JP2011530132A - トラックボール - Google Patents

Abstract

【解決手段】スクローリングデバイス、又はトラックボールのようなポインティングデバイスは、少なくとも部分的に導電性の材料により形成されているボールと、静電容量式近接センサを含むプリント回路基板とを含み、ボールの運動を表わす運動データが、制御部により、例えばモニタスクリーンのようなインターフェースに伝えられる。また、使用者がボールに対して接触又は極めて接近していないとき、運動データが制御部により、インターフェースに伝えられないように、電気的スイッチがボールに対する検出対象物の接近に応じて作動する。
【選択図】図３

Description

本発明は、パーソナルコンピュータ、又は他のコンピュータに制御された電子機器に利用される電子ポインティングデバイスに関する。「ポインティングデバイス」という言葉は、例えばコンピュータ、又はコンピュータに制御された機器に利用されるもののようなスクローリングデバイス、マウス、及びトラックボール（トラッカーボールとして知られていることもある）を含むように、広く解釈されるべきである。そのようなデバイスでは、ボールの運動を表す運動データが、インターフェースを介して、ホストシステムに伝えられる。そのようなポインティングデバイスから送信される運動データは、例えば表示画面上のカーソルの動き、又は例えばボタンの押圧及びスクロール若しくはズーム機能のような他の機能に解釈処理される。

ポインティングデバイスは、意図しないボールの運動の原因となる衝撃及び振動のような環境事象から影響を受け易い。そのようなボールの運動は、その後、インターフェース上の意図しない動きに変換されることがある。そのような意図しないカーソルの動きにより、操作が非効率になったり、深刻な操作結果を招くことがある。

不要なボールの運動、又はその運動による影響を取り除くための従来の方法は、ボールを動かすために必要な力を増大させること、ファームウェアフィルタリング、及びエンコーディングシステムを起動又は停止するための機械的なスイッチの作動を含む。以下、これらの方法について、画面上のカーソルを制御するポインティングデバイスの例を用いて説明する。

ファームウェアフィルタリングは、不要なカーソルの動きを減らす、又は取り除くためのローパスフィルタの実装を含む。そのため、衝撃又は振動の典型的な性質とその大きさとが記憶され、ポインティングデバイスのファームウェアは、それに応じて適合される。しかしながら、ファームウェアフィルタリングの性能には限界があり、特定のボールの運動が意図的なものかどうかを常に決定することができるとは限らない。

機械的なスイッチの作動は、ポインティングデバイス又はシステムに、マイクロスイッチのような機械的なスイッチを組み込むことを含む。使用者は、スイッチによりエンコーディングシステムを起動又は停止することができる。使用者は、ポインティングデバイスの使用後に、エンコーディングシステムを停止するためにスイッチを押す。それにより、いかなるボールの運動も、画面上のカーソルの動きに変換されないことが保証される。一旦、スイッチが使用者により押され、エンコーディングシステムが再び起動すると、カーソルの動きがようやく再び有効になる。

機械的スイッチの自動化方法の限界は、エンコーディングシステムを忘れずに停止する点において、非効率及び潜在的な人間のミスを含む。従って、この方法に頼ることは、例えばメディア産業のような、効率が最優先される状況において好ましくない。

図１は、近接センシング技術を用いることなく、従来のポインティングデバイスをトラックボール２の形で示している。トラックボール２は、外枠６内に固定されている絶縁性のボール４（例えばフェノール、ポリエステル、又はエポキシにより形成される）と、プリント回路基板組立品８と、外枠６の下部に設けられている電気回路と、ユーザシステムパネル１０とを備える。

図２に示すように、一般的な静電容量式センシング技術は、二枚の導電性の「板」、すなわち、センサと検出対象物との間で、静電容量［Ｃ］の変化を検出することを含む。図２の例においては、センサはプリント回路基板上の配線１８であり、検出対象物は使用者の指２０である。

