專利名稱：用于測(cè)量手指運(yùn)動(dòng)的光學(xué)輸入設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量手指沿著至少一個(gè)測(cè)量軸運(yùn)動(dòng)的光學(xué)輸入設(shè)備，所述設(shè)備包括一個(gè)被提供有透明窗并且容納至少一個(gè)用于產(chǎn)生測(cè)量束的激光器的模塊、用于將測(cè)量束會(huì)聚在動(dòng)作平面上的光學(xué)裝置以及用于將由手指所反射的測(cè)量束輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的轉(zhuǎn)換裝置，所述電信號(hào)表示沿著所述測(cè)量軸的運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明還涉及包括這種光學(xué)輸入設(shè)備的裝置。
動(dòng)作平面被理解成表示其中測(cè)量束與手指相遇的平面，且其被手指的運(yùn)動(dòng)所影響。在大多數(shù)情況下，動(dòng)作平面將是通過窗頂部的平面，但是它也可能是靠近這個(gè)窗的平面。
所定義的光學(xué)輸入設(shè)備例如從歐洲專利申請(qǐng)EP-A 0 942 285中可知。這個(gè)文件描述了一個(gè)光學(xué)鼠標(biāo)，所述鼠標(biāo)被用在計(jì)算機(jī)配置中以沿著計(jì)算機(jī)屏幕或監(jiān)視器移動(dòng)光標(biāo)，例如來選擇所顯示菜單的功能。象傳統(tǒng)的機(jī)械式鼠標(biāo)一樣，目前這種光學(xué)鼠標(biāo)靠手沿著鼠標(biāo)墊移動(dòng)。在EP-A 0 942 285中還推薦使用作為“反轉(zhuǎn)的”光學(xué)鼠標(biāo)的輸入設(shè)備。于是這個(gè)輸入設(shè)備是固定式的并且例如被制作在臺(tái)式或筆記本式或掌上電腦的鍵盤中，且人的手指沿著所述光學(xué)設(shè)備外殼內(nèi)的透明窗移動(dòng)。在后一情況下，輸入設(shè)備可能被制作成很小，因?yàn)橛糜跍y(cè)量手指運(yùn)動(dòng)的光學(xué)模塊可以被制作得很小。事實(shí)上，輸入設(shè)備被縮小到光學(xué)測(cè)量模塊。這開創(chuàng)了輸入設(shè)備新應(yīng)用的方法。例如，輸入功能可以被制作在移動(dòng)電話中用來在菜單上選擇功能并且用于訪問因特網(wǎng)頁，在電視機(jī)的遙控設(shè)備中或在虛擬筆中用于同樣目的。EP-A 0 942 285的光學(xué)測(cè)量設(shè)備包括一個(gè)平面窗。這個(gè)平面窗在實(shí)際采用手指控制的輸入設(shè)備時(shí)將帶來問題。
本發(fā)明的一個(gè)目的是解決這些問題并且提供一個(gè)用戶友好的手指控制的光學(xué)輸入設(shè)備，所述輸入設(shè)備也非常適合于在非理想環(huán)境下使用。
這個(gè)光學(xué)輸入設(shè)備的特征在于在窗頂部的動(dòng)作平面內(nèi)在至少兩個(gè)相互垂直的方向之一上，窗的上表面為凸面。
本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)，即把手指放在平面窗上將成為問題，因?yàn)槭褂谜邞?yīng)該使其眼睛保持盯在顯示器上，因此他不能看到其中窗被嵌入的表面。此外，在差的光線環(huán)境下，眼睛將幾乎辨識(shí)不出窗子。另一個(gè)認(rèn)識(shí)是灰塵和污物顆?？赡芫奂诖吧?，尤其是在測(cè)量束應(yīng)該通過的中心部位?；覊m和污物將對(duì)測(cè)量束有影響，因而將影響測(cè)量結(jié)果并且在最壞的情況下使測(cè)量無法進(jìn)行。如果根據(jù)本發(fā)明窗至少在一個(gè)方向上具有凸面表面形狀，則它可以保持干凈，尤其在測(cè)量束通過的中心部位。此外，所述窗現(xiàn)在是有形的，這樣它可以由手指本身所發(fā)現(xiàn)，同樣在黑暗中也是如此。
光學(xué)輸入設(shè)備的第一實(shí)施例的特征在于在所述的兩個(gè)方向上窗為凸面。
所述兩維凸面表面不僅相似于一個(gè)常規(guī)的透鏡表面，而且窗表面還可以具備透鏡功能。
光學(xué)輸入設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的特征在于在方向之一上窗為凸面且在另一方向上為凹面，其中所述的實(shí)施例是考慮了窗的能力后所優(yōu)選的。
現(xiàn)在可以安排成其中窗表面為凸面的方向或其中這個(gè)表面為凹面的方向，此后稱凸面和凹面方向，平行于測(cè)量軸。使用者因而知道在哪個(gè)方向上手指應(yīng)該移動(dòng)以觸發(fā)一個(gè)給定的功能，例如滾動(dòng)一個(gè)菜單或一個(gè)文件。
光學(xué)輸入設(shè)備的另一個(gè)特征在于窗上表面的反射率接近于水的反射率。
這個(gè)特點(diǎn)允許減小在窗表面上的劃痕影響，所述劃痕影響可能因在非理想環(huán)境下的磨損及連續(xù)使用所引起。人的手指滲出主要包括水的一種物質(zhì)，并且如果手指放在窗表面，則所述水充滿存在于表面的劃痕上。表面材料的反射率越接近水的反射率，則對(duì)劃痕測(cè)量束的影響將越小。
減少劃痕及殘余灰塵和污物顆粒對(duì)測(cè)量束影響的另一可能性在輸入設(shè)備的實(shí)施例中得以實(shí)現(xiàn)，所述實(shí)施例的特征在于測(cè)量束被聚焦在遠(yuǎn)離窗上表面的一個(gè)平面上。因?yàn)闇y(cè)量束被聚焦在窗表面的下面或上面，所以在這個(gè)表面位置處該束的橫斷面比灰塵或污物顆粒的尺寸相對(duì)大，這樣這個(gè)顆?？赡軐?duì)束具有非常小的影響。
本發(fā)明可以用在任何具有透明窗的手指控制的光學(xué)輸入設(shè)備中，如在EP-A 0 942 285中所公開的“反轉(zhuǎn)的”光學(xué)鼠標(biāo)上。在這個(gè)設(shè)備中，零差或外差探測(cè)被采用。使用衍射光柵，這個(gè)光柵被布置在靠近模塊窗。所述光柵將一部分測(cè)量束輻射，優(yōu)選為被衍射的輻射的第一級(jí)之一反射到一個(gè)探測(cè)器，所述探測(cè)器也接收由手指所反射及散射的一部分輻射。由光柵以一級(jí)所衍射的激光輻射被表示為一個(gè)本機(jī)振蕩器束，并且所述探測(cè)器利用這個(gè)本機(jī)振蕩器束相干地探測(cè)出來自手指的輻射。所述本機(jī)振蕩器與由觸及到探測(cè)器的手指所反射的輻射之間的干涉引起來自探測(cè)器的拍信號(hào)，所述信號(hào)由手指在其自己平面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所決定。除了光柵以外，EP-A 0 942 285的光學(xué)測(cè)量模塊還包括在探測(cè)器前的準(zhǔn)直透鏡、聚焦透鏡和針孔光闌，這些元件應(yīng)該被非常精確地對(duì)準(zhǔn)。這使制造復(fù)雜化并且增加了旨在成為大量消費(fèi)產(chǎn)品的模塊的成本。
如上所述的光學(xué)輸入設(shè)備的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是基于另一個(gè)測(cè)量原理，其包括較少的部件，更緊湊且更容易制造。這個(gè)光學(xué)輸入設(shè)備的特征在于轉(zhuǎn)換裝置由激光腔及用于測(cè)量激光腔工作的變化的測(cè)量裝置的組合所組成，其是因重新進(jìn)入激光腔的反射測(cè)量束輻射與在這個(gè)空穴中的光波之間的干涉所引起，并且其由手指和輸入設(shè)備的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來表示。
這個(gè)光學(xué)輸入設(shè)備采用二極管激光器中所謂的自混合效應(yīng)。它是這樣的一個(gè)現(xiàn)象，即由二極管激光器所發(fā)射的輻射與重新進(jìn)入二極管激光器的輻射導(dǎo)致激光器增益的變化，從而導(dǎo)致由激光器所發(fā)射的輻射的變化。手指與輸入設(shè)備彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而運(yùn)動(dòng)方向在激光束方向上具有一個(gè)分量。當(dāng)手指和輸入設(shè)備運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)槎嗥绽招?yīng)，由物體所散射的輻射獲得一個(gè)與照亮所述物體的輻射頻率不同的頻率。部分散射光由把照明束聚焦到手指上的相同透鏡聚焦到二極管激光器上。因?yàn)橐恍┥⑸漭椛渫ㄟ^激光反射鏡進(jìn)入到激光腔，所以光的干涉發(fā)生在激光器內(nèi)。這帶來激光器與所發(fā)射輻射的特性的基本變化。因自耦效應(yīng)導(dǎo)致發(fā)生變化的參數(shù)是激光輻射的功率、頻率及線寬度以及激光器閾值增益。激光腔內(nèi)干涉的結(jié)果是這些參數(shù)隨等于兩個(gè)輻射頻率之差的頻率而波動(dòng)。這個(gè)差值與手指的速度成比例。因此手指的速度以及通過將時(shí)間積分得到的手指位移可以通過測(cè)量所述參數(shù)之一的值被確定。這個(gè)方法可以僅利用幾個(gè)簡(jiǎn)單的部件而完成，而不需要對(duì)這些部件進(jìn)行精確的對(duì)中。
