導航裝置及其省電方法

2023-09-18 12:45:20 1

導航裝置及其省電方法
【專利摘要】一種導航裝置，包含圖像傳感器、處理單元、主時鐘電路和副時鐘電路；其中，所述副時鐘電路的時鐘頻率遠低於所述主時鐘的時鐘頻率。所述圖像傳感器在突發期間獲取預設數目的圖像幀。所述處理單元根據所述圖像幀計算位移量，在所述圖像傳感器獲取完所述預設數目的圖像幀後關閉所述主時鐘電路並在所述突發期間結束前根據所述副時鐘電路重新啟動所述主時鐘電路。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明是有關一種輸入裝置，更特別有關一種光學導航裝置及其省電方法。 導航裝置及其省電方法

【背景技術】
[0002] 使用者可通過各式輸入裝置，例如觸控面板、指向裝置、光學滑鼠或鍵盤與顯示裝 置進行互動。為了增加操作便利性，某些周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周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。
[0003] 例如光學滑鼠中，當所述光學滑鼠經過預設時間未被使用者操作時，則進入休眠 模式（sleep mode);所述休眠模式中，例如可採用低頻時鐘信號以降低整體耗能。例如參照 圖1所不，其顯不已知光學滑鼠的兩種時鐘信號，例如包含主時鐘（main clock)和休眠時 鍾（sleep clock);所述兩種時鐘信號同時被產生。在正常操作模式下所述光學滑鼠使用所 述主時鐘，而在休眠模式下所述光學滑鼠則使用所述休眠時鐘。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。
[0004] 有鑑於此，本發明還提出一種導航裝置及其省電方法，其可同時在正常操作模式 以及休眠模式進行省電，可有效降低裝置整體耗能。


【發明內容】

[0005] 本發明提供一種導航裝置及其省電方法，其可在正常操作模式下關閉主時鐘電路 預設時間，並在休眠模式下僅讀取和處理部分像素資料來有效降低整體耗能。
[0006] 本發明提供一種導航裝置及其省電方法，其在正常操作模式下以突發模式計算並 報告位移量。
[0007] 本發明提供一種導航裝置，包含主時鐘電路、副時鐘電路、圖像傳感器以及處理單 元。所述主時鐘電路產生第一頻率的第一時鐘信號。所述副時鐘電路產生第二頻率的第二 時鐘信號，其中所述第二頻率低於所述第一頻率。所述圖像傳感器在突發模式的突發期間 根據所述第一時鐘信號獲取第一圖像、第二圖像和第三圖像。所述處理單元根據所述第一 圖像、所述第二圖像和所述第三圖像計算所述位移量，並從所述圖像傳感器接收到所述第 三圖像後的預設時間關閉所述主時鐘電路。
[0008] 本發明還提供一種導航裝置，包含主時鐘電路、副時鐘電路、圖像傳感器以及處理 單元。所述主時鐘電路產生第一頻率的第一時鐘信號。所述副時鐘電路產生第二頻率的第 二時鐘信號，其中所述第二頻率低於所述第一頻率。所述圖像傳感器在突發模式的突發期 間根據所述第一時鐘信號獲取多個圖像幀。所述處理單元用以控制所述圖像傳感器在所述 突發期間的第一期間獲取所述圖像幀，在所述突發期間的第二期間關閉所述主時鐘電路並 根據所述圖像幀計算所述位移量。
[0009] 本發明還提供一種導航裝置的省電方法，包含下列步驟：利用圖像傳感器在突發 模式的突發期間根據第一時鐘信號獲取多個圖像幀；利用處理單元根據所述圖像幀計算位 移量；以及計算出所述位移量後的所述突發期間的剩餘期間內，關閉所述第一時鐘信號。 [0010] 一實施例中，在所述第一時鐘電路關閉期間，當所述導航裝置被要求輸出所述位 移量時，所述主時鐘電路可被短暫開啟來報告所述位移量至主機，其中所述主機例如根據 所述位移量控制顯示裝置上光標的動作。
