(57)【要約】【課題】効率的な電力使用と表面タイプにおける制約が少ない光学ナビゲーション装置を提供する。【解決手段】上記課題は、物体に対する移動を検出する光学ナビゲーション装置であって、前記物体を照射する光学放射の光源と、前記物体から戻ってきた前記光学放射の位相パターンを検出する検出器とを備え、前記位相パターンは、前記物体の光学的な不均一性と相関していることを特徴とする光学ナビゲーション装置等により解決される。【選択図】図４
2004340950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体に対する移動を検出する光学ナビゲーション装置であって、
前記物体を照射する光学放射の光源と、
前記物体から戻ってきた前記光学放射の位相パターンを検出する検出器とを備え、
前記位相パターンは、前記物体の光学的な不均一性と相関していることを特徴とする光学ナビゲーション装置。
【請求項２】
前記位相パターンを、前記検出器が検出する干渉パターンに変換するインターフェロメトリ要素を更に有する請求項１記載の光学ナビゲーション装置。
【請求項３】
前記インターフェロメトリ要素は、前記物体と前記検出器との間に設けられた、前記位相パターン間に干渉のオーバーラップを生成するためのシアリング要素であることを特徴とする請求項２記載の光学ナビゲーション装置。
【請求項４】
前記ナビゲーション装置は、コンピュータと共に使用するポインティング装置を制御するべく動作し、前記ナビゲーション装置が前記物体に対して移動することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学ナビゲーション装置。
【請求項５】
コンピュータのディスプレイ上の位置ポインタを制御するべく動作可能な手で操作するマウスを備える請求項４記載の光学ナビゲーション装置。
【請求項６】
前記インターフェロメトリ要素は、一連のインターフェログラムを生成するべく動作可能であり、前記ナビゲーション装置と前記物体が互いに対して移動した際に、前記生成されたインターフェログラムのそれぞれは、前記物体の特定部分の構造を示すことを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の光学ナビゲーション装置。
【請求項７】
前記検出器によって取得した前記インターフェログラムを処理するべく動作可能な画像プロセッサを更に有し、前記インターフェログラムの第１のものを前記インターフェログラムの中の少なくとも１つの後続のものと相関させ、前記ナビゲーション装置と前記物体の部分間における前記インターフェログラムに対応する相対的な運動を判定する請求項６に記載の光学ナビゲーション装置。
【請求項８】
前記光源は、ダイオードエミッタ、発光ダイオード、マルチモード垂直共振器面発光レーザ、レーザダイオード、及び白色灯のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光学ナビゲーション装置。
【請求項９】
光学ナビゲーション装置と物体間における相対的な移動を検出する方法であって、
前記物体を照射する光学放射ビームを供給する段階と、
前記物体から戻った前記光学放射の位相パターンを検出する検出段階とを有し、
前記位相パターンは、前記物体の光学的な不均一性と相関していることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記光学放射を供給する段階と前記検出段階は、前記光学ナビゲーション装置内において実行されることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
物体に対する移動を検出する光学マウスであって、前記相対的な移動は、コンピュータの画面上の位置ポインタを制御するべく動作し、
それぞれが前記マウスの相対的な位置に対応する前記物体の一部に固有のインターフェログラムを生成する干渉計と、
前記固有のインターフェログラムのペアを前記マウスと前記物体間における相対的な移動に対応する信号に変換する少なくとも１つのプロセッサとを有することを特徴とする光学マウス。
【請求項１２】
前記光学放射が前記表面の異なる地点において前記物体の表面から反射されるように前記物体を照射するべく適合された光源を更に有し、それぞれの前記地点からの前記反射光学放射の異なる部分間の位相パターンが、前記反射地点における表面構造によって少なくとも部分的に変化していることを特徴とする請求項１１記載の光学マウス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運動検知装置に関し、更に詳しくは、光学位相パターン画像を使用して相対運動を判定するシステム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
