CN100557555C - 具有条形码阅读功能的光学鼠标 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学计算机鼠标，其具有能够在表面上移动的支撑结构。照亮表面的区域的照明源耦合到支撑结构。鼠标中的成像系统包括光学传感器阵列和图像处理器，光学传感器阵列接收来自工作表面的被照亮区域的光线，图像处理器接收来自该光学传感器阵列的数据。光学计算机鼠标可以在导航工作模式和条形码阅读工作模式之间切换，在导航工作模式中，图像处理器检测光学计算机鼠标在工作表面上的运动，在条形码阅读工作模式中，图像处理器在光学计算机鼠标扫过条形码时读出条形码。
Description
技术领域
本发明一般地涉及计算机输入外设领域。更具体地说，本发明涉及用于屏幕导航和条形码阅读的光学计算机鼠标。
背景技术
计算机鼠标测量鼠标的运动，并且把该运动转换成可用来控制计算机屏幕上的指针的电信号。计算机鼠标还提供允许用户与计算机交互的按钮。一般来说，计算机鼠标的滚动球在表面上移动时，该计算机鼠标感知滚动球的运动，并且对该运动编码。这种类型的鼠标称为机械鼠标，其包括机械运动部件。近来提出了光学计算机鼠标，这种鼠标利用连续的表面图象之间的变化来估计鼠标在该表面上的运动。这种设计避免了使用运动部件。
条形码阅读器或扫描器是一种光学设备，使用时扫过物体上印制的条形码图案。阅读器中的光电二极管将条形码图案的亮线和暗线转换成电信号，该电信号可以解码来提供有关物体的信息。解码处理测量信号的高低部分的持续时间，并且利用这些测量结果来估计条形码线条的相对宽度。假如阅读器稳定一致地扫过条形码，则该解码是准确的。
条形码阅读器已与机械计算机鼠标结合起来了。这给用户提供了便利，但是复杂度却没有任何的减少，因为光学条形码阅读器没有与机械鼠标共用的部件。
发明内容
本发明一般的涉及具有条形码阅读能力的光学计算机鼠标。根据下面的对本发明的详细描述，本领域的普通技术人员将清楚本发明的目的和特征。
在本发明的一个实施例中，光学鼠标的成像和处理系统被用来提供条形码阅读功能。
附图说明
所附权利要求阐明了本发明的新颖特征。但是，结合附图参考下面对示例性实施例的详细描述，可以最佳理解本发明自身、优选使用模式、以及本发明的其他目的和优点，在附图中：
图1是根据本发明实施例的光学计算机鼠标的截面图。
图2是根据本发明实施例的光学计算机鼠标的框图。
图3是根据本发明实施例的示例性条形码图和由光学计算机鼠标生成的相应信号的波形图。
图4是根据本发明实施例的光学计算机鼠标的成像阵列图。
图5是根据本发明实施例的光学计算机鼠标所产生的信号图。
图6是根据本发明实施例的光学计算机鼠标的工作方法流程图。
具体实施方式
虽然本发明可以有许多不同形式的实施例，但是在图中示出的以及这里将详细描述的只是一个或多个具体的实施例，应当将本公开理解为本发明原理的示例，而不是意图将本发明局限于所示出并描述的具体的实施例。在下面的描述中，相似的标号用来描述在附图的多个视图中相同、类似或相应的部分。
图1是根据本发明实施例的光学计算机鼠标的截面图。鼠标100包括外壳102，外壳102具有底壳104，底壳在不透明的或或反射性的工作表面106上移动。鼠标的底壳104包含允许光通过的孔108。照明装置112(包括照明源和相关照明光学系统)置于外壳内。照明源可以是发光二极管(LED)，或者其他非相干光源。从照明装置112发出的光线114照亮工作表面106上的一个区域。光线114的一部分116被该表面反射，并经孔108进入外壳。在外壳内，光线经过光学耦合系统118，从而被聚焦到形成成像系统120的一部分的光学传感元件阵列上。成像系统120包括光学传感元件阵列、用于存储数字化的光学传感器输出帧的存储器、以及根据连续的数字化光学传感器输出帧对运动进行估计的装置。代表鼠标运动的信号经由微控制器122利用有线或无线通信信道传送给计算机。
