TWI505144B - 具有通過重定向表面孔洞照明之小型光學手指導航系統 - Google Patents

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Description

具有通過重定向表面孔洞照明之小型光學手指導航系統
本發明係關於一種光學裝置，且更特定言之係關於一種包括一導航罩之光學手指導航裝置。
光學手指導航(OFN)感測器用於感測一使用者之手指之相對移動。OFN感測器主要係使用小透鏡或光學成像系統(透鏡、稜鏡及光圈)來實施。當前傾向於在具有相對小之外觀尺寸之裝置內實施OFN感測器。然而，一小外觀尺寸之使用導致設計困難。舉例而言，對成像系統之實體尺寸之要求在總體上限制了OFN感測器之總大小。
隨著OFN裝置之大小變得越來越小，設計高效之成像及照明光學器件係較困難的。此外，對此兩個光學子系統(例如，成像與照明)之整合變得較困難。用於照明之直接光學路徑係不存在的或將以導致該裝置之透明罩內側之陡峭角度之一方式定位。在此等情形中，在該OFN裝置之導航罩內側之全內反射(TIR)可限制傳輸至該導航表面之光量。
本發明闡述一種設備之若干實施例。在一項實施例中，該設備係一光學手指導航(OFN)裝置。該OFN裝置之一實施例包括一導航罩、一光源及一重定向表面。該導航罩包括一追蹤表面及一照明表面。該追蹤表面在於該追蹤表面處存在一導航物件時展現一第一光反射特性且在於該追蹤 表面處不存在該導航物件時展現一第二光反射特性。一光源產生經引導朝向該導航罩之該照明表面之照明。一重定向結構插置於該光源與該導航罩之該照明表面之間。該第一重定向結構之一反射表面大約面向該導航罩之該照明表面。該重定向結構之一照明表面大約面向該光源。該重定向結構界定穿過其以將該光源產生之光朝向該導航罩之該照明表面傳遞之至少一個孔洞。本發明亦闡述該設備之其他實施例。
本發明亦闡述一種方法之若干實施例。在一項實施例中，該方法係一種用於操作一OFN裝置之方法。該方法之一實施例包括在一光源處產生光。該方法亦包括傳遞來自該光源之該光之一部分穿過一重定向結構中之一孔洞以照明一導航罩之一追蹤表面。該追蹤表面在於該追蹤表面處存在一導航物件時展現一第一光反射特性且在於該追蹤表面處不存在該導航物件時展現一第二光反射特性。該方法亦包括將光自該追蹤表面向後朝向該重定向結構之一反射表面反射。該第一重定向結構之該反射表面大約面向該導航罩之該照明表面。本發明亦闡述該方法之其他實施例。
根據結合隨附圖式所作出的以本發明之原理之實例所圖解說明的以下詳細說明將明瞭本發明之實施例之其他態樣及優勢。
本說明書通篇中，類似元件符號可用於識別類似元件。
應容易理解，本文中所大體闡述且附圖中所圖解說明之 實施例之組件可係以各種各樣之不同組態來配置及設計。因此，以下對各圖中所表現之各種實施例之更詳細說明並不意欲限制本發明之範疇，而僅係代表各種實施例。雖然在圖式中展現該等實施例之各種態樣，但除非明確指出，否則該等圖式未必係按比例繪製。
本發明可體現為其他具體形式而並不背離其精神或本質特性。所闡述實施例在所有態樣上皆應視為僅為例示性而無限定性。因此，本發明之範疇係藉由所附申請專利範圍而非藉由此實施方式來指出。歸屬於申請專利範圍之等效內容之意義及範圍內之所有修改均將涵蓋於申請專利範圍之範疇內。
本說明書通篇中所提及之各特徵、優勢或者類似語言並不暗示在本發明之任一單個實施例中皆應具有或皆具有可藉助本發明達成之所有該等特徵及優勢。而是，應將提及該等特徵及優勢之語言理解為意指結合一實施例所闡述之一具體特徵、優勢或特性包括於本發明之至少一個實施例中。因而，本說明書通篇中所論述之特徵及優勢、以及類似語言可指但未必係指同一實施例。
此外，可一任一適合方式在一或多個實施例中組合本發明之所闡述之特徵、優勢及特性。根據本文中之說明，熟習此項技術者應認識，本發明可經實施而不具有一特定實施例之一或多個具體特徵或優勢。在其他例項中，可在可能並不存在於本發明之所有實施例中之某些實施例中識別出額外特徵及優勢。
本說明書通篇中所提及之「一個實施例」、「一實施例」或類似語言皆意指結合所指出實施例闡述之一特定特徵、結構或特性係包括於本發明之至少一個實施例中。因此，本說明書通篇中之片語「在一項實施例中」、「在一實施例中」及類似語言皆可指但未必指同一實施例。
