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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Zeigervorrichtungen,
insbesondere zum Steuern der Position eines Cursors auf einem Bildschirm
wie etwa der Datenanzeigeeinrichtung eines Personalcomputers, eines
Arbeitsplatzrechners oder anderer Recheneinrichtungen mit einer
graphischen Benutzeroberfläche.
Solche Zeigervorrichtungen können
beispielsweise eine Maus, einen Trackball oder ein anderes Computerperipheriegerät zum Steuern
der Position eines Cursors auf einem Anzeigebildschirm umfassen.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf das Gebiet von
optischen Zeigervorrichtungen, die eine optische Erfassungsvorrichtung mit
einer Photodetektormatrix zum Messen der veränderlichen Intensitätsmuster
eines Abschnitts einer durch Strahlung beleuchteten Oberfläche und
zum Extrahieren von Informationen über die Relativbewegung zwischen
der Photodetektormatrix und dem beleuchteten Abschnitt der Oberfläche umfassen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Optische
Zeigervorrichtungen sind an sich bereits bekannt. Das US-Patent
Nr. 5 288 993 offenbart beispielsweise eine Cursor-Zeigervorrichtung, die
eine Photodetektormatrix und eine beleuchtete Zielkugel mit zufällig verteilten
Flecken verwendet. Das US-Patent Nr. 5 703 356 (verwandt mit dem oben
erwähnten
US-Patent Nr. 5
288 993) offenbart ferner (bezüglich
der 23A und 23B dieses
Dokuments) eine optische Cursor-Zeigervorrichtung in Form einer
Maus, die keine Kugel erfordert und bei der Licht direkt von der
Oberfläche, über die
die Zeigervorrichtung bewegt wird, reflektiert wird.
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Die
Bilderzeugungstechnik, die in den oben zitierten US-Patenten Nr.
5 288 993 und Nr. 5 703 356 angewandt wird, um bewegungsbezogene
Informationen zu extrahieren, basiert auf einer so genannten "Randbewegungserfassungstechnik" (Edge Motion Detection).
Diese "Randbewegungserfassungstechnik" besteht im Wesentlichen
aus einer Bestimmung der Bewegung von Rändern (d. h. einem Unterschied
in der Intensität
von Pixelpaaren) in dem durch die Photodetektormatrix erfassten
Bild. Ränder sind
als räumliche
Intensitätsunterschiede
zwischen zwei Pixeln der Photodetektormatrix definiert. Die Relativbewegung jedes
dieser Ränder
wird verfolgt und gemessen, um einen Gesamtverlagerungsmesswert
zu bestimmen, der für
die Relativbewegung zwischen der Photodetektormatrix und dem beleuchteten
Abschnitt der Oberfläche
repräsentativ
ist.
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Genauer
werden gemäß dem US-Patent
Nr. 5 288 993 Ränder
zwischen Pixelpaaren, die längs einer
ersten Achse der Photodetektormatrix (beispielsweise jeweils in
einer Zeile der Photodetektormatrix) ausgerichtet sind und zwischen
Pixelpaaren, die längs
einer zweiten Achse der Photodetektormatrix (beispielsweise jeweils
in einer Spalte der Photodetektormatrix) ausgerichtet sind, bestimmt.
Gemäß dem US-Patent
Nr. 5 288 993 und dem US-Patent Nr. 5 703 356 wird der Gesamtverlagerungsmesswert ausgewertet,
zum einen anhand einer normierten Differenz zwischen der Anzahl
von Rändern,
die sich in eine erste Richtung längs der ersten Achse bewegen, und
Rändern,
die sich in der entgegengesetzten Richtung längs der ersten Achse bewegen,
(beispielsweise Rändern,
die sich jeweils in einer Zeile der Photodetektormatrix von links
nach rechts bewegen, und Rändern,
die sich von rechts nach links bewegen) und zum anderen anhand einer
normierten Differenz zwischen der Anzahl von Rändern, die sich in einer ersten
Richtung längs
der zweiten Achse bewegen, und Rändern,
die sich in der entgegengesetzten Richtung längs der zweiten Achse bewegen,
(beispielsweise Rändern
die sich jeweils in einer Spalte der Photodetektormatrix nach unten
bewegen, und Rändern,
die sich nach oben bewegen).
