特許 6236150 光線追跡方法及びその装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6236150

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】光線追跡方法及びその装置

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/0354 20130101AFI20171113BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/0354 444

【請求項の数】12

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-522160(P2016-522160)

(86)(22)【出願日】2013年6月26日

(65)【公表番号】特表2016-526725(P2016-526725A)

(43)【公表日】2016年9月5日

(86)【国際出願番号】CN2013078083

(87)【国際公開番号】WO2014205704

(87)【国際公開日】20141231

【審査請求日】2016年4月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】516000734

【氏名又は名称】林 大偉

【氏名又は名称原語表記】ＬＩＮ，Ｄａｉ Ｗｅｉ

(73)【特許権者】

【識別番号】516000745

【氏名又は名称】チャン ウィンサン

【氏名又は名称原語表記】ＣＨＡＮＧ，Ｙｕｎ−Ｓｈａｎ

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】チャン ウィンサン

【審査官】 星野 昌幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１２７２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２８７００２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１９８９７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００４３２２３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ ３／０３５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘導チップは表面から反射された反射光を受光し、当該誘導チップが幾何学的対称に配列された複数の誘導ユニットを備え、
各当該誘導ユニットは時間間隔の前後に受光した光線により、各誘導ユニットが受けたエネルギーを計算し、第１の時刻と第２の時刻から当該時間間隔になり、
当該時間間隔の前後の全て又は一部の当該誘導ユニットが受けたエネルギーの平均値を計算し、
各当該誘導ユニットが受けたエネルギーと当該平均値との差を計算し、当該差は各当該誘導ユニットが当該第１の時刻又は当該第２の時刻のエネルギー状態を計算し、及び
当該誘導チップ中の誘導ユニットの、当該時間間隔の前後のエネルギー状態が収集時間前後の統計的な平均値に対する変化により、移動ベクトルを判断する
ことを特徴とする光線追跡方法。

【請求項2】

当該反射光は空間的コヒーレンスが良い光線であることを特徴とする請求項１に記載の光線追跡方法。

【請求項3】

当該反射光は光源装置が放射した光線が当該表面に入射して得たことを特徴とする請求項２に記載の光線追跡方法。

【請求項4】

当該光源装置は光ポインティング装置に設けられたレーザー光装置であることを特徴とする請求項３に記載の光線追跡方法。

【請求項5】

当該誘導チップはアレー状に配列された当該複数の誘導ユニットのセンサーアレーであり、当該光ポインティング装置内に設け、前記反射光を受光することを特徴とする請求項４に記載の光線追跡方法。

【請求項6】

当該光線追跡方法のステップを繰り返し、複数の時間間隔の移動ベクトルを計算することにより、移動軌跡を判断することを特徴とする請求項５に記載の光線追跡方法。

【請求項7】

一部の当該誘導ユニットが受けたエネルギーの平均値は、行又は列又は周囲又は中央部分の当該誘導ユニットが受けたエネルギーの平均値であり、
当該表面は、ミクロに不規則な構造を備える表面構造を持つ平面であり、
当該反射光は各当該誘導ユニットにより受けられ、それぞれの光経路に建設的干渉と相殺的干渉のパターンを生じている
ことを特徴とする請求項１に記載の光線追跡方法。

【請求項8】

当該誘導ユニットの当該時間間隔の前後におけるエネルギー状態が収集時刻前後の統計的平均値に対する変化を計算するステップは、
各誘導ユニットの当該第１の時刻のエネルギー状態を判断するステップと、
各誘導ユニットの当該第２の時刻のエネルギー状態を判断するステップと、
当該誘導ユニットの当該第１の時刻から当該第２の時刻までのエネルギー状態が収集時刻前後の統計的平均値に対する変化を取得し、当該移動ベクトルを判断することを特徴とする請求項１に記載の光線追跡方法。

【請求項9】

請求項１に記載の光線追跡方法を利用する光線追跡装置であって、
当該表面に入射する光線を発生させるための光源装置と、
アレー状に配列された当該複数の誘導ユニットを有するセンサーアレーと、
、当該光源装置と当該センサーアレーをカップルし、当該複数の誘導ユニットが受けた光信号を取得し、エネルギー状態を計算し、及び当該誘導ユニットの当該時間間隔の前後エネルギー状態に対する収集時刻前後の統計的平均値的変化を計算するコントローラーと、を含み、
当該センサーアレー及び当該コントローラーが半導体回路に集積し，当該光源装置と当該集積されたセンサーアレーと当該コントローラーが当該光線追跡装置内の回路基板に封止されることを特徴とする光線追跡装置。

