JP2668937B2 - 位置指定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、計算機端末、ワークステーションあるい
はパーソナルコンピュータ等において表示画面上で位置
指定を行ったり、各種制御対象に対する位置指定を行う
際に有用な位置指定装置の改良に関する。

［従来の技術］ 従来この種の位置指定装置として計算機入力用のもの
を例に挙げると、安価、操作性に優れる、位置指定精度
が高いという観点から、所謂マウスと称されるものが最
も広く使用されている。

そして、今のところ主流になっている機械的マウスは
あらゆる方向に回転可能なボールをハウジングの一部か
ら突出配置したもので、このボールの回転方向及び回転
量によって移動方向及び移動量を検出し、もって、指定
すべき位置を特定するものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来の機械的マウスにあっ
ては、機械的なボールの接触回転を利用するため、耐久
性の点で難があり、また、位置精度の向上にも限界があ
る。

このような機械的マウスの欠点を解消するものとして
は、光学的に非接触で移動情報を検出する光学式マウス
が既に提供されている。この種の光学式マウスは、例え
ば特開昭57−207929号、同57−207930号公報に示される
ように、光源とフォトディテクタとが格納された本体部
を備え、規則正しい格子パターンが刻印された専用下敷
きの上で上記本体部を移動させ、移動の際に横切る専用
下敷き上の格子の数をカウントすることにより移動の情
報を検出するようになっている。

ところが、この種の光学式マウスにあっては、専用下
敷きが必須であるため、使用上の自由度が制限されてし
まうばかりか、専用下敷きが汚れたり、損傷すると使用
できなくなるため、耐久性の点でも充分ではなく、更
に、移動情報検出の分解能は専用下敷きに刻印された格
子の細かさで決まるため、コストを掛けずに移動情報検
出の分解能を上げることは容易ではない。

この発明は、以上の問題点に着目して為されたもので
あって、装置自体の低廉化、操作性及び耐久性の向上を
図りながら、専用下敷きを用いることなく、移動情報検
出の分解能を容易に上げることができる位置指定装置を
提供するものである。

［発明が解決しようとる課題］ すなわち、この発明の基本的構成は、第１図に示すよ
うに、物体面１に対して移動可能な可動体２と、この可
動体２に組込まれて可動体２の所定部位から物体面１に
コヒーレントな電磁波を照射する電磁波源３と、上記可
動体２に組込まれると共に電磁波の照射に伴って物体面
１から生ずるスペックルパターンSPの可動体２に対する
相対移動情報を検出するスペックル移動検出手段４とを
備え、このスペックル移動検出手段４で検出された相対
移動情報に基づいて指定すべき位置を特定するようにし
たものである。

このような技術的手段において、上記可動体２として
は、少なくとも電磁波源３及びスペックル移動検出手段
４の検出部を格納することができ、しかも、物体面１の
任意の方向に沿って移動できるものであれば適宜選択し
て差支えない。

また、上記電磁波源３としては、光領域に限られるも
のではなく、少なくとも照射対象となる物体面１の凹凸
度合より小さい波長のコヒーレントな電磁波を照射する
ものであれば、レーザを始め適宜選択することができ、
この場合、照射物体面１から散乱された電磁波中にはラ
ンダムな斑点状の電磁波強度パターンであるスペックル
パターンSPが現れる。

このスペックルパターンSPとしては、第２図に示すよ
うに、粗面を持つ物体面１の拡散反射電磁波中にスクリ
ーン６を置いた際に生ずる結像系なしの回折界のスペッ
クルによるものであってもよいし、第３図に示すよう
に、粗面を持つ物体面１に所定の電磁波を照射し、結像
レンズ７によって物体面１の像をスクリーン６上に結像
させた際にこの像に重畳して生ずる像界のスペックルに
よるものであってもよい。そしてまた、この発明におい
ては、粗面物体面１の相対移動に伴ってスペックルの移
動が起る条件下にあっては、いかなる種類のスペックル
であっても差支えないが、強度コントラストが高く、ス
ペックルの細かさ、粗面物体の移動に伴うスペックルの
移動並びに変形の性質等が粗面物体の面荒さ、材質と無
関係であるという点からして、日常的に存在する多くの
粗面物体に生ずるノーマルスペックル（所謂ガウス的ス
ペックル）が扱い易く好ましい。

更に、スペックル移動検出手段４としては、物体面１
から生ずるスペックルパターンSPの可動体２に対する相
対移動情報を検出し得るものであれば適宜設計変更して
差支えなく、少なくともディテクタを有し、外部機器の
信号処理系を簡略化する点からすれば、ディテクタ出力
を二値化処理する信号処理系を付設することが好まし
い。また、スペックルパターンSPの可動体２に対する相
対移動情報を簡単に求めるという観点からすれば、移動
基準方向に沿って一組の電磁波検出素子を所定間隔を置
いて並設し、この一組の電磁波検出素子の出力信号の位
相差に着目することが好ましい。更に、スペックル移動
検出手段４のスペックルパターンSPの不規則さに基づく
検出誤差を少なく抑えるには、移動基準方向に沿って複
数組の電磁波検出素子を配設し、複数組の検出素子から
の出力信号を平均化することが好ましい。また、相対移
動情報を正確に求めるには、移動基準方向に沿って一次
元若しくは二次元的に配列された電磁波検出素子アレイ
を用い、相互相関法を用いるようにすることが好まし
い。そしてまた、このスペックル移動検出手段４におけ
る信号処理部の配設箇所については外部機器、可動体２
あるいは外部機器への接続機器等適宜選択して差支えな
いが、各種外部機器に対する共用化を図るという観点か
らすれば、可動体２内に信号処理部を配設することが好
ましい。

