CN1388925A - 笔形光鼠标装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种笔形光鼠标装置及其控制方法,其中利用反射光进行光标位置表示或书写输入。本发明的目的是提供一种笔形光鼠标装置及其控制方法,其中用户能用他/她的手方便地握住鼠标装置,通过常规的书写动作完成书写输入,并可根据用户的书写习惯校正鼠标装置的坐标值。依照本发明,通过将图象传感器安装在笔形光鼠标装置内部的一侧,可使鼠标装置变细长,由此使用户能容易地握住它。另外,借助于接触传感设备能自动识别书写命令,借助于长焦距透镜或远心光学系统能确保长的焦深。由此,能够通过流畅且常规的书写动作实现鼠标功能和书写功能。另外,即使用户以任何姿势握住笔形光鼠标装置,也能实现准确的光标移动和书写输入。

Description

笔形光鼠标装置及其控制方法

发明背景

发明领域

本发明涉及一种笔形光鼠标装置及其控制方法，具体涉及这样一种笔形光鼠标装置及其控制方法，其中光导使发光器发射出的光以一定角度入射到一个表面上，从该表面反射的光的光路发生改变，从而使表面图象在图象传感器上成象，由此能够通过正常的书写动作书写文字或画图。

现有技术描述

传统鼠标是计算机的外围装置，它利用计算机系统显示装置上显示的光标指示一定位置，这种鼠标还包括用于改变位置的球体和功能按钮。

然而，在该传统的球形鼠标中，由于球体不能在光滑表面上平滑地转动，因此在使用场所方面存在限制，于是为了确保球体的平滑转动而需要鼠标垫。另外，即使鼠标的球体在鼠标垫上转动，随球体转动发生改变的坐标轴也不能准确地与其对应。于是，存在这样一个问题，即光标不能在显示装置的显示屏上平滑移动。

此外，在利用球形鼠标输入文字或进行精密工作的情况下，用户必需在握住和移动鼠标的同时操纵鼠标前端设置的点按按钮。然而，在该情况下，存在这样一个问题，即实施这样的鼠标移动操作比较麻烦，这会降低坐标的检测速度和精度。特别是，所存在的不利方面在于：由于鼠标形状与普通书写工具的形状不同，因此不能利用这种鼠标进行常规书写和画图。另外，由于球形鼠标必需利用球体的转动，因此在球体和检测球体转动的装置之间会积聚灰尘等物。于是，所存在的不利因素在于：鼠标的耐用性会变差，应当定时清洁鼠标。

此外，至于采用用光来检测坐标的这种方法的计算机用光鼠标，已经使用了具有光传感器和组合鼠标垫的光鼠标和采用互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器的光鼠标。具有光传感器和鼠标垫的光鼠标这样构造：坐标检测装置包括发光元件和光接收元件，在鼠标垫上刻了交叉线图形。在该情况下，存在的问题在于，由于光鼠标不可避免地需要专用垫，鼠标的使用存在限制。

同时，在新近开发的采用CMOS传感器的光鼠标情况下，其优点在于：与传统光鼠标装置相反的是，它不再需要另外的鼠标垫，由于其中不再采用任何移动部件，因此它的耐用性得到改善。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(发光光源及其系统)照亮直接布置在光鼠标下方的工作面或板面；装在里面的成象系统使工作面或板面上的任意图形或特征在CMOS传感器的平面上成象；以及处理单元由图象信息随时间的变化检测鼠标移动方向和程度。除了这种光鼠标外，于1988年12月28日发布的、名称为“光学变换器装置”的美国专利第4794384号公开了这样一种结构：其中当工作面被来自光源的部分相干光照亮时，检测器阵列检测到由工作面反射的斑纹图案中的变化，从而检测到鼠标的移动。

该结构的优点在于，对鼠标的使用环境没有限制。然而，由于鼠标形状与普通书写工具的形状不同，其要在整个鼠标握在用户手里的状态下进行鼠标移动，所以这很难实现精确的坐标移动。结果，存在的问题在于，不容易利用鼠标进行绘图操作或写入用户的签名。

已经开发了这样一种笔形鼠标，当其执行精密绘图操作或书写用户的签名时它能实现精确的光标控制。在名称为“类似笔的计算机指示装置”、于2000年11月21日发布的美国专利第6151015号(此后称作“015专利”)中公开了这样一种笔形鼠标的例子。正如图1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、以及按钮112和114。发光光源104发出光，透镜110使反射光成象，所述反射光是在从发光光源140发出的光被工作面反射掉时产生的。于是，当光学移动传感器108捕捉到通过透镜110成象的工作面图象时，可从由于指示装置的运动导致图象发生变化中获得指示装置的运动方向和运动量，然后通过通信链路116和118将这些信息传送给计算机。

然而，’015专利的光学指示装置在进行精细绘图操作或流畅地书写人们的签名方面存在以下三个缺点。

首先，缺点在于，由于指示装置直径较大，因此很难将指示装置握在人手中。参照图1，用于捕捉工作面图象的光学移动传感器108沿垂直于指示装置中心轴的方向设置。在此，由于光学移动传感器108是一种IC芯片，其具有半导体芯片的标准尺寸，因此其在与指示装置中心轴垂直的方向(水平)上的尺寸比它在平行于中心轴线的方向(竖直)上的尺寸长。由此，由于以图1所示方式安装的光学移动传感器108会导致指示装置直径增大，因此当指示装置握在人手内时它很难被使用。

第二个缺点在于，不能精确地检测指示装置在特定工作面上的运动。再次参照图1，由于’015专利的光学指示装置没有将发光光源104发出的光以较小角度传递到工作面上的设备，因此如图2所示，光从发光光源104入射到工作面上的角度θ可能会增加。因此，如果被发光光源104照射的工作面上没有任何图案或整个表面颜色相同，则问题在于检测不到鼠标的运动。图2是表示工作面21的放大图，这些工作面例如复印纸，它们颜色均匀，且没有图形。当在正常光照条件下用肉眼观察表面时，辨认不出这种表面的不均匀性。然而，普通工作面实际上具有细微的不均匀性，例如图2所示的那些工作面21。在图2中，如果从发光光源104照射到工作面上的光的角度θ超过40度，光就会照射到凸起部分的左侧和右侧倾斜面24、23。于是在通过透镜成象的工作面图象上不能区分凸起部分的左侧和右侧倾斜面24、23。

第三个缺点在于，当指示装置与工作面间隔开时，不能捕捉到光标的位置。参照图3，对于文字或图形输入，笔的书写操作通常由下笔动作和提笔动作组合而成，其中笔通过所述下笔动作与工作面接触，然后在工作面上移动，笔通过提笔动作与工作面分开，然后发生移动。例如，如图3所示，当写下字母表中的大写字母“X”时，书写动作由以下步骤组成：通过下笔动作写下“/”(步骤S1)，通过提笔动作移动笔(步骤S2)，以及通过下笔动作写下“\”(步骤S3)。通常，在提笔动作中，与工作面分开的距离约为3mm或更少。

相反，当试图利用’015专利的光学指示装置写下字母“X”时，指示装置与工作面接触，点按它的设定按钮，然后连续而不间断地写下“/”(步骤S1)。接着释放设定按钮，将指示装置移动到适当位置，并使其与工作面保持接触(步骤S2)。然后，再次点按设定按钮，于是在保持指示装置与工作面接触的情况下写下“\”(步骤S3)。在此，即使当仅仅移动指示装置而不输入文字(步骤S2)时，为了捕捉指示装置的坐标，也应当使指示装置与工作面接触。如果指示装置与工作面是分开的，工作面21与透镜110之间的距离就会增加，由此设计成在指示装置与工作面21接触的条件下才能正确工作的透镜110不能使光束在光学移动传感器108上精确成象。因此在提笔行为的状态下不能做到正确地测量坐标，由此很难通过流畅或常规的书写动作输入文字或图画。

