(57)【要約】【課題】光学式ポインティングデバイス内の光源による電力消費をさらに低減することができる方法および装置を提供する。【解決手段】本発明の一形態によれば、光学式ポインティングデバイス１０の光源１１８を制御する方法は、光学式ポインティングデバイスが画像化しているイメージング面１２４の表面品質を表す品質データ１１３を生成するステップ（３０６、３０８）を含む。またこの方法は、生成された品質データ３１６に基づいて光源を制御するステップを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学式ポインティングデバイスの光源を制御する方法であって、
光学式ポインティングデバイスが画像化しているイメージング面の表面品質を表す品質データを生成するステップと、
前記生成された品質データに基づいて前記光源を制御するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記品質データが、前記イメージング面の画像内に現れる特徴の数を表す、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光源を制御するステップが、前記品質データに基づいて前記光源の振幅を調節するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記光源を制御するステップが、前記品質データに基づいて前記光源のデューティサイクルを調節するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記品質データが閾値レベル以下の場合、前記光学式ポインティングデバイスが、移動情報に関してゼロ値を出力するように構成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ディスプレイ画面を有する電子機器についてスクリーンポインタの位置を制御する装置であって、
イメージング面を照射し、これによって反射された画像を生成する光源と、
前記反射された画像からデジタル画像を生成し、また、該デジタル画像に基づいて品質データと移動データを生成するように構成された光学式モーションセンサであって、前記移動データは、前記イメージング面と前記装置との間の相対的な動きを示し、前記品質データは、前記イメージング面の表面品質を示し、前記モーションセンサは前記品質データに基づいて前記光源を制御するように構成されている、光学式モーションセンサと、
を備えている装置。
【請求項７】
前記品質データは、前記デジタル画像内に現れる特徴の数を表すことを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記光学式モーションセンサは、前記品質データに基づいて前記光源への駆動電流を調節するように構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記光学式モーションセンサは、前記品質データに基づいて前記光源のオン時間を調節するように構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記品質データが閾値レベル以下の場合、前記装置は、前記移動データに関してゼロ値を出力するように構成されている、請求項６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ポインティングデバイスに関し、特に、光学式ポインティングデバイスにおける消費電力の低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
手で操作するポインティングデバイスを、コンピュータとそのディスプレイと共に使用することは、ほとんど一般的になっている。種々のタイプのポインティングデバイスの１つの形態は、マウスパッドと共に使用する従来の（機械的）マウスである。機械的マウスは、典型的にはマウスが動くとマウスパッド上を転がるゴム面の鋼球を含む。マウスの内部には、赤道面でボールと接触し、ボールの回転をマウスの動きの直交成分を表す電気信号に変換するローラまたはホイールがある。これらの電気信号はコンピュータに結合され、コンピュータではソフトウェアが信号に応答して、マウスの動きに従ってポインタ（カーソル）の表示位置をΔＸとΔＹだけ変える。
