(57)【要約】      （修正有）【課題】光ナビゲーションセンサで、多様な映像化されたシーンに最適な機能を提供する。【解決手段】装置は光ナビゲーション回路である。特に、光ナビゲーション回路は光ナビゲーション装置の一部であってもよい。光ナビゲーション回路は、イメージセンサ、動的再構成ロジック、及びデジタル信号プロセッサを含む。イメージセンサは、画素配列での入射光に対応する複数個の電気信号を発生するためにこの画素配列を含む。動的再構成ロジックはイメージセンサに接続されている。動的再構成ロジックは、画素配列から複数個の電気信号を受信し、画素配列からの複数個の電気信号に基づいて複数個の再構成された電気信号を発生するように構成されている。デジタル信号プロセッサは動的再構成ロジックに接続されている。デジタル信号プロセッサは動的再構成ロジックから複数個の再構成された電気信号を受信するように構成されている。【選択図】図１
2008293482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ナビゲーション装置の光ナビゲーション回路であって、
画素配列での入射光に対応する複数個の電気信号を発生するために前記画素配列を有するイメージセンサと、
前記イメージセンサに接続され、前記画素配列から前記複数個の電気信号を受信し、前記画素配列からの前記複数個の電気信号に基づいて複数個の再構成された電気信号を発生する動的再構成ロジックと、
前記動的再構成ロジックに接続され、該動的再構成ロジックから前記複数個の再構成された電気信号を受信するデジタル信号プロセッサと、
を備えている光ナビゲーション回路。
【請求項２】
前記動的再構成ロジックが、動的再構成トリガーに応答して前記再構成された電気信号を発生するようにさらに構成されている、請求項１に記載の光ナビゲーション回路。
【請求項３】
前記動的再構成ロジックが、前記動的再構成トリガーを発生するトリガーロジックを備えている、請求項２に記載の光ナビゲーション回路。
【請求項４】
前記動的再構成トリガーがビニングトリガーを有し、
前記トリガーロジックが、
画素平均値と関連付けられている第１の画素統計量インジケータと、
画素最大値と関連付けられている第２の画素統計量インジケータと、
画素ヒストグラムと関連付けられている第３の画素統計量インジケータと、
前記光ナビゲーション装置の動き追跡の滑らかさを示す滑らかさインジケータと、
表面のパターン繰り返し性を示す画像自己相関インジケータと、
のうちの少なくとも１つのインジケータに基づいて前記ビニングトリガーを発生するようにさらに構成されている、
請求項３に記載の光ナビゲーション回路。
【請求項５】
前記動的再構成トリガーがクロッピングトリガーを有し、
前記トリガーロジックが、
動き計算の処理時間を示す時間インジケータと、
前記光ナビゲーション装置の動き追跡の滑らかさを示す滑らかさインジケータと、
表面のパターン繰り返し性を示す画像自己相関インジケータと、
のうちの少なくとも１つのインジケータに基づいて前記クロッピングトリガーを発生するようにさらに構成されている、
請求項３に記載の光ナビゲーション回路。
【請求項６】
前記動的再構成トリガーが可変利得トリガーを有し、
前記トリガーロジックが、
画素平均値と関連付けられている第１の画素統計量インジケータと、
画素最大値と関連付けられている第２の画素統計量インジケータと、
画素ヒストグラムと関連付けられている第３の画素統計量インジケータと、
画像特徴カウントを示す画像特徴インジケータと、
のうちの少なくとも１つのインジケータに基づいて前記可変利得トリガーを発生するようにさらに構成され、
前記光ナビゲーション回路が前記画像特徴インジケータを発生するためのバンドパスフィルタをさらに備えている、
請求項３に記載の光ナビゲーション回路。
【請求項７】
前記動的再構成トリガーを発生し、該動的再構成トリガーを前記動的再構成ロジックへ送信するように、前記デジタル信号プロセッサがさらに構成されている、請求項２に記載の光ナビゲーション回路。
【請求項８】
前記動的再構成ロジックが、動的再構成モードを実施するための動的再構成コントローラを備えている、請求項１に記載の光ナビゲーション回路。
【請求項９】
前記動的再構成ロジックが、前記動的再構成コントローラに接続されたビニングロジックをさらに備え、該ビニングロジックは、前記複数個の再構成された電気信号を発生するために前記複数個の電気信号からのサブセットを組み合わせ、
前記再構成された電気信号の個数が前記サブセットの個数に等しい、
請求項８に記載の光ナビゲーション回路。
【請求項１０】
前記ビニングロジックが、前記サブセットのそれぞれについて画素の個数を表すビニング係数を動的に調節するようにさらに構成されている、請求項９に記載の光ナビゲーション回路。
【請求項１１】
前記動的再構成ロジックが、前記動的再構成コントローラに接続されたクロッピングロジックをさらに備え、該クロッピングロジックは、前記複数個の再構成された電気信号を発生するために前記複数個の電気信号からのサブセットを選択し、前記複数個の電気信号からの選択されていないサブセットを前記複数個の再構成された電気信号から除外する、請求項８に記載の光ナビゲーション回路。
【請求項１２】
