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TWI401460B - 用以測量相對移動之裝置及方法 - Google Patents

用以測量相對移動之裝置及方法 Download PDF

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TWI401460B
TWI401460B TW095147152A TW95147152A TWI401460B TW I401460 B TWI401460 B TW I401460B TW 095147152 A TW095147152 A TW 095147152A TW 95147152 A TW95147152 A TW 95147152A TW I401460 B TWI401460 B TW I401460B
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Carsten Heinks
Marcel Schemmann
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Koninkl Philips Electronics Nv
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Description

用以測量相對移動之裝置及方法
本發明大體上係關於一種用於量測其本身與一物體相對於彼此之移動的裝置，該裝置包含：具有一雷射腔之至少一雷射，其用於產生一量測光束；會聚構件，其用於將量測光束會聚於作用平面中且會聚由雷射腔中之物體所反射之量測光束輻射以在雷射中產生自混合效應；及量測構件，其用於量測自混合效應之結果，該效應由相對移動來判定。
將作用平面理解為一其中量測光束輻射會合物體且受物體及裝置相對於彼此之移動的影響的平面。將雷射自混合效應理解為由二極體雷射發射且反射回雷射腔中之輻射引起雷射腔之操作的變化的現象，該等變化歸因於再進入腔之反射輻射與雷射腔中所產生之光波的干擾。裝置使用自混合效應與多普勒(Doppler)效應。多普勒效應為若物體沿光束傳播方向移動則由物體反射之輻射光束經受稱為多普勒偏移之頻移的現象。若反射光束再進入發射光束之雷射腔，則雷射腔之操作將發生變化，該等變化由物體之移動來判定。此等變化(波動)以在等於雷射輻射之波長之一半的距離上的物體(或外部反射器)之函數而重複。此意謂雷射頻率變得與物體之速度成比例。
基於雷射自混合之量測裝置顯示出高敏感度及因而之準確度，該情況可促成再進入雷射腔之反射光判定雷射頻率且因而在雷射腔中放大的事實。在PCT申請案WO 02/37410中揭露一此種裝置，該申請案描述裝置之操作原理、裝置之若干實施例及可能應用且以引用的方式併入本文中。
然而，由於由物體所反射之輻射應相干地與雷射中所產生之輻射相互作用以使得完整系統(亦即，雷射＋物體)可形成新平衡的要求，因此上文所述裝置之量測範圍由雷射輻射之相干長度來限制。因此，量測光束以雷射之相干長度會聚於作用平面中以使得由物體反射回作用平面且再進入雷射腔之輻射相干地與雷射腔中之光波相互作用以產生上文所提及之自混合效應。因此，若物體經定位以相距裝置較遠於雷射之相干長度，則使用此裝置以準確量測物體之速度或距離為不可能的。
在被稱為干涉系統之替代系統中，自物體反射之輻射在輻射感應偵測器之位置處與由雷射發射之輻射相混合。在干涉系統中，原始雷射平衡並不改變，但由移動物體所引起之多普勒偏移導致偵測器之輸出信號的波動。此等波動具有與在上文所述之雷射自混合裝置中所出現之波動類似的性質。若在干涉系統中，至物體之距離超過雷射輻射之相干長度，則偵測器信號實質上成為具有約兩倍雷射源之線寬度之某頻寬的雜訊。所獲得之光譜好像一鐘形曲線，該曲線之中心以增加之物體速度偏移。結果，儘管干涉系統允許關於位於大於雷射之相干長度之距離處的物體之速度判定，但速度量測之準確度變得視諸如線寬、量測時間、信號位準等之參數而定且判定物體之精確位置為不可能的。此外，與上文所述之自混合雷射裝置對比，一干涉系統不包含一調至所要波長(亦即，所接收輻射之波長)的接收器以使得並未獲得一最佳量測信號振幅。更進一步，對於若干應用(尤其在消費者領域中)而言，干涉系統及其成本為超限的。
本發明之一目標為提供首段中所述類型之雷射自混合裝置，藉此相對於先前技術之簡易構造擴大量測範圍且保持裝置之小尺寸。
根據本發明，提供一種用於量測其本身與一物體相對於彼此之移動的裝置，該裝置包含：具有一雷射腔之至少一雷射，其用於產生一量測光束；會聚構件，其用於將該量測光束會聚於作用平面中且會聚由該物體反射至該雷射腔中之量測光束輻射以在該雷射中產生自混合效應；及量測構件，其用於量測該自混合效應之結果，該效應由該相對移動來判定，其中該會聚構件經配置以在延伸出該量測光束輻射之相干長度的一距離範圍上聚焦該量測光束，且其中該量測構件經組態以判定在量測光束與由該物體反射至該雷射腔中之該量測光束輻射之間的頻率差。
