TWI269019B - Optical positioning device using different combinations of interlaced photosensitive elements - Google Patents

Optical positioning device using different combinations of interlaced photosensitive elements Download PDF

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TWI269019B TW094116523A TW94116523A TWI269019B TW I269019 B TWI269019 B TW I269019B TW 094116523 A TW094116523 A TW 094116523A TW 94116523 A TW94116523 A TW 94116523A TW I269019 B TWI269019 B TW I269019B
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Clinton B Carlisle
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Description

1269019 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般係關於一種光學定位裝置（〇pD)以及使用該 k 光學定位裝置感測移動之方法。 【先前技術】 使用指標裝置，例如電腦滑鼠或&跡球，來將資料輸入 #人電腦及作站並與個人電腦及卫作站溝通。此類裝置 允許在皿視器上快速地重新定位游標，並可用於許多文 I帛貞料庫與圖形程式。使用者可控制游標，舉例而言， 藉由在-表面上移動游標’以便沿一方向移動該滑鼠，並 且游標移動距離與該滑鼠之移動成正比。或者’可將手在 固定裝置上的移動用於相同的目的。 電腦滑鼠分為光學型式與機械型式兩種。機械滑鼠一般 使用方疋轉的球來偵測運冑，並且與該球接觸之一對轴編碼 器可產生一數位信號以供電腦用於移動該游標。機械滑鼠 #一問題為’在持續使用之後’由於灰塵累積等原因，其 •鲁豸向於不精確並出現故障。此外，機械元件（尤其係轴編 碼器）之移動與所產生的磨損必然限制裝置的有效壽命。 ' 上述機械滑鼠之問題的一解決方案為，開發光學滑鼠。 《學滑鼠已十分普及，因為其更強固，並且可提供更好的 指標精確度。 光學滑鼠所用的主要傳統技術依賴於··發光二極體 (LED)，其以掠入射或接近掠入射而照射一表面；二維 CMOS(互補金屬氧化物半導體）偵测器，其捕獲所產生的 101943.doc 1269019 影像；以及軟體，其將連續的影像關聯起來以決定鼠標移 動的方向、起離與速度。此技術一般提供高精確度，但設 计複雜’並且影像處理要求相對較高。此外，由於照明度 的掠入射，光學效率係低的。
另一方法使用光感測器或偵測器（例如光二極體）的一維 陣列。該表面的連續影像係由成像光學元件捕獲、平移至 該等光二極體上並進行比較以偵測該滑鼠的移動。該等光 二極體可直接按群組接線，以便於偵測運動。此降低光二 極體要求’並致動快速的類比處理。頒予Dandliker等人之 美國專利第5,907,152號中揭示該滑鼠之一範例。
Dandliker等人所揭示的滑鼠還有一點與標準技術不同， 即其使用一同調光源，例如雷射。來自一同調光源之光在 一粗糙表面散射之後產生一隨機的光強度分布，稱為斑 點。使用以斑點為主的圖案具有數個優點，其中包括有效 的以雷射為主的光產生以及高對比度影像，即使在以正常 入射照射的情況下。此提供更有效的系統，並節省電流消 耗’其在無線應用中係有利的，便於延長電池壽命。 儘管相對於傳統的以LED為主的光學滑鼠有重大的改 進，但基於數個原因，此等以斑點為主的裝置尚未完全令 人滿意。特定言之，使用雷射斑點之滑鼠尚未達到現今最 新技術之滑鼠中一般所要求的精確度，其一般需要具有小 於0.5%或左右的路徑誤差。 本揭示内容論述並解決先前光學滑鼠及其他類似光學指 標裝置之各種問題。 101943.doc 1269019 【發明内容】
