CN107850528B - 用于多参数检测的激光传感器 - Google Patents

用于多参数检测的激光传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN107850528B
CN107850528B CN201680044652.2A CN201680044652A CN107850528B CN 107850528 B CN107850528 B CN 107850528B CN 201680044652 A CN201680044652 A CN 201680044652A CN 107850528 B CN107850528 B CN 107850528B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
sensor module
mode
laser light
laser sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201680044652.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107850528A (zh
Inventor
J·H·M·斯普鲁伊特
A·M·范德莱
G·科艾曼
O·奥维尔特杰斯
J·W·黑尔米格
A·J·M·J·拉斯
P·T·于特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongkuai Photonics Co Ltd
Original Assignee
Tongkuai Optoelectronic Device Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongkuai Optoelectronic Device Co ltd filed Critical Tongkuai Optoelectronic Device Co ltd
Publication of CN107850528A publication Critical patent/CN107850528A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107850528B publication Critical patent/CN107850528B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1434—Optical arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02092—Self-mixing interferometers, i.e. feedback of light from object into laser cavity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/87—Combinations of systems using electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/95—Lidar systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/4802—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G01S7/4812—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver transmitted and received beams following a coaxial path
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G01S7/4916—Receivers using self-mixing in the laser cavity
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0421—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by interrupting or reflecting a light beam, e.g. optical touch-screen
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/075—Investigating concentration of particle suspensions by optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N2015/1027—Determining speed or velocity of a particle
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1434—Optical arrangements
    • G01N2015/1438—Using two lasers in succession
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1434—Optical arrangements
    • G01N2015/1452—Adjustment of focus; Alignment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1434—Optical arrangements
    • G01N2015/1454—Optical arrangements using phase shift or interference, e.g. for improving contrast
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N2015/1493—Particle size
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明描述了一种激光传感器模块(100)，其适于通过将激光束聚焦到不同的位置，借助于自混合干涉来检测或确定至少两个不同的物理参数。这样的激光传感器模块(100)可以用作例如移动设备(250)中的集成传感器模块。所述激光传感器模块(100)可以用作输入设备，并且额外地用作用于检测移动通信设备(250)的环境中的物理参数的传感器。所述移动通信设备(250)的所述环境中的一个物理参数例如可以是空气中的颗粒浓度(空气污染、烟雾……)。本发明还描述了相关的方法和计算机程序产品。