雖然本文中闡述諸多實施例，但所闡述之實施例中之至少某些包括用於將照明光傳輸至一光學手指導航(OFN)裝置之導航表面之一新配置及方法。具體而言，通過穿過一反射鏡之背側之一相對小孔洞將照明自一光源傳輸至該導航表面。本文中所闡述之實施例中之至少某些適合於基於摺疊式光學器件之極薄OFN裝置(例如，具有少於約3毫米之一厚度)，在摺疊式光學器件中使用反射鏡沿平行於導航表面之方向自導航表面引導光用於進一步處理及修改。
與一局部反射之反射鏡相對照，在反射鏡中使用一小孔洞之一潛在優勢係控制(亦即，阻擋)原本將入射於該偵測器處且造成串擾之雜散光之能力。特定而言，對於使用一發光二極體(LED)作為一光源來實施之一裝置，該等光線係沿各種方向傳播。使用具有一LED光源之一局部反射之反射鏡將導致其中所發射之光之一大部分可找到穿過一透鏡及該反射鏡到達該偵測器之一直接路徑而不在導航表面處反射且因此可造成串擾之一條件。藉由在反射鏡中使用一小孔洞或開口，來自該光源之光無法容易地找到到達該偵測器之一直接路徑。因此，防止及/或顯著地減小潛在串擾。
圖1繪示一光學導航系統100之一實施例之一示意性方塊圖。大體而言，光學導航系統100代表能夠實施光學導航功能之一或多種類型之裝置。作為一個實例，光學導航系統100可實施光學手指導航功能。光學手指導航功能允許一使用者在一導航追蹤表面上移動一手指以輸入資訊或控制一耦合裝置之各種態樣(例如，用以控制在一顯示裝置上之一游標)。作為另一實例，可實施光學導航系統100之一版本以促進習用滑鼠導航功能。光學導航系統100之其他實施例可實施其他類型之導航功能。
所圖解說明之光學導航系統100包括相對於一導航表面104之一光學導航裝置102。在某些實施例中，導航表面104耦合至光學導航裝置102，以使得光學導航裝置102之移動導致導航表面104之對應移動。舉例而言，一行動電話、個人數位助理(PDA)或其他計算裝置可具有可在該裝置之一外部面上存取之一經整合之導航表面104。在其他實施例中，導航表面104與光學導航裝置分離。舉例而言，一桌面表面(或滑鼠墊表面)可充當經實施以執行習用滑鼠導航功能之一光學導航裝置102之導航表面104。
一般而言，光學導航裝置102照明導航表面104之若干部分以產生導航表面104處之經照明部分或特徵之影像。更特定而言，光學導航裝置102照明導航表面104處之相對移動且產生表示導航表面104處該相對移動之一或多個導航信號。因此，導航表面104亦可稱作一照明表面。另外，由於導航表面104係用於追蹤光學導航裝置102之移動，因 而導航表面104亦可稱作一追蹤表面。在某些實施例中，該相對移動係因一使用者之手指移動跨越導航表面104所致。在其他實施例中，相對移動係因光學導航裝置102相對於一分離之導航表面104(例如，桌面)之移動所致。
為照明導航表面104，光學導航裝置102發射光，該光至少部分地受到導航表面104反射。光學導航裝置102偵測該反射光之至少一部分且處理該所偵測之部分以產生導航信號。下文更詳細地闡述可如何產生導航信號之實例。
導航表面104可係任一類型之表面且可包括一或多種類型之材料組合物。典型導航表面104之實例包括透明或半透明塑膠或玻璃、木頭、石頭或塑膠層壓桌面以及織物或其他有紋理之導航墊(例如，一滑鼠墊)、毛皮或布。
在其中導航表面104與光學導航裝置102分離之配置中，光學導航裝置102與導航表面104之間的距離可端視光學導航裝置102之應用而變化。在表面導航應用中，光學導航裝置102可距導航表面104相對近。舉例而言，光學導航裝置102之一外殼可與導航表面104直接實體接觸。另一選擇係，附接至光學導航裝置102之外殼之遠距離結構(未展示)可與導航表面104直接實體接觸。在其他實施例中，光學導航裝置102可在導航表面104之數公分或英吋內，而不與導航表面104直接實體接觸。對照而言，在自由空間導航應用中，光學導航裝置102可距導航表面104相對遠。舉例而言，光學導航裝置102可在表面導航光學範圍之外操作。
所繪示之光學導航裝置102包括一光源106、一光學導航電路108及一微控制器110。光學導航裝置102亦包括光學元件112及114及一光罩或濾光器116。其他實施例可包括較少或較多組件。舉例而言，光學導航裝置102之某些實施例可排除光學元件112及114中之一或多者，而其他實施例包括額外光學元件。在另一實施例中，一單個光學元件可用於在照明光路徑及成像光路徑兩者上之光學控制。作為其他實例，光學導航裝置102之某些實施例可排除光罩或濾光器116，或可包括多個光罩或濾光器。
