JP4074495B2 - 静電容量感知およびデータ入力装置の電力管理 - Google Patents
静電容量感知およびデータ入力装置の電力管理 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
本出願は、２００１年９月７日に出願された先行する同時係属出願の米国特許出願第０９/９４８,０９９号の特典を主張する。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子装置、具体的には手動で操作されるデータ入力装置において電力消費を管理するために有利に使用することができる電力管理システムおよび方法に関する。本発明は、電力管理システムの一部または他の目的のために使用可能な感知システムおよび方法にも関する。より具体的には、本発明は、比較的高い率で電力を消費する構成要素を有する無線データ入力装置において電池の電力を節約するために使用することができる感知/電力管理システムおよび方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
電子装置における電力管理は、例えばポータブルコンピュータ、パーソナルデータアシスタント(PDA)、タブレットコンピュータ、携帯電話、ページャ、および無線コンピュータ周辺機器用として、電池の電力に対する依存が増すにつれて、益々重要になってきている。このような装置の構成部品は、電力を益々必要とするようになりつつあり、電池の交換または電池の充電の間隔を延ばす要求が増えてきている。このような装置は即座に使用できるため頻繁に電源が投入されるが、かなりの長期間にわたって使用されないまま置かれることが多い。これによって、省電力モードを使用することを通して電池の電力の消耗を抑える機会が与えられる。
【０００４】
最近では、ホストコンピュータと共に使用するための無線周辺装置が導入されている。具体的には、装置内に電池電源を内蔵し、赤外線またはRF送信機/受信機などの無線データリンクを提供することによって、コンピュータマウスやトラックボール装置などのカーソル制御(ポインティング)装置は無線化されてきている。効果的な電力管理がなされなければ、このような無線周辺機器の連続操作によってその装置の限りある電池電力は急速に消耗されることになり、したがって頻繁な電池交換や充電を必要とすることになる。
【０００５】
別系統の技術開発では、光学式表面トラッキングシステムを利用するカーソル制御装置が導入されており、従来型の光電子エンコーダホイール機構に依存する装置に代わって益々使用されている。光学式トラッキングは、トラック対象の支持面および/またはユーザの手から汚れ、油などを取り込むことによる障害が発生しやすい移動部分(例えば、ボールおよび関連するエンコーダホイール)を無くすことによって、さらに信頼性が高くて正確なトラッキングを実現することができる。一方、光学式トラッキングは、トラック可能面を照明し、そのトラック可能面から反射された光(画像情報)を受け取り、処理するために使用される回路構成を駆動するためにさらにかなり多くの電力を必要とする。例示の光学式トラッキングシステムおよび関連する信号処理技術は、共同所有のAdan他の米国特許(特許文献１参照)ならびに２０００年１０月１９日出願の３ 米国特許出願第０９/６９２,１２０号および１９９９年３月２２日出願の４ 米国特許出願第０９/２７３,８９９号の同時係属出願で開示されている。これらは、それぞれ参照により全体を本明細書に組み込む。
【０００６】
従来、光学式トラッキングシステムおよび無線データ送信機は比較的多量の電力を必要としたので、無線カーソル制御装置では光学式トラッキングシステムの使用は限られてきた。最近の商品であるLogitech Cordless Mouseman(登録商標)Opticalでは、電池の寿命を延ばすためにマルチスリープアウェイクモード(multiple sleep and awake mode)が使用されている。完全動作モード(full run mode)から一連の省電力モードへの切り替えは、ユーザの無活動期間に基づいて実行される。ユーザがマウスを移動するかマウスボタンをクリックするといつでもマウスは完全動作モードに戻る。
【０００７】
様々なタイプのユーザ近接検出器が知られており、電力管理システムおよび多数の他の応用例で使用されている。例えば、Tournaiの米国特許は、コンピュータ周辺装置(例えば、表示モニターまたはプリンタ)を電源に対して接続および切断するプロセッサベースの制御システムを開示している(特許文献２参照)。この制御は、キーボード、マウス、プリンタまたは占有センサー(occupancy sensor)などの入力源から受信した入力活動信号に基づいている。
【０００８】
Mese他の米国特許は、情報処理機器の節電制御機構を開示している(特許文献３参照)。より具体的には、Mese他の'４４３特許は、(１)ユーザに関連付けられた媒体の当該機器への接近(またはタッチ（接触）)を検出し、(２)タッチまたは接近が検出されるとその機器の制御対象物を非節電状態に置き、(３)ユーザに関連付けられた媒体(すなわち、スタイラスペンまたはユーザの身体)の存在が所定期間にわたって検出されない場合は、制御対象物を節電状態に置くための様々なシステムを記載している。
【０００９】
'４４３特許は、様々なタイプの接近/タッチセンサーを記載している。これらのうち、電磁、静電容量、および静電結合タブレットを含めて様々な「タブレット」タイプのセンサーシステムが記載されている。一実施形態では、タッチまたは接近検出タブレットおよび平面表示パネルは情報処理機器の筐体に内蔵することができる。
【００１０】
Philippの米国特許は、検出されたユーザの接近または存在に基づいて、飲料水供給装置や洗面台の水栓のオン/オフ制御を実現するために使用される静電容量フィールド検出器について述べている(特許文献４参照)。
【００１１】
Philippの'１６５特許の一実施形態では、電圧限定電源はプレートに充電電流を供給する。充電間隔の最後に、マイクロプロセッサによって制御される放電スイッチは、その感知プレートを電荷検出コンデンサ（キャパシタ；capacitor）などの電荷検出器に放電させるために一時的に閉じる。このようにして移された電荷の量は、感知プレートの静電容量を表している。充電と放電のプロセスが無数に繰り返される場合があるが、その場合、電荷測定手段は、数回の動作周期にわたるプレートからの電荷を集計する。所定回数の充電と放電の周期の後、電荷検出器はA/Dコンバータによって総計の電荷について検査され、その結果、コントローラは、栓を開くために使用可能な出力線上で出力制御信号を生成することができる。読み取を行うたびに、コントローラは電荷検出器をリセットして、プレートからの新しい一組の電荷を蓄積することを可能にする。別法として、コントローラは放電切り替えの各周期の後で読取り値を取得し、次いで制御出力を生じる論理的決定を行う前の数回の周期にわたる読取り値を取り込む(またはフィルタリングする)ことができる。
【００１２】
Sellersの米国特許は、パーソナルコンピュータでの電力使用量を削減するためのシステムを開示している(特許文献５参照)。より具体的には、ユーザの無活動に応じてパーソナルコンピュータの一部の電力消費量を低減し、かつ、１つまたは複数のセンサーによってユーザの活動が検出されると当該部分に全電力を分配するための電力制御回路が開示されている。電力が低減(または除去)された構成要素は、電源の投入にほぼ即座に応答することができる構成要素である。一方、完全な動作に戻るのに一定期間を要する構成要素(例えば、ディスクドライブのモータ、モニター、メインプロセッサ)は全電力で駆動される。開示された第１の実施形態では、センサーはキーボードに適合された圧電センサーである。Sellersは、センサーをコンピュータの別の場所(モニター、マウス、トラックボール、タッチパッド、またはタッチスクリーン)に配置することができること、また、圧電センサーの代わりに様々な他の種類のセンサー(容量、応力、温度、光)を使用することができることを開示している。
【００１３】
【特許文献１】
米国特許第６,１７２,３５４号明細書
【００１４】
【特許文献２】
米国特許第５,４０８,６６８号明細書
【００１５】
【特許文献３】
米国特許第５,３９６,４４３号明細書
【００１６】
【特許文献４】
米国特許第５,７３０,１６５号明細書
【００１７】
【特許文献５】
米国特許第５,６６９,００４号明細書
【００１８】
【発明の概要】
本発明は、ユーザ操作式データ入力装置で効果的な電力管理を実現するために相互に組み合わされて有利に(しかし必ずではない)使用することができるいくつかの態様を有する。本発明の静電容量感知システムおよび方法の態様は、電力管理に限定されるものではなく、基本的に、別の物体にタッチまたは近接している物体または身体部分の存在(または不在)を確実かつ効率的に感知することが望まれるどのような応用例(データ入力装置その他)でも実施することができる。本発明の電力管理の態様は、ユーザ操作式データ入力装置と、そのような装置内で実行される電力管理の方法によって実施される。無線カーソル制御装置(例えば、コンピュータマウスまたはトラックボール装置)または他のユーザ操作式データ入力装置、中でも比較的多量の電力を要する回路素子(例えば、光学式トラッキングシステムおよびRF送信機)を含むデータ入力装置で電池の寿命を顕著に延長するためには、本発明の静電容量感知と電力管理の態様を共に使用することは特に有利な使用法である。
【００１９】
第１の態様では、本発明は、別の物体にタッチまたは近接している物体または身体部分の存在を感知するための静電容量感知システムで実施される。第１の導体は、アース端子に静電結合され、それによってその導体に対する物体または身体部分の近接に応じて変化する静電容量を有するスクープコンデンサを形成する。一対の第２および第３の導体が、スクープコンデンサの最大静電容量よりも大きな静電容量を有するバケットコンデンサを形成し、入力閾値スイッチが設けられる。切り替え手段は、スクープコンデンサとバケットコンデンサの少なくとも１つを充電するためにスクープコンデンサとバケットコンデンサの少なくとも１つを電源に接続すること、スクープコンデンサの相対的サイズに応じてバケットコンデンサの電荷を変更すること、およびバケットコンデンサの電圧を入力閾値スイッチに印加することを選択的に行うために提供されている。検出器手段は、入力閾値スイッチの入力状態を検出するために提供されている。決定手段は、検出器手段による入力閾値スイッチの遷移の検出に対応するバケットコンデンサの電荷の変動周期数に関する値(TouchVal)を決定する。信号生成手段は、TouchValに基づいて、物体または身体部分が別の物体にタッチまたは近接しているON状態を示す信号と、物体または身体部分が別の物体にタッチまたは近接していないOFF状態を示す信号とを生成する。
【００２０】
第２の態様では、本発明は、ユーザ操作式データ入力装置で実施される。第１および第２のデータ入力信号生成手段は、それぞれの第１および第２のデータ入力信号を生成するために提供される。電源装置は、第１および第２の入力信号生成手段に電力を選択的に供給するために提供される。感知システムは、入力装置にタッチまたは近接している操作手段の存在を感知し、操作手段が入力装置にタッチまたは近接しているON状態と、操作手段が入力装置にタッチまたは近接していないOFF状態とを示す信号を生成する。電力管理システムは、第１および第２の入力信号生成手段への電力の供給を制御する。電力管理システムは少なくとも３つの電力状態間の切り替えを実現する。電力状態の第１の状態では、第１および第２の入力信号生成手段のそれぞれが通常の動作レベルにまで電力消費量が高められ、入力活動に関してサンプリングされる。電力状態の第２の状態では、第１および第２の入力信号生成手段のそれぞれが、入力活動に関してサンプリングが実行されるパワーアップ状態と、パワーダウン状態とを循環する。電力状態の第３の状態では、第１の信号生成手段はパワーダウン状態のままであるが、第２の信号生成手段は、入力活動に関してサンプリングが実行されるパワーアップ状態と、パワーダウン状態とを循環する。感知システムがON状態からOFF状態に遷移する際に、第１の電力状態から第３の電力状態への遷移が発生する。感知システムがOFF状態からON状態に遷移する際に、第３の電力状態から第１および第２の電力状態の１つへの遷移が発生する。第１および第２の入力信号生成手段のサンプリング中に入力活動が検出されると、第２の電力状態から第１の電力状態への遷移が発生する。
【００２１】
第３の態様では、本発明は、点滅する光源を含む光学式トラッキングエンジンを含むハンドヘルドカーソル制御装置で実施される。検出器手段は、表面を反射した光源からの光を検出する。判定手段は、トラック可能面の存在または不在を判定するために提供されている。制御手段は、(a)判定手段がトラック可能面の存在を判定したときに光源が第１の速度で点滅して表面のトラッキングを許可し、(b)判定手段がトラック可能面の不在を判定したときに光源が第１の速度よりも遅い第２の速度で点滅するように、光源を制御する。
【００２２】
第４の態様では、本発明は、別の物体にタッチまたは近接している物体または身体部分の存在を感知する方法で実施される。この方法は、アース端子に静電結合され、それによってその導体への物体または身体部分の近接に応じて変化する静電容量を有するスクープコンデンサを形成する第１の導体によって実行される。スクープコンデンサの最大静電容量よりも大きな静電容量を有するバケットコンデンサを形成する一対の第２と第３の導体と、入力閾値スイッチとが提供される。少なくとも１つのコンデンサを充電するためにスクープコンデンサとバケットコンデンサの少なくとも１つを電源に接続すること、スクープコンデンサの相対的サイズに応じてバケットコンデンサの電荷を変更すること、およびバケットコンデンサの電圧を入力閾値スイッチに印加することの切り替えが選択的に行われる。入力閾値スイッチの入力状態が検出される。入力閾値スイッチの遷移の検出に対応するバケットコンデンサの電荷の変動の数回の周期に関する値(TouchVal)が決定される。TouchValに基づいて、物体または身体部分が別の物体にタッチまたは近接しているON状態と、物体または身体部分が別の物体にタッチまたは近接していないOFF状態を示す信号が生成される。
【００２３】
第５の態様では、本発明は、それぞれの第１および第２のデータ入力信号を生成する第１および第２のデータ入力信号生成手段と、第１および第２のデータ入力信号生成手段に選択的に電力を供給する電力装置を含むユーザ操作式データ入力装置によって実行される電力管理方法で実施される。この方法は、入力装置にタッチまたは近接している操作手段の存在を感知し、操作手段が入力装置にタッチまたは近接しているON状態と、操作手段が入力装置にタッチまたは近接していないOFF状態とを示す信号を生成することを必要とする。第１および第２の入力信号生成手段への電力の供給は、少なくとも３つの電力状態の間で切り替えを実現することによって制御される。電力状態の第１の状態では、第１および第２の入力信号生成手段のそれぞれが通常の動作レベルにまで電力消費量が高められて、入力活動に関してサンプリングされる。電力状態の第２の状態では、第１および第２の入力信号生成手段のそれぞれが、入力活動に関するサンプリングが実行されるパワーアップ状態と、パワーダウン状態とを循環する。電力状態の第３の状態では、第１の信号生成手段はパワーダウン状態のままであるが、第２の信号生成手段は、入力活動に関するサンプリングが実行されるパワーアップ状態と、パワーダウン状態との間を循環する。感知システムがON状態からOFF状態に遷移すると、第１の電力状態から第３の電力状態への遷移が発生する。感知システムがOFF状態からON状態に遷移すると、第３の電力状態から第１および第２の電力状態の１つへの遷移が発生する。第１および第２の入力信号生成手段のサンプリング中に入力活動が検出されると、第２の電力状態から第１の電力状態への遷移が発生する。
【００２４】
第６の態様では、本発明は、点滅する光源を含む光学式トラッキングエンジンを含むハンドヘルドカーソル制御装置によって実行される方法で実施される。表面を反射した光源からの光が検出される。トラック可能面の存在または不在が判定される。光源は、(a)トラック可能面が存在すると判定されたときに光源が第１の速度で点滅して表面のトラッキングを許可し、(b)トラック可能面が不在であると判定されたときに光源が第１の速度よりも遅い第２の速度で点滅するように制御される。
【００２５】
第７の態様では、本発明は、筐体およびその筐体に含まれる静電容量感知システムを含む電子装置で実施される。感知システムは、電子装置にタッチまたは近接する操作手段の存在を感知し、操作手段が電子装置にタッチまたは近接しているON状態と、操作手段が電子装置にタッチまたは近接していないOFF状態とを示す信号を生成する。静電容量感知システムは、筐体に接着された柔軟なラベルの形態の導電性センサープレートを含む。
【００２６】
本発明の上記および他の物体、特徴および利点は、以下の好適実施形態の詳細な説明を添付の図面と併せ読むことによって容易に明らかになり、また完全に理解されよう。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明のシステムおよび方法は、本明細書では、コンピュータ入力装置、具体的には無線の光学式トラッキングコンピュータマウス内のその例示の応用例に関して説明される。しかし、本発明は、より広範囲にわたる潜在的応用例を有することが理解されよう。本発明の静電容量感知システムは電力管理に限定されることなく、別の物体にタッチまたは近接している物体または身体部分の存在または不在を判定することが望まれる略すべての装置(データ入力装置その他)で実施することができる。これは、トイレの送水バルブの作動、水栓および飲料水供給装置、自動ドア制御システム、警報システム、保安ロックシステムおよび安全保護装置システム(例えば、工業設備での)などの、様々な他のタイプの近接センサーが使用されてきた多くの応用例を含む。
【００２８】
本明細書で使用される「別の物体とタッチまたは近接する」という語句は、物体の局部並びに物体全体とのタッチまたは近接と、複数のセンサーを相互に連動させる使用法を含むことが理解されよう。したがって、例えば本発明の静電容量感知システムおよび方法は、位置決定の目的で、かつ/または位置依存データ入力、インタフェースまたは他の機能を実行するために複数のセンサーによって実施することができる。このような機能は、例えばタッチパッドおよびタッチストリップ機能、並びに２００１年３月９日に出願された共同所有の同時係属出願の米国特許出願第０９/８０４,４９６号(およびこの親出願)で開示されているような様々なコンピュータ/ユーザインタフェース機能を含むことができる。
【００２９】
本発明の電力管理の態様は、携帯型および非携帯型、無線および有線、内蔵型および例えばホストコンピュータの周辺機器など、様々なタイプのユーザ操作式入力装置に有利な適用例を見出すことができる。本発明は、(限定はしないが)、断続的に使用され、需要が発生すると即座に使用できるように一般的に長期にわたってそのままの状態に置かれる電池駆動型装置に特に有利な適用例を見出すことができる。そのような装置には、(限定はしないが)携帯コンピュータ、パーソナルデータアシスタント(PDA)、タブレットコンピュータ、携帯電話、ページャ、および、マウスやキーボードなどの無線型コンピュータ周辺機器が含まれる。
【００３０】
図１のブロック図は、本発明による電力管理および感知システムを組み込んだコンピュータマウスの一例の回路を示す。このマウスは、光学式表面トラッキングシステムを使用する無線マウスである。制御ロジックは、例えば台湾HsinchuのSunplus Technology社から販売されているSunplus SPMCO２Aマイクロプロセッサ(μP)などの制御集積回路(IC)または特定用途向けIC(ASIC)内のファームウェアで実施することができる。(例えば、２つのAA電池（単三電池）３によって)システムに供給される電力を管理することに加え、μP １はマウスの信号処理と出力機能を実行し、RF送信機５を介したホストコンピュータへのデータパケットの無線送信を制御する。
【００３１】
光学式コントローラIC ７は、光学式トラッキングエンジンの一部を形成しており、トラック可能面(例えば、デスクトップ)を照明するために使用されるLED光源９の照明を制御する。IC ７は、トラック可能面から反射された光を受け取る画像検出器１０(IC ７の一部として含まれる場合がある)から受け取った信号も処理する。画像は、ピクセルまたはサブピクセル間隔で相対的変位値を決定するために空間の相関関係を使用してIC ７によって処理される。その信号をさらに処理して、表示されたマウスのカーソルの移動を制御するためにホストコンピュータによって使用されるデータパケットにするために、相対的変位値のストリームがIC ７によってμP １に伝達される。μP １は、そのデータパケットをホストコンピュータに送信するためにマウスのRF送信セクション５を制御する。
【００３２】
図２は、本発明が適用されるマウスの一例１３と共に使用されるコンピュータ１１の機能ブロック図である。マウス１３は、一例として右ボタンおよび左ボタン１５、１７と、それらの間に押し下げ可能な回転式のスクロールホイール１９とを有する。当然ながら、マウス１３は、さらに多くの駆動部(親指駆動ボタンまたは他の指による駆動ボタンなど)を有することも、これより少ない駆動部(１つのボタンだけまたは２つのボタンだけなど)を有することも、異なるタイプの駆動部(トリガ、ローラなど)を有することもできる。マウス１３は、トラックボール装置などの別のタイプのカーソル制御(ポインティング)装置であってもよい。コンピュータ１１は、マウスドライバ２１、オペレーティングシステム２３、メッセージフック手順２５、およびフォーカスアプリケーション(focus application)２７を提供するファームウェアおよび/またはソフトウェアを有する。コンピュータシステム１１の入力装置１３の動作をさらによく理解するために、このシステムの構成要素について、図３に示すマウスのパケットデータ構造に関連して解説する。当然ながら、このデータ構造のデータ部分の再配列または別のデータ部分を使用することができることも理解されよう。例えば、様々な駆動部が使用される場合、データ構造はそれらに応じて変更される。
【００３３】
図３は、行と列の形式による４バイトのマウスパケット２９を示し、バイト３１、３３、３５および３７を行に示し、各バイトの個々のビットを列に示す。バイト３１は入力装置１３によって供給される第１のバイトであり、バイト３３は第２のバイトであり、バイト３５は第３のバイトであり、バイト３７は第４のバイトである。ビットの列は最下位ビットを右端に、最上位ビットを左端にして構成されている。したがって、列３９には４つのバイトのそれぞれの最下位ビットが含まれ、列４１には４つのバイトの最上位ビットが含まれる。
【００３４】
マウスパケット２９内の第１のバイト３１には、左ボタンビット４３、右ボタンビット４５、中央ボタンビット４７が含まれる。左ボタンビット４３が１の場合は左ボタンが押し下げられていることを示しており、左ボタンビット４３が０の場合は左ボタンが押し下げられていないことを示している。同様に、右ボタンビット４５または中央ボタンビット４７が１の場合は右ボタンまたは中央ボタンがそれぞれに押し下げられていることを示しており、これらのビットのどちらかが０の場合はそれぞれのボタンが押し下げられていないことを示している。
【００３５】
第４のビット４９は０にセットされる。
【００３６】
バイト３１の第５のビット５１はバイト３３によって完成される９ビットの符号付きの値の第９のビットである。ビット５１とバイト３３の組み合わせによって形成される９ビット値はX軸方向へのマウスの移動の方向と絶対値とを表す。９ビット値は２の補数の形式なので、ビット５１は、ビット５１が０の値を有する場合はマウスの移動は正のX軸方向であり、１の値を有する場合はマウスの移動は負のX軸方向というようにマウスの移動の方向を示す。
【００３７】
第１のバイト３１の第６のビット５３はバイト３５によって完成される９ビットの符号付きの値の第９のビットである。ビット５３と第３のバイト３５の組み合わせは、Y軸方向へのマウスの移動の絶対値と方向とを示す値を形成する。この値は２の補数の符号付きの値なので、ビット５３は、ビット５３が１の値を有する場合はマウスの移動は負のY軸方向であり、０の値を有する場合はマウスの移動は正のY軸方向であるというようにY軸に沿った移動の方向を示す。
【００３８】
第１のバイト３１の第７のビット５５と第８のビット５７は、ビット５１とバイト３３、およびビット５３とバイト３５によって形成された９ビットの値が、それぞれにオーバーフロー状態に陥っているかどうかを示す。９ビットを超える移動がマウスによって検出されるとこれが発生する。この状態では、それぞれの９ビット値はその移動方向に対して最大の絶対値にセットされる。
【００３９】
第４のバイト３７の４つの最下位ビット５９、６１、６３および６５は、スクロールホイール１９の移動の方向と絶対値とを表す。ビット５９-６５によって表された値は符号付きの値であり、正の値はユーザに近づくホイールの移動を示し、負の値はユーザから離れるホイールの移動を示す。
