JP2000200144A - 光学式マウス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パソコン入力装置として、耐久性・意匠性・
経済性・操作性の高いマウスを提供する。 【解決手段】 縦方向及び横方向に、それぞれ一定のピ
ッチで繰り返す、明暗のパターン要素からなるパターン
が描かれているマウスパッドを用い、平面からの反射光
量を、スリット等を介して光センサにより検出し、その
出力波形により、マウスパッド平面に対するマウスの移
動する向き及び移動量を検出する。 【効果】 塵埃等の多い環境下でも耐久性の高いマウス
を実現できる。完全電子化が可能なので、移動量検出要
部が小型に出来、マウスの形状設計自由度が飛躍的に高
くなり、耐久性・意匠性・経済性・操作性の高いマウス
を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パーソナルコンピ
ュータ等グラフィックユーザーインターフェイス（以下
ＧＵＩという）の入力装置として不可欠な、画面上のポ
インタを移動させるポインティングデバイス（マウスと
呼ばれるものが一般的）に関する。

【０００２】

【従来の技術】パーソナルコンピュータ（以下パソコン
という）等ではＧＵＩを採用したＯＳが最近普及してい
るが、その入力装置として画面上のポインタを移動させ
るポインティングデバイスを用いて操作する。パソコン
は、その操作性の良さからＧＵＩを中心とする方向に移
行しつつあり、ポインティングデバイスとしてのマウス
はキーボードについで重要な入力装置であると言える。
本明細書では、ＧＵＩの入力装置としてのポインティン
グデバイスをマウスと呼ぶ。また、マウスを操作すると
きにマウスの下に敷くものをマウスパッドと呼ぶ。従来
のマウスはその本体の中に、マウスボールを収容してお
り、マウスを平らな面の上で移動させると、移動に従っ
てマウスボールは平らな面と接触して回転し、その回転
が、ボールと接触して回転するロータリエンコーダの軸
に伝えられる。回転数に比例した数の出力パルスが、ロ
ータリエンコーダからパソコンに送られ、画面上のポイ
ンタの動きに反映される。ロータリエンコーダは、縦横
の方向への移動に対して各１台設けられている。平らな
面の上での、マウスの２次元的な動きに対応している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように従
来のマウスは、機械的な構造が不可欠であることから、
その大きさやコスト等に制約がある。また、一般に新し
いマウスを使っている間は快適に使えていても、しばら
く使っていると、ポインタのスムーズな動きが得られな
くなることがしばしばある。塵埃や油脂分の影響を受
け、マウスのロータリエンコーダの軸がスムーズに回転
しなくなったり、特に油脂分によりマウスボールとエン
コーダの軸が滑ってしまうことが主な原因である。この
ため、塵埃や油脂分の多い工場等ではマウスは使えな
い。基本的にはマウスを掃除すれば良いが、その作業は
面倒であり、またその通りにしてもなかなか治らないこ
とがある。マウスは消耗品として買い換えることも考え
られるが、環境の悪い場所や使い方の激しいユーザにと
ってはコストもかかることになる。そこで、本発明者
は、マウスの耐久性，信頼性について、鋭意検討を進め
た結果、マウス本体に機械的な部分をなくし、入力装置
として全電子化することで、その信頼性を高め、コスト
低減も期待できるとの認識に立って、その方法を鋭意検
討し、本発明に至った。すなわち、本発明は、以上に説
明したパソコンで使う、ポインタを移動させる入力装置
に機械的部分を廃し、コスト低減・軽量化を可能とし、
耐久性・信頼性を高めることの出来る方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明のマウスの平面上
移動量検出方法は、上記目的を達成するため、縦方向及
び横方向にそれぞれ一定のピッチで繰り返す明暗のパタ
ーン要素からなるパターンが描かれているマウスパッド
平面からの反射光量を、該マウスパッド平面に対向す
る、スリット又はスリット状の開口部をもつライトガイ
ド等を介して光センサにより検出し、該光センサからの
出力波形により、該マウスパッド平面に対するマウスの
移動する向き及び移動量を検出することを特徴とする。
また、本発明のマウスは、縦方向及び横方向にそれぞれ
一定のピッチで繰り返す明暗のパターン要素からなるパ
ターンが描かれているマウスパッド平面と、該マウスパ
ッド平面にスリット又はスリット状の開口部をもつライ
トガイド等を介して対向する光センサと、該光センサか
らの出力波形を検出する装置とからなることを特徴とす
る。マウスパッド平面の上に描かれた縦方向及び横方向
にそれぞれ一定のピッチで繰り返す明暗のパターン要素
は、具体的には、例えば対角線の両側で塗り分けられた
正方形とする。該光センサからの出力波形を検出する装
置は、具体的には、例えば１個の発光ダイオード及び縦
方向用・横方向用の２個の受光素子からなる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明のマウス（パソコン入力装
置）の一例は、図１に示すように、一の対角線の両側で
明暗に塗り分けられた一辺の長さａの正方形（ａ）をパ
ターン要素６とし、パターン要素６が多数、縦方向・横
方向にピッチｐ＝ａで繰り返し配置されたパターン２
（ｂ）が表面に描かれたマウスパッド４を使用する。ピ
ッチｐは例えば１ｍｍ程度に設定される。本発明のマウ
スは、例えば図２（ａ）に示すように従来と同様な外形
を持ち、操作者はこれを軽く握りマウスパッド４の上で
移動させる。マウスの下面３の中央付近にはマウスパッ
ドに対向して、図２（ｂ）に要部を示すように、横方向
検出用スリットＳＸ及び縦方向検出用スリットＳＹが設
けられ、照明のためのＬＥＤ光源５が配置される。スリ
ットＳＸ，スリットＳＹは、それぞれ長さがパターンピ
ッチｐの整数倍で，幅がパターンピッチｐより充分小さ
くなっている。さらに、スリットＳＸ及びスリットＳＹ
を介してそれぞれ透過するパターンからの反射光量を感
知する、横方向用光センサＤＸと縦方向用光センサＤＹ
とが配置されている。光センサとしては、フォトダイオ
ード，フォトトランジスタ，フォトＩＣ，ＬＥＤと一体
化したフォトリフレクタ等の受光素子から適宜選ばれ
る。