又根據本發明，提供一種用於量測一物體與裝置相對於彼此之移動的方法，該方法包含：借助於具有雷射腔之至少一雷射來產生量測光束；在延伸出量測光束輻射之相干長度的距離範圍上將該量測光束會聚於作用平面中且會聚由該物體反射至該雷射腔中之該量測光束輻射以在該雷射中產生自混合效應；及判定一在該量測光束與由該物體反射至該雷射腔中之該量測光束輻射之間的平均頻率差，該平均頻移由該相對移動來判定。
因此，本發明基於如下洞悉：自大於量測光束輻射之相干長度的距離反射至雷射腔中之輻射亦引起該雷射腔中之足夠自混合使得可獲得用於判定相對信號之一有用信號且藉由使用一不相干偵測方法(亦即，判定在該量測光束與該反射量測光束輻射之間的頻率差)可獲得關於位於距裝置相對較大距離處之物體的相對準確移動量測。
在一例示性實施例中，量測構件經組態以判定由反射量測光束輻射所產生之雜訊譜的一平均頻移。或者，該量測構件可經組態以判定由該反射量測光束輻射所產生之雜訊譜的一瞬時頻移。在又一例示性實施例中，該量測構件可經組態以執行頻移及非頻移式反射量測光束輻射之一時域偵測。在判定大於該平均頻移(亦即，瞬時或與時間相關的)之狀況下，可判定速度與距離兩者。
裝置有益地經組態以判定在該裝置與一物體(其相對於該裝置移動或不移動)之間的距離。
在一例示性實施例中，可提供用於控制該至少一雷射之構件，其中該控制構件可經組態以為該至少一雷射供應一週期性變化電流，其引起量測光束波長之一週期變化使得反射量測光束輻射之光譜大體上與由該至少一雷射所產生之量測光束輻射相重疊。
或者，控制構件可經組態以為該至少一雷射供應一週期性變化電流，其引起量測光束波長之一週期變化使得反射量測光束輻射之光譜至多部分地與由該至少一雷射所產生之量測光束輻射相重疊。結果，歸因於由該雷射所產生之輻射及由該雷射所放大之反射輻射的混合獲得一RF信號。
在本發明之另一例示性實施例中，控制構件可經組態以為該雷射供應一脈衝電流，藉此可判定一雷射脈衝及一相應反射輻射脈衝之一瞬時重疊。
裝置可經配置且經組態以選擇性地以第一及第二偵測模式中的一者操作，該第一偵測模式為一相干偵測模式且該第二偵測模式為一不相干偵測模式。相應地，在一例示性實施例中會聚構件可具有一固定焦距或在另一例示性實施例中具有一選擇性可變焦距使得在量測光束輻射之相干長度處或超出其處選擇性地聚焦該量測光束輻射。
本發明之此等及其他態樣自本文所述之實施例將為顯而易見的且參考本文所述實施例來闡明。
首先將參看圖式之圖1至圖4來描述根據先前技術之自混合雷射裝置的操作原理及一般結構。
圖1為在WO 02/37410中所描述之輸入或控制裝置的圖解橫截面。裝置包含一在其下側之底板1，其為二極體雷射之載體，在此實施例中為VCSEL型雷射，及偵測器，例如光電二極體。在圖1中，僅一個二極體雷射3及其相關聯光電二極體4為可見的，但通常在底板上提供至少一第二二極體雷射5及相關聯偵測器6，如設備之圖2俯視圖中所示。二極體雷射3及5分別發射雷射或量測光束13及17。在裝置之上側，裝置具備透明窗12，物體15(例如，人指)將在該透明窗12上移動。透鏡10(例如，平凸透鏡)配置於二極體雷射與窗之間。此透鏡在透明窗之上側或靠近透明窗之上側處聚焦雷射束13及17。若物體15存在於此位置處，則其散射光束13。光束13之輻射的一部分沿照明光束13之方向散射且此部分由二極體雷射3之發射表面上的透鏡10來會聚並再進入此雷射腔。如下文中將解釋，返回腔中之輻射誘發此腔中之變化，該情況(尤其)導致由二極體雷射所發射之雷射輻射的強度變化。此變化可由將輻射變化轉換為電信號之光電二極體4及一用於處理此信號之電子電路18來偵測。照明光束17亦聚焦於物體上，藉此發生散射且散射輻射之部分再進入二極體雷射5之腔。圖1及圖2中所示之用於光電二極體6之信號的電路18及19僅具有說明目的且或多或少可為習知的。如圖2中所說明，此電路為互連的。
圖3說明當使用一水平發射二極體雷射及一配置於雷射之背面的監測光電二極體時根據先前技術之量測方法及輸入裝置的原理。在此圖中，二極體雷射(例如，二極體雷射3)分別由其腔20及其正面及背面或雷射鏡21及22示意性表示。腔具有長度L。物體(將量測其之移動)由參考數字15來指示。在此物體與正面21之間的空間形成一外腔，其具有長度L0 。穿過正面所發射之雷射束由參考數字25來指示且由物體沿正面之方向所反射之輻射由參考數字26來指示。雷射腔中所產生之輻射的一部分穿過背面且被光電二極體4俘獲。
