專利名稱：自由空間指點(diǎn)和手寫的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通常用作計(jì)算機(jī)的輸入裝置的指點(diǎn)和手寫裝置，諸如 鼠標(biāo)、軌跡球、觸摸板、游戲桿和筆式圖形輸入板。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及以下各個(gè)方面確定^^攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的位置的 方法；使光學(xué)位置檢測(cè)裝置能夠確定便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的 位置的方法；便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置；光學(xué)位置檢測(cè)裝置；以 及包括這樣的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置和光學(xué)位置檢測(cè)裝置的 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，各種不同的指點(diǎn)裝置已經(jīng)用來(lái)輸入相對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。最經(jīng)常使用的指點(diǎn)裝置是計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)。用戶可以在平面上移動(dòng)計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)。顯示在計(jì)算機(jī)顯示器屏幕上的光標(biāo)跟隨鼠標(biāo)的移動(dòng)和屏幕 上與各種不同項(xiàng)目有關(guān)的點(diǎn)。雖然許多人喜歡使用鼠標(biāo)勝于其他指點(diǎn)裝置，但是，有些人在長(zhǎng)期使用鼠標(biāo)之后可能有手指、手、手腕、臂 和肩疼痛的問(wèn)題。對(duì)于有與鼠標(biāo)相關(guān)的疼痛問(wèn)題的人們來(lái)說(shuō)，可以使 用諸如軌跡球、觸摸屏和游戲桿的其他可能的指點(diǎn)裝置，以便減少或 避免使用鼠標(biāo)。近年來(lái)，個(gè)人計(jì)算機(jī)的使用迅速增加。許多人每個(gè)工作日在工作 中使用計(jì)算機(jī)幾個(gè)小時(shí)。在家里，人們使用計(jì)算機(jī)來(lái)訪問(wèn)因特網(wǎng)、閱 讀和寫電子郵件以及玩計(jì)算機(jī)游戲。計(jì)算機(jī)工業(yè)的新趨勢(shì)是要把計(jì)算 機(jī)與音頻和視頻設(shè)備以及信號(hào)源結(jié)合起來(lái)，以便提供家用的多媒體家 庭娛樂(lè)系統(tǒng)。這樣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的用戶可以坐在沙發(fā)上利用手持式遙 控裝置控制各種不同的功能，諸如選擇電視頻道、播放和記錄視頻、 播放和記錄音樂(lè)、顯示數(shù)字照片和訪問(wèn)因特網(wǎng)。這樣的遙控裝置的個(gè)期望的功能是控制光標(biāo)運(yùn)動(dòng)的功能。這靠味著應(yīng)當(dāng)在遙控裝置上設(shè) 計(jì)和實(shí)現(xiàn)指點(diǎn)裝置。目前，軌跡球、游戲桿和小型陀螺儀已經(jīng)用來(lái)在多媒體家庭娛樂(lè)系統(tǒng)的遙控裝置上實(shí)現(xiàn)指點(diǎn)功能。筆式圖形輸入板既 可以用作指點(diǎn)裝置又可以用作手寫裝置。當(dāng)用戶利用光標(biāo)在計(jì)算機(jī)顯 示器屏幕上指點(diǎn)時(shí)，他/她注意眼-手協(xié)調(diào)。當(dāng)用戶利用手寫把字母或 數(shù)字輸入到計(jì)算機(jī)中時(shí)，他/她更多注意筆的移動(dòng)而不是眼-手協(xié)調(diào)。 還在許多手持式個(gè)人計(jì)算機(jī)上提供手寫輸入。用戶可以使用鐵筆在手 持式個(gè)人計(jì)算機(jī)屏幕上書寫字母和數(shù)字。在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行手寫識(shí)別軟 件，以便識(shí)別字母和數(shù)字。因此，需要一種便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置。但是，為了使用 這樣的裝置，必需從所述裝置"R供要處理的數(shù)據(jù)以及跟蹤所述裝置的 位置的可能性。除上述的其他可能的指點(diǎn)裝置以外，有另一種市場(chǎng)上可買到的指 點(diǎn)裝置，該指點(diǎn)裝置利用陀螺儀來(lái)測(cè)量用戶手的角度變化。在美國(guó)專利No.5,440，326、美國(guó)專利No.5,698,784、美國(guó)專利No.5，825,350和 美國(guó)專利No.5,898，421中描述了這樣的裝置的設(shè)計(jì)。所述指點(diǎn)裝置可 以被握在用戶的手中并且可以在自由空間移動(dòng)。這向用戶提供另一種 可供選擇的裝置，以減少普通鼠標(biāo)的使用，并且對(duì)于有與鼠標(biāo)相關(guān)的 疼痛問(wèn)題的人們來(lái)說(shuō)是可取的。在手持式指點(diǎn)裝置的設(shè)計(jì)中要解決的 一個(gè)問(wèn)題是如何讓用戶利 用更自然的手和手腕移動(dòng)在自由空間移動(dòng)所述裝置?；谕勇輧x的指 點(diǎn)裝置使用戶可以在自由空間移動(dòng)所述裝置。但是，由于使用陀螺儀 作為角度檢測(cè)器，用戶往往使用大角度手腕移動(dòng)在屏幕上產(chǎn)生大的或置。因此，如果長(zhǎng)時(shí)間地做許多次大的手腕移動(dòng)，那么，用戶可能感 覺(jué)到他/她手腕的疲勞。因?yàn)橥勇輧x檢測(cè)用戶手的角度移動(dòng)，所以，指 點(diǎn)裝置不能自然地用作自由空間手寫裝置，它需要檢測(cè)用戶手在自由 空間中的位置。另一種可以由有與鼠標(biāo)相關(guān)的疼痛的用戶使用的、由Natural Point Inc.銷售的、稱為SmartNav3TM的、市場(chǎng)上可買到的指點(diǎn)裝置利 用二維成像傳感器來(lái)檢測(cè)用戶的頭部或手的運(yùn)動(dòng)。用戶可以在自由空 間中移動(dòng)他/她的頭部或手來(lái)控制光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。在用戶的前面設(shè)置紅外 光源和紅外攝像機(jī)。用戶應(yīng)當(dāng)在他/她頭部、眼睛或帽子上加上小片反 射材料，或者戴上具有小片反射材料的環(huán)形物。當(dāng)用戶在攝像機(jī)的視 角內(nèi)移動(dòng)他/她的頭部或手時(shí)，才聶像機(jī)捕獲一序列二維圖像。通過(guò)專用 數(shù)字電路預(yù)處理每一個(gè)捕獲的圖像以便提取高亮度區(qū)域，所述高亮度 區(qū)域?qū)?yīng)于所述小片反射材料。然后，把預(yù)處理的圖像通過(guò)USB(通 用串行總線)端口發(fā)送到個(gè)人計(jì)算機(jī)供進(jìn)一步處理。計(jì)算機(jī)軟件檢測(cè) 預(yù)處理圖像中高亮度區(qū)域的位置并且把變化轉(zhuǎn)換成光標(biāo)移動(dòng)。還有可 能使用手持式紅外光源并且讓紅外攝像機(jī)直接捕獲光源的圖像。當(dāng)使用基于二維成像傳感器的指點(diǎn)裝置時(shí)，可以避免大角度手腕 移動(dòng)。自由空間中用戶手的典型的運(yùn)動(dòng)不同于移動(dòng)基于陀螺儀的指點(diǎn) 裝置的運(yùn)動(dòng)。因?yàn)橛脩艨梢岳盟?她的臂來(lái)快速移動(dòng)光源的三維位 置，所以，用戶不必做大角度手腕移動(dòng)。因此，從人機(jī)工程學(xué)的觀點(diǎn) 看來(lái)，基于二維成像傳感器的指點(diǎn)裝置優(yōu)于基于陀螺儀的指點(diǎn)裝置。目前，上述市場(chǎng)上可買到的指點(diǎn)裝置使用有限分辨率(即，有限數(shù) 目像素)的二維成像傳感器，因而具有相當(dāng)有限的視角。紅外反射器 或紅外光源必須在攝像機(jī)的視角范圍內(nèi)移動(dòng)。若用戶利用他/她的頭部 來(lái)控制光標(biāo)運(yùn)動(dòng)，那么，狹窄的視角是可以接受的。但是，若用戶利 用他/她的手來(lái)控制光標(biāo)運(yùn)動(dòng)，那么，若視角太狹窄則他/她可能感覺(jué) 不便。不能簡(jiǎn)單地利用廣角鏡頭來(lái)增大攝像機(jī)的視角。由于二維成像 傳感器的有限分辨率的緣故，當(dāng)增大攝像機(jī)的視角時(shí)，需要較大的手 運(yùn)動(dòng)。在較大的視角的情況下，當(dāng)紅外光源被移動(dòng)到更加遠(yuǎn)離攝像機(jī) 的位置時(shí)，所需的手運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步增大。用戶可能感覺(jué)到做非常大的手 運(yùn)動(dòng)的不便。因此，最好增加攝像機(jī)的二維成像傳感器的像素?cái)?shù)目。 但是，較大的二維成像傳感器的增大的成本和關(guān)于增大數(shù)據(jù)處理硬件的通過(guò)量的要求可能導(dǎo)致比較昂貴的產(chǎn)品。市場(chǎng)上可買到的基于二維成像傳感器的指點(diǎn)裝置的另一個(gè)潛在 的問(wèn)題是若在攝像機(jī)的視場(chǎng)中存在一個(gè)以上紅外光源或反射物體， 則所述裝置的圖象處理算法可能不能檢測(cè)預(yù)期的紅外光源或用戶所 戴的反射材料片的位置。這意。木著，應(yīng)當(dāng)控制環(huán)境光線和攝像機(jī)視場(chǎng) 中的任何千擾反射材料，使得可以避免這個(gè)問(wèn)題。若設(shè)計(jì)基于光學(xué)位 置檢測(cè)器的指點(diǎn)裝置，那么，應(yīng)當(dāng)解決干擾環(huán)境光線的問(wèn)題。若基于光學(xué)位置檢測(cè)器的指點(diǎn)裝置用作自由空間中的手寫裝置， 那么，所述裝置的便攜式部分上必須有可用的按鈕，使得可以通過(guò)移 動(dòng)用戶的手來(lái)操作它以便激活手寫。市場(chǎng)上可買到的基于二維成像傳 感器的指點(diǎn)裝置在所述便攜式部分上沒(méi)有用于激活手寫的任何按鈕。 使用鍵盤上的按鈕或腳動(dòng)開關(guān)來(lái)激活手寫是不方便的。因此，在使用可以保持其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的光學(xué)位置檢測(cè)技術(shù)的同時(shí)， 允許使用不需要大角度手腕移動(dòng)的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置是 有利的。的確存在用于利用 一 維成像傳感器和狹縫來(lái)檢測(cè)光源的單個(gè)點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向頭(除別的以夕卜)的光學(xué)位置檢測(cè)的舊技術(shù)。但是，它從未 與輸入數(shù)據(jù)結(jié)合使用，因此，也沒(méi)有確實(shí)地逼近考慮供數(shù)據(jù)輸入裝置 使用。因?yàn)槲词褂脕?lái)自其位置已經(jīng)確定的裝置的數(shù)據(jù)輸入，所以，所 述技術(shù)還必須使用一直接通的光源。例如，在美國(guó)專利No.4，092,072中描述這種技術(shù)，其中使用單一 水平安裝的一維成像傳感器以及兩個(gè)彼此傾斜的排列成V形配置的 狹縫，用以檢測(cè)光源的位置。穿過(guò)兩個(gè)狹縫的光薄片照射在一維成像 傳感器上并且在捕獲的一維圖像上產(chǎn)生兩個(gè)脈沖?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè) 脈沖之間的距離來(lái)確定光源的垂直位置?？梢詮乃雒}沖相對(duì)于成像 傳感器的一個(gè)端部的位置計(jì)算光源的水平位置。不是使用兩個(gè)V形狹 縫，而有可能使用具有三角形孔的掩^^莫，或使用具有其兩個(gè)邊緣彼此 傾斜的三角形遮光構(gòu)件的掩模。穿過(guò)具有三角形孔的掩模的光照射在具有一維成像傳感器的平面上并在所迷平面上形成三角形圖案。因?yàn)?三角形圖案與光源的水平和垂直移動(dòng)相對(duì)應(yīng)地在所述平面上水平和 垂直地移動(dòng)，所以，所述圖案與一維成像傳感器的交點(diǎn)在捕獲的一維 圖像上產(chǎn)生變更位置和寬度的脈沖?？梢詮乃雒}沖的邊緣相對(duì)于成 像傳感器的一個(gè)端部的位置來(lái)計(jì)算光源的水平位置?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量所 述脈沖兩個(gè)邊緣之間的距離來(lái)確定光源的垂直位置。若使用具有其兩 個(gè)邊緣彼此傾斜的三角形遮光構(gòu)件的掩模，那么，由三角形遮光構(gòu)件 形成的陰影的圖案和掩模的邊緣被投影在具有 一 維成像傳感器的平 面上。所述圖案和一維成像傳感器的交點(diǎn)在捕獲的一維圖像中產(chǎn)生兩 個(gè)變更位置和寬度的寬脈沖?？梢詮囊痪S圖像中兩個(gè)邊緣(對(duì)應(yīng)于掩 模的彼此傾斜的邊緣)的位置計(jì)算光源的水平和垂直位置。在美國(guó)專利No.4,209,254中使用單——維成像傳感器。兩個(gè)狹縫排列在正交的方向上。通過(guò)兩個(gè)狹縫的光形成兩個(gè)光片。 一個(gè)光片與 一維成像傳感器垂直地相交。另一個(gè)光片^^皮一組棱鏡旋轉(zhuǎn)，使得這個(gè) 光片也與一維成像傳感器垂直地相交?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量在捕獲的一維圖 像中檢測(cè)到的兩個(gè)脈沖的位置來(lái)確定光源的垂直和水平位置?？