【００４０】
ビット６７と６９はそれぞれがバイト３７の第５と第６のビットであり、マウス１３の左ボタンと右ボタン１７、１５にそれぞれ対応するスイッチの投入を示す。したがって、ビット６７が１の値を有する場合、左ボタンに関連付けられたスイッチが閉じられ、それに対応するマウスのボタンが押し下げられていることを示す。ビット６９は、同様にして右ボタンに関連付けられたスイッチの投入を反映する。
【００４１】
第４のバイト３７のビット７１と７３は後で使用するために確保されており、０にセットされている。当業者ならば、図３に示したマウスパケット２９と後述するシリアルインタフェース７５はPS/２およびシリアルマウス接続で使用されることを理解するだろう。ユニバーサルシリアルバス(USB)接続の場合、マウスの情報は公に利用可能なマウス用のUSBプロトコルを使用してマウスドライバに送信される。
【００４２】
従来型マウスメッセージの処理を説明するために、図２および３の両方を参照する。マウスメッセージを開始するために、ユーザはまずマウス１３を操作する。この操作に基づいて、マウス１３は、操作のイベントを示す、シリアルインタフェース７５に渡されるマウスのパケットを生成する。シリアルインタフェース７５は、マウスパケット２９を受け取ると、マウスパケット２９の中のシリアル情報を一組のパラレルパケットに変換し、そのパラレルパケットをマウスドライバ２１に供給する。マウスドライバ２１は従来の方法で操作イベントに基づくマウスメッセージを作成する。
【００４３】
マウスメッセージは、次いでオペレーティングシステム２３に送信される。オペレーティングシステム２３は、Microsoft「WINDOWS(登録商標)」のオペレーティングシステム、例えば「WINDOWS(登録商標)NT(登録商標)」、「WINDOWS(登録商標)９５(登録商標)」、「WINDOWS(登録商標)９８(登録商標)」または「WINDOWS(登録商標)２０００(登録商標)」であってよい。当然ながら、IBM社製のOS/２、UNIX(登録商標)、LINUX、またはアップルオペレーティングシステムなど、並びにWind River社から販売されているような多数の埋め込み型アプリケーションのオペレーティングシステムなど、他のオペレーティングシステムを使用することもできる。オペレーティングシステム２３は、一連のマウスメッセージフック手順２５を識別するマウスメッセージフックリストを含む。オペレーティングシステム２３は、マウスドライバ２１からマウスメッセージを受け取ると、マウスメッセージフック手順がオペレーティングシステム２３に登録済みかどうかを判定するためにマウスメッセージフックリストを検査する。少なくとも１つのマウスメッセージフック手順がオペレーティングシステム２３に登録済みである場合、オペレーティングシステム２３はそのマウスメッセージを、リストの先頭にある登録されたマウスメッセージフック手順２５に渡す。
【００４４】
呼び出されたマウスメッセージフックが実行され、そのマウスメッセージを次に登録されたマウスメッセージフックに渡すようにオペレーティングシステムに指示する値をオペレーティングシステム２３に戻す。
【００４５】
マウスメッセージは、例えば、コンピュータ１１で現在関心の対象となっているウィンドウを「所有する」アプリケーションへのコマンドを表すことができる。この場合、メッセージフック手順２５は、そのコマンドをフォーカスウィンドウアプリケーション２７に対して発行する。それに応答して、フォーカスウィンドウアプリケーション２７は所望の関数を実行する。
【００４６】
メッセージフック手順２５がコマンドをフォーカスアプリケーション２７に対して発行すると、メッセージフック手順２５は、メッセージチェーンからメッセージを除去することによってマウスメッセージを消費する。これは、マウスメッセージを他のいかなるメッセージフック手順にも渡すべきではないことをオペレーティングシステムに示す値をオペレーティングシステム２３に戻すことによって達成される。
【００４７】
図４は、一部はブロック形式で一部は概略図形式の、本発明のシステムを適用することができる光学式表面トラッキングマウス７７を示すさらに詳細な図である。マウス７７には、筐体７９、電磁放射線源(LEDなどの光源であってよい)８１、筐体７９の底部に画定された開口部８３、第１の光学式カプラ８５、第２の光学式カプラ８７、画像またはパターン検出器８９、コントローラ９１、および電流ドライバ９３が含まれる。図４では、光学式マウス７７は作業面９２に対して支持された状態を示している。パターンまたは画像検出器８９は、衝突してくる電磁放射線によって搬送された情報から画像またはパターンを検出し、そのようなパターンまたは画像を示す信号を供給することができる任意の適切な検出器であってよい。パターン検出器８９は、例えば以下でさらに詳述するような人工網膜パターン検出器であってよい。
【００４８】
上述のように、光源８１は、パターンまたは画像上に衝突するための放射線を提供するために使用することができ、次いでパターン検出器８９によって検出することができる任意の適切な電磁放射線源であってよい。例示の一実施形態では、光源８１には、LED９５と内蔵レンズ９７とが含まれる。光源８１は、例えば表面取付け型LED、または低級レーザ(ナノメータ範囲の波長を有する)であってもよい。
【００４９】
LED９５から放射される放射線は、内蔵レンズ９７(LED９５のケーシングと一体型のガラスまたはプラスチックなどの素材のドーム型をした透明な光学部品として例示される)を介して、光学式カプラ８５に衝突するように送信される。以下でさらに詳述するように、光学式カプラ８５は、LED９５から放射される放射線を収集してそれを形成する。放射線は光学式カプラ８５を出て、筐体開口部８３を通過し、作業面９２に衝突する。作業面９２は、所定のパターンまたは質感のない、例えばデスクトップなどの通常の平面の作業面であっても、または所定のパターン、質感または画像が提供されている表面であってもよい。光は光学式カプラ８７に向けて作業面９２を反射する。光学式カプラ８７は、説明上、表面９２から反射された放射線を収集して、それを画像検出器(例えば、人工網膜)８９に向けて集めるレンズを含んでいる。
【００５０】
画像検出器８９は、作業面９２から反射された放射線に基づいて、作業面９２上の画像またはパターンを示す画像信号を生成する。この画像信号はコントローラ９１に供給され、そこでその画像信号に基づいて位置情報が計算される。この位置情報は、例えば上記で指摘され(参照により組み込まれた)特許および特許出願に記載のような方式で、作業面９２に対するマウス７７の移動を示す。位置情報は、情報パケットの形式でコントローラ９１から供給され、これはケーブル、または赤外線、超音波、または無線周波数(RF)リンクなどの無線送信リンクを介してコンピュータ１１に送信することができる。コントローラ９１から供給された位置情報は、ユニバーサルシリアルバス(USB)、FireWire(商標)、I２C、PS２、ECPおよびEPPインタフェース形式などの従来型シリアルまたはパラレルインタフェース形式に従って供給することができる。
【００５１】
上述のように、画像検出器８９は人工網膜であってよい。三菱電機株式会社で製造されている適切な人工網膜は２次元配列の可変感度光検出器(VSPD)を含み、周知の方式で動作する。すなわち、このVSPDは、並列の対になったダイオードを上に実装して構成されており、半絶縁のGaAs層で分離されている(pn-np構造)。一実施形態では、この配列は３２×３２のエレメントの配列であるが、この配列は必要に応じて大きくすることも小さくすることも可能である。光検出器の電流は、符号（sign）と大きさの両方で、印加された電圧に依存している。このようなVSPDは、光学書込みパルスが存在する際に電圧が印加された場合の導通情報を記憶するアナログメモリ効果を呈する。この情報は、光学読み出しパルスを入れることによって取り出される。
【００５２】
さらに別の例として、画像検出器８９は、カリフォルニア州Palo AltoのAgilent Technologies社から販売されている、例えばADNS ２０３０および２０５０ ICなどの光学式トラッキングICの一部として提供することができる。関連付けられた結像部品(例えばLED光源および光学式カップリング組立部品)もAgilent社から、単品としても、光学的にトラッキングするマウスの設計に使用することを目的とした完全な光学式トラッキングエンジンキットの一部としても販売されている。
【００５３】
このような装置での画像処理は光学式マトリックス/ベクトル乗算またはその近似に基づいている。入力された画像は、重み（matrix）マトリックスとして装置に投影される。すべてのVSPDは行に沿って接続された１つの電極を有し、感度制御ベクトルを発生する。したがって、VSPDの感度は各行で一定範囲内の任意の値にセットすることができる。さらに、残りのVSPDの電極は列に沿って接続されており、重みマトリックスと感度制御ベクトルの、マトリックスとベクトルの積によって確定された出力電流ベクトルを発生する。
【００５４】
図の一実施形態では、画像検出器８９は、エッジ抽出操作を実行するためにコントローラ９１によって制御される。２つの隣接する検出行の感度は+１と-１とにそれぞれセットされており、他のすべての感度は０にセットされている。この実施形態では、出力電流は２つのアクティブな行の光度の差に比例している。周期的な方式で制御電圧パターンをシフトすることによって(０、+１、-１、０、０など)、入力された画像の水平エッジが感知される。したがって、このシステムは、時系列方式のセミパラレルモードで動作する。
【００５５】
図の実施形態では、マウス７７は、光源８１に結合されている電流ドライバ９３も含んでいる。この構成では、コントローラ９１は光源８１によって生成された放射線の強度を断続的に感知し、電流ドライバ９３によって光源８１に供給される電流を調整するように構成することができる。すなわち、感知された強度が所望の範囲より低い場合、コントローラ９１は、光源８１から放射される電磁放射線の強度を増すために、光源８１に供給される電流を高めるためのフィードバック信号を電流ドライバ９３に提供することができる。一方、放射線の強度が所望の範囲よりも高い場合、コントローラ９１は、光源８１に供給される電流を低減し、それによって光源８１から放射される放射線の強度を低減するためのフィードバック信号を電流ドライバ９３に供給することができる。これは、反射された画像情報の信号対雑音比を最大限にするために行うことができる。これは、本発明の電力管理システムおよび方法の他に、マウス７７の全体的な電力消費を低減する手段としても役立てることができる。
【００５６】
コントローラ９１が画像検出器８９から画像信号を受け取り、位置情報を生成するためにその画像信号を処理する方法に関するさらなる詳細は、上記の(参照により組み込む)共同所有のAdan他による特許出願および同時係属出願に記載されている。これらの詳細は、本発明の静電容量感知および電力管理システムには直接には関係していない(また、理解する必要もない)。しかし、このような信号処理は、従来型の光電子エンコーダホイールシステム(通常は１-２mA)に関連する信号処理よりもかなり多くの電力(通常は２０-３０mA)を消費することに留意されたい。光学式トラッキングシステムの光源を駆動するためには追加の電力も必要となる。
【００５７】
上記のように、本発明のシステムを適用することができるマウスはホストコンピュータへの無線(RFまたは赤外線など)データリンクを有することができる。このようなシステムは、マウス９９および受信機１０１を含めて、図５に図式的に示されている。受信機１０１は、ユニバーサルシリアルバス(USB)ケーブルによってパーソナルコンピュータ１０３に接続するRF受信機である。マウス９９はRF送信機を内蔵し、上記のような光学式トラッキングシステムを内蔵することができる。マウス９９は、例えばユーザが平らな(平面の)表面上でマウスを移動することによってコンピュータ画面上をカーソルを移動することができ、従来式の「ポイントアンドクリック」方式で画面上のカーソルの動作を制御することができる通常の方法で使用することができる。ユーザがマウス９９を移動してそのボタンをクリックすると、マウス９９はこの活動を表すバイナリデータを生成し、そのデータをパケットにカプセル化し、そのパケットを無線周波数(RF)信号として受信機１０１に送信する。このRF送信は周知の方法で実行することができるが、その詳細は、本発明の感知および電力管理システムを理解するためには必須ではない。受信機１０１は、マウス９９を認識すると、バイナリデータをコンピュータ１０３に送信する。コンピュータは、次いでこのデータに反応して、例えばカーソルを画面(モニター)１０５で移動する。
【００５８】
次に図６の組立図を参照すると、本発明による例示の光学式にトラッキングする無線マウス１０７は、人間工学により形作られた上部ケース１０９と一対の上部キーまたはマウスボタン１１１、１１３を含んでいる。一対の大小の側面マウスキー１１５、１１７は、人間工学により形作られたスカート部１１９上および内部に実装されたカンチレバーである。このサブアッセンブリは底部ケース１２１上に実装されて、フロントパネル１２３と共に、後述するマウス１０７のいくつかの内部構成要素のための絶縁性の筐体を形成する。この筐体の構成部品は、射出成形などの周知の方法で製造することができる。一実施形態では、底部ケース１２１は射出成形されたポリカーボネートで形成されており、これ以外の筐体部分は射出成形されたABSコポリマーで形成されている。
【００５９】
主プリント回路基板(PCB)１２５は、図１に示すように、その下面に制御μP １、RF送信機５、８MHzオシレータ-１２７、およびEEPROM１２９を保持している。PCB１２５に取り付けられたドーター基板１３１は、前面および背面の側面キーまたはボタン１１５、１１７に対する一対のスイッチ接点１３３、１３５を保持する。PCB１２５の下面には、直列に配列された一対の２つのAA電池３を保持するために、底部ケース１２１内に形成された蓄電池室１４１内に延長された一対の電池接点１３７、１３９が下がっている。電池３は、例えば３.１VDCのVcc出力を供給するように、安定化したDC/DC電力供給１４３(図１を参照のこと)を介してマウスの電子システムに動力を供給する。PCB１２５の上側面から延長されているのは、上部ケース１０９およびスカート部１１９によって形成された上部筐体の下面に取り付けられた、静電容量感知プレート１４５の導通パッドにタッチするための、金属(例えば、ニッケルメッキしたスチール)のバネ接点アーム１４４である。
【００６０】
PCB１２５は第２の(小さな)PCB１４７の上を物理的に覆っているが、このPCB１４７は、その上にPCB１２５を装着し、下面には内蔵型画像検出器１０と、IC ７に動作クロックパルスを供給するための２０ MHzオシレータ１２０とを含めて光学式コントローラIC ７を装着している(図１を参照のこと)。PCB１４７は、その開口部内にLED９も保持している。LED９は、PCB１４７の上面から突き出しており、上を覆っているPCB１２５内に形成された、位置合わせされた開口部１２６内に収納される。レンズアッセンブリ１４９はLED９と画像検出器１０の下に直接提供され、図４に図式的に示したように光学式カプラ８５、８７を提供する。光学式カプラ８５、８７は、支持しているトラック可能面を照明し、画像検出器８９上にトラック可能面から反射された光を導き、集中させるように、それぞれにLED９の光を底部ケース１２１に設けられた開口部を介して集中するように働く。レンズアッセンブリは、例えば既に示した(参照により本明細書に組み込む)同時係属出願の米国特許出願第０９/２７３,８９９号４で開示された構造を有することができる。第２のPCB１４７はさらに上部右マウスボタン１１１のスイッチ１５１を保持する。
【００６１】
第３のPCB１５３は、スクロールホイールアッセンブリキャリア１５５内に保持される。その上に装着されるのは、スクロールホイールシステムの光電子エミッタ/レシーバの対１５７と、ユーザがスクロールホイール１６３を押し下げると移動可能に装着されたスクロールホイール軸１６１によって押し下げられる中央マウスボタンスイッチ１５９である。スクロールホイールシステムは、１９９８年１２月１６日出願の共同所有の同時係属出願の米国特許出願第０９/２１２,８９８号に記載の構成を有することもできる。これを参照によりその全体を本明細書に組み込む。第３のPCB１５３はまた、上部左マウスボタン１１３のスイッチ１６４を保持する。
【００６２】
２つのAAアルカリ電池３は約２５００mAhの容量でマウス１０７に動力を供給する。限りある電池の電力を節約するために、本発明の電力管理システムは、マウスが使用されていないときにはそのマウスの電力消費量を低減する。電力管理システムは、μP １内のファームウェアとして好適に実施され、または別個の特定用途向けIC(ASIC)として任意選択で実施される。システムの一部として、タッチ/近接センサーはいくつかある使用法のうちの１つを実現する。マウスが所与の時間内にいることのできる５つの状態があることが好ましい(が、必須ではない)。すなわち、ACTIVE、IDLE、EXTENDED IDLE、BEACONおよび、SHUTDOWNである。図８の状態図はこれらの状態と、これらの状態間でシステムがどのように遷移するかを示す。
【００６３】
次に図８を参照すると、２つの主要な状態はSHUTDOWN １６５とACTIVE １６７である。SHUTDOWN状態１６５では、μp １は電力低減モードにおかれ、実行される機能はタッチ/近接と、マウスボタンおよびスクロールホイール使用活動との定期的監視だけである。タッチ/近接と、ボタン/スクロールホイール活動に関するサンプリングは、セットされた「ウェイク中断」間隔で実行される。EEPROM １２９(図１参照のこと)にも、不揮発性メモリ内で、ホストコンピュータへのRFデータ送信に関連するセキュリティコードを維持するためにも電力が供給される。光学式コントローラIC ７と、関連付けられたLED光源９および画像検出器１０(光学式トラッキングエンジンと総称する)への全電力は、RF送信機５と同様に切られる。電源装置１４３から光学式トラッキングエンジンへの電力の選択的印加はスイッチ１３０によって供給されるが、これはμp １のピンOPT_PWR １３２の論理出力によって制御される(図１参照のこと)。SHUTDOWN状態１６５は、関連する感知アルゴリズムが、タッチ/近接センサーに装着されたマウス上にユーザの手がない(または近接していない)ことを示すタッチオフ(OFF)状態にあるときにだけ発生することが好ましい。状態機械は、他のどれかの状態下でOFF信号(フラグ)が発生したとき、またはEXTENDED IDLE状態１６９のタイムアウトによって、SHUTDOWN状態１６５に遷移することが好ましい(後述参照のこと)。
【００６４】
好ましいACTIVE状態１６７では、上述のマウスのサブシステムのそれぞれが電力消費量を高めて完全に動作可能な状態になっている。ACTIVE状態１６７は、感知アルゴリズムが、ユーザの手がマウス上にある(または近接している)ことを示すONの状態のときだけ発生する。上述のように、ユーザの手がない場合はOFFフラグが生成される。ACTIVE状態１６７で所定の期間(例えば４００ミリ秒)マウスが活動していないと、感知アルゴリズムのON状態と組み合わされて、状態機械はIDLE状態１７１に遷移する。IDLE状態１７１では、システムは、SHUTDOWN状態を８０ミリ秒、ACTIVE状態を５０ミリ秒というように、SHUTDOWN状態とACTIVE状態との間を効果的に循環することが好ましい。OFF信号が発生すると、状態機械はIDLE状態１７１からSHUTDOWN状態１６５に即座に遷移することが好ましい。感知アルゴリズムがON状態のままであるがマウスの活動がない場合、マウスの移動、スクローリング、またはボタンの押し下げ活動などのマウスの活動が３０秒以内(または前もってセットした時間内)に発生すると、状態機械はEXTENDED IDLE状態１６９に遷移する。EXTENDED IDLE状態１６９は、SHUTDOWN状態とACTIVE状態１６７、１６５の間を効果的にシステムが循環する点ではIDLE状態と同様であるが、例えば起動が８０ミリ秒ごと(ウェイク中断ごと)ではなく約１秒ごと(１２ウェイク中断ごと)というように、周期あたりのシャットダウン期間は長くなる。
【００６５】
タッチアルゴリズムフラグがONのままであるが、光学式トラッキングシステムが所定の期間、例えば２秒以上にわたってトラッキング表面を検出しない場合(ユーザが、マウスを支持している表面からマウスを持ち上げていることを示す)、状態機械はBEACON状態１７３に遷移することが好ましい。BEACON状態１７３では、EXTENDED IDLE状態のパワーサイクリングが好適に開始され(１２ウェイク中断ごとに１回起動)、トラッキング光源(LED)９は、低減された速度、例えばトラッキングに使用される名目８Hzの点滅速度ではなく１秒に１回(１Hz)で点滅する。この大幅に低減された光源のパルス速度はエネルギーを節約し、例えば通常のLED９のトラッキング照明に目を曝していることに関してユーザ側の心配を解消するような、ユーザに肯定的なフィードバックを提供する。
【００６６】
IDLE状態１７１、EXTENDED IDLE状態１６９、またはBEACON状態１７３中にどのようなマウスの活動が発生しても、状態機械は即座にACTIVE状態１６７に戻ることが好ましい。さらに、状態機械は、トラッキング表面が光学式トラッキングシステムによって再度感知されると、BEACON状態１７３からACTIVE状態１６７に遷移する。IDLE状態１１７、EXTENDED IDLE状態１６１またはBEACON状態１７３のどれかの期間中に万一OFFフラグが生成されると、状態機械は即座にSHUTDOWN状態１６５に遷移する。また、BEACON状態１７３またはEXTENDED IDLE状態１６９のどちらかで所定期間、例えば１８０秒を超過すると、SHUTDOWN状態１６５への遷移が発生することが好ましい。
【００６７】
本発明の記載した例示の(マウスの)実施形態では、入力信号生成手段は光学式トラッキングエンジン、マウスボタンおよびスクロールホイールの形式で提供される。本発明の電力が低減された状態では、これらの手段は、一部にはその手段によって消費される電力量に応じて様々な程度まで電力消費量が低減される。本発明は、一般に、複数のタイプの入力信号生成手段を有する、ほとんどすべてのタイプのユーザ操作式データ入力装置に適用されて、相対的な電力消費率を考慮しながらそれらの手段への電力の供給を様々に制御することができることが理解されよう。
【００６８】
次に、例示のマウスの実施形態の５つの好ましい電力状態をさらに詳細に説明する。
【００６９】
ACTIVE状態１６７
これは、ユーザがマウス１０７を移動し、スクロールホイール１６３を移動し、またはマウスボタン１１１、１１３、１１５、１１７の１つまたは複数を活動化するときの通常の動作状態である。ACTIVE状態１６７では、μpＰ１のファームウェアは、光学式コントローラIC ７からXYパケットを受け取り、マウスボタンとスクロールホイールと感知アルゴリズムの状態とをサンプリングする。μP １は、Low-battピン１７５によって電池３のレベルのチェックをすることができる(図１参照のこと)。ACTIVE状態１６７は、主として光学式(XY)トラッキングエンジンとRF送信機５の動作のために最も多くの電力を消費する。電力を節約するために、状態機械は、所定の期間(例えば４００ミリ秒)にわたって活動がないと終了するタイマを維持することが好ましい。タイマが終了しても依然としてユーザの手がマウスにタッチしている(または近接している)場合、状態機械はIDLE状態１７１に入る。タイマの期間が経過してもユーザがマウスにタッチ(または近接している)していない場合、状態機械はSHUTDOWN状態１６５に入る。
【００７０】
IDLE状態１７１
上記のように、４００ミリ秒間活動がなく、ユーザの手がマウスにタッチ(または近接)している場合はIDLE状態１７１に入る。この状態では、マウスは基本的に電源を切られ、μP １はSTOPモードに入る。外部のRCネットワーク１７７(図１参照のこと)は、所定の遅延、例えば８０ミリ秒後にμP １を起こすために好適に使用される。一旦起きると、プロセッサは電力消費量を高めてIC ７を初期化し、XYの移動を探す。ファームウェアも、スクロールホイール１６３の状態の変化を求めて検査し、マウスボタンをサンプリングし、感知アルゴリズムの状態(ONまたはOFF)をサンプリングする。IDLE状態１７１の期間中の「on」の期間は約５０ミリ秒であることが好ましい。さらに、３０秒のタイマをセットすることもできる。イベントが検出される前にこのタイマが終了すると、状態機械はEXTENDED IDLE状態１６９に入ることが好ましい。タッチが解除されると(感知アルゴリズムがOFF状態に入ると)、SHUTDOWN状態１６５に入る。いかなるイベントでもACTIVE状態１６７に入る原因となる。一次マウスボタンのどれでもμP １を即座に起こすことが好ましい。これは、対応する「チャネル接続」ボタン１８０(図５を参照のこと)を有する、関連する受信機によって認識されるべきマウスの一意の識別コードを設定するために、RF送信システムの一部として提供される「チャネル接続」ボタン１７９(図１、５および６を参照のこと)の起動と同様である。
