CN1495665A - 指示装置和使用该装置的扫描器、机器人、移动通信设备以及电子词典 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种指示装置，该装置不需要图形输入板，例如数字转换器，并且机械结构简单，本发明还涉及采用了该指示装置的扫描器、机器人、移动通信装置和电子词典。该指示装置包括一光源、一球和一光学图像传感器。该光源照射出光。球在整个指示装置的运动作用下转动。光学图像传感器使用图像检测出该指示装置的运动。该指示装置通过光源将光照射到所述球上，通过光学图像传感器获取在球表面上的图像，并且通过比较分析先前和当前的图像来输出关于运动方向和距离的数据。优选的是，该指示装置采用透镜使得从球表面反射出的图像能够以一定的放大率入射到光学图像传感器上。优选的是，支撑球设置成与球接触，因此有利于该球的转动。优选的是，该指示装置是一种笔式指示装置。

Description

指示装置和使用该装置的扫描器、机器人、移动通信设备 以及电子词典

技术领域

本发明大体上涉及指示装置，更具体地说，涉及一种笔式鼠标装置。

背景技术

传统的鼠标以这样一种方式操作，即通过用户在平面例如鼠标垫上移动鼠标以使鼠标球转动，从而使光标移动或者进行点击操作。

另外，可以采用笔式鼠标代替传统鼠标来进行操作。笔式鼠标形成为笔形，从而使得鼠标的操作类似于人类的手写操作，因此进一步方便了鼠标的操作。

一般来说，笔式鼠标以这样一种方式操作，图形输入板例如数字转换器识别出该笔式鼠标接近或接触该图形输入板。

另外，光标的移动不是通过使该笔式鼠标移动而使该笔式鼠标与图形输入板接触来进行的，而是通过使笔式鼠标在图形输入板上以非接触的方式移动同时与图形输入板间隔开一定距离(通常为1.5cm)来进行的。因此，不方便使该笔式鼠标移动，也就是说使该笔式鼠标移动同时与图形输入板间隔一定距离是不方便的。即使用户只是轻柔地使用该笔式鼠标，用户也会在其手腕处感到不舒适。这种不方便在朝着迅速提高计算机和鼠标的利用率的当前趋势中是个弱点。

另外，为了实现采用普通球鼠标的笔形鼠标，必须减小球的直径。但是，随着球的尺寸减小，鼠标运动的灵敏性大大降低。因此，难以从机械方面维持传统鼠标的灵敏性。也就是说，采用球的大多数指示装置采用了通过小齿轮来识别球的转动的方法。但是，随着球的尺寸减小，能够使小齿轮转动的驱动力减小。因此，由于鼠标的指示灵敏性和精度降低，所以这种球鼠标不适于笔式鼠标。

另外，以传统光学图像方式生产的笔式鼠标其问题在于，由于鼠标的斜度是变化的，所以图像传感器和平面之间的距离变化以使焦点偏离，从而妨碍了该鼠标的操作被识别出。

另外，作为采用传统笔式光学装置来实现指示装置的方法，存在这样一种方法，该方法减小了透镜尺寸以增加深度(通过在摄像机中降低透镜的光圈大小来提高到形成物体图像的位置的焦距)并且采用从该装置的前面清晰投射的球点笔或端点保持离图像一定距离，从而在一定程度上解决了在指示操作中由于指示装置的倾斜而导致的物体的图像扭曲的问题。但是，该方法使得只能在其上形成有均匀图案的平面(其上印制有图案的纸张或鼠标垫)上进行指示功能。

发明内容

因此，本发明是鉴于在现有技术中出现的上述问题而作出的，并且本发明的一个目的在于提供一种不需要图形输入板的指示装置(鼠标等)，例如数字转换器。

本发明的另一个目的在于提供一种在机械上简化的鼠标。

本发明的再一个目的在于提供一种鼠标，其中移动的球只是与支撑球接触，从而大大利于球的转动，因此明显改善了球运动的灵敏性。

本发明的再一个目的在于提供一种鼠标，该鼠标被使用时可以如手写工具一样自由移动。

本发明的再一个目的在于提供一种鼠标，该鼠标即使倾斜任意方向也能精确地执行鼠标操作。

本发明的再一个目的在于提供一种鼠标，该鼠标甚至可以在传统光学鼠标不能在其上操作的玻璃平面或涂有均匀颜色的光滑材料上进行鼠标操作。

本发明的再一个目的在于提供一种低功率光学图像式鼠标，其中光导元件通过将光引导至物体表面的所要求区域上，同时通过采用光纤来减小光损失，从而改善光照射效率，并且由于通过消除了在其表面的不必要区域上出现的光损失，所以降低了功耗。

本发明的再一个目的在于提供一种笔式鼠标，该鼠标具有足够的指示灵敏度，从而使得笔式鼠标即使在球的尺寸较小时也能够用作鼠标，其中球也就是用于通过使装置在笔式指示装置中移动来检测指示操作的媒介。

本发明的再一个目的在于提供一种指示装置，该装置采用了小球以在笔式扫描装置中具有编码器功能和手写功能。

本发明的再一个目的在于提供一种指示装置，该装置结构简单并且成本低廉。

本发明的再一个目的在于提供一种移动电话，其中小型笔式指示装置安装在其上以按照指示功能来执行手写识别功能，因此在检索电话本时提供关键词输入功能和检索功能，并且还提供手写记忆功能和绘画功能。

本发明的再一个目的在于提供一种电子词典，该词典设有手写字符识别功能、电子词典功能和屏幕显示单元，该单元用来显示与显示单元的屏幕上的识别字符所构成的单词相对应的词典内容。

本发明的再一个目的在于提供一种指示装置，该装置采用了简单的滚动按钮从而甚至在各种类型的笔式指示装置中都提供页上/下滚动功能，具体地说在，按压滚动按钮的同时通过使笔式指示装置向上和向下移动来提供滚动功能，从而进行指示操作。

为了实现上面的目的，本发明提供了一种指示装置，该装置采用了小球并且采用光学图像传感器来检测球的运动，以便解决在采用笔式指示装置时通常出现的问题(指示灵敏度和机械工具的外部尺寸)。

