(57)【要約】１実施形態は、表面(304)の連続する画像における光学的特徴の変位を求めることによって、データ入力装置と表面(304)間の相対的な動きを検出するための光学変位センサに関する。センサは、関連する軸に沿って配列された複数の線形くし形アレイ(LCA)(502)を備える。各LCAは、その関連する軸に平行な感光素子の行からなる。別の実施形態は、表面(304)を横切るデータ入力装置の動きを検出器する方法に関する。表面(304)の照明された部分から反射された光の強度パターンは、第１の軸に沿って配列された第１の複数の線形くし形アレイ(LCA)と第１の軸に平行ではない第２の軸に沿って配列された第２の複数のLCAを使用して検出される。他の実施形態も説明される。
2008500661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の連続する画像における光学的特徴の変位を求めることによって、データ入力装置と表面と間の相対的な動きを検出するための光学変位センサであって、
関連する軸に沿って配列された複数の線形くし形アレイ（LCA）
を備え、
各LCAが、前記関連する軸に平行な感光素子の行から構成される、光学変位センサ。
【請求項２】
検出器において、各LCAからのライン信号の品質と他のLCAからのライン信号の品質を比較するための比較器回路と、
前記検出器からの出力信号として最良の前記品質を有するライン信号を選択するための選択回路
をさらに備える、請求項１の光学変位センサ。
【請求項３】
前記比較器回路は前記ライン信号の振幅を比較する、請求項２の光学変位センサ。
【請求項４】
前記検出器において、各LCAからのライン信号を、他のLCAからのライン信号の品質に対する前記各ライン信号の品質に基づいて重み付けるように構成された重み付け回路と、
前記重み付けされたライン信号を組み合わせて出力信号を生成するように構成された組合せ回路
をさらに備える、請求項１の光学変位センサ。
【請求項５】
前記LCAからのライン信号出力を処理するように構成された再帰形フィルタをさらに備える、請求項１の光学変位センサ。
【請求項６】
前記再帰形フィルタがカルマンフィルタである、請求項５の光学変位センサ。
【請求項７】
各LCAが、感光素子の複数のインターレースされた組を有し、各組が、複数（Ｍ個）の感光素子を有し、
組内の前記感光素子の各々からの信号を、前記LCA内の他の組の対応する検出器と電気的に組み合わせてＭのグループ信号を生成し、前記LCA内からの前記Ｍのグループ信号を代数的に組み合わせて前記LCAに対するライン信号を生成する、請求項１の光学変位センサ。
【請求項８】
少なくとも２つの複数のLCAを備え、第１の複数のLCAの軸が第２の複数のLCAの軸と交差する、請求項１の光学変位センサ。
【請求項９】
前記第１及び第２の複数のLCAが、それぞれ、少なくとも３つのLCAからなり、各LCAがフォトダイオードの行からなる、請求項８の光学変位センサ。
【請求項１０】
各行が、少なくとも１２８のフォトダイオードからなる、請求項９の光学変位センサ。
【請求項１１】
コヒーレント光源を有する照明器と、
前記照明器からのコヒーレント光で前記表面の一部分を照明するように構成された照明光学系
をさらに備える、請求項１の光学変位センサ。
【請求項１２】
前記表面の照明された部分から反射した光の強度パターンを複数のLCA上に生成するよう構成された結像光学系をさらに備え、前記光の強度パターンは複数のスペックルからなる、請求項２の光学変位センサ。
【請求項１３】
前記コヒーレント光源は、面発光レーザ（VCSEL）である、請求項２の光学変位センサ。
【請求項１４】
表面を横切るデータ入力装置の動きを検出する方法であって、
第１の軸に沿って配列された第１の複数の線形くし形アレイ（LCA）と、前記第１の軸に平行ではない第２の軸に沿って配列された第２の複数のLCAを用いて、前記表面の照明された部分から反射した光の強度パターンを検出するステップ
を含み、
前記第１の複数のLCA内の各LCAは、前記第１の軸に平行な行をなす複数の感光素子からなり、
前記第２の複数のLCA内の各LCAは、前記第２の軸に平行な行をなす複数の感光素子からなる、方法。
【請求項１５】
各LCAからのライン信号の品質と、同じ複数のLCA内の他のLCAからのライン信号の品質を比較するステップと、
各複数のLCAからの出力信号として最も高い品質を有するライン信号を選択するステップ
をさらに含む、請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記ライン信号の品質に基づいて、前記第１の複数のLCA中の各LCAからのライン信号を重み付けするステップと、
前記第１の複数のLCAからの重み付けされたライン信号を組み合わせて、前記第１の複数のLCAからの出力信号を生成するステップと、
前記ライン信号の品質に基づいて、前記第２の複数のLCA中の各LCAからのライン信号を重み付けするステップと、
前記第２の複数のLCAからの重み付けされたライン信号を組み合わせて、前記第２の複数のLCAからの出力信号を生成するステップ
をさらに含む、請求項１４の方法。
【請求項１７】
再帰形フィルタリングを適用して、前記第１の複数のLCA中のLCAからのライン信号出力を処理して、第１の出力信号を生成するステップと、
再帰形フィルタリングを適用して、前記第２の複数のLCA中のLCAからのライン信号出力を処理して、第２の出力信号を生成するステップ
をさらに含む、請求項１４の方法。
【請求項１８】
前記光の強度パターンが複数のスペックルからなり、
前記表面の照明された部分から前記LCA上へと反射した光の強度パターンに基づいて、各LCAから、独立したライン信号を生成するステップをさらに含む、請求項１４の方法。
【請求項１９】
各LCAが感光素子の複数のインターレースされた組を備え、各組が複数（Ｍ）の感光素子を有し、
グループ内の感光素子の各々からの信号を前記LCA内の他のグループ内の対応する検出器と電気的に結合して、Ｍのグループ信号を生成するステップと、
前記LCA内からのグループ信号を代数的に組み合わせて前記LCAに対するライン信号を生成するステップ
をさらに含む、請求項１４の方法。
【請求項２０】
コヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源からの光で表面領域を照明するように構成された照明光学系と、
前記照明された表面領域からの光のスペックルパターンを投影するように構成された結像光学系と、
第１の軸に沿って配向した第１の複数の線形くし形アレイと、前記第１の軸に平行ではない第２の軸に沿って配向した第２の複数の線形くし形アレイを有する検出器
を備える、光学位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
本願は、Charles B. Roxlo 、David A. LeHoty 、Jahja I. Trisnadi、及びClinton B. Carlisleを発明者とする２００４年５月２１日に出願された「Optical position sensing device having a multi-row detector array,」と題する米国仮出願第60/573,076号の利益を請求するものである。この米国仮出願の開示の全体は参照によって本明細書に組み込まれるものとする。
