KR20070003791A - 광학 네비게이션 시스템 및 방법 - Google Patents

광학 네비게이션 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

광학 네비게이션 장치와 네비게이션 지형 간의 상대적인 이동을 결정하는 방법(300)은 2개의 중첩하는 코히런트 광빔(204, 206, 236a, 236b)을 생성하는 단계(303)와, 2개의 중첩하는 광빔 사이에 간섭 프린지 패턴을 생성하는 단계(304)를 포함한다. 이 방법은 간섭 프린지 패턴으로 네비게이션 지형의 표면 일부(22,212)를 비추는 단계(305)와, 프린지가 비친 표면 일부를 이미징하는 단계(306) 및 이미징된 프린지가 비친 표면 일부에 응답하여 신호의 패턴(114)을 생성하는 단계(306,307)를 더 포함한다.

Description

광학 네비게이션 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR OPTICAL NAVIGATION USING A PROJECTED FRINGE TECHNIQUE}
본 애플리케이션은 현재 계류중이며 본 원의 출원인에게 양도된 "INTERFEROMETER BASED NAVIGATION DEVICE" 라는 명칭으로 2003년 5월 16일에 출원된 미국 특허 출원 제 10/439,674 호, 현재 계류중이며 본 원의 출원인에게 양도된 "METHOD AND DEVICE FOR OPTICAL NAVIGATION" 라는 명칭으로 2003년 7월 30일에 출원된 미국 특허 출원 제 10/630,169 호, 현재 계류중이며 본 원의 출원인에게 양도된 "METHOD AND DEVICE FOR OPTICAL NAVIGATION" 라는 명칭으로 2003년 10월 6일에 출원된 미국 특허 출원 제 10/680,525 호, 현재 계류중이며 본 원의 출원인에게 양도된 "LOW POWER CONSUMPTION, BROAD NAVIGABILITY OPTICAL MOUSE" 라는 명칭으로 2003년 10월 30일에 출원된 미국 특허 출원 제 10/697,421 호에 관한 것으로, 이들 중 공개된 것은 본 명세서에 참조된다.
본 명세서는 동작 감지 광학 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 투영 프린지(a projected fringe) 기술을 사용하는 광학 네비게이션에 대한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
상대적인 동작을 검출하는 기존의 광학 장치는 장치가 표면 위를 통과함에 따라 (또는 동등하게 표면이 장치를 지나쳐 이동함에 따라) 표면의 특성을 나타내는 패턴을 캡처함으로써 장치와 표면 간의 상대적인 동작을 결정하는 패턴 코릴레이션 기술을 이용한다. 장치의 이동 거리 및 방향 모두는 하나의 패턴 프레임과 다음 패턴 프레임을 비교함으로써 결정된다. 이 기술은 전형적으로 표면상의 음영의 명암도 변화를 검출하며, 그것의 감도 및 유용성은 캡처된 표면 패턴에서의 명암도 차이(contrast)에 의존한다. 예컨대, 상대적인 동작 센서는 컴퓨터 포인터(예컨대, 마우스) 제어에 사용되며, 이러한 포인터는 전형적으로 컴퓨터 스크린상의 포인터의 위치를 제어하는 데 광학을 사용한다. 보다 일반적으로, 광학 네비게이션 정보는 스캔 경로를 따라 스캐닝 장치의 회전 이동 및 곡선 왜곡 아티팩트(artifact)를 보상하는 데 사용될 수 있다.
특허(5,786,804; 5,578,813; 5,644,139; 6,442,725; 6,281,882; 6,433,780)는 광마우스, 다른 휴대용 네비게이션 장치 및 휴대용 스캐너의 예를 설명한다. 전형적인 기존 장치는 예컨대 유리 또는 화이트 보드처럼, 거울 같거나 윤이 나는 표면, 균일한 표면, 또는 얕은 형상부를 갖는 표면에서 제대로 기능을 하지 않는다. 이러한 장치에서, 이미지 대비를 개선하기 위해, 거울 반사는 일반적으로 차단되고, 표면으로부터 산란된 광학 방사만 캡처된다. 전형적으로 사용되는 표면은 음영을 드리울 수 있어야 한다. 일반적으로 이것은 관찰되는 표면 형상부의 차원이, 사용되는 광학 방사의 파장에 대한 기하학적 광학 범위 내에 존재해야 한다는 것을 의미한다. 이에 따라, 특정 표면 유형에 대한 제한은 현재 광마우스 디자인의 전형적인 결점이다.
