CN104699279B - 可悬浮操作的位移检测装置和包含该装置的电脑系统 - Google Patents

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Abstract

一种位移检测装置，包含图像感测器、处理单元和输出单元。所述图像感测器用以检测工作表面的反射光并连续输出图像帧。所述处理单元用以根据所述图像帧判断悬浮高度，并计算第一轴向位移量和第二轴向位移量。所述输出单元受控于所述处理单元以在所述悬浮高度高于预设高度时输出第一比例的所述第一轴向位移量而不输出所述第二轴向位移量。

Description

可悬浮操作的位移检测装置和包含该装置的电脑系统
技术领域
本发明有关一种位移检测装置，更特别有关一种在悬浮操作下可部分输出预设轴向的检测位移量的位移检测装置和包含所述位移检测装置的电脑系统。
背景技术
虽然使用者通常根据电脑系统的型式而可使用不同的电脑周边装置，例如可利用光学手指导航装置、触控面板、指向装置或鼠标装置相对控制电脑系统的运作，而使用上最为普遍的仍属鼠标装置。使用者可使用鼠标装置相对控制光标在显示装置上的移动以执行游戏功能或绘图功能等。
使用者通常利用手腕动作(wrist action)来操控鼠标装置，但要在工作表面上直线地移动鼠标装置并不容易，故鼠标装置的移动通常同时会包含两个轴向的移动。因此，当使用者欲执行绘图功能时，便难以仅根据移动鼠标装置来绘制一条直线，通常必须搭配其他周边装置(例如键盘的预设按键)方得以绘制直线。或者，在进行游戏功能时，也时常会有需要进行单一轴向操控的情形。然而，如上所述仅单纯利用已知鼠标装置难以达成此要求。
有鉴于此，本发明提出一种位移检测装置和包含所述位移检测装置的电脑系统，其在悬浮操作下可抑制输出预设轴向的检测位移量，以解决传统鼠标装置所存在的上述问题。
发明内容
本发明提供一种位移检测装置和包含所述位移检测装置的电脑系统，其可在悬浮操作时部分输出或抑制输出预设轴向的检测位移量。
本发明还提供一种位移检测装置和包含所述位移检测装置的电脑系统，其可根据不同悬浮高度调整不同轴向的检测位移量的输出比例。
本发明提供一种用以在工作表面进行接触或悬浮操作的位移检测装置。所述位移检测装置包含图像感测器和处理单元。所述图像感测器用以检测所述工作表面的反射光并连续输出图像帧。所述处理单元用以根据所述图像帧分辨接触模式或悬浮模式并计算第一轴向位移量和第二轴向位移量，在所述接触模式下全比例输出所述第一轴向位移量和所述第二轴向位移量，并在所述悬浮模式下输出第一比例的所述第一轴向位移量和第二比例的所述第二轴向位移量，且所述第二比例不等于所述第一比例。
本发明还提供一种电脑系统，其包含位移检测装置和主机。所述位移检测装置用以在工作表面上进行悬浮操作并包含图像感测器、处理单元和输出单元。所述图像感测器用以检测所述工作表面的反射光并连续输出图像帧。所述处理单元用以根据所述图像帧判断悬浮模式并计算第一轴向位移量和第二轴向位移量。所述输出单元受控于所述处理单元以在进入所述悬浮模式时输出悬浮模式信号，并全比例输出所述第一轴向位移量和所述第二轴向位移量。当接收到所述悬浮模式信号时，所述主机将第一比例的所述第一轴向位移量作为第一控制量并将第二比例的所述第二轴向位移量作为第二控制量，且所述第二比例不等于所述第一比例。
本发明还提供一种用以被操作于工作表面的位移检测装置，其包含图像感测器、处理单元和输出单元。所述图像感测器用以检测所述工作表面的反射光并连续输出图像帧。所述处理单元用以根据所述图像帧判断悬浮高度并计算第一轴向位移量和第二轴向位移量。所述输出单元受控于所述处理单元以在所述悬浮高度高于预设高度时输出第一比例的所述第一轴向位移量而不输出所述第二轴向位移量。
本发明提供一种位移检测装置。所述位移检测装置包含图像感测器和处理单元。所述图像感测器用以接收反射光并连续输出图像帧。所述处理单元用以根据所述图像帧计算第一轴向位移量和第二轴向位移量，在第一模式下全比例输出所述第一轴向位移量和所述第二轴向位移量，并在第二模式下输出第一比例的所述第一轴向位移量和第二比例的所述第二轴向位移量，其中所述第二比例不等于所述第一比例。
