使用混合跟蹤的輸入設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及輸入設備以及操作輸入設備的方法。
【背景技術】
[0002] 輸入設備為用戶提供與計算設備交互的能力。典型的輸入設備可以包括鍵盤、計 算機鼠標、觸筆、遙控器或其他相似的形式。計算機鼠標形式的輸入設備為與計算設備交互 的用戶提供進行包括導航、光標控制和選擇功能的某些活動的能力。
[0003] 計算機鼠標的通常形式是光學鼠標。典型的光學鼠標通過使用發光二極管對光學 鼠標相對于表面（例如，鼠標墊、桌子或臺子）的移動進行檢測來起作用。光學鼠標通過使 用以下傳感器或相機來進行操作：該傳感器或相機拍攝光學鼠標在其上移動的表面的連續 圖像。基于連續圖像的交疊，光學鼠標檢測連續圖像之間的以下偏移：該偏移表示光學鼠標 相對于表面移動了的距離。
[0004] 當前的光學鼠標存在的一個問題是用戶可以多快地移動光學鼠標存在上限。一些 用戶可能需要能夠對用戶進行的快速移動進行檢測的高性能計算機鼠標。這些用戶中的一 些用戶可能需要用于以下計算機游戲的高性能計算機鼠標，該計算機游戲需要用戶使用計 算機鼠標進行快速移動。如果用戶以快于上限的速度移動其光學鼠標，則會出現其中鼠標 的位置及關聯的光標丟失的跟蹤丟失。在這樣的情況下，由傳感器或相機產生的連續圖像 可能不會具有足夠的交疊來確定偏移。因此，光學傳感器會丟失對光學鼠標的位置的跟蹤 并且產生不可靠的位移和位置數據。由于光學傳感器嘗試關聯它接收的導致假關聯的任何 數據，所以這會使顯示在監視器上或顯示器上的光標停止（例如，凍結）或沿任意方向來回 跳至隨機位置。
[0005] 因為用戶受限于可以由光學鼠標進行的運動范圍和功能，所以該跟蹤丟失會導致 負面的用戶體驗。例如，用戶可能不能在忙于計算機游戲時快速地滑動其鼠標而鼠標卻不 丟失對其位移的跟蹤。
[0006] 在先前的解決方案中，為了提高光學鼠標的速度上限，提高了成像傳感器的幀速 率。然而，較高的幀速率是通過較短的曝光時間和較少的照明來實現的。為了補償所減少 的照明，需要更亮的光源或LED和/或更靈敏的成像傳感器。提高LED的亮度需要較高的 功耗，并且隨著光學鼠標的功耗增大，這使得難于設計會以高的速度執行并且依然為無線 的光學鼠標。因為有線計算機鼠標限制計算機游戲可能需要的移動自由度，所以有線連接 至主機系統限制了光學鼠標的相對于目標用戶組的可用性。
[0007] 此外，由于對無線鼠標的功耗、發熱、有線鼠標的電流消耗、LED驅動器的增加了的 電路復雜度等多種顧慮，所以LED的亮度不能增大太多。另外，如果鼠標基于激光LED技術， 則由于對人眼安全的顧慮，所以激光的亮度不能超過特定標準。使用更靈敏的成像傳感器 也具有其缺點，因為成本較高并且傳感器的與每個像素在曝光時間期間所吸收的光子的數 量相關的靈敏度存在理論極限。
[0008] 基于以上所述，在本領域中需要以下用于輸入裝置的改善了的方法及系統：所述 改善了的方法及系統提供更大的功能性和較佳的用戶體驗。
【發明內容】
[0009] 本發明一般地涉及被配置成與電子設備或計算設備一起使用的控制設備如人機 界面設備，更特別地，本發明涉及用于利用能夠在以下狀況下進行操作的輸入設備的方法 及系統：所述輸入設備以相對于對輸入設備的移動進行跟蹤的光學傳感器的最大速度極限 而言更高的速度被移動，而不經歷跟蹤丟失。
[0010] 本發明的實施方式通過進行配置以使得用戶能夠以較大的自由度與輸入設備進 行交互來提供改善了的用戶體驗，包括以輸入設備通常未被配置成準確地評估的較大的運 動范圍和運動速度。本發明的實施方式包括嵌在輸入設備內的多個傳感器（例如，加速度 計和/或陀螺儀），所述多個傳感器能夠減小當輸入設備的運動超過光學傳感器的極限時 所引起的跟蹤丟失的發生。
