KR101241000B1 - 단일의 셀프 믹싱 레이저를 이용하여 객체와 광 입력장치의 2차원 상대 이동을 측정하는 방법 - Google Patents

단일의 셀프 믹싱 레이저를 이용하여 객체와 광 입력장치의 2차원 상대 이동을 측정하는 방법 Download PDF

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Abstract

객체(15)와 센서 장치 사이의 상대 이동을 측정하기 위한 광 입력 장치가 측정 빔(13, 17)을 방출하기 위한 레이저 공동을 갖는 레이저 장치(3, 5) 및 레이저 공동으로 재입사하는 측정 빔 방사의 결과로서 레이저 장치(3, 5)의 작동 변화를 나타내는 측정 신호를 발생시키기 위한 개별적 방사 민감 검출기(4, 6)를 포함한다. 센서 장치는 활동 평면에서의 각각의 측정 축에 따른 상대 이동을 측정하기 위해 제공되며, 센서 장치의 하나 또는 각각으로부터 산출되는 측정 신호는 측정 신호의 상승 및 하강 구배의 옵셋 주파수를 합산함으로써 활동 평면에 교차하는 측정 축에 따른 입력 장치와 객체(15)의 서로에 대한 거리 및/또는 이동을 판정하기 위해 이용된다.
마우스, 레이저, 이동, 속도, 방향, 방사, 변조, 간섭

Description

단일의 셀프 믹싱 레이저를 이용하여 객체와 광 입력 장치의 2차원 상대 이동을 측정하는 방법{METHOD OF MEASURING RELATIVE MOVEMENT IN TWO DIMENSIONS OF AN OBJECT AND AN OPTICAL INPUT DEVICE USING A SINGLE SELF-MIXING LASER}
본 발명은 활동 평면에서의 측정 축에 따른 입력 장치와 객체의 서로에 대한 이동 및/또는 거리를 판정하는 방법에 관한 것이며, 이 방법은 레이저 장치의 레이저 공동으로부터 방출되는 측정 레이저 빔으로 객체 표면을 조명하는 단계, 레이저 공동의 작동의 변화 - 상기 변화는 상기 레이저 공동으로 재입사하는 측정 빔 방사와 상기 레이저 공동 내의 광파의 레이저 셀프 믹싱 간섭(laser self-mixing interference)으로 인한 것이고 상기 측정 축에 따른 상기 이동을 나타내는 것임 - 를 측정하는 단계, 및 상기 레이저 공동의 작동의 상기 측정된 변화를 나타내는 전기적 신호를 발생시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 이 방법을 수행하기 위한 광 모듈이 제공된 입력 장치, 및 그러한 광 모듈을 포함하는 입력 장치에 관한 것이기도 하다.
그러한 방법 및 입력 장치는 국제 특허출원 WO 03/102717 A2호로부터 알려져 있다. 입력 장치는 컴퓨터 디스플레이 또는 모니터를 가로질러 커서를 이동시키기 위해, 예를 들어, 디스플레이 된 메뉴의 기능을 선택하기 위해 컴퓨터 구성에서 이 용되는 광 마우스일 수 있을 것이다. 그러한 광 마우스는 종래의 기계적 마우스처럼 손으로 마우스 패드를 가로질러 이동된다. 입력 장치는 "역(inverted)" 광 마우스일 수도 있을 것이다. 그러면 이 입력 장치는 고정되고, 예를 들어, 데스크톱 컴퓨터의 키보드 또는 노트북 컴퓨터 또는 이동 전화, PDA 또는 게임기와 같은 핸드헬드 장치에 내장되며, 객체는 입력 장치의 하우징의 투명창 위로 이동되는 사용자의 손가락이다. 후자의 사용법에서, 입력 장치의 이점, 즉 작고 가벼우며 저가이고 전력 소모가 적은 이점들의 최적의 이용이 이루어진다.
WO 03/102717 A2호에 기술된 바와 같이, 측정 축에 따른 객체와 장치의 이동 방향을 판정하기 위해, 레이저에 공급되는 구동 전류는 주기적으로 변화하는 전류, 예를 들어, 삼각 형상의 주기를 갖는 전류이다. 이 레이저 변조로 인해, 측정된 신호는 삼각형의 상승 구배와 하강 구배에 겹쳐진 더 높은(또는 "옵셋") 주파수 파동을 나타낸다. 상승 구배 상의 파동 주파수가 하강 구배 상의 파동 주파수와 같다면, 객체와 장치는 서로에 대해 고정된다. 상대 이동의 경우에는, 측정 축에 따른 이동 방향에 종속하여 상승 구배 상의 파동 주파수가 하강 구배 상의 파동 주파수보다 더 크거나 작다.
컴퓨터 마우스를 사용할 때, 예를 들어 좌표계 기준을 재설정하기 위해, 마우스가 이동(X-방향 및 Y-방향으로)되고 있는 표면으로부터 마우스를 들어 올린 후 마우스를 표면에 다시 대는 것이 보편적인 관행이다. 이 사용법의 경우에, 표면은 이른바 활동 평면을 이루고, 언제 마우스가 표면으로부터 들어 올려진 후 표면에 다시 대어지는지를 검출하도록 Z-방향으로의 이동을 검출할 능력이 필요하다. 실 제로, Z-방향으로의 객체와 입력 장치의 상대 이동이 요구될 수 있는 사용법이 많이 있다.
WO 03/102717 A2호에 기술된 구성에서는, 한 평면에서의 두개의 직각(X 및 Y) 방향, 또는 측정축에 따른 상대 이동을 측정하게 하는 직각 방위의 두개의 다이오드 레이저 및 두개의 대응 광 다이오드가 입력 장치에 제공된다. 그러한 장치는 디스플레이를 가로지르는 두개의 방향으로의 커서 이동이 제어되어야 하는 장치를 위해 적합하다. 제3(Z) 방향 또는 측정 축에 따른 상대 이동을 측정하는 것도 요구되면, 제3 다이오드 레이저 및 광 다이오드가 제공될 필요가 있다. 그러나, 그러한 추가 센서는 장치에 대한 비용을 추가하고 장치를 더 복잡하게 한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 단일의 셀프 믹싱 레이저 및 방사 민감 검출기를 이용하여 객체와 입력 장치 사이의 두개의 측정축 - 측정축들 중 하나는 활동 평면에 있고, 다른 측정 축은 활동 평면과 교차함 - 에 따른 상대 이동 및/또는 거리를 측정하게 하는 앞서 정의된 유형의 방법 및 장치를 제공하려는 것이다.
