專利名稱：光學(xué)結(jié)構(gòu)、光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)和運動評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)結(jié)構(gòu)、光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)和運動評估方法。
背景技術(shù)：
光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)用于評估光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)和目標表面之間的移動以執(zhí)行跟蹤操作。光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)使用諸如發(fā)光二極管(LED)或激光二極管之類的 光源來照明導(dǎo)航表面的區(qū)域，并且使用圖像傳感器來接收從目標表面所反 射的光以連續(xù)地捕獲目標表面的圖像數(shù)據(jù)幀。光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)比較連續(xù)的圖 像幀，并且基于當前圖像幀和先前圖像幀之間的比較來評估光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng) 和目標表面之間的相對移動。該比較基于檢測和計算所捕獲的圖像數(shù)據(jù)幀 中的特征的位移。對于基于激光的導(dǎo)航系統(tǒng)，這些特征通常是由照射到目 標表面上的激光光斑所產(chǎn)生的干涉圖像。
光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)通常用于光學(xué)的計算機鼠標以跟蹤鼠標相對于表面的移 動，所述表面是鼠標在其上被手動操縱的表面。為了正確地執(zhí)行跟蹤操 作，光學(xué)鼠標通常需要位于目標表面上，這是因為當圖像導(dǎo)航系統(tǒng)的圖像 傳感器和目標表面之間的距離被顯著增加時，即，當光學(xué)鼠標被從目標表 面抬升時，會引入誤差。但是，在某些情形下，希望即使在光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng) 的圖像傳感器和目標表面之間的距離被增加時，光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)也可以操 作。例如，如果在具有一片玻璃的目標表面上使用光學(xué)鼠標，則光學(xué)導(dǎo)航 系統(tǒng)需要在由于目標表面上的一片中間玻璃而引起的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的圖像 傳感器和目標表面之間的距離增加的情況下正確地執(zhí)行操作。
因此，需要一種光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)，即使在光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的圖像傳感器和目標表面之間的距離被增加時，該光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)也能執(zhí)行跟蹤操作。

發(fā)明內(nèi)容
一種光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)和運動估計方法使用光學(xué)結(jié)構(gòu)，該光學(xué)結(jié)構(gòu)被配置 為對沿著第一方向傳播的光進行準直，并且將光從光學(xué)結(jié)構(gòu)的輸出反射面 向下沿著垂直于第一方向的第二方向朝目標表面進行內(nèi)反射。光學(xué)結(jié)構(gòu)還 被配置為將從目標表面反射的光通過輸出反射面朝圖像傳感器透射。因 此，光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)能夠提供以垂直于目標表面的角度照射到目標表面的經(jīng) 準直的光，這允許即使當光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的圖像傳感器和目標表面之間的距 離例如由于光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)和目標表面之間的一片透明材料而增加時，光學(xué) 導(dǎo)航系統(tǒng)也能有效地執(zhí)行跟蹤操作。
根據(jù)本發(fā)明一實施例的用于光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)包括輸入部分、 中間部分和輸出部分。輸入部分包括準直透鏡，該準直透鏡被定位為對在 最初高度上沿著第一方向傳播的光進行接收和準直。中間部分接到輸入部 分。中間部分被配置為對來自準直透鏡的光進行內(nèi)反射，從而以光學(xué)方式 操縱光在低于最初高度的較低高度上沿著第一方向傳播。輸出部分接到中 間部分。輸出部分包括輸出反射面，該輸出反射面被定向為將來自中間部 分的光向下沿著垂直于第一方向的第二方向朝目標表面進行內(nèi)反射，并且 使從目標表面反射的光通過輸出反射面透射以從光學(xué)結(jié)構(gòu)輸出光。
