(57)【要約】【課題】  デバイスに対して光散乱特性を有するトラッキング面で使用するデータ入力デバイスを提供すること。【解決手段】  本発明のデバイスは、コヒーレント光ビームをトラッキング面上に投射するコヒーレント光源を備え、トラッキング面は、トラッキング面に当たるコヒーレント光ビームを散乱する。また、コヒーレント光源に関連する検出器を備えて、散乱光の少なくとも一部を検出する。散乱光の検出された部分は、スペックルパターンを含む。また、検出されたスペックルパターンに呼応し、コントローラによって決定された検出されたスペックルパターンのスペックルサイズ特性に応じて、デバイスをトラッキングモード及び非トラッキングモードのうちの少なくとも１つで動作させるように構成されたコントローラを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ入力デバイスに対して光散乱特性を有するトラッキング面で使用するためのデータ入力デバイスであって、
コヒーレント光ビームを、前記トラッキング面に当たる前記コヒーレント光ビームを散乱させる前記トラッキング面上に投射するコヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源に関連し、検出された部分がスペックルパターンである前記散乱光の少なくとも一部を検出する検出器と、
前記検出されたスペックルパターンに呼応し、コントローラによって決定された前記検出されたスペックルパターンのスペックルサイズ特性に応じて前記デバイスをトラッキングモード及び非トラッキングモードのうちの少なくとも１つで動作させるように構成されたコントローラと
を備えたことを特徴とするデータ入力デバイス。
【請求項２】
前記スペックルサイズ特性は、前記検出されたスペックルパターンのコントラスト特性であることを特徴とする請求項１に記載のデータ入力デバイス。
【請求項３】
前記コントローラは、少なくとも１方向で前記コントラスト特性を決定するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のデータ入力デバイス。
【請求項４】
前記コントローラは、少なくとも２方向で前記コントラスト特性を決定するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のデータ入力デバイス。
【請求項５】
前記コントローラは、少なくとも４方向で前記コントラスト特性を決定するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載のデータ入力デバイス。
【請求項６】
前記コントローラは、前記検出されたスペックルパターンの前記コントラスト特性を閾値コントラスト特性と比較して、前記デバイスをトラッキングモード又は非トラッキングモードで動作させるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のデータ入力デバイス。
【請求項７】
前記閾値コントラスト特性は、前記デバイスが前記トラッキング面から離れた場合に、前記検出器によって測定されたベースラインノイズコントラスト特性を超えることを特徴とする請求項６に記載のデータ入力デバイス。
【請求項８】
前記コントローラは、前記検出されたスペックルパターンの前記コントラスト特性を、以前に検出されたスペックルパターンの以前のコントラスト特性と比較して、前記デバイスをトラッキングモード又は非トラッキングモードで動作させるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のデータ入力デバイス。
【請求項９】
前記コントローラは、前記検出されたスペックルパターン中の画像強度の変化の数を決定することによって、前記検出されたスペックルパターンのスペックルサイズ特性を決定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のデータ入力デバイス。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記検出されたスペックルパターンの空間周波数解析を実施して前記スペックルサイズ特性を決定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のデータ入力デバイス。
【請求項１１】
前記コントローラは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）解析を実施して、前記スペックルサイズ特性を決定するように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のデータ入力デバイス。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記スペックルパターンの少なくとも１つのスペックル粒子の幅を測定し、前記少なくとも１つのスペックル粒子幅の変化を監視して、前記デバイスをトラッキングモード又は非トラッキングモードで動作させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のデータ入力デバイス。
【請求項１３】
前記スペックルサイズ特性は、前記検出されたスペックルパターンの自己相関特性であることを特徴とする請求項１に記載のデータ入力デバイス。
【請求項１４】
前記コントローラは、前記検出されたスペックルパターンの前記自己相関特性を閾値自己相関特性と比較して、前記デバイスをトラッキングモード又は非トラッキングモードで動作させるように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のデータ入力デバイス。
【請求項１５】
前記コントローラは、少なくとも１方向で前記自己相関特性を決定するように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のデータ入力デバイス。
【請求項１６】
前記コヒーレント光源及び前記検出器に関連するハウジングを備え、前記ハウジングは、前記トラッキング面と係合するように適合された支持面を備えていることを特徴とする請求項１に記載のデータ入力デバイス。
【請求項１７】
前記コヒーレント光源及び前記検出器は、マイクロチップ、プリント回路板（ＰＣＢ）、及びリードフレームのうちの少なくとも１つ上に互いに隣接して実装されていることを特徴とする請求項１に記載のデータ入力デバイス。
【請求項１８】
前記コヒーレント光源は、レーザあることを特徴とする請求項１に記載のデータ入力デバイス。
【請求項１９】
前記コヒーレント光ビームの角度は、約７９０ミリラジアン（４５°）未満であることを特徴とする請求項１８に記載のデータ入力デバイス。
【請求項２０】
前記角度は、約１７０ミリラジアン（１０°）未満であることを特徴とする請求項１９に記載のデータ入力デバイス。
【請求項２１】
前記角度は、約８７ミリラジアン（５°）未満であることを特徴とする請求項２０に記載のデータ入力デバイス。
【請求項２２】
前記コヒーレント光源は、動作中に電流約２０ミリアンペア未満を消費することを特徴とする請求項１に記載のデータ入力デバイス。
【請求項２３】
前記コヒーレント光ビームを前記コヒーレント光源と前記トラッキング面の間で屈折させる光学系を備えていることを特徴とする請求項１に記載のデータ入力デバイス。
【請求項２４】
前記トラッキング面は、人の皮膚であることを特徴とする請求項１に記載のデータ入力デバイス。
【請求項２５】
前記コントローラは、プロセッサ及び特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載のデータ入力デバイス。
【請求項２６】
コヒーレント光ビームをデータ入力デバイスから光散乱特性を有するトラッキング面上に投射し、該トラッキング面は、前記コヒーレント光ビームを散乱するステップと、
前記トラッキング面によって散乱した光の少なくとも一部を検出し、前記検出された部分はスペックルパターンを有するステップと、
前記スペックルパターンのスペックルサイズ特性の関数としての少なくとも１つの上昇検出距離によって、前記デバイスが前記トラッキング面から空間的に離れたか否かを決定するステップと、
前記デバイスが少なくとも上昇検出距離だけ前記トラッキング面から空間的に離れた場合は、前記デバイスと前記トラッキング面の間の相対的移動のトラッキングを一時停止し、又は前記デバイスが前記上昇検出距離未満しか前記トラッキング面から空間的に離れていない場合は、前記デバイスと前記トラッキング面の間の相対的移動のトラッキングを維持するステップと
を有することを特徴とする方法。
【請求項２７】
前記決定するステップは、前記検出されたスペックルパターンのコントラスト特性を決定することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記検出されたスペックルパターンの前記コントラスト特性と閾値コントラスト特性とを比較することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記検出されたスペックルパターンの前記コントラスト特性と以前に検出されたスペックルパターンの以前のコントラスト特性とを比較することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記決定するステップは、前記検出されたスペックルパターン中の画像強度の変化の数を決定することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記決定するステップは、前記検出されたスペックルパターンの空間周波数解析を実施して前記スペックルサイズ特性を決定することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記実施は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）解析の実施をすることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記決定するステップは、前記検出されたスペックルパターンの少なくとも１つのスペックル粒子の幅の測定、及び前記少なくとも１つのスペックル粒子の前記幅の変化の監視をすることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
前記決定するステップは、前記検出されたスペックルパターンの自己相関特性を決定することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
前記上昇検出距離は、約１０ミリメートル（０．３９インチ）以下であることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３６】
