專利名稱：光標(biāo)控制設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制計算機或計算機控制的機器或裝置的輸入設(shè)備。更具體地說，涉及用于控制光標(biāo)在計算機或計算機控制的機器或裝置的顯示屏上的位置的點擊設(shè)備。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，許多類型的裝置由并入裝置中或作為單獨的、獨立式控制器單元的計算機或微處理器來控制。例子包括制造或處理裝置、計算機輔助設(shè)計(CAD)工作站、家用計算機、娛樂設(shè)備，諸如音頻和視頻播放器以及游戲控制臺。用于交互作用的普通手段是通過使用軟件控制的圖形用戶界面(GUI)，其中，用戶看見命令、硬件或軟件對象、功能和裝置的一部分的符號表示。良好設(shè)計的GUI能有助于高效、直觀的裝置操作。與GUI的交互作用需要用戶能操作以便移動圖形顯示屏上的屏上指示器(“光標(biāo)”)或高亮區(qū)的輸入設(shè)備。這種輸入設(shè)備被稱為光標(biāo)控制設(shè)備或點擊設(shè)備，以及通常除了傳統(tǒng)的基于文本的輸入鍵盤外來使用它，或單獨地使用它。
已經(jīng)開發(fā)了用于計算機輸入的各種點擊設(shè)備來滿足不同需要。普通需要包括使用期間的舒適感、光標(biāo)位置或移動的精度和速度，以及相對緊密尺寸。然而，現(xiàn)有設(shè)備中的專門需要和缺陷已經(jīng)導(dǎo)致優(yōu)化用于不同應(yīng)用的新光標(biāo)控制設(shè)備的不斷發(fā)明和開發(fā)。激勵光標(biāo)控制設(shè)備的創(chuàng)新的因素的例子包括下述用于不同應(yīng)用，諸如制圖或CAD的增強直觀操作、方便使用同時支持和提供預(yù)測放映、與便攜式或手持計算設(shè)備一起使用或并入其中的便攜性或小尺寸、使用臺面上相對小的工作區(qū)的設(shè)備的需要、小運動精度或大運動速度、最小化重復(fù)壓力傷害(RSI，repetive stress injury)和提高用戶舒適度的增強的人機工程質(zhì)量、不利環(huán)境下的高可靠性，以及個人喜好。存在足以在以上述因素的更大組合中良好執(zhí)行和/或?qū)ｉT特別良好地執(zhí)行特定應(yīng)用的新穎光標(biāo)控制設(shè)備的需要。
大多數(shù)光標(biāo)控制設(shè)備依賴于經(jīng)由顯示屏光標(biāo)位置對用戶的視覺反饋，以及由此，它們相對容許由用戶快速補償?shù)倪\動誤差。最流行的變形是“鼠標(biāo)”，一種相對于工作面，諸如臺面移動的手持設(shè)備，以及非常象光機械鼠標(biāo)的反向型的“跟蹤球”或“跟蹤器球”。初始鼠標(biāo)設(shè)計使用將X和Y中的旋轉(zhuǎn)運動給予耦合到光軸編碼器的滾輪的俘獲球，以及這也是大多數(shù)跟蹤球工作的方式。
鼠標(biāo)的主要缺陷是需要用手握住，以及這通常導(dǎo)致肌肉疲勞。一種大小和形狀并不最佳適合所有用戶。要求使用相當(dāng)大的工作表面區(qū)，并且會在傾斜或光滑工作面會掉下。光機械鼠標(biāo)由于進入機構(gòu)中的灰塵，具有相當(dāng)大的問題。
以各種大小出現(xiàn)的跟蹤球具有比鼠標(biāo)更多的一些優(yōu)點。它們采用相對小的桌或面板區(qū)域。更多用戶發(fā)現(xiàn)易于習(xí)慣相同大小的跟蹤球，因為不需要握住它。缺乏抓握能力的殘疾用戶能操作跟蹤球。具有環(huán)繞球的密封環(huán)以便防止?jié)駳夂突覊m的型式可用。因此，耐用的跟蹤球在制造和醫(yī)療裝置，以及接收大量使用的位置，諸如CAD臺的其他位置中常用。它們經(jīng)常被戴著手套操作。
低成本CMOS圖像傳感器和數(shù)字信號處理的進步近年來已經(jīng)應(yīng)用于實現(xiàn)光學(xué)鼠標(biāo)和感知跟蹤球的運動。用來構(gòu)成跟蹤工作面功件(feature)的光學(xué)鼠標(biāo)的現(xiàn)有技術(shù)組件例子如圖1和2所示。用在實現(xiàn)這種鼠標(biāo)中的組件可從廠商，諸如Agilent Technologies商業(yè)獲得。在使用中，來自光源的照明以入射余角擊中工作面以便高亮具有陰影的不規(guī)則性，使得工作面不需要具有對比度功件以便跟蹤。短焦距透鏡將工作面的單一放大圖像傳送到在約1mm平方的面積中具有小的光電檢測器矩陣(例如16×16)的圖像傳感器上。圖像傳感器具有圖像處理硬件，分析用于運動的順序幀并輸出與標(biāo)準(zhǔn)鼠標(biāo)接口兼容的光標(biāo)運動信號。使用該結(jié)構(gòu)同時不具有運動部件的光學(xué)鼠標(biāo)通常不密封，使用開放孔用于與工作面的光學(xué)接口而非透明窗口。
跟蹤球還可用于使用類似的運動跟蹤電子技術(shù)來感知球上的圖案。然而，盡管它們使用現(xiàn)代的光學(xué)技術(shù)，仍然存在球以及其他運動部件，因此，受灰塵和流體污染的可能性導(dǎo)致工業(yè)應(yīng)用的可疑可靠性。
因此，存在用于工業(yè)和其他應(yīng)用的改進的光標(biāo)控制設(shè)備的未滿足需要，提供跟蹤球的一些“感覺”，但不具有改變光標(biāo)位置所需的運動部件，被設(shè)計成能使用整個手的大部分進行操作，能跟蹤諸如手套的各種表面，大小緊密并適合于安裝在面板中，以及能基本上與外界隔絕。
當(dāng)選擇光標(biāo)控制設(shè)備時，存在根據(jù)特定應(yīng)用，程度不同重要的某些期望特性。下文是光標(biāo)控制設(shè)備的可能改進的領(lǐng)域的非全面清單。盡管這些功件特別用于用在工業(yè)控制應(yīng)用的光標(biāo)控制設(shè)備中，應(yīng)注意到在許多其他應(yīng)用中，也非常期望這些功件。
可靠性無運動部件、密封外殼，能夠由耐環(huán)境的材料(化學(xué)、可磨損、可清潔)構(gòu)成。
安裝和操作的便利性和通用性面板安裝的能力，緊密大小，任何方向或位置的操作，高振動環(huán)境下的操作，高地球引力環(huán)境下的操作，用于不同可視設(shè)計的可能。
人機工程學(xué)直觀操作，操作的可視和觸覺指示，能用整個手和/或臂運動操作，最佳安裝位置和方向，通過放松的手、臂和手指使用，不用抓住，降低重復(fù)性壓力傷害的危險，可由殘疾個體使用。
審美學(xué)感興趣、吸引人的外觀、不同可視設(shè)計式樣和顏色的可能性，看起來“一流”或“高技術(shù)”。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種光標(biāo)控制設(shè)備，用于定位屏上指針或選擇計算機或計算機控制的機器上的命令。光標(biāo)控制設(shè)備包括外殼；面板的用戶側(cè)上的圓頂或窗口，用戶通過觸摸它或在它前面移動手或其他物體，與其交互作用；外殼或圓頂內(nèi)的光源，通過圓頂?shù)囊徊糠终丈涫只蚱渌矬w，以便定義靈敏區(qū)；成像光學(xué)器件，在電子圖像傳感器芯片上成像靈敏區(qū)；圖像處理器，分析圖像的運動并將運動信息轉(zhuǎn)換成信號以便控制光標(biāo)位置；以及發(fā)射機，用于向主機提供互連以及連接到可選外部開關(guān)，用于執(zhí)行選擇或其他功能。
在一些實施例中，外殼安裝在面板或鍵盤中，以及具有一個或多個必備夾子以便將其固定到面板中。圓頂是以球形的一部分的形狀，具有與前面板表面相交的直徑在5和35mm之間的圓，由剛性塑料材料制成，以及凸出面板的用戶側(cè)5至15mm以便使其在視覺和觸覺方面明顯。用戶或圓頂?shù)那皞?cè)具有基本上平滑和連續(xù)的表面，在中心，具有直徑從1至6mm的更平滑窗口區(qū)定義靈敏區(qū)。圓頂?shù)暮竺姘糜诙ㄏ蚝鸵暂^大地小于90度，但足夠大以避免照明的全內(nèi)反射的入射角，將照明集中在靈敏區(qū)上的功件。光源是可見波長的發(fā)光二極管，連接到與圖像傳感器芯片相同的印刷電路板上。成像光學(xué)器件通過將近一致的放大率，將靈敏區(qū)的一部分的圖像傳送到圖像傳感器的有效區(qū)上。圖像傳感器包括解釋圖像并將其轉(zhuǎn)換成用于輸出到主機的運動信號的圖像處理器。發(fā)射機包括電連接器，通過外殼，饋送電力和信號。執(zhí)行“點擊”、“拖拉”和其他功能的輔助開關(guān)單獨地安裝在光標(biāo)控制設(shè)備的外部，以及通過相同電連接器上的另外的管腳連接到該設(shè)備。外殼、圓頂和連接器基本上密封在一起以便排除顆粒、霧氣和其他化學(xué)污染。
照明和成像光學(xué)器件的多個另外的實施例是可能的，其中，多個光學(xué)器件和結(jié)構(gòu)功能能組合成更少部件，以便降低組裝成本和簡化結(jié)構(gòu)。例如，一些照明光學(xué)器件和成像光學(xué)器件能并入圓頂中或上的一個或多個功件，多個光學(xué)元件能模塑成單個零件，以及機械定位和配件功件能并入光學(xué)元件和/或外殼中，以便使部件保持在原地并對準(zhǔn)。能使用折射、反射或衍射光學(xué)器件和不同光源幾何結(jié)構(gòu)。
在另外的實施例中，外殼能配置成相對于面板的平面，基本上垂直或基本上平行定向，以及圓頂能具有另外的功件或紋理以提供靈敏區(qū)的位置和方向的可視和觸覺表示。代替或除切線入射照明外，可通過不同結(jié)構(gòu)的光源和照明光學(xué)器件，更垂直于其表面照射靈敏區(qū)。能使圓頂有紋理以向其提供漫射屬性，這使該設(shè)備對不接近或與最接近用戶的圓頂表面接觸的物體的運動相對不靈敏。能提供另外的光源或裝飾紋理或有色特征以便增強設(shè)備的美學(xué)和人機工程學(xué)。開關(guān)或其他控制能與基本光標(biāo)定位設(shè)備的外殼和/或圓頂整體組合以便提供除光標(biāo)指示外的選擇或其他功能。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種光標(biāo)控制設(shè)備，具有圓頂內(nèi)圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)。該光標(biāo)控制設(shè)備包括外殼，具有用于與用戶交互作用的靈敏區(qū)；內(nèi)外殼，嵌套在外殼中；以及傳感器，位于內(nèi)外殼的內(nèi)部之內(nèi)，用于基于與外殼的靈敏區(qū)的用戶交互作用，生成信號。在這種光標(biāo)控制設(shè)備中，外殼可以是具有在10mm至80mm范圍中，或最好是在25mm至60mm范圍內(nèi)的直徑的凸圓頂。外殼可包括窗口，定義包括靈敏區(qū)的外殼的區(qū)域。在一些實施例中，窗口是平的。窗口能具有耐刮擦的涂層，和/或窗口由耐刮擦的材料，諸如玻璃或藍寶石制成。外殼可以包括用于有選擇過濾環(huán)境光的材料。例如，材料能是過濾可見光并傳送近紅外光的。而且，外殼的靈敏區(qū)可以是由用于有選擇過濾的材料，諸如過濾可見光以及傳送近紅外光的材料制成的平面窗口。外殼層可包括用于阻擋環(huán)境光的第二材料。光標(biāo)控制設(shè)備能進一步包括濾光器元件，用于將光有選擇地傳送到傳感器。濾光器元件可沿外殼層的靈敏區(qū)和傳感器之間的光路，位于內(nèi)外殼內(nèi)。濾光器元件可以沿外殼層的靈敏區(qū)和傳感器之間的光路，位于外殼層和內(nèi)外殼之間。在任一情況下，濾光器元件可以僅傳送具有在第一波長范圍內(nèi)的波長的光。用于有選擇過濾用于外殼層和/或環(huán)境光的靈敏區(qū)的材料能僅傳送具有在第二波長范圍內(nèi)的波長的光。外殼能與第二外殼互換。這將允許例如通過使用不同顏色或設(shè)計的第二外殼，由用戶改變波長的第二范圍、清潔和維護和/或改變設(shè)備的外觀。
在該光標(biāo)控制設(shè)備中，將內(nèi)外殼的內(nèi)部流體密封于內(nèi)外殼的外部。這提供用于位于內(nèi)外殼內(nèi)的部件的另外的保護度?？蓮墓鈽?biāo)控制設(shè)備去除外殼，以及由于密封內(nèi)外殼，能在不將內(nèi)外殼內(nèi)的部件暴露給外界的情況下，去除和/或替換外殼，當(dāng)移動外殼層時，內(nèi)外殼保持流體密封。
而且，該光標(biāo)控制設(shè)備具有形成為包括具有貫穿外殼的靈敏區(qū)的光軸的積分透鏡部分的內(nèi)外殼。光標(biāo)控制設(shè)備能包括位于內(nèi)外殼的內(nèi)部內(nèi)的光源，用于照射接近外殼層的靈敏區(qū)的區(qū)域，以及積分透鏡部分可以是在光源和外殼的靈敏區(qū)之間沿光源的光軸放置的照明透鏡。另一方面，積分透鏡部分可以是在傳感器和外殼層的靈敏區(qū)之間沿傳感器的光軸放置的成像透鏡。另一選擇是包括形成在內(nèi)外殼中的集成照明透鏡和集成成像透鏡。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供用于光標(biāo)控制設(shè)備的光學(xué)引擎，包括外殼；整體形成到外殼中的成像透鏡元件；光源，位于外殼內(nèi)，用于沿照明光軸發(fā)出光；以及位于外殼內(nèi)的傳感器，用于檢測沿與貫穿成像透鏡元件的成像光軸的光。光學(xué)引擎能進一步包括整體形成在外殼中的照明透鏡元件，其中，照明光軸貫穿照明透鏡元件。光源能是發(fā)光二極管，例如發(fā)出紅外光。成像透鏡元件將來自焦平面的光聚焦在傳感器上，其中，照明光軸和焦平面之間的角度在從0度至45度的范圍內(nèi)，最好，在從15度至35度的范圍內(nèi)，以及最佳為30度。光學(xué)引擎能進一步包括沿成像光軸放置的濾光器元件，用于向傳感器有選擇地發(fā)送光。濾光器元件能位于成像透鏡和傳感器之間。濾光器元件能是傳送紅外光及防止傳送可見光的。
傳感器能是光學(xué)傳感器，例如，是包括光電檢測器陣列或檢測存在可見光、紅外發(fā)射(IR)和/或紫外(UV)能量的任何類型的傳感器的傳感器，以及包括一種半導(dǎo)體，具有被稱為光電導(dǎo)性的屬性，其中導(dǎo)電率根據(jù)擊中材料的輻射強度而改變。已知類型的適當(dāng)?shù)膫鞲衅靼ü怆姸O管、雙極光晶體管和光電FET(光電場效應(yīng)晶體管)。這些設(shè)備通常配置成允許輻射能量達到半導(dǎo)體材料內(nèi)部之間的接合處，在一些情況下，提供除它們的檢測能力外的放大和/或處理。
光學(xué)引擎可以包括位于外殼外部并放置成與照明光軸和成像光軸均交叉的窗口。光學(xué)引擎還能包括沿成像光軸，位于窗口和傳感器之間的濾光器元件，用于向傳感器有選擇地傳送光。在窗口和成像透鏡之間的外殼的外部放置濾光器元件，或放置在成像透鏡和傳感器之間的外殼內(nèi)。另一選擇是窗口是濾光器元件，用于向傳感器有選擇地傳送光，例如，其中，窗口傳送紅外光以及防止傳送可見光。光學(xué)引擎能包括第二濾光器元件，沿成像光軸，位于窗口和傳感器之間，用于向傳感器有選擇地傳送光。第二濾光器元件能位于窗口和成像透鏡之間或位于成像透鏡和傳感器之間。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種光標(biāo)控制設(shè)備，包括外殼，具有凸圓頂，包括用于與用戶交互作用的中央放置的靈敏區(qū)；內(nèi)外殼，具有互補凸圓頂，嵌套在外殼層的凸圓頂中；以及位于內(nèi)外殼的內(nèi)部的傳感器，用于生成與接近外殼層的靈敏區(qū)的運動有關(guān)的信號。內(nèi)外殼的互補凸圓頂具有與靈敏區(qū)對齊的中央放置的凹陷處。凹陷處的上開口至少與靈敏區(qū)的擴展一樣大。靈敏區(qū)具有在0.5mm至3mm，最好1mm范圍中的縱向尺寸。光標(biāo)控制設(shè)備能包括光源，用于照射靈敏區(qū)。光源能是發(fā)光二極管和/或光源能是發(fā)出紅外光的光源。光標(biāo)控制設(shè)備能包括控制器，用于控制由光源發(fā)出的光的強度?？刂破髂芸刂乒鈴姸纫员銉?yōu)化傳感器的動態(tài)范圍?？刂破髂芑趤碜詡鞲衅鞯男盘枺T如快門值信號和/或?qū)Ρ榷刃盘?，控制光強度。光?biāo)控制設(shè)備能包括濾光器元件，用于向傳感器有選擇地傳送光。濾光器元件能阻擋可見光和/或僅傳送紅外光。濾光器元件能配置成定義包括靈敏區(qū)的外殼層的區(qū)域。光標(biāo)控制設(shè)備能包括位于窗口和傳感器之間的第二濾光器元件，用于向傳感器有選擇地傳送光。濾光器元件能位于內(nèi)外殼的中央放置的凹陷處之內(nèi)。而且，濾光器元件能位于內(nèi)外殼和傳感器之間。
外殼可包括窗口，其中，窗口定義包括靈敏區(qū)的外殼層的區(qū)域。窗口可整體形成在外殼層中。窗口固定在外殼層中的凹陷中。窗口可固定在外殼層中的通孔內(nèi)。窗口的上表面可與外殼的上表面齊平。
光標(biāo)控制設(shè)備能包括位于傳感器和靈敏區(qū)之間的成像透鏡。成像透鏡整體形成在內(nèi)外殼中。