【００７１】
EXTENDED IDLE状態１６９
この状態は、ユーザが比較的長期間、例えば３０秒にわたってマウスの上に手を置いているが、マウスを移動したり(XY移動)、スクロールホイールを移動したり(Z移動)しないか、またはマウスボタンのどれも活動化しない場合に、追加電力を節約することを目的としている。この状態では、IC ７は、例えば１３０ミリ秒ごとではなく１秒ごとなど、低速で電源が投入される。この状態で所定の期間、例えば１８０秒が過ぎると、マウスはSHUTDOWN状態１６５に入る。そうでない場合、EXTENDED IDLE状態１６９はIDLE状態１７１と同様である。
【００７２】
BEACON状態１７３
BEACON状態１７３は、マウスがIDLE状態１７１にあり、ユーザがマウスを持ち上げてそのまま持っている場合に、LEDの点滅速度を(例えば、８Hzから１Hzに)低減することを目的としている。マウスがトラック可能面から取り去られると、表面から焦点がなくなり、ぼやけは判別不可能になる。支持する表面が、鏡面、またはランベルトの再放射などの完全に滑らかなもしくは光沢のある表面など、光学的に不明確な場合、すなわち、マウスが正確にトラックできない表面である場合も、同様の状態が発生する。このような状態を認識するために、IC ７は、良好な表面上にあるかどうかを示す状態ビットをすべてのPS/２パケットに入れて送信することができる。μP １のファームウェアはIDLE状態１７１に例えば２秒を超過してあると、これをチェックすることができる。BEACON状態１７３に入ると、トラック可能面ビットを１秒ごとにチェックすることができる。「表面上」が示されると、ACTIVE状態１６７に再度入ることが好ましい。
【００７３】
BEACON状態１７３の好適実施態様では、IC ７から電力が約１秒間隔で反復的に除去される。１秒の間隔が終了するたびに、IC ７は二次的に電源が投入され、表面を再度テストする。トラック可能面上にない場合、LED ９はビーコンのように、１秒ごとに「脈を打つ」状態を呈し、同時に表面の再テストが実行される。電池の電力を節約することに加え、BEACON状態１７３は、正規のトラッキングモードでのLEDの通常の高頻度の閃光によって生じる潜在的な不快感や、それに対する心配を低減する。
【００７４】
周知の使用可能な光学式トラッキングエンジンは、トラック可能面の存在または不在を判断するために使用することができるいくつかの測定基準を提供する。本発明によると、これらの測定基準は、IC ７の別個の状態ビット線上で表すことができる。１つのビット線は、例えばFOUNDまたはLOSTを示すことができるが、これらはIC ７によって実行された自動相関関数から得られた画像値(例えば、ピクセル強度測度Maxpix、Minpix、Avgpix)が光学式トラッキングエンジンのA/Dコンバータの作業可能範囲内にあるかどうかを示す。作業可能範囲内にある場合、FOUNDビットが出力される。作業可能範囲内にない場合、自動相関関数は不成功となり、LOSTビットが出力される。
【００７５】
第２のビット線は、例えば「速度有効」または「速度無効」のどちらかの状態を提供する。自動相関が成功裏に実行されたとしても(したがって、その結果生じるFOUNDビットが第１のビット線上にあるとしても)、検出された表面の性質が、例えば擬似ラインなどによってトラック不可能となる場合がある。相互相関処理から得られたマウス移動信号(例えば速度)が物理的な実現性の範囲外にあるときを示すための閾値をセットすることができる。例えば、IC ７の相互相関処理の結果が、マウスに瞬間的な方向の変更が行われたことを示す場合(物理的に不可能な事)、「速度無効」などの状態ビットを出力することができる。一方、相互相関処理によって示された移動が実現可能なマウスの移動の範囲内である場合、「速度有効」状態ビットを出力することができる。
【００７６】
IC ７は、Good_Sureface=FOUND && Velocity_Validなどの論理表現を使用することができる。すなわち、「FOUND」はトラッキングエンジンのパラメータが安定化されており、トラック可能面の通常の動作範囲内にあるということを示す状態ビットである。Velocity_Valid状態は、トラッキングエンジンの出力が有効であり、明らかに正確であることを示している。これらの２つの信号の組み合わせは、トラック可能面からマウスが取り去られているときのみBEACON状態１７３に入ることを高度に保証するために使用することができる。マウスがトラック可能面から取り去られていることが検出されると、状態機械はBEACON状態１７３に遷移する。Good_Surefaceが検出されると、装置論理は、ホストコンピュータへの送信に関する有用な移動情報を提示するために、ACTIVE状態１６７に遷移することができる。
【００７７】
SHUTDOWN状態１６５
これは、マウスの最も低い電力状態であり、マウスは-１００μアンペアの電流だけでよい。３つの一次マウスボタンスイッチ(右、左、および中央)１５１、１６５および１５９のどれか、またはチャネル接続ボタン１７９を活動化すると、プロセッサを即座に起こす割込を生成し、状態機械はACTIVE状態１６７に入る。そうでない場合、プロセッサ１はSTOPモードに入り、所定の遅延の後で起きる(例えば、８０-８５ミリ秒)。μP １の「ウェイク」期間は約３ミリ秒であることが好ましい。起きた状態では、μP １はタッチ(感知アルゴリズムのON状態)と二次(側面)ボタン１１５、１１７の活動化に関してポーリングする。(例示の一実施形態では、μP １の限られた数の割り込みピンが一次マウスボタンとチャネル接続ボタン１７９用に使用される。当然ながら、さらに多くの数の使用可能な割込みピンがあれば、ポーリングではなく割込みによって感知されるようにすべてのマウスのボタンを接続することができる。)電力を節約するために、SHUTDOWN状態でXY移動(光学式トラッキングエンジンの動作)またはスクロールホイールの回転のチェックは実行しないことが好ましい。
【００７８】
赤外線(IR)および他の光学ベースの検出器、静電、電磁および機械スイッチ、圧電および他のタイプの加速度計、または音響検出器、および熱または温度ベースのスイッチなど、本発明の電力管理システムで制御入力フラグON/OFFを実現するために、様々なタイプのオペレータ接触状態/近接センサーを使用することができる。好適実施形態では、静電容量感知、好適には次に説明する静電容量感知の新しいシステムおよび方法が使用される。
【００７９】
本発明の静電容量感知の態様によると、導体と装置のアース端子との間の静電容量の相対的な増加は、別の物体にタッチまたは近接している、物体または身体部分の存在を知らせる。ユーザ操作式データ入力装置に適用する際、このシステムは、装置にタッチまたは近接しているユーザの手または他の操作手段(例えば、ペンベースのデータ入力装置のペン)の存在または不在を知らせる。マウス１０７に適用する際、静電容量感知システムは、マウス１０７の上にあるまたは近接しているユーザの手の存在を感知する。
【００８０】
本発明によると、センサープレート１４５(図６を参照のこと)とその環境(関係する装置のアース端子)との間で形成される比較的小さなコンデンサのサイズに生じた変化は、電荷移動技術の方法によって、A/Dコンバータなどによる処理集約的な(かつ比較的低速の)静電容量の測定を回避する方法で、検出される。同様にして、小さいコンデンサ(「スクープ」)１８１の相対的サイズに生じた変化は、スクープコンデンサ１８１の電荷をより大きな(「バケット」)コンデンサ１８３(図１および７を参照のこと)に反復的にダンプし、そのバケットコンデンサを「満たす」のに要する「スクープ」の数を計数することによって決定することができる。「スクープ」コンデンサは、例えばユーザの手のタッチまたは近接によって変調される。ユーザの手がマウスに接近するに従い、スクープコンデンサの明示的サイズは大きくなる。「バケット」を満たすために要する「スクープ」の数を計数することによって、ユーザがマウスに手を触れたりマウスから手を離したりする際に、ユーザの手の近接の変化によって開始された静電容量の変化を検出することができる。
【００８１】
第１の実施形態では、本発明の感知システムは、「スクープ」コンデンサ１８１を連続的に充電し、それを比較的に大きな、好適に固定されたサイズのバケットコンデンサ１８３にダンプすることによって機能する。バケットコンデンサ１８３は、例えば４.７nFの静電容量Cを有することができるが、スクープコンデンサの静電容量は１５-４５pFの範囲で変動することができる。充填/ダンピングプロセスは、バケットコンデンサ１８３が「満たされる」まで続けられる。マウスにタッチまたは近接しているユーザの手の存在または不在を示すスクープコンデンサ１８１のサイズの増大は、バケットを満たすためにどれだけ多くの「スクープ」を要するかによって判定される。
【００８２】
図１および７に示すように、好適実施形態は、充填、ダンピング(電荷移動)、および入力閾値スイッチのサンプリング動作を制御するために、μP １の２つのI/OピンA、Bを使用する。同様のまたは類似の結果を達成するために、ファームウェアプログラム済みμP １の代わりに、ディスクリート回路素子またはASICの構成を含めて他のハードウェア/ソフトウェア/ファームウェア構成を使用することができることは明らかである。以下のステップは、ファームウェア制御下でμP １によって実行することができる。
【００８３】
１)バケットコンデンサ１８３を放電するためにμP １はピンAとBの両方をアース端子にクランプ（clamp）する。カウンタ=０
【００８４】
２)(バケットコンデンサ１８３は充電せずに)スクープコンデンサを充電するためにピンBはハイインピーダンス入力にセットされ(浮動)、ピンAはハイにセットされる。
【００８５】
３)スクープコンデンサ１８１の電荷をバケットコンデンサ１８３にダンプするために、ピンAはハイインピーダンス入力にセットされ(浮動)、ピンBはローで駆動される。
【００８６】
４)カウンタ=カウンタ+１(１つのスクープを計数する)
【００８７】
５)ピンA(依然としてハイインピーダンス入力)は、入力されたハイ閾値を超えた(バケットが「満たされた」状態を示す)かどうかを確認するためにサンプリングされる。超えていない場合、ステップ２-５が反復される。
【００８８】
６)アルゴリズム完了。すなわち、カウンタ値はスクープコンデンサの相対的サイズに反比例している。カウンタ値が低いほど、スクープコンデンサの静電容量は大きくなる。このカウンタ値は、現在のタッチ値(TouchVal)として直接使用することも、TouchVal=(TouchVal+Counter)/２のようにして新しいタッチ読取り値に平均化することもできるが、この場合TouchValは移動平均値である。
【００８９】
したがって、電荷移動の各周期に引き続き、μP １の入力閾値スイッチ、例えばピンAに接続されているCMOSトランジスタがチェックされ、その閾値(例えば、１/２Vcc=１.５５±２０%)に達したかどうかが判定される。閾値に達している場合は、バケットコンデンサが「満たされている」ことを示す。カウンタは、閾値電圧を超過する時点までチェックするたびに増分される。計数に関係する値(TouchVal)が所定の閾値計数値(後述する方法で動的に調整されることが好ましい)より低くなると、マウスの上の手の存在(または近接)が判定される。この判定に基づいて、前述のタッチオン(ON)とタッチオフ(OFF)信号が生成される。
【００９０】
以上説明したように、TouchValは計数値または移動平均値である。しかし、TouchValは、計数に関係する別の変数、例えば入力された高閾値に達するのに要する電荷移動の周期数のプロキシ表示を供給する時間値であってもよいことを理解されたい。
【００９１】
上記技術の「ロー側」の変形形態では、ピンBが高いインピーダンス入力にセットされる時点で(ピンAではなく)ピンBでサンプリングが実行される。典型的なコントローラのCMOSトランジスタ閾値スイッチは、高低遷移点とは若干異なる電圧でローからハイに遷移する。この差は、計数値の様々な分解を可能にするために使用することができる。「ロー側」の変形形態を実行する際、μP １は以下のステップを実行することができる。
【００９２】
１)バケットコンデンサ１８３とスクープコンデンサ１８１とを放電するためにμP １はピンAとBとをアース端子にクランプする。カウンタ=０
【００９３】
２)(バケットコンデンサ１８３は充電せずに)スクープコンデンサを充電するために、ピンBはハイインピーダンス入力にセットされ(浮動)、ピンAはハイにセットされる。
【００９４】
３)ピンB(依然としてハイインピーダンス入力)がサンプリングされて、入力されたロー閾値を超えたか(バケットが「満たされた」状態であることを示す)どうかが確認される。超えている場合、ステップ(７)に進む。超えていない場合、ステップ(４)に進む。
【００９５】
４)スクープコンデンサ１８１の電荷をバケットコンデンサ１８３にダンプするために、ピンAはハイインピーダンス入力にセットされ(浮動)、ピンBはローで駆動される。
【００９６】
５)カウンタ=カウンタ+１(１つのスクープを計数する)
【００９７】
６)ステップ２-５を反復する。
【００９８】
７)アルゴリズム完了。すなわち、カウンタ値はスクープコンデンサの相対的サイズに反比例している。カウンタ値が低いほど、スクープコンデンサの静電容量は大きくなる。このカウンタ値は、現在のタッチ値(TouchVal)として直接使用することも、TouchVal=(TouchVal+Counter)/２のようにして新しいタッチ読取り値に平均化することもできるが、この場合TouchValは移動平均値である。
【００９９】
図７の回路構成によって実行することができる代替実施形態では、TouchValはスクープコンデンサ１８１全体をバケットコンデンサ１８３に(充電ではなく)ダンプするのに要する周期数を表すことができる。ここでもまた、同様に、バケットがまず「満たされ」、次いで、バケットコンデンサの電荷がすべて「空になった」ことを示す閾値ロー(またはハイ)電圧が検出されるまで、すなわち閾値レベルより低くなるまでスクープごとに空にされる。この代替実施形態を実行する際に、μP １は以下のステップを実行することができる。
【０１００】
１)バケットコンデンサ１８３を充電する(「満たす」)ために、μP １はピンAをハイでピンBをローで駆動する。
【０１０１】
２)(バケットコンデンサ１８３の電荷はダンプせずに)スクープコンデンサ１８１の電荷をアース端子にダンプするために、ピンAはローで駆動され、ピンBは高いインピーダンス入力にセットされる(浮動)。
【０１０２】
３)ピンAはハイインピーダンス入力にセットされ(浮動)、ピンBはローで駆動され、その結果、バケットコンデンサ１８３の電荷はスクープコンデンサ１８１に移動される。
【０１０３】
４)カウンタ=カウンタ+１(１つのスクープを計数する)
【０１０４】
５)ピンA(依然としてハイインピーダンス入力)がサンプリングされて、入力されたロー閾値を超えた(バケットが「空」であることを示す)かどうかが確認される。超えてない場合、ステップ２-５が反復される。
【０１０５】
６)アルゴリズム完了。すなわち、第１の実施形態のように、カウンタ値はスクープコンデンサの相対的サイズに反比例している。カウンタ値が低いほど、スクープコンデンサの静電容量は大きくなる。TouchValは、カウンタ値そのものとしてセットすることも、カウンタ値の移動平均としてセットすることも、または対応する時間値などの、別な方法でカウンタ値に関係する値としてセットすることもできる。
【０１０６】
ピンBをハイで駆動し、ピンAをローで駆動するようにステップ(１)の電荷の極性を逆転して、バケットコンデンサを充電することができる。この場合、入力されたハイ閾値を超えたかどうかを確認するために、ピンAがステップ(５)でサンプリングされる。
【０１０７】
第１の「バケットを充填する」の実施形態と同様に、上記の「バケットを空にする」の実施形態でも、ピンBがハイインピーダンス入力としてセットされる時点で、ピンBで(ピンAではなく)サンプリングを実行することができる。この変形形態を実行する際、μP １は以下のステップを実行することができる。
【０１０８】
１)バケットコンデンサ１８３を充電する(「満たす」)ために、μP １はピンAをハイでピンBをローで駆動する。
【０１０９】
２)(バケットコンデンサ１８３の電荷はダンプせずに)スクープコンデンサ１８１の電荷をアース端子にダンプするために、ピンAはローで駆動され、ピンBはハイインピーダンス入力にセットされる(浮動)。
【０１１０】
３)ピンB(依然としてハイインピーダンス入力である)がサンプリングされて、入力されたハイ閾値を超えた(バケットが「空」であることを示す)かどうかが確認される。超えている場合、ステップ(７)に進む。超えていない場合、ステップ(４)に進む。
【０１１１】
４)ピンAはハイインピーダンス入力にセットされ(浮動)、ピンBはローで駆動され、その結果、バケットコンデンサ１８３の電荷はスクープコンデンサ１８１に移動される。
【０１１２】
５)カウンタ=カウンタ+１(１つのスクープを計数する)
【０１１３】
６)ステップ２-５を反復する。
【０１１４】
７)アルゴリズム完了。すなわち、第１の実施形態のように、カウンタ値はスクープコンデンサの相対的サイズに反比例している。カウンタ値が低いほど、スクープコンデンサの静電容量は大きくなる。TouchValは、カウンタ値そのものとしてセットすることも、カウンタ値の移動平均としてセットすることも、または対応する時間値などの、別な方法でカウンタ値に関係する値としてセットすることもできる。
【０１１５】
バケットコンデンサを充電するためにピンBをハイで駆動し、ピンAをローで駆動するように、ステップ(１)の電荷の極性を逆転することができる。この場合、ピンBはステップ(３)でサンプリングされ、入力されたロー閾値を超えたかどうかが確認される。
【０１１６】
図７の回路構成によって実行することができるさらに別の代替実施形態では、TouchValは、直列に接続されたバケットコンデンサ１８３とスクープコンデンサ１８１に印加される電圧によって、バケットコンデンサ１８３を「満たす」のに要する周期数を表すことができる。この場合、バケットコンデンサ１８３の電荷の周期あたりの増加はスクープコンデンサ１８１の相対的サイズによって調整される。この代替実施形態を実行する際、μP １は以下のステップを実行することができる。
【０１１７】
１)バケットコンデンサ１８３とスクープコンデンサ１８１とを放電するためにμP １はピンAとBとをアース端子にクランプする。カウンタ=０
【０１１８】
２)ピンAはハイインピーダンス入力にセットされ(浮動)、ピンBはハイにセットされる。これによって、バケットコンデンサとスクープコンデンサは直列になる。両方のコンデンサを通して同じ電流が流れ、スクープコンデンサが満たされると電流はバケットコンデンサとスクープコンデンサの両方を通して流れることを停止する。
【０１１９】
３)(バケットは放電せずに)スクープコンデンサを放電して、このスクープコンデンサを再度満たすことができるように、ピンBはハイインピーダンス入力にセットされ(浮動)、ピンAはローで駆動される。
【０１２０】
４)カウンタ=カウンタ+１(１つのスクープを計数する)
【０１２１】
５)ピンB(依然としてハイインピーダンス入力である)がサンプリングされて、入力されたハイ閾値を超えた(バケットが「満たされた」状態であることを示す)かどうかが確認される。超えている場合、ステップ(６)に進む。超えていない場合、ステップ２-５を反復する。
【０１２２】
６)アルゴリズム完了。すなわち、カウンタ値はスクープコンデンサの相対的サイズに反比例している。カウンタ値が低いほど、スクープコンデンサの静電容量は大きくなる。このカウンタ値は、現在のタッチ値(TouchVal)として直接使用することも、TouchVal=(TouchVal+Counter)/２のようにして新しいタッチ読取り値に平均化することもできるが、この場合TouchValは移動平均値である。
【０１２３】
上記のさらに別の代替実施形態の「ロー側」の変形形態では、ピンAがハイインピーダンス入力にセットされる時点で(ピンBではなく)ピンAでサンプリングが実行される。この変形形態を実行する際、μP １は以下のステップを実行する。
【０１２４】
１)バケットコンデンサ１８３とスクープコンデンサ１８１とを放電するためにμP １はピンAとBの両方をアース端子にクランプする。カウンタ=０
【０１２５】
２)ピンAはハイインピーダンス入力にセットされ(浮動)、ピンBはハイにセットされる。これによって、バケットコンデンサとスクープコンデンサは直列になる。両方のコンデンサを通して同じ電流が流れ、スクープコンデンサが満たされると電流はバケットコンデンサとスクープコンデンサの両方を通して流れることを停止する。
【０１２６】
３)ピンA(依然としてハイインピーダンス入力である)がサンプリングされて、入力されたロー閾値を超えた(バケットが「満たされた」状態であることを示す)かどうかが確認される。超えている場合、ステップ(７)に進む。超えていない場合、ステップ(４)に進む。
【０１２７】
４)(バケットコンデンサは放電せずに)スクープコンデンサを放電してこのスクープコンデンサを再度満たすことができるように、ピンBはハイインピーダンス入力にセットされ(浮動)、ピンAはローに駆動される。
【０１２８】
５)カウンタ=カウンタ+１(１つのスクープを計数する)
【０１２９】
６)ステップ２-５を反復する。
【０１３０】
７)アルゴリズム完了。すなわち、カウンタ値はスクープコンデンサの相対的サイズに反比例している。カウンタ値が低いほど、スクープコンデンサの静電容量は大きくなる。このカウンタ値は、現在のタッチ値(TouchVal)として直接使用することも、TouchVal=(TouchVal+Counter)/２のようにして新しいタッチ読取り値に平均化することもできるが、この場合TouchValは移動平均値である。
【０１３１】
図６および１０-１４に示すように、導電性センサープレート１４５は、上部ケース１０９とスカート部１１９とによって形成されるマウス１０７の上部筐体１８５の下側に接着された粘着して貼り付けられる導電性ラベルの形式を有利に取ることができる。導電性ラベル１４５は、例えば片面に導電性インク１４８のパターンが印刷されている、透明な熱安定ポリエステル(例えばMylar(商標))シート１４６などの絶縁性材料の薄い柔軟な層を含むことができる。このシートは、例えば０.７５-０.１３mmの範囲の厚みを有することができる。導電性インク１４８は、例えば周知のカーボン(グラファイト)または膜スイッチの層上に回路線および接点を印刷するために一般に使用されるタイプの銀粒子インクであってよい。このインクは、周知のシルクスクリーンプロセスによって、例えば.０１０-.０１５mmの範囲の厚さに塗布することができる。カーボンベースの導電性インクの方が銀ベースの導電性インクよりも一般にコストは低く、塗布しやすく、凹凸が大きい(耐磨耗作用である)。静電容量センサー回路の非常に低い一時的な電流(例えば、平均０.１μA)を想定すると、カーボンベースのインクのさらなるインピーダンスは(銀ベースのインクと比較して)、さらに困難を増すことはない。
【０１３２】
シート１４６の反対側は、ピールオフライナー１５２を除去する際に露出する接着層１５０(例えば、３M社のNo.４６７)である。例示の一実施形態では、接着層１５０は名目上０.０５mmの厚みを有している。ライナー１５２は図１１に示すように選択的に配置されたカットライン１５４によってセクションに分割することができる。この構成によって、筐体１８５にラベル１４５を貼り付ける直前にライナー１５２を除去することを容易にする。
【０１３３】
ストックシート材料からダイカットすることができるラベル１４５は、マウスの筐体１８５の中央後部に貼り付けられる、不規則で一般的に多角形の形状をした中央本体部分１５６を含む。本体部分１５６は、導電性インク１５８の比較的大きなソリッド領域と小さな導電性インク領域１７０とを有する。導電性インクの複数の線が領域１７０から外に向かって一対の「アーム」部分１６０、１６２、「ネック」部分１６４、および「ヘッド」部分１６６まで延びている。
【０１３４】
小さなソリッドの導電性インク領域１７０は、PCB１２５から延びるバネ接点アーム１４４に対して接点パッドを与える(図６を参照のこと)。カーボンインク材料の凹凸と、環境問題に対して元来問題とされないことによって、バネ接点アーム１４４とラベル１４５の間のこの点で信頼性のある相互接続をもたらす。比較的大きな導電性インク領域１５８は、小さな領域１７０と、そこから延びている導電性の線との直接的な電気接続から除去される。領域１５８は、手がマウスの上に存在するか、または近接している場合に、関係する装置のアース端子にさらなる静電結合を提供するように働く。このようにして、導電性領域１５８は手が存在する場合には明白な静電容量を増加させる傾向にあり、したがって感知システムの感度を向上させる。
【０１３５】
