JP2012524350A - データ処理装置の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

この発明は、データ処理装置をコントロールする方法及び装置に関するものであり、データ処理装置に接続された一またはそれ以上の光学位置検出器を具えるコントロール面にポインティングデバイスから光ビームが送られ、その光ビームがコントロール画面に当った場所に応じてデータ処理装置が影響を受ける。ポインティングデバイスから出射した光ビームがどこを指しているかに関わりなくポインティングデバイスを使って様々な特性を入力できるように、ポインティングデバイスからコントロール面へ出射する光ビームの強度は、個々の特性を特徴付けるパルスシーケンスで変動する。本発明によれば、光学位置検出器が局所に光電センサーを有する平坦な蛍光導波路であり、要求された高い分解能を達成する。更に有利な実施例によれば、ポインティングデバイスの特定が、パルスシーケンスにおいてコード化されており、このポインティングデバイスが複数の入力デバイスを明らかに区別できるようにしている。
【選択図】図１

Description

例えばＥＰ１６９６３００Ａ１は、いわゆる光学ジョイスティックを開示している。これは、回動可能に装着されたレバーの一端に光源が設けられており、レバーの位置に応じて、感光セルアレイを具える面の特定の領域をこの光源で照射する。通常は、これによってセルで生成された電気信号がコンピュータで読み取られ、使用者側から見て、ジョイスティックは、コンピュータ上では非無効抵抗を介して位置をとるタイプのジョイスティックと同様の効果を有すると解釈される。通常は、ジョイスティックはコンピュータのスクリーン上でカーソルを移動させるのに使用される。スクリーン上のどの場所にどの機能が割り当てられているかに応じて、カーソルをそこに合わせると、スイッチを入れる又は入力キーを操作することによって、特定の動作を起動することができる。カーソルのレバーから発せられた光が照射される感光セルは、通常は、操作している人間には見えない。これに相当する構成では、小面積の感光セルで十分である。

ＤＥ４２３９３８９Ａ１、ＥＰ３５４９９６Ａ２、及びＥＰ２２５６２５Ａ２は、光学位置測定装置を開示しており、この装置では光導波路である面上あるいは面内に蛍光分子が配されていて、この分子が外部から当たる光をより長い波長の拡散的散乱光に変換する。この散乱光は光導波路である面を通って面のエッジ部分に案内され、センサーによって強度として検出されるか、あるいは、導波路を経て案内される別の位置でまず検出される。計測された光強度は、光ビームが当った地点からの距離に応じて減衰するので、複数のセンサーによる計測結果を組み合わせることで、光ビームが当った地点を逆算することができる。この原理をデータ処理装置の入力装置に応用することについては、これらの公報には言及されていない。加えて、これらの公報においては、検出器が通常は導波路のエッジ部分に取り付けられているため、比較的大きな面を用いている場合は、位置分解能がこの目的に充分ではない。

ＵＳ２００７／０１５２９８５Ａ１においては、平面導波路の形の光学式タッチパッドが開示されている。このタッチパッドの導波路に接触している物体は、外部光源からの光が物体表面で散乱することによってタッチパッドの導波路に取り込まれる。詳述されていない光電検出器によってこの取り込まれた位置を検出できる。

ＷＯ２００７／０６３４４８Ａ２によれば、スクリーンに対する発光型ポインターの位置を、スクリーンの横に配置されている複数のフォトダイオードを用いて判定する。この場合、ポインティング光ビームは非常に広く扇状に広がり、光強度は中心から減少して行く。光ビームの断面における強度分布に関する情報から、個々の検出器における強度を測定した後、光ビームの断面中心への距離と、従ってこの光ビームの中心がディスプレイ画面に当る点への距離を逆算することができる。達成できる位置精度は、とりわけポインティング光ビームを発するポインティングデバイスの場所が変わる場合は、比較的限定されたものとなる。

ＵＳ２００５／０１０３９２４Ａ１は、コンピュータを用いた射撃訓練装置を開示している。この照準器は、断面十字形の赤外線レーザービームを、コンピュータに接続されたスクリーンに出射している。スクリーンのエッジ部分は一連のフォトダイオードに隣接しており、このダイオードによってコンピュータがレーザービームの断面位置を検出する。「発射」すると、レーザービームは照準器によって一時的にオフになる。この後、コンピュータは、スクリーン上の一時的な遮断が生じる前に、レーザービーム断面の十字状交差部分を表示する。

本発明が対象とするのは、データ処理システム用コントロールデバイスを提供することであり、このシステムでは、コントロール面に光ビームが発せられ、その光ビームがコントロール面に当った場所に基づいて、例えば、メニュー画面またはバーチャルタイプシートあるいはキャラクターシートに割り振られている光ビームが当たる点によって、データ処理システムが影響を受ける。このような構成にすることよって、データ処理装置に対して、現在知られているこの種のコントロール装置で可能であるよりも数多くのコマンドを入力することができる。

