TW200530900A - Displacement data post-processing and reporting in an optical pointing device - Google Patents

Displacement data post-processing and reporting in an optical pointing device Download PDF

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TW200530900A
TW200530900A TW093117400A TW93117400A TW200530900A TW 200530900 A TW200530900 A TW 200530900A TW 093117400 A TW093117400 A TW 093117400A TW 93117400 A TW93117400 A TW 93117400A TW 200530900 A TW200530900 A TW 200530900A
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TW093117400A
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James Harold Lauffenburger
Gil Afriat
Robert R Rotzoll
Original Assignee
Em Microelectronic Marin Sa
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Description

200530900 ⑴ 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 大致地’本發明有關光學指標裝置，且更特別地有關 後處理以及提出此等光學指標裝置中所偵測之位移。 [先前技術】 光學指標裝置已知於本項技藝中，例如美國專利第 5，2 8 8，9 9 3號揭示一種游標指標裝置，其利用一光偵測器 陣列及一具有隨機分佈斑點之照亮的標靶球；美國專利第 5,703,356號（相關於上述美國專利第5,288,993號）進一 步揭示一種光學游標指標裝置（參閱此文獻之第23 A及 23 B圖）’其係以不需要球之滑鼠形式且其中光係直接地 反射自該指標裝置移動之表面上。 在該兩例中，光學指標裝置包含光源，用於以發光反 覆地照明一表面部分（亦即，球之表面部分或該光學指標 裝置移動之一部分表面），以及光學感測單元，含光偵測 器陣列’該光偵測器陣列含複數個像素，各像素具有光敏 元件’其係回應於所照亮之表面部分所反射之發光，該光 偵測器陣列之像素輸出典型地耦合於用以跟蹤及摘取有關 感測單元與所照亮表面部分間之相對運動資訊之調節及處 理電路。 爲摘取運動相關資訊，在上述美國專利第5,2 8 8，993 號及第5,7 0 3,3 5 6號中所使用之技術係依據所謂 ''邊緣運 動偵測〃技術。此 ''邊緣運動偵測〃技術主要包含以光偵 -5- 200530900 (2) 測器陣列所偵測之影像來決定邊緣之移動（亦即，像數對 之光強度間的差異），邊緣則界定爲該光偵測器陣列之兩 像素間之空間光強度差異，跟蹤及測量各該等邊緣之相對 運動以決定出表示該光偵測器陣列與表面之所照亮部分間 之相對移動的總位移測量。
依據上述 ''邊緣運動偵測〃技術所改良之運動偵測技 術係一申請專利中之國際申請案第P C T / E P 0 2 / 1 3 6 8 6號之 標的物，該申請案係以EM Microelectronic Marin SA之名 義申請於2002年12月3日（主張2001年12月5日之美國臨時 申請案第6〇/3 3 5,7 9 2號之優先權），且命名爲、、用於諸如 光學滑鼠之光學指標裝置中之運動偵測的方法及感測裝置 〃（此申請公開於第W〇0 3 / 0 4 9 0 1 8 A 1號）。上述國際申 請案描述不同的運動偵測演算，其均依據一共同的基本假 設’亦即，在兩連續測量間之相對於所照亮表面之感測器 的運動係小於像素節距，亦即，小於光偵測器陣列之鄰接 像素間之間隔。 爲了性能之理由’高度地企望於設計出該光學指標裝 置之運動感測部件以便顯現高的偵測解析度，另一方面， 將提出所偵測之位移的PC (個人電腦）或外部控制器並 不需要高解析度之運動報告，因此，需要一種適用之提出 設定以、、定形〃該P C或外部控制器所需之解析度的運動 報告。本發明之目的即在於提供此一提出設計。 【發明內容】 -6- 200530900 (3) 根據本發明之第一觀點，提供有一種後處理及提出光 學指標裝置中所偵測位移之方法，包含下列步驟：（a ) 偵測該位移及累積一表示所偵測位移之大小的第一計數於 一相關連之累積單元中，此第一計數表示在一第一解析度 時所偵測之位移的大小；（b )處理該累積單元中所累積 之該第一計數此轉換此第一計數爲一提出計數，該提出計 數表示一低於該第一解析度之第二解析度時所偵測之位移 的大小；（c )傳輸該提出計數；以及（d )重複步驟（a )至（c )。 