CN101957675A

CN101957675A - 光学与加速度联合定位笔形鼠标

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Publication number: CN101957675A
Application number: CN2010105031421A
Authority: CN
Inventors: 邓仕林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2011-01-26

Abstract

一种呈笔形的鼠标，包括光学传感器、加速度传感器、压力传感器、微控制单元，其中微控制单元用以接收光学位移量、加速度讯号、压力传感器与工作面的接触讯号，并以相应的计算方法判断鼠标与工作面的相对位移量。

Description

光学与加速度联合定位笔形鼠标

技术领域：

本发明涉及一种采用光学传感器定位与加速度传感器定位相结合的笔形鼠标装置以及其的定位的处理方法。具体涉及这样一种鼠标装置及其定位的处理方法，其中，微控制单元，用以接收光学位移量、加速度讯号、压力传感器与工作面的接触讯号，并以相应的计算方法判断鼠标与工作面的相对位移量。

背景技术：

现有的普通鼠标中，由于使用时物距相对固定，使用固定物距的光学成像装置即可准确成像与定位。在2001年5月15日发布的名称为“CMOS数字光学导引芯片”的美国专利第6233368B1号中专门公开了这种光鼠标的原理。在该专利中，利用光鼠标内容纳的发光器照亮直接布置在光鼠标下方的工作面，装在里面的成像系统使工作面的任意图形或特征在CMOS传感器的光感应面上成像。由于该鼠标在工作时与工作面直接接触，工作面与成像装置的距离固定，使用固定物距的成像透镜准确成像与定位。

由于鼠标形状与普通书写工具形状不同，其要整个鼠标握在手里进行操作，所以很难实现书写及绘图操作。已经开发了这样一种笔形鼠标装置，当其执行精密绘图操作或书写时，它能实现准确的光标控制和简单的书写。于2000年11月21日发布的美国专利第6151015号(此后称“015专利”)名称为“类似笔的计算机指示装置”中公开了这样一种笔形鼠标的例子。正如图1中所示，指示装置包括圆柱体102、发光光源104、透镜110、光学移动传感器108、开关106、通信链路116和118、按钮112和114。发光光源104发出光，透镜110使工作面反射的光线在光学移动传感器108上成像。于是，当光学移动传感器108捕捉到通过透镜110成像的工作面的图像时，可从图像的变化获得指示装置的运动方向和运动量。

然而，“015专利”的光学成像装置在进行绘图或书写时存在较大的缺点，当指示装置与工作面的距离变动较大时，由于固定像距的光学成像系统的景深限制，使其工作面在图像传感器上的成像模糊不清，从而影响传感器对图像的捕捉，造成定位困难。参照图4对文字“X”的输入，笔的操作通常由下笔动作和提笔动作组合而成。图2中，当写下字母“X”时，书写动作由以下步骤组成：一、步骤M1：在特定点下笔，然后写下“/”；二、步骤M2：提笔，然后在空中划一顺时针的圆弧；三、步骤M3：在特定的点下笔，写下“\”，然后提笔。在整个书写过程中，无论下笔和提笔都要求鼠标保持精确的定位。通常在提笔动作中与工作面分开的距离视不同的人的使用习惯而有所不同。但提笔动作时，由于透镜的景深限制，常出现成像模糊不清，难以准确定位。

为了使笔形的鼠标在三维空间中均能实现定位，已经开发了这样一种鼠标，其在鼠标中置入加速度传感器，通过对鼠标的加速度进行检测，计算鼠标的空间位移量。于2009年9月2日公开的中国申请号200820026207.6(此后称“076专利”)名称为“加速度传感器鼠标笔”中公开了这样一种鼠标的例子。正如图3中所示，它包括一加速度传感器模块、一无线发送模块、一无线接收模块及一驱动模块。由于利用检测鼠标的加速度定位，需要预先确定鼠标的初始运动向量，但该方案使用判定鼠标静止期用初始向量，在长时间连续使用易出现光标明显漂移。

为了克服笔形光学鼠标在提笔时的定位困难，及加速度传感器鼠标初始向量较难确定，在使用中易出现光标明显漂移的问题，需要这样一种笔形鼠标，其能在笔形鼠标较小的体积内安装，并能使笔形鼠标在流畅书写或绘图时，无论下笔和提笔都要求鼠标保持精确的定位。