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Die
Relativbewegung von Rändern
wird durch Vergleichen der Position der Ränder in der Photodetektormatrix
zu einem ersten Zeitpunkt mit der Position von Rändern in der Photodetektormatrix zu
einem nachfolgenden Zeitpunkt bestimmt. Die optische Zeigervorrichtung
umfasst somit typischerweise eine Lichtquelle (wie etwa eine Infrarot-LED),
die intermittierend den Abschnitt der Oberfläche in Übereinstimmung mit einer bestimmten
Sequenz beleuchtet, wobei die Pixel-Ausgangsgrößen der Photodetektormatrix
in Übereinstimmung
mit der bestimmten Sequenz abgetastet werden, um zwei aufeinander folgende
Mengen von Randdaten zu liefern, die miteinander verglichen werden,
um einen Relativbewegungsmesswert zu bestimmen.
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Ein
Problem bei den oben genannten Lösungen,
vor allem bei optischen Mäusen,
bei denen Strahlung direkt von der Oberfläche, über die die Zeigereinrichtung
bewegt wird, reflektiert wird, beruht darin, dass die beliebigen
Oberflächen
(wie etwa Papier, Holz usw.) einen großen Gehalt an hohen räumlichen
Frequenzen oder Ortsfrequenzen aufweisen. Dieser Gehalt an hohen Ortsfrequenzen
führt zu
zu vielen Informationen (oder zu einem Rauschen) bei der Erfassungsvorrichtung
und einer möglichen
Verschlechterung der Qualität
und der Genauigkeit des von der Erfassungsvorrichtung extrahierten
Relativbewegungsmesswerts. In der Praxis ist die in den oben genannten
US-Patenten Nr. 5 288 993 und Nr. 5 703 356 offenbarte "Randerfassungstechnik" mit Erfolg auf Trackball-Vorrichtungen
angewandt worden, bei denen Strahlung von einer Oberfläche mit spezifischen
Mustern, in diesem Fall einer Kugel mit mehreren zufällig darauf
ausgebildeten Markierungen in einer Farbe, die zum Hintergrund einen
Kontrast bildet, reflektiert wird. Die Abmessungen und die Dichte
dieser Markierungen auf der Kugeloberfläche sind zugunsten einer optimalen
Bestimmung des Relativbewegungsmesswerts gewählt.
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Demgemäß ist es
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung anzubieten, die für eine Anwendung
auf optische Zeigervorrichtungen, wo Strahlung von beliebigen Oberflächen reflektiert wird,
besser geeignet ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung anzubieten,
die im Rahmen eines einfachen Entwurfs und einer einfachen Konstruktion
bleibt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
ersten, durch den Anspruch 1 definierten Aspekt der Erfindung ist
eine Erfassungsvorrichtung für
eine optische Zeigervorrichtung geschaffen, die ein lichtempfindliches
Element für
die Erzeugung eines Pixel-Ausgangssignals in Reaktion auf eine von
einem beleuchteten Abschnitt einer Oberfläche reflektierte Strahlung
enthält,
wobei die Erfassungsvorrichtung ferner Verarbeitungsmittel umfasst,
um anhand der Pixel-Ausgangssignale eine Messung der Relativbewegung
zwischen der Erfassungsvorrichtung und dem beleuchteten Abschnitt der
Oberfläche
zu bestimmen und um Cursor-Steuersignale anhand der Messung zu erzeugen,
wobei
die Erfassungsvorrichtung ferner Schaltungsmittel umfasst, die die
Pixel-Ausgangssignale von Pixel-Untermengen, die wenigstens zwei
Pixel enthalten, summieren und für
jede der Pixel-Untermengen ein Summationsausgangssignal erzeugen,
wobei
die Verarbeitungsmittel die Messung der Relativbewegung anhand der
Summationsausgangssignale bestimmen.
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Außerdem ist
eine optische Zeigervorrichtung geschaffen, die die oben genannte
Erfassungsvorrichtung enthält.
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Gemäß einem
bevorzugten Aspekt der Erfindung enthalten die Schaltungsmittel
für das
Summieren der Pixel-Ausgangssignale mehrere verschiedene Summationsschaltungsmittel,
die jeweils einer anderen Pixel-Untermenge zugeordnet sind. Vorzugsweise überlappen
wenigstens eine erste und eine zweite Pixel-Untermenge miteinander
und enthalten wenigstens ein gemeinsames Pixel.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Verarbeitung der Daten anhand der Summe mehrerer
Pixel-Ausgangssignale ausgeführt.
