專利名稱：使用單個(gè)自混合激光器測(cè)量對(duì)象和光學(xué)輸入設(shè)備的二維相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方法
使用單個(gè)自混合激光器測(cè)量對(duì)象和光學(xué)輸入設(shè)備 的二維相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方法本發(fā)明涉及一種確定輸入設(shè)備和對(duì)象沿作用平面內(nèi)的測(cè)量軸相對(duì)于彼此的運(yùn)動(dòng)和/或距離的方法，該方法包括步驟使用從激光設(shè) 備的激光腔發(fā)射的測(cè)量激光束照射對(duì)象表面；測(cè)量激光腔操作中的變 化，所述變化歸因于重新進(jìn)入所述激光腔的測(cè)量束輻射和所述激光腔 中的光波的激光自混合干涉，并且代表了沿所述測(cè)量軸的所述運(yùn)動(dòng)； 生成代表所測(cè)得的、在所述激光腔操作中的變化的電信號(hào)。本發(fā)明還涉及一種配備了用于執(zhí)行該方法的光學(xué)模塊的輸入設(shè) 備，以及涉及一種包括這種光學(xué)模塊的輸入設(shè)備。根據(jù)國(guó)際專利申請(qǐng)W0 03/102717 A2得知這樣的方法和輸入設(shè) 備。該輸入設(shè)備可以是光學(xué)鼠標(biāo)，用于計(jì)算機(jī)配置中使用以便在計(jì)算 機(jī)顯示器或監(jiān)視器上移動(dòng)光標(biāo)，從而例如選擇被顯示菜單的功能。像 傳統(tǒng)的機(jī)械式鼠標(biāo)一樣，這樣的光學(xué)鼠標(biāo)靠手在鼠標(biāo)墊上移動(dòng)。該輸 入設(shè)備也可以是"倒置的"光學(xué)鼠標(biāo)。然后，輸入設(shè)備是固定的，并 且例如嵌入到臺(tái)式電腦的鍵盤中，或筆記本電腦中，或像移動(dòng)電話、 PDA或游戲裝置那樣的手持裝置中，并且對(duì)象是在輸入設(shè)備的外殼中 的透明窗上移動(dòng)的用戶手指。在后一種應(yīng)用中，該輸入設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)得 到了最佳的利用，所述優(yōu)點(diǎn)即體積小、重量輕、成本少和功耗低。如W0 03/102717 A2中所述，為了確定對(duì)象和i殳備沿測(cè)量軸的運(yùn) 動(dòng)方向，提供給激光器的驅(qū)動(dòng)電流是周期性變化的電流，例如具有三 角形周期的電流。由于這種激光器調(diào)制，所測(cè)得的信號(hào)表現(xiàn)出在三角 形的上升斜坡和下降斜坡上疊加了更高(或"偏移")頻率的波動(dòng)。 如果上升斜坡上的波動(dòng)頻率等于下降斜坡上的波動(dòng)頻率，則對(duì)象和設(shè) 備相對(duì)于彼此是靜止的。如果相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則取決于沿測(cè)量軸的運(yùn)動(dòng)方 向、上升斜坡上的波動(dòng)頻率大于或者小于下降斜坡上的波動(dòng)頻率。當(dāng)使用計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)時(shí)，通常的做法是，從鼠標(biāo)在其上移動(dòng)(沿X 和Y方向)的表面提升鼠標(biāo)，然后在該表面上重新放置鼠標(biāo)，以便例如復(fù)位坐標(biāo)系統(tǒng)參考基準(zhǔn)。對(duì)于這種應(yīng)用來(lái)說(shuō)，該表面形成所謂的作用平面，并且有必要允許檢測(cè)沿Z方向上的運(yùn)動(dòng)，以便^r測(cè)何時(shí)鼠標(biāo) 從該表面提升然后重新放置在該表面上。事實(shí)上，存在許多其中可能 需要對(duì)象和輸入設(shè)備沿Z方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用。在W0 03/102717 A2所述的布置中，輸入設(shè)備配備了垂直定向的 兩個(gè)二極管激光器和兩個(gè)相關(guān)聯(lián)的光電二極管，這允許測(cè)量沿一個(gè)平 面內(nèi)的兩個(gè)垂直(X和Y)方向或測(cè)量軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這種設(shè)備適用 于其中必須對(duì)光標(biāo)在顯示器上沿兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制的裝置。如 果還要求測(cè)量沿第三(Z)方向或測(cè)量軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，那么需要提供 第三二極管激光器和光電二極管。但是，這種附加的傳感器增加了設(shè)備的成本并使其更加復(fù)雜。因此，本發(fā)明的目的是提供一種以上定義類型的方法和設(shè)備，其 允許使用單個(gè)自混合激光器和輻射敏感檢測(cè)器來(lái)測(cè)量對(duì)象和輸入設(shè) 備之間沿兩個(gè)測(cè)量軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和/或距離，其中一個(gè)測(cè)量軸位于作 用平面內(nèi)，且另一個(gè)測(cè)量軸橫穿其中。依照本發(fā)明，提供了 一種確定輸入設(shè)備和對(duì)象沿橫穿作用平面的 測(cè)量軸相對(duì)于彼此的運(yùn)動(dòng)和/或距離的方法，該方法包括步驟向激 光設(shè)備提供已調(diào)制的驅(qū)動(dòng)電流并且用從所述激光設(shè)備的激光腔發(fā)射 的測(cè)量激光束照射對(duì)象表面，生成代表激光腔操作的變化的測(cè)量信 號(hào)，所述變化歸因于重新進(jìn)入所述激光腔的測(cè)量束輻射和所述激光腔 中的光波之間的干涉，并且代表了沿所述測(cè)量軸的所述運(yùn)動(dòng)，而且所 述測(cè)量信號(hào)在其每個(gè)周期中都包括上升部分和下降部分，在所述部分 上疊加了具有偏移頻率的波動(dòng)，該方法進(jìn)一步還包括通過(guò)對(duì)所述測(cè)量信號(hào)的上升部分和下降部分的所述偏移頻率進(jìn)^亍求和來(lái)確定所述 對(duì)象和所述輸入i殳備沿所述測(cè)量軸相對(duì)于4皮此的距離和/或運(yùn)動(dòng)，以 及生成代表所述距離和/或運(yùn)動(dòng)的電信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種光學(xué)模塊，用于執(zhí)行確定輸入設(shè)備和 