本發明係關於-種用於藉由決定一表面之一連串 之光學特徵之位移而感測一資料輸入裝置與該表面之間之 :對：動之光學位移感測器。該感測器包括至少一：測 盗、弟-電路與第二電路。該谓測器包括組織成第—與 二陣列的複數個光心件。該第—電路係配置成組合^自 該第一陣列之每第Μ個元件之信號以產生M個群組信號， 並且該第二電路係配置成組合來自該第二陣列之每第M，個 元件之信號以產生M’個群組信號。河錢，為彼此不同的數 字0 另-具體實施例係關於一種使用一光學位移感測器來感 ㈣-資料輸人裝置橫跨-表面之移動之方法，該光學位移 感測器具有一偵測器，該偵測器包括組織成第一與第二陣 列之複數個光敏元件。該複數個光敏元件接收由從該表面 之一部分反射的光所產生的一強度圖案。將來自該第一陣 φ 列之每第Μ個兀件之信號組合以產生Μ個群組信號，並將 _來自該第二陣列之每第Μ，個元件之信號組合以產生μι個群 組信號。Μ與Mf為彼此不同的數字。 另一具體貫施例係關於包括光敏元件之一二維陣列之光 - 學疋位I置，該等光敏元件係組織成一 ΜχΜ，元件圖案， 重複該圖案以形成該陣列。電路係配置成組合來自該圖案 内一相同位置中之每一元件之信號以產生ΜχΜ，個群組信 號。 還揭示其他具體實施例。 101943.doc 1269019 【實施方式】 先前光學定位裝置之問題 以斑點為主之先前OPD的一問題起源於相鄰光二極體之 間的間距或距離，其一般為十（10)微米至五百（5〇〇)微米不 等。成像平面中大小小於此間距的斑點未得到正確地偵 測，從而限制OPD的敏感度與精確度。遠大於此間距的斑 點產生一小得多的信號。
另一問題為’該同調光源必須正確地與該债測器對齊， 以便產生一有斑點的表面影像。就先前的設計而言，一影 像平面之被照射部分一般遠寬於該偵測器之視場，以確保 光二極體陣列係由該反射之照明完全覆蓋。然而，具有大 的被照射區域會減小該等光二極體可偵測到的被反射照明 的功率強度。因而，嘗試解決或避免以斑點為主之先前 OPD中的未對齊問題經常會使可用於光二極體陣列之反射 光發生損失，或對照明功率施加更高的要求。 傳統OPD的另一問題為，由於視角及/或成像光學元件 與該視場内不同點處之特徵之間的不同距離，在表面上戋 從表面發射的特徵會發生扭曲。對於使用掠入射照明的 OPD，此問題特別大。 以斑點為主的先前0PD之一額外問題（對斑點圖案進行 影像分析而產生）為，估計方案對統計波動之敏感度。由 於斑點係透過散射同調光之相位隨機化而產生，故斑點平 均而言具有確定的大小與分布，但該等斑點可展示出與平 均狀況不-致的局部圖案。因此，該裝置具有局部的；明 101943.doc 1269019 確性或難以解釋資料，例如在斑點圖案提供比通常情況要 小的取決於運動的信號時。 以斑點為主之0PD的另一問題係關於斑點圖案之變化或 斑點「沸騰」。一般而言，當一表面移動時，來自該表面 的斑點圖案沿相同方向以相同速率移動。然而，在許多光 學系統中’離開該表面之相前將發生額外的變化。例如， 如果該光學系統非為遠心的，以至於從該表面至對應偵測