본 발명에 따라서, 네비게이션 지형에 관련된 이동을 결정하는 광학 네비게이션 시스템이 제공된다. 이 시스템은 코히런트 광학 방사의 2개의 중첩빔을 생성할 수 있는 광학 네비게이션 장치를 포함한다. 2개의 중첩빔은 간섭 프린지 패턴을 생성하여, 프린지 패턴을 갖는 2개의 중첩빔이 네비게이션 지형 표면의 일부를 비출 수 있다. 광학 네비게이션 장치는 입력 광학 이미지 패턴에 응답하여 신호의 출력 패턴을 생성할 수 있는 검출기 어레이와, 2개의 중첩빔으로 비친 네비게이션 지형 표면의 일부를 검출기 어레이 상에 이미징하도록 배치되는 이미징 소자를 더 포함한다.
또한 본 발명에 따라서, 광학 네비게이션 장치와 네비게이션 지형 간의 상대적인 이동을 결정하는 방법이 제공된다. 이 방법은 2개의 중첩하는 코히런트 광빔을 생성하는 단계와, 2개의 중첩하는 광빔 사이에 간섭 프린지 패턴을 생성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 간섭 프린지의 패턴으로 네비게이션 지형의 표면 일부를 비추는 단계와, 프린지가 비친 표면의 일부를 이미징하는 단계 및 이미징된 프린지가 비친 표면의 일부에 응답하여 신호의 패턴을 생성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명을 보다 완전히 이해하기 위해, 이제 첨부하는 도면과 관련하여 기술되는 다음 설명을 참조할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라서, 광학 네비게이션에 대한 시스템을 도시하는 하이 레벨 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따라서, 투영 프린지 기술을 사용하는 광학 네비게이션에 대한 시스템 구현예를 도시하는 광학도이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따라서, 투영 프린지 기술을 사용하는 광학 네비게이션에 대한 다른 시스템 구현예를 도시하는 광학도이다.
도 2c는 본 발명의 실시예에 따라서, 투영 프린지 기술을 사용하는 광학 네비게이션에 대한 또 다른 시스템 구현예를 도시하는 광학도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라서, 네비게이션 장치에 관련된 네비게이션 표면의 2차원적 이동을 광학적으로 결정하는 동작 시퀀스를 도시하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨터 시스템을 도시하는 도면이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라서, 광학 네비게이션에 대한 시스템(10)을 도시하는 하이 레벨 블록도이다. 광학 네비게이션 시스템(10)은 예컨대, 광마우스와 같은 네비게이션 광학 장치(101)와, 이 광학 장치(101)에 따라 임의의 위치로 이동(화살표(107,108)로 표시)중일 수 있는 네비게이션 지형(102) 간의 상대적인 위치를 결정한다. 하기에 사용되는 네비게이션 지형(102)은 광학 장치(101)와 네비게이션 지형(102) 간의 상대적인 이동 또는 위치가 출력 신호를 결정하도록, 광 학 장치(101)에 따라 이동하거나 위치를 정하는 대상이다.
동작중에, 네비게이션 지형(102)은 광학 장치(101)의 소스 모듈(103)로부터의 광학 방사(110)로 조사된다. 광학 방사(110)는 네비게이션 지형(102)과의 상호작용에 의해 처리되어, 조사 광학 방사(110) 내의 패턴은 네비게이션 지형(102)으로부터 전파하는(예컨대, 네비게이션 지형(102)으로부터 반사되거나 네비게이션 지형(102)을 통해 송신되는) 출력 광학 방사(112)로 변경된다. 본 발명의 일부 실시예에서, 출력 광학 방사(112) 내의 패턴은 네비게이션 지형(102)의 표면(106)과 조사 광학 방사(110)의 상호작용 -예컨대, 반사 또는 산란- 을 통해 변경된다. 또는, 예컨대 패턴은 네비게이션 지형(102)의 체적을 통하여 광학 방사(110)를 전달하는 동안 발생하는 상호작용을 통해 변경될 수 있다.
