CN101031868B - 光学传感器下方的连续基底和光学零差系统 - Google Patents
光学传感器下方的连续基底和光学零差系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于控制装置的外壳包含：封围腔，其经配置以固定包含光源和传感器的光学检测系统；所述封围腔的面，其经配置以包含窗口以允许来自所述光源的光将光散射离开表面，且经配置以允许在所述传感器上接收所述散射光。在此配置中，所述外壳经构造以防止所述光学检测系统暴露于例如所述表面的外部元件。本发明还揭示一种用于与相干光源光学指向装置一起使用的零差系统。
Description
相关申请案
本申请案主张2004年9月30日申请的题为“Continuous Base Beneath Optical Sensorand Optical Homodyning System”的第60/615,450号美国临时专利申请案的权益和其在35USC§119(e)下的优先权，所述专利申请案的内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及光学控制装置，且更明确地说涉及用于光学控制装置的结构。
背景技术
基于光学技术的位移检测用于包含计算机系统的光学输入装置的若干应用中。数据处理系统或计算机系统通常与例如键盘、指向装置(例如，鼠标、触控垫和跟踪球)、操纵杆、数字笔等多种输入装置结合使用。
用于指向装置中的光学位移检测技术的一个实例是光学鼠标。Bidiville等人的(1994年2月22日授予)题为“Cursor Pointing Device Utilizing a Photodetector Array with TargetBall Having Randomly Distributed Speckles”的第5,288,993号美国专利和Bidiville等人的(1997年12月30日授予)题为“Pointing Device Utilizing a Photodetector Array”的第5,703,356号美国专利中描述了使用光学检测技术的指向装置的实例及其操作，所述专利的相关部分以引用的方式并入本文中。
使用光学输入装置与使用例如机械或光机输入装置的其它类型输入装置相比存在显著优点。举例来说，机械或光机输入装置具有较容易发生故障、磨损或堵塞的机械组件。光学输入装置减少(且在一些情况下消除)容易发生这些问题的许多机械零件。相反，光学输入装置经制造而具有不太容易发生此类故障、污染或磨损的固态组件。
光学位移检测系统使用短时间段内俘获的图像的差异来检测装置相对于表面的位移并得出装置相对于表面的移动。通常，在第一时间俘获表面的第一图像，且将其与第一图像之后不久俘获的第二图像进行比较。图像在短时间段内的变化对应于系统相对于表面的特征的位移。处理此位移信息以得出移动数据，例如与用户显示器关联的移动。举例来说，鼠标形式的光学指向装置俘获桌面的图像，且在跟踪球的情况下俘获球的图像，从而提供表面上特征的位移数据，所述位移数据经处理以得出光标在计算机屏幕中的移动。
常规的光学位移检测系统(或概括地说光学系统)包含常规照明子系统和常规光学传感器或检测子系统。常规照明子系统包含常规照明透镜和常规电磁能量源或光源。通常，所述光源是一种类型的发光二极管(LED)。一般来说，将所述光源附接到印刷电路板(PCB)并相对于照明透镜而定位，以将光通过光学鼠标底部上的开口引导到表面(例如，桌面)上的照明点上。
常规传感器子系统包含成像透镜和传感器。所述传感器通常包含图像俘获模块，例如一个或一个以上光传感器阵列。一些传感器还包含与图像俘获模块关联的控制器电路，例如，同一晶粒或装置封装中的数字电路形式的控制器电路。一般来说，控制器电路执行数字信号处理(DSP)以从所俘获图像中得出移动数据。传感器组合件通常也安装在PCB上并经定位使得成像透镜最佳地俘获从表面散射(或反射出)的电磁能(例如，光)。
