使用交错光敏元件不同组合的光学定位装置制造方法及图纸

一个实施例涉及一种光学位移传感器，用于通过确定在表面的连续帧中光学特性的位移来感测数据输入装置和表面（３０４）之间的相对移动。该传感器包括至少检测器、第一电路和第二电路。检测器包括组织成第一和第二阵列（例如１５０２和１５０４）的多个光敏元件。第一电路配置成组合来自第一阵列每第Ｍ个元件的信号，以产生Ｍ组群信号，且第二电路配置成组合来自第二阵列每第Ｍ’个元件的信号，以产生Ｍ’组群信号。Ｍ和Ｍ’是彼此不同的数。还公开了其它实施例。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及光学定位装置(OPD)，以及使用这种装置感测移动的方法。
技术介绍
指示装置，例如计算机鼠标或跟踪球，用于将数据输入到个人计算机和工作站中，并与它们对接。这种装置允许在监控器上光标快速重新定位，且在许多文本、数据库和图形程序中都很有用。用户通过在一个表面上移动鼠标，使光标在与鼠标的移动成比例的方向和距离上移动来控制光标。备选的是，手在静止装置上的移动也可用于同样目的。计算机鼠标有光学和机械两种型式。机械鼠标通常使用旋转球来检测移动，且一对轴编码器与球接触以产生数字信号，由计算机用来移动光标。机械鼠标的一个问题在于，由于污垢积累等原因在持续使用后易于不精确和出故障。此外，机械元件特别是轴编码器的移动和综合磨损必然限制装置的有用寿命。上述机械鼠标问题的一个解决方案是开发光学鼠标。光学鼠标已经非常普及，因为它们更为健壮，且可提供更好的指示精确度。用于光学鼠标的主要常规技术依赖于以切线入射或接近切线入射而照射表面的发光二极管(LED)、捕获综合图像的二维CMOS(互补金属氧化物半导体)检测器、以及使连续图像相关联以确定鼠标已移动的方向、距离和速度的软件。这种技术通常提供高精确度，但却有复杂设计和相对高的图像处理要求等问题。此外，由于照射的切线入射，光学效率很低。另一途径是使用一维阵列的光传感器或检测器，如光电二极管。表面的连续图像由成像光学器件捕获，转换到光电二极管上，并作比较以检测鼠标的移动。光电二极管可直接用导线连接成组，便于移动检测。这降低了光电二极管的要求，并能作快速模拟处理。这种鼠标的一个实例在授予Dandliker等人的美国专利No.5,907,152中公开。在Dandliker等人的专利中公开的鼠标与标准技术的不同之处还在于它使用相干光源，例如激光器。来自相干源的光从粗糙表面散射开来产生光的随机强度分布，称为斑点(speckle)。使用基于斑点的图案有几个优点，包括高效的基于激光器的光产生以及即使在正常入射照射下的高对比度图像。这就允许有更高效的系统，并节省电流消耗，这在无线应用中很有利，可以延长电池寿命。虽然在基于LED的常规光学鼠标上有了重大改进，但这些基于斑点的装置仍因许多原因并不能完全令人满意。具体地说，使用激光器斑点的鼠标并未展示出当今技术水平的鼠标通常所需求的精确度，通常需要有小于0.5％或左右的路径差错。本公开内容讨论并提供了对现有技术光学鼠标和其它类似光学指示装置的各种问题的解决方案。
技术实现思路
一个实施例涉及一种光学位移传感器，用于通过确定在表面的连续帧中光学特性的位移来感测数据输入装置和表面之间的相对移动。该传感器包括至少检测器、第一电路和第二电路。检测器包括组织在第一和第二阵列中的多个光敏元件。第一电路配置成组合来自第一阵列每第M个元件的信号，以产生M组群信号，且第二电路配置成组合来自第二阵列每第M’个元件的信号，以产生M’组群信号。M和M’是彼此不同的数。另一实施例涉及一种使用光学位移传感器感测数据输入装置在表面上移动的方法，该光学位移传感器具有的检测器包括组织成第一和第二阵列的多个光敏元件。多个光敏元件接收从部分表面反射的光所产生的强度图案。来自第一阵列每第M个元件的信号被组合起来产生M组群信号，且来自第二阵列每第M’个元件的信号被组合起来产生M’组群信号。M和M’是彼此不同的数。另一实施例涉及包括二维阵列光敏元件的光学定位设备，这些光敏元件组织成重复以形成阵列的元件的M×M’图案。电路配置成组合来自图案中同一位置上的每个元件的信号，以产生M×M’组群信号。还公开了其它实施例。