KR101390438B1 - 스펙클 네비게이션 시스템 - Google Patents

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스티븐 산더스
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Abstract

일 실시예는 표면의 연속적인 화상들에서 화상 피쳐들의 변위를 결정함으로써 데이터 입력 장치와 표면(120) 사이의 상대적인 움직임을 감지하기 위한 레이저 포지셔닝 장치에 관한 것이다. 장치는 단일 집적 패키지를 형성하며, 평면 기판(102) 및 시준 렌즈(108)를 또한 포함하는 투명한 밀봉제를 포함한다. 가간섭성 광원(104)과 센서 어레이(106) 및 관련 회로는 모두 평면 기판 위에 형성된다. 다른 실시예는 데이터 입력 장치와 표면 사이의 상대적인 움직임을 감지하는 방법에 관한 것이다. 가간섭성 광은 레이저로부터 방출되고, 미리 결정된 직경 D를 갖는 시준된 조명빔 및 실질적으로 균일한 동위상 파면을 형성하도록 시준된다. 스펙클 패턴은 표면 위의 시준된 조명광의 충돌에 의해 발생되며 센서 어레이에 의해 검출된다. 기타 실시예들 또한 개시된다.
레이저 포지셔닝 장치, 가간섭성 광원, 시준 렌즈, 스펙클, 평면 기판

Description

스펙클 네비게이션 시스템{SPECKLE NAVIGATION SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 광 포지셔닝 장치(Optical Positioning Device)(OPD) 및 이를 사용하여 움직임을 감지하는 방법들에 관한 것이다.
컴퓨터 마우스들 또는 트랙볼들과 같은 지시 장치들은 개인용 컴퓨터들 및 워크스테이션들에 데이터를 입력하고 이들과 인터페이스하는데 사용된다. 이러한 장치들은 모니터 위의 커서의 신속한 재배치를 가능하게 하며 많은 텍스트, 데이터베이스 및 그래픽 프로그램들에 유용하다. 예를 들어, 사용자는 마우스의 움직임에 비례하는 방향과 거리로 커서를 움직이기 위해 표면에 대해 마우스를 움직임으로써 커서를 제어한다. 대안적으로, 정지한 장치에 대한 손의 움직임이 동일한 목적으로 사용될 수 있다.
컴퓨터 마우스들에는 광 및 기계식 버전들이 있다. 일반적으로 기계식 마우스들은 움직임을 감지하는 회전구 및 커서를 움직이기 위해 컴퓨터에서 사용되는 디지털 신호를 생성하는, 볼과 접촉한 한 쌍의 샤프트 인코더(shaft encoder)들을 사용한다. 기계식 마우스들의 한가지 문제점은 계속된 사용 후에 먼지 축적 등으로 인해 부정확성 및 오동작의 경향이 나타나는 것이다. 또한, 기계식 요소들, 특히 샤프트 인코더들의 움직임과 결과적인 마모는 장치의 유용한 수명을 불가피하게 제한한다.
기계식 마우스들에 대해 전술된 문제점들에 대한 한가지 해결 방안은 광 마우스들의 개발이다. 광 마우스들은 더 강건(robust)하고 더 나은 지시 정확도를 제공할 수 있기 때문에 매우 대중적으로 되어 왔다.
광 마우스들에 사용되는 한가지 접근법은 스침각(grazing incidence) 또는 그 근방에서 표면을 조명하는 발광 다이오드(LED), 결과적인 화상들을 포획하는 2차원 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 검출기, 및 마우스가 움직인 방향, 거리 및 속도를 결정하기 위해 연속적인 화상들을 상관시키는 소프트웨어에 의존한다. 이 기술은 일반적으로 높은 정확도를 제공하지만, 디자인이 복잡하고 상대적으로 높은 화상 처리가 필요하다. 또한, 조명의 스침각 때문에 광 효율이 낮다.
