专利名称：光学传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学传感器以及检测物体相对于光学传感器位置的运动的方法。本发 明还涉及包括光学传感器的开关以及包括光学传感器的系统的使用。
背景技术：
US2006/0043278A1描述了一种VCSEL针式传感器，其包括联合安装在公共罐中 的可作为信号发射器而工作的垂直腔表面发射激光器(VCSEL)以及适于接收光信号的硅 光电检测器，在所述罐中也可包含四引线头和绝缘陶瓷隔离物。所述罐可以从头部电连接 到第一引线。绝缘陶瓷隔离物适于在罐内将VCSEL安装到光电检测器的水平之上。VCSEL 可以从头部电连接到第二和第三弓I线，并且光电检测器可以从头部电连接到第二和第四弓丨 线。VCSEL和光电检测器联合封装在公共器件罐中可以对于存在于感测系统之前的物体给 出大约20 1的对比度。高精度所需的小图案由系统提供，而在发射器与检测器之间无需 阻挡物。VCSEL针式传感器带来以下问题由VCSEL针式传感器提供的希望的与不希望的 传感器信号之间的任何区分是不可能的。VCSEL针式传感器的检测范围内的每个物体都可 能引起传感器信号。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的光学传感器。这个目的是借助于一种光学传感器来实现的，其用于检测物体相对于光学传感器 位置的运动，该光学传感器包括至少一个激光器、至少一个检测器和至少一个滤波器件，激 光器具有用于产生测量束并且利用其照射物体的激光腔，其中物体反射的测量束辐射的至 少一些重新进入激光腔并且造成反射的测量束辐射与激光腔中的光波的干涉，反射的测量 束辐射与光波的所述干涉受物体运动速度的影响，所述检测器适于感测反射的测量束辐射 与光波的干涉且进一步适于产生相应的测量信号，并且滤波器件适于抑制低于定义的阈值 的速度的物体运动造成的测量信号。激光器可以是固态激光二极管，其可以是侧面发射器、垂直腔表面发射激光二极 管(VCSEL)或者垂直扩展腔表面发射激光二极管(VECSEL)。检测器可以是例如本领域技 术人员公知的光电二极管。反射的测量束辐射与激光腔中的光波的干涉通过由于物体的运 动而引起的反射的测量束辐射与激光腔中的光波之间的多普勒频移造成，其导致激光腔中 的光波的调制。激光腔中的光波的调制频率与平行于测量束的速度分量成比例。该效应作 为自混合干涉(SMI)而为本领域技术人员所知。特别地，VCSEL或VECSEL允许借助于半导 体工艺将光电二极管集成到一个器件中，从而导致高度灵敏而紧凑的光学传感器。有关借 助于自混合干涉检测速度以及激光器的电驱动方案的细节可以见诸例如W002/37410A1图 2-图7以及相关描述。光电二极管可以将由激光腔中的光波的调制而产生的光学信号转换 成电测量信号，并且滤波器件包括至少一个高通滤波器，所述高通滤波器抑制由低于定义 的速度的物体相对于所述光学传感器的平行于测量束的运动而产生的所有信号。例如手在光学传感器的检测范围内的缓慢运动可以造成激光腔中的光波的调制，但是得到的电信号 借助于高通滤波器而被滤除。平行于测量束的速度分量高于速度阈值的手的特定运动(例 如摇摆)可以造成通过高通滤波器的电信号，并且该电信号可以例如用于开关。高通滤波 器可以是可调节的，以便依照特定应用定义阈值。平行于测量束的物体(例如人手)的速 度分量的较低阈值可以是0. 05m/s或者更优选地为0. lm/s。在本发明的另一个实施例中，滤波器件适于抑制低于定义的较低阈值的速度的物 体运动造成的测量信号并且适于抑制高于定义的较高阈值的速度的物体运动造成的测量 信号。这种滤波器件或者换而言之这种带通滤波器的使用允许检测非常特定的运动。