【０００２】
本発明は、一般的に、光学位置決め装置（OPD）、及び、当該装置を用いて動きを検出する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
コンピュータマウスやトラックボールなどのポインティングデバイスは、パーソナルコンピュータやワークステーションにデータを入力したり、それらの装置とインターフェースするために利用される。そのようなデバイスはカーソルをモニタ上ですばやく再配置することを可能とするものであり、多くのテキスト、データベース及びグラフィカルプログラムにおいて有用である。ユーザは、たとえば、表面上でマウスを移動させて、カーソルが、ある方向にマウスの移動量に比例した距離だけ移動するようにしてカーソルを制御する。あるいは、同じ目的のために、静止したデバイスの上で手を動かすことを利用することもできる。
【０００４】
コンピュータマウスは、光学式バージョンと機械式バージョンとで提供されている。機械式マウスは典型的には、動きを検出するための回転ボールと、カーソルを動かすためにコンピュータによって使用されるディジタル信号を生成するための、そのボールに接触した一対のシャフトエンコーダを使用する。機械式マウスの１つの問題は、継続的使用によるほこりの蓄積などのために不正確さや故障を生じがちであるということである。さらに、機械的な要素、特にシャフトエンコーダの運動とそれによって生じる摩耗は、必然的にデバイスの耐用寿命を短くするものとなる。
【０００５】
上述の機械式マウスの問題に対する１つの解決策が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、かつ、より正確な位置決め精度をもたらすことが可能であるために非常に普及してきた。
【０００６】
光学式マウスに使用される中心的な従来技術は、かすめ入射線またはそれに近い入射線で表面を照明する発光ダイオード（LＥD）、生じた画像を捕捉する２次元CＭOS（相補型金属酸化膜半導体）検出器、連続する画像の相関をとってマウスが移動した方向、距離及び速度を求めるソフトウエアを用いる。この技術は一般的に高い精度を提供するが、構成が複雑であり、また、画像処理要件が比較的高い。さらに、照明のかすめ入射のために光学的効率が低い。
【０００７】
別のアプローチは、フォトダイオードなどのフォトセンサすなわち検出器の一次元アレイを使用する。表面の連続画像が結像光学系によって捕捉され、フォトダイオードで変換され、比較されてマウスの動きが検出される。動きの検出を容易にするためにフォトダイオードをグループをなすように直接結線する場合もある。これによって、フォトダイオードの要件が緩和され、迅速なアナログ処理が可能になる。そのようなマウスの１つの例が、Dandliker他による米国特許第5,907,152号に開示されている。
【０００８】
Dandliker他による上記特許に開示されたマウスは、また、それが、レーザなどの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。スペックルに基づくパターンの使用には、効率の良いレーザベースの光生成が得られ、かつ、照明が直角で入射した場合でも画像のコントラストが高いなどのいくつかの利点がある。これによって、より効率的なシステムが得られ、電流消費が節約されるが、このことは、ワイヤレス用途においてバッテリ寿命を長くするために有利である。
【特許文献１】米国特許第5,907,152号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
これらのスペックルベースの（すなわち、スペックルパターンを利用する）デバイスは、従来のLＥDベースの光学式マウスに対して大きな改良を提供するものであるが、いくつかの理由のために完全には満足のゆくものではない。具体的には、レーザスペックルを使用するマウスは、今日の最高水準のマウスおいて典型的に要求される精度−この精度は、一般的には、０．５％未満か０．５％程度より小さい経路誤差（path error）であることが望ましい−を提供するものではない。
【００１０】
本開示は、従来の光学式マウス及び他の類似の光学式ポインティングデバイスの種々の問題に対するソリューションを説明し提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
１実施形態は、表面の連続する画像における光学的特徴の変位を求めることによって、データ入力装置と表面との相対的な動きを検出するための光学変位センサに関する。センサは、関連する軸に沿って配列された複数の線形くし形アレイ（LCA）を備える。各LCAは、関連する軸に平行な感光素子の行（または列。以下同じ）からなる。
【００１２】
別の実施形態は、表面を横切るデータ入力装置の動きを検出器する方法に関する。表面の照明された部分から反射された光の強度パターンは第１の軸に沿って配列された第１の複数の線形くし形アレイ（LCA）と第１の軸に平行ではない第２の軸に沿って配列された第２の複数のLCAを使用して検出される。第１の複数のLCA中の各LCAは、第１の軸に平行な行をなす複数の感光素子を備え、第２の複数のLCA中の各LCAは、第２の軸に平行な行をなす複数の感光素子を備える。
【００１３】
別の実施形態は光学位置決め装置に関する。この装置は、少なくともコヒーレント光源、照明光学系、結像光学系、及び検出器を備える。照明光学系は、コヒーレント光源からの光で表面の領域を照明するように構成される。結合光学系は、照明された表面の領域からの光のスペックルパターンを投影するように構成される。検出器は、第１の軸に沿って配向された第１の複数の線形くし形アレイと第１の軸に平行ではない第２の軸に沿って配向された第２の複数の線形くし形アレイを備える。
【００１４】
他の実施形態も開示される。
【実施例】
【００１５】
本開示の以上の及び種々の他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び添付図面からさらに十分に理解されよう。しかしながら、詳細の説明及び添付図面は、特許請求の範囲を特定の示した実施形態に限定するものではなく、説明と理解のためにのみ提示されたものである。
【００１６】
従来の光学位置決め装置に関する問題
従来のスペックルベースのOPDの１つの問題は、隣接するフォトダイオード間のピッチまたは距離（典型的には、１０μｍ〜５００μｍの範囲である）に起因する。このピッチよりも小さいサイズを有する画像平面（または像平面）におけるスペックルは適正に検出されないために、OPDの感度及び精度が制限される。このピッチよりもスペックルがかなり大きくなると、生成される信号は急激に微弱になる。
【００１７】
別の問題は、スペックルを生じる表面画像を生成するために、コヒーレント光源を検出器に正確に位置合わせしなければならないことである。従来構成では、画像平面（または像平面）の照明された部分は、フォトダイオードアレイ（複数の場合もある）が反射した照明（以下、反射照明ともいう）によって確実に十分に覆われるように、一般的には検出器の視野よりもはるかに広い。しかしながら、照明領域を大きくすると、フォトダイオードが検出可能な反射照明のパワー強度が減少する。したがって、従来のスペックルベースのOPDにおけるミスアライメントの問題を解消または回避しようとすることは、しばしば、フォトダイオードアレイが利用可能な反射光の損失を生じることとなり、すなわち、照明パワーに対してより高い要件を課すこととなる。