器之路徑長度在整個表面上係不一致的，則當表面移動 時’該斑點圖案以稍微隨機的方式發生變化。此扭曲了用 於债測表面運動的信號，從而降低系統的精確度與敏感 度0 因此’需要一種高度精確的以斑點為主的光學指標裝置 以及能夠使用該裝置以小於0.5%或左右的路徑誤差來偵測 移動之方法。希望該裝置具有簡單而不複雜的設計，並且 影像處理要求相對較低。而且希望該裝置具有高光學效 率’其中使得可用於光二極體陣列之反射光之損失最小 化。而且希望針對所用的斑點大小來最佳化裝置的敏感度 與精確度’並藉由該光學系統來精確地保持斑點圖案。 本文揭示之OPD具體實施例 本揭示内容一般係關於一種用於光學定位裝置（〇pD)之 感測器’並且係關於根據從表面反射之光之隨機強度分布 圖案（稱為斑點）之位移來感測該感測器與一表面之間之相 對移動的方法。〇PD包括，但不限於，光學滑鼠或軌跡球 以將資料輸入至個人電腦。 101943.doc 1269019 說明書中參考本發明的「一項具體實施例」或「一具體 實施例」表示結合具體實施例說明的特定功能、結構或特 徵被包含於本發明至少一項具體實施例中。因此，說明書 中各處出現的「在一項具體實施例中」辭令不一定全部代 表同一具體實施例。
一般而言，用於OPD之感測器包括一照明器，其具有一 光源以及照明光學元件以照射該表面之一部分；一偵測 器，其具有數個光敏元件與成像光學元件；以及信號處理 或混合信號電子元件，其用於組合來自每一該等光敏元件 之#號以從該偵測器產生一輸出信號。 在一具體實施例中，使用標準的CMOS處理與裝置來製 造該偵測器與混合信號電子元件。較佳地，本發明之感測 器與方法藉由使用結構化的照明與遠心的斑點成像以及使 用類比與數位電子元件之組合之簡化信號處理組態來提供 一種光學上有效的偵測架構。此架構減少信號處理之專用 電力並簡化感測器中之位移估計。已發現，使用斑點偵測 技術並根據本發明適當配置之感測器可滿足或超過〇pD通 系預汁的所有性能標準，包括最大的位移速度 '精確度與 百分比路控誤差率。 以斑點為主之位移感測器之介紹 此σ卩分論述申請人所知及所信之以斑點為主之位移感測 為之操作原理。雖然此等原理有助於理解，但本揭示内容 之具體實施例並不希望受限於此等原理。 參考圖1A ’所指示波長之雷射光係入射於一光滑的反射 101943.doc -11 - 1269019
Wiener-Khintchine理論，其只不過是強度自相關的傅立葉 轉換。敢精細的可此斑點amin= ^/2NA係由不太可能的情形 設定，在該情形中，主要貢獻來自圖1B之極端光線118(即 士 Θ處的光線）’並且來自大多數「内部」光線的貢獻會破 壞性地干涉。因此，截止空間頻率為/cq=i/(2/2na)或 2NAM。
應注意，沿一維（比如「x」）之該影像中之空間頻率之 數值孔徑可能不同於沿正交維（「y」）的情況。例如，此可 藉由一光學孔徑（其在一維上長於另一維，例如橢圓而非 圓）或藉由變形透鏡而引起。在此等情形下，斑點圖案ιΐ6 亦將為各向異性的，並且二維上的平均斑點大小將不同。 以雷射斑點為主的位移感測器之一優點為，其可使用以 近似垂直人射角到達的照明光進行操作。採用成像光學元 件以及以掠人射角到達粗M表面之非同調光的感測器亦可 用於橫向位移感測。然、而，由於使用照明之掠人射角來產 生該影像中表面形態之適當大小”暗陰影，故該系統在 光學上固有地效能底，因為大部分的光以鏡面反射的方式 從偵測器反射離開’因而對所形成的影像不起作用。相 反，以斑點為主的位移感測器可有效地使用來自雷射源之 較大部分的照明光，從而允許開發光學有效的位移感測 器。 所揭示的基於斑點之位移感測器之架構 加下洋細4明-種用於該以雷射斑點為主之位移感測器 冓，、使用具有類比信號組合電路的CM〇s光二極 101943.doc -13 - 1269019 號之空間頻率的週期性濾波器。 使用成像光學元件310將來自粗糙表面304的斑點成像到 偵測器平面上。較佳地，成像元件3 1 〇為遠心的，以獲得 最佳的性能。 在一具體實施例中，在二獨立的、正交的陣列中執行梳 形陣列偵測，以獲得X與y方向之位移估計。圖3中說明該 陣列302之小型型式。