Eine solche Summierung hat eine einen Mittelwert bildende und filternde
Wirkung, die die hochfrequenten räumlichen Signale reduziert
und dadurch das Ortsfrequenz-Aliasing reduziert.
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Weitere
Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
deutlich beim Lesen der folgenden genauen Beschreibung nicht einschränkender
Beispiele und Ausführungsformen,
die mit Bezug auf die begleitende Zeichnung erstellt wurde.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist
ein schematischer Blockschaltplan einer optischen Zeigervorrichtung;
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2a ist eine schematische Darstellung eines
ersten Beispiels der Photodetektormatrix- und Pixelarchitektur der
Erfassungsvorrichtung;
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3 zeigt
eine mögliche
Unterteilung der Photodetektormatrix von 2 in verschiedene
sich überlappende
Pixel-Untermengen, wobei jede Pixel-Untermenge eine 2 × 2-Pixelmatrix enthält, die
einem anderen Summationsschaltungsmittel zugeordnet ist;
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4 ist
eine schematische Darstellung der Implementierung der vorliegenden
Erfindung für
die Unterteilung nach 3;
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5 zeigt
eine weitere Architektur für
die Photodetektormatrix von 1, bei der
die Pixel längs
nicht orthogonaler Achsen ausgerichtet sind;
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6 zeigt
eine mögliche
Unterteilung der Photodetektormatrix von 5 in verschiedene
sich überlappende
Pixel-Untermengen, wobei jede Pixel-Untermenge drei benachbarte Pixel umfasst;
und
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7 ist
eine schematische Darstellung eines Beispiels eines Summa tionsschaltungsmittels
für das
Summieren der Pixel-Ausgangssignale von vier Pixeln.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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1 ist
ein verallgemeinerter, schematischer Blockschaltplan einer optischen
Zeigervorrichtung in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung. Sie umfasst eine Photodetektormatrix 420,
die mehrere Pixel umfasst, wobei diese Photodetektormatrix 420 mit
einem Verarbeitungsmittel 400 verbunden ist, das in nicht
einschränkender
Weise aus einem Mikrocontroller, einem Mikroprozessor oder anderen
geeigneten logischen Schaltungsanordnungen für die Verarbeitung von Signalen,
die von der Photodetektormatrix 420 ausgegeben werden,
besteht. Wie in 2 schematisch gezeigt ist, ist
die Photodetektormatrix 420 beispielsweise eine gleichmäßige, in
diesem Fall eine quadratische Matrix mit M (zur x-Achse parallelen)
Pixelzeilen und N (zur y-Achse parallelen) Pixelspalten. Eine typische
Konfiguration ist beispielsweise eine 15 × 15-Pixelmatrix. Jedes Pixel
der Photodetektormatrix 420, das mit dem Bezugszeichen 4000 bezeichnet
ist, umfasst im Wesentlichen einen lichtempfindlichen Bereich 1000, der
eine Photodiode (oder alternativ einen Phototransistor) bildet,
und eine aktive Schaltungsanordnung 4500, die Vorverstärkermittel
und Komparatorschaltungen zum Bestimmen von Randbedingungen zwischen
dem Pixel und wenigstens einem seiner Nachbarn enthält. Diese
aktive Pixel-Schaltungsanordnung 4500 wird im Folgenden
ausführlicher
beschrieben.
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In 1 umfasst
die optische Zeigervorrichtung ferner wenigstens eine Lichtquelle 410 (oder mehr)
wie etwa eine LED, die Strahlung, vorzugsweise monochromatische
Strahlung (wie etwa sichtbares oder unsichtbares Licht – vorzugsweise
Infrarotlicht), erzeugt, das auf einen Abschnitt einer Oberfläche S auftrifft.
Wiederum kann die Oberfläche
S eine ebene oder nicht ebene Oberfläche wie etwa die Oberfläche, über die
die Zeigervorrichtung bewegt wird (wie etwa im Fall einer optischen
Maus), der Oberfläche
einer Kugel (wie im Fall eines optischen Trackballs) oder eine andere
geeignete Oberfläche sein,
die ein geeignetes Intensitätsmuster
für die
Erfassung durch die Photodetektormatrix 420 schaffen kann.