采用自混合效應(yīng)來測(cè)量物體(或一般說來固體和液體)的速度本身是公知的。通過實(shí)例，參見在Applied Optics，Vol.27，No.2，15January 1998，pages 379-385(1998年1月15日“應(yīng)用光學(xué)”第27卷第2期)中的文章“Small laser Doppler velocimeter basedon the self-mixing effect in a diode laser”(“在二極管激光器中基于自混合效應(yīng)的小激光器多普勒速度計(jì)”)，以及在AppliedOptics，Vol.31，No.8，20 June 1992，pages 3401-3408(1992年6月20日“應(yīng)用光學(xué)”第31卷第8期)中的文章“Laser Dopplervelocimeter based on the self-mixing effect in a fibre-coupledsemiconductor lasertheory”(在光纖耦合的半導(dǎo)體激光器中基于自混合效應(yīng)的激光器多普勒速度計(jì)理論)。然而，至今為止，還一直沒有建議在如上所限定的手指控制的輸入設(shè)備中使用自混合效應(yīng)。這個(gè)新應(yīng)用是基于這樣的認(rèn)識(shí)采用自耦效應(yīng)的測(cè)量模決可以被做得很小且便宜，以致于它可以被簡(jiǎn)便地安裝而不需要現(xiàn)有設(shè)備和裝置更多額外的成本。
允許測(cè)量運(yùn)動(dòng)并且確定所述運(yùn)動(dòng)方向的光學(xué)輸入設(shè)備一個(gè)實(shí)施例的特征在于它包括用于確定信號(hào)形狀的電子裝置，所述信號(hào)表示二極管激光器腔工作的變化。
這個(gè)信號(hào)是一個(gè)非對(duì)稱的信號(hào)且向前運(yùn)動(dòng)的非對(duì)稱性不同于向后運(yùn)動(dòng)的非對(duì)稱性。
針對(duì)難以確定所述自混合信號(hào)非對(duì)稱性的應(yīng)用，可以采用光學(xué)輸入設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例。這個(gè)實(shí)施例的特征在于它包括用于向二極管激光器周期性地供應(yīng)變化電流的激光器驅(qū)動(dòng)裝置和用于將第一和第二測(cè)量信號(hào)彼此相比較的電子裝置，所述的第一和第二測(cè)量信號(hào)分別在第一半周期和第二半周期交替期間產(chǎn)生。
隨著溫度的增加，因而隨著通過二極管激光器電流的增加，由二極管激光器所發(fā)射的輻射波長(zhǎng)增加，因此這個(gè)輻射的頻率減小。通過二極管激光器周期性變化的電流與來自物體重新進(jìn)入激光器腔的輻射相結(jié)合，導(dǎo)致每半個(gè)周期的大量輻射脈沖，固而導(dǎo)致在測(cè)量信號(hào)中對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖。如果沒有輸入設(shè)備和物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則信號(hào)脈沖數(shù)量在每半個(gè)周期內(nèi)是相同的。如果設(shè)備和物體相對(duì)彼此運(yùn)動(dòng)，則取決于運(yùn)動(dòng)的方向，在一個(gè)半周期內(nèi)脈沖的數(shù)量大于或小于在下半個(gè)周期內(nèi)脈沖的數(shù)量。通過比較在一個(gè)半周期內(nèi)測(cè)量的信號(hào)與在下半個(gè)周期內(nèi)測(cè)量的信號(hào)，不僅運(yùn)動(dòng)的速度而且運(yùn)動(dòng)的方向可以被確定。
光學(xué)輸入設(shè)備可能包括用于確定激光器腔工作的變化的不同測(cè)量裝置。
光學(xué)輸入設(shè)備的第一實(shí)施例的特征在于所述測(cè)量裝置是用于測(cè)量激光器腔阻抗變化的裝置。
光學(xué)輸入設(shè)備的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的特征在于所述測(cè)量裝置是一個(gè)用于測(cè)量由激光器所發(fā)射輻射的輻射探測(cè)器。
所述輻射探測(cè)器可能被這樣布置，以便于它接收測(cè)量束的部分輻射。
然而光學(xué)輸入設(shè)備的這個(gè)實(shí)施例其優(yōu)選的特征在于輻射探測(cè)器被布置在激光器腔的側(cè)面，與發(fā)射出測(cè)量束的側(cè)面相對(duì)。
總體上，在二極管激光器后側(cè)提供有監(jiān)視二極管。通常，這種監(jiān)視二極管被用來穩(wěn)定在二極管激光器前側(cè)處所發(fā)射的激光束強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明，所述監(jiān)視二極管被用來探測(cè)激光器腔的變化，所述變化是由重新進(jìn)入激光器腔的測(cè)量束的輻射而產(chǎn)生。
測(cè)量軸的數(shù)量和這些軸的方向由光學(xué)輸入設(shè)備所執(zhí)行的功能來確定。
用于測(cè)量手指沿著在動(dòng)作平面上的測(cè)量軸或在垂直于動(dòng)作平面的測(cè)量軸上運(yùn)動(dòng)的光學(xué)輸入設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的特征在于它包括一個(gè)二極管激光器和一個(gè)探測(cè)器。
用于確定手指沿著在動(dòng)作平面上的測(cè)量軸運(yùn)動(dòng)以及沿著在基本上垂直于動(dòng)作平面上的測(cè)量軸運(yùn)動(dòng)的實(shí)施例的特征在于它包括至少兩個(gè)二極管和至少一個(gè)探測(cè)器。
用于測(cè)量沿著在動(dòng)作平面上的第一和第二測(cè)量軸的手指運(yùn)動(dòng)的光學(xué)輸入設(shè)備的實(shí)施例的特征在于它包括兩個(gè)二極管激光器和至少一個(gè)探測(cè)器。
用于沿著在動(dòng)作平面上的第一和第二測(cè)量軸及在基本垂直于動(dòng)作平面上的第三測(cè)量軸的手指運(yùn)動(dòng)的光學(xué)輸入設(shè)備實(shí)施例的特征在于它包括三個(gè)二極管激光器和至少一個(gè)探測(cè)器。
光學(xué)輸入設(shè)備的實(shí)施例允許確定滾動(dòng)動(dòng)作和點(diǎn)擊動(dòng)作。滾動(dòng)動(dòng)作被理解為意味著光標(biāo)通過菜單表從上至下或從下至上的運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)可以通過在一給定方向移動(dòng)手指通過輸入設(shè)備窗而實(shí)現(xiàn)。點(diǎn)擊被理解為意味著激活由光標(biāo)所點(diǎn)的菜單。點(diǎn)擊可以通過在垂直于動(dòng)作平面的方向上手指的單一運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)。這個(gè)實(shí)施例的特征在于它包括用于確定手指沿著在動(dòng)作平面的第一測(cè)量軸和基本上垂直于動(dòng)作平面的第二測(cè)量軸運(yùn)動(dòng)的至少一個(gè)探測(cè)器和兩個(gè)二極管激光器。
另外，用于確定滾動(dòng)動(dòng)作和點(diǎn)擊動(dòng)作的實(shí)施例的特征在于它包括用于確定手指沿著第一和第二測(cè)量軸運(yùn)動(dòng)的至少一個(gè)探測(cè)器和兩個(gè)二極管激光器，其中所述軸相對(duì)于動(dòng)作平面的法線處于相反角。
具有一個(gè)或兩個(gè)測(cè)量軸的輸入設(shè)備也可能被用于執(zhí)行除確定滾動(dòng)動(dòng)作和/或點(diǎn)擊動(dòng)作以外的其它測(cè)量。
正如后面將要解釋的那樣，這個(gè)設(shè)備和利用兩個(gè)或更多測(cè)量束的其它設(shè)備可以被提供有用于每個(gè)測(cè)量束的單獨(dú)探測(cè)器。然而，如果采用分時(shí)的話，則也可能所有的測(cè)量束使用一個(gè)且同一探測(cè)器。
就結(jié)構(gòu)方面，輸入設(shè)備可能具有幾個(gè)實(shí)施例。第一實(shí)施例的特征在于一方面光學(xué)裝置包括一個(gè)被布置在所述至少一個(gè)二極管激光器與相關(guān)探測(cè)器之間的透鏡，且在另一方面包括一個(gè)動(dòng)作平面，所述至少一個(gè)二極管激光器相對(duì)于透鏡被偏心放置。
所述透鏡可能是一個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的透鏡或可能具有另一形狀。由于二極管相對(duì)于透鏡元件的偏心位置，可能確保測(cè)量束以一個(gè)銳角入射在設(shè)備窗上，以便于這個(gè)束沿著相關(guān)的測(cè)量軸具有一個(gè)分量。便于下面的解釋，引入術(shù)語光軸，所述的光軸被理解成意味著透鏡或模塊的對(duì)稱軸，所述軸垂直于模塊窗。
包括這種透鏡和兩個(gè)二極管激光器的光學(xué)輸入設(shè)備的實(shí)施例進(jìn)一步的特征在于二極管激光器被這樣布置，以便于從它們的中心到透鏡光軸的線彼此之間相對(duì)處在基本為90°的角上。
包括三個(gè)二極管激光器的這種實(shí)施例可能的特征在于二極管激光器被這樣布置，以便于從它們的中心到透鏡光軸的線彼此之間相對(duì)處在基本為120°的角上。
在所述光學(xué)輸入設(shè)備中，可以采用VCSEL(垂直腔表面發(fā)射激光器)類型的二極管激光器。這種激光器在垂直方向上發(fā)射輻射，這使得它適用于本發(fā)明。然而，目前這種激光器相當(dāng)昂貴，所以它不適合于消費(fèi)者大眾化產(chǎn)品。