【請求項10】

当該光線追跡装置はレーザー光を光源とした光学ポインティング装置であることを特徴とする請求項９に記載の光線追跡装置。

【請求項11】

当該誘導チップ中の誘導ユニットの、当該時間間隔の前後のエネルギー状態が収集時間前後の統計的な平均値に対する変化により、移動ベクトルを判断するステップは、
当該第１の時刻において、当該誘導ユニットの組み合わせの中に二つの隣接する誘導ユニットが、別々にＬとＨの二つのエネルギー状態であり、当該第２の時刻になると、当該二つの隣接する誘導ユニットのエネルギー状態はＨとＨに変換される場合は、左への移動ベクトルがあると初歩的に判断され、
当該第１の時刻において、当該誘導ユニットの組み合わせの中にもう二つの隣接する誘導ユニットが、別々にＨとＬの二つのエネルギー状態であり、当該第２の時刻になると、当該もう二つの隣接する誘導ユニットのエネルギー状態はＬとＬに変換される場合は、左への移動ベクトルがあると判断され、
当該第１の時刻において、当該誘導ユニットの組み合わせの中の左側の二つの隣接する誘導ユニットが、別々にＬとＨの二つのエネルギー状態であり、当該第２の時刻になると、当該左側の二つの隣接する誘導ユニットのエネルギー状態はＬとＬに変換される場合は、右への移動ベクトルがあると初歩的に判断され、
当該第１の時刻において、当該誘導ユニットの組み合わせの中の右側の二つの隣接する誘導ユニットが、別々にＨとＬの二つのエネルギー状態であり、当該第２の時刻になると、当該右側の二つの隣接する誘導ユニットのエネルギー状態はＨとＨに変換される場合は、右への移動ベクトルがあると判断され、
当該Ｈと当該Ｌはそれぞれ平均エネルギーに対し、一つのエネルギー状態である
ことを特徴とする請求項１に記載の光線追跡方法。

【請求項12】

当該誘導チップ中の誘導ユニットの、当該時間間隔の前後のエネルギー状態が収集時間前後の統計的な平均値に対する変化により、移動ベクトルを判断するステップは、
当該第１の時刻において、当該誘導ユニットの組み合わせの中の複数の隣接する誘導ユニットが、Ｘ＠＠のエネルギー状態であり、当該第２の時刻になると、当該複数の隣接する誘導ユニットのエネルギー状態は＠＠Ｘに変換される場合は、左への移動ベクトルがあると判断され、
当該第１の時刻において、当該誘導ユニットの組み合わせの中の複数の隣接する誘導ユニットが、＠＠Ｘのエネルギー状態であり、当該第２の時刻になると、当該複数の隣接する誘導ユニットのエネルギー状態はＸ＠＠に変換される場合は、右への移動ベクトルがあると判断され、
当該Ｘは気にしない値であり、当該＠は電圧変化があることを示す
ことを特徴とする請求項１に記載の光線追跡方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は光ポインティング装置に係わり、特に移動軌跡判断根拠としてコヒーレント光干渉パターン及び特殊バイナリ収集イメージングを用いる光線追跡方法及び装置に係わる。

【背景技術】

【0002】

図１は従来の光学式マウス１０の内部回路を示す模式図である。光学式マウス１０は表面１１の上を移動し、マウスハウジング１２の内部回路の主要な部品として、若干の光学部品の他に、回路部分に回路基板１４が設けられ、回路基板１４に発射光とセンシング光を制御及び計算するコントローラー１８、及び光源１６とセンサー１９が設けられている。

【0003】

この光学式マウス１０のハウジング１２に外部表面１１に向いた一つのアパーチャー（ａｐｅｒｔｕｒｅ）１７を有し、この回路基板１４がこのアパーチャー１７の近傍に設けられ、回路基板１４に例えレーザー又は発光ダイオード（ＬＥＤ）の光源１６が設けられている。図面の点線のように示され、この光学式マウス１０は動作する時、光源１６が連続的に発射光を発生させ、特定の角度で表面１１に入射し、センサー１９により反射光の信号を取得し、又は反射光の強度のイメージ分布を取得し（センサー１９は例えばＣＭＯＳ又はＣＣＤイメージセンサーでいい）、そしてコントローラー１８は光学式マウス１０の移動方向を分析することができる。

【0004】

上記のよく知られた光学式マウス１０の軌跡判断の技術には、表面１１により取得される反射光の信号に強く依存するので、普通光学式マウス１０の機能は表面１１の形によって異なるパフォーマンスになる。

