專利名稱：操作者輸入裝置的制作方法
發(fā)明的背景本發(fā)明涉及電腦系統(tǒng)的輸入裝置。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及基于輸入裝置的移動(dòng)向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供位置信息的輸入裝置。
傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輸入裝置，例如鼠標(biāo)，包括一個(gè)殼體，在殼體中安裝有一個(gè)球狀物。該球狀物既可以在傳統(tǒng)的方式配置，即在其中在正常工作位置，該球狀物接合一工作表面，并且根據(jù)用戶鼠標(biāo)通過(guò)該工作表面的移動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。該球狀物也可以設(shè)置為一個(gè)軌跡球，它是通過(guò)來(lái)自用戶的手指操作而旋轉(zhuǎn)的。在任一情況下，位置編碼器被用于檢測(cè)在鼠標(biāo)中的球狀物的旋轉(zhuǎn)，并且對(duì)這臺(tái)電腦提供表示旋轉(zhuǎn)的位置信息。在許多情況中，位置信息被用于控制在電腦的顯示屏幕上的可視圖像的移動(dòng)(例如一只鼠標(biāo)指針)。
而且，在一個(gè)已有裝置中，鼠標(biāo)被配置成具有在上面描述的軌跡球結(jié)構(gòu)。軌跡球是預(yù)先印制有一個(gè)預(yù)定圖像的。一電荷耦合裝置被用于檢測(cè)在軌跡球上的圖像和檢測(cè)該圖像的移動(dòng)。預(yù)定圖像的移動(dòng)被用于向計(jì)算機(jī)提供位置信息。
然而，使用電荷耦合器件的已有技術(shù)的電腦鼠標(biāo)具有許多明顯的缺點(diǎn)。首先，電荷耦合器件的反應(yīng)時(shí)間是相當(dāng)慢的。另外，處理來(lái)自電荷耦合器件的圖像信號(hào)計(jì)算量大并且需要相對(duì)大和昂貴的處理器。而且，電荷耦合器件對(duì)飽和狀態(tài)是非常敏感的。換句話說(shuō)，如果周圍環(huán)境光狀態(tài)是不定的，電荷耦合器件不能很好的工作。另外，如果一外來(lái)的光源，例如一個(gè)相對(duì)地明亮的光指向圖像產(chǎn)生表面，那么電荷耦合器件可以輕易地變成飽和的，并且它們的性能快速降低。
此外，另一已有技術(shù)的商業(yè)上可用的電腦鼠標(biāo)來(lái)自CA的鼠標(biāo)系統(tǒng)，包括包括一個(gè)具有LED的鼠標(biāo)，LED與在其上具有預(yù)定圖案的一鼠標(biāo)襯墊結(jié)合使用。圖案是由藍(lán)和紅線的網(wǎng)格形成的。來(lái)自LED的光發(fā)射被鼠標(biāo)襯墊反射到提供模擬輸出信號(hào)的一個(gè)檢測(cè)器上。該信號(hào)是具有與不同的色彩的網(wǎng)格線相應(yīng)的峰值的波形狀。根據(jù)這個(gè)波形，線條被計(jì)數(shù)和內(nèi)插以獲得位置信息。這樣的一個(gè)鼠標(biāo)系統(tǒng)需要一個(gè)在那上面具有實(shí)現(xiàn)一個(gè)特殊的圖案的一個(gè)特定鼠標(biāo)襯墊。
發(fā)明概述一個(gè)操作者輸入裝置，其被配置成根據(jù)操作者輸入裝置和表面的的相對(duì)的移動(dòng)提供位置信息。操作者輸入裝置包括一圖案檢測(cè)器，其被設(shè)置成檢測(cè)在表面上的圖案并且提供與檢測(cè)的圖案相應(yīng)的一個(gè)圖案圖像信號(hào)。該表面上沒(méi)有預(yù)定的圖案?？刂破鞅贿B接到圖案檢測(cè)器，并且被設(shè)置成收到圖像信號(hào)和根據(jù)該圖案相對(duì)于該圖案檢測(cè)器的位置提供位置信息。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，控制器被連接到圖案檢測(cè)器和被配置成接收在開(kāi)始的時(shí)間的初始圖像信號(hào)和接收隨后可變的時(shí)間的二次圖像?？刂破鞲鶕?jù)從初始圖像到二次圖像觀察到的確定的移動(dòng)變化，計(jì)算并且提供位置信息。
附圖的簡(jiǎn)短的描述

圖1是實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的輸入裝置的示例環(huán)境的方塊圖。
圖2舉例說(shuō)明以部分截面的和部分方塊圖形式顯示的根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的計(jì)算機(jī)輸入裝置。
圖3A-3F舉例說(shuō)明由圖2畫(huà)出的計(jì)算機(jī)輸入裝置檢測(cè)出的圖像或圖案的移動(dòng)。
圖4A和4B是舉例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的某些方面的計(jì)算機(jī)輸入裝置的操作的流程圖。
圖5舉例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的多源電磁輻射線發(fā)射器。
圖6A-6D舉例說(shuō)明用于檢測(cè)操作者輸入裝置的旋轉(zhuǎn)的圖像區(qū)域。
圖7A和7B舉例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的另一方面的一個(gè)運(yùn)算符輸入裝置。
圖8A-8D舉例說(shuō)明使用圖7A和7B畫(huà)出的操作者輸入裝置的圖像或圖案的檢測(cè)。
圖9A是根據(jù)本發(fā)明的另一方面的一個(gè)用戶輸入裝置的一部分的方塊圖。
圖9B-9E舉例說(shuō)明利用圖9A中所示的輸入裝置的圖案檢測(cè)。
圖10A是根據(jù)本發(fā)明的另一方面的一個(gè)用戶輸入裝置的一部分的方塊圖。
圖10B舉例說(shuō)明使用圖10A中所示裝置的圖案檢測(cè)。
圖11A是根據(jù)本發(fā)明的另一方面的一個(gè)用戶輸入裝置的一部分的方塊圖。
圖11BB舉例說(shuō)明使用圖11A中所示裝置的圖案檢測(cè)。
圖12A是根據(jù)本發(fā)明的另一方面的一個(gè)用戶輸入裝置的一部分的方塊圖。
圖12B舉例說(shuō)明由圖12A中所示用戶輸入裝置部分產(chǎn)生的波形。
實(shí)施例的詳細(xì)描述本發(fā)明提供了一個(gè)用戶輸入裝置，用于產(chǎn)生產(chǎn)生位置信息和向一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供信息。該位置信息是根據(jù)檢測(cè)的用戶輸入裝置的移動(dòng)或它的一個(gè)部分的移動(dòng)產(chǎn)生的。該移動(dòng)是通過(guò)識(shí)別在相對(duì)于用戶輸入裝置可移動(dòng)的一個(gè)表面上圖案或圖像并且監(jiān)視圖案的相對(duì)移動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)的。
概述圖1和有關(guān)的討論是有意提供對(duì)于可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)適當(dāng)?shù)挠?jì)算環(huán)境的簡(jiǎn)短的、通用描述。雖然不需要，本發(fā)明將被至少部分地描述在被個(gè)人計(jì)算機(jī)或其它計(jì)算裝置執(zhí)行的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令例如程序模塊的通用描述中。通常，程序模塊包括例行程序、對(duì)象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等執(zhí)行特別的任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特別的抽象數(shù)據(jù)類型。此外，對(duì)于那些本領(lǐng)域的熟練者來(lái)說(shuō)將能夠理解本發(fā)明可以利用其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置所執(zhí)行，包括掌上型的裝置、多處理器系統(tǒng)、基于微處理器或可編程的消費(fèi)電子裝置、網(wǎng)絡(luò)PC機(jī)、小型機(jī)、大型主機(jī)等等。本發(fā)明也可適用在分布的計(jì)算環(huán)境中，在此時(shí)任務(wù)是由經(jīng)過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)鏈接的遠(yuǎn)程處理裝置執(zhí)行的。在一個(gè)分布計(jì)算環(huán)境中，程序模塊可以位于本地和遠(yuǎn)程兩者的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)裝置中。
