[发明专利]光学传感器

说明书

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引线，并且光电检测器可以从头部电连接到第二和第四引线。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WO02/37410A1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0.1m/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。