CN103123542A - 光学鼠标及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种光学鼠标的操作方法，包括第一模式及第二模式。该第一模式中，该光学鼠标根据相对手指表面的多张影像图框检测手指位移量、接触状态以及生理特征。该第二模式中，该光学鼠标根据相对工作表面的多张影像图框计算鼠标位移量。本发明还提出一种光学鼠标。

Description

光学鼠标及其操作方法

技术领域

本发明是关于一种人机界面装置，特别是关于一种可同时检测使用者生理特征以及鼠标位移量的光学鼠标。

背景技术

光学手指鼠标(optical finger mouse，OFM)由于体积小，通常适合搭配于其他电子装置。光学手指鼠标可用于检测使用者手指表面反射光线的光强度变化，藉以判断手指的接触状态以及手指相对于触控面的位移量。然而，随着工业化的发展，使用者使用各式电子装置的时间逐渐增加，甚至超出体力负荷而不自觉。因此，如果电子装置同时具有检测使用者生理特征的功能并能在必要时提出警示，则可避免过度使用的情形发生。

已知血氧饱和仪(pulse oximeter)是利用非侵入式的方式来检测使用者的血氧浓度及脉搏数，其可产生红光光束(波长约660纳米)及红外光光束(波长约910纳米)穿透待测部位，并利用带氧血红素(oxyhemoglobin)及去氧血红素(Deoxyheamo-globin)对特定光谱具有不同吸收率的特性以检测穿透光的光强度变化，例如参照美国专利第7,072,701号，标题为“血氧浓度的监测方式(Method for spectrophotometric blood oxygenationmonitoring)”。检测出两种波长的穿透光的光强度变化后，再以下列公式计算血氧浓度

血氧浓度＝100％×[HbO₂]/([HbO₂]+[Hb])；

其中，[HbO₂]表示带氧血红素浓度；[Hb]表示去氧血红素浓度。

一般血氧饱和仪所检测到的两种波长的穿透光的光强度会随着心跳而呈现如图1所示的变化，这是由于血管会随着心跳不断地扩张及收缩而使得光束所通过的血液量改变，进而改变光能量被吸收的比例。藉此，根据不断变化的光强度信息则可计算血液对不同光谱的吸收率，以分别计算带氧血红素浓度及去氧血红素浓度等生理信息，最后再利用上述血氧浓度公式计算血氧浓度。

然而，由于血氧饱和仪是检测穿透光线的光强度变化，因而会随着不同的待测部位而检测到不同的光强度信号；此外，当已知血氧饱和仪所检测的待测部位发生移动时，则会检测到剧烈变动的混乱波形而无法据以正确计算出生理信息，因而其并不适用于移动中操作的电子装置。

鉴于此，本发明提出一种可同时检测使用者生理特征以及鼠标位移量的光学鼠标，且在检测生理特征时，可有效消除手指移动所造成的信号干扰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学鼠标及其操作方法，其通过分析手指的反射光信号以检测手指位移量、接触状态以及使用者生理特征，并通过分析工作表面的反射光信号以计算该光学鼠标的一鼠标位移量。

本发明的另一目的在提供一种鼠标控制芯片，其通过分析手指的反射光信号以检测一手指位移量、一接触状态以及使用者生理特征，并通过分析工作表面的反射光信号以计算该光学鼠标的一鼠标位移量，藉以输出经编码、排序及/或压缩的该手指信息、生理信息及鼠标位移量信息。

本发明的另一目的在提供一种光学鼠标及其操作方法，其可同时检测手指位移量及接触状态、使用者生理特征及鼠标位移量，并具有消除环境光源影响的机制。

本发明的另一目的在提供一种光学鼠标及其操作方法，其可同时检测手指位移量及接触状态、使用者生理特征以及鼠标位移量，并具有降低干扰的机制。

本发明的另一目的在提供一种光学鼠标及其操作方法，其可同时检测手指位移量及接触状态、使用者生理特征以及鼠标位移量，并在闲置预设时间后即进入休眠模式。

本发明的另一目的在提供一种光学鼠标及其操作方法，其可同时检测手指位移量及接触状态、使用者生理特征以及鼠标位移量，在手指位移量太大时可舍弃或不计算生理特征。

为达上述目的，本发明提供一种光学鼠标用于检测手指的生理特征或该光学鼠标相对于工作表面的鼠标位移量。该光学鼠标包括至少两光源、光源控制单元、至少一个图像传感器及处理单元。该至少两光源发出不同波长的光至该手指及该工作表面。该光源控制单元控制该等光源发光。该至少图像传感器获取该手指的反射光以输出相对该手指的多张图像图框及获取该工作表面的反射光以输出相对该工作表面的多张图像图框。该处理单元根据相对该手指的所述图像图框计算该生理特征或根据相对该工作表面的所述图像图框计算该鼠标位移量。

根据本发明的另一特点，本发明还提供一种光学鼠标的操作方法，利用切换单元切换在第一模式与第二模式间。该操作方法包括下列步骤：该第一模式中，该光学鼠标根据相对手指表面的多张图像图框计算生理特征；以及该第二模式中，该光学鼠标根据相对工作表面的多张图像图框计算鼠标位移量。

