-
Verwandte
Anmeldungen
-
Die
vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der US provisional application
No. 60/615,450, die am 30. September 2004 eingereicht wurde und
den Titel "Continuous
Base beneath Optical Sensor and Optical Homodyning System" trägt. Ihr
gesamter Inhalt wird durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung
aufgenommen.
-
Hintergrund der Erfindung
-
1. Erfindungsgebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen optische Steuerungsvorrichtungen
und insbesondere Strukturen für
optische Steuerungsvorrichtungen.
-
2. Beschreibung des verwandten
Standes der Technik
-
Verlagerungs-
oder Verschiebungsdetektion, die auf optischer Technologie basiert,
wird in verschiedenen Anwendungen verwendet, darunter optische Eingabevorrichtungen
für Computersysteme. Datenverarbeitungssysteme,
oder Computersysteme im Allgemeinen werden in Verbindung mit einer Vielzahl
von Eingabevorrichtungen verwendet, wie beispielsweise Tastaturen,
Zeigevorrichtungen (z.B. Mäusen,
Touchpads und Trackballs), Joysticks, digitalen Stiften und dergleichen.
-
Ein
Beispiel für
die Technologie der optischen Verlagerungsdetektion, die in einer
Zeigevorrichtung verwendet wird, ist eine optische Maus. Beispiele
von Zeigevorrichtungen, die die Technologie optischer Detektion
verwenden und deren Betrieb sind in dem US-Patent Nr. 5,288,993
von Bidiville et al. beschrieben, welches am 22. Februar 1994 erteilt wurde
und den Titel "Cursor
Pointing Device Utilizing a Photodetector Array with Target Ball
having Randomly Distributed Speckles" trägt
und in dem US-Patent Nr. 5,703,356 von Bidiville et a1., welches
am 30. Dezember 1997 erteilt wurde und den Titel "Pointing Device Utilizing
a Photodetector Array" trägt, deren relevanten
Abschnitte durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen
werden.
-
Es
gibt wesentliche Vorteile für
die Verwendung von optischen Eingabevorrichtungen gegenüber anderen
Arten von Eingabevorrichtungen, wie beispielsweise mechanischen
oder opto-mechanischen Eingabevorrichtungen. Beispielsweise haben mechanische
oder opto-mechanische
Eingabevorrichtungen mechanische Komponenten, die empfindlicher
gegenüber
Ausfall, Abnutzung oder Verkleben bzw. Verstopfen sind. Optische
Eingabevorrichtungen verringern und eliminieren sogar in manchen
Fällen
eine Reihe von mechanischen Teilen, die anfällig für diese Probleme sind. Statt
dessen werden optische Eingabevorrichtungen mit Festkörperkomponenten
hergestellt, die weniger empfindlich gegenüber Ausfall, Schmutz oder Abnutzung
sind.
-
Optische
Verlagerungs-Detektionssysteme verwenden Unterschiede zwischen Bildern,
die innerhalb kurzer Zeitspannen aufgenommen werden, um eine Verlagerung
oder Verschiebung zu detektieren und die Bewegung der Vorrichtung
in Bezug auf eine Oberfläche
abzuleiten. Im Allgemeinen wird ein erstes Bild der Oberfläche zu einer
ersten Zeit aufgenommen und mit einem zweiten Bild verglichen, welches
kurz nach dem ersten Bild aufgenommen wurde. Die Änderungen
in den Bildern im Verlaufe einer kurzen Zeitspanne entsprechen der
Verschiebung bzw. Verlagerung des Systems bezüglich der Merkmale der Oberfläche. Diese
Verlagerungsinformation wird verarbeitet, um Bewegungsdaten abzuleiten, wie
beispielsweise eine Bewegung, die mit einer Anzeige für den Benutzer
assoziiert ist. Beispielsweise erfasst eine optische Zeigevorrichtung
in Form einer Maus Bilder einer Tischoberfläche und im Falle eines Trackballs
Bilder der Oberfläche
einer Kugel, wodurch Verlagerungsdaten von Merkmalen auf der Oberfläche erhalten
werden, die verarbeitet werden, um die Bewegung eines Cursors auf
einem Computerbildschirm abzuleiten.
-
Ein
herkömmliches
optisches Verlagerungs-Detektionssystem, oder ein optisches System im
Allgemeinen, umfasst ein herkömmliches
Beleuchtungs-Untersystem und einen herkömmlichen optischen Sensor bzw.
ein Detektions-Untersystem. Das herkömmliche Beleuchtungs-Untersystem
umfasst eine herkömmliche
Beleuchtungslinse und eine herkömmliche
Quelle für
elektromagnetische Energie oder Lichtquelle. Typischerweise ist
die Lichtquelle eine Art von lichtemittierender Diode (LED). Im
Allgemeinen ist die Lichtquelle an einer Platine befestigt und bezüglich der
Beleuchtungslinse so angeordnet, dass sie Licht durch eine Öffnung auf
dem Boden der optischen Maus auf einen Beleuchtungsfleck auf einer
Oberfläche
(z.B. auf einem Tisch) richtet.
-
Das
herkömmliche
Sensor-Untersystem umfasst eine Abbildungslinse und einen Sensor.
Der Sensor umfasst typischerweise ein Bild-Erfassungsmodul, beispielsweise
ein oder mehrere Fotosensor-Arrays. Manche Sensoren umfassen außerdem eine
Steuerungsschaltung, die mit dem Bild-Erfassungsmodul assoziiert
ist, beispielsweise in der Form von digitalen Schaltungen auf demselben
Chip oder demselben Bauteil-Package. Im Allgemeinen führt die
Steuerungsschaltung digitale Signalverarbeitungen durch, um die
Bewegungsdaten von den erfassten Bildern abzuleiten. Die Sensoranordnung
ist ebenfalls typischerweise auf der Platine befestigt und so angeordnet,
dass die Abbildungslinse die elektromagnetische Energie (z.B. das
Licht), welche von der Oberfläche
gestreut (oder reflektiert) wird, auf optimale Weise erfasst.
-
Der
Sensor empfängt
das gestreute Licht von dem abgebildeten Bereich durch die Öffnung am Boden
der optischen Maus. Danach analysiert der Sensor die Bilder, die
abgetastet oder von der Oberfläche
aufgenommen wurden, um Verlagerungsinformationen bereitzustellen.
Der abgebildete Bereich überlappt
im Wesentlichen mit der Beleuchtung, so dass das Licht effizient
verwendet wird, um nur den Bereich auf der Oberfläche zu beleuchten,
der von dem Sensor abgebildet oder abgetastet wird.
