JP2008524690A - 密閉筐体を有する相対運動センサ - Google Patents

Abstract

本発明は、コンピュータのマウス等である光学入力装置（１１０）に係る。当該光学入力装置においては、ダイオードレーザにおける所謂自己混合効果は、表面（１２０）に対する装置（１１０）の相対運動を測定するよう使用される。筐体（１１２）は、レーザ（３）及び検出器（４）を有する光学測定モジュール（１１４）を有する。筐体（１１２）は、光学測定モジュール（１１４）を完全に封入し、透明な窓（１２４）を有するベース板（１１６）を有し、該窓を介して表面（１２０）は、測定ビーム（１３）によって照射され、表面（１２０）によって反射される放射線は、レーザキャビティに戻り得る。筐体（１１２）が完全に封入されるため、ＥＳＤ遮蔽は求められず、装置は液密に作られ得る。

Description

本発明は、光学入力装置における使用に対する相対運動センサに係る。入力装置及びの少なくとも１つの測定軸に沿う互いに対する運動は、測定レーザビームを有して対象表面を照射すること、及び対象表面によって反射される測定ビーム放射線の選択された部分を測定軸に沿った運動を表わす電気信号へと変換することによって測定される。

かかる相対運動センサを有する光学入力装置は、欧州特許出願ＥＰ−Ａ−０９４２２８５（特許文献１）から既知である。入力装置は、例えば、表示されるメニューの機能を選択するよう、コンピュータディスプレイ又はモニタにわたってカーソルを動かすようコンピュータ構成において使用される、光学マウスであり得る。かかる光学マウスは、従来の機械式マウス等と同様に、手でマウスパッドにわたって動かされる。

多くの異なる種類の光学測定モジュールは、この種類の入力装置における使用に対して技術的に既知である。例えば、特許文献１は、光学測定モジュールの複数の実施例を開示し、その全てにおいてホモダイン式又はヘテロダイン式検出が使用される。

用いられる光学測定モジュールの種類にかかわらず、近年使用可能である光学入力装置は、光が光源からテーブル、マウスマット、又は他の表面へと移動し、検出器へと戻り得るよう、ベース板において開口を与えることを求める。

図１を参照すると、典型的な光学マウス１０は、光学測定モジュール１４を内部に格納する筐体１２を有する。マウス１０は、複数のスペーサ１８を有するベース板１６を更に備えられ、スペーサ１８を用いてマウス１０は、表面２０にわたってグライドし（ｇｌｉｄｅ）得る。開口２２は、光が光学測定モジュール１４から表面２０まで移動し、続いて（モジュール１４における）検出器に戻り得るよう、ベース板１６において与えられる。

ベース板１６における開口２２の不利点は、筐体１２内の電子機器（１４）の静電放電（ＥＳＤ）遮蔽が困難であること、である。

静電放電（ＥＳＤ）は、触れられる際に他の表面に突然移される一表面上の電荷の蓄積によって引き起こされる。この放電は、典型的には数千ボルトであり、光学測定モジュール１４の構成要素は、特にＥＳＤに対して敏感である。ＥＳＤに対処する方途の１つは、損傷を引き起こし得ないようＥＳＤを排出させることであり、図１中の光学マウス１０の場合、ベース板１６における特殊挿入（ｓｐｅｃｉａｌ ｉｎｓｅｒｔ）の形状におけるＥＳＤ遮蔽板２４は、この目的に対して与えられる。これは、結果として、より複雑且つより高価なベース板をもたらす。
ＥＰ−Ａ−０９４２２８５

出願人は、上述された問題が克服される改善された配置を発明した。本発明は、ＥＳＤ遮蔽板に対する必要性が排除される光学入力装置を与える、ことを目的とする。

本発明によれば、光学入力装置が与えられる。当該光学入力装置は、表面に対する該装置の運動を測定する相対運動センサを有する。該装置は、内部に光学測定モジュールを与えられるエンクロージャを定義付ける筐体を有する。光学測定モジュールは、測定ビームを生成するよう、レーザキャビティを有する少なくとも１つのレーザを有する。筐体は、ベース部を有し、該ベース部の少なくとも一部分は、測定ビームに対して透明である材料を有し、該部分を介して表面は測定ビームによって照射される。表面によって反射される測定ビーム放射のうち少なくとも複数は、レーザキャビティに再度入る。光学測定モジュールは更に、レーザキャビティに再度入る反射された測定ビーム放射線及びレーザキャビティにおける光学波の干渉によって引き起こされるレーザキャビティの作動時における変化を測定する測定手段と、表面に対する装置の運動を定めるよう使用される、前出の変化を表わす電気信号を与える手段と、を有する。

