计算机输入装置、双光谱式数据输入处理方法及其传感器.pdf

本发明公开了一种双光谱式双坐标输出的计算机输入装置、双光谱式数据输入处理方法及其传感器。其计算机输入装置包含有：第一发光源，产生具有第一波长的第一投射光束；第二发光源，产生具有第二波长的第二投射光束；感测模块，包含有：滤光单元，分别滤出具有第一波长的第一投射光，以及具有第二波长的第二投射光；光信号接收区，接收第一投射光束，以取得第一影像数据，以及接收第二投射光束，以取得第二影像数据；控制单元，比对取得的第一影像数据与第二影像数据，以计算出第一位移数据与第二位移数据；及存储单元，存储第一位移数

1、  一种双光谱式双坐标输出的计算机输入装置，其特征在于，包含有：
一第一发光源，用以产生具有第一波长的一第一投射光束；
一第二发光源，用以产生具有第二波长的一第二投射光束；及
一感测模块，用以接收该第一投射光束与该第二投射光束，该感测模块包含有：
一滤光单元，用以分别滤出具有第一波长的该第一投射光，以及滤出具有第二波长的该第二投射光；
一光信号接收区，设置于该滤光单元的一侧，用以接收该第一投射光束，以取得一第一影像数据，以及接收该第二投射光束，以取得一第二影像数据；
一控制单元，用以比对取得的该第一影像数据，以计算出一第一位移数据，以及比对取得的该第二影像数据，以计算出一第二位移数据；及
一存储单元，用以存储该第一位移数据与该第二位移数据。

2、  根据权利要求1所述的双光谱式双坐标输出的计算机输入装置，其特征在于，该计算机输入装置还包含有一微控制单元，用以读取该第一位移数据与该第二位移数据。

3、  根据权利要求1所述的双光谱式双坐标输出的计算机输入装置，其特征在于，该滤光单元包含有：
一第一滤光片，用以滤出具有第一波长的该第一投射光；及
一第二滤光片，用以滤出具有第二波长的该第二投射光。

4、  根据权利要求1所述的双光谱式双坐标输出的计算机输入装置，其特征在于，该计算机输入装置还包含有：
一第一透镜，用以折射该第一投射光束；
一第一反射镜，用以反射通过该第一透镜的该第一投射光束；
一第二反射镜，用以反射该第一反射镜反射后的该第一投射光束；及
一第二透镜，设置于该第二反射镜与该感测模块之间，用以折射该第二反射镜反射的该第一投射光束至该滤光单元，或折射该第二投射光束至该滤光单元。

5、  根据权利要求1所述的双光谱式双坐标输出的计算机输入装置，其特征在于，该存储单元包含有第一缓存器用以存储该第一位移数据，以及一第二缓存器用以存储该第二位移数据。

6、  一种计算机输入装置的双光谱式数据输入处理方法，应用于具有一光学感测窗的计算机输入装置与一计算机之间的输入处理，其特征在于，包含有下列步骤：
开启一第一光源，以产生具有第一波长的一第一投射光束至该光学感测窗，以及开启一第二光源，以产生具有第二波长的一第二投射光束至一工作平面；
提供具有滤光单元的一感测模块，以接收该第一投射光束的反射光与该第二投射光束的反射光；
通过该滤光单元滤出该第一投射光束的该反射光，以取得一第一影像数据，以及通过该滤光单元滤出该第二投射光束的该反射光，以取得一第二影像数据；
提供一控制单元比对取得的该第一影像数据，以计算出一第一位移数据，以及比对取得的该第二影像数据，以计算出一第二位移数据；及
将该第一位移数据与该第二位移数据存储至一存储单元。

7、  根据权利要求6所述的计算机输入装置的双光谱式数据输入处理方法，其特征在于，该第一位移数据存储于该存储单元中的一第一缓存器，该第二位移数据存储于该存储单元中的一第二缓存器。