アーム部分１６０、１６２は、それぞれに筐体１８５(具体的にはそのスカート部１１９)の右側部分と左側部分を覆うように取り付けられる。比較的大きなアーム部分１６０は上部ケース１０９とスカート部分１１９との間に形成された継ぎ目１７２を横断し、次いでスカート部分１１９の右側の大部分に沿って延びている。比較的小さなアーム部分１６２はスカート部分１１９と上部ケース１０９の間に形成された継ぎ目１７４を横断し、次いでスカート部分１１９の比較的小さな後方部分に沿って上方に延びている(図１４を参照のこと)。図に示すように、印刷された導電性パターンのある側と反対のシート１４６の側は、非導電性インクで印刷されたアーム１６２の領域１７６を有することができる。領域１７６は、筐体部分の間に形成された継ぎ目１７４に形成される可能性のある間隙を通した(筐体内部の)LED９からのストレイライト（迷光）の透過をブロックするように働くマスクを形成する。ネック部分１６４は、筐体１８５の中央部に沿って、上部ケース１０９とスカート部分１１９との間を、隠れたヘッド部分１６６まで延びている。ヘッド部分１６６は、スクロールホイール１６３後方に直接配置されている筐体１８５中央部の、上部ケース１０９とスカート部分１１９との間の小さな空間に取り付けられている。
【０１３６】
ユーザが握ったりタッチしたりする可能性が最も高い筐体１８５のこれらの領域を横断して導電性材料を延長することによって、示したラベル１４５の構成は、マウス１０７にタッチまたは近接しているユーザの手の存在を感知するために良好に機能する。さらに、ラベル１４５は、特にラベル１４５が横断するように延びている隣り合った筐体部分の間に形成された継ぎ目で、静電放電(ESD)からさらに保護するように有利に働くことができる。具体的に、ラベル１４５が貼り付けられると、導電性の印刷部分と筐体１８５の露出した継ぎ目との間に空間ができるが、これは接着層１５０とシート１４６との厚さを合わせたものに等しい。この空間と、接着剤とシート材料の絶縁作用とは、封入された電子を大部分の静電性の破損源から保護するのに十分に分離することができる延長された静電放電(ESD)の表面漏れ経路を提供する。
【０１３７】
マウスの回路素子、プリント回路基板および周囲の環境は、導電性ラベル１４５によって形成されるセンサープレートに対して装置のアース端子平面を共同して効果的に形成する。ラベル１４５の様々な領域で導電性インクによる複数の近接して間隔を空けた細い線１６８を使用すると、装置のアース端子によってラベル１４５の自己静電容量を低減させ、したがって、ユーザの手によって誘発された静電容量はラベル１４５自体によって誘発された静電容量よりもさらに大きく、検出可能になる。この目的を達成するためには、周知のシルクスクリーンで実行可能な限り細く線を引くことが望ましい。しかし信頼性のためには(図示するように)、「基幹の」または主要な伝導線は特別に太くすることが望ましい場合がある。こうすることによって、これらの線の１本に沿って導電の破損が発生しないことが保証され、したがって、基板領域全体を通して導通状態が失われる可能性が低減される。
【０１３８】
人間の手は複雑な構造であり、マン/マシン操作に対応する複雑な幾何学的配置をしばしば要求する。身体タッチの容量性の検出に必要となる複雑な形状の導電材料を提示する多くの技術は、比較的費用が掛かるか、または他の製造上または信頼性における欠点を提示する。柔軟な接着性ラベルの形態による導電性プレートは人間工学に基づいて設計された電子装置の筐体の複雑かつ/または相互接続する表面の被覆(およびそれへの接着)を実現するための、洗練された、費用効果のある、技術的に信頼性の高い手法を実現する。筐体１８５は説明するための一例であり、おおよそ半球形の直交軸に沿った異なる凹凸のある湾曲と、複数の相互接続する筐体部分間の継ぎ目とを含んでいる。
【０１３９】
本発明の柔軟な接着性ラベルの手法のさらなる利点は、センサーを取り付けるべき筐体部分に存在する可能性のある隆起と他の構造上の障害とを回り込んで延ばす(回避する)ために、様々な形状と構成のラベルをカットすることができるという容易性である。当然ながら、平面および３次元に型打ちした金属プレート、ワイヤ、導電性のロッドなどの、感知されるべき物体または身体部分の存在または不在によって変調する可能性のある装置のアース端子との静電結合を生じるために、ラベルの他にも多数の導体の構成を使用することができる。一方、どのような容量検出システム(１つまたは複数のプレート)も、本発明の導電性ラベルの手法から、複雑で、遮られた、かつ/または相互接続した表面領域との近接またはタッチを感知する必要性が生じる場合は特に、恩恵を受けることができる。
【０１４０】
次に、図９を参照しながら、タッチ/近接または非タッチ/近接フラグ(ON/OFF)を検出し、かつ出力する感知アルゴリズムを説明する。便宜上、以下のアルゴリズムの説明では、タッチおよび/または近接を意味するために「タッチ」または「タッチしている」という用語を使用する。アルゴリズム(状態機械)がstOnまたはstOnPos状態１８７、１８９にある場合はタッチフラグONがセットされ、stOffおよびstOffPos状態１９１、１９３にある場合はこれが解除される。タッチアルゴリズムは、上記の計数アルゴリズムを使用して定期的に新しいタッチ値(TouchVal)を読み取る。感知アルゴリズムで使用することができる変数のリストを以下に示す。
【０１４１】
TouchVal 現在のタッチ読取り値(上記の計数アルゴリズムによる)
TouchOff 現在のOFF閾値
TouchAvg ON状態で、「stOff」状態に入るための比較に使用されるフィルタリングされた(擬似平均)値を保持する(下記参照)。
TouchCnt 様々なタッチ状態で使用されるフィルタリング計数値
【０１４２】
タッチアルゴリズムが入る可能性のある４つの異なる状態を以下に示す。
【０１４３】
stOff ユーザはタッチしておらず、アルゴリズムはONに入ることを待機している。「stOn」状態(下記参照)に入るためのチェックがここで実行される。
StOffPos ユーザはタッチしておらず、TouchVal>TouchOff値である。この状態はフィルタであり、TouchOffを徐々に上げる。
StOn ユーザはタッチしており、アルゴリズムは「stOff」状態に入ることを待機している。
StOnPos ユーザはタッチしており、TouchVal>TouchAvgである。この状態は、TouchAvgを徐々に上げるフィルタである。stOff状態に入るためのチェックがここで実行される。
【０１４４】
図９を参照しながら、タッチアルゴリズムの動作を以下のように概説することができる。TouchValがTouchOffよりも所定の量だけ(例えば、２カウントより多く)低下すると、状態機械はstOff状態１９１からstOn状態１８７に遷移する。フィルタリングされた(擬似平均)タッチ値(TouchAvg)がTouchOffに到達するか、または超過すると、状態機械はstOn状態１８７からstOff状態１９１に遷移する。TouchValがTouchAvgを超過するたびに、状態stOnPos１８９に入り、そこで最初に例えば４にセットされたカウンタは減分される。カウンタが０に減分されるようにTouchValがTouchAvgよりも高い状態のままである場合、TouchAvgの値はTouchAvg+１に増分される。TouchValがTouchAvgになるか、またはこれよりも低くなり、状態がstOffからstOnに遷移すると、TouchAvgはTouchValにリセットされる。
【０１４５】
閾値計数値TouchOffは以下の方法で動的に調整されることが好ましい。電池３が最初に入れられると、タッチ状態アルゴリズムはstOn状態に初期化されることが好ましい。TouchValが現在のタッチ読取り値にセットされ、初期TouchOff値が最大のカウンタ値である２５５にセットされる。TouchValは通常はこの最大値に達することはないが、これによって、図８の状態機械がマウスの活動がないことのタイムアウト(例えば、１８０秒)によってSHUTDOWN状態に遷移するまでタッチアルゴリズムをstOn状態に留める。この時点でTouchOffはTouchAvgにリセットされるが、これは上記の方法で決定される。別の状態からSHUTDOWNへの遷移によって、TouchOffを現在のTouchAvgにセットさせることが好ましい。この時点で、システムは、通常、手が存在しないことを正確に推定する。
【０１４６】
stOff状態１９１中にTouchValがTouchOffの現在値を超えると、状態stOffPos１９３に入り、最初に例えば８にセットされたカウンタが減分される。カウンタが０まで減分されるようにTouchValがTouchOffよりも高いままであると、TouchOffの値はTouchOff+１に増分される。stOnPosからstOffへの状態遷移の際に(TouchAvgがTouchOffに達するか超過すると発生する)、TouchOffはTouchAvgにリセットされる。stOff状態１９１では、予めセットされた数の制御周期だけ(例えば、１００)現在のタッチ読取り値(TouchVal)がTouchOffよりも低下するたびに(例えば、TouchOff-２≦TouchVal<TouchOff)、TouchOffは１つ減分される。
【０１４７】
好ましい状態と状態遷移の条件を以下でさらに詳しく述べる。
【０１４８】
stOn状態１８７
TouchValが<TouchAvgの場合、TouchAvgは現在のタッチ読取り値にセットされる(状態の変化はない)。
【０１４９】
TouchValが>TouchAvgの場合、カウンタTCountは４に初期化され、状態機械はstOnPos状態１８９に遷移する。
【０１５０】
stOnPos状態１８９
TouchValが<TouchAvgの場合、TouchAvgはTouchValに等しくセットされ、状態機械はstOn状態１８７に遷移する。
【０１５１】
TouchValが>TouchAvgの場合、TCountは減分され、カウント=０(４つの連続したTouchVal読取り値>TouchAvg)の場合、TouchAvは増分される。この状態はタッチ読取り値に関して低速のフィルタリングを実行するように働くので、瞬間的なドロップはタッチ状態機械を余計にstOff状態１９１に入れることはない。
【０１５２】
TouchAvgが>=TouchOffの場合、状態機械はstOff状態１９１に遷移し、別のカウンタOffCnt(TCountと同じレジスタを使用することができる)が１００にセットされる。
【０１５３】
TouchOffはTouchAvgにセットされる。
【０１５４】
stOff状態１９１
TouchValが>TouchOffの場合、状態機械はstOffPos状態１９３に遷移し、カウンタTCountは８にセットされる。
【０１５５】
TouchValが<(TouchOff-２)の場合、状態機械はstOn状態に遷移し、TouchAvgはTouchValに初期化される。
【０１５６】
TouchValは<TouchOffだが、>=(TouchOff-２)の場合、カウンタOffCntは減分される。OffCnt=０の場合、TouchOffは減分され、OffCntは１００にリセットされる。これは、さらに低いTouchOff値が学習される場合である(すなわち、マウスがより静電容量のある環境に移動されるとき)。マウスの状態機械がSHUTDOWN状態１６５に入り、状態機械がstOff状態１９１にセットされると、TouchOffはTouchAvgにセットされる。
【０１５７】
stOffPos状態１９３
TouchValが>TouchOffの場合、TCountは減分される。TCount=０の場合、TouchOffは増分され、TCountは８にリセットされる。これは、より高いTouchOff値が学習される場合の条件である(すなわち、マウスが、静電容量が少ない環境に移動されるとき)。
【０１５８】
TouchValが<=TouchOffの場合、OffCntは１００にセットされ、状態機械はstOff状態に遷移する。
【０１５９】
以上、本発明をその好適実施形態と例示の実施形態に関して説明した。当業者ならば、本開示を検討することによって、頭記の特許請求の範囲および趣旨を逸脱しない多数の他の実施形態、修正形態、変形形態を想起するだろう。特許請求の範囲では、本明細書に記載のアルゴリズム変数に対してラベルを使用したことは便宜的かつ明瞭化のためであり、限定の趣旨を持たせることを目的とするものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の静電容量感知および電力管理システムを使用する無線の光学式表面トラッキングマウスの電子回路のブロック図である。
【図２】 本発明のシステムを適用することができるホストコンピュータおよび関連するカーソル制御装置の機能ブロック図である。
【図３】 ホストコンピュータに送信するための、図２に示すマウスなどの入力ポインティング装置によって生成することができる情報のパケットの一例を示す表である。
【図４】 本発明の静電容量感知および電力管理システムを適用することができる光学式トラッキングコンピュータマウスの一例を示す概略図である。
【図５】 本発明の静電容量感知および電力管理システムを適用することができる、RF送信機/受信機の対によってホストコンピュータにリンクされる無線マウスを図式的に示す図である。
【図６】 図１に示す感知および電力管理システムが組み込まれている無線光学式トラッキングマウスの透視組立図である。
【図７】 本発明による静電容量感知システムの回路図である。
【図８】 図６に示すタイプの無線光学式トラッキングマウスで電力消費を管理するための、本発明による電力管理システムの例示の論理フローと制御を示す状態機械の図である。
【図９】 図７に示すような回路によって静電容量感知を実行するための、本発明による例示の論理フローと制御とを示す状態機械の図である。
【図１０】 図７の回路の一部として提供される「スクープ」コンデンサの導電性プレートとして働くことができる柔軟な導電性ラベルの上面の平面図である。
【図１１】 図１０に示す導電性ラベルの底部の透視図である。
【図１２】 図１０に示すラベルタイプのセンサープレートの典型的な導電性インクの付いた領域全体にわたる断面図である。
【図１３】 カバーアッセンブリの内部表面に貼り付けられる図１０-１２に示すラベルタイプのセンサープレートのレイアウトを示す、図６に示すマウスの上部筐体アッセンブリ内部の右側面底部の透視図である。
【図１４】 貼り付けられたラベルタイプのセンサープレートのレイアウトをさらに示す、図１３に示す筐体アッセンブリの左側面底部の透視図である。
【符号の説明】
１ マイクロプロセッサ
３ 電池
５ RF送信機
７ 光学式コントローラ
９ LED光源
１０ 画像検出器
１１ コンピュータ
１３、１０７ マウス
１２５、１３１、１４７、１５３ ＰＣＢ
１４５ センサープレート
１６５ SHUTDOWN状態
１６７ ACTIVE状態
１６９ EXTENDED IDLE状態
１７１ IDLE状態
１７３ BEACON状態
１８１ スクープコンデンサ
１８３ バケットコンデンサ
１８７ stOn状態
１８９ stOnPos
１９１ stOff状態
１９３ stOffPos状態
本出願は、２００１年９月７日に出願された先行する同時係属出願の米国特許出願第０９/９４８,０９９号の特典を主張する。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子装置、具体的には手動で操作されるデータ入力装置において電力消費を管理するために有利に使用することができる電力管理システムおよび方法に関する。本発明は、電力管理システムの一部または他の目的のために使用可能な感知システムおよび方法にも関する。より具体的には、本発明は、比較的高い率で電力を消費する構成要素を有する無線データ入力装置において電池の電力を節約するために使用することができる感知/電力管理システムおよび方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
電子装置における電力管理は、例えばポータブルコンピュータ、パーソナルデータアシスタント(PDA)、タブレットコンピュータ、携帯電話、ページャ、および無線コンピュータ周辺機器用として、電池の電力に対する依存が増すにつれて、益々重要になってきている。このような装置の構成部品は、電力を益々必要とするようになりつつあり、電池の交換または電池の充電の間隔を延ばす要求が増えてきている。このような装置は即座に使用できるため頻繁に電源が投入されるが、かなりの長期間にわたって使用されないまま置かれることが多い。これによって、省電力モードを使用することを通して電池の電力の消耗を抑える機会が与えられる。
【０００４】
最近では、ホストコンピュータと共に使用するための無線周辺装置が導入されている。具体的には、装置内に電池電源を内蔵し、赤外線またはRF送信機/受信機などの無線データリンクを提供することによって、コンピュータマウスやトラックボール装置などのカーソル制御(ポインティング)装置は無線化されてきている。効果的な電力管理がなされなければ、このような無線周辺機器の連続操作によってその装置の限りある電池電力は急速に消耗されることになり、したがって頻繁な電池交換や充電を必要とすることになる。
【０００５】
別系統の技術開発では、光学式表面トラッキングシステムを利用するカーソル制御装置が導入されており、従来型の光電子エンコーダホイール機構に依存する装置に代わって益々使用されている。光学式トラッキングは、トラック対象の支持面および/またはユーザの手から汚れ、油などを取り込むことによる障害が発生しやすい移動部分(例えば、ボールおよび関連するエンコーダホイール)を無くすことによって、さらに信頼性が高くて正確なトラッキングを実現することができる。一方、光学式トラッキングは、トラック可能面を照明し、そのトラック可能面から反射された光(画像情報)を受け取り、処理するために使用される回路構成を駆動するためにさらにかなり多くの電力を必要とする。例示の光学式トラッキングシステムおよび関連する信号処理技術は、共同所有のAdan他の米国特許(特許文献１参照)ならびに２０００年１０月１９日出願の３ 米国特許出願第０９/６９２,１２０号および１９９９年３月２２日出願の４ 米国特許出願第０９/２７３,８９９号の同時係属出願で開示されている。これらは、それぞれ参照により全体を本明細書に組み込む。
【０００６】
従来、光学式トラッキングシステムおよび無線データ送信機は比較的多量の電力を必要としたので、無線カーソル制御装置では光学式トラッキングシステムの使用は限られてきた。最近の商品であるLogitech Cordless Mouseman(登録商標)Opticalでは、電池の寿命を延ばすためにマルチスリープアウェイクモード(multiple sleep and awake mode)が使用されている。完全動作モード(full run mode)から一連の省電力モードへの切り替えは、ユーザの無活動期間に基づいて実行される。ユーザがマウスを移動するかマウスボタンをクリックするといつでもマウスは完全動作モードに戻る。
【０００７】
様々なタイプのユーザ近接検出器が知られており、電力管理システムおよび多数の他の応用例で使用されている。例えば、Tournaiの米国特許は、コンピュータ周辺装置(例えば、表示モニターまたはプリンタ)を電源に対して接続および切断するプロセッサベースの制御システムを開示している(特許文献２参照)。この制御は、キーボード、マウス、プリンタまたは占有センサー(occupancy sensor)などの入力源から受信した入力活動信号に基づいている。
【０００８】
Mese他の米国特許は、情報処理機器の節電制御機構を開示している(特許文献３参照)。より具体的には、Mese他の'４４３特許は、(１)ユーザに関連付けられた媒体の当該機器への接近(またはタッチ（接触）)を検出し、(２)タッチまたは接近が検出されるとその機器の制御対象物を非節電状態に置き、(３)ユーザに関連付けられた媒体(すなわち、スタイラスペンまたはユーザの身体)の存在が所定期間にわたって検出されない場合は、制御対象物を節電状態に置くための様々なシステムを記載している。
【０００９】
'４４３特許は、様々なタイプの接近/タッチセンサーを記載している。これらのうち、電磁、静電容量、および静電結合タブレットを含めて様々な「タブレット」タイプのセンサーシステムが記載されている。一実施形態では、タッチまたは接近検出タブレットおよび平面表示パネルは情報処理機器の筐体に内蔵することができる。
【００１０】
Philippの米国特許は、検出されたユーザの接近または存在に基づいて、飲料水供給装置や洗面台の水栓のオン/オフ制御を実現するために使用される静電容量フィールド検出器について述べている(特許文献４参照)。
【００１１】
Philippの'１６５特許の一実施形態では、電圧限定電源はプレートに充電電流を供給する。充電間隔の最後に、マイクロプロセッサによって制御される放電スイッチは、その感知プレートを電荷検出コンデンサ（キャパシタ；capacitor）などの電荷検出器に放電させるために一時的に閉じる。このようにして移された電荷の量は、感知プレートの静電容量を表している。充電と放電のプロセスが無数に繰り返される場合があるが、その場合、電荷測定手段は、数回の動作周期にわたるプレートからの電荷を集計する。所定回数の充電と放電の周期の後、電荷検出器はA/Dコンバータによって総計の電荷について検査され、その結果、コントローラは、栓を開くために使用可能な出力線上で出力制御信号を生成することができる。読み取を行うたびに、コントローラは電荷検出器をリセットして、プレートからの新しい一組の電荷を蓄積することを可能にする。別法として、コントローラは放電切り替えの各周期の後で読取り値を取得し、次いで制御出力を生じる論理的決定を行う前の数回の周期にわたる読取り値を取り込む(またはフィルタリングする)ことができる。
【００１２】
Sellersの米国特許は、パーソナルコンピュータでの電力使用量を削減するためのシステムを開示している(特許文献５参照)。より具体的には、ユーザの無活動に応じてパーソナルコンピュータの一部の電力消費量を低減し、かつ、１つまたは複数のセンサーによってユーザの活動が検出されると当該部分に全電力を分配するための電力制御回路が開示されている。電力が低減(または除去)された構成要素は、電源の投入にほぼ即座に応答することができる構成要素である。一方、完全な動作に戻るのに一定期間を要する構成要素(例えば、ディスクドライブのモータ、モニター、メインプロセッサ)は全電力で駆動される。開示された第１の実施形態では、センサーはキーボードに適合された圧電センサーである。Sellersは、センサーをコンピュータの別の場所(モニター、マウス、トラックボール、タッチパッド、またはタッチスクリーン)に配置することができること、また、圧電センサーの代わりに様々な他の種類のセンサー(容量、応力、温度、光)を使用することができることを開示している。
【００１３】
【特許文献１】
米国特許第６,１７２,３５４号明細書
【００１４】
【特許文献２】
米国特許第５,４０８,６６８号明細書
【００１５】
【特許文献３】
米国特許第５,３９６,４４３号明細書
【００１６】
【特許文献４】
米国特許第５,７３０,１６５号明細書
【００１７】
【特許文献５】
米国特許第５,６６９,００４号明細書
【００１８】
【発明の概要】
本発明は、ユーザ操作式データ入力装置で効果的な電力管理を実現するために相互に組み合わされて有利に(しかし必ずではない)使用することができるいくつかの態様を有する。本発明の静電容量感知システムおよび方法の態様は、電力管理に限定されるものではなく、基本的に、別の物体にタッチまたは近接している物体または身体部分の存在(または不在)を確実かつ効率的に感知することが望まれるどのような応用例(データ入力装置その他)でも実施することができる。本発明の電力管理の態様は、ユーザ操作式データ入力装置と、そのような装置内で実行される電力管理の方法によって実施される。無線カーソル制御装置(例えば、コンピュータマウスまたはトラックボール装置)または他のユーザ操作式データ入力装置、中でも比較的多量の電力を要する回路素子(例えば、光学式トラッキングシステムおよびRF送信機)を含むデータ入力装置で電池の寿命を顕著に延長するためには、本発明の静電容量感知と電力管理の態様を共に使用することは特に有利な使用法である。
【００１９】
第１の態様では、本発明は、別の物体にタッチまたは近接している物体または身体部分の存在を感知するための静電容量感知システムで実施される。第１の導体は、アース端子に静電結合され、それによってその導体に対する物体または身体部分の近接に応じて変化する静電容量を有するスクープコンデンサを形成する。一対の第２および第３の導体が、スクープコンデンサの最大静電容量よりも大きな静電容量を有するバケットコンデンサを形成し、入力閾値スイッチが設けられる。切り替え手段は、スクープコンデンサとバケットコンデンサの少なくとも１つを充電するためにスクープコンデンサとバケットコンデンサの少なくとも１つを電源に接続すること、スクープコンデンサの相対的サイズに応じてバケットコンデンサの電荷を変更すること、およびバケットコンデンサの電圧を入力閾値スイッチに印加することを選択的に行うために提供されている。検出器手段は、入力閾値スイッチの入力状態を検出するために提供されている。決定手段は、検出器手段による入力閾値スイッチの遷移の検出に対応するバケットコンデンサの電荷の変動周期数に関する値(TouchVal)を決定する。信号生成手段は、TouchValに基づいて、物体または身体部分が別の物体にタッチまたは近接しているON状態を示す信号と、物体または身体部分が別の物体にタッチまたは近接していないOFF状態を示す信号とを生成する。