[0011] 本發明的實施方式可以提供一種輸入設備，包括：光學傳感器模塊，其被配置成確 定與輸入設備的XY位移相關的第一組數據。輸入設備還包括慣性傳感器模塊，其被配置 成測量輸入設備的加速度并且確定與輸入設備的XY位移相關的第二組數據。輸入設備還 包括微控制器，微控制器耦接至光學傳感器模塊和慣性傳感器模塊，其中，微控制器被配置 成：接收由慣性傳感器模塊測量的輸入設備的加速度的加速度數據，使用加速度數據來確 定輸入設備的移動速度和位置數據；以及當跟蹤丟失被確定或檢測到時，從使用來自光學 傳感器模塊的第一組數據跟蹤輸入設備的XY位移切換至使用來自慣性傳感器模塊的第二 組數據跟蹤輸入設備的XY位移。
[0012] 在本發明的一些實施方式中，慣性傳感器模塊是加速度計。
[0013] 在本發明的一些實施方式中，從使用來自光學傳感器模塊的第一組數據跟蹤輸入 設備的XY位移切換至使用來自慣性傳感器模塊的第二組數據跟蹤輸入設備的XY位移還包 括：使用由狀態空間模型估計的最后已知校準點。在一些實施方式中，狀態空間模型是擴展 卡爾曼濾波器。
[0014] 在本發明的一些實施方式中，從使用來自光學傳感器模塊的第一組數據跟蹤輸入 設備的XY位移切換至使用來自慣性傳感器模塊的第二組數據跟蹤輸入設備的XY位移可以 基于輸入設備的移動速度。在這樣的實施方式中，當輸入設備的移動速度在閾值速度之下 時，擴展卡爾曼濾波器使用來自光學傳感器模塊的第一組數據校準慣性傳感器模塊。
[0015] 在輸入設備的一些實施方式中，跟蹤丟失當輸入設備的移動速度超過閾值時被檢 測到。在其他實施方式中，跟蹤丟失當光學傳感器模塊所估計的第一移動速度與慣性傳感 器模塊所估計的第二移動速度之間的差超過閾值時被檢測到。跟蹤丟失可以實時地被檢測 到。
[0016] 本發明的另外的實施方式涉及一種操作輸入設備的方法。所述方法包括通過光學 傳感器模塊確定與輸入設備的XY位移相關的第一組數據。所述方法還包括通過慣性傳感 器模塊確定與輸入設備的XY位移相關的第二組數據。所述方法還包括確定光學傳感器模 塊的跟蹤丟失是否已經發生。當光學傳感器模塊的跟蹤丟失被檢測為已經發生時，所述方 法還包括從使用來自光學傳感器模塊的第一組數據跟蹤輸入設備的XY位移切換至使用來 自慣性傳感器模塊的第二組數據跟蹤輸入設備的XY位移。當光學傳感器模塊的跟蹤丟失 被檢測為沒有發生時，通過光學傳感器模塊來跟蹤輸入設備的XY位移。
[0017] 在一些實施方式中，所述方法還可以包括：確定光學傳感器模塊是否已經從跟蹤 丟失恢復。在這樣的實施方式中，當光學傳感器模塊已經從跟蹤丟失恢復時，所述方法還包 括：從使用來自慣性傳感器模塊的第二組數據跟蹤輸入設備的XY位移切換至使用來自光 學傳感器模塊的第一組數據跟蹤輸入設備的XY位移。
[0018] 在輸入設備的一些實施方式中，跟蹤丟失當輸入設備的移動速度超過閾值時被檢 測到。在這樣的實施方式中，確定輸入設備的速度還包括：確定由慣性傳感器模塊所測量的 輸入設備的加速度的加速度數據；以及使用加速度數據來確定輸入設備的移動速度和位置 數據。
[0019] 在其他實施方式中，跟蹤丟失當光學傳感器模塊所估計的第一移動速度與慣性傳 感器模塊所估計的第二移動速度之間的差超過閾值時被檢測到。跟蹤丟失可以實時地被檢 測到。
[0020] 本發明的另外的實施方式可以提供一種輸入設備，所述輸入設備包括：光學傳感 器模塊，其被配置成確定與輸入設備的XY位移相關的第一組數據。輸入設備還包括慣性傳 感器模塊，其被配置成測量輸入設備的加速度并且確定與輸入設備的XY位移相關的第二 組數據。輸入設備可以包括陀螺儀，陀螺儀被配置成測量輸入設備的旋轉速率，其中，所測 量的旋轉速率用于修改輸入設備的加速度數據。輸入設備還包括微控制器，微控制器耦接 至光學傳感器模塊和慣性傳感器模塊，其中微控制器被配置成：接收輸入設備的經修改的 加速度數據；使用經修改的加速度數據確定輸入設備的移動速度和位置數據；以及當跟蹤 丟失被檢測時從使用來自光學傳感器模塊的第一組數據跟蹤輸入設備的XY位移切換至使 用來自慣性傳感器模塊的第二組數據跟蹤輸入設備的XY位移。