梢允?用柱面透鏡來(lái)代替所述狹縫，以把光聚焦在一維成像傳感器上。美國(guó)專利No.3,951,550描述的傳感器可以借助于掩模中兩個(gè)彼此 垂直的狹縫(所述掩模在其他位置對(duì)發(fā)射的輻射不透明)來(lái)檢測(cè)單一點(diǎn)所述相互正交平面的耳又向。雖然在美國(guó)專利No.4，092,072、美國(guó)專利No.4,209,254和美國(guó)專利No.3,951,550中，在光學(xué)位置/方向檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)中使用不同的限光裝置，諸如具有以下各種特征的掩模具有排列成V形配置的兩個(gè)狹縫；具有三角形孔；具有其兩個(gè)邊緣相互傾斜的三角形遮光構(gòu)件； 和具有兩個(gè)正交取向的狹縫(具有或沒(méi)有光束旋轉(zhuǎn)棱鏡組》但是，這些設(shè)計(jì)的 一個(gè)共同特征是它們僅僅使用 一維傳感器來(lái)檢測(cè)單一點(diǎn)光源的二維位置/方向。這種光學(xué)位置檢測(cè)技術(shù)是可行的，因?yàn)閬?lái)自單一 點(diǎn)光源的光被限光裝置限制，4吏得二維圖案被投影在所述一維傳感器 的檢測(cè)元件位于其中的平面(各平面)上。例如，在三角形孔的情況下， 三角形圖案是二維的，而在兩個(gè)正交取向狹縫的情況下，所述圖案的 一部分是水平取向的狹窄的矩形而另 一部分是垂直取向的狹窄的矩 形。限光裝置應(yīng)當(dāng)以這樣的方式產(chǎn)生圖案，即，當(dāng)單一點(diǎn)光源在自由 空間移動(dòng)時(shí)，其至少兩維的位置變化必須也產(chǎn)生二維的圖案變化。一. 個(gè)或兩個(gè)一維成像傳感器可以用來(lái)捕獲所述平面(所述各平面)上的二 維圖案變化。應(yīng)當(dāng)使用一個(gè)還是使用兩個(gè)一維成像傳感器取決于限光 裝置和所產(chǎn)生的圖案。用于進(jìn)4亍二維位置計(jì)算的算法既取決于限光裝 置又取決于如何相對(duì)于限光裝置布置所述傳感器(各傳感器)。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的一個(gè)目的指向解決以下問(wèn)題允許使用不需要大 角度手腕移動(dòng)的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置，同時(shí)使用可以保持設(shè) 計(jì)簡(jiǎn)單并且允許在所迷便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置中有限的功率 消耗的光學(xué)位置檢測(cè)技術(shù)。按照本發(fā)明的第一方面，這個(gè)目的是通過(guò)確定便攜式自由空間數(shù) 據(jù)輸入裝置的位置的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述方法包括以下步驟在光學(xué)位置檢測(cè)裝置中接收來(lái)自便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置 的第 一組脈沖，所述第一組脈沖包括含有要處理的數(shù)據(jù)的至少 一個(gè)脈沖；在所述光學(xué)位置檢測(cè)裝置中接收來(lái)自便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入 裝置的光脈沖形式的第二組脈沖，所述第二組脈沖包括至少一個(gè)位置指示脈沖；把所述第二組脈沖中的各脈沖限制成具有確定的第 一橫截面形 狀的至少一個(gè)第一光束；把所述至少 一個(gè)光束投影在其中設(shè)置至少第——維檢測(cè)器陣列的平面上，以便在所述平面上建立明暗區(qū)域的圖案；在每 一 個(gè)檢測(cè)器陣列中檢測(cè)所述圖案的投影在該檢測(cè)器陣列上面的一部分；和根據(jù)通過(guò)每 一 個(gè)檢測(cè)器陣列檢測(cè)到的所述圖案的各部分的明暗 區(qū)域之間的接合，確定所述便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的至少兩維 的位置，以便允許把所述位置同所述輸入數(shù)據(jù)一起使用。按照本發(fā)明的第二方面，這個(gè)目的是通過(guò)使光學(xué)位置檢測(cè)裝置能 夠確定便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的位置的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述方 法包括以下步驟在便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置中接收由所述裝置的用戶輸入 的數(shù)據(jù)；把第一組脈沖從便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置發(fā)送到光學(xué)位置 檢測(cè)裝置，所述第一組脈沖包^舌含有要處理的數(shù)據(jù)的至少一個(gè)脈沖； 以及把光脈沖形式的第二組脈沖從所述便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝 置發(fā)送或反射到所述光學(xué)位置檢測(cè)裝置，所迷第二組脈沖包括至少一 個(gè)位置指示脈沖，以使允許所述光學(xué)位置檢測(cè)裝置根據(jù)設(shè)置在平面中 的至少 一 個(gè)第——維檢測(cè)器陣列中檢測(cè)到的明暗區(qū)域的圖案各部分 的明暗區(qū)域之間的接合，來(lái)確定用于同輸入數(shù)據(jù)一起使用的所述便攜 式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的至少二維的位置，其中已經(jīng)把所迷第二組 脈沖中的各脈沖限制成至少一個(gè)第一光束，所述第一光束具有確定的 第一橫截面形狀并且投影在用于建立所述圖案的平面上。此外，按照本發(fā)明的第三方面，所述目的是通過(guò)光學(xué)位置檢測(cè)裝 置來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述光學(xué)位置檢測(cè)裝置包括被設(shè)置成從便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置接收第 一組脈沖的數(shù) 據(jù)接收單元，所述第一組脈沖包括含有要處理的數(shù)據(jù)的至少一個(gè)脈 沖；第一限制單元，用于接收光脈沖形式的第二組脈沖、把所述第二組脈沖中的各脈沖限制成具有確定的第 一橫截面形狀的至少 一個(gè)第 一光束和把所述至少一個(gè)光束^1影在平面上，以便在所述平面上建立明暗區(qū)域的圖案；在所述平面上的至少第——維檢測(cè)器陣列，其中每一個(gè)檢測(cè)器陣 列被設(shè)置成檢測(cè)投影在它上面的所述圖案的 一部分；控制檢測(cè)器陣列的操作的圖象捕獲單元；和脈沖檢測(cè)單元，所述脈沖^^測(cè)單元被設(shè)置成根據(jù)每一個(gè)檢測(cè)器陣 列檢測(cè)到的圖案的各部分的明暗區(qū)域之間的接合，來(lái)確定所述便攜式 自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的至少二維的位置，以便把所述位置同所述輸 入數(shù)據(jù)一起使用。此外，按照本發(fā)明的第四方面，通過(guò)便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝 置來(lái)實(shí)現(xiàn)所述目的，所述便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置包括被設(shè)置成接收由所述裝置的用戶輸入的數(shù)摒的用戶輸入單元；用于向光學(xué)位置檢測(cè)裝置發(fā)送第 一組脈沖的部件，所述第 一組脈 沖包括含有要處理的數(shù)據(jù)的至少 一個(gè)脈沖；用于把光脈沖形式的第二組脈沖發(fā)送到或反射到所述光學(xué)位置 檢測(cè)裝置的部件，所述第二組脈沖包括至少一個(gè)位置指示脈沖；和傳輸控制單元，用于從用戶輸入單元接收所述輸入數(shù)據(jù)并且至少 控制用于發(fā)送所述第一組脈沖的部件，以便允許所述光學(xué)位置檢測(cè)裝 置根據(jù)設(shè)置在平面中的至少第 一一維檢測(cè)器陣列中明暗區(qū)域的圖案 各部分的各明暗區(qū)域之間的接合，來(lái)確定所述便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸 入裝置的至少二維的位置，以與所述輸入數(shù)據(jù)結(jié)合使用，其中，所述 第二組脈沖中的脈沖已經(jīng)被限制成至少一個(gè)第一光束，所述第一光束 具有確定的第 一橫截面形狀并且被投影在所述平面上以便建立所述 圖案。此外，按照本發(fā)明的第五方面，所迷目的是通過(guò)用于確定便攜式 自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的位置的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述系統(tǒng)包括便攜式 自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置和光學(xué)位置檢測(cè)裝置，其中所述便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置具有被設(shè)置成接收由所述裝置的用戶輸入的數(shù)據(jù)的用戶輸入單元；用于發(fā)送第一組脈沖的部件，所述第一組脈沖包括含有要處理的數(shù)據(jù)的至少一個(gè)脈沖；用于發(fā)送或反射光脈沖形式的第二組脈沖的部件，所述第二組脈 沖包括至少一個(gè)位置指示脈沖；和傳輸控制單元，所述傳輸控制單元從用戶輸入單元接收所述輸入 數(shù)據(jù)并且至少控制用于發(fā)送所述第一組脈沖的所述部件。其中所述光學(xué)位置檢測(cè)裝置具有被設(shè)置成接收所述第 一組脈沖的數(shù)據(jù)接收單元；第一限制單元，用于接收所述第二組脈沖、把所述第二組脈沖中 的各脈沖限制成具有確定的第 一橫截面形狀的至少 一個(gè)第 一光束和 把所述至少一個(gè)光束投影在平面上，以便在所述平面上建立明暗區(qū)域 的圖案；在所述平面上的至少第——維檢測(cè)器陣列，其中每一個(gè)檢測(cè)器陣 列被設(shè)置成檢測(cè)投影在它上面的所述圖案的一部分；控制檢測(cè)器陣列的操作的圖象捕獲單元；和脈沖檢測(cè)單元，所述脈沖檢測(cè)單元被設(shè)置成根據(jù)由每一個(gè)檢測(cè)器 陣列檢測(cè)到的所述圖案的各部分的明暗區(qū)域之間的接合，來(lái)確定所述 便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的至少二維的位置，以便允許把所述位 置同所述輸入數(shù)據(jù)一起使用。在本發(fā)明中， 一個(gè)或多個(gè)一維成像傳感器用來(lái)檢測(cè)單一點(diǎn)光源的 移動(dòng)，這和使用二維成像傳感器的市場(chǎng)上可買到的指點(diǎn)裝置的解決方 案不相同。因此，本發(fā)明提供按人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)的不需要大角度手腕 移動(dòng)的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置或者為其作好準(zhǔn)備，同時(shí)使用可 以保持其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單并且允許所述便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置中的 有限功率消耗的光學(xué)位置檢測(cè)技術(shù)。因此，所迷便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置可以是電池驅(qū)動(dòng)的。用戶可以將便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置握在他/她手中(或把它固定在 他/她手指上)并且將它移動(dòng)到自由空間中不同位置。用戶可以通過(guò)按 便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置上的不同按鈕來(lái)激活指點(diǎn)裝置的各種 不同的功能。例如，當(dāng)這種指點(diǎn)裝置用作計(jì)算機(jī)輸入裝置時(shí)，所述裝 置的功能之一是允許用戶通過(guò)在自由空間移動(dòng)他/她的手來(lái)控制光標(biāo) 在計(jì)算機(jī)顯示器屏幕上的移動(dòng)。所述便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置上 的一個(gè)按鈕可以用來(lái)激活這種功能。當(dāng)用戶按這個(gè)按鈕時(shí)，從便攜式 自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置發(fā)送第一組脈沖到光學(xué)位置檢測(cè)裝置的數(shù)據(jù) 接收單元。然后才可以開始確定位置。所述便攜式自由空間數(shù)椐輸入裝置可以是指點(diǎn)裝置以及手寫裝 置。當(dāng)不便于使用鍵盤把文本輸入計(jì)算機(jī)時(shí)，例如，當(dāng)用戶坐在多媒 體家庭娛樂(lè)系統(tǒng)前面的沙發(fā)上時(shí)，可以使用基于本發(fā)明的手持式遙控 裝置通過(guò)在自由空間中的手寫來(lái)輸入文本。本發(fā)明可以用作用于三維指點(diǎn)和導(dǎo)航的三維輸入裝置。