得到 的通过带通滤波器的电信号可以用于例如触发自动化过程。该滤波器也可以包括彼此并行 地切换的两个或多个带通滤波器，同时这些带通滤波器可以具有不同的通带。超过一个具 有不同通带的带通滤波器允许检测不同的专用速度范围。得到的电信号可以用于在多个不 同的状态之间切换。一个实例可以是借助于手的不同运动对灯调光。此外或者可替换地，所述光学传感器可以包括至少第一和第二激光器、第一和第 二检测器以及第一和第二带通滤波器，第一带通滤波器适于抑制低于定义的第一较低阈值 的速度的物体运动造成的测量信号且适于抑制高于定义的第一较高阈值的速度的物体运 动造成的测量信号，并且第二带通滤波器适于抑制低于定义的第二较低阈值的速度的物体 运动造成的测量信号且适于抑制高于定义的第二较高阈值的速度的物体运动造成的测量 信号。可以使用具有相应检测器的二个、三个、四个激光器或者甚至激光器阵列，例如具有 附接的光电二极管的VCSEL阵列，例如以便在第一和例如第二带通滤波器的通带重叠或者 甚至相同的情况下证实第一激光器和第一检测器的测量结果。这意味着，在这种情况下，光 电二极管提供的电信号必须通过这两个带通滤波器以便触发后续动作(例如开关)。可替 换地，带通滤波器可以具有不同的通带，这意味着例如第一带通滤波器的第一较高阈值可 以低于第二带通滤波器的第二较低阈值。该方法可以容易地扩展到三个、四个或更多激光 器、检测器和带通滤波器。类似于具有一个激光器、检测器和并行地切换的若干带通滤波器 的实施例，超过一个具有不同通带的带通滤波器与相应激光器和检测器的结合允许检测不 同的专用速度范围。得到的电信号可以用于在众多不同的状态之间切换。一个实例可以是 借助于手的不同运动对灯调光。在本发明的另一实施例中，所述光学传感器还包括用于对测量束定形的光学器 件。该光学器件可以包括用于聚焦测量束的透镜和/或用于重定向测量束的镜。透镜的使 用增强了光学传感器的检测范围并且可以限制光学传感器内的体积，其可以被激活到围绕 透镜焦点的体积，该体积此后称为感测场(sensor field)。感测场可以借助于镜而重定向。 用于定形或操纵测量束的光学器件的其他实例是分束器或偏转棱镜，其可以用来增强光学 传感器的检测范围。此外，所述透镜和/或镜可以是可控的。具有可变焦距的透镜可以扩 展光学传感器的检测范围。可活动镜可以用来处理一定体积内的不同感测场。将例如可活 动镜与电机和用于控制电机的控制电子装置结合可以允许例如扫描房间以便从房间中的 不同位置(门、桌等等)开关例如光源。不同体积的扫描可以与不同高通或带通滤波器之 间的切换同步，以便允许例如如上所述对灯调光。在依照本发明的另一个实施例中，所述光学传感器包括至少用于产生第一测量束 的第一激光器以及用于产生第二测量束的第二激光器，并且所述光学器件适于将第一测量束聚焦到第一空间区域且进一步适于将第二测量束聚焦到第二空间区域。优选地与像聚焦 不同测量束的透镜那样的光学器件结合的二个、三个、四个激光器或者激光器阵列以及相 应的检测器可以用来允许持久地观察房间中的不同体积。可以将激光器定向到不同的方 向，或者诸如弯曲镜之类的无源光学器件可以用来将不同激光器的测量束重定向到不同位 置。若干激光器和检测器以及包括若干无源光学器件和像可控镜那样的有源光学器件的光 学器件的结合也是可能的。这些激光器可以通过对于一个激光器使用一个驱动器而同时被 激活，或者通过对于激光器的全部或子集使用一个驱动器而顺序地被激活。可以将依照本发明的光学传感器集成到开关中。光学传感器的选择性允许实现这 样的开关，这些开关可以适于仅在物体表现出确定的运动的情况下才改变开关状态。从房 间中不同位置远程地开关诸如灯、立体声设备、电视机等等之类的设备会是可能的。可以针 对接近的物体(汽车)的速度选择安全开关并且可以将其与安全系统结合以便防止危险情 形。