參照?qǐng)D1，用于本發(fā)明的一可仿效的環(huán)境包括傳統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)20形式的一個(gè)通用目的計(jì)算裝置，其包括處理單元21、系統(tǒng)存儲(chǔ)器22以及將包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器的不同的系統(tǒng)零組件連接將處理單元21的一個(gè)系統(tǒng)總線23。系統(tǒng)總線23可以是包括存儲(chǔ)器總線或存儲(chǔ)器控制器、外圍總線以及利用多種總線體系中的任何一個(gè)的局部總線等幾種類型的總線結(jié)構(gòu)中的任何一種。系統(tǒng)存儲(chǔ)器包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)24、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)25。包含幫助在個(gè)人計(jì)算機(jī)20內(nèi)元件之間(例如在啟動(dòng)的時(shí)候)傳送信息的基本例行程序的基本輸入輸出26(BIOS)被儲(chǔ)存在ROM24中。個(gè)人計(jì)算機(jī)20還包括用于從一個(gè)硬盤(pán)(未顯示)讀出和向硬盤(pán)寫(xiě)入的一個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器27，用于從可移動(dòng)的磁盤(pán)29讀取或向其寫(xiě)入的一個(gè)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器28，以及一光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器30，用于從可移動(dòng)的光盤(pán)31例如CD ROM或其它光學(xué)媒體讀取和向其寫(xiě)入。硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器27、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器28以及光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器30是分別通過(guò)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器接口32、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器接口33以及光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器接口34連接到系統(tǒng)總線23。這些驅(qū)動(dòng)器和關(guān)聯(lián)的計(jì)算機(jī)可讀媒體為個(gè)人計(jì)算機(jī)20提供非易失的計(jì)算機(jī)可讀的指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊以及其它數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
雖然在此處描述的可仿效的環(huán)境使用硬盤(pán)、可移動(dòng)的磁盤(pán)29和可移動(dòng)的光盤(pán)31，應(yīng)該理解對(duì)于那些熟練于本技術(shù)領(lǐng)域的人來(lái)說(shuō)，其它類型的可以存儲(chǔ)能由計(jì)算機(jī)存取的數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)可讀的媒體也可以被使用在這個(gè)可仿效的操作環(huán)境中，例如磁錄音帶、快擦寫(xiě)存儲(chǔ)卡、數(shù)字視頻盤(pán)、貝努利盒式磁帶、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)等等。
許多程序模塊可以被儲(chǔ)存在硬盤(pán)、磁盤(pán)29、光盤(pán)31、只讀存儲(chǔ)器24或隨機(jī)存取存儲(chǔ)器25上，包括操作系統(tǒng)35、一個(gè)或更多應(yīng)用程序36，其它程序模塊37以及程序數(shù)據(jù)38。用戶可以通過(guò)輸入裝置例如鍵盤(pán)42和鼠標(biāo)40將命令和信息輸入個(gè)人計(jì)算機(jī)20。其它輸入器件(未示出)可以包括麥克風(fēng)、游戲桿、游戲襯墊、碟形衛(wèi)星天線、掃描儀等等。這些以及其它輸入裝置經(jīng)常是通過(guò)連接到系統(tǒng)總線23的一個(gè)串行端口接口46連接到處理單元21，但是也可能是由其它接口連接的，例如聲卡、并行端口、游戲端口或通用的串行總線(USB)。監(jiān)視器47或另外一個(gè)類型的顯示裝置通過(guò)一接口例如視頻適配器48也被連接到系統(tǒng)總線23。除了監(jiān)視器47，個(gè)人計(jì)算機(jī)通?？赡馨ㄆ渌鈬敵鲈O(shè)備，例如揚(yáng)聲器45和打印機(jī)(未示出)。
個(gè)人計(jì)算機(jī)20可以在利用與一個(gè)或更多遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，例如與一臺(tái)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)49邏輯連接，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中運(yùn)轉(zhuǎn)。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)49可以是另外一個(gè)個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、路由器、網(wǎng)絡(luò)PC機(jī)、同等的裝置或其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，并且通常包括許多或者所有的的在上面相對(duì)于個(gè)人計(jì)算機(jī)20所描述的那些部件，即使在圖1中僅僅畫(huà)出一個(gè)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)裝置50。在圖1中描述的邏輯連接包括局域網(wǎng)(LAN)51和廣域網(wǎng)(WAN)52。這樣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境在辦公室、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中是共同的。
當(dāng)使用于局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境時(shí)，個(gè)人計(jì)算機(jī)20通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口或適配器53被連接到局域網(wǎng)51。當(dāng)使用于廣域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境時(shí)，個(gè)人計(jì)算機(jī)20通常包括一臺(tái)調(diào)制解調(diào)器54或者其它裝置用于在廣域網(wǎng)52之上建立通信，例如因特網(wǎng)。調(diào)制解調(diào)器54可以是內(nèi)部或者外部的，其通過(guò)串行端口串行端口接口46連接到系統(tǒng)總線23。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，相對(duì)于個(gè)人計(jì)算機(jī)20描述的程序模塊或它的一部分可以被儲(chǔ)存在遠(yuǎn)程記憶存儲(chǔ)裝置中，顯然，所示網(wǎng)絡(luò)連接是可仿效的，并且在計(jì)算機(jī)之間建立通信鏈接的其它裝置也可以被使用。