【0005】

例えば、表面１１が透明な又は光を反射しにくい材料であると、この光学式マウス１０はスムーズに動作できない。例え皺を有する布のように、表面１１が起伏する非平面構造であると、この光学式マウス１０はスムーズに操作できない。

【0006】

従来では、前記の光センサーを用いる追跡装置に異なる平面でもある程度の追跡機能をキープさせようとすると、光線移動動作を取得する方式は付加の外部ポジションニング・センシング又は複雑な演算を多く使われる。しかし、これらのポジションニング・センシング又は演算は、感度の制限と、高いエネルギー消費と、複雑なアルゴリズム等の理由で、有限的な平面様態にしか適応しない。これらの普通の方式はすべての高反射の又は極めて低い反射率の平面に適応することができないし、光線追跡の目的達成することさえできない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、従来の光線追跡装置が異なる平面で追跡機能をキープできなく、そしてすべての高反射の又は極めて低い反射率の平面に適応することができない課題を解決できる光線追跡方法及び装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は光線追跡方法であり、
誘導チップは表面から反射された反射光を受光し、当該誘導チップが幾何学的対称に配列された複数の誘導ユニットを備え、
各誘導ユニットは時間間隔の前後に受光した光線により、各誘導ユニットが受けたエネルギーを計算し、
当該時間間隔の前後に、全ての又は一部の誘導ユニットのエネルギー状態を計算し、及び
当該誘導チップ中の誘導ユニットの、当該時間間隔の前後のエネルギー状態が収集時刻前後の統計的な平均値に対する変化により、移動ベクトルを判断する。

【0009】

具体的に、当該反射光は空間的コヒーレンスが良い光線である。

【0010】

具体的に、当該反射光は光源装置が放射した光線が当該表面に入射して得た。

【0011】

具体的に、当該光源装置は光ポインティング装置に設けられたレーザー光装置である。

【0012】

具体的に、当該誘導チップはアレー状に配列された当該複数の誘導ユニットのセンサーアレーであり、当該光ポインティング装置内に設け、前記反射光を受光する。

【0013】

具体的に、当該光線追跡方法のステップを繰り返し、複数の時間間隔の移動ベクトルを計算することにより、移動軌跡を判断する。

【0014】

具体的に、第１の時刻と第２の時刻から当該時間間隔になり、当該誘導ユニットが当該第１の時刻又は当該第２の時刻のエネルギー状態の計算ステップは：
当該全ての又は一部の誘導ユニットが受けたエネルギーの平均値を計算するステップと、
各誘導ユニットが受けたエネルギーと当該平均値との差を計算し、当該差は各誘導ユニットが当該第１の時刻又は当該第２の時刻のエネルギー状態を計算するステップを備える。

【0015】

具体的に、当該誘導ユニットが当該時間間隔の前後のエネルギー状態が収集時刻前後の統計的平均値に対する変化を計算するステップは：
各誘導ユニットの当該第１の時刻のエネルギー状態を判断するステップと、
各誘導ユニットの当該第２の時刻のエネルギー状態を判断するステップと、
当該誘導ユニットの当該第１の時刻から当該第２の時刻までのエネルギー状態が収集時刻前後の統計的平均値に対する変化を取得し、当該移動ベクトルを判断する。

【0016】

本発明は、前記の請求項の光線追跡方法を利用する光線追跡装置であり、
当該表面に入射する光線を発生させるための光源装置と、
アレー状に配列された当該複数の誘導ユニットを有するセンサーアレーと、
コントローラー、当該光源装置と当該センサーアレーをカップルし、当該複数の誘導ユニットが受けた光信号を取得し、エネルギー状態を計算し、及び当該誘導ユニットの当該時間間隔の前後エネルギー状態に対する収集時刻前後の統計的平均値的変化を計算する、
当該センサーアレー及び当該コントローラーが半導体回路に集積し，当該光源装置と当該集積されたセンサーアレーと当該コントローラーが当該光線追跡装置内の回路基板に封止されることを特徴とする光線追跡装置。

【0017】

具体的に、当該光線追跡装置はレーザー光を光源とした光学ポインティング装置である。

【0018】

本発明は、反射干渉により光線追跡を行う方法及び光線追跡装置であり、追跡識別の根拠として、表面で反射される光と元の発射光との建設的に干渉と相殺的に干渉するパターンを使用し、あらゆる様態の平面上での追跡機能を備え、全ての高反射又は極めて低い反射率の平面に適応することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は従来の光学式マウスの内部回路の模式図である。

