JP4966284B2 - 散乱光を使用して光ナビゲーションを実行するためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
光ナビゲーションシステムは、追跡動作を実行するために光ナビゲーションシステムと目標面またはナビゲーション面との間の相対的動きを検出する。光ナビゲーションシステムは、ナビゲーション面に照明光を与えるための発光ダイオードまたはレーザーダイオードなどの光源と、ナビゲーション面から反射された照明光に応じて画像データのフレームを連続的にキャプチャするための画像センサとを使用する。光ナビゲーションシステムは、画像データの連続するフレームを比較し、画像データの現在フレームと画像データの前フレームとの間の比較に基づいて光ナビゲーションシステムとナビゲーション面との間の相対的動きを推定する。光ナビゲーションシステムは、画像データのフレームを連続的にキャプチャして比較することによって光ナビゲーションシステムとナビゲーション面との間の相対的動きを追跡することができる。
・光源108および照明光学系210を、画像センサアレイ218における光学的ノイズを減らすために、集光光学系214から更に離して位置決めできる。
・反射光ビームの強度を増加する(フレネル反射係数)。
・マウスに近い表面だけが画像センサアレイ218の視野内にあるので、別のリフト検出機構を必要としない。
Claims (22)
- 第2の光軸に沿った目標面からの鏡面反射光ビームと該目標面からの散乱光とを生成するために、該目標面の法線に対して非ゼロの入射角で第1の光軸に沿った照明光ビームを該目標面へと放射するように位置決めされた光源と、
前記鏡面反射光ビームの前記第2の光軸から5度〜25度の予め決められた角度だけオフセットされており、前記目標面の法線に対して非ゼロ角に位置決めされた第3の光軸の周りの前記散乱光を受けるように位置決めされ、かつ、前記鏡面反射光ビームの大部分または全部が入射しないように位置決めされた画像センサアレイであって、前記受けられた散乱光から画像データのフレームを生成するように構成される画像センサアレイと、
前記目標面に関する変位を推定するために、前記第3の光軸の周りの前記散乱光から生成された画像データのいくつかの前記フレームを受けて相互に関連付けるように前記画像センサアレイに動作可能に接続されたプロセッサであって、前記目標面は、摂動が小さく前記第3の光軸に近い角度で前記散乱光を生成するガラス表面である、プロセッサと
を含んでなる、光ナビゲーションを実行するためのシステム。 - 前記光源は、前記第1の光軸に沿った前記照明光ビームを30度より大きい非ゼロ入射角で前記目標面へと放射するように位置決めされる、請求項1に記載のシステム。
- 前記光源から前記照明光ビームを受けて前記照明光ビームを前記第1の光軸に沿って前記ナビゲーション面へと方向付けるように、前記ナビゲーション面と前記光源との間に位置決めされた照明光学系を更に含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記光源はインコヒーレント光源であり、前記照明光学系は前記第3の光軸の周りの均一な放射状の角度で前記目標面に照明を与えるための回折光学素子を含む、請求項3に記載のシステム。
- 前記画像センサアレイは前記第3の光軸に沿って位置決めされる、請求項1に記載のシステム。
- 前記第3の光軸の周りの前記散乱光を前記画像センサアレイに方向付けるように、前記第3の光軸に沿って位置決めされた集光光学系を更に含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記集光光学系は、前記第3の光軸の周りの前記散乱光を前記画像センサアレイに方向付けるように構成された結像レンズを含む、請求項6に記載のシステム。
- 前記第3の光軸の周りの前記散乱光を透過させるために、前記目標面と前記集光光学系との間、または前記集光光学系と前記画像センサアレイとの間に、前記第3の光軸に沿って位置決めされた少なくとも1つの開口部を更に含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記第3の光軸の周りの前記照明光ビームの各々からの散乱光が前記画像センサアレイで受けられるように、異なる照明光軸に沿った照明光ビームを前記目標面へと放射するように位置決めされた多数の光源を更に含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記多数の光源は、前記照明光ビームが前記目標面上の共通領域に当たるように位置決めされ、前記照明光ビームによる鏡面反射光ビームの光軸が前記第3の光軸を取り囲むように位置決めされる、請求項9に記載のシステム。
