JP2007512627A - 小型ポインティングデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、パック動作領域（19）の表面上で移動する移動可能なパック（11）を有するポインティングデバイス（10）に関する。位置検出器（51-55、59）が、パック動作領域（19）内のパックの位置を測定する。一実施形態において、パック（11）は、ユーザとパック（11）の間の相互作用を検出するユーザセンサ（23、24）を含む。コントローラは、ユーザセンサ（23、24）がユーザとパック（11）の間の相互作用を検出すると、パック動作領域（19）内でのパック（19）の動きに応じて、ディスプレイ上でカーソルに移動を生じさせる。カーソルの運動の大きさと方向は、パック動作領域（19）内でのパック（11）の運動の大きさと方向によって画定される。他の実施形態では、復元機構が設けられ、ユーザがパック（11）を解放すると、パック動作領域（19）の所定の領域にパック(11)を戻す。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ディスプレイ上でカーソルを制御するためのポインティングデバイスに関する。

以下の議論を単純化するために、本発明をコンピュータで利用されるポインティングデバイスに関して説明するが、しかしながら、本発明は、ハンドヘルドコンピュータ、携帯電話、ビデオゲーム、及び類似のものを含む広範なデータ処理システムとともに利用される。最新のコンピュータオペレーティングシステム及びグラフィックスプログラムは、コンピュータのディスプレイ上でカーソルの位置を制御するためのポインティングデバイスを必要としている。デスクトップPCの場合、最も成功したポインティングデバイスは「マウス」である。マウスは、キーボード付近の平坦な面上で移動される手持ち式の物体であり、コンピュータのディスプレイ上でのカーソルの運動を制御する。マウスが移動する方向及び距離が、カーソルがディスプレイ上で移動する方向及び距離を画定する。従来のマウスは、ユーザが非常に正確に移動させることのできる剛直な物体を提供する。デスクトップコンピュータの場合、マウスは位置合わせの問題に対して満足のいく解決をもたらす。作業環境が、マウスを移動させ、ディスプレイ上での所望のカーソルの動きに対応する経路をもたらすのに十分に広くない場合に、ユーザは、単純にマウスを取り上げ、作業空間上でマウスを再度中心に置く。

デスクトップPCの市場において、マウスはポインティングデバイスの問題に対する満足のいく解決をもたらすが、同様の成功したデバイスは、ポータブルコンピュータ及びハンドヘルドコンピュータに対して利用できない。これらのコンピュータは、マウスを移動可能なキーボード付近の十分に広い平坦な面を欠いた環境でしばしば使用される。したがって、それらのコンピュータをそのような環境で使用する際に、何らかの他の形態のポインティングデバイスが使用される。

それらの環境で利用するためのポインティングデバイスは、カーソルの素早く正確な動きに対する問題を解決しなければならない。加えて、そのデバイスは、豊富な指示がなくとも、未熟なユーザが理解可能である直感的な仕方で、操作できなければならない。加えて、ポインティングデバイスは、限られた作業環境で操作され、コンピュータのフォームファクター又はハンドヘルドデバイス内に適合しなければならない。最終的に、低コスト、低消費出力、高信頼性の通常の制約を満足する。

現在、ラップトップコンピュータでのポインティングデバイスの問題に対する２つの主たる解決が存在するが、それらはシナプティクス社の容量性のタッチパッド（登録商標）及びIBMのトラックポイント（登録商標）である。他の企業も同様の機能性を備えているそれらのデバイスの変形を製造している。これらのデバイスはどちらも上記の要求を満足するにはほど遠い。トラックポイント（登録商標）は、概してラップトップキーボードの中心に配置されている小さなボタンである。ボタンは、指によりボタンの上部に横方向の力が適用されることにより、「ジョイスティック」と同様の仕方で移動される。あいにく、ボタンはわずかな量しか移動しないため、ボタンの移動量をコンピュータディスプレイ上のカーソルの位置の移動量に直接変換することができない。その代わりに、ボタンの移動量は、カーソルが移動する方向及び早さを制御する。ユーザが速度を制御するこの形式を利用してカーソルを位置決めできる正確さは、従来のマウスにより達成されるよりも相当に劣る。この限界は、コンピュータグラフィックスプログラムで描くような小さく正確な動作が必要とされるタスクにおいて特に明らかである。

タッチパッド（登録商標）は、概して多くのラップトップのキーボードの正面に配置されている一辺50-100 mmの矩形のブランクパッドである。このデバイスは、デバイスの辺に対する矩形の表面上の指の位置を検出する。この検出は、絶縁された低摩擦材料の真下の一連の電極に、ユーザの指によって導かれる容量の変化を測定することによって達成される。

