光学鼠标的制作方法
【专利摘要】公开了光学鼠标的各实施例。一个实施例包括光源，其被构造成以与跟踪表面的斜角向该跟踪表面发出具有可见光谱的蓝色区域中或附近的波长的光；定位以检测光从跟踪表面的非镜面反射的图像传感器；以及一个或多个透镜，其被构造成以光源所发出的可见光谱的蓝色区域中或附近的波长在图像传感器上形成跟踪表面的聚焦图像。此外，光学鼠标包括被配置成从图像传感器接收图像数据并标识该图像数据中的跟踪特征的控制器。
【专利说明】光学鼠标
[0001]背景
[0002]光学计算机鼠标使用光源和图像传感器来检测鼠标相对于底层跟踪表面的移动以允许用户操纵虚拟指针在计算设备显示器上的位置。当今使用两种通用类型的光学鼠标架构:倾斜架构和镜面架构。这些架构中的每一个都利用光源来将光引导至底层跟踪表面上并使用图像传感器来获取跟踪表面的图像。通过获取表面的一系列图像并跟踪经由控制器在这些图像中标识出的一个或多个表面特征的位置的改变来跟踪移动。
[0003]倾斜光学鼠标以与跟踪表面的倾斜角将光导向跟踪表面，并且由与跟踪表面大致正交地定位的图像检测器来检测从跟踪表面散射的光。表面图像的对比度通过由于表面高度变化而造成的阴影来增强，从而允许区分表面上的跟踪特征。倾斜光学鼠标往往在诸如纸张和马尼拉纸信封等粗糙表面上运转良好，因为存在足够的从这些表面的非镜面光散射来获得合适的图像传感器性能。然而，倾斜光学鼠标可能在诸如白板、涂釉瓷砖、大理石、抛光/喷漆金属等发光表面上不起作用，因为大多数入射光以镜面角度反射，且极少的光到达检测器。
[0004]概述
[0005]因此，此处描述了被构造成在广泛的一组表面上很好地跟踪的光学鼠标的各实施例。在所公开的一个实施例中，光学鼠标包括光源，其被构造成以对跟踪表面的斜角向该跟踪表面发出具有在可见光谱的蓝色区域中或附近的波长的光；图像传感器，其被定位以检测光从跟踪表面的非镜面反射；以及一个或多个透镜，其被构造成在图像传感器上以在光源所发出的可见光谱的蓝色区域中或附近的波长形成跟踪表面的聚焦图像。此外，该光学鼠标包括被配置成从图像传感器接收图像数据并标识该图像数据中的跟踪特征的控制器。
[0006]提供本概述是为了以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限定所要求保护的主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本发明的任一部分中提及的任何或所有缺点的实现方式。
[0007]附图简述
[0008]图1不出了光学鼠标的一实施例。
[0009]图2示出了图1的鼠标的光学架构的一实施例。
[0010]图3示出了例示入射在透明介电板上的光的反射和透射的示意图。
[0011]图4示出了作为介电板的集合的跟踪表面的示意模型。
[0012]图5示出了入射在金属表面上的光束的穿透深度。
[0013]图6示出了具有和不具有荧光增白剂的白纸的反射率的比较的图示。
[0014]图7示出了应变于波长的聚碳酸酯的折射率的变化的图形表示。
[0015]图8示出了对于红光鼠标以及对于用蓝光源来翻新红光鼠标的各种情形的调制传递函数的比较。
[0016]图9示出了针对红光进行优化的光学系统的示意表示。
[0017]图10示出了针对与蓝光源一起使用的红光进行优化的光学系统的示意表示。[0018]图11示出了被修改成在图像传感器上聚焦蓝光图像的红光光学系统的示意表
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[0019]图12示出了针对蓝光进行优化的光学系统的示意表示。
[0020]图13示出了描绘跨跟踪表面跟踪光学鼠标的运动的方法的流程图。
[0021]详细描述
[0022]图1不出了光学鼠标100的一个实施例，而图2不出了光学鼠标100的光学架构200的一个实施例。光学架构200包括光源202，该光源被构造成朝着跟踪表面206发出光束204以使得光束204在位置210处入射在跟踪表面上。光束204具有相对于跟踪表面206的平面的入射角Θ。光学架构200还可包括设置在光源202和跟踪表面206之间的用于准直光束204的准直透镜211。虽然图1描绘了便携式鼠标，但可以理解，所描绘的架构可以在任何其他合适的鼠标中使用。