依照本发明的光学传感器可以用于选自具有以下项的组的至少一个应用中-照明控制；-医疗应用；-汽车应用；以及-工业制造应用。特殊应用实例是 用在用于照明应用的近程开关(proximity switch)中的光学传感器。朝光学传 感器移动且足够靠近的手接通和断开灯。 相同的开关可以用于汽车中的内部照明。这是特别有帮助的，因为它避免了在黑 暗中令人讨厌的开关搜索。此外，手在内部灯的方向上的快速运动相当明确。·医疗设备的无接触(卫生)激活或操控。·安装在汽车车门处并且在打开的门迅速接近物体(停车场的相邻汽车)的情况 下给出信号的光学传感器。该信号可以用来发出警报或者甚至通过某种制动器停止门打 开。·类似的光学传感器可以在许多应用中用作安全开关。如果手等等运动到运动空 间，那么汽车车窗、火车车门、生产设备等等需要传感器。与机械开关相比，运动部件甚至不 碰触手是一个优点。 终点开关控制机动化运动。由于这些反应相当迟(在形成机械接触之后)，因而 所描述的光学传感器允许实现不那么突然的停止。本发明的另一目的是提供一种改进的检测运动的方法。这个目的是借助于检测物体相对于光学传感器位置的运动的方法来实现的，其 中光学传感器包括至少一个具有激光腔的激光器、至少一个检测器和至少一个滤波器件， 所述滤波器件适于抑制低于定义的阈值的速度的物体运动造成的测量信号，该方法包括步 骤-在激光腔中产生测量束，-利用测量束照射物体，-由物体反射测量束的一部分，
-反射的测量束的一部分重新进入激光腔，-反射的测量束辐射与激光腔中的光波干涉，-物体的运动速度影响反射的测量束辐射与光波的干涉，-借助于检测器感测反射的测量束辐射与激光腔中的光波的干涉，-借助于检测器产生测量信号，以及-借助于滤波器件抑制低于定义的阈值的速度的物体运动造成的测量信号。将测量信号抑制到低于特定阈值的水平可以用来使所述方法适于不同的应用。在依照本发明的方法的另一实施例中，该方法包括以下附加步骤如果产生了高 于定义的阈值的速度的物体运动造成的测量信号，则切换开关。该方法涉及例如在照明控 制中的开关应用。高于阈值的测量信号通过滤波器，并且开关从一种开关状态切换到另一 种状态，例如从接通切换到断开。下面将要描述的附加特征可以相互结合以及与所述方面中的任何一个相结合。特 别是与其他现有技术相比的其他优点对于本领域技术人员应当是清楚明白的。在不脱离本 发明权利要求书的范围的情况下，可以做出许多变型和修改。因此，应当清楚地理解的是， 本发明的形式仅仅是说明性的，并且并非意在限制其范围。
下面将参照附图更详细地解释本发明，在附图中，相同的附图标记表示相似的部 分，并且其中图1为包括VCSEL的VECSEL和集成光电二极管的示意图。图2为本发明第一实施例的示意图。图3a和图北为依照本发明的光学传感器的不同准直条件的示意图。图4为本发明第二实施例的示意图。图5为本发明第三实施例的示意图。图6为用在控制系统中的依照本发明的光学传感器的示意图。图7示出了平行于测量束的物体速度与激光器的激光腔中干涉信号频率之间的 线性依赖关系。图8为本发明另一实施例的示意图。
具体实施例方式图1示出了依照本发明的光学传感器中的可以用作激光器100的VECSEL以及可 以用作检测器200的集成光电二极管。VECSEL包括VCSEL层结构9并且通过电泵浦增益 介质3(嵌入到GaAs中的InGaAs量子阱)嵌入到形成激光器内腔的两个分布式布拉格反 射器(DBR)2、4之间形成。下面的DBR 4对于产生激光的波长是高度反射的(反射率优选 地> 99.5% )，而上面的DBR 2具有较小的反射率以便允许来自外部腔的反馈。所述DBR 之一掺杂了 P，并且另一个掺杂了 n，以便允许电流高效地馈送到增益区中。在该实例中，具 有较高反射率的下面的DBR 4掺杂了 p，并且上面的DBR 2掺杂了 η。