前記動的再構成ロジックが、前記動的再構成コントローラに接続された可変利得ロジックをさらに備え、該可変利得ロジックは、前記複数個の再構成された電気信号を発生するために前記複数個の電気信号のうちの少なくとも１つのアナログ利得を変更する、請求項８に記載の光ナビゲーション回路。
【請求項１３】
前記動的再構成コントローラが、異なる動的再構成モードを適応的に切り替えるようにさらに構成されている、請求項８に記載の光ナビゲーション回路。
【請求項１４】
光ナビゲーション装置の画素配列の動的再構成方法であって、
複数個の電気信号を発生するために前記画素配列で入射光を受信するステップと、
動的再構成トリガーを発生するべきかどうかを判定するために前記複数個の電気信号を解析するステップと、
前記動的再構成トリガーの発生に応答して、前記画素配列からの前記複数個の電気信号に基づく複数個の再構成された電気信号を発生するステップと、
前記光ナビゲーション装置の動きを特定するために前記再構成された電気信号を処理するステップと、
を含む動的再構成方法。
【請求項１５】
前記複数個の再構成された電気信号を発生するステップが、前記複数個の電気信号からのサブセットを組み合わせることにより、ビン化された信号を発生するステップを含み、前記再構成された電気信号の個数が前記サブセットの個数に等しい、請求項１４に記載の動的再構成方法。
【請求項１６】
前記複数個の電気信号からのサブセットを選択し、前記複数の電気信号からの選択されていないサブセットを前記複数の再構成された電気信号から除外することにより、クロッピングされた信号を発生するステップを、前記複数個の再構成された電気信号を発生するステップが含む、請求項１４に記載の動的再構成方法。
【請求項１７】
前記複数個の再構成された電気信号を発生するステップが、前記複数個の電気信号のアナログ利得を変更することにより可変利得信号を発生するステップを含む、請求項１４に記載の動的再構成方法。
【請求項１８】
光ナビゲーション装置の画素配列からの複数個の電気信号の解析に基づいて動的再構成トリガーを発生する手段と、
前記動的再構成トリガーに応答して、前記画素配列からの前記複数個の電気信号に基づく複数個の再構成された電気信号を発生する手段と、
前記光ナビゲーション装置の動きを特定するために前記再構成された電気信号を処理する手段と、
を備えている装置。
【請求項１９】
前記動的再構成トリガーを発生する手段が、
画素平均値と関連付けられている第１の画素統計量インジケータと、
画素最大値と関連付けられている第２の画素統計量インジケータと、
画素ヒストグラムと関連付けられている第３の画素統計量インジケータと、
前記光ナビゲーション装置の動き追跡の滑らかさを示す滑らかさインジケータと、
表面のパターン繰り返し性を示す画像自己相関インジケータと、
動き計算の処理時間を示す時間インジケータと、
画像特徴カウントを示す画像特徴インジケータと、
のうちの少なくとも１つのインジケータに基づいて前記動的再構成トリガーを発生する手段をさらに備えている、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記複数個の再構成された電気信号を発生する手段が、
複数個のビン化された信号の各々が、前記複数個の電気信号からのサブセットの組み合わせから導出される、前記複数個のビン化された信号を発生する手段と、
複数個のクロッピングされた信号の各々が、前記複数個の電気信号のうちの対応する１つの電気信号を有し、前記複数個の電気信号のうちの全部より少ない電気信号を含む前記複数個のクロッピングされた信号を発生する手段と、
複数個の可変利得信号の各々が、選択された利得によって変更された前記複数個の電気信号のうちの対応する１つの電気信号を有する、前記複数個の可変利得信号を発生する手段と、
をさらに備えている、請求項１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
従来の光ナビゲーションセンサは、動きを計算するデジタル画像を取得するためにサイズが均一化された画素を備えた画素配列を使用する。しかし、あらゆるタイプの表面又は映像化されたシーンの特徴を解明する最適画素サイズは存在しない。
【０００２】
光学式マウスセンサの場合、典型的な映像化されたシーンは、机の上、又はマウスパッドなどの表面である。幾つかのタイプの表面が存在するので、異なる画素配列が表面のタイプ毎に別々に機能する。たとえば、大型の画素サイズは、暗い表面上での操作のためのより高い光感度を可能にする。しかしながら、大型の画素サイズを備えた画素配列は小さな特徴を備えた表面のための適切な解像度を有さないので、大型の画素サイズは小さな特徴を備えた表面に最適ではない。別の例として、網点のようなある程度高い繰り返し性のある表面は、動きがパターンの繰り返しから区別され得ないような画素ピッチであるならば、追跡誤差を引き起こす可能性がある。
【０００３】
従来の光ナビゲーションセンサは、動きを計算するために映像化された様々なタイプのシーンに容易に適合しない。特に、従来の画素配列の特性は固定され、多種多様な映像化されたシーンに最適な機能を提供しない。
【発明の開示】
【０００４】