一实施例中，所述位移检测装置还包含数据储存模组而同时具有随身碟功能，所述主机可通过有线(例如USB界面)或无线(例如蓝芽、无线射频)的方式存取所述位移检测装置的数据。
一实施例中，所述位移检测装置以可调回报率(adjustable report rate)输出检测移动量；其中，所述回报率例如可由使用者自行选择或自动根据主机的目前执行程式决定。例如，可在操作文书软件(word processing software)时降低回报率以节省耗能。
一实施例中，所述位移检测装置可具有麦克风和/或扬声器，用以播放音效或提示音、进行电话会议等。
一实施例中，所述处理单元根据特征值、亮度分布或反射光强度分辨所述接触模式和所述悬浮模式。
一实施例中，所述位移检测装置还包含热感应器(thermal sensor)用以检测所述工作表面的温度读值，且所述处理单元根据所述温度读值分辨所述接触模式和所述悬浮模式。
本发明实施例的位移检测装置和电脑系统中，当所述悬浮高度超过预设高度时，所述位移检测装置仅输出第一比例的所述第一轴向位移量而不输出所述第二轴向位移量，如此使用者可轻易的进行单轴向操作，以增加实用性。此外，当所述悬浮高度低于所述预设高度时，所述位移检测装置仍全比例输出所述第一轴向位移量和所述第二轴向位移量。
因此，在本发明实施例的位移检测装置进行的悬浮操作中，例如游戏程式，当所述位移检测装置在工作表面上方左右滑行时，所述位移检测装置可抑制不需要的前后位移量而仅输出所欲的左右位移量，藉以正确依照需求控制光标动作或输出方向参数。
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，详细说明如下。此外，在本发明的说明中，相同的构件以相同的符号表示，在此合先述明。
附图说明
图1为本发明实施例的位移检测装置的上视图；
图2为本发明实施例的电脑系统的方块示意图；
图3a-3c为本发明实施例的位移检测装置的图像感测器所获取的图像帧的示意图；
图4为本发明实施例的位移检测装置的方块示意图，其包含热感测器；以及
图5为本发明实施例的位移检测装置和电脑系统中，相对不同悬浮高度的输出比例的示意图。
附图标记说明
1 位移检测装置
11 光源
12 图像感测器
13 处理单元
15 输出单元
2 主机
3 显示装置
31 光标
S 工作表面
D 悬浮高度
If 图像帧
Sh 悬浮信号
具体实施方式
请参照图1所示，其为本发明实施例的位移检测装置1的上视图。所述位移检测装置1用以供使用者(未绘示)在工作表面S上进行接触操作或悬浮操作；其中，所述接触操作指所述位移检测装置1的下表面直接接触所述工作表面S，而所述悬浮操作指所述位移检测装置1的下表面离开所述工作表面S一定悬浮高度D(如图2所示)。本实施例中，所述位移检测装置1在所述接触操作时进入接触模式，且所述位移检测装置1全比例输出其所检测的第一轴向(例如图1的X轴向)位移量和第二轴向(例如图1的Y轴向)位移量。所述位移检测装置1在所述悬浮操作时进入悬浮模式，且所述位移检测装置1输出其所检测的所述第一轴向位移量的第一比例和所述第二轴向位移量的第二比例，其中所述第二比例不等于所述第一比例。
请参照图2所示，其为本发明实施例的电脑系统的方块示意图，其包含所述位移检测装置1、主机2和显示装置3；其中，所述显示装置3例如可显示光标31。本实施例中，所述悬浮模式下，所述位移检测装置1先计算悬浮高度D，接着所述第一比例和所述第二比例可由所述位移检测装置1根据所述悬浮高度D决定(例如以硬体方式实现)，或者由所述主机2根据所述悬浮高度D决定(例如以软体方式实现)。
所述位移检测装置1包含光源11、图像感测器12、处理单元13和输出单元15。在一实施例中，所述位移检测装置1例如为光学鼠标。必须说明的是，虽然图2显示所述输出单元15和所述处理单元13为两分离元件，但其并非用以限定本发明。其它实施例中，所述输出单元15和所述处理单元13可同时包含在同一晶片中，例如鼠标控制晶片。