然而，原则上，以相反 的顺序掺杂也是可能的。用于电流注入到增益介质3中的工作电流由连接到用于及时地调 制注入电流的控制单元(未示出)的适当电源(未示出)提供。用于获得希望的距离或速度信息的发射的激光辐射7的频移利用该电流调制来实现。适当的电流形状经由n-DBR和 P-DBR电接触(图中未示出)馈送到增益区中。附接到下面的DBR 4的背侧的光电二极管 测量从高度反射的P-DBR镜4泄漏的少量辐射，并且从而监控来自目标(图中未示出)的 后向散射光8对激光器的影响，由该信息可以提取目标物体的距离或速度。VCSEL层结构 9生长在适当的光学透明衬底1上。对于VCSEL芯片而言，该衬底上的这种层结构可以以 低成本制造工艺来产生。光电二极管因而附接到这种芯片的背侧。在上面的DBR 2之上的 适当距离处放置且调节的激光镜5形成外部腔。具有适当顶反射特性的窄带体布拉格光 栅(VBG)可以例如借助于金属或电介质涂敷镜形成该激光镜5。增益介质在一定水平下电 泵浦，该水平不允许内激光腔系统超过激光阈值，但是需要外部腔(即外部镜5)的反馈以 实现激光产生。通过这种方式，发射的激光辐射7的特性由外部激光腔而不是由VCSEL芯 片上的短内腔确定。因此，与纯粹的基于VCSEL的传感器相比，发射的激光辐射7的发散角 也减小并且模式质量增强。激光因而可以更好地聚焦到目标物体上，并且改进了感测应用 所需的进入激光腔中的反馈8(来自目标物体的后向散射的辐射)。然而，没有镜5的简单 VCSEL也可以作为激光器用在依照本发明的光学传感器中。图2示出了依照本发明的光学传感器的第一实施例。该光学传感器包括激光器 100 (VCSEL)、测量VCSEL的输出的检测器200 (光电二极管)、光学器件300 (准直透镜)、放 大器400(可选的)以及滤波器件500，该滤波器件是包括电阻器和电容器的高通滤波器。 该高通滤波器定义用于借助于光电二极管产生的测量信号的阈值。准直透镜用来将束聚焦 到代表最高灵敏度的希望的空间的位置处。如图3a和图北中所示，最高灵敏度的空间与 光学传感器600之间的距离可以由聚焦程度(数值孔径)确定。在图3a中，VCSEL的测量 束聚焦在光学传感器附近，导致感测场710，而在图北中，VCSEL的测量束被聚焦成远离光 学传感器，导致感测场720。可替换地，可以使用两个或更多透镜的组合，例如一个用于准直 并且一个用于聚焦(未示出)。光学传感器600包括激光器、检测器和滤波器件，以及可选 地另外的用于评估检测器产生的测量信号的电子装置。所述光学传感器可以具有以下附加特征该传感器通过根据应用的要求进行自调 节而选择感测场的位置。如上所述，可适应光学装置，例如-具有到VCSEL的可变距离(例如借助于压电驱动器)的透镜-倾斜透镜-具有变形措施的由柔性材料制成的透镜-基于液晶类材料的透镜-具有不同聚焦区域和旋转/扫掠(sweeping)镜的透镜系统可以用来操纵感测场 的空间位置。可以通过使用例如锯齿形电压驱动可适应光学装置而一直扫掠感测场。在相 同时间期间，光学传感器可以如上面所讨论的检测平行于测量束的速度分量高于定义的阈 值的物体运动。因此，平行于测量束的速度分量高于定义的阈值的例如手的特定运动(例 如摇摆)将在随着时间被感测场的位置覆盖的区域内被检测到。空间灵敏度(例如摇摆的 手相对于光学传感器的位置)对于将光学传感器用作开关是不那么关键的，因为该光学传 感器至少部分时间在最高灵敏度的区域中进行测量。此外，在可替换的实施例中，光学传感器600可以用来测量所有的运动(不仅仅特定运动)。这可以例如通过使用例如锯齿形电压驱动可适应光学装置一直扫掠感测场并且 直接使用放大器400的输出信号来实现，或者通过与图2中绘出的滤波器件(用来检测平 行于测量束的速度分量高于定义的阈值的物体运动)并行地使用非常宽带的滤波器件以 产生附加的信号作为一种触发电压UTr来实现。