装置の実施形態が記載されている。一実施形態では、装置は光ナビゲーション回路である。特に、光ナビゲーション回路は光ナビゲーション装置の一部であってもよい。光ナビゲーション回路は、イメージセンサ、動的再構成ロジック、及びデジタル信号プロセッサを含む。イメージセンサは、画素配列での入射光に対応する複数個の電気信号を発生するためにこの画素配列を含む。動的再構成ロジックはイメージセンサに接続されている。動的再構成ロジックは、画素配列から複数個の電気信号を受信し、画素配列からの複数個の電気信号に基づいて複数個の再構成された電気信号を発生するように構成されている。デジタル信号プロセッサは動的再構成ロジックに接続されている。デジタル信号プロセッサは動的再構成ロジックから複数個の再構成された電気信号を受信するように構成されている。
【０００５】
装置の別の実施形態についても記載されている。装置は、光ナビゲーション装置の画素配列からの複数個の電気信号の解析に基づいて動的再構成トリガーを発生する手段を含む。装置は、動的再構成トリガーに応答して複数個の再構成された電気信号を発生する手段をさらに含む。一実施形態では、複数個の再構成された電気信号は画素配列からの複数個の電気信号に基づいている。装置は、光ナビゲーション装置の動きを特定するために再構成された電気信号を処理する手段をさらに含む。装置のその他の実施形態についても記載されている。
【０００６】
方法の実施形態がさらに記載されている。一実施形態では、本方法は、光ナビゲーション装置の画素配列のための動的再構成方法である。動的再構成方法は、複数個の電気信号を発生するために画素配列で入射光を受信するステップを含む。動的再構成方法は、動的再構成トリガーを発生するべきかどうかを判定するために複数個の電気信号を解析するステップをさらに含む。動的再構成方法は、動的再構成トリガーの発生に応答して複数個の再構成された電気信号を発生するステップをさらに含む。一実施形態では、複数個の再構成された電気信号は画素配列からの複数個の電気信号に基づいている。動的再構成方法は、光ナビゲーション装置の動きを特定するために再構成された電気信号を処理するステップをさらに含む。本方法のその他の実施形態についても記載されている。
【０００７】
本発明の実施形態のその他の態様及び利点は、本発明の原理の一例として例示された添付図面と共に考慮される以下の詳細な説明から明らかになる。
【０００８】
説明の全体を通して、類似した参照番号は類似した要素を特定するために使用されることがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は光ナビゲーションシステム１００の一実施形態の概略ブロック図を示す。図示された光ナビゲーションシステム１００は、光ナビゲーション装置１０２及びナビゲーション表面１０４を含む。光ナビゲーション装置１０２は、ナビゲーション表面１０４によって少なくとも部分的に反射される光信号を放出する。光ナビゲーション装置１０２は、反射光信号を検出し、後述されるように反射光信号を処理する。
【００１０】
光ナビゲーション装置１０２とナビゲーション表面１０４との間の距離は、光ナビゲーション装置１０２が使用されるアプリケーションに応じて変化し得ることに注意を要する。近距離アプリケーションでは、光ナビゲーション装置１０２はナビゲーション表面１０４に比較的近接することができる。たとえば、光ナビゲーション装置１０２はナビゲーション表面１０４と物理的に接触することがあり、又は光ナビゲーション装置１０２はナビゲーション表面１０４から数センチメートル又は数インチの範囲に入ることがある。代替的に、遠距離アプリケーションでは、光ナビゲーション装置１０２はナビゲーション表面１０４から比較的離れることがある。たとえば、光ナビゲーション装置１０２は近距離光学範囲内の外側で動作することがある。
【００１１】
図示されている光ナビゲーション装置１０２は、光源１０６と、光ナビゲーション回路１０８と、マイクロコントローラ１１０と、光学素子１１２及び１１４とを含む。他の実施形態は、より少ないまたはそれ以上のコンポーネントを含んでもよい。たとえば、光ナビゲーション装置１０２のいくつかの実施形態は、光学素子１１２及び１１４の１つ以上を除外してもよい。
【００１２】
一実施形態では、光源１０６は発光ダイオード（ＬＥＤ）である。別の実施形態では、光源１０６はレーザーである。代替的に、光源１０６は別のタイプの光源であってもよい。
【００１３】
図示された光ナビゲーション回路１０８は、画像取得システム（ＩＡＳ）１２０と、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１２２と、ドライバ１２４とを含む。一実施形態では、光ナビゲーション回路１０８のドライバ１２４は、光学素子１１２を通ってナビゲーション表面１０４へ伝送される光信号を発生するために、（たとえば、ドライバ信号を使用して）光源１０６の動作を制御する。その後、反射光信号は、他の光学素子１１４を通って受信され、画像取得システム１２０によって検出される。
【００１４】
図示された画像取得システム１２０は、画素配列１２７を含むイメージセンサ１２６を含む。画像取得システム１２０は、動的再構成ロジック１２８と、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１３０とをさらに含む。動的再構成ロジック１２８は動的再構成回路と呼ばれることもある。
【００１５】