所述光源11例如可为红光光源或不可见光光源，用以通过所述位移检测装置1的下表面的开孔照明工作表面S。
所述图像感测器12例如包含电荷耦合元件图像感测器(CCD image sensor)、互补式金氧半图像感测器(CMOS image sensor)或其他用以将光能量转换为电信号的感测装置。所述图像感测器12用以检测所述工作表面S的反射光并连续输出图像帧If。
所述处理单元13例如可为单晶片、数字处理器(DSP)或其他可用以处理图像数据的处理器。所述处理单元13用以后处理所述图像感测器12所输出的图像帧If。所述处理单元13根据所述图像帧If分辨接触模式和悬浮模式，并根据所述图像帧If计算第一轴向位移量和第二轴向位移量。例如，所述处理单元13可根据图像帧间的相关性(correlation)计算位移量，而根据相关性计算位移量的方式已为已知，故在此不再赘述。所述处理单元13可直接根据所述图像帧If分别计算所述第一轴向位移量和所述第二轴向位移量，或者计算出位移量后再以向量运算的方式将所述位移量分割为所述第一轴向位移量和所述第二轴向位移量，并无特定限制。所述第一轴向较佳垂直所述第二轴向。
本实施例中，所述处理单元13可根据所述图像帧If中的特征值、亮度分布和/或反射光强度分辨所述接触模式和所述悬浮模式。
所述特征值例如可为所述图像帧If的锐利度、对比度、特征方向性、区域极值个数等数值化参数，但不以此为限。例如，所述接触模式下所述特征值的数值最高，而当悬浮高度D越高时所述特征值的数值越低。所述处理单元13则可根据不同悬浮高度D所对应的特征值来分割高度范围并事先储存。在实际操作时，所述处理单元13则能够根据所述图像帧If所包含的特征值判断悬浮高度D和接触模式。
所述亮度分布例如可参照图3a至3c所示，所述接触模式下，所述图像感测器12获取如图3a所示的图像帧If，也即所述图像感测器12的感测阵列(sensing matrix)整体均可感测到所述工作表面S的反射光。所述悬浮模式下，例如在第一悬浮高度时，所述图像感测器12获取如图3b所示的图像帧If1；例如在第二悬浮高度时，所述图像感测器12获取如图3c所示的图像帧If2，也即所述图像感测器12的感测阵列仅部分(例如图3b、3c中较淡的部分)可感测到来自所述工作表面S的反射光。本实施例中，图3a-3c的亮度分布可通过配置所述光源11和图像感测器12在适当位置来达成，某些实施例中可通过另外设置光学元件(例如透镜或导光件)来达成。然而，亮度分布并不限于图3b和3c所示，只要使所述图像帧If中亮度分布随悬浮高度D而改变即可。所述处理单元13可根据不同悬浮高度D所对应的亮度分布来分割高度范围并事先储存。在实际操作时，所述处理单元13则能够根据所述图像帧If、If1、If2的亮度分布判断悬浮高度D和接触模式。
所述处理单元13可根据所述图像感测器12所获取图像帧If、If1、If2的反射光强度来判定悬浮高度D，而所述反射光强度例如可以灰阶值来表示；其中，所述灰阶值例如可为图像帧If、If1、If2的平均灰阶值、最大灰阶值、区域平均灰阶值或区域最大灰阶值等，但并不以此为限。例如，所述接触模式下所述反射光强度最高，而当悬浮高度D越高时所述反射光强度越低。所述处理单元13则可根据不同悬浮高度D所对应的反射光强度来分割高度范围并事先储存。在实际操作时，所述处理单元13则能够根据所述图像帧If、If1、If2的反射光强度判断悬浮高度D和接触模式。
请参照图4所示，其他实施例中，所述位移检测装置1可还包含热感应器14(thermal sensor)用以感测所述工作表面S的温度读值It；其中，所述热感应器14例如可为微机电热感应器(MEMS thermal sensor)、热感测器阵列(bolometer array)、红外光检测器(infrared photo detector)以及热像感测器(microbolometer)等用以检测热能量的感测装置。所述热感应器14用以获取并输出所述工作表面S的温度读值It；其中，所述温度读值It例如可为电压信号。例如，所述接触模式下所述温度读值It最高，而当悬浮高度D越高时所述温度读值It越低。所述处理单元13可根据不同悬浮高度D所对应的温度读值It来分割高度范围并事先储存。在实际操作时，所述处理单元13则能够根据所述热感应器14所检测的温度读值It判断悬浮高度D和接触模式。