- 第2の光軸に沿った目標面からの鏡面反射光ビームと該目標面からの散乱光とを生成するために、該目標面の法線に対して非ゼロの入射角で第1の光軸に沿った照明光ビームを前記目標面へと放射するように位置決めされた光源と、
前記鏡面反射光ビームの前記第2の光軸から5度〜25度の予め決められた角度だけオフセットされており、前記目標面の法線に対して非ゼロ角に位置決めされた第3の光軸の周りの前記散乱光を感光素子で受けるように位置決めされ、かつ、前記鏡面反射光ビームの大部分または全部が入射しないように位置決めされた画像センサアレイであって、前記受けられた散乱光から画像データのフレームを生成するように構成された画像センサアレイと、
前記感光性素子のアレイへの前記第3の光軸の周りの前記散乱光を光学的に操作するために、前記目標面と前記画像センサとの間に位置決めされた集光光学系と、
前記目標面に関する変位を推定するために、前記第3の光軸の周りの前記散乱光から生成された画像データのいくつかの前記フレームを受けて相互に関連付けるように前記画像センサに動作可能に接続されたプロセッサであって、前記目標面は、摂動が小さく前記第3の光軸に近い角度で前記散乱光を生成するガラス表面である、プロセッサと
を含んでなる、光ナビゲーションを実行するためのシステム。 - 前記光源は、前記第1の光軸に沿った前記照明光ビームを30度より大きい非ゼロ入射角で前記目標面へと放射するように位置決めされる、請求項11に記載のシステム。
- 前記光源からの前記照明光ビームを受けて前記照明光ビームを前記第1の光軸に沿って前記ナビゲーション面へと方向付けるように、前記ナビゲーション面と前記光源との間に位置決めされた照明光学系を更に含む、請求項11に記載のシステム。
- 前記光源はインコヒーレント光源であり、前記照明光学系は均一な放射状の角度で前記目標面に均一な照明を与えるための回折光学素子を含む、請求項13に記載のシステム。
- 前記画像センサの前記感光素子のアレイは、前記第3の光軸に沿って位置決めされる、請求項11に記載のシステム。
- 前記集光光学系は、前記第3の光軸の周りの前記散乱光を前記画像センサアレイに方向付けるように構成された結像レンズを含む、請求項11に記載のシステム。
- 前記第3の光軸の周りの前記照明光ビームの各々からの散乱光が前記画像センサアレイで受けられるように、異なる照明光軸に沿った照明光ビームを前記目標面へと放射するように位置決めされた多数の光源を更に含む、請求項11に記載のシステム。
- 前記多数の光源は、前記照明光ビームが前記目標面上の共通領域に当たるように位置決めされ、前記照明光ビームによる鏡面反射光ビームの光軸が前記第3の光軸を取り囲むように位置決めされる、請求項17に記載のシステム。
- 第2の光軸に沿った目標面からの鏡面反射光ビームと該目標面からの散乱光とを生成するために、該目標面の法線に対して非ゼロの入射角で第1の光軸に沿った照明光ビームを前記目標面へと放射するステップと、
前記鏡面反射光ビームの前記第2の光軸から5度〜25度の予め決められた角度だけオフセットされており、前記目標面の法線に対して非ゼロ角に位置決めされた第3の光軸の周りの前記散乱光を画像センサアレイで受けるステップであって、前記画像センサアレイは、前記鏡面反射光ビームの大部分または全部が入射しないように位置決めされてなる、ステップと、
前記目標面に関する変位を推定するために、前記第3の光軸の周りの前記散乱光から生成された画像データのフレームを生成するように、前記画像センサアレイに電気信号を蓄積するステップであって、前記目標面は、摂動が小さく前記第3の光軸に近い角度で前記散乱光を生成するガラス表面である、電気信号を蓄積するステップと
を含んでなる、光ナビゲーションを実行するための方法。 - 前記非ゼロの入射角は30度より大きい、請求項19に記載の方法。
- 前記画像センサアレイへの前記第3の光軸の周りの前記散乱光を光学的に操作することを更に含む、請求項19に記載の方法。
- 前記第3の光軸の周りの前記照明光ビームの各々からの散乱光が前記画像センサアレイで受けられるように、そして、前記照明光ビームによる鏡面反射光ビームの光軸が前記第3の光軸を取り囲むように、異なる照明光軸に沿った多数の照明光ビームを前記目標面上の共通領域へと放射するステップを更に含む、請求項19に記載の方法。
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