專利名稱：光學(xué)導(dǎo)航裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)導(dǎo)航裝置，更具體地說，涉及一種具有緊湊型的和期望為小的感應(yīng)范圍且不會犧牲光傳感器的靈敏度的光學(xué)導(dǎo)航裝置。
背景技術(shù)：
光學(xué)導(dǎo)航裝置是需要用戶通過⑶1(圖形用戶接口)輸入的消費電子產(chǎn)品的必要部件?，F(xiàn)有的設(shè)計常常將光傳感器設(shè)定為盡可能接收反射光而同時不會考慮感應(yīng)范圍。然而，在很多應(yīng)用中，光學(xué)導(dǎo)航裝置的感應(yīng)范圍應(yīng)該作為主要考慮的因素。在這些情況中，感應(yīng)范圍必須設(shè)限于可用的范圍。目前，已開發(fā)出一些電學(xué)方法，例如降低感應(yīng)靈敏度，以限制感應(yīng)范圍。另一方面，光學(xué)導(dǎo)航裝置是期望具有較小尺寸的，其中，可簡單地通 過光學(xué)方法而不是電學(xué)方法，將感應(yīng)范圍限制在可用的范圍，以便不會犧牲傳感器的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于接收來自物體的控制的光學(xué)導(dǎo)航裝置，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該光學(xué)導(dǎo)航裝置包括裝置表面，用于承載所述物體；設(shè)置在所述裝置表面下方的光源，用于沿著第一光軸且穿過第一光學(xué)結(jié)構(gòu)，將第一圓錐體形的光束投射到所述物體上；和設(shè)置在所述裝置表面下方的光傳感器，用于檢測第二圓錐體形的光束，從而收集所述反射光的空間光強(qiáng)分布；所述第二圓錐體形的光束是由所述物體反射所述第一圓錐體形的光束形成，該第二圓錐體形的光束沿著第二光軸且穿過第二光學(xué)結(jié)構(gòu)；其中，所述第一光軸和第二光軸的相交點位于所述裝置表面的下方。所述光學(xué)導(dǎo)航裝置還包括電連接到所述光傳感器的數(shù)據(jù)處理單元，其中，所述數(shù)據(jù)處理單元用于將所述光傳感器收集到的所述空間光強(qiáng)分布按時序的先后變化轉(zhuǎn)換成關(guān)于所述物體運動的信息。所述光源包括激光器，該激光器發(fā)射相干光。所述激光器是垂直空腔表面發(fā)射激光器。所述光源可用于發(fā)射波長為850nm的光。所述光傳感器包括光感應(yīng)像素陣列。所述空間光強(qiáng)分布包括散斑圖。所述第二光學(xué)結(jié)構(gòu)包括一通孔。所述第二光學(xué)結(jié)構(gòu)包括透鏡、棱鏡、鏡面反射裝置或多個光導(dǎo)結(jié)構(gòu)；每個光導(dǎo)結(jié)構(gòu)獨立地傳導(dǎo)一部分空間相分離的所述反射光到所述光傳感器。所述裝置表面是窗戶平板的最外表面，該窗戶平板是由可選擇性地將所述光源發(fā)射的光透過的材料制成。所述窗戶平板僅透過不可見光譜中的光。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種光學(xué)導(dǎo)航裝置包括裝置表面，用于承載所述物體；設(shè)置在所述裝置表面下方的光源，用于沿著第一光軸且穿過第一光學(xué)結(jié)構(gòu)，將第一圓錐體形的光束投射到所述物體上；設(shè)置在所述裝置表面下方的光傳感器，用于檢測第二圓錐體形的光束，從而收集所述反射光的空間光強(qiáng)分布；所述第二圓錐體形的光束是由所述物體反射所述第一圓錐體形的光束形成，該第二圓錐體形的光束沿著第二光軸且穿過第二光學(xué)結(jié)構(gòu)；和電連接到所述光傳感器的數(shù)據(jù)處理單元；其中，所述第一光軸和第二光軸的相交點位于所述裝置表面的下方；所述數(shù)據(jù)處理單元用于將所述光傳感器收集到的所述空間光強(qiáng)分布的隨后的變化轉(zhuǎn)換成關(guān)于所述物體運動的信息；所述裝置表面是窗戶平板的最外表面，該窗戶平板是由可選擇性地將所述光源發(fā)射的光透過的材料制成。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，一種光學(xué)導(dǎo)航裝置包括裝置表面，用于承載所述物體；設(shè)置在所述裝置表面下方的光源，用于沿著第一光軸且穿過第一光學(xué)結(jié)構(gòu)，將第一圓錐體形的光投射到所述物體上；設(shè)置在所述裝置表面下方的光傳感器，用于檢測第二圓錐體形的光束，從而收集所述反射光的空間光強(qiáng)分布；所述第二圓錐體形的光束是由所述物體反射所述第一圓錐體形的光束形成，該第二圓錐體形的光束沿著第二光軸且穿過第二光學(xué)結(jié)構(gòu)；和以電連接到所述光傳感器的數(shù)據(jù)處理單元；其中，所述第一光軸和第二光軸的相交點位于所述裝置表面的下方；所述數(shù)據(jù)處理單元用于將所述光傳感器收集到的所述空間光強(qiáng)分布按時序的先后變化轉(zhuǎn)換成關(guān)于所述物體運動的信息；和所述第二光學(xué)結(jié)構(gòu)包括一通孔。