センサに電圧（例えば、配線の接地を基準として＋５Ｖ）を印加することにより、静電容量又は電場が、二枚の導電性の板、すなわち、センサ１８と検出対象物２０との間に生じる（検出対象物の電位が、０Ｖ又はそれに近い値であると仮定する）。印加された電圧に対して、表面積［Ａ］が等しい二枚の平行板の間の静電容量［Ｃ］は、次のように数学的に定義されている。

ここで、ε_０は自由空間の誘電率であり、ε_ｒは二枚の平行板の間の比誘電率である。物質の比誘電率又は相対的な静的誘電率は、自由空間の誘電率を基準として、電位が印加されているときに貯えられる電気的エネルギー量の比率として定義されている。

従って、二枚の板の間の静電容量［Ｃ］は、板の表面積［Ａ］及び板の間の比誘電率ε_ｒに比例し、板の間の距離［ｄ］に反比例するということが理解される。

現行の静電容量式センシング技術は、システムがオン状態とオフ状態とを区別することができるように、上記のパラメータにおいて、ほんの小さな変化しか許容しない。例えば、たいていの用途（例えば、ボタン、スライダー、及びタッチパッド）で推奨されている最大のセンシング距離は、５ｍｍ以下である。典型的なトラックボールの直径は、３８ｍｍ〜５０ｍｍである。従って、もし近接センサが、プリント回路基板組立品本体上に実装されると、静電容量と距離［ｄ］との間の反比例の関係、及び典型的なボールの材料の比誘電率を考慮すれば、近接センシングプリント回路基板と検出対象物（使用者の指）との間の距離が大きすぎて、検出対象物を近接検出することができる十分な静電容量を作り出すことができないだろう。

本発明の目的は、不要なボール又はカーソルの動きを取り除くための改良された能力を備えるポインティングデバイスを提供することである。

従って、本発明の第１の態様は、ボールと、静電容量式近接センサと、インターフェースと、スイッチとを含むポインティングデバイスであって、前記ボールは、導電性の材料と、絶縁性の外層とを備え、前記静電容量式近接センサは、前記ボールに対する検出対象物の接近を表わす静電容量値を測定するために配置され、前記静電容量値は、前記検出対象物と前記ボールの前記導電性の材料との間の静電容量と、前記ボールの前記導電性の材料と前記静電容量式近接センサとの間の静電容量とを意味し、前記検出対象物が前記ボールに対して接触又は極めて接近しているとき、前記スイッチが作動状態となり、前記検出対象物が前記ボールに対して接触又は極めて接近していないとき、前記スイッチが非作動状態となるように、前記スイッチが、前記ボールに対する前記検出対象物の接近に応じて作動するものを提供する。

上述したスイッチは、機械的なスイッチを備えない。そのスイッチは、１つ又はそれ以上のパラメータに応じて作動されるように設定された電気的に操作されるスイッチであってもよい。例えば、そのスイッチは、所定の静電容量の閾値に達すると作動するように設定されてもよい。

一実施形態において、前記ポインティングデバイスは、制御部を介して、前記ボールの運動を表わす運動データを前記インターフェースに伝え、前記スイッチが作動状態であるとき、前記制御部が前記運動データを前記インターフェースに伝え、前記スイッチが非作動状態であるとき、前記制御部が前記運動データを前記インターフェースに伝えない。

別の実施形態において、前記デバイスは、制御部を介して、実質上、前記ボールの運動を表わす運動データを前記インターフェースに伝え続け、前記デバイスは、さらに、前記制御部を介して、有効な信号を前記インターフェースに伝え、前記有効な信号が、前記インターフェースが前記運動データを認識又は無視するか否かを決定する。