既存の光学相対運動検出装置においては、装置が表面上を通過する際に（或いは、これと等価的に表面が装置を通過する際に）表面の画像を取得することにより、画像相関法を利用して装置と表面間の相対運動を判定している。１つの画像を次のものと比較することにより、装置による運動の距離と方向の両方が判定される。この技法は、通常、表面上における影の強度変動を検出するものであり、その感度と有用性は、取得した表面画像における強度のコントラストによって左右される。相対運動センサは、例えば、コンピュータのポインタ（例：マウス）の制御に使用されており、このようなポインタは、通常、オプティクスを使用してコンピュータ画面上のポインタの位置を制御している。
【０００３】
特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、及び特許文献６の各明細書には、光学マウス、その他の携帯型ナビゲーション装置、及び携帯型スキャナの例が記述されている。これらの特許の内容は、この引用により、本明細書に包含される。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，７８６，８０４号明細書
【特許文献２】米国特許第５，５７８，８１３号明細書
【特許文献３】米国特許第５，６４４，１３９号明細書
【特許文献４】米国特許第６，４４２，７２５号明細書
【特許文献５】米国特許第６，２８１，８８２号明細書
【特許文献６】米国特許第６，４３３，７８０号明細書
【非特許文献１】ヤント（ＷＹＡＮＴ  Ｊ．Ｃ．）著，「ホワイト・ライト・エクステンディッド・ソース・シアリング・インターフェロメータ（Ｗｈｉｔｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｓｈｅａｒｉｎｇ  Ｉｎｔｅｅｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）」，，アプライド・オプティクス（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ），１９７４年１月，第１３巻，第１号，ｐ．２００−２０２
【非特許文献２】マラカラ（Ｍａｌａｃａｒａ  Ｄａｎｉｅｌ）著，「オプティカル・ショップ・テスティング（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｈｏｐ  Ｔｅｓｔｉｎｇ）」，第２版，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，  Ｉｎｃ．，１９９２年１月，ｐ．１−２６３
【非特許文献３】シーグマン（Ｓｉｅｇｍａｎ  Ａ．Ｅ．）著，「レーザーズ（Ｌａｓｅｒｓ）」，，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｂｏｏｋｓ，１９８６年，ｐ．５４−５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常の既存の装置の場合には、例えば、ガラスやホワイトボードなどの鏡のような（又は、光沢のある）表面、均一な表面、又は浅い形状を有する表面においては、十分に機能しない。このような装置は、画像のコントラストを改善するべく、通常、正反射を遮断し、表面からの散乱光学放射のみを取得しており、この方法によれば、電力及び光学放射の使用効率が大幅に制限されることになる。又、使用する表面は、通常、影を投影する能力を有していなければならない。一般に、これは、観測対象の表面における形状が、使用する光学放射の波長に対応した光学形状範囲内の寸法を備えていなければならないことを意味している。従って、この電力の非効率的な使用法と表面タイプにおける制約が現在の光学マウス設計における代表的な欠点となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、物体に対する移動を判定する光学ナビゲーション装置が提供される。この装置は、物体を照射する光学放射源と、光学放射が物体から戻ってきた後に、光学放射における位相パターンを取得する検出器と、を含んでおり、これらの位相パターンは、物体の光学的な不均一性と相関している。尚、本明細書において使用するこの「光学放射」という用語は、約１ナノメートル（ｎｍ）〜約１ミリメートル（ｍｍ）の波長範囲における電磁放射を含んでいる。又、本明細書において使用する「光学的な不均一性」という用語は、光学放射ビームと相互作用する能力を有し、相互作用する光学放射ビーム内の位相パターンを変化させる（例えば、粒状、形状、反射率、スペクトル、又は散在による不均質性や不規則性などの）意図的及び非意図的な表面又は容積の不規則性を含んでいる。
【０００７】
本発明によれば、光学ナビゲーション装置と物体間の相対的な移動を判定する方法は、物体を照射する光学放射ビームを提供する段階と、この光学放射が物体から戻ってきた後に、光学放射における位相パターンを判定する段階と、を含んでいる。