-
Wie
oben erwähnt
wurde, ermöglicht
die Festkörper-Architektur
der herkömmlichen
optischen Maus einen verringerten strukturellen Verschleiß, was die
Lebensdauer des Produkts erhöht,
während sie
außerdem
eine relativ einfache Herstellung erlaubt, was die Produktionskosten
verringert. Jedoch kann eine herkömmliche optische Maus empfindlich gegen über dem
Eindringen von Fremdkörpern
oder -elementen in das Gehäuse
durch die Öffnung
am Boden der optischen Maus sein. Beispiele von Fremdelementen umfassen
Staub, Flüssigkeiten
und elektrostatische Entladung, und ein jedes davon kann Komponenten
der optischen Maus beschädigen.
Die Fremdkörper
oder Fremdelemente verringern ihrerseits die Zuverlässigkeit
der optischen Maus, verringern beispielsweise die Lichtempfindlichkeit,
oder sie führen
zu einer Fehlfunktion der gesamten optischen Maus, z.B. indem sie
die Festkörper-Komponenten kurzschließen.
-
Daher
besteht ein Bedarf für
eine optische Maus mit einem kontinuierlichen oder ebenen bzw. bündigen Boden
(oder Grundfläche),
der immer noch die Eigenschaft bereitstellt, dass er Licht von der
optischen Maus emittiert, wobei er die Intensität des von einer Oberfläche zurück in die
optische Maus gestreuten Lichtes nur minimal beeinträchtigt.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung umfasst ein Gehäuse für eine Steuerungsvorrichtung.
Das Gehäuse umfasst
einen eingeschlossenen Hohlraum, der zum Befestigen eines optischen
Detektionssystems konfiguriert ist. Das Gehäuse umfasst auch eine Fläche oder
Seite des eingeschlossenen Hohlraums. Die Fläche oder Seite des eingeschlossenen
Hohlraums ist so konfiguriert, dass sie ein Fenster umfasst, welches
gestattet, dass Licht von der Lichtquelle von einer Oberfläche gestreut
(oder reflektiert) wird, und das auch den Empfang des gestreuten
Lichtes auf dem Sensor gestattet. Bei dieser Konfiguration ist das
Gehäuse
so konfiguriert, dass verhindert wird, dass das optische System
innerhalb des Hohlraums externen Elementen, wie beispielsweise der
Oberfläche,
ausgesetzt ist. Das System kann auch konfiguriert werden, um ein
Verkratzen des Bereichs zu verhindern, durch welchen Licht geleuchtet
und zurückgestreut
wird.
-
In
einer Ausführungsform
umfasst die Steuerungsvorrichtung eine optische Zeigevorrichtung.
Die optische Zeigevorrichtung umfasst ein optisches Detektionssystem
und ein Gehäuse.
Das optische Detektionssystem umfasst eine Lichtquelle und einen Sensor.
Das Gehäuse
umfasst einen inneren Hohlraum und mindestens eine Bodenfläche.
-
Der
innere Hohlraum ist zum Befestigen des optischen Detektionssystems
konfiguriert, entweder direkt oder indirekt, z.B. durch das Befestigen
einer Leiterplatte, die das optische Detektionssystem hält (oder
beherbergt). Die Bodenfläche
umfasst ein Fenster, welches so konfiguriert ist, dass es gestattet, dass
Licht von der Lichtquelle von einer Oberfläche gestreut wird, und das
so konfiguriert ist, dass es den Empfang des gestreuten Lichtes
auf dem Sensor gestattet. Die Bodenfläche des Gehäuses ist so strukturiert, dass
sie verhindert, dass das optische Detektionssystem der Oberfläche ausgesetzt
ist, wie oben angemerkt wurde.
-
Vorteile
der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung umfassen das vollständige Einschließen eines
optischen Detektionssystems innerhalb eines Gehäuses einer Steuerungsvorrichtung, um
die Aussetzung des optischen Detektionssystems gegenüber einer äußeren Umgebung
zu limitieren oder zu verhindern. Dies schränkt die Möglichkeit ein, dass fremde
Elemente oder Fremdkörper
(z.B. Staub, Flüssigkeiten,
elektrostatische Entladung, externes Licht etc.) in das optische
Detektionssystem eindringen, wodurch Faktoren eliminiert werden,
die die Zuverlässigkeit
des Systems herabsetzen oder eine Fehlfunktion des Systems hervorrufen
könnten. Darüber hinaus
führt das
Begrenzen oder Eliminieren der Aussetzung des optischen Detektionssystems gegenüber einer äußeren Umgebung
auf vorteilhafte Weise zu einer Steuerungsvorrichtung, die in rauer Umgebung
funktioniert, die nicht für
herkömmliche Steuerungsvorrichtungen
geeignet ist, wie beispielsweise Umgebungen mit hoher Feuchtigkeit
oder mit einer hohen Aussetzung gegenüber Umgebungspartikeln.
-
Die
Merkmale und Vorteile, die in der Beschreibung beschrieben werden,
sind nicht alumfassend, und insbesondere werden dem Fachmann in Anbetracht
der Zeichnungen, der Beschreibung und der Ansprüche viele zusätzliche
Merkmale und Vorteile offenbar. Darüber hinaus beachte man, dass
die in der Beschreibung verwendete Sprache in erster Linie im Hinblick
auf die Lesbarkeit und für
Erläuterungszwecke
verwendet wurde, und dass sie nicht in allen Fällen gewählt wurde, um den Gegenstand
der Erfindung abzugrenzen oder zu umschreiben.
-
Kurze Beschreibung der
Figuren
-
Die
Erfindung hat weitere Vorteile und Merkmale, die aus der folgenden
detaillierten Beschreibung der Erfindung und den beigefügten Ansprüchen leichter
ersichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
betrachtet werden, in denen:
-
1a und 1b Ausführungsformen
einer optischen Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigen.
-
2 zeigt
eine Ausführungsform
einer Unterseite (oder einer Grundfläche oder Bodenfläche) einer
optischen Steuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
3a und 3b zeigen
eine Ausführungsform
eines Fensters auf einer Unterseite einer optischen Steuerungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
4a zeigt
eine Ausführungsform
des Inneren eines optischen Detektionssystems mit einer ersten Fensterkonfiguration
gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
4b zeigt
eine Ausführungsform
des Inneren eines optischen Detektionssystems mit einer zweiten
Fensterkonfiguration gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
4c zeigt
eine optische Zeigevorrichtung mit kontinuierlicher Grundfläche mit
einer Vertiefung in der Grundfläche
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
5a und 5b zeigen
beispielhafte alternative Ausführungsformen
für eine
Fensterkonfiguration gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
5c und 5d zeigen
zusätzliche
beispielhafte alternative Ausführungsformen
für eine Fensterkonfiguration
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
6 zeigt
eine alternative Ausführungsform
einer optischen Steuerungsvorrichtung mit einer kohärenten Lichtquelle
(z.B. einem Laser) gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
7 zeigt
einen Lichtweg für
eine alternative Ausführungsform
einer optischen Steuerungsvorrichtung mit einer kohärenten Lichtquelle
(z.B. einem Laser) gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
8a bis 8d zeigen
alternative Ausführungsformen
von optischen Wegen in Anbetracht verschiedener Konfigurationen
eines Fensterbereichs zur Verwendung in einer optischen Steuerungsvorrichtung;
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
9 zeigt
eine Ausführungsform
eines optischen Homodynsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
10a bis 10c zeigen
alternative strukturelle Ausführungsformen
einer Komponentenkonfiguration eines optischen Systems zum Strukturieren
einer optischen Zeigevorrichtung mit kontinuierlicher oder zusammenhängender
Grundfläche
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
-
Die
Figuren und die folgende Beschreibung beziehen sich auf bevorzugte
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung, jedoch lediglich zum Zwecke der Illustration.
