TW541773B - Motion sensing systems and methods - Google Patents

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五、發明説明（ 本發明係關於一般的威測 關於一般的多重泰射明確地說，本發明係 關於移u統和方法。本發明進—步 關於移動偵測系統和方法。 / 名务明背审 先前解決感測需求的方式―:都會涉及自 源，例如發光二極體的單— 木目於先 τ利用时一丄 先仏唬，以及多重偵測器。為 源照射在—環境中之廣大的區域，已知的方 =有兩種。其中-種方法通常會從該光源發射廣幅： ，且利用放置於整個環境中的多重偵測器中的其二 :貞=信號。另外-種方法則通常會涉及從該光源發射窄 :號’然後以…舉例來說，旋轉反射鏡，將該作 號反射展開於整個環境中並且利用放置於整個環境中的多。 重偵測器中的其中-個伯測該信號。雖然可行，不過，兩 種方式通常都需要多重伯淨丨哭甘 置俏別态亚且功率效率不佳，因此所 得到的信號-雜訊比非常低。一差的功率·轉換率所反映的 係低效率，因為接收光信號的個別的谓測器一般都只會偵 測到原來所發射的信號的一部份。因此，所偵測到的信號 通常都只能提供有關於該環境中所感測到的目標物的有限 的資訊。由於該單一光传获的田冬 尤彳。唬的因素，所以該些方式亦會限 制該環境中欲感測的目標物的大小範圍。 横測在一環境中一目標物的移動的應用中，先前方式的、 限制便會非常的明顯。多數的移動偵測系統都包括視線 (line-of-sight)操作，當一目標物中斷從光源所發射的一光束 _____ ·5· 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公爱) 五、發明説明（2 ) 時’便至少有一個偵測器會偵測到該目標物的移動。在比 較簡單的應用中，例如決定一目標物是否存在，此種方式 已經足夠。對於較複雜的應用而言，例如決定該目標物的 移動方向，此種方式便無法滿足。當一目標物移動經過從 光源所發射的單一光信號時，當被該目標物阻隔的信號逐 漸地提高時’一偵測器所接收到的信號便會逐漸地降低。 這種信號偵測中的逐漸變化通常都需要很複雜的演算法以 決定該目標物在該環境中的位置。增加多重偵測器可以提 供更多的資訊並且降低演算法的複雜性，但是通常這都會 產生前面所提及的低功率效率以及增加額外的硬體成本。 前述方式的限制亦與目標物辨識的應用有關。多數已知 的系統’不論是只辨識特定的目標物或是映射目標物的空 間特徵’都牽涉到利用一旋轉反射鏡將光信號展開以及/或 是使用多重偵測器。使用全息圖（h〇1〇gram)亦可藉由將該信 號分割成較小的光信號以展開該光信號。其中一種只偵測 特定目標物的方式包括從一傳送接收器發射信號脈衝，接 收從目標物反射的信號，以及將所接收到的信號與已知目 標物的預設反射信號作比較。與該已知物件相關的資訊通 常係儲存於資料庫中。其中一種映射目標物的方式包括在 目標物存在時將不同偵測器所接收到的光信號重疊，並且 將該信號與該目標物不存在時的環境有關的信號作比較。 雖然每一種方式對某一種特殊的功能都係有效的，但是 已知的是沒有一種方式能夠執行數種的功能。因為此種缺 點’所以便需要一種既能節省功率又能省錢的多功能系統 -6 · 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇 X 297公爱)-- ' 41773 A7 B7 五、發明説明（3 。這類系統能夠，例如，偵測任何 S軚物或是特定的目標 物的存在或是不存在，偵測一目枵 ^ 目‘物的空間特徵，偵測一 目標物或是特定的目標物的移動， ^ ^ 莉次疋偵測與一目標物移 動有關的各種特徵。 發明簡 本發明下面的概要係用以幫助瞭解部分本發明特有的創 新的：徵’但是並非是完整的說明。參考整份說明，申請 專']範圍圖式’以及摘要才能對本發明的各種特徵有完 整的瞭解。 本發明的其中-方面係提供一種雷射感測_系統其可以 使用於某一環境中偵測只有"鑰匙、形狀(key_shaped)的物件 的移動，而忽略可以在整個受監控的環境中移動的其它物 =。視該環境中所存在的特殊目標物的形狀而定，不同的 信號會到達一偵測器。隨後，當該系統產生特定的"匹配" 時’該差異便可以辨識特定的目標物。 本發明的另一方面包括利用-垂直腔表面一發光雷射用 於偵測目標物特徵的可設定的多重雷射光學感測系統。該 系統包括一具有至少兩個可以由微影钱刻界定的發射孔的 垂直腔表面發光雷射結構。一雷射信號可以從每一發射孔 射入一環境中。該系統亦包括至少一個偵測器其操作上係 用以回應該垂直腔表面發光雷射結構。該系統包括一微處 理器其操作上係耗合該偵測器。該系統包括一用以儲存目 標物資料的記憶體以及一設定模組用以設定該系統辨識目 標物。在操作中，該垂直腔表面發光雷射結構會發射至少、 本紙張尺度適财S S家標準(CNS) A4規格(2ΐϋ97公爱） 541773 A7 ______ B7 五、發明説明（4~) ' ~~' :- 兩個雷射信號進入該環境中，該環境係被一移動的目標物 佔據。當信號經過該環境時，至少有一個債測器便會偵測 到該雷射信號。接著該微處理器便會根據該摘測器所接收 到的雷射信號與儲存在記憶體中已知的目標物資料的比較 結果決定目標物的特徵。在同一個垂直腔表面發光雷射結 構中，所發射的雷射信號可以相同亦可以不相同。亦可以 在該系統中加入光學元件，使得雷射信號在離開該發射孔 之後可以穿過至少一個透鏡或是從—反射鏡或是某幾個反、 射鏡反射。 本發明的其中一方面係提供利用一垂直腔表面一發光雷 射用於以透射式或是反射式的方式偵測目標物特徵的方法 。在边射式的方法中，垂直腔表面發光雷射結構會靜態地 發射至少兩個雷射信號進入環境中，該環境係被一目標物 所佔據。當該信號經過該環境時，該移動中的目標物會阻 隔至少其中一個雷射信號，而且至少有一個偵測器便會以 透射的方式接收到任何未被該目標物阻隔的信號。接著微、 處理器會將該垂直腔表面發光雷射結構所發射的雷射信號 的特徵與該偵測器所接收到的信號特徵作比較以決定目標 物的特徵。 * 在反射式的方法中，垂直腔表面發光雷射結構會以連續 的方式一次發射至少一個雷射信號進入環境中，該環境係 被一移動的目標物所佔據。該目標物會反射至少其中一個 雷射#號，而且會被至少一個偵測器偵測到。接著微處理 器會將該垂直腔表面發光雷射結構所發射的雷射信號的暫、