在一項實施例中，光源106係一非相干光源。在另一實施例中，光源106係一相干光源。在一項實施例中，光源106係一雷射。舉例而言，光源106可係一垂直空腔表面發光雷射(VCSEL)或一發光二極體(LED)。另一選擇係，光源106可係另一類型之雷射或其他光源。在某些實施例中，光源106所發射之光係準直的。在其他實施例中，光源106發射非準直光。
大體而言，光源106朝向導航表面104引導光以照明導航表面104之一部分。該入射光(亦即，朝向導航表面104行進之光)可穿過光學元件112。類似地，反射光束(亦即，自導航表面104反射之光)可穿過光學元件114。另外，來自光學元件114之光穿過光罩或濾光器116。下文更詳細地闡述光學元件112及114及光罩116之特定功能。
所繪示之光學導航電路108包括一影像獲取系統(IAS)120、一數位信號處理器(DSP)122及一驅動器124。 在一項實施例中，光學導航電路108之驅動器124(例如，使用一驅動器信號)控制光源106之操作以產生朝向導航表面104發射之光束。在導航表面104處之至少某些光(舉例而言)在一使用者之手指在導航表面104附近或與導航表面104直接實體接觸時反射回至光學導航裝置102中。
在某些實施例中，光學導航裝置102包括一光學元件114。光學元件114對該光產生一光學效應。所繪示之影像獲取系統120包括一影像感測器126及一類比轉數位轉換器(ADC)130。影像感測器126包括一不同光感測器或光偵測器像素陣列128。每一光感測器稱作一圖像元素(像素)。作為一實例，影像感測器126可包括經組態以偵測自導航表面104反射之光之一16×16或32×32之不同光感測器陣列。然而，影像感測器126無需係以2之一冪組織之一陣列。
在一項實施例中，影像感測器126產生對應於像素陣列128處之反射光之光強度之複數個電信號。該等電信號中之每一者對應於像素陣列128之該等圖像元素(或像素)中之一者。自導航表面104反射之光束之至少一部分入射於像素陣列128上。在某些條件下，反射光在像素陣列128處形成一散斑圖案。該等散斑之平均大小部分地取決於導航表面104與像素陣列128之間的光學路徑長度。
影像感測器126之像素陣列128以感測器特有圖框之形式捕獲影像資訊。一圖框影像資訊包括針對像素陣列128中之每一不同光感測器之一組同時捕獲之值。像素陣列128所捕獲之影像圖框包括表示導航表面104上之特徵之資 料。影像圖框捕獲之速率及追蹤解析度可係可程式化的。
類比轉數位轉換器(ADC)130將自影像感測器126之像素陣列128接收之複數個電信號自類比信號轉換為數位信號(例如，8位元數位值)。類比轉數位轉換器130然後將該等數位信號傳遞至數位信號處理器122。
數位信號處理器122內之一追蹤引擎(未展示)比較來自像素陣列128之連續影像圖框以判定在各圖框之間的影像特徵之移動。特定而言，該追蹤引擎藉由使存在於像素陣列128所產生之連續影像圖框中之共同特徵相關來判定移動。影像圖框之間的移動係以沿(舉例而言)X方向及Y方向上之移動向量(例如，△x及△y)來表達。然後使用該等移動向量來判定追蹤表面處之相對移動(例如，一使用者之手指相對於追蹤表面104之移動，或另一選擇係，光學導航裝置102相對於導航表面104之相對移動)。
在數位信號處理器122自影像獲取系統120之類比轉數位轉換器130接收數位形式之電信號之後，數位信號處理器122可使用該等數位信號執行額外處理。數位信號處理器122然後將一或多個信號傳送至微控制器110。自光學導航電路108之數位信號處理器122傳送至微控制器110之信號類型之實例包括基於△x及△y之相對位移值之頻道正交信號。此等信號或其他信號可指示光學導航裝置102相對於導航表面104之移動。
另一選擇係，該等正交或其他信號可指示在一自由空間導航環境中光學導航裝置102相對於一遠物件或表面之一 移動。數位信號處理器122之其他實施例可將其他類型之信號傳送至微控制器110。在一項實施例中，微控制器110實施各種功能，包括傳送資料及自一主機電腦系統(未展示)接收資料。
