專利名稱：用于光學(xué)導(dǎo)航裝置的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的各種實(shí)施例涉及運(yùn)動(dòng)傳感裝置領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā)明的各種實(shí)施例涉及具有滑行(skating)功能、能夠在透明層上工作的光學(xué)導(dǎo)航裝置所用的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
光學(xué)相對(duì)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置(下文中稱為“光學(xué)導(dǎo)航裝置”)通常通過(guò)在導(dǎo)航裝置從表面上方通過(guò)時(shí)或表面移過(guò)導(dǎo)航裝置時(shí)捕獲表面圖像，采用圖像相關(guān)技術(shù)來(lái)確定導(dǎo)航裝置與表面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)航裝置相對(duì)于表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的位移和方向都是通過(guò)將一個(gè)圖像與隨后的圖像進(jìn)行比較而確定的。
通常，光學(xué)相對(duì)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置內(nèi)的光源(例如發(fā)光二極管或激光器)發(fā)射的光反射離開表面并由光學(xué)導(dǎo)航裝置內(nèi)的光敏成像器捕獲。隨著光學(xué)導(dǎo)航裝置的移動(dòng)，檢測(cè)到的光學(xué)圖案(例如表面的直接圖像、干涉圖、散斑圖樣等)在各幀之間也相應(yīng)改變。根據(jù)觀測(cè)到的各個(gè)相繼捕獲的幀之間的改變，可以確定鼠標(biāo)在表面上方的位置改變。
例如，現(xiàn)有的光學(xué)導(dǎo)航裝置傾斜照射待導(dǎo)航的表面。表面上的高度變化造成用幾何射線光學(xué)來(lái)描述的陰影。陰影圖案圖像的大小和對(duì)比度部分取決于表面的類型，其中光學(xué)導(dǎo)航裝置在所述表面上方運(yùn)動(dòng)。但是，在某些情況下，通常應(yīng)該具有足以用于光學(xué)導(dǎo)航裝置的表面變化或紋理(光學(xué)尺度上)的表面被第二透明材料(例如玻璃或類似材料)覆蓋，則這樣的表面基本沒(méi)有光學(xué)尺度上的特征，光學(xué)導(dǎo)航裝置不能對(duì)這樣的表面中的變化進(jìn)行跟蹤。就是說(shuō)，從這種上覆材料的頂面反射離開的光不會(huì)表現(xiàn)出可用于光學(xué)跟蹤的空間變化。因此，在透明層上方工作的光學(xué)導(dǎo)航裝置在可用性方面受到了挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種用于光學(xué)導(dǎo)航裝置的方法和系統(tǒng)，所述光學(xué)導(dǎo)航裝置設(shè)置為經(jīng)過(guò)透明層產(chǎn)生導(dǎo)航信息。具體地說(shuō)，光學(xué)導(dǎo)航裝置包括光源，所述光源設(shè)置為經(jīng)過(guò)層對(duì)反射表面進(jìn)行照明，所述層對(duì)于來(lái)自光源的光是光學(xué)透明的。傳感器設(shè)置為響應(yīng)于反射離開反射表面的光產(chǎn)生導(dǎo)航信息。傳感器所設(shè)有的景深可以支持傳感器與反射表面之間距離。還包括接觸傳感器來(lái)指示光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)不再與透明層接觸。這種接觸傳感器使光學(xué)導(dǎo)航裝置可以有滑行功能。


根據(jù)下面的詳細(xì)說(shuō)明，結(jié)合附圖，可以更容易地理解本發(fā)明的上述和其他目的和優(yōu)點(diǎn)。
圖1的示意示了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，在透明層和反射表面上方光學(xué)導(dǎo)航裝置的光源與傳感器之間行進(jìn)的光路。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例的光學(xué)導(dǎo)航裝置的剖視示意圖，圖示了用于確定光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)被抬起離開表面的接觸傳感器。
圖2B是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例的光學(xué)導(dǎo)航裝置的底部示意圖，圖示了用于確定光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)被抬起離開表面的接觸傳感器。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例的接觸傳感器示意圖，該接觸傳感器指示了光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)與表面接觸。