若物體15沿照明光束13之方向移動，則反射輻射26經受多普勒偏移。此意謂此輻射之頻率改變了或發生了頻移。此頻移視物體之速度而定且其等級約為少許kHz至MHz。再進入雷射腔之頻移式輻射與此腔中所產生之光波或輻射相干擾，亦即，腔中出現自混合效應。視在光波與再進入腔之輻射之間的相移量而定，此干擾將為相長或負向的，亦即，雷射輻射之強度週期性增大或減小。以此方式所產生之雷射輻射調變的頻率精確地等於腔中之光波的頻率與再進入腔之多普勒偏移式輻射的彼頻率之間的差。頻率差之等級約為少許kHz至MHz且因而易於偵測到。自混合效應及多普勒偏移之組合引起雷射腔特性的變化；尤其其增益或光放大發生改變。
此在圖4中加以說明。在此圖中，曲線31及32表示分別作為在物體15與前鏡21之間的距離L0 之函數的所發射之雷射輻射之頻率v的變化及二極體雷射之增益g的變化。v、g及L0 以任意單位為單位。由於距離L0 之變化為物體移動之結果，因此可將圖4之橫座標重定標為時間軸，使得將增益繪製為時間的函數。作為物體之速度v的函數的增益變化 g由以下方程式給出(在相干狀況下)： 在此方程式中：K為至外腔之耦合係數；其指示耦合出雷射腔之輻射量；v為雷射輻射之頻率；v為物體沿照明光束方向之速度；t為時間矩；且c為光速。
方程式可自本文中上文所提及之兩個文章中揭露的有關自混合效應的理論導出。物體表面在其自身平面上移動，如由圖3之箭頭16所指示。由於多普勒偏移僅發生在物體沿光束方向移動時，因此此移動16應如此以使得其沿此方向具有分量16'。藉此，量測XZ平面(亦即，圖3圖式之平面)中之移動變為可能的，可將該移動稱為X移動。圖3展示物體表面，其具有相對於剩餘系統之偏斜位置。實際上，量測光束為通常偏斜光束且物體表面之移動將發生在XY平面中。Y方向垂直於圖3中之圖式平面。沿此方向之移動可由第二量測光束來量測，該第二量測光束由第二二極體雷射來發射且其之散射光由與第二二極體雷射相關聯的第二光電二極體來俘獲。藉由相對於透鏡10偏心地配置二極體雷射來獲得偏斜照明光束，如圖1中所示。
藉由監測二極體量測背部雷射面處之輻射的強度來量測由物體移動所引起之雷射腔增益的變化為最簡易的，且因而為最具吸引力之方式。習知地，此二極體用於保持恆定的雷射輻射強度，但現在其亦用於量測物體之移動。
量測增益變化及因而量測物體移動之另一方法利用：事實上，半導體材料之光增益為雷射之接面之導帶中之電子數的函數。半導體二極體上之電壓降為載體濃度之函數且光增益之任何變化導致接面上之電壓變化。在圖5中說明此量測方法之實施例。在此圖中，二極體雷射之作用層係由參考數字35來指示，且用於供應此雷射之電流源係由參考數字36來指示。將二極體雷射上之電壓經由電容器38供應至電子電路40。接合線之電感37串聯於二極體雷射且經選擇為足夠低以形成對越過二極體雷射之信號的可忽略阻抗。
除移動量(亦即，物體移動過之距離且可藉由相對於時間積算所量測速度來量測該距離)之外，亦需要偵測移動方向。此意謂需要判定物體沿移動軸向前還是向後移動。可藉由判定由自混合效應引起之信號的形狀來偵測移動方向。如圖4之曲線圖32所示，此信號為不對稱信號。曲線圖32表示物體15移向雷射之情況。上升斜率32'較下降斜率32"更陡。如1992年6月20日Applied Optics第31卷第8期第3401－3408頁中所述，對於物體遠離雷射之移動而言，不對稱性顛倒(亦即，下降斜率較上升斜率更陡)。藉由判定自混合信號之不對稱性類型，可確定物體之移動方向。
在WO 02/37410所述之輸入裝置中，會聚構件或透鏡10為此類型且經配置以使得其將量測光束聚焦於物體15上。實務上，由於當使用裝置時人指或物體15將放在此表面上且在其上移動，此意謂量測光束聚焦於裝置窗12之上表面的平面中。在PCT申請案WO 2005/076116所述之配置中，提議調適自混合雷射輸入裝置之透鏡的焦距以延伸裝置之工作範圍。焦距經調適以提供小於可能之最大值但大於在物體與裝置之間的距離之延伸範圍之臨限值的自混合效應。然而，由於裝置仍使用上文所述之相干偵測方法，因此量測範圍仍為稍微受限。
因此，根據本發明，提議提供用以在超過雷射輻射之相干長度的距離處聚焦量測光束之會聚構件，且組態裝置以使得其以不相干偵測模式(而非用於先前技術裝置中之相干偵測模式)操作，以便判定由與裝置相距一大於輻射之相干長度的距離處的物體反射至雷射腔中之輻射所產生之雜訊譜的平均頻移。本發明基於洞悉自較雷射量測光束之相干長度的更大距離處再進入雷射腔之輻射亦引起腔中之足夠的自混合，以提供用於量測物體速度之有用信號。已判定使用根據本發明之裝置的速度量測之準確度比得上干涉系統之彼準確度，但無複雜性及高成本。此外，本發明之裝置不受背景輻射的影響且其雷射腔具有僅用於量測輻射之波長的高增益。
因此，參看圖式之圖6，修改會聚構件10使得其在更大距離處聚焦。此外，在WO 02/37410中所描述之裝置及在WO 2005/076116中所描述之彼裝置使用波動信號(如圖4中所示)判定物體之行進速度及方向，而在本發明中判定所產生之雜訊譜的平均頻移。
在由物體所反射之輻射與雷射中所產生之輻射無相位關係的實施例中，一輻射感應偵測器(光電二極體)係用於判定由雷射所產生之輻射及由物體所反射之雷射輻射組成的混合輻射。
