JP5053820B2 - 表面をナビゲートするための方法および装置 - Google Patents

Description

初期の光コンピュータマウスは、表面から反射される光を検出するためにスペックルベースの光センサを使用した。例えば、コンピュータマウスは、表面上にわたるマウスの動きに対応する経時変化するｘ方向出力およびｙ方向出力を生成するために、垂直に向けられたフォトダイオードの組を使用する場合があった。この場合、これらの出力をコンピュータシステムへ中継することにより、コンピュータシステムは表面に対するマウスの相対的な動きを決定することができる。

最近になって、光コンピュータマウスは、表面から反射される光を検出するために画像ベースの光センサを使用してきている。例えば、コンピュータマウスは、表面から反射される光の連続画像を取得している。この場合、ナビゲーションエンジン（一般に、マウスに搭載されている）が、画像のうちの連続画像を比較することにより、表面上にわたるマウスの動きに対応する経時変化するｘ方向出力およびｙ方向出力を生成する。

本発明の例示的な実施形態が図面に示されている。

以下の説明および添付図面において、異なる図面中に現れる同様の参照符号は、同様の要素または方法ステップを示すために使用される。

画像ベースの光センサを使用する光コンピュータマウスは、一般に、スペックルベースの光センサを使用するマウスよりも好まれる。これは、画像ベースの光センサおよびそれらの関連するナビゲーションエンジンが一般に、１）より多くの表面をナビゲート（または追跡）できるとともに、２）より高い精度（すなわち、より高い度合いの解像度）によってナビゲートできるからである。しかしながら、殆どの表面に関するそれらの優れたナビゲーション能力にもかかわらず、画像ベースの光センサは、ガラス表面などの幾つかの表面に関してはうまく機能することができない。これは、ガラス表面が一般に非常に滑らかであり、異なる角度で光を散乱するための表面欠陥を殆ど伴わないからである。したがって、ガラス表面は、散乱光ではなくコヒーレント光を反射する傾向があり、また、画像ベースの光センサに関連するナビゲーションエンジンは、２つの連続する表面画像間の違いを確実に比較できる十分な画像特徴を見つけるのが大変である。また、多くの場合、ナビゲーションエンジンは、１つの画像内で最小数よりも少ない数の特徴しか検出できない場合には、画像を「ノイズ」として扱ってマウスの動きがないことを信号で伝えるようにプログラムされている。

光コンピュータマウス（または、任意の他の光ナビゲーション装置）のナビゲーション性能を向上させるため、本明細書では、異なるタイプの第１および第２の光センサを有するナビゲーション装置を提供するとともに、光センサの一方または他方の使用を切り換え、それに応じて、光センサが特定の表面に関してより良好な性能を与えることが提案される。

本発明を踏まえて、図１は、表面をナビゲートするための典型的な方法１００を示している。方法１００は、ナビゲーション装置に装着された第１の光センサを使用して、表面から反射された光を検出する（ブロック１０４参照）。その後、経時的に、第１の光センサの出力を使用して、表面に対するナビゲーション装置の相対的な動きが決定される（ブロック１０６参照）。第１の光センサを使用している間、第１の光センサの出力が表面に対するナビゲーション装置の動きを経時的に示しているかどうかが決定される（ブロック１０８参照）。そのような動きを示していない場合には、ナビゲーション装置に装着され且つ第１の光センサとは異なるタイプの第２の光センサを使用して、表面から反射される光が検出される（ブロック１１０参照）。その後、経時的に、第２の光センサの出力を使用して、表面に対するナビゲーション装置の相対的な動きが決定される（ブロック１１２参照）。

方法１００の１つの実施形態では、第２の光センサの出力が表面に対するナビゲーション装置の動きを経時的に示しているかどうかが決定されてもよい（ブロック１１４参照）。そのような動きを示していない場合、方法１００は、第１の光センサの出力を使用して表面に対するナビゲーション装置の相対的な動きが存在するかどうかを決定することに戻ってもよい。方法１００の同じ実施形態では（あるいは、異なる実施形態では）、第１の光センサがデフォルト光センサとして使用されてもよい。この場合、方法１００は、表面に対するナビゲーション装置の相対的な動きを決定するために第２の光センサの出力がどのくらいの時間にわたって使用されているのかを計ってもよく（ブロック１１６参照）、また、所定の時間後、方法１００は、第１の光センサの出力を使用して表面に対するナビゲーション装置の相対的な動きが存在するかどうかを決定することに戻ってもよい（ブロック１１８参照）。

