专利名称：光学指向装置中的光源控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学指向装置，并涉及光学指向装置中的光源控制。
背景技术：
供计算机及其显示器使用的手操作指向器的使用已经变得几乎是广泛使用的。各种类型指向器的一种形式是结合配套的鼠标垫使用的传统的(机械)鼠标。机械式鼠标器一般包括橡皮包面的钢球，其随着鼠标的移动而在鼠标垫上滚动。鼠标的内部是滚轴或转轮，在它的赤道处接触所述钢球并且将其旋转转换为表示鼠标运动正交分量的电信号。这些电信号耦合到计算机，在计算机中软件根据鼠标的运动响应所述信号来改变ΔX和ΔY指向器(光标)的显示位置。
除了诸如传统的机械式鼠标器的机械式指向器，光学指向装置也已经发展了起来。在一种光学指向装置的形式中，不是使用像滚珠的运动机械元件，成像表面(诸如手指或桌面)和光学指向装置内的图像传感器之间的相对运动被光学感测并被转化为运动信息。
电子图像传感器，诸如一般光学指向装置中使用的那些，主要有两种类型电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体-有源像素传感器(CMOS-APS)。这两类传感器一般都包括以图案(pattern)形式排列的光电探测器(即像素)阵列。每个单独的光电探测器工作用于输出具有大小与入射在光电探测器位置上的光强度成比例的信号。这些输出信号能随后被处理并且操作以产生包括若干独立图像单元(像素)的图像，其中图像中的每一个像素对应于图像传感器中光电探测器(即像素)中的一个。
光学指向装置的一种形式包括非相干光源，诸如发光二极管(LED)，用于照射成像表面或导航表面从而产生通过光学指向装置的图像传感器感测的反射图像。光学指向装置的另外一种形式包括相干光源，诸如激光器，用于照射成像表面从而产生通过光学指向装置的图像传感器感测的反射图像。基于具有光学指向装置的光学导航的相干光源可以提供比传统的非相干光源光学指向装置提供的更好的成像表面覆盖度和更好的跟踪性能。
相干光源(诸如激光器)具有比非相干光源(诸如LED)更多严格的眼睛安全规程。例如，国际电工委员会(IEC)标准定义了1类(class-1)激光器作为在相当可预知的操作条件下安全可靠的激光器，包括使用用于束内观察(intrabeam viewing)的光学仪器。为了满足1类等级，即使某人利用激光器前方的放大镜注视激光器相当长的一段时间也不会损害眼睛。光学指向装置内部1类(Class-1)激光器的最大光功率输出基于激光器输出的波长和激光器的操作方式受IEC标准的限制。例如，具有840纳米(nm)标称波长的单模垂直腔表面发射激光器(VCSEL)由IEC标准定义为具有小于连续波(CW)模式下700微瓦(μW)的峰值光功率输出以符合1类分级。
光学指向装置中的相干光源必须提供足够电平的光输出(即最小光功率输出)以获得传感器图像恰当的曝光。光学指向装置中一般VCSEL的最小光功率输出的实例是大约200μW。这种最小光功率输出随着光指示装置不同的环境操作条件而变化。例如，较少的光从具有暗调的表面和具有大的表面粗糙度的表面反射出去。为了正确导航这些较少反射的表面上的光学指向装置，一般增加来自相干光源的最小光功率输出。替代地，可以增加传感器的曝光时间获得传感器图像恰当的曝光水平。然而长的曝光时间限制了光学指向装置的跟踪速度。
因此，光学指向装置中相干光源的操作窗口(operating window)由最小光功率输出以及相干光源的最大光功率输出定义以提供传感器图像恰当的曝光并符合眼睛安全规程定义，诸如IEC标准定义的1类分级。
在光学指向装置中，相干光源(诸如激光器)一般利用电流调节电路控制。电流调节电路通过改变由光源驱动器提供给光源的驱动电流来调整相干光源的光功率输出。光学指向装置中使用的一般的相干光源(例如VCSEL)一般对驱动电流是极端敏感的，因此由光源驱动器提供的驱动电流中小的波动都会导致相干光源光功率输出中巨大的变化。稳定并且精确的电源优选提供给光学指向装置中相干光源以适应相干光源的操作窗口。
具有激光光源(例如VCSEL)的光学指向装置的一种形式是使用电流调节电路控制光源驱动器向激光器提供固定的驱动电流。具有这种固定驱动电流电路的光学指向装置中，激光器的操作方式和光功率输出基于激光器的阈值电流和斜率效率(slope efficiency)。激光器的阈值电流是使激光器开始发出激光的最小驱动电流。激光器的斜率效率是激光器光功率输出比驱动电流。一般使用于光学指向装置的VCSEL及其它激光器一般具有大的制造工序变化，其导致激光器阈值电流和斜率效率的大变化。光学指向装置的单个校准一般用于具有固定电流驱动电路的光学指向装置以保证激光器提供眼睛安全操作和最小光功率输出。即使在单个校准以后，激光器的光功率输出也可以受其它参数的影响，诸如激光器寿命和工作温度条件方面的变化。