根据本发明的另一特点，本发明还提供一种光学鼠标，包括光学手指鼠标、光学导航装置及切换单元。该光学手指鼠标用于检测手指的血氧浓度及脉搏数至少其中之一者。该光学导航装置用于检测该光学鼠标相对于工作表面的鼠标位移量。该切换单元用于切换该光学鼠标操作为该光学手指鼠标或该光学导航装置。

本发明的光学鼠标还包括至少一个导光件引导所述光源所发出的光至该手指表面或该工作表面。

本发明的光学鼠标及其操作方法中，该生理特征包括血氧浓度及脉搏数。本发明通过使用独立元件分析法或盲信号源分离法来分离手指移动信息及生理信息，可消除手指移动造成的信号干扰。

附图说明

图1显示血氧饱和仪所检测穿透光的光强度变化的示意图；

图2A显示本发明一个实施例的光学鼠标的示意图；

图2B显示本发明一个实施例的光学鼠标的方块图；

图3显示本发明实施例的光学鼠标的图像传感器所获取手指相关的图像图框的示意图；

图4显示本发明实施例的光学鼠标的图像传感器，其包括滤光器设置于部分感测面前方；

图5显示本发明实施例的光学鼠标中，手指相关的图像图框的图像获取与光源点灭的示意图；

图6显示本发明实施例的光学鼠标的处理单元分离手指移动信息及生理信息的示意图；

图7显示本发明实施例的生理特征检测方法的流程图；

图8-10显示本发明另一个实施例的光学鼠标的方块示意图。

附图标记说明

1光学鼠标         111-113光源

121、122导光件    13触控件

13S触控面         141、142图像传感器

141f滤光器        141S感测面

15处理单元         151手指检测单元

152位移检测单元    16光源控制单元

17存储单元         18传输界面

19切换单元         7工作表面

80表示单元         81控制单元

9手指              9S手指表面

I₁-I_2N图像图框     B₁-B_2N、B₁′-B_2N′平均亮度

具体实施方式

为了让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显，下文将配合所附图示，作详细说明如下。在本发明的说明中，相同的构件是以相同的符号表示，在此先说明。

参照图2A所示，其显示本发明实施例的光学鼠标1的示意图。该光学鼠标1的操作方法包括第一模式及第二模式，并利用切换单元切换在该第一模式及该第二模式间。该第一模式用于检测使用者的手指9相对于该光学鼠标1的手指位移量、接触状态及该使用者的生理特征，其中该生理特征例如包括血氧浓度及脉搏数等；该第二模式用于检测该光学鼠标1相对工作表面7的鼠标位移量。本实施例中，该光学鼠标1在静止预设时间、所获取该工作表面的图像图框品质低于预设值或该切换单元被使用者触发时，则进行手指检测(即由第二模式切换至第一模式)；该第一模式中，当判断该接触状态为接触态，才开始进行该手指位移量及该生理特征的检测。

图2A中，该光学鼠标1包括三个光源111-113、两个导光件121-122(此处导光件的数目仅为例示性)、触控件13、两个图像传感器141-142、处理单元15、光源控制单元16及切换单元19。必须说明的是，图2A中各构件的空间关系仅为例示性，并非用于限定本发明。所述光源111-113例如可为发光二极管或激光二极管，其中所述光源111及112分别产生不同波长的光至该手指表面9S，所述波长较佳为已知血氧仪所使用的两个波长，例如约660纳米的红光以及约905、910或940纳米的红外光；该光源113较佳发出波长短于所述光源111及112所发出的波长的红光或蓝光至该工作表面7。本实施例中，所述光源111及112是用于手指检测，该光源113是用于鼠标位移量检测。可以了解的是，此处所述波长是指光源发光光谱的中心波长。

该导光件121用于将所述光源111及112所发出的光引导至该触控件13，该导光件122用于将该光源113所发出的光引导至该工作表面7(一般通过该光学鼠标1壳体下表面的一个开孔)；其中，所述导光件121及122只要能够达到引导光线的目的即可，其结构及导光方式并无特定限制。其他实施例中，如果所述光源111-113所发出的光能够分别入射至该触控件13及该工作表面7，所述导光件121及122亦可能不予实施。

该触控件13具有触控面13S供该手指9在其上操控，该触控件13较佳相对于所述光源111及112所发出的光为透明。当该手指9靠近或接触该触控面13S时，所述光源111及112所发出的光被反射。可以了解的是，该触控面13S的面积可大于或小于该手指表面9S，并无特定限制。

该图像传感器141以一取样参数接收来自该触控件13(该手指表面9S)的反射光以产生多张图像图框(图像图框例如具有16×16像素)；其中该取样参数例如包括曝光时间、图像增益等。该图像传感器142以一取样频率获取来自该工作表面7的反射光以产生多张图像图框；其中该取样频率可为一般光学鼠标所使用者。该图像传感器141较佳为主动阵列式图像传感器，例如CMOS图像传感器，该图像传感器142例如可为CCD图像传感器、CMOS图像传感器；其中，所述图像传感器141及142亦可为其他用于感测图像图框的元件。