검출기 -예컨대, 검출 어레이(104)- 는 패터닝된 출력 광학 방사(112)를 캡처하고 신호(114)를 생성한다. 프린지 패턴은 조사 광학 방사(110) 내의 두 입사 파면의 간섭 및 이들과 네비게이션 지형(102)과의 상호작용으로 발생하는 출력 광학 방사(112) 내에 존재한다. 이들 프린지 패턴은 네비게이션 지형(102)의 표면(106)의 높이 변화에 직접적으로 해당하는, 출력 광학 방사(112)의 공간 명암도 프로파일에 대한 명암 변조이다. 캡처는 예컨대, CCD, CMOS, GaAs, 비정질 실리콘 또는 기타 적합한 검출기 어레이와 같은 검출기 어레이를 사용하여 실행될 수 있다. 전형적으로, 소스 모듈(103)로부터 방사된 광학 방사(110) 내의 파장 스펙트럼을 검출기 어레이(104)의 파장 응답과 일치시켜 신호 효율을 최적화한다. 이어서 신호(114)는 자신이 추가로 처리되는 프로세서(105)에 전달되고, 이 신호(114) 에 응답하여 출력 신호(116)가 생성된다. 예컨대, 프로세서(105)에서, 상대적인 이동을 결정하는 처리는 통상적으로 연속하는 캡처 프레임 쌍을 비교하는 코릴레이션 알고리즘을 사용하여 수행된다. 본 발명의 일부 실시예에서, 타이밍 신호는 상대 속도를 결정하는 데 제공될 수 있다. 예컨대, 출력 신호(116)는 컴퓨터 스크린상의 포인터의 위치를 구동하도록 형성될 수 있다.
소스 모듈(103) 및 검출기 어레이(104)는 구조적 통합을 위해 전형적으로 광학 장치(101) 내에 함께 패키징된다. 선택적으로, 프로세서(105)도 광학 장치 -예컨대, 광학 장치(101)- 내에 패키징될 수 있지만, 이와 달리 광학 네비게이션 시스템(10) 내의 다른 장소에 배치될 수도 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 광학 장치(101)는 컴퓨터 시스템용 광마우스를 나타내며, 조작자에 의해 선택적으로 휴대 이동가능하다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따라서, 투영 프린지 기술을 사용하는 광학 네비게이션에 대한 시스템 구현예를 도시하는 광학도이다. 시스템(200)은 분리기(24) 또는 반사면(25,26)을 포함하는 마이컬슨/트위만그린 간섭계(Michelson/Twyman-Green interferometer) 구성을 도입하여, 코히런트 광원(21)으로부터의 광을 네비게이션 표면을 비추는 2개의 중첩 코히런트 광빔(평면파)(204,206)으로 분리하고 방향을 바꾼다. 예컨대, VCSEL 레이저원과 같은 코히런트 광원(21)으로부터의 광은 발산하는 광빔(201)으로 방사되고, 이어서 예컨대 조준 소자(23)를 사용하여 조준되어 평행한 광빔(202)을 형성한다. 분리기(24), 병렬 광빔(202)은 반사빔(203a)으로서 부분적으로 반사되고, 전송빔(205a)으로 부분 적으로 전송된다. 반사빔(203a)은 반사기(25)에서 반사빔(203b)으로 반사되고, 이어서 분리기(24)를 통해 조사빔(204)으로 부분적으로 전송된다. 이와 유사하게, 전송빔(205a)은 반사빔(205b)으로 반사되고, 이어서 분리기(204)에서 조사빔(206)으로 부분적으로 반사된다.
조사빔(204)의 파장 벡터
Figure 112006042222024-PCT00001
와 조사빔(206)의 파장 벡터
Figure 112006042222024-PCT00002
에 대해 상세하게 도시하는 것처럼, 조사빔(204,206)이 서로에 대해 각(θ)만큼 비스듬하게 중첩되도록, 반사기(26)는 반사기(25)에 대해 수직으로 소형 사각(wedge angle)만큼 비스듬해진다. 손실 없이 동일한 명암도로 처리될 수 있는 두 평면파(204,206)는 프린지 간격으로 네비게이션 표면상의 명암 프린지(22)를 교차하는 투영 패턴을 간섭하고 생성한다.
