適於在透明結構上進行導航的抬升檢測的製作方法

2023-12-02 16:34:41 2

專利名稱：適於在透明結構上進行導航的抬升檢測的製作方法
技術領域：
本發明涉及適於在透明結構上進行導航的抬升(lift)檢測。
背景技術：
光學導航設備(例如光學滑鼠)通常包括光學導航傳感器集成電路(IC)，該光學導航傳感器IC起微型數字相機的作用，連續收集設備所 放置的表面的圖像，並通過將先後記錄的圖像信息幀進行比較來判斷該設 備正在表面上運動的速度和方向。以很高的速率(例如每秒1500圖像 幀)收集圖像幀，光學導航傳感器IC的解析度也足夠高，以檢測設備相 對於導航表面非常小的運動。對於例如光學滑鼠的光學導航裝置，需要識別該設備何時被抬升離開 導航表面。其重要性在於將設備抬升離開導航表面的動作表明用戶希望將 導航跟蹤暫時中止。在不透明的表面上進行導航時對抬升進行的檢測通常 是通過對導航傳感器IC產生的圖像信息進行處理而完成的。有時候，光學導航裝置在透明結構上使用，該透明結構例如覆蓋桌面 的玻璃板。用於使光學導航裝置既能在透明結構上也能在不透明結構上進 行導航的一種技術包括取消導航裝置的聚焦光學器件。儘管光學導航裝置 可以被構造成在沒有聚焦光學器件的情況下既支持透明結構上的導航跟蹤 又支持不透明結構上的導航跟蹤，但是取消聚焦光學器件造成了傳統的抬 升檢測技術在超過實際抬升檢測所需距離(例如小於約10mm)時效率不 足。因此，需要一種抬升檢測技術，無論導航表面在透明結構(例如玻璃 板)上還是在不透明結構(例如桌面)上，該技術在導航表面上都有效。
發明內容
一種指點設備(例如光學滑鼠)裝有頂表面抬升檢測系統，無論指點 設備放置在透明結構還是不透明結構上，該系統都能夠進行抬升檢測。頂 表面抬升檢測系統依靠對反射離開放置了指點設備的表面的光束進行單獨 檢測，從而無論在指點設備放置在不透明結構上還是透明結構上都可以對 抬升進行檢測。在一種實施例中，頂表面抬升檢測系統包括專用於抬升檢 測的光電檢測器，該光電檢測器與用於導航跟蹤的圖像傳感器陣列分開。在一種實施例中，指點設備既裝有頂表面抬升檢測系統，又裝有導航 傳感器抬升檢測系統。無論指點設備放置在不透明結構還是透明結構上， 導航傳感器抬升檢測系統響應於來自導航傳感器陣列的圖像信息而產生抬 升狀態信號，頂表面抬升檢測系統響應於對反射離開放置了指點設備的表 面的光束進行的檢測而產生抬升狀態信號。在一種實施例中，頂表面抬升 檢測系統用於為導航目的而控制抬升檢測，導航傳感器抬升檢測系統用於 控制導航系統的某些部件。例如，當導航傳感器抬升檢測系統表明指點設 備已被抬升時，可以減小向光源的供電或將其關閉。根據下面的詳細說明，結合附圖，可以更加明白本發明的其他方面和 優點，附圖以示例方式圖示了本發明的原理。


圖1是光學導航設備的剖視圖，該設備在本申請中一般地稱為"指點 設備"，並在不透明表面上放置和運動。圖2是圖1的指點設備的剖視圖，其中指點設備放置在位於指點設備 與不透明表面之間的透明結構上，而不是像圖1的情況那樣直接放在不透 明表面上。圖3圖示了指點設備的一種實施例，它包括頂表面抬升檢測系統，並 放置在例如玻璃板的透明結構上。圖4圖示了在已將指點設備抬升離開透明結構的情況下，圖3的指點 設備。圖5圖示了光學導航傳感器IC的一種實施例，它包括結合到IC中的 頂表面抬升檢測系統。
圖6圖示了光學導航傳感器IC的另一種實施例，它包括結合到IC中 的頂表面抬升檢測系統。在整個說明書中，可以用相似的標號來表示相同的元件。
具體實施方式