【００１８】
従来のOPDに関するさらに他の問題は、視角及び／または、結合光学系と視野内の異なるポイントにおける特徴との間の距離が変わることにより、表面上のまたは表面から生じる特徴の歪みである。これは、かすめ入射での照明を使用するOPDの場合に特に問題となる。
【００１９】
スペックルパターンの画像解析から生じる従来のスペックルベースのOPDに関するさらなる問題は、統計変動に対する予測方式の感度である。スペックルは散乱したコヒーレント光の位相ランダム化（phase randomization）を通じて生成されるので、スペックルは、平均すると明確なサイズ及び分布を有するが、スペックルは、その平均とは合致しない局所的なパターンを呈する場合がある。したがって、デバイス（装置）は、スペックルのパターンが通常よりも微弱な、動きに依存する信号を提供するような場合には、局所的にデータの解析があいまい、すなわち、困難になる可能性がある。
【００２０】
スペックルベースのOPDに関するさらに他の問題は、スペックルパターンの変化、すなわちスペックル「ボイリング」に関する。一般的には、表面からのスペックルパターンは表面が動くと、それと同じ方向に同じ速度で動く。しかしながら、多くの光学システムでは、表面から出る位相面に追加的な変化が生じるだろう。たとえば、光学システムがテレセントリックでない場合は、表面から対応する検出器までの経路長は表面にわたって一定ではなく、スペックルパターンは、表面が動くときに幾分ランダムに変化する場合がある。これによって、表面の動きを検出するために使用される信号が歪み、システムの精度及び感度が低減してしまう。
【００２１】
したがって、０．５％未満か０．５％程度より小さい経路誤差（path error）で動きを検出可能な、極めて正確なスペックルベースの光学位置決め装置と、該装置を使用する方法が必要とされている。装置は、画像処理要件が比較的低い、単純で複雑でない構成を有するのが望ましい。さらに、装置は、フォトダイオードアレイが利用可能な反射光の損失が最小である高い光学的効率を有するのが望ましい。さらにまた、使用されるスペックルのサイズに対する装置の感度及び精度を最適化すること、及び、スペックルパターンを光学システムによって正確に維持するのが望ましい。
【００２２】
本明細書で開示するOPDの実施形態
本開示は、一般的に、光学位置決め装置（OPD）用のセンサ、及び、スペックルとして知られる、表面から反射した光のランダムな強度分布パターンの変位に基づいてセンサと表面の間の相対的な動きを検出するための方法に関する。OPDには、データをパーソナルコンピュータに入力するための光学式マウスまたはトラックボールがあるが、これらには限定されない。
【００２３】
「１つの実施形態」または「１実施形態」という用語を本明細書で使用しているが、これらの用語の使用は、実施形態に関連して説明する特定の特徴、構造、特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれるものであることを意味している。本明細書の種々の場所に見られる「１実施形態では」という用語は、必ずしも全てが同じ実施形態を指しているわけではない。
【００２４】
一般的には、OPD用のセンサは、表面の一部分を照明するための光源及び照明光学系を有する照明器、複数の感光性素子と結像光学系を有する検出器、及び、感光素子の各々からの信号を結合して検出器からの出力信号を生成するための信号処理電子回路または混合信号（mixed-signal）電子回路を備える。
【００２５】
１実施形態では、検出器と混合信号電子回路は、標準的なCＭOSプロセス及び装置を使用して作製される。好ましくは、本発明のセンサ及び方法は、構造化された照明（structured illumination）とテレセントリックなスペックル結像を使用するとともに、アナログ電子回路とデジタル電子回路の組合せを用いた簡易な信号処理構成を使用することにより、光学的に効率のよい検出アーキテクチャを提供する。このアーキテクチャは、センサ内の信号処理及び変位推定用に割り当てられた電力の量を低減する。スペックル検出技術を使用し、本発明にしたがって適切に構成されたセンサは、OPDに一般的に期待される全ての性能基準−最大変位速度（最大移動速度）、精度、及び経路誤差率（％）を含む−を満たすか、または、それを上回ることができることがわかった。
【００２６】
スペックルベースの変位センサについての序論
このセクションでは、本出願人によって理解されているスペックルベースの変位センサの動作原理を説明する。これらの動作原理は理解のために有用であるが、開示する実施形態をそれらの原理によって必要以上に限定することを意図するものではない。
【００２７】
図１Ａを参照すると、示されている波長のレーザ光が、なめらかな反射面に入射（１０２）し、その反射面から反射（１０４）するものとして図示されている。ここで、入射角θは反射角θに等しい。λ／２sinθの周期性を有する回折パターン１０６が生じている。
【００２８】
これとは対照的に、図１Ｂを参照すると、光の波長（おおよそ１μｍより大きい）よりも大きな寸法の位相的な凹凸を有する任意の一般的な表面は、ほぼランバート（Lambertian）様式で完全な半球中に光１１４を散乱する傾向がある。レーザのようなコヒーレント光源が使用される場合は、空間的にコヒーレントな散乱光は、有限の開口を有する二乗検出器（square-law detector。または二乗検波器）による検出時に複雑な干渉パターン１１６を生成することになる。明る領域と暗い領域のこの複雑な干渉パターン１１６がスペックルと呼ばれる。スペックルパターン１１６の正確な性質及びコントラストは、表面の粗さ、光の波長及びその空間コヒーレンスの程度、及び、光収集光学系または結像光学系に依存する。しばしば、非常に複雑であるが、スペックルパターン１１６は、光学系によって結像される任意の粗い表面のある領域の明確なる特徴であり、そのため、表面上の位置がレーザ及び光学系−検出器アセンブリに対して横方向（または横断する方向）に動いたときにその位置を識別するために利用することができる。
【００２９】
スペックルは、光学系の有効開口（これは、従来、図１Ｂに示すような開口数ＮA＝sinθを用いて定義される）によって設定される空間周波数までの全ての大きさで現れることが予測される。Goodman（J.C. Daintyによって編集された「Laser Speckle and Related Phenomena」（Topics in Applied Physics Vol.9, Springer-Verlag(1984)。特に、39-40頁参照）における、J.W.Goodmanによる「Statistical Properties of Laser Speckle Patterns」）によれば、大きさ（サイズ）の統計的分布は、スペックル強度の自己相関を用いて表される。「平均」のスペックルの直径を、
【００３０】
【数１】
2008500661.tif 000003
【００３１】
