光學(xué)鼠標(biāo)的制作方法
【專利摘要】公開了光學(xué)鼠標(biāo)的各實(shí)施例。一個(gè)實(shí)施例包括光源，其被構(gòu)造成以與跟蹤表面的斜角向該跟蹤表面發(fā)出具有可見光譜的藍(lán)色區(qū)域中或附近的波長(zhǎng)的光；定位以檢測(cè)光從跟蹤表面的非鏡面反射的圖像傳感器；以及一個(gè)或多個(gè)透鏡，其被構(gòu)造成以光源所發(fā)出的可見光譜的藍(lán)色區(qū)域中或附近的波長(zhǎng)在圖像傳感器上形成跟蹤表面的聚焦圖像。此外，光學(xué)鼠標(biāo)包括被配置成從圖像傳感器接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)并標(biāo)識(shí)該圖像數(shù)據(jù)中的跟蹤特征的控制器。
【專利說(shuō)明】光學(xué)鼠標(biāo)
[0001]背景
[0002]光學(xué)計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)使用光源和圖像傳感器來(lái)檢測(cè)鼠標(biāo)相對(duì)于底層跟蹤表面的移動(dòng)以允許用戶操縱虛擬指針在計(jì)算設(shè)備顯示器上的位置。當(dāng)今使用兩種通用類型的光學(xué)鼠標(biāo)架構(gòu):傾斜架構(gòu)和鏡面架構(gòu)。這些架構(gòu)中的每一個(gè)都利用光源來(lái)將光引導(dǎo)至底層跟蹤表面上并使用圖像傳感器來(lái)獲取跟蹤表面的圖像。通過(guò)獲取表面的一系列圖像并跟蹤經(jīng)由控制器在這些圖像中標(biāo)識(shí)出的一個(gè)或多個(gè)表面特征的位置的改變來(lái)跟蹤移動(dòng)。
[0003]傾斜光學(xué)鼠標(biāo)以與跟蹤表面的傾斜角將光導(dǎo)向跟蹤表面，并且由與跟蹤表面大致正交地定位的圖像檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)從跟蹤表面散射的光。表面圖像的對(duì)比度通過(guò)由于表面高度變化而造成的陰影來(lái)增強(qiáng)，從而允許區(qū)分表面上的跟蹤特征。傾斜光學(xué)鼠標(biāo)往往在諸如紙張和馬尼拉紙信封等粗糙表面上運(yùn)轉(zhuǎn)良好，因?yàn)榇嬖谧銐虻膹倪@些表面的非鏡面光散射來(lái)獲得合適的圖像傳感器性能。然而，傾斜光學(xué)鼠標(biāo)可能在諸如白板、涂釉瓷磚、大理石、拋光/噴漆金屬等發(fā)光表面上不起作用，因?yàn)榇蠖鄶?shù)入射光以鏡面角度反射，且極少的光到達(dá)檢測(cè)器。
[0004]概述
[0005]因此，此處描述了被構(gòu)造成在廣泛的一組表面上很好地跟蹤的光學(xué)鼠標(biāo)的各實(shí)施例。在所公開的一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)鼠標(biāo)包括光源，其被構(gòu)造成以對(duì)跟蹤表面的斜角向該跟蹤表面發(fā)出具有在可見光譜的藍(lán)色區(qū)域中或附近的波長(zhǎng)的光；圖像傳感器，其被定位以檢測(cè)光從跟蹤表面的非鏡面反射；以及一個(gè)或多個(gè)透鏡，其被構(gòu)造成在圖像傳感器上以在光源所發(fā)出的可見光譜的藍(lán)色區(qū)域中或附近的波長(zhǎng)形成跟蹤表面的聚焦圖像。此外，該光學(xué)鼠標(biāo)包括被配置成從圖像傳感器接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)并標(biāo)識(shí)該圖像數(shù)據(jù)中的跟蹤特征的控制器。
[0006]提供本概述是為了以簡(jiǎn)化的形式介紹將在以下詳細(xì)描述中進(jìn)一步描述的一些概念。本概述并不旨在標(biāo)識(shí)出所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于限定所要求保護(hù)的主題的范圍。此外，所要求保護(hù)的主題不限于解決在本發(fā)明的任一部分中提及的任何或所有缺點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方式。
[0007]附圖簡(jiǎn)述
[0008]圖1不出了光學(xué)鼠標(biāo)的一實(shí)施例。
[0009]圖2示出了圖1的鼠標(biāo)的光學(xué)架構(gòu)的一實(shí)施例。
[0010]圖3示出了例示入射在透明介電板上的光的反射和透射的示意圖。
[0011]圖4示出了作為介電板的集合的跟蹤表面的示意模型。
[0012]圖5示出了入射在金屬表面上的光束的穿透深度。
[0013]圖6示出了具有和不具有熒光增白劑的白紙的反射率的比較的圖示。
[0014]圖7示出了應(yīng)變于波長(zhǎng)的聚碳酸酯的折射率的變化的圖形表示。
[0015]圖8示出了對(duì)于紅光鼠標(biāo)以及對(duì)于用藍(lán)光源來(lái)翻新紅光鼠標(biāo)的各種情形的調(diào)制傳遞函數(shù)的比較。