光標(biāo)控制設(shè)備能包括光源，具有貫穿靈敏區(qū)的光軸；以及照明透鏡，位于光源和靈敏區(qū)之間。照明透鏡整體形成在內(nèi)外殼中。
可流體密封內(nèi)外殼。內(nèi)外殼包括上圓頂部分，基座以及在上圓頂部分和基座之間的封條。
傳感器能是光學(xué)傳感器以及能包括上述光電檢測器陣列。
光標(biāo)控制設(shè)備能包括控制器，用于處理由傳感器生成的信號。控制器能包括用于確定跟蹤可信度值的部件；用于使用歷史跟蹤值來確定預(yù)測(projected)跟蹤值的部件；以及用于使用跟蹤可信度值以及預(yù)測跟蹤值和表示由傳感器檢測的運動的測量跟蹤值的至少一個，確定增強跟蹤值的部件。使用表示由傳感器檢測的光強度的照明值來確定跟蹤可信度值，以及其中，光標(biāo)控制裝置能包括用于使用從用于主體傳感器掃描的傳感器接收的快門值(shutter value)和表示在主體傳感器掃描期間從光源發(fā)出的光量的亮度值，確定照明值的部件。
能以本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到的各種方式具體化各種部件，諸如根據(jù)物理集成電路結(jié)構(gòu)，解釋和執(zhí)行包含須軟件和/或功能中的指令的一個或多個處理裝置和/或部件，以及能包括諸如具有部件的微型處理器，諸如緩沖器和/或一個或多個物理集成電路中的輸入/輸出控制器的設(shè)備。
能計算增強跟蹤值以便如果跟蹤可信度值是第一值，那么增強跟蹤值等于測量跟蹤值，以及如果跟蹤可信度值是第二值，那么增強跟蹤值等于預(yù)測跟蹤值。能計算增強跟蹤值，以便如果跟蹤可信度值是第三值，那么增強跟蹤值等于測量跟蹤值和預(yù)測跟蹤值的每一個的加權(quán)組合。測量跟蹤值表示在主體傳感器掃描期間傳感器檢測的運動，以及歷史跟蹤值可以與在主體傳感器掃描前的至少一個傳感器掃描有關(guān)。能基于在主體傳感器掃描前，用于傳感器掃描的增強跟蹤值，計算歷史跟蹤值。照明值可表示在主體傳感器掃描期間，由傳感器檢測的光強度。光標(biāo)控制能包括用于將增強跟蹤值提供給用于控制光標(biāo)運動的客戶設(shè)備的部件。光標(biāo)控制設(shè)備能包括用于將增強跟蹤值存儲在存儲器中的部件。用于確定預(yù)測跟蹤值的部件將在前存儲的增強跟蹤值用作用于確定歷史跟蹤值的基礎(chǔ)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，光標(biāo)控制設(shè)備包括光源，用于照射靈敏區(qū)；傳感器，用于檢測靈敏區(qū)中的運動；可信度計算部，用于確定跟蹤可信度值；預(yù)測計算部，用于使用歷史跟蹤值，確定預(yù)測跟蹤值；以及增強計算部，用于使用跟蹤可信度值以及預(yù)測跟蹤值和測量跟蹤值的至少一個，確定增強跟蹤值，測量跟蹤值表示由傳感器檢測的運動。傳感器能提供表示所檢測的運動的測量跟蹤值對，預(yù)測計算部使用各個歷史跟蹤值，確定預(yù)測跟蹤值對；以及增強計算部確定增強跟蹤值對，增強跟蹤值對的每一個使用跟蹤可信度值、歷史跟蹤值對的各自的一個，以及測量跟蹤值對的各自的一個計算。測量跟蹤值、預(yù)測跟蹤值、歷史跟蹤值和增強跟蹤值對的每一個表示在正交方向?qū)Φ母髯缘囊粋€中的運動?？尚哦扔嬎闶褂冒扉T值的從傳感器接收的照明信息以及使用表示從光源發(fā)出的光量的亮度值。測量跟蹤值能表示在主體傳感器掃描期間，由傳感器檢測的運動，以及歷史跟蹤值與主體傳感器掃描前，至少一個傳感器掃描有關(guān)。使用主體傳感器掃描前，用于所述至少一個傳感器掃描的增強跟蹤值，計算歷史跟蹤值。照明信息表示在主體傳感器掃描期間，由傳感器檢測的光強度。光標(biāo)控制設(shè)備能包括用于存儲增強跟蹤值的存儲器。預(yù)測計算部將在前存儲的增強跟蹤值用作用于確定歷史跟蹤值的基礎(chǔ)。計算增強跟蹤值以便如果跟蹤可信度值是第一值，那么增強跟蹤值等于測量跟蹤值，以及如果跟蹤可信度值是第二值，那么增強跟蹤值等于預(yù)測跟蹤值。計算增強跟蹤值，以便如果跟蹤可信度值是第三值，那么增強跟蹤值等于測量跟蹤值和預(yù)測跟蹤值的每一個的加權(quán)組合。光標(biāo)控制設(shè)備能包括自適應(yīng)照明控制部，用于控制由光源發(fā)出的光強度。自適應(yīng)照明控制部控制光強度以便優(yōu)化傳感器的動態(tài)范圍。自適應(yīng)照明控制部基于從傳感器接收的快門值信號和/或基于從傳感器接收的對比度信號，控制光強度。照明信息基于從傳感器接收的信息，以及自適應(yīng)照明控制部正控制光源的強度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于具有光源和傳感器的光標(biāo)控制設(shè)備的處理器。處理器包括用于確定跟蹤可信度值的部件；用于使用歷史跟蹤值，確定預(yù)測跟蹤值的部件；以及用于使用跟蹤可信度值和預(yù)測跟蹤值和表示由傳感器檢測的運動的測量跟蹤值的至少一個，確定增強跟蹤值的部件。
傳感器能提供表示所檢測的運動的測量跟蹤值對，用于確定預(yù)測跟蹤值的部件可使用各個歷史跟蹤值來確定預(yù)測跟蹤值對；以及用于確定增強跟蹤值的部件確定增強跟蹤值對，增強跟蹤值對的每一個使用跟蹤可信度值、歷史跟蹤值對的各自的一個，以及測量跟蹤值對的各自的一個來計算。測量跟蹤值、預(yù)測跟蹤值、歷史跟蹤值和增強跟蹤值對的每一個表示在正交方向?qū)Φ母髯缘囊粋€中的運動。
可信度計算部能使用表示光強度的照明值，確定跟蹤可信度值，以及處理器能包括用于使用從傳感器接收的快門值和/或表示從光源發(fā)出的光量的亮度值，確定照明值的部件。
計算增強跟蹤值以便如果跟蹤可信度值是第一值，那么增強跟蹤值等于測量跟蹤值，以及如果跟蹤可信度值是第二值，那么增強跟蹤值等于預(yù)測跟蹤值。計算增強跟蹤值，以便如果跟蹤可信度值是第三值，那么增強跟蹤值等于測量跟蹤值和預(yù)測跟蹤值的每一個的加權(quán)組合。
測量跟蹤值表示在主體傳感器掃描期間傳感器檢測的運動，以及歷史跟蹤值與在主體傳感器掃描前的至少一個傳感器掃描有關(guān)。基于在主體傳感器掃描前，用于至少一個傳感器掃描的增強跟蹤值，計算歷史跟蹤值。照明值表示在主體傳感器掃描期間，由傳感器檢測的光強度。處理器能包括用于將增強跟蹤值提供給用于控制光標(biāo)運動的客戶設(shè)備的部件。處理器能包括用于將增強跟蹤值存儲在存儲器中的部件。用于確定預(yù)測跟蹤值的部件將在前存儲的增強跟蹤值用作用于確定歷史跟蹤值的基礎(chǔ)。
處理器能包括自適應(yīng)照明控制部件，用于控制由光源發(fā)出的光強度。自適應(yīng)照明控制部件控制光強度以便優(yōu)化傳感器的動態(tài)范圍。自適應(yīng)照明控制部件可基于從傳感器接收的快門值信號和/或從傳感器接收的對比度信號，控制光強度。照明值基于從傳感器接收的信息，以及自適應(yīng)照明控制部件正控制光源的強度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種處理用于具有光源和傳感器的光標(biāo)控制設(shè)備的光標(biāo)控制數(shù)據(jù)的方法。該方法包括執(zhí)行用于確定跟蹤可信度值的可信度計算的步驟。該方法還包括執(zhí)行用于確定預(yù)測跟蹤值的預(yù)測計算的步驟，預(yù)測計算涉及歷史跟蹤值。該方法進一步包括執(zhí)行用于確定增強跟蹤值的增強計算，增強計算涉及跟蹤可信度值、預(yù)測跟蹤值和測量跟蹤值，測量跟蹤值表示由傳感器檢測的運動。傳感器能是提供表示感應(yīng)的運動的測量跟蹤值對的傳感器。在這種情況下，執(zhí)行預(yù)測計算的步驟用于使用各自的歷史跟蹤值，確定預(yù)測跟蹤值對，以及執(zhí)行增強計算的步驟是用于確定增強跟蹤值對，使用跟蹤可信度值、歷史跟蹤值對的各自的一個以及測量跟蹤值對的各自的一個，來計算增強跟蹤值對的每一個。測量跟蹤值、預(yù)測跟蹤值、歷史跟蹤值和增強跟蹤值對的每一個表示正交方向?qū)Φ母髯砸粋€中的運動。
可信度計算能包含表示由傳感器檢測的光強度的照明值，以及該方法能進一步包括執(zhí)行用于確定照明值的照明計算的步驟，照明計算涉及從用于主體傳感器掃描的傳感器接收的快門值和表示在主體傳感器掃描期間，從光源發(fā)出的光量的亮度值。
增強計算是如果跟蹤可信度值是第一值，那么增強跟蹤值等于測量跟蹤值，以及如果跟蹤可信度值是第二值，那么增強跟蹤值等于預(yù)測跟蹤值。增強計算還能是如果跟蹤可信度值是第三值，那么增強跟蹤值等于測量跟蹤值和預(yù)測跟蹤值的每一個的加權(quán)組合。
跟蹤測量值表示在主體傳感器掃描期間，由傳感器檢測的運動，以及歷史跟蹤值與在主體傳感器掃描前的至少一個傳感器掃描有關(guān)。能使用用于主體傳感器掃描前的至少一個傳感器掃描的增強跟蹤值，來計算歷史跟蹤值。照明值能表示在主體傳感器掃描期間，由傳感器檢測的光強度。
該方法能進一步包括將增強跟蹤值提供給客戶設(shè)備用于控制光標(biāo)運動的步驟。該方法能進一步包括存儲增強跟蹤值的步驟。將所存儲的增強跟蹤值用作用于確定歷史跟蹤值的基礎(chǔ)，重復(fù)執(zhí)行可信度計算、執(zhí)行預(yù)測計算以及執(zhí)行增強計算的步驟。
該方法能進一步包括控制由光源發(fā)出的光強度的步驟。控制光強度的步驟可包括控制光強度以便優(yōu)化傳感器的動態(tài)范圍?？刂乒鈴姸鹊牟襟E包括基于從傳感器接收的快門值信號和/或從傳感器接收的對比度信號，控制光強度。照明值能基于從傳感器接收的信息和在控制光強度步驟期間，控制光源的強度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種光標(biāo)控制設(shè)備，包括第一傳感器；光源；控制器，包括用于接收表示感應(yīng)的光強度的強度信息的部件；以及自適應(yīng)照明控制部件，用于基于強度信息，控制由光源發(fā)出的光的強度。自適應(yīng)照明控制部件可控制光強度以便優(yōu)化第一傳感器的動態(tài)范圍。自適應(yīng)控制部件可基于從第一傳感器接收的快門值信號，控制光強度。自適應(yīng)控制部件基于從第一傳感器接收的對比度信號，控制光強度。能從第一傳感器接收強度信息，或能從第二傳感器接收，在這種情況下，自適應(yīng)控制部件控制光強度以便優(yōu)化第一傳感器的動態(tài)范圍。
通過例子示例說明本發(fā)明，以及不由附圖的特征來限定，其中
圖1是使用圖像傳感技術(shù)的現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)鼠標(biāo)組件的分解透視圖2是示出當(dāng)鼠標(biāo)在表面上操作跟蹤功件時光線的路徑的現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)鼠標(biāo)組件的橫截面圖3是示出各部件的一般功能和位置關(guān)系的根據(jù)本發(fā)明的光標(biāo)控制設(shè)備的框圖4是用于光標(biāo)控制設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)的示意框圖5示出當(dāng)安裝在面板中并互連到輔助開關(guān)時，使用中的根據(jù)本發(fā)明的光標(biāo)控制設(shè)備；
圖6示出光標(biāo)控制設(shè)備從安裝設(shè)備的面板的用戶側(cè)的外觀的透視圖7是從安裝設(shè)備的面板的用戶側(cè)所看到的光標(biāo)控制設(shè)備的平面圖8是示出用于將設(shè)備保持在面板中的夾子的安裝在面板中的光標(biāo)控制設(shè)備的側(cè)橫截面視圖9是示出用于將設(shè)備保持在面板中的螺紋和螺母的安裝在面板中的光標(biāo)控制設(shè)備的側(cè)橫截面視圖10是示出設(shè)備內(nèi)的部件的更詳細(xì)排列的光標(biāo)控制設(shè)備的示意橫截面；
圖11是示出將表面安裝LED用作光源的光標(biāo)控制設(shè)備的示意橫截面；
圖12是在輔助印刷電路板上安裝表面安裝LED的光標(biāo)控制設(shè)備的示意橫截面；
圖13是在輔助印刷電路板上安裝側(cè)燒(side firing)表面安裝LED的光標(biāo)控制設(shè)備的示意橫截面；
圖14是使用包含分光器的同軸照明的光標(biāo)控制設(shè)備的示意橫截面；
圖15是使用包含分光器的低角度照明和同軸照明的光標(biāo)控制設(shè)備的示意橫截面；
圖16是其長軸基本上與面板的平面平行地安裝外殼的光標(biāo)控制設(shè)備的側(cè)橫截面視圖17是與圖15所示的類似，示出內(nèi)部各部件的一個可能排列的光標(biāo)控制設(shè)備的側(cè)截面視圖18示出以側(cè)視圖示出其基本部件的圓頂?shù)臋M截面視圖19示出由在其彎曲(實線)和未彎曲(雙虛線)位置中的柔性材料制成的圓頂?shù)臋M截面視圖20是用于光標(biāo)控制設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)的截面?zhèn)纫晥D21示出具有用于整體形成到圓頂?shù)牟牧现械恼彰鞯墓鈱?dǎo)管的光標(biāo)控制設(shè)備的示意橫截面視圖22A示出具有形成為圓頂?shù)暮蟊砻嬷械奈⒗忡R或Fresnel透鏡圈的圓頂?shù)臋M截面；
圖22B示出具有形成為圓頂?shù)拇蟛糠值姆瓷涮齑暗膱A頂?shù)臋M截面；
圖23A示出根據(jù)本發(fā)明的光標(biāo)控制設(shè)備的實施例的透視圖23B示出如圖23A所示的光標(biāo)控制設(shè)備的內(nèi)外殼的透視圖24示出沿截面線XXIV-XXIV的圖23A所示的光標(biāo)控制設(shè)備的截面視圖25示出根據(jù)本發(fā)明的光標(biāo)控制設(shè)備的框圖26示出用于當(dāng)照明指示器高時，忽略運動的算法的例子的流程圖27A-27E示出用于當(dāng)前光標(biāo)控制設(shè)備的耐刮擦圓頂?shù)母鞣N排列；
圖28示出當(dāng)操作本光標(biāo)控制設(shè)備時，與通常一樣，緊密地握在一起的人的手指的手掌側(cè)的放大示意圖29示出在將由本光標(biāo)控制設(shè)備感知的表面的平面內(nèi)的基本照明幾何結(jié)構(gòu)的例子；
圖30示出自適應(yīng)照明處理的例子的流程圖31A和31B示出能用來執(zhí)行圖30所示的處理的硬件實現(xiàn)的例子；
圖32示出曲線路徑投射處理的例子的流程圖；以及
圖33是示例說明能用來執(zhí)行圖32所示的處理的硬件實現(xiàn)的例子的示意框圖。
具體實施例方式
首先，參考圖3描述光標(biāo)控制設(shè)備10，其示出示意顯示為面板安裝的設(shè)備的側(cè)截面視圖的通用框圖，以便表示設(shè)備的元件之間的一般關(guān)系。該設(shè)備具有能通過一個或多個配件58，保持在貫穿面板100的孔中的外殼50。光源70以圖像傳感器80敏感的波長發(fā)出輻射。照明光學(xué)器件40將輻射重定向并聚焦在光學(xué)物體平面300上。該物體平面300被安置成與提供光學(xué)窗口的圓頂30的頂面接近或重疊。最好，在工業(yè)環(huán)境等等中，圓頂將光學(xué)系統(tǒng)密封于環(huán)境以及提供與用戶交互的觸覺和可視功件。成像光學(xué)器件88在將光學(xué)特性轉(zhuǎn)換成信號的圖像傳感器80的光敏部分上形成物體平面300的實像。圖像傳感器芯片能并入圖像傳感器80和圖像處理器82以便分析圖像的運動并將其轉(zhuǎn)換成用于控制光標(biāo)運動的信號。另外，圖像處理器82可與圖像傳感器80分離?？刂破?4將來自圖像處理器82的信號轉(zhuǎn)換成某一形式并執(zhí)行其他功能，諸如將這些信號與由輔助控制，諸如光標(biāo)控制設(shè)備10外的開關(guān)檢測的信號合并。這些輔助控制通常例如用作將在執(zhí)行傳統(tǒng)的選擇和諸如“點擊”和“拖曳”功能時使用的鼠標(biāo)按鈕。通過將這些按鈕的接口并入光標(biāo)控制設(shè)備10的控制器84內(nèi)，能使用從光標(biāo)控制設(shè)備10到主機或系統(tǒng)的單個互連點。該互連能示意地用發(fā)射機90表示，其能是例如有線電子連接、無線發(fā)射機或包含兩者，用于連接到輔助控制和主機系統(tǒng)。發(fā)射機90也能用來向光標(biāo)控制系統(tǒng)10供電，或能在外殼內(nèi)提供自備電源200，諸如電池。聚光圈60可以純粹是裝飾和美感的，或可以執(zhí)行一個或多個實際功能。聚光圈的可能實際功能可包括指示光標(biāo)運動軸的方向、有助于將圓頂30安裝到外殼50的結(jié)構(gòu)功能，或可能用作有助于將光標(biāo)控制設(shè)備10連接到面板100的輔助部件。