従来の機械式マウスなどの機械的なタイプのポインティングデバイスの他に、光学式ポインティングデバイスも開発されている。光学式ポインティングデバイスの一形態では、ボールなどの可動式機械要素を使用するのではなく、指または机上などのイメージング面（imaging surface）と、光学式ポインティングデバイス内の光検出器との間の相対的な動きを光学的に検知し、動きの情報に変換する。
【０００３】
光学式ポインティングデバイスが消費する電力を限定することは、光学式ポインティングデバイスを組み込むことのできる携帯型コンピュータ、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、デジタルカメラ、携帯型ゲーム装置、ページャ、携帯型音楽プレーヤ（ＭＰ３プレーヤなど）、その他の同様なデバイスなどの携帯型電子機器には重要である。また、消費電力の限定は、ワイヤレス光学式マウスなどのワイヤレス光学式ポインティングデバイスにも重要である。
【０００４】
光学式ポインティングデバイスにおける主な電力消費源は、典型的にはこれらのデバイスに使用される光源である。光学式マウスでは、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源がマウスの下の面を照らす。マウスが移動する間、ＬＥＤは典型的には、光学式ポインティングデバイスのフレームレートに基づいた一定周波数でターンオンする。光源による電力消費を低減する技術が開発されている。たとえば、光学式ポインティングデバイス用の一部の光学式モーションセンサは、所定の時間の間動きが検出されない場合、自動的に切り替えられる低電力または「休止」モードを含む。低電力モードでは、光学式ポインティングデバイスの光源をターンオフするか、全出力モードより少ない頻度で光をターンオンすることにより電力を節約する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光学式ポインティングデバイス内の光源による電力消費をさらに低減することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態は、光学式ポインティングデバイスの光源を制御する方法を提供する。この方法は、光学式ポインティングデバイスが画像化しているイメージング面の表面品質を表す品質データを生成することを含む。またこの方法は、生成された品質データに基づいて光源を制御することを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次の詳述では、本明細書の一部を構成し、本発明を実施する特定の実施形態を例示する、付随する図面を参照する。この点に関して、「上」「下」「前」「後」などの方向を表す用語は、説明する図面（複数可）の方向に関連して使用する。本発明の実施形態の構成要素はいくつかの異なる方向で配置することができるので、方向を表す用語は説明のために使用されるものであり、限定する意味はない。本発明の範囲から離れることなく、他の実施形態を使用することができ、また、構造上または論理上の変更ができることを理解されたい。したがって次の詳述は限定的な意味でとるべきではなく、本発明の範囲は付随する請求項によって定義されるものである。
【０００８】
図１は、本発明の一実施形態による光学式ポインティングデバイス１０の上面図である。図示された実施形態では、光学式ポインティングデバイス１０は光学式マウスである。ポインティングデバイス１０は、プラスチックケース１２、左ボタン（ＬＢ）１４Ａ、右ボタン（ＲＢ）１４Ｂ、光学式ナビゲーションセンサ集積回路（ＩＣ）１０６（光学式モーションセンサ１０６とも呼ぶ）を含む。光学式モーションセンサ１０６はプラスチックケース１２によってカバーされるので、図１の中では破線で示す。次に、図２を参照しながら、本発明の一形態によるポインティングデバイス１０を詳細に説明する。
【０００９】