前記上昇検出距離は、約４ミリメートル（０．１６インチ）以下であることを特徴とする請項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記上昇検出距離は、少なくとも約１ミリメートル（０．０４インチ）であることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
データ入力デバイスに対して光散乱特性を有するトラッキング面で使用するためのデータ入力デバイスであって、
コヒーレント光ビームを、前記トラッキング面に当たる前記コヒーレント光ビームを散乱させる前記トラッキング面上に投射するコヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源に関連し、検出された部分がスペックルパターンである前記散乱光の少なくとも一部を検出する検出器と、
前記検出されたスペックルパターンに呼応し、コントローラによって決定された前記検出されたスペックルパターンのスペックルサイズ特性に応じて前記デバイスと前記トラッキング面の間の距離を決定するように構成されたコントローラと
を備えたことを特徴とするデータ入力デバイス。
【請求項３９】
前記コヒーレント光源及び前記検出器のためのハウジングを備え、前記ハウジングは、前記トラッキング面と係合するように適合された支持面を備えていることを特徴とする請求項３８に記載のデータ入力デバイス。
【請求項４０】
前記スペックルサイズ特性は、前記ハウジングと前記トラッキング面の間の距離に関連していることを特徴とする請求項３８に記載のデータ入力デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザスペックルサイズ特性により表面から離れた状態を検出するためのコンピュータデータ入力デバイス及び方法に関し、より詳細には、トラッキング面に光を当てて運動を検出するマウス又は光学ペンなどのデータ入力デバイスに関する。
【０００２】
つまり、本発明は、コヒーレント光ビームをトラッキング面に投射してコヒーレント光ビームを散乱し、散乱した光の少なくとも一部を検出し、検出された部分がスペックルパターンを含んでおり、検出されたスペックルパターンのスペックルサイズ特性に応じてトラッキングモード及び非トラッキングモードのうちの１つでデバイスを動作させることができるデータ入力デバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
マウスなど以前のコンピュータ入力デバイスは、ハウジング内に装着され表面と回転可能に係合する回転可能なボールを備えている。こうした機械式マウスのハウジングが表面を横切って移動するときに、ボールがハウジング内で回転し、ボールと反対に回転する水平及び垂直に位置するホイールと係合し、それによって表面を横切るマウスの水平（例えば、左右又はＸ方向）及び垂直（例えば、前後又はＹ方向）の運動が示される。このデバイスが表面から持ち上げられた場合、これを以下で「上昇（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）」又は「表面から離れた（ｏｆｆ−ｓｕｒｆａｃｅ）」状態の検出と呼ぶが、ボールは回転を停止し、ホイールによって提供される水平及び垂直の運動情報も停止される。この特徴は、デバイスがトラッキング面に対してもはやこれ以上移動することができない地点に到達しているが、ユーザは、ディスプレイ上でその特定の方向でのトラッキングの継続を望む場合に、ユーザにとって特に有用である。デバイスをトラッキング面から持ち上げることによって、ユーザは、デバイスの位置を変えることができるが、上昇中は追跡が中断されているため、ディスプレイカーソルは静止したままである。追跡が再開されると、水平及び垂直ホイールの回転が、デバイスの運動に呼応するディスプレイカーソルの表示された視覚画像に変換される。こうしたデバイスは、ハウジング内の穴を通過する動くボールを有するため、こうしたデバイスでは、埃や汚物で汚染されて、不正確又は断続的なカーソルのトラッキングが生じることがある。さらに、トラッキング面及びボールは、ハウジングが表面上で移動するときに、その２つの間にボールの回転を生じるのに十分な摩擦が必要である。こうした摩擦の提供を助け、デバイスの汚染を最小限に抑えるために、通常、特殊化されたトラッキング面（例えば、マウスパッド）が使用される。したがって、こうしたデバイスの主な制約は、十分な摩擦及び清浄度など特定の特性を持つトラッキング面が必要とされることであり、これは、他の点ではトラッキングに有用な表面すべてについて簡単に見つけられることではない。
【０００４】
こうした主に機械式のトラッキングデバイスに加えて、光学式トラッキングデバイスが使用可能になった。こうしたデバイスは、表面に対する運動を、上述したデバイスのように、機械式ではなく光学式に追跡する。こうした光学式トラッキングデバイスは、上述した機械式デバイスに関連する欠点のいくつかを回避することができる。具体的には、光学式デバイスは通常、埃や汚物の一般的収集点としての働きをする、ホイールと可動ボールの間の接触を必要としない。その代わり、可動ボールを別のパターンでカバーすることができる。入力デバイスの運動によってボールが表面上で回転するときに、ボールの他方側に面する光検出器が、ボールが回転するときにボールの異なるパターンの運動に関する情報を収集する。トラッキングエンジンがこの情報を収集し、パターンが移動する方向を決定し、上記と同様にディスプレイ上のカーソルを移動させる。上昇検出は、デバイスが持ち上げられた場合に、ボールが運動を停止し、デバイスがトラッキングを停止するように、上述したように行われる。こうしたデバイスは、運動部分（ホイール）を省き、ボール検出相互作用を機械式から光学式に変更することによって、以前の設計に勝る利益をもたらすものである。しかし、こうしたデバイスは、任意の表面上での追跡能力に欠けており、ボールと表面の間の適切な摩擦界面を必要とする。さらに、こうしたデバイスは、なお１つの運動部分、すなわちボールが必要である。また、こうしたデバイスは、埃や汚物で汚染されることがあり、それによって検出されたパターンを不明瞭にし、かつ／又は検出された画像上に固定パターンノイズを発生させる可能性がある。最後に、エイリアシングアーティファクトによって、カーソルが滑らかに移動せず、スキップが生じる可能性もある。
【０００５】
また、他の光学式デバイスは、回転可能なボール上ではなくトラッキング面（例えば、マウスパッド）上にパターンを置くことによって、マウスパッドを使用して光学式トラッキング情報を生成する。こうしたデバイスは、運動するボールを省くことができるが、動作するために特別なトラッキング面が必要とされる点であまり汎用的ではない。
【０００６】
他のさらに最近の光学式トラッキングデバイスは、パターン化されたボール又はマウスパッドの必要性をなくすものである。こうしたデバイスの１つは、ＬＥＤを使用して、光をトラッキング面にわたってトラッキング面に対してグレ−ジング角で投射する。次いでマウスが、表面テクスチャ内の照射された高点と、暗領域として現れる高点によってできた暗影との間の差を検出することによって、トラッキング情報を収集する。こうしたＬＥＤデバイスでは、以前のデバイスの運動ボールが除去されており、多様な表面上で有用である。しかし、ガラス又は透明のプラスチックに似た良質のマイクロ仕上げ（ｍｉｃｒｏｆｉｎｉｓｈ）の表面など、色の変化がほとんどない平滑な表面では追跡が難しいことが判明した。上述したデバイスと同様に、こうしたデバイスは、デバイスがトラッキング面から取り除かれた場合に、表面から離れた状態の検出に特に対処する必要がない。その代わり、こうしたデバイスは集束光学系を使用するため、デバイスがトラッキング面からかなりの距離だけ持ち上げられた場合は、追跡が本質的に不可能になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、コヒーレント光ビームをトラッキング面上に投射して光ビームを散乱し、この散乱した光の一部（スペックルパターンを含む部分）を検出し、検出されたスペックルパターン（ｓｐｅｃｋｌｅ  ｐａｔｔｅｒｎ）のスペックルサイズ特性に応じてトラッキングモード及び非トラッキングモードのうちの１つでデバイスを動作させることができるデータ入力デバイスが、１つ又は複数の上記その他の欠点に対処するために望ましい。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、レーザスペックルサイズ特性により表面から離れた状態を検出するためのコンピュータデータ入力デバイス及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施態様により、デバイスに対して光散乱特性を有するトラッキング面で使用するデータ入力デバイスを開示する。このデバイスは、コヒーレント光ビームをトラッキング面上に投射するコヒーレント光源を備えている。トラッキング面は、トラッキング面に当たるコヒーレント光ビームを散乱する。このデバイスは、コヒーレント光源に関連する検出器を備えて、散乱光の少なくとも一部を検出する。検出された部分は、スペックルパターンを含んでいる。このデバイスは、検出されたスペックルパターンに呼応し、コントローラによって決定された検出されたスペックルのスペックルサイズ特性に応じてトラッキングモード及び非トラッキングモードのうちの１つでデバイスを動作させるように構成されたコントローラを備えている。
【００１０】
本発明の他の実施態様での一方法は、コヒーレント光ビームをデータ入力デバイスから光散乱特性を有するトラッキング面上に投射するステップを有している。トラッキング面は、コヒーレント光ビームを散乱する。さらにこの方法は、トラッキング面によって散乱した光の少なくとも一部を検出するステップを有している。検出された部分は、スペックルパターンを含んでいる。さらにこの方法は、スペックルパターンのスペックルサイズ特性の関数としての少なくとも上昇検出距離に応じて、デバイスがトラッキング面から空間的に離れたか否かの決定するステップを有している。さらにこの方法は、デバイスが、トラッキング面から少なくとも上昇検出距離だけ空間的に離れた場合は、デバイスとトラッキング面の間の相対的移動のトラッキングを一時停止し、又はデバイスがトラッキング面から上昇検出距離未満しか空間的に離れていない場合は、デバイスとトラッキング面の間の相対的移動のトラッキングを維持するステップを有している。
【００１１】
本発明の他の実施態様では、トラッキング面で使用するデータ入力デバイスは、全般的に上述したコヒーレント光源及び検出器を備えている。このデバイスは、検出されたスペックルパターンに呼応し、コントローラによって決定された検出されたスペックルパターンのスペックルサイズ特性に応じてデバイスとトラッキング面の間の距離を決定するように構成されたコントローラも備えている。
【００１２】
