專利名稱：光學(xué)運(yùn)動感知裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于運(yùn)動傳感技術(shù)，特別是關(guān)于一種光學(xué)傳感技術(shù)，如應(yīng)用于計算機(jī)指示裝置中的光學(xué)傳感技術(shù)。
背景技術(shù)：
一般計算機(jī)指示裝置，通常指鼠標(biāo)，是最常用的計算機(jī)接口設(shè)備之一。當(dāng)鼠標(biāo)在界面上移動時，一鼠標(biāo)中的運(yùn)動傳感裝置感知鼠標(biāo)的移動并相應(yīng)地在計算機(jī)屏幕上移動光標(biāo)。運(yùn)動傳感裝置通常有兩種，機(jī)械運(yùn)動傳感器和光學(xué)運(yùn)動傳感器。
機(jī)械運(yùn)動傳感裝置，通常包括一位于鼠標(biāo)底部的跟蹤球，其機(jī)械性地連接到兩滾輪上。當(dāng)鼠標(biāo)在某些表面移動時，例如鼠標(biāo)墊或桌面，該跟蹤球會滾動。上述滾輪將跟蹤球的滾動轉(zhuǎn)換成電信號控制計算機(jī)屏幕上的鼠標(biāo)運(yùn)動。該機(jī)械運(yùn)動傳感裝置容易因污垢積累和磨損而損壞。
光學(xué)運(yùn)動傳感裝置，通常包括一發(fā)光裝置，例如發(fā)光二極管和光感測器陣列。該光感測器陣列感知從發(fā)光裝置發(fā)出的光束并通過一鼠標(biāo)底面反射。當(dāng)鼠標(biāo)在表面上移動時，該表面不同區(qū)域的性質(zhì)，如顏色、質(zhì)地、反射率等，相對于光感測器陣列移動。該光感測器陣列感知反射光束并從光束的變化解讀鼠標(biāo)相對于表面的移動。對于光學(xué)鼠標(biāo)，該發(fā)光裝置是一個主要的功率消耗器件。對于無線鼠標(biāo)，該發(fā)光裝置可能是決定電池使用壽命的主要因素。
因此，需要具有一高效節(jié)能的運(yùn)動傳感裝置的計算機(jī)指示設(shè)備。該運(yùn)動傳感裝置最好是可靠并支持鼠標(biāo)高效動作。并且該鼠標(biāo)最好結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、成本低廉。


圖1是本發(fā)明光學(xué)運(yùn)動傳感裝置的示意圖；圖2是本發(fā)明光學(xué)運(yùn)動傳感裝置的另一示意圖。
實施方式本發(fā)明的幾個實施例描述參考如下附圖，類似結(jié)構(gòu)或功能在附圖中的表示為參考圖號。附圖僅僅是為了便于本發(fā)明優(yōu)選實施例的描述，而并不是本發(fā)明的窮盡性描述或作為對本發(fā)明的限制。另外，此附圖并不一定是標(biāo)準(zhǔn)尺寸。
圖1是本發(fā)明光學(xué)運(yùn)動傳感裝置10的橫向剖面圖。該光學(xué)運(yùn)動傳感裝置10在圖1實施例中為一光學(xué)鼠標(biāo)，用于移動計算機(jī)屏幕上的光標(biāo)。該鼠標(biāo)10具有一以塑料或其它材料制成的外殼11。更佳的，該外殼11具有一適于握持的形狀。該外殼11具有一底部12。該底部12和該外殼的頂部可一體成型，或是兩個獨(dú)立的部分連接在一起。圖1中顯示的底部12是平坦的。當(dāng)鼠標(biāo)10放置于表面25上，如桌面、鼠標(biāo)墊等，底部12一些突起14會將底部12撐起于表面25上，使底部12與表面25之間有一空隙。較優(yōu)的，突起14形成于底部12的外圍，并各自均衡分布，這樣為鼠標(biāo)10在表面25上提供了穩(wěn)定的支撐。該突起14支撐底部12離開表面25，這樣外部的光線可照射到底部12下方的表面25。該突起14的高度最好設(shè)置為，可將底部12與表面25之間進(jìn)入的外部光線最大化，便于鼠標(biāo)10的使用。更佳的，突起14的高度在0.1毫米到3毫米之間。本發(fā)明中突起14與底部12可一體形成，也可突起14連接到底部12。
