專利名稱：光學(xué)滑墊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括滑墊的輸入設(shè)備。
背景技術(shù)：
各種輸入設(shè)備被用于操縱圖標(biāo)，例如計(jì)算機(jī)和各種電子設(shè)備屏幕上的光標(biāo)。例如，計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)和跟蹤球是桌面型計(jì)算機(jī)常用的輸入設(shè)備。
對(duì)于個(gè)人數(shù)字助理(PDA)和蜂窩電話來說，觸摸墊、操縱桿控制和按鈕是常用的。然而，這些設(shè)備中的每一種都有缺點(diǎn)。例如，觸摸墊需要相對(duì)較大的輸入面積。在諸如蜂窩電話的小設(shè)備中，表面積是寶貴的。操縱桿控制的用戶反饋較差。這是因?yàn)椴倏v桿控制一般完全不移動(dòng)；相反地，使用壓力傳感器來檢測用戶輸入。按鈕只允許沿個(gè)別的方向移動(dòng)，而不能沿所有方向移動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，一種輸入設(shè)備包括框架內(nèi)的可移動(dòng)墊；正對(duì)可移動(dòng)墊放置的第一光學(xué)傳感器線性陣列；以及正對(duì)可移動(dòng)墊放置的第二光學(xué)傳感器線性陣列。第一和第二線性陣列沿不同的軸放置，并且響應(yīng)于來自可移動(dòng)墊表面的光線而生成信號(hào)。該輸入設(shè)備還包括耦合到陣列以接收信號(hào)的處理器。該處理器從信號(hào)中確定可移動(dòng)墊的運(yùn)動(dòng)。該處理器可將可移動(dòng)墊的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為顯示屏上光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的光學(xué)滑墊的示意性頂視圖。
圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的圖1的光學(xué)滑墊的示意性橫截面圖。
圖3、4和5圖示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的滑墊表面上提供的圖樣。
圖6圖示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的光學(xué)引擎的框圖。
圖7圖示了傳感器陣列生成的信號(hào)。
圖8圖示了示例性的斑點(diǎn)圖樣。
圖9圖示了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中的光學(xué)滑墊的橫截面。
圖10圖示了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中的光學(xué)滑墊的橫截面。
不同圖中的相同標(biāo)號(hào)指示類似或相同的元件。
具體實(shí)施例方式
在2003年8月29日提交的題為“Finger Navigation System UsingCaptive Surface”的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請No.10/651,589(律師案卷號(hào)10021040-1)中公開了一種新型輸入設(shè)備。該輸入設(shè)備包括可移動(dòng)地懸掛在光學(xué)導(dǎo)航引擎上的帶盤(captive disc)。光學(xué)導(dǎo)航引擎通過比較盤表面的連續(xù)影像，來檢測帶盤的移動(dòng)。本發(fā)明改進(jìn)了在美國專利申請No.10/651,589中初始公開的輸入設(shè)備。
圖1圖示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的光學(xué)滑墊設(shè)備100的頂視圖。設(shè)備100可以是諸如蜂窩電話、PDA或數(shù)碼相機(jī)之類的便攜式設(shè)備的界面。用戶可以操作設(shè)備100移動(dòng)便攜式設(shè)備的顯示屏上的光標(biāo)。
光學(xué)滑墊設(shè)備100包括框架102和位于框架102的開口106內(nèi)的滑墊104(也稱為可移動(dòng)墊)。在一個(gè)實(shí)施例中，滑墊104和開口106都是圓形的。彈簧108將滑墊104附著到框架102。在一個(gè)實(shí)施例中，彈簧108是以切線方式附著到滑墊104和框架102的螺旋型彈簧。彈簧108使得滑墊104返回到開口106內(nèi)的中心靜止位置。在操作中，用戶將他/她的手指放在滑墊104上來移動(dòng)光標(biāo)。