传感器通过光学鼠标底部的开口接收来自成像区域的散射光。随后，传感器分析从表面扫描出或取得的图像以提供位移信息。成像区域与照明大体上重叠，以便有效地使用光来仅照明表面中已由传感器成像或扫描的区域。
如上所述，常规光学鼠标的固态结构允许较少的结构磨损和损伤(这增加了产品寿命)，同时也允许相对容易制造(这减少了生产成本)。然而，常规光学鼠标可能容易有外来元素通过光学鼠标底部的开口进入外壳中。外来元素的实例包含灰尘、液体和静电放电，所有这些外来元素均可破坏光学鼠标中的组件。这些外来元素又减小了光学鼠标的可靠性，例如，减小感光性或促使光学鼠标完全不能正常工作(例如，使固态组件短路)。
因此，需要一种具有连续或齐平底部(或基底)的光学鼠标，所述连续或齐平底部仍然提供从光学鼠标发光的特性，同时在最小程度上影响从表面散射回光学鼠标中的光的强度。
发明内容
本发明包含一种控制装置的外壳。所述外壳包含经配置以固定光学检测系统的封围腔。所述光学检测系统包含光源和传感器。所述外壳还包含封围腔的面。封围腔的面经配置以包含窗口，所述窗口允许来自光源的光散射(或反射)离开表面且还允许在传感器上接收所述散射光。在此配置中，外壳经构造以防止腔内的光学检测系统暴露于例如所述表面的外部元件。所述系统还可经配置以防止刮伤光通过其照射并散射回的区域。在一个实施例中，控制装置包括光学指向装置。所述光学指向装置包含光学检测系统和外壳。光学检测系统包含光源和传感器。所述外壳包含内腔和至少一个底面。
所述内腔经配置以直接或间接地(例如，通过固定耦合(或容置)光学检测系统的印刷电路板)固定光学检测系统。所述底面包含窗口，所述窗口经配置以允许来自光源的光散射离开表面且经配置以允许在传感器上接收所述散射光。外壳的底面经构造以防止光学检测系统暴露于如上所述的表面。
本发明实施例的优点包含将光学检测系统完全包围在控制装置的外壳内以限制或防止光学检测系统暴露于外部环境。这减少了将外来元素(例如，灰尘、液体、静电放电、外来光线等)引入光学检测系统中的机会，藉此消除可能减小系统可靠性或引起系统故障的因素。此外，限制或排除光学检测系统向外部环境暴露有益地提供一种在通常不适宜于常规控制装置的恶劣环境(例如高湿度或高环境微粒暴露环境)中具有功能性的控制装置。
本说明书中描述的特征和优点并不完全详尽，且明确地说，所属领域的一般技术人员根据附图、说明书和权利要求书将容易了解许多额外的特征和优点。此外，应注意，本说明书中使用的语言主要是出于可读性和指导目的而选择的，且可能不是被选择用于划定或限制发明主题。
附图说明
本发明具有其它优点和特征，通过结合附图考虑阅读本发明的以下具体实施方式和所附权利要求书将更容易了解所述其它优点和特征，附图中：
图1a和1b说明根据本发明的光学控制装置的实施例。
图2说明根据本发明的光学控制装置的下侧(或基底或底部表面)的实施例。
图3a和3b说明根据本发明的光学控制装置的下侧上的窗口的实施例。
图4a说明根据本发明具有第一窗口配置的光学检测系统的内部的实施例。
图4b说明根据本发明具有第二窗口配置的光学检测系统的内部的实施例。
图4c说明根据本发明具有基底凹陷的光学指向装置的连续基底。
图5a和5b说明根据本发明的窗口配置的示范性替代实施例。
图5c和5d说明根据本发明的窗口配置的额外示范性替代实施例。
图6说明根据本发明具有相干(例如，激光)光源的光学控制装置的替代实施例。
图7说明根据本发明具有相干(例如，激光)光源的光学控制装置的替代实施例的光路径。
图8a到8d说明根据用于根据本发明的光学控制装置中的窗口区域的各种配置的光学路径的替代实施例。
图9说明根据本发明的光学零差系统的一个实施例。
图10a到10c说明用于构造根据本发明的连续基底光学指向装置的光学系统组件配置的替代结构实施例。
具体实施方式
图和以下描述内容仅以说明方式涉及本发明的优选实施例，应注意，根据以下论述，将容易将本文揭示的结构和方法的替代实施例辨认为可在不脱离所主张的本发明的原理的情况下使用的可行的替代形式。