본 발명에 따르면, 활동 평면에 교차하는 측정 축에 따른 입력 장치와 객체의 서로에 대한 이동 및/또는 거리를 판정하는 방법이 제공되며, 이 방법은 레이저 장치에 변조된 구동 전류를 공급하고 상기 레이저 장치의 레이저 공동으로부터 방출되는 측정 레이저 빔으로 객체 표면을 조명하는 단계, 및 레이저 공동의 작동의 변화 - 상기 변화는 상기 레이저 공동으로 재입사하는 측정 빔 방사와 상기 레이저 공동 내의 광파의 간섭으로 인한 것이고 상기 측정 축에 따른 상기 이동을 나타내는 것임 - 를 나타내는 측정 신호 - 상기 측정 신호는 그 각각의 주기에서 옵셋 주파수를 갖는 파동들이 겹쳐진 상승부와 하강부를 포함함 - 를 발생시키는 단계를 포함하고, 이 방법은 상기 측정 신호의 상승부와 하강부의 상기 옵셋 주파수를 합산함으로써 상기 측정 축에 따른 상기 객체와 상기 입력 장치의 서로에 대한 거리 및/또는 이동을 판정하고, 상기 거리 및/또는 이동을 나타내는 전기적 신호를 발생시키는 단계를 더 포함한다.
또한 본 발명에 따르면, 활동 평면에 교차하는 측정 축에 따른 입력 장치와 객체의 서로에 대한 이동 및/또는 거리를 판정하는 방법을 수행하기 위한 광 모듈이 제공되며, 이 모듈은 레이저 공동을 갖는 레이저 장치, 상기 레이저 장치에 변조된 구동 전류를 공급하고 상기 레이저 장치의 레이저 공동으로부터 방출되는 측정 레이저 빔으로 객체 표면을 조명하는 수단, 및 레이저 공동의 작동의 변화 - 상기 변화는 상기 레이저 공동으로 재입사하는 측정 빔 방사와 상기 레이저 공동 내의 광파의 간섭으로 인한 것이고 상기 측정 축에 따른 상기 상대 이동 및/또는 거리를 나타내는 것임 - 를 나타내는 측정 신호 - 상기 측정 신호는 그 각각의 주기에서 옵셋 주파수를 갖는 파동들이 겹쳐진 상승부와 하강부를 포함함 - 를 발생시키는 검출기 수단을 포함하고, 이 모듈은 상기 측정 신호의 상승부와 하강부의 상기 옵셋 주파수를 합산함으로써 상기 측정 축에 따른 상기 객체와 상기 입력 장치의 서로에 대한 거리 및/또는 이동을 판정하고, 상기 거리 및/또는 이동을 나타내는 전기적 신호를 발생시키기 위한 전자적 처리 수단을 더 포함한다.
본 발명은 앞서 정의된 바와 같은 광 모듈을 포함하는 입력 장치로 확장된다.
양호하게는, 상기 전자적 처리 수단은 상기 입력 장치가 상기 활동 평면으로부터 이격되어 있으면 상기 측정 신호의 상승부 및 하강부의 상기 옵셋 주파수를 합산한 결과로부터 판정하고, 그렇지 않으면 상기 활동 평면에서의 측정 축으로의 상기 입력 장치와 객체의 서로에 대한 이동 속도 및/또는 방향을 측정하기 위해 상기 측정 신호의 파라미터를 이용하도록 구성된다. 그래서, 활동 평면에 교차하는 측정 축(Z)으로의 상기 객체와 상기 입력 장치의 서로에 대한 거리 및/또는 이동을 판정하는 동안에는 활동 평면에서의 측정 축(X 또는 Y)에 따른 이동 속도 및/또는 방향의 측정은 사실상 억제된다. 실제로, 옵셋 주파수를 합산한 결과는 입력 장치가 객체로부터 이격되어 있는지 여부를 나타내는 신호를 산출할 수 있을 것이고, 이 신호는 활동 평면에서 측정 축에 따른 이동의 측정을 가능하게 하거나 또는 억제하기 위해 이용될 수 있을 것이다.
한 예시적 실시예에서는, 측정 신호의 개별적 상승 및 하강 구배 상의 옵셋 주파수들 사이의 차이를 판정함으로써 활동 평면에서 측정 축에 따른 객체와 입력 장치의 서로에 대한 이동 속도 및/또는 방향이 판정되며, 결과 값은 이동 속도를 나타내고 결과 부호는 이동 방향을 나타낸다. 양호한 실시예에서는, 객체와 활동 평면 사이의 거리가, 활동 평면에 교차하는 측정 축에 따른 객체와 입력 장치의 서로에 대한 이동 속도를 판정하고 활동 평면에서의 측정 축에 따른 이동 판정의 속도 및/또는 방향에 대한 그 기여를 보상하도록 정해진 시간 간격으로 측정된다.
양호하게는, 활동 평면에 교차하는 상기 측정 축에 따른 상기 레이저 장치와 상기 객체 사이의 절대 거리에 관한 데이터가 상기 측정 신호의 각각의 상승 및 하강 부분의 상기 옵셋 주파수들의 합으로부터 얻어진다. 양호한 실시예에서는, 전자적 처리 수단이 상기 측정 신호의 각각의 상승 및 하강 구배의 상기 옵셋 주파수들의 합을 감시하고, 거기에서의 임의의 변화로부터 활동 평면에 교차하는 측정 축에 따른 상기 객체와 상기 입력 장치 사이의 상대 거리의 변화를 판정하도록(즉 객체와 입력 장치의 서로에 대한 상대 이동을 식별하도록) 구성된다. 선택적으로, 활동 평면에 교차하는 측정 축에서의 객체와 입력 장치의 서로에 대한 임의의 이동 속도를 판정하도록, 임의의 그러한 변화가 예정된 시간 간격과 관련하여 판정 및 감시될 수 있을 것이다.
양호하게는, 전자적 처리 수단이 측정 신호의 주기별로 대응 이벤트들의 위상차를 판정함으로써 활동 평면에 교차하는 측정 축에 따른 상기 객체에 대한 상기 입력 장치의 거리 및/또는 이동을 판정하도록 더 구성되며, 상기 이벤트들은 양호하게는 상기 측정 신호의 상승부 및 하강부의 주기성보다 더 큰 주기성을 가진다. 측정 신호의 개별적 상승 및 하강 구배의 옵셋 주파수들을 합산하는 것 외에, 이것은 활동 평면에 교차하는 측정 축에 따른 입력 장치와 객체의 서로에 대한 거리 및/또는 이동의 더 정확한 판정으로 귀결된다.
