JP2004102588A

JP2004102588A - ペン型ポインティングデバイス

Info

Publication number: JP2004102588A
Application number: JP2002262813A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Kamiya; 神谷　龍夫; Nobumasa Miyaura; 宮浦　信昌
Original assignee: Hosiden Corp
Current assignee: Hosiden Corp
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】コンパクトな筐体を有する光学式のペン型ポインティングデバイスを提供する。
【解決手段】開口部９を有する長手形状の筐体１に、筐体１内部から開口部９を通過して筐体１外部の所定の対象面２０に至る照射光１１を放出する発光手段１４と、対象面２０から開口部９を通過して筐体１内部に至る信号光１２を受光する受光手段１５と、受光手段１５によって受光された信号光１２を解析処理する信号処理手段７とを備えてなるペン型ポインティングデバイスであって、開口部９により形成される筐体１の接当面１３が筐体１の長手方向の軸に対して傾斜しており、対象面２０に至る直前の照射光２１（１１）の光軸と、開口部９に至る直前の信号光２２（１２）の光軸とが、接当面１３の法線を挟んで対向する位置関係にある。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンピュータなどの各種の情報処理装置における入力支援機能（例えばマウス機能）を備えるペン型ポインティングデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータなどの情報処理装置で情報の入力を行う場合、主にキーボードとポインティングデバイス（マウス）とが使用される。また、マウスを使用することで絵や文字などの手書き入力を行うこともできる。しかし、実際に鉛筆やペンなどを使用して絵や文字の手書きを行う場合に比べて、マウスを使用して絵や文字の手書き入力を行うことは、不自然な入力操作を操作者に対して強いることになり、その結果、マウスによる絵や文字の入力結果も芳しいものではなかった。そのため、その形状が鉛筆やペンに近いペン型ポインティングデバイスが提案されている。
【０００３】
そのペン型ポインティングは、所定の入力ボード（タブレット）上でトレース操作を行うことで、そのトレース操作模様に応じた絵や文字の入力が行われる入力支援装置である。但し、ペン型ポインティングデバイスの形状が鉛筆やペンに近いことで自然な状態での入力操作が可能となったものの、上述のような入力ボードを共に使用することが必須であり、そのため、既定の大きさの入力ボードを設置するスペースを机の上に確保しなければならなかった。
【０００４】
このようなペン型ポインティングデバイスの問題点を解決することができるのが、入力ボード（タブレット）を必要としない光学式のペン型ポインティングデバイスである（例えば、特許文献１に記載）。この光学式のペン型ポインティングデバイスを使用した場合、絵や文字の手書き入力を行うためにそのペン型ポインティングデバイスでトレース操作するスペースが当然必要であるが、そのスペースは通常の机の上に空いているスペースで事足り、机の上に入力ボードと同じ大きさのスペースを確保する必要はない。
【０００５】
上述のような光学式のペン型ポインティングデバイスは、ウィンドウを有する長手状のケースに、発光ダイオードと感光センサとを備える光学部と電子回路部と電力供給部とを収容して構成されている。このような光学式のペン型ポインティングデバイスにおいては、光学部から放出される光を上記ウィンドウからケース外部に放射し、その光を受けた所定の対象面の画像（反射像）を取得して、解析することで、ペン型ポインティングデバイスの移動を判別することができる。詳細には、時間が前後する２つの画像を比較することで、ペン型ポインティングデバイスの移動ベクトル（移動方向および移動距離）を導出し、その移動ベクトル情報をコンピュータに送信することで、そのコンピュータの表示装置上でペン型ポインティングデバイスの移動がカーソルなどの移動として反映される。
【０００６】
【特許文献１】