為此，優(yōu)先選擇這樣的輸入設(shè)備，即其特征在于每個(gè)二極管激光器為一個(gè)水平發(fā)射激光器且對(duì)于每個(gè)二極管激光器所述設(shè)備包括一個(gè)反射構(gòu)件，所述反射構(gòu)件將來自相關(guān)二極管激光器的束反射到一個(gè)動(dòng)作平面。
水平發(fā)射二極管激光器是最常用的激光器，并且比VCSEL要便宜得多。設(shè)備被裝備有一個(gè)反射構(gòu)件僅給這個(gè)設(shè)備增添很少的成本。
可以相對(duì)容易且低成本制造出的輸入設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的特征在于它由下述組成一個(gè)其上安裝有至少一個(gè)二極管激光器和相關(guān)探測(cè)器的底板；一個(gè)被固定到所述底板上并且包括所述窗的蓋構(gòu)件以及被容納在所述蓋構(gòu)件內(nèi)的透鏡。
這個(gè)實(shí)施例僅由三部分組成，所述三部分可能方便地被組裝且沒有嚴(yán)格的對(duì)中要求。
甚至更容易被制造出來的輸入設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的特征在于所述透鏡被集成在具有內(nèi)部表面的所述蓋構(gòu)件中，所述內(nèi)部表面彎曲向所述底板。
這個(gè)實(shí)施例僅由兩部分組成。
優(yōu)選地這些實(shí)施例進(jìn)一步的特征在于所述底板、蓋構(gòu)件及透鏡由塑料材料組成。
由這種材料組成的部件可能便宜且重量輕，因而適合做消費(fèi)產(chǎn)品。僅是透鏡或窗的材料應(yīng)該是透明的且具有一些光學(xué)質(zhì)量。
不帶透鏡的另一實(shí)施例的特征在于每個(gè)二極管激光器被耦合到單獨(dú)光導(dǎo)的入口側(cè)，所述光導(dǎo)的出口側(cè)被放置在設(shè)備的窗處。
在這個(gè)實(shí)施例中，照明束的輻射正好與其環(huán)境相隔離，以便于沿著不同軸的運(yùn)動(dòng)之間的串?dāng)_被消除或被強(qiáng)有力地降低。
優(yōu)選地這個(gè)實(shí)施例的特征在于光導(dǎo)是光纖。
光纖是柔性的，具有小的橫斷面且表現(xiàn)出每個(gè)長(zhǎng)度單位小的衰減，因而允許將窗的位置布置在離二極管激光器和探測(cè)器較遠(yuǎn)的距離處。
所述輸入設(shè)備可以被用在不同的應(yīng)用中，正如權(quán)利要求27-31所限定的那樣，用于臺(tái)式計(jì)算機(jī)的鼠標(biāo)、用于臺(tái)式或膝上型計(jì)算機(jī)的鍵盤、用于不同裝置的遙控單元、用于移動(dòng)電話等。
通過非限定性的實(shí)例、參考此后所說明的實(shí)施例，本發(fā)明的這些及其它方面是顯而易見的并且將要加以闡述。


圖1示出具有平面窗的光學(xué)輸入設(shè)備的一部分；圖2示出用于這樣設(shè)備的根據(jù)本發(fā)明的窗的第一實(shí)施例；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的窗的第二實(shí)施例；圖4示出其中本發(fā)明被實(shí)施的第一公知的輸入設(shè)備；圖5a以橫斷面形式示出其中被最新提議的第二輸入設(shè)備的第一實(shí)施例，在所述輸入設(shè)備中本發(fā)明被實(shí)施；圖5b示出這個(gè)設(shè)備的頂視圖；圖6舉例說明所述輸入設(shè)備測(cè)量方法的原理；圖7示出作為設(shè)備和手指彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)函數(shù)的光學(xué)頻率變化和激光器腔增益的變化；圖8舉例說明測(cè)量這種變化的方法；圖9示出作為帶有光學(xué)反饋的激光器的溫度函數(shù)的激光器波長(zhǎng)的變化；圖10示出激光器使用周期性變化的驅(qū)動(dòng)電流的效應(yīng)；圖11舉例說明運(yùn)動(dòng)方向如何被探測(cè)出；圖12示出具有三個(gè)測(cè)量軸的輸入設(shè)備的圖形；圖13a和13b示出第二輸入設(shè)備的第二實(shí)施例；圖14示出這個(gè)設(shè)備的第三實(shí)施例；圖15a和15b示出這個(gè)設(shè)備的第四實(shí)施例；圖16示出裝備有所述輸入設(shè)備的移動(dòng)電話；圖17示出裝備有所述輸入設(shè)備的無繩電話；圖18示出裝備有所述輸入設(shè)備的電視機(jī)；圖19示出裝備有所述輸入設(shè)備的膝上型計(jì)算機(jī)；圖20示出裝備有所述輸入設(shè)備的臺(tái)式計(jì)算機(jī)；圖21和22示出用于滾動(dòng)和點(diǎn)擊的所述輸入設(shè)備的第一實(shí)施例，以及圖23示出這種設(shè)備的第二實(shí)施例。
圖1示出手指控制的光學(xué)輸入設(shè)備ID一部分的垂直橫斷面，所述光學(xué)輸入設(shè)備包括具有平上表面FUS的窗W。所述窗被固定在窗支架WH上，所述支架構(gòu)成該設(shè)備或模決外殼的一部分。還示出使用者的手指UF，其在由DOM所表示的箭頭方向上沿著窗移動(dòng)。該設(shè)備的光學(xué)部件在圖1中未示出，但是在表示該輸入設(shè)備內(nèi)部設(shè)計(jì)的不同實(shí)施例的圖4及隨后的圖中被示出。正如由物質(zhì)PM所表示，污物、灰塵顆粒和油脂可能聚積在平坦窗上，其同樣可能聚積在來自該設(shè)備的測(cè)量束及由手指所反射的輻射應(yīng)該通過的窗的中心部分C上。顆粒及油脂的質(zhì)量將以不可控制的方式吸收并散射輻射，這樣由該設(shè)備所執(zhí)行的測(cè)量將受質(zhì)量M影響。在最糟糕的情況下，這個(gè)質(zhì)量將吸收所有的測(cè)量輻射，以致于根本不可能進(jìn)行測(cè)量。
根據(jù)本發(fā)明，如圖2所示，通過將平坦上表面由凸面上表面CUF來取代，這個(gè)問題被消除?，F(xiàn)在，通過手指的動(dòng)作，可能沉淀在窗表面上的顆粒及油脂將從中心部分被去掉，且在有利的條件下從整個(gè)表面上被去掉。所述窗將保持干凈因而將顯示出足夠的透射及足夠低的散射程度。通過簡(jiǎn)單的方法新問題被以非常高效的方式解決。
所述表面在垂直于圖2中圖紙平面的方向上也可能是凸面。具有這種兩維凸性的窗類似一個(gè)規(guī)則的例如平-凸透鏡。當(dāng)設(shè)計(jì)該輸入設(shè)備時(shí)這可以被加以考慮，以便于這個(gè)窗可以被賦予透鏡的功能，所述功能允許減小輸入設(shè)備部件的數(shù)量。另外，所述窗可能完成另一功能。這在圖3中被舉例說明，在所述圖的上部示出窗的頂視圖且在其左下部示出沿線A-A′的橫斷面及在其右下部示出沿線B-B′的橫斷面。在方向A-A′上所述窗為凹面(CWS′)且在方向B-B′上為凸面(CWS)。窗的方向可以被耦合到手指的X和Y移動(dòng)中，因此耦合到例如光標(biāo)在顯示器上的水平和垂直移動(dòng)中。這樣所述窗提供一個(gè)方向指示。因?yàn)樗龃霸谝粋€(gè)方向上仍然是凸面，所以油脂和污物顆粒將遠(yuǎn)離其中心部分。
如圖2和圖3所示，優(yōu)選地測(cè)量BM不是被聚焦(即具有其最小的橫斷面)在通過窗上表面的平面上，而是被聚焦在這個(gè)表面上面的平面上。在窗的平面上，測(cè)量束的橫斷面足夠大以致于可以防止窗表面上的不規(guī)則性如劃痕基本上對(duì)束的干擾。
通過適當(dāng)選擇窗的材料，這種劃痕的影響也可以被減小到一個(gè)可以接受的水平。人的手指分泌出主要由水組成的物質(zhì)。如果在窗的上表面上存在劃痕，則水將充滿劃痕。窗材料的折射率越接近水的折射率，則越少的劃痕將被束“看到”，即越少的束將受劃痕的影響。如果采用這一解決劃痕的可能性，則因?yàn)樗恼凵渎实?，所以?yōu)選地窗的材料為具有最低折射率的玻璃。
本發(fā)明可能被用于任何具有借此測(cè)量束通過的透明窗的光學(xué)輸入設(shè)備中。這種設(shè)備的一個(gè)實(shí)例即一個(gè)“反轉(zhuǎn)的”計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)ICM被示于圖4，其主要是圖5a的EP-A 0 942 285的一個(gè)拷貝，且其由此不同的是窗表面是凸面而不是平的。所述設(shè)備包括至少在衍射光柵上的一個(gè)光學(xué)“芯片”O(jiān)C一個(gè)二極管激光器及一個(gè)探測(cè)器。芯片OC被安裝在外殼HO內(nèi)且通過窗W來觀察手指尖。來自芯片OC的輸入和輸出引線被連接到印刷電路板PCB上，在此印刷電路板上安裝有電子電路EC。安裝在此板PCB上的還有開關(guān)SWI，如傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)一樣，所述開關(guān)由按鈕PB來啟動(dòng)。傳統(tǒng)地，所述設(shè)備或鼠標(biāo)ICM經(jīng)由電纜CA被連接到計(jì)算機(jī)上。在這個(gè)設(shè)備中，采用零差或外差探測(cè)的原理。被接近窗W布置的衍射光柵將測(cè)量束的部分反射到探測(cè)器，所述部分被用做局部振蕩器束。這個(gè)束與由手指所反射到達(dá)探測(cè)器的輻射之間的干涉產(chǎn)生一個(gè)來自探測(cè)器的拍信號(hào)，所述信號(hào)由手指的運(yùn)動(dòng)來確定。這一測(cè)量方法的詳情參考EP-A 0 942 285。