一実施形態では、イメージセンサ１２６は、画素配列１２７における入射光に対応する複数個の電気信号を発生する。各電気信号は、画素配列１２７の画素（すなわち、ピクセル）のうちの１つと対応する。一実施形態では、各画素は光センサ又はその他の感光デバイスである。ナビゲーション表面１０４から反射された光信号は画素配列１２７へ入射する。一実施形態では、光学素子１１４は、画素配列１２７における微視的な表面画像の解像度を高める。その後、イメージセンサ１２６は、複数個の電気信号を動的再構成ロジック１２８へ送信する。
【００１６】
一般に、動的再構成ロジック１２８は、イメージセンサ１２６の画素配列１２７から複数個の電気信号を受信し、複数個の再構成された電気信号を発生する。再構成された電気信号は、イメージセンサ１２６の画素配列１２７からの複数個の電気信号に基づいている。種々の再構成された電気信号の典型的な説明と、再構成された電気信号が発生される方法とは、より詳細に後述される。その後、動的再構成ロジック１２８は、再構成された電気信号をアナログ・デジタル変換器１３０へ送信する。アナログ・デジタル変換器１３０は、アナログ信号からデジタル信号へ複数個の再構成された電気信号を変換し、その後デジタル信号をデジタル信号プロセッサ１２２へ渡す。
【００１７】
デジタル信号プロセッサ１２２が画像取得システム１２０のアナログ・デジタル変換器１３０からデジタル形式の再構成された電気信号を受信した後、デジタル信号プロセッサ１２２は再構成された電気信号を使用して付加的な処理を実行することができる。その後、デジタル信号プロセッサ１２２は、１つ以上の信号をマイクロコントローラ１１０へ送信する。光ナビゲーション回路１０８のデジタル信号プロセッサ１２２からマイクロコントローラ１１０へ送信される典型的なタイプの信号は、相対移動値Δｘ及びΔｙに基づくチャンネル直交信号を含む。これらの信号、又はその他の信号は、ナビゲーション表面１０４に対する光ナビゲーション装置１０２の動きを示すことができる。デジタル信号プロセッサ１２２の他の実施形態は、他のタイプの信号をマイクロコントローラ１１０へ送信することができる。一実施形態では、マイクロコントローラ１１０は、ホストコンピュータシステム（図示せず）との間でのデータの送受信を含む種々の機能を実施する。
【００１８】
図２は、図１の画像取得システム１２０の動的再構成ロジック１２８の一実施形態の概略ブロック図を示す。図示された動的再構成ロジック１２８は、動的再構成コントローラ１３２と、ビニングロジック１３４と、クロッピングロジック１３６と、可変利得ロジック１３８とを含む。動的再構成ロジック１２８はトリガーロジック１４０をさらに含む。代替的に、動的再構成ロジック１２８の他の実施形態はトリガーロジック１４０を除外してもよい。
【００１９】
一実施形態では、動的再構成コントローラ１３２は動的再構成モードを実施するように構成されている。一般に、動的再構成モードは、複数個の電気信号がイメージセンサ１２６から受信され、複数個の再構成された電気信号がイメージセンサ１２６からの元の電気信号に基づいて発生される動的再構成ロジック１２８の動作の任意のモードを指している。動的再構成コントローラ１３２によって実施されることができる動的再構成モードのいくつかの例は、ビニングモードと、クロッピングモードと、可変利得モードとを含む。動的再構成コントローラ１３２のいくつかの実施形態は他のタイプの動的再構成モードを実施することができる。付加的に、いくつかの実施形態は動的再構成モードの組み合わせを実施することができる。
【００２０】
一実施形態では、動的再構成コントローラ１３２は、動的再構成トリガーに応答して動的再構成モードを実施する。換言すると、動的再構成コントローラ１３２は、動的再構成トリガーに応答して、再構成された電気信号を発生する。一実施形態では、動的再構成ロジック１２８のトリガーロジック１４０は動的再構成トリガーを発生する。代替的に、動的再構成トリガーはデジタル信号プロセッサ１２２によって発生されてもよい。本実施形態では、デジタル信号プロセッサ１２２は、動的再構成トリガーを画像取得システム１２０の動的再構成ロジック１２８へ送信する。
【００２１】
一実施形態では、動的再構成トリガーはビニングトリガーである。ビニングトリガーは、１つ以上のインジケータ（指標）に基づいて発生されてよい。ビニングトリガーを発生する典型的なインジケータは、画素平均値と関連付けられた第１の画素統計量インジケータと、画素最大値と関連付けられた第２の画素統計量インジケータと、画素ヒストグラムと関連付けられた第３の画素統計量インジケータと、光ナビゲーション装置の動き追跡滑らかさを示す滑らかさインジケータと、ナビゲーション表面１０４のような表面のパターン繰り返し性を示す画像自己相関インジケータとを含む。トリガーロジック１４０のいくつかの実施形態は、他のインジケータ、又はインジケータの組み合わせを使用することができる。
【００２２】
別の実施形態では、動的再構成トリガーはクロッピングトリガーである。クロッピングトリガーは１つ以上のインジケータに基づいてよい。クロッピングトリガーを発生する典型的なインジケータは、動き計算の処理時間を示す時間インジケータと、光ナビゲーション装置の動き追跡滑らかさを示す滑らかさインジケータと、ナビゲーション表面１０４のような表面のパターン繰り返し性を示す画像自己相関インジケータとを含む。