Description

用于多参数检测的激光传感器
技术领域
本发明涉及使用自混合干涉来检测不同的物理参数的激光传感器或激光传感器模块、包括这种激光传感器或激光传感器模块的用户接口、包括这种用户接口的移动通信设备、检测不同的物理参数的相关方法，以及对应的计算机程序产品。
背景技术
CN103868835(A)公开了一种用于由智能手机监测PM2.5的系统。所述系统被提供有小型智能空气采样头。所述智能空气采样头能够通过人的嘴执行吸气采样，也能够通过采样气泵执行采样。所述智能空气采样头和所述智能手机能够彼此通信。所述智能空气采样头在所述智能手机的引导下通过激光散射方法测量空气中的灰尘的数量和颗粒尺寸。所述系统复杂且昂贵。
US 2013/0120759A1公开了一种用于测量距离的装置。自混合干涉(SMI)单元生成SMI信号，其中，所述SMI单元包括发射用于指向物体的第一激光束的激光器，并且其中，所述SMI信号取决于所述第一激光束与被所述物体反射的第二激光束的干涉。峰值宽度确定单元确定所述SMI信号的峰值宽度，并且距离确定单元根据所述SMI信号的所确定的峰值宽度来确定所述物体与所述SMI单元之间的距离。
US 2015/0077735A1公开了一种用于确定风速的设备，所述设备包括至少两个激光源，所述至少两个激光源在共面的不同方向上发射光束，并且使得每个发射方向对应于垂直发射方向。每个激光源与以下部件相关联：用于聚焦所发射的光束的聚焦光学器件、用于接收在由对应的发射光束的空气中存在的颗粒进行反射之后获得的反射光束的激光二极管、用于发送发射光束与反射光束之间发生的干涉信号的光电二极管、用于处理所获得的干涉信号的处理器，以及所述反射光束被再次注入其中以便获得与所述发射光束的干涉的光腔。
US 2013/0215411A1公开了一种激光多普勒测速仪，其使用来自流动表面下方的散射体的背反射的自混合放大。
WO 2014/167175A1公开了一种测速仪，所述测速仪包括：激光源，其包括用于产生连续波激光束的激光腔；光检测器；以及用于将激光束的第一部分引导到测速仪外部的移动目标以用于产生来自目标的散射光的器件，所述散射光呈现对应于所述移动目标的速度的多普勒移位。此外，所述测速仪包括用于将散射光引导回所述激光腔以用于通过所述激光源中的扰动来提供所述激光束的频率调制的器件，以及用于将所述激光束的第二部分引导到所述光检测器的器件。还提供了适于在引导到所述光检测器之前解调所述频率调制的激光束的光学边缘滤波器，并且其中，所述激光源适于产生与光学边缘滤波器的边缘的波长相对应的波长的激光。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的激光传感器模块。
根据第一方面，提供了一种激光传感器模块。所述激光传感器模块包括至少一个第一激光器、至少一个第一检测器、至少一个电驱动器以及至少一个第一光学设备。所述第一激光器适于对由所述至少一个电驱动器提供的信号做出反应而发射第一激光。所述第一光学设备适于将所述第一激光聚焦到聚焦区域。所述激光传感器模块适于控制所述激光传感器模块与所述聚焦区域之间的距离，使得至少存在所述激光传感器模块的第一模式和第二模式。所述激光传感器模块因此被布置为使得至少存在两个不同的聚焦区域。在所述第一模式中，所述聚焦区域处于第一距离处，并且在所述第二模式中，所述聚焦区域处于不同于所述第一距离的第二距离处。所述至少一个第一检测器适于检测所述第一激光器的第一激光腔内的光波的第一自混合干涉信号。所述第一自混合干涉信号是由重新进入所述第一激光腔的第一反射激光引起的。所述第一反射激光是在所述第一模式中被接收的。所述第一自混合干涉信号用于确定第一物理参数。所述激光传感器模块(特别是所述至少一个第一传感器)适于检测第二自混合干涉信号，其中，所述第二自混合干涉信号是由第二反射激光引起的。所述第二自混合干涉信号是在所述第二模式中被确定的。所述第二自混合干涉信号用于确定与所述第一物理参数不同的第二物理参数。
所述第一激光器可以优选地适于发射具有在光谱的红外范围内的750nm以上的波长的激光，最优选地适于发射具有780nm与1300nm之间的波长光谱的激光。
所述第一激光器可以是作为侧发射器的半导体激光器或垂直腔面发射激光器(VCSEL)。
可以确定或检测所述第一激光器的所述第一激光腔内的所述第二自混合干涉信号。备选地，至少可以存在具有所述第二激光腔的第二激光器，可以确定所述第二激光腔中的所述第二自混合干涉信号。所述第一检测器可以被集成在所述第一激光器中。所述第一检测器例如可以是包括所述第一激光器的层结构的光电二极管。备选地，所述第一检测器可以是外部检测器，所述外部检测器可以适于例如确定至少所述第一激光腔的阻抗以至少确定所述第一自混合干涉信号。所述第一检测器可以是接收来自所述第一激光器的激光的外部光电二极管，其中，所述激光包括关于所述第一自混合干涉信号的信息。所述激光可以例如由于所述第一激光腔中的干涉而被调制。
所述第一物理参数与用于手势控制的物体的移动有关。所述第二物理参数与颗粒的检测有关。所述第一物理参数可以例如包括所述物体相对于所述激光传感器模块的距离和/或速度。一个或多个颗粒的检测包括流体(例如，空气)中的颗粒密度、颗粒尺寸和任选的颗粒速度。例如，颗粒的速度可以用于确定风速。颗粒尺寸和/或颗粒密度的检测可以用于事件识别(在具有脏烟雾的卡车后面，或烹饪，或真空清洁等)。对于颗粒计数器，所述第一激光可以被聚焦到一个点以增大针对小颗粒的自混合信号，测量体积小并且可移动反射镜(例如，MEMS反射镜)可以用于扫描光斑并获得增大的测量体积。可以使用近准直(quasi-collimated)的第一激光束来进行手势控制。聚焦区域中的一个可能近似无穷大(基本上平行的光束)。
所述激光传感器模块可以包括操纵单元。所述操纵单元可以适于改变所述第一激光的特性，使得所述第一模式和所述第二模式被启用。
所述激光传感器模块可以包括控制器。所述控制器可以适于提供用于控制所述操纵单元而使得所述第一激光在所述第一模式中被聚焦在第一聚焦区域中并且使得所述第一激光在所述第二模式中被聚焦在第二聚焦区域中的控制信号。所述控制器可以是所述操纵单元的集成部分或者是单独的实体。
所述激光传感器模块还可以至少包括第二激光器，其中，所述第二激光器可以适于对由所述至少一个电驱动器提供的信号做出反应而发射第二激光。所述第一激光器与所述第一光学设备之间的第一光学距离可以不同于所述第二激光器与所述第一光学设备之间的第二光学距离。所述操纵单元可以适于在所述第一模式中借助于所述第一光学设备将所述第一激光成像到第一聚焦区域。所述操纵单元可以适于在所述第二模式中借助于所述第一光学设备将所述第二激光聚焦到不同于所述第一聚焦区域的第二聚焦区域。
所述操作单元可以是有源设备或无源设备。所述操纵单元例如可以包括适于将第一激光和第二激光重新定向到所述第一光学设备的一个或多个反射镜。所述操纵单元可以备选地包括半透明反射镜，使得所述第一激光和所述第二激光可以同时到达所述第一光学设备。在备选方法中，所述操纵单元可以包括偏振分束器。所述第一激光和所述第二激光可以是偏振激光。所述激光传感器模块可以包括控制电路，所述控制电路可以适于以交替顺序切换所述第一激光器和所述第二激光器，以在不同的时刻处提供所述第一模式和所述第二模式。
所述第一光学设备可以包括所述操纵单元。所述操纵单元可以适于至少提供所述第一光学设备的第一焦距以及所述第一光学设备的不同于所述第一焦距的第二焦距。所述控制器可以适于提供用于控制所述操纵单元而使得所述第一光学设备在所述第一模式中提供所述第一焦距并且在所述第二模式中提供所述第二焦距的控制信号。与所述第一光学设备结合的所述操纵单元可以包括具有可调整的焦点的透镜，所述透镜借助于所述控制器进行控制。所述具有可调整的焦点的透镜可以例如基于电润湿或液晶。与所述第一光学设备结合的所述操纵单元可以备选地包括透镜布置。所述透镜布置的不同矛杆之间的距离可以借助于所述控制器来控制，以便将所述第一激光聚焦到不同的聚焦区域。所述操纵单元、所述控制器或所述电驱动器的功能可以由单独的单元或集成的单元来提供。
所述操纵单元可以适于改变所述第一激光器与所述第一光学设备之间的光学距离。所述操纵单元可以特别适于改变所述第一激光器与所述第一光学设备之间的距离。所述操纵单元例如可以包括使所述第一激光器和/或所述第一光学设备相对于彼此移位的设备。
所述操纵单元可以备选地或额外地包括第二光学设备。所述第二光学设备可以适于改变所述第一激光器与所述第一光学设备之间的光学距离。所述第二光学设备可以包括例如一个或多个反射镜，其中，所述反射镜中的至少一个适于改变所述第一激光器与所述第一光学元件之间的所述第一激光的路径。
所述第一光学设备可以备选地或额外地包括用于启用所述第一模式和所述第二模式的至少一个双折射元件。所述第一光学设备可以是一个光学单元或者包括两个或更多个光学单元。所述双折射元件可以包括LiNbO3(铌酸锂)。所述双折射元件可以包括非周期性相位结构或周期性衍射结构。
