时差式计算机输入装置及其数据输入处理方法和其传感器.pdf

一种时差式双坐标输出的计算机输入装置、时差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：第一光源，以间隔开启与关闭方式产生第一投射光束；第二光源，于第一光源关闭时，产生第二投射光束，于第一光源开启时，关闭第二投射光束；及感测模块，包含有：光信号接收区，接收第一投射光束，以取得第一图像数据，以及接收第二投射光束，以取得第二图像数据；控制单元，比对不同时间点取得的第一图像数据，以计算出第一位移数据，以及比对不同时间点取得的第二图像数据，以计算出第二位移数据；及储存单元，储存第一位移数据与

1、  一种时差式双坐标输出的计算机输入装置，其特征在于，包含有：
一第一光源，以间隔开启与关闭方式产生一第一投射光束；
一第二光源，于该第一光源关闭时，产生一第二投射光束，于该第一光源开启时，停止产生该第二投射光束；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：
一光信号接收区，用以接收该第一投射光束，以取得一第一图像数据，以及接收该第二投射光束，以取得一第二图像数据；
一控制单元，以一时间差方式依序控制该第一光源与该第二光源的开启与关闭，并比对该光信号接收区于不同时间点取得的该第一图像数据，以计算出一第一位移数据，以及比对该光信号接收区于不同时间点取得的该第二图像数据，以计算出一第二位移数据；及
一储存单元，用以储存该第一位移数据与该第二位移数据。

2、  根据权利要求1所述的时差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所述的时差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光信号接收区上，或折射该第二投射光束至该光信号接收区上。

4、  根据权利要求1所述的时差式双坐标输出的计算机输入装置，其特征在于，该储存单元包含有第一寄存器用以储存该第一位移数据，以及一第二寄存器用以储存该第二位移数据。

5、  一种计算机输入装置的时差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，以产生一第一投射光束至该光学感测窗；
提供一感测模块接收该第一投射光束的反射光，以取得一第一图像数据；
关闭该第一光源，并开启一第二光源，以产生一第二投射光束至一工作平面；
透过该感测模块接收该第二投射光束的反射光，以取得一第二图像数据；
提供一控制单元比对不同时间点取得的该第一图像数据，以计算出一第一位移数据，以及比对不同时间点取得的该第二图像数据，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储存至一储存单元。

6、  根据权利要求5所述的计算机输入装置的时差式数据输入处理方法，其特征在于，该第一位移数据储存于该储存单元中的一第一寄存器，该第二位移数据储存于该储存单元中的一第二寄存器。

7、  根据权利要求5所述的计算机输入装置的时差式数据输入处理方法，其特征在于，该第一光源与该第二光源为相同波长。

8、  根据权利要求5所述的计算机输入装置的时差式数据输入处理方法，其特征在于，该第一光源与该第二光源为相异波长。

9、  一种时差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，以间隔开启与关闭方式产生一第一投射光束至一光学感测窗；
一第二光学模块，于该第一光学模块关闭时，产生一第二投射光束至一工作平面，于该第一光学模块开启时，停止产生该第二投射光束至该工作平面；及
一感测模块，用以依序控制该第一及第二光学模块的间隔开启与关闭，以及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。