【図2】図２は本発明の入射平面と反射光の反射光経路の模式図である。

【図3】図３は本発明の光線追跡装置の集積回路内に封止されたセンサーアレーの模式図である。

【図4】図４に示すフローは本発明の光線追跡方法の実施例のステップである。

【図5】図５は本発明の追跡装置に使われるセンサーアレーの実施例の模式図である。

【図6】図６は本発明が開示した装置の誘導ユニットが光線追跡方法を行う模式図の一つである。

【図7】図７は本発明が開示した装置の各誘導ユニットが光線追跡方法を行う模式図のもう一つである。

【図8】図８に示すフローは追跡方法がエネルギー変化の方向により移動ベクトルを判断するステップを示している。

【発明を実施するための形態】

【0020】

移動位置の判断にはコヒーレント光（ｎｏｎ−ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｌｉｇｈｔ）を用いる技術は、例えばマウス移動軌跡を判断するため、普通複雑な資料演算プログラムが要る。このような技術は幾つかの平面（例えば、光反射率が極めて低い平面を避ける）に限られていなければよい効果を出せない。そのため、本発明は光線追跡方法及び装置を開示する。一つの実施例は光源としてコヒーレント光（ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｌｉｇｈｔ）即ち空間コヒーレンス（ｓｐａｔｉａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ）のよい光線を使用し、これにより移動方向を検出し、感度コンペンセーション（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）の方式も組み合わせ、光線追跡アルゴリズム（ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を利用する。この技術を使用する装置はあらゆる様態の平面に適応する。

【0021】

本発明が提案した光線追跡装置は、コヒーレント光源統合型パッケージング技術（ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ ｐａｃｋａｇｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）が採用される。このような技術を採用する装置、例えば光学ポインティング装置は、余分の光学レンズ又は特定なイメージセンサー、例えば相補型金属酸化膜半導体イメージセンサー（ＣＭＯＳ ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ，ＣＩＳ）を、実装する必要がない。

【0022】

先ず、図２に示す特定な光源装置（図示せず）が入射光２０１を発生させ、平面に入射してから反射され複数の反射光２０３を形成する模式図を参照する。光源は特に例えばレーザー光のコヒーレント光（ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｌｉｇｈｔ）を採用する。ここで述べた「コヒーレント光」は、空間コヒーレンスの良好な光線であること。

【0023】

図２に示す複数の光経路は、入射光２０１が一つの表面構造２０５を持つ平面に入射してから反射され反射光２０３を形成するのを含んでいる。表面構造２０５がミクロに不規則な構造であるため、反射光２０３は図２のように異なる方向を持つ光線になる。

【0024】

光源装置は入射光２０１を連続的に発生させ平面に入射し、反射され反射光２０３を形成する。その中、反射光２０３はセンサー（図２に図示せず）により受けられ、それぞれの光経路に建設的干渉と相殺的干渉のパターン（ｐａｔｔｅｒｎ）を生じている。ここで、特にコヒーレント光源の入射光２０１の使用は、この干渉効果（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｅｆｆｅｃｔ）を強めることができる。

【0025】

この追跡方法を行う関連回路を載せた装置がセンシング平面（Ｘ−Ｙ平面）に対して移動する時、光センサーは反射光２０３の情報を受け、時間間隔（ｔｉｍｅ ｓｌｏｔ）に従いその中の情報をサンプリング（ｓａｍｐｌｉｎｇ）し、そして反射光２０３の平均エネルギー値を取得し、反射光２０３の異なる時刻で、異なる位置でのエネルギー差を計算する。特に、本発明が開示した光線追跡装置は、好ましくセンサーアレー（ｓｅｎｓｏｒ ａｒｒａｙ）を採用し、反射光２０３の異なる位置のエネルギー及び、平均エネルギー値との差を取得し、移動軌跡を判断することができる。反射光２０３の平均値の計算は、全ての誘導ユニット（ｓｅｎｓｏｒ ｃｅｌｌ）が取得したエネルギー平均値を使用し、又は一部の誘導ユニットが取得したエネルギー平均値を（例えば行（図５のＸ方向）平均値又は列（図５のＹ方向）平均値を平均値とする計算参照）使用してもいい。周辺又は中央部分のエネルギー平均値を参照平均値にすることも可能である。

【0026】

上記のセンサーアレーを採用する実施例の一つにより、コヒーレント光を光源とすると、反射光線の干渉効果を強めることができる。コヒーレント光は、波の包絡線（ｗａｖｅ ｅｎｖｅｌｏｐｅ）の中に極めて小さい位相遅延（ｐｈａｓｅ ｄｅｌａｙ）を有する光源であり、その中レーザー光は一種のコヒーレント光であり、太陽光又はＬＥＤ光等の非コヒーレント光と違っている。

