TWI421750B - 用於測量一輸入裝置與一物體相對於彼此之移動的方法與光學模組及一具有該光學模組之輸入裝置 - Google Patents

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Description

用於測量一輸入裝置與一物體相對於彼此之移動的方法與光學模組及一具有該光學模組之輸入裝置
本發明係關於一種用以測量一輸入裝置與物體沿至少一個測量軸相對於彼此之移動的方法，該方法包含以下步驟：針對每一測量軸，以一自一雷射裝置之雷射腔發射之測量雷射光束照明一物體表面；測量該雷射腔操作上之改變，該等改變係歸因於重新進入該雷射腔之測量光束輻射與該雷射腔中之一光波的自行混合干擾，且表示沿該至少一個測量軸的該移動；及產生一表示該雷射腔操作上之該所測改變的電信號。
本發明亦關於一種具有用於執行該方法之一光學模組的輸入裝置，且關於一種包含此一輸入裝置的設備。
此方法及輸入裝置可參看美國專利第6,707,027號而瞭解。該輸入裝置可為用於電腦配置之光學滑鼠，其在電腦顯示器或監視器上移動游標以(例如)選擇顯示選單之功能。用手在滑鼠墊上移動此光學滑鼠，類似於習知機械滑鼠。該輸入裝置亦可為"反向"光學滑鼠。其次該輸入裝置為靜止的，且(例如)建置於桌上型電腦之鍵盤中或類似於行動電話、PDA或遊戲設備之手持設備中，且該物體為在該輸入裝置之外殼中之透明窗上移動的使用者手指。在後者的應用中，最佳利用輸入裝置之優點，即，其較小、重量輕、成本低且消耗較少功率。
圖1為美國專利第6,707,027號中描述之輸入裝置之圖解橫截面。該裝置在其下側包含底板1，其為二極體雷射(在所述實施例中為VCSEL雷射)以及偵測器(例如光電二極體)之承載體。在圖1a中，僅一個二極體雷射3及其相關光電二極體4為可見，但通常至少一第二二極體雷射5及其相關偵測器6提供於該底板上，如該裝置之圖解平面圖圖1b中所示。二極體雷射3、5分別發射測量光束13與17。在其上側，該裝置具有透明窗12，物體(例如人的手指)可在其上移動。透鏡10(例如平凸透鏡)佈置於二極體雷射與窗之間。此透鏡將雷射光束13、17聚焦於透明窗12之上側處或其附近。若物體15存在於此位置，則其散射光束13(及17)。輻射光束13之一部分在照明光束13之方向上發生散射，且此部分由透鏡10會聚於二極體雷射3之發射表面，並重新進入其雷射腔。如稍後將解釋，輻射重新進入雷射腔引起二極體雷射所發射之輻射強度的改變。此等改變可由光電二極體4偵測，光電二極體4將測得之改變轉換為電信號，並將該電信號施加至電子電路18以進行處理。類似地，光電二極體6將測得的二極體雷射5所發射之輻射強度的改變轉換為一電信號，並將此電信號施加至另一電子電路19以進行處理。如圖1b所示，電子電路18、19相互連接。雷射及偵測器之各種整合度係可能的，包括單片整合。
圖2說明當使用水平發光二極體雷射及佈置於雷射後小面處之監視器光電二極體時，美國專利第6,707,027號中所述之輸入裝置之原理及測量相對移動之方法。在圖2中，二極體雷射(例如二極體雷射3)由其腔20及其前小面及後小面(或雷射鏡21及22)分別示意性表示。該腔具有長度L。物體15與前小面21之間的空間形成一外部腔，其具有長度Lo 。射過前小面之雷射光束由參考數字25表示，且前小面之方向上之物體所反射的輻射由參考數字26表示。雷射腔中產生之輻射之部分通過後小面，並由光電二極體4捕獲。
