JP2001511925A - コンピュータのための入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、回転運動が電気信号に変換されるボール（２）を運動させることにより、コンピュータ画面上のカーソルを位置決めするための入力装置を提供するものであり、磁気的に検出可能なマークがボール（２）に施されており、そのマークは磁気読み取り装置（１１）によって検出され、ボールの回転運動は、好適には、互いに直交するＸ軸及びＹ軸に応じたデータ値に変換されるということにおいて独特なものである。この発明により、ボールペン形状を有するコンピュータマウスの構成に適した、コンパクトな検出装置を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 コンピュータのための入力装置 本発明は、回転運動が対応する電気信号に変換されるボールを基体に対して相 対的に運動させ、コンピュータ画面上のカーソルを位置決めするための入力装置 に関する。 コンピュータマウスなどのコンピュータの操作のために一般的に知られた入力 装置には、ある欠点がある。コンピュータマウスはコンピュータのユーザにとっ てかなりの範囲のスペースを必要とする。マウスの基体に対する別の要求は、硬 く平面的であること、並びにコンピュータ画面の全体的な大きさに対してユーザ が画面投影の方向づけをすることができる大きさを有する本質的に水平な基体で あることである。マウスの操作に必要なスペースを常に確保することができるよ うにコンピュータを配置することは、かなり難しいか、または不可能でさえある 。さらに、公知のコンピュータマウスを長期にわたって使用すると、しばしば指 や手首に痛みを生じさせる。 こうした欠点を解消するために幾つかの試みとして、ボールペンのようなコン ピュータマウスを構成するための幾つかの提案がなされている。こうした「コン ピュータペン」は非常に簡便で、操作が容易かつ一層正確であり、細かい指の運 動機能が腕の運動機能よりもかなりよく発達しているという状況を利用すること を可能にする。さらに、マウスを使用する上で基体についての厳格な要求はなさ れない。 ボールペンとして構成されたコンピュータマウスは、コンピュー タの一般的な使用を発展させることができるだろう。 このため、コンピュータの将来的な使用は、電子形式の「手書きの」手紙やメ モを含むこととなるだろう。これによってコンピュータのユーザに個人的な加筆 を行うことが可能となり、全面的または部分的にキーボードの使用が少なくなる だろう。 しかしながら、ボールの運動を電気信号に変換し記録するための配置の伝統的 な態様は、ボールの周囲に特に大きなスペースを必要とし、ペン型のコンピュー タマウスにどの程度小さな大きさを与えられるかを制限することとなる。公知の 「コンピュータペン」の構造は、ペン自体及びボールの外形の大きさが大きく、 そのためにコンピュータペンが普通のボールペンよりも使い難くなくなることが 知られている。 ドイツ国出願公開ＤＥ−３９００６２２Ａ１号には、ペン型のコンピュータマ ウスが記載されており、ここでは、ボールの運動の記録は２つのローラがボール と定常的に接触することで行われている。ローラはボールの回転の結果として回 転する。センサーユニットは各ローラと関連しており、ローラの回転を記録する 。２つのローラはＸ軸方向およびＹ軸方向の２方向におけるボールの運動が記録 できるように配置される。この方法では、大きなスペースを必要とし、また、普 通の「箱型」コンピュータマウスとは、ボールの通常の回転を記録する点で似て いるが、ボールペン構造においては後ろ側のスペースだけが利用可能である点に 相違がある。このため、ＤＥ−３９００６２２Ａ１号による管型コンピュータマ ウスは、ボールのすぐ後ろにある管を、記録用配置の要求する全スペースに適応 させなければならないから、非常に小さな断面直径を有する場合には製造するこ とができない。 ペン型構造のコンピュータマウスの他の実施形態は、米国特許５４３４５９４ 号によってさらに知られている。