本発明は、様々な他の方法及び装置を備えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１及び図２は、本発明のデータ入力デバイスの一実施形態を説明するための概略図で、図１は、トラッキング面と係合している本発明のデバイスを示す概略図で、図２は、トラッキング面から持ち上げられた図１のデバイスを示す概略図である。
【００１４】
図１及び図２を参照すると、トラッキング面２５で使用するデータ入力デバイス２１が示されている。このデータ入力デバイス２１は、通常、デバイス２１とトラッキング面２５の間の（水平−垂直運動、又はｘ−ｙ運動として上述した）相対運動を追跡することができるが、本明細書では、その開示が具体的には表面から離れた状態の検出に焦点を当てたものであることを留意されたい。関連技術で知られた任意の様々なトラッキング方式を、上昇検出のための本発明の開示と合体させることができる。本明細書では、用語「上昇」、「表面から離れた状態」、又はデバイス２１の「持ち上げ」には、トラッキング面２５を固定デバイスから離れるように持ち上げ又は移動させること（例えば、図４Ｃ参照）、又はデバイスをトラッキング面２５から離れるように持ち上げること（例えば、図２及び図４参照）が追加で含まれることを留意されたい。さらに、デバイス２１とトラッキング面２５の間のｚ方向の相対運動に関しては、デバイス２１の運動（例えば、マウスパッドから持ち上げられたマウス）、トラッキング面２５の運動（例えば、トラックボールの運動あるいはコヒーレント光ビームの通路内で動く人の皮膚）、又はトラッキング面２５とデバイス２１の両方の運動が含まれている。
【００１５】
デバイス２１は、通常、コヒーレント光ビームＢをトラッキング面２５上に投射するためのレーザなどコヒーレント光源２９を備えている。そのときトラッキング面２５は、このトラッキング面２５に当たるコヒーレント光ビームを散乱し、それによって光を多方向に拡散する。本明細書で使用するように、散乱は、コヒーレントの光を多方向に反射することとも考えられる。デバイス２１は、さらに、トラッキング面２５から散乱した光の少なくとも一部を検出するための、コヒーレント光源２９に関連した検出器３５又は検出器アレイを備えている。コヒーレント光の固有の特性のため、散乱光の検出された部分は、スペックルパターン（ｓｐｅｃｋｌｅ  ｐａｔｔｅｒｎ）３３を含んでいる（図５及び図６参照）。以下でより詳細に説明するように、検出されたスペックルパターン３３は、デバイス２１の上昇を示すことができる。一例では、検出器３５を集積回路上に実装することができる。さらに、トラッキングと上昇の両方の検出を、検出器３５によって検出される同じデータに基づいて同時に行うことができる。適切な検出器には、光検出器、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）技術、又はコヒーレント光源と一体型のものなど他の検出器アレイが含まれている。
【００１６】
さらに、デバイス２１は、検出されたスペックルパターン３３に呼応して、コントローラ３９によって決定された検出されたスペックルパターンのスペックルサイズ特性に応じてトラッキングモード及び非トラッキングモードのうちの１つでデバイス２１を動作させるコントローラ３９を備えている。このコントローラ３９は、検出器３５の出力（検出されたスペックルパターン３３）を処理して、デバイス２１を動作させる。さらにコントローラ３９は、スペックルパターン３３に呼応して、コントローラ３９によって決定された、検出されたスペックルパターン３３のスペックルサイズ特性に応じて、デバイス２１とトラッキング面２５の間の離間距離Ｓを決定する（図２、図４、図４Ａ及び図４Ｂ参照）。実施形態によっては、以下でより詳細に説明するように、スペックルサイズ特性は、デバイス２１とトラッキング面２５の間の離間距離Ｓに関連する。当業者には理解されるように、コントローラ３９は、とりわけプロセッサ又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）でもよい。また、コントローラ３９は、さらに画像処理ファームウェア又は回路を備えて、検出されたスペックルパターン３３を処理することができる。
【００１７】
さらに、デバイス２１は、デバイスの構成要素を収容し保護するための、コヒーレント光源２９及び検出器３５と関連するハウジング４５を備えている。このハウジング４５は、デバイス２１のトラッキングモード中にトラッキング面２５と係合するように構成された支持面４７を備えている。また、ハウジング４５は、本発明の特許請求の範囲から逸脱することなく、任意の実施形態をとることができる。ハウジング４５は、例えば、マウス、トラックボール、光学ペン、又は任意の他のデータ入力デバイス２１の形態でもよい。さらに、ハウジング４５は、透明な窓５１によって覆われたアパーチャ４９を備えており、窓５１はコヒーレント光ビームＢがハウジング４５を通過してトラッキング面２５上に当たるのを可能にするが、ハウジング４５内に埃及び汚物が入るのを制限できるようにする。透明の窓５１は、十分に平滑かつ透明であって、コヒーレント光ビームＢが散乱して検出器に戻ることなく、窓を自由に通過できるようにして、検出器がトラッキング面ではなく、窓に関連するスペックルパターンを不適切に検出することがないようにする。あるいは、まったく窓を含えないようにしてもよい。
【００１８】
図３及び図４は、本発明のデータ入力デバイスの他の実施形態を説明するための概略図で、図３は、トラッキング面と係合している本発明の他のデバイスを示す概略図で、図４は、トラッキング面から持ち上げられた図３のデバイスを示す概略図である。
【００１９】
図３及び図４を参照すると、デバイス６１は、ハウジング４５と、コヒーレント光源２９と、検出器３５と、コントローラ３９とを備えている。さらに、デバイス６１は、コヒーレント光源２９とトラッキング面２５の間に配置されてコヒーレント光ビームＢを屈折させる光学系（ｏｐｔｉｃ）６３を備えている。この光学系６３は、平均スペックル粒子サイズの決定に関して以下に説明するように、集束又は発散光学系でもよい。図示していないが、光学系６３は、コヒーレント光源２９と一体化してもよい。他の点では、図３及び図４のデバイス６１は、図１及び図２のデバイス２１と同様に機能する。
【００２０】
図４Ａ乃至図４Ｃは、本発明のデータ入力デバイスのさらに他の実施形態を説明するための概略図で、図４Ａは、トラッキング面から持ち上げられた本発明のさらに他のデバイスを示す概略図で、図４Ｂは、トラッキング面から持ち上げられた本発明のさらに他のデバイスを示す概略図で、図４Ｃは、人の皮膚のトラッキング面と係合している本発明のさらに他のデバイスを示す概略図である。
【００２１】
図４Ａを参照すると、デバイス７１は、共通の基板７３上に実装された、いくつかの構成要素を備えている。デバイス７１は、具体的には、上述したように、ハウジング４５と、コヒーレント光源２９と、検出器３５と、コントローラ３９とを備えている。さらに、コントローラ３９と、検出器３５と、コヒーレント光源２９は、同じ基板７３上に互いに隣接して実装され、作成中にこうした構成要素を単一のアセンブリとしてデバイス７１に加えることができるようになっている。さらに、単一の基板７３だけが必要とされるので、包装がコンパクトで低コストになるため、単一の基板７３はデバイス７１を包装する際の助けをする。さらに重要なことには、検出器３５及びコヒーレント光源２９を同じ基板７３上に実装することによって、コンパクトにするためにこの２つの構成要素を互いにより近接して実装することができるようになる。また、基板７３は、マイクロチップと、プリント回路板（ＰＣＢ）と、リードフレームの少なくとも１つを備えることができる。図４Ａのデバイス７１は、他の点では、図１及び２のデバイス２１と同様に機能する。
【００２２】
一般に、数多くのタイプのトラッキング面２５が、コヒーレント光ビームＢを散乱して、スペックルパターン３３として検出するのに十分な量の散乱光を検出器３５に戻す。具体的には、光学的に粗いトラッキング面２５は、デバイス２１に対して十分な光散乱特性を有する。光学的粗面は、コヒーレント又はレーザの光を多方向に散乱するため、コヒーレント光ビームＢのトラッキング面２５に対する方向付けは（スペックルパターン３３を含む散乱光の検出に関して）あまり重要でなくなる。例えば、光学的に粗いトラッキング面２５では、光学的に粗いトラッキング面２５が光を検出器３５に向かう方向を含む多方向に散乱させるため、コヒーレント光ビームＢをトラッキング面に対していくつかの許容可能な角度に方向付けることができる。光学的粗面には、例えば、紙、木材、金属、織物、いくつかのプラスチック、及び人の皮膚（例えば、図４Ｃ）を含む多くの一般のトラッキング面２５が含まれる。
【００２３】
下塗りを施して研磨した光学的品質（ｏｐｔｉｃ−ｑｕａｌｉｔｙ）の平坦な透明のガラスなど完全な反射面、すなわち、鏡のような面だけが、コヒーレント光ビームＢを多方向に散乱させるには粗さが不十分である。こうした表面は鏡として働き、光を多方向に散乱せずに、主にレーザ２９の入射角に対して正確に反対にレーザ光を反射する。こうしたトラッキング面２５からの上昇を検出する本発明のデバイス２１では、レーザ２９及び検出器３５を、図４Ｂの概略図で示したように、方向付けることができる。図４Ｂで示したデバイス８１は、上述したように、ハウジング４５と、コヒーレント光源２９と、検出器３５と、コントローラ３９とを備えている。さらに、デバイス８１は、ビームスプリッタ８３を備えて、コヒーレント光ビームＢを反射する。こうしたビームスプリッタ８３は、このビームスプリッタ８３の第１の側面に当たる光の少なくとも一部が、ビームスプリッタ８３を一方向で通過することができるようにし、一方でビームスプリッタ８３の第２の側面に当たる光の一部を反射する。さらに重要なことには、ビームスプリッタ８３は光をあまり散乱又は拡散せず、それによってスペックルを生成しない。検出器３５がビームスプリッタ８３を通過するコヒーレント光ビームＢを検出しても、検出された光は、表面から離れた状態であることを決定するのに必要な本質的な特性を含んでいない。本発明のデバイス８１では、ビームスプリッタ８３は、トラッキング面２５から反射されたコヒーレント光ビームＢに対して斜めの角度（例えば、７８５ミリラジアン（４５°））に方向付けられ、検出器３５は、ビームスプリッタ８３によって反射されるコヒーレント光の通路内に取付けられる。この構成では、コヒーレント光ビームＢは、トラッキングモード中にトラッキング面２５に対して垂直に方向付けられるため、スペックルパターンを多方向に散乱しない高度の反射トラッキング面からの上昇検出が可能になる。
【００２４】