所述底部12形成有一個開口15。較優(yōu)的，該開口15形成于底部12的中心。光可通過開口15進(jìn)入該鼠標(biāo)10外殼11的內(nèi)部。較優(yōu)的，該開口15是圓形的，直徑大約在0.1毫米到10毫米之間，或大約在2毫米到5毫米之間。在某些實施例中，該開口15可大約為3毫米。誠然，該開口15在形狀上并不限定為圓形。開口15也可為橢圓的、正方形的、長方形的或三角形等等。本發(fā)明的一較優(yōu)實施例中，一透鏡16放置于開口15處，為外殼11中的光感測器陣列18聚集光線。較優(yōu)地，該光感測器陣列18正對開口15，且該陣列包括若干個排成陣列的光感測器。另外，光感測器陣列18電性連接到信號處理或計算電路19，以處理來自光感測器的信號。
本發(fā)明的某個實施例中，從開口15到光感測器陣列18的光路被一側(cè)壁17包圍。該光路側(cè)壁17可與底部12一體成形，也可通過一機(jī)械裝置如夾子、螺絲、螺栓類似的東西連接到外殼11。如果鼠標(biāo)10的外殼11是透明或半透明的，該光路側(cè)壁17則最好是不透明的。不透明的光路側(cè)壁17可阻擋來自表面25及光感測器陣列18以外的光線。這樣減少了光感測陣列18的光線干擾并提升了運(yùn)動追蹤的效果。
但光路側(cè)壁17并非限定為不透明的。當(dāng)外殼11是不透明的，只有能到達(dá)光感測器陣列18的光線才會通過開口15。在這樣的情況中，就不需要阻止除來自表面25以外的光線。另外，側(cè)壁17并為限定為一定存在。
實際使用中，光感測器陣列18感測到來自開口15底部透鏡16的光束21。光束21可來自從表面25反射，表面25可為鼠標(biāo)墊，桌面等，或當(dāng)表面25為部分透明或半透明時，光束21可來自從表面25透出。光束21包括表面25的顏色，質(zhì)地，對比度，亮度，光滑度等信息。當(dāng)鼠標(biāo)10相對于表面25移動時，光束21中包含的信息也在持續(xù)變化。光感測器陣列18感知這種變動，且計算電路19根據(jù)光束21中的信息變動計算鼠標(biāo)10相對于表面25的移動?；谠撚嬎憬Y(jié)果，計算電路19產(chǎn)生一個控制信號給主機(jī)，以控制屏幕上的光標(biāo)移動。
圖1只是鼠標(biāo)10的示意圖，以利于本發(fā)明一特定實施例的描述，并不包括所有的特性或元件。如鼠標(biāo)10可沒有透鏡16或具有多個透鏡16。另外光感測器陣列18和信號處理電路19可制作在一張芯片上或兩張單獨(dú)的芯片上。鼠標(biāo)10可與主機(jī)有線傳輸或無線傳輸。無線傳輸方式包括，但并不限定于，無線電頻率(RF)和紅外線(IR)。
光感測器陣列18通過光束21探測表面25的性質(zhì)。計算電路19處理來自光感測器陣列18的信號，并計算鼠標(biāo)10相對于表面25的移動。更佳地，光束21來自反射表面25或透過表面25的周圍光線。在該實施例中，鼠標(biāo)10不需要發(fā)光裝置。在現(xiàn)有的光學(xué)鼠標(biāo)中，發(fā)光裝置如發(fā)光二極光，發(fā)光照射鼠標(biāo)底部的表面。一光感知電路感知從表面反射的光束并從光束的變化中計算鼠標(biāo)相對于表面的移動。該發(fā)光裝置通常是鼠標(biāo)的主要耗電源。對無線鼠標(biāo)而言，也是影響電池壽命的主要因素。另外，該發(fā)光裝置增加了電路的復(fù)雜度和成本，并影響了鼠標(biāo)的可靠性。
為了有效并可靠地利用周圍光線追蹤鼠標(biāo)10的移動，光感測器陣列18最好由高靈敏性的光感測器組成。較優(yōu)地，該光感測器的敏感度到達(dá)1勒克斯(LUX)。比如，由韓國電子部品研究院和行星82(Planet82)公司研發(fā)的單一的載波調(diào)制光感測器(SMPD)攝像傳感器可在本發(fā)明中作為光感測器陣列18應(yīng)用。因為SMPD攝像傳感器可利用標(biāo)準(zhǔn)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)大批量生產(chǎn)，而不需另外的設(shè)備投資，這樣本發(fā)明在光感測器陣列18中利用SMPD攝像傳感器的鼠標(biāo)10的成本可以有效利用。
