(57)【要約】一実施形態は、レーザ出力パワーの耐故障性制限を提供する光学ナビゲーション装置に関係する。装置は、ダイオードレーザ(104)と、ダイオードレーザと相互接続された電流源(108又は208)を含む。電流源(108又は208)の２つの独立した回路は、ダイオードレーザ(104)を流れる電流を制限するように構成される。別の実施形態は、光学ナビゲーション装置におけるレーザ出力パワーの耐故障性制限を提供する方法に関係する。第１のデジタル電流制限値が第１のアナログ信号に変換され、第１のアナログ信号を使用して、ダイオードレーザ(104)のアノード(105)に対する電源接続からの電流を制限する。第２のデジタル電流制限値が第２のアナログ信号に変換され、第２のアナログ信号を使用して、グランド接続に対するダイオードレーザ(104)のカソード(106)からの電流を制限する。他の実施形態も開示される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ出力パワーの耐故障性制限を提供する光学ナビゲーション装置であって、
ダイオードレーザと、
前記ダイオードレーザと相互接続された電流源と、
前記ダイオードレーザを流れる電流を制限するための、前記電流源の２つの独立した回路とを含む、光学ナビゲーション装置。
【請求項２】
前記電流源が単一のシリコンダイ上に集積化されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電流源に組み込まれた２つの独立したメモリレジスタを更に含み、
前記２つの独立したメモリレジスタがデジタルの電流制限データを保持するように書き込まれている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記電流源に組み込まれた２つの独立したデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器を更に含み、
前記２つの独立したＤ／Ａ変換器がそれぞれ、前記デジタルの電流制限データをアナログの電流制限信号に変換するように構成されている、請求項３の装置。
【請求項５】
前記電流源に組み込まれた２つの独立した電流リミッタ回路を更に含み、
前記２つの電流リミッタ回路が、前記アナログの電流制限信号により制御されるように構成されている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
第１の電流リミッタ回路が、前記電流源からの電流出力を制限するように、供給電圧と前記ダイオードレーザのアノードとの間に構成されている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
第２の電流リミッタ回路が、前記電流源への電流の戻りを制限するように、グランド接続と前記ダイオードレーザのカソードとの間に構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記電流源に組み込まれ、前記電流源の供給電圧の変化を監視するように構成された２つの独立した供給電圧センサと、
前記２つの供給電圧センサからの出力信号により制御される２つの独立した補償回路とを更に含む、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
各補償回路が、関連したメモリレジスタから読み出された前記デジタルの電流制限データを修正して、電圧補償されたデジタルデータを関連したＤ／Ａ変換器に供給するように構成されている、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記電流源に組み込まれ、動作温度の変化を監視するように構成された２つの独立した温度センサと、
前記２つの温度センサからの出力信号により制御される２つの独立した補償回路とを更に含む、請求項５に記載の装置。
【請求項１１】
各補償回路が、関連したメモリレジスタから読み出された前記デジタルの電流制限データを修正して、温度補償されたデジタルデータを関連したＤ／Ａ変換器に供給するように構成されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記電流源に組み込まれ、前記電流源の供給電圧の変化を監視するように構成された２つの独立した供給電圧センサと、
前記電流源に組み込まれ、動作温度の変化を監視するように構成された２つの独立した温度センサと、
２つの独立した補償回路とを更に含み、
各補償回路が、関連した電圧および温度センサからの出力信号により制御される、請求項５に記載の装置。
【請求項１３】
前記レーザ出力パワーが、単一の故障イベントが発生しても、予想される動作状態の範囲にわたって、所定のパワー限界を超えない、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
光学ナビゲーション装置におけるレーザ出力パワーの耐故障性制限を提供する方法であって、
第１のデジタル電流制限値を第１のアナログ信号に変換し、
ダイオードレーザのアノードに対する電源接続からの電流を制限するために、前記第１のアナログ信号を使用し、
第２のデジタル電流制限値を第２のアナログ信号に変換し、
グランド接続に対する前記ダイオードレーザのカソードからの電流を制限するために、前記第２のアナログ信号を使用することを含む、方法。