例如，可以在双折射材料中提供非周期性相位结构，使得对于1个偏振方向，由于仅仅制作2π个相位步长，因此该效应可以忽略，并且对于另一个偏振方向，添加额外的透镜能力，使得具有这种偏振的激光被不同地聚焦。所述激光传感器模块可以适于发射具有第一偏振和第二偏振的激光。所述第二偏振不同于所述第一偏振。所述第二偏振优选正交于所述第一偏振。
所述激光传感器模块还可以包括控制器。所述第一激光器可以适于发射具有第一偏振的所述第一激光以及具有不同于所述第一偏振的第二偏振的所述第一激光。所述控制器可以适于提供用于控制所述第一激光器而使得所述第一激光器在所述第一模式中发射具有所述第一偏振的所述第一激光并在所述第二模式中发射具有所述第二偏振的所述第一激光的控制信号。所述双折射元件可以适于将具有所述第一偏振的所述第一激光聚焦到第一聚焦区域。所述双折射元件还可以适于将具有所述第二偏振的所述第一激光聚焦到不同于所述第一聚焦区域的第二聚焦区域。
所述控制器例如可以以交替顺序在所述第一偏振与所述第二偏振之间周期性切换。在备选方法中，所述控制器可以在接收到相应的额外的控制信号时在所述第一偏振与所述第二偏振之间切换。所述第一激光器可以包括可切换偏振设备以便提供所述第一偏振和所述第二偏振。所述第一激光器可以例如是VCSEL，其中，可以将横向电压施加到VCSEL的台面。所述第一激光器可以备选地包括可以借助于由所述控制器提供的所述控制信号来控制的可切换偏振旋转器。所述可切换偏振旋转器可以例如是作为液晶单元的电光学元件。
所述激光传感器模块还可以包括至少一个第二激光器。所述第二激光器可以适于对由所述至少一个电驱动器提供的信号做出反应而经由所述第一光学设备发射第二激光。所述第一激光可以包括第一偏振，并且所述第二激光可以包括不同于所述第一偏振的第二偏振。所述双折射元件适于在所述第一模式中将所述第一激光聚焦到第一聚焦区域。所述双折射元件适于在所述第二模式中将所述第二激光聚焦到与所述第一聚焦区域不同的第二聚焦区域。
在这种情况下，所述第一自混合干涉信号独立于存在于所述第二激光器的所述第二激光腔中的所述第二自混合干涉信号。因此可以同时或以交替顺序或根据对应的触发信号来确定所述第一自混合干涉信号和所述第二自混合干涉信号。
所述第一光学设备可以备选地或额外地适于将所述第一激光的第一部分聚焦到第一聚焦区域并将所述第一激光的第二部分聚焦到第二聚焦区域。所述第一光学设备可以例如包括分段透镜。所述分段透镜的第一段可以将所述第一激光聚焦到所述第一距离。所述分段透镜的第二段可以将所述第一激光聚焦到所述第二距离。
所述第一激光器可以适于在所述第一模式中发射具有第一发射图案的所述第一激光。所述第一激光器还可以适于在所述第二模式中发射具有第二发射图案的所述第一激光。因此，所述第一激光器可以适于借助于所述第一发射图案和所述第二发射图案照射所述第一光学设备的不同部分。此外，可以存在额外的光学设备，例如，可以用于照射所述第一光学设备的不同部分的一个或多个可调整的反射镜。
例如，所述第一激光器可以是能够优选发射居中模式(如高斯)或圆环模式的VCSEL。已知VCSEL的激光腔内的优选模式随着电流而改变。在较低的电流下，所述居中模式可以更加显著，而在较高的电流下，圆环模式可以更加显著。这意味着针对第一模式和第二模式的VCSEL，能够使用两个不同的操作点。例如，VCSEL可以包括多个氧化物孔隙或表面起伏以分离两种操作模式并稳定明确定义的操作模式。备选地或额外地，能够使用这样的事实：VCSEL的发射图案在较高的电流下变得更宽(由于更强的热透镜)。因此，在具有较高电流的操作点处，可以使用更多的分段透镜的外部区域。所述电驱动器可以适于供应不同的电流。
所述激光传感器模块还可以至少包括第二激光器。所述第二激光器可适于对由所述至少一个电驱动器提供的信号做出反应而经由所述第一光学设备发射第二激光，其中，所述第一激光包括第一波长，并且所述第二激光包括不同于所述第一波长的第二波长。所述第一光学设备可以适于在所述第一模式中将所述第一激光聚焦到第一聚焦区域。所述第一光学设备还可以适于在所述第二模式中将所述第二激光聚焦到不同于所述第一聚焦区域的第二聚焦区域。
所述第一光学设备可以例如包括波长选择性非周期性结构或衍射结构。
在备选方法中，所述第一激光器可以适于发射不同波长的光。所述第一激光器可以适于借助于对应的控制信号在所述第一波长与所述第二波长之间切换，以便启用所述第一模式和所述第二模式。
一种人机接口设备可以包括根据上述任何实施例的至少一个激光传感器模块。所述激光传感器模块的所述第一模式可以适于启用由所述人机接口设备提供的输入特征的至少部分。
所述激光传感器模块可以例如被集成在触摸屏或其他输入设备中。所述第一模式可以用于支持对例如跨所述触摸屏的至少部分移动的手指的检测。所述第一模式可以备选地或额外地用于在所述激光传感器模块与例如用户的手之间的限定距离内的手势控制。例如，所述激光传感器模块的所述第二模式可以用于检测空气中的空气污染或更普通的颗粒。
一种移动通信设备可以包括至少一个激光传感器模块或者包括包含至少一个激光传感器模块的至少一个人机接口设备。
根据另外的方面，提出了一种检测至少两个物理参数的方法。所述方法包括以下步骤：
-借助于第一激光器发射第一激光，
-将所述第一激光聚焦到聚焦区域，
-控制所述激光传感器模块与所述聚焦区域之间的距离，使得至少存在第一模式和第二模式，其中，在所述第一模式中，所述聚焦区域处于第一距离处，并且在所述第二模式中，所述聚焦区域处于不同于所述第一距离的第二距离处，
接收所述第一激光器的第一激光腔中的第一反射激光，
-确定所述第一激光器的所述第一激光腔内的光波的第一自混合干涉信号，其中，所述第一自混合干涉信号是由重新进入所述第一激光腔的第一反射的第一激光引起的，所述第一反射激光是在所述第一模式中在所述第一激光腔中被接收的，
-使用所述第一自混合干涉信号来确定第一物理参数，
-在所述第二模式中确定第二自混合干涉信号，其中，所述第二自混合干涉信号是由所述第二反射激光引起的，
-使用所述第二自混合干涉信号来确定与所述第一物理参数不同的第二物理参数。
不一定以上述顺序执行所述方法的步骤。
根据另外的方面，提出了一种包括代码模块的计算机程序产品。所述代码模块能够被保存在根据权利要求1至11中的任一项所述的激光传感器模块的至少一个存储器设备上或者被存储在包括所述激光传感器模块的设备的至少一个存储器设备上。所述代码模块被布置为使得根据权利要求14所述的方法能够借助于根据权利要求1至11中的任一项所述的激光传感器模块的至少一个处理设备或借助于包括所述激光传感器模块的所述设备的至少一个处理设备来运行。所述存储器设备或所述处理设备可以包括所述激光传感器模块(电驱动器、控制器等)和/或包括所述激光传感器模块的所述设备。包括所述激光传感器模块的所述设备的第一存储器设备和/或第一处理设备可以与所述激光传感器模块所包括的第二存储器设备和/或第二处理设备进行交互。包括所述激光传感器模块的所述设备可以是人机接口设备或移动通信设备。
应当理解，根据权利要求1至11中的任一项所述的激光传感器模块以及根据权利要求14所述的方法具有相似和/或相同的实施例，特别是如从属权利要求中所限定的。
应当理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求与各自的独立权利要求的任意组合。
下面定义了另外的有利的实施例。
附图说明
参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其它方面将变得明显并且得到阐明。
现在将参考附图基于实施例以举例的方式描述本发明。
在附图中：
图1示出了第一激光传感器模块的原理略图；
图2示出了第二激光传感器模块的原理略图；
图3示出了第三激光传感器模块的原理略图；
图4示出了第四激光传感器模块的原理略图；
图5示出了第五激光传感器模块的原理略图；
图6示出了第六激光传感器模块的原理略图；
图7示出了第七激光传感器模块的原理略图；
图8示出了第八激光传感器模块的原理略图；
图9示出了第九激光传感器模块的原理略图；
图10示出了包括激光传感器模块的移动通信设备；
图11示出了检测至少两个物理参数的方法的原理略图。
在附图中，相似的附图标记始终指相似的物体。附图中的物体不一定按比例绘制。
附图标记列表：
100 激光传感器模块
110 第一激光器
111 第二激光器
120 检测器
130 电驱动器
140 控制器
150 第一光学设备
152 双折射元件
155 第一聚焦区域
156 第二聚焦区域
160 第二光学设备
170 第一可移动反射镜
180 操纵单元
185 第二光学设备
190 激光器阵列
200 人机接口设备
250 移动通信设备
252 主处理设备
253 主存储器设备
310 发射激光的步骤
320 聚焦的步骤
330 控制的步骤
340 接收第一反射光的步骤
350 确定第一自混合干涉信号的步骤
360 使用第一自混合干涉信号的步骤