[0011] 一實施例中，當所述處理單元判斷預設數目的所述位移量均小於位移閾值時，則 進入休眠模式。所述休眠模式下，處理單元僅讀取並處理所述圖像傳感器的傳感陣列的部 分像素區域。
[0012] 一實施例中，所述處理單元在所述突發期間結束前可根據所述第二時鐘信號重新 啟動所述主時鐘電路。
[0013] 本發明實施例的導航裝置及其省電方法中，在正常操作模式下，突發期間的部分 時間中所述主時鐘電路被關閉以節省耗能；在休眠模式下，除了可使用較低頻的副時鐘電 路外，所述處理單元僅處理所獲取圖像幀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。
[0014] 為了讓本發明的上述和其他目的、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，在本發明的說明中，相同的構件是以相同的符號表示，在此預先說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1顯示已知光學滑鼠中的兩時鐘信號的示意圖；
[0016] 圖2顯示本發明實施例的導航裝置的方塊示意圖；
[0017] 圖3A顯示本發明實施例的導航裝置在正常操作模式下處理整張圖像幀的示意 圖；
[0018] 圖3B顯示本發明實施例的導航裝置在休眠模式下處理圖像幀的部分像素區域的 示意圖；
[0019] 圖4A顯示本發明實施例的導航裝置的操作示意圖；
[0020] 圖4B顯示本發明實施例的導航裝置的另一操作示意圖；
[0021] 圖5顯示本發明實施例的導航裝置的省電方法的流程圖。
[0022] 附圖標記說明
[0023] 1 導航裝置
[0024] 11 主時鐘
[0025] 12 副時鐘
[0026] 13 光源
[0027] 14 圖像傳感器
[0028] 141 傳感陣列
[0029] 15 處理單元
[0030] 16 控制邏輯
[0031] S 工作表面
[0032] IF, FrF3 圖像幀
[0033] Tb 突發期間
[0034] S31_S3222 步驟
[0035] ?\ 第一期間
[0036] Τ2 第二期間。

【具體實施方式】
[0037] 參考圖2所示，其顯示本發明實施例的導航裝置的方塊示意圖。本發明的導航裝 置1包含主時鐘電路11、副時鐘電路12、光源13、圖像傳感器14、處理單元15和控制邏輯 16。所述主時鐘電路11主要用以提供所述導航裝置1在正常操作模式下運作時所需的時 鍾信號而所述副時鐘電路12主要用以提供所述導航裝置1在休眠模式下運作時所需的時 鍾信號；其中，所述休眠模式是指相對於所述正常操作模式，所述導航裝置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已知，故在此 不再贅述。
[0038] 例如，所述主時鐘電路11產生第一頻率的第一時鐘信號(主時鐘)而所述副時鐘電 路12產生第二頻率的第二時鐘信號(副時鐘）；其中，所述第二頻率較佳遠低於所述第一頻 率來提高省電效果。一實施例中，所述第一頻率例如可為24百萬赫茲（MHz)而所述第二頻 率例如為1000赫茲（Hz)或2000赫茲；可以了解的是，所述第一頻率和所述第二頻率的數 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所述第二頻率遠小於所述第一 頻率即可。此外，所述第一頻率較佳為所述第二頻率的整數倍。
[0039] 所述導航裝置1例如可為光學滑鼠等可用以偵測相對於工作表面S的位移量的偵 測裝置，其在正常操作模式下以突發模式（burst mode)計算並報告位移量。
