[发明专利]用于检测运动的方法和装置

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于检测物体相对于传感器的移动或反之传感器相对于物体的移动的方法。在具体应用中，传感器与用于计算机等的用户输入装置相关联，并且将针对这种应用来对本发明具体说明，但是指出并没有将本发明限定于这种应用。

背景技术

图1示意性地示出了包括激光器装置2的光学计算机鼠标1。如已知的那样，激光器装置实现为半导体激光器。鼠标在例如桌面的表面4上移动。激光器装置2从出于简化目的而未示出的电源接收电流，并因此激光器2发射具有特定波长的激光光束3，其被表面4所反射。激光器光的一部分被反射回激光器。从该反射的激光器光可以得出表示鼠标1相对于表面的移动速度的信号。

图2是示出了测量原理的示意图。激光器2包括半透明前镜11和半透明后镜12，在所述两个镜之间具有激光介质13（半导体主体）。注意到，将镜11、12示出为二维结构，但实际上镜11、12具有分层结构。

激光介质13内部的激光器光被表示为主激光器光L0。该激光器光的一部分穿过前镜11并且形成输出光束3；该光也被表示为L1。同样地，激光器光的一部分穿过后镜12并且形成测量光束5；该光也被表示为L2。

可以认为物体4构成了具有漫射属性的外部镜，并且对入射光束L1进行反射：这表示为反射光束L3。在附图中，将反射光束L3示出为与入射光束L1具有角度的一维光束，但实际上反射光束L3具有一定的空间分布，并且该反射光束L3的一部分会指向前镜11。因此，可以认为物体4与前镜11一起限定了一个外部腔。

在静止条件下，激光介质13内部的光L0形成驻波。同样地，在外部腔中的光L1和L3形成驻波，该驻波穿过前镜11与激光介质13内部的光L0发生干涉。测量光束5具有恒定的强度。

假定物体4远离激光器2移动。这意味着前镜11与物体4之间的干涉腔的长度不断增加，即，前镜11与物体4之间容纳（fit）的驻波数量不断增加。因此，在前镜11位置处的干涉状态从完全相长的改变成完全相消的并且返回。这对激光介质13中的干涉状态有影响，进而对测量光束5的光L5的强度有影响。因此，这个光L5在频率fD处具有强度波动，其与物体4相对于激光器2的移动速度（即，其沿着光轴的分量）成比例。应当清楚的是，测量光束5可以被光学传感器检测，并且其输出信号可以被信号处理器处理，以便处理这些强度波动并由此计算物体速度。注意到，所述频率fD等于多普勒频率。

在这方面的一个问题在于无论物体朝向光学检测器移动还是远离光学检测器移动，都适用相同的解释。换言之，利用如上所述的简单的测量构造，不可能确定移动方向。

如图3A所示，已经提出了通过给激光器提供三角形调制的激光器电流来解决该问题。激光器电流在两个具有相同符号的极值I1和I2之间以线性方式变化。在半个电流周期期间，激光器电流I从I1增加到I2，变化率R1=dI/dt是基本恒定的。在另外半个电流周期期间，激光器电流I从I2减少到I1，变化率R2=dI/dt是基本恒定的；通常，R2=-R1。增加/减少激光器电流导致激光器温度的升高/降低（如图3B所示），进而导致激光器光的波长以基本恒定的变化率dλ/dt增加/减少（如图3C所示），其中λ表示激光波长。可以如下解释该结果。假定物体远离激光器移动，从而使得前镜11与物体4之间的干涉腔的长度不断增加。如果电流量以及因此的激光波长也不断增加，则测量光L5的强度波动的频率降低；这通过图3D的频谱中的峰值f1表示。如果D/λ保持恒定，则降低的频率甚至可以变为等于零，其中D表示前镜11与物体4之间的距离。相反地，如果激光波长不断减少，则测量光L5的强度波动频率升高；这通过图3B的频谱中的峰值f2表示。注意到，位移|fD-f1|等于位移|fD-f2|。如图3B中所示意性示出的那样,测量光L5的强度波动的光谱因此示出了两个峰值f1和f2。另一方面，如果物体朝向激光器移动，则再次获得具有两个频率峰值的频谱，但是现在，在电流量不断减少的周期期间获得较低的频率。应当清楚的是，可以通过适当编程的信号处理器从测量信号相对容易地导出该信息。

参考美国专利7.339.683可以得到更详细的说明，其内容通过引用合并于此。

发明内容

现有技术方法中的一个问题涉及这样的一个事实，即，需要三角形调制器。因此，本发明的一个目的在于提供一种方法和装置，在不需要三角形信号发生器的情况下能够检测运动方向。