8、  根据权利要求6所述的计算机输入装置的双光谱式数据输入处理方法，其特征在于，该滤光单元包含有：
一第一滤光片，用以滤出具有第一波长的该第一投射光；及
一第二滤光片，用以滤出具有第二波长的该第二投射光。

9、  一种双光谱式双坐标输出的传感器，其特征在于，包含有：
一第一光学模块，用以产生具有第一波长的一第一投射光束至一光学感测窗；
一第二光学模块，用以产生具有第二波长的一第二投射光束至一工作平面；及
一感测模块，具有一滤光单元及一光信号接收区，用以接收该第一投射光束的反射光与该第二投射光束的反射光，并分别计算出一第一位移数据与一第二位移数据。

计算机输入装置、双光谱式数据输入处理方法及其传感器
技术领域
本发明涉及一种计算机输入装置及其数据输入处理方法，特别是涉及一种双光谱式双坐标输出的计算机输入装置、双光谱式数据输入处理方法及其传感器。
背景技术
计算机输入装置泛指可以对一计算机装置(如个人计算机、笔记型计算机或个人数字助理等等)输入坐标位移信号的硬件装置(Hardware Device)，可见的计算机输入装置种类很多，诸如鼠标、轨迹球装置、触控板、手写板、游戏杆等皆属之。其中，鼠标除可根据使用者的移动而对计算机装置输入坐标位移信号外，鼠标上还设有一滚轮，滚轮还可以控制窗口化界面的纵向滚动条或横向滚动条，且于滚轮的下方还设置有微动开关，使用者通过按压滚轮的方式，即可下达确认的指令，因此在应用窗口化界面上，鼠标成为了目前最普及的人机界面。
目前鼠标已广泛地使用于计算机设备的窗口界面操控上，并成为上网时密不可分的周边硬件装置之一。目前计算机输入装置上最新的卷页装置为一具有光学感测窗的方式；光学感测窗的原理可分为影像比对式，与光学折射比对式两种；而这类的产品譬如可见于GENIUS TRAVELER 515鼠标。
虽然上述具有光学感测窗的计算机输入装置可提升不少操作便利性，但是也由于使用了两个光学感测模块(一个供光学感测窗使用，另一个用以控制鼠标指针使用)，而增加了计算机输入装置的制作成本，且耗电量也相对提高了不少，另外，计算机输入装置需要增加体积空间，以容纳两个光学感测模块。
因此，如何能提供一种低成本、低耗电与小体积的计算机输入装置，成为研究人员待解决的问题之一。
发明内容
鉴于以上的问题，本发明提供一种双光谱式双坐标输出的计算机输入装置、双光谱式数据输入处理方法及其传感器，通过使用一个具有滤光单元的光学感测模块作影像数据的检测处理与位移数据的计算处理，进而降低计算机输入装置的制作成本、耗电量与缩小计算机输入装置的体积。
因此，本发明所提供的双光谱式双坐标输出的计算机输入装置，包含有：第一发光源，用以产生具有第一波长的第一投射光束；第二发光源，用以产生具有第二波长的第二投射光束；感测模块，用以接收第一投射光束与该第二投射光束，其感测模块包含有：滤光单元，用以分别滤出具有第一波长的第一投射光，以及滤出具有第二波长的第二投射光；光信号接收区，设置于滤光单元的一侧，用以接收第一投射光束，以取得第一影像数据，以及接收第二投射光束，以取得第二影像数据；控制单元，用以比对取得的第一影像数据，以计算出第一位移数据，以及比对取得的第二影像数据，以计算出第二位移数据；及存储单元，用以存储第一位移数据与第二位移数据。
所述的双光谱式双坐标输出的计算机输入装置，其中，该计算机输入装置还包含有一微控制单元，用以读取该第一位移数据与该第二位移数据。
所述的双光谱式双坐标输出的计算机输入装置，其中，该滤光单元包含有：
一第一滤光片，用以滤出具有第一波长的该第一投射光；及
一第二滤光片，用以滤出具有第二波长的该第二投射光。
所述的双光谱式双坐标输出的计算机输入装置，其中，该计算机输入装置还包含有：
一第一透镜，用以折射该第一投射光束；
一第一反射镜，用以反射通过该第一透镜的该第一投射光束；
