基于干涉仪的导引设备制造技术

本发明专利技术提供了一种光学导引设备（１０１，４３４），用于确定相对于物体的运动。所述设备包括光辐射的光源（１０３、４１１），用于照明所述物体（１０２、４１８）；以及检测器（１０４、４１６），用于捕获从所述物体返回的所述光辐射（１１２、４１２″）中的相位图案。所述相位图案与所述物体的光学不均匀性（５０２）相关。本发明专利技术还提供了一种系统，用于通过使用鼠标（６３４、７４１）检测相对于物体（１０２、４１８）的运动（１０７－１０８、５１２－５１４）来控制计算机屏幕（６３２）上的位置指示器。该系统生成干涉图（５２１－５２４），每个这样的干涉图是所述鼠标在其上运动的物体的部分所独有的，并且该系统将独有的干涉图的相继对转换成与所述鼠标和物体之间的相对运动相对应的信号。光辐射的光源（１０３、４１１）可以从包括二极管发光器、ＬＥＤ、多模垂直腔面发射激光器（ＶＣＳＥＬ）、激光二极管和白光的列表中选择。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及运动传感设备，更具体而言，涉及使用光相位图案的图像来确定相对运动的系统和方法。
技术介绍
现有的光学相对运动检测设备通过在该设备越过一个表面时(或等效地在表面移动经过该设备时)捕获该表面的图像而使用图像相关技术以确定该设备与表面之间的相对运动。通过比较一幅图像与下一图像可以确定该设备移动的距离和方向。此技术一般检测表面上影像的亮度变化；而其灵敏度和可用性取决于所捕获的表面图像的亮度对比度。相对运动传感器例如用于计算机指示器(例如鼠标)控制。此类指示器一般使用光学系统来控制该指示器在计算机屏幕上的位置。专利5,786,804、5,578,813、5,644,139、6,442,725、6,281,882以及6,433,780描述了光学鼠标、其他手持导引设备以及手持扫描仪的例子。这里引用这些专利作为参考。典型的现有设备在镜面似的或者平滑的表面、均匀的表面或具有较浅特征的表面上，例如在玻璃或白板上，都不能很好地发挥作用。在此类设备中，为了提高图像对比度，通常阻止镜面反射，而只捕获来自表面的被散射的光辐射。这种方法极大地限制了功率和光辐射使用的效率。而且，所使用的表面一般必须能够投射影像。通常这就意味着，将被观察到的表面特征必须具有对于所使用的光辐射波长来说处于几何光学范围内的尺寸。因此，对功率的低效使用和对特定表面类型的限制是当前光学鼠标设计的典型缺点。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种用于确定相对于物体的运动的光学导引设备。该设备包括用于照明物体的光辐射源，以及用于在光辐射从物体返回后捕获光辐射中的相位图案的检测器。相位图案与物体的光学不均匀性相关。此处所称的光辐射，包括波长范围从大约1纳米(nm)至大约1毫米(mm)的电磁辐射。此处所称的光学不均匀性，包括任何有意的或无意的表面或体积不规则性，例如颗粒度、表面形貌、反射率、光谱、或散射的不均一性或不规则性，所述光学不均匀性能够与光辐射束相互作用，其中相互作用的光辐射束的相位图案被改变了。根据本专利技术，提供了一种用于确定光学导引设备与物体之间相对运动的方法。所述方法包括，提供用于照明物体的光辐射束，以及在所述光辐射从该物体返回后确定光辐射中的相位图案。根据本专利技术，提供了一种控制传感器和物体间相对运动的显示的方法。所述方法包括，当传感器相对该物体运动时生成一系列干涉图，以及显示相对运动的可视表示，所述相对运动作为所生成的干涉图的相继对之间的相关性的函数。根据本专利技术，提供了一种用于控制计算机屏幕上的位置指示器的系统，其使用鼠标来检测相对于物体的运动。该系统包括用于生成干涉图的设备，每个这样的干涉图都是鼠标在其上运动的物体的一部分所独有的；以及用于将特有干涉图的相继对转换成对应于鼠标和物体之间相对运动的信号的设备。附图说明图1是根据本专利技术，表示用于光学导引的系统的高级框图；图2是根据本专利技术，描述使用图1的光学导引系统的方法中涉及的操作的流程图；图3A-3C是根据本专利技术，图示与光学导引相关的相位图案改变的基本原理的示图；图3D-3E是根据本专利技术，图示在相位检测器中应用的平行平板干涉仪的示图；图3F-3G是根据本专利技术，图示普通可选干涉仪类型的示图，包括迈克尔逊(太曼-格林)和马赫-曾德干涉仪；图4是根据本专利技术的实施例的表示，示出了导引设备，其包括产生入射到准直元件上的光辐射光线的光辐射源；图5A-5B是根据本专利技术的表示，其描述了设备和表面之间相对位置不同时所产生的干涉图；图6A-6B是对根据本专利技术的系统的描述，该系统具有固定表面，光学鼠标在该表面上运动；图7是对根据本专利技术的可选系统的描述，其中导引设备包含在静止表面内(或是静止表面的一部分)，并且其中相位图案化的光线从运动表面上反射。