用固定驱动电流电路克服上述问题中的一些的光学指向装置的一种形式包括闭环激光器驱动电路。在这种形式的光学指向装置中，监控光电二极管一般用于连续地监控激光器的光功率输出并且向闭环激光器驱动电路提供反馈。闭环激光器驱动电路可以适应由于制造工序变化的激光器中的阈值电流和斜率效率变化。此外，激光器寿命和工作温度条件还可以由闭环激光器驱动电路适应。然而闭环激光器驱动电路是难于实施并且是昂贵的。例如，闭环激光器驱动电路使用昂贵的从激光器到监控光电二极管的光反馈路径。
光学指向装置的一种形式包括开环激光器驱动电路。在一个用于制造具有开环激光器驱动电路的光学指向装置的处理实例中，激光器(例如VCSEL)被预先测试以确定激光器阈值电流、斜率效率和温度系数。预先测试的激光器被分类并且据此分组为有限数目的组(bins)。每一组的激光器与对应的开环电流调节电路相匹配。对应的开环电流调节电路可以正确地调节对应的激光器的驱动电流以保证激光器在其定义的操作窗口(window)中操作以提供最小光功率输出并且确保眼睛安全操作。虽然这种制造工序可靠地保证了获得激光器恰当的操作窗口，但是制造工序是时间密集的并且昂贵的。此外，由于由有限数目可选开环电流调节电路提供的有限补偿范围，这种制造工序一般导致大多数激光器不可用。
因为这些及其它理由，有必要提出本发明。
发明内容
本发明的一个方面提供一种光学指向装置，包括光源、导航传感器、光源驱动器以及驱动电流控制器。光源配置为响应驱动电流以提供至少部分相干光用于照射成像表面从而产生反射图像。导航传感器配置为基于反射图像产生数字图像，并且基于数字图像产生表示成像表面和光学指向装置之间的相对运动的运动数据。
光源驱动器配置为向光源提供驱动电流。驱动电流控制器配置为基于选择的数字图像校准驱动电流。
附图1是示出根据一个实施例的光学指向装置主要部件的方框图。
附图2是绘制各种各样VCSEL的光功率输出与驱动电流关系的示意图。
附图3是示出用于向光学指向装置中的光源提供驱动电流的初始自校准处理的一个实施例的流程图。
附图4是示出用于向光学指向装置中的光源提供驱动电流的完整再校准处理一个实施例的流程图。
附图5是示出用于向光学指向装置中的光源提供驱动电流的部分再校准处理一个实施例的流程图。
具体实施例方式
在下面的详细说明中，引用构成此文一部分的附图，并且其中通过说明本发明可以实施的具体实施例加以示出。关于这一点，方向性术语(诸如“顶，”“底”，“前”，“后”，“前沿”，“尾部”等等)用于指示所描述的附图的方向。由于本发明实施例的部件可以位于若干不同的方向，所以方向术语用于说明用途并且决不限制。可以理解的是可以使用其它实施例，并且可以不脱离本发明的范围而在结构上或逻辑上作出变化。因此在以下的详细说明中，没有采取限制意义，并且本发明的范围由所附的权利要求定义。
附图1是根据一个实施例示出光学指向装置100主要部件的方框图。光学指向装置100包括光学导航传感器集成电路(IC)102、光源118、可选透镜120以及可选透镜128。光学导航传感器102包括数字输入/输出电路106、导航处理器108、模-数转换器(ADC)112、光电探测器阵列(光敏元件阵列)114以及光源驱动电路116。在一个实施例中，光学指向装置100是用于台式个人计算机、工作站、便携式计算机或其它装置的光学鼠标。在另一个实施例中，光学指向装置100配置为光学指纹感测指向器，或其它指向器。
根据一个实施例在运行时，光源118将光122发射到导航表面124上，其是桌面或其它适当的成像表面，并且产生反射图像。在一个实施例中，光源将定向通过透镜128的光122发射到导航表面124上。在一个实施例中，光源118是相干光源或至少部分相干光源。在一个实施例中，光源118是激光器。在一个实施例中，光源118是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)二极管。在另一个实施例中，光源118是边缘发射激光二极管。在一个实施例中，光源118包括宽带或非相干光源，诸如发光二极管(LED)以及过滤宽带光以提供至少部分相干光的窄带滤波器。光源118由驱动电路116控制，其经过控制线110由导航处理器108控制。在一个实施例中，控制线110由导航处理器108使用以使驱动电路116通电和关断，以及相应地导致光源118通电以及关断。
来自导航表面124的反射光反射到光电探测器阵列114上。在一个实施例中，来自表面124的反射光由透镜120导向光电探测器阵列114。透镜120和128称为可选透镜是由于包括体现为相干光源(诸如激光器)或至少部分相干光源的光源118的光学指向装置100的实施例可以体现为没有透镜120和128、具有透镜120和128或仅仅具有透镜120和128中的一个。
光电探测器阵列114中的每个光电探测器提供大小基于入射在光电探测器上光强度而变化的信号。来自光电探测器阵列114的信号提供到模-数转换器112，其将信号转换为适当分辨率(例如八位)的数字值。数字值表示光学指向装置100下面桌面或其它导航表面部分的数字图像或数字表示。由模-数转换器112产生的数字值输出到导航处理器108。由导航处理器108接收的数字值存为存储器111内的帧。
