论文部分内容阅读
赛普拉斯产品应用经理/John Frame
赛普拉斯.产品营销副总裁/张朔
在过去5年，光学导航传感器已逐步取代计算机鼠标的机械式轨迹球传感器。雷射导航传感器技术具备优异的表面追踪效能加上更高的精确度，进一步提升计算机鼠标的效能。随着业界持续追求更好的效能、更低的功耗、以及更容易组装的制程，赛普拉斯半导体特地推出OvationONS 光学导航传感器(如图1)，采用全新的OptiCheck专利技术。此项技术采用的方法，完全有别于影像撷取与校正的传感器，能完全针对导航感测带来许多实际的效益，并能支持计算机鼠标以外的其他应用。
OptiCheck 技术
赛普拉斯的OptiCheck专利技术采用有别以往的全新导航方式。OptiCheck技术舍弃影像撷取与校正的方式，改采一种“光学棋盘”式技术，即一种连结一个具专利2D梳形侦测器组态的感光组件数组。侦测器的输出信号，透过在一个独特配置中的放大与整合，能产生4个输出信号，以完整描述传感器的动作。这4个输出信号经过数字化之后，传送到小型数字信号处理器，可在此产生x与y的动态数据。如图2所示，显示梳形侦测器各组件之间的互连，以及所产生的4个输出结果。
OptiCheck方法有下列几项重点值得一提。第一，OptiCheck技术的设计出发点，是提供高精准且高分辨率的追踪功能。用户可以1 dpi为递增单位，自行设定分辨率，提供最高的精确度。第二，OptiCheck仅需4个数据输入，就能计算出x与y轴的偏移，提供更高的数据处理效率。效率提高，意谓传感器能在各种高速追踪应用上发挥效率与精确度。高处理效率则意谓信号处理模块在功耗方面的改变不大，所以系统所耗用的电流值几乎不会受到速度与表面追踪的效能影响。此外，OptiCheck的处理需求，不受传感器分辨率所影响。这让用户能以更简单且更低廉的方式来扩充产品，这些产品需要高速与高分辨率的追踪效能。
为精准撷取传感器的追踪性能，并提供流畅运作的使用经验，最近推出第二代OvationONS II雷射导航传感器即整合了一个可编程微控制器，内含OptiCheck传感器技术。此传感器是一个完全整合的系统，包括链接至USB的数据输出信道。作为速度达1000Hz的真正硬件式USB接口，传感器能提供准确的感测动作解释功能，并提供最直觉化的用户接口经验。
OptiCheck技术的表面追踪机制
对于雷射导航传感器的大多数应用而言，其中一项主要使用者要求，就是能在几乎绝大多数的表面上追踪动作，并为使用者的手部动作提供精准的反应。运用雷射光点作为表面侦测图案，让OvationONS II传感器能在各种表面上侦测到清晰的信号包括一般木质桌面、花岗石柜台、以及高反射率的工作长台，都能轻易使用鼠标；在医疗应用方面，则能侦测各种人类皮肤；并且在工业应用方面能支持各种形状的表面(圆弧、平面等)。OvationONS II传感器的特殊光学信道设计，亦能有效率地运用雷射功率来追踪反射率不佳的表面。此技术的这项特性，除了让装置能有效追踪人类皮肤，也让各种装置能搭载手指导航功能，像是手机、游乐器、以及遥控器等。
OptiCheck技术的追踪速度与分辨率
OptiCheck技术独特的光学导航模式，带给鼠标与其他追踪装置许多直接的好处。其中两项效益就是把每秒追踪次数增加到最高，以及把对动作变动的反应延迟降至最低。OptiCheck技术输出的4个信号，完整定义了传感器的动作。这些输出信号之后会经过一个数字信号处理器，该处理器采用一个和传感器速度或分辨率无关的算法。因此，OptiCheck能同时支持全速动作(每秒/英吋)与全分辨率(每吋/次数)模式。由于许多影像校正传感器在速度提高时，其分辨率会下降，因为其处理器的速度无法及时处理大量的影像数据。而在全速模式下降低分辨率，则会降低鼠标光标移动的速度，这会让计算机游戏玩家立即发现并且感到厌烦。搭载OptiCheck的鼠标具备极高的每秒量测速度，且完全不会出现延迟的现象。下图3显示比较采用OptiCheck技术以及一般市面上采用影像校正技术的鼠标，其分辨率的量测数据和速度呈函数关系。
OptiCheck技术对动作变化的反应速度远远胜过影像校正传感器，其画面更新率通常为10 kHz。由于缩短反应的延迟，可以创造出更流畅、灵敏更高的循迹效果。OptiCheck技术的此项特性，让像是游戏鼠标、打印机、扫瞄器等，需要极高的循迹精确度与速度的应用产品获益良多。
