在各种表面上的光学位移检测制造技术

本发明专利技术的各实施例使一光学装置能够在一上面放置有一透明及／或半透明及／或光学上光滑的表面的漫射表面上进行示踪。某些实施例旨在检测光学装置何时被抬离其所位于的表面上。本发明专利技术的各实施例还包括一种用于检测ｚ距离（距示踪表面的距离）及通过提高光学传感器子系统及／或照明子系统在所检测ｚ距离处的有效性来提高图像质量的传感系统。其他实施例包括一种使一光学装置能够在一单独的透明及／或半透明及／或光学上光滑的表面上进行示踪的系统及方法。此可涉及到根据在透明表面上早已存在的某些形体来进行暗视场成像。另一选择为，此可涉及到形成例如小液滴等形体、散布灰尘残留物、及形成热点－此可用于进行示踪。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体而言涉及光学技术，且更具体而言涉及光学输入装置。
技术介绍
光学技术用于许多种环境中，包括用于例如鼠标等光学输入装置。在大多数此等装置中，光学系统通常具有一用于确定光学装置相对于一表面的位移的传感器。例如，在为光学鼠标情况下，鼠标具有至少一个用于确定鼠标在一表面上的移动的传感器，例如一桌面垫或鼠标垫。鼠标在所述表面上的移动会变换成鼠标指针或光标在一与主机配套的显示器上的移动。光学鼠标的移动或位移是通过对在两个不同的瞬时及可能在所述表面上两个不同位置上所捕获的两个不同图像加以比较来加以确定。光学鼠标的示踪能力高度依赖于图像的质量。如果图像具有良好的质量，光学鼠标就可更容易地进行示踪。在传统光学鼠标中所使用的传感器可在例如纸张、木材、油漆、金属及类似的能够漫射光的表面上进行示踪。这是因为传统成像方式是基于对正常表面(例如木材、布料等)的光学粗糙性质的利用。因此，当所述表面是由不会漫射足够光量的在光学上光滑的材料制成时(例如由玻璃或其他透明材料制成的表面)，成像就会出现问题。其一实例是玻璃平台。此外，当在漫射表面上放置有一层玻璃或其他透明材料时，也会出现问题。其一实例是在木制桌子顶上放置玻璃板。让我们分别考虑这些情形中的每一种情形。当要使用由例如玻璃等透明材料制成的表面作为示踪表面时，所述表面无法漫射足够的光来实现传统的示踪。当在一漫射表面顶上放置有一层玻璃或其他透明材料时，此种构造会造成光学传感器与成像表面(即所述透明层下面的漫射表面)之间距离(称作“z距离”)的变化。因此，传统的照明及成像方法可能会导致聚焦不正确、照明不充分、及/或被照明点及被成像区域出现点偏移或重叠较差。这些问题可使传感器无法精确地对位移(鼠标运动)进行示踪。为解决传统系统中的某些此等问题所作的能力会带来其他缺点。例如，会带来抬起检测的精确性问题。具体来说，当用户抬起鼠标时，例如当意图在示踪表面上重新定位鼠标而不在屏幕上移动光标时，屏幕上的光标会在整个抬起过程中在事实上其不应跟随鼠标移动时跟随鼠标移动。此外，上述问题并非仅限于光学输入装置。其他使用光学技术来捕捉图像及确定位置和移动的装置也存在类似问题。另一种可能会存在这些缺点的装置的实例是手持式扫描仪。因此，希望提供一种甚至在光学装置与示踪表面之间放置有一层透明材料时或者在用户希望仅在透明材料上进行示踪时也可精确地对位移进行示踪、以及提供精确的抬起检测的光学装置。
技术实现思路
本专利技术的实施例包括一种使一光学装置能够在一上面放置有一透明及/或不透明及/或在光学上光滑表面的漫射表面上进行示踪的系统及方法。本专利技术的其他实施例包括一种使一光学装置能够在一单独的透明及/或不透明及/或在光学上光滑的表面上进行示踪的系统及方法。本专利技术的某些实施例旨在侦测一光学装置何时被抬离其所位于的表面上。本专利技术的各实施例还包括一种用于检测z距离(距示踪表面的距离)及通过提高光学传感器子系统及/或照明子系统在所检测z距离处的有效性来提高图像质量的传感系统。根据本专利技术的某些实施例，提供用于在示踪表面位于一透明表面下面时检测z距离的技术。在一实施例中，使用准直光束三角测量法来检测z距离。一准直光源将光束射向一层透明材料下面的示踪表面上。光至少从所述示踪表面反射至一传感器。根据所述光束与所述传感器相交的位置，就可确定出所述z距离。在一替代实施例中，使用一略微发散的光源，以使照明点的大小随z距离的增大而增大。因此，可使用所述照明点的大小来确定z距离。