光电探测器阵列114的总尺寸优选的是足够大以接收具有几个特征的图像。这种空间特征的图像随着光学指向装置100在导航表面124上的移动而产生像素信息的平移图案。阵列114中的光电探测器的数目和它们的内容捕获以及数字化的帧频率一起影响了光学指向装置100可以在表面上移动且仍被跟踪的快慢。跟踪是通过导航处理器108比较新捕获的抽样帧和先前捕获的参考帧以确定移动方向和移动量来实现的。
在一个实施例中，导航处理器108执行连续帧的互相关以确定运动信息。在这个实施例的一个形式中，一个帧的全部内容是由导航处理器108连续在由一个像素偏移量近似解(trial)移位允许的八个方向中的每一个(一个跨越(over)，一个跨越和一个按下(down)，一个按下，一个未按下(up)，一个未按下和一个跨越，另一个方向的一个跨越等等)方向移位一个像素的距离。其合计为八个近似解。此外，由于在那里可以不必具有任何运动，还可以使用称为空移位的第九近似解。在一个示例操作中，每个近似解移位之后，帧的互相重叠的那些部分由导航处理器108逐像素地减去，并且产生的差值优选被平方然后累加起来形成重叠区域内相似(相关性)的测量(measure)。在一个实施例中，可以使用较大的近似解移位(例如两个上方的和一个下方的)。
具有最小差值(即最大的相关性)的近似解移位可以作为两个帧之间运动的表示。也就是说，它提供可以是依比例缩放和/或累积的原始运动信息以提供合适间隔尺寸(granularity)以及适当的信息交换速度的运动信息(例如ΔX和ΔY)，其由数字输入/输出电路106经过数据和控制线104提供给主机装置。光学指向装置100还被配置为经过数据和控制线104接收来自主机装置的数据和控制信号。
在一个实施例中，光源118包括在激光器中(例如VCSEL)，其以脉冲模式操作而不是以连续波(CW)的模式。当导航传感器102没有积分感测的图像时，光源118变为关闭，而不是连续地开启的光源118。换句话说，在这个实施例中，光源118(例如VCSEL)经过导航处理器108同步到导航传感器102的帧频率，该导航处理器控制光源驱动器116以向光源118提供脉冲的驱动电流。
在具有以CW模式操作的激光器的传统的光学指向装置中，激光器具有100％占空度(duty cycle)，其明显地限制了激光器的峰值光功率输出。例如，由IEC标准定义了具有840纳米标称波长的单模式VCSEL，在CW模式下具有小于700μW的峰值光功率输出以符合1类分级。
IEC标准考虑了脉冲系统必须满足的各种各样的标准，诸如平均脉冲串功率小于或等于CW模式限制；单个脉冲中的能量小于单个脉冲能量限制；和在一串脉冲中每一脉冲的平均能量小于减去频率因子的单个脉冲能量极限。为了清楚，以下实例仅仅考虑用于光学指向装置100的实施例的IEC标准平均脉冲串功率标准，其中光源118包括具有840纳米标称波长的单模式VCSEL，其经导航处理器108及光源驱动器116以同步于导航传感器102的帧频率的脉冲方式驱动，处于示例性实例具有400微秒(μs)脉冲宽度的18％占空度。在这个光学指向装置100的实例中，以18％占空度脉冲的VCSEL光源118允许具有3.9mW的峰值光功率输出以获得IEC标准1类平均脉冲串功率分级。在这个实例中，由IEC标准1类平均脉冲串功率分级限制的VCSEL光源118的峰值光功率输出明显大于具有以CW模式操作的VCSEL的传统的光学指向装置。然而，当设计光学指向装置时，其它因素可限制峰值光功率，诸如IEC标准定义的单脉冲能量极限和频率因子。
上述激光器脉冲技术显著地增加了激光源118的操作范围，这从而显著地缓和了对开环电流驱动电路和激光器选择标准上的要求。例如，在背景部分论述的用于具有以CW模式操作的开环激光器驱动电路的光学指向器分类和分组制造工序在光学指向器100的实施例中是没有必要的，光学指向器100使激光源118同步于导航传感器102的帧频率脉冲。
附图2是绘制各种各样VCSEL的光功率输出与驱动电流关系的示意图。第一VCSEL具有在202表示的阈值电流和在204表示的斜率效率。第二VCSEL具有在202表示的阈值电流和在206表示的斜率效率。第三VCSEL具有在208表示的阈值电流和在210表示的斜率效率。第四VCSEL具有在208表示的阈值电流和在212表示的斜率效率。
导航需要的最小光功率表示在214。CW模式眼睛安全光功率限制表示在216。脉冲模式眼睛安全光功率限制表示在218。
在附图2示出的实施例中，在CW模式下运行的VCSEL具有在220表示的低电流限制和在222表示的高电流限制之间的电流运行范围，以获得在216表示的CW模式眼睛安全光功率限制和214表示的导航需要的最小光功率。为了清楚起见，假定单个阈值电流202，仅仅具有在由第一VCSEL和第二VCSEL定义的范围之间的斜率效率的VCSEL可以用于这个实例CW模式操作，所述第一VCSEL具有在202表示的阈值电流和在204表示的斜率效率，所述第二VCSEL具有在202表示的阈值电流和具有在206表示的斜率效率。存在满足导航需要的最小光功率的阈值电流和斜率效率的其它组合。具有在208表示的阈值电流和在210表示的斜率效率的第三VCSEL和在208表示的阈值电流和在212表示的斜率效率的第四VCSEL使用相同的激光器驱动电路不会获得在214表示的导航需要的最小光功率。