所有运动的检测可以用来在第一步骤中最 优化感测场的空间位置。如果例如检测到突然的运动，即触发电压UTr通过偏移值并且可 以停止感测场的扫掠。因此，感测场借助于可适应光学装置调节到其中特定运动(即摇摆 的手)最终正好发生的空间位置。只要检测到特定信号(通过光学传感器的正常操作模 式，这些信号总是与触发电压UTr并行地获得)，就可以停止感测场的扫掠。如果在感测场 的这个空间位置处没有特定信号可以经由滤波器件500而测量(没有平行于测量束的速度 分量高于定义的阈值的物体运动)(所述突然的运动例如是走动的人)，那么可以再次开始 感测场的扫掠。停止扫掠与开始之间的时间间隔可以由内部确定的延迟时间(例如tdel =0. Is)给出。该延迟时间tdel可以例如通过使用光学传感器的测量输出(图2中的高 通500的输出)处“零电压水平”触发的RC元件来实现。信号水平可能接近最大值，其可 以由于测量特定运动期间停止扫掠以及良好定位的感测场的原因而实现。后者可以增加光 学传感器的响应时间。由于透镜系统的连续扫掠可能带来一些不希望的能耗，因而可以仅在检测特定运 动的那个时间期间扫掠感测场。如上面所讨论的，所述光学传感器可以用来与图2中所示 滤波器件500并行地借助于附加的宽带滤波器件测量几乎所有的运动。开始情形可能如 下使用定位可适应光学装置的偏压Uo将光学传感器的感测场定位在位置Z0处。如果光 学传感器检测到运动(特定或非特定的)，那么自适应光学装置开始通过使用电压UT的幅 度使感测场围绕ZO摆动(优选地以焦点的小的移动开始)以便最优化感测场的位置。并 行地，光学传感器在检测方式下独立地操作以检测平行于测量束的速度分量高于定义的阈 值的运动。现在，不同的情形是可能的-没有检测到特定运动。于是，停止光学装置的摆动。感测场停留在位置zo。光 学传感器再次回到其起始位置。-检测到特定运动，或者换言之，光学传感器检测到平行于测量束的速度分量高于 定义的阈值的运动。并行地，该特定运动的信号幅度或/和UT用来最优化感测场的空间位 置(相对于最大信号)的位置。只要检测到特定运动，则进行感测场的位置的这种最优化。 如果不再存在特定运动，则停止摆动。在感测场的新位置Zl与ZO的位置之间存在显著差 异的情况下，其例如由从zo到zl (相对于摇摆运动)缓慢地移动其平均位置的摇摆的手引 起。位置zl用作新的起始位置zo。将感测场重新定位到不同的起始位置的选项提高了光 学传感器或者包括这种光学传感器的系统的灵活性。举例而言，在对灯开关/调光的应用 中，可以通过在从门走向座位时摇摆手来将感测场从靠近门移动到座位。在例如1个小时 没有检测到特定运动之后，可以将光学传感器的感测场的起始位置重置为靠近门的原始位 置zo。图4示出了本发明的第二实施例。示出了具有光学传感器600的系统，其包括激光 器、检测器和滤波器件的阵列，还包括由用于聚焦的第一光学器件310(微透镜)以及将不 同激光器的测量束定向到空间中的不同方向的第二光学器件320(凹透镜)组成的光学器 件300。可以单独地处理由光电二极管产生的各测量信号。光电二极管可以与由不同阈值表征的不同高通或带通滤波器结合。感测场730的角分布可以用来向包括这种光学传感器 的系统添加附加的选择性。该系统可以例如用来通过例如寻址光学传感器600的不同检测 器控制立体声设备的声强。可替换地，这些光学传感器可以与包括用于聚焦的第一光学器 件310(微透镜)和如图5中所示第三光学器件330(凸透镜)的光学器件300相结合。各 个微透镜可以具有不同的焦距并且凸透镜用于对准感测场730。这将添加附加的深度信息， 即可以“追踪”接近的物体。这些特殊的实施例提供了通过电子装置的设计和/或编程规 定期望的运动的可能性。