專利名稱：光學(xué)與加速度聯(lián)合定位的指戴式鼠標(biāo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用光學(xué)定位與加速度定位相結(jié)合的指戴式的鼠標(biāo)裝置以及其 的定位的處理方法。具體涉及這樣一種鼠標(biāo)裝置及其定位的處理方法，其中，微控制單元， 用以接收光學(xué)位移量、加速度訊號、壓力傳感器與工作面的接觸訊號，并以相應(yīng)的計(jì)算方法 判斷鼠標(biāo)與工作面的相對位移量。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的普通鼠標(biāo)中，由于使用時(shí)物距相對固定，使用固定物距的光學(xué)成像裝置即 可準(zhǔn)確成像與定位。在2001年5月15日發(fā)布的名稱為“CMOS數(shù)字光學(xué)導(dǎo)引芯片”的美國 專利第6233368B1號中專門公開了這種光鼠標(biāo)的原理。在該專利中，利用光鼠標(biāo)內(nèi)容納的 發(fā)光器照亮直接布置在光鼠標(biāo)下方的工作面，裝在里面的成像系統(tǒng)使工作面的任意圖形或 特征在CMOS傳感器的光感應(yīng)面上成像。由于該鼠標(biāo)在工作時(shí)與工作面直接接觸，工作面與 成像裝置的距離固定，使用固定物距的像透鏡準(zhǔn)確成像與定位。由于鼠標(biāo)形狀與普通書寫工具形狀不同，其要整個(gè)鼠標(biāo)握在手里進(jìn)行操作，所以 很難實(shí)現(xiàn)書寫及繪圖操作。已經(jīng)開發(fā)了這樣一種指戴式的鼠標(biāo)裝置，當(dāng)其執(zhí)行精密繪圖操 作或書寫時(shí)，它能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的光標(biāo)控制和簡單的書寫。于2005年8月3日公布的申請?zhí)?00420070941. 4號(此后稱“41. 4專利”)名 稱為“指戴式光學(xué)鼠標(biāo)”中公開了這樣一種指戴式鼠標(biāo)的例子。正如圖1中所示，鼠標(biāo)裝置 內(nèi)安置有圖光處理芯片107。發(fā)光二極管118發(fā)出光，光學(xué)透鏡121使工作面反射的光線在 光處理芯片107上成像。于是，當(dāng)光處理芯片107捕捉到通過光學(xué)透鏡121成像的工作面 的圖像時(shí)，可從圖像的變化獲得指示裝置的運(yùn)動方向和運(yùn)動量。然而，“41. 4專利”的光學(xué)成像裝置在進(jìn)行繪圖或書寫時(shí)存在較大的缺點(diǎn)，當(dāng)指示 裝置與工作面的距離變動較大時(shí)，由于固定像距的光學(xué)成像系統(tǒng)的景深限制，使工作面在 圖像傳感器上的成像模糊不清，從而影響傳感器對圖像的捕捉，造成定位困難。參照圖4對 文字“X”的輸入，鼠標(biāo)的操作通常由下筆動作和提筆動作組合而成。圖2中，當(dāng)寫下字母 “X”時(shí)，書寫動作由以下步驟組成一、步驟Ml 在特定點(diǎn)下筆，然后寫下“/”；二、步驟M2 提筆，然后在空中劃一順時(shí)針的圓弧；三、步驟M3:在特定的點(diǎn)下筆，寫下“ \ ”，然后提筆。在 整個(gè)書寫過程中，無論下筆和提筆都要求鼠標(biāo)保持精確的定位。通常在提筆動作中與工作 面分開的距離視不同的人的使用習(xí)慣而有所不同。為了使指戴式鼠標(biāo)在三維空間中均能實(shí)現(xiàn)定位，已經(jīng)開發(fā)了這樣一種鼠標(biāo)，其在 鼠標(biāo)中置入加速度傳感器，通過對鼠標(biāo)的加速度進(jìn)行檢測，計(jì)算鼠標(biāo)的空間位移量。于2010 年4月7日公開的中國申請?zhí)?00910093119. 7(此后稱“19. 7專利”)名稱為“指環(huán)式無線 鼠標(biāo)”中公開了這樣一種鼠標(biāo)的例子。正如圖3中所示，它包括動作感應(yīng)器(1)、感應(yīng)子模 塊(8)(、主控制模塊(11)等，動作感應(yīng)器(1)為一加速度傳感器。由于利用檢測鼠標(biāo)的加 速度定位，需要預(yù)先確定鼠標(biāo)的初始運(yùn)動向量，但該方案初始運(yùn)動向量較難確定，使用中常 易出現(xiàn)光標(biāo)明顯漂移。