圖2繪示用於圖1之光學導航系統100中之一光學導航配置140之一項實施例之一示意圖。所圖解說明之光學導航配置140包括光源106、追蹤表面104及影像感測器126。追蹤表面104係一導航罩142之一曝露表面，導航罩142實質上覆蓋光學導航配置140內之其他組件。光學導航配置140亦包括一第一重定向結構144及一第二重定向結構146，其兩者皆促進朝向影像感測器126引導自該追蹤表面反射之光。在某些實施例中，光學導航配置140亦包括插置於第一重定向結構144與第二重定向結構146之間的一光學透鏡150。光學導航配置140之其他實施例可包括較少或較多組件。
追蹤表面104係導航罩142之一表面部分。追蹤表面104可係顯性劃分於光學導航裝置102或藉由安裝導航罩142隱性識別於光學導航裝置102之一表面部分。出於參考目的，將導航罩142之相對(亦即，底部)表面指定為導航罩142之照明表面152，此乃因來自光源106之照明首先入射於照明表面152上，然後才在追蹤表面104處反射。
追蹤表面104相依於在追蹤表面104處是否存在一導航物件(例如，一使用者之手指148)而展現不同反射特性。措辭「存在」在此例項中可囊括其中導航物件與導航表面104 直接實體接觸之情形以及其中導航物件在導航表面104之一可偵測接近距離內之情形，使得可基於影像感測器126所產生之所得影像來偵測一信號差。若彼處存在一導航物件，則追蹤表面104展現在追蹤表面104處向後朝向第一重定向結構144反射大量光之一第一光反射特性。若彼處不存在一導航物件，則追蹤表面104展現在該追蹤表面處向後朝向第一重定向結構144不反射光或僅反射少量光之一第二光反射特性。
第一重定向結構144及第二重定向結構146在光學導航配置140之相對端處。在操作中，重定向結構144及146操作以將光學導航配置140內之光自追蹤表面104重定向至影像感測器126。第一重定向結構144包括實質上面向光源106之一照明表面154及實質上面向導航罩142之照明表面152之一反射表面156。第二重定向結構146亦具有實質上面向第一重定向結構144之反射表面156之一反射表面160。第二重定向結構146之另一側未被賦予一對應標號，且在諸多實施例中其不提供任何特定功能。
在操作中，光源106沿導航表面104之方向產生照明(虛線展示)。穿過第一重定向結構144之一或多個孔洞158允許光源106所產生之某些光穿過以照明導航罩142之對應部分。雖然未在圖2中展示，但可使用額外光學元件(例如，透鏡、反射鏡、光圈、繞射元件等)來相依於應用使此光準直、發散或會聚且以適當強度分佈朝向該等孔洞引導光。在圖3及圖5中展示且在下文更詳細地闡述具有一或多 個孔洞158之第一重定向結構144之某些實例。
入射於導航表面104之光可在導航表面104處部分地反射及在無一手指148或其他物件之情形下部分地透射。當一使用者之手指148或其他導航物件存在於該導航表面處時，該入射光之一較大部分朝向第一重定向表面144反射且散射回光學元件142中。該光然後在第一重定向結構144之反射表面156處朝向第二重定向結構146之反射表面160部分地或全部反射，第二重定向結構146之反射表面160繼而朝向影像感測器126之像素陣列128部分地或全部地反射光。在一項實施例中，該光亦穿過插置於第一重定向結構144與第二重定向結構146之間的光學元件150。應注意，所圖解說明之組件之配置僅係對一個實例之繪示，且其他實施例可使用相同組件或類似組件之不同配置。
光學導航配置140之大小在不同實施例中可不同。在一項實施例中，自約光源106之頂部至導航罩142之追蹤表面104之總距離係約1毫米。在另一實施例中，彼距離小於約2.5毫米。在其他實施例中，彼距離係介於約0.5毫米至約3毫米之間。此外，在某些實施例中，自光源106之頂部至第一重定向結構144之反射表面156之一平面之距離係約200微米。在另一實施例中，彼距離小於約500微米。在其他實施例中，彼距離介於約50微米至約1.0毫米之間。光學導航配置140之其他實施例可具有不同尺寸。
圖3繪示圖2之第一重定向結構144之一項實施例之一示意圖。在該所圖解說明之實施例中，第一重定向結構144 具有居中位於該結構之幾何體內之一單個孔洞158。其他實施例可將孔洞158定位於關於該結構之幾何體對稱地或不對稱地安置之一不同位置中。其他實施例可包括多於一個孔洞158。
