投影縞技法を用いた光学ナビゲーションのためのシステム及び方法
光学ナビゲーションデバイスとナビゲーション地形との間の相対動作を決定するための方法(300)は、２つの重複するコヒーレントな光ビーム(204,206,236a,236b)を生成すること(303)と、該２つの重複する光ビーム間における干渉縞(237)のパターンを生成すること(304)とを含む。前記方法は、干渉縞のパターンによってナビゲーション地形の表面部分(22,212)を照らすこと(305)と、縞を照射された表面部分を撮像すること(306)と、前記撮像された、縞が照射された表面部分に応答して、信号114のパターンを生成すること（306,307）とを更に含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、動作検出光学デバイスに関し、特に、投影縞技法を用いた光学ナビゲーションのためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本出願は、同時継続中で且つ共通に譲渡された、2003年5月16日にファイリングされた「INTERFEROMETER BASED NAVIGATION DEVICE」と題する米国特許出願シリアル番号第１０／４３９，６７４号と、同時継続中で且つ共通に譲渡された、2003年7月30日にファイリングされた「METHOD AND DEVICE FOR OPTICAL NAVIGATION」と題する米国特許出願シリアル番号第１０／６３０，１６９号と、同時継続中で且つ共通に譲渡された、2003年10月6日にファイリングされた「METHOD AND DEVICE FOR OPTICAL NAVIGATION」と題する米国一部継続特許出願シリアル番号第１０／６８０，５２５号と、同時継続中で且つ共通に譲渡された、2003年10月30日にファイリングされた「LOW POWER CONSUMPTION,BROAD NAVIGABILITY OPTICAL MOUSE」と題する米国特許出願シリアル番号第１０／６９７，４２１号とに関し、これらの開示は、本明細書内において参照により組み込まれる。
［本発明の背景］
相対的な動作を検出するための既存の光学デバイスは、該デバイスが表面上を通過する時に（又は等価的に、該表面が該デバイスを通過する時に）該表面を特徴付けたパターンを取り込むことにより、該デバイスと該表面との間の相対動作を決定するためのパターン相関技法を利用する。該デバイス動作の距離と方向との両方が、１つのパターンフレームをその次のものと比較することによって決定される。この技法は、典型的には、表面上の影の強度変化を検出し、その感度と有用性とは、取り込まれた表面パターン内の強度コントラストに依存する。例えば、コンピュータのポインタ（例えば、マウス）制御に対して、相対動作センサが用いられる。そのようなポインタは、典型的には、コンピュータ画面上のポインタの位置を制御するための光学部品を用いる。更に一般的には、光学ナビゲーション情報を、走査経路に沿った走査デバイスの曲線及び回転の動作の歪みアーチファクトを補償するために使用することができる。
【特許文献１】米国特許出願第１０／４３９，６７４号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１０／６３０，１６９号明細書
【特許文献３】米国一部継続特許出願第１０／６８０，５２５号明細書
【特許文献４】米国特許出願第１０／６９７，４２１号明細書
【特許文献５】米国特許第５，７８６，８０４号明細書
【特許文献６】米国特許第５，５７８，８１３号明細書
【特許文献７】米国特許第５，６４４，１３９号明細書
【特許文献８】米国特許第６，４４２，７２５号明細書
【特許文献９】米国特許第６，２８１，８８２号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，４３３，７８０号明細書
【非特許文献１】Ｓｎａｄｄｅｎ他著、Optics Letters, Vol.22, No.12, 892〜894頁,1997年6月15日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許第５，７８６，８０４号、第５，５７８，８１３号、第５，６４４，１３９号、第６，４４２，７２５号、第６，２８１，８８２号、及び第６，４３３，７８０号には、光学マウス、他の手持ち式ナビゲーションデバイス、及び手持ち式スキャナーの例が記載されている。典型的な既存のデバイスは、鏡面上又は光沢面上か、均一な表面上か、又は浅い特徴（shallow feature）を有する表面上（例えばガラスか又はホワイトボード）においてうまく機能しない。このようなデバイスにおいて、画像コントラストを改善するためには、鏡面反射が通常、阻止されて、前記表面からの拡散された光放射だけが取り込まれる。典型的には使用される該表面は、投影することが可能でなければならない。一般的には、このことは、観測される該表面の特徴が、使用される光放射の波長に対して幾何学的な光学範囲内における寸法（dimension）を有する必要があることを意味する。従って、特定の表面タイプに対する制限が、現在の光学マウス設計の典型的な欠点である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明による、ナビゲーション地形（navigation terrain）に対する動作を決定するための光学ナビゲーションシステムが提供される。該システムは、コヒーレントな光放射における２つの重複するビームを生成するために動作可能な光学ナビゲーションデバイスを含む。該２つの重複するビームは、干渉縞のパターンを生成するよう動作可能である。これにより、縞パターンを有する該２つの重複するビームが、ナビゲーション地形の表面部分を照らすよう動作可能となる。光学ナビゲーションデバイスは、入力光学画像パターンに応答して信号の出力パターンを生成するために動作可能な検出器アレイと、前記２つの重複するビームによって照らされたナビゲーション地形表面部分を該検出器アレイ上へと撮像するために配置された撮像素子とを更に備える。
【０００５】
更に本発明による、光学ナビゲーションデバイスとナビゲーション地形との間の相対動作を決定するための方法が提供される。該方法は、２つの重複するコヒーレントな光ビームを生成することと、該２つの重複する光ビーム間の干渉縞のパターンを生成することとを含む。前記方法は、前記干渉縞のパターンによってナビゲーション地形の表面部分を照らすことと、縞が照らされた表面部分を撮像することと、前記撮像された、縞が照らされた表面部分に応答して、信号のパターンを生成することとを更に含む。
【実施例】
【０００６】
本発明をより完全に理解するために、添付図面と連携して下記説明に対する参照が次に行われる。
【０００７】
図１は、本発明の実施形態による、光学ナビゲーションのためのシステム１０を示す上位レベルのブロック図である。光学ナビゲーションシステム１０は、光学デバイス１０１（例えば光学マウス）と、ナビゲーション地形１０２との間の相対的な位置を決定する。該ナビゲーション地形は、光学デバイス１０１に対する任意の方向における（矢印１０７、１０８によって表されるような）運動中の可能性がある。下記において用いられるようなナビゲーション地形１０２は、移動する、すなわち光学デバイス１０１に対して位置が変動する、物体（対象物）である。これにより、相対動作（相対運動）か、又は光学デバイス１０１とナビゲーション地形１０２との間の位置が、出力信号を決定することになる。
【０００８】
