专利名称：用于测量手指运动的光学输入设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量手指沿着至少一个测量轴运动的光学输入设备，所述设备包括一个被提供有透明窗并且容纳至少一个用于产生测量束的激光器的模块、用于将测量束会聚在动作平面上的光学装置以及用于将由手指所反射的测量束辐射转换成电信号的转换装置，所述电信号表示沿着所述测量轴的运动。
本发明还涉及包括这种光学输入设备的装置。
动作平面被理解成表示其中测量束与手指相遇的平面，且其被手指的运动所影响。在大多数情况下，动作平面将是通过窗顶部的平面，但是它也可能是靠近这个窗的平面。
所定义的光学输入设备例如从欧洲专利申请EP-A 0 942 285中可知。这个文件描述了一个光学鼠标，所述鼠标被用在计算机配置中以沿着计算机屏幕或监视器移动光标，例如来选择所显示菜单的功能。象传统的机械式鼠标一样，目前这种光学鼠标靠手沿着鼠标垫移动。在EP-A 0 942 285中还推荐使用作为“反转的”光学鼠标的输入设备。于是这个输入设备是固定式的并且例如被制作在台式或笔记本式或掌上电脑的键盘中，且人的手指沿着所述光学设备外壳内的透明窗移动。在后一情况下，输入设备可能被制作成很小，因为用于测量手指运动的光学模块可以被制作得很小。事实上，输入设备被缩小到光学测量模块。这开创了输入设备新应用的方法。例如，输入功能可以被制作在移动电话中用来在菜单上选择功能并且用于访问因特网页，在电视机的遥控设备中或在虚拟笔中用于同样目的。EP-A 0 942 285的光学测量设备包括一个平面窗。这个平面窗在实际采用手指控制的输入设备时将带来问题。
本发明的一个目的是解决这些问题并且提供一个用户友好的手指控制的光学输入设备，所述输入设备也非常适合于在非理想环境下使用。
这个光学输入设备的特征在于在窗顶部的动作平面内在至少两个相互垂直的方向之一上，窗的上表面为凸面。
本发明基于这样的认识，即把手指放在平面窗上将成为问题，因为使用者应该使其眼睛保持盯在显示器上，因此他不能看到其中窗被嵌入的表面。此外，在差的光线环境下，眼睛将几乎辨识不出窗子。另一个认识是灰尘和污物颗粒可能聚集在窗上，尤其是在测量束应该通过的中心部位。灰尘和污物将对测量束有影响，因而将影响测量结果并且在最坏的情况下使测量无法进行。如果根据本发明窗至少在一个方向上具有凸面表面形状，则它可以保持干净，尤其在测量束通过的中心部位。此外，所述窗现在是有形的，这样它可以由手指本身所发现，同样在黑暗中也是如此。
光学输入设备的第一实施例的特征在于在所述的两个方向上窗为凸面。
所述两维凸面表面不仅相似于一个常规的透镜表面，而且窗表面还可以具备透镜功能。
光学输入设备的一个实施例的特征在于在方向之一上窗为凸面且在另一方向上为凹面，其中所述的实施例是考虑了窗的能力后所优选的。
现在可以安排成其中窗表面为凸面的方向或其中这个表面为凹面的方向，此后称凸面和凹面方向，平行于测量轴。使用者因而知道在哪个方向上手指应该移动以触发一个给定的功能，例如滚动一个菜单或一个文件。
光学输入设备的另一个特征在于窗上表面的反射率接近于水的反射率。
这个特点允许减小在窗表面上的划痕影响，所述划痕影响可能因在非理想环境下的磨损及连续使用所引起。人的手指渗出主要包括水的一种物质，并且如果手指放在窗表面，则所述水充满存在于表面的划痕上。表面材料的反射率越接近水的反射率，则对划痕测量束的影响将越小。
减少划痕及残余灰尘和污物颗粒对测量束影响的另一可能性在输入设备的实施例中得以实现，所述实施例的特征在于测量束被聚焦在远离窗上表面的一个平面上。因为测量束被聚焦在窗表面的下面或上面，所以在这个表面位置处该束的横断面比灰尘或污物颗粒的尺寸相对大，这样这个颗粒可能对束具有非常小的影响。
本发明可以用在任何具有透明窗的手指控制的光学输入设备中，如在EP-A 0 942 285中所公开的“反转的”光学鼠标上。在这个设备中，零差或外差探测被采用。使用衍射光栅，这个光栅被布置在靠近模块窗。所述光栅将一部分测量束辐射，优选为被衍射的辐射的第一级之一反射到一个探测器，所述探测器也接收由手指所反射及散射的一部分辐射。由光栅以一级所衍射的激光辐射被表示为一个本机振荡器束，并且所述探测器利用这个本机振荡器束相干地探测出来自手指的辐射。所述本机振荡器与由触及到探测器的手指所反射的辐射之间的干涉引起来自探测器的拍信号，所述信号由手指在其自己平面的相对运动所决定。除了光栅以外，EP-A 0 942 285的光学测量模块还包括在探测器前的准直透镜、聚焦透镜和针孔光阑，这些元件应该被非常精确地对准。这使制造复杂化并且增加了旨在成为大量消费产品的模块的成本。
如上所述的光学输入设备的一个优选实施例是基于另一个测量原理，其包括较少的部件，更紧凑且更容易制造。这个光学输入设备的特征在于转换装置由激光腔及用于测量激光腔工作的变化的测量装置的组合所组成，其是因重新进入激光腔的反射测量束辐射与在这个空穴中的光波之间的干涉所引起，并且其由手指和输入设备的相对运动来表示。
这个光学输入设备采用二极管激光器中所谓的自混合效应。它是这样的一个现象，即由二极管激光器所发射的辐射与重新进入二极管激光器的辐射导致激光器增益的变化，从而导致由激光器所发射的辐射的变化。手指与输入设备彼此相对运动，因而运动方向在激光束方向上具有一个分量。当手指和输入设备运动时，因为多普勒效应，由物体所散射的辐射获得一个与照亮所述物体的辐射频率不同的频率。部分散射光由把照明束聚焦到手指上的相同透镜聚焦到二极管激光器上。因为一些散射辐射通过激光反射镜进入到激光腔，所以光的干涉发生在激光器内。这带来激光器与所发射辐射的特性的基本变化。因自耦效应导致发生变化的参数是激光辐射的功率、频率及线宽度以及激光器阈值增益。激光腔内干涉的结果是这些参数随等于两个辐射频率之差的频率而波动。这个差值与手指的速度成比例。因此手指的速度以及通过将时间积分得到的手指位移可以通过测量所述参数之一的值被确定。这个方法可以仅利用几个简单的部件而完成，而不需要对这些部件进行精确的对中。