指點設備(例如光學滑鼠)裝有頂表面抬升檢測系統，無論指點設備 位於透明結構上還是不透明結構上，頂表面抬升檢測系統都能夠提供抬升 檢測。無論指點設備放置在不透明結構上還是透明結構上，頂表面抬升檢 測系統依靠對從指點設備所放置的表面反射的光束進行單獨檢測，來對抬 升進行檢測。圖1是光學導航設備100的剖視圖，該光學導航設備在本申請中一般地稱為"指點設備"，放置在不透明結構103 (例如桌面)的表面102上並在其上運動。為了說明目的，指點設備可以看作具有兩個主要部件，即照明系統104和導航傳感器系統106。照明系統通常包括例如發光二極體 (LED)的光源108以及某些光學器件(未示出)，光源108與光學器件 一起工作，用以窄角度照射到表面的準直光110對不透明結構表面上的位 置進行照明。來自表面上被照明位置處的光被導航傳感器系統的光學導航 傳感器IC 114檢測。在一種實施例中，光學導航傳感器IC包括由獨立光 電檢測器組成的陣列(例如光電檢測器的16X 16或32X32陣列)，這些 光電檢測器構造成對從頂表面上被照明位置反射的光進行檢測。陣列中的 每個光電檢測器產生光強度信息，該信息以數字值(例如8位數字值)的 形式輸出。以幀為單位捕捉圖像信息，其中圖像信息的一幀包括陣列中每 個獨立光電檢測器同時捕捉到的一組值。圖像傳感器捕捉到的圖像幀包括 代表導航表面特徵的數據。對圖像幀的捕捉速率進行編程設置，其範圍例 如高達每秒2,300幀。在一種實施例中，光電檢測器陣列具有800字符每 英寸(cpi)的解析度。光學導航傳感器IC 114還包括導航引擎(未示出)，導航引擎對連續 的圖像幀進行比較，以確定各幀之間圖像特徵的運動。具體地說，導航引 擎通過對連續圖像幀中存在的共同特徵進行關連(correlating)來確定運
動。圖像幀之間的運動以運動矢量形式表示，例如X和Y方向的運動矢量(例如AX和AY)。然後用運動矢量來確定光學導航傳感器IC相對於導航 表面(例如不透明結構103的頂表面102)的運動。題為"NAVIGATION TECHNIQUE FOR DETECTION MOVEMENT OF NAVIGATION SENSORS RELATIVE TO AN OBJECT"的美國專利No. 5,644,139以及題 為"METHOD OF CORRELATING IMMEDIATELY ACQUIRED AND PREVIOUSLY STORED FEATURE INFORMATION FOR MOTION SENSING"的美國專利No. 6,222,174提供了示例性導航傳感器運動跟蹤技 術的更詳細說明，這兩個申請的全部內容通過引用而結合於此。在傳統的光學指點設備中，光學導航傳感器IC 114收集到的圖像信息 還用於抬升檢測。基於傳統導航傳感器的、利用所收集到的圖像信息來檢 測抬升的抬升檢測技術包括表面特徵分析和直方圖(histogram)分析。例 如，表面特徵分析包括將所檢測到的表面特徵數目與特徵閾值進行比較， 並在所檢測到的表面特徵數目下降到特徵閾值以下時檢測到抬升。指點設備還可以用在透明結構(例如玻璃板)上，該透明結構放置在 不透明結構(例如桌面)上。圖2是圖1的指點設備100的剖視圖，其中 指點設備放置在透明結構120的表面122上而不是像圖1中的情況那樣直 接放置在不透明結構上，其中，所述透明結構120位於指點設備與不透明 結構103之間。透明結構(例如玻璃板)常常用作桌面上的保護覆蓋件或 者單獨作為桌面。由於指點設備放置在透明結構上，所以來自光源108的 光110中一些折射到透明結構中，並照明透明結構下方的不透明結構。