一第二反射镜，用以反射该第一反射镜反射后的该第一投射光束；及
一第二透镜，设置于该第二反射镜与该感测模块之间，用以折射该第二反射镜反射的该第一投射光束至该滤光单元，或折射该第二投射光束至该滤光单元。
所述的双光谱式双坐标输出的计算机输入装置，其中，该存储单元包含有第一缓存器用以存储该第一位移数据，以及一第二缓存器用以存储该第二位移数据。
另外，本发明所提供的计算机输入装置的双光谱式数据输入处理方法，应用于具有一光学感测窗的计算机输入装置与一计算机之间的输入处理，包含有下列步骤：开启第一光源，以产生具有第一波长的第一投射光束至光学感测窗，以及开启第二光源，以产生具有第二波长的第二投射光束至一工作平面；提供具有滤光单元的感测模块，以接收第一投射光束的反射光与第二投射光束的反射光；通过滤光单元滤出第一投射光束的反射光，以取得第一影像数据，以及通过滤光单元滤出第二投射光束的反射光，以取得第二影像数据；提供一控制单元比对取得的第一影像数据，以计算出第一位移数据，以及比对取得的第二影像数据，以计算出第二位移数据；及将第一位移数据与第二位移数据存储至存储单元。
所述的计算机输入装置的双光谱式数据输入处理方法，其中，该第一位移数据存储于该存储单元中的一第一缓存器，该第二位移数据存储于该存储单元中的一第二缓存器。
所述的计算机输入装置的双光谱式数据输入处理方法，其中，该滤光单元包含有：
一第一滤光片，用以滤出具有第一波长的该第一投射光；及
一第二滤光片，用以滤出具有第二波长的该第二投射光。
另外，本发明所提供的双光谱式双坐标输出的传感器，包含有：第一光学模块，用以产生具有第一波长的第一投射光束至光学感测窗；第二光学模块，用以产生具有第二波长的第二投射光束至工作平面；及感测模块，具有滤光单元及光信号接收区，用以接收第一投射光束的反射光与第二投射光束的反射光，并分别计算出第一位移数据与第二位移数据。
通过这种双光谱式双坐标输出的计算机输入装置、双光谱式数据输入处理方法及其传感器，利用两组光源搭配一个具有滤光单元的感测模块来实现通过同时扫描两个不同的工作平面，以取得所需的影像数据，再计算出各工作平面的位移坐标数据，并存储于不同的缓存器内，最后由微控制器分别以不同缓存器地址选择读取两个坐标值，以解读成两个不同功能输出至计算机端，由于本发明只需使用一个光学感测模块，故可降低计算机输入装置的制作成本与耗电量，以及缩小计算机输入装置的体积空间。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明的计算机系统的示意图；
图2为本发明的双光谱式双坐标输出的传感器的方块图；
图3A为本发明第一实施例的光路行进示意图；
图3B为本发明第二实施例的光路行进示意图；
图4A为本发明的滤光单元第一实施例的结构示意图；
图4B为本发明的滤光单元第二实施例的结构示意图；
图5为本发明的计算机输入装置的双光谱式数据输入处理方法的步骤流程图。
其中，附图标记：
10  计算机输入装置
11  光学感测窗
20  计算机装置
30  第一光源
31  第一透镜
32  第一反射镜
33  第二反射镜
40  第二光源
41  第二透镜
50  感测模块
51  光信号接收区
52  控制单元
53  存储单元
53a 第一缓存器
53b 第二缓存器
54  滤光单元
54a 第一滤光片
54b 第二滤光片
60  微控制器
70  电路板
80  手指
90  工作平面
100 计算机系统
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。