[0016]圖9示出了針對(duì)紅光進(jìn)行優(yōu)化的光學(xué)系統(tǒng)的示意表示。
[0017]圖10示出了針對(duì)與藍(lán)光源一起使用的紅光進(jìn)行優(yōu)化的光學(xué)系統(tǒng)的示意表示。[0018]圖11示出了被修改成在圖像傳感器上聚焦藍(lán)光圖像的紅光光學(xué)系統(tǒng)的示意表
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[0019]圖12示出了針對(duì)藍(lán)光進(jìn)行優(yōu)化的光學(xué)系統(tǒng)的示意表示。
[0020]圖13示出了描繪跨跟蹤表面跟蹤光學(xué)鼠標(biāo)的運(yùn)動(dòng)的方法的流程圖。
[0021]詳細(xì)描述
[0022]圖1不出了光學(xué)鼠標(biāo)100的一個(gè)實(shí)施例，而圖2不出了光學(xué)鼠標(biāo)100的光學(xué)架構(gòu)200的一個(gè)實(shí)施例。光學(xué)架構(gòu)200包括光源202，該光源被構(gòu)造成朝著跟蹤表面206發(fā)出光束204以使得光束204在位置210處入射在跟蹤表面上。光束204具有相對(duì)于跟蹤表面206的平面的入射角Θ。光學(xué)架構(gòu)200還可包括設(shè)置在光源202和跟蹤表面206之間的用于準(zhǔn)直光束204的準(zhǔn)直透鏡211。雖然圖1描繪了便攜式鼠標(biāo)，但可以理解，所描繪的架構(gòu)可以在任何其他合適的鼠標(biāo)中使用。
[0023]光源202被構(gòu)造成發(fā)出在可見光譜的藍(lán)色區(qū)域中或附近的光。如此處所使用的術(shù)語(yǔ)“在可見光譜的藍(lán)色區(qū)域中或附近”以及“藍(lán)色”、“藍(lán)光”、“藍(lán)光源”等描述了包括在可見光譜的藍(lán)色區(qū)域中或附近，例如在400-490nm范圍內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)發(fā)射譜線或頻帶的光。這些術(shù)語(yǔ)還可描述能夠激活或以其他方式享受對(duì)藍(lán)光敏感的熒光增白劑的優(yōu)點(diǎn)的近UV到近綠范圍內(nèi)的光，如下文中更詳細(xì)地描述的。
[0024]在各實(shí)施例中，光源202可被構(gòu)造成輸出非相干光或相干光，并且可利用一個(gè)或多個(gè)激光器、LED、OLED(有機(jī)發(fā)光器件)、窄帶寬LED、或任何其他合適的發(fā)光器件。此外，光源202可被構(gòu)造成發(fā)出外觀是藍(lán)色的光，或者可被構(gòu)造成向觀察者發(fā)出具有除藍(lán)色之外的外觀的光。例如，白色LED光源可結(jié)合其他顏色的LED、結(jié)合諸如鈰摻雜的釔鋁石榴石等閃爍劑或磷光體、或者結(jié)合發(fā)出其他波長(zhǎng)的光的其他結(jié)構(gòu)來(lái)利用藍(lán)色LED管芯(包括例如InGaN)來(lái)產(chǎn)生對(duì)用戶表現(xiàn)為白色的光。在又一實(shí)施例中，光源202包括結(jié)合使藍(lán)光通過(guò)的帶通濾波器的通用寬帶源。這些光源落在如此處所使用的“藍(lán)光”和“藍(lán)光源”的含義內(nèi)，因?yàn)樵趶倪@些結(jié)構(gòu)發(fā)出的光中存在藍(lán)色波長(zhǎng)。
[0025]繼續(xù)圖2，入射光束204的某一部分從跟蹤表面206反射，如212所示，并且由透鏡214成像到圖像傳感器216上。如圖2所示，定位光源202以使得入射光束具有相對(duì)于跟蹤表面的傾斜角，并且定位圖像傳感器216以檢測(cè)入射光束204的非鏡面反射206。使用具有相對(duì)于跟蹤表面的傾斜角的入射光束204允許將由入射光束204與跟蹤表面特征的相交形成的陰影檢測(cè)為跟蹤特征。如下所述，對(duì)具有傾斜光學(xué)架構(gòu)的藍(lán)光源的使用提供勝過(guò)在傾斜光學(xué)鼠標(biāo)中使用其他顏色的光的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)幫助改善各種跟蹤表面上的表現(xiàn)。
[0026]繼續(xù)圖2，圖像傳感器216被配置成向控制器218提供圖像數(shù)據(jù)?？刂破?18被配置成從圖像傳感器216獲取多個(gè)按時(shí)間定序的圖像數(shù)據(jù)幀，處理圖像數(shù)據(jù)以便在跟蹤表面206的多個(gè)按時(shí)間定序的圖像中定位一個(gè)或多個(gè)跟蹤特征，并且跟蹤跟蹤表面的多個(gè)按時(shí)間定序的圖像的位置的改變以跟蹤光學(xué)鼠標(biāo)100的運(yùn)動(dòng)。對(duì)表面特征的定位和跟蹤可以按任何合適的方式執(zhí)行，并且不在此處更詳細(xì)地描述。