양호한 실시예에서, 광 모듈은 상기 객체를 조명하기 위한 두개의 개별적 측정 빔을 발생시키기 위한 두개의 레이저 장치, 및 레이저 공동의 작동의 변화 - 상기 변화는 상기 레이저 공동으로 재입사하는 측정 빔 방사와 상기 레이저 공동 내의 광파의 간섭으로 인한 것이고 상기 레이저 공동 및 상기 활동 평면에서의 두개의 개별적 측정축에 따른 상기 객체에 대한 상기 입력 장치의 이동을 나타내는 것임 - 를 나타내는 두개의 개별적 측정 신호 - 각각의 상기 측정 신호는 그 각각의 주기에서 옵셋 주파수를 갖는 파동들이 겹쳐진 상승부와 하강부를 포함함 - 를 발생시키기 위한 검출기 수단을 포함하고, 이 모듈은 각각의 측정 신호의 상승부와 하강부의 상기 옵셋 주파수를 합산함으로써 상기 활동 평면에 교차하는 측정 축에 따른 상기 객체와 상기 입력 장치의 서로에 대한 거리 및/또는 이동을 판정하고, 상기 거리 및/또는 이동을 나타내는 전기적 신호를 발생시키기 위한 전자적 처리 수단을 더 포함한다.
그래서, 더 정확한 판정 결과를 위한 어떤 여분이 주어지도록, 두개의 레이저 모두 활동 평면에 교차하는 측정 축에서의 객체와 입력 장치 사이의 상대 거리 및 이동을 판정하기 위해 이용될 수 있다.
그러므로, 측정 신호의 상승 구배와 하강 구배의 주파수 차이를 이용함으로써 활동 평면에서의 측정 축에 따른 객체와 장치 사이의 상대 이동을 측정하고, 활동 평면에 교차하는 측정 축에 따른 객체와 입력 장치의 상대 거리/이동을 측정하기 위해 이러한 옵셋 주파수들의 합을 이용함으로써, 적어도 하나의 셀프 믹싱 레이저를 포함하는 본 발명의 한 예시적 실시예에 따른 장치에서 앞서 언급된 본 발명의 목적이 이루어지는 것을 알 것이다. 이것은 활동 평면에서의 한 방향(X-방향 또는 Y-방향)으로의 상대 이동을 측정하기 위해 하나의 레이저가 이용되고, Z-방향에 따른 객체와 입력 장치 사이의 상대 거리/이동은 동일한 레이저로부터 파생된 측정 신호를 이용하여 판정될 수 있음을 의미한다. 그래서, 적어도 하나의 셀프 믹싱 레이저를 갖는 레이저 셀프 믹싱 장치가 2D 센서(X- 또는 Y- 방향 및 Z-방향)로서 이용될 수 있다. 활동 평면에서 제2 측정 축에 따른 객체와 입력 장치 사이의 상대 이동을 측정하기 위해 제2 셀프 믹싱 레이저가 추가될 수 있고, 제2 측정 축은 양호하게는 활동 평면에서의 제1 측정 축에 대해 사실상 직교한다. 이 경우에, 활동 평면에 교차하는 측정 축에 따른 객체와 입력 장치의 서로에 대한 거리 및/또는 이동을 판정하기 위해, 더 정확한 측정을 산출하는 여분 효과를 갖게, 두개의 셀프 믹싱 레이저 모두로부터 파생된 측정 신호가 이용될 수 있다. 그래서, 두개의 셀프 믹싱 레이저를 갖는 장치가 3D 센서(X-방향, Y-방향 및 Z-방향)로서 이용될 수 있다.
본 발명의 상기 및 기타의 양태는 여기에 기술된 실시예들의 설명으로부터 명백할 것이다.
이제 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참고하여 단지 예시적으로 기술될 것이다.
도 1a는 본 발명의 한 예시적 실시예에 따른 입력 장치의 개략적 횡단면도이다.
도 1b는 도 1a의 장치의 개략적 평면도이다.
도 2는 도 1a 및 1b의 입력 장치의 측정 방법의 원리를 예시한다.
도 3은 광 피드백을 갖는 레이저의 온도의 함수로서의 레이저 파장의 변화를 예시한다.
도 4는 레이저를 위해 주기적으로 변화하는 구동 전류를 이용하는 효과를 예시한다.
도 5는 이동 방향이 검출될 수 있는 방법을 예시한다.
도 6은 주파수를 제로 미만으로 감소시킬 수 있는 이동의 주파수에 대한 효과를 예시한다.
도 1은 본 발명의 한 예시적 실시예에 따른 입력 장치의 개략적 횡단면도이다. 장치는 다이오드 레이저, 기술된 실시예에서는 VCSEL 레이저들을 위한 캐리어이며 그 하측에 있는 기판(1), 및 검출기, 예를 들어 광 다이오드들을 포함한다. 도 1a에서, 단 하나의 다이오드 레이저(3) 및 그 대응 광 다이오드(4)만 볼 수 있지만, 장치의 개략적 평면도인 도 1b에 보이듯이 통상적으로 적어도 제2 다이오드 레이저(5) 및 대응 검출기(6)가 기판에 제공된다. 다이오드 레이저(3, 5)들은 측정 빔(13 및 17)을 각각 방출한다. 장치의 상측에는 투명창(12)이 제공되며, 그것을 가로질러 객체, 예를 들어, 사람 손가락이 이동된다. 렌즈(10), 예를 들어, 플래노-콘벡스(plano-convex) 렌즈가 다이오드 레이저와 창 사이에 배치된다. 이 렌즈는 레이저 빔(13, 17)을 투명창(12)의 상측 또는 그 근처에 집중시킨다. 객체(15)가 이 위치에 존재하면, 그것은 빔(13 및 17)을 산란시킨다. 방사 빔(13)의 일부가 조명 빔(13)의 방향으로 산란되면 이 부분은 다이오드 레이저(3)의 방출면 상의 렌즈(10)에 의해 수렴되고 그 레이저 공동으로 재입사한다. 뒤에 설명되듯이, 레이저 공동으로 재입사하는 방사는 다이오드 레이저에 의해 방출되는 방사 강 도의 변화를 유도한다. 이러한 변화는 광 다이오드(4)에 의해 검출될 수 있고, 그것은 측정된 변화를 전기적 신호로 변환하고, 처리를 위해 전기적 신호를 전자 회로(18)에 준다. 마찬가지로, 광 다이오드(6)는 다이오드 레이저(5)에 의해 방출되는 방사 강도의 측정된 변화를 전기적 신호로 변환하고 처리를 위해 이 전기적 신호를 다른 한 전자 회로(19)에 준다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 전자 회로(18, 19)들은 상호접속된다. 레이저와 검출기의 모놀리식 집적을 포함하여 다양한 정도의 집적이 가능하다.