[0040] 所述光源13例如可為至少一個發光二極體（LED)、雷射二極體（LD)或其他適當的 主動式光源，用以照明所述工作表面S以提供所述圖像傳感器14獲取圖像時所需的光。一 實施例中，所述光源13的點亮頻率可相同於或小於所述圖像傳感器14的採樣頻率。
[0041] 所述圖像傳感器14例如為主動式圖像傳感器，例如CMOS圖像傳感器或其他可將 光能量轉換為電信號的裝置。所述圖像傳感器14包含傳感陣列141，其由多個像素陣列 地排列而成。在正常操作模式下，所述圖像傳感器14在所述突發模式的突發期間（burst period)根據所述第一時鐘信號獲取多個圖像幀I F (詳述於後)。
[0042] 所述處理單元15例如可為數位處理器（DSP)等可用以處理所述圖像傳感器14所 輸出的圖像資料的處理裝置。本實施例中，所述處理單元15耦接其他元件，用以控制所述 圖像傳感器14在所述突發期間的第一期間獲取多個圖像幀I F並於所述突發期間的第二期 間關閉所述主時鐘電路11並根據所述圖像幀IF計算所述位移量；其中，所述第一期間例如 可為所述突發期間的起始期間以作為偵測位移量的導航期間，而所述第二期間則為所述第 一期間之後的所述突發期間的剩餘時間。本發明中，由於所述第二期間中所述第一時鐘信 號僅用以計數下一個突發期間的起始時間，因此可利用頻率較低的第二時鐘信號來取代第 一時鐘信號進行計數所述起始時間，以降低整體耗能；此外，所述處理單元15還在所述突 發期間結束前根據所述第二時鐘信號重新啟動所述主時鐘電路。本實施例中，所述第一期 間例如為所述突發期間的起始時間至所述圖像傳感器14獲取完所述預設數目圖像幀後的 預設時間；其中，所述預設時間可根據所述處理單元15計算所述位移量所需的運算時間所 決定或為所述突發期間的固定比例(舉例說明於後)。
[0043] 所述處理單元15在每一突發期間計算出位移量後，則有線或無線地將所述位移 量傳送至主機（host) 3 ;例如，所述處理單元15可以固定的報告率（report rate)輸出所 述位移量或接收所述主機3的通知後才輸出所述位移量。所述主機3則例如可根據所述位 移量相對控制顯示裝置(未繪示）上一光標的動作；其中，主機根據位移資料控制光標的技 術已為已知，故在此不再贅述。本發明的精神在於節省導航裝置1在運作時的整體耗能。
[0044] 所述控制邏輯16則用以控制所述圖像傳感器14的傳感陣列141中，被所述處理 單元15讀取的像素。本實施例中，在正常操作模式下，所述處理單元15控制所述控制邏輯 16讀取所述傳感陣列141的所有像素資料，如圖3A所示的斜線區域。在休眠模式下，所述 處理單元15控制所述控制邏輯16僅讀取所述傳感陣列141的部分像素區域，如圖3B所示 的斜線區域。藉此，由於所述處理單元15僅處理所述圖像傳感器14所獲取圖像幀的部分 像素區域的圖像資料，因此在休眠模式下可降低資料處理所消耗的電能。
[0045] 一實施例中，當所述處理單元15判斷預設數目的所述位移量均低於位移閾值時， 則進入所述休眠模式；所述休眠模式下所述導航裝置1根據所述第二時鐘信號運作，來進 一步降低整體耗能。此外，所述處理單元15在所述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，來避免出現誤判的情形；例如圖2顯示當所述圖像傳 感器14位於所述光源13的主光束（main beam)的光路上時，被選擇的部分像素區域較佳 為不包含所述傳感陣列141的中央區域（圖3B)，由於此時所述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是用以供所述 處理單元15判斷圖像特徵是否發生變化來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圖3B所示區域，只要是能夠判定圖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，所述圖像特徵變化例如為被選擇的部分像素區域的最大亮 度像素的位置變化，但並不以此為限；例如也可為被選擇的部分像素區域中亮度差最大的 兩相鄰像素的位置變化。