[0027]入射光束204可被構(gòu)造成與跟蹤表面206具有任何合適的角度。一般而言，在傾斜光學(xué)架構(gòu)中，入射光束204被構(gòu)造成具有相對(duì)于跟蹤表面法線的相對(duì)較淺的角度。合適的角度的示例包括但不限于，在相對(duì)于跟蹤表面的平面的O到45度范圍內(nèi)的角度?？梢岳斫猓摻嵌确秶浅鲇谑纠哪康亩U述的，并且可使用該范圍之外的其他合適的角度。[0028]圖像傳感器216可被配置成檢測(cè)相對(duì)于跟蹤表面法線的任何合適角度的光。一般而言，反射光的強(qiáng)度可隨著圖像傳感器216被定位得更接近鏡面反射角而增加。對(duì)于以在以上所標(biāo)識(shí)的相對(duì)于跟蹤表面平面的范圍內(nèi)的角度發(fā)出光束的光源，合適的檢測(cè)器角度包括但不限于，從跟蹤表面法線的O到+/-10度角。
[0029]如上所述，對(duì)發(fā)出在可見光譜的藍(lán)色區(qū)域中或附近的光的光源的使用可提供勝過(guò)常用于LED和激光鼠標(biāo)中的紅色和紅外光源的意料之外的優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)可能由于可能已導(dǎo)致選擇紅色和紅外光源而非藍(lán)光源的其他因素而未被理解。例如，當(dāng)前可用的藍(lán)光源可能具有比當(dāng)前可用的紅色和紅外光源更高的能耗率和更高的成本，由此導(dǎo)致不將藍(lán)光源選為光學(xué)鼠標(biāo)中的光源。然而，如下所述，藍(lán)光提供各種優(yōu)點(diǎn)，諸如與較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光相比更佳的對(duì)比度、更高的反射強(qiáng)度、更低的穿透深度等。
[0030]如此處所定義的藍(lán)光所提供的優(yōu)點(diǎn)至少部分地源自與紅或紅外光相比的藍(lán)光與反射表面的物理交互的特性。例如，藍(lán)光具有比紅色和紅外光更高的從介電表面的反射強(qiáng)度。圖3示出了入射光束302從由對(duì)可見光透光的材料制成，具有厚度d，且具有折射率η的介電板304的反射。如圖所不,入射光束302的一部分從該板的前面306反射,并且該光的一部分透射穿過(guò)板304的內(nèi)部。透射光遇到板的背面308，其中該光的一部分透射穿過(guò)背面308并且一部分反射回前面306。入射在前面上的光再次部分地反射并且部分地透射，以此類推。
[0031]入射光束302中的光具有真空波長(zhǎng)λ。板304的前面306處的如r所示的反射系
數(shù)或振幅以及如t所示的透射系數(shù)或振幅如下:
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)鼠標(biāo)(100),包括: 光源(202)，其被構(gòu)造成以對(duì)跟蹤表面(206)的傾斜角向所述跟蹤表面(206)發(fā)出具有在可見光譜的藍(lán)色區(qū)域中或附近的波長(zhǎng)的光； 圖像傳感器(216)，其被定位以檢測(cè)所述光從所述跟蹤表面(206)的非鏡面反射； 一個(gè)或多個(gè)透鏡(214)，其被構(gòu)造成以所述光源(202)所發(fā)出的可見光譜的藍(lán)色區(qū)域中或附近的波長(zhǎng)在所述圖像傳感器(216)上形成所述跟蹤表面(206)的聚焦圖像；以及 控制器(218)，其被配置成從所述圖像傳感器(216)接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)并標(biāo)識(shí)該圖像數(shù)據(jù)中的跟蹤特征。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)鼠標(biāo)，其特征在于，所述光源被構(gòu)造成發(fā)出包括400nm到490nm的范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的光。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)鼠標(biāo)，其特征在于，所述光源被構(gòu)造成發(fā)出導(dǎo)致所述跟蹤表面中的熒光增白劑發(fā)出熒光或磷光的波長(zhǎng)的光。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)鼠標(biāo)，其特征在于，所述光源被構(gòu)造成形成具有相對(duì)于所述跟蹤表面法線的O到45度之間的角度的光束。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)鼠標(biāo)，其特征在于，所述圖像傳感器被定位以檢測(cè)相對(duì)于跟蹤表面法線的+/-10度范圍內(nèi)的光。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)鼠標(biāo)，其特征在于，所述光學(xué)鼠標(biāo)是便攜式鼠標(biāo)。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)鼠標(biāo)，其特征在于，所述光源包括被構(gòu)造成發(fā)出藍(lán)光的發(fā)光二極管。
