具有串扰禁止光阑结构的镜头阵列成像

摘要

本发明的设备包括光学传感器、镜头系统和光阑系统。光学传感器包括光电池，光电池的每个在捕获平面中具有相应的光电池有效区域。镜头系统包括每个可操作地将来自景物的各个子区的光聚焦成相应聚焦光束的镜头。光阑系统包括孔径系统，孔径系统的每个将聚焦光束中相应的一个限定到捕获平面中的相应照射区域。在一种方法中，来自景物的相应子区的光聚焦成相应聚焦光束。聚焦光束中相应光束限制到捕获平面中相应非重叠照射区域。根据对照射区域进行照射的聚焦光束的光产生光学数据。根据光学数据产生运动测量值，运动测量值表示相对于景物的运动。

权利要求

1.一种用于成像的设备，包括：

光学传感器，其包括光电池，每个所述光电池在捕获平面中有相应的光电池有效区域；

镜头系统，其包括镜头，每个所述镜头可操作地将来自景物的各个子区的光聚焦成相应的聚焦光束；和光阑系统，其包括孔径系统，每个所述孔径系统将相应的一个所述聚焦光束限定到所述捕获平面中的相应的照射区域，其中，每个所述孔径系统由具有入射孔径和出射孔径的空腔限定，所述出射孔径的尺寸大于所述入射孔径的尺寸，所述出射孔径和所述入射孔径的形状是多边形，所述出射孔径相对于所述入射孔径构造成：由所述出射孔径和所述入射孔径限定的所述空腔使得由相邻的所述孔径系统限定的照射区域彼此不重叠。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，每个所述镜头沿着相应的光学轴线与相应的一个所述孔径系统对准。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，每个所述照射区域以相应的一个所述光学轴线为中心。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述镜头系统包括前侧和后侧，所述前侧包括对应于各个所述镜头的弯曲表面的阵列，所述后侧包括与所述光阑系统相邻的平面表面。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述照射区域分别包括互不重叠的组，所述组包括一个或者更多个所述光电池有效区域。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光阑系统将所述聚焦光束限定到所述捕获平面中的相应的、非重叠的照射区域。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光阑系统结合在所述镜头系统和所述光学传感器之间的光阑结构中。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述光阑结构包括对规定波长范围内的光不透明的衬底，并且所述衬底包括所述空腔。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，每个所述入射孔径让相应的所述聚焦光束的至少一部分通过，每个所述出射孔径在所述捕获平面中限定了所述相应的照射区域和相应阴影区域之间的边界，所述阴影区域没有来自相应的所述聚焦光束中通过部分的任何光。

10.根据权利要求8所述的设备，其中，每个所述空腔具有截头棱锥形侧壁。

11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述入射孔径在所述镜头系统的景物侧，所述出射孔径在所述镜头系统和所述光学传感器之间。

12.根据权利要求1所述的设备，其中，每个所述入射孔径让相应的所述聚焦光束的至少一部分通过，每个所述出射孔径对相应的所述聚焦光束的通过部分中指向所述捕获平面中相应的所述照射区域之外的区域的光进行阻挡。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，每个所述入射孔径是矩形，并且每个所述出射孔径是矩形。

14.根据权利要求1所述的设备，其中，每个所述镜头具有相应的前焦面和与所述捕获平面重合的相应的后焦面，其中，每个前焦面和所述捕获平面之间的距离小于5毫米。

15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学传感器、所述镜头系统和所述光阑系统集成为一体式结构。

16.根据权利要求1所述的设备，其中，所述光学传感器可操作以根据由所述镜头聚焦到所述照射区域的光产生光学数据，并且还包括处理系统，所述处理系统可操作以根据所述光学数据产生运动测量值，所述运动测量值表示相对于所述景物的运动。

17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述光学传感器可操作以捕获由所述子区的、在所述照射区域中被聚焦到所述光电池有效区域的图像组成的连续图像，并且所述处理系统根据所捕获的图像中多个图像的比较产生运动测量值。

18.根据权利要求1所述的设备，其中，所述镜头系统和所述光阑系统将来自所述景物的光形成为所述聚焦光束的平行阵列，每个所述镜头在空间上与相应的所述孔径系统对准以限定相应的成像光通道，并且来自所述景物的各个所述子区的光通过相应的所述成像光通道以在所述捕获平面中相应的所述照射区域中形成相应子区的相应图像。

