专利名称：光学图像检测器及使用该检测器的导航装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学图像检测器和使用该检测器的导航装置。
背景技术：
光电鼠标用于移动显示在数字扫描仪或显示单元上的光标的位置，它采用了可以分辨物体对比度的光学检测器。特别是，光电鼠标具有一个光发射装置用于将诸如红外或可见谱线的光照射在放置光电鼠标的工作台表面。
Tullis在美国专利US5686720中描述了具有优化照明条件的光电鼠标，名称为“用于获得高对比度表面照明的方法和设备”。在美国专利US5686720中公开了一种光电鼠标，其特征在于，将入射角小于16°的光照射到具有不规则表面形态的介质(如，工作台)表面。入射角指的是入射光线与介质表面之间的夹角。
图1是一个横切面示意图，示出了传统的光电鼠标中采用的光学检测器的一些缺点。
参见图1，由光发射装置(未示出)产生的入射光7照射在工作台5的表面。光发射装置位于在工作台5上移动的光电鼠标的壳体中，入射光线7通过在壳体底板上预定区域形成的窗口而照亮工作台5的表面。
工作台5由水平面板1组成。水平面板1的表面具有细小突起，诸如第一至第四突起3a，3b，3c和3d。一般来说，突起3a，3b，3c和3d的高度各不相同，突起间的距离也不一致。例如，如图1所示，第二突起3b和第三突起3c可以位于第一突起3a和第四突起3d之间，第二突起3b和第三突起3c可以低于第一突起3a。在这种情况下，当入射光线7以小于16°的入射角α照射在工作台5的表面时，由于第一和第四突起3a和3d各自形成了第1和第2阴影区9a和9b。因此，入射光线7可能不会照射到第二突起3b和第三突起3c。
同时，光学传感器13位于工作台5上。光学传感器13安装在光电鼠标的壳体中。光学传感器13检测从工作台5表面反射的光11以产生对应于工作台5表面形态的二维图像。光学传感器13包括多元像素二维矩阵，每一个像素产生的光电流对应于图像中每个区域的亮度。因此，如果第一阴影区9a的区域大于各像素的区域，那么对应于第一阴影区9a的像素输出可以识别的光电流。这样就不会产生对应于第二和第三突起3b和3c的图像了。因而难以获得具有高分辨率的工作台5的表面形态图像。这可能使得光电鼠标的性能下降。这样一来，即使光电鼠标在工作台上移动，指示光电鼠标当前位置的光标也可能不会在显示单元上移动。
因为入射光具有小的入射角，所以根据传统的光电鼠标要获得具有高分辨率的工作台表面形态图像是困难的。因此光电鼠标可能会失效。
发明内容
本发明的一个特征是提供光学图像检测器，这些检测器可以提高对物体表面形态的图像分辨率。
本发明的另一个特征是提供光电鼠标，它采用高性能的光学图像检测器，能够产生精确的位置信号。
本发明的另一特征是提供导航装置，它们采用高性能的光学图像检测器，可以识别物体的精确模式。
根据本发明的一方面，提供了一种光学图像检测器，它将入射光照射到物体的表面以产生物体表面形态的图像。光学图像检测器包括光源和用于产生响应来自光源的光的入射光的入射光发生器。入射光包含至少两组与物体表面成不同入射角的入射光。
根据本发明的实施例，入射光发生器可以包括第一反射板，它反射源自光源的光，产生具有与物体表面成第一入射角的第一组入射光；第二反射板，它反射源自光源的光，产生具有大于第一入射角的第二组第二入射角的入射光；第三反射板，它反射源自光源的光，产生具有大于第二入射角的第三入射角的第三组入射光。
同样，本发明可以进一步包括光学传感器，它置于物体的表面，用以检测物体表面反射的光。光学传感器的功能是将物体表面形态的图像转换成光电流。
根据本发明的另一方面，提供了导航装置。该导航装置可以与在物体表面移动的光电鼠标或可以识别人类指纹的模式识别器相配。导航装置采用了高性能的光学图像检测器。导航装置包括具有底板的壳体。该底板具有穿透底板预定区域的窗口。光源放置在壳体中，入射光发生器放置在邻近光源处。入射光发生器将源于光源的光转换成至少两组与物体表面成不同入射角的入射光。源于入射光发生器的入射光通过窗口照射到物体的表面。
根据本发明，至少有两组与物体表面成不同入射角的入射光照射到了物体的表面上。因此，它可以提高诸如工作台或人类指纹之类物体表面形态的图像分辨率。
对本领域技术人员来说，通过附图并结合对优选的实施例的描述将使本发明的前述特点和优点变得更为清楚。
图1是横切面示意图，说明了传统光学图像检测器的操作原理；图2是横切面示意图，说明了根据本发明的光学图像检测器的操作原理；图3是根据本发明实施例的光学图像检测器的横切面示意图；图4是采用根据本发明的光学图像检测器的数字扫描仪示意图；以及图5是采用根据本发明的光学图像检测器的光电鼠标的横切面示意图。
具体实施例方式
