[发明专利]光学与加速度联合定位鼠标及其加速度校正方式

说明书

技术领域：

本发明涉及一种采用图像传感器定位与加速度传感器定位相结合的呈笔形的鼠标装置(以下简称笔形鼠标)或含手指部固定套件的鼠标装置(以下简称指戴式鼠标)以及它们的加速度校正方法与定位计算方法。具体涉及这样一种鼠标装置的定位校正方法，其中，微控制单元用以接收光学位移信息、加速度信息等，利用光学位移信息来以相应的计算方法校正加速度传感器与地平面成角、受重力加速度影响引起的检测加速度与鼠标实际运动加速度间的偏差，并计算与输出鼠标的位移信息。

背景技术：

现有的普通鼠标中，由于使用时物距相对固定，使用固定物距的光学成像装置则可准确成像与定位。在2001年5月15日发布的名称为“CMOS数字光学导引芯片”的美国专利第6233368B1号中专门公开了这种光鼠标的原理。在该专利中，利用光鼠标内容纳的发光器照亮直接布置在光鼠标下方的工作面，装在里面的成像系统使工作面的任意图形或特征在CMOS传感器的光感应面上成像。由于该鼠标在工作时与工作面直接接触，工作面与成像装置的距离固定，使用固定物距的成像透镜准确成像与定位。

由于鼠标形状与普通书写工具形状不同，其要整个鼠标握在手里进行操作，所以很难实现书写及绘图操作。已经开发了这样一种笔形鼠标装置，当其执行精密绘图操作或书写时，它能实现准确的光标控制和简单的书写。于2000年11月21日发布的美国专利第6151015号(此后称“015专利”)名称为“类似笔的计算机指示装置”中公开了这样一种笔形鼠标的例子。正如图1中所示，指示装置包括圆柱体102、发光光源104、透镜110、光学移动传感器108、开关106、通信链路116和118、按钮112和114。发光光源104发出光，透镜110使工作面反射的光线在光学移动传感器108上成像。于是，当光学移动传感器108捕捉到通过透镜110成像的工作面的图像时，可从图像的变化获得指示装置的运动向量。

然而，“015专利”的光学成像装置在进行绘图或书写时存在较大的缺点，当指示装置与工作面的距离变动较大时，由于固定像距的光学成像系统的景深限制，使其工作面在图像传感器上的成像模糊不清，从而影响传感器对图像的捕捉，造成定位困难。参照图2对文字“X”的输入，笔的操作通常由下笔动作和提笔动作组合而成。图2中，当写下字母“X”时，书写动作由以下步骤组成：一、步骤M1：在特定点下笔，然后写下“/”；二、步骤M2：提笔，然后在空中划一顺时针的圆弧；三、步骤M3：在特定的点下笔，写下“/”，然后提笔。在整个书写过程中，无论下笔和提笔都要求鼠标保持精确的定位。通常在提笔动作中与工作面分开的距离视不同的人的使用习惯而有所不同。但提笔动作时，由于透镜的景深限制，易出现成像模糊不清，不能准确定位。

为了使鼠标在三维空间中均能实现定位，已经开发了这样一种鼠标，其在鼠标中置入加速度传感器，通过对鼠标的加速度进行检测，计算鼠标的空间位移量。于2009年9月2日公开的中国申请号200820026207.6(此后称“076专利”)名称为“加速度传感器鼠标笔”中公开了这样一种鼠标的例子。正如图3中所示，它包括一加速度传感器模块、一无线发送模块、一无线接收模块及一驱动模块。由于利用检测鼠标的加速度定位，需要预先确定鼠标的初始运动向量，但该方案使用判定鼠标静止期用初始向量，在长时间连续运动过程中易出现光标明显漂移。

为了克服光学与加速度联合光学鼠标在提笔时的定位困难，及加速度传感器鼠标初始向量较难确定，在使用中易出现光标明显漂移的问题，需要这样一种鼠标，其能在笔形鼠标或指戴式鼠标较小的体积内安装，并能使鼠标在流畅书写或绘图时，无论下笔和提笔都要求鼠标保持较准确的定位。

发明内容：

构思本发明就是为了解决上述问题。本发明的主要目的是提供一种能安装在笔形鼠标或指戴式鼠标内的一套定位装置及其定位、校准方法，它能在笔形鼠标或指戴式鼠标较小的体积内安装，并能使笔形鼠标在流畅书写或绘图时，无论下笔和提笔都要求鼠标保持准确的定位。它依据：1、固定像距的光学鼠标能够在一定的物距下能精确定位；2、在初始运动向量已知的情况下，应用加速度传感器检测鼠标的加速度变化，根据检测到的加速度改变能顺利计算运动向量的变化，从而计算位移量，实现定位。依据以上的特性，采用在鼠标中同时内置图像传感器、加速度传感器等，利用图像传感器和加速度传感器的各自特点，形成优势互补，实现精确定位。

设定鼠标与工作面平行方向的相互垂直且相交的两轴向分别为X轴、Y轴。设定鼠标与工作面接触时，工作面经透镜组在图像传感器的光感应面的成像清晰，图像传感器定位良好。