[0046] 請參照圖4A和圖4B所示，其顯示本發明實施例的導航裝置在正常操作模式下的 操作示意圖。圖4A中，所述圖像傳感器14在突發期間Tb的第一期間?\內根據第一時鐘信 號獲取第一圖像匕、第二圖像F 2以及第三圖像F3，且第二期間Τ2內不獲取任何圖像幀， 因此本發明說明中稱之為突發模式；所述處理單元15則根據所述第一圖像匕、所述第二圖 像F 2和所述第三圖像F3計算所述位移量，並從所述圖像傳感器14接收到所述第三圖像F3 後到預設時間（例如t4)關閉所述主時鐘電路11。一實施例中，所述處理單元15可根據所 述第一圖像匕和所述第二圖像F 2計算第一位移量並根據所述第二圖像F2和所述第三圖像 F3計算第二位移量。所述處理單元15可將所述第一位移量、所述第二位移量、所述第一位 移量和所述第二位移量的平均位移量或所述第一位移量和所述第二位移量的加權平均位 移量作為輸出位移量，在每一突發模式的第二期間T 2輸出至所述主機3。
[0047] 例如本實施例中，所述圖像傳感器14在時間&獲取所述第一圖像Fi，在第二時間 t2獲取所述第二圖像F2並在第三時間t3獲取所述第三圖像F3 ;其中，所述第一時間&和所 述第二時間t2的第一時間間隔（t2_ti)較佳為固定，所述第二時間t 2和所述第三時間t3的 一第二時間間隔（t3_t2)較佳大於所述第一時間間隔（? 2-〇。一實施例中，所述第二時間間 隔（t3_t2)可由所述處理單元15根據所述第一位移量決定；例如，當所述第一位移量越大時 所述第二時間間隔（t 3_t2)越小，而當所述第一位移量越小時所述第二時間間隔（t3_t2)越 大；也即，所述第三圖像匕的採樣時間t 3可為不固定，而所述採樣時間〖3較佳不超過所述 第一期間?\ ;其中，所述第一期間?\例如可根據所述第一時鐘電路11的第一頻率和所述傳 感陣列141的尺寸決定。一實施例中，所述第一期間?\可為所述突發期間Tb的固定比例， 所述處理單元15可固定於所述第一期間?\結束時或結束後固定時間(例如根據計算所述 位移量所需的運算時間決定）關閉所述主時鐘電路11。另一實施例中，時間t 4可為所述處 理單元15接收到所述第三圖像匕後的預設時間；其中，所述預設時間為所述處理單元15計 算所述位移量所需的運算時間。換句話說，本實施例中所述處理單元15關閉所述第一時鐘 電路11的所述第二期間'可為固定或非固定，可根據不同實施例而定，只要是在計算出所 述位移量後並在下一個突發期間IV前即可。可以了解的是，所述第一時鐘電路11的關閉 時間越長所能節省的電力則越多。
[0048] 所述處理單元15可在所述第二期間T2的適當時間報告所述位移量至所述主機3。 例如，所述處理單元15可在接收到來自所述主機3的信息後報告所述位移量。當所述處理 單元15被要求報告所述位移量時，所述主時鐘電路11在所述第二期間Τ 2可被暫時開啟以 報告所述位移量，如圖4Β所示；其中，如前所述，所述主時鐘電路11可由所述第二時鐘信號 開啟。當所述位移量報告完畢且下一個突發期間IV尚未開始時，所述第一時鐘電路11可 再度被關閉或持續運作至下一個突發期間IV。
[0049] 可以了解的是，雖然圖4Α和圖4Β中顯示突發期間Tb (IV )中獲取三張圖像幀 (例如匕43)，但本發明並不以此為限。突發期間所獲取圖像幀的數目可根據計算位移量所 使用的演算法而定。此外，雖然圖4A和圖4B中所述第二時鐘信號（即副時鐘f 2)領先所述 第一時鐘信號（即主時鐘f\)第一周期（即所述第一時鐘信號的周期)，但本發明並不以此為 限。所述第二時鐘信號可提早所述第一時鐘信號適當時間以提早啟動所述圖像傳感器以外 的元件，例如提早點亮所述光源13。