根據一實施例，轉換該第一計數爲該提出計數包含： (i)相乘該第一計數與一界定爲該第二與第一解析度之 比率的解析度標度因子·，以及（ii )截尾經相乘之第一計 數爲一整數。較佳地，在上述重複步驟（a)至（c)之前 ，該方法進一步包含從該累積單元減去所傳輸之提出計數 ，藉此在該累積單兀中留下一表不位移之剩餘未提出計數 的剩餘計數，而在該累積單元中之該第一計數的隨後累積 則自此剩餘計數開始執行之步驟。 上述方法之其他有利的實施例係申請專利範圍附屬項 的標的物。 根據本發明之第二觀點，提供有一種光學指標裝置之 感測裝置，包含：一運動感測單元，用以偵測及測量相對 於一所照亮表面之位移；以及一後處理單元，用以後處理 及提出所偵測之位移，該後處理單元含一累積單元，用以 累積一表示該運動感測單元所偵測及提出之位移大小的第 -7- 200530900 (4) 一計數，該第一計數表不在一第一解析度時所偵測位移的 大小，及該後處理單元進一步包含用以轉換該累積單元中 所累積之該第一計數爲一提出計數之裝置，該提出計數表 示一低於該第一解析度之第二解析度時所偵測之位移的大 小。 上述感測裝置之有利的實施例係申請專利範圍附屬項 的標的物。 本發明之其他觀點，特性及優點將於閱讀下文參考附 圖所作成之未受限之實例與實施例的詳細說明時呈明顯。 【實施方式】 第1圖示意地描繪本發明範疇內之光學指標裝置之感 測裝置的全部架構，其中並沒有描繪未直接相關於本發明 標的物之組件或部件。因此，第1圖之感測裝置主要包含 兩個耦合在一起之單元。整體地藉參考符號1所指示之第 一單元爲運動感測單元，其目的在於光學地偵測及測量相 對於一所照亮表面之位移且提出所偵測之位移至第二單元 ;整體地藉參考符號2所指示之第二單元爲後處理單元， 其目的爲在傳輸至P C或外部控制器之前處理該運動感測 單元1所傳輸之運動報告，尤其該後處理包含轉換該運動 報告爲該PC或外部控制器所需之解析度。 運動感測單元1基本上包含一光學感測器，該光學感 測器包含一具有複數個像素之光偵測器陣列1 0，該感測器 耦合於處理電路，處理電路則用於從該光學感測器所捕獲 200530900 (5) 之該照亮表面之影像摘取運動資訊。典型地，該表面係藉 由第1圖中未顯示之一或更多個光源所照亮，此運動感測 單元之結構及操作將不予以詳述於此，運動感測單元1之 操作及其運動偵測原理之詳細解釋及說明可獲得於申請專 利中之國際申請案第p c T / E P 0 2 /1 3 6 8 6號，命名爲''用於 諸如光學滑鼠之光學指標裝置中之運動偵測的方法及感測 裝置〃（公開爲第WO 03 /0490 1 8號）中，例如以EM Microelectronic Marin SA之名義申請於2002年12月3日之 申請案第PCT/EP 02/ 1 3 6 8 6號，其主張2 00 1年12月5日所 申請之命名爲 ''方法，感測裝置及含有用於比較光強度於 像素間之感測裝置的光學指標裝置〃之申請中之美國非臨 時專利申請案第10/001，9 6 3號（公開爲第 US 2003/0102425 A1—亦參照第 WO 03/049017 A1號）之 優先權，以及主張200 1年12月5日所申請之命名爲 '用於 諸如光學滑鼠之光學指標裝置中之運動偵測的方法及感測 裝置〃之美國臨時申請案第6 0/3 3 5,792號之優先權。 在本發明之範疇內，只要說該運動感測單元1之輸出 各表示該運動感測單元1所偵測之位移大小及方向的運動 報告即已足夠。該等運動報告由正或負的計數（亦即，帶 正負號之整數値）所組成，其係代表在第一解析度（或偵 測解析度）時所偵測位移的大小及方向，此解析度表示爲 每單位距離之計數或數字，例如c p i (每英寸之計數）或 cpmm (每毫米之計數）。因此，所偵測之位移的相對應 大小及方向可表示爲藉合適之解析度所除得之提出的運動 -9- 200530900 (6) 計數，運動報告則提供用於位移之各軸（x及y )。 來自運動感測單元1之該等運動報告係傳輸至後處理 單元2而後處理它們，以及再傳輸至P C或外部控制器。更 特別地，在本發明之範疇內，藉後處理單元2提出之前， 處理該運動感測單元1所傳輸之運動報告以便轉換其解析 度爲該p c或外部控制器所需之第二解析度（或提出解析 度），該第二解析度比第一解析度。實用上，該提出解析 度可合適地爲400或800 cpi。進一步地，由後處理單元2 所輸出之運動報告係由表示所偵測位移之大小及方向的正 或負的計數所組成，然而此時間爲提出解析度時，因此， 位移之方向並未受到後處理單元2所影響，而轉換爲更低 的提出解析度僅影響提出計數之絕對値，位移之提出大小 基本上維持相同，除了由於解析度轉換之少許差異之外， 然而，該等少許差異並不會超過提出解析度之倒數，亦即 ，2.5xl0_3英吋於 400 cpi 或 1.25xl〇-3英吋於 800 cpi。 