CN1761990A

CN1761990A - 光标控制设备

Info

Publication number: CN1761990A
Application number: CNA2003801089864A
Authority: CN
Inventors: 多纳德·P·比努姆; 格里高里·A·马格尔; 罗伯特·莱奥·达维斯; 拉里·V·莫尔; 明哈伊·迈哈迈德
Original assignee: Itac Systems Inc
Current assignee: Itac Systems Inc
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2006-04-19
Also published as: AU2003299805A1; US20060028442A1; US9298279B2; EP1593113A4; JP4745667B2; JP2006511871A; EP1593113A1; WO2004059613A1; US20110128220A1; US7825895B2

Abstract

光标控制设备(700)包括光源(70)和图像传感器(80)，用于光学跟踪运动。设备(700)包括向上面对的圆顶(710)或窗口(32)，提供用于用户交互作用的可视和触觉接口。用户的手或手指、裸露或戴手套的，或由用户控制的其他物体，能在附近移动或触摸圆顶(710)，提供部件以区分不接近圆顶的物体以便防止不期望的光标运动。所述部件能包括具有有限焦深的光学器件(40)，用于控制从光源(70)发出的光的强度以便优化传感器操作的自适应照明处理，和/或用于根据所检测的传感器数据的可信度等级，预测光标运动的处理。

Description

光标控制设备

版权通知

技术领域

本发明涉及用于控制计算机或计算机控制的机器或装置的输入设备。更具体地说，涉及用于控制光标在计算机或计算机控制的机器或装置的显示屏上的位置的点击设备。

背景技术

现在，许多类型的装置由并入装置中或作为单独的、独立式控制器单元的计算机或微处理器来控制。例子包括制造或处理装置、计算机辅助设计(CAD)工作站、家用计算机、娱乐设备，诸如音频和视频播放器以及游戏控制台。用于交互作用的普通手段是通过使用软件控制的图形用户界面(GUI)，其中，用户看见命令、硬件或软件对象、功能和装置的一部分的符号表示。良好设计的GUI能有助于高效、直观的装置操作。与GUI的交互作用需要用户能操作以便移动图形显示屏上的屏上指示器(“光标”)或高亮区的输入设备。这种输入设备被称为光标控制设备或点击设备，以及通常除了传统的基于文本的输入键盘外来使用它，或单独地使用它。

已经开发了用于计算机输入的各种点击设备来满足不同需要。普通需要包括使用期间的舒适感、光标位置或移动的精度和速度，以及相对紧密尺寸。然而，现有设备中的专门需要和缺陷已经导致优化用于不同应用的新光标控制设备的不断发明和开发。激励光标控制设备的创新的因素的例子包括下述：用于不同应用，诸如制图或CAD的增强直观操作、方便使用同时支持和提供预测放映、与便携式或手持计算设备一起使用或并入其中的便携性或小尺寸、使用台面上相对小的工作区的设备的需要、小运动精度或大运动速度、最小化重复压力伤害(RSI，repetive stress injury)和提高用户舒适度的增强的人机工程质量、不利环境下的高可靠性，以及个人喜好。存在足以在以上述因素的更大组合中良好执行和/或专门特别良好地执行特定应用的新颖光标控制设备的需要。

大多数光标控制设备依赖于经由显示屏光标位置对用户的视觉反馈，以及由此，它们相对容许由用户快速补偿的运动误差。最流行的变形是“鼠标”，一种相对于工作面，诸如台面移动的手持设备，以及非常象光机械鼠标的反向型的“跟踪球”或“***球”。初始鼠标设计使用将X和Y中的旋转运动给予耦合到光轴编码器的滚轮的俘获球，以及这也是大多数跟踪球工作的方式。

鼠标的主要缺陷是需要用手握住，以及这通常导致肌肉疲劳。一种大小和形状并不最佳适合所有用户。要求使用相当大的工作表面区，并且会在倾斜或光滑工作面会掉下。光机械鼠标由于进入机构中的灰尘，具有相当大的问题。

以各种大小出现的跟踪球具有比鼠标更多的一些优点。它们采用相对小的桌或面板区域。更多用户发现易于习惯相同大小的跟踪球，因为不需要握住它。缺乏抓握能力的残疾用户能操作跟踪球。具有环绕球的密封环以便防止湿气和灰尘的型式可用。因此，耐用的跟踪球在制造和医疗装置，以及接收大量使用的位置，诸如CAD台的其他位置中常用。它们经常被戴着手套操作。

低成本CMOS图像传感器和数字信号处理的进步近年来已经应用于实现光学鼠标和感知跟踪球的运动。用来构成跟踪工作面功件(feature)的光学鼠标的现有技术组件例子如图1和2所示。用在实现这种鼠标中的组件可从厂商，诸如Agilent Technologies商业获得。在使用中，来自光源的照明以入射余角击中工作面以便高亮具有阴影的不规则性，使得工作面不需要具有对比度功件以便跟踪。短焦距透镜将工作面的单一放大图像传送到在约1mm平方的面积中具有小的光电检测器矩阵(例如16×16)的图像传感器上。图像传感器具有图像处理硬件，分析用于运动的顺序帧并输出与标准鼠标接口兼容的光标运动信号。使用该结构同时不具有运动部件的光学鼠标通常不密封，使用开放孔用于与工作面的光学接口而非透明窗口。

跟踪球还可用于使用类似的运动跟踪电子技术来感知球上的图案。然而，尽管它们使用现代的光学技术，仍然存在球以及其他运动部件，因此，受灰尘和流体污染的可能性导致工业应用的可疑可靠性。

因此，存在用于工业和其他应用的改进的光标控制设备的未满足需要，提供跟踪球的一些“感觉”，但不具有改变光标位置所需的运动部件，被设计成能使用整个手的大部分进行操作，能跟踪诸如手套的各种表面，大小紧密并适合于安装在面板中，以及能基本上与外界隔绝。

当选择光标控制设备时，存在根据特定应用，程度不同重要的某些期望特性。下文是光标控制设备的可能改进的领域的非全面清单。尽管这些功件特别用于用在工业控制应用的光标控制设备中，应注意到在许多其他应用中，也非常期望这些功件。

可靠性：无运动部件、密封外壳，能够由耐环境的材料(化学、可磨损、可清洁)构成。

安装和操作的便利性和通用性：面板安装的能力，紧密大小，任何方向或位置的操作，高振动环境下的操作，高地球引力环境下的操作，用于不同可视设计的可能。

人机工程学：直观操作，操作的可视和触觉指示，能用整个手和/或臂运动操作，最佳安装位置和方向，通过放松的手、臂和手指使用，不用抓住，降低重复性压力伤害的危险，可由残疾个体使用。

审美学：感兴趣、吸引人的外观、不同可视设计式样和颜色的可能性，看起来“一流”或“高技术”。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种光标控制设备，用于定位屏上指针或选择计算机或计算机控制的机器上的命令。光标控制设备包括外壳；面板的用户侧上的圆顶或窗口，用户通过触摸它或在它前面移动手或其他物体，与其交互作用；外壳或圆顶内的光源，通过圆顶的一部分照射手或其他物体，以便定义灵敏区；成像光学器件，在电子图像传感器芯片上成像灵敏区；图像处理器，分析图像的运动并将运动信息转换成信号以便控制光标位置；以及发射机，用于向主机提供互连以及连接到可选外部开关，用于执行选择或其他功能。

在一些实施例中，外壳安装在面板或键盘中，以及具有一个或多个必备夹子以便将其固定到面板中。圆顶是以球形的一部分的形状，具有与前面板表面相交的直径在5和35mm之间的圆，由刚性塑料材料制成，以及凸出面板的用户侧5至15mm以便使其在视觉和触觉方面明显。用户或圆顶的前侧具有基本上平滑和连续的表面，在中心，具有直径从1至6mm的更平滑窗口区定义灵敏区。圆顶的后面包含用于定向和以较大地小于90度，但足够大以避免照明的全内反射的入射角，将照明集中在灵敏区上的功件。光源是可见波长的发光二极管，连接到与图像传感器芯片相同的印刷电路板上。成像光学器件通过将近一致的放大率，将灵敏区的一部分的图像传送到图像传感器的有效区上。图像传感器包括解释图像并将其转换成用于输出到主机的运动信号的图像处理器。发射机包括电连接器，通过外壳，馈送电力和信号。执行“点击”、“拖拉”和其他功能的辅助开关单独地安装在光标控制设备的外部，以及通过相同电连接器上的另外的管脚连接到该设备。外壳、圆顶和连接器基本上密封在一起以便排除颗粒、雾气和其他化学污染。

照明和成像光学器件的多个另外的实施例是可能的，其中，多个光学器件和结构功能能组合成更少部件，以便降低组装成本和简化结构。例如，一些照明光学器件和成像光学器件能并入圆顶中或上的一个或多个功件，多个光学元件能模塑成单个零件，以及机械定位和配件功件能并入光学元件和/或外壳中，以便使部件保持在原地并对准。能使用折射、反射或衍射光学器件和不同光源几何结构。

在另外的实施例中，外壳能配置成相对于面板的平面，基本上垂直或基本上平行定向，以及圆顶能具有另外的功件或纹理以提供灵敏区的位置和方向的可视和触觉表示。代替或除切线入射照明外，可通过不同结构的光源和照明光学器件，更垂直于其表面照射灵敏区。能使圆顶有纹理以向其提供漫射属性，这使该设备对不接近或与最接近用户的圆顶表面接触的物体的运动相对不灵敏。能提供另外的光源或装饰纹理或有色特征以便增强设备的美学和人机工程学。开关或其他控制能与基本光标定位设备的外壳和/或圆顶整体组合以便提供除光标指示外的选择或其他功能。

根据本发明的另一方面，提供一种光标控制设备，具有圆顶内圆顶的结构。该光标控制设备包括外壳，具有用于与用户交互作用的灵敏区；内外壳，嵌套在外壳中；以及传感器，位于内外壳的内部之内，用于基于与外壳的灵敏区的用户交互作用，生成信号。在这种光标控制设备中，外壳可以是具有在10mm至80mm范围中，或最好是在25mm至60mm范围内的直径的凸圆顶。外壳可包括窗口，定义包括灵敏区的外壳的区域。在一些实施例中，窗口是平的。窗口能具有耐刮擦的涂层，和/或窗口由耐刮擦的材料，诸如玻璃或蓝宝石制成。外壳可以包括用于有选择过滤环境光的材料。例如，材料能是过滤可见光并传送近红外光的。而且，外壳的灵敏区可以是由用于有选择过滤的材料，诸如过滤可见光以及传送近红外光的材料制成的平面窗口。外壳层可包括用于阻挡环境光的第二材料。光标控制设备能进一步包括滤光器元件，用于将光有选择地传送到传感器。滤光器元件可沿外壳层的灵敏区和传感器之间的光路，位于内外壳内。滤光器元件可以沿外壳层的灵敏区和传感器之间的光路，位于外壳层和内外壳之间。在任一情况下，滤光器元件可以仅传送具有在第一波长范围内的波长的光。用于有选择过滤用于外壳层和/或环境光的灵敏区的材料能仅传送具有在第二波长范围内的波长的光。外壳能与第二外壳互换。这将允许例如通过使用不同颜色或设计的第二外壳，由用户改变波长的第二范围、清洁和维护和/或改变设备的外观。

在该光标控制设备中，将内外壳的内部流体密封于内外壳的外部。这提供用于位于内外壳内的部件的另外的保护度。可从光标控制设备去除外壳，以及由于密封内外壳，能在不将内外壳内的部件暴露给外界的情况下，去除和/或替换外壳，当移动外壳层时，内外壳保持流体密封。

而且，该光标控制设备具有形成为包括具有贯穿外壳的灵敏区的光轴的积分透镜部分的内外壳。光标控制设备能包括位于内外壳的内部内的光源，用于照射接近外壳层的灵敏区的区域，以及积分透镜部分可以是在光源和外壳的灵敏区之间沿光源的光轴放置的照明透镜。另一方面，积分透镜部分可以是在传感器和外壳层的灵敏区之间沿传感器的光轴放置的成像透镜。另一选择是包括形成在内外壳中的集成照明透镜和集成成像透镜。

根据本发明的另一方面，提供用于光标控制设备的光学引擎，包括：外壳；整体形成到外壳中的成像透镜元件；光源，位于外壳内，用于沿照明光轴发出光；以及位于外壳内的传感器，用于检测沿与贯穿成像透镜元件的成像光轴的光。光学引擎能进一步包括整体形成在外壳中的照明透镜元件，其中，照明光轴贯穿照明透镜元件。光源能是发光二极管，例如发出红外光。成像透镜元件将来自焦平面的光聚焦在传感器上，其中，照明光轴和焦平面之间的角度在从0度至45度的范围内，最好，在从15度至35度的范围内，以及最佳为30度。光学引擎能进一步包括沿成像光轴放置的滤光器元件，用于向传感器有选择地发送光。滤光器元件能位于成像透镜和传感器之间。滤光器元件能是传送红外光及防止传送可见光的。

传感器能是光学传感器，例如，是包括光电检测器阵列或检测存在可见光、红外发射(IR)和/或紫外(UV)能量的任何类型的传感器的传感器，以及包括一种半导体，具有被称为光电导性的属性，其中导电率根据击中材料的辐射强度而改变。已知类型的适当的传感器包括光电二极管、双极光晶体管和光电FET(光电场效应晶体管)。这些设备通常配置成允许辐射能量达到半导体材料内部之间的接合处，在一些情况下，提供除它们的检测能力外的放大和/或处理。

光学引擎可以包括位于外壳外部并放置成与照明光轴和成像光轴均交叉的窗口。光学引擎还能包括沿成像光轴，位于窗口和传感器之间的滤光器元件，用于向传感器有选择地传送光。在窗口和成像透镜之间的外壳的外部放置滤光器元件，或放置在成像透镜和传感器之间的外壳内。另一选择是窗口是滤光器元件，用于向传感器有选择地传送光，例如，其中，窗口传送红外光以及防止传送可见光。光学引擎能包括第二滤光器元件，沿成像光轴，位于窗口和传感器之间，用于向传感器有选择地传送光。第二滤光器元件能位于窗口和成像透镜之间或位于成像透镜和传感器之间。

