新興微型光學(xué)手指導航模組的嵌入式系統開(kāi)發(fā)

1 微型光學(xué)手指導航模組簡(jiǎn)介

　　微型光學(xué)手指導航模組，集感應測量光路、微型機械構造和數字/模擬微電子集成電路于一體，是高度微型化的機電一體化人機輸入模塊，其核心技術(shù)是光學(xué)手指導航OFN（Optical Finger Navigation），又稱(chēng)為單手指導航SFN（Single Finger Navigation）、光學(xué)軌跡板OTP（Optical Track Pad）或光學(xué)導航觸鍵ONK（Optical Navigation Key）。不同廠(chǎng)家有不同的稱(chēng)謂，比較公認的是“光學(xué)手指導航OFN”。

　　簡(jiǎn)單地說(shuō)，OFN模組就是高度微型化的鼠標。

　　1.1 工作原理

　　OFN模組，通常由紅外LED光源、遮光觸摸面板、光學(xué)透鏡組和具有光敏陣列的片上處理/控制芯片組成，一般制作在便于集成應用的柔性線(xiàn)路FPC（Flexible Printing Circuit）板上。常用的OFNFPC，還集成了表面按鍵，即所說(shuō)的“鍋仔片（Metal Dome Switch）”，以簡(jiǎn)單地實(shí)現“點(diǎn)擊確認”的功能。

　　OFN模組的工作原理如下：手指接觸遮光觸摸面板，光敏陣列檢測到有目標活動(dòng)，喚醒片上系統SoC投入正常工作狀態(tài)，紅外LED發(fā)光，啟動(dòng)檢測光路，通過(guò)光學(xué)透鏡組的折射和聚焦，由光敏陣列得到一幕一幕的圖像數據信息；SoC從中抽象出不同的運動(dòng)矢量MV（Motion Vector），進(jìn)而根據運動(dòng)矢量在時(shí)間和空間上的相關(guān)性，計算出每次手指移動(dòng)的平面相對量，形成運動(dòng)數據，并及時(shí)通過(guò)數據接口向外傳輸出去。手指移出后，光敏陣列通過(guò)檢測還可以使SoC轉入休眠狀態(tài)，以節省功耗。

　　遮光觸摸面板，需要能夠應對強光輻射干擾及外界濕度變化影響。

　　運動(dòng)相關(guān)性的判斷與計算是OFN的核心，通常沿用光電鼠標中成熟的簡(jiǎn)化的13點(diǎn)、9點(diǎn)、7點(diǎn)或5點(diǎn)運動(dòng)預測算法。還可以對得到的一系列數據，展開(kāi)進(jìn)一步的分析計算，得到“點(diǎn)擊”、“雙擊”、“拖動(dòng)”等伴隨信息，進(jìn)而實(shí)現傳統鼠標的各種功能。

　　OFN形成的數據信息一般包括兩類(lèi)：控制信息和運動(dòng)信息?？刂菩畔⒅甘臼欠襁\動(dòng)、點(diǎn)擊、雙擊、拖動(dòng)等，運動(dòng)信息即平面的X方向與Y方向相對位移量。

　　1.2 技術(shù)特征

　　從應用角度概括起來(lái)，OFN的性能特征如下：

　?、?超薄超小設計。通常，外形面積在10 mm×10 mm以?xún)?，有效感光孔徑?.5 mm×1.5 mm以?xún)?，厚度?8~51 mm，也有2 mm厚度的OFN推出。

　?、?極低功耗設計。工作電流在2~16 mA，通常為3 mA；待機電流為80~150 μA，大多數器件為100 μA。

　?、?直流供電需求。2.6~5.0 V范圍，常用為2.8 V工作電壓，正在朝自適應、更低的電源供應發(fā)展。

　?、?靈活的多接口支持?？梢酝ㄟ^(guò)常規數字接口I2C（InterIntegrated Circuit）或SPI（Serial Peripheral Interface）上傳數據或接受主機配置，也有PS2鼠標接口或USB接口的；可以以中斷方式向主機隨時(shí)提示需要信息輸入；可以通過(guò)復位和開(kāi)關(guān)的形式接受主機統一調度。

　?、?可選或自適應的光敏陣列分辨率，200~1250 CPI（Dots Per Inch）通常為800CPI。

　?、?位移數據設置。通常為8位補碼格式。

　?、?優(yōu)良的EMC/EMI設計，2 kV以上的ESD（ElectroStatic Discharge）能力。

　　1.3 產(chǎn)品化應用

　　OFN一經(jīng)推出，就得到了迅速應用，特別是各種各樣的手機，無(wú)論是廉價(jià)的功能手機（feature phone）還是高性能的3G（3rdGeneration）智能手機（smart phone），無(wú)論是Nucleus MTK、ThreadX艙寡浮Symbian體系還是Windows Mobile、ARMLinux/Android、MACOSXiPhone體系，如Samsung的i329/728/780/788/908/8510、Nokia的E72/N900、BlackBerry的8520/9700、LG的ks500/kt500、SonyEricsson的X1/X2/X3、Sharp的SH8020C、中興的X60等，不勝枚舉。

　　另外，在MID（Mobile Internet Devices）/MPC（Multimedia Personal Computer）/上網(wǎng)本、GPS導航、PMP（Portable Media Player）娛樂(lè )、數碼相機/攝像機等大眾化產(chǎn)品中，也在不斷地得到廣泛應用。不著(zhù)重考慮成本和功耗的工農業(yè)過(guò)程控制、儀表儀器設備等行業(yè)領(lǐng)域，也在悄然進(jìn)行OFN的擴展應用。

　　OFN應用前景十分壯觀(guān)，需求推動(dòng)著(zhù)OFN的應用，應用促進(jìn)著(zhù)OFN的不斷完善發(fā)展。