[0021] 在其他實施方式中，修改輸入設備的加速度數據包括：抵消輸入設備的經測量的 旋轉速率。
[0022] 在其他實施方式中，微控制器可以被配置成當輸入設備處于運動中時使用由陀螺 儀測量的輸入設備的旋轉速率來持續地更新輸入設備的方向。
[0023] 本發明的另外的實施方式涉及一種操作輸入設備的方法。所述方法包括通過光學 傳感器模塊確定與輸入設備的XY位移相關的第一組數據。所述方法還包括通過慣性傳感 器模塊確定與輸入設備的XY位移相關的第二組數據。通過陀螺儀確定輸入設備的旋轉速 率。所述方法還包括使用輸入設備的旋轉速率來修改與輸入設備的XY位移相關的第二組 數據；所述方法還包括確定光學傳感器模塊的跟蹤丟失是否已經發生。當光學傳感器模塊 的跟蹤丟失被檢測為已經發生時，所述方法還包括從使用來自光學傳感器模塊的第一組數 據跟蹤輸入設備的XY位移切換至使用來自慣性傳感器模塊的第二組數據跟蹤輸入設備的 XY位移。當光學傳感器模塊的跟蹤丟失被檢測為未發生時，通過光學傳感器模塊跟蹤輸入 設備的XY位移。
[0024] 在輸入設備的一些實施方式中，跟蹤丟失當輸入設備的移動速度超過閾值時被檢 測到。在這樣的實施方式中，確定輸入設備的移動速度還包括：確定由慣性傳感器模塊測量 的輸入設備的加速度的加速度數據；以及使用加速度數據來確定輸入設備的移動速度和位 置數據。
[0025] 在其他實施方式中，跟蹤丟失當光學傳感器模塊所估計的第一移動速度與慣性傳 感器模塊所估計的第二移動速度之間的差超過閾值時被檢測到。跟蹤丟失可以實時地被檢 測到。
[0026] 通過本發明實現了相比其他技術而言的許多益處。例如，由于用戶不受限于輸入 設備中的傳感器所能夠檢測和處理的運動速度，所以較佳地提供了包括游戲性的用戶體 驗。因此，用戶能夠使用輸入設備而不經歷由于輸入設備的動作的速度超過在輸入設備中 的光學傳感器的最大速度限制而產生的跟蹤丟失。
[0027] 除了提高了輸入設備的運動范圍和速度以外，本發明的實施方式還具有提供關于 輸入設備的位置（例如，XY位移）的更精細化的數據的益處。因為光學傳感器和慣性傳感 器模塊兩者可以同時操作，所以來自這兩個設備的數據可以串聯使用以提供關于輸入設備 的位置的更準確的實時數據。另外，權衡（leveraging)來自光學傳感器（其在較低速度提 供較佳的數據）以及慣性傳感器（其在較高速度提供較佳的數據）的數據，使得輸入設備 能夠在多種模式和速度下進行操作而不導致對輸入設備的運動的跟蹤的任何丟失。
[0028] 另外的益處在于：通過使得光學傳感器能夠以較低幀速率操作，這增加了每個幀 的曝光時間。這可以使得傳感器能夠在具有較小特征的表面進行跟蹤。這擴展了光學傳感 器能夠成功在其上進行跟蹤的表面的類型和種類。因此，通過放松移動跟蹤速度的上限，可 以獲得較佳的表面覆蓋范圍。
[0029] 將結合以下描述和附圖更詳細地描述本發明的這些實施方式和其他實施方式及 其很多優點和特征。
【附圖說明】
[0030] 圖1示出了根據本發明的實施方式的計算機系統的簡化圖；
[0031] 圖2是根據本發明的實施方式的輸入設備的部件的簡化框圖；
[0032] 圖3是根據本發明的實施方式的來自輸入設備中的光學傳感器的跟蹤數據的圖；
[0033] 圖4是根據本發明的實施方式的輸入設備的跟蹤模塊部件的簡化框圖；
[0034] 圖5是根據本發明的實施方式的在跟蹤丟失發生時使用多個傳感器對輸入設備 進行操作的方法的流程圖；
[0035] 圖6描繪了根據本發明的實施方式的輸入設備；
[0036] 圖7示出了根據本發明的實施方式的輸入設備的移動；
[0037] 圖8是根據本發明的替代實施方式的輸入設備140的跟蹤模塊部件24