光學(xué)導(dǎo)航引擎110(在圖1中示為虛線)位于滑墊104下方。光學(xué)導(dǎo)航引擎110沿第一軸的光學(xué)傳感器114(為了清楚起見，只標(biāo)記了一個(gè))的線性陣列112、沿與第一軸垂直的第二軸的光學(xué)傳感器114(為了清楚起見，只標(biāo)記了一個(gè))的線性陣列116、以及用于照明滑墊104的底面206(圖2)的光源118。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)導(dǎo)航引擎110包括沿一個(gè)或多個(gè)其他軸的一個(gè)或多個(gè)其他線性陣列(例如，與線性陣列112和116成45度角的第三線性陣列120)，以提高光學(xué)滑墊設(shè)備100的精度。從而，本發(fā)明利用線性光學(xué)傳感器陣列，而不是在美國專利申請No.10/651,589中公開的全2維光學(xué)傳感器陣列。
光學(xué)傳感器114可以是CCD(電荷耦合器件)或CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)傳感器。光源118可以是相干光源(例如，激光二極管或垂直腔表面發(fā)射激光器)、部分相干光源、或者非相干光源(例如，發(fā)光二極管、場致發(fā)光或熒光)。光學(xué)傳感器114響應(yīng)于從滑墊104底面反射的光線，生成電信號(hào)。
圖2圖示了一個(gè)實(shí)施例中光學(xué)滑墊設(shè)備100的橫截面。光學(xué)傳感器114(只示出了一個(gè))和光源118位于襯底202上。透鏡204位于光源118上方，以在滑墊104的底面206上產(chǎn)生期望的亮度圖樣。在另一個(gè)實(shí)施例中，透鏡204不是必需的，光源118自然地發(fā)射光，從而在底面206上形成期望的亮度圖樣。微透鏡208放置在光學(xué)傳感器114上方，以在光學(xué)傳感器114上產(chǎn)生底面206的像。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以用單個(gè)透鏡來替代微透鏡208。在另一個(gè)實(shí)施例中，透鏡208不是必需的，并且來自底面206的反射光直接被光學(xué)傳感器114收集?？梢栽诰?jí)別對(duì)透鏡202和208進(jìn)行復(fù)制、回流、造型轉(zhuǎn)移或刻蝕等操作，以生產(chǎn)具有極低制造成本的緊湊器件。
底面206有重復(fù)圖樣，該重復(fù)圖樣可被耦合到傳感器陣列112和116的處理器602(圖6)解析，以確定滑墊104的運(yùn)動(dòng)。圖3到5圖示了可以構(gòu)造在底面206上的各種重復(fù)圖樣。
圖3圖示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中底面206上的重復(fù)圖樣302。圖樣302由暗背景上的亮的水平和垂直線條組成。
圖4圖示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中底面206上的重復(fù)圖樣402。圖樣402由暗的水平和垂直線條組成。
圖5圖示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中底面206上的另一種重復(fù)圖樣502。圖樣502類似于圖樣402，區(qū)別在于各條線條之間的間隔不一致。相反地，隨著線條接近圖樣502的邊緣間隔增大。增大的間隔可用來檢測滑墊104接近開口106的邊緣。從而，圖樣502在底面206的不同區(qū)域有不同的周期。
圖6圖示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的光學(xué)引擎110的框圖。處理器602耦合到陣列112和116中的光學(xué)傳感器。陣列112中的光學(xué)傳感器至少由兩個(gè)分別被標(biāo)記為X1和X2的元件組成。定位兩個(gè)傳感器使得其生成相位差90度的電子信號(hào)。類似地，陣列116中的光學(xué)傳感器至少包括兩個(gè)分別被標(biāo)記為Y1和Y2的元件，這兩個(gè)元件的定位有90度相位差。
隨著滑墊104在光學(xué)導(dǎo)航引擎110上方的2維平面中移動(dòng)，傳感器陣列112和116觀察滑墊表面206上的重復(fù)圖樣，并生成相應(yīng)的電信號(hào)。例如，圖7圖示了傳感器陣列112生成的信號(hào)702。處理器602利用該電信號(hào)來確定滑墊104沿傳感器陣列112和116的軸的位移。例如，處理器602可以對(duì)在信號(hào)702中觀察到的亮邊或暗邊的數(shù)目計(jì)數(shù)。導(dǎo)出相對(duì)運(yùn)動(dòng)所需的信號(hào)處理類似于在傳統(tǒng)的遞增編碼器中所用的信號(hào)處理。每個(gè)傳感器陣列必須包含至少兩個(gè)光學(xué)傳感器114，以便導(dǎo)出沿傳感器軸的位移和運(yùn)動(dòng)方向。在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)光學(xué)傳感器114間隔分布，以接收相位相差90度的信號(hào)，從而可以從每個(gè)光學(xué)傳感器114接收的信號(hào)之間的相位關(guān)系中確定運(yùn)動(dòng)方向。