다른 접근법은 광 다이오드들과 같은 광-센서들 또는 검출기들의 1차원 어레이들을 사용한다. 표면의 연속적인 화상들은 촬상 광학계(imaging optics)에 의해 캡쳐되고, 광 다이오드들로 이동되며, 마우스의 움직임을 검출하도록 비교된다. 광 다이오드들은 움직임 감지를 용이하게 하도록 직접 그룹으로 연결된다. 이것은 광 다이오드 필요조건들을 감소시키고 신속한 아날로그 처리를 가능하게 한다. 그러한 마우스의 한가지 예시는 Dandliker 등의 미국특허번호 제5,907,152호에 개시되어 있다. 또한, Dandliker 등에서 개시된 마우스는 레이저와 같은 가간섭성 광원을 사용한다는 점에서 표준 기술들과 다르다. 가간섭성 소스로부터 나온 광은 거친 표면에 산란되어 스펙클(speckle)으로 알려진 광의 랜덤 강도 분포를 발생시 킨다.
전술된 종래의 접근법들을 사용하는 장치들은 일반적으로 다양한 단점들 및 결점들을 가진다. 예를 들어, 종래의 접근법들을 사용하는 장치들은 일반적으로 분리된 컴포넌트들을 사용하여 제작된 다중-컴포넌트 장치들이다. 분리된 컴포넌트들은 일반적으로 광원, 조명광 편향부(illumination beam deviator), 집적 센서 어레이 및 회로, 그리고 수광 렌즈 또는 그외의 촬상 광학계를 포함한다.
본 출원은 광 포지셔닝 장치를 위한 새로운 디자인을 개시한다. 개시된 디자인은 장치 움직임의 정확한 트랙킹(tracking)을 충분히 유지하면서, 감소된 복잡도, 보다 적은 컴포넌트들 및 제작의 용이성으로 인해 종래 기술 장치들에 대해 장점들을 제공한다.
일 실시예는 표면의 연속된 화상들에서 화상 피쳐들의 변위를 결정함으로써 데이터 입력 장치와 표면 사이의 상대적인 움직임을 감지하기 위한 레이저 포지셔닝 장치에 관한 것이다. 장치는 평면 기판, 및 시준 렌즈(collimating lens)를 포함하는 투명한 밀봉제(encapsulant)를 포함한 단일 집적 패키지를 형성한다. 가간섭성 광원, 센서 어레이 및 관련 회로 모두는 평면 기판 위에 구성된다.
다른 실시예는 데이터 입력 장치와 표면 사이의 상대적인 움직임을 감지하는 방법에 관한 것이다. 가간섭성 광은 레이저로부터 방출되며 미리 결정된 직경, D, 및 실질적으로 균일한 동위상 파면(phase front)을 갖는 시준된 조명광(collimated illumination beam)을 형성하도록 시준된다. 스펙클 패턴은 표면상의 시준된 조명광의 충돌에 의해 발생되며 센서 어레이에 의해 검출된다.
그외의 실시예들 또한 개시되어 있다.
본 발명의 이러한 피쳐들과 다양한 그외의 피쳐들 및 장점들은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면들로부터 더 완전히 이해되지만, 첨부된 청구항들을 도시된 특정한 실시예들로 제한해서는 안되며, 이들은 단지 설명과 이해만을 위한 것이다.
도 1A는 본 발명의 실시예에 따른, 표면 위의 레이저 포지셔닝 장치의 횡단면도이다. 도 1B는 시준 렌즈를 포함하는 투명한 밀봉제 층을 갖는 특정한 실시예를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 레이저 포지셔닝 장치에 대한 집적 패키지의 투시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 표시된, 특정한 치수들 및 각도 θ를 갖는 표면 위의 레이저 포지셔닝 장치의 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 포지셔닝 장치에 의한, 다양한 속도들에서의 원 움직임의 트랙킹을 묘사하는 트레이스도들이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 리프트(lift) 검출을 위해 나이프 에지(knife-edge)를 갖는 표면 위의 레이저 포지셔닝 장치의 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 2차원 빗살 어레이(comb array)의 개략도이다.
