專(zhuān)利名稱(chēng)：利用光學(xué)抬升檢測(cè)的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)評(píng)估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有光學(xué)抬升檢測(cè)的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)評(píng)估方法。
背景技術(shù)：
光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)用于評(píng)估光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)和目標(biāo)表面之間的移動(dòng)以執(zhí)行跟
蹤操作。光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)使用諸如發(fā)光二極管(LED)或激光二極管之類(lèi)的 光源和圖像傳感器來(lái)連續(xù)地捕獲目標(biāo)表面的圖像數(shù)據(jù)幀。光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)比 較連續(xù)的圖像幀，并且基于當(dāng)前圖像幀和先前圖像幀之間的比較來(lái)評(píng)估光 學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)和目標(biāo)表面之間的相對(duì)移動(dòng)。該比較基于檢測(cè)和計(jì)算所捕獲的 圖像數(shù)據(jù)幀中的特征的位移。對(duì)于激光導(dǎo)航系統(tǒng)，這些特征通常是由激光 點(diǎn)照射到目標(biāo)表面上所產(chǎn)生的干涉圖像。
光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)通常用于光學(xué)的計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)以跟蹤鼠標(biāo)相對(duì)于表面的移 動(dòng)，所述表面是鼠標(biāo)在其上被手動(dòng)操縱的表面。為了正確地執(zhí)行跟蹤操 作，光學(xué)鼠標(biāo)需要位于目標(biāo)表面上，這是因?yàn)楫?dāng)圖像導(dǎo)航系統(tǒng)的圖像傳感 器和目標(biāo)表面之間的距離被顯著增加時(shí)，即，當(dāng)光學(xué)鼠標(biāo)被從目標(biāo)表面抬 升時(shí)，會(huì)引入錯(cuò)誤。在利用激光導(dǎo)航系統(tǒng)的光學(xué)鼠標(biāo)中，用于運(yùn)動(dòng)評(píng)估的 光學(xué)干涉圖像隨著系統(tǒng)的圖像傳感器和目標(biāo)表面之間的距離的增加而增 加。因此，導(dǎo)航系統(tǒng)在光學(xué)鼠標(biāo)已被從目標(biāo)表面抬升之后仍然可以作出響 應(yīng)，這意味著導(dǎo)航系統(tǒng)將作出錯(cuò)誤的運(yùn)動(dòng)評(píng)估。
干涉圖像的光學(xué)特性不能利用光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的圖像傳感器對(duì)抬升檢測(cè) 問(wèn)題作出有意義的解決方案。因此，當(dāng)光學(xué)鼠標(biāo)被從目標(biāo)表面抬升時(shí)，需 要諸如機(jī)械開(kāi)關(guān)之類(lèi)的單獨(dú)傳感機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。
盡管傳統(tǒng)的抬升檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)于其希望的目的可以很好地工作，但是需 要一種用于光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的不復(fù)雜并且低成本的抬升檢測(cè)機(jī)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
一種光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)評(píng)估方法使用具有孔的板、光檢測(cè)器和光學(xué) 系統(tǒng)用于光學(xué)抬升檢測(cè)。光學(xué)系統(tǒng)被配置為將輸入光通過(guò)板的孔引導(dǎo)至目 標(biāo)表面，并且將從目標(biāo)表面反射并且通過(guò)板的孔傳送回來(lái)的輸入光引向光 檢測(cè)器，從而使其被光檢測(cè)器檢測(cè)以用于抬升檢測(cè)。在光檢測(cè)器處所檢測(cè) 到的輸入光表示光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)還未被從目標(biāo)表面抬升。相反，在光檢測(cè)器 處檢測(cè)不到光(除了可忽略的光之外)表示光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)已被從目標(biāo)表面 抬升。