[0050] 請參照圖5所示，其顯示本發明實施例的導航裝置的省電方法的流程圖，包含下 列步驟：在突發期間根據第一時鐘信號獲取多個圖像幀(步驟S 31);根據所述圖像幀計算位 移量(步驟S32);關閉所述第一時鐘信號(步驟S3211);利用第二時鐘信號重新啟動所述第一 時鐘信號(步驟S 3212);進入休眠模式(步驟S3221 );以及處理部分像素區域(步驟S3222 )。
[0051] 同時參照圖2、圖4A、圖4B和圖5所示，接著說明本實施例的導航裝置的省電方法 的實施方式。
[0052] 步驟S31 :所述圖像傳感器14在每一突發期間Tb均根據第一時鐘信號獲取多個圖 像幀IF，且較佳在所述突發期間Tb開始時即開始採樣，例如圖4A和圖4B的圖像幀匕4 3。
[0053] 步驟S32:所述處理單元15則根據所述圖像幀IF計算位移量，例如利用兩圖像幀間 的相關性計算所述位移量。此外，如前所述突發期間Tb所求得的位移量例如可為兩個以上 位移量的不同組合。例如，若每一個突發期間獲取四張圖像，輸出位移量可為三個位移量， 其根據不同對的圖像所求得，其中一者或其組合。
[0054] 步驟S3211 :在正常操作模式下，在所述處理單元15計算出所述位移量後的預設時 間（例如時間t4)，即可關閉所述主時鐘電路11來節省耗能；例如，假設所述處理單元15在 時間t 4計算出所述位移量，則時間區間（t4_t3)可決定所述預設時間；也即計算所述位移量 所需的運算時間。如前所述，所述處理單元15可在所述突發期間Tb內的固定時間關閉所 述主時鐘電路11，或根據所述圖像幀的最後一個圖像幀(例如F 3)的採樣時間而改變所述主 時鐘電路11的關閉時間。
[0055] 步驟S3212 :在所述主時鐘電路11關閉的期間，是利用所述副時鐘電路12來計數下 一個突發期間(例如IV )的起始時間(例如時間t/ )。因此在下一個突發期間IV開始 前，所述處理單元15可利用第二時鐘信號來重新啟動所述第一時鐘信號，且所述第一時鐘 信號較佳略早於所述下一個突發期間IV被啟動來先啟動部分元件，例如先啟動所述光源 13來照明所述工作表面S。
[0056] 步驟S3221 :當所述處理單元15判斷預設數目的所述位移量均低於位移閾值時進入 休眠模式；其中，所述預設數目和所述閾值的數值例如可被系統靈敏度和所使用的元件所 決定。
[0057] 步驟S3222 :休眠模式下，除了部分元件停止作動或降低活動量,所述處理單元15還 可控制所述控制邏輯16僅讀取所述圖像傳感器14的傳感陣列141的部分像素區域(如圖 3B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多 個像素區域。
[0058] 綜上所述，已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，本發明還提供一種導航裝置（圖2)和其省電方法（圖5)，其 透過在正常操作模式下的部分時間關閉主時鐘電路來節省系統耗能，並能夠搭配休眠模式 下僅處理部分像素資料，來有效降低導航裝置的整體耗能。
[〇〇59] 雖然本發明已通過前述實例披露，但是其並非用以限定本發明，任何本發明所屬 【技術領域】中具有通常知識的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更 動與修改。因此本發明的保護範圍當視後附的權利要求所界定到範圍為準。
【權利要求】
1. 一種導航裝置，正常操作模式下以突發模式報告位移量，所述導航裝置包含： 主時鐘電路，產生第一頻率的第一時鐘信號； 副時鐘電路，產生第二頻率的第二時鐘信號，其中所述第二頻率低於所述第一頻率； 圖像傳感器，在所述突發模式的突發期間根據所述第一時鐘信號獲取第一圖像、第二 圖像和第三圖像；以及 處理單元，根據所述第一圖像、所述第二圖像和所述第三圖像計算所述位移量、並從所 述圖像傳感器接收到所述第三圖像後的預設時間關閉所述主時鐘電路。