として定義することができる。
【００３２】
スペックル強度の空間周波数スペクトル密度（これは、ウィーナー‐ヒンチンの定理（Wiener-Khintchine theorem）によるものである）は、単に強度の自己相関のフーリエ変換であることに注意するのは興味深いことである。生じうる最も微細なスペックル（ａｍｉｎ＝λ／２ＮAで表される）は、起こる可能性が低い場合、すなわち、主要な寄与が図１Ｂの一番端の光線１１８（すなわち、±θにおける光線）から生じ、最も「内側」の光線からの寄与が弱め合うように干渉する場合に設定される。カットオフ空間周波数はしたがって、ｆｃｏ＝１／（λ／２ＮA）すなわち２ＮA／λである。
【００３３】
開口数は、一方の寸法（または、次元。たとえば「ｘ」）に沿った画像内の空間周波数に対するものとそれに直交する寸法（または、次元。たとえば「ｙ」）に沿った画像内の空間周波数に対するものとでは異なる場合があることに留意されたい。このことは、たとえば、他方の寸法より一方の寸法が長い光学的開口（たとえば、円ではなく楕円）によって、または、アナモルフィックレンズによって引き起こされうる。これらの場合、スペックルパターン１１６もまた異方性であり、平均したスペックルの大きさは２つの寸法間で異なるであろう。
【００３４】
レーザスペックルベースの変位センサの１つの利点は、それが、法線に近い入射角で到達する照明光で動作することができることである。結像光学系と、粗い表面にかすめ入射角で到達する非干渉性光（インコヒーレント光）とを利用するセンサを、横方向の変位を検出するためにも利用することができる。しかしながら、照明のかすめ入射角は、画像内の表面領域の適切な大きさの明部−暗部の影を生成するために使用されので、このシステムは、本質的に光学的に非効率的である。なぜなら、かなりの割合の光は、検出器から鏡によって反射されるように反射してしまい、したがって、形成される画像に何の寄与もしないからである。これとは対照的に、スペックルベースの変位センサは、レーザ光源からの照明光のより大きな割合の光を効率的に利用することができ、これによって、光学的に効率的な変位センサの開発が可能になる。
【００３５】
スペックルベースの変位センサの開示されたアーキテクチャ
以下の詳細な説明では、アナログ信号結合（アナログ信号組合せ）回路を有するCＭOSフォトダイオード、適度の（中程度の）規模のディジタル信号処理回路、及び、たとえば、８５０ｎｍの面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Ｅmitting Laser：VCSＥL）などの低パワー光源を使用するレーザスペックルベースの変位センサのアーキテクチャについて説明する。いくつかの実施上の細部については以下の詳細な説明で説明するが、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、異なる光源、検出器または感光素子、及び／または、信号を結合する（または組み合わせる）ための異なる回路を使用できることが当業者には理解されよう。
【００３６】
以下、本発明の１実施形態に従うスペックルベースのマウスを図２及び図３を参照して説明する。
【００３７】
図２は、本発明の１実施形態に従うスペックルベースのシステム２００の機能図である。システム２００は、レーザ光源２０２、照明光学系２０４、結像光学系２０８、複数のCＭOSフォトダイオードアレイの少なくとも２つの組２１０、フロントエンド電子回路２１２、信号処理回路２１４、及びインターフェース回路２１６を備える。フォトダイオードアレイ２１０を、２つの直交する軸ｘとｙに沿って変位測定値を提供するように構成することができる。各アレイ内のフォトダイオードのグループを、フロントエンド電子回路２１２内の受動性の電子コンポーネントを用いて結合して（または組み合わせて）、グループ信号を生成するようにすることができる。その後、グループ信号を信号処理回路２１４によって代数的に結合して（または組み合わせて）、ｘ及びｙ方向におけるOPDの変位の大きさと方向に関する情報を提供する（ｘ、ｙ）信号を生成するようにすることができる。（ｘ、ｙ）信号をインターフェース回路２１８によって、OPDが出力可能なｘ、ｙデータ２２０に変換することができる。この検出技術を使用するセンサは、「差動くし形アレイ（diffrential comb array）」として知られる、線形フォトダイオードのインターレースされたグループのアレイを有することができる。
【００３８】
図３は、そのようなフォトダイオードアレイ３０２の（１つの軸に沿った）概略の構成を示す。表面３０４は、面発光レーザ（VCSＥL）３０６などのコヒーレント光源及び照明光学系３０８によって照明される。アレイ３０２のインターレースされた（たとえば、図３では感光素子の位置が交互に組み合わされている）グループの組合せは、スペックル画像によって生成された明−暗信号の空間周波数に対する周期的なフィルタ（periodic filter）として作用する。
【００３９】
粗い表面３０４からのスペックルは、結像光学系３１０によって検出器面（検出面）に結像される。結像光学系３１０は、最適な性能が得られるようにテレセントリックであることが好ましい。
【００４０】
１実施形態では、くし形アレイ検出を２つの独立した直交アレイにおいて実施して、ｘとｙにおける変位の推定値を得る。１つのそのようなアレイ３０２の小さなバージョンが図３に示されている。
【００４１】
検出器内の各アレイは複数（Ｎ個）のフォトダイオードの組からなり、各々の組は、ＭＮ個の線形アレイを形成するように配列された複数（Ｍ個）のフォトダイオード（PD）を有する。図３に示す実施形態では、各組は、１、２、３、４として参照される４つのフォトダイオード（４つのPD）から構成される。全ての組からのPD１を電気的に接続（ワイヤードサム：wired sum）してグループを形成し、PD２、PD３、PD４についても同様にして、アレイから４つの信号線を引き出す。それらに対応する電流または信号はＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４である。これらの信号（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４）をグループ信号と呼ぶ場合がある。バックグラウンド抑制（及び信号強調）は、差動アナログ回路３１２を使用して同相差動電流信号３１４（Ｉ１３）＝Ｉ１−Ｉ３を生成し、差動アナログ回路３１６を使用して直角（または直交）差動電流信号３１８（Ｉ２４）＝Ｉ２−Ｉ４を生成することによって達成される。これらの同相及び直角信号をライン信号と呼ぶ場合がある。Ｉ１３とＩ２４の位相を比較することによって、運動（動き）の方向を検出可能である。
【００４２】
図３に示す４Ｎ検出を用いるコーム検出器（comb detector。または、くし形検出器。以下同じ）に関する１つの問題は、それらの検出器が非常に大きなアレイを有しない場合、たとえば、アレイ１０２中に数百を超える検出器またはフォトダイオードを有しない場合には、許容できない大きな誤差率を生じうることである。これらの誤差は、振動性の信号が、アレイの異なる領域に当たる光の強度間の有効なバランスのために弱いときに生じる。振動性の信号の振幅は、たとえば、図４のシミュレーションのフレーム６５において及びその付近で比較的小さい。図４には同相（主）信号と直角信号（直角位相信号。直交信号ともいう。以下同じ）が示されている。フレーム数が水平軸に沿って示されている。