541773 A7 B7 五、發明説明（5 ) 才f生特徵與該偵測器所接收到的信號的暫時性 以決定目標物的特徵。 比較 在本毛明所教授的任何一種方法中，微處理器都會根 目^物的大小或形狀等屬性以及/或是在垂直腔表面發光兩 射結構發射不同的雷射信號陣列之後藉由決定叫貞測器戶^ !收到㈣哪個雷射信號以決定目標物的移動。該微處理 為亦可猎由偵測被該目標物阻隔或是反射的雷射信號陣列 的變化以偵測在環境中該目標物的移動。 對於熟習該技藝的人士而言藉由下面本發明的詳細說明、 將可以更清楚本發明的新穎的特徵，或是藉由本發明的實 作亦可以學習本發明的新穎的特徵。不過，應該瞭解的係 雖然已經呈現出本發明及特定實例的詳細說明，但是本發 明的特定的具體實施例僅係供作解釋的用途，因為對於熟 習該技藝的人士而言從本發明的詳細說明及後面的申請專 利範圍中便可以在本發明的範圍内進行各種的變化及修改。 1式簡單說明 隨附的圖示，其中在所有分開的圖式中相同的參考數字、 代表相同的或是功能相似的元件並且併入及形成該規格的 一部份，本發明的進一步解釋並連同本發明的詳細說明， 將用來解釋本發明的原理。 圖1所示的係垂直腔表面發光雷射結構的圖式； 圖2所示的係發射兩個不同的光信號2(a)及2(b)圖樣的垂 直腔表面發光雷射結構的圖式； 圖3所示的係從垂直腔表面發光雷射結構靜態發射的光 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 541773