19.根据权利要求18所述的设备，其中，每个所述孔径系统包括相应的孔径光阑，所述孔径光阑与相应地在空间上对准的视场光阑成对，在相应的所述成像光通道中，每对所述孔径光阑和所述视场光阑确定相应的光线束的相应锥角，所述光线束来自相应的所述子区。

20.根据权利要求1所述的设备，其中，所述聚焦光束具有的光学轴线彼此不同并平行。

21.根据权利要求1所述的设备，其中，所述镜头布置成平面阵列。

22.一种用于成像的系统，包括：

用于将来自景物的各个子区的光聚焦成相应的聚焦光束的装置；

用于将所述聚焦光束中的各个光束限定到捕获平面中相应的、非重叠的照射区域的装置，该装置包括多个孔径系统，每个所述孔径系统由具有入射孔径和出射孔径的空腔限定，所述出射孔径的尺寸大于所述入射孔径的尺寸，所述出射孔径和所述入射孔径的形状是多边形；

用于根据对所述照射区域进行照射的所述聚焦光束的光产生光学数据的装置；和用于根据所述光学数据产生运动测量值的装置，所述运动测量值表示相对于所述景物的运动。

23.一种用于成像的方法，包括：

将来自景物的各个子区的光聚焦成相应的聚焦光束；

将所述聚焦光束中的各个聚焦光束限定到捕获平面中相应的、非重叠的照射区域，所述限定由多个孔径系统实现，每个所述孔径系统由具有入射孔径和出射孔径的空腔限定，所述出射孔径的尺寸大于所述入射孔径的尺寸，所述出射孔径和所述入射孔径的形状是多边形；

根据对所述照射区域进行照射的所述聚焦光束的光产生光学数据；和

根据所述光学数据产生运动测量值，所述运动测量值表示相对于所述景物的运动。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，对聚焦光束进行的所述限定包括让相应的所述聚焦光束的至少一部分通过，并且对所述相应的聚焦光束的通过部分中指向所述捕获平面中相应的所述照射区域之外的区域的光进行阻挡。

25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述产生光学数据的步骤包括捕获由所述子区的、被聚焦到所述照射区域的图像组成的连续图像，并且所述产生运动测量值的步骤包括根据所捕获的图像中多个图像的比较产生运动测量值。

26.一种用于成像的设备，包括：

光学传感器，其包括光电池，每个所述光电池在捕获平面中有相应的光电池有效区域；

镜头系统，其包括镜头，每个所述镜头可操作以将来自景物的各个不同子区的光聚焦成多个聚焦光束中相应的聚焦光束，所述多个聚焦光束具有的光学轴线彼此不同并平行；和光阑系统，其包括孔径系统，每个所述孔径系统将所述聚焦光束中相应的聚焦光束限定到所述捕获平面中的各个不同照射区域，其中，每个所述聚焦光束在相应的所述照射区域中形成相应的图像，其中，每个所述孔径系统由具有入射孔径和出射孔径的空腔限定，所述出射孔径的尺寸大于所述入射孔径的尺寸，所述出射孔径和所述入射孔径的形状是多边形，所述出射孔径相对于所述入射孔径构造成：由所述出射孔径和所述入射孔径限定的所述空腔使得相邻的所述孔径系统的照射区域彼此不重叠。

27.根据权利要求26所述的设备，其中，每个所述孔径系统包括相应的孔径光阑，所述孔径光阑与相应地在空间上对准的视场光阑成对，在相应的所述聚焦光束中，每对所述孔径光阑和所述视场光阑确定相应的光线束的相应锥角，所述光线束来自相应的所述子区。