债測器中的每一陣列由N個光二極體組所組成，每一組 具有Μ個光二極體（pD)，其配置成形成一 mn線性陣列。 在圖3中所示的具體實施例中，每一組由四個光二極體（4 PD)所組成’稱為i、2、3、4。將每一組之pD1電連接（接 線和）以形成一群組，對PD2、PD3與PD4亦進行此操作， 從而從該陣列引出四根信號線。其對應電流或信號為L、 工2、I3與I4。此等信號（It、込、^與“）可稱為群組信號。藉 由使用差動類比電路312來產生一同相差動電流信號 3 14(1^)=1^:^並使用差動類比電路316來產生一正交差動電 流信號318(1^)=^4，從而完成背景抑制（以及信號加 強）。此等同相與正交信號可稱為線路信號。比較一與h 之相位允許偵測運動方向。 如圖3中所示，有關使用4N偵測之梳形偵測器之一困難 為’其具有不可接受的大誤差率，除非其具有極大的陣 列，例如，在陣列102中具有數百個以上的读測器或光二 極體。當由於該陣列之不同區段上之光強度之間的有效平 衡而使«錢為弱時，產生此等誤^例如，在圖4中 101943.doc -15- 1269019 之模擬之訊框65中及其周圍，振盪信號的幅度係相對較小 的。參考圖4，其顯示同相（主要）信號與正交信號。沿水平 轴顯示訊框號碼。 多列偵測器偵列 此基本雜訊源之一解決方案係將數列此等偵測器或光敏 元件集合或配置在一起。圖5中示意性說明具有二集合列 502-1與502-2的偵測器。圖中還顯示從該等列產生之振盪
同相信號504-1與504-2。在該偵測器中，當一列正在產生 一微弱信號時，可從來自另一列的信號測量速度。例如， 在訊框2400附近，同相信號504」具有一相對較小的幅 度’但第二同相信號5〇4_2具有相對較大的幅度。如下所 不’當振盛的幅度較大時，誤差率較小。因此，可選擇 「正確的」列（即具有相對較大幅度振盪的列），並進行低 誤差估計。 模擬方法 為論證圖5之組態的效率，在方格上產生斑點圖案，並 且每方形中具有隨機與獨立的強度值。將斑點大小或方 格間距設定為20微米。|示侦測器陣列之另一拇格係以可 、支的大小產生並以恆定的速度而橫跨斑點圖案進行掃描。 也、5母偵測器或光敏元件之瞬間強度係與相同群組中的 ”他光電a求和以決定該等信號。以下模擬使用—具有怪 定水平偵測器或光敏# & Γ 疋件間距之「4Ν」偵測器方案。 誤差率計算 圖6中顯示來自此等模擬之一範例性輸出，其中顯示來 101943.doc -16- 1269019 當包括所有訊框時的發生次數；第二標記704指示當不包 括幅度分布之底部17%之訊框時的發生次數；第三標記 706指示當不包括幅度分布之底部33%之訊框時的發生次 數；第四標記708指示當不包括幅度分布之底部50%之訊 框時的發生次數；以及第五標記710指示當不包括幅度分 布之底部67%之訊框時的發生次數。
第一標記702之各點（包含所有資料）顯示5訊框處之一強 峰值以及向兩側快速降低之分布。4.938訊框處之垂直線 701(稱為「真值」）為估計之實際速率。該資料中，朝該線 的每一側，有兩個相對較強的峰值（即4訊框與5訊框）。 基於此模擬之目的，將落在此等二最強峰值之外的任何 點視為誤差。換言之，將離「真值」超過一訊框的估計值 定義為「誤差」。此係相當嚴格的誤差定義，因為通常會 在後續的循環中彌補此誤差。如果實際的速率靠近整數個 訊框，則將有很大一部分誤差離「真值」超出一訊框只不 過一點點。例如，圖7中之6個框架之點與4 938訊框之估 汁「真值」的距離僅略大於一個訊框。根據此相當嚴格的 定義，6訊框處之此等點將視為「誤差」。 圖8說日月與4N偵測器中之元件數目成函數關係的誤差速 率。參考圖8，可；f *誤差速率隨著偵測器或光敏元件之 數目增加而降低，如根據先前的工作所預計。對於此等測 量值，計算七（7)不同速率之誤差率並取平均值。 對向量長度之相依性 圖7中的資料亦顯 誤差集中於具有微弱信號的訊框中。 101943.doc -18- 1269019 示在選擇向量幅度之後的資料柱狀圖。例如，第三標記 706的點為僅針對具有頂部三分之二分布中之向量長度之 訊框：速率估計(即不包括底部的33%(按照信號幅度或信 號向量長度)）°因&，此資料不包括其中信號微弱並預計 (向於^生誤差的訊框。根據預計，當不包括較小的信號 幅度時’零交越點之間之訊框數目的分布較窄，並且如此 計算之誤差率得到大幅改進。