故に、光学測定モジュールが光学測定ビームを使用するため、測定ビームが表面を照射し得るよう、また反射された測定ビーム放射線が検出器に戻り得るよう、筐体のベース部において開口を与える必要はない。これは、ＥＳＤ遮蔽板に対する必要性を排除し、また、装置は液密であるように作られ得、明らかに有利である。

典型的な一実施例では、ベース部は、ベース部と一体的に形成されるか、またはベース部に取り付けられるかのいずれかである、透明な窓を有し得る。あるいは、ベース部は実際には、測定ビームに対して透明である材料を有して形成され得、その構成は、装置の構成要素の数を低減させるという追加的な利点を有する。

望ましくは筐体のベース部は、使用時に、透明な材料が前出の表面に対して間隔をあけられた関係にあるよう、配置及び構成される。第１の典型的な実施例では、１つ又はそれより多いスペーサ又はグライダ（ｇｌｉｄｅｒ）が与えられ得る。このことは、装置を表面にわたってより容易にグライドさせ得ることに加え、装置のベース部を表面に対して間隔をあけられた関係において保持する効果も有する。あるいは、透明な部分は、少なくとも部分的に湾曲されるか、あるいは面を作られる等して非平面的であり得、その場合は、スペーサに対する必要性は排除され得る。

エンクロージャは、有益には、実質的に液密である。

実際、本発明は、上述された通り光学入力装置に対する筐体にまで及ぶ。該筐体は、上方シェル及びベース板を有する。上方シェル及びベース板は、有益には実質的に液密であるエンクロージャを形成するよう互いに対して接続可能である。

本発明は更に、光学入力装置を製造する方法に及ぶ。該光学入力装置は、表面に対する装置の運動を測定する相対運動センサを有する。当該方法は、エンクロージャを定義付ける筐体内部に光学測定モジュールを与える段階を有する。光学測定モジュールは、測定ビームを生成するよう、レーザキャビティを有する少なくとも１つのレーザを有し、筐体は、少なくとも一部分が測定ビームに対して透明である材料を有するベース部を有する。光学測定モジュールは、前出の透明な部分を介して測定ビームによって照射されるよう配置され、表面によって反射される測定ビーム放射のうち少なくとも複数は、レーザキャビティに再度入る。光学測定モジュールは更に、レーザキャビティに再度入る反射された測定ビーム放射線及びレーザキャビティにおける光学波の干渉によって引き起こされるレーザキャビティの作動時における変化を測定する測定手段と、表面に対する装置の運動を定めるよう使用される、変化を表わす電気信号を与える手段と、を有する。

本発明のこれらの及び他の態様は、本願に記載される実施例から、またそれを参照して明らかに説明される。

本発明の実施例は、これより、添付の図面を参照して単なる例証として説明される。

図２を参照すると、本発明の典型的な一実施例に従った光学入力装置１１０は、筐体１１２及びベース板１１６を有し、内部において光学測定モジュール１１４が格納されるエンクロージャ１２３を定義付ける。

光学測定モジュール１１４によって用いられる表面１２０に対する入力装置１１０の相対運動を測定する方法は、ダイオードレーザにおける所謂自己混合効果を使用する。これは、ダイオードレーザによって発され、ダイオードレーザのキャビティに再度入る放射線が、レーザのゲイン及びレーザによって発された放射線における変動を誘発する、という現象である。入力装置１１０は、表面１２０に対して動かされ、運動の方向は、レーザビームの方向において構成要素を有する。表面１２０に対する入力装置１１０の運動時に、表面１２０によって散乱される放射線は、ドップラー効果により、対象を照射する放射線の周波数とは異なる周波数を得る。散乱光の一部は、対象上で照射ビームを集束させる同一のレンズによってダイオードレーザ上に集束される。散乱された放射線のなかには、レーザミラーを介してレーザキャビティに入るものがあるため、光の干渉は、レーザにおいて行われる。これは、レーザ及び発された放射線の特性における基本的な変化を生じさせる。自己結合効果により変化するパラメータは、電力、周波数、並びに、レーザ放射線及びレーザ閾値ゲインの線幅である。レーザキャビティにおける干渉の結果は、２つの放射線周波数の差異と同等である周波数を有するかかるパラメータの値の変動である。この差異は、対象の成分速度（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）に比例する。故に、対象の速度、及び、長期にわたって一体にすることによる、対象の置換えは、かかるパラメータの１つの値を測定することによって定められ得る。この技術は、国際特許出願ＷＯ０２／０３７４１０中に詳細に記載される。