除了至少一個(gè)光柵以外，光學(xué)芯片或模塊OC還包括應(yīng)該被非常精確地對(duì)中的一個(gè)準(zhǔn)直透鏡、一個(gè)聚焦透鏡和一個(gè)在探測(cè)器前面的針孔光闌。正如目前由應(yīng)用者所提議，在光學(xué)輸入設(shè)備中的部件數(shù)量可能被減少，且通過在這個(gè)設(shè)備中采用二極管激光器自混合的原理其制造被簡(jiǎn)化。
圖5a是采用此原理的光學(xué)輸入設(shè)備的一個(gè)圖示橫斷面。所述設(shè)備在其較低側(cè)包括一個(gè)底板，所述底板是一個(gè)或多個(gè)二極管激光器和一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器的支持物，在這個(gè)實(shí)施例中二極管激光器是VCSEL類型的激光器而探測(cè)器例如是光電二極管。在圖5a中，僅有一個(gè)二極管激光器3和與其相關(guān)的光電二極管4可見，但是如該裝置頂視圖-圖5b所示，通常在底板上至少提供有第二二極管激光器5和其相關(guān)的探測(cè)器6。所述二極管激光器3和5分別發(fā)射激光或測(cè)量束13和17。在其上側(cè)，該設(shè)備被提供有一個(gè)透明窗，人的手指將在此透明窗上移動(dòng)。一個(gè)透鏡10，例如為平-凸透鏡被布置在二極管激光器和所述窗之間。該透鏡將激光束13和17聚焦到或接近透明窗的上側(cè)。如果手指處在此位置，則其將束13散射。束13的部分輻射在照明束13的方向上被散射，且這部分將由在二極管激光器3的發(fā)射表面上的透鏡10來聚斂，并重新進(jìn)入到這個(gè)激光器的腔中。正如隨后所說明的那樣，返回到腔的輻射在這個(gè)腔中變化，這格外導(dǎo)致由二極管激光器所發(fā)射的激光輻射強(qiáng)度的變化。這個(gè)變化可以由將輻射變化轉(zhuǎn)換成一個(gè)電信號(hào)的光電二極管4和用于處理此信號(hào)的電子電路18來探測(cè)。照明束17也被聚焦在該物體上，從而被散射并且部分被散射的輻射重新進(jìn)入二極管激光器5的腔中。在圖5a和5b中示出的用于光電二極管6的信號(hào)的電路18和19僅具有照明目的，且可以或多或少為傳統(tǒng)形式。如圖5b所示，這個(gè)電路被互連。
當(dāng)采用水平發(fā)射二極管激光器和布置在激光器后部小平面上的監(jiān)視光電二極管時(shí)，圖6舉例說明輸入設(shè)備及自混合效應(yīng)的原理。在這個(gè)圖中，二極管激光器例如二極管激光器3被示意性地分別由其腔20及其前和后小平面或激光反射鏡21和22來表示。腔具有長(zhǎng)度L。其運(yùn)動(dòng)將得到測(cè)量的手指由參考數(shù)字15來表示。這個(gè)手指和前部小平面之間的空間構(gòu)成一個(gè)具有長(zhǎng)度L0的外部腔。通過前部小平面發(fā)射的激光束由參考數(shù)字25來表示且在前部小平面方向上由手指所反射的輻射由參考數(shù)字26來表示。在所示激光腔中產(chǎn)生的部分輻射通過后部小平面，且被光電二極管4所捕獲。
如果手指15在照明束13的方向上移動(dòng)，則被反射的輻射26經(jīng)歷一個(gè)多普勒偏移。這意味著這個(gè)輻射的頻率發(fā)生變化或者出現(xiàn)頻率偏移。這個(gè)頻率偏移取決于手指移動(dòng)的速度且處于幾kHz至MHz的數(shù)量級(jí)。重新進(jìn)入腔的頻率偏移輻射與光波或在腔內(nèi)產(chǎn)生的輻射相干涉，即在腔內(nèi)出現(xiàn)自混合效應(yīng)。取決于光波與重新進(jìn)入腔的輻射之間的相移量，這個(gè)干涉將是相長(zhǎng)的或相消的，即激光輻射的強(qiáng)度周期性地增加或減少。以這種方式產(chǎn)生的激光輻射調(diào)制頻率正好等于腔內(nèi)光波的頻率與重新進(jìn)入腔的多普勒偏移輻射的頻率之差。這個(gè)頻率差處于幾kHz至MHz的數(shù)量級(jí)，因而容易探測(cè)。自混合效應(yīng)與多普勒偏移的組合引起激光腔性能的變化；尤其是其增益或光放大率發(fā)生變化。
這在圖7中被舉例說明。在此圖中，曲線31和32分別表示作為手指15和前反射鏡21之間距離L0函數(shù)的所發(fā)射激光輻射頻率v的變化及二極管激光器增益g的變化。v、g及L0均為任意單位。因?yàn)榫嚯xL0的變化是手指運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，所以圖3的橫坐標(biāo)在時(shí)間軸上可以重定比例，這樣增益將被畫成時(shí)間的函數(shù)。作為手指速度υ的函數(shù)的增益變化Δg由下述方程式給出Δg=-KL.cos.{4π.υ.v.tc+4π.L0.tc}]]>在這個(gè)方程式中，K是到外部腔的耦合系數(shù)；它表示被耦合出激光腔的輻射量；v是激光輻射的頻率；υ是在測(cè)量束方向上手指的速度；t是時(shí)刻；以及c是光速。
該方程式可以從前述所提到的兩篇文章中所公開的自混合效應(yīng)中導(dǎo)出。如在圖6中箭頭16所示，物體表面在其自己的表面上移動(dòng)。因?yàn)槎嗥绽招?yīng)僅針對(duì)在束方向上的物體移動(dòng)而出現(xiàn)，所以這個(gè)運(yùn)動(dòng)16應(yīng)該是這樣的，即它在這個(gè)方向上具有分量16′。因此，有可能在XZ平面上測(cè)量此運(yùn)動(dòng)，即圖6圖紙的平面，其運(yùn)動(dòng)可以被稱為X運(yùn)動(dòng)。圖6示出相對(duì)于系統(tǒng)其它部分具有傾斜位置的物體表面。在實(shí)際中，通常測(cè)量束是一個(gè)傾斜束且將在XY平面發(fā)生物體表面的運(yùn)動(dòng)。Y方向垂直于圖6的圖紙平面。在這個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)可以由第二測(cè)量束來測(cè)量，所述第二測(cè)量束由第二二極管激光器來發(fā)射，且其散射光將由與第二二極管激光器相關(guān)的光電二極管來捕獲。如圖5a所示，通過將二極管激光器相對(duì)于透鏡10離心布置，獲得傾斜照明束。
通過監(jiān)視二極管測(cè)量后激光小平面處的輻射強(qiáng)度，測(cè)量由手指運(yùn)動(dòng)所引起的激光腔增益變化是最簡(jiǎn)單從而是最有吸引力的方法。傳統(tǒng)地，這個(gè)光電二極管被用來將激光輻射保持恒定，但是現(xiàn)在它也用于測(cè)量手指的運(yùn)動(dòng)。
測(cè)量增益變化從而測(cè)量手指運(yùn)動(dòng)的另一方法利用這樣的一個(gè)事實(shí)，即激光輻射強(qiáng)度與激光結(jié)的導(dǎo)帶中的電子數(shù)目成比例。這個(gè)數(shù)目反過來與結(jié)的電阻成反比。通過測(cè)量這個(gè)電阻，可以確定手指的運(yùn)動(dòng)。在圖8中舉例說明了這個(gè)測(cè)量方法的實(shí)施例。在此圖中，二極管激光器的有源層由參考數(shù)字35表示且用于向這個(gè)激光器供電的電流源由參考數(shù)字36表示。二極管激光器上的電壓經(jīng)由電容器38被供給到電子電路40。被通過激光器的電流所規(guī)一化的這個(gè)電壓與激光腔的電阻或阻抗成比例。與二極管激光器串聯(lián)的電感37構(gòu)成了二極管激光器上的信號(hào)的高阻抗。
除了運(yùn)動(dòng)量之外，還必須探測(cè)出運(yùn)動(dòng)方向，其中所述的運(yùn)動(dòng)量即為手指移動(dòng)過的距離，所述距離可以通過將所測(cè)量的速度相對(duì)于時(shí)間求積分而測(cè)量。這意味著必須確定出手指是沿著運(yùn)動(dòng)軸向前運(yùn)動(dòng)還是向后運(yùn)動(dòng)。通過確定由自效應(yīng)帶來的信號(hào)的形狀，可以探測(cè)出所述運(yùn)動(dòng)方向。如圖7中的圖形32所示，這個(gè)信號(hào)是一個(gè)非對(duì)稱信號(hào)。這個(gè)圖形32代表手指15正移動(dòng)向激光器的情形。上升斜坡32′比下降斜坡32″陡。正如在Applied Optics，Vol.31，No.8，20 June 1992，pages3401-3408(1992年6月20日的“應(yīng)用光學(xué)”第31卷、第8期的第3401-3408頁)中提及文章所說明，對(duì)于遠(yuǎn)離激光器物體的運(yùn)動(dòng)，非對(duì)稱性被顛倒，即下降斜坡比上升斜坡陡。通過確定自混合信號(hào)的非對(duì)稱性，可以斷定手指的運(yùn)動(dòng)方向。在某些情況下，例如對(duì)于較小的手指反射率或手指與二極管激光器之間較長(zhǎng)的距離，確定自混合信號(hào)的形狀或非對(duì)稱性可能是困難的。
在另一個(gè)優(yōu)選的確定運(yùn)動(dòng)方向的方法中，使用是基于這樣的事實(shí)，即激光輻射的波長(zhǎng)λ取決于二極管激光器的溫度從而取決于通過二極管激光器的電流。如果例如所述二極管激光器的溫度升高，則激光腔的長(zhǎng)度增加且被放大輻射的波長(zhǎng)增加。圖9的曲線45示出取決于所發(fā)射輻射波長(zhǎng)λ的溫度(Td)。在此圖中，水平軸Td和垂直軸λ為任意單位。
如圖10所示，如果由圖形50所表示的周期性驅(qū)動(dòng)電流Id被供給到二極管激光器，則如圖形52所示，二極管激光器的溫度Td周期性地上升和下降。這在激光腔內(nèi)引起一個(gè)駐波，此駐波具有周期性變化的頻率，從而具有相對(duì)于由物體所反射且以一定延時(shí)重新進(jìn)入腔的輻射而連續(xù)變化的相移。在驅(qū)動(dòng)電流的每半個(gè)周期內(nèi)，現(xiàn)在具有連貫的時(shí)間段，其中取決于腔內(nèi)波與重新進(jìn)入腔的反射輻射的相位關(guān)系，二極管激光器增益較高或較低。如圖10中的圖形54所示，這導(dǎo)致所發(fā)射輻射的取決于時(shí)間的強(qiáng)度變化(I)。這個(gè)圖形代表一個(gè)靜止或非運(yùn)動(dòng)物體的情形。在第一半周期1/2p(a)中的脈沖數(shù)目等于在第二半周期1/2p(b)中的脈沖數(shù)目。