根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)包括光源、圖像傳感器和抬升檢 測(cè)單元。光源被配置為產(chǎn)生光。圖像傳感器被設(shè)置用于接收從目標(biāo)表面所 反射的光的第一部分。圖像傳感器被配置為響應(yīng)于所接收的光的第一部分 而生成圖像數(shù)據(jù)幀以用于運(yùn)動(dòng)評(píng)估。抬升檢測(cè)單元包括具有孔的板、光檢 測(cè)器和光學(xué)系統(tǒng)。光檢測(cè)器位于板之上。光學(xué)系統(tǒng)位于板之上并且用于接 收來(lái)自光源的光的第二部分。光學(xué)系統(tǒng)被配置為引導(dǎo)光的第二部分使其通 過(guò)板的孔。光學(xué)系統(tǒng)還被配置為將從目標(biāo)表面反射并且通過(guò)板的孔傳送回 來(lái)的光的第二部分引向光檢測(cè)器，從而使其被光檢測(cè)器檢測(cè)以用于抬升檢
根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)包括具有孔的板、光檢測(cè)器和光 學(xué)系統(tǒng)。光檢測(cè)器和光學(xué)系統(tǒng)位于板之上。光學(xué)系統(tǒng)包括第一、第二和第 三棱鏡。第一棱鏡被設(shè)置用于接收輸入光。第一棱鏡被配置和定向?yàn)檎凵?輸入光使其通過(guò)板的孔。第二棱鏡被設(shè)置用于接收從目標(biāo)表面反射并且通 過(guò)板的孔傳送回來(lái)的輸入光。第二棱鏡被配置和定向?yàn)閷⑤斎牍庹凵涞筋A(yù) 定方向。第三棱鏡被設(shè)置用于接收來(lái)自第二棱鏡的輸入光。第三棱鏡被配 置為將輸入光朝著光檢測(cè)器折射，從而使其被光檢測(cè)器檢測(cè)。
根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)評(píng)估方法包括產(chǎn)生光；將光的第一部分
引向目標(biāo)表面；在圖像傳感器處接收從目標(biāo)表面所反射的光的第一部分以 用于運(yùn)動(dòng)評(píng)估；將光的第二部分通過(guò)位于目標(biāo)表面之上的孔而引向目標(biāo)表 面；將從目標(biāo)表面反射并且通過(guò)孔傳送回來(lái)的光的第二部分引向光檢測(cè) 器；以及在光檢測(cè)器處接收光的第二部分。 根據(jù)下面的詳細(xì)說(shuō)明，結(jié)合附圖，可以明白本發(fā)明的其他方面和優(yōu) 點(diǎn)，附示了本發(fā)明的原理示例。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的包括在光學(xué)計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)中的光學(xué)導(dǎo) 航系統(tǒng)。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的示意圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的底板和光學(xué)系統(tǒng)的透視圖。
圖4是圖2的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的示意圖，其示出了當(dāng)光學(xué)計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)未 被抬升時(shí)，通過(guò)光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的光的光路。
圖5是圖2的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的示意圖，其示出了當(dāng)光學(xué)計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)己 被抬升時(shí)，通過(guò)光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的光的光路。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)評(píng)估方法的處理流程圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100。如圖1所 示，光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100包括在光學(xué)的計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)102中，光學(xué)計(jì)算機(jī)鼠標(biāo) 102連接到計(jì)算機(jī)104。在該實(shí)現(xiàn)方式中，光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100用于當(dāng)光 學(xué)鼠標(biāo)在目標(biāo)表面106上由用戶操縱以控制顯示在計(jì)算機(jī)104上的光標(biāo) 時(shí)，跟蹤光學(xué)鼠標(biāo)102的移動(dòng)，其中目標(biāo)表面106可以是玻璃表面或者其 他透光的表面。但是，在其他實(shí)現(xiàn)方式中，光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)IOO可以用于各 種跟蹤應(yīng)用場(chǎng)合的不同產(chǎn)品中。如下詳細(xì)所述，光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100包括光 學(xué)抬升檢測(cè)特征，用于以光學(xué)方式檢測(cè)光學(xué)鼠標(biāo)102何時(shí)在Z方向上被從 表面抬升。光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100的光學(xué)抬升檢測(cè)特征可以用無(wú)需苛刻對(duì)準(zhǔn)的 低成本組件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2，示出了光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100的各種組件。圖2是光學(xué)導(dǎo) 航系統(tǒng)100的剖視圖。如圖2所示，光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)IOO包括導(dǎo)航單元210 和抬升檢測(cè)單元212。導(dǎo)航單元210的主要功能是捕獲圖像數(shù)據(jù)幀以用于