動作中、ナビゲーション地形１０２は、光学デバイス１０１の光源モジュール１０３からの光放射１１０によって照らされる。光放射１１０は、ナビゲーション地形１０２との相互作用によって処理される。これにより、放射する光放射１１０におけるパターンが、ナビゲーション地形１０２から（例えば、透過されるか又は反射されて）伝搬される、出口の光放射（exit optical radiation）１１２において修正される。本発明のいくつかの実施形態において、出口光放射１１２におけるパターンが、ナビゲーション地形１０２の表面１０６と、照射する光放射１１０との相互作用（例えば、反射か又は拡散）によって修正される。代替的には、例えば、ナビゲーション地形１０２のボリュームによる光放射１１０の伝送中に生じる相互作用を介して前記パターンを修正することができる。
【０００９】
検出器（例えば、検出器アレイ１０４）は、パターン化された出口光放射１１２を取り込み、信号１１４を生成する。出口光放射１１２において存在する縞パターンは、照射する光放射１１０の２つの入射波面の干渉と、ナビゲーション地形１０２によるそれらの互いの相互作用との結果から生じる。これらの縞パターンは、ナビゲーション地形１０２の表面１０６における表面の高さ変動に直接的に対応する出口光放射１１２の空間強度特性における明と暗との変調である。取り込みを、検出器アレイ（例えば、ＣＣＤか、ＣＭＯＳか、ＧａＡｓか、アモルファスシリコンか、又は任意の他の適合可能な検出器アレイ）を用いて実施することができる。典型的には、光源モジュール１０３から放射される光放射１１０における波長スペクトラムは、信号効率を最適化するために、検出器アレイ１０４に応答する波長に一致させられる。信号１１４は、次いで、プロセッサ１０５に伝達される。該プロセッサ１０５において、信号１１４は、更に処理されて、信号１１４に応答して出力信号１１６が生成される。例えば、プロセッサ１０５において、相対動作を決定するために処理することを、従来から使用されている相関アルゴリズムを用いて実施することができる。該相関アルゴリズムは、取り込まれたフレームの連続的なペアを比較する。本発明のいくつかの実施形態において、タイミング信号を、相対速度を決定するために提供することができる。出力信号１１６を、例えば、コンピュータ画面上のポインタの位置を駆動するために構成することができる。
【００１０】
光源モジュール１０３と検出器アレイ１０４とが、構造上の完全性のために、光学デバイス１０１内において典型的には一緒にパッケージ化される。オプションで、プロセッサ１０５もまた、光学デバイス（例えば、光学デバイス１０１）内においてパッケージ化されることが可能であるが、代替的には、光学ナビゲーションシステム１０内のどこか異なる場所に配置されることも可能である。本発明のいくつかの実施形態において、光学デバイス１０１は、コンピュータシステムのための光学マウスを表し、オプションで、オペレータによって手動で動かすことができる。
【００１１】
図２Ａは、本発明の実施形態による、投影縞技法を用いた光学ナビゲーションのためのシステム実施例２００を示す光学的な概略図である。システム２００は、マイケルソン／トワイマン−グリーン（Michelson／Twyman-Green）干渉計構成が組み込まれ、分光器２４と反射器２５〜２６とを含む。該分光器と該反射器とが、コヒーレントな光源２１からの光を、２つの重複するコヒーレントな光ビーム（平面波）２０４、２０６へと、分光し、再方向付けする。該光ビーム２０４、２０６が、ナビゲーション面２２を照らす。コヒーレントな光源２１（例えば、ＶＣＳＥＬレーザ光源）からの光は、拡散する光ビーム２０１として放射される。該拡散する光ビーム２０１は次いで、例えば平行素子２３を用いて平行化されて、平行光ビーム２０２が形成される。分光器（スプリッタ）２４において、平行光ビーム２０２が、反射ビーム２０３ａとして部分的に反射され、且つ、伝送ビーム２０５として部分的に伝達される。反射ビーム２０３ａは、反射器２５から反射ビーム２０３ｂへと反射され、それが次いで、照射ビーム２０４へと部分的に分光器２４を透過する。同様に、伝送ビーム２０５ａは、反射ビーム２０５ｂとして反射され、それが次いで、分光器２４から照射ビーム２０６へと部分的に反射される。
【００１２】
反射器２６は、反射器２５に対して通常、小さなウェッジ（wedge）角度において傾けられている。これにより、添付の詳細部の照射ビーム２０４の波ベクトル
【００１３】
【数１】
【００１４】
と（以下、この波ベクトルを［ｋ１］と記載する）、照射ビーム２０６の波ベクトル
【００１５】
【数２】
【００１６】
と（以下、この波ベクトルを［ｋ２］と記載する）に示されるように、照射ビーム２０４及び２０６が、互いに対して角度シータ（θ）で重複する。その２つの平面波２０４、２０６は、損失の大部分が無く、等しい強度をとることができ、干渉して、縞間隔で、ナビゲーション面２２上において交互に現われる明暗の縞の投影パターンを生成する。
【００１７】
ｄ２＝（波長／２）／（ｓｉｎ（θ／２）） （１）
ここで、縞間隔ｄ２は、暗い縞の中心から、その次の近傍の明るい縞の中心までが測定され、ここで、θは、波ベクトル［ｋ１］と波ベクトル［ｋ２］との間の角度である。これは、モアレ測定学の周知の技法である。これにより、表面の変形、表面の振動、及び表面輪郭（surface contour）を測定することができる。簡単化のため、反射ビーム２０３ｂの部分的な反射によって、及び、反射ビーム２０５ｂの部分的な伝達によって、分光器２４において形成されたビームは、図示されていない。後者の部分的に伝達されるビームは、光源２１の空洞（キャビティ）に再入力される可能性があり、悪影響を受ける可能性があるレーザモード性能であるが、このことは、該ビームが再入力されるのを防ぐために分光器をわずかに回転させることによって避けることができる。代替として、アイソレータ（例えば、ファラデー回転子）を、レーザと分光器との間に配置することができる。
【００１８】
表面（例えば、ナビゲーション面２２）が、２つのコヒーレントな平面波（例えば、照射ビーム２０４、２０６）によって照らされる場合には、それらビームは、干渉することとなり、前記表面が投影縞を交差させる、一連の交互に現われる明暗の輪郭（コンター）パターンが形成されることとなる。照射された表面が、検出器アレイ２８（例えば、ＣＭＯＳアレイイメージャか、又はカメラ）上へと撮像される場合には、表面輪郭（すなわち、表面の高さの変動）の恒久的な記録が生成される。例えば、拡散する光線２０７を取り込んで、光線２０８を、対応する検出器アレイ２８のピクセル上へと、撮像素子２７を用いて再集束させることによって、ナビゲーション面２２上の点は、検出器アレイ２８上へと撮像（イメージ化）されることが可能である。ナビゲーション面２２の各点は、これにより、検出器アレイ２８上におけるユニークな点に撮像（イメージ化）される。
【００１９】
図２Ｂは、本発明の実施形態による、投影縞技法を用いた光学ナビゲーションのための代替のシステム実施例２２０を示す光学的な概略図である。コヒーレントな光源２１（例えば、ＶＣＳＥＬレーザ光源）からの光は、誘導された光路（例えば、光ファイバ２２１）上へと放射される。分光器２１３において、光は、複数の誘導された光路内へと分光される。該光路は、簡単化のために、デュアル光ファイバ２２２及び２２３によって示されており、それぞれのコヒーレントな点光源Ａ及びＢに導かれる。該点光源Ａ及びＢは、距離ｄ１だけ空間的に分離されている。デュアルコヒーレント点光源Ａ及びＢの各々からの光は、異なる光路長の異なる非誘導経路を、ナビゲーション面２１２へと伝搬する。例えば、点光源Ａからの、ナビゲーション面２１２の点Ｐ（２２６）上の光入射は、光路長
【００２０】
【数３】
【００２１】
の非誘導光路２２４を伝搬するのに対し、点光源Ｂからの、ナビゲーション面２１２の点Ｐ（２２６）上の光入射は、光路長
【００２２】
【数４】
【００２３】
の非誘導光路２２５を伝搬する。
【００２４】