図２は、本発明の一実施形態による光学式ポインティングデバイス１０の主要構成要素を示す構成図である。光学式ポインティングデバイス１０は、光学式モーションセンサ１０６、および、光源１１８、レンズ１２０を含む。光学式モーションセンサ１０６は、デジタル入出力回路１０７、および、ナビゲーションプロセッサ１０８、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１１２、光検出器アレイ（フォトアレイ）１１４、光源ドライバ回路１１６を含む。ナビゲーションプロセッサ１０８はメモリ１１１を含む。一実施形態では、光学式ポインティングデバイス１０は、デスクトップパソコン、または、ワークステーション、携帯型コンピュータ、その他のデバイス用の光学式マウスである。別の実施形態では、光学式ポインティングデバイス１０は、光学式指紋検知ポインティングデバイス、またはその他のポインティングデバイスとして構成される。
【００１０】
一実施形態によれば、動作においては、光源１１８は、机上または他の適切なイメージング面であるナビゲーション面１２４上に光１２２を放射し、反射された画像が生成される。一実施形態では、光源１１８は発光ダイオード（ＬＥＤ）である。光源１１８はドライバ回路１１６によって制御され、ドライバ回路１１６は制御線１１０を介してナビゲーションプロセッサ１０８によって制御される。一実施形態では、ナビゲーションプロセッサ１０８は制御線１１０を使用してドライバ回路１１６の電源のオンとオフを切り替え、これに対応して光源１１８の電源のオンとオフを切り替える。
【００１１】
面１２４から反射された光はレンズ１２０によって光検出器アレイ１１４上に向けられる。光検出器アレイ１１４内の各光検出器は、光検出器に入射する光の強度に基づいて大きさが変わる信号を提供する。光検出器アレイ１１４からの信号はアナログ・デジタル変換器１１２に出力され、アナログ・デジタル変換器１１２は信号を適切な解像度（たとえば８ビット）のデジタル値に変換する。デジタル値は、光学式ポインティングデバイス１０の下にある机上の一部、または他のナビゲーション面、イメージング面のデジタル画像またはデジタル表現を表す。アナログ・デジタル変換器１１２が生成するデジタル値は、ナビゲーションプロセッサ１０８に出力される。ナビゲーションプロセッサ１０８が受信したデジタル値は、メモリ１１１内にフレームとして記憶される。
【００１２】
光検出器アレイ１１４の全体の大きさは、好ましくは、いくつかの特徴を有する画像を受信することができるように十分に大きい。光学式ポインティングデバイス１０がナビゲーション面１２４を移動すると、このような空間的な特徴の画像は、平行移動されたパターンのピクセル情報を生成する。アレイ１１４の中の光検出器の数と、内容が捕捉されデジタル化されるフレームレートは共に、光学式ポインティングデバイス１０が面上を動いてもトラッキングが可能である速さに関して影響を与える。トラッキングは、ナビゲーションプロセッサ１０８が、新しく捕捉されたサンプルフレームを以前に捕捉された基準フレームと比較して、動きの方向と量を確認することによって行う。
【００１３】
一実施形態では、ナビゲーションプロセッサ１０８は、動きの情報を決定するために連続するフレームの相互相関を行う。本発明の一形態では、フレームのうちの１つのフレームの全内容は、１ピクセルオフセット試行シフトが許可する８つの方向の各々において連続的に、１つのピクセルの距離だけ、ナビゲーションプロセッサ１０８によってシフトされる（１つ右、１つ右の１つ下、１つ下、１つ上、１つ上の１つ右、１つ左、等）。これは合計で８試行になる。さらに、動きがないこともありうるので９つめの試行「ゼロシフト」も使用する。各試行シフトの後、ナビゲーションプロセッサ１０８は互いに重複するフレームの部分を乗算、合計し、その重複領域内の類似性（相関性）の測定値を形成する。別の実施形態では、より大きな試行シフトを使用することができる（たとえば２つ右の１つ下など）。最も大きな相関を有する試行シフトは、２フレーム間の動きの指標と考えられる。すなわち、これは生の移動情報を提供する。生の移動情報はスケーリングされるかまたは蓄積され、便利な精度と適切な情報交換レートの移動情報（ΔＸとΔＹ）を提供する。この移動情報はデジタル入出力回路１０７によってデータおよび制御線１０４上でホストデバイスに出力される。光学式ポインティングデバイス１０も、データおよび制御線１０４を介してホストデバイスからデータと制御信号を受信するように構成される。
【００１４】