Man beachte, dass aus der folgenden Diskussion alternative Ausführungsformen der
hier offenbarten Strukturen und Verfahren als mögliche Alternativen erkannt
werden können,
die ebenfalls eingesetzt werden können, ohne von den Prinzipien
der beanspruchten Erfindung abzuweichen.
-
Generelle
Architektur
-
1a und 1b zeigen
Ausführungsformen
einer beispielhaften optischen Steuervorrichtung 110 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Insbesondere zeigen 1a und 1b eine
obere Oberfläche 115 der
optischen Steuerungsvorrichtung 110, auf die der Benutzer
typischerweise seine Hand legen würde, um die Vorrichtung zu
steuern bzw. zu führen.
Die optische Steuerungsvorrichtung 110 ist konfiguriert,
um durch eine Kabel- oder kabellose Verbindung mit einem (nicht
gezeigten) Hostsystem 130 zu kommunizieren.
-
Man
beachte, dass zur Vereinfachung der Diskussion und des Verständnisses
die Beschreibung hier in Bezug auf die optische Steuerungsvorrichtung 100 vorgetragen
wird. Jedoch sind die in der vorliegenden Schrift offenbarten Prinzipien
auch auf andere Konfigurationen von optischen Steuerungsvorrichtungen
anwendbar, beispielsweise auf einen optischen Trackball, eine Fernbedienung,
einen digitalen Stift oder eine Präsentationsvorrichtung (z.B. Logitech® Cordless
PresenterTM). Darüber hinaus kann das Hostsystem 130 irgendein
Hostsystem sein, welches eine Funktionalität zum Verarbeiten von Instruktionen
und Befehlen aufweist, unter anderem eine Anzeige, mit der die optische
Steuerungsvorrichtung 100 wechselwirkt, beispielsweise
ein Computersystem, ein Unterhaltungssystem, ein Telespielsystem,
ein Aufsatzgerät,
auch „Set-Top-Box" genannt, oder dergleichen.
-
2 ist
eine Ausführungsform
einer Grundfläche 215 (auch
als Basis oder Unterseite bezeichnet) der optischen Steuerungsvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Grundfläche 215 der
optischen Steuerungsvorrichtung 100 umfasst optionale Füße 220a bis 220c (im
Allgemeinen mit 220 bezeichnet), einen optionalen Betriebsknopf 225 (z.B.
Ein-Aus-Knopf), einen optionalen Verbindungsknopf 230 und
ein optisches Fenster 250 (auch kurz als Fenster bezeichnet).
-
Die
Füße 220 können mit
der Grundfläche 215 gekoppelt
sein, beispielsweise angeklebt oder auf andere Weise befestigt,
oder sie können
integral, beispielsweise als erhöhte
Ab schnitte, mit der Grundfläche 215 ausgebildet
sein. Die Füße 220 stellen
reibungsarme oder reibungsfreie Kontaktelemente bezüglich einer
Oberfläche
dar, auf der sich die optische Steuerungsvorrichtung 110 hin-
und herbewegen kann, und sie gestatten, dass die Grundfläche 215 etwas
gegenüber
der Oberfläche
erhöht
ist. Man beachte, dass die Oberfläche irgendeine Oberfläche sein
kann, beispielsweise ein Tisch, ein Gewebe, eine Hand oder ein Bein.
Der optionale Betriebsknopf 225 ist dazu konfiguriert,
die Stromzufuhr zu Komponenten innerhalb eines inneren Hohlraums
(oder Gehäuses)
von kabellosen Konfigurationen der optischen Steuerungsvorrichtung 110 ein-
oder auszuschalten. Der Verbindungsknopf 230 und der Betriebsknopf 225 können als
Schalter oder als Knöpfe ausgebildet
sein. Darüber
hinaus können
sie auf eine Weise konfiguriert sein, dass sie die Grundfläche 215 weiter
abdichten, beispielsweise als Membran oder Festkörperknöpfe.
-
Das
optische Fenster 250 ist ein Bereich, durch welchen Licht
von einer oder mehreren Lichtquellen den Hohlraum des Gehäuses der
optischen Steuerungsvorrichtung 110 in Richtung auf die
Oberfläche
verlässt,
z.B. auf einen beleuchteten Bereich oder Beleuchtungsfleck. Das
Fenster 250 dient auch dazu, es Licht, welches von einer
Fläche
gestreut wird, zu gestatten, zurück
in den Hohlraum des Gehäuses
der optischen Steuerungsvorrichtung 110 einzutreten, wobei
es insbesondere durch eine oder mehrere Abbildungslinsen auf einem
oder mehreren Fotosensorarrays (oder Sensoren oder Fotosensoren)
gesammelt wird.
-
Anders
als bei herkömmlichen
optischen Steuerungsvorrichtungen ist das Fenster 250 so
konfiguriert, dass keine Öffnung
auf der Grundfläche 215 der
optischen Steuerungsvorrichtungen 110 vorliegt. Statt dessen
kann das Fenster in die Grundfläche 215 integriert
sein. Alternativ kann das Fenster 250 so konfiguriert sein,
dass es mit einer Öffnung
in der Grundfläche
gekoppelt ist. In diesem Fall sind das Fenster 250 und
die Grundfläche 215 dicht
gekoppelt, das Fenster 250 und die Grundfläche können wärmeverschmolzen,
verklebt, mit Gummi abgedichtet oder dergleichen sein. In einer
jeden Konfiguration ist der Bereich des Fensters 250 so
konfiguriert, dass er das Innere des Hohlraums des Gehäuses gegenüber der äußeren Umgebung
abdichtet.
-
3a und 3b zeigen
Ausführungsformen
einer Grundfläche 310, 315 einer
optischen Vorrichtung, z.B. 110, gemäß der vorliegenden Erfindung.