【0027】

コヒーレント光を本発明が開示した追跡装置に適用し、コヒーレント光は反射光の干渉をセンシングする光学センサーの感度を改善できる。コヒーレント光は極めて小さい位相差（ｐｈａｓｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）を有する特性から、非コヒーレント光の反射光に生じる空間干渉（ｓｐａｔｉａｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）に対し、コヒーレント光では比較的に小さい位相遅延（ｐｈａｓｅ ｄｅｌａｙ）を持つ。そのため、コヒーレント光を採用することで、反射光の空間干渉の長所を強めることができ、前記のセンサーアレー（光線に対し）一つの平面に光が反射される空間干渉の差異を取得できる。

【0028】

センサーアレーは、図３に示す本発明の光線追跡装置の集積回路（ＩＣ）に封入されたセンサーアレーの模式図を参照できる。

【0029】

図３にはある装置（例えば光学式マウス又は特定のポインティング装置）内に設けられた回路基板３０上の一つのセンサーアレー３２を示している。センサーアレー３２はアレー状に配列された複数の誘導ユニット３０１を有し、この統合型パッケージング技術（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｅｎｓｏｒ ａｒｒａｙ ｏｎ ＩＣ）により、センサーアレー３２上の各誘導ユニット３０１が固定の位置で平面に反射された光線を均一に取得できる。図３には、光源装置３４が一つの平面に光線を発射し照射範囲３０３に当たって、光線が平面に反射されセンサーアレー３２に入射する。中には、各誘導ユニット３０１はそれぞれ異なる方向の反射光を受光し、適当な光電信号変換により、装置内のセンサーアレー３２と一緒に半導体回路に集積されたコントローラー３６と係わる回路が信号を取得した後、各誘導ユニット３０１が受けたエネルギーを足した平均値を計算できる。そして各誘導ユニット３０１と平均値との差を計算し、平面に反射され形成した空間干渉のエネルギー差（ｓｐａｔｉａｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）を計算する。コントローラー３６は時間間隔（ｔｉｍｅ ｓｌｏｔ）毎の前後に累積して計算したエネルギー差により、移動方向を判断する。

【0030】

上記の実施例が開示した光線追跡装置では、空間干渉とは、光線（特にコヒーレント光であるが、本発明ではコヒーレント光に限定されない）が不規則な表面構造を有する表面に入射してから、反射され異なる方向の反射光を生じることで生じる光線の干渉（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）である。このような光線は反射された後、建設的又は相殺的に干渉するパターンを形成し、その後、センサーアレーにより相対的運動（装置と平面との相対的運動）による平面反射の空間情報を取得し、Ｘ−Ｙ平面上の移動資料を作り出す。

【0031】

図３に示すように、特に一実施例において、本発明が開示した光線追跡装置はレーザー光を光源とする光学ポインティング装置、例えば光学式マウスである。中には、主な回路部品として、表面に入射する光線を発生させるための回路基板３０上に設けた光源装置３４と、アレー状に配列された複数の誘導ユニット３０１を持つセンサーアレー３２と、前記のコントローラー３６とを有する。当該コントローラー３６は光源装置３４とセンサーアレー３２とをカップリングし、複数の誘導ユニット３０１内の複数の誘導・ピクセルが受けた光信号を取得し、エネルギー状態を計算し、そして時間間隔のエネルギー状態が収集時刻前後に対する統計的な平均値の変化を計算する。

【0032】

図４に示すフローは、本発明の光線追跡方法の実施例のステップである。

【0033】

この実施例フローにおいて、ステップの最初はＳ４０１のように、光線追跡装置内に設けられた光源装置が光線を発射し、一つの表面に入射してから、ステップＳ４０３のように、装置内のセンサーが反射光を受光する。

【0034】

実施例により、光源は好ましく例えばコヒーレント光である。その主な目的はコヒーレント光の比較的に小さい位相遅延の特性を利用し、反射光干渉により移動方向を検出する感度を向上することにある。中には、光源装置は光ポインティング装置内に設けたレーザー光装置でよいし、センサーは好ましく図３に示すようなセンサーアレーを利用する。