注意，沿每個(gè)軸至少提供兩個(gè)光學(xué)傳感器114，以用于正交檢測。當(dāng)使用多于兩個(gè)光學(xué)傳感器114時(shí)，觀察來自沿同一軸的不相鄰光學(xué)傳感器的信號(hào)隨時(shí)間的變化，并使用這些信號(hào)來確定滑墊104移動(dòng)的方向。例如，觀察第一不相鄰對(duì)和第二不相鄰對(duì)隨時(shí)間的變化，以檢測指示滑墊104移動(dòng)方向的信號(hào)702和704(圖7)。
處理器602將滑墊104的位移轉(zhuǎn)換為光標(biāo)位移。在一個(gè)實(shí)施例中，處理器602直接將滑墊104的位移映射到光標(biāo)位移。在一個(gè)使用圖樣502的實(shí)施例中，當(dāng)傳感器陣列112和114觀察到的周期信號(hào)增大時(shí)，處理器602增大光標(biāo)的位移。
在上述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用相干光源(例如，垂直腔表面發(fā)射激光器)來照明滑墊104的底面206。在該實(shí)施例中，底面206是非光學(xué)平整的，從而對(duì)從光學(xué)上來說是粗糙表面的相干照明會(huì)導(dǎo)致斑點(diǎn)圖樣。圖8圖示了示例性的斑點(diǎn)圖樣802。傳感器陣列112和114利用或不利用透鏡捕獲這些斑點(diǎn)圖樣。捕獲的斑點(diǎn)圖樣包含亮點(diǎn)和暗點(diǎn)，其平均斑點(diǎn)尺寸是波長、照明點(diǎn)尺寸以及滑墊和傳感器之間距離的函數(shù)。斑點(diǎn)圖樣幾乎是重復(fù)的，從而可以利用與上述對(duì)邊計(jì)數(shù)同樣的處理算法從跟蹤斑點(diǎn)圖樣的運(yùn)動(dòng)中確定滑墊的運(yùn)動(dòng)。
圖9圖示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的光學(xué)滑墊設(shè)備900的橫截面。設(shè)備900類似于設(shè)備100(圖1和2)，除了以交變光源來替代光源118(圖1和2)之外。在一個(gè)實(shí)施例中，光源918集成到滑墊904中，以產(chǎn)生由光學(xué)傳感器114檢測的重復(fù)圖樣?？梢允构庠?18圖樣化，以產(chǎn)生用于運(yùn)動(dòng)檢測的期望周期圖樣，或者可以將光源918用作背光來照明作為滑墊904一部分的圖樣化表面。在另一個(gè)實(shí)施例中，滑墊904是生成期望重復(fù)圖樣的自照明材料(例如，電致發(fā)光板)?？梢允棺哉彰骰瑝|904圖樣化以生成重復(fù)圖樣，或者用作覆蓋滑墊904的圖樣化板的背光。
圖10圖示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的光學(xué)滑墊設(shè)備1000的橫截面。設(shè)備1000類似于設(shè)備100，區(qū)別在于使用環(huán)境光來照明滑墊104?？梢砸远喾N方式將環(huán)境光引入到設(shè)備1000中。在一個(gè)實(shí)施例中，環(huán)境光1020從設(shè)備1000的封裝的頂部開口中進(jìn)入，并且由光學(xué)組件1022(例如反射鏡)引導(dǎo)到滑墊104的底面206上。在另一個(gè)實(shí)施例中，環(huán)境光1024從封裝的底部開口中進(jìn)入，并且照明到底面206上。盡管未示出，但是環(huán)境光可以從設(shè)備1000側(cè)面進(jìn)入，并且照明到底面206上。此外，可以使用任何光照方案的組合。
從本發(fā)明可見，可以實(shí)現(xiàn)具有低外形的非常小的輸入設(shè)備。這對(duì)于在晶片級(jí)別生產(chǎn)的微光學(xué)元件以及光學(xué)傳感器、光源和處理器在同一襯底上的集成非常有作用。由于可以用簡單的電子元件實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)計(jì)算，并且只需要最小的計(jì)算量，所以設(shè)備的生產(chǎn)成本可以非常低。
對(duì)所公開的實(shí)施例的特征的各種其他改動(dòng)和組合都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。所附權(quán)利要求中包含了大量的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種輸入設(shè)備，包括框架內(nèi)的可移動(dòng)墊；正對(duì)所述可移動(dòng)墊放置的第一光學(xué)傳感器線性陣列；正對(duì)所述可移動(dòng)墊放置的第二光學(xué)傳感器線性陣列，其中所述第一和第二線性陣列沿不同的軸對(duì)齊，并且所述第一和第二線性陣列響應(yīng)于來自所述可移動(dòng)墊表面的光線而生成信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的輸入設(shè)備，其中，所述表面具有均勻間隔的重復(fù)圖樣。