为增加悬浮高度D的判断精确度，所述位移检测装置1可仅事先储存(例如储存在储存单元)相对不同悬浮高度D时，所述特征值、反射光强度或温度读值的变化比例(例如比例/毫米)或偏移(offset)。使用者在实际使用前先以所述接触模式操作所述位移检测装置1预设时间以进行训练(training)，藉以识别出目前工作表面下相对应的所述特征值、反射光强度或温度读值。藉此，不同悬浮高度D的特征值、反射光强度或温度读值可根据所预存的变化比例或偏移求得，以在实际操作时判断不同悬浮高度D。由于不同悬浮高度D的所述特征值、反射光强度或温度读值已根据所述位移检测装置1实际所操作的工作表面S进行校正，因此可增加判断精确度。
所述输出单元15例如可为无线传输介面(例如蓝芽、无线射频)或有线传输介面(例如USB介面)，用以与所述主机2进行通信；其中，无线和有线通信技术已为已知，故在此不再赘述。
在一实施例中，所述输出单元15受控于所述处理单元13以在所述接触模式下全比例输出所述第一轴向位移量和所述第二轴向位移量，并在所述悬浮模式下输出第一比例的所述第一轴向位移量并输出第二比例的所述第二轴向位移量。参照图5所示，例如所述悬浮模式可包含第一高度范围和第二高度范围；其中，所述第一高度范围内，所述第一比例为100％而所述第二比例为50％；而所述第二高度范围内，所述第一比例为50％而所述第二比例为25％。在一实施例中，所述第一高度范围可为1-2毫米(mm)而所述第二高度范围可为2-3毫米(mm)。可以了解的是，所述高度范围可根据所述位移检测装置1的解析度和可检测高度范围而决定，并不限于本发明所披露的范围。
其他实施例中，所述输出单元15受控于所述处理单元13以在所述悬浮高度D被识别为大于等于预设高度时仅输出第一比例的所述第一轴向位移量而不输出所述第二轴向位移量。例如，当所述悬浮高度D高于1毫米时，所述第一比例可为50％-100％。当所述位移检测装置1处于所述接触模式或所述悬浮高度D低于预设高度时，所述输出单元15全比例输出所检测的所述第一轴向位移量和所述第二轴向位移量；也即，当所述悬浮高度D低于所述预设高度时所述位移检测装置1仍属于接触模式，而当所述悬浮高度D超过所述预设高度时所述位移检测装置1才进入悬浮模式，以避免当所述位移检测装置1太靠近所述工作表面S时造成误判。可以了解的是，本实施例可设计为所述输出单元15在所述悬浮高度D被识别为大于等于预设高度时不输出所述第一轴向位移量而输出第二比例的所述第二轴向位移量。必须说明的是，所述预设高度可根据所述悬浮高度D的可判断的解析度而决定。
所述主机2则根据所接收的所述第一轴向位移量和所述第二轴向位移量进行相对应控制，例如控制光标移动、游戏参数或其他利用鼠标移动所能控制者。更详而言之，所述第一比例和所述第二比例完全由所述位移检测装置1决定，所述主机2根据所接收的数值直接进行相对应控制。
另一实施例中，所述第一比例和所述第二比例可由所述主机2决定。也即本实施例中，所述输出单元15始终全比例输出所述第一轴向位移量和所述第二轴向位移量，并受控于所述处理单元13以在进入所述悬浮模式时输出悬浮模式信号Sh至所述主机2。当所述主机2当接收到所述悬浮模式信号Sh时，所述主机2将第一比例的所述第一轴向位移量作为第一控制量并将第二比例的所述第二轴向位移量作为第二控制量，用以控制光标移动、游戏参数或其他利用鼠标移动所能控制的对象；其中，所述第一比例和所述第二比例可参照图5所示，但并不以此为限。更详而言之，所述第一比例和所述第二比例由所述主机2决定，所述位移检测装置1全比例输出所检测的位移量以及输出悬浮模式信号Sh，其包含进入悬浮模式的信息以及所述悬浮高度D的信息。当所述主机2未接收到所述悬浮模式信号Sh前，所述主机2直接将所述第一轴向位移量作为第一控制量并将所述第二轴向位移量作为第二控制量。