370 确定第二自混合干涉信号的步骤
380 使用第二自混合干涉信号的步骤
具体实施方式
现在将借助于附图描述本发明的各种实施例。
自混合干涉用于检测物体的移动和距物体的距离。在Giuliani,G.、Norgia,M.、Donati,S.&Bosch,T.的“Laser diode self-mixing technique for sensingapplications”(Journal of Optics A：Pure and Applied Optics，2002年4月，第283-294页)中描述了关于自混合干涉的背景信息，通过引用将其并入本文。在国际专利申请第WO02/37410号中详细描述了在光学输入设备中对指尖相对于传感器的移动的检测。通过引用将国际专利申请第WO 02/37410号中关于检测距离和移动的公开内容并入本文。
基于国际专利申请第WO 02/37410号中提出的范例来讨论自混合干涉的原理。具有激光腔的二极管激光器被提供用于发射激光或测量光束。在该设备的上侧，该设备被提供有透明的窗口，物体(例如，人的手指)跨该窗口进行移动。诸如平凸透镜的透镜被布置在二极管激光器与窗口之间。该透镜将激光束聚焦在透明窗口的上侧或其附近。如果在这个位置处存在物体，那么该物体会散射测量光束。测量光束的部分辐射被散射在照射光束的方向上，并且这部分被透镜会聚在激光二极管的发射表面上并且重新进入该激光器的腔。重新进入二极管激光器的腔的辐射会引发激光器增益的变化，尤其引发激光器发射的辐射强度的变化，这种现象被称为二极管激光器中的自混合效应。
能够由为此目的提供的光电二极管来检测由激光器发射的辐射强度的变化，所述二极管将辐射变化转换成电信号，并且电子电路被提供用于处理该电信号。
物体相对于测量光束的移动使得由此反射的辐射经历多普勒移位。这意味着该辐射的频率改变或发生频移。该频移取决于物体移动的速度，并且为几kHz到几MHz的数量级。重新进入激光腔的频移辐射干扰光波或在该腔中生成的辐射，即，在该腔中发生自混合效应。根据光波与重新进入该腔的辐射之间的相移量，干涉将是积极的或负面的，即，激光辐射的强度周期性增大或减少。以这种方式生成的激光辐射调制的频率恰好等于该腔中的光波的频率与重新进入该腔中的多普勒移位辐射的频率之差。频率差为几kHz到几MHz的数量级，因此易于检测。自混合效应与多普勒移位的组合引起激光腔的行为变化；特别是其增益或光放大率变化。例如可以测量激光腔的阻抗或由激光器发射的辐射强度，并且不仅可以评价物体相对于传感器的移动量(即，行进的距离)，而且也能够确定移动方向，如国际专利申请WO 02/37410中详细描述的那样。
图1示出了第一激光传感器模块100的原理略图。第一激光传感器模块100包括具有集成的第一检测器120的第一激光器110。集成的第一检测器120是集成的光电二极管，其是第一激光器110的层结构的部分。第一激光传感器模块100还包括电驱动器130、控制器140以及包括第一光学设备150的操纵单元180。控制器140被连接到第一激光器110或者更确切地被连接到第一检测器120和电驱动器130。电驱动器130向第一激光器110供应电力以发射第一激光。在这种情况下，第一激光器110是具有集成的光电二极管的垂直腔面发射激光器(VCSEL)。激光传感器模块100被连接到电源(未示出)，所述电源提供借助于电驱动器130调制和供应的电力。电驱动器130适于提供恒定的驱动电流或三角形的驱动电流。控制器140还被连接到操纵单元180，以便提供控制信号以改变第一光学设备150的焦距。在这种情况下，第一光学设备150是电润湿透镜。控制器140还适于接收第一检测器120所提供的由第一自混合干涉信号或第二自混合干涉信号引起的电信号。控制器140还接收来自电驱动器130和操纵单元180的信息。由第一激光器110发射的第一激光借助于第一光学设备150被聚焦到第一聚焦区域155或不同于第一聚焦区域的第二聚焦区域156。能够在围绕第一聚焦区域155的一定范围内检测颗粒。如果第一激光被聚焦到第二聚焦区域156，那么可以启用手势控制。控制器140可以在第一模式与第二模式之间自动切换。备选地，控制器140可以适于在相应的控制信号的第一大部分接收与第二大部分接收之间切换。激光传感器模块100可以包括开关以提供这样的控制信号来在两种模式之间切换。备选地，控制器140可以包括到外部设备的接口，以便接收用于在两种模式之间切换的控制信号。电润湿透镜可以被放置在一定距离处，使得第一激光的高斯光束强度的1/e^2直径在0.8至1.2mm之间(波长为850nm)。在第二模式中，这种布置可以在长距离的范围(0-50cm)上实现良好的自混合信号。能够通过调节电润湿透镜的焦距来做出第一模式，使得形成数值孔径(NA)例如为0.1的光斑。第一激光传感器模块100可以与如下所述的可移动反射镜进行组合。
图2示出了第二激光传感器模块100的原理略图。第二激光传感器模块包括第一激光器110。第一检测器120被布置为外部测量电路，所述外部测量电路确定在第一激光腔两端的电压或者更一般地确定第一激光腔的受到第一自混合干涉信号影响的阻抗。第二激光传感器模块100还包括电驱动器130。电驱动器130向第一激光器110供应电力以发射第一激光。在这种情况下，第一激光器110是侧面发射半导体激光器。激光传感器模块100被连接到电源(未示出)，所述电源提供借助于电驱动器130调制和供应的电力。电驱动器130适于提供恒定的驱动电流。控制器140还被连接到操纵单元180，以便提供控制信号以改变第一光学设备150的焦距。在这种情况下，第一光学设备150是能够相对于彼此移位的透镜布置。控制器140还适于接收第一检测器120所提供的由第一自混合干涉信号或第二自混合干涉信号引起的电信号。控制器140还接收来自电驱动器130的信息。关于操纵单元180的状态的信息是从被提供给操纵单元180的控制信号获取的。由第一激光器110发射的第一激光借助于第一光学设备150被聚焦到第一聚焦区域155或不同于第一聚焦区域的第二聚焦区域156。第二激光传感器模块100能够与如下所述的可移动反射镜进行组合。
图3示出了第三激光传感器模块100的原理略图。第三激光传感器模块100包括激光器阵列190，所述激光器阵列190包括第一激光器110和发射激光的多个其他激光器。第三激光传感器模块100还包括一个公共的第一检测器120、电驱动器130、控制器140、可移动反射镜170以及包括第一光学设备150的操纵单元180。控制器140被连接到第一检测器120、电驱动器130、操纵单元180以及可移动反射镜170。电驱动器130向激光器阵列的激光器供应电力以便发射激光。电驱动器130可以提供经调制的驱动电流(例如，矩形驱动电流)。控制器140接收由第一检测器120所提供的由在激光器阵列190的激光器的激光腔内生成的自混合干涉信号引起的电信号。检测器120适于识别激光器阵列190中的哪个激光器生成了自混合干涉信号。检测器120包括用于独立确定激光器阵列190的激光器的不同激光腔两端的阻抗的电路。控制器140还接收来自电驱动器130和可移动反射镜170的信息，以便解读由第一检测器120测量的自混合干涉信号。由电驱动器130提供的信息可以包括在预定义时刻处提供的电流。控制器140还适于借助于对应的控制信号来控制可移动反射镜170的移动。由控制器140提供的控制信号可以确定角速度、反射镜移动的幅度等。第一光学设备150适于在接收到来自控制器140的对应控制信号时，在第一模式中将由激光器阵列的不同激光器发射的激光聚焦到第一聚焦区域，在第二模式中将由激光器阵列的不同激光器发射的激光聚焦到第二聚焦区域。第一光学设备150可以例如包括微透镜的阵列。第一光学设备150可以优选地适于在借助于可移动反射镜170反射之后将激光聚焦到第一聚焦区域或第二聚焦区域。可移动反射镜增大第一模式和第二模式中的检测体积。
图4示出了第四激光传感器模块100的原理略图。第四激光传感器模块100包括具有集成的第一检测器120的第一激光器110。集成的第一检测器120是集成的光电二极管，其是第一激光器110的层结构的部分。第一激光传感器模块100还包括电驱动器130、控制器140、操纵单元180、第一光学设备150以及双折射元件152。控制器140被连接到第一激光器110和电驱动器130。电驱动器130向第一激光器110供应电力以便发射第一激光。在这种情况下，第一激光器110是具有集成的光电二极管的垂直腔面发射激光器(VCSEL)。激光传感器模块100被连接到电源(未示出)，所述电源提供借助于电驱动器130调制和供应的电力。电驱动器130适于提供恒定的驱动电流或三角形的驱动电流。控制器140还被连接到操纵单元180，以便提供控制信号以改变由第一激光器110发射的第一激光的偏振。操纵单元180适于提供在第一激光器110的第一激光腔两端的横向电压以便切换偏振。双折射元件152包括具有非周期性相位结构的双折射材料。当施加横向电压时第一激光被聚焦到第一聚焦区域155，使得第一激光以第一横向偏振为特征。在没有借助于操纵单元180施加横向电压时，第一激光被聚焦到第二聚焦区域156。在这种情况下，第一激光以与第一横向偏振正交的第二横向偏振为特征。第四激光传感器模块100能够与如上所述的可移动反射镜进行组合。