然 後，透明結構內的光朝向指點設備反射回去，不透明結構上被照明的位置 相對於不存在透明板的情況下(圖1)被照明的位置發生了橫向和垂直偏 移。從不透明結構反射的光被導航傳感器系統106用於導航跟蹤。由於透 明結構的反射特性，當指點設備放置在透明結構上時，光學導航傳感器IC 難以在實際抬升檢測所需的距離內(例如離開導航表面約10mm之內)產 生足以進行抬升檢測的圖像信息。已經開發了各種技術，以使指點設備被放置在位於指點設備與不透明 結構之間的透明結構120上時能夠進行導航跟蹤。題為"OPTICALMOUSE ADAPTED FOR USE ON GLASS SURFACES"的已公開美國專利 申請(美國公開號No. 2004/018953Al)描述了一種示例性技術，該申請 通過引用而結合於此。儘管已經開發了一些技術以使指點設備放置在位於 指點設備與不透明結構之間的透明結構上時仍能進行導航跟蹤，但是這些 技術並未提供對於抬升檢測問題的解決方案。根據本發明的一種實施例，指點設備(例如光學滑鼠)裝有頂表面抬 升檢測系統，無論指點設備放置在透明結構上還是不透明結構上，該系統 都能進行抬升檢測。頂表面抬升檢測系統依靠對於反射離開指點設備所在 表面(即"頂"表面)的光束進行單獨檢測來檢測抬升情況。圖3圖示了 光學指點設備的一種實施例，它設置成當指點設備放置在透明結構上時也 能實現實用的抬升檢測。該指點設備包括發光系統104、導航傳感器系統 106、以及頂表面抬升檢測系統144。發光系統包括至少一個光源142 (例 如LED或雷射光源)，也可以包括既用於抬升檢測又用於導航跟蹤的多個 光源。導航傳感器系統類似於上述系統，頂表面抬升檢測系統包括專用於 抬升檢測的抬升檢測檢測器146以及例如透鏡148和光導150的光學器 件。對光源和頂表面抬升檢測系統進行設置，將它們彼此相對定位並相對 於放置了指點設備的透明結構定位，使得當指點設備放置在頂表面上時， 從光源發射並反射離開頂表面的光束入射到頂表面抬升檢測系統，具體地 說，入射到系統的抬升檢測檢測器上。參考圖3，光束154從光源發射， 光束156反射離開透明結構的頂表面並朝向頂表面光檢測系統。光源和頂 表面光檢測系統還設置成使得穿過透明結構並反射離開不透明結構103的 主光束不會入射到頂表面抬升檢測系統。參考圖3，當指點設備放置在頂 表面上時，穿過透明結構並反射離開不透明結構的主光束158沒有入射到 頂表面抬升檢測系統。如上所述，圖3圖示了指點設備IOO放置在透明結構120上的情況。 即，指點設備未被抬升時的情況。在指點設備放置在透明板上的情況下， 頂表面抬升檢測系統和光源被設置成使得從透明結構的頂表面122反射的 光入射到頂表面抬升檢測系統144上並被抬升檢測檢測器146檢測到。對 反射光的檢測被轉換成信號，該信號表示指點設備未被從導航表面抬升。
圖4圖示了在指點設備不放置在導航表面上的情況下(例如，指點設 備已被"抬升"離開透明結構120 —段抬升距離L)，圖3的指點設備100。由於頂表面抬升檢測系統和光源的設置、以及指點設備被從導航表 面抬升，光路的尺寸發生了改變，這種改變足以使光束156不再入射到頂 抬升檢測系統144。由於光束156不再入射到頂表面抬升檢測系統，所以 來自抬升檢測檢測器146的輸出信號發生改變，從而表明指點設備被從導 航表面抬升。抬升距離是可以設置的，在所述抬升距離時，光不再入射到 抬升檢測傳感器系統。可以調整一些參數來影響檢測到抬升時的距離，這 些參數包括頂表面抬升檢測系統與光源的彼此相對定位、光學器件尺寸、 入射光的角度等。