根據(jù)本發(fā)明一實施例的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)包括光源、光學(xué)結(jié)構(gòu)和圖像傳感 器。光源被定位為在最初高度上沿著第一方向發(fā)射光。光學(xué)結(jié)構(gòu)被光學(xué)地 耦合到光源。光學(xué)結(jié)構(gòu)包括準直透鏡，該準直透鏡被定位為對在最初高度 上沿著第一方向傳播的來自光源的光進行接收和準直。光學(xué)結(jié)構(gòu)還包括中 間部分，該中間部分用于對來自準直透鏡的光進行內(nèi)反射，從而以光學(xué)方 式操縱光在低于最初高度的較低高度上沿著第一方向傳播。光學(xué)結(jié)構(gòu)還包 括輸出反射面，該輸出反射面被定向為將來自中間部分的光向下沿著垂直 于第一方向的第二方向朝目標表面進行內(nèi)反射，并且使從目標表面反射的 光通過輸出反射面透射以從光學(xué)結(jié)構(gòu)輸出光。圖像傳感器被光學(xué)地耦合到 光學(xué)結(jié)構(gòu)，用于從光學(xué)結(jié)構(gòu)接收光以捕獲目標表面的圖像數(shù)據(jù)幀。
根據(jù)本發(fā)明一實施例的運動評估方法包括在第一高度上沿著第一方向 發(fā)射光，對在最初高度上沿著第一方向傳播的光進行準直，在校準之后對
光進行內(nèi)反射，從而以光學(xué)方式操縱光在低于最初高度的較低高度上沿著 第一方向傳播，將在較低高度上沿著第一方向傳播的光從輸出反射面向下 沿著垂直于第一方向的第二方向朝目標表面進行內(nèi)反射，使從目標表面反 射的光通過輸出反射面朝圖像傳感器透射，以及在圖像傳感器處接收從目 標表面反射的光以捕獲目標表面的圖像數(shù)據(jù)幀。
根據(jù)下面的詳細說明，結(jié)合附圖，可以明白本發(fā)明的其他方面和優(yōu) 點，附示了本發(fā)明的原理示例。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的包括在光學(xué)的計算機鼠標中的光學(xué) 導(dǎo)航系統(tǒng)。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施例的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的示意圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一實施例的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖4A是光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的示意圖，其示出了當在光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)和目標
表面之間沒有一片透明材料的情況下，光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)在目標表面上操作
時，通過系統(tǒng)的光的光路。
圖4B是光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的示意圖，其示出了當在光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)和目標
表面之間具有一片透明材料的情況下，光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)在目標表面上操作
時，通過系統(tǒng)的光的光路。
圖5是根據(jù)本發(fā)明一實施例的運動評估方法的處理流程圖。
具體實施例方式
參照圖1來描述根據(jù)本發(fā)明一實施例的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100。如圖1所 示，光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100包括在光學(xué)的計算機鼠標102中，鼠標102連接到 計算機104。在該實現(xiàn)方式中，光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100用于當光學(xué)鼠標在目 標表面106上由用戶操縱以控制顯示在計算機104上的光標時，跟蹤光學(xué) 鼠標102的移動。但是，在其他實現(xiàn)方式中，光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)IOO可以用于 各種跟蹤應(yīng)用場合的不同產(chǎn)品中。如下詳細所述，光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100被如 此設(shè)計即使在光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)和目標表面106之間的距離例如由于目標表
面上的一片透明材料而增加時，光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)也可以有效地執(zhí)行跟蹤操 作。
現(xiàn)在參照圖2，示出了光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100的各種組件。圖2是光學(xué)導(dǎo)