k號到達偵測器之前被目標物阻隔的圖式； 圖4所示的係垂直腔表面發光雷射結構循環不同的光信 號發射圖樣以決定該目標物的映射的圖式。在4(約中，形成 一垂直線的光信號全被一垂直條狀的目標物阻隔而不會到 達一偵測器。當如4(b)有不同的信號圖樣信號射出時，形 成一直角，便會有一個信號到達該偵測器。但是，如4(c)所 示如果有直角形狀的目標物存在的話，便會阻隔在圖4(b) 中被發射相同直角形狀的圖樣； 圖5所示的係在5(a)及5(b)中發射相同光信號圖樣的垂直 lx*表面發光雷射結構。在5(a)中目標物會阻隔所有的發射信 號，而在5(b)中不同的目標物則不會阻隔所有的信號，只 能辨識特定的目標物； 圖6所示的係所發射的光信號，其穿過6(a)單一透鏡產生 一放大的發射陣列影像，以及穿過6(b)組合透鏡系統產生 發射陣列的擴大的影像； 圖7所示的係穿過透鏡陣列的發射的光信號。在7(a)中的 透鏡陣列會擴大光信號的直徑而不會改變其中心點間隔。 在7(b)中的透鏡陣列會擴大所發射的光信號的直徑並且改 變所發射的光信號的方向； 圖8所示的係從垂直腔表面發光雷射結構連續發射的一 光信號到達偵測器之前被目標物阻隔的圖式； 圖9所示的係透鏡如何將垂直腔表面發光雷射結構所發 射的光信號展開至被目標物佔據的環境中，其中所發射的 信號會從該目標物反射並且到達該偵測器； -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) ' ' 541773 五、發明説明（7 圖10所示的係本發明的系統；以及 圖11所示的係本發明的方法的流程圖。 曼明詳鈿説明 在該些非限制實例中所討論的特殊數值及架構都可以改 變並且僅係為了解釋本發明的具體實施例而非限制本I明 的範圍。 x 在本發明下面的非限制的實例中，圖丨所示的係一具有 複數個發射孔4 , 6 , 8 ,及10的垂直腔表面發光雷射 (VCSEL)結構2。可以利用質子隔離（proton is〇lati〇n)或是介 電氧化（dielectric 0Xide)技術提供載子及光學邊界以製造發射 孔4。發射孔4，舉例來說，功能上係與銲墊12整合在一起 (雖然並非一定要整合）並且係與元件14電耦合。圖中亦顯 示出元件16，18，及20並且可以與元件14相同或是與元件 不同。當提供功率給該些元件時，發射孔會發射出垂直於 VCSEL結構2的光信號（未顯示），使得其特別適合製造一維 及二維的陣列。雖然在圖丨中（以及其它的圖式中）的實例 包括一 2x2的發射孔陣列，但是應該注意的係亦可以製造

MxN的陣列，而2x2的陣列僅係為了簡化解釋而已。 利用VCSEL結構2進行陣列製造的其中一項主要的優點 係可以利用微影蝕刻製造該陣列中所有的維度，從而在該· 發射孔的佈置中會加入高的維度容限值。因此，該高的維 度谷限值可以產生精破界定的發射光信號陣列並且可以製 造任何所需要的任何一維或二維的陣列，例如交叉圖樣。 該些元件實際上可以任何理想的方式電性連接或是耦合以 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） M1773

發明説明 及讓光#號個別或是成群地發射。光信號可以單一或是多 重空間模式發射並且可以隨著發散角度以及/或是欲發射及 聚焦的光信號的直徑而改變。光信號亦可以單一或是多重 波長發射。藉由先進的選擇性磊晶技術，便可以製造廣泛 的分離波長的光信號。 圖2所示的係相同的VCSEL結構2但是照射不同的光信號 圖樣。在圖2(a)中，發射孔4會發射光信號22而發射孔8則 會發射光k號26。在圖2(b)中，發射孔6會發射光信號24， 而發射孔10則會發射光信號28。同樣地，可以從2χ2的陣列 中發射任何其它的一個光信號，或是2個，3個，或是4個 的光信號群組。應該重覆說明的係，可以建構含有任何發 射孔數量的任何陣列，用以發射各種的光信號圖樣。 第一種較佳的具體實施例係一可重新建構的靜態結構的 光源，如圖3所示。該圖式顯示的係一分別從發射孔4及6 同時將光信號22及24射入環境中的VCSEL結構2。雖然可以 在不同的時間發射該陣列的不同的光信號（或是信號組）， 但是改變的時序與預期的功能並無直接的關聯。目標物3〇 係放置在VCSEL結構2與偵測器32，其可以係任何的種類， 例如光二極體，之間的環境中。光二極體偵測器包括一個 別的光二極體，個別封裝的多重光二極體，或是一單一封 裝一單一結構中的一光二極體陣列。 當目標物30向上移動時，偵測器32所接收到的該特殊的 光信號便會從全部接收（無障礙），變成接收一半（信號24被 阻隔但是信號22未被阻隔），最後則完全接收不到（信號24 -12- 、 本紙張尺度適用中g S家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公爱) ~ ---— 541773 A7