【００２０】
第２の態様では、本発明は、ユーザ操作式データ入力装置で実施される。第１および第２のデータ入力信号生成手段は、それぞれの第１および第２のデータ入力信号を生成するために提供される。電源装置は、第１および第２の入力信号生成手段に電力を選択的に供給するために提供される。感知システムは、入力装置にタッチまたは近接している操作手段の存在を感知し、操作手段が入力装置にタッチまたは近接しているON状態と、操作手段が入力装置にタッチまたは近接していないOFF状態とを示す信号を生成する。電力管理システムは、第１および第２の入力信号生成手段への電力の供給を制御する。電力管理システムは少なくとも３つの電力状態間の切り替えを実現する。電力状態の第１の状態では、第１および第２の入力信号生成手段のそれぞれが通常の動作レベルにまで電力消費量が高められ、入力活動に関してサンプリングされる。電力状態の第２の状態では、第１および第２の入力信号生成手段のそれぞれが、入力活動に関してサンプリングが実行されるパワーアップ状態と、パワーダウン状態とを循環する。電力状態の第３の状態では、第１の信号生成手段はパワーダウン状態のままであるが、第２の信号生成手段は、入力活動に関してサンプリングが実行されるパワーアップ状態と、パワーダウン状態とを循環する。感知システムがON状態からOFF状態に遷移する際に、第１の電力状態から第３の電力状態への遷移が発生する。感知システムがOFF状態からON状態に遷移する際に、第３の電力状態から第１および第２の電力状態の１つへの遷移が発生する。第１および第２の入力信号生成手段のサンプリング中に入力活動が検出されると、第２の電力状態から第１の電力状態への遷移が発生する。
【００２１】
第３の態様では、本発明は、点滅する光源を含む光学式トラッキングエンジンを含むハンドヘルドカーソル制御装置で実施される。検出器手段は、表面を反射した光源からの光を検出する。判定手段は、トラック可能面の存在または不在を判定するために提供されている。制御手段は、(a)判定手段がトラック可能面の存在を判定したときに光源が第１の速度で点滅して表面のトラッキングを許可し、(b)判定手段がトラック可能面の不在を判定したときに光源が第１の速度よりも遅い第２の速度で点滅するように、光源を制御する。
【００２２】
第４の態様では、本発明は、別の物体にタッチまたは近接している物体または身体部分の存在を感知する方法で実施される。この方法は、アース端子に静電結合され、それによってその導体への物体または身体部分の近接に応じて変化する静電容量を有するスクープコンデンサを形成する第１の導体によって実行される。スクープコンデンサの最大静電容量よりも大きな静電容量を有するバケットコンデンサを形成する一対の第２と第３の導体と、入力閾値スイッチとが提供される。少なくとも１つのコンデンサを充電するためにスクープコンデンサとバケットコンデンサの少なくとも１つを電源に接続すること、スクープコンデンサの相対的サイズに応じてバケットコンデンサの電荷を変更すること、およびバケットコンデンサの電圧を入力閾値スイッチに印加することの切り替えが選択的に行われる。入力閾値スイッチの入力状態が検出される。入力閾値スイッチの遷移の検出に対応するバケットコンデンサの電荷の変動の数回の周期に関する値(TouchVal)が決定される。TouchValに基づいて、物体または身体部分が別の物体にタッチまたは近接しているON状態と、物体または身体部分が別の物体にタッチまたは近接していないOFF状態を示す信号が生成される。
【００２３】
第５の態様では、本発明は、それぞれの第１および第２のデータ入力信号を生成する第１および第２のデータ入力信号生成手段と、第１および第２のデータ入力信号生成手段に選択的に電力を供給する電力装置を含むユーザ操作式データ入力装置によって実行される電力管理方法で実施される。この方法は、入力装置にタッチまたは近接している操作手段の存在を感知し、操作手段が入力装置にタッチまたは近接しているON状態と、操作手段が入力装置にタッチまたは近接していないOFF状態とを示す信号を生成することを必要とする。第１および第２の入力信号生成手段への電力の供給は、少なくとも３つの電力状態の間で切り替えを実現することによって制御される。電力状態の第１の状態では、第１および第２の入力信号生成手段のそれぞれが通常の動作レベルにまで電力消費量が高められて、入力活動に関してサンプリングされる。電力状態の第２の状態では、第１および第２の入力信号生成手段のそれぞれが、入力活動に関するサンプリングが実行されるパワーアップ状態と、パワーダウン状態とを循環する。電力状態の第３の状態では、第１の信号生成手段はパワーダウン状態のままであるが、第２の信号生成手段は、入力活動に関するサンプリングが実行されるパワーアップ状態と、パワーダウン状態との間を循環する。感知システムがON状態からOFF状態に遷移すると、第１の電力状態から第３の電力状態への遷移が発生する。感知システムがOFF状態からON状態に遷移すると、第３の電力状態から第１および第２の電力状態の１つへの遷移が発生する。第１および第２の入力信号生成手段のサンプリング中に入力活動が検出されると、第２の電力状態から第１の電力状態への遷移が発生する。
【００２４】
第６の態様では、本発明は、点滅する光源を含む光学式トラッキングエンジンを含むハンドヘルドカーソル制御装置によって実行される方法で実施される。表面を反射した光源からの光が検出される。トラック可能面の存在または不在が判定される。光源は、(a)トラック可能面が存在すると判定されたときに光源が第１の速度で点滅して表面のトラッキングを許可し、(b)トラック可能面が不在であると判定されたときに光源が第１の速度よりも遅い第２の速度で点滅するように制御される。
【００２５】
第７の態様では、本発明は、筐体およびその筐体に含まれる静電容量感知システムを含む電子装置で実施される。感知システムは、電子装置にタッチまたは近接する操作手段の存在を感知し、操作手段が電子装置にタッチまたは近接しているON状態と、操作手段が電子装置にタッチまたは近接していないOFF状態とを示す信号を生成する。静電容量感知システムは、筐体に接着された柔軟なラベルの形態の導電性センサープレートを含む。
【００２６】
本発明の上記および他の物体、特徴および利点は、以下の好適実施形態の詳細な説明を添付の図面と併せ読むことによって容易に明らかになり、また完全に理解されよう。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明のシステムおよび方法は、本明細書では、コンピュータ入力装置、具体的には無線の光学式トラッキングコンピュータマウス内のその例示の応用例に関して説明される。しかし、本発明は、より広範囲にわたる潜在的応用例を有することが理解されよう。本発明の静電容量感知システムは電力管理に限定されることなく、別の物体にタッチまたは近接している物体または身体部分の存在または不在を判定することが望まれる略すべての装置(データ入力装置その他)で実施することができる。これは、トイレの送水バルブの作動、水栓および飲料水供給装置、自動ドア制御システム、警報システム、保安ロックシステムおよび安全保護装置システム(例えば、工業設備での)などの、様々な他のタイプの近接センサーが使用されてきた多くの応用例を含む。
【００２８】
本明細書で使用される「別の物体とタッチまたは近接する」という語句は、物体の局部並びに物体全体とのタッチまたは近接と、複数のセンサーを相互に連動させる使用法を含むことが理解されよう。したがって、例えば本発明の静電容量感知システムおよび方法は、位置決定の目的で、かつ/または位置依存データ入力、インタフェースまたは他の機能を実行するために複数のセンサーによって実施することができる。このような機能は、例えばタッチパッドおよびタッチストリップ機能、並びに２００１年３月９日に出願された共同所有の同時係属出願の米国特許出願第０９/８０４,４９６号(およびこの親出願)で開示されているような様々なコンピュータ/ユーザインタフェース機能を含むことができる。
【００２９】
本発明の電力管理の態様は、携帯型および非携帯型、無線および有線、内蔵型および例えばホストコンピュータの周辺機器など、様々なタイプのユーザ操作式入力装置に有利な適用例を見出すことができる。本発明は、(限定はしないが)、断続的に使用され、需要が発生すると即座に使用できるように一般的に長期にわたってそのままの状態に置かれる電池駆動型装置に特に有利な適用例を見出すことができる。そのような装置には、(限定はしないが)携帯コンピュータ、パーソナルデータアシスタント(PDA)、タブレットコンピュータ、携帯電話、ページャ、および、マウスやキーボードなどの無線型コンピュータ周辺機器が含まれる。
【００３０】
図１のブロック図は、本発明による電力管理および感知システムを組み込んだコンピュータマウスの一例の回路を示す。このマウスは、光学式表面トラッキングシステムを使用する無線マウスである。制御ロジックは、例えば台湾HsinchuのSunplus Technology社から販売されているSunplus SPMCO２Aマイクロプロセッサ(μP)などの制御集積回路(IC)または特定用途向けIC(ASIC)内のファームウェアで実施することができる。(例えば、２つのAA電池（単三電池）３によって)システムに供給される電力を管理することに加え、μP １はマウスの信号処理と出力機能を実行し、RF送信機５を介したホストコンピュータへのデータパケットの無線送信を制御する。
【００３１】
光学式コントローラIC ７は、光学式トラッキングエンジンの一部を形成しており、トラック可能面(例えば、デスクトップ)を照明するために使用されるLED光源９の照明を制御する。IC ７は、トラック可能面から反射された光を受け取る画像検出器１０(IC ７の一部として含まれる場合がある)から受け取った信号も処理する。画像は、ピクセルまたはサブピクセル間隔で相対的変位値を決定するために空間の相関関係を使用してIC ７によって処理される。その信号をさらに処理して、表示されたマウスのカーソルの移動を制御するためにホストコンピュータによって使用されるデータパケットにするために、相対的変位値のストリームがIC ７によってμP １に伝達される。μP １は、そのデータパケットをホストコンピュータに送信するためにマウスのRF送信セクション５を制御する。
【００３２】
図２は、本発明が適用されるマウスの一例１３と共に使用されるコンピュータ１１の機能ブロック図である。マウス１３は、一例として右ボタンおよび左ボタン１５、１７と、それらの間に押し下げ可能な回転式のスクロールホイール１９とを有する。当然ながら、マウス１３は、さらに多くの駆動部(親指駆動ボタンまたは他の指による駆動ボタンなど)を有することも、これより少ない駆動部(１つのボタンだけまたは２つのボタンだけなど)を有することも、異なるタイプの駆動部(トリガ、ローラなど)を有することもできる。マウス１３は、トラックボール装置などの別のタイプのカーソル制御(ポインティング)装置であってもよい。コンピュータ１１は、マウスドライバ２１、オペレーティングシステム２３、メッセージフック手順２５、およびフォーカスアプリケーション(focus application)２７を提供するファームウェアおよび/またはソフトウェアを有する。コンピュータシステム１１の入力装置１３の動作をさらによく理解するために、このシステムの構成要素について、図３に示すマウスのパケットデータ構造に関連して解説する。当然ながら、このデータ構造のデータ部分の再配列または別のデータ部分を使用することができることも理解されよう。例えば、様々な駆動部が使用される場合、データ構造はそれらに応じて変更される。
【００３３】
図３は、行と列の形式による４バイトのマウスパケット２９を示し、バイト３１、３３、３５および３７を行に示し、各バイトの個々のビットを列に示す。バイト３１は入力装置１３によって供給される第１のバイトであり、バイト３３は第２のバイトであり、バイト３５は第３のバイトであり、バイト３７は第４のバイトである。ビットの列は最下位ビットを右端に、最上位ビットを左端にして構成されている。したがって、列３９には４つのバイトのそれぞれの最下位ビットが含まれ、列４１には４つのバイトの最上位ビットが含まれる。
【００３４】
マウスパケット２９内の第１のバイト３１には、左ボタンビット４３、右ボタンビット４５、中央ボタンビット４７が含まれる。左ボタンビット４３が１の場合は左ボタンが押し下げられていることを示しており、左ボタンビット４３が０の場合は左ボタンが押し下げられていないことを示している。同様に、右ボタンビット４５または中央ボタンビット４７が１の場合は右ボタンまたは中央ボタンがそれぞれに押し下げられていることを示しており、これらのビットのどちらかが０の場合はそれぞれのボタンが押し下げられていないことを示している。
【００３５】
第４のビット４９は０にセットされる。
【００３６】
バイト３１の第５のビット５１はバイト３３によって完成される９ビットの符号付きの値の第９のビットである。ビット５１とバイト３３の組み合わせによって形成される９ビット値はX軸方向へのマウスの移動の方向と絶対値とを表す。９ビット値は２の補数の形式なので、ビット５１は、ビット５１が０の値を有する場合はマウスの移動は正のX軸方向であり、１の値を有する場合はマウスの移動は負のX軸方向というようにマウスの移動の方向を示す。
【００３７】
第１のバイト３１の第６のビット５３はバイト３５によって完成される９ビットの符号付きの値の第９のビットである。ビット５３と第３のバイト３５の組み合わせは、Y軸方向へのマウスの移動の絶対値と方向とを示す値を形成する。この値は２の補数の符号付きの値なので、ビット５３は、ビット５３が１の値を有する場合はマウスの移動は負のY軸方向であり、０の値を有する場合はマウスの移動は正のY軸方向であるというようにY軸に沿った移動の方向を示す。
【００３８】
第１のバイト３１の第７のビット５５と第８のビット５７は、ビット５１とバイト３３、およびビット５３とバイト３５によって形成された９ビットの値が、それぞれにオーバーフロー状態に陥っているかどうかを示す。９ビットを超える移動がマウスによって検出されるとこれが発生する。この状態では、それぞれの９ビット値はその移動方向に対して最大の絶対値にセットされる。
【００３９】
第４のバイト３７の４つの最下位ビット５９、６１、６３および６５は、スクロールホイール１９の移動の方向と絶対値とを表す。ビット５９-６５によって表された値は符号付きの値であり、正の値はユーザに近づくホイールの移動を示し、負の値はユーザから離れるホイールの移動を示す。
【００４０】
ビット６７と６９はそれぞれがバイト３７の第５と第６のビットであり、マウス１３の左ボタンと右ボタン１７、１５にそれぞれ対応するスイッチの投入を示す。したがって、ビット６７が１の値を有する場合、左ボタンに関連付けられたスイッチが閉じられ、それに対応するマウスのボタンが押し下げられていることを示す。ビット６９は、同様にして右ボタンに関連付けられたスイッチの投入を反映する。
【００４１】
第４のバイト３７のビット７１と７３は後で使用するために確保されており、０にセットされている。当業者ならば、図３に示したマウスパケット２９と後述するシリアルインタフェース７５はPS/２およびシリアルマウス接続で使用されることを理解するだろう。ユニバーサルシリアルバス(USB)接続の場合、マウスの情報は公に利用可能なマウス用のUSBプロトコルを使用してマウスドライバに送信される。
【００４２】
従来型マウスメッセージの処理を説明するために、図２および３の両方を参照する。マウスメッセージを開始するために、ユーザはまずマウス１３を操作する。この操作に基づいて、マウス１３は、操作のイベントを示す、シリアルインタフェース７５に渡されるマウスのパケットを生成する。シリアルインタフェース７５は、マウスパケット２９を受け取ると、マウスパケット２９の中のシリアル情報を一組のパラレルパケットに変換し、そのパラレルパケットをマウスドライバ２１に供給する。マウスドライバ２１は従来の方法で操作イベントに基づくマウスメッセージを作成する。
【００４３】
マウスメッセージは、次いでオペレーティングシステム２３に送信される。オペレーティングシステム２３は、Microsoft「WINDOWS(登録商標)」のオペレーティングシステム、例えば「WINDOWS(登録商標)NT(登録商標)」、「WINDOWS(登録商標)９５(登録商標)」、「WINDOWS(登録商標)９８(登録商標)」または「WINDOWS(登録商標)２０００(登録商標)」であってよい。当然ながら、IBM社製のOS/２、UNIX(登録商標)、LINUX、またはアップルオペレーティングシステムなど、並びにWind River社から販売されているような多数の埋め込み型アプリケーションのオペレーティングシステムなど、他のオペレーティングシステムを使用することもできる。オペレーティングシステム２３は、一連のマウスメッセージフック手順２５を識別するマウスメッセージフックリストを含む。オペレーティングシステム２３は、マウスドライバ２１からマウスメッセージを受け取ると、マウスメッセージフック手順がオペレーティングシステム２３に登録済みかどうかを判定するためにマウスメッセージフックリストを検査する。少なくとも１つのマウスメッセージフック手順がオペレーティングシステム２３に登録済みである場合、オペレーティングシステム２３はそのマウスメッセージを、リストの先頭にある登録されたマウスメッセージフック手順２５に渡す。
【００４４】
呼び出されたマウスメッセージフックが実行され、そのマウスメッセージを次に登録されたマウスメッセージフックに渡すようにオペレーティングシステムに指示する値をオペレーティングシステム２３に戻す。
【００４５】
マウスメッセージは、例えば、コンピュータ１１で現在関心の対象となっているウィンドウを「所有する」アプリケーションへのコマンドを表すことができる。この場合、メッセージフック手順２５は、そのコマンドをフォーカスウィンドウアプリケーション２７に対して発行する。それに応答して、フォーカスウィンドウアプリケーション２７は所望の関数を実行する。
【００４６】
メッセージフック手順２５がコマンドをフォーカスアプリケーション２７に対して発行すると、メッセージフック手順２５は、メッセージチェーンからメッセージを除去することによってマウスメッセージを消費する。これは、マウスメッセージを他のいかなるメッセージフック手順にも渡すべきではないことをオペレーティングシステムに示す値をオペレーティングシステム２３に戻すことによって達成される。
【００４７】
図４は、一部はブロック形式で一部は概略図形式の、本発明のシステムを適用することができる光学式表面トラッキングマウス７７を示すさらに詳細な図である。マウス７７には、筐体７９、電磁放射線源(LEDなどの光源であってよい)８１、筐体７９の底部に画定された開口部８３、第１の光学式カプラ８５、第２の光学式カプラ８７、画像またはパターン検出器８９、コントローラ９１、および電流ドライバ９３が含まれる。図４では、光学式マウス７７は作業面９２に対して支持された状態を示している。パターンまたは画像検出器８９は、衝突してくる電磁放射線によって搬送された情報から画像またはパターンを検出し、そのようなパターンまたは画像を示す信号を供給することができる任意の適切な検出器であってよい。パターン検出器８９は、例えば以下でさらに詳述するような人工網膜パターン検出器であってよい。
【００４８】
上述のように、光源８１は、パターンまたは画像上に衝突するための放射線を提供するために使用することができ、次いでパターン検出器８９によって検出することができる任意の適切な電磁放射線源であってよい。例示の一実施形態では、光源８１には、LED９５と内蔵レンズ９７とが含まれる。光源８１は、例えば表面取付け型LED、または低級レーザ(ナノメータ範囲の波長を有する)であってもよい。
【００４９】
LED９５から放射される放射線は、内蔵レンズ９７(LED９５のケーシングと一体型のガラスまたはプラスチックなどの素材のドーム型をした透明な光学部品として例示される)を介して、光学式カプラ８５に衝突するように送信される。以下でさらに詳述するように、光学式カプラ８５は、LED９５から放射される放射線を収集してそれを形成する。放射線は光学式カプラ８５を出て、筐体開口部８３を通過し、作業面９２に衝突する。作業面９２は、所定のパターンまたは質感のない、例えばデスクトップなどの通常の平面の作業面であっても、または所定のパターン、質感または画像が提供されている表面であってもよい。光は光学式カプラ８７に向けて作業面９２を反射する。光学式カプラ８７は、説明上、表面９２から反射された放射線を収集して、それを画像検出器(例えば、人工網膜)８９に向けて集めるレンズを含んでいる。
【００５０】
画像検出器８９は、作業面９２から反射された放射線に基づいて、作業面９２上の画像またはパターンを示す画像信号を生成する。この画像信号はコントローラ９１に供給され、そこでその画像信号に基づいて位置情報が計算される。この位置情報は、例えば上記で指摘され(参照により組み込まれた)特許および特許出願に記載のような方式で、作業面９２に対するマウス７７の移動を示す。位置情報は、情報パケットの形式でコントローラ９１から供給され、これはケーブル、または赤外線、超音波、または無線周波数(RF)リンクなどの無線送信リンクを介してコンピュータ１１に送信することができる。コントローラ９１から供給された位置情報は、ユニバーサルシリアルバス(USB)、FireWire(商標)、I２C、PS２、ECPおよびEPPインタフェース形式などの従来型シリアルまたはパラレルインタフェース形式に従って供給することができる。
【００５１】
上述のように、画像検出器８９は人工網膜であってよい。三菱電機株式会社で製造されている適切な人工網膜は２次元配列の可変感度光検出器(VSPD)を含み、周知の方式で動作する。すなわち、このVSPDは、並列の対になったダイオードを上に実装して構成されており、半絶縁のGaAs層で分離されている(pn-np構造)。一実施形態では、この配列は３２×３２のエレメントの配列であるが、この配列は必要に応じて大きくすることも小さくすることも可能である。光検出器の電流は、符号（sign）と大きさの両方で、印加された電圧に依存している。このようなVSPDは、光学書込みパルスが存在する際に電圧が印加された場合の導通情報を記憶するアナログメモリ効果を呈する。この情報は、光学読み出しパルスを入れることによって取り出される。
【００５２】
さらに別の例として、画像検出器８９は、カリフォルニア州Palo AltoのAgilent Technologies社から販売されている、例えばADNS ２０３０および２０５０ ICなどの光学式トラッキングICの一部として提供することができる。関連付けられた結像部品(例えばLED光源および光学式カップリング組立部品)もAgilent社から、単品としても、光学的にトラッキングするマウスの設計に使用することを目的とした完全な光学式トラッキングエンジンキットの一部としても販売されている。
【００５３】
このような装置での画像処理は光学式マトリックス/ベクトル乗算またはその近似に基づいている。入力された画像は、重み（matrix）マトリックスとして装置に投影される。すべてのVSPDは行に沿って接続された１つの電極を有し、感度制御ベクトルを発生する。したがって、VSPDの感度は各行で一定範囲内の任意の値にセットすることができる。さらに、残りのVSPDの電極は列に沿って接続されており、重みマトリックスと感度制御ベクトルの、マトリックスとベクトルの積によって確定された出力電流ベクトルを発生する。
【００５４】
図の一実施形態では、画像検出器８９は、エッジ抽出操作を実行するためにコントローラ９１によって制御される。２つの隣接する検出行の感度は+１と-１とにそれぞれセットされており、他のすべての感度は０にセットされている。この実施形態では、出力電流は２つのアクティブな行の光度の差に比例している。周期的な方式で制御電圧パターンをシフトすることによって(０、+１、-１、０、０など)、入力された画像の水平エッジが感知される。したがって、このシステムは、時系列方式のセミパラレルモードで動作する。
【００５５】
図の実施形態では、マウス７７は、光源８１に結合されている電流ドライバ９３も含んでいる。この構成では、コントローラ９１は光源８１によって生成された放射線の強度を断続的に感知し、電流ドライバ９３によって光源８１に供給される電流を調整するように構成することができる。すなわち、感知された強度が所望の範囲より低い場合、コントローラ９１は、光源８１から放射される電磁放射線の強度を増すために、光源８１に供給される電流を高めるためのフィードバック信号を電流ドライバ９３に提供することができる。一方、放射線の強度が所望の範囲よりも高い場合、コントローラ９１は、光源８１に供給される電流を低減し、それによって光源８１から放射される放射線の強度を低減するためのフィードバック信号を電流ドライバ９３に供給することができる。これは、反射された画像情報の信号対雑音比を最大限にするために行うことができる。これは、本発明の電力管理システムおよび方法の他に、マウス７７の全体的な電力消費を低減する手段としても役立てることができる。