根据本发明的另一方面，提供一种光标控制设备，包括外壳，具有凸圆顶，包括用于与用户交互作用的中央放置的灵敏区；内外壳，具有互补凸圆顶，嵌套在外壳层的凸圆顶中；以及位于内外壳的内部的传感器，用于生成与接近外壳层的灵敏区的运动有关的信号。内外壳的互补凸圆顶具有与灵敏区对齐的中央放置的凹陷处。凹陷处的上开口至少与灵敏区的扩展一样大。灵敏区具有在0.5mm至3mm，最好1mm范围中的纵向尺寸。光标控制设备能包括光源，用于照射灵敏区。光源能是发光二极管和/或光源能是发出红外光的光源。光标控制设备能包括控制器，用于控制由光源发出的光的强度。控制器能控制光强度以便优化传感器的动态范围。控制器能基于来自传感器的信号，诸如快门值信号和/或对比度信号，控制光强度。光标控制设备能包括滤光器元件，用于向传感器有选择地传送光。滤光器元件能阻挡可见光和/或仅传送红外光。滤光器元件能配置成定义包括灵敏区的外壳层的区域。光标控制设备能包括位于窗口和传感器之间的第二滤光器元件，用于向传感器有选择地传送光。滤光器元件能位于内外壳的中央放置的凹陷处之内。而且，滤光器元件能位于内外壳和传感器之间。

外壳可包括窗口，其中，窗口定义包括灵敏区的外壳层的区域。窗口可整体形成在外壳层中。窗口固定在外壳层中的凹陷中。窗口可固定在外壳层中的通孔内。窗口的上表面可与外壳的上表面齐平。

光标控制设备能包括位于传感器和灵敏区之间的成像透镜。成像透镜整体形成在内外壳中。

光标控制设备能包括光源，具有贯穿灵敏区的光轴；以及照明透镜，位于光源和灵敏区之间。照明透镜整体形成在内外壳中。

可流体密封内外壳。内外壳包括上圆顶部分，基座以及在上圆顶部分和基座之间的封条。

传感器能是光学传感器以及能包括上述光电检测器阵列。

光标控制设备能包括控制器，用于处理由传感器生成的信号。控制器能包括用于确定跟踪可信度值的部件；用于使用历史跟踪值来确定预测(projected)跟踪值的部件；以及用于使用跟踪可信度值以及预测跟踪值和表示由传感器检测的运动的测量跟踪值的至少一个，确定增强跟踪值的部件。使用表示由传感器检测的光强度的照明值来确定跟踪可信度值，以及其中，光标控制装置能包括用于使用从用于主体传感器扫描的传感器接收的快门值(shutter value)和表示在主体传感器扫描期间从光源发出的光量的亮度值，确定照明值的部件。

能以本领域的技术人员将意识到的各种方式具体化各种部件，诸如根据物理集成电路结构，解释和执行包含须软件和/或功能中的指令的一个或多个处理装置和/或部件，以及能包括诸如具有部件的微型处理器，诸如缓冲器和/或一个或多个物理集成电路中的输入/输出控制器的设备。

能计算增强跟踪值以便如果跟踪可信度值是第一值，那么增强跟踪值等于测量跟踪值，以及如果跟踪可信度值是第二值，那么增强跟踪值等于预测跟踪值。能计算增强跟踪值，以便如果跟踪可信度值是第三值，那么增强跟踪值等于测量跟踪值和预测跟踪值的每一个的加权组合。测量跟踪值表示在主体传感器扫描期间传感器检测的运动，以及历史跟踪值可以与在主体传感器扫描前的至少一个传感器扫描有关。能基于在主体传感器扫描前，用于传感器扫描的增强跟踪值，计算历史跟踪值。照明值可表示在主体传感器扫描期间，由传感器检测的光强度。光标控制能包括用于将增强跟踪值提供给用于控制光标运动的客户设备的部件。光标控制设备能包括用于将增强跟踪值存储在存储器中的部件。用于确定预测跟踪值的部件将在前存储的增强跟踪值用作用于确定历史跟踪值的基础。

根据本发明的另一方面，光标控制设备包括光源，用于照射灵敏区；传感器，用于检测灵敏区中的运动；可信度计算部，用于确定跟踪可信度值；预测计算部，用于使用历史跟踪值，确定预测跟踪值；以及增强计算部，用于使用跟踪可信度值以及预测跟踪值和测量跟踪值的至少一个，确定增强跟踪值，测量跟踪值表示由传感器检测的运动。传感器能提供表示所检测的运动的测量跟踪值对，预测计算部使用各个历史跟踪值，确定预测跟踪值对；以及增强计算部确定增强跟踪值对，增强跟踪值对的每一个使用跟踪可信度值、历史跟踪值对的各自的一个，以及测量跟踪值对的各自的一个计算。测量跟踪值、预测跟踪值、历史跟踪值和增强跟踪值对的每一个表示在正交方向对的各自的一个中的运动。可信度计算使用包括快门值的从传感器接收的照明信息以及使用表示从光源发出的光量的亮度值。测量跟踪值能表示在主体传感器扫描期间，由传感器检测的运动，以及历史跟踪值与主体传感器扫描前，至少一个传感器扫描有关。使用主体传感器扫描前，用于所述至少一个传感器扫描的增强跟踪值，计算历史跟踪值。照明信息表示在主体传感器扫描期间，由传感器检测的光强度。光标控制设备能包括用于存储增强跟踪值的存储器。预测计算部将在前存储的增强跟踪值用作用于确定历史跟踪值的基础。计算增强跟踪值以便如果跟踪可信度值是第一值，那么增强跟踪值等于测量跟踪值，以及如果跟踪可信度值是第二值，那么增强跟踪值等于预测跟踪值。计算增强跟踪值，以便如果跟踪可信度值是第三值，那么增强跟踪值等于测量跟踪值和预测跟踪值的每一个的加权组合。光标控制设备能包括自适应照明控制部，用于控制由光源发出的光强度。自适应照明控制部控制光强度以便优化传感器的动态范围。自适应照明控制部基于从传感器接收的快门值信号和/或基于从传感器接收的对比度信号，控制光强度。照明信息基于从传感器接收的信息，以及自适应照明控制部正控制光源的强度。

根据本发明的另一方面，提供一种用于具有光源和传感器的光标控制设备的处理器。处理器包括用于确定跟踪可信度值的部件；用于使用历史跟踪值，确定预测跟踪值的部件；以及用于使用跟踪可信度值和预测跟踪值和表示由传感器检测的运动的测量跟踪值的至少一个，确定增强跟踪值的部件。

传感器能提供表示所检测的运动的测量跟踪值对，用于确定预测跟踪值的部件可使用各个历史跟踪值来确定预测跟踪值对；以及用于确定增强跟踪值的部件确定增强跟踪值对，增强跟踪值对的每一个使用跟踪可信度值、历史跟踪值对的各自的一个，以及测量跟踪值对的各自的一个来计算。测量跟踪值、预测跟踪值、历史跟踪值和增强跟踪值对的每一个表示在正交方向对的各自的一个中的运动。

可信度计算部能使用表示光强度的照明值，确定跟踪可信度值，以及处理器能包括用于使用从传感器接收的快门值和/或表示从光源发出的光量的亮度值，确定照明值的部件。

计算增强跟踪值以便如果跟踪可信度值是第一值，那么增强跟踪值等于测量跟踪值，以及如果跟踪可信度值是第二值，那么增强跟踪值等于预测跟踪值。计算增强跟踪值，以便如果跟踪可信度值是第三值，那么增强跟踪值等于测量跟踪值和预测跟踪值的每一个的加权组合。

测量跟踪值表示在主体传感器扫描期间传感器检测的运动，以及历史跟踪值与在主体传感器扫描前的至少一个传感器扫描有关。基于在主体传感器扫描前，用于至少一个传感器扫描的增强跟踪值，计算历史跟踪值。照明值表示在主体传感器扫描期间，由传感器检测的光强度。处理器能包括用于将增强跟踪值提供给用于控制光标运动的客户设备的部件。处理器能包括用于将增强跟踪值存储在存储器中的部件。用于确定预测跟踪值的部件将在前存储的增强跟踪值用作用于确定历史跟踪值的基础。

处理器能包括自适应照明控制部件，用于控制由光源发出的光强度。自适应照明控制部件控制光强度以便优化传感器的动态范围。自适应照明控制部件可基于从传感器接收的快门值信号和/或从传感器接收的对比度信号，控制光强度。照明值基于从传感器接收的信息，以及自适应照明控制部件正控制光源的强度。

根据本发明的另一方面，提供一种处理用于具有光源和传感器的光标控制设备的光标控制数据的方法。该方法包括执行用于确定跟踪可信度值的可信度计算的步骤。该方法还包括执行用于确定预测跟踪值的预测计算的步骤，预测计算涉及历史跟踪值。该方法进一步包括执行用于确定增强跟踪值的增强计算，增强计算涉及跟踪可信度值、预测跟踪值和测量跟踪值，测量跟踪值表示由传感器检测的运动。传感器能是提供表示感应的运动的测量跟踪值对的传感器。在这种情况下，执行预测计算的步骤用于使用各自的历史跟踪值，确定预测跟踪值对，以及执行增强计算的步骤是用于确定增强跟踪值对，使用跟踪可信度值、历史跟踪值对的各自的一个以及测量跟踪值对的各自的一个，来计算增强跟踪值对的每一个。测量跟踪值、预测跟踪值、历史跟踪值和增强跟踪值对的每一个表示正交方向对的各自一个中的运动。

可信度计算能包含表示由传感器检测的光强度的照明值，以及该方法能进一步包括执行用于确定照明值的照明计算的步骤，照明计算涉及从用于主体传感器扫描的传感器接收的快门值和表示在主体传感器扫描期间，从光源发出的光量的亮度值。

增强计算是如果跟踪可信度值是第一值，那么增强跟踪值等于测量跟踪值，以及如果跟踪可信度值是第二值，那么增强跟踪值等于预测跟踪值。增强计算还能是如果跟踪可信度值是第三值，那么增强跟踪值等于测量跟踪值和预测跟踪值的每一个的加权组合。

跟踪测量值表示在主体传感器扫描期间，由传感器检测的运动，以及历史跟踪值与在主体传感器扫描前的至少一个传感器扫描有关。能使用用于主体传感器扫描前的至少一个传感器扫描的增强跟踪值，来计算历史跟踪值。照明值能表示在主体传感器扫描期间，由传感器检测的光强度。

该方法能进一步包括将增强跟踪值提供给客户设备用于控制光标运动的步骤。该方法能进一步包括存储增强跟踪值的步骤。将所存储的增强跟踪值用作用于确定历史跟踪值的基础，重复执行可信度计算、执行预测计算以及执行增强计算的步骤。

该方法能进一步包括控制由光源发出的光强度的步骤。控制光强度的步骤可包括控制光强度以便优化传感器的动态范围。控制光强度的步骤包括基于从传感器接收的快门值信号和/或从传感器接收的对比度信号，控制光强度。照明值能基于从传感器接收的信息和在控制光强度步骤期间，控制光源的强度。

根据本发明的另一方面，提供一种光标控制设备，包括：第一传感器；光源；控制器，包括：用于接收表示感应的光强度的强度信息的部件；以及自适应照明控制部件，用于基于强度信息，控制由光源发出的光的强度。自适应照明控制部件可控制光强度以便优化第一传感器的动态范围。自适应控制部件可基于从第一传感器接收的快门值信号，控制光强度。自适应控制部件基于从第一传感器接收的对比度信号，控制光强度。能从第一传感器接收强度信息，或能从第二传感器接收，在这种情况下，自适应控制部件控制光强度以便优化第一传感器的动态范围。