采用自混合效应来测量物体(或一般说来固体和液体)的速度本身是公知的。通过实例，参见在Applied Optics，Vol.27，No.2，15January 1998，pages 379-385(1998年1月15日“应用光学”第27卷第2期)中的文章“Small laser Doppler velocimeter basedon the self-mixing effect in a diode laser”(“在二极管激光器中基于自混合效应的小激光器多普勒速度计”)，以及在AppliedOptics，Vol.31，No.8，20 June 1992，pages 3401-3408(1992年6月20日“应用光学”第31卷第8期)中的文章“Laser Dopplervelocimeter based on the self-mixing effect in a fibre-coupledsemiconductor lasertheory”(在光纤耦合的半导体激光器中基于自混合效应的激光器多普勒速度计理论)。然而，至今为止，还一直没有建议在如上所限定的手指控制的输入设备中使用自混合效应。这个新应用是基于这样的认识采用自耦效应的测量模决可以被做得很小且便宜，以致于它可以被简便地安装而不需要现有设备和装置更多额外的成本。
允许测量运动并且确定所述运动方向的光学输入设备一个实施例的特征在于它包括用于确定信号形状的电子装置，所述信号表示二极管激光器腔工作的变化。
这个信号是一个非对称的信号且向前运动的非对称性不同于向后运动的非对称性。
针对难以确定所述自混合信号非对称性的应用，可以采用光学输入设备的另一个实施例。这个实施例的特征在于它包括用于向二极管激光器周期性地供应变化电流的激光器驱动装置和用于将第一和第二测量信号彼此相比较的电子装置，所述的第一和第二测量信号分别在第一半周期和第二半周期交替期间产生。
随着温度的增加，因而随着通过二极管激光器电流的增加，由二极管激光器所发射的辐射波长增加，因此这个辐射的频率减小。通过二极管激光器周期性变化的电流与来自物体重新进入激光器腔的辐射相结合，导致每半个周期的大量辐射脉冲，固而导致在测量信号中对应数量的脉冲。如果没有输入设备和物体的相对运动，则信号脉冲数量在每半个周期内是相同的。如果设备和物体相对彼此运动，则取决于运动的方向，在一个半周期内脉冲的数量大于或小于在下半个周期内脉冲的数量。通过比较在一个半周期内测量的信号与在下半个周期内测量的信号，不仅运动的速度而且运动的方向可以被确定。
光学输入设备可能包括用于确定激光器腔工作的变化的不同测量装置。
光学输入设备的第一实施例的特征在于所述测量装置是用于测量激光器腔阻抗变化的装置。
光学输入设备的一个优选实施例的特征在于所述测量装置是一个用于测量由激光器所发射辐射的辐射探测器。
所述辐射探测器可能被这样布置，以便于它接收测量束的部分辐射。
然而光学输入设备的这个实施例其优选的特征在于辐射探测器被布置在激光器腔的侧面，与发射出测量束的侧面相对。
总体上，在二极管激光器后侧提供有监视二极管。通常，这种监视二极管被用来稳定在二极管激光器前侧处所发射的激光束强度。根据本发明，所述监视二极管被用来探测激光器腔的变化，所述变化是由重新进入激光器腔的测量束的辐射而产生。
测量轴的数量和这些轴的方向由光学输入设备所执行的功能来确定。
用于测量手指沿着在动作平面上的测量轴或在垂直于动作平面的测量轴上运动的光学输入设备的一个实施例的特征在于它包括一个二极管激光器和一个探测器。
用于确定手指沿着在动作平面上的测量轴运动以及沿着在基本上垂直于动作平面上的测量轴运动的实施例的特征在于它包括至少两个二极管和至少一个探测器。
用于测量沿着在动作平面上的第一和第二测量轴的手指运动的光学输入设备的实施例的特征在于它包括两个二极管激光器和至少一个探测器。
用于沿着在动作平面上的第一和第二测量轴及在基本垂直于动作平面上的第三测量轴的手指运动的光学输入设备实施例的特征在于它包括三个二极管激光器和至少一个探测器。
光学输入设备的实施例允许确定滚动动作和点击动作。滚动动作被理解为意味着光标通过菜单表从上至下或从下至上的运动。这种运动可以通过在一给定方向移动手指通过输入设备窗而实现。点击被理解为意味着激活由光标所点的菜单。点击可以通过在垂直于动作平面的方向上手指的单一运动而实现。这个实施例的特征在于它包括用于确定手指沿着在动作平面的第一测量轴和基本上垂直于动作平面的第二测量轴运动的至少一个探测器和两个二极管激光器。
另外，用于确定滚动动作和点击动作的实施例的特征在于它包括用于确定手指沿着第一和第二测量轴运动的至少一个探测器和两个二极管激光器，其中所述轴相对于动作平面的法线处于相反角。
具有一个或两个测量轴的输入设备也可能被用于执行除确定滚动动作和/或点击动作以外的其它测量。
正如后面将要解释的那样，这个设备和利用两个或更多测量束的其它设备可以被提供有用于每个测量束的单独探测器。然而，如果采用分时的话，则也可能所有的测量束使用一个且同一探测器。
就结构方面，输入设备可能具有几个实施例。第一实施例的特征在于一方面光学装置包括一个被布置在所述至少一个二极管激光器与相关探测器之间的透镜，且在另一方面包括一个动作平面，所述至少一个二极管激光器相对于透镜被偏心放置。
所述透镜可能是一个旋转对称的透镜或可能具有另一形状。由于二极管相对于透镜元件的偏心位置，可能确保测量束以一个锐角入射在设备窗上，以便于这个束沿着相关的测量轴具有一个分量。便于下面的解释，引入术语光轴，所述的光轴被理解成意味着透镜或模块的对称轴，所述轴垂直于模块窗。
包括这种透镜和两个二极管激光器的光学输入设备的实施例进一步的特征在于二极管激光器被这样布置，以便于从它们的中心到透镜光轴的线彼此之间相对处在基本为90°的角上。
包括三个二极管激光器的这种实施例可能的特征在于二极管激光器被这样布置，以便于从它们的中心到透镜光轴的线彼此之间相对处在基本为120°的角上。
在所述光学输入设备中，可以采用VCSEL(垂直腔表面发射激光器)类型的二极管激光器。这种激光器在垂直方向上发射辐射，这使得它适用于本发明。然而，目前这种激光器相当昂贵，所以它不适合于消费者大众化产品。
为此，优先选择这样的输入设备，即其特征在于每个二极管激光器为一个水平发射激光器且对于每个二极管激光器所述设备包括一个反射构件，所述反射构件将来自相关二极管激光器的束反射到一个动作平面。
水平发射二极管激光器是最常用的激光器，并且比VCSEL要便宜得多。设备被装备有一个反射构件仅给这个设备增添很少的成本。