圖9顯示藉由排除較小信號幅度而獲得之誤差率改進。 圖9顯不誤差率對信號幅度之相依性。更明確言之，相對 ;斤用乜號向里長度之最小百分比而顯示誤差率。參考圖 U看出頂°卩一分之二的向量長度分布（由資料點902表 示）具有一誤差率，其僅為所有訊框（由資料點9〇4表示 誤姜率夕=八 7 、一二刀之一，即4·8%對14·1°/〇。僅使用頂部三分之 (由貝料點906表示）將誤差率進一步降低至12%。 因而’根據當不包括較小信號;幅度時誤差率的改進，從 偵測盗之多列選擇一列的一方案為選擇具有最高信號幅度 的列例如’在具有二集合列之圖5之情形下，將針對訊 ㈣彻選擇來自第二列鮮2的信號，因為該點處的幅度 較大’同時將針對訊框3則選擇來自第—列5⑷的信 =因為該點處的幅度較大。當然’可將此選擇方案應用 兩個以上的列。而且，可以不使用信號幅度(AC強度)作 :線路信號品質的度量值，而利用其他品質度量值或指 有最Ν線路信號品質之列選擇線路信號為利用來 101943.doc -19- 1269019 多列之信號以避免或制止斑點消失的一方案。此外，存在 各種完成相同或類似目標的其他替代方案。 例如，一管代方案將為根據其幅度（或其他品質度量值） 對來自不同列的線路信號進行加#，然後將加權信號進行 平均。在-具體實施例中，並非簡單地對加權信號進行平 均’可藉由採用遞迴濾波技術之演算法對信號之加權組進 订更佳的處理。線性遞迴濾波技術之一重
Kalman,r 題的新方法」，Trans. ASME，基本工程期刊第以卷（系列 D)第35至45頁⑽〇)。]非線性估計演算法可使用擴充的 Kalman濾波器（例如在來自梳形偵測器配置之正弦信號的 情形下）。以斑點為主之光學滑鼠之信號與測量模型之性 質指示一遞迴數位信號處理演算法非常適合於藉由斑點一 滑鼠前端偵測器與電子元件所產生之加權信號。 多列配置之模擬 使用相同的技術來模擬二與三列之偵測器。藉由斑點圖 _ 案之獨立部分來照射每一列。圖10中顯示誤差率之結果。 圖10說明具有三（3)列4N偵測器1002、具有兩（2)列4N. 測器1004以及具有一（1)列4N偵測器1006之運動债測器之 誤差率。圖中還顯示3列資料1012、2列資料1〇14與1列資 料1016之趨勢線。藉由將三（3)不同速率處的結果在五千 (5000)個訊框上進行平均而計算此等誤差率。曲線圖上的 多個點表示不同的模擬：使用四不同列來進行1列測量，· 使用二列之三不同組合來進行2列測量，·以及使用三列之 101943.doc -20- 1269019 器’該债測器具有二或更多不同的光敏元件群組。具有多 . 個元件群組之該具體實施例允許產生多個獨立的信號用於 運動估計。 例如，如果在相同的感測器中組合具有不同乂值的梳形 (比如4N與6N)，並使光敏元件之寬度保持恆定，則可從像 圖15所示般的配置（具有不同但平行的陣列）中獲得良好的 性能。圖15為根據本發明一具體實施例具有以6N組態Μ” 耦合以及以4N組態1504耦合之光敏元件之二列陣列之配置 ^ 之方塊圖。在此種情形下，測量二不同的斑點圖案，每列 各一圖案。 或者，使用相同的陣列以及相同的斑點圖案區段。此係 上述圖11中模擬之情形。此方法的優點在於節省光二極體 空間，以及與每一光二極體相關聯的洩漏電流。其亦節省 光子，因為僅需以斑點圖案照射矽上較小的區域。 圖16中顯示用於將具有多個1^1值之個別光二極體元件連 φ 接起來的一電路實施方案。圖16為根據本發明一具體實施 籲例之示意圖，其中使用電流鏡以重複使用相同元件輸出之 方式來實施4N、5N與6N加權組。圖16之電路16〇〇產生多 個獨立的#遽用於運動估計，每一獨立信號係針對一不同 的Μ組怨。在此範例中，使用電流鏡⑻來複製每一谓測 2或光敏元件1602之輸出電流。然後，將此等輸出結合在 7起，以使用根據不同賴態排序的線路結構16()6來對電 机求和。