根據一較佳實施例，從單元1傳輸運動報告至單元2的 速率係選擇實質地高於它們提出至PC或外部控制器之速 率，且後處理單元2將實施累積機制以用於累積單元1所傳 輸之運動報告於來自單元2之各後處理報告之間，此係較 佳地考慮到來自運動感測單元1之運動報告可能由於所實 施之運動偵測演算的隨機本質而極具雜訊的事實，藉累積 來自運動感測單元1之若干運動報告可使雜訊平均化且藉 此濾波雜訊至某一程度。 根據一特定之實施例，來自單元1及單元2之該等運動 -10- 200530900 (7) 報告係輸出爲二進位字元，包含表示所偵測位移之大小及 方向之預定數目的位元（亦即，若干位元用以寫碼位移之 大小加上一位元用以寫碼位移之方向）。根據一非限制之 實例’來自兩單元之運動報告可爲正負號大小之8位元字 元，亦即’七位元使用於寫碼所偵測位移之大小，以及一 位元使用於寫碼位移之方向，因此，由單元1及2所提出之 計數可爲範圍自—1 2 7 〃至'、+ 1 2 7 "。 在一較佳實施例之範疇內，運動感測單元1可實施如 上述申請專利中之國際申請案第PCT/EP 02/13686號（ WO 03/04 90 1 8 A1)中所描述之運動偵測演算，藉採用此 一運動偵測原理，値得一提的是，由運動感測單元1所輸 出之各運動報告將表示一位移，其大小爲一小部分之像素 節距，亦即，所提出之位移具有比光偵測陣列1 0之鄰接像 素間之間隔更小的大小。確實地，在國際申請案第 PCT/ EP 0 2/ 1 3 6 8 6號中所描述之不同運動偵測原理之一基 本假設在於：相對於所照亮之表面的位移（在正常操作條 件下）係比各感測器快閃之間的像素節距更小快閃〃 應意指感測器取得所照亮之表面圖案的''畫像〃且計算自 前一快閃起之感測器位移）。 考慮上述假設以及運動報告係描繪性地輸出爲正負號 大小之8位元字元的事實，將瞭解的是，來自單元1之 '、± 1 2 7 〃的最大運動報告意指所偵測之位移爲± 1 2 7 / 1 2 8乘以像素節距，因此，在此實例所提出字元中的最小 有效位元（L S B )表示像素節距之1 2 8分之1。所以，大致 -11 - 200530900 (8) 地該運動感測單元1之解析度（所謂 ''第一解析度〃或 偵測解析度〃）可由下式所界定：
PP 其中r 1爲偵測解析度，N 〇爲用以寫碼運動感測單元1所提 出之位移大小的位元數目（在此實例中爲7 )，以及P P爲 像素節距。假設像素節距爲1 00微米，則藉此可確定偵測 解析度爲 32512 cpi (或 1280 cpmm) 在上述較佳實施例之範疇之內，％快取〃速率係選擇 充分地高，使得在各快閃期間所偵測之位移大小比像素節 距更小（只要位移之速率小於特定的範圍）。假設運動感 測單元1及其運動偵測原理係設計爲可靠地及準確地偵測 運動，至少直至指定爲VSPEC之位移之企望及指定的最大 速率時，則此位移之指定的最大速率當然會選擇在運動感 測單元1之可偵測的速率範圍之內（就準確性及可靠性而 言，可由運動感測單元1所偵測之位移的最大速率大致地 會更高，以便提供充分的安全界限）。爲確保只要位移速 率是在該特定範圍時’所偵測之位移大小會一直在像素節 距之下，則將瞭解的是，快閃速率必須比下式所界定之最 小快閃速率値（下文指定爲FFmin )更大：
T- 一 ySPEC Γ Fmin - -JJ- 其中p P爲像素節距。實用上，較佳地選擇快閃速度F F爲實 質地比上述最小値更高以用於較佳之性能。 用於位移之特定最大速率的實用値可爲16英寸/秒或 更高。以1 0 0微米之像素節距而言’此1 6英寸/秒之位移 -12 - 200530900 (9) 速率表示快閃速率必須在大約4 kHz之上，在本實例中至 少10 kHz以提供合適的安全界限。 同時，將瞭解的是，考慮運動偵測單元1之所需擷取 及處理時間以捕獲所照亮表面的影像及處理所捕獲的資料 而從該處摘取運動相關資訊時，該快閃速率不能超過某一 値，而且由後處理單元2所需之後處理及提出所偵測運動 之時間亦添加至單元1之最小處理時間。例如一描繪性之 實例，在本實例中之最大快閃速率値可確定爲大約2 0 kHz ，此値且給定爲一非限制之實例。在上述數値實例之範疇 內，該快閃速率因此可確定爲描繪性地含於10 kHz與20 kHz之間。 如上文已述，後處理單元2之提出速率，亦即，後處 理單元2提出後處理之運動報告的速率較佳地係實質地小 於上述快閃速率。在上述例子中，該提出速率可便利地爲 100 Hz (亦即，每1〇 ms後處理單元2傳輸一運動報告）， 此數値實例再次地係純粹描繪性且不應視爲限制本發明之 範疇。此外，例如此將理解自下文，該提出速率無需固定 而是可視需要地予以調整。然而，應理解的是，提出速率 需比根據不同因子之最小値更高。尤其是位移之指定的最 大速度（V s P E c )，偵測解析度（r 1 )及後處理單元2之容 量，以便在各提出至P C或外部控制器之間累積來自運動 感測單元1之運動報告。 