In 3a umfasst eine Grundplatte 310 einen Fensterbereich 320,
der von der Oberfläche
aus sichtbar ist. Der Fensterbereich 320 ist so konfiguriert,
dass er es gestattet, dass kohärentes
oder nicht-kohärentes
Licht innerhalb eines Hohlraums (oder eines inneren Abschnitts eines
Gehäuses)
der Steuerungsvorrichtung 110 durchgelassen wird, um von
einer Oberfläche
gestreut oder reflektiert zu werden. In einer Ausführungsform
ist das durchgelassene Licht Infrarotlicht von einer Infrarot-Lichtquelle,
so dass der Fensterbereich 320 abgedunkelt ist. In anderen
Ausführungsformen
ist das durchgelassene Licht rotes LED- oder Laser-Licht, so dass
der Fensterbereich durchscheinend oder rot sein kann. Ebenso kann
der Fensterbereich so konfiguriert sein, dass er die verwendete
Lichtquelle auf geeignete Weise komplementiert. Ferner ist der Fensterbereich 320 so konfiguriert,
dass das von einer Fläche
gestreute Licht wiederum in dem Hohlraum empfangen werden kann,
wie unten näher
beschrieben wird. Der Fensterbereich 310 kann aus Materialien
wie Glas, Plastik oder anderen Polymeren hergestellt sein.
-
In 3b ist
der Fensterbereich 330 nicht von der Oberfläche aus
zu erkennen, da er in eine zweite Ausführungsform einer Grundfläche 315 der optischen
Steuerungsvorrichtung 110 eingearbeitet ist. Bei dieser
Ausführungsform
kann die Grundfläche
aus Glas, Plastik oder einem anderen Polymer bestehen, so dass kohärentes oder
nicht-kohärentes Licht
von innerhalb des Hohlraums der optischen Steuerungsvorrichtung 110 nach
außen
auf eine Oberfläche
emittiert werden kann. Darüber
hinaus ist der Fensterbereich 330 so konfiguriert, dass
gestreutes Licht wiederum in dem Hohlraum empfangen werden kann,
wie unten näher
beschrieben wird.
-
4a zeigt
eine Ausführungsform
von inneren Komponenten eines optischen Detektionssystems 401 mit
einer ersten Fensterkonfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das optische Detektionssystem 401 kann zur Verwendung in
einer optischen Steuerungsvorrichtung, beispielsweise 110,
konfiguriert sein, und würde
innerhalb eines Gehäuses
der optischen Steuerungsvorrichtung 110 (oder eines Hohlraums
derselben) liegen. Das optische Detektionssystem 401 kann
mit einer Platine (nicht gezeigt) versehen sein, welche ebenfalls
innerhalb des Gehäuses
der optischen Steuerungsvorrichtung 110 angeordnet wäre.
-
Die
Grundfläche
des Gehäuses
der optischen Steuerungsvorrichtung 110 ist so konfiguriert, dass
sie an einer Oberfläche 405 anstößt. In einer Ausführungsform
umfasst die Grundfläche
außerdem
ein Fenster 450. Bei dieser Ausführungsform kann das Fenster 450 in
einer Außenansicht
der Grundfläche
sichtbar sein, beispielsweise auf ähnliche Weise wie das Fenster 320,
welches in 3a gezeigt ist.
-
Das
optische Detektionssystem 401 umfasst eine Lichtquellenanordnung 420,
ein Linsensystem 425 (welches eine oder mehrere optische
Linsen umfassen kann) und einen oder mehrere Sensoren (z.B. Fotosensoren) 430.
Die Lichtquellenanordnung 420 kann eine Lichtquelle und
optional zugehörige
mechanische Komponenten umfassen, beispielsweise einen Halter, oder
Merkmale aufweisen, wie beispielsweise eine bestimmte Gestalt, die
in Bezug auf andere hergestellte Teile derart ausgebildet ist, dass sie
sich zum Befestigen innerhalb der optischen Zeigevorrichtung eignet.
Die Lichtquelle kann nicht-kohärent
sein, beispielsweise eine LED, oder kohärent, beispielsweise ein Laser
oder eine VCSEL-Lichtquelle.
-
Das
Linsensystem 425 umfasst eine Beleuchtungslinse 425a,
die konfiguriert ist, um Licht von der Lichtquelle zu sammeln und
es durch das Fenster 450 auf der Grundfläche 410 der
optischen Steuerungsvorrichtung 110 auf die Oberfläche 450 zu
richten. Das Linsensystem 425 umfasst außerdem eine
Abbildungslinse 425b, die konfiguriert ist, um Licht von
der Lichtquelle, welches von der Oberfläche 405 durch das
Fenster 450 reflektiert oder gestreut wird, auf den Sensor 430 abzubilden.
Beispiele einer Beleuchtungslinse und einer Abbildungslinse finden sich
in der US-Patentanmeldung Nr. 10/826,424 (mit dem Titel "Multi-Light-Source
Illumination System for Optical Pointing Devices") und US-Patentanmeldung Nr. 10/033,427 (mit
dem Titel "Illumination
Refractive System"),
deren Inhalte durch Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen
werden.
-
4b zeigt
eine alternative Ausführungsform
der inneren Komponenten eines optischen Detektionssystems 401 mit
einer zweiten Fensterkonfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung.
In dieser Ausführungsform
ist ein Fenster 460 mit einer Grundfläche 415 eines Gehäuses der
optischen Steuerungsvorrichtung 110 integriert. Man beachte, dass
das Fenster in einer Außenansicht
einer Oberfläche
der Grundfläche 415 nicht
unmittelbar erkennbar sein muß,
wie dies beispielsweise durch den Fensterbereich 330 in 3b gezeigt
wird. Ferner kann das Fenster 460 in einer Ausführungsform
ein Fensterbereich sein, in dem Licht von der Beleuchtungslinse 425a den
Hohlraum in Richtung auf die Oberfläche 405 verlässt und
in dem von der Oberfläche 405 gestreutes
Licht empfangen wird, um von der Abbildungslinse 425b als
Bild auf die Oberfläche des
Sensors 430 fokussiert zu werden.
-
In
einer Ausführungsform
können
die Fenster (oder der Fensterbereich), die in 3a bis 4b beschrieben
wurden, eine Dicke von 0,5 mm bis 1,0 mm aufweisen. Die Fensterdicke
kann jedoch auch in Abhängigkeit
von Sensoreigenschaften, den Abständen verschiedener Komponenten
zu einer Oberfläche
und Fenstereigenschaften wie beispielsweise Materialdichte und optische
Eigenschaften variieren. Simulationsprogramme wie beispielsweise ZEMAX
stellen Werkzeuge bereit, diese Daten einzugeben und eine geeignete
Fensterdicke zu ermitteln. Beispielsweise kann ein optisches Simulationsprogramm
konfiguriert werden, um die optischen Abmessungen entlang der optischen
Achse einzustellen, um den Effekt des Fensters zu berücksichtigen, um
den Abstand zwischen dem Tisch und der Linse zu vergrößern oder
um eine Lichtquelle zu positionieren oder einzustellen. Alternativ
können
andere Parameter geändert
werden, wenn die Fensterdicke bekannt ist, beispielweise der Abstand
eines Sensors und/oder einer Lichtquelle in Bezug auf die Oberfläche.