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖I是依據(jù)本發(fā)明一實施例的光學(xué)導(dǎo)航裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I所示的光學(xué)導(dǎo)航裝置的幾何光學(xué)示意圖；圖3是圖I所示的光學(xué)導(dǎo)航裝置的俯視圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明另一實施例的光學(xué)導(dǎo)航裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是光傳感器所接收到的相對光強(qiáng)和物體表面到該裝置表面的垂直距離的關(guān)系不意圖。
具體實施例方式參考如下所公開的本發(fā)明申請的光學(xué)導(dǎo)航裝置的優(yōu)選實施例。盡管對于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，某些對于理解所述光學(xué)導(dǎo)航裝置并非十分重要的特征為了清楚起見未加以說明，仍然詳細(xì)描述了本發(fā)明申請所公開的光學(xué)導(dǎo)航裝置的示范性實施例。此外，應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明申請中公開的所述光學(xué)導(dǎo)航裝置并不局限于下面描述的特定實施例，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對其進(jìn)行各種改變或等效替換。例如，在本發(fā)明公開的范圍內(nèi)，不同的示范性實施例的部件和/或特征可以相互結(jié)合和/或相互代替。圖I是依據(jù)本發(fā)明一實施例的光學(xué)導(dǎo)航裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，該光學(xué)導(dǎo)航裝置100用于為偵測物體運動。該光學(xué)導(dǎo)航裝置100包括光源101，該光源101通過圓錐形的照明光束103，照射設(shè)置在裝置表面108的物體102的表面。在該實施例中，物體102是用戶的手指。物體102的表面反射照明光束103。部分反射光線104穿過通孔105到達(dá)光傳感器106，該光傳感器106可感應(yīng)包括光源101所發(fā)射的光的波長的光譜。物體表面的反射可以是鏡面反射或者散反射或者兩者都有。物體102的運動可引起照射到光傳感器106上的反射光的空間光強(qiáng)分布的變化。光傳感器106是光感應(yīng)像素陣列，以用于捕捉反射光的空間光強(qiáng)分布。通過以電連接到光傳感器106的數(shù)據(jù)處理單元對當(dāng)前及隨后的空間光強(qiáng)分布所作的比較，可確定物體在x_y平面上的移動方向和距離。該光傳感器106可選擇性地包括在光學(xué)導(dǎo)航裝置中。在該實施例中，數(shù)據(jù)處理單元包括微處理器。該光學(xué)導(dǎo)航裝置另可選擇為不包括數(shù)據(jù)處理單元，同時，該數(shù)據(jù)處理單元為外部連接到該光學(xué)導(dǎo)航裝置。如果光源101是不相干光源，光傳感器106可捕捉物體102的照射表面的圖像。否則，如果光源101是相干光源，光傳感器106可捕捉照射到光傳感器陣列106上的反射光104所形成的散斑圖。根據(jù)光感應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)造，通孔105是可設(shè)置于沿反射光到光傳感器106的路徑中的。通孔105還包括反射鏡裝置或多個光導(dǎo)結(jié)構(gòu)；多個光導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的每一個可傳導(dǎo)一部分在空間上相分離的反射光到光傳感器106。取決于該照明光學(xué)器件的構(gòu)造設(shè)計，透鏡結(jié)構(gòu)107或棱鏡結(jié)構(gòu)是可設(shè)置于照明光路之中的。在該實施例中，該裝置表面IOg是窗戶平板的最表面，該窗戶平板是由可選擇地將光源101發(fā)射的光透過的材料制成。該窗戶平板較佳的選擇為可僅僅將不可見光譜透過。通孔105的大小、方向和位置及光傳感器的區(qū)域一起確定可到達(dá)光傳感器106的圓錐體光束范圍的幾何形狀。光傳感器106可接收的圓錐體形的反射光104和圓錐體形的照明 光束相互部分重疊，從而在標(biāo)示該裝置的感應(yīng)范圍109的裝置表面IOg的上方形成一區(qū)域。