仅当鼠标装置与工作面接触的状态与鼠标装置不与工作面接触的状态彼此接续地连接在一起时，才能流畅或常规地作出前述书写动作。对于这种传统的鼠标装置，由于总是仅在鼠标装置与工作面接触的状态下才能书写文字或画图，因此利用这种鼠标装置很难流畅地完成书写动作和正确地输入所希望的文字。另外，由于目前几乎所有的工作都通过因特网进行，因此经常发生这种情况，即用户应在监视器显示的文件中写入他/或她的意见或签名。然而，这很难利用传统鼠标装置输入唯一风格的笔迹，例如签名。因此，用户在监视器上完成他/她的签名几乎是不可能的。

所以，为了实现流畅的文字或图画输入，需要这样一种设备，其能正确地测量鼠标装置的位置值，从而能连续地捕捉鼠标装置的坐标，而不用考虑鼠标装置是否与工作面接触的状态。

同时，即使可以解决进行精密画图操作或流畅书写操作所需的传统笔形光鼠标装置中的问题，但是还要预期到两个其它问题。笔形光鼠标装置实际是在相对于工作面略微倾斜而不是直立的状态下使用。因此，笔形光鼠标装置的中心轴(或纵轴)相对于与工作面垂直的方向(此后称为“Z轴”)倾斜一定倾斜角度。结果，笔形光鼠标的“Y-轴”受倾斜角度的影响，而它的“X轴”却不受倾斜角影响。也就是说，笔形光鼠标装置在“X-”和“Y-”轴每个方向上的放大倍数会彼此不同。例如，如果用户用笔形光鼠标装置画一个圆，鼠标装置移动的信息就被识别为一个椭圆，其具有不同于圆的宽高比。在此，前述“X-”、“Y-”、“Z-”轴定义如下。“Z-轴”定义为与工作面或板面垂直的方向，将工作面或板面、即与“Z-轴”垂直的平面定义为“X-Y平面”。此时，将“Y-轴”定义为包含在由笔形光鼠标装置的法线(“Z-轴”)和中轴组成的平面内的直线或方向，“Y-轴”也位于“X-Y平面”内。“X-轴”定义为与“Y-轴”垂直的另一方向，同时“X-轴”也位于“X-Y平面”内。

另外，用于捕捉工作面图象的光学移动传感器108利用其水平和竖直方向作为鼠标装置移动的参考方向。由于笔形光鼠标装置通常采用圆柱形形状，因此在鼠标装置内布置的光学移动传感器可根据用户握住鼠标装置的姿势从基准角度开始转动。由此，如果用户以不适当的姿势握住鼠标装置，鼠标装置水平移动的方向将与鼠标装置内容纳的光学移动传感器108的水平方向不平行。于是，就存在这样一个问题，即光学移动传感器108检测到的鼠标移动方向从其实际移动方向转过一定角度，由此会产生其移动方向上的失真。

                        发明概述

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笔形光鼠标装置，其中在笔形光鼠标装置主体内部的一侧安装了图象传感器，所以鼠标装置是细长的，从而它能够被手容易地握住。

本发明的第二个目的是提供一种笔形光鼠标装置，其中从发光单元发出的光被引导到以很小的角度照射到工作面上，从而不用考虑工作面的状态就能准确地检测鼠标装置的移动。

本发明的第三个目的是提供一种笔形光鼠标装置及其控制方法，其中可以区别地检测到这些状态，即鼠标装置与工作面保持接触移动的状态和与工作面保持不接触移动的状态，根据检测到的接触压力自动识别写入命令，进行对鼠标装置坐标的连续捕捉，而不用考虑它是否与工作面接触，由此能象用笔书写那样方便地进行书写文字或画图。

本发明的第四个目的是提供一种笔形光鼠标装置及其控制方法，其中能最大限度地减少梯形失真，并能补偿由于用户握住鼠标装置的握姿产生的鼠标装置的坐标值失真，由此能够获得光标的精确移动和准确的书写输入，而不用考虑用户握住鼠标装置的姿势。

为了实现第一个目的，借助于光路变换器可以以直角压折成象系统的路径，由此可将图象传感器安装在依照本发明的笔形光鼠标装置的主体内部一侧。

为了实现本发明的第二个目的，依照本发明，可借助于光导引导从发光单元发出的光，以便使光以小角度照射到工作面上。

为了实现本发明的第三个目的，根据本发明，通过接触检测设备检测鼠标装置的接触压力可自动识别写入命令，利用长焦距的透镜或远心光路系统可加长光学系统的聚焦深度，由此不管鼠标装置是否与工作面接触，都能测量到鼠标装置的坐标。

为了实现第四个目的，根据本发明，可通过调整光路变换器和/或图象传感器的布置角度或通过利用远心光学系统最大限度地减小梯形失真。

为了有利于实现第四个目的，依照本发明，可根据校正因子校正检测鼠标装置坐标值时的放大各向异性，其中所述校正因子是根据用户输入的书写习惯计算得到的，或者可根据倾斜度传感器检测的鼠标装置中心轴的倾斜度进行校正。

为了确凿地实现第四个目的，依照本发明，可根据鼠标装置的转动角度校正鼠标装置的坐标值，所述转动角度是根据用户输入的书写习惯相对于它的基准角度计算得到的，或者可根据转角传感器检测到的鼠标装置的转动角度进行校正。

                    附图的简要说明

通过对结合附图给出的优选实施方式的以下描述可使本发明的上述和其它目的和特征变得清楚，其中：

图1是表示传统光鼠标装置的结构的示意图，所述鼠标装置可具体作为笔型的计算机指示装置；

图2表示从传统光鼠标装置的发光单元发出的光入射到工作面上的状态；

图3是表示书写字母“X”所必需的步骤的视图；

图4是依照本发明的笔形光鼠标装置的透视图；

图5是表示依照本发明的笔形光鼠标装置的内部结构的示例视图；

图6是表示依照本发明的笔形光鼠标装置的内部结构的另一个示例的视图；

图7是用于解释依照本发明的笔形光鼠标装置的操作的流程图；

图8是表示依照本发明的笔形光鼠标装置的发光单元示例的视图；

图9是表示依照本发明的笔形光鼠标装置的光导的示例视图；

图10是从依照本发明的笔形光鼠标装置的发光单元发出的光入射到工作面上的细化状态；

图11是用于解释校正梯形失真的方法的视图，该方法是通过调整依照本发明的笔形光鼠标装置的图象传感器的设置角度来完成的；

图12是表示依照本发明的笔形光鼠标装置的内部结构的另一个示例的视图；

图13是在依照本发明的笔形光鼠标装置中采用的远心光学系统的示意图；

图14是依照本发明的笔形光鼠标装置的示意图，其发光单元和光导彼此结合在一起；

图15是表示依照本发明的笔形光鼠标装置的另一个实施方式的视图；

图16是用于解释依照本发明的笔形光鼠标装置的控制方法的流程图；

图17是用于解释校正放大各向异性的方法的流程图，其中所述放大各向异性是由于依照本发明的笔形光鼠标装置发生倾斜而产生的；

图18是用于解释校正放大各向异性的另一个方法的流程图，其中所述放大各向异性是由于依照本发明的笔形光鼠标装置发生倾斜而产生的；

图19是用于解释校正放大各向异性的另一个方法的视图，其中所述放大各向异性是由于依照本发明的笔形光鼠标装置发生倾斜而产生的；

图20是用于解释失真校正方法的流程图，所述失真是由于个人对依照本发明的笔形光鼠标装置的握姿的差别造成的；

图21是用于解释校正失真的另一个方法的流程图，所述失真是由于个人对依照本发明的笔形光鼠标装置的握姿的差别造成的；

图22是用于解释失真校正方法的视图，所述失真是由于个人对依照本发明的笔形光鼠标装置的握姿的差别造成的；

图23是用于解释失真校正方法的另一个视图，所述失真是由于个人对依照本发明的笔形光鼠标装置的握姿的差别造成的。

                    本发明的详细描述

下面将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。

图4是依照本发明的笔形光鼠标装置的透视图。

图4中所示的笔形光鼠标装置包括鼠标装置的主体10、发光单元11、成象系统13、图象传感器14、控制设备15、传送设备16、设定按钮17、移动轮开关18、以及接触传感设备19。

鼠标装置的主体10采用横截面为圆形或椭圆形的笔的形式，由此用户能方便地掌住它。优选地，主体10包括多个夹持部分(未示出)，用户能通过该夹持部分将主体握在他/她的手指间。

