TWI397839B - 具有平面光導發光板之使用者輸入裝置 - Google Patents

Description

具有平面光導發光板之使用者輸入裝置

光學導航裝置使用一光源來照明一導航表面，使得一光學成像器可產生數位影像以用於計算運動。例如，一光學成像器可成像在一表面上之一手指並基於循序影像之比較來產生一導航信號。然而，隨著習知導航裝置之大小係減低，針對用於偵測光學導航輸入的光學元件與感測器之實體空間亦係減低。

例如，某些習知光學導航裝置封裝具有一大約2.5mm之厚度或光學高度。該光學高度指自一光學手指介面表面至一對應感測器的距離。該光學高度亦係稱為光學循跡。對於諸如蜂巢式電話之手持式裝置與較小可攜式個人計算(PC)周邊裝置的某些實施方案而言，認為一2.5mm的光學循跡或厚度過厚。

隨著一裝置的光學循跡係減低，該光學感測器透過一中間光學透鏡之視角受到影響。特定言之，該減低的光學循跡增加影像強度衰減(roll-off)，該影像強度衰減係於該光學透鏡之邊緣處的光之減低。在許多實例中，該影像衰減相對於該減小的光學循跡以指數方式增加。作為一範例，於該光學透鏡之邊緣處的影像強度可以係於該光學透鏡之中心處的影像強度之大約40%。此具有減低該成像透鏡之精度的負面效應。特定言之，當該光學循跡之總距離少於該光學感測器之寬度的大約兩倍時，增加的影像強度衰減之此問題受到高度影響。

說明一系統之具體實施例。在一具體實施例中，該系統係具有光學手指導航之一可攜式電子系統。該系統包括一顯示器、一光學元件、一光源及一光學手指導航裝置。該顯示器包括一導航指示器。該光學元件包括一手指介面表面。該光學元件之至少一部分展現全內反射(TIR)。該光源係與該手指介面表面光學連通以提供來自該光源之光至該手指介面表面。該光學手指導航裝置基於依據在一手指與該手指介面表面之間的接觸之一偵測的光圖案而產生一導航信號以移動該導航指示器，該接觸中斷該光學元件之TIR並引起光係自該光學元件離開朝向該光學手指導航裝置反射。亦說明該系統的其他具體實施例。

亦說明一設備的具體實施例。在一具體實施例中，該設備係一使用者輸入裝置。該使用者輸入裝置包括一光學元件、一光源、一感測器陣列及一導航引擎。該光學元件包括一手指介面表面。該光學元件之至少一部分展現全內反射(TIR)。該光源係與該手指介面表面光學連通以提供來自該光源之光至該手指介面表面。該感測器陣列回應於在一手指與該手指介面表面之間的接觸而偵測自該手指介面表面反射的光。在該手指與該手指介面表面之間的接觸中斷該TIR並引起光係自該光學元件離開朝向該感測器陣列反射。該導航引擎回應於該偵測的光而產生橫向移動資訊，該橫向移動資訊指示該手指相對於該感測器陣列之橫向移動。亦說明該設備的其他具體實施例。

亦說明一方法的具體實施例。在一具體實施例中，該方法係用於光學手指導航之一方法。該方法包括於一光源處產生光。該方法亦包括將該光導向至包括一手指接觸部分之一光導中。該光導之至少一部分展現全內反射(TIR)。該方法亦包括回應於藉由該光導展現的TIR之一中斷而偵測自該光導朝向一感測器陣列反射的光。該方法亦包括基於該偵測的光產生一導航信號。亦說明該方法的其他具體實施例。

結合附圖，藉由範例就本發明之原理予以解說，自以下詳細說明將明白本發明之具體實施例的其他態樣及優點。

圖1A繪示以一光學手指導航裝置100之形式的一使用者輸入裝置之一具體實施例的透視圖。該光學手指導航裝置100包括一光學元件102、一光源104、一感測器陣列106及一透鏡108。雖然運用特定組件與功能性來顯示與說明該光學手指導航裝置100，但可運用更少或更多的組件來實施其他具體實施例以促進更少或更多的功能性。

在某些具體實施例中，該光學元件102係由玻璃、透明塑膠或某一其他光透射材料構成。該光學元件102具有一彎曲幾何形狀以促進於該光源104處產生的光之全內反射(TIR)。因此，該光學元件102亦係稱為一平面光導發光板。即使該光學元件102可具有一彎曲幾何形狀，相對於在該光學元件102內之光的TIR，該光學元件102之光學特性仍類似於一平面幾何形狀。在某些具體實施例中，該光學元件102可具有一拋光的表面以進一步促進全內反射。此外，可將一反射塗層塗敷至該光學元件102之表面。在其他具體實施例中，該光學元件102之彎曲幾何形狀具有擴散於該光學元件102之外表面之下的一反射材料以進一步促進藉由該光源104產生的光之全內反射。