【0035】

その後、本発明が開示した光線追跡方法は、主に前記の時間間隔の前後の全て又は一部の誘導ユニットのエネルギー状態を計算することにより、そして誘導ユニットの時間間隔の前後のエネルギー状態が収集時刻前後の統計的平均値に対する変化により、移動ベクトルを判断する。その実施方式の一つは下記のように詳しく述べる。

【0036】

センサーにより反射光を受光した後、ステップＳ４０５のように、装置内の控制回路は一つの時間間隔（ｔｉｍｅ ｓｌｏｔ）前後の各誘導ユニットが受けたエネルギーを計算し、そしてステップＳ４０７のように、全て又は一部（図６の例のように、全ての誘導ユニット／誘導・ピクセル（ｓｅｎｓｏｒ ｐｉｘｅｌ）がエネルギーの計算に十分な光線を受光することではないかもしれない）の誘導ユニットが当該時間間隔の前後に取得したエネルギー平均値を計算する（同じ時間に少なくとも２つの値を処理する）。前後の異なる時刻に各誘導ユニットのエネルギーと全て又は一部（例えば行平均値、列平均値、周囲平均値、中央平均値を参照平均値とする）のエネルギー平均値を計算した後、各誘導ユニットが受けるエネルギーと平均値との差を計算することができる（一実施例において、ここの差は各誘導ユニットのエネルギー状態を示す）、ステップＳ４０９のように、中では、当該時間間隔の前後の少なくとも２つの差をそれぞれ処理する。時間間隔の前後の二組の数値の間に一つの差異はあってもよく、つまり前後時刻のエネルギー変化である。その後、ステップＳ４１１のように、誘導チップ内の複数の（少なくとも２つ）誘導ユニットが計算したエネルギー変化により、この追跡技術を一体に用いる装置の移動ベクトルを判断する。

【0037】

上記の光線追跡方法のステップを繰り返すことで、複数の時間間隔の移動ベクトルが計算される。これより、一定時間内の移動軌跡を判断する。中では、各誘導ユニット中のセンシングしたエネルギー変化により、装置と表面との相対的移動を判断する方式は、図６、図７に記載されている例を参照してよいし、ステップは図８に示すフローを参照してよい。

【0038】

図５は光線追跡装置に用いられるセンサーアレーが動作しエネルギー分布を計算する実施例の模式図である。本発明の実施例により、その追跡の演算方式はこの図５に示す回路構造及びセンサーアレーに依頼する。

【0039】

図５にセンサーアレーのレーアウトを示している。複数の誘導ユニットがＸ−Ｙ平面に分布し、Ｎ×Ｍのセンサーアレーを形成する。アレー状に配列された複数の誘導ユニット５０１、５０２、５０３、５０４、５０５が、それぞれＸ、Ｙ方向に設置されるが、実際の数はこの模式図に限定されない。これらの誘導ユニット５０１、５０２、５０３、５０４、５０５が敷設された回路基板上の主な部品は、複数のコンパレーター５２１、５２２、５２３、５２４、５２５もある。各コンパレーターそれぞれ対応する２つの誘導ユニットに接続し、その入力値は各誘導ユニットが生じたエネルギーの平均電圧信号Ｖａｖｇであり、誘導ユニットが光線をセンシングして得た電圧信号を比較することに用いられ、比較して高い又は低い電圧の信号値が得られる。最後に、追跡方法は隣接する２つのセンサー値を取得し結果を比べ、移動方向を判断する。

【0040】

例えば、図５のコンパレーター５２１は誘導ユニット５０１とカップリングし、一つの入力信号即ち誘導ユニット５０１がセンシングして得たエネルギー信号は、電圧信号で表すことができる。もう一つの入力端は、平均電圧信号Ｖａｖｇであり、コンパレーター５２１がこの２つの入力信号を比較し、一つの比較結果、例えば図６に示すＨ又はＬで表す高い又は低い電圧信号を出力する。

【0041】

本発明に記載された光線追跡方法によると、追跡の方式は、光線（好ましくコヒーレント光）が平面に反射されて形成した建設的と相殺的に干渉するパターンに表示されるエネルギー分布（ｅｎｅｒｇｙ ｐａｔｔｅｒｎ）を利用し、異なる時刻のエネルギー分布の変化により、移動ベクトルを判断することを特徴とする。実施方式では、例えば非相関視点を用い移動判断（ｎｏｎ−ｒｅｌａｔｉｖｅ ｖｉｅｗ ｐｏｉｎｔｓ ｔｏ ｄｏ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｊｕｄｇｍｅｎｔ）を行う方式では、つまり周りの誘導ユニットのエネルギー情報を引き入れ、平均誘導エネルギーと比較し、移動方向を判断する。ちなみに、一般的に映像像素（ｐｉｘｅｌ）情報を利用し移動ベクトルを判断する方式と違い、本発明は時間の採用とエネルギー変化の計算と（バイナリの示度、及び統計的平均値の比較した結果、ＨとＬ）により移動軌跡を判断する。

