JP4718486B2 - 投影縞技法を用いた光学ナビゲーションのためのシステム及び方法 - Google Patents
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Description
本出願は、同時継続中で且つ共通に譲渡された、2003年5月16日にファイリングされた「INTERFEROMETER BASED NAVIGATION DEVICE」と題する米国特許出願シリアル番号第10/439,674号と、同時継続中で且つ共通に譲渡された、2003年7月30日にファイリングされた「METHOD AND DEVICE FOR OPTICAL NAVIGATION」と題する米国特許出願シリアル番号第10/630,169号と、同時継続中で且つ共通に譲渡された、2003年10月6日にファイリングされた「METHOD AND DEVICE FOR OPTICAL NAVIGATION」と題する米国一部継続特許出願シリアル番号第10/680,525号と、同時継続中で且つ共通に譲渡された、2003年10月30日にファイリングされた「LOW POWER CONSUMPTION,BROAD NAVIGABILITY OPTICAL MOUSE」と題する米国特許出願シリアル番号第10/697,421号とに関し、これらの開示は、本明細書内において参照により組み込まれる。
[本発明の背景]
相対的な動作を検出するための既存の光学デバイスは、該デバイスが表面上を通過する時に(又は等価的に、該表面が該デバイスを通過する時に)該表面を特徴付けたパターンを取り込むことにより、該デバイスと該表面との間の相対動作を決定するためのパターン相関技法を利用する。該デバイス動作の距離と方向との両方が、1つのパターンフレームをその次のものと比較することによって決定される。この技法は、典型的には、表面上の影の強度変化を検出し、その感度と有用性とは、取り込まれた表面パターン内の強度コントラストに依存する。例えば、コンピュータのポインタ(例えば、マウス)制御に対して、相対動作センサが用いられる。そのようなポインタは、典型的には、コンピュータ画面上のポインタの位置を制御するための光学部品を用いる。更に一般的には、光学ナビゲーション情報を、走査経路に沿った走査デバイスの曲線及び回転の動作の歪みアーチファクトを補償するために使用することができる。
ここで、縞間隔d2は、暗い縞の中心から、その次の近傍の明るい縞の中心までが測定され、ここで、θは、波ベクトル[k1]と波ベクトル[k2]との間の角度である。これは、モアレ測定学の周知の技法である。これにより、表面の変形、表面の振動、及び表面輪郭(surface contour)を測定することができる。簡単化のため、反射ビーム203bの部分的な反射によって、及び、反射ビーム205bの部分的な伝達によって、分光器24において形成されたビームは、図示されていない。後者の部分的に伝達されるビームは、光源21の空洞(キャビティ)に再入力される可能性があり、悪影響を受ける可能性があるレーザモード性能であるが、このことは、該ビームが再入力されるのを防ぐために分光器をわずかに回転させることによって避けることができる。代替として、アイソレータ(例えば、ファラデー回転子)を、レーザと分光器との間に配置することができる。
Claims (12)
- ある物体(102)のナビゲーション地形表面に対する、任意の水平方向への光学ナビゲーションデバイスの動作(107、108)を決定するための光学ナビゲーションシステム(10)であって、
コヒーレントな光放射の2つの重複するビーム(204、206)を生成するために動作可能な光学ナビゲーションデバイス(101)であって、前記2つの重複するビームが、回折素子を別々に介して干渉縞パターン(237)を生成するよう動作可能であり、これにより、前記縞パターンを有する前記2つの重複するビームが、前記ナビゲーション地形表面部分(22,212)を照らすよう動作可能となることからなる、光学ナビゲーションデバイスと、
入力光学画像パターン(207、208)に応答して、信号(114)の出力パターンを生成するために動作可能な検出器アレイ(215)と、
前記2つの重複するビームによって照らされた前記ナビゲーション地形表面の一部分を前記検出器アレイ上へと撮像するために配置された、撮像素子(27、214)
とを備える、システム。 - コヒーレントな光放射の第1のビーム(201、221)を生成するために動作可能な第1の光源(21、103)と、
前記コヒーレントな光放射の前記第1のビームを、前記コヒーレントな光放射の2つの重複するビームへと分光するために動作可能なビーム分光素子(24、213)であって、前記重複するビームの各々は、前記第1のビームと実質的には同程度のコヒーレンスを有することからなる、ビーム分光素子
とを更に備えることからなる、請求項1に記載のシステム。 - 前記検出器アレイ(28、104、215)からの信号(114)の前記パターンを処理するために且つ前記干渉縞パターンに相対する前記ナビゲーション地形表面部分(22、102、212)の2次元動作(107、108)を表す出力を生成するために動作可能なプロセッサ(105)を更に備える、請求項1に記載のシステム。
- コヒーレントな光放射の2つの別個の光源(233a、233b)を更に備え、前記別個の光源の各々は、前記コヒーレントな光放射の2つの重複するビーム(236a、236b)のうちの1つを生成するよう動作可能であることからなる、請求項1に記載のシステム。
- 前記2つの別個の光源は、互いに対して位相同期(237)されるよう動作可能である、請求項4に記載のシステム。
- 前記光源が、ダイオード放射、レーザ、面発光レーザ(VCSEL)、レーザダイオード、波長可変レーザから選択される、請求項2又は4に記載のシステム。
- ある物体のナビゲーション地形表面に対する、任意の水平方向への光学ナビゲーションデバイスの動作を決定するための方法(300)であって、
2つの重複するコヒーレントな光ビームを、前記光学ナビゲーションデバイスが生成し(303)、
前記2つの重複する光ビーム間の干渉縞(304)パターンを、前記2つの重複するコヒーレントな光ビームが回折素子を別々に介して生成し、
前記干渉縞パターンによって前記ナビゲーション地形の表面部分を前記光学ナビゲーションデバイスが照らし(305)、
縞が照らされた前記表面の一部分を前記光学ナビゲーションデバイスが撮像し(306)、及び、
前記撮像された、縞が照らされた前記表面部分に応答して、信号のパターンを前記光学ナビゲーションデバイスが生成する(306〜307)
ことを含む、方法。 - 前記2つの重複するコヒーレントな光ビームを、前記光学ナビゲーションデバイスが生成することは、
単一光源からのコヒーレントな光放射の第1のビーム(302)を生成し、及び、
前記第1のビーム(302)を、2つの重複するコヒーレントな光ビームに分光(303)する
ことを含み、
前記重複する光ビームの各々は、前記第1のビームと実質的には同程度のコヒーレンスを有することからなる、請求項7に記載の方法。 - 前記干渉縞パターンに対する前記ナビゲーション地形表面部分の2次元動作を表す出力信号(309)を生成するために、信号の前記パターンをプロセッサ(105)が処理すること(307、308)を追加的に含む、請求項7に記載の方法。
- 前記2つの重複するコヒーレントな光ビーム(236a、236b)を、前記光学ナビゲーションデバイスが生成することは、別個の光源(233a、233b)から、前記重複するコヒーレントな光ビームの各々を、前記光学ナビゲーションデバイスが生成することを含むことからなる、請求項7に記載の方法。
- 2つの前記別個の光源は、互いに対して位相同期(237)されるよう動作可能であることからなる、請求項10に記載の方法。
- 前記光源が、ダイオード放射、レーザ、面発光レーザ(VCSEL)、レーザダイオード、波長可変レーザから選択される、請求項8又は10に記載の方法。
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