根据本发明所提供的计算机输入装置，包括但不局限于鼠标、轨迹球、触控板、游戏控制器…等计算机周边输入装置，并可内建于笔记型计算机、PDA、数字相框、手机…等具有窗口界面的电子装置中，以提供使用者操作相关的功能。然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用以限制本发明。在以下实施方式说明中，将以鼠标作为计算机输入装置，桌上型计算机作为计算机装置，而作为本发明的最佳实施例。
请参照图1，为本发明的计算机系统的示意图，如图1所示，计算机系统100包含有计算机输入装置10与计算机装置20。其中计算机输入装置10为一鼠标，计算机装置20为一桌上型计算机，在已知的技术中，鼠标可通过有线方式或无线方式与桌上型计算机进行信号连接，而鼠标于一工作平面上移动，通过机械方式或光学方式计算鼠标于平面上的位移量，进而转换成位移信号传输至桌上型计算机，以控制桌上型计算机的操作系统(如Windows操作系统)的光标(cusor)于窗口化界面上移动，于鼠标上设置有一光学感测窗11，此光学感测窗11可取代现有鼠标的滚轮，当使用者以手指或其它的对象接触光学感测窗11之上时，配合以下实施例的构造即可撷取获得手指或对象的影像，以产生至少一对应的控制信号。
请参照图2，为本发明的双光谱式双坐标输出的传感器的方块图。如图2所示，本发明的传感器包含有第一光源30、第二光源40及感测模块50；本发明可将传感器置入一计算机输入装置10以与一微控制器60相电性连接。
第一光源30用以产生具有第一波长的第一投射光束至光学感测窗11(如图3A所示)。第一光源30可例如是发光二极管或是雷射二极管。
第二光源40用以产生具有第二波长的第二投射光束至工作平面(如图3A所示)。第二光源40可例如是发光二极管或是雷射二极管。其中第一光源30与第二光源40为相异波长的光。
感测模块50用以接收第一投射光束与第二投射光束，并分别计算出第一位移数据与第二位移数据。感测模块50包含有滤光单元54、光信号接收区51、控制单元52与存储单元53。
滤光单元54用以分别滤出具有第一波长的第一投射光，以及滤出具有第二波长的第二投射光。其中滤光单元54包含有第一滤光片54a与第二滤光片54b。第一滤光片54a用以滤出具有第一波长的第一投射光。第二滤光片54b用以滤出具有第二波长的第二投射光。
光信号接收区51设置于滤光单元54的一侧。光信号接收区51用以接收第一滤光片54a滤出的第一投射光束，以取得第一影像数据。光信号接收区51并接收第二滤光片54b滤出的第二投射光束，以取得第二影像数据。其中光信号接收区51可为影像变化传感器(image detection sensor)，譬如电荷耦合元件(Charged Coupled Device，CCD)或互补性氧化金属半导体(ComplementaryMetal-Oxide semiconductor，CMOS)，用以检测手指移动所产生的影像变化；同理，亦可为一种光折射变化传感器(radiation detection sensor)，用以检测光折射后的物理性质变化，进而取得对应的影像数据。
控制单元52与光信号接收区51连接。控制单元52可控制第一光源30与第二光源40的开启与关闭。控制单元52比对光信号接收区51取得的第一影像数据，以计算出第一位移数据。控制单元52并比对光信号接收区51取得的第二影像数据，以计算出第二位移数据。
存储单元53与控制单元52连接。存储单元53用以存储第一位移数据与第二位移数据。其中存储单元53包含有第一缓存器53a用以存储第一位移数据，以及第二缓存器53b用以存储第二位移数据。
微控制器60与存储单元53连接。微控制器60用以读取第一位移数据与第二位移数据。微控制器60与计算机装置20进行通讯，并将读取的第一位移数据与第二位移数据传送至计算机装置20中进行后续处理。
请参照图3A，为本发明第一实施例的光路行进示意图。如图3A所示，本发明的计算机输入装置10的元件构造大致上包含有光学感测窗11、第一光源30、第一透镜31、第一反射镜32、第二反射镜33、第二光源40、第二透镜41、感测模块50与电路板70。另外，第一实施例中的第一光源30与第二光源40的波长为相异。