大体结构
本发明图1a和1b说明根据本发明的示范性光学控制装置110的实施例。明确地说，图1a和1b说明光学控制装置110的顶部表面115，用户通常将把他的手放置于所述顶部表面115上来控制所述装置。光学控制装置110经配置以通过有线或无线连接而与主机系统130(未图示)通信。
注意，为了便于论述和理解，本文的描述是相对于光学控制装置100(例如，光学鼠标)而提供的。然而，本文揭示的原理适用于光学控制装置的其它配置，例如光学跟踪球、远程控制、数字笔或指示器(presenter)装置(例如，
Cordless PresenterTM)。另外，主机系统130可以是任何包含与光学控制装置100互动的显示器的具有指令和命令处理功能的主机系统，例如，计算机系统、娱乐系统、游戏系统、机顶盒等。
图2说明根据本发明的光学控制装置100的基底215(或下侧或底部表面)的实施例。光学控制装置100的基底215包含任选支脚220a-c(概括为220)、任选操作(例如，开-关)按钮225、任选连接按钮230，和光学窗口(或窗口)250。
支脚220与基底215耦合(例如，胶粘或以其它方式附接)或可与基底215集成(例如，作为凸起部分)。支脚220相对于光学控制装置110可在上面移动的表面提供较小摩擦或无摩擦的接触元件，并允许基底215从表面稍微凸起。注意，所述表面可为任何表面，例如桌面、织物，或者手或腿。任选操作按钮225经配置以针对光学控制装置110的无线配置的内腔(或外壳)内的组件而接通或断开电源。连接按钮230和操作按钮225可配置为开关或作为按钮。此外，其可经配置以进一步密封基底215，例如，作为隔膜或固态按钮。
光学窗口250是来自一个或一个以上光源255的光离开光学控制装置110的外壳的腔到达表面上(例如，到达光照射区域或照明点上)所通过的区域。窗口250还用来允许光散射离开表面返回进入光学控制装置110的外壳的腔中，且更明确地说，通过一个或一个以上成像透镜260被俘获而到达一个或一个以上光传感器阵列(或者传感器或光传感器)上。
与常规光学控制装置不同，窗口250经配置使得光学控制装置110的基底215上不存在开口。相反，所述窗口可集成于基底215内。或者，窗口250可经配置以与基底中的开口耦合。当耦合时，窗口250与基底215紧密耦合，窗口250与基底可热熔合、胶粘、橡胶密封等。在任一配置中，窗口250区域经配置以将外壳的腔的内部与外部区域密封隔离。
图3a和3b说明根据本发明的光学控制装置(例如，110)的基底310、315的实施例。图3a中，基底310包含可从表面视图看到的窗口区域320。窗口区域320经配置以允许来自控制装置110的腔(或外壳的内部部分)内的相干或非相干光透射穿过以便散射(或反射)离开表面。在一个实施例中，透射的光是来自红外光源的红外光，因此窗口区域320变暗。在其它实施例中，透射的光是红色发光二极管或激光，因此窗口区域可为半透明或红色的。同样，窗口区域可经配置以适当地补偿所使用的光源。此外，窗口区域320经配置使得散射离开表面的光可如下文进一步描述被接收回到腔中。窗口区域320可由例如玻璃、塑料或其它聚合物的材料制成。
图3b中，窗口区域330从表面视图并不可见，因为其与光学控制装置110的基底315的第二实施例混合。在此实施例中，所述基底可由玻璃、塑料或其它聚合物形成，使得来自光学控制装置110的腔内的相干或非相干光可被发出到表面上。另外，窗口区域330经配置使得散射光可如下文进一步描述被接收回到腔中。
图4a说明根据本发明具有第一窗口配置的光学检测系统401的内部组件的实施例。光学检测系统401可经配置用于光学控制装置(例如，110)中，且将驻留在光学控制装置110的外壳(或腔)内。可用印刷电路板(未图示)来配置光学检测系统401，所述光学检测系统401同样在光学控制装置110的外壳内。