若物體15在照明光束13之方向上移動，則反射輻射26經受時變相位延遲及都蔔勒(Doppler)頻移。此意謂此輻射之頻率(且因此其相位)發生改變或頻移。此頻移視物體移動之速度而定，且具有幾kHz至MHz之數量級。重新進入雷射腔之頻移輻射與光波或產生於此腔中之輻射相干擾，即，於腔中發生自行混合(self－mixing)效應。視光波與重新進入腔之輻射之間的相移量而定，此干擾將為建構性的或負的，即，雷射輻射之強度週期性地增加或減小。以此方式產生之雷射輻射調變之頻率恰等於腔中光波之頻率與重新進入腔之都蔔勒頻移輻射之頻率之間的差。該頻率差具有幾kHz至MHz之數量級，且因此易於偵測。反射光之自行混合效應與時變相移之組合引起雷射腔操作上的變化，且特定而言，其增益，或光放大率及每一鏡面處之輸出功率發生變化。
作為物體移動速度v之函數的增益變化△g由以下等式給定： 在此等式中：K為與外部腔之耦合係數，其指示耦合出雷射腔之輻射之數量；υ為雷射輻射之頻率；v為物體在照明光束之方向上的移動速度；t為時間；及c為光速。
與物體移動速度及移動量(即，物體移動經過的、且可藉由關於時間對所測速度進行積分而測量的距離)相同，移動方向亦需要偵測，物體可沿測量軸向前或向後移動。
在提出的一種確定移動方向之方法中，利用了以下事實：雷射輻射之波長X視二極體雷射之溫度而定，且因此視通過二極體雷射之電流而定。若(例如)二極體雷射之溫度增加，則雷射腔之長度增加，且經放大之輻射之波長增加。圖3之曲線45展示所發射輻射之波長λ之溫度(Td )相依性。
如圖4所示，若將週期性驅動電流Id (由波形50表示)供應至二極體雷射，則二極體雷射之溫度Td 週期性上升及下降，如波形52所示。此導致在雷射腔中形成具有週期性變化頻率之常駐光波，且因此相對於由物體反射並以某一時間延遲重新進入腔中之輻射而具有連續變化之相移。在驅動電流之每個半週期中，現存在二極體雷射增益較高及較低的連續時間段，此視腔中之波與重新進入腔之反射輻射的相位關係而定。此導致所發射輻射之時間相依強度變化(I)，如圖4中波形54所示。此波形表示靜止或非移動物體之情形。第一半週期p(a)中脈衝之數目等於第二半週期p(b)中脈衝之數目。
物體之移動引起重新進入雷射腔之輻射之變化的時移(time shift)，即，此頻率依據具有都蔔勒頻移頻率之移動方向而增加或減小。物體在一個方向(前向方向)上之移動引起重新進入輻射之波長上的減小，且在相反方向上之移動引起重新進入輻射之波長上的增加。雷射腔中光波之週期頻率調變之效應為：在都蔔勒頻移頻率具有與雷射腔中頻率調變相同正負號的情況下，重新進入腔之都蔔勒頻移輻射的效應不同於此輻射在頻率調變與都蔔勒頻移頻率具有相反正負號之情況下所具有的效應。若兩種頻移具有相同正負號，則波與重新進入輻射之間的相位差以緩慢速率改變，且雷射輻射所引起的調變之頻率較低。若兩種頻移具有相反正負號，則波與輻射之間的相位差以較快速率改變，且雷射輻射所引起的調變之頻率較高。在驅動雷射電流之第一半週期p(a)期間，所產生之雷射輻射之波長增加。在向後移動物體之情況下，重新進入輻射之波長亦增加，使得腔中波之頻率與重新進入此腔的輻射之頻率之間的差較小。因此，重新進入輻射之波長經調適為所產生之輻射之波長期間的時間段之數目比未進行所發射雷射輻射之電調變之情況下的數目小。此意謂若物體在向後方向上移動，則第一半週期中脈衝之數目小於未施加調變之情況下的數目。在所產生之輻射之雷射溫度及波長減小的第二半週期p(b)中，重新進入輻射之波長經調適為所產生之輻射之波長的時間段之數目增加。因此，對於向後移動之物體，第一半週期中脈衝之數目小於第二半週期中脈衝之數目。此由圖5之波形58說明，其展示物體在向後方向上移動時所發射之雷射輻射之強度Ib 。此波形與圖4之波形54的比較顯示第一半週期中脈衝數目減少，且第二半週期中脈衝數目增加。