該光學元件102包括一主要表面112。在該解說的具體實施例中，該主要表面112係該光學元件102之頂部表面。如所繪示，該主要表面112包括實質上係平面之一部分並大致自具有一彎曲幾何形狀的光學元件102之區段之外部表面延伸至與該光源104相反的光學元件102之端。該主要表面112亦可包括該光學元件102之彎曲部分之頂部表面。

該光學元件102亦包括一手指介面表面114。更明確地說，該主要表面112之一部分係指定為該手指介面表面114。該手指介面表面114一般係該主要表面112之部分，於該部分處一手指(未顯示)接觸該光學元件102。在某些具體實施例中，該手指介面表面114包括比在圖1A中所示或多或少的光學元件102之表面積。在某些具體實施例中，該手指介面表面114係圓形的。替代地，該手指介面表面114係非圓形的。

該手指介面表面114促進與該光學元件102之使用者接觸。例如，一使用者的手指與該手指介面表面114之接觸引起光係朝向該感測器陣列106反射與散射。因為可監控該手指接觸並可計算手指移動，故與該手指介面表面114之手指接觸促進於該光學元件102處之一使用者輸入。

為便於參考，該光學元件102亦包括一手指接觸部分118。該手指接觸部分118一般對應於該手指介面表面114。在一具體實施例中，該手指介面表面114與該手指接觸部分118係大致與該光學透鏡108及該感測器陣列106之中心線性地對準。更明確地說，該手指介面表面114與該手指接觸部分118可大致居中在延長穿過該光學透鏡108及該感測器陣列106之中心之一軸上。在其他具體實施例中，該手指介面表面114與該手指接觸部分118可至少部分地不與該光學透鏡108及/或該感測器陣列106對準。

在圖1A之解說的具體實施例中，該光學元件102之手指接觸部分118係在與該主要表面112相同的平面中。然而，下文說明的其他具體實施例包括不在與該主要表面112相同的平面中的手指接觸部分118之至少一部分(例如，參見圖1D)。在某些具體實施例中，該手指接觸部分118係實質上平行於該主要表面112。在某些具體實施例中，該手指接觸部分118具有一平坦幾何形狀。

該手指接觸部分118促進諸如一手指之一導航物體的照明，使得在該導航物體與該手指介面表面114之間的接觸中斷該光學元件102之全內反射(TIR)。因此，在該導航物體與該手指介面表面114之間的接觸反射與散射藉由該感測器陣列106偵測的光。以此方式，該手指接觸部分118可促進於該光學元件102處的一手指導航輸入之偵測。

圖1B繪示圖1A之光學手指導航裝置100之一具體實施例的斷面圖。該光學手指導航裝置100包括該光學元件102、該光源104、該透鏡108及該感測器陣列106。該光學元件102包括該主要表面112。該光源104將光導向至該光學元件102中。該光學元件102透過全內反射(TIR)內部地反射該光。在該光學元件102內的光之TIR係連續的並僅在該光學元件內來回反射。在不存在與該光學元件102之手指接觸或在該光學元件102內的TIR之另一中斷的情況下，相對很少或無光進入該透鏡108或係於該感測器陣列106處予以偵測。

圖1C繪示圖1A之光學手指導航裝置100之一具體實施例與相對於該光學元件102定位以中斷該光學元件102的全內反射(TIR)之一手指128的斷面圖。在該解說的具體實施例中，該手指128於大約該光學元件102之手指接觸部分118處實體地接觸該主要表面112並中斷在該光學元件102內反射的光之TIR。在該手指128與該光學元件102之間的實體接觸中斷該TIR並自該光學元件102離開且至少部分地朝向該光學透鏡108散射(即，反射)該光。離開該光學元件102的某些光係藉由該透鏡108收集並係導向至該感測器陣列106以產生於該光學元件102之手指接觸部分118處的手指128之一或多個影像。