【００４３】
複数行の検出器アレイ
この根本的なノイズ源に対する１つのソリューションは、これらの検出器または感光素子のいくつかの行をグループにまとめるか、または、まとめて配列することである。２つのグループ化された行５０２−１及び５０２−２を有する検出器の概略が図５に示されている。行からの生成された振動性の同相信号５０４−１及び５０４−２も示されている。そのような検出器では、１つの行が微弱な信号を生成しているときに、他の行からの信号から速度を測定することができる。たとえば、フレーム２４００の近くでは、同相信号５０４−１は比較的小さな振幅を有し、第２の同相信号５０４−２は比較的大きな振幅を有する。以下で示すように、誤差率は、振動の振幅が大きくなると小さくなる。したがって、「右」の行（すなわち、振動の振幅が比較的大きな行）を選択して、誤差が小さい推定値を得ることができる。
【００４４】
シミュレーション方法
図５の構成の有効性を実証するために、スペックルパターンを正方形のグリッド（正方格子）上に生成した。この場合、各正方形における強度の値はランダムで独立している。スペックルのサイズまたはグリッドのピッチは２０ミクロンに設定された。検出器アレイを表す別のグリッドは、様々な寸法で生成され、一定速度でスペックルパターンの全体（または両端）にわたって走査された。各検出器または感光素子における瞬間的な強度を同じグループ内の他の光電流と加え合わせて信号を求めた。以下のシミュレーションでは、水平方向の検出器または感光素子のピッチが一定である「４Ｎ」検出器方式を使用した。
【００４５】
誤差率の計算
これらのシミュレーションから得られた例を図６に示す。図６には、４Ｎコーム検出器からのシミュレートされた同相信号（主）信号６０２−１と直角信号６０２−２が示されている。これら２つの信号によって規定されるベクトルの振幅（長さ）６０４と位相（角度）６０６も示されている。この例示的なシミュレーションでは、各アレイは、最高速度の５％で動作する８４の検出器または感光素子を有していた。
【００４６】
これらのグラフにおける水平軸はフレーム数を示しており、ここでは、４０００の個々の測定値（フレーム）が使用された。下方の２つの曲線は、同相信号６０２−１と直角信号６０２−２（それぞれ、グループ１からグループ３を引き、グループ２からグループ４を引いたもの）である。これらの２つの曲線から、上方の２つの曲線において示すように、信号の長さ６０４と角度６０６を求めることができる。同相信号６０２−１及び直角信号６０２−２はスペックルパターンの同じ領域に依存するものであるので、非常に類似していることに留意されたい。
【００４７】
このデータを使用して速度を計算することができる。この例では、速度の計算のために単純なゼロ交差アルゴリズムを用いる。各フレームにおいて、以前の２つの立ち上がり（positive-going）ゼロ交差間のフレームの数τを計算する。立ち上がりゼロ交差は、ラインの勾配が正であって、信号が負の値から正の値に向かうところでゼロ交差するものである。この場合、τは、２０ミクロン（μｍ）を進むのに必要なフレーム数の推定値を表す。フレームレート（単位時間あたりのフレーム）がｆであり、検出器ピッチ（素子の１つのグループの開始から素子の次のグループまでの距離）がｐであるとする。この場合、推定された速度（速さ）νは、
【００４８】
【数２】
2008500661.tif 000004
【００４９】
である。
【００５０】
最大速度νｍａｘはナイキスト速度（Ｎyquist velocity）の１／２である。結果のヒストグラムを図７に示す。
【００５１】
図７を参照すると、このヒストグラムは、最高速度の８１％で動作する、６４の感光素子検出器、すなわち４Ｎ検出器に対する推定速度を示す。４．９３８フレームにおける垂直線７０１は、データから推定された実際の速度を表す。ヒストグラム中の異なるポイントマーカは、データセットの異なる選択に対するものである。すなわち、第１のマーカ７０２は、全てのフレームが含まれるときの事象の数を示し、第２のマーカ７０４は、振幅分布の下位１７％におけるフレームが排除されるときの事象の数を示し、第３のマーカ７０６は、振幅分布の下位３３％におけるフレームが排除されるときの事象の数を示し、第４のマーカ７０８は、振幅分布の下位５０％におけるフレームが排除されるときの事象の数を示し、第５のマーカ７１０は、振幅分布の下位６７％におけるフレームが排除されるときの事象の数を示す。
【００５２】
全てのデータを含む第１のマーカ７０２のポイントは、５フレームにおける強いピークと、両側に急速に減少する分布を示す。４．９３８フレームにおける垂直線７０１は−ここでは、これを「真（truth）」と呼ぶ−、推定された実際の速度である。その線のそれぞれの側に向かうデータ中に（すなわち、４フレームと５フレームに）２つの相対的に最も強いピークがある。
【００５３】
このシミュレーションの目的のために、これらの２つの最も強いピークの外側にある任意のポイントを誤差としてカウントする。換言すれば、「真」から１フレームより大きく離れた（または、「真」よりも１フレームを超えて大きい）推定値は「誤差」であると定義する。これは、かなり厳格な誤差の定義である。なぜなら、しばしば、そのような誤差は後続のサイクルにおいて生成されるからである。実際の速度が整数のフレームに近接する場合には、「真」から１フレームを少しだけ超えたところだけに誤差のかなりの割合が存在するだろう。たとえば、図７の６フレームにおけるポイントは、４．９３８フレームの推定された「真」から１フレームをほんのわずかに超えたところにある。６フレームにおけるこれらのポイントは、このかなり厳格な定義のもとでは「誤差」とみなされることになる。
【００５４】
図８は、誤差率を４Ｎ検出器中の素子の数の関数として示す。図８を参照すると、上記の説明から推測されるように、誤差率は、検出器または感光素子の数が増加するとともに減少することがわかる。これらの測定では、誤差率は７つの異なる速度について計算されて平均された。
【００５５】
ベクトル長への依存性
誤差は微弱な（小さい）信号を有するフレームに集中している。図７のデータはまたベクトル振幅の選択後のデータのヒストグラムを示す。たとえば、第３のマーカ７０６のポイントは、分布の上位２／３にある（すなわち、信号振幅または信号ベクトル長に基づいて下位３３％を排除した）ベクトル長を有するフレームのみについての速度の推定値である。そのため、このデータは信号が微弱で誤差が生じやすいと予測されるフレームを排除する。予測されるように、ゼロ交差間のフレーム数の分布は、微弱な信号振幅が排除されると狭くなり、したがって計算される誤差率は大幅に改善される。
【００５６】
微弱な信号振幅を排除することによる誤差率の改善の様子を図９に示す。図９は、信号振幅に対する誤差率の依存性を示す。より具体的には、誤差率は、使用された信号ベクトル長の最小の百分位数に対して示されている。図９を参照すると、ベクトル長分布の上位２／３（データポイント９０２で表されている）は、全てのフレームに対するベクトル長分布（データポイント９０４で表されている）のわずか１／３の誤差率を有することがわかる。すなわち、４．８％対１４．１％である。上位１／３（データポイント９０６で表されている）だけを使用することにより、誤差率は１．２％にさらに減少する。
