CN109324701B - 双模式光学输入设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及双模式光学输入设备。在某些实施方式中，输入设备包括：壳体；设置在壳体中的处理器；以及图像传感器，其用于跟踪输入设备相对于下面的表面的移动。图像传感器包括像素阵列，并且图像传感器以如下两种操作模式操作，所述两种操作模式包括：第一操作模式，在第一操作模式下，处理器使得图像传感器在跟踪输入设备的移动时使用像素阵列中的第一多个像素；或者第二操作模式，在第二操作模式下，处理器使得图像传感器在跟踪输入设备的移动时使用像素阵列中的第二多个像素，其中，第二多个像素具有比第一多个像素少的像素。

Description

双模式光学输入设备
技术领域
本发明的实施方式总体上涉及输入设备。更具体地，系统和设备涉及双模式光学输入设备。
背景技术
输入设备在现代社会中是常见的，并且通常用于将结合输入设备进行的人为模拟输入(例如触摸、点击、运动、触摸手势、按钮按压、滚轮旋转等)转换为用于计算机处理的数字信号。输入设备可以包括可以向计算系统提供数据和控制信号的任何设备。输入设备的一些非限制性示例包括计算机鼠标、键盘、虚拟现实和/或增强现实控制器、触摸垫、遥控器、游戏控制器、操纵杆、轨迹球等。计算系统的一些非限制性示例包括台式机、膝上型计算机、平板电脑和“平板电话”电脑、智能电话，个人数字助理、可穿戴设备(例如，智能手表、眼镜)、虚拟现实(VR)和/或增强现实(AR)系统等。
特别地，计算机鼠标在功能、准确性、人体工程学和多功能性方面已经经历了显著的改进。早期的设计，包括“机械鼠标”，使用耦接至相互成90度状态的两个自由旋转滚筒的橡胶球，以沿下面的表面滚动。第一滚筒检测鼠标的前后运动，并且第二滚筒检测左右运动，其中每个滚筒与相应的编码器轮共享同一轴，编码器轮具有开槽的边缘，该开槽的边缘阻断红外光束而生成可以被转换为轮移动的电脉冲。机械鼠标因累积污垢、无法预测跟踪以及需要经常拆卸和清洁而出名。
当代鼠标可以包括使用光电传感器来比较计算机鼠标操作的下面的表面的相继图像以解释移动的表面无关光学鼠标。技术上的改进使得光学鼠标能够在各种类型的表面(例如桌面、纸张、玻璃等)上使用，而无需特殊的鼠标垫。光学鼠标通常使用发光二极管(LED)和/或激光器(例如相干)光以及光电二极管的成像阵列来检测相对于下面的表面的移动，这已经证明比其对应的机械鼠标更加可靠、稳健和准确。尽管有这些改进，但仍需要更广泛的使用设计。
发明内容
某些实施方式可以包括输入设备，该输入设备包括：壳体；设置在壳体中的一个或更多个处理器；以及单个图像传感器，该单个图像传感器被设置在壳体中并且由一个或更多个处理器控制，以跟踪输入设备相对于下面的表面的移动，图像传感器包括像素阵列，并且图像传感器以两种操作模式操作。所述两种操作模式可以包括：第一操作模式，在第一操作模式下，所述一个或更多个处理器使得图像传感器在跟踪输入设备相对于下面的表面的移动时使用像素阵列中的第一多个像素；或者第二操作模式，在第二操作模式下，所述一个或更多个处理器使得图像传感器在跟踪输入设备相对于下面的表面的移动时使用像素阵列中的第二多个像素，其中，第二多个像素具有比第一多个像素少的被处理(使用)的像素。在一些情况下，跟踪输入设备相对于下面的表面的移动可以由帧速率来表征，使得当处于第一操作模式时，帧速率在第一频率范围内操作，并且当处于第二操作模式时，帧速率在第二频率范围内操作。第二频率范围可以具有比第一频率范围窄的带宽。例如，第一频率范围可以在1kHz和30kHz之间，并且第二频率范围可以在100Hz和10kHz之间。
在一些实施方式中，当输入设备被置于第一操作模式时，可以使用第一多个存储器槽来关联输入设备相对于下面的表面的移动，并且当输入设备被置于第二操作模式时，可以使用第二多个存储器槽来关联输入设备相对于下面的表面的移动，其中，第一多个存储器槽可以比第二多个存储器槽的存储器槽数目多。在一些实现方式中，第一多个存储器槽可以包括四个或更多个存储器槽，并且第二多个存储器槽可以包括三个或更少个存储器槽。根据某些实施方式，当处于第一操作模式时，输入设备可以经由第一通信协议与主计算设备通信，并且当处于第二操作模式时，输入设备可以通过第二通信协议与主计算设备通信。在一些情况下，第一通信协议可以具有小于每报告5ms的第一报告速率，并且第二通信协议可以具有大于每报告5ms的第二报告速率。
在某些实施方式中，输入设备可以包括：壳体；设置在壳体中的一个或更多个处理器；以及图像传感器，该图像传感器设置在壳体中并且由所述一个或更多个处理器控制，以跟踪输入设备相对于下面的表面的移动，其中，跟踪输入设备相对于下面的表面的移动可以由帧速率表征。在一些情况下，图像传感器可以以如下两种操作模式操作，所述两种操作模式包括第一操作模式和第二操作模式。在第一操作模式下，帧速率可以在第一频率范围内操作，并且使用第一多个存储器槽来关联输入设备相对于下面的表面的移动。在第二操作模式下，帧速率可以在第二频率范围内操作，并且可以使用第二多个存储器槽来关联输入设备相对于下面的表面的移动。在一些情况下，第一频率范围可以在1kHz和30kHz之间，并且第二频率范围可以在100Hz和10kHz之间，但是可以使用用于第一频率范围和第二频率范围的其他范围。
在又一实施方式中，第一多个存储器槽可以包括四个或更多个存储器槽，并且第二多个存储器槽可以包括三个存储器槽。在一些情况下，图像传感器可以包括像素阵列，其中，当处于第一操作模式时，一个或更多个处理器可以使得图像传感器在跟踪输入设备相对于下面的表面的移动时使用像素阵列中的第一多个像素，并且当处于第二操作模式时，所述一个或更多个处理器可以使得图像传感器在跟踪输入设备相对于下面的表面的移动时使用像素阵列中的第二多个像素。在一些实施方式中，第二多个像素可以具有比第一多个像素少的像素。当处于第一操作模式时，输入设备可以经由第一通信协议与主计算设备通信，并且当处于第二操作模式时，输入设备可以通过第二通信协议与主计算设备通信。第一通信协议可以具有小于每报告5ms的第一报告速率，并且第二通信协议可以具有大于每报告5ms的第二报告速率，但是如本领域普通技术人员将会理解的，可以设想其他报告速率。
在某些实施方式中，一种用于操作输入设备的方法包括：由一个或更多个处理器控制设置在输入设备中的图像传感器以跟踪输入设备相对于下面的表面的移动，图像传感器包括像素阵列；以及接收输入信号以将输入设备置于第一操作模式或第二操作模式中之一。当输入设备被置于第一操作模式时，该方法可以包括使得图像传感器在跟踪输入设备相对于下面的表面的移动时使用像素阵列中的第一多个像素，并且当输入设备被置于第二操作模式时，该方法可以包括使得图像传感器在跟踪输入设备相对于下面的表面的移动时使用像素阵列中的第二多个像素，其中，第二多个像素具有比第一多个像素少的像素。在一些实施方式中，跟踪输入设备的移动包括根据帧速率操作图像传感器，其中，当处于第一操作模式时，该方法还可以包括在第一频率范围内操作帧速率，并且当处于第二操作模式时，该方法还可以包括在第二频率范围内操作帧速率，第一频率范围不同于第二频率范围。
在又一实施方式中，当处于第一操作模式时，该方法可以包括使用第一多个存储器槽来关联输入设备相对于下面的表面的移动，并且当处于第二操作模式时，该方法可以包括使用第二多个存储器槽来关联输入设备相对于下面的表面的移动，其中，第一多个存储器槽比第二多个存储器槽的存储器槽数目多。在一些情况下，第一多个存储器槽可以包括四个或更多个存储器槽，并且第二多个存储器槽可以包括三个或更少个存储器槽。该方法还可以包括：当处于第一操作模式时，通过第一通信协议与主计算设备通信，并且当处于第二操作模式时，通过第二通信协议与主计算设备通信。在一些实现方式中，第一通信协议可以具有小于每报告5ms的第一报告速率，并且第二通信协议可以具有大于每报告5ms的第二报告速率。本领域普通技术人员将会理解对其的许多变型、修改和替选实施方式。