附图说明

从结合附图给出的以下详细说明中可以更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点，其中：

图1为显示由应用到根据本发明一个实施方案的鼠标上的光学图像传感器所接收到的图像的视图；

图2为根据本发明一个实施方案的鼠标的结构示意图；

图3A和3B显示根据本发明一个实施方案的鼠标前端的球和支撑球的布置，其中支撑球用来方便球的转动；

图4A至4H显示根据本发明另一个实施方案的鼠标前端的球和支撑球的布置，其中支撑球用来方便球的转动；

图5为根据本发明一个实施方案的具有所考虑的一按钮开关的鼠标的结构示意图；

图6为根据本发明另一个实施方案的鼠标的结构示意图，其中光学图像传感器的外向形状是SMD型；

图7为显示球表面图像处理可能区域的参考视图；

图8为光纤和光路的结构示意图；

图9为说明在传统光学鼠标中通过光导元件的光路的示意图；

图10为说明在传统光学鼠标中在用光纤代替光导元件时的光路示意图；

图11为说明在传统光学鼠标中当用光纤来代替光导元件且降低了LED尺寸时的光路示意图；

图12为采用在球表面的不同区域上重叠图像的方法的光学图像检测装置的结构视图；

图13为形状为正二十面体的足球的展开图；

图14A和14B分别为基于正三角形的测地球体的视图及其展开图；

图15为说明根据本发明应用实施方案的笔式扫描装置的外向形状的视图，其中球点笔式光学鼠标装置作为编码器安装；

图16为根据本发明应用实施方案的笔式扫描装置的外向形状的系统结构视图，其中球点笔式光学鼠标装置作为编码器安装；

图17为说明装有激光指示装置的指示装置的外向形状的视图；

图18为说明装配有指示装置的移动通信装置的系统方框图；

图19为说明以手写方式输入Hangul字符的方法的视图；

图20为说明以手写方式输入英文字符的方法的一个实施例的视图；

图21为以手写方式输入手势命令例如模式转换和特定字符的方法的视图；

图22为以手写方式输入英文字符和数字字符的方法的视图；

图23为装配有根据本发明实施方案的指示装置的移动通信装置的视图；

图24为装配有根据本发明另一个实施方案的指示装置的移动通信装置的视图；

图25为在装配有指示装置的移动通信装置中的输入、检索和呼叫操作的流程图；

图26显示这样一个实施例，其中采用根据本发明的实施方案的指示装置以手写的方式输入并且识别字符，并且将所识别出的结果和与这些结果相对应的电子词典内容显示在屏幕上；

图27为根据本发明一个实施方案的电子词典的系统方框图；

图28为设在指示装置内的控制器芯片和与该控制器芯片相关的信号数据的视图；

图29为滚动处理的流程图；并且

图30为滚动数据处理的流程图。

具体实施方式

现在参照附图，其中在不同附图中采用相同的参考标号来表示相同或相似的部件。

在光学鼠标中通常使用一种光学图像传感器。目前，在大多数光学鼠标中，光学图像传感器与分辨率可以为400dpi(点/英寸)的透镜结合使用，并且使用每帧16×16象素数据作为在光学部分中进行计算以检测球的运动所需要的图像。

图1显示作为输入给光学图像传感器的图像数据的64灰度级图像的实施例(指的是Agilent光学鼠标传感器ANDS-2051和HDNS-2000的数据表)。该光学图像传感器包括：用于获取图像的图像获取系统(IAS)、用于以数字的方式对所获取的图像进行信号处理的数字信号处理器(DSP)、选择鼠标的PS/2模式的功能元件、和用于将经处理的图像转换成与X和Y轴分量对应的数据并且输出经转换的数据的输出转换器。该光学图像传感器内的DSP通过比较和分析被连续取样和输入的以前和当前图像、并对这些图像之间的相互关系进行计算来计算出方向和距离，并将该方向和距离作为水平和垂直(X和Y轴分量)位移数据进行输出。如果对图1的两个图像进行比较和分析，则可以看出前面的图像向左移动三个象素并且向下移动一个象素。图像运动方向和距离的这种计算需要大量的时间，但是可以采用DSP来迅速执行。

因此，能够以400dpi的分辨率分别表示沿着水平和垂直方向的16象素的图像尺寸对于在平面上，例如用于精确获取图像的鼠标垫上的图像尺寸而言足够了。

也就是说，令人满意的是，16象素÷(400象素/25.4mm)＝1.016mm

即使该图像尺寸在理论上为1.0mm，如果在通常鼠标中考虑了轻微振动的话，则大约为1.5mm×1.5mm的区域就足以稳定地输入数据。另外，为了在基于具有更小区域的球表面上来检测球的运动，如果用于获取图像的透镜设计成对应于800dpi，则对于在该光学鼠标中进行图像处理而言所必须的与16×16象素对应的区域为0.5mm(1.0mm的1/2)×0.5mm。这样，如果透镜的分辨率(放大率)增加，则与由光学图像传感器所处理的图像数据相对应的球表面的面积减小。因此，由于可以使用小球，所以可以将鼠标实现为笔式鼠标。可以采用在直径超过3mm的球上的与1mm×1mm(在采用对应于400dpi分辨率的透镜的情况中)对应的表面上的图像来检测出该鼠标的运动。

在本发明中，为了将分辨率为400dpi的图像输入给光学图像传感器，则透镜应该如此设计，使光学图像传感器和透镜之间的距离大约为15mm，透镜与球表面之间的距离为15mm，以及透镜聚焦深度大约为1mm。因此，在透镜和球表面之间的距离为14至16mm的情况中可以通过利用该光学图像传感器读取该球表面上的图像来检测出鼠标运动数据。

该光学鼠标的照明与普通光学传感器的不同。该照明具有在16-20度之间(通常大约为20度)的照明角度，从而能够辨别出在其上检测运动的表面的粗糙状态(相对粗糙度)，因此即使在其上没有写任何东西的白纸上也能够检测出球的运动。在本发明中，采用具有微小的相对粗糙度(在其表面上具有轻微的突起和凹陷)的球并且检测运动的球表面，以执行鼠标功能。

另外，由于采用光纤的光导元件将光引导至靠近物体表面的位置上，所以辐射效率非常高。另外，由于光纤自由地弯曲，所以可以减小由该鼠标所占据的空间。实际上，可以看出，当使用光纤代替在传统光学图像型鼠标中通常所使用的光导元件来将光照射到物体上时，可以获得更高的鼠标灵敏度。也就是说，由于从发光二极管(LED)发出的光的散射作用，因此光在到达物体表面上的规定区域的同时被照射到物体表面的不必要区域上，所以传统的光导元件导致光损失。相反，由于光纤即使在它弯曲时也充分地传播光，所以如果靠近物体表面照射光的话就可以将高百分比的光聚集到物体表面上。因此，该光学图像传感器可以获得良好质量的图像，从而改善了鼠标的指示灵敏度。

另外，优选在球表面上印制特定图案以便通过光学图像传感器充分地检测出球的运动。该球表面上的图案如此形成，将8-象素单位(基于400dpi的16象素单位的1/2)图像与其它图像区分开，从而使得至少一个点、线或图案能够存在于在8象素内的每个图像上。这种结构可以由基于正三角形的测地球体来表示(参照图14A和14B)。因此，最优选的是，使得每个正三角形具有与相邻图案不同的图案。

之后，将参照附图对本发明的实施方案进行详细说明。

首先，描述在这些附图中的参考标号。图2至6为示意图，显示根据本发明一个实施方案的鼠标的结构，尤其显示该鼠标的内部和局部外部结构。

在这些附图中，参考标号101表示由LED等构成的用来发射光的光源。参考标号102表示由光纤等构成的光导元件，其用来沿着所要求的方向即朝着球103的方向引导从LED101发出的光。如果可以将来自LED101的光精确地照射到球103上，则可以去掉光导元件102。也就是说，如果采用片状LED作为光源来靠近球103的表面照射光，则可以去掉光导元件103。

参考标号103表示球，它类似于在普通鼠标中所使用的球。优选的是，在其球面上形成有微小的突起和凹陷或者印制有特定图案。参考标号104表示用于聚焦从球103反射出的光并且将图像放大至合适大小的透镜。但是，在球103和光学图像传感器106之间的距离较小的情况下可以去掉透镜104，从而使得所反射的图像可以不用放大而直接输入给光学图像传感器106。

参考标号105表示一反射镜，用来转变来自LED101的、通过光导元件102照射到球103上、再从球103反射并由透镜104聚焦的光的方向，并且将经转变的光照射到光学图像传感器106上。如图6所示，在光直接入射到光学图像传感器106上的情况下可以除去反射镜105。参考标号106表示光学图像传感器，并且在该情况中，可以采用与在普通光学鼠标中所使用的相类似的光学图像传感器。