圖4示出光標(biāo)控制設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)的示意框圖。光學(xué)元件或子系統(tǒng)用矩形框表示，以及用在照明和成像中的光學(xué)輻射能量流用箭頭示意表示。按照該輻射流，光源70以圖像傳感器80靈敏的波長發(fā)出光輻射。所發(fā)出的輻射由照明光學(xué)器件40調(diào)節(jié)并通過圓頂30發(fā)送以便照明物體平面300。由物體平面300中的物體散射的輻射部分再次經(jīng)過圓頂30并由在圖像傳感器80上形成所照物體的圖像的成像光學(xué)器件88收集。圖像傳感器80檢測該圖像，最好，處理它以便產(chǎn)生能經(jīng)受圖像處理器(在該圖中未示出)進一步處理的信號。
用于將幾個光學(xué)功能集成為單個功能或?qū)⑦@些光學(xué)功能的一些的實現(xiàn)集成到圓頂30中的時機用圖4中的帶有上標(biāo)“′”標(biāo)記來表示。圓頂30能充當(dāng)簡單的窗口來保護光標(biāo)控制設(shè)備的工作，其中，最小化其光學(xué)功能性。然而，為了微型化或可制造性的緣故，能將另外的光學(xué)功能并入圓頂中。與能集成到圓頂中的照明子系統(tǒng)有關(guān)的功件示意性地用圓頂?shù)膮^(qū)域30’表示。與成像子系統(tǒng)有關(guān)的功件用區(qū)域30”表示并用虛線示意地分開，表示這些功件能在圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)內(nèi)或上物理地分開或僅功能地分開。通用照明子系統(tǒng)40’包括圓頂照明功件30’以及計劃的另外的照明光學(xué)元件40。同樣地，通用成像子系統(tǒng)88’包括圓頂成像功件30”和計劃的另外的成像光學(xué)元件88。
能由照明光學(xué)器件40和30’或40’執(zhí)行的功能包括聚光，從光源收集和聚焦輻射；重定向，通過使用諸如反射鏡或光導(dǎo)管的元件，以便將照明的方向改變到某一角度；聚焦或成形，以進一步定義照明區(qū)并限制被照射的空間體積以便最大化物體平面30處的亮度以及限制照明體積的深度；以及均質(zhì)器，用于提高包含物體平面的整個空間體積內(nèi)的照明的均勻度。成像光學(xué)器件包括成像透鏡或反射鏡以便在圖像傳感器、棱鏡、反射鏡或衍射元件上形成某一放大率和圖像質(zhì)量的物體平面的圖像，以便改變光軸的方向，這可在折疊光學(xué)系統(tǒng)以便使其更緊密中有用，或可選地，包括散光片，有助于限制成像光學(xué)器件的場深(depth of field)。稍后論述散光片的功能，以及能用來幫助那些功能的一些的圓頂30中的結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，圓頂30充當(dāng)用于照明的簡單窗口，但包含散光片，以便限制成像光學(xué)器件的場深。屬于照明和成像的其他光學(xué)元件最好被并入與圓頂分離的零件或多個零件中。
圖5示出當(dāng)安裝在面板100中時使用的光標(biāo)控制設(shè)備10。用戶“敲擊”設(shè)備，即，用戶的附肢，例如光手或戴手套的手、手掌或指尖輕觸圓頂?shù)纳媳砻嬉员阍谥鳈C系統(tǒng)的顯示屏上移動光標(biāo)。如果附肢離開圓頂一個短的距離，光標(biāo)控制設(shè)備被設(shè)計成停止跟蹤，并對附肢的運動或?qū)υ摼嚯x內(nèi)的照明或物理運動的改變化不靈敏，使得光標(biāo)保留固定在位置上。稍后論述可限制設(shè)備的場深的方法。輔助控制110，諸如用于啟動功能、處理或選擇主機系統(tǒng)的動作的開關(guān)通過線束92連接到光標(biāo)控制設(shè)備10。這允許光標(biāo)控制設(shè)備10協(xié)調(diào)光標(biāo)控制和選擇功能以及由單個電纜連接到主機系統(tǒng)?？梢云谕鄠€輔助控制，每個具有至光標(biāo)控制設(shè)備10的連接。光標(biāo)控制設(shè)備內(nèi)的圖像處理電路82能配置成提供有關(guān)附肢接近物體平面300的信息(再次參考圖3)，以及當(dāng)“敲打”時，能解釋物體平面內(nèi)和外的運動以便執(zhí)行選擇和其他功能。能通過使用這種功件，消除或補充輔助控制110。使用中，最好通過光標(biāo)控制信號的適當(dāng)編碼，排列主機系統(tǒng)顯示屏上的光標(biāo)運動以便以直覺的方式，響應(yīng)用戶手的運動。在大多數(shù)情況下，這表示光標(biāo)將在用戶的手的相應(yīng)方向上移動即，當(dāng)用戶的手移向用戶的左和右邊時，分別移向顯示屏上的左和右邊，以及當(dāng)用戶的手“向前”或“向上”(向指尖)以及“向后”或“向下”(向肘)移動時，分別移向顯示屏的頂部和底部。
如由其名稱所隱含的，圓頂30最好是凸面的，最好接近球體一部分的形狀，以及凸向面板100的用戶側(cè)。圓頂?shù)闹睆阶詈迷?和30mm之間，以及最好根據(jù)直徑，最好在面板的前表面上凸出2和15mm之間的高度。假定電子和光學(xué)部件，諸如圖像傳感器芯片的現(xiàn)有大小，圓頂?shù)膶嶋H直徑為15和25mm之間。通過該直徑圓頂，10至15mm高度將是適合的。這些尺寸提供了能易于被感覺而用戶不必直接看光標(biāo)控制設(shè)備的跟蹤球狀功件，并允許通過放松、稍微凹陷的手掌以及指尖操作。然而，在如窗口的功能中，圓頂30能另外更平、完全平面或稍微凸面。平面圓頂能與平板的前表面齊平安裝，或在聚光圈中的平面上凸起。如果面板具有除平面外的形狀，則圓頂表面將與面板形狀共形以便“結(jié)合到”面板中。稍微凸的圓頂，不管是與面板齊平還是凸出面板，將促使用戶僅用他或她的指尖操作光標(biāo)控制設(shè)備，在僅需要精細(xì)運動的專有應(yīng)用中，這是所期望的。
圖6示出如從面板100的用戶側(cè)看到的光標(biāo)控制設(shè)備的透視圖，表示為完美外觀，圓頂30可如何由聚光圈60環(huán)繞并幫助將圓頂?shù)那懊嫔叩矫姘迳系乃韪叨取?br>
圖7是當(dāng)從面板100的用戶側(cè)看時光標(biāo)控制設(shè)備的平面視圖。從這一方面看，圓頂30的實際形狀最好是圓形，盡管其他形狀，諸如橢圓、方形、矩形或其他凸面曲線或多邊形也是期望的。除了聚光圈60外，為進一步引用，示例說明圓頂30的正面30a的區(qū)域和功件。雙虛線圓內(nèi)的標(biāo)記為34的區(qū)域表示成像到圖像傳感器80的光敏部分上的區(qū)域，并將被稱為光標(biāo)控制設(shè)備的“靈敏區(qū)”。這是能用光源70照射以便檢測的區(qū)域32的一部分。區(qū)域32將被稱為“窗口”區(qū)，可以或可以不存在將窗口區(qū)與外環(huán)區(qū)域分開的可見功件。窗口32最好具有用于良好成像和傳輸照明的光學(xué)質(zhì)量。為了提供均勻照明和對成像系統(tǒng)未對準(zhǔn)的一些容限，期望窗口至少與靈敏區(qū)34一樣大。在窗口32和朝向聚光圈的圓頂外緣之間的更大半徑的圓頂區(qū)域?qū)⒎Q為圓頂?shù)摹巴猸h(huán)”36。通常，朝向用戶的圓頂側(cè)面被稱為“前面”，以及朝向圖像傳感器的圓頂側(cè)面被稱為“背面”。在一些實施例中，在圓頂?shù)那懊嫔?，外環(huán)36不需要是透明的或具有特定的高光學(xué)質(zhì)量。稍后將更詳細(xì)地描述圓頂?shù)牧硗獾膶嵤├?br>
現(xiàn)在，將描述有關(guān)光標(biāo)控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)和安裝的一些機械細(xì)節(jié)。首先，論述用于在將稱為“垂直”的方向上固定光標(biāo)控制設(shè)備10的附件58，其中，設(shè)備的長軸垂直于面板的表面。圖8示出光標(biāo)控制設(shè)備的實施例，其中，用于將設(shè)備10固定到面板100的孔102中的附件58采用一個或多個彈簧夾58c的形式，可能用與外殼體52相同的材料，固定到或整體制作到外殼體52。通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)計夾58c和孔102，能從面板100的前側(cè)插入外殼體52，以及夾將在插入后擴展以便使光標(biāo)控制設(shè)備穩(wěn)固地保持住。圖8示出了光學(xué)墊圈62以幫助密封面板100，因此防止在面板的前后側(cè)之間流體或微粒污染物的流通。
圖9示出附件58包括在外殼體52上形成的螺紋58a和面板安裝螺母58b的另一安裝方案。優(yōu)點包括更有效的密封動作，但缺點包括外殼體52具有比螺紋更小直徑或橫向截面的更有限設(shè)計，以及安裝期間，由于必須到達面板100的背面的不便。預(yù)期其他附件方案，諸如使用摩擦金屬彈簧夾也是可以的。
現(xiàn)在，更詳細(xì)地考慮光標(biāo)控制設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖10示出垂直定向的設(shè)備的示意橫截面，其中將光源70a，例如LED(發(fā)光二極管)用作主要光源。由光源70a提供的照明最好以小(更切線)的角度入射到將檢測的物體上(將此稱為小角照明)。整個設(shè)備的橫向尺寸(與面板的平面平行)能通過安裝圖像傳感器80使其長軸沿外殼體52的長軸而保持緊密。圖像傳感器80最好是固態(tài)設(shè)備，諸如圖像傳感器集成電路(IC)或“芯片”。該實施例示出使用在其上安裝所有光學(xué)和電子部件(除圓頂外)的單個襯底或印刷電路板(PCB)86。光源70a可以是具有彎曲以允許以直角(平行而不是垂直于PCB86發(fā)射)的引線的傳統(tǒng)引線設(shè)備，或特定直角安裝型式。圓頂30連接到外殼體52上的凸緣54。其整個組件或部件能由膠、螺絲、熔接、模塑或咬在一起的功件的組合保持在一起。電子部件能安裝到PCB86，諸如圖像傳感器80、圖像處理82和接口電路84的部件、主光源70a以及用作發(fā)射機的電子連接器90a。未示出可用來適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)來自光源70a的光將其指向窗口的照明光學(xué)部件的詳細(xì)情況。成像光學(xué)器件88被示出為單個多功能元件，包括直角圖像棱柱體88a和成像透鏡88b和88b′。使用模塑技術(shù)，能在單個零件中形成這種多功能元件。
圖11示出垂直定向設(shè)備的稍微不同的型式，其中光源70a是通過PCB86中的孔發(fā)光的表面安裝型。在該方向上，小角照明更易于實現(xiàn)，而沒有另外的照明重定向光學(xué)器件，但期望擋板48以便防止雜散輻射直接進入成像光學(xué)器件。在該圖中未示出用于在外殼內(nèi)支撐和對準(zhǔn)成像光學(xué)器件88的部件。機械支撐和對準(zhǔn)功件(未示出)能制作在光學(xué)零件88上、外殼體52中，或作為單獨的零件。
圖12示出垂直定向的光標(biāo)控制設(shè)備的另一實施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其中輔助印刷電路板86a用來安裝一個或多個光源70a，在此示為向上發(fā)光的表面安裝設(shè)備。PCB86a可以是剛性的、通過有線或花線電纜連接到主PCB86，或PCB86a可以是形成主86和輔助86a印刷電路的柔性電路的一部分，以及柔性電路能彎曲為這種結(jié)構(gòu)。對光學(xué)對準(zhǔn)目的來說，剛性板是優(yōu)選的，但能在外殼凸緣54上支撐輔助板86a。注意輔助板86a需要求一個孔、槽口或其他功件以允許成像光學(xué)器件通過它看到靈敏區(qū)34。能使用圓頂中的另外的光學(xué)功件或簡單通過光源布局的幾何結(jié)構(gòu)，來實現(xiàn)窗口區(qū)的小角度照明。偏愛以繞圓的預(yù)定間隔分開的可見光源70a的更對稱布局的美學(xué)考慮與在小角度照明中提供更多陰影的單一或不對稱放置的光源不一致。
圖13示出使用在這種情況下，支撐一個或多個側(cè)燒(也稱為直角)表面安裝光源70a的輔助印刷電路86a的設(shè)備結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)小型的可能同時由于光源幾何結(jié)構(gòu)，提供實現(xiàn)小角度照明的簡單方法。輔助PCB86a在某種意義上用作擋板以防止來自光源70a的光直接進入成像光學(xué)器件。
在一些情況下，期望提供垂直于(正交)將被檢測的表面的照明，或者接近于此，而不是小角度切線照明。要求跟蹤壓花表面，諸如壓花手套，可以是單色但紋理表面的未戴手套或無壓花表面相區(qū)別的應(yīng)用可能要求此。在這種情況下，提供接近垂直照明的一種方法是使用同軸照明光學(xué)器件，其中，照明輻射沿與成像輻射相同路徑的路線的至少部分行進。圖14示例說明提供使用分光器46來提供同軸照明以去除反射回最好是與成像光學(xué)器件同軸放置的LED的光源70b的圖像光的方法。期望另外的聚光光學(xué)器件42將照明適當(dāng)?shù)丶械届`敏區(qū)上。為了防止來自光源70b的輻射跳離分光器46而朝向外殼內(nèi)部的右側(cè)，然后通過分光器返回到圖像傳感器80，期望光束收集器46a吸收從分光器向右側(cè)引出的輻射。光束流收集器能如所示垂直呈一角度，以便降低來自光束收集器本身的鏡面反射，其會導(dǎo)致來自光束收集器的反射光進入圖像傳感器80。
最后，如圖15所示，能在單個設(shè)備中實現(xiàn)小角度和垂直照射的組合。小角LED70a和同軸定位的LED70b能同時接通，或者交替接通。在后種情況下，圖像處理電路可獲得具有兩種形式的照明的交錯幀(alternating frame)以及通過僅將幀與類似照明進行比較來跟蹤運動，同時合并該信息以便將單個運動信號提供給主機系統(tǒng)。
在所有先前例子中，用于外殼體的“垂直”定向用于一致性。如前所述，“水平”定向也是可能的。這在圖16中示例說明。這種結(jié)構(gòu)能用來最小化面板后面使用的厚度。這在將光標(biāo)控制設(shè)備集成到鍵盤、膝上型計算機、或薄支架或平臺的應(yīng)用中是期望的。如果外殼本體52能畫輪廓為如用雙虛線所示，可通過孔102將外殼從面板的用戶側(cè)插入。否則，需要將外殼凸緣54做得足夠小以便從面板的后面通過孔102裝配。該情形如圖16所示。如所示，附件58采用繞設(shè)計成與圓頂?shù)谋趁嫔系陌伎?8中的配合結(jié)構(gòu)相呼應(yīng)工作的凸緣的邊緣的凹槽形式，以便形成咬在一起的扣件。這些功件能用外殼凸緣的外緣和凹口的內(nèi)緣上的螺紋來代替。通過被畫為Belleville墊圈的橫截面壓縮壓向面板的背面和外殼體的前面的彈簧墊圈58d(或其他適當(dāng)?shù)膹椈?的作用，相對于面板緊密地固定圓頂和聚光圈。
圖17示出與圖16類似的水平安裝的光標(biāo)控制設(shè)備的可能的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因為方向，在該型式中不需要圖像旋轉(zhuǎn)棱鏡。與圖1和2的鼠標(biāo)類似，圖像傳感器芯片及其相關(guān)的成像透鏡88b能直接面對靈敏區(qū)。光源70a能定位在拉長的引線上，如所示，以便使發(fā)射區(qū)更接近圓頂30?？尚枰懿捎貌煌该鞴苄问降膿醢?8，如圖17的截面所示，以降低從圓頂反射到成像光學(xué)器件的孔徑中的照明量，并可用來適當(dāng)?shù)厥箞D像傳感器與靈敏區(qū)34分開。圓頂?shù)暮蟊砻?0c上的功件，例如在所述背面上整體形成的輔助成像透鏡88b’能用來幫助定位和保持擋板48。如該圖中所示，還有用于密封圓頂30和外殼52的顯式裝置。O環(huán)型的封條56示為壓縮在圓頂?shù)陌伎?8內(nèi)的后表面30c和外殼凸輪54間。
現(xiàn)在，更詳細(xì)地論述圓頂?shù)墓涂赡艿淖冃巍Ｗ鳛榕c光標(biāo)控制設(shè)備的用戶的主要接口，圓頂能具有幾個功能。圓頂上和圓頂中的功件能用作照明系統(tǒng)和/或成像系統(tǒng)的一部分以便降低整個組件中的部件的數(shù)量。該圓頂能具有各種觸覺和可視功件以便增強用戶接口。
圖18示出通用圓頂30和聚光圈60的橫截面視圖。盡管聚光圈包括在圖中，將不進一步論述其特征。除圖17所示的橫向區(qū)外，圓頂30在該視圖中還能被描述為具有包括前表面30a、塊體30b以及背面30c。有用或裝飾作用的各種功件能包含在圓頂?shù)倪@些零件中。圖18所示的通用圓頂具有粗略平行于平滑前表面30a的平滑背面30C，不具有將允許它以除與具有輕微透鏡化或異常屬性的簡單的圓頂狀窗口外的任何其他方式操作的另外的功件。
圓頂30最好由剛性透明材料，諸如玻璃或透明塑料制成。它能被著色以便降低圖像傳感器對外部光源反應(yīng)的敏感度，允許圓頂作為濾光器。例如，如果光源70以紅外操作，則圓頂?shù)膲K體30b能被染色以便使它變暗或基本上在可見光譜中吸收而對照明波長保持基本上透明。