圖3B是根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例的接觸傳感器示意圖，該接觸傳感器指示了光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)不與表面接觸，或者何時(shí)被抬起離開表面。
圖4是圖示了根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例的方法步驟的流程圖，該方法用于經(jīng)過(guò)透明層產(chǎn)生導(dǎo)航信息并具有滑行功能。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將具體參考本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)經(jīng)過(guò)光學(xué)透明層產(chǎn)生導(dǎo)航信息并具有滑行功能的光學(xué)導(dǎo)航裝置所用的系統(tǒng)和方法進(jìn)行說(shuō)明，附圖中圖示了所述系統(tǒng)和方法的示例。盡管將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，它們并非意在將本發(fā)明限制在這些實(shí)施例中。相反，本發(fā)明意在覆蓋由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可包括的所有替換物、變更物和等效物。
此外，在下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明中，闡述了各種具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明的完整理解。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明不采用這些具體細(xì)節(jié)也可以實(shí)施。在其他情況下，此處并未對(duì)公知方法、過(guò)程、元件和電路進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，因?yàn)檫@樣會(huì)不必要地掩蓋本發(fā)明的各個(gè)方面。
本發(fā)明的實(shí)施例可以用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行的硬件即電子成像系統(tǒng)的形式實(shí)現(xiàn)，例如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所用的光學(xué)導(dǎo)航裝置或光學(xué)鼠標(biāo)。其程序可以被操作以為了在表面上導(dǎo)航的目的對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在一種實(shí)施例中，成像系統(tǒng)包括連接到總線的處理器和連接到該總線的存儲(chǔ)裝置。存儲(chǔ)裝置可以是易失性的或非易失性的。
下面的詳細(xì)說(shuō)明中某些部分是按照程序、步驟、邏輯塊、過(guò)程以及對(duì)數(shù)據(jù)位進(jìn)行操作的其他符號(hào)表示形式來(lái)進(jìn)行說(shuō)明的，所述操作可以對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器進(jìn)行。這些說(shuō)明和表示形式是數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域技術(shù)人員為了最有效地將其工作告知本領(lǐng)域其他技術(shù)人員所采用的方式。程序、計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的步驟、邏輯塊、過(guò)程等等在此處通常被認(rèn)為是可導(dǎo)致所需結(jié)果的步驟或指令的前后一致的序列。步驟需要對(duì)物理量進(jìn)行人工操縱。這些量通常(但并非必須)采取電信號(hào)或磁信號(hào)的形式，所述信號(hào)能夠在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中存儲(chǔ)、傳送、合并、比較以及其他操作。某些時(shí)候，主要是為了通用的原因，將這些信號(hào)稱為位、值、元素、符號(hào)、字符、項(xiàng)、數(shù)字等已經(jīng)被證明比較方便。
但是，應(yīng)當(dāng)牢記，所有這些以及與之類似的術(shù)語(yǔ)是與適當(dāng)物理量相關(guān)的，并且僅僅是用于這些量的方便的記號(hào)。除非下面的討論中明顯有另外的具體說(shuō)明，否則應(yīng)當(dāng)明白，在整個(gè)本發(fā)明中，采用諸如“照明”、“檢測(cè)”、“產(chǎn)生”或“滑行”等術(shù)語(yǔ)進(jìn)行的說(shuō)明指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或類似電子計(jì)算裝置的動(dòng)作和處理，所述動(dòng)作和處理把以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的寄存器或存儲(chǔ)器內(nèi)的物理(電子)量表示的數(shù)據(jù)操縱或轉(zhuǎn)換為以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器或寄存器或者其他這類信息存儲(chǔ)、傳輸或顯示裝置內(nèi)的物理量類似表示的其他數(shù)據(jù)。