说明书

技术领域

本发明涉及具有串扰禁止(cross-talk inhibiting)光阑结构的镜头阵列成像。

背景技术

成像装置包括在各种装置中，这些装置包括数字静态图像照相机、数字视频摄像机、针对桌上型计算机和移动计算机设计的照相机(通常称为“pc摄像头”)、输入装置(例如，计算机鼠标中的光学导航传感器)、手持电子装置(例如，移动电话)和其它嵌入式环境。随着逐渐趋于减小装置的尺寸和将多个功能组合到单个装置中，人们一直在努力减小用于实施每个装置功能(包括成像功能)所需的空间。
大多数成像装置需要体积较大的元件，这些元件不能够容纳在大多数紧凑装置环境中。例如，光学导航传感器通常设计成跟踪导航表面的高质量图像区域中的特征，该区域在一平方毫米数量级并通过放大倍率在2∶1至1∶2范围中的成像光学装置捕获。在通常的光学导航传感器设计中，成像光学装置由单个塑料模制镜头组成，图像传感器由间距为50微米(μm)的20×20光电池阵列组成。具有这些成像元件并且能够满足这些工作规格的光学导航传感器模组通常要求图像传感器和导航表面之间的间距大于十毫米(mm)。
传统的光学导航传感器设计中固有的尺寸限制在诸如桌上型计算机鼠标的应用环境中不是显著的问题。然而，这些尺寸限制会使光学导航传感器技术难以结合到紧凑应用环境中(诸如手持电子装置(例如，移动电话)和其它嵌入式环境)。因而需要一种能够满足紧凑成像应用环境的显著尺寸限制的成像系统和方法。

发明内容

在一个方面，本发明的特征在于一种设备，其包括光学传感器、镜头系统和光阑系统。光学传感器包括光电池，光电池的每个在捕获平面中具有相应的光电池有效区域。镜头系统包括镜头，每个镜头可操作以将来自景物的各个子区的光聚焦成相应聚焦光束。光阑系统包括孔径系统，孔径系统的每个将聚焦光束中相应的一个限定到捕获平面中的相应照射区域。
在一个方面，本发明特征在于一种方法，根据该方法，来自景物的各个子区的光聚焦成相应的聚焦光束。聚焦光束中相应光束被限制到捕获平面中相应非重叠照射区域。根据对照射区域进行照射的聚焦光束的光产生光学数据。根据光学数据产生运动测量值，运动测量值表示相对于景物的运动。
根据以下包括附图和权利要求的描述，本发明的其它特征和优点将变得明显。

附图说明

图1是包括光学传感器、镜头系统和光阑系统的成像设备的实施例的示意图。
图2是成像方法的实施例的流程图。
图3是包括光阑结构的图1所示的成像设备的实施例的示意图。
图4A是图3所示的光阑结构的实施例的示意仰视图。
图4B是图3所示的光阑结构的实施例的示意俯视图。
图5是图3所示的成像设备的集成实施例的横截面视图。
图6是在图3所示的光学传感器的光电池上重叠的两个照射区域的示意俯视图。
图7是集成成像设备的实施例的横截面视图。
图8是成像设备的实施例的示意图。
图9是结合在光学导航设备中的图1的成像设备的实施例的框图。
图10是结合在光学输入设备中的图1的成像设备的实施例的框图。