トラックポイント（登録商標）と同様に、タッチパッド（登録商標）も正確さを欠く。回路に対して未知の電位を有するユーザによって導かれる容量の変化を測定することは本質的に困難である。さらにユーザの指が接触する領域は相対的に大きい。したがって指の位置を正確に測定するために、デバイスは、指とパッドの間の接触領域における中心のような何らかのパラメータを判定しなければならない。あいにく、接触領域の寸法及び形状は、ユーザによって適用される圧力によって変化する。このような判定は、限られた精度の中で最善である。実際に、ユーザは繰り返して正確な動作を行うことができない。

ユーザが気付かずに指又は手首をパッドに接触させると、誤った信号から問題が生じる。デバイスによっては、パッドを叩くことにより、従来のマウスの「クリック」機能が実施される。結果として、タイプの間のそのような不注意の作動によって、カーソルがタイプ操作中に新しい場所に飛んだり、テキストが新しい場所に挿入されたりすることが生じる。

本発明は、パック動作領域の表面上で移動する移動可能なパックを有するポインティングデバイスに関する。位置検出器が、パック動作領域内のパックの位置を測定する。一実施形態において、位置検出器は、表面上の表面電極と、パックとともに移動するパック電極とを含み、位置検出器は複数の電極の選択されたものの間の容量を測定する。他の実施形態では、位置センサは、複数の電極の選択されたものの間の電流の流れを測定する。他の実施形態では、パックは、ユーザとパックの間の相互作用を検出するユーザセンサを含む。他の実施形態では、ユーザセンサは、ユーザによってパックに適用された第一の所定の力を示す第一の信号を発生する力センサを含む。他の実施形態では、力センサは、力が第二の所定の力の水準を越えた場合に信号を発生し、及び/又は力の大きさを示す信号を発生する。コントローラは、ユーザセンサがユーザとパックの間の相互作用を検出すると、パック動作領域内でのパックの動きに応じて、ディスプレイ上でカーソルに移動を生じさせる。カーソルの運動の大きさと方向は、パック動作領域内でのパックの運動の大きさと方向によって画定される。さらに他の実施形態では、復元機構が設けられ、ユーザがパックを解放すると、パック動作領域の所定の領域にパックを戻す。復元機構がばね又は磁場を利用する実施形態を説明する。

本発明がその利益をもたらす仕方は、本発明の一実施形態のポインティングデバイス10を図解する図１Ａ-１Ｂを参照することによってより容易に理解することができる。図１Ａはポインティングデバイス10の平面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す線1B-1Bに沿ったポインティングデバイス10の断面図である。ポインティングデバイス10は、パック11に適用される横方向の力に応じて、パック動作領域19内で基板15の表面12上を移動するパック11を含む。概して、力は、ユーザの指、指先、親指、親指の先端、複数の指によって適用される。パック11は、パック11に適用される垂直方向の圧力を測定する圧力検出機構を含む。加えて、ポインティングデバイス10は、表面12上のパック11の位置を判定する検出機構を含む。

上記したパックによりディスプレイ100上でのカーソルの制御を図解する図２Ａ-２Ｂをさらに参照する。ユーザが、所定の閾値よりも大きな垂直方向の力をパック11に適用すると、表面12のパック11の何らかの位置の変更が、ポインティングデバイス10がその部分を形成するホスト装置に伝えられる。位置の変更は、垂直方向の力がパック11に適用されている間の、パック11の運動の大きさ及び方向に依存する大きさ及び方向によって、ディスプレイ上でカーソルを移動するのに利用される。すなわち、パック11の運動が、距離d及び、ポインティングデバイス上の角φによって画定される方向によって特徴付けられる場合、カーソル101の運動は、距離D、及びディスプレー100上での角度φによって画定される方向によって特徴付けられる。

ユーザがユーザの指16を離すことによってパック11を解放すると、パック11は、パック動作領域の側部14にパックを接続する、参照番号13で示すばね13によって、その中心位置に戻される。ユーザの指は、パックが戻る間、パック11に垂直方向の力をパック11に適用しないので、その戻り動作に関連する位置の変更はホスト装置に伝えられない。すなわち、カーソル101は参照番号102の位置に残されたままとなる。これは、概して、動作領域の中央で、マウスを持ち上げ、再配置することによってマウスにおいて達成される都合のよい「再センタリング」機能をもたらす。再センタリングは、ラップトップコンピュータ、ハンドヘルドデバイス、動作領域が制限されている他の小型の用途において、特に必要である。

本発明の好適な一実施形態では、パック11の圧力センサが２つの所定の水準の圧力を検出する。第一の水準は、上記のように、ディスプレイ上でカーソルをトラックさせるのに利用される。第二の水準は、従来のマウスと関連する「クリック」機能を実施するのに利用される。したがって、ユーザは、パック11に適用する力を増大させることによって、カーソルの現在の位置でクリックすることができる。また機械的なクリックは、「クリック」閾値に関する触覚フィードバックをもたらすように設計することもできる。

