一种光学输入设备，其基于物体（１５）与该设备的相对移动，并且其包括至少一个光学传感器单元，该光学传感器单元包括具有用于生成测量光束（１３）的激光腔的激光器（３）、用于将测量光束会聚到作用平面中并且将物体反射的测量光束辐射会聚到激光腔中从而在激光器中产生自混和效应的会聚装置（５０），以及用于测量自混和效应结果的测量装置，该效应是由所述移动决定的，该会聚装置（５０）适于提供自混和效应，该效应小于可能的最大值，但大于物体与设备之间距离的扩展范围（△Ｚ）的检测阈值。这样可以在物体与设备之间距离的扩展范围中获得所需的自混和效应。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光学输入设备，其基于物体与该设备的相对移动，该设备包括设有透明窗口并且容纳了至少一个光学传感器单元的模块，该光学传感器单元包括具有用于生成测量光束的激光腔的激光器、用于将测量光束会聚到作用平面中并且将物体反射的测量光束辐射会聚到激光腔中从而在激光器中产生自混和效应的会聚装置，以及用于测量自混和效应结果的测量装置，该效应是由所述运动决定的。本专利技术还涉及几种包括这种光学输入设备的装置。
技术介绍
作用平面理解为表示其中测量光束遇到物体并且受到该物体和设备相对移动的影响的平面。该作用平面可以是该设备窗口的平面或者接近该窗口的平面。激光自混和效应理解为表示二极管激光器发射并反射到激光腔中的辐射造成激光腔工作变化的现象，该变化是由于再次进入该腔的反射辐射与激光腔中生成的光波干涉引起的。该光学输入设备利用了与多普勒效应相结合的自混和效应。多普勒效应是在物体沿着光束传播方向移动的情况下由该物体反射的辐射光束经历所谓多普勒频移的频率偏移的现象。如果反射光束再次进入发射光束的激光器的激光腔，则将出现激光腔工作的变化，该变化是由物体的移动决定的。因此，通过测量这些变化，例如通过测量在该激光器前侧或后侧发射的光束变化，或者通过测量激光腔的电特性，能够确定该物体的移动。该移动表示了将要输入到该输入设备构成部件的装置中的数据。PCT申请WO02/37410中公开了这种输入设备，其描述了该输入设备的工作原理、该设备的多个实施例和可能的用途，该申请在本文中引入作为参考。已经发现，尽管已经实际验证了该设备的原理，但是在某些情况下其没有按照最佳的方式发挥作用。专利
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种如前文中所述类型的输入设备，其在所述情况下表现出足够的性能。根据本专利技术，该输入设备的特征在于会聚装置适于提供自混和效应，该效应小于可能的最大值，但大于对于物体与设备窗口之间距离的扩展范围的检测阈值。本专利技术基于以下认识，输入设备的性能对于物体与设备窗口之间的距离变化是敏感的。已经确定了如果二极管激光器发射的辐射光束(下文中称作测量光束)完全聚焦到物体上，则获得最大的自混和效果，该最大值大于实际所需的值。如果该物体未处于测量光束的焦点，则反向耦合到激光腔中的测量光束辐射量剧烈减少。这种减少存在两个原因。第一个原因是在物体平面中形成的光点尺寸大于由聚焦到物体上的光束形成的光点尺寸。这表示前一种光点的强度比后一种光点的强度小得多。第二个原因在于激光器前表面的图像不再与前表面本身重合，该图像是由通过会聚装置并且在物体处反射的测量光束形成的。因此，再次进入激光腔的测量光束辐射量减少比物体上光点中的辐射量快得多。因此，沿着测量光束轴的物体相对小的偏移会造成再次进入激光腔的测量光束辐射这样的减少，从而使自混和效应变得很小，致使不能通过可靠的方式检测到该效应。换句话说，这种效应已经降低到可接受的级别、即检测阈值之下。此外，已经确定了在设计测量范围内，即物体与设备之间的距离范围内，该自混和效应会由于二极管激光器可能具有的多模式性质而改变。对于某些不可预知的距离而言，该自混和效应可以下降到检测阈值之下。根据本专利技术，该光学输入设备设有会聚装置，其适于对设备窗口与物体之间距离的延伸范围提供位于物体上的基本上恒定的光点尺寸，以及在激光腔中提供该光点的基本恒定的图像。这样，再次进入激光腔的测量光束辐射量能够保持基本恒定，并且保持在对应于检测阈值的级别以上，以及能够减少激光器的多模特性的影响。光点尺寸和图像之前的术语“基本上恒定”理解为表示光点尺寸和图像位置的变化分别相对于平均光点尺寸和平均图像位置较小。作为另一个优点，这种微小变化可以使电子信号检测电路的性能更好。