在附图2示出的实施例中，与导航传感器的帧频率同步脉冲的VCSEL光源允许具有在218表示的脉冲模式眼睛安全光功率限制。从而，允许的脉冲模式电流运行范围在220表示的低电流限制和224表示的高电流限制之间显著地变宽。变宽的电流运行范围允许具有附图2中绘制的所有四个VCSEL定义的范围内的阈值电流和斜率效率的所有VCSEL能够以这个实例脉冲方式操作。
在一个实施例中，导航处理器108执行自校准处理以确定将由光源驱动器116向光源118(例如激光器，诸如VCSEL)提供的合适电平的驱动电流。在一个实施例中，自校准处理由存储在导航处理器108的存储器111中的软件控制。
在自校准处理的一个实施例中，导航处理器108向光源驱动器116中的数模转换器(DAC) 126提供表示用于光源118需要的驱动电流的数字阀。DAC 126将数字值转换为由光源驱动器116提供给光源118的模拟驱动电流。在自校准处理的一个实施例中，光学指向装置100复位之后(例如当计算机系统开启或者重新启动的时候)，初始自校准处理重复地循环所有可用的驱动电流值直到驱动电流值中的一个产生来源于来自导航表面124光电探测器阵列114反射的光的适当的图像。在一个实施例中，初始自校准处理重复地循环从最小可能的驱动电流值到最大可能的驱动电流值的所有驱动器电流值，直到驱动电流值中的一个产生适当的图像。在一个实施例中，初始自校准处理从最大可能的驱动电流值到最小可能的驱动电流值重复地循环所有驱动电流值，直到驱动电流值中的一个产生适当的图像。在一个实施例中，最小可能的驱动电流值到最大可能的驱动电流值合适范围是大约2毫安到大约11毫安。然而，其它实施例包括各种各样合适可用的驱动电流值。
在一个实施例中，复位之后的初始自校准处理产生高于激光器电流阈值的驱动电流的估计值。尽管如此，如果导航表面124是非常暗淡的，驱动电流的估计值可以高于必要或可能低于合乎需要的驱动电流。因此，在一个实施例中导航处理器108还执行再校准处理。在一个实施例中，再校准处理是在光学指向装置已处于选中为避免扰乱光学指向装置的用户的静止(rest)状态之后合适时间以后执行光学指向装置光学指向装置。在一个实施例中，由导航处理器108执行的再校准处理是在光学指向装置100已处于静止相当长的时间，诸如大约10分钟或其它合适时间，以后开始。
由导航处理器108执行的再校准处理的一个实施例类似于初始自校准处理并且循环可用的驱动电流值范围直到驱动电流值产生来源于从导航表面124反射到光电探测器阵列114上的光的适当的图像。在一个实施例中，再校准处理循环可用的驱动电流值范围，并且如果没有驱动电流值产生适当的图像，则再校准处理结束并且驱动电流设置为取自进入再校准处理时的先前驱动电流值。
在一个实施例中，导航处理器108还执行由光源驱动器116向光源118提供的驱动电流的运行方式调整。当光源驱动器116向光源118提供产生来源于从导航表面124反射到光电探测器阵列114上的光的图像的驱动电流时，这个运行方式调整减少了由光源驱动器116向光源118提供的驱动电流，所述阵列有效地充满(saturates)导航传感器102。在这个运行方式调整的一个实施例中，驱动电流减去阶跃(step)电流值，如果自动曝光控制处于最小，并且光电探测器阵列114的像素产生最大化ADC 112输出的图像，以便由ADC 112向导航处理器108提供的数字图像使其像素饱和。
由导航处理器108执行的初始自校准处理的一个实施例总体在附图3中的300示出。在302，当复位条件出现在导航传感器IC 102中时初始自校准处理开始，诸如计算机的开机、重新启动计算机、在电池供电的光学指向装置中安装电池组及其它的复位条件。在304，在302复位条件被检测之后，光源118驱动电流被设置为最小电流值。
在306，利用最小电流值获取数字图像。最小电流值产生从导航表面124反射到光电探测器阵列114上的光122。如上所述，光电探测器阵列114向ADC 112提供大小基于入射到对应的光电探测器上的光的强度而变化的信号。ADC 112将信号转换为表示提供给导航处理器108的数字图像的数字值。
在308，导航处理器108确定由ADC 112提供的数字图像是否是优良的图像。在一个实施例中，这个确定基于图像质量的两种测量(measures)，其可以起源于保存在存储器111中的图像阵列中的像素。
在一个实施例中，图像质量的第一测量称为导航适合性测量。导航适合性涉及图像中可识别的特征的数目。导航适合性可以通过向图像施加适当的高通滤波器确定。一个示例性适当的高通滤波器是拉普拉斯(Laplacian)滤波器。高通滤波器输出超过导航适合性阈值的图像阵列中的像素数目是用于导航的表面质量的表示(即导航适合性)。当光学指向装置100(例如光学鼠标)被举起时，导航适合性测量(measurement)一般是零或很低的，这是由于光学指向装置100下的导航表面124的图像焦点没有对准。