一実施形態では、光検出器アレイ１１４は、光検出器の電荷蓄積時間を制御するための電子シャッタを含む。電子シャッタが「開いて」いると電荷が蓄積され、アレイ１１４内の光検出器に入射する光の強度に関連する電圧を生成する。積分時間終了時に電子シャッタは「閉まり」、これ以上電荷を蓄積しない。本発明の一形態では、ナビゲーションプロセッサ１０８は、制御線１１５を介して光検出器アレイ１１４の電荷蓄積時間を制御し、適切な露光が得られるようにし、また、連続的な画像が同様の露光を得られるように構成される。一実施形態では、ナビゲーションプロセッサ１０８は、捕捉されたデジタル画像データの値をチェックし、最小値または最大値が多すぎないかどうかを決定する。最小値が多すぎる場合、ナビゲーションプロセッサ１０８は制御線１１５を介して光検出器アレイ１１４の電荷蓄積時間を増加させる。最大値が多すぎる場合、ナビゲーションプロセッサ１０８は光検出器アレイ１１４の電荷蓄積時間を減少させる。一実施形態では、ナビゲーションプロセッサ１０８は各捕捉されたデジタル画像のすべてのピクセルの平均値を算出し、計算した平均値に基づいてアレイ１１４の電荷蓄積時間を調節する。
【００１５】
本発明の一形態では、画像はフレーム期間中に光学式モーションセンサ１０６が捕捉し処理する。フレーム期間は、積分段階、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換段階、画像処理段階の３段階を含む。積分段階では、光検出器アレイ１４は光を「集め」、電荷が蓄積される。Ａ／Ｄ変換段階では、蓄積された電荷は、アナログ・デジタル変換器１１２によってデジタルデータに変換される。画像処理段階では、ナビゲーションプロセッサ１０８はデジタル画像データを処理し、インクリメンタルなΔＸ、ΔＹ移動データを生成し、このデータはホストデバイスに出力される。一実施形態では、各フレーム期間においてナビゲーションプロセッサ１０８は積分段階中に光源１１８をターンオンし、Ａ／Ｄ変換段階と画像処理段階ではターンオフする。
【００１６】
一実施形態では、ナビゲーションプロセッサ１０８は表面品質（ＳＱＵＡＬ）値１１３を計算するように構成される。表面品質値１１３はメモリ１１１内に記憶される。一実施形態では、ナビゲーションプロセッサ１０８は、メモリ１１１に記憶された捕捉された各フレームを確認し、フレームに現れる面の特徴の数を識別する。ナビゲーションプロセッサ１０８は、現在のフレームに関するＳＱＵＡＬ値１１３をメモリ１１１に記憶する。記憶されたＳＱＵＡＬ値１１３は、現在のフレーム内で識別された面の特徴の数を表す。本発明の一形態では、ナビゲーションプロセッサ１０８は、捕捉された画像フレームごとに、メモリ１１１に記憶されたＳＱＵＡＬ値１１３を更新する。一実施形態では、各ＳＱＵＡＬ値１１３は０から２５５の範囲にある。
【００１７】
一実施形態による面の特徴は、畝や谷または面１２４の他の不完全性から生じる、捕捉された画像内の明るい領域と暗い領域など、ナビゲーション面１２４の顕微鏡的テキスチャまたは粗さによって生じる、捕捉された画像に現れるパターンを含むものとして定義する。光学式ポインティングデバイス１０を机上などのナビゲーション面１２４から持ち上げると、捕捉されたフレーム内には面の特徴はほとんど現れないかまったく現れず、ＳＱＵＡＬ値１１３はゼロに近づく。「ナビゲートが容易な」表面１２４で、光学式ポインティングデバイス１０が面１２４から最適な距離にあるとき、ＳＱＵＡＬ値１１３は最大値に近づく。ＳＱＵＡＬ値１１３が大きいほど、ナビゲーション計算を行うための面１２４の質はよい。
【００１８】
一実施形態では、ナビゲーションプロセッサ１０８は、現在のＳＱＵＡＬ値１１３が最小閾値より大きい場合のみ、連続画像フレームの相互相関と移動データの計算を含むナビゲーションプロセスを行う。本発明の一形態では、現在のＳＱＵＡＬ値１１３が最小閾値以下の場合、ナビゲーションプロセッサ１０８は移動データについてゼロ値を出力し、現在のＳＱＵＡＬ値１１３が最小閾値よりも大きくなるまでナビゲーションプロセスを停止する。ＳＱＵＡＬ値１１３が再び最小閾値よりも大きくなると、ナビゲーションプロセッサ１０８はナビゲーションプロセスを再開する。一実施形態では、ナビゲーションプロセッサ１０８は、現在のＳＱＵＡＬ値１１３に基づいて光源１１８を制御するように構成される。次に図３を参照して、本発明の一実施形態によるナビゲーションプロセッサ１０８によるＳＱＵＡＬ値１１３の使用を詳細に説明する。