2. 根據權利要求1所述的導航裝置，其中所述預設時間根據所述處理單元計算所述位 移量所需的運算時間來決定。
3. 根據權利要求1所述的導航裝置，其中所述預設時間為所述突發期間的固定比例。
4. 根據權利要求1所述的導航裝置，其中所述第一圖像與所述第二圖像相距第一時間 間隔而所述第二圖像與所述第三圖像相距第二時間間隔，所述第二時間間隔大於所述第一 時間間隔。
5. 根據權利要求4所述的導航裝置，其中所述第二時間間隔是根據所述第一圖像和所 述第二圖像所計算出的第一位移量決定的。
6. 根據權利要求1所述的導航裝置，其中當所述處理單元被要求報告所述位移量時， 所述主時鐘電路被暫時開啟。
7. 根據權利要求1所述的導航裝置，其中所述處理單元當判斷預設數目的所述位移量 小於位移閾值時，進入休眠模式。
8. 根據權利要求7所述的導航裝置，該導航裝置還包含控制邏輯，其中所述處理單元 在所述休眠模式下控制所述控制邏輯僅讀取所述圖像傳感器的傳感陣列的部分像素區域。
9. 根據權利要求8所述的導航裝置，其中所述部分像素區域不包括所述傳感陣列的中 央區域。
10. 根據權利要求8所述的導航裝置，其中所述部分像素區域為亮度值未達飽和的像 素區域。
11. 根據權利要求7所述的導航裝置，其中所述休眠模式下所述導航裝置根據所述第 二時鐘信號運作。
12. 根據權利要求1所述的導航裝置，其中所述處理單元在所述突發期間結束前還根 據所述第二時鐘信號重新啟動所述主時鐘電路。
13. -種導航裝置，正常操作模式下以突發模式計算位移量，所述導航裝置包含： 主時鐘電路，產生第一頻率的第一時鐘信號； 副時鐘電路，產生第二頻率的第二時鐘信號，其中所述第二頻率低於所述第一頻率； 圖像傳感器，在所述突發模式的突發期間根據所述第一時鐘信號獲取多個圖像幀；以 及 處理單元，用以控制所述圖像傳感器在所述突發期間的第一期間獲取所述圖像幀、在 所述突發期間的第二期間關閉所述主時鐘電路、並根據所述圖像幀計算所述位移量。
14. 根據權利要求13所述的導航裝置，其中導航裝置進入休眠模式時根據所述第二時 鍾信號運作。
15. 根據權利要求14所述的導航裝置，其中所述處理單元在所述休眠模式下僅處理所 述圖像傳感器所獲取的圖像幀的部分像素區域。
16. 根據權利要求13所述的導航裝置，其中所述第二頻率為1000或2000赫茲。
17. 根據權利要求13所述的導航裝置，其中所述處理單元在所述第二期間還根據所述 第二時鐘信號重新啟動所述主時鐘電路。
18. -種導航裝置的省電方法，正常操作模式下所述導航裝置以突發模式計算位移量， 所述省電方法包含下列步驟： 利用圖像傳感器在所述突發模式的突發期間根據第一時鐘信號獲取多個圖像幀； 利用處理單元根據所述圖像幀計算位移量；以及 在計算出所述位移量後的所述突發期間的剩餘期間內，關閉所述第一時鐘信號。
19. 根據權利要求18所述的省電方法，該省電方法還包含： 利用第二時鐘信號重新啟動所述第一時鐘信號，其中所述第二時鐘信號的頻率低於所 述第一時鐘信號的頻率。
20. 根據權利要求18所述的省電方法，該省電方法還包含： 當預設數目的所述位移量均低於位移閾值時，進入休眠模式；以及 僅處理所述圖像傳感器所獲取的圖像幀的部分像素區域。
【文檔編號】G06F1/32GK104102323SQ201310445657
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年9月26日 優先權日:2013年4月9日
【發明者】黎景賢, 張景炎 申請人:原相科技股份有限公司