当光学指向装置100被举起，由光源驱动器116向光源118提供的驱动电流一般不能设置，这是因为获取的图像一般对于导航太暗或者受环境光(ambient light)的影响。因此，在一个实施例中，导航处理器108比较导航适合性测量和导航适合性阈值以确定光学指向装置100何时在表面之上或很接近表面。在这个实施例中，如果导航适合性测量小于导航适合性阈值，图像确定为低劣图像。
由于噪声的缘故导航适合性测量还可以很高，这是因为噪声可以具有显著的高频分量。
因此，在一个实施例中，在308使用的图像质量的第二测量是获取的图像中测量的最大像素值。在一个实施例中，如果在获取的图像中的测量的最大像素值小于最大像素阈值，获取的图像确定为低劣图像。
在一个实施例中，如果获取的图像的导航适合性测量小于导航适合性阈值或者获取的图像的最大像素值测量小于最大像素阈值，在308获取的图像确定为低劣图像，并且初始自校准处理300前进到310。在310，驱动电流值增加阶跃(step)电流值。一个示例性适当的阶跃电流值大约是0.3475毫安。然而，其它实施例包括各种各样适当的阶跃电流值。在312，如果增加的驱动电流值大于最大电流值，处理300返回到304并且将驱动电流设置为最小电流值，并且处理300前进到306以用最小电流值获取图像。在312，如果驱动电流值小于或等于最大电流值，处理300前进到306以用增加的驱动电流获取图像。
在308，如果获取的图像测量的导航适合性不小于导航适合性阈值而获取的图像的测量的最大像素值也不小于最大像素值，则获取的图像确定为优良的图像并且处理300前进到314。
在308在其它实施例中，除了或除数字图像的测量最大像素值之外的其它像素统计可被用于测量图像质量以确定获取的图像是否是优良图像，诸如数字图像的测量的平均像素值，数字图像的测量的最小像素值，和/或数字图像的测量的像素比率值。
在314，导航处理器108确定所述优良图像是否是第一优良图像。
如果所述图像是第一个优良图像，在316，驱动电流值设置为驱动电流加上电流衰减值以避免恰好清除光源118的阈值电流。在318，导航处理器108确定在316设置的新的驱动电流值是否大于最大电流值。如果驱动电流值大于最大电流值，在320，驱动电流设置为最大电流值并且处理300返回到306以用最大电流值获取图像。如果驱动电流值小于或等于最大电流值，处理300返回到306以用衰减的驱动电流值获取图像。
在314如果导航处理器108确定优良图像不是第一优良图像，处理300继续到322，其中导航处理器108确定优良图像是否是第M个优良图像。在322，如果优良图像不是第M个优良图像，处理300返回到306以用驱动电流获取图像。在322如果优良图像是第M个优良图像，处理300前进到324，其中导航处理器108确定是否存在从最小电流值到产生M个连续优良图像的适当的高电流值设置驱动电流的N个连续摆动(sweeps)。N个摆动是在第一个成功摆动获取M个优良图像之后计数。如果在324处理300完成了N个摆动，处理300结束。如果处理300没有完成N个摆动，处理300返回到304。
通过从最小可能驱动电流值到最大可能的驱动电流值重复地循环所有驱动器电流值，上述初始自校准处理300的实施例重复地循环所有可用驱动电流值直到驱动电流值中的一个产生适当的图像。初始自校准处理的其它实施例可以其它方式循环所有可用驱动电流值，诸如从最大可能驱动电流值到最小可能驱动电流值直到驱动电流值中的一个产生适当的图像。
由导航处理器108执行的完整再校准处理的一个实施例总体示出在附图4中的400。在402，在光学指向装置100已处于被选中以避免干扰光学指向装置用户的长静止的适当时间以后开始完整再校准处理。在一个实施例中，在光学指向装置100已处于合理的长时间静止，诸如大约10分钟或其它适当的时间以后，由导航处理器108开始完整再校准处理400。
在404，在适当长的静止时间以后，驱动电流值设置为最小电流值。在406，导航处理器108确定驱动电流值是否大于最大电流值。在第一次通过处理400过程中，在404驱动电流值设置为最小电流值以便驱动电流值不大于最大电流值并且处理400前进到408。
在408，利用最小电流值获取数字图像。最小电流值产生从导航表面124反射到光电探测器阵列114上的光122。如上所述，光电探测器阵列114向ADC 112提供大小基于入射到对应的光电探测器上的光的强度而变化的信号。ADC 112将信号转换为提供给导航处理器108的表示数字图像的数字值。
在410，导航处理器108确定由ADC 112提供的数字图像是否是优良的图像。在类似于初始自校准处理300的一个实施例中，这种图像质量的确定基于导航适合性测量以及最大像素值测量，其中两者都起源于保存在存储器111中的图像阵列中的像素。
在一个实施例中，如果获取的图像的导航适合性测量小于导航适合性阈值或者获取的图像的最大像素值测量小于最大像素阈值，在410获取的图像确定为低劣图像并且完整再校准处理400前进到412。