このような基本的構成を備えた本発明の第一の特徴点
は、スペックルパターンSPの変形を有効に防止するとい
う観点から、電磁波が照射される物体面１とスペックル
移動検出手段４との間に再回折光学系を介在させること
である（実施例４参照）。

また、本発明の第二の特徴点は、位置指定装置の操作
性を更に向上させるという観点から、スペックル移動検
出手段４で検出されるスペックルパターンSPの平均径が
変化せしめられるスペックル径可変手段を具備させるこ
と、あるいは、スペックル移動検出手段４で検出される
スペックルパターンSPのスペックル移動検出手段４に対
する移動量と可動体２の物体面１に対する移動量との相
対移動レートが変化せしめられる相対移動レート可変手
段を具備させることである（実施例５参照）。

ここで、スペックル径可変手段又は相対移動レート可
変手段としては、電磁波源３と物体面１との間の距離を
変化させる変位手段で構成されるものが挙げられる。

［作用］ 上述したような技術的手段によれば、レーザ等の電磁
波源３から粗面物体面１に電磁波が照射され、可動体２
が物体面１に対してΔＵだけ移動すると、可動体２に対
して物体面１がΔＵだけ相対的に移動することになる。

この場合において、ｄ＝λL0/πω［λ：電磁波の波
長、L0:粗面の物体面１からスクリーン６までの距離、
ω：照射ビームの径（回折界）、結像レンズ７の射出瞳
（像界）］によって決まる平均の大きさを持つスペック
ルパターンSPは、物体面１の相対移動距離ΔＵに対応し
て、回折界の場合、Δｕ＝（１＋L0/ρ）ΔＵ（ρ：粗
面物体面１における電磁波面の曲率半径）、像界の場
合、Δｕ＝Ｍ・ΔＵ（M:結像倍率）で決まる距離Δｕを
変形を伴いつつ移動する。この移動に伴うスペックルパ
ターンSPの変形の程度は、λ,L0,ω，ρ等の光学系パラ
メータ並びに物体面１の移動量ΔＵによって決まる。

従って、光学系パラメータを適当に選ぶことによって
所望の移動量のΔＵの範囲でスペックルパターンSPの変
形を無視できる程度に抑えることが可能になり、スペッ
クルパターンSPの移動量Δｕと粗面物体面１の相対移動
量Δｕとが比例することを用いて、スペックル移動検出
手段４がスペックルパターンSPの移動を通じて物体面１
の相対移動量を検出するのである。

そして、スペックル移動検出手段４からの検出情報で
あるスペックルパターンSPの可動体２に対する相対移動
情報に基づいて指定対象物の位置が特定される。

尚、移動の目印であるスペックルの平均径は、光学系
パラメータによって電磁波の波長オーダ以上の範囲で比
較的自由に選ぶことができ、スペックル移動検出手段４
における相対移動量検出の分解能を容易に上げることが
できる。

特に、本発明の第一の特徴点である再回折光学系を用
いるようにすれば、スペックル移動検出手段４面に生ず
るスペックルパターンSPは、再回折光学系の物体面１に
対する移動に際して、全く変形せずに移動する。

更に、本発明の第二の特徴点を用いるようにすれば、
位置指定操作中において、操作者が物体面１に対する可
動体２の移動量と指定対象物（例えば計算機の出力表示
画面上のカーソル等）の移動量との間の比例係数をダイ
ナミックに変えるような構成にすることも可能である。

すなわち、スペックルが一粒分移動したときの指定対
象物の移動量をd0、スペックルの平均径をｄ、物体面１
の相対移動量、言い換えれば可動体２の移動量をΔＵ、
可動体２の移動量に対するスペックルパターンSPの移動
量の比をＮとすれば、指定対象物の移動量Δｃは、Δｃ
＝（d0/d）・Ｎ・ΔＵで与えられる。この場合におい
て、スペックルの性質としての上式Ｎ、ｄは光学系パラ
メータのみによって制御できるため、指定対象物の移動
量の可動体２に対する比は（d0/d）・Ｎは光学系パラメ
ータのみによって制御することが可能である。

このような構成をとることによって、例えば細かい位
置指定が必要ないときには、一定の可動体２の移動量に
対し指定対象物はより少ない量移動するように上記比例
係数を設定したり、ラフな位置指定を行うときには、一
定の可動体２の移動量に対し指定対象物はより大きい量
移動するように上記比例係数を設定することができる。