在該較佳實施例中，因爲後處理單元2之提出速率實 質比運動感測單元1傳輸其個別運動報告之速率更低，故 -13- 200530900 (10) 需實施累積機制。爲此緣故，如第2圖中所示，後處理單 元2包含一累積單元2 0，用以累積各後處理報告間藉運動 感測單元1所傳輸之個別的運動報告。更特別地，累積單 元2 0包含至少一第一累積器2 1，用以累積表示沿著X軸所 偵測之位移的運動報告，及至少一第二累積器2 2，用以累 積表示沿著Y軸所偵測之位移的運動報告。 累積器2 1，2 2之容量係選擇使得當考量位移之最大的 可偵測速率，偵測解析度及後處理單元2之提出速率時， 其溢流並不會發生。在上述實例之範疇內，該等累積器2 1 ，2 2可方便地爲2之補數的1 4位元累積器（亦即，累積器 具有1 3位元用以儲存位移之大小以及1位元用以儲存方向 )。例如此將理解於下文中，累積器之容量可有利地增大 至1 5位元以提供增加之撓性及性能。 將理解的是，在各累積器2 1，22中所累積之計數將主 要地表示來自運動感測單元1之複數個個別運動報告的總 和，所累積之計數的解析度則相同於單元1所傳輸之個別 運動報告的解析度。假設提出速率設定於1 〇〇 Hz以及快閃 速率設定於1 0 kHz，則數百個個別的運動報告將由運動感 測單元1予以傳輸，且在提出所累積之結果至P C或外部控 制器之前累積於後處理單元2之中。此外，就某些方面而 言，藉此提供機制以濾除雜訊自所提出之運動資料的實施 將是有利的。 累積器21，22兩者之輸出係耦合至輸出轉換單元25， 其主要目的在於轉換所累積之計數而以計數來表示所選擇 -14- 200530900 (11) 之提出解析度處 應大小。根據該 數的轉換包含： 第二與第一解析 截尾此相乘之結 描繪該等操作。 參閱上述數 第一解析度）以 )，可界定該解 設累積單元2 0中 ，其表示一具有 之正的位移，相 以及在截尾至最 在 8 0 0 c p i 時，Μ 小之正的位移； ，其亦相對應於 正的位移。 將理解的是 異於單元2 0中所 表示之大小之間 之位移的殘留大 解析度之倒數） 該等累積器2 1、 出之後予以重設 (例如40 0 cpi或8〇〇 cpi)之位移的相對 較佳實施例，累積於單元2 0中之各運動計 (i )相乘所累積之運動計數與一界定爲 度之比率的解析度標度因子；以及（i i ) 果以相對應於一整數。下一數値之實例將 値’亦即，3 2，5 1 2 cpi之偵測解析度（或 及8 00 cpi之提出解析度（或第二解析度 析度標度因子爲比率800/32,512。現假 所累積之計數（用於一軸）爲、'+ 4 0 0 0 〃 大約 0 . 1 2 3 英寸（=4，0 0 0 / 3 2，5 1 2 )大小 乘以該標度因子產生+ 9 8.4 2 5之結果値， 接近之整數之後，產生、、+ 9 8 〃之計數。 :表示一具有0.1 22 5英寸（= 9 8 / 8 0 0 )大 在4 0 〇 c p i時，該結果計數將爲、、+ 4 9 〃 一具有0.1225英寸（= 49/400)大小之 ’轉換至更低的提出解析度會造成小的差 累積之計數所表示之大小與該提出計數所 。在上述實例中，大約+ 〇 . 5 X 1 0 _ 3英寸 小會保留而未提出（其係少於已述之提出 ，此殘留之提出運動可予以忽略，亦即， 2 2可在相對應之運動報告已由單元2所輸 。較佳地’由單元2所提出之位移係從相 -15- 200530900 (12) 對應之累積器減去，以留下一相對應於未提出之殘留的位 移之殘留計數於其中’以及隨後之累積會開始自此殘留計 數。回顧上述數値之實例’在減去所提出之計數之後，維 持於該累積器中之殘留的未提出計數稱爲+ 1 7 〃 ’此選 擇性之解決可幫助改善整個系統的性能及準確性。 第3圖爲流程圖，示意地描繪根據一實施例之輸出轉 換單元2 5之按時間順序的操作，其中殘留的未提出運動係 留在累積單元2 0中以用於隨後之累積。 在步驟S1處，累積於累積器21及22中之個別計數（X / y計數）藉單元25予以讀取。在步驟S2處’該等計數係 相乘以相對應之解析度標度因子r2 / r 1 ( r 2爲提出解析度 ，而r 1則爲偵測解析度），此相乘步驟之各結果的整數部 分相對應於將在所選擇之提出解析度r 2予以提出之計數（ '、在r2之x/ y提出計數〃。因此，在提出解析度之x/ y提 出計數係在步驟S 3處獲得自該等X / y計數與解析度標度因 子之相乘結果的截尾。然後，在步驟S4處，提出該等X/ y 提出計數至PC或外部控制器。 其次，爲了保持有關產生解析度轉換之未提出位移的 資訊，再次轉換該等X / y提出計數爲用於減法的偵測解析 度，此係在步驟S5藉解析度標度因子r2/rl除步驟S3所計 算之）c/ y提出計數而達成，此除法之結果的整數部分相對 應於偵測解析度r 1之提出計數（在r 1之x / y提出計數） 。因此，在偵測解析度之X/ y提出計數係在步驟S6取得自 步驟S 5之除法結果的截尾。接著，在步驟S 7，從對應之累 -16- 200530900 (13) 積器2 1、2 2中所累積之x / y計數減去該等計數。 