具体实施方式

在下面的描述中，类似的参考标号用来表示类似的元件。而且，附图意在以示意图的方式图示示例性实施例的主要特征。附图不一定描述了实际实施例的每个特征，也不一定描述了所描述元件的相对尺寸，附图也不一定是按比例绘制。
I.概要
A.介绍
图1示出了成像设备10的一种实施例，成像设备10包括镜头系统12、光阑系统14和光学传感器16。镜头系统12包括镜头阵列17、18、20、22。光学传感器16包括光电池阵列，每个光电池在捕获平面24中具有相应的光电池有效区域。光阑系统14包括孔径系统26、28、30、32的阵列。
图2示出了由成像设备10实施的成像方法的实施例。根据此方法，镜头17-22的每个将来自景物42各个子区34、36、38、40的光聚焦成相应聚焦光束44、46、48、50(图2，方框52)。孔径系统26-32的每个将聚焦光束44-50中相应一个限定到捕获平面24中相应的照射区域(图2，方框54)。光学传感器16的光电池根据对照射区域进行照射的聚焦光束44-50的光产生光学数据56(图2，方框58)。
成像设备10可以用比较小的便宜部件来实施，这使之很适合于结合到可以有利地使用关于景物子区图像信息的任何类型装置中，包括运动感测应用，诸如图像去模糊、运动稳定化和产生图形用户接口控制信号。在一些实施例中，成像设备10结合在移动装置中，诸如蜂窝电话机、无绳电话机、便携式存储装置(例如，智能卡)、个人数字助理(PDA)、固态数字音频播放器、CD播放器、MCD播放器、静态图像照相机、视频摄像机、pc摄像头、游戏控制器、寻呼机、膝上型计算机和其它嵌入式环境。
B.镜头系统的一般特征
大体上，镜头系统12将来自景物42的至少两个子区的光聚焦到与光学传感器16的捕获平面24重合的焦平面。每个子区对应于景物42的不同部分。在通常的实施例中，镜头系统12包括镜头的平面阵列，每个镜头将来自这些子区中相应子区的光聚焦到捕获平面24中相应的组，所述组包括一个或多个光电池有效区域。镜头系统12还可以包括附加光学器件，诸如附加镜头和滤光器。
C.光阑系统的一般特征
光阑系统14的孔径系统26-32控制聚焦光束44-50中对捕获平面24中的照射区域进行照射的部分。通常，每个孔径系统26-32包括相应的入射孔径60和相应的出射孔径62。
入射孔径60的每个让来自子区34-40中相应子区的光至少一部分通过。在图示的实施例中，入射孔径60位于镜头系统12的后面(即其光学传感器那侧)。在此实施例中，每个入射孔径60让聚焦光束44-50的相应光束的至少一部分通过。在其它实施例中，入射孔径60位于镜头系统12的前面(即，物体那侧)。
出射孔径62的每个限定了捕获平面24中相应照射区域和相应阴影区域之间的边界，阴影区域没有来自相应聚焦光束44-50的所通过部分的任何光。在通常实施例中，出射孔径62构造成防止照射区域在光电池有效区域中的任何一个区域上发生重叠。此特征能够提高由光学传感器16产生的光学数据56的图像对比度。例如，在一些实施例中，与镜头17-22的视场对应的子区34-40的区域有重叠(例如，参见图1)。在这些实施例中，孔径系统26-32禁止聚焦光束44-50中来自子区34-40的重叠区域的部分之间的串扰。这样，这些实施例避免了图像对比度降低，否则，镜头17-22的重叠视场成像可能造成图像对比度的降低。
D.光学传感器的一般特征
光学传感器16可以是能够捕获来自子区光的连续图像的任何类型的成像装置，其中子区光由镜头系统12聚焦到捕获平面24上。光学传感器16可以使用任何类型图像传感器技术来实施，这些技术包括电荷耦合器件(CCD)图像传感器技术或者互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器技术。光学传感器16还可以包括附加元件，诸如静态图像处理流水线或者视频处理流水线，这些元件对所捕获的图像数据进行一种或者多种前端操作(例如，向下采样(down sampling)、彩色插值(demosacing)和色彩校正)。
在一些实施例中，光学传感器16的光电池分成由一个或者更多个光电池构成的组，其中每个光电池组捕获在捕获平面24中的照射区域中相应一个区域的子区图像。在一些实施例中，在其像素值读取过程中以电子方式划分光电池组。在其它实施例中，将光电池组在空间上划分成离散区域，这些离散区域分布在公共的衬底(例如，硅芯片或者印刷电路板)上与照射区域一致的位置处。