航系統(tǒng)100的剖視圖。如圖2所示，光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100包括光源208、光 學(xué)結(jié)構(gòu)210和圖像傳感器212。光源208被配置為生成光，該光用于照明 目標表面的106的成像區(qū)域214以進行運動評估。在該實施例中，光源 208是激光器件。具體而言，光源208是垂直腔表面發(fā)射激光器 (VCSEL)，其生成激光束形式的相干光。但是，在其他實施例中，光源 208可以是發(fā)光二極管或者任何其他發(fā)光器件。光源208被定位為將光沿 著正X方向發(fā)射到光學(xué)結(jié)構(gòu)210中。這里所使用的沿著具體方向的光傳播 表示光(例如光束)的中心軸線沿著該具體方向。
光學(xué)結(jié)構(gòu)210是透光結(jié)構(gòu)，其被配置為對從光源208所接收的光進行 準直和光學(xué)方式的操縱，使其朝目標表面106的成像區(qū)域214發(fā)射。另 外，光學(xué)結(jié)構(gòu)210被配置為接收從目標表面106的成像區(qū)域214所反射走 的光，并且將所反射的光傳送到圖像傳感器212。光學(xué)結(jié)構(gòu)210的設(shè)計允 許光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)ioo在不同的表面上、甚至在具有一片透明材料的表面上 有效地操作，所述一片透明表面例如是一片透明玻璃或者一片透明塑料。
光學(xué)結(jié)構(gòu)210在圖2中示出，也在圖3中示出，圖3是光學(xué)結(jié)構(gòu)的透 視圖。如圖2所圖示，光學(xué)結(jié)構(gòu)210包括輸入部分216、中間部分218和 輸出部分220。光學(xué)結(jié)構(gòu)210的輸入部分216被配置為接收和準直來自光 源208的光，該光在與光學(xué)結(jié)構(gòu)210的底面222相距zl的高度上沿著正X 方向傳播。底面222是當在目標表面上使用光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100時，光學(xué)結(jié) 構(gòu)210最接近目標表面106的表面。這里所使用的沿著特定方向傳播的光 的高度指的是該光的中心軸的高度，該光可以是激光束。光學(xué)結(jié)構(gòu)210的 中間部分218被配置為接收經(jīng)準直的光并對其進行光學(xué)方式的操縱，以使 得經(jīng)準直的光在離底面222為z2的高度上沿著正X方向傳播，高度z2低 于高度zl。光學(xué)結(jié)構(gòu)210的輸出部分220被配置為對來自中間部分218的 經(jīng)準直的光進行重定向，以使得經(jīng)準直的光沿著負Z方向向下朝目標表面 106傳播。輸出部分220也被配置為接收從目標表面106的成像區(qū)域2"所反射的光并且將所反射的光朝圖像傳感器212傳送。
光學(xué)結(jié)構(gòu)210的輸入部分216包括用于容納光源208的腔224。在該 實施例中，光源208是圓柱形的VCSEL。因此，輸入部分216的腔224是 圓柱腔，以使得如圖2所圖示，光源208可以部分地位于腔中。腔224包 括腔表面上所形成的準直透鏡226。準直透鏡226被定向為使得準直透鏡 的光軸與X軸平行。準直透鏡226被配置為接收來自光源208的光(該光 在高度zl上沿著正X方向傳播)，并且對所接收的光進行準直，使得經(jīng) 準直的光在光學(xué)結(jié)構(gòu)210中沿著正X方向朝光學(xué)結(jié)構(gòu)的中間部分218傳
光學(xué)結(jié)構(gòu)210的中間部分218被接到輸入部分216以從準直透鏡226 接收經(jīng)準直的光，經(jīng)準直的光仍然在高度zl上沿著正X方向傳播。中間 部分218包括上反射面228和下反射面230，這兩個面都相對于X軸向下 傾斜。在該實施例中，上反射面228和下反射面230都被定向為相對于X 軸成負四十五度(一45° )的角度。上反射面228用于對來自準直透鏡 226的經(jīng)準直的光向下進行內(nèi)反射，以使得經(jīng)準直的光被從正X方向重定 向到負Z方向。下反射面230用于對來自上反射面228的光進行內(nèi)反射， 以使得經(jīng)準直的光在高度z2上被從負Z方向重定向到正X方向。上反射 面228和下反射面230的總效果是經(jīng)準直的光被從高度zl降低到高度 z2，但仍沿著正X方向傳播。
光學(xué)結(jié)構(gòu)210的輸出部分220被接到中間部分218以從下反射面230 接收經(jīng)準直的光，該經(jīng)準直的光在高度z2上沿著正X方向傳播。輸出部 分220包括底面222和頂面232。底面222用于將經(jīng)準直的光傳送到目標 表面106，并且接收從目標表面所反射的光。頂面232用于使從目標表面 106反射的光朝圖像傳感器212透射。在該實施例中，頂面232和底面222 平行于X軸。
輸出部分220還包括輸出反射面234，其位于頂面232和底面222之 間。輸出反射面234以類似于中間部分218的上反射面228和下反射面 230的方式向下傾斜。在該實施例中，輸出反射面234被定向為相對于X 軸成負四十五度(一45° )的角度。輸出反射面234是由光學(xué)結(jié)構(gòu)210中的棱鏡形凹口 236所提供的表面。輸出反射面234用于對來自中間部分 218的下反射面230的一些經(jīng)準直的光向下進行內(nèi)反射，以使得經(jīng)準直的 光被從正X方向重定向到負Z方向。從輸出反射面234反射的經(jīng)準直的光 然后被從光學(xué)結(jié)構(gòu)210的底面222朝目標表面106發(fā)射，目標表面106被 定向為平行于X軸。因此，從光學(xué)結(jié)構(gòu)210發(fā)射的經(jīng)準直的光將以垂直于 目標表面的角度照射到目標表面106上。因此，從目標表面106反射的光 也垂直于目標表面，但沿著正Z方向向上傳播。輸出反射面234還用于將 來自目標表面106的一些反射光朝圖像傳感器212傳送，圖像傳感器212 位于輸出反射面上方。因此，來自目標表面106的反射光繼續(xù)沿著正Z方 向傳播，通過輸出反射面234和棱鏡形凹口 236。通過輸出反射面234和 棱鏡形凹口 236所透射的反射光被發(fā)射出輸出部分220的頂面232，朝圖 像傳感器212發(fā)射。
