專利名稱：在各種表面上的光學(xué)位移檢測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體而言涉及光學(xué)技術(shù)，且更具體而言涉及光學(xué)輸入裝置。
背景技術(shù)：
光學(xué)技術(shù)用于許多種環(huán)境中，包括用于例如鼠標(biāo)等光學(xué)輸入裝置。在大多數(shù)此等裝置中，光學(xué)系統(tǒng)通常具有一用于確定光學(xué)裝置相對(duì)于一表面的位移的傳感器。例如，在為光學(xué)鼠標(biāo)情況下，鼠標(biāo)具有至少一個(gè)用于確定鼠標(biāo)在一表面上的移動(dòng)的傳感器，例如一桌面墊或鼠標(biāo)墊。鼠標(biāo)在所述表面上的移動(dòng)會(huì)變換成鼠標(biāo)指針或光標(biāo)在一與主機(jī)配套的顯示器上的移動(dòng)。
光學(xué)鼠標(biāo)的移動(dòng)或位移是通過對(duì)在兩個(gè)不同的瞬時(shí)及可能在所述表面上兩個(gè)不同位置上所捕獲的兩個(gè)不同圖像加以比較來加以確定。光學(xué)鼠標(biāo)的示蹤能力高度依賴于圖像的質(zhì)量。如果圖像具有良好的質(zhì)量，光學(xué)鼠標(biāo)就可更容易地進(jìn)行示蹤。
在傳統(tǒng)光學(xué)鼠標(biāo)中所使用的傳感器可在例如紙張、木材、油漆、金屬及類似的能夠漫射光的表面上進(jìn)行示蹤。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)成像方式是基于對(duì)正常表面(例如木材、布料等)的光學(xué)粗糙性質(zhì)的利用。因此，當(dāng)所述表面是由不會(huì)漫射足夠光量的在光學(xué)上光滑的材料制成時(shí)(例如由玻璃或其他透明材料制成的表面)，成像就會(huì)出現(xiàn)問題。其一實(shí)例是玻璃平臺(tái)。此外，當(dāng)在漫射表面上放置有一層玻璃或其他透明材料時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)問題。其一實(shí)例是在木制桌子頂上放置玻璃板。讓我們分別考慮這些情形中的每一種情形。
當(dāng)要使用由例如玻璃等透明材料制成的表面作為示蹤表面時(shí)，所述表面無法漫射足夠的光來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的示蹤。
當(dāng)在一漫射表面頂上放置有一層玻璃或其他透明材料時(shí)，此種構(gòu)造會(huì)造成光學(xué)傳感器與成像表面(即所述透明層下面的漫射表面)之間距離(稱作“z距離”)的變化。因此，傳統(tǒng)的照明及成像方法可能會(huì)導(dǎo)致聚焦不正確、照明不充分、及/或被照明點(diǎn)及被成像區(qū)域出現(xiàn)點(diǎn)偏移或重疊較差。這些問題可使傳感器無法精確地對(duì)位移(鼠標(biāo)運(yùn)動(dòng))進(jìn)行示蹤。
為解決傳統(tǒng)系統(tǒng)中的某些此等問題所作的能力會(huì)帶來其他缺點(diǎn)。例如，會(huì)帶來抬起檢測(cè)的精確性問題。具體來說，當(dāng)用戶抬起鼠標(biāo)時(shí)，例如當(dāng)意圖在示蹤表面上重新定位鼠標(biāo)而不在屏幕上移動(dòng)光標(biāo)時(shí)，屏幕上的光標(biāo)會(huì)在整個(gè)抬起過程中在事實(shí)上其不應(yīng)跟隨鼠標(biāo)移動(dòng)時(shí)跟隨鼠標(biāo)移動(dòng)。
此外，上述問題并非僅限于光學(xué)輸入裝置。其他使用光學(xué)技術(shù)來捕捉圖像及確定位置和移動(dòng)的裝置也存在類似問題。另一種可能會(huì)存在這些缺點(diǎn)的裝置的實(shí)例是手持式掃描儀。
因此，希望提供一種甚至在光學(xué)裝置與示蹤表面之間放置有一層透明材料時(shí)或者在用戶希望僅在透明材料上進(jìn)行示蹤時(shí)也可精確地對(duì)位移進(jìn)行示蹤、以及提供精確的抬起檢測(cè)的光學(xué)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例包括一種使一光學(xué)裝置能夠在一上面放置有一透明及/或不透明及/或在光學(xué)上光滑表面的漫射表面上進(jìn)行示蹤的系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的其他實(shí)施例包括一種使一光學(xué)裝置能夠在一單獨(dú)的透明及/或不透明及/或在光學(xué)上光滑的表面上進(jìn)行示蹤的系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的某些實(shí)施例旨在偵測(cè)一光學(xué)裝置何時(shí)被抬離其所位于的表面上。本發(fā)明的各實(shí)施例還包括一種用于檢測(cè)z距離(距示蹤表面的距離)及通過提高光學(xué)傳感器子系統(tǒng)及/或照明子系統(tǒng)在所檢測(cè)z距離處的有效性來提高圖像質(zhì)量的傳感系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，提供用于在示蹤表面位于一透明表面下面時(shí)檢測(cè)z距離的技術(shù)。在一實(shí)施例中，使用準(zhǔn)直光束三角測(cè)量法來檢測(cè)z距離。一準(zhǔn)直光源將光束射向一層透明材料下面的示蹤表面上。光至少?gòu)乃鍪聚櫛砻娣瓷渲烈粋鞲衅?。根?jù)所述光束與所述傳感器相交的位置，就可確定出所述z距離。在一替代實(shí)施例中，使用一略微發(fā)散的光源，以使照明點(diǎn)的大小隨z距離的增大而增大。因此，可使用所述照明點(diǎn)的大小來確定z距離。在另一實(shí)施例中，使用光波干涉來確定距所述示蹤表面的距離。在再一實(shí)施例中，使用一包含一行電荷耦合裝置(CCD)元件的傳感器來確定z距離。使用從所述示蹤表面反射的光與所述CCD行相交的位置來確定所述z距離。
根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，提供用于通過提高所述光學(xué)傳感器子系統(tǒng)在不同z距離處的有效性來提高圖像質(zhì)量的技術(shù)。在一實(shí)施例中，在所述光學(xué)傳感器子系統(tǒng)中使用一小孔徑來增大視場(chǎng)的深度，從而提高在一z距離范圍內(nèi)的圖像質(zhì)量。另一選擇為，使用若干具有各種小尺寸的孔徑或一可變尺寸孔徑來提高圖像質(zhì)量。在一實(shí)施例中，使用一焦闌成像系統(tǒng)來提高圖像質(zhì)量。根據(jù)另一實(shí)施例，使用多個(gè)傳感器，其中每一傳感器均針對(duì)一各自的z距離范圍最佳化。另一選擇為或者另外，可使用一具有自動(dòng)聚焦能力的成像系統(tǒng)。根據(jù)一實(shí)施例，使用一可變形狀的透鏡來提高圖像質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，提供用于通過提高所述照明子系統(tǒng)在不同z距離處的有效性來提高圖像質(zhì)量的技術(shù)。在一實(shí)施例中，可根據(jù)z距離來調(diào)整用于為一照明光源供電的電流大小。另一選擇為或另外，可使用多個(gè)光源，其中每一光源均最佳化成在一各自的z距離范圍內(nèi)對(duì)一示蹤表面進(jìn)行照明。
根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的一種光學(xué)裝置檢測(cè)其何時(shí)被抬離其所位于的表面上。在一實(shí)施例中，可使用準(zhǔn)直光束三角測(cè)量法來實(shí)現(xiàn)該目的。在一實(shí)施例中，一準(zhǔn)直激光光束在所述成像系統(tǒng)的視場(chǎng)中間形成一亮點(diǎn)。當(dāng)所述光學(xué)裝置被抬離所述表面時(shí)，所述光點(diǎn)在所述表面上側(cè)向移動(dòng)且因此所述光點(diǎn)在圖像平面中移動(dòng)。當(dāng)所述光點(diǎn)的側(cè)向移動(dòng)大于傳感器陣列上的一特定距離時(shí)，即檢測(cè)到光學(xué)裝置被抬離。在另一實(shí)施例中，使用單個(gè)直徑為D的小尺寸檢測(cè)器。在一實(shí)施例中，光學(xué)裝置被抬起會(huì)使光不會(huì)傳遞至檢測(cè)器，且功率降低會(huì)指示被抬起(ON/OFF系統(tǒng))。在再一實(shí)施例中，在所述檢測(cè)器前面代替透鏡或除所述透鏡之外還使用一小的孔徑來實(shí)現(xiàn)類似的結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，提供用于在一透明或不透明材料上進(jìn)行示蹤的技術(shù)。在一實(shí)施例中，使用暗視場(chǎng)成像對(duì)一透明或不透明材料上的灰塵殘留物進(jìn)行示蹤。以超過零級(jí)次的衍射級(jí)次從所述灰塵殘余物衍射及散射的光被一檢測(cè)器會(huì)聚。在另一實(shí)施例中，使用一干涉式檢測(cè)系統(tǒng)在一透明或不透明表面上進(jìn)行光學(xué)示蹤。一參考光束在一檢測(cè)器上與來自所述透明或不透明材料的經(jīng)Doppler頻移的瑞利(Rayleigh)反向散射光相疊加。使用數(shù)字信號(hào)處理根據(jù)所得到的信號(hào)對(duì)移動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)。
本發(fā)明的某些實(shí)施例提供一種用于在一在光學(xué)上光滑的表面(例如玻璃等透明或不透明表面)上形成用于示蹤的形體的方法及系統(tǒng)。這些形體可與暗視場(chǎng)成像方法或傳統(tǒng)成像方法結(jié)合使用。這些實(shí)施例包括使用小水滴施布系統(tǒng)，擦拭具有某些殘留物的表面，在所述表面上散布/增強(qiáng)灰塵殘留物，及熱點(diǎn)示蹤。
在某些實(shí)施例中，通過濺射(噴墨類系統(tǒng))或者在蒸發(fā)(例如加熱填充有水的多孔材料)后自然冷凝，在玻璃表面上沉積小水滴(或任何其他適宜液體)。小滴的濃度及大小可在一定程度上加以控制并大大降低檢測(cè)系統(tǒng)(光學(xué)器件及檢測(cè)器)的復(fù)雜度。
在其他實(shí)施例中，在使用鼠標(biāo)之前在所述表面上使用一種特殊的抹布。所述抹布能夠散布溶解的殘余物、硅酮微珠或任何不可見的標(biāo)記劑。
在其他實(shí)施例中，鼠標(biāo)本體包含某些會(huì)接觸玻璃表面以使早已存在于所述玻璃表面上的灰塵殘留物散布的結(jié)構(gòu)(例如聚合物環(huán))。此將降低存在暗視場(chǎng)系統(tǒng)所將不能示蹤的清潔區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)。此外，鼠標(biāo)可包含一用于提供額外的光學(xué)級(jí)(因暗視場(chǎng)而對(duì)傳感器可見)灰塵的元件。
在某些使用熱點(diǎn)示蹤的實(shí)施例中，在一短的時(shí)間內(nèi)激活一焦距激光束，以對(duì)玻璃表面進(jìn)行局部加熱從而形成熱點(diǎn)。后者在一IR檢測(cè)器陣列上成像并用作一示蹤參考點(diǎn)。當(dāng)所述熱點(diǎn)處于由陣列尺寸所界定的視場(chǎng)以外時(shí)或者當(dāng)熱點(diǎn)溫度降至一檢測(cè)閾值(相對(duì)于環(huán)境溫度而言)以下時(shí)，會(huì)形成一新的熱點(diǎn)。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，在根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一種裝置中包含兩個(gè)子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)中的其中一個(gè)是在所述裝置放置于一在光學(xué)上光滑的表面上時(shí)使用，而這些子系統(tǒng)中的另一個(gè)是在所述裝置放置于一在光學(xué)上粗糙的表面上時(shí)使用。