도 1A는 본 발명의 실시예에 따른, 표면 위의 레이저 포지셔닝 장치의 횡단면도이다. 도시된 바와 같이, 레이저 포지셔닝 장치는 평면 기판(102), 레이저 방출기(104), 센서 어레이(106) 및 시준 렌즈(108)를 포함한다. 도 1B는 시준 렌즈(108)를 포함하는 투명한 밀봉제 층(110)을 갖는 특정한 실시예를 도시한다. 밀봉제 층(110)은 또한 방출기(104)와 센서 어레이(106)를 보호한다. 그외의 실시예들에서, 시준 렌즈(108)는 기판(102)을 커버하는 패키지에 꽂아질 수 있거나, 기판(102)을 커버하는 몰드된 투명한 플라스틱의 일부분이 될 수 있거나, 그외의 방법들로 구현될 수 있다.
레이저 포지셔닝 장치는, 예를 들어, 컴퓨터 시스템으로의 사용자 입력을 위한 마우스 장치를 포함할 수 있다. 장치는 평면 기판(102)이 고정된 거리에서 산란면(120)에 대해 평행하게 위치하기 위해 지지되도록 구성될 수 있다. 장치(따라서, 평면 기판(102))는 표면(120)에 대해 측방으로 움직이게 될 수 있다.
레이저 방출기(104)는 평면 기판(102) 위에 형성된다. 레이저(104)는 산란면(120)을 향해 가간섭성 광을 방출한다. 바람직한 실시예에 따르면, 시준 렌즈(108)는 가간섭성 광을 받아 이로부터 시준된 조명광(110)을 형성하도록 레이저(104)에 근접하여 형성된다.
시준된 조명광(110)은 미리 결정된 직경, D를 가지며 표면(120)을 향해 진행하는 가간섭성 광의 균일한 동위상 파면을 포함한다. 바람직하게는, 시준광(110)은 산란면(120)에 대해 수직 또는 거의 수직인 궤적을 갖는다. 도 1에 도시된 바와 같이, 어떠한 빔(beam) 편향부 컴포넌트도 필요하지 않다.
시준된 조명광(110)은 표면(120)에 충돌하여 반사측 반구에 대략 모든 방향으로 광을 산란한다. 그러한 넓게 흩어진 산란으로 인해, 센서(106)의 특정한 배치가 더욱 유연하고 덜 중요하게 된다. 달리 말하면, 센서(106)의 배치는 레이저 포지셔닝 장치의 생산성을 유리하게 증가시키는 상대적으로 느슨한 허용오차로 행해질 수 있다.
센서 어레이(106)는 레이저(104)와 동일한 평면 기판(102) 위에 유리하게 형성될 수 있다. 또한, 센서 어레이(106)는 2차원 빗살 어레이 또는 기타 형태의 검출기 어레이를 포함할 수 있다. 요소들을 감지하는 2차원 빗살 어레이는 특정 방법 및 관련 회로로 그룹화된다. 요소들을 감지하는 선택 그룹들로부터 나온 신호들은 그룹 신호들을 생성하기 위해 결합될 수 있으며, 차동 신호들은 2차원 표면 위의 움직임을 결정하기 위해 그룹 신호들로부터 발생될 수 있다. 2차원 빗살의 일례는 이하에 더 기술될 도 6에 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수광 렌즈 또는 기타 촬상 광학계는 산란된 광을 센서 어레이(106)로 사상할 필요가 없다. 이는 장치의 제작을 유리하게 단순화하고 비용을 감소시킨다.
센서 어레이(106)와 결합된 회로는 산란된 광으로부터 검출된 신호들의 연속적인 화상 프레임들을 캡쳐하도록 구성될 수 있다. 산란된 광의 화상 프레임은 "스펙클 패턴"으로 지칭되는 광학 피쳐들의 패턴을 포함한다.
표면(120)에 대한 기판(102)의 작은 횡변위에 대해, 스펙클 패턴의 변화는 바람직하게는 낮은 레벨의 스펙클 "보일링(boiling)"을 갖는(즉, 시프트 이외의 패 턴의 작은 변화를 갖는) 패턴 시프트에 의해 결정된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 시준된 조명광(110)은 균일한 동위상 파면을 제공하기 때문에, 측방 시프트로 인해 낮은 레벨의 스펙클 보일링을 갖는 이 조건이 유리하게 만족될 수 있다.