對(duì)象沿橫穿作用平面的測(cè)量軸相對(duì)于彼此的運(yùn)動(dòng)和/或距離的方法， 該模塊包括具有激光腔的激光設(shè)備，用于向所述激光設(shè)備提供已調(diào) 制驅(qū)動(dòng)電流并且用從所述激光設(shè)備的激光腔發(fā)射的測(cè)量激光束照射 對(duì)象表面的裝置，用于生成代表激光腔操作中的變化的測(cè)量信號(hào)的檢測(cè)器裝置，所述變化歸因于重新進(jìn)入所述激光腔的測(cè)量束輻射和所述 激光腔中的光波之間的干涉，并且代表了沿所述測(cè)量軸的所述相對(duì)運(yùn) 動(dòng)和/或距離，所述測(cè)量信號(hào)在其每個(gè)周期中都包括上升部分和下降 部分，在所述部分上疊加了具有偏移頻率的波動(dòng)，該模塊還包括電子 處理裝置，用于通過(guò)對(duì)所述測(cè)量信號(hào)的上升部分和下降部分的所述偏 移頻率進(jìn)行求和來(lái)確定所述對(duì)象和所述輸入設(shè)備沿所述測(cè)量軸相對(duì) 于彼此的距離和/或運(yùn)動(dòng)，并且生成代表所述距離和/或運(yùn)動(dòng)的電信 號(hào)。
本發(fā)明還涉及一種包括如上所限定的光學(xué)模塊的輸入設(shè)備。 有益地是，所述電子處理裝置被布置為根據(jù)對(duì)所述測(cè)量信號(hào)的上 升和下降部分的所述偏移頻率進(jìn)行求和的結(jié)果來(lái)確定所述輸入設(shè)備 是否與所述作用平面相距一定距離，并且如果不是的話，則使用所述
測(cè)量信號(hào)的參數(shù)來(lái)測(cè)量所述輸入設(shè)備和對(duì)象沿所述作用平面內(nèi)的測(cè) 量軸相對(duì)于彼此的運(yùn)動(dòng)速度和/或運(yùn)動(dòng)方向。因此，在確定所述對(duì)象 和所述輸入設(shè)備沿橫穿作用平面的測(cè)量軸(Z)相對(duì)于彼此的距離和/
或運(yùn)動(dòng)期間，有效禁止了對(duì)沿作用平面內(nèi)的測(cè)量軸(X或Y)的運(yùn)動(dòng) 速度和/或運(yùn)動(dòng)方向的測(cè)量。事實(shí)上，偏移頻率的求和結(jié)果可能給出 代表輸入設(shè)備是否離開(kāi)對(duì)象一定距離的信號(hào)，并且該信號(hào)可用來(lái)允許 或禁止對(duì)沿作用平面內(nèi)的測(cè)量軸的運(yùn)動(dòng)的測(cè)量。
在一個(gè)示范實(shí)施例中，對(duì)象和輸入設(shè)備沿作用平面中的測(cè)量軸相
和下降斜坡上的偏移頻率^之差一來(lái)確口定的，其中該結(jié)果的<1代表了運(yùn)動(dòng) 速度，該結(jié)果的符號(hào)代表了運(yùn)動(dòng)方向。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，以已知 的時(shí)間間隔測(cè)量對(duì)象和作用平面之間的距離，以^更確定對(duì)象和輸入設(shè) 備沿橫穿作用平面的測(cè)量軸相對(duì)于彼此的運(yùn)動(dòng)速度，并且從而補(bǔ)償其 對(duì)沿作用平面中的測(cè)量軸的運(yùn)動(dòng)速度和/或運(yùn)動(dòng)方向的確定的貢獻(xiàn)。
有益地是，與所述激光設(shè)備和所述對(duì)象之間、沿橫穿作用平面的 所述測(cè)量軸的絕對(duì)距離有關(guān)的數(shù)據(jù)是根據(jù)對(duì)所述測(cè)量信號(hào)的上升和 下降部分各自的偏移頻率的求和來(lái)獲得的。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，電 子處理裝置被布置為監(jiān)視所述測(cè)量信號(hào)的各自上升和下降斜坡的所 述偏移頻率之和，并且根據(jù)其中的任何變化來(lái)確定在所述對(duì)象和所述 輸入設(shè)備之間沿橫穿作用平面的測(cè)量軸的相對(duì)距離中的變化(即標(biāo)識(shí)對(duì)象和輸入設(shè)備相對(duì)于彼此的相對(duì)運(yùn)動(dòng))?？蛇x地，都可以相對(duì)于預(yù) 定時(shí)間間隔來(lái)確定和監(jiān)視任何這種變化，以便確定對(duì)象和輸入設(shè)備沿 橫穿作用平面的測(cè)量軸相對(duì)于彼此的任何運(yùn)動(dòng)的速度。
有益地是，電子處理裝置還被布置為通過(guò)確定對(duì)應(yīng)事件在測(cè)量信 號(hào)周期中的相差來(lái)確定所述輸入設(shè)備沿橫穿作用平面的測(cè)量軸相對(duì) 于所述對(duì)象的距離和/或運(yùn)動(dòng)，其中所述事件的周期性優(yōu)選地大于所 述測(cè)量信號(hào)的上升和下降部分的周期性。除了對(duì)測(cè)量信號(hào)的各自上升 和下降斜坡的偏移頻率進(jìn)行的求和之外，這也導(dǎo)致對(duì)于輸入設(shè)備和對(duì)
象沿橫穿作用平面的測(cè)量軸相對(duì)于彼此的距離和/或運(yùn)動(dòng)的更為精確 的確定。
在優(yōu)選實(shí)施例中，光學(xué)模塊包括兩個(gè)激光設(shè)備，用于生成用于 照射所述對(duì)象的兩個(gè)對(duì)應(yīng)測(cè)量束，檢測(cè)器裝置，用于生成代表激光腔 操作中的變化的兩個(gè)對(duì)應(yīng)測(cè)量信號(hào)，所述變化歸因于重新進(jìn)入所述激 光腔的測(cè)量束輻射和所述激光腔中的光波之間的干涉，并且代表了沿 所述作用平面內(nèi)的兩個(gè)對(duì)應(yīng)測(cè)量軸、所述輸入i殳備相對(duì)于所述對(duì)象的 運(yùn)動(dòng)，每個(gè)所述測(cè)量信號(hào)在其每個(gè)周期中都包括上升部分和下降部 分，在所述部分上疊加了具有偏移頻率的波動(dòng)，該模塊還包括電子處 理裝置，用于通過(guò)對(duì)每個(gè)測(cè)量信號(hào)的上升部分和下降部分的所述偏移 頻率進(jìn)行求和來(lái)確定所述對(duì)象和所述輸入設(shè)備沿橫穿所述作用平面 的測(cè)量軸相對(duì)于彼此的距離和/或運(yùn)動(dòng)，并且生成代表所述距離和/ 或運(yùn)動(dòng)的電^言號(hào)。
因此，兩個(gè)激光器都可用來(lái)確定對(duì)象和輸入設(shè)備之間沿橫穿作用 平面的測(cè)量軸的相對(duì)距離和運(yùn)動(dòng)，因此一些冗余引入了更為精確的確 定結(jié)果。