手指的運(yùn)動(dòng)引起重新進(jìn)入激光腔的輻射的多普勒頻移，即取決于運(yùn)動(dòng)方向，這個(gè)頻率增加或減小。手指在一個(gè)方向-向前方向上的運(yùn)動(dòng)引起重新進(jìn)入輻射波長(zhǎng)的減小，而且在相反方向上的運(yùn)動(dòng)引起這個(gè)輻射波長(zhǎng)的增加。在激光腔內(nèi)光波的周期性頻率調(diào)制效應(yīng)是這樣的，在多普勒頻移具有與激光腔內(nèi)的頻率調(diào)制相同符號(hào)的情況下，重新進(jìn)入腔的多普勒頻移的輻射不同于這個(gè)輻射在所述頻率調(diào)制與多普勒頻移具有相反符號(hào)情況下的效應(yīng)。如果這兩個(gè)頻率移位具有相同的符號(hào)，則波與重新進(jìn)入輻射之間的相差以低速變化，并且激光輻射的結(jié)果的調(diào)制頻率較低。如果所述兩個(gè)頻率移位具有相反的符號(hào)，則波與輻射之間的相差以較快速度變化，并且激光輻射的結(jié)果調(diào)制頻率較高。在驅(qū)動(dòng)激光電流的第一半周期1/2p(a)期間，所產(chǎn)生的激光輻射的波長(zhǎng)增加。在向后移動(dòng)手指的情況下，重新進(jìn)入輻射的波長(zhǎng)也增加，這樣腔內(nèi)的波頻率與重新進(jìn)入這個(gè)腔的輻射頻率之差較低。因此在重新進(jìn)入輻射的波長(zhǎng)適合于所產(chǎn)生輻射的波長(zhǎng)期間的時(shí)間段數(shù)目較不存在所發(fā)射激光輻射的電調(diào)制情況要小。這意味著如果手指在向后方向上運(yùn)動(dòng)，則在第一半周期內(nèi)的脈沖數(shù)目小于如果沒有應(yīng)用調(diào)制情況下的脈沖數(shù)目。在其中激光溫度和所產(chǎn)生輻射的波長(zhǎng)減小的第二半周期1/2p(b)中，其中重新進(jìn)入輻射的波長(zhǎng)適合于所產(chǎn)生的輻射波長(zhǎng)的時(shí)間段數(shù)目增加。因此，對(duì)于向后移動(dòng)的手指，在第一半周期內(nèi)的脈沖數(shù)目小于在第二半周期內(nèi)的脈沖數(shù)目。這在圖11中的圖形58中加以舉例說明，這個(gè)圖形示出如果物體沿著向后方向移動(dòng)所發(fā)射激光輻射的強(qiáng)度Ib。這個(gè)圖形與圖10中的圖形54進(jìn)行比較示出在第一半周期內(nèi)的脈沖數(shù)目已經(jīng)減少和在第二半周期內(nèi)的脈沖數(shù)目已經(jīng)增加。
從上述推理中很清楚的是如果手指在向前方向運(yùn)動(dòng)，其中因多普勒效應(yīng)，由手指所散射且重新進(jìn)入激光器腔的的輻射波長(zhǎng)減小，在第一半周期1/2p(a)內(nèi)的脈沖數(shù)目高于在第二半周期1/2p(b)內(nèi)的脈沖數(shù)目。這可以通過比較圖11中的圖形56而得到驗(yàn)證，所述圖形56表示在向前移動(dòng)手指的情況下所發(fā)射輻射的強(qiáng)度If。在電子處理電路中，從第一半周期1/2p(a)期間所計(jì)數(shù)的光電二極管信號(hào)脈沖數(shù)目減去在第二半周期1/2p(b)期間所計(jì)數(shù)的光電二極管信號(hào)脈沖數(shù)目。如果所得信號(hào)為零，手指靜止。如果所得的信號(hào)為正，則手指在向前方向上運(yùn)動(dòng)，且如果這個(gè)信號(hào)為負(fù)，則手指在向后方向上運(yùn)動(dòng)。脈沖的所得到的數(shù)目分別與在向前和向后方向上的運(yùn)動(dòng)速度成比例。
在某些情況下，例如如果激光與手指之間的光程相對(duì)小且電調(diào)制的頻率和振幅相對(duì)小時(shí)，而將被探測(cè)出的運(yùn)動(dòng)相對(duì)快時(shí)，可能出現(xiàn)由多普勒效應(yīng)所產(chǎn)生的脈沖數(shù)目高于由電調(diào)制所產(chǎn)生的脈沖數(shù)目。在這樣的情況下，通過比較在第一半周期期間的脈沖數(shù)目與在第二半周期期間的脈沖數(shù)目，仍可以探測(cè)出運(yùn)動(dòng)方向。然而，速度不再與這兩個(gè)數(shù)目成比例。為了確定在這種情況下的速度，所述兩個(gè)數(shù)目應(yīng)該被平均，且從結(jié)果中應(yīng)該減去一個(gè)常數(shù)值。由這種方法得到的數(shù)目是速度的一個(gè)量度。在本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以輕易地設(shè)計(jì)一個(gè)電子電路來完成這個(gè)計(jì)算。
除了用在參考圖9和10所述的實(shí)施例中的驅(qū)動(dòng)電流Id為三角形形狀以外，還可以采用另一形狀的驅(qū)動(dòng)電流如矩形形狀。
如果通過測(cè)量二極管激光腔的阻抗變化而確定出增益變化，則如上述測(cè)量手指運(yùn)動(dòng)的速度及方向的方法也可以被采用。
所述測(cè)量方法僅要求小的多普勒移位，例如以波長(zhǎng)的形式移位的數(shù)量級(jí)是1，5.10-16m，這相當(dāng)于對(duì)于680nm的激光波長(zhǎng)100kHz數(shù)量級(jí)的頻率移位。
借助圖5a和5b的輸入設(shè)備，可以測(cè)量在一個(gè)平面上沿著兩個(gè)垂直(X和Y)方向或測(cè)量軸的物體運(yùn)動(dòng)，所述輸入設(shè)備包括在垂直取向上的兩個(gè)二極管激光器及相關(guān)的光電二極管。向所述設(shè)備添加第三二極管激光器及相關(guān)的光電二極管保證該設(shè)備還能測(cè)量出沿著第三個(gè)Z方向或測(cè)量軸的運(yùn)動(dòng)。所述第三二極管激光器可以被布置在透鏡10的光軸上，以便于第三照明束垂直入射到窗12和手指上，且在其它方向上沒有分量。然后可以獲得Z方向上的一個(gè)最佳測(cè)量信號(hào)。為了增加X和Y測(cè)量信號(hào)的可靠性和精確性，優(yōu)選地三個(gè)二極管激光器被布置在一個(gè)圓周上且具有相互為120°的角距離。這個(gè)配置在圖12中被示出，其中第三二極管激光器及第三光電二極管分別由參考數(shù)字7和8表示。如果光電二極管4、6和8的輸出信號(hào)或阻抗測(cè)量信號(hào)分別由S4、S6和S8來表示，則沿著X、Y和Z測(cè)量軸的手指速度Vx、Vy和Vz可能分別被計(jì)算如下
Vx＝2S4-S6-S8Vy＝√3.(S8-S6)Vz＝1/√2.(S4+S6+S8)用于完成這個(gè)計(jì)算的電子電路包括加法和減法元件且相對(duì)容易執(zhí)行。
用這種方法獲得的在X和Y方向上運(yùn)動(dòng)的速度及通過將相對(duì)于運(yùn)動(dòng)時(shí)間積分而得到的運(yùn)動(dòng)距離更為可靠和精確，因?yàn)樗鼈兪菍⒅辽賰蓚€(gè)光電二極管的輸入信號(hào)平均化的結(jié)果。運(yùn)動(dòng)誤差或不希望的運(yùn)動(dòng)，如略微提起手指對(duì)光電二極管的輸出信號(hào)具有相同的效果。因?yàn)橥ㄟ^從彼此中減去輸出信號(hào)，沿著X和Y測(cè)量軸的運(yùn)動(dòng)被確定，所以所不希望的運(yùn)動(dòng)對(duì)X和Y測(cè)量信號(hào)的影響被消除。僅有通過添加第三光電二極管的輸出信號(hào)而獲得的Z測(cè)量信號(hào)Vz表示手指的上/下運(yùn)動(dòng)。
在其中利用人手指在Z方向與輸入設(shè)備彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)來完成點(diǎn)擊功能的應(yīng)用中，它能夠探測(cè)出這一運(yùn)動(dòng)的發(fā)生。沒有必要精確地測(cè)量出手指的位移，這樣Z測(cè)量可以相當(dāng)粗略。甚至沒有必要探測(cè)運(yùn)動(dòng)的方向。
幾乎不必對(duì)結(jié)構(gòu)或?qū)ο鄬?duì)于輸入設(shè)備運(yùn)動(dòng)的手指反射率設(shè)置任何要求。已經(jīng)證實(shí)一張空白紙與設(shè)備的相對(duì)運(yùn)動(dòng)也能夠被容易地測(cè)量。
從光學(xué)觀點(diǎn)看，光學(xué)模塊的尺寸可以非常小。輸入設(shè)備的大小主要由必須結(jié)合在所述設(shè)備中的電器件數(shù)量及簡(jiǎn)易的大規(guī)模制造這一方面所決定。在實(shí)際的實(shí)施例中，窗具有3至5平方毫米的大小。由于用于這個(gè)設(shè)備中的測(cè)量原理，所以其部件不需要精確地對(duì)中，這是在規(guī)模生產(chǎn)的一個(gè)極大優(yōu)點(diǎn)。
在圖5a和5b的實(shí)施例中，透鏡10可以由玻璃或透明的塑料象聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)組成。這樣的透鏡可以被固定到通過透明膠層11例如環(huán)氧樹脂來承載二極管激光器、光電二極管和處理電路的基片上。對(duì)于這個(gè)實(shí)施例，假設(shè)二極管激光器在垂直方向上輻射，這樣這些激光器可以是VCSEL類型。這樣的激光器可以通過線縛技術(shù)(wire bounding technique)被方便地放置在底板上。
