CN106233156A - 用于对象识别的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助VCSEL多普勒传感器(1)和MEMS扫描仪(3)进行对象识别的设备，其中，所述MEMS扫描仪(3)具有用于借助来自所述VCSEL多普勒传感器(1)的激光射束扫描一角度范围的、能够偏转的至少一个MEMS镜，其中，所述VCSEL多普勒传感器(1)与多普勒控制与分析处理元件(5)连接，所述多普勒控制与分析处理元件设置用于确定对象(30)的速度和/或间距。

Description

用于对象识别的设备
背景技术
A.Pruijmboom等人所著的文献“VCSEL-based miniature laser-Dopplerinterferometer”，Proc.of SPIE，第6908卷公开了一种集成多普勒传感器，在该集成多普勒传感器中，VCSEL和光电二极管集成到共同的半导体衬底上。VCSEL多普勒传感器已经应用在高分辨率的计算机鼠标中。VCSEL多普勒传感器测量进行反射的对象的相对速度和(在经调制的运行中)测量其间距。替代地，取代VCSEL地，也可以使用VeCSEL(具有外部腔的VCSEL)。此外，在现有技术中，已知MEMS镜或者微镜以及具有这样的MEMS镜的激光扫描仪投影仪。
发明内容
本发明的任务在于提供一种用于对象识别的、紧凑并且成本有利的设备，所述设备可以用于在平整的平面上的姿势识别，如例如计算机鼠标、触摸屏和壁开关。
本发明涉及一种用于借助VCSEL多普勒传感器和MEMS扫描仪进行对象识别的设备，其中，所述MEMS扫描仪具有用于借助来自所述VCSEL多普勒传感器的激光射束扫描一角度范围的、能够偏转的至少一个MEMS镜，其中，所述VCSEL多普勒传感器与多普勒控制与分析处理元件连接，所述多普勒控制与分析处理元件设置用于确定对象的速度和/或间距。有利地，可以借助所述设备朝对象扫描一角度范围。有利地，所述设备非常节省电流。
本发明的一种有利的构型设置，VCSEL多普勒传感器具有激光器和光电二极管，所述激光器和所述光电二极管单片地集成。有利地，所述构型特别紧凑和成本有利。
本发明的一种有利的构型设置，VCSEL多普勒传感器具有带有外部腔的激光器，即VeCSEL。
本发明的一种有利的构型设置，所述设备具有扫描仪控制与位置探测元件，所述扫描仪控制与位置探测元件与所述MEMS扫描仪连接并且设置用于确定所述MEMS镜的角度位置。有利地，可以因此例如在极坐标中确定对象的位置。特别有利地，设备具有同步单元，所述同步单元与所述多普勒控制与分析处理元件连接并且与所述扫描仪控制与位置探测元件连接并且设置用于时间分辨地和角度分辨地确定所述对象的速度和/或间距。
有利地，在对象的相应尺寸和用于对象识别的设备的分辨能力的情况下也可以确定对象的被扫描的表面的结构。
本发明的一种有利的构型设置，所述MEMS扫描仪具有用于扫描一空间角度范围的、能够在两个不同的旋转轴线上偏转的一个MEMS镜或者能够在不同的旋转轴线上偏转的两个MEMS镜。
有利地，为了识别对象或者姿势，以一个或多个激光射束基本上平行于操作表面地进行扫描。为此，例如使用在MEMS技术中的一个或多个微镜。根据本发明，借助VCSEL(英语vertical cavity surface emitting laser＝Vertikal emittierenderHalbleiterlaser：垂直发射半导体激光器)或者VeCSEL(Vertikal emittierenderHalbleiterlaser mit externer kavitaet，具有外部腔的垂直发射半导体激光器)产生激光射束，所述VCSEL或者VeCSEL是多普勒传感器的一部分。
在VCSEL多普勒传感器中，由VCSEL发射(红外的)激光射束。如果对象散射回激光的一部分(输出功率的10-6以内)，则光子耦合输入VCSEL的腔中并且被激励的发射的驻波在那里相长叠加或者相消叠加。发生输出信号的改变。VCSEL的输出功率借助单片地集成的光电二极管来直接测量。在这里，具有VCSEL的光电二极管在非常小的便宜的构件中的单片集成是特别紧凑且节省成本的布置。也有利的是，VCSEL的镜结构(由半导体层组成的多重层)对于光传输是非常窄带的，在此，过滤掉周围环境光，并且由原理决定地，仅仅自发射的相干光子导致叠加效应，由此实现非常高的敏感性。
当进行散射的对象朝激光器运动或者从激光器运动离开时，输出功率开始振荡(多普勒效应)。在VCSEL多普勒传感器的经调制的运行中，有利地，除了速度之外也可以确定到进行反射的表面的距离。
有利地，VCSEL的高斯射束几何形状能够实现简单的晶片级准直光学装置的应用。有利地，VCSEL多普勒传感器具有高的敏感性。此外，其相对于背景光和温度波动非常稳健。因此，根据本发明的设备以非常少地被反射的光足够并且可以应用在多种多样的、也不利的环境条件下。
附图说明
图1示意性地示出用于对象识别的、根据本发明的设备。
图2示出用于对象识别的、根据本发明的设备的功能原理。
具体实施方式
图1示意性地示出用于对象识别的、根据本发明的设备。具有准直光学装置2的VCSEL多普勒传感器1发射激光射束10——例如红外的激光射束到MEMS扫描仪3上。MEMS扫描仪3基本上由一个或多个MEMS镜组成，所述一个或多个MEMS镜的位置借助于集成的位置探测元件(未示出)来测量。可选地，在MEMS扫描仪3后方可以安装角度扩张的光学装置4，所述光学装置例如可以构造为透镜光学装置或者由凹形的(例如圆筒形的)镜(反射镜)构造。光束扩张旨在，增大镜的扫描角度以便实现更宽的用于对象检测的区域。替代地，在必要时甚至也可以以更高的幅度运行镜。VCSEL多普勒传感器1与多普勒控制与分析处理单元5连接。MEMS扫描仪3与扫描仪控制与位置探测单元6连接。可选地，设备具有同步单元7，所述同步单元与多普勒控制与分析处理单元5和扫描仪控制与位置探测单元6连接。借此可以时间分辨地确定多普勒传感器的分析处理信号、即所探测的对象的速度或者间距和镜模块3的所属的角度位置。对象的经分析处理的位置信号或者原始数据组可以通过接口8传输到应用处理器上。单元5、6和7也可以集成在电路元件中。
图2示出用于对象识别的、根据本发明的设备的功能原理。在这里，示例性地示出一维的扫描仪，所述扫描仪平行于操作面如例如桌面或者板面地进行扫描。所扫描的角度范围20通过在MEMS扫描仪3中的MEMS镜的可能的偏转范围来确定。此外，示例性地示出各个激光射束10，所述激光射束以角度ɑ(t)被发射。激光射束10以间距d(ɑ(t))射到对象30的最近的进行反射的表面40上。在对象30外部，背景信号简化为平面地示出。间距d可以借助于多普勒传感器求取。替代地，除了间距d之外，也可以确定速度v。如果对象速度的测量相对于扫描仪速度快速地进行，则可以测量对象朝向扫描仪的运动。借助用于对象识别的这类设备可以探测例如在操作面上或者在操作面上方相应地贴近的手指运动、简单的或者复杂的姿势。为此，用于对象识别的设备被放置在操作面如例如桌面上或者以任何其他方式倾斜地固定在其上或者固定在其上方。这如此实现，使得扫描仪基本上平行于操作面擦碰所述操作面地或者在其上方数毫米至厘米地进行扫描。
除此之外，也能够实现用于对象识别的设备，在所述设备中，MEMS扫描仪3具有能够在两个不同的旋转轴线上偏转的一个MEMS镜或者能够在不同的旋转轴线上偏转的两个MEMS镜。借此能够实现空间角度范围的扫描。