또한, 스펙클 패턴에서 스펙클 피쳐의 일반적인(예를 들어, 평균값 또는 중앙값) 크기는 바람직하게는 빗살 어레이의 요소들의 그룹핑의 주기성과 매칭된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 스펙클 크기를 빗살 어레이 주기성에 매칭하는 이 조건은 시준된 조명광(110)의 미리 결정된 직경을 적절하게 구성함으로써 유리하게 만족될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 포지셔닝 장치에 대한 집적 패키지의 투시도이다. 묘사된 바와 같이, 레이저(104)와 센서 어레이(106)는 기판(102)에 연결되어 있다. 센서 어레이(106)는, 검출된 신호들을 처리하고 그외의 동작들을 수행하는 회로를 포함할 수 있는, 더 큰 집적 회로(202)의 일부분이 될 수 있다.
기판 패키징(204)은 레이저 방출기(104) 및 센서 어레이(106)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 시준 렌즈(108)는 레이저(104)로부터 나오는 가간섭성 광을 시준할 수 있도록 패키징(104)에 집적될 수 있다. 대안적으로, 시준 렌즈(108)는 기판 패키지(104)에 부착된 소형 렌즈로 구현될 수 있다. 센서 어레이(106)에 근접한 패키징 부분은 센서 어레이(106)가 표면(120)으로부터의 산란된 광을 검출하는 것을 가능하게 하도록 투명하게 될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 표시된, 특정한 치수들 및 각도 θ를 갖는 표면 위의 레이저 포지셔닝 장치의 횡단면도이다. 이 도면은 산란면(120)으로부터 평면 기판(102)까지의 높이, h를 예시한다. 이 도면은 또한 표면(120)에서 시준된 조명광(110)의 "풋프린트(footprint)"의 직경, D를 예시한다. 묘사된 바와 같이, 각도 θ는 조명광(110)의 궤적들과 표면(120)으로부터, 적절한 근사법으로, 센서 어레이의 중심으로 표현될 수 있는 센서 어레이(106) 위의 한 지점까지의 산란된 광의 궤적들 사이의 각도이다.
빗살-어레이 검출에 대해, 적절한 시준광 직경, D는 이하의 식으로 주어진다.
Figure 112008051920032-pct00001
상기 식에서, h는 평면 기판으로부터 표면까지의 높이이고, λ는 가간섭성 광의 파장이고, ξ는 0.25 와 0.5 사이의 분수이고, Λ는 빗살 어레이의 요소 그룹핑들의 주기(즉, 센서 픽셀 피치의 미리 결정된 배수)이며 θ는 센서의 한 지점으로부터의 빔에 대한 각도이다.
스펙클 공간 주파수 γ와 빗살-어레이(역수) 주기 1/Λ에 대한 매칭 조건은 γ=1/Λ로 표현될 수 있다. 선택 주파수를 차단 주파수(cut-off frequency) γmax=2NA/λ에 대한 분수 ξ(가급적 0.25와 0.5 사이)로 표현하고, NA=센서의 한 지점으로부터의 빔에 대한 반각의 싸인값=Dcos2θ/(2h)를 사용하면, 식 1에 대해 상기 적절한 빔 직경 D를 도출한다. 예를 들어, λ=850nm, Λ=50um, h=5mm, ξ=0.3 및 θ=30˚에서, 시준된 빔 직경은 D=0.38mm이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 포지셔닝 장치에 의한 다양한 속도들에서의 원 움직임의 트랙킹을 묘사한 네개의 트레이스도들(a,b,c 및 d)이다. 이 트레이스도들은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 포지셔닝 장치의 원형(prototype) 실험 장치를 사용하여 발생되었다.