圖1D繪示以在該光學元件102之主要表面中具有一凹部116的一光學手指導航裝置100之形式的使用者輸入裝置之另一具體實施例的透視圖。在該繪示的具體實施例中，該光學元件102在該光學元件102之主要表面112中界定該凹部116。一般而言，該凹部116僅係在該光學元件102之頂部表面內之一凹陷。在某些具體實施例中，該凹部116在幾何形狀上係圓形。作為一範例，該凹部116可具有用以大致匹配該感測器陣列106之一視域的尺寸。更明確地說，該凹部116可具有大致該感測器陣列之一視域的一半徑。此外，該凹部116可具有一大致100至150μm之深度。該圓形凹部116之其他具體實施例可具有其他尺寸。在其他具體實施例中，該光學元件102運用一非圓形幾何形狀來界定該凹部116。該凹部116中斷該光學元件102之TIR並引起來自該光學元件102內的光離開該光學元件102並照明諸如一手指之一導航物體。

此外，在該解說的光學手指導航裝置100中，該光學元件102之手指接觸部分118包括該凹部116。在某些具體實施例中，該手指接觸部分118係實質上平行於該主要表面112。在其他具體實施例中，該手指接觸部分118一般係相對於該手指介面表面114以一非零角度予以定向。在某些具體實施例中，該手指接觸部分118具有一平坦幾何形狀。在其他具體實施例中，該手指接觸部分118具有一彎曲或非線性幾何形狀。當該手指不與該手指接觸部分118接觸時，該手指接觸部分118之其他具體實施例促進該手指的照明。

在一具體實施例中，該凹部116產生一側射光光強度圖案以用於藉由該感測器陣列106之偵測。該側射光光強度圖案沿該強度圖案之邊緣具有一相對較高光強度並朝向中心具有相對更少強度。特定言之，當來自該光源104之光在該光學元件102內內部地反射時，該光之TIR係藉由該凹部116之至少一部分中斷。因而，該光(例如)於該凹部116之邊緣處離開該光學元件102並照明該導航物體，使得該感測器陣列106偵測該側射光光強度圖案。

在某些具體實施例中，該凹部116經組態用以光學地匹配該透鏡108。該凹部116可藉由於該圖案之邊緣處運用更高強度位準而朝向中心運用更低強度產生一側射光強度圖案並因此補償該光學透鏡108之一強度衰減來光學地匹配該透鏡108。例如，若於該光學透鏡108之邊緣處的光學強度係於該透鏡之中心處的強度之大致40%，則該凹部116可經組態用以藉由相對於在該凹部116之中心處的導航裝置之照明的大致60%來提供該導航裝置之至少一邊緣之增加的照明。以此方式，該導航物體之增加的邊緣照明補償該光學透鏡108之增加的光強度衰減，故該感測器陣列106可偵測該導航裝置之一更低對比度影像。因而，可光學地匹配該凹部116與該透鏡108以相互補償各別強度圖案差異並允許該感測器陣列106產生一相對更均衡的強度圖案。

在該繪示的具體實施例中，該凹部116亦包括一過渡部分122。該過渡部分122沿該凹部116之邊緣至少部分地形成內壁(即，一側壁)。該過渡部分122具有少於該光學元件102之厚度的高度。在某些具體實施例中，該過渡部分122係垂直於該手指接觸部分118之平面予以定向。在另一具體實施例中，該過渡部分122係相對於該光學元件102之手指接觸部分118及/或主要表面112以一非垂直角度予以定向。該凹部116之過渡部分122的大小、角度及定向可對中斷在該光學元件102內之TIR以引導光來照明該手指具有實質影響。

圖2A繪示圖1D之光學手指導航裝置100之一具體實施例的斷面圖。該繪示的光學手指導航裝置100包括該光學元件102、該光源104、該感測器陣列106及該透鏡108。該光學元件102包括該凹部116與一實質上平面部分124。在某些具體實施例中，該光學元件102之實質上平面部分124包括該凹部116。該光學元件102之實質上平面部分124可包括該手指介面表面114及/或該手指接觸部分118之全部或部分。

可更接近或更遠離該光學元件102之彎曲區段來定位該凹部116。在某些具體實施例中，該凹部116具有一直線輪廓幾何形狀。在其他具體實施例中，該凹部116具有一彎曲或非線性輪廓幾何形狀。此外，可將該透鏡108耦合至該光學元件102。例如，可將該透鏡108與該光學元件102整合地模製。此外，可將該透鏡108與該光學元件102分開。

圖2B繪示圖2A之光學手指導航裝置100的光學元件102之一具體實施例的斷面圖。該光學元件102之斷面圖解說該凹部116、該手指介面表面114(於該主要表面112處並在該凹部116內兩處)及該凹部之過渡部分122。如所示，在該凹部116內的手指介面表面並不平坦與平滑。該手指介面表面114之非均勻性可影響在該導航物體(未顯示)上之光分佈圖案。在某些具體實施例中，該手指導航表面114之非均勻性進一步中斷在該光學元件102內的光之TIR。