光学控制装置110的外壳的基底110经配置以紧挨表面405。在一个实施例中，基底110还包含窗口450。在此实施例中，窗口450可从基底的外部视图看见，(例如)类似于图3a说明的窗口320。
光学检测系统401包含光源组合件420、透镜系统(其可包含一个或一个以上光学透镜)425、和一个或一个以上传感器(例如，光传感器)430。光源组合件420可包含光源和任选的相应的机械组件，例如夹具或属性(例如，相对于其它制造的零件而制作的用于在光学指向装置内进行固定的配置)。所述光源可为非相干(例如，发光二极管(LED))或相干(例如，激光或VCSEL)光源。
透镜系统425包含照明透镜425a，其经配置以将来自光源的光收集并引导穿过光学控制装置110的基底410上的窗口450且到达表面450上。透镜系统425还包含成像透镜425b，其经配置以将来自光源的经反射或散射离开表面405并穿过窗口450的光成像到传感器430上。第10/826,424号美国专利申请案(题为“Multi-Light-Source IlluminationSystem for Optical Pointing Devices”)和第10/033,427号美国专利申请案(题为“Illumination Refractive System”)中提供了照明透镜和成像透镜的实例，所述专利申请案的内容以引用的方式并入本文中。
图4b说明根据本发明具有第二窗口配置的光学检测系统401的内部组件的替代实施例。在此实施例中，窗口460与光学控制装置110的外壳的基底415集成。注意，从基底415的表面的外部视图可能不容易看到所述窗口，例如，如图3b中的窗口区域330所说明。此外，在一个实施例中，窗口460可为这样的窗口区域：在此窗口区域中来自照明透镜425a的光离开腔到达表面405上，且在此窗口区域中从表面405散射的光被接收以便由成像透镜425b在传感器430上聚焦表面的图像。
在一个实施例中，图3a到4b中描述的窗口(或窗口区域)可具有0.5毫米(mm)到1.0mm的厚度。然而，窗口厚度也可基于传感器特性、各个组件距表面的距离和例如材料密度和光学性质的窗口特性而变化。例如Zemax的模拟程序提供用于输入此数据以确定适当的窗口厚度的工具。举例来说，光学模拟程序可经配置以调节沿着光轴的光学尺寸以考虑窗口效果，以增加桌面与透镜之间的距离或者定位或调节光源。或者，如果已知窗口厚度，那么可更改其它参数，例如传感器和/或光源相对于表面的距离。
图4c说明根据本发明具有基底凹陷(或凹进区域)455的光学指向装置的连续基底(例如，单片式构造基底)的实施例。明确地说，所述基底凹陷是基底本身的一部分且为从内部(例如，从光源)发出的光或为进入腔(例如，用于传感器430)的光提供窗口。在此实施例中，连续基底包括(例如)由单一注入(或注入模制零件)构造的单片式结构。基底凹陷可配置为细微的或可配置为较明显。在任一情况下，窗口区域在表面上方凸起以保持所述区域相对免受刮伤且清洁。
此外，在一个实施例中，成像透镜下方的壳体的一部分在成像透镜下方为透明的且视觉上为平坦的(例如，3毫米直径)。在替代实施例中，连续基底的基底凹陷也可经配置以添加内部纹理和/或结构，其提供使照明光束(所发的光)均质化的光学功能。
图5a和5b说明根据本发明的窗口配置的示范性替代实施例。在两个实施例中，光学检测系统501均包含如上所述的光源组合件420和传感器430；然而，透镜系统现被整体(如图所示)或部分(未图示；例如，将仅存在照明透镜425a或成像透镜425b)去除。当集成到装置(例如，光学控制装置110)中时，第一实施例包含含有集成透镜的窗口550。