圖2示出一個(gè)操作者輸入裝置，例如鼠標(biāo)40。鼠標(biāo)40包括殼體102、電磁發(fā)射源(其可以是簡(jiǎn)單地一個(gè)光源例如LED)104、限定在殼體102的底部的孔106、透鏡108、圖像或圖案檢測(cè)器110、控制器112和電流驅(qū)動(dòng)器114。在圖2中，鼠標(biāo)40被顯示出被相對(duì)于工作表面116所支持的。圖案檢測(cè)器110可以是任何合適的檢測(cè)器，并且可以是一人造的視網(wǎng)膜圖案檢測(cè)器。
光源104可以是合適的電磁輻射源。在一個(gè)實(shí)施例中，光源104包括LED118和透鏡120。從LED118發(fā)出的放射線經(jīng)過(guò)透鏡120傳輸，如此以致它經(jīng)過(guò)殼體102中的孔106并且照射其上可以具有預(yù)定圖案或圖像的工作表面116上。然后光從工作表面116反射向透鏡108。透鏡108聚集從表面116反射的放射線并且將其引導(dǎo)到圖像檢測(cè)器(例如，人造的視網(wǎng)膜)110。應(yīng)該注意到利用在LED118、圖像檢測(cè)器110中任何一個(gè)或它們兩個(gè)上增加透鏡，可以去掉透鏡108。
圖像檢測(cè)器110生成表示在工作表面116上的圖像或圖案的圖像信號(hào)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，圖像信號(hào)被提供到控制器112，控制器112根據(jù)該圖像信號(hào)計(jì)算位置信息。該位置信息顯示鼠標(biāo)40相對(duì)于工作表面116的移動(dòng)，如在下面將更詳細(xì)地描述的。位置信息以信息包的形式由控制器112經(jīng)過(guò)一輸出例如一電纜(未示出)提供到圖1中畫(huà)出的計(jì)算機(jī)20。鼠標(biāo)40也可以經(jīng)過(guò)一個(gè)無(wú)線的傳輸鏈路例如紅外線的超聲波，或無(wú)線電頻率鏈路，向控制器112提供輸出。在一示例性實(shí)施例中，控制器112提供的位置信息是按照一個(gè)傳統(tǒng)的格式提供的，例如經(jīng)過(guò)一個(gè)串行接口、一通用的串行總線(USB)接口，或任何其它適當(dāng)?shù)慕涌诟袷健?br> 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，圖像檢測(cè)器110是由三菱電氣公司制成的一人造的視網(wǎng)膜，而且包括以已知方式操作的一可變靈敏度光電檢測(cè)器(VSPD)二維陣列。簡(jiǎn)要地說(shuō)，VSPD是由集成的彼此鄰接并且由半絕緣GaAs層(pn-np結(jié)構(gòu))分開(kāi)的二極管對(duì)構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施例中，該陣列是一個(gè)32×32元素排列，但是根據(jù)要求可以是更大的或更小的。光電檢測(cè)器電流在符號(hào)和大小上取決于所施加的電壓。這樣的VSPD展現(xiàn)出在存在一光寫(xiě)脈沖中當(dāng)施加一電壓時(shí)，儲(chǔ)存導(dǎo)電率信息的一模擬記憶影響。這個(gè)信息是通過(guò)注入一光讀出脈沖檢取的。
在這樣的裝置中的圖像處理是基于光矩陣向量乘法的。輸入圖像被投射在該裝置上作為權(quán)矩陣。所有的VSPD具有沿著行連接的一個(gè)電極，產(chǎn)生靈敏度控制矢量。因此，在每一行中VSPD靈敏度可以被設(shè)置為在某一個(gè)范圍內(nèi)的任意的值。另外，剩余VSPD電極被沿著列連接，產(chǎn)生到權(quán)矩陣乘靈敏度控制矢量的矩陣矢積定義的輸出電流矢量。
在一示例性實(shí)施例中，圖像檢測(cè)器110被控制以執(zhí)行邊緣取出操作。兩個(gè)相鄰的檢測(cè)器行的靈敏度分別地被設(shè)置為+1和-1，而所有的其它靈敏度被設(shè)置為0。在這個(gè)實(shí)施例中，輸出電流是與兩個(gè)有效的行的光線照強(qiáng)度中的差別成比例的。通過(guò)在周期的方式(0，+1，-1，0，0等)移動(dòng)控制電壓圖案，感測(cè)出輸入圖像的水平邊緣。因此系統(tǒng)以一時(shí)間連續(xù)的和半并行方式操作。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，鼠標(biāo)40也包括連接到光源104的電流驅(qū)動(dòng)器114。在該實(shí)施例中，控制器112間歇地檢測(cè)由光源104產(chǎn)生的放射線強(qiáng)度并且調(diào)整通過(guò)電流驅(qū)動(dòng)器114提供到光源104的電流。換句話說(shuō)，如果感測(cè)的強(qiáng)度比要求范圍下降，控制器112提供一個(gè)反饋信號(hào)到電流驅(qū)動(dòng)器114以提高提供到光源104的電流，以便增加自光源104發(fā)射的電磁輻射線。另一方面，如果輻射線的強(qiáng)度比要求范圍更高，控制器112提供反饋信號(hào)到電流驅(qū)動(dòng)器114以減少提供到光源104的電流，從而降低從光源104發(fā)出的輻射線。這個(gè)可能降低鼠標(biāo)40的總體功率消耗。
圖3A-3E和4A舉例說(shuō)明按照本發(fā)明一個(gè)方面的鼠標(biāo)40的操作。圖3A舉例說(shuō)明在圖像檢測(cè)器110上的32×32 VSPD(象素)陣列，來(lái)自表面116的圖像被引導(dǎo)到其上。圖像檢測(cè)器110的整個(gè)查看區(qū)域123是與32×32象素排列一致的。然而，在整個(gè)查看區(qū)域123內(nèi)定義的是采樣區(qū)域124。采樣區(qū)域124是比查看區(qū)域更小的，并且在一個(gè)示例性實(shí)施例中包括通常圍繞查看區(qū)域123的中心126居中的大致10象素乘10象素的區(qū)域。
在操作中，控制器112首先觸發(fā)該源104以致輻射線照射工作表面116。這是由圖4中的功能塊128所示的。如果只是在顯微鏡的水平上，每個(gè)表面實(shí)質(zhì)上具有某些不規(guī)則的或表面凹凸。假設(shè)光源足夠強(qiáng)大，商業(yè)上可用的人造的視網(wǎng)膜能夠分辨幾微米大小的圖像。因此，輻射線被從表面116反射回以照射查看區(qū)域123，攜帶表示由表面116上的表面凹凸形成的圖像或者圖案的信息。
接下來(lái)，識(shí)別在工作表面116上的圖案，并且選擇地使輻射源104無(wú)效。這是在功能塊130和134中顯示的。圖3B舉例說(shuō)明在查看區(qū)域123的采樣區(qū)域內(nèi)部圖像或圖案132的識(shí)別。如在上面討論的，圖像的識(shí)別可以利用邊緣取出或任何其它適當(dāng)?shù)募夹g(shù)實(shí)現(xiàn)。一旦圖像132被識(shí)別，相應(yīng)于那個(gè)圖像的數(shù)據(jù)就被儲(chǔ)存在與控制器112關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器中。這是在圖4A中由功能塊136顯示的。
接下來(lái)，控制器112只是等待一預(yù)定超時(shí)周期。超時(shí)周期的持續(xù)時(shí)間確定系統(tǒng)的采樣率，并且因此將取決于鼠標(biāo)的最大預(yù)期速度。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，暫停持續(xù)時(shí)間是大約1-10毫秒。超時(shí)周期是在圖4A中由功能塊138顯示的。
過(guò)了超時(shí)周期后，控制器112使輻射源104恢復(fù)工作(如果它已經(jīng)被停用)，如功能塊140所顯示，并且確定圖像132是否已經(jīng)移動(dòng)。這是由功能塊142顯示的。當(dāng)然，在查看區(qū)域123內(nèi)圖像132的移動(dòng)是說(shuō)明在鼠標(biāo)40(或至少鼠標(biāo)40的圖像檢測(cè)器110)和表面116之間從圖像132被檢測(cè)開(kāi)始的相對(duì)的移動(dòng)。圖3C舉例說(shuō)明圖像132從圖3B所示第一位置向偏移開(kāi)第一位置并在圖3C所示的第二位置的移動(dòng)。