為了克服指戴式光學(xué)鼠標(biāo)在提筆時(shí)的定位困難，及加速度傳感器鼠標(biāo)初始向量較 難確定，在使用中易出現(xiàn)光標(biāo)明顯漂移的問題，需要這樣一種鼠標(biāo)，其能在指戴式鼠標(biāo)較小 的體積內(nèi)安裝，并能使指戴式鼠標(biāo)在流暢書寫或繪圖時(shí)，無論下筆和提筆都要求鼠標(biāo)保持 精確的定位。

發(fā)明內(nèi)容
構(gòu)思本發(fā)明就是為了解決上述問題。本發(fā)明的主要目的是提供一種能安裝在指戴 式的鼠標(biāo)內(nèi)的一套定位裝置，它能在指戴式的鼠標(biāo)較小的體積內(nèi)安裝，并能使指戴式的鼠 標(biāo)在流暢書寫或繪圖時(shí)，無論下筆和提筆都要求鼠標(biāo)保持精確的定位。它根據(jù)1、固定像距 的光學(xué)鼠標(biāo)能夠在一定固定的物距下能精確定位；2、在初始運(yùn)動向量已知的情況下，應(yīng)用 加速度傳感器感測鼠標(biāo)的加速度變化，能根據(jù)感測到的加速度改變能順利計(jì)算運(yùn)動向量的 變化，從而計(jì)算位移量，實(shí)現(xiàn)定位；3、在鼠標(biāo)的前端安裝壓力傳感器，能正確判斷鼠標(biāo)與工 作面的接觸與否及接觸壓力。依據(jù)以上的特性，采用在指戴式的鼠標(biāo)中同時(shí)內(nèi)置光學(xué)傳感 器、加速度傳感器、壓力傳感器等，利用光學(xué)傳感器和加速度傳感器的各自特點(diǎn)，形成優(yōu)勢 互補(bǔ)，精確定位。當(dāng)壓力傳感器感測到與工作面接觸時(shí)，在工作面良好時(shí)，鼠標(biāo)的光學(xué)傳感器能準(zhǔn) 確定位，光學(xué)傳感器檢測到的位移信息與加速度傳感器的加速度信息相符，此時(shí)主要以光 學(xué)傳感器檢測到的位移量判斷鼠標(biāo)在工作面平面方向的相對位移量；在工作面不良等引起 鼠標(biāo)的光學(xué)傳感器定位不良，光學(xué)傳感器檢測到的位移信息與加速度傳感器的加速度信息 不相符時(shí)，則利用光學(xué)傳感器的定位信息或判定的靜止?fàn)顟B(tài)作初始運(yùn)動向量，并利用之后 的加速度傳感器感測到的加速度的變化計(jì)算其運(yùn)動的改變，以計(jì)算其位移量。當(dāng)壓力傳感 器感測到與工作面分離后，也利用光學(xué)傳感器的定位信息或判定的靜止?fàn)顟B(tài)作初始運(yùn)動向 量，并利用之后的加速度傳感器感測到的加速度的變化計(jì)算其運(yùn)動的改變，以計(jì)算其位移 量。進(jìn)一步地，當(dāng)鼠標(biāo)長時(shí)間未與工作面正行接觸定位時(shí)，也可利用加速度傳感器判 定鼠標(biāo)的靜止?fàn)顟B(tài)。應(yīng)用指戴式鼠標(biāo)進(jìn)行光標(biāo)定位、書寫或空中模擬書寫時(shí)，設(shè)定空間中的與光學(xué)定 位裝置的透鏡組光軸垂直的某一平面為工作面，在平面上分別設(shè)定相互垂直的兩軸為X軸 和Y軸，垂直于平面設(shè)一 Z軸，三軸相互垂直并相交。設(shè)定實(shí)測加速度(指未去除重力加速度影響的加速度，即實(shí)測加速度):aQ運(yùn)動加速度(指去除重力加速度影響后的加速度，即運(yùn)動加速度)a重力加速度G實(shí)際重力加速度G。時(shí)間T不相等時(shí)間t’ (指加速度傳感器檢測到的在與工作平面平行方向的運(yùn)動加速度 (a)與光學(xué)傳感器檢測到的在該平面的運(yùn)動加速度不相等的時(shí)間)預(yù)設(shè)時(shí)間tl、t2t2 > tl