Figure 112006042222024-PCT00003
(1)
여기서, 프린지 간격(d2)은 어두운 프린지의 중심에서 다음 인접 밝은 프린지의 중심까지 측정되며, θ는 파동 벡터
Figure 112006042222024-PCT00004
와 파동 벡터
Figure 112006042222024-PCT00005
사이의 각이다. 이것은 표면 변형, 표면 진동 및 표면 윤곽이 측정될 수 있는 잘 알려진 무아레(Moire) 측정 기술이다. 간결성을 위해, 반사빔(203b)의 부분 반사 및 반사빔(205b)의 부분 전송에 의해 분리기(24)에서 형성되는 빔은 도시되지 않았다. 나중에 부분적으로 전송된 빔은 레이저 모드 성능에 악영향을 줄 수 있는 레이저원(21)의 공동을 재입력할 수 있지만, 이것은 빔을 재입력으로부터 보호하도록 분리기를 약간 회전함으로써 방지할 수 있다. 또는, 예컨대 페러데이 회전자(a Faraday rotator)와 같은 절연 체를 레이저와 분리기 사이에 배치할 수 있다.
만일 표면 -예컨대, 네비게이션 표면(22)- 이 2개의 코히런트 평면파 -예컨대 조사빔(204,206)- 에 의해 비치면, 빔이 간섭하여 교차하는 일련의 명암 윤곽 패턴은 표면이 투영 프린지와 교차하는 곳에 형성될 것이다. 만일 비친 표면이 검출기 어레이(28) -예컨대 CMOS 어레이 영상표시기 또는 카메라- 상에 비치면, 표면 윤곽(즉, 표면 높이 변화)에 대한 영구적인 기록이 생성된다. 예컨대, 네비게이션 표면(22) 상의 한 점은 이미징 소자(27)를 사용하여 검출기 어레이(28)의 해당 픽셀에 발산 광선(207)과 재수렴 광선(208)을 캡처함으로써 검출기 어레이(28) 상에 이미징될 수 있다. 이로써 네비게이션 표면(22)의 각 점은 검출기 어레이(28) 상의 고유한 점에 이미징된다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따라서, 투영 프린지 기술을 사용하는 광학 네비게이션에 대한 다른 시스템 구현예를 도시하는 광학도이다. 코히런트 광원(21) -예컨대, VCSEL 레이저원- 으로부터의 광은 유도성 광경로 -예컨대, 광섬유(221)- 로 방사된다. 분리기(213)에서, 광은 이중 광섬유(222,223)로 간단히 도시된 복수의 유도성 광경로로 분리되어, 각 코히런트 점광원(A,B)은 간격(d1)만큼 공간적으로 분리된다. 각 이중 코히런트 점광원(A,B)으로부터의 광은 광경로 길이가 다른 상이한 비유도성 광경로를 통해 네비게이션 표면(212)으로 전도된다. 예컨대, 점광원(A)에서 네비게이션 표면(212)의 점(P)(226) 상으로의 광 입사는 광경로 길이가
Figure 112006042222024-PCT00006
인 비유도성 광경로(224)를 통해 전도되지만, 점광원(B)에서 네비게이션 표 면(212)의 점(P)(226) 상으로의 광 입사는 광경로 길이가
Figure 112006042222024-PCT00007
인 비유도성 광경로(225)를 통해 전도된다.
도 2a와 관련하여 제공된 분석에 따라서, 가깝게 이격된 코히런트 점광원(A,B)에서 네비게이션 표면(212)까지의 광은 중첩하여 간섭 패턴을 생성한다. 간섭 패턴은 네비게이션 표면(212)의 표면 형태에 의해 더 변조되는 네비게이션 표면(212) 상에 입사하여, 표면 높이 변화의 고유한 광 표시를 생성한다. 도 2b에서, 표면(212)상의 점(P)(226)으로부터의 발산 광선(207)은 검출기 어레이(215)의 소자 또는 픽셀(216) 상으로 광(228)을 수렴함으로써 이미징 소자(214)에 의해 이미징된다. 이와 유사하게, 결합한 코히런트 점광원(A,B)으로부터의 중첩광은 네비게이션 표면(212) 상에 연속점을 비춘다. 네비게이션 표면을 정의하는 이 연속점은 반사광의 공간 명암도 프로파일을 변조하고, 이어서 검출기 어레이(215)의 해당 픽셀상에 이미징된다. 이로써 네비게이션 표면(212)상의 각 점은 검출기 어레이(215) 상의 고유한 위치에 이미징된다. 검출기 어레이(215)에서, 신호는 2개의 경로로부터 도달하는 광의 간섭에 응답하여 생성된다. 2차원적인 상대적 이동 -예컨대, 도 2b의 속도 축에 상세히 도시되어 있는 vx, vy 속도 성분- 은 통상적인 공간 코릴레이션 알고리즘으로부터 결정된다.