因此，本發(fā)明的實(shí)施例提供了具有滑行功能的光學(xué)導(dǎo)航裝置經(jīng)過(guò)透明層產(chǎn)生導(dǎo)航信息所用的方法和系統(tǒng)。因此，本發(fā)明的其他實(shí)施例也用于上述目的，并提供了一種具有更大景深的光學(xué)導(dǎo)航裝置和一種接觸傳感器，使其具有在可由光學(xué)透明層(例如玻璃)覆蓋的反射表面上連續(xù)跟蹤和滑行的功能。
現(xiàn)在參考圖1，其中圖示了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，能夠提供經(jīng)過(guò)透明層的導(dǎo)航信息的光學(xué)導(dǎo)航裝置110的示意圖。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，光學(xué)導(dǎo)航裝置110提供了連續(xù)跟蹤和滑行的功能。
圖1的光學(xué)導(dǎo)航裝置110包括光源120和傳感器130。為了清楚和簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，光學(xué)導(dǎo)航裝置110中只包括了光源120和傳感器130，但是應(yīng)當(dāng)明白，光學(xué)導(dǎo)航裝置可能需要其他元件(例如數(shù)字信號(hào)處理器、成像器、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體[CMOS]成像器等)來(lái)提供成像能力。
光源120設(shè)置為照明光學(xué)導(dǎo)航裝置110下方的反射表面160。在某些實(shí)施例中，光源120是發(fā)光二極管(LED)。在其他實(shí)施例中，光源是激光器(例如垂直腔面發(fā)射激光器[VCSEL])。
此外，光源120經(jīng)過(guò)層150照明反射表面，層150對(duì)于光源產(chǎn)生的光是光學(xué)透明的。就是說(shuō)，透明層150(例如玻璃)不反射光源120產(chǎn)生的光。例如，透明層150的表面155非常光滑，以至沒(méi)有明顯的紋理和表面特征來(lái)造成光學(xué)反射。
另外，傳感器130設(shè)置為響應(yīng)于來(lái)自光源120的光而產(chǎn)生導(dǎo)航信息，所述光是反射離開反射表面160的。為了說(shuō)明的目的，傳感器130可以是一維(1-D)或二維(2-D)傳感器陣列，它包括單獨(dú)光電傳感器的陣列，所述光電傳感器產(chǎn)生導(dǎo)航信息，例如圖像信息或空間濾波信息。另外，在一種實(shí)施例中，傳感器130可以是單個(gè)傳感器，例如單個(gè)光電二極管。
圖1還示出了光從光源120行進(jìn)到達(dá)傳感器130的路徑。例如，示出的光線125從光源120發(fā)出，穿過(guò)透明層150行進(jìn)，反射離開反射表面160并在傳感器130的中心處被接收。另外，示出的光線127從光源120發(fā)射，穿過(guò)透明層150行進(jìn)，反射離開反射表面160并在傳感器130的中心處被接收。為了說(shuō)明目的，光線125和127圖示了光源120所產(chǎn)生的光照明的邊界。就是說(shuō)，從光源發(fā)出的光限制在例如光線125和127以內(nèi)。因此，來(lái)自光源的反射光也限制在光線125和127之間，并限定了傳感器130所接收光的收集角θ(theta)。
光學(xué)導(dǎo)航裝置110包括一個(gè)或多個(gè)透鏡170作為來(lái)自反射表面160的反射光的收集器。例如，透鏡用于將反射光聚焦到傳感器中心以便進(jìn)一步處理。更具體地說(shuō)，傳感器130能夠形成反射表面160的部分圖像。隨著光學(xué)導(dǎo)航裝置在透明層上相對(duì)于反射表面移動(dòng)，傳感器連續(xù)地采集反射表面的圖片或圖像。
光學(xué)導(dǎo)航裝置110能夠足夠快地(例如每秒1500幅圖像或1500幀是通常的速率)采集反射表面的圖像以使連續(xù)的圖像重疊。以此方式，當(dāng)光學(xué)導(dǎo)航裝置相對(duì)于反射表面160移動(dòng)時(shí)，對(duì)反射表面160的紋理特征進(jìn)行識(shí)別和跟蹤。傳感器能夠識(shí)別兩個(gè)或多個(gè)幀之間的共同特征并確定其間的距離。這種信息被轉(zhuǎn)化為X和Y坐標(biāo)以標(biāo)記鼠標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。
另外，圖1還圖示了縮影結(jié)構(gòu)140，它包括位于光源120與傳感器130之間光路中的孔隙145?？s影結(jié)構(gòu)140設(shè)置為對(duì)反射離開反射表面160的光的收集角進(jìn)行調(diào)整。
根據(jù)一種實(shí)施例，光學(xué)導(dǎo)航裝置110設(shè)置為具有一定的景深，所述景深能夠支持傳感器與反射表面160之間的距離。景深大致定義為這樣的距離范圍，即反射表面160可以設(shè)在所述距離范圍處，并且仍然能夠在傳感器130的接收平面處產(chǎn)生可用的圖像。更具體而言，與孔隙145結(jié)合的一個(gè)或多個(gè)透鏡被設(shè)計(jì)為適應(yīng)并支持光學(xué)導(dǎo)航裝置110的景深。同樣，光學(xué)導(dǎo)航裝置110的景深受到透鏡和孔隙145的影響，當(dāng)所述景深大到足以適應(yīng)反射表面160的位置與傳感器130的位置的相對(duì)關(guān)系時(shí)，傳感器也能對(duì)反射離開反射表面的光進(jìn)行接收和處理。以此方式，光學(xué)導(dǎo)航裝置能夠適應(yīng)光滑的透明層150的厚度范圍(例如幾毫米厚)。