图5示出了第五激光传感器模块100的原理略图。第五激光传感器模块100包括具有集成的第一检测器120的第一激光器110以及具有集成的第二检测器121的第二激光器111。第一激光器110首先发射波长为850nm、以第一横向偏振为特征的激光。第二激光器111发射波长为850nm、以与第一横向偏振正交的第二横向偏振为特征的第二激光。第五激光传感器模块100包括适于向第一激光器110和第二激光器111提供驱动电流的电驱动器130。第五激光传感器模块100还包括控制器140，所述控制器140被连接到第一激光器110和第二激光器111。第五激光传感器模块100还包括第一光学设备150和双折射元件152以用于将第一激光聚焦到第一聚焦区域155并将第二激光聚焦到第二聚焦区域。控制器140接收第一检测器120所提供的由第一自混合干涉信号引起的电信号以及第二检测器121所提供的由第二激光器121中的第二激光腔中的第二自混合干涉信号引起的电信号。控制器140还接收来自电驱动器130的信息。第一激光器110和第二激光器111的独立控制使得能够并行使用第五激光传感器模块100的第一模式和第二模式。借助于第一激光器110和第二激光器111以及对应的检测器的并行检测可以增大检测体积。第五激光传感器模块100显然能够与如上所述的可移动反射镜进行组合。
图6示出了第六激光传感器模块100的原理略图。第六激光传感器模块100与第五激光传感器模块100非常相似。本质区别在于，第一激光器110和第二激光器111未被平行布置，而是第一激光器具有与第二激光器111的光轴正交的光轴。第二光学设备185被提供为将第一激光和第二激光投射到在此情况下是单个聚焦透镜的第一光学设备150。第二光学设备185是偏振分束器，使得第一激光以与第二激光不同(正交)的偏振为特征。第一激光被聚焦到第一聚焦区域155。第二激光被聚焦到第二聚焦区域156。第一激光器110和第二激光器111的布置可以具有以下优点：第一激光器110与第一光学设备150之间的第一光学距离以及第二激光器111与第一光学设备150之间的第二光学距离能够是不同的。因此，第一聚焦区域155与第二聚焦区域156之间的距离可以借助于第一光学距离和第二光学距离来调整。第六激光传感器模块100能够与如上所述的可移动反射镜进行组合。
图7示出了第七激光传感器模块100的原理略图。第七激光传感器模块100包括具有集成的第一检测器120的第一激光器110以及具有集成的第二检测器121的第二激光器111。第七激光传感器模块100包括适于向第一激光器110和第二激光器111提供驱动电流的电驱动器130。第七激光传感器模块100还包括第一光学设备150，在这种情况下，所述第一光学设备150包括用于聚焦由第一激光器110发射的第一激光和由第二激光器111发射的第二激光的透镜布置。第一激光器110和第二激光器111发射波长为980nm的非偏振的第一激光和第二激光。第一激光器110与第一光学设备150之间的第一光学距离不同于第二激光器111与第一光学设备150之间的第二光学距离。因此，第一激光被聚焦到第一聚焦区域155，并且第二激光被聚焦到与第一聚焦区域155不同的第二聚焦区域156。不同的光学距离使得能够检测第七激光传感器模块100的第一模式和第二模式中的至少两个物理参数。第七激光传感器模块100能够与如上所述的可移动反射镜进行组合。
图8示出了第八激光传感器模块100的原理略图。第八激光传感器模块100包括第一激光器110和第二激光器111。第一激光器110发射波长为880nm的第一激光。第二激光器111发射波长为1050nm的第二激光。第八激光传感器模块100包括第一光学设备150。第八激光传感器模块100包括共同的第一检测器120。第一检测器对第一自混合干涉信号或第二自混合干涉信号做出反应而接收来自第一激光器110和第二激光器111的电信号。第一光学设备150包括波长选择性非周期性结构。第一激光被聚焦到第一聚焦区域155。第二激光被聚焦到与第一聚焦区域155不同的第二聚焦区域。第八激光传感器模块100还包括适于向第一激光器110和第二激光器111提供驱动电流的电驱动器130。将驱动电流以交替顺序提供给第一激光器110和第二激光器111。因此，共同的第一检测器120在一个时刻仅接收来自第一激光器110或第二激光器111的一个测量信号。第八激光传感器模块100能够与如上所述的可移动反射镜进行组合。
图9示出了第九激光传感器模块100的原理略图。第九激光传感器模块100包括第一激光器110和第二激光器111。第一激光器110发射波长为880nm的第一激光。第二激光器111发射波长为880nm的第二激光。第九激光传感器模块100包括第一光学设备150。第九激光传感器模块100包括共同的第一检测器120。第一检测器对第一自混合干涉信号或第二自混合干涉信号做出反应而接收来自第一激光器110和第二激光器111的电信号。第一光学设备150包括被定位为仅将由第一激光器110发射的第一激光聚焦到第一聚焦区域155的透镜。第二激光器111被布置为使得第二激光被聚焦到不同于第一聚焦区域155的第二聚焦区域。第九激光传感器模块100还包括适于向第一激光器110和第二激光器111提供驱动电流的电驱动器130。将驱动电流以交替顺序提供给第一激光器110和第二激光器111。因此，共同的第一检测器120在一个时刻仅接收来自第一激光器110或第二激光器111的一个测量信号。第九激光传感器模块100能够与如上所述的可移动反射镜进行组合。
图10示出了包括激光传感器模块100的移动通信设备250。移动通信设备250包括包含激光传感器模块100的人机接口设备200，移动通信设备250还包括主处理设备252和主存储器设备253。主处理设备252与主存储器设备253和激光传感器模块100相连接。主处理设备252包括上述控制器140的功能的至少部分。主处理设备252将与第一物理参数和/或第二物理参数相关的数据存储在主存储器设备253中。在备选实施例中，主处理设备252和主存储器设备253也可能仅用于准备或调整借助于激光传感器模块100提供的数据，使得该数据能够借助于人机接口设备200被呈现给移动通信设备250的用户。借助于移动通信设备250的电源对激光传感器模块100进行供电。第一物理参数与颗粒检测(空气污染-PM 2.5)有关，而第二物理参数与作为人机接口设备200的部分的手势识别有关。
图11示出了检测至少两个物理参数的方法的原理略图。在步骤310中，首先借助于第一激光器110发射第一激光。在步骤320中，将第一激光聚焦到聚焦区域155、156。在步骤330中，控制激光传感器模块100与聚焦区域155、156之间的距离，使得至少存在第一模式和第二模式，其中，在第一模式中，聚焦区域155处于第一距离处，并且在第二模式中，聚焦区域156处于不同于第一距离的第二距离处。在步骤340中，在第一激光器110的第一激光腔中接收第一反射激光。在步骤350中，确定第一激光器的第一激光腔内的光波的第一自混合干涉信号，其中，第一自混合干涉信号是由重新进入第一激光腔的第一反射的第一激光引起的，第一反射激光是在第一模式中在第一激光腔中被接收的。在步骤360中。使用第一自混合干涉信号来确定第一物理参数。在步骤370中，在第二模式中确定第二自混合干涉信号，其中，第二自混合干涉信号是由第二反射激光引起的。在步骤380中，使用第二自混合干涉信号来确定与第一物理参数不同的第二物理参数。
本发明的构思是提供一种激光传感器模块，其适于通过将激光束聚焦到不同的位置，借助于自混合干涉来检测或确定至少两个不同的物理参数。这样的激光传感器模块能够用作例如移动设备中的集成传感器模块。所述激光传感器模块能够用作输入设备，并且额外地用作用于检测移动通信设备的环境中的物理参数的传感器。所述移动通信设备的所述环境中的一个物理参数例如可以是空气中的颗粒浓度(空气污染、烟雾……)。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的，而非限制性的。
通过阅读本公开内容，其他修改对于本领域技术人员来说将是明显的。这样的修改可以涉及本领域已知的其他特征，并且可以代替地或额外地用于本文已经描述的特征。
本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求能够理解并实现对所公开的实施例的变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个元件或步骤。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (15)