次に、図４Ｃを参照すると、デバイス１０１が示されており、トラッキング面２５は人の皮膚である。具体的には、図で示されたトラッキング面２５は、人の指である。このデバイス１０１は、デバイス自体は固定されているが、トラッキング面２５がデバイス１０１に対して移動することを明示している。コヒーレント光源２９、検出器３５、及びコントローラ３９など、このデバイス１０１の構成要素の機能は、上述のものと同様である。図４Ｃで示したデバイス１０１では、ユーザが自分の手、すなわち、トラッキング面２５をデバイス１０１上で動かして、指がデバイスから離れた場合に、検出器３５及びコントローラ３９がそれぞれ表面から離れた状態を検出し、トラッキングを停止することができる。
【００２５】
上述したように、例示のスペックルパターン３３が、図５及び図６に示されている。通常、検出器３５アレイによって捕捉されたスペックルパターン３３は、レーザスペックルの固有の特性及びデバイス２１，６１，７１，８１，１０１のジオメトリに基づく特別の統計的特性を有する。こうした特性は、トラッキング面２５からの上昇を検出する際に有用である。図５のスペックルパターン３３は通常、平均して、図６のスペックルパターン３３のスペックル粒子（ｓｐｅｃｋｌｅ  ｇｒａｉｎ）よりも小さいスペックル粒子を含んでいる。図５と図６の平均スペックル粒子サイズの違いは、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１の上昇を示すことができるスペックル粒子サイズの変化のタイプの一例である。デバイスがトラッキング面２５に対して移動すると、スペックル粒子サイズが変化し、それによって検出されたスペックルパターン３３のコントラストが変わる。スペックル粒子サイズ及び／又はスペックルパターン３３のコントラストの変化の解析によって、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１とトラッキング面２５の間の離間距離Ｓを決定することができる。
【００２６】
スペックル挙動を制御する一関係に移ると、光学的粗面から散乱されるコヒーレント光ビームＢの平均スペックル粒子サイズは、通常、以下で得られる。
【００２７】
【数１】
2005241649.tif 000003
【００２８】
ただし、σは検出器３５でのスペックル粒子の平均幅、λはコヒーレント光ビームＢの波長、Ｌは検出器からトラッキング面２５までの距離、かつＤはトラッキング面でのビーム幅又は照射径である（図１乃至図４Ｃ参照）。コヒーレント光ビームＢの波長λ、及び検出器３５からトラッキング面２５までの距離Ｌは、平均スペックル粒子サイズσに正比例する。照射径Ｄは、平均スペックル粒子サイズσに反比例する。
【００２９】
したがって、上式によれば、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１とトラッキング面２５が互いに離れるに従って（例えば、図１と図２を比較すると）、距離Ｌが増加し、照射径Ｄはコヒーレント光ビームＢの形状に応じて増加、減少し、又は同じままである。一例では、コヒーレント光ビームＢは、コヒーレント光ビームの通路内にある集束光学系６３により集束する（図３及び図４を参照）。コヒーレント光ビームＢが集束するため、Ｌが増加するとＤは減少し、それによって上式により、スペックル粒子の平均幅は増加する。他の例では、ビームＢは、コヒーレント光源２９の固有の特性によって、又は発散光学系（図示せず）によって発散する（図１，図２，図４Ａ，図４Ｂ参照）。この場合、Ｌが増加するに従ってＤが増加し、各スペックル粒子の平均幅σは、デバイス２１，７１，８１とトラッキング面２５が互いから離れるに従ってＤとＬの両方の変化の速度に応じて、上式により増加又は減少する。デバイス２１，７１，８１とトラッキング面２５が互いから離れるに従って平均スペックル粒子サイズσが増加することを保証するには、ＬはＤよりも速い速度で増加しなければならない。デバイス２１，７１，８１の検出器３５と支持面４７の間の距離Ｔ（例えば、図２及び図４参照）、及びコヒーレント光ビームＢの角度（ａｎｇｌｅ  ｏｆ  ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ）β（例えば、図１及び図２参照）の両方は、検出器３５からトラッキング面２５までの距離Ｌに対する照射径Ｄの増加率に影響を与える因数である。例えば、デバイス２１，６１，７１，８１の検出器３５と支持面４７の間の距離Ｔを短縮し、かつコヒーレント光ビームＢの角度βを減少することによって、デバイスとトラッキング面２５が互いから離れるに従って平均スペックル粒子サイズσが増加する速度が様々な度合いで増す。また他の例では、コヒーレント光ビームＢは集束も発散もせずに、コヒーレント光源からの全距離において一様の幅Ｄのビームを含むことができる。一定の幅Ｄを維持することによって、検出器３５からトラッキング面２５までの距離Ｌだけが、離間距離Ｓが増加又は減少するに従って変化する。したがって、離間距離Ｓが増加すると距離Ｌが増加し、それによっていかなる場合もスペックル粒子サイズσが増加する。当業者は、デバイスとトラッキング面２５が互いから離れるに従って平均スペックル粒子サイズσが増加するようにデバイス２１，６１，７１，８１，１０１の構成要素を配置する方法を簡単に理解されるであろう。
【００３０】
一実施形態では、スペックルサイズ特性は、検出されたスペックルパターン３３のコントラスト特性である。検出されたスペックルパターン３３のコントラスト特性を決定する例示の一方法を以下の付録Ａで詳細に説明する。ただし、他の方法も本発明の特許請求の範囲内にあると考えられる。一例では、コントローラ３９は、検出されたスペックルパターン３３の１方向においてコントラスト特性を決定することができる。例えば、図７及び図８は、検出されたスペックルパターン３３の概略図である。図８のスペックルパターン３３”には、図７のスペックルパターン３３’よりも大きい平均スペックル粒子サイズが含まれる。スペックルパターン３３’、３３”及び付録Ａの垂直のコントラスト式（Ｖ）で、それぞれパターン３３’及び３３”についての垂直コントラスト特性２７及び１１が得られる。スペックルパターン３３’は、スペックルパターン３３”よりも大きい垂直コントラスト特性を有するため、図７の平均スペックル粒子サイズσは、図８のものよりも小さいことが推測されるであろう。同様に、スペックルパターン３３’、３３”及び付録Ａの水平コントラスト式（Ｈ）では、それぞれパターン３３’及び３３”についての水平コントラスト特性２６及び１０が得られる。やはり、スペックルパターン３３’は、スペックルパターン３３”よりも大きい水平コントラスト特性を有するため、図７の平均スペックル粒子サイズσは、図８のものよりも小さいことが推測されるであろう。各コントラスト式についてのスペックルパターン３３’及び３３”のコントラスト特性を以下の表で示す。
【００３１】
【表１】
2005241649.tif 000004
【００３２】
スペックルパターン３３’のコントラスト特性は、各方向でスペックルパターン３３”のコントラスト特性を超えている。
【００３３】
他の例では、コントローラ３９は、少なくとも２方向でコントラスト特性を決定することができる。また他の例のコントローラ３９は、少なくとも４方向でコントラスト特性を決定することができる。こうした例示の計算の他に、コントラスト特性測定を付録Ａのコントラスト式に従って組み合わせて、検出されたスペックルパターン３３’及び３３”について以下のコントラスト特性値を得ることができる。
【００３４】
【表２】
2005241649.tif 000005
【００３５】
各コントラスト特性の計算に関して、スペックルパターン３３’のコントラスト特性は、スペックルパターン３３”のコントラスト特性を超えている。コントラスト特性は、Ｎ方向（例えば、２、４、６、・・・Ｎ方向）でのコントラストの平均でもよい。
【００３６】
検出されたスペックルパターン３３のコントラスト特性が決定された後、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１がトラッキングモード又は非トラッキングモードで動作しているか否かを決定するいくつかの可能な方法がある。一例では、コントローラ３９は、検出されたスペックルパターン３３のコントラスト特性を閾値コントラスト特性と比較して、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１をトラッキングモード又は非トラッキングモードで動作させる。この例では、検出されたコントラスト特性が閾値コントラスト特性未満の場合、コントローラ３９は、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１が非トラッキングモードで動作すべきであることを決定し、デバイスのトラッキング面２５に対するトラッキングを一時停止する。こうした閾値コントラスト特性は、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１がトラッキング面２５から離れている場合、又はコヒーレント光源がターンオフされているなど、コヒーレント光源２９がコヒーレント光ビームを投射していない場合に検出器３５によって測定されたベースラインノイズコントラスト特性でもよい。こうしたベースラインノイズ特性を、コントローラ３９のハードウェア又はソフトウェアに設定することができる。
【００３７】
他の例では、各デバイス２１，６１，７１，８１，１０１の作成には、各デバイスを特定のコントラスト閾値に個々に較正することが含まれる。デバイス２１，６１，７１，８１，１０１内の不揮発性メモリ位置に閾値を格納することができる。
【００３８】
また他の例では、コントローラ３９は、検出されたスペックルパターン３３のコントラスト特性を以前に検出されたスペックルパターンの以前のコントラスト特性を比較して、デバイスをトラッキングモード又は非トラッキングモードで動作させる。コントラスト特性を一定の閾値と比較する代わりに、コントローラ３９は、現在決定されたコントラスト特性を以前に決定されたコントラスト特性と比較する。したがって、コントローラ３９は、コントラスト特性を絶えず監視して、時間と共にコントラスト特性が大幅に変化したか否かを決定し、それによってデバイス２１とトラッキング面２５の間の相対的離間を示すことができる。
【００３９】
また他の例では、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１は、現在のコントラスト特性を、閾値コントラスト特性と以前に決定されたコントラスト特性の両方と比較することができる。
【００４０】