[0023]光源202被构造成发出在可见光谱的蓝色区域中或附近的光。如此处所使用的术语“在可见光谱的蓝色区域中或附近”以及“蓝色”、“蓝光”、“蓝光源”等描述了包括在可见光谱的蓝色区域中或附近，例如在400-490nm范围内的一个或多个发射谱线或频带的光。这些术语还可描述能够激活或以其他方式享受对蓝光敏感的荧光增白剂的优点的近UV到近绿范围内的光，如下文中更详细地描述的。
[0024]在各实施例中，光源202可被构造成输出非相干光或相干光，并且可利用一个或多个激光器、LED、OLED(有机发光器件)、窄带宽LED、或任何其他合适的发光器件。此外，光源202可被构造成发出外观是蓝色的光，或者可被构造成向观察者发出具有除蓝色之外的外观的光。例如，白色LED光源可结合其他颜色的LED、结合诸如铈掺杂的钇铝石榴石等闪烁剂或磷光体、或者结合发出其他波长的光的其他结构来利用蓝色LED管芯(包括例如InGaN)来产生对用户表现为白色的光。在又一实施例中，光源202包括结合使蓝光通过的带通滤波器的通用宽带源。这些光源落在如此处所使用的“蓝光”和“蓝光源”的含义内，因为在从这些结构发出的光中存在蓝色波长。
[0025]继续图2，入射光束204的某一部分从跟踪表面206反射，如212所示，并且由透镜214成像到图像传感器216上。如图2所示，定位光源202以使得入射光束具有相对于跟踪表面的倾斜角，并且定位图像传感器216以检测入射光束204的非镜面反射206。使用具有相对于跟踪表面的倾斜角的入射光束204允许将由入射光束204与跟踪表面特征的相交形成的阴影检测为跟踪特征。如下所述，对具有倾斜光学架构的蓝光源的使用提供胜过在倾斜光学鼠标中使用其他颜色的光的优点，这些优点帮助改善各种跟踪表面上的表现。
[0026]继续图2，图像传感器216被配置成向控制器218提供图像数据。控制器218被配置成从图像传感器216获取多个按时间定序的图像数据帧，处理图像数据以便在跟踪表面206的多个按时间定序的图像中定位一个或多个跟踪特征，并且跟踪跟踪表面的多个按时间定序的图像的位置的改变以跟踪光学鼠标100的运动。对表面特征的定位和跟踪可以按任何合适的方式执行，并且不在此处更详细地描述。
[0027]入射光束204可被构造成与跟踪表面206具有任何合适的角度。一般而言，在倾斜光学架构中，入射光束204被构造成具有相对于跟踪表面法线的相对较浅的角度。合适的角度的示例包括但不限于，在相对于跟踪表面的平面的O到45度范围内的角度。可以理解，该角度范围是出于示例的目的而阐述的，并且可使用该范围之外的其他合适的角度。[0028]图像传感器216可被配置成检测相对于跟踪表面法线的任何合适角度的光。一般而言，反射光的强度可随着图像传感器216被定位得更接近镜面反射角而增加。对于以在以上所标识的相对于跟踪表面平面的范围内的角度发出光束的光源，合适的检测器角度包括但不限于，从跟踪表面法线的O到+/-10度角。
[0029]如上所述，对发出在可见光谱的蓝色区域中或附近的光的光源的使用可提供胜过常用于LED和激光鼠标中的红色和红外光源的意料之外的优点。这些优点可能由于可能已导致选择红色和红外光源而非蓝光源的其他因素而未被理解。例如，当前可用的蓝光源可能具有比当前可用的红色和红外光源更高的能耗率和更高的成本，由此导致不将蓝光源选为光学鼠标中的光源。然而，如下所述，蓝光提供各种优点，诸如与较长波长的光相比更佳的对比度、更高的反射强度、更低的穿透深度等。
[0030]如此处所定义的蓝光所提供的优点至少部分地源自与红或红外光相比的蓝光与反射表面的物理交互的特性。例如，蓝光具有比红色和红外光更高的从介电表面的反射强度。图3示出了入射光束302从由对可见光透光的材料制成，具有厚度d，且具有折射率η的介电板304的反射。如图所不,入射光束302的一部分从该板的前面306反射,并且该光的一部分透射穿过板304的内部。透射光遇到板的背面308，其中该光的一部分透射穿过背面308并且一部分反射回前面306。入射在前面上的光再次部分地反射并且部分地透射，以此类推。
[0031]入射光束302中的光具有真空波长λ。板304的前面306处的如r所示的反射系
数或振幅以及如t所示的透射系数或振幅如下:
【权利要求】