當(dāng)加速度傳感器檢測到的實(shí)測加速度(％)等于或近似于預(yù)設(shè)的重力加速度(G) (a G)，并且累計(jì)時(shí)間(T)超過預(yù)設(shè)時(shí)間〖101>=〖1)，并且光學(xué)傳感器未檢測到鼠標(biāo)的 移動信息，則判定為鼠標(biāo)為靜止?fàn)顟B(tài)(即鼠標(biāo)在X軸、Y軸、Z軸方向上的運(yùn)動向量均為零)； 進(jìn)一步地，因單獨(dú)應(yīng)用加速度傳感器作連續(xù)定位的時(shí)間(t’ )越長，出現(xiàn)光標(biāo)漂移的可能性 越大，光標(biāo)漂移越明顯，因此，應(yīng)用上述方法作鼠標(biāo)靜止?fàn)顟B(tài)的判定時(shí)，tl可根據(jù)t’作調(diào) 整，t’越小，tl也可適當(dāng)縮短。在產(chǎn)品出廠時(shí)通常檢測并設(shè)定相應(yīng)條件下的預(yù)設(shè)的重力加速度(G)值，由于加速 度傳感器常由于溫度、使用時(shí)間等關(guān)系在不同工作條件下的檢測準(zhǔn)確性可能存在偏差，導(dǎo) 致檢測到的重力加速度(G)也可能存在偏差，因此，常需動態(tài)校準(zhǔn)，校準(zhǔn)方法可采用當(dāng)加 速度傳感器檢測到的實(shí)測加速度(B0)等于或近似于預(yù)設(shè)的重力加速度(G) (a G)，并且累 計(jì)時(shí)間(T)超過預(yù)設(shè)時(shí)間tl(T>=t2)，并且光學(xué)傳感器未檢測到鼠標(biāo)的移動信息，根據(jù)靜 止時(shí)間、原預(yù)設(shè)的G值等加權(quán)計(jì)算G值，并重新設(shè)定預(yù)設(shè)的G值。


通過結(jié)合附圖對給出的優(yōu)選實(shí)施方式的以下描述，可使本發(fā)明的上述目的和特征
變得清楚。其中圖1是“41. 4專利”名稱為“指戴式光學(xué)鼠標(biāo)”的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是“19. 7專利”名稱為“指環(huán)式無線鼠標(biāo)”的指戴式鼠標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是表示書寫字母“X”的步驟圖；圖4是“光學(xué)與加速度聯(lián)合定位的指戴式鼠標(biāo)”的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖4的“光學(xué)與加速度聯(lián)合定位的指戴式鼠標(biāo)”的電路方塊圖。圖6是圖4的“光學(xué)與加速度聯(lián)合定位的指戴式鼠標(biāo)”的定位的判斷與計(jì)算方法 的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式來表達(dá)本發(fā)明的內(nèi)容。上述附圖中，1、圖像傳感器；2、加速度傳感器；3、壓力傳感器；4、微控制與信息傳 輸單元；5、照明光源；6、透鏡組與光路；7、電源模塊；8、工作面；9、反射鏡；10、固定裝置。圖4是“光學(xué)與加速度聯(lián)合定位的指戴式鼠標(biāo)”的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖中，壓力傳感 器(3)安置在指戴式鼠標(biāo)最前端，用于檢測鼠標(biāo)與工作面(8)的接觸壓力，并輸出壓力信息 到微控制與信息傳輸單元(4)。照明光源(5)、透鏡組與光路(6)、圖像傳感器(1)、加速度 傳感器(2)依次安置在指戴式鼠標(biāo)的前端，照明光源(5)照亮工作面(8)，工作面(8)反射 的光線經(jīng)透鏡組與光路(6)在圖像傳感器(1)的光感應(yīng)面上成像，圖像傳感器(1)檢測圖 像的位移情況，并輸出光學(xué)位移信息到微控制與信息傳輸單元(4)。加速度傳感器(2)主要 檢測與工作面(8)平行的各方向的加速度變化情況，并輸出加速度信息到微控制與信息傳 輸單元(4)。進(jìn)一步地，加速度傳感器(2)也可檢測指戴式鼠標(biāo)的3維加速度情況，以更好 地了解鼠標(biāo)的運(yùn)動軌跡，完成更高級的功能，如空中虛擬點(diǎn)擊確認(rèn)等操作。微控制與信息傳 輸單元(4)、電源模塊(7)位于指戴式鼠標(biāo)的中上部；微控制與信息傳輸單元(4)接收鼠標(biāo) 與工作面(8)的接觸壓力信息、光學(xué)位移信息、加速度信息，并按圖7的定位流程圖所示，完成定位的判斷與計(jì)算，并與計(jì)算機(jī)通訊。