【請求項１５】
前記変換すること及び前記使用することが、単一のシリコンダイ上に集積化された回路でもって実行される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１のセンサで供給電圧を検知し、
前記第１のセンサからの出力に基づいて前記第１のデジタル電流制限値を調整することにより、前記供給電圧の変化を補償し、
前記第１のセンサから独立している第２のセンサで前記供給電圧を検知し、
前記第２のセンサからの出力に基づいて前記第２のデジタル電流制限値を調整することにより、前記供給電圧の変化を補償することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
第１のセンサで温度を検知し、
前記第１のセンサからの出力に基づいて前記第１のデジタル電流制限値を調整することにより、前記温度の変化を補償し、
前記第１のセンサから独立している第２のセンサで前記温度を検知し、
前記第２のセンサからの出力に基づいて前記第２のデジタル電流制限値を調整することにより、前記温度の変化を補償することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
光学ナビゲーション装置におけるレーザ出力パワーの耐故障性制限を提供するように構成された集積回路であって、
第１のデジタル電流制限値を第１のアナログ信号に変換するための回路手段と、
前記第１のアナログ信号を使用して、ダイオードレーザのアノードに対する電源接続からの電流を制限するための回路手段と、
第２のデジタル電流制限値を第２のアナログ信号に変換するための回路手段と、
前記第２のアナログ信号を使用して、グランド接続に対するダイオードレーザのカソードからの電流を制限するための回路手段とを含む、集積回路。
【請求項１９】
供給電圧を検知するための第１のセンサ回路と、
前記第１のセンサ回路からの出力に基づいて、前記第１のデジタル電流制限値を調整することにより、前記供給電圧の変化を補償するための回路手段と、
前記第１のセンサ回路から独立しており、前記供給電圧を検知するための第２のセンサ回路と、
前記第２のセンサ回路からの出力に基づいて、前記第２のデジタル電流制限値を調整することにより、前記供給電圧の変化を補償するための回路手段とを更に含む、請求項１８に記載の集積回路。
【請求項２０】
温度を検知するための第１のセンサと、
前記第１のセンサからの出力に基づいて、前記第１のデジタル電流制限値を調整することにより、前記温度の変化を補償するための回路手段と、
前記第１のセンサから独立しており、前記温度を検知するための第２のセンサと、
前記第２のセンサからの出力に基づいて、前記第２のデジタル電流制限値を調整することにより、前記温度の変化を補償するための回路手段とを更に含む、請求項１８に記載の集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、光学ナビゲーションセンサに関する。
【０００２】
発明の背景
コンピュータのマウス又はトラックボールのようなポインティングデバイスは、データをパーソナルコンピュータ及びワークステーションに入力するために、及びパーソナルコンピュータ及びワークステーションのインターフェースになるために利用される。係るデバイスは、モニタ上でのカーソルの迅速な再配置を可能にし、多くのテキストプログラム、データベースプログラム及び図形処理プログラムに有用である。例えば、ユーザは、表面上でマウスを移動させることによりカーソルを制御し、マウスの移動に比例した方向および距離にわたってカーソルが移動する。代案として、同じ目的のために、固定されたデバイス上での手の運動を使用してもよい。
【０００３】
コンピュータのマウスは、光学式と機械式の両方がある。機械式マウスは一般に、動きを検出するための回転ボール、及び該ボールと接触する一対のシャフトエンコーダを使用して、カーソルを移動させるためにコンピュータにより使用されるデジタル信号を生成する。機械式マウスに関連する１つの問題は、機械式マウスが持続した使用の後で汚れの蓄積などに起因して、不正確および機能不良の傾向がある点である。更に、機械的要素、特にシャフトエンコーダの運動および結果として生じる摩耗は、必然的にデバイスの耐用年数を制限する。
【０００４】
機械式マウスについて上述した問題に対する１つの解決策は、光学式マウスの開発であった。光学式マウスは、より頑強で、より優れたポインティング精度を提供することができるので、非常に普及している。
【０００５】
光学式マウスに使用される１つの手法は、かすめ入射線で、又はほぼかすめ入射線で表面を照射する発光ダイオード（ＬＥＤ）、結果として生じる画像をキャプチャする二次元ＣＭＯＳ（金属酸化物半導体）検出器、及びマウスが移動した方向、距離および速度を求めるために連続的な画像を相関させるソフトウェアに依存する。この技術は一般に、高い精度を提供するが、複雑な設計および比較的高い画像処理要件を欠点として持つ。更に、照射のかすめ入射線に起因して、光学効率が低い。
【０００６】
別の手法は、レーザのようなコヒーレント光源を使用するという点で標準的な技術とは異なる。粗い表面から散乱した、コヒーレント光源からの光は、スペックルとして知られる、光のランダムな強度分布を生成する。レーザを利用する係る光学ナビゲーションセンサは、レーザナビゲーションセンサと呼ばれ得る。