在412，驱动电流值增加阶跃电流值。在406，如果增加的驱动电流值大于最大电流值，处理400前进到414。在414，完整再校准处理400终止并且驱动电流设置为取自进入处理400时的先前驱动电流值。在406，如果驱动电流值小于或等于最大电流值，处理400前进到408以用增加的驱动电流获取图像。
在410如果获取的图像的测量的导航适合性不小于导航适合性阈值而获取的图像的测量的最大像素值也不小于最大像素值，则将获取的图像确定为优良的图像并且处理400前进到416。
在其它实施例中，在410除了或除数字图像的测量的最大像素值之外的其它像素统计可以用于测量图像质量以确定获取的图像是否是优良图像，诸如数字图像的测量的平均像素值，数字图像的测量的最小像素值，和/或数字图像的测量的像素比率值。
在416，导航处理器108确定所述优良图像是否是第一优良图像。如果所述图像是第一优良图像，在418，驱动电流值设置为驱动电流加上电流衰减值以避免恰好清除光源118的阈值电流。在406，导航处理器108确定在418设置的新的驱动电流值是否大于最大电流值。如果驱动电流值大于最大电流值，完整再校准处理400前进到414，其中处理400终止并且驱动电流设置为取自进入处理400时的先前驱动电流值。如果驱动电流值小于或等于最大电流值，处理400返回到408以用衰减驱动电流值获取图像。
如果导航处理器108在416确定优良图像不是第一优良图像，处理400继续到420，其中导航处理器108确定优良图像是否是第M个优良图像。在420如果优良图像不是第M个优良图像，处理400返回到406，其中导航处理器108确定驱动电流值是否大于最大电流值。如果驱动电流值大于最大电流值，处理400前进到414，其中处理400终止并且驱动电流设置为取自进入处理400时的先前驱动电流值。如果驱动电流值小于或等于最大电流值，处理400返回到408以用驱动电流获取图像。在420如果优良图像是第M个优良图像，完整再校准处理400结束。
在完整再校准处理400的上述实施例中，再校准仅仅当每次进入长的静止期时发生一次。
在这个实施例中，如果光学指向装置100重新激活并且进入另一长的静止期，那么完整再校准处理可以再次执行。处理400是一种完整再校准处理，这是因为通过从最小电流值循环到产生M个连续优良图像的适当的高电流值，它循环所有可用驱动电流值。完整再校准处理的其它实施例可以以其它方式循环所有可用驱动电流值，诸如从最大电流值到产生M个连续优良图像适当的低电流值。
由导航处理器108执行的部分再校准处理的一个实施例总体示出在附图5中的500。在502，完整再校准处理是在光学指向装置100已处于短睡眠状态的适当时间以后开始，该短静止被选择为显著地比用于进入完整再校准处理400的阀值的长的静止时间短。在一个示例实施例中，在光学指向装置100已静止合理短的时期，诸如大约10秒或其它适当的时间以后由导航处理器108开始部分再校准处理500。
在504，在所述适当的短静止时间以后，驱动电流值设置为[驱动电流-Px阶跃电流值]。在506，导航处理器108确定驱动电流值是否大于[先前电流值+(P-Q)x阶跃电流值]，其中先前驱动电流值取自进入处理500时的值。在一个实施例中，P大于Q。第一次通过处理500的过程中，在504驱动电流值设置为[驱动电流-Px阶跃电流值]因此驱动电流值不大于[先前电流值+(P-Q)x阶跃电流值]并且处理500前进到508。
在508，利用[驱动电流-Px阶跃电流值]获取数字图像，其产生从导航表面124反射到光电探测器阵列114上的光122。如上所述，光电探测器阵列114向ADC 112提供大小基于入射到对应的光电探测器上的光的强度而变化的信号。ADC 112将信号转换为提供给导航处理器108的表示数字图像的数字值。
在510，导航处理器108确定由ADC 112提供的数字图像是否是优良的图像。在类似于初始自校准处理300的一个实施例中，这种图像质量的确定基于导航适合性测量以及最大像素值大小，其中两者都起源于保存在存储器111中的图像阵列中的像素。
在一个实施例中，如果获取的图像的导航适合性测量小于导航适合性阈值或者获取的图像的最大像素值测量小于最大像素阈值，在510获取的图像确定为低劣图像并且部分再校准处理500前进到512。在512，驱动电流值增加阶跃电流值。在506，如果增加的驱动电流值大于[先前电流值+(P-Q)x阶跃电流值]，处理500前进到514。在514，部分再校准处理500终止并且驱动电流设置为取自进入处理500时的先前驱动电流值。在506，如果驱动电流值小于或等于[先前电流值+(P-Q)x阶跃电流值]，处理500前进到508以用增加驱动电流获取图像。
在510，如果获取的图像的测量的导航适合性不小于导航适合性阈值，而获取的图像的测量最大像素值也不小于最大像素值，确定获取的图像为优良图像并且处理500前进到516。
在其它实施例中，在510除了或除数字图像的测量的最大像素值之外的其它像素统计可以用于测量图像质量以确定获取的图像是否是优良图像，诸如数字图像的测量的平均像素值，数字图像的测量的最小像素值，和/或数字图像的测量的像素比率值。