【００２３】
別の実施形態では、動的再構成トリガーは可変利得トリガーである。可変利得トリガーは１つ以上のインジケータに基づいて発生されてよい。可変利得トリガーを発生する典型的なインジケータは、画素平均値と関連付けられた第１の画素統計量インジケータと、画素最大値と関連付けられた第２の画素統計量インジケータと、画素ヒストグラムと関連付けられた第３の画素統計量インジケータと、画素配列１２７によって受信された画像の画像特徴カウントを示す画像特徴インジケータとを含む。一実施形態では、トリガーロジック１４０は画像特徴インジケータを発生するためにバンドパスフィルタ１４２を実施する。代替的に、バンドパスフィルタ１４２は、デジタル信号プロセッサ１２２、又は光ナビゲーション回路１０８内の別のコンポーネントによって実施されてもよい。別の実施形態では、別個のバンドパスフィルタ１４２は、トリガーロジック１４０及びデジタル信号プロセッサ１２２のそれぞれにおいて実施されてもよい。各バンドパスフィルタ１４２は、トリガリング及びナビゲーションの別個の動作に合わされた一意のフィルタ特性を有することができる。
【００２４】
バンドパスフィルタ１４２の１つの典型的な実施形態は、ハイパスフィルタをローパスフィルタで畳み込むことによって生成される。適当なハイパスフィルタは、一般的に３×３の行列として表現され、以下の係数：
【数１】
2008293482.tif 000003
を伴うラプラシアンフィルタである。
【００２５】
適当なローパスフィルタは以下の２×２の加算行列：
【数２】
2008293482.tif 000004
である。
【００２６】
行列Ｌと行列Ｓを畳み込むことによって得られるバンドパスフィルタ１４２は下記の４×４の行列：
【数３】
2008293482.tif 000005
によって表現される。
【００２７】
代替的に、他のバンドパスフィルタ１４２が実施されてもよい。
【００２８】
動的再構成コントローラ１３２は、トリガーロジック１４０によって発生さ  れた動的再構成トリガーのタイプに依存して様々な動的再構成モードを呼び出す。動的再構成モードのそれぞれは特定のタイプのロジックを使用することができる。たとえば、ビニングモードはビニングロジック１３４を使用し、クロッピングモードはクロッピングロジック１３６を使用し、可変利得モードは可変利得ロジック１３８を使用する。これらの動的再構成モードのそれぞれは、図３〜８を参照してより詳しく記載される。
【００２９】
図３及び４はビニングモードの態様を示している。一実施形態では、ビニングロジック１３４は、複数個の再構成された電気信号を発生するために複数個の電気信号からのサブセットを組み合わせるように構成されている。したがって、再構成された電気信号の個数はサブセットの個数と一致する。換言すると、ビニングロジック１３４は、画素配列１２７内の画素のサブセット、すなわち、グループからの複数個の電気信号に基づく再構成された電気信号を発生する。
【００３０】
図３はビニングを明らかにするために画素配列１５０の一実施形態の概略図を示している。図示された実施形態では、Ｎ×Ｎの画素配列１５０は、画素１５２からなる１６個のビン１５４、すなわち、グループに分割されている。各ビン１５４は、画素１５２のＢ×Ｂの配列を含む。したがって、得られるビン配列は、ビン１５４のＰ×Ｐの配列である。ビン１５４内の個々の画素１５２の電気信号は、各ビン１５４が１個の対応する再構成された電気信号を有するように結合される。たとえば、４×４の配列（すなわち、Ｐ＝４）の形をした１６個のビン１５４が存在し、各ビン１５４は４×４の画素配列（すなわち、Ｂ＝４）を含むことができる。Ｂは、どのくらい多くの画素１５２が各ビン１５４内に存在するのかを指定するので、ビニング係数と呼ばれることもある。図示された実施形態では１６個のビン１５４が存在するので、ビニングロジック１３４は、画素配列１５０に関して、２５６個の元の電気信号（たとえば、画素１５２毎に１個）の代わりに、１６個の対応する再構成された電気信号（たとえば、１６個のビン１５４の各々に対して１個の再構成された電気信号）を発生する。
【００３１】
図４は画素ビニングアーキテクチャの一実施形態の概略ブロック図を示す。動的再構成コントローラ１３２は、ビニングモードの実施を制御するためにビニングロジック１３４に接続されている。ビニングロジック１３４はＮ×Ｎ個の電気信号を受信し、ここで、Ｎ×Ｎは画素配列１５０内の画素１５２の個数を表現している。ビニングロジック１３４は、このとき、Ｐ×Ｐ個の再構成された電気信号を発生するためにＮ×Ｎ個の電気信号を結合し、ここで、（ビン１５４毎に１個の再構成された電気信号が存在するので）Ｐ×Ｐはビン１５４の個数を表現している。
【００３２】
ビニングモードは、再構成された電気信号の個数（たとえば、１６）が元の電気信号の個数（たとえば、２５６）より少なくなるので、処理の複雑さを低減することができることに注意を要する。付加的に、ビニングモードは、より広い、より高感度の応答を効率的に生成するために、比較的暗いナビゲーション表面１０４で使用されることができる。ナビゲーション表面１０４が暗いとき、イメージセンサ１２６によって生成される電気信号は、暗いナビゲーション表面１０４から反射される光の量が制限されているために比較的弱い。よって、複数の電気信号を１つの再構成された電気信号に結合することは、信号の強度及びイメージセンサの感度を高める。付加的に、複数個の画素１５２の電気信号を結合することは、イメージセンサ１２６の実効ピッチ、すなわち、画素サイズを増大する。たとえば、画素配列１５０の実効ピッチは、元の画素ピッチｘからより広い画素ピッチｘ’まで増大されることができる。光ナビゲーション装置１０２がより明るい、より反射性が高いナビゲーション表面１０４上で使用されるとき、ビニングモードは、個々の画素１５２からの元の電気信号がより小さい特徴の解像を可能にするように無効にされる。