如上述’累積單元2 0之容量，提出速率及快閃速率必 須滿足若干條件及規則。關於快閃速率，此速率必須選擇 滿足’只；位移Z速半比位移V s P E C之指定最大速率小之 時，該位移大小將比像素節距更小的假設。 如上述所指定之1 6英寸/秒的位移速率，位移之相對 應大小爲1.6 X 1 0- 3英寸（在1〇 kHz之快閃速率時）或0.8 X 1 〇_ 3英寸（在20 kHz之快閃速率時）。假設該位移係平 行於偵測軸之一時，則由運動感測單元1所提出之該軸的 相對應計數將爲大約'' 52〃 （在10 kHz之快閃速率時）以 及大約''26〃 （在20 kHz之快閃速率時）（在實際考量到 運動偵測演算之性能及準確性時，該等計數可更高或更低 〇 假設提出速率係固定於100 Hz時，累積單元將累積直 到大約5 200 〃之最大計數，此最大計數並非依據所選擇 的快閃速率而是主要地依據位移之指定的最大速率’偵測 解析度以及提出速率。原則上’當感測器正以位移之指疋 最大速率移動時，在單兀20中所累積之指示爲ACspec的最 大累積計數可藉下式表示： ACspec三昝.截尾之rl……（3)
Fr L 〃 」 f 其中Ff爲快閃速率，Fr爲提出速率，VSPEC爲位移之指疋 最大速率以及r 1爲偵測解析度。 將瞭解的是，累積單元2 0之容量必須足以允許上述最 大計數之累積。在上述實例中’ 、、5 2 0 0 〃之最大計數需至 -17- 200530900 (14) 少1 3位元之累積容量。因此，各累積器需要最少1 3位元用 於編碼位移之大小加上1位元用於編碼位移之方向’亦即 ，共需1 4位元。 爲防止報告之溢流（亦即，累積在累積單元2 0中之計 數超過最大的可提出計數），較佳地係限制可累積於累積 單元2 0之各累積器中之最大計數。考慮到運動計數係提示 爲具有確定數目位元之二進位字元的事實。若累積之計數 超出下式所界定之最大値AC max時，則發生提出溢流： A C μ a X = ( 2 N 2 — 1 ) — ...... ( 4 ) r2 其中N2爲配置於提出所偵測位移之大小的位元數目。 在上述實例中，運動報告係藉單元20輸出爲正負號大 小之8位元的字元。因此，提出溢流可藉確保各累積器並 不會在8 0 0 cpi之高提出解析度時累積超過'' 5 2 00 〃之最 大計數而予以預防。將理解的是，在此實例中之此計數有 利地相對應於上述第（3 )式中所界定之估計的最大計數 ACspec。在4 0 0 cpi時，累積可類似地同樣限制於'' 5 2 00 "之計數，因此’在8 〇 〇 c p i之所選擇之提出解析度’由 後處理單元2所提出之計數將包含於127 〃與'' + 127 〃之間。然而’在400 cpi之提出解析度時，整個提出標 度將無法達成且提出將包含於—63〃與'、+ 63〃之間。 選擇性地，取代固定所決定之提出速率，後處理單元 2之輸出速率可調整爲所選擇之提出解析度之函數。參考 上述實例’在80〇 cPi之提出速率將仍爲100 Hz，但在4〇〇 c p i時則可降低至〜半’亦即’ 5 0 H z ’此將需要一個附加 -18- 200530900 (15) 之累積位元以用於單元20之各累積器（亦即，2之補數的 15位元累積器取代先前之14位元累積器），因爲在50 Hz 之降低的提出速率時可累積之最大計數將達到大約、' 1 0 4 0 0 〃 。在此例中，提出溢流將藉確保該等累積器2 1、 22在8 00 cpi之選擇提出解析度時並不會超出'、5 2 00 〃之 最大計數，以及在400 cpi之選擇提出解析度時並不會超 出'' 1 0 4 0 0 〃之最大計數而予以預防。在此例中，可藉單 元2提出之最大計數將在該兩提出解析度時均爲、' + 127〃 ，亦即，完整標度的報告。就功率消耗而言，該提出速率 之降低可爲有利的。 將理解的是，就可提出之位移的最大速率而言，上述 提出原理無庸置疑地顯示出限制。確實地，因爲使用確定 之提出速率及確定之位元數目以提出運動計數，故指示爲 VMAX- report之位移的最大可提出之速率將藉下式取得：
Vmax - report— - ΜΑΧ · F r ...... (5) r2 其中CMAX爲最大的提出計數，r2爲提出解析度以及FR爲提 出速率。 倘若提出完整標度之運動，亦即，使用所有提出位元 以用於提出所偵測之位移時，則最大的提出計數CM AX將 等於2N — 1，其中N2爲使用於提出所偵測之位移大小的位 元數目。在上述實例中，其中7個位元使用於提出位移之 大小，因此位移之最大可提出速率將約爲1 6英寸/秒。將 理解的是，該提出速率及使用於提出位移之大小的位元數 目應予以選擇以便使位移的最大可提出速率儘可能地接近 -19- 200530900 (16) 上文所界定之位移的指定最大速率VSPEC。 爲描繪之目的，現假設位移的指定最大速率升高至2 0 英寸/秒時，則用於該提出速率之上述値及用於提出位移 大小之位元數目將限制整個系統的性能。