根據(jù)檢測(cè)的移動(dòng)，控制器112在一輸出(例如通過(guò)一電纜)以習(xí)慣的和可接受的格式提供位置信息。這樣的位置信息能被一計(jì)算裝置使用，例如相對(duì)于圖1所描述，對(duì)于許多情況，包括在監(jiān)視器42上鼠標(biāo)光標(biāo)的移動(dòng)。提供位置信息是在圖4A中由功能塊144顯示的。
在檢測(cè)圖像或圖案132的移動(dòng)之后，在查看區(qū)域123的采樣區(qū)域124內(nèi)檢測(cè)新的圖像或圖案例如圖像146。這是由功能塊130顯示的。光源104可以被停用而表示新的圖像146的圖像數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)。這是由功能塊134和136顯示。然后控制器112再一次等待下次超時(shí)周期并且確定圖像146是否已經(jīng)移動(dòng)，比如圖3E中所畫(huà)出的。這個(gè)過(guò)程繼續(xù)以致鼠標(biāo)40繼續(xù)提供表示鼠標(biāo)40和工作表面116的相對(duì)移動(dòng)的位置信息。
移動(dòng)檢測(cè)在查看區(qū)域123中圖像移動(dòng)的檢測(cè)可以用許多方式完成。例如，交互相關(guān)可用于確定在查看區(qū)域123內(nèi)圖像的移動(dòng)。在采樣區(qū)域124中的圖案和用于整個(gè)查看或搜索區(qū)域123的圖案之間的交互相關(guān)性被定義如下 其中Lp是采樣區(qū)124的長(zhǎng)度；(i，j)是在32×32像素陣列上的位置數(shù)據(jù)；P(i，j)是函數(shù)，其指示光強(qiáng)度并且其是對(duì)應(yīng)于檢測(cè)的圖案或圖像的；Q(i，j)是表示在整個(gè)查看區(qū)域123之上光強(qiáng)度的函數(shù)；R(x，y)是P和Q的相關(guān)性。
這個(gè)公式可以被寫(xiě)成下列求和形式，因?yàn)樵搱D案是在人造的視網(wǎng)膜單元格陣列上并且在樣品區(qū)域的整個(gè)長(zhǎng)度Lp上具有一量值 根據(jù)公式2，可以確定為了獲得圖像的移動(dòng)，首先必須獲得P(i，j)，然后過(guò)了超時(shí)周期后，獲得Q(i，j)。其后，x和y的值移動(dòng)遍及與圖像檢測(cè)器關(guān)聯(lián)的整個(gè)查看區(qū)域(或象素區(qū)域)123，并且公式2在每一點(diǎn)求值的。R(x，y)的最大值將指示交互相關(guān)為最大值的那一點(diǎn)，并且因此將指示圖像已經(jīng)移動(dòng)的距離。在圖像檢測(cè)器110是由三菱電氣公司制作的人造的視網(wǎng)膜芯片實(shí)現(xiàn)的一個(gè)示例性實(shí)施例中，通過(guò)在一時(shí)間簡(jiǎn)單地對(duì)在光檢測(cè)器陣列中一行的電流求和，可以獲得公式2中的求和公式。這等于公式2的一個(gè)求和。
還應(yīng)該注意到，比識(shí)別在采樣區(qū)域124中的一特定的形狀、圖案或圖像更好，整個(gè)采樣區(qū)域124可以被能被使用作為圖像。那么，交互相關(guān)只是簡(jiǎn)單地在整個(gè)圖像和在超時(shí)周期后其上留有圖像的一部分陣列之間確定。
與使用線性坐標(biāo)關(guān)聯(lián)的一個(gè)潛在的缺點(diǎn)是他們提供隨鼠標(biāo)42的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生變化的位置信息。因此，在另外一個(gè)示例性實(shí)施例，圓諧函數(shù)被用于提供不受約束轉(zhuǎn)動(dòng)的位置信息。表示一采樣圖像的數(shù)據(jù)可以被寫(xiě)為P(r，θ)。這可以通過(guò)圓諧函數(shù)擴(kuò)展為 其中，i=-1的平方根，虛數(shù)單位而在求和中每一項(xiàng)的參數(shù)被計(jì)算如下 首先，在采樣區(qū)域中識(shí)別半徑r的一個(gè)圓，并沿著該圓的周長(zhǎng)進(jìn)行傅立葉展開(kāi)。存儲(chǔ)所計(jì)算出的諧函數(shù)的系數(shù)。在超時(shí)周期之后，在查看區(qū)域中重復(fù)對(duì)于那個(gè)圓的這些步驟。然后將這些系數(shù)比較以獲得表示圖像的移動(dòng)方向和數(shù)量的一個(gè)值。
應(yīng)該注意到，公式3是作為從-∞向+∞的一個(gè)總和顯示的。然而，該總和實(shí)際上只是需要從0到查看區(qū)域的尺寸取值。此外，在一個(gè)示例性實(shí)施例中，公式3是作為一個(gè)歐拉(Euler)函數(shù)對(duì)待，以便使得計(jì)算簡(jiǎn)單，如下所示eiθ=cosθ+isinθ 公式5在示例性實(shí)施例中，圖案瞬時(shí)特性被用于確定在采樣區(qū)域內(nèi)圖像或圖案的變化。在采樣區(qū)域中圖案可以由P(x，y)表示，在其中采樣區(qū)域是具有邊長(zhǎng)Lp的一個(gè)正方形。圖案瞬時(shí)mpq可以表示如下 在此p和q是可以取任何有效的值的連續(xù)整數(shù)。通常，給出在p、q相等的0的第0個(gè)瞬時(shí)如下所示m00∫∫P(x，y)dxdy公式7該第0個(gè)瞬時(shí)被理解為圖案數(shù)據(jù)的總計(jì)質(zhì)量。第一個(gè)瞬時(shí)m10、m01是如下所示給出的公式8m10=∫∫p(x，y)xdxdym01=∫∫p(x，y)ydxdy當(dāng)?shù)谝粋€(gè)瞬時(shí)被第0個(gè)瞬時(shí)除時(shí)，獲得的質(zhì)量的中心坐標(biāo)如下 m01m00=yc]]>然后使用第二階瞬時(shí)m20、m02執(zhí)行相同的過(guò)程以獲得主軸。
然而在另一示例性實(shí)施例中，弦直方圖方法被用于確定移動(dòng)。圖案的形狀可以由一個(gè)弦直方圖表示，比如圖3F所示。在圖3F中只是顯示出單一弦152和一個(gè)角154。然而，每個(gè)弦可以由它的長(zhǎng)度和角h(r，θ)寫(xiě)出。假設(shè)在形狀周長(zhǎng)上象素?cái)?shù)據(jù)的每個(gè)點(diǎn)是1，而其它點(diǎn)是0，那么弦的必要條件是滿足下列公式。
公式10Dpix(x，y)Dpix(x+rcosθ，y+rsinθ)=1弦的總數(shù)是如下所給出的，因?yàn)镈pix被定義為取1或0值公式11h(r，θ)=∫∫Dpix(x，y)Dpix(x+rcosθ，y+rsinθ)dxdy為使得計(jì)算簡(jiǎn)單，假定h只是r的一個(gè)函數(shù)。那么必須簡(jiǎn)單地計(jì)數(shù)在外形周長(zhǎng)上的象素?cái)?shù)。從數(shù)學(xué)上說(shuō)，在該形狀上簡(jiǎn)單地設(shè)置一個(gè)點(diǎn)作為原點(diǎn)，然后圍繞這個(gè)原點(diǎn)一半徑r畫(huà)圓。計(jì)算該圓周交叉該周長(zhǎng)的交叉點(diǎn)的數(shù)。該半徑被增加直到?jīng)]有交叉點(diǎn)為止。記錄的交叉點(diǎn)變成代表該周長(zhǎng)的形狀。
檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)的移動(dòng)圖5和6A-6D舉例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例。由于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)經(jīng)常是被使用者旋轉(zhuǎn)的以及線性的移動(dòng)，在一些實(shí)例中，想要的是具有用于檢測(cè)無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)變量的圖像或圖案的移動(dòng)的檢測(cè)算法，以致它們不檢測(cè)鼠標(biāo)的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。然而，在其它實(shí)施例中，可能想要具有檢測(cè)鼠標(biāo)的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的算法。在后者中，可能將改變輻射源104。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，其中要求旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的檢測(cè)，透鏡120(在圖2所示)被成形為以圖6A所示的伸長(zhǎng)的或橢圓的圖案160發(fā)射輻射線。那么，如果鼠標(biāo)被旋轉(zhuǎn)，圖案160如圖6B所示的移動(dòng)。通過(guò)使得圖案延長(zhǎng)(例如橢圓的)而不是簡(jiǎn)單地圓，這類旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以更輕易地檢測(cè)出。