由以上可顯見，若物體在向前方向上移動，其中由物體散射並重新進入雷射腔之輻射的波長由於都蔔勒效應(物體向雷射移動、正都蔔勒頻移、雷射與目標之間配合的波長之數目減少、雷射與目標之間配合的波長之數目亦由於雷射波長增加而減少)而減小，則第一半週期p(a)中脈衝數目大於第二半週期p(b)中脈衝數目。此可藉由比較圖5之波形56來證實，波形56表示在向前移動物體之情況下所發射之輻射之強度If 。在一電子處理電路中，自第一半週期p(a)期間計數之脈衝數目減去第二半週期p(b)期間計數之光電二極體信號脈衝之數目。若所得信號為零，則物體靜止。若所得信號為正，則物體在向前方向上移動，且若信號為負，則物體在向後方向上移動。所得脈衝數目分別與向前及向後方向上的移動速度成比例。
因此，概言之且如以上所述，為確定物體及裝置沿測量軸之相對移動之方向，供應至雷射之電驅動電流為週期性變化之電流，例如具有三角形週期之電流。由於此雷射調變，因此所測信號展示疊加於三角形之上升及下降沿上的較高頻率(亦稱為"偏移頻率")波動。若上升沿上之頻率等於下降沿上之頻率，則物體相對於裝置係靜止的。若物體移動，則上升沿上之偏移頻率大於或小於下降沿上之偏移頻率，此視沿測量軸的移動方向而定。偏移頻率具有由雷射電流之調變速率及裝置與物體之間的距離所確定的值。為測量物體相對於裝置的移動，確定偵測器輸出信號之偏移頻率，即，在一給定測量時間期間進行一頻率分析。對於偏移頻率測量，可使用(例如)使用比較與計數構件之傅立葉分析(Fourier analysis,FFT)或其他頻率或相位追蹤方法。
在若干上述應用中，尤其為若輸入裝置將用於遊戲設備及其類似物中時，裝置應慮及在一較廣速度範圍內之移動的測量，例如四個量值數量級，例如0.1毫米/秒至1米/秒。若需要藉由21 6 之數量級之一個樣本(一較大數目)的頻率測量來測量四個量值數量級之範圍內的任意速度，則應對此樣本中之測量點進行分析或關聯。此意謂處理所得資料組所需之計算過程極為密集，且一單一樣本之測量時間將會不可接受地長。由於此較長測量時間，因此雷射驅動頻率(或調變速率)需極低，但此導致需用以確定移動方向的頻率偏移極小。另一方面，若移動速度大於偏移頻率，則此類型之測量不可能確定移動方向。
因此本發明之一目標為提供一種上文定義類型的方法及裝置，其允許對於每一測量，在實務之測量時間內且以適度計算量來確定一較廣速度範圍內之相對移動之速度及方向。
根據本發明，提供一種用以測量一輸入裝置與物體沿至少一個測量軸相對於彼此之移動的方法，該方法包含以下步驟：針對每一測量軸，以一自一雷射裝置之雷射腔發射之測量雷射光束照明一物體表面；產生一表示該雷射腔操作上之改變的測量信號，該等改變係歸因於重新進入該雷射腔之測量光束輻射與該雷射腔中之一光波的干擾，且表示沿該至少一個測量軸的該移動；依照該輸入裝置與該物體相對於彼此之移動速度而選擇該測量信號之至少兩個參數中之一者，並由該選定參數確定該移動之速度及方向；及產生一表示移動之該速度及方向的電信號。
亦根據本發明，提供一種用於執行一用以測量一輸入裝置與物體沿至少一個測量軸相對於彼此之移動之方法的光學模組，該光學模組包含：一雷射裝置，其用於每一測量軸，該雷射裝置具有一用於產生一測量雷射光束之雷射腔；照明構件，其用於用該測量光束照明一物體表面；偵測器構件，其用於產生一表示該雷射腔操作上之改變的測量信號，該等改變係歸因於重新進入該雷射腔之測量光束輻射與該雷射腔中之一光波的干擾，且表示沿該至少一個測量軸的該移動；及電子處理構件，其用於依照該輸入裝置與該物體相對於彼此之移動速度而選擇該測量信號之至少兩個參數中之一者，由該選定參數確定該移動之速度及方向，及產生一表示移動之該速度及方向的電信號。
本發明延伸至一種包括一如上定義之光學模組的輸入裝置。