一部の例では、ナビゲーション装置の動きを検出し損ねると直ぐに、ナビゲーション装置の動きを決定するために使用される光センサが切り換えられてもよい。しかしながら、方法１００の好ましい実施形態では、動きが検出されなかった期間（ｔ）の経過後においてのみ光センサが切り換えられる。期間（ｔ）の長さは、１）光センサの不必要な切り換えを軽減するが、２）コンピュータまたはナビゲーション装置のユーザがその期間（ｔ）を気付かないことを保証するように調整されてもよい。

随意的に、方法１００は、ナビゲートされるべき表面を照明するためにナビゲーション装置に装着される１つ以上の光源の使用を含んでもよい（ブロック１０２参照）。特定のナビゲーション装置の形態に応じて、光源は、連続的に駆動され、あるいは、第１および第２の光センサの作動中にのみ駆動され、あるいは、第１および第２の光センサの作動に同期して駆動される。

図２は、表面をナビゲートするための典型的な装置２００を示している。１つの実施形態では、装置２００が方法１００を実施してもよい。装置２００は、表面２０６から反射される光（λ）を検出するために第１および第２の光センサ２０２、２０４を備える。第１および第２の光センサ２０２、２０４は、この説明において以下で更に十分に説明するように、異なるタイプのものである。

ナビゲーションエンジン３０２（図３）は、両方の光センサ２０２、２０４の出力を受けるとともに、１）第１の光センサ２０２の経時的な出力、または、２）第２の光センサ２０４の経時的な出力のいずれかを使用して、表面２０６に対する装置２００の相対的な動きを決定する。１つの実施形態において、ナビゲーションエンジン３０２は、両方の光センサ２０２、２０４の出力を同時に受けて、センサの一方または他方の出力を単に無視する。他の実施形態において、ナビゲーションエンジン３０２は、光センサ２０２、２０４の一方または他方の出力を交互に受けてもよい。例えば、ナビゲーションエンジン３０２は、第１の光センサ２０２または第２の光センサ２０４の出力をナビゲーションエンジン３０２に対して交互に供給するスイッチングマトリクスまたは他の手段（図示せず）によって第１および第２の光センサ２０２、２０４に対して結合させることができる。また、両方の光センサ２０２、２０４が連続的に動作されてもよい。あるいは、ナビゲーションのために現在使用されていない光センサは、必要とされるまで待機モードに置かれ或いはパワーダウンされてもよい。

ナビゲーションエンジン３０２の出力は、ΔｘおよびΔｙ動きデータの形態を含む様々な形態をとってもよい。装置２００の１つの実施形態において、ナビゲーション装置３０２の出力は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などのコントローラ２０８に対して供給され、その後、コントローラ２０８によって、装置２００が取り付けられるコンピュータへと中継されてもよい。装置２００の他の実施形態では、ナビゲーションエンジン３０２の出力がコンピュータへ直接に中継されてもよい。

装置２００は、１）第１の光センサ２０２の出力を使用して装置２００の動きを決定すること、または、２）第２の光センサ２０４の出力を使用して装置２００の動きを決定することをナビゲーションエンジン３０２に交互に行なわせるためのスイッチング制御機構３０４（図３）を更に備える。スイッチング制御機構３０４は、ナビゲーションエンジン３０２、光センサ２０２、２０４、及び／又は、光センサ２０２、２０４をナビゲーションエンジン３０２に結合する任意のスイッチング機構または他の回路に対して、通信結合可能である。

１つの実施形態において、スイッチング制御機構３０４は、装置２００のナビゲーション性能に基づいてユーザが一方の光センサ２０２または他方の光センサ２０４を選択できるようにするユーザ操作型マニュアルスイッチを備えてもよい。しかしながら、好ましい実施形態において、スイッチング制御機構３０４は、有用なナビゲーションデータがナビゲーションエンジン３０２から出力されているかどうかを決定するための回路を備える。出力されていない場合、スイッチング制御機構３０４は、ナビゲーションエンジン３０２によって使用される光センサの切り換えを開始して、装置２００の動きを決定する。