1.一种光学鼠标(100),包括: 光源(202)，其被构造成以对跟踪表面(206)的倾斜角向所述跟踪表面(206)发出具有在可见光谱的蓝色区域中或附近的波长的光； 图像传感器(216)，其被定位以检测所述光从所述跟踪表面(206)的非镜面反射； 一个或多个透镜(214)，其被构造成以所述光源(202)所发出的可见光谱的蓝色区域中或附近的波长在所述图像传感器(216)上形成所述跟踪表面(206)的聚焦图像；以及 控制器(218)，其被配置成从所述图像传感器(216)接收图像数据并标识该图像数据中的跟踪特征。
2.如权利要求1所述的光学鼠标，其特征在于，所述光源被构造成发出包括400nm到490nm的范围内的波长的光。
3.如权利要求1所述的光学鼠标，其特征在于，所述光源被构造成发出导致所述跟踪表面中的荧光增白剂发出荧光或磷光的波长的光。
4.如权利要求3所述的光学鼠标，其特征在于，所述光源被构造成形成具有相对于所述跟踪表面法线的O到45度之间的角度的光束。
5.如权利要求1所述的光学鼠标，其特征在于，所述图像传感器被定位以检测相对于跟踪表面法线的+/-10度范围内的光。
6.如权利要求1所述的光学鼠标，其特征在于，所述光学鼠标是便携式鼠标。
7.如权利要求1所述的光学鼠标，其特征在于，所述光源包括被构造成发出蓝光的发光二极管。
8.如权利要求1所述的光学鼠标，其特征在于，所述光源包括被构造成发出白光的发光二极管。
9.如权利要求1所述的光学鼠标，其特征在于，所述检测器是被构造成对蓝光具有高敏感度的CMOS图像传感器。
10.一种光学鼠标(100),包括: 光源(202)，其被构造成以相对于跟踪表面(206)的平面的O到45度之间的角度向所述跟踪表面(206)发出具有400-490nm之间的波长的光； 图像传感器(216)，其以相对于跟踪表面法线的-10和10度之间的角度定位； 一个或多个透镜(214)，其被构造成以由所述光源(202)发出的光的波长在所述图像传感器(216)上形成所述跟踪表面(206)的聚焦图像；以及 控制器(218)，其被配置成从所述图像传感器(216)接收图像数据并标识该图像数据中的跟踪特征。
11.如权利要求10所述的光学鼠标，其特征在于，所述图像传感器是被构造成对由所述光源发出的波长的光具有高敏感度的CMOS图像传感器。
12.如权利要求10所述的光学鼠标，其特征在于，所述光学鼠标是便携式鼠标。
13.如权利要求10所述的光学鼠标，其特征在于，所述光源包括被构造成发出白光和蓝光中的一个的发光二极管。
14.如权利要求10所述的光学鼠标，其特征在于，所述光源包括激光器。
15.如权利要求10所述的光学鼠标，其特征在于，所述光源包括宽带源和带通滤波器。
16.—种跟踪光学鼠标的运动的方法(1300),包括:以相对于跟踪表面的倾斜角向所述跟踪表面引导具有可见光谱的蓝色区域中或附近的波长的入射光束(1302)； 在被定位以检测所述光从所述跟踪表面的非镜面反射的图像传感器上形成所述跟踪表面的聚焦图像(1304)； 捕捉所述跟踪表面的多个按时间定序的图像(1306)； 在所述跟踪表面的多个按时间定序的图像中定位跟踪特征(1308);以及 跟踪跨所述跟踪表面的多个按时间定序的图像的跟踪特征的位置改变(1310)。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，向跟踪表面引导入射光束包括向包括荧光增白剂的跟踪表面引导所述入射光束。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，向所述跟踪表面引导入射光束包括引导具有400到490nm范围内的波长的入射光束。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，检测所述跟踪表面的多个按时间定序的图像包括检测以与跟踪表面法线-10和10度之间的范围内的角度从所述表面反射的光。
20.如权利要求16所述的方法，其特征在于，向所述跟踪表面引导所述入射光束包括以相对于所述跟踪表面的平面的O到45度范围内的角度向所述跟踪表面引导所述入射光束。
【文档编号】G06F1/16GK103443747SQ200880123025
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2008年11月19日 优先权日:2007年12月20日
【发明者】D·博恩, M·德普伊 申请人:安华高科技杰纳勒尔Ip（新加坡）私人有限公司