在516，导航处理器108确定所述优良图像是否是第一优良图像。如果所述图像是第一优良图像，在518，驱动电流值设置为驱动电流加上电流衰减值以避免恰好清除光源118的阈值电流。在506，导航处理器108确定在518设置的新的驱动电流值是否大于[先前电流值+(P-Q)x阶跃电流值]。如果驱动电流值大于[先前电流值+(P-Q)x阶跃电流值]，部分再校准处理500前进到514，其中处理500终止并且驱动电流设置为取自进入处理500时的先前驱动电流值。如果驱动电流值小于或等于[先前电流值+(P-Q)x阶跃电流值]，处理500返回到508以用衰减驱动电流值获取图像。
在516，如果导航处理器108确定优良图像不是第一优良图像，处理500继续到520，其中导航处理器108确定优良图像是否是第M个优良图像。在520如果优良图像不是第M个优良图像，处理500返回到506其中导航处理器108确定驱动电流值是否大于[先前电流值+(P-Q)x阶跃电流值]。如果驱动电流值大于[先前电流值+(P-Q)x阶跃电流值]，处理500前进到514，其中处理500终止并且驱动电流设置为取自进入处理500时的先前驱动电流值。如果驱动电流值小于或等于[先前电流值+(P-Q)x阶跃电流值]，处理500返回到508以用驱动电流获取图像。在520如果优良图像是第m个优良图像，部分再校准处理500结束。
在部分再校准处理500的上述实施例中，部分再校准仅仅在每次进入短静止期时发生一次。在这个实施例中，在光学指向装置100重新激活并且进入另一短静止期之后，可再次进入部分再校准处理500。部分再校准处理500是在显著短的静止时间以后进入的，其比用作进入完整再校准处理400的阈值的长的静止时间短(例如一个实例短静止期等于10秒)。然而，部分再校准处理500仅仅考虑从[(先前驱动电流-Px阶跃电流值)+电流衰减值]到[(先前电流值+(P-Q)x阶跃电流值)+电流衰减值]的可能的驱动电流值。为了示例性用途，在一个示例实施例中，其中P等于5，Q等于2，而电流衰减值等于阶跃电流值，可以大概地考虑九个驱动电流值以获取优良图像(即先前驱动电流-4个阶跃，先前驱动电流-3个阶跃，先前驱动电流-2个阶跃，先前驱动电流-1个阶跃，先前驱动电流，先前驱动电流+1个阶跃，先前驱动电流+2个阶跃，先前驱动电流+3个阶跃以及先前驱动电流+4个阶跃)。
以上初始自校准处理300、完整再校准处理400以及部分再校准处理500及适当的自校准处理的其它实施例可以在没有可编程非易失性存储器的情况下或在光学指向装置100的制造期间没有校准的情况下实施。此外，校准实施例可以在其中所述光学指向装置正在使用的任何导航表面上重复。再校准处理的实施例减轻了工作温度对光学指向装置的光源的影响。此外，上述所有实施例可以提供用于简化的制造工艺，这导致降低的光学指向装置产品成本以及减少的产品测试时间。
上述实施例中，自校准处理300、完整再校准处理400、部分再校准处理500、光源脉冲方式操作控制以及驱动电流的运行方式调整在光学指向装置100的导航处理器108中实施。在其它实施例中，代替或除导航执行驱动电流控制器功能的处理器108之外，导航传感器IC 102之外的处理器可从导航传感器102获取图像统计并且执行驱动电流控制器功能。在一个实施例中，光源驱动器116在导航传感器IC 102以外。本领域的普通技术人员可以理解的是由光学指向装置100执行的这些电流控制功能及其它功能可以以硬件、软件、固件或其任何组合的形式实施。所述实施方式可以是经过微处理器、可编程逻辑器件或状态机实现。本发明的部件可以存在于一或多个计算机可读取媒体上的软件中。这里使用的术语计算机可读取媒体定义为包括任何类型的存储器，易失的或非易失性的，诸如软盘、硬盘、CD-ROM、快闪存储器、只读存储器(ROM)以及随机存取存储器(RAM)。
虽然这里示出并且描述了特定实施例，对于本领域普通技术人员来说可以理解的是，不脱离本发明范围各种各样候选和/或等效实施例可以代替示出以及描述的特定实施例。本申请是用来覆盖这里论述的特定实施例的任何修改或变化。因此，希望本发明仅仅由权利要求以及其等价物限制。
权利要求
1.一种光学指向装置，包括光源，配置为响应驱动电流以提供至少部分相干光用于照射成像表面从而产生反射图像；以及导航传感器，配置为基于反射图像产生数字图像，并且基于数字图像产生表示成像表面和光学指向装置之间的相对运动的运动数据；光源驱动器，配置为向光源提供驱动电流；以及驱动电流控制器，配置为基于选择的数字图像控制光源驱动器以及校准驱动电流。
2.权利要求1的光学指向装置，其中光源包括激光器。
3.权利要求1的光学指向装置，其中光源包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)。
4.权利要求1的光学指向装置，其中光源包括配置为提供宽带光的宽带光源，以及配置为滤波宽带光以提供至少部分相干光的窄带滤波器。
5.权利要求1的光学指向装置，其中导航传感器配置为以帧频率捕获数字图像的帧，以及以同步于帧频率的占空度使驱动电流脉冲。
6.权利要求1的光学指向装置，其中导航传感器配置为如果基于反射图像产生的数字图像充满导航传感器则减少工作模式期间的驱动电流。