前記ポインティングデバイスの前記ボールは、導電性の球状中心部を備えてもよい。

前記外層は、フェノールにより形成され、前記ボールの前記導電性の材料を完全に覆ってもよい。

本発明は、また、前記検出対象物が前記ボールに対してもはや接触又は極めて接近しなくなった後も、前記スイッチが、所定時間オンのまま、すなわち、作動状態のままであり、前記制御部が、この所定時間の間に、前記ボールの任意の運動を表わす運動データを前記インターフェースに伝え続けさせてもよい。使用者は、この特徴により、ボールを空走運動させることができる（また、従って、それに対応する運動が該当するインターフェースに伝えられ、例えば、空走したカーソルの運動を生じさせる）。使用者は、所定時間の間、ボールに対して接触又は極めて接近することなく、例えば、急激な上向き又は下向きの運動を与えることにより、この運動を作り出すことができる。例えば、近接検出センサが、使用者が前記ボールに対してもはや接触又は極めて接近していないことを検出した後、１秒間、スイッチをオンさせてもよい。使用者が、ボールに対してもはや接触又は極めて接近していなくても、その余分の秒間でのボールの運動を表わす運動データが、制御部により、インターフェースに伝えられる。

本発明は、前記ボールの回転スピードを検出し、前記ボールのスピードが所定の閾値よりも下がるまで、前記スイッチがオンのまま、すなわち、作動状態のままにしてもよい。この特徴により、さらに、使用者は、回転スピードがその閾値よりも下がるまで、ボールに対して接触又は極めて接近することなく、例えば急激な上向き又は下向きの運動のような衝撃的なボールの運動により、ボールを回転させて、空転運動させることができる。

前記ボールが少なくとも部分的に形成されている導電性の材料は、２０℃で、１Ω・ｍ以下の抵抗率を有する。例えば、前記導電性の材料は、鋼、銅、又は金であってもよい。

本発明は、節電化の機能として、すなわち、使用者が前記ポインティングデバイスに接触又は極めて接近しているとき、エネルギーを保存するように用いられてもよい。

本発明のさらなる態様は、前記ポインティングデバイスに用いられるボールである。

本発明の別の態様は、ボールと、静電容量式近接センサと、インターフェースと、スイッチとを含むポインティングデバイスであって、前記ボールは、少なくとも部分的に導電性の材料により形成され、前記制御部は、前記ボールの運動を表わす運動データを前記インターフェースに伝え、前記静電容量式近接センサは、前記ボールに対する検出対象物の接近を表わす静電容量値を測定するために配置され、前記静電容量値は、前記ボールと前記静電容量式近接センサとの間の静電容量を意味し、前記検出対象物が前記ボールに対して接触又は極めて接近しているとき、前記スイッチが作動状態となり、前記検出対象物が前記ボールに対して接触又は極めて接近していないとき、前記スイッチが非作動状態となるように、前記スイッチが、前記ボールに対する前記検出対象物の接近に応じて作動し、前記スイッチが作動状態であるとき、前記制御部が前記運動データを前記インターフェースに伝え、前記スイッチが非作動状態であるとき、前記制御部が前記運動データを前記インターフェースに伝えないものであってもよい。

前記ボールは、全体が導電性の材料により形成されてもよい。あるいは、前記ボールは、導電性の材料により形成されている外層と、絶縁性の材料により形成されている中心部とを含んでもよい。

前記デバイスは、四角形のトラックボールであってもよく、このトラックボールは、ホストにデータを伝える制御部を必要としない。

本発明の一実施形態を以下の添付図面を参照して一例として説明する。

図１は、従来技術に基づくトラックボールポインティングデバイスの断面図である。 図２は、従来技術に基づく静電容量式近接センシングシステムの模式図である（図１及び図２については、すでに説明した）。 図３は、本発明のトラックボールポインティングデバイスの模式図である。 図４は、本発明の別の実施形態の模式図である。 図５は、本発明の別の実施形態の模式図である。

以下、本発明の一実施形態を、画面上のカーソルの動きを生じさせるトラックボールポインティングデバイスについて説明する。ただし、本発明は、他のハードウェアに運動データを伝えるための他のポインティング及びスクローリングデバイスも含む。

図３に示すように、本発明の一実施形態は、トラックボール３０の形でポインティングデバイスを構成し、導電性の球状中心部３４及びフェノールにより形成されている薄い外層３６を有するボール３２と、制御部（図示せず）と、モニタスクリーンを含むインターフェース（図示せず）と、電気的に操作されるスイッチとを備える。静電容量式センサを含むプリント回路基板４０が設けられている。