運(yùn)動(dòng)評(píng)估。抬升檢測(cè)單元212的主要功能是檢測(cè)具有光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100的
光學(xué)鼠標(biāo)102何時(shí)被從目標(biāo)表面106抬升。
導(dǎo)航單元210包括光源214、光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216和圖像傳感器218。光源 214產(chǎn)生光，所述光將被用于運(yùn)動(dòng)評(píng)估和抬升檢測(cè)。在該實(shí)施例中，光源 214是產(chǎn)生相干光的激光器件，例如垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。 但是，在其他實(shí)施例中，光源214可以是發(fā)光二極管或者任何其他發(fā)光器 件。光源214被設(shè)置為沿著X方向?qū)⒐獍l(fā)射到光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216中。
光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216是透光的結(jié)構(gòu)，其被配置為將從光源214所接收的一些 光引導(dǎo)至目標(biāo)表面106的成像區(qū)域220。光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216也被設(shè)計(jì)為接收從 目標(biāo)表面106的成像區(qū)域220所反射走的光以將所反射的光傳送到圖像傳 感器218。此外，光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216被設(shè)計(jì)為將從光源214所接收的一些光傳 送到抬升檢測(cè)單元212，抬升檢測(cè)單元212使用這些光來(lái)檢測(cè)具有光學(xué)導(dǎo) 航系統(tǒng)100的光學(xué)鼠標(biāo)或者任何其他器件何時(shí)被從目標(biāo)表面106抬升。具 體而言，光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216被設(shè)計(jì)為將一些光從光源214傳送到抬升檢測(cè)單元 212，以使得光主要沿著X方向傳播。
光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216在結(jié)構(gòu)上可以以任何數(shù)目的配置來(lái)塑造，只要光導(dǎo)結(jié)構(gòu) 在光學(xué)上可以執(zhí)行上述任務(wù)。在所圖示的實(shí)施例中，光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216包括用 于接收從光源214所發(fā)射的光的輸入端口 222，以使得所接收的光被沿著 X方向傳送到光導(dǎo)結(jié)構(gòu)中。光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216的輸入端口 222具有凸形的表 面，該表面用于聚焦從光源214所接收的光。光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216還包括中間段 224，中間段224對(duì)來(lái)自輸入端口 222的光進(jìn)行內(nèi)反射，以使得光保持為 沿著X方向但更靠近光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216的底部，g卩，更靠近光學(xué)計(jì)算機(jī)鼠標(biāo) 102在其上被操作的目標(biāo)表面106。光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216的中間段224包括頂面 226和底面228，頂面226將來(lái)自輸入端口 222的光沿著Z方向向下反 射，底面228將來(lái)自頂面226的光沿著X方向向后反射。光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216還 包括輸出段230，其將來(lái)自底面228的光分開(kāi)，以使得一些光可以用于運(yùn) 動(dòng)評(píng)估， 一些光可以用于抬升檢測(cè)。輸出段230包括反射面232，其將一 部分來(lái)自底面228的光沿著Z方向向下、朝向目標(biāo)表面106的成像區(qū)域 220反射，以用于運(yùn)動(dòng)評(píng)估。輸出段230還包括輸出端口 234，用于將一
部分來(lái)自底面228的光沿著X方向、朝向抬升檢測(cè)單元212輸出，以用于