夹持传感设备19检测在主体10的前端与例如桌面的任意工作面20接触时产生的接触压力，例如，其工作方式与压力传感器的工作方式相同。当主体10的前端设置的接触传感设备19检测到压力时，即借助于表示笔形光鼠标装置与工作面接触的信号，发光单元11发出光。当然，可通过利用设定按钮17或移动轮开关18来操纵发光设备11。另外，控制设备15可在鼠标装置未处于使用状态时使发光单元11发出弱光，而在接触传感设备19检测到压力或图象传感器14检测到鼠标装置使用时捕捉的图象中的任何变化时使发光单元11发出正常亮度的光。

光导12引导从发光单元11发出的光，使光以某个角度照射到工作面20上。然而，必要时也可以省略光导12。例如，如果在例如桌面的任意工作面上使用笔形光鼠标装置，就可以使用没有光导12的笔形光鼠标装置。

通过成象系统13对反射光进行成象，所述反射光是在通过光导12照射的光被工作面反射时产生的，然后成象系统向图象传感器14输出图象。

图象传感器14接收到成象系统13成象的光，然后将其转换成电信号，接着该电信号被传输到控制设备15中。控制设备15根据图象传感器14转换的电信号进行放大、滤波和光电转换，并计算出要在监视器上显示的光标坐标值。

传输设备16通过鼠标端口向计算机内布置的控制设备提供由控制设备15计算的坐标值和由设定按钮设定并被传感器检测的状态信号。当然，传输设备16既能支持有线传输，又能支持无线传输。设定按钮17和移动轮开关18是用于通过控制设备15执行预定操作的功能按钮。

优选的是，笔形光鼠标装置进一步包括倾斜度传感器(未示出)和转角传感器(未示出)，所述倾斜度传感器可用于检测鼠标装置的中轴相对与工作面正常方向的倾斜度，以便校正由于鼠标装置倾斜引起的鼠标装置的放大各向异性，所述转角传感器用于检测鼠标装置相对于它的基准角度的转动角度，以便校正由个人对鼠标装置的握姿差别引起的失真。在此，倾斜度传感器可由通过利用对主体内包含的重块的重力作用、封闭空间内填充的流体的移动、电容或电流的变化来检测笔形光鼠标装置的中轴倾斜度的传感器或编码器组成。现在突出的采用微-电机系统(MEMS)技术的传感器也可用作倾斜度传感器。

另外，笔形鼠标装置优选用作与计算机分离的便携式独立型输入装置。至此，鼠标装置进一步包括存储器(未示出)，该存储器可用于存储鼠标装置被用户移位时的移动轨迹。因此，当用户利用自己拿着的笔形光鼠标装置在纸张或记事簿上记录重要内容时，鼠标装置的移动轨迹会以矢量图形或位图图象的形式存储在它的内部存储器中。当鼠标装置通过有线或无线连接与计算机相接时，可利用专用软件来确认这些存储的信息。

图5是表示依照本发明的笔形光鼠标装置的内部结构示例的视图。

在图5中，示出了类似的参考标记，用以表示与图4中的部件相同的部件。

由于发光单元11、光电12、成象系统13、图象传感器14和控制设备15的操作与参照图4所述的那些部件的操作类似，因此将省略对它们的详细描述。

成象系统13包括成象透镜13a、和用作光路变换器的反射器或直角棱镜13b。成象透镜13a对从发光单元11发出的、通过光电12照射到工作面20上、接着又被工作面反射的光进行成象。

反射器或直角棱镜13b安装到穿过成象透镜13a的光路中，用以改变光路，以便使光在图象传感器14上精确成象。

图6是表示依照本发明的笔形光鼠标装置的内部结构的另一个例子的视图。

图6所示结构除了成象系统的结构外都与图5中的结构类似。也就是说，图6所示结构设置五棱镜13c代替反射器或直角棱镜13b，该五棱镜用作光路变换器。

五棱镜13c安装在穿过成象透镜13a的光路中，其通过与反射器或直角棱镜相同的方式将光路改变90度，以便使光在图象传感器14上精确成象。

此外，在五棱镜13c用作光路转换器的情况下，鼠标实际移动的方向与监视器上显示的光标移动方向一致。

图7是用来描述依照本发明的笔形光鼠标装置的操作的流程图。

在图7中，当用户用他/她的手象他/她握住真正的笔那样握住主体10，然后移动鼠标与工作面20接触时，在笔形光鼠标装置前端设置的接触传感设备19检测到接触压力。此时，发光单元11响应表示鼠标装置与工作面接触的信号发出光。

在图8中示出了一个发光单元11的例子。在该图中，发光单元11包括圆形或椭圆形的印刷电路板(PCB)11b、多个以预定间隔安装在PCB 11b上的发光设备11a、以及向PCB 11b提供电能的电源线11c。在此，采用多个发光设备11a，以便即使在利用紧凑而又低亮度的发光设备时，也能通过增加照射到工作面上的光量来增加通过成象系统13在图象传感器14上捕捉的反射光量。

另一方面，PCB 11b上安装的发光设备11a可以以各种方式工作。首先，当鼠标装置未在使用时，控制鼠标15使发光设备11a发出微弱的光。当操作用作功能按钮的设定按钮17或移动轮开关18时，发光设备11a正常工作。可以选择的是，尽管在鼠标装置未使用时控制发光设备11a发出微弱的光，但是当接触传感设备19检测到接触压力或图象传感器14检测到其上面捕捉的图象中的任何变化时，控制设备15使发光设备11a发出正常光亮度的光。在此，由于即使鼠标装置未在使用时发光设备11a也发出微弱的光，因此，如果为了使用而移动鼠标装置，就可以检测到图象传感器14上捕捉的图象中的变化，从而能将鼠标装置快速地转换到正常工作状态。

另外，通过来自接触传感设备19的信号可实现电能向发光设备11a的供应或切断，由此能够调整发光设备的亮度。通过这种方式，由于当鼠标装置未使用时鼠标装置不工作，因此能够节约电能。

如上所述，当接触传感设备19检测到接触压力或图象传感器14检测到上面捕捉到的图象中的变化时，图5或6所示的发光单元11就发光。

于是，从发光单元11的发光设备11a发出的光通过光导12照射到工作面上。

图9是表示依照本发明的笔形光鼠标装置的一个例子的视图。参照图9，光导12包括凸透镜12a、光波导12b、以及凹透镜12c。凸透镜12a将从发光设备11a发出的、同时又以一定角度(20度或在某些情况下更大，或140度，或在其它情况下更大)离散的光校准成平行光线的形式。通过凸透镜12a变成平行光线的光穿过光导12的光波导12b。此时，为了避免光从光导12中泄漏出来，光波导12b的所有表面都符合行进光全反射的要求。另外，如图9所示，在光波导12b内安装了倾斜反射面，由此光能以较小的角度照射到工作面上。通过光波导12b前进的光穿过光导12的最后一级、即凹透镜12c照射到工作面上。同时，凹透镜12c使穿过光导12的光以某个角度散射开，由此能产生希望尺寸的照射面积，并能使光均匀地照射到工作面上。

现在将参照图10描述来自光导12的光必需以小角度照射到工作面20上的原因。在该图中，工作面21是放大表面，其具有均匀的颜色，且没有图案，例如这是复印纸的放大表面。当在正常光照下用肉眼观察工作面21时，识别不到该工作面的不均匀性。然而，其实际上存在细微的不均匀，例如图10所示的工作面21的那种情况。因此，与图2所示情况相反的是，如果从发光单元11发出的光通过光导12照射到工作面21上的光照角度是小角度(约10到25度)，光就能照射到工作面凸面部分的左侧斜面26上，而光完全不能照射到该凸面部分的右侧斜面25上。于是，当光以小角度照射到工作面上时，可观察到图面部分的左侧和右侧斜面的图象亮度彼此不同，即，在图象传感器14上通过成象系统13捕捉到的工作面的图象中，图象的图形会不同。

当然，尽管从光导12发出的、然后照射到工作面21上的光的照明角度受工作面21和不均匀部分高度之间的间隔的影响，但是考虑到普通工作面不均匀部分的间隔和高度，该角度优选为25度或更低。其间，如果角度太小，照明效率就会降低。另外，如果不均匀部分的尺寸不均匀，不均匀部分的较低凸起会被较高的凸起部分遮住，从而很难有效地形成不均匀部分的图象。于是在该情况下角度优选为10度或更高。