10、  根据权利要求9所述的时差式双坐标输出的传感器，其特征在于，该第一投射光束与该第二投射光束为相异波长的光束。

时差式计算机输入装置及其数据输入处理方法和其传感器
技术领域
本发明关于一种计算机输入装置及其数据输入处理方法，特别是一种时差式双坐标输出的计算机输入装置、时差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。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，滚轮还可以控制视窗化介面的纵向滚动条或横向滚动条，且于滚轮的下方更设置有微动开关，使用者通过按压滚轮的方式，即可下达确认的指令，因此在应用视窗化介面上，鼠标成为了目前最普及的人机介面。
目前鼠标已广泛地使用于计算机设备的视窗介面操控上，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图像比对式，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，本发明提供一种时差式双坐标输出的计算机输入装置、时差式数据输入处理方法及其传感器，通过依序控制两组光源以一间格时间差方式扫描图像数据，借以降低计算机输入装置的耗电量，并使用一个光学感测模块作图像数据的侦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与缩小计算机输入装置的体积。
因此，本发明所提供的时差式双坐标输出的计算机输入装置，包含有：第一光源，以间隔开启与关闭方式产生第一投射光束；第二光源，于第一光源关闭时，产生第二投射光束，于第一光源开启时，停止产生第二投射光束；及感测模块，用以接收第一投射光束与第二投射光束，其感测模块包含有：光信号接收区，用以接收第一投射光束，以取得第一图像数据，以及接收第二投射光束，以取得第二图像数据；控制单元，以一时间差方式依序控制第一光源与第二光源的开启与关闭，并比对光信号接收区于不同时间点取得的第一图像数据，以计算出第一位移数据，以及比对光信号接收区于不同时间点取得的第二图像数据，以计算出第二位移数据；及储存单元，用以储存第一位移数据与第二位移数据。
另外，本发明所提供的计算机输入装置的时差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，以产生第一投射光束至光学感测窗；提供感测模块接收第一投射光束的反射光，以取得第一图像数据；关闭第一光源，并开启第二光源，以产生第二投射光束至一工作平面；通过感测模块接收第二投射光束的反射光，以取得第二图像数据；提供控制单元比对不同时间点取得的第一图像数据，以计算出第一位移数据，以及比对不同时间点取得的第二图像数据，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储存至一储存单元。
另外，本发明所提供的时差式双坐标输出的传感器，包含有：第一光学模块，以间隔开启与关闭方式产生第一投射光束至光学感测窗；第二光学模块，于第一光学模块关闭时，产生第二投射光束至工作平面，于第一光学模块开启时，停止产生第二投射光束至工作平面；及感测模块，用以依序控制第一及第二光学模块的间隔开启与关闭，以及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。
本发明的有益效果在于，时差式双坐标输出的计算机输入装置、时差式数据输入处理方法及其传感器，利用两组光源以一时间差的方式交错扫描两个不同的工作平面，以取得所需的图像数据，再计算出各工作平面的位移坐标数据，并储存于不同的寄存器内，最后由微控制器分别以不同寄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，由于本发明一次仅需驱动一组光源扫描图像数据，故较以往长时间驱动两组光源扫描图像数据的方式为省电，且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，以及缩小计算机输入装置的体积。
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为本发明的时差式双坐标输出的传感器的方框图；
图3A为本发明第一实施例的光路行进示意图；
图3B为本发明第一实施例的另一光路行进示意图；
图4A为本发明第二实施例的光路行进示意图；
图4B为本发明第二实施例的另一光路行进示意图；
图5为本发明的计算机输入装置的时差式数据输入处理。
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储存单元
53a第一寄存器
53b第二寄存器
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
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，并可内建于笔记本电脑、PDA、数字相框、手机…等具有视窗介面的电子装置中，以提供使用者操作相关的功能。然而所附附图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，台式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为一台式计算机，在已知的技术中，鼠标可通过有线方式或无线方式与台式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台式计算机，以控制台式计算机的操作系统(如Windows操作系统)的光标(cusor)于视窗化介面上移动，于鼠标上设置有一光学感测窗11，此光学感测窗11可取代公知鼠标的滚轮，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图像，以产生至少一对应的控制信号。
请参照图2本发明的时差式双坐标输出的感测单元的方框图。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以间隔开启与关闭方式产生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于第一光源30关闭时，产生第二投射光束至运动平面(如图3A所示)。第二光源40于第一光源30开启时，停止产生第二投射光束至工作平面。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可为相同波长，或者相异波长的光。
感测模块50用以接收第一投射光束与第二投射光束。感测模块50包含有光信号接收区51、控制单元52与储存单元53。
光信号接收区51用以接收第一投射光束，以取得第一图像数据。光信号接收区51并接收第二投射光束，以取得第二图像数据。其中光信号接收区51可为图像变化传感器(image detection sensor)，譬如电荷耦合组件(ChargedCoupled Device，CCD)或互补性氧化金属半导体(Complementary Metal-Oxidesemiconductor，CMOS)，用以侦测手指移动所产生的图像变化；同理，也可为一种光折射变化传感器(radiation detection sensor)，用以侦测光折射后的物理性质变化，进而取得对应的图像数据。