该处理单元15根据该图像传感器141所输出相对该手指9的多张图像图框检测该手指9相对该触控面13S的手指位移量、接触状态及该使用者的生理特征(第一模式)，或根据该图像传感器142所输出相对该工作表面7的多张图像图框计算该光学鼠标1相对该工作表面7的鼠标位移量(第二模式)。该处理单元15所求得的该手指位移量、接触状态、生理特征以及鼠标位移量例如可被传送至具有至少一个表示单元的电子装置以进行显示或相对应控制；其中，该表示单元例如可为显示器、灯号、七字节显示及/或声音装置。该电子装置可为可携式电子装置或一般家用电子装置。

该光源控制单元16耦接该处理单元15，以配合所述图像传感器141或142的图像图框获取控制所述光源111-113发光，其实施方式将详述于后。

本实施例中，所述光源111及112、该图像传感器141、该处理单元15(手指检测单元151)及该光源控制单元16是作为光学手指鼠标，用于检测该手指9的接触状态、手指位移量及生理特征。该光源113、该图像传感器142、该处理单元15(位移检测单元152)及该光源控制单元16是作为光学导航装置，用于检测该光学鼠标1相对该工作表面7的鼠标位移量。该切换单元19可切换该光学鼠标1操作为光学手指鼠标或光学导航装置。

参照图2A及2B所示，图2B显示本发明实施例的光学鼠标1的方块图，其包括第一光源111、第二光源112、第三光源113、图像传感器141、图像传感器142、该处理单元15、该光源控制单元16、存储单元17、传输界面18及该切换单元19；其中，由于该处理单元15是进行多功能运算，该处理单元15可包括手指检测单元151用于检测该手指9相对该触控面13S的该手指位移量、接触状态以及生理特征，并包括位移检测单元152用于检测该光学鼠标1相对该工作表面7的该鼠标位移量；亦即，该处理单元15可为单一元件或分为两个单元。

该第一光源111例如发出波长约为660纳米的红光至该手指9；该第二光源112例如发出波长约为905、910或940纳米的红外光至该手指9；广义的说，该第一光源111及该第二光源112可分别发出已知血氧仪所使用的两个波长的光。该第三光源113例如发出波长短于所述光源111及112所发出光的波长的红光或蓝光至该工作表面7。该图像传感器141、图像传感器142及该光源控制单元16的功能如前所述，故在此不在赘述。该存储单元17用于储存该处理单元15所求得的该手指位移量、接触状态、生理特征、鼠标位移量以及计算过程中所需的各种参数信息。该传输界面18则用于将该存储单元17所储存的该手指位移量、接触状态、生理特征及鼠标位移量通过有线或无线传输方式传输至控制单元81；其中，有线及无线传输技术已为已知，故在此不再赘述。该控制单元81可内建在具有至少一个表示单元80的电子装置内或独立于其外，用于控制该电子装置来通过该表示单元80显示及/或回应所接收的该手指位移量、接触状态、生理特征及鼠标位移量。该切换单元19用于切换该光学鼠标1的工作模式，用于在第一模式切换该处理单元15根据相对该手指9的多张图像图框检测该手指位移量、接触状态及生理特征，或者用于在第二模式切换该处理单元15根据相对该工作表面7的多张图像图框检测该鼠标位移量；其中，该切换单元19例如可为机械式开关或者为电子开关。该机械式开关可由使用者控制两种工作模式的切换；该电子开关可当该处理单元15判断该光学鼠标1对该工作表面7静止(鼠标位移量等于零)超过预设时间或相对该工作表面7的图像图框品质低于预设值(例如光学鼠标1离开桌面)时，切换第二模式切换至第一模式；当处理单元15判断该光学鼠标1相对该工作表面7开始移动时则由第一模式切换至第二模式。

本发明实施例的光学鼠标1可搭配具有表示单元80的电子装置，让使用者可通过该光学鼠标1控制该表示单元80所显示的光标或该电子装置所执行的软件，并在该光学鼠标1的切换单元19受到触发时表示该使用者的生理特征以供该使用者参考，并在生理特征显示为疲劳状态时(根据生理特征的数值)对该使用者提出警示；其中，显示生理特征及警示的方式例如可利用软件执行画面显示、灯号显示或声音显示的方式来达成，并无特定限制。

例如，当该光学鼠标1切换为第二模式时，该光源控制单元16控制该第三光源113发光，该图像传感器142接收来自该工作表面7的反射光并输出图像图框，该处理单元15(位移检测单元152)则计算该光学鼠标1相对该工作表面7的鼠标位移量；其中，计算鼠标位移量的方式例如可根据图像间的相关性、区块匹配(block matching)、动作检测演算法或其他方式。最后，该光学鼠标1则输出所求得的该鼠标位移量。

例如，当该光学鼠标1切换为第一模式时，该光源控制单元16控制该第一光源111及该第二光源112发光，该图像传感器141接收来自该手指表面9S的反射光并输出图像图框，该处理单元15(手指检测单元151)则检测该手指表面9S相对该工作件13的手指位移量、接触状态及生理特征。最后，该光学鼠标1则输出所求得的该手指位移量、接触状态及生理特征。其他实施例中，该光学鼠标1亦可使用两个图像传感器用于分别用于检测所述光源111及112所产生不同波长的光(即该图像传感器141由两个图像传感器取代)，其中一个图像传感器或两个图像传感器可设置带通滤光器(bandpass filter)来选择所欲接收的光谱。

