TWI518556B - 導航裝置及其省電方法 - Google Patents

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TWI518556B
TWI518556B TW102123392A TW102123392A TWI518556B TW I518556 B TWI518556 B TW I518556B TW 102123392 A TW102123392 A TW 102123392A TW 102123392 A TW102123392 A TW 102123392A TW I518556 B TWI518556 B TW I518556B
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黎景賢
張景炎
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原相科技股份有限公司
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
    • G06F3/03543—Mice or pucks
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    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D10/00—Energy efficient computing, e.g. low power processors, power management or thermal management

Description

導航裝置及其省電方法
本發明係有關一種輸入裝置，更特別有關一種光學導航裝置及其省電方法。
一使用者可通過各式輸入裝置，例如一觸控面板、一指向裝置、一光學滑鼠或一鍵盤與一顯示裝置進行互動。為了增加操作便利性，某些週邊裝置可採用無線技術與顯示裝置進行通信，而此種使用無線通信技術的週邊裝置由於不具備線路直接連接供電系統，因此提出了各種省電機制以延長電池的使用時間。
例如一光學滑鼠中，當該光學滑鼠經過一預設時間未被使用者操作時，則進入一休眠模式(sleep mode)；該休眠模式中，例如可採用低頻時脈信號以降低整體耗能。例如參照第1圖所示，其顯示習知光學滑鼠的兩種時脈信號，例如包含一主時脈(main clock)及一休眠時脈(sleep clock)；該兩種時脈信號係同時被產生。於正常操作模式下該光學滑鼠使用該主時脈，而於休眠模式下該光學滑鼠則使用該休眠時脈。然而，此種省電機制僅能在休眠模式下進行省電，並無法在正常操作模式下進行省電。
有鑑於此，本發明另提出一種導航裝置及其省電方法，其可同時於正常操作模式以及休眠模式進行省電，可有效降低裝置整體耗能。
本發明提供一種導航裝置及其省電方法，其可於一正常操作模式下關閉主時脈電路一預設時間，並於一休眠模式下僅讀取及處理部份像素資料以有效降低整體耗能。
本發明提供一種導航裝置及其省電方法，其於一正常操作模式下以一叢發模式計算並報告一位移量。
本發明提供一種導航裝置，包含一主時脈電路、一副時脈電路、一影像感測器以及一處理單元。該主時脈電路產生一第一頻率之一第一時脈信號。該副時脈電路產生一第二頻率之一第二時脈信號，其中該第二頻率低於該第一頻率。該影像感測器於一叢發模式之一叢發期間根據該第一時脈信號擷取一第一影像、一第二影像及一第三影像。該處理單元根據該第一影像、該第二影像及該第三影像計算該位移量，並從該影像感測器接收到該第三影像後一預設時間關閉該主時脈電路。
本發明另提供一種導航裝置，包含一主時脈電路、一副時脈電路、一影像感測器以及一處理單元。該主時脈電路產生一第一頻率之一第一時脈信號。該副時脈電路產生一第二頻率之一第二時脈信號，其中該第二頻率低於該第一頻率。該影像感測器於一叢發模式之一叢發期間根據該第一時脈信號擷取複數影像圖框。該處理單元用以控制該影像感測器於該叢發期間之一第一期間擷取該等影像圖框，於該叢發期間之一第二期間關閉該主時脈電路並根據該等影像圖框計算該位移量。
本發明另提供一種導航裝置之省電方法，包含下列步驟：利用一影像感測器於一叢發模式之一叢發期間根據一第一時脈信號擷取複數影像圖框；利用一處理單元根據該等影像圖框計算一位移量；以及計算出該位移量後的該叢發期間的剩餘期間內，關閉該第一時脈信號。
一實施例中，於該第一時脈電路關閉期間，當該導航裝置被要求輸出該位移量時，該主時脈電路可被短暫開啟以報告該位移量至一主機，其中該主機例如根據該位移量控制一顯示裝置上一游標的動作。