ここでは、記録用配置とボールのサスペンショ ンが通常の「箱型」マウスと同じ方式で作られている。その結果、このような構 造のコンピュータマウスはある限定された程度でのみペン型コンピュータマウス に関して望まれている期待された利点を提供できる。 欧州出願公開第０４１３６０６号には、ボールペンとコンピュータマウスとの 組み合わせが記載されている。このものでは、ボール上にフローメータが直接に 配置され、方向を測定する前記フローメータの中ではボールの運動につれてイン クが移動する。この解決手段は、非常に信頼できるというものではなく、インク がペンの中に存在している限り機能する。 米国特許第５，２８８，９９３号に記載されたトラック・ボール装置では、コ ントラスト色中にランダムに分散されたスペックルを備えたボールと光敏感性セ ンサ手段とにより、ボールの運動を検出することができる。この検出の概念は、 ボールの下側および側面側にかなりの量のスペースを取り、この理由のためだけ をもって、ペン型の方式における使用には適さない。さらに、この装置は少なく とも直径５ｍｍのボールを必要とする。 国際公開第９４／２２０７１号には別の光学的な方式が記載されている。この 装置は光カップラー手段を備え、この手段はゴルフボール型のボールの運動を検 出し、凹面反射鏡を備えている。この装置もまた、ボールの周囲にかなりのスペ ースを取り、比較的大きな直径を必要とするため、この方式は妥当なペン型方式 には適さない。 したがって、本発明の目的は、公知の方式よりもかなりの少ないスペースしか 必要としない記録用配置を有するコンピュータのため の入力装置を提供することにある。これによって、ボールペンまたは同様な筆記 用具に相当する寸法を有するペン型コンピュータマウスを構成することが可能に なる。 本発明は、導入として上述してきたような入力装置であり、かつボールの回転 角を、好ましくは互いに直交する２方向に関して、検出するための磁気検出手段 を備え、前記検出手段は、前記ボールの表面の運動を表す磁気的信号を検出する ことができる少なくとも１つの読み取りヘッドを有する１又は２以上の検出ユニ ットを備える入力装置である。 これによって、検出手段の書込みおよび読取りユニットがボールの後ろ側に有 利に配置され、わずかな場所を占めるだけであるため、入力装置用記録用配置は 比較的少数の部品を含み、スペースに関して有利である。このことは、読取りユ ニットのディメンジョンが小さいために比較的小さい断面直径を有するコンピュ ータペンが製造できるため、コンピュータペンの設計に原理的に適している。さ らに、この原理は、また、スペースを考慮することが重要な役割を果たすかもし れない、いわゆるトラックボールについても有用である。 第１の実施形態では、ボールの回転角は磁気検出システム中で検出され、そこ では２つの書込みヘッドが、好適には、読み取りヘッドに関して直角に位置決め されている。このシステムは、その後、ボールの表面には、種々の磁気的マーク が連続的にマークされる。ボールが回転したとき、これらのマークは、読取りヘ ッドによって連続的に検出される。書込みヘッドと読取りヘッドとの間の距離は 既知であるから、Ｘ軸及びＹ軸に関するボールの回転はその後計算することがで きる。 ボールの回転角は別の実施形態中においては、好適には、互いに 直交するように配置され、磁気的に検出可能なマークが形成可能であるかもしく は形成された２つのシャフトに変換することができる。それによって特別に高価 ではない配置が提供されるので、ボールの直径が中程度であるときおよび／また は他の理由によってボールの表面が非磁性物質である場合にも有利である。 電気信号処理ユニットはペンに組み込まれた部品であってもよい。また、これ とは別に、磁気的信号をペン内で作り出し、直接に最終信号処理のための外部信 号処理ユニットに送信される。この処理ユニットは、コンピュータ内またはコン ピュータ上の受信器に組み込むことができる。 本発明の好適な実施形態においては、前記装置は一方の端で回転可能にボール が配置されている管状のハウジングから成るコンピュータペンとして構成される 。