圖19所示的替代方案是圓頂由柔性材料制成。圓頂中心上的手指壓力能使它從其形成的形狀，如用雙虛線所示，彎曲到使用實線所示的彎曲形狀。該彎曲能移動指尖以便使圖像失焦，可以由圖像處理電路解釋為按鈕按壓，或機械開關(guān)能放在圓頂下，從而該彎曲能用來起動它。
成像功件，例如在背面30c上形成的透鏡表面已經(jīng)結(jié)合圖17提到。窗口區(qū)可以是平面的，而不是曲面的用于更好的光學(xué)性能。在稍后的章節(jié)中論述有關(guān)限制場深的另外的成像功件。
圖20是更詳細(xì)地示出光學(xué)系統(tǒng)的實施例的光標(biāo)控制設(shè)備的截面?zhèn)纫晥D。為了清楚地表示光學(xué)路徑，該圖省略了已經(jīng)在其他圖中示出的機械部件和功件，諸如外殼和電子功件，諸如電路板和圖像處理器。光線被示出為細(xì)線。
在該實施例中，照明光學(xué)器件40包括成形為接收在聚光器42上集中的光源70a的單個透明光導(dǎo)元件44a。全內(nèi)反射(TIR)表面(“棱鏡”)使聚光的照明改變方向并引導(dǎo)它通過圓頂30以便照射靈敏區(qū)，該靈敏區(qū)正好在前圓頂面之外并以光軸500為中心。在該實施例中，圓頂30僅用作曲線窗口以及不具有形成照明光學(xué)系統(tǒng)或成像光學(xué)系統(tǒng)的一部分的另外的功件，盡管諸如限制場深的散光片(未示出)的功件能易于包含在接近光軸500的圓頂?shù)谋砻嬷校灰蟾淖冊撏ㄓ霉鈱W(xué)示意圖。
成像光學(xué)系統(tǒng)88，與照明系統(tǒng)一樣，包括單片透明元件，包括TIR表面88a，以及在該實施例中，包括兩個折射透鏡表面88b和88b′。單個透鏡系統(tǒng)也是可能的，但焦距將長于兩個透鏡系統(tǒng)，以及場深將由此更大。也能使用更多的透鏡或其他成像系統(tǒng)元件，但這會導(dǎo)致更復(fù)雜的組件。所示的兩個透鏡系統(tǒng)與由兩個會聚透鏡構(gòu)成的Keplerian望遠(yuǎn)鏡類似，但使用它好象具有短焦距的中繼系統(tǒng)來傳送具有幾乎單一放大率的圖像(最好是在0.25至4范圍內(nèi)的放大率)。作為單一率放大中繼系統(tǒng)，透鏡表面88b和88b’的焦距幾乎相等，以及分別通過幾乎單一的共軛比(近似相同的物體和圖像距離)進行操作。其他放大率是可行的，因為透鏡的操作分別遠(yuǎn)離統(tǒng)一共軛比，而仍然維持幾乎單一的整體系統(tǒng)放大率。通過相對光軸50045度插入TIR表面(棱鏡)88a，來實現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)中的直角轉(zhuǎn)向，或能等效地使用外部反射鏡。然而，TIR棱鏡的一個優(yōu)點是它允許整個成像光學(xué)系統(tǒng)用單個材料制作，因此，簡化了組件，同時更少可能誤對準(zhǔn)。成像光學(xué)零件88上的功件能設(shè)計成與圖像傳感器插件80上的功件對準(zhǔn)以便進一步簡化組件和保證光軸與圖像傳感器的中心對準(zhǔn)。外殼、圓頂或單獨件上的附加機械功件(未示出)可用來保持光學(xué)元件彼此和與光源70a和圖像傳感器80配準(zhǔn)。
盡管在該圖中示出了照明系統(tǒng)40繞軸500與圖像傳感器80完全相反放置，照明光學(xué)器件和照明的方向可以在圍繞中心線500的任何角度放置，而不影響光標(biāo)控制設(shè)備的操作。這是因為與投下陰影的方向無關(guān)，圖像傳感器能跟蹤它們的運動。照明光學(xué)器件的設(shè)計中的該自由旋轉(zhuǎn)度可被用來有助于組裝、互連或微型化。當(dāng)從圓頂外部看時，能以一定的均勻或非均勻角度間隔，繞軸500，在一個或多個零件中放置照明光學(xué)器件的多個副本，用于冗余，用于裝飾外觀或甚至交替使用以優(yōu)化照明。參見圖15有關(guān)如何能一起使用多個照明源的論述。在繞軸500放置多個照明源的情況下，以該旋轉(zhuǎn)軸角的分集能與使用圖15的配置實現(xiàn)的小與大角照明的分集成對比。如果有至需要跟蹤的紋理的方向，這能是有用的，使得從一個軸旋轉(zhuǎn)角相與另一個獲得更好的陰影。
因為設(shè)備的整體幾何結(jié)構(gòu)，將照明光學(xué)器件的功件包含在圓頂中可以是有用的。重定向來自光源的光以及成功地將其耦合出窗口外而沒有全內(nèi)反射特別重要。諸如棱鏡或光導(dǎo)的功件44a可以是如圖20所示單獨的元件，或構(gòu)成圓頂結(jié)構(gòu)的一部分，如圖21所示。在圓頂內(nèi)所需地方產(chǎn)生全內(nèi)反射以在圓頂材料的表面和包含在外殼內(nèi)的空氣之間重定向照明。能使用如圖21所示的凹口窗區(qū)來允許照明光以小角離開內(nèi)部光導(dǎo)管到靈敏區(qū)而沒有全內(nèi)反射。
現(xiàn)在將參考圖22A和22B，描述包含照明光學(xué)系統(tǒng)的元件的圓頂結(jié)構(gòu)的變形的例子。
圖22A示出形成到圓頂?shù)谋趁?0c中的微棱鏡44d或Fresnel透鏡44c的環(huán)。這些能繞窗口區(qū)旋轉(zhuǎn)對稱。在這種情況下，圓頂組裝到外殼的旋轉(zhuǎn)方向不重要，能簡化設(shè)備的制造。另外，能形成沒有所述旋轉(zhuǎn)對稱的更復(fù)雜的微重復(fù)光學(xué)功件以便更高效地執(zhí)行來自單個光源的照明的集中。
圖22B示出形成到圓頂?shù)膲K體30b中以便重定向和/或聚焦照明的反射百葉窗44e。這些能通過例如第一模塑操作、金屬化操作和第二模塑操作以便嵌入百葉窗而形成。能消除第二模塑操作，在這種情況下，圓頂?shù)谋趁婺馨凑瞻偃~窗輪廓。另外，能形成凹槽或氣穴以便導(dǎo)致全內(nèi)反射百葉窗，而不是反射涂層百葉窗。
裝飾功件能容易地并入圓頂?shù)耐猸h(huán)中。能包括高亮窗口或靈敏區(qū)的觸覺和/或可視功件，諸如繞窗口的凸起環(huán)、凸出或凹進的窗口區(qū)，或窗口和外環(huán)之間的紋理差異。通過適當(dāng)?shù)恼彰骱图y理，能向外環(huán)提供整體發(fā)光外觀。下面更詳細(xì)地描述另外的裝飾變化。
具有耐磨損和/或抗反射屬性的涂層能應(yīng)用于圓頂?shù)那氨砻?。防反射涂層能?yīng)用于背面。反射(例如金屬)涂層能用來增強照明或?qū)ν猸h(huán)區(qū)產(chǎn)生發(fā)亮外觀。
如先前結(jié)合圖5所述，期望使光標(biāo)控制設(shè)備僅對接近圓頂?shù)那氨砻?例如小于3mm)的表面靈敏。物體平面或最佳焦平面能放在圓頂?shù)那氨砻?，或稍微高出朝向用戶以便稍微放大場深度?？梢詫D像處理電路82設(shè)計成當(dāng)由圖像傳感器80檢測出不充足的圖像特征時，停止更新光標(biāo)位置或運動信息。來自Agilent Technologies的商業(yè)可獲得傳感器芯片實現(xiàn)該功能。由于幾個因素，圖像特征可被“丟失”。失焦圖像將缺少跟蹤的敏銳特征。移動到缺少與投下陰影的對比特征或高度差的極其平滑、均勻彩色表面能防止更新光標(biāo)位置。因此，成像光學(xué)器件(焦深)或照明幾何結(jié)構(gòu)(發(fā)光量)能用來限制場深。通過在系統(tǒng)中使用大的孔徑、短的焦距透鏡(高數(shù)字孔徑)，能降低成像光學(xué)器件的焦深。將照明集中于接近圓頂?shù)那氨砻娴膮^(qū)域中降低了遠(yuǎn)離圓頂?shù)撵`敏度。在下文中，更詳細(xì)地論述纖維光學(xué)面板的使用。
用于實現(xiàn)降低的場深的技術(shù)是將散光片包含在系統(tǒng)中，最好通過圓頂?shù)那氨砻?0a上的結(jié)構(gòu)或紋理(再次參考圖18)，盡管散光片也能并入塊體30b或背面30c或任何組合。與引入隨機相位變化的散光片，諸如波紋玻璃接觸的物體能比在它后隔開的那些看得更清楚。這是因為從物體發(fā)出或從物體反射的光線由散光片重定向并偏移，以及對于行進物體和散光片之間的更大距離的光線效果更大。漫射結(jié)構(gòu)可以是隨機結(jié)構(gòu)，能具有不同深度或特征大小?，F(xiàn)在參考圖7，漫射結(jié)構(gòu)能放在外環(huán)36、窗口區(qū)32中，甚至在窗口上的靈敏區(qū)34內(nèi)。外環(huán)36或窗口32中的漫射結(jié)構(gòu)能用來通過全內(nèi)反射條件的控制或改變，來增強照明。成像屬性最受靈敏區(qū)34內(nèi)的漫射結(jié)構(gòu)的影響。代替隨機結(jié)構(gòu)，可使用更復(fù)雜的光學(xué)結(jié)構(gòu)，諸如微棱鏡來執(zhí)行照明或漫射功能。用于定向或漫射光的微棱鏡通常通過用于產(chǎn)品，諸如液晶顯示器背光、預(yù)測顯示屏、發(fā)光產(chǎn)品和用于照相機取景器的聚焦屏的被稱為“微復(fù)制”的模壓或模塑工藝再生產(chǎn)。相同的技術(shù)能用來制造具有聚焦光的能力的Fresnel透鏡。類似的工藝能用在制作用于光標(biāo)控制設(shè)備的圓頂中。
能看出上述光標(biāo)控制設(shè)備能以各種方式，例如使用用于外殼和圓頂?shù)臉?biāo)準(zhǔn)注模技術(shù)，由低成本、通用材料制成，以及單一或組合使用多個標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的任何一個緊固在一起，包括咬合或旋在一起、膠合或熔接。
在先前的描述中，已經(jīng)描述了光標(biāo)控制設(shè)備的許多另外的實施例。仍然存在能在具有更多功件的更復(fù)雜系統(tǒng)的環(huán)境下實現(xiàn)，或允許主物體不耐久的不同應(yīng)用的更多變形。
另外的實施例的一個例子是圓頂內(nèi)的圓頂結(jié)構(gòu)，如圖23A、23B和24所示。圖23A示出光標(biāo)控制設(shè)備700的透視圖，圖23B示出光標(biāo)控制設(shè)備700的內(nèi)外殼720的透視圖，以及圖24示出沿圖23A的截面線XXIV-XXIV的光標(biāo)控制設(shè)備700的橫截面視圖。光標(biāo)控制設(shè)備700包括外殼層710(或外圓頂)以及嵌在外殼層710中的內(nèi)外殼720(或內(nèi)圓頂)。外殼層的優(yōu)選直徑在從10mm至80mm的范圍內(nèi)，最好從25mm至60mm。這些優(yōu)選尺寸產(chǎn)生在尺寸和形狀方面類似于傳統(tǒng)跟蹤球的設(shè)備。由于組件的小型化，設(shè)備的整個功能，包括檢測、處理和連接到主計算機能正好在傳統(tǒng)跟蹤球單元的“球”部分的包絡(luò)內(nèi)執(zhí)行。通常以凸圓頂?shù)男问教峁┩鈿?10，以及內(nèi)外殼720包括在外殼層710的凸圓頂內(nèi)放置的互補凸圓頂部分722。外殼層710具有窗口32，通過該窗口執(zhí)行照明和成像。窗口32還向用戶提供外殼層的靈敏區(qū)34的可視指示(用虛線畫出)。應(yīng)注意到，為了說明目的，示出在圖23A中畫出的靈敏區(qū)34以及不打算限制，特別是有關(guān)靈敏區(qū)34的大小和形狀。內(nèi)外殼720具有當(dāng)正確地組裝時，與外殼層710的靈敏區(qū)34對準(zhǔn)的稍微中心放置的凹陷處728。凹陷處728具有至少與靈敏區(qū)34的擴展一樣大的上開口。在本實施例中，如能由圖24所示的視圖意識到的，凹陷處728的上開口與窗口32的周界對齊。
內(nèi)外殼720，除了具有凸圓頂部722之外，還包括基座724和位于基座724和凸圓頂部722之間的封條726。封條726與凸圓頂部722和基座724結(jié)合，為內(nèi)外殼720提供與外界流體密封。
位于內(nèi)外殼720內(nèi)的是用于將接近外殼層710的靈敏區(qū)34的運動轉(zhuǎn)換成光標(biāo)控制數(shù)據(jù)的光學(xué)引擎。光學(xué)引擎包括先前論述的部件，諸如光源70、傳感器80和圖像處理器82。集成到內(nèi)外殼中的是用作成像透鏡的成像光學(xué)器件88，和用作照明透鏡的照明光學(xué)器件40。能形成照明光學(xué)器件40以便執(zhí)行與上述的聚光透鏡42類似的功能，或可選地，能簡單的是缺少光功率的窗口。在傳感器80和成像光學(xué)器件88之間放置稍后將更詳細(xì)描述的濾光器元件89。
在本實施例中，外殼層710能設(shè)計成容易從內(nèi)外殼720中移出。由于獨立地密封內(nèi)外殼720，能從內(nèi)外殼720移除和/或替換外殼層710，而不損害內(nèi)外殼720的密封。
由于光標(biāo)控制設(shè)備700(以及其他實施例)被設(shè)計成向上看周圍背景光，幾種技術(shù)可用來拒絕不期望的背景信號。在下述段落中，參考圖25描述成像和照明條件。
圖25示出光標(biāo)控制設(shè)備700的示意圖，其中，為清楚目的，省略了諸如內(nèi)外殼720的某些部件。還將意識到有關(guān)圖25的描述將同樣適用于本發(fā)明的其他實施例。
在圖25中，最好將物體平面300(即最佳焦平面)置于窗口32的外表面之外將近成像系統(tǒng)的景深(focus depth)310的一半以便最大化能檢測和跟蹤不平物體的深度。景深310的“近”邊緣(至傳感器)應(yīng)當(dāng)位于或接近窗口的外表面，或稍微在窗口以內(nèi)以便允許焦距誤差或軸向?qū)?zhǔn)誤差不引起外殼層710的外表面處的檢測間隙。通過照明區(qū)420進一步限定檢測量，即，沿來自光源70的照明在其上延伸的成像光軸500的深度，及其橫向?qū)挾取?br>
景深310和照明區(qū)420一起定義一個總場深。期望的場深是幾毫米(大于1并小于5)，用于檢測與窗口32的外表面接觸或幾乎接觸的人手。這允許跟蹤存在正常表面狀況以及臨時丟失與窗口32的良好接觸。傳感器的橫向視場連同成像光學(xué)器件88確定場深內(nèi)的橫向靈敏區(qū)34。另外，傳感器具有有角視場320，在該視場內(nèi)可以檢測遠(yuǎn)離物體或光源，導(dǎo)致必須被丟棄的可能寄生運動數(shù)據(jù)。最好提供照明光學(xué)器件40(諸如聚光器42等等)以便優(yōu)化來自光源70的照明光的集中，以及其瞄準(zhǔn)。照明越集中，信號越高可能到達傳感器80，但照明量越小，因此存在最佳。同樣地，對于給定光源70，通常不是點光源，而是有限范圍，存在最佳焦距和離光源的距離，在該處來自光源的光線在物體上幾乎是平行的，導(dǎo)致切線入射照明(如下所述)中的最易干凈的陰影。生成干凈陰影還支持使用來自單方向的單照明源。選擇用于聚光器42的焦距和位置是所有這些因素之間的折衷。最后，通過高照明集中(小照明深度410)和窄的有角視場320，最大化背景抑制(background rejection)。
背景抑制的第二種方法包含選擇照明波長和使用能抑制照明波長外的波長的光的濾光器。在一些實施例中，光源70是具有在780-1000nm范圍內(nèi)，特別是875nm的中心波長的紅外LED。用阻塞可見光的大多數(shù)光，對人眼說看起來接近黑色，但通過大部分紅外照明光的材料，很容易獲得濾光器。整個外殼層710或僅窗口32可由這種濾光器材料制成。另外，如用具有相同或不同波長阻塞特性的圖25中的89和89′所示，可以放置濾光器或多個濾光器。單個另外的濾光器可能放在位置89或89′中，或能在位置89和89′中均提供濾光器。在位置89，能如圖24所示，在成像光學(xué)器件88和傳感器80之間放置濾光器。在位置89′中，濾光器能放在凹陷處728中、在窗口32和成像光學(xué)器件88之間。例如，外殼層710和窗口32能由通過紅外光和可見光的材料制成，以及濾光器89能由阻塞可見光和紫外光的材料制成。如果傳感器80在不期望的波長，諸如更長紅外波長處靈敏，則可使用短通濾波器來阻止那些波長。
還能使用極化技術(shù)來抑制一半非極化環(huán)境光。能在源的內(nèi)部或外部，例如通過將極化濾光器或?qū)傩灾糜谡彰飨到y(tǒng)內(nèi)部，優(yōu)先極化來自光源70的光。濾光器89和89′能具有置于它們中的極化屬性以便它們能充當(dāng)分析儀，抑制未被極化成與由被檢測物體反射的來自照明光源相同的光。