第一透镜31与光学感测窗11为大致上平行的设置关系。第一反射镜32与第一透镜31大致上成45度的夹角设置关系。第二反射镜33与第一反射镜32大致上成镜像的设置关系。第二透镜41位于第二反射镜33的上方。第二透镜41的上方设置有感测模块50。感测模块50设置在电路板70的下表面上。另外，上述的光学感测窗11、第一光源30、第一透镜31、第一反射镜32与第二反射镜33可构成第一光学模块。上述的第二光源40与第二透镜41可构成第二光学模块。
首先，控制单元52控制第一光源30与第二光源40的开启与关闭。当第一光源30与第二光源40开启时。此时，第一光源30产生具有第一波长的第一投射光束至光学感测窗11。接着，第一投射光束照射到手指80后，反射至第一透镜31。第一透镜31折射第一投射光束至第一反射镜32。接下来，第一反射镜32反射通过第一透镜31的第一投射光束至第二反射镜33。第二反射镜33反射第一反射镜32反射后的第一投射光束至第二透镜41。
第二透镜41设置于第二反射镜33与感测模块50之间。第二透镜41用以折射第二反射镜33反射的第一投射光束至滤光单元54。通过第一滤光片54a滤出第一投射光束，以使光信号接收区51的像素(图中未示)接收第一投射光束，并取得第一影像数据。
接着，当手指80在光学感测窗11移动时，第一投射光的反射光会产生变化，因此经由上述的光路行进过程后，光信号接收区51会接收到相应于手指80移动的第一投射光束，进而取得新的第一影像数据。通过控制单元52比对光信号接收区51取得的第一影像数据，即可计算出第一位移数据。由于熟悉该项技艺所知，现有多种方式进行该相关性计算，故此便不再详细赘述。
同时，当第二投射光束照射到工作平面90后，反射穿过第二反射镜33至第二透镜41。第二透镜41折射第二投射光束至滤光单元54。通过第二滤光片54b滤出第二投射光束，以使光信号接收区51的像素(图中未示)接收第二投射光束，并取得第二影像数据。
当使用者移动计算机输入装置10时，第二投射光的反射光会产生变化，因此经由上述的光路行进过程后，光信号接收区51会接收到相应于计算机输入装置10移动的第二投射光束，进而取得新的第二影像数据。通过控制单元52比对光信号接收区51取得的第二影像数据，即可计算出第二位移数据。由于熟悉该项技艺所知，现有多种方式进行该相关性计算，故此便不再详细赘述。
请参照图3B，为本发明第二实施例的光路行进示意图。如图3B图」所示，本发明的计算机输入装置10的元件构造大致上包含有光学感测窗11、第一光源30、第一透镜31、第一反射镜32、第二反射镜33、第二光源40、第二透镜41、感测模块50与电路板70。其中，第二实施例与第一实施例不同之处在于：第二实施例中第二透镜41的表面积大于第一实施例中第二透镜41的表面积。
首先，控制单元52控制第一光源30与第二光源40的开启与关闭。当第一光源30与第二光源40开启时。此时，第一光源30产生具有第一波长的第一投射光束至光学感测窗11。接着，第一投射光束照射到手指80后，反射至第一透镜31。第一透镜31折射第一投射光束至第一反射镜32。接下来，第一反射镜32反射通过第一透镜31的第一投射光束至第二反射镜33。第二反射镜33反射第一反射镜32反射后的第一投射光束至第二透镜41。此时，第二光源40产生具有第二波长的第二投射光束，经工作平面90反射后将投射至第二透镜41，而不经过第二反射镜33。
第二透镜41设置于第二反射镜33与感测模块50之间。第二透镜41用以折射第二反射镜33反射的第一投射光束至滤光单元54。通过第一滤光片54a滤出第一投射光束，以使光信号接收区51的像素(图中未示)接收第一投射光束，并取得第一影像数据。