進(jìn)一步地，定位信息的處理與計(jì)算可由微控制與信 息傳輸單元(4)單獨(dú)完成，也可由計(jì)算機(jī)完成，或共同計(jì)算完成。如圖6的定位的判斷與計(jì)算方法的流程圖所示，當(dāng)壓力傳感器感測到與工作面接 觸時(shí)，在工作面良好時(shí)，鼠標(biāo)的光學(xué)傳感器能準(zhǔn)確定位，光學(xué)傳感器檢測到的位移信息與加 速度傳感器的加速度信息相符，此時(shí)主要以光學(xué)傳感器檢測到的位移量判斷鼠標(biāo)在工作面 平面方向的相對位移量；在工作面不良等引起鼠標(biāo)的光學(xué)傳感器定位不良，光學(xué)傳感器檢 測到的位移信息與加速度傳感器的加速度信息不相符時(shí)，則根據(jù)原有的光學(xué)位移信息或靜 止?fàn)顟B(tài)判定信息，依據(jù)加速度傳感器檢測到的加速度變化計(jì)算鼠標(biāo)的位移。當(dāng)壓力傳感器 感測到與工作面分離后，根據(jù)原有的光學(xué)位移信息或靜止?fàn)顟B(tài)判定信息，依據(jù)加速度傳感 器檢測到的加速度變化計(jì)算鼠標(biāo)的位移。圖4的“光學(xué)與加速度聯(lián)合定位的指戴式鼠標(biāo)”的實(shí)施例中，其圖像傳感器(1)、加 速度傳感器(2)、壓力傳感器(3)、微控制與信息傳輸單元(4)的電路連接如圖5的電路方 塊圖所示。本發(fā)明的特點(diǎn)及效果是鼠標(biāo)上安裝有用于固定于手指的指夾或套帶等物件，在 指戴式鼠標(biāo)的前端安置有壓力傳感器、圖像傳感器、加速度傳感器，利用圖像傳感器、加速 度傳感器各自的不同工作特性，應(yīng)用壓力傳感器檢測鼠標(biāo)是否與工作面接觸，在鼠標(biāo)與工 作面不同距離時(shí)，應(yīng)用不同的運(yùn)動判斷方案，使鼠標(biāo)在常規(guī)書寫或作圖的整個(gè)流程均能準(zhǔn) 確定位。本發(fā)明并不限于前面所述的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通的技術(shù)人員要理解的是可對它 作出變化和改進(jìn)，這不會脫離由所附加的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
一種指戴式的鼠標(biāo)，包括光學(xué)傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器、微控制與傳輸單元組成。
2.如權(quán)利要求1所述的指戴式的鼠標(biāo)，其中光學(xué)傳感器，用以檢測該鼠標(biāo)相對工作面 的位移量，以輸出一光學(xué)位移信息。
3.如權(quán)利要求1所述的指戴式的鼠標(biāo)，其中加速度傳感器，用以檢測該鼠標(biāo)的加速度， 并據(jù)以輸出一加速度信息。
4.如權(quán)利要求1所述的指戴式的鼠標(biāo)，其中壓力傳感器，用以檢測鼠標(biāo)與工作面的接 觸壓力，并據(jù)以輸出一壓力信息。
5.如權(quán)利要求1、2、3、4所述的指戴式的鼠標(biāo)，其中微控制與傳輸單元，用以接收該光 學(xué)位移信息；該微控制單元還接收該加速度信息；該微控制單元還接收壓力信息；根據(jù)光 學(xué)位移信息、加速度信息、壓力信息，判斷與計(jì)算鼠標(biāo)與工作面的相對位移量，并輸出位移 信息至計(jì)算機(jī)。
全文摘要
一種指戴式的鼠標(biāo)，包括光學(xué)傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器、微控制單元以及用于固定于手指的套件，其中微控制單元用以接收光學(xué)位移量、加速度訊號、壓力傳感器與工作面的接觸訊號，并以相應(yīng)的計(jì)算方法判斷鼠標(biāo)與工作面的相對位移量。
文檔編號G06F3/033GK101943959SQ201010503108
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者鄧仕林 申請人:鄧仕林