特表２００２−５１６４２８号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光学式のペン型ポインティングデバイスの光学部の設計を行う場合、上記対象面における画像と、受光素子の受光面に投影される画像との間に歪みが生じないような光学系を構築するべく、できるだけ単純な光学系を設計することが行われている。そのため、上記ウィンドウ方向に対して発光ダイオードからの照射光が直線的に照射され、上記ウィンドウ方向から感光センサに対して信号光が直線的に進行するように、発光ダイオードと感光センサとが上記ケース内において上記ウィンドウ方向を向いて並列に収容されていた。他方で、感光センサによる上記対象面における画像の検出感度の向上を図るためには、感光センサの受光面積を大きくすることが要求される。しかし、感光センサの受光面積を大きくするためには上記ケース内で横方向に広げざるを得ないことを考慮すると、必然的にケースを太くせざるを得なかった。その結果、ペン型ポインティングデバイスが実際の鉛筆やペンなどよりも大幅に太くなり、操作しづらいものとなっていた。
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンパクトな筐体を有する光学式のペン型ポインティングデバイスを提供する点にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明に係るペン型ポインティングデバイスの第一の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１に記載の如く、開口部を有する長手形状の筐体に、前記筐体内部から前記開口部を通過して前記筐体外部の所定の対象面に至る照射光を放出する発光手段と、前記対象面から前記開口部を通過して前記筐体内部に至る信号光を受光する受光手段と、前記受光手段によって受光された前記信号光を解析処理する信号処理手段とを備えてなるペン型ポインティングデバイスであって、前記開口部により形成される前記筐体の接当面が前記筐体の長手方向の軸に対して傾斜しており、前記対象面に至る直前の前記照射光の光軸と、前記開口部に至る直前の前記信号光の光軸とが、前記接当面の法線を挟んで対向する位置関係にある点にある。
【００１０】
上記特徴構成によって、上記対象面に至る直前の上記照射光の光軸と、上記開口部に至る直前の上記信号光の光軸とが、上記接当面の法線を挟んで対向する位置関係にあることが少なくとも確保されれば、その他には発光手段および受光手段の設置位置に対する制限は存在しない。その結果、発光手段と受光手段とを筐体内部に収容する際の構造的な制限が緩和され、適当な光学系を構築して細型で操作し易いペン型ポインティングデバイスを提供することができる。更に、上記対象面に至る直前の照射光の光軸と、上記開口部に至る直前の信号光の光軸とが、上記接当面の法線を挟んで対向する位置関係にある点にあることから、ペン型ポインティングデバイスを持ち上げる操作を行った場合、照射光が対象面（信号光（反射光）が生成される部位）から逸脱して照射され、対象面への光量を減少させることができる。その結果、ペン型ポインティングデバイスを持ち上げたまま、或いは持ち上げる際に意図せずに移動させたとしても、受光手段で検出される対象面の画像のコントラストが低下していることで、ペン型ポインティングデバイスの移動を検出することが困難になり、結果としてペン型ポインティングデバイスの誤動作（操作者が意図しない動作）を防止することができるという好ましい効果が得られる。
【００１１】
上記課題を解決するための本発明に係るペン型ポインティングデバイスの第二の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項２に記載の如く、上記第一の特徴構成に加えて、前記照射光の光軸と前記法線との間の角度を、前記信号光の光軸と前記法線との間の角度より大きく構成してある点にある。
【００１２】
上記特徴構成によって、上記対象面に至る直前の照射光の光軸と、上記開口部に至る直前の信号光の光軸とが、上記接当面の法線を挟んで対向する位置関係にあり、更に、上記照射光の光軸と上記法線との間の角度を、上記信号光の光軸と上記法線との間の角度より大きく構成してあることから、例えば、ペン型ポインティングデバイスを持ち上げる操作を行った場合（上記法線を上方向に持ち上げる操作を行った場合）、法線との間の角度が比較的小さい信号光の光軸は上記法線とほぼ同様に持ち上げる操作が行われるため、対象面における画像の動き（受光手段によって検出される画像の変化）を少なくさせることができる。他方で、照射光の光軸は法線との間の角度が比較的大きいため、照射光が対象面から大きく逸脱して照射され、対象面への光量を大幅に減少させることとなる。以上のことから、ペン型ポインティングデバイスを上方向に移動させた場合、対象面における画像の動き（受光手段によって検出される画像の変化）を少なくさせることに加えて、受光手段で検出される対象面の画像のコントラストを大幅に低下させていることで、ペン型ポインティングデバイスの移動が検出され難くなり、結果としてペン型ポインティングデバイスの誤動作（操作者が意図しない動作）を防止することができるという好ましい効果が得られる。