参考标号107和107a表示支撑球，在与球103接触的同时有助于球103的转动。尤其是，这些支撑球107a设置在鼠标的下部以防止球103脱离鼠标。在球103可以平滑地转动而不会脱离该装置的情况下，可以去掉这些支撑球107和107a。参考标号108表示支撑球的支撑件，它们包围着这些支撑球107和107a并且由工程塑料等制成，以根据其材料的特性使这些支撑球107和107a平滑地滚动。在图3A和3B中显示球103和支撑球107的布置的一个实施方案。但是，该布置并不限于该实施方案，只要该装置能设计成使这些支撑球107和107a均匀地承受球103的操作压力以便稳定且平滑地滚动就足够了。在图4A至4H中显示球103和支撑球107和107a的布置的另一个实施方案。图14A显示这样一种结构，它设计成使这些支撑球移动的空间形成在该球和支撑球的支撑件之间，并且这些支撑球可以在多个支撑球与该空间内的球接触并滚动的同时而移动。在图4B和4C中的结构中，参考标号109表示其形状类似于轴承护圈的支撑球固定件，其中支撑球在该固定件109中平滑地滚动。图4B的固定件109的结构在于在其内表面形成有轨道形凹槽以容纳这些支撑球107。图4C中的固定件109的结构在于在其内表面中形成有凹槽以容纳支撑球107。固定件109可以设计成能够绕着该装置的垂直轴转动。

在图4D的结构中，在支撑球的支撑件的下部形成有环形边缘空间，从而使得没有与球103接触的支撑球能够沿着边缘空间被推压并移动。图4E显示图4D中的三维视图的中心部分。在支撑球的支撑件的上部，形成有环形凸起120以防止支撑球移动到其上照射有光以便进行光学图像感测操作的位置。在支撑球支撑件中支撑球701和705与突起120接触的的区域，形成有环形凹槽709以使得支撑球701和705能够沿着环形凹槽709被推压并且移动。这些上下环形凹槽用来使得球103能够受到支撑球的推压并且容易在球103转动时移动。当设置在下环形凹槽710中的支撑球704向上移动同时球103逆时针转动时，支撑球703向下移动。当支撑球701通过球103的转动而向上移动并且受到环形突起120阻挡时，支撑球701通过环形凹槽在这些附图中向左移动(参照图4D和4F)。其间，支撑球705和706在与球103滚动接触中按照球103的旋转方向向下移动。

图4F为一顶视图，显示支撑球的运动。在球103逆时针转动时，与球103滚动接触并运动的支撑球从右向左移动。设置在下左部的支撑球707和708通过连续地受到推压并且向下移动的支撑球705和706的作用而在环形凹槽及其周围空间内向右移动。当移动一定距离时，支撑球707脱离环形凹槽并且再次与球103滚动接触并向左移动。也就是说，可以看出，这种支撑球与球103的滚动一起沿着环形轨道移动。

在图4G中，具有微小余量的环形凹槽形成在支撑球支撑件的上下部分中，因此获得如图4D所述的支撑球的平滑滚动的效果。图4H为一顶视图，显示图4G中的支撑球的运动。当球103逆时针运动时，支撑球的运动与上述相同。在球103逆时针转动时，右侧的支撑球711、712和713向上移动并且抵达右支撑球突起120。这时，支撑球711、712和713经由上环形凹槽而向左移动，然后向下移动。设置在下左部中的支撑球711、712和713计划通过连续受到推压并且移动到其上的支撑球而经由具有余量的下环形边缘(环形)空间而向右移动，并且在适当的位置在与球103滚动接触时再次向左移动。

参考标号110和111分别表示笔式鼠标的内部装置和外部装置。参考标号112表示弹簧，它吸收通过球103施加在该鼠标上的压力和冲击，使得用户感觉到手写压力，并且在该压力等于或大于一定数值的情况下而打开按钮开关113，这将在下面进行描述。参考标号113和114表示用作普通鼠标的左/右按钮的按钮开关。也就是说，这些按钮开关用来进行点击或拖曳。

下面将对在照射光时检测球103的运动的操作进行说明。从LED101照射出的光入射在光导元件102上。该光导元件102引导来自LED101的光以照射到球103的表面上。照射到球103的表面上并且从中反射出的光，经由透镜104和反射镜105而被入射到光学图像传感器106上，并进行图像处理。因此，检测到球103的运动以及鼠标的运动。由于光学图像传感器106通常装配有通信功能如PS2通信功能，所以它将表示球103的运动的数据传送给外部PC等，由此使得能够执行鼠标功能。在上面的操作中，球103在其表面上具有一定的相对粗糙度，即其表面是粗糙的。该光学图像传感器106可以根据该球103的细微突起和凹陷来检测出球103的运动。

图5显示这样一个实施例，其中鼠标被分成内部装置110和外部装置111，并且布置有按钮开关113和114。如果与一平面例如鼠标垫相接触的球103受到挤压，则整个内部装置110向内回缩，然后按钮开关113受到挤压。这种按钮开关113可以用作为鼠标的左按钮。暴露于外侧的按钮开关114可以用作为鼠标的右按钮。如果球103没有受到挤压，则内部装置110在弹簧112的作用下被向下推，并且该按钮开关113没有被操作。如上所述，在内部装置110与按钮开关113之间保持一定间隔。因此，在按钮开关113被用作鼠标左按钮的情况下，如果球103被按压一定距离或者更远，则整个内部装置110克服弹簧113的弹性力而向上回缩，从而挤压所要操作的按钮开关113。另外，如果将压力施加在该球103上的话，则可以只移动球103来操纵按钮开关113。

图6为一示意图，显示当光学图像传感器106制造成表面安装装置(SMD)类型时笔式鼠标的结构。与图5不同的是，由于反射镜是不必要的并且大大减小了光学图像传感器的尺寸，所以整个鼠标可以小型化。因此，该鼠标可以被用作具有编码器功能的装置，这可以是通用的。图5和6的参考标号115表示一滚动按钮。在按压滚动按钮115的同时可以通过上/下指示操作来执行滚动功能。这个功能是简单地通过修正该装置中的控制器芯片内的只读存储器(ROM)程序来实现的。也就是说，如果当指示装置向上或向下移动的同时滚动按钮受到挤压，使运动的距离等于或大于预设定距离，即如果对应运动距离的象素值等于或大于预设定值时，则它感知到产生了上/下滚动数据，因此实现了滚动功能。该方法比在笔式指示装置或笔式鼠标中通过使滚轮转动来实现滚动功能的方法更加方便。

在普通滚轮鼠标中的滚动功能是通过使滚轮转动以使得在屏幕上的每一页向上和向下滚动来实现的。在内部，当滚轮转动时，输出电子脉冲，从而在每个脉冲处执行在屏幕上的翻页。当轮子转动一圈时，输出22个脉冲。滚轮的直径通常为24.5mm，其周长为76.96mm。因此，与一个脉冲对应的长度为3.49mm，这对应于在400dpi的分辨率下的55个象素。因此，如果滚轮移动3.49mm，则输出一个滚动脉冲。

现在参照图5、6、28、29和30对本发明的滚动操作进行详细说明。

图28为在根据本发明的指示装置内的控制器和相关信号的结构图。参考标号600表示由传感器例如光学传感器接收到的数据，该数据表示了该装置的坐标位移并且是通过在该指示装置移动时检测该指示装置沿着X和Y轴的运动并且使所检测到的运动数字化来获得的。参考标号601和602代表与左右按钮相关的数据。在该情况中，当指示装置的左右按钮分别受到按压时，则从左右按钮中输入信号。参考标号603表示与滚动按钮相关的数据。将其中滚动按钮受到按压的状态作为数据输入。