下面將關(guān)于附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明，附圖中 圖1是指點(diǎn)裝置和顯示單元的透視圖。 圖2是兩個(gè)狹縫和兩個(gè)一維成像傳感器的透視圖。 圖3a示出具有五個(gè)按鈕的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的殼體 單元的設(shè)計(jì)。圖3b示出便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的殼體單元的筆形設(shè)計(jì)。 圖4是便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的框圖。 圖5是光學(xué)位置檢測(cè)裝置的框圖。圖6示出輸入信號(hào)B、命令和同步信號(hào)CS、 LED啟動(dòng)信號(hào)LEN 和傳感器啟動(dòng)信號(hào)SEN的波形。圖7圖解說(shuō)明環(huán)境光線消除技術(shù)。圖7a示出在LED斷開時(shí)段期間由1024像素一維成像傳感器捕獲的環(huán)境光線圖像中像素的亮度值(I)。圖7b示出在LED接通時(shí)段期間由同 一個(gè)一維成像傳感器捕獲的 LED照明圖像中像素的亮度值(I)。圖7c示出圖7a和圖7b的圖像之間的差值圖像中像素的亮度值圖7d示出在對(duì)圖7c中的圖像進(jìn)行閾值處理之后的結(jié)果圖像中像 素的亮度值(I)。圖8示出具有轉(zhuǎn)盤開關(guān)的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的殼體單 元的另外兩個(gè)可供選擇的設(shè)計(jì)。圖9a示出具有多路開關(guān)的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的殼體 單元的設(shè)計(jì)。圖9b示出具有多路開關(guān)的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的殼體 單元的小型化設(shè)計(jì)。圖10a示出具有不同的按鈕布置的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置 的殼體單元的設(shè)計(jì)。圖10b示出具有不同的按4丑布置的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置 的殼體單元的小型化設(shè)計(jì)。圖11示出具有三個(gè)按鈕的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的殼體 單元的小型化設(shè)計(jì)。圖12示出用于多媒體家庭娛樂(lè)系統(tǒng)的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入 裝置的殼體單元的設(shè)計(jì)。
具體實(shí)施方式
圖1中示出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的透視圖。圖l描述按照本發(fā)明 的系統(tǒng)10，系統(tǒng)10包括圖中圖解說(shuō)明的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝 置20，便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20具有用于發(fā)送第一組脈沖的 部件(在這里是紅外發(fā)射二極管24 )和用于發(fā)送或反射第二組脈沖的 部件(在這里是發(fā)光二極管22 )，其中兩個(gè)部件都安裝在便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的一個(gè)端部。發(fā)光二極管22和紅外發(fā)射二極管 24兩者都具有寬發(fā)光角。發(fā)光二極管22發(fā)送第二組脈沖并且是應(yīng)當(dāng). 由光學(xué)位置檢測(cè)裝置30檢測(cè)的光源。紅外發(fā)射二極管24發(fā)送第一組 脈沖并且用來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線命令和同步信號(hào)發(fā)射機(jī)。光學(xué)位置檢測(cè)裝置30 設(shè)置在顯示單元40的旁邊。在光學(xué)位置檢測(cè)裝置30的面板31上有 數(shù)據(jù)接收單元，在這里以實(shí)現(xiàn)無(wú)線命令和同步信號(hào)接收機(jī)的紅外檢測(cè) 器32的形式提供所述數(shù)據(jù)接收單元；第一細(xì)長(zhǎng)開口形式的第一限制 單元，在這里是垂直狹縫34a的形式；和第二細(xì)長(zhǎng)開口形式的第二限 制單元，在這里是水平狹縫34b的形式。當(dāng)用戶在自由空間移動(dòng)裝置 20時(shí)，光學(xué)位置檢測(cè)裝置30檢測(cè)便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20 的移動(dòng)并且把檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。光標(biāo)42按照接 收的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的顯示單元40的屏幕44上移動(dòng)。圖2圖解說(shuō)明使用第一一維成像傳感器36a形式的第一一維檢測(cè) 器陣列和第二一維成像傳感器36b形式的第二一維檢測(cè)器陣列來(lái)檢測(cè) 發(fā)光二極管22的移動(dòng)的原理。在光學(xué)位置檢測(cè)裝置30的面板31上 的狹縫34a具有第一基本上矩形形狀，狹縫34a實(shí)質(zhì)上提供第二組脈 沖中的各脈沖的限制(所述第二組脈沖中的各脈沖^C限制成具有第一 橫截面形狀的薄的第 一光束)，在這里所述第一橫截面形狀是矩形并 接近于一維并且具有垂直取向，亦即，所述矩形的長(zhǎng)邊是垂直取向的。 因此，狹縫34a是垂直取向的矩形開口。來(lái)自發(fā)光二極管22的第二 組脈沖中的各脈沖穿過(guò)狹縫34a并且各自被限制成第二垂直光片或者 被限制成具有第 一橫截面形狀的光束，在這里所述第 一橫截面形狀是 矩形并接近于一維并且具有水平取向，亦即，所述矩形的長(zhǎng)邊是水平 取向的。然后，兩個(gè)光片被投影在通過(guò)使用電路板而提供的平面33在這里，所述圖案由一個(gè)垂直取向的亮的薄矩形和一個(gè)被暗背景包圍 的水平取向的亮的薄矩形構(gòu)成。因此，每一個(gè)矩形邊提供所述圖案的 明暗區(qū)域之間的接合。 一維成像傳感器36a水平地安裝在印刷電路板上，使得一維成像傳感器36a的檢測(cè)元件處在與投影的第一光片成一定角度的平面33中，在這里所述角度是直角。因此，所述光片與一 維成像傳感器36a相交。所以，狹縫34a和一維成像傳感器36a可以 檢測(cè)發(fā)光二極管22的水平運(yùn)動(dòng)。類似地，狹縫34b是水平的而一維 成像傳感器36b是垂直的，因而它們可以檢測(cè)發(fā)光二極管22的垂直 運(yùn)動(dòng)。因此，所述第二光片與檢測(cè)器36b相交，以一定的角度設(shè)置所 述檢測(cè)器，在這里把所述檢測(cè)器設(shè)置成垂直于投影的第二光片。因此， 每一個(gè)檢測(cè)器陣列檢測(cè)投影在它上面的圖案的一部分，其中，檢測(cè)器 36a檢測(cè)所述圖案由狹縫34a^t是供的部分，而檢測(cè)器36b檢測(cè)所述圖 案由狹縫34b提供的部分。 一維成像傳感器36a和36b由隔板(圖2 中未示出2)隔離，使得穿過(guò)狹縫34a的光片不會(huì)到達(dá)一維成像傳感器 36b而穿過(guò)狹縫34b的光片不會(huì)到達(dá)一維成像傳感器36a。另 一種類 型的限制單元是柱面透鏡。柱面透鏡可以用來(lái)代替狹縫34a和34b， 把光聚焦在一維成像傳感器36a和36b上?？梢栽讵M縫34a和34b或 柱面透鏡的前面使用濾光片來(lái)阻擋不想要的頻帶。圖3a中示出便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的殼體單元的詳細(xì) 的設(shè)計(jì)。發(fā)光二極管22和紅外發(fā)射二極管24安裝在便攜式自由空間 數(shù)據(jù)輸入裝置20的一個(gè)端部。當(dāng)便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20被 握在用戶的手中時(shí)，用戶的拇指可以壓用戶輸入單元中的任何一個(gè)， 在這里所述用戶輸入單元以五個(gè)按鈕26a、 2外、26c、 26d和26e的 形式設(shè)置在便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的頂面上。本發(fā)明可以 用作計(jì)算機(jī)輸入裝置來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的計(jì)算機(jī)鼠待。當(dāng)壓按鈕26a時(shí)，計(jì) 算機(jī)屏幕上的光標(biāo)跟隨便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的移動(dòng)。按 鈕26b和26c分別用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)的左按鈕和右按鈕的功能。當(dāng) 快速地單擊或雙擊按鈕26b和26c時(shí)，它們執(zhí)行計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)的左按鈕 和右按鈕點(diǎn)擊或雙擊。當(dāng)壓按《丑26b和26c時(shí)，光標(biāo)跟隨便攜式自由 空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的運(yùn)動(dòng)。這允許用戶使用本發(fā)明來(lái)執(zhí)行計(jì)算機(jī) 鼠標(biāo)的標(biāo)記、拖動(dòng)和繪圖操作。按鈕26d和2,6e分別用來(lái)執(zhí)行上滾和下滾操作。當(dāng)壓它們時(shí)，計(jì)算;f幾屏幕上的光標(biāo)應(yīng)當(dāng)不移動(dòng)。當(dāng)用戶操作圖3a中所示的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20上的 按鈕時(shí)，他/她僅僅使用他/她的拇指。在壓按鈕之后，在用戶開始?jí)?另一個(gè)按鈕之前，必須松開剛才壓下的按鈕。若同時(shí)壓下兩個(gè)按鈕， 則便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20僅僅響應(yīng)它們中的一個(gè)，這取決 于實(shí)際的硬件和/或軟件實(shí)現(xiàn)方案。對(duì)于普通用戶，由于拇指操作的規(guī) 則簡(jiǎn)單，所以這種設(shè)計(jì)是方便的。對(duì)于某些其他用戶， 一旦光標(biāo)被移 動(dòng)到選定位置，更重要的是易于單擊按鈕26b(左鼠標(biāo)按鈕)或按鈕 26c(右鼠標(biāo)按鈕)。這要求在單擊按鈕26b或按鈕26c的同時(shí)，光標(biāo)在 顯示器屏幕上連續(xù)地移動(dòng)?？梢曰蛘咄ㄟ^(guò)操作便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸 入裝置20底面上的按鈕或者通過(guò)利用雙擊按鈕26a進(jìn)入連續(xù)移動(dòng)模 式來(lái)實(shí)現(xiàn)這種功能。可以通過(guò)添加便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20 底面上的按鈕來(lái)修改圖3a中所示的設(shè)計(jì)。可以通過(guò)用戶的食指操作 這個(gè)按鈕，以便激活光標(biāo)移動(dòng)功能。當(dāng)壓下這個(gè)按鈕時(shí)，計(jì)算機(jī)屏幕 上的光標(biāo)跟隨便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)光標(biāo)被移 動(dòng)到選定位置時(shí)，用戶可以在不松開這個(gè)用食指操作的按鈕的情況下 立即利用他/她的拇指壓下或單擊按鈕26b或按鈕26c。代替添加新的 按鈕，可以通過(guò)簡(jiǎn)單地把按鈕26a移到便攜式自i空間數(shù)據(jù)輸入裝置 20的底面來(lái)實(shí)現(xiàn)可供選擇的設(shè)計(jì)。因?yàn)楝F(xiàn)在通過(guò)食指操作按鈕26a， 所以應(yīng)當(dāng)修改操作規(guī)則以便允許同時(shí)壓下按鈕26a和按鈕26b與26c 中的任何一個(gè)。最好應(yīng)當(dāng)利用接觸敏感開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)便攜式自由空間數(shù) 據(jù)輸入裝置20底面上的按鈕。若希望不改變按鈕的設(shè)計(jì)，那么，也 可以通過(guò)快速地點(diǎn)擊按鈕26a兩次來(lái)進(jìn)入連續(xù)移動(dòng)片莫式。當(dāng)壓下或單 擊按鈕26a時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)束這種才莫式。在某個(gè)時(shí)段(例如30秒)內(nèi)沒(méi)有單 擊按鈕26b和26c中任何一個(gè)的情況下，也應(yīng)當(dāng)結(jié)束所述連續(xù)移動(dòng)4莫 式，以便節(jié)省便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的電池的電力。圖3b中示出便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的殼體單元的另一 個(gè)可供選擇的設(shè)計(jì)?？