可以相对容易且低成本制造出的输入设备的一个实施例的特征在于它由下述组成一个其上安装有至少一个二极管激光器和相关探测器的底板；一个被固定到所述底板上并且包括所述窗的盖构件以及被容纳在所述盖构件内的透镜。
这个实施例仅由三部分组成，所述三部分可能方便地被组装且没有严格的对中要求。
甚至更容易被制造出来的输入设备的一个实施例的特征在于所述透镜被集成在具有内部表面的所述盖构件中，所述内部表面弯曲向所述底板。
这个实施例仅由两部分组成。
优选地这些实施例进一步的特征在于所述底板、盖构件及透镜由塑料材料组成。
由这种材料组成的部件可能便宜且重量轻，因而适合做消费产品。仅是透镜或窗的材料应该是透明的且具有一些光学质量。
不带透镜的另一实施例的特征在于每个二极管激光器被耦合到单独光导的入口侧，所述光导的出口侧被放置在设备的窗处。
在这个实施例中，照明束的辐射正好与其环境相隔离，以便于沿着不同轴的运动之间的串扰被消除或被强有力地降低。
优选地这个实施例的特征在于光导是光纤。
光纤是柔性的，具有小的横断面且表现出每个长度单位小的衰减，因而允许将窗的位置布置在离二极管激光器和探测器较远的距离处。
所述输入设备可以被用在不同的应用中，正如权利要求27-31所限定的那样，用于台式计算机的鼠标、用于台式或膝上型计算机的键盘、用于不同装置的遥控单元、用于移动电话等。
通过非限定性的实例、参考此后所说明的实施例，本发明的这些及其它方面是显而易见的并且将要加以阐述。
图1示出具有平面窗的光学输入设备的一部分；图2示出用于这样设备的根据本发明的窗的第一实施例；图3示出根据本发明的窗的第二实施例；图4示出其中本发明被实施的第一公知的输入设备；图5a以横断面形式示出其中被最新提议的第二输入设备的第一实施例，在所述输入设备中本发明被实施；图5b示出这个设备的顶视图；图6举例说明所述输入设备测量方法的原理；图7示出作为设备和手指彼此相对运动函数的光学频率变化和激光器腔增益的变化；图8举例说明测量这种变化的方法；图9示出作为带有光学反馈的激光器的温度函数的激光器波长的变化；图10示出激光器使用周期性变化的驱动电流的效应；图11举例说明运动方向如何被探测出；图12示出具有三个测量轴的输入设备的图形；图13a和13b示出第二输入设备的第二实施例；图14示出这个设备的第三实施例；图15a和15b示出这个设备的第四实施例；图16示出装备有所述输入设备的移动电话；图17示出装备有所述输入设备的无绳电话；图18示出装备有所述输入设备的电视机；图19示出装备有所述输入设备的膝上型计算机；图20示出装备有所述输入设备的台式计算机；图21和22示出用于滚动和点击的所述输入设备的第一实施例，以及图23示出这种设备的第二实施例。
图1示出手指控制的光学输入设备ID一部分的垂直横断面，所述光学输入设备包括具有平上表面FUS的窗W。所述窗被固定在窗支架WH上，所述支架构成该设备或模决外壳的一部分。还示出使用者的手指UF，其在由DOM所表示的箭头方向上沿着窗移动。该设备的光学部件在图1中未示出，但是在表示该输入设备内部设计的不同实施例的图4及随后的图中被示出。正如由物质PM所表示，污物、灰尘颗粒和油脂可能聚积在平坦窗上，其同样可能聚积在来自该设备的测量束及由手指所反射的辐射应该通过的窗的中心部分C上。颗粒及油脂的质量将以不可控制的方式吸收并散射辐射，这样由该设备所执行的测量将受质量M影响。在最糟糕的情况下，这个质量将吸收所有的测量辐射，以致于根本不可能进行测量。
根据本发明，如图2所示，通过将平坦上表面由凸面上表面CUF来取代，这个问题被消除。现在，通过手指的动作，可能沉淀在窗表面上的颗粒及油脂将从中心部分被去掉，且在有利的条件下从整个表面上被去掉。所述窗将保持干净因而将显示出足够的透射及足够低的散射程度。通过简单的方法新问题被以非常高效的方式解决。
所述表面在垂直于图2中图纸平面的方向上也可能是凸面。具有这种两维凸性的窗类似一个规则的例如平-凸透镜。当设计该输入设备时这可以被加以考虑，以便于这个窗可以被赋予透镜的功能，所述功能允许减小输入设备部件的数量。另外，所述窗可能完成另一功能。这在图3中被举例说明，在所述图的上部示出窗的顶视图且在其左下部示出沿线A-A′的横断面及在其右下部示出沿线B-B′的横断面。在方向A-A′上所述窗为凹面(CWS′)且在方向B-B′上为凸面(CWS)。窗的方向可以被耦合到手指的X和Y移动中，因此耦合到例如光标在显示器上的水平和垂直移动中。这样所述窗提供一个方向指示。因为所述窗在一个方向上仍然是凸面，所以油脂和污物颗粒将远离其中心部分。
如图2和图3所示，优选地测量BM不是被聚焦(即具有其最小的横断面)在通过窗上表面的平面上，而是被聚焦在这个表面上面的平面上。在窗的平面上，测量束的横断面足够大以致于可以防止窗表面上的不规则性如划痕基本上对束的干扰。
通过适当选择窗的材料，这种划痕的影响也可以被减小到一个可以接受的水平。人的手指分泌出主要由水组成的物质。如果在窗的上表面上存在划痕，则水将充满划痕。窗材料的折射率越接近水的折射率，则越少的划痕将被束“看到”，即越少的束将受划痕的影响。如果采用这一解决划痕的可能性，则因为水的折射率低，所以优选地窗的材料为具有最低折射率的玻璃。
本发明可能被用于任何具有借此测量束通过的透明窗的光学输入设备中。这种设备的一个实例即一个“反转的”计算机鼠标ICM被示于图4，其主要是图5a的EP-A 0 942 285的一个拷贝，且其由此不同的是窗表面是凸面而不是平的。所述设备包括至少在衍射光栅上的一个光学“芯片”OC一个二极管激光器及一个探测器。芯片OC被安装在外壳HO内且通过窗W来观察手指尖。来自芯片OC的输入和输出引线被连接到印刷电路板PCB上，在此印刷电路板上安装有电子电路EC。安装在此板PCB上的还有开关SWI，如传统计算机鼠标一样，所述开关由按钮PB来启动。传统地，所述设备或鼠标ICM经由电缆CA被连接到计算机上。在这个设备中，采用零差或外差探测的原理。被接近窗W布置的衍射光栅将测量束的部分反射到探测器，所述部分被用做局部振荡器束。这个束与由手指所反射到达探测器的辐射之间的干涉产生一个来自探测器的拍信号，所述信号由手指的运动来确定。这一测量方法的详情参考EP-A 0 942 285。
