专利名称：人眼安全激光导航传感器的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及光学导航传感器。
背景技术：
诸如计算机鼠标或追踪球的定点设备用于将数据输入到个人计算机 和工作站中并与其相连接。该设备允许监视器上的光标的快速重新定位， 并可以有效地用在多种文本、数据库以及图形程序中。例如，用户通过在 表面上移动鼠标以控制光标在一个方向上移动一段与鼠标的移动成比例 的距离。或者是，手在固定设备上的移动也可以用于同样目的。
计算机鼠标有光学和机械两种形式。通常机械鼠标采用旋转球来探测 移动，并使用一对与该球相接触的轴角编码器来产生数字信号，计算机利
用此数字信号来移动光标。而机械鼠标所存在的一个问题是在持续使用 后由于灰尘的积聚机械鼠标容易不精确并发生故障等。此外，机械元件， 特别是轴角编码器的移动及所造成的磨损，不可避免地限制了设备的使用 寿命。
解决上述关于机械鼠标问题的一个方法是光学鼠标的开发。由于其更 耐用并提供了更好的定点精确性，光学鼠标已经变得非常流行。
用于光学鼠标的 一个方法依赖于以掠入射或近掠入射(near grazing incidence )照射表面的发光二极管(LED )，用于捕捉结果图像的二维CMOS (互补金属氧化物半导体)探测器，以及关联连续图像以确定鼠标已经移 动的方向、距离和速度的软件。该技术通常可以提供高精确度，但具有设 计复杂和图像处理要求相对较高的缺点。另外，照射的掠入射也使光学效 率较低。
另一种不同于标准技术的方法是釆用相干光源，比如激光。来自从粗
用激光的光学导航传感器可称为激光导航传感器。
因此，这就需要改进激光导航传感器，更具体地，需要改进用于确保 操作激光导航传感器的用户人眼安全的技术。
发明内容
一个实施例涉及提供激光输出功率的容错限制的光学导航装置。该装 置包括二极管激光器和与该二极管激光器互连的电流源。所述电流源中的 两个独立电路被配置用于限制流经所述二极管激光器的电流。
另 一个实施例涉及在光学导航装置中提供激光输出功率的容错限制 的方法。转换第一数字电流限制值为第一模拟信号，并使用所述第一模拟 信号限制从电源连接到所述二极管激光器的阳极的电流。转换第二数字电 流限制值为第二模拟信号，并使用所述第二模拟信号限制从所述二极管激 光器的阴极至接地的电流。
再一个实施例涉及被配置用于提供在光学导航装置中激光输出功率
的容错限制的集成电路，该集成电路包括用于转换第一数字电流限制值 为第 一模拟信号的电路装置；利用所述第 一模拟信号以限制从电源连接至 二极管激光器的阳极的电流的电路装置；用于转换第二数字电流限制值为 第二模拟信号的电路装置；以及利用所述第二模拟信号以限制从所述二极 管激光器的阴极至接地的电流的电路装置。 本发明还公开了其他实施例。
根据以下结合附图的详细描述，可以更全面的理解本发明公开内容的 这些及其他特征和优点，然而，这些特征和优点不应将所附权利要求限制 于所示的具体实施例，这些实施例仅用来解释和理解。
图1为示出根据本发明实施例的用于限制激光输出功率来保持激光导 航传感器的人眼安全操作的装置的示意图2为示出根据本发明另 一 个实施例的用于限制激光输出功率来保持 激光导航传感器的人眼安全操作的装置的示意图。
具体实施例方式
诸如光学激光鼠标设备的激光导航传感器通常需要在特定操作条件
现有的用于保持激光输出在人眼安全级别的方法通常需要使用由鼠 标制造商提供的外部部件及校准。的方法和装置。在包括光学激光鼠标设备的消费产品应用中可以实现该方 法和装置。
此处公开的方法和装置无需外部部件，并允许鼠标设备制造商将光学 传感器构建在光学鼠标设备中，从而无需附加的校准就可以确保人眼安全 操作。