附图说明本公开内容的这些和各种其它特性和优点从以下详细说明和从附图中就可更充分理解，但这些说明和附图不应被认为是将所附权利要求限制在所示的具体实施例上，而仅是为了作解释和理解，附图包括图1A和1B分别示出从光滑表面反射的光的衍射图案和从粗糙表面反射的光的干涉图案中的斑点；图2示出按照本公开实施例的基于斑点的OPD的功能框图；图3示出按照本公开实施例具有交错光敏元件组群的阵列框图；图4示出按照本公开实施例来自图3阵列的仿真信号图；图5示出按照本公开实施例具有多行交错光敏元件组群的阵列排列以及结果同相信号的框图；图6示出按照本公开实施例来自具有交错光敏元件组群的阵列的仿真信号图，其中来自每第四个光敏元件的信号被电连接或组合；图7示出按照本公开实施例用于检测器的估算速度直方图，该检测器有64个光敏元件、连接成4N配置、并以81％最大速度工作；图8示出按照本公开实施例作为检测器元件数的函数的差错率，该检测器具有连接成4N配置的光敏元件；图9示出按照本专利技术实施例差错率对信号幅度的依赖关系；图10示出按照本公开实施例作为检测器元件数的函数的差错率，该检测器具有连接成4N配置的多行光敏元件；图11示出按照本公开实施例来自具有连接成各种配置的交错光敏元件组群的阵列的仿真信号图；图12示出按照本公开实施例具有连接成5N配置的光敏元件的阵列排列框图以及原始和正交加权系数；图13示出按照本公开实施例具有连接成6N配置的光敏元件的阵列排列框图以及原始和正交加权系数；图14示出按照本公开实施例具有连接成4N配置的光敏元件的阵列排列框图以及原始和正交加权系数；图15出按照本公开实施例具有连接成6N配置和4N配置的光敏元件的多行阵列的排列框图；图16示出按照本公开实施例的电路实施例示意图，该电路使用电流镜来实现4N/5N/6N加权组，其方式为重新使用同一元件输出来产生多个独立信号用于移动估算；图17示出按照本公开实施例具有两行的多行阵列排列，这两行是端对端连接，而不是彼此上下连接；以及图18示出按照本公开实施例的光敏元件在二维阵列中的排列。具体实施例方式现有光学定位装置的问题现有基于斑点的OPD的一个问题归因于邻近光电二极管之间的间距或距离，此距离范围通常从十(10)微米到五百(500)微米。在成像平面中尺寸小于该间距的斑点不能被正确检测，从而限制了OPD的敏感度和精确性。显著大于该间距的斑点会产生大幅减小的信号。另一问题是相干光源必须和检测器正确对准，以便产生有斑点的表面图像。在现有设计中，图像平面的受照部分通常比检测器的视场宽得多，以确保光电二极管阵列完全被反射的照射所覆盖。但是，具有大的受照面积就降低了光电二极管可检测的反射照射的功率强度。因此，为解决或避免现有基于斑点的OPD中错位问题的尝试常导致损失光电二极管阵列可用的反射光，或对照射功率提出了更高的要求。常规OPD还有另一问题是由于在视场内不同点处成像光学器件和特性之间的视角和/或改变的距离而引起的表面上或从表面发出的特性变形问题。对于使用以切线入射的照射的OPD来说，这特别是个问题。因斑点图案的图像分析而引起的现有基于斑点的OPD的附加问题在于估算方案对统计波动的敏感性。由于斑点是通过对散射相干光的相位随机化而产生的，因此斑点平均具有所定义的尺寸和分布，但斑点可能呈现出与该平均不一致的局部图案。所以，装置可能易于有局部模糊或难于解释的数据，例如斑点图案提供的与运动有关的信号比通常要小。现有基于斑点的OPD还有另一问题涉及斑点图案的改变，或斑点“沸腾”。一般来说，当表面移动时，来自表面的斑点图案随之移动，且方向相同，速度相同。但在许多光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学位移传感器，用于通过确定在表面的连续帧中光学特性的位移来感测数据输入装置和所述表面之间的相对移动，所述传感器包括：检测器，包括组织成第一和第二阵列的多个光敏元件；第一电路，配置成组合来自第一阵列每第Ｍ个元件的信号，以 产生Ｍ组群信号；以及第二电路，配置成组合来自第二阵列每第Ｍ’个元件的信号，以产生Ｍ’组群信号，其中Ｍ和Ｍ’是彼此不同的数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：DA莱霍蒂，DA韦布，CB罗克斯洛，CB卡利斯尔，JI特里斯纳迪，
申请(专利权)人：硅光机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]