각각의 도면에서 추적된 움직임은 대략 1센티미터의 반경을 갖는 대략적인 원 움직임을 포함한다. 기준 원 궤적들(402) 및 대응하는 트랙킹 트레이스들(404)은 도 4에 도시되어 있다. (a)로 표시된 좌측 상단 도면에서, 원 주위의 움직임은 1 cm/sec의 속도였다. (b)로 표시된 우측 상단 도면에서, 원 주위의 움직임은 10 cm/sec의 속도였다. (c)로 표시된 좌측 하단 도면에서, 원 주위의 움직임은 25 cm/sec의 속도였다. (d)로 표시된 우측 하단 도면에서, 원 주위의 움직임은 40 cm/sec의 속도였다. 각각의 도면들로부터 도시된 바와 같이, 움직임의 트랙킹은 다양한 속도들에서 상당히 좋다.
본 개시는 레이저 스펙클에 기초한 집적 광 네비게이션 시스템을 제공한다. 시스템은 유리하게 집적되고, 콤팩트 및 로우 프로파일(low profile)하고, 저 비용이고, 낮은 오차로 제작이 가능하며, 광학적으로 효율적이다.
레이저 및 센서의 공면성(co-planarity)은 유리하게도 그들 컴포넌트들의 단일 평면 패키지로의 집적을 가능하게 한다. 현존하는 시스템들은, 센서가 조명의 반사 방향(specular direction) 근처에 있는 광 기하구조 및/또는 빔 편향부를 사 용하여 공면(co-planar) 패키징을 제외한다.
또한, 시준된 조명은, 마우스 장치가 산란면에 대해 측방으로 변위되는 경우, 작은 스펙클 "보일링"을 가지며, 시프트하는 스펙클 패턴을 생성하는데 유리하게 사용된다. 또한, 표면 조명의 수직각은 시준 렌즈외에, 조명광 편향부 또는 임의의 추가의 다른 광학계에 대한 임의의 요구도 유리하게 피할 수 있다.
2차원 빗살-어레이 센서의 사용은 유리하게도 단순한 신호처리, 저전력 소비, 및 단순한 집적회로 구현을 필요로 한다.
"마우스" 형태의 지시 장치 또는 유사한 애플리케이션들(applications)에서, 종종 리프트 검출 메카니즘이 바람직하다. 리프트 검출 메카니즘은 마우스 장치가, 일반적으로 1 에서 5 밀리미터 사이의 값(1 내지 5 ㎜)으로 설정된 미리 결정된 높이(Δh)보다 많이 상승될 경우 트랙킹을 멈추게 하는 메카니즘이다. 본 개시된 시스템에서, 마우스 장치가 표면(120) 위로 미리 결정된 높이보다 많이 상승되는 경우, 리프트 검출은 센서 어레이의 시야각으로부터 표면(120)의 조명된 부분을 차단하기 위해 배치되는 불투명한 나이프 에지(502)에 의해 구현될 수 있다. 이 구성의 기하구조는 도 5에 도시되어 있다. 나이프 에지(502)의 위치는 센서 어레이 중심으로부터 수평 거리 x 와 수직 거리 y 에 의해 표현될 수 있다.
Figure 112008051920032-pct00002
Figure 112008051920032-pct00003
도 5를 참조하면, Δh는 최대 상승 높이이고, h는 센서 어레이 평면으로부터 표면까지의 공칭(nominal) 거리이고, w는 센서 어레이의 폭이고, s는 센서 어레이와 레이저 사이의 중심부터 중심까지의 간격이며, d=h-y는 나이프 에지(502)로부터 표면(120)까지의 거리이다. 표면에서의 조명광 직경 D(h,s)는 h 및 s에 의해 결정되며 θ=tan-1(s/h)와 함께 식 1로 주어진다. 예를 들어, λ=850nm, Λ=50um, h=5mm, ξ=0.3, s=3mm, w=1mm 및 Δh=2.2mm로 주어진 경우, 시준된 빔 직경 D=0.385mm, θ=31˚, x=1.8mm, y=3.5mm 및 d=1.5mm가 도출된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 2차원 빗살 어레이의 개략도이다. 검출기 요소들의 2차원 어레이(602)의 일례가 도시되어 있다. 2차원(2D) 어레이(602)는 8 대 8(8 by 8) 행렬로 조직된 64개의 하위 어레이들(604)로 구성된다. 그 하위 어레이(604) 하나에 대한 확대도는 도면의 좌측 부분에 도시되어 있다.