梢园驯銛y式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的殼體單元的形狀設(shè)計(jì)成筆形。用戶可以握著這種筆形設(shè)計(jì)的便攜式自由空 間數(shù)據(jù)輸入裝置20,好像他/她握著筆寫字。用戶可以使用他/她的食 指或拇指來(lái)操作按鈕。圖4中示出便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的框圖?？梢曰蛘?采用微處理器或者采用專門設(shè)計(jì)的集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)傳輸控制單元28。 五個(gè)按鈕26a、 26b、 26c、 26d和26e連接到傳輸控制單元28的輸入 引腳。發(fā)光二極管22和紅外發(fā)射二極管24連接到傳輸控制單元28 的輸出引腳?？赡苄枰糜诋a(chǎn)生驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管22和紅外發(fā)射二極 管24所需電流的附加的晶體管(圖4中未示出)，這取決于傳輸控制單 元28的輸出電流限制。電池29向傳輸控制羊元28供電?？梢园延?于開關(guān)電源的附加的開關(guān)或按4丑(圖4中未示出)添加到便攜式自由空 間數(shù)據(jù)輸入裝置20。圖5中示出光學(xué)位置檢測(cè)裝置30的框圖。位置確定單元38控制 一維成像傳感器36a和36b、才莫數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器37a和37b、紅外檢測(cè) 器形式的數(shù)據(jù)接收單元32、以及接口單元39的操作。所述位置確定 單元包括圖象捕獲單元38a、圖象處理單元38b和脈沖檢測(cè)單元38c。 可以或者采用CCD(電荷耦合器件)或者采用CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物 硅)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)一維成像傳感器36a和36b。成像傳感器的輸出信號(hào)可 以或者是模擬信號(hào)或者是數(shù)字信號(hào)。若輸出信號(hào)是才莫擬信號(hào)，則應(yīng)當(dāng) 采用模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器來(lái)把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。圖5示出在一 維成像傳感器36a和36b的輸出信號(hào)是模擬信號(hào)的情況下，如何連接 模數(shù)轉(zhuǎn)換器37a和37b。若一維成像傳感器具有內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器，則 這些傳感器可以直接連接到位置確定單元的數(shù)字輸入端。若采用市場(chǎng) 上可買到的具有一個(gè)或兩個(gè)內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)處理器來(lái)實(shí) 現(xiàn)位置確定單元38,則可以把一維成像傳感器的模擬輸出信號(hào)直接連 接到所述數(shù)字信號(hào)處理器的模擬輸入端。在圖I、圖4和圖5中紅外發(fā)射二極管24和紅外檢測(cè)器32分別 實(shí)現(xiàn)無(wú)線命令和同步信號(hào)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。使用38KHz已調(diào)制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射二極管24，這種通常使用的技術(shù)可以減小來(lái)自其他紅
外信號(hào)源的干擾，其中發(fā)射所述第一組脈沖。在光學(xué)檢測(cè)單元30上 的紅外檢測(cè)器32首先執(zhí)行對(duì)接收信號(hào)的解i,，然后把復(fù)原的二進(jìn)制 信號(hào)發(fā)送到位置確定單元38。
利用接口電路和用于通用串行總線(USB)的某些軟件模塊來(lái)實(shí)現(xiàn) 圖5中的接口單元39。 USB通常用來(lái)連接計(jì)算機(jī)和它們的外圍設(shè)備。 具有USB接口電路的專用微處理器可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)接口單元39。若采 用市場(chǎng)上可以買到的數(shù)字信號(hào)處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)位置確定單元38，那么， 還有可能使用專用USB接口電路來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件部分，并且在數(shù)字信號(hào) 處理器上運(yùn)行所需的軟件才莫塊。理想的是，若數(shù)字信號(hào)處理器具有內(nèi) 部USB接口電路，則可以實(shí)現(xiàn)最緊湊的設(shè)計(jì)。US戸還可以向光學(xué)位 置檢測(cè)裝置30提供電源。若光學(xué)位置檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)不使用來(lái)自 USB電纜的電源，那么，應(yīng)當(dāng)把電源單元添加到光學(xué)位置檢測(cè)裝置 30。
圖6示出各種不同信號(hào)的波形。下面詳細(xì)地說(shuō)明一個(gè)示例操作序 列。假定便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的按鈕26a用來(lái)在壓下該 按鈕時(shí)激活光標(biāo)移動(dòng)。當(dāng)壓下3要鈕26a時(shí)，傳輸控制單元28檢測(cè)由 用戶輸入的輸入信號(hào)B的邏輯電平變化。然后，傳輸控制單元28產(chǎn) 生第一組脈沖，其中至少一個(gè)脈沖包括要處理的數(shù)據(jù)，所述第一組脈 沖是以命令和同步信號(hào)CS的形式出現(xiàn)的。如圖6中所示，首先在時(shí) 段CSl,以一序列位的形式產(chǎn)生關(guān)于按鈕26a的接通狀態(tài)的命令。因 此，所述第一序列包括要處理的數(shù)據(jù)。用38KHz信號(hào)調(diào)制所述命令 的每一位并且通過(guò)紅外發(fā)射二極管24順序地發(fā)送所述命令的每一位。 光學(xué)位置檢測(cè)裝置30的紅外檢測(cè)器32解調(diào)接收的信號(hào)，并且隨后把 復(fù)原的二進(jìn)制信號(hào)發(fā)送到位置確定單元38。在命令和同步信號(hào)CS中 還提供若干同步脈沖。在解釋接收命令之后，位置確定單元38應(yīng)當(dāng) 等待第一同步脈沖。在時(shí)段CS1發(fā)送命令之后，發(fā)射控制單元28在 時(shí)段CS2中產(chǎn)生同步脈沖，如圖6中所示。在壓下按鈕26a的整個(gè)時(shí)段期間，定期地把38KHz已調(diào)同步脈沖從便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入 裝置20發(fā)送到光學(xué)位置檢測(cè)裝置30。這些同步脈沖用來(lái)避免便攜式 自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20和光學(xué)位置檢測(cè)裝置30的時(shí)鐘信號(hào)源之間 的累積時(shí)鐘誤差，因?yàn)楸銛y式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的任何按鈕 都可能被壓下一個(gè)長(zhǎng)的時(shí)段。這些同步脈沖應(yīng)當(dāng)多少時(shí)間發(fā)送一次， 取決于時(shí)鐘信號(hào)源有多高精度。圖6圖解說(shuō)明其中在發(fā)光二極管22 的每一個(gè)斷開/接通時(shí)段(例如，8ms)的起點(diǎn)發(fā)送所述同步脈沖的情況。 現(xiàn)在，便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20通過(guò)紅外發(fā)射二極管24發(fā)送 第一已調(diào)同步脈沖。當(dāng)光學(xué)位置檢測(cè)裝置30接收到同步脈沖時(shí)，一 維成像傳感器36a和36b中的每一個(gè)被位置確定單元38的圖像捕獲 單元38a激活，并且在LED斷開時(shí)段P1期間開始捕獲圖像。傳感器 啟動(dòng)信號(hào)SEN(如圖6中所示)僅僅表示一維戍像傳感器36a和36b應(yīng) 當(dāng)開始捕獲圖像的時(shí)間。應(yīng)當(dāng)根據(jù)為 一種設(shè)計(jì)選定的傳感器產(chǎn)生實(shí)際 的傳感器定時(shí)控制信號(hào)。在LED斷開時(shí)段P1之后，便攜式自由空間 數(shù)據(jù)輸入裝置20上的LED啟動(dòng)信號(hào)LEN接通發(fā)光二極管22。這樣， 在LED接通時(shí)段內(nèi)，發(fā)光二極管22產(chǎn)生位置指示脈沖，該脈沖用于 確定便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的位置。在LED接通時(shí)段P2期間， 一維成像傳感器36a和36b中的每一個(gè)應(yīng)當(dāng)捕獲另一個(gè)圖像。這樣， 在圖像捕獲單元38a的控制下，它們提供被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的圖像。 然后，在LED接通時(shí)段期間，獲得的圖像顯示投影在所述平面上的 圖案。正如在圖6中可以看到的，只要提供同步脈沖就產(chǎn)生幾個(gè)位置 指示脈沖。這些位置指示脈沖構(gòu)成第二組脈沖。當(dāng)釋放按鈕26a時(shí)， 便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20結(jié)束同步信號(hào)的發(fā)送，斷開發(fā)光二 極管22并且在時(shí)段CS3通過(guò)紅外發(fā)射二極管24把相應(yīng)的命令發(fā)送到 光學(xué)位置檢測(cè)裝置30。這樣，在時(shí)段CS3中的命令組成至少一個(gè)結(jié) 束脈沖，所述結(jié)束脈沖表示要處理的數(shù)據(jù)的結(jié)束。用這種方法處理用 于提供要發(fā)送的數(shù)據(jù)的用戶輸入，以便獲得包含所述數(shù)據(jù)的笫 一組脈 沖。用戶的輸入還觸發(fā)第二組尿h沖的產(chǎn)生和發(fā)送。因此，僅僅當(dāng)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，為了發(fā)送第一和第二組脈沖才由發(fā)
射控制單元28激活發(fā)光二極管22和紅外發(fā)射二極管24。
圖7中圖解說(shuō)明環(huán)境光線消除技術(shù)。因?yàn)槿鐖D6中圖解說(shuō)明的， 一維成像傳感器36a和36b的操作與發(fā)光二極管22的開關(guān)同步，所 以，捕獲的圖像是發(fā)光二極管22斷開時(shí)的環(huán)境光圖像和發(fā)光二極管 22接通時(shí)的LED照明圖像，亦即，圖像包括由圖像捕獲單元38a存 儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的位置指示脈沖。圖〉a示出在LED斷開時(shí)段期間，由 024像素的一維成像傳感器捕獲的環(huán)境光圖像中像素的亮度值(I)。圖 7b示出在LED接通時(shí)段期間，由同——維成像傳感器捕獲的LED照 明圖像中像素的亮度值(I)?？梢园阉鰣D像從存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)發(fā)到圖象處理 單元38b，在圖象處理單元38b中，從利用同一傳感器捕獲的LED照 明圖像對(duì)應(yīng)的像素值減去環(huán)境光圖像的每一個(gè)像素值。圖7c中示出 結(jié)果圖像。在單像素(pixel-wise)減法操作之后，可以在結(jié)果圖像中 輕易地識(shí)別對(duì)應(yīng)于LED照明的像素(或脈沖)?？梢岳眯〉拈撝礣l 對(duì)結(jié)果圖像進(jìn)行閾值處理，以便進(jìn)一步消除來(lái)自反射光、傳感器和數(shù) 字化過(guò)程的某些噪聲。圖7d中示出所述結(jié)果圖像。在閾值處理之后， 可以把所述過(guò)程圖像提供給脈沖檢測(cè)單元38c，其中可以利用各種不 同的方法來(lái)計(jì)算對(duì)應(yīng)于LED照明的脈沖的位置。若對(duì)位置分辨率的 要求不是很高，那么，可以使用檢測(cè)脈沖左邊緣或^邊緣的斜坡上的 像素的簡(jiǎn)單方法。因此，在這里，由檢測(cè)器檢測(cè)到的投影形狀的一部 分的明暗區(qū)域之間的接合被用于確定位置。如圖7d中圖解說(shuō)明的， 這種像素可以定義為所述脈沖的左邊緣上的像素并且其像素值 PHALF最接近所述脈沖的最大像素值PMA^的50%。脈沖的位置 PPOS定義為所迷像素的索引號(hào)，如圖7d中所示。若對(duì)位置分辨率的 要求高，則應(yīng)當(dāng)使用利用子像素分辨率的某些邊緣位置檢測(cè)方法。還 可以利用各種不同的數(shù)字濾波技術(shù)來(lái)抑制捕獲的圖像或任何中間圖 像中的噪聲。利用垂直和水平方向上兩個(gè)這樣的脈沖位置，有可能識(shí) 別便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的二維位置。若要求的是相對(duì)光標(biāo)移動(dòng)，則應(yīng)當(dāng)把相對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)。位置確定單元38應(yīng)當(dāng)把每一個(gè)檢測(cè)到的脈沖位置保存在 它的存儲(chǔ)器中。