【０００６】スリットＳＸを通してパターンから反射す
る光量は、スリットＳＸを通して見るパターンの白部分
に比例する。この時、スリットＳＸを図３（ａ）のイ→
ハと移動させれば、反射光量はイの位置ではほぼ０％，
ロではほぼ５０％，ハではほぼ１００％と変化する。そ
の結果、光センサＤＸの出力は時間ｔと共に連続的に変
化し、図４（ａ）の様な波形が出力される。逆に、図３
（ａ）のハ→イと移動すれば、光センサＤＸの出力波形
は時間ｔに対して、図４（ｂ）の様になる。ここで、ス
リットＳＸの長さをパターンピッチｐの整数倍としてい
るから、図３（ｂ）イ→ハのようにスリットＳＸの位置
がパターンの斜め上（縦方向）にずれても、常に整数個
（図の場合２個）の縦方向周期がスリットＳＸ内に含ま
れ、この場合も反射光量はイの位置ではほぼ０％．ロで
はほぼ５０％．ハではほぼ１００％と変化する。このた
め、スリットＳＸ内に含まれるパターンの白黒の比はス
リットＳＸの縦方向の動きに無関係となる。すなわち、
光センサＤＸの出力からは、純粋にマウスの動きの横方
向成分のみが検出される。

【０００７】このように、光センサＤＸの出力波形か
ら、マウスの横方向に関する移動の向き・移動量が検出
できる。具体的には、図４（ａ），（ｂ）の出力パルス
波形Ｐを微分する。微分波形はそれぞれ図５（ａ），
（ｂ）となるので、この微分波形の大きい方のパルスの
極性から移動の向き（−なら右向き，＋なら左向き）を
検出し、パルスの数から移動量を検出する。これら検出
・波形微分・極性判定・パルス数の計数等は、公知の電
子工学的手段により、集積回路等で容易に実現される。
スリットＳＸの幅を小さくすれば図４，図５の波形は鋭
くなり、その後の信号処理がしやすくなる。しかし同時
に、スリットを通したパターンからの反射光量が小さく
なる。スリットの幅は、光センサの特性等、諸条件を考
慮して決められる。一方、マウスの縦方向移動に対して
も、スリットＳＹを通して光センサＤＹに横方向と同様
な波形が出力されるので、光センサＤＹからは横方向の
場合と全く同様にマウスの縦方向のみの移動の向き・移
動量が検出できる。