【0042】

異なる時刻のエネルギー変化により移動方向を判断するステップは図８に示している。ステップＳ８０１では、装置は先ず各誘導ユニットが前後時刻（ｔ０， ｔ１）に受けたエネルギーを取得する。次に、ステップＳ８０３のように、前後時刻のエネルギーの全て又は一部の誘導ユニットが受けたエネルギーの平均値を計算する。各誘導ユニットは、異なる時刻に取得したエネルギーの数値（電圧信号で表示できる）を平均数値と比較した後、ステップＳ８０５のように、前後時刻のエネルギー変化を計算することができる。

【0043】

その後、ステップＳ８０７のように、異なる時刻（ｔ０， ｔ１）の誘導ユニットのエネルギー変化を参照し、前後時刻のエネルギー変化の方向を判断することができる。最後に、ステップＳ８０９のように、複数の誘導ユニットのエネルギー変化方向により、全体的な移動ベクトルを判断することができる。

【0044】

図８に記載された前後エネルギー変化により移動ベクトルを判断する方式では、誘導ユニットの前後時刻のエネルギーは、電圧形式で表すエネルギー状態であってもよい。例えば、全体の同一時間のエネルギー平均値と比較した後、一つの図６に示すＨ又はＬで表すエネルギー状態を取得することができる。従って、先ず、各誘導ユニットがそれぞれ第１の時刻（ｔ０）と第２の時刻（ｔ１）とのエネルギー状態を判断し、その後誘導ユニットが第１の時刻から第２の時刻までのエネルギー状態が収集時刻前後の統計的平均値に対する変化を取得し、移動ベクトルを判断することができる。

【0045】

移動ベクトルの判断は、図６に示す本発明が開示した装置中の複数の誘導ユニットが光線追跡方法を行う模式図を参照すればよい。

【0046】

本例は、複数のアレー状に配列された誘導ユニットの組み合わせ６０１、６０２、６０３、６０４、６０５、６０６を示しているが、本例は隣接する誘導ユニットが異なる時刻（例えば第１の時刻ｔ０、第２の時刻ｔ１）にセンシングしたエネルギー変化により移動ベクトルを識別する例を挙げるのみである。

【0047】

中には、ｔ０とｔ１は前後の二つのサンプリング時刻であり、ＨとＬはそれぞれ前記のコンパレーターが出力する高い又は低い電圧信号を意味し、すなわちエネルギー状態（平均エネルギーに対し、一つのエネルギー状態であり）に視される。主に前後時刻の電圧信号転換により一つの全体的な移動ベクトルを判断する。図６は、個別の誘導ユニットの前後二つの異なる時刻のエネルギー変化を示している。

【0048】

例えば、誘導ユニットの組み合わせ６０１の中に幾つか（少なくとも二つ）の誘導ユニットを模式的に示している。中には、左側が第１の時刻ｔ０の時、二つの誘導ユニットが別々にＬとＨの二つのエネルギー状態を誘導したことを示している。第２の時刻ｔ１になると、二つの誘導ユニットのエネルギー変化はＨとＨに変換される。Ｌ、Ｈ（ｔ０）がＨ、Ｈ（ｔ１）に変わる時、中の一つの誘導ユニットのエネルギー状態はＬからＨに変わり、右側のＨが左側の位置にシフトを示している。従って、この時間間隔では、有效誘導の移動方向は左であることを初歩的に判断できる。

【0049】

この誘導ユニット組み合わせ６０１のもう一組の誘導ユニットは、第１の時刻のｔ０において、エネルギー状態がＨとＬである。第２の時刻のｔ１になると、エネルギー状態はＬとＬになる。中の一つの誘導ユニットのエネルギー状態はＨからＬに変わり、つまり右側のＬが左側の位置にシフトを示している。従って、左への移動方向があると判断できる。

【0050】

また、例えば誘導ユニットの組み合わせ６０２中の左側の二つの誘導ユニットは、第１の時刻のｔ０におけるエネルギー状態がＬとＨであり、第２の時刻のｔ１になると、ＬとＬに変わり、中のＨが左側のＬを介して右へＬにシフトしたことがわかる。従って、右への移動ベクトルがあると判断できる。