【００１３】
上記課題を解決するための本発明に係るペン型ポインティングデバイスの第三の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項３に記載の如く、上記第一または第二の特徴構成に加えて、前記接当面を球面状に形成してある点にある。
【００１４】
上記特徴構成によって、球面なりにペン型ポインティングデバイスを傾けて使用することができるので、使用時のペンの操作角度の自由度が十分に確保され、操作性が向上するという効果が得られる。
【００１５】
上記課題を解決するための本発明に係るペン型ポインティングデバイスの第四の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項４に記載の如く、上記第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記受光手段がレンズ機能とプリズム機能とを備えている点にある。
【００１６】
上記特徴構成によって、レンズ機能に対して、対象面における画像と検出される画像との間の歪みを解消するという機能を発揮させ、プリズム機能に対して、画像（信号光）の方向転換を行うという機能を発揮させることができる。この結果、ペン型ポインティングデバイスの筐体を太くすること無く、受光手段によって検出される画像に歪みを発生させずに受光素子の受光面の面積を大きくすることができ、ペン型ポインティングデバイスの移動に応答した正確な動作が確保され、その移動の検出感度が向上するという効果を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明に係るペン型ポインティングデバイスについて説明する。
図１に例示するのは、本発明に係るペン型ポインティングデバイスの概略的な透視図であり、図２に示すのは断面図であり、図３に示すのは分解斜視図である。図１から図３に例示するように、本発明に係るペン型ポインティングデバイスは、開口部９を有する長手形状の筐体１に、筐体１内部から開口部９を通過して筐体１外部の所定の対象面２０に至る照射光１１を放出する発光手段１４と、上記対象面２０から上記開口部９を通過して上記筐体１内部に至る信号光１２を受光する受光手段１５と、上記受光手段１５によって受光された上記信号光１２を解析処理する信号処理手段７とを備えて構成される。また、開口部９により形成される筐体１の接当面１３が筐体１の長手方向の軸に対して傾斜して（平行でもなく、垂直でもない）形成され、その接当面１３が机などの平面に対して接当（または近接）される。尚、机の表面と上記接当面１３とが接当する場合、対象面２０では照射光１１が反射され、それが信号光１２として生成される。また、照射光１１が照射される部位のことは、本実施形態では光照射面２３と表記する。通常の使用状態では、図２に示すように所定の机の上の対象面２０の位置と光照射面２３の位置は、照射光１１と信号光１２との交点付近でほぼ一致する。その結果、信号光１２を生成する対象面２０の明確なコントラストを有する画像が受光手段１５によって検出される。
【００１８】
また、筐体１内部に収容されるこれらの部品はプリント基板８上に搭載されて回路接続されている。また、必要な電力は通信部１０を介してワイヤ接続（例えば、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）接続）またはワイヤレス接続されるコンピュータなどの情報処理装置（図示せず）から得ることができるが、筐体１内部に小型の電池を搭載してもよい。更に、本発明に係るペン型ポインティングデバイスにおいても、一般的なマウス型ポインティングデバイスと同様に各種のボタンを備えているが、図面の明瞭さを考慮して図示していない。
【００１９】