附图说明
将参考附图阐述详细描述。
图1示出了根据某些实施方式的计算机系统的简化图。
图2示出了根据某些实施方式的操作输入设备的系统的简化框图。
图3A示出了根据某些实施方式的输入设备的各方面。
图3B示出了根据某些实施方式的输入设备的底部的各方面。
图4A示出了根据某些实施方式的以“游戏”操作模式配置的图像传感器系统。
图4B示出了根据某些实施方式的以“办公”操作模式配置的图像传感器系统。
图5A示出了根据某些实施方式的用于以游戏操作模式配置的输入设备的简化帧速率算法。
图5B示出了根据某些实施方式的用于以办公操作模式配置的输入设备的简化帧速率算法。
图6A示出了根据某些实施方式的用于跟踪光学输入设备的移动的存储器槽的存储器阵列。
图6B示出了根据某些实施方式的用于跟踪光学输入设备的移动的多个存储器槽。
图6C示出了根据某些实施方式的用于跟踪光学输入设备的移动的多个存储器槽。
图7是示出根据某些实施方式的用于操作双模式光学输入设备的方法的各方面的简化流程图。
具体实施方式
本发明的实施方式总体上涉及输入设备。更具体地，系统和设备涉及双模式光学输入设备。
在以下描述中，出于说明目的，阐述了许多示例和细节以提供对本发明的实施方式的理解。然而，对于本领域技术人员而言明显的是，可以在没有这些细节中的一些细节的情况下或者通过其修改或等同物来实践某些实施方式。
本发明的某些实施方式包括双模式光学输入设备(例如，计算机鼠标)，该双模式光学输入设备可以在包括被配置成用于高性能操作(例如，FPS游戏)的第一操作模式(例如，游戏模式)或被配置成用于具有相对低的功耗和长的电池寿命的中等性能(例如，办公使用)的第二操作模式(例如，“生产”或“办公”模式)的不同性能设置下进行操作。这些性能设置可以以许多方式来实现，包括随后的修改。因此，本发明的某些实施方式可以在单个设备中实现两种专用且可操作的不同操作模式，这些操作模式通常仅在两个单独且单独专用的输入设备中实现。
在一些实施方式中，壳体包括一个或更多个处理器，以控制设置在壳体中的图像传感器，以跟踪输入设备相对于下面的表面的移动。图像传感器可以包括像素阵列(例如，32×32像素)，并且图像传感器可以以包括第一操作模式或第二操作模式的两种操作模式进行操作，在第一操作模式下，当跟踪输入设备的移动时，图像传感器利用像素阵列中的第一多个像素(例如，28×28像素)，在第二操作模式下，当跟踪输入设备相对于下面的表面的移动时，图像传感器利用像素阵列中的第二多个像素(例如，28×14像素)。下面至少参照图4A至图4B和图7来讨论利用使用单个图像传感器在操作模式之间修改多个使用的像素的方面的某些实施方式。
在一些实施方式中，跟踪输入设备的移动的特征在于帧速率，帧速率可以指示获取下面的表面的相继图像以检测移动的速率。高帧速率通常以增加的功耗为代价来提供高精确度和提高的跟踪条件(例如，用于快速移动和高性能游戏应用)。较低的帧速率通常具有令人满意的准确度，具有适度的跟踪条件(例如，足够典型的办公应用，如文字处理器、电子表格、web浏览器等)，并且具有降低的功耗和更长的电池寿命。在一些实现方式中，当输入设备置于第一操作模式下时，帧速率可以在第一频率范围(例如，在正常操作条件下为1KHz至20KHz)内进行操作，当输入设备置于第二操作模式下时，帧速率可以在第二频率范围(例如，100Hz至5KHz)内进行操作。虽然其他范围是可以的，但是一些示例性实施方式可以使用不同范围，如对于第一频率范围为1KHz至17kHz，并且对于第二频率范围为250Hz至5kHz。下面至少参照图5A至图5B和图7进一步讨论当在操作模式之间切换时修改图像传感器帧速率。
在某些实施方式中，可以使用多个存储器槽来关联输入设备相对于下面的表面的移动。通常，如下面进一步讨论的，使用的存储器槽越多，系统必须关联越多的参考点并且验证检测到的移动，这可以提高跟踪精度和性能。在一些实现方式中，当输入设备置于第一操作模式下时，可以使用第一多个存储器槽(例如，4个存储器槽)来关联输入设备的移动，当输入设备置于第二操作模式下时，可以使用第二多个存储器槽(例如，2至3个存储器槽)来关联输入设备的移动。如本领域普通技术人员将理解的，存储器槽也可以被称为“存储器页”、“存储器单元”、“存储器块”等。下面至少参照图6A至图7进一步讨论使用单个图像传感器修改操作模式之间多个使用的存储器槽的某些方面。
在一些实施方式中，输入设备(例如，计算机鼠标)可以根据操作模式来改变与主计算设备通信的模式。第一操作模式可以被配置成用于高性能操作，并且可以使用快速通信协议。第二操作模式可以被配置成用于具有长电池寿命的中等性能，并且可以使用较低功率的通信协议。在一些情况下，第一操作模式可以采用具有小于每报告5ms的报告速率的通信协议(例如，
Figure GDA0001870600050000061
专用通信协议)，并且第二操作模式可以采用具有5ms或更高的报告速率的通信协议(例如，
Figure GDA0001870600050000062
低能量或“BLE”)。如本领域普通技术人员将理解的，可以使用其他通信协议。下面至少参照图7进一步讨论利用修改操作模式之间的通信协议的类型的方面的某些实施方式。
图1示出了根据某些实施方式的计算机系统100的简化图。计算机系统100可以包括计算机110、监视器120、输入设备130和键盘140。在一些实施方式中，输入设备130可以是计算机鼠标、遥控设备、游戏控制器(例如，游戏手柄、操纵杆等)、智能电话或者可以用于将模拟输入转换为数字信号以进行计算机处理的其他合适的设备。对于计算机系统100，输入设备130可以被配置成控制计算机110和监视器120的各个方面。
计算机110可以是任何合适的计算设备，包括但不限于台式计算机、膝上型计算机、平板电脑或“平板电话”计算机、智能电话、PDA、可穿戴设备(例如，智能手表、智能眼镜)、VR/AR系统等。在一些实施方式中，输入设备130可以被配置成提供用于移动跟踪(例如，平面上的x-y移动、三维“空中”移动等)、触摸和/或姿势检测、提升检测、取向检测(例如，在3自由度(DOF)系统、6DOF系统等中)、电源管理能力、输入检测(例如，按钮、滚轮等)、输出功能(例如，LED控制、触觉反馈等)或者本领域普通技术人员将理解的无数附加特征中的任何特征的控制信号。计算机110可以包括被配置成存储计算机代码(如鼠标驱动软件)的机器可读介质(未示出)，其中计算机代码能够由计算机110的处理器来执行，以经由输入设备130、键盘140等来控制计算机110的各方面。本文中描述的各种实施方式通常将输入设备130称为计算机鼠标或类似的输入设备，但是应当理解，输入设备130可以是可以适于利用本文中描述和/或考虑的新颖的实施方式的任何合适的输入/输出(I/O)设备(例如，用户接口设备、控制设备、输入单元等)。
用于操作双模式输入设备的示例性系统
图2示出了根据某些实施方式的操作输入设备130的系统200的简化框图。系统200可以包括处理器210、输入检测块220、移动跟踪块230、电源管理块240和通信块250。系统块220至250中的每个块可以与处理器210进行电气通信。系统200还可以包括附加系统，其未示出或者未被描述以防止混淆本文中描述的新颖特征。
在某些实施方式中，处理器210可以包括一个或更多个微处理器(μC)，并且可以被配置成控制系统200的操作。可替选地或另外地，如本领域普通技术人员将理解的，处理器210可以包括具有支持硬件、固件(例如，存储器、可编程I/O等)和/或软件的一个或更多个微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)等。可替选地，MCU、μC、DSP等可以被配置在系统200的其他系统块中。例如，通信块250可以包括本地处理器，以控制与计算机110的通信(例如，经由蓝牙、蓝牙LE、RF、IR、hardwire、ZigBee、Z-Wave、Logitech Unifying或其他通信协议)。在一些实施方式中，多个处理器可以实现系统200中的增加的性能特性(例如，速度和带宽)，可以不需要多个处理器，也不必与本文中描述的实施方式的新颖性密切相关。