Die optische Zeigervorrichtung umfasst typischerweise ein Fenster
und eventuell eine optische Anordnung (nicht gezeigt), die zwischen
der Oberfläche
S einerseits und der Lichtquelle 410 und der Photodetektormatrix 420 andererseits angeordnet
ist. Diese Fensteranordnung und diese optische Anordnung sind typischerweise
dazu vorgesehen, die optischen Komponenten der Zeigervorrichtung
vor Staub zu schützen
und die von der Lichtquelle 410 emittierte Strahlung und
die von dem beleuchteten Abschnitt der Oberfläche S reflektierte Strahlung
zu fokussieren.
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Die
optische Zeigervorrichtung umfasst ferner Zeitgebermittel 430,
um dem Verarbeitungsmittel 400 ein Taktsignal CLK zuzuführen. Dieses
Taktsignal CLK wird von dem Verarbeitungsmittel 400 dazu verwendet,
die für
die digitale Datenverarbeitung erforderlichen Zeitsteuersignale
herzuleiten und die Operationen der Photodetektormatrix 420 sowie
das Pulsieren der Lichtquelle 410 zu steuern. Selbstverständlich ist
das Zeitgebermittel 430 nicht wesentlich; das Taktsignal
CLK kann genauso gut von dem Host, mit dem die optische Zeigervorrichtung
(über die Leistungsschnittstelle 450)
verbunden ist, geliefert werden.
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Ferner
führen
drei Schalter 441, 442 und 443 dem Verarbeitungsmittel 400 zusätzliche
Steuereingangsgrößen zu.
Die Aktivierung dieser Schalter 441, 442, 443 wird
im Allgemeinen mittels entsprechender Knöpfe, die sich am Gehäuse der
Vorrichtung befinden, gesteuert.
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Das
Verarbeitungsmittel 400 kann ferner bidirektional mit einer
Leitungsschnittstelle 450 kommunizieren, die ihrerseits über einen
Bus 455 mit einem (nicht gezeigten) Host-System kommuniziert. Dem
Host-System werden über
den Bus 455 Cursor-Steuersignale (und eventuell weitere
Signale, die auf die optische Zeigervorrichtung bezogen sind) zugeführt. Das
Verarbeitungsmittel 400 kann außerdem Informationen wie etwa
Konfigurationssignale über den
Bus 455 vom Host-System empfangen.
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Wie
oben kurz erwähnt
worden ist, ist das Verarbeitungsmittel 400 im Wesentlichen
dazu vorgesehen, die Pixel-Ausgangsgrößen der Photodetektormatrix 420 in Übereinstimmung
mit einer definierten Sequenz intermittierend abzutasten. Die Randinformationen
von zwei aufeinander folgenden Abtastwerten werden durch das Verarbeitungsmittel 400 verglichen,
und ein Relativbewegungsmesswert wird extrahiert. Aus dem Relativbewegungsmesswert werden
dann die geeigneten Cursor-Steuersignale hergeleitet und über die
Leitungsschnittstelle 450 an das Host-System übertragen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die mit EDGE_X und EDGE_Y bezeichneten Randbedingungen
längs der
ersten und der zweiten Achse der Pho todetektormatrix nicht direkt
auf der Grundlage eines Vergleichs der Pixel-Ausgangssignale von Pixelpaaren
(wie bei der Lösung
im Stand der Technik), sondern auf der Grundlage eines Vergleichs
von ersten und zweiten Signalen, die sich aus der Summe von mehreren
Pixel-Ausgangssignalen ergeben, bestimmt.
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Daher
sind Schaltungsmittel zum Summieren der Pixel-Ausgangssignale von
Pixel-Untermengen und zum Erzeugen für jede dieser Pixel-Untermengen
eines Summationsausgangssignals vorgesehen, wobei die Verarbeitungsmittel
den Messwert der Relativbewegung auf diesen Summationsausgangssignalen
basierend bestimmen. Vorzugsweise umfassen diese Schaltungsmittel
mehrere verschiedene Summationsschaltungsmittel, die jeweils einer verschiedenen
Pixel-Untermenge zugeordnet sind.
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3 zeigt
schematisch, wie die Photodetektormatrix 420 von 2 in
verschiedene Pixel-Untermengen unterteilt werden kann. 3 zeigt
nur einen 3 × 3-Pixelabschnitt
der Photodetektormatrix von 2. In diesem
Beispiel ist jede Pixel-Untermenge als 2 × 2-Pixelmatrix definiert,
wobei die Figur nur vier dieser Untermengen zeigt, die mit den Bezugszeichen
A, B, C und D bezeichnet sind. Wie in 3 gezeigt
ist, überlappen
sich die Untermengen A, B, C, D (sowie die anderen Untermengen),
so dass in jede Untermenge wenigstens ein mit anderen Untermengen
gemeinsames Pixel fällt.