図２Ａに関連して提供される解析に従って、近接して隔置されたコヒーレントな点光源Ａ及びＢからナビゲーション面２１２に導かれる光は、重なり合って、干渉パターンが生成される。該干渉パターンは、ナビゲーション面２１２上に入射し、該ナビゲーション面２１２において、ナビゲーション面２１２の表面トポグラフィによって、それが更に変調され、表面の高さの変動のユニークな光学表現が生成される。図２Ｂにおいて、表面２１２上の点Ｐ（２２６）からの拡散光２２７は、集束光２２８により撮像素子２１４によって、検出器アレイ２１５の素子又はピクセル２１６上へと撮像されるように示されている。同様に、組み合わされたコヒーレント点光源Ａ及びＢからの重複光は、ナビゲーション面２１２上の点の連続体（continuum）を照らす。ナビゲーション面を画定する、この点の連続体は、反射された光の空間的な強度特性（intensity profile）を変調する。該点の連続体は次々に、検出器アレイ２１５の対応するピクセル上へと撮像される。ナビゲーション面２１２上の各点は、これにより、検出器アレイ２１５上のユニークな位置へと撮像（イメージ化）される。検出器アレイ２１５において、信号は、２つの経路から到来する光の干渉に応答して生成される。２次元の相対動作（例えば、図２Ｂの詳細部の速度軸において示されるｖＸ、ｖＺ速度成分）が、従来の空間的な相関アルゴリズムから決定される。
【００２５】
図２Ａ及び図２Ｂに関連して説明された技法は、光学ナビゲーション技術としての用途を（例えば、光学マウスにおいて）有する。光源と検出器とが、コンピュータのマウスのようなハウジング内において、互いに対して寸法的に固定されている。これにより、前記光源と検出器とが、ナビゲーション面２２に対する１つのユニットとして変換する。該ナビゲーション面を変換する場合には、検出器アレイにおいて見られる縞パターン（強度変動）が変化する。
【００２６】
図２Ａにおいて、縞間隔ｄ２は、ビーム２０４と２０６とが重なり且つ干渉するボリューム全体にわたる３次元空間の縞パターンを画定する。従って、この３次元の縞パターンは、それが交差する任意の横方向か又は縦方向の面上における２次元の縞画像パターンを投影することとなる。具体的には、ビーム２０４と２０６との重複によって生成された干渉パターンは、縞画像パターンをナビゲーション面２２上へと投影することとなる。
【００２７】
図２Ｃは、本発明の実施形態による、投影縞技法を用いた光学ナビゲーションのための更に別の代替のシステム実施例２２０を示す光学的な概略図である。光学ナビゲーションデバイス２３１は、光源２３３ａ、２３３ｂと、検出器アレイ２１５と、構造用支持部材（複数可）２３２に実装された光学素子２１４、２３５ａ、２３５ｂとを提供する。交差するコヒーレントな光ビーム２３６ａと２３６ｂとは、重なり合って、干渉（又はモアレ）縞パターン２３７を生成する。該干渉縞パターン２３７は、ナビゲーション地形を照らす。干渉パターン２３７は、ナビゲーション地形のトポグラフィによって更に変調され、撮像素子２１４によって検出器アレイ２１５上へと撮像される。図２Ａ及び２Ｂにおけるように、光学ナビゲーションデバイス２３１とナビゲーション地形２１２との間の相対動作が、撮像された変調された干渉パターンの変化として検出される。
【００２８】
図２Ｃにおいて示されるように、重複するコヒーレントな光ビーム２３６ａ及び２３６ｂは、別個のコヒーレントな光源２３３ａ、２３３ｂによってそれぞれ生成される。該光源を、例えば、ダイオード放射、レーザダイオード、レーザ、及び面発光レーザ（vertical-cavity surface emitting laser：ＶＣＳＥＬ）から選択することができる。縞パターンを安定させることが必要とされる場合には、２つの別個のレーザ源間のコヒーレンスを、任意の多くの従来の技法（例えば、Ｓｎａｄｄｅｎ他著、Optics Letters, Vol.22, No.12, 892〜894頁,1997年6月15日、及び本明細書内において引用される参考文献を参照のこと）を用いて、該レーザ源を互いに対して位相ロックする（位相同期させる）ことによって、達成且つ維持することができる。代替として、図２Ａ及び図２Ｂ内において示された手法と類似の手法において、コヒーレントなビームを単一光源から分光することによって、重複するコヒーレントな光ビーム２３６ａ及び２３６ｂを生成することができる。波長可変光源を、本発明の任意の実施形態において、所望のように使用することができる。図２Ｃにおいて示されるように、各拡散ビーム２３５ａ、２３５ｂは、従って、回折素子２３４ａ、２３４ｂによって平行化され且つ再方向付けがなされて、重複するコヒーレントな光ビーム２３６ａ、２３６ｂが提供される。代替として、拡散ビーム２３５ａ、２３５ｂが、単一か又は複数の非回折光学素子を用いて、平行化され且つ再方向付けされることが可能である。
【００２９】
ナビゲーション面２２上か又は２１２上において投影された縞の、検出された画像信号を、電気的に処理することによって（連続的な画像フレーム上において相関計算を実施）、ナビゲーション面の、相対的な２次元の内面（in-plane）動作（変位、速度）が得られる。プロセッサ出力信号を、次いで、コンピュータ画面上のポインタの位置を制御するために使用することができる。
【００３０】
連続的な格納されたフレームを比較することによって、プロセッサ１０５（図１を参照）は、相対動作を決定することができる。これにより、連続的なフレームの相関計算は、相対的な内面動作の距離と方向とを決定するために使用されることが可能となる。取り込まれたフレームは、連続的な取り込まれたフレームと部分的に重なり合う。従って、ナビゲーションソフトウェアのアルゴリズムは、２フレーム以上における特定の識別可能な点において、「注目する（look）」ことができ、次いで、各々が移動した距離と方向とを計算する。連続的なフレーム対を格納することによって、重複した特徴を、プロセッサ１０５において従来の相関アルゴリズムを用いて決定することができる。これにより、移動の方向と大きさとがもたらされる。このプロセスは、米国特許第５，７８６，８０４号において、詳細に記載されており、連続的な面フレームの比較に依存した光学ポインティングデバイスのために広く用いられている。ここで、該面フレームは、従来の技術に従って（例えば、表面から反射された光放射によって生成された影によって）生成される。
【００３１】
図３は、本発明の実施形態による、ナビゲーションデバイスに対するナビゲーション面の２次元動作を光学的に決定するための動作シーケンス３００を示すフローチャートである。動作３０２において、コヒーレントな光ビーム（例えば、ビーム２０２）が、提供される。該コヒーレントな光ビームは、動作３０３において、２つの重複する（交差する）コヒーレントなビーム（例えば、ビーム２０４及び２０６）へと分光され且つ再方向付けられる。代替として、動作３０２及び３０３において、２つの重複するコヒーレントなビームはそれぞれ、別個のコヒーレントな光源から生成される。後者の場合には、２つの光源の互いに対する位相ロック（位相同期）を使用して、必要とされるならばコヒーレンスを維持することができる。別個に生成されたビームを、次いで、単一か又は複数の回折及び／又は非回折光学素子を用いて、平行にし且つ再方向付けることができる。動作３０４において、２つの重複するコヒーレントなビームは、干渉パターンを生成する。該干渉パターンは、動作３０５において、ナビゲーション面（例えば、ナビゲーション面２２）上へと投影される。動作３０６において、その投影された干渉パターンは、検出器アレイ（例えば、検出器アレイ２８）上へと撮像（イメージ化）される。該検出器アレイは、動作３０７において処理した信号を提供する。動作３０８において、該処理した信号は、ナビゲーション面２２と検出器アレイ２８との２次元動作を決定するために連続的なフレーム対において相関がとられる。２次元の位置出力及び／又は速度出力が、動作３０９において提供される。
