[发明专利]用于检测相对于表面的运动的指向设备及其运动检测方法

说明书

本公开涉及用于检测相对于表面的运动的指向设备及其运动检测方法。例如，一种指向设备，用于检测相对于表面的运动，包括被配置为朝向表面发射电磁信号的至少一个发射器。该指向设备还包括被配置为接收来自表面的电磁信号的反射的至少一个接收器。指向设备还包括被配置为基于电磁信号及其反射之间的多普勒频移来确定运动的处理器。

技术领域

本发明涉及用于检测相对于表面的运动的指向设备以及用于检测指向设备相对于表面的运动的方法。

背景技术

指向设备是可与计算设备(例如，计算机)耦合的输入接口，并且允许用户向计算机输入空间数据。图形用户界面(GUI)允许用户通过在物理桌面上方移动指向设备并激活鼠标上的开关来使用物理手势控制计算机并向计算机提供数据。GUI是一种用户界面形式，其允许用户例如通过图形图标与电子设备交互。通过指针或光标的移动和其他视觉变化在屏幕上呼应指向设备的移动。虽然最常见的指向设备是手持式计算机鼠标，但已经开发了更多的设备。然而，术语鼠标通常用于移动光标的设备。计算机鼠标是一种手持式指向设备，其检测相对于表面的二维运动。这种运动通常被转换为显示器上指针的运动，这允许平滑地控制计算机的GUI。

当前主流的指向设备解决方案利用基于激光的相机通过比较所捕获的图像来检测运动。当表面不包含相机的分辨率限值内的区分细节(例如，高质量单色表面、金属或玻璃表面)来允许检测运动时，该处理会受到影响。此外，玻璃和玻璃类的表面对光学相机高度透明，这限制了所捕获图像的质量。这使得检测运动的比较处理变得不可能。这种限制通常导致需要特殊表面(例如，鼠标垫)被放置在指向设备下方，以便更容易地进行运动检测。使用这种鼠标垫是一种限制，尤其是当操作指向设备时对移动性和灵活性具有更多需求时。

发明内容

因此，需要提供一种指向设备以及用于检测指向设备相对于表面的运动的方法，可以在广泛的表面上操作并且允许更容易和可靠的运动检测。

根据第一方面，本发明提出了一种用于检测相对于表面的运动的指向设备。该指向设备包括被配置为朝向表面发射电磁信号的至少一个发射器。该指向设备还包括被配置为接收来自该表面的电磁信号的反射的至少一个接收器。该指向设备还包括被配置为基于电磁信号及其反射之间的多普勒频移来确定运动的处理器。

来自表面的电磁信号的术语“反射”也包括漫反射，诸如后向散射的电磁信号。

因此，本发明提出在指向设备应用中使用多普勒原理。发射器向表面发送电磁信号，并且电磁信号的反射通过多普勒频移在频率上偏移，这与表面相对于指向设备的速度成正比。然后，通过接收器捕获来自该表面的电磁信号的反射，以确定多普勒频移。基于电磁信号及其反射之间的多普勒频移来确定指向设备相对于表面的运动。因此，不拍摄图像来确定指向设备相对于表面的运动，这使得指向设备能够在广泛的表面(诸如反射或单调的表面)上直接工作，而无需使用鼠标垫。这允许指向设备几乎在任何表面上工作。此外，本公开的原理不需要使用复杂的二维2D图像处理技术，因此降低系统的复杂性和成本。

在一些实施例中，电磁信号可以是雷达信号。雷达信号可具有30MHz和300GHz之间的频率。具体地，雷达信号可具有76-77GHz之间的频率。

在替代实施例中，电磁信号可以是激光信号，包括红外激光到紫外激光信号。

在一些实施例中，发射器被配置为以锐角朝向表面发射电磁信号。这能够使电磁信号在该表面上得到适当的反射。

在一些实施例中，发射器可被配置为根据调频连续波FMCW调制或频移键控FSK中的一种来调制电磁信号的频率。这可以使系统更加稳固，因为额外的调制允许提供距离信息以及多普勒频率。该距离信息可用于过滤源自除指向设备移动的直接表面以外的表面的任何可能的不需要的信号。这可以利用指向设备的机械结构已知到所需表面的距离的事实。