【００３３】
ビニングモードの動作をより完全に説明するために、以下の例が挙げられる。これらの例は、ビニングモードがオン及びオフに切り替えられる方法を明らかにする。これらの例は、ビニングモードが実施されるときに、ビニング係数が動的に調節され得る方法をさらに明らかにする。
【００３４】
一例では、イメージセンサ１２６によって解像された画像は、ビニングモードがオフであるとき、暗すぎることがある。これは、画像の最大画素値及び平均画素値がしきい値より低く、かつ、積分時間が最大値に設定されていることを判定することによって検出される。積分時間は増大できないので、本例では、画素配列１２７の画素ピッチを効果的に増加させるため、ビニングモードが始動されるか、又はオンに切り替えられる。一実施形態では、ビニング係数Ｂは、目標平均画素値と実際の平均画素値の比（たとえば、Ｂ＝目標／実際）に依存するように設定される。
【００３５】
別の例では、ビニングモードが運転中であるときに、検出可能な特徴が画像に殆ど存在しない場合がある。換言すると、たとえば、画素ビン１５４の実効サイズが非常に大きく、かつ、ビニングがオンであるときにビン１５４が小さい特徴を平均化しているために、イメージセンサ１２６は、ナビゲーション表面１０４の小さい特徴を解像できない。これは、バンドパスフィルタの出力がしきい値より低く、かつ、（たとえば、平均除去後に）自己相関がしきい値より低いならば、検出され得る。この問題を取り扱うために、ビニングはオフに切り替えられることができる。
【００３６】
別の例では、自己相関は、ビニングがオンに切り替えられているときに、間隔が密の２次ピークを示すことがある。これは、画像が実効画素ピッチ付近で周期的な繰り返しパターンを有することを示している。この問題を取り扱うために、ビニング係数Ｂを減少させることが可能である。一実施形態では、ビニング係数は、目標ピーク間隔と実際のピーク間隔の比に対応する量（たとえば、Ｂ’＝Ｂ＊目標／実際）によって減少される。代替的に、ビニング係数は別の量で増減されてもよい。
【００３７】
別の実施形態では、光ナビゲーション装置１０２の検出される速度は、ビニングがオフに切り替えられているとき、増加させることができる。これは、たとえば、相互相関を用いて最後のフレームからの画素移動量を測定することによって検出され得る。この問題を取り扱うために、ビニング係数Ｂが増加されてもよい。一実施形態では、ビニング係数は、目標追跡速度と現在の最大速度との比に対応する量（たとえば、Ｂ’＝Ｂ＊目標／現在の最大値）によって増加される。代替的に、ビニング係数は別の量によって増減されてもよい。
【００３８】
図５〜７はクロッピングモードの態様を示している。一実施形態では、クロッピングロジック１３６は、複数個の再構成された電気信号を発生するために複数個の電気信号からのあるサブセットを選択し、複数個の電気信号からの選択されていないサブセットを複数個の再構成された電気信号から除外するように構成されている。換言すると、クロッピングロジック１３６は、再構成された電気信号を発生するために、元の電気信号の排他的サブセットを使用する。
【００３９】
図５はクロッピングを明らかにするために画素配列の一実施形態の概略図を示している。図示された実施形態では、Ｎ×Ｎの画素配列１５０のうちのＭ×Ｍのサブセット１５６が選択されている。残りの画素１５２は、選択されたサブセット１５６から除外され、すなわち、クロッピングされて（切り取られて）いる。その後、サブセット１５６内の画素１５２の電気信号は再構成された電気信号として使用される。残りの切り取られた画素１５２の電気信号は、再構成された電気信号に使用されず、すなわち、含まれていない。たとえば、画素配列１５０に関して、２５６個の元の電気信号（すなわち、Ｎ＝１６）ではなく、６４個の再構成された電気信号（すなわち、Ｍ＝８）が存在する。
【００４０】
図６はクロッピングを明らかにするために画素配列１５０の別の実施形態の概略図が示されている。図示された実施形態では、Ｎ×Ｎの画素配列１５０のうちのＭ×Ｌのサブセット１５８が選択されている。残りの画素１５２は選択されたサブセット１５８から切り取られている。その後、サブセット１５８内の画素１５２の電気信号は再構成された電気信号として使用される。たとえば、画素配列１５０に関して、２５６個の元の電気信号ではなく、３２個の電気信号が存在する。サブセット１５６及び１５８の構造は同じでないことに注意を要する。したがって、クロッピングロジック１３６は画素配列１５０の様々なサブセットを使用し、サブセットは、連続的な（すなわち、選択された画素１５２が互いに隣接している）構造と、非連続的な（すなわち、少なくとも選択された画素１５２のうちのいくつかが他の選択された画素と隣接していない）構造を含む、どのような形状又は配置でも構わない。