本發(fā)明中，該光感測器陣列18是以正交直線方式排列，每個光感測器都有一個像素的寬度。計算電路19中的狀態(tài)機(jī)比較正交直線中光感測器陣列18的輸出信號，并且感知鼠標(biāo)對于表面的移動。在本發(fā)明的其它實施例中，光感測器陣列18在二維空間中可排列成圓形、橢圓形、方形、長方形或多邊形?；蛘吒鼉?yōu)地，該光感測器陣列18的排列形狀類似于開口15的形狀。計算電路19通過計算新捕捉到的取樣圖像與之前的取樣圖像的相關(guān)值來追蹤鼠標(biāo)移動，進(jìn)一步確定移動的方向和距離。特別地，計算電路19通過比較新捕捉到的取樣圖像與之前捕捉的原始像素的參考圖像來計算相關(guān)值，然后將參考圖像以一具體的模塊移位到其鄰近的像素點。計算電路19也可通過比較之前捕捉的參考圖像與新捕捉的原始像素的取樣圖像來計算相關(guān)值，然后將取樣圖像以一具體的模塊移位到其鄰近的像素點。本發(fā)明的各種實施例中，該模塊可為各向同性的，如方形的、圓形的、菱形的等等，也可為各向異性的，如長方形的、橢圓形的、長形的或指向的。對于各向異性的模塊，計算電路19最好選擇基于鼠標(biāo)10的預(yù)測運(yùn)動定向上的具體異向模塊。同樣對于方向性模塊，計算電路19最好選擇基于鼠標(biāo)10的預(yù)測運(yùn)動定向上的具體方向模塊。鼠標(biāo)10的移動歷史可作為預(yù)測其下一步移動的基礎(chǔ)。通過基于移動預(yù)測適當(dāng)?shù)哪K選擇，并將圖像以方向性或異性模塊轉(zhuǎn)換進(jìn)行相關(guān)計算，以提供有效可靠的追蹤鼠標(biāo)10相對于表面25的移動。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)先實施例，圍繞開口15的部分底部12至少具有一高反射性表面，這樣可以增加從表面25反射的光束21的強(qiáng)度。底部12的突起14有一適當(dāng)高度，以使足夠的光通過底部12與表面25之間照射表面25。更佳地，突起14的高度大約在0.1毫米到3毫米之間。另外，外殼11包括底部12即非透明也非半透明，以最大限度減少光感測器陣列18的光線干擾。
圖2是本發(fā)明另一優(yōu)選實施的光學(xué)鼠標(biāo)30。該鼠標(biāo)30在結(jié)構(gòu)上與之前提到的圖1的鼠標(biāo)10類似，圖2顯示了鼠標(biāo)30的底部視圖。
如圖2所示，鼠標(biāo)30底部12具有一高反射帶32圍繞開口15。該反射帶32的功能相當(dāng)于一面鏡子反射開口15周圍表面25的外部光線，這樣增加了表面25的光照并改善了鼠標(biāo)追蹤性能，特別是在光線較暗的情況下。本實施例中，反射帶32具有一凹面以將光線聚集到開口15附近的一部分表面25。反射帶32的形成可通過在底部12粘貼一反射性膠片，或是以反射性材料電鍍底部12，或是以反射性涂料著色底部12等。比如，可由鍍鉻的薄片粘貼到底部12形成反射帶32，或者是含鋁的涂料涂抹到底部12。在另一方式中，反射帶32包括一鄰近開口15，嵌于底部12的面。
圖2顯示了環(huán)形的反射帶32，其圍繞于開口15。這并不作為本發(fā)明的限制，反射帶32也可為其它形狀，如方形的、長方形的、三角形的等。比如，反射帶32可形成一特別的形狀作為鼠標(biāo)30的修飾。進(jìn)一步地，反射帶32可覆蓋整個底部12。另一實施方式中，外殼11可完全地覆蓋反射材料以增加表面25的光照并提供獨(dú)特的表面修飾。
圖2也顯示了鼠標(biāo)30的底部12具有4個發(fā)光二極管35，其靠近開口15。在本發(fā)明的優(yōu)先實施方案中，鼠標(biāo)30還包括一感光電路或控制電路(圖2中未示)，可根據(jù)周圍光線的強(qiáng)度用以打開或關(guān)閉發(fā)光二極管35。在另一實施例中，該控制電路可連接到光感測器。當(dāng)光感測器接受到的光線強(qiáng)度低于某一標(biāo)準(zhǔn)，如0.8勒克斯，該控制電路就打開發(fā)光二極管35，這樣使得鼠標(biāo)30進(jìn)入暗環(huán)境工作狀態(tài)。在另一實施例中，鼠標(biāo)30包括一人為控制的開關(guān)可切換發(fā)光二極管35的開關(guān)。當(dāng)發(fā)光二極管35打開時，鼠標(biāo)30可在完全黑暗的環(huán)境中操作。當(dāng)有足夠的環(huán)境光線時，發(fā)光二極管35就最好關(guān)閉以更有效地利用鼠標(biāo)30的能量。
