專利名稱：光學與加速度聯合定位筆形鼠標的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種采用光學傳感器定位與加速度傳感器定位相結合的筆形鼠標裝 置以及其的定位的處理方法。具體涉及這樣一種鼠標裝置及其定位的處理方法，其中，微控 制單元，用以接收光學位移量、加速度訊號、壓力傳感器與工作面的接觸訊號，并以相應的 計算方法判斷鼠標與工作面的相對位移量。
背景技術：
現有的普通鼠標中，由于使用時物距相對固定，使用固定物距的光學成像裝置即 可準確成像與定位。在2001年5月15日發(fā)布的名稱為“CMOS數字光學導引芯片”的美國 專利第6233368B1號中專門公開了這種光鼠標的原理。在該專利中，利用光鼠標內容納的 發(fā)光器照亮直接布置在光鼠標下方的工作面，裝在里面的成像系統(tǒng)使工作面的任意圖形或 特征在CMOS傳感器的光感應面上成像。由于該鼠標在工作時與工作面直接接觸，工作面與 成像裝置的距離固定，使用固定物距的成像透鏡準確成像與定位。由于鼠標形狀與普通書寫工具形狀不同，其要整個鼠標握在手里進行操作，所以 很難實現書寫及繪圖操作。已經開發(fā)了這樣一種筆形鼠標裝置，當其執(zhí)行精密繪圖操作或 書寫時，它能實現準確的光標控制和簡單的書寫。于2000年11月21日發(fā)布的美國專利第 6151015號(此后稱“015專利”)名稱為“類似筆的計算機指示裝置”中公開了這樣一種筆 形鼠標的例子。正如圖1中所示，指示裝置包括圓柱體102、發(fā)光光源104、透鏡110、光學移 動傳感器108、開關106、通信鏈路116和118、按鈕112和114。發(fā)光光源104發(fā)出光，透鏡 110使工作面反射的光線在光學移動傳感器108上成像。于是，當光學移動傳感器108捕捉 到通過透鏡110成像的工作面的圖像時，可從圖像的變化獲得指示裝置的運動方向和運動 量。然而，“015專利”的光學成像裝置在進行繪圖或書寫時存在較大的缺點，當指示裝 置與工作面的距離變動較大時，由于固定像距的光學成像系統(tǒng)的景深限制，使其工作面在 圖像傳感器上的成像模糊不清，從而影響傳感器對圖像的捕捉，造成定位困難。參照圖4對 文字“X”的輸入，筆的操作通常由下筆動作和提筆動作組合而成。圖2中，當寫下字母“X” 時，書寫動作由以下步驟組成一、步驟Ml 在特定點下筆，然后寫下“/”;二、步驟M2 提筆， 然后在空中劃一順時針的圓??；三、步驟M3 在特定的點下筆，寫下“\”，然后提筆。在整個 書寫過程中，無論下筆和提筆都要求鼠標保持精確的定位。通常在提筆動作中與工作面分 開的距離視不同的人的使用習慣而有所不同。但提筆動作時，由于透鏡的景深限制，常出現 成像模糊不清，難以準確定位。為了使筆形的鼠標在三維空間中均能實現定位，已經開發(fā)了這樣一種鼠標，其在 鼠標中置入加速度傳感器，通過對鼠標的加速度進行檢測，計算鼠標的空間位移量。于2009 年9月2日公開的中國申請?zhí)?00820026207. 6 (此后稱“076專利”)名稱為“加速度傳感 器鼠標筆”中公開了這樣一種鼠標的例子。正如圖3中所示，它包括一加速度傳感器模塊、 一無線發(fā)送模塊、一無線接收模塊及一驅動模塊。由于利用檢測鼠標的加速度定位，需要預先確定鼠標的初始運動向量，但該方案使用判定鼠標靜止期用初始向量，在長時間連續(xù)使 用易出現光標明顯漂移。為了克服筆形光學鼠標在提筆時的定位困難，及加速度傳感器鼠標初始向量較難 確定，在使用中易出現光標明顯漂移的問題，需要這樣一種筆形鼠標，其能在筆形鼠標較小 的體積內安裝，并能使筆形鼠標在流暢書寫或繪圖時，無論下筆和提筆都要求鼠標保持精 確的定位。

發(fā)明內容

構思本發(fā)明就是為了解決上述問題。本發(fā)明的主要目的是提供一種能安裝在筆形 鼠標內的一套定位裝置，它能在筆形鼠標較小的體積內安裝，并能使筆形鼠標在流暢書寫 或繪圖時，無論下筆和提筆都要求鼠標保持精確的定位。它根據1、固定像距的光學鼠標能 夠在一定固定的物距下能精確定位；2、在初始運動向量已知的情況下，應用加速度傳感器 感測鼠標的加速度變化，能根據感測到的加速度改變能順利計算運動向量的變化，從而計 算位移量，實現定位；3、在鼠標的前端安裝壓力傳感器，能正確判斷鼠標與工作面的接觸與 否及接觸壓力。依據以上的特性，采用在筆形鼠標中同時內置光學傳感器、加速度傳感器、 壓力傳感器等，利用光學傳感器和加速度傳感器的各自特點，形成優(yōu)勢互補，精確定位。當壓力傳感器感測到與工作面接觸時，在工作面良好時，鼠標的光學傳感器能準 確定位，光學傳感器檢測到的位移信息與加速度傳感器的加速度信息相符，此時主要以光 學傳感器檢測到的位移量判斷鼠標在工作面平面方向的相對位移量；在工作面不良等引起 鼠標的光學傳感器定位不良，光學傳感器檢測到的位移信息與加速度傳感器的加速度信息 不相符時，則利用光學傳感器的定位信息或判定的靜止狀態(tài)作初始運動向量，并利用之后 的加速度傳感器感測到的加速度的變化計算其運動的改變，以計算其位移量。當壓力傳感 器感測到與工作面分離后，也利用光學傳感器的定位信息或判定的靜止狀態(tài)作初始運動向 量，并利用之后的加速度傳感器感測到的加速度的變化計算其運動的改變，以計算其位移 量。進一步地，當鼠標長時間未與工作面正行接觸定位時，可利用加速度傳感器判定 鼠標的靜止狀態(tài)。應用筆形鼠標進行光標定位、書寫或空中模擬書寫時，設定空間中的與光學定位 裝置的透鏡組光軸垂直的某一平面為工作面，在平面上分別設定相互垂直的兩軸為X軸和 Y軸，垂直于平面設一 Z軸，三軸相互垂直并相交。設定實測加速度aQ (指未去除重力加速度影響的加速度，即實測加速度)運動加速度a(指去除重力加速度影響后的加速度，即運動加速度)重力加速度G實際重力加速度G0時間T不相等時間t’ (指加速度傳感器檢測到的在與工作平面平行方向的運動加速度 (a)與光學傳感器檢測到的在該平面的運動加速度不相等的時間)預設時間tl、t2
t2 > tl
當加速度傳感器檢測到的實測加速度(徹)等于或近似于預設的重力加速度(G) (a G)，并且累計時間(T)超過預設時間〖101>=〖1)，并且光學傳感器未檢測到鼠標的 移動信息，則判定為鼠標為靜止狀態(tài)(即鼠標在X軸、Y軸、Z軸方向上的運動向量均為零)； 進一步地，因單獨應用加速度傳感器作連續(xù)定位的時間(t’ )越長，出現光標漂移的可能性 越大，光標漂移越明顯，因此，應用上述方法作鼠標靜止狀態(tài)的判定時，tl可根據t’作調 整，t’越小，tl也可適當縮短。在產品出廠時通常檢測并設定相應條件下的預設的重力加速度(G)值，由于加速 度傳感器常由于溫度、使用時間等關系在不同工作條件下的檢測準確性可能存在偏差，導 致檢測到的重力加速度(G)也可能存在偏差，因此，常需動態(tài)校準，校準方法可采用當加 速度傳感器檢測到的實測加速度(B0)等于或近似于預設的重力加速度(G) (a G)，并且累 計時間(T)超過預設時間tl(T>=t2)，并且光學傳感器未檢測到鼠標的移動信息，根據靜 止時間、原預設的G值等加權計算G值，并重新設定預設的G值。


通過結合附圖對給出的優(yōu)選實施方式的以下描述，可使本發(fā)明的上述目的和特征
變得清楚。其中圖1是“015專利”名稱為“類似筆的計算機指示裝置”的結構示意圖；圖2是表示書寫字母“X”的步驟圖；圖3是“076專利”名稱為“加速度傳感器鼠標筆”的筆形鼠標結構示意圖；圖4是“光學與加速度聯合定位筆形鼠標”的一實施例的結構示意圖；圖5是“光學與加速度聯合定位筆形鼠標”的另一經改良后的實施例的結構示意 圖；圖6是圖4、圖5的“光學與加速度聯合定位筆形鼠標”的一優(yōu)選的電路方塊圖。圖7是圖4、圖5的“光學與加速度聯合定位筆形鼠標”的一優(yōu)選的定位判斷與計 算方法的流程圖。
具體實施例方式下面將參照附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式來表達本發(fā)明的內容。上述附圖中，1、圖像傳感器；2、加速度傳感器；3、壓力傳感器；4、微控制與信息傳 輸單元；5、照明光源；6、透鏡組與光路；7、電源模塊；8、工作面；9、反射鏡。圖4是“光學與加速度聯合定位筆形鼠標”的結構示意圖。在圖中，壓力傳感器 (3)安置在筆形鼠標最前端，用于檢測鼠標與工作面(8)的接觸壓力，并輸出壓力信息到微 控制與信息傳輸單元(4)。照明光源(5)、透鏡組與光路(6)、圖像傳感器(1)、加速度傳感 器(2)依次安置在筆形鼠標的前端，照明光源(5)照亮工作面(8)，工作面(8)反射的光線 經透鏡組與光路(6)在圖像傳感器(1)的光感應面上成像，圖像傳感器(1)檢測圖像的位 移情況，并輸出光學位移信息到微控制與信息傳輸單元(4)。加速度傳感器(2)主要檢測 與工作面(8)平行的各方向的加速度變化情況，并輸出加速度信息到微控制與信息傳輸單 元(4)。進一步地，加速度傳感器(2)也可檢測筆形鼠標的3維加速度情況，以更好地了解鼠標的運動軌跡，完成更高級的功能，如空中虛擬點擊確認等操作。微控制與信息傳輸單元(4)、電源模塊(7)位于筆形鼠標的中后部；微控制與信息傳輸單元(4)接收鼠標與工作面 (8)的接觸壓力信息、光學位移信息、加速度信息，并按圖7的定位流程圖所示，完成定位的 判斷與計算，并與計算機通訊。進一步地，定位信息的處理與計算可由微控制與信息傳輸單 元(4)單獨完成，也可由計算機完成，或共同計算完成。如圖7的定位的判斷與計算方法的流程圖所示，當壓力傳感器感測到與工作面接 觸時，在工作面良好時，鼠標的光學傳感器能準確定位，光學傳感器檢測到的位移信息與加 速度傳感器的加速度信息相符，此時主要以光學傳感器檢測到的位移量判斷鼠標在工作面 平面方向的相對位移量；在工作面不良等引起鼠標的光學傳感器定位不良，光學傳感器檢 測到的位移信息與加速度傳感器的加速度信息不相符時，則根據原有的光學位移信息或靜 止狀態(tài)判定信息，依據加速度傳感器檢測到的加速度變化計算鼠標的位移。當壓力傳感器 感測到與工作面分離后，根據原有的光學位移信息或靜止狀態(tài)判定信息，依據加速度傳感 器檢測到的加速度變化計算鼠標的位移。圖5是“光學與加速度聯合定位筆形鼠標”的另一經改良后的實施例的結構示意 圖。其結構與圖4的實施例基本相同，不同的是，其圖像傳感器(1)的長軸方向與筆形鼠標 的長軸方向一致，光路采用反射鏡作調整，這有利于安置體積相對較大的傳感器，并利于筆 形鼠標的小型化。圖4、圖5的“光學與加速度聯合定位筆形鼠標”的實施例中，其圖像傳感器(1)、 加速度傳感器(2)、壓力傳感器(3)、微控制與信息傳輸單元(4)的電路連接如圖6的電路 方塊圖所示。本發(fā)明的特點及效果是鼠標形狀呈筆形，在筆形鼠標的前端安置有壓力傳感器、 圖像傳感器、加速度傳感器，利用圖像傳感器、加速度傳感器各自的不同工作特性，應用壓 力傳感器檢測筆形鼠標是否與工作面接觸，在鼠標與工作面接觸狀態(tài)不同時，應用不同的 運動判斷方案，使鼠標在常規(guī)書寫或作圖的整個流程均能準確定位。本發(fā)明并不限于前面所述的實施例，本領域的普通的技術人員要理解的是可對它 作出變化和改進，這不會脫離由所附加的權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
一種呈筆形的鼠標，包括光學傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器、微控制與傳輸單元組成。
2.如權利要求1所述的筆形鼠標，其中光學傳感器，用以檢測該筆形鼠標相對工作面 的位移量，以輸出一光學位移信息。
3.如權利要求1所述的筆形鼠標，其中加速度傳感器，用以檢測該鼠標的加速度，并據 以輸出一加速度信息。
4.如權利要求1所述的筆形鼠標，其中壓力傳感器，用以檢測鼠標有否與工作面接觸 和/或鼠標與工作面接觸的壓力，并據以輸出一壓力信息。
5.如權利要求1、2、3、4所述的筆形鼠標，其中微控制與傳輸單元，用以接收光學位移 信息；該微控制單元還接收加速度信息；該微控制單元還接收壓力信息；根據光學位移信 息、加速度信息、壓力信息，判斷與計算鼠標與工作面的相對位移量，并輸出訊號至計算機。
全文摘要
一種呈筆形的鼠標，包括光學傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器、微控制單元，其中微控制單元用以接收光學位移量、加速度訊號、壓力傳感器與工作面的接觸訊號，并以相應的計算方法判斷鼠標與工作面的相對位移量。
文檔編號G06F3/038GK101957675SQ20101050314
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權日2010年9月28日
發(fā)明者鄧仕林 申請人:鄧仕林