例如，可能要求边缘处的传感器首先反应，接着在给定时间间隔内 由下一个反应，等等。这可以用来提高相对于背景的辨别，或者甚至检测不同的运动(手以 某个速度从左到右等等)。图4和图5中所示的依照本发明的系统的实施例根据应用可能 只需两个光学传感器。图6为系统800中使用的依照本发明的光学传感器的示意图。系统800可以用于 控制和/或开关办公室中的灯。该系统可以包括两个激光器，其借助于适当的光学器件产 生两个不同的感测场。第一感测场740紧邻办公室的门以便允许在一个或多个人走近或离 开办公室时开关灯。第二感测场750紧邻办公桌以便允许在个人坐在办公桌处时开关灯。 更高级的系统可以包括多个光学传感器以便产生不同的感测场，或者一个包含激光器、检 测器和滤波器件的阵列的光学传感器。感测场可以位于办公室或者更一般地房间中的不同 位置，或者它们可以位于相同位置但是对于所述滤波器件(优选地为带通滤波器)具有不 同的阈值。所述系统还可以包括检测系统，其耦合到该光学传感器或这些光学传感器并且 可以检测和/或定位运动的物体以便紧邻该运动的物体投射感测场。进入房间的个人可以 被检测并且感测场借助于自适应光学装置或者光学传感器阵列跟随他的运动以便允许房 间中的几乎每一个位置开关灯。根据系统800的复杂性，该系统可以扩展为用于远程地控 制诸如立体声设备、TV、洗衣机、电炉等等之类的另外的电气设备。图7示出了平行于测量束的运动物体速度分量与激光腔中干涉信号的拍频之间 的线性依赖关系。手(物体)的运动利用工作于850nm处的VCSEL来测量。0. lm/s的例如 手的平行于测量束的速度分量相应于拍频0. 25MHz，并且0. 5m/s的手的平行于测量束的速 度分量相应于拍频1.25MHz。绘出拍频对平行于测量束的速度分量的线性依赖关系的线的 斜率本身线性依赖于用于测量的激光的波长。随着激光具有更短的波长，线的斜率更大。图 7中暗区所示的与从0. lm/s到0. 5m/s的速度范围相关的从0. 25MHz到1. 25MHz的频率范 围可以例如用于接通或断开灯。这意味着可以借助于光电二极管将用于依照本发明的光学 传感器的实施例的激光腔中的拍频转换成电信号。随后的带通滤波器抑制低于0. 25MHz和 高于1. 25MHz的所有频率信号。仅当手的运动产生0. 25MHz与1. 25MHz之间的频率信号时， 频率信号通过带通滤波器并且灯被接通或断开。人手运动的实际速度范围可以在0. 05m/s 与5m/s之间，从而允许将一定数量的不同速度范围或相应频率范围例如用于对光源调光。 取决于应用，速度范围可以是不同的。更高的速度可能在例如工业制造应用中令人感兴趣。依照本发明的另一方面，可以通过从某个定义的距离处(在没有专用遥控器的情 况下)执行光学传感器设置的改变而针对应用的要求提高光学传感器的性能。为了在用于 检测平行于测量束的速度分量高于定义的阈值的物体的“检测模式”与“设置模式”之间切 换，光学传感器可以能够区分正常反馈信号与强反馈信号。在强反馈方式下操作检测器可 以激活光学传感器的“设置模式”。这可以例如借助于在光学传感器的灵敏空间区域中运动的反射元件(例如后反射器)来完成。由于强反馈的原因，除了正常检测的频率分量VO之
外，光学传感器中也产生高次谐波2VO、3VO........图8示出了实现从“检测模式”切换到