附图说明

通过例子示例说明本发明，以及不由附图的特征来限定，其中：

图1是使用图像传感技术的现有技术光学鼠标组件的分解透视图；

图2是示出当鼠标在表面上操作跟踪功件时光线的路径的现有技术光学鼠标组件的横截面图；

图3是示出各部件的一般功能和位置关系的根据本发明的光标控制设备的框图；

图4是用于光标控制设备的光学***的示意框图；

图5示出当安装在面板中并互连到辅助开关时，使用中的根据本发明的光标控制设备；

图6示出光标控制设备从安装设备的面板的用户侧的外观的透视图；

图7是从安装设备的面板的用户侧所看到的光标控制设备的平面图；

图8是示出用于将设备保持在面板中的夹子的安装在面板中的光标控制设备的侧横截面视图；

图9是示出用于将设备保持在面板中的螺纹和螺母的安装在面板中的光标控制设备的侧横截面视图；

图10是示出设备内的部件的更详细排列的光标控制设备的示意横截面；

图11是示出将表面安装LED用作光源的光标控制设备的示意横截面；

图12是在辅助印刷电路板上安装表面安装LED的光标控制设备的示意横截面；

图13是在辅助印刷电路板上安装侧烧(side firing)表面安装LED的光标控制设备的示意横截面；

图14是使用包含分光器的同轴照明的光标控制设备的示意横截面；

图15是使用包含分光器的低角度照明和同轴照明的光标控制设备的示意横截面；

图16是其长轴基本上与面板的平面平行地安装外壳的光标控制设备的侧横截面视图；

图17是与图15所示的类似，示出内部各部件的一个可能排列的光标控制设备的侧截面视图；

图18示出以侧视图示出其基本部件的圆顶的横截面视图；

图19示出由在其弯曲(实线)和未弯曲(双虚线)位置中的柔性材料制成的圆顶的横截面视图；

图20是用于光标控制设备的光学***的截面侧视图；

图21示出具有用于整体形成到圆顶的材料中的照明的光导管的光标控制设备的示意横截面视图；

图22A示出具有形成为圆顶的后表面中的微棱镜或Fresnel透镜圈的圆顶的横截面；

图22B示出具有形成为圆顶的大部分的反射天窗的圆顶的横截面；

图23A示出根据本发明的光标控制设备的实施例的透视图；

图23B示出如图23A所示的光标控制设备的内外壳的透视图；

图24示出沿截面线XXIV-XXIV的图23A所示的光标控制设备的截面视图；

图25示出根据本发明的光标控制设备的框图；

图26示出用于当照明指示器高时，忽略运动的算法的例子的流程图；

图27A-27E示出用于当前光标控制设备的耐刮擦圆顶的各种排列；

图28示出当操作本光标控制设备时，与通常一样，紧密地握在一起的人的手指的手掌侧的放大示意图；

图29示出在将由本光标控制设备感知的表面的平面内的基本照明几何结构的例子；

图30示出自适应照明处理的例子的流程图；

图31A和31B示出能用来执行图30所示的处理的硬件实现的例子；

图32示出曲线路径投射处理的例子的流程图；以及

图33是示例说明能用来执行图32所示的处理的硬件实现的例子的示意框图。

具体实施方式

首先，参考图3描述光标控制设备10，其示出示意显示为面板安装的设备的侧截面视图的通用框图，以便表示设备的元件之间的一般关系。该设备具有能通过一个或多个配件58，保持在贯穿面板100的孔中的外壳50。光源70以图像传感器80敏感的波长发出辐射。照明光学器件40将辐射重定向并聚焦在光学物体平面300上。该物体平面300被安置成与提供光学窗口的圆顶30的顶面接近或重叠。最好，在工业环境等等中，圆顶将光学***密封于环境以及提供与用户交互的触觉和可视功件。成像光学器件88在将光学特性转换成信号的图像传感器80的光敏部分上形成物体平面300的实像。图像传感器芯片能并入图像传感器80和图像处理器82以便分析图像的运动并将其转换成用于控制光标运动的信号。另外，图像处理器82可与图像传感器80分离。控制器84将来自图像处理器82的信号转换成某一形式并执行其他功能，诸如将这些信号与由辅助控制，诸如光标控制设备10外的开关检测的信号合并。这些辅助控制通常例如用作将在执行传统的选择和诸如“点击”和“拖曳”功能时使用的鼠标按钮。通过将这些按钮的接口并入光标控制设备10的控制器84内，能使用从光标控制设备10到主机或***的单个互连点。该互连能示意地用发射机90表示，其能是例如有线电子连接、无线发射机或包含两者，用于连接到辅助控制和主机***。发射机90也能用来向光标控制***10供电，或能在外壳内提供自备电源200，诸如电池。聚光圈60可以纯粹是装饰和美感的，或可以执行一个或多个实际功能。聚光圈的可能实际功能可包括指示光标运动轴的方向、有助于将圆顶30安装到外壳50的结构功能，或可能用作有助于将光标控制设备10连接到面板100的辅助部件。

图4示出光标控制设备的光学***的示意框图。光学元件或子***用矩形框表示，以及用在照明和成像中的光学辐射能量流用箭头示意表示。按照该辐射流，光源70以图像传感器80灵敏的波长发出光辐射。所发出的辐射由照明光学器件40调节并通过圆顶30发送以便照明物体平面300。由物体平面300中的物体散射的辐射部分再次经过圆顶30并由在图像传感器80上形成所照物体的图像的成像光学器件88收集。图像传感器80检测该图像，最好，处理它以便产生能经受图像处理器(在该图中未示出)进一步处理的信号。

用于将几个光学功能集成为单个功能或将这些光学功能的一些的实现集成到圆顶30中的时机用图4中的带有上标“′”标记来表示。圆顶30能充当简单的窗口来保护光标控制设备的工作，其中，最小化其光学功能性。然而，为了微型化或可制造性的缘故，能将另外的光学功能并入圆顶中。与能集成到圆顶中的照明子***有关的功件示意性地用圆顶的区域30’表示。与成像子***有关的功件用区域30”表示并用虚线示意地分开，表示这些功件能在圆顶的结构内或上物理地分开或仅功能地分开。通用照明子***40’包括圆顶照明功件30’以及计划的另外的照明光学元件40。同样地，通用成像子***88’包括圆顶成像功件30”和计划的另外的成像光学元件88。

能由照明光学器件40和30’或40’执行的功能包括聚光，从光源收集和聚焦辐射；重定向，通过使用诸如反射镜或光导管的元件，以便将照明的方向改变到某一角度；聚焦或成形，以进一步定义照明区并限制被照射的空间体积以便最大化物体平面30处的亮度以及限制照明体积的深度；以及均质器，用于提高包含物体平面的整个空间体积内的照明的均匀度。成像光学器件包括成像透镜或反射镜以便在图像传感器、棱镜、反射镜或衍射元件上形成某一放大率和图像质量的物体平面的图像，以便改变光轴的方向，这可在折叠光学***以便使其更紧密中有用，或可选地，包括散光片，有助于限制成像光学器件的场深(depth of field)。稍后论述散光片的功能，以及能用来帮助那些功能的一些的圆顶30中的结构。在一些实施例中，圆顶30充当用于照明的简单窗口，但包含散光片，以便限制成像光学器件的场深。属于照明和成像的其他光学元件最好被并入与圆顶分离的零件或多个零件中。

图5示出当安装在面板100中时使用的光标控制设备10。用户“敲击”设备，即，用户的附肢，例如光手或戴手套的手、手掌或指尖轻触圆顶的上表面以便在主机***的显示屏上移动光标。如果附肢离开圆顶一个短的距离，光标控制设备被设计成停止跟踪，并对附肢的运动或对该距离内的照明或物理运动的改变化不灵敏，使得光标保留固定在位置上。稍后论述可限制设备的场深的方法。辅助控制110，诸如用于启动功能、处理或选择主机***的动作的开关通过线束92连接到光标控制设备10。这允许光标控制设备10协调光标控制和选择功能以及由单个电缆连接到主机***。可以期望多个辅助控制，每个具有至光标控制设备10的连接。光标控制设备内的图像处理电路82能配置成提供有关附肢接近物体平面300的信息(再次参考图3)，以及当“敲打”时，能解释物体平面内和外的运动以便执行选择和其他功能。能通过使用这种功件，消除或补充辅助控制110。使用中，最好通过光标控制信号的适当编码，排列主机***显示屏上的光标运动以便以直觉的方式，响应用户手的运动。在大多数情况下，这表示光标将在用户的手的相应方向上移动：即，当用户的手移向用户的左和右边时，分别移向显示屏上的左和右边，以及当用户的手“向前”或“向上”(向指尖)以及“向后”或“向下”(向肘)移动时，分别移向显示屏的顶部和底部。

如由其名称所隐含的，圆顶30最好是凸面的，最好接近球体一部分的形状，以及凸向面板100的用户侧。圆顶的直径最好在5和30mm之间，以及最好根据直径，最好在面板的前表面上凸出2和15mm之间的高度。假定电子和光学部件，诸如图像传感器芯片的现有大小，圆顶的实际直径为15和25mm之间。通过该直径圆顶，10至15mm高度将是适合的。这些尺寸提供了能易于被感觉而用户不必直接看光标控制设备的跟踪球状功件，并允许通过放松、稍微凹陷的手掌以及指尖操作。然而，在如窗口的功能中，圆顶30能另外更平、完全平面或稍微凸面。平面圆顶能与平板的前表面齐平安装，或在聚光圈中的平面上凸起。如果面板具有除平面外的形状，则圆顶表面将与面板形状共形以便“结合到”面板中。稍微凸的圆顶，不管是与面板齐平还是凸出面板，将促使用户仅用他或她的指尖操作光标控制设备，在仅需要精细运动的专有应用中，这是所期望的。

图6示出如从面板100的用户侧看到的光标控制设备的透视图，表示为完美外观，圆顶30可如何由聚光圈60环绕并帮助将圆顶的前面升高到面板上的所需高度。

图7是当从面板100的用户侧看时光标控制设备的平面视图。从这一方面看，圆顶30的实际形状最好是圆形，尽管其他形状，诸如椭圆、方形、矩形或其他凸面曲线或多边形也是期望的。除了聚光圈60外，为进一步引用，示例说明圆顶30的正面30a的区域和功件。双虚线圆内的标记为34的区域表示成像到图像传感器80的光敏部分上的区域，并将被称为光标控制设备的“灵敏区”。这是能用光源70照射以便检测的区域32的一部分。区域32将被称为“窗口”区，可以或可以不存在将窗口区与外环区域分开的可见功件。窗口32最好具有用于良好成像和传输照明的光学质量。为了提供均匀照明和对成像***未对准的一些容限，期望窗口至少与灵敏区34一样大。在窗口32和朝向聚光圈的圆顶外缘之间的更大半径的圆顶区域将称为圆顶的“外环”36。通常，朝向用户的圆顶侧面被称为“前面”，以及朝向图像传感器的圆顶侧面被称为“背面”。在一些实施例中，在圆顶的前面上，外环36不需要是透明的或具有特定的高光学质量。稍后将更详细地描述圆顶的另外的实施例。

现在，将描述有关光标控制设备的结构和安装的一些机械细节。首先，论述用于在将称为“垂直”的方向上固定光标控制设备10的附件58，其中，设备的长轴垂直于面板的表面。图8示出光标控制设备的实施例，其中，用于将设备10固定到面板100的孔102中的附件58采用一个或多个弹簧夹58c的形式，可能用与外壳体52相同的材料，固定到或整体制作到外壳体52。通过适当地设计夹58c和孔102，能从面板100的前侧***外壳体52，以及夹将在***后扩展以便使光标控制设备稳固地保持住。图8示出了光学垫圈62以帮助密封面板100，因此防止在面板的前后侧之间流体或微粒污染物的流通。

图9示出附件58包括在外壳体52上形成的螺纹58a和面板安装螺母58b的另一安装方案。优点包括更有效的密封动作，但缺点包括外壳体52具有比螺纹更小直径或横向截面的更有限设计，以及安装期间，由于必须到达面板100的背面的不便。预期其他附件方案，诸如使用摩擦金属弹簧夹也是可以的。

现在，更详细地考虑光标控制设备的内部结构。图10示出垂直定向的设备的示意横截面，其中将光源70a，例如LED(发光二极管)用作主要光源。由光源70a提供的照明最好以小(更切线)的角度入射到将检测的物体上(将此称为小角照明)。整个设备的横向尺寸(与面板的平面平行)能通过安装图像传感器80使其长轴沿外壳体52的长轴而保持紧密。图像传感器80最好是固态设备，诸如图像传感器集成电路(IC)或“芯片”。该实施例示出使用在其上安装所有光学和电子部件(除圆顶外)的单个衬底或印刷电路板(PCB)86。光源70a可以是具有弯曲以允许以直角(平行而不是垂直于PCB86发射)的引线的传统引线设备，或特定直角安装型式。圆顶30连接到外壳体52上的凸缘54。其整个组件或部件能由胶、螺丝、熔接、模塑或咬在一起的功件的组合保持在一起。电子部件能安装到PCB86，诸如图像传感器80、图像处理82和接口电路84的部件、主光源70a以及用作发射机的电子连接器90a。未示出可用来适当地调节来自光源70a的光将其指向窗口的照明光学部件的详细情况。成像光学器件88被示出为单个多功能元件，包括直角图像棱柱体88a和成像透镜88b和88b′。使用模塑技术，能在单个零件中形成这种多功能元件。

图11示出垂直定向设备的稍微不同的型式，其中光源70a是通过PCB86中的孔发光的表面安装型。在该方向上，小角照明更易于实现，而没有另外的照明重定向光学器件，但期望挡板48以便防止杂散辐射直接进入成像光学器件。在该图中未示出用于在外壳内支撑和对准成像光学器件88的部件。机械支撑和对准功件(未示出)能制作在光学零件88上、外壳体52中，或作为单独的零件。

图12示出垂直定向的光标控制设备的另一实施例的内部结构，其中辅助印刷电路板86a用来安装一个或多个光源70a，在此示为向上发光的表面安装设备。PCB86a可以是刚性的、通过有线或花线电缆连接到主PCB86，或PCB86a可以是形成主86和辅助86a印刷电路的柔性电路的一部分，以及柔性电路能弯曲为这种结构。对光学对准目的来说，刚性板是优选的，但能在外壳凸缘54上支撑辅助板86a。注意辅助板86a需要求一个孔、槽口或其他功件以允许成像光学器件通过它看到灵敏区34。能使用圆顶中的另外的光学功件或简单通过光源布局的几何结构，来实现窗口区的小角度照明。偏爱以绕圆的预定间隔分开的可见光源70a的更对称布局的美学考虑与在小角度照明中提供更多阴影的单一或不对称放置的光源不一致。

图13示出使用在这种情况下，支撑一个或多个侧烧(也称为直角)表面安装光源70a的辅助印刷电路86a的设备结构。该结构具有相当小型的可能同时由于光源几何结构，提供实现小角度照明的简单方法。辅助PCB86a在某种意义上用作挡板以防止来自光源70a的光直接进入成像光学器件。

在一些情况下，期望提供垂直于(正交)将被检测的表面的照明，或者接近于此，而不是小角度切线照明。要求跟踪压花表面，诸如压花手套，可以是单色但纹理表面的未戴手套或无压花表面相区别的应用可能要求此。在这种情况下，提供接近垂直照明的一种方法是使用同轴照明光学器件，其中，照明辐射沿与成像辐射相同路径的路线的至少部分行进。图14示例说明提供使用分光器46来提供同轴照明以去除反射回最好是与成像光学器件同轴放置的LED的光源70b的图像光的方法。期望另外的聚光光学器件42将照明适当地集中到灵敏区上。为了防止来自光源70b的辐射跳离分光器46而朝向外壳内部的右侧，然后通过分光器返回到图像传感器80，期望光束收集器46a吸收从分光器向右侧引出的辐射。光束流收集器能如所示垂直呈一角度，以便降低来自光束收集器本身的镜面反射，其会导致来自光束收集器的反射光进入图像传感器80。

最后，如图15所示，能在单个设备中实现小角度和垂直照射的组合。小角LED70a和同轴定位的LED70b能同时接通，或者交替接通。在后种情况下，图像处理电路可获得具有两种形式的照明的交错帧(alternating frame)以及通过仅将帧与类似照明进行比较来跟踪运动，同时合并该信息以便将单个运动信号提供给主机***。