输入检测块220可以控制按钮激活的检测(例如，主按钮、侧按钮、滚轮按钮等)、滚轮和/或轨迹球操纵(例如，旋转检测)、滑动器、开关、触摸传感器(例如，一维和/或二维触摸板)等。在一些实施方式中，输入检测块220可以检测何时用足够的力(例如，阈值力)按下键板(例如，鼠标左键)，使得其接触并激活力传感器(例如，致动器)。力传感器可以生成相应的控制信号(例如，人接口设备(HID)信号)，以控制通信地耦接至输入设备的计算设备(例如，计算机110)(例如，在计算机上实例化“左点击”)。可替选地，输入检测块220的功能可以归入处理器210或者与处理器210结合。
在一些实施方式中，输入检测块220可以检测输入设备130上的一个或更多个触摸敏感表面上的触摸或触摸姿势。输入检测块220可以包括一个或更多个触摸敏感表面或触摸传感器。触摸传感器通常包括适于检测信号(如直接接触、电磁场或静电场或者电磁辐射的束)的感测元件。触摸传感器通常可以检测接收到的信号的变化、信号的存在或信号的不存在。触摸传感器可以包括用于发出检测到的信号的源，或者信号可以由辅助源生成。触摸传感器可以被配置成：检测距参考区域或点一定距离(例如，<5mm)处的物体的存在、与参考区域或点接触、或其组合。输入设备130的某些实施方式可以利用或可以不利用触摸检测或触摸感测能力。
输入检测块220可以包括触摸和/或接近感测能力。多种类型的触摸/接近传感器的一些示例可以包括但不限于：电阻式传感器(例如，标准气隙4线基，基于具有取决于压力(FSR)、插值FSR等的不同电气特性的碳载塑料)、电容式传感器(例如，表面电容、自电容、互电容等)、光学传感器(例如，红外光栅矩阵、与可以测量光路的飞行时间的光电检测器耦接的基于激光的二极管等)、声传感器(例如，与麦克风耦接以检测与触摸点相关的波传播模式的修改的压电式蜂鸣器等)等。
移动跟踪块230可以被配置成跟踪输入设备130的移动。移动跟踪块230可以使用诸如发光二极管(LED)的光学传感器和光电二极管的成像阵列来检测输入设备130相对于下面的表面的移动。输入设备130可以可选地包括利用相干(激光)光的移动跟踪硬件。在某些实施方式中，如图3B所示，光学传感器设置在输入设备130的底侧上。移动跟踪块230可以提供位置数据(例如，X-Y坐标数据)或提升检测数据。例如，光学传感器可以检测用户何时将输入设备130提升离开工作表面，并且可以将该数据发送至处理器210以进行进一步处理。如下面进一步描述的，在一些实施方式中，处理器210、移动跟踪块230(其可以包括附加的专用处理器)或其组合可以执行本文中描述的一些或所有新颖功能，所述功能包括：修改用于不同操作模式(例如，第一操作模式和第二操作模式)的图像传感器像素的数目，改变用于不同操作模式的图像传感器帧速率，以及改变用于不同操作模式的存储器槽的数目。
在某些实施方式中，加速度计可以用于移动检测。加速度计可以是被配置成测量加速力(例如，静力和动力)的机电设备(例如，微机电系统(MEMS)设备)。一个或更多个加速度计可以用于检测三维(3D)定位。例如，3D跟踪可以利用三轴加速度计或两个双轴加速度计(例如，在“3D空中鼠标”中)。加速度计还可以确定输入设备130是否已经从表面被提升，并且提供可以包括输入设备130的速度、物理取向和加速度的移动数据。在一些实施方式中，可以使用陀螺仪代替加速度计或者与加速度计结合使用，以确定移动或输入设备取向。
电源管理块240可以被配置成管理输入设备130的功率分配、再充电、功率效率等。在一些实施方式中，电源管理块240可以包括电池(未示出)、用于电池的基于USB的充电系统(未示出)、电源管理设备(例如，低压差电压调节器——未示出)和向每个子系统(例如，通信块250等)提供电力的系统200内的电网。在某些实施方式中，电源管理块240提供的功能可以合并到处理器210中。可替选地，一些实施方式可以不包括专用电源管理块。例如，电源管理块240的功能方面可以归入另一个块(例如，处理器210)或者与另一个块结合。
根据某些实施方式，通信块250可以被配置成实现输入设备130与计算机110或其他设备和/或外围设备之间的通信。通信块250可以被配置成为计算机110或其他无线设备提供无线连接(例如，射频(RF)、蓝牙、BLE、红外(IR)、ZigBee、Z-Wave、Logitech Unifying等)。系统200可以包括至计算机110的硬连线连接(例如，USB、火线等)。例如，输入设备130可以被配置成接收通用串行总线(USB)电缆，以实现与计算机110或其他外部设备的双向电子通信。一些实施方式可以利用不同类型的电缆或连接协议标准来建立与其他实体的硬连线通信。如下面至少关于图7进一步描述的，在一些实施方式中，处理器210、通信块250或其组合可以执行本文中描述的一些新颖功能，包括当在第一操作模式与第二操作模式之间改变时在通信协议之间切换。
如本领域普通技术人员将理解的，尽管可能没有明确地讨论某些系统，但是它们应该被视为系统200的一部分。例如，系统200可以包括总线系统，以向其中的不同系统传输电力和/或数据以及从其中的不同系统传输电力和/或数据。在一些实施方式中，系统200可以包括存储子系统(未示出)。存储子系统可以存储待由处理器(例如，在处理器210中)执行的一个或更多个软件程序。应当理解，“软件”可以指代指令序列，当指令序列由处理单元(例如，处理器、处理设备等)执行时，使系统200执行软件程序的某些操作。指令可以被存储为驻留在只读存储器(ROM)中的固件和/或存储在介质存储装置中的可以被读入存储器以由处理设备进行处理的应用。软件可以实现为单个程序或单独程序的集合，并且可以存储在非易失性存储装置中，并且在程序执行期间全部或部分地被复制到易失性工作存储器中。处理设备可以从存储子系统检索待执行的程序指令，以执行如本文中描述的各种操作(例如，软件控制的弹簧自动调整等)。
如本领域普通技术人员将理解的，应该理解，系统200意在是说明性的，并且许多变更和修改是可以的。系统200可以包括在此没有具体描述的其他功能或能力(例如，移动电话、全球定位系统(GPS)、电源管理、一个或更多个相机、用于连接外部设备或附件的各种连接端口等)。虽然参考特定块(例如，输入检测块220)描述了系统200，但是应该理解，这些块是为了理解本发明的某些实施方式而定义的，并且不意在暗示实施方式限于部件部分的特定物理布置。各个块不需要对应于物理上不同的部件。块可以被配置成例如通过对处理器进行编程或者提供适当的处理来执行各种操作，并且各种块可以是或可以不是可重新配置的，这取决于如何获得初始配置。某些实施方式可以在各种装置中实现，包括使用电路系统和软件的任何组合实现的电子设备。此外，如通过设计通知的，系统200的方面和/或部分可以与其他子系统组合或者由其他子系统操作。例如，电源管理块240和/或移动跟踪块230可以与处理器210集成，而不是用作单独的实体。
双模式输入设备的示例性实施方式
图3A示出了根据某些实施方式的输入设备300的各方面。输入设备300可以包括壳体310、左按钮320、右按钮330、滚轮340和按钮350、360以及任何其他合适的输入元件(例如，附加按钮、侧滚轮、触摸传感器等)或输出元件(例如，发光二极管(LED)、显示器、触觉反馈元件、扬声器等)等。在一些情况下，按钮350可以是模式选择按钮。例如，可以按下按钮350以在第一操作模式(例如，游戏模式)与第二操作模式(例如，“办公”模式)之间切换。第一操作模式可以是调整用于检测高速移动(例如，100+英寸每秒或“ips”)、快速方向改变和高加速条件的高性能模式，其通常在竞争游戏条件(例如，第一人称射击或“FPS”游戏)下发生。第二操作模式可以是被调整成具有低功耗的典型办公使用(例如，1至20ips)的中等性能模式。可替选地或另外地，如本领域普通技术人员将理解的，具有不同性能特性的其他操作模式也是可以的。下面参照图4A至图7进一步描述第一操作模式和第二操作模式及其相应的性能特性的各种实施方式。