In diesem spezifischen Beispiel teilt sich jede Pixel-Untermenge
ein oder zwei Pixel mit den benachbarten Untermengen.
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Selbstverständlich können die
Untermengen so definiert sein, dass sie irgendeine angemessene Anzahl
von Pixeln enthalten. In der Praxis ist diese Anzahl vorzugsweise
im Bereich zwischen 2 und 9 Pixel gewählt, wobei genauso gut auch
eine größere Anzahl
von Pixeln pro Untermenge möglich
ist. Außerdem
sind die Untermengen nicht notwendigerweise "quadratisch", d. h. als Untermatrizen der Photodetektormatrix,
definiert. Beispielsweise könnte,
anstatt jede Untermenge als 2 × 2-Pixelmatrix
zu definieren, wie in 3 gezeigt ist, eine Untermenge
so definiert sein, dass sie fünf
benachbarte Pixel enthält, die
eine "+"-förmige
Anordnung bilden und ein erstes "zentrales" Pixel und die vier
benachbarten Pixel, die sich beiderseits dieses ersten Pixels in
der gleichen Zeile und der gleichen Spalte befinden, umfassen. Alternativ
könnte
unter Beibehaltung einer Fünfpixel-Anordnung
jede Untermenge als "X"-förmige Anordnung,
die ein erstes "zentrales" Pixel und die vier benachbarten
Pixel, die sich beiderseits dieses ersten Pixels in den zwei Diagonalen
befinden, umfassen, definiert sein. Es kommen weitere symmetrische oder
unsymmetrische Pixelanordnungen in Betracht.
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Selbstverständlich ist
die Photodetektormatrix selbst nicht zwangsläufig "quadratisch". Pixel an den Rändern der Matrix können beispielsweise
verworfen oder deaktiviert sein. Wie in 5 gezeigt
ist, kann die Photodetektormatrix beispielsweise so beschaffen sein,
dass sie einen im Wesentlichen kreisförmigen oder vieleckigen äußeren Umfang
besitzt. Darüber
hinaus könnten
die Pixel längs
einer ersten und einer zweiten Achse ausgerichtet sein, die nicht orthogonal
sind, wie in 5 gezeigt ist. In diesem Fall
kann jede Untermenge in herkömmlicher
Weise so definiert sein, dass sie drei benachbarte Pixel enthält, die
eine "T"-förmige Anordnung
bilden, wie in 6 gezeigt ist, die einen Abschnitt
der Photodetektormatrix 420 von 5 und drei
sich überlappende
Untermengen, die mit den Bezugszeichen A*, B*, C* bezeichnet sind,
zeigt.
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Außerdem sollte
klar sein, dass alle Untermengen nicht zwangsläufig gleich, sondern nach Form
und Pixel unterschiedlich sind. Beispielsweise wird verständlich,
dass unter Annahme der oben erwähnten "+"-förmigen
Anordnung mit fünf
Pixeln die Pixel, die sich in den vier Ecken der Photodetektormatrix
von 2 befinden, nicht in jeder Untermenge enthalten
sind. Jedes dieser vier Pixel kann entweder verworfen oder in einer
oder in sämtlichen
benachbarten Untermengen (wobei diese Untermengen in diesem Fall
sechs statt fünf
Pixel enthaften würden) oder
in einer anderen Untermenge, etwa als 2 × 2-Pixelmatrix (an jeder Ecke),
enthalten sein. In den letzten beiden Fällen sollten die jeder dieser "spezifischen" Untermengen zugeordneten
Schaltungsmittel so modifiziert sein, dass das Summationsausgangssignal
das gleiche "Gewicht" wie die durch die
anderen Summationsschaltungsmittel ausgegebenen Summationsausgangssignale
hat. Dies kann beispielsweise durch geeignetes Wählen angemessener Widerstandswerte
für die
resistiven Elemente der Summationsschaltung von 7,
die weiter unten beschrieben wird, erreicht werden.
