光标控制装置与控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光标控制装置与控制方法，特别涉及一种采用多个以阵列形式排列的感应元组成的光感测元件的光标控制装置，以及相关控制方法。
【背景技术】
[0002]光传感器为通过如CMOS (互补式金氧半场效晶体管)、CXD (电荷耦合元件)等感测元件将接受的光线转换为电信号，一般技术可以通过这类元件取得特定光源的强度(能量)，据此可以判断距离(作为距离传感器)、随着时间的能量变化，甚至作为图像获取的元件。
[0003]光学指示装置如电脑鼠标，可利用光传感器作为轨迹移动的判断，当产生的光线射向一操作平面，可以通过前后时间接收的能量变化、图像处理判断一个移动向量。如图1所不的光学鼠标10的内部电路意图,光学鼠标10在一表面11上移动，鼠标外壳12内部电路的主要元件除了一些光学元件外，电路部分设有一电路板14，电路板14上设有一控制、运算发射及感测光的控制器18，以及一光源16和传感器19。
[0004]在此光学鼠标10的外壳12上有一个朝向外部表面11的开槽17,此电路板14即设于此开槽(apertUre)17附近，电路板14上设有如激光或是发光二极管(LED)的光源16。当此光学鼠标10操作时，光源16连续产生发射光，以特定角度射向表面11，如图中虚线表示，经传感器19取得反射光的信号，或是取得反射光强度的图像分布(如传感器19可为CMOS或CXD图像传感器)，控制器18即分析出光学鼠标10的移动方向。
[0005]在前述的已知光学鼠标10的轨迹判断的技术中，相当依赖由表面11取得的反射光的信号，因此一般光学鼠标10的效能将会随着表面11的形式而有不同的表现。
[0006]在光线寻迹的目的中，一般技术将会因为表面结构为透明或是不易反光的材质产生判断失败的问题，造成无法寻迹，也就可能使得相关装置(如光学鼠标)无法顺利操作。
[0007]已知技术中，若要让光线寻迹的装置在不同平面上仍保有一定寻迹的效能，在取得光线移动路径的方式多使用额外的外部定位感测或是一些复杂的运算，但这些定位感测或是运算因为灵敏度的限制、高耗能以及复杂的算法等的原因而仅适用于有限的平面样态上。这些已知的光传感器并非能适用于所有高反射或是很低反射率的平面上。
【发明内容】
[0008]有鉴于已知采用一般光传感器的装置(如光学鼠标)并非能适用于所有高反射或是很低反射率的平面上，本说明书提出一种应用光传感器阵列的光标控制装置与控制方法，通过其中包括多个以阵列形式排列的感应元以及对应的寻迹算法，达到有效寻迹的目的，而且藉此应用的光标控制装置并无需复杂的光学设计，而其中实施例可搭配激光等空间同调性(spatial coherence)良好的光源，据此提供如光学鼠标等光线寻迹装置良好的寻迹能力。此光标的控制方法主要应用表面(比如手指表皮)反射的光与原发射光之间的光建设性和破坏性干涉的图像，作为寻迹识别的依据。
[0009]根据实施例之一，光标控制装置主要元件包括有:提供光源的发光单元，光源可为空间同调性良好的激光；具有一光线通道的壳体，此光线通道如同壳体上的一个开口(opening)，光源发射的光线将经此光线通道射出光标控制装置；由多个以阵列形式排列的感应元组成的光感测单元，其中传感器阵列接收外部物件反射而自光线通道进入光标控制装置的光线；以及一控制单元，用以控制上述发光单元控制光源的能量，控制光感测单元接收自光线通道入射的光线，经运算各个感应元在一采集时间前后所接收的能量后，得出采集时间前后形成的空间干扰的能量差异。这个能量差异将可作为判断移动方向的依据。
[0010]根据实施例之一，前述传感器阵列设计时，除了用以感应光线的多个以阵列形式排列的感应元外，可设有多个虚拟感应元。其中多个感应元之间具有固定的间距和平均的相对位置，而虚拟感应元可设置于传感器阵列的周围。装置内控制电路可根据由这些虚拟感应元所取得的光能量调节整个发光单元的驱动电流。