参考标号604表示控制器芯片，其中设有用于控制该系统并且执行数据输入/输出的程序。参考标号605表示设在控制器芯片604内的可编程ROM。参考标号606表示用于以PS/2或通用串行总线(USB)的方式与外部设备例如PC进行通信的接口。该控制器604接收按钮状态数据和装置运动的坐标位移数据并且将该数据传送给PC。一般来说，输入数据数值存储在控制器芯片中的寄存器内。这时，通过确定滚动按钮是否已经受到挤压来执行滚动数据处理。在普通3D指示装置中，控制器芯片604另外接收了与Z轴相关的滚动数据或者与脉冲序列输入信号对应的数据。

为了实现本发明的滚动功能，即通过使该装置向上和向下移动，同时使图5和6中的滚动按钮受到按压来实现上/下翻页，必须修正控制器芯片604的内部程序。参考作为示例的图27和28，对具有修正程序的控制器604的数据处理功能进行描述。

对传统鼠标装置的控制程序进行修正以便不论在什么时候处理输入数据都调用图29的程序。图29为一流程图，显示一滚动处理程序，其中通过确定输入数据例如按钮状态和坐标位移是否变化来处理滚动数据。

步骤610引导着该滚动处理程序。如果步骤610被控制程序调用，则步骤611就立即执行。在步骤S611处确定是否有变化数据，并且如果有变化数据就执行步骤620的滚动数据处理程序；否则，控制程序返回到已经调用了步骤610的主程序。

图30的步骤620引导了用于处理滚动数据的子程序。在步骤621处确定滚动按钮是否已经受到挤压。如果滚动按钮还没有受到挤压，则在步骤629处将Y轴的累积象素数值预置为“0”，并且控制程序返回到已经调用了步骤620的程序的主程序。如果在步骤621处滚动按钮已经受到挤压，则执行步骤622。通过感测在控制器的X和Y输入数据中的指示装置的运动而获得的Y轴位移数据Yd在步骤622处被累积并且作为常数Yp计算。累积的象素数值Yp表示指示装置的指示象素数值，其中指示装置已经沿着Y轴移动，同时滚动按钮受到挤压。

在步骤622之后，执行步骤623。在步骤623处，将X和Y输入数据设定为0，以便在滚动按钮受到挤压的同时不移动指示装置的光标。

在步骤623之后，在步骤625处确定累积象素数值Yp是否大于预设定象素数值Yth。根据确定的结果，如果Yp大于Yth，则执行步骤626；如果Yp不大于Yth，则执行步骤627。

在该情况下，预设定象素数值Yth为在上面说明中所述的关于该指示装置的滚动功能的55个象素相对应的数值。如果累积象素数值Yp大于预设定象素数值Yth，则在步骤626处滚动数据数值增加1并且累积象素数值Yp减小了预设定象素数值Yth。在步骤626之后，控制程序返回到步骤625以重复上面的程序。

如果累积象素数值Yp小于预设定象素数值Yth，则在步骤627处确定累积象素数值Yp是否小于负预设定象素数值-Yth。根据所确定的结果，如果Yp小于-Yth，则执行步骤628；否则，执行步骤630以使得控制程序返回到曾经调用了步骤620的子程序的主程序。

当累积象素数值Yp小于负预设定象素数值-Yth时执行步骤628，在此处，滚动数据数值减小1，累积象素数值Yp增加预设定象素数值Yth。在步骤628之后，控制程序返回至步骤625以重复上述程序。

在上面的程序中用来接收变化的滚动数据的外部设备例如PC根据滚动数据进行翻页。

步骤620的滚动处理程序用来在滚动按钮受到挤压的情况下通过使指示装置向上和向下移动来使屏幕滚动。

图7为显示球103的表面的不均匀性的视图。参考标号201表示球103的表面与光学透镜104之间的15mm的距离L1。参考标号202表示在球表面的检测区域(面积为1mm²)的中心和其一个边缘之间的0.5mm的线性距离L2。参考标号203表示从中心到球表面的检测区域的一个边缘的直线与在其中心处的切线之间的夹角θ。该夹角θ作为θ＝sin^-1((L2/2)/球的半径)＝sin^-1(L2/球的直径)来计算。

相对于球表面的1mm²区域的最大外部距离差D作为L2×sinθ＝L2×L2/180°进行计算。与距离L2相对应的弧长作为球的直径×3.141592653×θ/180°进行计算。

在表1中显示根据球的相应直径通过相应的近似解计算出的结果。

表1

球的直径	倾斜角θ(度)	弧长(mm)	外部距离差(mm)
				10mm	2.87	0.5002	0.025
9mm	3.19	0.50026	0.027
				8mm	3.58	0.50033	0.031
7mm	4.10	0.5004	0.036
				6mm	4.78	0.5006	0.042
5mm	5.74	0.5008	0.05
				4mm	7.18	0.5013	0.063
3mm	9.59	0.5023	0.083
				2mm	14.48	0.5054	0.125
1mm	30.0	0.5236	0.25

根据上面的结果，在球的直径为3mm以上的情况下，球表面的检测区域的边缘与切线之间的距离D等于或小于0.083mm，这低于1mm的1/10(1mm为透镜的深度)。因此，可以获得相对良好的图像。因此，如果球的直径大于3mm，则可以获得足够的指示灵敏度。另外，如果将设计成接收其分辨率为400dpi(在本发明中与球表面的1.0mm²区域相对应)的图像的透镜改变成具有800dpi的分辨率，则所要求的球表面的图像区域只有0.25mm²，因此进一步降低了球的尺寸。

光导元件102用来提供一种光学图像型指示装置，该装置通过在将光引导至目标表面的所要求区域上的同时采用光纤减小光损失，从而改善了光效率，并且该装置通过消除了在物体表面的不必要区域出现的光损失从而减小了由于照明而导致的能耗。在本发明中所使用的塑料光纤包括由高纯度丙烯酸树脂(聚甲基丙烯酸甲酯：PMMA)制成的芯部和由特殊氟化聚合物(氟化聚甲基丙烯酸甲酯：F-PMMA)制成的包层。由于包层的反射率小于芯层的反射率，所以从光纤的一个端部入射的光引起在芯层和包层的接触表面中出现全反射，并且通过芯层被输出给光纤的另一个端部。芯部和包层的反射率分别为1.495和1.402。受光角(数值孔径)，即光纤在其一个端部可以接收光的角度为60°。塑料光纤的一个优点在于，芯部与光纤的横断面积的比值非常高。例如，由于外径为1mm的光纤的芯部的直径为0.98，而包层的厚度为0.02mm，所以芯部与光纤的横断面积的比值为98％。这些结果显示塑料光纤的光传播效率非常高。塑料光纤可以以60°的受光角(数值孔径)接收光，并且该光纤的几乎100％截面可以用作光路。图8显示光纤中的光路，图9显示普通光学鼠标中所实际使用的光导元件。图10显示使用直径为1.5mm的光纤作为光导元件时光导元件的形状。在该情况中，光学鼠标功能可以保持足够的灵敏度。图11显示采用小LED或片状LED来增加入射在光纤上的光量时光导元件的形状。当光导元件设计成如图11所示时，即使流经LED的电流降低50％也能够获得与普通光学鼠标类似的指示灵敏度。也就是说，由于光学图像传感器进行检测所必须的图像具有1mm²的区域，所以如果采用光纤将光聚集到该区域上的话，则即使采用小得多的电流也能够获得提高的指示灵敏度。