【００５６】
コントローラ９１が画像検出器８９から画像信号を受け取り、位置情報を生成するためにその画像信号を処理する方法に関するさらなる詳細は、上記の(参照により組み込む)共同所有のAdan他による特許出願および同時係属出願に記載されている。これらの詳細は、本発明の静電容量感知および電力管理システムには直接には関係していない(また、理解する必要もない)。しかし、このような信号処理は、従来型の光電子エンコーダホイールシステム(通常は１-２mA)に関連する信号処理よりもかなり多くの電力(通常は２０-３０mA)を消費することに留意されたい。光学式トラッキングシステムの光源を駆動するためには追加の電力も必要となる。
【００５７】
上記のように、本発明のシステムを適用することができるマウスはホストコンピュータへの無線(RFまたは赤外線など)データリンクを有することができる。このようなシステムは、マウス９９および受信機１０１を含めて、図５に図式的に示されている。受信機１０１は、ユニバーサルシリアルバス(USB)ケーブルによってパーソナルコンピュータ１０３に接続するRF受信機である。マウス９９はRF送信機を内蔵し、上記のような光学式トラッキングシステムを内蔵することができる。マウス９９は、例えばユーザが平らな(平面の)表面上でマウスを移動することによってコンピュータ画面上をカーソルを移動することができ、従来式の「ポイントアンドクリック」方式で画面上のカーソルの動作を制御することができる通常の方法で使用することができる。ユーザがマウス９９を移動してそのボタンをクリックすると、マウス９９はこの活動を表すバイナリデータを生成し、そのデータをパケットにカプセル化し、そのパケットを無線周波数(RF)信号として受信機１０１に送信する。このRF送信は周知の方法で実行することができるが、その詳細は、本発明の感知および電力管理システムを理解するためには必須ではない。受信機１０１は、マウス９９を認識すると、バイナリデータをコンピュータ１０３に送信する。コンピュータは、次いでこのデータに反応して、例えばカーソルを画面(モニター)１０５で移動する。
【００５８】
次に図６の組立図を参照すると、本発明による例示の光学式にトラッキングする無線マウス１０７は、人間工学により形作られた上部ケース１０９と一対の上部キーまたはマウスボタン１１１、１１３を含んでいる。一対の大小の側面マウスキー１１５、１１７は、人間工学により形作られたスカート部１１９上および内部に実装されたカンチレバーである。このサブアッセンブリは底部ケース１２１上に実装されて、フロントパネル１２３と共に、後述するマウス１０７のいくつかの内部構成要素のための絶縁性の筐体を形成する。この筐体の構成部品は、射出成形などの周知の方法で製造することができる。一実施形態では、底部ケース１２１は射出成形されたポリカーボネートで形成されており、これ以外の筐体部分は射出成形されたABSコポリマーで形成されている。
【００５９】
主プリント回路基板(PCB)１２５は、図１に示すように、その下面に制御μP １、RF送信機５、８MHzオシレータ-１２７、およびEEPROM１２９を保持している。PCB１２５に取り付けられたドーター基板１３１は、前面および背面の側面キーまたはボタン１１５、１１７に対する一対のスイッチ接点１３３、１３５を保持する。PCB１２５の下面には、直列に配列された一対の２つのAA電池３を保持するために、底部ケース１２１内に形成された蓄電池室１４１内に延長された一対の電池接点１３７、１３９が下がっている。電池３は、例えば３.１VDCのVcc出力を供給するように、安定化したDC/DC電力供給１４３(図１を参照のこと)を介してマウスの電子システムに動力を供給する。PCB１２５の上側面から延長されているのは、上部ケース１０９およびスカート部１１９によって形成された上部筐体の下面に取り付けられた、静電容量感知プレート１４５の導通パッドにタッチするための、金属(例えば、ニッケルメッキしたスチール)のバネ接点アーム１４４である。
【００６０】
PCB１２５は第２の(小さな)PCB１４７の上を物理的に覆っているが、このPCB１４７は、その上にPCB１２５を装着し、下面には内蔵型画像検出器１０と、IC ７に動作クロックパルスを供給するための２０ MHzオシレータ１２０とを含めて光学式コントローラIC ７を装着している(図１を参照のこと)。PCB１４７は、その開口部内にLED９も保持している。LED９は、PCB１４７の上面から突き出しており、上を覆っているPCB１２５内に形成された、位置合わせされた開口部１２６内に収納される。レンズアッセンブリ１４９はLED９と画像検出器１０の下に直接提供され、図４に図式的に示したように光学式カプラ８５、８７を提供する。光学式カプラ８５、８７は、支持しているトラック可能面を照明し、画像検出器８９上にトラック可能面から反射された光を導き、集中させるように、それぞれにLED９の光を底部ケース１２１に設けられた開口部を介して集中するように働く。レンズアッセンブリは、例えば既に示した(参照により本明細書に組み込む)同時係属出願の米国特許出願第０９/２７３,８９９号４で開示された構造を有することができる。第２のPCB１４７はさらに上部右マウスボタン１１１のスイッチ１５１を保持する。
【００６１】
第３のPCB１５３は、スクロールホイールアッセンブリキャリア１５５内に保持される。その上に装着されるのは、スクロールホイールシステムの光電子エミッタ/レシーバの対１５７と、ユーザがスクロールホイール１６３を押し下げると移動可能に装着されたスクロールホイール軸１６１によって押し下げられる中央マウスボタンスイッチ１５９である。スクロールホイールシステムは、１９９８年１２月１６日出願の共同所有の同時係属出願の米国特許出願第０９/２１２,８９８号に記載の構成を有することもできる。これを参照によりその全体を本明細書に組み込む。第３のPCB１５３はまた、上部左マウスボタン１１３のスイッチ１６４を保持する。
【００６２】
２つのAAアルカリ電池３は約２５００mAhの容量でマウス１０７に動力を供給する。限りある電池の電力を節約するために、本発明の電力管理システムは、マウスが使用されていないときにはそのマウスの電力消費量を低減する。電力管理システムは、μP １内のファームウェアとして好適に実施され、または別個の特定用途向けIC(ASIC)として任意選択で実施される。システムの一部として、タッチ/近接センサーはいくつかある使用法のうちの１つを実現する。マウスが所与の時間内にいることのできる５つの状態があることが好ましい(が、必須ではない)。すなわち、ACTIVE、IDLE、EXTENDED IDLE、BEACONおよび、SHUTDOWNである。図８の状態図はこれらの状態と、これらの状態間でシステムがどのように遷移するかを示す。
【００６３】
次に図８を参照すると、２つの主要な状態はSHUTDOWN １６５とACTIVE １６７である。SHUTDOWN状態１６５では、μp １は電力低減モードにおかれ、実行される機能はタッチ/近接と、マウスボタンおよびスクロールホイール使用活動との定期的監視だけである。タッチ/近接と、ボタン/スクロールホイール活動に関するサンプリングは、セットされた「ウェイク中断」間隔で実行される。EEPROM １２９(図１参照のこと)にも、不揮発性メモリ内で、ホストコンピュータへのRFデータ送信に関連するセキュリティコードを維持するためにも電力が供給される。光学式コントローラIC ７と、関連付けられたLED光源９および画像検出器１０(光学式トラッキングエンジンと総称する)への全電力は、RF送信機５と同様に切られる。電源装置１４３から光学式トラッキングエンジンへの電力の選択的印加はスイッチ１３０によって供給されるが、これはμp １のピンOPT_PWR １３２の論理出力によって制御される(図１参照のこと)。SHUTDOWN状態１６５は、関連する感知アルゴリズムが、タッチ/近接センサーに装着されたマウス上にユーザの手がない(または近接していない)ことを示すタッチオフ(OFF)状態にあるときにだけ発生することが好ましい。状態機械は、他のどれかの状態下でOFF信号(フラグ)が発生したとき、またはEXTENDED IDLE状態１６９のタイムアウトによって、SHUTDOWN状態１６５に遷移することが好ましい(後述参照のこと)。
【００６４】
好ましいACTIVE状態１６７では、上述のマウスのサブシステムのそれぞれが電力消費量を高めて完全に動作可能な状態になっている。ACTIVE状態１６７は、感知アルゴリズムが、ユーザの手がマウス上にある(または近接している)ことを示すONの状態のときだけ発生する。上述のように、ユーザの手がない場合はOFFフラグが生成される。ACTIVE状態１６７で所定の期間(例えば４００ミリ秒)マウスが活動していないと、感知アルゴリズムのON状態と組み合わされて、状態機械はIDLE状態１７１に遷移する。IDLE状態１７１では、システムは、SHUTDOWN状態を８０ミリ秒、ACTIVE状態を５０ミリ秒というように、SHUTDOWN状態とACTIVE状態との間を効果的に循環することが好ましい。OFF信号が発生すると、状態機械はIDLE状態１７１からSHUTDOWN状態１６５に即座に遷移することが好ましい。感知アルゴリズムがON状態のままであるがマウスの活動がない場合、マウスの移動、スクローリング、またはボタンの押し下げ活動などのマウスの活動が３０秒以内(または前もってセットした時間内)に発生すると、状態機械はEXTENDED IDLE状態１６９に遷移する。EXTENDED IDLE状態１６９は、SHUTDOWN状態とACTIVE状態１６７、１６５の間を効果的にシステムが循環する点ではIDLE状態と同様であるが、例えば起動が８０ミリ秒ごと(ウェイク中断ごと)ではなく約１秒ごと(１２ウェイク中断ごと)というように、周期あたりのシャットダウン期間は長くなる。
【００６５】
タッチアルゴリズムフラグがONのままであるが、光学式トラッキングシステムが所定の期間、例えば２秒以上にわたってトラッキング表面を検出しない場合(ユーザが、マウスを支持している表面からマウスを持ち上げていることを示す)、状態機械はBEACON状態１７３に遷移することが好ましい。BEACON状態１７３では、EXTENDED IDLE状態のパワーサイクリングが好適に開始され(１２ウェイク中断ごとに１回起動)、トラッキング光源(LED)９は、低減された速度、例えばトラッキングに使用される名目８Hzの点滅速度ではなく１秒に１回(１Hz)で点滅する。この大幅に低減された光源のパルス速度はエネルギーを節約し、例えば通常のLED９のトラッキング照明に目を曝していることに関してユーザ側の心配を解消するような、ユーザに肯定的なフィードバックを提供する。
【００６６】
IDLE状態１７１、EXTENDED IDLE状態１６９、またはBEACON状態１７３中にどのようなマウスの活動が発生しても、状態機械は即座にACTIVE状態１６７に戻ることが好ましい。さらに、状態機械は、トラッキング表面が光学式トラッキングシステムによって再度感知されると、BEACON状態１７３からACTIVE状態１６７に遷移する。IDLE状態１１７、EXTENDED IDLE状態１６１またはBEACON状態１７３のどれかの期間中に万一OFFフラグが生成されると、状態機械は即座にSHUTDOWN状態１６５に遷移する。また、BEACON状態１７３またはEXTENDED IDLE状態１６９のどちらかで所定期間、例えば１８０秒を超過すると、SHUTDOWN状態１６５への遷移が発生することが好ましい。
【００６７】
本発明の記載した例示の(マウスの)実施形態では、入力信号生成手段は光学式トラッキングエンジン、マウスボタンおよびスクロールホイールの形式で提供される。本発明の電力が低減された状態では、これらの手段は、一部にはその手段によって消費される電力量に応じて様々な程度まで電力消費量が低減される。本発明は、一般に、複数のタイプの入力信号生成手段を有する、ほとんどすべてのタイプのユーザ操作式データ入力装置に適用されて、相対的な電力消費率を考慮しながらそれらの手段への電力の供給を様々に制御することができることが理解されよう。
【００６８】
次に、例示のマウスの実施形態の５つの好ましい電力状態をさらに詳細に説明する。
【００６９】
ACTIVE状態１６７
これは、ユーザがマウス１０７を移動し、スクロールホイール１６３を移動し、またはマウスボタン１１１、１１３、１１５、１１７の１つまたは複数を活動化するときの通常の動作状態である。ACTIVE状態１６７では、μpＰ１のファームウェアは、光学式コントローラIC ７からXYパケットを受け取り、マウスボタンとスクロールホイールと感知アルゴリズムの状態とをサンプリングする。μP １は、Low-battピン１７５によって電池３のレベルのチェックをすることができる(図１参照のこと)。ACTIVE状態１６７は、主として光学式(XY)トラッキングエンジンとRF送信機５の動作のために最も多くの電力を消費する。電力を節約するために、状態機械は、所定の期間(例えば４００ミリ秒)にわたって活動がないと終了するタイマを維持することが好ましい。タイマが終了しても依然としてユーザの手がマウスにタッチしている(または近接している)場合、状態機械はIDLE状態１７１に入る。タイマの期間が経過してもユーザがマウスにタッチ(または近接している)していない場合、状態機械はSHUTDOWN状態１６５に入る。
【００７０】
IDLE状態１７１
上記のように、４００ミリ秒間活動がなく、ユーザの手がマウスにタッチ(または近接)している場合はIDLE状態１７１に入る。この状態では、マウスは基本的に電源を切られ、μP １はSTOPモードに入る。外部のRCネットワーク１７７(図１参照のこと)は、所定の遅延、例えば８０ミリ秒後にμP １を起こすために好適に使用される。一旦起きると、プロセッサは電力消費量を高めてIC ７を初期化し、XYの移動を探す。ファームウェアも、スクロールホイール１６３の状態の変化を求めて検査し、マウスボタンをサンプリングし、感知アルゴリズムの状態(ONまたはOFF)をサンプリングする。IDLE状態１７１の期間中の「on」の期間は約５０ミリ秒であることが好ましい。さらに、３０秒のタイマをセットすることもできる。イベントが検出される前にこのタイマが終了すると、状態機械はEXTENDED IDLE状態１６９に入ることが好ましい。タッチが解除されると(感知アルゴリズムがOFF状態に入ると)、SHUTDOWN状態１６５に入る。いかなるイベントでもACTIVE状態１６７に入る原因となる。一次マウスボタンのどれでもμP １を即座に起こすことが好ましい。これは、対応する「チャネル接続」ボタン１８０(図５を参照のこと)を有する、関連する受信機によって認識されるべきマウスの一意の識別コードを設定するために、RF送信システムの一部として提供される「チャネル接続」ボタン１７９(図１、５および６を参照のこと)の起動と同様である。
【００７１】
EXTENDED IDLE状態１６９
この状態は、ユーザが比較的長期間、例えば３０秒にわたってマウスの上に手を置いているが、マウスを移動したり(XY移動)、スクロールホイールを移動したり(Z移動)しないか、またはマウスボタンのどれも活動化しない場合に、追加電力を節約することを目的としている。この状態では、IC ７は、例えば１３０ミリ秒ごとではなく１秒ごとなど、低速で電源が投入される。この状態で所定の期間、例えば１８０秒が過ぎると、マウスはSHUTDOWN状態１６５に入る。そうでない場合、EXTENDED IDLE状態１６９はIDLE状態１７１と同様である。
【００７２】
BEACON状態１７３
BEACON状態１７３は、マウスがIDLE状態１７１にあり、ユーザがマウスを持ち上げてそのまま持っている場合に、LEDの点滅速度を(例えば、８Hzから１Hzに)低減することを目的としている。マウスがトラック可能面から取り去られると、表面から焦点がなくなり、ぼやけは判別不可能になる。支持する表面が、鏡面、またはランベルトの再放射などの完全に滑らかなもしくは光沢のある表面など、光学的に不明確な場合、すなわち、マウスが正確にトラックできない表面である場合も、同様の状態が発生する。このような状態を認識するために、IC ７は、良好な表面上にあるかどうかを示す状態ビットをすべてのPS/２パケットに入れて送信することができる。μP １のファームウェアはIDLE状態１７１に例えば２秒を超過してあると、これをチェックすることができる。BEACON状態１７３に入ると、トラック可能面ビットを１秒ごとにチェックすることができる。「表面上」が示されると、ACTIVE状態１６７に再度入ることが好ましい。
【００７３】
BEACON状態１７３の好適実施態様では、IC ７から電力が約１秒間隔で反復的に除去される。１秒の間隔が終了するたびに、IC ７は二次的に電源が投入され、表面を再度テストする。トラック可能面上にない場合、LED ９はビーコンのように、１秒ごとに「脈を打つ」状態を呈し、同時に表面の再テストが実行される。電池の電力を節約することに加え、BEACON状態１７３は、正規のトラッキングモードでのLEDの通常の高頻度の閃光によって生じる潜在的な不快感や、それに対する心配を低減する。
【００７４】
周知の使用可能な光学式トラッキングエンジンは、トラック可能面の存在または不在を判断するために使用することができるいくつかの測定基準を提供する。本発明によると、これらの測定基準は、IC ７の別個の状態ビット線上で表すことができる。１つのビット線は、例えばFOUNDまたはLOSTを示すことができるが、これらはIC ７によって実行された自動相関関数から得られた画像値(例えば、ピクセル強度測度Maxpix、Minpix、Avgpix)が光学式トラッキングエンジンのA/Dコンバータの作業可能範囲内にあるかどうかを示す。作業可能範囲内にある場合、FOUNDビットが出力される。作業可能範囲内にない場合、自動相関関数は不成功となり、LOSTビットが出力される。
【００７５】
第２のビット線は、例えば「速度有効」または「速度無効」のどちらかの状態を提供する。自動相関が成功裏に実行されたとしても(したがって、その結果生じるFOUNDビットが第１のビット線上にあるとしても)、検出された表面の性質が、例えば擬似ラインなどによってトラック不可能となる場合がある。相互相関処理から得られたマウス移動信号(例えば速度)が物理的な実現性の範囲外にあるときを示すための閾値をセットすることができる。例えば、IC ７の相互相関処理の結果が、マウスに瞬間的な方向の変更が行われたことを示す場合(物理的に不可能な事)、「速度無効」などの状態ビットを出力することができる。一方、相互相関処理によって示された移動が実現可能なマウスの移動の範囲内である場合、「速度有効」状態ビットを出力することができる。
【００７６】
IC ７は、Good_Sureface=FOUND && Velocity_Validなどの論理表現を使用することができる。すなわち、「FOUND」はトラッキングエンジンのパラメータが安定化されており、トラック可能面の通常の動作範囲内にあるということを示す状態ビットである。Velocity_Valid状態は、トラッキングエンジンの出力が有効であり、明らかに正確であることを示している。これらの２つの信号の組み合わせは、トラック可能面からマウスが取り去られているときのみBEACON状態１７３に入ることを高度に保証するために使用することができる。マウスがトラック可能面から取り去られていることが検出されると、状態機械はBEACON状態１７３に遷移する。Good_Surefaceが検出されると、装置論理は、ホストコンピュータへの送信に関する有用な移動情報を提示するために、ACTIVE状態１６７に遷移することができる。
【００７７】
SHUTDOWN状態１６５
これは、マウスの最も低い電力状態であり、マウスは-１００μアンペアの電流だけでよい。３つの一次マウスボタンスイッチ(右、左、および中央)１５１、１６５および１５９のどれか、またはチャネル接続ボタン１７９を活動化すると、プロセッサを即座に起こす割込を生成し、状態機械はACTIVE状態１６７に入る。そうでない場合、プロセッサ１はSTOPモードに入り、所定の遅延の後で起きる(例えば、８０-８５ミリ秒)。μP １の「ウェイク」期間は約３ミリ秒であることが好ましい。起きた状態では、μP １はタッチ(感知アルゴリズムのON状態)と二次(側面)ボタン１１５、１１７の活動化に関してポーリングする。(例示の一実施形態では、μP １の限られた数の割り込みピンが一次マウスボタンとチャネル接続ボタン１７９用に使用される。当然ながら、さらに多くの数の使用可能な割込みピンがあれば、ポーリングではなく割込みによって感知されるようにすべてのマウスのボタンを接続することができる。)電力を節約するために、SHUTDOWN状態でXY移動(光学式トラッキングエンジンの動作)またはスクロールホイールの回転のチェックは実行しないことが好ましい。
【００７８】
赤外線(IR)および他の光学ベースの検出器、静電、電磁および機械スイッチ、圧電および他のタイプの加速度計、または音響検出器、および熱または温度ベースのスイッチなど、本発明の電力管理システムで制御入力フラグON/OFFを実現するために、様々なタイプのオペレータ接触状態/近接センサーを使用することができる。好適実施形態では、静電容量感知、好適には次に説明する静電容量感知の新しいシステムおよび方法が使用される。
【００７９】
本発明の静電容量感知の態様によると、導体と装置のアース端子との間の静電容量の相対的な増加は、別の物体にタッチまたは近接している、物体または身体部分の存在を知らせる。ユーザ操作式データ入力装置に適用する際、このシステムは、装置にタッチまたは近接しているユーザの手または他の操作手段(例えば、ペンベースのデータ入力装置のペン)の存在または不在を知らせる。マウス１０７に適用する際、静電容量感知システムは、マウス１０７の上にあるまたは近接しているユーザの手の存在を感知する。
【００８０】
本発明によると、センサープレート１４５(図６を参照のこと)とその環境(関係する装置のアース端子)との間で形成される比較的小さなコンデンサのサイズに生じた変化は、電荷移動技術の方法によって、A/Dコンバータなどによる処理集約的な(かつ比較的低速の)静電容量の測定を回避する方法で、検出される。同様にして、小さいコンデンサ(「スクープ」)１８１の相対的サイズに生じた変化は、スクープコンデンサ１８１の電荷をより大きな(「バケット」)コンデンサ１８３(図１および７を参照のこと)に反復的にダンプし、そのバケットコンデンサを「満たす」のに要する「スクープ」の数を計数することによって決定することができる。「スクープ」コンデンサは、例えばユーザの手のタッチまたは近接によって変調される。ユーザの手がマウスに接近するに従い、スクープコンデンサの明示的サイズは大きくなる。「バケット」を満たすために要する「スクープ」の数を計数することによって、ユーザがマウスに手を触れたりマウスから手を離したりする際に、ユーザの手の近接の変化によって開始された静電容量の変化を検出することができる。
【００８１】
第１の実施形態では、本発明の感知システムは、「スクープ」コンデンサ１８１を連続的に充電し、それを比較的に大きな、好適に固定されたサイズのバケットコンデンサ１８３にダンプすることによって機能する。バケットコンデンサ１８３は、例えば４.７nFの静電容量Cを有することができるが、スクープコンデンサの静電容量は１５-４５pFの範囲で変動することができる。充填/ダンピングプロセスは、バケットコンデンサ１８３が「満たされる」まで続けられる。マウスにタッチまたは近接しているユーザの手の存在または不在を示すスクープコンデンサ１８１のサイズの増大は、バケットを満たすためにどれだけ多くの「スクープ」を要するかによって判定される。
【００８２】
図１および７に示すように、好適実施形態は、充填、ダンピング(電荷移動)、および入力閾値スイッチのサンプリング動作を制御するために、μP １の２つのI/OピンA、Bを使用する。同様のまたは類似の結果を達成するために、ファームウェアプログラム済みμP １の代わりに、ディスクリート回路素子またはASICの構成を含めて他のハードウェア/ソフトウェア/ファームウェア構成を使用することができることは明らかである。以下のステップは、ファームウェア制御下でμP １によって実行することができる。
【００８３】
１)バケットコンデンサ１８３を放電するためにμP １はピンAとBの両方をアース端子にクランプ（clamp）する。カウンタ=０
【００８４】
２)(バケットコンデンサ１８３は充電せずに)スクープコンデンサを充電するためにピンBはハイインピーダンス入力にセットされ(浮動)、ピンAはハイにセットされる。
【００８５】
３)スクープコンデンサ１８１の電荷をバケットコンデンサ１８３にダンプするために、ピンAはハイインピーダンス入力にセットされ(浮動)、ピンBはローで駆動される。
【００８６】
４)カウンタ=カウンタ+１(１つのスクープを計数する)
【００８７】
５)ピンA(依然としてハイインピーダンス入力)は、入力されたハイ閾値を超えた(バケットが「満たされた」状態を示す)かどうかを確認するためにサンプリングされる。超えていない場合、ステップ２-５が反復される。
【００８８】