接着，已经照射到工作面上然后又被工作面反射的光入射到成象系统13中，以便形成图象。

正如图5所示，当已经照射到工作面上然后又被工作面反射的反射光穿过成象系统13的成象透镜13a时，反射光的光路被反射光路中以45度倾斜安装的用作光路转换器的反射器或直角棱镜13b所改变，于是，在安装在鼠标装置主体一侧的图象传感器14的表面上准确地捕捉到该光束，并使其成象。也就是说，光学系统的象平面与图象传感器的表面一致。

当然，除反射器或直角棱镜13b以外的其它设备也可以用作光路转换器。正如图6所示，五棱镜13c也可以用作成象系统13的光路转换器。

在图5所示的反射器或直角棱镜13b用作光路转换器的情况下，图象的左边和右边部分左右对调，在与鼠标装置移动方向相反的方向上读取鼠标装置的坐标值。于是，在计算坐标值时应当考虑上述情况。然而，在图6所示的五棱镜13c用作光路转换器时，图象的左边和右边部分不会左右对调。于是，可在鼠标的移动方向上计算坐标值。另外，在使用五棱镜13c时，成象透镜13a与五棱镜13c之间的距离会缩小，因此能实现笔形光鼠标装置的小型化。

此外，工作面21与成象透镜13a之间的距离应当基本上与成象透镜13a与图象传感器14之间的距离相等，以便使成象系统13的放大倍数成为接近1的值。应当将该距离设定为是所用成象透镜13a的焦距的两倍长。如果成象系统13这样构造，即它的放大倍数大于或小于1，则鉴于硬件，鼠标装置的实际移动距离与图象传感器14和控制装置15识别的移动距离会不同。于是，鼠标装置的操作精度变差，或该装置的操作只能低效进行。然而，在利用鼠标装置进行高精密的操作时，必需人为地降低放大倍数。至于人为调整光学系统的放大倍数以便利用该优点的设备，可以使用变焦透镜，或使用调整工作面与成象透镜13a之间的光路长度或成象透镜13a与图象传感器14之间距离的辅助装置。

为了使笔形光鼠标装置小型化并减轻其重量，笔形光鼠标装置的成象透镜13a可由光学玻璃制成的普通球面透镜或塑料注塑非球面透镜组成。如果使用非球面凸透镜，成象系统13的直径可进一步缩小，从而使鼠标装置变细。另外，该鼠标装置变得比采用玻璃透镜的装置更轻，于是，用户的手在手动操作时担负的载荷会减轻，并能更稳定地执行笔形光鼠标装置的操作。特别是，由于依照本发明的成象系统13采用了焦距比传统光鼠标装置成象透镜的焦距长的成象透镜13a，从而会增加成象系统13的焦深，由此笔形光鼠标装置可在位于玻璃板下面的工作面上正常工作，即使在鼠标装置未与工作面接触但位于略高于工作面的位置上时，它也能正常工作。

由于笔形光鼠标装置实际是在略微倾斜状态而不是直立状态下使用，因此成象系统13可能会有梯形失真。如果产生了梯形失真，将会产生这样一个问题，即将会依照鼠标装置的移动方向有差别地检测到鼠标装置的移动距离，或者鼠标装置工作不正常。由此，对于成象透镜13a，优选的是使用能最大限度减小梯形失真的成象透镜。正如图11所示，当用户自然地握住笔形光鼠标装置时，应当考虑到，由于鼠标装置的主体10倾斜，工作面也相对于图象传感器14发生倾斜。当图象传感器14通过成象透镜13a’接到被工作面20反射的光时，可通过考虑工作面20的倾斜度而使图象传感器14倾斜来最大限度地减小梯形失真。也就是说，根据工作面20的倾斜度调整图象传感器14的位置。可以选择的是，通过调整光路转换器13b、13c的位置、或图象传感器14与光路转换器的位置最大化地减小梯形失真。

于是，图象传感器14将工作面图象转换成电信号，然后将该电信号传输到控制设备15中，其中所述工作面图象是由包括成象透镜13a和光路转换器的成象系统13形成的。

正如图5和6所示，由于将会聚光光路改变90度的成象系统13的光路转换器，图象传感器14可安装在主体的内部一侧。因此，即使图象传感器14的宽度大于鼠标装置的直径，但是该成象传感器14能安装在主体内部的任何位置上，从而使笔形光鼠标装置变细。

控制设备15计算鼠标装置的移动，即依照鼠标的移动方向和距离改变的X-和Y-坐标值，然后通过传送设备16将计算出的坐标值传送到计算机中。与此同时，计算机使光标位置和移动显示在监视器上。

接着，下面将描述图象传感器14和控制设备15识别与鼠标装置的移动对应的鼠标装置的移动方向和距离的原理。

通常，笔形光鼠标装置顺序地通过成象系统13以约为1500段每秒的速率接收工作面21的图象。工作面21的图象由18×18个象素组成。如果利用鼠标装置观察具有特定图案(对作为图案它不总是必需的，它可以是裂纹部分或易变色部分)的工作面，与特定图案对应的特定特征存在于工作面图象中的某个位置上。由此，每次观察时，随着笔形光鼠标装置移动，图象中与特定图案对应的特征部分与鼠标装置的移动方向和速度成比例地移动。由此，当确定了该特征的移动方向和移动量时，就能够识别鼠标装置的移动方向和移动距离。

接着，用户通过移动笔形光鼠标装置将光标移动到想要位置，然后按下主体上安装的设定按钮17，由此在监视器的显示屏上选择图标或执行程序。

设定按钮17和移动轮开关18的工作方式与传统鼠标点按单元的工作方式相同。因此，可利用设定按钮17或移动轮开关18选择通过文字处理程序准备的文件图标、文本、或文字。例如，当光标位于想要的图标等位置上时，可通过按下按钮进行执行程序，或者能执行弹出菜单视窗内的菜单中的操作程序。另外，可通过利用移动轮开关铺开或下卷监视器的显示屏。

下面将描述依照本发明的采用远心光学系统的笔形光鼠标装置。

正如上面所述，笔的写入动作由以下动作组合而成：下笔动作，通过它使笔在与工作面接触的同时发生移动；提笔动作，通过它使笔在与工作面分开的同时发生移动。也就是说，为了利用笔形光鼠标装置流畅而又常规地输入文字或图画，该下笔和提笔动作应当用与笔相同的方式完成。于是，为了实现借助于笔形光鼠标装置流畅而又常规地输入文字或图画，需要执行以下步骤：在书写动作中确定下笔或提笔动作；以写字或画图的方式控制鼠标装置，同时在下笔动作中依照鼠标装置的移动路径捕捉鼠标装置的坐标，在提笔动作过程中依据鼠标装置的移动路径捕捉坐标。

如图12所示，依照本发明另一实施方式的笔形光鼠标装置包括：发光单元11、光导12、远心光学系统30、图象传感器14和控制设备15。

远心光学系统30包括透镜31、光阑32、以及反射器33。穿过光阑32的光被反射器32反射，然后被图象传感器14接收。在此远心光学系统30的焦深很长，成象系统的放大倍数不会太多地受笔形光鼠标装置与工作面之间距离的影响。另外，即使工作面20相对于鼠标装置发生倾斜，远心光学系统30的放大倍数也能保持不变，而不用考虑工作面20上的点与透镜31之间的距离。于是，不必根据工作面20的倾斜角度校正图象传感器14检测的鼠标装置的移动量。另外，如图13所示，虽然目标表面35与光轴不垂直，图象传感器14上测得的图象高度也会与入射到透镜31上的主光线高度成比例。由此，这样不太会产生梯形失真。因此，虽然笔形光鼠标装置在使用过程中相对于工作面会发生倾斜，也能最大限度地减少梯形失真的发生。

正如上面所详细描述的，通过适应工作面20或目标表面35的倾斜度来布置图象传感器14，可最大限度地减小梯形失真。另外，通过调整光路转换器、例如反射器33的位置和角度，或通过调整图象传感器14与反射器33的位置和角度，可最大限度地减小梯形失真。