因此應(yīng)當(dāng)理解的是，在包括至少一個(gè)自混合激光器的、根據(jù)本發(fā) 明的示范實(shí)施例的設(shè)備中實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的上述目的，這通過(guò)以下處理 實(shí)現(xiàn)通過(guò)使用測(cè)量信號(hào)的上升斜坡和下降斜坡的頻率差來(lái)測(cè)量對(duì)象 和設(shè)備之間沿作用平面中的測(cè)量軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；以及使用這些偏移頻 率之和來(lái)測(cè)量對(duì)象和輸入設(shè)備沿橫穿作用平面的測(cè)量軸的相對(duì)距離 和/或運(yùn)動(dòng)。這意味著， 一個(gè)激光器用于測(cè)量沿作用平面中的一個(gè)方 向(X方向或Y方向)上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并且可以通過(guò)使用從同一個(gè)激 光器得到的測(cè)量信號(hào)來(lái)確定對(duì)象和輸入設(shè)備之間沿Z方向的相對(duì)距離和/或運(yùn)動(dòng)。因此，具有至少一個(gè)自混合激光器的激光自混合設(shè)備
可用作2D傳感器(X或Y方向以及Z方向)?？梢蕴砑拥诙曰旌?激光器以觀'j量對(duì)象和輸入設(shè)備之間沿作用平面中的第二測(cè)量軸的相 對(duì)運(yùn)動(dòng)，該第二測(cè)量軸優(yōu)選為基本垂直于作用平面中的第一測(cè)量軸。 在這種情況下，從兩個(gè)自混合激光器得到的測(cè)量信號(hào)可用來(lái)確定對(duì)象 和輸入設(shè)備沿橫穿作用平面的測(cè)量軸相對(duì)于彼此的距離和/或運(yùn)動(dòng)， 并具有一定的冗余效應(yīng)，這產(chǎn)生更為精確的測(cè)量結(jié)果。因此，具有兩 個(gè)自混合激光器的設(shè)備可用作3D傳感器(X、 Y和Z方向)。
本發(fā)明的這些和其他方面根據(jù)下文描述的實(shí)施例將是顯而易見(jiàn) 的，并且將參照這些實(shí)施例進(jìn)行闡述。
現(xiàn)在將僅通過(guò)舉例的方式并參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例，其
中
圖la為根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例的輸入設(shè)備的示意截面圖； 圖lb為圖la中的設(shè)備的示意俯視圖； 圖2說(shuō)明了圖la和lb中的輸入設(shè)備的測(cè)量方法的原理； 圖3說(shuō)明了作為具有光學(xué)反饋的激光器的溫度函數(shù)的激光波長(zhǎng) 的改變；
圖4說(shuō)明了用于激光器的周期性變化驅(qū)動(dòng)電流的使用效果； 圖5i兌明了可以如何4全測(cè)運(yùn)動(dòng)方向；
圖6說(shuō)明了運(yùn)動(dòng)對(duì)于頻率的影響，所述運(yùn)動(dòng)可以將頻率降到小于


圖1為根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例的輸入設(shè)備的示意截面。該設(shè)備 在其下側(cè)包括底板l,其是二極管激光器的載體(該激光器在所述 實(shí)施例中即VCSEL激光器)；以及檢測(cè)器(例如光電二極管)。在圖 la中，僅僅一個(gè)二極管激光器3及其關(guān)聯(lián)的光電二極管4是可見(jiàn)的， 但是如圖lb中所示(圖lb是所述設(shè)備的示意俯視圖)，通常在底板 上提供至少第二二極管激光器5和相關(guān)聯(lián)的檢測(cè)器6。 二極管激光器 3、 5分別發(fā)射測(cè)量束13和17。在設(shè)備的上側(cè)配備了透明窗口 12， 例如人的手指之類的對(duì)象在該透明窗口上面移動(dòng)。例如為平凸透鏡的 透鏡10布置在二極管激光器和該窗口之間。該透鏡將激光束13、 17聚焦在透明窗口 12的上側(cè)位置處或其附近。如果對(duì)象15位于該位置， 那么它就散射該束13 (和17)。輻射束13的一部分沿照明束13的 方向散射，并且這部分由透鏡IO會(huì)聚到二極管激光器3的發(fā)射表面 上并且重新進(jìn)入其激光腔。如后面將要闡述的那樣，重新進(jìn)入激光腔 的輻射引起由二極管激光器發(fā)射的輻射的強(qiáng)度的變化。這些變化可以 由光電二極管4檢測(cè)到，光電二極管4將測(cè)得的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)， 并且將該電信號(hào)施加給電子電路18進(jìn)行處理。類似地，光電二極管 6將測(cè)得的、由二極管激光器5所發(fā)射輻射的強(qiáng)度變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)， 并且將該電信號(hào)施加到另一個(gè)電子電路19進(jìn)行處理。如圖lb所示， 電子電路18、 19是彼此連接的。激光器和檢測(cè)器可以進(jìn)行不同程度 的集成，包括單片集成。圖2說(shuō)明了了當(dāng)使用水平發(fā)射二極管激光器和布置在該激光器 后平面處的監(jiān)視器光電二極管時(shí)、根據(jù)本發(fā)明的示范實(shí)施例的輸入設(shè) 備和測(cè)量相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方法的原理。在圖2中，二極管激光器(例如二 極管激光器3)由它的腔20以及它的前、后平面或者相應(yīng)的激光腔 鏡21、 22來(lái)示意性地表示。腔具有長(zhǎng)度L。對(duì)象U和前平面n之 間的空間形成外腔，其長(zhǎng)度為L(zhǎng)0。發(fā)射穿過(guò)前平面的激光束用附圖標(biāo) 記25表示，由對(duì)象沿前平面方向反射的輻射用附圖標(biāo)記26表示。部 分在激光腔中生成的輻射穿過(guò)后平面，并由光電二極管4捕獲。如果對(duì)象15沿照明束13的方向運(yùn)動(dòng)，那么反射的輻射26將經(jīng) 歷時(shí)變相位延遲和多普勒頻移。這意味著該輻射的頻率(因此導(dǎo)致相 位)發(fā)生變化或者出現(xiàn)了頻移。這種頻移取決于對(duì)象運(yùn)動(dòng)的速度，其 數(shù)量級(jí)為幾個(gè)kHz到MHz。重新進(jìn)入激光腔的、發(fā)生頻移的輻射與該 腔內(nèi)生成的光波或輻射發(fā)生干涉，即在腔內(nèi)出現(xiàn)自混合效應(yīng)。取決于 光波和重新進(jìn)入該腔的輻射之間的相移量，這種干涉將是相長(zhǎng)或相消 的，即激光輻射的強(qiáng)度周期性地增大或減小。以此方式生成的激光輻 射調(diào)制的頻率精確等于該腔內(nèi)的光波頻率和重新進(jìn)入該腔的已發(fā)生 多普勒頻移的輻射頻率之差。