【０００８】
本発明によれば、センサと物体間の相対的な移動の表示を制御する方法は、センサが物体に対して移動した際に一連のインターフェログラムを生成する段階と、生成されたインターフェログラムの連続したペア間における相関の関数として相対的な移動の視覚表現を表示する段階と、を含んでいる。
【０００９】
本発明によれば、物体に対する移動を検出するマウスを使用してコンピュータの画面上の位置ポインタを制御するシステムが提供される。このシステムは、その上をマウスが移動する物体の一部に対してそれぞれが固有のものになっている複数のインターフェログラムを生成する手段と、この固有のインターフェログラムの連続したペアをマウスと物体間の相対的な移動に対応する信号に変換する手段と、を含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明による光学ナビゲーションシステム１００を示す概略ブロックダイアグラムであり、図２は、本発明による光学ナビゲーションシステム１００を使用する方法において必要とされる操作を示すフローチャートである。光学ナビゲーションシステム１００は、光学装置１０１と、この光学装置１０１に対して（矢印１０７、１０８によって示されているように）２次元の面内においてあらゆる方向に運動可能な物体１０２と、の間における相対位置を判定するものである。
【００１１】
まず、操作２０１において、物体１０２は、光学装置１０１の光源１０３からの光学放射ビーム１１０によって照射される。次いで、操作２０２において、この光学放射ビーム１１０は、物体１０２との相互作用によって処理され、この結果、この光学放射ビーム１１０内の位相パターンは、物体１０２から伝播してくる（例：物体を透過又は物体から反射してくる）出射光学放射ビーム１１２において変化する。従って、本発明による実施例の中には、出射光学放射ビーム１１２内の位相パターンを、例えば、物体１０２の表面１０６における反射又は散乱による光学放射ビーム１１０の相互作用によって変化させるものが存在している。更には、この代わりに、例えば、物体１０２を貫通して光学放射ビーム１１０が透過する際に発生する相互作用により、位相パターンを変化させることも可能である。次いで、操作２０３において、この位相パターンが変化した出射光学放射ビーム１１２を位相検出器１０４によって検出する。
【００１２】
図３Ａ〜図３Ｃは、本発明による光学ナビゲーションに関連する位相パターンの変化の基本原理を示す図である。まず、図３Ａにおいては、照射された光源１０３からの光学放射ビーム１１０が、物体１０２の表面３０１において反射している。尚、図示を容易にするべく、平行化されたものとして光学放射ビーム１１０を示し、且つ表面３０１を不規則なでこぼこの表面として示しているが、本発明においては、このような平行化や不規則なでこぼこの表面は、いずれも必要とされるものではない。表面３０１から出射する反射光学放射ビーム１１２は、表面３０１と光学放射ビーム１１０の相互作用の結果生成された位相パターン３０２を含んでいる。この位相パターン３０２は、光学放射ビーム１１０によって照射された表面３０１の特定部分の固有の特性を表すものである。この反射光学放射ビーム１１２を位相検出器１０４によって取得し、処理して信号を生成する（この信号からは、後程、位相パターン３０２内に含まれている情報を抽出することができる）。又、位相検出器１０４は、後程詳述するように、この取得の前に、位相パターンが変化した光学放射ビーム１１２を更に処理するべく構成することができる。
【００１３】
図３Ｂは、通常、その内部が光学的に不均一な物体３０７を通じた透過による光源１０３からの光学放射ビーム１１０の位相パターンの変化を示している。図３Ａと同様に、位相パターン３０９を有する透過光学放射ビーム３０８を位相検出器１０４によって取得し、必要に応じて、更なる処理を施す。この位相パターン３０９は、光学放射ビーム１１０が通過した物体３０７の特定容積部分の固有の特徴を表している。一方、図３Ｃにおいては、図３Ａと同様に、光源１０３からの光学放射ビーム１１０が反射すると共に、その位相パターンが物体１０２の表面３０１によって変化している。しかしながら、この場合には、光学放射ビーム１１０は、まず、ビームスプリッタ３０３に水平に入射しており、このビームの一部３０４をビームスプリッタが下向きに表面３０１上に部分反射している。そして、位相パターン３０６を有する反射光学放射ビーム３０５がビームスプリッタ３０３を通じて上方に部分透過した後に、画像検出器３２２によって取得され、必要に応じて、更なる処理が施される。
【００１４】