另外，在本发明中，由于发光单元11与光导12之间的间隔、它们的布置角度等会很大程度地影响成象系统的排列、光效率等，因此该因素非常重要。如果光效率低，由于发光单元应当使用较高电能，因此这会增加电能消耗。另外，光部分可能会直接进入鼠标装置的主体内，于是由于光散射会引起图象传感器的光杂波。实际上，正如图14所示，发光单元11’和光导12’能彼此结合在一起，这能解决发光系统的排列问题。另外，这将有助于提高鼠标装置的生产率和使光鼠标装置小型化。

正如上面所述，借助于远心光学系统的长焦深的优点，能够稳定地检测到依照本发明的笔形光鼠标装置的位置变化，而不用考虑鼠标装置是否移动到与工作面接触。也就是说，由于本发明的笔形光鼠标装置允许在图象传感器上形成工作面图象而不考虑鼠标是否与工作面接触，因此总能准确地检测到鼠标装置的坐标。于是，可没有限制地执行完成流畅书写动作所需的下笔和提笔动作。

另外，优选的是，笔形光鼠标装置进一步包括倾斜度传感器(未示出)、转角传感器(未示出)和内部存储器(未示出)，所述倾斜度传感器用于检测笔形光鼠标装置的中轴相对于与工作面垂直的方向的倾斜度，所述转角传感器用于检测笔形光鼠标相对于它的基准角的转动角度，而所述内部存储器用于存储当用户拿着笔形光鼠标装置并使用它时该鼠标装置的移动轨迹。

依照本发明的笔形光鼠标装置可进一步包括书写设备，其在纸张上实际写入文字或画图，同时将它们输出到计算机的监视器上。

参照图15，在依照本发明的笔形光鼠标装置的主体45内设置了书写设备40，在书写设备后端安装了压力传感设备42。在此，由于发光单元11、光导12、远心光学系统30、图象传感器14等执行与上述实施方式中的部件功能相同的功能，因此将省略对它的详细描述。另一方面，在主体45的光路上设置了一个孔50或布置了一个透明的窗，由此从发光单元11发出的、照射到工作面20上、然后又被工作面20反射的光最后通过成象系统31、32和33在图象传感器14的平面上成象。

在该情况下，由于可利用书写设备40在纸张上实际书写文字或画图的同时完成书写操作，因此用户能在检查文字或图画实际写到纸张上的状态的同时将它们输入，而不用观察监视器。特别是，采用了书写设备的笔形光鼠标装置在会议或讨论中能得到有用的应用。

另外，由于书写设备40这样构造，即，能通过操纵选择键44使其顶部41从主体45内伸出或缩进主体，因此能够选择书写设备40是否处于使用状态。当书写设备40在用时，通过书写设备施加到工作面上的压力传送到压力传感设备42，从而完成书写输入。当书写设备未使用时，由于书写设备的顶部41已经缩到主体45内，因此可通过主体45的前端上安装的压力传送部分43将压力传送到压力传感设备42中。可以选择的是，为了检测书写设备40未用时的压力，可在主体45的前端设置附加接触传感设备(未示出)。另外，可以设置内含墨水的笔尖和不含墨水的笔尖，然后可分别为它们设置接触传感设备。

此外，书写设备40是可替换的。也就是说，在耗尽了书写设备40内装的墨水的情况下，仅更换书写设备40就能再次使用笔形光鼠标装置。

图16是描述依照本发明的笔形光鼠标装置的控制方法的流程图。

如果在预定时间段内没有外部光线输入，控制设备15就使发光单元11发出最小光照度的光(步骤S10)。

如果用户使鼠标装置的主体10与例如为桌面的工作面20接触，接触传感设备19检测到接触压力，引起发光单元11被触发到正常工作状态。如果用户移动鼠标装置的主体10，图象传感器14检测到捕捉图象中的变化，引起发光单元11被触发到正常工作状态。可以选择的是，如果用户选择设定按钮17或移动轮开关18，也可以将发光单元11触发到正常工作状态(步骤S20～30)。

另外，要检查是否经过了预定备用时间。如果在预定备用时间内不存在例如光级的任何外部输入、捕捉图象中的变化、以及接触压力，控制设备15就使发光单元11发出最小亮度的光(步骤S40)。

如果接触传感器19已经检测到接触压力，就要检查它的大小P是否大于预定参考压力P0的值(步骤S50)。预定参考压力P0是用户一般进行书写动作时应当施加到工作面20上的最小压力。也就是说，当光鼠标与工作面20接触时压力小于参考压力P0，或与工作面20隔开时，就不会将其识别为书写命令。于是，当鼠标装置在该状态下移动时仅会移动光标。因此，当用户试图移动光标而不履行书写动作时，可在鼠标装置与工作面20微微接触的状态下移动鼠标装置。另外，如果将参考压力P0设定为零，则无论笔形光鼠标装置何时与工作面接触都能识别书写命令，而不管接触压力的大小。由此，能够以与进行实际书写动作相同的方式完成写入，而不用考虑个人握住鼠标时在握力上产生的差别。

如果检测到的接触压力大小大于预定参考压力，书写命令就被传送到控制设备15中。同时，控制设备15计算与鼠标装置的移动相应的鼠标装置坐标值，然后处理有关输入文字或图画的信息，并将处理后的信息输出到传送设备16中。于是，所输入的文字或图画被输出到监视器上(步骤S60～80)。在此，有关文字或图画的信息可依照接触传感设备19检测到的接触压力的大小而变化，并可根据接触传感设备19检测到的接触压力大小调整监视器上显示的文字或图画浓度。

如果检测到的接触压力大小小于预定参考压力，就将光标移动命令传送给控制设备15。同时，控制设备15计算与鼠标装置移动对应的鼠标装置坐标值，然后向传送设备16输出光标的移动位置，从而将光标的移动位置输出到监视器中(步骤S90～S110)。

正如上面所述，接触传感设备19用作命令向监视器实施写入的功能按钮。也就是说，根据本发明，首先检测鼠标装置的主体10是否与工作面20接触。此后，在接触状态下(ON状态)进行写入，而在非接触状态下(OFF态)测量光标坐标，并仅仅移动光标而不执行书写输入。可以选择的是，可用普通的ON-OFF开关代替接触传感设备19。

下面将描述利用依照本发明的笔形光鼠标装置进行实际书写输入的情况。例如，当用户意欲输入字母表的大写字母“X”时，可按上面所述(参照图3)的情况组合以下步骤：在下笔状态下(步骤S1)书写“/”，在提笔状态下(步骤S2)移动鼠标装置，在下笔状态下(步骤S3)书写“\”。在此，当鼠标装置在下笔状态下移动时，由于工作面向鼠标装置施加了一定压力，因此接触传感设备19检测到鼠标装置的下笔状态。在该情况下，能够自动识别和执行书写命令。

此外，当在鼠标装置与工作面隔开的状态下移动笔时，由于接触传感设备19未检测到压力，因此能够识别鼠标装置的提笔状态。此时，由于没有书写命令，因此仅执行坐标的捕捉。依照本发明的笔形光鼠标装置，即使透镜31与工作面20之间的距离略微变大，但由于远心光学系统30的焦深长，因此这对已被工作面20反射的光在图象传感器14上的成象没有影响。此外，如果采用长焦距的透镜代替远心光学系统，就可在笔形光鼠标装置与工作面隔开的状态下用图象传感器14检测工作面的图象。

通过这种方式，由于是通过笔形光鼠标装置是否向工作面施加一定压力来自动地控制输入文字或图画的命令，因此用户能够象他/她平常在纸张上写字或画画时那样流畅而常规地完成要在计算机监视器上显示的文字或图画。

正如上面所述，根据依照本发明的笔形光鼠标装置，由于能够通过远心光学系统区分地识别下笔和提笔动作并检测坐标，而不管鼠标装置是否与工作面接触，因此能够通过普通书写动作常规地完成书写输入。

图17是用于描述由于笔形光鼠标装置的倾斜发生变化导致各向异性放大的校正方法的流程图，图18是用于描述由于笔形光鼠标装置的倾斜发生变化导致各向异性放大的另一个校正方法的流程图。图19是用于描述由于笔形光鼠标装置的倾斜发生变化导致各向异性放大的校正方法的视图。