【００４１】
このタイプのクロッピング（又はビニング）は、動きが主に一方向に現れることが分かっている場合に動きを追跡するアプリケーションに役立ち得る。たとえば、プリンタヘッドは主として水平方向に移動するので、動き追跡センサは、垂直次元より水平次元により多くの画素を使用することができる。
【００４２】
図７は画素クロッピングアーキテクチャの一実施形態の概略ブロック図である。動的再構成コントローラ１３２はクロッピングモードの実施を制御するためにクロッピングロジック１３６に接続されている。クロッピングロジック１３６は、Ｎ×Ｎ個の電気信号を受信し、ここで、Ｎ×Ｎは画素配列１５０内の画素１５２の個数である。このとき、クロッピングロジック１３６は、Ｍ×Ｍ（またはＭ×Ｌ）個の再構成された電気信号を発生するために画素１５２のサブセットを選択し、ここで、Ｍ×Ｍ（またはＭ×Ｌ）個は選択された画素１５２の個数である。
【００４３】
クロッピングモードは、再構成された電気信号（たとえば、６４個）が元の電気信号の個数（たとえば、２５６個）より少ないので、処理の複雑さを低減することができることに注意を要する。さらに、動的再構成コントローラ１３２のいくつかの実施形態は、ビニングモードのような別の動的再構成モードと組み合わせてクロッピングモードを実施することができる。クロッピングアーキテクチャの他の実施形態は他の性能を考慮してもよい。
【００４４】
さらに、動的再構成ロジック１２８のいくつかの実施形態は、様々な動的再構成モードの間での適応的な切り替えを容易化することに注意を要する。たとえば、動的再構成ロジック１２８はビニングモードとクロッピングモードとの間の切り替えを容易化する。これは従来の画素配列と比べて異なるタイプの画素配列１２７が使用されるのを可能にすることができる。たとえば、動的再構成ロジック１２８は、ナビゲーション表面１０４が小さい特徴を有するときにクロッピングモードを実施し、ナビゲーション表面１０４が暗いときにビニングモードを実施するので、画素ピッチがより小さい画素配列を使用することができる。クロッピングモードとビニングモードとの間の動的切り替えの実施形態は、どちらのモードが実施されているかとは無関係に、画像取得システム１２０が同じ個数の信号を処理することを可能にすることにさらに注意を要する。ビニングモードが実施されているとき、ビン１５４のサイズは、ビン１５４の個数が所定の個数であるように設定することが可能である。したがって、クロッピングモードが実施されているとき、選択される画素１５２の個数はビニングモードで使用されるビン１５４の個数と同数に設定され得る。これはビニングモードとクロッピングモードとの間の切り替えに柔軟性を与えると共に、両方のモードで同数の信号を処理する。
【００４５】
図８は可変利得アーキテクチャの一実施形態の概略ブロック図を示す。一実施形態では、可変利得アーキテクチャは可変利得モードを実施するために使用される。可変利得モードは、上述されたビニングモード及びクロッピングモードとは違って、どの画素信号が使用されるかについて必ずしも影響を与えないことに注意を要する。したがって、別個の画素配列の図は、ここでの可変利得モードの説明に関連して設けられていない。一実施形態では、可変利得ロジック１３８はプログラマブルアナログ利得を提供する。
【００４６】
可変利得アーキテクチャは、動的再構成コントローラ１３２及び可変利得ロジック１３８を含む。動的再構成コントローラ１３２は、可変利得モードの実施を制御するために可変利得ロジック１３８に接続されている。一実施形態では、可変利得ロジック１３８は、複数個の再構成された電気信号を発生するために、複数個の電気信号のうちの少なくとも１つのアナログ利得を変更するように構成されている。使用される信号の個数は変えられないので、可変利得ロジック１３８は、同じ個数の入力と出力とを有する。しかし、１つ以上の信号の利得が対応する信号の強度を増減するために変更されているので、可変利得ロジック１３８から出力された再構成された電気信号のうちの少なくともいくつかは可変利得ロジック１３８へ入力された電気信号と異なる。
【００４７】
可変利得モードはイメージセンサ１２６がより短いシャッター時間とより速いフレームレートを使用することを可能にし、このことが今度はイメージセンサ１２６がより暗いナビゲーション表面１０４上の特徴を解像することを可能にさせ得ることに注意を要する。付加的に、動的再構成コントローラ１３２は、ビニングモード又はクロッピングモードのような別の動的再構成モードと組み合わせて可変利得モードを実施することができる。可変利得アーキテクチャの他の実施形態は他の性能を考慮してもよい。
【００４８】
図９は画素配列１２７を動的に再構成する動的再構成方法１６０の一実施形態のフローチャートを示す。図１の光ナビゲーションシステム１００が参照されているが、動的再構成方法１６０の実施形態は他のタイプの光ナビゲーションシステムと共に実施されてもよい。
【００４９】