該頻率差的數(shù)量級(jí)為幾個(gè)kHz MHz,并 因此易于檢測(cè)。自混合效應(yīng)和反射光的時(shí)變相移的組合導(dǎo)致激光腔操 作中的變化，尤其是其增益或光放大的變化，并且使得每個(gè)鏡面處的 輸出功率改變。作為對(duì)象運(yùn)動(dòng)速度v的函數(shù)的增益變化Ag由下列等式給出丄L c c J在這個(gè)等式中K為到外腔的耦合系數(shù)，其指示耦合出激光腔的輻射量；v為激光輻射的頻率；v為對(duì)象沿照明束方向的運(yùn)動(dòng)速度；t為時(shí)刻；c為光速 與對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)量(即對(duì)象運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)的距離，而且該距 離可以通過(guò)相對(duì)于時(shí)間積分所測(cè)得的速度來(lái)測(cè)量)一樣，也需要檢測(cè) 運(yùn)動(dòng)方向，即對(duì)象沿測(cè)量軸是向前還是向后運(yùn)動(dòng)，。在提出的一種確定運(yùn)動(dòng)方向的方法中，利用的事實(shí)是，激光輻射 的波長(zhǎng)l取決于二極管激光器的溫度，從而取決于通過(guò)二極管激光器 的電流。如果例如二極管激光器的溫度升高了，那么激光腔的長(zhǎng)度隨 之增大，并且被放大的輻射的波長(zhǎng)隨之增大。圖3的曲線45示出了 所發(fā)射輻射的波長(zhǎng)l的溫度(Trf)依賴性。如果如圖4所示，將周期驅(qū)動(dòng)電流Irf (由波形50表示)提供給 二極管激光器，則二極管激光器的溫度Trf就如波形52所示周期性地 上升和下降。這產(chǎn)生了激光腔中的光學(xué)駐波，其具有周期性變化的頻 率，并因此具有相對(duì)于由對(duì)象反射并且重新進(jìn)入該腔的輻射有一定時(shí) 延的連續(xù)變化的相移。在驅(qū)動(dòng)電流的每個(gè)半周期中，現(xiàn)在存在相繼的 時(shí)間#殳，其中取決于該腔中的波和重新進(jìn)入該腔的#皮反射輻射之間的 相位關(guān)系、二極管激光器增益在這些時(shí)間段中更高和更低。這產(chǎn)生如 圖4中波形54所示的、所發(fā)射輻射的時(shí)間相關(guān)強(qiáng)度變化(I)。這個(gè) 波形代表用于靜止或不運(yùn)動(dòng)對(duì)象的情況。第一半周期^P(a)中的脈沖數(shù)等于第二半周期^p(b)中的脈沖數(shù)。對(duì)象的運(yùn)動(dòng)引起重新進(jìn)入激光腔的輻射的變化時(shí)移，即這個(gè)頻率 取決于具有多普勒頻移的運(yùn)動(dòng)的方向而增大或減小。對(duì)象在一個(gè)方向 即前向方向的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致重新進(jìn)入的輻射的波長(zhǎng)減小，在相反方向的運(yùn) 動(dòng)導(dǎo)致重新進(jìn)入的輻射的波長(zhǎng)增大。激光腔中光波的周期性頻率調(diào)制 的效果在于，如果多普勒頻移與激光腔中的頻率調(diào)制符號(hào)相同，那么 重新進(jìn)入該腔的、發(fā)生了多普勒頻移的輻射的效果不同于在所述頻率調(diào)制和多普勒頻移具有相反符號(hào)的情況下該輻射具有的效果。如果這 兩個(gè)頻移符號(hào)相同，則所述波和重新進(jìn)入的輻射之間的相差就以緩慢 的速率發(fā)生變化，并且結(jié)果產(chǎn)生的激光輻射調(diào)制的頻率更低。如果這 兩個(gè)頻移符號(hào)相反，則所述波和輻射之間的相差就以更快的速率發(fā)生 變化，并且結(jié)果產(chǎn)生的激光輻射調(diào)制的頻率更高。在驅(qū)動(dòng)激光器電流的第一半周期^P(a)期間，所生成的激光輻射的波長(zhǎng)增大。在對(duì)象后向運(yùn)動(dòng)的情況下，重新進(jìn)入的輻射的波長(zhǎng)也增大，所以所述腔中的波 的頻率和重新進(jìn)入該腔的輻射的頻率之間的差值更低。因此，與缺少所發(fā)射激光輻射的電調(diào)制的情況相比，其間重新進(jìn)入的輻射的波長(zhǎng)與 所生成輻射的波長(zhǎng)相適應(yīng)的時(shí)間段的數(shù)目更小。這意味著，如果對(duì)象 沿后向方向運(yùn)動(dòng)，那么與其中沒(méi)有施加調(diào)制的情況相比，第一半周期 中的脈沖數(shù)更小。在其中激光器溫度降低和所生成輻射的波長(zhǎng)減小的 第二半周期^p(b)內(nèi)，其中重新進(jìn)入的輻射的波長(zhǎng)與所生成輻射的波長(zhǎng)相適應(yīng)的時(shí)間段的數(shù)目增大。因此，對(duì)于后向運(yùn)動(dòng)的對(duì)象而言，第 一半周期內(nèi)的脈沖數(shù)小于第二半周期內(nèi)的脈沖數(shù)。這由圖5的波形 58所說(shuō)明，該波形58示出了如果對(duì)象沿后向方向運(yùn)動(dòng)的話、所發(fā)射 激光輻射的強(qiáng)度L。將該波形與圖4的波形54進(jìn)行的比較示出，第 一半周期中的脈沖數(shù)已經(jīng)減小了 ，并且第二半周期中的脈沖數(shù)增大 了 。根據(jù)上述可知，如果對(duì)象沿前向方向運(yùn)動(dòng)，其中由對(duì)象散射并且 重新進(jìn)入激光腔的輻射的波長(zhǎng)由于多普勒效應(yīng)而減小(對(duì)象朝激光器 運(yùn)動(dòng)，多普勒頻移為正，激光器和目標(biāo)之間匹配的波數(shù)減小，激光器 和目標(biāo)之間匹配的波數(shù)也因激光波長(zhǎng)的增大而減小)，則第一半周期 ^p(a)中的脈沖數(shù)大于第二半周期^P(b)中的脈沖數(shù)。這可以通過(guò)比較圖5的波形56來(lái)驗(yàn)證，其中波形56代表在前向運(yùn)動(dòng)對(duì)象的情況下 所發(fā)射輻射的強(qiáng)度I/。在電子處理電路中，從第一半周期^P(a)期間計(jì)數(shù)的光電二極管信號(hào)脈沖數(shù)中減去第二半周期^P(b)期間計(jì)數(shù)的脈沖數(shù)。如果結(jié)果產(chǎn)生的信號(hào)為零，那么對(duì)象是靜止的。如果結(jié)果產(chǎn) 生的信號(hào)為正，那么對(duì)象沿前向方向運(yùn)動(dòng)，并且如果該信號(hào)為負(fù)，那 么對(duì)象沿后向方向運(yùn)動(dòng)。結(jié)果產(chǎn)生的脈沖數(shù)與分別沿前向和后向方向 的運(yùn)動(dòng)速度成比例。