【００３２】
上記の説明は、２次元の投影縞パターンを用いて、ナビゲーション面に対する検出器の内面動作を決定することによって提供された。この２次元の技法は、光学マウスと共に用いることに高い有用可能性がある。
【００３３】
図４は、本発明の実施形態による、コンピュータシステム４００を示す概略図である。光学マウス４１０は、固定されたナビゲーション面４２０に対して移動し、典型的には、図１内の光源モジュール１０３に類似したコヒーレントな光源と、図１内の検出器アレイ１０４に類似した検出器とを含む。連続的な位置画像が処理されて、表示のためにＣＰＵ４３０へとワイヤを介してか又はワイヤレスに送られて、通常、コンピュータ表示画面４４０上の小さな矢印、すなわちポインタの位置が制御される。典型的には、位置的な処理は、例えば、図１内の画像プロセッサ１０５に類似したプロセッサによって、光学マウス４１０の内部において実行される。代替として、処理するためにワイヤを介してか又はワイヤレスに、光学マウス４１０からＣＰＵ４３０へと生（raw）画像データ（又は他の中間データ）を送ることが可能である。光学マウス４１０は、オプションで、オペレータによって手動で動かすことができる。ＣＰＵ４３０は、典型的には、ユーザ入力デバイス（例えば、キーボード）と相互接続される。
【００３４】
本発明は、特定の実施形態に関連して説明されてきたが、多くの代替、修正、及び変形形態が、上述の説明と照らし合わせて明らかにされるであろうことが当業者であれば明白である。従って、本発明は、その原理内及び添付の特許請求の範囲内にある全ての他のそのような代替、修正、及び変形形態を包含することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態による、光学ナビゲーションのためのシステムを示す上位レベルのブロック図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による、投影縞技法を用いた光学ナビゲーションのためのシステム実施例を示す光学的な概略図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態による、投影縞技法を用いた光学ナビゲーションのための代替のシステム実施例を示す光学的な概略図である。
【図２Ｃ】本発明の実施形態による、投影縞技法を用いた光学ナビゲーションのための更に別の代替のシステム実施例を示す光学的な概略図である。
【図３】本発明の実施形態による、ナビゲーションデバイスに対するナビゲーション面の２次元動作を光学的に決定するための動作シーケンスを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態による、コンピュータシステムを示す概略図である。
【技術分野】
【０００１】
本開示は、動作検出光学デバイスに関し、特に、投影縞技法を用いた光学ナビゲーションのためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本出願は、同時継続中で且つ共通に譲渡された、2003年5月16日にファイリングされた「INTERFEROMETER BASED NAVIGATION DEVICE」と題する米国特許出願シリアル番号第１０／４３９，６７４号と、同時継続中で且つ共通に譲渡された、2003年7月30日にファイリングされた「METHOD AND DEVICE FOR OPTICAL NAVIGATION」と題する米国特許出願シリアル番号第１０／６３０，１６９号と、同時継続中で且つ共通に譲渡された、2003年10月6日にファイリングされた「METHOD AND DEVICE FOR OPTICAL NAVIGATION」と題する米国一部継続特許出願シリアル番号第１０／６８０，５２５号と、同時継続中で且つ共通に譲渡された、2003年10月30日にファイリングされた「LOW POWER CONSUMPTION,BROAD NAVIGABILITY OPTICAL MOUSE」と題する米国特許出願シリアル番号第１０／６９７，４２１号とに関し、これらの開示は、本明細書内において参照により組み込まれる。
［本発明の背景］
相対的な動作を検出するための既存の光学デバイスは、該デバイスが表面上を通過する時に（又は等価的に、該表面が該デバイスを通過する時に）該表面を特徴付けたパターンを取り込むことにより、該デバイスと該表面との間の相対動作を決定するためのパターン相関技法を利用する。該デバイス動作の距離と方向との両方が、１つのパターンフレームをその次のものと比較することによって決定される。この技法は、典型的には、表面上の影の強度変化を検出し、その感度と有用性とは、取り込まれた表面パターン内の強度コントラストに依存する。例えば、コンピュータのポインタ（例えば、マウス）制御に対して、相対動作センサが用いられる。そのようなポインタは、典型的には、コンピュータ画面上のポインタの位置を制御するための光学部品を用いる。更に一般的には、光学ナビゲーション情報を、走査経路に沿った走査デバイスの曲線及び回転の動作の歪みアーチファクトを補償するために使用することができる。
【特許文献１】米国特許出願第１０／４３９，６７４号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１０／６３０，１６９号明細書
【特許文献３】米国一部継続特許出願第１０／６８０，５２５号明細書
【特許文献４】米国特許出願第１０／６９７，４２１号明細書
【特許文献５】米国特許第５，７８６，８０４号明細書
【特許文献６】米国特許第５，５７８，８１３号明細書
【特許文献７】米国特許第５，６４４，１３９号明細書
【特許文献８】米国特許第６，４４２，７２５号明細書
【特許文献９】米国特許第６，２８１，８８２号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，４３３，７８０号明細書
【非特許文献１】Ｓｎａｄｄｅｎ他著、Optics Letters, Vol.22, No.12, 892〜894頁,1997年6月15日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許第５，７８６，８０４号、第５，５７８，８１３号、第５，６４４，１３９号、第６，４４２，７２５号、第６，２８１，８８２号、及び第６，４３３，７８０号には、光学マウス、他の手持ち式ナビゲーションデバイス、及び手持ち式スキャナーの例が記載されている。典型的な既存のデバイスは、鏡面上又は光沢面上か、均一な表面上か、又は浅い特徴（shallow feature）を有する表面上（例えばガラスか又はホワイトボード）においてうまく機能しない。このようなデバイスにおいて、画像コントラストを改善するためには、鏡面反射が通常、阻止されて、前記表面からの拡散された光放射だけが取り込まれる。典型的には使用される該表面は、投影することが可能でなければならない。一般的には、このことは、観測される該表面の特徴が、使用される光放射の波長に対して幾何学的な光学範囲内における寸法（dimension）を有する必要があることを意味する。従って、特定の表面タイプに対する制限が、現在の光学マウス設計の典型的な欠点である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明による、ナビゲーション地形（navigation terrain）に対する動作を決定するための光学ナビゲーションシステムが提供される。該システムは、コヒーレントな光放射における２つの重複するビームを生成するために動作可能な光学ナビゲーションデバイスを含む。該２つの重複するビームは、干渉縞のパターンを生成するよう動作可能である。これにより、縞パターンを有する該２つの重複するビームが、ナビゲーション地形の表面部分を照らすよう動作可能となる。光学ナビゲーションデバイスは、入力光学画像パターンに応答して信号の出力パターンを生成するために動作可能な検出器アレイと、前記２つの重複するビームによって照らされたナビゲーション地形表面部分を該検出器アレイ上へと撮像するために配置された撮像素子とを更に備える。