能另外實現(xiàn)圖像處理器82中的軟件或固件算法、接口電路(例如圖3中的控制器84)，以及主計算機中的驅(qū)動器(圖33中的零件800)以便執(zhí)行抑制背景光或功件。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)在被照區(qū)域420(見圖25)中不存在物體，或甚至當(dāng)物體正離開最佳焦平面300，但仍然全部被照射時，達到傳感器800的光量顯著地降低。當(dāng)使用濾光器或多個濾光器89和89′來抑制除了來自光源70的除照明波長外的波長時，這更有效。能使用的光傳感器來生成指示在照明區(qū)內(nèi)存在或缺少要被跟蹤的物體的信號。然而，用在該設(shè)備中的適當(dāng)傳感器通常具有其設(shè)定值與到達傳感器80的光電平有關(guān)，并能由圖像處理器82讀出的電子快門(每幀積分時間)或自動增益控制(AGC)。在電子快門的情況下，由于從檢測體積去除物體，“打開時間”快門值隨光電平下降而增加。因此，快門值可以用作跟蹤效率的指示符(在下文中，稱為“跟蹤指示符”)。只要快門值超過某一閾值，檢測的運動可被忽略。當(dāng)與自適應(yīng)照明(如下所述)一起使用時，正確的跟蹤指示符必須考慮光源70的亮度設(shè)定，因為每幀中擊中傳感器80的光量與光源強度乘快門“打開”積分時間成比例。該跟蹤指示符可以是“照明指示符”而不是“快門值”。這種照明指示符可用L＝kf(B)S來表示，其中，L是與擊中傳感器的光量成反比的照明指示符，k是比例常數(shù)，f(B)是包含命令值和由光源70發(fā)出的實際強度之間的可能非線性關(guān)系的光源命令值B的函數(shù)，以及S是與電子快門積分時間成比例的快門值。應(yīng)注意到其他設(shè)備，諸如電容傳感器能用來基于將被跟蹤的物體的鄰近而生成跟蹤指示符，因此，該算法不限于將照明信息用作跟蹤指示符。實際上，如果其他硬件、軟件或固件裝置可用于生成跟蹤指示符，則可能不基于鄰近，而例如基于運動數(shù)據(jù)的分析，那么該另外的跟蹤指示符也可被用作這里下面所描述的用于背景抑制和路徑預(yù)測的算法的輸入。
描述用于當(dāng)照明指示符高時忽略運動的算法的例子的流程圖如圖26所示。該算法用于抑制例如由于存在相對低級的周圍背景光和/或通過移動從圍繞光學(xué)引擎的環(huán)境投下的陰影而生成的錯誤運動數(shù)據(jù)。然而，應(yīng)注意到該處理不限于由圖像處理器，諸如圖像處理器82執(zhí)行，而是能由包括用于進一步處理運動數(shù)據(jù)的控制器/處理器的單獨設(shè)備，諸如控制器84全部或部分地執(zhí)行。在一個實施例中，圖像處理器82能僅用于與處理圖像有關(guān)的處理部分以便產(chǎn)生運動數(shù)據(jù)和照明指示數(shù)據(jù)。然而，不需要圖像處理。在步驟S2600，圖像處理器82從傳感器80接收運動數(shù)據(jù)和照明指示符L，或者，圖像處理器82從傳感器接收數(shù)據(jù)，諸如快門值以及圖像處理器82如上所述計算照明指示符L。在步驟S2610，圖像處理器82將照明指示符L與閾值進行比較，高于閾值則可以分析出未發(fā)生跟蹤。如果照明指示符L小于閾值(步驟2610為“是”)，那么，過程繼續(xù)步驟S2620，在其中更新運動數(shù)據(jù)。否則，如果照明指示符大于閾值(步驟2610為“否”)，那么旁路步驟S2620。因此，根據(jù)圖26所示的過程，除非由傳感器80檢測到適當(dāng)?shù)恼彰髁?，將不更新運動數(shù)據(jù)。
為了在長期使用后提供可靠跟蹤，其中，手、手套或其他物體重復(fù)地滑過外殼層710或圓頂30，根據(jù)具體情況而定，期望對窗口32提供保護以便使其耐刮擦和其他損害。圖27A-E示出耐刮擦外殼層710或圓頂30的多個實施例。最好，照明和成像光通過的窗口32(或至少與成像有關(guān)的橫向靈敏區(qū)34)具有高光學(xué)質(zhì)量。圖27A表示圓頂30或外殼層710，具有光學(xué)窗口區(qū)32，由一種耐刮擦材料，諸如玻璃或藍寶石制成。某些聚合物材料足以耐刮擦以便“原樣”使用。在這些圖中，窗口32被示出為兩側(cè)為平的，盡管其他形狀也是期望的。窗口32最好稍后高于圓頂30/外殼層710的基座彎曲部分以便提供觸覺元件30d以便向用戶提供用于有效區(qū)的位置的感覺。
在圖27B中，薄(與環(huán)繞材料的厚度相比)的耐刮擦層或涂層340應(yīng)用于圓頂30/外殼層710的整個外表面上?？梢栽趹?yīng)用期間將這種涂層限制到僅覆蓋窗口32的外表面或甚至僅靈敏區(qū)34。然而，為了簡化，期望如所示，將其應(yīng)用于圓頂30/外殼層710的整個外表面。
圖27C示出由插入圓頂30/外殼層710中的通孔的單獨耐刮擦材料制成的光學(xué)窗口32。如在圖25的論述中先前所述，窗口32能具有不同于圓頂30/外殼層710或濾光器89和89′的濾光屬性。能適當(dāng)?shù)啬Ｋ?、擠壓、焊接、粘膠窗口32，或者固定到圓頂30/外殼層710的孔中。
支撐窗口32的更加安全手段是提供如圖27D所示的橫檔，以防止它在孔內(nèi)軸向滑動。注意在如前所述的圓頂內(nèi)圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)中，能完全使窗口32密封于外殼層710是不緊要的，盡管期望有助于保持外殼層710和內(nèi)外殼720之間的區(qū)域干凈和干燥。
另一替代方案如圖27E所示，其中，通過形成凹口而不是通孔，用于構(gòu)成圓頂30/外殼層710的材料在窗口32下面保持連續(xù)。這保護圓頂30/外殼層710的密封以及有助于支持窗口32。在這種情況下，對照明波長透明的光質(zhì)量粘合劑最好用來將窗口32保持在凹口中。
在使用單獨的窗口件的所有三種情況下(圖27C、27D和27E)，期望將窗口32的外表面設(shè)置成與圓頂30/外殼層710的外表面或圓頂30/外殼層710的凸出部分齊平，如所示。這確保不存在用戶能感覺到、會變破裂或會堆積污染物，諸如油脂或灰塵的尖銳邊緣。另外的零件或結(jié)構(gòu)(未示出)，諸如聚光圈或螺絲帽可以用來保持窗口32。這些另外的零件可以具有裝飾功能，或可以充當(dāng)觸覺元件30d的一部分。
人手或手套具有必須被容納以便可靠跟蹤并提供滿意的用戶體驗的特性。手或手套通常在顏色方面相對亮和均勻，導(dǎo)致將被跟蹤的相對小的亮-暗轉(zhuǎn)變特性。因此，使用切線入射照明來跟蹤表面粗糙度特征非常有效。圖28示出當(dāng)操作本光標(biāo)控制設(shè)備時通常握在一起的人的手指600的手掌側(cè)的放大示意圖。以比垂直更平行于表面的角度入射照明光400?；旧洗嬖趦煞N表面構(gòu)形尺度，較小的尺度(深度和橫向尺寸)，諸如指紋隆起部610和較大的尺度特征690，諸如相鄰手指之間的間隙，或結(jié)構(gòu)，諸如從皮膚褶皺和基礎(chǔ)肌肉、腱等等起皺的手掌或手指。該手的稍微翹曲也如圖28所示。小尺度特征610是提供用于在用于典型的傳感器和典型的單放大率成像光學(xué)器件的大約1mm寬橫向視場內(nèi)跟蹤的一個或多個特征的適當(dāng)尺度。因為它們的小高度，它們投下具有好的對比度的小的陰影410，這也是用于跟蹤的適當(dāng)尺度。大尺度特征能顯出跟蹤障礙。它們不僅能擴展得比成像光學(xué)器件的場深更深，使它們進入和離開焦點，同時通過靈敏區(qū)34，而且它們投下的陰影490也使間隙690變暗，以及大尺度特征690因為他們的高度能產(chǎn)生的寬暗區(qū)。當(dāng)間隙690經(jīng)過靈敏區(qū)時光標(biāo)跟蹤能停止，一種不期望的效果。
基本照明幾何結(jié)構(gòu)如圖29所示。將檢測的表面平面與物體平面300平行。光軸500通常必須近似平行于表面法線，以便表面穿過橫向視場焦點對準(zhǔn)中。照明光圖像400的中心射線(照明光軸)或傳播矢量430以范圍從0至90度的角度440入射到平面上。接近于0度的角度440(在0至45度的范圍內(nèi))對應(yīng)于切線入射，而接近于90度的角度(在45至90度的范圍內(nèi))對應(yīng)于法線入射。存在位于切線入射范圍內(nèi)的用于照明的最佳角度。如果角度440太小(太切線)，那么由表面粗糙度投下的陰影太長，以及大多數(shù)照明光平行于表面漫射以及不能使其進入成像光學(xué)器件-因此，低效使用照明以及對傳感器來說，表面看起來是暗的，具有少數(shù)幾個明亮的高亮區(qū)。如果角度440太大(太垂直)，那么存在相對少的陰影，以及照明填充表面上的凹部中。因此，傳感器具有太少特征而不能跟蹤，除非在表面上存在暗和亮的吸收和反射圖案。用于大多數(shù)感興趣的表面的最佳角度位于從15至35度的范圍內(nèi)，大部分最好在30度，導(dǎo)致由表面粗糙度特征投下的最佳對比和大小的陰影，以及充足的光向傳感器漫射。
最難以跟蹤的表面是明亮有色和相對平滑的表面。這些傾向于使傳感器80通過接近其最小快門值的有限動態(tài)范圍進行操作，洗掉特征。人手還是半透明的，以及高照度級會“泄漏”到陰影中。在這些情況下，期望使用相對低的照明強度。為了也容納暗的有色表面和明亮表面上的大的陰影區(qū)的跟蹤，能實現(xiàn)響應(yīng)表面暗度而調(diào)整光源70的強度的自適應(yīng)照明處理。如圖30所示的流程圖示例說明了自適應(yīng)照明處理的例子。該處理包含調(diào)整光源強度值BSET，反過來用于控制由光源70發(fā)出的光的強度。未示出的是可選步驟，例如，在加電時執(zhí)行將光源強度值BSET初始化為預(yù)定值，例如中等值。能采用圖像處理器82或控制器84來執(zhí)行這一處理的全部或一部分，如結(jié)合圖30所述，然而，將意識到可提供單獨的處理設(shè)備(未示出)來執(zhí)行這一處理的所有或一部分，包括遠(yuǎn)程處理設(shè)備，諸如在客戶計算機中。
現(xiàn)在，參考圖30，在步驟S3000，圖像處理器82(或控制器84)從傳感器80接收快門值S。在步驟S3010，快門值S與低閾值“Lower_Limit”進行比較，以及光源強度值BSET與最小光源強度值“BMIN”進行比較。例如，最小光源強度值“BMIN”可以是從光源70幾乎不發(fā)光的值，以及低閾值“Lower_Limit”可以是處于用于傳感器80的理想操作的快門值的最佳動態(tài)范圍的下限的快門值。如果快門值S小于下限閾值“Lower_Limit”以及光源強度值BSET高于最小光源強度值“BMIN”(步驟S3010為“是”)，則判斷光源太亮，于是在步驟S3030，降低光強度值BSET。否則(在步驟S3010為“否”)，過程繼續(xù)到步驟S3020，其中，將快門值S與上限閾值“Upper_Limit”進行比較，以及將光源強度值與最大光源強度值“BMAX”進行比較。例如，最大光源強度值“BMAX”可以是光源70發(fā)出最大操作強度的值，以及上限閾值“Upper_Limit”可以是處于用于傳感器80的理想操作的快門值的最佳動態(tài)范圍的上限。如果快門值高于上閾值限制，以及光源強度小于最大光源強度值(在步驟S3020為“是”)，則判定光源太暗，于是在步驟S3050增加光強度值BSET。否則(在步驟S3020為“否”)，對光強度值BSET不做改變，以及過程繼續(xù)步驟S3040。在步驟S3040，提供光強度值BSET，用于例如通過將值寫入端口來控制光源70。應(yīng)注意到，如果光強度值處于其極限(BMIN或BMAX)，則其不能在相同方向上被進一步調(diào)整，其是通過在步驟S3010和S3020中包括BSET的校驗而在這一過程中解決的現(xiàn)象。另外，最好，使強度增加小的步幅，而不是做大的調(diào)整，以便允許傳感器80內(nèi)的電子快門或AGC調(diào)整在下次通過自適應(yīng)照明例程之前穩(wěn)定。
圖31A和31B示出能結(jié)合圖30所示的過程使用的硬件實現(xiàn)。將期望控制器84可以是圖像處理器82，和/或圖像處理器82可并入傳感器80中。另一選擇是傳感器80可以是或包括第二傳感器80’，80’僅用于檢測光的強度，在這種情況下，該處理可被實現(xiàn)用于優(yōu)化第一傳感器80的動態(tài)范圍。這里，使用模擬電流或電壓設(shè)定值來設(shè)置光源70的強度，在這種情況下，光源具體化為LED。如圖31A的框圖所示，系統(tǒng)控制器84(能另外或結(jié)合為圖像處理器82)使用輸出端口來控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)87。DAC87反過來將低電平模擬控制信號提供給LED驅(qū)動器93。LED驅(qū)動器93向LED光源70提供放大電流。圖31B示出簡單的DAC87的特定實現(xiàn)，使用直接受控制器84的輸出端口驅(qū)動并在運算放大器中求和的二進制加權(quán)電阻器梯。另外的實施例可使用二進制脈寬調(diào)制或其他時間調(diào)制方案來控制照明的平均強度而不是模擬信號。如果使用時間調(diào)制方案，那么必須考慮通過同步照明以避免與傳感器的操作干擾，以便避免與幀頻差拍或與電子快門操作干擾。
如上面結(jié)合圖28所述，人手或手套具有必須被考慮以便可靠跟蹤并提供滿意的用戶感受的特性。移過靈敏區(qū)34的手或手套具有較大尺度特征(scale feature)，諸如關(guān)節(jié)、珠寶和當(dāng)移過靈敏區(qū)34時清晰和模糊的相鄰手指間的間隙。因此，當(dāng)用戶使幾個手指經(jīng)過靈敏區(qū)34時，光標(biāo)跟蹤是間歇的。當(dāng)兩個手指間的間隙移過靈敏區(qū)34時的周期不能由傳感器80，與當(dāng)沒有任何東西移過靈敏區(qū)34時的周期區(qū)分開來。因此，當(dāng)他們的相鄰手指正移過靈敏區(qū)34時，用戶直覺地期望平滑、連續(xù)的光標(biāo)運動，由于跟蹤手指和未跟蹤的手指間的間隙的間歇跟蹤系列，通過傳感器80解釋的用戶運動反而提供參差不齊、不均勻的光標(biāo)移動。這種不希望的響應(yīng)對用戶來說是不期望的，特別是當(dāng)用戶正嘗試沿曲線路徑移動光標(biāo)時。
為解決這一問題，本發(fā)明包含用于提高對用戶輸入的光標(biāo)響應(yīng)的彎曲路徑預(yù)測處理。彎曲路徑預(yù)測處理包含增強由傳感器報告的測量跟蹤數(shù)據(jù)，以及將增強的跟蹤數(shù)據(jù)報告給客戶設(shè)備的處理。該處理包括確定對由傳感器報告的測量跟蹤數(shù)據(jù)，可以寄予多少可信度，然后，生成基于預(yù)測的跟蹤數(shù)據(jù)、測量的跟蹤數(shù)據(jù)或兩者的組合，每個分別根據(jù)可信度加權(quán)的增強的跟蹤數(shù)據(jù)。在下面，用偽碼示出示例性實施例，其能用作用于控制微處理器或類似的這些設(shè)備的編碼的基礎(chǔ)。
現(xiàn)在，將參考圖32和33，更詳細(xì)地論述彎曲路徑預(yù)測處理。圖32示出示例說明包括在彎曲路徑預(yù)測處理中的步驟的流程圖。圖33是示例說明適合于執(zhí)行彎曲路徑預(yù)測處理的硬件實現(xiàn)的例子的示意框圖。圖33所示的視圖包括光標(biāo)控制設(shè)備700，經(jīng)用于客戶設(shè)備800，例如計算機顯示器的通信裝置(用箭頭“A”表示)，提供增強的跟蹤值。這種通信裝置能包括有線和/或無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。在步驟S3200，控制器84從傳感器80接收測量的跟蹤(即運動增量)值“Mdx，Mdy”。例如，在傳感器80是具有光敏元件(用80a表示)的二維陣列的光學(xué)傳感器的情況下，以某些間隔，傳感器80能掃描元件陣列80a并將連續(xù)掃描的檢測圖案之間的變化解釋為運動。這種運動通常源自用戶交互作用，例如用戶的手指600將來自光源70的光LT反射到傳感器80上。傳感器80可包括寄存器，用于將用于該檢測的運動的測量跟蹤值存儲在x(Mdx)和y(Mdy)方向的每一個中，其中，x和y表示元件陣列80a上的正交方向?？刂破?4能配置成根據(jù)需要，同時或彼此獨立從傳感器80請求所測量的跟蹤值Mdx和Mdy。
在接收所測量的跟蹤值Mdx和Mdy之后，過程繼續(xù)步驟S3210，其中，執(zhí)行可信度計算，用于確定跟蹤可信度值“alpha”。最好，跟蹤可信度值的范圍從表示無可由傳感器檢測的跟蹤的第一值到表示可精確地跟蹤運動的高概率的第二值。在所示的實施例中(如下偽碼所示)，對于無可檢測的跟蹤，跟蹤可信度值等于0，以及對于高可靠跟蹤等于1。在所示的實施例中，基于照明值“illumination”計算α。使用包含快門值“shutterval”和表示從光源70發(fā)出的光強度的值(如上所述，“BSET-BMIN”)的方程式，由控制器84計算照明值?？扉T值通常提供入射在光敏元件80a的陣列上的光的強度的表示。因此，照明值提供考慮由光源70發(fā)出的光的強度，由傳感器80檢測的光的強度的表示。因此，能確定有多少由光源70發(fā)出的光被反射回傳感器80。例如，如果用戶的手指600正移過靈敏區(qū)34，則能將來自光源70的相當(dāng)大部分的光LT反射回傳感器80，在這種情況下，能對最終測量的跟蹤數(shù)據(jù)Mdx，Mdy，寄予高度的可信度。另一方面，如果用戶的手指間的間隙690移過靈敏區(qū)34，僅來自光源70的小部分的光LT可被反射回傳感器80(如上所述的原因)，因此，對最終跟蹤數(shù)據(jù)Mdx，Mdy，寄予降低的可信度，如上所述，可能錯誤地指示缺少運動。因此，基于照明值“照明”，確定跟蹤可信度值“α”。
