[发明专利]光学结构、光学导航系统和运动评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学结构、光学导航系统和运动评估方法。

背景技术

光学导航系统用于评估光学导航系统和目标表面之间的移动以执行跟踪操作。光学导航系统使用诸如发光二极管(LED)或激光二极管之类的光源来照明导航表面的区域，并且使用图像传感器来接收从目标表面所反射的光以连续地捕获目标表面的图像数据帧。光学导航系统比较连续的图像帧，并且基于当前图像帧和先前图像帧之间的比较来评估光学导航系统和目标表面之间的相对移动。该比较基于检测和计算所捕获的图像数据帧中的特征的位移。对于基于激光的导航系统，这些特征通常是由照射到目标表面上的激光光斑所产生的干涉图像。

光学导航系统通常用于光学的计算机鼠标以跟踪鼠标相对于表面的移动，所述表面是鼠标在其上被手动操纵的表面。为了正确地执行跟踪操作，光学鼠标通常需要位于目标表面上，这是因为当图像导航系统的图像传感器和目标表面之间的距离被显著增加时，即，当光学鼠标被从目标表面抬升时，会引入误差。但是，在某些情形下，希望即使在光学导航系统的图像传感器和目标表面之间的距离被增加时，光学导航系统也可以操作。例如，如果在具有一片玻璃的目标表面上使用光学鼠标，则光学导航系统需要在由于目标表面上的一片中间玻璃而引起的光学导航系统的图像传感器和目标表面之间的距离增加的情况下正确地执行操作。

因此，需要一种光学导航系统，即使在光学导航系统的图像传感器和目标表面之间的距离被增加时，该光学导航系统也能执行跟踪操作。

发明内容

一种光学导航系统和运动估计方法使用光学结构，该光学结构被配置为对沿着第一方向传播的光进行准直，并且将光从光学结构的输出反射面向下沿着垂直于第一方向的第二方向朝目标表面进行内反射。光学结构还被配置为将从目标表面反射的光通过输出反射面朝图像传感器透射。因此，光学导航系统能够提供以垂直于目标表面的角度照射到目标表面的经准直的光，这允许即使当光学导航系统的图像传感器和目标表面之间的距离例如由于光学导航系统和目标表面之间的一片透明材料而增加时，光学导航系统也能有效地执行跟踪操作。

根据本发明一实施例的用于光学导航系统的光学结构包括输入部分、中间部分和输出部分。输入部分包括准直透镜，该准直透镜被定位为对在最初高度上沿着第一方向传播的光进行接收和准直。中间部分接到输入部分。中间部分被配置为对来自准直透镜的光进行内反射，从而以光学方式操纵光在低于最初高度的较低高度上沿着第一方向传播。输出部分接到中间部分。输出部分包括输出反射面，该输出反射面被定向为将来自中间部分的光向下沿着垂直于第一方向的第二方向朝目标表面进行内反射，并且使从目标表面反射的光通过输出反射面透射以从光学结构输出光。

根据本发明一实施例的光学导航系统包括光源、光学结构和图像传感器。光源被定位为在最初高度上沿着第一方向发射光。光学结构被光学地耦合到光源。光学结构包括准直透镜，该准直透镜被定位为对在最初高度上沿着第一方向传播的来自光源的光进行接收和准直。光学结构还包括中间部分，该中间部分用于对来自准直透镜的光进行内反射，从而以光学方式操纵光在低于最初高度的较低高度上沿着第一方向传播。光学结构还包括输出反射面，该输出反射面被定向为将来自中间部分的光向下沿着垂直于第一方向的第二方向朝目标表面进行内反射，并且使从目标表面反射的光通过输出反射面透射以从光学结构输出光。图像传感器被光学地耦合到光学结构，用于从光学结构接收光以捕获目标表面的图像数据帧。

根据本发明一实施例的运动评估方法包括在第一高度上沿着第一方向发射光，对在最初高度上沿着第一方向传播的光进行准直，在校准之后对光进行内反射，从而以光学方式操纵光在低于最初高度的较低高度上沿着第一方向传播，将在较低高度上沿着第一方向传播的光从输出反射面向下沿着垂直于第一方向的第二方向朝目标表面进行内反射，使从目标表面反射的光通过输出反射面朝图像传感器透射，以及在图像传感器处接收从目标表面反射的光以捕获目标表面的图像数据帧。

根据下面的详细说明，结合附图，可以明白本发明的其他方面和优点，附图图示了本发明的原理示例。

附图说明

图1示出了根据本发明一实施例的包括在光学的计算机鼠标中的光学导航系统。

图2是根据本发明一实施例的光学导航系统的示意图。

图3是根据本发明一实施例的光学导航系统的光学结构的透视图。

图4A是光学导航系统的示意图，其示出了当在光学导航系统和目标表面之间没有一片透明材料的情况下，光学导航系统在目标表面上操作时，通过系统的光的光路。