次に、図９を参照すると、グラフは、ｘ軸に沿った、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１とトラッキング面２５の互いの離間変位Ｓに対する、ｙ軸に沿った、検出されたスペックルパターン３３のコントラスト１１５を示す曲線１１１を含んでいる。このグラフは、スペックルパターン３３の検出されたコントラストと離間変位Ｓの関係を示す。デバイス２１，６１，７１，８１，１０１の離間変位Ｓがゼロに近似する（Ｘがゼロに近似する）場合（図１、図３、図４Ｃ参照）、曲線１１１は頂点に達し、スペックルパターン３３が比較的小さい平均スペックル粒子サイズであり、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１とトラッキング面２５の間の離間距離Ｓ又は上昇がほとんど無いことを示す。換言すれば、ほぼゼロの離間変位Ｓは、トラッキング面２５と係合するデバイス２１，６１，７１，８１，１０１の通常の動作距離に相当する。変位Ｓが増加すると（ｘ＞０）、コントラスト１１５は、その頂点から曲線１１１に沿って低下するため、より低いコントラストのスペックルパターン３３、又は比較的大きい平均スペックルサイズを示す。変位Ｓが比較的大きく増加すると（ｘ＞＞０）、コントラスト１１５は、さらに低下し、比較的大きい平均スペックルサイズのスペックルパターン３３を示す。
【００４１】
他の例では、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１のコントローラ３９は、検出されたスペックルパターン３３の自己相関特性（ａｕｔｏ−ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）を決定することによって、スペックルサイズ特性を決定する。自己相関特性とは、画像の画像自体に対する数学的比較である。画像内の隣接する画素を互いに比較することによって、画像のコントラストの測定を行う。本明細書では、自己相関の２つの例について説明する。第１の例では、スペックルパターンを１つ又は複数の方向に１画素だけシフトし、各固定画素と対応するシフトされた各画素との差を決定することによって、検出されたスペックルパターンの各画素をその最も近接した画素と比較して、画像コントラストを代表する自己相関値を決定する。第２の例では、検出されたスペックルパターンを１つ又は複数の方向に１つ又は複数の画素だけシフトすることによってスペックルサイズを示す自己相関値を決定して、固定スペックルパターンとシフトされたスペックルパターンの間のコントラストが特定の閾値を超えたときを決定する。これはスペックルサイズを示す。
【００４２】
第１の自己相関の例に移り、全般的な自己相関式を付録Ｂで以下に詳細に説明する。この例では、コントローラ３９は、検出されたスペックルパターン３３の各画素をそれぞれその画素に最も近接した近隣の画素と比較することによって、スペックル自己相関特性を決定することができる。換言すれば、スペックルパターン３３を特定の１方向に１画素だけ全体的にシフトして、各固定画素と各対応するシフトされた画素との差を決定することができる。次いで、スペックルパターンを同様の決定のために他の方向に１画素だけ全体的にシフトすることができ、以下同様にする。次いで、こうした値を付録Ｂに記載したように収集して演算して、検出されたスペックルパターン３３についての全体の自己相関値を得ることができる。シフティング及び比較は、付録Ｂでさらに詳細に説明するように、垂直に上、垂直に下、水平に左、水平に右、斜め右下、斜め右上、斜め左下、斜め左上を含む８方向で行うことができる。
【００４３】
コントラスト特性に関して、検出されたスペックルパターン３３の自己相関特性が決定された後、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１がトラッキングモード又は非トラッキングモードで動作しているか否かを決定するには、いくつかの可能な方法がある。一例では、コントローラ３９は、自己相関特性を閾値自己相関特性と比較して、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１をトラッキングモード又は非トラッキングモードで動作させる。この例では、自己相関特性が閾値自己相関特性よりも低下した後に、コントローラ３９は、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１が非トラッキングモードで動作されるべきであることを決定し、トラッキング面２５のトラッキングを一時停止する。他の例では、コントローラ３９は、検出されたスペックルパターン３３の自己相関特性を以前に検出されたスペックルパターンの以前の自己相関特性と比較して、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１をトラッキングモード又は非トラッキングモードで動作させる。他の例では、デバイスは、現在の自己相関特性を、閾値自己相関特性と以前に決定された自己相関特性の両方と比較することができる。
【００４４】
第２の例に移ると、自己相関は、スペックルパターンの複写をそれ自体に対して１度に１画素幅ずつ変位させ、組み合わせた画像の特定の自己相関閾値に達するまで２つのスペックルパターンを比較することによって、検出されたスペックルパターン３３のコントラストを決定するために使用することもできる。次に、図１０を参照すると、図８の検出されたスペックルパターンの第２の複写３３Ｂが、検出されたスペックルパターンの第１の複写３３Ａに重ねられたところが示されている。第２の複写３３Ｂは、第１の複写３３Ａに対して、右に１画素、かつ上に１画素シフトされている。識別するには、スペックルパターンの第１の複写３３Ａ及び第２の複写３３Ｂのスペックル特徴は、それぞれアレイに同一に位置付けられるが、それぞれ第１のハッチパターンＨ１と第２のハッチパターンＨ２を対照することによって各々識別される。さらに、第１と第２の両方の複写のハッチパターンが重ねられた画素位置はいずれも、第３の組合せハッチパターンＨ３として示される。こうしたハッチパターンＨ１、Ｈ２、Ｈ３によって、パターンがそれ自体と比較されるため、重複スペックルパターン３３Ａ、３３Ｂの相互作用の絵画図法が提供される。例えば、図１０では、スペックルパターンの第１の複写３３Ａのスペックル特徴は、右上に延びる線のハッチパターンＨ１を含み、スペックルパターンの第２の複写３３Ｂのスペックル特徴は、左上に延びる線のハッチパターンＨ２を含んでいる。したがって、第２の複写３３Ｂがシフトされた後、重複するスペックル特徴は互いに協働して交差線を持つ第３のスペックルパターンＨ３を示す。
【００４５】
自己相関を、組み合わせたスペックルパターン３３Ａ、３３Ｂに適用するには、スペックルパターンの第１と第２の複写の重ねられたスペックル特徴について演算するための演算子の選択が必要である。いくつか例を挙げれば、例えば、乗法、加法、又は減法など任意の演算子を使用することができる。この例では、減法が演算子であり、それにより、付録Ｂに含まれる式に従って、各画素の画像強度値を各重複画素から差し引き、結果の絶対値を得る。この簡略化した例では、スペックル画像は２値であり、図１０Ａの各画素で示したように、減法の結果は各画素値がゼロ又は１である。各個々の画素値が決定された後、アレイ全体を合計して、特定のシフトについての自己相関値が確立される。したがって、この例のこの部分の自己相関値は１６である。
【００４６】
次に、図１１及び図１１Ａを参照すると、検出されたスペックルパターンの第２の複写３３Ｂが、第１の複写３３Ａに対して右に２画素、上に２画素シフトされている。上述したように、自己相関計算を組み合わせた画像に適用し、それにより、図１１Ａで示したように各画素に関する値を計算する。この例のこの部分についての自己相関値は２５である。自己相関計算の２つの部分だけを本明細書で示したが、検出されたスペックルパターンの第２の複写３３Ｂを右上に追加の画素だけシフトして、この特定の方向で追加の５つの計算を行うことができる。また、付録Ｂで詳細に説明するように、垂直、水平、及び他の斜めの方向での自己相関を計算するために、第２の複写３３Ｂを別の方向にシフトすることができる。さらに、検出器アレイがより多くの画素を有する場合、追加の自己相関計算を行うこともできる。
【００４７】
差の値のこうした合計を組合せ、それらをスペックルパターンの第２の複写３３Ｂのシフトに対してプロットすることによって、図１２で示したグラフに類似のグラフが得られる。具体的には、このグラフは、差の合計と、検出されたスペックルパターンの自己相関値１２３（ｙ軸）と、検出されたスペックルパターン１２５のそれ自体に対する変位（ｘ軸）との間の関係を示す曲線１２１を含んでいる。第２の複写３３Ｂの第１の複写３３Ａに対する変位がゼロ（ｘ＝０）の場合、自己相関曲線１２１は、最低値ゼロを規定し、スペックルパターンとそれ自体の間の差が無いこと、又は実質的に完全な相関を示す。この結果は自明であり、何かとそれ自体の差がゼロであると考えられる。第２の複写３３Ｂが第１の複写３３Ａに対して１方向又は他の方向に１画素ずつシフトされるとき、自己相関値がその最低値から増加する差の合計は、スペックルパターン自体の間のより大きい差、又は重ねられたスペックルパターンの間のより低い相関を示す。これは上述した例で得られるが、自己相関値の差の合計は、１画素のシフトで１６に増加し、２画素のシフトで２５に増加する。スペックル画像の第２の複写３３Ｂの変位が比較的大きく増加した後（ｘ＜＜０、又はｘ＞＞０）、自己相関値の差の合計はさらに大きく増加し、スペックルパターンの間の大きい差、又はスペックルパターンの間の非常に小さい相関を示す。
【００４８】
曲線１２１の全般的形状は、大抵の検出されたスペックルパターンに関して同様であるが、その形状は、スペックルパターン３３の平均スペックル粒子サイズσに従って変化する。図１０，図１０Ａ，図１１，図１１Ａで示したものなど、平均スペックル粒子サイズσが比較的大きい場合、最低値から離れた各画素は、スペックルパターンの変位に対する波長相関値の差の合計に比較的小さい影響しか与えない。これは、より大きいスペックルは心ずれしても、同様の距離を移動した比較的小さいスペックル粒子よりも互いの重なりが大きくなるためである。より大きいスペックルに関しては、組み合わせたアレイのいくつかの差がシフトによって識別されるが、画素の多くは、より小さい値を持つ１画素だけ重ね合わされるため差が生じない。逆に、平均スペックル粒子サイズσが比較的小さい場合（図５）、より小さいスペックルは互いに大きく心ずれする傾向があるため、最低値から遠ざかる各画素は、波長相関値の差の合計が大幅に増加する。したがって、より小さいスペックル粒子は、より狭い幅の曲線１２１をもたらし、より大きいスペックル粒子からなるスペックルパターンの同様の変位よりも、変位１２５の関数として値がより速く増加する。重要なことには、一定の自己相関値の線、又は曲線１２１を通過する閾値１２７は、２点Ｅ及びＦで曲線と交差する。こうした点の間の距離は、平均スペックル粒子サイズσに関連し、スペックルサイズ特性として使用することができる。
【００４９】