【０００７】
レーザナビゲーションセンサを改善することが非常に望まれている。特に、レーザナビゲーションセンサを操作するユーザの目の安全性を保証するための技術を改善することが非常に望まれている。
【０００８】
概要
一実施形態は、レーザ出力パワーの耐故障性制限を提供する光学ナビゲーション装置に関係する。装置は、ダイオードレーザと、ダイオードレーザと相互接続された電流源を含む。電流源の２つの独立した回路は、ダイオードレーザを流れる電流を制限するように構成される。
【０００９】
別の実施形態は、光学ナビゲーション装置におけるレーザ出力パワーの耐故障性制限を提供する方法に関係する。第１のデジタル電流制限値が第１のアナログ信号に変換され、第１のアナログ信号を使用して、ダイオードレーザのアノードに対する電源接続からの電流を制限する。第２のデジタル電流制限値が第２のアナログ信号に変換され、第２のアナログ信号を使用して、グランド接続に対するダイオードレーザのカソードからの電流を制限する。
【００１０】
別の実施形態は、光学ナビゲーション装置におけるレーザ出力パワーの耐故障性制限を提供するように構成された集積回路に関係する。集積回路は、第１のデジタル電流制限値を第１のアナログ信号に変換するための回路手段と、第１のアナログ信号を使用して、ダイオードレーザのアノードに対する電源接続からの電流を制限するための回路手段と、第２のデジタル電流制限値を第２のアナログ信号に変換するための回路手段と、第２のアナログ信号を使用して、グランド接続に対するダイオードレーザのカソードからの電流を制限するための回路手段とを含む。
【００１１】
他の実施形態も開示される。
【００１２】
本発明のこれらの、及び様々な他の特徴と利点は、以下の詳細な説明および添付図面から、より完全に理解される。しかしながら、それら詳細な説明および添付図面は、添付の特許請求の範囲を図示された特定の実施形態に制限すると解釈されるべきではなく、単なる説明と理解を目的とする。
【００１３】
詳細な説明
光学式レーザマウスデバイスのような、レーザナビゲーションセンサは一般に、特定の動作状態の下で、及び単一故障状態の下でそれらのレーザ出力を目に安全なレベルに維持することを要求される。
【００１４】
目に安全なレベルにレーザ出力を維持するための既存の手法は一般に、外部部品の使用およびマウス製造業者による較正を必要とする。
【００１５】
本明細書は、アイセーフ（eye-safe：目に安全な）動作を維持するためにレーザ出力パワーを制限するための有利な方法および装置を開示する。方法および装置は、光学式レーザマウスデバイスを含む、消費者製品の応用形態で実現され得る。
【００１６】
本明細書に開示された方法および装置は有利には、外部部品を必要とせず、マウスデバイス製造業者が光学センサを光学式マウスデバイスに組み込むことを可能にし、且つ追加の較正なしにアイセーフ動作を保証することを可能にする。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態による、レーザナビゲーションセンサのアイセーフ動作を維持するためにレーザ出力パワーを制限するための装置１００を示す略図である。装置１００は、リードフレーム１０２を含むことができる。リードフレームは、シリコンダイ上のダイオードレーザ１０４、電流源１０８を含むことができる。ダイオードレーザ１０４は、例えば、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）からなることができる。ボンドワイヤ（１２６と１３６）は、電流源の出力１２４と帰線（return：帰還、戻り）１３４をダイオードレーザのアノード１０５とカソード１０６のそれぞれに取り付けて相互接続するように構成され得る。
【００１８】
本発明の一実施形態に従って、電流源１０８は、電流源から流出する電流および電流源へ戻る電流を制限するための２つの独立した手段と共に構成され得る。これら２つの独立した手段は、２つの独立した電流リミッタ回路１２４と１３４を含む。
【００１９】
第１の電流リミッタ回路１２４は、電流源から流出する電流を制限するように構成される。電流は、電源１１０から第１の電流リミッタ回路１２４を介してレーザのアノード１０５に流れる。
【００２０】
第１のアイセーフ限界レジスタ（レジスタ＃１）１２０は、デジタル値を保持するように書き込まれた（programmed：プログラミングされた）メモリレジスタである。そのレジスタ内のデジタル値は、第１の電流リミッタ回路１２４によってもたらされる第１の電流限界（即ち、第１の最大電流）に対応する。レジスタ＃１  １２０からのデジタル値は、第１のデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器回路１２２により、アナログ制御電圧に変換される。このアナログ制御電圧を用いて、第１の電流限界をもたらすように第１の電流リミッタ回路１２４を制御する。第１の電流リミッタ１２４から出力ボンドワイヤ１２６を介してダイオードレーザ１０４のアノード１０５への電流出力は、この第１の電流限界を超えない。
【００２１】
第２の電流リミッタ回路１３４は、電流源に戻る電流を制限するように構成される。電流は、レーザのカソード１０６から第２の電流リミッタ回路１３４を介して電気グランド１１２まで流れる。
【００２２】