在一些实施方式中，按钮350、360可以被配置成在主计算设备之间切换通信。例如，如在专利申请第14/884,381号(其全部内容通过引用并入本文以用于所有目的)中进一步描述的，一些实施方式可以具有多主机连接，使得输入设备300可以与第一主计算机(例如，PC膝上型计算机)进行通信，并且响应于相应的按钮按下而切换到第二主计算机(例如，Mac计算机)。可替选地或另外地，如在专利申请第15/226,770号(其全部内容通过引用并入本文以用于所有目的)中进一步描述的，可以通过例如在“流”启用系统中将相应的光标移动到显示器的边缘来实现主机之间的切换。如本领域普通技术人员将理解的，按钮345、360或任何其他输入设备可以以任何合适的方式来配置，并且可以利用可以是预设的或用户编程的(例如，通过主计算设备上的相应驱动软件)任何合适的功能。
图3B示出了根据某些实施方式的输入设备300的底部的各方面。输入设备300的底部可以包括一个或更多个支脚370、图像传感器380和电源开关385。可以包括附加输入元件(例如，按钮、滑动器等)。在一些情况下，电源开关385可以位于鼠标上的其他位置或者可以根本不包括电源开关385(例如，输入设备300可以基于使用来加电/断电)。按钮395可以是模式选择开关(例如，用于选择第一操作模式或第二操作模式的开关)、多主机计算机选择按钮等。在一些实施方式中，按钮395可以是通信协议选择按钮。例如，按下按钮395可以在专用高帧速率通信协议或较低功率的较低帧速率通信协议(例如，
Figure GDA0001870600050000111
LE)之间切换。受益于本公开内容的本领域普通技术人员将理解其许多变型、修改和替选实施方式。
在优选实施方式中，如所示的，图像传感器380位于输入设备300的底部的中心附近。根据某些实施方式，图像传感器380是单个传感器，但是可以以两种或更多种操作模式进行操作。图像传感器可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器，其捕获下面的表面的图像并且将每个图像发送至处理器(例如，处理器210)以进行分析。如本领域普通技术人员将理解的，可以使用其他类型的图像传感器，包括电荷耦合器件(CCD)、N型金属氧化物半导体(NMOS)、混合器件(例如，CCD/CMOS)等。处理器可以检测图像中的图案并查看这些图案自先前图像起如何移动，并且处理器可以基于图像序列上的图案的变化来确定：相应的输入设备移动了多远并且向什么方向移动，哪些可以被发送至主计算机以控制一个或更多个功能(例如，控制显示器上的光标，控制音乐应用中的音频音量等)。该过程可以每秒发生数百次甚至数千次，以准确地检测所有类型的移动，包括一系列移动速度和加速度。
为了说明光学输入设备(例如，光学计算机鼠标)的基本操作基础，考虑同一物体的彼此略微偏移的两张照片。当被放置在光桌上时，照片可以看起来是透明的，使得一个可以与另一个精确地对准。特定图像的边缘(或在较小尺度上，特定表面特征)偏移的量表示光学鼠标位移的量，其可以由包括像素阵列的图像传感器检测。光学鼠标可以每秒捕获数百有时甚至数千个相继图像或更多图像(由下面讨论的“帧速率”限定)。取决于输入设备移动的多快，相继图像之间的每个偏移可以是像素的一部分或多达几个像素。如本领域普通技术人员将理解的，光学输入设备可以使用互相关来数学地处理这些图像，以计算每个相继图像偏离先前图像多少。该基本理解形成了本文中描述的许多新颖概念的基础。
切换双模式输入设备中有源像素阵列的尺寸
图4A示出了根据某些实施方式的以“游戏”操作模式配置的图像传感器系统400。图4B示出了根据某些实施方式的以“办公”操作模式配置的图像传感器系统400。图像传感器系统400可以包括图像传感器410、模拟到数字(“A/D”)转换器430和处理器440。图像传感器410可以类似于图3B的图像传感器380。处理器440可以是用于图像处理的专用处理器、处理器210，或者可以用作其组合。在一些情况下，图像传感器系统400可以由系统200实现，并且部分地或整体地包含在移动跟踪块230、处理器210或其组合中。如受益于本公开内容的本领域普通技术人员将理解的，A/D 430可以包括多个系统块，所述多个系统块包括多路复用器和比较器以寻址(多路复用/多路分用)并将每个模拟输入(例如，由图像传感器410获得的相继图像)转换成数字信号以由处理器210处理。
图像传感器410可以包括在任何合适尺寸的多个单独像素上。参照图4A，示出了32×32像素矩阵420。通常，在像素矩阵中使用的像素越多，检测到的移动会越准确且检测到的速度会越高，代价是：除了更大的功耗以外，更大的处理资源(例如，要求处理器440处理更大量的数据)。当输入设备300处于高性能“游戏”操作模式(例如，第一操作模式)时，可以使用第一数目的像素422(例如，28×28像素——参见图4A)。当输入设备300处于“办公”模式(例如，第二操作模式)时，可以使用第二数目的像素424(例如，28×14像素——参见图4B)。“游戏模式”中使用的像素的第一数目通常大于“办公模式”中使用的像素的数目，然而，针对“游戏”模式或“办公”模式，可以使用任何合适数目的像素，并且可以使用任何尺寸的像素阵列(例如，20×20像素、30×30像素等)。在一些实施方式中，可以仅在单个轴(例如，Y轴)上执行关联而不是在两个轴(例如，X轴和Y轴)上执行关联，这可以减少计算时间和功耗两者，但有时以某些性能特性(例如，在高速度/加速度条件下精确度降低)为代价。因此，单轴测量可以非常适合其中相对于高端跟踪性能会优选降低功耗的“办公模式”设置。在一些情况下，可以在一种或两种操作模式中省略一些像素行和像素列，以简化跟踪计算并改善性能(例如，参见图4A至图4B)。例如，边缘像素可能不具有与中心像素类似的像素邻近条件，这可能需要附加的计算资源来协调这些差异。因此，在一些实施方式中，可以从关联计算丢弃来自边缘像素的一些或全部数据。受益于本公开内容的本领域普通技术人员将理解其许多变更、修改和替代实施方式。
在双模式输入设备中的帧速率算法之间切换
如上所述，“帧速率”限定图像传感器获得下面的表面的图像的频率。通常，可以优选地使用快速帧速率(例如，5kHz或更高)来检测关于输入设备的快速移动(例如，20ips或更多)，以准确度(例如，测量值接近实际移动速度和/或加速度的程度)和精度(例如，同一测量可重复进行的程度)完全捕获移动。同样地，可以用较慢的帧速率(例如，1kHz)来充分地检测关于输入设备的慢移动(例如，1ips至5ips)，同时仍然实现准确度和精度。较高的帧速率与较低的帧速率相比倾向于使输入设备(例如，系统200)消耗较大的功率。在某些情况下，表面状况也会影响功耗。例如，与具有很少表面特征的表面相比，具有高密度的表面特征的表面可能更容易跟踪移动，原因是存在更多用于检测移动的参考点。因此，在相同的移动和加速度条件下，与在具有高密度的表面特征的表面上操作的输入设备相比，在具有低密度的表面特征的表面上操作的输入设备可以将更多的光强度和/或更高的帧速率用于特定的移动和/或加速度。
在此呈现的多个示例根据可以在某一频率范围内的帧速率来描述图像传感器380的操作，其可以被称为帧速率算法。在一些实施方式中，调整帧速率以动态地适应当前的移动速度和/或加速度。例如，随着移动速度和/或加速度增加，可以将帧速率动态地调整成：增加到保持特定水平的精度和准确度(例如，在<1％准确度或其他合适的公差内)。换言之，某些实施方式可以被配置成：瞄准给定的位移距离并调整帧速率，以获得在后续图像之间实现同一位移所需的多个图像。动态调整可以是连续的(例如，模拟在某一频率范围内的频率变化)或逐步的(例如，在某一频率范围内量化的步数)。例如，图5A和图5B所示的实施方式利用连续动态的调整方案。本领域普通技术人员将理解其许多变更、修改和替代实施方式。