另外，圖5舉例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的可以使用的一個(gè)光源162的另一實(shí)施例。光源162實(shí)際上包括兩個(gè)點(diǎn)光源164和166(它們可以是發(fā)光二極管和相關(guān)的透鏡)，它們被用于向被觀察的表面發(fā)射輻射線。在那個(gè)實(shí)例中，由圖像檢測(cè)器110檢測(cè)的圖像圖案可用于檢測(cè)在該圖像中的最強(qiáng)點(diǎn)。那些最強(qiáng)點(diǎn)168和170將對(duì)應(yīng)于由在或接近光源164和166的中心的一個(gè)區(qū)域發(fā)出的光。因此，鼠標(biāo)的旋轉(zhuǎn)將使點(diǎn)168和170產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)如圖6B所示。同樣，這使得將更容易地檢測(cè)鼠標(biāo)40的旋轉(zhuǎn)的移動(dòng)。
圖7A舉例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的鼠標(biāo)170。鼠標(biāo)170具有類似于圖2中所示的那些零組件，并且它們被標(biāo)以相同的編號(hào)。然而，鼠標(biāo)170還包括輪子172。在示例性實(shí)施例中，輪子172被設(shè)置在殼體102上，以致操作者可以旋轉(zhuǎn)輪子172使產(chǎn)生將從鼠標(biāo)170提供的另外的位置信息。在圖7A所示的實(shí)施例中的，輪子172被介于輻射源104發(fā)射的電磁輻射線的路徑中。然而，輪子172最好還有它的透明部分，例如在其中的切口或裂縫，以允許某些放射線照射表面116。裂縫174的一個(gè)實(shí)施例被畫(huà)在圖6B中，它是輪子172的一個(gè)側(cè)視圖。為了清楚的緣故裂縫174被放大到非常大，而且可以取任何適當(dāng)?shù)某叽?。示例中裂縫174是以一個(gè)預(yù)定圖案提供的，該預(yù)定圖案是容易地由圖像檢測(cè)器110和控制器112辨別的。然而，裂縫174提供一個(gè)相當(dāng)大的透明區(qū)域以致輻射線可以經(jīng)過(guò)該透明區(qū)域發(fā)射在表面116上，然后被反映到圖像檢測(cè)器110。那么，圖像檢測(cè)器110和控制器112可以獲得表示來(lái)自表面116的圖像的信號(hào)，并且還可以檢測(cè)和監(jiān)視輪子172的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。
例如，圖8A舉例說(shuō)明由裂縫174造成的在查看區(qū)域123上的一個(gè)圖案。如在圖3A-3E所示，查看區(qū)域123包括采樣區(qū)域124，在其中圖案被識(shí)別，并且從中確定圖案的移動(dòng)。然而，因?yàn)檩椛渚€只是通過(guò)切口174的透明部分傳播，所以查看區(qū)域123還包括一個(gè)加在其上的一預(yù)定圖案176。隨著輪子172被旋轉(zhuǎn)，加上去的圖案176移動(dòng)通過(guò)查看區(qū)域123。例如，如果輪子172被稍微旋轉(zhuǎn)，那么在查看區(qū)域123上加上的圖案176像圖8B所示的移動(dòng)。
當(dāng)然，也可以使用其它形狀的裂縫。例如，圖8C和8D舉例說(shuō)明可以是簡(jiǎn)單的矩形的裂縫的裂縫174。在這種情況下，圖案178被加在查看區(qū)域123上。然后，隨輪子172的旋轉(zhuǎn)，圖案移動(dòng)通過(guò)查看區(qū)域123如圖8B中所示。這允許圖像檢測(cè)器110和控制器112提供位置信息，該位置信息不只是反映鼠標(biāo)40相對(duì)于表面116的移動(dòng)，而且也表示輪子172(或輪子172的表面)相對(duì)于圖像檢測(cè)器110和光源表面104的移動(dòng)。這是無(wú)需傳統(tǒng)的位置編碼器和相關(guān)的電路的，并且沒(méi)有在已有的傳統(tǒng)的用戶輸入裝置中使用的硬件。
圖9A是示出一個(gè)用戶輸入裝置(例如鼠標(biāo))180的一部分的方塊圖。鼠標(biāo)180類似于在圖7A所示的鼠標(biāo)170，而類似的項(xiàng)目被標(biāo)以同樣地編號(hào)。為了清楚起見(jiàn)，輪子172已經(jīng)被從圖7A所示的位置移動(dòng)出，而且在圖7A顯示的許多項(xiàng)目沒(méi)有顯示在圖9A中。鼠標(biāo)180不只是包括導(dǎo)線104，而且最好包括兩個(gè)另外的電磁放射線源，例如LED 182和184。此外，鼠標(biāo)180包括多個(gè)光導(dǎo)管186和188。每個(gè)光導(dǎo)管186和188可以是由單一整體的部件形成的，或由彼此連接的多個(gè)部件形成的，以形成合適的光路徑。
在運(yùn)轉(zhuǎn)中，LED 104、透鏡108和圖像檢測(cè)器110相對(duì)于在表面116上的圖像，以與在上面描述的類似的方式操作。然而，根據(jù)另一優(yōu)選的實(shí)施例，輪子172被裝備有圍繞它的外圍外圍間隔的多個(gè)暗區(qū)域192(如圖9E顯示的)。LED182被配置以發(fā)射輻射線，輻射線照射在輪子172上緊鄰的暗區(qū)域192的區(qū)域。隨著輪子172旋轉(zhuǎn)，交互的暗區(qū)域，以及位于暗區(qū)域192之間的光亮區(qū)域191反射LED182發(fā)射的輻射線。光導(dǎo)管188是配置為收到由輪子172反射的輻射線以及引導(dǎo)輻射線到圖像檢測(cè)器110的預(yù)定的部分194上。因?yàn)榘挡糠?90是由較亮部分191分開(kāi)的，隨著輪子170旋轉(zhuǎn)，從輪子172反射的通過(guò)光導(dǎo)管88的反射光的強(qiáng)度將改變。因此，控制器112(顯示在圖7A)被配制成檢測(cè)在圖像檢測(cè)器110上的預(yù)定區(qū)域194，以確定照射在該區(qū)域上的光強(qiáng)度，以便確定輪子172是否已經(jīng)旋轉(zhuǎn)或者正在旋轉(zhuǎn)。
同樣地，鼠標(biāo)180包括激勵(lì)按鈕196。激勵(lì)按鈕196最好是常規(guī)結(jié)構(gòu)按壓按鈕，其可以由用戶壓按以便執(zhí)行一激勵(lì)操作。因此，顯示出激勵(lì)按鈕196是圍繞樞軸點(diǎn)198按箭頭200指示的方向可樞軸的移動(dòng)的。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，激勵(lì)鈕扣196包括一依賴表面202。LED184被配置為引導(dǎo)從那里發(fā)射的輻射線進(jìn)入光導(dǎo)管86，其引導(dǎo)輻射線到圖像檢測(cè)器110的第二預(yù)定部分204。
隨著激勵(lì)按鈕196被壓按，表面202向下移動(dòng)以中斷從LED184向光導(dǎo)管186發(fā)出的輻射線。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中的，表面202既可以是不透明的，或者或者是由濾光材料形成的，該濾光材料過(guò)濾由LED184發(fā)射的部分輻射線。因此，當(dāng)激勵(lì)按鈕196被壓按時(shí)，在圖像檢測(cè)器110的預(yù)定部分204上發(fā)出的光強(qiáng)度相對(duì)于當(dāng)激勵(lì)按鈕196未被壓按時(shí)照射在那個(gè)區(qū)域的強(qiáng)度降低。
因此，控制器112最好被設(shè)置成間歇地檢查預(yù)定部分194和204，以確定輪子172是否旋轉(zhuǎn)，以及還要確定激勵(lì)按鈕是否被壓按。
應(yīng)該注意到，在當(dāng)前的某些操作者輸入裝置中，車輪172還可以作為一激勵(lì)按鈕操作，而且可以以與激勵(lì)按鈕196一樣的方式壓按。因此，可以提供相似的結(jié)構(gòu)以檢測(cè)輪子172的下壓(或激勵(lì))。而且應(yīng)該注意到，與其在輪子172上提供暗部分190，到不如那些部分可以是透明的部分。因此，當(dāng)LED182照射在一個(gè)透明區(qū)域時(shí)，從輪子190反射的光的量將減少。