ここで、再度、図１及び図２を参照すれば、操作２０４において、位相検出器１０４は、位相パターンが変化した出射光学放射ビーム１１２の画像を取得し、画像信号１１４が生成される。この検出は、例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、ＧａＡｓ、アモルファスシリコン、又はその他の適切な検出器アレイなどのアレイ画像化装置によって実行可能である。通常、光源１０３から放射される光学放射ビーム１１０の波長スペクトルを、このアレイ画像化装置の波長応答に適合させる。次いで、画像信号１１４を画像プロセッサ１０５に伝送し、ここで、操作２０５において、画像に更なる処理が施され、操作２０６において、画像信号１１４に応答し出力信号１１６が生成される。画像プロセッサ１０５においては、例えば、画像の連続したペアを比較する相関アルゴリズムを使用する従来の方法により、相対移動を判定するための画像処理を実行することができる。本発明による実施例の中には、タイミング信号を利用して相対速度を判定できるものも存在する。出力信号１１６は、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べく構成可能である。
【００１５】
光源１０３と位相検出器１０４は、通常、光学的な完全性を考慮して光学装置１０１内に一緒に内蔵されている。又、任意選択により、画像プロセッサ１０５を光学装置１０１内に内蔵することも可能である（但し、画像プロセッサは、光学ナビゲーションシステム１００内のどこか別の場所に配置することもできる）。本発明による実施例の中には、光学装置１０１がコンピュータシステム用の光学マウスになっており、任意選択により、ユーザーが手で操作可能なものも存在している。
【００１６】
図３Ｄ〜図３Ｅは、本発明による位相検出器に適用する平行板干渉計を示す図である。後面３１２に平行な前面３１１を備える平行板３１０上に光学放射ビーム１１０が導波される。そして、前面３１１において、光学放射ビーム１１０は、光線３１３ｂ、３１４ｂによって示されているように部分反射する共に、光線３１３ａ、３１４ａによって示されているように部分屈折する。次いで、屈折した光線３１３ａ、３１４ａは、後面３１２によって、個々の反射光線３１３ｃ、３１４ｃに部分反射され、次いで、これらが、前面３１１において、個々の透過光線３１３ｄ、３１４ｄに屈折し、光線３１３ｂ、３１４ｂによって定義される反射光学放射ビームとオーバーラップすると共にオフセットされた光学放射ビームを定義している。図３Ｅの詳細図に示されているように、オフセットされたビームのそれぞれは、領域３１６、３１７を照射しており、これら両方のオフセットビームは、いずれもオーバーラップ領域３１５を照射している。これらのオフセットビームは、いずれも単一の光学放射ビーム１１０によるものであるため、オーバーラップ領域３１５内には干渉パターンが生成されることになる。この干渉パターンは、２つのオーバーラップしたビームのずれの方向における位相関数の傾きに対応している。
【００１７】
本発明によれば、通常、画像を取得する前に、位相パターンが変化した光学放射ビーム１１２を処理するべく、位相検出器１０４に干渉計を内蔵している。本明細書に記述されている概念の基礎をなす光学インターフェロメトリは、従来、表面解析と計測に広く使用されているものである（例えば、非特許文献２の１〜７章を参照されたい。尚、この内容は、この引用により、本明細書に包含される）。インターフェロメトリの利点には、通常、波長以下のスケールの感度と精度が含まれている。
【００１８】
図３Ｄの平行板構造は、通常のシアリング干渉計の一種と見なすことが可能であり、光学干渉は、位相パターンが変化した光学フィールドと、この位相パターンが変化した光学フィールドの変位バーションと、が空間的にオーバーラップする結果生成される。観測される干渉縞は、直接的には、オリジナルの光学フィールドの位相関数の傾きを、そして、結果的には、表面形状の傾き関数に関連付けることができる。シアリング干渉計は、表面解析に広く使用されており、シアリング干渉計は、その共通経路構成のために、その他のタイプの干渉計と比べ、丈夫であって、振動や温度変化の影響を受けにくい。又、この共通経路構成により、低コヒーレンス光源を使用することができる。尚、本明細書において使用するこの「低コヒーレンス」という用語は、時間的な低コヒーレンス（即ち、広がったスペクトル幅又はいずれか一時点と前の（又は、後の）時点における光源からの光学放射の振幅及び／又は位相間の強い相関の欠如）と、空間的な低コヒーレンス（即ち、光源からの光学放射ビームの２つの点における波面の瞬間的な振幅間及び瞬間的な位相角度間における強い相関の欠如）の両方を含んでいる（例えば、非特許文献３参照）。低コヒーレンス光源には、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）などのダイオードエミッタ、マルチモード垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）、及びその他のマルチモードレーザーダイオードタイプや白色灯が含まれる（例えば、非特許文献１参照。尚、この内容は、この引用により、本明細書に包含される）。例えば、低しきい値のＶＣＳＥＬ光源（通常、約２ｍＡの電流を使用するもの）を使用すれば、従来使用されているＬＥＤ（通常、約３０ｍＡの電流を使用するもの）に比べ、電力消費量を削減することができる。再度図３Ｃを参照し、この図に示されている構造がシアリング干渉計の一種と見なすことができることを認識されたい。