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Das
Unterteilungsprinzip von 3 betreffend sollte klar sein,
dass bei einer Photodetektormatrix, die M Zeilen und N Spalten von
Pixeln umfasst, und Pixel-Untermengen, die als Matrizen mit einer Anzahl
m von Zeilen und einer Anzahl n von Spalten (wobei m und n jeweils
kleiner als M und N sind) definiert sind, (M – m + 1) mal (N – n + 1)
Pixel-Untermengen in diesem Fall definiert sind. Beispielsweise sind,
falls die Photodetektormatrix 420 eine quadratische 15 × 15-Pixelmatrix ist und
jede Untermenge eine 2 × 2-Pixelmatrix
ist, wie in 3 gezeigt ist, 14 × 14 verschiedene
Pixel-Untermengen definiert.
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Es
soll nun auf 4 Bezug genommen werden, die
eine schematische Darstellung von vier Pixeln 4000A bis 4000C einer
gewählten
2 × 2-Pixeluntermenge (wie
sie in 3 definiert ist) und der entsprechenden Summationsschaltungsmitteln 700 zum Summieren
der Pixel-Ausgangssignale SOUT, A bis SOUT, D und zum Erzeugen eines
entsprechenden mit SOUT, SUM bezeichneten Summationsausgangssignals
ist, wobei dieses Signal den Vergleichsmitteln 800, 900 zum
Bestimmen der Randbedingungen EDGE_X und EDGE_Y mittels einer Technik,
die zu jener, die in den oben zitierten US-Patenten 5 288 993 und
Nr. 5 703 356 beschrieben ist, ähnlich
ist, zugeführt
wird. In diesem Beispiel basiert das Randerfassungsprinzip auf einem
Vergleich des Summationsausgangssignals SOUT, SUM der momentanen
Pixel-Untermenge (die die Pixel 4000A bis 4000D enthält) mit
dem Summationsausgangssignal der Untermenge auf der rechten Seite
(die die Pixel 4000A, 4000D und die zwei Pixel
auf deren rechten Seite enthält)
mittels Vergleichsmittel 800 und mit der Untermenge unten
(die die Pixel 4000B, 4000D und die zwei Pixel
unterhalb von diesen Pixeln enthält) mittels
der Vergleichsmittel 900. Die momentane Untermenge liefert,
wie gezeigt ist, ihr Summationsausgangssignal SOUT, SUM auch an
die Untermengen links und oben.
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Obwohl 4 lediglich
die einer einzigen Pixel-Untermenge zugeordnete aktive Schaltungsanordnung
zeigt, ist anderen Pixel-Untermengen selbstverständlich eine gleiche Schaltungsanordnung
zugeordnet. Selbstverständlich
sind auch für die
Untermengen, die sich weit rechts und unterhalb der Photodetektormatrix
befinden, d. h. die Untermengen, die keine benachbarten Untermengen
auf ihrer rechten und/oder unteren Seite besitzen, spezifische Bedingungen
definiert.
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Wieder
die in 2 schematisch gezeigte Pixelarchitektur betreffend
ist die aktive Schaltungsanordnung von 4 vorteilhafterweise
in dem aktiven Bereich eines der Pixel der zugeordneten Pixel-Untermenge
gebildet. Beispielsweise kann die aktive Schaltungsanordnung 700, 800, 900 von 4 zweckmäßig in dem
aktiven Bereich des Pixels 4000A gebildet sein, wobei die
aktive Schaltungsanordnung, die den Untermengen auf der rechten
Seite, der unteren Seite und der unteren rechten Seite zugeordnet
ist, jeweils in dem aktiven Bereich der Pixel 4000C, 4000B und 4000D gebildet
ist.
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Die
Summationsschaltungsmittel 700 können in unterschiedlicher Weise
ausgeführt
sein. Unter der Annahme, dass die Pixel-Ausgangssignale SOUT, A
bis SOUT, D Spannungssignale sind, könnte beispielsweise eine herkömmliche
Sum mationsschaltung, wie sie in 7 gezeigt
ist, verwendet werden, um die Summationsausgangsspannung SOUT, SUM
zu erzeugen. Wie in der Figur gezeigt ist, enthält diese Summationsschaltung 700 mehrere Summationseingänge 700A bis 700D,
einen Operationsverstärker 720 und
einen Rückkopplungswiderstand
oder ein resistives Rückkopplungselement
Rf. Jeder Summationseingang umfasst ein resistives Element R1, R2,
R3, R4 mit einem ersten Anschluss, dem jeweils eines der Ausgangssignale
SOUT, A bis SOUT, D zugeführt
wird, und einem zweiten Anschluss, der mit einem gemeinsamen Summationsknoten 710 verbunden
ist. Der invertierende Eingang des Verstärkers 720 ist mit
dem gemeinsamen Summationsknoten 710 verbunden, wobei der
invertierende Eingang mit einem Bezugspotential wie etwa Erde verknüpft ist,
wobei das resistive Element Rf zwischen den invertierenden Eingang
und den Ausgang des Operationsverstärkers 720, der die
Summationsausgangsspannung SOUT_SUM liefert, geschaltet ist.