可以與WO 02/37410之裝置類似的方式為二極體雷射供應週期性變化之電流，使得對雷射輻射之波長進行調變。此允許判定物體及裝置相對於彼此之移動方向。在由雷射所產生之輻射及由物體所反射之輻射的光譜不需要重疊之WO 02/37410之裝置中，調變為相對大的；波長調變之振幅為(例如)0.4 nm，其對應於50 GHz之頻率調變。
在新裝置之第一實施例中，波長調變非常小，使得由雷射所產生之輻射的光譜大體上重疊由物體所反射之輻射的雜訊譜，且可判定後者光譜之平均頻移。
在第二實施例中，雷射調變圖案為由物體所反射之輻射光譜僅展示部分或不與由雷射所產生之輻射光譜相重疊的雷射調變圖案。在輻射感應偵測器之位置處，雷射產生之輻射及反射輻射相干擾且提供以有用RF頻率之偵測器信號，其適合於進一步之信號處理以獲得指示裝置及物體相對於彼此之移動的最終信號。
在第三實施例中，雷射為簡易脈衝而非週期性調變的，且判定雷射脈衝及由物體所反射之輻射脈衝的瞬時重疊。此重疊表示所反射之脈衝的飛行時間且因而表示在物體與裝置之間的距離。由於任何雷射脈衝之加熱部分已引起雷射輻射之波長變化，因此可判定裝置及物體相對於彼此之移動方向，而不使用雷射之週期性變化的電源電流。
會聚構件(例如，單個透鏡)可具有固定焦距。使用具有可控制焦距之透鏡亦為可能的，其允許收集最大反射輻射量。可控制透鏡可為(例如)所謂的液體透鏡，其包含具有不同折射率之兩種液體及在其之間的彎月形介面。可由電壓來改變彎液面之曲率及因而改變透鏡光學能。可借助於如WO 02/37410所揭露之輸入裝置來控制液體透鏡。
應注意，術語物體為包含單個固體物體、媒體中之粒子、媒體本身(例如，將判定媒體之折射率)等之通用術語。
在一例示性實施例中，本發明提供一雷射自混合設備，其可以兩種模式操作：適合於近距離物體之非常高敏感度的第一相干模式及具有減小敏感度且適合於遠距離物體之第二不相干模式。
本發明可用於量測物體之距離及移動(速度與方向兩者)。提供用於干涉裝置之低成本替代物。本發明亦可用於判定媒體之折射率。
應注意，上文提及之實施例說明而非限制本發明，且熟習該項技術者將能夠在不偏離由隨附申請專利範圍所界定之本發明範疇的情況下設計許多替代實施例。在申請專利範圍中，不應將放入圓括號中之任何參考符號解釋為限制申請專利範圍。單詞"包含"及類似總體上不排除除任何請求項或說明書中所列出元件或步驟以外之元件或步驟的存在。元件之單數參考不排除此等元件之複數參考且反之亦然。可借助於包含若干不同元件之硬體且借助於適當程式化電腦來實施本發明。在一列舉了若干構件之裝置項中，此等構件中的若干構件可包含於同一硬體項。在彼此不同的附屬項中敍述某些方法之事實並非指示此等方法之組合不具優勢。
1．．．底板
3．．．二極體雷射
4．．．光電二極體
5．．．二極體雷射
6．．．光電二極體/偵測器
10．．．透鏡
12．．．透明窗
13．．．量測光束
15．．．物體
16．．．移動
16'．．．分量
17．．．照明光束
18．．．電子電路
19．．．電路
20．．．雷射腔
21．．．雷射鏡
22．．．雷射鏡
25．．．雷射束
26．．．輻射
31．．．曲線
32．．．曲線
32'．．．上升斜率
32"．．．下降斜率
35．．．作用層
36．．．電流源
37．．．電感
38．．．電容器
40．．．電子電路
圖1為根據先前技術之輸入或控制裝置的圖解橫截面；圖2為圖1之裝置的圖解平面圖；圖3示意性說明用於圖1之裝置中之量測方法的原理；圖4圖解說明作為圖1之裝置及物體相對於彼此之移動的函數的光頻變化及雷射腔增益變化，其中圖4展示針對不相干狀況之相干模式操作之狀況下的典型曲線，光頻及腔增益展示隨增加之雜訊變化的情況、正弦(相對於鋸齒)；圖5示意性說明用於圖1之裝置中的量測方法；圖6為根據本發明之一例示性實施例之輸入或控制裝置的圖解橫截面。
1．．．底板
3．．．二極體雷射
4．．．光電二極體
10．．．透鏡
12．．．透明窗
13．．．量測光束
18．．．電子電路

Claims (13)

  1. 一種用於量測其本身與一物體(15)相對於彼此之移動的裝置，該裝置包含：具有一雷射腔(20)之至少一雷射(3)，其用於產生一量測光束(13)；會聚構件(10)，其用於將該量測光束(13)會聚於一作用平面中，且會聚由該物體反射至該雷射腔(20)中之量測光束輻射，以在該雷射(3)中產生一自混合效應；及量測構件(4)，其用於量測該自混合效應之結果，該效應由該相對移動來判定，其中該會聚構件(10)經配置以在延伸出該量測光束輻射之相干長度的一距離範圍上聚焦該量測光束(13)，且其中該量測構件(4)經組態以判定在該量測光束(13)與由一物體反射至該雷射腔(20)中之該量測光束輻射之間的一頻率差。
  2. 如請求項1之裝置，其中該量測構件(4)經組態以判定由該反射量測光束輻射所產生之雜訊譜的一平均頻移。