成像系统120和微控制器122可配置为检测鼠标100在表面106上的运动，或者读取在表面106上标记的条形码。
图2是根据本发明实施例的光学计算机鼠标的框图。图2示出了成像系统120和微控制器122的工作模式是怎样在导航模式(在该模式中检测鼠标在表面上的运动)和条形码阅读模式之间切换的示例。参考图2，电压信号(Vdd)200经电阻器耦合为向微控制器122提供控制信号204，并且向成像系统120提供控制信号206。开关208断开时，电压信号200被耦合到微控制器122和成像系统120，从而信号204和206为‘高’。开关208闭合时，电压信号被耦合到地210，从而信号204和206为‘低’。在一个实施例中，开关208被提供为鼠标上的按钮。信号204和206可用作中断信号，以改变微控制器122和成像系统120的工作。在一个实施例中，只有当鼠标按钮保持按下时，该光学鼠标才工作在条形码阅读模式。
图3是根据本发明实施例的示例性条形码图和由光学计算机鼠标生成的相应信号的波形图。图3中上面的图示出了示例性条形码部分300，其由不同宽度的亮线和暗线图案组成。当条形码被光源照明，并且光学传感器沿箭头302所示方向扫过条形码时，来自传感器的电压输出随时间的变化如图304中所示。该信号可以被反相，如图306中所示。光学传感器可以是光电探测器阵列中的元件，如光电二极管。
根据本发明的一个方面，当光学鼠标扫过条形码时，光学计算机鼠标中的光学传感元件阵列中的一个或多个光学传感元件被用来探测条形码的亮暗区域。
图4是根据本发明实施例的光学计算机鼠标的成像阵列400的图。在这个例子中，阵列400包括30×30的光学传感元件，但是也可以使用其它尺寸的阵列。在时间T0处，如图所示，条形码的亮区域将光线反射到成像阵列的区域402处，而条形码的暗区域则吸收光，以至于几乎没有光线落在成像阵列的区域404上。在这个例子中，暗区域404沿箭头406的方向扫过该成像阵列(因为鼠标沿相反方向移动)。
在本发明的一个实施例中，当光学鼠标工作在条形码阅读模式时，使用成像阵列的光学传感元件的子集(一个或更多个光学传感元件)。这些元件形成子阵列。例如，可以使用四个光学传感元件构成的组408。来自这个子集的元件的输出可以用各种方式组合。例如，可以使用输出的最大值，使用输出的总和，或者使用输出的中值。一般来说，用于条形码阅读的信号是来自子阵列的输出的函数。
图5是根据本发明实施例的光学计算机鼠标所产生的信号的波形图。图5示出了当条形码的暗区域404沿箭头406的方向扫过成像阵列400时，作为时间的函数的自光学传感元件子集408输出的四个电压输出的总和502。在时刻T0处(即，504处)，输出总和502是低电平，因为四个光学传感元件都处在如图4所示的暗区域内。在稍早时刻T1处，暗区域404尚未到达子阵列，因此输出总和502是高电平。在稍后时刻T2处，暗区域404已经扫过了子阵列，因此输出总和502又变成了高电平。
通过将信号502与位于信号最大电平和最小电平之间的门限电平506进行比较，信号502可以被转换成二进制信号或逻辑信号。
使用光学传感元件子集而不是整个元件阵列减少了要求成像系统的处理器执行的处理量。从而允许成像系统的帧速率比光学鼠标工作在导航模式时快。增加的帧速率提高了条形码阅读器的准确性，并且允许更快速地扫描。例如，每秒6469帧的帧速率允许在快至40英寸每秒的运动时实现准确的条形码阅读。
在导航模式中，光学鼠标对连续的图像帧进行分析来检测鼠标在表面上的运动。例如，该分析可以包括相关处理。为了能够进一步降低处理器需求，当鼠标工作在条形码阅读模式时，可以禁止用于运动检测的分析。
如果鼠标工作在导航模式时使用了自动增益控制(AGC)，则当选择了条形码阅读模式时可以禁止AGC。
当鼠标工作在条形码阅读模式时，可以设置成像系统的快门开启时间来使黑白区域之间的对比度最大化。
本发明的优点在于光学鼠标可以利用同一套组件工作在导航模式或条形码阅读模式。
成像系统和微控制器之间的通信可以根据鼠标工作的模式而改变。