本発明のパックのより詳細な断面を示す図３をさらに参照する。パック20は、空洞26上に懸架されている移動可能な構成要素21を含む。構成要素21と空洞26の底面25の間の距離は、構成要素21の上面に適用される圧力に応じて変化する。図３に示す実施形態では、構成要素21は、参照番号27で示すスペーサから懸架されている変形可能な膜である。構成要素21がその静止位置から移動した距離は、構成要素21に適用された力の測定値である。この距離は、任意の適切な機構によって検出可能である。

例えば、２つの圧力スイッチを参照番号23及び24で示す。各圧力スイッチは、構成要素21に適用される力が所定の値よりも小さい場合に開であり、値は各スイッチに対して異なる。構成要素21が下方に押されると、スイッチ23が最初に係合し、導通状態に切り替わる。このスイッチは、ポインティングデバイスが始動されているホスト装置に信号を送る。この時点で、ホスト装置は、ポインティングデバイスの位置を測定し、それらの測定値に応じてディスプレイ上のカーソルの位置を変更する。

構成要素21上の力が所定の第二の水準を超えて増大すると、スイッチ24も閉じられる。このスイッチの状態は、ポインティングデバイスがその部分を形成するホスト装置、又はポインティングデバイスそれ自体の部分であるコントローラによって独立して監視される。従来のマウスでは、ユーザによって作動可能なボタンが、ホスト装置に信号を送り、ディスプレイ上のカーソルの現在の位置における何らかの特定の注釈を獲得する。このボタンを押すことによってスイッチを閉じることは、しばしば現在のカーソル位置で「クリックする」と称される。スイッチ24は、パック20を利用するポインティングデバイスでこのクリック機能をもたらすのに利用される。

パック20の上記実施形態は、力の２つの閾値を検出するための別個のスイッチを利用する。しかしながら、カーソルのトラック機能及びクリック機能を起動させるための力の閾値を、空洞の底面25に対する構成要素21の表面の位置のアナログ測定値をもたらす単一の圧力検出構成要素を利用して提供することができる。例えば、構成要素21は、空洞の底面の関連する構成要素とともにコンデンサを形成する電極を含む。構成要素21の表面と空洞の底面との間の距離が変化すると、そのコンデンサの容量もまた変化する。容量の変化は、多くの従来の回路の任意のものにより測定することができ、構成要素21と空洞の底面との間の距離を判定するのに利用される。この場合、２つの容量の閾値が、上記の２つの力の閾値を画定する。

構成要素21の弾力性を利用して、構成要素21に適用される力をその距離に変換する機構をもたらす上記の実施形態は測定可能である。しかしながら、その機能をもたらすための他の公知の機構が数多く存在する。例えば、空洞26を、ゴムのような圧縮可能な媒体で充填することができる。さらに他の実施形態では、ばね機構により表面上に懸架されている剛直な移動可能な構成要素を利用することができる。

本発明のポインティングデバイスで利用されるパックの他の実施形態の断面を示す図４をさらに参照する。パック30は空洞36を含み、ばねによって空洞36の底部上に懸架されている剛直な部材31を有する。例示的なばねを参照番号38で示す。部材31に下方への力が適用されない場合、部材31は、参照番号37で示す止め輪によって適所に保持される。参照番号39により示す方向に力が適用されると、部材31は、適用される力とばね38のばね定数に依存する距離だけ、空洞の底部の方へ移動する。電極32と33の間の容量を測定することによって、部材31と底部35の間の距離の測定値がもたらされる。

図４に示す電極により形成される等価回路を図解する図５をさらに参照する。電極32、33、34は、共通の電極として電極34と直列に接続されている２つのコンデンサと等価である電気回路を形成する。コンデンサC₁は電極33と34の間の容量を表し、コンデンサC₂は電極32と34の間の容量を表す。電極32と33の間の全容量は、電極34と電極32、33の間の距離に依存する。この容量は、単純化することを目的として、図からは省いてあるが、電極32及び33への外部の電気的な接続を利用して検出される。上記の容量測定案は、電極34への外部の電気的な接続を必要とせず、したがって、その実施は廉価であり単純である。しかしながら、電極34と、電極32及び33の一方又は双方との間の容量の測定に基づく他の実施形態を代替的に利用することもできる。

上記のパックの実施形態は、移動可能な構成要素と空洞の底部との間の距離を検出するために容量の測定を利用したが、他の測定技術を利用することもできる。本発明で利用するためのパックの他の実施形態の断面を示す図６をさらに参照する。パック40では、図４において参照番号38で示すばねが、その抵抗率が発泡体の圧縮に依存する圧縮可能な導電性の発泡体層によって置き換えられている。そのような材料は公知であり、したがって本明細書では詳細に議論しない。本発明の目的のためには、電極32と33の間の抵抗率が発泡体の圧縮によって変化することを指摘するだけで十分である。