由于该处理单元15计算该鼠标位移量的方式(即第二模式的动作)可使用已知方式，故在此不再赘述。以下仅针对该处理单元15计算该手指位移量、接触状态及生理特征做详细说明；亦即，以下说明中仅针对所述光源111及112、该图像传感器141、该处理单元15(手指检测单元151)及该光源控制单元16的动作(即第一模式的动作)进行说明。

取样机制

本实施例的第一模式是使用两光源111及112并同时执行两种功能；其中，手指位移量及接触状态的检测功能并无限定使用特定波长的图像图框，而生理特征功能的检测则必须对应不同波长的图像图框分别计算。以下首先说明图像图框的取样机制。

一个实施例中，该光源控制单元16控制该第一光源111及第二光源112轮流发光，该图像传感器141则以高速且固定的取样频率(例如每秒3000张)同步该第一光源111或该第二光源112的点亮获取图像图框，并输出如图3所示多张图像图框I₁-I₆...至该处理单元15(手指检测单元151)，其中所述图像图框I₁-I₆...包括第一图像图框I₁、I₃、I₅...，其例如相对该第一光源111的点亮；第二图像图框I₂、I₄、I₆...，其例如相对该第二光源112的点亮。

该处理单元15可根据所述第一图像图框及第二图像图框I₁-I₆...判断接触状态并计算手指位移量，例如根据所述第一图像图框及所述第二图像图框的亮度与至少一个阈值的比较结果判断该手指9是否靠近或接触该触控面13S，其中当所述图像图框的亮度大于或小于该至少一个阈值时，即判断进入接触态；进入接触态后，该处理单元15可根据两张第一图像图框、一张第一图像图框与一张第二图像图框或两张第二图像图框间的相关性计算该手指位移量。必须说明的是，判断该接触状态及计算该手指位移量的方式可使用已知方式，但本实施例中是必须利用相对应两不同波长的反射光的图像图框进行判断及计算，而不同于传统导航装置。

该处理单元15根据所述第一图像图框I₁、I₃、I₅...计算出所述第一图像图框的亮度变化，并根据所述第二图像图框I₂、I₄、I₆...计算出所述第二图像图框的亮度变化(在后面详述)，并据以分别计算出两种光谱被吸收的比例以求出带氧血红素浓度HbO₂及去氧血红素浓度Hb，最后利用血氧浓度公式计算出血氧浓度；并通过所述第一图像图框及/或所述第二图像图框的亮度变化与至少一个阈值的比较结果计算脉搏数。

另一实施例中，该光源控制单元16控制该第一光源111及该第二光源112同步在该图像传感器141的图像图框获取同时发光；亦即，此时该图像传感器141会同时接收到两种波长的反射光。因此，此实施例中，该图像传感器141的感测面141S的一部分前方还可设置滤光器141f(如图4所示)，其中该滤光器141f可为带通滤光器以使该滤光器141f后方的部分感测面仅能感测该第一光源111的光谱或该第二光源112的光谱，以使该处理单元15能够分辨第一图像图框(相对该第一光源111的部分图像图框)及第二图像图框(相对该第二光源112的部分图像图框)。可以了解的是，本实施例中该滤光器141f的设置位置及面积并不限于图4所示。

藉此，该处理单元15同样可根据所述第一图像图框及第二图像图框I₁-I₆...计算接触状态及手指位移量；并可根据所述第一图像图框I₁、I₃、I₅...计算出所述第一图像图框的亮度变化及根据所述第二图像图框I₂、I₄、I₆...计算出所述第二图像图框的亮度变化，并根据两亮度变化的关系计算血氧浓度及脉搏数至少其中之一者。

可以了解的是，由于该图像传感器141可能对不同波长的光具有不同的感光效率，或者该第一光源111及该第二光源112的发光亮度不完全相同，因此可在该光学鼠标1出厂前即针对该图像传感器141所检测图像图框的亮度进行调整(例如调整相对不同波长图像图框的曝光时间、图像增益等取样参数)，以使图像传感器141所获取的初始图像图框具有大致相同的亮度，以消除误判断的可能性。

本实施例的精神在于，以该光源控制单元16控制该第一光源111及该第二光源发光112发光，使该图像传感器141以一取样频率接收来自该手指9的反射光以产生相对该第一光源点亮的多张第一图像图框及相对该第二光源点亮的多张第二图像图框；该处理单元15则根据所述第一图像图框及第二图像图框计算该接触状态、手指位移量及生理特征。

消除环境光机制

图2A中，由于该接触件13为透明，同时手指会透光，该光学鼠标1外部的环境光会通过该手指9与接触件13而被该图像传感器141接收而影响到其所获取图像图框的图像品质。本实施例中，该光源控制单元16可控制该第一光源111及该第二光源112在部分期间不发光。