【００５７】
したがって、より微弱な信号振幅を排除すると誤差率が改善することに基づいて、検出器の複数の行の中から行を選択する１つの方式は、最も大きな信号振幅を有する行を選択することである。たとえば、２つのグループ化された行を有する図５の場合には、第２の行５０４−２からの信号はフレーム２４００について選択されるであろう。なぜなら、そのポイントで振幅がより大きいからである。また、第１の行５０４−１からの信号はフレーム３２００について選択されるだろう。なぜなら、そのポイントで振幅がより大きいからである。もちろん、この選択方式を２つの行より多くの行に適用することができる。さらに、ライン信号品質の測度として信号振幅（ＡＣ強度）を使用するかわりに、他の品質測度または指標を使用することができる。
【００５８】
最も高いライン信号品質を有する行からのライン信号を選択することは、スペックルの減衰を回避または阻止するために複数の行からの信号を利用するための１つの方式である。さらに、同じか類似の目的を達成する種々の他の代替方式が存在する。
【００５９】
１つの代替方式は、たとえば、異なる行からのライン信号の振幅（または他の品質測度）にしたがってそれらのライン信号に重み付けをし、次に、重み付けされた信号を平均することであろう。１実施形態では、重み付けされた信号を単純に平均するのではなく、重み付けされた信号の組を、再帰形フィルタリング技術（recursive filtering technique）を利用するアルゴリズムによってより最適に処理することができる。線形再帰形フィルタリング技術の１つの注目すべき例はカルマンフィルタを使用する。（R.Ｅ. Kalmanによる「A Ｎew Approach to Linear Filtering and Prediction Problems,」（Trans. ASＭＥ, Journal of Basic Ｅngineering, Vol. 82(Series D), 35-45頁（1960）を参照）。拡張されたカルマンフィルタを、（コーム検出器配列からの正弦波信号の場合などの）非線形予測アルゴリズムに利用することができる。スペックルベースの光学式マウスのための信号の性質及び測定モデルは、再帰型ディジタル信号処理アルゴリズムが、スペックル−マウスフロントエンド検出器及び電子回路によって生成される重み付けされた信号に好適であることを示している。
【００６０】
複数行配列のシミュレーション
２行及び３行の検出器を同じ技法を使用してシミュレートした。各行をスペックルパターンの独立した部分によって照明した。誤差率についての結果を図１０に示す。
【００６１】
図１０は、４Ｎ検出器の３つの行１００２、４Ｎ検出器の２つの行１００４、４Ｎ検出器の１つの行１００６について、移動する検出器の誤差率を示す。３行データ１０１２、２行データ１０１４及び１行データ１０１６についての傾向線も示されている。これらの誤差率は、５０００フレームについて３つの異なる速度における結果を平均することによって計算された。グラフ上の複数のポイントは異なるシミュレーションを表す。すなわち、１行測定について４つの異なる行、２行測定について２つの行の３つの異なる組合せ、３行測定について３つの行の２つの異なる組合せを用いた。正当な比較を確保するために、２行データ及び３行データは、元の４つの行を組み合わせることによって生成された。
【００６２】
シミュレーションは、たとえば、３２の素子の単一行は２０％をわずかに超える誤差率を有するということを示している。この行を２つ組み合わせると（全素子数が６４の場合）誤差率は約１３％に減少する。これは、６４素子の単一行に対する結果よりもわずかに小さい。この行を３つ組み合わせると（全素子数が９６の場合）誤差率は約８％になり、単一行の場合の誤差率の１／２よりも小さくなる。
【００６３】
行の数を増やすことの利益は素子数が多いほど大きい。１２８素子の３つの行を組み合わせると（全素子数が３８４の場合）、誤差率は（１２８素子の単一行の場合の）１０％から（その行の３つを組み合わせた場合の）１．５％に減少するが、これは、単一の行の場合の誤差率の１／６より小さい。
【００６４】
経路誤差
この誤差率から以下のようにして経路誤差（path error）を計算することができる。Ｍカウント長の経路を横切るときは、誤差の総数はＭＥである。ここで、Ｅは上述のように計算した誤差率である。表面が移動すると、誤差はカウントの追加及び消失として現れる。より長い距離にわたる測定の場合は、これらの誤差は打ち消し合う傾向があり、平均の正味の誤差は、誤差の総数の平方根としてのみ増加する。測定されたカウントの数は、正または負となりうるある量だけ推定されたカウントと異なるが、平均すると、誤差の数の平方根に等しい絶対値を有する。経路誤差を、
【００６５】
【数３】
2008500661.tif 000005
【００６６】
と定義する。
【００６７】
マウスは、Ｍカウント長の経路を横切るときは、平均するとＭＥの誤差を生じ、結局、
【００６８】
【数４】
2008500661.tif 000006
【００６９】
カウントだけずれたものとなるであろう。そのため、測定されたカウントが推定されたカウントよりも大きい場合、すなわち、
【００７０】
【数５】
2008500661.tif 000007
【００７１】
の場合は、経路誤差は、
【００７２】
【数６】
2008500661.tif 000008
【００７３】
である。
【００７４】
これは、平均経路誤差のおおまかな表現にすぎず、より正確に計算すれば、
【００７５】
【数７】
2008500661.tif 000009
【００７６】
の標準偏差を有するゼロを中心とする分布を有するであろう。
【００７７】
この式を上記結果に適用するために、解像度が８４７ドット／インチ（dpi）（すなわち、１インチにつき８４７フレームまたはサンプル）で、移動距離が２ｃｍである場合を考える。この場合、１つの測定につき６６７フレーム（すなわち、２ｃｍの移動で６６７フレーム）が生じるので、Ｍ＝６６７である。１２８の検出器または感光素子の３行の場合には、誤差率Ｅは１．５％であるので、式６によれば、経路誤差は０．５％である。経路誤差は、より長い距離で大きく改善される。
【００７８】
検出器または感光素子のグループ化された組合せを使用する検出
４Ｎ検出を用いるコーム検出器のノイズ問題に対する別のソリューションは、感光素子のインターレースされたグループ（Ｎ）の複数の組を有する１つ以上の行を含むアレイを有する検出器を提供することである。複数の組の各組は、複数の連続する感光素子（Ｍ）を有し、Ｍは４とは異なる。換言すれば、Ｍは３、５、６、７、８、９、１０などからなる組からの数である。具体的には、全ての第３、全ての第５、全ての第６、全ての第Ｍの検出器または感光素子が、動きを推定するための独立した信号を生成するために組み合わされる。
【００７９】