도 2는 수평 방출 다이오드 레이저 및 레이저의 후면에 배치된 모니터 광 다이오드가 이용될 때 본 발명의 한 예시적 실시예에 따른 상대 이동을 측정하는 입력 장치와 방법의 원리를 예시한다. 도 2에서, 다이오드 레이저, 예를 들어, 다이오드 레이저(3)는 그 공동(20)과 그 전면 및 후면, 또는 레이저 미러(21 및 22)로 각각 개략적으로 표현된다. 공동은 길이(L)를 갖는다. 객체(15)와 전면(21) 사이의 공간은 외부 공동을 형성하며, 그것은 길이(L0)를 갖는다. 전면을 통해 방출되는 레이저 빔은 인용 부호 25로 지칭되고 전면 방향으로 객체에 의해 반사된 방사는 인용 부호 26으로 지칭된다. 레이저 공동에서 발생되는 방사의 일부는 후면을 통과하고 광 다이오드(4)에 의해 포착된다.
객체(15)가 조명 빔(13)의 방향으로 이동하면, 반사되는 방사(26)는 시간 변화 위상 지연 및 도플러 편이를 겪는다. 이것은 이 방사의 주파수(및 그래서 위상)가 변화하거나 또는 주파수 편이가 일어남을 의미한다. 이 주파수 편이는 객체 가 이동하는 속도에 종속적이며 수 kHz 내지 MHz 정도이다. 레이저 공동에 재입사하는 주파수 편이 방사는 이 공동에서 발생되는 광파 또는 방사와 간섭하고, 즉 공동 내에서 셀프 믹싱 효과가 일어난다. 광파와 공동에 재입사하는 방사 사이의 위상 편이의 양에 종속하여, 이 간섭은 적극적 또는 소극적일 것이고, 즉 레이저 방사의 강도가 주기적으로 증가 또는 감소된다. 이 방식으로 발생되는 레이저 방사 변조의 주파수는 공동 내의 광파의 주파수와 공동에 재입사하는 도플러 편이 방사의 주파수 사이의 차이와 정확하게 같다. 주파수 차이는 수 kHz 내지 MHz 정도이고, 그래서 검출하기 쉽다. 반사되는 빛의 셀프 믹싱 효과와 시간 변화 위상 편이의 조합은 레이저 공동의 작동의 변화를 유발하고, 특히 그 이득, 또는 광 증폭, 및 각각의 미러에서의 출력 파워가 변화한다.
객체의 이동 속도(v)의 함수로서의 이득 변화(Δg)는 아래의 수학식에 의해 주어진다.
Figure 112008022283526-pct00001
이 수학식에서,
K는 외부 공동에 대한 커플링 계수이고, 그것은 레이저 공동의 외부에서 커플링 되는 방사량을 나타내며,
υ는 레이저 방사의 주파수이고,
v는 조명 빔의 방향으로의 객체의 이동 속도이며,
t는 순간 시간이고,
c는 광속이다.
객체의 이동 속도 및 이동량, 즉 측정된 속도를 시간에 관해 적분함으로써 측정될 수 있는 객체가 이동되는 거리뿐만 아니라, 객체가 측정 축에 따라 전방 또는 후방으로 이동되는지에 관한 이동 방향도 검출될 필요가 있다.
이동 방향을 판정하는 제안된 한 방법에서는, 레이저 방사의 파장(λ)이 온도, 및 그에 따라 다이오드 레이저를 통과하는 전류에 종속한다는 사실이 이용된다. 예를 들어, 다이오드 레이저의 온도가 증가되면, 레이저 공동의 길이가 증가되고 증폭되는 방사의 파장이 증가된다. 도 3의 곡선(45)은 방출되는 방사의 파장(λ)의 온도(Td) 종속성을 도시한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 주기적 구동 전류(Id)(파형(50)으로 표현됨)가 다이오드 레이저에 공급되면, 다이오드 레이저의 온도 Td가 파형(52)에 의해 도시된 바와 같이 주기적으로 상승 및 하강한다. 이것은 레이저 공동 내의 정재 광파(standing optical wave)가 주기적으로 변화하는 주파수, 및 그에 따라 객체에 의해 반사되고 공동에 재입사하는 방사에 대해 일정한 시간 지연으로 계속 변화하는 위상 편이를 갖는 것으로 귀결된다. 구동 전류의 매 반주기(half-period)에, 공동 내의 파(wave)와 공동에 재입사하는 반사된 방사의 위상 관계에 종속하여 다이오드 레이저 이득이 더 커지고 더 작아지는 연속하는 시간 세그먼트(successive time segment)들이 있다. 이것은 도 4에서 파형(54)에 의해 도시된 바와 같이 방 출되는 방사의 시간 종속 강도 변화(I)로 귀결된다. 이 파형은 고정된, 또는 이동 없는 객체인 경우의 상황을 나타낸다. 제1 반주기(½p(a))에서의 펄스 수는 제2 반주기(½p(b))에서의 펄스 수와 같다.