光學(xué)結(jié)構(gòu)210可以由任何透光材料構(gòu)成，所述透光材料例如是聚碳酸 酯、其他塑料材料或者任何光學(xué)玻璃。在該實施例中，光學(xué)結(jié)構(gòu)210是整 體結(jié)構(gòu)。因此，在該實施例中，光學(xué)結(jié)構(gòu)210的各種組件是整體單塊結(jié)構(gòu) 的部分。但是，在其他實施例中，光學(xué)結(jié)構(gòu)210可以由多個獨立結(jié)構(gòu)形 成。
圖像傳感器212位于光學(xué)結(jié)構(gòu)210的頂面232之上，以接收從目標表 面106的成像區(qū)域214反射走的光，從而捕獲目標表面的圖像數(shù)據(jù)幀。具 體而言，圖像傳感器212位于光學(xué)結(jié)構(gòu)210的輸出反射面234之上，以接 收從目標表面106的成像區(qū)域214反射的光。圖像傳感器212包括光敏像 素元件的陣列(未示出)，其響應(yīng)于入射到元件上的光而生成圖像信號。 例如，圖像傳感器212可以是電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器或者互補 金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。包括在圖像傳感器212中的光 敏像素元件的數(shù)目可以至少根據(jù)光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)ioo對于光學(xué)運動評估的性 能要求而變化。例如，圖像傳感器212可以包括30X30的有源光敏像素 元件陣列。
參照圖4A和圖4B來描述根據(jù)本發(fā)明一實施例的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100的 操作。圖4A示出了當在光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100和目標表面106之間沒有一片透明材料的情況下，光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)在目標表面上操作時，通過光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100的光的光路。如圖4A所圖示，從光源208發(fā)射的光在高度zl上沿著X方向傳播，其在光學(xué)結(jié)構(gòu)的輸入部分216的準直透鏡226處被傳送到光學(xué)結(jié)構(gòu)210中。然后，光被通過準直透鏡226準直并且繼續(xù)沿著X方向傳播。然后，經(jīng)準直的光從光學(xué)結(jié)構(gòu)210的中間部分218的上反射面228發(fā)生內(nèi)反射，向下沿著負Z方向傳播。然后，經(jīng)準直的光又從光學(xué)結(jié)構(gòu) 210的中間部分218的下反射面230發(fā)生內(nèi)反射，以使得經(jīng)準直的光又沿著X方向、但在較低高度z2上傳播。
在高度z2上沿著X方向傳播的經(jīng)準直的光然后遇到光學(xué)結(jié)構(gòu)210的輸出部分220的輸出反射面234。 一些經(jīng)準直的光從輸出反射面234發(fā)生內(nèi)反射，向下沿著負Z方向傳播。這些經(jīng)準直的光然后從光學(xué)結(jié)構(gòu)210的 底面222發(fā)射出，以垂直于目標表面的角度朝目標表面106的成像區(qū)域 214傳播。這些經(jīng)準直的光然后從目標表面106反射。因為目標表面106上的入射光垂直于目標表面，所以從目標表面106反射的光以垂直于目標表面的方向(即，正Z方向)向上傳播。
從目標表面106反射的光沿著正Z方向傳播，其被通過底面222透射到光學(xué)結(jié)構(gòu)210中。然后， 一些光透射通過輸出反射面234，而不被輸出 反射面反射。因此，從目標表面106反射的光繼續(xù)沿著正Z方向向上傳播，通過輸出反射面234和棱鏡形凹口 236。通過輸出反射面234和棱鏡形凹口236透射的光被發(fā)射出光學(xué)結(jié)構(gòu)210的頂面232，朝圖像傳感器212傳播。然后，由圖像傳感器212接收光以捕獲目標表面106的圖像數(shù)據(jù)幀。
圖4B示出了當在光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100和目標表面106之間具有一片透 明材料438的情況下，光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)在目標表面上操作時，通過光學(xué)導(dǎo)航 系統(tǒng)100的光的光路。如圖4A和圖4B所圖示，當在具有一片透明材料 438的情況下光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100在目標表面106上操作時通過光學(xué)導(dǎo)航系 統(tǒng)的光的光路與當在沒有任何一片透明材料的情況下光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100在 目標表面上操作時通過光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的光的光路相同。具體而言，從光學(xué)結(jié)構(gòu)210的底面222發(fā)射的經(jīng)準直的光在這兩種情況中都沿著負Z方向傳播。因此，無論光學(xué)結(jié)構(gòu)210和目標表面之間的垂直距離如何，來自光學(xué)