本発明の上記の実施形態は、カーソルの移動が連動する水準の力と、クリック機能が達成される水準の力を画定する２つの不連続な水準の力に関して説明してきた。しかしながら、アナログの水準の力を測定し、他の機能を実施するように利用される装置を導入することもできる。例えば、アナログの水準の力を、圧力感応作図装置の機能を実施するために利用することができる。その形式の機能を利用するグラフィック入力装置は当業界で公知であり、したがって本明細書では詳細に議論しない。本義論の目的のため、ポインティングデバイスが適用される表面に対する圧力が、ディスプレイ上のカーソルの位置で現在描かれている線の幅のような図の何らかの属性に変換されるということを指摘するだけで十分である。

下にある表面上のパックの位置を検出する位置検出器の実施形態は、図７を参照することによってより容易に理解することができる。図７は、本発明の一実施形態において、その上をパックが移動する図１に示す表面12の部分の平面図である。表面50は、外部回路に接続されている端子を有する、参照番号51-54で示す４つの電極を含む。図面を単純化するために、それらの端子は省いてある。パックは、図中で点線により示されている電極55を含む底面を有する。電極51-55は、他のものから電気的に絶縁されている。例えば、電極55は、電極55が他の電極上を滑動する際に、必要とされる絶縁をもたらす誘電体層により覆われている。要するに、電極は、参照番号50で示す表面の、基板の裏側にパターン形成されている。これは電極とパック電極の間の容量を低下させるが、数ミリメートル又はそれ未満の厚みの基板に対して実用的である。電極55と各電極51-54の重なりは、電極51-54に対するパックの位置に依存する。電極55と電極51-54の間の重なりはそれぞれ、Ａ-Ｄによって示されている。

電極51-55に関する等価回路の概略的な図である図８をさらに参照する。電極51と重なる電極55の部分は、重なりＡに比例する容量を有する平行平板コンデンサを形成する。同様に、電極52と重なる電極55の部分は、重なりＢに比例する容量を有する平行平板コンデンサを形成し、以下同様である。コンデンサの全てが、電極55の部分を共有しているので、等価回路は、参照番号58で示す共通の電極に接続されている４つのコンデンサからなる。この電極はまさに電極55である。したがって、電極55と各電極51-54の間の容量を測定することにより、電極51-54に対する電極55の位置を画定することができる。この画定は、ポインティングデバイスの部分、又はポインティングデバイスがその部分を形成するホスト装置の部分であるコントローラ159によってなされる。

パック動作領域がパックの直径よりも実質上大きい実施形態では、４つよりも多い電極を基板上に配置することができる。それらの電極のそれぞれとパックとの間の容量の測定は、上記のように、パックの位置を判定するのに利用可能である。

位置検出器の上記の実施形態は、パックの底部の電極55に対する電気的な接続を有する。表面50の各電極対の間の容量性の結合を測定する実施形態では、この接続を省略することができる。すなわち、電極51と52の間の容量は、電極51と53の間の容量と別個に測定され、以下同様に測定される。電極51と52の間の容量を検討する。等価回路は、重なりＡに比例するC₁と重なりＣに比例するC₂を備える図５に示す回路と同様である。隣接する電極間の４つの測定値は、４つの容量のそれぞれを解くための情報をもたらし、したがってパックの位置が画定される。

パックの底部の電極は、円形形状であり、電極の形状に起因する誤差を低減させることが好ましい。復元ばねによって、パックは幾分回転される。ユーザの指が、パックの移動の間、パックの中心になければ、結果としてトルクが生じ、パックはわずかに回転する。パックの電極が環状で対称であるならば、そのような回転によって位置の測定の結果は変化しない。他方、パックの電極が環状の対称でないならば、パックと種々の電極の間の重なりは、パックの中心が同じ位置にあるそれぞれの場合でさえも、異なる回転に対して相違する。

本発明の上記の実施形態は、電極の表面に堆積するほこり、又はパック又は電極の表面の摩耗の影響が少なく、消費電極が非常に小さいことから、位置の検出を容量性の測定とする。しかしながら他の位置検出機構を利用することができる。本発明の他の実施形態における、その上をパックが移動する図１に示す表面12の部分の平面図である図９Ａをさらに参照する。表面60は、参照番号71-74で示すように、その４つの角に電極を有する単一の抵抗層を含む。パック62はこの層の上を滑動する。再度、パックを点線で示す。パック62は、抵抗層61の非常に小さな領域と接触する電極63を含む。電流が電極63に注入された際に、電極71-74から流れる電流を測定することによって、電極71-74に対する電極63の位置を画定することができる。