因此，總的說(shuō)來(lái)并且如上所述，為了確定對(duì)象和設(shè)備沿測(cè)量軸的 相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，提供給激光器的電驅(qū)動(dòng)電流是周期性變化的電流，例 如具有三角形周期的電流。由于這種激光調(diào)制，測(cè)得的信號(hào)示出也稱 為"偏移頻率，，的更高頻率，即疊加在三角形的上升和下降斜坡上的 波動(dòng)。如果上升斜坡上的頻率等于下降斜坡上的頻率，那么對(duì)象相對(duì) 于設(shè)備是靜止的。如果對(duì)象運(yùn)動(dòng)，那么取決于沿測(cè)量軸的運(yùn)動(dòng)方向、 上升斜坡上的偏移頻率大于或小于下降斜坡上的偏移頻率。偏移頻率 的值由激光器電流的調(diào)制率以及設(shè)備和對(duì)象之間的距離所確定。為了 測(cè)量對(duì)象相對(duì)于設(shè)備的運(yùn)動(dòng)，要在給定的測(cè)量時(shí)間期間確定檢測(cè)器輸 出信號(hào)的偏移頻率，即執(zhí)行頻率分析。對(duì)于偏移頻率測(cè)量而言，可以使用例如利用比較和計(jì)數(shù)裝置的傅立葉分析(FFT)或者其他頻率或 相位跟蹤方法。如上所述，本發(fā)明的目的是提供一種允許確定對(duì)象和輸入設(shè)備之 間、沿橫穿作用平面的測(cè)量軸的運(yùn)動(dòng)和/或相對(duì)距離而不使用附加傳 感器的方法。在本發(fā)明的方法中，通過(guò)對(duì)電測(cè)量信號(hào)的各自上升斜坡 和下降斜坡二者上的偏移頻率進(jìn)行求和來(lái)確定沿橫穿作用平面的測(cè) 量軸的這種運(yùn)動(dòng)和/或距離。因此，可通過(guò)在同一周期內(nèi)從測(cè)量信號(hào)用平面中的第一測(cè)量軸的運(yùn)動(dòng)測(cè)量，而可以通過(guò)對(duì)這些偏移頻率進(jìn)行 求和來(lái)實(shí)現(xiàn)沿橫穿作用平面的第二測(cè)量軸的運(yùn)動(dòng)/距離測(cè)量。本發(fā)明基于這樣的構(gòu)思Z方向上的對(duì)象距離變化導(dǎo)致上升斜坡 和下降斜坡這兩者上的波動(dòng)的頻率以相同方式和相同量偏移，而在作用平面中的運(yùn)動(dòng)(沿X或Y方向)導(dǎo)致上升斜坡上的偏移頻率以與相 應(yīng)下降斜i皮上的偏移頻率偏移相反的方式偏移。這樣，由于沿Z方向的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致這兩個(gè)頻率以恒定頻率差共同偏移，該運(yùn)動(dòng)和距離變化可 以通過(guò)這兩個(gè)頻率之和來(lái)確定，而與作用平面中的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。當(dāng)對(duì)傳感器進(jìn)行校正時(shí)，測(cè)量信號(hào)同 一周期中的上升和下降斜坡 上的偏移頻率之和給出有關(guān)自混合激光器和對(duì)象之間的絕對(duì)距離的 信息。當(dāng)對(duì)傳感器進(jìn)行校正時(shí)，測(cè)量信號(hào)同一周期中的上升和下降斜 坡上的偏移頻率之和的變化給出了有關(guān)該傳感器和對(duì)象之間的相對(duì) 距離變化的信息。最后，在某一時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)量信號(hào)的上升和下降斜 坡上的偏移頻率之和的變化給出了有關(guān)沿Z方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的信息。換言之，對(duì)象在X-Y平面中運(yùn)動(dòng)，則檢測(cè)出差頻。當(dāng)對(duì)象沿Z 方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，那么也檢測(cè)出差頻。通常，垂直于設(shè)備的任何運(yùn)動(dòng)都生 成差頻。同樣是通常，在到對(duì)象的距離中的任何變化都產(chǎn)生和頻中的 變化。但是，在有關(guān)系統(tǒng)的知識(shí)更多的情況下，諸如對(duì)象實(shí)質(zhì)上是沿XY方向的一個(gè)平面之類，則該距離就直接與Z距離成比例，并且可 以根據(jù)和頻來(lái)確定到該表面(Y)的高度。沿Z方向的運(yùn)動(dòng)也導(dǎo)致差頻信號(hào)的事實(shí)帶來(lái)附加的問(wèn)題該運(yùn)動(dòng) 檢測(cè)通常在XY運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中是所不希望的。但是，在示范實(shí)施例 中，以已知的時(shí)間間隔測(cè)量到XY平面的距離(Z距離)。因此，有 可能推斷出沿Z方向的速度。每當(dāng)需要時(shí)，可以將該速度用于補(bǔ)償不 想要的、沿Z方向的速度檢測(cè)。因此，總體而言，可以認(rèn)為和頻與沿激光束的軸的速度成比例， 而且該和頻與沿激光束的距離成比例。將此與對(duì)象的知識(shí)(實(shí)質(zhì)上是 XY平面)相結(jié)合，可以將沿Z方向的運(yùn)動(dòng)確定為距離的變化，并且 允許在X-Y檢測(cè)輸出中消除不想要的Z速度信號(hào)。此外，以下情況須加考慮激光器用上和下斜坡進(jìn)行了調(diào)制，而 且運(yùn)動(dòng)增大了 一個(gè)斜坡上的頻率并降低了另 一個(gè)斜坡上的頻率。結(jié) 果，該頻率降低可能降低至零或者甚至為負(fù)。 一旦所述頻率已經(jīng)變?yōu)?負(fù)，它就圍繞零軸折疊(負(fù)頻率本身不能被檢測(cè)出來(lái))并且作用相反。 現(xiàn)在，和頻與速度成比例，而"差，，頻與對(duì)象的距離成比例。圖6中 說(shuō)明了這一點(diǎn)。圖6中示出了許多界限，它們與本說(shuō)明無(wú)關(guān)，但是這里跟蹤了來(lái) 自上、下段的頻率結(jié)果。在中心區(qū)域，這里給出的說(shuō)明適用，但是在 更高的速度范圍內(nèi)，頻率在X軸的折疊反置了和頻與"差"頻的作用 角色。圖6所示的灰色區(qū)域針對(duì)難于檢測(cè)的非常低頻率?？梢允褂眯?號(hào)處理來(lái)檢測(cè)該區(qū)域中的信號(hào)。因此，在一個(gè)實(shí)際實(shí)施例中，不能檢測(cè)出負(fù)頻率。因此當(dāng)頻率穿 過(guò)X軸(并且變?yōu)樨?fù))時(shí)，任何實(shí)際的測(cè)量就給出正的結(jié)果(這是圖 6中的曲線在X軸上鏡像反折的原因)。因此，既然已知對(duì)于更高的 速度而言，所檢測(cè)到的頻率的符號(hào)(對(duì)于兩個(gè)頻率中的較低頻率來(lái)說(shuō)) 是不正確的，那么就將處理裝置布置成改變"求和，，計(jì)算的符號(hào)以獲得指示速度和距離的信號(hào)。實(shí)際的結(jié)果是，就數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，使用偏 移頻率之和來(lái)確定對(duì)象和輸入設(shè)備沿橫穿作用平面的測(cè)量軸相對(duì)于 彼此的距離和/或運(yùn)動(dòng)，但是實(shí)際上，由于偏移頻率的真實(shí)符號(hào)，這 可能被計(jì)算成"差，，頻，雖然盡管從數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)上講，如果考慮到偏移 頻率各自的符號(hào)，它仍然是對(duì)這些偏移頻率進(jìn)行求和。