他の演算子は、異なる形状の自己相関曲線をもたらす。例えば、演算子として加算を導入すると、曲線１２１が上下逆になり、ゼロ変位１２５で最低値ではなく最大値が得られる。さらに、図１２で示したグラフは、左右又は上下など２つの反対方向だけでの自己相関読取りを示す。こうした自己相関値は、スペックルを任意の方向にシフトすることによって計算することができる。また、こうした計算を組み合わせて、検出されたスペックルのサイズ及び形状をより正確に形成することができるいくつかの曲線をもたらすことができる。さらに、自己相関は、１画素の変位で開始し、検出されたアレイの最後で終わるように１画素ずつ計算する必要は無い。例えば、特定の画素のシフトについての自己相関値のいずれかが所与の閾値を超えた場合、スペックルサイズが有効に決定されたため、解析を終了することができる。さらに、以前の計算の自己相関値に基づいて解析をどこで始めるか、又は自己相関値がどの辺りを移動しつつあると思われるか判定することができる。
【００５０】
他の例では、コントローラ３９は、スペックルパターン３３中の画像強度の変化の数を決定することによって、検出されたスペックルパターン３３のコントラスト特性を決定する。画像強度の変化は、スペックルパターン３３に存在する高から低への変化の数又はスペックル粒子のエッジの数の決定に相当する。この決定は、上述したコントラスト特性及び自己相関特性の方法論とは異なる。コントラスト特性は、スペックルパターン３３の各隣接する画素間の強度の変化を決定するが、画像強度の変化の数の決定では、高から低へ、又は低から高への変化に相当する隣接画素のこうした差だけを重点的に扱う。こうした変化はスペックル粒子のエッジをマークする。換言すれば、特定の最低値を超える隣接画素のこうした差だけが評価の一部になる。
【００５１】
他の実施形態では、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１は、検出されたスペックルパターン３３の空間周波数解析を実施して、スペックル粒子特性を決定する。コントローラによって実施されるこうした空間周波数解析の１つは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）解析である。ＦＦＴ解析は、検出されたスペックルパターン３３の空間変化、具体的には検出された信号の異なる空間変調に焦点を当てている。具体的には、高空間周波数に空間周波数成分の大部分を有する信号は小さい平均スペックル粒子サイズσに一致するが、低空間周波数に空間周波数成分の大部分を有する信号は比較的大きい平均スペックル粒子サイズσに一致する。検出されたスペックルパターン３３からのこの空間情報を使用するには、空間周波数成分を特定の空間周波数範囲に分割することによって、空間周波数成分を示すヒストグラムを作成する。
【００５２】
一例では、３つの空間周波数範囲、すなわち、低空間周波数範囲、中間空間周波数範囲、及び高空間周波数範囲が使用されている。空間周波数成分の多くが高空間周波数範囲内にある場合、スペックルパターン３３は、平均して比較的小さいスペックル粒子を含んでいることが決定され、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１がトラッキング面２５と実質的に係合していることが示される。逆に、空間周波数成分の多くが低空間周波数範囲内にある場合、スペックルパターン３３は比較的大きいスペックル粒子を含んでいることが決定され、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１がトラッキング面２５と実質的に係合していないことが示される。当業者には簡単に理解されるように、ＦＦＴ解析によって、このタイプの解析のためのデータが提供される。こうすると、コントローラ３９は空間周波数範囲の成分を簡単に監視して、上昇が生じたか否かを判断することができる。他の例では、バンドパスフィルタを備えて、上昇の変化に対する適切な感度を備えた特定の空間周波数帯域の照会を重点的に扱うことができる。他のタイプの空間周波数解析（例えば、コサイン変換、他のフーリエ変換など）を、特許請求する本明細書の範囲から逸脱することなく、同様に使用することができる。
【００５３】
平均スペックル粒子サイズσを決定するための実施形態の他に、本明細書の他の実施形態は、スペックルパターン３３の少なくとも１つのスペックル粒子幅を測定すること、及びスペックル粒子幅の変化を監視して、全般的に上記で述べたように、デバイスの動作モードを決定することを含んでいる。
【００５４】
スペックルサイズ特性を決定するための上記の任意の方法を、（例えば、空間周波数解析と組み合わせたコントラスト特性の決定など）互いに冗長式に使用して、誤りの正数（ｆａｌｓｅ  ｐｏｓｉｔｉｖｅ）を減らし、又は上昇感度を上げることによって表面から離れた状態の検出を保証することができることを留意されたい。
【００５５】
本発明の任意のデバイス２１，６１，７１，８１，１０１は、様々な特性を有する（例えば、レーザなど）多様な異なるコヒーレント光源２９のうちの１つを組み込むことができる。一例では、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１は、約７９０ミリラジアン（４５°）未満の角度βを持つコヒーレント光ビームＢを生成することができるコヒーレント光源２９を備えることができる。他のデバイス２１，６１，７１，８１，１０１は、そのコヒーレント光ビームＢの角度βを１７０ミリラジアン（１０°）未満に制御することができる。また他のデバイス２１，６１，７１，８１，１０１は、そのコヒーレント光ビームＢの角度βを８７ミリラジアン（５°）に制御することができる。こうしたコヒーレント光源２９は、本発明の特許請求の範囲から逸脱することなく、任意の数の方法でビーム広がりを制御することができる。図３及び図４に関して上述したように、デバイス２１は、コヒーレント光源２９とトラッキング面２５の間でコヒーレント光ビームＢを屈折させる光学系６３を備えることができる。図で示していないが、光学系はコヒーレント光源２９と一体化してもよい。
【００５６】
例示のレーザ２９は、できるだけ少ない電流を使用するものである。例えば、適したレーザ２９は、動作中に電流約２０ミリアンペアを消費する。それによって、デバイスの電池の寿命を不当に制限せずに、レーザ２９をコードレスデバイスの応用例で使用することができる。具体的には、レーザ２９は垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）又は端面発光レーザ（ＥＥＬ）など固体デバイスでもよい。他のレーザあるいはレーザ源、又はコヒーレント光を、本発明の特許請求の範囲から逸脱することなく使用することもできる。
【００５７】
本発明はさらに、上述したように、コヒーレント光ビームＢをデータ入力デバイス２１，６１，７１，８１，１０１から光散乱特性を有するトラッキング面２５上に投射するステップを有する方法を含んでいる。さらに、この方法は、トラッキング面２５によって散乱した光の少なくとも一部を検出するステップを有している。検出された散乱光は、スペックルパターン３３を含んでいる。さらに、この方法は、検出されたスペックルパターン３３のスペックルサイズ特性の関数としての少なくとも上昇検出距離によって、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１がトラッキング面２５から空間的に離れたか否かの決定するステップを有している。さらに、この方法は、（ｉ）デバイスがトラッキング面から少なくとも上昇検出距離だけ空間的に離れた場合は、デバイス２１，６１，７１，８１，１０１とトラッキング面２５の間の相対的移動のトラッキングを一時停止し、又は（ｉｉ）デバイスがトラッキング面から上昇検出距離未満しか空間的に離れていない場合は、デバイスとトラッキング面の間の相対的移動のトラッキングを維持するステップを有している。上昇検出距離は、表面のトラッキングと上昇の間の遍移としてデバイス２１，６１，７１，８１，１０１内に組み込まれた設計パラメータであり、それによってユーザは、デバイスがデバイスの再位置付けのためにトラッキングを一時的に停止することを予測することができる。
【００５８】
他の実施形態では、さらに、この方法は、検出されたスペックルパターン３３のコントラスト特性を決定することを含んでいる。さらに、この方法は、検出されたスペックルパターン３３のコントラスト特性を閾値特性と比較することを含んでいる。またこの方法は、検出されたスペックルパターン３３のコントラスト特性を以前に検出されたスペックルパターンの以前のコントラスト特性と比較することを含んでいる。
【００５９】
他の実施形態では、この決定は、上述したように、検出されたスペックルパターン３３中の画像強度の変化の数を決定することを含んでいる。また他の実施形態では、この決定は、検出されたスペックルパターンの空間周波数解析を実施して、スペックル粒子特性を決定することを含んでいる。空間周波数解析の実施は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）解析、又は他の空間周波数解析を含んでいる。
【００６０】
他の実施形態では、この決定は、検出されたスペックルパターン３３の少なくとも１つのスペックル粒子の幅の測定、及び少なくとも１つのスペックル粒子の幅の変化の監視が含まれている。また他の実施形態では、この決定は、検出されたスペックルパターンの自己相関特性の決定を含んでいる。
【００６１】
他の実施形態では、上昇検出距離は、約１０ミリメートル（０．３９インチ）以下である。他の実施形態では、上昇検出距離は、約４ミリメートル（０．１６インチ）以下である。また他の実施形態では、上昇検出距離は、約４ミリメートル（０．１６インチ）以下であり、少なくとも約１ミリメートル（０．０４インチ）である。
【００６２】
図１３は、本発明を実施することができる適切なコンピューティングシステム環境の一例を示すブロック図である。
【００６３】
本発明の一実施形態では、コンピュータ１３０などコンピュータは、本明細書で示し記載した他の図で使用するのに適している。コンピュータ１３０は、１つ又は複数のプロセッサ又は処理ユニット１３２、及びシステムメモリ１３４を備えている。図１３で示した実施形態では、システムバス１３６は、システムメモリ１３４を含む様々なシステム構成要素をプロセッサ１３２に結合する。バス１３６は、メモリバス又はメモリコントローラ、周辺バス、アクセラレーテッドグラフィックスポート、及びプロセッサ又は任意の多様なバスアーキテクチャを使用するローカルバスを含む、任意のいくつかのタイプのバス構造のうちの１つ又は複数のものを表す。一例であって限定するものではないが、こうしたアーキテクチャには、Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（ＩＳＡ）バス、Ｍｉｃｒｏ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（ＭＣＡ）バス、Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＩＳＡ（ＥＩＳＡ）バス、Ｖｉｄｅｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＶＥＳＡ）ローカルバス、及びＭｅｚｚａｎｉｎｅバスとしても知られているＰｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ（ＰＣＩ）バスが含まれている。