例如，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，大小和位置適當(dāng)?shù)目紫?45，或者甚至除去孔隙145，可以為光學(xué)導(dǎo)航裝置提供合適的景深。在其他實(shí)施例中，將所選擇的孔隙設(shè)計(jì)與適當(dāng)?shù)耐哥R設(shè)計(jì)相結(jié)合可以提供合適的景深。在此情況下，從鼠標(biāo)發(fā)射的光能夠穿過(guò)透明層150，反射離開表面160并經(jīng)過(guò)透明層150返回，在光學(xué)導(dǎo)航裝置110內(nèi)的傳感器平面處被捕獲并成像，使得光學(xué)導(dǎo)航裝置能夠在反射表面160上方提供連續(xù)跟蹤。
另外，當(dāng)透明層160不存在時(shí)，本發(fā)明的實(shí)施例很適于支持提供導(dǎo)航信息的光學(xué)導(dǎo)航裝置110的景深。就是說(shuō)，透明層150具有零厚度。
圖2A、2B是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，包括了接觸傳感器的光學(xué)導(dǎo)航裝置110的示意圖，所述接觸傳感器用于給圖1的光學(xué)導(dǎo)航裝置110提供滑行功能。光學(xué)導(dǎo)航裝置的滑行特征使得當(dāng)光學(xué)導(dǎo)航裝置被抬起離開相應(yīng)表面時(shí)，被懸置的光學(xué)導(dǎo)航裝置也可以進(jìn)行跟蹤。在傳統(tǒng)技術(shù)中，光學(xué)導(dǎo)航裝置的滑行是通過(guò)具有較短的有效光學(xué)景深來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述較短的有效光學(xué)景深使得光學(xué)導(dǎo)航裝置在被抬起離開相應(yīng)表面即使較短距離時(shí)，丟失感興趣的光學(xué)信號(hào)。但是，透明層帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)檩^短的有效景深落在透明層內(nèi)，所以透明層之下的表面不再“可見(jiàn)”，同樣，景深不足的傳統(tǒng)光學(xué)鼠標(biāo)表現(xiàn)得不可用。但是，本發(fā)明的實(shí)施例能夠通過(guò)使用接觸或相近的傳感器提供滑行功能，如下所述。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，光學(xué)導(dǎo)航裝置110的剖視示意圖，它圖示了用于確定光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)被抬起離開表面的接觸傳感器210。如圖2A所示，接觸傳感210結(jié)合到光學(xué)導(dǎo)航裝置的設(shè)計(jì)中，以指示光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)被抬起離開相應(yīng)表面。另外，接觸傳感器210能夠指示光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)與相應(yīng)表面接觸。例如，與光學(xué)導(dǎo)航裝置110的底面220有關(guān)的機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置230的位置指示了光學(xué)導(dǎo)航裝置是否與相應(yīng)表面接觸。
圖2B是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的光學(xué)導(dǎo)航裝置110的底部示意圖，它圖示了接觸傳感器210。圖2B中顯示了底面220，它圖示了接觸傳感器210的示例性位置。應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，接觸傳感器的位置可以在光學(xué)導(dǎo)航裝置的底面220上的任意點(diǎn)處。
盡管在確定接觸傳感器210是否指示了光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)與相應(yīng)表面接觸的內(nèi)容范圍內(nèi)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了討論，但是本發(fā)明的其他實(shí)施例也適合對(duì)光學(xué)導(dǎo)航裝置是否接近相應(yīng)表面進(jìn)行指示的接觸傳感器210。在此情況下，光學(xué)導(dǎo)航裝置不需要與相應(yīng)表面物理接觸。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圖2A和2B的接觸傳感器210的剖視示意圖。接觸傳感器結(jié)合在光學(xué)導(dǎo)航裝置的設(shè)計(jì)中以提供滑行功能。在一種實(shí)施例中，接觸傳感器包括機(jī)械開關(guān)。在另一種實(shí)施例中，接觸傳感器包括光開關(guān)。在再一種實(shí)施例中，接觸傳感器包括電子開關(guān)。