如图19所示，当在笔形光鼠标装置相对于工作面发生倾斜的状态下使用该鼠标装置时，光鼠标装置沿X-和Y-轴的放大倍数将会彼此不同。可根据以下方法校正由于放大倍数的各向异性导致的问题。

首先，用户检查是否已经通过计算机程序输入了他/她自己的书写习惯(步骤S210)。如果用户的书写习惯已经输入，就根据用户输入的书写习惯计算校正因子(步骤S220)。

更准确地说，首先通过计算机程序在监视器上显示X-和Y-方向的直线，这些直线彼此垂直，且长度相同。然后，需要用户沿这两条直线移动鼠标装置。在此，前述X-、Y-和Z-轴定义如下。Z-轴定义为与工作面或板面垂直的方向，而工作面或板面、即与Z-轴垂直的平面定义为X-Y平面。然后，Y-轴定义为同时包含在X-Y平面和由笔形光鼠标的法线(Z-轴)和纵轴构成的平面内的直线或方向。X-轴意味着与Y-轴垂直同时又位于X-Y平面内的方向。

首先，用户需要从沿X-轴方向划的直线起点将鼠标装置移动到该直线终点，计算并累计鼠标装置移动过程中传送给计算机的鼠标装置移动信息中的X轴坐标变量

X，

   X_总＝∑

X

然后需要用户将鼠标装置从沿Y-轴方向划的直线起点移动到该直线终点，计算并累计鼠标装置移动过程中传送给计算机的鼠标装置移动信息中的Y轴坐标变量 Y，

   Y_总＝∑

Y

在此，如果监视器上X-和Y-轴方向的直线长度相等，且笔形光鼠标装置的放大倍数不管方向如何都恒定不变，则测得的X_总和Y_总就应当是相等的值。然而，由于笔形光鼠标装置相对于工作面发生倾斜，因此X_总和Y_总的值会彼此不同。

因此，必需人为地加大或减小X-轴或Y-轴方向的直线长度。如果要改变Y-轴方向长度以校正放大各向异性，就应当得到Y-轴坐标的校正因子m。在此，通过下面的公式(1)获得校正因子m。

        m＝X_总/Y_总     (1)

然后检查图象传感器14是否已检测到图象中的变化(步骤S230)。如果图象传感器14已经检测图象中的变化，就根据由图象传感器14转换的电信号计算与鼠标装置的移动相对应的坐标值(步骤S240)。

根据计算出的校正因子可以校正鼠标装置坐标值放大的各向异性(步骤S250)。依照下面的公式，利用计算出的校正因子m将鼠标装置计算坐标值中的Y-轴方向移动量 Y转换成新值 Y_新，以此来校正放大的各向异性。在此将 Y_新表示为等式(2)。

在该实施方式中，除计算机程序外，还可以利用笔形光鼠标装置的控制设备15校正放大各向异性(步骤S250)。在该情况下，将通过计算机程序计算得到的校正因子m传送到控制设备15，然后该控制设备根据从计算机接到的校正因子校正鼠标装置的坐标值，并将校正后的坐标值输出到传送设备16中(步骤S260)。

如果用户还没有通过计算机程序输入他/她自己的输入习惯，就要根据依照普通用户的书写习惯预定的笔形光鼠标装置中轴的倾斜值计算该鼠标装置计算坐标值中的放大各向异性。例如，如果已经依照普通用户的书写习惯预先确定的笔形光鼠标装置的中轴倾斜度为T，则Y轴方向的放大倍数与X轴方向的放大倍数相比要减少cosT。于是，在通过根据公式(3)将控制设备15计算出的鼠标装置坐标值中的Y轴方向移动量

Y转换成值 Y_新来校正放大的各向异性后，将校正后的鼠标装置坐标值输出到传送设备16中。用公式(3)表示值 Y_新。

通过前述方法能够解决在笔形光鼠标装置相对于板面倾斜的状态下使用鼠标装置时产生的各向异性放大问题。然而，正如下面所述，还可以利用为检测笔形光鼠标装置的中轴相对于与工作面垂直的法线的倾斜度而设计的倾斜度传感器来解决放大各向异性问题。

首先，利用倾斜度传感器检测笔形光鼠标装置的中轴相对于与工作面垂直的法线的倾斜度(步骤S310)。

然后，检查图象传感器14是否检测到图象中的变化(步骤S320)。如果图象传感器14已经检测到图象中的变化，就根据图象传感器14转换的电信号计算与鼠标装置的移动相对应的鼠标装置的坐标值(步骤S330)。

根据倾斜度传感器所测的笔形光鼠标装置中轴的计算倾斜度T，可校正鼠标装置计算坐标值中的放大各向异性(步骤S340)。在通过将鼠标装置坐标值中的Y-轴坐标变化量 Y依据下面的公式(3)转换成值 Y_新后，将鼠标装置的校正坐标值输出到传送设备中(步骤S350)。

在该实施方式中，除了笔形光鼠标装置的控制设备15外，还可以通过计算机程序实施校正放大各向异性的步骤(步骤S340)。在该情况下，计算机程序根据从鼠标装置接到的鼠标装置倾斜度校正鼠标装置的坐标值。此时省略了将鼠标装置的校正坐标值输出给传送设备16的步骤(步骤S350)。

此外，当该鼠标装置在其相对于板面倾斜的状态下使用时，由于工作面与成象透镜之间的距离发生变化，因此不可能利用成象透镜正确地形成图象。为了最大限度地减少由前述问题导致的图象模糊，成象系统应当使要形成图象的那部分工作面贴近笔形光鼠标装置的中轴。也就是说，成象系统的光轴应当相对于笔形光鼠标装置的中轴倾斜预定角度，由此直径有限的成象系统能使要形成图象的那部分工作面贴近笔形光鼠标装置的中轴。由此，在本发明的笔形光鼠标装置中，通过使成象系统的光轴相对于笔形光鼠标装置的中轴倾斜预定角度(约6度)的方式布置成象系统，可最大限度地减少由鼠标装置倾斜度发生变化导致的图象模糊。

图20是表示由于个人对根据本发明的笔形光鼠标装置的握姿不同而导致失真的校正方法的流程图，图21是表示由于个人对根据本发明的笔形光鼠标装置的握姿不同而导致失真的另一个校正方法的流程图，图22是表示由于个人对根据本发明的笔形光鼠标装置的握姿不同而导致失真的校正方法的视图。

图22(a)是笔形光鼠标装置在其被正常握住的情况下的截面图，而图22(b)是笔形光鼠标装置在其被不正常握住的情况下的截面图。如图22(a)所示，在笔形光鼠标装置被正常握住的情况下，图象传感器(14)识别的鼠标装置的移动方向(虚线)平行于笔形光鼠标装置横截面中的中轴(图中的X-轴)。于是，鼠标装置的实际移动方向(实线)与图象传感器14识别的鼠标装置的移动方向(虚线)相符。

然而，如图22(b)所示，在笔形光鼠标装置被不正常握住的情况下，图象传感器(14)识别的鼠标装置移动方向(实线)与笔形光鼠标装置横截面的中轴(图中的X轴)偏离预定角度。结果，图象传感器14识别的鼠标装置的移动方向(虚线)与鼠标装置的实际移动方向(实线)偏离预定角度。于是，由于偏离角度地错误识别鼠标装置的移动方向，从而产生了失真。

通过后面要描述的以下方法能够校正由于个人对笔形光鼠标装置的握姿差别导致的失真。

参照图20，检查用户是否已通过计算机程序输入了他/她自己的书写习惯。如果用户已经输入了书写习惯，就根据用户输入的书写习惯计算鼠标装置相对于它的基准度的转动角度(步骤S420)。

与用户输入书写习惯相联系的是，用户根据计算机程序的向导沿X轴方向移动笔形光鼠标装置，以便将预定长度的水平线画到监视器显示屏上。此时，如果笔形光鼠标装置的握姿偏离了它的基准角，就会将与基准角偏离的倾斜了角度φ的斜线画到监视器显示屏上。于是，通过获得斜线相对于X-轴方向直线的倾斜度可容易地计算出鼠标装置相对于基准角的转角。在此，基准角意味着处于以下状态下的笔形光鼠标装置的转动角度：图象传感器识别的水平方向与笔形光鼠标装置水平移动的方向平行。