優(yōu)選地，更傳統(tǒng)的具有水平腔的側(cè)發(fā)射二極管激光器被采用，因?yàn)樗鼈儽徽J(rèn)為更廉價(jià)。這樣的激光器可以按照這樣的方法被安裝，以便于其在垂直方向上輻射。例如，激光器可以被安裝在小臺(tái)面上。然而，也可能以這樣的方式安裝側(cè)發(fā)射二極管激光器，以便于它們?cè)谒椒较蛏习l(fā)射。圖13a是具有這種激光器的輸入設(shè)備實(shí)施例的垂直橫斷面，且圖13b是這個(gè)設(shè)備較低部分的頂視圖。在這些圖中，1是底或外殼，板，電接觸管腳從所述底板突出來。這個(gè)底板具有這樣的熱傳導(dǎo)，以便于它可以起到二極管激光器冷卻元件的功能。在圖5a和5b和12中被示意性示出的電子電路可以被安裝在硅或另一種材料層60上，所述層構(gòu)成了電路板。圖5a和5b的實(shí)施例可能包括這種層。元件3、5和7是側(cè)發(fā)射二極管激光器。對(duì)于每一個(gè)這些激光器，都提供有一個(gè)反射構(gòu)件64，所述反射構(gòu)件在垂直方向上通過透鏡10將從二極管激光器水平發(fā)射出的束68、70反射向設(shè)備頂部的窗12。優(yōu)選地，反射元件具有球形形狀，這樣它們也具有一些光焦度且將入射的發(fā)散束68、70轉(zhuǎn)換成較少發(fā)散或準(zhǔn)直的或甚至輕微會(huì)聚的束。于是所述透鏡10的光焦度可能會(huì)小于5a及5b實(shí)施例中透鏡10的光焦度。在圖13a和13b的實(shí)施例中透鏡10也可能是玻璃透鏡，但其優(yōu)選為塑料透鏡。塑料透鏡比玻璃透鏡更便宜且更輕且適用于此應(yīng)用，因?yàn)閷?duì)這種透鏡沒有設(shè)定嚴(yán)格的光學(xué)要求?？梢杂伤芰辖M成且被提供有凸面透明窗12的罩66與外殼板1共同構(gòu)成設(shè)備的外殼。將測(cè)量束聚焦所需的透鏡焦度的一部分被包括在罩66內(nèi)。三個(gè)或僅用兩個(gè)二極管激光器情況下的兩個(gè)反射構(gòu)件可以由一個(gè)塑料環(huán)構(gòu)成，所述塑料環(huán)被涂有反射涂層。所述環(huán)組成底板1的一個(gè)完整部分。于是所述輸入設(shè)備主要由塑料材料組成，并且僅由三個(gè)結(jié)構(gòu)部分構(gòu)成，這三個(gè)部分可以簡(jiǎn)單地被組裝。這些部分是底板1，其被提供有反射環(huán)、接觸管腳62和二極管激光器及相關(guān)的光電二極管；透鏡10和提供有窗的罩66。
圖14示出輸入設(shè)備的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，其中已經(jīng)完成了將各部分進(jìn)一步集成。在這個(gè)實(shí)施例中，圖13a實(shí)施例中的罩66和透鏡10由一個(gè)單塑料元件70來代替，所述單塑料元件的較低側(cè)向底板彎曲。這個(gè)彎曲的表面與圖13a中的透鏡10對(duì)照明束具有相同的反射效果。圖14的實(shí)施例較低部分的頂視圖沒有被示出，因?yàn)檫@個(gè)部分與圖13a和13b中的部分相同。圖14的實(shí)施例僅由兩個(gè)結(jié)構(gòu)部分組成，且比圖13a和13b所示的實(shí)施例甚至更容易裝配。
在圖12、13a、13b、14、15a和15b所示的實(shí)施例中，測(cè)量束沒有被聚焦到窗平面上。測(cè)量束在這個(gè)平面上具有足夠大的橫斷面，以防止在這個(gè)平面上的劃痕及殘余的灰塵以及油脂直接地干擾測(cè)量束。因?yàn)檫@些束來源自底板水平面的不同位置，所以照明束構(gòu)成動(dòng)作平面上例如窗平面上不同位置處的照明點(diǎn)。這些照明束和其散射的輻射從空間上距離足夠大，以致于不同測(cè)量軸之間的串?dāng)_在本輸入設(shè)備中不成問題。如果有必要，通過采用略微不同波長(zhǎng)的二極管激光器可以將殘余串?dāng)_降低。為此，幾個(gè)nm的波長(zhǎng)差已經(jīng)足夠了。
消除串?dāng)_的另一可能性是采用一個(gè)控制設(shè)備用于二極管激光器，所述控制設(shè)備使在任何時(shí)刻僅有一個(gè)激光器被激活。一個(gè)其電路交替地激活不同的二極管激光器的多路復(fù)用驅(qū)動(dòng)電路可以組成這樣的控制設(shè)備。這種多路復(fù)用電路允許通過探測(cè)器或光電二極管監(jiān)視兩個(gè)或三個(gè)二極管激光器，所述探測(cè)器或光電二極管被布置在每個(gè)二極管激光器所及范圍內(nèi)且在分時(shí)模式下使用。具有這種驅(qū)動(dòng)電路的附加優(yōu)點(diǎn)是電路所需的空間及設(shè)備消耗的電能降低。
圖15a和15b示出輸入設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例，其中照明束被光纖導(dǎo)引到窗上。圖15a是一個(gè)垂直橫斷面圖且圖15b是這個(gè)實(shí)施例的頂視圖。光纖72、73和74的輸入端以一種公知的方式，分別地被光學(xué)地耦合到二極管激光器3、5和7上。光纖的所有輸出端位于設(shè)備的窗上。所述光纖可以被預(yù)埋到固體材料例如環(huán)氧樹脂或其它透明或非透明材料的罩78里。這些光纖中的每一個(gè)構(gòu)成由此光纖所導(dǎo)引輻射的絕緣體，既對(duì)于來自相關(guān)二極管激光器的輻射也對(duì)于返回到這個(gè)激光器的被散射輻射。結(jié)果是，不同測(cè)量軸之間串?dāng)_的可能性極小至零。光纖的其它優(yōu)點(diǎn)是它們是柔性的，這增加了設(shè)計(jì)的可能性，并且它們可以將輻射傳輸任意長(zhǎng)的距離，這樣二極管激光器和光電二極管可以被布置在距離輸入設(shè)備的窗相當(dāng)遙遠(yuǎn)的距離處。在圖15a和15b的實(shí)施例中，二極管激光器和相關(guān)的光電二極管被布置成靠近在一起。如圖15a所示，這些元件可以被布置在一個(gè)分開的隔室79內(nèi)，所述隔室可以是與罩相同的材料或是其它材料。
也可以采用非光纖的其它光導(dǎo)，例如在透明或非透明材料體中的通道。
圖12-15b的實(shí)施例可以被提供有兩個(gè)而不是三個(gè)二極管激光器。這將適用于這種情況，即如果輸入設(shè)備僅必須測(cè)量X和Y運(yùn)動(dòng)而不需要例如用于點(diǎn)擊功能的Z測(cè)量。不用二極管激光器，可以采用其它小的激光設(shè)備且其它小的輻射敏感設(shè)備也可以代替光電二極管。
因?yàn)榭梢砸缘统杀局圃斐錾鲜鲚斎朐O(shè)備，所以其非常適用于在大量消費(fèi)產(chǎn)品中實(shí)施。因?yàn)槠浞浅Ｐ〉某叽缂拜p的重量，所以這個(gè)設(shè)備可以輕易地被結(jié)合在現(xiàn)有裝置中，從而增加了這些裝置的能力而不需要直接增加其成本和重量且不需要改變其原始設(shè)計(jì)。
圖16示出新輸入設(shè)備即在移動(dòng)電話、或蜂窩電話裝置80中的首先及重點(diǎn)應(yīng)用。這個(gè)裝置的前表面被提供有鍵輸入部分82，此鍵輸入部分包括眾多用于撥號(hào)輸入和其它功能的按鍵開關(guān)83。顯示設(shè)備85被置于部分82之上并且天線87被提供在電話80頂表面上。當(dāng)從按鈕開關(guān)83輸入如一個(gè)十個(gè)鍵撥號(hào)的撥號(hào)或另一個(gè)命令時(shí)，與所輸入命令相關(guān)的信息通過未示出的在話機(jī)中的傳遞電路及天線被傳遞到電話公司的基站。其它通過按鈕開關(guān)輸入的命令可以在話機(jī)電路中被處理以激活安裝在話機(jī)電路的不同功能，如選擇一個(gè)存儲(chǔ)清單中的給定電話號(hào)碼或從標(biāo)準(zhǔn)信息表中傳送一個(gè)給定信息。通過給話機(jī)裝置提供一個(gè)輸入設(shè)備和附加電路來控制光標(biāo)通過顯示設(shè)備85的運(yùn)動(dòng)，可以以更簡(jiǎn)單的方法來完成現(xiàn)存的一些功能，并且可以建立新的功能。在圖16中僅有其窗被示出的輸入設(shè)備89可以被布置在話機(jī)的幾個(gè)位置處，例如如圖16所示在按鈕開關(guān)的下面或在側(cè)表面之一上面。優(yōu)選地，輸入設(shè)備窗位于手指通常持話機(jī)的位置之一處。所述話機(jī)的電路能夠顯示出功能菜單，并且手指在設(shè)備89的輸入窗上的運(yùn)動(dòng)可以將光標(biāo)88移向一個(gè)給定的功能。手指在與窗垂直方向上的單一運(yùn)動(dòng)即點(diǎn)擊可以激活這個(gè)功能。
當(dāng)輸入設(shè)備被結(jié)合到提供有標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議如WAP協(xié)議或I模式因特網(wǎng)協(xié)議的移動(dòng)電話上時(shí)，此輸入設(shè)備能夠提供極大的優(yōu)點(diǎn)。借助于這樣的協(xié)議，所述裝置可以被用作全球通訊網(wǎng)絡(luò)如因特網(wǎng)的終端。因?yàn)檫@變得日益廣泛地傳播和使用，所以需要新的終端用戶裝置。首選是裝備有一組機(jī)頂盒和移動(dòng)電話的電視機(jī)。對(duì)于新的目的，這些裝置應(yīng)該裝備有小的輸入設(shè)備，此小的輸入設(shè)備正如裝配在例如電視遙控單元或移動(dòng)電話里。本輸入設(shè)備極佳地滿足這些要求。