在所有先前例子中，用于外壳体的“垂直”定向用于一致性。如前所述，“水平”定向也是可能的。这在图16中示例说明。这种结构能用来最小化面板后面使用的厚度。这在将光标控制设备集成到键盘、膝上型计算机、或薄支架或平台的应用中是期望的。如果外壳本体52能画轮廓为如用双虚线所示，可通过孔102将外壳从面板的用户侧***。否则，需要将外壳凸缘54做得足够小以便从面板的后面通过孔102装配。该情形如图16所示。如所示，附件58采用绕设计成与圆顶的背面上的凹口38中的配合结构相呼应工作的凸缘的边缘的凹槽形式，以便形成咬在一起的扣件。这些功件能用外壳凸缘的外缘和凹口的内缘上的螺纹来代替。通过被画为Belleville垫圈的横截面压缩压向面板的背面和外壳体的前面的弹簧垫圈58d(或其他适当的弹簧)的作用，相对于面板紧密地固定圆顶和聚光圈。

图17示出与图16类似的水平安装的光标控制设备的可能的内部结构。因为方向，在该型式中不需要图像旋转棱镜。与图1和2的鼠标类似，图像传感器芯片及其相关的成像透镜88b能直接面对灵敏区。光源70a能定位在拉长的引线上，如所示，以便使发射区更接近圆顶30。可需要能采用不透明管形式的挡板48，如图17的截面所示，以降低从圆顶反射到成像光学器件的孔径中的照明量，并可用来适当地使图像传感器与灵敏区34分开。圆顶的后表面30c上的功件，例如在所述背面上整体形成的辅助成像透镜88b’能用来帮助定位和保持挡板48。如该图中所示，还有用于密封圆顶30和外壳52的显式装置。O环型的封条56示为压缩在圆顶的凹口38内的后表面30c和外壳凸轮54间。

现在，更详细地论述圆顶的功件和可能的变形。作为与光标控制设备的用户的主要接口，圆顶能具有几个功能。圆顶上和圆顶中的功件能用作照明***和/或成像***的一部分以便降低整个组件中的部件的数量。该圆顶能具有各种触觉和可视功件以便增强用户接口。

图18示出通用圆顶30和聚光圈60的横截面视图。尽管聚光圈包括在图中，将不进一步论述其特征。除图17所示的横向区外，圆顶30在该视图中还能被描述为具有包括前表面30a、块体30b以及背面30c。有用或装饰作用的各种功件能包含在圆顶的这些零件中。图18所示的通用圆顶具有粗略平行于平滑前表面30a的平滑背面30C，不具有将允许它以除与具有轻微透镜化或异常属性的简单的圆顶状窗口外的任何其他方式操作的另外的功件。

圆顶30最好由刚性透明材料，诸如玻璃或透明塑料制成。它能被着色以便降低图像传感器对外部光源反应的敏感度，允许圆顶作为滤光器。例如，如果光源70以红外操作，则圆顶的块体30b能被染色以便使它变暗或基本上在可见光谱中吸收而对照明波长保持基本上透明。

图19所示的替代方案是圆顶由柔性材料制成。圆顶中心上的手指压力能使它从其形成的形状，如用双虚线所示，弯曲到使用实线所示的弯曲形状。该弯曲能移动指尖以便使图像失焦，可以由图像处理电路解释为按钮按压，或机械开关能放在圆顶下，从而该弯曲能用来起动它。

成像功件，例如在背面30c上形成的透镜表面已经结合图17提到。窗口区可以是平面的，而不是曲面的用于更好的光学性能。在稍后的章节中论述有关限制场深的另外的成像功件。

图20是更详细地示出光学***的实施例的光标控制设备的截面侧视图。为了清楚地表示光学路径，该图省略了已经在其他图中示出的机械部件和功件，诸如外壳和电子功件，诸如电路板和图像处理器。光线被示出为细线。

在该实施例中，照明光学器件40包括成形为接收在聚光器42上集中的光源70a的单个透明光导元件44a。全内反射(TIR)表面(“棱镜”)使聚光的照明改变方向并引导它通过圆顶30以便照射灵敏区，该灵敏区正好在前圆顶面之外并以光轴500为中心。在该实施例中，圆顶30仅用作曲线窗口以及不具有形成照明光学***或成像光学***的一部分的另外的功件，尽管诸如限制场深的散光片(未示出)的功件能易于包含在接近光轴500的圆顶的表面中，而不要求改变该通用光学示意图。

成像光学***88，与照明***一样，包括单片透明元件，包括TIR表面88a，以及在该实施例中，包括两个折射透镜表面88b和88b′。单个透镜***也是可能的，但焦距将长于两个透镜***，以及场深将由此更大。也能使用更多的透镜或其他成像***元件，但这会导致更复杂的组件。所示的两个透镜***与由两个会聚透镜构成的Keplerian望远镜类似，但使用它好象具有短焦距的中继***来传送具有几乎单一放大率的图像(最好是在0.25至4范围内的放大率)。作为单一率放大中继***，透镜表面88b和88b’的焦距几乎相等，以及分别通过几乎单一的共轭比(近似相同的物体和图像距离)进行操作。其他放大率是可行的，因为透镜的操作分别远离统一共轭比，而仍然维持几乎单一的整体***放大率。通过相对光轴50045度***TIR表面(棱镜)88a，来实现光学***中的直角转向，或能等效地使用外部反射镜。然而，TIR棱镜的一个优点是它允许整个成像光学***用单个材料制作，因此，简化了组件，同时更少可能误对准。成像光学零件88上的功件能设计成与图像传感器插件80上的功件对准以便进一步简化组件和保证光轴与图像传感器的中心对准。外壳、圆顶或单独件上的附加机械功件(未示出)可用来保持光学元件彼此和与光源70a和图像传感器80配准。

尽管在该图中示出了照明***40绕轴500与图像传感器80完全相反放置，照明光学器件和照明的方向可以在围绕中心线500的任何角度放置，而不影响光标控制设备的操作。这是因为与投***影的方向无关，图像传感器能跟踪它们的运动。照明光学器件的设计中的该自由旋转度可被用来有助于组装、互连或微型化。当从圆顶外部看时，能以一定的均匀或非均匀角度间隔，绕轴500，在一个或多个零件中放置照明光学器件的多个副本，用于冗余，用于装饰外观或甚至交替使用以优化照明。参见图15有关如何能一起使用多个照明源的论述。在绕轴500放置多个照明源的情况下，以该旋转轴角的分集能与使用图15的配置实现的小与大角照明的分集成对比。如果有至需要跟踪的纹理的方向，这能是有用的，使得从一个轴旋转角相与另一个获得更好的阴影。

因为设备的整体几何结构，将照明光学器件的功件包含在圆顶中可以是有用的。重定向来自光源的光以及成功地将其耦合出窗口外而没有全内反射特别重要。诸如棱镜或光导的功件44a可以是如图20所示单独的元件，或构成圆顶结构的一部分，如图21所示。在圆顶内所需地方产生全内反射以在圆顶材料的表面和包含在外壳内的空气之间重定向照明。能使用如图21所示的凹口窗区来允许照明光以小角离开内部光导管到灵敏区而没有全内反射。

现在将参考图22A和22B，描述包含照明光学***的元件的圆顶结构的变形的例子。

图22A示出形成到圆顶的背面30c中的微棱镜44d或Fresnel透镜44c的环。这些能绕窗口区旋转对称。在这种情况下，圆顶组装到外壳的旋转方向不重要，能简化设备的制造。另外，能形成没有所述旋转对称的更复杂的微重复光学功件以便更高效地执行来自单个光源的照明的集中。

图22B示出形成到圆顶的块体30b中以便重定向和/或聚焦照明的反射百叶窗44e。这些能通过例如第一模塑操作、金属化操作和第二模塑操作以便嵌入百叶窗而形成。能消除第二模塑操作，在这种情况下，圆顶的背面能按照百叶窗轮廓。另外，能形成凹槽或气穴以便导致全内反射百叶窗，而不是反射涂层百叶窗。

装饰功件能容易地并入圆顶的外环中。能包括高亮窗口或灵敏区的触觉和/或可视功件，诸如绕窗口的凸起环、凸出或凹进的窗口区，或窗口和外环之间的纹理差异。通过适当的照明和纹理，能向外环提供整体发光外观。下面更详细地描述另外的装饰变化。

具有耐磨损和/或抗反射属性的涂层能应用于圆顶的前表面。防反射涂层能应用于背面。反射(例如金属)涂层能用来增强照明或对外环区产生发亮外观。

如先前结合图5所述，期望使光标控制设备仅对接近圆顶的前表面(例如小于3mm)的表面灵敏。物体平面或最佳焦平面能放在圆顶的前表面，或稍微高出朝向用户以便稍微放大场深度。可以将图像处理电路82设计成当由图像传感器80检测出不充足的图像特征时，停止更新光标位置或运动信息。来自Agilent Technologies的商业可获得传感器芯片实现该功能。由于几个因素，图像特征可被“丢失”。失焦图像将缺少跟踪的敏锐特征。移动到缺少与投***影的对比特征或高度差的极其平滑、均匀彩色表面能防止更新光标位置。因此，成像光学器件(焦深)或照明几何结构(发光量)能用来限制场深。通过在***中使用大的孔径、短的焦距透镜(高数字孔径)，能降低成像光学器件的焦深。将照明集中于接近圆顶的前表面的区域中降低了远离圆顶的灵敏度。在下文中，更详细地论述纤维光学面板的使用。

用于实现降低的场深的技术是将散光片包含在***中，最好通过圆顶的前表面30a上的结构或纹理(再次参考图18)，尽管散光片也能并入块体30b或背面30c或任何组合。与引入随机相位变化的散光片，诸如波纹玻璃接触的物体能比在它后隔开的那些看得更清楚。这是因为从物体发出或从物体反射的光线由散光片重定向并偏移，以及对于行进物体和散光片之间的更大距离的光线效果更大。漫射结构可以是随机结构，能具有不同深度或特征大小。现在参考图7，漫射结构能放在外环36、窗口区32中，甚至在窗口上的灵敏区34内。外环36或窗口32中的漫射结构能用来通过全内反射条件的控制或改变，来增强照明。成像属性最受灵敏区34内的漫射结构的影响。代替随机结构，可使用更复杂的光学结构，诸如微棱镜来执行照明或漫射功能。用于定向或漫射光的微棱镜通常通过用于产品，诸如液晶显示器背光、预测显示屏、发光产品和用于照相机取景器的聚焦屏的被称为“微复制”的模压或模塑工艺再生产。相同的技术能用来制造具有聚焦光的能力的Fresnel透镜。类似的工艺能用在制作用于光标控制设备的圆顶中。

能看出上述光标控制设备能以各种方式，例如使用用于外壳和圆顶的标准注模技术，由低成本、通用材料制成，以及单一或组合使用多个标准技术的任何一个紧固在一起，包括咬合或旋在一起、胶合或熔接。

在先前的描述中，已经描述了光标控制设备的许多另外的实施例。仍然存在能在具有更多功件的更复杂***的环境下实现，或允许主物体不耐久的不同应用的更多变形。

另外的实施例的一个例子是圆顶内的圆顶结构，如图23A、23B和24所示。图23A示出光标控制设备700的透视图，图23B示出光标控制设备700的内外壳720的透视图，以及图24示出沿图23A的截面线XXIV-XXIV的光标控制设备700的横截面视图。光标控制设备700包括外壳层710(或外圆顶)以及嵌在外壳层710中的内外壳720(或内圆顶)。外壳层的优选直径在从10mm至80mm的范围内，最好从25mm至60mm。这些优选尺寸产生在尺寸和形状方面类似于传统跟踪球的设备。由于组件的小型化，设备的整个功能，包括检测、处理和连接到主计算机能正好在传统跟踪球单元的“球”部分的包络内执行。通常以凸圆顶的形式提供外壳层710，以及内外壳720包括在外壳层710的凸圆顶内放置的互补凸圆顶部分722。外壳层710具有窗口32，通过该窗口执行照明和成像。窗口32还向用户提供外壳层的灵敏区34的可视指示(用虚线画出)。应注意到，为了说明目的，示出在图23A中画出的灵敏区34以及不打算限制，特别是有关灵敏区34的大小和形状。内外壳720具有当正确地组装时，与外壳层710的灵敏区34对准的稍微中心放置的凹陷处728。凹陷处728具有至少与灵敏区34的扩展一样大的上开口。在本实施例中，如能由图24所示的视图意识到的，凹陷处728的上开口与窗口32的周界对齐。

内外壳720，除了具有凸圆顶部722之外，还包括基座724和位于基座724和凸圆顶部722之间的封条726。封条726与凸圆顶部722和基座724结合，为内外壳720提供与外界流体密封。

位于内外壳720内的是用于将接近外壳层710的灵敏区34的运动转换成光标控制数据的光学引擎。光学引擎包括先前论述的部件，诸如光源70、传感器80和图像处理器82。集成到内外壳中的是用作成像透镜的成像光学器件88，和用作照明透镜的照明光学器件40。能形成照明光学器件40以便执行与上述的聚光透镜42类似的功能，或可选地，能简单的是缺少光功率的窗口。在传感器80和成像光学器件88之间放置稍后将更详细描述的滤光器元件89。

在本实施例中，外壳层710能设计成容易从内外壳720中移出。由于独立地密封内外壳720，能从内外壳720移除和/或替换外壳层710，而不损害内外壳720的密封。

由于光标控制设备700(以及其他实施例)被设计成向上看周围背景光，几种技术可用来拒绝不期望的背景信号。在下述段落中，参考图25描述成像和照明条件。

图25示出光标控制设备700的示意图，其中，为清楚目的，省略了诸如内外壳720的某些部件。还将意识到有关图25的描述将同样适用于本发明的其他实施例。

在图25中，最好将物体平面300(即最佳焦平面)置于窗口32的外表面之外将近成像***的景深(focus depth)310的一半以便最大化能检测和跟踪不平物体的深度。景深310的“近”边缘(至传感器)应当位于或接近窗口的外表面，或稍微在窗口以内以便允许焦距误差或轴向对准误差不引起外壳层710的外表面处的检测间隙。通过照明区420进一步限定检测量，即，沿来自光源70的照明在其上延伸的成像光轴500的深度，及其横向宽度。