发明内容：

构思本发明就是为了解决上述问题。本发明的主要目的是提供一种能安装在笔形鼠标内的一套定位装置，它能在笔形鼠标较小的体积内安装，并能使笔形鼠标在流畅书写或绘图时，无论下笔和提笔都要求鼠标保持精确的定位。它根据：1、固定像距的光学鼠标能够在一定固定的物距下能精确定位；2、在初始运动向量已知的情况下，应用加速度传感器感测鼠标的加速度变化，能根据感测到的加速度改变能顺利计算运动向量的变化，从而计算位移量，实现定位；3、在鼠标的前端安装压力传感器，能正确判断鼠标与工作面的接触与否及接触压力。依据以上的特性，采用在笔形鼠标中同时内置光学传感器、加速度传感器、压力传感器等，利用光学传感器和加速度传感器的各自特点，形成优势互补，精确定位。

当压力传感器感测到与工作面接触时，在工作面良好时，鼠标的光学传感器能准确定位，光学传感器检测到的位移信息与加速度传感器的加速度信息相符，此时主要以光学传感器检测到的位移量判断鼠标在工作面平面方向的相对位移量；在工作面不良等引起鼠标的光学传感器定位不良，光学传感器检测到的位移信息与加速度传感器的加速度信息不相符时，则利用光学传感器的定位信息或判定的静止状态作初始运动向量，并利用之后的加速度传感器感测到的加速度的变化计算其运动的改变，以计算其位移量。当压力传感器感测到与工作面分离后，也利用光学传感器的定位信息或判定的静止状态作初始运动向量，并利用之后的加速度传感器感测到的加速度的变化计算其运动的改变，以计算其位移量。

进一步地，当鼠标长时间未与工作面正行接触定位时，可利用加速度传感器判定鼠标的静止状态。

应用笔形鼠标进行光标定位、书写或空中模拟书写时，设定空间中的与光学定位装置的透镜组光轴垂直的某一平面为工作面，在平面上分别设定相互垂直的两轴为X轴和Y轴，垂直于平面设一Z轴，三轴相互垂直并相交。

设定：

实测加速度：a₀(指未去除重力加速度影响的加速度，即实测加速度)

运动加速度：a(指去除重力加速度影响后的加速度，即运动加速度)

重力加速度：G

实际重力加速度：G₀

时间：T

不相等时间：t’(指加速度传感器检测到的在与工作平面平行方向的运动加速度(a)与光学传感器检测到的在该平面的运动加速度不相等的时间)

预设时间：t1、t2

t2＞t1

当加速度传感器检测到的实测加速度(a₀)等于或近似于预设的重力加速度(G)(a≈G)，并且累计时间(T)超过预设时间t1(T＞＝t1)，并且光学传感器未检测到鼠标的移动信息，则判定为鼠标为静止状态(即鼠标在X轴、Y轴、Z轴方向上的运动向量均为零)；进一步地，因单独应用加速度传感器作连续定位的时间(t’)越长，出现光标漂移的可能性越大，光标漂移越明显，因此，应用上述方法作鼠标静止状态的判定时，t1可根据t’作调整，t’越小，t1也可适当缩短。

在产品出厂时通常检测并设定相应条件下的预设的重力加速度(G)值，由于加速度传感器常由于温度、使用时间等关系在不同工作条件下的检测准确性可能存在偏差，导致检测到的重力加速度(G)也可能存在偏差，因此，常需动态校准，校准方法可采用：当加速度传感器检测到的实测加速度(a₀)等于或近似于预设的重力加速度(G)(a≈G)，并且累计时间(T)超过预设时间t1(T＞＝t2)，并且光学传感器未检测到鼠标的移动信息，根据静止时间、原预设的G值等加权计算G值，并重新设定预设的G值。