现在结合附图对本发明进行更充分地描述，其中给出了本发明的优选实施例。然而本发明可以有不同的实施形式，不应当将本发明局限于给定的实施例。而且，通过提供这些实施例使得本发明充分公开，并向本领域中的技术人员充分表达了本发明的范围。在附图中，为了清楚起见，各层间的厚度和各区域被夸大了。在整个说明书中，同样的标记表示同样的部件。
图2是根据本发明实施例的光学图像检测器的操作原理的横切面示意图。
参见图2，入射光照射到物体5(例如图1所示的工作台)的表面上。如图1所示，物体5包含多个不规则地形成在其表面上的小突起3a，3b，3c和3d。与公知技术相比，入射光包括至少两组具有不同入射角的入射光。例如，入射光可以包括图2所示的第一到第三组入射光51，53和55。第一组入射光51照射到物体5上，与物体5水平表面成第一入射角α1；第二组入射光53照射到物体5上，与物体5水平表面成大于第一入射角α1的第二入射角α2。同样，第三组入射光55照射到物体5上，与物体5水平表面成大于第二入射角α2的第三入射角α3。这样，由于第一到第三组入射光51，53和55的作用就可以清楚地形成位于第一和第四突起3a和3d之间的第二和第三突起3b和3c的阴影以及第一和第四突起3a和3d的阴影。此处，入射角的范围介于0°到90 °之间。
更进一步，第一到第三组入射光线51，53和55合起来形成了其它一些阴影，这些阴影与每一个突起3a，3b，3c和3d的高度以及突起3a，3b，3c和3d之间的每一个间隔相对应。例如，与已有技术相比，第二和第三突起3b和3c的阴影以及第一突起3a的阴影，可以在第一突起3a和第四突起3d之间的区域中清楚的形成。更详细地说，没有被任何入射光51，53或55照射到的第一阴影区域57a是在各个突起3a，3b，3c和3d的一侧形成的，而仅被第三组入射光55照射到的第二阴影区域57b则紧邻着第一阴影区域57a形成。此外，被第二和第三组入射光53和55共同照射形成了邻近于第二阴影区57b的第三阴影区57c。因此，通过阴影区域57a，57b，57c的组合，形成了对应于每一个突起3a，3b，3c和3d的高度及各突起3a，3b，3c和3d之间间隔的最终阴影区域。
结果，就可以产生与物体5实际表面形态接近的图像，因为与现有技术相比，最终的阴影区域可以分成为更多可分开的级别。
图3是横切面示意图，用以说明本发明实施例中光学图像检测器的操作原理。
参见图3，入射光发生器59放置在物体5一边的上方。物体5可以是相应的工作台或人的手指。入射光发生器59产生如图2所示的第一到第三入射光51，53和55。光源61安装在入射光发生器59的上方。光源61发出诸如红外或可见谱线，来自于光源61的光线照射到入射光发生器59上。
入射光发生器59包括多个反射板。例如，入射光发生器59可以包括第一反射板59a，第二反射板59b和第三反射板59c，它们反射来自光源61的光。第一反射板59a是与物体5的水平面成第一角度β1的斜面，第二反射板59b是具有大于第一角度β1的第二角度β2的斜面，第三反射板59c是具有大于第二角度β2的第三角度β3的斜面。在这种情况下，优选的是第二反射板59b设置得比第三反射板59c的高度低，第一反射板59a设置得比第二反射板59b的高度低。这是为了使反射板表面反射的所有光能照射到物体5的预定区域上。同样，优选的是第一反射板59a比第二反射板59b伸出更多，第二反射板59b比第三反射板59c伸出更多。这样，从光源61向下发出的光一致照射到第一到第三反射板59a，59b和59c上，从反射板59a，59b和59c反射的入射光则可以被分成如图2所描述的第一到第三组入射光51，53和55。
光学传感器放置于物体5的上方。光学传感器由多个二维阵列像素组成。每一个像素产生一个光电流或一个光电压，对应于从物体5表面反射的光的亮度。结果，与现有技术相比，因为至少采用了两组具有不同入射角的入射光而提高了物体5表面形态光学图像的分辨率。
图4给出了采用图3所示的光学图像检测器的数字扫描仪的示意图。
参见图4，根据本发明实施例的数字扫描仪包括图3所示的光学图像检测器。由光学图像检测器的光学传感器63输出的光电流或光电压通过信号处理单元73转换成数字图像信号。数字处理单元73包括模数转换器(A/D转换器)67，其将光学传感器63的像素输出的一系列光电流或光电压转换成数字信号；以及图像数据处理器69，它在来自A/D转换器67的数字信号基础上估计对应于整个图像的光量。从图像数据处理器69输出的信号传递给系统控制器71。
信号处理单元73可以进一步包括电控制的自动遮光器65，它安装在A/D转换器67和光学传感器63之间。遮光器65作为对比度控制器控制着光学传感器63输出的诸如光电流或光电压的光学信号的总量。遮光器65可以安装在光学传感器63的前面。在这种情况下，遮光器65控制反射自物体5表面的总光强度。遮光器65受图像数据处理器69的控制。或者，遮光器65可以受系统控制器71的控制。