【００６４】
通常、コンピュータ１３０は、少なくともいくつかの形態のコンピュータ読取可能な媒体を有する。揮発性及び不揮発性媒体、リムーバブル及び非リムーバブル媒体を含むコンピュータ読取可能な媒体は、コンピュータ１３０によってアクセス可能な任意の使用可能な媒体でもよい。一例であって限定するものではないが、コンピュータ読取可能な媒体には、コンピュータストレージ媒体及び通信媒体が含まれている。コンピュータストレージ媒体には、任意の方法又は技法で実装されてコンピュータ読取可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、又は他のデータなどの情報のストレージのための揮発性及び不揮発性、リムーバブル及び非リムーバブル媒体が含まれる。例えば、コンピュータストレージ媒体には、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ又は他のメモリ技法、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）又は他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ又は他の磁気ストレージデバイス、あるいは所望の情報を記憶するのに使用することができ、コンピュータ１３０によってアクセス可能な任意の他の媒体が含まれている。通常、通信媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、又は他のデータを搬送波など変調データ信号の、あるいは他の移送機構に統合し、任意の情報転送媒体を含んでいる。当業者には、情報を信号に符号化するようにその１つ又は複数の特性が設定又は変更された変調データ信号は周知である。有線ネットワーク又は直接配線式接続など有線媒体、及び音響、ＲＦ、赤外線、及び他の無線媒体など無線媒体が通信媒体の例である。上述した任意の組合せもコンピュータ読取可能な媒体の範囲に含まれている。
【００６５】
システムメモリ１３４には、リムーバブル及び／又は非リムーバブル、揮発性及び／又は不揮発性メモリの形態のコンピュータストレージ媒体が含まれている。図で示した実施形態では、システムメモリ１３４には、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）１３８及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１４０が含まれている。起動中などにコンピュータ１３０内の要素間で情報を転送する助けをする基本ルーチンを含む基本入出力システム（ＢＩＯＳ）は通常、ＲＯＭ１３８に格納されている。ＲＡＭ１４０には通常、処理ユニット１３２によって即座にアクセス可能な、かつ／又は現在稼動中のデータ及び／又はプログラムモジュールが含まれている。一例であって限定するものではないが、図１３は、オペレーティングシステム１４４、アプリケーションプログラム１４６、他のプログラムモジュール１４８、及びプログラムデータ１５０を示す。
【００６６】
コンピュータ１３０は、他のリムーバブル／非リムーバブル、揮発性／不揮発性コンピュータストレージ媒体を含むこともできる。例えば、図１３は、非リムーバブル不揮発性磁気媒体から読取り又はそれに書込むハードディスクドライブ１５４を示している。図１３は、リムーバブル不揮発性磁気ディスク１５８から読取り又はそれに書込む磁気ディスクドライブ１５６、及びＣＤ−ＲＯＭ又は他の光媒体などリムーバブル不揮発性光ディスク１６２から読取り又はそれに書込む光ディスクドライブ１６０も示している。例示の動作環境で使用することができる他のリムーバブル／非リムーバブル、揮発性／不揮発性コンピュータストレージ媒体には、限定的ではないが、磁気テープカセット、フラッシュメモリカード、デジタルビデオディスク、デジタルビデオテープ、固体ＲＡＭ、固体ＲＯＭなどが含まれている。ハードディスクドライブ１５４、及び磁気ディスクドライブ１５６と光ディスクドライブ１６０は、通常、インターフェース１６６など不揮発性メモリインターフェースによってシステムバス１３６に接続されている。
【００６７】
図１３で示したドライブ又は他の大容量ストレージデバイス、及びその関連するコンピュータストレージ媒体は、コンピュータ読取可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、及びコンピュータ１３０用の他のデータのストレージを提供する。例えば、図１３では、ハードディスクドライブ１５４は、オペレーティングシステム１７０、アプリケーションプログラム１７２、他のプログラムモジュール１７４、及びプログラムデータ１７６を記憶するものとして示してある。こうした構成要素は、オペレーティングシステム１４４、アプリケーションプログラム１４６、他のプログラムモジュール１４８、オペレーティングプログラムデータ１５０と同じでも異なるものでもよいことを留意されたい。オペレーティングシステム１７０、アプリケーションプログラム１７２、他のプログラムモジュール１７４、及びプログラムデータ１７６は、これらは最小限でも異なる複写であることを示すために、本明細書では異なる番号を付けてある。
【００６８】
ユーザは、キーボード１８０及び（例えば、マウス、トラックボール、ペン、又はタッチパッドなど）ポインティングデバイス１８２など、入力デバイス又はユーザインターフェース選択デバイスを介してコンピュータ１３０にコマンド及び情報を入力することができる。他の入力デバイス（図示せず）には、マイクロフォン、ジョイスティック、ゲームパッド、サテライトディッシュ、スキャナ、フィンガートラッカなどが含まれている。上記その他の入力デバイスは、システムバス１３６に結合されたユーザ入力インターフェース１８４を介して処理ユニット１３２に接続されるが、パラレルポート、ゲームポート、ＰＳ／２ポート、又はユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）など、他のインターフェース及びバス構造によって接続してもよい。モニタ１８８又は他のタイプのディスプレイデバイスもビデオインターフェース１９０などインターフェースを介してシステムバス１３６に接続される。モニタ１８８の他に、コンピュータにはしばしば、出力周辺インターフェース（図示せず）を介して接続することができるプリンタ及びスピーカなど、他の周辺出力デバイス（図示せず）が含まれている。
【００６９】
コンピュータ１３０は、リモートコンピュータ１９４など１つ又は複数のリモートコンピュータへの論理接続を使用してネットワーク化環境で動作することができる。リモートコンピュータ１９４は、パーソナルコンピュータ、サーバ、ルータ、ネットワークＰＣ、ピアデバイス、又は他の共通ネットワークノードでもよく、通常、コンピュータ１３０に関して上記に記載した要素の多く又は実質的にすべてを含んでいる。図１３で示した論理接続には、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１９６、及び広域ネットワーク（ＷＡＮ）１９８が含まれるが、他のネットワークを含むこともできる。ＬＡＮ１３６及び／又はＷＡＮ１３８は、有線ネットワーク、無線ネットワーク、その組合せなどでもよい。こうしたネットワーク環境は、オフィス、企業規模のコンピュータネットワーク、イントラネット、及びグローバルコンピュータネットワーク（例えば、インターネット）で一般的である。
【００７０】
ローカルエリアネットワーク環境で使用される場合、コンピュータ１３０は、ネットワークインターフェース又はアダプタ１８６を介してＬＡＮ１９６に接続される。広域ネットワーク環境で使用される場合、コンピュータ１３０は通常モデム１７８又は他の手段を備えて、インターネットなどＷＡＮ１９８を介して通信を確立する。モデム１７８は、内部又は外部でもよく、ユーザ入力インターフェース１８４又は他の適切な機構を介してシステムバス１３６に接続される。ネットワーク化環境では、コンピュータ１３０又はその一部について示したプログラムモジュールをリモートメモリストレージデバイス（図示せず）に格納することができる。一例であって限定するものではないが、図１３は、リモートアプリケーションプログラム１９２をメモリデバイスに常駐するものとして示している。図１３で示したネットワーク接続は例示であり、コンピュータ間の通信リンクを確立する他の手段を使用することもできる。
【００７１】
通常、コンピュータ１３０のデータプロセッサは、コンピュータの様々なコンピュータ可読ストレージ媒体に様々なときに格納された命令によってプログラミングされる。プログラム及びオペレーティングシステムは通常、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク又はＣＤ−ＲＯＭに分散される。それらは、そこからコンピュータの補助メモリにインストール又はロードされる。実行の際は、それらはコンピュータの主電子メモリに少なくとも部分的にロードされる。本明細書で記載した本発明は、上記その他の多様なタイプのコンピュータ可読ストレージ媒体が、以下にマイクロプロセッサ又は他のデータプロセッサと併せて記載する動作を実施するための命令又はプログラムを含む場合は、こうした媒体を包含するものである。
【００７２】
図で示すため、オペレーティングシステムなど、プログラム及び他の実行可能なプログラム構成要素を本明細書では個別のブロックとして示してある。しかし、こうしたプログラム及び構成要素は、様々なときにコンピュータの様々なストレージ構成要素に常駐し、コンピュータの１つ又は複数のデータプロセッサによって実行される。
【００７３】
コンピュータ１３０を含む例示のコンピューティングシステム環境と併せて説明したが、本発明は、多数の他の汎用又は専用コンピューティングシステム環境又は構成で動作することができる。このコンピューティングシステム環境は、本発明の使用又は機能の範囲のいかなる限定も示唆するものではない。さらに、コンピューティングシステム環境は、例示の動作環境で示した構成要素の任意のもの又はその組合せに対するいかなる依存性又は要件も有していないと考えられるべきである。本発明と共に使用するのに適した周知のコンピューティングシステム、環境、及び／又は構成の例には、限定的ではないが、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、ハンドヘルド又はラップトップデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースシステム、セットトップボックス、プログラム可能な家電、移動電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、本体コンピュータ、任意の上記のシステム又はデバイスを含む分散コンピューティング環境などが含まれる。本発明は、とりわけテレビジョンリモートカーソル制御など非コンピュータアプリケーションにも適用することができる。