除了至少一个光栅以外，光学芯片或模块OC还包括应该被非常精确地对中的一个准直透镜、一个聚焦透镜和一个在探测器前面的针孔光阑。正如目前由应用者所提议，在光学输入设备中的部件数量可能被减少，且通过在这个设备中采用二极管激光器自混合的原理其制造被简化。
图5a是采用此原理的光学输入设备的一个图示横断面。所述设备在其较低侧包括一个底板，所述底板是一个或多个二极管激光器和一个或多个探测器的支持物，在这个实施例中二极管激光器是VCSEL类型的激光器而探测器例如是光电二极管。在图5a中，仅有一个二极管激光器3和与其相关的光电二极管4可见，但是如该装置顶视图-图5b所示，通常在底板上至少提供有第二二极管激光器5和其相关的探测器6。所述二极管激光器3和5分别发射激光或测量束13和17。在其上侧，该设备被提供有一个透明窗，人的手指将在此透明窗上移动。一个透镜10，例如为平-凸透镜被布置在二极管激光器和所述窗之间。该透镜将激光束13和17聚焦到或接近透明窗的上侧。如果手指处在此位置，则其将束13散射。束13的部分辐射在照明束13的方向上被散射，且这部分将由在二极管激光器3的发射表面上的透镜10来聚敛，并重新进入到这个激光器的腔中。正如随后所说明的那样，返回到腔的辐射在这个腔中变化，这格外导致由二极管激光器所发射的激光辐射强度的变化。这个变化可以由将辐射变化转换成一个电信号的光电二极管4和用于处理此信号的电子电路18来探测。照明束17也被聚焦在该物体上，从而被散射并且部分被散射的辐射重新进入二极管激光器5的腔中。在图5a和5b中示出的用于光电二极管6的信号的电路18和19仅具有照明目的，且可以或多或少为传统形式。如图5b所示，这个电路被互连。
当采用水平发射二极管激光器和布置在激光器后部小平面上的监视光电二极管时，图6举例说明输入设备及自混合效应的原理。在这个图中，二极管激光器例如二极管激光器3被示意性地分别由其腔20及其前和后小平面或激光反射镜21和22来表示。腔具有长度L。其运动将得到测量的手指由参考数字15来表示。这个手指和前部小平面之间的空间构成一个具有长度L0的外部腔。通过前部小平面发射的激光束由参考数字25来表示且在前部小平面方向上由手指所反射的辐射由参考数字26来表示。在所示激光腔中产生的部分辐射通过后部小平面，且被光电二极管4所捕获。
如果手指15在照明束13的方向上移动，则被反射的辐射26经历一个多普勒偏移。这意味着这个辐射的频率发生变化或者出现频率偏移。这个频率偏移取决于手指移动的速度且处于几kHz至MHz的数量级。重新进入腔的频率偏移辐射与光波或在腔内产生的辐射相干涉，即在腔内出现自混合效应。取决于光波与重新进入腔的辐射之间的相移量，这个干涉将是相长的或相消的，即激光辐射的强度周期性地增加或减少。以这种方式产生的激光辐射调制频率正好等于腔内光波的频率与重新进入腔的多普勒偏移辐射的频率之差。这个频率差处于几kHz至MHz的数量级，因而容易探测。自混合效应与多普勒偏移的组合引起激光腔性能的变化；尤其是其增益或光放大率发生变化。
这在图7中被举例说明。在此图中，曲线31和32分别表示作为手指15和前反射镜21之间距离L0函数的所发射激光辐射频率v的变化及二极管激光器增益g的变化。v、g及L0均为任意单位。因为距离L0的变化是手指运动的结果，所以图3的横坐标在时间轴上可以重定比例，这样增益将被画成时间的函数。作为手指速度υ的函数的增益变化Δg由下述方程式给出Δg=-KL.cos.{4π.υ.v.tc+4π.L0.tc}]]>在这个方程式中，K是到外部腔的耦合系数；它表示被耦合出激光腔的辐射量；v是激光辐射的频率；υ是在测量束方向上手指的速度；t是时刻；以及c是光速。
该方程式可以从前述所提到的两篇文章中所公开的自混合效应中导出。如在图6中箭头16所示，物体表面在其自己的表面上移动。因为多普勒效应仅针对在束方向上的物体移动而出现，所以这个运动16应该是这样的，即它在这个方向上具有分量16′。因此，有可能在XZ平面上测量此运动，即图6图纸的平面，其运动可以被称为X运动。图6示出相对于系统其它部分具有倾斜位置的物体表面。在实际中，通常测量束是一个倾斜束且将在XY平面发生物体表面的运动。Y方向垂直于图6的图纸平面。在这个方向的运动可以由第二测量束来测量，所述第二测量束由第二二极管激光器来发射，且其散射光将由与第二二极管激光器相关的光电二极管来捕获。如图5a所示，通过将二极管激光器相对于透镜10离心布置，获得倾斜照明束。
通过监视二极管测量后激光小平面处的辐射强度，测量由手指运动所引起的激光腔增益变化是最简单从而是最有吸引力的方法。传统地，这个光电二极管被用来将激光辐射保持恒定，但是现在它也用于测量手指的运动。
测量增益变化从而测量手指运动的另一方法利用这样的一个事实，即激光辐射强度与激光结的导带中的电子数目成比例。这个数目反过来与结的电阻成反比。通过测量这个电阻，可以确定手指的运动。在图8中举例说明了这个测量方法的实施例。在此图中，二极管激光器的有源层由参考数字35表示且用于向这个激光器供电的电流源由参考数字36表示。二极管激光器上的电压经由电容器38被供给到电子电路40。被通过激光器的电流所规一化的这个电压与激光腔的电阻或阻抗成比例。与二极管激光器串联的电感37构成了二极管激光器上的信号的高阻抗。
除了运动量之外，还必须探测出运动方向，其中所述的运动量即为手指移动过的距离，所述距离可以通过将所测量的速度相对于时间求积分而测量。这意味着必须确定出手指是沿着运动轴向前运动还是向后运动。通过确定由自效应带来的信号的形状，可以探测出所述运动方向。如图7中的图形32所示，这个信号是一个非对称信号。这个图形32代表手指15正移动向激光器的情形。上升斜坡32′比下降斜坡32″陡。正如在Applied Optics，Vol.31，No.8，20 June 1992，pages3401-3408(1992年6月20日的“应用光学”第31卷、第8期的第3401-3408页)中提及文章所说明，对于远离激光器物体的运动，非对称性被颠倒，即下降斜坡比上升斜坡陡。通过确定自混合信号的非对称性，可以断定手指的运动方向。在某些情况下，例如对于较小的手指反射率或手指与二极管激光器之间较长的距离，确定自混合信号的形状或非对称性可能是困难的。