Claims (6)

1.一种用于借助VCSEL多普勒传感器(1)和MEMS扫描仪(3)进行对象识别的设备，
其中，所述MEMS扫描仪(3)具有用于借助来自所述VCSEL多普勒传感器(1)的激光射束扫描一角度范围的、能够偏转的至少一个MEMS镜，
其中，所述VCSEL多普勒传感器(1)与多普勒控制与分析处理元件(5)连接，所述多普勒控制与分析处理元件设置用于确定对象(30)的速度和/或间距。
2.根据权利要求1所述的用于对象识别的设备，其特征在于，所述VCSEL多普勒传感器(1)具有激光器和光电二极管，所述激光器和所述光电二极管单片地集成。
3.根据权利要求1或2所述的用于对象识别的设备，其特征在于，所述VCSEL多普勒传感器(1)具有带有外部腔的激光器，即VeCSEL。
4.根据以上权利要求中任一项所述的用于对象识别的设备，其特征在于，所述设备具有扫描仪控制与位置探测元件(6)，所述扫描仪控制与位置探测元件与所述MEMS扫描仪(3)连接并且设置用于确定所述MEMS镜的角度位置。
5.根据以上权利要求中任一项所述的用于对象识别的设备，其特征在于，所述设备具有同步单元(7)，所述同步单元与所述多普勒控制与分析处理元件(5)连接并且与所述扫描仪控制与位置探测元件(6)连接并且设置用于时间分辨地和角度分辨地确定所述对象(30)的速度v和/或间距d。
6.根据以上权利要求中任一项所述的用于对象识别的设备，其特征在于，所述MEMS扫描仪(3)具有用于扫描一空间角度范围的、能够在两个不同的旋转轴线上偏转的一个MEMS镜或者能够在不同的旋转轴线上偏转的两个MEMS镜。
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