上記発光手段１４は、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの小型の発光素子２と、発光素子２から放出された照射光１１を開口部９へ導く導光プリズム３とを備えて構成される。また、受光手段１５は、開口部９から筐体１内部に至る信号光１２を受光素子（図中ではチップに組み込んだ状態で示している）６の受光面へ導く対物レンズ４と受光プリズム５とを備えて構成される。ここで、対物レンズ４は、対象面２０における画像を受光素子６の表面に正確に投影する際に画像の歪みを補正するために設けられ、受光プリズム５は信号光１２の進行方向を転換させるために設けられている。本発明に係るペン型ポインティングデバイスでは上述のような各種光学素子を用いて光学系を構築しているので、発光素子２および受光素子６の設置位置に対する制限は存在せず、発光素子２と受光素子６とを筐体１内部に収容する際の設計上の制限が緩和されるため、適当な光学系を構築して細型で操作し易いペン型ポインティングデバイスを提供することができる。
【００２０】
受光素子６において検出された画像は信号処理手段７に送信され、情報記憶手段（図示せず）に格納される。信号処理手段７は、所定のタイミング毎に得られる連続する画像を互いに比較し、ペン型ポインティングデバイスがどの方向にどれだけの距離を移動しているのかを示す移動ベクトル（移動方向および移動距離）を導出する。導出されたペン型ポインティングデバイスの移動ベクトルに関する情報は通信部１０を介して、接続されるコンピュータなど情報処理装置（図示せず）に送信され、その表示装置の画面上のマウスカーソルを移動させるなどの操作が行われる。尚、本発明に係るペン型ポインティングデバイスの機能は一般的なマウス型のポインティングデバイスが有する機能と同様であり、更には、光学式であることを利用したスキャナ機能を発揮させることもできる。
【００２１】
次に、本発明に係るペン型ポインティングデバイスの光学系について図面を参照して説明する。具体的には、図４（ａ）に示すのは、ペン型ポインティングデバイスを対象面２０に対して近接させた状態を示す概略図であり、図４（ｂ）に示すのは、ペン型ポインティングデバイスを対象面２０から離した状態を示す概略図である。
【００２２】
図４（ａ）に示すように、対象面２０に至る直前の照射光２１の光軸と、開口部９に至る直前（開口部９から筐体１へ進入した直後）の信号光２２の光軸とが対象面２０（光照射面２３）で一致することで、対象面２０に十分な光量の照射光１１（２１）が照射され、信号光１２（２２）として受光素子６に投影される画像のコントラストが向上するため、上述したようにペン型ポインティングデバイスの移動ベクトルを導出する際に使用される画像を鮮明にさせ、その移動ベクトルの精度を向上させることができる。
【００２３】
図４（ｂ）に示すのは、ペン型ポインティングデバイスを図４（ａ）に例示したように対象面２０に対して接当させた状態から僅かに持ち上げた状態を示す概略図である。ペン型ポインティングデバイスは、通常使用されるマウス型のポインティングデバイスと異なり持ち上げる操作が頻繁に行われるため、図４（ａ）のような位置から図４（ｂ）に示すような位置に移動させられることが多く、そのような操作を考慮した設計を行うことも要求される。
【００２４】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、本発明に係るペン型ポインティングデバイスでは、対象面２０に至る直前の照射光２１の光軸と、対象面２０から開口部９に至る直前（開口部９から筐体１内部へ進入した直後）の信号光２２の光軸とが、接当面１３の法線を挟んで対向する位置関係にある。接当面１３が略球面状に形成される場合の接当面１３の法線とは、ペン型ポインティングデバイスの開口部９が設けられている部位において、机に対して最も近接する部分の中央部分の法線である。そして、そのような場合であっても、対象面２０に至る直前の照射光２１の光軸と、対象面２０から開口部９に至る直前（開口部９から筐体１内部へ進入した直後）の信号光２２の光軸とが、接当面１３の法線を挟んで対向する位置関係にあり、照射光２１の光軸と法線との間の角度：θ１を、信号光２２の光軸と法線との間の角度：θ２より大きくなるように構成してある。
【００２５】
図４（ｂ）に示すように、ペン型ポインティングデバイスを持ち上げる操作が行われた場合、対象面２０と光照射面２３とが、照射光２１の光軸と信号光２２の光軸との交点を挟んで反対側に移動する。その結果、対象面２０に照射される光量が大きく減少し、受光素子６において検出された画像のコントラストが大幅に低下するため、ペン型ポインティングデバイスを移動させる前後で得られる画像を比較しても、画像の模様に明確な差が現れず、移動ベクトルが零と判別される可能性が高くなる。つまり、ペン型ポインティングデバイスの使用者が、ある時点で入力操作を停止するためにペン型ポインティングデバイスを持ち上げる際に前後左右にペン型ポインティングデバイスを動かしてしまった場合であっても、その移動が検出されず、ペン型ポインティングデバイスの誤動作（操作者が意図しない動作）を防止することができるという好ましい効果が得られる。