  3. 如請求項1之裝置，其中該量測構件(4)經組態以判定由該反射量測光束輻射所產生之雜訊譜的一瞬時頻移。
  4. 如請求項1之裝置，其中該量測構件(4)經組態以執行頻移及非頻移式反射量測光束輻射之一時域偵測。
  5. 如請求項1之裝置，其用於量測該物體(15)之移動及在該裝置與該物體(15)之間的一距離，其中該物體(15)相對於該裝置為移動或非移動的。
  6. 如請求項1之裝置，其中控制構件經提供以用於控制該至少一雷射(3)。
  7. 如請求項6之裝置，其中該控制構件經組態以為該至少一雷射(3)供應一週期性變化電流，其引起該量測光束波長之一週期變化，使得該反射量測光束輻射之光譜大體上與由該至少一雷射(3)所產生之該量測光束輻射相重疊。
  8. 如請求項6之裝置，其中該控制構件經組態以為該至少一雷射(3)供應一週期性變化電流，其引起該量測光束波長之一週期變化，使得該反射量測光束輻射之該光譜至多部分地與由該至少一雷射(3)所產生之該量測光束輻射相重疊。
  9. 如請求項6之裝置，其中該控制構件經組態以為該至少一雷射(3)供應一脈衝電流。
  10. 如請求項1之裝置，其經配置且經組態以選擇性地以一第一偵測模式及一第二偵測模式中的一者操作，該第一偵測模式為一相干偵測模式，且該第二偵測模式為一不相干偵測模式。
  11. 如請求項1之裝置，其中該會聚構件(10)具有一固定焦距。
  12. 如請求項1之裝置，其中該會聚構件(10)具有一選擇性可變焦距，使得在該量測光束輻射之該相干長度處或超出其處選擇性地聚焦該量測光束輻射。
  13. 一種用於量測一物體(15)及裝置相對於彼此之移動的方法，該方法包含：借助於具有一雷射腔(20)之至少一雷射(3)來產生一量測光束(13)；在延伸出該量測光束輻射之相干長度的一距離上，將該量測光束(13)會聚於一作用平面中，且會聚由該物體反射至該雷射腔(20)中之量測光束輻射，以在該雷射(3)中產生一自混合效應；及判定在該量測光束(13)與由一物體(15)反射至該雷射腔(20)中之該量測光束輻射之間的一平均頻率差，該頻率差係由該相對移動來判定。
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7889353B2 (en) * 2005-08-30 2011-02-15 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of measuring relative movement of an object and an optical input device over a range of speeds
RU2009100161A (ru) * 2006-06-12 2010-07-20 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. (Nl) Устройство для контроля кожи, способ контроля кожи, контрольное устройство, способ облучения кожи и использование oled
CN101796371A (zh) * 2007-09-03 2010-08-04 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于轮胎的状态检测的基于激光传感器的系统
KR101542729B1 (ko) 2007-12-11 2015-08-07 코닌클리케 필립스 엔.브이. 광 트랜지스터를 포함하는 반도체 레이저
WO2009090593A1 (en) 2008-01-16 2009-07-23 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Laser sensor system based on self-mixing interference
US8560180B2 (en) 2008-09-09 2013-10-15 Koninklijke Philips N.V. Velocity determination apparatus
WO2010113074A2 (en) 2009-03-31 2010-10-07 Koninklijke Philips Electronics N.V. System for demodulating a signal
JP5752685B2 (ja) * 2009-08-17 2015-07-22 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ Ｓｍｉセンサを動作させる方法および対応のセンサ装置