在另一实施例中，使用光波干涉来确定距所述示踪表面的距离。在再一实施例中，使用一包含一行电荷耦合装置(CCD)元件的传感器来确定z距离。使用从所述示踪表面反射的光与所述CCD行相交的位置来确定所述z距离。根据本专利技术的某些实施例，提供用于通过提高所述光学传感器子系统在不同z距离处的有效性来提高图像质量的技术。在一实施例中，在所述光学传感器子系统中使用一小孔径来增大视场的深度，从而提高在一z距离范围内的图像质量。另一选择为，使用若干具有各种小尺寸的孔径或一可变尺寸孔径来提高图像质量。在一实施例中，使用一焦阑成像系统来提高图像质量。根据另一实施例，使用多个传感器，其中每一传感器均针对一各自的z距离范围最佳化。另一选择为或者另外，可使用一具有自动聚焦能力的成像系统。根据一实施例，使用一可变形状的透镜来提高图像质量。根据本专利技术的某些实施例，提供用于通过提高所述照明子系统在不同z距离处的有效性来提高图像质量的技术。在一实施例中，可根据z距离来调整用于为一照明光源供电的电流大小。另一选择为或另外，可使用多个光源，其中每一光源均最佳化成在一各自的z距离范围内对一示踪表面进行照明。根据本专利技术某些实施例的一种光学装置检测其何时被抬离其所位于的表面上。在一实施例中，可使用准直光束三角测量法来实现该目的。在一实施例中，一准直激光光束在所述成像系统的视场中间形成一亮点。当所述光学装置被抬离所述表面时，所述光点在所述表面上侧向移动且因此所述光点在图像平面中移动。当所述光点的侧向移动大于传感器阵列上的一特定距离时，即检测到光学装置被抬离。在另一实施例中，使用单个直径为D的小尺寸检测器。在一实施例中，光学装置被抬起会使光不会传递至检测器，且功率降低会指示被抬起(ON/OFF系统)。在再一实施例中，在所述检测器前面代替透镜或除所述透镜之外还使用一小的孔径来实现类似的结果。根据本专利技术的某些实施例，提供用于在一透明或不透明材料上进行示踪的技术。在一实施例中，使用暗视场成像对一透明或不透明材料上的灰尘残留物进行示踪。以超过零级次的衍射级次从所述灰尘残余物衍射及散射的光被一检测器会聚。在另一实施例中，使用一干涉式检测系统在一透明或不透明表面上进行光学示踪。一参考光束在一检测器上与来自所述透明或不透明材料的经Doppler频移的瑞利(Rayleigh)反向散射光相叠加。使用数字信号处理根据所得到的信号对移动进行检测。本专利技术的某些实施例提供一种用于在一在光学上光滑的表面(例如玻璃等透明或不透明表面)上形成用于示踪的形体的方法及系统。这些形体可与暗视场成像方法或传统成像方法结合使用。这些实施例包括使用小水滴施布系统，擦拭具有某些残留物的表面，在所述表面上散布/增强灰尘残留物，及热点示踪。在某些实施例中，通过溅射(喷墨类系统)或者在蒸发(例如加热填充有水的多孔材料)后自然冷凝，在玻璃表面上沉积小水滴(或任何其他适宜液体)。小滴的浓度及大小可在一定程度上加以控制并大大降低检测系统(光学器件及检测器)的复杂度。在其他实施例中，在使用鼠标之前在所述表面上使用一种特殊的抹布。所述抹布能够散布溶解的残余物、硅酮微珠或任何不可见的标记剂。在其他实施例中，鼠标本体包含某些会接触玻璃表面以使早已存在于所述玻璃表面上的灰尘残留物散布的结构(例如聚合物环)。此将降低存在暗视场系统所将不能示踪的清洁区域的风险。此外，鼠标可包含一用于提供额外的光学级(因暗视场而对传感器可见)灰尘的元件。在某些使用热点示踪的实施例中，在一短的时间内激活一焦距激光束，以对玻璃表面进行局部加热从而形成热点。后者在一IR检测器阵列上成像并用作一示踪参考点。当所述热点处于由阵列尺寸所界定的视场以外时或者当热点温度降至一检测阈值(相对于环境温度而言)以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定一光学位移检测系统与一位于一材料层下面的漫射表面之间的距离的方法，所述材料层使至少某些光穿过所述层，所述层具有一顶面及一底面，所述方法包括：　　　　在一检测器的一第一部分处接收从所述层的所述顶面反射的光；　　　　在所述检测器的一第二部分处接收从所述层的所述底面反射的光；　　　　在所述检测器的一第三部分处从所述漫射表面接收光；　　　　通过确定所述检测器的所述第一、第二及第三部分的至少一者之间的距离来确定一光学位移检测系统与所述漫射表面之间的距离。