在圖3和圖4的實施例中，頂表面抬升檢測系統144輸出表示指點設 備100抬升狀態的信號；在其他實施例中，頂表面抬升檢測系統輸出光電 檢測器輸出信號(例如電流或電壓)，該信號隨後被評估以確定抬升狀 態。應當注意，無論頂表面(即放置指點設備的表面)是透明結構的表面 還是不透明結構的表面，頂表面抬升檢測系統都一樣有效。在一種實施例中，抬升檢測檢測器146是單一的光電檢測器；在另一 種實施例中，抬升檢測檢測器是傳感器陣列，例如圖1的光學導航傳感器 IC 114中包括的傳感器陣列。在用傳感器陣列進行抬升檢測時，對傳感器 陣列產生的圖像信息進行處理以檢測抬升情況。此外，對圖像信息的處理 只被用於抬升檢測，而不用於導航跟蹤。例如，光學導航傳感器IC專用 於抬升檢測，而禁用或略去了與光學導航傳感器IC有關的導航跟蹤功 能。傳統的光學導航裝置常常包括這樣的光學導航傳感器IC，該IC包括 用於產生圖像信息的導航傳感器陣列、用於根據圖像信息產生導航信息的 導航引擎、以及利用來自導航傳感器陣列的圖像信息來檢測抬升情況的導 航傳感器抬升檢測系統。儘管傳統的光學導航傳感器IC能夠檢測抬升情 況，但是指點設備應當無論在指點設備直接用在不透明結構上、還是用在 透明結構(例如玻璃板)上的情況下都能有效地檢測抬升情況。根據本發明的一種實施例，指點設備設置成既有導航傳感器抬升檢測 系統，又有頂表面抬升檢測系統。響應於來自導航傳感器陣列的圖像信 息，導航傳感器抬升檢測系統產生抬升狀態信號；響應於對反射離開放置 指點設備的表面的光束進行的檢測，頂表面抬升檢測系統產生抬升狀態信 號。指點設備可以裝有邏輯器件，響應於這兩種抬升狀態信號來控制導航 系統的操作。圖5圖示了光學導航傳感器IC 114的一種實施例，它包括結合到IC 中的一部分頂表面抬升檢測系統。光學導航傳感器IC包括導航傳感器陣 列170、導航引擎172、導航傳感器抬升檢測系統174、頂表面抬升檢測處 理器176以及狀態邏輯器件178。導航傳感器陣列如上所述產生與導航表 面有關的信息。通常以圖像幀的形式產生的圖像信息被上述導航引擎用來 產生導航信息(例如X和Y方向的位移)。導航傳感器抬升檢測系統174接收來自導航傳感器陣列170的圖像信 息並作為響應產生抬升狀態信號。不透明表面抬升檢測系統使用傳統的導 航傳感器技術產生抬升狀態信號。 一些示例性導航傳感器技術包括、但不 限於表面特徵分析和直方圖分析。用於確定抬升狀態的具體導航傳感器技 術並不是本發明的關鍵。無論指點設備用在透明結構上還是不透明結構 上，導航傳感器抬升檢測系統都能夠確定抬升狀態。儘管在指點設備用在 透明結構上時導航傳感器抬升檢測系統也能夠檢測抬升情況，但是抬升能 夠被檢測到時的距離大於光學導航目的實用的距離(例如小於約 10mm)。即，直到指點設備被抬升到離導航表面超過約10mm之前，實 際上並未檢測到抬升。在圖5的實施例中，導航傳感器抬升檢測系統產生 的抬升狀態信號是二值信號，該信號或者表示抬升狀態，或者表示未被抬 升。頂表面抬升檢測處理器176對來自晶片外(off-chip)抬升檢測檢測器 180的輸出信號進行處理，所述晶片外抬升檢測檢測器180製造在單獨的 襯底182上。來自晶片外抬升檢測檢測器的輸出信號是所檢測到的光強度 的函數。來自抬升檢測檢測器的輸出信號由透明板抬升檢測處理器176進 行處理以產生抬升狀態信號。如圖5所示，抬升檢測檢測器可能需要某些 條件(例如放大)，因此可以在抬升檢測檢測器與透明板抬升檢測處理器 之間包括信號調節器184。