一實施例中，當該處理單元判斷一預設數目之該位移量均小於一位移門檻值時，則進入一休眠模式。該休眠模式下，處理單元僅讀取並處理該影像感測器之一感測陣列的部分像素區域。
一實施例中，該處理單元於該叢發期間結束前可根據該第二時脈信號重新啟動該主時脈電路。
本發明實施例之導航裝置及其省電方法中，於正常操作模式下，一叢發期間的部分時間中該主時脈電路被關閉以節省耗能；於休眠模式下，除了可使用較低頻的副時脈電路外，該處理單元僅處理所擷取影像圖框的部分像素區域的資料，因此可實現在不同模式同時執行省電機 制，以有效延長電池的使用期間。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，詳細說明如下。此外，於本發明之說明中，相同之構件係以相同之符號表示，於此先述明。
1‧‧‧導航裝置
11‧‧‧主時脈
12‧‧‧副時脈
13‧‧‧光源
14‧‧‧影像感測器
141‧‧‧感測陣列
15‧‧‧處理單元
16‧‧‧控制邏輯
S‧‧‧工作表面
IF、F1~F3‧‧‧影像圖框
Tb‧‧‧叢發期間
S31~S3222‧‧‧步驟
T1‧‧‧第一期間
T2‧‧‧第二期間
第1圖顯示習知光學滑鼠中的兩時脈信號之示意圖。
第2圖顯示本發明實施例之導航裝置之方塊示意圖。
第3A圖顯示本發明實施例之導航裝置於一正常操作模式下處理整張影像圖框之示意圖。
第3B圖顯示本發明實施例之導航裝置於一休眠模式下處理一影像圖框之部份像素區域之示意圖。
第4A圖顯示本發明實施例之導航裝置之操作示意圖。
第4B圖顯示本發明實施例之導航裝置之另一操作示意圖。
第5圖顯示本發明實施例之導航裝置之省電方法之流程圖。
參考第2圖所示，其顯示本發明實施例之導航裝置之方塊示意圖。本發明之導航裝置1包含一主時脈電路11、一副時脈電路12、一光源13、一影像感測器14、一處理單元15及一控制邏輯16。該主時脈電路11主要用以提供該導航裝置1於一正常操作模式下運作時所需的時脈信號而該副時脈電路12主要用以提供該導航裝置1於一休眠模式下運作時所需的時脈信號；其中，所述休眠模式係指相對於該正常操作模式，該導航裝置1至少有一部分元件停止運作或降低運作程度以減少所消耗的能量，而休眠模式的定義已為習知，故於此不再贅述。
例如，該主時脈電路11產生一第一頻率之一第一時脈信號 (主時脈)而該副時脈電路12產生一第二頻率之一第二時脈信號(副時脈)；其中，該第二頻率較佳遠低於該第一頻率以提高省電效果。一實施例中，該第一頻率例如可為24百萬赫茲(MHz)而該第二頻率例如為1000赫茲(Hz)或2000赫茲；可以了解的是，該第一頻率及該第二頻率之數值並不限於此，只要是適用於一般導航裝置所使用的頻率且該第二頻率遠小於該第一頻率即可。此外，該第一頻率較佳為該第二頻率之整數倍。
該導航裝置1例如可為一光學滑鼠等可用以偵測相對於一工作表面S之一位移量的偵測裝置，其於正常操作模式下以一叢發模式(burst mode)計算並報告一位移量。
該光源13例如可為至少一發光二極體(LED)、雷射二極體(LD)或其他適當的主動式光源，用以照明該工作表面S以提供該影像感測器14擷取影像時所需的光。一實施例中，該光源13之一點亮頻率可相同於或小於該影像感測器14之一取樣頻率。
該影像感測器14例如為一主動式影像感測器，例如一CMOS影像感測器或其他可將光能量轉換為電信號者。該影像感測器14包含一感測陣列141，其由複數像素陣列地排列而成。於正常操作模式下，該影像感測器14於該叢發模式之一叢發期間(burst period)根據該第一時脈信號擷取複數影像圖框IF(詳述於後)。
該處理單元15例如可為一數位處理器(DSP)等可用以處理該影像感測器14所輸出的影像資料者。本實施例中，該處理單元15耦接其他元件，用以控制該影像感測器14於該叢發期間之一第一期間擷取複數影像圖框IF並於該叢發期間之一第二期間關閉該主時脈電路11並根據該等影像圖框IF計算該位移量；其中，所述第一期間例如可為該叢發期間之起始期間以作為偵測位移量之一導航期間，而該第二期間則為該第一期間之後的該叢發期間之剩餘時間。本發明中，由於該第二期間中該第一時脈信號僅用以計數下一個叢發期間之一起始時間，因此可利用頻率較低的第二時脈信號來取代第一時脈信號進行計數所述起始時間，以降低整體耗能；此外，該處理單元15另於該叢發期間結束前根據該第二時脈信號重新啟動該主時脈電路。本實施例中，該第一期間例如為該叢發期間的起始時間至該影像感測器14擷取完所述預設數目影像圖框後一預設時間；其中，該預設 時間可根據該處理單元15計算該位移量所需的一運算時間所決定或為該叢發期間之一固定比例(舉例說明於後)。