在另一个优选的确定运动方向的方法中，使用是基于这样的事实，即激光辐射的波长λ取决于二极管激光器的温度从而取决于通过二极管激光器的电流。如果例如所述二极管激光器的温度升高，则激光腔的长度增加且被放大辐射的波长增加。图9的曲线45示出取决于所发射辐射波长λ的温度(Td)。在此图中，水平轴Td和垂直轴λ为任意单位。
如图10所示，如果由图形50所表示的周期性驱动电流Id被供给到二极管激光器，则如图形52所示，二极管激光器的温度Td周期性地上升和下降。这在激光腔内引起一个驻波，此驻波具有周期性变化的频率，从而具有相对于由物体所反射且以一定延时重新进入腔的辐射而连续变化的相移。在驱动电流的每半个周期内，现在具有连贯的时间段，其中取决于腔内波与重新进入腔的反射辐射的相位关系，二极管激光器增益较高或较低。如图10中的图形54所示，这导致所发射辐射的取决于时间的强度变化(I)。这个图形代表一个静止或非运动物体的情形。在第一半周期1/2p(a)中的脉冲数目等于在第二半周期1/2p(b)中的脉冲数目。
手指的运动引起重新进入激光腔的辐射的多普勒频移，即取决于运动方向，这个频率增加或减小。手指在一个方向-向前方向上的运动引起重新进入辐射波长的减小，而且在相反方向上的运动引起这个辐射波长的增加。在激光腔内光波的周期性频率调制效应是这样的，在多普勒频移具有与激光腔内的频率调制相同符号的情况下，重新进入腔的多普勒频移的辐射不同于这个辐射在所述频率调制与多普勒频移具有相反符号情况下的效应。如果这两个频率移位具有相同的符号，则波与重新进入辐射之间的相差以低速变化，并且激光辐射的结果的调制频率较低。如果所述两个频率移位具有相反的符号，则波与辐射之间的相差以较快速度变化，并且激光辐射的结果调制频率较高。在驱动激光电流的第一半周期1/2p(a)期间，所产生的激光辐射的波长增加。在向后移动手指的情况下，重新进入辐射的波长也增加，这样腔内的波频率与重新进入这个腔的辐射频率之差较低。因此在重新进入辐射的波长适合于所产生辐射的波长期间的时间段数目较不存在所发射激光辐射的电调制情况要小。这意味着如果手指在向后方向上运动，则在第一半周期内的脉冲数目小于如果没有应用调制情况下的脉冲数目。在其中激光温度和所产生辐射的波长减小的第二半周期1/2p(b)中，其中重新进入辐射的波长适合于所产生的辐射波长的时间段数目增加。因此，对于向后移动的手指，在第一半周期内的脉冲数目小于在第二半周期内的脉冲数目。这在图11中的图形58中加以举例说明，这个图形示出如果物体沿着向后方向移动所发射激光辐射的强度Ib。这个图形与图10中的图形54进行比较示出在第一半周期内的脉冲数目已经减少和在第二半周期内的脉冲数目已经增加。
从上述推理中很清楚的是如果手指在向前方向运动，其中因多普勒效应，由手指所散射且重新进入激光器腔的的辐射波长减小，在第一半周期1/2p(a)内的脉冲数目高于在第二半周期1/2p(b)内的脉冲数目。这可以通过比较图11中的图形56而得到验证，所述图形56表示在向前移动手指的情况下所发射辐射的强度If。在电子处理电路中，从第一半周期1/2p(a)期间所计数的光电二极管信号脉冲数目减去在第二半周期1/2p(b)期间所计数的光电二极管信号脉冲数目。如果所得信号为零，手指静止。如果所得的信号为正，则手指在向前方向上运动，且如果这个信号为负，则手指在向后方向上运动。脉冲的所得到的数目分别与在向前和向后方向上的运动速度成比例。
在某些情况下，例如如果激光与手指之间的光程相对小且电调制的频率和振幅相对小时，而将被探测出的运动相对快时，可能出现由多普勒效应所产生的脉冲数目高于由电调制所产生的脉冲数目。在这样的情况下，通过比较在第一半周期期间的脉冲数目与在第二半周期期间的脉冲数目，仍可以探测出运动方向。然而，速度不再与这两个数目成比例。为了确定在这种情况下的速度，所述两个数目应该被平均，且从结果中应该减去一个常数值。由这种方法得到的数目是速度的一个量度。在本领域的技术人员可以轻易地设计一个电子电路来完成这个计算。
除了用在参考图9和10所述的实施例中的驱动电流Id为三角形形状以外，还可以采用另一形状的驱动电流如矩形形状。
如果通过测量二极管激光腔的阻抗变化而确定出增益变化，则如上述测量手指运动的速度及方向的方法也可以被采用。
所述测量方法仅要求小的多普勒移位，例如以波长的形式移位的数量级是1，5.10-16m，这相当于对于680nm的激光波长100kHz数量级的频率移位。
借助图5a和5b的输入设备，可以测量在一个平面上沿着两个垂直(X和Y)方向或测量轴的物体运动，所述输入设备包括在垂直取向上的两个二极管激光器及相关的光电二极管。向所述设备添加第三二极管激光器及相关的光电二极管保证该设备还能测量出沿着第三个Z方向或测量轴的运动。所述第三二极管激光器可以被布置在透镜10的光轴上，以便于第三照明束垂直入射到窗12和手指上，且在其它方向上没有分量。然后可以获得Z方向上的一个最佳测量信号。为了增加X和Y测量信号的可靠性和精确性，优选地三个二极管激光器被布置在一个圆周上且具有相互为120°的角距离。这个配置在图12中被示出，其中第三二极管激光器及第三光电二极管分别由参考数字7和8表示。如果光电二极管4、6和8的输出信号或阻抗测量信号分别由S4、S6和S8来表示，则沿着X、Y和Z测量轴的手指速度Vx、Vy和Vz可能分别被计算如下
Vx＝2S4-S6-S8Vy＝√3.(S8-S6)Vz＝1/√2.(S4+S6+S8)用于完成这个计算的电子电路包括加法和减法元件且相对容易执行。
用这种方法获得的在X和Y方向上运动的速度及通过将相对于运动时间积分而得到的运动距离更为可靠和精确，因为它们是将至少两个光电二极管的输入信号平均化的结果。运动误差或不希望的运动，如略微提起手指对光电二极管的输出信号具有相同的效果。因为通过从彼此中减去输出信号，沿着X和Y测量轴的运动被确定，所以所不希望的运动对X和Y测量信号的影响被消除。仅有通过添加第三光电二极管的输出信号而获得的Z测量信号Vz表示手指的上/下运动。
在其中利用人手指在Z方向与输入设备彼此相对运动来完成点击功能的应用中，它能够探测出这一运动的发生。没有必要精确地测量出手指的位移，这样Z测量可以相当粗略。甚至没有必要探测运动的方向。
几乎不必对结构或对相对于输入设备运动的手指反射率设置任何要求。已经证实一张空白纸与设备的相对运动也能够被容易地测量。