圖2顯示鼠標(biāo)30具有4個發(fā)光二極管35，這并作為本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的許多其它實施中，鼠標(biāo)30可包括任意數(shù)目的發(fā)光二極管，如一個、二個、三個等，以協(xié)助鼠標(biāo)30在黑暗中工作。進(jìn)一步地，發(fā)光二極管35可用其它種類的發(fā)光裝置替代。更優(yōu)地，鼠標(biāo)30中具有的高效的發(fā)光裝置。
到目前為止已有高效的運(yùn)動追蹤裝置。根據(jù)本發(fā)明，一運(yùn)動追蹤裝置包括一光感測器陣列并可追蹤目標(biāo)的移動。如光學(xué)鼠標(biāo)，通過感測計算表面的光學(xué)特性的變化來追蹤移動。本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，該運(yùn)動追蹤裝置包括高靈敏度的光感測器并利用表面反射或穿透的環(huán)境光線探測表面的光學(xué)特性來追蹤移動。更優(yōu)地，該裝置可包括反射表面或鏡面來提高表面的光照。根據(jù)另一優(yōu)選實施例，該運(yùn)動追蹤裝置包括一發(fā)光二極管，可用于當(dāng)環(huán)境光線太暗時的照明，使得該追蹤裝置在黑暗中也可正常工作。通過使用高靈敏度的光感測器并通過環(huán)境光線追蹤其移動，該運(yùn)動追蹤裝置節(jié)能，高效，特別適宜在利用電池的應(yīng)用，如無線鼠標(biāo)。
在此描述的本發(fā)明的一些具體的實施例并不作為本發(fā)明的限制。本發(fā)明的一些改善和變換對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。比如，本發(fā)明的運(yùn)動追蹤裝置并不限制為計算機(jī)的鼠標(biāo)。它可用于其它包括運(yùn)動追蹤的裝置，如交互式電視遠(yuǎn)程控制。另外本發(fā)明的運(yùn)動追蹤裝置并不限制為在表面上移動。它也可通過追蹤遠(yuǎn)距離的物體的特性變化來追蹤移動。進(jìn)一步地，圍繞開口的表面也并不限制為基本平坦的。
權(quán)利要求
1.一種運(yùn)動傳感裝置，包括一外殼，其上形成一開口；若干個光感測器在上述外殼中排成陣列，并正對上述開口，以感知透入的周圍光線；一計算電路連接到上述若干個光感測器，并用于計算由上述光感測器形成的圖像信號序列的相關(guān)函數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動傳感裝置，其特征在于上述若干個光感測器包括具有光敏度約為1勒克斯的若干個光傳感裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動傳感裝置，其特征在于上述若干個光感測器包括若干個單一的載波調(diào)制光感測器攝像傳感器。
4.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動傳感裝置，其特征在于上述外殼具有一充分平坦的底部，且上述開口形成于該底部的中央。
5.如權(quán)利要求4所述的運(yùn)動傳感裝置，其特征在于進(jìn)一步包括若干個外殼底部的突起，當(dāng)該運(yùn)動傳感裝置于表面上時，這些突起從表面抬起底部。
6.如權(quán)利要求5所述的運(yùn)動傳感裝置，其特征在于上述若干個突起與外殼底部一體成形。
7.如權(quán)利要求5所述的運(yùn)動傳感裝置，其特征在于上述若干個突起形成于外殼底部的外圍。
8.如權(quán)利要求4所述的運(yùn)動傳感裝置，其特征在于至少一部分鄰近于上述開口的底部具有高反射性。
9.如權(quán)利要求1所述的運(yùn)動傳感裝置，其特征在于進(jìn)一步包括由一側(cè)壁包圍的光路，該側(cè)壁從開口到若干個光感測器。
10.如權(quán)利要求9所述的運(yùn)動傳感裝置，其特征在于該側(cè)壁是不透明的。