图12显示根据本发明另一个实施方案的鼠标。在该情况中，从图12左侧的LED101a发出的光通过光导元件102a被引导到球103的左侧表面118a上。在左侧表面118a上的图像(光)通过反射镜105a被引导至半透明的反射镜117。该半透明反射镜117的左侧表面涂覆成具有50％的透射率。在该半透明反射镜117上，通过反射镜105a输入的在左侧表面118a上的图像的50％从该半透明反射镜117的左侧表面反射出，然后被引导至透镜104。其剩余的50％则通过该半透明反射镜117。同样，下面描述了右侧表面118b的光学结构。也就是说，从LED101b发射出的光通过光导元件102b被引导至球103的右侧表面118b。在右侧表面118b上的图像通过反射镜105b被引导至半透明反射镜117。在半透明反射镜117的右侧表面上，图像的50％通过该半透明反射镜117，而其剩余的50％沿着右侧方向反射。这样，在球103的左侧表面118a上的图像的50％和在其右侧表面118b上的图像的50％通过半透明反射镜117合并在一起。该合并的图像通过透镜104被输入给光学图像传感器106，并且经过图像处理，因此使得能够检测到球103的表面的运动。为了实现这样一种装置，需要用于使图像重叠的精确光学装置。

在这种方式中，因为物体图像为相同球面上的图像，该球面所具有的特性是所有物体图像都沿着相同方向移动，所以可以使用在球表面上的重叠图像。这种方式的优点在于，由于图像处理是采用从球的两个表面接收的图像而不是从球的单个表面接收的图像来进行的，所以可以检测到更加精确的运动。

同时，如果在球103上印制有均匀图案，则光学图像传感器106可以采用该图案精确地识别出球103的运动。因此，可以优选采用这样一种图案，例如图14中所示的基于正三角形的测地球体。

例如，作为采用通常的多面体来形成球体的其中一个方法，存在采用20个正六边形和12个正五边形来形成一球体例如足球(参照图13)的方法。每个正六边形可以分成六个小的正三角形，并且每个正五边形可以分成五个小的正三角形。这时所用的正三角形的数目为180个。在将每个正三角形划分成四个小正三角形时，由正三角形形成的物体的形状接近一个球体。因此，通过更大的倍数4来划分180个正三角形的每一个，使得由正三角形形成的物体的形状接近一球体。

因此，当采用720(180×4)个正三角形(参照图14)来形成直径为1cm的球体时，该球体的面积计算为3.14×1cm×1cm＝3.14cm²。

这时，一个正三角形的面积大约为3.14/720＝0.00436cm²。

另外，该正三角形的一个侧边的长度为 $\sqrt{(0.00436\×4/\sqrt{3})}=0.1\mathrm{cm}.$

如果其侧边长度为1mm的720个正三角形中的每个都分成4份，使得由正三角形形成的物体的形状进一步接近球形，则正三角形的数目为2880个，并且每个正三角形的一个侧边的长度为0.5mm。

因此，由于其中正三角形一个侧边的长度为0.5mm的情况对应于在400dpi的分辨率下的八个象素，所以通过16象素单位执行象素处理的光学图像传感器检测至少一个正三角形图案。因此，用于检测球的运动的图像图案被明确区分出。如果在球表面上印制有这种三角形格子图案，则每个三角形的三个侧边变为边界，用来使得该光学图像传感器充分地检测出球的运动，从而获得有效的图案形状。当球表面被相等地分割时可以最有效地表示测地图案。这时，代替正三角形，或者根据相应的正三角形，可以将不同图案印制在正三角形的位置。除了上述印制方法之外，还可能的是，用高于400dpi的分辨率以印制的方式将点密集地印制在球表面上的随机位置处，并且这些随机点被当作具有不同图案的图像形状。

除了在球表面上印制图案的上述方法之外，可以采用另一种方法。也就是说，如果将球制成为该球由透明材料制成并且包含杂质或具有与杂质相同作用的气泡，或者具有其晶态与球材料不同的成分，则可以获得这样一种效果，即将光照射到该球上时由于杂质等而形成随机图案，从而检测出球的运动。

另外，可以通过利用例如蚀刻等方法来腐蚀球表面来形成图案，由此使得光学图像传感器能够精确地检测出球的运动。

另外，如果将发光材料或荧光材料加入到球的材料中的话，则该光学图像传感器可以在光照射到该球表面上时更加精确地检测出具有形成该球表面上的随机图案的一部分或没有这些图案的剩余部分。另外，该指示装置的优点在于，由于从该装置伸出的球发射光，所以该指示装置可以生产作为在外部配有各种合意的形状和设计的产品。尤其是，在发光材料的情况中，由于在采用由稍微透明材料制成的球的情况下球的整个部分发射光，所以没有必要同心地将光照射到特定位置。因此，可以以各种方式实现一种光照射装置和根据该装置的光导元件。

如果采用柔软材料例如氨基甲酸乙酯或塑料而不是硬质金属材料作为球的材料，则可以降低在该球移动时由于球和内部支撑球之间的摩擦而导致的噪声。另外，在内部支撑球与该球滚动接触并移动的情况下，如果采用具有光滑表面的陶瓷材料、氧化锆或塑料材料作为支撑球的材料，则可以降低在球转动时出现的噪声。

下面，对本发明的指示装置的应用实施方案进行说明。

用于以非接触光学图像方式检测鼠标球运动的装置可以制造成一组件。该组件作为例子可以安装在扫描装置上，并且用于匹配图像的装置，其中图像的匹配是使用检测扫描速度或方向的编码器功能来实现的。另外，该组件可以用于能够采用鼠标的指示功能进行手写的装置。

图15显示与指示装置结合的笔式扫描器装置的外部结构。参考标号400表示笔式扫描器的图像输入单元，420表示在其中具有本发明的指示装置的编码器。

设置在编码器420的前部中的球相对于图像输入单元400的输入端向前伸出大约0.5-1.0mm，并且甚至还向下伸出以通过指示功能来自由地执行手写操作。为了检测扫描或手写操作状态，该笔式扫描器如此构成，当扫描器工作时，球转动并稍微向内回缩。在扫描时，根据球转动的指示数据(扫描速度和方向)可以被检测出并且用作沿着X和Y方向的编码器数据。当通过图像输入单元400来扫描图像时，编码器数据的X分量被取样，因此可以以恒定速度获得扫描数据。采用编码器数据的Y分量来校正倾斜图像的数据。另外，由于球设置在笔式扫描器的下部中，所以如果只是通过使用该扫描器并使之倾斜来使用利用该球的指示功能，则可以识别出鼠标操作或手写操作。

下面，参照这些附图对本发明的扫描器的详细实施方案进行说明。

图16为笔式扫描器的系统结构图，该扫描器包括一图像扫描单元400、一扫描操作检测单元420和一系统控制单元430。现在描述该图像扫描单元400的操作。LED401通过光导元件402将光照射到平面403上。该平面403是其上存在有所要扫描的图像的位置。照射光从平面403上的图像反射出并且散射，然后通过透镜404入射到电荷耦合器件(CCD)传感器405。入射到CCD传感器405上并且反射输入图像的光被转换成电信号。该电信号通过放大电路单元406利用合适的电压电平被放大成模拟图像信号，然后被施加到模拟/数字(A/D)转换器407上。该A/D转换器407将输入的模拟图像信号转换成8位数字代码。由A/D转换器407转换并且输出的数字数据在微控制器(MCU)409的控制下被存储在存储器408中。