【０００８】以上のように、マウスパッド上でのマウス
の移動の向き・移動量に応じたパルス波形が光センサＤ
Ｙ，ＤＸから出力されるので、従来のマウスと同様に、
縦横方向同時に独立に移動の向き・移動量が検出され、
電気信号として出力される。パターン要素の繰り返しピ
ッチは、マウスの動きに対する解像度、設計上の制約等
を考慮して決められる。また、スリットＳＸ，ＳＹは、
それぞれＸ，Ｙ方向に上記繰り返しピッチで複数設けて
も良い。スリットの配置ピッチとパターン要素の繰り返
しピッチが同じならば、各スリットからの反射光量の変
化は位相が一致するため、共同して働く。マウスパッド
に描かれるパターンは、明暗のコントラストが強く、縦
横に方向性をもち周期性をもつパターンなら良く、他に
も多数の例が考えられる。次に紹介する本発明の他の例
は、マウスパッドに図６（ａ）に示すようなパターンが
用いられる。すなわち、白地に黒の正方形（一辺の長さ
ａ）が、縦・横にｐ＝２×ａのピッチで配置されてい
る。

【０００９】この例の場合、図６（ｂ）に示すように、
スリットの長さはピッチの整数倍に設定されるが、スリ
ットと光センサは、縦横方向それぞれに２組ずつ設けら
れる。スリットの幅は正方形の一辺の長さａ以下に設定
することが好ましい。ここでも先ず、マウスの横方向移
動の場合について説明すると、光センサＤＸＡと光セン
サＤＸＢ（図示せず）とがそれぞれスリットＳＸＡとス
リットＳＸＢを透過した光の量を検出する。スリットＳ
ＸＡとスリットＳＸＢは、横方向にピッチｐの整数倍を
避けた距離に（位相をずらして）配置される。例えば図
６（ｂ）に示すように、１．５×ｐの間隔で横に並べて
配置する。スリットＳＸＡとスリットＳＸＢは、パター
ンに対する位相をずらした位置関係であれば、縦に並べ
ても良い。また、スリットＳＸＡ及びスリットＳＸＢ
は、それぞれ位相が一致していれば複数設けることも出
来る。

【００１０】このような構成にすると、マウスを横方向
左右に移動した場合、図７の（ａ）右向きの場合，
（ｂ）左向きの場合に対応して、スリットＳＸＡを通し
たパターンの反射率を検出する光センサＤＸＡ及びスリ
ットＳＸＢを通したパターンの反射率を検出する光セン
サＤＸＢからの出力波形は、それぞれ時間軸を一致させ
て示したように、光センサＤＸＡ（上段）及び光センサ
ＤＸＢ（下段）からの出力波形の位相がずれるため、該
位相を比較することにより、マウスの移動の向きを検出
できる。移動量は、光センサＤＸＡ及び／又は光センサ
ＤＸＢからの出力パルス波形の立上がり及び／又は立下
りをカウントすることで検出できる。この場合も、マウ
スの縦方向の移動については、横方向と同様に構成すれ
ば良い。斜め方向の動きに関しても、スリットの長さを
パターンピッチの整数倍に設定しているため、縦横方向
それぞれ独立に出力波形が得られる。

【００１１】以上説明したように、本発明のマウスの平
面上移動量検出方法を用いると、その検出要部は、１ｍ
ｍ程度の数個のスリット，数個の光センサ，ＬＥＤ光源
で構成できる。パターン上の矩形部分の反射光を導くこ
とが出来るものなら、スリットに替えて、ガラス製，プ
ラスチック製等のライトガイド，レンズ，プリズム等を
用いることも出来る。光としては勿論、近赤外線を用い
ても良い。光センサとして、スリット形状に合った矩形
の受光窓部を持つ、受光素子を用い、受光窓部を直接ス
リットに臨ませれば、光導入部が簡略化され、さらに小
型化できる。また、ＬＥＤ光源と受光素子が一体化され
たフォトリフレクタを用いれば、各センサ同士の光の漏
れを防止し、組み立ての簡略化も考慮した設計が出来
る。