抬升檢測(cè)。
圖像傳感器218位于光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216之上，以接收從目標(biāo)表面106的成 像區(qū)域220所反射走的光，從而捕獲目標(biāo)表面的圖像數(shù)據(jù)幀。具體而言， 圖像傳感器218位于光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216的反射面232之上，以接收從目標(biāo)表面 106的成像區(qū)域220所反射的光。圖像傳感器218包括光敏像素元件的陣 列(未示出)，其響應(yīng)于入射到元件上的光而生成圖像信號(hào)。例如，圖像 傳感器218可以是電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器或者互補(bǔ)金屬氧化物 半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。包括在圖像傳感器218中的光敏像素元件 的數(shù)目可以至少根據(jù)光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100對(duì)于光學(xué)運(yùn)動(dòng)評(píng)估的性能要求而變 化。例如，圖像傳感器218可以包括30X30的有源光敏像素元件陣列。
光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100的抬升檢測(cè)單元212包括底板236、頂板238、光 學(xué)系統(tǒng)240和光檢測(cè)器242。頂板238位于底板236之上，以使得這些板 之間具有預(yù)定距離。底板236和頂板238的位置緊鄰光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216的輸出 端口 234。底板236和頂板238沿著X方向平行定向。如圖3最佳地示出 的，圖3是底板236和光學(xué)系統(tǒng)240的透視圖，底板包括孔244。在所圖 示的實(shí)施例中，底板236的孔244的形狀是矩形。但是，在其他實(shí)施例 中，底板236的孔244可以具有不同的形狀，例如圓形。底板236和頂板 238不透光，以使得光被這些板所阻擋。因此，光穿過(guò)底板236的僅有方 式是通過(guò)底板的孔244。抬升檢測(cè)單元212的底板236和頂板238可以安 裝到光學(xué)計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)102的外殼(未示出)上。
光學(xué)系統(tǒng)240位于底板236和頂板238之間，以接收從光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216 的輸出端口 234所發(fā)射的光。光學(xué)系統(tǒng)240被配置為以與X軸成大于零的 角度向下引導(dǎo)所接收的光，使其通過(guò)底板236的孔244，其中X軸與底板 236平行。通過(guò)底板236的孔244所傳送的光然后被從目標(biāo)表面106反射 走。光學(xué)系統(tǒng)240還被配置為接收從目標(biāo)表面反射走并且通過(guò)底板236的 孔244傳送回來(lái)的光，并且將那種光引導(dǎo)至光檢測(cè)器242，在所圖示的實(shí) 施例中，光檢測(cè)器242位于頂板238之上，但不是直接在頂板上。頂板 238用于防止任何不需要的光到達(dá)光檢測(cè)器242。
光學(xué)系統(tǒng)240包括三個(gè)棱鏡246、 248和250，這些棱鏡位于底板236 和頂板238之間。在所圖示的實(shí)施例中，棱鏡246、 248和250是具有三個(gè) 主面的三棱鏡。具體而言，在所圖示的實(shí)施例中，棱鏡246、 248和250 是直角三棱鏡。因此，棱鏡246、 248和250的剖面的形狀是直角三角 形。在所圖示的實(shí)施例中，棱鏡246、 248和250不成直角的角為四十五 度(45° )。但是，在其他實(shí)施例中，棱鏡246、 248和250這些不成直 角的角可以是不同的度數(shù)。此外，在其他實(shí)施例中，棱鏡246、 248和250 可以不是直角三棱鏡，甚至可以不是三棱鏡。
第一棱鏡246位于光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216和底板236的孔244之間。第一棱鏡 246被定向?yàn)槭沟闷涑芍苯堑慕窃诳拷装?36的底部處，并且棱鏡246 的斜邊側(cè)面對(duì)著光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216的輸出端口 234，以接收從輸出端口發(fā)射的 光。因此，第一棱鏡246把從光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216的輸出端口 234所發(fā)射的光朝 著底板236的孔244斜向下折射。
第二棱鏡248被設(shè)置為使得底板236的孔244位于第一棱鏡246和第 二棱鏡248之間。第二棱鏡248被定向?yàn)槭沟闷涑芍苯堑慕窃诳拷装?236的底部處，并且棱鏡248的斜邊側(cè)背對(duì)著光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216的輸出端口 234。第二棱鏡248被設(shè)置用于接收來(lái)自第一棱鏡的光，這些光己被從目 標(biāo)表面106反射走并且通過(guò)底板236的孔244傳送回來(lái)。第二棱鏡248折 射所接收的光以使得折射后的光沿著X方向向第三棱鏡250傳播。