當(dāng)檢測(cè)到新的脈沖位置時(shí)，從存儲(chǔ)器檢索以前保存的 脈沖位置，并且從新的脈沖位置減去以前保存的脈沖位置。通過(guò)接口單元39把所得到的相對(duì)脈沖運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。每一個(gè)一維成像傳感器和它的狹縫在光學(xué)位置檢測(cè)裝置3o的前面形成透視圖。因此，計(jì)算機(jī)顯示器上光標(biāo)移動(dòng)量既取決于便攜式自 由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20在自由空間中的移動(dòng)量，又取決于便攜式自 由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20和光學(xué)位置檢測(cè)裝置30之間的距離。當(dāng)便攜 式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20^妄近于光學(xué)位置檢測(cè)裝置30時(shí)，便攜式 自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20在自由空間中的小的移動(dòng)將在計(jì)算機(jī)顯示 器上產(chǎn)生大的移動(dòng)。如果透視圖的這種效果是不希望有的，那么，可 以采用以下方法來(lái)減小所述效果即利用脈沖的最大像素值 PMAX(如圖7d中所示)來(lái)調(diào)節(jié)相對(duì)脈沖移動(dòng)數(shù)據(jù)，因?yàn)槊}沖的最大像 素值PMAX主要取決于便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20和光學(xué)位置 檢測(cè)裝置30之間的距離。例如，當(dāng)脈沖的最大像素值大于預(yù)定的閾 值時(shí)，應(yīng)當(dāng)把所述閾值對(duì)脈沖的最大像素值的比率乘到相對(duì)脈沖運(yùn)動(dòng) 數(shù)據(jù)。因?yàn)樗霰嚷市∮趌，所以相對(duì)脈沖移動(dòng)數(shù)據(jù)的幅度變小，因 而計(jì)算機(jī)顯示器上光標(biāo)移動(dòng)量也變小。用這種方法，還有可能確定便 攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的第三維位置，以便可以確定它在空 間中的位置。因?yàn)槊}沖的最大像素值提供便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20和 光學(xué)位置檢測(cè)裝置30之間的深度(范圍)信息，所以有可能利用本發(fā)明 作為用于三維指點(diǎn)和導(dǎo)航的三維輸入裝置。若需要更精確的三維位置 數(shù)據(jù)，那么，可以通過(guò)在圖2中，把一個(gè)水平安裝的一維成像傳感器 添加到一維成像傳感器36b的右邊，并且把一個(gè)垂直狹縫添加到狹縫 34b的右邊來(lái)擴(kuò)展本發(fā)明。在兩個(gè)水平安裝的一維成像傳感器(傳感器 36a和新添加的傳感器)上檢測(cè)到的各脈沖位置數(shù)據(jù)可以用來(lái)通過(guò)三角測(cè)量法計(jì)算深度(范圍)數(shù)據(jù)。有些人當(dāng)他們?cè)谧杂煽臻g中移動(dòng)便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20時(shí)，穩(wěn)定地握緊他們的手可能有困難。最好當(dāng)便攜式自由空間數(shù)據(jù) 輸入裝置20的移動(dòng)速度減慢時(shí)，減小光標(biāo)移動(dòng)量對(duì)便攜式自由空間 數(shù)據(jù)輸入裝置20移動(dòng)量的比率。可以通過(guò)以下方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn) 當(dāng)檢測(cè)到的移動(dòng)速度低于預(yù)定的閾值時(shí)把小夂匕例因子乘到檢測(cè)到的 移動(dòng)量。若需要更仔細(xì)的控制，則可以使用幾個(gè)不同的比例因子和閾 值。因?yàn)闃?biāo)記、拖動(dòng)和繪圖一i&不需要快速的光標(biāo)移動(dòng)，所以，當(dāng)壓 下按鈕26b和26c時(shí)也可以把小的比例因子乘到檢測(cè)到的移動(dòng)量。當(dāng) 單擊或雙擊按鈕26b和26c時(shí)，這也可以減小不想要的光標(biāo)移動(dòng)。因?yàn)榘粹o26d和26e用于上滾和下滾操作，所以當(dāng)壓下這些按鈕 中任何一個(gè)時(shí)屏幕上的光標(biāo)不移動(dòng)。因此，便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入 裝置20不接通發(fā)光二極管22并且不通過(guò)紅外發(fā)射二極管24發(fā)送同 步信號(hào)。當(dāng)壓下按鈕26d或26e時(shí)，重復(fù)地通過(guò)紅外發(fā)射二極管24 發(fā)送相應(yīng)的命令。光學(xué)位置檢測(cè)裝置30對(duì)接收到的指令進(jìn)行計(jì)數(shù)， 并且通過(guò)接口單元39把具有適當(dāng)極性的計(jì)數(shù)發(fā)送到主機(jī)計(jì)算機(jī)。本發(fā)明還可以用作自由空間手寫裝置，用于把字母、數(shù)字或其他 符號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。用戶可以使用便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置 20在自由空間中書寫字符，移動(dòng)的位置數(shù)據(jù)被發(fā)送到計(jì)算機(jī)并且由用 于手寫識(shí)別的軟件對(duì)其進(jìn)行分析。若設(shè)計(jì)的裝置的功能既包括傳統(tǒng)的 計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)的功能又包括手寫裝置的功能，那么，應(yīng)當(dāng)把單獨(dú)的模式 控制按鈕添加到便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20,并且將其用來(lái)控制 操作模式。例如，可能會(huì)有一個(gè)用于鼠標(biāo)操作的模式和另一個(gè)用于手 寫的模式，因而每一次單擊所述模式控制按鈕都把當(dāng)前模式切換到另 一種模式。在用于鼠標(biāo)操作的模式中，按鈕26a被指派來(lái)激活光標(biāo)移 動(dòng)，而在手寫模式中，它被指派來(lái)激活手寫，就是說(shuō)，當(dāng)壓下它時(shí)， 特定的命令被從便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20發(fā)送到光學(xué)位置檢 測(cè)裝置30，并且便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的每一次移動(dòng)被解釋為字符的一個(gè)筆劃。對(duì)于用于手寫識(shí)別的軟件，可能希望有關(guān)于每 一個(gè)筆劃的移動(dòng)的絕對(duì)位置數(shù)據(jù)。例如，利用絕對(duì)位置數(shù)據(jù)，容易確 定每一個(gè)輸入的筆劃是否與以前的筆劃相關(guān)聯(lián)或者是新字符的第一筆劃。可以把筆劃的所有采樣的位置數(shù)據(jù)編碼作為絕對(duì)位置數(shù)據(jù)。作 為另一方案，每一個(gè)筆劃的數(shù)據(jù)格式可以以絕對(duì)位置數(shù)據(jù)為起點(diǎn)，后 跟一序列相對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。作為另一個(gè)可供選擇的設(shè)計(jì)，還有可能把用 于激活手寫體的專用按鈕添加到便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20，在 這種情況下，不需要單獨(dú)的模式控制按鈕。若沒(méi)有用于模式控制或激活手寫體的專用按鈕添加到便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20，那么， 仍舊可以通過(guò)雙擊(兩次快速點(diǎn)擊)按鈕26a來(lái)實(shí)現(xiàn);溪式控制。請(qǐng)注意， 只有當(dāng)按鈕26a的雙擊不用于進(jìn)入連續(xù)移動(dòng)模式時(shí)，利用雙擊按鈕26a 的這種方法才是有可能的。 '在該優(yōu)選實(shí)施例中，用市場(chǎng)上可以買到的數(shù)字信號(hào)處理器來(lái)實(shí)現(xiàn) 位置確定單元38。數(shù)字圖像被保存在數(shù)字信號(hào)處理器的存儲(chǔ)器中，并 且隨后被該數(shù)字信號(hào)處理器處理。有可能利用其他數(shù)字設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)實(shí) 現(xiàn)位置確定單元38。例如，可以開發(fā)專用數(shù)字處理電路來(lái)執(zhí)行所有數(shù) 據(jù)處理和控制任務(wù)。另一個(gè)可能的實(shí)施例是位置確定單元38通過(guò)接口部件(例如 USB端口)直接把數(shù)字圖像傳輸?shù)街鳈C(jī)計(jì)算機(jī)。由于本發(fā)明使用一維 成像傳感器這個(gè)事實(shí)的緣故，這才是有可能?？梢园鸦蛘卟东@的圖像 或者任何中間處理圖像(例如，單像素減法之后的結(jié)果圖像、閾值處 理之后的結(jié)果圖像等)轉(zhuǎn)移到主機(jī)計(jì)算機(jī)?？梢园巡东@的圖像或中間 圖像壓縮或編碼成適合于經(jīng)由接口部件的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式。主計(jì) 算機(jī)處理接收到的圖像并且檢測(cè)圖像中的脈沖。檢測(cè)到的光源位置用 來(lái)控制主計(jì)算機(jī)顯示器屏幕上的光標(biāo)移動(dòng)。這意味著光學(xué)位置檢測(cè)裝 置可以是分布式的。作為替代方案，可以把整個(gè)裝置設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)中。 在這里，位置確定單元38的功能(即，圖像捕獲、圖象處理和脈沖檢 測(cè))可以在三個(gè)子單元中單獨(dú)地實(shí)現(xiàn)圖像捕獲單元38a、圖象處理單元38b和脈沖檢測(cè)單元38c,如圖5中所示。圖像捕獲單元38a應(yīng)當(dāng) 產(chǎn)生對(duì)于一維成像傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的所有控制信號(hào)，并且把捕獲 的圖像保存在緩沖存儲(chǔ)器中供進(jìn)一步處理，或者把捕獲的圖像傳輸?shù)?主計(jì)算機(jī)供進(jìn)一步處理。圖象處理單元38b執(zhí)行所有數(shù)字圖象處理算 法(例如，單像素減法)。脈沖檢測(cè)單元38c利用可能的各種不同的算 法執(zhí)行脈沖檢測(cè)?？梢栽谥饔?jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)或者脈沖檢測(cè)單元38c或者 脈沖檢測(cè)單元38c和圖象處理單元38b兩者，同時(shí)在光學(xué)位置檢測(cè)裝 置上實(shí)現(xiàn)位置確定單元的子單元中剩余的子單元。在本發(fā)明中， 一維成像傳感器用來(lái)檢測(cè)單一點(diǎn)光源的移動(dòng)，這和 利用二維成像傳感器的市場(chǎng)上可買到的指點(diǎn)裝置的解決方案大不相同。因此，本發(fā)明提供或者允"i午提供按人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)的不需要大角 度手腕移動(dòng)的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置，同時(shí)使用光學(xué)位置檢測(cè) 技術(shù)，所述光學(xué)位置檢測(cè)技術(shù)在其設(shè)計(jì)方面可以是簡(jiǎn)單的，并且允許 在便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置中的有限功率消耗。因此，所述便攜 式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置可以是電池驅(qū)動(dòng)的。具有大量像素(>1000)的CCD(電荷耦合器件)和CMOS(互補(bǔ)金屬 氧化物硅)一維成像傳感器是市場(chǎng)上可以買到的。當(dāng)N大時(shí)，具有N 個(gè)像素的CCD(或CMOS)—維成像傳感器的制造成本大大地低于N x N個(gè)像素的CCD(或CMOS)二維成像傳感器的成本。處理來(lái)自兩個(gè)N個(gè)像素的一維成像傳感器的數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)通 過(guò)量也大大地低于處理來(lái)自NxN個(gè)像素的一個(gè)二維成像傳感器的數(shù) 據(jù)所需的數(shù)據(jù)通過(guò)量。因此，可以以較簡(jiǎn)單的并且還較廉價(jià)的信號(hào)處 理裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的信號(hào)處理裝置。消除干擾環(huán)境光線影響的環(huán)境光線消除扶術(shù)可以用于或者具有 一維成像傳感器的指點(diǎn)裝置或者具有二維成像傳感器的指點(diǎn)裝置。