這個(gè)輸入設(shè)備也可以用在無繩電話裝置中用于與移動(dòng)電話裝置同樣的目的。一個(gè)無繩電話裝置90被示于圖17。這個(gè)裝置由連接到電話或電纜網(wǎng)絡(luò)的基站92及可以在具有一個(gè)半徑為例如距離基站小于100m區(qū)域內(nèi)使用的可移動(dòng)裝置94組成。所述裝置94包括鍵輸入部分95及顯示裝置97。以針對(duì)移動(dòng)電話裝置所說明的相同方法，所述裝置94可以被提供有上述的輸入設(shè)備99。同樣在圖17中，僅示出輸入設(shè)備的窗。與移動(dòng)電話裝置一樣，裝置94應(yīng)該小且重量輕。本輸入設(shè)備在無繩電話中的實(shí)施提供了與在移動(dòng)電話裝置中實(shí)施相同的優(yōu)點(diǎn)，尤其是如果無繩裝置被提供有例如用于訪問因特網(wǎng)的WAP協(xié)議或I模式協(xié)議。
通過在如圖18所示的包括接收器和顯示裝置101及遙控單元107的傳統(tǒng)電視機(jī)中添加一組機(jī)頂盒105，所述電視機(jī)可以被制作成適合于因特網(wǎng)通訊。所述機(jī)頂盒通過電話或電纜網(wǎng)絡(luò)提供對(duì)因特網(wǎng)的訪問，并且將從因特網(wǎng)上接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以由電視機(jī)處理的信號(hào)，以便于顯示出因特網(wǎng)信息。作為電視因特網(wǎng)的用戶，應(yīng)該手頭具有用于因特網(wǎng)命令的輸入設(shè)備，這個(gè)輸入設(shè)備應(yīng)該被結(jié)合到遙控中。根據(jù)本發(fā)明，前述的光學(xué)輸入設(shè)備被安裝在遙控單元107中。其中僅示出窗的設(shè)備109可以被布置在遙控單元的傳統(tǒng)按鈕之間，或者布置在手持遙控單元的任何人手指所及的范圍之內(nèi)的任何位置上。
本發(fā)明的輸入設(shè)備也可以被用在計(jì)算機(jī)配置中以取代傳統(tǒng)的手驅(qū)動(dòng)跟蹤球鼠標(biāo)或鼠標(biāo)墊(mouse pad)。圖19示出一個(gè)被稱為筆記本或膝上的便攜式電腦，其包括一個(gè)底座部分112和帶有LCD顯示器116的蓋部分115。所述底座部分容納有不同的計(jì)算機(jī)模塊和鍵盤113。在這個(gè)鍵盤中，布置了本發(fā)明的光學(xué)輸入設(shè)備119，它取代了傳統(tǒng)的鼠標(biāo)板。所述輸入設(shè)備可以被布置在傳統(tǒng)鼠標(biāo)墊的位置上或任何其它容易接近的位置。如果輸入設(shè)備被用來測(cè)量?jī)H在兩個(gè)方向上手指的運(yùn)動(dòng)，以及由此必須僅完成傳統(tǒng)鼠標(biāo)墊的功能，則需要只包括兩個(gè)二極管激光器。優(yōu)選地，采用一個(gè)輸入設(shè)備，其包括三個(gè)二極管激光器，并且由此具有點(diǎn)擊功能，這樣它也取代了筆記本傳統(tǒng)的點(diǎn)擊按鈕。
一個(gè)手持或掌上計(jì)算機(jī)是筆記本的一個(gè)較小型式。同樣這種掌上計(jì)算機(jī)可以被提供有根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)光學(xué)輸入設(shè)備，例如來取代用于接觸顯示屏的筆，所述筆通常被用來選擇所顯示菜單的功能。光學(xué)輸入設(shè)備可以被布置在掌上計(jì)算機(jī)的鍵盤內(nèi)，但也可以布置在蓋的內(nèi)側(cè)。
圖20示出臺(tái)式計(jì)算機(jī)配置120，其中光學(xué)輸入設(shè)備可以以幾種方式被應(yīng)用以取代傳統(tǒng)的跟蹤球鼠標(biāo)。所述計(jì)算機(jī)配置由鍵盤121、計(jì)算機(jī)箱122和監(jiān)視器123組成。所述監(jiān)視器可以是一個(gè)如圖中所示被固定在支撐124上的平面LCD監(jiān)視器或CRT監(jiān)視器。優(yōu)選地，光學(xué)輸入設(shè)備129被結(jié)合在鍵盤內(nèi)，以便于不再需要一個(gè)單獨(dú)的鼠標(biāo)126及其到計(jì)算機(jī)箱的電纜。
在上述計(jì)算機(jī)配置中，輸入設(shè)備可以被布置在顯示部分，而不是在鍵盤部分，例如在圖19膝上計(jì)算機(jī)的蓋115內(nèi)或在掌上計(jì)算機(jī)的蓋內(nèi)。輸入設(shè)備也可以結(jié)合在非計(jì)算機(jī)顯示器的顯示器內(nèi)。
如已經(jīng)注明的那樣，輸入設(shè)備例如圖16中的移動(dòng)電話可以被用在一個(gè)上下滾動(dòng)的開關(guān)中，用于滾動(dòng)菜單圖表。這種輸入設(shè)備也可以具有確定點(diǎn)擊的能力，通過控制上下開關(guān)所述點(diǎn)擊啟動(dòng)被光標(biāo)所指向的菜單。這種光學(xué)輸入設(shè)備可以容易地被安裝成分立部件，其允許新的快速的發(fā)展。
圖21示出滾動(dòng)和點(diǎn)擊輸入設(shè)備130的第一實(shí)施例。它包括兩個(gè)激光器/二極管單元131、132，每個(gè)單元包括一個(gè)二極管激光器和一個(gè)光電二極管。也可以用單獨(dú)的二極管激光器和光電二極管來代替上述單元。在由單元131、132所發(fā)射的每個(gè)輻射路徑中，分別布置透鏡133、134，所述透鏡將相關(guān)單元131和134的輻射束135和136聚焦在動(dòng)作平面137上，這個(gè)動(dòng)作平面可能是窗142的凸面表面CWS。這個(gè)窗可以構(gòu)成其中所述設(shè)備被使用的裝置例如如圖22的側(cè)視圖中所示的移動(dòng)電話中外殼139的一部分。激光器/二極管單元及相關(guān)的透鏡可以被布置成束135和136的主光線相對(duì)于窗142的法線處在相對(duì)角上，例如分別在+45°和-45°。
人的手指沿著動(dòng)作平面移動(dòng)以用于滾動(dòng)和/或點(diǎn)擊動(dòng)作。如前所述，這兩個(gè)動(dòng)作引起在由手指反射向激光器/二極管單元131和132的輻射中的多普勒移位。這些單元的探測(cè)器輸出信號(hào)被供給到信號(hào)處理和激光器驅(qū)動(dòng)電子電路140。這個(gè)電路評(píng)估控制手指138的移動(dòng)，并且供給在其輸入141處有關(guān)這些移動(dòng)的信息。激光器/二極管單元131和132、透鏡135和136、窗142以及電子電路140和軟件可能被結(jié)合在一個(gè)模塊內(nèi)。這個(gè)模塊被如此放置在應(yīng)該提供有滾動(dòng)及點(diǎn)擊功能的移動(dòng)電話或其它裝置中。還有可能實(shí)施帶有分立元件的輸入設(shè)備。尤其地，部分信號(hào)處理可以由構(gòu)成移動(dòng)電話或其它裝置的一部分的微控制器或其它控制裝置如遙控器、無繩電話或便攜式計(jì)算機(jī)來完成。
如前所述，手指或其它物體朝向或離開激光器/二極管單元的移動(dòng)可以通過調(diào)制激光器電流以及對(duì)由探測(cè)器所接收的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)而被探測(cè)。根據(jù)這些探測(cè)器的輸入信號(hào)Sign1和Sign2可以將平行于窗的速度(Vscroll)和垂直于窗的速度(Vclick)計(jì)算如下，其中所述的輸入信號(hào)分別表示手指沿著束135和136的主光線的速度Vscroll＝√2.(Sign1-Sign2)Vclick＝√2.(Sign1+Sign2)圖23示出滾動(dòng)和點(diǎn)擊輸入設(shè)備150的第二實(shí)施例。這個(gè)實(shí)施例不同于圖21和22的地方在于兩個(gè)透鏡133和134以及窗142已經(jīng)由一個(gè)單部件152取代。這個(gè)元件將束135及136聚焦到構(gòu)成窗的其凸面上表面154上。
如果圖21-23中的輸入設(shè)備僅需要監(jiān)視一個(gè)滾動(dòng)動(dòng)作，則原則上僅需要一個(gè)二極管激光器、透鏡及探測(cè)器。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量手指沿著至少一個(gè)測(cè)量軸運(yùn)動(dòng)的光學(xué)輸入設(shè)備，所述設(shè)備包括一個(gè)被提供有透明窗并且容納至少一個(gè)用于產(chǎn)生測(cè)量束的激光器的模塊、用于將測(cè)量束會(huì)聚在動(dòng)作平面上的光學(xué)裝置以及用于將由手指所反射的測(cè)量束輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的轉(zhuǎn)換裝置，所述電信號(hào)表示沿著所述測(cè)量軸的運(yùn)動(dòng)，所述光學(xué)輸入設(shè)備的特征在于在窗頂部的動(dòng)作平面內(nèi)在至少兩個(gè)相互垂直的方向之一上，窗的上表面為凸面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于所述窗在兩個(gè)方向上均為凸面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于所述窗在所述方向之一上為凸面而在其它方向上為凹面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于所述窗上表面的折射率接近于水的折射率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于所述測(cè)量束被聚焦在遠(yuǎn)離窗的上表面的一個(gè)平面內(nèi)。