由于該反射光104可到達(dá)光傳感器106，因此僅當(dāng)物體102的表面位于該感應(yīng)范圍109時，物體102的運動方能被檢測得到。而該裝置的最大感應(yīng)范圍由從該裝置表面IOg起的感應(yīng)范圍109的高度所定義。如圖I所示，實際的感應(yīng)范圍111取決于光傳感器106的初始靈敏度和可檢測到的物體102的表面的表面性質(zhì)，該實際的感應(yīng)范圍111應(yīng)該在最大感應(yīng)范圍110內(nèi)。對于手指導(dǎo)航應(yīng)用，該感應(yīng)范圍通常要求較小一些，通常小于0. 5_，以便當(dāng)該手指僅在幾乎與手指導(dǎo)航裝置相接觸時，該裝置方可感應(yīng)到手指的移動。圖2是圖I所示的光學(xué)導(dǎo)航裝置的幾何光學(xué)示意圖。如圖2所示，該虛擬的光源201是真實光源的虛像，同時該虛擬光傳感器202是真實光傳感器的虛像。虛擬光源201可發(fā)射圓錐體形的光束203，該光束203在空氣中的對角為C^emit 204(如果照射到物體表面的圓錐體光束是會聚的，那么Cj^niit為負(fù)數(shù))。沿著照明光軸205延伸的照明主光線與該裝置表面207的法線形成的夾角為0。, emit206。上部邊緣光線0 up emit208與裝置表面207的法線形成的夾角為
. . /I _ 中emit
L0026J up mr emit cr emit r\
- 2(I)類似地，虛擬光傳感器202可接收圓錐體形的光束209，該光束209的在空氣中的對角為0refl 210(如果從該裝置表面207回溯到物體表面的圓錐體是會聚的話，那么為負(fù)數(shù))。沿著圓錐體形的可檢測光的光軸211發(fā)射的主光線與該裝置表面207的法線形成的夾角為212。該主光線與照明光軸205在位置213相交。上部邊緣光線(Kpmr_refl 214與該裝置表面207的法線形成的夾角為
0 ^0 nup mr reflcr refl ^
2 (2)圖3是圖I所示的光學(xué)導(dǎo)航裝置的俯視圖。如圖3所示的x-y平面上，照明圓錐體形的光束的光斑301、可由光傳感器接收的圓錐形的反射光302的光斑、虛擬光源303和投射在裝置表面的虛擬光傳感器304。rup emit305和rup ,efl 306分別是沿x_軸與該裝置表面相截的圓錐體形照明光束和圓錐體形反射光束的光斑的半徑。d307是圓錐體形的反射光308的光軸的位置相對圓錐體形的照明光309的光軸位置在該裝置表面的位移。如果投射在裝置表面的圓錐體形的反射光308的光軸的位置在投射的虛擬光源位置303和圓錐體形的照明光309的光軸的投射位置之間，位移d307為負(fù)數(shù)。那么最大感應(yīng)范圍為
權(quán)利要求
1.ー種光學(xué)導(dǎo)航裝置，用于接收來自物體的控制，其特征在于，包括 裝置表面，用于承載所述物體； 設(shè)置在所述裝置表面下方的光源，用于沿著第一光軸且穿過第一光學(xué)結(jié)構(gòu)，將第一圓錐體形的光投射到所述物體上； 設(shè)置在所述裝置表面下方的光傳感器，用于檢測第二圓錐體形的光束，從而收集所述反射光的空間光強(qiáng)分布；所述第二圓錐體形的光束是由所述物體反射所述第一圓錐體形的光束形成，該第二圓錐體形的光束沿著第二光軸且穿過第二光學(xué)結(jié)構(gòu)；其中，所述第一光軸和第二光軸的相交點位于所述裝置表面的下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其特征在于，還包括電連接到所述光傳感器的數(shù)據(jù)處理単元，其中，所述數(shù)據(jù)處理單元用于將所述光傳感器收集到的所述空間光強(qiáng)分布按時序的先后變化轉(zhuǎn)換成關(guān)于所述物體運動的信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述光源包括激光器，該激光器發(fā)射相干光。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述光源用于發(fā)射波長為850nm的光。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述第二光學(xué)結(jié)構(gòu)包括一通孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述第二光學(xué)結(jié)構(gòu)包括透鏡、棱鏡、鏡面反射裝置或多個光導(dǎo)結(jié)構(gòu)；每個光導(dǎo)結(jié)構(gòu)獨立地承載一部分空間相分離的所述發(fā)射光到所述光傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述裝置表面是窗戶平板的最外表面，該窗戶平板是由可選擇性地將所述光源發(fā)射的光透過的材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述窗戶平板僅透過不可見光譜中的光。