도 2a 및 도 2b와 관련하여 설명된 기술은 예컨대, 광마우스에서와 같이 광학 네비게이션 기술로서 적용된다. 네비게이션 표면(22)에 관련된 유닛으로서 이동하는 컴퓨터 마우스형 하우징에서 소스 및 검출기는 서로에 대해 공간적으로 고 정되어 있다. 만일 네비게이션 표면이 이동하면, 검출기 어레이에서 보이는 프린지 패턴(명암도 변화)은 변화한다.
도 2a에서, 프린지 간격(d2)은 빔(204,206)이 중첩하고 간섭하는 체적에 대하여 3차원적인 공간 프린지 패턴을 정의한다. 그러므로, 이 3차원 프린지 패턴은 교차하는 임의의 가로 또는 세로 표면 상에 2차원 프린지 이미지 패턴을 투영할 것이다. 특히, 빔(204,206)의 중첩에 의해 생성되는 간섭 패턴은 네비게이션 표면(22) 상에 프린지 이미지 패턴을 투영할 것이다.
도 2c는 본 발명의 실시예에 따라서, 투영 프린지 기술을 사용하는 광학 네비게이션에 대한 또 다른 시스템 구현예를 도시하는 광학도이다. 광학 네비게이션 장치(231)는 구조적 지지 요소(들)(232)에 장착된 광원(233a,233b), 검출기 어레이(215) 및 광학 소자(214,235a,235b)를 포함한다. 코히런트 광빔(236a,236b)을 중첩하여 교차시키면 네비게이션 지형(212)을 비추는 간섭(또는 Moire) 프린지 패턴(237)이 생성된다. 간섭 패턴(237)은 네비게이션 지형의 형태에 의해 더 변조되고, 이미징 소자(214)에 의해 검출기 어레이(215) 상에 이미징된다. 도 2a 및 도 2b에서, 광학 네비게이션 장치(231)와 네비게이션 지형(212) 간의 상대적인 이동은 이미징 변조 간섭 패턴의 변화로서 검출된다.
도 2c에 도시된 것처럼, 중첩하는 코히런트 광빔(236a,236b)은 코히런트 광원(233a,233b)을 분리함으로써 각각 생성된다. 예컨대, 소스는 광다이오드, 레이저 다이오드, 레이저 및 수직 공진 표면광 레이저(VCSEL:vertical cavity-surface emitting laser)로부터 선택된다. 만일 프린지 패턴을 안정시킬 필요가 있다면, 2 개의 개별 레이저원 간의 코히런스(coherence)는 임의의 종래 기술(예컨대 Snadden 등의 Optics Letter 1997년 6월 15일 제 22 권 제 12 호 p.892~894와 기술된 설명 참조)을 사용하여 서로에 대해 위상을 고정함으로써 달성되고 유지될 수 있다. 이와 달리, 중첩하는 코히런트 광빔(236a,236b)은 도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 유사한 방식으로 단일 광원으로부터 코히런트 빔을 분리함으로써 생성될 수 있다. 본 발명의 실시예 중 임의의 실시예에서 파장을 조정할 수 있는 광원이 사용되는 것이 바람직하다. 이어서, 도 2c에 도시된 것처럼 각 발산빔(235a,235b)은 상이한 소자(234a,234b)에 의해 조준되고 방향이 재설정되어, 코히런트 광빔(236a,236b)의 중첩을 제공한다. 또한, 발산빔(235a,235b)은 단일 또는 복수의 비회절성 광학 소자를 사용하여 조준되고 방향이 재설정될 수 있다.
네비게이션 표면(22 또는 212) 상에 투영된 프린지에 대해 검출된 이미지 신호를 전기적으로 처리함으로써(연속적인 이미지 프레임의 코릴레이션 계산을 실행), 네이게이션 평면의 상대적인 2차원 평면내 이동(변위, 속도)이 획득될 수 있다. 이어서 프로세서 출력 신호는 컴퓨터 스크린 상의 위치를 제어하는 데 사용될 수 있다.