图示出了根据本发明实施例的方法的流程图。在图6中开始框602之后，光学鼠标的成像系统在框604处被设置为工作在与导航相符的动态或标称帧速率处。动态帧速率是可调的，允许控制导航性能。在框606处，选择整个成像阵列，即成像阵列的所有光学传感器元件都要被处理。在框608处，成像系统工作来使用来自成像阵列的连续图像帧执行运动检测。在框610处，输出描述运动的数据，以使得能够实现计算机屏幕的导航。在判决框612处，进行检查以确定用户是否选择了条形码阅读工作模式(阅读模式)。在阅读工作模式下，光学鼠标被配置为作为条形码阅读器工作。用户可以通过保持或按下光学鼠标上的开关或按钮来选择阅读模式。如果未选择阅读模式，则如判决框612的否定分支所示，流程返回到框604，并且鼠标继续工作在导航模式。如果选择了阅读模式，则如判决框612的肯定分支所示，流程继续前进到框614。在框614处，选择成像阵列的光学传感器元件的子阵列进行处理，并且在框616处设置较高的帧速率。因为子阵列要求较少的处理，所以更高的速率是可能的。在框618处，成像阵列基于来自子阵列元件的输出来执行门限检测。来自子阵列元件的各个输出可以进行组合，例如通过求和、使用最大输出、使用中值输出，或者使用输出的加权和。在框618处，将输出与门限电平进行比较，以提供在输出的二进制条形码数据。在另一个实施例中，成像系统对条形码数据进行分析，以估计条形码线条的宽度。然后，宽度值作为数据流被输出到计算机以进行解码。在另一个实施例中，成像系统对条形码数据进行分析并解码。然后，解码的数据被输出到计算机。
在框620之后，流程返回到判决框612，在这里进行检查以确定鼠标是应当继续工作在条形码阅读模式还是返回到导航模式。
在图6中，通过查询开关值来实现导航模式和条形码阅读模式之间的切换。或者如上所述，可以通过生成中断信号来实现模式之间的切换。
虽然已参考优选实施例具体图示并描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，可以在形式和细节上作出各种改变而不脱离本发明的精神和范围。另外，很明显，根据前面的描述，本领域的普通技术人员将清楚多种替换、修改、变换和改变。因此，本发明是要包含落在所附权利要求范围内的所有替换、修改和变化。
Claims (18)
1.一种光学计算机鼠标，包括：
支撑结构，可操作来在表面上运动；
照明源，其耦合到所述支撑结构，可工作来照亮所述表面的区域；
成像系统，其耦合到所述支撑结构，所述成像系统包括：
光学传感器阵列，可工作来感知来自所述表面的被照亮区域的光线；以及
图像处理器，可工作来接收来自所述光学传感器阵列的信号；
其中，所述光学计算机鼠标可在导航工作模式和条形码阅读工作模式之间切换，在所述导航工作模式中所述图像处理器可工作来检测所述光学计算机鼠标在所述表面上的运动，在所述条形码阅读工作模式中所述图像处理器可工作来在所述光学计算机鼠标扫过条形码时读出所述条形码，
其中，所述图像处理器在所述光学计算机鼠标工作在所述导航工作模式时可工作来以第一帧速率接收来自所述光学传感器阵列的信号，在所述光学计算机鼠标工作在所述条形码阅读工作模式时可工作来以第二帧速率接收来自所述光学传感器阵列的信号，其中所述第二帧速率大于等于第一帧速率。
2.如权利要求1所述的光学计算机鼠标，其中，当所述光学计算机鼠标工作在所述条形码阅读工作模式时，所述图像处理器可工作来接收来自所述光学传感器阵列的子阵列元件的信号。
3.如权利要求2所述的光学计算机鼠标，其中，当所述光学计算机鼠标工作在所述条形码阅读工作模式时，所述图像处理器可工作来通过将所述光学传感器阵列的子阵列元件输出总和与门限电平进行比较来读出所述条形码图案。
4.如权利要求2所述的光学计算机鼠标，其中，当所述光学计算机鼠标工作在所述条形码阅读工作模式时，所述图像处理器可工作来通过将所述光学传感器阵列的子阵列元件输出最大电平与门限电平进行比较来读出所述条形码图案。