爲了更密切地匹 配位移的指定最大速率，在本實例中之提出速率應因此增 至大約1 25 Hz。選擇性地，使用於提出所偵測之位移大小 的位元數目可增加至8個位元，以及提出速率可降低至大 約6 0 Hz。然而，將理解的是，用於提出大小之位元的增 加數目會需要增加之累積容量。 除了轉換所偵測位移之大小爲提出解析度之外，額外 地提供後處理單元具有裝置用於抑制被偵測之所偵測位移 大小比確定之輸出臨限値更小，以使其不會提出至PC或 外部控制器將係有用的。確實地，爲了防止雜訊資訊免於 提出至P C，就大小而言之輸出臨限値可界定於不提出之 大小之下。將理解的是，此一特性可藉提供比較機制而易 於實施於後處理單元2之內，該比較機制主要地包含在提 出所偵測位移之前能比較所偵測之位移大小與所確定之輸 出臨限値。 此外，後處理單元2亦可實施一輸出增益功能，亦即 ，一用於施加增益因子於所偵測之位移大小的功能，以爲 了 ''人工地〃增加或減少所偵測位移之大小。此功能可易 於藉提供標度機制而實施於後處理單元2之內，該標度機 制主要包含在提出所偵測位移之前相乘所偵測位移之大小 與一確定之增益因子。 -20- 200530900 (17) 現轉到上述提出及後處理設計之額外改善。由於偵測 演算之按時間次序之特性，某些運動仍可藉運動感測單元 予以提出，即使是當感測裝置係在無運動狀態中，亦即， 即使是當運動感測單元與所照亮之表面間並沒有位移之時 ，此現象可界定爲零運動漂移。 幸虧有上述解析度轉換原理，在無運動狀態中藉運動 感測單元所提出之位移通常不會累積至提出到p c或外部 控制器之運動的第一準位（亦即，藉後處理單元所提出之 運動計數的最小有效位元）。確實地，只要累積於累積單 元中之所偵測位移之大小係小於可在選擇之提出解析度提 出之大小的最小位準，則由該後處理單元所提出之運動計 數將爲零。此將係只要所累積位移之大小維持在一確定計 數之下的情況，該確定計數係藉偵測與提出解析度之比率 r 1 / 1*2，亦即’上述解析度標度因子之倒數而獲得。考慮 上述用於偵測及提出解析度之數値實例，在由該後處理單 元所提出之運動將爲零之下所累積之計數在400 cpi之提 出解析度時爲'' ±82〃以及在8 0 0 cpi之提出解析度時爲、、 ±41"。 因此，該解析度轉換原理允許上述零運動漂移之抑制 。然而，此並非一直如此，例如具有低對比之表面會造成 更多的 ''雜訊〃運動，以及在無運動狀態中之所偵測的位 移可累積超過該後處理單元所提出之運動的第一位準，此 並非所企望的且應予以防止。 參閱第4圖，現將描述具有抑制上述零運動漂移爲目 -21 - 200530900 (18) 的之原理。第4圖類似於第2圖且顯示含有用於抑制零運^ 漂移之額外裝置之後處理單元2的實施例。本質地，第4圖 之後處理單元相異於第2圖中所描繪之後處理單元’其f 配置有藉參考符號30所指示之耦合於累積單元20之額％ ¥ 元，該單元3 0之目的在於確保在無運動狀態中累積於$ _ 單元2 〇中之運動將不會到達一相對應於後處理單元2所提 出之運動的第一位準（亦即，一位元）之限制値。當在# 運動狀態中到達該限制値之前的一可行之方式係週期性$ 重設累積單元20。因此，在本質上，該單元3 0扮演一重設 單元，用於在無運動狀態之期間週期性地重設該累積單元1 20 〇 必須確定的是，該累積單元20僅重設於當感測器係靜 止之時，以於該單元30並不會干擾當感測器正移動時之正 常操作。若在確定週期Q時間之期間，來自後處理單元1 2 之所有運動報告爲零時，則可假設該感測器爲靜止。在此 週期之時間Q逝去之後可重設該累積單元。週期時間Q應、 選擇足夠大以確保該感測器並未移動；另一方面’其應小 於累積雜訊之零運動超過後處理單元2所提出之運動的第 一位準所取之時間。 因此，該重設單元3 0可操作以一選擇之重設速率（亦 即，上述週期時間Q的倒數）來執行重設’該選擇之重設 速率係小於當確定該感測裝置在無運動狀態時之提出速率 。滿足上述要件之重設速率的實用値可描繪性地在1與1 0 Hz之間，其係實質地比上述用於提出速率之100 Hz的數値 -22- 200530900 (19) 實例更低。 週期時間Q可藉提供一由時脈信號C L K所驅 且藉計數直至一表示所企望之重設速率的確定計 計數而予以測量。在第4圖之實施例中，兩個此 配置用於位移之各軸，亦即，耦合於累積器2 1之 器3 1以及耦合於累積器2 2之第二計數器3 2。各計 3 2僅作用於相對應之累積器且並不影響其他累積 〇 當計數器到達重設計數時，其重設本身以及 累積器，此係藉連接各計數器之輸出於計數器及 積器之指示爲R之重設終端而予以描繪。爲確保 30之計數器3 1、32並未干擾到感測器之操作，每 單元2提出非零之運動計數以用於位移之對應軸 進一步地重設各計數器31、32。在第4圖中，此 X REXET及Y RESET之重設信號之輸出轉換單元 予以描繪，該等重設信號呈主動且藉此當提出非 計數以用於位移之對應軸之時即重設相對應之計 此，將瞭解的是，該等計數器3 1、32係重設於若 重設計數之時或若用於位移之對應軸之相異於零 數由輸出轉換單元2 5所提出之時，此係藉耦合於 、32之重設終端之或閘（OR gates )予以描繪。 