装置２００はアナログ−デジタル変換器３０６（図３）を更に備えてもよく、このアナログ−デジタル変換器３０６によって、第１の光センサ２０２および第２の光センサ２０４の出力がナビゲーションエンジン３０２に対して供給される前にデジタル値へ変換されることができる。

装置２００は光源２１０を備えることもできる。光源２１０は、表面２０６を照明するように位置決めされるとともに、駆動回路２１２によって駆動されることができる。装置２００がコンピュータマウスフォームファクタの範囲内で収容される場合、光源２１０は、マウスが表面２０６上に置かれるときに光源２１０から発せられる光（λ）が表面２０６から光センサ２０２、２０４へ向けて反射しやすいように位置決めされることができる。１つの実施形態において、光源２１０は、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）などのレーザ光源であってもよい。他の実施形態では、光源２１０が発光ダイオード（ＬＥＤ）光源であってもよい。また、光源２１０は他の形態を成してもよい。

幾つかの実施形態では、１つ以上の光学部品、例えば光学部品２１４および２１６が、第１の光センサ２０２、第２の光センサ２０４または光源２１０に隣接して配置されてもよい。このように、適切な分散の光が、第１および第２の光センサ２０２、２０４に対して反射されるように、光源２１０によって発せられた光または表面２０６から反射された光が合焦され或いは拡散される。

１つの実施形態では、光センサ２０２、２０４、ナビゲーションエンジン３０２、スイッチング制御機構３０４、および、アナログ−デジタル変換器３０６が単一のナビゲーションセンサチップ２１８上に集積される。あるいは、これらの要素２０２、２０４，３０２，３０４，３０６は、別個に或いは様々な組み合わせでシリコン基板または回路基板上に実装されてもよい。図２では、ナビゲーションセンサチップ２１８および他の部品が回路基板２２０に実装されて示されている。

装置２００は、第１および第２の光センサ２０２、２０４、ナビゲーションエンジン３０２、スイッチング制御機構３０４、光源２１０、および、装置２００の任意の他の要素を支持するためのハウジング４００（図４）を更に備えてもよい。１つの典型的な実施形態において、ハウジング４００は、図４に示されるように、コンピュータマウスのフォームファクタを有してもよい。

前述したように、画像ベースの光センサ及びそれらの関連するナビゲーションエンジンは、多くの場合、（他のタイプの光センサと比べて）より多くの異なるタイプの表面をナビゲートすることができる。その結果、光センサ２０２がイメージセンサの形態を成してもよい。１つの実施形態では、イメージセンサがナビゲーションエンジン３０２に対して画像データ（例えば、ピクセル値の配列）を出力することができ、また、ナビゲーションエンジン３０２が、画像相関アルゴリズムを使用することにより、１）イメージセンサによって出力された画像のうちの連続画像を比較し、２）比較された画像の差異を使用して表面２０６に対する装置２００の相対的な動きを決定することができる。

第１の光センサ２０２がイメージセンサである場合、第２の光センサ２０４はイメージセンサタイプ以外のタイプのものであってもよい。例えば、第２の光センサ２０４は、スペックルベース及び／又はフォトダイオードベースのセンサなどの経時変化するｘ方向出力およびｙ方向出力を生成するセンサであってもよい。スペックルベース又はフォトダイオードベースのセンサは、多くの場合にガラス表面などの非常に滑らかな表面上でナビゲートするのによく適する出力（例えば、正弦波ｘおよびｙ出力）を供給するという点で有用となり得る。

１つの実施形態において、第２の光センサ２０４は、第１の方向に向けられた少なくとも１つの光検出器ストリップと第２の方向に向けられた少なくとも１つの光検出器ストリップとを備えるスペックルベースのセンサであってもよい。この場合、ストリップの第１および第２の方向は互いに垂直である。垂直な光検出器（例えば、フォトダイオードまたはフォトトランジスタ）ストリップの１つの典型的なレイアウトが図３に示されている。しかしながら、無論、他のレイアウトも可能である。典型的なスペックルベースセンサの更に詳しい説明に関しては、米国特許第５，６４４，１３９号を参照されたい。