图5是采用了图3所示的光学图像检测器的光电鼠标的横切面示意图。
参见图5，光电鼠标100放置在物体5(例如图1所示的工作台)的表面上。光电鼠标100包括一个带有底板101a的壳体101。底板101a上有一个穿透预定区域的窗口101b。图3中所示的光源61，入射光发生器59和光学传感器63放置在壳体101中。因此，通过图3所示的入射光发生器59将光源61发射的光转换成第一到第三组入射光51，53和55，入射光51，53，55通过窗口101b照射到物体5的表面上。入射光51，53和55在物体5的表面被反射，反射光60照射到位于窗口101b上方的光学传感器63上。光学传感器63对反射光60作出感应，因而产生了对应于窗口101b下物体5表面形态图像的诸如光电流或光电压的光信号。
光学传感器63安放在印刷电路板103上，印刷电路板安装在壳体101上。印刷电路板103上的线路识别依次处理从光学传感器63输出的光信号，从而得出反射光60的总量。只要鼠标移动，反射光60的量就会改变。这是因为在物体5的表面存在不规则的细小突起。这样通过改变反射光的量就可以对鼠标的移动进行跟踪了。
开关�？�105安放在印刷电路板103的预定区域。水平条107放置于开关�？�105上方，水平条107的一端与固定在壳体101中的铰链109相连。同样按钮111附着在水平条107的另外一端，按钮111通过穿透壳体101上面板的预定区域的一个小孔向上伸出。通过一个弹性部件(未示出)如弹簧，将水平条107举起并且与开关�？�105分开。因此，只要按钮111被按下，开关�？�105就会打开。结果，如果按下按钮111，那么就会执行对应于光标指示的位置的操作。
同时，图3所示的入射光发生器59可以用于导航装置，诸如识别人类指纹的模式识别器。在这种情况下，图4和图5中所示的物体5可以是人类指纹。
根据本发明，至少两组具有不同入射角的入射光照射到物体的表面。这样，就使得提高物体表面形态图像的分辨率成为可能。
权利要求
1.一种光学图像检测器，其将入射光照射到物体的表面上产生物体表面形态图像，该光学图像检测器包括光源；以及入射光发生器，它接受光源的光以产生至少两组与物体表面成不同入射角的入射光。
2.根据权利要求1所述的光学图像检测器，其中入射光发生器包括第一反射板，它反射光源的光以产生与物体表面具有第一入射角的第一组入射光；第二反射板，它反射光源的光以产生与物体表面具有大于第一入射角的第二入射角的第二组入射光；第三反射板，它反射光源的光以产生与物体表面具有大于第二入射角的第三入射角的第三组入射光。
3.根据权利要求1所述的光学图像检测器，进一步包括光学传感器，光学传感器置于物体表面上，对物体表面反射的光作出感应，其中，光学传感器将物体表面形态图像转换成光电流。
4.一种导航装置，包括壳体，该壳体具有带有窗口的底板；安装在壳体中的光源；以及与光源相邻的入射光发生器，它接收来自光源的光从而产生至少两组与物体表面成不同入射角的入射光，其中入射光通过窗口照射到物体表面上。
5.根据权利要求4所述的导航装置，其中光源是产生红外或可见谱线的光发射装置。
6.根据权利要求4所述的导航装置，其中至少两组入射光包括与物体表面具有第一入射角的第一组入射光；与物体表面具有大于第一入射角的第二入射角的第二组入射光；与物体表面具有大于第二入射角的第三入射角的第三组入射光。
7.根据权利要求6所述的导航装置，其中入射光发生器包括第一反射板，它反射光源的光以产生第一组入射光；第二反射板，它反射光源的光以产生第二组入射光；第三反射板，它反射光源的光以产生第三组入射光。
8.根据权利要求4所述的导航装置，进一步包括置于窗口上方对物体表面反射的光作出感应的光学传感器，其中光学传感器将物体表面形态的图像转换成为光电流。
全文摘要
本发明公开了光学图像检测器及使用该检测器的导航装置。光学图像检测器将入射光照射到物体的表面以产生物体表面形态的图像。光学图像检测器包括光源和入射光发生器，该入射光发生器接收光源的光以产生入射光。入射光包括至少两组与物体表面成不同入射角的入射光。导航装置采用光学图像检测器。导航装置包括具有底板的壳体。底板具有一个窗口。光学图像检测器安装在壳体中。入射光发生器接收光源的光从而产生入射光。入射光通过窗口照射到物体的表面上。
文档编号G01B11/00GK1497495SQ20031011387
公开日2004年5月19日 申请日期2003年10月23日 优先权日2003年10月23日
发明者郑完教 申请人:艾勒博科技股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