객체의 이동은 레이저 공동에 재입사하는 방사의 변화하는 시간 편이를 유발하고, 즉 이 주파수는 이동 방향에 종속하여 도플러 편이 주파수와 함께 증가 또는 감소된다. 한 방향, 즉 전방 방향으로의 객체의 이동은 재입사하는 방사의 파장의 감소를 유발하고, 반대 방향으로의 이동은 재입사하는 방사의 파장의 증가를 유발한다. 레이저 공동 내의 광파의 주기적 주파수 변조의 효과는 도플러 편이 주파수가 레이저 공동 내의 주파수 변조와 동일한 부호를 갖는 경우에, 공동에 재입사하는 도플러 편이 방사의 효과가 주파수 변조 및 도플러 편이 주파수가 반대 부호를 갖는 경우에 이 방사가 갖는 효과와 상이하다는 것이다. 두개의 주파수 편이가 동일한 부호를 가지면, 파와 재입사하는 방사 사이의 위상차는 저속으로 변화하고, 산출되는 레이저 방사의 변조의 주파수가 더 낮다. 두개의 주파수 편이가 반대 부호를 가지면, 파와 방사 사이의 위상차는 더 고속으로 변화하고, 산출되는 레이저 방사의 변조의 주파수가 더 높다. 구동 레이저 전류의 제1 반주기(½p(a)) 동안에, 발생된 레이저 방사의 파장은 증가된다. 후방 이동 객체인 경우에, 재입사하는 방사의 파장도 증가되어 공동 내의 파의 주파수와 이 공동에 재입사하는 방사의 주파수 사이의 차이가 더 낮아진다. 그래서, 재입사하는 방사의 파장이 발생되는 방사의 파장에 적응되는 동안의 시간 세그먼트의 수가 방출되는 레이저 방사의 전기적 변조가 없는 경우보다 더 작다. 이것은 객체가 후방 방향으로 이동되면, 제1 반주기에서의 펄스 수가 아무런 변조도 가해지지 않는 경우에서보다 더 작음을 의미한다. 레이저 온도 및 발생되는 방사의 파장이 감소되는 제2 반주기(½p(b))에서, 재입사하는 방사의 파장이 발생되는 방사의 파장에 적응되는 시간 세그먼트의 수가 증가된다. 그래서, 후방 이동 객체인 경우에, 제1 반주기에서의 펄스 수는 제2 반주기에서의 펄스 수보다 더 작다. 이것은 객체가 후방 방향으로 이동되면 방출되는 레이저 방사의 강도(Ib)를 도시하는 도 5의 파형(58)에 의해 예시된다. 이 파형을 도 4의 파형(54)과 비교하면 제1 반주기에서의 펄스 수가 감소되었고, 제2 반주기에서의 펄스 수가 증가되었음을 나타낸다.
객체에 의해 산란되어 레이저 공동으로 재입사하는 방사의 파장이 도플러 효과(레이저를 향해 이동하는 객체, 양성 도플러 편이, 감소되는 레이저와 표적 사이에 알맞은 파장 수 감소, 레이저 파장 증가로 인해 레이저와 표적 사이에 알맞은 파장 수도 감소)로 인하여, 감소되는 전방 방향으로 객체가 이동되면, 제1 반주기(½p(a))에서의 펄스 수가 제2 반주기(½p(b))에서의 펄스 수보다 더 커진다는 것을 위로부터 분명히 알 수 있을 것이다. 이것은 전방 이동 객체인 경우에 방출되는 방사의 강도(If)를 나타내는 도 5의 파형(56)을 비교함으로써 확인할 수 있다. 전자적 처리 회로에서, 제2 반주기(½p(b)) 동안 계수된 광 다이오드 신호 펄스 수가 제1 반주기(½p(a)) 동안 계수된 펄스 수로부터 감산된다. 산출되는 신호가 제로이면, 객체는 고정된 것이다. 산출되는 신호가 양수이면, 객체는 전방 방향으로 이동하고, 신호가 음수이면, 객체는 후방 방향으로 이동한다. 산출되는 펄스 수는 전방 방향 및 후방 방향으로의 이동 속도에 각각 비례한다.
그래서, 간단히 말해서, 그리고 앞서 기술된 바와 같이, 측정 축에 따른 객체와 장치의 상대 이동의 방향을 판정하기 위해, 레이저에 공급되는 구동 전류는 주기적으로 변화하는 전류, 예를 들어, 삼각형 주기를 갖는 전류이다. 이 레이저 변조로 인해, 측정된 신호는 삼각형들의 상승 구배 및 하강 구배들에 겹쳐진 파동인 "옵셋 주파수"라고도 지칭되는 더 높은 주파수를 나타낸다. 상승 구배 상의 주파수가 하강 구배 상의 주파수와 같으면, 객체는 장치에 대해 고정된 것이다. 객체가 이동되면, 측정 축에 따른 이동 방향에 종속하여 상승 구배 상의 옵셋 주파수가 하강 구배 상의 옵셋 주파수보다 더 크거나 작다. 옵셋 주파수는 레이저 전류의 변조 속도 및 장치와 객체 사이의 거리에 의해 판정되는 값을 갖는다. 장치에 대한 객체의 이동을 측정하기 위해, 검출기 출력 신호의 옵셋 주파수가 판정, 즉 정해진 측정 시간 동안 주파수 분석이 수행된다. 옵셋 주파수 측정을 위해, 푸리에 분석(FFT) 또는 예를 들어, 비교 및 계수 수단을 이용한 다른 주파수 또는 위상 추적 방법이 이용될 수 있다.
앞서 설명했듯이, 본 발명의 목적은 추가 센서를 이용함이 없이 활동 평면에 교차하는 측정 축에 따른 객체와 입력 장치 사이의 이동 및/또는 상대 거리를 판정하게 하는 방법을 제공하려는 것이다. 본 발명의 방법에서는, 전기적 측정 신호의 개별적인 상승 구배와 하강 구배 상의 옵셋 주파수를 합산함으로써 활동 평면에 교차하는 측정 축에 따른 그러한 이동 및/또는 거리가 판정된다. 그래서, 동일한 주기에서의 하강 구배 상의 옵셋 주파수로부터 측정 신호의 상승 구배 상의 옵셋 주 파수를 감산함으로써 활동 평면에서의 제1 측정 축에 따른 이동 측정이 수행될 수 있는 반면에, 활동 평면에 교차하는 제2 측정 축에 따른 이동/거리 측정은 이러한 옵셋 주파수들을 합산함으로써 수행될 수 있다.
본 발명은 Z-방향으로의 객체 거리 변화가 상승 구배 및 하강 구배 양쪽 모두의 파동의 주파수를 동일한 방식으로 동일한 양만큼 편이시키는 반면에, 활동 평면(X방향 또는 Y 방향)에서의 이동은 상승 구배 상의 옵셋 주파수를 개별적 하강 구배 상에서의 옵셋 주파수 편이와 반대로 편이시킨다는 통찰(insight)에 기반한 것이다. 그래서, Z-방향으로의 이동은 두개의 주파수들의 일정한 주파수 차이로의 공통적 편이를 유발하므로, 이 이동 및 거리 변화는 활동 평면에서의 이동과 독립적으로 이러한 두개의 주파수들의 합에 의해 판정될 수 있다.
측정 신호의 동일한 주기에서의 상승 및 하강 구배 상의 옵셋 주파수들의 합은 센서가 캘리브레이션 되면 셀프 믹싱 레이저와 객체 사이의 절대 거리에 관한 정보를 산출한다. 측정 신호의 동일한 주기에서의 상승 및 하강 구배의 옵셋 주파수들의 합의 변화는 센서가 캘리브레이션 되면 센서와 객체 사이의 상대 거리 변화에 관한 정보를 산출한다. 마지막으로, 정해진 시간 간격 내의 측정 신호의 상승 및 하강 구배 상의 옵셋 주파수들의 합의 변화는 Z-방향으로의 상대 이동 속도에 관한 정보를 산출한다.