さらに、該コンピュータペンは他方の端がケーブルまたはワイヤレスの方式で コンピュータに接続することができる。この実施形態においては、該ペンは送信 器および再充電可能なバッテリなどの電源を有している。キーを管状のハウジン グの側面側に配置して、接続されたコンピュータのための別の制御信号を発生さ せてもよい。これらのキーは、例えば、ボールペンの使用に類似した方式でコン ピュータペンを使用するために人間工学的に好適な構成となるように成形され配 置される。 本発明を添付した図面を参照しつつ、以下にさらに詳細に説明する。 図１は、本発明の入力装置の好適な実施例によるコンピュータペンの図であり 、 図２は、本発明の入力装置の好適な実施例によるコンピュータペンの構造を示 す図であり、 図３は、ボールと検出手段という主部分を示す平面図であり、 図４は、本発明の特別な実施形態のための信号処理手段である。 図１は、コンピュータペン１として構成された本発明による入力装置を示して おり、コンピュータペン１はペンの管状主部分３の下端に埋め込まれたボール２ と、前記ペン１からコンピュータ（図示していない）へ信号を送信するために他 方の端に設けられた送信手段５とを備える。主部分３の下側部分には、ユーザが 手で前記ペン１を持ったとき、２本の指と揃うようにペン１側面上に配設された ２つのボタンを備えるキーユニット４が設けられている。 図示の実施形態では、主部分３は実質的な円形の断面を有するように成形され ているが、設計に応じ、所望のいかなる断面形状を有していてもよいことは勿論 である。 ボール２はスチールで作られているか、または少なくとも磁化され得る表面を 有する。 検出手段１１は主部分３の内部でボール２の上側に配置され、２方向における ボールの回転を記録し、このことによりボールの回転を介してＸ軸およびＹ軸方 向におけるペンの運動は電気信号に変換され、送信手段５を介してコンピュータ へ送信される。 コンピュータペンからコンピュータへの電気信号を送信する前記手段は、ワイ ヤであってもよく、または図１に示すような、コンピュータ上の受信ユニットと ペン上の送信ユニットとを備えるワイヤレス接続であってもよい。 図１および図２に、ボールペンとして構成されたコンピュータペンを示す。こ のペンはクリップ２１を備えるので、ペンを使用しないときにはユーザーのポケ ットなどの中に実用的な方式で収納する ことができる。 図２にはペンの構造を示す。検出手段１１の一番上の部分は圧力計測計２０と 一端または両端で接触する。ボール上の圧力とボール圧の大きさはこれによって 測定することができる。ペンはコンピュータにインストールされているソフトウ ェアに応じて、グラフィック入力に使用することもできる。このことは、ペンを 基体に対して圧力をかけることによって、または画面上のアイコンを直接指し示 した後にクリック機能のために使用することを可能にするので、圧力計測計２０ はクリックキー４に代るものとしてまたは付加物として提供されてもよい。そし て、ペンはまた図形を描くために使用することもでき、図形で使用される線の太 さにたいする信号にボールの圧力を変換することができる。本発明のこの実施形 態によるコンピュータペンを、このようにして、「手書きの」電気的なメッセー ジなどを図形の他の形状と同じように発生させるために使用することもできる。 したがって、本発明のこの実施形態によるコンピュータペンは、紙ベースの作業 のために今日使用されているボールペンのように、コンピュータベースの作業と 関連して使用することができる。 ペンの構造にはさらに、示された実施形態においてペンに組み込まれた処理ユ ニット１８が含まれている。また、これとは違って、処理ユニット１８はコンピ ュータ中またはコンピュータ上の送信信号の受信器に組み込まれていてもよく、 その場合光学読取りユニット１１からの、およびインストールされている場合、 圧力計測計２０とからの検出信号は、電気信号に変換され、コンピュータに赤外 線伝送ユニットまたは無線伝送ユニットによって無線で伝送される。