この課題の解決のために、データ処理装置に接続されている一又は複数の光学位置検出器を具えるコントロール面に対して、ポインティングデバイスから光ビームが送られ、コントロール面上のこの光ビームが当った位置に応じてデータ処理装置が影響を受ける。本発明によれば、
・ポインティングデバイスからコントロール面に向けて出射する光ビームの強度は、互いに識別可能な予め検出できる一時的なパルスシーケンスで変動し、
・このパルスシーケンスを表わす光ビームの強度における一時的な変動が、平坦な蛍光光導波路として構成され、光電子センサーを具える位置検出器によって検出され、
・データ処理装置は保存されている割当ルールに従って、個々のパルスシーケンスに属性を与える。

光の強度がパルスシーケンスを経時的に変動させ、そのパルスシーケンスに属性が与えられることによって、ポインティングデバイスはデータ処理装置に様々な「特徴」を通知することが可能となる。この目的のために、ポインティングデバイスは、複数の異なる操作ボタンを具えていてもよい。一のボタンを押すと、この個々のボタンにのみ割り当てられた特定のパルスシーケンスに応じて強度が変動する光ビームが発せられる。データ処理装置はこのパルスシーケンスを検出し、例えば特定の文字の入力があったというような「意味付け」をする。

従って、システム全体が使いやすくなり、パルスシーケンス全継続時間を、例えば１ミリ秒というように、非常に短くすることができる。これによって、このような短いパルスシーケンスを、おそらく１マイクロ秒ほどの個々のパルスに分解することができるので、高速で作動する光学位置検出器が必要とされる。このような位置検出器は、導波モードから光を取り込む光電センサーを局所的に具える平坦な蛍光性光導波路によって最も良く実現することができる。

本発明を、概略的図面に基づいて説明する。
図１は、本発明による１つの例示的な装置のこれらの要素を代表的に示しており、これは本発明を理解するうえで必須である。ここでは光ビームが破線によって表示されている。 図２は、表示面と位置検出器で構成された例示的なコントロール面の正面図であり、光ビームの断面が破線で示されている。 図３は、ポインティングデバイスから発せられた光ビームの強度プロファイルを示す、理想的なタイミング図の一例である。

図１によれば、ポインティングデバイス１は光ビーム２をコントロール面に出射する。このコントロール面では、複数の層３、４と、光電センサー５とで構成された光学位置検出器１０が電気測定信号を生成する。測定信号は、周波数フィルター６（オプション）を経てデータ処理装置７に伝送される。

光学位置検出器１０は、例えば、ＰＥＴ製で、厚さ約０．１ミリメートルの２枚のカバー層３と、その間に厚さ約０．００１ミリメートルで、合成樹脂ポリビニルアルコールと色素ロダミン６Ｇの均質混合物とが積層された層４とからなる。ＰＥＴ層３は、その間にある層４と共に光導波路を形成している。層４は光輝性である。５センチメートル間隔の正方形の格子に、断面積が約２×２平方ミリメートルの断面積のシリコン・フォトダイオードが光電子センサー５として、２つのＰＥＴ層３のうちの一方の露出側に、このＰＥＴ層からからｐｎ接合において光を取り込むように取り付けられている。全ての光電子センサー５からの信号は、配線と周波数フィルター６を通してデータ処理装置７に伝送され、そこで計測され処理される。

適切なスペクトルを持った光ビーム２が層４に当ると、集積した粒子に蛍光を起こす。その結果発生した波長の長い光は、層３及び４でできた導波路にほとんど取り込まれる。導波モードの光は、導波路内での分散と減衰によって弱まる。このように、導波モードにある強度の異なる光が、蛍光を生じさせた光２の入射点が光電子センサー５からどれだけ離れているかに応じて光電センサー５で測定される。異なるセンサーにおける信号を比較することによって、光の当った地点が逆算できる。

面積と求められる分解能に応じて、面上に所望の数の光電子センサーを、好ましくは規則的なパターンで設けることができる。このセンサーの取り付けには、染料の発光用に透明に硬化する接着剤を用いて、導波路と光電子センサー５との間で良好な光学的接触を行うことができる。センサーを密に取り付けるほど、同じ読取用電子機器でも信号、従って構成部品の分解能が向上する。染料をドープしたプラスチック板をベースとする最適な導波路による実験では、１２センチメートル間隔で配置した正方形のパターンの場合に、＋／−１ミリメートル以上の精度を得ることができた。