11.一種運(yùn)動感知裝置，包括一具有充分平坦部分的外殼；一開口形成于上述外殼充分平坦的部分；若干個突起形成于上述外殼充分平坦的部分，該突起各自分開并與上述開口分開；一光感測器陣列設(shè)于上述外殼風(fēng)，正對上述開口，用于感受透過開口的周圍光線；一圍繞光路的側(cè)壁設(shè)于外殼內(nèi)部，形成于開口到光感測器陣列；一計算電路連接到上述光感測器陣列，并用于計算光感測器陣列形成的圖像信號序列的相關(guān)函數(shù)。
12.如權(quán)利要求11所述的運(yùn)動傳感裝置，其特征在于上述的光感測器陣列包括若干個光傳感裝置，具有至少一勒克斯的光敏度。
13.如權(quán)利要求11所述的運(yùn)動傳感裝置，其特征在于上述光感測器陣列包括若干個單一的載波調(diào)制光感測器攝像傳感器。
14.如權(quán)利要求11所述的運(yùn)動傳感裝置，其特征在于上述開口具有0.1毫米到3毫米的直徑。
15.如權(quán)利要求11所述的運(yùn)動傳感裝置，其特征在于進(jìn)一步包括一鄰近開口的發(fā)光裝置；及一開關(guān)連接到上述發(fā)光裝置，用于切換該發(fā)光裝置的開與關(guān)。
16.如權(quán)利要求15所述的運(yùn)動傳感裝置，特征在于上述開關(guān)用于在周圍環(huán)境光線低于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時將發(fā)光裝置打開，在周圍環(huán)境光線高于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時將發(fā)光裝置關(guān)閉。
17.一種用于控制光標(biāo)的計算機(jī)鼠標(biāo)，包括一上外殼；一底部連接到上述上外殼，并具有一開口形成于其上；若干個突起形成于上述底部并遠(yuǎn)離上述開口；一光感測器陣列位于上外殼和底部之間，正對上述開口，用于感知透過該開口的外部光線；一光路側(cè)壁圍繞一光路，其形成于底部開口至光感測器陣列；一計算電路連接到光感測器陣列，通過由光感測器陣列形成的圖像信號序列計算出相關(guān)函數(shù)，在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生光標(biāo)控制信號。
18.如權(quán)利要求17所述的計算機(jī)鼠標(biāo)，其特征在于該光感測器陣列包括若干個單一的載波調(diào)制光感測器攝像傳感器，其具有至少1勒克斯的光敏度。
19.如權(quán)利要求17所述的計算機(jī)鼠標(biāo)，其特征在于進(jìn)一步包括一連接到底部環(huán)繞開口的鏡面。
20.如權(quán)利要求17所述的計算機(jī)鼠標(biāo)，其特征在于進(jìn)一步包括一發(fā)光裝置，其靠近上述開口；及一開關(guān)連接到上述發(fā)光裝置，用于在周圍環(huán)境光線低于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時將發(fā)光裝置打開，在周圍環(huán)境光線高于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)時將發(fā)光裝置關(guān)閉。
全文摘要
一種光學(xué)運(yùn)動追蹤裝置，包括光學(xué)感測陣列，其包括高光敏度的光學(xué)傳感器，其連接到計算電路，該計算電路設(shè)于外殼內(nèi)部。該高光敏度的光學(xué)傳感器利用從表面反射或透過，并通過開口傳輸進(jìn)入外殼的周圍環(huán)境光線來探測表面的光學(xué)特性。底部設(shè)有突起14，其將該追蹤裝置抬起于表面上并讓周圍光線照射表面。非透明的側(cè)壁形成于開口至光探測陣列，圍繞一光路以減少光線干擾。靠近開口的反射帶用以增加表面的光照。計算電路用以計算光感測器陣列形成的圖像信號的相關(guān)值。
文檔編號G01P13/00GK101091151SQ200680001543
公開日2007年12月19日 申請日期2006年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月12日
發(fā)明者高勇, 劉建 申請人:埃派克森微電子有限公司