第三棱鏡250被設(shè)置為使得第二棱鏡248位于底板236的孔244與第 三棱鏡250之間。第三棱鏡250被定向?yàn)槭沟闷涑芍苯堑慕窃诳拷敯?238的頂部處，并且棱鏡250的斜邊側(cè)背對(duì)著光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216的輸出端口 234。另外，第三棱鏡250被設(shè)置為使得棱鏡250的斜邊側(cè)的大部分從頂 板238的下邊伸出。第三棱鏡250被設(shè)置用于接收來(lái)自第二棱鏡248的折 射后的光。第三棱鏡250向上折射所接收的光，以使得折射后的光沿著Z 方向向光檢測(cè)器242傳播。
光檢測(cè)器242位于第三棱鏡之上，以接收從第三棱鏡250所折射的 光。光檢測(cè)器242可以是任何類(lèi)型的感光器件，例如光電二極管或者其他 的光強(qiáng)傳感器。光檢測(cè)器242被配置為響應(yīng)于入射光而生成電信號(hào)。如下
所說(shuō)明的，當(dāng)光學(xué)計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)102未被從目標(biāo)表面106抬升超過(guò)預(yù)定高度
時(shí)，光檢測(cè)器242會(huì)接收到來(lái)自光學(xué)系統(tǒng)240的光。但是，當(dāng)光學(xué)計(jì)算機(jī) 鼠標(biāo)102已被從目標(biāo)表面106抬升超過(guò)預(yù)定高度時(shí)，光檢測(cè)器242將不會(huì) 從光學(xué)系統(tǒng)240接收到任何光。因此，響應(yīng)于入射光而由光檢測(cè)器242所 生成的電信號(hào)可以用于檢測(cè)光學(xué)計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)102何時(shí)被從目標(biāo)表面"抬 升"。另外，為獲得更可靠的系統(tǒng)，給由光檢測(cè)器242所接收的光強(qiáng)度定 義預(yù)置閾值，這將消除任何由雜散光所生成的錯(cuò)誤信號(hào)。定義了光學(xué)計(jì)算 機(jī)鼠標(biāo)102何時(shí)被從目標(biāo)表面106 "抬升"的預(yù)定高度可以通過(guò)改變抬升 檢測(cè)單元212的棱鏡246、 248和250之間的距離而得到調(diào)整。
參考圖4和圖5來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100的操 作。圖4示出了當(dāng)光學(xué)計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)102未被從目標(biāo)表面106抬升超過(guò)預(yù)定 高度時(shí)，通過(guò)光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100的光的光路。從光源214發(fā)射的光被沿著 X方向在輸入端口 222處傳送到光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216中。然后，光從光導(dǎo)結(jié)構(gòu) 216的頂面226發(fā)生內(nèi)反射，沿著Z方向向下傳播。然后，光又從光導(dǎo)結(jié) 構(gòu)216的底面228發(fā)生內(nèi)反射，以使得反射后的光又沿著X方向傳播。然 后這些光被分為光的第一部分和第二部分。光的第一部分從光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216 的反射面232反射走，朝著目標(biāo)表面106的成像區(qū)域220向下傳播。然 后，這些光從目標(biāo)表面106反射，并且由圖像傳感器218接收以產(chǎn)生用于 運(yùn)動(dòng)評(píng)估的圖像數(shù)據(jù)幀。但是，光的第二部分穿過(guò)光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216的輸出端 口 234向抬升檢測(cè)單元212透射。
然后，從光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216的輸出端口 234所發(fā)射的光被抬升檢測(cè)單元 212的光學(xué)系統(tǒng)240的第一棱鏡246向下折射，通過(guò)底板236的孔244到 達(dá)目標(biāo)表面106。然后，光從目標(biāo)表面106向上反射。由于目標(biāo)表面106 與底板236非常接近，所以反射后的光通過(guò)孔244向抬升檢測(cè)單元212的 第二棱鏡248傳送回來(lái)。然后，光被第二棱鏡248沿著X方向向抬升檢測(cè) 單元212的第三棱鏡250折射。在第三棱鏡250處，光被沿著Z方向朝著 光檢測(cè)器242向上折射。然后，光被光檢測(cè)器242檢測(cè)到，這表示計(jì)算機(jī) 光學(xué)鼠標(biāo)102未被從目標(biāo)表面106 "抬升"。
圖5示出了當(dāng)光學(xué)計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)102已被從目標(biāo)表面106抬升超過(guò)預(yù)定
高度時(shí)，通過(guò)光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100的光的光路。從光源214發(fā)射的光以與如