またパック動作領域内のパックの位置は、従来の光学式マウスにおいて利用されているような光学センサを利用して確認することもできる。そのような検出機構を図解する図９Ｂをさらに参照する。この実施形態では、パック82の底面84は、パック動作領域の表面81の真下に配置されている光学式マウスセンサ83により照明されているパターン又は外見を含む。光学式マウスセンサは当業界で公知であり、したがって本明細書では詳細に議論しない。本義論の目的のため、光学式マウスセンサ83が、パック82の底面を照明する照明システム及び、照明された表面の部分の像を形成するイメージセンサを有することを指摘することで十分である。結像系は、底面の連続的な像を比較して、像の間でパックが移動するその大きさ及び方向を判定する。

好適な位置検出機構の先の例示は例示として提供されている。しかしながら、先の議論から、本発明の技術から逸脱することなく、非常に多くの数の位置測定機構を利用可能であることは明らかである。

多くの上記した実施形態は、電気的な接触がパックに形成されていることを必要とする。圧力検出機構は、実施される特定の実施形態に応じて、２つ又は３つの接続を必要とする。位置検出器は付加的な接続を必要とする。参照番号13で示すばねを本発明の好適な一実施形態において、それらの接続に対して利用する図１を再度参照する。このような実施形態では、ばねは、電気的な導電性材料から製造され、又は電気的な導電性材料で被覆され、したがって各ばねはパックに対して電気的な接続をもたらす。

本発明の上記の実施形態は、ばねを介するパックに対して形成された電気的な接続を利用する。しかしながら、パックに対する直接の接続を必要としないパックに関連する信号を検出する方法が利用可能である。遠隔計測に関する技術は、RF識別票技術において公知であり、本明細書では詳細に議論しない。本義論の目的のために、遠隔装置におけるコンデンサ及びインダクタの値が、出力を測定することによって、RF信号からの装置の吸収を検出することができるということを指摘するだけで十分である。例えば、上記のように、パックに適用される圧力が容量の変化を介して検出される実施形態を検討する。容量が測定されるコンデンサを、共鳴周波数が、ポインティングデバイスの基部に配置されているRFアンテナからの周波数の関数としてパックにより吸収される出力を測定することによって検出されるタンク回路内に組み込むことができる。

上記の本発明の実施形態は、パックに適用される圧力が起動閾値水準よりも大きい場合に、ディスプレイ上のカーソルとパックの間の結合が起動され、圧力がその起動閾値水準よりも低い場合に、結合が解放される。圧力が完全に解放されているならば、パックは、上記のばねによりその中心位置に戻される。

カーソルの移動される距離は、パック動作領域の中心のその静止位置からパック動作領域の境界へパックを移動することによる移動可能な最大距離よりも大きくすることができる。この場合、従来のマウスを使用するのと同様の仕方で、すなわちパックを解放し、さらにパック上に指を置くことによりパックを再び連動させることによってパックを再センタリングして、ユーザは必要とされるカーソルの移動を行うことができる。パックの再センタリングに先立ち、指が外されると、カーソルが解放されるので、ユーザは、ユーザの指がパックから外されたディスプレイ上の位置からディスプレイ上のカーソルの移動を再開することができる。このやり方は大部分のカーソルの移動に関して満足のいく解法をもたらすが、非常に大きな移動が必要とされる場合がある。このような場合、非常に多くの小さな移動を介して移動を達成することは、常に満足されるわけではない。

上記の実施形態は、ユーザがパックを解放すると、パックを再配置する蛇行するばねを利用している。理想的に、パックの位置を元に戻すのに利用されるばねは、ユーザの手を疲労させる力をユーザが適用させることを必要とせず、パックを再センタリングする復元力をもたらす。加えて、変化は、ユーザが正確にパックを位置づけることを妨げることがあるため、パック動作領域上で力が変化してはならない。加えて、ラップトップコンピュータ、ハンドヘルド装置、他の小型用途で使用するように設計されている実施形態では、ポインティングデバイスの横方向の寸法及びポインティングデバイスの厚みの双方が重要視される。したがって、ポインティングデバイスの厚み及び横方向の寸法を増大させる設計は好ましくない。

図１に示す蛇行するばねは、パック動作領域の全ての部分にパックが達することを妨げる。これは、パックの移動がパック動作領域の周囲のばね取り付け位置に向かう場合に特に当てはまる。したがってパック動作領域の特定の範囲にデバイスをもたらすために、その押圧された状態のばねに要求される面上の使用できない空間に適応するように、幾分大きな横方向の範囲が必要とされる。加えて、パックを移動するのに要求される力は、パック動作領域の観点で異なる領域に対して異なる。したがって、図１に示す蛇行するばね設計は理想とはほど遠い。