-
4c zeigt
eine Ausführungsform
mit einer kontinuierlichen Grundfläche (z.B. mit einer Grundfläche, die
als einzelner Körper
ausgebildet ist) einer optischen Zeigevorrichtung mit einer Grundflächenvertiefung
(bzw. einem ausgenommenen Bereich) gemäß der vorliegenden Erfindung.
Insbesondere ist die Grundflächenvertiefung
Teil der Grundfläche selbst,
und sie stellt ein Fenster für
Licht bereit, welches von innerhalb des Hohlraums emittiert wird,
z.B. von der Lichtquelle, oder für
Licht, welches in den Hohlraum eintritt, z.B. für den Sensor 430.
In dieser Ausführungsform
umfasst die kontinuierliche Grundfläche eine Einkörperstruktur,
die beispielsweise in einem einzigen Spritzgussvorgang hergestellt
ist (oder ein spritzgegossenes Teil ist). Die Grundflächenvertiefung
kann geringfügig ausgeprägt sein oder
stärker
ausgeprägt
sein. In jedem Fall ist jedoch der Fensterbereich über einer
Oberfläche
erhöht,
um den Bereich relativ kratzerfrei und sauber zu halten.
-
Ferner
ist in einer Ausführungsform
ein Abschnitt des Gehäuses
unterhalb der Abbildungslinse klar und optisch flach (beispielsweise
bei einem Durchmesser von 3 mm) unterhalb der Abbildungslinse. In
einer alternativen Ausführungsform
kann die Grundflächenvertiefung
der kontinuierlichen Grundfläche
auch so konfiguriert sein, dass sie eine interne Textur und/oder
Struktur zufügt,
die eine optische Funktion des Homogenisierens eines Beleuchtungsstrahls
(von emittiertem Licht) bereitstellt.
-
5a und 5b zeigen
ein Beispiel von alternativen Ausführungsformen für eine Fensterkonfiguration
gemäß der vorliegenden
Erfindung. In beiden Ausführungsformen
umfasst ein optisches Detektionssystem 501 die Lichtquellenanordnung 420 und
den Sensor 430, wie sie oben beschrieben wurden; jedoch
ist nun das Linsensystem vollständig weggelassen
(wie dargestellt ist) oder teilweise weggelassen (was nicht gezeigt
ist), beispielsweise könnte
lediglich die Beleuchtungslinse 425a oder die Abbildungslinse 425b vorhanden
sein. Wenn die Ausführungsform
in eine Vorrichtung, beispielsweise die optische Steuerungsvorrichtung 110 integriert
ist, umfasst eine erste Ausführungsform
ein Fenster 550, welches eine integrierte Linse umfasst.
-
Die
integrierte Linse umfasst einen konvexen Bereich bzw. ein Volumen
und ist so konfiguriert, dass sie die Funktionalität einer
Beleuchtungslinse und einer Abbildungslinse bietet. Wenn nur eine
der Linsen (d.h. die Beleuchtungslinse oder die Abbildungslinse)
vorhanden ist, kann die integrierte Linse so konfiguriert sein,
dass sie die Funktionalität
derjenigen Linse bereitstellt, die nicht vorhanden ist. Beispielsweise
kann in manchen Ausführungsformen eine
plano-konvexe Linse (anstelle eines Fensters) die Leistungsfähigkeit
der Linse verbessern. Ferner kann es möglich sein, alle Funktionen
der Linsen (Beleuchtung und Abbildung) in einer Linse zu vereinigen,
die in dem Gehäuseboden
geformt ist. In manchen Ausführungsformen
können
zwei Krümmungsflächen benötigt werden,
um ein fokussiertes Bild auf den Sensoren mit einem optischen Weg
von weniger als 10 mm zu erhalten. Darüber hinaus können zusätzlich zu
der Abbildungs- und der Beleuchtungslinse, die Teil eines Elementes 425 sein
können,
dem Fenster weitere optische Funktionen zuge fügt werden. Beispielsweise werden
Kombinationen erwogen, bei denen die vollständige optische Funktion Teil des
Fensters ist, bei denen optische Funktionen von Abbildung und Beleuchtung
zwischen den Elementen 425 und 550 aufgeteilt
sind oder bei denen Abbildungs- und Beleuchtungsfunktionen Teil
beider Elemente 425 und 550 sind.
-
In
einer zweiten Ausführungsform,
wie sie in 5b gezeigt ist, umfasst ein
Fenster oder ein Fensterbereich 560 auch eine integrierte
Linse, die ebenfalls durch einen konvexen Bereich oder ein Volumen
gebildet werden kann, welcher bzw. welches konfiguriert ist, um
die Beleuchtungslinse und/oder die Abbildungslinse zu ersetzen.
Ebenso wie bei anderen Ausführungsformen,
bei denen das Fenster mit einer Grundfläche integriert ist, würde eine äußere Ansicht
einer Grundfläche 515 bei
dieser Ausführungsform
nicht notwendigerweise die mit dem Fensterbereich 560 integrierte
Linse erkennen lassen.
-
Man
beachte, dass die integrierte Linse sowohl in der ersten Ausführungsform
des Fensters 550 als auch in der zweiten Ausführungsform
des Fensters 560 mehr als eine Linse umfassen kann. Solche
Ausführungsformen
positionieren auf geeignete Weise eine oder mehrere Linsen, um die
Beleuchtungseffekte von der Lichtquelle 420 durch die Linse
und das Fenster auf die Oberfläche
zu gestatten, und positionieren eine oder mehrere Linsen, um zu
gestatten, dass reflektiertes (oder gestreutes) Licht zurück durch
das Fenster und die Linse gelangt und die zum Abbilden auf den Sensor
bestimmt ist bzw. sind. Wiederum kann eine geeignete Anordnung der
Lichtquelle 420, des Sensors 430 und der Linsen
in Relation zueinander unter Verwendung der oben beschriebenen Parameter
und integrierter Linsenparameter (wie beispielsweise Krümmungsradius,
Materialien und Vergrößerung)
mit herkömmlichen
Optimierungsprogrammen konfiguriert werden, die beispielsweise dem
Programm ZEMAX® der
ZEMAX Development Corporation (Bellevue, WA).