1.一种激光传感器模块(100)，所述激光传感器模块(100)包括至少一个第一激光器(110)、至少一个第一检测器(120)、至少一个电驱动器(130)以及至少一个第一光学设备(150)，其中，所述第一激光器(110)适于对由所述至少一个电驱动器(130)提供的信号做出反应而发射第一激光，其中，所述第一光学设备(150)适于将所述第一激光聚焦到聚焦区域(155、156)，其中，所述激光传感器模块(100)适于控制所述激光传感器模块(100)与所述聚焦区域(155、156)之间的距离，使得至少存在所述激光传感器模块(100)的第一模式和第二模式，其中，在所述第一模式中，所述聚焦区域(155)处于第一距离处，并且在所述第二模式中，所述聚焦区域(156)处于与所述第一距离不同的第二距离处，其中，所述至少一个第一检测器(120)适于检测所述第一激光器(110)的第一激光腔内的光波的第一自混合干涉信号，其中，所述第一自混合干涉信号是由重新进入所述第一激光腔的第一反射激光引起的，其中，所述第一反射激光是在所述第一模式中被接收的，其中，所述第一自混合干涉信号用于确定第一物理参数，其特征在于，所述第一物理参数用于检测针对人机接口设备的、用于手势控制的物体的移动，并且其中，所述激光传感器模块(100)还适于检测第二自混合干涉信号，其中，所述第二自混合干涉信号是由第二反射激光引起的并且是在所述第二模式中被确定的，并且其中，所述第二自混合干涉信号用于确定用于检测颗粒密度或颗粒尺寸的第二物理参数。
2.根据权利要求1所述的激光传感器模块(100)，其中，所述激光传感器模块(100)被布置为在所述第一模式中提供近准直的第一激光束，并且其中，所述激光传感器模块(100)被布置为在所述第二模式中将激光聚焦到光斑。
3.根据权利要求1或2中的任一项所述的激光传感器模块(100)，其中，所述激光传感器模块(100)包括操纵单元(180)，其中，所述操纵单元(180)适于改变所述第一激光的特性，使得所述第一模式和所述第二模式被启用。
4.根据权利要求3所述的激光传感器模块(100)，所述激光传感器模块(100)包括控制器(140)，其中，所述控制器(140)适于提供用于控制所述操纵单元(180)而使得所述第一激光在所述第一模式中被聚焦在第一聚焦区域(155)中并且使得所述第一激光在所述第二模式中被聚焦在第二聚焦区域(156)中的控制信号。
5.根据权利要求3所述的激光传感器模块(100)，其中，所述激光传感器模块(100)至少包括第二激光器(111)，其中，所述第二激光器(111)适于对由所述至少一个电驱动器(130)提供的信号做出反应而发射第二激光，其中，所述第一激光器(110)与所述第一光学设备(150)之间的第一光学距离不同于所述第二激光器(111)与所述第一光学设备(150)之间的第二光学距离，其中，所述操纵单元(180)适于在所述第一模式中借助于所述第一光学设备(150)将所述第一激光成像到第一聚焦区域(155)，并且其中，所述操纵单元(180)适于在所述第二模式中借助于所述第一光学设备(150)将所述第二激光聚焦到不同于所述第一聚焦区域(155)的第二聚焦区域(156)。
6.根据权利要求4所述的激光传感器模块(100)，其中，所述第一光学设备(150)包括所述操纵单元(180)，其中，所述操纵单元(180)适于至少提供所述第一光学设备(150)的第一焦距以及所述第一光学设备(150)的不同于所述第一焦距的第二焦距，并且其中，所述控制器(140)适于提供用于控制所述操纵单元(180)而使得所述第一光学设备(150)在所述第一模式中提供所述第一焦距并在所述第二模式中提供所述第二焦距的控制信号。
7.根据权利要求3所述的激光传感器模块(100)，其中，所述操纵单元(180)适于改变所述第一激光器(110)与所述第一光学设备(150)之间的光学距离。
8.根据权利要求1或2中的任一项所述的激光传感器模块(100)，其中，所述第一光学设备(150)包括用于启用所述第一模式和所述第二模式的至少一个双折射元件(152)。
9.根据权利要求8所述的激光传感器模块(100)，其中，所述激光传感器模块(100)还包括控制器(140)，其中，所述第一激光器(110)适于发射具有第一偏振的所述第一激光以及具有不同于所述第一偏振的第二偏振的所述第一激光，并且其中，所述控制器(140)适于提供用于控制所述第一激光器(110)而使得所述第一激光器(110)在所述第一模式中发射具有所述第一偏振的所述第一激光并在所述第二模式中发射具有所述第二偏振的所述第一激光的控制信号，其中，所述双折射元件(152)适于将具有所述第一偏振的所述第一激光聚焦到第一聚焦区域(155)，并且其中，所述双折射元件(152)适于将具有所述第二偏振的所述第一激光聚焦到不同于所述第一聚焦区域(155)的第二聚焦区域(156)。
10.根据权利要求1或2中的任一项所述的激光传感器模块(100)，其中，所述第一光学设备(150)适于将所述第一激光的第一部分聚焦到第一聚焦区域(155)并将所述第一激光的第二部分聚焦到第二聚焦区域(156)。
11.根据权利要求1或2所述的激光传感器模块(100)，其中，所述激光传感器模块(100)还至少包括第二激光器(111)，其中，所述第二激光器(111)适于对由所述至少一个电驱动器(130)提供的信号做出反应而经由所述第一光学设备(150)发射第二激光，其中，所述第一激光包括第一波长，并且所述第二激光包括不同于所述第一波长的第二波长，其中，所述第一光学设备(150)适于在所述第一模式中将所述第一激光聚焦到第一聚焦区域(155)，并且其中，所述第一光学设备(150)适于在所述第二模式中将所述第二激光聚焦到不同于所述第一聚焦区域(155)的第二聚焦区域(156)。
12.一种包括至少一个根据前述权利要求中的任一项所述的激光传感器模块(100)的人机接口设备(200)，其中，所述激光传感器模块(100)的所述第一模式适于启用由所述人机接口设备(200)提供的输入特征的至少部分。
13.一种包括至少一个根据权利要求12所述的人机接口设备(200)的移动通信设备(250)。
14.一种检测至少两个物理参数的方法，所述方法包括以下步骤：
借助于第一激光器(110)发射第一激光，
将所述第一激光聚焦到聚焦区域(155、156)，
控制所述激光传感器模块(100)与所述聚焦区域(155、156)之间的距离，使得至少存在第一模式和第二模式，其中，在所述第一模式中，所述聚焦区域(155)处于第一距离处，并且在所述第二模式中，所述聚焦区域(156)处于不同于所述第一距离的第二距离处，
接收所述第一激光器(110)的第一激光腔中的第一反射激光，
确定所述第一激光器(110)的所述第一激光腔内的光波的第一自混合干涉信号，其中，所述第一自混合干涉信号是由重新进入所述第一激光腔的第一反射的第一激光引起的，所述第一反射激光是在所述第一模式中在所述第一激光腔中被接收的，
使用所述第一自混合干涉信号来确定所述第一物理参数以用于检测针对人机接口设备的、用于手势控制的物体的移动，
在所述第二模式中确定第二自混合干涉信号，其中，所述第二自混合干涉信号是由第二反射激光引起的，
使用所述第二自混合干涉信号来确定用于检测颗粒密度或颗粒尺寸的第二物理参数。
15.一种包括代码模块的计算机程序产品，所述代码模块能够被保存在由根据权利要求1至11中的任一项所述的激光传感器模块(100)所包括的至少一个存储器设备上或者被保存在包括根据权利要求1至11中的任一项所述的激光传感器模块(100)的设备的至少一个存储器设备上，其中，所述代码模块被布置为使得根据权利要求14所述的方法能够借助于由根据权利要求1至11中的任一项所述的激光传感器模块(100)所包括的至少一个处理设备或借助于包括所述激光传感器模块(100)的所述设备的至少一个处理设备来运行。
CN201680044652.2A 2015-07-30 2016-07-15 用于多参数检测的激光传感器 Active CN107850528B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP15179027 2015-07-30
EP15179027.6 2015-07-30
PCT/EP2016/066873 WO2017016901A1 (en) 2015-07-30 2016-07-15 Laser sensor for multi parameter detection