现在对用作编码器的扫描操作检测单元420的操作进行说明。LED411通过光导元件412将光照射到球413上。球413根据在平面403上的扫描速度而转动。照射到球313的表面上并且从中反射出的光通过透镜414入射到光学图像传感器410上。该光学图像传感器410采用设在该传感器中的数字信号处理(DSP)功能从该输入图像中检测出扫描方向和速度，并且将扫描方向和速度分别作为X轴(等于扫描方向)编码器数据和Y轴(垂直于扫描方向)编码器数据输出。在该编码器数据中，在通过A/D转换器407进行的取样中直接涉及与扫描方向对应的X轴编码器数据，并且只有在检测到扫描操作时才对该数据进行取样。Y轴编码器数据在对存储在存储器408中的图像数据的倾斜进行匹配时用作参考数据。Y(垂直)数据通常被用作校正被扫描图像的倾斜或扭曲所需要的非常重要的数据。MCU409是具有多个功能例如整个系统控制、图像处理和字符识别处理的精简指令集计算机(RISC)芯片。参考标号431表示由MCU409控制的显示和通信控制组件，用来显示扫描图像或所识别出的字符并且与外部设备通信。

现在对本发明指示装置的另一个应用实施方案进行说明。

由于根据本发明的球和支撑球的结构非常类似于球形脚轮的结构，所以该指示装置可以用作球形脚轮或者球传送装置。在该情况中，进行简单的球形脚轮功能，另外可以测量出球转动的距离和球转动的运动方向。因此，该指示装置可以代替安装在机器人上的球形脚轮，因此装配有该指示装置的机器人可以提供导航功能，用来通过测量随着机器人的运动而转动的球的运动来测量出该机器人的运动方向和距离。在测量在任意起始点和当前位置之间的相对运动距离和方向的方法中，通过将起始点的X和Y坐标设定为“0”并且分别将从指示装置中接收到的X和Y轴分量累积至当前位置，从而分别获得该机器人的相对运动距离的X和Y轴距离。

现在描述本发明的指示装置的另一个应用实施方案。

如图17所示，该指示装置在其一个端部处装配有激光指示装置，从而它可以有效地用作进行显示的指示装置。图17中的参考标号440表示本发明的指示装置，而参考标号441表示激光指示装置。

下面对本发明的指示装置的再一个应用实施方案进行说明。

指示装置被小型化并且安装在移动通信装置例如移动电话或个人数字助理(PDA)上，以能够进行手写识别，因此提供电话本等的检索功能、记忆功能和绘画功能。

图18显示装有本发明指示装置的移动电话的系统方框图的实施例。参考标号450代表作为本发明的指示装置应用在移动电话中并且由用户抓住以手写字符的输入单元。该输入单元将手写的字符识别成连续的点，并且将识别结果传送给控制单元451。参考标号451表示包括移动电话的中央处理单元(CPU)的控制单元。该控制单元40接收与来自输入单元450的字符输入相关的信号并且参照数据存储单元452识别出该字符。参考标号452代表用于存储根据字符输入方法的笔画数据、电话本数据和其它数据。参考标号453表示用于布置在移动电话表面上的各种功能按钮的按钮输入单元。其中相应按钮受压的状态作为信息被传送给控制单元451。参考标号454表示包括一显示单元的输出单元，用来识别出输入字符以表示出输入了哪个字符。参考符号455表示一通信单元，用于进行数据传送/接收以执行移动电话的原始功能。参考标号456表示装配有能够与数字摄像机和外部电器连接的接口单元。

如果将所指出的数据输入给移动电话的CPU，则通过分析和识别由指示装置指出的数据并且将经分析的结果作为意思数据或执行命令识别来实施手写识别。

针对每个字符，将基于在手写操作时相应笔画的端点到起点的相对坐标数值的手写操作数据预先存储。根据从其起点顺序输入的笔画的相对坐标数值，从预先存储的字符(包括符号)的数据中找到相应的笔画，因此识别出该字符。

控制单元451通过获取在输入到输入单元450的字符的相应笔画方面的数据、针对这些笔画检索数据存储单元452并且随后找出这些笔画来执行识别字符的功能。另外，输入单元可以接收与输入按钮、发送按钮、取消按钮和上/下选择按钮相关的数据以迅速执行一个命令，例如电话本检索。该数据存储单元存储了电话本数据和用于其它用户的数据以及笔画数据。输出单元包括用于在屏幕上显示数据的显示单元和声音输出单元。另外的装置装配有接口单元，用来与包括数字摄像机在内的外部电器连接。

图19显示输入Hangul字符的方法，并且图21显示输入与特定按键、数字按键和Hangul/English模式转换按键对应的手势命令的方法。图22显示输入English字符和数字字符的方法的实施例。

在图20中显示根据上述方法的输入单词“handwritten”的方法。

如果在检索移动电话的电话本时输入关键词的初始字母或者只是初始字母和之后的字符以提高检索效率，则缩短了关键词输入时间，从而能够进行快速检索操作。因此，更方便的是，如果类似于关键词的姓名存在于电话本中，则在选择操作之后可以直接发出呼叫。例如，在“James Martin”的情况中，只输入“JM”或“JAMA”来进行检索操作。

下面对移动电话的操作方法的一个实施例进行说明。也就是说，在按压移动电话的电话本输入按钮之后，采用指示功能的手写操作被识别出，并且在每次输入并且识别出一个笔画时，在显示窗口上显示所识别出的结果。在已经完成关键词的输入之后，按压检索按钮以进行检索电话本的操作。如果电话本的检索结果具有一个条目，则立即执行发送命令，而如果检索结果具有两个或多个条目，则在采用上/下选择按钮来选择相应条目之后按压发送按钮以发出一个呼叫。

图23显示应用在移动电话460上的指示装置470的实施方案，其中指示装置470安装在天线的位置。由于现代屏幕显示单元461能够旋转180°，所以使得用户能够更方便地操作同时观察屏幕。移动电话460和指示装置470通过铰链469连接，因此在手写操作时调节指示装置的角度。为了便于使用，输入按钮465、检索按钮463、取消按钮467、发送按钮468、上选择按钮463和下选择按钮464可以设在移动电话的外侧。在这些按钮中，输入和取消按钮465和467可以实施作为一个按钮并且以切换的方式使用。检索和发送按钮466和468也可以合并成一个按钮。这样，可以减少按钮的数量。图24显示指示装置设置在移动电话的下端并且在打开移动电话的翻盖的同时可以操作它。

图25为在移动电话中通过手写输入来顺序进行电话本输入操作、检索操作、选择操作和呼叫操作的操作方法的流程图。

如果在步骤500处按压输入按钮，则在屏幕上立即显示“请输入手写字符”，并且执行接收笔画数据的步骤501。在步骤501处，从指示装置接收与一个笔画对应的数据，然后被识别并且处理。在进行字符确定操作的步骤502处，确定在步骤501处理的结果是否代表一个字符。如果经处理的结果代表一字符，则执行步骤504，而如果经过处理的结果不代表一字符，执行步骤503。在步骤503处，检查是否已经按下了取消按钮。如果已经按下了取消按钮，则当前操作终止；否则，操作返回到步骤501。步骤504代表根据输入数据形成字符的字符形成操作。这时，处理English字符、数字字符等。在步骤505处通过字符显示操作在屏幕上立即显示在步骤504处理和形成的字符的识别结果。在显示该字符之后，执行步骤506。在步骤506处，确定是否已经按压了检索按钮。如果已经按压了检索按钮，则执行步骤511；否则执行步骤507的笔画数据识别操作，然后执行步骤508。在步骤508处，如果在步骤507处的识别结果代表一个字符，则再次执行步骤504的字符形成操作，而如果识别结果不表示一个字符，则执行步骤509。在步骤509处，确定识别结果是否表示手势命令的检索命令。如果这些识别结果表示检索命令，则在步骤511处执行检索操作；否则，在步骤510处执行图20的通常手势命令。在步骤510之后，在步骤507执行笔画数据识别操作。在步骤511处，参考识别字符检索电话本中的相应数据，输出检索到的结果，然后执行步骤512。在步骤512处，如果相应数据存在于该电话本中，则执行步骤513；否则，当前操作终止。在步骤513处，确定是否已经按下了上或下选择按钮。如果已经按下了上或下选择按钮，则在步骤514处执行选择在步骤511处检索到的数据的下一个或上一个数据的操作。如果还没有按下上或下选择按钮，则执行步骤515。在步骤515处，如果已经按下了发送按钮，则针对当前在步骤516处选择的电话本数据向用户发送呼叫，然后该操作终止。如果还没有按下发送按钮，执行步骤517。在步骤517处，如果已经按下了取消按钮，则操作终止；否则，再次执行步骤514。