在該繪示的具體實施例中，該過渡部分122亦包括一非均勻表面光製。亦可相對於該手指接觸部分118以一非零角度來定向該過渡部分122。在一具體實施例中，該過渡部分122與該手指接觸部分118之非均勻表面光製係由該表面之一化學變更所造成。在另一具體實施例中，該非均勻表面係機械地變更以建立該非均勻表面光製。其他具體實施例具有其他品質之非均勻表面光製。

圖2C繪示圖2A之光學元件102的斷面圖。該光學元件102之斷面圖解說一光學凸部117，而非如在圖2B中所示之凹部116。該光學凸部117一般係該光學元件102之一凸起表面特徵，其係在該光學元件102之主要表面112之上凸起或延伸。在某些具體實施例中，該光學凸部117在幾何形狀上係實質上圓形或球形。作為一範例，該光學凸部117可具有用以大致匹配該感測器陣列106之一視域的尺寸。更明確地說，該光學凸部117可具有大致該感測器陣列之一視域的一半徑。此外，該光學凸部117可具有一大致100至150μm之高度。該圓形或球形光學凸部117之其他具體實施例可具有其他尺寸。其他具體實施例在該光學凸部117中併入其他幾何形狀。因為該光學凸部117自該感測器陣列106延伸離開，故該光學元件102的手指介面表面114之至少部分係在該主要表面112的平面之上。該光學凸部117之過渡部分122允許光離開該光學元件102。因此，該光學凸部117於該過渡部分122處中斷在該光學元件102內的光之TIR，並且透過該光學凸部117之過渡部分112逃逸的光照明於該感測器陣列106之視域的邊緣處的一手指或其他導航物體。雖然未顯示，但類似於圖2B之凹部116，該光學凸部117之某些具體實施例亦可具有不平坦及/或不平滑之一表面。

圖2D繪示圖2B之光學元件102與相對於該凹部116定位之一手指128的斷面圖。圖2D亦指示兩個照明區域126，其一般係藉由虛線圓圈指定。在某些具體實施例中，該等照明區域126係位於實質上垂直於該光學元件102之主要表面112定向的過渡部分122處。在另一具體實施例中，該等照明區域126係位於相對於該光學元件102之主要表面112以另一非零角度定向的過渡部分122處。該手指128係在該等照明區域126附近置放在該光學元件102上。於該等照明區域126處的過渡部分122中斷在該光學元件102內的光之TIR並允許該光照明與該手指介面表面114接觸或另外在離該光學元件102之手指接觸部分118一相對較近的距離內之一手指128。當光通過該等過渡部分122時，靠近該等照明區域126的手指128之表面反射與散射該光。以此方式，於該等照明區域126處的光之強度係相對較高以產生一側射光圖案，該側射光圖案至少部分地補償該光學透鏡106之強度衰減，使得與不具有於該等照明區域126處之側射光圖案的光圖案相比，該感測器陣列106偵測更均勻之一光圖案。

圖2E繪示圖2C之光學元件102與相對於該光學凸部117定位之一手指128的斷面圖。類似於圖2D，圖2E指示該等照明區域126，該等照明區域係由於大約該光學凸部117之過渡部分122處離開該光學元件102的光所造成。

亦應注意，雖然在圖2D與2E中顯示的具體實施例專門顯示該凹部116與該光學凸部117，但該光學元件102之某些具體實施例可包括一或多個凹部116與一或多個光學凸部117之一組合。此外，因為入射在該手指128上的光強度可能在最接近該光源104的手指128之側上更大，故可使用不同深度與高度之一組合以橫跨該手指接觸部分118及因此該手指128之一更大距離來分級該光強度。

圖3繪示一等量圖表130，其代表藉由圖1D之光學手指導航裝置100的光學元件102產生之一光強度圖案的一具體實施例。該光強度圖案指示將達到該手指的自該凹部116或光學凸部117逃逸之光的照明圖案。具有該凹部116或光學凸部117之效應的在手指上之光強度的反射係於該感測器陣列106處予以偵測。該等量圖表130繪示一側射光圖案或在一圖案之邊緣周圍具有一相對較高光強度的圖案。特定言之，該等量圖表130解說於靠近該光源104定位的手指128之側(指定為在該等量圖表130之左側上的「近(NERA)」)處該光強度可更能大。而且，該等量圖表130解說於該手指128之遠側(指定為在該等量圖表130之右側上的「遠(FAR)」)處該光強度可能較不強烈。因為在遠側上中斷的光在達到各別過渡部分122之前自該光源行進得更 遠並至少部分地自該光學元件102之端反射，故此光強度差異係由在近側上之一更大強度與在遠側上之一實質上更小強度所造成。相比之下，該光強度圖案之頂部與底部邊緣由於在此等邊緣處之各別過渡部分122而不一定受入射光影響。然而，其他具體實施例可具有凹部116及/或光學凸部117，其進一步操縱該光強度以增加或減小各種邊緣之相對強度。