FR2960063B1 (fr) * 2010-05-11 2013-05-10 Toulouse Inst Nat Polytech Dispositif de mesure optique d'un parametre physique
EP2598909B1 (en) * 2010-07-26 2017-01-04 Koninklijke Philips N.V. Apparatus for measuring a distance
EP3036526B1 (en) * 2013-08-22 2021-09-29 The University Of Queensland Laser system for imaging and materials analysis and corresponding method
EP3329249B8 (en) * 2015-07-30 2020-08-26 TRUMPF Photonic Components GmbH Laser sensor for multi parameter detection
JP6812553B2 (ja) * 2016-12-09 2021-01-13 トルンプ フォトニック コンポーネンツ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 光学的粒子センサーモジュール
BR112019011460A2 (pt) * 2016-12-09 2019-10-15 Koninklijke Philips Nv módulo sensor a laser, dispositivo de comunicação móvel, método de detecção de partícula e produto de programa de computador
JP2018180709A (ja) * 2017-04-06 2018-11-15 富士ゼロックス株式会社 受付装置および検出装置
DE102018212685B4 (de) * 2018-07-30 2023-06-22 Robert Bosch Gmbh Optische Partikelsensorvorrichtung und entsprechendes Partikelmessverfahren
CN115729362A (zh) * 2021-08-31 2023-03-03 华为技术有限公司 一种输入检测装置及相关输入设备
WO2024056271A1 (en) * 2022-09-14 2024-03-21 Ams International Ag Trigger module, device, method for operating a trigger module and method for operating a device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5847817A (en) * 1997-01-14 1998-12-08 Mcdonnell Douglas Corporation Method for extending range and sensitivity of a fiber optic micro-doppler ladar system and apparatus therefor
TW200411143A (en) * 2002-12-31 2004-07-01 Ind Tech Res Inst A method for measuring the perpendicularity between an image detector and its relative movement direction with an object detected
TWI232300B (en) * 2000-11-06 2005-05-11 Koninkl Philips Electronics Nv Method of measuring the relative movement of a sheet sensor and a material sheet and an optical sheet sensor for performing the method

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5594543A (en) * 1990-01-16 1997-01-14 Hughes Danbury Optical Systems, Inc. Laser diode radar with extended range
US5267016A (en) * 1991-11-27 1993-11-30 United Technologies Corporation Laser diode distance measurement