在一種實施例中，設置拾升檢測閾值(例如以 電流或電壓形式)，並且在抬升檢測檢測器180的輸出信號降低到該抬升 檢測閾值以下時，判定為指點設備被抬升，並產生相應的抬升狀態信號提供給狀態邏輯器件。在圖5的實施例中，透明板抬升檢測處理器176產生數字式抬升狀態信號。例如，輸出是二值的高低信號，二值輸出之一表示 抬升狀態，而二值輸出中的另一個表示未被抬升。頂表面抬升檢測系統使 得無論指點設備位於透明結構上還是不透明結構上，都能夠檢測到抬升情 況。來自頂表面抬升檢測處理器176和導航傳感器抬升檢測系統174的抬 升狀態信號都被提供給狀態邏輯器件178。狀態邏輯器件響應於兩種接收 到的信號而嚮導航引擎輸出抬升狀態標誌。在一種實施例中，狀態邏輯器 件是"或(OR)"邏輯器件，在兩種輸入抬升狀態信號中任一個表示抬升 狀態時，輸出的抬升狀態信號表示了抬升狀態。在一種實施例中，為導航 目的(例如對X和Y位移何時應當被認為零進行控制以反映抬升狀態)而 使用頂表面抬升檢測系統控制抬升檢測，而使用導航傳感器抬升檢測系統 來檢測抬升狀態以控制導航系統的某些部件。在一種實施例中，用導航傳 感器抬升檢測系統來確定指點設備己被抬升到導航表面上足夠大的距離， 該距離表示使用者不再希望進行導航，並因而可以採取某些安全和/或省電 方面的動作。例如，當導航傳感器抬升檢測系統表明指點設備已被抬升 時，可以減小對光源的供電或關閉光源。在圖5的實施例中，抬升檢測檢測器180位於光學導航傳感器IC 114 外部(例如"晶片外")。圖6圖示了光學導航傳感器IC 114的一種實施 例，其中抬升檢測檢測器180被結合在IC中。圖6所示光學導航傳感器 IC類似於圖5所示的光學導航傳感器IC，只是抬升檢測檢測器被製造在 導航傳感器陣列170和導航引擎的同一襯底上。將抬升檢測檢測器包括在 光學導航傳感器IC上可以減少集成到指點設備中的單獨器件數目。另 外，將抬升檢測檢測器結合在光學導航傳感器IC中可以不必使用信號調 節器。儘管已經示出並說明了帶有頂表面抬升檢測系統140的指點設備100 的某些示例性實施例，但是也可以有其他實施方式。在一種實施例中，光 源142可以提供其他功能，例如像參考圖1和圖2所述那樣對導航表面進 行照明以進行導航跟蹤。儘管已經說明和圖示了本發明的一些具體實施例，但是本發明不應限 於其中所述和圖示的具體形式或零件布置。本發明只由權利要求來限制。
權利要求
1.一種指點設備，包括照明系統，用於產生光束以照明表面，所述指點設備放置在所述表面上；導航傳感器陣列，設置成產生與被照明的導航表面有關的圖像信息以用於導航跟蹤；和頂表面抬升檢測系統，設置成對反射離開放置了所述指點設備的表面的部分光束進行檢測，並響應於所述檢測而產生抬升狀態信號。
2. 根據權利要求1所述的指點設備，其中，所述頂表面抬升檢測系統 包括光電檢測器，所述光電檢測器被設置和定位成使得當所述指點設備 位於所述表面上時與所述指點設備被抬升離開所述表面時相比，所述光電 檢測器檢測到更多的所述反射光束。
3. 根據權利要求1所述的指點設備，其中，所述頂表面抬升檢測系統 包括專用於抬升檢測的光電檢測器。
4. 根據權利要求3所述的指點設備，還包括導航傳感器抬升檢測系 統，所述導航傳感器抬升檢測系統設置成響應於所述圖像信息而產生抬升 狀態信號。
5. 根據權利要求4所述的指點設備，其中，所述光電檢測器和所述導航傳感器抬升檢測系統製造在同一集成電路上。
6. 根據權利要求4所述的指點設備，還包括狀態邏輯器件，所述狀態 邏輯器件被設置成從所述頂表面抬升檢測系統和所述導航傳感器抬升檢測 系統接收所述抬升狀態信號，並響應於兩種所述抬升狀態信號而輸出所述 指點設備抬升狀態的標誌。