圖4繪示一側平線圖表132，其代表圖3之等量圖表130的光強度圖案之一部分。特定言之，具有峰值133與134之線代表在圖3之等量圖表130上自近至遠邊緣(例如，沿水平零線)的光圖案之強度。該等峰值133與134發生於該光圖案之邊緣處。該近側水平高峰值133繪示在該等量圖表130的強度圖案之近或左手側上的高強度。該遠側水平高峰值134繪示在該等量圖表130之遠或右手側上的強度峰值。該遠側水平峰值134相對於近側水平峰值133而具有一更少強度，該近側水平峰值代表更靠近該光源104的凹部116之側。

包括峰值135與136的線繪示在圖3之等量圖表130上自底部至頂部(例如，沿垂直零線)的光強度。該等峰值135與136發生於該強度圖案之邊緣處。該底部垂直峰值135代表於該等量圖表130之底部處的光圖案之強度。該頂部垂直峰值136代表於該等量圖表130之頂部處的光圖案之強度。雖然對於該手指接觸部分118之頂部與底部邊緣而言光強度增加並不一樣大，但此線圖表132解說在該手指接觸部分118之所有邊緣中可存在某種增加。

圖5繪示一系列線圖表之一具體實施例，其用以代表圖1D之光學手指導航裝置100的光學元件102與光學透鏡108之強度補償。特定言之，第一線圖表137代表由在該光學元件102中之凹部116或光學凸部117所造成的強度量變曲線。如上所解釋，該凹部116或該光學凸部117之過渡部分122允許光自該光學元件102離開並比該手指128之中心的照明多得多地照明該手指128之邊緣。第二線圖表138代表由該光學透鏡108之強度衰減所造成的強度量變曲線。如上所解釋，尤其當在該光學元件102與該光學透鏡108之間的距離非常小時，該光學透鏡108之強度衰減引起於該光學透鏡108之邊緣處的光強度大幅減小。所得第三線圖表148顯示該第一線圖表137與第二線圖表138之組合之一近似。此第三線圖表139顯示該第一線圖表137之更高邊緣強度偏移或補償該第二線圖表138之更低邊緣強度，從而導致一更均勻強度圖案以用於藉由該感測器陣列106之偵測。在某些具體實施例中，於該感測器陣列106處之一更均勻強度圖案促進在該手指128在該光學元件102上的移動與(例如)諸如一導航指示器之一使用者控制裝置(例如，一滑鼠指標或一游標指示器)的對應移動之間的更佳相互關聯。

圖6繪示一手持式計算裝置140之一具體實施例的方塊圖。該手持式計算裝置140實施該使用者輸入裝置100(例如，圖1之光學手指導航裝置100)以促進使用者輸入。可實施該使用者輸入裝置100之具體實施例的手持式計算裝置140之範例包括手持式通信裝置，例如蜂巢式電話與全球定位系統(GPS)裝置。此外，可在該手持式計算裝置140之具體實施例內實施其他類型之電子周邊裝置，例如個人音樂播放器、個人數位助理(PDA)等等。

藉由在該手持式計算裝置140中實施該使用者輸入裝置100之一具體實施例，該使用者輸入裝置100可促進(例如)使用者輸入以在該手持式計算裝置100之一顯示裝置141上導航內容。例如，該使用者輸入裝置100可促進在該顯示裝置141上的一導航指示器142之控制。該導航指示器142可以係一游標、一反白、一箭頭或其他類型之導航指示器。此外，透過該使用者輸入裝置100接收的使用者輸入可促進其他類型之使用者控制功能性，該等功能性包括(但不限於)音量控制、音訊播放選擇、瀏覽器控制等等。可運用該使用者輸入裝置100之具體實施例來實施的使用者控制功能性之類型可取決於一般藉由該手持式計算裝置140提供的功能性之類型。而且，雖然圖6明確解說一手持式計算裝置140，但其他具體實施例可在可攜但不一定係持於一使用者的手中之電子裝置或一般認為不可攜的裝置中實施該使用者輸入裝置100(或120)。