【００７４】
本明細書で示し記載した方法の実行又は実施の順序は、その他の点で指定されていない場合は重要ではないことを当業者は留意されたい。すなわち、方法の要素は、指定されていない場合は任意の順序で実施することができ、この方法は、概ね本明細書に記載した要素を含むことができる。
【００７５】
本発明の要素、又は本発明の１つ又は複数の実施形態を導入する際、冠詞「１つの」「その」及び「前記」は、１つ又は複数の要素があることを指すものである。用語「備える」、「含む」、及び「有する」は包括的であって、記載の要素以外の追加の要素もある可能性があることを示している。
【００７６】
以上のことを考慮すれば、本発明のいくつかの目的が達成され、他の有利な結果が得られることが分かるであろう。
【００７７】
本発明の技術的範囲から逸脱することなく、多様な変更を上記の製品及び方法に加えることができ、上記の説明に含まれ添付の図面で示した事柄すべては、例示であって限定的ではないと解釈されるものとする。
【００７８】
＜付録Ａ＞
検出されたスペックルのコントラストを使用して、検出されたスペックルのスペックルサイズ特性を決定する例示の方法を以下に示す。
【００７９】
コントラスト特性測定法では、検出されたスペックルパターンに関する計算を行う。検出器は、長期にわたり一定の間隔でスペックルパターンを検出する。各スペックルパターンのコントラストが、以下に記載の方法、コントラスト特性又は自己相関特性の１つを使用して決定される。
【００８０】
コントラスト特性値は、デバイスとトラッキング面が互いに離れるに従って減少する。通常のシステムは、デバイスが離れたときに非ゼロコントラスト特性を生成するノイズレベルを有しており、上述したように、検出方式についての閾値をこのノイズレベルより上に設定することができる。以下の変数は、以下に記載した式によって定義される。
【００８１】
Ｎ＝検出器アレイ内の横列の数
Ｍ＝検出器アレイ内の縦列の数
Ｙ＝検出器アレイに関する横列索引
Ｘ＝検出器アレイに関する縦列索引
Σ＝合計
Ｐｉｘｅｌ［ｘ，ｙ］＝スペックルパターン（画像）データのアレイ内のＰｉｘｅｌ位置、かつ
ＡＢＳ＝絶対値関数、又は平方関数、あるいは任意のＸｋ関数（ただしｋ＝偶数）
以下の式を使用して、４方向におけるコントラスト特性を計算することができる。
Ｖ＝垂直コントラスト特性
｛ｘ＝０からｍ，ｙ＝０からｎ−１について）Σ（ＡＢＳ（Ｐｉｘｅｌ［ｘ，ｙ］−Ｐｉｘｅｌ［ｘ，ｙ＋１］）、
Ｈ＝水平コントラスト特性
｛ｘ＝０からｍ−１，ｙ＝０からｎについて）Σ（ＡＢＳ（Ｐｉｘｅｌ［ｘ，ｙ］−Ｐｉｘｅｌ［ｘ＋１，ｙ］）、
Ｄａ＝斜めコントラスト特性（右下）
｛ｘ＝０からｍ−１，ｙ＝０からｎ−１について）Σ（ＡＢＳ（Ｐｉｘｅｌ［ｘ，ｙ］−Ｐｉｘｅｌ［ｘ＋ｌ，ｙ＋１］）、かつ
Ｄｂ＝斜めコントラスト特性（左下）
｛ｘ＝１からｍ，ｙ＝０からｎ−１について）Σ（ＡＢＳ（Ｐｉｘｅｌ［ｘ，ｙ］−Ｐｉｘｅｌ［ｘ−ｌ，ｙ＋１］）
【００８２】
検出されたスペックルパターンのコントラスト特性は、単一方向又は上記の１つ又は複数の方向の組合せで定義することができる。一例では、以下の任意の１つ又は複数の式を使用することができる。
【００８３】
コントラスト１＝Ｖ（１方向）、
コントラスト２＝（Ｖ＋Ｈ）（２方向）、
コントラスト３＝（Ｖ＋Ｈ＋Ｄａ＋Ｄｂ）（４方向）、
コントラスト４＝（Ｖ＋Ｈ）／２（２方向の平均）、かつ
・・・
コントラスト９９＝（Ｖ＋Ｈ＋Ｄａ＋Ｄｂ）／４（４方向の平均）
上記の４方向の式を組み合わせた他の式も本発明の特許請求の範囲内にあると考えられる。本明細書で具体的に記載した他の式も本発明の特許請求の範囲内にあると考えられる。例えば、本発明の特許請求の範囲から逸脱することなく、上記のＡＢＳ関数を
Ｐｉｘｅｌ［ｘ１，ｙ１］＊Ｐｉｘｅｌ［ｘ２，ｙ２］
など乗算関数と置き換えることができる。
【００８４】
＜付録Ｂ＞
自己相関を使用して、検出されたスペックルのスペックルサイズ特性を決定する例示の方法を以下に示す。
【００８５】
コントラスト特性の他に、水平、垂直、及び斜め方向の比較を行うことによってスペックルパターンコントラストの一測定として自己相関特性を使用することができる。例えば、自己相関式の通常の式は以下で得られる。
【００８６】
【数２】
2005241649.tif 000006
【００８７】
ただし、Ｍ及びＮはそれぞれアレイの縦列及び横列にある画素の数であり、ｍ及びｎはそれぞれアレイ内の横列及び縦列の位置を定義し、ｘ及びｙはそれぞれｍ及びｎ軸に沿ったアレイ自体に対するアレイのシフトである。上記の式では任意の演算を演算子
【００８８】
【数３】
2005241649.tif 000007
【００８９】
に代入できることを留意されたい。例えば、以下の式では、減算が演算子であり、差の合計が計算される。
【００９０】
【数４】
2005241649.tif 000008
【００９１】
例えば、上記の式を８×８アレイに適用すると、合計６４の異なる和がもたらされ、その後６４に分割されて、検出されたスペックルパターンの平均自己相関値が得られる。
【００９２】
他の例では、上記の一般的自己相関式に基づく、以下のさらに具体的なコントラスト式を使用することができる。
【００９３】
Ｖ＋＝垂直コントラスト（下）
｛ｘ＝０からｍ，ｙ＝０からｎ−１について）Σ（ＡＢＳ（Ｐｉｘｅｌ［ｘ，ｙ］−Ｐｉｘｅｌ［ｘ，ｙ＋１］）、
Ｖ−＝垂直コントラスト（上）
｛ｘ＝０からｍ，ｙ＝１からｎについて）Σ（ＡＢＳ（Ｐｉｘｅｌ［ｘ，ｙ］−Ｐｉｘｅｌ［ｘ，ｙ−１］）、
Ｈ＋＝水平コントラスト（右）
｛ｘ＝０からｍ−ｌ，ｙ＝０からｎについて）Σ（ＡＢＳ（Ｐｉｘｅｌ［ｘ，ｙ］−Ｐｉｘｅｌ［ｘ＋ｌ，ｙ］）、
Ｈ−＝水平コントラスト（左）
｛ｘ＝１からｍ，ｙ＝０からｎについて）Σ（ＡＢＳ（Ｐｉｘｅｌ［ｘ，ｙ］−Ｐｉｘｅｌ［ｘ−１，ｙ］）、
Ｄ＋＋＝斜めコントラスト（右下）
｛ｘ＝０からｍ−１，ｙ＝０からｎ−１について）Σ（ＡＢＳ（Ｐｉｘｅｌ［ｘ，ｙ］−Ｐｉｘｅｌ［ｘ＋ｌ，ｙ＋１］）、
Ｄ−＋＝斜めコントラスト（右上）
｛ｘ＝０からｍ−１，ｙ＝１からｎについて）Σ（ＡＢＳ（Ｐｉｘｅｌ［ｘ，ｙ］−Ｐｉｘｅｌ［ｘ＋１，ｙ−１］）、
Ｄ＋−＝斜めコントラスト（左下）
｛ｘ＝１からｍ，ｙ＝０からｎ−１について）Σ（ＡＢＳ（Ｐｉｘｅｌ［ｘ，ｙ］−Ｐｉｘｅｌ［ｘ−ｌ，ｙ＋１］）、かつ
Ｄ−−＝斜めコントラスト（左上）
｛ｘ＝１からｍ，ｙ＝１からｎについて）Σ（ＡＢＳ（Ｐｉｘｅｌ［ｘ，ｙ］−Ｐｉｘｅｌ［ｘ−１，ｙ−１］）
この例では、検出スペックルパターンの自己相関特性を、すぐ上に記載したコントラスト方向の組合せとして定義することができる。一例では、以下の自己相関を使用することができる。
【００９４】
自己相関＝Σ（Ｖ＋，Ｖ−，Ｈ＋，Ｈ−，Ｄ＋＋，Ｄ−＋，Ｄ＋−，Ｄ−−）／８
検出されたスペックルパターンが大きい場合、いくつかのコントラスト値が非常に近似の値の可能性があることを留意されたい。具体的には、Ｖ＋とＶ−が近似、Ｈ＋とＨ−が近似、Ｄ＋＋とＤ−−が近似、Ｄ＋−とＤ−＋が近似の可能性がある。したがって、検出器アレイが大きい場合、自己相関計算を簡単にして、単に付録Ａで記載したコントラスト９９式にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明のデータ入力デバイスの一実施形態を説明するための概略図で、トラッキング面と係合している本発明のデバイスを示す概略図である。
【図２】本発明のデータ入力デバイスの一実施形態を説明するための概略図で、トラッキング面から持ち上げられた図１のデバイスを示す概略図である。
【図３】本発明のデータ入力デバイスの他の実施形態を説明するための概略図で、トラッキング面と係合している本発明の他のデバイスを示す概略図である。
【図４】本発明のデータ入力デバイスの他の実施形態を説明するための概略図で、トラッキング面から持ち上げられた図３のデバイスを示す概略図である。
【図４Ａ】本発明のデータ入力デバイスのさらに他の実施形態を説明するための概略図で、トラッキング面から持ち上げられた本発明のさらに他のデバイスを示す概略図である。
【図４Ｂ】本発明のデータ入力デバイスのさらに他の実施形態を説明するための概略図で、トラッキング面から持ち上げられた本発明のさらに他のデバイスを示す概略図である。
【図４Ｃ】本発明のデータ入力デバイスのさらに他の実施形態を説明するための概略図で、人の皮膚のトラッキング面と係合している本発明のさらに他のデバイスを示す概略図である。
【図５】スペックルパターンの画像を示す図である。
【図６】図５に示したスペックルパターンよりも大きい平均スペックルサイズのスペックルパターンの画像を示す図である。
【図７】検出されたスペックルパターンを示す概略図である。
【図８】図７に示したスペックルパターンよりも大きい平均スペックルサイズの検出されたスペックルパターンを示す概略図である。
【図９】相関値対デバイスとトラッキング面の互いの離間変位をグラフに示す図である。
【図１０】自己相関計算用の検出されたスペックルパターンの複写の１画素のシフトを示す図である。
【図１０Ａ】図１０に示した１画素のシフトの自己相関計算結果を示す図である。
【図１１】自己相関計算用の検出されたスペックルパターンの複写の２画素のシフトを示す図である。
【図１１Ａ】図１０に示した２画素のシフトの自己相関計算結果を示す図である。
【図１２】差の合計と、検出されたスペックルパターンの自己相関値と、検出されたスペックルパターンのそれ自体に対する変位との間の関係をグラフに示す図である。
【図１３】本発明を実施することができる適切なコンピューティングシステム環境の一例を示すブロック図である。
【図１】
2005241649.tif 000009
【図２】
2005241649.tif 000010
【図３】
2005241649.tif 000011
【図４】
2005241649.tif 000012
【図４Ａ】
2005241649.tif 000013
【図４Ｂ】
2005241649.tif 000014
【図４Ｃ】
2005241649.tif 000015
【図７】
2005241649.tif 000016
【図８】
2005241649.tif 000017
【図９】
2005241649.tif 000018
【図１０】
2005241649.tif 000019
【図１０Ａ】
2005241649.tif 000020
【図１１】
2005241649.tif 000021
【図１１Ａ】
2005241649.tif 000022
【図１２】
2005241649.tif 000023
【図１３】
2005241649.tif 000024
【図５】
2005241649.tif 000025
【図６】
2005241649.tif 000026