有利地，該至少兩個參數中之一者包含該測量信號之連續部分中之對應事件之間的一相位差，且該至少兩個參數之另一者較佳包含一疊加於該測量信號上的偏移頻率。在一較佳實施例中，該方法用於測量一速度範圍內之移動速度，且該測量信號之連續部分中之對應事件之間的該相位差經選擇，以用於確定該範圍中關於一組較低速度(有利包括最低速度)的移動速度及方向。較佳地，該偏移頻率經選擇以用於確定該範圍中關於一組較高速度(有利包括最高速度)的移動速度及方向。
在一較佳實施例中，將一經調變之驅動電流施加於該雷射裝置，使得該測量信號因此而經調變，該經調變之測量信號在其每一週期中皆包括一上升部分及一下降部分。較佳地，依照該輸入裝置與該物體相對於彼此之移動速度來調整該驅動電流。有利地，當移動速度處於該範圍中包括該最高速度之一第一組速度中時，該驅動電流包含一第一調變速率之一脈衝突發，且移動之速度及方向係藉由比較該測量信號之一上升部分之偏移頻率與該測量信號之該相同週期中之一下降部分之偏移頻率而確定。當移動之該速度處於低於該最高速度之第一速度與高於該最低速度之第二速度之間的第二組速度中時，該脈衝突發之調變速率有利地減小至低於該第一調變速率之第二調變速率，該第二調變速率與該第一調變速率之比率較佳視速度之減小而定。此較低調變速率比較高調變速率提供更高之解析度。在此情況下，移動之速度及方向再次有利地藉由比較該測量信號之上升部分之偏移頻率與該測量信號之該相同週期中之下降部分之偏移頻率而確定。
當移動之速度處於低於該最高速度之第一速度與高於該最低速度之第二速度之間且包括低於該第二組速度中速度之速度的第三組速度中時，該驅動電流較佳包含一在一突發內具有至少兩個不同調變速率之脈衝突發，其中移動之速度及方向較佳藉由比較該測量信號之連續週期中之兩個或兩個以上上升部分或者兩個或兩個以上下降部分之偏移頻率而確定。
當移動之速度處於低於該最高速度之第一速度與第二速度之間且包括低於該第三組速度中速度之速度的第四組速度中時，該驅動電流較佳包含其間具有時間間隔的複數個脈衝突發，且有利地藉由確定所得測量信號之連續突發中之對應事件的相位差而確定移動之速度及方向，其中該等事件較佳具有一大於該測量信號之上升及下降部分之週期性的週期性。有利地，該等脈衝突發之調變速率係根據移動之該速度而變化，其中當該速度處於包括該最低速度之一組速度中時，該調變速率較佳包括較低調變速率。
本發明係基於以下原理：藉由使用測量信號中較大週期事件(即來自諸如光電二極體之輻射敏感偵測器之信號)來確定移動之速度及方向，對於較低速度之解析度可大體上增加。對於較低及最低速度之解析度隨連續選定事件之間的時間間隔之增加而增加。該等事件由供應至雷射之電驅動電流之形狀及週期而引起，且可包括上升及下降沿、一脈衝突發內之連續脈衝及連續脈衝突發。
因此，藉由使用對於最高及較高速度之頻率測量及對於較低及最低速度之相位測量，可測量之速度範圍相對於現有技術而大體上增加。
本發明之此等及其他態樣自本文描述之實施例將顯而易見，並將參考本文描述之實施例而進行闡述。
因此，用於產生表示移動速度及方向之電信號的電子處理電路經佈置以藉由若干方法中之選定一者(視移動速度而定)來執行所需測量。
在第一方法中，比較測量信號之上升沿之偏移頻率與相同週期之下降沿之偏移頻率的上述過程用於確定移動速度及方向。當移動速度處於需要涵蓋之所需速度範圍內的最高及較高速度時，選擇使用此方法。此外，為增加使用此方法可協調之速度範圍，根據瞬時測得之移動速度來調適雷射驅動電流之調變速率。因此，對於期望之最大(或"最高")移動速度(例如1米/秒)，將週期性變化之雷射驅動電流(例如圖5之三角形驅動電流Id )之調變速率設定為一最大值，例如25 kHz，使得雷射調變引起的偵測器偏移頻率波動最適於該範圍中的最高速度。