5.如权利要求2所述的光学计算机鼠标，其中，当所述光学计算机鼠标工作在所述条形码阅读工作模式时，所述图像处理器可工作来通过将所述光学传感器阵列的子阵列元件输出中值电平与门限电平进行比较来读出条形码图案。
6.如权利要求1所述的光学计算机鼠标，其中，所述成像系统还包括快门，用于控制光线从所述表面到所述光学传感器阵列的通路，其中在所述鼠标工作在条形码阅读工作模式时，所述快门的开启时间被设置为使所述表面的亮暗区域之间的对比度最大化。
7.如权利要求1所述的光学计算机鼠标，还包括微控制器，可工作来控制所述光学计算机鼠标的工作，以及所述光学计算机鼠标与计算机之间的通信。
8.如权利要求1所述的光学计算机鼠标，还包括开关，可工作来在所述导航工作模式和所述条形码阅读工作模式之间切换所述光学计算机鼠标。
9.一种光学计算机鼠标，包括：
支撑结构，可操作来在表面上移动；
照明装置，用于照亮所述表面的区域；
成像装置，其耦合到所述支撑结构，所述成像装置包括：
光学传感阵列，用于感知自所述表面的被照亮区域接收到的光线；
处理器装置，可工作来接收来自所述光学传感阵列的数据；以及
开关装置，用于在导航工作模式和条形码阅读工作模式之间切换所述光学计算机鼠标，在所述导航工作模式中所述处理器装置检测所述光学计算机鼠标在所述表面上的运动，在所述条形码阅读工作模式中所述处理器装置在所述光学计算机鼠标扫过条形码时读出所述条形码，
其中，所述处理器装置在所述光学计算机鼠标工作在所述导航工作模式时可工作来以第一帧速率接收来自所述光学传感阵列的信号，在所述光学计算机鼠标工作在所述条形码阅读工作模式时可工作来以第二帧速率接收来自所述光学传感阵列的信号，其中所述第二帧速率大于等于第一帧速率。
10.一种用于具有条形码阅读能力的光学计算机鼠标的工作方法，所述方法包括：
如果所述光学计算机鼠标工作在导航工作模式，则
以第一帧速率接收来自光学传感元件阵列的第一组多个信号；
处理所述第一组多个信号来估计所述光学计算机鼠标在表面上的运动，以产生运动数据；以及
输出所述运动数据；以及
如果所述光学计算机鼠标工作在条形码阅读工作模式，则
以第二帧速率接收来自所述光学传感元件阵列的子阵列元件的第二组多个信号；
处理所述第二组多个信号来估计条形码图案的存在，以产生条形码数据；以及
输出所述条形码数据，
其中，所述第二帧速率大于等于所述第一帧速率。
11.如权利要求10所述的方法，其中，处理所述第一组多个信号包括比较来自所述光学传感元件阵列的信号的连续帧。
12.如权利要求10所述的方法，其中，处理所述第二组多个信号包括：
将所述第二组多个信号的函数与门限电平进行对比；
如果所述第二组多个信号的函数大于所述门限电平，则将所述条形码数据设置为第一二进制电平；以及
如果所述第二组多个信号的函数小于所述门限电平，则将所述条形码数据设置为第二二进制电平。
13.如权利要求12所述的方法，其中，处理所述第二组多个信号还包括：
确定所述第二组多个信号的函数大于所述门限电平持续时间长度；以及
确定所述第二组多个信号的函数小于所述门限电平持续时间长度。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述第二组多个信号的函数是所述第二组多个信号的总和。
15.如权利要求12所述的方法，其中，所述第二组多个信号的函数是所述第二组多个信号的最大电平。
16.如权利要求12所述的方法，其中，所述第二组多个信号的函数是所述第二组多个信号的中值电平。
17.如权利要求10所述的方法，还包括根据所述光学计算机鼠标上的开关位置来选择所述导航工作模式或所述条形码阅读工作模式。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述开关生成中断所述光学计算机鼠标处理器的中断信号。
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