光(例如光束)的中心轴线沿着该具体方向。光学结构210是透光结构，其被配置为对从光源208所接收的光进行 准直和光学方式的操纵，使其朝目标表面106的成像区域214发射。另 外，光学结构210被配置为接收从目标表面106的成像区域214所反射走 的光，并且将所反射的光传送到图像传感器212。光学结构210的设计允 许光学导航系统ioo在不同的表面上、甚至在具有一片透明材料的表面上 有效地操作，所述一片透明表面例如是一片透明玻璃或者一片透明塑料。光学结构210在图2中示出，也在图3中示出，图3是光学结构的透 视图。如图2所图示，光学结构210包括输入部分216、中间部分218和 输出部分220。光学结构210的输入部分216被配置为接收和准直来自光 源208的光，该光在与光学结构210的底面222相距zl的高度上沿着正X 方向传播。底面222是当在目标表面上使用光学导航系统100时，光学结 构210最接近目标表面106的表面。这里所使用的沿着特定方向传播的光 的高度指的是该光的中心轴的高度，该光可以是激光束。光学结构210的 中间部分218被配置为接收经本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光学导航系统中的光学结构，所述光学结构包括：　　　　输入部分，其包括准直透镜，该准直透镜被定位为对在最初高度上沿着第一方向传播的光进行接收和准直；　　　　接到所述输入部分的中间部分，所述中间部分被配置为对来自所述准直透镜的所述光进行内反射，从而以光学方式操纵所述光在低于所述最初高度的较低高度上沿着所述第一方向传播；以及　　　　接到所述中间部分的输出部分，所述输出部分包括输出反射面，所述输出反射面被定向为将来自所述中间部分的所述光向下沿着垂直于所述第一方向的第二方向朝目标表面进行内反射，并且使从所述目标表面反射的所述光通过所述输出反射面透射以从所述光学结构输出所述光。

【技术特征摘要】
US 2006-12-20 11/613,5611.一种用于光学导航系统中的光学结构，所述光学结构包括输入部分，其包括准直透镜，该准直透镜被定位为对在最初高度上沿着第一方向传播的光进行接收和准直；接到所述输入部分的中间部分，所述中间部分被配置为对来自所述准直透镜的所述光进行内反射，从而以光学方式操纵所述光在低于所述最初高度的较低高度上沿着所述第一方向传播；以及接到所述中间部分的输出部分，所述输出部分包括输出反射面，所述输出反射面被定向为将来自所述中间部分的所述光向下沿着垂直于所述第一方向的第二方向朝目标表面进行内反射，并且使从所述目标表面反射的所述光通过所述输出反射面透射以从所述光学结构输出所述光。2. 如权利要求1所述的结构，其中，所述准直透镜和所述输出反射面 是整体单块结构的部分。3. 如权利要求1所述的结构，其中，所述输出反射面相对于所述第一 方向以负四十五度的角度向下倾斜。4. 如权利要求1所述的结构，其中，所述中间部分包括上反射面和下 反射面，所述上反射面和所述下反射面相对于所述第一方向向下倾斜以对 来自所述准直透镜的所述光进行内反射，从而以光学方式操纵所述光在所 述较低高度上沿着所述第一方向传播。5. 如权利要求4所述的结构，其中，所述中间部分的所述上反射面和 所述下反射面相对于所述第一方向以负四十五度的角度向下倾斜。6. 如权利要求1所述的结构，其中，所述输入部分包括腔，所述准直 透镜是所述腔的表面。7. 如权利要求1所述的结构，其中，所述输出部分包括棱镜形凹口， 所述输出反射面是所述棱镜形凹口的表面。8. —种光学导航系统，包括光源，被安置为在最初高度上沿着第一方向发射光； 光学耦合到所述光源的光学结构，所述光学结构包括准直透镜，所述 准直透镜被定位为对在所述最初高度上沿着所述第一方向传播的来自所述 光源的所述光进行接收和校准，所述光学结构还包括中间部分，所述中间 部分被配置为对来自所述准直透镜的所述光进行内反射，从而以光学方式 操纵所述光在低于所述最初高度的较低高度上沿着所述第一方向传播，所 述光学结构还包括输出反射面，所述输出反射面被定向为对来自所述中间 部分的所述光向下沿着垂直于所述第一方向的第二方向朝目标表面进行内 反射，并且使从所述目标表面反射的所述光通过所述输出反射面透射以从 所述光学结...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶胜龙，李洪康，李赛穆，格兰蒂斯苏映凡，
申请(专利权)人：安华高科技ECBUIP新加坡私人有限公司，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]