一般的な螺旋コイルばねにも同様の問題がある。加えて、ばねは想到の厚みを有し、ポインティングデバイスの厚みを増すこととなる。したがって、このようなばねも好ましくない。

本発明の他の実施形態によるポインティングデバイス70の平面図である図10をさらに参照する。ポインティングデバイス70は、上記の理想的な特性をほとんどもたらす渦巻き状ばね設計を利用する。パック75は、参照番号71-74で示す４つの渦巻き状の部材に取り付けられている。各渦巻き状の部材は、一方の端部がパック75に取り付けられ、もう一方の端部が、パック動作領域76の周囲の点におけるポインティングデバイスの固定個所に取り付けられている。

最適なばねは、おおよそ270度から360度にわたって回転する渦巻き状のばねである。すなわち参照番号79で示す12時の位置のパックの上部に接続されているばねが、参照番号77で示すパック動作領域の境界の９時から12時の間で終端する。これが好ましいばね構成であるが、他のばね構成を利用することもできる。より短いばねを使用する場合には、パックがパック動作領域の限界にまで移動する場合、パックは回転しやすくなる。そのような回転は、幾つかの設計において、位置検出機構に干渉する。360度よりも長いばねは、利用可能な空間をより消費し、より弱い復元力を結果生じる。

図９Ａに示すパックの設計は、パック動作領域の境界に隣接してデッドスペースを有し、そのデッドスペースはばねの幅の３倍である。幅がおおよそ0.25mmである金属製のばねが適切に実施される。したがってパック動作領域の境界に隣接して幅が１mmよりも狭い範囲が、ポインティングデバイスに基づくそのような渦巻き状のばねにおいて無駄にされる。幅が0.75mm、厚みが1.5mmのプラスチック製のばねは、直径60 mmの動作領域内の直径30 mmであるパックに対して適合する。

図10に示す実施形態は、各ばねに対して平坦な渦巻き状の部材を利用する。すなわち、パックが、パック動作領域においてセンタリングされる場合に、ばねによって達成される曲線は、極座標系（R、θ）においてR=k-k'θによって与えられる。ここで、k及びk'は定数である。この曲線はばねの長さを最大とするよい近似であるが、２つの端部におけるこの関係とは異なる関係の曲線が有利である。そのようなばねでは、渦巻きの２つの端部は、ばねがパック及びパック動作領域の境界に取り付けられる点に対してほぼ接する端部を形成するように修正されている。このような修正によって、パックは、パック動作領域の限界により容易に達する。加えて、各平坦な渦巻き状の部材によって達成される正確な曲線は完全な渦巻き形状から幾分異なるものとすることができ、他のばね設計を越える相当な利益を依然としてもたらすことが明らかである。したがって用語「平坦な渦巻き状の部材」は、長さＬ及び中心線を有する任意の直線構造を含むように画定され、任意の所定のθの値に対して、Rが、Ｌの少なくとも50％に対してR₀=k-K'θの25％の範囲であるように、極座標系（R、θ）において曲線を達成する。加えて、弓形ばねの他の形態を、上記した渦巻き状の部材の全ての利点をもたらすことがないばねでさえも利用することが可能である。

本発明の上記した実施形態は、その静止位置にパックを復元するための４つのばねを利用する。しかしながら他の数のばねを利用することも可能である。原則として、一つのばねを利用することができるが、しかしながら、そのばねは２つの方向で復元力をもたらすことを必要とされ、したがってもはや等方的ではなく、上記したばねよりも剛直となる。加えて、より多くのばねを利用し、パックに付加的な電気的な接続をもたらすことができる。

上記した実施形態におけるばねは、動作領域の中心にある静止位置にパックを理想的に戻す。このような実施形態は、静止位置からの、適合される移動量を最大化する。しかしながら、解放されるたび毎に、パックが、同じ始動位置に正確に戻される必要がないことは先の議論から明らかである。同様に、パック動作領域の中心と厳密に位置合わせされている静止位置に、パックを戻す必要はない。パック動作領域の中心に十分に近い位置にパックが戻されることにより、パックをその位置から所望とされる何れかの方向の新しい位置に動かすことができる限りにおいて、本発明は、上記の蛇行するばね設計を越える改善をもたらす。

できる限り少ない振動をもって、パックがその静止位置に戻ることが好ましいことに注意されたい。したがって、振動を減衰する何らかの形態を含むことが好ましい。振動を減衰する一つの方法は、ユーザにより解放され、その静止位置に戻る際、パックが下にある表面に対して押圧されていることを確実にすることである。この場合には、パックと下にある表面との間の摩擦が、減衰力をもたらす。これは、パックに下向きの力を適用するようなばねを取り付けることによって達成される。例えばパックのばねの端部に対する取り付け位置を、ばねのもう一方の端部に対する取り付け位置よりも動作表面からの距離を大きくして配置することができる。代替的には、各ばねが上記の復元力に加えて下向きの力を及ぼすように、ばねを変形することができる。