【０００５】
更に本発明による、光学ナビゲーションデバイスとナビゲーション地形との間の相対動作を決定するための方法が提供される。該方法は、２つの重複するコヒーレントな光ビームを生成することと、該２つの重複する光ビーム間の干渉縞のパターンを生成することとを含む。前記方法は、前記干渉縞のパターンによってナビゲーション地形の表面部分を照らすことと、縞が照らされた表面部分を撮像することと、前記撮像された、縞が照らされた表面部分に応答して、信号のパターンを生成することとを更に含む。
【実施例】
【０００６】
本発明をより完全に理解するために、添付図面と連携して下記説明に対する参照が次に行われる。
【０００７】
図１は、本発明の実施形態による、光学ナビゲーションのためのシステム１０を示す上位レベルのブロック図である。光学ナビゲーションシステム１０は、光学デバイス１０１（例えば光学マウス）と、ナビゲーション地形１０２との間の相対的な位置を決定する。該ナビゲーション地形は、光学デバイス１０１に対する任意の方向における（矢印１０７、１０８によって表されるような）運動中の可能性がある。下記において用いられるようなナビゲーション地形１０２は、移動する、すなわち光学デバイス１０１に対して位置が変動する、物体（対象物）である。これにより、相対動作（相対運動）か、又は光学デバイス１０１とナビゲーション地形１０２との間の位置が、出力信号を決定することになる。
【０００８】
動作中、ナビゲーション地形１０２は、光学デバイス１０１の光源モジュール１０３からの光放射１１０によって照らされる。光放射１１０は、ナビゲーション地形１０２との相互作用によって処理される。これにより、放射する光放射１１０におけるパターンが、ナビゲーション地形１０２から（例えば、透過されるか又は反射されて）伝搬される、出口の光放射（exit optical radiation）１１２において修正される。本発明のいくつかの実施形態において、出口光放射１１２におけるパターンが、ナビゲーション地形１０２の表面１０６と、照射する光放射１１０との相互作用（例えば、反射か又は拡散）によって修正される。代替的には、例えば、ナビゲーション地形１０２のボリュームによる光放射１１０の伝送中に生じる相互作用を介して前記パターンを修正することができる。
【０００９】
検出器（例えば、検出器アレイ１０４）は、パターン化された出口光放射１１２を取り込み、信号１１４を生成する。出口光放射１１２において存在する縞パターンは、照射する光放射１１０の２つの入射波面の干渉と、ナビゲーション地形１０２によるそれらの互いの相互作用との結果から生じる。これらの縞パターンは、ナビゲーション地形１０２の表面１０６における表面の高さ変動に直接的に対応する出口光放射１１２の空間強度特性における明と暗との変調である。取り込みを、検出器アレイ（例えば、ＣＣＤか、ＣＭＯＳか、ＧａＡｓか、アモルファスシリコンか、又は任意の他の適合可能な検出器アレイ）を用いて実施することができる。典型的には、光源モジュール１０３から放射される光放射１１０における波長スペクトラムは、信号効率を最適化するために、検出器アレイ１０４に応答する波長に一致させられる。信号１１４は、次いで、プロセッサ１０５に伝達される。該プロセッサ１０５において、信号１１４は、更に処理されて、信号１１４に応答して出力信号１１６が生成される。例えば、プロセッサ１０５において、相対動作を決定するために処理することを、従来から使用されている相関アルゴリズムを用いて実施することができる。該相関アルゴリズムは、取り込まれたフレームの連続的なペアを比較する。本発明のいくつかの実施形態において、タイミング信号を、相対速度を決定するために提供することができる。出力信号１１６を、例えば、コンピュータ画面上のポインタの位置を駆動するために構成することができる。
【００１０】
光源モジュール１０３と検出器アレイ１０４とが、構造上の完全性のために、光学デバイス１０１内において典型的には一緒にパッケージ化される。オプションで、プロセッサ１０５もまた、光学デバイス（例えば、光学デバイス１０１）内においてパッケージ化されることが可能であるが、代替的には、光学ナビゲーションシステム１０内のどこか異なる場所に配置されることも可能である。本発明のいくつかの実施形態において、光学デバイス１０１は、コンピュータシステムのための光学マウスを表し、オプションで、オペレータによって手動で動かすことができる。
【００１１】
図２Ａは、本発明の実施形態による、投影縞技法を用いた光学ナビゲーションのためのシステム実施例２００を示す光学的な概略図である。システム２００は、マイケルソン／トワイマン−グリーン（Michelson／Twyman-Green）干渉計構成が組み込まれ、分光器２４と反射器２５〜２６とを含む。該分光器と該反射器とが、コヒーレントな光源２１からの光を、２つの重複するコヒーレントな光ビーム（平面波）２０４、２０６へと、分光し、再方向付けする。該光ビーム２０４、２０６が、ナビゲーション面２２を照らす。コヒーレントな光源２１（例えば、ＶＣＳＥＬレーザ光源）からの光は、拡散する光ビーム２０１として放射される。該拡散する光ビーム２０１は次いで、例えば平行素子２３を用いて平行化されて、平行光ビーム２０２が形成される。分光器（スプリッタ）２４において、平行光ビーム２０２が、反射ビーム２０３ａとして部分的に反射され、且つ、伝送ビーム２０５として部分的に伝達される。反射ビーム２０３ａは、反射器２５から反射ビーム２０３ｂへと反射され、それが次いで、照射ビーム２０４へと部分的に分光器２４を透過する。同様に、伝送ビーム２０５ａは、反射ビーム２０５ｂとして反射され、それが次いで、分光器２４から照射ビーム２０６へと部分的に反射される。
【００１２】
反射器２６は、反射器２５に対して通常、小さなウェッジ（wedge）角度において傾けられている。これにより、添付の詳細部の照射ビーム２０４の波ベクトル
【００１３】
【数１】
【００１４】
と（以下、この波ベクトルを［ｋ１］と記載する）、照射ビーム２０６の波ベクトル
【００１５】
【数２】
【００１６】
と（以下、この波ベクトルを［ｋ２］と記載する）に示されるように、照射ビーム２０４及び２０６が、互いに対して角度シータ（θ）で重複する。その２つの平面波２０４、２０６は、損失の大部分が無く、等しい強度をとることができ、干渉して、縞間隔で、ナビゲーション面２２上において交互に現われる明暗の縞の投影パターンを生成する。
【００１７】
ｄ２＝（波長／２）／（ｓｉｎ（θ／２）） （１）
ここで、縞間隔ｄ２は、暗い縞の中心から、その次の近傍の明るい縞の中心までが測定され、ここで、θは、波ベクトル［ｋ１］と波ベクトル［ｋ２］との間の角度である。これは、モアレ測定学の周知の技法である。これにより、表面の変形、表面の振動、及び表面輪郭（surface contour）を測定することができる。簡単化のため、反射ビーム２０３ｂの部分的な反射によって、及び、反射ビーム２０５ｂの部分的な伝達によって、分光器２４において形成されたビームは、図示されていない。後者の部分的に伝達されるビームは、光源２１の空洞（キャビティ）に再入力される可能性があり、悪影響を受ける可能性があるレーザモード性能であるが、このことは、該ビームが再入力されるのを防ぐために分光器をわずかに回転させることによって避けることができる。代替として、アイソレータ（例えば、ファラデー回転子）を、レーザと分光器との間に配置することができる。
【００１８】