第２のアイセーフ限界レジスタ（レジスタ＃２）１３０は、デジタル値を保持するように書き込まれたメモリレジスタである。そのレジスタ内のデジタル値は、第２の電流リミッタ回路１３４によってもたらされる第２の電流限界（即ち、第２の最大電流）に対応する。レジスタ＃２  １３０からのデジタル値は、第２のデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器回路１３２により、アナログ制御電圧に変換される。このアナログ制御電圧を用いて、第２の電流限界をもたらすように第２の電流リミッタ回路１３４を制御する。レーザのカソード１０６から帰線ボンドワイヤ１３６を介して第２の電流リミッタ１３４への電流入力は、この第２の電流限界を超えない。第２の電流限界は、第１の電流限界と等しくなるように設定されることができ、又は第２の電流限界は、第１の電流限界と異なる電流値に設定され得る。
【００２３】
上述したように、電流源および帰線に２つの独立した電流限界を使用することにより、装置が、物理的故障中でさえも目に安全な電流限界を好都合に維持することが可能になる。例えば、係る物理的故障には、ダイオードレーザのアノード又はカソードの電源電圧またはグランドへの短絡が含まれる。万一メモリの破損故障またはＤ／Ａ変換器の故障の場合には、２つの独立した記憶場所（１２０と１３０）及び２つの独立したＤ／Ａ変換器（１２２と１３２）により、装置が目に安全な電流限界を好都合に維持することが可能になる。
【００２４】
レーザナビゲーションセンサは、アイセーフ電流限界レジスタを較正するために、一定の温度および電源電圧で動作され得る。電流限界は、マウスデバイスの光学部品類と共に実装された際に、温度、電圧および時間に伴う出力パワーの変化を考慮するための安全性の適切なマージンで、レーザダイオードの出力パワーがクラス１のアイセーフ限界より低いように設定され得る。
【００２５】
好適な実施形態に従って、ダイオードレーザは、８３０ナノメートル（ｎｍ）の波長の光を放射するＶＣＳＥＬからなり、アイセーフ限界は、約０．７ｍＷに設定される。ＶＣＳＥＬは一般に、約０．５ｍＷ／ｍＡのスロープ効率、及び４〜５ｍＡの閾値を有することができる。
【００２６】
クラス１セーフティのアイセーフ電流とプログラミングされた電流限界との間のマージンを最小限にするように十分な分解能を提供する、電流限界の設定分解能を提供することが更に望ましい。好適な実施形態において、アイセーフ限界レジスタ及びＡ／Ｄ変換器は、８ビット分解能を有することができ、０〜８ｍＡの電流レンジにわたって約１５マイクロワットの出力パワー分解能を可能にする。
【００２７】
動作温度および供給電圧にわたるアイセーフ電流限界の変動は、パワー変化を１００マイクロアンペア未満に制限するために３％未満にするべきである。動作中における駆動電流の変動の大部分は一般に、電源電圧の変化に起因する。この感受性を低減するアーキテクチャは、較正におけるレベルからの供給電圧の変化を補正するために供給電圧を監視することを含む。更に、温度センサを用いて温度変化を補正することができる。係るアーキテクチャが図２に示される。
【００２８】
図２は、本発明の別の実施形態による、レーザナビゲーションセンサのアイセーフ動作を維持するためにレーザ出力パワーを制限するための装置２００を示す略図である。この実施形態における電流源２０８は、２つの独立したセンサ回路（２２３と２３３）を含む。各センサ回路は、供給電圧の変化を監視、及び／又は温度変化を検知するように構成される。
【００２９】
各センサ回路（２２３と２３３）は、関連した補償回路（それぞれ、２２１と２３１）を有する。図２において、各補償回路は、その経路（電流出力経路または電流帰還路）の関連したレジスタと関連したＤ／Ａ変換器との間に構成され得る。そういうものだから、各補償回路は、関連したレジスタから読み出されたデジタルデータを修正して、補償されたデジタルデータを関連したＤ／Ａ変換器に供給するように構成され得る。従って、温度／電圧センサ、及びそれらの関連した補償回路は、装置の耐故障性を維持するように、各経路（出力経路および帰還路）毎に独立している。
【００３０】
本発明の特定の実施形態および例に関する上記の説明は、例示および説明のために提示されたが、本発明は、前述の特定の例により説明および例示され、それにより制限されるものと解釈されるべきではない。それらは、本発明を網羅的にする、又は開示された全く同一の形態に制限することは意図されておらず、本発明の範囲内にある多くの修正形態、改良形態、及び変形形態が上記の教示に鑑みて可能である。本発明の範囲は、本明細書で開示されたような、並びに添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物による一般的な領域を包含することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態による、レーザナビゲーションセンサのアイセーフ動作を維持するためにレーザ出力パワーを制限するための装置を示す略図である。
【図２】本発明の別の実施形態による、レーザナビゲーションセンサのアイセーフ動作を維持するためにレーザ出力パワーを制限するための装置を示す略図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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