图5A示出了根据某些实施方式的用于游戏操作模式(例如，第一模式)中的输入设备的简化帧速率算法500。帧速率算法500可以是“高性能”算法，该算法可以适于精确地跟踪输入设备300的高移动速度和加速度。帧速率算法500可以包括操作频带510、第一停止帧速率520和第二停止帧速率530。操作频带510可以表示当处于第一操作模式时帧速率在正常操作条件下进行操作的频带。在一些实施方式中，操作频带510可以在1kHz至20kHz的范围内。参照图5A，操作频带510在1kHz至17kHz的范围内。因此，响应于检测到输入设备300的超过100ips(或其他合适的阈值)的移动，处理器210和/或移动跟踪块230可以动态地调整图像传感器380，以在17kHz最大帧速率附近进行操作。注意，在一些实施方式中，图像传感器(380)可以以1kHz帧速率来检测>40g的加速度。相反，响应于检测到输入设备300的降到1ips以下(或其他合适的阈值)的移动，可以将图像传感器380动态地调整成在1kHz附近进行操作。如本领域普通技术人员将理解的，也可以为其他范围。
在一些实施方式中，可以在不使用的时段期间实现降低的帧速率。例如，如果在第一时间段(例如，时间“t1”)没有检测到移动，则可以确定用户当前不可能与鼠标接口连接，并且可以采用较慢较低功率的停止帧速率520(例如，<100Hz、50Hz等)。在一些情况下，在第二时间段(例如，时间“t1+t2”)之后，可以采用相对于对应的较低功耗进一步降低的停止帧速率530(例如，<20Hz、10Hz等)。当检测到移动时，帧速率可以从停止帧速率520或530返回到操作频带510。可以在任何合适的频率和时间阈值处使用较多或较少的“停止”帧速率。本领域普通技术人员将理解其许多变更、修改和替代实施方式。
图5B示出了根据某些实施方式的用于处于办公操作模式(例如，第二模式)的输入设备的简化帧速率算法550。如上面进一步描述的，帧速率算法550可以是正常使用算法，该算法可以适于在正常办公条件下准确地跟踪输入设备300的典型移动速度和加速度。帧速率算法550可以包括操作频带560、第一停止帧速率570和第二停止帧速率580。操作频带560可以表示当处于第二操作模式时帧速率在正常操作条件下进行操作的频带。在一些实施方式中，操作频带560可以在100Hz至10kHz的范围内。参照图5B，操作频带560在250Hz至5kHz的范围内。因此，响应于检测到输入设备300的超过20ips(或其他合适的阈值)的移动，处理器210和/或移动跟踪块230可以将图像传感器380动态地调整成在5kHz的最大帧速率附近进行操作。注意，在一些实施方式中，即使在50Hz帧速率下(例如，在办公模式下)，也可以进行2g或更好的移动跟踪。相反，响应于检测到输入设备300的降到1ips以下(或其他合适的阈值)的移动，可以将图像传感器380动态地调整成在250Hz附近进行操作。如本领域普通技术人员将理解的，也可以为其他范围。
在一些实施方式中，可以在未使用期间实现降低的帧速率。例如，如果在第一时间段(例如，时间“t3”)未检测到移动，则可以确定用户当前不可能与鼠标接口连接，并且可以采用较慢较低功率的停止帧速率570(例如，<100Hz、50Hz等)。在一些情况下，在第二时间段(例如，时间“t3+t4”)之后，可以采用相对于对应的较低功耗进一步降低的停止帧速率580(例如，<20Hz、10Hz等)。当检测到移动时，帧速率可以从停止帧速率520或530返回至操作频带510。在一些情况下，当从帧速率算法的低帧速率(例如，100Hz)立即移动至高帧速率(例如，5kHz)时可能发生某些不期望的操作状况，这可以表现为像素读取错误、系统锁定、丢失(drop out)、匹配的丢失或者其他错误情况。因此，一些实施方式可以暂停在作为第一目标帧速率的中间帧速率590(例如，250Hz达20ms)处，然后当检测到的移动和/或加速度超过一定的速度和/或加速度(例如，20ips)时继续至最终目标帧速率(例如，5kHz)以避免上述不期望的操作状况。可以在任何合适的频率和时间阈值处使用较多或较少的“停止”帧速率。此外，一些实施方式可以不使用中间帧速率，或者可以在第一操作模式中使用中间帧速率(参见例如图5A)。本领域普通技术人员将理解其许多变型、修改以及替选实施方式。
在双模式输入设备中的存储器槽分配之间的切换
存储器槽可以用于存储由像素阵列获取的图像。输入设备300可以使用多个存储器槽来保存用于检测输入设备300沿着下面的表面的移动的相继图像传感器图像。最少需要两个存储器插槽来关联移动。例如，第一页面(保存至第一存储器槽)可以包括表面特征或粒子，第二页面(保存至第二存储器槽)可以包括相同的表面特征或粒子，但是位于距与第一页面所示的位置一定距离处。注意，“页面”可以被称为“图像”。如本领域普通技术人员将理解的，检测到的位置的差异用于内插(interpolate)输入设备相对于下面的表面的移动。“存储器槽”可以互换地被称为“存储器块”、“存储器页面”、“存储器单元”等。存储器槽可以是处理器210、移动跟踪块230或其组合的一部分和/或由处理器210、移动跟踪块230或其组合控制。在一些情况下，存储器槽可以存储在外部存储器上(例如，在处理器210和/或移动跟踪块230外部)并且由一个或更多个系统200的资源控制。在某些实施方式中，存储器槽存储在图像上传感器硅(silicon)上，并且可以由图像传感器380、处理器210或其组合来控制。在一些情况下，图像传感器可以全部或部分地包含在移动跟踪块230中。本领域普通技术人员将理解其许多变型、修改以及替选实施方式。
可以使用附加的存储器槽来更好地关联移动以提高准确度。例如，一些图像可能包括噪声或其他干扰。在这种情况下，具有附加的存储器槽以捕获较早的图像可以是有益的，因为它可以提供另一组数据点以关联检测到的移动。通常，更多的存储器槽可以提供更好的关联，并且因此提高第一操作模式和第二操作模式二者的准确度。但是，具有附加的存储器槽(例如，3个或更多个)通常需要附加的计算资源，因为必须分析更多数据(附加的存储器页面)并且将其与其他存储器页面关联。更高的性能设置(例如，第一操作模式)通常可以从附加的存储器页面中获益更多，因为它们可以进一步支持对输入设备的快速移动和/或加速度的准确检测。在一些示例性实施方式中，当被置于第一操作模式时，输入设备300可以包括四个或更多个存储器槽。然而，如本领域普通技术人员将理解的，可以使用较多或较少的存储器槽。
图6A示出了根据某些实施方式的用于跟踪输入设备的移动的存储器槽的存储器阵列600(1)。存储器阵列600(1)包括：对应于由图像传感器获取的当前图像的标记为“C”的第一存储器槽602(1)；以及对应于最近的先前图像的标记为“L”的第二存储器槽604(1)。如上所述，需要至少两个存储器槽以用于关联和移动跟踪。这样的实施方式可能易于漂移或者不稳定的跟踪，因为没有附加的存储器槽可用于验证关联性。
图6B示出了根据某些实施方式的用于在第二操作模式下跟踪光学输入设备的移动的存储器槽的存储器阵列600(2)。存储器阵列600(2)包括：对应于由图像传感器获取的当前图像的标记为“C2”的第一存储器槽602(2)；对应于最近的先前图像的标记为“L2”的第二存储器槽604(2)；以及对应于较早的先前图像的标记为“P2”的第三存储器槽606(2)。存储器槽606(2)被示出为在当前图像之前的第十相继图像，但是存储器槽606(2)可以被定位在任何合适的位置(例如，第7位置，第15位置等)。在一些实施方式中，可以动态地调整存储器槽606(2)的位置。根据检测到的移动速度，存储器槽606(2)可以被动态地移动至不同的位置。例如，增加的或快速的速度(例如，5ips至10ips)可以使存储器槽606(2)移动到更靠近存储器槽602(2)的位置(例如，第5位置)，而降低的或缓慢的速度(例如，0至1ips)可以使存储器槽606(2)移动至距602(2)更远的位置(例如，第15位置)。这里提供的示例不旨在是限制性的，并且受益于本公开内容的本领域普通技术人员将理解如何适当地配置存储器槽606(2)相对于存储器槽602(2)和604(2)的位置(例如，经由至少部分地通过移动速度、帧速率等调整的存储器槽控制算法)。可替选地，可以静态地定位存储器槽中的一个或更多个(例如，通常设置“C”和“L”存储器槽，但是一些实施方式还可以设置P存储器槽)。在某些情况下，当输入设备300被置于第二操作模式(“办公模式”)时，可以使用图6B的三个存储器页面方案。