集成透镜包括凸状区域或凸状体，且经配置以提供照明透镜和成像透镜的功能性。如果仅存在所述透镜中的一者(即，照明或成像)，那么集成透镜可经配置以提供不存在的透镜的功能性。举例来说，在一些实施例中，平凸透镜(代替窗口)可改进透镜的性能，而不止是作为替代。此外，在模制到壳体底部中的透镜内可能包含透镜的所有功能(照明和成像)。在一些实施例中，为了以＜10毫米(mm)光学路径在传感器上获得聚焦图像，可能需要两个弯曲表面。除了成像和照明透镜(其可为元件425的一部分)外，还可向窗口添加额外的光学功能。举例来说，可能存在包含作为窗口的一部分的完全光学功能、分布在元件425与550之间的成像/照明的光学功能和作为两个元件425和550的一部分的成像和照明功能的组合。
在图5b所说明的第二实施例中，窗口或窗口区域560还包含集成透镜，其也可以是经配置以代替照明透镜或成像透镜中的一者或两者的凸状区域或凸状体。如同其中窗口与基底集成的其它实施例，此实施例中基底515的外部视图将不一定清楚地展示与窗口区域560集成的透镜。
注意，窗口的第一实施例550与窗口的第二实施例560两者中的集成透镜可包含一个以上透镜。这些实施例适当地定位一个或一个以上透镜以允许照明效果从光源420通过透镜和窗口并到达表面上，且定位一个或一个以上透镜以允许经反射(或散射)的光通过窗口和透镜返回并成像到传感器430上。再次，可使用先前描述的参数和集成透镜参数(例如，曲率半径、材料、材料和放大倍率)，借助常规的优化程序(例如，来自(Bellevue，WA)ZEMAX Development Corporation的
)来配置光源420、传感器430和透镜彼此间的适当定位。
本发明实施例提供许多益处和优点。举例来说，封围光学控制装置外壳的底部部分(或表面暴露部分)可减少或防止将来自表面的外来元素(例如，灰尘或液体)引入到外壳本身中。这会保护敏感性固态组件(例如，光学位移系统)，这样会增加产品寿命并维持产品完整性。另外，此配置会减少或消除对光学控制装置内的电子组件的静电放电效应。这进而减少了产品故障的机率，允许增加产品寿命并维持产品完整性。
图5c说明根据本发明的窗口配置的额外示范性替代实施例。在此实施例中，窗口区域包含凹状区域或凹状体570，其可经配置以代替照明透镜或成像透镜中的一者或两者。图5c说明根据本发明的窗口配置的额外示范性替代实施例。在此实施例中，窗口区域包含双凹区域或双凹体580，其可经配置以代替照明透镜或成像透镜中的一者或两者。
增强和/或替代激光结构
图6到8d说明根据本发明与相干光源一起使用的光学控制装置的替代结构。相干光源包含(例如)激光或VCSEL(垂直腔表面发射激光)等。
图6说明根据本发明具有相干(例如，激光)光源605的光学控制装置的替代实施例。此实施例包含传感器610、透镜615、窗口620和基底625。窗口620经配置以部分地置于基底625上，但或者其可配合在基底625的开口内。在任一配置中，窗口620被抬高而不出现，使得其可避免与刚性表面630直接接触。在一个实施例中，此配置包含置于壳体底部上位于透镜615与光束收集器(BC)或基底625之间的TTV Luxacryl-IR片(例如，0.5毫米(“mm”)厚，但可使用其它厚度，例如0.1mm到10mm厚)。在此实施例中，窗口免于灰尘、刮伤和指纹。所述系统也可被抬高离开表面630(例如)0.5mm。
此配置有利地在表面上良好地进行跟踪并允许进行激光功率调节以考虑到可能的窗口损失。此外，可对光学元件进行精细调谐以改进性能。此外，所述窗口配置允许其在常规使用时保持清洁(例如，限于窗口上无灰尘、刮伤或指纹)，因为其略微凹进。
图7说明根据本发明具有相干(例如，激光)光源710的光学控制装置的替代实施例的光路径。在此实施例中，来自光源710的光通过照明透镜715和窗口720，窗口720将光“引导”到表面725上。可以从0度(径直向下)到几乎90度的任何角度来引导光，这取决于所期望的效果(包含强度、功率等)。散射(或反射)离开表面725的光通过一个或一个以上额外透镜(例如，成像透镜735)而返回并到达传感器740上。传感器前方可能存在孔径745，其可限制或进一步加强传感器上的光。