該手持式計算裝置140包括一光學導航裝置144。雖然該光學導航裝置144係運用特定組件顯示並係在本文中說明為實施特定功能性，但該光學導航裝置144之其他具體實施例可包括更少或更多的組件以實施更少或更多的功能性。

該解說的光學導航裝置144包括一光學導航電路146與一微控制器(uC)148。一般而言，該光學導航電路146產生代表於該使用者輸入裝置100處的手指或其他導航移動之信號。接著，該光學導航電路146發射一或多個信號至該微控制器148。自該光學導航電路146發射至該微控制器148的信號之範例性類型包括基於△X與△Y相對位移值的通道正交信號。此等信號或其他信號可指示在該手指與該使用者輸入裝置100之間之一相對移動。該光學導航電路146之其他具體實施例可發射其他類型之信號至該微控制器148。在某些具體實施例中，該微控制器148實施各種功能，該等功能包括發送資料至一主機電腦系統或其他電子裝置(未顯示)與接收來自主機電腦系統或其他電子裝置的資料。

為了產生該等導航信號，該繪示的光學導航電路146包括一驅動器150、一數位信號處理器(DSP)152及一影像獲取系統(IAS)154。該影像獲取系統154包括該使用者輸入裝置100與一類比至數位轉換器(ADC)156。該光學導航電路146及/或該影像獲取系統154之其他具體實施例可包括更少或更多組件以實施更少或更多的功能性。

在一具體實施例中，該光學導航電路146之驅動器150控制該光源104之操作以產生光信號，該光信號係發射至該手指介面表面114。接著，該反射的光信號係藉由該使用者輸入裝置100之感測器陣列106接收與偵測，如上所說 明。

在一具體實施例中，該使用者輸入裝置100產生對應於在該感測器陣列106上的入射光之一或多個類比電信號。接著，該使用者輸入裝置100發射該等類比信號至該類比至數位轉換器156。該類比至數位轉換器156將該等電信號自類比信號轉換至數位信號並接著傳遞該等數位信號至該數位信號處理器152。

在該數位信號處理器152接收來自該影像獲取系統154之類比至數位轉換器156的數位形式之信號之後，該數位信號處理器152可使用該等電信號來實行額外處理。接著，該數位信號處理器152發射一或多個信號至該微控制器148，如上所說明。在某些具體實施例中，該數位信號處理器152包括一導航引擎158以基於該手指相對於該感測器陣列106之橫向移動來產生橫向移動資訊。該導航引擎158之其他具體實施例可產生其他類型之移動資訊。

更明確地說，該使用者輸入裝置100之感測器陣列106包括不同光偵測器之一陣列(未顯示)，例如不同光偵測器之一16×16或32×32陣列，該陣列經組態用以偵測自在該手指介面表面114上之照明的點反射的光。在該感測器陣列106中的光偵測器之每一者產生輸出為一數位值(例如，8位元數位值)之光強度資訊。影像資訊係藉由該感測器陣列106按圖框予以擷取，其中一圖框之影像資訊包括針對在該感測器陣列106中之每一不同光偵測器的一組同時擷取值。影像圖框擷取之速率與循跡解析度可程式化。在一具體實施例中，該影像圖框擷取速率的範圍高達每秒2,300個圖框，其中解析度係每英吋800計數(cpi)。雖然提供圖框擷取速率與解析度之某些範例，但考慮不同圖框擷取速率與解析度。

該導航引擎158比較來自該感測器陣列106之連續影像圖框以決定在圖框之間的影像特徵之移動。特定言之，該導航引擎158藉由相互關聯在來自該感測器陣列106之連續影像圖框中存在的共同特徵來決定移動。在影像圖框之間的移動係根據在(例如)X與Y方向上的移動向量(例如，ΔX與ΔY)予以表達。接著，使用移動向量來決定該輸入裝置100相對於該導航表面之移動。在標題為用於偵測導航感測器相對於一物體之移動的導航技術(NAVIGATION TECHNIQUE FOR DETECTING MOVEMENT OF NAVIGATION SENSORS RELATIVE TO AN OBJECT)的美國專利第5,644,139號與標題為相互關聯立即獲取與先前儲存的特徵資訊以用於運動感測之方法(METHOD OF CORRELATING IMMEDIATELY ACQUIRED AND PREVIOUSLY STORED FEATURE INFORMATION FOR MOTION SENSING)的美國專利第6,222,174號中提供導航感測器移動循跡技術之範例的更詳細說明，該兩個專利係以引用方式併入本文中。