【００１９】
図３は、本発明の一実施形態による、図１と図２に示す光学式ポインティングデバイス１０で移動データを生成する方法３００を示すフロー図である。３０２では、基準画像をフォトアレイ１１４によって取得する（図２）。取得した画像は、アナログ・デジタル変換器１１２によってデジタル画像に変換され、基準デジタル画像はナビゲーションプロセッサ１０８に出力される。３０４では、フォトアレイ１１４がサンプル画像を取得する。取得された画像はアナログ・デジタル変換器１１２によってデジタル画像に変換され、サンプルデジタル画像はナビゲーションプロセッサ１０８に出力される。
【００２０】
３０６では、ナビゲーションプロセッサ１０８は、サンプルデジタル画像（３０４で取得）に現れた面の特徴の数を識別する。３０８では、ナビゲーションプロセッサ１０８は、サンプルデジタル画像に関するＳＱＵＡＬ値１１３をメモリ１１１に記憶する。記憶されたＳＱＵＡＬ値１１３は、サンプルデジタル画像に現れた、識別された面の特徴の数を表す。
【００２１】
３１０では、ナビゲーションプロセッサ１０８は、メモリ１１１に記憶された現在のＳＱＵＡＬ値１１３が第１の閾値より大きいかどうかを決定する。一実施形態によれば、第１の閾値は、光学式モーションセンサ１０６がナビゲーションプロセスを行うために必要とする表面の特徴の最少の数を表す。３１０で現在のＳＱＵＡＬ値１１３が第１の閾値より大きいと決定されると、方法３００は３１２に移動する。３１０で現在のＳＱＵＡＬ値１１３が第１の閾値より大きくないと決定されると、方法３００は３１８に移動する。
【００２２】
３１２では、ナビゲーションプロセッサ１０８は基準デジタル画像（３０２で取得）をサンプルデジタル画像（３０４で取得）と相関させて、相関性に基づいて大きさと移動方向を決定する。３１４では、ナビゲーションプロセッサ１０８は、３１２で行った相関に基づいて移動情報を生成し、デジタル入出力回路１０７を介して移動情報をホストデバイスに出力する。
【００２３】
３１６では、ナビゲーションプロセッサ１０８は、現在のＳＱＵＡＬ値１１３（３０６で決定）に基づいて光源１１８を調節する。本発明の一形態では、３１６で、ナビゲーションプロセッサ１０８は制御線１１０を介して光源ドライバ１１６に制御信号を送信する。これによって、光源ドライバ１１６は光源１１８に供給する駆動信号を変える。
【００２４】
本発明の一形態では、３１６で、ナビゲーションプロセッサ１０８は、現在のＳＱＵＡＬ値１１３が第２の閾値より大きいかどうかを決定する。一実施形態では、第２の閾値は最大の可能なＳＱＵＡＬ値よりわずかに小さい。したがってこの実施形態では、現在のＳＱＵＡＬ値１１３が第２の閾値よりも大きい場合、光学式ポインティングデバイス１０が「ナビゲーションが容易な」面１２４上にある可能性を示す。現在のＳＱＵＡＬ値１１３が第２の閾値より大きいと決定されると、一実施形態では、ナビゲーションプロセッサ１０８が送信した制御信号により、光源ドライバ１１６は光源１１８が出力する光量を通常の量から低減された量に低減する。光学式ポインティングデバイス１０が「ナビゲーションが容易な」表面１２４上にある場合、ナビゲーション計算に悪影響を与えずに、光源１１８が出力する光の量を通常の量から低減することができる。ナビゲーションプロセッサ１０８が後から現在のＳＱＵＡＬ値１１３が第２の閾値よりも小さくなったと決定する場合、ナビゲーションプロセッサ１０８は、光源ドライバ１１６に、光源１１８が出力する光量を通常の量に戻させる。
【００２５】
一実施形態では、光量を低減するために３１６においてナビゲーションプロセッサ１０８が送信する制御信号によって、光源ドライバ１１６は光源１１８に提供する駆動電流を低減し、これによって、光源１１８が出力する光の振幅または強度が低減される。別の実施形態では、光量を低減するために３１６においてナビゲーションプロセッサ１０８が送信する制御信号によって、光源ドライバ１１６は光源１１８に供給する駆動信号のデューティサイクル（たとえばオン時間）を低減する。これに対応して、光源１１８が出力する光信号のデューティサイクルが低減する。一実施形態では、光量を増加するためにナビゲーションプロセッサ１０８が送信する制御信号によって、光源ドライバ１１６は駆動電流を増加する。これによって、光源１１８が出力する光の振幅または強度が増加するか、または、光源１１８に提供される信号のデューティサイクルが増加して光源１１８が出力する光信号のデューティサイクルが増加する。