そのスイッチが作動しているとき、制御部は運動データをモニタスクリーンに伝える。そのスイッチが作動していないとき、制御部は運動データをモニタスクリーンに伝えない。

ボール３２の導電性の中心部３４は、例えばユーザの指等の検出対象物とプリント回路基板４０の静電容量式センサとの間で中間板として作用する。従って、実質上、二対の導電性の板、すなわち、プリント回路基板４０の静電容量式センサ及びボールの導電性の中心部３４と、検出対象物４２及びその導電性の中心部３４とが存在する。そのため、第１の静電容量［Ｃ_１］が、プリント回路基板４０の静電容量式センサとボールの導電性の中心部３４との間に生じ、第２の静電容量［Ｃ_２］が、検出対象物４２とその導電性の中心部３４との間に生じる。その配置は、静電容量Ｃ_１及びＣ_２を有する２つのコンデンサとして考えられる。２つのコンデンサの合成静電容量［Ｃ_Ｔ］は、次のように表わされる。

ボール３２の導電性の中心部３４は球状なので、表面積が相対的に大きい。プリント回路基板４０の静電容量式センサと導電性の中心部との間の距離［ｄ_１］、及び検出対象物と導電性の中心部との間の距離［ｄ_２］は、相対的に小さい。

前に説明したように、二枚の板の間の静電容量は、板の表面積に比例し、板の間の距離に反比例する。従って、本発明において、センサと検出対象物との間の全静電容量は、従来の絶縁性のボールを用いた場合よりも、かなり大きく、その結果、本発明の近接検出センサの感度及び精度が増している。

静電容量式近接センサは、使用者の指４２がボール３２に接触又は極めて接近していること、及び使用者の指４２がボール３２に接触又は極めて接近していないことを検出する。そのセンサが、使用者の指４２がボール３２に接触又は極めて接近していることを検出すると、すなわち、静電容量が所定の閾値を超えると、スイッチが作動する、すなわち、スイッチが作動状態となる。そして、制御部は、ボールの運動を表す運動データをモニタスクリーン（図示せず）上のカーソルの動きに変換する。使用者の指４２がボール３２に接触又は極めて接近している間、ボール３２のどのような動きも意図的なものとみなされ、スクリーン上のカーソルの動きに変換される。一方、そのセンサが、使用者の指４２がボール３２に接触又は極めて接近していないことを検出すると、すなわち、静電容量が所定の閾値よりも下がると、スイッチは作動しない、すなわち、スイッチは非作動状態となる。そして、制御部は、ボールの運動を表す運動データをモニタスクリーン上のカーソルの動きに変換しない。

従って、使用者の指４２がボール３２に接触又は極めて接近していない間、ボール３２のどのような運動も意図的なものとみなされず、そのような運動データは、制御部により、インターフェースに伝えられない。使用者がボール３２に接触又は極めて接近していないとき、スイッチが非作動状態であり、従って、制御部が運動データをインターフェースに伝えないので、振動又は突然の衝撃により生じるいかなる偶然の運動によっても、スクリーン上のカーソルの動きは生じない。

上述したようなポインティングデバイスの動作は、１つの例外に影響され易く、使用者の指がボール３２に接触又は極めて接近していないとき、カーソルを運動させることができる。この状況は、使用者がボール３２に対して特定の方向に衝撃的な力を加えることにより、スクリーン上でカーソルを空走運動させようとするときに生じる。この状況において、使用者の指４２がボール３２にもはや接触又は極めて接近していない後も、スイッチは、所定時間、作動状態のままであり、ボール３２の運動を表わす運動データが、制御部により、インターフェースに伝えられ続ける。例えば、もし使用者により作られた衝撃的な力が上向きである場合、いったん使用者がボールに接触しなくなっても、ボールは上向きに動き続けるであろう。制御部は、所定時間、運動データをインターフェースに伝え続け、従って、カーソルは上向きに動き続けるであろう。