在一沿期間，取得一定樣本(例如128個)並進行分析(使用傅立葉分析或任意其他適當分析方法)，藉此將上升沿之偏移頻率與相同週期之下降沿之偏移頻率進行比較。應瞭解，除上升及下降沿之外，雷射驅動電流(及因此所得之偵測器信號)之週期亦可具有恆定振幅段，即沿之間的水平部分。對於低於最大值之速度，調變速率及(因此之)偏移頻率可以(例如)四個步驟按比例減小。舉例而言，若瞬時測得之移動速度為最高速度之一半，則調變速率將減小至最大調變速率之一半，以維持偏移頻率與所測速度之合理比率。因此，在最高速度與低於最高速度之量值數量級周圍之一速度之間獲得一量值數量級之測量範圍，其中可以精確及可靠之方式確定移動速度及方向。本文亦將最高速度與低於最高速度之量值數量級周圍之一速度之間的此速度上部範圍中之速度稱為"較高"速度。因此，此速度及方向確定之第一方法被視為最適合最高及較高移動速度，且當移動速度處於此範圍中時由電子處理電路(或"控制器")選擇使用。
提出速度及方向確定之第二方法以在中間速度範圍內使用，從而使可精確及可靠處理之速度範圍進一步擴大多於一個量值數量級。在所提出之第二方法中，雷射驅動電流經組態為脈衝突發(burst)，其中在一突發中使用不同的調變速率。參看圖式之圖6，展示分別處於25 kHz及12.5 kHz調變速率之兩種類型突發。連續段(沿)之間的相位關係視此等段之間的時間延遲而定，且在此實例中由對此按比例縮放2倍。因此不同之波動(或偏移)頻率被賦予測量信號之連續週期。此時使用連續的上升或下降沿之波動用於處理，而不使用如上述第一方法使用相同週期之上升及下降沿之波動用於處理。例如藉由關聯FFT結果之複相而使此等波動之快速傅立葉變換(FFT)之結果相互關聯(上－上相位或下－下相位相關)。由於兩個上升沿或兩個下降沿之間的間隔大於相同週期之上升沿與下降沿之間隔，且由於測量解析度與所測結果之間的間隔成反比，故基於相同週期之上升沿及連續下降沿之頻率測量(上－下測量)，FFT解析度相對於結果可顯著增加。因此，藉由使調變頻率變化8倍，使可精確及可靠協調之速度範圍進一步擴大多於一個量值數量級。
為消除可能出現之偏移頻率，其不確定性可能達到等於FFT解析度一半之整數的值，此方法之其他特徵在於，一突發內之不同調變速率經調適以對應於瞬時測得之速度，如上述第一方法。
以上兩種方法皆使用規則突發操作模式。在本發明之此示範性實施例中，並參看圖式之圖6，一突發應包含至少兩個循環或週期，使得此突發之持續時間等於至少200微秒(12.5 kHz調變速率)加上該突發後之計算時間。
在適於低至所需範圍中最低速度之較低速度範圍的第三方法中，確定連續突發中對應事件之間的相位差，其中利用了連續突發之FFT資料之間亦存在相關性的事實。藉由使用此資料，可獲得與突發之間的間隔成反比例的解析度。此解析度原則上具有比自關聯來自一個突發內事件之資料所獲得之解析度更佳的量值數量級。
此第三方法使用第二類型之突發操作，其包括測量及比較連續突發，且在本文中將稱為間突發(inter burst；IB)測量。為在突發之間建立小的可縮放時間間隔，突發通常將僅具有兩個週期，即使調變速率為25 kHz。因此，一對突發之間的所需最小間隔為100至150微秒。比較此值與上－上間隔或下－下間隔以用於分別為25 kHz、40微秒及12.5 kHz、80微秒的相位測量，其指示對於較小的IB間隔可預期相位偵測區域之間的良好重疊。然而，慮及最低速度(例如0.1毫米/秒)之測量，在間突發相位測量之間較佳具有高達至少500微秒或甚至1毫秒之間隔。連續突發之間的50 nm位移之物體位移引起約0.35弧度角(20度)之相位差。