景深310和照明区420一起定义一个总场深。期望的场深是几毫米(大于1并小于5)，用于检测与窗口32的外表面接触或几乎接触的人手。这允许跟踪存在正常表面状况以及临时丢失与窗口32的良好接触。传感器的横向视场连同成像光学器件88确定场深内的横向灵敏区34。另外，传感器具有有角视场320，在该视场内可以检测远离物体或光源，导致必须被丢弃的可能寄生运动数据。最好提供照明光学器件40(诸如聚光器42等等)以便优化来自光源70的照明光的集中，以及其瞄准。照明越集中，信号越高可能到达传感器80，但照明量越小，因此存在最佳。同样地，对于给定光源70，通常不是点光源，而是有限范围，存在最佳焦距和离光源的距离，在该处来自光源的光线在物体上几乎是平行的，导致切线入射照明(如下所述)中的最易干净的阴影。生成干净阴影还支持使用来自单方向的单照明源。选择用于聚光器42的焦距和位置是所有这些因素之间的折衷。最后，通过高照明集中(小照明深度410)和窄的有角视场320，最大化背景抑制(background rejection)。

背景抑制的第二种方法包含选择照明波长和使用能抑制照明波长外的波长的光的滤光器。在一些实施例中，光源70是具有在780-1000nm范围内，特别是875nm的中心波长的红外LED。用阻塞可见光的大多数光，对人眼说看起来接近黑色，但通过大部分红外照明光的材料，很容易获得滤光器。整个外壳层710或仅窗口32可由这种滤光器材料制成。另外，如用具有相同或不同波长阻塞特性的图25中的89和89′所示，可以放置滤光器或多个滤光器。单个另外的滤光器可能放在位置89或89′中，或能在位置89和89′中均提供滤光器。在位置89，能如图24所示，在成像光学器件88和传感器80之间放置滤光器。在位置89′中，滤光器能放在凹陷处728中、在窗口32和成像光学器件88之间。例如，外壳层710和窗口32能由通过红外光和可见光的材料制成，以及滤光器89能由阻塞可见光和紫外光的材料制成。如果传感器80在不期望的波长，诸如更长红外波长处灵敏，则可使用短通滤波器来阻止那些波长。

还能使用极化技术来抑制一半非极化环境光。能在源的内部或外部，例如通过将极化滤光器或属性置于照明***内部，优先极化来自光源70的光。滤光器89和89′能具有置于它们中的极化属性以便它们能充当分析仪，抑制未被极化成与由被检测物体反射的来自照明光源相同的光。

能另外实现图像处理器82中的软件或固件算法、接口电路(例如图3中的控制器84)，以及主计算机中的驱动器(图33中的零件800)以便执行抑制背景光或功件。已经发现当在被照区域420(见图25)中不存在物体，或甚至当物体正离开最佳焦平面300，但仍然全部被照射时，达到传感器800的光量显著地降低。当使用滤光器或多个滤光器89和89′来抑制除了来自光源70的除照明波长外的波长时，这更有效。能使用的光传感器来生成指示在照明区内存在或缺少要被跟踪的物体的信号。然而，用在该设备中的适当传感器通常具有其设定值与到达传感器80的光电平有关，并能由图像处理器82读出的电子快门(每帧积分时间)或自动增益控制(AGC)。在电子快门的情况下，由于从检测体积去除物体，“打开时间”快门值随光电平下降而增加。因此，快门值可以用作跟踪效率的指示符(在下文中，称为“跟踪指示符”)。只要快门值超过某一阈值，检测的运动可被忽略。当与自适应照明(如下所述)一起使用时，正确的跟踪指示符必须考虑光源70的亮度设定，因为每帧中击中传感器80的光量与光源强度乘快门“打开”积分时间成比例。该跟踪指示符可以是“照明指示符”而不是“快门值”。这种照明指示符可用L＝kf(B)S来表示，其中，L是与击中传感器的光量成反比的照明指示符，k是比例常数，f(B)是包含命令值和由光源70发出的实际强度之间的可能非线性关系的光源命令值B的函数，以及S是与电子快门积分时间成比例的快门值。应注意到其他设备，诸如电容传感器能用来基于将被跟踪的物体的邻近而生成跟踪指示符，因此，该算法不限于将照明信息用作跟踪指示符。实际上，如果其他硬件、软件或固件装置可用于生成跟踪指示符，则可能不基于邻近，而例如基于运动数据的分析，那么该另外的跟踪指示符也可被用作这里下面所描述的用于背景抑制和路径预测的算法的输入。

描述用于当照明指示符高时忽略运动的算法的例子的流程图如图26所示。该算法用于抑制例如由于存在相对低级的周围背景光和/或通过移动从围绕光学引擎的环境投下的阴影而生成的错误运动数据。然而，应注意到该处理不限于由图像处理器，诸如图像处理器82执行，而是能由包括用于进一步处理运动数据的控制器/处理器的单独设备，诸如控制器84全部或部分地执行。在一个实施例中，图像处理器82能仅用于与处理图像有关的处理部分以便产生运动数据和照明指示数据。然而，不需要图像处理。在步骤S2600，图像处理器82从传感器80接收运动数据和照明指示符L，或者，图像处理器82从传感器接收数据，诸如快门值以及图像处理器82如上所述计算照明指示符L。在步骤S2610，图像处理器82将照明指示符L与阈值进行比较，高于阈值则可以分析出未发生跟踪。如果照明指示符L小于阈值(步骤2610为“是”)，那么，过程继续步骤S2620，在其中更新运动数据。否则，如果照明指示符大于阈值(步骤2610为“否”)，那么旁路步骤S2620。因此，根据图26所示的过程，除非由传感器80检测到适当的照明量，将不更新运动数据。

为了在长期使用后提供可靠跟踪，其中，手、手套或其他物体重复地滑过外壳层710或圆顶30，根据具体情况而定，期望对窗口32提供保护以便使其耐刮擦和其他损害。图27A-E示出耐刮擦外壳层710或圆顶30的多个实施例。最好，照明和成像光通过的窗口32(或至少与成像有关的横向灵敏区34)具有高光学质量。图27A表示圆顶30或外壳层710，具有光学窗口区32，由一种耐刮擦材料，诸如玻璃或蓝宝石制成。某些聚合物材料足以耐刮擦以便“原样”使用。在这些图中，窗口32被示出为两侧为平的，尽管其他形状也是期望的。窗口32最好稍后高于圆顶30/外壳层710的基座弯曲部分以便提供触觉元件30d以便向用户提供用于有效区的位置的感觉。

在图27B中，薄(与环绕材料的厚度相比)的耐刮擦层或涂层340应用于圆顶30/外壳层710的整个外表面上。可以在应用期间将这种涂层限制到仅覆盖窗口32的外表面或甚至仅灵敏区34。然而，为了简化，期望如所示，将其应用于圆顶30/外壳层710的整个外表面。

图27C示出由***圆顶30/外壳层710中的通孔的单独耐刮擦材料制成的光学窗口32。如在图25的论述中先前所述，窗口32能具有不同于圆顶30/外壳层710或滤光器89和89′的滤光属性。能适当地模塑、挤压、焊接、粘胶窗口32，或者固定到圆顶30/外壳层710的孔中。

支撑窗口32的更加安全手段是提供如图27D所示的横档，以防止它在孔内轴向滑动。注意在如前所述的圆顶内圆顶的结构中，能完全使窗口32密封于外壳层710是不紧要的，尽管期望有助于保持外壳层710和内外壳720之间的区域干净和干燥。

另一替代方案如图27E所示，其中，通过形成凹口而不是通孔，用于构成圆顶30/外壳层710的材料在窗口32下面保持连续。这保护圆顶30/外壳层710的密封以及有助于支持窗口32。在这种情况下，对照明波长透明的光质量粘合剂最好用来将窗口32保持在凹口中。

在使用单独的窗口件的所有三种情况下(图27C、27D和27E)，期望将窗口32的外表面设置成与圆顶30/外壳层710的外表面或圆顶30/外壳层710的凸出部分齐平，如所示。这确保不存在用户能感觉到、会变破裂或会堆积污染物，诸如油脂或灰尘的尖锐边缘。另外的零件或结构(未示出)，诸如聚光圈或螺丝帽可以用来保持窗口32。这些另外的零件可以具有装饰功能，或可以充当触觉元件30d的一部分。

人手或手套具有必须被容纳以便可靠跟踪并提供满意的用户体验的特性。手或手套通常在颜色方面相对亮和均匀，导致将被跟踪的相对小的亮-暗转变特性。因此，使用切线入射照明来跟踪表面粗糙度特征非常有效。图28示出当操作本光标控制设备时通常握在一起的人的手指600的手掌侧的放大示意图。以比垂直更平行于表面的角度入射照明光400。基本上存在两种表面构形尺度，较小的尺度(深度和横向尺寸)，诸如指纹***部610和较大的尺度特征690，诸如相邻手指之间的间隙，或结构，诸如从皮肤褶皱和基础肌肉、腱等等起皱的手掌或手指。该手的稍微翘曲也如图28所示。小尺度特征610是提供用于在用于典型的传感器和典型的单放大率成像光学器件的大约1mm宽横向视场内跟踪的一个或多个特征的适当尺度。因为它们的小高度，它们投下具有好的对比度的小的阴影410，这也是用于跟踪的适当尺度。大尺度特征能显出跟踪障碍。它们不仅能扩展得比成像光学器件的场深更深，使它们进入和离开焦点，同时通过灵敏区34，而且它们投下的阴影490也使间隙690变暗，以及大尺度特征690因为他们的高度能产生的宽暗区。当间隙690经过灵敏区时光标跟踪能停止，一种不期望的效果。

基本照明几何结构如图29所示。将检测的表面平面与物体平面300平行。光轴500通常必须近似平行于表面法线，以便表面穿过横向视场焦点对准中。照明光图像400的中心射线(照明光轴)或传播矢量430以范围从0至90度的角度440入射到平面上。接近于0度的角度440(在0至45度的范围内)对应于切线入射，而接近于90度的角度(在45至90度的范围内)对应于法线入射。存在位于切线入射范围内的用于照明的最佳角度。如果角度440太小(太切线)，那么由表面粗糙度投下的阴影太长，以及大多数照明光平行于表面漫射以及不能使其进入成像光学器件-因此，低效使用照明以及对传感器来说，表面看起来是暗的，具有少数几个明亮的高亮区。如果角度440太大(太垂直)，那么存在相对少的阴影，以及照明填充表面上的凹部中。因此，传感器具有太少特征而不能跟踪，除非在表面上存在暗和亮的吸收和反射图案。用于大多数感兴趣的表面的最佳角度位于从15至35度的范围内，大部分最好在30度，导致由表面粗糙度特征投下的最佳对比和大小的阴影，以及充足的光向传感器漫射。

最难以跟踪的表面是明亮有色和相对平滑的表面。这些倾向于使传感器80通过接近其最小快门值的有限动态范围进行操作，洗掉特征。人手还是半透明的，以及高照度级会“泄漏”到阴影中。在这些情况下，期望使用相对低的照明强度。为了也容纳暗的有色表面和明亮表面上的大的阴影区的跟踪，能实现响应表面暗度而调整光源70的强度的自适应照明处理。如图30所示的流程图示例说明了自适应照明处理的例子。该处理包含调整光源强度值BSET，反过来用于控制由光源70发出的光的强度。未示出的是可选步骤，例如，在加电时执行将光源强度值BSET初始化为预定值，例如中等值。能采用图像处理器82或控制器84来执行这一处理的全部或一部分，如结合图30所述，然而，将意识到可提供单独的处理设备(未示出)来执行这一处理的所有或一部分，包括远程处理设备，诸如在客户计算机中。

现在，参考图30，在步骤S3000，图像处理器82(或控制器84)从传感器80接收快门值S。在步骤S3010，快门值S与低阈值“Lower_Limit”进行比较，以及光源强度值BSET与最小光源强度值“BMIN”进行比较。例如，最小光源强度值“BMIN”可以是从光源70几乎不发光的值，以及低阈值“Lower_Limit”可以是处于用于传感器80的理想操作的快门值的最佳动态范围的下限的快门值。如果快门值S小于下限阈值“Lower_Limit”以及光源强度值BSET高于最小光源强度值“BMIN”(步骤S3010为“是”)，则判断光源太亮，于是在步骤S3030，降低光强度值BSET。否则(在步骤S3010为“否”)，过程继续到步骤S3020，其中，将快门值S与上限阈值“Upper_Limit”进行比较，以及将光源强度值与最大光源强度值“BMAX”进行比较。例如，最大光源强度值“BMAX”可以是光源70发出最大操作强度的值，以及上限阈值“Upper_Limit”可以是处于用于传感器80的理想操作的快门值的最佳动态范围的上限。如果快门值高于上阈值限制，以及光源强度小于最大光源强度值(在步骤S3020为“是”)，则判定光源太暗，于是在步骤S3050增加光强度值BSET。否则(在步骤S3020为“否”)，对光强度值BSET不做改变，以及过程继续步骤S3040。在步骤S3040，提供光强度值BSET，用于例如通过将值写入端口来控制光源70。应注意到，如果光强度值处于其极限(BMIN或BMAX)，则其不能在相同方向上被进一步调整，其是通过在步骤S3010和S3020中包括BSET的校验而在这一过程中解决的现象。另外，最好，使强度增加小的步幅，而不是做大的调整，以便允许传感器80内的电子快门或AGC调整在下次通过自适应照明例程之前稳定。

图31A和31B示出能结合图30所示的过程使用的硬件实现。将期望控制器84可以是图像处理器82，和/或图像处理器82可并入传感器80中。另一选择是传感器80可以是或包括第二传感器80’，80’仅用于检测光的强度，在这种情况下，该处理可被实现用于优化第一传感器80的动态范围。这里，使用模拟电流或电压设定值来设置光源70的强度，在这种情况下，光源具体化为LED。如图31A的框图所示，***控制器84(能另外或结合为图像处理器82)使用输出端口来控制数模转换器(DAC)87。DAC87反过来将低电平模拟控制信号提供给LED驱动器93。LED驱动器93向LED光源70提供放大电流。图31B示出简单的DAC87的特定实现，使用直接受控制器84的输出端口驱动并在运算放大器中求和的二进制加权电阻器梯。另外的实施例可使用二进制脉宽调制或其他时间调制方案来控制照明的平均强度而不是模拟信号。如果使用时间调制方案，那么必须考虑通过同步照明以避免与传感器的操作干扰，以便避免与帧频差拍或与电子快门操作干扰。