如圖3A所示，接觸傳感器210指示光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)與相應(yīng)表面(例如透明層150)接觸，從而為圖1的光學(xué)導(dǎo)航裝置110提供連續(xù)跟蹤功能。例如，機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置在光學(xué)導(dǎo)航裝置110體內(nèi)的位置(例如機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置230并未伸出底面220外)指示了光學(xué)導(dǎo)航裝置110與相應(yīng)表面(例如透明表面)相接觸。
根據(jù)一種實(shí)施例，接觸傳感器210包括光學(xué)導(dǎo)航裝置體內(nèi)的光學(xué)傳感器210。例如，光學(xué)傳感器210包括用于發(fā)射光信號(hào)的光發(fā)射器310。另外，光學(xué)傳感器210還包括光檢測(cè)器320，它用于接收發(fā)射器310與檢測(cè)器320之間的光路上的光信號(hào)。
此外，所示的不透明元件(例如葉片)330阻擋發(fā)射器310與檢測(cè)器320之間的光路。當(dāng)光學(xué)導(dǎo)航裝置與相應(yīng)表面(例如透明層)接觸時(shí)，葉片330阻擋光路。就是說(shuō)，例如通過(guò)與透明層的接觸，迫使機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置向上進(jìn)入接觸傳感器210和光學(xué)導(dǎo)航裝置110體內(nèi)。由于機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置連接到葉片330，所以葉片也被迫向上，從而阻擋了發(fā)射器310與檢測(cè)器320之間的光路。在這個(gè)位置處，產(chǎn)生使能信號(hào)，該信號(hào)指示光學(xué)導(dǎo)航裝置應(yīng)當(dāng)繼續(xù)在反射表面上進(jìn)行跟蹤。
如圖3B所示，接觸傳感器210指示光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)不與相應(yīng)表面(例如透明層150)接觸，從而為圖1的光學(xué)導(dǎo)航裝置110提供滑行功能。例如，機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置230突出光學(xué)導(dǎo)航裝置110體外的位置(例如機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置230部分或全部伸出底面220外)指示了光學(xué)導(dǎo)航裝置110并未與相應(yīng)表面(例如透明表面)接觸。就是說(shuō)，當(dāng)沒(méi)有對(duì)機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置230施加進(jìn)入光學(xué)導(dǎo)航裝置110體內(nèi)的向上的力時(shí)，機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)被迫進(jìn)入延伸到光學(xué)導(dǎo)航裝置的底面220外的位置(例如通過(guò)彈簧、彈簧臂等)。在該位置產(chǎn)生禁止信號(hào)，該信號(hào)指示了光學(xué)導(dǎo)航裝置應(yīng)當(dāng)使以前的導(dǎo)航數(shù)據(jù)輸出維持不變，并且只要禁止信號(hào)存在，就不產(chǎn)生任何新的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。這使該裝置可以在反射表面上方滑行。
在圖3B中，葉片330沒(méi)有阻擋發(fā)射器310與檢測(cè)器320之間的光路350。就是說(shuō)，當(dāng)光學(xué)導(dǎo)航裝置不與相應(yīng)表面(例如透明層)接觸時(shí)，葉片330不阻擋光路350。更具體地說(shuō)，機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置被向下壓到例如光學(xué)導(dǎo)航裝置110的底面220外。由于機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置連接到葉片330，所以葉片也被迫向下，從而開啟發(fā)射器310與檢測(cè)器320之間的光路。
或者，根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例，根據(jù)光學(xué)傳感器210中兩個(gè)電極之間的電容改變，可以檢測(cè)到光學(xué)導(dǎo)航裝置被從相應(yīng)表面抬起。就是說(shuō)，光學(xué)傳感器包括電容開關(guān)，該電容開關(guān)包括第一電極和第二電極。圖3A和3B可以用于圖示電容開關(guān)，其中第一電極由310表示，第二電極由320表示。電容傳感器測(cè)量?jī)蓚€(gè)電極310與320之間的電容。取決于葉片330的影響，電容傳感器將測(cè)得不同的電容值。同樣，電容傳感器能夠確定第一電極與第二電極之間何時(shí)發(fā)生了電容改變。取決于改變的類型，根據(jù)測(cè)得的電容值，電容傳感器能夠確定光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)與例如透明層接觸，以及光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)不再與例如透明層接觸。