-
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung bieten eine Reihe von Vorteilen. Beispielsweise verringert
oder verhindert das Einschließen
eines Bodenabschnitts (oder eines der Oberfläche ausgesetzten Abschnitts)
eines Gehäuses
einer optischen Steuerungsvorrichtung das Eindringen von Fremdelementen
von der Oberfläche,
wie beispielsweise Staub oder Flüssigkeiten,
in das Gehäuse
selbst. Dies schützt
empfindliche Festkörperkomponenten wie
beispielsweise das optische Verlagerungssystem, wodurch die Lebens dauer
des Produktes erhöht wird
und die Unversehrtheit des Produktes aufrecht erhalten wird. Darüber hinaus
verringert oder unterbindet diese Konfiguration elektrostatische
Entladungseffekte auf elektronische Komponenten innerhalb der optischen
Steuerungsvorrichtung. Dies senkt wiederum die Wahrscheinlichkeit
für Störungen des
Produktes und gestattet eine erhöhte
Produktlebensdauer und hält
die Unversehrtheit des Produktes aufrecht.
-
5c zeigt
ein weiteres Beispiel einer alternativen Ausführungsform für eine Fensterkonfiguration
nach der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform umfaßt der Fensterbereich
einen konkaven Bereich oder Volumen 570, der bzw. das konfiguriert
werden kann, um die Beleuchtungslinse und/oder die Abbildungslinse
zu ersetzen.
-
5d zeigt
ein weiteres Beispiel einer alternativen Ausführungsform für eine Fensterkonfiguration
gemäß der vorliegenden
Erfindung. In dieser Ausführungsform
umfasst das Fenster einen zweifach konkaven Bereich bzw. Volumen 580,
der bzw. das so konfiguriert werden kann, dass er bzw. es die Beleuchtungslinse
und/oder die Abbildungslinse ersetzt.
-
Verbesserte und/oder alternative
Laserarchitektur
-
6 bis 8d zeigen
alternative Architekturen für
eine optische Steuerungsvorrichtung zur Verwendung mit einer kohärenten Lichtquelle
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Eine kohärente
Lichtquelle umfasst beispielsweise einen Laser oder ein VCSEL (Vertical
Cavity Surface Emitting Laser) oder dergleichen.
-
6 zeigt
eine alternative Ausführungsform
einer optischen Steuerungsvorrichtung mit einer kohärenten Lichtquelle
(beispielsweise einem Laser) gemäß der vorliegenden
Erfindung. Diese Ausführungsform
umfasst einen Sensor 610, eine Linse 615, ein
Fenster 620 und eine Grundfläche 625. Das Fenster 620 ist
so konfiguriert, dass es teilweise auf der Grundfläche 625 ruht,
obwohl es alternativ in eine Öffnung
der Grundfläche 625 gepasst
werden kann. In einer Ausführungsform
ist das Fenster 620 erhöht, so
dass es einen direkten Kontakt mit einer festen Oberfläche 630 meidet.
In einer Ausführungsform umfasst
diese Konfiguration ein Schichtstück aus TTV Luxacryl-IR (z.B.
0,5 mm dick, obwohl andere Dicken, wie beispielsweise 0,1 mm bis
10 mm verwendet werden können),
die auf einen Bodenabschnitt des Gehäuses zwischen einer Linse 615 und einem
Strahlensammler (BC) oder einer Grundfläche gelegt ist. In dieser Ausführungsform
ist das Fenster frei von Staub, Kratzern und Fingerabdrücken. Das System
kann auch beispielsweise um 0,5 mm gegenüber der Oberfläche 630 angehoben
werden. Diese Konfiguration verfolgt vorteilhafterweise gut auf Oberflächen und
gestattet, dass Einstellungen in der Laserleistung vorgenommen werden,
um mögliche Fensterverluste
zu berücksichtigen.
Darüber
hinaus kann sie optisch fein eingestellt werden, um das Leistungsverhalten
zu verbessern. Darüber
hinaus gestattet die Fensterkonfiguration, dass das Fenster bei herkömmlichem
Gebrauch sauber bleibt, beispielsweise frei von Staub, Kratzern
oder Fingerabdrücken bleibt,
da das Fenster etwas zurückgesetzt
ist.
-
7 zeigt
einen Lichtweg für
eine alternative Ausführungsform
einer optischen Steuerungsvorrichtung mit einer kohärenten Lichtquelle 710 (beispielsweise
einem Laser) gemäß der vorliegenden Erfindung.
In dieser Ausführungsform
gelangt Licht von einer Lichtquelle 710 durch die Beleuchtungslinse 715 und
ein Fenster 720, welches das Licht auf eine Oberfläche 725"richtet". Das Licht kann
unter irgendeinem Winkel von 0° (senkrecht
nach unten) bis zu beinahe 90° gerichtet
werden, in Abhängigkeit
von dem erwünschten
Effekt, wie beispielsweise der Intensität, der Leistung und dergleichen.
Das Licht, welches von der Oberfläche 725 gestreut (oder
reflektiert) wird, gelangt zurück
durch eine oder mehrere zusätzliche
Linsen (z.B. eine Abbildungslinse 735) und auf einen Sensor 740.
Eine Apertur vor der Oberfläche
kann vorgesehen sein, die das Licht auf den Sensor limitieren oder
weiter intensivieren kann.
-
In
manchen Ausführungsformen
kann das Zufügen
eines Fensters in einem optischen Weg parasitäres Licht erzeugen. Darüber hinaus
sind in Situationen, bei denen das Fenster Kratzer oder Fingerabdrücke aufweist,
parasitäre
Lichteffekte größer. 8a bis 8d zeigen
Beispiele alternativer Ausführungsformen
von optischen Wegen in Anbetracht von variierten Konfigurationen
eines Fensterbereichs zur Verwendung in einer optischen Steuerungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Darstellungen zeigen Alternativen, die sich mit parasitärem Licht
befassen. Um das Verständnis
und die Erläuterung
zu erleichtern, sind in den gezeigten Konfigurationen die Beleuchtungs-
und die Abbildungslinse oder Linsen nicht gezeigt, aber solche Linsen
wären so
konfiguriert, wie zuvor beschrieben wurde.
-
8a zeigt
die Verwendung einer geringeren Sensorapertur 820, so dass
die parasitären Strahlen 812a bis 812b (allgemein 812),
die in den Figuren als dünne
oder gepunktete Linien gezeigt sind, von dem Sensor abgeschirmt
werden, nachdem das Licht von der Lichtquelle von einer Oberfläche 810 reflektiert
wurde. 8b zeigt das Erhöhen eines
Abstands von dem Laser, z.B. einen VCSEL, zum Sensor 815.