然后，检查图象传感器14是否检测到图象中的变化(步骤S430)。如果图象传感器14已检测到图象中的变化，就根据图象传感器14转换的电信号计算与鼠标装置的移动相对应的坐标值(步骤S440)。然后根据笔形光鼠标装置相对于它的基准角的转动角度校正鼠标装置的坐标值(步骤S450)。

下面将详细描述怎样根据笔形光鼠标装置的基准角校正该鼠标装置的坐标值。

如图23所示，当笔形光鼠标装置从A(x₀，y₀)点移动到B(x’，y’)点，其在X-轴和Y-轴方向上的坐标值移动量分别为 X和 Y时，x’＝x₀+x，和y’＝y₀+

y。

如果利用计算机程序获得的笔形光鼠标装置相对于其基准角的转动角度为φ，用下面的公式(4)表示通过校正由于个人对笔形光鼠标装置的握姿不同导致的失真而获得的新点B(x_c，y_c)的坐标值。 $\left[\begin{array}{c}{x}_c\\ y_c\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_0\\ y_0\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\φ}& \sin \mathrm{\φ}\\ -\sin \mathrm{\φ}& \cos \mathrm{\φ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Δx}}^{\′}\\ {\mathrm{\Δy}}^{\′}\end{array}\right]...\left(4\right)$

另一方面，由于在鼠标装置中使用了相对坐标系统，因此有关鼠标装置的当前位置信息不会传送给计算机，但是会将鼠标装置从前一个位置开始的移动量传送给它。因此从上面的公式应当获得鼠标装置的移动量

x_c，y_c，而不是经校正的B(x_c，y_c)点坐标值。

根据关系

x_c＝x_c-x₀和 y_c＝y_c-y₀，可用下面的公式(5)表示通过校正由于笔形光鼠标装置的握位相对于基准角转过角度φ导致的失真而获得的移动量

x_c， y_c。 $\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Δx}}_c\\ \mathrm{\Δ}{y}_c\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\φ}& \sin \mathrm{\φ}\\ -\sin \mathrm{\φ}& \cos \mathrm{\φ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Δx}}^{\′}\\ \mathrm{\Δ}{y}^{\′}\end{array}\right].....\left(5\right)$

由此，就不必在鼠标移动前设定一个点作为参考点，也不必存储相对于参考点的坐标值。换句话说，如果仅给出了有关笔形光鼠标装置的移动量和它相对于基准角的当前转动角度，就能通过上式来校正由于个人对笔形光鼠标装置的握姿不同而导致的鼠标装置坐标值的失真。

在该实施方式中，除计算机程序外还可以通过笔形光鼠标装置的控制设备15实施鼠标装置坐标值的校正步骤(S450)。在该情况下，通过计算机程序计算出的笔形光鼠标装置的转动角度被传送到控制设备15中，于是该控制设备根据从计算机接到的转动角度校正鼠标装置的坐标值，然后将校正后的坐标值输出到传送设备16中(步骤S460)。

依照上述方法能够校正由于个人对笔形光鼠标装置的握姿不同导致的鼠标装置坐标值的失真。然而，如下面所述，还可以利用能检测笔形光鼠标装置相对于其基准角的转动角度的转角传感器来校正由于对笔形光鼠标装置的握姿变化导致的鼠标装置坐标值的失真。

参照图21，首先通过转角传感器检测笔形光鼠标装置相对于其基准角的转动角度(步骤S510)，其中所述转角传感器与倾斜度传感器的工作原理相同，但是前者的中轴与倾斜度传感器的中轴不同。

然后，检查图象传感器是否已检测到图象中的变化(步骤S520)。如果图象传感器已检测到图象中的变化，就根据图象传感器转换的电信号计算与鼠标装置的移动相对应的坐标值(步骤S530)。接着根据转角传感器检测到的鼠标装置相对于其基准角的转动角度校正鼠标装置的计算坐标值，然后将经校正的鼠标装置坐标值输出到传送设备中(步骤S540～S550)。这里，由于根据转角传感器检测到的笔形光鼠标装置的转动角度校正鼠标装置坐标值的步骤与前面的步骤相同，因此将省略对它的描述。

在该实施方式中，除利用笔形光鼠标装置的控制设备15外，还可以用计算机程序实施校正鼠标装置坐标值的步骤(S540)。在该情况下，计算机程序根据从鼠标装置接到的鼠标装置的转动角度来校正鼠标装置的坐标值。在此，省略了将校正后的鼠标装置坐标值输出到传送设备16的步骤(步骤S550)。

依照本发明的笔形光鼠标装置及其控制方法具有以下效果。

首先，由于通过光导将发光设备发出的光以小角度照射到工作面上，且该光束不会散射到周围而增加反射光量，因此笔形光鼠标装置几乎可在所有的工作面上正常工作。另外，笔形光鼠标装置不需要另外的鼠标垫就能工作。

第二，由于通过光路转换器将会聚的反射光路改变90度，由此将图象传感器安装在笔形光鼠标装置主体内部的一侧，因此可将笔形光鼠标装置作得直径略大于透镜直径，而不用考虑图象传感器的位置。由此，可将笔形光鼠标装置构造成足能使用户容易握住的细长形。

第三，由于用变焦透镜代替了简单的成象透镜，或加入了调整成象系统排列的功能，因此能够调整鼠标装置的操作精度，并能获得使鼠标装置适于高精度操作的可变性。

第四，由于使用了远心光学系统或与直径相比焦距较长的透镜，从而可以增加聚焦深度，因此能够区别地识别鼠标装置的下笔和提笔动作，且能检测鼠标装置的坐标值而不用考虑鼠标装置是否与工作面接触。由此，能通过流畅而常规的书写动作完成书写输入。

第五，由于可以调节光路转换设备和图象传感器中的一个或二者的设置角度，或使用了远心光学系统，因此即使笔形光鼠标装置在使用时相对于工作面发生倾斜，也能最大限度地减小对鼠标装置的梯形失真的影响。

第六，由于通过接触传感设备利用鼠标装置的接触压力自动地识别书写命令，因此能进行正常且方便的书写输入。

第七，能够校正由于笔形光鼠标装置的倾斜发生变化导致的放大各向异性和由于个人对笔形光鼠标装置的握姿不同导致的失真。由此，能够完成精确的光标移动和准确的书写操作而不用考虑用户抓握鼠标装置的姿势。

本发明并不限于前述实施方式，本领域的普通技术人员要理解的是，可对它作出各种变化和改进，这不会脱离由所附加的权利要求限定的本发明的精神和范围。

Claims (30)

1、一种笔形光鼠标装置，其能利用反射光通过检测它自身的移动在计算机的监视器上显示光标的位置，该笔形光鼠标装置包括：

笔形鼠标主体；

用于发光的发光单元；

成象系统，用于对从发光单元发出的、随后照射到工作面上并被工作面反射的光进行成象，并可改变反射光的光路以便使其被图象传感器接收；

图象传感器，其设置在鼠标主体的内部一侧，用以检测入射到传感器上的来自成象系统的光，并将该光转换成要传送到控制设备的电信号；

控制设备，用于使发光单元发光，并根据来自图象传感器的电信号计算监视器上显示的光标的坐标值；以及

传送设备，用于向计算机传送由控制设备计算的坐标值。

2、根据权利要求1所述的笔形光鼠标装置，其进一步包括位于鼠标主体前端或内部的接触传感设备。

3、根据权利要求1所述的笔形光鼠标装置，其中，发光单元包括多个发光设备，它们都以预定间隔安装在圆形或椭圆形的印刷电路板(PCB)上，在电路板中问设置了一个孔。

4、根据权利要求1所述的笔形光鼠标装置，其进一步包括光导，用于引导从发光单元发出的、要以预定角度照射到工作面上的光，其中光导包括凸透镜和光波导，所述凸透镜用于将从发光单元发出的光校准成平行光线的形式，而光波导具有反射面，该反射面可使被凸透镜聚焦的光以小角度照射到工作面上，由此光波导使光前进。