如上面结合图28所述，人手或手套具有必须被考虑以便可靠跟踪并提供满意的用户感受的特性。移过灵敏区34的手或手套具有较大尺度特征(scale feature)，诸如关节、珠宝和当移过灵敏区34时清晰和模糊的相邻手指间的间隙。因此，当用户使几个手指经过灵敏区34时，光标跟踪是间歇的。当两个手指间的间隙移过灵敏区34时的周期不能由传感器80，与当没有任何东西移过灵敏区34时的周期区分开来。因此，当他们的相邻手指正移过灵敏区34时，用户直觉地期望平滑、连续的光标运动，由于跟踪手指和未跟踪的手指间的间隙的间歇跟踪系列，通过传感器80解释的用户运动反而提供参差不齐、不均匀的光标移动。这种不希望的响应对用户来说是不期望的，特别是当用户正尝试沿曲线路径移动光标时。

为解决这一问题，本发明包含用于提高对用户输入的光标响应的弯曲路径预测处理。弯曲路径预测处理包含增强由传感器报告的测量跟踪数据，以及将增强的跟踪数据报告给客户设备的处理。该处理包括确定对由传感器报告的测量跟踪数据，可以寄予多少可信度，然后，生成基于预测的跟踪数据、测量的跟踪数据或两者的组合，每个分别根据可信度加权的增强的跟踪数据。在下面，用伪码示出示例性实施例，其能用作用于控制微处理器或类似的这些设备的编码的基础。

现在，将参考图32和33，更详细地论述弯曲路径预测处理。图32示出示例说明包括在弯曲路径预测处理中的步骤的流程图。图33是示例说明适合于执行弯曲路径预测处理的硬件实现的例子的示意框图。图33所示的视图包括光标控制设备700，经用于客户设备800，例如计算机显示器的通信装置(用箭头“A”表示)，提供增强的跟踪值。这种通信装置能包括有线和/或无线数据传输设备。在步骤S3200，控制器84从传感器80接收测量的跟踪(即运动增量)值“Mdx，Mdy”。例如，在传感器80是具有光敏元件(用80a表示)的二维阵列的光学传感器的情况下，以某些间隔，传感器80能扫描元件阵列80a并将连续扫描的检测图案之间的变化解释为运动。这种运动通常源自用户交互作用，例如用户的手指600将来自光源70的光LT反射到传感器80上。传感器80可包括寄存器，用于将用于该检测的运动的测量跟踪值存储在x(Mdx)和y(Mdy)方向的每一个中，其中，x和y表示元件阵列80a上的正交方向。控制器84能配置成根据需要，同时或彼此独立从传感器80请求所测量的跟踪值Mdx和Mdy。

在接收所测量的跟踪值Mdx和Mdy之后，过程继续步骤S3210，其中，执行可信度计算，用于确定跟踪可信度值“alpha”。最好，跟踪可信度值的范围从表示无可由传感器检测的跟踪的第一值到表示可精确地跟踪运动的高概率的第二值。在所示的实施例中(如下伪码所示)，对于无可检测的跟踪，跟踪可信度值等于0，以及对于高可靠跟踪等于1。在所示的实施例中，基于照明值“illumination”计算α。使用包含快门值“shutterval”和表示从光源70发出的光强度的值(如上所述，“BSET-BMIN”)的方程式，由控制器84计算照明值。快门值通常提供入射在光敏元件80a的阵列上的光的强度的表示。因此，照明值提供考虑由光源70发出的光的强度，由传感器80检测的光的强度的表示。因此，能确定有多少由光源70发出的光被反射回传感器80。例如，如果用户的手指600正移过灵敏区34，则能将来自光源70的相当大部分的光LT反射回传感器80，在这种情况下，能对最终测量的跟踪数据Mdx，Mdy，寄予高度的可信度。另一方面，如果用户的手指间的间隙690移过灵敏区34，仅来自光源70的小部分的光LT可被反射回传感器80(如上所述的原因)，因此，对最终跟踪数据Mdx，Mdy，寄予降低的可信度，如上所述，可能错误地指示缺少运动。因此，基于照明值“照明”，确定跟踪可信度值“α”。

一旦已经确定跟踪可信度“α”，该过程继续步骤S3220，其中，确定预测的跟踪值(“Pdx，Pdy”)。其中，控制器84执行用于确定预测跟踪值Pdx，Pdy的预测计算。在示例性实施例中(如下面的伪码所示)，基于从历史数据存储器83获得的历史数据来计算预测跟踪值。将期望历史数据存储器83能具体化为光标控制设备700内的单独存储器，如图33所示，或以一些其他方式，例如具体化为控制器84内的常驻存储器，或光标控制设备700外的存储设备。所示的实施例中的历史数据包括在弯曲路径预测处理的在前迭代期间计算的信息，包括表示在曲率历史缓冲器(“Khist”)中存储的曲率值的平均曲率的信息(“K”，即，曲率矢量的长度)、表示每单位时间的弧长度的信息(“速度”，即，增量弧长度)、表示每增量弧长度标称化的在前增强的运动矢量的信息(“tx，ty”)、表示垂直于曲线的单位矢量上次旋转的角度的信息曲线(“cosw，sinw”)，以及垂直于曲线的单位矢量的分量(“nx，ny”)。结合δ时间使用该信息，因为最后一个迭代(“dt”)通过计算预测的跟踪值Pdx，Pdy来确定预测的运动矢量。

一旦已经确定预测的跟踪值，该过程继续步骤S3230，其中，确定增强的跟踪值(dx，dy)。在步骤S3230，控制器84执行增强计算，用于确定增强的跟踪值dx，dy。在所示的实施例中(如下面用伪码所示)，基于下列方程式来计算增强的跟踪值。

dx＝(Mdx)*α+(1.0-α)*Pdx [方程式1]

dy＝(Mdy)*α+(1.0-α)*Pdy [方程式2]

其中，dx，dy是增强的跟踪值，Mdx，Mdy是从传感器80接收的测量跟踪值，α是跟踪可信度值，以及Pdx，Pdy是预测跟踪值。在所示的实施例中，根据上述方程式，由于对不可靠的测量跟踪数据，跟踪可信度值α等于0，当测量跟踪值不可靠时，增强跟踪值dx，dy将等于各个预测跟踪值Pdx，Pdy。换句话说，如果根据跟踪可信度值α的值，来自传感器80的测量跟踪数据不可靠，那么将增强跟踪值设置成等于预测跟踪值，以及再传送到客户设备800用于光标控制。另一方面，由于在高可靠的测量跟踪数据的情况下，跟踪可信度值α等于1，当测量跟踪数据高可靠时，根据上述方程式，增强跟踪值dx，dy将设置成等于测量跟踪值Mdx，Mdy。因此，如果根据跟踪可信度值α的值，测量跟踪数据被判定为高度可靠，则将增强跟踪值设置成等于测量跟踪值，再传送到客户机设备800用于光标控制。第三可能性是跟踪可信度值α等于0和1之间的值。即，在测量跟踪数据中，仅存在不确定度(或可信度)。在这种情况下，增强跟踪值将等于测量跟踪值和预测跟踪值的总和，其中，根据如跟踪可信度值α的值所指示的不确定度，加权测量和预测跟踪值的每一个。

一旦已经确定增强跟踪值，过程继续步骤S3240，其中，将增强跟踪值提供给客户设备800用于光标控制。那么，在步骤S3250，更新历史数据。在所示的实施例(如下，用伪码表示)，使用增强跟踪值dx，dy来更新当前曲率K、切向速度矢量tx，ty以及单位法线矢量nx，ny。另外，当跟踪可信度值表示不可靠测量跟踪值(例如α＜1)时，跟踪可信度值被用于根据参数“β”来减速切向速度。这充当对于在不期望的延长的时间周期发出预测的跟踪值Pdx，Pdy的保护。这在下述代码中被称为“速度泄放”，指根据下述方程式出现的切向速度的逐步下降：

新速度＝旧速度*(β+α*(1.0-β*α)) [方程式3]

注意，在下述代码中，“新速度”和“旧速度”被简单地称为“速度”。最好，β是0和1之间的值并控制切向速度的衰减速率。根据方程式3，当跟踪可信度值α小于1时，至少表示与测量的跟踪数据有关的不确定度，那么根据β值减少新速度。例如，在跟踪可信度值为0(无可靠的测量跟踪数据)的情况下，新速度将等于旧速度*β。因此，对α＝0，如果β等于0.25，那么新速度将为旧速度的25％，或如果β等于0.75，那么新速度将是旧速度的75％。换句话说，衰减速率与β的值成反比。另一方面，如果测量的跟踪值Mdx，Mdy高度可靠，那么α＝1，以及新速度被设置成等于旧速度(即，切向速度不衰减)。

一旦在步骤S3250更新历史数据，弯曲路径预测处理结束。可以用来实现弯曲路径预测处理的一个示例性伪码列表如下所述：

/*下述代码是ITAC Systems，Inc的版权2003。

下述GLOBAL变量构成该***的当前和历史STATE。

int

   index，        //变址到循环缓冲器中，用于运行统计

const int

cbuflen＝32； //用于统计循环缓冲器的建议长度

A＝1000；   //建议值(实验确定)

B＝1750；   //建议值(实验确定，但＞A)

lowalpha＝0.3；//用于“静态”的跟踪可信度值阈值

stillxy＝5；//在其下测量为“静态”的测量的dx或dy

long

illumination，//来自快门和亮度的照明值

alpha，       //跟踪可信度值

beta，        //速度泄放速率参数

Mdx，         //从传感器获得的测量的x-增量

Mdy，         //从传感器获得的测量的y-增量

dt，          //从上一次采样的δ时间

Pdx，         //预测的X-增量

Pdy，         //预测的Y增量

dx，          //将递送给客户机的增强的x-增量

dy，          //将递送给客户机的增强的y-增量

ds，          //增量弧长度＝sqrt(dx^2+dy^2).

clk，         //当前时钟读取

speed，       //光标速度(每单位时间的弧长度)

tx，          //单位切向矢量的X-分量
        <!-- SIPO <DP n="38"> -->
        <dp n="d38"/>
ty，        //单位切向矢量的Y-分量

Knx，       //曲率矢量的X-分量

Kny，       //曲率矢量的Y-分量

K，         //曲率矢量的长度，a.k.a曲率

Khist[cbuflen]，//长度cbuflen的曲率历史

index，     //变址到khist缓冲器

nx，        //垂直于曲线的单位的X-分量

ny，        //垂直于曲线的单位的Y分量

cosw，      //每次旋转的角(nx，ny)的余弦

sinw，      //每次旋转的角(nx，ny)的正弦
//在返回前更新下述“旧”值

clkold，

dxold，

dyold，
dsold，

txold，

tyold，

nxold，

nyold；

void RESET(){

//在第一中断前，初始化状态变量

speed＝0；K＝0；
tx＝ty＝0；

txold＝tyold＝0；

dsold＝0；

nxold＝nyold＝0；

for(index＝0；index++；cbuflen)Khist[index]＝0.；

index＝0；

clk＝gettime()；
        <!-- SIPO <DP n="39"> -->
        <dp n="d39"/>
　　}

　　void START(){

　　////////////////////////////////////////////////

　　//从传感器获得(MdX，MdY)和跟踪数据

　　//计算跟踪可信值度(α)以及其他必要的值

　　//将“静态”阈值应用于测量的dx和dy

　　////////////////////////////////////////////////

　　//从传感器芯片获得值

　　PollSensor(*Mdx，*Mdy，*shutterval，*BSET，BMIN)；

　　illumination＝shutterval*(BSET-BMIN)/4；

　　alpha＝1.0-max(0.0，min(1，0(illumination-A)/(B-A)))；

　　//α是“跟踪可信度值”，对于良好跟踪，α＝1

　　if((Mdx＜＝stillxy)and(Mdy＜＝stillxy)and(alpha＜＝lowalpha))

　　Mdx＝0；//如果可信度低以及Mdx和Mdy均小，

　　Mdy＝0；//则将“静态”阈值应用于Mdx和Mdy

　　clkold＝clk；

　　clk＝gettime()；

　　if(clkold＞clk)

　　clkold＝clkold-MAXTIME；//保护时间包

    dt＝clk-clkold；

    //////////////////////////////////////

    //来自历史的预测(Pdx，Pdy)

    //(cf：Lindgren，B.W.，Vector Calculus，McMillan，New York，
964，p.63)

　　//////////////////////////////////////

　　ds＝speed*dt；//注意速度来自历史

　　//下述两个语句通过固定角旋转单位半径矢量

　　nx＝K*(cosw*nxold-sinw*nyold)；

　　ny＝K*(sinw*nxold+cosw*nyold)；
        <!-- SIPO <DP n="40"> -->
        <dp n="d40"/>
dsK＝ds*K；

//下文两个语句定标单位垂直矢量

//以及将其增加到在前切向矢量

//注意在前迭代期间

//使用来自在前迭代的增强dx，dy计算在前切向矢量

xtndx＝tx+dsK*nx；//在前切向和当前曲率(x)的结果

xtndy＝ty+dsK*ny；//在前切向和当前曲率(y)的结果

lenxtnd＝sqrt(xtndx*xtndx+xtndy*xtndy)；

//下述两个语句重新标称化

//用在下一迭代中的切向矢量

tx＝xtndx/lenxtnd；//新切向矢量(x)

ty＝xtndy/lenxtnd；//新切向矢量(y)

//下述两个语句定标切向矢量以说明

//导致新的预测运动矢量(Pdx，Pdy)的光标运动速度.