【００１９】
シアリング干渉計は、通常、その他のタイプの干渉計を上回る利点を提供するが、本発明による光学ナビゲーション技法は、シアリング干渉計に限定されるものではなく、所望の特定のアプリケーションに応じて異なるタイプの干渉計を利用することができる。本発明において使用可能なタイプの代替干渉計には、例えば、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ（Ｔｗｙｍａｎ−Ｇｒｅｅｎ）、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ、Ｆｉｚｅａｕ、及び単一又は複数の回折要素を備える干渉計の実装が含まれる。これらの干渉計の更に詳細な説明については、例えば、引用によって既に本明細書に包含されている非特許文献２の１〜７章を参照されたい。
【００２０】
図３Ｆ〜図３Ｇは、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ（Ｔｗｙｍａｎ−Ｇｒｅｅｎ）及びＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計を含む本発明において使用可能な一般的な代替干渉計のタイプを示す図である。図３Ｆは、Ｔｗｙｍａｎ−Ｇｒｅｅｎ干渉計の原理を示す図である。これは、図３Ｃに示されている構造に類似しており、光学放射ビーム１１０は、反射光学放射ビーム３２３として、ビームスプリッタ３２０から部分反射され、物体１０２の不規則な表面３０１を照射する。しかしながら、透過光学放射ビーム３２４として、ビームスプリッタ３２０を透過した光学放射ビーム１１０の部分は、ミラー３２１によって反射してビームスプリッタ３２０上に戻り、次いで、上方に部分反射される。この上方に部分反射した光学放射ビーム３２４は、次いで、表面３０１における反射後の位相パターン３２６を有する光学放射ビーム３２５とオーバーラップする。このオーバーラップしたビーム３２４及び３２５を画像検出器３２２によって取得するのである。
【００２１】
図３Ｇの場合には、ビームスプリッタ３４１において、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計は、基準ビーム３４６として、光源１０３からの光学放射ビーム１１０を部分反射すると共に、透過ビーム３４４として、光学放射ビーム１１０を部分透過し、次いで、これが、反射ビーム３４５として、物体１０２の表面３０１から反射する。基準ビーム３４６は、反射基準ビーム３４７として、基準ミラー３４２から反射し、次いで、ビームスプリッタ３４１において反射する。反射ビーム３４５は、ビームスプリッタ３４１を透過し、ここで、反射基準ビーム３４７とオーバーラップしてオーバーラップビーム３４８を生成する。そして、このオーバーラップしたビーム３４８を画像検出器３４３によって取得し、処理を施すのである。
【００２２】
図４は、本発明による実施例４００の図であり、光源４１１を含むナビゲーション装置４３４を示している。光源４１１は、光学放射光線４１２を提供し、これがコリメータ要素４１３に入射して平行化された光線４１２’が生成される。但し、光線４１２’は、平行化させる必要はなく、従って、このコリメータ要素４１３は、光源４１１の任意選択要素である。尚、使用する場合には、コリメータ要素４１３は、例えば、回折又は屈折レンズなどの光学放射光線４１２を平行化するための適切な光学要素であれば、どのようなものであってもよい。本発明による実施例の中には、光源４１１が可視波長範囲の光学放射を放出するものも存在するが、本システムは、例えば、シリコン検出器の反応性がピークを示す赤外（ＩＲ）領域などのその他の波長範囲の光学放射によって動作するべく構成することも可能である。
【００２３】
光線４１２’は、領域４０１として識別されている表面４１８の一部において光線４１２”として反射するべく、非垂直入射によって表面４１８を照射している。領域４０１の表面の不完全性（表面が光学的に研磨されていない限り、通常、存在するもの）又はその他の不均一性（例：意図的なざらつき）により、個々の光線４１２”は、反射地点における表面の高さが個々に異なることから結果的に生成される異なる伝播時間を有することになる。この光線ごとに異なる伝播時間により、光線間に位相差が生成され、光線４１２”上に位相パターンが生成されることになる。