本發(fā)明可應(yīng)用于許多不同的領(lǐng)域，且并非僅限于任一種應(yīng)用或領(lǐng)域。本發(fā)明的許多種技術(shù)可應(yīng)用于任一領(lǐng)域中的光學(xué)裝置。在本發(fā)明內(nèi)容部分及下文具體實(shí)施方式
部分中所述的特征及優(yōu)點(diǎn)并未囊括一切，且具體而言，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的圖式、說明書及權(quán)利要求書將易知許多其他特征及優(yōu)點(diǎn)。此外，應(yīng)注意，在說明書中所用的語(yǔ)言是主要是針對(duì)可讀性及指導(dǎo)性目的來選擇，且并非選擇成界定或者限制本發(fā)明的標(biāo)的物，本發(fā)明的標(biāo)的物需要借助權(quán)利要求書來確定。


本發(fā)明具有其他優(yōu)點(diǎn)及特征，結(jié)合附圖閱讀下文對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)說明及附圖將更容易得知這些其他優(yōu)點(diǎn)及特征，附圖中圖1為一具有一光學(xué)輸入裝置的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的圖解；圖2為一光學(xué)輸入裝置的傳統(tǒng)光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)的圖解；圖3A為根據(jù)本發(fā)明，一與一示蹤表面相隔一層透明材料的光學(xué)輸入裝置的一光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的圖解；圖3B為一具有一孔徑的透鏡的圖解；
圖4A為根據(jù)本發(fā)明，一具有一準(zhǔn)直光源的光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)的一實(shí)施例的圖解，所述準(zhǔn)直光源將光射向位于一層透明材料下面的示蹤表面上；圖4B為根據(jù)本發(fā)明，一具有一準(zhǔn)直光源的光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)的一實(shí)施例的圖解，所述準(zhǔn)直光源將光射向位于一比圖4A所示層更厚的透明材料層下面的示蹤表面上；圖5為根據(jù)本發(fā)明，一具有兩個(gè)單獨(dú)光源的光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)的一實(shí)施例的圖解，其中每一光源均經(jīng)構(gòu)造以對(duì)位于一不同透明材料厚度范圍下面的示蹤表面進(jìn)行照明；圖6為根據(jù)本發(fā)明，一具有兩個(gè)單獨(dú)傳感器的光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)的一實(shí)施例的圖解，其中每一傳感器均經(jīng)構(gòu)造以對(duì)位于一不同透明材料厚度范圍下面的示蹤表面進(jìn)行成像；圖7A為根據(jù)本發(fā)明，一使用一暗視場(chǎng)成像系統(tǒng)的光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)的一實(shí)施例的圖解；圖7B例示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，如何將一照明光束射至一表面上；圖7C例示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，如何將一照明光束射至一表面上；圖8A例示根據(jù)本發(fā)明的一種用于一光學(xué)輸入裝置中的暗視場(chǎng)成像系統(tǒng)的一實(shí)施例；圖8B例示一種根據(jù)本發(fā)明的裝置，其具有一用于在一透明表面上進(jìn)行示蹤的子系統(tǒng)及用于在一正常表面上進(jìn)行示蹤的子系統(tǒng)；圖8C例示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一種暗視場(chǎng)成像系統(tǒng)的光源布局；圖8D例示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一種暗視場(chǎng)成像系統(tǒng)的放射狀照明系統(tǒng)；圖8E為一圖解說明在暗視場(chǎng)成像系統(tǒng)中使用多個(gè)光源的流程圖；圖9A例示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一種用于在透明或半透明表面上進(jìn)行光學(xué)示蹤的干涉式檢測(cè)系統(tǒng)；圖9B例示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一種用于在透明或半透明表面上進(jìn)行光學(xué)示蹤的包括一衍射光柵的干涉式檢測(cè)系統(tǒng)；圖10例示根據(jù)本發(fā)明的一種干涉式檢測(cè)系統(tǒng)的一實(shí)施例，該干涉式檢測(cè)系統(tǒng)使用自一透明或半透明材料的表面所反射的光作為參考光束；圖11例示一種具有兩個(gè)光源及兩個(gè)用于檢測(cè)沿一條軸線的位移量的干涉式檢測(cè)系統(tǒng)；圖12A為根據(jù)本發(fā)明的一種具有一個(gè)光源的干涉式檢測(cè)系統(tǒng)的一實(shí)施例的圖解；圖12B為圖12A所示干涉式檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施例處于一光學(xué)輸入裝置內(nèi)部的剖視解；圖13為根據(jù)本發(fā)明的一種具有一透明光柵的干涉式檢測(cè)系統(tǒng)的一實(shí)施例的圖解；圖14例示一具有一示蹤系統(tǒng)的鼠標(biāo)的一實(shí)施例，所述示蹤系統(tǒng)是基于小滴施布與暗視場(chǎng)成像的結(jié)合；圖15例示一具有一示蹤系統(tǒng)的鼠標(biāo)的一實(shí)施例，所述示蹤系統(tǒng)是基于小滴施布，其中使用一毛細(xì)管系統(tǒng)來收集水；
圖16例示一種用于熱點(diǎn)示蹤的構(gòu)造的一實(shí)例；圖17例示在熱點(diǎn)形成及冷卻中所涉及的某些參數(shù)及值；圖18例示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，在熱點(diǎn)形成及冷卻中所涉及的某些參數(shù)及值；圖19例示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，使用準(zhǔn)直光束三角測(cè)量來進(jìn)行抬起檢測(cè)。
具體實(shí)施例方式
附圖(或圖式)僅出于圖解說明目的繪示了本發(fā)明的一較佳實(shí)施例。應(yīng)注意，各附圖中相同或相似的參考編號(hào)可表示相同或相似的功能。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)下文說明將容易得知，也可使用本文所揭示的結(jié)構(gòu)及方法的替代實(shí)施例，此并不背離本文所述發(fā)明的原理。應(yīng)注意，盡管下文是在光學(xué)鼠標(biāo)上下文中對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例進(jìn)行說明，然而還存在其他可利用本發(fā)明的光學(xué)裝置，例如光學(xué)掃描儀、光學(xué)數(shù)字書寫系統(tǒng)(例如由位于Fremont，CA的Logitech公司制造的Logitech IO筆)、或者光學(xué)打印機(jī)前進(jìn)機(jī)構(gòu)。還應(yīng)注意，在下文說明中有時(shí)使用措詞“透明”作為一簡(jiǎn)略表達(dá)來表示“透明及/或半透明”(表面能使某些或所有光通過)。
圖1顯示一傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100的樣品圖，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100包括兩個(gè)位于工作面105上的輸入裝置一鍵盤140及一光學(xué)指針裝置110。使用光學(xué)位移檢測(cè)技術(shù)的指針裝置110的一實(shí)例是光學(xué)鼠標(biāo)。使用光學(xué)檢測(cè)接收的指針裝置及其操作的實(shí)例闡述于頒予Bidiville等人(1994年2月22日頒予)且名稱為“具有帶隨機(jī)分布的斑點(diǎn)的目標(biāo)球的利用光電檢測(cè)器陣列的光標(biāo)指針裝置(Cursor Pointing Device Utilizing aPhotodetector Array With Target Ball Having Randomly Distributed Speckles)”的第5,288,993號(hào)美國(guó)專利及頒予Bidiville等人(1997年12月30日頒予)且名稱為“利用光電檢測(cè)器陣列的指針裝置(Pointing Device Utilizing a Photodetector Array)”的第5,703,356號(hào)美國(guó)專利中，這些美國(guó)專利的相關(guān)部分的全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文中。
圖2例示一傳統(tǒng)的光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)200。所述傳統(tǒng)的光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)200或一般而言光學(xué)系統(tǒng)包括一傳統(tǒng)的照明子系統(tǒng)210及一傳統(tǒng)的光學(xué)傳感器或檢測(cè)子系統(tǒng)220。傳統(tǒng)的照明子系統(tǒng)210包括一傳統(tǒng)的照明透鏡230及一傳統(tǒng)的電磁能量源或光源250。通常，光源250是一種類型的發(fā)光二極管(“LED”)，例如傳統(tǒng)的紅色LED、激光二極管或類似器件。一般而言，光源250附裝至一印刷電路板(“PCB”)(未圖示)上并相對(duì)于照明透鏡230定位成使光射向一位于工作表面或示蹤表面105(例如桌面、墊、球或類似表面)上的照明點(diǎn)201。
傳統(tǒng)的傳感器子系統(tǒng)220包括一成像透鏡240及一傳感器260。傳感器260通常包括一圖像捕捉模塊261，例如一個(gè)或多個(gè)光傳感器陣列。某些傳感器260還包括與圖像捕捉模塊261相關(guān)聯(lián)的控制器電路262，例如呈位于同一晶?；蜓b置封裝中的數(shù)字電路形式的控制器電路262。一般而言，控制器電路262執(zhí)行數(shù)字信號(hào)處理(“DSP”)來從所捕捉圖像得到移動(dòng)數(shù)據(jù)。傳感器總成220也通常安裝于PCB上并定位成使成像透鏡240最佳地捕捉自表面105散射的電磁能量(例如光)。
在正常作業(yè)過程中任一既定時(shí)刻，表面105中散射由傳感器加以掃描或“成像”的電磁能量的區(qū)域202稱作一成像區(qū)域202。應(yīng)注意，盡管表面105通常為一平整表面，例如鼠標(biāo)墊、桌面或類似表面，然而其并非必定如此。表面105可為任意表面，例如人的手臂或手、球形體(如在示蹤球指針裝置中)、椅子或躺椅的扶手、或任何其他可與光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)200緊密靠近地放置的表面。所述傳感器分析所掃描或取得的表面105的圖像來提供位移信息。較佳地，被成像區(qū)域202基本上交疊照明點(diǎn)201，以使光有效地用于僅對(duì)工作表面105中被傳感器260成像或掃描的區(qū)域進(jìn)行照明。然而，由于光學(xué)系統(tǒng)組件中存在錯(cuò)位或者其他機(jī)械容差，照明點(diǎn)201通常大于被成像區(qū)域202，以保證向傳感器260散射足夠的電磁能量。