【0051】

同じように、誘導ユニット組み合わせ６０２の中、右側の二つの誘導ユニットは、第１の時刻ｔ０におけるエネルギー状態がＨとＬであり、その後、第２の時刻ｔ１に、ＨとＨに変わり、中の右側のＬが左側のＨを介して、Ｈにシフトした。従って、右への移動ベクトルがあると判断できる。

【0052】

図には、誘導ユニット組み合わせ６０５と６０６は、矢印で方向を示していない。判断した結果、この例では、複数の誘導ユニットは、第１の時刻ｔ０と第２の時刻ｔ１の時間間隔に、エネルギー変化はない、またはエネルギー変化より移動方向を判断することができない。例えば、誘導ユニット組み合わせ６０６は、第１の時刻ｔ０にエネルギー状態はＬとＨであり、第２の時刻ｔ１になると、エネルギー状態はＨとＬに変わった。これはエネルギー状態変化により移動方向を判断することができない。従って、この二つの様態は、有效出力信号がない。

【0053】

前後２つの時刻の全ての誘導ユニットが各々のエネルギー変化の方向を判断した時、一つの総移動ベクトルを全体的に判断できる。

【0054】

他の一つの移動方向の判断方式は、図７に示すように、本発明が開示した装置の中誘導チップが行う光線追跡方法の模式図もう一つである。この例は、異なる時刻の誘導ユニットのエネルギー状態の転換方向により、移動ベクトルの方法を識別する模式図であり、中には、Ｘは気にしない値，＠はｔ０とｔ１センシングした信号の比、これにより移動ベクトルを判断する。

【0055】

誘導チップが反射光を受光した時、誘導チップ内の複数の誘導ユニットが異なる時刻に受けた信号エネルギーと平均エネルギーとを比較する時、高い又は低い異なる電圧信号を生じ、図７に示すように、誘導信号"＠"を生じている；ある場合、一部の誘導ユニットにエネルギー変化がなく、又は電圧信号のレベルと関係ない。この時、図７のように、気にしない値"Ｘ"を示す。

【0056】

図７に示す実施例によると、誘導ユニットの組み合わせ７０１の中、前記のコンパレーターが第１の時刻ｔ０に隣接する誘導ユニットのエネルギー変化を取得し、状態"Ｘ＠＠"で示す。中の"Ｘ"は気にしない値であり、"＠"は電圧変化があることを示す。第２の時刻ｔ１に複数の隣接する誘導ユニットのエネルギー変化を取得し、状態"＠＠Ｘ"で示す。第１の時刻ｔ０と第２の時刻ｔ１の各誘導ユニットのエネルギー状態変化により、本例は状態"Ｘ＠＠"から"＠＠Ｘ"に変わることを示している。"＠＠"が左へシフト（ｓｈｉｆｔ）することが判断できるので、図の中の矢印で示すように、この誘導ユニットの組み合わせ７０１には左への移動の変化があると判断できる。

【0057】

誘導ユニットの組み合わせ７０２では、その隣接する誘導ユニットの第１の時刻ｔ０のエネルギー変化を状態"＠＠Ｘ"に示し、第２の時刻ｔ１の時、エネルギー状態を"Ｘ＠＠”に示している。この時、時間転換（ｔ０からｔ１へ）の後、状態"＠＠"は右へのシフトトレンドがあると示す。したがって、本発明が開示した追跡方法はこの前後時刻のエネルギー変化により、全体の装置の移動方向を判断する。

【0058】

ちなみに、移動方向を判断する時、本発明はセンサーアレーを採用するため、微小な誤差が全体の判断の結果に影響を及ぼさない。追跡方法はコンピュータの光学式マウスに適用されると、一般の使用者がマウスを操作し移動する頻度は、例えば中の制御回路の処理速度により遥かに低いので、スローに変わる参照数値は全体の判断に影響を及ぼさない。

【0059】

以上をまとめ、本発明が提供する反射干渉により光線追跡を行う方法とその光線追跡装置は、開示された光線追跡装置が半導体パッケージ内に統合し、これにより、内部に固有する雑音（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｎｏｉｓｅ）を効率的に抑制することができる。そして、その追跡方法を適応する装置は、光源として特にコヒーレント光を採用する。コヒーレント光は反射光干渉をセンシングする光学センサーの感度を改善することができる。

【0060】

以上のように述べられたのは、本発明の好ましい実施方式であるが、説明すべきことは、本技術分野の普通の従業者にとって、本発明の原理を背離しない限り、若干の改善と修正もできる。これらの改善と修正は、本発明の保護範囲に入ることと視される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】