表面（例えば、ナビゲーション面２２）が、２つのコヒーレントな平面波（例えば、照射ビーム２０４、２０６）によって照らされる場合には、それらビームは、干渉することとなり、前記表面が投影縞を交差させる、一連の交互に現われる明暗の輪郭（コンター）パターンが形成されることとなる。照射された表面が、検出器アレイ２８（例えば、ＣＭＯＳアレイイメージャか、又はカメラ）上へと撮像される場合には、表面輪郭（すなわち、表面の高さの変動）の恒久的な記録が生成される。例えば、拡散する光線２０７を取り込んで、光線２０８を、対応する検出器アレイ２８のピクセル上へと、撮像素子２７を用いて再集束させることによって、ナビゲーション面２２上の点は、検出器アレイ２８上へと撮像（イメージ化）されることが可能である。ナビゲーション面２２の各点は、これにより、検出器アレイ２８上におけるユニークな点に撮像（イメージ化）される。
【００１９】
図２Ｂは、本発明の実施形態による、投影縞技法を用いた光学ナビゲーションのための代替のシステム実施例２２０を示す光学的な概略図である。コヒーレントな光源２１（例えば、ＶＣＳＥＬレーザ光源）からの光は、誘導された光路（例えば、光ファイバ２２１）上へと放射される。分光器２１３において、光は、複数の誘導された光路内へと分光される。該光路は、簡単化のために、デュアル光ファイバ２２２及び２２３によって示されており、それぞれのコヒーレントな点光源Ａ及びＢに導かれる。該点光源Ａ及びＢは、距離ｄ１だけ空間的に分離されている。デュアルコヒーレント点光源Ａ及びＢの各々からの光は、異なる光路長の異なる非誘導経路を、ナビゲーション面２１２へと伝搬する。例えば、点光源Ａからの、ナビゲーション面２１２の点Ｐ（２２６）上の光入射は、光路長
【００２０】
【数３】
【００２１】
の非誘導光路２２４を伝搬するのに対し、点光源Ｂからの、ナビゲーション面２１２の点Ｐ（２２６）上の光入射は、光路長
【００２２】
【数４】
【００２３】
の非誘導光路２２５を伝搬する。
【００２４】
図２Ａに関連して提供される解析に従って、近接して隔置されたコヒーレントな点光源Ａ及びＢからナビゲーション面２１２に導かれる光は、重なり合って、干渉パターンが生成される。該干渉パターンは、ナビゲーション面２１２上に入射し、該ナビゲーション面２１２において、ナビゲーション面２１２の表面トポグラフィによって、それが更に変調され、表面の高さの変動のユニークな光学表現が生成される。図２Ｂにおいて、表面２１２上の点Ｐ（２２６）からの拡散光２２７は、集束光２２８により撮像素子２１４によって、検出器アレイ２１５の素子又はピクセル２１６上へと撮像されるように示されている。同様に、組み合わされたコヒーレント点光源Ａ及びＢからの重複光は、ナビゲーション面２１２上の点の連続体（continuum）を照らす。ナビゲーション面を画定する、この点の連続体は、反射された光の空間的な強度特性（intensity profile）を変調する。該点の連続体は次々に、検出器アレイ２１５の対応するピクセル上へと撮像される。ナビゲーション面２１２上の各点は、これにより、検出器アレイ２１５上のユニークな位置へと撮像（イメージ化）される。検出器アレイ２１５において、信号は、２つの経路から到来する光の干渉に応答して生成される。２次元の相対動作（例えば、図２Ｂの詳細部の速度軸において示されるｖＸ、ｖＺ速度成分）が、従来の空間的な相関アルゴリズムから決定される。
【００２５】
図２Ａ及び図２Ｂに関連して説明された技法は、光学ナビゲーション技術としての用途を（例えば、光学マウスにおいて）有する。光源と検出器とが、コンピュータのマウスのようなハウジング内において、互いに対して寸法的に固定されている。これにより、前記光源と検出器とが、ナビゲーション面２２に対する１つのユニットとして変換する。該ナビゲーション面を変換する場合には、検出器アレイにおいて見られる縞パターン（強度変動）が変化する。
【００２６】
図２Ａにおいて、縞間隔ｄ２は、ビーム２０４と２０６とが重なり且つ干渉するボリューム全体にわたる３次元空間の縞パターンを画定する。従って、この３次元の縞パターンは、それが交差する任意の横方向か又は縦方向の面上における２次元の縞画像パターンを投影することとなる。具体的には、ビーム２０４と２０６との重複によって生成された干渉パターンは、縞画像パターンをナビゲーション面２２上へと投影することとなる。
【００２７】
図２Ｃは、本発明の実施形態による、投影縞技法を用いた光学ナビゲーションのための更に別の代替のシステム実施例２２０を示す光学的な概略図である。光学ナビゲーションデバイス２３１は、光源２３３ａ、２３３ｂと、検出器アレイ２１５と、構造用支持部材（複数可）２３２に実装された光学素子２１４、２３５ａ、２３５ｂとを提供する。交差するコヒーレントな光ビーム２３６ａと２３６ｂとは、重なり合って、干渉（又はモアレ）縞パターン２３７を生成する。該干渉縞パターン２３７は、ナビゲーション地形を照らす。干渉パターン２３７は、ナビゲーション地形のトポグラフィによって更に変調され、撮像素子２１４によって検出器アレイ２１５上へと撮像される。図２Ａ及び２Ｂにおけるように、光学ナビゲーションデバイス２３１とナビゲーション地形２１２との間の相対動作が、撮像された変調された干渉パターンの変化として検出される。
【００２８】
図２Ｃにおいて示されるように、重複するコヒーレントな光ビーム２３６ａ及び２３６ｂは、別個のコヒーレントな光源２３３ａ、２３３ｂによってそれぞれ生成される。該光源を、例えば、ダイオード放射、レーザダイオード、レーザ、及び面発光レーザ（vertical-cavity surface emitting laser：ＶＣＳＥＬ）から選択することができる。縞パターンを安定させることが必要とされる場合には、２つの別個のレーザ源間のコヒーレンスを、任意の多くの従来の技法（例えば、Ｓｎａｄｄｅｎ他著、Optics Letters, Vol.22, No.12, 892〜894頁,1997年6月15日、及び本明細書内において引用される参考文献を参照のこと）を用いて、該レーザ源を互いに対して位相ロックする（位相同期させる）ことによって、達成且つ維持することができる。代替として、図２Ａ及び図２Ｂ内において示された手法と類似の手法において、コヒーレントなビームを単一光源から分光することによって、重複するコヒーレントな光ビーム２３６ａ及び２３６ｂを生成することができる。波長可変光源を、本発明の任意の実施形態において、所望のように使用することができる。図２Ｃにおいて示されるように、各拡散ビーム２３５ａ、２３５ｂは、従って、回折素子２３４ａ、２３４ｂによって平行化され且つ再方向付けがなされて、重複するコヒーレントな光ビーム２３６ａ、２３６ｂが提供される。代替として、拡散ビーム２３５ａ、２３５ｂが、単一か又は複数の非回折光学素子を用いて、平行化され且つ再方向付けされることが可能である。
【００２９】
ナビゲーション面２２上か又は２１２上において投影された縞の、検出された画像信号を、電気的に処理することによって（連続的な画像フレーム上において相関計算を実施）、ナビゲーション面の、相対的な２次元の内面（in-plane）動作（変位、速度）が得られる。プロセッサ出力信号を、次いで、コンピュータ画面上のポインタの位置を制御するために使用することができる。
【００３０】