結(jié)構(gòu)210的經(jīng)準直的光都以垂直于目標表面106的角度照射到目標表面 106的成像區(qū)域214。因此，無論光學(xué)結(jié)構(gòu)和目標表面之間的垂直距離如 何，來自光學(xué)結(jié)構(gòu)210的經(jīng)準直的光都照射目標區(qū)域106的同一成像區(qū)域 214，這允許光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100正確地跟蹤目標表面和光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)之間 的運動。此外，計算機仿真結(jié)果顯示，不管光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100和目標表面 之間有還是沒有一片透明材料，光束分布都沒有顯著差別，并且光束圖案 都沒有顯著偏移。這些計算機仿真結(jié)果還顯示，針對這片透明材料的厚度 變化，例如，從3mm變至6mm，或者針對這篇透明材料的折射率變化， 例如，從1.51變至1.71，光束分布都沒有顯著差別，并且光束圖案都沒有 的顯著偏移。因此，光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100可以有效地在不同厚度和不同折射 率的透明片上執(zhí)行跟蹤操作，并且可以在目標表面和光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)之間沒 有任何透明片的目標表面上執(zhí)行跟蹤操作。
參照圖5的處理流程圖來描述根據(jù)本發(fā)明一實施例的運動評估方法。 在框502，在最初高度上沿著第一方向發(fā)射光。接下來，在框504，對在 最初高度上沿著第一方向傳播的光進行準直。接下來，在框506，對經(jīng)準 直的光進行內(nèi)反射，從而以光學(xué)方式操縱所述光在低于最初高度的較低高 度上沿著第一方向傳播。接下來，在框508，在較低高度上沿著第一方向 傳播的光從輸出反射面發(fā)生內(nèi)反射，向下沿著垂直于第一方向的第二方向 朝目標表面?zhèn)鞑?。接下來，在?10，從目標表面反射的光通過輸出反射 面朝圖像傳感器透射。接下來，在框512，在圖像傳感器處接收從目標表 面反射的光以捕獲目標表面的圖像數(shù)據(jù)幀。
盡管描述并圖示了本發(fā)明的具體實施例，但是本發(fā)明不局限于如此描 述和圖示的部件的具體形式或布置。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物 來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)中的光學(xué)結(jié)構(gòu)，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)包括輸入部分，其包括準直透鏡，該準直透鏡被定位為對在最初高度上沿著第一方向傳播的光進行接收和準直；接到所述輸入部分的中間部分，所述中間部分被配置為對來自所述準直透鏡的所述光進行內(nèi)反射，從而以光學(xué)方式操縱所述光在低于所述最初高度的較低高度上沿著所述第一方向傳播；以及接到所述中間部分的輸出部分，所述輸出部分包括輸出反射面，所述輸出反射面被定向為將來自所述中間部分的所述光向下沿著垂直于所述第一方向的第二方向朝目標表面進行內(nèi)反射，并且使從所述目標表面反射的所述光通過所述輸出反射面透射以從所述光學(xué)結(jié)構(gòu)輸出所述光。
2. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述準直透鏡和所述輸出反射面 是整體單塊結(jié)構(gòu)的部分。
3. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述輸出反射面相對于所述第一 方向以負四十五度的角度向下傾斜。
4. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述中間部分包括上反射面和下 反射面，所述上反射面和所述下反射面相對于所述第一方向向下傾斜以對 來自所述準直透鏡的所述光進行內(nèi)反射，從而以光學(xué)方式操縱所述光在所 述較低高度上沿著所述第一方向傳播。
5. 如權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述中間部分的所述上反射面和 所述下反射面相對于所述第一方向以負四十五度的角度向下傾斜。
6. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述輸入部分包括腔，所述準直 透鏡是所述腔的表面。
7. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述輸出部分包括棱鏡形凹口， 所述輸出反射面是所述棱鏡形凹口的表面。