从光学观点看，光学模块的尺寸可以非常小。输入设备的大小主要由必须结合在所述设备中的电器件数量及简易的大规模制造这一方面所决定。在实际的实施例中，窗具有3至5平方毫米的大小。由于用于这个设备中的测量原理，所以其部件不需要精确地对中，这是在规模生产的一个极大优点。
在图5a和5b的实施例中，透镜10可以由玻璃或透明的塑料象聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)组成。这样的透镜可以被固定到通过透明胶层11例如环氧树脂来承载二极管激光器、光电二极管和处理电路的基片上。对于这个实施例，假设二极管激光器在垂直方向上辐射，这样这些激光器可以是VCSEL类型。这样的激光器可以通过线缚技术(wire bounding technique)被方便地放置在底板上。
优选地，更传统的具有水平腔的侧发射二极管激光器被采用，因为它们被认为更廉价。这样的激光器可以按照这样的方法被安装，以便于其在垂直方向上辐射。例如，激光器可以被安装在小台面上。然而，也可能以这样的方式安装侧发射二极管激光器，以便于它们在水平方向上发射。图13a是具有这种激光器的输入设备实施例的垂直横断面，且图13b是这个设备较低部分的顶视图。在这些图中，1是底或外壳，板，电接触管脚从所述底板突出来。这个底板具有这样的热传导，以便于它可以起到二极管激光器冷却元件的功能。在图5a和5b和12中被示意性示出的电子电路可以被安装在硅或另一种材料层60上，所述层构成了电路板。图5a和5b的实施例可能包括这种层。元件3、5和7是侧发射二极管激光器。对于每一个这些激光器，都提供有一个反射构件64，所述反射构件在垂直方向上通过透镜10将从二极管激光器水平发射出的束68、70反射向设备顶部的窗12。优选地，反射元件具有球形形状，这样它们也具有一些光焦度且将入射的发散束68、70转换成较少发散或准直的或甚至轻微会聚的束。于是所述透镜10的光焦度可能会小于5a及5b实施例中透镜10的光焦度。在图13a和13b的实施例中透镜10也可能是玻璃透镜，但其优选为塑料透镜。塑料透镜比玻璃透镜更便宜且更轻且适用于此应用，因为对这种透镜没有设定严格的光学要求。可以由塑料组成且被提供有凸面透明窗12的罩66与外壳板1共同构成设备的外壳。将测量束聚焦所需的透镜焦度的一部分被包括在罩66内。三个或仅用两个二极管激光器情况下的两个反射构件可以由一个塑料环构成，所述塑料环被涂有反射涂层。所述环组成底板1的一个完整部分。于是所述输入设备主要由塑料材料组成，并且仅由三个结构部分构成，这三个部分可以简单地被组装。这些部分是底板1，其被提供有反射环、接触管脚62和二极管激光器及相关的光电二极管；透镜10和提供有窗的罩66。
图14示出输入设备的一个优选的实施例，其中已经完成了将各部分进一步集成。在这个实施例中，图13a实施例中的罩66和透镜10由一个单塑料元件70来代替，所述单塑料元件的较低侧向底板弯曲。这个弯曲的表面与图13a中的透镜10对照明束具有相同的反射效果。图14的实施例较低部分的顶视图没有被示出，因为这个部分与图13a和13b中的部分相同。图14的实施例仅由两个结构部分组成，且比图13a和13b所示的实施例甚至更容易装配。
在图12、13a、13b、14、15a和15b所示的实施例中，测量束没有被聚焦到窗平面上。测量束在这个平面上具有足够大的横断面，以防止在这个平面上的划痕及残余的灰尘以及油脂直接地干扰测量束。因为这些束来源自底板水平面的不同位置，所以照明束构成动作平面上例如窗平面上不同位置处的照明点。这些照明束和其散射的辐射从空间上距离足够大，以致于不同测量轴之间的串扰在本输入设备中不成问题。如果有必要，通过采用略微不同波长的二极管激光器可以将残余串扰降低。为此，几个nm的波长差已经足够了。
消除串扰的另一可能性是采用一个控制设备用于二极管激光器，所述控制设备使在任何时刻仅有一个激光器被激活。一个其电路交替地激活不同的二极管激光器的多路复用驱动电路可以组成这样的控制设备。这种多路复用电路允许通过探测器或光电二极管监视两个或三个二极管激光器，所述探测器或光电二极管被布置在每个二极管激光器所及范围内且在分时模式下使用。具有这种驱动电路的附加优点是电路所需的空间及设备消耗的电能降低。
图15a和15b示出输入设备的一个实施例，其中照明束被光纤导引到窗上。图15a是一个垂直横断面图且图15b是这个实施例的顶视图。光纤72、73和74的输入端以一种公知的方式，分别地被光学地耦合到二极管激光器3、5和7上。光纤的所有输出端位于设备的窗上。所述光纤可以被预埋到固体材料例如环氧树脂或其它透明或非透明材料的罩78里。这些光纤中的每一个构成由此光纤所导引辐射的绝缘体，既对于来自相关二极管激光器的辐射也对于返回到这个激光器的被散射辐射。结果是，不同测量轴之间串扰的可能性极小至零。光纤的其它优点是它们是柔性的，这增加了设计的可能性，并且它们可以将辐射传输任意长的距离，这样二极管激光器和光电二极管可以被布置在距离输入设备的窗相当遥远的距离处。在图15a和15b的实施例中，二极管激光器和相关的光电二极管被布置成靠近在一起。如图15a所示，这些元件可以被布置在一个分开的隔室79内，所述隔室可以是与罩相同的材料或是其它材料。
也可以采用非光纤的其它光导，例如在透明或非透明材料体中的通道。
图12-15b的实施例可以被提供有两个而不是三个二极管激光器。这将适用于这种情况，即如果输入设备仅必须测量X和Y运动而不需要例如用于点击功能的Z测量。不用二极管激光器，可以采用其它小的激光设备且其它小的辐射敏感设备也可以代替光电二极管。
因为可以以低成本制造出上述输入设备，所以其非常适用于在大量消费产品中实施。因为其非常小的尺寸及轻的重量，所以这个设备可以轻易地被结合在现有装置中，从而增加了这些装置的能力而不需要直接增加其成本和重量且不需要改变其原始设计。