【００２６】
また、図４（ａ）から明らかであるように、照射光２１の光軸と法線との間の角度：θ１を、信号光２２の光軸と法線との間の角度：θ２より大きく構成してある。つまり、ペン型ポインティングデバイスを法線と平行に上方向へ移動させた場合、法線との間の角度が小さい信号光２２が見ている対象面２０はほとんど移動しないが、法線との角度が大きい照射光２１が到達する光照射面２３は大きく移動する。その結果、対象面２０の画像の模様はほとんど変化しないが、対象面２０に照射される光量は大きく減少することとなるため、ペン型ポインティングデバイスの使用者が、ある時点で入力操作を停止するためにペン型ポインティングデバイスを持ち上げる際に、それが前後左右に移動してしまった場合であっても、その移動が検出され難く、結果としてペン型ポインティングデバイスの誤動作（操作者が意図しない動作）を防止することができるという好ましい効果が得られる。
【００２７】
また、図５に例示するように、ペン型ポインティングデバイスの開口部９の周囲の筐体１の立体表面を完全な平面同士の組み合わせで形成するのではなく略球面状に形成しているので、ペン型ポインティングデバイスを操作する際に球面なりに多少傾けて使用することができ、使用時のペンの操作角度の自由度が十分に確保されて、操作性が向上するという効果が得られる。また、開口部９の形状が略三角形に形成され、その内の１つの頂点付近に信号光２２の光軸を通過させ、その頂点に面した一辺に沿う広い空間部分に照射光２１の光軸を通過させるように構成されているので、発光手段１４側から対象面２０に対してはできるだけ大きな光量が照射され、対象面２０から受光手段１５側へは余分な光（迷光）が入射されないことが確保される。
【００２８】
尚、上述の実施形態では信号光１２を受光素子６へ導入する受光手段１５のレンズ機能とプリズム機能とを対物レンズ４と導光プリズム５という別個の光学素子を用いて構成したが、レンズ機能とプリズム機能とを有する１つの光学素子を用いて構成することもできる。その場合には、光学系を構築する際に対物レンズ４と受光プリズム５との設置位置を調整する手間を省くことができる点で好ましい。同様に、導光プリズム３と対物レンズ４と受光プリズム５とを１つの光学素子を用いて構成することも可能であり、その場合には、光学系を構築する際に導光プリズム３と対物レンズ４と受光プリズム５との設置位置を調整する手間を省くことができる点で好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ペン型ポインティングデバイスの透視図である。
【図２】ペン型ポインティングデバイスの断面図である。
【図３】ペン型ポインティングデバイスの分解斜視図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）はペン型ポインティングデバイスの光学系を説明する図である。
【図５】筐体の開口部周辺の形状を説明する図である。
【符号の説明】
１　筐体
２　発光素子
３　導光プリズム
４　対物レンズ
５　受光プリズム
６　受光素子
７　信号処理手段
８　プリント基板
９　開口部
１０　通信部
１１　照射光
１２　信号光
１３　接当面
１４　発光手段
１５　受光手段
２０　対象面
２１　照射光
２２　信号光
２３　光照射面

Claims

開口部を有する長手形状の筐体に、前記筐体内部から前記開口部を通過して前記筐体外部の所定の対象面に至る照射光を放出する発光手段と、前記対象面から前記開口部を通過して前記筐体内部に至る信号光を受光する受光手段と、前記受光手段によって受光された前記信号光を解析処理する信号処理手段とを備えてなるペン型ポインティングデバイスであって、
前記開口部により形成される前記筐体の接当面が前記筐体の長手方向の軸に対して傾斜しており、
前記対象面に至る直前の前記照射光の光軸と、前記開口部に至る直前の前記信号光の光軸とが、前記接当面の法線を挟んで対向する位置関係にあるペン型ポインティングデバイス。
前記照射光の光軸と前記法線との間の角度を、前記信号光の光軸と前記法線との間の角度より大きく構成してある請求項１に記載のペン型ポインティングデバイス。
前記接当面を球面状に形成してある請求項１または請求項２に記載のペン型ポインティングデバイス。
前記受光手段がレンズ機能とプリズム機能とを備えている請求項１から請求項３の何れか１項に記載のペン型ポインティングデバイス。