光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)200的性能依賴于幾種因素。例如，良好的表面照明及良好的圖像質(zhì)量是使光學(xué)輸入裝置110具有有效的性能的重要因素。另外，使所有作用于光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)200中光學(xué)路徑的組件對(duì)齊對(duì)于對(duì)被成像區(qū)域202進(jìn)行最佳照明而言至關(guān)重要，換句話說，各透鏡、光源、及傳感器之間的對(duì)齊對(duì)于實(shí)現(xiàn)照明點(diǎn)201與工作表面105上被成像區(qū)域202之間的最佳交疊而言至關(guān)重要。在2002年4月12日提出申請(qǐng)且名稱為“用于一光學(xué)照明系統(tǒng)中的附屬系統(tǒng)(Attachment System for Use in anOptical Illumination System)”的同在申請(qǐng)中的第10/122,488號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案即涉及一種組件對(duì)齊改良的一實(shí)施例，該美國(guó)專利申請(qǐng)案共同受讓于本發(fā)明的受讓人且其全文以引用方式并入本文中。
另一性能因素是到達(dá)圖像捕捉模塊261的圖像的質(zhì)量。這部分地依賴于成像透鏡對(duì)光進(jìn)行的光學(xué)濾波及隨后的處理。例如，在頒予Piot等人的第6,256,016號(hào)美國(guó)專利(2001年7月3日)中即提供了對(duì)光學(xué)濾波及隨后的處理的改良，該美國(guó)專利共同受讓于本發(fā)明的受讓人且其全文以引用方式并入本文中。
同樣地，照明子系統(tǒng)210的電磁能量源也會(huì)直接影響光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)200的性能。例如，在2001年12月27日提出申請(qǐng)且名稱為“一種光學(xué)照明系統(tǒng)及方法(AnOptical Illumination System and Method)”的同在申請(qǐng)中的第10/033,427號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案中即闡述了一種對(duì)照明系統(tǒng)210的改良，其涉及一種包含專用透鏡的有效的照明系統(tǒng)，該美國(guó)專利申請(qǐng)案共同受讓于本發(fā)明的受讓人且其全文以引用方式并入本文中。
在某些實(shí)施例中，光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)的性能還會(huì)受到幾種照明因素或照明子系統(tǒng)的特性的影響。例如，這些因素或特性可包括光波、光束沖擊角(在圖2中顯示為“α”，其代表光束的中線，例如中心光線)、光線的均勻性、及強(qiáng)度。這些照明特性會(huì)根據(jù)操作表面105而以不同方式對(duì)產(chǎn)生性能影響。一般而言，光源250的強(qiáng)度越高，系統(tǒng)的性能就可越好。然而，光的強(qiáng)度會(huì)直接影響光學(xué)系統(tǒng)的功率消耗。在其中電源有限的系統(tǒng)中，例如在由蓄電池操作的系統(tǒng)中，希望使功率消耗最小化。因此，光源250的強(qiáng)度必須與其所提供的性能提高量相當(dāng)。例如，在2004年4月15日提出申請(qǐng)且名稱為“用于光學(xué)指針裝置的多光源照明系統(tǒng)(Multi-Light-Source Illumination System ForOptical Pointing Device)”的同在申請(qǐng)中的第10/826424號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案中即闡述了基于多光源照明子系統(tǒng)的位移檢測(cè)改良方式，該美國(guó)專利申請(qǐng)案共同受讓于本發(fā)明的受讓人且其全文以引用方式并入本文中。
本發(fā)明的各個(gè)方面涉及到在一光學(xué)上粗糙的表面(例如木材、傳統(tǒng)鼠標(biāo)墊等)上位于某種透明材料(例如一上面具有一玻璃板的木制桌子)下面時(shí)在該光學(xué)粗糙的表面上進(jìn)行示蹤。本發(fā)明的其他方面涉及到在透明表面(例如由玻璃制成的桌子)上進(jìn)行示蹤。下面讓我們來依次論述這些方面。
當(dāng)在光學(xué)裝置與示蹤表面之間放置有透明材料時(shí)在光學(xué)粗糙表面上進(jìn)行示蹤如上文所述，在某些環(huán)境中，可能將光學(xué)輸入裝置放置于一覆蓋示蹤表面的透明或半透明層的表面上。這會(huì)改變光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)與示蹤表面之間的距離。圖3A為根據(jù)本發(fā)明，一與示蹤表面相隔一層透明材料的光學(xué)輸入裝置中一光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)的一實(shí)施例的圖解。光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)200位于光學(xué)輸入裝置110內(nèi)部。如在圖3A中所示，光學(xué)輸入裝置110的支腳310位于一覆蓋一示蹤表面105的透明層315的頂面305上。圖中顯示支腳310的高度為c-其代表光學(xué)裝置310所處的頂面305與光學(xué)輸入裝置110的底部之間的凈距離。支腳310是可選的且在一實(shí)施例中并不存在。因此，在一實(shí)施例中，c可介于0至數(shù)毫米(“mm”)之間。
圖3A中顯示透明層315的厚度為d，在一實(shí)施例中，厚度d可處于幾厘米(“cm”)及幾厘米以下的范圍內(nèi)，例如3cm。透明層315可為透明或半透明的玻璃、塑料、或者任何能使來自光源250的光透過其傳播至下面的示蹤表面105并傳回至傳感器260的材料。例如，在一實(shí)施例中，在一覆蓋木制表面的黑玻璃層上使用紅外線光源。圖3A還顯示透明層315的底面與示蹤表面105之間的距離間隙g。在一實(shí)施例中，間隙g可介于0mm至數(shù)cm或以上之間?？傮w上，值z(mì)表示光學(xué)輸入裝置100的底部與示蹤表面105之間的總距離，其包括凈距離c、透明層的厚度d及間隙g(其基本上為空氣)的大小。
在該實(shí)例中，光源250的光穿過照明透鏡230以角度α入射于透明層315的頂面305上。然后，光源250的光穿過透明層315-以角度β行進(jìn)，隨后穿過間隙距離g到達(dá)示蹤表面105上的照明點(diǎn)201。如果所述間隙為透明層315與示蹤表面105之間的氣隙，則光以角度α射出透明層315。光從示蹤表面105反射、穿過透明層315回到傳感器260。注意，由于透明層的折射率及斯涅耳定律(Snell’s Law)，穿過透明層傳播的光在射入及射出時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲，從而使被照明點(diǎn)201與被成像區(qū)域202出現(xiàn)于不同于假若不存在透明層315時(shí)其將出現(xiàn)的位置上。此外，光源250的光相對(duì)于透明層的表面305以一銳角α行進(jìn)并以一銳角β穿過透明層到達(dá)示蹤表面105。因此，z距離越大，被照明點(diǎn)在橫向上就越遠(yuǎn)離光源250。另外，由于角度α小于角度β，因而頂面305與光學(xué)輸入裝置110的底部之間的距離與透明層305的厚度相比越大，被照明點(diǎn)在橫向上就越遠(yuǎn)離光源250。這些因素會(huì)造成所稱的“點(diǎn)偏移”。
如上文所述，示蹤的精確度受傳感器260所接收到的圖像質(zhì)量的影響。所捕捉的圖像的質(zhì)量部分地依賴于傳感器子系統(tǒng)220與照明子系統(tǒng)210二者在示蹤表面上各種高度處的有效性。下面的部分將說明用于檢測(cè)在示蹤表面上方的高度的技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例對(duì)在示蹤表面上方各種高度處使用的傳感器子系統(tǒng)220及照明子系統(tǒng)210所作的改良將分別在下文中的不同部分中進(jìn)行說明。
高度檢測(cè)在一實(shí)施例中，可使用任一種傳統(tǒng)的z計(jì)量器來實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)輸入裝置與示蹤表面之間距離的檢測(cè)，稱作“z檢測(cè)”或“高度檢測(cè)”。例如，某些傳統(tǒng)的z計(jì)量器使用從示蹤表面反射的紅外線光束來確定高度。其他z計(jì)量器也為所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知。在一實(shí)施例中，將z距離檢測(cè)并入光學(xué)傳感器子系統(tǒng)220及/或照明子系統(tǒng)210內(nèi)。另一選擇為，將z距離檢測(cè)構(gòu)建于光學(xué)裝置內(nèi)，但與這些子系統(tǒng)相分離。
準(zhǔn)直光束三角測(cè)量?，F(xiàn)在參見圖4A，其顯示根據(jù)本發(fā)明的一種光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)200的一個(gè)實(shí)施例的圖解，其中一準(zhǔn)直光源450(例如激光器)將光射向一位于一層透明材料315下面的示蹤表面105上。為清晰起見，略去了光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)200的照明子系統(tǒng)及傳感器子系統(tǒng)的某些部分。如還在圖4A中所示，傳感器460接收(i)從透明層315的頂面305反射的光，(ii)從透明層的底面325反射的光，及(iii)從示蹤表面105漫射的光。
還存在其他多次反射，但這些反射為低能量反射。
在一實(shí)施例中，從這些表面中的一個(gè)或多個(gè)反射的光不被傳感器460接收到。一準(zhǔn)直光束451(例如激光)以一銳角α射向示蹤表面105，且所述光以一銳角β繼續(xù)穿過透明層315。因此，反射光束與傳感器460相交的位置依賴于距離c、d及g?，F(xiàn)在參見圖4B，其顯示與圖4A中所示相同的組件構(gòu)造。然而，在圖4B中，透明層315變厚-其顯示為厚度d2，其中d1＜d2。距離g及c仍在圖4A與圖4B之間保持相同。因此，z1＜z2。注意，隨著z距離的增大，至少反射光束454與傳感器460的相交位置會(huì)遠(yuǎn)離準(zhǔn)直光源450移動(dòng)。可使用反射光束452、453、454的相交點(diǎn)位置、借助三角測(cè)量來確定距離c、d、g及z。在一實(shí)施例中，準(zhǔn)直光源450構(gòu)造成用于z檢測(cè)。在另一實(shí)施例中，準(zhǔn)直光源450構(gòu)造成用作對(duì)示蹤表面105進(jìn)行照明以便于成像的光源。在另一實(shí)施例中，準(zhǔn)直光源450構(gòu)造成用作用于對(duì)示蹤表面105進(jìn)行照明以便于成像的光源且用于z檢測(cè)。
所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，上文所述的三角測(cè)量技術(shù)也可用于檢測(cè)在透明層上方的距離c以及透明材料在下面無示蹤表面時(shí)的厚度d。例如，這些技術(shù)可用于確定一下面未放置有漫射材料的玻璃層的c及d。在另一實(shí)施例中，這些技術(shù)還可用于確定光學(xué)裝置是放置于漫射表面上還是放置于漫射表面頂上的透明表面上。
在一替代實(shí)施例中，使用多個(gè)準(zhǔn)直光源來涵蓋不同的z范圍。例如，如果傳感器460相對(duì)于準(zhǔn)直光源450處于一固定位置上，則某些距離z將使反射光束452、453、454無法與傳感器460相交。因此，可例如以不同的角度布置多個(gè)準(zhǔn)直光源，以便對(duì)處于不同距離范圍的成像表面進(jìn)行最佳照明?？墒褂靡豢刂破?例如控制器470)來控制哪一光源有效。通過分析由傳感器460接收到的所形成圖像的質(zhì)量，控制器470可確定出對(duì)于特定z距離而言最佳的光源。
在一實(shí)施例中，一準(zhǔn)直光束在由另一光源所照明的照明點(diǎn)上進(jìn)行空間疊加。在一替代實(shí)施例中，通過對(duì)光源激活在時(shí)間上進(jìn)行多路復(fù)用來減小各個(gè)疊加光源之間的干涉。例如，一控制器(例如控制器470)可在激活用于z檢測(cè)的準(zhǔn)直光源與激活用于照明被成像區(qū)域的光源之間交替。