圖4繪示使用圖2中所展示之光學導航配置140之一偵測器影像之非相干光輝之一項實施例之一圖形圖170。所繪示之光部分係藉由約在第一重定向結構144之中央之一相對小圓孔洞(100微米半徑)來達成，光源106係消耗25毫瓦之一發光二極體(LED)。該LED經安裝以使得該LED之作用區域之頂部定位於孔洞158下方約160微米處。如所圖解說明，所計算之光輝在約0瓦特每平方公分至0.0545瓦特每平方公分之間變化。總陣列大小係約1平方毫米且具有400個像素(20乘20)。對於至少一個實施例，峰值所計算光輝係0.0545瓦特每平方公分，且總功率係約0.16241毫瓦。在其他實施例中，此等數字可按光源106之總照明約成比例地調整。
圖5繪示圖2之第一重定向結構144之另一實施例之一示意圖。與圖3中所展示之第一重定向結構144形成對照，圖5中所展示之第一重定向結構144包括多個孔洞148。此外，該等孔洞之形狀係矩形而非圓形。其他實施例可包括孔洞158之各大小及數量之不同組合。
圖6繪示用於圖1之光學導航系統100中之一光學導航配置140之另一實施例之一示意圖。與圖2中所展示且上文所闡述之光學導航配置140形成對照，圖6中所展示之光學導 航配置包括一孔徑光闌172，而非光學元件150。孔徑光闌172具有一孔洞用於通過某些光，同時阻擋光之另一部分。在一項實施例中，該孔徑光闌阻擋該光之一周界部分。其他實施例可包括一或多個光學元件150與一或多個孔徑光闌172之一組合。
圖7繪示圖2之第一重定向結構144之另一實施例之一示意圖。所圖解說明之重定向結構144包括施加至第一重定向結構144之反射表面156之一反射鏡表面174。在一項實施例中，反射鏡表面174係在一模製塑膠件上。孔洞158係形成於該塑膠部分中。特定而言，反射表面156經金屬化以形成反射鏡表面174。
參考起見，在圖7中標明實際寬度w及橫向寬度(亦稱作有效寬度)Weff 。該實際寬度係實質上平行於反射表面156量測，且該有效寬度係實質上平行於導航罩142量測。該實際寬度與該有效寬度之關係至少部分地相依於第一重定向結構144相對於導航罩142之角度。
在一項實施例中，孔洞158因介於約10 μm至200 μm之間的橫向尺寸(亦即，Weff )而係小的。在其他實施例中，該等橫向尺寸可較大或較小。舉例而言，具有一細長幾何體之一孔洞158之尺寸在較短尺寸時可小於約10 μm且在較長尺寸時可多於約200 μm。
圖8繪示將一金屬化層174施加至圖2之第一重定向結構144之一實施例之一施加配置180之一項實施例之一示意圖。所圖解說明之配置180包括一施加器182，施加器182 將金屬化層174施加至第一重定向結構144之反射表面156。金屬化層174可係由(舉例而言)一薄金屬化層或數個極薄介電層形成。該金屬化層或該金屬塗層可係使用濺鍍塗佈或藉由真空沈積塗佈或藉由另一類似技術添加。可使用諸如金、銀、鋁或另一類似金屬等不同金屬，或可組合使用多種金屬。多層介電結構可係使用不同薄膜沈積技術(例如，化學沈積或物理沈積)形成。
藉由控制反射表面156上之金屬沈積方向，可將該金屬化材料選擇性地施加至孔洞158之一或多個壁。第一重定向結構144可係安置於光學導航配置140內以將被覆蓋或未被覆蓋部分選擇性地曝露至來自追蹤表面104之反射光。此允許定製該設計以便控制哪些表面可沿雜散方向或不需要方向反射光。
圖9繪示具有供與圖2之一雷射光源106及第一重定向結構144組合使用之一漫射器192之一光學配置190之一項實施例之一示意圖。在雷射光源106之情形中，在具有特定散射參數之孔洞158之位置處或靠近孔洞158之位置之一小漫射表面192可用於獲得導航表面上之更均勻照明。該散射光在穿過漫射器192之後可具有一朗伯分佈或一高斯分佈，此取決於漫射器之設計。由於漫射表面192可係相對靠近追蹤表面定位，因而可形成於追蹤表面104上之散斑將具有極小大小且不會消極地影響形成於影像感測器126上之影像之品質。換言之，光學導航裝置102不可見此等小散斑。
圖10A繪示圖2之第一重定向結構144之另一實施例之一示意圖。所圖解說明之結構144包括多個孔洞158，其形成有相對於結構144本身之標準維度傾斜之側壁。藉由使孔洞158之側壁傾斜，有效寬度可與孔洞158之實際寬度相同或實質相同。