及22都被阻隔）。美太μ _ 土本上k係以數位，階梯狀形 生的。相似的幾何形狀+7 、早一個照明器只會在偵測器眧 明中產生非常小的變化， ’、、 扪文化因此需要較複雜的演算法才能決 疋中點的位置。不過，利用相同的VCSEL陣列，舉例來說 ’只要簡單地以發射孔6及8取代發射孔4及6發射信號的話 ’便可以提供在圖3所示的部分垂直地移動的目標物％相 同的功能。如果要偵測對角一移動的目標物的言舌，只要從 發射孔4及8或是6及發射信號就可以了。因此，藉由從 不同的發射孔連續地發#光信號便可以#一個们則二邮 測多重移動。 … 該概念的延伸便需要更多數量的元件。舉例來說，考慮 具有5x2個元件的VCSEL陣列。如果在該vcsel陣列及偵測 之間插入具有一波紋邊緣的靜止的目標物的話，該波 紋將會阻隔部分的光信號但是不會阻隔其它的光信號。藉 由循環幾種，’照亮，’及’’未照亮，，之VCSEL的固定圖樣，該偵 測器k號便可以當作是該波紋邊緣的映射。在此方式中， 該波紋障礙係當作一把鑰匙而含有該VCSEL陣列及該偵測 器的光學配件則係當作一個鎖。熟習本技藝的人士利用所 熟知的電子學可以製造出只能辨識一種或是幾種鑰匙的鎖 。在某種方式中相當於該目標物上的圖樣的任何發射圖樣 便會產生該偵測器的正向識別，或是辨識。 圖4所示的係循環不同的光信號發射圖樣以決定一目標 物映射的VCSEL結構2。在圖4(a)中，垂直的條狀目標物34 會阻隔光k號22及24到達 <貞測器32。當如圖4 (b)發射不同的 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

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信號圖樣時（22,24，及26)，信號26會到達錢器32而信號 22及24則㈣被阻隔。因此，㈣㈣會將該目標物34辨識 成不具有與光信號26空間相關的水平部分。但是，在如圖 4⑷所示的直角形狀的目標物36中，與圖4⑻所發射的相同 的直角形狀的圖樣便會被阻隔。信號22,24，及卿不會到 達偵測器32 ’偵測器32會將該目標物％(與目標物％不同） 辨識成具有與光信號26空間相關的水平部分。 裝