[0011 ] 电路上，光感测单元还包括多个比较器，每个比较器对应连接一个感应元，用以比对输入的两个能量信号，两个能量信号中的一个为该感应元产生的能量信号，两个能量信号中的另一个为多个感应元所取得的有效能量的一统计平均值，藉此可计算得出前述采集时间前后形成的空间干扰的能量差异。
[0012]电路设计上，根据一实施例，光感测单元、发光单元记忆控制单元可封装于一集成电路内。
[0013]结构设计上，装置的壳体上的光线通道可单纯为一开口，开口设置于对应光源的位置，以利于光源光线射出光标控制装置，开口位置为光标控制装置朝向一使用者的方向所开设，为使用者的手指所接触移动而控制光标移动的位置。因此装置内传感器阵列可经开口接收自手指或任意外部物件反射的光线，使得反射光线由多个以阵列形式排列的感应元所接收。
[0014]光标控制装置上，可包括一个或多个控制接口和一处理电路，比如功能按键或是滚轮之类的控制接口，其中处理电路可经接收触按一个或多个控制接口后产生控制信号。
[0015]根据发明说明书，光标控制装置的控制方法实施例中的步骤有先自发光单元发射光线，经装置壳体上的一光线通道射出，接着由光感测单元接收自外部物件(如手指表皮)反射而经光线通道所进入的光。之后计算光感测单元中各个感应元在一采集时间前后所接收的光能量，可以得出采集时间前后形成的空间干扰的能量差异，并根据采集时间前后累积计算的能量差异判断出外部物件的移动方向。
[0016]前述光线通道如一个壳体上的开口，开口设置于对应发光单元发出光线的光源的位置，以利于光线射出光标控制装置，再经开口接收反射光线。
[0017]在实施例之一，使用者可手指压着壳体上的开口，装置内传感器阵列接收到手指表皮所反射的光线，过程中，装置中的控制电路可以控制发光单元发出的光能量，以及动态调整光感测单元的曝光时间，并控制传感器阵列中各感应元的操作，包括多个虚拟感应元所取得的光能量而调节发光单元的驱动电流，以调整发光单元产生的光能量，包括控制各感应元输出能量的增益。控制单元可通过控制一脉宽调制控制信号的工作周期以控制发光单元的发光周期。
[0018]最后，接着计算得出采集时间前后形成的空间干扰的能量差异后判断外部物件在接触光线通道上的移动对应得出光标移动。
[0019]为了能更进一步了解本发明为实现既定目的所采取的技术、方法以及效果，请参阅以下有关本发明的详细说明、附图，相信本发明的目的、特征以及特点，应当可由此得以深入且具体的了解，然而附图和附件仅提供参考和说明，并非用来对本发明加以限制。
【附图说明】
[0020]图1显示已知的光学鼠标内部电路的示意图；
[0021]图2显示入射平面与反射光的反射光径的示意图；
[0022]图3所示为本发明光标控制装置内的光传感器阵列装置中封装于一集成电路内的传感器阵列的示意图；
[0023]图4A示意显示本发明光标控制装置的电路设计实施例的概图；
[0024]图4B示意显示本发明光标控制装置的外观实施例的示意图；
[0025]图5为显示本发明光标控制装置的实施例电路的方框图；
[0026]图6显示为本发明装置采用的传感器阵列的实施例的示意图；
[0027]图7显示本发明光标控制装置内光传感器阵列装置的感应元的布局示意图；
[0028]图8显示为本发明光标控制装置内光传感器阵列装置中各感应元执行光线寻迹方法的示图之一；
[0029]图9显示为本发明光标控制装置内光传感器阵列装置中各感应元执行光线寻迹方法的示图之二；
[0030]图10显示的流程为本发明光标控制方法的实施例步骤。
[0031]【符号说明】
[0032]光学鼠标10表面11
[0033]鼠标外壳12电路板14
[0034]控制器18光源16
[0035]传感器19开槽17
[0036]入射光201表面结构205
[0037]反射光203
[0038]电路板30传感器阵列32
[003