在另一種實(shí)施例中，光學(xué)導(dǎo)航裝置110包括機(jī)械開關(guān)，該機(jī)械開關(guān)用于指示何時(shí)與相應(yīng)表面(例如透明表面)接觸，或者何時(shí)不與相應(yīng)表面不接觸。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的流程圖400，它圖示了用于由光學(xué)導(dǎo)航裝置經(jīng)過(guò)透明層產(chǎn)生導(dǎo)航信息的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法中的步驟。本實(shí)施例能夠?qū)⒕哂休^長(zhǎng)景深的光學(xué)導(dǎo)航裝置與輔助觸點(diǎn)或接近傳感器相結(jié)合，從而能夠在將反射表面與光學(xué)導(dǎo)航裝置分開的任何中間光學(xué)透明表面上實(shí)現(xiàn)跟蹤和滑行功能。
在步驟410處，本實(shí)施例用光經(jīng)過(guò)層來(lái)照明反射表面，所述層對(duì)于所述的光是光學(xué)透明的。更具體地說(shuō)，光源(例如LED或激光器)發(fā)射穿過(guò)透明層并反射離開反射表面的光。同樣，光學(xué)導(dǎo)航裝置設(shè)置為使與光學(xué)導(dǎo)航裝置相關(guān)的景深適應(yīng)反射表面相對(duì)于接收反射光的傳感器的期望的位置范圍。在一種實(shí)施例中，光學(xué)導(dǎo)航裝置的孔隙設(shè)置為使得反射離開反射表面的光能夠到達(dá)傳感器。在另一種實(shí)施例中，設(shè)置透鏡對(duì)來(lái)自正確位置范圍的反射光進(jìn)行聚焦，所述正確位置范圍包括反射表面。
在步驟420處，本實(shí)施例對(duì)反射離開反射表面的光進(jìn)行檢測(cè)。光在成像傳感器處進(jìn)行檢測(cè)。同樣，隨著光學(xué)導(dǎo)航裝置在第二透明表面上運(yùn)動(dòng)，可以產(chǎn)生反射表面的連續(xù)圖像。
在步驟430處，本實(shí)施例通過(guò)光學(xué)導(dǎo)航裝置相對(duì)于反射表面的跟蹤運(yùn)動(dòng)，響應(yīng)于反射離開反射表面的光產(chǎn)生導(dǎo)航信息。更具體地說(shuō)，本實(shí)施例的成像傳感器能夠識(shí)別連續(xù)幀之間的共同紋理特征并計(jì)算特征之間的距離，以指示光學(xué)導(dǎo)航裝置的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。
在步驟440處，本實(shí)施例可以使光學(xué)導(dǎo)航裝置能夠在下方的表面上方滑行。例如，本實(shí)施例能夠檢測(cè)光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)被抬起離開透明層，并作為響應(yīng)而禁止光學(xué)導(dǎo)航裝置的連續(xù)跟蹤運(yùn)動(dòng)。就是說(shuō)，實(shí)現(xiàn)滑行功能。
在一種實(shí)施例中，光學(xué)導(dǎo)航裝置中第一電極與第二電極之間的電容改變指示了光學(xué)導(dǎo)航裝置已經(jīng)被抬起離開相應(yīng)表面。在此情況下，當(dāng)光學(xué)導(dǎo)航裝置與相應(yīng)表面(例如透明層)接觸時(shí)，電容具有一個(gè)不變的值，而當(dāng)該裝置被抬起時(shí)，電容改變到新的值或值域。
因此，本實(shí)施例還能夠檢測(cè)光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)與透明層接觸，并作為響應(yīng)使能夠進(jìn)行光學(xué)導(dǎo)航裝置相對(duì)于反射表面的連續(xù)跟蹤。
因此，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種具有較大景深和接觸傳感器的光學(xué)導(dǎo)航裝置，它能夠?qū)崿F(xiàn)在反射表面上連續(xù)跟蹤和滑行的功能，所述反射表面是由光滑透明材料(例如玻璃)層與光學(xué)導(dǎo)航裝置隔開的。
盡管流程圖400中所示實(shí)施例的方法示出了具有具體順序和數(shù)量的步驟，但是本發(fā)明也適用于其他實(shí)施例。例如，并非此方法中所提供的所有步驟都是本發(fā)明必須的。此外，還可以給本實(shí)施例中所示的方法加入附加步驟。同樣，步驟的順序也可以根據(jù)應(yīng)用情況而改變。