【００２４】
本発明による実施例４００は、透過可能な回折格子４１７を含んでおり、この回折格子は、アレイ画像化装置４１６による画像取得の前の時点において、位相パターンが変化した光線４１２”が通過する際に、この光線に対して処理を施すものである。この格子４１７は、位相パターンが変化した光線４１２”のそれぞれの少なくとも一部の角度を変化させる。例えば、光線４１４は、２つの異なる回折次数（光線４１４’及び４１４”として示されているもの）に回折し、光線４１５は、同様に、２つの異なる回折次数（光線４１５’及び４１５”として示されているもの）に回折する。この結果、それぞれ光線４１４’〜４１５’及び４１４”〜４１５”で示されている２つのオフセットされた位相パターンが変化したビームが生成され、これらは、光線４１４”及び４１５’（及びこれらの間のすべての光線）が互いの相対的な位相に応じて干渉する（即ち、加算又は減算する）オーバーラップ領域４１０を定義している。即ち、この回折格子４１７は、図３Ｄ〜図３Ｅに示されているシアリングプレート（ｓｈｅａｒ  ｐｌａｔｅ）の機能を効果的に実行しているのである。
【００２５】
回折格子４１７とアレイ画像化装置４１６間の合焦要素４１９は、回折格子４１７を通過した表面４１８の画像をアレイ画像化装置４１６上に合焦する。これにより、インターフェログラムがアレイ画像化装置４１６上に投影され、このインターフェログラムをアレイ画像化装置が検出して画像信号を生成する。任意選択により、合焦要素４１９と回折格子４１７は、単一のモノリシック又は集積構造に組み合わせることができる。図５Ａ〜図５Ｂは、本発明による装置４３４と表面４１８間の異なる相対位置において生成されたインターフェログラムを示す図である。図５Ｂのインターフェログラム５２１は、図５Ａに示されている表面４１８上の約６マイクロメートル（μｍ）の高さの小さな隆起５０２により、領域４０１からの反射光線４１２’上に生成された位相パターンを表す等高線画像５２０を示している。図５Ｂに示されているように、インターフェログラム５２１は、光線４１２’が表面４１８において反射する領域４０１（例えば、通常のコンピュータマウスの場合には、約１ｍｍ２〜約４ｍｍ２の範囲）に一意に依存している。
【００２６】
しかしながら、表面４１８がナビゲーション装置４３４に対して移動すると、位相パターンが変化した新しい反射領域に通常一意に依存する別の固有のインターフェログラムが生成されることになろう。例えば、表面４１８が、図５Ａの矢印５１２によって示されているように、ナビゲーション装置４３４に対して長手方向に移動すると、新しい領域４０２が画像化され、結果的に、図５Ｂに示されているように、等高線画像図５２０がインターフェログラム５２１に対して垂直にシフトしたインターフェログラム５２２が生成されることになる。同様に、等高線画像図５２０がインターフェログラム５２１に対して水平にシフトした図５Ｂのインターフェログラム５２３は、図５Ａの矢印５１３によって示されているように、装置４３４が表面４１８に対して横方向に移動した際に、表面４１８上に入射する光線４１２’から生成されることになろう。同様に、等高線画像図５２０がインターフェログラム５２１に対して斜めにシフトした図５Ｂのインターフェログラム５２４は、図５Ａの矢印５１４によって示されているように、装置４３４が表面４１８に対して斜めに移動した際に、上面４１８上に入射する光線４１２’から生成されることになろう。
【００２７】
図５Ｂに示されているように、連続保存したインターフェログラムを比較することによって相対運動を判定可能であり、縞のパターンの相関計算を使用して相対的な移動の距離と方向を判定することができる。即ち、取得画像は、以前の取得画像と部分的にオーバーラップしている。従って、ナビゲーションソフトウェアのアルゴリズムにより、それぞれの画像上の特定の識別可能な地点を「参照」し、相対的な運動の距離と方向を計算することができる。連続して画像のペアを保存することにより、従来の画像相関アルゴリズムを使用してオーバーラップの特性を判定し、これにより、移動の方向と大きさを導出することができるのである。この操作は、特許文献１に詳述されており、連続した表面画像の比較に基づいた光学ポインティング装置において広く使用されているものである（この場合、表面画像は、表面からの反射光学放射によって生成された影により、従来技術に従って生成されている）。本発明によるインターフェロメトリ技法を使用することにより、例えば、ガラスなどの非常に滑らかな（但し、通常、光学的に研磨されてはいない）表面上における相対移動も判定できるようになる。
【００２８】
回折格子４１７は、例えば、平行板、プリズム、デュアル又は複数格子、又はシアリングプレートの機能を実行する（即ち、シアリングインターフェロメトリを可能にする）あらゆる光学要素によって置換することができる。
【００２９】