藉晝分重設單元3 0爲兩個獨立部件，亦即， X運動之一計數器及用於沿軸y運動之一計數器， 是，零運動漂移係獨立地抑制於X運動報告及y運 動之計數 數或重設 等計數器 第一計數 數器31、 器之操作 相對應之 相對應累 重設單元 當後處理 之時，即 係藉指示 2 5的配置 零之運動 數器。因 它們到達 的運動計 計數器3 1 用於沿軸 將理解的 動報告， -23- 200530900 (20) 此可協助排除當運動沿著軸X發生時之y運動漂移，且反之 亦然。 已就若干特定之實施例未描繪本發明，但將瞭解的是 ，該等實施例並未意指本發明之限制。確竇地，種種修正 及/或調整可呈明顯於該等熟悉於本項技術之人士而不會 背離附錄申請專利範圍所界定之本發明的範疇。 【圖式簡單說明】 第1圖示意地描繪光學指標裝置之感測裝置的全部架 構’該感測裝置含一耦合於後處理單元之運動感測單元； 第2圖係第1圖之後處理單元的更詳細視圖； 第3圖係一流程圖，示意地描繪根據一實施例之用以 轉換及輸出運動報告之時序操作；以及 第4圖係後處理單元之另一實施例的描繪。 【主要元件符號說明】 1 運動感測單元 2 後處理單元 10 光偵測器陣列 20 累積單元 2 1 第一累積器 22 第二累積器 2 5 輸出轉換單元 3〇 重設單元 -24- 200530900 (21) 3 1 第一計數器 3 2 第一計數器 -25

Claims (1)

  1. 200530900 (1) 拾、申請專利範圍 1. 一種後處理及提出光學指標裝置中 方法，包含下列步驟： (a )偵測該位移及累積一表示所偵測 第一計數於一相關連之累積單元中，該第一 第一解析度時所偵測之位移的大小； (b )處理該累積單元中所累積之該第 此第一計數爲一提出計數，該提出計數表示 解析度之第二解析度時所偵測之位移的大小 (c )傳輸該提出計數；以及 (d)重複步驟（a)至（c)。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中 數爲該提出計數包含： 相乘該第一計數與一界定爲該第二與第 率的解析度標度因子；以及 截尾經相乘之第一計數爲一整數。 3 ·如申請專利範圍第2項之方法，進一 複步驟（a )至（c )之前，從該累積單元減 出計數，藉此在該累積單元中留下一表示位 出計數的剩餘計數，而在該累積單元中之該 後累積則自此剩餘計數開始執行之步驟。 4 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中 可選擇於含一低提出解析度及一高提出解析 定的解析度之間。 所偵測位移之 位移之大小的 計數表示一在 一計數以轉換 一低於該第一 轉換該第一計 一解析度之比 步包含：在重 去所傳輸之提 移之剩餘未提 第一計數的隨 該第二解析度 度之至少兩預 -26- 200530900 (2) 5 .如申請專利範圍第4項之方法，其中該提出計數係 以一選擇之提出速率提出，當從該高提出解析度切換至該 低提出解析度時，該提出速率之値會減少，以及當從該低 提出解析度切換至該高提出解析度時，該提出速率之値會 增力口。 6.如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含抑制所 偵測之位移的大小係偵測爲低於一確定之輸出臨限値的步 驟。 7 .如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含施加一 增益因子於所偵測之位移的大小以增加或減少該所偵測之 位移的大小之步驟。 8 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟（a )包 含累積複數個個別計數之步驟，各個個別計數表示位移之 大小係小於該光學指標裝置之光偵測器陣列之像素節距。 9 .如申請專利範圍第8項之方法，其中該複數個個別 §十數係以一實質局於該提出計數提出之速率來累積。 10·如申請專利範圍第1項之方法，其中該提出計數 係以一選擇之提出速率提出，且只要該第一計數小於該第 一與第二解析度之比率時，該提出計數爲零， 該方法進一步包含以一低於該提出速率之選擇的重設 速率來重設該累積單元’使得當確定該光學指標裝置在沒 有運動狀態時該提出計數維持零， 若連續提出之提出計數的確定數目均爲零，則確定該 光學指標裝置係在沒有運動之狀態中。 -27- 200530900 (3) 1 1 .如申請專利範圍第1 〇項之方法，進一步 (i )提供一藉時脈信號所驅動之計數器單 向上計數至一表示該重設速率之重設計數； (i i )若該提出計數大於零時，重設該計數 以及 (i i i )若該計數器單元到達該重設計數時， 積單元及該計數器單元。 