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Selbstverständlich ist
die Summationsschaltung von 7 hier bloß zu Erläuterungszwecken angegeben,
wobei andere Schaltungsanordnungen, die Fachleuten auf dem Gebiet
bekannt sind, verwendet werden könnten,
um dieselbe Funktion, d. h. das Summieren der von dem Pixel jeder
Untermenge gelieferten Pixel-Ausgangssignale, zu erfüllen. Außerdem können die
Funktionen der Summationsschaltungsmittel 700 und der Komparatormittel 800, 900 zweckmäßig gemischt
werden, um die Randbedingungen EDGE_X und EDGE_Y direkt auszugeben.
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Wie
in 7 gezeigt ist, ist das Grundprinzip des Summierens
der Pixel-Ausgangssignale
das Umsetzen dieser Signale (falls die Pixel-Ausgangssignale Spannungssignale
sind) mittels resistiver Elemente und das Addieren dieser Ströme an einem
gemeinsamen Summationsknoten, um einen Summationsausgangsstrom zu
erzeugen. Dieser Summationsausgangsstrom kann mittels Stromkomparatorschaltungen
direkt mit dem Summationsausgangsstrom von anderen Untermengen verglichen
werden oder alternativ in ein Spannungssignal umgesetzt (wie es
bei der Summationsschaltung von 7 der Fall
ist) und mit dem Spannungssignal von anderen Pixel-Untermengen verglichen
werden. Falls die Pixel-Ausgangssignale
Stromsignale sind, kann jedes Pixel-Ausgangssignal einfach an einem
gemeinsamen Summationsknoten addiert werden. Dies kann beispielsweise
durch Anlegen jedes Pixel-Ausgangssignals an den Eingang einer jeweiligen
Stromspiegelschaltung und Verbinden der Ausgangszweige jedes Pixels
in einer gewählten
Pixel-Untermenge mit einem gemeinsamen Summationsknoten erreicht werden.
Wenn das Unterteilungsbeispiel von 3 genommen
wird, würde
dies grundsätzlich
für jedes Pixel
(mit Ausnahme des Pixels an den Rändern der Photodetektormatrix)
eine Stromspiegelschaltung mit vier Ausgangszweigen für jedes
Pixel erfordern, wobei dem Rechnung getragen wird, dass in diesem Beispiel
ein Pixel in bis zu vier verschiedenen Pixel-Untermengen enthalten
sein kann.
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Obwohl
die Erfindung hinsichtlich bestimmter spezifischer Ausführungsformen
beschrieben worden ist, sind diese Ausführungsformen selbstverständlich nicht
als Beschränkungen
der Erfindung auszulegen. Tatsächlich
können
Fachleuten, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen, verschiedene
Modifikationen und/oder Anpassungen offenbar werden. Beispielsweise
sind die vorgeschlagenen Ausführungsformen
nicht notwendigerweise auf Erfassungsvorrichtungen begrenzt, die eine
gleichmäßige Matrix
von Pixeln, die längs
zweier orthogonaler Achsen ausgerichtet sind, umfassen. Es kommen
weitere Pixelanordnungen wie etwa Pixelanordnungen, die Pixel enthalten,
die längs
zweier (oder mehrerer) nicht orthogonaler Achsen ausgerichtet sind,
wie in 5 gezeigt ist, in Betracht.
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Außerdem arbeitet
die Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht notwendigerweise nach dem Randerfassungsprinzip
der US-Patente Nr. 5 288 993 und Nr. 5 703 356. Beispielsweise ist
die vorliegende Erfindung auch auf das Bewegungserfassungsprinzip
anwendbar, das in den US-Patenten Nr. 5 578 813 und Nr. 5 644 139
offenbart ist und auf der Korrelation aufeinander folgender Bildrahmen,
die von der Photodetektormatrix ausgegeben werden, basiert. Tatsächlich ist
die vorliegende Erfindung selbstverständlich nicht von dem Bewegungserfassungsprinzip,
das angewandt wird, abhängig.