图6C示出了根据某些实施方式的用于在第一操作模式下跟踪光学输入设备的移动的存储器槽的存储器阵列600(3)。存储器阵列600(3)包括：对应于由图像传感器获取的当前图像的标记为“C3”的第一存储器槽602(3)；对应于最近的先前图像的标记为“L3”的第二存储器槽604(3)；对应于较早的先前图像的标记为“P3”的第三存储器槽606(3)；以及对应于P3与L3/C3之间的中间图像的标记为“X3”的第四存储器槽608。存储器槽606(3)被示出为当前图像之前的第十相继图像，但是存储器槽606(3)可以被定位在任何合适的位置(例如，第7位置、第15位置等)。存储器槽608被示出为当前图像之前的第六相继图像，但是存储器槽608可以被定位在任何合适的位置(例如，第3位置、第8位置等)。如上所述，在一些实施方式中，可以动态地调整存储器槽606(3)和/或608的位置。可替选地，可以静态地定位存储器槽中的一个或更多个(例如，通常设置“C”和“L”存储器槽，但是一些实施方式还可以设置P存储器槽和X存储器槽)。在某些情况下，当输入设备300被置于第一操作模式(“游戏模式”)时，可以使用图6C中的四个存储器页面方案。通常，使用附加的存储器槽会需要附加的数据被处理以及较大的功耗。因此，当从第一操作模式(例如，具有四个存储器槽)切换至第二操作模式(例如，具有三个存储器槽)时，需要较少的功率和处理资源。在一些实施方式中，可以将相同数目的存储器槽与输入设备300的第一操作模式和第二操作模式相关联，但是当置于第二操作模式时，输入装置300可以不读取或不写入存储器槽X以仅有效地管理三个而不是四个存储器槽。本领域普通技术人员将理解其许多变型、修改以及替选实施方式。
图7是示出根据某些实施方式的用于操作双模式光学输入设备的方法700的各方面的简化流程图。方法700可以由处理逻辑来执行，所述处理逻辑可以包括硬件(电路、专用逻辑等)、在适当的硬件(例如通用计算系统或专用机器)上操作的软件、固件(嵌入式软件)或任意其组合。在某些实施方式中，方法700可以由系统200的处理器210、由移动跟踪块230中的资源或其组合来执行，如上面参照图2所示和所描述的。
在步骤710处，根据某些实施方式，方法700可以包括由一个或更多个处理器控制布置在输入设备(300)中的图像传感器(380)以跟踪输入设备相对于下面的表面的移动。图像传感器可以包括具有任何合适数目的像素和阵列维度的像素阵列(410)。在一些实施方式中，像素阵列可以是32×32像素矩阵，但是也可以是较大或较小的阵列。通常使用单个图像传感器，并且单个图像传感器优选地位于输入设备底部的中心位置，但是一些实施方式可以采用偏移(非居中)图像传感器。除了控制图像处理器以跟踪输入设备相对于下面的表面的移动以外，一个或更多个处理器还可以使图像传感器上电和断电；动态地控制图像传感器的图像帧，例如，如上面参照图5A至图5B所进一步描述的，基于检测到的移动以连续和/或阶梯式的方式改变帧速率；以及基于用户输入(例如，按钮350)设置图像传感器的操作模式，如下面进一步描述的。
在步骤720处，根据某些实施方式，方法700可以包括接收输入信号以将输入设备置于第一操作模式或第二操作模式之一。在某些情况下，第一操作模式可以是被优化用于快速移动和加速跟踪的高性能“游戏”操作模式，而第二操作模式可以是被优化用于低功率和长的电池寿命的中等性能“办公”操作模式。附加的操作模式也是可行的，其中，每种操作模式以任何合适的操作标准进行配置，所述任何合适的操作标准包括但不限于像素阵列使用、帧速率设置、存储器页面设置、通信设置等，如上面至少参照图4A至图6C所进一步描述的。输入信号可以被称为“输入”、“控制信号”等。
输入信号可以是指示按钮按压(例如，按钮350)的信号、经由在主计算机110上操作的软件(例如，计算机鼠标驱动器软件)对第一模式或第二模式的选择或者取决于应用的自动模式选择。例如，活动电子表格应用可以提供使输入设备300切换至“办公”操作模式的信号，而高性能“第一人称射击”或FPS可以提供使输入设备300切换至“游戏”操作模式的信号。在一些实施方式中，自动选择可以是取决于活动的。例如，机器学习/人工智能可以用于确定用户如何使用包括视频摄像机等的替选检测装置与输入设备接口连接(例如，慢速或低g移动，或者快速和相对高g移动)。可以随后基于该确定结果来自动选择适当的模式(例如，“办公”模式或“游戏”模式)。当改变时，一些实现方式可以发出指示输入设备已经改变操作模式的可听提示(例如，嘟嘟声或滴答声)。本领域普通技术人员将理解其许多变型、修改以及替选实施方式。
在步骤730处，根据某些实施方式，方法700可以包括基于输入信号来确定已经选择了哪种操作模式。在步骤740处，方法700可以包括在输入设备被置于第一操作模式的情况下，当跟踪输入设备相对于下面的表面的移动时，使图像传感器利用像素阵列中的第一多个像素。在示例性实施方式中，第一操作模式或“游戏模式”可以被配置用于高性能(例如，高的速度和高的准确度)以适应可以经常超过100英寸每秒(ips)的输入设备的快速移动和加速度。例如，在FPS游戏中，用户经常在相对较大的距离(例如，4英寸以上)上执行非常快速且精确的移动，这需要高的跟踪准确度和一致性。提高性能的一种方式是增加像素阵列中使用的像素数目。增加后的可用像素数据量可以在对图像进行比较(例如，将当前图像与一个或更多个先前图像进行比较以检测移动)时提高关联性，从而导致更准确的检测和更好的性能，但是通常以更大的计算资源为代价。例如，使用更多像素可能需要系统200处理更多的像素行和/或列、由于处理更多像素而执行更多的计算(例如，通过比较器、A/D转换等运行)以及可能花费更多时间，这可以促进帧速率的增加以适应附加的计算，如下面进一步讨论的。某些实施方式可以在设置为“游戏模式”时利用像素阵列中的一些或全部可用像素，如上面参照图4A所示出的和所描述的。
在步骤745处，方法700可以包括在输入设备被置于第二操作模式的情况下，当跟踪输入设备相对于下面的表面的移动时，使图像传感器利用像素阵列中的第二多个像素。在示例性实施方式中，第二操作模式或“办公模式”可以被配置用于低功耗(例如，长的电池寿命)和中等性能特性(例如，中等分辨率和准确度)以适应在日常办公使用(例如，因特网浏览、文字处理、控制媒体、照片编辑等)中预期的、通过不超过20ips的输入设备的典型移动和加速度。例如，在文字处理器和电子表格中，用户经常以中等速度(例如，低于5ips)进行小的移动(例如，低于1至2英寸)以对相应的软件执行典型操作。降低电池消耗的一种方式是减少像素阵列中使用的像素数目。减少后的可用像素数据量仍然可以在图像之间提供优异的跟踪和关联性，但是处于中等性能水平。换句话说，在与办公相关的软件上运行“办公模式”可以提供优异的用户体验，因为软件中的相应移动仍将被认为是准确跟踪，因为这些移动通常不超过5ips。因此，当使用较少的计算资源来对较慢的移动速度和较小的加速度情况下的较小的图像(即，较少的扫描像素数目)进行比较时，“办公模式”可以提供良好的关联性，并且在降低功耗的情况下提高电池寿命。为了进一步说明，使用较少的像素可以使得系统200能够处理较少的像素行和/或列、由于处理较少像素而执行较少的计算(例如，通过比较器、A/D转换等运行)以及可以花费较少的时间，这可以促进帧速率的降低以适应较少的计算。与“游戏模式”(第一操作模式)相比，某些实施方式可以在“办公模式”(第二操作模式)下利用较小的像素子集(例如，较少的像素)，如上面参照图4B所示出和所描述的。