다시 말해서, 객체가 X-Y 평면에서 이동하면 주파수 차이가 검출된다. 객체가 Z 방향으로 이동하면 역시 주파수 차이가 검출된다. 일반적으로, 장치에 직교하는 어떤 동작이든 주파수 차이를 발생시킨다. 또한 일반적으로, 객체에 대한 어 떤 거리 변화든 주파수 합의 변화를 발생시킨다. 그러나, 객체가 사실상 XY 방향의 평면에 있다는 것과 같이, 시스템에 관해 더 많이 알고 있는 경우에는, 그 거리는 Z-거리에 직접 비례하고, 표면에 대한 높이(Y)가 주파수 합으로부터 판정될 수 있다.
Z 방향으로의 이동이 주파수 부호 차이를 유발하기도 한다는 사실은 다른 문제이다. 즉, 이 동작 검출은 흔히 XY 동작 검출 시스템에서는 원하지 않는 것이다. 그러나, 한 예시적 실시예에서, XY 평면에 대한 거리(Z-거리)가 정해진 시간 간격으로 측정된다. 그러므로, Z-방향으로의 속도를 추론하는 것이 가능하다. 이 속도는, 필요하다면, Z 방향으로의 원하지 않는 속도 검출을 보상하기 위해 이용될 수 있다.
그러므로, 전반적으로, 주파수 합은 레이저 빔의 축에 따른 속도에 비례하고, 주파수 합은 레이저 빔에 따른 거리에 비례한다고 말해질 수 있다. 이것을 객체에 관한 지식(사실상 X-Y 평면)과 조합하면 거리 변화로서의 Z 방향으로의 동작을 판정할 수 있고, X-Y 검출 출력에서의 원하지 않는 Z-속도 신호들을 제거하게 한다.
또한, 아래와 같은 것이 고려될 수 있다. 즉, 레이저는 업 및 다운 구배에 의해 변조되고, 동작은 한 구배 상의 주파수를 증가시키며 다른 구배 상의 주파수를 감소시킨다. 결과적으로, 그 감소는 제로까지 또는 음수로도 될 정도로 낮아질 수 있다. 그 주파수가 음수로 되면, 그것은 제로 축에 겹쳐지고(음의 주파수는 그렇게 검출될 수 없음), 역의 역할을 한다. 이제, 주파수 합은 속도에 비례하고 ' 차이' 주파수는 객체의 거리에 비례한다. 이것은 도 6에 예시된다.
도 6에는 이 기술내용과 무관한 많은 제한들이 표시되어 있지만, 업 및 다운 세그먼트들로부터 산출되는 주파수가 여기에서 추적된다. 중앙 구역에서는 여기에 있는 기술내용이 적용되지만, 더 높은 속도 범위에서는 X-축에서의 주파수들의 겹침이 주파수 합과 '차이'의 역할을 역전시킨다. 도 6에 도시된 음영 역역은 검출하기 어려운 매우 낮은 주파수들을 위한 것이다. 이 영역에서의 신호를 검출하기 위해 신호 처리가 이용될 수 있다.
그래서, 실용적인 실시예에서는, 음의 주파수는 검출될 수 없다. 그래서, 주파수가 X-축과 교차(그리고 음수로 됨)할 때, 어떤 실용적 측정 양의 결과를 산출한다(그것이 도 6에서의 곡선이 X-축에서 거울반사적인 이유임). 그래서, 더 고속인 경우에, 검출된 주파수의 부호는 부정확함(두개의 주파수 중 낮은 것의 경우)이 알려져 있으므로, 처리 수단은 속도 및 거리를 표시하는 신호들을 얻기 위해 “합” 계산에 대한 부호를 변화시키도록 구성된다. 실용상의 성과는 활동 평면에 교차하는 측정 축에 따른 객체와 입력 장치의 서로에 대한 거리 및/또는 이동을 판정하기 위해 옵셋 주파수들의 합이 이용되지만, 수학적으로는 옵셋 주파수들의 합산이 여전히 그들의 개별적 부호들을 고려하고 있을지라도, 실제로는, 옵셋 주파수의 진정한 부호로 인해 이 것이 ‘차이’ 주파수로서 계산될 수 있을 것이다.
활동 평면에 교차하는 측정 축(Z)으로의 객체와 입력 장치 사이의 상대 이동/거리를 측정하기 위해 측정 신호의 동일한 주기에서의 상승 및 하강 구배 상의 옵셋 주파수들을 합산하는 것 외에, Z-방향으로의 상대 이동 및 거리를 측정하기 위 해 상승 및 하강 구배들에 관란 위상 정보가 이용될 수 있고, 그럼으로써 Z-방향으로의 거리 변화가 위상 편이를 유발한다는 사실이 이용되며, 위상 측정을 이용하는 것은 더 높은 분해능을 주고, 옵셋 주파수들의 합과의 조합으로, 더 정확한 결과를 준다. 명벡하게, 옵셋 주파수들의 합뿐만 아니라, 위상 측정을 이용할지 여부는 확보되도록 요구되는 측정 정밀도에 종속할 것이고, 이것은 이용될 입력 장치의 사용법에 종속할 것이다.
극단적인 경우에, 레이저의 변조 주파수는 업 및 다운 세그먼트들을 포함하지만, 측정 신호의 완전한 파동들이 일어나지 않고, 주파수 합 및 차이가 검출되지 않을 정도로 높게 선택됨을 알아야 한다. 그러나, 업 및 다운 신호 상의 위상 변화들은 여전히 일어나고, 이것들은 적절한 신호 처리 수단으로 검출될 수 있다. 이것은 당 기술 분야에서 숙련된 자에게 자명할 것이다. 검출 가능 주파수 합 및 차이들이 위상차(도 6에서 음영 영역의 바닥에 있을 것임)로 감소될 정도로 매우 낮게 선택되는 변조 진폭에도 동일하게 적용된다.