該處理單元15於每一叢發期間計算出一位移量後，則有線或無線地將該位移量傳送至一主機(host)3；例如，該處理單元15可以一固定的報告率(report rate)輸出該位移量或接收該主機3的通知後才輸出該位移量。該主機3則例如可根據該位移量相對控制一顯示裝置(未繪示)上一游標的動作；其中，一主機根據一位移資料控制一游標的技術已為習知，故於此不再贅述。本發明的精神在於節省導航裝置1於運作時的整體耗能。
該控制邏輯16則用以控制該影像感測器14之感測陣列141中，被該處理單元15讀取的像素。本實施例中，於正常操作模式下，該處理單元15控制該控制邏輯16讀取該感測陣列141的所有像素資料，如第3A圖所示的斜線區域。於休眠模式下，該處理單元15控制該控制邏輯16僅讀取該感測陣列141的部分像素區域，如第3B圖所示的斜線區域。藉此，由於該處理單元15僅處理該影像感測器14所擷取影像圖框的部分像素區域之影像資料，因此在休眠模式下可降低資料處理所消耗的電能。
一實施例中，當該處理單元15判斷一預設數目之該位移量均低於一位移門檻值時，則進入該休眠模式；該休眠模式下該導航裝置1根據該第二時脈信號運作，以進一步降低整體耗能。此外，該處理單元15於該休眠模式下所選擇處理的部分像素區域較佳為亮度值未達飽和的像素區域，以避免出現誤判的情形；例如第2圖顯示當該影像感測器14位於該光源13的主光束(main beam)之光路上時，被選擇的部分像素區域較佳為不包含該感測陣列141之一中央區域(第3B圖)，由於此時該中央區域的亮度通常會達到飽和而難以分辨是否發生變化。必須說明的是，由於被選擇的部分像素區域係用以供該處理單元15判斷影像特徵是否發生變化以中斷休眠模式回到正常操作模式，因此所述部分像素區域並不限於第3B圖所示者，只要是能夠判定影像特徵發生變化的像素區域即可，且其尺寸並無特定限制。例如，所述影像特徵變化例如為被選擇的部分像素區域之一最大亮度像素之一位置變化，但並不以此為限；例如亦可為被選擇的部分像素區域中亮度差最大的兩相鄰像素之一位置變化。
請參照第4A及4B圖所示，其顯示本發明實施例之導航裝 置於正常操作模式下之操作示意圖。第4A圖中，該影像感測器14於一叢發期間Tb之一第一期間T1內根據一第一時脈信號f1擷取一第一影像F1、一第二影像F2以及一第三影像F3，且一第二期間T2內不擷取任何影像圖框，因此本發明說明中稱之為叢發模式；該處理單元15則根據該第一影像F1、該第二影像F2及該第三影像F3計算該位移量，並從該影像感測器14接收到該第三影像F3後一預設時間(例如t4)關閉該主時脈電路11。一實施例中，該處理單元15可根據該第一影像F1及該第二影像F2計算一第一位移量並根據該第二影像F2及該第三影像F3計算一第二位移量。該處理單元15可將該第一位移量、該第二位移量、該第一位移量及該第二位移量之一平均位移量或該第一位移量及該第二位移量之一加權平均位移量作為一輸出位移量，於每一叢發模式之第二期間T2輸出至該主機3。
例如本實施例中，該影像感測器14於一時間t1擷取該第一影像F1，於一第二時間t2擷取該第二影像F2並於一第三時間t3擷取該第三影像F3；其中，該第一時間t1及該第二時間t2之一第一時間間隔(t2-t1)較佳為固定，該第二時間t2及該第三時間t3之一第二時間間隔(t3-t2)較佳大於該第一時間間隔(t2-t1)。一實施例中，該第二時間間隔(t3-t2)可由該處理單元15根據該第一位移量決定；例如，當該第一位移量愈大時該第二時間間隔(t3-t2)愈小，而當該第一位移量愈小時該第二時間間隔(t3-t2)愈大；亦即，該第三影像F3之一取樣時間t3可為不固定，而該取樣時間t3較佳不超過該第一期間T1；其中，該第一期間T1例如可根據該第一時脈電路11之第一頻率及該感測陣列141之尺寸決定。一實施例中，該第一期間T1可為該叢發期間Tb之一固定比例，該處理單元15可固定於該第一期間T1結束時或結束後一固定時間(例如根據計算該位移量所需的運算時間決定)關閉該主時脈電路11。另一實施例中，時間t4可為該處理單元15接收到該第三影像F3後一預設時間；其中，該預設時間為該處理單元15計算該位移量所需的一運算時間。換句話說，本實施例中該處理單元15關閉該第一時脈電路11之該第二期間T2可為固定或非固定，可根據不同實施例而定，只要是在計算出該位移量後並在下一個叢發期間Tb'前即可。可以了解的是，該第一時脈電路11的關閉時間愈長所能節省的電力則愈多。
該處理單元15可於該第二期間T2的適當時間報告該位移量至該主機3。例如，該處理單元15可於接收到來自該主機3之訊息後報告該位移量。當該處理單元15被要求報告該位移量時，該主時脈電路11於該第二期間T2可被暫時開啟以報告該位移量，如第4B圖所示；其中，如前所述，該主時脈電路11可由該第二時脈信號開啟。當該位移量報告完畢且下一個叢發期間Tb'尚未開始時，該第一時脈電路11可再度被關閉或持續運作至下一個叢發期間Tb'。