图16示出新输入设备即在移动电话、或蜂窝电话装置80中的首先及重点应用。这个装置的前表面被提供有键输入部分82，此键输入部分包括众多用于拨号输入和其它功能的按键开关83。显示设备85被置于部分82之上并且天线87被提供在电话80顶表面上。当从按钮开关83输入如一个十个键拨号的拨号或另一个命令时，与所输入命令相关的信息通过未示出的在话机中的传递电路及天线被传递到电话公司的基站。其它通过按钮开关输入的命令可以在话机电路中被处理以激活安装在话机电路的不同功能，如选择一个存储清单中的给定电话号码或从标准信息表中传送一个给定信息。通过给话机装置提供一个输入设备和附加电路来控制光标通过显示设备85的运动，可以以更简单的方法来完成现存的一些功能，并且可以建立新的功能。在图16中仅有其窗被示出的输入设备89可以被布置在话机的几个位置处，例如如图16所示在按钮开关的下面或在侧表面之一上面。优选地，输入设备窗位于手指通常持话机的位置之一处。所述话机的电路能够显示出功能菜单，并且手指在设备89的输入窗上的运动可以将光标88移向一个给定的功能。手指在与窗垂直方向上的单一运动即点击可以激活这个功能。
当输入设备被结合到提供有标准协议如WAP协议或I模式因特网协议的移动电话上时，此输入设备能够提供极大的优点。借助于这样的协议，所述装置可以被用作全球通讯网络如因特网的终端。因为这变得日益广泛地传播和使用，所以需要新的终端用户装置。首选是装备有一组机顶盒和移动电话的电视机。对于新的目的，这些装置应该装备有小的输入设备，此小的输入设备正如装配在例如电视遥控单元或移动电话里。本输入设备极佳地满足这些要求。
这个输入设备也可以用在无绳电话装置中用于与移动电话装置同样的目的。一个无绳电话装置90被示于图17。这个装置由连接到电话或电缆网络的基站92及可以在具有一个半径为例如距离基站小于100m区域内使用的可移动装置94组成。所述装置94包括键输入部分95及显示装置97。以针对移动电话装置所说明的相同方法，所述装置94可以被提供有上述的输入设备99。同样在图17中，仅示出输入设备的窗。与移动电话装置一样，装置94应该小且重量轻。本输入设备在无绳电话中的实施提供了与在移动电话装置中实施相同的优点，尤其是如果无绳装置被提供有例如用于访问因特网的WAP协议或I模式协议。
通过在如图18所示的包括接收器和显示装置101及遥控单元107的传统电视机中添加一组机顶盒105，所述电视机可以被制作成适合于因特网通讯。所述机顶盒通过电话或电缆网络提供对因特网的访问，并且将从因特网上接收的信号转换成可以由电视机处理的信号，以便于显示出因特网信息。作为电视因特网的用户，应该手头具有用于因特网命令的输入设备，这个输入设备应该被结合到遥控中。根据本发明，前述的光学输入设备被安装在遥控单元107中。其中仅示出窗的设备109可以被布置在遥控单元的传统按钮之间，或者布置在手持遥控单元的任何人手指所及的范围之内的任何位置上。
本发明的输入设备也可以被用在计算机配置中以取代传统的手驱动跟踪球鼠标或鼠标垫(mouse pad)。图19示出一个被称为笔记本或膝上的便携式电脑，其包括一个底座部分112和带有LCD显示器116的盖部分115。所述底座部分容纳有不同的计算机模块和键盘113。在这个键盘中，布置了本发明的光学输入设备119，它取代了传统的鼠标板。所述输入设备可以被布置在传统鼠标垫的位置上或任何其它容易接近的位置。如果输入设备被用来测量仅在两个方向上手指的运动，以及由此必须仅完成传统鼠标垫的功能，则需要只包括两个二极管激光器。优选地，采用一个输入设备，其包括三个二极管激光器，并且由此具有点击功能，这样它也取代了笔记本传统的点击按钮。
一个手持或掌上计算机是笔记本的一个较小型式。同样这种掌上计算机可以被提供有根据本发明的一个光学输入设备，例如来取代用于接触显示屏的笔，所述笔通常被用来选择所显示菜单的功能。光学输入设备可以被布置在掌上计算机的键盘内，但也可以布置在盖的内侧。
图20示出台式计算机配置120，其中光学输入设备可以以几种方式被应用以取代传统的跟踪球鼠标。所述计算机配置由键盘121、计算机箱122和监视器123组成。所述监视器可以是一个如图中所示被固定在支撑124上的平面LCD监视器或CRT监视器。优选地，光学输入设备129被结合在键盘内，以便于不再需要一个单独的鼠标126及其到计算机箱的电缆。
在上述计算机配置中，输入设备可以被布置在显示部分，而不是在键盘部分，例如在图19膝上计算机的盖115内或在掌上计算机的盖内。输入设备也可以结合在非计算机显示器的显示器内。
如已经注明的那样，输入设备例如图16中的移动电话可以被用在一个上下滚动的开关中，用于滚动菜单图表。这种输入设备也可以具有确定点击的能力，通过控制上下开关所述点击启动被光标所指向的菜单。这种光学输入设备可以容易地被安装成分立部件，其允许新的快速的发展。
图21示出滚动和点击输入设备130的第一实施例。它包括两个激光器/二极管单元131、132，每个单元包括一个二极管激光器和一个光电二极管。也可以用单独的二极管激光器和光电二极管来代替上述单元。在由单元131、132所发射的每个辐射路径中，分别布置透镜133、134，所述透镜将相关单元131和134的辐射束135和136聚焦在动作平面137上，这个动作平面可能是窗142的凸面表面CWS。这个窗可以构成其中所述设备被使用的装置例如如图22的侧视图中所示的移动电话中外壳139的一部分。激光器/二极管单元及相关的透镜可以被布置成束135和136的主光线相对于窗142的法线处在相对角上，例如分别在+45°和-45°。
人的手指沿着动作平面移动以用于滚动和/或点击动作。如前所述，这两个动作引起在由手指反射向激光器/二极管单元131和132的辐射中的多普勒移位。这些单元的探测器输出信号被供给到信号处理和激光器驱动电子电路140。这个电路评估控制手指138的移动，并且供给在其输入141处有关这些移动的信息。激光器/二极管单元131和132、透镜135和136、窗142以及电子电路140和软件可能被结合在一个模块内。这个模块被如此放置在应该提供有滚动及点击功能的移动电话或其它装置中。还有可能实施带有分立元件的输入设备。尤其地，部分信号处理可以由构成移动电话或其它装置的一部分的微控制器或其它控制装置如遥控器、无绳电话或便携式计算机来完成。
如前所述，手指或其它物体朝向或离开激光器/二极管单元的移动可以通过调制激光器电流以及对由探测器所接收的脉冲进行计数而被探测。根据这些探测器的输入信号Sign1和Sign2可以将平行于窗的速度(Vscroll)和垂直于窗的速度(Vclick)计算如下，其中所述的输入信号分别表示手指沿着束135和136的主光线的速度Vscroll＝√2.(Sign1-Sign2)Vclick＝√2.(Sign1+Sign2)图23示出滚动和点击输入设备150的第二实施例。这个实施例不同于图21和22的地方在于两个透镜133和134以及窗142已经由一个单部件152取代。这个元件将束135及136聚焦到构成窗的其凸面上表面154上。