在一些实施例中，在光学路径中添加窗口可产生杂散光。此外，在窗口具有刮伤或指纹的情况下，杂散光影响较大。图8a到8d说明根据用于根据本发明的光学控制装置中的窗口区域的各种配置的光学路径的示范性替代实施例。图解展示解决杂散光的替代方式。为了便于理解和解释，所示配置不说明照明和成像透镜，但将如先前所述来配置这些透镜。
图8a说明使用较小的传感器孔径820a，使得在来自光源的光反射离开表面810之后杂散射线812a-d(概括为812)(图中展示为细线或点线)被阻隔于传感器之外。图8b说明增加从激光(例如，VCSEL)到传感器815b的距离。此实例修改入射角，这进而阻隔了杂散射线。图8c说明并入挡板结构830。挡板结构830可配置在窗口上或传感器上。挡板结构830由将阻隔杂散射线的材料构成，所述材料例如为非半透明或不能透光的材料。图8d说明一种配置，其中光照射通过的且光朝向传感器815d返回时通过的窗口825d相对于光学指向装置的壳体底部被上移。在此实施例中，所述窗口将处于凹进中，或底部壳体将具有不同形式，使得离开窗口的杂散射线被阻隔且不会通过传感器的孔径。
在又一实施例中，可用抗反射涂层对窗口进行处理，所述抗反射涂层使杂散射线的影响最小或消除杂散射线的影响。抗反射涂层实施例也可与图8a到8d说明的实施例结合使用。
在基于相干光(或激光)的系统的一些实施例中，可能存在照明点移位，使得光学路径中以额定设计(nominal design，即，设计没有变化)添加的窗口可能在表面上引起点移位。在这类实施例中，传感器不再对视着完全照明的表面。为了解决这一问题，可配置实施例以升高光学模块(例如，透镜和光源)以便补偿此点移位。或者，可能存在重新设计以考虑照明问题，或可能包含使用窗口作为楔(例如，楔状配置或结构)来将照明点移回额定位置。
在图像不聚焦在适当位置的实施例中，系统的焦距可能已存在变化，且因为成像透镜倾斜，所以焦点可能偏离中心。在这类实施例中，可在系统内升高光学模块(例如，透镜和光源)以便补偿此点移位，可重新设计成像透镜以解决偏离中心问题，或可将窗口用作透镜来校正此偏离中心问题。
激光结构的零差系统
相干光(例如，激光或VCSEL)光学指向装置的替代实施例包含零差系统，其通过使用杂散光与(由于散射离开表面而产生的)“到达传感器上的正常光”叠加来利用杂散光。在另一替代实施例中，系统使用窗口来提供镜面和光束分离器两种功能性。
关于零差系统，许多常规的基于LED的技术所存在的问题是，在例如马尼拉折叠夹、白纸或其它几乎刷白的表面的表面上观察到较低对比度。在这类情况下，传感器上所得的低质量图像分辨率导致对光学指向装置的位移的不准确跟踪和测量。
在本发明实施例中，使用激光(例如，VCSEL)光源来照明表面(包含例如马尼拉折叠夹和白纸的表面)，而所述表面进而将在传感器上产生斑点图案，即图像平面中强度的随机变化。使用根据本发明的适当光学元件，斑点大小可类似于像素大小(例如，60μm)，且因此传感器观察到的对比度可能非常高(接近100％)。
在一个实施例中，适当光学系统(包含光学元件)使用如下描述的光学零差。为了具有足够的斑点大小，与常规成像系统相比减小了透镜孔径。因此，透镜收集到的光强度可能非常低(例如，至少低50倍以具有60μm的斑点大小)。为了帮助解决这一问题，可将产生的斑点图案与相对较高功率的参考波混合。斑点图案与平滑参考波之间的干涉将产生对比度质量足够高但平均强度增加的新的斑点图案。换句话说，斑点图案由于与参考波的干涉而被部分地“增强”。
举例来说，图9说明根据本发明的光学零差系统910的一个实施例。所述图说明光束分离器原理的一个实施例。直接朝向传感器920引导来自激光(例如，VCSEL 915)的相干光的小部分(例如，1μW)，同时使用另一高功率部分(例如，1mW)来照明表面925。使用适当的透镜孔径930在传感器920前方产生斑点图案，斑点大小等于像素大小。借助光束分离器935a、935b(概括为935)将斑点图案与直接来自VCSEL 915的光组合。在将所述相干光的小部分反射离开所述反射表面940之后，两个波的相干叠加将产生新的斑点图案。平均强度由下式给定：