所圖解說明之結構144亦包括在反射表面156上之數個非平面特徵196。在某些實施例中，此等非平面特徵之佈置限制當光自光源106朝向追蹤表面104行進時可意外地朝向第二重定向結構146反射之雜散光之量。非平面特徵之特定形狀及/或大小及/或數量可係基於第一重定向結構144之特定設計、形狀、大小及/或安裝特性來判定。實施此或任何其他類似配置之另一方法應具有一實心結構144且藉由遮蔽某些區域且不允許在彼等區域上形成金屬沈積物來僅在該表面上形成孔洞。
圖10B繪示圖2之第一重定向結構144之另一實施例之一透視圖之一示意圖。所圖解說明之結構144類似於圖10A中所展示之實施例包括多個非平面特徵196。一金屬化層174(或其他反射層)係安置於結構144之實質全部反射表面156上，非平面特徵196之某些部分除外。藉由由針對一給定波長或一波長範圍本質上為透明之一材料(例如，玻璃、塑膠等)來形成結構144，未被金屬化層174覆蓋之區域類似於圖10A之實施例中所展示之孔洞158地作用。以此方式，在一透明材料上使用選擇性金屬沈積技術可界定結構144之透明「孔洞」或區段。在某些實施例中，結構144 之底部表面可與結構144之透明頂部表面約平行地對準。
圖11繪示圖1之數位信號處理器(DSP)122之一項實施例之一示意性方塊圖。在某些實施例中，DSP 122包括一陰影縮減器202。陰影縮減器202可係(舉例而言)藉由傳送電信號、儲存軟體指令及/或處理表示影像資料之信號之硬體元件來實施。
孔洞158對包括影像感測器126之光學導航系統100之成像部分之影響微小或相對小，此乃因自手指148(或自追蹤表面104，大體而言)反射之光大部分經漫射及散射。因此，來自追蹤表面104之反射光具有相對大之角分量。來自追蹤表面104上之數個點之光束角錐中之光之一部分因存在孔洞158而可能不聚集於影像感測器126上。然而端視成像系統之參數(例如，數值孔徑)及孔洞158之數量及/或大小，在第一重定向結構144中存在一或多個孔洞158可導致影像感測器126處之影像中之部分陰影效應或無陰影效應。使用更多的具有較小特徵(例如，孔徑面積)之孔洞158可減小影像感測器126處之可能之陰影圖案。
此外，在大量陰影之情形中，對影像感測器126所收集之資料之後處理可移除陰影對導航之所有副作用。舉例而言，一空間濾光器204可用於在該軟體中對影像執行空間濾光以減小該陰影效應。作為另一實例，一恆定強度分佈均衡器206可使用數個影像之資訊來均衡影像中存在之恆定強度分佈且可消除該陰影效應。其他實施例可實施其他組件來類似於或不同於後處理技術地達成陰影縮減效用。
圖12繪示用於操作圖1之光學導航裝置102之一方法300之一項實施例之一流程圖圖示。雖然方法300係結合圖1之光學導航系統100來闡述，但方法300之實施例可與其他類型之光學導航系統一起實施。
在方塊302處，光源106產生光。在方塊304處，該光穿過該第一重定向結構144中之孔洞158來照明導航罩142之追蹤表面104。在方塊306處，該光自追蹤表面104向後朝向第一重定向結構144之反射表面156反射。在方塊308處，第一重定向結構144之反射表面156朝向第二重定向結構146之反射表面160反射光。在方塊310處，第二重定向結構146之反射表面160朝向影像感測器126之像素陣列128反射光。在方塊312處，影像感測器126基於該入射光產生一影像信號。然後，所繪示方法300結束。
亦應注意，該等方法之該等操作中之至少某些可係使用儲存於一電腦可用儲存媒體或裝置上供一電腦執行之軟體指令來實施。作為一實例，一電腦程式產品之一實施例包括用以儲存當由一電腦上之一處理器執行時致使該電腦執行本文中所闡述之操作之一電腦可讀程式之一電腦可用儲存媒體或裝置。
在以上說明中，提供了各種實施例之特定細節。然而，某些實施例可在少於所有此等特定細節之情形下來實踐。在其他例項中，出於簡短及明晰之原因，僅以使本發明之各種實施例可行之詳細度來闡述某些方法、程序、組件、結構及/或功能。
雖然本文中之該等方法之操作係按一特定次序來展示及闡述，但可更改每一方法之操作次序以使得可按一相反次序來執行某些操作或以使得某些操作可至少部分地與其他操作同時執行。在另一實施例中，可以一斷續方式或一交替方式來執行不同操作之指令或子操作。
雖然已闡述及圖解說明本發明之特定實施例，但本發明並不限於如此闡述及圖解說明之各部分之特定形式或配置。本發明之範疇係由附加至其的申請專利範圍及其等效內容來界定。
100‧‧‧光學導航系統
102‧‧‧光學導航裝置
104‧‧‧導航表面
106‧‧‧光源