8.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)鼠標(biāo)，其特征在于，所述光源包括被構(gòu)造成發(fā)出白光的發(fā)光二極管。
9.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)鼠標(biāo)，其特征在于，所述檢測(cè)器是被構(gòu)造成對(duì)藍(lán)光具有高敏感度的CMOS圖像傳感器。
10.一種光學(xué)鼠標(biāo)(100),包括: 光源(202)，其被構(gòu)造成以相對(duì)于跟蹤表面(206)的平面的O到45度之間的角度向所述跟蹤表面(206)發(fā)出具有400-490nm之間的波長(zhǎng)的光； 圖像傳感器(216)，其以相對(duì)于跟蹤表面法線的-10和10度之間的角度定位； 一個(gè)或多個(gè)透鏡(214)，其被構(gòu)造成以由所述光源(202)發(fā)出的光的波長(zhǎng)在所述圖像傳感器(216)上形成所述跟蹤表面(206)的聚焦圖像；以及 控制器(218)，其被配置成從所述圖像傳感器(216)接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)并標(biāo)識(shí)該圖像數(shù)據(jù)中的跟蹤特征。
11.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)鼠標(biāo)，其特征在于，所述圖像傳感器是被構(gòu)造成對(duì)由所述光源發(fā)出的波長(zhǎng)的光具有高敏感度的CMOS圖像傳感器。
12.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)鼠標(biāo)，其特征在于，所述光學(xué)鼠標(biāo)是便攜式鼠標(biāo)。
13.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)鼠標(biāo)，其特征在于，所述光源包括被構(gòu)造成發(fā)出白光和藍(lán)光中的一個(gè)的發(fā)光二極管。
14.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)鼠標(biāo)，其特征在于，所述光源包括激光器。
15.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)鼠標(biāo)，其特征在于，所述光源包括寬帶源和帶通濾波器。
16.—種跟蹤光學(xué)鼠標(biāo)的運(yùn)動(dòng)的方法(1300),包括:以相對(duì)于跟蹤表面的傾斜角向所述跟蹤表面引導(dǎo)具有可見光譜的藍(lán)色區(qū)域中或附近的波長(zhǎng)的入射光束(1302)； 在被定位以檢測(cè)所述光從所述跟蹤表面的非鏡面反射的圖像傳感器上形成所述跟蹤表面的聚焦圖像(1304)； 捕捉所述跟蹤表面的多個(gè)按時(shí)間定序的圖像(1306)； 在所述跟蹤表面的多個(gè)按時(shí)間定序的圖像中定位跟蹤特征(1308);以及 跟蹤跨所述跟蹤表面的多個(gè)按時(shí)間定序的圖像的跟蹤特征的位置改變(1310)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，向跟蹤表面引導(dǎo)入射光束包括向包括熒光增白劑的跟蹤表面引導(dǎo)所述入射光束。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，向所述跟蹤表面引導(dǎo)入射光束包括引導(dǎo)具有400到490nm范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的入射光束。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，檢測(cè)所述跟蹤表面的多個(gè)按時(shí)間定序的圖像包括檢測(cè)以與跟蹤表面法線-10和10度之間的范圍內(nèi)的角度從所述表面反射的光。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，向所述跟蹤表面引導(dǎo)所述入射光束包括以相對(duì)于所述跟蹤表面的平面的O到45度范圍內(nèi)的角度向所述跟蹤表面引導(dǎo)所述入射光束。
【文檔編號(hào)】G06F1/16GK103443747SQ200880123025
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2008年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2007年12月20日
【發(fā)明者】D·博恩, M·德普伊 申請(qǐng)人:安華高科技杰納勒爾Ip（新加坡）私人有限公司