一旦已經(jīng)確定跟蹤可信度“α”，該過程繼續(xù)步驟S3220，其中，確定預(yù)測的跟蹤值(“Pdx，Pdy”)。其中，控制器84執(zhí)行用于確定預(yù)測跟蹤值Pdx，Pdy的預(yù)測計算。在示例性實施例中(如下面的偽碼所示)，基于從歷史數(shù)據(jù)存儲器83獲得的歷史數(shù)據(jù)來計算預(yù)測跟蹤值。將期望歷史數(shù)據(jù)存儲器83能具體化為光標(biāo)控制設(shè)備700內(nèi)的單獨存儲器，如圖33所示，或以一些其他方式，例如具體化為控制器84內(nèi)的常駐存儲器，或光標(biāo)控制設(shè)備700外的存儲設(shè)備。所示的實施例中的歷史數(shù)據(jù)包括在彎曲路徑預(yù)測處理的在前迭代期間計算的信息，包括表示在曲率歷史緩沖器(“Khist”)中存儲的曲率值的平均曲率的信息(“K”，即，曲率矢量的長度)、表示每單位時間的弧長度的信息(“速度”，即，增量弧長度)、表示每增量弧長度標(biāo)稱化的在前增強的運動矢量的信息(“tx，ty”)、表示垂直于曲線的單位矢量上次旋轉(zhuǎn)的角度的信息曲線(“cosw，sinw”)，以及垂直于曲線的單位矢量的分量(“nx，ny”)。結(jié)合δ時間使用該信息，因為最后一個迭代(“dt”)通過計算預(yù)測的跟蹤值Pdx，Pdy來確定預(yù)測的運動矢量。
一旦已經(jīng)確定預(yù)測的跟蹤值，該過程繼續(xù)步驟S3230，其中，確定增強的跟蹤值(dx，dy)。在步驟S3230，控制器84執(zhí)行增強計算，用于確定增強的跟蹤值dx，dy。在所示的實施例中(如下面用偽碼所示)，基于下列方程式來計算增強的跟蹤值。
dx＝(Mdx)*α+(1.0-α)*Pdx [方程式1]
dy＝(Mdy)*α+(1.0-α)*Pdy [方程式2]
其中，dx，dy是增強的跟蹤值，Mdx，Mdy是從傳感器80接收的測量跟蹤值，α是跟蹤可信度值，以及Pdx，Pdy是預(yù)測跟蹤值。在所示的實施例中，根據(jù)上述方程式，由于對不可靠的測量跟蹤數(shù)據(jù)，跟蹤可信度值α等于0，當(dāng)測量跟蹤值不可靠時，增強跟蹤值dx，dy將等于各個預(yù)測跟蹤值Pdx，Pdy。換句話說，如果根據(jù)跟蹤可信度值α的值，來自傳感器80的測量跟蹤數(shù)據(jù)不可靠，那么將增強跟蹤值設(shè)置成等于預(yù)測跟蹤值，以及再傳送到客戶設(shè)備800用于光標(biāo)控制。另一方面，由于在高可靠的測量跟蹤數(shù)據(jù)的情況下，跟蹤可信度值α等于1，當(dāng)測量跟蹤數(shù)據(jù)高可靠時，根據(jù)上述方程式，增強跟蹤值dx，dy將設(shè)置成等于測量跟蹤值Mdx，Mdy。因此，如果根據(jù)跟蹤可信度值α的值，測量跟蹤數(shù)據(jù)被判定為高度可靠，則將增強跟蹤值設(shè)置成等于測量跟蹤值，再傳送到客戶機設(shè)備800用于光標(biāo)控制。第三可能性是跟蹤可信度值α等于0和1之間的值。即，在測量跟蹤數(shù)據(jù)中，僅存在不確定度(或可信度)。在這種情況下，增強跟蹤值將等于測量跟蹤值和預(yù)測跟蹤值的總和，其中，根據(jù)如跟蹤可信度值α的值所指示的不確定度，加權(quán)測量和預(yù)測跟蹤值的每一個。
一旦已經(jīng)確定增強跟蹤值，過程繼續(xù)步驟S3240，其中，將增強跟蹤值提供給客戶設(shè)備800用于光標(biāo)控制。那么，在步驟S3250，更新歷史數(shù)據(jù)。在所示的實施例(如下，用偽碼表示)，使用增強跟蹤值dx，dy來更新當(dāng)前曲率K、切向速度矢量tx，ty以及單位法線矢量nx，ny。另外，當(dāng)跟蹤可信度值表示不可靠測量跟蹤值(例如α＜1)時，跟蹤可信度值被用于根據(jù)參數(shù)“β”來減速切向速度。這充當(dāng)對于在不期望的延長的時間周期發(fā)出預(yù)測的跟蹤值Pdx，Pdy的保護。這在下述代碼中被稱為“速度泄放”，指根據(jù)下述方程式出現(xiàn)的切向速度的逐步下降
新速度＝舊速度*(β+α*(1.0-β*α)) [方程式3]
注意，在下述代碼中，“新速度”和“舊速度”被簡單地稱為“速度”。最好，β是0和1之間的值并控制切向速度的衰減速率。根據(jù)方程式3，當(dāng)跟蹤可信度值α小于1時，至少表示與測量的跟蹤數(shù)據(jù)有關(guān)的不確定度，那么根據(jù)β值減少新速度。例如，在跟蹤可信度值為0(無可靠的測量跟蹤數(shù)據(jù))的情況下，新速度將等于舊速度*β。因此，對α＝0，如果β等于0.25，那么新速度將為舊速度的25％，或如果β等于0.75，那么新速度將是舊速度的75％。換句話說，衰減速率與β的值成反比。另一方面，如果測量的跟蹤值Mdx，Mdy高度可靠，那么α＝1，以及新速度被設(shè)置成等于舊速度(即，切向速度不衰減)。
一旦在步驟S3250更新歷史數(shù)據(jù)，彎曲路徑預(yù)測處理結(jié)束?？梢杂脕韺崿F(xiàn)彎曲路徑預(yù)測處理的一個示例性偽碼列表如下所述
/*下述代碼是ITAC Systems，Inc的版權(quán)2003。
下述GLOBAL變量構(gòu)成該系統(tǒng)的當(dāng)前和歷史STATE。
intindex，//變址到循環(huán)緩沖器中，用于運行統(tǒng)計const intcbuflen＝32； //用于統(tǒng)計循環(huán)緩沖器的建議長度A＝1000； //建議值(實驗確定)B＝1750； //建議值(實驗確定，但＞A)lowalpha＝0.3；//用于“靜態(tài)”的跟蹤可信度值閾值stillxy＝5；//在其下測量為“靜態(tài)”的測量的dx或dylongillumination，//來自快門和亮度的照明值alpha， //跟蹤可信度值beta，//速度泄放速率參數(shù)Mdx， //從傳感器獲得的測量的x-增量Mdy， //從傳感器獲得的測量的y-增量dt， //從上一次采樣的δ時間Pdx， //預(yù)測的X-增量Pdy， //預(yù)測的Y增量dx， //將遞送給客戶機的增強的x-增量dy， //將遞送給客戶機的增強的y-增量ds， //增量弧長度＝sqrt(dx^2+dy^2).clk， //當(dāng)前時鐘讀取speed， //光標(biāo)速度(每單位時間的弧長度)tx， //單位切向矢量的X-分量<!-- SIPO <DP n="38"> --><dp n="d38"/>ty，//單位切向矢量的Y-分量Knx， //曲率矢量的X-分量Kny， //曲率矢量的Y-分量K， //曲率矢量的長度，a.k.a曲率Khist[cbuflen]，//長度cbuflen的曲率歷史index， //變址到khist緩沖器nx，//垂直于曲線的單位的X-分量ny，//垂直于曲線的單位的Y分量cosw， //每次旋轉(zhuǎn)的角(nx，ny)的余弦sinw， //每次旋轉(zhuǎn)的角(nx，ny)的正弦//在返回前更新下述“舊”值clkold，dxold，dyold，dsold，txold，tyold，nxold，nyold；void RESET(){//在第一中斷前，初始化狀態(tài)變量speed＝0；K＝0；tx＝ty＝0；txold＝tyold＝0；dsold＝0；nxold＝nyold＝0；for(index＝0；index++；cbuflen)Khist[index]＝0.；index＝0；clk＝gettime()；<!-- SIPO <DP n="39"> --><dp n="d39"/> } void START(){ //////////////////////////////////////////////// //從傳感器獲得(MdX，MdY)和跟蹤數(shù)據(jù) //計算跟蹤可信值度(α)以及其他必要的值 //將“靜態(tài)”閾值應(yīng)用于測量的dx和dy //////////////////////////////////////////////// //從傳感器芯片獲得值 PollSensor(*Mdx，*Mdy，*shutterval，*BSET，BMIN)； illumination＝shutterval*(BSET-BMIN)/4； alpha＝1.0-max(0.0，min(1，0(illumination-A)/(B-A)))； //α是“跟蹤可信度值”，對于良好跟蹤，α＝1 if((Mdx＜＝stillxy)and(Mdy＜＝stillxy)and(alpha＜＝lowalpha)) Mdx＝0；//如果可信度低以及Mdx和Mdy均小， Mdy＝0；//則將“靜態(tài)”閾值應(yīng)用于Mdx和Mdy clkold＝clk； clk＝gettime()； if(clkold＞clk) clkold＝clkold-MAXTIME；//保護時間包dt＝clk-clkold；////////////////////////////////////////來自歷史的預(yù)測(Pdx，Pdy)//(cfLindgren，B.W.，Vector Calculus，McMillan，New York，964，p.63) ////////////////////////////////////// ds＝speed*dt；//注意速度來自歷史 //下述兩個語句通過固定角旋轉(zhuǎn)單位半徑矢量 nx＝K*(cosw*nxold-sinw*nyold)； ny＝K*(sinw*nxold+cosw*nyold)；<!-- SIPO <DP n="40"> --><dp n="d40"/>dsK＝ds*K；//下文兩個語句定標(biāo)單位垂直矢量//以及將其增加到在前切向矢量//注意在前迭代期間//使用來自在前迭代的增強dx，dy計算在前切向矢量xtndx＝tx+dsK*nx；//在前切向和當(dāng)前曲率(x)的結(jié)果xtndy＝ty+dsK*ny；//在前切向和當(dāng)前曲率(y)的結(jié)果lenxtnd＝sqrt(xtndx*xtndx+xtndy*xtndy)；//下述兩個語句重新標(biāo)稱化//用在下一迭代中的切向矢量tx＝xtndx/lenxtnd；//新切向矢量(x)ty＝xtndy/lenxtnd；//新切向矢量(y)//下述兩個語句定標(biāo)切向矢量以說明//導(dǎo)致新的預(yù)測運動矢量(Pdx，Pdy)的光標(biāo)運動速度.Pdx＝ds*tx；Pdy＝ds*ty；////////////////////////////////////////從傳感器(Mdx，Mdy)和(Pdx，Pdy)，計算增強(dx，dy)//并將其遞送給客戶機//////////////////////////////////////dx＝Mdx*alpha+(1.0-alpha)*Pdx；dy＝Mdy*alpha+(1.0-alpha)*Pdy；DeliverToClient(dx，dy)；////////////////////////////////////////更新歷史//////////////////////////////////////ds＝sqrt(dx*dx+dy*dy)；if(ds＝＝0){//無運動<!-- SIPO <DP n="41"> --><dp n="d41"/>RESET()；} else{ speed＝ds/dt； speed＝speed*(beta+alpha*(1.0-beta*alpha))；//″速度流失″ tx＝dx/ds； ty＝dy/ds； dsAvg＝2.0/(ds+dsold)； Knx＝(tx-txold)*dsAvg； Kny＝(ty-tyold)*dsAvg； K＝sqrt(Knx*Knx+Kny*Kny)； //平滑曲率K的歷史值Ksum＝Ksum+K-Khist[index]； Khist[index]＝K； index＝mod(index+1，cbuflen)；//增強指數(shù)模數(shù)cbuflenK＝Ksum/(float)cbuflen； //結(jié)束平滑 nx＝Knx/K； ny＝Kny/K； sinw＝nx*nyold-ny*nxold； if(sinw＝＝0.)cosw＝1.； else cosw＝nx*nxold+ny*nyold； txold＝tx； tyold＝ty； nxold＝nx； nyold＝ny； dxold＝dx； dyold＝dy； dsold＝ds；<!-- SIPO <DP n="42"> --><dp n="d42"/>}///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////從中斷返回/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////Return；}
可以使用上述偽碼來形成用于控制軟件驅(qū)動的處理器的控制程序的基礎(chǔ)。然而，將期望該偽碼僅表示本原理的實施例，以及能在不背離本發(fā)明的范圍的情況下改變。例如，將注意到計算預(yù)測跟蹤值，但不用在跟蹤可信度值α不等于1(即高可靠測量跟蹤值)的情況下。因此，期望如果跟蹤可信度值等于1，能旁路計算預(yù)測的跟蹤值的過程。
存在期望對上述光標(biāo)控制設(shè)備，能做出各種結(jié)構(gòu)改變。例如，在一些情況下，不密封設(shè)備，期望一個或多個有意的“泄放”路徑以允許外殼和/或圓頂內(nèi)外間的連通，以允許內(nèi)部凝結(jié)揮發(fā)的。在冷的環(huán)境中，這能是期望的。這種泄放孔能保持在面板后面，如果從后面密封面板的前面的話，允許面板的前面變濕。已經(jīng)描述過以墊圈和封條的形式，用于這種密封的裝置。
另外的成像光學(xué)器件能采用一個或多個梯度指數(shù)(GRIN，gradient-index)透鏡，用在醫(yī)療內(nèi)窺鏡中，以便將圖像從靈敏區(qū)傳送到圖像傳感器。已經(jīng)由Nestler，在U.S.專利No.4,716,287中提供了相干光纖束(光纖屏面)，用在光學(xué)鼠標(biāo)中。如果它具有足夠的分辨率，這種類型的光學(xué)器件，用來將圖像從圓頂?shù)捻斆嫔系撵`敏區(qū)傳送到中間圖像平面，或直接到圖像傳感器的表面上，具有自然短的場深的優(yōu)點，要求基本上與將成像的表面接觸。
通過安裝更精致的傳輸裝置來代替有線電連接器，光標(biāo)控制信號的無線傳輸是可能的。外殼內(nèi)部或外部的電池能向光標(biāo)控制設(shè)備供電。然后，設(shè)備能易于安裝在用在便攜式或手持應(yīng)用的改進的應(yīng)用中，其中存在對有線的不良訪問，或簡單地減少桌面雜波。
有關(guān)設(shè)備外觀的許多變形也是可能的。相同或不同可見顏色的輔助照明源能用來使圓頂以有益的方式發(fā)光，只要提供適當(dāng)?shù)臋n板或濾光裝置來防止與一照明系統(tǒng)的操作干擾。許多材料的噴涂、印刷、成型或紋理的聚光圈是可能的，可能具有附加的裝飾附件，包含裝飾圖片、啟發(fā)式的圖例，或幻想設(shè)計，諸如眼瞼或睫毛。在圓頂?shù)耐猸h(huán)中，在前或后面上，能包含裝飾或觸覺功件以便提高或改變設(shè)備的外觀和/或功能。能使用外觀改變來“個性化”用于不同OEM用戶的產(chǎn)品。
一個有益的設(shè)計將圓頂?shù)那氨砻娌⑷胛挥谧烂嫔系那蛐瓮鈿?“球”)的表面中。如果球形外殼和光標(biāo)控制設(shè)備外殼能由干凈或彩色透明材料制成，然后，效果能與用來控制光標(biāo)位置或通過敲擊圓頂，執(zhí)行其他命令功能的“水晶球”的效果。不一定不期望顯示該設(shè)備的電子工作，存在具有透明外殼的光學(xué)鼠標(biāo)。圓頂能位于球的頂面或任何側(cè)面上。使用先前所述的無線傳輸，光標(biāo)控制設(shè)備能采用當(dāng)不使用時，能放在桌上的任何地方的“水晶”紙壓。
開關(guān)能包含在設(shè)備的外殼的內(nèi)部，例如，使用輔助“外殼內(nèi)的外殼”。單個按壓型開關(guān)能通過按壓圓頂操作，仿佛它是按壓按鈕。也能使用拖拉型動作，例如用于緊急停止。能將定向墊板或開關(guān)集成在圓頂下，將離心力施加到圓頂上能用來移動不同光標(biāo)，實現(xiàn)近似或精細(xì)光標(biāo)運動，或?qū)⒏嚅_關(guān)簡單地集成到小的空間中。
通過在圓頂下安裝壓電或其他振動器，能包含振動觸覺反饋。這能用來反饋報警，表示光標(biāo)行進結(jié)束，或?qū)⑵渌硎咎峁┙o其手正接觸圓頂?shù)牟僮髡摺?br>
還能看出本發(fā)明滿足提供使用光學(xué)圖像檢測跟蹤系統(tǒng)，因此不需要移動部件來改變光標(biāo)位置的光標(biāo)控制設(shè)備的目的。還通過將面板安裝的圓頂呈現(xiàn)給用戶適當(dāng)大小和形狀以便提供良好的視覺和觸覺反饋，提供大部分跟蹤球的用戶感受。能從周圍和/或相對于安裝它以避免污染的面板密封它。使用小角照射以便提供各種表面，諸如戴手套的手、穿鞋的腳或衣服的增強跟蹤。尺寸緊密并且適合于安裝在各種面板、表面和外殼中。該光標(biāo)控制設(shè)備具有高直觀和人機工程學(xué)以便操作的優(yōu)點。易于在任何方向中工作，并且相對于傳統(tǒng)的跟蹤球，具有緊密大小。