連続的な格納されたフレームを比較することによって、プロセッサ１０５（図１を参照）は、相対動作を決定することができる。これにより、連続的なフレームの相関計算は、相対的な内面動作の距離と方向とを決定するために使用されることが可能となる。取り込まれたフレームは、連続的な取り込まれたフレームと部分的に重なり合う。従って、ナビゲーションソフトウェアのアルゴリズムは、２フレーム以上における特定の識別可能な点において、「注目する（look）」ことができ、次いで、各々が移動した距離と方向とを計算する。連続的なフレーム対を格納することによって、重複した特徴を、プロセッサ１０５において従来の相関アルゴリズムを用いて決定することができる。これにより、移動の方向と大きさとがもたらされる。このプロセスは、米国特許第５，７８６，８０４号において、詳細に記載されており、連続的な面フレームの比較に依存した光学ポインティングデバイスのために広く用いられている。ここで、該面フレームは、従来の技術に従って（例えば、表面から反射された光放射によって生成された影によって）生成される。
【００３１】
図３は、本発明の実施形態による、ナビゲーションデバイスに対するナビゲーション面の２次元動作を光学的に決定するための動作シーケンス３００を示すフローチャートである。動作３０２において、コヒーレントな光ビーム（例えば、ビーム２０２）が、提供される。該コヒーレントな光ビームは、動作３０３において、２つの重複する（交差する）コヒーレントなビーム（例えば、ビーム２０４及び２０６）へと分光され且つ再方向付けられる。代替として、動作３０２及び３０３において、２つの重複するコヒーレントなビームはそれぞれ、別個のコヒーレントな光源から生成される。後者の場合には、２つの光源の互いに対する位相ロック（位相同期）を使用して、必要とされるならばコヒーレンスを維持することができる。別個に生成されたビームを、次いで、単一か又は複数の回折及び／又は非回折光学素子を用いて、平行にし且つ再方向付けることができる。動作３０４において、２つの重複するコヒーレントなビームは、干渉パターンを生成する。該干渉パターンは、動作３０５において、ナビゲーション面（例えば、ナビゲーション面２２）上へと投影される。動作３０６において、その投影された干渉パターンは、検出器アレイ（例えば、検出器アレイ２８）上へと撮像（イメージ化）される。該検出器アレイは、動作３０７において処理した信号を提供する。動作３０８において、該処理した信号は、ナビゲーション面２２と検出器アレイ２８との２次元動作を決定するために連続的なフレーム対において相関がとられる。２次元の位置出力及び／又は速度出力が、動作３０９において提供される。
【００３２】
上記の説明は、２次元の投影縞パターンを用いて、ナビゲーション面に対する検出器の内面動作を決定することによって提供された。この２次元の技法は、光学マウスと共に用いることに高い有用可能性がある。
【００３３】
図４は、本発明の実施形態による、コンピュータシステム４００を示す概略図である。光学マウス４１０は、固定されたナビゲーション面４２０に対して移動し、典型的には、図１内の光源モジュール１０３に類似したコヒーレントな光源と、図１内の検出器アレイ１０４に類似した検出器とを含む。連続的な位置画像が処理されて、表示のためにＣＰＵ４３０へとワイヤを介してか又はワイヤレスに送られて、通常、コンピュータ表示画面４４０上の小さな矢印、すなわちポインタの位置が制御される。典型的には、位置的な処理は、例えば、図１内の画像プロセッサ１０５に類似したプロセッサによって、光学マウス４１０の内部において実行される。代替として、処理するためにワイヤを介してか又はワイヤレスに、光学マウス４１０からＣＰＵ４３０へと生（raw）画像データ（又は他の中間データ）を送ることが可能である。光学マウス４１０は、オプションで、オペレータによって手動で動かすことができる。ＣＰＵ４３０は、典型的には、ユーザ入力デバイス（例えば、キーボード）と相互接続される。
【００３４】
本発明は、特定の実施形態に関連して説明されてきたが、多くの代替、修正、及び変形形態が、上述の説明と照らし合わせて明らかにされるであろうことが当業者であれば明白である。従って、本発明は、その原理内及び添付の特許請求の範囲内にある全ての他のそのような代替、修正、及び変形形態を包含することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態による、光学ナビゲーションのためのシステムを示す上位レベルのブロック図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による、投影縞技法を用いた光学ナビゲーションのためのシステム実施例を示す光学的な概略図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態による、投影縞技法を用いた光学ナビゲーションのための代替のシステム実施例を示す光学的な概略図である。
【図２Ｃ】本発明の実施形態による、投影縞技法を用いた光学ナビゲーションのための更に別の代替のシステム実施例を示す光学的な概略図である。
【図３】本発明の実施形態による、ナビゲーションデバイスに対するナビゲーション面の２次元動作を光学的に決定するための動作シーケンスを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態による、コンピュータシステムを示す概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナビゲーション地形（１０２）に対する動作（１０７、１０８）を決定するための光学ナビゲーションシステム（１０）であって、
コヒーレントな光放射の２つの重複するビーム（２０４、２０６）を生成するために動作可能な光学ナビゲーションデバイス（１０１）であって、前記２つの重複するビームが、干渉縞パターン（２３７）を生成するよう動作可能であり、これにより、前記縞パターンを有する前記２つの重複するビームが、前記ナビゲーション地形（１０２）の表面部分（２２，２１２）を照らすよう動作可能であることからなる、光学ナビゲーションデバイスと、
入力光学画像パターン（２０７、２０８）に応答して、信号（１１４）の出力パターンを生成するために動作可能な検出器アレイ（２１５）と、
前記２つの重複するビームによって照らされた前記ナビゲーション地形表面の一部分を前記検出器アレイ上へと撮像するために配置された、撮像素子（２７、２１４）
とを備える、システム。
【請求項２】
コヒーレントな光放射の第１のビーム（２０１、２２１）を生成するために動作可能な第１の光源（２１、１０３）と、
前記コヒーレントな光放射の前記第１のビームを、前記コヒーレントな光放射の２つの重複するビームへと分光するために動作可能なビーム分光素子（２４、２１３）であって、前記重複するビームの各々は、前記第１のビームと実施的には同程度のコヒーレンスを有することからなる、ビーム分光素子
とを更に備えることからなる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ビーム分光素子は、実質的にはマイケルソン干渉計（２４〜２６）として構成され、
前記重複するビームは、互いに対して角度θにおいて伝搬することからなる、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記検出器アレイ（２８、１０４、２１５）からの信号（１１４）の前記パターンを処理するために且つ前記干渉縞パターンに対する前記ナビゲーション地形位置（２２、１０２、２１２）の２次元動作（１０７、１０８）を表す出力を生成するために動作可能なプロセッサ（１０５）を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
コヒーレントな光放射の２つの別個の光源（２３３ａ、２３３ｂ）を更に備え、前記別個の光源の各々は、前記コヒーレントな光放射の２つの重複するビーム（２３６ａ、２３６ｂ）のうちの１つを生成するよう動作可能であることからなる、請求項１に記載のシステム（２３０）。
【請求項６】
前記２つの別個の光源は、互いに対して位相ロック（２３７）されるよう動作可能である、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