圖7繪示用於光學手指導航之一方法170之一具體實施例的流程圖。雖然特定參考該光學手指導航裝置100，但可結合其他光學手指導航系統或使用者輸入裝置來實施該方法170之某些具體實施例。

於方塊172，該光源104產生光。該光源104可以係一發光二極體(LED)或一雷射，不過可實施許多其他類型之光源。於方塊174，該光照明該光學元件102，該光學元件具有一手指接觸部分118，如上所說明。該光學元件102至少部分地展現全內反射(TIR)。於方塊176，該凹部116中斷在該光學元件102內的光之TIR，並且該感測器陣列106偵測藉由與該光學元件102接觸的手指128反射之光。於方塊178，該感測器陣列106基於該偵測的光來產生一導航信號。

在一具體實施例中，該光學手指導航系統100之總體高度少於習知系統。例如，該光學手指導航裝置100之一具體實施例等於或少於1.8mm。此外，該光照明圖案實質上均衡以促進該導航物體之相對更高解析度。而且，該光學元件102用作一光導管並用作一成像表面兩者。

雖然本文中的方法之操作係以一特定順序顯示與說明，但可變更各方法之操作的順序，使得可以一反轉順序來實行特定操作或使得可至少部分地與其他操作同時實行特定操作。在另一具體實施例中，可以一間歇及/或交替方式來實施不同操作的指令或子操作。

雖然已說明與解說本發明之特定具體實施例，但本發明並不限於如此說明與解說的零件之特定形式或配置。本發明之範疇係藉由其隨附申請專利範圍及其等效內容來定義。

100．．．光學手指導航裝置

102．．．光學元件

104．．．光源

106．．．感測器陣列

108．．．透鏡

112．．．主要表面

114．．．手指介面表面

116．．．凹部

117．．．光學凸部

118．．．手指接觸部分

122．．．轉變部分

124．．．實質上平面部分

126．．．照明區域

128．．．手指

140．．．手持式計算裝置

141．．．顯示裝置

142．．．導航指示器

144．．．光學導航裝置

146．．．光學導航電路

148．．．微控制器

150．．．驅動器

152．．．數位信號處理器(DSP)

154．．．影像獲取系統(IAS)

156．．．類比至數位轉換器(ADC)

158．．．導航引擎

圖1A繪示以一光學導航裝置之形式的一使用者輸入裝置之一具體實施例的透視圖；

圖1B繪示圖1A之光學手指導航裝置之一具體實施例的斷面圖；

圖1C繪示圖1A之光學手指導航裝置之一具體實施例與相對於該光學元件定位以中斷該光學元件的全內反射(TIR)之一手指的斷面圖；

圖1D繪示以在該光學元件之主要表面中具有一凹部的一光學手指導航裝置之形式的使用者輸入裝置之另一具體實施例的透視圖；

圖2A繪示圖1D之光學手指導航裝置之一具體實施例的斷面圖；

圖2B繪示圖2A之光學手指導航裝置的光學元件之一具體實施例的斷面圖；

圖2C繪示圖2A之光學手指導航裝置的光學元件之另一具體實施例的斷面圖；

圖2D繪示圖2B之光學元件102與相對於一凹部定位之一手指的斷面圖；

圖2E繪示圖2C之光學元件與相對於一光學凸部定位之一手指的斷面圖；

圖3繪示一等量圖表，其代表藉由圖1D之光學手指導航裝置的光學元件產生之一光強度圖案的一具體實施例；

圖4繪示一線圖表，其代表圖3之等量圖表的光強度圖案；

圖5繪示一系列線圖表之一具體實施例，其用以代表圖1D之光學手指導航裝置的光學元件與光學透鏡之強度補償；

圖6繪示以一手持式計算裝置之形式的一可攜式電子系統之一具體實施例的方塊圖；及

圖7繪示用於光學手指導航之一方法之一具體實施例的流程圖。

在整個說明中，可使用類似參考數字來識別類似元件。

100．．．光學手指導航裝置

102．．．光學元件

104．．．光源

106．．．感測器陣列

108．．．透鏡

112．．．主要表面

114．．．手指介面表面

118．．．手指接觸部分

Claims (11)