本实施例中，为了节省系统耗能，所述输出单元15可以可调回报率(adjustablereport rate)输出所述第一轴向位移量和所述第二轴向位移量。例如，当所述主机2所执行者为文书程式，所述输出单元15可以较低回报率输出所述检测位移量至所述主机2。
可以了解的是，图5所显示的数值仅为例示性，并非用以限制本发明。所述第一比例和所述第二比例可根据实际需求事先设定或由使用者自行选择，并无特定限制。
另一实施例中，所述第一轴向位移量的比例(例如所述第一比例)和所述第二轴向位移量的比例(例如所述第二比例)也可由所述处理单元13决定。更详细而言，所述处理单元13还产生所述第一比例的所述第一轴向位移量和所述第二比例的所述第二轴向位移量，且所述输出单元15单纯地以无线或有线的方式将接收自所述处理单元13的位移量传送至所述主机2而不改变所述位移量的值。
综上所述，已知鼠标单纯地输出所检测的位移量，并无法选择部分输出或抑制输出预设轴向的检测位移量，因而在某些操作状况下使用上并不方便。因此，本发明还提供一种位移检测装置(图1和4)和使用所述位移检测装置的电脑系统(图2)，其可根据不同悬浮高度部分输出或抑制输出预设轴向的检测位移量，藉以增加其适用性。
虽然本发明已通过前述实例披露，但是其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中具有通常知识的技术人员，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视后附的权利要求范围所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种位移检测装置，用以在工作表面进行接触或悬浮操作，所述位移检测装置包含：
图像感测器，用以检测所述工作表面的反射光并连续输出图像帧；
热感应器，用以检测所述工作表面的温度读值；以及
处理单元，用以根据所述温度读值分辨接触模式或悬浮模式，并根据所述图像帧计算第一轴向位移量和第二轴向位移量，在所述接触模式下全比例输出所述第一轴向位移量和所述第二轴向位移量，并在所述悬浮模式下输出第一比例的所述第一轴向位移量和第二比例的所述第二轴向位移量，其中所述第二比例不等于所述第一比例。
2.根据权利要求1所述的位移检测装置，其中所述位移检测装置还包含输出单元用以无线或有线地传送所述第一比例的所述第一轴向位移量和所述第二比例的所述第二轴向位移量。
3.一种电脑系统，该电脑系统包含：
位移检测装置，用以在工作表面上进行悬浮操作，所述位移检测装置包含：
图像感测器，用以检测所述工作表面的反射光并连续输出图像帧；
热感应器，用以检测所述工作表面的温度读值；
处理单元，用以根据所述温度读值判断悬浮模式并根据所述图像帧计算第一轴向位移量和第二轴向位移量；及
输出单元，受控于所述处理单元以在进入所述悬浮模式时输出悬浮模式信号，并全比例输出所述第一轴向位移量和所述第二轴向位移量；以及
主机，当接收到所述悬浮模式信号时，将第一比例的所述第一轴向位移量作为第一控制量并将第二比例的所述第二轴向位移量作为第二控制量，其中所述第二比例不等于所述第一比例。
4.根据权利要求3所述的电脑系统，其中所述输出单元以可调回报率输出所述第一轴向位移量和所述第二轴向位移量。
5.一种位移检测装置，用以被操作在工作表面，所述位移检测装置包含：
图像感测器，用以检测所述工作表面的反射光并连续输出图像帧；
热感应器，用以检测所述工作表面的温度读值；
处理单元，用以根据所述温度读值判断悬浮高度并根据所述图像帧计算第一轴向位移量和第二轴向位移量；以及
输出单元，受控于所述处理单元以在所述悬浮高度高于预设高度时输出第一比例的所述第一轴向位移量而不输出所述第二轴向位移量。
6.根据权利要求5所述的位移检测装置，其中当所述悬浮高度低于所述预设高度时，所述输出单元全比例输出所述第一轴向位移量和所述第二轴向位移量。
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