大體而言，使用相位結果用於獲得精細或更敏感之相位類型測量要求粗相位類型之標準差σ足夠小。為了良好測量，其處於2%與10%之間，使得3σ將為6%至30%。此應對應於小於π之值以用於敏感之相位定標。此意謂，粗定標不應比精細定標粗糙超過3.3倍。此使得分別與粗相位結果與精細相位結果關聯之間隔時間之比率的最大極限約為3.3。以調變速率自U&D(連續上－下段)及UU及/或DD頻率測量結果開始，該值約為2。當自12.5 kHz UU/DD測量變為25 kHz IB測量時，需要3.3之比率，其對應於260微秒之間隔。隨後對於12.5 kHz IB測量，需要850微秒之間隔。
以上方法使用速度選擇以組合12.5 kHz與25 kHz結果。因此，使用了比原則上所需之輻射能量更多量的輻射能量，因為對於間突發測量，僅突發之間的間隔為相關參數而並非調變速率。因此，可使用高調變速率並考慮替代性調變機制，如圖式之圖7所示。在所說明之機制中，將間突發測量之第一突發最小化為單一調變。此實現了在間突發結果之間使用最短時間，且因此大體上允許以相同頻率之UU/DD結果細分較短的間突發。隨後，藉由組合此間突發與相同頻率之較長的間突發以測量更低之速度，來獲得速度結果。或替代地，用於間突發測量之突發串(burst train)可由具有減小間隔之若干短突發組成，該等短突發之後為產生UU/DD資料之較長突發，使得在一次測量中，即使在高調變速率下，仍可精確及可靠地確定最低速度。需要調適獲取及速度選擇之此類型測量可用於將輻射能量(且因此將功率消耗)限制於間突發測量在50 kHz調變速率下的最小值。
因此，概言之，在本發明之上述示範性實施例中，雷射之突發操作類型之選擇係基於估計速度。對於最高速度，不需要相位資料，且以最高調變速率(例如25 kHz)進行調變係足夠的。對於較高速度，僅使用來自提供較高解析度的較低調變速率(例如12.5 kHz)之頻率測量的資料。此等模式E及D分別為正常、單調變速率之突發模式。
對於中間速度，來自25 kHz及12.5 kHz調變速率測量之資料經組合以獲得相位結果，且在圖8中展示包含25 kHz及12.5 kHz調變速率之突發計劃(模式C)，藉此可依時間多工模式來驅動兩個雷射。每一區塊表示完全調變序列。對於較低速度(模式B)，添加來自25 kHz間突發(IB)測量之資料(見圖9之突發計劃)，且對於最低速度(模式A)，亦添加來自12.5 kHz或6.25 kHz間突發測量之資料(見圖10之突發計劃)。對於較低及最低速度，藉由使用相位資訊，即藉由關聯連續突發之相位結果，獲得進一步之解析度提高。圖10中12.5 kHz突發之間的時間間隔不同於6.25 kHz突發之間的時間間隔。
具有最大時間間隔之突發提供最佳測量解析度，但其僅可用於最低速度。
因此，對於測量模式C、D及E，僅頻率資料可用於處理。然而對於模式A及B，使用相位資料。相位資料(來自UD、UU、DD或IB測量)產生具有－π與＋π之間的值之相位形式的速度，使得其以增加的速度振盪及重複其自身。此在圖12中說明。
上述實施例以25 kHz及12.5 kHz調變速率操作，但相同概念可用於其他成對之調變速率，例如50 kHz與6 kHz。突發之間的間隔可經調適以獲得不同偵測模式之間的最佳重疊，使得可以可接受之計算量確定多於四個量值數量級之範圍內的速度。
以下表格概述針對本發明上述示範性實施例的根據突發類型、時序及頻寬而用於模式A、B、C、D及E的突發類型定義。
以上定義之每一突發類型皆適用於另一速度範圍。可確定之最大速度由相位可處理之2π跳越之數目(#)給定，其在此示範性實施例中為最大值5。可確定之最小速度由關於相位結果之至少35度角給定。對於頻率確定，考慮高達32盒(bin)移動。盒為在(例如128點)快速傅立葉變換步驟之後獲得的頻率直方圖中之頻率範圍。對於50 kHz調變，此盒為125 kHz，且對於6.25 kHz調變，其為15.6 kHz。對於非相位操作，最小頻移為1盒。