OptiCheck的高效率电源管理
OptiCheck技术所减少的信号处理需求，让雷射鼠标的功耗大幅降低，提供一个高效率的内建可编程电源管理系统。光学功率管理与占空系数亦可自行调整，以配合各种特殊应用，达到优化的效能与功耗。在无线鼠标应用方面，OvationONS传感器能让游戏鼠标的效能达到桌上型鼠标功耗的水平。
运用可编程系统单芯片进行研发
OvationONS II 是一款可编程的系统单芯片解决方案。此组件结合了一个OptiCheck传感器以及一个可编程M8C处理器，内含全速USB功能。其精心设计的智能型电源管理系统，能为无线鼠标与其他无线应用提供所需电源，并且还能整合一个可用来支持触控接口，包括按钮、滑杆、以及开机启动功能的电容传感器。
此组件将垂直共振腔表面放射雷射功能(Vertical Cavity Surface Emitting Laser ；VCSEL)整合至同一封装。雷射与雷射驱动器的整合设计，为鼠标制造商带来可观的利益。由于不需要外部雷射组件，故能降低组装时间、复杂度、以及因故障雷射组件所产生的良率损失。雷射组件的输出功率可在出厂前就调整至眼睛安全防护的标准，系统制造商将不必进行任何调整。如此不但节省制造时间，亦让制造商省下光学功率测试与制造设备的成本。其内部的雷射组件让整个制程立达到2000V ESD的功率水平。独立的雷射组件通常为50V至200V，厂房则需要特殊的防护设施。
OvationONS II 组件提供充裕的弹性，能整合额外的功能。例如，可把微控制器加入到芯片，用来读取鼠标按钮与滚轮的动作、控制LED灯号、以及建构报告封包以传至PC主控端。亦可加入USB收发器与串行接口引擎，以提供链接主控端的链路，并可加入无线电组件，以设计出无线鼠标。透过整合，为开发高效能有线与无线鼠标的单芯片厂商，留下更多可供发挥的空间。
结论
Cypress OptiCheck 技术提供一个具备极高效能与精确度的雷射导航传感器。它能用在计算机鼠标、及手机与遥控器的手指循迹、以及工业应用中的媒体动作追踪。把这项技术整合至芯片解决方案的可编程系统，能大幅降低设计与制造的复杂度，为新一代的迷你、高精确度人机接口装置开启另一扇大门。
赛普拉斯.产品营销副总裁/张朔
在过去5年，光学导航传感器已逐步取代计算机鼠标的机械式轨迹球传感器。雷射导航传感器技术具备优异的表面追踪效能加上更高的精确度，进一步提升计算机鼠标的效能。随着业界持续追求更好的效能、更低的功耗、以及更容易组装的制程，赛普拉斯半导体特地推出OvationONS 光学导航传感器(如图1)，采用全新的OptiCheck专利技术。此项技术采用的方法，完全有别于影像撷取与校正的传感器，能完全针对导航感测带来许多实际的效益，并能支持计算机鼠标以外的其他应用。
OptiCheck 技术
赛普拉斯的OptiCheck专利技术采用有别以往的全新导航方式。OptiCheck技术舍弃影像撷取与校正的方式，改采一种“光学棋盘”式技术，即一种连结一个具专利2D梳形侦测器组态的感光组件数组。侦测器的输出信号，透过在一个独特配置中的放大与整合，能产生4个输出信号，以完整描述传感器的动作。这4个输出信号经过数字化之后，传送到小型数字信号处理器，可在此产生x与y的动态数据。如图2所示，显示梳形侦测器各组件之间的互连，以及所产生的4个输出结果。
OptiCheck方法有下列几项重点值得一提。第一，OptiCheck技术的设计出发点，是提供高精准且高分辨率的追踪功能。用户可以1 dpi为递增单位，自行设定分辨率，提供最高的精确度。第二，OptiCheck仅需4个数据输入，就能计算出x与y轴的偏移，提供更高的数据处理效率。效率提高，意谓传感器能在各种高速追踪应用上发挥效率与精确度。高处理效率则意谓信号处理模块在功耗方面的改变不大，所以系统所耗用的电流值几乎不会受到速度与表面追踪的效能影响。此外，OptiCheck的处理需求，不受传感器分辨率所影响。这让用户能以更简单且更低廉的方式来扩充产品，这些产品需要高速与高分辨率的追踪效能。
为精准撷取传感器的追踪性能，并提供流畅运作的使用经验，最近推出第二代OvationONS II雷射导航传感器即整合了一个可编程微控制器，内含OptiCheck传感器技术。此传感器是一个完全整合的系统，包括链接至USB的数据输出信道。作为速度达1000Hz的真正硬件式USB接口，传感器能提供准确的感测动作解释功能，并提供最直觉化的用户接口经验。