앞서 언급된 실시예들은 본 발명을 제한하기보다는 예시하며, 당 기술 분야에서 숙련된 자들은 첨부된 특허청구의 범위에 정해진 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 많은 대안적 실시예들을 설계할 수 있을 것임을 알아야 한다. 특허청구의 범위에서, 괄호 안에 있는 어떤 인용 부호든 청구항을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. "포함" 및 "포함하다" 등의 용어는 특허청구 범위 또는 명세서에서 전체적으로 열거된 것들과 다른 구성요소 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 단수 표현의 구성 요소는 그러한 구성 요소의 복수 표현을 배제하지 않으며, 그 역도 마찬가지이다. 본 발명은 몇몇 독특한 구성요소들을 포함하는 하드웨어에 의해서, 및 프로그램된 컴퓨터에 의해서 적합하게 구현될 수 있을 것이다. 몇몇 수단들을 열거하는 장치 청구항에서, 이러한 수단들 중 몇몇은 하나의 동일한 아이템의 하드웨어로 구현될 수 있을 것이다. 단지 어떤 수단들이 상이한 종속 청구항들에서 인용된다는 사실이 이러한 수단들의 조합이 양호하게 이용될 수 없음을 표시하는 것은 아니다.

Claims (12)

  1. 활동 평면에 교차하는 측정 축에 따른, 입력 장치와 객체의 서로에 대한 이동 및/또는 거리를 판정하는 방법으로서,
    레이저 장치에 변조된 구동 전류를 공급하고 상기 레이저 장치의 레이저 공동으로부터 방출되는 측정 레이저 빔으로 객체 표면을 조명하는 단계, 및
    레이저 공동의 작동의 변화를 나타내는 측정 신호를 발생시키는 단계 - 상기 변화는 상기 레이저 공동으로 재입사하는 측정 빔 방사와 상기 레이저 공동 내의 광파의 레이저 셀프 믹싱 간섭으로 인한 것이고 상기 측정 축에 따른 상기 이동을 나타내는 것이고, 상기 측정 신호는 그 각각의 주기에서 옵셋 주파수를 갖는 파동들이 겹쳐진 상승부와 하강부를 포함함 -
    를 포함하고,
    상기 측정 신호의 상승부와 하강부의 상기 옵셋 주파수를 합산함으로써 상기 측정 축에 따른 상기 객체와 상기 입력 장치의 서로에 대한 거리 및/또는 이동을 판정하고, 상기 거리 및/또는 이동을 나타내는 전기적 신호를 발생시키는 단계
    를 더 포함하는 판정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 활동 평면에서의 측정 축으로의 상기 입력 장치와 객체의 서로에 대한 이동 속도 및/또는 방향을 측정하기 위해, 상기 입력 장치가 상기 활동 평면으로부 터 이격되어 있으면 상기 측정 신호의 상승부 및 하강부의 상기 옵셋 주파수를 합산한 결과로부터 판정하고, 그렇지 않으면 상기 측정 신호의 파라미터를 이용하는 단계를 포함하는 판정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    활동 평면에서 측정 축에 따른 객체와 입력 장치의 서로에 대한 이동 속도 및/또는 방향이 측정 신호의 개별적 상승 및 하강 구배 상의 옵셋 주파수들 사이의 차이를 판정함으로써 판정되며, 결과 값은 이동 속도를 나타내고 결과 부호는 이동 방향을 나타내는 판정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 활동 평면으로부터의 상기 객체의 거리가 상기 활동 평면에 교차하는 측정 축에 따른 상기 객체와 입력 장치의 서로에 대한 이동 속도를 판정하고 상기 활동 평면에서의 상기 측정 축에 따른 상기 판정에 대한 상기 이동 속도 및/또는 방향에 대한 그 기여를 보상하도록 정해진 시간 간격으로 측정되는 판정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    활동 평면에 교차하는 상기 측정 축에 따른 상기 레이저 장치와 상기 객체 사이의 절대 거리에 관한 데이터가 상기 측정 신호의 각각의 상승 및 하강 부분의 상기 옵셋 주파수들의 합으로부터 얻어지는 판정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 측정 신호의 각각의 상승 및 하강 구배의 상기 옵셋 주파수들의 합을 감시하고, 거기에서의 임의의 변화로부터 활동 평면에 교차하는 측정 축에 따른 상기 객체와 상기 입력 장치 사이의 상대 거리의 변화를 판정하는 단계를 포함하는 판정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    활동 평면에 교차하는 측정 축에서의 객체와 입력 장치의 서로에 대한 임의의 이동 속도를 판정하도록, 상기 옵셋 주파수들의 상기 합에서의 임의의 변화가 미리 결정된 시간 간격과 관련하여 판정 및 감시되는 판정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    측정 신호의 주기별로 대응 이벤트들의 위상차를 판정함으로써 상기 활동 평면에 교차하는 측정 축에 따른 상기 객체에 대한 상기 입력 장치의 거리 및/또는 이동을 판정하는 단계를 더 포함하며, 상기 이벤트들은 양호하게는 상기 측정 신호의 상승부 및 하강부의 주기성보다 더 큰 주기성을 갖는 판정 방법.
  9. 활동 평면에 교차하는 측정 축에 따른 입력 장치와 객체의 서로에 대한 이동 및/또는 거리를 판정하는 방법을 수행하기 위한 광 모듈로서,
    레이저 공동을 갖는 레이저 장치,
    상기 레이저 장치에 변조된 구동 전류를 공급하고 상기 레이저 장치의 레이저 공동으로부터 방출되는 측정 레이저 빔으로 객체 표면을 조명하는 수단, 및
    레이저 공동의 작동의 변화를 나타내는 측정 신호를 발생시키는 검출기 수단 - 상기 변화는 상기 레이저 공동으로 재입사하는 측정 빔 방사와 상기 레이저 공동 내의 광파의 레이저 셀프 믹싱 간섭으로 인한 것이고 상기 측정 축에 따른 상기 입력 장치와 객체의 서로에 대한 이동 및/또는 거리를 나타내는 것이고, 상기 측정 신호는 그 각각의 주기에서 옵셋 주파수를 갖는 파동들이 겹쳐진 상승부와 하강부를 포함함 -
    을 포함하고,
    상기 측정 신호의 상승부와 하강부의 상기 옵셋 주파수를 합산함으로써 상기 측정 축에 따른 상기 객체와 상기 입력 장치의 서로에 대한 거리 및/또는 이동을 판정하고, 상기 거리 및/또는 이동을 나타내는 전기적 신호를 발생시키기 위한 전자적 처리 수단
    을 더 포함하는 광 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 객체를 조명하기 위한 두개의 개별적 측정 빔을 발생시키기 위한 두개의 레이저 장치, 및
    레이저 공동의 작동의 변화를 나타내는 두개의 개별적 측정 신호를 발생시키기 위한 검출기 수단 - 상기 변화는 상기 레이저 공동으로 재입사하는 측정 빔 방사와 상기 레이저 공동 내의 광파의 간섭으로 인한 것이고 상기 레이저 공동 및 상기 활동 평면에서의 두개의 개별적 측정축에 따른 상기 객체에 대한 상기 입력 장치의 이동을 나타내는 것이고, 각각의 상기 측정 신호는 그 각각의 주기에서 옵셋 주파수를 갖는 파동들이 겹쳐진 상승부와 하강부를 포함함 -
    을 포함하고,
    각각의 측정 신호의 상승부와 하강부의 상기 옵셋 주파수를 합산함으로써 상기 활동 평면에 교차하는 측정 축에 따른 상기 객체와 상기 입력 장치의 서로에 대한 거리 및/또는 이동을 판정하고, 상기 거리 및/또는 이동을 나타내는 전기적 신호를 발생시키기 위한 전자적 처리 수단
    을 더 포함하는 광 모듈.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 변조된 구동 전류의 주파수가 상한을 초과하거나 하한보다 낮으면, 상기 측정 축에 따른 상기 객체와 상기 입력 장치의 서로에 대한 거리 및/또는 이동이 상기 측정 신호에서의 대응 이벤트들 사이의 위상차에 의해 판정되는 광 모듈.