1. 一種使用者輸入裝置，其包含：一光學元件，其包含一手指介面表面，其中該光學元件之至少一部分展現全內反射(TIR)；一光源，其與該手指介面表面光學連通(communication)以提供來自該光源之光至該手指介面表面；一感測器陣列，其經組態用以回應於在一手指與該手指介面表面之間的接觸而偵測自該手指介面表面反射的光，其中在該手指與該手指介面表面之間之該接觸中斷該TIR並導致自該光學元件離開朝向該感測器陣列反射之光；一透鏡，其位於在該手指介面表面與該感測器陣列之間之一光學路徑中；其中該手指介面表面、該透鏡及該感測器陣列係線性地對準；及一導航引擎，其經組態用以回應於該偵測的光而產生橫向移動資訊，該橫向移動資訊指示該手指相對於該感測器陣列之橫向移動；其中該光學元件之該手指介面表面包含具有一實質上平面部分之一主要表面與至少部分地不在與該實質上平面部分相同的平面中之一手指接觸部分；其中該手指介面表面進一步包含在該實質上平面部分與該手指接觸部分之間之一過渡(transition)部分，其中 該過渡部分係相對於該平面部分與該手指接觸部分成一角度以允許光離開該光學元件並照明於該光學元件之該手指接觸部分處的該手指；其中該過渡部分產生反射光之一強度以補償在該手指介面表面與該感測器陣列之間的該透鏡之一光強度圖案，其中該過渡部分導致反射光之該強度係比該過渡部分更高。
2. 如請求項1之使用者輸入裝置，其中該手指接觸部分界定一凹部，該凹部在該手指介面表面之該主要表面的該實質上平面部分之下延伸。
3. 如請求項1之使用者輸入裝置，其中該凹部包含一實質上圓柱形幾何形狀。
4. 如請求項3之使用者輸入裝置，其中該實質上圓柱形凹部包含大致該感測器陣列之一視域的一半徑與大致100至150 μm的一深度。
5. 如請求項1之使用者輸入裝置，其中該光學元件之該過渡部份經組態以光學地匹配該透鏡之一強度衰減圖案以在該感測器陣列產生一更均勻光強度圖案。
6. 如請求項5之使用者輸入裝置，其中該透鏡之該強度衰減圖案造成在該透鏡之該等邊緣離開該透鏡之光之該光強度相對於在靠近該透鏡之該中心離開該透鏡之光之該光強度減少。
7. 如請求項6之使用者輸入裝置，其中該手指介面表面、該透鏡及該感測器陣列係線性地對準，使得該手指介面 表面居中在延長穿過該透鏡及該感測器陣列之該中心之一軸上。
8. 一種具有光學手指導航的可攜式電子系統，該系統包含：一顯示器，其包含一導航指示器；一光學元件，其包含一手指介面表面，其中該光學元件之至少一部分展現全內反射(TIR)；一光源，其與該手指介面表面光學連通以提供來自該光源之光至該手指介面表面；以及一透鏡，其位於在該手指介面表面與一感測器陣列之間之一光學路徑中，其中該感測器陣列係耦合至一微控制器以回應於該感測器陣列處的一光圖案之偵測而產生一導航輸出信號；其中該手指介面表面、該透鏡及該感測器陣列係線性地對準；及一光學手指導航裝置，其經組態用以基於依據在一手指與該手指介面表面之間的接觸之一偵測的光圖案來產生一導航信號以移動該導航指示器，該接觸中斷該光學元件之該TIR並導致自該光學元件離開朝向該光學手指導航裝置反射之光；其中該光學元件之該手指介面表面包含具有一實質上平面部分之一主要表面與至少部分地不在與該實質上平面部分相同的平面中之一手指接觸部分；其中該手指接觸部分界定一凹部，該凹部在該手指介 面表面之該主要表面的該實質上平面部分之下延伸；其中該凹部產生反射光之一強度以補償在該手指介面表面與該感測器陣列之間的一光學透鏡之一光強度圖案；其中該凹部導致反射光之該強度係比該凹部之一邊緣處更高。
9. 如請求項8之可攜式電子系統，其中該光學元件之該凹部經組態以光學地匹配該透鏡之一強度衰減圖案以在該感測器陣列產生一更均勻光強度圖案。
10. 如請求項9之可攜式電子系統，其中該透鏡之該強度衰減圖案造成在該透鏡之該等邊緣離開該透鏡之光之該光強度相對於在靠近該透鏡之該中心離開該透鏡之光之該光強度減少。
11. 如請求項10之可攜式電子系統，其中該手指介面表面、該透鏡及該感測器陣列係線性地對準，使得該手指介面表面居中在延長穿過該透鏡及該感測器陣列之該中心之一軸上。