例如参照图5所示，其显示该图像传感器141的图像获取与该第一光源111及该第二光源112的发光情况；其中，实线箭号表示光源点亮(或以第一亮度点亮)而虚线箭号表示光源熄灭(或以第二亮度点亮)。图5(A)显示该图像传感器141以固定频率持续获取图像图框。图5(B)显示该第一光源111及该第二光源112是同时轮流地点亮及熄灭，因此该图像传感器141则可轮流获取到亮图像图框(光源点亮时)及暗图像图框(光源熄灭时)。图5(C)显示该第一光源111及该第二光源112每隔两张图像图框同时点亮一次，其通常相对于该手指9具有较低手指位移量的情况。如前所述，当该第一光源111及该第二光源112同时点亮时(图5(B)及(C))，该图像传感器141包括滤光器141f以空间区隔不同光源的图像图框，以使该图像传感器141的一部份可感测该第一光源111的反射光而另一部分可感测该第二光源112的反射光。

当该手指9接触或靠近该触控面13S时，相对于光源点亮时所获取的亮图像图框包括(手指反射光+杂散光+环境光)，相对于光源未点亮时所获取的暗图像图框仅包括(环境光)，因此若将亮图像图框减去暗图像图框，则可有效消除环境光的影响。该处理单元15则可根据亮暗图像图框的差分图像图框计算该手指位移量、接触状态及生理特征。

参照图5(D)所示，其显示该第一光源111及该第二光源112是轮流点亮的实施方式。此实施例中，由于要使该图像传感器141获取到暗图像图框，因此该光源控制单元16控制该第一光源111与该第二光源112相隔一张图像图框轮流地点亮，例如在图5(D)的时间t_d时两光源均不点亮。藉此，该处理单元15则可计算差分第一图像(亮第一图像图框-暗图像图框)及差分第二图像(亮第二图像图框-暗图像图框)，并根据所述差分图像计算该手指位移量、接触状态及生理特征。如前所述，当该第一光源111及该第二光源112轮流点亮时，该图像传感器141以时间区隔不同光源的图像图框。

本实施例的精神在于，使该光源控制单元16控制该第一光源111及该第二光源112同时或轮流发光，并使该图像传感器141能够获取到所述光源不发光时的暗图像图框，并通过计算亮暗图像的差分图像以消除环境光影响。因此，图5中所示各光源的发光情况仅为例示性，并非用于限定本发明。

降噪机制

由于该图像传感器141所获取的图像图框中会存在干扰，且干扰通常以随机的方式分布在所获取的图像图框中，因此本实施例可进一步计算M张图像图框的和来提高信噪比(SNR)，以增加计算生理特征的精确度；例如，将每10张图像图框进行相加，且两组连续的10张图像图框可部分重复或完全不重复。可以了解的是，当该第一光源111及该第二光源112是轮流点亮时，本实施例的图像图框的和分别为所述第一图像(例如图3的I₁+I₃+I₅...)的和及所述第二图像(例如图3的I₂+I₄+I₆...)的和，这是由于必需分别计算两组光强度变化。然而，当该第一光源111及该第二光源112是同时点亮，本实施例的图像图框的和则为连续的图像图框(例如图3的I₁+I₂+I₃+I₄+I₅+I₆...)，并通过后处理以空间区隔的方式分辨两组光强度变化。此外，当配合上述消除环境光机制时，本实施例的图像图框的和则为差分图像图框的和；亦即，执行完消除环境光处理后接着进行降噪处理。其他实施例中，亦可仅执行消除环境光处理及降噪处理其中之一者。

如前所述，该图像传感器141有可能在不同条件下以不同的取样参数来获取图像，例如该图像传感器141相对于不同波长的光可能具有不同的吸收率，因此可能会以不同的曝光时间及图像增益等取样参数来使得所述第一图像及所述第二图像具有亮度大致相同的初始图像图框，以能够正确根据所述图像图框进行后处理，亦即相对该第一图像图框及第二图像图框的该取样参数可能不相同。为了排除不同取样参数的影响，可将每张图像图框或M张图像图框的和或平均除以取样参数以进行归一化处理，例如(M张图像图框的和/取样参数)或(M张图像图框的平均/取样参数)；其中，M为正整数。

生理特征计算

相对于不同光源点亮时，该图像传感器141所获取的图像图框同时包括有生理信息及手指移动信息。因此，本实施例中该处理单元15(或该手指检测单元151)首先需将两种信息分离后，才能够正确计算生理特征；亦即，该处理单元15例如采用独立元件分析法(Independent Component Analysis，ICA)或盲信号源分离法(Blind Source Separation，BSS)来将两种信息分离。

