[发明专利]具有多个彩色光源的高解析度与高敏感度移动检测器

说明书

技术领域

本发明为一高解析度(high resolution)与高敏感度(high sensitivity)光学鼠标(Optical mouse)，该光学鼠标具有多个光源(multiple light sources)。所述多个光源的配置与调变法，根据色彩学的调色法(Colorimetry)，自动调整其功能(如投射光强度，intensity)。其比色的依据，来自于该光学鼠标所捕捉到的彩色数字图像(digital image)。

背景技术

现今有许多的电子系统，例如工业电脑、工作站、台式电脑、笔记本电脑、手机等等，都必需要靠光学鼠标来感测操作员手部(或者是手指)的运动，然后把该运动转译成一个指令，或是一个显示器(Display)上的光标(Cursor)的移动向量(Motion vector)。在传统光学鼠标的内部里，置有一个图像检测器(Image sensor)，能以每秒极多的张数(Frame rate)，拍摄一系列的照片，进而分析这些照片。这样的设计，存在着几个设计上的变因，会影响到该图像检测器(Image sensor)的功能；例如，光电二极管(Photodiode)的尺寸大小(此与像素大小(Pixel size)有关)、镜头(Lens)的品质、照明光(Illuminating light)的强度(Intensity)与角度(Incident angle)，等等。在光学鼠标工业里，所谓的解析度(Resolution)指的是当鼠标移动时，整个图像检测器加上镜头的模块，每一寸里能看到多少个像素(Pixels per inch)。如果某光学鼠标的解析度高，则操作员可以以较少的鼠标移动量来达到所需的光标移动向量，如此可降低对该鼠标每秒拍摄照片的张数(Frame rate)的要求，并且进而达到省电的目的。以现今技术而言，大部分的光学鼠标可以达到每秒拍摄数千张照片的规格，而其解析度约在每寸有700至800个像素(700-800pixels per inch)左右。游戏用的鼠标比一般的光学鼠标有较高的解析度(例如大于1000pixels per inch)，如此可使其操作的平顺度与精确度再提升一些。上述的鼠标虽可满足一般使用者的需求(例如，把一个鼠标摆在木板上)。当遇到一个非常光滑的表面(surface)(例如一个有光泽的板子)，传统的光学鼠标会变得相当迟钝、缓慢，而且不稳定。此时有许多的能量都浪费到多余的计算上，更有甚者，其结果还是错的。

图1所示为一传统光学鼠标102，其上具有一鼠标按键101(Select button)，通用串行总线(USB，Universal serial bus)连线105，该连线可将该鼠标连接至电脑。此外，在该鼠标下部的空室106里，还嵌有一单色光源103，当其发射的光线照射在被追踪的桌表面107，部分反射光线将被图像检测器104撷捕到。

图2所示为示范例，它解释一个在桌面上的灰尘颗粒，遇到光学鼠标时，如何成像于图像检测器104上。此时整个灰尘颗粒的表面是用像素201，204，以及205等来代表的。值得注意的是，像素201与205之间的灰阶(Grey level)的差距，通常小于像素201与203之间的灰阶(Grey level)的差距。因此，为达到最佳的形状辨识效果，传统光学鼠标多希望能通过光学的方法，有效且快速地辨认出边界、锐利的尖头等等。为达此目的，公知的技术多半利用照明的技术来使得物体(例如，表面的纹理、灰尘等)看起来更突出于背景之上。其理论如下：在材料科学里，物体表面的粗糙度，通常以Ra表示(明确地说，Ra是一个表面与另一个理想的表面间的垂直距离的差距--yi，取算术平均值)，用数学公式表达，则是

物体表面的粗糙度对物体的微观图像(Microscopic image)，有重大的影响，原因是很多在物体表面的微小的突出物，会在图像里形成彼此分明的阴影，这些阴影使得图像检测器比较容易看到欲追踪的物体。

图3A表示的是一个传统光学鼠标，经过一个倾斜的光源(约与被追踪物体的表面成45度)照明后，所拍摄的图像。该图像里的灰尘形成的影子，可以用像素P1、P2以及P3来代表。像素P4代表的是物体的上表面。值得注意的是，像素P1与代表背景的P5的灰阶对比，通常大于物体的上表面(即P4)各像素间的灰阶对比。事实上，为求鼠标功能最佳表现，P4往往被希望是变化越小越好。为了使影子与背景有最大的对比，而且使物体的上表面有最小的对比，传统光学鼠标可以再加上第二个扩散型光源(Diffused light)，当其照在P4的平面上，以及背景处时，会形成看似平坦的物体图像，而这些区域本来就是不需要用来做形状辨识的，所以它们的变化越小越好。