上記の本発明の実施形態は、ユーザがパックを解放すると、その静止位置にパックを戻すようなばねを利用する。しかしながら、パックがユーザによって解放された際、その静止位置にパックを復元するための他の機構もまた利用可能である。例えば、パックは、パックの下方の基板内の対応する磁石に引き寄せられる磁石を含む。そのような実施形態を、本発明のポインティングデバイスのさらに他の実施形態の断面を示す図11に示す。ポインタ90は、パックが圧力の閾値を画定する圧力検出機構を含む上記のパックと同様のパック91を含む。またポインタ90は、パックの底部の電極を含み、その上をパックが移動する基板93上の電極に対するパックの位置が測定される。例示的な基板の電極を、参照番号94及び95で示す。またパック91は、パックがユーザにより解放されると、その静止位置にパックを戻すための復元力及び、パックの位置を測定するための電極構造の双方をもたらす磁石96を含む。対応する磁石97が基板93に含まれる。磁石97の極は、磁石96の極と対抗するように配列されている。磁石の磁場は、図10に示す磁石の中心において最大値を有し、磁石の中心からの距離に伴い弱まるように選択されている。したがって、パックが解放されると、パックは、磁石が他方の上方で心合わせされる静止位置に戻される。磁石が、上記の下方への減衰力をもたらし、パックが解放されると、その静止位置付近で、パックの何らかの振動が低減されることに注意されなけれならない。

本発明の上記の実施形態は、ユーザの指によって及ぼされる力を利用して、パックの移動のディスプレイ上のカーソルの移動に対する結合を起動させる。しかしながら、他の機構を利用して、カーソルの結合に信号を送ることができる。例えば、パック上にユーザの指を置くことにより容量を検出することができる。そのようなセンサは公知であり、本明細書では詳細に議論しない。ユーザの指を置くことにより、パック上の一つ又はそれ以上の電極の容量が測定可能に変化することを指摘するだけで十分である。

またユーザセンサは、別個の力センサ又は容量センサなしに、むしろコントローラによるパックのｘ位置及びｙ位置のソフトウエア分析により実施される。パックが再センタリングばねの力の下、中央に急速に戻されると、パックの移動の方向及び加速度により、パックがユーザにより操作されたのであるか、又はまさにばねの影響下にあるのかが判定される。

本発明の上記の実施形態は、ユーザがパック上の圧力を解放すると、その静止位置にパックを戻すある種の復元機構を利用する。しかしながら、復元機構がユーザの指である本発明の実施形態を構成することもできる。このような実施形態では、ユーザは、カーソルに対してパックを結合させる水準より低い水準にまでパック上の圧力を低減させる。さらにユーザは、ディスプレイ上のカーソルに連動しない状態で、パックを新しい位置に手動で移動する。さらにユーザはパックとカーソルとの結合を起動させるに十分な圧力で、パック上を再度押圧することによりカーソルの移動を続ける。

本発明の上記の実施形態は、ユーザがパックを解放すると復元機構により所定の静止位置に戻されるパックを参照する。上記のように、所定の実施形態は、パックが解放された後、パックの位置の振動を消滅させるのに必要な時間を最小とするためにある種の減衰力を含む。結果として、パックは常に始動位置に正確に戻されない。しかしながら、そのような正確な復元は必要ではない。概してパックがある所定の始動領域に戻る実施形態も満足に実施される。パック動作領域の境界から十分に離れている任意の始動領域が満足に実施される。

本発明の上記の実施形態は、円形であるパック動作領域を利用したが、他の形状のパック動作領域も可能である。例えばパック動作領域を楕円形又は矩形とすることができる。これらの場合には、最適なばね形状は上記したものとは異なる。

本発明の種々の変更が、先の詳細な説明及び添付の図面から当業者には明らかとなる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の記載によってのみ制限される。

ポインティングデバイス10の平面図である。 図１Ａに示す線1B-1Bに沿ったポインティングデバイス10の断面図である。 上記したパックによるディスプレイ100上のカーソルの制御を図解する図である。 上記したパックによるディスプレイ100上のカーソルの制御を図解する図である。 本発明のパックのより詳細な断面を示す図である。 本発明のポインティングデバイスで使用するためのパックの他の実施形態を示す断面図である。 図４に示す電極により形成される等価回路を図解する図である。 本発明で使用するためのパックの他の実施形態を示す断面図である。 本発明の一実施形態において、パックがその上を移動する図１に示す表面12の部分を示す平面図である。 図７に示す電極51-55に対する等価回路を概略的に示す図である。。 本発明の他の実施形態において、その上をパックが移動する図１に示す表面12の部分を示す平面図である。 パックの位置を測定するための光学センサを使用する本発明の一実施形態を図解する図である。 本発明の他の実施形態によるポインティングデバイス70の平面図である。 本発明のポインティングデバイスのさらに他の実施形態の断面図である。