I＝I1+I2，
其中，I1和I2是斑点图案与参考波的平均强度。参考波强度通常比斑点图案高得多。因此，平均强度由I2给定。对比度将由下式给定：
C＝2*sqrt(I1*I2)/(I1+I2)
其中，分子2*sqrt(I1*I2)由I1与I2之间的干涉产生。假定I2＝10*I1，将发现仍具有约60％的对比度，其比当前用掠入LED(grazing LED)照明观察到的对比度高得多。
图10a到10c说明用于构造根据本发明的连续基底光学指向装置的光学系统组件配置的替代结构实施例。使用常规组件(未图示)在光学指向装置内配置所说明的结构。所说明的实施例的实例包含添加光学功能以将系统保持在当前高度，将微结构添加或集成到窗口中，或制定透镜(例如，照明和/或成像透镜)的设计以实现如上文所述的期望的光学特性。在第一实施例中，系统1005包含光源1010(例如，VCSEL)、照明透镜1015、窗口1020、成像透镜1025和传感器1030。在此配置中，照明透镜1015可配置有可用于引导来自光源1010的光的凸状表面。另外，窗口1020经配置以允许光通过第一角度1020c到达表面1040。反射的光通过窗口1020的另一角度1020b返回并到达成像透镜1025和传感器1030上。在所说明的实施例中，有益地添加光学功能以便相对于透镜组合件1050(照明透镜1015和成像透镜1025)和表面1040而保持将系统构造在当前高度。注意，窗口1020可与基底1035齐平或相对于基底1035略微凹进。此外，窗口1020可相对于基底1035(例如，连续基底)是单片式(例如，注入式)构造的一部分。
图10b说明系统的第二实施例1006，其包含类似于系统的第一实施例1005的组件，但改为使用具有微结构的窗口1021。此配置以同样允许保持透镜组合件1050与表面1040之间的当前高度的方式起作用。图10c说明的系统1007包含与另两个系统1005、1006相似的组件，但在此实施例中，窗口1022不具有任何特定配置(即，其为平坦的)，且照明透镜1016将经设计使得凸状设计可视所使用的透镜材料而定而具有较大或较小的曲率，以便将来自光源1010的光适当地定型为在表面1040的方向上通过窗口1022。成像透镜1026将设计成适当地将光从表面1040引导到传感器1030上。
在阅读本揭示案的基础上，所属领域的技术人员依据本发明揭示的原理将了解具有齐平底部或密封底部表面的光学控制装置配置的更多额外替代结构和功能设计。因此，虽然已说明并描述本发明的特定实施例和应用，但应了解，本发明不限于本文揭示的精确构造和组件，且可在不脱离如所附权利要求书中界定的本发明精神和范围的情况下，对本文揭示的本发明方法和设备的配置、操作和细节作出所属领域的技术人员将了解的各种修改、改变和变更。
Claims (24)
1.一种经配置以用于一表面上的控制装置，所述控制装置检测相对于所述表面的光学位移，所述控制装置包括：
一外壳；
一光源，其定位在所述外壳内，用于照明一表面；
一传感器，其定位在所述外壳内，以接收散射离开所述表面的光；
所述外壳的一底部，其具有一窗口，所述窗口经配置以允许来自所述光源的光被引导到所述表面上，并允许在所述传感器上接收所述散射的光，其中所述窗口被抬离所述表面，以便防止与所述表面直接接触。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述窗口相对于所述底部的其余部分是凹进的。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述底部用支架抬起。
4.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述窗口将所述光引导到所述表面上。
5.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述窗口将所述散射的光的至少一部分引导到所述传感器上。