  12. 제9항에 따른 광 모듈을 포함하는 입력 장치.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101303371B1 (ko) * 2005-08-30 2013-09-03 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 소정 범위의 속도들에 걸친 객체와 광 입력 장치의 상대이동을 측정하는 방법
RU2520357C2 (ru) 2009-03-31 2014-06-20 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Система демодуляции сигнала
US8294105B2 (en) * 2009-05-22 2012-10-23 Motorola Mobility Llc Electronic device with sensing assembly and method for interpreting offset gestures
US8542186B2 (en) 2009-05-22 2013-09-24 Motorola Mobility Llc Mobile device with user interaction capability and method of operating same
US8788676B2 (en) 2009-05-22 2014-07-22 Motorola Mobility Llc Method and system for controlling data transmission to or from a mobile device
US9091747B2 (en) * 2009-10-23 2015-07-28 Koninklijke Philips N.V. Self-mixing interference device with wave guide structure
US8963845B2 (en) 2010-05-05 2015-02-24 Google Technology Holdings LLC Mobile device with temperature sensing capability and method of operating same
US9103732B2 (en) 2010-05-25 2015-08-11 Google Technology Holdings LLC User computer device with temperature sensing capabilities and method of operating same
US8751056B2 (en) 2010-05-25 2014-06-10 Motorola Mobility Llc User computer device with temperature sensing capabilities and method of operating same
US9696804B2 (en) 2011-12-23 2017-07-04 Pine Development Corporation Systems and methods for eliciting cutaneous sensations by electromagnetic radiation
US8574280B2 (en) * 2011-12-23 2013-11-05 Pine Development Corporation Systems and methods for eliciting cutaneous sensations by electromagnetic radiation
CN103257724B (zh) * 2012-02-21 2016-03-30 联想(北京)有限公司 一种非接触式鼠标及其操作方法
US9257021B2 (en) 2013-04-12 2016-02-09 Pine Development Corporation Systems and methods for optically induced cutaneous sensation
WO2015003103A1 (en) 2013-07-02 2015-01-08 Pine Development Corporation Systems and methods for eliciting cutaneous sensations using electromagnetic radiation
US9449477B2 (en) 2014-04-02 2016-09-20 Pine Development Corporation Applications of systems and methods for eliciting cutaneous sensations by electromagnetic radiation
RU2717751C2 (ru) * 2015-07-30 2020-03-25 Конинклейке Филипс Н.В. Лазерный датчик для обнаружения нескольких параметров
CN106802165A (zh) * 2017-03-02 2017-06-06 阜阳师范学院 基于激光自混合干涉的速度与距离同步测量方法与装置
CN110850144B (zh) * 2018-04-12 2022-02-18 安徽大学 基于多纵模自混合效应的电压传感测量装置及方法
DE102021108371B4 (de) 2020-04-30 2024-06-13 Ifm Electronic Gmbh Entfernungsmesssystem mit einem VCSEL-Array

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002037124A1 (en) * 2000-11-06 2002-05-10 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of measuring the movement of a material sheet and optical sensor for performing the method
WO2003098527A2 (en) 2002-05-17 2003-11-27 Koninklijke Philips Electronics N.V. Apparatus comprising an optical input device and at least one further optical device having a common radiation source
WO2003102717A2 (en) 2002-06-04 2003-12-11 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of measuring the movement of an input device
WO2005076116A2 (en) 2004-02-09 2005-08-18 Koninklijke Philips Electronics N.V. Optical input device based on doppler shift and laser self-mixing

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2885807B2 (ja) * 1988-10-21 1999-04-26 東京航空計器株式会社 距離検出装置
JPH10246782A (ja) * 1997-02-28 1998-09-14 Suzuki Motor Corp レーザ距離計
US6424407B1 (en) 1998-03-09 2002-07-23 Otm Technologies Ltd. Optical translation measurement
JP3606067B2 (ja) 1998-10-30 2005-01-05 スズキ株式会社 振動測定方法および装置
US6531692B1 (en) * 1999-03-22 2003-03-11 Microsoft Corporation Optical coupling assembly for image sensing operator input device
WO2001009708A1 (en) 1999-07-30 2001-02-08 Yanqing Wang Computer input device for multiple-dimensional control
US6587093B1 (en) * 1999-11-04 2003-07-01 Synaptics Incorporated Capacitive mouse
EP1182606A2 (en) 2000-07-31 2002-02-27 Agilent Technologies, Inc. (a Delaware corporation) Four axis optical mouse
GB2405710A (en) 2003-09-03 2005-03-09 Adam Clive Messulam Suspending motion signals of a mouse while repositioning on a mat
WO2005055037A1 (en) 2003-12-03 2005-06-16 Chois Technology Co., Ltd. Optical mouse operable in 3-dimensional space
TWI258704B (en) * 2004-01-16 2006-07-21 Avago Tech Ecbu Ip Sg Pte Ltd Method and system for optically tracking a target using an interferometric technique

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002037124A1 (en) * 2000-11-06 2002-05-10 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of measuring the movement of a material sheet and optical sensor for performing the method
WO2003098527A2 (en) 2002-05-17 2003-11-27 Koninklijke Philips Electronics N.V. Apparatus comprising an optical input device and at least one further optical device having a common radiation source
WO2003102717A2 (en) 2002-06-04 2003-12-11 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of measuring the movement of an input device
WO2005076116A2 (en) 2004-02-09 2005-08-18 Koninklijke Philips Electronics N.V. Optical input device based on doppler shift and laser self-mixing

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