此等線路結構16〇6針對多個Μ值將每第Μ個輸出 在起然後藉由電流減小元件1608來應用加權之幅 101943.doc -25- 1269019 ^;每同相與正交輸出，另外的線路結構1610對正 加，之電流求和，並另外對負加權之電流求和。最後，對 於母一同相與正交輸出，不同的電路1612接收正與負加權 之不同電流並產生輸出信號。 在圖16所示特定範例中，針對购、5與6而產生獨立的 同相與正交輸出。在 八他實轭方案中，可針對其他Μ值來 產生同相與正^ 輸出。而且，可針對更多（或更少）的Μ
值’而非按照圖16中 τ <特疋靶例僅針對三個Μ值，來產生 同相與正交輸出。 在一替代性電路實妳古安rb — , 耳麵方案中，母一偵測器或光敏元件可 饋^具有不同增益的多個電流鏡，以使相同的_器或光 A件可針對不同的偵测器週期(M值)而作用於不同的、 獨立的同相與正交和。 在另一替代性電路實施方案中，可使用類比至數位轉換 窃（ADC)電路對偵測器值進行個別地取樣或進行多工並依 順序取樣，接著可對數仞 丁数位值進行處理以產生獨立的和。在 另一電路實施方案中，可拉 ^ ^ 了精由一共旱的時間多工或多重同 日寸ADC電路，來處理伯彳 、貝I态輸出之類比和。有數個電路實 施方案可完成該任務，盆φ ，、中不同的實施方案權衡電路複雜 性、電源消耗及/或雜訊係數等因素。 圖5與15所示具體會始丨丨 、例顯示一維陣列之多列。此等列 係沿其短軸連接··一列力H ， 在另一列頂部。或者，具有沿長軸 連接之二列亦可能係有用的，如圖17所示。 在圖17中，將單—的_ 、一、准陣列分成兩部分，即左側丨7〇2 101943.doc -26- 1269019 與右側1704。可將每一側配置成具有相同μ值的梳形配 .. 置。在圖17之特定實施方案中，μ==5。其他實施方案可使 用其他Μ值。左侧1702產生一組信號1706，而右側1704產 生苐二組信號17 0 8。視需要，將此等兩組信號組合成第三 組信號1710。因此’可根據信號幅度或上述其他機制從三 組k號中選擇。此配置的優點在於，該組組合的信號171Q 受益於有效地更長的陣列，其應具有出色的雜訊特性。 以上詳述的具體實施例顯示沿單一軸定向的偵測器或光 W 敏元件，即在一維陣列中，不過使用數列亦有可能。在另 一具體實施例中，將偵測器或光敏元件排列成二維，例 如，如圖8所示。 在圖18中，該示範性二維（2D)陣列（21χ9個元件）係配置 成每組為9個元件（3x3矩陣）的若干組。藉由共同的線路將 一組中一給定位置的元件（顯示為具有相同的色彩）群聚在 一起。使用此組態，可藉由同一組偵測器或光敏元件來收 φ 集又與7方向的運動資訊。雖然在圖18之示範性2D陣列中， ♦每組為3x3矩陣Μ旦其他實施方案可具有多、组其他的維 數。一組在水平維（χ)1802中所具有的元件數目可不同於垂 • 直維⑺腦中所具有Μ件數目1而，㈣圖18中所示 . t光敏元件的大小相等並為矩形，但替代的實施方案可使 用不同大小及/或其形狀非為矩形的光敏元件。 本發明之上述特定具體實施例與範例絲於解說與說明 目的而提供’儘官本發明已藉由前述某些範例來說明鱼解 說，但其並非解釋為受限於此。其無意包攬無遺或將本發 101943.doc -27- 1269019 明限於所揭示的刻板形式，並且可根據上述原理而在本發 明之範疇内進行許多的修改、改進與變更。希望本發明之 範疇包含本文所揭示以及隨附申請專利範圍及其等效物所 提出的一般範圍。 【圖式簡單說明】 根據以上詳細說明以及附圖，可更充分地瞭解本揭示内 谷之各種特彳政與優點，然後，不應視為將隨附申請專利範