本發(fā)明對(duì)經(jīng)過(guò)透明層產(chǎn)生導(dǎo)航信息的具有滑行功能的光學(xué)導(dǎo)航裝置所用的系統(tǒng)和方法進(jìn)行了說(shuō)明。盡管已經(jīng)通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了圖示和說(shuō)明，但是應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離所附權(quán)利要求及其等效物所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在本發(fā)明中進(jìn)行許多修改和變化。此外，盡管以特定實(shí)施例的形式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但是應(yīng)當(dāng)明白本發(fā)明不應(yīng)理解為由這些實(shí)施例限制，而是應(yīng)當(dāng)根據(jù)權(quán)利要求來(lái)理解。
相關(guān)的美國(guó)專利申請(qǐng)本申請(qǐng)涉及2003年10月6日由Tong Xie和Marshall T.DuPue提交的題為“Method and Device for Optical Navigation”、律師號(hào)為No.10031303-1并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/680,525。該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用而整體結(jié)合于此。
本申請(qǐng)涉及2004年10月30日由Tong Xie、Marshall T.DuPue和Susan Hunter提交的題為“Tracking Separation Between an Object and aSurface Using a Reducing Structure”、律師號(hào)為No.10031575-1并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/977,720。該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用而整體結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)導(dǎo)航裝置，包括光源，所述光源設(shè)置為經(jīng)過(guò)層照明反射表面，所述層對(duì)于所述光源是光學(xué)透明的；傳感器，所述傳感器設(shè)置為響應(yīng)于來(lái)自所述光源的反射離開所述反射表面的光產(chǎn)生導(dǎo)航信息，其中，所述傳感器設(shè)置為具有可以支持所述傳感器與所述反射表面之間距離的景深；和接觸傳感器，所述接觸傳感器指示所述光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)不再與所述層接觸，用于為所述光學(xué)導(dǎo)航裝置提供滑行功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其中，所述光源被設(shè)置為對(duì)于包括玻璃的所述層是透明的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其中，所述光源包括激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其中，所述光源包括垂直腔面發(fā)射激光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其中，所述傳感器包括CMOS成像器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其中，所述接觸傳感器包括用于發(fā)射光信號(hào)的光發(fā)射器；用于在光路上接收所述光信號(hào)的光檢測(cè)器；和葉片，所述葉片只有在所述光學(xué)導(dǎo)航裝置與所述層接觸時(shí)才阻擋所述光路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其中，所述接觸傳感器包括機(jī)械開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其中，所述接觸傳感器包括電容開關(guān)，所述電容開關(guān)包括第一電極；第二電極；電容傳感器，所述電容傳感器確定所述第一電極與所述第二電極之間的電容改變，以指示所述光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)不再與所述層接觸。
9.一種光學(xué)導(dǎo)航裝置，包括用于用光經(jīng)過(guò)層照明反射表面的裝置，所述層對(duì)于所述光是光學(xué)透明的；用于對(duì)反射離開所述反射表面的所述光進(jìn)行檢測(cè)的裝置；用于通過(guò)所述光學(xué)導(dǎo)航裝置相對(duì)于所述反射表面的跟蹤運(yùn)動(dòng)，響應(yīng)于反射離開所述反射表面的所述光而產(chǎn)生導(dǎo)航信息的裝置；和用于在所述光學(xué)導(dǎo)航裝置被抬起離開所述層時(shí)，使所述光學(xué)導(dǎo)航裝置相對(duì)于所述反射表面滑行的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其中，所述用于照明反射表面的裝置包括激光器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其中，所述用于滑行的裝置還包括用于檢測(cè)所述光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)被抬起離開所述層的裝置；和用于在所述光學(xué)導(dǎo)航裝置被抬起離開所述層時(shí)禁止所述光學(xué)導(dǎo)航裝置的所述跟蹤運(yùn)動(dòng)的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，其中，所述用于滑行的裝置還包括檢測(cè)所述光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)與所述層接觸；和當(dāng)所述光學(xué)導(dǎo)航裝置與所述層接觸時(shí)，使能夠進(jìn)行所述光學(xué)導(dǎo)航裝置的所述跟蹤。