Pdx＝ds*tx；

Pdy＝ds*ty；

//////////////////////////////////////

//从传感器(Mdx，Mdy)和(Pdx，Pdy)，计算增强(dx，dy)

//并将其递送给客户机

//////////////////////////////////////

dx＝Mdx*alpha+(1.0-alpha)*Pdx；

dy＝Mdy*alpha+(1.0-alpha)*Pdy；

DeliverToClient(dx，dy)；

//////////////////////////////////////

//更新历史

//////////////////////////////////////

ds＝sqrt(dx*dx+dy*dy)；

if(ds＝＝0){

//无运动
        <!-- SIPO <DP n="41"> -->
        <dp n="d41"/>
RESET()；

    }

　　else{

　　speed＝ds/dt；

　　speed＝speed*(beta+alpha*(1.0-beta*alpha))；//″速度流失″

　　tx＝dx/ds；

　　ty＝dy/ds；

　　dsAvg＝2.0/(ds+dsold)；

　　Knx＝(tx-txold)*dsAvg；

　　Kny＝(ty-tyold)*dsAvg；

　　K＝sqrt(Knx*Knx+Kny*Kny)；

　　//平滑曲率K的历史值
Ksum＝Ksum+K-Khist[index]；

　　Khist[index]＝K；

　　index＝mod(index+1，cbuflen)；//增强指数模数cbuflen
K＝Ksum/(float)cbuflen；

　　//结束平滑

　　nx＝Knx/K；

　　ny＝Kny/K；

　　sinw＝nx*nyold-ny*nxold；

　　if(sinw＝＝0.)cosw＝1.；

　　else cosw＝nx*nxold+ny*nyold；

　　txold＝tx；

　　tyold＝ty；

　　nxold＝nx；

　　nyold＝ny；

　　dxold＝dx；

　　dyold＝dy；

　　dsold＝ds；
        <!-- SIPO <DP n="42"> -->
        <dp n="d42"/>
}

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//从中断返回

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

Return；

}

可以使用上述伪码来形成用于控制软件驱动的处理器的控制程序的基础。然而，将期望该伪码仅表示本原理的实施例，以及能在不背离本发明的范围的情况下改变。例如，将注意到计算预测跟踪值，但不用在跟踪可信度值α不等于1(即高可靠测量跟踪值)的情况下。因此，期望如果跟踪可信度值等于1，能旁路计算预测的跟踪值的过程。

存在期望对上述光标控制设备，能做出各种结构改变。例如，在一些情况下，不密封设备，期望一个或多个有意的“泄放”路径以允许外壳和/或圆顶内外间的连通，以允许内部凝结挥发的。在冷的环境中，这能是期望的。这种泄放孔能保持在面板后面，如果从后面密封面板的前面的话，允许面板的前面变湿。已经描述过以垫圈和封条的形式，用于这种密封的装置。

另外的成像光学器件能采用一个或多个梯度指数(GRIN，gradient-index)透镜，用在医疗内窥镜中，以便将图像从灵敏区传送到图像传感器。已经由Nestler，在U.S.专利No.4,716,287中提供了相干光纤束(光纤屏面)，用在光学鼠标中。如果它具有足够的分辨率，这种类型的光学器件，用来将图像从圆顶的顶面上的灵敏区传送到中间图像平面，或直接到图像传感器的表面上，具有自然短的场深的优点，要求基本上与将成像的表面接触。

通过安装更精致的传输装置来代替有线电连接器，光标控制信号的无线传输是可能的。外壳内部或外部的电池能向光标控制设备供电。然后，设备能易于安装在用在便携式或手持应用的改进的应用中，其中存在对有线的不良访问，或简单地减少桌面杂波。

有关设备外观的许多变形也是可能的。相同或不同可见颜色的辅助照明源能用来使圆顶以有益的方式发光，只要提供适当的档板或滤光装置来防止与一照明***的操作干扰。许多材料的喷涂、印刷、成型或纹理的聚光圈是可能的，可能具有附加的装饰附件，包含装饰图片、启发式的图例，或幻想设计，诸如眼睑或睫毛。在圆顶的外环中，在前或后面上，能包含装饰或触觉功件以便提高或改变设备的外观和/或功能。能使用外观改变来“个性化”用于不同OEM用户的产品。

一个有益的设计将圆顶的前表面并入位于桌面上的球形外壳(“球”)的表面中。如果球形外壳和光标控制设备外壳能由干净或彩色透明材料制成，然后，效果能与用来控制光标位置或通过敲击圆顶，执行其他命令功能的“水晶球”的效果。不一定不期望显示该设备的电子工作，存在具有透明外壳的光学鼠标。圆顶能位于球的顶面或任何侧面上。使用先前所述的无线传输，光标控制设备能采用当不使用时，能放在桌上的任何地方的“水晶”纸压。

开关能包含在设备的外壳的内部，例如，使用辅助“外壳内的外壳”。单个按压型开关能通过按压圆顶操作，仿佛它是按压按钮。也能使用拖拉型动作，例如用于紧急停止。能将定向垫板或开关集成在圆顶下，将离心力施加到圆顶上能用来移动不同光标，实现近似或精细光标运动，或将更多开关简单地集成到小的空间中。

通过在圆顶下安装压电或其他振动器，能包含振动触觉反馈。这能用来反馈报警，表示光标行进结束，或将其他表示提供给其手正接触圆顶的操作者。

还能看出本发明满足提供使用光学图像检测跟踪***，因此不需要移动部件来改变光标位置的光标控制设备的目的。还通过将面板安装的圆顶呈现给用户适当大小和形状以便提供良好的视觉和触觉反馈，提供大部分跟踪球的用户感受。能从周围和/或相对于安装它以避免污染的面板密封它。使用小角照射以便提供各种表面，诸如戴手套的手、穿鞋的脚或衣服的增强跟踪。尺寸紧密并且适合于安装在各种面板、表面和外壳中。该光标控制设备具有高直观和人机工程学以便操作的优点。易于在任何方向中工作，并且相对于传统的跟踪球，具有紧密大小。

这种新型光标控制设备，存在许多潜在的应用。除大量用在生产装置的工业控制器中外，具有用于消费者和企业应用的相当大的优点。用于各种功能的汽车控制能由设备，诸如例如在方向盘部分、仪表中，或变速器或开关上安装的设备控制，具有不一定看着操作的控制的大的优点。用于各种功能的航空控制类似地受根据本发明的设备控制。使用该“引擎”的游戏控制器将有益地通过无线连接、电池电源和如上所述的另外的集成开关配置。对用于放映的手持控制器，能配置类似的型式，而相同类型的设备将容易集成到讲话者的讲台中。降低所需控制或按钮的数量在娱乐装置，诸如远程控制设备、电视、音频接收机和视频播放器中是期望的。

尽管上述说明书包含许多特定的细节，这些不应当构成限制本发明的范围，而仅仅提供本发明的一些实施例的示例。例如，易于采用除LED外的不同类型的光源。能使用用于部件诸如玻璃圆顶或金属外壳的不同材料，或能改变装置的大小，诸如使大的圆顶更象传统的跟踪球。该设备能安装在独立的外壳中，而不是安装在装置面板中。

Claims

1.一种光标控制设备，包括：

外壳，具有用于与用户交互作用的灵敏区；

内外壳，嵌套在外壳中；以及

传感器，位于内外壳的内部，用于基于用户与外壳的灵敏区的交互作用，生成信号。

2.如权利要求1所述的光标控制设备，其中，外壳是具有从10mm至80mm范围内的直径的凸圆顶。

3.如权利要求2所述的光标控制设备，其中，外壳具有从25mm至60mm范围内的直径。

4.如权利要求1所述的光标控制设备，其中，外壳包括一个窗口，定义包括所述灵敏区的外壳的区域。

5.如权利要求4所述的光标控制设备，其中，所述窗口是平的。

6.如权利要求4所述的光标控制设备，其中，在所述窗口上提供耐刮擦的涂层。

7.如权利要求4所述的光标控制设备，其中，所述窗口由耐刮擦的材料制成。

8.如权利要求7所述的光标控制设备，其中，所述窗口由玻璃制成。

9.如权利要求7所述的光标控制设备，其中，所述窗口由蓝宝石制成。

10.如权利要求1所述的光标控制设备，其中，所述外壳包括用于有选择地滤除环境光的材料。

11.如权利要求10所述的光标控制设备，其中，所述材料滤除可见光并传送近红外光。

12.如权利要求10所述的光标控制设备，其中，外壳的灵敏区是由用于有选择滤除的材料制成的平面窗口。

13.如权利要求12所述的光标控制设备，其中，所述材料滤除可见光并传送近红外光。

14.如权利要求12所述的光标控制设备，其中，所述外壳包括用于阻挡环境光的第二材料。

15.如权利要求10所述的光标控制设备，进一步包括滤光器元件，用于将光有选择地传送到传感器。

16.如权利要求15所述的光标控制设备，其中，所述滤光器元件沿外壳的灵敏区和传感器之间的光路，位于内外壳内。

17.如权利要求15所述的光标控制设备，其中，所述滤光器元件沿外壳的灵敏区和传感器之间的光路，位于外壳和内外壳之间。

18.如权利要求15所述的光标控制设备，其中，所述滤光器元件仅传送具有在第一波长范围内的波长的光。

19.如权利要求18所述的光标控制设备，其中，用于有选择地滤除环境光的材料仅传送具有在第二波长范围内的波长的光。

20.如权利要求1所述的光标控制设备，其中，所述外壳是可互换的。

21.如权利要求1所述的光标控制设备，其中，内外壳的内部流体密封于内外壳的外部。

22.如权利要求21所述的光标控制设备，其中，可从光标控制设备移去外壳，以及其中，当移去外壳时，内外壳的内部保持流体密封。

23.如权利要求1所述的光标控制设备，其中，内外壳包括具有与外壳的灵敏区交叉的光轴的整体透镜部分。

24.如权利要求23所述的光标控制设备，进一步包括位于内外壳的内部的光源，用于照射接近外壳的灵敏区的区域，以及其中，整体透镜部分是在光源和外壳的灵敏区之间沿光源的光轴放置的照明透镜。

25.如权利要求23所述的光标控制设备，其中，整体透镜部分是在传感器和外壳的灵敏区之间，沿传感器的光轴放置的成像透镜。

26.如权利要求25所述的光标控制设备，进一步包括位于内外壳的内部的光源，用于照射接近外壳的灵敏区的区域，以及其中，内外壳进一步包括在光源和外壳的灵敏区之间沿光源的光轴放置的整体照明透镜。