圍限於所示的特定具體實施例，而僅作解釋與理解之用’ 其中： 圖1A與1B分別說明從光滑表面反射之光之繞射圖案以 及從粗糙表面反射之光之干涉圖案中的斑點； 圖2為根據本揭示内容之一具體實施例之以斑點為主之 OPD之功能方塊圖； 圖3為根據本揭示内容之一具體實施例具有交錯光敏元 件群組之一陣列之方塊圖； 圖4為根據本揭示内容之一具體實施例之圖3之陣列之一 模擬信號之曲線圖； 、圖5為根據本揭示内容之一具體實施例之具有多列交錯 光敏70件群組之一陣列之配置之方塊圖以及所產生之同相 信號； 圖6為根據本揭之一具體實施例具有《錯光敏元 件群組之一陣列之模擬信號之曲線圖，其中將來自每第四 個光敏元件之信號電耦合或組合在一起； 圖7為根據本揭示内容之一具體實施例具有六十四個以 101943.doc -28- 1269019 4N組態耦合之光敏元件並運作於最大速率之81%下的一摘 測器之估計速率之柱狀圖； 圖8為根據本揭示内容之一具體實施例說明與具有以4n 組態耦合之光敏元件之偵測器之元件數目成函數關係之誤 差率的曲線圖； 圖9為說明根據本揭示内容之一具體實施例之誤差率對 信號幅度之相依性的曲線圖； 圖10為根據本揭示内容之具體實施例說明與具有多列以 4N組態耦合之光敏元件之積測器之元件數目成函數關係之 誤差率的曲線圖； 圖11為根據本揭示内容之具體實施例說明具有以各種組 態耦合之交錯光敏元件群組之一陣列之模擬信號的曲線 圖； 一圖12為根據本揭示内容之一具體實施例具有以5N組態耦 合之光敏元件之一陣列之一配置以及主要與正交加權因數 ^ 之方塊圖； •-圖13為根據本揭示内容之一具體實施例具有以6N組態輕 合之光敏元件之一陣列之-配置以及主要與正交加權因數 ， 之方塊圖；. . ® 14為根據本揭示内容之一具體實施例具有以4N組態輕 合之光敏元件之一陣列之一配置以及主要與正交加權因數 之方塊圖； 圖15為根據本揭示内容之一具體實施例具有以⑽組態輕 合以及以4Ν組態輕合之光敏元件之多列陣列之配置之方塊 101943.doc -29- 1269019
101943.doc 218 介面電路 220 x，y資料 302 光二極體陣列 304 表面 306 垂直腔表面發射雷射 308 照明光學元件 310 成像光學元件 312 差動類比電路 314 同相差動電流信號 316 差動類比電路 318 正交差動電流信號 PD1-PD4 光二極體 502-1與 502-2 集合列 504-1與504-2 同相信號 602-1 同相（主要）信號 602-2 正交信號 604 幅度（長度） 606 相位（角度） 701 垂直線 702 標記 704 標記 706 標記 708 標記 710 標記 OC -31 - 1269019 902 資料點 904 資料點 906 資料點 1012 3列資料 1014 2列資料 1016 1列資料 1102 每第三個偵測器 1104 每第四個偵測器 1106 每第五個偵測器 1108 每第六個偵測器 1202-1 接線和 1202-2 接線和 1202-3 接線和 1202-4 接線和 1202-5 接線和 1502 6N組態 1504 4N組態 1602 偵測器或光敏元件 1604 電流鏡 1606 線路結構 1608 電流減小元件 1610 線路結構 1612 差動電路 1702 左側 101943.doc -32- 1269019 1704 右側 1706 信號 1708 信號 1710 信號 1802 水平維（X) 1804 垂直維（y)
101943.doc -33-

Claims (1)

  1. 一第一電路，其係配置成將來自該第—陣列的每第難 元件之L號組合以產生μ個群組信號；以及 _第二電路，其係配置成將來自該第二陣列的每第Μ|個 兀件之信號組合以產生M，個群組信號， 其中Μ與M’為彼此不同的數字。 2·如叫求項丨之光學位移感測器，其中該等第一與第二陣 列包括至少一共享光敏元件。 3 ·如請求項2之光學位移感測器，其進一步包含： 一電流鏡面電路，其係配置成從該共享光敏元件複製 光電流。 " 4·如請求項2之光學位移感測器，其中該等第一與第二陣 列共享實質上所有該等光敏元件。 5 ·如請求項4之光學位移感測器，其進一步包含： 電流鏡面電路，其係配置成從實質上所有該等光敏元 件複製光電流。 