6.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述窗口是平凹的。
7.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述窗口是平凸的。
8.根据权利要求1所述的控制装置，其进一步包括：
成像透镜，其定位在所述窗口与所述传感器之间；所述成像透镜经配置以将所述散射的光的至少一部分聚焦到所述传感器上。
9.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述传感器是复数个传感器中的一者。
10.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述窗口是透明的，且所述底部的其余部分是不透明的。
11.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述底部进一步包括：
一第一表面，其具有一开口；和
一第二表面，其包括所述窗口，所述第二表面的一周界与所述第一表面的所述开口的一周界耦合。
12.根据权利要求11所述的控制装置，其中所述第二表面包括一非透明的表面。
13.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述光源包括由一相干光源和一非相干光源组成的一群组中的一者。
14.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述控制装置包括一光学鼠标。
15.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述控制装置包括一远程控制。
16.一种用于在用于一表面上的一光学装置内封围一腔的方法，所述方法包括：
提供一光源，用于照明所述表面；
提供一传感器，用于接收散射离开所述表面的光；
封围一腔，所述腔含有所述光源和传感器，并具有一窗口，所述窗口允许来自所述光源的所述光和从所述表面散射的所述光从其穿过；和
防止由所述窗口产生的杂散射线到达所述传感器。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述防止杂散射线的步骤包括：
包含一挡板，以阻隔所述杂散射线。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述防止杂散射线的步骤包括：
减小放置在所述散射的射线与所述传感器之间的一孔径的大小。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述防止杂散射线的步骤包括：
增加所述光源与所述传感器之间的一距离。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述防止杂散射线的步骤包括：
增加所述窗口与所述表面之间的一距离。
21.一种经配置以用于一表面上的控制装置，所述控制装置检测相对于所述表面的光学位移，所述控制装置包括：
一外壳；
一光源，其定位在所述外壳内，用于用一照明光束照明一表面；
一传感器，其定位在所述外壳内，以在所述照明光束散射离开所述表面后，接收所述照明光束的一部分；
所述外壳的一底部，所述底部具有一经配置以允许来自所述光源的光被引导到所述表面上，且允许在所述传感器上接收所述散射的光的窗口，其中所述窗口具有有效光学特性。
22.根据权利要求21所述的控制装置，其中所述有效光学特性包括将所述照明光束均质化。
23.根据权利要求21所述的控制装置，其中所述有效光学特性包括将所述照明光束重新定向。
24.根据权利要求21所述的控制装置，其中所述有效光学特性包括将所述散射的光的至少一部分引导到所述传感器上。
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