7.权利要求1的光学指向装置，其中导航传感器配置为在导航传感器中出现复位条件以后校准驱动电流。
8.权利要求7的光学指向装置，其中导航传感器配置为重复地循环可用的驱动电流值，直到基于反射图像驱动电流值中的一个产生适当质量数字图像。
9.权利要求8的光学指向装置，其中导航传感器配置为基于以下当中的至少一个来确定数字图像是否是适当质量数字图像来源于数字图像的导航适合性测量、数字图像的测量的平均像素值、数字图像的测量的最小像素值、数字图像的测量的像素比率值以及数字图像的测量的最大像素值。
10.权利要求1的光学指向装置，其中导航传感器配置为在光学指向装置已处于静止的选定静止期以后校准驱动电流。
11.权利要求10的光学指向装置，其中选择选定静止期以避免干扰光学指向装置的用户。
12.权利要求10的光学指向装置，其中导航传感器配置为将可用的驱动电流值循环一次直到基于所述反射图像驱动电流值中的一个产生适当质量数字图像。
13.权利要求12的光学指向装置，其中导航传感器配置为如果基于反射图像没有可用的驱动电流值产生适当质量数字图像，那么设置驱动电流值为取自选定静止期之后校准开始时的先前驱动电流值。
14.权利要求12的光学指向装置，其中导航传感器配置为基于以下当中的至少一个来确定数字图像是否是适当质量数字图像来源于数字图像的导航适合性测量、数字图像的测量的平均像素值、数字图像的测量的最小像素值、数字图像的测量的像素比率值以及数字图像测量的最大像素值。
15.权利要求10的光学指向装置，其中导航传感器配置为循环选定数目的驱动电流值，直到基于反射图像驱动电流值中的一个产生适当质量数字图像，其中选定数目小于所有可用驱动电流值。
16.权利要求15的光学指向装置，其中导航传感器配置为如果基于反射图像选定数目的驱动电流值没有产生适当质量数字图像，那么设置驱动电流值为取自选定静止期之后校准开始时的先前驱动电流值。
17.权利要求15的光学指向装置，其中导航传感器配置为基于以下当中的至少一个来确定数字图像是否是适当质量数字图像来源于数字图像的导航适合性测量、数字图像的测量的平均像素值、数字图像的测量的最小像素值、数字图像的测量的像素比率值以及数字图像测量的最大像素值。
18.权利要求1的光学指向装置，其中导航传感器包括光源驱动器和驱动电流控制器至少之一。
19.权利要求1的光学指向装置，其中光源驱动器和驱动电流控制器至少之一是在导航传感器以外。
20.一种运行光学指向装置的方法，所述方法包括向光源提供驱动电流；响应驱动电流利用来自所述光源的至少部分相干光照射成像表面，从而产生反射图像；基于反射图像产生数字图像；基于数字图像产生运动数据；以及基于选择的数字图像校准驱动电流。
21.一种用于产生运动数据以控制屏幕指向器的位置的导航传感器，所述导航传感器包括配置为提供驱动电流的光源驱动器；配置为响应驱动电流从成像表面感测由至少部分相干光源产生的反射图像的传感器阵列；配置为基于阵列传感器阵列的输出产生数字图像的模-数转换器；以及配置为基于数字图像产生运动数据的处理器，向光源驱动器提供需要的驱动电流值，并且基于选择的数字图像校准驱动电流。
22.权利要求21的导航传感器，其中处理器配置为以帧频率捕获数字图像的帧，并且控制光源驱动器以便以同步于帧频率的占空度使驱动电流脉冲。
23.一种光学指向装置，包括光源，配置为响应驱动电流以提供至少部分相干光用于照射成像表面从而产生反射图像；以及导航传感器，配置为基于反射图像产生数字图像，以帧频率捕获数字图像的帧，并且基于数字图像产生表示成像表面和光学指向装置之间的相对运动的运动数据；光源驱动器，配置为向光源提供驱动电流；以及驱动电流控制器，配置为控制光源驱动器以同步于帧频率的占空度使驱动电流脉冲。
24.权利要求23的光学指向装置，其中导航传感器包括光源驱动器和驱动电流控制器至少之一。
25.权利要求23的光学指向装置，其中光源驱动器和驱动电流控制器至少之一是在导航传感器以外。
26.一种用于产生运动数据以控制屏幕指向器的位置的导航传感器，所述导航传感器包括配置为提供驱动电流的光源驱动器；配置为响应驱动电流从成像表面感测由至少部分相干光源产生的反射图像；配置为基于传感器阵列的输出产生表示数字图像的数字值的模-数转换器；以及处理器，配置为以帧频率捕获数字值的帧，基于捕获的帧产生运动数据，并且控制光源驱动器以便以同步于帧频率的占空度使驱动电流脉冲。
全文摘要
光学指向装置包括配置为响应驱动电流以提供至少部分相干光用于照射成像表面从而产生反射图像的光源。导航传感器配置为基于反射图像产生数字图像，并且基于数字图像产生表示成像表面和光学指向装置之间的相对运动的运动数据。光源驱动器配置为向光源提供驱动电流。驱动电流控制器配置为基于选择的数字图像校准驱动电流。
文档编号G06F3/038GK1936805SQ200610089889
公开日2007年3月28日 申请日期2006年4月30日 优先权日2005年5月6日
发明者T·谢, R·卡卡拉拉, V·C·莫耶 申请人:阿瓦戈科技 Ecbu Ip(新加坡)股份有限公司