環(huán) 境光線消除技術(shù)要求把每秒的幀數(shù)目加倍，并且把來(lái)自傳感器的一個(gè) 或兩個(gè)數(shù)據(jù)幀存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中供進(jìn)一步處理。由于在本發(fā)明中使用 一維成像傳感器以及一維數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理，所以可以容易地實(shí)現(xiàn)環(huán)境光線消除技術(shù)。雖然環(huán)境光線消除技術(shù)可以用于具有二維成像傳感器 的指點(diǎn)裝置，但是，增大每秒的成像幀數(shù)目以及增加對(duì)數(shù)據(jù)處理和數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)的要求會(huì)使它成為成本更高的解決方案。以下描述便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的殼體單元的幾種可 供選擇的設(shè)計(jì)。圖8中示出便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的具有轉(zhuǎn)盤開關(guān)的殼體單元的兩個(gè)可供選擇的設(shè)計(jì)。發(fā)光二極管22和紅外發(fā)射二極管 24安裝在便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的一個(gè)端部。當(dāng)便攜式自 由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20被握在用戶的手中時(shí)，用戶的拇指可以壓三 個(gè)按鈕26a、 26b和26c中的^壬何一個(gè)并且操作轉(zhuǎn)盤開關(guān)21。類似于 圖3中所描述的設(shè)計(jì)，當(dāng)壓下按鈕26a時(shí)，計(jì)算機(jī)屏幕上的光標(biāo)跟隨 便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的移動(dòng)。按鈕26b和26c分別用來(lái) 實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)的左按鈕和右按鈕的功能。轉(zhuǎn)盤開關(guān)21用來(lái)執(zhí)行計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)的上滾和下滾操作。在圖8b所示的設(shè)計(jì)中，按鈕26b靠近 按鈕26c。當(dāng)需要頻繁地點(diǎn)擊左鼠標(biāo)按鈕和右鼠標(biāo)按鈕兩者時(shí)，這種 配置可以減小用戶拇指的移動(dòng)量。圖9中示出便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的具有多路開關(guān)的 殼體單元的另外兩個(gè)可供選擇的設(shè)計(jì)。多路開關(guān)23用來(lái)代替圖3所 示的設(shè)計(jì)中的五個(gè)按鈕。圖9b所示的小型化設(shè)計(jì)使用戶可以使用固 定帶27把便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20岡定在他/她的食指上。在 當(dāng)前的電池技術(shù)的情況下，不難找到用于這種設(shè)計(jì)的適當(dāng)?shù)目芍貜?fù)充 電電池。若要求小型便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的殼體單元非常小 并且非常薄，那么，可以使用獨(dú)立的電池單元(圖9b中未示出)來(lái)為所 述裝置供電。這種電池單元可以固定在用戶的手腕并通過(guò)短電纜連接 到所述小型便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置。圖10中示出便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的具有不同按鈕配 置的殼體單元的另外兩個(gè)可供選擇的設(shè)計(jì)。因?yàn)榘粹o26b靠近按鈕26c,所以，當(dāng)需要頻繁地點(diǎn)擊左鼠標(biāo)按鈕和右鼠標(biāo)按鈕兩者時(shí)，可以減小用戶拇指的移動(dòng)量。類似地，按鈕26cJ靠近按鈕26e，這使得 更容易操作上滾和下滾按鈕。類似于圖9b中所示的設(shè)計(jì)，圖10b中 所示的小型化設(shè)計(jì)使用戶可以^/f更攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20固 定在他/她的食指上。圖11中示出便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的具有三個(gè)按鈕的 殼體單元的小型化設(shè)計(jì)。這種替代方案是為喜歡大按鈕的人們?cè)O(shè)計(jì) 的。因?yàn)槭持覆荒苤С执蟮谋銛y式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置，所以難以 設(shè)計(jì)具有五個(gè)大按鈕的緊湊的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置。因此， 僅僅設(shè)計(jì)三個(gè)按鈕26a、 26b和26c。在僅僅三個(gè)按鈕的情況下，仍舊 可以通過(guò)利用按鈕26a執(zhí)行才莫式控制功能(除了其通常的光標(biāo)移動(dòng)功 能以外)來(lái)實(shí)現(xiàn)上滾和下滾操作。有兩種操作模式光標(biāo)模式和滾動(dòng) 模式。在光標(biāo)模式中，按鈕26b和26c分別用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)的左 按鈕和右按鈕的功能。在滾動(dòng)才莫式中，按鈕26b和26c分別用來(lái)實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)的上滾和下滾操作。當(dāng)壓下按鈕26a時(shí)，計(jì)算機(jī)屏幕上的 光標(biāo)照例跟隨便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的移動(dòng)。當(dāng)雙擊按鈕 26a時(shí)，即快速地點(diǎn)擊兩次，操作模式被從當(dāng)前模式切換到另一種模 式。圖12中示出用于多媒體家庭娛樂(lè)系統(tǒng)的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸 入裝置20的殼體單元的設(shè)計(jì)。按鈕25a、 25b、 25c和25d是沖莫式控 制按鈕。按鈕26a、 26b、 26c、 26d和26e的功能取決于便攜式自由 空間數(shù)據(jù)輸入裝置20的操作模式。這種設(shè)計(jì)可以用作多媒體家庭娛 樂(lè)系統(tǒng)的遙控裝置。多媒體家庭娛樂(lè)系統(tǒng)把計(jì)算機(jī)與音頻和視頻設(shè)備 組合在一起，因而使用戶可以通過(guò)使用遙控裝置來(lái)控制各種不同的功 能，諸如選擇電視頻道、播放和記錄視頻、播;^丈和記錄音樂(lè)、顯示數(shù) 字照片和訪問(wèn)因特網(wǎng)。這樣的遙控裝置的一個(gè)期望的功能是控制光標(biāo) 移動(dòng)的功能。本發(fā)明可以滿足多媒體家庭娛樂(lè)系統(tǒng)的這種要求?？梢?通過(guò)點(diǎn)擊按4丑25a、 25b、 25c、 25d和25e來(lái)分別輸入五種^t喿作4莫式， 即指點(diǎn)模式、電視模式、音頻模式、視頻模式和收音機(jī)模式。當(dāng)點(diǎn)擊按鈕25a時(shí)，便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置進(jìn)入指點(diǎn)模式。在指點(diǎn)模式中，用戶可以使用按鈕26a來(lái)控刮光標(biāo)移動(dòng),并且使用按 鈕26b和26c來(lái)執(zhí)行計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)的左按鈕和右按鈕的功能。按鈕26d 和26e用來(lái)執(zhí)行上滾和下滾功能?？梢栽谶@種才莫式中啟動(dòng)各種不同的 個(gè)人計(jì)算機(jī)應(yīng)用，例如，因特網(wǎng)訪問(wèn)。在這種模式中還可以進(jìn)行多媒 體家庭娛樂(lè)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置和默認(rèn)設(shè)置。當(dāng)點(diǎn)擊按鈕25b時(shí)，便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20進(jìn)入電視 模式?？梢灾概砂粹o26a、 26b、 26c、 26d和26e來(lái)執(zhí)行電視頻道選 擇和音量控制所需的功能。自由空間手寫可以用于輸入電視頻道號(hào)或 電視頻道名稱。例如，按鈕26a可以用來(lái)激活自由空間手寫。音頻模 式、視頻模式和收音機(jī)模式的功能可以類似地設(shè)計(jì)成能控制CD、DVD 和收音機(jī)。其他可能的音頻和一見頻多媒體家用娛樂(lè)活動(dòng)(諸如計(jì)算機(jī) 游戲和卡拉OK)可以在指點(diǎn)模式下使用圖形用戶界面來(lái)控制它們的 功能?？梢园驯景l(fā)明加入到用于多媒體家庭娛樂(lè)系統(tǒng)的遙控裝置的不 同設(shè)計(jì)中。例如，可以把用于控制多媒體家庭娛樂(lè)系統(tǒng)和發(fā)光二極管 (它顯示遙控裝置的模式狀態(tài))的各種不同功能的其他按鈕添加到圖 12所示的設(shè)計(jì)中。在該優(yōu)選實(shí)施例中，在光學(xué)位置檢測(cè)裝置上使用兩個(gè)正交取向的 狹縫和兩個(gè)一維成像傳感器。另 一個(gè)可供選擇的實(shí)施例可以使用單一 一維成像傳感器和各種不同的限光部件(掩才莫)，諸如設(shè)置成V形配置 的兩個(gè)狹縫、三角形孔、具有兩個(gè)相互傾斜的邊緣的三角形遮光構(gòu)件 (像在美國(guó)專利No.4,092，072中那樣)。另 一個(gè)可供選擇的實(shí)施例可以 使用兩個(gè)正交取向的狹縫、單——維成像傳感器和光線旋轉(zhuǎn)單元，例 如用于旋轉(zhuǎn)穿過(guò) 一 個(gè)狹縫的光片的 一 組棱鏡，像美國(guó)專利 No.4,209,254中的那樣。在上述可供選擇的實(shí)施例和所述優(yōu)選實(shí)施例 中，若狹縫是限光部件，那么可以使用柱面透鏡來(lái)代替作為限制單元 的狹縫來(lái)把光線聚焦到一維成^f象傳感器上?？梢栽讵M縫或柱面透鏡的 前面使用濾光片來(lái)阻擋不想要的頻帶。如以前指出的，若利用限光部件限制來(lái)自單一點(diǎn)光源的光，使得 二維圖案投影在一維成像傳感器的檢測(cè)元件位于其中的平面(各平面) 上，并且所述限光部件以這樣的方式產(chǎn)生所述圖案，即單一點(diǎn)光源的 至少二維的位置變化產(chǎn)生所述圖案的二維變化，那么，可以使用一個(gè) 或兩個(gè)一維成像傳感器來(lái)捕獲所述平面(各平面)上的二維圖案變化， 并且可以設(shè)計(jì)基于一維成像傳感器(多個(gè)一維成像傳感器)的光學(xué)位置 檢測(cè)裝置。除了上面討論的掩模之外，還有可能使用各種不同的光學(xué) 元件(諸如透鏡)來(lái)產(chǎn)生二維圖案。如以前指出的，可以使用柱面透 鏡來(lái)代替作為限制單元的狹縫來(lái)把光線聚焦到一維成像傳感器上。這 些柱面透鏡具有不變的焦距。華設(shè)計(jì)具有沿著透鏡長(zhǎng)邊方向連續(xù)地變 化的焦距(例如，增大的焦距)的柱面透鏡，那么，這種透鏡可以用來(lái) 在一維成像傳感器的檢測(cè)元件定位在其中的平面上產(chǎn)生二維圖案。然后，具有變焦距的柱面透鏡最好與一維傳感器垂直地取向。因此，可 以基于這樣的具有變焦距的柱面透鏡和一 維成像傳感器來(lái)設(shè)計(jì)本發(fā) 明的另 一個(gè)可供選擇的實(shí)施例。已經(jīng)指出，可以通過(guò)釆用以下方法擴(kuò)展本發(fā)明來(lái)獲得深度(范圍)數(shù)據(jù)把一個(gè)水平安裝的一維成像傳感器添加到圖2中一維成像傳感 器36b的右邊，以及把一個(gè)垂直狹縫添加到圖2中狹縫34b的右邊。 在兩個(gè)水平安裝的一維成像傳感器(傳感器36a和新添加的傳感器)上 檢測(cè)到的各脈沖的位置數(shù)據(jù)可以用來(lái)通過(guò)三角測(cè)量法計(jì)算深度(范圍) 數(shù)據(jù)。這種添加額外的 一維成^f象傳感器和額外的限光部件的方法也可 以用來(lái)擴(kuò)展上述二維位置檢測(cè)的可供選擇的實(shí)施例，以便利用三角測(cè) 量技術(shù)來(lái)獲得第三維位置。在該優(yōu)選實(shí)施例中，借助于紅外發(fā)射二極管24調(diào)制和發(fā)送指令 和同步信號(hào)。紅外檢測(cè)器32接收已調(diào)制紅外光脈沖并且將它解調(diào)。 另一個(gè)可供選擇的實(shí)施例可以使用便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20 上的近程無(wú)線電發(fā)射機(jī)來(lái)發(fā)送指令和同步信號(hào)，并且使用光學(xué)位置檢 測(cè)裝置30上的無(wú)線電接收機(jī)來(lái)接收所發(fā)送的無(wú)線電信號(hào)。在該優(yōu)選實(shí)施例中，以無(wú)錢模式發(fā)送指令和同步信號(hào)。另一個(gè)可 供選擇的實(shí)施例可以使用電纜來(lái)連接便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20和光學(xué)位置檢測(cè)裝置30。把關(guān)于指令和同步信號(hào)的電脈沖從便攜 式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20發(fā)送到光學(xué)位置檢測(cè)裝置30。