由光学传感器16捕获的每个图像由光电池组在同期捕获的相应子区图像组形成。此处所使用的术语“同期”意思是在光学传感器16的相同帧时段(或者读取周期)过程中捕获组元子区图像。可以同时捕获同期的子区图像，或者可以在相同的帧时段中相继捕获它们。同期子区图像可以从光学传感器16串行地或者并行地输出。光学传感器16通常以足够快的速率(例如每秒1500图像或者帧，或者更大)捕获同期子区图像的每个组，所述速率足以使景物42的相继图像重叠。
II.示例性成像设备实施例
A.第一示例性成像设备实施例
图3示出了成像设备10的示例性实施例70，该实施例包括镜头系统12的示例性实施例72、光阑系统14的示例性实施例74和光学传感器16的示例性实施例76。
镜头系统72包括光学元件78、80、82、84的平面阵列。通常，光学元件78-84可以是能够将光聚焦到焦平面的捕获区域上的任何类型的光学元件。示例性类型的光学元件包括复制环氧树脂镜头和衍射光学元件(DOE)，诸如计算机产生的全息图(GGH)和光栅。光学元件78-84的每个具有相应的光学轴线86、88、90、92。在图示实施例中，镜头系统72包括前侧和后侧。镜头系统72的前侧包括对应于光学元件78-84中相应元件的弯曲表面的阵列。镜头系统72的后侧具有朝着光阑系统74的平面表面。
在一些示例性实施中，镜头系统78-84的每个具有相应的前焦面和相应的与捕获平面24重合的后焦面，其中，每个前焦面和捕获平面之间的距离小于5毫米。在这些实施中的一些中，每个前焦面和捕获平面之间的距离约为2毫米。
光阑系统74包括对成像设备70的规定工作波长范围内的光(例如，可见光或者红外光)不透明的衬底94。衬底94包括限定了相应孔径系统的空腔96、98、100、102的阵列，其中孔径系统与光轴86-92中相应轴线对准。空腔96-102中的每个包括相应的用作孔径光阑的入射孔径104和相应的用作视场光阑的出射孔径106。
在图3、图4A和图4B所示的实施例中，入射孔径104的每个具有方形形状，出射孔径106的每个具有相应方形形状，空腔96-102的每个具有截头棱锥形侧壁。通常，入射和出射孔径104、106可以是任何规则或者不规则闭合平面图形形状，包括多边形形状(例如，矩形、正方形、五边形、六边形等)、椭圆形状(例如，椭圆形、圆形和卵形)和任意形状。每个入射孔径104和其关联的出射孔径106通常具有相同的形状；但是其各自的尺寸可以相同或者不同。在图示的实施例中，入射孔径104的每个小于关联的出射孔径106。
如图3和图5所示，入射孔径104的每个让由光学元件78-84聚焦的光束中相应一个光束的至少一部分通过。出射孔径106的每个限定了光学传感器76的捕获平面24中的相应照射区域和相应阴影区域之间的边界108、110、112、114，所述阴影区域没有来自任何相应聚焦光束的通过部分的任何光。如图5示意性所示，在此过程中，入射孔径104和其相应出射孔径的每个确定了被允许照射捕获平面132中的相应照射区域的子区光的射线束的锥角。
光学传感器76包括在捕获平面132中具有相应有效区域124、126、128、130的光电池116、118、120、122阵列。每个有效区域124-130与光轴86-92中的相应一个轴线对准，其中光轴86-92由镜头系统72的光学元件78-84限定。如图5和图6示意性所示，边界108-112中各个边界内的照射区域各自用来自景物子区中相应子区的聚焦光线照射光电池有效区域124-130中的相应一个区域。每个照射区域的尺寸的范围通常从光电池有效区域的尺寸到使光电池有效区域的相邻区域边缘相连的尺寸。在图5所示的示例性实施例中，照射区域108略大于有效区域124。如图6箭头134示意性所示，照射有效区域124的照射区域136的尺寸范围可以从有效区域124的尺寸到使有效区域126-130的相邻区域边缘相连的尺寸。通过以此方式限制照射区域的尺寸，光阑系统74禁止景物的相邻子区之间的串扰，由此避免否则会发生的图像对比度的降低。
在图3所示的实施例中，镜头系统72包括四个光学元件78-84，光阑系统74包括四个空腔96-102，光学传感76包括四个光电池116-122。其它实施例可以包括更多个或者更少个这些相关部件。