【００１１】本発明のマウスは、従来のようにマウスボ
ールを用いていないので、設計の自由度が高く、具体的
な形状は、図８に示すように、（ａ）ペン型，（ｂ）指
先型，（ｃ）ジョイスティック型等が考えられる。ＧＵ
Ｉのインターフェイスとして機能は同じでも、もはやマ
ウスという名称は改めても良い。特に小型の指先型
（ｂ）は、筆記用具等を持ったまま操作できる大きい利
点を有する。指先型をさらに指輪型にすれば、さらに操
作しやすいマウスが実現する。もちろん、赤外線や電
波、静電結合を利用したワイアレス型も可能である。そ
の場合、マウスパッドはアンテナの機能を有することも
出来、パソコン本体に接続する。本発明のマウスでは、
マウス本体を全電子化したとき非常に信頼性，耐久性の
高いものとなり、磨耗部分はマウスパッドと考えられる
ので、その材質は充分吟味されるべきであるが、マウス
パッドを買い替えるにしても従来のようなマウス本体の
買い替えに比して非常に低廉であり、マウスパッドを消
耗品として扱うことも可能である。

【００１２】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によるマウ
スの平面上移動量の検出方法によれば、機械的部分がな
いため、マウスボールの掃除等の面倒な保守が不要で、
塵埃や油脂分の多い場所でも使用できる、耐久性に富ん
だマウスを実現できる。また、本発明のマウスの形状
は、従来のようにマウスボールを用いていないので、小
型化・軽量化が可能であり、クリック用のスイッチを近
接センサ等で置き換えればマウス全体の完全電子化が達
成でき、耐久性と共に、意匠性・経済性・操作性にも富
んだマウスを実現できる。完全電子化・軽量化の結果と
して、落下に対する強度向上，送り操作のし易さからマ
ウスパッドの小型化等からポータブル型パソコンにも快
適に用いられる。マウスの低廉化から、パソコンだけで
なく各種電気機器にもＧＵＩが採用しやすくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明に用いるマウスパッドのパターンの
一例における（ａ）パターン要素及び（ｂ）パターンを
示す図である。

【図２】は、（ａ）本発明のマウスの外形の一例及び
（ｂ）マウスの要部を示す図である。

【図３】は、（ａ）左右向き及び（ｂ）斜め上向きにマ
ウスを移動したときの各位置でスリットを通して見たパ
ターンを説明する図である。

【図４】は、（ａ）右向き及び（ｂ）左向きにマウスを
移動したときの光センサからの出力波形を説明する図で
ある。

【図５】は、（ａ）右向き及び（ｂ）左向きにマウスを
移動したときの光センサからの出力波形を時間微分した
波形を説明する図である。

【図６】は、本発明に用いるマウスパッドのパターンの
他の例における（ａ）パターンの一部及び（ｂ）スリッ
ト形状を示す図である。

【図７】は、本発明に用いるマウスパッドのパターンの
他の例における、マウスの（ａ）右向き及び（ｂ）左向
きの移動に対する２個の光センサＤＸＡからの出力波形
（上段），ＤＸＢからの出力波形（下段）を示す図であ
る。

【図８】は、本発明のマウスについて、種々の形状デザ
インイメージを示す図である。

【符号の説明】

１：マウス ２：パターン ３：マウス下面
４：マウスパッド ５：ＬＥＤ光源 ６：パターン要素 １０：センサ
部 Ｘ：横方向 Ｙ：縦方向 ＳＸ，ＳＹ，ＳＸＡ，ＳＸＢ：スリット ＤＸ，ＤＹ，ＤＸＡ，ＤＸＢ，ＤＹＡ，ＤＹＢ：光セン
サ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縦方向及び横方向に、それぞれ一定のピ
   ッチで繰り返す、明暗のパターン要素からなるパターン
   が描かれている、マウスパッド平面からの反射光量を、
   該マウスパッド平面に対向する、スリット又はスリット
   状の開口部をもつライトガイド等を介して光センサによ
   り検出し、該光センサからの出力波形により、該マウス
   パッド平面に対するマウスの移動する向き及び移動量を
   検出することを特徴とする、マウスの平面上移動量の検
   出方法。
2. 【請求項２】 縦方向及び横方向に、それぞれ一定のピ
   ッチで繰り返す、明暗のパターン要素からなるパターン
   が描かれているマウスパッド平面と、該マウスパッド平
   面にスリット又はスリット状の開口部をもつライトガイ
   ド等を介して対向する光センサと、該光センサからの出
   力波形を検出する装置とからなることを特徴とするマウ
   ス。