108‧‧‧光學導航電路
110‧‧‧微控制器
112‧‧‧光學元件
114‧‧‧光學元件
116‧‧‧光罩或濾光器
120‧‧‧影像獲取系統
122‧‧‧數位信號處理器
124‧‧‧驅動器
126‧‧‧影像感測器
128‧‧‧光感測器或光偵測器像素陣列
130‧‧‧類比轉數位轉換器
140‧‧‧光學導航配置
142‧‧‧導航罩
144‧‧‧第一重定向結構
146‧‧‧第二重定向結構
148‧‧‧手指
150‧‧‧光學元件
152‧‧‧照明表面
154‧‧‧照明表面
156‧‧‧反射表面
158‧‧‧孔洞
160‧‧‧反射表面
172‧‧‧孔徑光闌
174‧‧‧反射鏡表面
180‧‧‧施加配置
182‧‧‧施加器
190‧‧‧光學配置
192‧‧‧漫射器/漫射表面
196‧‧‧非平面特徵
202‧‧‧陰影縮減器
204‧‧‧空間濾光器
206‧‧‧恆定強度分佈均衡器
W‧‧‧實際寬度
Weff ‧‧‧有效寬度
圖1繪示一光學導航系統之一實施例之一示意性方塊圖。
圖2繪示用於圖1之光學導航系統之一光學導航配置之一項實施例之一示意圖。
圖3繪示圖2之該第一重定向結構之一項實施例之一示意圖。
圖4繪示使用圖2中所展示之一光學導航配置在該追蹤表面處之一偵測器影像之非相干光輝之一項實施例之一圖形圖。
圖5繪示圖2之該第一重定向結構之另一實施例之一示意圖。
圖6繪示用於圖1之光學導航系統之一光學導航配置之另一實施例之一示意圖。
圖7繪示圖2之第一重定向結構之另一實施例之一示意 圖。
圖8繪示用於將一金屬化層定向地施加至圖2之第一重定向結構之一實施例之一施加配置之一項實施例之一示意圖。
圖9繪示具有供與圖2之一雷射光源及第一重定向結構組合使用之一漫射器之一光學配置之一項實施例之一示意圖。
圖10A繪示圖2之第一重定向結構之另一實施例之一示意圖。
圖10B繪示圖2之第一重定向結構之另一實施例之一透視圖之一示意圖。
圖11繪示圖1之數位信號處理器(DSP)之一項實施例之一示意性方塊圖。
圖12繪示用於操作圖1之光學導航裝置之一方法之一實施例之一流程圖圖示。
100‧‧‧光學導航系統
102‧‧‧光學導航裝置
104‧‧‧導航表面
106‧‧‧光源
108‧‧‧光學導航電路
110‧‧‧微控制器
112‧‧‧光學元件
114‧‧‧光學元件
116‧‧‧光罩或濾光器
120‧‧‧影像獲取系統
122‧‧‧數位信號處理器
124‧‧‧驅動器
126‧‧‧影像感測器
128‧‧‧光感測器或光偵測器像素陣列
130‧‧‧類比轉數位轉換器

Claims (20)

  1. 一種光學手指導航裝置，其包含：一導航罩，其包含一追蹤表面及一照明表面，其中該追蹤表面在於該追蹤表面處存在一導航物件時展現一第一光反射特性，且在於該追蹤表面處不存在該導航物件時展現一第二光反射特性；一光源，其用於產生經定向朝向該導航罩之該照明表面之照明；及一第一重定向結構，其插置於該光源與該導航罩之該照明表面之間，其中該第一重定向結構之一反射表面大約面向該導航罩之該照明表面，且該第一重定向結構之一照明表面大約面向該光源，其中該第一重定向結構界定穿過其以將該光源所產生之光朝向該導航罩之該照明表面傳遞之至少一個孔洞。
  2. 如請求項1之光學手指導航裝置，其中該第一重定向結構之該反射表面經組態以沿大約平行於該追蹤表面之一方向重定向自該追蹤表面反射之光。
  3. 如請求項2之光學手指導航裝置，其進一步包含：一第二重定向結構，其位於該第一重定向結構之該反射表面所反射之該光之一路徑內，其中該第二重定向結構包含一反射表面以自大約平行於該追蹤表面之該方向重定向該光；及一影像感測器，其用以接收自該第二重定向結構之該反射表面反射之該光，其中該影像感測器大約平行於該 導航罩。
  4. 如請求項3之光學手指導航裝置，其進一步包含插置於該第一重定向表面與該第二重定向表面之間的一光學透鏡，其中該光學透鏡經組態以影響自該第一重定向結構之該反射表面朝向該第二重定向結構之該反射表面反射之該光之一路徑。
  5. 如請求項3之光學手指導航裝置，其進一步包含插置於該第一重定向表面與該第二重定向表面之間的一孔徑光闌，其中該孔徑光闌經組態以阻擋自該第一重定向結構之該反射表面朝向該第二重定向結構之該反射表面反射之該光之至少某些光。