【００２６】
本発明の別の実施形態では、単一の閾値を使用して通常の量と低減された量との間で光源１１８の調節をトリガするのではなく、多数の閾値と光量を使用する。さらに別の実施形態では、ナビゲーションプロセッサ１０８は現在のＳＱＵＡＬ値１１３に基づいて光源１１８を連続的に調節するように構成される。この実施形態の一形態では、ナビゲーションプロセッサ１０８は、ＳＱＵＡＬ値１１３が増加すると、光源１１８が出力する光の振幅および／またはデューティサイクルを減少させ、ＳＱＡＵＬ値１１３が減少すると、光源１１８が出力する光の振幅および／またはデューティサイクルを増加させる。３１６で光源を調節した後に、方法３００は３１８に移動する。
【００２７】
３１８では、基準デジタル画像（３０２で取得）をサンプルデジタル画像（３０４で取得）と置き換える。ついで、サンプルデジタル画像は方法３００の次の反復に関する基準デジタル画像になる。ついで３０４で別のサンプル画像を取得し、方法３００は３０４から繰り返される。
【００２８】
当業者であれば、光学式モーションセンサ１０６が行う機能はハードウェア、または、ソフトウェア、ファームウェア、これらの任意の組み合わせで実施できることが理解されるであろう。実施は、マイクロプロセッサ、または、プログラマブルロジックデバイス、ステートマシンを介しても行うことができる。本発明の構成要素は、１つまたは複数のコンピュータ読取可能媒体上のソフトウェアに常駐していてもよい。本発明に使用されるコンピュータ読取可能媒体は、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、フラッシュメモリ、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリなど、任意の種類の揮発性または不揮発性メモリを含むものとして定義される。
【００２９】
本発明の一形態は、従来技術の光学式ポインティングデバイスよりも電力が節減された光学式スクリーンポインティングデバイスを提供する。一実施形態では、光学式ポインティングデバイス１０の光源１１８は、ポインティングデバイス１０を動作させるイメージング面について計算した表面品質値に基づいて制御する。本発明の実施形態によって省電力を達成することにより、バッテリ駆動式ポインティングデバイスのバッテリ寿命が伸びるか、および／または、より小さなバッテリの使用が可能になる。
【００３０】
本発明の特定の実施形態を示し、説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から離れることなく、本明細書に示し説明した特定の実施形態の代わりに種々の代替および／または等価の実施が可能であることが理解されるであろう。本出願は、本明細書に論じた特定の実施形態に関する任意の適応例および変形例をカバーすることを目的としている。したがって、本発明は、請求項および請求項の等価物によってのみ限定することを目的としている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態による光学式ポインティングデバイスを示す上面図である。
【図２】本発明の一実施形態による、図１に示す光学式ポインティングデバイスの主な構成要素を示す構成図である。
【図３】本発明の一実施形態による、図１と図２に示す光学式ポインティングデバイスで移動データを生成する方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０：光学式ポインティングデバイス
１０６：光学式モーションセンサ
１０７：デジタル入出力回路
１０８：ナビゲーションプロセッサ
１１０：制御線
１１１：メモリ
１１２：アナログ・デジタル変換器
１１３：表面品質値（ＳＱＵＡＬ値）
１１４：光検出器アレイ
１１５：制御線
１１６：光源ドライバ
１１８：光源
１２０：レンズ
１２４：ナビゲーション面
【図１】
2006178985.tif 000003
【図２】
2006178985.tif 000004
【図３】
2006178985.tif 000005