上記の蛍光導波路をベースとした、面として形成することができる位置検出器の構造は、時間分解能が非常に高い測定結果を得られる。

また、有機光半導体層をベースとして、大規模な光学位置検出器をコスト的に有利に作ることができる。しかし、これでは、求められる時間分解能は殆ど得られなかった。

本発明による光学位置検出器１０は、例えばデータ処理装置の表示画面として用いるプロジェクタースクリーン上に層として実装することもできる。

図２に示すように、光学位置検出器１０は、幅の狭いストリップの形でデータ処理装置の表示画面１１のエッジ部分に取り付けてもよい。このために、位置検出器１０は、長手方向に対して検出器に当る光点の位置を検出できる。ポインティングデバイスからの光ビーム２の断面が図２に示されている。この断面は互いに直交する２本の直線で形成されている。個々の位置検出器１０上のこれらの直線が交差する地点の位置が、個々の位置検出器からコントロールを行うデータ処理装置宛に送出される。データ処理装置は、ディスプレイ面上のポインティング光ビーム３の２本の直線が交差するポイント位置を、これらの２本の直線が交差するポイントとして計算できる。これらの２本の直線は、２つの交差ポイント１０を、同じ方向を向いている２つの位置検出器の上で、それぞれ結んでいる。ディスプレイ面上のカーソル位置、すなわち、通常「マウス」を用いて移動する、挿入マーク、書き込みマーク、あるいは入力マーカーは、データ処理装置上で稼働しているオペレーションシステムによって、これらの座標に割り当てることができる。

ポインティング光ビームの位置を決定するにあたって、個々の位置検出器に当るポインティング光ビームのその部分の光強度ではなく、位置検出器の長手方向における光が当る点の座標のみが重要である。従って、計測精度は、ポインティング光ビームを広い範囲で発するポインティングデバイスの距離には左右されない。

図３に示す時間インターバルｔ_ｘの間にポインティングデバイスが光ビームを発し、その強度は図３に時間インターバルｔ_ｘとして表わされた時間プロフィールでパルス化される。このパルス化は、ポインティングデバイスからコントロール面に送られる特性のバイナリコードとして捉えることができ、そこに設置された位置検出器から、データ処理装置へ、入力された特性として送られる。時間インターバルｔ_ｘの継続時間は、通常１０マイクロ秒である。この信号は、時間ｔ_ｘよりも明らかに長い規則的な時間インターバルｔ_ｙで反復される。データ処理装置は、そこでｔ_ｙの２倍より長い時間インターバルＤで測定を行い、その結果と共に、一の測定インターバルにおいて、少なくとも２セットのパルスシーケンスを持つ継続期間ｔ_ｘを常に受け取る。

インターバルｔ_ｙの開始もしくは終了がポインティングデバイスからの信号によって決められるとすると、情報アイテムは、より長いインターバルｔ_ｙにおけるより短い時間サブインターバルｔ_ｘの位置に割り当てることができる。１つのポインティングデバイスのみを用いるのであれば、インターバルｔ_ｙの枠内で正しく設定されたタイミングで、当該ポインティングデバイスが送られる符号を特徴付けるものとしてそれぞれ短いパルスのみを送ることによって、種々異なる多数の特性が簡単な方法でエンコードされる。

複数のポインティングデバイスを用いて、データ処理装置によってそれぞれを区別できるようにしようとするには、個々のポインティングデバイスが固有の時間インターバルｔ_ｙを具えており、ここでｔ_ｙは常にインターバルＤの継続時間の半分よりも短い。時間ｔ_ｙの開始／終了は、別の信号で特徴付ける必要はない。従って、データ処理装置は、同じパルスシーケンス、すなわち、最大ｔ_ｘの間続くもののうちの一つのパルスシーケンスが反復する、時間ｔ_ｙに基づいて、いずれのポインティングデバイスがこれらのパルスシーケンスを送出したのかを識別することができる。ポインティングデバイスの数は、ｔ_ｘの間の任意の時間にパルスシーケンスが重畳しないことによって、主に制限を受ける。しかしながら、これは、非常に高速である信号とこのようなエラーを無視できる少ないポインティングデバイス（例えば４台）による、非常に稀な場合である。

ポインティングデバイスによる特性のコード化は、ポインティングデバイスからの光ビームが当たるコントロール面の点に左右されずに行うことができる。その位置を逆算できる可能性は、この場合、影響を受けない。時間インターバルＤは通常は２００マイクロ秒持続する。

従って、複数の機能を有する複数のポインティングデバイスを、光ビーム以外のエレメント間でのデータ接続を必要とすることなく、双方向ディスプレイ装置に接続することができる。

特に、周辺光による影響を防ぐために、ポインティングデバイスから発せられる光ビームの強度を周波数変調して変動させると共に、この変調周波数に従って位置検出器の計測結果をフィルタリングすることは有効である。このために、この変調周波数は、光の強度に応じたパルスによって特性のバイナリコード化を行う周波数より明らかに高いものでなければならない。