OptiCheck技术的表面追踪机制
对于雷射导航传感器的大多数应用而言，其中一项主要使用者要求，就是能在几乎绝大多数的表面上追踪动作，并为使用者的手部动作提供精准的反应。运用雷射光点作为表面侦测图案，让OvationONS II传感器能在各种表面上侦测到清晰的信号包括一般木质桌面、花岗石柜台、以及高反射率的工作长台，都能轻易使用鼠标；在医疗应用方面，则能侦测各种人类皮肤；并且在工业应用方面能支持各种形状的表面(圆弧、平面等)。OvationONS II传感器的特殊光学信道设计，亦能有效率地运用雷射功率来追踪反射率不佳的表面。此技术的这项特性，除了让装置能有效追踪人类皮肤，也让各种装置能搭载手指导航功能，像是手机、游乐器、以及遥控器等。
OptiCheck技术的追踪速度与分辨率
OptiCheck技术独特的光学导航模式，带给鼠标与其他追踪装置许多直接的好处。其中两项效益就是把每秒追踪次数增加到最高，以及把对动作变动的反应延迟降至最低。OptiCheck技术输出的4个信号，完整定义了传感器的动作。这些输出信号之后会经过一个数字信号处理器，该处理器采用一个和传感器速度或分辨率无关的算法。因此，OptiCheck能同时支持全速动作(每秒/英吋)与全分辨率(每吋/次数)模式。由于许多影像校正传感器在速度提高时，其分辨率会下降，因为其处理器的速度无法及时处理大量的影像数据。而在全速模式下降低分辨率，则会降低鼠标光标移动的速度，这会让计算机游戏玩家立即发现并且感到厌烦。搭载OptiCheck的鼠标具备极高的每秒量测速度，且完全不会出现延迟的现象。下图3显示比较采用OptiCheck技术以及一般市面上采用影像校正技术的鼠标，其分辨率的量测数据和速度呈函数关系。
OptiCheck技术对动作变化的反应速度远远胜过影像校正传感器，其画面更新率通常为10 kHz。由于缩短反应的延迟，可以创造出更流畅、灵敏更高的循迹效果。OptiCheck技术的此项特性，让像是游戏鼠标、打印机、扫瞄器等，需要极高的循迹精确度与速度的应用产品获益良多。
OptiCheck的高效率电源管理
OptiCheck技术所减少的信号处理需求，让雷射鼠标的功耗大幅降低，提供一个高效率的内建可编程电源管理系统。光学功率管理与占空系数亦可自行调整，以配合各种特殊应用，达到优化的效能与功耗。在无线鼠标应用方面，OvationONS传感器能让游戏鼠标的效能达到桌上型鼠标功耗的水平。
运用可编程系统单芯片进行研发
OvationONS II 是一款可编程的系统单芯片解决方案。此组件结合了一个OptiCheck传感器以及一个可编程M8C处理器，内含全速USB功能。其精心设计的智能型电源管理系统，能为无线鼠标与其他无线应用提供所需电源，并且还能整合一个可用来支持触控接口，包括按钮、滑杆、以及开机启动功能的电容传感器。
此组件将垂直共振腔表面放射雷射功能(Vertical Cavity Surface Emitting Laser ；VCSEL)整合至同一封装。雷射与雷射驱动器的整合设计，为鼠标制造商带来可观的利益。由于不需要外部雷射组件，故能降低组装时间、复杂度、以及因故障雷射组件所产生的良率损失。雷射组件的输出功率可在出厂前就调整至眼睛安全防护的标准，系统制造商将不必进行任何调整。如此不但节省制造时间，亦让制造商省下光学功率测试与制造设备的成本。其内部的雷射组件让整个制程立达到2000V ESD的功率水平。独立的雷射组件通常为50V至200V，厂房则需要特殊的防护设施。
OvationONS II 组件提供充裕的弹性，能整合额外的功能。例如，可把微控制器加入到芯片，用来读取鼠标按钮与滚轮的动作、控制LED灯号、以及建构报告封包以传至PC主控端。亦可加入USB收发器与串行接口引擎，以提供链接主控端的链路，并可加入无线电组件，以设计出无线鼠标。透过整合，为开发高效能有线与无线鼠标的单芯片厂商，留下更多可供发挥的空间。
结论
Cypress OptiCheck 技术提供一个具备极高效能与精确度的雷射导航传感器。它能用在计算机鼠标、及手机与遥控器的手指循迹、以及工业应用中的媒体动作追踪。把这项技术整合至芯片解决方案的可编程系统，能大幅降低设计与制造的复杂度，为新一代的迷你、高精确度人机接口装置开启另一扇大门。