该设备的优选实施例的特征在于该会聚装置是由会聚分别位于不同轴向位置的边界光束部分、中央光束部分和中间光束部分的装置构成的。这样，由测量光束在不同轴向位置形成的光点具有基本上相同的尺寸，该尺寸大于常规理想透镜形成的光点尺寸，该透镜仅在其图像平面中形成具有最小尺寸的光点，例如衍射极限光点。关于可以用于获得轴向位移图像的会聚装置的特性类型(通常称作像差)，几个实施例都是可能的。第一实施例的特征在于该会聚装置具有预定量的非球面度。第二实施例的特征在于该会聚装置具有预定量的像散。第三实施例的特征在于该会聚装置具有预定量的彗差。该输入设备能够由几种会聚装置实现。第一实施例的特征在于该会聚装置为透镜装置。第二实施例的特征在于该会聚装置为反射镜装置。第三实施例的特征在于该会聚装置为衍射装置。该输入设备还可以包括透镜与反射镜装置的组合、透镜与衍射装置的组合，或者反射镜与衍射装置的组合，由此优选使衍射装置与透镜或者反射镜集成，即该衍射装置设置在透镜或者反射镜装置的表面上。该光学输入设备进一步的特征在于该会聚装置包括至少一个元件，其覆盖了测量光束的整个横截面。可选的是，该输入设备的特征在于该会聚装置包括会聚元件阵列，其小于测量光束的横截面，并且共同覆盖了该横截面。该阵列的每个会聚元件形成了其自身的图像。为了实现所有图像均位于该系统的轴上，优选根据球形设置该会聚元件。如WO02/37410所述，该输入设备可以包括不只一个传感器单元。传感器单元的数量确定了测量轴的数量或者能够测量物体移动的方向。利用三个传感器单元，能够测量沿着窗口平面中的X轴和Y轴的移动，以及沿着垂直于窗口平面的Z轴的移动。利用两个传感器单元，能够测量沿着X轴和Y轴的移动，或者沿着X轴和Z轴的移动或者沿着Y轴和Z轴的移动。根据本专利技术修改的会聚装置可以仅设置在传感器单元中，其对于物体沿着Z轴的位移是最关键的。如果所有传感器单元共用相同的会聚装置，则本专利技术可以在所有传感器单元中实现。本专利技术可以用于WO03/102717中所述的特定输入设备中。这样产生了一种光学输入设备，其用于测量至少包括滚动动作和点击动作的移动，其特征在于至少一个传感器单元测量滚动动作和点击动作，并且向包含在测量装置中的信号分析装置提供传感器信号，并且该信号分析装置包括用于区分典型用于点击动作的第一信号时间曲线图与典型用于滚动动作的第二信号时间曲线图的装置。该设备可以明显地识别滚动动作与点击动作。此外，可以减少传感器单元的数量。该设备的实施例的特征在于该信号分析装置包括用于将不同时间间隔获得的测量结果组合起来的存储和/或延迟装置。如WO03/102717所述，利用本实施例，能够非常可靠地确定滚动动作的符号，即向上滚动或者向下滚动的符号。本实施例进一步的特征在于利用激励脉冲激励所述至少一个传感器单元，并且使分析装置与传感器单元时间同步，从而在激励脉冲确定的测量时间间隔过程中进行分析。通常，该激励脉冲就是用于控制二极管激光器的电流脉冲。在每个电流脉冲时采样传感器单元信号。本专利技术还可以用于WO03/102751中所述的特定光学输入设备中。这样导致了用于测量至少包括滚动动作和点击动作的移动的光学输入设备，其特征在于至少一个传感器单元既测量滚动动作又测量点击动作，并且包括可以在设备窗口上确定物体存在的附加装置。在该设备中，利用一个传感器单元能够确定滚动动作和点击动作。优选的是，该设备进一步的特征在于该附加装置是由用于确定物体反射的测量光束是否包含一个振幅成分的装置构成的，该振幅成分具有比滚动本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光学输入设备，其基于物体与该设备的相对移动，该设备包括设有透明窗口并且容纳了至少一个光学传感器单元的模块，该光学传感器单元包括具有用于生成测量光束的激光腔的激光器、用于将测量光束会聚到作用平面中并且将物体反射的测量光束辐射会聚到激光腔中从而在激光器中产生自混和效应的会聚装置，以及用于测量自混和效应结果的测量装置，该效应是由所述移动决定的，其特征在于会聚装置适于提供自混和效应，该效应小于可能的最大值，但大于对于物体与设备窗口之间距离的扩展范围的检测阈值。
【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：MD利斯，AL韦耶斯，
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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