６)アルゴリズム完了。すなわち、カウンタ値はスクープコンデンサの相対的サイズに反比例している。カウンタ値が低いほど、スクープコンデンサの静電容量は大きくなる。このカウンタ値は、現在のタッチ値(TouchVal)として直接使用することも、TouchVal=(TouchVal+Counter)/２のようにして新しいタッチ読取り値に平均化することもできるが、この場合TouchValは移動平均値である。
【００８９】
したがって、電荷移動の各周期に引き続き、μP １の入力閾値スイッチ、例えばピンAに接続されているCMOSトランジスタがチェックされ、その閾値(例えば、１/２Vcc=１.５５±２０%)に達したかどうかが判定される。閾値に達している場合は、バケットコンデンサが「満たされている」ことを示す。カウンタは、閾値電圧を超過する時点までチェックするたびに増分される。計数に関係する値(TouchVal)が所定の閾値計数値(後述する方法で動的に調整されることが好ましい)より低くなると、マウスの上の手の存在(または近接)が判定される。この判定に基づいて、前述のタッチオン(ON)とタッチオフ(OFF)信号が生成される。
【００９０】
以上説明したように、TouchValは計数値または移動平均値である。しかし、TouchValは、計数に関係する別の変数、例えば入力された高閾値に達するのに要する電荷移動の周期数のプロキシ表示を供給する時間値であってもよいことを理解されたい。
【００９１】
上記技術の「ロー側」の変形形態では、ピンBが高いインピーダンス入力にセットされる時点で(ピンAではなく)ピンBでサンプリングが実行される。典型的なコントローラのCMOSトランジスタ閾値スイッチは、高低遷移点とは若干異なる電圧でローからハイに遷移する。この差は、計数値の様々な分解を可能にするために使用することができる。「ロー側」の変形形態を実行する際、μP １は以下のステップを実行することができる。
【００９２】
１)バケットコンデンサ１８３とスクープコンデンサ１８１とを放電するためにμP １はピンAとBとをアース端子にクランプする。カウンタ=０
【００９３】
２)(バケットコンデンサ１８３は充電せずに)スクープコンデンサを充電するために、ピンBはハイインピーダンス入力にセットされ(浮動)、ピンAはハイにセットされる。
【００９４】
３)ピンB(依然としてハイインピーダンス入力)がサンプリングされて、入力されたロー閾値を超えたか(バケットが「満たされた」状態であることを示す)どうかが確認される。超えている場合、ステップ(７)に進む。超えていない場合、ステップ(４)に進む。
【００９５】
４)スクープコンデンサ１８１の電荷をバケットコンデンサ１８３にダンプするために、ピンAはハイインピーダンス入力にセットされ(浮動)、ピンBはローで駆動される。
【００９６】
５)カウンタ=カウンタ+１(１つのスクープを計数する)
【００９７】
６)ステップ２-５を反復する。
【００９８】
７)アルゴリズム完了。すなわち、カウンタ値はスクープコンデンサの相対的サイズに反比例している。カウンタ値が低いほど、スクープコンデンサの静電容量は大きくなる。このカウンタ値は、現在のタッチ値(TouchVal)として直接使用することも、TouchVal=(TouchVal+Counter)/２のようにして新しいタッチ読取り値に平均化することもできるが、この場合TouchValは移動平均値である。
【００９９】
図７の回路構成によって実行することができる代替実施形態では、TouchValはスクープコンデンサ１８１全体をバケットコンデンサ１８３に(充電ではなく)ダンプするのに要する周期数を表すことができる。ここでもまた、同様に、バケットがまず「満たされ」、次いで、バケットコンデンサの電荷がすべて「空になった」ことを示す閾値ロー(またはハイ)電圧が検出されるまで、すなわち閾値レベルより低くなるまでスクープごとに空にされる。この代替実施形態を実行する際に、μP １は以下のステップを実行することができる。
【０１００】
１)バケットコンデンサ１８３を充電する(「満たす」)ために、μP １はピンAをハイでピンBをローで駆動する。
【０１０１】
２)(バケットコンデンサ１８３の電荷はダンプせずに)スクープコンデンサ１８１の電荷をアース端子にダンプするために、ピンAはローで駆動され、ピンBは高いインピーダンス入力にセットされる(浮動)。
【０１０２】
３)ピンAはハイインピーダンス入力にセットされ(浮動)、ピンBはローで駆動され、その結果、バケットコンデンサ１８３の電荷はスクープコンデンサ１８１に移動される。
【０１０３】
４)カウンタ=カウンタ+１(１つのスクープを計数する)
【０１０４】
５)ピンA(依然としてハイインピーダンス入力)がサンプリングされて、入力されたロー閾値を超えた(バケットが「空」であることを示す)かどうかが確認される。超えてない場合、ステップ２-５が反復される。
【０１０５】
６)アルゴリズム完了。すなわち、第１の実施形態のように、カウンタ値はスクープコンデンサの相対的サイズに反比例している。カウンタ値が低いほど、スクープコンデンサの静電容量は大きくなる。TouchValは、カウンタ値そのものとしてセットすることも、カウンタ値の移動平均としてセットすることも、または対応する時間値などの、別な方法でカウンタ値に関係する値としてセットすることもできる。
【０１０６】
ピンBをハイで駆動し、ピンAをローで駆動するようにステップ(１)の電荷の極性を逆転して、バケットコンデンサを充電することができる。この場合、入力されたハイ閾値を超えたかどうかを確認するために、ピンAがステップ(５)でサンプリングされる。
【０１０７】
第１の「バケットを充填する」の実施形態と同様に、上記の「バケットを空にする」の実施形態でも、ピンBがハイインピーダンス入力としてセットされる時点で、ピンBで(ピンAではなく)サンプリングを実行することができる。この変形形態を実行する際、μP １は以下のステップを実行することができる。
【０１０８】
１)バケットコンデンサ１８３を充電する(「満たす」)ために、μP １はピンAをハイでピンBをローで駆動する。
【０１０９】
２)(バケットコンデンサ１８３の電荷はダンプせずに)スクープコンデンサ１８１の電荷をアース端子にダンプするために、ピンAはローで駆動され、ピンBはハイインピーダンス入力にセットされる(浮動)。
【０１１０】
３)ピンB(依然としてハイインピーダンス入力である)がサンプリングされて、入力されたハイ閾値を超えた(バケットが「空」であることを示す)かどうかが確認される。超えている場合、ステップ(７)に進む。超えていない場合、ステップ(４)に進む。
【０１１１】
４)ピンAはハイインピーダンス入力にセットされ(浮動)、ピンBはローで駆動され、その結果、バケットコンデンサ１８３の電荷はスクープコンデンサ１８１に移動される。
【０１１２】
５)カウンタ=カウンタ+１(１つのスクープを計数する)
【０１１３】
６)ステップ２-５を反復する。
【０１１４】
７)アルゴリズム完了。すなわち、第１の実施形態のように、カウンタ値はスクープコンデンサの相対的サイズに反比例している。カウンタ値が低いほど、スクープコンデンサの静電容量は大きくなる。TouchValは、カウンタ値そのものとしてセットすることも、カウンタ値の移動平均としてセットすることも、または対応する時間値などの、別な方法でカウンタ値に関係する値としてセットすることもできる。
【０１１５】
バケットコンデンサを充電するためにピンBをハイで駆動し、ピンAをローで駆動するように、ステップ(１)の電荷の極性を逆転することができる。この場合、ピンBはステップ(３)でサンプリングされ、入力されたロー閾値を超えたかどうかが確認される。
【０１１６】
図７の回路構成によって実行することができるさらに別の代替実施形態では、TouchValは、直列に接続されたバケットコンデンサ１８３とスクープコンデンサ１８１に印加される電圧によって、バケットコンデンサ１８３を「満たす」のに要する周期数を表すことができる。この場合、バケットコンデンサ１８３の電荷の周期あたりの増加はスクープコンデンサ１８１の相対的サイズによって調整される。この代替実施形態を実行する際、μP １は以下のステップを実行することができる。
【０１１７】
１)バケットコンデンサ１８３とスクープコンデンサ１８１とを放電するためにμP １はピンAとBとをアース端子にクランプする。カウンタ=０
【０１１８】
２)ピンAはハイインピーダンス入力にセットされ(浮動)、ピンBはハイにセットされる。これによって、バケットコンデンサとスクープコンデンサは直列になる。両方のコンデンサを通して同じ電流が流れ、スクープコンデンサが満たされると電流はバケットコンデンサとスクープコンデンサの両方を通して流れることを停止する。
【０１１９】
３)(バケットは放電せずに)スクープコンデンサを放電して、このスクープコンデンサを再度満たすことができるように、ピンBはハイインピーダンス入力にセットされ(浮動)、ピンAはローで駆動される。
【０１２０】
４)カウンタ=カウンタ+１(１つのスクープを計数する)
【０１２１】
５)ピンB(依然としてハイインピーダンス入力である)がサンプリングされて、入力されたハイ閾値を超えた(バケットが「満たされた」状態であることを示す)かどうかが確認される。超えている場合、ステップ(６)に進む。超えていない場合、ステップ２-５を反復する。
【０１２２】
６)アルゴリズム完了。すなわち、カウンタ値はスクープコンデンサの相対的サイズに反比例している。カウンタ値が低いほど、スクープコンデンサの静電容量は大きくなる。このカウンタ値は、現在のタッチ値(TouchVal)として直接使用することも、TouchVal=(TouchVal+Counter)/２のようにして新しいタッチ読取り値に平均化することもできるが、この場合TouchValは移動平均値である。
【０１２３】
上記のさらに別の代替実施形態の「ロー側」の変形形態では、ピンAがハイインピーダンス入力にセットされる時点で(ピンBではなく)ピンAでサンプリングが実行される。この変形形態を実行する際、μP １は以下のステップを実行する。
【０１２４】
１)バケットコンデンサ１８３とスクープコンデンサ１８１とを放電するためにμP １はピンAとBの両方をアース端子にクランプする。カウンタ=０
【０１２５】
２)ピンAはハイインピーダンス入力にセットされ(浮動)、ピンBはハイにセットされる。これによって、バケットコンデンサとスクープコンデンサは直列になる。両方のコンデンサを通して同じ電流が流れ、スクープコンデンサが満たされると電流はバケットコンデンサとスクープコンデンサの両方を通して流れることを停止する。
【０１２６】
３)ピンA(依然としてハイインピーダンス入力である)がサンプリングされて、入力されたロー閾値を超えた(バケットが「満たされた」状態であることを示す)かどうかが確認される。超えている場合、ステップ(７)に進む。超えていない場合、ステップ(４)に進む。
【０１２７】
４)(バケットコンデンサは放電せずに)スクープコンデンサを放電してこのスクープコンデンサを再度満たすことができるように、ピンBはハイインピーダンス入力にセットされ(浮動)、ピンAはローに駆動される。
【０１２８】
５)カウンタ=カウンタ+１(１つのスクープを計数する)
【０１２９】
６)ステップ２-５を反復する。
【０１３０】
７)アルゴリズム完了。すなわち、カウンタ値はスクープコンデンサの相対的サイズに反比例している。カウンタ値が低いほど、スクープコンデンサの静電容量は大きくなる。このカウンタ値は、現在のタッチ値(TouchVal)として直接使用することも、TouchVal=(TouchVal+Counter)/２のようにして新しいタッチ読取り値に平均化することもできるが、この場合TouchValは移動平均値である。
【０１３１】
図６および１０-１４に示すように、導電性センサープレート１４５は、上部ケース１０９とスカート部１１９とによって形成されるマウス１０７の上部筐体１８５の下側に接着された粘着して貼り付けられる導電性ラベルの形式を有利に取ることができる。導電性ラベル１４５は、例えば片面に導電性インク１４８のパターンが印刷されている、透明な熱安定ポリエステル(例えばMylar(商標))シート１４６などの絶縁性材料の薄い柔軟な層を含むことができる。このシートは、例えば０.７５-０.１３mmの範囲の厚みを有することができる。導電性インク１４８は、例えば周知のカーボン(グラファイト)または膜スイッチの層上に回路線および接点を印刷するために一般に使用されるタイプの銀粒子インクであってよい。このインクは、周知のシルクスクリーンプロセスによって、例えば.０１０-.０１５mmの範囲の厚さに塗布することができる。カーボンベースの導電性インクの方が銀ベースの導電性インクよりも一般にコストは低く、塗布しやすく、凹凸が大きい(耐磨耗作用である)。静電容量センサー回路の非常に低い一時的な電流(例えば、平均０.１μA)を想定すると、カーボンベースのインクのさらなるインピーダンスは(銀ベースのインクと比較して)、さらに困難を増すことはない。
【０１３２】
シート１４６の反対側は、ピールオフライナー１５２を除去する際に露出する接着層１５０(例えば、３M社のNo.４６７)である。例示の一実施形態では、接着層１５０は名目上０.０５mmの厚みを有している。ライナー１５２は図１１に示すように選択的に配置されたカットライン１５４によってセクションに分割することができる。この構成によって、筐体１８５にラベル１４５を貼り付ける直前にライナー１５２を除去することを容易にする。
【０１３３】
ストックシート材料からダイカットすることができるラベル１４５は、マウスの筐体１８５の中央後部に貼り付けられる、不規則で一般的に多角形の形状をした中央本体部分１５６を含む。本体部分１５６は、導電性インク１５８の比較的大きなソリッド領域と小さな導電性インク領域１７０とを有する。導電性インクの複数の線が領域１７０から外に向かって一対の「アーム」部分１６０、１６２、「ネック」部分１６４、および「ヘッド」部分１６６まで延びている。
【０１３４】
小さなソリッドの導電性インク領域１７０は、PCB１２５から延びるバネ接点アーム１４４に対して接点パッドを与える(図６を参照のこと)。カーボンインク材料の凹凸と、環境問題に対して元来問題とされないことによって、バネ接点アーム１４４とラベル１４５の間のこの点で信頼性のある相互接続をもたらす。比較的大きな導電性インク領域１５８は、小さな領域１７０と、そこから延びている導電性の線との直接的な電気接続から除去される。領域１５８は、手がマウスの上に存在するか、または近接している場合に、関係する装置のアース端子にさらなる静電結合を提供するように働く。このようにして、導電性領域１５８は手が存在する場合には明白な静電容量を増加させる傾向にあり、したがって感知システムの感度を向上させる。
【０１３５】
アーム部分１６０、１６２は、それぞれに筐体１８５(具体的にはそのスカート部１１９)の右側部分と左側部分を覆うように取り付けられる。比較的大きなアーム部分１６０は上部ケース１０９とスカート部分１１９との間に形成された継ぎ目１７２を横断し、次いでスカート部分１１９の右側の大部分に沿って延びている。比較的小さなアーム部分１６２はスカート部分１１９と上部ケース１０９の間に形成された継ぎ目１７４を横断し、次いでスカート部分１１９の比較的小さな後方部分に沿って上方に延びている(図１４を参照のこと)。図に示すように、印刷された導電性パターンのある側と反対のシート１４６の側は、非導電性インクで印刷されたアーム１６２の領域１７６を有することができる。領域１７６は、筐体部分の間に形成された継ぎ目１７４に形成される可能性のある間隙を通した(筐体内部の)LED９からのストレイライト（迷光）の透過をブロックするように働くマスクを形成する。ネック部分１６４は、筐体１８５の中央部に沿って、上部ケース１０９とスカート部分１１９との間を、隠れたヘッド部分１６６まで延びている。ヘッド部分１６６は、スクロールホイール１６３後方に直接配置されている筐体１８５中央部の、上部ケース１０９とスカート部分１１９との間の小さな空間に取り付けられている。
【０１３６】
ユーザが握ったりタッチしたりする可能性が最も高い筐体１８５のこれらの領域を横断して導電性材料を延長することによって、示したラベル１４５の構成は、マウス１０７にタッチまたは近接しているユーザの手の存在を感知するために良好に機能する。さらに、ラベル１４５は、特にラベル１４５が横断するように延びている隣り合った筐体部分の間に形成された継ぎ目で、静電放電(ESD)からさらに保護するように有利に働くことができる。具体的に、ラベル１４５が貼り付けられると、導電性の印刷部分と筐体１８５の露出した継ぎ目との間に空間ができるが、これは接着層１５０とシート１４６との厚さを合わせたものに等しい。この空間と、接着剤とシート材料の絶縁作用とは、封入された電子を大部分の静電性の破損源から保護するのに十分に分離することができる延長された静電放電(ESD)の表面漏れ経路を提供する。
【０１３７】
マウスの回路素子、プリント回路基板および周囲の環境は、導電性ラベル１４５によって形成されるセンサープレートに対して装置のアース端子平面を共同して効果的に形成する。ラベル１４５の様々な領域で導電性インクによる複数の近接して間隔を空けた細い線１６８を使用すると、装置のアース端子によってラベル１４５の自己静電容量を低減させ、したがって、ユーザの手によって誘発された静電容量はラベル１４５自体によって誘発された静電容量よりもさらに大きく、検出可能になる。この目的を達成するためには、周知のシルクスクリーンで実行可能な限り細く線を引くことが望ましい。しかし信頼性のためには(図示するように)、「基幹の」または主要な伝導線は特別に太くすることが望ましい場合がある。こうすることによって、これらの線の１本に沿って導電の破損が発生しないことが保証され、したがって、基板領域全体を通して導通状態が失われる可能性が低減される。
【０１３８】
人間の手は複雑な構造であり、マン/マシン操作に対応する複雑な幾何学的配置をしばしば要求する。身体タッチの容量性の検出に必要となる複雑な形状の導電材料を提示する多くの技術は、比較的費用が掛かるか、または他の製造上または信頼性における欠点を提示する。柔軟な接着性ラベルの形態による導電性プレートは人間工学に基づいて設計された電子装置の筐体の複雑かつ/または相互接続する表面の被覆(およびそれへの接着)を実現するための、洗練された、費用効果のある、技術的に信頼性の高い手法を実現する。筐体１８５は説明するための一例であり、おおよそ半球形の直交軸に沿った異なる凹凸のある湾曲と、複数の相互接続する筐体部分間の継ぎ目とを含んでいる。
【０１３９】
本発明の柔軟な接着性ラベルの手法のさらなる利点は、センサーを取り付けるべき筐体部分に存在する可能性のある隆起と他の構造上の障害とを回り込んで延ばす(回避する)ために、様々な形状と構成のラベルをカットすることができるという容易性である。当然ながら、平面および３次元に型打ちした金属プレート、ワイヤ、導電性のロッドなどの、感知されるべき物体または身体部分の存在または不在によって変調する可能性のある装置のアース端子との静電結合を生じるために、ラベルの他にも多数の導体の構成を使用することができる。一方、どのような容量検出システム(１つまたは複数のプレート)も、本発明の導電性ラベルの手法から、複雑で、遮られた、かつ/または相互接続した表面領域との近接またはタッチを感知する必要性が生じる場合は特に、恩恵を受けることができる。
【０１４０】
次に、図９を参照しながら、タッチ/近接または非タッチ/近接フラグ(ON/OFF)を検出し、かつ出力する感知アルゴリズムを説明する。便宜上、以下のアルゴリズムの説明では、タッチおよび/または近接を意味するために「タッチ」または「タッチしている」という用語を使用する。アルゴリズム(状態機械)がstOnまたはstOnPos状態１８７、１８９にある場合はタッチフラグONがセットされ、stOffおよびstOffPos状態１９１、１９３にある場合はこれが解除される。タッチアルゴリズムは、上記の計数アルゴリズムを使用して定期的に新しいタッチ値(TouchVal)を読み取る。感知アルゴリズムで使用することができる変数のリストを以下に示す。
【０１４１】
TouchVal 現在のタッチ読取り値(上記の計数アルゴリズムによる)
TouchOff 現在のOFF閾値
TouchAvg ON状態で、「stOff」状態に入るための比較に使用されるフィルタリングされた(擬似平均)値を保持する(下記参照)。
TouchCnt 様々なタッチ状態で使用されるフィルタリング計数値
【０１４２】
タッチアルゴリズムが入る可能性のある４つの異なる状態を以下に示す。
【０１４３】
stOff ユーザはタッチしておらず、アルゴリズムはONに入ることを待機している。「stOn」状態(下記参照)に入るためのチェックがここで実行される。
StOffPos ユーザはタッチしておらず、TouchVal>TouchOff値である。この状態はフィルタであり、TouchOffを徐々に上げる。
StOn ユーザはタッチしており、アルゴリズムは「stOff」状態に入ることを待機している。
StOnPos ユーザはタッチしており、TouchVal>TouchAvgである。この状態は、TouchAvgを徐々に上げるフィルタである。stOff状態に入るためのチェックがここで実行される。
【０１４４】
図９を参照しながら、タッチアルゴリズムの動作を以下のように概説することができる。TouchValがTouchOffよりも所定の量だけ(例えば、２カウントより多く)低下すると、状態機械はstOff状態１９１からstOn状態１８７に遷移する。フィルタリングされた(擬似平均)タッチ値(TouchAvg)がTouchOffに到達するか、または超過すると、状態機械はstOn状態１８７からstOff状態１９１に遷移する。TouchValがTouchAvgを超過するたびに、状態stOnPos１８９に入り、そこで最初に例えば４にセットされたカウンタは減分される。カウンタが０に減分されるようにTouchValがTouchAvgよりも高い状態のままである場合、TouchAvgの値はTouchAvg+１に増分される。TouchValがTouchAvgになるか、またはこれよりも低くなり、状態がstOffからstOnに遷移すると、TouchAvgはTouchValにリセットされる。
【０１４５】
閾値計数値TouchOffは以下の方法で動的に調整されることが好ましい。電池３が最初に入れられると、タッチ状態アルゴリズムはstOn状態に初期化されることが好ましい。TouchValが現在のタッチ読取り値にセットされ、初期TouchOff値が最大のカウンタ値である２５５にセットされる。TouchValは通常はこの最大値に達することはないが、これによって、図８の状態機械がマウスの活動がないことのタイムアウト(例えば、１８０秒)によってSHUTDOWN状態に遷移するまでタッチアルゴリズムをstOn状態に留める。この時点でTouchOffはTouchAvgにリセットされるが、これは上記の方法で決定される。別の状態からSHUTDOWNへの遷移によって、TouchOffを現在のTouchAvgにセットさせることが好ましい。この時点で、システムは、通常、手が存在しないことを正確に推定する。
【０１４６】
stOff状態１９１中にTouchValがTouchOffの現在値を超えると、状態stOffPos１９３に入り、最初に例えば８にセットされたカウンタが減分される。カウンタが０まで減分されるようにTouchValがTouchOffよりも高いままであると、TouchOffの値はTouchOff+１に増分される。stOnPosからstOffへの状態遷移の際に(TouchAvgがTouchOffに達するか超過すると発生する)、TouchOffはTouchAvgにリセットされる。stOff状態１９１では、予めセットされた数の制御周期だけ(例えば、１００)現在のタッチ読取り値(TouchVal)がTouchOffよりも低下するたびに(例えば、TouchOff-２≦TouchVal<TouchOff)、TouchOffは１つ減分される。
【０１４７】
好ましい状態と状態遷移の条件を以下でさらに詳しく述べる。
【０１４８】
stOn状態１８７
TouchValが<TouchAvgの場合、TouchAvgは現在のタッチ読取り値にセットされる(状態の変化はない)。
【０１４９】
TouchValが>TouchAvgの場合、カウンタTCountは４に初期化され、状態機械はstOnPos状態１８９に遷移する。
【０１５０】
stOnPos状態１８９
TouchValが<TouchAvgの場合、TouchAvgはTouchValに等しくセットされ、状態機械はstOn状態１８７に遷移する。
【０１５１】
TouchValが>TouchAvgの場合、TCountは減分され、カウント=０(４つの連続したTouchVal読取り値>TouchAvg)の場合、TouchAvは増分される。この状態はタッチ読取り値に関して低速のフィルタリングを実行するように働くので、瞬間的なドロップはタッチ状態機械を余計にstOff状態１９１に入れることはない。
【０１５２】
TouchAvgが>=TouchOffの場合、状態機械はstOff状態１９１に遷移し、別のカウンタOffCnt(TCountと同じレジスタを使用することができる)が１００にセットされる。
【０１５３】
TouchOffはTouchAvgにセットされる。
【０１５４】
stOff状態１９１