3.如權(quán)利要求1所述的輸入設(shè)備，其中，所述表面具有在所述表面的不同區(qū)域有不同周期的重復(fù)圖樣。
4.如權(quán)利要求1所述的輸入設(shè)備，其中，所述可移動(dòng)墊由至少一個(gè)彈簧附著到所述框架。
5.如權(quán)利要求1所述的輸入設(shè)備，還包括耦合到所述第一和第二線性陣列以接收所述信號(hào)的處理器，所述處理器從所述信號(hào)確定出所述可移動(dòng)墊的運(yùn)動(dòng)。
6.如權(quán)利要求5所述的輸入設(shè)備，其中所述處理器通過對(duì)來自所述第一線性陣列的信號(hào)中的邊計(jì)數(shù)，來確定所述可移動(dòng)墊沿所述第一線性陣列的第一位移；所述處理器通過對(duì)來自所述第二線性陣列的信號(hào)中的邊計(jì)數(shù)，來確定所述可移動(dòng)墊沿所述第二線性陣列的第二位移。
7.如權(quán)利要求5所述的輸入設(shè)備，其中所述第一和第二線性陣列每個(gè)都包括至少兩個(gè)光學(xué)傳感器；所述處理器通過觀察所述第一線性陣列中的光學(xué)傳感器的信號(hào)隨時(shí)間的變化，來確定所述可移動(dòng)墊的第一位移的第一方向；所述處理器通過觀察所述第二線性陣列中的光學(xué)傳感器的信號(hào)隨時(shí)間的變化，來確定所述可移動(dòng)墊的第二位移的第二方向。
8.如權(quán)利要求1所述的輸入設(shè)備，還包括位于所述光學(xué)傳感器上方的光學(xué)透鏡，用于在所述第一和第二線性陣列上產(chǎn)生所述可移動(dòng)墊表面的像。
9.如權(quán)利要求5所述的輸入設(shè)備，還包括正對(duì)所述可移動(dòng)墊表面放置的光源，所述光源照明所述表面。
10.如權(quán)利要求9所述的輸入設(shè)備，其中，所述光源選自由相干光源、部分相干光源和非相干光源組成的組。
11.如權(quán)利要求9所述的輸入設(shè)備，還包括位于所述光源上方的光學(xué)透鏡，用于在所述表面生成亮度圖樣。
12.如權(quán)利要求9所述的輸入設(shè)備，其中，所述光源是相干光源，并且所述表面是非光學(xué)平整的。
13.如權(quán)利要求12所述的輸入設(shè)備，其中，所述第一和第二線性陣列中的光學(xué)傳感器捕獲來自所述表面的斑點(diǎn)圖樣，并且所述處理器從所述斑點(diǎn)圖樣確定出所述可移動(dòng)墊的運(yùn)動(dòng)。
14.如權(quán)利要求1所述的輸入設(shè)備，還包括正對(duì)所述可移動(dòng)墊放置的第三光學(xué)傳感器線性陣列，其中所述第三線性陣列沿與所述第一和第二線性陣列不同的軸對(duì)齊，并且所述第三線性陣列響應(yīng)于來自所述表面的光線生成信號(hào)。
15.如權(quán)利要求1所述的輸入設(shè)備，其中，所述可移動(dòng)墊是自照明的。
16.如權(quán)利要求1所述的輸入設(shè)備，其中，所述可移動(dòng)墊包括光源。
17.如權(quán)利要求1所述的輸入設(shè)備，還包括限定開口的封裝，所述開口允許環(huán)境光進(jìn)入并且從所述可移動(dòng)墊的表面反射。
18.如權(quán)利要求17所述的輸入設(shè)備，還包括用于將所述環(huán)境光引導(dǎo)到所述可移動(dòng)墊表面的光學(xué)元件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輸入設(shè)備，其包括框架內(nèi)的可移動(dòng)墊；正對(duì)可移動(dòng)墊放置的第一光學(xué)傳感器線性陣列；以及正對(duì)可移動(dòng)墊放置的第二光學(xué)傳感器線性陣列。第一和第二線性陣列沿不同的軸放置，并且響應(yīng)于來自可移動(dòng)墊表面的光線而生成信號(hào)。該輸入設(shè)備還包括耦合到陣列以接收信號(hào)的處理器。該處理器從信號(hào)確定可移動(dòng)墊的運(yùn)動(dòng)。該處理器可將可移動(dòng)墊的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為顯示屏上光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)G06F3/042GK1808363SQ200510117368
公開日2006年7月26日 申請日期2005年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月19日
發(fā)明者謝彤 申請人:安捷倫科技有限公司