無線接続は 、好適な実施形態においては無線周波数伝送に基づく。 交換可能なおよび／またはリチウム電池などの再充電可能なバッテリー１７は、 ペン内における電子ユニット１１、１８、２２のための電源として処理装置１８ と接続されるように配置される。 図３では、ボール２に関係して検出手段１１の配置が示されている。検出手段 １１は２セットの検出器を備え、各検出器はボールの表面を磁化させることがで きる書込みヘッド１４を備える。回転角の方向によって、この磁化量は読取りヘ ッド１２、１３の一方で検出される。これらの読取りヘッド１２、１３は、第１ の読取りヘッド１２の読取りがＹ方向の運動に対応し、第２の読取りヘッド１３ の読取りがＸ方向の運動に対応するように配置される。 前記の書込みヘッド１４の回りに２つの読取りヘッド１２、１３と消去ユニッ ト１６が配置される。消去ユニット１６は読取りヘッド１２、１３と書込みヘッ ド１４との回りに境界を描く環状形状である。２つの検出器ユニットはＸ方向お よびＹ方向で各々測定を行い、互いに直交するように配置される。 ボール２の表面に形成された書込みヘッド１４からのインパルスは、ボールが 回転したときに、読取りヘッド１２または１３の１つの方を向く。読取りヘッド １２または１３と書き込みヘッド１４との間の距離は既知であり、経過時間を単 純に測定することによって、ボール２の角速度を計算することができる。こうし た計算はＸ方向およびＹ方向について行うことができる。 読取りヘッド１２および１３はスプールであるか、または他の種類の磁気セン サーとすることができる。 実施形態においては、識別インパルスが形成される。インパルスが形成された 各時間で計時が開始される。インパルスは読取りヘッド１２または１３の一方で 検出され、それによって経過時間と方向 が検出され、角速度が計算される。読取りヘッド１２または１３の一方で検出が 行なわれるとき、次のインパルスが書き込みヘッド１４によって形成される。 他の実施形態では、ボールに接触している２つのシャフトが使用される。 検出手段１１は、この実施形態においては、シャフトには磁気的マークが設け られているので、読取りヘッドのみを備える。読取りヘッドは磁場の変化を検出 し、それによって角回転の方向と速度とを計算することができる。磁気的マーク の数は少なくとも２である。シャフト上の磁気的マークの実際の数から、角回転 の速度と方向とを、図４に示すように、パルスを計算することによって計算する ことができる。 さらに、１または２以上の加速度計がペンに組み込まれていてもよい。加速度 計は一次元、二次元または三次元のペンの加速度を測定する。ペンの他に想定で きる機能と組み合わせると、ペンの書込み機能において通常のボールペンなどと 書く機能が完全に等しい書込み機能が得られることを意味する。 ペンのボールヘッドが基体に対して動き、それによってコンピュータ上に書く とき、圧力計測計はつねにある圧力を示すだろう。ペンのボールヘッドが基体か ら持ち上げられ、例えばペンが新たな単語、文字、図などを書くために持ち上げ られたときには、コンピュータの画面／文書上に線を描くことなく、カーソルが 新たな開始位置に移動することが望ましい。 圧力計測計２０は誘電性のゴム状物質であることが好ましい。このゴム製ディ スクの片面上に永久的な電気的接触が作られ、他の面にはボールに圧力が負荷さ れたときに、電気的接触がもたらされる。 ゴム製ディスクは、ボールの圧力が増加することによって、接触面が大きくなる ように成形される。また、圧力計測計２０はピエゾ電気的またはひずみゲージの 課題解決手段として設けることもできる。 ペンの加速度の測定は、電気信号処理ユニットで変換され、それによってペン の運動をＸ−軸およびＹ−軸に関して検出することができる。 ペンを文書用／図形用ソフトウェアプログラムで使用し、ボールヘッドを基体 に対して運動させると、この運動はＸ−軸及びＹ−軸についてのカーソルの運動 の記録に変換されるだろう。圧力計測計は同様にボールヘッド上の一定の圧力を 記録するだろう。