周辺光によって生じるバックグラウンド信号を抑える別な方法は、検出信号から周波数が低い信号は全てフィルタリングするが、非常に周波数が高いパルスは透過させる周波数フィルターを上流側に設置することである。このことは、簡単なソフトウェアソリューション（例えば、２階導関数で数学的に微分する）または相応の電子回路を用いて達成できる。

本発明による方法及び本発明による装置によって、データ処理装置に直接的なデータ接続を行うことなく、従来の方法では行うことができなかった、ポインティングデバイスを用いて様々な入力を行うことができる。更に、これによって、互いに依存することなく検出し、特定することができる複数の入力機器を同時に使うことができるようになる。このことは、データ接続をケーブル又は無線を介してインストールしなくても良いため、非常に使い勝手の良いアプリケーションとなる。

Claims (8)

1. データ処理装置のコントロール方法であって、光ビームが、ポインティングデバイスからデータ処理装置に接続されている一又はそれ以上の光学位置検出器を具えるコントロール面に送られ、前記データ処理装置が前記光ビームが前記コントロール面に当った場所に基づいて影響を受ける、コントロール方法において、
   ・前記ポインティングデバイスから前記コントロール面に出射される光ビームの強度が、互いに識別可能で予め設定可能な時間パルスシーケンスで変動するステップと、
   ・前記パルスシーケンスを表わす前記光ビームの強度の時間的変動を、平坦な蛍光光導波路として構成されており、光電型センサーが設けられている位置検出器によって検出するステップと、
   ・データ処理装置が保存されている割当ルールに従って、個々のパルスシーケンスに対して特定の属性を与えるステップと、
   を具えることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記ポインティングデバイスから発せられた光ビームの強度を周波数変調し、
   位置検出器による計測結果を通過帯域を前記変調周波数で設定した周波数フィルターでフィルタリングし、
   当該変調周波数が、データ処理装置によって属性を与えたパルスシーケンス中の個々のパルスの最短持続時間の逆数よりも数倍高いものである、
   ことを特徴とするデータ処理装置のコントロール方法。
3. 請求項１に記載の方法において、
   前記ポインティングデバイスから発せられた光ビームのパルスシーケンスよりも低い周波数の信号成分を、前記位置検出器の計測結果からフィルタリングすることを特徴とするデータ処理装置のコントロール方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法において、
   ・複数のポインティングデバイスが用いられ、個々のポインティングデバイスが、特性を表わすパルスシーケンスを繰り返すそれぞれの時間間隔ｔ_ｙを有するステップと、
   ・ｔ_ｙが最大で時間インターバルＤの持続時間の半分であり、その間に、データ処理装置が位置検出の測定結果プロファイルを読み取るステップと、
   ・前記データ処理装置が、同じパルスシーケンスが繰り返される時間ｔ_ｙを基にして、どのポインティングデバイスがそのパルスシーケンスを送出したかを推論するステップと、
   を具えることを特徴とするデータ処理装置のコントロール方法。
5. データ処理装置用のコントロール装置であって、当該データ処理装置に接続された一又はそれ以上の光学位置検出器を具えるコントロール面に、ポインティングデバイスから光ビームが送られ、当該光ビームが当該コントロール面に当った場所に応じて、前記データ処理装置が影響を受けるコントロール装置において、
   ・光学位置検出器が平坦な光導波路として構成されており、これに光電センサーが取り付けられているため、光を前記導波路から前記光電子型センサーに取り込むことができ、
   ・前記ポインティングデバイスが、光の強度が予め設定できる状態で、互いに識別可能な異なる時間パルスシーケンスが様々に変動する光ビームを出射するのに適しており、
   ・データ処理装置が割当ルールを保存しており、このルールを用いて前記位置検出器で計測された個々のパルスシーケンスに、個々の特性を割り当てることができる、
   ことを特徴とするデータ処理装置用のコントロール装置。
6. 請求項５に記載の装置において、
   前記コントロール面が、前記データ処理装置の表示面上に延在していることを特徴とするデータ処理装置用のコントロール装置。
7. 請求項６に記載の装置において、
   前記位置検出器が前記表示面に配置されていることを特徴とするデータ処理装置用のコントロール装置。
8. 請求項６に記載の装置において、
   前記位置検出器が前記表示面のエッジ部分に沿って配置されており、
   ポインティングデバイスによって発せられる光ビーム（２）の断面が複数の線によって形成されていて、
   前記光ビームの断面寸法が、前記表示面（１１）を超えて突出しており、そこに配置されている前記位置検出器（１０）を超えて突出していることを特徴とするデータ処理装置用のコントロール装置。

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