【技术特征摘要】
US 2005-6-30 60/696,023;US 2005-7-25 60/702,459;US1.一种用于确定一光学位移检测系统与一位于一材料层下面的漫射表面之间的距离的方法，所述材料层使至少某些光穿过所述层，所述层具有一顶面及一底面，所述方法包括在一检测器的一第一部分处接收从所述层的所述顶面反射的光；在所述检测器的一第二部分处接收从所述层的所述底面反射的光；在所述检测器的一第三部分处从所述漫射表面接收光；通过确定所述检测器的所述第一、第二及第三部分的至少一者之间的距离来确定一光学位移检测系统与所述漫射表面之间的距离。2.如权利要求1所述的方法，其中所述检测器是一由一CCD线及一位置敏感的检测器组成的群组中的一者。3.如权利要求1所述的方法，其中所述确定所述距离的步骤包括使用三角测量技术。4.一种用于对一位于一反射层下面的漫射表面进行成像的光学位移检测系统，所述系统包括一用于对所述漫射表面进行照明的照明模块；一用于从所述漫射表面接收光的传感器模块；复数个孔径，所述复数个孔径中的每一个均可定位于所述传感器模块与所述接收的光之间，其中所述复数个孔径中的每一个均针对在所述光学位移检测系统与所述漫射表面之间的一特定距离范围情况下进行光学位移检测得到最佳化。5.一种用于一光学位移检测装置中的抬起检测模块，所述抬起检测模块包括一用于在一表面上形成一照明点的光源；及一用于检测从所述表面上的所述照明点接收到的光的检测器，其中如果所述检测器未检测到任何光，则确定所述光学位移检测装置被抬起。6.如权利要求5所述的抬起检测模块，其中所述光源为一准直光源。7.一种用于检测一光学位移检测装置何时被抬离一表面的方法，所述方法包括对所述表面上的一点进行照明；确定一检测器是否从所述被照明点接收到光；响应于确定出所述检测器从所述被照明点接收到光，断定所述光学位移检测装置未被抬起；及响应于确定出所述检测器未从所述被照明点接收到光，断定所述光学位移检测装置被抬起。8.一种能够对一位于一透明层下面的漫射表面进行成像的光学位移检测系统，所述系统包括一照明子系统；一传感器子系统，其中所述传感器子系统配置成对一位于一透明层下面的漫射表面进行成像。9.如权利要求8所述的光学位移检测系统，其中所述传感器子系统包括一焦阑成像系统。10.如权利要求8所述的光学位移检测系统，其中所述传感器子系统包括一可变孔径。11.如权利要求8所述的光学位移检测系统，其中所述传感器子系统包括复数个传感器，其中每一传感器均针对所述光学位移检测系统距所述漫射表面的一特定距离范围得到最佳化；及一控制器，其用于响应于对所述光学位移检测系统距所述漫射表面的所述距离的一判定来选择所述复数个传感器中一合适的传感器。12.如权利要求8所述的光学位移检测系统，其中所述传感器子系统具有自动聚焦能力。13.如权利要求8所述的光学位移检测系统，其中所述传感器子系统包括一可变形状透镜。14.如权利要求8所述的光学位移检测系统，其中所述照明子系统包括一接收一可变电流量的光源，其中所述电流量取决于所述光学位移检测系统距所述漫射表面的所述距离。15.如权利要求8所述的光学位移检测系统，其中所述照明子系统包括复数个光源，其中每一光源均针对所述光学位移检测系统距所述漫射表面的一特定距离范围得到最佳化；及一控制器，其用于响应于对所述光学位移检测系统距所述漫射表面的所述距离的一判定来选择所述复数个光源中一合适的光源。16.一种用于确定一光学位移检测系统与一位于一材料层下面的漫射表面之间的距离的方法，所述材料层使至少某些光穿过所述层，所述方法包括以一略微发散的光束对所述漫射表面的一部分进行照明；确定所述漫射表面中所述被照明部分的大小；及使所述漫射表面中所述被照明部分的所述大小与所述光学位移检测系统与所述漫射表面之间的所述距离相关联。17.一种能够在一材料层的一表面上进行示踪的光学输入装置的暗视场光学位移检测系统，所述材料层使至少某些光穿过所述层，所述表面上具有某些形体，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞塔兹奥利维尔，萨塞利尼古拉斯，卡拉马塔鲍里斯，肖万尼古拉斯，
申请(专利权)人：罗技欧洲公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]