각각의 하위 어레이(604)는 4 대 4(4 by 4) 행렬로 조직된 16개의 검출기 요소들을 포함한다. 각각의 하위 어레이(604)에서의 16개의 검출기 요소들은 각각 8개의 요소 그룹들 중 한 그룹의 요소로 식별된다. 각각의 하위 어레이(604)의 각각의 검출기 요소와 관련된 그룹 번호는 확대도에서 요소를 표시하는 번호(1,2,3,4,5,6,7 또는 8)로 도시된다. 각각의 그룹으로부터 나온 신호들은 전체 어레이(602)를 위해 전기적으로 함께 편성된다. 결과적인 그룹 신호들(1부터 8까지 번호화된)은 어레이(602)(도면의 우측 부분에 도시된 바와 같이)로부터 출력된다.
차동 회로(606)는 그룹 신호들의 쌍들로부터 차동 신호들을 발생하도록 사용된다. 제1 차동 신호 CC는 신호 1 및 신호 2의 차로 발생된다. 제2 차동 신호 SC는 신호 3 및 신호 4의 차로 발생된다. 제3 차동 신호 CS는 신호 5 및 신호 6의 차로 발생된다. 제4 차동 신호 SS는 신호 7 및 신호 8의 차로 발생된다. 이들 네개의 차동 신호들은 x 와 y 방향들에서 동위상 및 직교 신호들의 정보를 포함한다.
본 발명이 특정한 선행 예시들에 의해 설명되고 도시되지만, 본 발명의 특정한 실시예들과 예시들에 대한 전술된 설명은 도시와 기술의 목적으로 제공되며, 그것에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다. 특정한 실시예들은 총망라하거나 본 발명을 개시된 정교한 형식들로 제한하도록 의도되지 않으며, 본 발명의 범위 내에서 많은 수정들, 개선들 및 변화들이 상기에 기술된 관점에서 가능하다. 본 발명의 범위는 본 명세서에 개시된 바와 같이, 이하에 첨부된 청구범위 및 그 등가물들에 의해 일반적인 부분을 포함하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 표면의 연속된 화상들에서 광 스펙클(speckle)의 변위를 결정함으로써 데이터 입력 장치와 상기 표면 사이의 상대적인 움직임을 감지하기 위한 레이저 포지셔닝 장치(laser positioning device)로서,
    평면 기판;
    상기 평면 기판 위에 구성된 가간섭성(coherent) 광원;
    상기 평면 기판 위에 구성된 센서 어레이 및 관련 회로; 및
    상기 가간섭성 광원과 상기 표면 사이에 배치된 시준 렌즈(collimating lens)를 포함하고,
    상기 센서 어레이는 2차원 빗살 어레이를 포함하고, 시준된 조명빔의 미리 결정된 직경 D는 식 D=(hλ)/(ξΛcos2θ)를 만족하며, h는 상기 평면 기판으로부터 상기 표면까지의 높이이고, λ는 상기 가간섭성 광의 파장이고, ξ는 0.25 내지 0.5의 분수이고, Λ는 상기 빗살 어레이의 주기이고, θ는 센서의 한 지점으로부터 나온 상기 조명빔에 대한 각도인,
    레이저 포지셔닝 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시준 렌즈는,
    a) 상기 평면 기판을 커버하는 투명한 밀봉제 부분;
    b) 상기 평면 기판을 커버하는 몰드된 투명한 플라스틱 부분; 또는
    c) 상기 평면 기판을 커버하는 패키지로 꽂아지는 소형 렌즈
    중의 하나로서 구현되는, 레이저 포지셔닝 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    리프트(lift) 검출을 위해 불투명한 에지를 더 포함하고, 상기 장치가 상기 평면 기판 위로의 미리 결정된 높이보다 많이 상승되는 경우, 상기 센서 어레이의 시야각으로부터 상기 평면 기판의 조명된 부분을 차단하도록 상기 에지가 배치되는, 레이저 포지셔닝 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시준 렌즈는 상기 가간섭성 광원으로부터 가간섭성 광을 수신하고 상기 표면에 대해 수직각 또는 그 수직각 근방으로 상기 표면에 전송되는 시준된 조명빔을 제공하도록 구성되고, 상기 시준된 조명빔의 동위상 파면(phase front)의 균일도에 의해, 상기 평면 기판과 상기 표면 사이의 작은 횡변위는 최소의 보일링을 갖는 스펙클 패턴의 시프트(shift)로 귀결되는, 레이저 포지셔닝 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 빗살 어레이는 수광 렌즈를 사용하지 않고 상기 표면의 화상을 형성하는 광을 수신하는, 레이저 포지셔닝 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 표면에서의 스펙클 크기는 상기 빗살 어레이의 주기에 매칭되는, 레이저 포지셔닝 장치.