图1为示出根据本发明实施例的用于限制激光输出功率来保持激光导
航传感器的人眼安全操作的装置ioo的示意图。该装置ioo可以包括导线
框架102。该导线框架包含二极管激光器106、位于硅片上的电流源108。 例如，二极管激光器104可以包括例如垂直腔面发射激光器(VCSEL)。 连接线(126和136)可以被配置使得电流源输出124与回路134分别连 接至二极管激光器的阳极105和阴极106。
根据本发明的实施例，电流源108可以一皮配置以两个独立装置，用于 限制流出电流源的电流和返回电流源的电流。这两个独立装置包括两个独 立的电流限制器电^各124和134。
第一电流限制器电路124被配置用于限制流出电流源的电流。电流通 过该第一电流限制器电路124从电源110流到激光器的阳极105。
第一人眼安全限制寄存器(寄存器#1) 120是被编程为保持数字值的 存储寄存器。该数字值对应于由第一电流限制器电路124施加的第一电流 限制(也就是第一最大电流)。通过第一数模(D/A)转换器电路122将来 自寄存器#1 120的数字值转换成模拟控制电压。该模拟控制电压用于控制 第一电流限制器电路124从而施加第一电流限制。经输出连接线126并从 第一电流限制器124到二极管激光器104的阳极105的电流输出不超过该 第一电流限制。
第二电流限制器电路134被配置用于限制返回到电流源的电流。电流 通过该第二电流限制器电路134从激光器阴极106流到电接地112。
第二人眼安全限制寄存器(寄存器#2) 130是被编程为保持数字值的 存储寄存器。该数字值对应于由第二电流限制器电路134施加的第二电流 限制(也就是第二最大电流)。通过第二数模(D/A)转换器电路132将来 自寄存器#2 130的数字值转换成模拟控制电压。该模拟控制电压用于控制 第二电流限制器电路134从而施加第二电流限制。经返回连接线136并从 激光器阴极106到第二电流限制器134的电流输入不超过该第二电流限制。可以设置该第二电流限制使其等于第一电流限制，或者将该第二电流 限制设置为与第 一 电流限制不同的电流值。
如上所述，对电流源和回路采用两个独立的电流限制能够使装置甚至 在物理故障期间也有助于保持人眼安全的电流界限。这种物理故障例如包 括二极管激光器的阳极或阴极与电压源或者地的短路。两个独立的存储单
元(120和130)以及两个独立的D/A转换器(122和132)使装置甚至在 发生一个内存异常故障或一个D/A转换器故障的情况下也有助于保持人 眼安全的电流界限。
激光导航传感器可以在固定的温度及电源电压下运行以便校准人眼 安全电流界限寄存器。当鼠标设备装配有光学设备时，可以设置电流限制， 使得激光二极管的输出功率低于1级人眼安全限制，并考虑到输出功率随 着温度、电压和时间的变化有适当的安全裕量。
根据优选的实施例，二极管激光器包括发射830纳米(nm)波长的 VCSEL,并且设置人眼安全限制为大约0.7毫瓦(mW)。通常，该VCSEL 的斜率效率大约为0.5毫瓦/毫安(mW/mA),阈值为4至5mA。
进一步希望提供设置分辨率的电流限制，其提供了足够的分辨率从而 使在1级安全的人眼安全电流与所编程的电流限制之间的裕量(margin) 最小化。在优选的实施例中，人眼安全限制寄存器以及A/D转换器具有8 位分辨率，以实现分辨率在0-8mA的电流范围内大约15毫瓦的输出功率。
在操作温度和电源电压下的人眼安全电流限制的变化应低于3%，以 便将功率变化限制在100毫安以下。在操作期间，大部分驱动电流的变化 通常归因于电源电压的变化。降低这种敏感度的结构包括电源电压监视 器，以对偏离校准电压的电源电压的变化进行修正。此外，可以采用温度 传感器对温度变化进行修正。该结构如图2所示。