図１１は、全ての第３（１１０２）、全ての第４（１１０４）、全ての第５（１１０８）、全ての第６（１１１０）の検出器または感光素子を組合せて、同じ検出強度で動作させるための主信号と直角信号を示す。図１１に示す信号は、感光素子または検出器のインターレースされたグループを有するアレイからのシミュレートされた信号であり、全ての第３、第４、第５及び第６の検出器または感光素子からの生の検出結果が組み合わされている。図１１では、主信号と直角信号の両方が示されており、フレーム数は、水平軸に沿って与えられている。図１１のグラフからわかるように、検出器または感光素子の１つのグループが微弱な信号を生成しているときは、他のグループを使用して速度を測定することができる。上述したように、誤差率は、振動の振幅が大きくなると小さくなる。したがって、「右」（振幅がより大きい）信号を選択して、誤差の小さい推定値を得ることができる。
【００８０】
上記の例は、最高定格速度の約７２％で動作する１２０の検出器または感光素子を有する。図１１のグラフの水平軸はフレームカウントを示す。主信号（すなわち同相信号）と直角信号は、同じスペックルパターンに依存する、すなわち、同じスペックルパターンによって生成されるために、非常によく似ていることに留意されたい。
【００８１】
前述したように、このデータを用いて速度を計算することができる。この場合、単純なゼロ交差アルゴリズムを用いる。各フレームにおいて、以前の２つの立ち上がりゼロ交差間のフレーム数τが計算される。これは、２０μｍ移動するために必要なフレーム数の推定値である。フレームレート（単位時間あたりのフレーム）をｆ、検出器ピッチ（素子の１つのグループの開始から素子の次のグループまでの距離）をｐとすると、推定速度νは、
【００８２】
【数８】
2008500661.tif 000010
【００８３】
である。この速度は、検出器アレイの長軸に沿った全速度の成分である。
【００８４】
速度に依存する信号を生成するために、４Ｎ以外の構成について、検出器または感光素子のグループが重み付けされて組み合わせられる。好適な重み係数の１つの例は以下の式によって与えられる。
【００８５】
【数９】
2008500661.tif 000011
【００８６】
ここで、ｉは０からＭ−1までの組における全ての感光素子にわたる。phiは全ての重み係数に共通の位相ずれである。
【００８７】
出力信号の同相の重み付けされた和（すなわち、同相信号）は、
【００８８】
【数１０】
2008500661.tif 000012
【００８９】
によって与えられ、出力信号の直角位相の重み付けされた和（すなわち、直角信号）は、
【００９０】
【数１１】
2008500661.tif 000013
【００９１】
で与えられる。
【００９２】
５素子のグループ、すなわち、５Ｎ構成について、これらの係数を図１２に示す。この例では、５つのワイヤードサム（１２０２−１、１２０２−２、１２０２−３、１２０２−４、１２０２−５）が生成される。主信号は、各ワイヤードサムにそれの主重みを乗じたものの和であり、各ワイヤードサムに対する主重みは図１２のS1の列で与えられる。同様に、直角信号は、各ワイヤードサムにそれの直角重みを乗じたものの和であり、各ワイヤードサムに対する直角重みは図１２のS2の列で与えられる。
【００９３】
６Ｎ構成をなすように結合された感光素子を有するアレイについての重み係数を図１３に示す。６つのワイヤードサムに対応する主重み係数はS1の列で与えられ、６つのワイヤードサムに対応する直角重み係数はS2の列で与えられる。
【００９４】
４Ｎ構成をなすように結合された感光素子を有するアレイについての重み係数を図１４に示す。４つのワイヤードサムに対応する主重み係数はS1の列で与えられ、４つのワイヤードサムに対応する直角重み係数はS2の列で与えられる。４Ｎコームの場合は、重み係数は０、＋１、または−１であり、システムを、図３に示し、それに関して上述した差動アンプ構成に減じることができる。
【００９５】
別の側面では、本開示は、感光素子の２つ以上の異なるグループを有する検出器を備えるセンサに関する。素子の複数のグループを有するそのような実施形態によれば、動き推定のための複数の独立した信号を生成することが可能になる。
【００９６】
たとえば、異なるＭの値を有するコームを同じセンサ内（たとえば、４Ｎ及び６Ｎ）で組み合わせ、感光素子の幅を一定に維持する場合には、別個ではあるが平行なアレイを有する、図１５に示すのと同様の配列から良好な性能を得ることができる。図１５は、本発明の１実施形態による、６Ｎ構成１５０２及び４Ｎ構成１５０４をなすように結合された感光素子を有する２行アレイの配列のブロック図である。この場合には、２つの異なるスペックルパターンが、各行毎に測定される。
【００９７】
代替的には、同じアレイとスペックルパターンの同じ領域を用いることができる。これは、上述した図１１においてモデル化した場合である。このアプローチは、フォトダイオード空間を節約し、各フォトダイオードに関連する漏れ電流を低減するという利点を有する。シリコン上のより小さな領域をスペックルパターンで照明する必要があるので、このアプローチは、また、フォトンを節約することにもなる。
【００９８】
個々のフォトダイオード素子を複数の値のＭと接続（または配線）するための１つの回路例を図１６に示す。図１６は、本発明の１実施形態による略図であり、同じ素子出力を再使用するようにして４Ｎ、５Ｎ、６Ｎの重みの組を実施するために電流ミラーを用いている。図１６の回路１６００は、動き推定のための複数の独立した信号を生成する。独立した信号の各々はそれぞれのＭ構成についてのものである。この例では、各検出器または感光素子１６０２の出力電流は電流ミラー１６０４を使用して複製される。次に、これらの出力は、それぞれの異なるＭ構成に従って配列された接続構造（配線構造）１６０６を用いて結合され、電流が合計される。これらの接続構造１６０６は、複数の値のＭについて全ての第Ｍの出力電流を加え合わせる。次に、重みの大きさが電流低減素子（または電流還元素子）１６０８によって適用される。同相出力及び直角出力の各々について、別の接続構造（配線構造）１６１０が、正の重みに対する電流を合計し、これとは別に、負の重みからの電流を合計する。最後に、同相出力及び直角出力の各々について、差動回路１６１２が、正の重みと負の重みに対する個別の電流を受け取って、出力信号を生成する。
【００９９】
図１６に示す特定の例では、独立した同相出力と直角出力が、Ｍ＝４、５、６について生成される。他の例では、同相出力と直角出力を、Ｍの他の値について生成することができる。また、同相出力と直角出力を、図１６の特定の例に従って３つＭの値に限らず、より大きな（またはより小さな）値のＭについて生成することもできる。
【０１００】
代替的な回路例では、各検出器または感光素子は、同じ検出器または感光素子が、それぞれの検出器期間（値Ｍ）に対するそれぞれの独立した同相と直角の和に寄与できるようにするために、複数の電流ミラーに異なる利得を与えることができる。
【０１０１】
別の代替回路例では、検出器の値を、個別にサンプリングすることができ、または、多重化して、順次アナログ−ディジタル変換器（ADC）回路を用いてサンプリングすることができる。次に、このディジタル化された値を処理して独立した和を生成することができる。さらに他の回路例では、検出器出力のアナログ和を、時分割多重または複数同時処理ADC（multiple simultaneous ADC）回路によって処理することができる。このタスクを実行可能な複数の回路例が存在するが、この場合、それぞれの回路例は、回路の複雑さ、電力消費、及び／または雑音指数などの要因にトレードオフがある。