  7. 표면의 연속하는 화상들에서 광학 피쳐들의 변위를 결정함으로써 데이터 입력 장치와 표면 사이의 상대적인 움직임을 감지하는 방법으로서,
    레이저로부터 가간섭성 광을 방출하는 단계;
    상기 표면에 대해 수직각으로 상기 표면에 전송되는, 미리 결정된 직경 D를 갖는 시준된 조명빔을 형성하도록 상기 가간섭성 광을 시준하는 단계;
    상기 시준된 조명빔으로부터 나온 상기 가간섭성 광의 상기 표면상의 충돌에 의해 스펙클 패턴을 생성하는 단계; 및
    센서 어레이를 사용하여 상기 표면의 상기 화상들을 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 센서 어레이는 빗살 어레이를 포함하고, 상기 레이저와 상기 센서 어레이는 모두 상기 표면에 평행하게 위치하도록 구성된 동일한 평면 기판 위에 구성되고, 상기 시준된 조명빔의 상기 미리 결정된 직경 D는 식 D=(hλ)/(ξΛcos2θ)를 만족하며, h는 상기 평면 기판으로부터 상기 표면까지의 높이이고, λ는 상기 가간섭성 광의 파장이고, ξ는 0.25 내지 0.5의 분수이고, Λ는 상기 빗살 어레이의 주기이고, θ는 센서의 한 지점으로부터 나온 상기 조명빔에 대한 각도인,
    방법.
  8. 제7항에 있어서,
    리프트 검출을 위해 불투명한 에지를 사용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 레이저와 상기 센서 어레이는 모두 상기 표면에 평행하게 위치하도록 구성된 동일한 평면 기판 위에 구성되고, 상기 시준된 조명빔의 실질적으로 균일한 동위상 파면에 의해, 상기 평면 기판과 상기 표면 사이의 작은 횡변위는 스펙클 패턴의 시프트로 귀결되는, 방법.
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 빗살 어레이는 결상 렌즈 또는 수광 렌즈를 그들 사이에 사용하지 않고 상기 표면에 직접 결상하는, 방법.
  12. 삭제
  13. 제7항에 있어서,
    상기 시준된 조명빔의 상기 미리 결정된 직경에 의해, 상기 표면에서의 스펙클 크기는 상기 빗살 어레이의 주기에 매칭되는, 방법.
  14. 스펙클 네비게이션 시스템으로서,
    가간섭성 광을 방출하기 위한 수단;
    표면에 수직각으로 상기 표면에 전송되는, 미리 결정된 직경 D를 갖는 시준된 조명빔을 형성하도록 상기 가간섭성 광을 시준하기 위한 수단;
    상기 시준된 조명빔으로부터의 상기 가간섭성 광의 상기 표면상의 충돌에 의해 스펙클 패턴을 생성하기 위한 수단; 및
    센서 어레이를 사용하여 상기 표면의 화상을 검출하기 위한 수단
    을 포함하는, 스펙클 네비게이션 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    리프트 검출을 위한 불투명한 에지의 사용을 더 포함하는, 스펙클 네비게이션 시스템.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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