电话本检索数据的参考索引数据可以构成用来在输入关键词时立即找到相应数据以便提高在上述操作中的输入操作效率。

下面对本发明的指示装置的再一个应用实施方案进行说明。

电子词典如此构成，从而将手写字符识别功能、电子词典功能和显示单元提供给指示装置以将与由识别字符构成的单词对应的词典内容显示在显示单元上，这在下面进行说明。

图26显示在以手写的方式将′d′、′e′、′v′、′i′、′c′和′e′输入给具有上述功能的电子词典之后的识别结果和其词典内容。参考标号550表示电子词典，551表示显示单元，552表示用于在手写输入之后执行结束命令或词典检索命令的按钮，并且553表示用作普通鼠标的左右按钮的功能按钮。参考标号554表示用于在屏幕上进行滚动功能的按钮。参考标号556表示用来识别英文单词“device”的手写操作的实施例，尤其显示手写操作的轨迹。

图27显示装配有字符识别功能、电子词典功能和显示单元的上述装置的系统方框图的实施方案。参考标号560表示包括指示装置的输入单元，用来接收手写操作的轨迹数据。在该情况中，将输入数据发送给控制单元563。参考标号563表示包括CPU的控制单元，用来识别和处理从输入单元560输入的与手写字符相关的数据。在识别和处理手写字符时，参照数据存储单元564。参考标号564表示数据存储单元，其中存储由识别字符所需要的参考数据以及电子词典内容。参考标号561表示用于执行设置在该装置外侧上的各个按钮的操作的按钮输入单元。将每个按钮受到按压的状态传送给控制单元563。参考标号562表示包括显示单元在内的输入单元，它显示手写字符的识别结果和相应的词典内容。参考标号565表示用于传送/接收数据以便进行指示功能或其它功能的通信单元。

当已经将从包括指示装置在内的输入单元560输入的数据输入给包括CPU在内的控制单元563时，控制单元563以这样一种方式执行处理，从而它分析并且识别输入数据以将输入数据识别为意思数据。不论什么是否识别出每个字符，在显示窗口上显示这些识别结果。另外，为了终止识别，按压结束按钮。在识别已经结束之后，采用识别单词作为关键词，在电子词典中检索与该关键词对应的内容，并且在显示单元上显示检索结果。

通过输入单元560例如指示装置输入的数据包括关于该装置的运动(手写操作)的轨迹数据，其中从PEN_DOWN到PEN_UP的范围内的数据形成一个笔画。通过分析该笔画的轨迹结构来进行笔画识别。另外，通过分析在连续笔画和该字符的形成状态之间的关系来进行字符识别。笔画识别是以这样一种方式进行的，在Hangul字符“”的情况中，确定轨迹分量是否沿着水平方向经过一定距离然后另一个轨迹分量是否沿着向下方向从弯曲部分延伸出。上面描述了手写字符识别的手写法则。

前面描述了本发明指示装置的应用实施方案。但是，可以将通常的数字笔应用在电子词典上。也就是说，由于可以采用输入笔很容易输入所要求的单词，所以可以更加提高电子词典的使用效率。

如上所述，本发明提供一种其中安装有低价普通光学图像传感器的鼠标，并且还提供一种用于检测在传感器的前端处转动的球表面的简单装置，因此实现了一种稳定的笔式鼠标装置，它具有与传统鼠标相同的灵敏度，只使用直径只有7mm的小球。因此，本发明的笔式鼠标可以代替当前昂贵的笔式鼠标装置。另外，从人体工程学的观点看可以很容易实现廉价普通笔式鼠标。

这种笔式鼠标非常适用于手写操作，并且更简单地实现了计算机图形功能例如绘画。尤其是，由于笔式具有作为学习工具的便利性，例如使得小孩能够使用计算机绘画或者实际写作，并且它便于携带，所以该笔式鼠标能够用于笔记本电脑。即使在笔记本电脑的情况中，由于触摸垫式鼠标装置有时不方便使用，所以如果在笔记本电脑中基本上安装和使用该笔式鼠标的话，则可以提高笔记本的价值。

另外，本发明的优点在于，在笔式鼠标的情况中，用户可以如用户抓住笔进行手写一样移动该鼠标，因此减小了人体所感到的不舒适性。

另外，本发明的优点在于，笔式鼠标的球只是与多个支撑球接触，因此获得了良好的灵敏度。

另外，本发明的优点在于，笔式鼠标可以甚至在传统光学鼠标不能在其上操作的玻璃平面或颜色均匀的光滑材料上进行鼠标操作。

另外，本发明的优点在于，由于笔式鼠标只需要较小的鼠标接触区域，所以可以在任意具有弯曲的位置例如手掌或手背上进行指示操作。因此，本发明的装置可以不用鼠标垫而随意地用在任何地方。

另外，本发明的优点在于，光导元件沿着所要求的方向引导光并且将它引导至所要求的位置并采用光纤降低了光损失，因此降低了由于照明而产生的电流损耗并且适当地将该笔式指示装置应用在鼠标上以便实现低能耗。

另外，本发明的优点在于，由于笔式指示装置采用了小球，所以可以实现较小的笔式指示装置，因此在笔式扫描装置中提供了指示功能以及编码器功能。

另外，本发明的优点在于，由于在该指示装置的上端处设有激光指示装置，所以该笔式指示装置可以非常有效地被用作进行显示的指示装置。

另外，本发明的优点在于，将较小的笔式指示装置安装在移动电话上，从而采用指示功能提供了手写识别功能，因此在对电话本进行检索时提供了关键词输入和检索功能，并且还提供了手写记忆功能和绘画功能。因此，该笔式指示装置可以与其它产品不同，并且可以提高其价值。

另外，本发明的优点在于，该指示装置设有手写字符识别功能、电子词典功能和显示单元，因此提供了各种功能，例如在显示单元上显示与由识别字符构成的单词对应的词典内容。

另外，本发明的方便之处在于，该指示装置设有滚动按钮，用来通过使该指示装置在按压滚动按钮的同时向上和向下移动使得该指示装置执行与在传统滚轮鼠标中使用滚轮所进行的滚动功能一样的功能。

虽然为了举例说明而已经披露了本发明的优选实施方案，但是本领域普通技术人员要理解的是，在不脱离如所附权利要求中所披露的本发明的范围和精神的情况下可以作出各种改进、添加和替换。

Claims (41)

1.一种指示装置，包括：

用于照射光的一光源；

通过整个指示装置的运动而转动的一球；

一光学图像传感器，用于使用图像来检测指示装置的运动；并且

其中所述指示装置通过光源将光照射到所述球上，通过所述光学图像传感器获取形成在该球表面上的图像，并且通过比较和分析先前和当前图像来输出关于该球的运动方向和距离的数据。