在另一實(shí)施例中，光并不是精確地準(zhǔn)直，而是略微發(fā)散。因此，除根據(jù)反射構(gòu)件454與傳感器460相交的點(diǎn)的位置之外還可根據(jù)或者轉(zhuǎn)而根據(jù)所述點(diǎn)的大小來確定z距離。大小越大的點(diǎn)對(duì)應(yīng)于越大的z距離。此種技術(shù)還可與上文所述的準(zhǔn)直光源技術(shù)結(jié)合使用。
干涉式信號(hào)。在另一實(shí)施例中，可使用干涉式技術(shù)來實(shí)現(xiàn)z距離檢測(cè)。一種干涉儀使用波的干涉現(xiàn)象來檢測(cè)距離。每一種傳統(tǒng)的干涉儀均可用于檢測(cè)z距離。干涉儀可嵌入于主傳感器460中或者作為光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的單獨(dú)子系統(tǒng)。
CCD線。在一實(shí)施例中，圖4A及4B中的傳感器460包括一傳統(tǒng)的電荷耦合裝置(CCD)。CCD元件形成一與反射光束452、453、454相交的線。由此，使用反射光點(diǎn)的位置來進(jìn)行z距離檢測(cè)。
在一實(shí)施例中，還可使用一簡(jiǎn)單的機(jī)械推桿式計(jì)量器來進(jìn)行高度檢測(cè)。
抬起檢測(cè)在某些實(shí)施例中，可將光學(xué)裝置抬離所述表面，且得知光學(xué)裝置處于空氣中通常將很重要。某些傳統(tǒng)的抬起檢測(cè)方法依賴于使圖像變得不聚焦來記錄抬起情形。此種技術(shù)可能無法產(chǎn)生精確的結(jié)果。例如，在抬離所述表面的量相對(duì)小時(shí)，可能會(huì)形成一仍保持聚焦的被成像區(qū)域202，特別是當(dāng)使用小的孔徑來獲得一更大的視場(chǎng)深度時(shí)。因此，在一實(shí)施例中，本發(fā)明可通過檢測(cè)光學(xué)鼠標(biāo)與示蹤表面之間距離的變化來記錄抬起情形。因此，上文所述的z檢測(cè)方法也可用于檢測(cè)z距離的變化-此對(duì)應(yīng)于光學(xué)裝置被抬離表面。在又一些實(shí)施例中，可使用不同的傳統(tǒng)抬起檢測(cè)方法，例如使用位于光學(xué)輸入裝置底部上的壓敏開關(guān)。
圖19例示在一實(shí)施例中當(dāng)輸入裝置被抬離表面時(shí)如何使用準(zhǔn)直光束三角測(cè)量來進(jìn)行檢測(cè)。此處所討論的表面既可以是在光學(xué)上粗糙的表面(例如木材、紙張等)、也可以是在光學(xué)上光滑的表面(例如玻璃)。另一選擇為，所述表面可以是一位于光學(xué)上光滑的表面下面的光學(xué)上粗糙的表面(例如覆蓋有玻璃板的木制桌子)。
在一實(shí)施例中，一準(zhǔn)直激光束在成像系統(tǒng)的視場(chǎng)中央形成一亮點(diǎn)。如在圖19中所示，當(dāng)光學(xué)裝置被抬離所述表面時(shí)，所述點(diǎn)會(huì)在所述表面上橫向移動(dòng)且因而所述點(diǎn)的圖像會(huì)在圖像平面中移動(dòng)。當(dāng)離焦時(shí)，出現(xiàn)橫向移位的點(diǎn)會(huì)模糊不清。
當(dāng)所述點(diǎn)橫向偏移大于傳感器陣列(在一實(shí)施例中，其可為直線性的)上的一特定距離時(shí)，就會(huì)檢測(cè)到光學(xué)裝置被抬起。在一實(shí)施例中，該特定距離是預(yù)確定的。在一實(shí)施例中，可使用一放大因數(shù)G＜1來減小橫向偏移的范圍(即檢測(cè)器陣列的大小)。
另一種用于檢測(cè)圖像點(diǎn)橫向位移的簡(jiǎn)單有效的方法是使用直徑為D的單個(gè)小尺寸檢測(cè)器(參見圖19)或者(在光軸上)位于一偵測(cè)器前面的針孔。在一實(shí)施例中，當(dāng)被抬起時(shí)，光將不會(huì)傳遞至檢測(cè)器，且功率的下降會(huì)指示被抬起(ON/OFF系統(tǒng))。
在一實(shí)施例中，在鼠標(biāo)的其中一個(gè)支腳下面放置一簡(jiǎn)單的開關(guān)就可在鼠標(biāo)被抬起時(shí)提供指示。
照明子系統(tǒng)在一實(shí)施例中，可通過改變對(duì)示蹤區(qū)域進(jìn)行照明的強(qiáng)度來獲得更佳的圖像質(zhì)量。在一實(shí)施例中，通過增大單個(gè)光源的電流來增強(qiáng)對(duì)示蹤區(qū)域的照明。返回參見圖3A，可使用控制器270來控制流至光源250的電流?？刂破?70可從光學(xué)裝置的一z距離檢測(cè)系統(tǒng)接收輸入。由于在示蹤表面105處于越厚的一層透明材料315下面時(shí)，對(duì)示蹤表面105進(jìn)行充分照明所需的光的強(qiáng)度越大，因而控制器270可配置成在z距離變大時(shí)增大流至光源250的電流。
在替代實(shí)施例中，使用多個(gè)光源來改善在不同z距離情況下對(duì)示蹤表面的照明。例如，圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的一種具有兩個(gè)單獨(dú)光源的光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)的一實(shí)施例的圖解，其中每一光源均構(gòu)造成對(duì)處于一不同厚度范圍的透明材料下面的示蹤表面進(jìn)行照明。光源551的光以角度α1傳播至透明層的表面305并以角度β1穿過透明層315。光源552的光則以角度α2傳播至透明層的表面305并以角度β2穿過透明層315。光源552的照明點(diǎn)501交疊示蹤表面105的被成像區(qū)域502。光源551定位成在一距傳感器260更大的z距離處對(duì)一區(qū)域503進(jìn)行照明?？刂破?70可用于控制光源551、552(舉例而言)的激活，以使每次僅一個(gè)光源有效。其他用于對(duì)成像區(qū)域進(jìn)行照明的方法闡述于在2004年4月15日提出申請(qǐng)且名稱為“用于光學(xué)指針裝置的多光源照明系統(tǒng)(Multi-Light-Source Illumination System For Optical Pointing Device)”的同在申請(qǐng)中的第10/826424號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)案中，該美國(guó)專利申請(qǐng)案的全文以引用方式并入本文中。
傳感器子系統(tǒng)在了解本發(fā)明的用于檢測(cè)光學(xué)輸入裝置在示蹤表面上的高度的各種實(shí)施例之后，現(xiàn)在將參見一種用于通過改善傳統(tǒng)的傳感器子系統(tǒng)來改善在預(yù)確定高度處的圖像質(zhì)量的系統(tǒng)及方法。例如，本發(fā)明的各實(shí)施例還提供幾種用于通過修改傳感器子系統(tǒng)220而在各種z距離內(nèi)改善圖像質(zhì)量的系統(tǒng)及方法。
可通過允許修改傳感器系統(tǒng)內(nèi)的孔徑或透鏡構(gòu)造或傳感器構(gòu)造來提高圖像質(zhì)量。在本文中對(duì)這些構(gòu)造的實(shí)例加以說明。
更小的孔徑。返回參見圖3A，在一實(shí)施例中，透鏡240由一孔徑或一孔徑與透鏡的組合取代，從而使從示蹤表面105反射的光必須穿過孔徑380到達(dá)傳感器260。此可見于圖3B中。(為清晰起見，在圖3B中未顯示透明表面)。一具有固定的小尺寸的孔徑會(huì)增大視場(chǎng)深度。因此，會(huì)有處于一更大距離范圍內(nèi)的表面看起來聚焦。因此，在本實(shí)施例中可對(duì)一位于具有各種厚度d的透明層下面并具有各種間隙距離g的表面進(jìn)行成像，只要總的距離z處于看起來聚焦的范圍內(nèi)即可。
可變尺寸孔徑。在一實(shí)施例中，透鏡240被一孔徑或一孔徑與透鏡的組合取代，其中所述孔徑具有可變尺寸。在一實(shí)施例中，能夠在傳感器260前面放置不同尺寸的孔徑。例如，可有不同尺寸的孔徑存在于一可在傳感器260前面旋轉(zhuǎn)的盤上，以便每次使用一個(gè)孔徑。控制器270可配置成控制使用所述盤中的哪一孔徑。另一選擇為，可使用一個(gè)能夠改變尺寸的孔徑。在此種情形中，控制器270可配置成控制孔徑的尺寸。
應(yīng)注意，在小孔徑與可變尺寸孔徑兩種實(shí)施例中，孔徑的尺寸越小，能量損失就越大。為克服能量損失，可通過增大施加至光源250的功率來增大照明強(qiáng)度。在一實(shí)施例中，控制器270控制光源250所發(fā)出的光的強(qiáng)度。另一選擇為或者另外，可將具有不同強(qiáng)度的不同光源與不同尺寸的孔徑配對(duì)。在這些實(shí)施例中，控制器270可決定使哪一光源接通。
焦闌成像系統(tǒng)。在一實(shí)施例中，以一焦闌透鏡系統(tǒng)取代透鏡240。焦闌透鏡系統(tǒng)是一種其中通過設(shè)計(jì)而使出射光瞳位于無限遠(yuǎn)處的構(gòu)造。因此，光學(xué)成像系統(tǒng)對(duì)定位于高至某一范圍內(nèi)的物體不敏感。在一實(shí)施例中，焦闌成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)成充分地對(duì)z距離介于0至10mm范圍內(nèi)的示蹤表面105進(jìn)行成像。在焦闌透鏡的視場(chǎng)深度內(nèi)，焦闌透鏡將幾乎不會(huì)顯示出放大誤差。圖像的大小不會(huì)隨距離變化。然而，被成像區(qū)域出現(xiàn)偏移，從而使照明點(diǎn)也必須相應(yīng)地偏移。另外，焦闌成像系統(tǒng)向傳感器260發(fā)射的能量減少。因而，可使用更大強(qiáng)度的光或者使用不同或額外的光源來改善在傳感器260處所接收到的圖像。
多個(gè)傳感器?，F(xiàn)在參見圖6，其顯示一種具有兩個(gè)單獨(dú)傳感器661、662的本發(fā)明光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)200的一實(shí)施例的圖解，其中每一傳感器均構(gòu)造成對(duì)處于一不同厚度范圍的透明材料315下面的示蹤表面105進(jìn)行成像。在其他實(shí)施例中，使用多于兩個(gè)傳感器。每一傳感器661、662均針對(duì)一不同的距離范圍最佳化。在圖6所示的實(shí)例中，傳感器661配置成聚焦于圖像區(qū)域601上，圖像區(qū)域601處于一適合于圖像示蹤表面105的深度。然而，傳感器662配置成聚焦于圖像區(qū)域604上，圖像區(qū)域604將適合于厚得多的一層透明材料315。在一實(shí)施例中，控制器670配置成根據(jù)哪一傳感器提供最佳圖像特性(例如對(duì)比度、分辨率或類似特性)在各傳感器之間進(jìn)行選擇。
自動(dòng)聚焦系統(tǒng)。在一實(shí)施例中，傳感器子系統(tǒng)改變用于使圖像聚焦的透鏡，直至在傳感器處接收到的圖像最佳化，即獲得最佳的圖像特性為止。另一選擇為，可將傳感器子系統(tǒng)配置成可響應(yīng)于z距離的變化。因此，可使用借助上述技術(shù)所獲得的z距離確定結(jié)果作為傳感器子系統(tǒng)的輸入來用于確定適合的透鏡。一旦找到最佳的焦距，然后就可如下文所述使用照明子系統(tǒng)使對(duì)示蹤表面的照明最佳化。
可變形狀成像透鏡。在一實(shí)施例中，在傳感器子系統(tǒng)中使用可變形狀透鏡。例如，某些透鏡的光學(xué)特性可通過施加用于改變透鏡特性的電場(chǎng)來加以改變，例如加長(zhǎng)或縮短焦距。因此，可對(duì)可變形狀透鏡施加具有增大或減小的強(qiáng)度的電場(chǎng)，直至在傳感器處接收到的圖像最佳化為止。可變形狀成像透鏡會(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦。音圈、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、及壓電也是用于在自動(dòng)聚焦系統(tǒng)中移動(dòng)光學(xué)元件的技術(shù)。