  6. 如請求項3之光學手指導航裝置，其進一步包含耦合至該影像感測器之一處理裝置，其中該處理裝置經組態以對來自該影像感測器之一影像信號執行後處理以實質上移除該影像信號內因該追蹤表面處之該光之一照明圖案內之一陰影所致的一陰影效應，其中該陰影係由來自該光源之經過該第一重定向表面中之該孔洞之光與來自該光源之由該第一重定向表面阻擋之光之間的一反差產生。
  7. 如請求項6之光學手指導航裝置，其中該處理裝置進一步經組態以對來自該影像感測器之一像素資料圖框執行空間濾光以實質上移除該像素資料圖框內因該追蹤表面處該光之該照明圖案內之該陰影所致的該陰影效應。
  8. 如請求項6之光學手指導航裝置，其中該處理裝置經組 態以均衡來自該影像感測器之複數個像素資料圖框上之一恆定強度分佈以實質上移除該像素資料圖框內因該追蹤表面處該光之該照明圖案內之該陰影所致的該陰影效應。
  9. 如請求項3之光學手指導航裝置，其中穿過該第一重定向表面之該孔洞具有大約平行於該追蹤表面之介於約10微米與200微米之間的一有效寬度。
  10. 如請求項1之光學手指導航裝置，其進一步包含大約安置於自該光源穿過該第一重定向結構中之該孔洞之該光之一光學路徑內之一光學元件，其中該光學元件經組態以在來自該光源之該光入射於該第一重定向結構之該照明表面上之前漫射該光。
  11. 如請求項1之光學手指導航裝置，其中該第一重定向結構包含：一塑膠模製件，其具有經界定穿過其之該孔洞；及一金屬化層，其安置於該反射表面處以在該第一重定向結構之該反射表面處形成一反射鏡。
  12. 如請求項11之光學手指導航裝置，其中該金屬化層係沈積於該第一重定向結構之該反射表面處以僅覆蓋自一施加方向之一施加視場內之部分，且穿過該第一重定向結構之該孔洞之一內表面實質上無該金屬化層。
  13. 一種用於操作一光學手指導航裝置之方法，該方法包含：在一光源處產生光； 將來自該光源之該光之一部分傳遞穿過一第一重定向結構中之一孔洞以照明一導航罩之一追蹤表面，其中該追蹤表面在於該追蹤表面處存在一導航物件時展現一第一光反射特性且在於該追蹤表面處不存在該導航物件時展現一第二光反射特性；及自該追蹤表面向後朝向該第一重定向結構之一反射表面反射光，其中該第一重定向結構之該反射表面大約面向該導航罩之該照明表面。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包含在該第一重定向結構之該反射表面處沿大約平行於該追蹤表面之一方向來重定向該光。
  15. 如請求項14之方法，其進一步包含在一第二重定向結構之一反射表面處重定向來自該第一重定向結構之該反射表面之該光，其中該第二重定向結構之該反射表面朝向一影像感測器重定向該光，其中該影像感測器與該導航罩之該追蹤表面大約平行。
  16. 如請求項15之方法，其進一步包含：在該影像感測器處產生一影像信號，其中該影像信號表示一影像圖框內之複數個像素值；將該影像信號發送至一處理裝置；及將該影像信號進行空間濾光以實質上移除該影像圖框之該等像素值內之一陰影效應。
  17. 如請求項15之方法，其進一步包含：在該影像感測器處產生一影像信號，其中該影像信號 表示複數個影像圖框內之複數個像素值；將該影像信號發送至一處理裝置；及處理該影像信號以均衡該等影像圖框之一恆定強度分佈以實質上移除該等影像圖框之該等像素值內之一陰影效應。
  18. 如請求項13之方法，其進一步包含大約在一光學元件處漫射來自該光源之該光，該光學元件安置於自該光源穿過該第一重定向結構中之該孔洞之該光之一光學路徑內。
  19. 一種光學手指導航裝置，其包含：一導航罩，其包含一追蹤表面及一照明表面，其中該追蹤表面在於該追蹤表面處存在一導航物件時展現一第一光反射特性，且在於該追蹤表面處不存在該導航物件時展現一第二光反射特性；一光源，其用以產生經定向朝向該導航罩之該照明表面之照明；及一第一重定向結構，其插置於該光源與該導航罩之該照明表面之間，其中該第一重定向結構之一反射表面大約面向該導航罩之該照明表面，且該第一重定向結構之一照明表面大約面向該光源，其中該第一重定向結構界定至少一個透明區段用於將該光源所產生之光朝向該導航罩之該照明表面傳遞。
  20. 如請求項19之光學手指導航裝置，其中該第一重定向結構進一步包含在該反射表面上之一非平面特徵，其中該透明區段係在該非平面特徵之一面上。
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