これら２つの測定を組み合わると、例えば、運動が線、文字ま たは他の電気的に「書かれた」しるしとして記録されることになる。ペンが基体 から持ち上げられ、カーソルが次の行、文字または電気的に「書かれた」しるし のための新たな開始位置に動いたときには、圧力計測計は０を示すだろう。圧力 が０となったとき、１または複数の加速度計はペンの運動をＸ−軸およびＹ−軸 の運動の検出を引き継ぎ、その後カーソルはＸ−軸およびＹ−軸について同様に 移動するだろう。ボールの回転を介する運動に関して、単数又は複数の加速時計 の検出に基づく運動は、画面上に電気的に「書かれた」マーク（線、印など）を 生じさせない。 検出手段１１は検出された信号を処理する信号処理ユニットと連絡しており、 それはその後コンピュータにさらに渡される。 無論のこと、本発明によってボールの表面上に形成された磁気的マークは、請 求の範囲で定義された本発明の基本的な理念から離れることなく、所定のデータ 値を含むはずである。この基本的な理念は、上述したコンピュータペンに加えて 、トラックボールまたは従 来のコンピュータマウスなどの他の型の入力装置の構成についても適用すること ができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０７９８／９７ (32)優先日 平成９年７月４日(1997．7．4) (33)優先権主張国 デンマーク（ＤＫ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 回転運動が対応する電気信号に変換されるボールを基体に対して相対的に 運動させることにより、コンピュータ画面上のカーソルを位置決めするための入 力装置であって、 前記ボールの回転角を、好適には、互いに直交する２方向に関して検出する検 出手段を備え、前記検出手段は、前記ボールの表面の運動を表す磁気的信号を検 出することができる少なくとも１つの読み取りヘッドを有する１又は２以上の検 出ユニットを備える、ことを特徴とする入力装置。 ２． 請求項１に記載の入力装置において、 前記検出ユニットは、書き込みヘッドによって形成された磁気的信号を検出可 能な２つの読み取りヘッドを備える、ことを特徴とする入力装置。 ３． 請求項１又は２に記載の入力装置において、 前記ボールの表面には、好適には、２つの直交位置に磁気的マークが連続的に マークされ、前記磁気的マークは、２つの磁気書き込みヘッドによって形成され ていることを特徴とする入力装置。 ４． 請求項１〜３のいずれか一項に記載の入力装置において、 前記読み取りヘッドの周囲には、消去手段が設けられている、ことを特徴とす る入力装置。 ５． 請求項１〜４のいずれか一項に記載の入力装置において、 前記ボールは、磁化されやすい表面を有する、ことを特徴とする入力装置。 ６． 請求項１〜５のいずれか一項に記載の入力装置において、 前記入力装置は、一端に前記ボールが回転可能に配設された管状容器を備える コンピュータ・ペンとして構成される、ことを特徴とする入力装置。 ７． 請求項１〜４のいずれか一項に記載の入力装置において、 前記ボールの回転角は、好適には、互いに直交するように配置された２つのシ ャフトに伝達され、そして磁気的に検出可能なマークが前記シャフトに形成可能 であるか形成されている、ことを特徴とする入力装置。 ８． １又は２以上の上記請求項に記載の入力装置において、 前記ボールの圧力を記録する圧力計測計を有する、ことを特徴とする入力装置 。 ９． １又は２以上の上記請求項に記載の入力装置において、 １、２、又は３次元における前記入力装置の加速度を計測することができる加 速度計を有する、ことを特徴とする入力装置。 １０． コンピュータ入力装置内のボールのようなボールの回転角を検出する方 法であって、 ボールの表面には、２つの、好適には、直交位置に磁気的マークが連続的にマ ークされており、 これら磁気的マークは２つの磁気的書き込みヘッドにより作られ、そして好適 には読み取りヘッドを形成する、１つ又は好適には２つの磁気検出ユニットが、 前記２つの書き込みヘッドの側面側に配設されている、ことを特徴とする方法。