「殆どの」表面に対する画像ベースのセンサの良好な性能を考えると、イメージセンサ２０２が装置２００のデフォルトセンサとして構成されてもよく、また、スペックルベースセンサ２０４は、イメージセンサ２０２が有用なナビゲーションデータを生成しないときに使用される二次センサとして構成されてもよい。

図５〜図７は方法１００および装置２００の変形例を示している。方法５００（図５）および装置６００（図６および図７）によれば、装置２００の第１および第２の光センサ２０２、２０４は、表面から反射される光を検出するための単一のイメージセンサ６０２に置き換えられる（方法５００のブロック５０２および５０６参照）。この場合、イメージセンサ６０２の出力は、表面２０６に対する装置６００の相対的な動きを決定するためにナビゲーションエンジン７００によって使用される（ブロック５０４および５０８参照）。スイッチング制御機構７０２により、ナビゲーションエンジンは、１）イメージセンサ６０２の連続画像出力に応じて（ブロック５０４）、または、２）イメージセンサ６０２のピクセル出力の矩形状の組を合計することによって得られる経時変化するｘ方向値およびｙ方向値に応じて（ブロック５０８）、表面２０６に対する装置６００の相対的な動きを決定する。このように、第１および第２の光センサを有する装置の動作をシミュレートするために単一のイメージセンサ６０２が使用され、また、スイッチング制御機構７０２によって、装置６００がその異なる光検出モード間で切り換わる。

図６および図７に示されるように、イメージセンサ６０２、ナビゲーションエンジン７００、スイッチング制御機構７０２、および、アナログ−デジタル変換器３０６は、ナビゲーションセンサ６０４に集積されてもよい。

表面をナビゲートするための第１の典型的な方法を示す図である。 表面をナビゲートするための典型的な装置であって、図１に示される方法を実施できる装置を示す図である。 図２に示される装置のナビゲーションセンサの典型的な要素を示す図である。 コンピュータマウスフォームファクタを有するハウジングを示す図であり、このハウジングに対して図２に示される装置の要素が装着されてもよい。 表面をナビゲートするための第２の典型的な方法を示す図である。 表面をナビゲートするための第２の典型的な装置であって、図５に示される方法を実施できる装置を示す図である。 図６に示される装置のナビゲーションセンサの典型的な要素を示す図である。

符号の説明

２００：装置
２０２：第１の光センサ
２０４：第２の光センサ
２０６：表面
２０８：コントローラ
２１０：光源
２１２：駆動回路
２１８：ナビゲーションセンサチップ
２２０：回路基板
３０２：ナビゲーションエンジン
３０４：スイッチング制御機構
３０６：アナログ−デジタル変換器

Claims (13)