ブロック１６２で、画像取得システム１２０はアナログ画素データを取得する。一実施形態では、イメージセンサ１２６は画素配列１２７で入射光を受信し、対応する電気信号の配列を積分する。次に、電気信号は、動的再構成ロジック１２８へ送信される。ブロック１６４で、動的再構成ロジック１２８は、動的再構成トリガーが存在するかどうかを判定する。一実施形態では、動的再構成ロジック１２８のトリガーロジック１４０は、動的再構成トリガーを発生すべきかどうかを判定するために複数個の電気信号を解析する。一実施形態では、トリガーロジック１４０は上述されているように動的再構成トリガーを発生する。代替的に、デジタル信号プロセッサ１２２が動的再構成トリガーを発生してもよい。
【００５０】
動的再構成トリガーが発生されない場合、ブロック１６６で、動的再構成ロジック１２８は元の電気信号をアナログ・デジタル変換器１３０へ渡し、アナログ・デジタル変換器が元のアナログ画素データに基づいてデジタル画素データを発生する。動的再構成トリガーが発生された場合、ブロック１６８で、動的再構成ロジックは、画素配列１２７からの複数個の電気信号に基づいて複数個の再構成された電気信号を発生する。次に、動的再構成ロジック１２８は再構成された電気信号をアナログ・デジタル変換器１３０へ送信する。ブロック１７０で、アナログ・デジタル変換器１３０は再構成されたアナログ画素データに基づいてデジタル画素データを発生する。
【００５１】
元の電気信号又は再構成された電気信号の何れかをアナログ信号からデジタル信号へ変換した後、ブロック１７２で、アナログ・デジタル変換器１３０はデジタル画素データをデジタル信号プロセッサ１２２へ送信する。ブロック１７４で、デジタル信号プロセッサ１２２はデジタル画素データを処理する。一実施形態では、デジタル信号プロセッサ１２２は、ナビゲーション表面１０４に対する光ナビゲーション装置１０２の動きを特定するために、デジタル画素データを処理する。その後、デジタル信号プロセッサ１２２は、相対的な移動値Δｘ及びΔｙに基づくチャンネル直交信号のようなカウント信号、又はその他の信号をマイクロコントローラ１１０へ出力する。その後、図示された動的再構成方法１６０は終了する。
【００５２】
再構成された電気信号を発生する動作１６８は様々な方法で実施されることに注意を要する。一実施形態では、再構成された電気信号は、複数個の電気信号からのサブセットを組み合わせることにより、ビン化された信号を使用して発生されることができる。別の実施形態では、再構成された電気信号は、複数個の電気信号からのあるサブセットを選択し、複数個の電気信号からの選択されていないサブセットを複数の再構成された電気信号から除外することによって、切り取られた信号を使用して発生されることができる。別の実施形態では、再構成された電気信号は、複数個の電気信号のアナログ利得を変更することにより、可変利得信号を使用して発生されてもよい。その他の実施形態は、再構成された電気信号を発生するためにその他のタイプの信号を使用することができる。
【００５３】
本方法の動作は本明細書で特別な順序で明らかにされ、記載されているが、各方法の動作の順序は、ある種の動作が逆順で実効されるように、又はある種の動作が、少なくとも部分的に、他の動作と同時に実行されるように変更されてもよい。別の実施形態では、別々の動作の命令又は部分的な動作が、断続的に実施され、及び／又は交互に実施されてもよい。
【００５４】
本発明の特定の実施形態が記載され図解されているが、本発明は、そのように記載され図解されている部分の特定の形式又は配置に限定されない。本発明の範囲は請求項に記載された事項及びその均等物によって定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】光ナビゲーションシステムの一実施形態の概略ブロック図である。
【図２】図１の画像取得システムの動的再構成ロジックの一実施形態の概略ブロック図である。
【図３】ビニングを明らかにする画素配列の一実施形態の概略図である。
【図４】画素ビニングアーキテクチャの一実施形態の概略ブロック図である。
【図５】クロッピングを明らかにする画素配列の一実施形態の概略図である。
【図６】クロッピングを明らかにする画素配列の別の実施形態の概略図である。
【図７】画素クロッピングアーキテクチャの一実施形態の概略ブロック図である。
【図８】可変利得アーキテクチャの一実施形態の概略ブロック図である。
【図９】画素配列を動的に再構成する動的再構成方法の一実施形態のフローチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
１００  光ナビゲーションシステム
１０２  光ナビゲーション装置
１０４  ナビゲーション表面
１０６  光源
１０８  光ナビゲーション回路
１１０  マイクロコントローラ
１１２、１１４  光学素子
１２０  画像取得システム
１２２  デジタル信号プロセッサ
１２４  ドライバ
１２６  イメージセンサ
１２７  画素配列
１２８  動的再構成ロジック
１３０  アナログ・デジタル変換器
１３２  動的再構成コントローラ
１３４  ビニングロジック
１３６  クロッピングロジック
１３８  可変利得ロジック
１４０  トリガーロジック
１４２  バンドパスフィルタ
１５０  画素配列
１５２  画素
１５４  ビン
１５６、１５８  選択されたサブセット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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