图2为示出根据本发明另 一实施例的用于限制激光输出功率来保持激 光导航传感器的人眼安全操作的装置200的示意图。本实施例中的电流源 208包括两个独立的传感器电路(223和233 )。每个传感器电路被配置用 于监测电源电压的变化和/或感应温度的变化。
每个传感器电路(223和233 )具有相联的补偿电路(分别为221和 231)。图2中，每个补偿电路可以被设置在该路径(或者是电流输出路径， 或者是电流返回路径)的相联的寄存器和相联的D/A转换器之间。同样， 每个补偿电路可以被配置用于修改从相联的寄存器读取的数字数据并提供该补偿的数字数据到相联的D/A转换器。因此，温度/电压传感器以及
它们相联的补偿电路对于每个路径(输出路径和返回路径)是独立的，从
而保持装置中的容错性。
出于举例说明和描述的目的，对本发明具体实施例和例子进行了以上 描述，尽管通过某些上述的例子已经对本发明进行了描述和说明，但不能 解释为被其所限制。它们并不旨在穷尽或者将本发明限制在所公开的准确 形式，在上述教导下，在本发明的范围内可以进行许多修改、改进和变化。
物所要求的广泛范围。 '、、'口 ' z '"
权利要求
1. 一种提供激光输出功率的容错限制的光学导航装置，该装置包括二极管激光器；以及与所述二极管激光器互连的电流源；以及所述电流源中的两个独立电路，用于限制流经所述二极管激光器的电流。
2. 权利要求l的装置，其中，所述电流源被集成在单个硅片上。
3. 权利要求2的装置，还包括被集成在所述电流源中的两个独立的存储寄存器，其中，所述两个独 立的存储寄存器被编程用于保持数字电流限制数据。
4. 权利要求3的装置，还包括被集成在所述电流源中的两个独立的数字到模拟(D/A)转换器，其 中，所述两个独立D/A转换器的每一个被配置用于转换所述数字电流限制 数据为模拟电流限制信号。
5. 权利要求4的装置，还包括被集成在所述电流源中的两个独立的电流限制器电路，其中，所述两 个电流限制器电路被配置为由所述模拟电流限制信号所控制。
6. 权利要求5的装置，其中，第一电流限制器电路被配置在电源电压 和所述二极管激光器的阳极之间，从而限制来自所述电流源的电流输出。
7. 权利要求6的装置，其中，第二电流限制器电路被配置在接地端和 所述二极管激光器的阴极之间，从而限制返回所述电流源的电流。
8. 权利要求5的装置，还包括被集成在所述电流源中的两个独立的电源电压传感器，其中，所述两 个电源电压传感器被配置用于监测所述电流源的电源电压的变化；以及两个独立的补偿电路，其被来自所述两个电源电压传感器的输出信号 所控制。
9. 权利要求8的装置，其中，每一个补偿电路被配置用于修正从相联 的存储寄存器读取的所述数字电流限制数据，并提供电压补偿数字数据至 相联的D/A转换器。
10. 权利要求5的装置，还包括被集成在所述电流源中的两个独立的温度传感器，其中，所述两个温度传感器被配置用于监测操作温度的变化；以及两个独立的补偿电路，由来自所述两个温度传感器的输出信号所控制。
11. 权利要求10的装置，其中，每一个补偿电路被配置用于修正从相联的存储寄存器读取的所述数字电流限制数据，并提供温度补偿数字数据至相联的D/A转换器。
12. 权利要求5的装置，还包括被集成在所述电流源中的两个独立的电源电压传感器，其中，所述两 个电源电压传感器^^皮配置用于监测所述电流源的电源电压的变化；以及被集成在所述电流源中的两个独立的温度传感器，其中，所述两个温 度传感器被配置用于监测操作温度的变化；以及两个独立的补偿电路，其中每一个补偿电路由来自相联的电压传感器 和温度传感器的输出信号所控制。