図６Ａ〜図６Ｂは、その上を光学マウス６３４が移動する固定表面４１８を備える本発明によるシステム６３０の図である。光学マウス６３４は、通常、図１に示されている位相検出器１０４に類似した位相検出器を含んでいる。光線６１２（図６Ｂ）が（図４に関連して説明したように）表面４１８から反射し、通常小さな矢印又はポインタの形態で示される一連の連続した位置画像が有線又は無線によってＣＰＵ６３１に送信され、表示画面６３２上に表示される。通常、この位置計算は、例えば、プロセッサ６０１及びメモリ６０２により、マウス６３４内において実行される。但し、位相検出器からＣＰＵ６３１に生データ（又は、その他の中間データ）を送信し、処理することも可能である。ＣＰＵ６３１は、通常、例えば、キーボード６３３などのユーザー入力装置と相互接続されている。
【００３０】
図７は、本発明によるシステム７４０の図であり、この場合には、ナビゲーション装置７４３が表面７４２内に格納されており（又は、その一部を構成しており）、位相パターンが変化した光線７４４は、移動表面７４１から反射される。装置７４３は、通常、図１に示されている位相検出器１０４に類似した位相検出器を含んでいる。尚、装置７４３と表面７４１の両方を互いに移動させることも可能であることに留意されたい。又、光学コンポーネント及び設計により、表面７４１から反射した位相パターンが変化した光線７４４を装置７４３内の位相検出器によって取得可能な場合には、これら２つの構造（装置７４３と表面７４１）を互いに近接配置させる必要はない。
【００３１】
以上、特定の実施例に関連し、本発明について説明したが、上述の説明に鑑み、当業者には、多くの代替、変更、及び変形が明らかになるであろうことは明白である。従って、本発明には、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲に属するそれらその他の代替、変更、及び変形のすべてが包含される。
【００３２】
最後に、本発明の代表的な実施態様を示す。
（実施態様１）
物体に対する移動を検出する光学ナビゲーション装置であって、
前記物体を照射する光学放射の光源と、
前記物体から戻ってきた前記光学放射の位相パターンを検出する検出器とを備え、
前記位相パターンは、前記物体の光学的な不均一性と相関していることを特徴とする光学ナビゲーション装置。
【００３３】
（実施態様２）
前記位相パターンを、前記検出器が検出する干渉パターンに変換するインターフェロメトリ要素を更に有する実施態様１記載の光学ナビゲーション装置。
【００３４】
（実施態様３）
前記インターフェロメトリ要素は、前記物体と前記検出器との間に設けられた、前記位相パターン間に干渉のオーバーラップを生成するためのシアリング要素であることを特徴とする実施態様２記載の光学ナビゲーション装置。
【００３５】
（実施態様４）
前記ナビゲーション装置は、コンピュータと共に使用するポインティング装置を制御するべく動作し、前記ナビゲーション装置が前記物体に対して移動することを特徴とする実施態様１から３のいずれかに記載の光学ナビゲーション装置。
【００３６】
（実施態様５）
コンピュータのディスプレイ上の位置ポインタを制御するべく動作可能な手で操作するマウスを備える実施態様４記載の光学ナビゲーション装置。
【００３７】
（実施態様６）
前記インターフェロメトリ要素は、一連のインターフェログラムを生成するべく動作可能であり、前記ナビゲーション装置と前記物体が互いに対して移動した際に、前記生成されたインターフェログラムのそれぞれは、前記物体の特定部分の構造を示すことを特徴とする実施態様２から５のいずれかに記載の光学ナビゲーション装置。
【００３８】
（実施態様７）
前記検出器によって取得した前記インターフェログラムを処理するべく動作可能な画像プロセッサを更に有し、前記インターフェログラムの第１のものを前記インターフェログラムの中の少なくとも１つの後続のものと相関させ、前記ナビゲーション装置と前記物体の部分間における前記インターフェログラムに対応する相対的な運動を判定する実施態様６に記載の光学ナビゲーション装置。
【００３９】
（実施態様８）
前記光源は、ダイオードエミッタ、発光ダイオード、マルチモード垂直共振器面発光レーザ、レーザダイオード、及び白色灯のうちのいずれかであることを特徴とする実施態様１から７のいずれかに記載の光学ナビゲーション装置。
【００４０】
（実施態様９）
光学ナビゲーション装置と物体間における相対的な移動を検出する方法であって、
前記物体を照射する光学放射ビームを供給する段階と、
前記物体から戻った前記光学放射の位相パターンを検出する検出段階とを有し、
前記位相パターンは、前記物体の光学的な不均一性と相関していることを特徴とする方法。
【００４１】
（実施態様１０）
前記光学放射を供給する段階と前記検出段階は、前記光学ナビゲーション装置内において実行されることを特徴とする実施態様９記載の方法。