上文說明涉及到在一層透明或半透明材料下面的各種深度處的漫射表面上進(jìn)行光學(xué)示蹤。在某些環(huán)境中，在透明或半透明層下面的光學(xué)傳感器范圍內(nèi)不存在漫射表面。下一部分將說明無需在透明或半透明材料層下面設(shè)置漫射表面就能夠在所述透明或半透明材料層上進(jìn)行示蹤的本發(fā)明實(shí)施例。
在透明表面上進(jìn)行示蹤在一實(shí)施例中，使用暗視場(chǎng)成像對(duì)光學(xué)裝置在透明及/或半透明表面上的位移進(jìn)行示蹤。在一實(shí)施例中，暗視場(chǎng)成像是指使用由透明表面上的某些形體所漫射的光進(jìn)行成像。只有已從所述形體(例如灰塵、微粒等等)衍射、折射及反射的光才能夠進(jìn)入透鏡而形成圖像。在不存在這些形體的情況下，視場(chǎng)看起來完全是黑的，因?yàn)闆]有光反射或衍射入物鏡內(nèi)。關(guān)于暗視場(chǎng)成像的其他信息可見于http://micro.magnet.fsu.Edu/primer/techniques/darkfieldreflect.html及http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/darkfield/reflected/index.html中，這些網(wǎng)址以引用方式并入本文中。
在某些實(shí)施例中，這些形體可原本存在于透明表面上。例如，甚至是一相對(duì)干凈的玻璃表面上也將常常具有某些灰塵斑點(diǎn)、指紋殘留物等。在其他實(shí)施例中，則可在透明表面上施布此種形體。下文將分別論述這些情形中的每一種情形。
使用原本存在的形體進(jìn)行暗視場(chǎng)成像圖7A例示一暗視場(chǎng)成像系統(tǒng)700的一個(gè)實(shí)施例。暗視場(chǎng)成像系統(tǒng)700包括從至少一個(gè)光源(未顯示)射向一透明材料315(例如玻璃)的表面305的光。在一實(shí)施例中，透明材料315在表面110上具有灰塵殘留物705，例如指紋或溶劑殘留物中的油漬或油脂。如在圖7A中所示，光751射向透明層315的表面305上，此使反射光752未穿過成像透鏡750被檢測(cè)器陣列740收集到。換句話說，反射光752(即零級(jí)光)未處于物鏡的數(shù)值孔徑內(nèi)。然而，入射于灰塵殘留物705上的光751發(fā)生衍射，且至少一部分衍射光756處于物鏡數(shù)值孔徑內(nèi)。因此，在暗視場(chǎng)成像系統(tǒng)700中，黑色的背景對(duì)應(yīng)于表面305中的干凈部分，而亮的區(qū)域則對(duì)應(yīng)于表面305中具有灰塵殘留物705的部分。暗視場(chǎng)成像系統(tǒng)700的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，其從具有殘留物的玻璃樣本(“臟的玻璃”)提供一高反差圖像。
在一實(shí)施例中，αc是OA1(光束光軸)與由物鏡孔徑及檢測(cè)器的光軸OA2所設(shè)定的線T之間的夾角，如在圖7A中所示。在一實(shí)施例中，減小αc會(huì)增大最佳的暗視場(chǎng)效率(就灰塵殘留物檢測(cè)而言)。在一實(shí)施例中，在根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的鼠標(biāo)系統(tǒng)中，αc小于12°。在一實(shí)施例中，αc小于7°。
在實(shí)際中，達(dá)到如此小的αc值需要照明光束在物鏡孔徑附近存在偏轉(zhuǎn)。在某些實(shí)施例中，可通過一反射鏡760或者一設(shè)計(jì)成實(shí)現(xiàn)全內(nèi)反射的光學(xué)元件(例如棱鏡)來實(shí)現(xiàn)小的αc。(參見圖7B&7C)。也可存在數(shù)種其他構(gòu)造。例如，可將光源放置成比透鏡更靠近于示蹤表面，且可使用反射鏡將光引導(dǎo)至所述表面上。
在一實(shí)施例中，為在工業(yè)系統(tǒng)中得到最佳的αc，需要仔細(xì)控制照明光束的尺寸及形狀。更具體而言，不應(yīng)沿距離Δx(透鏡孔徑與最近的鏡反射光束之間的距離)存在來自鏡反射光束的光，因?yàn)榇朔N寄生光(例如由激光束強(qiáng)度的高斯分布引起及/或由衍射環(huán)引起)使系統(tǒng)無法真正地呈暗視場(chǎng)形態(tài)。可通過使用專門設(shè)計(jì)的衍射光學(xué)元件(DOE)控制照明光束的外圍光線(圖7A中的PR)來控制此種寄生光。DOE的功能是提供理想的光束切口(“刀口”)、同時(shí)抵消衍射效應(yīng)。由此，沿透鏡孔徑平面獲得臺(tái)階形強(qiáng)度分布(接近于“頂帽”形狀)，而不是不合乎需要的具有尾部的高斯形曲線。在一實(shí)施例中，此種臺(tái)階形強(qiáng)度分布理想地沿Δx為0且在光束側(cè)上為1。
在一實(shí)施例中，使照明光束以一角度θ聚焦。出于包括如下原因在內(nèi)的幾種原因，使用微小的聚焦角度比較有利。首先，如在圖7A中所示，距離Δx小于準(zhǔn)直光束情況-此使系統(tǒng)在使鏡反射光處于物鏡內(nèi)方面更為魯棒。第二，可減小臨界角度αc在FOV內(nèi)的變化。第三，可在足夠大的聚焦角度內(nèi)達(dá)到與眼睛安全規(guī)范1M的相符性，并可使用比在等級(jí)1中更大的功率。
為減小成像系統(tǒng)的尺寸，可使用反射鏡及棱鏡來折疊成像透鏡的光學(xué)路徑。圖8A例示一種用于光學(xué)輸入裝置110中的本發(fā)明暗視場(chǎng)成像系統(tǒng)800的一實(shí)施例。在圖8A所示實(shí)施例中，暗視場(chǎng)成像系統(tǒng)800包括兩個(gè)光源851、852。通常，光源851、852為L(zhǎng)ED，例如傳統(tǒng)的紅色LED、激光二極管、或類似LED、或這些LED的任意組合。例如，可使一個(gè)光源851為激光器，而另一光源852為L(zhǎng)ED。
在一實(shí)施例中，一根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的暗視場(chǎng)成像系統(tǒng)包括N個(gè)光源，例如VCSEL，這N個(gè)光源圍繞視野與所述視野近似等間距且彼此等間距地布置。在一實(shí)施例中，光源851、852、853為L(zhǎng)ED，例如傳統(tǒng)的紅色LED。在一實(shí)施例中，光源851、852、853為激光二極管，例如VCSEL或類似激光二極管。圖8C顯示以此一方式排列的三個(gè)光源851、852、853，但也可使用任意合理數(shù)量的光源851、852、853。在一實(shí)施例中，光源數(shù)量從2個(gè)到6個(gè)光源不等。
返回參見圖8A，從表面305上的灰塵殘留物705衍射的至少某些衍射光856穿過一成像透鏡840到達(dá)棱鏡845并最終到達(dá)一檢測(cè)器陣列860。檢測(cè)器陣列880可包括所屬技術(shù)領(lǐng)域中已知的或上文所述的任一類型。在一實(shí)施例中，檢測(cè)器陣列880中的傳感器是CMOS傳感器，其鏈接至用于執(zhí)行傳統(tǒng)成像處理或數(shù)字信號(hào)處理的電路(未圖示)。
暗視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的照明子系統(tǒng)在一實(shí)施例中，為使暗視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)800最佳地工作，應(yīng)對(duì)視野801進(jìn)行充分照明。例如，系統(tǒng)800設(shè)計(jì)成使用強(qiáng)度至少為1mW的照明對(duì)視野801進(jìn)行照明。在一實(shí)施例中，系統(tǒng)800的設(shè)計(jì)目標(biāo)是通過使用一大的豎向及徑向照明角度范圍來激勵(lì)盡可能多的衍射級(jí)、同時(shí)防止使受到反射的零級(jí)處于透鏡840的數(shù)值孔徑內(nèi)。所述照明子系統(tǒng)可具有許多種構(gòu)造，但為舉例說明起見，在下文中說明三種能夠滿足這些設(shè)計(jì)特征的實(shí)例性系統(tǒng)。
不均勻的放射狀照明。在一實(shí)施例中，N個(gè)空間上不相干的光源(例如LED)圍繞視野801與所述視野801近似等間距且彼此等間距地布置。圖8C顯示三個(gè)以此種方式排列的光源851、852、853，但也可使用任意合理數(shù)量的光源851、852、853。在一實(shí)施例中，光源數(shù)量從2個(gè)到6個(gè)光源不等。應(yīng)注意，假如所述光源具有一窄的發(fā)光角度，例如小于20度，則不需要使用聚焦透鏡。在一實(shí)施例中，來自光源851、852、853的光得到準(zhǔn)直以對(duì)表面305進(jìn)行更均勻的照明。在一實(shí)施例中，以3個(gè)在平行于玻璃表面的平面內(nèi)彼此互成120°夾角的激光光源(VCSEL)851、852、853來實(shí)現(xiàn)照明。在一替代實(shí)施例中，可使用2個(gè)具有垂直照明方向的激光器。
均勻的放射狀照明。在另一實(shí)施例中，可使用一激光二極管854與一衍射光學(xué)元件(“DOE”)882的組合來實(shí)現(xiàn)均勻的放射狀照明。圖8C例示一暗視場(chǎng)成像系統(tǒng)中一使用一激光器854及一DOE 882的放射狀照明系統(tǒng)880的一個(gè)實(shí)施例。圖8D中所示放射狀照明系統(tǒng)880的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，僅需要使用一個(gè)光源來實(shí)現(xiàn)均勻的放射狀照明。所述系統(tǒng)圍繞光軸881對(duì)稱。DOE 882可包含或者后隨一漫射器來增強(qiáng)落于透明材料315的表面305中單個(gè)點(diǎn)上的豎直照明角度的多樣性。例如，DOE 882可包括一全息漫射器。視各組件的尺寸及結(jié)構(gòu)而定，可使用一光束分離器(未圖示)使照明系統(tǒng)與成像檢測(cè)系統(tǒng)相分離。光束分離器可位于透鏡840與DOE 882之間。
以一受控環(huán)形發(fā)光角度進(jìn)行照明。在另一實(shí)施例中，可使用一具有例如受控環(huán)形發(fā)光角度的LED進(jìn)行照明。另一選擇為，一布拉格光柵或其他構(gòu)件產(chǎn)生一使零級(jí)反射不會(huì)落于成像透鏡840的數(shù)值孔徑內(nèi)的發(fā)光輪廓。一微共振腔LED或共振腔LED(“RCLED”)可提供一與使用上文參照?qǐng)D8D所述的激光器及DOE所獲得的環(huán)形照明輪廓相類似的環(huán)形照明輪廓。如上文所述，此種方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用單個(gè)光源來實(shí)現(xiàn)均勻的放射狀照明。
當(dāng)使用多個(gè)光源851、852、853時(shí)，在一實(shí)施例中，采用一種算法來確定如何/何時(shí)接通及使用這多個(gè)光源851、852及853。圖8E是一流程圖，其顯示根據(jù)一實(shí)施例如何使用三個(gè)激光源851、852及853。
在一實(shí)施例中，接通第一激光源851(步驟891)。然后，判定(步驟892)在表面上是否檢測(cè)到足夠用于計(jì)算光學(xué)位移的形體。如果檢測(cè)到足夠的形體，則不需要操作任何其他光源。而如果未檢測(cè)到足夠的形體，則接通第二光源852(步驟894)。再次判定(步驟892)在表面上是否檢測(cè)到足夠的形體。如果檢測(cè)到足夠的形體，則不需要操作任何其他光源。而如果未檢測(cè)到足夠的形體，則接通第三光源853(步驟895)。
在一實(shí)施例中，一旦接通另一光源，先前接通的光源便會(huì)關(guān)斷。換句話說，各光源交替地接通，且在每一時(shí)刻僅有一個(gè)光源接通。而在另一實(shí)施例中，當(dāng)?shù)诙庠唇油〞r(shí)，第一光源仍保持接通，依此類推，因而在需要時(shí)同時(shí)使用這些光源。
在另一實(shí)施例中，在一個(gè)傳感器畫面期間，所有激光器851、852及853交替地接通。在此種實(shí)施例中，傳感器拍攝長(zhǎng)曝光圖像，且在該時(shí)間期間，所有激光器交替地閃爍。