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107850528A CN107850528A (zh) 2018-03-27
CN107850528B true CN107850528B (zh) 2020-08-11

Family

ID=53761279

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680044652.2A Active CN107850528B (zh) 2015-07-30 2016-07-15 用于多参数检测的激光传感器

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10379028B2 (zh)
EP (1) EP3329249B8 (zh)
JP (1) JP6894851B2 (zh)
CN (1) CN107850528B (zh)
BR (1) BR112018001523A2 (zh)
RU (1) RU2717751C2 (zh)
WO (1) WO2017016901A1 (zh)

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016221989A1 (de) * 2016-11-09 2018-05-09 Robert Bosch Gmbh Partikelsensor mit wenigstens zwei Laser-Doppler-Sensoren
BR112019011460A2 (pt) * 2016-12-09 2019-10-15 Koninklijke Philips Nv módulo sensor a laser, dispositivo de comunicação móvel, método de detecção de partícula e produto de programa de computador
DE102017200726B4 (de) 2017-01-18 2024-01-11 Robert Bosch Gmbh Mobiles Telekommunikationsendgerät mit einem Sensor zur Messung der Luftqualität und Verfahren zur Messung der Luftqualität mit einem mobilen Telekommunikationsendgerät
EP3376204A1 (en) * 2017-03-15 2018-09-19 Koninklijke Philips N.V. Laser sensor module for particle detection with offset beam
EP3401664A1 (en) * 2017-05-12 2018-11-14 Koninklijke Philips N.V. Method of suppressing false positive signals during self mixing interference particle detection
US10918252B2 (en) 2017-07-27 2021-02-16 Neato Robotics, Inc. Dirt detection layer and laser backscatter dirt detection
JP7158850B2 (ja) * 2017-12-15 2022-10-24 マクセル株式会社 非接触ガス計測装置、非接触ガス計測システム、携帯端末、および非接触ガス計測方法
CN108775974B (zh) * 2018-04-12 2020-03-31 安徽大学 基于多纵模自混合效应的温度传感测量装置及方法
US11157113B2 (en) 2018-04-13 2021-10-26 Apple Inc. Self-mixing interference based sensors for characterizing touch input
US11029442B2 (en) * 2018-04-27 2021-06-08 Apple Inc. Self-mixing optical proximity sensors for electronic devices
DE102018215177A1 (de) * 2018-09-06 2020-03-12 Robert Bosch Gmbh Autofokus- und Partikelsensorvorrichtung und entsprechendes Verfahren, sowie Kamera- und Partikelsensorsystem
US10627961B2 (en) 2018-09-25 2020-04-21 Apple Inc. Waveguide-based interferometric multi-point/distributed force and touch sensors
US10824275B2 (en) 2018-09-25 2020-11-03 Apple Inc. Waveguide-based interferometric multi-point/distributed force and touch sensors
US11841311B2 (en) * 2018-11-19 2023-12-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Multimodal dust sensor
US11740071B2 (en) * 2018-12-21 2023-08-29 Apple Inc. Optical interferometry proximity sensor with temperature variation compensation
US11243068B1 (en) 2019-02-28 2022-02-08 Apple Inc. Configuration and operation of array of self-mixing interferometry sensors
US11112235B2 (en) 2019-04-05 2021-09-07 Apple Inc. Handling obstructions and transmission element contamination for self-mixing particulate matter sensors
US11774342B2 (en) * 2019-04-05 2023-10-03 Apple Inc. Particulate matter sensors based on split beam self-mixing interferometry sensors
US10871820B2 (en) * 2019-05-09 2020-12-22 Apple Inc. Self-mixing based 2D/3D user input detection and scanning laser system
US11156456B2 (en) 2019-05-21 2021-10-26 Apple Inc. Optical proximity sensor integrated into a camera module for an electronic device
US11473898B2 (en) 2019-05-24 2022-10-18 Apple Inc. Wearable voice-induced vibration or silent gesture sensor
US11422638B2 (en) 2019-07-08 2022-08-23 Apple Inc. Input devices that use self-mixing interferometry to determine movement within an enclosure
US11409365B2 (en) * 2019-09-06 2022-08-09 Apple Inc. Self-mixing interferometry-based gesture input system including a wearable or handheld device
US11692809B2 (en) 2019-09-18 2023-07-04 Apple Inc. Self-mixing interferometry-based absolute distance measurement with distance reference
US11419546B2 (en) 2019-09-24 2022-08-23 Apple Inc. Wearable self-mixing interferometry device used to sense physiological conditions
CN110987770B (zh) * 2019-11-07 2022-11-15 北京工业大学 一种基于激光自混合反馈干涉的单个流动颗粒探测方法及系统
CN111521992B (zh) * 2020-04-13 2023-01-03 广东博智林机器人有限公司 一种激光雷达调焦系统
US11454724B2 (en) * 2020-06-12 2022-09-27 Ours Technology, Llc Lidar beam walk-off correction
US11150332B1 (en) 2020-06-30 2021-10-19 Apple Inc. Self-calibrating optical transceiver system with reduced crosstalk sensitivity for through-display proximity sensing
US11460293B2 (en) 2020-09-25 2022-10-04 Apple Inc. Surface quality sensing using self-mixing interferometry
US11874110B2 (en) 2020-09-25 2024-01-16 Apple Inc. Self-mixing interferometry device configured for non-reciprocal sensing
US11629948B2 (en) 2021-02-04 2023-04-18 Apple Inc. Optical interferometry proximity sensor with optical path extender
EP4040188B1 (de) * 2021-02-09 2023-08-16 Sick Ag Vorrichtung und verfahren zur vermessung eines objektes
US20220276347A1 (en) * 2021-12-09 2022-09-01 Intel Corporation Light detection and ranging system
US11927441B1 (en) * 2022-08-19 2024-03-12 Ams International Ag Self-mixing inteferometry sensor module, electronic device and method of determining an optical power ratio for a self-mixing inteferometry sensor module