In diesem Beispiel wird ein Einfallswinkel modifiziert, was wiederum
die parasitären
Strahlen abschirmt. 8c zeigt die Verwendung einer
Blendenstruktur 830. Die Blendenstruktur 830 kann
an dem Fenster oder an dem Sensor ausgebildet sein. Die Blendenstruktur 830 besteht
aus einem Material, welches parasitäre Strahlen abblockt, beispielsweise nicht-durchscheinendes
oder lichtundurchlässiges Material. 8d zeigt
eine Konfiguration, bei der ein Fenster 825d, durch welches
das Licht leuchtet und durch welches das Licht in Richtung auf den
Sensor 815d zurückkehrt,
in Bezug auf einen Boden eines Gehäuses der optischen Zeigevorrichtung
nach oben verschoben ist. In dieser Ausführungsform wird das Fenster
in einer Ausnehmung sein, oder der Boden des Gehäuses würde eine andere Form haben,
so dass parasitäre
Strahlen, die von dem Fenster ausgehen, abgeblockt werden und nicht
durch die Apertur des Sensors gelangen.
-
In
noch einer anderen Ausführungsform kann
das Fenster mit einer Antireflektionsbeschichtung behandelt sein,
die die Effekte von parasitären Strahlen
minimiert oder eliminiert. Die Antireflexbeschichtungs-Ausführungsform
kann auch in Verbindung mit den in 8a bis 8d gezeigten
Ausführungsformen
verwendet werden.
-
In
manchen Ausführungsformen
eines auf kohärentem
Licht (oder Laserlicht) basierenden Systems kann es eine Verschiebung
des Beleuchtungsflecks geben, so dass ein Fenster in dem optischen Pfad,
welches bei einem nominellen Design (d.h. unverändertem Design) zugefügt wird,
zu einer Verschiebung des Leuchtflecks auf einer Oberfläche führen kann.
Bei solchen Ausführungsformen
blickt der Sensor nicht mehr auf die gesamte beleuchtete Oberfläche. Um
dieses Problem anzugehen, können Ausführungsformen
so konfiguriert sein, dass ein optisches Modul (z.B. eine Linse
und eine Lichtquelle) angehoben werden, um diese Fleckverschiebung
zu kompensieren. Alternativ kann das Design überarbeitet werden, um die
Beleuchtung zu berücksichtigen, oder
ein Fenster kann als Keil verwendet werden (z.B. eine keilförmige Konfiguration
oder Struktur), um den Beleuchtungsfleck zur Nominalposition zurückzubringen.
-
Bei
Ausführungsformen,
bei denen ein Bild nicht an der richtigen Stelle fokussiert wird,
kann eine Änderung
in der Brennweite des Systems aufgetreten sein, und da die Abbildungslinse
verkippt ist, kann ein Brennpunkt dezentriert sein. Bei solchen
Ausführungsformen
kann das optische Modul (z.B. die Linse und die Lichtquelle) innerhalb
des System angehoben werden, um diese Fleckverschiebung zu kompensieren,
die Abbildungslinse kann im Design überarbeitet werden, um die
Dezentrierung zu berücksichtigen,
oder das Fenster kann als eine Linse verwendet werden, um diese
Dezentrierung zu korrigieren.
-
Homodynsystem
für Laserarchitektur
-
Alternative
Ausführungsformen
einer optischen Zeigevorrichtung mit kohärentem Licht (z.B. Laser oder
VCSEL) umfassen ein Homodynsystem, welches parasitäres Licht
ausnutzt, indem es dieses in Überlagerung
mit dem "normalen
Licht", welches auf
den Sensor auftritt (weil es von der Oberfläche gestreut wurde), verwendet.
In einer alternativen Ausführungsform
nutzt ein System ein Fenster, um sowohl eine Spiegel- als auch eine
Strahlteilerfunktionalität
bereitzustellen.
-
Im
Hinblick auf ein Homodynsystem besteht ein Problem bei vielen herkömmlichen
LED-basierten Technologien
in dem geringen Kontrast, der auf Oberflächen wie beispielweise Manilamappen,
weißem
Papier oder fast geweißten
Oberflächen
zu beobachten ist. Eine daraus resultierende geringe Qualität der Bildauflösung auf
einem Sensor verursacht in solchen Fällen eine ungenaue Verfolgung
und Messung der Verlagerung bzw. Verschiebung einer optischen Zeigevorrichtung.
-
In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird eine Laserlichtquelle (z.B. VCSEL) verwendet,
um Oberflächen
zu beleuchten, darunter Oberflächen
wie beispielsweise Manilamappen und weißes Papier, die ihrerseits
ein gesprenkeltes Muster bzw. Tüp felmuster
auf dem Sensor erzeugen würden,
d.h., eine zufällige
Variation in der Intensität
in der Bildebene. Unter Verwendung geeigneter Optik gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Tüpfel- bzw.
Pünktchengröße ähnlich zu
der Pixelgröße sein (z.B.
60 μm),
und der von dem Sensor beobachtete Kontrast kann somit sehr hoch
sein (nahe bei 100 %).
-
In
einer Ausführungsform
benutzt das geeignete optische System (welches die Optik umfasst)
ein optisches Homodynverfahren, welches wie folgt beschrieben wird.
Um eine ausreichende Tüpfel-
oder Pünktchengröße zu erreichen,
wird eine Linsenapertur im Vergleich zu herkömmlichen Abbildungssystemen
verringert. Als Resultat daraus kann die Lichtintensität, die durch
die Linse gesammelt wird, sehr gering sein (z.B. mindestens 50 mal
geringer, um eine Pünktchengröße von 60 μm zu erreichen).
Um dabei zu helfen, dies zu erreichen, kann das erzeugte Pünktchen-
oder Tüpfelmuster
mit einer relativ hochenergetischen Referenzwelle gemischt werden.
Die Interferenz zwischen dem Tüpfelmuster
und der glatten Referenzwelle wird ein neues Tüpfelmuster hervorrufen, welches
einen Kontrast ausreichend hoher Qualität aufweist, jedoch mit einer
erhöhten
mittleren Intensität.
Mit anderen Worten wird das Tüpfelmuster durch
die Interferenz mit der Referenzwelle teilweise verstärkt bzw. "geboostet".
-
Als
Beispiel zeigt 9 eine Ausführungsform eines optischen
Homodynsystems 910 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Figur zeigt eine Ausführungsform eines Strahlteilerprinzips.
Ein kleiner Teil (z.B. 1 μW)
des kohärenten
Lichtes, welches von einem Laser, z.B. einem VCSEL 915,
kommt, wird in Richtung auf den Sensor 920 gerichtet, während ein anderer,
hochenergetischer Teil (z.B. 1 mW) verwendet wird, um die Oberfläche 925 zu
beleuchten. Unter Verwendung einer geeigneten Linsenapertur 930 wird
ein Tüpfelmuster
vor dem Sensor 920 erzeugt, mit einer Tüpfel- oder Pünktchengröße, die
gleich der Pixelgröße ist.