在又一實(shí)施例中，各激光源851、852及853均與檢測(cè)器畫面相關(guān)聯(lián)。例如，激光器851接通且檢測(cè)器抓拍畫面#1，激光器852接通且檢測(cè)器抓拍畫面#2，且激光器853接通且檢測(cè)器抓拍畫面#3。然后，計(jì)算每一第三畫面之間的關(guān)聯(lián)性，并對(duì)移動(dòng)量實(shí)施平均。詳細(xì)地說，每當(dāng)源再次接通時(shí)，均計(jì)算一關(guān)聯(lián)數(shù)字?？蓪⑨槍?duì)一個(gè)圖像(3個(gè)畫面)所獲得的這3個(gè)獨(dú)立的關(guān)聯(lián)數(shù)字饋送給示蹤算法。
根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的系統(tǒng)具有兩種模式校準(zhǔn)模式及工作模式。在校準(zhǔn)模式中，調(diào)節(jié)來自激光源851、852及853的脈沖的持續(xù)時(shí)間，以便使所有激光源得到等效的功率。在工作模式中，則實(shí)時(shí)地(在測(cè)量期間)調(diào)節(jié)來自激光源851、852及853的脈沖的持續(xù)時(shí)間，以便使(所有激光器的)暗視場(chǎng)效率分別最大化。
應(yīng)注意，在此處論述三個(gè)光源只是作為實(shí)例，且根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例，可使用任意數(shù)量的光源。在2004年4月15日提出申請(qǐng)且名稱為“用于與被動(dòng)式濾光相關(guān)聯(lián)的光學(xué)鼠標(biāo)的雙重照明系統(tǒng)(Dual Illumination System for Optical Mouse associated withPassive Optical Filtering)”的同在申請(qǐng)中的第10/826,424號(hào)申請(qǐng)案中已大體論述了多個(gè)光源，該申請(qǐng)案以引用方式全文并入本文中。
干涉式檢測(cè)系統(tǒng)圖9A例示一用于在透明或半透明表面上進(jìn)行光學(xué)示蹤以沿x軸進(jìn)行測(cè)量的本發(fā)明干涉式檢測(cè)系統(tǒng)900的一個(gè)實(shí)施例?？墒褂靡煌耆嗤南到y(tǒng)沿y軸進(jìn)行測(cè)量。另外，也可使用一非常類似的系統(tǒng)來測(cè)量沿z軸的位移(例如抬起檢測(cè))。光950穿過光束分離器990，以使光950分裂成兩部分。其中一個(gè)光束991-稱作參考光束991-射向檢測(cè)器960，而另一光束990則射向透明或半透明層315。另一選擇為，光束分離器990可由一衍射光柵或其他可將光分裂成至少兩部分的裝置來取代。
在一實(shí)施例中，如在圖9A中所示，透明層315使光束992進(jìn)行瑞利(Rayleigh)散射996。瑞利散射996的一部分受到反向散射998并被檢測(cè)器960收集。由此，將具有恒定頻率的參考光束991與經(jīng)反向散射的光998重新組合，經(jīng)反向散射的光998的頻率根據(jù)光源與表面305之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度而經(jīng)過多普勒頻移。這兩個(gè)干涉光束991、998之和產(chǎn)生一波-拍頻，可測(cè)量所述波-拍頻來檢測(cè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度及檢測(cè)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間量，以便確定位移量。
在一實(shí)施例中，對(duì)于光學(xué)鼠標(biāo)應(yīng)用而言，所述波-拍頻近似處于10kHz范圍內(nèi)。另外，在一實(shí)施例中，可使用加速度計(jì)來確定位移方向。此外，在一實(shí)施例中，可在x方向上使用一個(gè)加速度計(jì)并在y方向上使用另一加速度計(jì)。
在一實(shí)施例中，干涉式檢測(cè)系統(tǒng)中傳感器子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可使系統(tǒng)的散粒噪聲受到限制。然而，干涉式檢測(cè)系統(tǒng)900的運(yùn)行仍倚靠檢測(cè)器960接收足夠的反向散射光998來記錄信號(hào)。瑞利散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的四次方成正比。因此，可通過使用更短波長(zhǎng)的光950，例如藍(lán)色光(約480nm)而非紅外線(850nm)，來獲得高一個(gè)數(shù)量級(jí)的瑞利散射強(qiáng)度。甚至可使用零差放大對(duì)來自反向散射光998的弱信號(hào)進(jìn)行放大，例如如在B.E.A.Saleh及M.C.Teich所著的光子學(xué)基礎(chǔ)(Fundamentals of Photonics)(Wiley，紐約，1991年)中所述，其相關(guān)部分以引用方式并入本文中。
在某些實(shí)施例中，可能會(huì)將沿z軸的多普勒頻移誤檢測(cè)為沿x及/或y軸的位移。圖9B例示一用于在透明或半透明表面305上進(jìn)行光學(xué)示蹤的可補(bǔ)償z位移的本發(fā)明干涉式檢測(cè)系統(tǒng)900的一個(gè)實(shí)施例，所述系統(tǒng)包括一衍射光柵999。在該實(shí)施例中，參考光(從表面305反射的光)以90度進(jìn)行反射，且參考光991穿過一透射衍射光柵999(在一實(shí)施例中其并不使光束偏離)射向一檢測(cè)器960。反向散射光998以介于30度與60度之間的給定平均角度照射光束999。在一實(shí)施例中，一透鏡(未圖示)放置于光柵999前面以收集更多的瑞利反向散射光998。在一實(shí)施例中，光柵999使瑞利反向散射光998沿一垂直于透明或半透明材料315的表面305的方向偏離。因此，參考光束991與反向散射光束998在衍射光柵999與檢測(cè)器960之間沿同一方向傳播。
為精確地檢測(cè)沿z軸的位移，可使用從透明材料表面反射的光作為參考波991。多普勒頻移起因于波沿其傳播方向的壓縮或膨脹。當(dāng)表面305相對(duì)于測(cè)量裝置同時(shí)沿橫向及豎向運(yùn)動(dòng)時(shí)，參考光束僅對(duì)z位移敏感，而反向散射光則對(duì)x及z兩種位移敏感。在此種情形中，反射光與瑞利反向散射光沿豎軸經(jīng)歷相同的多普勒頻移。由于參考光束991與反向散射光束998二者在z方向上經(jīng)歷相同的多普勒頻移，因而檢測(cè)器960所接收到的波拍頻僅對(duì)x位移敏感。對(duì)于z位移而言，拍頻(其等于兩個(gè)波之間的頻率差)為零。因此，所述系統(tǒng)可配置成對(duì)z位移進(jìn)行補(bǔ)償。然而，由于空氣/玻璃界面處的反射相對(duì)于在使用圖9A中所示光束分離器時(shí)可獲得的反射降低(如果垂直于所述界面進(jìn)行照明，則為4％)，因而使用從表面305反射的光作為參考光束991可能會(huì)減小零差放大效應(yīng)。
另一選擇為，為增大參考信號(hào)功率并避免使用光束分離器，可使用一種例如在圖10中所示的干涉式檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)造。圖10例示一種使用從透明或半透明材料315的表面305反射的光1051作為參考光束的本發(fā)明干涉式檢測(cè)系統(tǒng)1000的一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)例中，光1050沿一平行于表面305的方向偏振并以一減小的照明角度使用。根據(jù)菲涅耳定律，與垂直照明相比，會(huì)有多出四倍的光相對(duì)于垂直軸線以60度的角度反射至表面305。因而，通過將偏振效應(yīng)與照明角度相結(jié)合，會(huì)增加從表面305反射1051并入射于檢測(cè)器1060上的光1050的量。另外，由于反射光1051的參考光束與反向散射光1098沿同一方向傳播，因而干涉信號(hào)得到改善。而且，例如圖10所示的構(gòu)造無需使用光束分離器，從而提高了設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單性及緊湊性。
圖11例示一使用從透明或半透明材料315的表面305反射的光1051作為參考光束的本發(fā)明干涉式檢測(cè)系統(tǒng)1100的另一實(shí)施例。如在圖11中所示，多普勒頻移會(huì)使瑞利反向散射光1198的方向發(fā)生改變。因此，當(dāng)干涉式檢測(cè)系統(tǒng)1100沿x方向相對(duì)于表面305移動(dòng)時(shí)，相對(duì)于表面305以一不同的角度收集反向散射光1198。一反射鏡1194用于使瑞利反向散射光1198射向一衍射光柵1199，所述衍射光柵1199用于將反向散射光1198與參考光1051重新組合。如上文參照?qǐng)D9B所述，所述衍射光柵使瑞利反向散射光束1198偏離，以使其在衍射光柵1199與檢測(cè)器1060之間與反射光束1051沿同一方向傳播。
圖12A例示一具有一個(gè)光源1251及四個(gè)檢測(cè)器PDX1、PDX2、PDY1、PDY2的本發(fā)明干涉式檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。在一實(shí)施例中，從光源1251傳播的光經(jīng)過準(zhǔn)直并朝光柵1201傳播。從光柵1201衍射的光的一部分落于這四個(gè)檢測(cè)器PDX1、PDX2、PDY1、PDY2中的每一個(gè)上。另外，從光源1251傳播的光的一部分穿過光柵1201到達(dá)透明層315，在透明層315中出現(xiàn)瑞利散射(在該圖中未顯示)。瑞利散射光的一部分疊加于從光柵1201衍射的落于這四個(gè)檢測(cè)器PDX1、PDX2、PDY1、PDY2中每一個(gè)上的光上。例如，如圖12A所示，檢測(cè)器PDX1、PDX2、PDY1、PDY2布置成使兩個(gè)檢測(cè)器PDX1、PDX2位于x軸上以用于檢測(cè)x位移且兩個(gè)檢測(cè)器PDY1、PDY2位于y軸上以用于檢測(cè)y位移。圖12B例示一在圖12A中所示的干涉式檢測(cè)系統(tǒng)處于光學(xué)輸入裝置內(nèi)時(shí)的剖面圖。為便于論述，圖12B僅包括兩個(gè)位于x軸上的用于檢測(cè)x位移的檢測(cè)器PDX1、PDX2。
返回參見圖12A，PDX1及PDX2將接收對(duì)應(yīng)于x方向與z方向上位移的組合的信號(hào)，在所示實(shí)施例中，通過PDX1所接收信號(hào)確定出的沿x軸的位移的符號(hào)將與通過PDX2所接收信號(hào)確定出的沿x軸的位移的符號(hào)相反。為便于論述，由PDX1所接收的信號(hào)將被稱作代表沿負(fù)x方向與z方向的位移的組合，而由PDX2所接收的信號(hào)將被稱作代表沿正x方向與z方向的位移的組合。PDY1及PDY2將接收對(duì)應(yīng)于y方向與z方向上位移的組合的信號(hào)，在所示實(shí)施例中，通過PDY1所接收信號(hào)確定出的沿y軸的位移的符號(hào)將與通過PDY2所接收信號(hào)確定出的沿y軸的位移的符號(hào)相反。同樣，為便于論述，由PDY1所接收的信號(hào)將被稱作代表沿負(fù)y方向與z方向的位移的組合，而由PDY2所接收的信號(hào)將被稱作代表沿正y方向與z方向的位移的組合。
除上文所述的構(gòu)造外，在某些實(shí)施例中，可使用加速度計(jì)來檢測(cè)位移的方向。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將知，可使用基于對(duì)多普勒信號(hào)中的振蕩進(jìn)行計(jì)數(shù)或應(yīng)用頻率分析(例如FFT)的信號(hào)處理、根據(jù)檢測(cè)器PDX1、PDX2接收的信號(hào)來確定x位移的值及/或z位移的值。同樣地，可據(jù)檢測(cè)器PDY1、PDY2接收的信號(hào)來確定y位移的值及/或z位移的值。