具体实施例方式图1是根据本专利技术表示用于光学导引的系统100的高级框图。图2是根据本专利技术描述使用光学导引系统100的方法中涉及的操作的流程图。光学导引系统100确定光学设备101和物体102之间的相对位置，物体102可以相对于光学设备101在二维平面内以任何方向运动(如箭头107、108所表示)。在操作201中，用来自光学设备101的光源模块103的光辐射束110照明物体102。在操作202中，通过与物体102的相互作用而处理光辐射束110，以使得光辐射束110中的相位图案在从物体102传播(例如穿过其透射或从其折射)的出射光辐射束112中被改变。在根据本专利技术的一些实施例中，通过光辐射束110与物体102的表面106的相互作用而改变出射光辐射束112中的相位图案，例如，通过反射或散射。可选地，例如，可以通过当光辐射束110透射穿过物体102的体积期间发生的相互作用，来改变相位图案。在操作203中，通过相位检测器104捕获相位图案化的出射光辐射束112。图3A-3C是根据本专利技术图示与光学导引相关的相位图案改变的基本原理的示图。在图3A中，来自光源103的光辐射束110照明物体102的表面301并从其反射。出于举例说明的目的，将光辐射束110示出为准直的，而将表面301描述为不规则粗糙表面，虽然根据本专利技术无论准直或者不规则粗糙表面都不是必须的。从表面301出射的反射光辐射束112包括从光辐射束110与表面301的相互作用而产生的相位图案302。相位图案302是被光辐射束110所照明的表面301的特定部分的属性的特有特征。反射光辐射束112由相位检测器104所捕获和处理，其产生信号，之后从所述信号可以提取出包含在相位图案302中的信息。此外，如以下将更详细讨论的那样，相位检测器104还可以配置成在捕获前进一步处理相位图案化的光辐射束112。图3B描述了通过透射穿过物体307对来自光源103的光辐射束110的相位图案改变，该物体307一般包含体积光学不均匀性。如图3B所示，相位检测器104捕获携带相位图案309的透射的光辐射束308，并根据要求进一步处理。相位图案309是物体307被光辐射束110所穿过的特定体积部分所独有的特征。在图3C中，与图3A类似，来自光源103的光辐射束110被反射，且其相位图案被物体102的表面301所改变。然而，光辐射束110首先水平入射到分光片上，分光片303部分地将光束部分304向下反射到表面301上。携带相位图案306的反射光辐射束305然后部分地向上透射穿过分光片303，并由图像检测器322捕获以及按要求进一步处理。再次参考图1与图2，在操作204中，相位检测器104捕获相位图案化的出射光辐射束112的图像，并产生图像信号114。可以通过阵列成像器来执行检测，例如，CCD、CMOS、GaAs、非晶硅或任何其他合适的检测器阵列。一般，从光源模块103发射的光辐射束110中的波长谱与阵列成像器的波长响应相匹配。然后将图像信号114传输给图像处理器105，其中在操作205中，图像被进一步处理，在操作206中，响应于图像信号114而产生输出信号116。例如，在图像处理器105中，确定相对运动的图像处理可以常规地使用相关算法来执行，所述相关算法比较相继图像对。在根据本专利技术的一些实施例中，可以使用定时信号来确定相对速度。例如可以配置输出信号116来驱动指示器在计算机屏幕上的定位。为了光学完整性，一般将光源模块103和相位检测器104一起封装在光学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学导引设备（１０１），用于确定相对于物体（１０２）的运动（１０７、１０８），所述设备包括：光辐射的光源（１０３），用于照明所述物体（１０２）；以及检测器（１０４），用于当所述光辐射从所述物体（１０２）返回后捕获所述光辐 射中的相位图案（１１２），其中所述相位图案（１１２）与所述物体（１０２、４１８）的光学不均匀性（５０２）相关。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：谢彤，
申请(专利权)人：安华高科技杰纳勒尔IP新加坡私人有限公司，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]