7. 根據權利要求6所述的指點設備，還包括導航引擎，所述導航引擎設置成接收所述指點設備抬升狀態的標誌，並響應於所述圖像信息和所述 抬升狀態的標誌而輸出導航信息。
8. 根據權利要求1所述的指點設備，其中，所述頂表面抬升檢測系統 包括專用於抬升檢測的傳感器陣列。
9. 根據權利要求8所述的指點設備，其中，所述傳感器陣列被設置成 產生圖像信息，並且其中，所述傳感器陣列所產生的圖像信息被處理以檢領!l抬升情況o
10. 根據權利要求1所述的指點設備，其中，無論所述指點設備放置 在透明結構還是不透明結構上，都利用所述頂表面抬升檢測系統進行抬升 檢測。
11. 一種指點設備，包括照明系統，用於產生光束以照明表面，所述指點設備放置在所述表面上；導航傳感器陣列，設置成產生與被照明的導航表面有關的圖像信息以 用於導航跟蹤；導航傳感器抬升檢測系統，設置成響應於所述圖像信息而產生第一抬 升狀態信號；和頂表面抬升檢測系統，設置成對反射離開放置了所述指點設備的表面 的部分光束進行檢測，並響應於所述檢測而產生第二抬升狀態信號。
12. 根據權利要求11所述的指點設備，其中，所述頂表面抬升檢測系 統包括光電檢測器，所述光電檢測器被設置和定位成使得當所述指點設 備位於所述表面上時與所述指點設備被抬升離開所述表面時相比，所述光 電檢測器檢測到更多的所述反射光束。
13. 根據權利要求11所述的指點設備，其中，所述頂表面抬升檢測系 統包括專用於抬升檢測的光電檢測器。
14. 根據權利要求11所述的指點設備，其中，所述頂表面抬升檢測系 統包括專用於抬升檢測的傳感器陣列。
15. 根據權利要求14所述的指點設備，其中，所述傳感器陣列被設置 成產生圖像信息，並且其中，所述傳感器陣列所產生的圖像信息被處理以 檢測抬升情況。
16. 根據權利要求11所述的指點設備，還包括使用所述第一抬升狀態 信號來控制所述照明系統。
17. 根據權利要求11所述的指點設備，其中，無論所述指點設備放置在透明結構還是不透明結構上，都利用所述頂表面抬升檢測系統進行抬升 檢測。
18. —種用於光學導航的集成電路，所述集成電路包括 光學導航傳感器陣列，設置成產生與被照明的導航表面有關的圖像信息，用於指點設備中進行的導航跟蹤；導航傳感器抬升檢測系統，設置成響應於所述圖像信息而產生第一抬升狀態信號；頂表面抬升檢測處理器，設置成響應於對反射離開放置了所述指點設備的表面的部分光束進行的檢測，而產生第二抬升狀態信號；和導航引擎，設置成響應於所述第一抬升狀態信號和所述第二抬升狀態 信號中的一個抬升狀態信號以及所述圖像信息，而輸出導航信息。
19. 根據權利要求17所述的集成電路，還包括抬升檢測檢測器，所述 抬升檢測檢測器位於所述集成電路上，並對反射離開放置了所述指點設備 的表面的光進行檢測。
20. 根據權利要求18所述的集成電路，其中，所述抬升檢測檢測器專 用於抬升檢測。
全文摘要
本發明公開了一種指點設備(例如光學滑鼠)，它裝有頂表面抬升檢測系統，無論指點設備放置在透明結構還是不透明結構上，該系統都能夠進行抬升檢測。頂表面抬升檢測系統依靠對反射離開放置了指點設備的表面的光束進行單獨檢測，從而無論在指點設備放置在不透明結構上還是透明結構上都可以對抬升進行檢測。
文檔編號G06F3/038GK101131616SQ200710142089
公開日2008年2月27日 申請日期2007年8月27日 優先權日2006年8月25日
發明者李維彬, 李賽穆 申請人:安華高科技傑納勒爾Ip(新加坡)私人有限公司