他の実施形態において、制御部は、ボール３２が回転するスピードを検出し、この回転スピードが所定の閾値よりも下がるまで、スイッチが作動状態のままである。この特徴は、単独で、又は使用者の指４２がもはやボール３２に接触していない後も、所定時間、インターフェースに運動データを伝え続ける上記の特徴に加えて組み込まれてもよい。

上記実施形態において、ボール３２の外層は、フェノールにより形成されている。他の実施形態において、その外層は、ポリエステル、又はエポキシのような他の従来のトラックボールの材料により形成されてもよい。

図４の他の実施形態において、トラックボール１３０は、例えば鋼、銅、又は金のような、２０℃のとき、１Ω・ｍ以下の抵抗率を有する導電性の材料により全体が形成されているボール１３２を備える。

この実施形態において、静電容量［Ｃ_１］は、ボール１３２とプリント回路基板１４０の静電容量式センサとの間に存在する。検出対象物、すなわち、使用者の指１４２が導電性のボール１３２に接触するとき、そのボール１３２は、実質上、その検出対象物１４２の拡張となる。従って、実質上、検出対象物１４２とプリント回路基板１４０の静電容量式センサとの間の距離を、ｄ_１に縮めることができる。図４で図示された実施形態においては、ｄ_１は約５ｍｍである。

さらに別の実施形態において、ボールが、導電性の外層と、絶縁性の中心部とを備える。この実施形態において、静電容量は図４に関して上述したものと同様であり、ボールは、全体が導電性の材料により形成される。

本発明は、光学及びレーザ装置のセンサに利用されている密封されたトラックボールと関連して使われてもよく、そのトラックボールは湿気の侵入に影響され易い環境において使われてもよい。そのようなトラックボール内の電子回路部品を保護する不浸透性の仕切りは、静電容量値に大した影響を及ぼさない。図５は、導電性の中心部３４’を有するボール３２’と、近接検出回路を含むプリント回路基板４０’と、固体センサ８０とを含むトラックボール３０’を図示している。プリント回路基板４０’、固体センサ８０、及び他の電子回路部品は、不浸透性の仕切り８２により、湿気の侵入から保護されている。

本発明の他の実施形態（図示せず）において、運動データが連続的な流れとして、デバイスから制御部に送信される。この実施形態において、さらに、追加の有効な信号が、デバイスから制御部に送信される。この有効な信号は、その運動データを受信すべきか否か、すなわち、その運動データがモニタスクリーン上のカーソルの動きに変換されるべきか否か、又はそのデータを無視すべきか否かということを制御部に知らせる。

さらに別の実施形態（図示せず）において、制御部は、ポインティングデバイスの外側にあってもよい。この実施形態において、スイッチが作動状態から非作動状態に変わるとき、及びスイッチが非作動状態から作動状態に変わるとき、デバイスは、簡単な合図信号を外側の制御部に送信することができる。

ポインティングデバイスは、四角形のトラックボールであってもよく、このトラックボールは、ホストにデータを送信するための制御部を必要としない。

上述した実施形態においては、ポインティングデバイスは、ボールの運動をスクリーン上のカーソルの動きに変換するトラックボールであるが、その発明は、他のハードウェアを制御するための他のポインティングデバイスも含む。

Claims (19)