這種新型光標(biāo)控制設(shè)備，存在許多潛在的應(yīng)用。除大量用在生產(chǎn)裝置的工業(yè)控制器中外，具有用于消費者和企業(yè)應(yīng)用的相當(dāng)大的優(yōu)點。用于各種功能的汽車控制能由設(shè)備，諸如例如在方向盤部分、儀表中，或變速器或開關(guān)上安裝的設(shè)備控制，具有不一定看著操作的控制的大的優(yōu)點。用于各種功能的航空控制類似地受根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備控制。使用該“引擎”的游戲控制器將有益地通過無線連接、電池電源和如上所述的另外的集成開關(guān)配置。對用于放映的手持控制器，能配置類似的型式，而相同類型的設(shè)備將容易集成到講話者的講臺中。降低所需控制或按鈕的數(shù)量在娛樂裝置，諸如遠(yuǎn)程控制設(shè)備、電視、音頻接收機和視頻播放器中是期望的。
盡管上述說明書包含許多特定的細(xì)節(jié)，這些不應(yīng)當(dāng)構(gòu)成限制本發(fā)明的范圍，而僅僅提供本發(fā)明的一些實施例的示例。例如，易于采用除LED外的不同類型的光源。能使用用于部件諸如玻璃圓頂或金屬外殼的不同材料，或能改變裝置的大小，諸如使大的圓頂更象傳統(tǒng)的跟蹤球。該設(shè)備能安裝在獨立的外殼中，而不是安裝在裝置面板中。
權(quán)利要求
1.一種光標(biāo)控制設(shè)備，包括
外殼，具有用于與用戶交互作用的靈敏區(qū)；
內(nèi)外殼，嵌套在外殼中；以及
傳感器，位于內(nèi)外殼的內(nèi)部，用于基于用戶與外殼的靈敏區(qū)的交互作用，生成信號。
2.如權(quán)利要求1所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，外殼是具有從10mm至80mm范圍內(nèi)的直徑的凸圓頂。
3.如權(quán)利要求2所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，外殼具有從25mm至60mm范圍內(nèi)的直徑。
4.如權(quán)利要求1所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，外殼包括一個窗口，定義包括所述靈敏區(qū)的外殼的區(qū)域。
5.如權(quán)利要求4所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述窗口是平的。
6.如權(quán)利要求4所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，在所述窗口上提供耐刮擦的涂層。
7.如權(quán)利要求4所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述窗口由耐刮擦的材料制成。
8.如權(quán)利要求7所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述窗口由玻璃制成。
9.如權(quán)利要求7所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述窗口由藍寶石制成。
10.如權(quán)利要求1所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述外殼包括用于有選擇地濾除環(huán)境光的材料。
11.如權(quán)利要求10所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述材料濾除可見光并傳送近紅外光。
12.如權(quán)利要求10所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，外殼的靈敏區(qū)是由用于有選擇濾除的材料制成的平面窗口。
13.如權(quán)利要求12所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述材料濾除可見光并傳送近紅外光。
14.如權(quán)利要求12所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述外殼包括用于阻擋環(huán)境光的第二材料。
15.如權(quán)利要求10所述的光標(biāo)控制設(shè)備，進一步包括濾光器元件，用于將光有選擇地傳送到傳感器。
16.如權(quán)利要求15所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述濾光器元件沿外殼的靈敏區(qū)和傳感器之間的光路，位于內(nèi)外殼內(nèi)。
17.如權(quán)利要求15所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述濾光器元件沿外殼的靈敏區(qū)和傳感器之間的光路，位于外殼和內(nèi)外殼之間。
18.如權(quán)利要求15所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述濾光器元件僅傳送具有在第一波長范圍內(nèi)的波長的光。
19.如權(quán)利要求18所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，用于有選擇地濾除環(huán)境光的材料僅傳送具有在第二波長范圍內(nèi)的波長的光。
20.如權(quán)利要求1所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述外殼是可互換的。
21.如權(quán)利要求1所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，內(nèi)外殼的內(nèi)部流體密封于內(nèi)外殼的外部。
22.如權(quán)利要求21所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，可從光標(biāo)控制設(shè)備移去外殼，以及其中，當(dāng)移去外殼時，內(nèi)外殼的內(nèi)部保持流體密封。
23.如權(quán)利要求1所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，內(nèi)外殼包括具有與外殼的靈敏區(qū)交叉的光軸的整體透鏡部分。
24.如權(quán)利要求23所述的光標(biāo)控制設(shè)備，進一步包括位于內(nèi)外殼的內(nèi)部的光源，用于照射接近外殼的靈敏區(qū)的區(qū)域，以及其中，整體透鏡部分是在光源和外殼的靈敏區(qū)之間沿光源的光軸放置的照明透鏡。
25.如權(quán)利要求23所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，整體透鏡部分是在傳感器和外殼的靈敏區(qū)之間，沿傳感器的光軸放置的成像透鏡。
26.如權(quán)利要求25所述的光標(biāo)控制設(shè)備，進一步包括位于內(nèi)外殼的內(nèi)部的光源，用于照射接近外殼的靈敏區(qū)的區(qū)域，以及其中，內(nèi)外殼進一步包括在光源和外殼的靈敏區(qū)之間沿光源的光軸放置的整體照明透鏡。
27.一種光標(biāo)控制設(shè)備中的光學(xué)引擎，包括
外殼；
整體形成到外殼內(nèi)的成像透鏡元件；
光源，位于外殼內(nèi)，用于沿照明光軸發(fā)出光；以及
位于外殼內(nèi)的傳感器，用于檢測沿與成像透鏡元件交叉的成像光軸的光。
28.如權(quán)利要求27所述的光學(xué)引擎，進一步包括整體形成在外殼中的照明透鏡元件，其中，照明光軸與照明透鏡元件交叉。
29.如權(quán)利要求27所述的光學(xué)引擎，其中，所述光源是發(fā)光二極管。
30.如權(quán)利要求29所述的光學(xué)引擎，其中，所述發(fā)光二極管發(fā)出紅外光。
31.如權(quán)利要求27所述的光學(xué)引擎，其中，所述成像透鏡元件將來自焦平面的光聚焦在傳感器上，其中，照明光軸和焦平面之間的角度在從0度至45度的范圍內(nèi)。
32.如權(quán)利要求31所述的光學(xué)引擎，其中，照明光軸和焦平面之間的角度在從15度至35度的范圍內(nèi)。
33.如權(quán)利要求32所述的光學(xué)引擎，其中，照明光軸和焦平面之間的角度為30度。
34.如權(quán)利要求27所述的光學(xué)引擎，進一步包括沿成像光軸放置的濾光器元件，用于向傳感器有選擇地發(fā)送光。
35.如權(quán)利要求34所述的光學(xué)引擎，其中，濾光器元件位于成像透鏡和傳感器之間。
36.如權(quán)利要求34所述的光學(xué)引擎，其中，濾光器元件傳送紅外光以及防止傳送可見光。
37.如權(quán)利要求27所述的光學(xué)引擎，其中，傳感器包括光電檢測器陣列。
38.如權(quán)利要求27所述的光學(xué)引擎，進一步包括位于外殼外部并放置成與照明光軸和成像光軸均交叉的窗口。
39.如權(quán)利要求38所述的光學(xué)引擎，進一步包括沿成像光軸，位于窗口和傳感器之間的濾光器元件，用于向傳感器有選擇地傳送光。
40.如權(quán)利要求39所述的光學(xué)引擎，其中，在窗口和成像透鏡之間，在外殼的外部放置濾光器元件。
41.如權(quán)利要求39所述的光學(xué)引擎，其中，濾光器元件放置在成像透鏡和傳感器之間的外殼內(nèi)。
42.如權(quán)利要求38所述的光學(xué)引擎，其中，窗口是濾光器元件，用于向傳感器有選擇地傳送光。
43.如權(quán)利要求42所述的光學(xué)引擎，其中，窗口傳送紅外光以及防止傳送可見光。
44.如權(quán)利要求42所述的光學(xué)引擎，進一步包括第二濾光器元件，沿成像光軸，位于窗口和傳感器之間，用于向傳感器有選擇地傳送光。
45.如權(quán)利要求44所述的光學(xué)引擎，其中，第二濾光器元件位于窗口和成像透鏡之間。
46.如權(quán)利要求44所述的光學(xué)引擎，其中，第二濾光器元件位于成像透鏡和傳感器之間。
47.一種光標(biāo)控制設(shè)備，包括
外殼，具有凸圓頂，包括用于與用戶交互作用的中央放置的靈敏區(qū)；
內(nèi)外殼，具有互補凸圓頂，嵌套在外殼的凸圓頂中；以及
位于內(nèi)外殼的內(nèi)部的傳感器，用于生成與接近外殼的靈敏區(qū)的運動有關(guān)的信號。
48.如權(quán)利要求47所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，內(nèi)外殼的互補凸圓頂具有與靈敏區(qū)對齊的中央放置的凹陷處。
49.如權(quán)利要求48所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，凹陷處的上開口至少與靈敏區(qū)的擴展一樣大。
50.如權(quán)利要求48所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，靈敏區(qū)具有在0.5mm至3mm范圍內(nèi)的縱向尺寸。
51.如權(quán)利要求50所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，靈敏區(qū)的縱向尺寸為1mm。
52.如權(quán)利要求47所述的光標(biāo)控制設(shè)備，進一步包括光源，用于照射靈敏區(qū)。
53.如權(quán)利要求52所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，光源是發(fā)光二極管。
54.如權(quán)利要求52所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，光源發(fā)出紅外光。
55.如權(quán)利要求52所述的光標(biāo)控制設(shè)備，進一步包括控制器，用于控制由光源發(fā)出的光的強度。
56.如權(quán)利要求55所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述控制器控制光強度以便優(yōu)化傳感器的動態(tài)范圍。
57.如權(quán)利要求56所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述控制器基于從傳感器接收的快門值信號，控制光強度。
58.如權(quán)利要求56所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述控制器基于從傳感器接收的對比度信號，控制光強度。
59.如權(quán)利要求47所述的光標(biāo)控制設(shè)備，進一步包括濾光器元件，用于向傳感器有選擇地傳送光。
60.如權(quán)利要求59所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述濾光器元件阻擋可見光。
61.如權(quán)利要求59所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述濾光器元件僅傳送紅外光。
62.如權(quán)利要求59所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述濾光器元件定義包括靈敏區(qū)的外殼的區(qū)域。
63.如權(quán)利要求62所述的光標(biāo)控制設(shè)備，進一步包括位于窗口和傳感器之間的第二濾光器元件，用于向傳感器有選擇地傳送光。
64.如權(quán)利要求59所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述內(nèi)外殼的互補凸圓頂具有與靈敏區(qū)對齊的位于中央的凹陷處，以及其中，所述濾光器元件位于所述凹陷處內(nèi)。
65.如權(quán)利要求59所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述濾光器元件位于所述內(nèi)外殼和傳感器之間。
66.如權(quán)利要求47所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述外殼包括一個窗口，其中，該窗口定義包括靈敏區(qū)的外殼的區(qū)域。
67.如權(quán)利要求66所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述窗口整體形成在外殼中。
68.如權(quán)利要求66所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述窗口固定在外殼中的一個凹陷中。
69.如權(quán)利要求68所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述窗口的上表面與外殼的上表面齊平。
70.如權(quán)利要求66所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述窗口固定在外殼中的通孔內(nèi)。
71.如權(quán)利要求70所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述窗口的上表面與外殼的上表面齊平。
72.如權(quán)利要求47所述的光標(biāo)控制設(shè)備，進一步包括位于傳感器和靈敏區(qū)之間的成像透鏡。
73.如權(quán)利要求72所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述成像透鏡整體形成在內(nèi)外殼中。
74.如權(quán)利要求47所述的光標(biāo)控制設(shè)備，進一步包括
光源，具有與靈敏區(qū)交叉的光軸；以及
照明透鏡，位于光源和靈敏區(qū)之間。
75.如權(quán)利要求74所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述照明透鏡整體形成在內(nèi)外殼中。
76.如權(quán)利要求47所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，流體密封所述內(nèi)外殼。
77.如權(quán)利要求76所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述內(nèi)外殼包括上圓頂部分、基座以及在上圓頂部分和基座之間的封條。
78.如權(quán)利要求47所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述傳感器是光學(xué)傳感器。