圖13例示一具有一透明光柵1301的本發(fā)明干涉式檢測(cè)系統(tǒng)1300的一個(gè)實(shí)施例。在圖13所示的實(shí)例中，干涉式檢測(cè)系統(tǒng)1300包括一光源1351、一透明光柵1301、及四個(gè)檢測(cè)器PDX1、PDX2、PDY1、PDY2。在一實(shí)施例中，從光源1351傳播的光經(jīng)過準(zhǔn)直并朝透明光柵1301傳播。光源1351的光的一部分-零級(jí)光-沿路徑1302衍射。光源1351的一部分-一級(jí)光-沿路徑1303a、1303b、1303c、1303d(統(tǒng)稱為1303)衍射并與透明層315相互作用。在與透明層315相交之后，所述光的一部分從透明層的表面305分別沿路徑1304a、1304b、1304c、1304d(統(tǒng)稱為1304)反射。另外，所述光的一部分沿路徑1303傳播，穿過透明層315并分別沿路徑1304被瑞利散射至檢測(cè)器PDX1、PDX2、PDY1、PDY2。檢測(cè)器PDX1、PDX2、PDY1、PDY2定位成在光學(xué)輸入裝置110位于表面305上時(shí)從表面305接收反射光。因而，如上文所述，檢測(cè)器PDX1、PDX2、PDY1、PDY2所收集的光代表沿路徑1303傳播的從表面305反射的光與沿路徑1304經(jīng)過瑞利散射的光的混合光。根據(jù)檢測(cè)器PDX1、PDX2、PDY1、PDY2所接收的信號(hào)，可如上文參照?qǐng)D12A所述來檢測(cè)在x方向、y方向及z方向上的位移。
形成用于暗視場(chǎng)成像的形體I)基于小液滴施布與暗視場(chǎng)相結(jié)合的系統(tǒng)A)原理在一實(shí)施例中，在玻璃表面上施布小水滴可提供一用于在玻璃表面上進(jìn)行示蹤的良好的參考表面。傳統(tǒng)的LED或激光照明系統(tǒng)就可形成足夠的對(duì)比度。另一選擇為，可通過暗視場(chǎng)照明及/或使化學(xué)物質(zhì)存在小水滴中(或散布于玻璃表面上)來顯著提高對(duì)比度。因此，小液滴與暗視場(chǎng)成像相組合看起來為一種極具前景的玻璃示蹤形式。
水印系統(tǒng)具有數(shù)種優(yōu)點(diǎn)。透明或半透明表面不會(huì)看起來很臟，且液體會(huì)因自然蒸發(fā)而消失。應(yīng)注意，也可使用其他適宜的液體來取代水。然而，在一實(shí)施例中，以短的間隔內(nèi)施布小液滴需要使用一有效的噴射系統(tǒng)以及儲(chǔ)存罐。此種示蹤系統(tǒng)1400的關(guān)鍵元件及功能顯示于圖14中。
所述系統(tǒng)中所存在的基本功能及相關(guān)元件將在下文中予以說明。
B)收集由于液體的消耗，所述系統(tǒng)需要使用一收集罐1410，收集罐1410可能須定期地充注或更換?？纱嬖诟鞣N解決方案，例如被動(dòng)式充注在一實(shí)施例中，所述罐由一在用光時(shí)將被更換的可棄式筒組成。另一選擇為，以包含于筒內(nèi)的液體對(duì)一永久性的罐進(jìn)行充注。
主動(dòng)式充注在一實(shí)施例中，在鼠標(biāo)使用過程中收集水份并將其輸送至所述罐。這可通過一Peltier冷卻系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。后者可使環(huán)境空氣中所含的水份冷凝?？墒褂妹?xì)管力使冷凝水流入所述罐內(nèi)。圖15例示一種其中可使用一由大小逐漸變化的孔制成的多孔基質(zhì)來獲得毛細(xì)管力的方法。
半主動(dòng)式充注在一實(shí)施例中，水份收集系統(tǒng)僅在當(dāng)鼠標(biāo)不在使用期間連接至一外部電源時(shí)有效。在一實(shí)施例中，可例如通過將鼠標(biāo)連接至一USB端口來得到電源(插入&充注)。在另一實(shí)施例中，使用一臺(tái)架(例如鼠標(biāo)塢站)為所述水份收集系統(tǒng)(Peltier元件)提供電源。在再一實(shí)施例中，使用一臺(tái)架/塢站直接充注液體罐。例如，所述臺(tái)架包含一個(gè)罐及一個(gè)閥門以便控制液體的輸送。
C)存儲(chǔ)在一實(shí)施例中，預(yù)計(jì)將存儲(chǔ)的液體體積介于0.5與5cm3之間。由于鼠標(biāo)中可用的空間有限，因而在一實(shí)施例中，存儲(chǔ)罐1420由一種撓性材料制成以便貼繞于其他鼠標(biāo)內(nèi)部組件周圍。例如，在一實(shí)施例中，所述罐由一由硅酮制成的撓性瓶組成。
D)噴射可用各種方式噴射小液滴。例如
在一實(shí)施例中，如在噴墨頭中一樣使用一壓電元件來監(jiān)測(cè)噴射室1430的容積。在另一實(shí)施例中，使用一熱系統(tǒng)來檢測(cè)噴射室的容積。這些系統(tǒng)能夠控制小液滴的大小(在某種程度上)以及數(shù)量和施布圖案。在一實(shí)施例中，噴射裝置1430包含幾個(gè)孔，此視所用的小液滴構(gòu)形而定(參見下面的F部分)。
在一實(shí)施例中，對(duì)一多孔基質(zhì)進(jìn)行加熱(例如使用電流)以使液體蒸發(fā)并通過自然的冷凝在玻璃表面上形成隨機(jī)的小液滴圖案(參見圖15)。
E)檢測(cè)為使小液滴與玻璃表面背景之間的對(duì)比度最大，在本發(fā)明的某些實(shí)施例中使用上文所述的暗視場(chǎng)照明系統(tǒng)。在一實(shí)施例中，除使用暗視場(chǎng)成像之外，還可使用對(duì)某些小液滴特性的控制(參見下面的G部分)。在另一實(shí)施例中，可使用對(duì)某些小液滴特性(參見下面的G部分)的控制來替代暗視場(chǎng)成像。
F)示蹤可通過在成像系統(tǒng)的視野(FOV)中施布單個(gè)小液滴或一叢小液滴1405來實(shí)現(xiàn)示蹤。上文所述的基于壓力的噴射系統(tǒng)能夠控制小液滴1405的大小、形狀、數(shù)量及構(gòu)形。在一實(shí)施例中，小液滴1405在所述表面上具有一直徑為D的半球形形狀(因水的表面張力而呈彎月形)，直徑D介于10-100微米之間。D越小，檢測(cè)就越困難(因大小較小且蒸發(fā)時(shí)間較短)，但液體消耗就越少。
可使用數(shù)種小液滴構(gòu)形。在一實(shí)施例中，在視野的中央施布單個(gè)小液滴。在另一實(shí)施例中，以已知的相互間距施布一規(guī)則的小液滴圖案，例如一等邊三角形布局或者六角形布局。在再一實(shí)施例中，施布一隨機(jī)的小液滴圖案(例如使用一基于蒸發(fā)及冷凝的系統(tǒng)來獲得)。此外，在一實(shí)施例中，可如下文在G部分中所述在某種程度上控制小液滴的物理性質(zhì)。在一實(shí)施例中，通過蒸發(fā)時(shí)間來設(shè)定各串小液滴的施布之間的間隔。在另一實(shí)施例中，根據(jù)到達(dá)視野邊界的時(shí)間來設(shè)定該間隔(即依賴于鼠標(biāo)速度及FOV大小)。在又一實(shí)施例中，通過這些因素的組合來設(shè)定該間隔。
G)控制小液滴的性質(zhì)在一實(shí)施例中，為利于進(jìn)行示蹤，可在某種程度上控制小液滴的某些特性，以便改善檢測(cè)及延長(zhǎng)蒸發(fā)時(shí)間。在一實(shí)施例中，可在玻璃表面上散布一種化學(xué)物質(zhì)(例如使用一經(jīng)過浸漬的抹布)。在其他實(shí)施例中，將化學(xué)物質(zhì)稀釋于小液滴的液體中。
例如表面活性劑等添加劑可改變小液滴的表面張力，并從而又改變小液滴的彎月形狀(即曲率半徑及相對(duì)于表面的角度)及蒸發(fā)時(shí)間。由于對(duì)反向散射光的收集量變大，因而對(duì)彎月形狀進(jìn)行控制可大大有利于使用暗視場(chǎng)成像進(jìn)行檢測(cè)。此外，在玻璃表面上提供一疏水性層可使蒸發(fā)時(shí)間明顯變慢。此會(huì)提供更長(zhǎng)的檢測(cè)時(shí)間并減少液體消耗量。在一實(shí)施例中，添加具有熒光特性(通常在UV中激發(fā))或者僅在NIR中可見的化學(xué)試劑。某些可用于改變小液滴特性及有利于對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)的材料將在下一部分中進(jìn)一步說明。
II)使用鼠標(biāo)前在玻璃上施布圖案在一實(shí)施例中，在使用鼠標(biāo)之前在玻璃表面上散布(例如使用抹布或通過噴涂)一對(duì)觀察人員而言看不到的圖案。由此可在UV、NIR(例如吸收性或透射性圖案)中或在可見光譜(如果利用熒光材料)中檢測(cè)到一存在反差的圖案。
可使用的材料的實(shí)例包括烴、油、油脂、聚合物、肥皂、熒光分子等等。在下文中提供了幾個(gè)實(shí)例。在油脂類的烴中，二硫化鉬(MoS2)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)鼠標(biāo)傳感器而言在可見光(640nm)照明與IR(850nm)照明兩種情況下均會(huì)提供較佳的示蹤結(jié)果。MoS2油脂在齒輪及軸承潤(rùn)滑中很常見，因此成本較低。二硫化鉬(MoS2)微粒會(huì)改善示蹤的質(zhì)量。與例如人手上的油脂相比，還使玻璃表面看起來不太臟。
在另一實(shí)施例中，可使用一種在UV光照下會(huì)發(fā)出熒光的不可見(對(duì)裸眼而言)染料以一可檢測(cè)且可辨認(rèn)的圖案(熒光墨水)來標(biāo)記玻璃表面。在一實(shí)施例中，使用UV LED(例如375nm)來實(shí)施UV激勵(lì)。所發(fā)出的熒光可處于可見光頻帶或NIR頻帶中。在一實(shí)施例中，使用標(biāo)準(zhǔn)的熒光素(C20H12O5)。另一選擇為，某些UV不可見印記墨水永久地存在于玻璃上并可在藍(lán)色頻帶、綠色頻帶或紅色頻帶(617nm)中發(fā)出熒光。
在又一實(shí)施例中，使用一種IR熒光墨水。這種墨水通常具有793nm的模擬(吸收)峰值波長(zhǎng)及840nm的發(fā)射(熒光)波長(zhǎng)。吸收及發(fā)射二者可用于形成反差來進(jìn)行示蹤。
吸收IR熒光墨水可用一720-740nm的IR LED來模擬。在傳感器圖像中所述墨水吸收光的位置處將出現(xiàn)暗點(diǎn)。
發(fā)射可用一720-740nm的IR LED或一紅色側(cè)發(fā)光二極管來模擬IR熒光墨水。傳感器需要使用一830nm的濾光片來檢測(cè)所發(fā)出的熒光。
III.灰塵散布下面將說明另一用于在玻璃/其他透明或半透明表面上進(jìn)行示蹤的實(shí)施例。
在根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的鼠標(biāo)中，鼠標(biāo)本體包含一環(huán)繞成像視野的聚合物-可能具有幾個(gè)開孔(可將所述環(huán)狀元件視為一系列彼此接觸或緊密相間的鼠標(biāo)支腳)。該環(huán)繞元件與玻璃表面接觸，以散布早已存在于玻璃表面上的灰塵殘留物。這會(huì)降低在玻璃表面上存在清潔區(qū)域從而使暗視場(chǎng)系統(tǒng)無法在上面進(jìn)行示蹤的危險(xiǎn)。在某些實(shí)施例中，所述灰塵散布元件位于鼠標(biāo)的支腳中、支腳上或者環(huán)繞所述支腳。
在不同實(shí)施例中，所述灰塵散布件是由例如泡沫、聚合物、微氣刷、Teflon滑座等不同材料制成。此外，所述灰塵散布件的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)等也因不同的實(shí)施例而異。例如，所述灰塵散布件可為圓形的、分段的等等。
另外，在一實(shí)施例中，一根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的鼠標(biāo)可包含一個(gè)或多個(gè)用于提供額外的灰塵的元件。在一實(shí)施例中，此種元件將類似于一包含油脂性液體或任何其他可進(jìn)行表面標(biāo)記的材料的軟墨水筆的端部。
應(yīng)注意，上文所述的各種技術(shù)可與上文所述的暗視場(chǎng)成像結(jié)合使用。
IV.熱點(diǎn)示蹤
在一實(shí)施例中，使用一聚焦的激光光束1607在透明表面305上形成一熱點(diǎn)1605并隨后使其在一IR檢測(cè)器陣列1610上進(jìn)行成像，以用作進(jìn)行示蹤的參考點(diǎn)。在一實(shí)施例中，當(dāng)熱點(diǎn)即將處于由陣列大小所界定的視野之外時(shí)或者熱點(diǎn)溫度降至一檢測(cè)閾值ΔT0(相對(duì)于環(huán)境溫度)以下時(shí)形成一新的熱點(diǎn)。
在圖16中例示一種用于熱點(diǎn)示蹤的可能構(gòu)造形式。在一實(shí)施例中，使用反射性光學(xué)器件來避免使用在高于玻璃透射范圍的IR(5μm)情況下原本可能需要使用的鍺透鏡。