12·如申請專利範圍第1 0項之方法，其中該 包含一第一累積器，用以累積一表示沿著一位移 的所偵測位移之一第一成分之大小的計數，及一 器’用以累積一表示沿著一位移之第二軸的所偵 一第二成分之大小的計數 處理該第一及第二累積器中所累積之該等計 地轉換爲第一及第二提出計數，該第一及第二提 別地代表該第二解析度時所偵測位移之該第一及 的大小， 該第一及第二累積器係彼此獨立地重設。 13· —種光學指標裝置之感測裝置，包含： 測單元，用以偵測及測量相對於一所照亮表面之 及一後處理單元，用以後處理及提出所偵測之位; 該後處理單元含一累積單元，用以累積一表 感測單元所偵測及提出之位移大小的第一計數， 數表示一在第一解析度時所偵測之位移的大小， 該後處理單元進一步包含用以轉換該累積單 包含： 元，用以 器單元； 重設該累 累積單元 之第一軸 第二累積 測位移之 數以分別 出計數分 第二成分 一運動感 位移；以 f多， 示該運動 該第一計 元中所累 -28- 200530900 (4) 積之該第一計數爲一提出計數之裝置，該提出計數表示一 低於該第一解析度之第二解析度時所偵測之位移的大小。 14. 如申請專利範圍第1 3項之感測裝置，其中該後處 理單元包含： 用以相乘該第一計數與一界定爲該第二與第一解析度 之比率的解析度標度因子，及用以截尾經相乘之第一計數 以相對應於一整數之裝置；以及 用以在提出之後，從該累積單元減去該提出計數之裝 置。 15. 如申請專利範圍第1 3項之感測裝置，其中該第二 解析度可選擇於含一低提出解析度及一高提出解析度之至 少兩預定的解析度之間。 1 6 .如申請專利範圍第1 5項之感測裝置，其中該後處 理單元以一選擇之提出速率提出該提出計數，當從該高提 出解析度切換至該低提出解析度時，該提出速度之値會減 少，以及當從該低提出解析度切換至該高提出解析度時， 該提出速率之値會增加。 1 7 .如申請專利範圍第1 3項之感測裝置，其中該後處 理單元進一步包含一輸出抑制裝置，用以抑制低於一確定 之輸出臨限値之所偵測位移的大小。 18.如申請專利範圍第1 3項之感測裝置，其中該後處 理單元進一步包含一輸出控制裝置，用以增加或減少該所 偵測位移之大小。 1 9 .如申請專利範圍第1 3項之感測裝置，其中該累積 -29- 200530900 (5) 單元包含一第一累積器，用以累積一表示沿著一 一軸的所偵測位移之一第一成分之大小的計數， 累積器，用以累積一表示沿著一位移之第二軸的 移之一第二成分之大小的計數， 且其中該後處理單元提出一第一提出計數表 位移之該第一成分的大小，及一第二提出計數表 位移之該第二成分的大小。 2 0.如申請專利範圍第1 3項之感測裝置，其 感測單元包含一光敏陣列，該陣列含複數個像素 確定之像素節距， 且其中該運動感測單元提出個別之計數，各 應於一小部分該像素節距之位移的大小，該等個 係藉該後處理單元累積而形成該第一計數。 2 1 .如申請專利範圍第20項之感測裝置，其 解析度係藉下式所界定，其中r 1爲該第一解析度 該像素節距： r 1 二 2N〇/ pp 〇 2 2 .如申請專利範圍第1 3項之感測裝置，其 計數係藉該後處理單元以一選擇之提出速率提出 只要該第一計數小於該第一與第二解析度之比率 出計數爲零， 該後處理單元進一步包含一重設單元，用於 該提出速率之選擇的重設速率來重設該累積單元 確定該感測裝置係在沒有運動狀態時該提出計數^ 位移之第 及一第二 所偵測位 示所偵測 示所偵測 中該運動 且顯現一 代表相對 別之計數 中該第一 以及PP爲 中該提出 ，且其中 時，該提 以一低於 ’使得當 _持零， -30- 200530900 (6) 若藉該後處理單元所連續提出之提出計數的確定數目 均爲零，則確定該感測裝置係在沒有運動之狀態中。 2 3.如申請專利範圍第2 2項之感測裝置，其中該重設 單元包含一計數器單兀’由一時脈信號所驅動’用以向上 計數至一表示該重設速率之重設計數， 若該後處理單元所提出之該提出計數大於零’或若該 計數器單元到達該重設計數時，重設該計數器單元；以及 若該計數器單元到達該重設計數時，重設該累積單元 〇 2 4.如申請專利範圍第2 3項之感測裝置’其中該累積 單元包含一第一累積器，用以累積一表不沿者一 fl/·移之桌 一軸所偵測位移之一第一成分之大小的計數’及一第二累 積器，用以累積一表示沿著一位移之第二軸的所偵測位移 之第二成分之大小的計數， 其中該後處理單元提出一第一提出計數表示所偵測位 移之該第一成分的大小，及一第二提出計數表示所偵測位 移之該第二成分的大小， 且其中該計數單元包含第一及第二計數器’由該時脈 信號所驅動，用以向上計數至該重設計數，且該第一及第 二計數器分別耦合於該第一及第二累積器’ 若由該後處理單元所提出之分別用於位移之該第一或 第二軸的提出計數大於零時，則重設該第一或第二計數器 若該提出計數到達該重設計數時’則亦重設該第一或 -31 - 200530900 (7) 第二計數器，以及 若該第一或第二計數器分別到達該重設計數時，重設 該第一或第二累積器。 - 32-
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