79.如權(quán)利要求78所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述傳感器包括光電檢測器陣列。
80.如權(quán)利要求47所述的光標(biāo)控制設(shè)備，進一步包括控制器，用于處理由傳感器生成的信號。
81.如權(quán)利要求80所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述控制器包括
用于確定跟蹤可信度值的部件；
用于使用歷史跟蹤值，確定預(yù)測跟蹤值的部件；以及
用于使用跟蹤可信度值以及預(yù)測跟蹤值和表示由傳感器檢測的運動的測量跟蹤值的至少一個，確定增強跟蹤值的部件。
82.如權(quán)利要求81所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，用于確定跟蹤可信度值的部件使用表示由傳感器檢測的光強度的照明值，以及其中，光標(biāo)控制設(shè)備進一步包括用于使用從用于主體傳感器掃描的傳感器接收的快門值和表示在主體傳感器掃描期間，從光源發(fā)出的光量的亮度值，確定所述照明值的部件。
83.如權(quán)利要求82所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，計算增強跟蹤值以便如果跟蹤可信度值是第一值，則增強跟蹤值等于測量跟蹤值，以及如果跟蹤可信度值是第二值，則增強跟蹤值等于預(yù)測跟蹤值。
84.如權(quán)利要求83所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，計算增強跟蹤值，以便如果跟蹤可信度值是第三值，則增強跟蹤值等于測量跟蹤值和預(yù)測跟蹤值的每一個的加權(quán)組合。
85.如權(quán)利要求81所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，測量跟蹤值表示在主體傳感器掃描期間由傳感器檢測的運動，以及歷史跟蹤值與在主體傳感器掃描前的至少一個傳感器掃描有關(guān)。
86.如權(quán)利要求85所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，基于在主體傳感器掃描前，用于所述傳感器掃描的增強跟蹤值，計算歷史跟蹤值。
87.如權(quán)利要求85所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，照明值表示在主體傳感器掃描期間，由傳感器檢測的光強度。
88.如權(quán)利要求81所述的光標(biāo)控制設(shè)備，進一步包括用于將增強跟蹤值提供給客戶設(shè)備用于控制光標(biāo)運動的部件。
89.如權(quán)利要求81所述的光標(biāo)控制設(shè)備，進一步包括用于將增強跟蹤值存儲在存儲器中的部件。
90.如權(quán)利要求89所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，用于確定預(yù)測跟蹤值的部件將在前存儲的增強跟蹤值用作用于確定歷史跟蹤值的基礎(chǔ)。
91.一種光標(biāo)控制設(shè)備，包括
光源，用于照射靈敏區(qū)；
傳感器，用于檢測靈敏區(qū)中的運動；
可信度計算部，用于使用從傳感器接收的照明信息，確定跟蹤可信度值；
預(yù)測計算部，用于使用歷史跟蹤值來確定預(yù)測跟蹤值；以及
增強計算部，用于使用跟蹤可信度值以及預(yù)測跟蹤值和測量跟蹤值中的至少一個，確定增強跟蹤值，測量跟蹤值表示由傳感器檢測的運動。
92.如權(quán)利要求91所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述傳感器提供表示所檢測的運動的測量跟蹤值對，
其中，預(yù)測計算部使用各個歷史跟蹤值，確定預(yù)測跟蹤值對；以及
其中，增強計算部確定增強跟蹤值對，使用跟蹤可信度值、歷史跟蹤值對的各自的一個以及測量跟蹤值對的各自的一個來計算增強跟蹤值對的每一個。
93.如權(quán)利要求92所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，測量跟蹤值、預(yù)測跟蹤值、歷史跟蹤值和增強跟蹤值對的每一個表示在正交方向?qū)Φ母髯缘囊粋€中的運動。
94.如權(quán)利要求91所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，可信度計算使用包括快門值的從傳感器接收的照明信息以及使用表示從光源發(fā)出的光量的亮度值。
95.如權(quán)利要求91所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，測量跟蹤值表示在主體傳感器掃描期間，由傳感器檢測的運動，以及歷史跟蹤值與主體傳感器掃描前的至少一個傳感器掃描有關(guān)。
96.如權(quán)利要求95所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，使用用于主體傳感器掃描之前的所述至少一個傳感器掃描的增強跟蹤值，計算歷史跟蹤值。
97.如權(quán)利要求95所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述照明信息表示在主體傳感器掃描期間，由傳感器檢測的光強度。
98.如權(quán)利要求91所述的光標(biāo)控制設(shè)備，進一步包括用于存儲增強跟蹤值的存儲器。
99.如權(quán)利要求98所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述預(yù)測計算部將在前存儲的增強跟蹤值用作用于確定歷史跟蹤值的基礎(chǔ)。
100.如權(quán)利要求91所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，計算增強跟蹤值以便如果跟蹤可信度值是第一值，則增強跟蹤值等于測量跟蹤值，以及如果跟蹤可信度值是第二值，則增強跟蹤值等于預(yù)測跟蹤值。
101.如權(quán)利要求100所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，計算增強跟蹤值，以便如果跟蹤可信度值是第三值，則增強跟蹤值等于測量跟蹤值和預(yù)測跟蹤值的每一個的加權(quán)組合。
102.如權(quán)利要求91所述的光標(biāo)控制設(shè)備，進一步包括自適應(yīng)照明控制部，用于控制由光源發(fā)出的光強度。
103.如權(quán)利要求102所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述自適應(yīng)照明控制部控制光強度以便優(yōu)化傳感器的動態(tài)范圍。
104.如權(quán)利要求102所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述自適應(yīng)照明控制部基于從傳感器接收的快門值信號，控制光強度。
105.如權(quán)利要求102所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述自適應(yīng)照明控制部基于從傳感器接收的對比度信號，控制光強度。
106.如權(quán)利要求102所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述照明信息基于從傳感器接收的照明信息以及自適應(yīng)照明控制部正控制光源的強度。
107.一種用于具有光源和傳感器的光標(biāo)控制設(shè)備的處理器，該處理器包括
用于確定跟蹤可信度值的部件；
用于使用歷史跟蹤值，確定預(yù)測跟蹤值的部件；以及
用于使用跟蹤可信度值以及預(yù)測跟蹤值和表示由傳感器檢測的運動的測量跟蹤值中的至少一個，確定增強跟蹤值的部件。
108.如權(quán)利要求107所述的處理器，其中，傳感器提供表示所檢測的運動的測量跟蹤值對，
其中，用于確定預(yù)測跟蹤值的部件使用各個歷史跟蹤值，確定預(yù)測跟蹤值對；以及
其中，用于確定增強跟蹤值的部件確定增強跟蹤值對，使用跟蹤可信度值、歷史跟蹤值對的各自的一個，以及測量跟蹤值對的各自的一個來計算增強跟蹤值對的每一個。
109.如權(quán)利要求108所述的處理器，其中，測量跟蹤值、預(yù)測跟蹤值、歷史跟蹤值和增強跟蹤值對的每一個表示在正交方向?qū)Φ母髯缘囊粋€中的運動。
110.如權(quán)利要求107所述的處理器，其中，用于確定跟蹤可信度值的部件使用表示光強度的照明值，其中，處理器進一步包括用于使用從傳感器接收的快門值和表示從光源發(fā)出的光量的亮度值，確定所述照明值的部件。
111.如權(quán)利要求107所述的處理器，其中，計算增強跟蹤值以便如果跟蹤可信度值是第一值，則增強跟蹤值等于測量跟蹤值，以及如果跟蹤可信度值是第二值，則增強跟蹤值等于預(yù)測跟蹤值。
112.如權(quán)利要求111所述的處理器，其中，計算增強跟蹤值，以便如果跟蹤可信度值是第三值，則增強跟蹤值等于測量跟蹤值和預(yù)測跟蹤值的每一個的加權(quán)組合。
113.如權(quán)利要求107所述的處理器，其中，測量跟蹤值表示在主體傳感器掃描期間由傳感器檢測的運動，以及歷史跟蹤值與主體傳感器掃描之前的至少一個傳感器掃描有關(guān)。
114.如權(quán)利要求113所述的處理器，其中，基于用于主體傳感器掃描之前的所述至少一個傳感器掃描的增強跟蹤值，計算歷史跟蹤值。
115.如權(quán)利要求113所述的處理器，其中，所述照明值表示在主體傳感器掃描期間，由傳感器檢測的光強度。
116.如權(quán)利要求107所述的處理器，進一步包括用于將增強跟蹤值提供給客戶設(shè)備用于控制光標(biāo)運動的部件。
117.如權(quán)利要求107所述的處理器，進一步包括用于將增強跟蹤值存儲在存儲器中的部件。
118.如權(quán)利要求117所述的處理器，其中，用于確定預(yù)測跟蹤值的部件將在前存儲的增強跟蹤值用作用于確定歷史跟蹤值的基礎(chǔ)。
119.如權(quán)利要求107所述的處理器，進一步包括自適應(yīng)照明控制部件，用于控制由光源發(fā)出的光強度。
120.如權(quán)利要求119所述的處理器，其中，所述自適應(yīng)照明控制部件控制光強度以便優(yōu)化傳感器的動態(tài)范圍。
121.如權(quán)利要求119所述的處理器，其中，所述自適應(yīng)照明控制部件基于從傳感器接收的快門值信號，控制光強度。
122.如權(quán)利要求119所述的處理器，其中，所述自適應(yīng)照明控制部件基于從傳感器接收的對比度信號，控制光強度。
123.如權(quán)利要求119所述的處理器，其中，所述照明值基于從傳感器接收的信息，以及自適應(yīng)照明控制部件正控制光源的強度。
124.一種處理用于具有光源和傳感器的光標(biāo)控制設(shè)備的光標(biāo)控制數(shù)據(jù)的方法，該方法包括步驟
執(zhí)行用于確定跟蹤可信度值的可信度計算；
執(zhí)行用于確定預(yù)測跟蹤值的預(yù)測計算，所述預(yù)測計算涉及歷史跟蹤值；以及
執(zhí)行用于確定增強跟蹤值的增強計算，增強計算涉及跟蹤可信度值、預(yù)測跟蹤值和測量跟蹤值，測量跟蹤值表示由傳感器檢測的運動。
125.如權(quán)利要求124所述的方法，其中，所述傳感器提供表示傳感器運動的測量跟蹤值對，
其中，執(zhí)行預(yù)測計算的步驟用于使用各個歷史跟蹤值，確定預(yù)測跟蹤值對，以及
其中，執(zhí)行增強計算的步驟是用于確定增強跟蹤值對，使用跟蹤可信度值、歷史跟蹤值對的各自的一個以及測量跟蹤值對的各自的一個，計算增強跟蹤值對的每一個。
126.如權(quán)利要求125所述的方法，其中，測量跟蹤值、預(yù)測跟蹤值、歷史跟蹤值和增強跟蹤值對的每一個表示正交方向?qū)Φ母髯砸粋€中的運動。
127.如權(quán)利要求124所述的方法，其中，執(zhí)行用于確定跟蹤可信度值的可信度計算的步驟涉及表示由傳感器檢測的光強度的照明值，其中，該方法進一步包括執(zhí)行用于確定所述照明值的照明計算的步驟，照明計算涉及從用于主體傳感器掃描的傳感器接收的快門值和表示在主體傳感器掃描期間，從光源發(fā)出的光量的亮度值。
128.如權(quán)利要求124所述的方法，其中，增強計算是如果跟蹤可信度值是第一值，則增強跟蹤值等于測量跟蹤值，以及如果跟蹤可信度值是第二值，則增強跟蹤值等于預(yù)測跟蹤值。
129.如權(quán)利要求128所述的方法，其中，增強計算是如果跟蹤可信度值是第三值，則增強跟蹤值等于測量跟蹤值和預(yù)測跟蹤值的每一個的加權(quán)組合。
130.如權(quán)利要求124所述的方法，其中，跟蹤測量值表示在主體傳感器掃描期間，由傳感器檢測的運動，以及歷史跟蹤值是與在主體傳感器掃描之前的至少一個傳感器掃描有關(guān)。
131.如權(quán)利要求130所述的方法，其中，使用用于主體傳感器掃描之前的所述至少一個傳感器掃描的增強跟蹤值，計算歷史跟蹤值。
132.如權(quán)利要求130所述的方法，其中，所述照明值表示在主體傳感器掃描期間，由傳感器檢測的光強度。
133.如權(quán)利要求124所述的方法，進一步包括將增強跟蹤值提供給客戶設(shè)備用于控制光標(biāo)運動的步驟。
134.如權(quán)利要求124所述的方法，進一步包括存儲增強跟蹤值的步驟。
135.如權(quán)利要求134所述的方法，其中，將所存儲的增強跟蹤值用作用于確定歷史跟蹤值的基礎(chǔ)，重復(fù)執(zhí)行可信度計算、執(zhí)行預(yù)測計算以及執(zhí)行增強計算的步驟。
136.如權(quán)利要求124所述的方法，進一步包括控制由光源發(fā)出的光強度的步驟。
137.如權(quán)利要求136所述的方法，其中，控制光強度的步驟包括控制光強度以便優(yōu)化傳感器的動態(tài)范圍。
138.如權(quán)利要求136所述的方法，其中，控制光強度的步驟包括基于從傳感器接收的快門值信號，控制光強度。
139.如權(quán)利要求136所述的方法，其中，控制光強度的步驟包括基于從傳感器接收的對比度信號，控制光強度。
140.如權(quán)利要求136所述的方法，其中，所述照明值基于從傳感器接收的信息和在控制光強度步驟期間控制光源的強度。
141.一種光標(biāo)控制設(shè)備，包括
第一傳感器；
光源；
控制器，包括
用于接收表示檢測光的強度的強度信息的部件；以及
自適應(yīng)照明控制部件，用于基于強度信息，控制由光源發(fā)出的光的強度。
142.如權(quán)利要求141所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述自適應(yīng)控制部件控制光強度以便優(yōu)化第一傳感器的動態(tài)范圍。
143.如權(quán)利要求141所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述自適應(yīng)控制部件基于從第一傳感器接收的快門值信號，控制光強度。
144.如權(quán)利要求141所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述自適應(yīng)控制部件基于從第一傳感器接收的對比度信號，控制光強度。
145.如權(quán)利要求141所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，從第二傳感器接收強度信息。
146.如權(quán)利要求145所述的光標(biāo)控制設(shè)備，其中，所述自適應(yīng)控制部件控制光強度以便優(yōu)化第一傳感器的動態(tài)范圍。
全文摘要
光標(biāo)控制設(shè)備(700)包括光源(70)和圖像傳感器(80)，用于光學(xué)跟蹤運動。設(shè)備(700)包括向上面對的圓頂(710)或窗口(32)，提供用于用戶交互作用的可視和觸覺接口。用戶的手或手指、裸露或戴手套的，或由用戶控制的其他物體，能在附近移動或觸摸圓頂(710)，提供部件以區(qū)分不接近圓頂?shù)奈矬w以便防止不期望的光標(biāo)運動。所述部件能包括具有有限焦深的光學(xué)器件(40)，用于控制從光源(70)發(fā)出的光的強度以便優(yōu)化傳感器操作的自適應(yīng)照明處理，和/或用于根據(jù)所檢測的傳感器數(shù)據(jù)的可信度等級，預(yù)測光標(biāo)運動的處理。
文檔編號G09G5/00GK1761990SQ20038010898
公開日2006年4月19日 申請日期2003年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月20日
發(fā)明者多納德·P·比努姆, 格里高里·A·馬格爾, 羅伯特·萊奧·達維斯, 拉里·V·莫爾, 明哈伊·邁哈邁德 申請人:Itac系統(tǒng)公司