27.一种光标控制设备中的光学引擎，包括：

外壳；

整体形成到外壳内的成像透镜元件；

光源，位于外壳内，用于沿照明光轴发出光；以及

位于外壳内的传感器，用于检测沿与成像透镜元件交叉的成像光轴的光。

28.如权利要求27所述的光学引擎，进一步包括整体形成在外壳中的照明透镜元件，其中，照明光轴与照明透镜元件交叉。

29.如权利要求27所述的光学引擎，其中，所述光源是发光二极管。

30.如权利要求29所述的光学引擎，其中，所述发光二极管发出红外光。

31.如权利要求27所述的光学引擎，其中，所述成像透镜元件将来自焦平面的光聚焦在传感器上，其中，照明光轴和焦平面之间的角度在从0度至45度的范围内。

32.如权利要求31所述的光学引擎，其中，照明光轴和焦平面之间的角度在从15度至35度的范围内。

33.如权利要求32所述的光学引擎，其中，照明光轴和焦平面之间的角度为30度。

34.如权利要求27所述的光学引擎，进一步包括沿成像光轴放置的滤光器元件，用于向传感器有选择地发送光。

35.如权利要求34所述的光学引擎，其中，滤光器元件位于成像透镜和传感器之间。

36.如权利要求34所述的光学引擎，其中，滤光器元件传送红外光以及防止传送可见光。

37.如权利要求27所述的光学引擎，其中，传感器包括光电检测器阵列。

38.如权利要求27所述的光学引擎，进一步包括位于外壳外部并放置成与照明光轴和成像光轴均交叉的窗口。

39.如权利要求38所述的光学引擎，进一步包括沿成像光轴，位于窗口和传感器之间的滤光器元件，用于向传感器有选择地传送光。

40.如权利要求39所述的光学引擎，其中，在窗口和成像透镜之间，在外壳的外部放置滤光器元件。

41.如权利要求39所述的光学引擎，其中，滤光器元件放置在成像透镜和传感器之间的外壳内。

42.如权利要求38所述的光学引擎，其中，窗口是滤光器元件，用于向传感器有选择地传送光。

43.如权利要求42所述的光学引擎，其中，窗口传送红外光以及防止传送可见光。

44.如权利要求42所述的光学引擎，进一步包括第二滤光器元件，沿成像光轴，位于窗口和传感器之间，用于向传感器有选择地传送光。

45.如权利要求44所述的光学引擎，其中，第二滤光器元件位于窗口和成像透镜之间。

46.如权利要求44所述的光学引擎，其中，第二滤光器元件位于成像透镜和传感器之间。

47.一种光标控制设备，包括：

外壳，具有凸圆顶，包括用于与用户交互作用的中央放置的灵敏区；

内外壳，具有互补凸圆顶，嵌套在外壳的凸圆顶中；以及

位于内外壳的内部的传感器，用于生成与接近外壳的灵敏区的运动有关的信号。

48.如权利要求47所述的光标控制设备，其中，内外壳的互补凸圆顶具有与灵敏区对齐的中央放置的凹陷处。

49.如权利要求48所述的光标控制设备，其中，凹陷处的上开口至少与灵敏区的扩展一样大。

50.如权利要求48所述的光标控制设备，其中，灵敏区具有在0.5mm至3mm范围内的纵向尺寸。

51.如权利要求50所述的光标控制设备，其中，灵敏区的纵向尺寸为1mm。

52.如权利要求47所述的光标控制设备，进一步包括光源，用于照射灵敏区。

53.如权利要求52所述的光标控制设备，其中，光源是发光二极管。

54.如权利要求52所述的光标控制设备，其中，光源发出红外光。

55.如权利要求52所述的光标控制设备，进一步包括控制器，用于控制由光源发出的光的强度。

56.如权利要求55所述的光标控制设备，其中，所述控制器控制光强度以便优化传感器的动态范围。

57.如权利要求56所述的光标控制设备，其中，所述控制器基于从传感器接收的快门值信号，控制光强度。

58.如权利要求56所述的光标控制设备，其中，所述控制器基于从传感器接收的对比度信号，控制光强度。

59.如权利要求47所述的光标控制设备，进一步包括滤光器元件，用于向传感器有选择地传送光。

60.如权利要求59所述的光标控制设备，其中，所述滤光器元件阻挡可见光。

61.如权利要求59所述的光标控制设备，其中，所述滤光器元件仅传送红外光。

62.如权利要求59所述的光标控制设备，其中，所述滤光器元件定义包括灵敏区的外壳的区域。

63.如权利要求62所述的光标控制设备，进一步包括位于窗口和传感器之间的第二滤光器元件，用于向传感器有选择地传送光。

64.如权利要求59所述的光标控制设备，其中，所述内外壳的互补凸圆顶具有与灵敏区对齐的位于中央的凹陷处，以及其中，所述滤光器元件位于所述凹陷处内。

65.如权利要求59所述的光标控制设备，其中，所述滤光器元件位于所述内外壳和传感器之间。

66.如权利要求47所述的光标控制设备，其中，所述外壳包括一个窗口，其中，该窗口定义包括灵敏区的外壳的区域。

67.如权利要求66所述的光标控制设备，其中，所述窗口整体形成在外壳中。

68.如权利要求66所述的光标控制设备，其中，所述窗口固定在外壳中的一个凹陷中。

69.如权利要求68所述的光标控制设备，其中，所述窗口的上表面与外壳的上表面齐平。

70.如权利要求66所述的光标控制设备，其中，所述窗口固定在外壳中的通孔内。

71.如权利要求70所述的光标控制设备，其中，所述窗口的上表面与外壳的上表面齐平。

72.如权利要求47所述的光标控制设备，进一步包括位于传感器和灵敏区之间的成像透镜。

73.如权利要求72所述的光标控制设备，其中，所述成像透镜整体形成在内外壳中。

74.如权利要求47所述的光标控制设备，进一步包括：

光源，具有与灵敏区交叉的光轴；以及

照明透镜，位于光源和灵敏区之间。

75.如权利要求74所述的光标控制设备，其中，所述照明透镜整体形成在内外壳中。

76.如权利要求47所述的光标控制设备，其中，流体密封所述内外壳。

77.如权利要求76所述的光标控制设备，其中，所述内外壳包括上圆顶部分、基座以及在上圆顶部分和基座之间的封条。

78.如权利要求47所述的光标控制设备，其中，所述传感器是光学传感器。

79.如权利要求78所述的光标控制设备，其中，所述传感器包括光电检测器阵列。

80.如权利要求47所述的光标控制设备，进一步包括控制器，用于处理由传感器生成的信号。

81.如权利要求80所述的光标控制设备，其中，所述控制器包括：

用于确定跟踪可信度值的部件；

用于使用历史跟踪值，确定预测跟踪值的部件；以及

用于使用跟踪可信度值以及预测跟踪值和表示由传感器检测的运动的测量跟踪值的至少一个，确定增强跟踪值的部件。

82.如权利要求81所述的光标控制设备，其中，用于确定跟踪可信度值的部件使用表示由传感器检测的光强度的照明值，以及其中，光标控制设备进一步包括用于使用从用于主体传感器扫描的传感器接收的快门值和表示在主体传感器扫描期间，从光源发出的光量的亮度值，确定所述照明值的部件。

83.如权利要求82所述的光标控制设备，其中，计算增强跟踪值以便如果跟踪可信度值是第一值，则增强跟踪值等于测量跟踪值，以及如果跟踪可信度值是第二值，则增强跟踪值等于预测跟踪值。

84.如权利要求83所述的光标控制设备，其中，计算增强跟踪值，以便如果跟踪可信度值是第三值，则增强跟踪值等于测量跟踪值和预测跟踪值的每一个的加权组合。

85.如权利要求81所述的光标控制设备，其中，测量跟踪值表示在主体传感器扫描期间由传感器检测的运动，以及历史跟踪值与在主体传感器扫描前的至少一个传感器扫描有关。

86.如权利要求85所述的光标控制设备，其中，基于在主体传感器扫描前，用于所述传感器扫描的增强跟踪值，计算历史跟踪值。

87.如权利要求85所述的光标控制设备，其中，照明值表示在主体传感器扫描期间，由传感器检测的光强度。

88.如权利要求81所述的光标控制设备，进一步包括用于将增强跟踪值提供给客户设备用于控制光标运动的部件。

89.如权利要求81所述的光标控制设备，进一步包括用于将增强跟踪值存储在存储器中的部件。

90.如权利要求89所述的光标控制设备，其中，用于确定预测跟踪值的部件将在前存储的增强跟踪值用作用于确定历史跟踪值的基础。

91.一种光标控制设备，包括：

光源，用于照射灵敏区；

传感器，用于检测灵敏区中的运动；

可信度计算部，用于使用从传感器接收的照明信息，确定跟踪可信度值；

预测计算部，用于使用历史跟踪值来确定预测跟踪值；以及

增强计算部，用于使用跟踪可信度值以及预测跟踪值和测量跟踪值中的至少一个，确定增强跟踪值，测量跟踪值表示由传感器检测的运动。

92.如权利要求91所述的光标控制设备，其中，所述传感器提供表示所检测的运动的测量跟踪值对，

其中，预测计算部使用各个历史跟踪值，确定预测跟踪值对；以及

其中，增强计算部确定增强跟踪值对，使用跟踪可信度值、历史跟踪值对的各自的一个以及测量跟踪值对的各自的一个来计算增强跟踪值对的每一个。

93.如权利要求92所述的光标控制设备，其中，测量跟踪值、预测跟踪值、历史跟踪值和增强跟踪值对的每一个表示在正交方向对的各自的一个中的运动。

94.如权利要求91所述的光标控制设备，其中，可信度计算使用包括快门值的从传感器接收的照明信息以及使用表示从光源发出的光量的亮度值。

95.如权利要求91所述的光标控制设备，其中，测量跟踪值表示在主体传感器扫描期间，由传感器检测的运动，以及历史跟踪值与主体传感器扫描前的至少一个传感器扫描有关。

96.如权利要求95所述的光标控制设备，其中，使用用于主体传感器扫描之前的所述至少一个传感器扫描的增强跟踪值，计算历史跟踪值。

97.如权利要求95所述的光标控制设备，其中，所述照明信息表示在主体传感器扫描期间，由传感器检测的光强度。

98.如权利要求91所述的光标控制设备，进一步包括用于存储增强跟踪值的存储器。

99.如权利要求98所述的光标控制设备，其中，所述预测计算部将在前存储的增强跟踪值用作用于确定历史跟踪值的基础。

100.如权利要求91所述的光标控制设备，其中，计算增强跟踪值以便如果跟踪可信度值是第一值，则增强跟踪值等于测量跟踪值，以及如果跟踪可信度值是第二值，则增强跟踪值等于预测跟踪值。

101.如权利要求100所述的光标控制设备，其中，计算增强跟踪值，以便如果跟踪可信度值是第三值，则增强跟踪值等于测量跟踪值和预测跟踪值的每一个的加权组合。

102.如权利要求91所述的光标控制设备，进一步包括自适应照明控制部，用于控制由光源发出的光强度。

103.如权利要求102所述的光标控制设备，其中，所述自适应照明控制部控制光强度以便优化传感器的动态范围。

104.如权利要求102所述的光标控制设备，其中，所述自适应照明控制部基于从传感器接收的快门值信号，控制光强度。

105.如权利要求102所述的光标控制设备，其中，所述自适应照明控制部基于从传感器接收的对比度信号，控制光强度。

106.如权利要求102所述的光标控制设备，其中，所述照明信息基于从传感器接收的照明信息以及自适应照明控制部正控制光源的强度。

107.一种用于具有光源和传感器的光标控制设备的处理器，该处理器包括：

用于确定跟踪可信度值的部件；

用于使用历史跟踪值，确定预测跟踪值的部件；以及

用于使用跟踪可信度值以及预测跟踪值和表示由传感器检测的运动的测量跟踪值中的至少一个，确定增强跟踪值的部件。

108.如权利要求107所述的处理器，其中，传感器提供表示所检测的运动的测量跟踪值对，

其中，用于确定预测跟踪值的部件使用各个历史跟踪值，确定预测跟踪值对；以及

其中，用于确定增强跟踪值的部件确定增强跟踪值对，使用跟踪可信度值、历史跟踪值对的各自的一个，以及测量跟踪值对的各自的一个来计算增强跟踪值对的每一个。

109.如权利要求108所述的处理器，其中，测量跟踪值、预测跟踪值、历史跟踪值和增强跟踪值对的每一个表示在正交方向对的各自的一个中的运动。

110.如权利要求107所述的处理器，其中，用于确定跟踪可信度值的部件使用表示光强度的照明值，其中，处理器进一步包括用于使用从传感器接收的快门值和表示从光源发出的光量的亮度值，确定所述照明值的部件。

111.如权利要求107所述的处理器，其中，计算增强跟踪值以便如果跟踪可信度值是第一值，则增强跟踪值等于测量跟踪值，以及如果跟踪可信度值是第二值，则增强跟踪值等于预测跟踪值。

112.如权利要求111所述的处理器，其中，计算增强跟踪值，以便如果跟踪可信度值是第三值，则增强跟踪值等于测量跟踪值和预测跟踪值的每一个的加权组合。

113.如权利要求107所述的处理器，其中，测量跟踪值表示在主体传感器扫描期间由传感器检测的运动，以及历史跟踪值与主体传感器扫描之前的至少一个传感器扫描有关。

114.如权利要求113所述的处理器，其中，基于用于主体传感器扫描之前的所述至少一个传感器扫描的增强跟踪值，计算历史跟踪值。

115.如权利要求113所述的处理器，其中，所述照明值表示在主体传感器扫描期间，由传感器检测的光强度。

116.如权利要求107所述的处理器，进一步包括用于将增强跟踪值提供给客户设备用于控制光标运动的部件。

117.如权利要求107所述的处理器，进一步包括用于将增强跟踪值存储在存储器中的部件。

118.如权利要求117所述的处理器，其中，用于确定预测跟踪值的部件将在前存储的增强跟踪值用作用于确定历史跟踪值的基础。

119.如权利要求107所述的处理器，进一步包括自适应照明控制部件，用于控制由光源发出的光强度。

120.如权利要求119所述的处理器，其中，所述自适应照明控制部件控制光强度以便优化传感器的动态范围。

121.如权利要求119所述的处理器，其中，所述自适应照明控制部件基于从传感器接收的快门值信号，控制光强度。

122.如权利要求119所述的处理器，其中，所述自适应照明控制部件基于从传感器接收的对比度信号，控制光强度。

123.如权利要求119所述的处理器，其中，所述照明值基于从传感器接收的信息，以及自适应照明控制部件正控制光源的强度。

124.一种处理用于具有光源和传感器的光标控制设备的光标控制数据的方法，该方法包括步骤：

执行用于确定跟踪可信度值的可信度计算；

执行用于确定预测跟踪值的预测计算，所述预测计算涉及历史跟踪值；以及

执行用于确定增强跟踪值的增强计算，增强计算涉及跟踪可信度值、预测跟踪值和测量跟踪值，测量跟踪值表示由传感器检测的运动。

125.如权利要求124所述的方法，其中，所述传感器提供表示传感器运动的测量跟踪值对，

其中，执行预测计算的步骤用于使用各个历史跟踪值，确定预测跟踪值对，以及

其中，执行增强计算的步骤是用于确定增强跟踪值对，使用跟踪可信度值、历史跟踪值对的各自的一个以及测量跟踪值对的各自的一个，计算增强跟踪值对的每一个。

126.如权利要求125所述的方法，其中，测量跟踪值、预测跟踪值、历史跟踪值和增强跟踪值对的每一个表示正交方向对的各自一个中的运动。

127.如权利要求124所述的方法，其中，执行用于确定跟踪可信度值的可信度计算的步骤涉及表示由传感器检测的光强度的照明值，其中，该方法进一步包括执行用于确定所述照明值的照明计算的步骤，照明计算涉及从用于主体传感器扫描的传感器接收的快门值和表示在主体传感器扫描期间，从光源发出的光量的亮度值。

128.如权利要求124所述的方法，其中，增强计算是如果跟踪可信度值是第一值，则增强跟踪值等于测量跟踪值，以及如果跟踪可信度值是第二值，则增强跟踪值等于预测跟踪值。

129.如权利要求128所述的方法，其中，增强计算是如果跟踪可信度值是第三值，则增强跟踪值等于测量跟踪值和预测跟踪值的每一个的加权组合。

130.如权利要求124所述的方法，其中，跟踪测量值表示在主体传感器扫描期间，由传感器检测的运动，以及历史跟踪值是与在主体传感器扫描之前的至少一个传感器扫描有关。

131.如权利要求130所述的方法，其中，使用用于主体传感器扫描之前的所述至少一个传感器扫描的增强跟踪值，计算历史跟踪值。

132.如权利要求130所述的方法，其中，所述照明值表示在主体传感器扫描期间，由传感器检测的光强度。

133.如权利要求124所述的方法，进一步包括将增强跟踪值提供给客户设备用于控制光标运动的步骤。

134.如权利要求124所述的方法，进一步包括存储增强跟踪值的步骤。

135.如权利要求134所述的方法，其中，将所存储的增强跟踪值用作用于确定历史跟踪值的基础，重复执行可信度计算、执行预测计算以及执行增强计算的步骤。

136.如权利要求124所述的方法，进一步包括控制由光源发出的光强度的步骤。

137.如权利要求136所述的方法，其中，控制光强度的步骤包括控制光强度以便优化传感器的动态范围。

138.如权利要求136所述的方法，其中，控制光强度的步骤包括基于从传感器接收的快门值信号，控制光强度。

139.如权利要求136所述的方法，其中，控制光强度的步骤包括基于从传感器接收的对比度信号，控制光强度。

140.如权利要求136所述的方法，其中，所述照明值基于从传感器接收的信息和在控制光强度步骤期间控制光源的强度。

141.一种光标控制设备，包括：

第一传感器；

光源；

控制器，包括：

用于接收表示检测光的强度的强度信息的部件；以及

自适应照明控制部件，用于基于强度信息，控制由光源发出的光的强度。

142.如权利要求141所述的光标控制设备，其中，所述自适应控制部件控制光强度以便优化第一传感器的动态范围。

143.如权利要求141所述的光标控制设备，其中，所述自适应控制部件基于从第一传感器接收的快门值信号，控制光强度。

144.如权利要求141所述的光标控制设备，其中，所述自适应控制部件基于从第一传感器接收的对比度信号，控制光强度。

145.如权利要求141所述的光标控制设备，其中，从第二传感器接收强度信息。

146.如权利要求145所述的光标控制设备，其中，所述自适应控制部件控制光强度以便优化第一传感器的动态范围。