圖5所示的係如何辨識-特定的目標物，但是無法辨識 其它的目標物。在此實例中，雖然目標物的形狀不同，但 是VCSEL結構2會在圖5⑷及⑻中發射相同的光信號圖樣。 在圖5⑷中’目標物36會阻隔所有的發射信號a，，及％ 到達債測器32。而在圖5(b)中，目標物34只會阻隔光信⑽ 及24’但是會讓信號26到達偵測器32。因此利用發射相同 的光信號圖樣’視該環境中所存在的特殊目標物的形狀而 定’便會有不同的信號到達偵測器32。隨後，當該系統產 生真正的”匹配"時，該差異便可以辨識特定的目標物。 一前述的波紋的不ϋ明障礙只是其中_種可能的錄匙結構 貫例。其它種可能的實例有薄膜i的孔陣列或是曝光區。 除了使用多重光源之外’本發明亦可以利用照相機作為 偵測器進行速度高於多數的目前系統的物件辨識。該，昭相 機可以係各種類型中的其中一種’包括一電荷麵合裝、置 (CCD)或是CM0S照相機。當將典型的目前的系統的照相機 顯示器分割成不同的區域時，通常會需要複雜的影像處理 演算法以便從均勻的光源中量測該空間阻隔的區域。當將 -14- 541773 A7 B7 五、發明説明（^ ) '一—~---- 11 7 本發明的顯示器分割成不同的區域時，因為會發射多重光 信號的因素，所以每個區域都具有自己獨立的照明，在* 間上與相鄰的照明不同。因此，可以同時偵測所有的信號 ，並且快速地相加在一起以提供所需要的資訊。 亦可以利用其表面的成分偵測目標物/該表面的吸收特 徵可以根據該信號的波長吸收以及/或是反射不同的光信號 。所以，發射的不同波長的光信號，其可以藉由製造具有 不同元件的VCSEL結構2以達成，亦表示該材料的吸收特徵 。在根據其特徵偵測目標物或是偵測該目標物的特徵的任 何一種情形中，微處理器可以藉由將偵測器所接收的光信 號與VCSEL結構所發射的信號作比較以決定特徵。如果所 發射的信號之間的波長的差異大到足以被偵測器偵測到的 4 ’那麼便可以利用多重偵測器（例如圖式中所示的偵測器 32)债測不同波長範圍中的信號，其可以提供與大多數目標 物的吸收特徵有關的更詳細的資訊。特徵亦可以與儲存於 記憶體中的特徵進行比較。 為了偵測各種大小的目標物，必須加入光學元件^可以 在VCSEL结構2及目標物30之間放置一透鏡或是透鏡陣列， 使得該透鏡可以將所發射的光信號的圖樣在一影像平面中 以較大的或是較小的圖樣重現^該影像的發射圖樣在形狀 上會與原來所發射的圖樣一樣，但是大小不同。接著，微 處理器會將存在目標物3〇時偵測器32接收到的光信號圖樣 與原來所發射的信號圖樣以及/或是儲存於記憶體中的信號 互相關聯。 L______-15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐）

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541773 A7 B7 _________ _·. 五、發明説明（12 ) 圖6所示的係使用透鏡改變一光信號陣列的大小的兩種 方式。在圖6(a)中單一透鏡38產生一由VCSEL結構2所發射 之陣列的放大影像42，可以偵測大於實體陣列的目標物。 當光信號24進入透鏡38時，透鏡38會將信號24放大成直徑 較大的新的光信號40。在此特殊的結構中，會將放大之後 的影像42反向之後與VCSEL結構2原來所發射的陣列作比較 。在瞄準望遠鏡（collimator-telescope)結構（未顯示）中亦會使 用到兩個透鏡。在圖6(b)中，組合透鏡系統產生一由vcSEL 結構2所發射之陣列的擴大的影像。當光信號22及24進入透 鏡44時，透鏡44會操作（聚合或是發散）信號22及24，分別 產生新的光信號46及48 ^接著信號46及48會進入一透鏡50， 其會將信號46及48分別調整成新的信號52及54。所產生的信 號52及54的直徑會大於原來所發射的光信號22及24的直徑。 圖7所示的係可用以改變VCSEL結構2所發射之光信號陣 列的另一種透鏡陣列結構。在圖7(a)中，透鏡陣列56含有透 鏡58，60，62，及64其在空間上分別對應發射孔4 , 6 , 8， 及10。透鏡58會將進入的光信號22的直徑擴大成新的光信 號66。同樣地，透鏡60會將信號24的直徑擴大成新的光信 號68。雖然透鏡陣列56的透鏡會改變光信號的直徑，但是 卻不會改變信號的中心點間隔，因此可以保留VCSEL結構2 所發射之陣列的空間特徵。 在圖7(b)中，透鏡陣列70含有透鏡72，74 , 76，及78其在 空間上分別對應發射孔4，6，8，及1 〇。透鏡72會擴大進、 入的光k號22的直徑並且改變其方向變成新的光信號8〇。 -16 - i紙張尺度適财@ g家標準(CNS) A4規格(21Gχ297公爱) ----- 541773