연속적인 저장 프레임을 비교함으로써, 프로세서(105)(도 1 참조)는 상대적인 평면내 이동 거리 및 방향을 결정하는 데 연속하는 프레임의 코릴레이션 계산을 사용할 수 있도록, 상대적인 이동을 결정할 수 있다. 캡처된 프레임은 연속하는 캡처 프레임과 부분적으로 중첩한다. 그러므로, 네비게이션 소프트웨어 알고리즘은 하나 이상의 프레임 상에서 특정 식별가능한 점을 "확인"하고, 이어서 각각 이 동하였던 거리 및 방향을 계산할 수 있다. 연속적인 프레임 쌍을 저장함으로써, 종래의 코릴레이션 알고리즘을 사용하는 프로세서(105)에서 중첩 특성이 결정됨으로써, 이동 방향과 크기가 산출된다. 이 처리는 미국 특허 제 5,786,804 호에 상세하게 설명되고, 연속하는 표면 프레임의 비교에 의존하는 광학형 장치에 폭넓게 사용되되, 예컨대 표면 프레임은 종래 기술에 따라 표면으로부터 반사하는 광학 방사에 의해 생성되는 음영에 의해 생성되었다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라서, 네비게이션 장치에 관한 네비게이션 표면의 2차원적 이동을 광학적으로 결정하는 동작 시퀀스를 도시하는 흐름도이다. 동작(302)에서 코히런트 광빔 -예컨대, 빔(202)- 이 제공되어, 동작(303)에서 중첩(교차)하는 2개의 코히런트 빔 -예컨대, 빔(204,206)- 으로 분리되고 방향이 재설정된다. 또는, 동작(302,303)에서, 2개의 중첩하는 코히런트 빔 각각은 개별 코히런트 광원으로부터 생성된다. 후자의 경우에, 두 광원의 위상을 서로에 대해 고정하는 것은 필요한 경우에 일관성을 유지하는 데 사용될 수 있다. 이어서 개별적으로 생성된 빔은 단일 또는 복수의 회절성 및/또는 비회절성 광학 소자를 사용하여 조준되고 방향이 재설정될 수 있다. 동작(304)에서 2개의 중첩하는 코히런트 빔은 간섭 패턴을 생성하여, 동작(305)에서 네비게이션 표면 -예컨대, 네비게이션 표면(22)- 상으로 투영된다. 동작(306)에서 투영된 간섭 패턴은 검출기 어레이 -예컨대, 검출기 어레이(28)- 상에 이미징되어, 동작(307)에서 처리된 신호를 제공한다. 동작(308)에서 처리된 신호는 연속하는 프레임 쌍에서 코릴레이팅되어, 네비게이션 표면(22) 및 검출기 어레이(28)의 2차원적인 이동을 결정한다. 동 작(309)에서 2차원적인 이동 및/또는 속도 출력이 제공된다.
이상의 설명은 2차원적인 투영 프린지 패턴을 사용하여, 네비게이션 표면에 관련된 검출기의 평면내 이동의 결정에 관한 것이다. 이 2차원 기술은 광마우스에 사용할 가능성이 크다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨터 시스템(400)을 도시하는 도면이다. 광마우스(410)는 고정된 네비게이션 표면(420)에 따라 이동하고, 전형적으로 도 1의 소스 모듈(103)과 유사한 코히런트 광원 및 도 1의 검출기 어레이(104)와 유사한 검출기를 포함한다. 연속하는 위치 이미지는 처리되어, 디스플레이를 위해 유선 또는 무선으로 CPU(430)에 전달되어, 일반적으로 컴퓨터 스크린(440) 상의 작은 화살 또는 포인터로 위치를 제어한다. 전형적으로, 위치 처리는 예컨대 도 1의 이미지 프로세서(105)와 유사한 프로세서에 의해 광마우스(410)의 내부에서 실행된다. 또는, 처리를 위해 유선 또는 무선으로 광마우스(410)에서 CPU(430)로 미가공 이미지 데이터(또는 다른 중간 데이터)를 전달할 수 있다. 광마우스(410)는 조작자에 의해 선택적으로 휴대 이동가능하다. CPU(430)는 전형적으로 사용자 입력 장치 -예컨대, 키보드- 와 상호접속한다.