6.根據(jù)任一權(quán)利要求1至5的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于轉(zhuǎn)換裝置由激光腔及用于測(cè)量激光腔工作的變化的測(cè)量裝置的組合所組成，所述變化是因重新進(jìn)入激光腔的反射測(cè)量束輻射與在這個(gè)空穴中的光波之間的干涉所引起，并且其表示由手指和輸入設(shè)備的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
7.根據(jù)任一權(quán)利要求1至6用于測(cè)量一個(gè)運(yùn)動(dòng)及這個(gè)運(yùn)動(dòng)方向的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于它包括用于確定信號(hào)形狀的電子裝置，所述信號(hào)表示二極管激光器腔工作的變化。
8.根據(jù)任一權(quán)利要求1至6用于測(cè)量一個(gè)運(yùn)動(dòng)及這個(gè)運(yùn)動(dòng)方向的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于它包括用于向二極管激光器周期性地供應(yīng)變化電流的激光器驅(qū)動(dòng)裝置和用于將第一和第二測(cè)量信號(hào)彼此相比較的電子裝置，所述的第一和第二測(cè)量信號(hào)分別在第一半周期和第二半周期交替期間產(chǎn)生。
9.根據(jù)任一權(quán)利要求1至8的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于所述測(cè)量裝置是用于測(cè)量激光器腔阻抗變化的裝置。
10.根據(jù)任一權(quán)利要求1至8的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于所述測(cè)量裝置是用于測(cè)量由激光器所發(fā)射輻射的輻射探測(cè)器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于所述的輻射探測(cè)器被布置在激光器腔的側(cè)面，與發(fā)射出測(cè)量束的側(cè)面相對(duì)。
12.根據(jù)任一權(quán)利要求1至11用于測(cè)量手指沿著在動(dòng)作平面上的一個(gè)軸或沿著垂直于動(dòng)作平面的一個(gè)軸上運(yùn)動(dòng)的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于它包括一個(gè)二極管激光器和一個(gè)探測(cè)器。
13.根據(jù)任一權(quán)利要求1至11用于確定手指沿著在動(dòng)作平面上的一個(gè)軸運(yùn)動(dòng)以及手指在垂直于動(dòng)作平面上運(yùn)動(dòng)的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于它包括至少兩個(gè)二極管和至少一個(gè)探測(cè)器。
14.根據(jù)任一權(quán)利要求1至11用于確定手指沿著在動(dòng)作平面上的第一和第二測(cè)量軸的運(yùn)動(dòng)的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于它包括至少兩個(gè)二極管激光器和至少一個(gè)探測(cè)器。
15.根據(jù)任一權(quán)利要求1至11用于確定沿著在動(dòng)作平面上的第一和第二測(cè)量軸及在垂直于動(dòng)作平面上的第三測(cè)量軸的手指運(yùn)動(dòng)的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于它包括三個(gè)二極管激光器和至少一個(gè)探測(cè)器。
16.根據(jù)任一權(quán)利要求1至11和13用于確定滾動(dòng)動(dòng)作和點(diǎn)擊動(dòng)作兩者的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于它包括用于確定手指沿著在動(dòng)作平面的第一測(cè)量軸和基本上垂直于動(dòng)作平面的第二測(cè)量軸運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)二極管激光器和至少一個(gè)探測(cè)器。
17.根據(jù)任一權(quán)利要求1至11和13用于確定滾動(dòng)動(dòng)作和點(diǎn)擊動(dòng)作兩者的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于它包括用于確定手指沿著第一和第二測(cè)量軸運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)二極管激光器和至少一個(gè)探測(cè)器，其中所述軸相對(duì)于動(dòng)作平面的法線處于相反角。
18.根據(jù)任一權(quán)利要求1至17的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于一方面所述光學(xué)裝置包括一個(gè)被布置在所述至少一個(gè)二極管激光器與相關(guān)探測(cè)器之間的透鏡，且在另一方面包括一個(gè)動(dòng)作平面，所述至少一個(gè)二極管激光器相對(duì)于透鏡被偏心放置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18包括兩個(gè)二極管激光器的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于二極管激光器被這樣布置，以便于從它們的中心到透鏡光軸的線彼此之間相對(duì)處在基本為90°的角。
20.根據(jù)權(quán)利要求18包括三個(gè)二極管激光器的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于二極管激光器被這樣布置，以便于從它們的中心到透鏡光軸的線彼此之間相對(duì)處在基本為120°的角。
21.根據(jù)任一權(quán)利要求1至16及18至20的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于每個(gè)二極管激光器為一個(gè)水平發(fā)射激光器且對(duì)于每個(gè)二極管激光器所述設(shè)備包括一個(gè)反射構(gòu)件，所述反射構(gòu)件將來自相關(guān)二極管激光器的束反射到窗上。
22.根據(jù)任一權(quán)利要求1至16及18至21的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于它由下述組成一個(gè)其上安裝有至少一個(gè)二極管激光器和相關(guān)探測(cè)器的底板；一個(gè)被固定到所述底板上并且包括所述窗的蓋構(gòu)件以及被容納在所述蓋構(gòu)件內(nèi)的透鏡。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于所述透鏡被結(jié)合在具有內(nèi)部表面的所述蓋構(gòu)件中，所述內(nèi)部表面彎曲向所述底板。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于底板、蓋構(gòu)件和透鏡由塑料材料組成。
25.根據(jù)任一權(quán)利要求1至17的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于每個(gè)二極管激光器被耦合到單獨(dú)光導(dǎo)的入口側(cè)，所述光導(dǎo)的出口側(cè)被放置在設(shè)備的窗處。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的光學(xué)輸入設(shè)備，其特征在于所述光導(dǎo)為光纖。
27.一種用于臺(tái)式計(jì)算機(jī)的鼠標(biāo)，其包括一個(gè)根據(jù)任一權(quán)利要求1至26所述的光學(xué)輸入設(shè)備。
28.一個(gè)用于臺(tái)式計(jì)算機(jī)的鍵盤，其中結(jié)合有一個(gè)根據(jù)任一權(quán)利要求1至26所述的光學(xué)輸入設(shè)備。
29.一個(gè)膝上計(jì)算機(jī)，其中結(jié)合有一個(gè)根據(jù)任一權(quán)利要求1至26所述的光學(xué)輸入設(shè)備。
30.一種顯示器，其中結(jié)合有一個(gè)根據(jù)任一權(quán)利要求1至26所述的光學(xué)輸入設(shè)備。
31.一種遙控單元，其中結(jié)合有至少一個(gè)根據(jù)任一權(quán)利要求1至26所述的光學(xué)輸入設(shè)備。
全文摘要
一種用于測(cè)量手指(15)運(yùn)動(dòng)的光學(xué)輸入設(shè)備被容納在提供有透明窗(12)的外殼內(nèi)，所述透明窗用于將來自二極管激光器(3)的測(cè)量束(13)傳遞到手指并且將由手指所反射的輻射傳遞到探測(cè)器(4)。這個(gè)特性防止油脂及灰塵干擾及阻擋所述測(cè)量束。
文檔編號(hào)G01P13/00GK1416554SQ01806166
公開日2003年5月7日 申請(qǐng)日期2001年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月6日
發(fā)明者M·D·里伊斯, C·金魯斯金, A·L·維杰斯 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司