因?yàn)榭梢?通過(guò)電纜供電，所以，所述可供選擇的實(shí)施例的便攜式自由空間數(shù)據(jù) 輸入裝置20不需要電池。在該優(yōu)選實(shí)施例中，便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20上的發(fā)光 二極管22用于發(fā)送供進(jìn)行位置檢測(cè)的脈沖。紅外發(fā)射二極管24用于 發(fā)送指令和同步信號(hào)。另一個(gè)可供選擇的實(shí)施例可以使用單一紅外發(fā) 射二極管既發(fā)送用于指令和同步信號(hào)的已調(diào)制脈沖，又發(fā)送供進(jìn)行位 置檢測(cè)的脈沖。在光學(xué)位置檢測(cè)裝置30上應(yīng)當(dāng)使用紅外一維成像傳 感器。在該優(yōu)選實(shí)施例中，發(fā)光二極管22安裝在便攜式自由空間數(shù)據(jù) 輸入裝置20上。另一個(gè)可供選擇的實(shí)施例可以使用紅外發(fā)射二極管 來(lái)發(fā)送用于位置檢測(cè)的脈沖。這種紅外發(fā)射二極管可以設(shè)置在光學(xué)位 置檢測(cè)裝置30的旁邊并且朝著用戶取向，^吏得紅外發(fā)射二極管照射 便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20。在便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置 20上，有用于把紅外光反射到光學(xué)位置檢測(cè)裝置30的反射材料片。 紅外發(fā)射二極管受光學(xué)位置檢測(cè)裝置30的控制，并且與用于從便攜 式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置20發(fā)送的指令和同步信號(hào)的脈沖同步。獲得環(huán)境光圖像的另一個(gè)可供選擇的途徑是計(jì)算在LED接通時(shí) 段期間捕獲圖像的前后在斷開光源的情況下捕獲的圖像的單像素平 均值(或單像素最大值)。然后，對(duì)所得到的環(huán)境光圖像和捕獲的LED 照明圖像執(zhí)行單像素減法。在環(huán)境光線消除技術(shù)的數(shù)據(jù)處理之后，可 以容易地檢測(cè)脈沖。雖然已經(jīng)結(jié)合具體的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是，這不是用來(lái)將 其限于這里提出的特定形式。相反，本發(fā)明的范圍僅僅由后附的權(quán)利 要求書限定。在權(quán)利要求書中，術(shù)語(yǔ)"包括"不排除存在其他元件。另外，雖然可以把各個(gè)特征包括在不同的權(quán)利要求中，但是有可能可以 把它們有利地組合在一起，而包括在不同的權(quán)利要求中并不意味著這 些特征的組合不是可行的和/或有利的。另外，單數(shù)的參考符號(hào)不排除 多數(shù)。因此，說(shuō)"一"、"第一"、"第二"等，不排除多數(shù)。僅僅為了清 晰的示例而在權(quán)利要求書中提供參考符號(hào)，因而不應(yīng)該以任何方式將 其解釋為限制權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
1.一種確定便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置(20)的位置的方法，所述方法包括以下步驟在光學(xué)位置檢測(cè)裝置(30)中接收來(lái)自所述便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的第一組脈沖(CS)，所述第一組脈沖包括含有要處理的數(shù)據(jù)的至少一個(gè)脈沖(CS1，CS3)；在所述光學(xué)位置檢測(cè)裝置中接收來(lái)自所述便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的光脈沖形式的第二組脈沖(LEN)，所述第二組脈沖包括至少一個(gè)位置指示脈沖(P2)；將所述第二組脈沖中的各脈沖限制成具有確定的第一橫截面形狀的至少一個(gè)第一光束；把所述至少一個(gè)光束投影在其中提供至少第一一維檢測(cè)器陣列的平面(33)上，以便在所述平面上建立明暗區(qū)域圖案；在每一個(gè)檢測(cè)器陣列中檢測(cè)投影在它上面的所述圖案的一部分；和根據(jù)由每一個(gè)檢測(cè)器陣列檢測(cè)到的所述圖案各部分的明暗區(qū)域之間的接合，確定所述便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的至少二維的位置，以便允許把所述位置同所述輸入數(shù)據(jù)一起使用。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中還包括以下步驟把所述第一 組脈沖從所述便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置發(fā)送(24)到所述光學(xué)位置 檢測(cè)裝置；和發(fā)送(22)供在所述光學(xué)位置檢測(cè)裝置中接收的所述第二 組脈沖。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中發(fā)送所述第二組光脈沖的步驟 包括把所述第二組脈沖從所述便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置發(fā)送到 所述光學(xué)位置檢測(cè)裝置。
4. 如上述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的方法，其中還包括在檢測(cè) 位置指示脈沖(P2)之前和/或之后，在每一個(gè)檢測(cè)器陣列中檢測(cè)環(huán)境光線(P1)的步驟，以及還包括對(duì)于每一個(gè)檢測(cè)器陣列，從檢測(cè)到的包含 所述脈沖的光中減去所述之前和/或之后檢測(cè)到的環(huán)境光線以便安全 地檢測(cè)所述脈沖的步驟。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中在檢測(cè)位置指示脈沖的前后檢測(cè)環(huán)境光線，以及所述方法還包括以下步驟組合在檢測(cè)位置指示脈 沖的前后檢測(cè)到的環(huán)境光線以及在所述減法步驟中使用所述組合的 檢測(cè)到的環(huán)境光線。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的方法，其中所述第一組脈沖包括指示 發(fā)送所述第二組脈沖的時(shí)間的至少一個(gè)同步脈沖(CS2),以及所述方 法還包括以下步驟根據(jù)所述同步脈沖控制(SEN)對(duì)環(huán)境光線和包含 位置指示脈沖的光的檢測(cè)。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，還包括以下步驟根據(jù)所述至少一 個(gè)同步脈沖來(lái)安排發(fā)送所述第二組光脈沖的時(shí)間。
8. 如上述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的方法，其中所述第一組脈沖 包括指示要處理的數(shù)據(jù)的起始的至少一個(gè)起始脈沖(CS1)和指示要處 理的數(shù)據(jù)的結(jié)束的至少一個(gè)結(jié)束脈沖(CS3)，以及所述方法還包括以 下步驟當(dāng)接收到所述起始脈沖時(shí)激活所有檢測(cè)器陣列；和當(dāng)接收到 所述結(jié)束脈沖時(shí)將所有檢測(cè)器陣列去激活。
9. 如上述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的方法，其中沿所述第一一維 檢測(cè)器的長(zhǎng)度方向的接合位置用于確定至少第 一維的位置。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中兩個(gè)檢測(cè)到的接合處之間的 距離用于確定第二維的位置。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述竿一形狀是矩形，當(dāng)所 述矩形投影在所述第一檢測(cè)器陣列上耐，所述矩形的長(zhǎng)邊垂直于所述 第一檢測(cè)器陣列，并且所述方法還包括以下步驟把所述第二組脈沖 的各脈沖限制(34b)成具有第二4黃截面形狀的第二光束，所述第二橫截 面形狀對(duì)應(yīng)于將所述第一形狀;旋轉(zhuǎn)90度；把所述第二光束投影在所 述平面(33)上以便建立所述圖案，其中與所述第二光束相關(guān)聯(lián)的沿一維檢測(cè)器陣列的長(zhǎng)度方向的接合位置用于確定第二維的位置。
12. 如權(quán)利要求l]所述的方法，其中還包括以下步驟在將所述 第二光束投影在所述平面上之前，將所述第二光束旋轉(zhuǎn)90度。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述平面包括取向垂直于所 述第一陣列的第二一維檢測(cè)器陣列以及將所述第二光束投影在所述 第二檢測(cè)器陣列上。
14. 如權(quán)利要求1-13中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述平面包括 取向與一個(gè)其他檢測(cè)器陣列相同的第三一維檢測(cè)器陣列，并且所述方 法還包括以下步驟把所述第二組光脈沖限制成具有確定的橫截面形 狀的第三光束；和把所述第三光束投影在所述平面(33)上以便建立所 述圖案，其中與所述第三光束相關(guān)聯(lián)的沿所述第三一維檢測(cè)器陣列的 長(zhǎng)度方向的接合位置用于根據(jù)由所述第三檢測(cè)器陣列檢測(cè)到的所迷 圖案的 一部分和由具有相同取向的所述另 一個(gè)檢測(cè)器陣列檢測(cè)到的 所述圖案的一部分，例如使用三角測(cè)量法，來(lái)確定既垂直于第一維又 垂直于第二維的第三維的位置。
15. 如權(quán)利要求1-14中任何一項(xiàng)所述的方法，還包括以下步驟 確定所述第二組脈沖中至少 一 個(gè)檢測(cè)到的位置指示脈沖(P2)的強(qiáng)度 (1)，以及確定所述位置的步驟包括根據(jù)所述強(qiáng)度確定所述便攜式自由 空間裝置的第三維位置，所述第三維既垂直于所述第一維又垂直于所 述第二維。
16. 如上述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的方法，其中所述第一組脈 沖的發(fā)送已經(jīng)觸發(fā)所述第二組脈沖的發(fā)送。
17. —種使光學(xué)位置檢測(cè)裝置(30)能夠確定便攜式自由空間數(shù)據(jù) 輸入裝置(20)的位置的方法，所述方法包括以下步驟在所述便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置中接收由裝置的用戶輸入 的數(shù)據(jù)；從所述便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置發(fā)送第 一組脈沖(CS)到所 述光學(xué)位置檢測(cè)裝置，所述第一組脈沖包括含有要處理的數(shù)據(jù)的至少一個(gè)脈沖(CS1、 CS3);和從所述便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置向所述光學(xué)位置檢測(cè)裝置 發(fā)送或反射光脈沖形式的包括至少一個(gè)位置指示脈沖(P2)的第二組脈 沖(LEN)，以便使所述光學(xué)位置檢測(cè)裝置可以根據(jù)設(shè)置在平面(33)中的 至少第 一一維檢測(cè)器陣列(36a)中的明暗區(qū)域的圖案的各部分的明暗 區(qū)域之間檢測(cè)的接合處，確定所述便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的至 少二維的位置，以便同所述輸入數(shù)據(jù)一起使用，其中已經(jīng)把所迷第二 組脈沖中的各脈沖限制成(34a)具有確定的第 一橫截面形狀的并且投 影在所述平面(33)上以便建立所述圖案的至少一個(gè)第一光束。"
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第一組脈沖的發(fā)送觸發(fā) 所述第二組脈沖的發(fā)送。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一組脈沖包括指示要 發(fā)送所述第二組脈沖的時(shí)間的至少一個(gè)同步脈沖(CS2)，并且所述方 法還包括以下步驟根據(jù)所述至少一個(gè)同步脈沖安排發(fā)送所述第二組 光脈沖的時(shí)間。
20. 如權(quán)利要求17-19中4壬何一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一組 脈沖包括指示要處理的數(shù)據(jù)的起始的至少 一個(gè)起始脈沖(CS 1 )和指示 要處理的數(shù)據(jù)的結(jié)束的至少一個(gè)結(jié)束脈沖(CS3)，以便使所述光學(xué)位 置檢測(cè)裝置在接收到所述起始脈沖時(shí)可以激活所有檢測(cè)器陣列而在 接收到所述結(jié)束脈沖時(shí)可以將所有檢測(cè)器陣列去激活。
21. —種光學(xué)位置檢測(cè)裝置(30),包括數(shù)據(jù)接收單元(32)，它被^:置成從便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置 (20)接收第一組脈沖(CS)，所述第一組脈沖包括含有要處理的數(shù)據(jù)的 至少一個(gè)脈沖(CS1， CS3);第一限制單元(34a),用于接收光脈沖形式的第二組脈沖(LEN)， 把所述第二組脈沖中的各脈沖限制成具有確定的第 一橫截面形狀的 至少一個(gè)第一光束并且把所述至少一個(gè)光束投影在平面(33)上，以便 在所述平面中建立明暗區(qū)域的圖案；在所述平面上的至少第——維檢測(cè)器陣列(36a)，其中，每一個(gè)檢 測(cè)器陣列4皮-沒(méi)置成檢測(cè)投影在它上面的圖案的 一 部分； 圖像捕獲單元(38a)，它控制檢測(cè)器陣列的操作；和 脈沖檢測(cè)單元(38c),它被i爻置成根據(jù)由每一個(gè)檢測(cè)器陣列檢測(cè)到 的圖案的各部分的明暗區(qū)域之間的接合確定所述便攜式自由空間數(shù) 據(jù)輸入裝置的至少二維的位置，以便允許將所迷位置同所述輸入數(shù)據(jù) 一起使用。
