[发明专利]具有可变寻踪分辨率的光学导航感应器

说明书

本申请案关于由发明人Jahja I.Trisnadi，Clinton B.Carlisle和Robert J.Lang所共同拥有，申请于2005年10月28日的美国专利申请案第11/261,316号，名称为“Two-Dimensional Motion Sensor”，本文以引用的方式将该申请案并入。 

本申请案也关于由发明人Brian D.Todoroff和Yansun Xu所共同拥有，申请于2006年2月16日的美国专利申请案第11/355,551号，名称为“Signal Processing Method for Use with an Optical Navigation System”，本文以引用的方式将该申请案并入。 

本申请案也关于由发明人Brian D.Todoroff和Yansun Xu所共同拥有，申请于2006年6月5日的美国专利申请案第11/446,694号，名称为“Method and Apparatus for Robust Velocity Prediction”，本文以引用的方式将该申请案并入。 

技术领域

本发明概言的是关于光学导航设备及使用该光学导航设备来感测移动的方法。 

背景技术

诸如计算机鼠标、触摸屏幕、轨迹球及诸如此类的数据输入装置现有是用于将数据输入个人计算机及工作站且与个人计算机及工作站介接。此类装置容许一光标在一监测器上的快速再定位，且可用于大量文本、数据库及图形程序。一使用者(例如)通过在一表面上移动鼠标以在方向及距离上与鼠标的移动成比例地移动光标来控制光标。 

计算机鼠标有光学及机械两种型式。机械鼠标通常使用一旋转球来侦测运动，及使用一对轴编码器接触该球以产生一由计算机用于移动光标的数字信号。机械鼠标的一问题是其容易在持续使用后因污垢积聚等原因而出现偏差及 故障。另外，机械元件(特别是轴编码器)的移动及所导致的磨损会必然地限制装置的使用寿命。 

机械鼠标的上述问题之一解决方案是发展使用一光学导航系统的鼠标。这些光学鼠标已变得非常流行，因其提供更好的点指准确度且较不易受到因污垢积聚导致的故障影响。 

今日针对光学鼠标使用的支配性技术依赖于：一光源，例如一发光二极管(LED)，用于照射摩擦范围处或附近的表面；一二维(2D)CMOS(互补金属氧化物半导体)侦测器，其捕获所产生的影像；及信号处理单元，其使持续影像中数以千计的特征或点彼此关联以确定鼠标移动的方向、距离及速度。此种技术会提供高准确度，但也遭受复杂的设计及相对高的影像处理要求。 

作为改良，使用一同调光源(例如，一雷射)照射一粗糙表面会产生一复杂的干涉图案(称作光班)，该方法具有数个优势，包括产生有效的基于雷射的光线及即使在正常范围的照射下也产生高对比度影像。基于雷射的光产生具有较高的电-光转换效率，及能够修改一小而有效的照射覆盖区以使其匹配光电二极管阵列的覆盖区的高定向性。此外，光斑图案容许在实际上任何粗糙表面(广阔表面覆盖范围)进行寻踪运作，同时即使在不利的成像条件(例如，“离焦”)下也维持最大对比度。 

一种用于测量线性位移的替代方法使用一具有一维(1D)光敏元件(例如，光电二极管)阵列(通常称作梳状阵列(comb-array))的光学感应器。一1D阵列中的光电二极管可直接联机为组群以实现所接收信号的模拟、并行处理，从而减少所需的信号处理及促进运动侦测。对于使用此种方法的二维(2D)换位测量而言，已提议其中沿着非并行轴排列两个或更多个1D阵列的多轴线性阵列。 

尽管这些1D梳状阵列装置已对先前的相关类型光学鼠标做出明显简化，但仍出于数个原因而不完全令人满意。特定而言，这些装置的一缺点是其沿着与1D阵列取向明显偏离的方向的有限准确度。在其中光学鼠标以一离轴方向移动以使得光斑图案或光学影像在影像有机会建立一明确信号之前过快地进入及离开1D阵列的查看区域的情形中，此尤其是一问题。此种不足可通过增加轴数量而部分地予以补救，但需付出降低线性梳状阵列方法的简化度的代价。 

美国专利申请案第11/261,316号(“Two-Dimensional Motion Sensor”)中揭示的方法避免了1D梳状侦测器的缺点，同时准许更简单、更有效的信号处理以提供2D位移的估计值。 

进一步改良光学导航设备及使用光学导航设备感测移动的方法将更为合意。 

发明内容