控制单元52与光信号接收区51连接。控制单元52以一时间差方式依序控制第一光源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于不同时间点取得的第一图像数据，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于不同时间点取得的第二图像数据，以计算出第二位移数据。
储存单元53与控制单元52连接。储存单元53用以储存第一位移数据与第二位移数据。其中储存单元53包含有第一寄存器53a用以储存第一位移数据，以及第二寄存器53b用以储存第二位移数据。
微控制器60与储存单元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的组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的波长可相同或相异。
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。
首先，控制单元52以一时间差方式依序控制第一光源30与第二光源40的开启与关闭。当第一光源30开启时，第二光源40为关闭。此时，第一光源30产生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光信号接收区51上。光信号接收区51接收第一投射光束，以取得第一图像数据。
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，进而取得新的第一图像数据。透过控制单元52比对光信号接收区51于不同时间点取得的第一图像数据，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。
请参照图3B本发明第一实施例的另一光路行进示意图。如图3B所示，首先，当第一光源30关闭时，第二光源40为开启。此时，第二光源40产生第二投射光束至工作平面90。
接着，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光信号接收区51上。光信号接收区51接收第二投射光束，以取得第二图像数据。
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，进而取得新的第二图像数据。通过控制单元52比对光信号接收区51于不同时间点取得的第二图像数据，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本发明第二实施例的光路行进示意图。如图4A所示，本发明的计算机输入装置10的组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的表面积小于第一实施例中第二透镜41的表面积。另外，第二实施例中的第一光源30与第二光源40的波长较佳者为相异。
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以一时间差方式依序控制第一光源30与第二光源40的开启与关闭。当第一光源30开启时，第二光源40为关闭。此时，第一光源30产生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光信号接收区51上。光信号接收区51接收第一投射光束，以取得第一图像数据。
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，进而取得新的第一图像数据。透过控制单元52比对光信号接收区51于不同时间点取得的第一图像数据，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。
请参照图4B本发明第二实施例的另一光路行进示意图。如图4B所示，首先，当第一光源30关闭时，第二光源40为开启。此时，第二光源40产生第二投射光束至工作平面90。
接着，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光信号接收区51上。光信号接收区51接收第二投射光束，以取得第二图像数据。
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，进而取得新的第二图像数据。透过控制单元52比对光信号接收区51于不同时间点取得的第二图像数据，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5本发明的计算机输入装置的时差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时差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，以产生第一投射光束至光学感测窗(步骤200)。其中第一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，因此，提供一个感测模块接收第一投射光束的反射光，以取得第一图像数据(步骤210)。其中感测模块具有图像数据的侦测处理能力与位移数据的计算处理能力。
关闭第一光源，并开启一第二光源，以产生第二投射光束至一工作平面(步骤220)。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可为相异波长，或者相同波长。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。
当第二投射光束照射于工作平面时，会产生反射光，通过感测模块接收第二投射光束的反射光，以取得一第二图像数据(步骤230)。
提供控制单元比对不同时间点取得的第一图像数据，以计算出第一位移数据，以及比对不同时间点取得的第二图像数据，以计算出第二位移数据(步骤240)。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储存至一储存单元。(步骤250)，并回到步骤200。其中储存单元包含有第一寄存器与第二寄存器。第一位移数据储存于储存单元中的第一寄存器，而第二位移数据储存于储存单元中的第二寄存器。
综合以上所述，本发明的时差式双坐标输出的计算机输入装置、时差式数据输入处理方法及其传感器，利用两组光源以一时间差的方式交错扫描两个不同的工作平面，以取得所需的图像数据，再计算出各工作平面的位移坐标数据，并储存于不同的寄存器内，最后由微控制器分别以不同寄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，由于本发明一次仅需驱动一组光源扫描图像数据，故较以往长时间驱动两组光源扫描图像数据的方式为省电，且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，以及缩小计算机输入装置的体积。
当然，本发明还可有其它多种实施例，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。