故に、図２を再度参照すると、光学測定モジュール１１４は、ＶＣＳＥＬ型であり得るダイオードレーザ、及びフォトダイオード等である検出器に対して担体を与える。図２中、ダイオードレーザ及び対応するフォトダイオードを有する単一の集積ウエハ３は可視であるが、実際には、１つ又はそれより多い更なるダイオードレーザ及び関連付けられる検出器が与えられ得る。ダイオードレーザ３は、レーザ、又は可視又は赤外線レーザ光等であり得る測定ビーム１３を発し、測定ビーム１３は表面１２０に達する必要がある。しかしながら、ベース板１１６において与えられるよう求められる開口はない。その代わりに、ベース板１１６は、測定ビーム１３を生成するよう使用されるレーザ光に対して透明である小さな範囲１２４を備えられる。レーザ光が小さなスペクトルバンド幅を有するため、範囲又は窓１２４は、該小さなスペクトルバンド幅に対して透明であることだけを必要とし、つまり、全ての他の波長に対して、不透明、吸収性、又は反射性であり得る。この範囲１２４は、限られた光学的品質を有するよう求められるのみである。

故に、測定ビーム１３は、表面１２０上に入射し、表面１２０は、ビーム１３を反射及び／又は散乱させる。ビーム１３の一部は、照射ビーム１３の方向において散乱され、この部分は、ダイオードレーザの発光表面上でレンズ（図示せず）によって集束され、このレーザのキャビティに再度入る。ＷＯ０２／３７４１０中に記載される通り、キャビティに戻る放射線は、このキャビティにおいて変化を誘発し、とりわけ、ダイオードレーザによって発されるレーザ放射線の強度における変化をもたらす。この変化は、フォトダイオードによって検出され得、放射線の変動を電気信号へと変換する。該信号は、電気回路（図示せず）によって処理され、表面１２０に対する測定ビーム１３の相対運動及び表面１２０に対する入力装置１１０の置換えを定めるようにする。

図３を参照すると、本発明の第２の実施例に従った光学入力装置は、図２を参照して説明された実施例の光学入力装置に対してあらゆる点で類似しており、同様の構成要素は、同一の参照符号によって示される。しかしながら、この場合は、透明な範囲１２４は、湾曲されるか、面を作られるか、あるいは少なくとも部分的に非平面的である。結果として、より優れた光学的性能及び更に堅固な設計が得られ、図示された実施例において、スペーサ１１８（例えばテフロン（登録商標）を有して作られ得る）は、省略され得る。湾曲された窓１２４は特に、装置の光学出力（ｏｐｔｉｃａｌ ｐｏｗｅｒ）に貢献し得る。レーザは、窓が平面である場合よりも、かかる窓を介して垂直により近く移動し得る。結果として窓１２４を介する光学経路はより小さく（吸収、副屈折等の可能性がより少ない）、収差はより小さい。更に、装置の下部と表面との間の距離はより大きく、窓上の傷又は埃の影響は、低減され得る。また、傷が発生する可能性は、より少ない。

スペーサ又はグライダ１１８が最初に与えられるため、装置が作動表面にわたってより容易にグライドし得ることは、十分理解される。しかしながら、これらは必須ではない。図示された例では、グライダ１１８は、特に窓１２４が平面的である場合において、透明な窓１２４と表面との間に何らかの空間を与える追加的な目的を果たす。しかしながらこれは必須ではなく、その代わりに、窓１２４は、単純にベース板表面に対して僅かに内側に取り付けられ得るか、あるいは、窓は、図３中に示される実施例の通り、湾曲され得るか又は面を作られ得る。

更には、図示された例において、装置は、透明な窓１２４を与えられるベース板１１６を有する。しかしながら、ベース板１１６自体が単純に、測定ビームの波長に対して透明である材料を有して作られ得る、ことは十分に理解される。これは、装置に対する構成要素の数が低減される、という利点を与える。

本発明は、携帯電話、異なる機器に対するリモートコントロール、デスクトップ又はラップトップコンピュータのキーボード、デスクトップコンピュータに対する光学マウスを有する光学入力装置に対して、一般的に適用可能であるが、本発明はこの点に関して制限的であるようには意図されない。