除了對(duì)測(cè)量信號(hào)同 一周期中的上升和下降斜坡上的偏移頻率進(jìn) 行求和以測(cè)量對(duì)象和輸入設(shè)備之間沿橫穿作用平面的測(cè)量(Z)軸的 相對(duì)運(yùn)動(dòng)/距離之外，有關(guān)上升和下降斜坡的相位信息也可用來(lái)測(cè)量
沿z方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和距離，由此利用的事實(shí)是，沿z方向的距離變 化引起相移，而且使用相位測(cè)量給出更高的分辨率，并且其與對(duì)偏移 頻率的求和相結(jié)合給出了更為精確的結(jié)果。顯然，是否與對(duì)偏移頻率 的求和 一起使用相位測(cè)量將取決于所要求獲得的測(cè)量精度，這接著又 取決于其中要使用輸入設(shè)備的應(yīng)用。
還應(yīng)當(dāng)指出的是，在極端情況下，激光器的調(diào)制頻率確實(shí)包含上、 下段，但是所選取的調(diào)制頻率如此之高，以至于未出現(xiàn)測(cè)量信號(hào)的完 整波動(dòng)，并且檢測(cè)不到和頻與差頻。不過(guò)，仍然出現(xiàn)有關(guān)上、下信號(hào) 的相位變化，并且可以使用合適的信號(hào)處理裝置檢測(cè)出這些相位變 化。這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言應(yīng)當(dāng)是顯而易見(jiàn)的。當(dāng)選取的調(diào)制幅 度非常低以至于可檢測(cè)的和頻與差頻被簡(jiǎn)化成相差時(shí)，情況也是如此
(在圖6中，這會(huì)位于灰色區(qū)域的底部)。
應(yīng)當(dāng)指出的是，上述實(shí)施例說(shuō)明而不是限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù) 人員將能設(shè)計(jì)出許多可替換的實(shí)施例而不偏離由所附權(quán)利要求限定 的本發(fā)明范圍。在權(quán)利要求中，任何置于括號(hào)中的附圖標(biāo)記都不應(yīng)當(dāng) 被視為限制了這些權(quán)利要求。措詞"包括，，、"包含"等等并不排除
件或步驟的存在:、^元件的單數(shù);i用并不排除^這類元件的復(fù)數(shù)引
借助于經(jīng)'過(guò)'i當(dāng)編程的;十算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在列舉了、;干裝置的設(shè)備權(quán)利 要求中，這些裝置中的一些可以由同一硬件項(xiàng)實(shí)施。在互不相同的從 屬權(quán)利要求中引用某些技術(shù)措施這一起碼的事實(shí)并不意味著不可以 利用這些技術(shù)措施的組合來(lái)獲得優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
權(quán)利要求(有參考符號(hào))1.一種確定輸入設(shè)備和對(duì)象(15)沿橫穿作用平面的測(cè)量軸相對(duì)于彼此的運(yùn)動(dòng)和/或距離的方法，該方法包括步驟向激光設(shè)備(3)提供已調(diào)制的驅(qū)動(dòng)電流并且使用從所述激光設(shè)備(3)的激光腔發(fā)射的測(cè)量激光束(13)照射對(duì)象表面；生成代表激光腔操作中的變化的測(cè)量信號(hào)，所述變化歸因于重新進(jìn)入所述激光腔的測(cè)量束輻射和所述激光腔中的光波之間的干涉，并且代表了沿所述測(cè)量軸的運(yùn)動(dòng)，而且所述測(cè)量信號(hào)在其每個(gè)周期中都包括上升部分和下降部分，在所述部分上疊加了具有偏移頻率的波動(dòng)，該方法還包括通過(guò)對(duì)所述測(cè)量信號(hào)的上升部分和下降部分的所述偏移頻率進(jìn)行求和來(lái)確定所述對(duì)象(15)和所述輸入設(shè)備沿所述測(cè)量軸相對(duì)于彼此的距離和/或運(yùn)動(dòng)，并生成代表所述距離和/或運(yùn)動(dòng)的電信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，包括根據(jù)對(duì)所述測(cè)量信號(hào)的上升 和下降部分的所述偏移頻率的求和結(jié)果來(lái)確定所述輸入設(shè)備是否與所述作用平面相距一定距離，如果不是，則使用所述測(cè)量信號(hào)的參數(shù) 來(lái)測(cè)量所述輸入設(shè)備和對(duì)象(15 )沿所述作用平面中的測(cè)量軸相對(duì)于 ;波此的運(yùn)動(dòng)速度和/或方向。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)象(15)和輸入設(shè)備沿所 述作用平面中的測(cè)量軸相對(duì)于^皮此的運(yùn)動(dòng)速度和/或方向是通過(guò)確定 測(cè)量信號(hào)的各自上升和下降斜坡上的偏移頻率之差來(lái)確定的，其中該 結(jié)果的值代表了運(yùn)動(dòng)速度，而且該結(jié)果的符號(hào)代表了運(yùn)動(dòng)方向。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中以已知的時(shí)間間隔測(cè)量所述 對(duì)象(15 )距離所述作用平面的距離，以便確定所述對(duì)象(15 )和輸 入設(shè)備沿橫穿所述作用平面的測(cè)量軸相對(duì)于彼此的運(yùn)動(dòng)速度，并且從 而補(bǔ)償其對(duì)沿所述作用平面中的所述測(cè)量軸的所述運(yùn)動(dòng)速度和/或方 向的確定的貢獻(xiàn)。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中根據(jù)所述測(cè)量信號(hào)的上升和 下降部分各自的偏移頻率之和來(lái)獲得與所述激光設(shè)備(3)和所述對(duì)象(15)之間沿所述橫穿作用平面的測(cè)量軸的絕對(duì)距離有關(guān)的數(shù)據(jù)。