13. 权利要求1的装置，其中，所述激光器的输出功率在预期的操作 条件范围内甚至是在发生单个故障情况下不超过预设功率限制。
14. 一种提供在光学导航装置中的激光输出功率的容错限制的方法， 该方法包4舌转换第一数字电流限制值为第 一模拟信号；使用所述第 一模拟信号以限制从电源连接到二极管激光器的阳极的 电流；转换第二数字电流限制值为第二模拟信号；以及 使用所述第二模拟信号以限制从所述二极管激光器的阴极至接地的 电流。
15. 权利要求14的方法，其中，所述转换和使用的步骤通过集成在单 个硅片上的电路来实现。
16. 权利要求14的方法，还包括 使用第 一传感器感应电源电压；基于来自所述第一传感器的输出通过调整所述第一数字电流限制值，补偿所述电源电压中的变化；使用独立于所述第 一传感器的第二传感器感应所述电源电压；以及 基于来自所述第二传感器的输出通过调整所述第二数字电流限制值，补偿所述电源电压中的变化。
17. 权利要求14的方法，还包括 使用第一传感器感应温度；基于来自所述第一传感器的输出通过调整所述第一数字电流限制值，补偿所述温度中的变化；使用独立于所述第一传感器的第二传感器感应所述温度；以及 基于来自所述第二传感器的输出通过调整所述第二数字电流限制值，补偿所述温度中的变化。
18. —种被配置用于提供光学导航装置中的激光输出功率的容错限制 的集成电^^，该集成电i 各包括用于转换第 一数字电流限制值为第 一模拟信号的电路装置；用于利用所述第 一模拟信号来限制从电源连接至二极管激光器的阳极的电流的电路装置；用于转换第二数字电流限制值为第二模拟信号的电路装置；以及 用于利用所述第二模拟信号来限制从所述二极管激光器的阴极至接地的电流的电路装置。
19. 权利要求18的集成电路，还包括 用于感应电源电压的第一传感器电路；用于基于来自所述第一传感器电路的输出通过调整所述第一数字电 流限制值来补偿所述电源电压中的变化的电路装置；独立于所述第一传感器电路的第二传感器电路，用于感应所述电源电 压；以及用于基于来自所述第二传感器电路的输出通过调整所述第二数字电 流限制值来补偿所述电源电压中的变化的电路装置。
20. 权利要求18的集成电路，还包括 用于感应温度的第一传感器；用于基于来自所述第一传感器的输出通过调整所述第一数字电流限制值来补偿所述温度中的变化的电路装置；独立于所述第一传感器的第二传感器，用于感应所述温度；以及 用于基于来自所述第二传感器的输出通过调整所述第二数字电流限制值来补偿所述温度中的变化的电路装置。
全文摘要
一个实施例涉及提供激光输出功率的容错限制的光学导航装置。该装置包括二极管激光器(104)和与该二极管激光器互连的电流源(108或208)。在所述电流源(108或208)中的两个独立电路，被配置用于限制流经所述二极管激光器(104)的电流。另一个实施例涉及提供光学导航装置中激光输出功率的容错限制的方法。转换第一数字电流限制值为第一模拟信号，并使用所述第一模拟信号限制从电源连接到二极管激光器(104)的阳极(105)的电流。转换第二数字电流限制值为第二模拟信号，并使用所述第二模拟信号限制从所述二极管激光器(104)的阴极(106)至接地的电流。本发明还公开了其他实施例。
文档编号H01S3/00GK101443968SQ200780010732
公开日2009年5月27日 申请日期2007年3月21日 优先权日2006年3月31日
发明者A·潘乔利, G·吉布斯, G·罗希拉, P·沙, S·桑德斯 申请人:塞浦路斯半导体公司