“设置模式”的一个可能的实施例。与图2中所示的本发明实施例相比，使用了具有至少两 个高通滤波器510和520的滤波器件。第一高通滤波器510具有低于频率to的通过频率以 便在“检测模式”下检测例如平行于测量束的速度分量高于定义的阈值的摇摆手的运动。第 二高通滤波器510具有频率V0与二次谐波2vo(优选地稍低于2vo)之间的通过频率。强反 馈例如借助于平行于测量束的速度分量高于定义的阈值的后反射器运动一产生，具有频率 2vo的信号就通过第二滤波器520并且控制电路(未示出)在具有频率2vo的信号的信号 强度高于特定阈值的情况下将光学传感器切换到“设置模式”。在激活“设置模式”之后，现 在可以应用新的设置。感测场例如可以通过特定运动从第一位置移动到第二位置。或者如 果使用了具有电位计的可变高通滤波器而不是图8中所示滤波器510和520，那么定义的速 度的阈值可以通过改变电位计的电阻以及从而滤波器的通过频率来改变。后者可以例如借 助于与可以用来定义电位计的电阻的特定频率有关的手的运动来完成。为了使整个频率范 围(以及因而速度范围)可用，可以首先将光学传感器切换到具有平行于测量束的速度分 量的低阈值的基本设置。改变光学传感器的设置的另一选项可以是重复具有平行于测量束 的定义的速度分量的运动。如果例如重复的运动发生在相距激光传感器的特定距离处并且 激光传感器包括调适感测场的位置的装置，那么后者可以与定义感测场的位置相结合。“设 置模式”也可以用来对可以借助于具有适当控制电路的光学传感器检测和识别的特殊运动 序列编程。在滤波器件包括两个、三个或更多带通滤波器而不是高通滤波器的情况下，可以 对具有平行于测量束的不同速度的运动序列编程。在将光学传感器设置回“检测模式”之 后，该运动序列可以用来触发定义的动作，例如将开关切换成打开门。此外，定义的运动或 者具有平行于测量束的不同速度的运动序列可以用来将光学传感器设置成“设置模式”，而 不是如上所述使用强反馈信号。在例如20s之后，如果没有检测到运动或者进一步的运动， 那么可以将光学传感器设置回“检测模式”。可替换地，可以通过接收另一强反馈信号或者 借助于具有平行于测量束的定义的速度分量的运动或运动序列将光学传感器设置回“检测 模式”。已经参照特定实施例和特定附图描述了本发明，但是这不应当在限制意义上进行解 释，因为本发明仅由所附权利要求书限制。权利要求书中的任何附图标记都不应当被视为 对其范围的限制。所描述的附图仅仅是示意性和非限制性的。在附图中，为了说明的目的， 一些元件的尺寸可能被夸大并且未按比例绘制。在本说明书和权利要求书中使用动词“包 括”及其变体的情况下，它并没有排除其他的元件或步骤。除非另有特定说明，在引用单数 名词时使用不定冠词或定冠词(例如“一”、“该”)的情况下，这包括多个该名词。此外，说明书和权利要求书中的措词第一、第二、第三等等用于区分相似的元件并 且不一定用于描述连续的或者按时间先后的顺序。应当理解的是，这样使用的措词在适当 的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明实施例能够以不同于本文所述或所示的顺序 操作。而且，说明书和权利要求书中的措词顶部、底部、第一、第二等等用于描述的目的 并且不一定用于描述相对位置。应当理解的是，这样使用的措词在适当的情况下是可互换 的，并且本文描述的本发明实施例能够以不同于本文所述或所示的取向操作。本领域技术人员在实施要求保护的本发明时，根据对于所述附图、本公开内容以及所附权利要求书的研究，应当能够理解并实施所公开实施例的其他变型。
权利要求
1.一种光学传感器(600)，用于检测物体相对于光学传感器(600)位置的运动，该光 学传感器(600)包括至少一个激光器(100)、至少一个检测器(200)和至少一个滤波器件 (500)，激光器具有用于产生测量束并且利用其照射物体的激光腔，其中物体反射的测量束 辐射的至少一些重新进入激光腔并且造成反射的测量束辐射与激光腔中的光波的干涉，反 射的测量束辐射与光波的所述干涉受物体运动速度的影响，检测器(200)适于感测反射的 测量束辐射与光波的干涉且检测器(200)进一步适于产生相应的测量信号，并且滤波器件 (500)适于抑制低于定义的阈值的速度的物体运动造成的测量信号。