请参照图3及6所示，以图3的所述第一图像I₁、I₃、I₅...为例，将多张第一图像图框(可为原始图像图框、经过消除环境光机制及/或降噪机制处理过的第一图像图框)或多张第一图像图框和(M张原始图像图框和、经过消除环境光机制及/或降噪机制处理过的M张第一图像图框和)的每张图像图框或图像图框和分割为至少两部分并分别求得平均亮度，例如图像图框I₁分割成平均亮度为B₁及B₁′两部分；图像图框I₃分割成平均亮度为B₃及B₃′两部分；...；图像图框I_2N-1分割成平均亮度为B_2N-1及B_2N-1′两部分(其他实施例中可多于两部分)。接着，利用独立元件分析法或盲信号源分离法分离出第一移动信息及第一生理信息(如图6所示)，其皆显示为亮度变化线型。本实施例是将手指移动信息舍弃并利用生理信息的亮度变化线型来计算生理特征。可以了解的是，由于该图像传感器141的取样频率远远大于脉搏频率，因此所分离出的生理信息可显示出光强度随脉搏变化的线型(类似图1)；分离出的移动信息分布并不限定如图6所示。此外，所述图像图框分割的两个部分并不限定为上下两部分。此外，由于必须分别计算出两个不同波长的光的生理信息，上述分离程序是分别针对第一图像图框I₁、I₃、I₅...(相对应第一光源点亮)及第二图像图框I₂、I₄、I₆...(相对应第二光源点亮)来进行；所述第二图像图框(I₂、I₄、I₆...)亦被分离成第二移动信息及第二生理信息等亮度变化。必须说明的是，当利用图像图框和或平均来进行信息分离时，图6中的I₁-I_2N-1以及I₂-I_2N每一个均表示M张图像图框的和或平均或其归一化的结果。

必须强调的是，该手指9的手指位移量及接触状态是由该处理单元15直接根据所述第一图像图框及第二图像图框求得，并不需要使用分离后的手指移动信息。独立元件分析法或盲信号源分离法主要用于将混合信号分离，分离出的手指移动信息舍弃后，可消除手指移动所造成的信号干扰。

本实施例中，该处理单元15还根据至少一个阈值与该第一亮度变化及/或该第二亮度变化的比较结果计算脉搏数。

休眠模式

本发明实施例的光学鼠标1在闲置预设时间后，可进入休眠模式。例如，该处理单元15在预设时间判断该手指9未靠近或接触该触控面13S时，即可进入休眠模式。

生理特征舍弃机制

本发明实施例的光学鼠标1的处理单元15可同时计算手指位移量及生理特征，然而精确的生理特征计算较佳是在手指位移量较低的情况。因此，本实施例可事先判断该手指位移量是否大于预设值，若该手指位移量大于该预设值，则该图像传感器141所获取的图像图框仅用于计算手指位移量或判断接触状态而不用于计算生理特征，或者即使计算出生理特征也不通过该传输界面18传输而直接从该存储单元17中舍弃。该预设值则根据实际应用决定，例如可根据感测面及/或搜寻框的尺寸决定。

该光学鼠标1根据手指表面的反射光检测生理特征的方法，包括下列步骤：提供第一波长及第二波长的光至手指表面(步骤S₁₁)；获取该第一波长的光的反射光以产生多张第一图像图框并获取该第二波长的光的反射光以产生多张第二图像图框(步骤S₁₂)；将每张该第一图像图框及每张该第二图像图框分割成至少两部分并求得每一部分的平均亮度(步骤S₁₃)；利用独立元件分析法或盲信号源分离法分析所述第一图像图框的该每一部分的该平均亮度以求得第一亮度变化并分析所述第二图像图框的该每一部分的该平均亮度以求得第二亮度变化(步骤S₁₄)；以及根据该第一亮度变化及该第二亮度变化求得生理特征(步骤S₁₅)。本实施例各步骤实施方式已详述于前，故在此不再赘述。

另一实施例中，所述光源111-113、所述图像传感器141及142、该处理单元15、该光源控制单元16、该存储单元17、该传输界面18及该切换单元19的部份或全部元件亦可制作为鼠标控制芯片(mouse chip)或封装体，如图8所示。该鼠标控制芯片用于根据不同工作模式计算该鼠标装置1相对该工作表面7的鼠标位移量或检测该手指9的手指位移量、接触状态及生理特征，并输出经编码、排序及/或压缩的手指位移量、接触状态、生理特征及鼠标位移量(例如由该传输界面进行编码、排序及/或压缩或还包括通讯协定单元进行这些程序)；其中计算该手指位移量、接触状态及生理特征的方式如前所述，故在此不再赘述。换句话说，本发明实施例的光学鼠标所包括的光学手指鼠标及光学航装置可封装成控制芯片，以根据不同工作模式计算该鼠标装置1相对该工作表面7的鼠标位移量或计算该手指9的手指位移量、接触状态及生理特征，并输出经编码、排序及/或压缩的手指位移量、接触状态、生理特征及鼠标位移量。此外可以了解的是，图8中该光学鼠标1中各元件的配置方式仅为例示性，并非用于限制本发明。

另一实施例中，该光学鼠标1可包括所述光源111-113、图像传感器14、该处理单元15及该光源控制单元16，如图9所示。在第一模式时，该光源控制单元16控制所述光源111及112发光，该图像传感器14则获取该手指9的反射光以输出图像图框，该处理单元15则根据所述图像图框计算该手指位移量、接触状态及生理特征；在第二模式时，该光源控制单元16控制该光源113发光，该图像传感器14则获取该工作表面7的反射光以输出图像图框，该处理单元15则根据所述图像图框计算该鼠标位移量；其中计算该手指位移量、接触状态及生理特征的方式如前所述，故在此不再赘述。可以了解的是，图9中该光学鼠标1中各元件的配置方式仅为例示性，并非用于限制本发明。本实施例中，该光源控制单元16、所述光源111及112、该图像传感器14及该处理单元15(手指检测单元151)是作为光学手指鼠标；该光源控制单元16、该光源113、该图像传感器14及该处理单元15(位移检测单元152)是作为光学导航装置，其中该光学手指鼠标及该光学导航装置同样可制作成控制芯片，并由一切换单元19进行两工作模式的切换。