DE4400680C2 (de) 1994-01-12 1995-11-02 Kayser Threde Gmbh Vorrichtung zur Bestimmung von Abstandsänderungen eines Objekts
JP3279116B2 (ja) * 1994-03-22 2002-04-30 株式会社豊田中央研究所 レーザドップラ流速計
US5745437A (en) * 1996-08-05 1998-04-28 Wachter; Eric A. Method and apparatus for coherent burst ranging
FR2761782B1 (fr) * 1997-04-02 1999-05-07 Commissariat Energie Atomique Velocimetre et telemetre laser utilisant une detection coherente
AU6633798A (en) 1998-03-09 1999-09-27 Gou Lite Ltd. Optical translation measurement
CN1089443C (zh) * 1998-04-24 2002-08-21 中国科学院上海光学精密机械研究所 探测大气的非相干激光雷达系统
US6233045B1 (en) * 1998-05-18 2001-05-15 Light Works Llc Self-mixing sensor apparatus and method
US6388739B1 (en) * 2001-01-18 2002-05-14 The Boeing Company Self-referencing microdoppler ladar receiver and associated detection method
EP1509834A2 (en) 2002-05-17 2005-03-02 Koninklijke Philips Electronics N.V. Apparatus comprising an optical input device and at least one further optical device having a common radiation source
US7573580B2 (en) * 2003-11-17 2009-08-11 Asml Holding N.V. Optical position measuring system and method using a low coherence light source
US7439484B2 (en) 2004-02-09 2008-10-21 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Laser measurement apparatus using self-mixing effect
WO2005106634A1 (en) * 2004-04-29 2005-11-10 Koninklijke Philips Electronics N.V. Relative movement sensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5847817A (en) * 1997-01-14 1998-12-08 Mcdonnell Douglas Corporation Method for extending range and sensitivity of a fiber optic micro-doppler ladar system and apparatus therefor
TWI232300B (en) * 2000-11-06 2005-05-11 Koninkl Philips Electronics Nv Method of measuring the relative movement of a sheet sensor and a material sheet and an optical sheet sensor for performing the method
TW200411143A (en) * 2002-12-31 2004-07-01 Ind Tech Res Inst A method for measuring the perpendicularity between an image detector and its relative movement direction with an object detected

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