2.依照权利要求1的光学传感器(600)，其中滤波器件(500)适于抑制平行于测量束 的速度分量低于0. 05m/s的物体运动造成的测量信号。
3.依照权利要求1或2的光学传感器(600)，其中滤波器件(500)适于抑制低于定义 的较低阈值的速度的物体运动造成的测量信号并且适于抑制高于定义的较高阈值的速度 的物体运动造成的测量信号。
4.依照权利要求3的光学传感器(600)，所述光学传感器(600)包括至少第一和第 二激光器(100)、第一和第二检测器O00)以及包含第一和第二带通滤波器的滤波器件 (500)，第一带通滤波器适于抑制低于定义的第一较低阈值的速度的物体运动造成的测量 信号且适于抑制高于定义的第一较高阈值的速度的物体运动造成的测量信号，并且第二带 通滤波器适于抑制低于定义的第二较低阈值的速度的物体运动造成的测量信号且适于抑 制高于定义的第二较高阈值的速度的物体运动造成的测量信号。
5.依照权利要求4的光学传感器(600)，其中所述第一较高阈值低于所述第二较低阈值。
6.依照权利要求1或2的光学传感器(600)，所述光学传感器(600)还包括用于对测 量束定形的光学器件(300)。
7.依照权利要求6的光学传感器(600)，所述光学传感器包括至少用于产生第一测量 束的第一激光器(100)以及用于产生第二测量束的第二激光器(100)，所述光学器件(300) 适于将第一测量束聚焦到第一空间区域且进一步适于将第二测量束聚焦到第二空间区域。
8.一种包括依照前面的权利要求中任何一项的光学传感器(600)的开关。
9.一种包括至少一个依照权利要求1-7中任何一项的光学传感器(600)的系统 (800)。
10.包括依照权利要求1-7的光学传感器(600)的系统在选自具有以下项的组的至少 一个应用中的使用-照明控制；-医疗应用；-汽车应用，以及-工业制造应用。
11.一种检测物体相对于光学传感器(600)位置的运动的方法，其中光学传感器(600) 包括至少一个具有激光腔的激光器(100)、至少一个检测器(200)和至少一个滤波器件 (500)，所述滤波器件适于抑制低于定义的阈值的速度的物体运动造成的测量信号，该方法 包括步骤-在激光腔中产生测量束，-利用测量束照射物体，-由物体反射测量束的一部分，-反射的测量束的一部分重新进入激光腔，-反射的测量束辐射与激光腔中的光波干涉，-物体的运动速度影响反射的测量束辐射与光波的干涉，-借助于检测器(200)感测反射的测量束辐射与激光腔中的光波的干涉，-借助于检测器(200)产生测量信号，以及-借助于滤波器件(500)抑制低于定义的阈值的速度的物体运动造成的测量信号。
12.依照权利要求10的方法，包括以下附加步骤如果产生了高于定义的阈值的速度 的物体运动造成的测量信号，则切换开关。
全文摘要
描述了一种光学传感器(600)，其用于使用自混合干涉检测物体相对于光学传感器(600)位置的运动。该光学传感器(600)包括激光器(100)、检测器(200)和滤波器件(500)。当低于定义的阈值的速度的物体运动造成测量信号时，滤波器件(500)抑制借助于检测器(200)产生的测量信号。光学传感器(600)可以用在开关中以便允许根据物体的运动速度进行选择性的开关。
文档编号G01S7/481GK102066973SQ200980106828
公开日2011年5月18日 申请日期2009年2月3日 优先权日2008年2月28日
发明者A·M·范德莱, D·哈亚希, H·门希, J·S·克尔布, J·拜尔, M·卡尔派, R·希尔比希, S·施万, U·魏希曼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司