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，包括監(jiān)視所述測(cè)量信號(hào)的各自上升和下降斜坡的所述偏移頻率之和，并且根據(jù)其中的任何變化來(lái)確定所述對(duì)象(15 )和所述輸入設(shè)備之間沿橫穿作用平面的測(cè)量軸的相對(duì)距離中的變化。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中與預(yù)定時(shí)間間隔相關(guān)地來(lái)確 定和監(jiān)視所述偏移頻率的所述和中的任何變化，以便確定對(duì)象(15) 和輸入設(shè)備沿橫穿作用平面的測(cè)量軸相對(duì)于彼此的任何運(yùn)動(dòng)的速度。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過(guò)確定測(cè)量信號(hào)周期 中對(duì)應(yīng)事件的相差來(lái)確定所述輸入設(shè)備沿橫穿作用平面的測(cè)量軸相 對(duì)于所述對(duì)象(15)的距離和/或運(yùn)動(dòng)，其中所述事件的周期性優(yōu)選 地大于所述測(cè)量信號(hào)的上升和下降部分的周期性。
9. 一種光學(xué)模塊，用于執(zhí)行確定輸入設(shè)備和對(duì)象(15)沿橫穿 作用平面的測(cè)量軸相對(duì)于彼此的運(yùn)動(dòng)和/或距離的方法，該模塊包括 具有激光腔的激光設(shè)備(3);用于向所述激光設(shè)備提供已調(diào)制驅(qū)動(dòng) 電流并且使用從所述激光設(shè)備(3)的激光腔發(fā)射的測(cè)量激光束(13) 照射對(duì)象表面的裝置；檢測(cè)器裝置(4),用于生成代表激光腔操作 中的變化的測(cè)量信號(hào)，所述變化歸因于重新進(jìn)入所述激光腔的測(cè)量束 輻射和所述激光腔內(nèi)的光波的激光自混合干涉，并且代表了沿所述測(cè) 量軸的所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)和/或距離，而且所述測(cè)量信號(hào)在其每個(gè)周期中 都包括上升部分和下降部分，并在所述部分上疊加了具有偏移頻率的 波動(dòng)，該模塊還包括電子處理裝置(18)，用于通過(guò)對(duì)所述測(cè)量信號(hào) 的上升部分和下降部分的所述偏移頻率進(jìn)行求和來(lái)確定所述對(duì)象(15)和所述輸入設(shè)備沿所述測(cè)量軸相對(duì)于彼此的距離和/或運(yùn)動(dòng)， 并且生成代表所述距離和/或運(yùn)動(dòng)的電信號(hào)。
10. 如權(quán)利要求9所述的模塊，包括兩個(gè)激光設(shè)備(3、 15), 用于生成照射所述對(duì)象(15 )用的兩個(gè)相應(yīng)測(cè)量束(13、 17);檢測(cè) 器裝置(4、 6)，用于生成代表激光腔操作中的變化的兩個(gè)相應(yīng)測(cè)量 信號(hào)，所述變化歸因于重新進(jìn)入所述激光腔的測(cè)量束輻射和所述激光 腔中的光波的干涉，并且代表了所述輸入設(shè)備沿所述作用平面中的兩 個(gè)相應(yīng)測(cè)量軸相對(duì)于所述對(duì)象(15 )的運(yùn)動(dòng)，每個(gè)所述測(cè)量信號(hào)在其每個(gè)周期中都包括上升部分和下降部分，而且在所述部分上疊加了具 有偏移頻率的波動(dòng)，該模塊還包括電子處理裝置(18、 19),用于通 過(guò)對(duì)每個(gè)測(cè)量信號(hào)的上升部分和下降部分的所述偏移頻率進(jìn)行求和來(lái)確定所述對(duì)象(15 )和所述輸入設(shè)備沿橫穿所述作用平面的測(cè)量軸 相對(duì)于彼此的距離和/或運(yùn)動(dòng)，并且生成代表所述距離和/或運(yùn)動(dòng)的電信號(hào)。.11. 如權(quán)利要求9所述的光學(xué)模塊，其中如果所述已調(diào)制驅(qū)動(dòng)電 流的頻率超過(guò)上限或者低于下限，那么借助于所述測(cè)量信號(hào)中對(duì)應(yīng)事 件之間的相差來(lái)確定所述對(duì)象(15 )和所述輸入設(shè)備沿所述測(cè)量軸相 對(duì)于4皮此的距離和/或運(yùn)動(dòng)。..12. —種包括如權(quán)利要求8所述的光學(xué)模塊的輸入設(shè)備。權(quán)利要求(無(wú)參考符號(hào))1. 一種確定輸入設(shè)備和對(duì)象沿橫穿作用平面的測(cè)量軸相對(duì)于彼 此的運(yùn)動(dòng)和/或距離的方法，該方法包括步驟向激光設(shè)備提供已調(diào) 制的驅(qū)動(dòng)電流并且使用從所述激光設(shè)備的激光腔發(fā)射的測(cè)量激光束 照射對(duì)象表面；生成代表激光腔操作中的變化的測(cè)量信號(hào)，所述變化 歸因于重新進(jìn)入所述激光腔的測(cè)量束輻射和所述激光腔中的光波的激光自混合千涉，并且代表了沿所述測(cè)量軸的運(yùn)動(dòng)，而且所述測(cè)量信 號(hào)在其每個(gè)周期中都包括上升部分和下降部分，在所述部分上疊加了具有偏移頻率的波動(dòng)，該方法還包括通過(guò)對(duì)所述測(cè)量信號(hào)的上升部 分和下降部分的所述偏移頻率進(jìn)行求和來(lái)確定所述對(duì)象和所述輸入設(shè)備沿所述測(cè)量軸相對(duì)于彼此的距離和/或運(yùn)動(dòng)，并生成代表所述距 離和/或運(yùn)動(dòng)的電信號(hào)。2. 如權(quán)利要求l所述的方法，包括根據(jù)對(duì)所述測(cè)量信號(hào)的上升 和下降部分的所述偏移頻率的求和結(jié)果來(lái)確定所述輸入設(shè)備是否與所述作用平面相距一定距離，如果不是，則使用所述測(cè)量信號(hào)的參數(shù) 來(lái)測(cè)量所述輸入設(shè)備和對(duì)象沿所述作用平面中的測(cè)量軸相對(duì)于彼此 的運(yùn)動(dòng)速度和/或方向。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述對(duì)象和輸入設(shè)備沿所述作用平面中的測(cè)量軸相對(duì)于彼此的運(yùn)動(dòng)速度和/或方向是通過(guò)確定測(cè) 量信號(hào)的各自上升和下降斜坡上的偏移頻率之差來(lái)確定的，其中該結(jié)果的值代表了運(yùn)動(dòng)速度，而且該結(jié)果的符號(hào)代表了運(yùn)動(dòng)方向。