在方法700的步骤750处，根据某些实施方式，跟踪输入设备的移动可以包括根据帧速率来操作图像传感器。如上所述，帧速率是获取下面的表面的图像的速率。在一些情况下，帧速率可以取决于操作模式(例如，第一操作模式或第二操作模式)和鼠标的移动(例如，较快速的移动可以增加相应的帧速率，而较缓慢的移动可以减小相应的帧速率)在连续的频率范围内动态地调整(例如，平滑的模拟控制而不是阶梯式的量化调整)。可替选地或另外地，帧速率可以以阶梯式的方式(例如，1KHz的步长、500Hz的步长等)动态地改变。
回参步骤750，根据某些实施方式，方法700还可以包括当处于第一操作模式(“游戏模式”)时在第一频率范围内操作帧速率(例如，“帧速率算法”)。当输入设备被配置处于第一操作模式时，帧速率的典型频率范围可以在1KHz与20KHz之间。也可以是其他范围，包括较高或较低的帧速率频率、较大或较小的范围或者非连续的范围(例如，多个频带)。一些示例性实施方式可以利用动态连续的帧速率调整设置，其中，帧速率范围在1KHz与17KHz之间。这些范围内的帧速率设置通常足够快以以远超出人类能力的高精度来准确地检测输入设备的任何快速移动或者加速度变化(例如，可以以1KHz至17KHz帧速率操作范围来准确地检测用户的最快可能移动或加速度的变化)。一些实施方式可以使用其他帧速率设置来适应各种未使用的时段。例如，如果超过60秒未检测到移动，则第一操作模式下的帧速率可以降至低于1KHz(例如，50Hz)。在一些情况下，对于甚至更长的未使用时段(例如，5分钟)，整个相应帧速率算法中的附加的帧速率设置可以进一步下降，这可以导致功耗降低。
在步骤755处，根据某些实施方式，方法700还可以包括当输入设备300被置于第二操作模式(“办公模式”)时在第二频率范围内操作帧速率。当输入设备被配置处于第二操作模式时，帧速率的典型频率范围可以在100Hz与10KHz之间。也可以是其他范围，包括较高或较低的帧速率频率、较大或较小的范围或者非连续的范围(例如，多个频带)。一些示例性实施方式可以利用动态连续的帧速率调整设置，其中，帧速率范围在250Hz与5KHz之间。这些范围内的帧速率设置通常足够快以以高的精度和一致性来准确地检测任何办公类型输入设备输入(例如，用户移动)(例如，在使用文字处理软件时的典型输入设备移动)。一些实施方式可以使用其他帧速率设置来适应各种未使用的时段。例如，如果超过60秒未检测到移动，则第二操作模式下的帧速率可以降至50Hz。在一些情况下，对于甚至更长的未使用时段(例如，5分钟)，整个相应帧速率算法中的附加的帧速率设置可以进一步下降，这可以导致功耗进一步降低。如本领域普通技术人员将理解的，可以使用任何合适的频率或时间段，但是典型的实施方式通常具有与第二操作模式的第二频率范围不同的第一操作模式的第一频率范围。
在步骤760处，根据某些实施方式，方法700可以包括在处于第一操作模式的情况下利用第一多个存储器槽来关联输入设备相对于下面的表面的移动。如上所述，输入设备300可以使用多个存储器槽来保存用于检测输入设备300沿着下面的表面的移动的相继图像传感器图像。最少需要两个存储器槽来关联移动。例如，第一图像(保存至第一存储器槽)可以包括表面特征或粒子，第二图像(保存至第二存储器槽)可以包括相同的表面特征或粒子，但是位于距与第一图像中所示的位置一定距离处。如本领域普通技术人员将理解的，检测到的位置差异用于内插输入设备相对于下面的表面的移动。“存储器槽”可以互换地被称为“存储器块”、“存储器页面”、“存储器单元”等。
可以使用附加的存储器槽来更好地关联移动以提高精度。例如，一些图像可能包括噪声或其他干扰。在这样的情况下，具有附加的存储器槽以捕获较早的图像可以是有益的，因为它可以提供另一组数据点以关联检测到的移动。通常，更多的存储器槽可以提供更好的关联性，并且因此提高第一操作模式和第二操作模式二者的准确度。然而，具有附加的存储器槽(例如，3个或更多个)通常需要附加的计算资源，因为必须分析更多数据(附加的存储器页面)，并且将其与其他存储器页面关联。更高的性能设置(例如，第一操作模式)通常可以从附加的存储器页面中获益更多，因为它们可以进一步支持对输入设备的快速移动和/或加速度的准确检测。在一些示例性实施方式中，当被置于第一操作模式时，输入设备300可以包括四个或更多个存储器槽。然而，如本领域普通技术人员将理解的，可以使用较多或较少的存储器槽。
在步骤765处，根据某些实施方式，方法700可以包括在处于第二操作模式时利用第二多个存储器槽来关联输入设备相对于下面的表面的移动。如上所述，使用更多存储器槽可以有利于改善存储器页面之间的图像关联性，但是也会需要附加的计算资源。为了控制功耗，一些实施方式可以在第二操作模式下使用较少的存储器槽。这样，在一些示例性实施方式中，第二多个存储器槽(在第二操作模式下)可以包括三个或较少个数(例如，2至3个)的存储器槽。
在步骤770处，根据某些实施方式，方法700可以包括当处于第一操作模式时经由第一通信协议与主计算设备通信。第一通信协议可以以每报告小于5ms的第一报告率操作。在某些示例性实施方式中，第一通信协议可以是每报告1ms。报告率指的是输入设备将用户输入(例如，按钮按压、输入设备移动等)多久报告给相应主计算机一次。通常，高性能操作(例如，10KHz至15KHz的帧速率)与快的报告率配对以防止“瓶颈”或者导致输入设备性能的不必要的降低。这可能是由于在8ms的USB报告率的情况下速度和分辨率可能成为瓶颈。即使在1kHz帧速率下，传感器处理通常也足够快以在与已经进行的观察相同的时间(ms范围)内仍然传送移动量。
在步骤775处，根据某些实施方式，方法700可以包括当处于第二操作模式时经由第二通信协议与主计算设备通信。第二通信协议可以以每报告大于5ms的第二报告率操作。在一些示例性实施方式中，第二通信协议可以是每报告8ms(例如，对于专有RF无线协议)。可替选地或另外地，一些实施方式可以使用以每报告11.25ms操作的第二通信协议(例如，对于BLE)。在一些情况下，专有第二通信协议可以是有利的，因为它们可以提供更快的报告率，并且在一些情况下提供比某些标准通信协议(例如，BLE)低的功耗，但是可能还需要专用的收发器(例如，“加密狗”)。本领域普通技术人员将理解其许多变型、修改以及替选实施方式。
应当认识到的是，图7所示的具体步骤提供了根据某些实施方式的用于与移动输入设备建立无线连接的特定方法700。根据替选实施方式，也可以执行其他的步骤序列。例如，替选实施方式可以以不同的顺序执行上面概述的步骤。此外，图7中所示的各个步骤可以包括可以多个子步骤，所述多个子步骤可以以适合于各个步骤的各种顺序来执行。例如，在一些实施方式中，分辨率设置可以由用户预设，并且稍后在模式之间切换时进行检索。例如，在办公模式下，分辨率设置可以被设置为相对高的值(例如，1200dpi)，并且游戏模式可以具有较低的dpi(例如，400dpi)。可替选地，分辨率设置可以控制模式选择。例如，设置1200dpi可以将输入设备设置为办公模式，设置400dpi可以将输入设备设置为游戏模式。本领域普通技术人员将理解其许多变型、修改以及替选实施方式。