２つの重複するコヒーレントな光ビームを生成し（３０３）、
前記２つの重複する光ビーム間の干渉縞（３０４）パターンを生成し、
前記干渉縞パターンによって前記ナビゲーション地形の表面部分を照らし（３０５）、
縞が照らされた前記表面部分を撮像し（３０６）、及び、
前記撮像された、縞が照らされた前記表面部分に応答して、信号のパターンを生成する（３０６〜３０７）
ことを含む、光学ナビゲーションデバイスとナビゲーション地形との間の相対動作を決定するための方法（３００）。
【請求項８】
前記２つの重複するコヒーレントな光ビームを生成することは、
単一光源からのコヒーレントな光放射の第１のビーム（３０２）を生成し、及び、
前記第１のビーム（３０２）を、２つの重複するコヒーレントな光ビームに分光（３０３）する
ことを含み、
前記重複する光ビームは、前記第１のビームと実質的には同程度のコヒーレンスを有することからなる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記干渉縞パターンに対する前記ナビゲーション地形部分の２次元動作を表す出力信号（３０９）を生成するために、信号の前記パターンを処理すること（３０７、３０８）を追加的に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記２つの重複するコヒーレントな光ビーム（２３６ａ、２３６ｂ）を生成することは、別個の光源（２３３ａ、２３３ｂ）から、前記重複するコヒーレントな光ビームの各々を生成することを含むことからなる、請求項７に記載の方法。
【請求項１】
ナビゲーション地形（１０２）に対する動作（１０７、１０８）を決定するための光学ナビゲーションシステム（１０）であって、
コヒーレントな光放射の２つの重複するビーム（２０４、２０６）を生成するために動作可能な光学ナビゲーションデバイス（１０１）であって、前記２つの重複するビームが、干渉縞パターン（２３７）を生成するよう動作可能であり、これにより、前記縞パターンを有する前記２つの重複するビームが、前記ナビゲーション地形（１０２）の表面部分（２２，２１２）を照らすよう動作可能であることからなる、光学ナビゲーションデバイスと、
入力光学画像パターン（２０７、２０８）に応答して、信号（１１４）の出力パターンを生成するために動作可能な検出器アレイ（２１５）と、
前記２つの重複するビームによって照らされた前記ナビゲーション地形表面の一部分を前記検出器アレイ上へと撮像するために配置された、撮像素子（２７、２１４）
とを備える、システム。
【請求項２】
コヒーレントな光放射の第１のビーム（２０１、２２１）を生成するために動作可能な第１の光源（２１、１０３）と、
前記コヒーレントな光放射の前記第１のビームを、前記コヒーレントな光放射の２つの重複するビームへと分光するために動作可能なビーム分光素子（２４、２１３）であって、前記重複するビームの各々は、前記第１のビームと実施的には同程度のコヒーレンスを有することからなる、ビーム分光素子
とを更に備えることからなる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ビーム分光素子は、実質的にはマイケルソン干渉計（２４〜２６）として構成され、
前記重複するビームは、互いに対して角度θにおいて伝搬することからなる、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記検出器アレイ（２８、１０４、２１５）からの信号（１１４）の前記パターンを処理するために且つ前記干渉縞パターンに対する前記ナビゲーション地形位置（２２、１０２、２１２）の２次元動作（１０７、１０８）を表す出力を生成するために動作可能なプロセッサ（１０５）を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
コヒーレントな光放射の２つの別個の光源（２３３ａ、２３３ｂ）を更に備え、前記別個の光源の各々は、前記コヒーレントな光放射の２つの重複するビーム（２３６ａ、２３６ｂ）のうちの１つを生成するよう動作可能であることからなる、請求項１に記載のシステム（２３０）。
【請求項６】
前記２つの別個の光源は、互いに対して位相ロック（２３７）されるよう動作可能である、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
２つの重複するコヒーレントな光ビームを生成し（３０３）、
前記２つの重複する光ビーム間の干渉縞（３０４）パターンを生成し、
前記干渉縞パターンによって前記ナビゲーション地形の表面部分を照らし（３０５）、
縞が照らされた前記表面部分を撮像し（３０６）、及び、
前記撮像された、縞が照らされた前記表面部分に応答して、信号のパターンを生成する（３０６〜３０７）
ことを含む、光学ナビゲーションデバイスとナビゲーション地形との間の相対動作を決定するための方法（３００）。
【請求項８】
前記２つの重複するコヒーレントな光ビームを生成することは、
単一光源からのコヒーレントな光放射の第１のビーム（３０２）を生成し、及び、
前記第１のビーム（３０２）を、２つの重複するコヒーレントな光ビームに分光（３０３）する
ことを含み、
前記重複する光ビームは、前記第１のビームと実質的には同程度のコヒーレンスを有することからなる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記干渉縞パターンに対する前記ナビゲーション地形部分の２次元動作を表す出力信号（３０９）を生成するために、信号の前記パターンを処理すること（３０７、３０８）を追加的に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記２つの重複するコヒーレントな光ビーム（２３６ａ、２３６ｂ）を生成することは、別個の光源（２３３ａ、２３３ｂ）から、前記重複するコヒーレントな光ビームの各々を生成することを含むことからなる、請求項７に記載の方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２００７−５１７１９８（Ｐ２００７−５１７１９８Ａ）
【公表日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５４５３５５（Ｐ２００６−５４５３５５）
【出願日】平成１６年１２月１４日（２００４．１２．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４２０１１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６５１７８
【国際公開日】平成１７年７月２１日（２００５．７．２１）
【出願人】（５０６０７６６０６）アバゴ・テクノロジーズ・ジェネラル・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド (129)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年６月２８日（２００７．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１４日（２００４．１２．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０４２０１１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６５１７８
【国際公開日】平成１７年７月２１日（２００５．７．２１）
【出願人】（５０６０７６６０６）アバゴ・テクノロジーズ・ジェネラル・アイピー（シンガポール）プライベート・リミテッド (129)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]