可以了解的是，雖然第4A及4B圖中顯示一叢發期間Tb(Tb')中係擷取三張影像圖框(例如F1~F3)，但本發明並不以此為限。一叢發期間所擷取影像圖框之數目可根據計算位移量所使用的演算法而定。此外，雖然第4A及4B圖中該第二時脈信號(即副時脈f2)領先該第一時脈信號(即主時脈f1)一第一週期(即該第一時脈信號之週期)，但本發明並不以此為限。該第二時脈信號可提早該第一時脈信號一適當時間以提早啟動該影像感測器以外的元件，例如提早點亮該光源13。
請參照圖5所示，其顯示本發明實施例之導航裝置之省電方法之流程圖，包含下列步驟：於一叢發期間根據一第一時脈信號擷取複數影像圖框(步驟S31)；根據該等影像圖框計算一位移量(步驟S32)；關閉該第一時脈信號(步驟S3211)；利用一第二時脈信號重新啟動該第一時脈信號(步驟S3212)；進入一休眠模式(步驟S3221)；以及處理部份像素區域(步驟S3222)。
同時參照第2、4A、4B及5圖所示，接著說明本實施例之導航裝置之省電方法之實施方式。
步驟S31：該影像感測器14於每一叢發期間Tb均根據一第一時脈信號擷取複數影像圖框IF，且較佳於該叢發期間Tb開始時即開始取樣，例如圖4A及4B的影像圖框F1~F3。
步驟S32：該處理單元15則根據該等影像圖框IF計算一位移量，例如利用兩影像圖框間的相關性計算該位移量。此外，如前所述一叢發期間Tb所求得之位移量例如可為兩個以上位移量的不同組合。例如，若每一叢發期間係擷取四張影像，一輸出位移量可為三個位移量，其根據不同對的影像所求得，其中之一或其組合。
步驟S3211：於正常操作模式下，當該處理單元15計算出該 位移量後一預設時間(例如時間t4)，即可關閉該主時脈電路11以節省耗能；例如，假設該處理單元15於時間t4計算出該位移量，則時間區間(t4-t3)可決定該預設時間；亦即計算該位移量所需的運算時間。如前所述，該處理單元15可於該叢發期間Tb內的一固定時間關閉該主時脈電路11，或根據該等影像圖框的最後一個影像圖框(例如F3)的取樣時間而改變該主時脈電路11之一關閉時間。
步驟S3212：在該主時脈電路11關閉的期間，係利用該副時脈電路12來計數下一個叢發期間(例如Tb')之一起始時間(例如時間t1 ')。因此在下一個叢發期間Tb'開始前，該處理單元15可利用第二時脈信號來重新啟動該第一時脈信號，且該第一時脈信號較佳略早於該下一個叢發期間Tb'被啟動以先啟動部分元件，例如先啟動該光源13以照明該工作表面S。
步驟S3221：當該處理單元15判斷一預設數目之該位移量均低於一位移門檻值時進入一休眠模式；其中，該預設數目及該門檻值的數值例如可根據系統靈敏度及所使用的元件所決定。
步驟S3222：休眠模式下，除了部份元件停止作動或降低活動量，該處理單元15另可控制該控制邏輯16僅讀取該影像感測器14之感測陣列141之部分像素區域(如第3B圖所示的斜線區域)的像素資料。如前所述，所述部分像素區域較佳為亮度未達飽和的複數像素區域。
綜上所述，習知光學滑鼠僅能透過進入休眠模式來節省系統耗能，並未在正常操作模式下加入省電機制。因此，本發明另提供一種導航裝置(第2圖)及其省電方法(第5圖)，其透過於正常操作模式下的部分時間關閉主時脈電路以節省系統耗能，並能夠搭配休眠模式下僅處理部份像素資料，以有效降低導航裝置的整體耗能。
雖然本發明已以前述實例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧導航裝置
11‧‧‧主時脈
12‧‧‧副時脈
13‧‧‧光源
14‧‧‧影像感測器
141‧‧‧感測陣列
15‧‧‧處理單元
16‧‧‧控制邏輯
3‧‧‧主機
S‧‧‧工作表面
IF‧‧‧影像圖框

Claims (19)