【０１０２】
図５及び図１５に示す実施形態は、１次元アレイの複数の行を示す。これらの行は、重なりあった状態で、それらの短軸に沿って接続されている。代替的には、図１７に示すように、２つの行を長軸に沿って接続するのが有効な場合もある。
【０１０３】
図１７では、単一の１次元アレイを、左側１７０２と右側１７０４の２つの部分に分解している。各々の側を、同じＭの値を有するコーム配列（くし形配列）をなすように構成することができる。図１７の特定の実施例では、Ｍ＝５である。他の実施例ではＭの他の値を使用することができる。左側１７０２は、第１の信号の組１７０６を生成し、右側１７０４は、第２の信号の組１７０８を生成する。オプションとして、これらの２つの信号の組を組み合わせて第３の信号の組１７１０にすることができる。こうして、信号の振幅または上述した他のメカニズムに基づいて、選択すべき３つの信号の組が存在する。この構成は、組み合わされた信号の組１７１０が、優れたノイズ特性を有すべき事実上より長いアレイから利益を受けるという利点を有する。
【０１０４】
以上の詳述した実施形態は、いくつかの行を有する可能性はあるものの、単一の軸に沿って配向された（すなわち、１次元アレイをなす）検出器または感光素子を提示するものである。別の実施形態では、たとえば、図１８に示すように、検出器または感光素子は２次元をなすように配列される。
【０１０５】
図１８では、２１×９素子の例示的な２次元アレイが、（３×３マトリックスをなす）９素子の組単位で配列されている。１つの組の所与の位置にある素子（同じ色（外観）を有するものとして示されている）は、共通の配線（または接続）によってグループ化される。この構成では、ｘとｙの両方における動き情報を、同じ組の検出器または感光素子によって収集することができる。各組は、図１８の例示的な２次元アレイ内の３×３マトリックスであるが、他の実施例は、他の次元（または寸法）の組を有することができる。１つの組において、水平方向の次元（ｘ）１８０２における素子の数と垂直方向の次元（ｙ）１８０４における素子の数は異なる場合がある。さらに、図１８に示す感光素子は大きさが等しくまた矩形である点でも同じであるが、代替実施例は、大きさが異なり、及び／または、矩形の形状ではない感光素子を使用することができる。
【０１０６】
本発明の特定の実施形態及び例についての以上の記述は、例示と説明を目的として提示されたものである。本発明をいくつかの例について図示し説明したが、それらは限定するものとして解釈されるべきものではない。本明細書で説明した実施形態は、本発明を網羅することを意図したものではなく、また、本発明を開示した形態そのものに限定することを意図したものでもなく、上記教示に照らして、本発明の範囲内において、多くの変更、改良及びバリエーションが可能である。本発明の範囲は、開示した分野全体を包含し、添付の特許請求の範囲及びそれの等価物によって画定されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１Ａ】なめらかな表面から反射された光の回折パターン示す。
【図１Ｂ】粗い表面から反射された光の干渉パターンをなすスペックルを示す。
【図２】本開示の１実施形態によるスペックルベースのＯＰＤの機能ブロック図である。
【図３】本開示の１実施形態による感光素子のインターレースされたグループを有するアレイのブロック図である。
【図４】本開示の１実施形態による図３アレイからのシミュレートされた信号のグラフである。
【図５】本開示の１実施形態による感光素子のインターレースされたグループの複数の行を有するアレイの配列のブロック図と、生成された同相信号を示す図である。
【図６】本開示の１実施形態による感光素子のインターレースされたグループを有するアレイからのシミュレートされた信号のグラフであり、第４の各感光素子からの信号が電気的に結合されるかまたは組み合わされている。
【図７】本開示の１実施形態による４Ｎ構成をなすように結合され、最高速度の８１％で動作する６４の感光素子を有する検出器についての推定された速度のヒストグラムである。
【図８】本開示の１実施形態による４Ｎ構成をなすように結合された感光素子を有する検出器について、誤差率を、その素子数の関数として示すグラフである。
【図９】本開示の１実施形態による信号振幅に対する誤差率の依存度を示すグラフである。
【図１０】本開示の実施形態による４Ｎ構成をなすように結合された感光素子の複数の行を有する検出器について、誤差率をその素子数の関数として示すグラフである。
【図１１】本開示の実施形態による種々の構成をなすように結合された感光素子のインターレースされたグループを有するアレイからのシミュレートされた信号を示すグラフである。
【図１２】本開示の１実施形態による、５Ｎ構成をなすように結合された感光素子を有するアレイの配列のブロック図及び主重み係数及び直角重み係数を示す図である。
【図１３】本開示の１実施形態による、６Ｎ構成をなすように結合された感光素子を有するアレイの配列のブロック図及び主重み係数及び直角重み係数を示す図である。
【図１４】本開示の１実施形態による、４Ｎ構成をなすように結合された感光素子を有するアレイの配列のブロック図及び主重み係数及び直角重み係数を示す図である。
【図１５】本開示の１実施形態による、６Ｎ構成と４Ｎ構成をなすように結合された感光素子を有する複数行アレイの配列のブロック図である。
【図１６】動き推定のために同じ素子の出力を再利用して複数の独立した信号を生成する方法で、４Ｎ／５Ｎ／６Ｎの重みの組を実施するために電流ミラーを利用する、本開示の１実施形態による回路の１実施形態を示す略図である。
【図１７】本開示の１実施形態による、上と下が互いに接続されるのではなく、端部同士が接続された２つの行を有する複数行アレイの配列を示す。
【図１８】本開示の１実施形態による２次元アレイをなす光検出器素子の配列を示す。
【図１Ａ】
2008500661.tif 000014
【図１Ｂ】
2008500661.tif 000015
【図２】
2008500661.tif 000016
【図３】
2008500661.tif 000017
【図４】
2008500661.tif 000018
【図５】
2008500661.tif 000019
【図６】
2008500661.tif 000020
【図７】
2008500661.tif 000021
【図８】
2008500661.tif 000022
【図９】
2008500661.tif 000023
【図１０】
2008500661.tif 000024
【図１１】
2008500661.tif 000025
【図１２】
2008500661.tif 000026
【図１３】
2008500661.tif 000027
【図１４】
2008500661.tif 000028
【図１５】
2008500661.tif 000029
【図１６】
2008500661.tif 000030
【図１７】
2008500661.tif 000031
【図１８】
2008500661.tif 000032
【国際調査報告】
2008500661.tif 000033