4. 如;K利要求3所述的方法，其中以已知的時(shí)間間隔測(cè)量所述 對(duì)象距離所述作用平面的距離，以便確定所述對(duì)象和輸入設(shè)備沿橫穿所述作用平面的測(cè)量軸相對(duì)于彼此的運(yùn)動(dòng)速度，并且從而補(bǔ)償其對(duì)沿 所述作用平面中的所述測(cè)量軸的所述運(yùn)動(dòng)速度和/或方向的確定的貢獻(xiàn)。5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中根據(jù)所述測(cè)量信號(hào)的上升和 下降部分各自的偏移頻率之和來(lái)獲得與所述激光設(shè)備和所述對(duì)象之 間沿所述橫穿作用平面的測(cè)量軸的絕對(duì)距離有關(guān)的數(shù)據(jù)。6. 如權(quán)利要求1所述的方法，包括監(jiān)視所述測(cè)量信號(hào)的各自上 升和下降斜坡的所述偏移頻率之和，并且根據(jù)其中的任何變化來(lái)確定所述對(duì)象和所述輸入設(shè)備之間沿橫穿作用平面的測(cè)量軸的相對(duì)距離 中的變化。7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中與預(yù)定時(shí)間間隔相關(guān)地來(lái)確 定和監(jiān)視所述偏移頻率的所述和中的任何變化，以便確定對(duì)象和輸入 設(shè)備沿橫穿作用平面的測(cè)量軸相對(duì)于彼此的任何運(yùn)動(dòng)的速度。8. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過(guò)確定測(cè)量信號(hào)周期 中對(duì)應(yīng)事件的相差來(lái)確定所述輸入設(shè)備沿橫穿作用平面的測(cè)量軸相對(duì)于所述對(duì)象的距離和/或運(yùn)動(dòng)，其中所迷事件的周期性優(yōu)選地大于 所述測(cè)量信號(hào)的上升和下降部分的周期性。9. 一種光學(xué)模塊，用于執(zhí)行確定輸入設(shè)備和對(duì)象沿橫穿作用平 面的測(cè)量軸相對(duì)于彼此的運(yùn)動(dòng)和/或距離的方法，該模塊包括具有 激光腔的激光設(shè)備；用于向所述激光設(shè)備提供已調(diào)制驅(qū)動(dòng)電流并且使 用從所述激光設(shè)備的激光腔發(fā)射的測(cè)量激光束照射對(duì)象表面的裝置； 檢測(cè)器裝置，用于生成代表激光腔操作中的變化的測(cè)量信號(hào)，所述變 化歸因于重新進(jìn)入所述激光腔的測(cè)量束輻射和所述激光腔內(nèi)的光波 的激光自混合干涉，并且代表了沿所述測(cè)量軸的所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)和/或 距離，而且所述測(cè)量信號(hào)在其每個(gè)周期中都包括上升部分和下降部 分，并在所述部分上疊加了具有偏移頻率的波動(dòng)，該模塊還包括電子 處理裝置，用于通過(guò)對(duì)所述測(cè)量信號(hào)的上升部分和下降部分的所述偏 移頻率進(jìn)行求和來(lái)確定所述對(duì)象和所述輸入設(shè)備沿所述測(cè)量軸相對(duì) 于彼此的距離和/或運(yùn)動(dòng)，并且生成代表所述距離和/或運(yùn)動(dòng)的電信弓一10. 如權(quán)利要求9所述的模塊，包括兩個(gè)激光設(shè)備，用于生成 照射所述對(duì)象用的兩個(gè)相應(yīng)測(cè)量束；檢測(cè)器裝置，用于生成代表激光腔操作中的變化的兩個(gè)相應(yīng)測(cè)量信號(hào)，所述變化歸因于重新進(jìn)入所述 激光腔的測(cè)量束輻射和所述激光腔中的光波的干涉，并且代表了所述 輸入設(shè)備沿所述作用平面中的兩個(gè)相應(yīng)測(cè)量軸相對(duì)于所述對(duì)象的運(yùn) 動(dòng)，每個(gè)所述測(cè)量信號(hào)在其每個(gè)周期中都包括上升部分和下降部分， 而且在所述部分上疊加了具有偏移頻率的波動(dòng)，該模塊還包括電子處 理裝置，用于通過(guò)對(duì)每個(gè)測(cè)量信號(hào)的上升部分和下降部分的所述偏移 頻率進(jìn)行求和來(lái)確定所述對(duì)象和所述輸入設(shè)備沿橫穿所述作用平面 的測(cè)量軸相對(duì)于彼此的距離和/或運(yùn)動(dòng)，并且生成代表所述距離和/ 或運(yùn)動(dòng)的電信號(hào)。
11. 如權(quán)利要求9所述的光學(xué)模塊，其中如果所述已調(diào)制驅(qū)動(dòng)電 流的頻率超過(guò)上限或者低于下限，那么借助于所述測(cè)量信號(hào)中對(duì)應(yīng)事 件之間的相差來(lái)確定所述對(duì)象和所述輸入設(shè)備沿所述測(cè)量軸相對(duì)于 彼此的距離和/或運(yùn)動(dòng)。
12. —種包括如權(quán)利要求8所述的光學(xué)模塊的輸入設(shè)備。
全文摘要
一種用于測(cè)量對(duì)象(15)和傳感器單元之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的光學(xué)輸入設(shè)備，包括具有用于發(fā)射測(cè)量束(13、17)的激光腔的激光設(shè)備(3、5)；對(duì)應(yīng)的輻射敏感檢測(cè)器(4、6)，用于生成測(cè)量信號(hào)，其代表作為重新進(jìn)入激光腔的測(cè)量束輻射的結(jié)果而導(dǎo)致的激光設(shè)備(3、5)操作中的變化。提供了傳感器單元用于測(cè)量沿作用平面中的每個(gè)測(cè)量軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從一個(gè)或每個(gè)傳感器單元結(jié)果得到的測(cè)量信號(hào)用于通過(guò)對(duì)測(cè)量信號(hào)的上升和下降斜坡的偏移頻率進(jìn)行求和來(lái)確定輸入設(shè)備和對(duì)象(15)沿橫穿作用平面的測(cè)量軸相對(duì)于彼此的距離和/或運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)G06F3/0354GK101305337SQ200680031842
公開(kāi)日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2006年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月30日
發(fā)明者A·斯特克, C·海因克斯, M·謝曼, R·多弗 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司