另一实施例中，该光学鼠标1可包括两个光源111-112、两个导光件121及122(此处导光件的数目仅为例示性)、两个图像传感器141及142、该处理单元15及该光源控制单元16，如图10所示。只要该第二光源112的光可通过该导光件122同时提供至该触控件13及该工作表面7，该导光件122的结构及导光方式并无特定限制。在第一模式时，该光源控制单元16控制所述光源111及112发光，该图像传感器141则获取该手指9的反射光以输出图像图框，该处理单元15则根据所述图像图框计算该手指位移量、接触状态及生理特征；在第二模式时，该光源控制单元16控制该第二光源112发光(第一光源111熄灭)，该图像传感器142则获取该工作表面7的反射光以输出图像图框，该处理单元15则根据所述图像图框计算该鼠标位移量；其中计算该手指位移量、接触状态及生理特征的方式如前所述，故在此不再赘述。可以了解的是，图10中该光学鼠标1中各元件的配置方式仅为例示性，并非用于限制本发明。本实施例中，该光源控制单元16、所述光源111及112、该图像传感器141及该处理单元15(手指检测单元151)是作为光学手指鼠标；该光源控制单元16、该光源112、该图像传感器142及该处理单元15(位移检测单元152)是作为光学导航装置，其中该光学手指鼠标及该光学导航装置同样可制作成控制芯片，并由切换单元19进行两工作模式的切换。

亦即，图9及10中的光源、图像传感器、光源控制单元、处理单元及切换单元等可如图图8所示制作成控制芯片或封装体，以输出经编码、排序及/或压缩的手指位移量、接触状态、生理特征及鼠标位移量。其他实施例中，所述压缩处理可另外设置压缩单元执行。

综而言之，本发明实施例的光学鼠标的操作方法是利用该切换单元19切换在第一模式与该第二模式间，并包括下列步骤：该第一模式中，该光学鼠标1根据相对该手指表面9S的多张图像图框计算接触状态、手指位移量及生理特征；该第二模式中，该光学鼠标1根据相对该工作表面7的多张图像图框计算鼠标位移量。

综上所述，已知光学鼠标并无法检测使用者的生理特征，且血氧仪计算血氧浓度的方式因具有无法判断移动中的待测部位等因素而无法相容在光学鼠标上。因此，本发明还提供一种光学鼠标(图2A-2B、图8-10)，其可同时检测手指信息及鼠标位移信息。本发明各实施例的光学鼠标在检测手指位移量的同时可检测使用者的生理特征，并可有效消除手指移动所造成的信号干扰及消除环境光源影响，并具有休眠模式及舍弃生理信息的机制。

虽然本发明已通过前述实施例公开，然其并非用于限定本发明，任何本发明所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当以所附的权利要求书为准。

Claims (20)

1.一种光学鼠标，用于检测手指的生理特征或所述光学鼠标相对于工作表面的鼠标位移量，所述光学鼠标包括：

至少两个光源，发出不同波长的光至所述手指及所述工作表面；

光源控制单元，控制所述光源发光；

至少一个图像传感器，获取所述手指的反射光以输出相对所述手指的多张图像图框及获取所述工作表面的反射光以输出相对所述工作表面的多张图像图框；以及

处理单元，根据相对所述手指的所述图像图框计算所述生理特征或根据相对所述工作表面的所述图像图框计算所述鼠标位移量。

2.根据权利要求1所述的光学鼠标，该光学鼠标还包括：切换单元，切换所述处理单元根据相对所述手指的所述图像图框计算所述生理特征，或切换所述处理单元根据相对所述工作表面的所述图像图框计算所述鼠标位移量。

3.根据权利要求1所述的光学鼠标，该光学鼠标包括：第一光源，发出第一波长的光至所述手指；及第二光源，发出第二波长的光至所述手指，其中，

所述图像传感器以取样频率接收来自所述手指的反射光以产生相对所述第一光源点亮的多张第一图像图框及相对所述第二光源点亮的多张第二图像图框；

所述处理单元根据所述第一图像图框及所述第二图像图框计算所述生理特征。

4.根据权利要求3所述的光学鼠标，其中所述处理单元：将每张所述第一图像图框分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，利用独立元件分析法分析所述第一图像图框的每一部分的平均亮度以求得第一亮度变化；将每张所述第二图像图框分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，利用独立元件分析法分析所述第二图像图框的每一部分的平均亮度以求得第二亮度变化；并根据所述第一亮度变化及所述第二亮度变化计算所述生理特征。