同樣地，透鏡74會擴大信號24的直徑並且改變其方向變成 新的光信號82。在此特殊的實例中，透鏡陣列7〇會將進入 的光信號發散，亦可以使用其它的發散或是聚合的結構。 在該第二較佳的具體實施例中，照射個別元件的時序係 該感測程序不可或缺的一部份。該些元件會以某種可以理 解其暫時性特徵的順序依序地照射。在圖8中，vcsel結構 2會以4,6，8, 1()，4,6, 8, 1G，等的順序連續地從發射孔 4 6 8及1〇發射光#號。因此，從該發射孔所發射出來 的對應的光信號係22，24，26，及28。在此實例中，已經發 射三個光信號（26, 28, 22)，由點線表示，並且有一個係目X 前正在照射的（24)。光信號26已經發射並且未被目標物％阻 隔已I到達偵測益32。接著會發射信號28並且同樣未被阻 隔到達偵測器32。接著，光信號22亦未被阻隔到達偵測器 32現在，會發射信號24並且會在到達偵測器32之前被目 標物30阻隔。如果隨著時間監控欲接收該陣列中所有的光 信號的信號偵測器32的輸出的話，便可以在特殊的信號 阻隔的時候藉由信號的消失決定目標物3〇的角位置（以及部 分的範圍，空間上卜該陣列不必是環狀的，因為藉由理解 Μ器32的輸出的時間順序便可以利用線性的陣列或是多 重同心環（concentric ring)映射目標物3〇的形狀。 如果加入光學元件的話，如圖9所示，便可以將光信號 改變成不同的角度。圖中所示的光信號會通過放置在 VCSEL結構2與目標物84之間的透鏡％。接著，透鏡如會將 光信號重新導向至該環境中的不同的地方，使得一單一的 -17-

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k 541773 A7 B7 五、發明説明（14 ) 偵測器32便可以感測位置相隔很遠的目標物84。只要使用 大約十個VCSEL元件便可以監控2^度的全半平面。 在此實例中，已經連續地發射光信號28 , 22，然後24，、 如虛線所示，現在要發射的係光信號26。經過透鏡3〇重新 導向之後’光信號26會一直前進直到其攔截到目標物84為 止。接著’光k號26會從目標物84反射並且到達偵測器32 。應該注意的係，目標物84係正好位於光信號26的前進路 從中的锿境下，而不是光信號26特地去尋找目標物料。如 果目標物84移動的話，其便可能位於不同的光信號的路徑 中。 利用線性陣列，可以偵測到沿著一軸放置的目標物。其 中一種％狀’’陣列應用的實例可以在VCSEL結構2上使用— f一個透鏡。當連續地照射個別的元件時，此透鏡可以將 母個信號偏斜成不同的角度。因此，只要簡單地在不同的 蚪間妝射不同的兀件’ {更可以在不同的時間將光信號導向 至一％境中的不同的區域。量測欲收集反射的光信號的偵 測态的暫時性輸出可以在一目標物及其位置存在時提供資 Λ。即使亚不需要位置資訊，不必移動部件的光信號的有 效的知描可以供作純粹的電子功能而非機械功能。此特徵 可以在較低的輸入功率爾，其在經常必須節省能量的 以電池供應電源的應用中係非常的重要。 可以將透鏡或是透鏡陣列放置在接近vcsel結構2的位 置，使得透鏡可以調整每個通過的光信號。不過目前的光 學系統—般所熟知的係可以將一單一個光信號調整成—群 — · 18 · 本紙張尺^規格(寧297·^ 541773

平行的㈣，而本發明則可以將每個多重信號調整成對應 的平行群組。由於在VCSEL結構2中每個發射孔的位置不同 的因素，每個光信號會以不同的角度穿過透鏡，所以每一 群調整之後的信號便會以不同的角度離開透鏡。 現在所述的係用以偵測在已知環境内的目標物移動的光 學感測系統。參考圖10，一可以偵測目標物移動的系統包 括一具有可以熟知的處理方法，例如微影蝕刻，界定的至 少兩個發射孔的垂直腔表面發光雷射結構105。一雷射信號 會從每個發射孔發射進入環境100中。該系統亦包括至少一 個偵測器1G 3其操作上係用以回應該垂直腔表面發光雷射結 構105。該系統包括一微處理器1〇1其操作上會耦合該偵測 器103，VCSEL 105以及一記憶體1〇2，例如資料庫，用於儲 存目標物資料以及一設定模組設定該系統辨識目標物11〇。 只要經過設定，該可設定的雷射光學感測系統便可以正向 地識別物件，其中微處理器101會參考資料庫1〇2以及/或是 使用神經網路功能將從目標物110所偵測到的光信號圖樣與 所儲存的已知目標物的信號圖樣互相關聯。移動分析模組 1〇7可以讓該微處理器101決定目標物移動特徵（例如，速度 ，方向）。該移動分析模組1〇7會決定在該環境内所到偵測 之物件的移動特徵，其中該雷射源105會發射至少兩個雷射 信號進入被目標物110佔據的環境中，在信號通過該環境 100並且干擾偵測物件110之後該至少一個偵測器1〇3便會偵 測忒至少兩個雷射#號的變化，並且該微處理器1 〇 1會根據 僧測器103所接收到的信號以及該移動分析模組1〇7的輸入 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