上所述相同的方式通過(guò)光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216傳播。因此，光的第一部分從目標(biāo)表 面106反射走，并且在圖像傳感器218處被接收以用于運(yùn)動(dòng)評(píng)估。此外， 光的第二部分被從光導(dǎo)結(jié)構(gòu)216的輸出端口 234發(fā)射。從輸出端口 234發(fā) 射的光又被抬升檢測(cè)單元212的第一棱鏡246向下折射，通過(guò)底板236的 孔244到達(dá)目標(biāo)表面106。然后，光從目標(biāo)表面106向上反射。但是現(xiàn) 在，因?yàn)楣鈱W(xué)計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)102己被抬升超過(guò)預(yù)定高度，所以目標(biāo)表面106 和底板236之間的距離己增加。因此，從目標(biāo)表面106所反射的光未被通 過(guò)底板236的孔244傳送回來(lái)。相反，從目標(biāo)表面106所反射的光被底板 236阻擋。因此，從目標(biāo)表面106所反射的光不到達(dá)光檢測(cè)器242。因 此，光檢測(cè)器242檢測(cè)不到光(除了可能有可以忽略的光之外)，這表示 計(jì)算機(jī)光學(xué)鼠標(biāo)102已被從目標(biāo)表面106 "抬升"。
光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100的抬升檢測(cè)技術(shù)與目標(biāo)表面106的材料和特性無(wú) 關(guān)，這是因?yàn)槠鋬H需要檢測(cè)到達(dá)光檢測(cè)器242的光強(qiáng)。光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)100 的抬升檢測(cè)靈敏度取決于抬升檢測(cè)單元212的底板236的孔244的大小。 因此，可以通過(guò)在抬升檢測(cè)單元212的底板236中使用更小的孔而將光學(xué) 導(dǎo)航系統(tǒng)100調(diào)整為更加靈敏。
參考圖6的處理流程圖來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)評(píng)估方法。 在框602產(chǎn)生光。在框604，光的第一部分被引向目標(biāo)表面。在框606， 從目標(biāo)表面所反射的光的第一部分在圖像傳感器處被接收以用于運(yùn)動(dòng)評(píng) 估。在框608，光的第二部分通過(guò)位于目標(biāo)表面之上的孔而被引向目標(biāo)表 面。在框610，從目標(biāo)表面所反射并且通過(guò)孔所傳送回來(lái)的光的第二部分 被引向光檢測(cè)器。在框612，光的第二部分在光檢測(cè)器處被接收以用于抬 升檢測(cè)。
盡管描述并圖示了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但是本發(fā)明不局限于如此描 述和圖示的部件的具體形式或布置。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物 來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)，包括光源，其被配置為產(chǎn)生光；圖像傳感器，其被設(shè)置用于接收從目標(biāo)表面所反射的所述光的第一部分，所述圖像傳感器被配置為響應(yīng)于所接收的所述光的第一部分而生成圖像數(shù)據(jù)幀以用于運(yùn)動(dòng)評(píng)估；以及抬升檢測(cè)單元，其包括具有孔的板；光檢測(cè)器，其位于所述板之上；以及光學(xué)系統(tǒng)，其位于所述板之上并且用于接收來(lái)自所述光源的所述光的第二部分，所述光學(xué)系統(tǒng)被配置為引導(dǎo)所述光的所述第二部分使其通過(guò)所述板的所述孔，所述光學(xué)系統(tǒng)還被配置為將從所述目標(biāo)表面反射并且通過(guò)所述板的所述孔傳送回來(lái)的所述光的所述第二部分引向所述光檢測(cè)器，從而使其被所述光檢測(cè)器檢測(cè)以用于抬升檢測(cè)。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)包括第一棱鏡，其被設(shè)置用于接收所述光的所述第二部分，所述第一棱鏡被配置和定向?yàn)閷⑺龉獾乃龅诙糠殖霭宓乃隹渍凵洌坏诙忡R，其被設(shè)置用于接收從所述目標(biāo)表面反射并且通過(guò)所述板的所述孔傳送回來(lái)的所述光的所述第二部分，所述第二棱鏡被配置和定向?yàn)閷⑺龉獾乃龅诙糠盅刂A(yù)定方向折射；以及第三棱鏡，其被設(shè)置用于接收來(lái)自所述第二棱鏡的所述光的所述第二部分，所述第三棱鏡被配置為將所述光的所述第二部分朝著所述光檢測(cè)器折射。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述第一、第二和第三棱鏡中的 至少一個(gè)是三棱鏡。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述第一、第二和第三棱鏡中的 至少一個(gè)是直角三棱鏡。
5. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二棱鏡位于所述板之上，使得所述板的所述孔位于所述第一棱鏡和所述第二棱鏡之間。
6. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述第三棱位于所述板之上，使 得所述第二棱鏡位于所述板的所述孔和所述第三棱鏡之間。
7. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括光導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所述光導(dǎo)結(jié)構(gòu)被配置 為將所述光分為所述光的所述第一部分和所述光的所述第二部分。
8. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述光源包括發(fā)光二極管或者激光器件。
9. 一種光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)，包括 具有孔的板；光檢測(cè)器，其位于所述板之上；以及光學(xué)系統(tǒng)，其位于所述板之上，所述光學(xué)系統(tǒng)包括第一棱鏡，其被設(shè)置用于接收輸入光，所述第一棱鏡被配置和定向?yàn)檎凵渌鲚斎牍馐蛊渫ㄟ^(guò)所述板的所述孔；第二棱鏡，其被設(shè)置用于接收從目標(biāo)表面反射并且通過(guò)所述板的 所述孔傳送回來(lái)的所述輸入光，所述第二棱鏡被配置和定向?yàn)閷⑺鲚斎?光折射到預(yù)定方向；以及第三棱鏡，其被設(shè)置用于接收來(lái)自所述第二棱鏡的所述輸入光， 所述第三棱鏡被配置為將所述輸入光朝著所述光檢測(cè)器折射，從而使其被 所述光檢測(cè)器檢測(cè)以用于抬升檢測(cè)。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述第一、第二和第三棱鏡中 的至少一個(gè)是三棱鏡。
11. 如權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其中，所述第一、第二和第三棱鏡中 的至少一個(gè)是直角三棱鏡。
12. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二棱鏡位于所述 板之上，使得所述板的所述孔位于所述第一棱鏡和所述第二棱鏡之間。
13. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述第三棱鏡位于所述板之 上，使得所述第二棱鏡位于所述板的所述孔和所述第三棱鏡之間。
14. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，還包括光源，其配置為產(chǎn)生光，所述輸入光是所述光的一部分；以及圖像傳感器，其被設(shè)置用于接收從所述目標(biāo)表面所反射的所述光的另 一部分，所述圖像傳感器被配置為響應(yīng)于所接收的所述光的另一部分而生 成圖像數(shù)據(jù)幀以用于運(yùn)動(dòng)評(píng)估。
15. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，還包括光導(dǎo)結(jié)構(gòu)，所述光導(dǎo)結(jié)構(gòu)被配 置為將所述光分為所述光的所述一部分和所述光的所述另一部分。
16. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述光源包括發(fā)光二極管或者激光器件。
17. —種運(yùn)動(dòng)評(píng)估方法，包括產(chǎn)生光；將所述光的第一部分引向目標(biāo)表面；在圖像傳感器處接收從所述目標(biāo)表面所反射的所述光的所述第一部分 以用于運(yùn)動(dòng)評(píng)估；將所述光的第二部分通過(guò)位于所述目標(biāo)表面之上的孔而引向所述目標(biāo) 表面；將從所述目標(biāo)表面反射并且通過(guò)所述孔傳送回來(lái)的所述光的所述第二 部分引向光檢測(cè)器；以及在所述光檢測(cè)器處接收所述光的所述第二部分以用于抬升檢測(cè)。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中，利用棱鏡來(lái)執(zhí)行將所述光的所 述第二部分引向所述目標(biāo)表面的步驟和將從所述目標(biāo)表面反射并且通過(guò)所 述孔傳送回來(lái)的所述光的所述第二部分引向所述光檢測(cè)器的步驟。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述棱鏡中的至少一個(gè)是三棱鏡。
20. 如權(quán)利要求n所述的方法，還包括利用反射面將所述光分為所述 光的所述第一部分和所述光的所述第二部分。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)評(píng)估方法，其使用具有孔的板、光檢測(cè)器和光學(xué)系統(tǒng)用于光學(xué)抬升檢測(cè)。光學(xué)系統(tǒng)被配置為將輸入光通過(guò)板的孔引導(dǎo)至目標(biāo)表面，并且將從目標(biāo)表面反射并且通過(guò)板的孔傳送回來(lái)的輸入光引向光檢測(cè)器，從而被光檢測(cè)器檢測(cè)以用于抬升檢測(cè)。
文檔編號(hào)G06F3/033GK101187841SQ20071018772
公開(kāi)日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2007年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月20日
發(fā)明者葉勝龍, 李賽穆, 澤那施瓦瑞恩·G·克里沙南 申請(qǐng)人:安華高科技Ecbu Ip(新加坡)私人有限公司