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，還包括景深設(shè)置裝置，用于將與所述光學(xué)導(dǎo)航裝置相關(guān)的景深設(shè)置為適合于所述反射表面與對(duì)被反射的所述光進(jìn)行接收的傳感器之間所需的距離范圍。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)導(dǎo)航裝置，還包括孔隙設(shè)置裝置，用于對(duì)所述光學(xué)導(dǎo)航裝置的孔隙進(jìn)行設(shè)置，使得反射離開所述反射表面的所述光能夠到達(dá)對(duì)所述被反射的光進(jìn)行接收的傳感器。
15.一種由光學(xué)導(dǎo)航裝置經(jīng)過(guò)透明層產(chǎn)生導(dǎo)航信息的方法，包括用光經(jīng)過(guò)層照明反射表面，所述層對(duì)于所述光是透明的；檢測(cè)反射離開所述反射表面的所述光；通過(guò)所述光學(xué)導(dǎo)航裝置相對(duì)于所述反射表面的跟蹤運(yùn)動(dòng)，響應(yīng)于反射離開所述反射表面的光產(chǎn)生導(dǎo)航信息；和當(dāng)所述光學(xué)導(dǎo)航裝置被抬起離開所述層時(shí)，使所述光學(xué)導(dǎo)航裝置相對(duì)于所述反射表面滑行。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括將與所述光學(xué)導(dǎo)航裝置相關(guān)的景深設(shè)置為適合于所述反射表面與對(duì)被反射的所述光進(jìn)行接收的傳感器之間所需的距離范圍。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括設(shè)置所述光學(xué)導(dǎo)航裝置的孔隙，使得反射離開所述反射表面的所述光能夠到達(dá)對(duì)被反射的光進(jìn)行接收的傳感器。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述的使所述光學(xué)導(dǎo)航裝置進(jìn)行滑行還包括檢測(cè)所述光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)被抬起離開所述層；和當(dāng)所述光學(xué)導(dǎo)航裝置被抬起離開所述層時(shí)，禁止所述光學(xué)導(dǎo)航裝置的所述跟蹤運(yùn)動(dòng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述的使所述光學(xué)導(dǎo)航裝置進(jìn)行滑行還包括檢測(cè)所述光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)與所述層接觸；和當(dāng)所述光學(xué)導(dǎo)航裝置與所述層接觸時(shí)，使能夠進(jìn)行所述光學(xué)導(dǎo)航裝置的所述跟蹤。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述的檢測(cè)所述光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)被抬起離開還包括確定第一電極和第二電極之間的電容改變，其中，當(dāng)所述光學(xué)導(dǎo)航裝置與所述層接觸時(shí)，所述電容保持不變。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于光學(xué)導(dǎo)航裝置的方法和系統(tǒng)，所述光學(xué)導(dǎo)航裝置設(shè)置為經(jīng)過(guò)透明層產(chǎn)生導(dǎo)航信息。具體地說(shuō)，光學(xué)導(dǎo)航裝置包括光源，所述光源設(shè)置為經(jīng)過(guò)層對(duì)反射表面進(jìn)行照明，所述層對(duì)于光源是光學(xué)透明的。傳感器設(shè)置為響應(yīng)于反射離開反射表面的光產(chǎn)生導(dǎo)航信息。傳感器所設(shè)有的景深可以支持傳感器與反射表面之間距離。還包括接觸傳感器來(lái)指示光學(xué)導(dǎo)航裝置何時(shí)不再與透明層接觸。接觸傳感器使光學(xué)導(dǎo)航裝置可以有滑行功能。
文檔編號(hào)G06F3/038GK1916826SQ20061011142
公開日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2006年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月16日
發(fā)明者沙里尼·溫卡特什 申請(qǐng)人:安華高科技Ecbu Ip(新加坡)私人有限公司