在圖11中指示可用於不同模式之測量重複率。
對於不同速度(毫米/秒)之操作模式在以下表格中給定：
對於模式A、B、C、D及E，突發重複速率分別為4、2、1、0.5及0.5 ms。操作模式之間的切換被執行為速度之函數。因此，發生滯後，在表格中針對速度的減小及增加而指示該滯後。對於所有模式，該滯後係相同的。在速度選擇指示加速誤差之情況下，即使在未報告有效速度時或外推速度並不預測較高速度時，突發模式亦一直上升。表格展示模式"接通"之速度。對於減小的速度，以0.8毫米/秒之速度執行切換模式A。對於增加的速度，以290毫米/秒之速度執行切換至模式E。操作模式上升或增加的速度之差為一常數因子，在此實例中其等於2。
應注意，上述實施例說明而非限制本發明，且熟習此項技術者將能夠在不偏離附加申請專利範圍所界定之本發明之範疇的情況下，設計多種替代實施例。在申請專利範圍中，置於圓括號中之任何參考標記不應理解為限制申請專利範圍。詞語"包含"及類似詞語不排除與任一請求項或說明書中總體列出之元件或步驟不同的元件或步驟的存在。元件之單數參考不排除此等元件之複數參考，反之亦然。本發明可藉由包含若干不同元件之硬體及藉由適當程式化之電腦來實施。在列舉若干構件之裝置請求項中，若干此等構件可由同一項硬體來實施。在相互不同之依附請求項中陳述某些測量的事實並不指示不可利用此等測量之組合。
1．．．底板
3．．．二極體雷射
4．．．光電二極體
5．．．二極體雷射
6．．．光電二極體
10．．．透鏡
12．．．透明窗
13．．．測量光束
15．．．物體
17．．．測量光束
18．．．電子電路
19．．．電子電路
20．．．腔
21,22．．．雷射鏡
25．．．雷射光束
26．．．反射輻射
45．．．曲線
50,52,54,56,58．．．波形
圖1a為一輸入裝置之示意性橫截面圖；圖1b為圖1a之裝置之示意性平面圖；圖2說明圖1a及圖1b之輸入裝置之測量方法的原理；圖3說明作為具有光反饋之雷射之溫度之函數的雷射波長變化；圖4說明對於雷射使用一週期性變化之驅動電流的效應；圖5說明可如何偵測移動之方向；圖6為說明包含兩種不同調變速率(25 kHz及12.5 kHz)之脈衝突發之雷射驅動電流的示意圖；圖7為說明使用間突發操作的用於本發明之示範性實施例之調變機制的示意圖；圖8示意性說明在本發明之示範性實施例中用於測量模式C之突發計劃；圖9示意性說明在本發明之示範性實施例中用於測量模式B之突發計劃；圖10示意性說明在本發明之示範性實施例中用於測量模式A之突發計劃；圖11為圖表說明在本發明之示範性實施例中可用於不同測量模式之測量重複率的示意圖。
1．．．底板
3．．．二極體雷射
4．．．光電二極體
10．．．透鏡
12．．．透明窗
13．．．測量光束
15．．．物體
18．．．電子電路

Claims (20)

  1. 一種用以測量一輸入裝置與物體沿至少一個測量軸相對於彼此之移動的方法，該方法包含以下步驟：針對每一測量軸，以一自一雷射裝置之雷射腔發射之測量雷射光束照明一物體表面；產生一表示該雷射腔操作上之改變的測量信號，該等改變係歸因於重新進入該雷射腔之測量光束輻射與該雷射腔中之一光波的干擾，且表示沿該至少一個測量軸的該移動；依照該輸入裝置與該物體相對於彼此之移動之速度而選擇該測量信號之至少兩個參數中之一者，並由該經選擇參數確定該移動之速度及方向；及產生一表示移動之該速度及方向的電信號。
  2. 如請求項1之方法，其中該干擾包含雷射自行混合干擾。
  3. 如請求項1之方法，其中該至少兩個參數中之一者包含該測量信號之連續部分中之對應事件之間的一相位差。