图3-图6所示的示例性成像设备实施例还可以包括位于镜头系统72和光学传感器76之间的滤光器。通常，滤光器可以是选择性地使具有一个或者更多个目标属性的光透射的任何类型的滤光器，包括从色彩滤光器、吸收式滤光器、反射式滤光器、单色滤光器、红外滤光器、紫外滤光器、中性(neutral density)滤光器、长通(long pass)滤光器和短通(short pass)滤光器。
镜头系统72、光阑系统74和光学传感器76可以集成到单片结构中，或者它们可以通过由支撑框架保持在一起或者安装在公共的壳体中的分立部件来实施。在图5所示的示例性实施例中，镜头系统72、光阑系统74和光学传感器76由单独的部件形成，这些单独的部件由提供单独部件之间间隔的支撑结构(未示出)保持在一起。
B.第二示例性成像设备实施例
图7是成像设备10的第二示例性实施例140的横截面视图。成像设备140包括镜头系统12的示例性实施例142、光阑系统14的示例性实施例144和光学传感器16的示例性实施例146。成像设备140对应于图3所示的成像设备70，只是镜头系统142、光阑系统144和光学传感器146集成为一体式单片结构，并且每个孔径系统148限定了对多个(例如，4×4＝16)光电池有效区域的各个组152进行照射的相应照射区域150。
在此实施例的一些实施方式中，光学传感器146包括集束成在空间上分开的组152的光电池平面阵列，每组包括两个或者更多个组元光电池。每个光电池组的示例性光电池数量是P×Q光电池，其中P和Q各具有二到二十范围中的整数值。在集束的平面阵列中各个光电池组152与镜头系统142的光学元件154的相应一个光学元件对准。
如图7示意所示，在操作中，光学元件154的每个构造成将从景物的子区来的入射光156聚焦到相应光电池组152的光电池上。
C.第三示例性成像设备实施例
图8是对应于图1所示成像设备10的成像设备160的实施例的示意视图，只是光阑系统162包括位于镜头系统12前面(即，在物体侧)的前光阑系统164和位于镜头系统12后面的后光阑系统166。前光阑系统164包括入射孔径168的阵列，该阵列执行的功能与光阑系统14中的入射孔径60的功能类似。后光阑系统166包括出射孔径170的阵列，该阵列执行的功能与光阑系统14中的出射孔径62的功能类似。
在成像设备160的一个示例性实施方式中，镜头系统12包括具有平面前表面和后表面的镜头衬底，其中后表面包括分别对应于镜头17-22的弯曲表面。在此实施方式中，镜头衬底的平面前表面(除了入射孔径168的区域)涂上或者镀覆有对成像设备160的规定工作波长范围内的光不透明的材料。出射孔径170可以限定在由塑料或者金属材料制成的薄板中，这些塑料或者金属材料对规定工作波长范围内的光不透明。可选地，出射孔径170可以由涂在或者镀覆在光学衬底上的不透明材料层限定，其中光学衬底对规定工作波长范围内的光透明。光学衬底可以与光电池对准地安装到光学传感器16。
III.用于成像设备实施例的示例性应用环境
如上所述，此处所述的成像设备实施例可以用比较小和便宜的部件来实施，使得它们非常适合于结合在可以有利地使用关于景物子区的图像信息的任何类型装置中，包括诸如图像去模糊、运动稳定化和产生图形用户接口控制信号的运动感测应用。在一些实施例中，这些成像设备结合在移动装置中，诸如蜂窝电话、无绳电话机、便携式存储装置(例如，智能卡)、个人数字助理(PDA)、固态数字音频播放器、CD播放器、MCD播放器、静态图像照相机、视频摄像机、pc摄像头、游戏控制器、寻呼机、膝上型计算机和其它嵌入式环境。
图9是结合在光学导航设备180中的成像设备10的实施例的框图，其中光学导航设备180附加地包括处理系统，该处理系统包括图像处理流水线(pipeline)184和从图像处理流水线184的输出产生运动测量值185的运动计算模组186。
图像处理流水线184将光学传感器16的光电池产生的原始图像数据182转换成连续图像188、.......、190，这些连续图像各由相应组的同期子区图像组成。尤其是，在每个帧期间，图像处理流水线184从聚焦到捕获平面中相应照射区域中的光电池的子区光产生子区图像组。例如，在帧期间T0，图像处理流水线184产生图像188的子区图像(即，“子区图像(1，T0)”，......，“子区图像(4，T0)”，并且在帧期间TM，图像处理流水线184产生图像190的子区图像(即，“子区图像(1，TM)”，......，“子区图像(4，TM)”)。图像处理流水线184可以是静态图像处理流水线或者视频处理流水线，这取决于实施导航传感器180的应用环境。在将原始图像数据转换成子区图像的过程中，图像处理流水线184可以对所捕获的图像数据182执行一个或者更多个前端操作，包括向下采样、彩色插值和彩色校正。