6. 如請求項丨之光學位移感測器，其中每—該陣列包含一 平行於一軸配置的線性梳形陣列（LCA)。 7. 如請求項6之光學位移感測器，其進一步包含： 101943-20050428.doc 1269019 ------ 對線路信號之 〒件Μ β日修(更)正替換買 配置成從該等個群組信號產生一^第一 電路；以及 第二對線路信號之 配置成從該等M，個群組信號產生 電路。 8.:請求項7之光學位移感測器，其中當該資料輪入裝置 沿一不垂直於該軸之方向移動時，該等線路信號在形式 上係振盈的。
    9·如請求項8之光學位移感測器，其進一步包含： 计异電路，其係配置成使用下列方程式從一線路信號 °十异邊資料輸入裝置沿該軸移動之一速率之一分量v : v=f*p/ r f為訊框速率，p為偵測器間距，並且1為朝一相同方向 之一先前二零交越之間的訊框數目。 10·如請求項7之光學位移感測器，其中該線路信號產生電 路包S對該等群組信號進行加權之加權電路。 11 ·如靖求項10之光學位移感測器，其中該等Μ個群組信號 各係藉由Μ個同相加權因數之一以及μ個正交加權因數 之一來加權，並且其中該等Μ，個群組信號各係藉由Μ，個 门相加權因數之一以及Μ’個正交加權因數之一來加權。 12·如請求項U之光學位移感測器，其中使用下列方程式來 计异該等同相加權因數（S 1)以及該等正交加權因數 (S2): *Sl = cos^ N ； 以及 101943-20050428.doc 1269019 #卜月彳日滅)正替換頁 *52 = sin N , #其中J為從0至M-丨，並且]^=]^，其係針對用於產生該 第對線路k载之該等Μ個群組信號，以及 /、中j為從0至M’-l，並且ν=Μ，，其係針對用於產生該 第一對線路信號之該等Μ，個群組信號。 13.如請求項丨之光學位移感測器，其進一步包含： 比車又電路，其係配置成比較從該等Μ個群組信號產生 之一線路信號之品質與從該等Μ，個群組信號產生之另一 線路信號之品質；以及 選擇電路，其係配置成根據該比較結果來選擇一較高 品夤的線路信號。 14·如請求項1之光學位移感測器，其進一步包含： 加權與組合電路，其係配置成根據一信號品質特徵對 線路信號進行加權並組合該等加權之線路信號。
    15· —種使用一光學位移感測器來感測一資料輸入裝置橫跨 一表面之移動之方法，該光學位移感測器具有一偵測 器，該偵測器包括組織成第一與第二陣列之複數個光敏 元件，該方法包含： 在該複數個光敏元件上接收由該表面之一部分反射的 光所產生的一強度圖案； 將來自該第一陣列的每第Μ個元件之信號組合以產生 Μ個群組信號；以及 將來自該第二陣列的每第]VT個元件之信號組合以產生 Μ’個群組信號， 101943-20050428.doc 1269019 16. 1牌(/月4日修(更)正替換頁 其中Μ與為彼此+同的_ι宇= 如請求項15之方法 元件。 其中該等第一與第 ^陣列共享光敏 17.如請求項15之方法，其進一步包含·· 從該等Μ個群組信號產生一第一 弟對振盪線路信號；以及 攸该#Μ，個群組信號產生一 弟一對振盪線路信號。 iS·如續求項17之方法，其進一步包含·· 比較從該等Μ個群組信號產 & 之線路信號之品質與 攸該專Μ ’個群組信號產生 力綠路#旎之品質；以及 根據該比較結果來選擇一較高品質的線於。 19,如請求項17之方法，其進一步包含： 根據-信號品質特徵對線路信號進行加權·以及 組合該等加權之線路信號。 20· —種光學定位裝置，該裝置包含·· 一位一於光敏元件中之—二維陣列，該陣列係组織成一 Μ Μ το件圖案’重複該等圖案以形成該陣列；以及 組合電路，其係配置成組合來自該圖案内一相同位置 中之每一元件之信號以產生ΜχΜ,個群組信號。 101943-20050428.doc -4-
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