如果图21-23中的输入设备仅需要监视一个滚动动作，则原则上仅需要一个二极管激光器、透镜及探测器。
权利要求
1.一种用于测量手指沿着至少一个测量轴运动的光学输入设备，所述设备包括一个被提供有透明窗并且容纳至少一个用于产生测量束的激光器的模块、用于将测量束会聚在动作平面上的光学装置以及用于将由手指所反射的测量束辐射转换成电信号的转换装置，所述电信号表示沿着所述测量轴的运动，所述光学输入设备的特征在于在窗顶部的动作平面内在至少两个相互垂直的方向之一上，窗的上表面为凸面。
2.根据权利要求1的光学输入设备，其特征在于所述窗在两个方向上均为凸面。
3.根据权利要求1的光学输入设备，其特征在于所述窗在所述方向之一上为凸面而在其它方向上为凹面。
4.根据权利要求1、2或3的光学输入设备，其特征在于所述窗上表面的折射率接近于水的折射率。
5.根据权利要求1、2或3的光学输入设备，其特征在于所述测量束被聚焦在远离窗的上表面的一个平面内。
6.根据任一权利要求1至5的光学输入设备，其特征在于转换装置由激光腔及用于测量激光腔工作的变化的测量装置的组合所组成，所述变化是因重新进入激光腔的反射测量束辐射与在这个空穴中的光波之间的干涉所引起，并且其表示由手指和输入设备的相对运动。
7.根据任一权利要求1至6用于测量一个运动及这个运动方向的光学输入设备，其特征在于它包括用于确定信号形状的电子装置，所述信号表示二极管激光器腔工作的变化。
8.根据任一权利要求1至6用于测量一个运动及这个运动方向的光学输入设备，其特征在于它包括用于向二极管激光器周期性地供应变化电流的激光器驱动装置和用于将第一和第二测量信号彼此相比较的电子装置，所述的第一和第二测量信号分别在第一半周期和第二半周期交替期间产生。
9.根据任一权利要求1至8的光学输入设备，其特征在于所述测量装置是用于测量激光器腔阻抗变化的装置。
10.根据任一权利要求1至8的光学输入设备，其特征在于所述测量装置是用于测量由激光器所发射辐射的辐射探测器。
11.根据权利要求10的光学输入设备，其特征在于所述的辐射探测器被布置在激光器腔的侧面，与发射出测量束的侧面相对。
12.根据任一权利要求1至11用于测量手指沿着在动作平面上的一个轴或沿着垂直于动作平面的一个轴上运动的光学输入设备，其特征在于它包括一个二极管激光器和一个探测器。
13.根据任一权利要求1至11用于确定手指沿着在动作平面上的一个轴运动以及手指在垂直于动作平面上运动的光学输入设备，其特征在于它包括至少两个二极管和至少一个探测器。
14.根据任一权利要求1至11用于确定手指沿着在动作平面上的第一和第二测量轴的运动的光学输入设备，其特征在于它包括至少两个二极管激光器和至少一个探测器。
15.根据任一权利要求1至11用于确定沿着在动作平面上的第一和第二测量轴及在垂直于动作平面上的第三测量轴的手指运动的光学输入设备，其特征在于它包括三个二极管激光器和至少一个探测器。
16.根据任一权利要求1至11和13用于确定滚动动作和点击动作两者的光学输入设备，其特征在于它包括用于确定手指沿着在动作平面的第一测量轴和基本上垂直于动作平面的第二测量轴运动的两个二极管激光器和至少一个探测器。
17.根据任一权利要求1至11和13用于确定滚动动作和点击动作两者的光学输入设备，其特征在于它包括用于确定手指沿着第一和第二测量轴运动的两个二极管激光器和至少一个探测器，其中所述轴相对于动作平面的法线处于相反角。
18.根据任一权利要求1至17的光学输入设备，其特征在于一方面所述光学装置包括一个被布置在所述至少一个二极管激光器与相关探测器之间的透镜，且在另一方面包括一个动作平面，所述至少一个二极管激光器相对于透镜被偏心放置。
19.根据权利要求18包括两个二极管激光器的光学输入设备，其特征在于二极管激光器被这样布置，以便于从它们的中心到透镜光轴的线彼此之间相对处在基本为90°的角。
20.根据权利要求18包括三个二极管激光器的光学输入设备，其特征在于二极管激光器被这样布置，以便于从它们的中心到透镜光轴的线彼此之间相对处在基本为120°的角。
21.根据任一权利要求1至16及18至20的光学输入设备，其特征在于每个二极管激光器为一个水平发射激光器且对于每个二极管激光器所述设备包括一个反射构件，所述反射构件将来自相关二极管激光器的束反射到窗上。
22.根据任一权利要求1至16及18至21的光学输入设备，其特征在于它由下述组成一个其上安装有至少一个二极管激光器和相关探测器的底板；一个被固定到所述底板上并且包括所述窗的盖构件以及被容纳在所述盖构件内的透镜。
23.根据权利要求22的光学输入设备，其特征在于所述透镜被结合在具有内部表面的所述盖构件中，所述内部表面弯曲向所述底板。
24.根据权利要求22或23的光学输入设备，其特征在于底板、盖构件和透镜由塑料材料组成。
25.根据任一权利要求1至17的光学输入设备，其特征在于每个二极管激光器被耦合到单独光导的入口侧，所述光导的出口侧被放置在设备的窗处。
26.根据权利要求25的光学输入设备，其特征在于所述光导为光纤。
27.一种用于台式计算机的鼠标，其包括一个根据任一权利要求1至26所述的光学输入设备。
28.一个用于台式计算机的键盘，其中结合有一个根据任一权利要求1至26所述的光学输入设备。
29.一个膝上计算机，其中结合有一个根据任一权利要求1至26所述的光学输入设备。
30.一种显示器，其中结合有一个根据任一权利要求1至26所述的光学输入设备。
31.一种遥控单元，其中结合有至少一个根据任一权利要求1至26所述的光学输入设备。
全文摘要
一种用于测量手指(15)运动的光学输入设备被容纳在提供有透明窗(12)的外壳内，所述透明窗用于将来自二极管激光器(3)的测量束(13)传递到手指并且将由手指所反射的辐射传递到探测器(4)。这个特性防止油脂及灰尘干扰及阻挡所述测量束。
文档编号G01P13/00GK1416554SQ01806166
公开日2003年5月7日 申请日期2001年11月6日 优先权日2000年11月6日
发明者M·D·里伊斯, C·金鲁斯金, A·L·维杰斯 申请人:皇家菲利浦电子有限公司