22. 如權(quán)利要求21所述的光學(xué)位置檢測(cè)裝置，其中所迷第一限制 單元是開口(34a),被成形為用于提供所述第一橫截面形狀。
23. 如權(quán)利要求21所述的光學(xué)位置檢測(cè)裝置，其中所迷第一限制 單元是第 一透鏡，被成形為用于把所述第 一光束聚焦成具有第 一橫截面形狀。
24. 如權(quán)利要求21-23中任何一項(xiàng)所述的光學(xué)位置檢測(cè)裝置，其 中所述圖像捕獲單元(38a)被設(shè)置成控制每一個(gè)檢測(cè)器陣列在檢測(cè)位 置指示脈沖(P2)之前和/或之后4全測(cè)環(huán)境光線(P1)，并且所述光學(xué)位置 檢測(cè)裝置還包括圖象處理單元(38b)，所述圖象處理單元^皮設(shè)置成對(duì)于 每一個(gè)檢測(cè)器陣列，從檢測(cè)到包含所述位置指示脈沖的光中減去所迷 之前和/或之后檢測(cè)到的環(huán)境光線，以便安全地檢測(cè)所述脈沖。
25. 如權(quán)利要求24所述的光學(xué)位置檢測(cè)裝置，其中所述圖像捕獲 單元(38a)被設(shè)置成控制每一個(gè)檢測(cè)器陣列在檢測(cè)位置指示脈沖的前 后檢測(cè)環(huán)境光線，以及所述圖象處理單元(38b)還被設(shè)置成組合在檢測(cè) 位置指示脈沖的前后檢測(cè)到的環(huán)境光線并且在所述減法中使用所述 組合的檢測(cè)到的環(huán)境光線。
26. 如權(quán)利要求24或25所述的光學(xué)位置檢測(cè)裝置，其中所述第 一組脈沖包括指示發(fā)送所述第二組脈沖(LEN)的時(shí)間的至少一個(gè)同步 脈沖(CS2)，所述數(shù)據(jù)接收單元(32)^皮設(shè)置成將所述至少一個(gè)同步脈沖 轉(zhuǎn)發(fā)到所述圖像捕獲單元(38a)，以及所述圖像捕獲單元還被設(shè)置成根 據(jù)所述同步脈沖控制每一個(gè)一維檢測(cè)器陣列對(duì)環(huán)境光線和包含位置指示脈沖的光的檢測(cè)。
27. 如權(quán)利要求21-26中任何一項(xiàng)所述的光學(xué)位置檢測(cè)裝置，其中所述第一組脈沖包括指示要處理的數(shù)據(jù)的起始的至少一個(gè)起始脈沖(CS 1 )和指示要處理的數(shù)據(jù)的結(jié)束的至少 一個(gè)結(jié)束脈沖(CS3),所述 數(shù)據(jù)接收單元被設(shè)置成將所述起始脈沖和所述結(jié)束脈沖轉(zhuǎn)發(fā)到所述 圖像捕獲單元(38a),所述圖像捕獲單元還被設(shè)置成當(dāng)接收到所述起始 脈沖時(shí)激活所有檢測(cè)器陣列而當(dāng)接收到所述結(jié)束脈沖時(shí)將所有檢測(cè) 器陣列去激活。
28. 如權(quán)利要求21-27中任何一項(xiàng)所述的光學(xué)位置檢測(cè)裝置，其 中所述脈沖檢測(cè)單元(38c)被設(shè)置成把沿所述第——維檢測(cè)器的長(zhǎng)度 方向的接合位置用于確定至少第一維的位置。
29. 如權(quán)利要求28所述的光學(xué)位置檢測(cè)裝置，其中所述脈沖檢測(cè) 單元(38c)被設(shè)置成把兩個(gè)檢測(cè)的接合處之間的距離用于確定第二維 的位置。
30. 如權(quán)利要求29所述的光學(xué)位置檢測(cè)裝置，其中所述第一形狀 是矩形，當(dāng)投影在所述第一檢測(cè)器陣列上時(shí)所述矩形的長(zhǎng)邊垂直于所 述第一檢測(cè)器陣列，以及所述光學(xué)位置檢測(cè)裝置還包括第二限制單元 (34b)，所述第二限制單元用于接收所述第二組脈沖(LEN)、把所述第 二組脈沖中的各脈沖限制成具有對(duì)應(yīng)于將所述第一形狀旋轉(zhuǎn)90度的 第二橫截面形狀的第二光束、以及把所述第二光束投影在所述平面 (33)上，以便建立所述圖案，其中所述脈沖檢測(cè)單元(38c)被設(shè)置成把 與沿 一維檢測(cè)器陣列的長(zhǎng)度方向的所述第二光束相關(guān)聯(lián)的接合位置 用于確定第二維的位置。
31. 如權(quán)利要求30所述的光學(xué)位置檢測(cè)裝置，還包括光線旋轉(zhuǎn) 單元，所述光線旋轉(zhuǎn)單元被設(shè)置成在投影在所述平面上之前將所述第 二光束旋轉(zhuǎn)90度。
32. 如權(quán)利要求30所述的光學(xué)位置檢測(cè)裝置，還包括在所述平 面上取向垂直于所述第一陣列的第二一維檢測(cè)器陣列，其中所述第二光束投影在所述第二檢測(cè)器陣列上。
33. 如權(quán)利要求21-32中^f壬何一項(xiàng)所述的光學(xué)位置檢測(cè)裝置，還 包括設(shè)置在所述平面上具有與一個(gè)其他檢測(cè)器陣列相同取向的第三 一維檢測(cè)器陣列，以及所述光學(xué)位置檢測(cè)裝置還包括第三限制單元， 所述第三限制單元用于接收所述第二組脈沖(LEN)、把所述第二組脈 沖中的各脈沖限制成具有確定的橫截面形狀的第三光束、并且把所述 第三光束投影在所述平面(33)上，以便建立所述圖案，其中所述脈沖 檢測(cè)單元(3 8c)被設(shè)置成把與所述第三光束相關(guān)聯(lián)的沿所述第三 一維 檢測(cè)器陣列的長(zhǎng)度方向的接合位置用于根據(jù)由所述第三檢測(cè)器陣列 檢測(cè)到的所述圖案的 一部分和由所述另 一個(gè)檢測(cè)器陣列檢測(cè)到的圖 案的一部分，例如使用三角測(cè)量法，確定既垂直于第一維又垂直于第 二維的第三維的位置。
34. 如權(quán)利要求21-32中任何一項(xiàng)所述的光學(xué)位置檢測(cè)裝置，其 中所述圖象處理單元(38b)還被設(shè)置成確定所述第二組中至少一個(gè)檢 測(cè)到的位置指示脈沖(Pl)的強(qiáng)度(I)，以便所述脈沖檢測(cè)單元(38c)可以 根據(jù)所述強(qiáng)度確定所述便攜式自由空間裝置的第三維的位置，所述第 三維既垂直于所述第一維又垂直于所述第二維。
35. 如權(quán)利要求21-34中任何一項(xiàng)所述的光學(xué)位置檢測(cè)裝置，還 包括光源，所述光源被設(shè)置成發(fā)射所述第二組脈沖，所述第二組脈沖 在設(shè)置在所述便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置上的反射材料上被反射。
36. 如權(quán)利要求21-35中任何一項(xiàng)所述的光學(xué)位置檢測(cè)裝置，其 中所述第一組脈沖的發(fā)送已經(jīng)觸發(fā)所述第二組脈沖的發(fā)送。
37. —種便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置(20)，包括 用戶輸入單元(26a， 26b, 26c, 26d， 26e)，所述用戶輸入單元被設(shè)置成接收由所迷裝置的用戶輸入的數(shù)據(jù)；用于把第一組脈沖(CS)發(fā)送到光學(xué)位置檢測(cè)裝置(30)的部件(24), 所述第 一組脈沖包括含有要處理的所述數(shù)據(jù)的至少 一個(gè)脈沖(CS1 ， CS3);和用于把光脈沖形式的第二組脈沖(LEN)發(fā)送到或反射到所述光 學(xué)位置檢測(cè)裝置的部件(22)，所述第二組脈沖包括至少一個(gè)位置指示 脈沖；和發(fā)射控制單元(28)，它從所述用戶輸入單元接收所述輸入數(shù)據(jù)并 且至少控制用于發(fā)送所述第一組脈沖的所述部件(24)，以便使所述光 學(xué)位置檢測(cè)裝置可以根據(jù)檢測(cè)設(shè)置在平面(33)中的至少第——維檢測(cè) 器陣列(36a)中明暗區(qū)域圖案的各部分的各明暗區(qū)域之間的接合處，確 定所述便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置的至少二維的位置，以便與所述 輸入數(shù)據(jù)結(jié)合使用，其中所迷第二組脈沖中的各脈沖已經(jīng)被限制成 (34a)具有確定的第一橫截面形狀的至少一個(gè)第一光束并且投影在所 述平面(33)上以便建立所述圖案。
38. 如權(quán)利要求37所述的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置，其中用 于發(fā)送第一組脈沖的所述部件和用于發(fā)送或反射第二組脈沖的所述 部件設(shè)置在發(fā)送光脈沖的同 一單元中。
39. 如權(quán)利要求37或38所述的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置， 其中所述第 一組脈沖的發(fā)送觸發(fā)所述第二組脈沖的發(fā)送。
40. 如權(quán)利要求39所述的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置，其中所 述發(fā)射控制單元(28)還被設(shè)置成通過(guò)用于發(fā)送第一組脈沖的所述部件 在要發(fā)送的所述第 一組脈沖中提供至少一個(gè)同步脈沖(CS2),并且被 設(shè)置成控制所述第二組光脈沖(LEN)的發(fā)送相對(duì)于所述至少一個(gè)同步 脈沖的定時(shí)。
41. 如權(quán)利要求37-40中任何一項(xiàng)所述的便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸 入裝置，其中所述第 一組脈沖包括指示要處理的數(shù)據(jù)的起始的至少一 個(gè)起始脈沖(CS1)和指示要處理的數(shù)據(jù)的結(jié)束的至少一個(gè)結(jié)束脈沖 (CS3),以便使所述光學(xué)位置纟全測(cè)裝置可以在接收到所述起始脈沖時(shí) 激活所有檢測(cè)器陣列，而在接收到所述結(jié)束脈沖時(shí)將所有檢測(cè)器陣列 去激活。
42. —種用于確定便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置(20)的位置的系統(tǒng)，包括便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置(20)，所述便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸 入裝置(20)具有設(shè)置成接收由所述裝置的用戶輸入的數(shù)據(jù)的用戶輸入單元 (26a， 26b， 26c， 26d, 26e)，用于發(fā)送第一組脈沖(CS)的部件(24)，所述第一組脈沖包括 含有所述要處理的數(shù)據(jù)的至少 一個(gè)脈沖(CS 1, CS3), 用于發(fā)送或反射光脈沖形式的第二組脈沖(LEN)的部件(22), 所述第二組脈沖包括至少一個(gè)位置指示脈沖(P2)，和 發(fā)射控制單元(28)，所述發(fā)射控制單元(28)從所述用戶輸入單 元接收所述輸入數(shù)據(jù)并且至少控制用于發(fā)送所述第一組脈 沖的單元，光學(xué)位置檢測(cè)裝置(30)，所述光學(xué)位置檢測(cè)裝置(30)具有 設(shè)置成接收所述第一組脈沖的數(shù)據(jù)接收單元(32)， 第一限制單元(34a),用于接收所述第二組脈沖(LEN)、把所 述第二組脈沖中的各脈沖限制成具有確定的第 一橫截面形 狀的至少一個(gè)第一光束以及把所述至少一個(gè)光束投影在平 面(33)上，以便在所迷平面上建立明暗區(qū)域的圖案， 所述平面上的至少第——維檢測(cè)器陣列(36a)，其中每一個(gè)檢 測(cè)器陣列被設(shè)置成檢測(cè)投影在它上面的圖案的一部分， 控制各檢測(cè)器陣列的操作的圖像捕獲羊元(38a)，和 脈沖檢測(cè)單元(38c)，它被設(shè)置成根據(jù)由每一個(gè)檢測(cè)器陣列檢 測(cè)到的圖案各部分的明暗區(qū)域之間的接合確定所述便攜式 自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置至少兩維的位置，以便允許把所述位 置同所述輸入數(shù)據(jù)一起使用。
全文摘要
一種使用一個(gè)或多個(gè)一維圖像傳感器檢測(cè)自由空間中的光源(22)的位置檢測(cè)方法適合用于便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置(20)，用于控制計(jì)算機(jī)顯示器(44)上的光標(biāo)(42)。便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置(20)的用戶應(yīng)當(dāng)在自由空間移動(dòng)便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置(20)，以便控制光標(biāo)在顯示器上的移動(dòng)。這種便攜式自由空間數(shù)據(jù)輸入裝置也可以用作自由空間手寫裝置。有可能使這種指點(diǎn)裝置適應(yīng)于多媒體家庭娛樂(lè)系統(tǒng)的用戶友好遙控裝置的設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)G06F3/038GK101238428SQ200580051302
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2005年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月22日
發(fā)明者葉勤中 申請(qǐng)人:葉勤中