上述された実施例は、本発明を制限するのではなく図示するものであり、当業者は添付の請求項によって定義付けられる本発明の範囲から逸脱することなく多くの他の実施例を設計することができる、ことは留意されるべきである。請求項中、括弧内の参照符号は、請求項を制限するものとして解釈されるべきではない。「有する」という語及び同等のものは、請求項又は明細書全体において挙げられる要素又は段階以外の存在を除外しない。単数形で示される要素は、かかる要素の複数の存在を除外せず、またその逆も同様である。本発明は、複数の別個の要素を有するハードウェア、及び適切にプログラムされたコンピュータを用いて実行され得る。複数の手段を挙げる装置請求項中、かかる手段のうち複数は、ハードウェアの１つ及び同一のアイテムによって実現され得る。特定の方策が相互に異なる従属請求項において挙げられるという単なる事実は、かかる方策の組合せが有利に使用され得ない、ことを示すものではない。

先行技術に従った光学入力装置の概略的断面図である。 本発明の第１の典型的な実施例に従った光学入力装置の概略的断面図である。 本発明の第２の典型的な実施例に従った光学入力装置の概略的断面図である。

Claims (10)

1. 光学入力装置であって、
   表面に対する前記装置の運動を測定する相対運動センサを有し、
   前記装置は、内部に光学測定モジュールを与えられるエンクロージャを定義付ける筐体を有し、
   前記光学測定モジュールは、測定ビームを生成するよう、レーザキャビティを有する少なくとも１つのレーザを有し、前記筐体は、少なくとも一部分が前記測定ビームに対して透明である材料を有するベース部を有し、前記一部分を介して前記表面は、前記測定ビームによって照射され、
   前記表面によって反射される前記測定ビーム放射のうち少なくとも複数は、前記レーザキャビティに再度入り、前記光学測定モジュールは更に、前記レーザキャビティに再度入る反射された測定ビーム放射線及び前記レーザキャビティにおける光学波の干渉によって引き起こされる前記レーザキャビティの作動時における変化を測定する測定手段と、前記表面に対する前記装置の運動を定めるよう使用される、前記変化を表わす電気信号を与える手段と、を有する、
   光学入力装置。
2. 前記ベース部は、前記測定ビームに対して透明である材料を有して形成される、
   請求項１記載の装置。
3. 前記ベース部は、前記測定ビームに対して透明である材料を有する部分を有し、前記部分は、前記ベース部において取り付けられるか、あるいは前記ベース部と一体的に形成される、
   請求項１記載の装置。
4. 前記筐体の前記ベース部は、使用時に、前記透明な材料が前記表面に対して間隔をあけられるよう、配置及び構成される、
   請求項１記載の装置。
5. 前記透明な部分は、少なくとも部分的に非平面的である、
   請求項２記載の装置。
6. 前記透明な部分は、湾曲されるか、あるいは面を作られる、
   請求項５記載の装置。
7. １つ又はそれより多いスペーサは、前記装置の前記ベース部を前記表面に対して間隔をあけられた関係において保持するよう与えられる、
   請求項４記載の装置。
8. 前記エンクロージャは、実質的に液密である、
   請求項１記載の装置。
9. 請求項１記載の光学入力装置に対する筐体であって、
   上方シェルとベース板とを有し、
   前記上方シェル及び前記ベース板は、前記エンクロージャを形成するよう互いに対して接続可能である、
   筐体。
10. 光学入力装置を製造する方法であって、
    表面に対する前記装置の運動を測定する相対運動センサを有し、
    前記方法は、エンクロージャを定義付ける筐体内部に光学測定モジュールを与える段階を有し、
    前記光学測定モジュールは、測定ビームを生成するよう、レーザキャビティを有する少なくとも１つのレーザを有し、前記筐体は、少なくとも一部分が前記測定ビームに対して透明である材料を有するベース部を有し、前記光学測定モジュールは、前記表面が前記透明な材料を介して前記測定ビームによって照射されるよう配置され、前記表面によって反射される前記測定ビーム放射のうち少なくとも複数は、前記レーザキャビティに再度入り、前記光学測定モジュールは更に、前記レーザキャビティに再度入る反射された測定ビーム放射線及び前記レーザキャビティにおける光学波の干渉によって引き起こされる前記レーザキャビティの作動時における変化を測定する測定手段と、前記表面に対する前記装置の運動を定めるよう使用される、前記変化を表わす電気信号を与える手段と、を有する、
    方法。

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