8. —種光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)，包括光源，被安置為在最初高度上沿著第一方向發(fā)射光； 光學(xué)耦合到所述光源的光學(xué)結(jié)構(gòu)，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)包括準直透鏡，所述 準直透鏡被定位為對在所述最初高度上沿著所述第一方向傳播的來自所述 光源的所述光進行接收和校準，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)還包括中間部分，所述中間 部分被配置為對來自所述準直透鏡的所述光進行內(nèi)反射，從而以光學(xué)方式 操縱所述光在低于所述最初高度的較低高度上沿著所述第一方向傳播，所 述光學(xué)結(jié)構(gòu)還包括輸出反射面，所述輸出反射面被定向為對來自所述中間 部分的所述光向下沿著垂直于所述第一方向的第二方向朝目標表面進行內(nèi) 反射，并且使從所述目標表面反射的所述光通過所述輸出反射面透射以從 所述光學(xué)結(jié)構(gòu)輸出所述光；以及光學(xué)耦合到所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的圖像傳感器，用于從所述光學(xué)結(jié)構(gòu)接收所 述光以捕獲所述目標表面的圖像數(shù)據(jù)幀。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述光源包括垂直腔表面發(fā)射激 光器。
10. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)是整體單塊結(jié) 構(gòu)，所述準直透鏡和所述光學(xué)反射面是所述整體單塊結(jié)構(gòu)的部分。
11. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的輸出反射面相 對于所述第一方向以負四十五度的角度向下傾斜。
12. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的所述中間部分 包括上反射面和下反射面，所述上反射面和所述下反射面相對于所述第一 方向向下傾斜以對來自所述準直透鏡的所述光進行內(nèi)反射，從而以光學(xué)方 式操縱所述光在所述較低高度上沿著所述第一方向傳播。
13. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述中間部分的所述上反射面 和所述下反射面相對于所述第一方向以負四十五度的角度向下傾斜。
14. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)包括腔，所述光 源部分地位于所述腔中，所述準直透鏡是所述腔的表面。
15. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述輸出部分包括棱鏡形凹 口，所述輸出反射面是所述棱鏡形凹口的表面。
16. —種運動評估方法，包括 在第一高度上沿著第一方向發(fā)射光；對在所述最初高度上沿著所述第一方向傳播的所述光進行準直；在所述校準之后對所述光進行內(nèi)反射，從而以光學(xué)方式操縱所述光在 低于所述最初高度的較低高度上沿著所述第一方向傳播；將在所述較低高度上沿著所述第一方向傳播的所述光從輸出反射面向 下沿著垂直于所述第一方向的第二方向朝目標表面進行內(nèi)反射；使從所述目標表面反射的所述光通過所述輸出反射面朝圖像傳感器透射；以及在所述圖像傳感器處接收從所述目標表面反射的所述光以捕獲所述目 標表面的圖像數(shù)據(jù)幀。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述的在校準之后對所述光進 行內(nèi)反射的步驟包括將所述光從上反射面和下反射面進行內(nèi)反射，所述上 反射面和所述下反射面相對于所述第一方向向下傾斜。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述上反射面和所述下反射面 相對于所述第一方向以負四十五度的角度向下傾斜。
19. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述輸出反射面相對于所述第 一方向以負四十五度的角度向下傾斜。
20. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述的發(fā)射所述光的步驟包括 發(fā)射激光束。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光學(xué)結(jié)構(gòu)、光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)和運動評估方法。光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)和運動評估方法使用光學(xué)結(jié)構(gòu)，該光學(xué)結(jié)構(gòu)被配置為對沿著第一方向傳播的光進行準直，并且將光從光學(xué)結(jié)構(gòu)的輸出反射面向下沿著垂直于第一方向的第二方向朝目標表面進行內(nèi)反射。所述光學(xué)結(jié)構(gòu)還被配置為將從目標表面反射的光通過輸出反射面朝圖像傳感器透射。
文檔編號G06F3/033GK101206540SQ20071030161
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月20日
發(fā)明者葉勝龍, 李洪康, 李賽穆, 格蘭蒂斯·蘇·映·凡 申請人:安華高科技Ecbu Ip(新加坡)私人有限公司