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101305337A (zh) * 2005-08-30 2008-11-12 皇家飞利浦电子股份有限公司 使用单个自混合激光器测量对象和光学输入设备的二维相对运动的方法
CN101963490A (zh) * 2010-09-03 2011-02-02 暨南大学 基于激光自混合干涉的确定旋转体旋转中心的方法
US8107056B1 (en) * 2008-09-17 2012-01-31 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Hybrid optical distance sensor
CN103003715A (zh) * 2010-07-26 2013-03-27 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于测量距离的设备

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60201276A (ja) * 1984-03-27 1985-10-11 Nissan Motor Co Ltd 距離測定装置
DE3735267C3 (de) * 1987-10-17 1996-03-21 Telefunken Microelectron Vorrichtung zur Sichtweitenmessung
JP3279116B2 (ja) * 1994-03-22 2002-04-30 株式会社豊田中央研究所 レーザドップラ流速計
JPH11287860A (ja) * 1998-03-31 1999-10-19 Suzuki Motor Corp レーザ計測装置
US6233045B1 (en) * 1998-05-18 2001-05-15 Light Works Llc Self-mixing sensor apparatus and method
JP4087247B2 (ja) 2000-11-06 2008-05-21 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 入力デバイスの移動の測定方法
US7317513B2 (en) * 2004-07-15 2008-01-08 Mitutoyo Corporation Absolute distance measuring device
WO2007026293A2 (en) * 2005-08-30 2007-03-08 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Method of measuring relative movement of an object and an optical input device over a range of speeds
TWI401460B (zh) * 2005-12-20 2013-07-11 Koninkl Philips Electronics Nv 用以測量相對移動之裝置及方法
WO2009090593A1 (en) 2008-01-16 2009-07-23 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Laser sensor system based on self-mixing interference
JP2011517362A (ja) * 2008-02-28 2011-06-02 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 光センサ
EP2257454B1 (en) * 2008-03-13 2013-05-15 Philips Intellectual Property & Standards GmbH Sensor system, vehicle control system and driver information system for vehicle safety
JP5734846B2 (ja) * 2008-05-16 2015-06-17 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 自己混合レーザセンサを有する安全システム及びそのような安全システムを駆動する方法
EP2335080B1 (en) * 2008-09-09 2012-05-30 Philips Intellectual Property & Standards GmbH Velocity determination apparatus
ITMI20090400A1 (it) * 2009-03-16 2010-09-17 Datamed Srl Metodo di misurazione della velocita' di un fluido e relativa apparecchiatura.
WO2010106483A2 (en) * 2009-03-18 2010-09-23 Koninklijke Philips Electronics N.V. Apparatus for determining a flow property of a fluid
FR2960063B1 (fr) 2010-05-11 2013-05-10 Toulouse Inst Nat Polytech Dispositif de mesure optique d'un parametre physique
US9400503B2 (en) * 2010-05-20 2016-07-26 Irobot Corporation Mobile human interface robot
US8339584B2 (en) 2010-05-21 2012-12-25 Teledyne Technologies Incorporated Velocity measuring system
EP3029485B1 (en) * 2011-02-15 2019-12-11 Basf Se Detector for optically detecting at least one object
KR101186464B1 (ko) * 2011-04-13 2012-09-27 에스엔유 프리시젼 주식회사 Ｔｓｖ 측정용 간섭계 및 이를 이용한 측정방법
US9091573B2 (en) 2011-06-01 2015-07-28 Koninklijke Philips N.V. Determining a flow characteristic of an object being movable in an element
FR2989466B1 (fr) 2012-04-16 2014-04-11 Epsiline Dispositif de determination de la vitesse du vent comportant une pluralite de sources laser
EP2847651A1 (en) * 2012-05-10 2015-03-18 Koninklijke Philips N.V. Gesture control
US8797514B2 (en) 2012-11-12 2014-08-05 Lidek Chou Localized dynamic light scattering system with doppler velocity measuring capability
WO2014167175A1 (en) 2013-04-12 2014-10-16 Vaisala Oyj Laser doppler velocimeter with edge filter demodulation
KR102246139B1 (ko) * 2013-06-13 2021-04-30 바스프 에스이 적어도 하나의 물체를 광학적으로 검출하기 위한 검출기
CN108027312B (zh) * 2015-07-30 2020-08-04 通快光电器件有限公司 用于颗粒尺寸检测的激光传感器
BR112018002049A2 (pt) * 2015-07-30 2018-09-18 Koninklijke Philips Nv módulo de sensor de laser para detecção de densidade de partículas, método de detecção de densidade de partículas e produto de programa de computador

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101305337A (zh) * 2005-08-30 2008-11-12 皇家飞利浦电子股份有限公司 使用单个自混合激光器测量对象和光学输入设备的二维相对运动的方法
US8107056B1 (en) * 2008-09-17 2012-01-31 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Hybrid optical distance sensor
CN103003715A (zh) * 2010-07-26 2013-03-27 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于测量距离的设备
CN101963490A (zh) * 2010-09-03 2011-02-02 暨南大学 基于激光自混合干涉的确定旋转体旋转中心的方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018107215A3 (zh) 2019-09-06
EP3329249A1 (en) 2018-06-06
US20180224368A1 (en) 2018-08-09
WO2017016901A1 (en) 2017-02-02
CN107850528A (zh) 2018-03-27
EP3329249B1 (en) 2020-07-08
RU2018107215A (ru) 2019-08-29
RU2717751C2 (ru) 2020-03-25
US10379028B2 (en) 2019-08-13
EP3329249B8 (en) 2020-08-26
JP2018528394A (ja) 2018-09-27
JP6894851B2 (ja) 2021-06-30
BR112018001523A2 (pt) 2018-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107850528B (zh) 用于多参数检测的激光传感器
JP6788769B2 (ja) 粒子密度検出のためのレーザセンサ
JP6812553B2 (ja) 光学的粒子センサーモジュール
KR102260036B1 (ko) 입자 밀도 검출을 위한 레이저 센서 모듈
CN108027312B (zh) 用于颗粒尺寸检测的激光传感器
CN109154659B (zh) 用于颗粒探测的激光传感器
KR101241003B1 (ko) 상대적인 움직임을 측정하기 위한 디바이스 및 방법
CN112703387A (zh) 降低干涉式颗粒传感器模块的误报颗粒计数的方法
KR20190128068A (ko) 오프셋 빔을 통한 입자 검출을 위한 레이저 센서 모듈
KR20160147766A (ko) 3d 레이저 스캐너
KR20220046406A (ko) 물체까지의 거리 및 물체의 속도를 결정하고 물체의 형상 및 구조를 식별하기 위한 광학 센서 디바이스

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20200429

Address after: Ulm

Applicant after: Tongkuai photonics Co., Ltd

Address before: Eindhoven, Netherlands

Applicant before: KONINKLIJKE PHILIPS N.V.

CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: Ulm

Applicant after: Tongkuai optoelectronic device Co., Ltd

Address before: Ulm

Applicant before: Tongkuai photonics Co., Ltd

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant