[发明专利]抗斑点衰落的光学定位装置

说明书

相关申请交叉引用

本申请要求由发明人David A.LeHoty，Charles B.Roxlo，Jahja I.Trisnadi和Clinton B.Carlisle于2004年5月21日提交的、题目为“Optical position sensing device having a multi-row detector arrayincluding interlaced groups of photosensitive elements”的美国临时申请No.60/573,063的权益。上述美国临时申请的公开内容通过引用全部结合在本文中。

技术领域

本发明一般涉及光学定位装置(OPD)，以及使用这种装置感测移动的方法。

背景技术

指示装置，例如计算机鼠标或跟踪球，用于将数据输入到个人计算机和工作站中，并与它们对接。这种装置允许在监控器上光标快速重新定位，且在许多文本、数据库和图形程序中都很有用。用户通过在一个表面上移动鼠标，使光标在与鼠标的移动成比例的方向和距离上移动来控制光标。备选的是，手在静止装置上的移动也可用于同样目的。

计算机鼠标有光学和机械两种型式。机械鼠标通常使用旋转球来检测移动，且一对轴编码器与球接触以产生数字信号，由计算机用来移动光标。机械鼠标的一个问题在于，由于污垢积累等原因在持续使用后易于不精确和出故障。此外，机械元件特别是轴编码器的移动和综合磨损必然限制装置的有用寿命。

上述机械鼠标问题的一个解决方案是开发光学鼠标。光学鼠标已经非常普及，因为它们更为健壮，且可提供更好的指示精确度。

用于光学鼠标的主要常规技术依赖于以切线入射或接近切线入射而照射表面的发光二极管(LED)、捕获综合图像的二维CMOS(互补金属氧化物半导体)检测器、以及使连续图像相关联以确定鼠标已移动的方向、距离和速度的软件。这种技术通常提供高精确度，但却有复杂设计和相对高的图像处理要求等问题。此外，由于照射的切线入射，光学效率很低。

另一途径是使用一维阵列的光传感器或检测器，如光电二极管。表面的连续图像由成像光学器件捕获，转换到光电二极管上，并作比较以检测鼠标的移动。光电二极管可直接用导线连接成组，便于移动检测。这降低了光电二极管的要求，并能作快速模拟处理。这种鼠标的一个实例在授予Dandliker等人的美国专利No.5,907,152中公开。

在Dandliker等人的专利中公开的鼠标与标准技术的不同之处还在于它使用相干光源，例如激光器。来自相干源的光从粗糙表面散射开来产生光的随机强度分布，称为斑点(speckle)。使用基于斑点的图案有几个优点，包括高效的基于激光器的光产生以及即使在正常入射照射下的高对比度图像。这就允许有更高效的系统，并节省电流消耗，这在无线应用中很有利，可以延长电池寿命。

虽然在基于LED的常规光学鼠标上有了重大改进，但这些基于斑点的装置仍因许多原因并不能完全令人满意。具体地说，使用激光器斑点的鼠标并未展示出当今技术水平的鼠标通常所需求的精确度，通常需要有小于0.5％或左右的路径差错。

本公开内容讨论并提供了对现有技术光学鼠标和其它类似光学指示装置的各种问题的解决方案。

发明内容

所公开的一个实施例涉及一种配置成抗斑点衰落的光学定位设备。该设备包括至少相干光源和检测器。相干光源配置成用激光器光来照射表面。检测器配置成获取所照射表面的连续图像，且检测器包含N行，每行包括多个光敏元件。

所公开的另一实施例涉及一种配置成使用计算和滤波电路来抗斑点衰落的光学定位设备。计算电路配置成根据强度数据计算速度数据。滤波电路配置成减少在速度数据中来自斑点衰落的影响。

所公开的另一实施例涉及一种光学位移传感器，用于通过确定在表面的连续图像中光学特性的位移来感测数据输入装置和表面之间的相对移动。该传感器包括检测器，检测器具有第一阵列，第一阵列包括平行于第一轴排列的多行光敏元件。每行包括多组光敏元件，每组具有M个光敏元件。来自一组中每个光敏元件的信号与其它组中对应的光敏元件电连接，以从光敏元件的M个交错组群中产生M个独立的组群信号。