Das Tüpfelmuster
wird mit Hilfe von Strahlteilern 935a, 935b (allgemein
935) mit dem Licht kombiniert, welches direkt von dem VCSEL 915 kommt.
Die kohärente Überlagerung
der beiden Wellen erzeugt ein neues Tüpfelmuster. Die mittlere Intensität ergibt
sich als: I = I1 + I2, wobei I1 und I2 die
mittlere Intensität
des Tüpfelmusters
und der Referenzwelle sind. Die Referenzwellenintensität ist im
Allgemeinen viel größer als
diejenige des Tüpfelmusters.
Die mittlere Intensität
ist daher durch I2 gegeben. Der Kontrast ergibt sich wie folgt: C = 2·√I1·I2/(I1 + I2),wobei
der Zähler 2·√I1·I2 aus der Interferenz
zwischen I1 und I2 resultiert. Unter der Annahme, dass I2 = 10·I1, erkennt
man, dass wir immer noch einen Kontrast von ungefähr 60 %
haben, was viel höher
ist als der Kontrast, der gegenwärtig
bei LED-Beleuchtung
mit streifendem Lichteinfall beobachtet wird.
-
10a bis 10c zeigen
alternative strukturelle Ausführungsformen
einer Komponentenkonfiguration eines optischen Systems zum Strukturieren
einer optischen Zeigevorrichtung mit kontinuierlicher Basis bzw.
Grundfläche
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die gezeigten Strukturen sind innerhalb der optischen
Zeigevorrichtung unter Verwendung herkömmlicher Komponenten (nicht
gezeigt) konfiguriert. Beispiele der gezeigten Ausführungsformen
umfassen die Zugabe einer optischen Funktion, um das System bei
einer gegenwärtigen Höhe zu halten,
das Zufügen
oder Integrierten mit Mikrostrukturen in einem Fenster, oder die
Formulierung eines Designs für
eine Linse, z.B. die Beleuchtungs- und/oder die Abbildungslinse, um die
erwünschten
optischen Charakteristika zu erreichen, wie oben beschrieben wurde.
In einer ersten Ausführungsform
umfasst ein System 1005 eine Lichtquelle 1010,
z.B. ein VCSEL, eine Beleuchtungslinse 1015, ein Fenster 1020,
eine Abbildungslinse 1025 und einen Sensor 1030.
Bei dieser Konfiguration kann die Beleuchtungslinse 1015 mit
konvexen Oberflächen konfiguriert
sein, die verwendet werden können,
um Licht von der Lichtquelle 1010 auszurichten. Darüber hinaus
ist das Fenster 1020 so konfiguriert, dass es Licht gestattet,
durch einen ersten Winkel 1020c auf eine Oberfläche 1040 zu
gelangen. Das reflektierte Licht kehrt durch einen anderen Winkel 1020b des Fensters 1020 zurück und fällt auf
eine Abbildungslinse 1025 und den Sensor 1030.
Bei der gezeigten Ausführungsform
wird eine optische Funktion vorteilhafterweise zugefügt, um das
System in einer gegenwärtigen
Höhe in
Bezug auf eine Linsenanordnung 1050 (die Beleuchtungslinse 1015 und
die Abbildungslinse 1025) und die Oberfläche 1040 zu
halten. Man beachte, dass das Fenster 1020 bündig mit
der Grundfläche
sein kann oder etwas gegenüber
einer Grundfläche
zurückgesetzt
sein kann. Darüber
hinaus kann das Fenster 1020 Teil einer einteiligen (z.B. in
Spritzguss hergestellten) Konstruktion bezüglich der Grundfläche sein
(z.B. eine kontinuierliche Grundfläche).
-
10b zeigt eine zweite Ausführungsform eines Systems 1006,
welches Komponenten umfasst, die ähnlich zu denjenigen der ersten
Ausführungsform
des Systems 1005 sind, aber welches abweichend ein Fenster
mit Mikrostrukturen 1021 umfasst. Diese Konfiguration funktioniert
auf eine Weise, die ebenfalls die Beibehaltung einer gegenwärtigen Höhe zwischen
der Linsenanordnung 1050 und der Oberfläche 1040 gestattet.
Das in 10c gezeigte System 1007 umfasst
Komponenten wie die anderen beiden Systeme 1005, 1006,
aber in dieser Ausführungsform
hat das Fenster keine bestimmte Konfiguration (d.h., es ist eben),
und die Beleuchtungslinse 1016 wäre so konstruiert, dass ein
konvexes Design eine größere oder
geringere Krümmung haben
kann, in Abhängigkeit
von dem verwendeten Linsenmaterial, um das Licht von der Lichtquelle 1010 auf
geeignete Weise in Richtung auf die Oberfläche 1040 durch das
Fenster 1022 zu formen.
-
Bei
Lektüre
dieser Offenbarung werden dem Fachmann weitere zusätzliche
alternative strukturelle und funktionelle Konstruktionen für die Konfiguration einer
optischen Steuerungsvorrichtung mit einem ebenen Boden oder einer
abgedichteten Bodenfläche
durch die offenbarten Prinzipien der vorliegenden Erfindung in den
Sinn kommen. Obwohl bestimmte Ausführungsformen und Anwendungen
der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, versteht
es sich somit, dass die Erfindung nicht auf die genaue Konstruktion
und die Komponenten beschränkt
ist, die hier offenbart wurden, und dass verschiedene Modifikationen, Änderungen
und Variationen in der Anordnung, dem Betrieb und in den Details
des Verfahrens und der Vorrichtung der hier offenbarten vorliegenden
Erfindung, die dem Fachmann einleuchten, vorgenommen werden können, ohne
vom Geist und Rahmen der Erfindung abzuweichen, wie er in den anhängenden
Ansprüchen definiert
ist.
-
Zusammenfassung
-
Ein
Gehäuse
für eine
Steuerungsvorrichtung umfasst einen eingeschlossenen Hohlraum, der
zum Befestigen eines optischen Detektionssystems konfiguriert ist,
welches eine Lichtquelle und einen Sensor umfasst, und eine Fläche des
eingeschlossenen Hohlraums umfasst ein Fenster, um zu gestatten, dass
Licht von der Lichtquelle von einer Oberflächen gestreut wird, und das
konfiguriert ist, um zu gestatten, dass das gestreute Licht von
dem Sensor empfangen wird. Bei dieser Konfiguration ist das Gehäuse so strukturiert,
dass es verhindert, dass das optische Detektionssystem externen
Elementen wie beispielsweise der Oberfläche ausgesetzt ist. Außerdem ist
ein Homodynsystem zur Verwendung mit einer optischen Zeigevorrichtung
mit einer kohärenten Lichtquelle
offenbart.