1. 表面をナビゲートするための装置であって、
   前記表面を照明するように位置決めされている単一の光源と、
   表面から反射される光を検出するための異なるタイプの第１および第２の光センサと、
   前記第１の光センサの経時的な出力、または前記第２の光センサの経時的な出力のいずれかを使用して、前記表面に対する前記装置の相対的な動きを決定するナビゲーションエンジンと、
   ｉ）前記第１の光センサの出力を使用して前記表面に対する前記装置の相対的な動きを決定すること、または、ｉｉ）前記第２の光センサの出力を使用して前記表面に対する前記装置の相対的な動きを決定すること、をナビゲーションエンジンに行なわせるためのスイッチング制御機構と、
   を備え、
   前記第１の光センサは、イメージセンサであって、該イメージセンサによって出力される画像データが前記ナビゲーションエンジンによって使用される場合、該ナビゲーションエンジンは、画像相関アルゴリズムを使用することにより、ｉ）前記イメージセンサによって出力された連続画像を比較し、およびｉｉ）該比較された画像の差異を使用して前記表面に対する前記装置の相対的な動きを決定し、
   前記第２の光センサは、経時変化するｘ方向出力およびｙ方向出力を生成するスペックルベースのセンサ、または、フォトダイオードベースのセンサである、装置。
2. 前記イメージセンサが前記装置のデフォルトセンサである、請求項１に記載の装置。
3. 前記スイッチング制御機構は、有用なナビゲーションデータが前記ナビゲーションエンジンから出力されているかどうかを決定するとともに、出力されていない場合には、前記ナビゲーションエンジンによって使用されるべき前記光センサを切り換えて、前記表面に対する前記装置の相対的な動きを決定するための回路を備えている、請求項１に記載の装置。
4. 前記第２の光センサは、第１の方向に向けられた少なくとも１つの光検出器ストリップと、第２の方向に向けられた少なくとも１つの光検出器ストリップとを備え、前記第１および前記第２の方向が互いに垂直である、請求項１に記載の装置。
5. 前記スイッチング制御機構が、ユーザ操作型マニュアルスイッチを備えている、請求項１に記載の装置。
6. 前記光源がレーザ光源である、請求項１に記載の装置。
7. 前記光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）光源である、請求項１に記載の装置。
8. 前記第１および第２の光センサと、前記ナビゲーションエンジンと、前記スイッチング制御機構と、前記光源とを支持するハウジングを更に備え、該ハウジングはコンピュータマウスのフォームファクタを有する、請求項１に記載の装置。
9. アナログ−デジタル変換器を更に備え、前記第１の光センサおよび前記第２の光センサの出力が、前記アナログ−デジタル変換器を介して前記ナビゲーションエンジンへ供給される、請求項１に記載の装置。
10. 表面をナビゲートするための装置であって、
    前記表面を照明するように位置決めされている単一の光源と、
    表面から反射される光を検出するためのイメージセンサと、
    前記表面に対する前記装置の相対的な動きを決定するナビゲーションエンジンと、
    ｉ）前記イメージセンサの連続画像出力に応答して、または、ｉｉ）前記イメージセンサのピクセル出力の矩形状の組を合計することによって得られる経時変化するｘ方向値およびｙ方向値に応答して、前記表面に対する前記装置の相対的な動きを前記ナビゲーションエンジンに決定させるためのスイッチング制御機構と、
    を備えている装置。
11. 表面をナビゲートするための方法であって、
    ナビゲーション装置に装着された単一の光源を使用して、前記表面を照明するステップと、
    前記ナビゲーション装置に装着された第１の光センサを使用して、表面から反射される光を検出するステップと、
    前記第１の光センサの経時的な出力を使用して、前記表面に対する前記ナビゲーション装置の相対的な動きを決定するステップと、
    前記第１の光センサを使用する間、該第１の光センサの経時的な出力が前記表面に対する前記ナビゲーション装置の動きを示しているかどうかを決定し、そのような動きを示していない場合には、ｉ）前記ナビゲーション装置に装着され且つ前記第１の光センサとは異なるタイプの第２の光センサを使用して、前記表面から反射される光を検出するとともに、ｉｉ）前記第２の光センサの経時的な出力を使用して、前記表面に対する前記ナビゲーション装置の相対的な動きを決定するステップと、
    を含み、
    前記第１の光センサは、イメージセンサであって、該イメージセンサによって出力される画像データが前記ナビゲーション装置によって使用される場合、該ナビゲーション装置は、画像相関アルゴリズムを使用することにより、ｉ）前記イメージセンサによって出力された連続画像を比較し、およびｉｉ）該比較された画像の差異を使用して前記表面に対する前記装置の相対的な動きを決定し、
    前記第２の光センサは、経時変化するｘ方向出力およびｙ方向出力を生成するスペックルベースのセンサ、または、フォトダイオードベースのセンサである、方法。
12. 前記第２の光センサを使用する間、該第２の光センサの経時的な出力が前記表面に対する前記ナビゲーション装置の動きを示しているかどうかを決定し、そのような動きを示していない場合には、前記第１の光センサの出力の使用に戻って、前記表面に対する前記ナビゲーション装置の相対的な動きが存在するかどうかを決定するステップを更に含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記第１の光センサがデフォルト光センサであり、前記方法は、
    前記表面に対する前記ナビゲーション装置の相対的な動きを決定するために前記第２の光センサの出力がどのくらいの時間にわたって使用されているのかを計り、所定の時間後、前記第１の光センサの出力の使用に戻って、前記表面に対する前記ナビゲーション装置の相対的な動きが存在するかどうかを決定するステップを更に含む、請求項１１に記載の方法。

Images