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來決定目標物的牲ΛΙ>/ 扦’特徵。該雷射光學感測系統 模組106。該設定楔相七匕士 5又疋 疋扠、、且包括在設定以及偵測作業期間供該 處理器101使用的軟體。 參考圖11，在操作期間，該垂直腔表面發光雷射姓構合 發射至少兩個f射信號至該環境中m，該環境係被一㈣ 的目標物佔據。當該信號經過充滿目標物的該環境並且被 至匕-個目標物阻隔時，至少有一個偵測器便會偵測到(接 收）。亥田射>[a唬112的存在。該微處理器處理I!)會利用移動 刀析模組提供給該微處理器的移動分析演算法接收與目標 物移動相關的信號。接著，該微處理器會根據所接收之目 標物資料的分析決定目標物的移動114。亦可以在該系統中 加入光學7L件’使得雷射信號在離開該發射孔之後可以穿 過至少一個透鏡或是從一反射鏡或是某幾個反射鏡反射。 利用垂直腔表面發光雷射結構每次至少將一個雷射信號 射入一含有一已知的目標物（已知的移動目標物特徵）的環 1兄中便可以設定或是校準該系統。該已知目標物的移動特 徵稱之為測試目標物。該測試目標物會干擾雷射信號。從 °亥測減目標物反射的信號會被至少一個偵測器接收。代表 目標物特徵的雷射信號會由微處理器處理並且藉由儲存在 €憶體中的結果校準該移動分析模組。 目標物移動及特徵資料可以決定藉由將一單一偵測器1〇3 放置在該房間内，放置在接近或遠離VCSEL結構105的位置 ’亦可以使用多重偵測器來決定。透鏡或透鏡陣列（如圖9 所示）亦可以放置在接近偵測器1〇3的位置以有效地擴大其

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線 -20· 541773 A7 B7 五、發明説明（17 ) ^ ^ 可以接收的光信號的區域。因為偵測器會接收到從目標物 110以及/或是從牆壁或是從該房間内（環境100)的其它物件 反射的光信號，所以該微處理器101必須處理該信號以提供 所需要的資訊。 應該注意的係幾乎所有上述的應用，以及任何其它的應 用，都可以透射式或是反射式系統來解決。此處所提出的 具體實施例及實例對本發明及其實際的應用係最佳的解釋 ，從而可以讓熟習該技藝的人士製造及利用本發明。不過 ’熟習該技藝的人士將會發現前面所呈現的說明及實例僅 係供作解釋及當作實例的用途。熟習該技藝的人士可以對 本發明進行其它的變化及修改，並且在隨附的申請專利範 圍中希望能夠涵蓋這類的變化及修改。所提出的說明並非 係本發明的全部範圍或是限制本發明的範圍。依照上面的 教授内容在不脫離後面的申請專利範圍的精神及範圍下可 以進行許多的修改及變化。使用本發明時可以考慮利用具 有不同特徵的元件。在完全理解各方面的等效效應的前提 下，希望以隨附的申請專利範圍來界定本發明的範圍。 -21 -

Claims (1)