TouchValが>TouchOffの場合、状態機械はstOffPos状態１９３に遷移し、カウンタTCountは８にセットされる。
【０１５５】
TouchValが<(TouchOff-２)の場合、状態機械はstOn状態に遷移し、TouchAvgはTouchValに初期化される。
【０１５６】
TouchValは<TouchOffだが、>=(TouchOff-２)の場合、カウンタOffCntは減分される。OffCnt=０の場合、TouchOffは減分され、OffCntは１００にリセットされる。これは、さらに低いTouchOff値が学習される場合である(すなわち、マウスがより静電容量のある環境に移動されるとき)。マウスの状態機械がSHUTDOWN状態１６５に入り、状態機械がstOff状態１９１にセットされると、TouchOffはTouchAvgにセットされる。
【０１５７】
stOffPos状態１９３
TouchValが>TouchOffの場合、TCountは減分される。TCount=０の場合、TouchOffは増分され、TCountは８にリセットされる。これは、より高いTouchOff値が学習される場合の条件である(すなわち、マウスが、静電容量が少ない環境に移動されるとき)。
【０１５８】
TouchValが<=TouchOffの場合、OffCntは１００にセットされ、状態機械はstOff状態に遷移する。
【０１５９】
以上、本発明をその好適実施形態と例示の実施形態に関して説明した。当業者ならば、本開示を検討することによって、頭記の特許請求の範囲および趣旨を逸脱しない多数の他の実施形態、修正形態、変形形態を想起するだろう。特許請求の範囲では、本明細書に記載のアルゴリズム変数に対してラベルを使用したことは便宜的かつ明瞭化のためであり、限定の趣旨を持たせることを目的とするものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の静電容量感知および電力管理システムを使用する無線の光学式表面トラッキングマウスの電子回路のブロック図である。
【図２】 本発明のシステムを適用することができるホストコンピュータおよび関連するカーソル制御装置の機能ブロック図である。
【図３】 ホストコンピュータに送信するための、図２に示すマウスなどの入力ポインティング装置によって生成することができる情報のパケットの一例を示す表である。
【図４】 本発明の静電容量感知および電力管理システムを適用することができる光学式トラッキングコンピュータマウスの一例を示す概略図である。
【図５】 本発明の静電容量感知および電力管理システムを適用することができる、RF送信機/受信機の対によってホストコンピュータにリンクされる無線マウスを図式的に示す図である。
【図６】 図１に示す感知および電力管理システムが組み込まれている無線光学式トラッキングマウスの透視組立図である。
【図７】 本発明による静電容量感知システムの回路図である。
【図８】 図６に示すタイプの無線光学式トラッキングマウスで電力消費を管理するための、本発明による電力管理システムの例示の論理フローと制御を示す状態機械の図である。
【図９】 図７に示すような回路によって静電容量感知を実行するための、本発明による例示の論理フローと制御とを示す状態機械の図である。
【図１０】 図７の回路の一部として提供される「スクープ」コンデンサの導電性プレートとして働くことができる柔軟な導電性ラベルの上面の平面図である。
【図１１】 図１０に示す導電性ラベルの底部の透視図である。
【図１２】 図１０に示すラベルタイプのセンサープレートの典型的な導電性インクの付いた領域全体にわたる断面図である。
【図１３】 カバーアッセンブリの内部表面に貼り付けられる図１０-１２に示すラベルタイプのセンサープレートのレイアウトを示す、図６に示すマウスの上部筐体アッセンブリ内部の右側面底部の透視図である。
【図１４】 貼り付けられたラベルタイプのセンサープレートのレイアウトをさらに示す、図１３に示す筐体アッセンブリの左側面底部の透視図である。
【符号の説明】
１ マイクロプロセッサ
３ 電池
５ RF送信機
７ 光学式コントローラ
９ LED光源
１０ 画像検出器
１１ コンピュータ
１３、１０７ マウス
１２５、１３１、１４７、１５３ ＰＣＢ
１４５ センサープレート
１６５ SHUTDOWN状態
１６７ ACTIVE状態
１６９ EXTENDED IDLE状態
１７１ IDLE状態
１７３ BEACON状態
１８１ スクープコンデンサ
１８３ バケットコンデンサ
１８７ stOn状態
１８９ stOnPos
１９１ stOff状態
１９３ stOffPos状態
Claims (44)
- タッチまたは近接している物体または身体部分の存在を感知する静電容量感知システムであって、
アース端子に静電結合された第 1 の導体であって、前記物体または身体部分が前記第 1 の導体に近接するに応じて静電容量が変化するスクープコンデンサを形成する第１の導体と、
前記スクープコンデンサの最大静電容量よりも大きな静電容量を有するバケットコンデンサを形成する一対の第２および第３の導体と、
入力閾値スイッチと、
前記スクープコンデンサと前記バケットコンデンサの少なくとも１つのコンデンサを充電するために、前記少なくとも１つのコンデンサを電源に接続することと、前記スクープコンデンサの電荷を前記バケットコンデンサにダンプすることと、および前記バケットコンデンサの電圧を前記入力閾値スイッチに印加することとからなる周期を選択的に複数回行う切り替え手段と、
前記入力閾値スイッチの入力状態を検出する検出器手段と、
前記バケットコンデンサに最初の入力電圧が生じてから前記入力閾値スイッチの前記入力状態が少なくとも前記バケットコンデンサの前記閾値電圧に達していると前記検出器手段が判断するまでに要する周期数に関係する値(TouchVal)を判定する判定手段と、
前記物体または身体部分が前記別の物体にタッチまたは近接しているON状態と、前記物体または身体部分が前記別の物体にタッチまたは近接していないOFF状態とを示す信号を、TouchValに基づいて生成する信号生成手段と
を備えたことを特徴とする静電容量感知システム。 - 少なくとも１つのコンデンサが前記スクープコンデンサを含み、前記バケットコンデンサへの電荷の前記ダンプは、前記スクープコンデンサから前記バケットコンデンサへの電荷の移動を含むことを特徴とする請求項１に記載の静電容量感知システム。
- 少なくとも１つのコンデンサは前記バケットコンデンサを含み、前記バケットコンデンサへの電荷の前記ダンプは、前記バケットコンデンサから前記スクープコンデンサへの電荷の移動を含むことを特徴とする請求項１に記載の静電容量感知システム。
- 少なくとも１つのコンデンサは直列接続された前記スクープコンデンサと前記バケットコンデンサとを含み、前記バケットコンデンサへの電荷の前記ダンプは、前記スクープコンデンサによって調整されるように、前記電源によって前記バケットコンデンサを充電することを含むことを特徴とする請求項１に記載の静電容量感知システム。
- TouchValまたはTouchValから導出された数値を所定の閾値(TouchOff)またはTouchOffから導出された数値と比較する比較手段をさらに備え、前記信号生成手段は、前記比較手段の出力に基づいた信号を示す前記ONおよびOFF状態を生成することを特徴とする請求項１に記載の静電容量感知システム。
- 前記静電容量感知システムはコンピュータ周辺装置の一部であり、前記第１の導体は前記コンピュータ周辺装置に実装されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量感知システム。
- 前記コンピュータ周辺装置は、別個のホストコンピュータにリンク可能な外部コンピュータ周辺装置であり、前記周辺装置は電源装置を内蔵していることを特徴とする請求項６に記載の静電容量感知システム。
- 前記外部コンピュータ周辺装置は配線接続なしにホストコンピュータにリンク可能であることを特徴とする請求項７に記載の静電容量感知システム。
- 前記外部コンピュータ周辺装置は、光学式トラッキングエンジンを含むカーソル制御装置であることを特徴とする請求項８に記載の静電容量感知システム。
- 前記カーソル制御装置は、マウスが置かれている平面の表面をトラッキングするように構成されているコンピュータマウスであることを特徴とする請求項９に記載の静電容量感知システム。
- 制御周期nに対するTouchValは移動平均値であることを特徴とする請求項１に記載の静電容量感知システム。
- 前記OFF状態中に発生する前記スクープコンデンサの静電容量の相対的減少に従ってTouchOff値を動的に調整する閾値カウント判定手段をさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載の静電容量感知システム。
- TouchValから値(Touch Avg)を導出する手段をさらに備え、前記ON状態中に前記比較手段はTouchAvgをTouchOffと比較することを特徴とする請求項１２に記載の静電容量感知システム。
- OFF状態からON状態に遷移すると、TouchAvgがTouchValに等しく初期セットされ、所定の間隔にわたってTouchValがTouchAvgを超過すると、TouchAvgの値は増分されることを特徴とする請求項１３に記載の静電容量感知システム。
- 前記スクープコンデンサの静電容量の前記減少は、前記OFF状態中のTouchValの増加の発生から判定されることを特徴とする請求項１２に記載の静電容量感知システム。
- 前記スクープコンデンサの静電容量の前記減少は、所定の間隔にわたってTouchValがTouchOffよりも高く留まることから判定されることを特徴とする請求項１５に記載の静電容量感知システム。
- TouchValから値(Touch Avg)を導出する手段をさらに備え、前記ON状態中に前記比較手段はTouchAvgとTouchOffを比較することを特徴とする請求項５に記載の静電容量感知システム。
- TouchValが所定量だけTouchOffよりも低いところまで減少すると、前記信号生成手段は前記OFF状態から、前記ON状態に遷移することを特徴とする請求項５に記載の静電容量感知システム。
- 所定の間隔にわたってTouchValがTouchOffよりも低く留まると、前記システムはTouchOffを減分することを特徴とする請求項５に記載の静電容量感知システム。
- 前記入力閾値スイッチはCMOSトランジスタを含むことを特徴とする請求項１に記載の静電容量感知システム。
- 前記スクープコンデンサの前記第１の導体は、前記バケットコンデンサの前記導体の対のうち一方と共に第１の端子に共通に接続されており、前記バケットコンデンサの前記導体の対のうち他方は第２の端子に接続されており、
前記切り替え手段は周期的に、(a)前記バケットコンデンサを放電するために前記第１と第２の端子をアース端子にクランプし、(b)前記バケットコンデンサを充電せずに前記スクープコンデンサを充電するために、前記第２の端子をハイインピーダンス入力にセットして前記第１の端子を駆動し、(c)前記スクープコンデンサから前記バケットコンデンサに電荷を移動するために、前記第１の端子をハイインピーダンス入力にセットして前記第２の端子を駆動し、
前記第１の端子と前記第２の端子のうち１つの端子が前記ハイインピーダンス入力にセットされるときに、前記１つの端子から電圧を受け取るために、前記入力閾値スイッチは前記１つの端子に接続され、
前記検出器手段は、前記切り替え手段の前記循環に関連して、前記入力閾値スイッチの状態をサンプリングする
ことを特徴とする請求項２に記載の静電容量感知システム。 - 前記スクープコンデンサの前記第１の導体は、前記バケットコンデンサの前記導体の対のうち一方と共に第１の端子に共通に接続されており、前記バケットコンデンサの前記導体の対のうち他方は第２の端子に接続されており、
前記切り替え手段は、(a)前記バケットコンデンサを充電するために、前記第１の端子をハイに駆動し、前記第２の端子をローに駆動し、(b)前記バケットコンデンサを放電せずに前記スクープコンデンサを放電するために、前記第２の端子をハイインピーダンス入力にセットし、前記第１の端子をローに駆動し、(c)前記バケットコンデンサから前記スクープコンデンサに電荷移動するために、前記第１の端子をハイインピーダンス入力にセットし、前記第２の端子を駆動することを周期的に行い、
前記第１の端子と前記第２の端子のうち１つの端子がハイインピーダンス入力にセットされるときに、前記１つの端子から電圧を受け取るために、前記１つの端子に前記入力閾値スイッチが接続され、
前記検出器手段は、前記切り替え手段の循環に関連して、前記入力閾値スイッチの状態をサンプリングする
ことを特徴とする請求項３に記載の静電容量感知システム。 - 前記スクープコンデンサの前記第１の導体は、前記バケットコンデンサの前記導体の対のうち一方と共に第１の端子に共通に接続されており、前記バケットコンデンサの前記導体の対のうち他方は第２の端子に接続されており、
前記切り替え手段は、(a)前記バケットコンデンサと前記スクープコンデンサを放電するために、前記第１と第２の端子をローに駆動し、(b)前記バケットコンデンサとスクープコンデンサを直列に配列するために、前記第１の端子をハイインピーダンス入力にセットし、前記第２の端子をハイに駆動し、(c)前記バケットコンデンサを放電せずに前記スクープコンデンサを放電するために、前記第２の端子をハイインピーダンス入力にセットし、前記第１の端子をローに駆動することを周期的に行い、
前記第１の端子と前記第２の端子のうち１つの端子が前記ハイインピーダンス入力にセットされるときに、前記１つの端子から電圧を受け取るために、前記１つの端子に前記入力閾値スイッチが接続され、
前記検出器手段は、前記切り替え手段の循環に関連して、前記入力閾値スイッチの状態をサンプリングする
ことを特徴とする請求項４に記載の静電容量感知システム。 - 前記入力閾値スイッチ、前記切り替え手段、前記検出器手段、前記判定手段、および前記信号生成手段は、一対のピンを有する制御集積回路(IC)内に提供されており、前記スクープコンデンサの前記第１の導体は、前記バケットコンデンサの前記導体の対のうち一方と共に前記ピンの対の第１のピンに共通に接続され、前記バケットコンデンサの前記導体の対のうち他方は前記一対のピンのうち第２のピンに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量感知システム。
- 前記切り替え手段は、(a)前記バケットコンデンサを放電するために、前記第１と第２のピンをアース端子にクランプし、(b)前記バケットコンデンサを充電せずに前記スクープコンデンサを充電するために、前記第２のピンをハイインピーダンス入力にセットして前記第１のピンを駆動し、(c)前記スクープコンデンサから前記バケットコンデンサに電荷を移動するために、前記第１のピンをハイインピーダンス入力にセットして前記第２のピンを駆動することを周期的に行い、
前記第１のピンと前記第２のピンのうち１つのピンが前記ハイインピーダンス入力にセットされるときに、前記１つのピンから電圧を受け取るために、前記１つのピンに前記入力閾値スイッチが接続され、
前記検出器手段は、前記切り替え手段の周期に関連して、前記入力閾値スイッチの状態をサンプリングする
ことを特徴とする請求項２４に記載の静電容量感知システム。 - 前記切り替え手段は、(a)前記バケットコンデンサを充電するために、前記第１のピンをハイに駆動し、前記第２のピンをローに駆動し、(b)前記バケットコンデンサを放電せずに前記スクープコンデンサを放電するために、前記第２のピンをハイインピーダンス入力にセットして前記第１のピンをローに駆動し、(c)前記バケットコンデンサから前記スクープコンデンサに電荷を移動するために、前記第１のピンをハイインピーダンス入力にセットして前記第２のピンを駆動することを周期的に行い、
前記第１のピンと前記第２のピンのうち１つのピンが前記ハイインピーダンス入力にセットされるときに、前記１つのピンから電圧を受け取るために前記１つのピンに前記入力閾値スイッチが接続され、
前記検出器手段は、前記切り替え手段の循環に関連して、前記入力閾値スイッチの状態をサンプリングする
ことを特徴とする請求項２４に記載の静電容量感知システム。 - 前記切り替え手段は、(a)前記バケットコンデンサと前記スクープコンデンサを放電するために、前記第１と第２のピンをローに駆動し、(b)前記バケットコンデンサと前記スクープコンデンサを直列に配列するために、前記第１のピンをハイインピーダンス入力にセットして前記第２のピンをハイに駆動し、(c)前記バケットコンデンサを放電せずに前記スクープコンデンサを放電するために、前記第２のピンをハイインピーダンス入力にセットして前記第１のピンをローに駆動することを周期的に行い、
前記第１のピンと前記第２のピンのうち１つのピンが前記ハイインピーダンス入力にセットされるときに、前記１つのピンから電圧を受け取るために前記１つのピンに前記入力閾値スイッチが接続され、
前記検出器手段は、前記切り替え手段の周期に関連して、前記入力閾値スイッチの状態をサンプリングする
ことを特徴とする請求項２４に記載の静電容量感知システム。 - タッチまたは近接している物体または身体部分の存在を感知する方法であって、
アース端子に静電結合された第 1 の導体であって、前記物体または身体部分が前記第 1 の導体に近接するに応じて静電容量が変化するスクープコンデンサを形成する第 1 の導体と、前記スクープコンデンサ最大静電容量よりも大きな静電容量を有するバケットコンデンサを形成する一対の第２と第３の導体と、入力閾値スイッチとを提供するステップと、
前記スクープコンデンサと前記バケットコンデンサの少なくとも１つのコンデンサを充電するために、前記少なくとも１つのコンデンサを電源に接続することと、前記スクープコンデンサの電荷を前記バケットコンデンサにダンプすることと、および前記バケットコンデンサの電圧を前記入力閾値スイッチに印加することとの選択的な切り替えの周期を複数回実行するステップと、
前記入力閾値スイッチの入力状態を検出するステップと、
前記バケットコンデンサに最初の入力電圧が生じてから前記入力閾値スイッチの前記入力状態が少なくとも前記バケットコンデンサの前記閾値電圧に達していることを示すまでに要する周期数に関係する値(TouchVal)を判定するステップと、
前記物体または身体部分が前記別の物体にタッチまたは近接しているON状態と、前記物体または身体部分が前記物体にタッチまたは近接していないOFF状態とを示す信号を、TouchValに基づいて生成するステップと
を備えたことを特徴とする感知する方法。 - 少なくとも１つのコンデンサは前記スクープコンデンサを含み、前記バケットコンデンサへの電荷の前記ダンプは、前記スクープコンデンサから前記バケットコンデンサへの電荷の移動を含むことを特徴とする請求項２８に記載の感知する方法。
- 少なくとも１つのコンデンサは前記バケットコンデンサを含み、前記バケットコンデンサへの電荷の前記ダンプは、前記バケットコンデンサから前記スクープコンデンサへの電荷の移動を含むことを特徴とする請求項２８に記載の感知する方法。
- 少なくとも１つのコンデンサは直列接続された前記スクープコンデンサと前記バケットコンデンサを含み、前記バケットコンデンサへの電荷の前記ダンプは、前記スクープコンデンサによって調整されるように、前記電源によって前記バケットコンデンサを充電することを含むことを特徴とする請求項２８に記載の感知する方法。
- TouchValまたはTouchValから導出された数値を所定の閾値(TouchOff)またはTouchOffから導出された数値と比較するステップをさらに備え、前記信号を生成するステップは、前記比較するステップの出力に基づいた信号を示す前記ONおよびOFF状態を生成することを特徴とする請求項２８に記載の感知する方法。
- 制御周期nに対するTouchValは移動平均値であることを特徴とする請求項２８に記載の感知する方法。
- 前記OFF状態中に発生した前記スクープコンデンサの静電容量の相対的減少に従ってTouchOff値を動的に調整するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項３２に記載の感知する方法。
- TouchValから値(Touch Avg)を導出するステップをさらに備え、前記比較するステップはON状態中にTouchAvgをTouchOffと比較することを特徴とする請求項３４に記載の感知する方法。
- OFF状態からON状態に遷移すると、TouchAvgがTouchValに等しく初期セットされ、所定の間隔にわたってTouchValがTouchAvgを超過すると、TouchAvgの値が増分されることを特徴とする請求項３５に記載の感知する方法。
- 前記スクープコンデンサの静電容量の前記減少は、前記OFF状態中のTouchValの増加の発生から判定されることを特徴とする請求項３６に記載の感知する方法。
- 前記スクープコンデンサの静電容量の前記減少は、所定の間隔にわたってTouchValがTouchOffよりも高く留まることから判定されることを特徴とする請求項３７に記載の感知する方法。
- TouchValから値(Touch Avg)を導出するステップをさらに備え、前記ON状態中に前記比較するステップはTouchAvgとTouchOffを比較することを特徴とする請求項３２に記載の感知する方法。
- 前記信号を生成するステップにおいて、TouchValが所定量だけTouchOffよりも低いところまで減少すると、前記OFF状態から前記ON状態に遷移することを特徴とする請求項３２に記載の感知する方法。
- 所定の間隔にわたってTouchValがTouchOffよりも低く留まると、TouchOffが減分されることを特徴とする請求項３２に記載の感知する方法。
- 前記スクープコンデンサの前記第１の導体は、前記バケットコンデンサの前記導体の対のうち一方と共に第１の端子に共通に接続されており、前記バケットコンデンサの前記導体の対のうち他方は第２の端子に接続されており、
前記切り替えるステップは、(a)前記バケットコンデンサを放電するために前記第１と第２の端子をアース端子にクランプし、(b)前記バケットコンデンサを充電せずに前記スクープコンデンサを充電するために、前記第２の端子をハイインピーダンス入力にセットして前記第１の端子を駆動し、前記第１の端子と前記第２の端子のうち１つの端子が前記ハイインピーダンス入力にセットされるときに、前記１つの端子から電圧を受け取るために、前記入力閾値スイッチが前記１つの端子に接続され、(c)前記スクープコンデンサから前記バケットコンデンサに電荷を移動するために、前記第１の端子をハイインピーダンス入力にセットして前記第２の端子を駆動することを周期的に行い、
前記検出するステップは、ステップ(a)〜(c)を通した周期に関連して、前記入力閾値スイッチの状態をサンプリングする
ことを含むことを特徴とする請求項２９に記載の感知する方法。 - 前記スクープコンデンサの前記第１の導体は、前記バケットコンデンサの前記導体の対のうち一方と共に第１の端子に共通に接続されており、前記バケットコンデンサの前記導体の対のうち他方は第２の端子に接続されており、
前記切り替えるステップは、(a)前記バケットコンデンサを充電するために前記第１の端子をハイに駆動し、前記第２の端子をローに駆動し、(b)前記バケットコンデンサを放電せずに前記スクープコンデンサを放電するために、前記第２の端子をハイインピーダンス入力にセットして前記第１の端子をローに駆動し、
(c)前記バケットコンデンサから前記スクープコンデンサに電荷を移動するために、前記第１の端子をハイインピーダンス入力にセットして前記第２の端子を駆動することを周期的に行い、前記第１の端子と前記第２の端子のうち１つの端子が前記ハイインピーダンス入力にセットされるときに、前記１つの端子から電圧を受け取るために、前記入力閾値スイッチは前記１つの端子に接続され、
前記検出するステップは、ステップ(a)〜(c)の周期に関連して、前記入力閾値スイッチの状態をサンプリングする
ことを特徴とする請求項３０に記載の感知する方法。 - 前記スクープコンデンサの前記第１の導体は、前記バケットコンデンサの前記導体の対のうち一方と共に第１の端子に共通に接続されており、前記バケットコンデンサの前記導体の対のうち他方は第２の端子に接続されており、
前記切り替えるステップは、(a)前記バケットコンデンサと前記スクープコンデンサを放電するために前記第１と第２の端子をローに駆動し、(b)前記バケットコンデンサとスクープコンデンサを直列に配列するために、前記第１の端子をハイインピーダンス入力にセットして前記第２の端子をハイに駆動し、(c)前記バケットコンデンサを放電せずに前記スクープコンデンサを放電するために、前記第２の端子をハイインピーダンス入力にセットして前記第１の端子をローに駆動することを周期的に行い、前記第１の端子と前記第２の端子のうち１つの端子が前記ハイインピーダンス入力にセットされるときに、前記１つの端子から電圧を受け取るために、前記入力閾値スイッチは前記１つの端子に接続され、
前記検出するステップは、ステップ(a)〜(c)の周期に関連して、前記入力閾値スイッチの状態をサンプリングする
ことを特徴とする請求項３１に記載の感知する方法。
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