5、根据权利要求4所述的笔形光鼠标装置，其中光波导的反射表面可使被凸透镜聚焦的光以10到25度的角度照射到工作面上。

6、根据权利要求4所述的笔形光鼠标装置，其中光导进一步包括凹透镜，该凹透镜用于使穿过光波导前进的光发生散射，然后使光照射到工作面上。

7、根据权利要求4至6中任一项所述的笔形光鼠标装置，其中发光单元与光导整体地设置在一起。

8、根据权利要求1所述的笔形光鼠标装置，其中成象系统包括成象透镜和光路转换器，所述成象透镜使照射到工作面上并被工作面反射的光成象，而光路转换器用于改变要成象的光的光路，从而使光被图象传感器接收。

9、根据权利要求1所述的笔形光鼠标装置，其中为了保证长焦距，成象系统由远心光学系统和光路转换器构成，远心光学系统包括透镜和光阑，其用于使照射到工作面上并被工作面反射的光成象，光路转换器用于改变要成象的光的光路。

10、根据权利要求1所述的笔形光鼠标装置，其中成象系统的光轴相对于笔形光鼠标装置的中轴倾斜预定角度。

11、根据权利要求8所述的笔形光鼠标装置，其中成象透镜是非球面透镜，它可以校正梯形失真。

12、根据权利要求8所述的笔形光鼠标装置，其中成象透镜是变焦透镜或者进一步包括能够调节工作面与成象透镜之间距离或成象透镜与图象传感器之间距离的设备。

13、根据权利要求8或9所述的笔形光鼠标装置，其中通过对应于鼠标主体相对于工作面的倾斜度调节光路转换器和图象传感器中至少一个的设置角度来校正梯形失真。

14、根据权利要求8或9所述的笔形光鼠标装置，其中光路转换器是简单反射器、直角棱镜和五棱镜中的任意一种。

15、根据权利要求1所述的笔形光鼠标装置，其进一步包括倾斜度传感器，该传感器可检测笔形光鼠标装置的中轴相对于与工作面的正常方向的倾斜度。

16、根据权利要求1所述的笔形光鼠标装置，其进一步包括转角传感器，该传感器用于检测笔形光鼠标装置相对于它的基准角的转动角度。

17、根据权利要求1所述的笔形光鼠标装置，其进一步包括用于存储笔形光鼠标装置的移动轨迹的存储器。

18、根据权利要求1所述的笔形光鼠标装置，其中鼠标主体设有多个夹持部分，用户可通过该夹持部分将鼠标主体握在他/她的手指间。

19、根据权利要求1所述的笔形光鼠标装置，其中当接触传感设备检测到高于预定参考压力的压力时执行书写输入。

20、根据权利要求1所述的笔形光鼠标装置，其中鼠标主体设有书写设备，该书写设备具有安装在其后端的压力传感设备。

21、根据权利要求20所述的笔形光鼠标装置，其中当压力传感设备检测到高于预定参考压力的压力时执行书写输入。

22、根据权利要求20或21所述的笔形光鼠标装置，其进一步包括选择开关，用以选择性地使书写设备进入鼠标主体内部或从其内部伸出。

23、一种控制笔形光鼠标装置的方法，所述光鼠标装置包括鼠标主体、发光单元、光导、成象系统、图象传感器、控制设备、传送设备、设定按钮、以及接触传感设备，该方法包括以下步骤：

使发光单元处于备用状态，使得如果预定时间内没有来自外部的输入，发光单元就发出最小亮度的光(步骤S10)。

如果接触传感设备检测到接触压力、图象传感器检测到它上面形成的图象中的变化、或者设定按钮被选择，就将发光单元触发到正常工作状态(步骤S20和S30)；

检查是否经过了预定的备用时间(步骤S40)；

如果接触传感设备检测到接触压力，就确认所测得的接触压力是否高于预定的参考压力(步骤S50)；以及

如果测得的接触压力高于预定参考压力，就向控制设备传送书写命令，计算与鼠标装置的移动对应的坐标值，处理有关写入的文字或画入的图画的信息，并将这些信息输出到传送设备中(步骤S60到S80)。

24、根据权利要求23所述的控制笔形光鼠标装置的方法，其进一步包括以下步骤：如果测得的接触压力小于预定参考压力，就向控制设备传送光标移动命令，计算与鼠标装置的移动相对应的坐标值，并向传送设备输出光标的移动(步骤S90到S110)。

25、根据权利要求23所述的控制笔形光鼠标装置的方法，其中根据接触传感设备测得的接触压力的大小改变有关文字或图画的信息。

26、一种控制笔形光鼠标装置的方法，所述鼠标装置包括鼠标主体、发光单元、光导、成象系统、图象传感器、控制设备、传送设备、设定按钮、以及接触传感设备，该方法包括以下步骤：

检查用户是否通过计算机程序输入了他/她自己的书写习惯(步骤S210)；

如果已经输入了用户的书写习惯，就根据用户输入的书写习惯计算校正因子(步骤S220)；

检查图象传感器是否检测到它上面形成的图象中的变化(步骤S230)；

如果图象传感器已检测到它上面形成的图象中的变化，就利用从图象传感器获得的电信号计算与鼠标装置的移动对应的坐标值(步骤S240)；

根据计算出的校正因子校正鼠标装置坐标值放大的各向异性(步骤S250)；以及

向传送设备输出经校正的鼠标装置坐标值(步骤S260)。

27、根据权利要求26所述的控制笔形光鼠标装置的方法，其中如果用户未通过计算机程序输入他/她自己的书写习惯，就根据依照普通用户的书写习惯预定的鼠标装置的中轴倾斜值校正计算出的鼠标装置坐标值放大的各向异性。

28、一种控制笔形光鼠标装置的方法，所述鼠标装置包括鼠标主体、发光单元、光导、成象系统、图象传感器、控制设备、传送设备、设定按钮、以及倾斜度传感器，该方法包括以下步骤：

倾斜度传感器检测鼠标装置的中轴相对于与工作面垂直的方向的倾斜度(步骤S310)；

检查图象传感器是否检测到在它上面形成的图象的变化(步骤S320)；

如果图象传感器已经检测到在它上面形成的图象的变化，就利用从图象传感器获得的电信号计算与鼠标装置的移动对应的坐标值(步骤S330)；

根据倾斜度传感器测得的鼠标装置的中轴倾斜度校正计算出的鼠标装置坐标值的放大各向异性(步骤S340)；以及

向传送设备输出经校正的鼠标装置的坐标值(步骤S350)。

29、一种控制笔形光鼠标装置的方法，所述鼠标装置包括鼠标主体、发光单元、光导、成象系统、图象传感器、控制设备、传送设备、设定按钮、以及接触传感设备，该方法包括以下步骤：

检查用户是否通过计算机程序输入了他/她自己的书写习惯(步骤S410)；

如果已经输入了用户的书写习惯，就根据用户输入的书写习惯计算鼠标装置相对于它的基准角的转动角度(步骤S420)；

检查图象传感器是否检测到在它上面形成的图象的变化(步骤S430)；

如果图象传感器已检测到在它上面形成的图象的变化，就利用从图象传感器获得的电信号计算与鼠标装置的移动相对应的坐标值(步骤S440)；

根据鼠标装置相对于它的基准角的转动角度校正鼠标装置的坐标值(步骤S450)；以及

向传送设备输出经校正的鼠标装置坐标值(步骤S460)。

30、一种控制笔形光鼠标装置的方法，所述鼠标装置包括鼠标主体、发光单元、光导、成象系统、图象传感器、控制设备、传送设备、设定按钮、以及转角传感器，该方法包括以下步骤：

用转角传感器检测鼠标装置相对于它的基准角的转动角度(步骤S510)；

检查图象传感器是否检测到在它上面形成的图象的变化(步骤S520)；

如果图象传感器已经检测到在它上面形成的图象的变化，就利用从图象传感器获得的电信号计算与鼠标装置的移动相对应的坐标值(步骤S530)；

根据转角传感器测得的鼠标装置相对于它的基准角的转动角度校正计算出的鼠标装置坐标值(步骤S540)；以及

向传送设备输出经校正的鼠标装置坐标值(步骤S550)。

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