1. 541773 A8 B8 C8

   一種用以偵測在已知環 統，其包括： 境内的目標物移動的光學 感測系 一垂直腔表面發光雷射源（1〇5)，其 信號發射孔； ^ 其具有至少兩個雷射 至；一個偵測器（1〇3)，其摔 保作上係用以回應雷射信號· 一微處理器（1〇1),豆择作卜 ’ )/、钿作上耦合該至少一偵測器（1〇3) :以及 -移動分析模組_ ’其用以決定在該環境⑽)内所 偵測之目標物（1 1 〇)的移動特徵； 其中，該雷射源_會發射至少兩個雷射信號至_被 目仏物（110)佔據的環境（100)中，在該信號通過該環境 (100)並且干擾一偵測目標物⑴〇)之後，該至少一個偵測 器（103)便會偵測到該至少兩個雷射信號的變化.，而該微 處理(101)會根據該偵測器（1〇3)所接收到的該信號以及 從該移動分析模組（丨07)提供的輸入來決定目標物的特徵。 2 ·如申請專利範圍第丨項之系統，其中該雷射源（1〇5)會靜怨地發射至少該兩個雷射信號。 3 ·如申請專利範圍第i項之系統，其中該雷射源（1〇5)會以 連續的方式一次發射至少一個雷射信號。 4 ·如申請專利範圍第丨項之系統，其中該偵測器（1〇3)包括一光二極體。 5 · —種用以積測在已知環境中的目標物移動的光學感測系統，其包括： -22-

   裴 轚 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公爱)

   雷射源 (105); 一微處理器（101)，其操作上耦合 (103); -雷射源⑽）’其具有至少兩”射錢發射孔： muMKioy’其操作上係用以回應該 該至少一個偵測器 及 記憶體（102)，其用以儲存受監控 之環境的特徵； 以 一移動分析模組（1〇7)，其用以決定在該環境（⑽)内所 偵測之一目標物（11〇)的移動特徵； 其中該雷射源（105)會發射至少兩個雷射信號至一被一 目軚物（110)佔據的環境（1〇〇)中，在該信號通過該環境 (100)亚且干擾一偵測目標物（11〇)之後，該至少一個偵測 杰（103)便會偵測到該至少兩個雷射信號的變化，而該微 處理态（101)便會根據該偵測器（1〇3)所接收到的雷射該信 號，參考該記憶體（102)以及從該移動分析模組（107)提供 的輸入，決定目標物的特徵。 6.如申請專利範圍第5項之系統，其中該雷射源（1〇5)包括 一垂直腔表面發光雷射。 7 ·如申#專利範圍第5項之系統，其中該雷射源（1〇5)會靜 態地發射至少該兩個雷射信號。 8 ·如申明專利範圍第5項之系統，其中該雷射源（1〇5)會以 連續的方式一次發射至少一個信號。 9 ·如申凊專利乾圍第5項之系統，其中該偵測器（1〇3)包括 -23- 本紙張尺度巧t目时標準(CNS) 297公釐) M1773 A8 B8 C8 ---------D8 、申請專^i "—— 光二極體。 10 · 一種用以偵測在-受監控環境中所偵測之—物件的 的方法，包括的步驟有： 利用一垂直腔表面發光雷射結構靜態地發射（ιιι)至少 兩個雷射信號至-受監控的環境中，其中至少—個目二 物（U0)會阻隔至少其中一個該雷射信號； " 透射式地接收（112)未被該目標物阻隔的任何的該雷 信號；以及 田 藉由比較該垂直腔表面發光雷射結構所發射之該雷射 信號的特徵以及所接收之雷射信號的特徵以》定目標物 的移動（113)。 ^ 申請專利範圍第10項之方法，其中_微處理器（ι〇ι)係 糟以在一垂直腔表面發光雷射結構（1〇5)發射不同的該雷 射信號陣列之後藉由決定叫貞測器㈤3)所接收到的係哪 個遙雷射信號以決定該目標物⑴〇)的大小或形狀。 2.如申明專利範圍第1〇項之方法，其中該微處理器（IQ〗）係 藉由比較該垂直腔表面發光雷射結構（1〇5)所發射之該雷 射仏號陣列以及該偵測器（丨〇3)所接收之該雷射信號陣列 以決定一特定該目標物存在或是不存在。 13.如申明專利範圍第1〇項之方法，其中一微處理器（〖Μ)會 藉以利用偵測器（103)偵測該垂直腔表面發光雷射結構 (105)所傳送並且被該目標物（u〇)阻隔之雷射信號陣列的 變化以偵測該目標物（110)的移動。 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇x 297公釐） 73 7 11 54 8 8 8 8 A B c D 六、申請專利範圍 14.如申請專利範圍第1〇項之方法，其中一微處理器（1〇1)會 藉由偵測被該目標物（110)阻隔之一特定的雷射信號陣列 的變化以偵測一目標物（110)的移動。 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）