  1. 一種導航裝置，一正常操作模式下以一叢發模式報告一位移量，該導航裝置包含：一主時脈電路，產生一第一頻率之一第一時脈信號；一副時脈電路，產生一第二頻率之一第二時脈信號，其中該第二頻率低於該第一頻率；一影像感測器，於該叢發模式之一叢發期間根據該第一時脈信號擷取一第一影像、一第二影像及一第三影像；以及一處理單元，根據該第一影像、該第二影像及該第三影像計算該位移量，從該影像感測器接收到該第三影像後一預設時間關閉該主時脈電路以暫停產生該第一時脈信號，以及於該叢發期間結束前另以該第二時脈信號重新啟動該主時脈電路產生該第一時脈信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之導航裝置，其中該預設時間根據該處理單元計算該位移量所需的一運算時間決定。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之導航裝置，其中該預設時間為該叢發期間之一固定比例。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之導航裝置，其中該第一影像及該第二影像相距一第一時間間隔而該第二影像及該第三影像相距一第二時間間隔，該第二時間間隔大於該第一時間間隔。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之導航裝置，其中該第二時間間隔係根據該第一影像及該第二影像所算出之一第一位移量決定。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之導航裝置，其中當該處理單元被要求報告該位移量時，該主時脈電路被暫時開啟。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之導航裝置，其中當該處理單元判斷一預設數目之該位移量小於一位移門檻值時，進入一休眠模式。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之導航裝置，另包含一控制邏輯，其中該處理單元於該休眠模式下控制該控制邏輯僅讀取該影像感測器之一感測陣列的部分像素區域。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之導航裝置，其中該部分像素區域不包括該感測陣列之一中央區域。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之導航裝置，其中該部分像素區域為亮度值未達飽和的像素區域。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之導航裝置，其中該休眠模式下該導航裝置根據該第二時脈信號運作。
  12. 一種導航裝置，一正常操作模式下以一叢發模式計算一位移量，該導航裝置包含：一主時脈電路，產生一第一頻率之一第一時脈信號；一副時脈電路，產生一第二頻率之一第二時脈信號，其中該第二頻率低於該第一頻率；一影像感測器，於該叢發模式之一叢發期間根據該第一時脈信號擷取複數影像圖框；以及 一處理單元，用以控制該影像感測器於該叢發期間之一第一期間擷取該等影像圖框，於該叢發期間之一第二期間關閉該主時脈電路以暫停產生該第一時脈訊號，其中該第二期間晚於該第一期間，並根據該等影像圖框計算該位移量。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之導航裝置，其中導航裝置進入一休眠模式時根據該第二時脈信號運作。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之導航裝置，其中該處理單元於該休眠模式下僅處理該影像感測器所擷取影像圖框之部分像素區域。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之導航裝置，其中該第二頻率為1000或2000赫茲。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之導航裝置，其中該處理單元於該第二期間後之一第三時間，另根據該第二時脈信號重新啟動該主時脈電路產生該第一時脈信號。
  17. 一種導航裝置之省電方法，一正常操作模式下該導航裝置以一叢發模式計算一位移量，該省電方法包含下列步驟：利用一影像感測器於該叢發模式之一叢發期間根據一主時脈電路產生之一第一時脈信號擷取複數影像圖框；利用一處理單元根據該等影像圖框計算一位移量；以及計算出該位移量後的該叢發期間的剩餘期間內，關閉該主時脈電路以暫停產生該第一時脈信號。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之省電方法，另包含：利用一副時脈電路產生之一第二時脈信號重新啟動該主時脈電路產生該第一時脈信號，其中該第二時脈信號之頻率低於該第一時脈信號之頻率。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之省電方法，另包含：當預設數目之該位移量均低於一位移門檻值時進入一休眠模式；以及僅處理該影像感測器所擷取影像圖框之部分像素區域。
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