圖9B舉例說(shuō)明查看區(qū)域123和采樣區(qū)域124。圖9E也舉例說(shuō)明在查看區(qū)域123上的預(yù)定區(qū)域194和204，它們被用于檢測(cè)輪子172的旋轉(zhuǎn)和按鈕196的激勵(lì)。當(dāng)然，應(yīng)該注意到，在查看區(qū)域123上可以設(shè)置任何數(shù)量的預(yù)定區(qū)域，只要那里還有足夠的剩余區(qū)域以檢測(cè)在表面116上對(duì)象的移動(dòng)。
其它方法可用于檢測(cè)相對(duì)于表面116的移動(dòng)，輪子172的旋轉(zhuǎn)和下壓以及激勵(lì)按鈕196的下壓。例如，如果查看區(qū)域123的一指定部分是不可用的，那么直方圖算法可用于檢測(cè)通過(guò)輪子172的旋轉(zhuǎn)或下壓以及通過(guò)激勵(lì)按鈕196的下壓增加的光。
然后光導(dǎo)管186和188被重定位以引導(dǎo)傳導(dǎo)的輻射線，從而以致它照射在圖像檢測(cè)器110的整個(gè)查看區(qū)域123上。因此，照射在查看區(qū)域123上的輻射線的總體強(qiáng)度隨著從輪子172反射的光增加，而且LED184提供的光增加。
圖9C舉例說(shuō)明一圖形206，其繪制了表示在相對(duì)于查看區(qū)域123上位置的強(qiáng)度(例如電壓)的一信號(hào)。圖9C舉例說(shuō)明，在圖像檢測(cè)器110是人造的視網(wǎng)膜的該實(shí)施例中，輸出是在查看區(qū)域上變化的一模擬信號(hào)。
圖9C舉例說(shuō)明三個(gè)波形，208、210和212。波形208是由圖像檢測(cè)器110提供一波形實(shí)例的一般圖形，其表示在查看區(qū)域123內(nèi)在表面116上的圖像。波形208具有一基線強(qiáng)度并且隨圖像沿著查看區(qū)域123的變化而產(chǎn)生變化。在該信號(hào)中峰和谷對(duì)應(yīng)在查看區(qū)域123上圖像的不同的部分。
波形210舉例說(shuō)明與波形208一樣的波形，但是隨旋轉(zhuǎn)的輪子172到了一位置，在該位置引起大量的光將從那里反射經(jīng)過(guò)光導(dǎo)管188到整個(gè)查看區(qū)域123。在這種情況下，波形210仍然由它的外形表示在表面116上檢測(cè)的圖像。然而，相對(duì)于波形208存在偏移量214。因此，控制器112可以被配置為檢測(cè)偏移量214并且解釋意味著輪子172已經(jīng)旋轉(zhuǎn)到一位置，在那個(gè)位置更多光被從那里反射。
同樣地，波形212舉例說(shuō)明與波形208和210一樣的波形，但是其也包括來(lái)自波形210的一偏移量216。波形212對(duì)應(yīng)于一波形，在該波形輪子172是在它反射大量光的一位置，而且激勵(lì)按鈕196是在一位置，以致它不會(huì)照射從LED184發(fā)射到光導(dǎo)管186的輻射線。在當(dāng)前討論的這個(gè)實(shí)施例中，光導(dǎo)管186被安排為在整個(gè)查看區(qū)域123上發(fā)射輻射線，控制器212可以被配置為檢測(cè)偏移量216并且把其解釋為是激勵(lì)按鈕196處于未壓下的位置。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，偏移量214和216是數(shù)量不同的，以致控制器112可以區(qū)別這兩個(gè)偏移量，并且因此確定由給出的偏移量指示的是哪一事件。
圖9D舉例說(shuō)明用于檢測(cè)可以在鼠標(biāo)180中發(fā)生的各種的事件的另一技術(shù)。在圖9D畫(huà)出的實(shí)施例中，LED 104、182和184最好是發(fā)射不同波長(zhǎng)的輻射線。由于人造的視網(wǎng)膜圖像檢測(cè)器提供模擬輸出信號(hào)，在陣列的輸出端得到的信號(hào)可以被過(guò)濾以使該信號(hào)的各種頻率組件隔離。圖9D舉例說(shuō)明一繪制的信號(hào)，其表示由圖像檢測(cè)器110提供的強(qiáng)度(例如電壓)與頻率的關(guān)系。如果圖像檢測(cè)器110的輸出信號(hào)被濾波并且受到閾值檢測(cè)，強(qiáng)度的級(jí)別以各種的射線頻率可以被隔離開(kāi)，以提供在鼠標(biāo)180中發(fā)生哪一事件的指示。例如，圖9D顯示四個(gè)頻率，f1，f2，f3，和f4。假設(shè)頻率f1-f3對(duì)應(yīng)于LED104、182和184發(fā)射的輻射線頻率，控制器112可以基于在那些頻率級(jí)別收到的輻射線的強(qiáng)度，確定輪子172是否被旋轉(zhuǎn)或壓按，以及激勵(lì)按鈕196是否被壓按。
在另一實(shí)施例中，LED 104、182和184可以以周期的方式被觸發(fā)。這個(gè)周期是由圖像檢測(cè)器110提供的信號(hào)同時(shí)發(fā)生的，而控制器可以根據(jù)強(qiáng)度和采樣時(shí)間周期確定哪一事件發(fā)生。
圖10A舉例說(shuō)明從圖9A所示鼠標(biāo)做改變后的鼠標(biāo)180。不是提供分開(kāi)的不連續(xù)的LED104、182和184，在圖10A所示的鼠標(biāo)180只是提供單一LED104，具有多個(gè)光導(dǎo)管215、217和219，引導(dǎo)由LED104發(fā)射的部分輻射線到畫(huà)出的特定的位置。因此，不需要提供分開(kāi)的電磁輻射線源。
圖10B舉例說(shuō)明檢測(cè)在鼠標(biāo)180中各種的事件的另一方法。圖10B顯示預(yù)定部分194、204、218和220不是沿著查看區(qū)域123的頂端安排的，如圖9B畫(huà)出的，而是改為安排在查看區(qū)域123的邊角處。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，這可以通過(guò)如下所述方式實(shí)現(xiàn)的，即，提供光導(dǎo)管186和188(在圖9A中的)或光導(dǎo)管215、217和219(在圖10A中)和任何其它想要的數(shù)目的光導(dǎo)管，以及安排那些光導(dǎo)管致使發(fā)出的光被引導(dǎo)到預(yù)定的區(qū)域194、204、218和220。
圖11A舉例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的另一方面輸入裝置224的另外一個(gè)實(shí)施例。輸入裝置224的許多項(xiàng)目是類似于圖7A所示項(xiàng)目的，而且是同樣地標(biāo)號(hào)。然而，為了清楚，電流驅(qū)動(dòng)器114和控制器112已經(jīng)從圖11A中除去。為了清楚，在圖11A中相對(duì)于圖7A中所示的那些元件也被稍做重新排列。例如，LED104仍然被安排為照射輻射線在表面116上。然而，透鏡108和圖像檢測(cè)器110被安排為致使從表面116反射的輻射線向上反射到接合鏡元件226上。鏡面元件226將輻射線重定向回到透鏡108，在那里它被聚集和傳輸?shù)綀D像檢測(cè)器110。輸入裝置224還包括一第二LED228和一軌跡球230。軌跡球230最好是以傳統(tǒng)的方式安裝到殼體102，致使它相對(duì)于殼體102可在所有方向旋轉(zhuǎn)。LED228是安排為發(fā)射輻射線，輻射線照射軌跡球230的表面。自軌跡球230的表面反射的光被反射到透鏡108?？刂破?12(在圖11A中未顯示)最好配置為即可根據(jù)用戶要求或以在上面提到的周期的方式在LED104和LED228的激勵(lì)之間切換。
因此能看出，當(dāng)LED104被激勵(lì)時(shí)，用戶輸入裝置224能被使用作為一傳統(tǒng)的鼠標(biāo)并且相對(duì)于表面116移動(dòng)。
然后控制器112提供表示鼠標(biāo)224相對(duì)于表面116的移動(dòng)的位置信息。然而，當(dāng)LED228被觸發(fā)時(shí)，用戶輸入裝置224能被與傳統(tǒng)的軌跡球輸入裝置大致相同的使用。用戶只是旋轉(zhuǎn)軌跡球230而軌跡球230的表面上的圖像被圖像檢測(cè)器110檢測(cè)。由于裝置圖像檢測(cè)器是表面不受約束的，所以鼠標(biāo)球不需要將被印在鼠標(biāo)球表面上的任何特定的圖案。因此控制器110提供表示軌跡球230旋轉(zhuǎn)的位置信息。