본 발명은 특정 실시예에 관하여 설명되었지만, 이상의 설명으로 보아 당업자는 다양한 대체, 변경 및 수정이 가능함을 알 것이다. 이에 따라, 본 발명은 첨부되는 특허청구범위의 사상 및 범주 내에 이러한 다른 모든 대체, 변경 및 수정을 포함한다.

Claims (10)

  1. 네비게이션 지형(102)에 관련된 이동(107,108)을 결정하는 광학 네비게이션 시스템(10)에 있어서,
    상기 시스템은,
    코히런트 광학 방사의 2개의 중첩빔(204,206)을 생성할 수 있는 광학 네비게이션 장치(101) -상기 2개의 중첩빔은 간섭 프린지(237)의 패턴을 생성하여, 상기 2개의 중첩빔이 상기 프린지 패턴으로 상기 네비게이션 지형(102)의 표면 일부(22,212)를 비출 수 있음- 와,
    입력 광학 이미지 패턴(207,208)에 응답하여 신호(114)의 출력 패턴을 생성할 수 있는 검출기 어레이(215)와,
    상기 2개의 중첩빔으로 비친 상기 네비게이션 지형 표면의 일부를 상기 검출기 어레이 상에 이미징하도록 배치되는 이미징 소자(27,214)를 포함하는
    시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    코히런트 광학 방사의 주요 빔(201,221)을 생성할 수 있는 주요 광원(21,103)과,
    상기 코히런트 광학 방사의 상기 주요 빔을 상기 코히런트 광학 방사의 2개 의 중첩빔으로 분리할 수 있는 빔 분리 소자(24,213)를 더 포함하되,
    상기 각 중첩빔은 상기 주요 빔과 실질적으로 동일한 코히런스(coherence) 각도를 갖는
    시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 빔 분리 소자는 마이컬슨 간섭계(Michelson interferometer)(24 내지 26)로서 실질적으로 구성되며, 상기 중첩빔은 서로에 대해 각(θ)만큼 비스듬하게 전파하는
    시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 검출기 어레이(28,104,215)로부터 상기 신호(114)의 상기 패턴을 처리할 수 있고, 상기 간섭 프린지 패턴에 관련된 상기 네비게이션 지형 일부(22,102,212)의 2차원적인 이동(107,108)을 나타내는 출력을 생성할 수 있는 프로세서(105)를 더 포함하는
    시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    코히런트 광학 방사의 2개의 개별 소스(233a,233b)를 더 포함하되,
    상기 각 개별 소스는 상기 코히런트 광학 방사의 2개의 중첩빔(236a,236b) 중 하나를 생성할 수 있는
    시스템(230).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 2개의 개별 소스는 서로에 대해 위상이 고정(237)될 수 있는
    시스템.
  7. 광학 네비게이션 장치와 네비게이션 지형 간의 상대적인 이동을 결정하는 방법(300)에 있어서,
    상기 방법은,
    2개의 중첩하는 코히런트 광빔을 생성하는 단계(303)와,
    상기 2개의 중첩하는 광빔 사이에 간섭 프린지의 패턴을 생성하는 단계(304)와,
    상기 간섭 프린지의 패턴으로 상기 네비게이션 지형의 표면 일부를 비추는 단계(305)와,
    상기 프린지가 비친 표면의 일부를 이미징하는 단계(306)와,
    상기 이미징된 프린지가 비친 표면 일부에 응답하여 신호의 패턴을 생성하는 단계(306,307)를 포함하는
    방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 2개의 중첩하는 코히런트 광빔을 생성하는 단계는,
    단일 광원으로부터 코히런트 광학 방사의 주요 빔을 생성하는 단계(302)와,
    상기 주요 빔을 2개의 중첩하는 코히런트 광빔으로 분리하는 단계(303)를 포함하되,
    상기 각 중첩하는 광빔은 상기 주요 빔과 실질적으로 동일한 코히런스 각도를 갖는
    방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 신호의 패턴을 처리하여(307,308) 상기 간섭 프린지 패턴에 관련된 상기 네비게이션 지형 일부의 2차원적인 이동을 나타내는 출력 신호를 생성하는 단 계(309)를 더 포함하는
    방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 2개의 중첩하는 코히런트 광빔(236a,236b)을 생성하는 단계는 개별 광원(233a,233b)으로부터 상기 각 중첩하는 코히런트 광빔을 생성하는 단계를 포함하는
    방법.
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