9.ー種光學(xué)導(dǎo)航裝置，用于接收來自物體的控制，其特征在于，包括 裝置表面，用于承載所述物體； 設(shè)置在所述裝置表面下方的光源，用于沿著第一光軸且穿過第一光學(xué)結(jié)構(gòu)，將第一圓錐體形的光束投射到所述物體上； 設(shè)置在所述裝置表面下方的光傳感器，用于檢測第二圓錐體形的光束，從而收集所述反射光的空間光強(qiáng)分布；所述第二圓錐體形的光束是由所述物體反射所述第一圓錐體形的光束形成，該第二圓錐體形的光束沿著第二光軸且穿過第二光學(xué)結(jié)構(gòu)； 電連接到所述光傳感器的數(shù)據(jù)處理単元； 所述第一光軸和第二光軸的相交點位于所述裝置表面的下方； 所述數(shù)據(jù)處理單元用于將所述光傳感器收集到的所述空間光強(qiáng)分布按時序的先后變化轉(zhuǎn)換成關(guān)于所述物體運動的信息； 所述裝置表面是窗戶平板的最外表面，該窗戶平板是由可選擇地將所述光源發(fā)射的光透過的材料制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述光源包括激光器，該激光器發(fā)射相干光。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其特征在干，所述第二光學(xué)結(jié)構(gòu)包括透鏡、棱鏡、鏡面反射裝置或多個光導(dǎo)結(jié)構(gòu)；每個光導(dǎo)結(jié)構(gòu)獨立地承載一部分空間相分離的所述發(fā)射光到所述光傳感器。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述窗戶平板僅透過不可見光譜中的光。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述光源用于發(fā)射波長為850nm的光。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其特征在干，所述第二光學(xué)結(jié)構(gòu)包括一通孔。
15.ー種光學(xué)導(dǎo)航裝置，用于接收來自物體的控制，其特征在于，包括 裝置表面，用于承載所述物體； 設(shè)置在所述裝置表面下方的光源，用于沿著第一光軸且穿過第一光學(xué)結(jié)構(gòu)，將第一圓錐體形的光束投射到所述物體上； 設(shè)置在所述裝置表面下方的光傳感器，用于檢測第二圓錐體形的光束，從而收集所述反射光的空間光強(qiáng)分布；所述第二圓錐體形的光束是由所述物體反射所述第一圓錐體形的光束形成，該第二圓錐體形的光束沿著第二光軸且穿過第二光學(xué)結(jié)構(gòu)； 電連接到所述光傳感器的數(shù)據(jù)處理単元； 所述第一光軸和第二光軸的相交點位于所述裝置表面的下方； 所述數(shù)據(jù)處理單元用于將所述光傳感器收集到的所述空間光強(qiáng)分布按時序的先后變化轉(zhuǎn)換成關(guān)于所述物體運動的信息； 所述第二光學(xué)結(jié)構(gòu)包括一通孔。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述第二光學(xué)結(jié)構(gòu)包括透鏡、棱鏡、鏡面反射裝置或多個光導(dǎo)結(jié)構(gòu)；每個光導(dǎo)結(jié)構(gòu)獨立地承載一部分空間相分離的所述發(fā)射光到所述光傳感器。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述裝置表面是窗戶平板的最外表面，該窗戶平板是由可選擇地將所述光源發(fā)射的光透過的材料制成；所述窗戶平板僅透過不可見光譜中的光。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述光源包括激光器，該激光器發(fā)射相干光。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述光源用于發(fā)射波長為850nm的光。
全文摘要
本發(fā)明為一種光學(xué)導(dǎo)航裝置，用于接收來自物體的控制，其包括裝置表面，用于承載所述物體；設(shè)置在所述裝置表面下方的光源，用于沿著第一光軸且穿過第一光學(xué)結(jié)構(gòu)，將第一圓錐體形的光束投射到所述物體上；和設(shè)置在所述裝置表面下方的光傳感器，用于檢測第二圓錐體形的光束，從而收集所述反射光的空間光強(qiáng)分布；所述第二圓錐體形的光束是由所述物體反射所述第一圓錐體形的光束形成，該第二圓錐體形的光束沿著第二光軸且穿過第二光學(xué)結(jié)構(gòu)；其中，所述第一光軸和第二光軸的相交點位于所述裝置表面的下方。
文檔編號G06F3/042GK102681730SQ201110115130
公開日2012年9月19日 申請日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者俞曉鳴, 吳百康, 洪偉 申請人:新科實業(yè)有限公司