下面列出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例實(shí)施此種示蹤原理時(shí)的某些物理考慮因素及系統(tǒng)要求-光源的功率足以形成一可檢測(cè)的熱點(diǎn)。
-光源的功率符號(hào)眼睛安全規(guī)范。
-加熱時(shí)間th足以實(shí)現(xiàn)充分的加熱及在鼠標(biāo)位移過程中提供熱點(diǎn)的空間位置。
-熱點(diǎn)冷卻時(shí)間常數(shù)足夠長(zhǎng)，以在形成一新的熱點(diǎn)之前的一時(shí)間間隔ti期間使溫度保持高于一檢測(cè)閾值ΔT0。
-每一像素所花費(fèi)的時(shí)間-取決于像素?cái)?shù)量N×N、空間分辨率Δx及最高鼠標(biāo)速度(0.5m/s)-足夠長(zhǎng)，以得到一足夠大的信噪比(SNR)。
圖17例示一加熱-時(shí)間曲線圖。圖17顯示了在熱點(diǎn)形成及冷卻過程中所涉及到的某些重要參數(shù)。下面給出在一實(shí)施例中所使用/獲得的值th＝10μsti＝1msPmax＝100mWPmean＝1mW加熱能量Eh＝1μJN×N＝502個(gè)像素Δx＝20μm(分辨率＝像素大小，在G＝1時(shí))d＝10μmh＝50μm放大因數(shù)G＝1在一實(shí)施例中，使用一所發(fā)出的波長(zhǎng)處于玻璃吸收光譜范圍內(nèi)(即處于UV或高于5μm的IR范圍內(nèi))的光源來加熱玻璃。IR范圍光源的實(shí)例是由AlpLaser公司制造的串級(jí)激光器。在一實(shí)施例中，使用一在玻璃透射光譜范圍內(nèi)發(fā)出可用波長(zhǎng)的光源(例如處于可見光或NIR范圍的VCSEL)來加熱玻璃。
在一實(shí)施例中，為成功地進(jìn)行示蹤，需要存在至少10℃的溫度差。
圖18顯示一在T＝293K(20℃)及T+ΔT0(10℃)情況下的黑體輻射光譜發(fā)射曲線以及各種材料的波長(zhǎng)透射或檢測(cè)范圍。
在某些實(shí)施例中，在進(jìn)行適度冷卻情況下-可使用例如Peltier元件來實(shí)現(xiàn)，使用例如HgCdZnTe或PbSe等檢測(cè)器。在其他實(shí)施例中，則使用熱電檢測(cè)器。類似于其中機(jī)械應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生電性極化的壓電材料相類似，熱電材料對(duì)溫度差很敏感。然而，在熱電材料中，離子會(huì)在經(jīng)過改變的晶格中移動(dòng)直至達(dá)到平衡且電壓差消失。因此，熱電檢測(cè)器僅對(duì)溫度變化(即對(duì)AC信號(hào))敏感。一般而言，其與機(jī)械斬波器或調(diào)幅源一起使用。
溫度變化原因的實(shí)例包括-在鼠標(biāo)快速移位情況下，當(dāng)從一個(gè)像素移至另一像素時(shí)的能量變化。
-在鼠標(biāo)緩慢移位(或不移位)情況下，因VCSEL源(在th期間以規(guī)則的間隔ti發(fā)光)的負(fù)載循環(huán)造成能量變化。
在一實(shí)施例中，使用一2D熱電檢測(cè)器陣列。
應(yīng)注意，上文所述的各種用于在玻璃(或者其他透明或半透明表面)上進(jìn)行示蹤的技術(shù)可單獨(dú)使用，或者可與一種或多種其他技術(shù)結(jié)合使用。例如，可將在玻璃表面上施布小液滴與傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)或者與暗視場(chǎng)成像一起使用。此外，為提高對(duì)比度而對(duì)液體特性進(jìn)行的控制也可與傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)或者暗視場(chǎng)成像系統(tǒng)一起使用。此外，在一實(shí)施例中，使用一“智能系統(tǒng)”，其能從這些形式中的一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式或者轉(zhuǎn)換成此等形式的一種組合。例如，可在單獨(dú)的臟的玻璃(對(duì)灰塵殘留物進(jìn)行示蹤)上單獨(dú)使用暗視場(chǎng)示蹤，同時(shí)可僅當(dāng)單獨(dú)使用暗視場(chǎng)將無法提供足夠大的對(duì)比度時(shí)執(zhí)行小液滴施布/表面擦拭。此種轉(zhuǎn)換既可手動(dòng)激活也可自動(dòng)激活。
對(duì)于上文所述的光源及構(gòu)造，應(yīng)注意，在一實(shí)施例中，一種根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的系統(tǒng)將視環(huán)境條件而處于這兩種成像模式中的一種當(dāng)在玻璃下面不存在材料時(shí)，對(duì)玻璃表面上的臟污形體的圖像進(jìn)行示蹤。
當(dāng)在玻璃下面存在散射材料從而使背景信號(hào)大于通過(i)所獲得的背景信號(hào)時(shí)，對(duì)所述背景信號(hào)在成像平面中(即在玻璃表面處)所形成的斑點(diǎn)進(jìn)行示蹤。
根據(jù)上文說明易知，本文所揭示的實(shí)施例提供一種用于在光學(xué)裝置中進(jìn)行感測(cè)的新穎且較佳的系統(tǒng)及方法。上文說明僅揭示及闡述本發(fā)明的實(shí)例性方法及實(shí)施例。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，本發(fā)明可實(shí)施為其他具體形式，此并不背離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征。例如，所述實(shí)施例也可應(yīng)用于其他領(lǐng)域及環(huán)境中，并且可與其中希望進(jìn)行光學(xué)感測(cè)的其他應(yīng)用結(jié)合使用。相應(yīng)地，本揭示內(nèi)容旨在作為對(duì)本發(fā)明范疇的例示性而非限定性說明。
權(quán)利要求
1.一種能夠在材料層的表面上進(jìn)行示蹤的光學(xué)輸入裝置的暗視場(chǎng)光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)，所述材料層使至少某些光穿過所述層，所述表面上具有某些形體，所述系統(tǒng)包括光源，其用于以照明光束對(duì)所述表面進(jìn)行照明，所述照明光束具有光軸；透鏡，其定位于孔徑中以從所述表面上的所述某些形體接收至少某些衍射光、但不接收從所述表面鏡反射的零級(jí)光；及檢測(cè)器，其光學(xué)地耦合至接收所述至少某些衍射光的所述透鏡，其中所述檢測(cè)器具有第二光軸。
2.如權(quán)利要求1所述的暗視場(chǎng)光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)，其中由所述光軸和所述孔徑的第一端與所述第二光軸和所述表面的交點(diǎn)形成的線所形成的角度小于15度。
3.如權(quán)利要求2所述的暗視場(chǎng)光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述角度小于12度。
4.如權(quán)利要求2所述的暗視場(chǎng)光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述角度小于7度。
5.如權(quán)利要求1所述的暗視場(chǎng)光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述光學(xué)裝置為鼠標(biāo)。
6.如權(quán)利要求1所述的暗視場(chǎng)光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括用于控制所述照明光束的衍射光學(xué)元件。
7.如權(quán)利要求1所述的暗視場(chǎng)光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)，其中所述衍射光學(xué)元件經(jīng)設(shè)計(jì)以沿所述孔徑的平面提供臺(tái)階形強(qiáng)度分布。
8.一種能夠在材料層的表面上進(jìn)行示蹤的光學(xué)輸入裝置的暗視場(chǎng)光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)，所述材料層使至少某些光穿過所述層，所述表面上具有某些形體，所述系統(tǒng)包括多個(gè)光源，其用于對(duì)所述表面進(jìn)行照明；透鏡，其定位于透鏡孔徑中以從所述表面上的所述某些形體接收至少某些衍射光、但不接收從所述表面鏡反射的零級(jí)光；及檢測(cè)器，其光學(xué)地耦合至接收所述至少某些衍射光的所述透鏡。
9.如權(quán)利要求8所述的暗視場(chǎng)光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)，其中響應(yīng)于判定在以所述多個(gè)光源中的第一光源對(duì)所述表面進(jìn)行照明的情況下所述檢測(cè)器未能在所述表面上檢測(cè)到足以用于計(jì)算光學(xué)位移的足夠的形體數(shù)量，所述多個(gè)光源中的第二光源接通。
10.如權(quán)利要求9所述的暗視場(chǎng)光學(xué)位移檢測(cè)系統(tǒng)，其中當(dāng)所述第二光源接通時(shí)，所述第一光源關(guān)斷。
11.一種在材料層的表面上對(duì)光學(xué)輸入裝置檢測(cè)系統(tǒng)的位移進(jìn)行示蹤的方法，所述材料層使至少某些光穿過所述層，所述方法包括以第一光源對(duì)所述表面進(jìn)行照明；判定當(dāng)以所述第一光源對(duì)所述表面進(jìn)行照明時(shí)，在所述表面上是否檢測(cè)到足以能夠計(jì)算所述光學(xué)輸入裝置的位移的足夠的形體數(shù)量；響應(yīng)于判定未檢測(cè)到足夠的形體數(shù)量，以第二光源對(duì)所述表面進(jìn)行照明；根據(jù)所述所檢測(cè)形體來計(jì)算所述光學(xué)輸入裝置的位移。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)一步包括判定當(dāng)以所述第二光源對(duì)所述表面進(jìn)行照明時(shí)，在所述表面上是否檢測(cè)到足以能夠計(jì)算所述光學(xué)輸入裝置的位移的足夠的形體數(shù)量；響應(yīng)于判定未檢測(cè)到足夠的形體數(shù)量，以第三光源對(duì)所述表面進(jìn)行照明。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)一步包括響應(yīng)于判定未檢測(cè)到足夠的形體數(shù)量，關(guān)斷所述第一光源。
全文摘要
本發(fā)明的各實(shí)施例使光學(xué)裝置能夠在上面放置有透明及/或半透明及/或光學(xué)上光滑的表面的漫射表面上進(jìn)行示蹤。某些實(shí)施例旨在檢測(cè)光學(xué)裝置何時(shí)被抬離其所位于的表面。本發(fā)明的各實(shí)施例還包括一種用于檢測(cè)z距離(距示蹤表面的距離)及通過提高光學(xué)傳感器子系統(tǒng)及/或照明子系統(tǒng)在所檢測(cè)z距離處的有效性來提高圖像質(zhì)量的傳感系統(tǒng)。其他實(shí)施例包括一種使光學(xué)裝置能夠在單獨(dú)的透明及/或半透明及/或光學(xué)上光滑的表面上進(jìn)行示蹤的系統(tǒng)及方法。此可涉及到根據(jù)在透明表面上早已存在的某些形體(例如，灰塵)來進(jìn)行暗視場(chǎng)成像。另一選擇為，此可涉及到形成例如小液滴等形體、散布灰塵殘留物、及形成熱點(diǎn)-此可用于進(jìn)行示蹤。
文檔編號(hào)G06F3/038GK101063912SQ20071008827
公開日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2007年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月26日
發(fā)明者奧利維爾·塞塔茲, 尼古拉斯·薩塞利, 鮑里斯·卡拉馬塔, 尼古拉斯·肖萬, 奧利維爾·馬西斯 申請(qǐng)人:羅技?xì)W洲公司