應(yīng)該注意到，一優(yōu)選的實(shí)施例中，可以放置可選擇的不透明的隔離元件232以分開(kāi)照射透鏡108和圖像檢測(cè)器110的輻射線。在該實(shí)施例中，圖像檢測(cè)器110被分成兩個(gè)圖像檢測(cè)器區(qū)域234和236，如圖11B顯示的。因此，LED104和228兩者可以同時(shí)被激勵(lì)，而控制器112可以提供合并或分開(kāi)的位置信息，表示不只是用戶輸入裝置224相對(duì)于表面116的移動(dòng)，而且也表示用戶的軌跡球230的移動(dòng)。這將用戶輸入裝置224改動(dòng)成為有四個(gè)自由度的裝置。
圖12A是根據(jù)本發(fā)明的另一方面的一個(gè)用戶輸入裝置250的一部分的方塊圖。圖12A所示的許多項(xiàng)目類似于以前的圖中所示的那些項(xiàng)目，并且被同樣地編號(hào)。然而，圖12A舉例說(shuō)明用戶輸入裝置250包括模式開(kāi)關(guān)252、連接到輪子172的軸254，爪輪256和爪阻斷器258。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，圖12A也舉例說(shuō)明控制器112包括可變的電阻器260，模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器262和微處理器264。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中的，爪輪256被軸254被固定地連接到輪172。爪輪256最好在它的外面包括多個(gè)爪266。因此，隨著輪172旋轉(zhuǎn)，爪輪256也經(jīng)過(guò)軸254旋轉(zhuǎn)被傳動(dòng)。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中的，爪阻斷器258是接合在爪輪256上的爪266的一有彈力的元件。因此，隨著用戶旋轉(zhuǎn)輪172，爪266旋轉(zhuǎn)引起爪阻斷器258的相應(yīng)的偏向。爪阻斷器258的彈回提供給用戶一與輪172的旋轉(zhuǎn)一致的觸覺(jué)的反饋。
而且，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中的，理想的是允許輪172作為一自由輪，沒(méi)有觸覺(jué)的爪反饋。因此，裝置250被裝備有模式開(kāi)關(guān)252。用戶激勵(lì)模式開(kāi)關(guān)252引起爪阻斷器258將從與爪輪256上爪266接合中縮回。這可以是利用任何適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)或其它結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。在該結(jié)構(gòu)中的，輪172可以由用戶自由地旋轉(zhuǎn)，作為一自由輪，而沒(méi)有任何觸覺(jué)的反饋。
也應(yīng)該注意到，使用離合器機(jī)構(gòu)(未示出)可以獲得相同的自由輪結(jié)構(gòu)。在這樣的一離合器機(jī)構(gòu)中，第一離合器表面(或離合器輪)被硬附加到輪172，并且具有面對(duì)爪輪256的一爪輪接合面。爪輪256最好是可朝向或離開(kāi)離合器輪移動(dòng)的。為了接合離合器，爪輪256向離合器輪移動(dòng)致使配合面或爪輪256得到與離合器輪接合，從而使爪輪256與輪172旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然，為解開(kāi)離合器，爪輪256移出與離合器輪的接合，因此不隨輪172轉(zhuǎn)動(dòng)，允許輪172如一自由輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖12A也詳細(xì)地舉例說(shuō)明控制器。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，圖像檢測(cè)器110的模擬輸出被饋送進(jìn)入可變電阻器260。反過(guò)來(lái)，可變電阻器260的輸出提供到A/D轉(zhuǎn)換器262。A/D轉(zhuǎn)換器262提供一數(shù)字輸出，其表示從可變電阻器(或力敏感電阻器)260收到的輸入。微處理器264接收數(shù)字輸出用于此外處理。
圖12B舉例說(shuō)明表示對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器262的輸入的一波形266。在正常操作的時(shí)候，來(lái)自圖像檢測(cè)器110的模擬輸出信號(hào)基于照射在那上面的光度而變化。在該畫(huà)出的實(shí)例中，如果輪子172被連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，致使在輪子172上暗區(qū)域190連續(xù)地通過(guò)由LED104發(fā)射的輻射線，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，來(lái)自圖像檢測(cè)器110的輸出是一連續(xù)變化地模擬信號(hào)，例如由正弦波266顯示的一正弦波信號(hào)。在經(jīng)過(guò)可變的電阻器260之后，該信號(hào)的幅度被降低并且被提供以A/D轉(zhuǎn)換器262。
在圖12A中畫(huà)出的結(jié)構(gòu)中，在爪266的力作用下，爪阻斷器268偏向，使可變的電阻器260改變值。這導(dǎo)致從可變的電阻器260向A/D轉(zhuǎn)換器262提供的信號(hào)的幅度也以相應(yīng)的方式改變。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，在一個(gè)爪266的力的作用下，爪阻斷器258的偏向引起可變的電阻器260的電阻將被降低。這導(dǎo)致提供對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器262的信號(hào)幅度相應(yīng)的增加。在圖12B中，到達(dá)A/D轉(zhuǎn)換器262的較高幅度的信號(hào)268對(duì)應(yīng)于阻斷器258的每個(gè)偏向。因此，A/D轉(zhuǎn)換器262的輸出包括隨著波形266的幅度變化的一數(shù)字值。因此微處理器264不只是檢測(cè)輪子172旋轉(zhuǎn)的方向和速度，而且它還可以檢測(cè)通過(guò)其使輪172旋轉(zhuǎn)的爪或槽口數(shù)目。這允許微處理器264從該信號(hào)中獲得速度信息，以及爪信息。
應(yīng)該注意到，本發(fā)明也可以使用于其它用戶輸入結(jié)構(gòu)，例如游戲桿。本發(fā)明的操作不需要表面上有預(yù)定圖案和不用昂貴的電荷耦合器件。應(yīng)該注意到，整個(gè)查看區(qū)域最好是大約10mm×10mm。任何適當(dāng)?shù)膮^(qū)域能被使用。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用于在這樣較小的區(qū)域上聚焦的合適的透鏡是較昂貴的。還應(yīng)該注意到，固態(tài)的人造的視網(wǎng)膜圖像檢測(cè)器110可以與控制器112合并在同一模子中。
因此，本發(fā)明提供一種用戶輸入裝置，它能夠檢測(cè)用戶輸入裝置相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)表面的移動(dòng)檢測(cè)(當(dāng)表面是一例如表面116的工作面，或安裝在用戶輸入裝置上的可移動(dòng)的裝置的表面例如輪，或者一軌道圈或一激勵(lì)按鈕時(shí))。本表面上需要沒(méi)有預(yù)定圖案。這是通過(guò)檢測(cè)圖像或圖案，以及監(jiān)視檢測(cè)的在表面上圖像或圖案相對(duì)于用戶輸入裝置的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。因此，這是無(wú)需傳統(tǒng)的位置編碼器和不用昂貴的電荷耦合器件而實(shí)現(xiàn)的。此外，本發(fā)明提供了用于檢測(cè)識(shí)別的圖案的移動(dòng)的許多不同的算法，提供反饋以調(diào)整電磁輻射線源的強(qiáng)度，并且還提供節(jié)約電能技術(shù)以降低用戶輸入裝置消耗的電能。