Claims (22)

1. その上に画定されるパック動作領域（19）を有する表面（12）と、
   ユーザセンサ（23、24）を含む移動可能なパック（11）と、該ユーザセンサが、ユーザと当該パック（11）の間の相互作用を検出し、当該パックが、前記パック動作領域（19）内で移動するように制限され、
   前記パック動作領域（19）内の前記パック（19）の位置を測定する位置検出器（51-55、59）とからなるポインティングデバイス（10）。
2. 前記パック動作領域（19）内の特定の領域に前記パック（11）を戻す復元機構をさらに含む請求項１に記載のポインティングデバイス（10）。
3. 前記復元機構が前記パック（11）に接続されているばね（13、71-74）からなる請求項２に記載のポインティングデバイス（10）。
4. 前記復元機構が、前記パック（11）上の第一の磁石（96）と前記パック動作領域（19）内の第二の磁石（97）とからなる請求項２に記載のポインティングデバイス（10）。
5. 前記ばね（13、71-74）が弓形ばね（71-74）からなる請求項３に記載のポインティングデバイス（10）。
6. 前記弓形ばね（71-74）が平坦な渦巻き状のばね（71-74）からなる請求項５に記載のポインティングデバイス（10）。
7. また、前記復元機構が、前記パック（11）が前記パック動作領域（19）内の所定の領域に戻ると、前記パックの位置における振動を減衰する力を適用する請求項２に記載のポインティングデバイス（10）。
8. 前記ユーザセンサ（23、24）が、前記パック（11）の電極と関連する容量の変化を検出する請求項１に記載のポインティングデバイス（10）。
9. 前記ユーザセンサ（23，24）が、ユーザによって前記パック（11）に適用される第一の所定の力を示す第一の信号を発生する力センサからなる請求項１に記載のポインティングデバイス（10）。
10. さらに、前記力センサが、ユーザによって前記パック（11）に適用される第二の所定の水準の力よりも大きい力であることを示す第二の信号を発生する請求項９に記載のポインティングデバイス（10）。
11. 前記ユーザセンサ（23、24）が、前記ユーザによって適用された力の大きさを示す信号を発生する請求項１に記載のポインティングデバイス（10）。
12. 前記センサが前記ユーザと前記パック（11）の間の相互作用を検出すると、前記パック動作領域（19）内の前記パック（11）の移動に応じて、ディスプレイ上でカーソルを移動させるコントローラ（59）からさらになり、該カーソルの移動の大きさ及び方向が、前記パック動作領域（19）内の前記パック（11）の運動の大きさ及び方向によって画定される請求項１に記載のポインティングデバイス（10）。
13. 前記センサが前記ユーザと前記パック（11）の間の相互作用を検出しない場合、前記コントローラが、前記パック（11）の移動に応じて、前記カーソルに移動を生じさせない請求項１２に記載のポインティングデバイス（10）。
14. 前記位置センサが、前記表面上の表面電極（51-54、61）及び前記パック（11）とともに移動するパック電極（55、63）からなる請求項１に記載のポインティングデバイス（10）。
15. 前記位置センサが、前記電極の選択されたものの間の容量を測定する請求項１４に記載のポインティングデバイス（10）。
16. 前記位置センサが、前記電極の選択されたものの間の電流の流れを測定する請求項１４に記載のポインティングデバイス（10）。
17. その上に画定されるパック動作領域（19）を有する表面（12）と、
    前記パック動作領域（19）内で移動するように制限されている移動可能なパック（19）と、
    前記パック動作領域（19）内の前記パック（19）の位置を測定する位置検出器（51-55、59）と、
    前記パック動作領域（19）内の所定の領域に前記パック（11）を戻す復元機構とからなるポインティングデバイス（10）。
18. 前記復元機構が前記パック（11）に接続されているばね（13、71-74）からなる請求項２に記載のポインティングデバイス（10）。
19. 前記復元機構が、前記パック（11）上の第一の磁石（96）と前記パック動作領域（19）に関して固定されている第二の磁石（97）とからなる請求項１７に記載のポインティングデバイス（10）。
20. 前記ばね（13、71-74）が弓形ばね（71-74）からなる請求項１８に記載のポインティングデバイス（10）。
21. 前記弓形ばね（71-74）が平坦な渦巻き状のばね（71-74）からなる請求項２０に記載のポインティングデバイス（10）。
22. また、前記復元機構が、前記パック（11）が前記パック動作領域（19）内の所定の領域に戻ると、前記パックの位置における振動を減衰する力を適用する請求項１７に記載のポインティングデバイス（10）。

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