通常，运动计算模组186可以使用多种不同方法中任何一种来确定运动测量值185，这些运动测量值185通常对应于位移参数值、速度参数值和加速度参数值中一个或者更多个。在一些实施例中，运动计算模组186基于由图像处理流水线184产生的图像188，......，190中的连续图像的比较而产生运动测量值185。在一些实施例中，运动计算模组186识别图像188，......，190中相应图像中的纹理或者其它特征，并且在连续图像188，......，190上跟踪这些特征的运动。在一些实施例中，运动计算模组186对连续图像中认为一致的特征进行相关以获得与光学导航系统180相对于正被成像的景物的位置有关的信息。在一些实施例中，运动计算模组186识别相继图像中的共同特征，并且确定所识别的共同特征平移或者移动的方向和距离。在这些实施例的一些中，运动计算模组186将位移信息转换成与光学导航系统180的相对位置对应的二维位置坐标(例如，x和y坐标)。
通常，图像处理流水线184和运动计算模组186可以由处理系统中的一个或者更多个分立模组来实施。这些模组不限于任何特定的硬件、固件或者软件结构。相反，这些模组可以在任何计算或者数据处理环境中实施，包括在数字电子电路(例如，诸如数字信号处理器(DSP)的专用集成电路)或者在计算硬件、固件、设备驱动器或者软件中。在一些实施方式中，用于实施这些模组功能的计算机处理指令和它们产生的数据存储在一个或者更多个的机器可读介质中。适合于具体体现这些指令和数据的存储装置包括所有形式的非易失性存储器(包括例如半导体存储装置(诸如，EPROM、EEPROM))和闪存装置、诸如内部硬盘和移动硬盘的磁盘、磁光盘和CD-ROM。
图10是结合在光学输入设备200中的光学导航传感器180的实施例的框图。光学输入设备200附加地包括光源202和具有接触表面206的窗口204。光源202和成像设备10包含在壳体207的空腔内，壳体207通常由对规定工作波长范围内的光不透明的折射材料(诸如，塑料)形成。
在操作中，使用者通常用手指208触摸接触表面206，成像设备10捕捉使用者的手指208在接触表面206上的运动，处理系统210将光学传感器16产生的光学数据182转换成运动测量值。在一些操作环境中，光学导航传感器180从运动测量值得到显示控制信号，然后将显示控制信号传递到对显示器24进行驱动的显示控制器。显示控制器处理显示控制信号以控制例如显示器上的指针的运动。显示控制器22通常使驱动器处理显示控制信号。通常，驱动器可以在任何计算或者处理环境中实施，包括在数字电子电路中或者在计算机硬件、固件或者软件中。在一些实施例中，驱动器是操作系统或者软件应用程序的组成部分。
窗口204对成像设备10的规定工作波长范围内的光(例如，可见光或者红外光)大致透明。窗口204可以由对目标波长范围内的光透明的玻璃或者其它耐磨材料(诸如塑料)形成。
光源202(例如，发光二极管或者激光器)产生规定工作波长范围内的光212。光学元件214准直光212，反射光学元件216将准直光218朝着接触表面206定向。光源202通过窗口204照射接触表面202。在这些实施例中，除了物体(例如，使用者的指尖208的隆起部分)与接触表面206接触的区域之外，光218通过窗口204，从接触表面206射出。从物体反射的光被成像设备10捕捉。在其它实施例中，光源202可以构造成将光射入窗口204的边缘。在这些实施例中，光学元件(例如，柱透镜)可以用来将光均匀地射入窗口204中。除了物体(例如，使用者的指尖208的隆起部分)与接触表面206接触的区域之外，所射的光被全内反射结构保持在窗口204内。该接触破坏了窗口204内的全内反射结构，使得所射的光朝向成像设备10定向。
IV.结论
此处详述的实施例提供了改进的成像设备和方法，其能够满足紧凑成像应用环境对尺寸的显著限制。
其它实施例也在权利要求的范围内。
相关申请的交叉引用
本申请涉及由Tong Xie于2005年3月21日提交的题为“Compactand Low Profile Optical Navigation Device”的共同在审美国专利申请No.11/085,282，该专利申请通过引用而包含于此。