新興微型光學(xué)手指導(dǎo)航模組的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)

1 微型光學(xué)手指導(dǎo)航模組簡(jiǎn)介

　　微型光學(xué)手指導(dǎo)航模組，集感應(yīng)測(cè)量光路、微型機(jī)械構(gòu)造和數(shù)字/模擬微電子集成電路于一體，是高度微型化的機(jī)電一體化人機(jī)輸入模塊，其核心技術(shù)是光學(xué)手指導(dǎo)航OFN（Optical Finger Navigation），又稱為單手指導(dǎo)航SFN（Single Finger Navigation）、光學(xué)軌跡板OTP（Optical Track Pad）或光學(xué)導(dǎo)航觸鍵ONK（Optical Navigation Key）。不同廠家有不同的稱謂，比較公認(rèn)的是“光學(xué)手指導(dǎo)航OFN”。

　　簡(jiǎn)單地說，OFN模組就是高度微型化的鼠標(biāo)。

　　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(yīng)用的柔性線路FPC（Flexible Printing Circuit）板上。常用的OFNFPC，還集成了表面按鍵，即所說的“鍋?zhàn)衅∕etal Dome Switch）”，以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)擊確認(rèn)”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(cè)到有目標(biāo)活動(dòng)，喚醒片上系統(tǒng)SoC投入正常工作狀態(tài)，紅外LED發(fā)光，啟動(dòng)檢測(cè)光路，通過光學(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(shù)據(jù)信息；SoC從中抽象出不同的運(yùn)動(dòng)矢量MV（Motion Vector），進(jìn)而根據(jù)運(yùn)動(dòng)矢量在時(shí)間和空間上的相關(guān)性，計(jì)算出每次手指移動(dòng)的平面相對(duì)量，形成運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并及時(shí)通過數(shù)據(jù)接口向外傳輸出去。手指移出后，光敏陣列通過檢測(cè)還可以使SoC轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，以節(jié)省功耗。

　　遮光觸摸面板，需要能夠應(yīng)對(duì)強(qiáng)光輻射干擾及外界濕度變化影響。

　　運(yùn)動(dòng)相關(guān)性的判斷與計(jì)算是OFN的核心，通常沿用光電鼠標(biāo)中成熟的簡(jiǎn)化的13點(diǎn)、9點(diǎn)、7點(diǎn)或5點(diǎn)運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)算法。還可以對(duì)得到的一系列數(shù)據(jù)，展開進(jìn)一步的分析計(jì)算，得到“點(diǎn)擊”、“雙擊”、“拖動(dòng)”等伴隨信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)鼠標(biāo)的各種功能。

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

　　1.2 技術(shù)特征

　　從應(yīng)用角度概括起來，OFN的性能特征如下：

　?、?超薄超小設(shè)計(jì)。通常，外形面積在10 mm×10 mm以內(nèi)，有效感光孔徑在1.5 mm×1.5 mm以內(nèi)，厚度在28~51 mm，也有2 mm厚度的OFN推出。

　　② 極低功耗設(shè)計(jì)。工作電流在2~16 mA，通常為3 mA；待機(jī)電流為80~150 μA，大多數(shù)器件為100 μA。

　　③ 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(yīng)、更低的電源供應(yīng)發(fā)展。

　?、?靈活的多接口支持。可以通過常規(guī)數(shù)字接口I2C（InterIntegrated Circuit）或SPI（Serial Peripheral Interface）上傳數(shù)據(jù)或接受主機(jī)配置，也有PS2鼠標(biāo)接口或USB接口的；可以以中斷方式向主機(jī)隨時(shí)提示需要信息輸入；可以通過復(fù)位和開關(guān)的形式接受主機(jī)統(tǒng)一調(diào)度。

　　⑤ 可選或自適應(yīng)的光敏陣列分辨率，200~1250 CPI（Dots Per Inch）通常為800CPI。

　?、?位移數(shù)據(jù)設(shè)置。通常為8位補(bǔ)碼格式。

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

　　1.3 產(chǎn)品化應(yīng)用

　　OFN一經(jīng)推出，就得到了迅速應(yīng)用，特別是各種各樣的手機(jī)，無論是廉價(jià)的功能手機(jī)（feature phone）還是高性能的3G（3rdGeneration）智能手機(jī)（smart phone），無論是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(dǎo)航、PMP（Portable Media Player）娛樂、數(shù)碼相機(jī)/攝像機(jī)等大眾化產(chǎn)品中，也在不斷地得到廣泛應(yīng)用。不著重考慮成本和功耗的工農(nóng)業(yè)過程控制、儀表儀器設(shè)備等行業(yè)領(lǐng)域，也在悄然進(jìn)行OFN的擴(kuò)展應(yīng)用。

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