5.根据权利要求4所述的光学鼠标，其中所述处理单元还根据至少一个阈值与所述第一亮度变化及所述第二亮度变化中的至少一者的比较结果计算脉搏数。

6.根据权利要求3所述的光学鼠标，其中所述光源控制单元：控制所述第一光源及所述第二光源轮流点亮以使所述图像传感器轮流接收所述第一光源及所述第二光源的反射光；或者控制所述第一光源及所述第二光源同时点亮以使所述图像传感器同时接收所述第一光源及所述第二光源的反射光，其中所述图像传感器包括滤光器，覆盖于所述图像传感器的一感测面的一部分。

7.根据权利要求3所述的光学鼠标，该光学鼠标还包括导光件，将所述第二光源所发出的所述第二波长的光同时导引至所述手指及所述工作表面。

8.根据权利要求1所述的光学鼠标，该光学鼠标包括：第一光源，发出第一波长的光至所述手指；第二光源，发出第二波长的光至所述手指；及第三光源，发出第三波长的光至所述工作表面；所述光学鼠标包括：图像传感器，获取所述手指反射的所述第一波长的光及所述第二波长的光并获取所述工作表面反射的所述第三波长的光。

9.根据权利要求1所述的光学鼠标，该光学鼠标包括：第一光源，发出第一波长的光至所述手指；第二光源，发出第二波长的光至所述手指；及第三光源，发出第三波长的光至所述工作表面；所述光学鼠标包括：两个图像传感器，分别获取所述手指反射的所述第一波长及所述第二波长的光以及所述工作表面反射的所述第三波长的光。

10.根据权利要求1所述的光学鼠标，其中所述至少两个光源、所述光源控制单元、所述至少一个图像传感器及所述处理单元封装成控制芯片以输出经编码、排序及压缩的至少一种程序的所述生理特征或所述鼠标位移量。

11.根据权利要求1所述的光学鼠标，其中所述处理单元还根据相对所述手指的所述图像图框检测接触状态及手指位移量。

12.一种光学鼠标的操作方法，利用切换单元在第一模式与第二模式之间切换，所述操作方法包括：

所述第一模式中，所述光学鼠标根据相对手指表面的多张图像图框计算生理特征；以及

所述第二模式中，所述光学鼠标根据相对工作表面的多张图像图框计算鼠标位移量。

13.根据权利要求12所述的操作方法，其中所述第一模式还包括下列步骤：

提供第一波长及第二波长的光至所述手指表面；

获取所述第一波长的光的反射光以产生多张第一图像图框并获取所述第二波长的光的反射光以产生多张第二图像图框；

将每张所述第一图像图框及每张所述第二图像图框分割成至少两部分并求得每一部分的平均亮度；

利用独立元件分析法分析所述第一图像图框的每一部分的平均亮度以求得第一亮度变化，并分析所述第二图像图框的每一部分的平均亮度以求得第二亮度变化；以及

根据所述第一亮度变化及所述第二亮度变化求得所述生理特征。

14.根据权利要求12所述的操作方法，其中在所述第二模式中当所述鼠标位移量等于零超过一预设时间，所述切换单元切换至所述第一模式。

15.一种光学鼠标，该光学鼠标包括：

光学手指鼠标，用于检测手指的血氧浓度及脉搏数中的至少一者；

光学导航装置，用于检测所述光学鼠标相对于工作表面的鼠标位移量；以及

切换单元，用于切换所述光学鼠标操作为所述光学手指鼠标或所述光学导航装置。

16.根据权利要求15所述的光学鼠标，其中所述光学手指鼠标还包括：

第一光源，发出第一波长的光至所述手指；

第二光源，发出第二波长的光至所述手指；

光源控制单元，控制所述第一光源及所述第二光源的发光；

图像传感器，以取样频率接收来自所述手指的反射光以产生相对所述第一光源点亮的多张第一图像图框及相对所述第二光源点亮的多张第二图像图框；以及

处理单元，根据所述第一图像图框及所述第二图像图框计算所述血氧浓度及所述脉搏数中的至少一者。

17.根据权利要求16所述的光学鼠标，其中所述处理单元：将每张所述第一图像图框分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，利用独立元件分析法分析所述第一图像图框的每一部分的平均亮度以求得第一亮度变化；将每张所述第二图像图框分割为至少两部分并计算每一部分的平均亮度，利用独立元件分析法分析所述第二图像图框的每一部分的平均亮度以求得第二亮度变化；并根据所述第一亮度变化及所述第二亮度变化计算所述生理特征。

18.根据权利要求16所述的光学鼠标，其中所述光源控制单元：控制所述第一光源及所述第二光源轮流点亮以使所述图像传感器轮流接收所述第一光源及所述第二光源的反射光；或者控制所述第一光源及所述第二光源同时点亮以使所述图像传感器同时接收所述第一光源及所述第二光源的反射光，其中所述图像传感器包括滤光器，覆盖于所述图像传感器的一感测面的一部分。

19.根据权利要求16所述的光学鼠标，其中所述光学手指鼠标还对所述第一图像图框及所述第二图像图框的亮度与至少一个阈值进行比较，以判断接触状态，并且根据两张所述第一图像图框、一张所述第一图像图框与一张所述第二图像图框及两张所述第二图像图框计算手指位移量。

20.根据权利要求15所述的光学鼠标，其中所述光学手指鼠标及所述光学导航装置封装成控制芯片。

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