  4. 如請求項1之方法，其中該至少兩個參數中之一者包含一疊加於該測量信號上的偏移頻率。
  5. 如請求項3之方法，其用於測量一速度範圍內之移動之速度，且該測量信號之連續部分中之對應事件之間的該相位差經選擇，以用於確定該範圍中對於包括最低速度之一組較低速度的移動之速度及方向。
  6. 如請求項4之方法，其中該疊加於該測量信號上之偏移頻率經選擇，以用於確定該範圍中對於包括最高速度之一組較高速度的移動之速度及方向。
  7. 如請求項1之方法，其中將一經調變之驅動電流施加於該雷射裝置，使得該測量信號因此而經調變，該經調變之測量信號在其每一週期中包括一上升部分及一下降部分。
  8. 如請求項7之方法，其中依照該輸入裝置與該物體相對於彼此之移動之該速度來調整該驅動電流。
  9. 如請求項8之方法，其用於測量一速度範圍內之移動之速度，其中當移動之該速度係處於該範圍中包括一最高速度之一第一組速度中時，該驅動電流包含以一第一調變速率之一脈衝突發，且移動之該速度及方向係藉由比較該測量信號之一上升部分之偏移頻率與該測量信號之相同週期中之一下降部分之偏移頻率而確定。
  10. 如請求項9之方法，其中當移動之該速度係處於一低於該最高速度之第一速度與一高於一最低速度之第二速度之間的一第二組速度中時，該脈衝突發之該調變速率減小至一低於該第一調變速率之第二調變速率。
  11. 如請求項10之方法，其中該第二調變速率與該第一調變速率之比率視速度之減小而定。
  12. 如請求項10之方法，其中移動之該速度及方向係藉由比較該測量信號之一上升部分之該偏移頻率與該測量信號之相同週期中之一下降部分之該偏移頻率而確定。
  13. 如請求項12之方法，其中當移動之該速度係處於介於一低於該最高速度之第一速度與一高於該最低速度之第二速度之間且包括低於該第二組速度中速度之速度的一第 三組速度中時，該驅動電流包含一在一突發內具有至少兩個不同調變速率之脈衝突發。
  14. 如請求項13之方法，其中移動之該速度及方向係藉由比較該測量信號之連續週期中之兩個或兩個以上上升部分或者兩個或兩個以上下降部分之該偏移頻率而確定。
  15. 如請求項14之方法，其中當移動之該速度係處於介於一低於該最高速度之第一速度與一第二速度之間且包括低於該第三組速度中速度之速度的一第四組速度中時，該驅動電流包含複數個脈衝突發，其中該複數個脈衝突發之間具有一時間間隔。
  16. 如請求項15之方法，其中移動之該速度及方向係藉由確定所得測量信號之連續突發中之對應事件的該相位差而確定。
  17. 如請求項16之方法，其中該等事件具有一大於該測量信號之該等上升及下降部分之週期性的週期性。
  18. 如請求項15之方法，其中該等脈衝突發之該調變速率係根據移動之該速度而變化，其中當該速度係處於包括該最低速度之一組速度中時，該調變速率包括較低調變速率。
  19. 一種用於執行一用以測量一輸入裝置與物體沿至少一個測量軸相對於彼此之移動之方法的光學模組，該光學模組包含：一雷射裝置，其用於每一測量軸，該雷射裝置具有一用於產生一測量雷射光束之雷射腔；照明構件，其用於以該測量光束照明一物體表面；偵測器構件，其 用於產生一表示該雷射腔操作上之改變的測量信號，該等改變係歸因於重新進入該雷射腔之測量光束輻射與該雷射腔中之一光波的雷射自行混合干擾，且表示沿該至少一個測量軸的該移動；及電子處理構件，其用於依照該輸入裝置與該物體相對於彼此之移動的速度而選擇該測量信號之至少兩個參數中之一者，由該經選擇參數確定該移動之速度及方向，及產生一表示移動之該速度及方向的電信號。
  20. 一種輸入裝置，其包括一如請求項19之光學模組。
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