雖然已經(jīng)參照優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，該技術(shù)領(lǐng)域的熟練者將理解在形式和細(xì)節(jié)上是可以做出改變的，但并沒(méi)有脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1．一個(gè)操作者輸入裝置，其被配置成提供基于一表面和所述操作者輸入裝置的相對(duì)移動(dòng)的位置信息，所述位置信息被提供以控制在計(jì)算裝置的可視的顯示屏幕上一可視圖像的移動(dòng)，操作者輸入裝置包括一殼體；一圖案檢測(cè)器，其連接殼體并且被配置成檢測(cè)在所述表面上的第一圖案并且提供與檢測(cè)的第一圖案相應(yīng)的一圖案信號(hào)；以及一控制器，其被連接到所述圖案檢測(cè)器，并且被設(shè)置成接收?qǐng)D案信號(hào)和根據(jù)該圖案相對(duì)于該圖案檢測(cè)器的位置提供位置信息。
2．如權(quán)利要求1所述的操作者輸入裝置，其特征在于控制器被配置成確定第一圖案相對(duì)于所述圖案檢測(cè)器的位置并且根據(jù)第一圖案自該位置的移動(dòng)提供位置信息。
3．如權(quán)利要求2所述的操作者輸入裝置，其特征在于所述控制器被配置成在第一圖案移動(dòng)之后，檢測(cè)第二圖案和所述第二圖案相對(duì)于所述圖案檢測(cè)器的位置，以及根據(jù)所述第二圖案自所述位置的移動(dòng)提供位置信息。
4．如權(quán)利要求1所述的操作者輸入裝置，其特征在于所述殼體包括一孔，并且在其中安排所述圖案檢測(cè)器以通過(guò)所述孔檢測(cè)在一工作面上的第一圖案。
5．如權(quán)利要求1所述的操作者輸入裝置，其特征在于還包括安裝到殼體內(nèi)的一可移動(dòng)的元件，并且所述表面被布置在所述可移動(dòng)的元件上。
6．如權(quán)利要求5所述的操作者輸入裝置，其特征在于所述可移動(dòng)的元件包括可旋轉(zhuǎn)地安裝到所述殼體的一軌跡球。
7．如權(quán)利要求5所述的操作者輸入裝置，其特征在于可移動(dòng)的元件包括被安裝為用于相對(duì)于所述殼體旋轉(zhuǎn)的一可旋轉(zhuǎn)的輪。
8．如權(quán)利要求5所述的操作者輸入裝置，其特征在于所述可移動(dòng)的元件包括被活動(dòng)安裝到所述殼體的一激勵(lì)按鈕。
9．如權(quán)利要求5所述的操作者輸入裝置，其特征在于所述殼體包括一孔，并且在其中所述圖案檢測(cè)器配置成通過(guò)所述孔檢測(cè)在一工作面上的第一圖案，并且檢測(cè)在所述可移動(dòng)的元件的表面上的第二圖案。
10．如權(quán)利要求1所述的操作者輸入裝置，其特征在于所述圖案檢測(cè)器包括一電磁輻射線源。
11．如權(quán)利要求10所述的操作者輸入裝置，其特征在于所述圖案檢測(cè)器包括被安排為接收載有關(guān)于所述表面的圖案信息的輻射線的一圖像傳感器。
12．如權(quán)利要求11所述的操作者輸入裝置，其特征在于所述圖案檢測(cè)器包括被安排為接收載有關(guān)于所述表面的圖案信息的輻射線的一人造視網(wǎng)膜。
13．如權(quán)利要求10所述的操作者輸入裝置，其特征在于還包括一驅(qū)動(dòng)器，其連接到電磁的輻射線源，提供一驅(qū)動(dòng)信號(hào)以驅(qū)動(dòng)所述的電磁的輻射線源；以及在其中控制器被連接到所述驅(qū)動(dòng)器，并且被配置成檢測(cè)電磁的輻射線源的強(qiáng)度和根據(jù)檢測(cè)的強(qiáng)度提供一反饋信號(hào)到所述驅(qū)動(dòng)器以調(diào)整所述強(qiáng)度。
14．如權(quán)利要求13所述的操作者輸入裝置，其特征在于控制器被配置成確定檢測(cè)的強(qiáng)度是否在所要求的范圍內(nèi)，以及根據(jù)所述的確定結(jié)果調(diào)整對(duì)該驅(qū)動(dòng)器的反饋信號(hào)。
15．如權(quán)利要求10所述的操作者輸入裝置，其特征在于控制器被連接到電磁的輻射線源的表面，并且被配置成只是間歇地激勵(lì)電磁的輻射線源。
16．如權(quán)利要求10所述的操作者輸入裝置，其特征在于電磁的輻射線源被配置成以伸長(zhǎng)圖案輻射電磁的輻射線。
17．如權(quán)利要求10所述的操作者輸入裝置，其特征在于電磁的輻射線源包括多個(gè)點(diǎn)光源。
18．如權(quán)利要求9所述的操作者輸入裝置，其特征在于所述圖案檢測(cè)器還包括多個(gè)光導(dǎo)管，它們將來(lái)自所述電磁的輻射線源的電磁能量引導(dǎo)到多個(gè)表面；以及一檢測(cè)裝置；以及第二多個(gè)光導(dǎo)管，第二多個(gè)光導(dǎo)管將從所述多個(gè)表面反射的電磁能量引導(dǎo)到所述檢測(cè)裝置。
19．一種提供信息的方法，用于控制在計(jì)算裝置的顯示屏幕上可視圖像的移動(dòng)，其特征在于所述方法包括提供相對(duì)于一表面可移動(dòng)的一操作者輸入元件；檢測(cè)在所述表面上的圖案；檢測(cè)所述操作者輸入元件和在所述表面上的圖案的相對(duì)的移動(dòng)；以及提供表示檢測(cè)的相對(duì)的移動(dòng)的位置信息。
20．如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于檢測(cè)相對(duì)的移動(dòng)包括檢測(cè)所述圖案的第一位置；以及檢測(cè)所述圖案自所述第一位置的移動(dòng)。
21．如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于檢測(cè)所述圖案自第一位置的移動(dòng)包括檢測(cè)所述圖案自所述第一位置的移動(dòng)的距離。
22．如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于檢測(cè)所述圖案自第一位置的移動(dòng)包括檢測(cè)所述圖案自所述第一位置的移動(dòng)的速度。
23．如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于檢測(cè)在所述表面上的圖案包括將電磁的輻射線照射在所述表面上；以及檢測(cè)載有表示在所述表面上的圖案的信息的電磁的輻射線。
24．根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于還包括從檢測(cè)的電磁的輻射線中提取所述圖案。
25．根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于還包括間歇地檢測(cè)電磁的輻射線的強(qiáng)度；以及根據(jù)想要的強(qiáng)度范圍調(diào)整檢測(cè)的強(qiáng)度。
26．如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于提取所述的圖案包括檢測(cè)所述圖案的轉(zhuǎn)動(dòng)的移動(dòng)。
27．根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于電磁的輻射線照射包括以伸長(zhǎng)圖案發(fā)出電磁輻射。
28．根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于電磁的輻射線照射包括用多個(gè)分開(kāi)的輻射線源發(fā)出電磁輻射。
全文摘要
一操作者輸入裝置(40),其被設(shè)置成根據(jù)一表面(116)和該操作者輸入裝置(40)的相對(duì)移動(dòng)提供位置信息。操作者輸入裝置(40)包括:一圖像檢測(cè)器(110),其被配置成檢測(cè)在表面(116)上的圖像并且提供與檢測(cè)的圖像相應(yīng)的一圖像信號(hào)。一控制器(112)被連接到圖像檢測(cè)器(110),并且被設(shè)置成接收?qǐng)D像信號(hào)和根據(jù)該圖像相對(duì)于該圖案檢測(cè)器(110)的位置提供位置信息。
文檔編號(hào)G06F3/033GK1296590SQ99804608
公開(kāi)日2001年5月23日 申請(qǐng)日期1999年1月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月28日
發(fā)明者馬諾立托·E·阿丹, 青柳哲司, 托德·E·霍姆達(dá)爾, 特里·M·利普斯科姆, 三浦竹志 申請(qǐng)人:微軟公司