2.如权利要求1所述的指示装置，其中所述指示装置采用透镜使得从所述球的表面反射出的图像能够以一定的放大率入射到所述光学图像传感器上。

3.如权利要求1所述的指示装置，还包括多个支撑球，它们设置成与所述球接触，从而有利于所述球的转动。

4.如权利要求1所述的指示装置，其中所述指示装置为笔式指示装置。

5.如权利要求1所述的指示装置，还包括由光纤形成的光导元件，用来将从光源发射出的光引导至所述球的表面。

6.如权利要求1所述的指示装置，其中所述光源使用片状发光二极管。

7.如权利要求1至3中任一项所述的指示装置，其中所述指示装置将光照射到所述球的表面的两个或多个不同区域上，通过半透明反射镜使分别从这些区域中反射出的图像重叠，并且通过所述光学图像传感器获取重叠的图像，从而检测出该球的运动

8.如权利要求1至3中任一项所述的指示装置，其中所述指示装置将光照射到所述球的表面的两个或多个不同区域上，通过相应的图像传感器获取分别从这些区域中反射出的图像，并且根据这些图像中的具有最大位移宽度的图像检测出所述球的运动。

9.如权利要求1至3中任一项所述的指示装置，其中所述球如此设计，使得与由光学图像传感器执行图像处理所需要的数据相对应的该球的表面面积等于或小于1mm×1mm。

10.如权利要求1至3中任一项所述的指示装置，其中所述球具有形成在其表面上的图案，用来使得所述光学图像传感器能够明确地区分所述球的表面的各个区域，从而精确地检测出该球的运动

11.如权利要求10所述的指示装置，其中所述图案是基于正三角形的测地图案、包含有点或线的图案、和随机图案中的一种。

12.如权利要求1至3中任一项所述的指示装置，其中所述球如此形成，使得在该球中包含有杂质以形成随机图案。

13.如权利要求1至3中任一项所述的指示装置，其中所述球如此形成，使得将发光材料或荧光材料添加到该球中。

14.如权利要求1至3中任一项所述的指示装置，其中所述球如此形成，使得其表面被腐蚀以在其上形成随机图案。

15.如权利要求1至3中任一项所述的指示装置，其中所述球由氨基甲酸乙酯或塑料制成。

16.如权利要求1至3中任一项所述的指示装置，其中所述支撑球由陶瓷材料、氧化锆或塑料制成。

17.如权利要求1至3中任一项所述的指示装置，还包括用于支撑所述支撑球以形成一空间的支撑件，在该空间中所述支撑球在所述支撑球支撑件与所述球之间移动。

18.如权利要求17所述的指示装置，其中所述空间如此设计，使得在该空间的下部形成有一环形凹槽，用来使所述支撑球在所述球转动时能够沿着环形凹槽移动。

19.如权利要求18所述的指示装置，其中所述环形凹槽形成为当从该环形凹槽的横断面看时能容纳至少一个支撑球。

20.如权利要求17所述的指示装置，其中所述空间如此设计，使得在该空间的最上面部分形成有一环形突起，用来防止这些支撑球向上移动。

21.如权利要求17所述的指示装置，其中所述空间如此设计，使得在该空间的上部形成有一环形凹槽，用来使所述支撑球在所述球转动时能够沿着环形凹槽移动。

22.如权利要求21所述的指示装置，其中所述环形凹槽形成为当从该环形凹槽的横断面看时能容纳至少一个支撑球。

23.如权利要求1至3中任一项所述的指示装置，其中所述球的直径为7mm或更小。

24.如权利要求1至3中任一项所述的指示装置，其中所述透镜以大于400dpi的分辨率接收数据以对该球的图像进行比较和分析。

25.如权利要求1至3中任一项所述的指示装置，其中：

所述指示装置被分成内部装置和外部装置，所述球、光源和光学图像传感器固定在所述内部装置的前部，其余部件固定在所述外部装置上；以及

整个内部装置在所述球受到垂直挤压时移动，从而在球的表面与光学图像传感器之间保持规定的距离。

26.如权利要求25所述的指示装置，还包括一弹簧，用来在该指示装置操作时吸收施加在该球上的压力。

27.如权利要求25所述的指示装置，其中所述球在弹簧的作用下从指示装置中伸出，并且当在该球上施加力时克服该弹簧的弹性力而回缩到所述指示装置中，从而打开按钮开关。

28.如权利要求1至3中任一项所述的指示装置，还包括一滚动按钮；并且

其中在滚动按钮没有受压期间该指示装置的运动被作为通常的指示功能进行识别，而在滚动按钮受压期间该指示装置的运动被作为与滚动功能相关的数据进行处理。

29.一种包括如权利要求1至28中任一项所述的指示装置的扫描器，所述指示装置用作一种编码器，它检测出图像扫描装置的方向和速度，并且在对扫描图像进行匹配时将所检测到的方向和速度用作参考数据。

30.一种包括如权利要求1至28中任一项所述的指示装置的机器人，所述指示装置被用作一球形脚轮，它能够在该机器人移动时测量出该机器人的运动方向和距离。

31.如权利要求1至3中任一项所述的指示装置，还包括一激光指示装置。

32.一种包括如权利要求1-28中任一项所述的指示装置的移动通信装置。

33.一种移动通信装置，包括：

一输入单元，它包括如权利要求1至28中任一项所述的指示装置；

一存储单元，用来通过字符的相应笔画相对于起始点的相对坐标数值来显示该字符并且存储这些相对坐标数值；以及

一控制单元，它包括用于根据存储在所述存储单元中的数据来识别输入数据；并且

其中所述控制单元通过将关于字符的相应笔画的数据作为该字符的相应笔画的端点到起点的相对坐标数值进行获取以识别和处理输入到输入单元的数据，并且通过在存储单元中检索相应的笔画来顺序找出相应的笔画，从而识别出该字符。

34.如权利要求33所述的移动通信装置，其中所述存储单元中具有一电话本，并且用于该电话本的关键词由初始字母构成。

35.如权利要求33所述的移动通信装置，其中所述存储单元中具有一电话本，并且用于该电话本的关键词由初始字母和紧挨着其后的字母构成。

36.如权利要求33所述的移动通信装置，其中所述输入单元位于天线位置。

37.如权利要求33所述的移动通信装置，其中暴露于移动通信装置外面的输入单元通过铰链与所述移动通信装置的主体连接，从而使得该输入单元能够以一定的角度弯曲以执行指示功能。

38.如权利要求33所述的移动通信装置，其中所述输入单元设置在所述移动通信装置的下端，以在所述移动通信装置的翻盖打开时进行操作。

39.如权利要求33所述的移动通信装置，其中：

所述输入单元设置在所述移动通信装置的外面；

在所述移动通信装置的外侧上设有一输入按钮、一检索按钮、一发送按钮和上/下选择按钮；并且

设有一显示窗口，用来显示输入字符和这些按钮的执行结果。

40.如权利要求33所述的移动通信装置，其中所述移动通信装置通过输入手势命令来执行输入、检索、上/下选择和呼叫操作。

41.一种电子词典，包括：

一输入单元，它包括如权利要求1至28中任一项所述的指示装置，用来接收字符方面的数据；

一存储单元，用来存储参考数据和与词典内容相关的数据，其中所述参考数据用于表示相应字符的特征；

一输出单元，用来显示被识别出的字符和词典内容；和

一控制单元，用来控制该电子词典；并且

其中所述电子词典分析从输入单元接收到的手写操作的线路数据，并且参考存储在存储单元中的关于相应字符的参考数据来识别出与该输入数据对应的字符，在该电子词典中检索由这些识别字符构成的单词，并且在显示单元上显示与该单词对应的内容。

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