附图说明：

通过结合附图对给出的优选实施方式的以下描述，可使本发明的上述目的和特征变得清楚。其中：

图1是“015专利”名称为“类似笔的计算机指示装置”的结构示意图；

图2是表示书写字母“X”的步骤图；

图3是“076专利”名称为“加速度传感器鼠标笔”的笔形鼠标结构示意图；

图4是“光学与加速度联合定位笔形鼠标”的一实施例的结构示意图；

图5是“光学与加速度联合定位笔形鼠标”的另一经改良后的实施例的结构示意图；

图6是图4、图5的“光学与加速度联合定位笔形鼠标”的一优选的电路方块图。

图7是图4、图5的“光学与加速度联合定位笔形鼠标”的一优选的定位判断与计算方法的流程图。

具体实施方式：

下面将参照附图详细描述本发明的优选实施方式来表达本发明的内容。

上述附图中，1、图像传感器；2、加速度传感器；3、压力传感器；4、微控制与信息传输单元；5、照明光源；6、透镜组与光路；7、电源模块；8、工作面；9、反射镜。

图4是“光学与加速度联合定位笔形鼠标”的结构示意图。在图中，压力传感器(3)安置在笔形鼠标最前端，用于检测鼠标与工作面(8)的接触压力，并输出压力信息到微控制与信息传输单元(4)。照明光源(5)、透镜组与光路(6)、图像传感器(1)、加速度传感器(2)依次安置在笔形鼠标的前端，照明光源(5)照亮工作面(8)，工作面(8)反射的光线经透镜组与光路(6)在图像传感器(1)的光感应面上成像，图像传感器(1)检测图像的位移情况，并输出光学位移信息到微控制与信息传输单元(4)。加速度传感器(2)主要检测与工作面(8)平行的各方向的加速度变化情况，并输出加速度信息到微控制与信息传输单元(4)。进一步地，加速度传感器(2)也可检测笔形鼠标的3维加速度情况，以更好地了解鼠标的运动轨迹，完成更高级的功能，如空中虚拟点击确认等操作。微控制与信息传输单元(4)、电源模块(7)位于笔形鼠标的中后部；微控制与信息传输单元(4)接收鼠标与工作面(8)的接触压力信息、光学位移信息、加速度信息，并按图7的定位流程图所示，完成定位的判断与计算，并与计算机通讯。进一步地，定位信息的处理与计算可由微控制与信息传输单元(4)单独完成，也可由计算机完成，或共同计算完成。

如图7的定位的判断与计算方法的流程图所示，当压力传感器感测到与工作面接触时，在工作面良好时，鼠标的光学传感器能准确定位，光学传感器检测到的位移信息与加速度传感器的加速度信息相符，此时主要以光学传感器检测到的位移量判断鼠标在工作面平面方向的相对位移量；在工作面不良等引起鼠标的光学传感器定位不良，光学传感器检测到的位移信息与加速度传感器的加速度信息不相符时，则根据原有的光学位移信息或静止状态判定信息，依据加速度传感器检测到的加速度变化计算鼠标的位移。当压力传感器感测到与工作面分离后，根据原有的光学位移信息或静止状态判定信息，依据加速度传感器检测到的加速度变化计算鼠标的位移。

图5是“光学与加速度联合定位笔形鼠标”的另一经改良后的实施例的结构示意图。其结构与图4的实施例基本相同，不同的是，其图像传感器(1)的长轴方向与笔形鼠标的长轴方向一致，光路采用反射镜作调整，这有利于安置体积相对较大的传感器，并利于笔形鼠标的小型化。

图4、图5的“光学与加速度联合定位笔形鼠标”的实施例中，其图像传感器(1)、加速度传感器(2)、压力传感器(3)、微控制与信息传输单元(4)的电路连接如图6的电路方块图所示。

本发明的特点及效果是：鼠标形状呈笔形，在笔形鼠标的前端安置有压力传感器、图像传感器、加速度传感器，利用图像传感器、加速度传感器各自的不同工作特性，应用压力传感器检测笔形鼠标是否与工作面接触，在鼠标与工作面接触状态不同时，应用不同的运动判断方案，使鼠标在常规书写或作图的整个流程均能准确定位。

本发明并不限于前面所述的实施例，本领域的普通的技术人员要理解的是可对它作出变化和改进，这不会脱离由所附加的权利要求限定的本发明的精神和范围。

Claims

1.一种呈笔形的鼠标，包括光学传感器、加速度传感器、压力传感器、微控制与传输单元组成。

2.如权利要求1所述的笔形鼠标，其中光学传感器，用以检测该笔形鼠标相对工作面的位移量，以输出一光学位移信息。

3.如权利要求1所述的笔形鼠标，其中加速度传感器，用以检测该鼠标的加速度，并据以输出一加速度信息。

4.如权利要求1所述的笔形鼠标，其中压力传感器，用以检测鼠标有否与工作面接触和/或鼠标与工作面接触的压力，并据以输出一压力信息。

5.如权利要求1、2、3、4所述的笔形鼠标，其中微控制与传输单元，用以接收光学位移信息；该微控制单元还接收加速度信息；该微控制单元还接收压力信息；根据光学位移信息、加速度信息、压力信息，判断与计算鼠标与工作面的相对位移量，并输出讯号至计算机。