此外，取决于特定应用，可以增加或移除附加的步骤。例如，当输入设备在第一操作模式与第二操作模式之间切换时，一些实施方式可以改变像素阵列大小和帧速率算法，而不改变存储器槽的数目或通信协议。一些实施方式可以改变帧速率和存储器槽，而不改变操作模式之间的通信协议或像素阵列大小。另外的实施方式可以仅使用四种修改中的一种(例如，仅改变像素阵列的大小)。一些实施方式可以在操作模式之间引入其他修改。例如，LED驱动电流在游戏模式下可以高于办公模式下。可以使用任何改变的组合，并且受益于本公开内容的本领域普通技术人员将理解其许多变型、修改以及替选实施方式。该概念在图7中由特定方法步骤周围包括的虚线来表示。例如，步骤750至步骤775以虚线示出，这表明那些步骤可以是可选的。虽然这种表示似乎表明改变操作模式之间的像素数目是固定的，而其他(例如，改变存储器槽的数目)是可选的，但是应当理解的是，这仅是一种可能性，并且任何组合都是可能的，如上面充分讨论的。
在描述所公开的实施方式的上下文中(特别是在所附权利要求书的上下文中)，除非在本文中另有指示或与上下文明显矛盾，否则术语“一”、“一个”和“该”以及类似指示词的使用应被解释为覆盖单数和复数。除非另有说明，否则术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”应被解释为开放式术语(即是指“包括但不限于”)。即使存在一些介于中间的结构，但是术语“连接”应被解释为部分地或完全地包含在内、附接至或接合在一起。短语“基于”应当被理解为开放式的，并且不以任何方式限制，并且在适当的情况下旨在被解释为或以其他方式理解为“至少部分地基于”。除非本文另有指示，否则本文中数值范围的记载仅旨在用作单独提及落在范围内的每个独立值的简单写法，并且每个独立值被并入本说明书中，如同其在本文中被单独列举出来一样。
本文描述了本公开内容的优选实施方式，包括发明人已知的用于实现本公开内容的最佳模式。这些优选实施方式的变型对于本领域普通技术人员来说在阅读前面的描述之后可以变得明显。发明人期望技术人员适当地采用这样的变型，并且发明人意图以不同于本文具体描述的方式来实践本公开内容。因此，本公开内容包括如适用法律所允许的在所附权利要求书中所述的主题的所有修改和等同内容。此外，除非本文另有指示或另外与上下文明显矛盾，否则本公开内容包括上述元件在其所有可能变型中的任何组合。

Claims (15)

1.一种输入设备，包括：
一个或更多个处理器；以及
单个图像传感器，所述单个图像传感器由所述一个或更多个处理器控制，并且被配置成跟踪所述输入设备相对于下面的表面的移动，所述图像传感器包括像素阵列；
所述输入设备被配置成以至少两种操作模式操作，所述至少两种操作模式包括：
第一操作模式，所述第一操作模式是高性能操作模式，其中：
所述一个或更多个处理器使得所述图像传感器在跟踪所述输入设备相对于所述下面的表面的移动时使用来自所述像素阵列中的第一多个像素的数据；
以第一帧速率操作所述图像传感器；
使用所述图像传感器中的第一多个存储器槽来关联所述输入设备相对于所述下面的表面的移动；以及
使用第一无线通信协议进行所述输入设备与主计算设备之间的通信；以及
第二操作模式，所述第二操作模式是节能操作模式，其中：
所述一个或更多个处理器使得所述图像传感器在跟踪所述输入设备相对于所述下面的表面的移动时使用来自所述像素阵列中的第二多个像素的数据，其中，所述第二多个像素具有比所述第一多个像素少的被使用的像素；
以第二帧速率操作所述图像传感器，其中，所述第二帧速率比所述第一帧速率慢；
使用所述图像传感器中的第二多个存储器槽来关联所述输入设备相对于所述下面的表面的移动，其中，所述第二多个存储器槽比所述第一多个存储器槽少；以及
使用第二无线通信协议进行所述输入设备与所述主计算设备之间的通信，所述第二无线通信协议与所述第一无线通信协议不同。
2.根据权利要求1所述的输入设备，
其中，当处于所述第一操作模式时，所述帧速率在第一频率范围内操作，并且
其中，当处于所述第二操作模式时，所述帧速率在第二频率范围内操作，其中，所述第二频率范围具有比所述第一频率范围窄的带宽。
3.根据权利要求2所述的输入设备，其中，所述第一频率范围在1kHz和30kHz之间，并且
其中，所述第二频率范围在100Hz和10kHz之间。
4.根据权利要求1所述的输入设备，其中，所述第一多个存储器槽包括四个或更多个存储器槽，并且所述第二多个存储器槽包括三个或更少个存储器槽。
5.根据权利要求1所述的输入设备，其中，所述第一无线通信协议具有小于每报告5ms的第一报告速率，并且其中，所述第二无线通信协议具有大于每报告5ms的第二报告速率。
6.根据权利要求1所述的输入设备，其中，所述一个或更多个处理器被配置成将所述第一帧速率动态地调整成适应当前检测到的所述输入设备相对于所述下面的表面的移动速度或加速度，以实现预定水平的移动跟踪精度和准确度。
7.根据权利要求1所述的输入设备，其中，所述一个或更多个处理器被配置成基于从所述主计算设备接收的输入信号来自动选择所述输入设备的操作模式，所述输入信号与由所述输入设备控制的应用的类型对应。
8.根据权利要求1所述的输入设备，其中，所述一个或更多个处理器被配置成当在所述第一操作模式与所述第二操作模式之间切换时，使得所述图像传感器以中间帧速率操作达阈值时间，所述中间帧速率是低于所述第一帧速率且高于所述第二帧速率的帧速率。
9.一种用于操作输入设备的方法，所述方法包括：
由一个或更多个处理器控制设置在所述输入设备中的图像传感器以跟踪所述输入设备相对于下面的表面的移动，所述图像传感器包括像素阵列；
由所述一个或更多个处理器接收输入信号以将所述输入设备置于第一操作模式或第二操作模式中之一；
当所述输入设备被置于所述第一操作模式时，所述一个或更多个处理器被配置成执行：
使得所述图像传感器在跟踪所述输入设备相对于所述下面的表面的移动时使用来自所述像素阵列中的第一多个像素的数据；
以第一帧速率操作所述图像传感器；
使用所述图像传感器中的第一多个存储器槽来关联所述输入设备相对于所述下面的表面的移动；以及
使用第一无线通信协议进行所述输入设备与主计算设备之间的通信；以及
当所述输入设备被置于所述第二操作模式时，所述一个或更多个处理器被配置成执行：
使得所述图像传感器在跟踪所述输入设备相对于所述下面的表面的移动时使用来自所述像素阵列中的第二多个像素的数据，其中，所述第二多个像素具有比所述第一多个像素少的像素；
以第二帧速率操作所述图像传感器，其中，所述第一帧速率比所述第二帧速率快；
使用所述图像传感器中的第二多个存储器槽来关联所述输入设备相对于所述下面的表面的移动，其中，所述第一多个存储器槽比所述第二多个存储器槽多；以及
使用第二无线通信协议进行所述输入设备与所述主计算设备之间的通信，所述第二无线通信协议与所述第一无线通信协议不同。
10.根据权利要求9所述的方法，
其中，当处于所述第一操作模式时，所述方法还包括在第一频率范围内操作所述帧速率，并且
其中，当处于所述第二操作模式时，所述方法还包括在第二频率范围内操作所述帧速率，所述第一频率范围不同于所述第二频率范围。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一多个存储器槽包括四个或更多个存储器槽，并且所述第二多个存储器槽包括三个或更少个存储器槽。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一 无线通信协议具有小于每报告5ms的第一报告速率，并且其中，所述第二 无线通信协议具有大于每报告5ms的第二报告速率。
13.根据权利要求9所述的方法，还包括：
将所述第一帧速率动态地调整成适应当前检测到的所述输入设备相对于所述下面的表面的移动速度或加速度，以实现预定水平的移动跟踪精度和准确度。
14.根据权利要求9所述的方法，还包括：
由所述一个或更多个处理器基于从所述主计算设备接收的输入信号来自动选择所述输入设备的操作模式，所述输入信号与由所述输入设备控制的应用的类型对应。
15.根据权利要求9所述的方法，还包括：
当在所述第一操作模式与所述第二操作模式之间切换时，以中间帧速率操作达阈值时间，所述中间帧速率是低于所述第一帧速率且高于所述第二帧速率的帧速率。
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