1. ボールと、静電容量式近接センサと、インターフェースと、スイッチとを含むポインティングデバイスであって、
   前記ボールは、導電性の材料と、絶縁性の外層とを備え、
   前記静電容量式近接センサは、前記ボールに対する検出対象物の接近を表わす静電容量値を測定するために配置され、
   前記静電容量値は、前記検出対象物と前記ボールの前記導電性の材料との間の静電容量と、前記ボールの前記導電性の材料と前記静電容量式近接センサとの間の静電容量とを意味し、
   前記検出対象物が前記ボールに対して接触又は極めて接近しているとき、前記スイッチが作動状態となり、前記検出対象物が前記ボールに対して接触又は極めて接近していないとき、前記スイッチが非作動状態となるように、前記スイッチが、前記ボールに対する前記検出対象物の接近に応じて作動することを特徴とするポインティングデバイス。
2. 前記デバイスは、制御部を介して、前記ボールの運動を表わす運動データを前記インターフェースに伝え、
   前記スイッチが作動状態であるとき、前記制御部が前記運動データを前記インターフェースに伝え、
   前記スイッチが非作動状態であるとき、前記制御部が前記運動データを前記インターフェースに伝えないことを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
3. 前記デバイスは、制御部を介して、実質上、前記ボールの運動を表わす運動データを前記インターフェースに伝え続け、
   前記デバイスは、さらに、前記制御部を介して、有効な信号を前記インターフェースに伝え、
   前記有効な信号が、前記インターフェースが前記運動データを認識又は無視するか否かを決定することを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
4. 前記ボールは、導電性の球状中心部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のポインティングデバイス。
5. 前記外層は、フェノール、エポキシ樹脂、又はポリエステルにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のポインティングデバイス。
6. 前記外層は、前記ボールの前記導電性の材料を完全に覆うことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のポインティングデバイス。
7. 前記検出対象物が、前記ボールに対してもはや接触又は極めて接近しなくなった後も、前記スイッチが、所定時間、作動状態のままであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のポインティングデバイス。
8. 前記検出対象物が、前記ボールに対してもはや接触又は極めて接近しなくなった後も、前記ボールの運動のスピードが所定の閾値よりも下がるまで、前記スイッチが作動状態のままであることを特徴とする請求項２乃至請求項７のいずれか一項に記載のポインティングデバイス。
9. 前記導電性の材料が、２０℃で、１Ω・ｍ以下の抵抗率を有することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のポインティングデバイス。
10. 前記導電性の材料が、鋼、銅、又は金であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載のポインティングデバイス。
11. 節電化の機能として用いられることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載のポインティングデバイス。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載のポインティングデバイスに用いられるボール。
13. ボールと、静電容量式近接センサと、インターフェースと、スイッチとを含むポインティングデバイスであって、
    前記ボールは、少なくとも部分的に導電性の材料により形成され、
    前記静電容量式近接センサは、前記ボールに対する検出対象物の接近を表わす静電容量値を測定するために配置され、
    前記静電容量値は、前記ボールと前記静電容量式近接センサとの間の静電容量を意味し、
    前記検出対象物が前記ボールに対して接触又は極めて接近しているとき、前記スイッチが作動状態となり、前記検出対象物が前記ボールに対して接触又は極めて接近していないとき、前記スイッチが非作動状態となるように、前記スイッチが、前記ボールに対する前記検出対象物の接近に応じて作動することを特徴とするポインティングデバイス。
14. 前記デバイスは、制御部を介して、前記ボールの運動を表わす運動データを前記インターフェースに伝え、
    前記スイッチが作動状態であるとき、前記制御部が前記運動データを前記インターフェースに伝え、
    前記スイッチが非作動状態であるとき、前記制御部が前記運動データを前記インターフェースに伝えないことを特徴とする請求項１３に記載のポインティングデバイス。
15. 前記デバイスは、制御部を介して、前記ボールの運動を表わす運動データを前記インターフェースに伝え続け、
    前記運動データは、実質上、前記インターフェースに送信され続け、
    前記デバイスは、さらに、前記制御部を介して、有効な信号を前記インターフェースに伝え、
    前記有効な信号が、前記インターフェースが前記運動データを認識又は無視するか否かを決定することを特徴とする請求項１３に記載のポインティングデバイス。
16. 前記ボールは、全体が導電性の材料により形成されていることを特徴とする請求項１３乃至請求項１５のいずれか一項に記載のポインティングデバイス。
17. 前記ボールは、導電性の材料により形成されている外層と、絶縁性の材料により形成されている中心部とを備えることを特徴とする請求項１３乃至請求項１５のいずれか一項に記載のポインティングデバイス。
18. 前記デバイスが四角形のトラックボールであることを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
19. 添付図面３乃至添付図面５に関して、実質上、以上に述べたポインティングデバイス。

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