接着，当手指80在光学感测窗11移动时，第一投射光的反射光会产生变化，因此经由上述的光路行进过程后，光信号接收区51会接收到相应于手指80移动的第一投射光束，进而取得新的第一影像数据。通过控制单元52比对光信号接收区51取得的第一影像数据，即可计算出第一位移数据。由于熟悉该项技艺所知，现有多种方式进行该相关性计算，故此便不再详细赘述。
同时，当第二投射光束照射到工作平面90后，反射至第二透镜41。第二透镜41折射第二投射光束至滤光单元54。通过第二滤光片54b滤出第二投射光束，以使光信号接收区51的像素(图中未示)接收第二投射光束，并取得第二影像数据。
当使用者移动计算机输入装置10时，第二投射光的反射光会产生变化，因此经由上述的光路行进过程后，光信号接收区51会接收到相应于计算机输入装置10移动的第二投射光束，进而取得新的第二影像数据。通过控制单元52比对光信号接收区51取得的第二影像数据，即可计算出第二位移数据。由于熟悉该项技艺所知，现有多种方式进行该相关性计算，故此便不再详细赘述。
请参照图4A，为本发明的滤光单元第一实施例的结构示意图。如图4A所示，滤光单元54中的第一滤光片54a与第二滤光片54b为堆叠排列方式的结构。请参照图4B，为本发明的滤光单元第二实施例的结构示意图。如图4B所示，滤光单元54中的第一滤光片54a与第二滤光片54b为间格排列方式的结构。
请参照图5，为本发明的计算机输入装置的双光谱式数据输入处理方法的步骤流程图。如图5所示，本发明的计算机输入装置的双光谱式数据输入处理方法，应用于具有一光学感测窗的计算机输入装置与一计算机之间的输入处理，包含有下列步骤：
开启第一光源，以产生具有第一波长的第一投射光束至光学感测窗，以及开启第二光源，以产生具有第二波长的第二投射光束至工作平面(步骤200)。上述的工作平面可以例如是桌面或鼠标垫。其中第一光源与第二光源的强度与发光时间可由控制单元自动调整，或由使用者自行设定调整。
当第一投射光束照射于光学感测窗时，会产生反射光，当第二投射光束照射于光学感测窗时，会产生反射光，因此，提供一个具有滤光单元的感测模块接收第一投射光束的反射光与第二投射光束的反射光(步骤210)。其中感测模块具有影像数据的检测处理能力与位移数据的计算处理能力。
通过滤光单元滤出第一投射光束的反射光，以取得第一影像数据，以及通过滤光单元滤出第二投射光束的反射光，以取得第二影像数据(步骤220)。其中滤光单元包含有第一滤光片与第二滤光片。第一滤光片用以滤出具有第一波长的第一投射光。第二滤光片用以滤出具有第二波长的第二投射光。另外，第一光源与第二光源为相异波长。
提供控制单元比对取得的第一影像数据，以计算出第一位移数据，以及比对取得的第二影像数据，以计算出第二位移数据(步骤230)。其中第一位移数据与第二位移数据可包含有X轴的坐标位移量、Y轴的坐标位移量、X轴的位移方向与/或Y轴的位移方向。
将第一位移数据与该第二位移数据存储至一存储单元。(步骤240)，并回到步骤200。其中存储单元包含有第一缓存器与第二缓存器。第一位移数据存储于存储单元中的第一缓存器，而第二位移数据存储于存储单元中的第二缓存器。
综合以上所述，本发明的双光谱式双坐标输出的计算机输入装置、双光谱式数据输入处理方法及其传感器，利用两组光源搭配一个具有滤光单元的感测模块来实现通过同时扫描两个不同的工作平面，以取得所需的影像数据，再计算出各工作平面的位移坐标数据，并存储于不同的缓存器内，最后由微控制器分别以不同缓存器地址选择读取两个坐标值，以解读成两个不同功能输出至计算机端，由于本发明只需使用一个光学感测模块，故可降低计算机输入装置的制作成本与耗电量，以及缩小计算机输入装置的体积。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。