【００４２】
（実施態様１１）
物体に対する移動を検出する光学マウスであって、前記相対的な移動は、コンピュータの画面上の位置ポインタを制御するべく動作し、
それぞれが前記マウスの相対的な位置に対応する前記物体の一部に固有のインターフェログラムを生成する干渉計と、
前記固有のインターフェログラムのペアを前記マウスと前記物体間における相対的な移動に対応する信号に変換する少なくとも１つのプロセッサとを有することを特徴とする光学マウス。
【００４３】
（実施態様１２）
前記光学放射が前記表面の異なる地点において前記物体の表面から反射されるように前記物体を照射するべく適合された光源を更に有し、それぞれの前記地点からの前記反射光学放射の異なる部分間の位相パターンが、前記反射地点における表面構造によって少なくとも部分的に変化していることを特徴とする実施態様１１記載の光学マウス。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による光学ナビゲーションシステムを示す概略ブロックダイアグラムである。
【図２】本発明による図１の光学ナビゲーションシステムを使用する方法において必要とされる操作を示すフローチャートである。
【図３Ａ】本発明による光学ナビゲーションに関連する位相パターンの変化の基本原理を示す図である。
【図３Ｂ】本発明による光学ナビゲーションに関連する位相パターンの変化の基本原理を示す図である。
【図３Ｃ】本発明による光学ナビゲーションに関連する位相パターンの変化の基本原理を示す図である。
【図３Ｄ】本発明による位相検出器に適用する平行板干渉計を示す図である。
【図３Ｅ】本発明による位相検出器に適用する平行板干渉計を示す図である。
【図３Ｆ】Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ（Ｔｗｙｍａｎ−Ｇｒｅｅｎ）及びＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計を含む本発明に使用可能な一般的な代替干渉計のタイプを示す図である。
【図３Ｇ】Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ（Ｔｗｙｍａｎ−Ｇｒｅｅｎ）及びＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計を含む本発明に使用可能な一般的な代替干渉計のタイプを示す図である。
【図４】本発明による一実施例の図であり、コリメータ要素に入射する光学放射光線を生成する光学放射源を含むナビゲーション装置を示している。
【図５Ａ】本発明による装置と表面間の異なる相対位置において生成されたインターフェログラムを示す図である。
【図５Ｂ】本発明による装置と表面間の異なる相対位置において生成されたインターフェログラムを示す図である。
【図６Ａ】その上を光学マウスが移動する固定表面を備える本発明によるシステムの図である。
【図６Ｂ】その上を光学マウスが移動する固定表面を備える本発明によるシステムの図である。
【図７】本発明による別のシステムの図であり、この場合には、ナビゲーション装置は、静止した表面内に格納されており（又は、その一部を構成しており）、位相パターンが変化した光線が移動表面から反射される。
【符号の説明】
【００４５】
１０１、４３４  光学ナビゲーション装置
１０２、４１８  物体
１０３、４１１  光源
１０４、４１６  検出器
１０５  画像プロセッサ
１０７〜１０８、５１２〜５１４  移動
１１０  光学放射ビーム
１１２、４１２”  位相パターン
３０３、３１０  シアリング要素
３１５  干渉のオーバーラップ
４１７  干渉計
４１８  物体
５０２  光学的な不均一性
５２１〜５２４  インターフェログラム
６０１  プロセッサ
６３０、６３１、６３２  コンピュータ
６３２  ディスプレイ
６３４、７４１  光学マウス
【図１】
2004340950.tif 000003
【図２】
2004340950.tif 000004
【図３Ａ】
2004340950.tif 000005
【図３Ｂ】
2004340950.tif 000006
【図３Ｃ】
2004340950.tif 000007
【図３Ｄ】
2004340950.tif 000008
【図３Ｅ】
2004340950.tif 000009
【図３Ｆ】
2004340950.tif 000010
【図３Ｇ】
2004340950.tif 000011
【図４】
2004340950.tif 000012
【図５Ａ】
2004340950.tif 000013
【図５Ｂ】
2004340950.tif 000014
【図６Ａ】
2004340950.tif 000015
【図６Ｂ】
2004340950.tif 000016
【図７】
2004340950.tif 000017