［実施例］ 以下、添附図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳
細に説明する。尚、実施例１〜３は本発明の前提となる
基本的構成の詳細例を示す。

実施例１ 第４図及び第５図は計算機入力用の位置指定装置（所
謂マウス）にこの発明を適用したものである。

同図において、10は粗面状の物体面、11は底部に摺動
用の押当てパッド12を有する可動ハウジング、13は可動
ハウジング11内に格納されてレーザビームを照射する電
磁波源としての半導体レーザ、14は半導体レーザ13から
のビームを物体面10の照射部位Ｑに所定のスポット径ｗ
で導くプラスチックレンズ、フレネルレンズ等からなる
集光レンズ、15は検出光学系の光路長を確保するために
物体面10からの反射ビームを適宜反射させる反射ミラ
ー、16は検出光学系の光路終端位置に配設され、物体面
10からの反射ビーム中に生ずるスペックルパターンSPの
移動情報を検出するディテクタ、17はこのディテクタ16
からの出力信号に基づいて計算機入力用の移動制御信号
に変換する信号処理系、18は位置指定操作を行う際の入
力スイッチ、19は外部機器（図示せず）への接続ハーネ
スである。

この実施例において、上記ディテクタ16は、特に第６
図に示すように、移動基準方向であるｘ方向、ｙ方向に
沿って所定間隔離間してフォトダイオードからなる受光
セル16aないし16dを並設したものである。この場合にお
いて、上記集光レンズ14は、ディテクタ16の各受光セル
16aないし16dよりスペックルの平均径が大きくなるよう
にビーム径を調整している。

また、上記信号処理系17は、特に第７図に示すよう
に、ｘ方向に並設された受光セル16a,16bからの信号を
処理するｘ成分信号処理系17xと、ｙ方向に並設された
受光セル16a,16cからの信号を処理するｙ成分信号処理
系17yとで構成されている。この実施例において、信号
処理系17は、対応する一組の受光セル16a,16b若しくは1
6a,16cからの出力を増幅するアンプ21と、このアンプ21
の出力の直流成分及びノイズや高周波数成分を除去する
カットフィルタ22と、このカットフィルタ22の出力を閾
値０で二値化する二値化回路23とからなる。

更に、この実施例においては、信号処理系17からの信
号が計算機内の演算処理部25に入力され、この演算処理
部25は、二値化回路23からの出力の立上がり及び立下が
りの時間差を求めてｘ成分、ｙ成分の位相差τx,τｙと
し、この位相差τx,τｙに基づいて上記スペックルパタ
ーンSPの物体面10に対する相対移動情報を判別し、この
相対移動情報に対応して表示画面26上のカーソル27の位
置を特定している。

尚、この実施例においては、スペックルの平均径、物
体面10の相対移動量とそれに起因して生ずるスペックル
パターンSPの移動量との比並びにスペックルパターンSP
の変形の程度については、実際の使用条件に合せて最適
化されている。

次に、この実施例に係る位置指定装置の作動について
説明する。

今、半導体レーザ13から照射されたレーザビームが物
体面10で反射した後上記ディテクタ16上に到達し、この
ディテクタ16上にはスペックルパターンSPが生じてい
る。

この状態において、上記可動ハウジング11を物体面10
上で移動させると、これに対応してディテクタ16の各受
光セル16aないし16d上のスペックルパターンSPが移動す
る。このスペックルパターンSPの移動のｘ方向成分はｘ
方向に沿って配設されている一組の16a,16bにより、ま
た、スペックルパターンSPの移動のｙ方向成分はｙ方向
に沿って並設される一組の受光セル16a,16cによって検
出されるのである。

ここで、スペックルパターンSPの各移動成分の検出動
作は実質的に同等であるため以後、ｘ方向成分の移動検
出動作について説明する。

すなわち、第７図において、上記スペックルパターン
SPが受光セル16aから同16bの方へ移動すると、受光セル
16aの出力信号はスペックルパターンSPの移動に応じて
変動する。このとき、スペックルパターンSPの変形が無
視できるならば、隣の受光セル16bには、第８図（ａ）
に示すように、受光セル16aの出力信号と略同じ形で、
時間τｘだけ遅れた信号が得られる。

この出力信号は、ｘ成分信号処理系17xに入力され、
アンプ21で増幅された後、第８図（ｂ）に示すように、
カットフィルタ22で０ラインを横切る信号に変換され、
しかる後、第８図（ｃ）に示すように、二値化回路23で
０ラインを基準として二値化される。そして、二値化さ
れた信号は演算処理部25に入力される。

この場合において、上記時間遅れτｘは、受光セル16
aと同16bとの間の距離と移動速度によって決まり、τｘ
の正負でスペックルパターンSPの移動方向の正負を判別
することができ、また、τｘの大きさでスペックルパタ
ーンSPの移動速度を判別することができ、スペックルパ
ターンSPの移動速度を時間積分することによりその移動
量を判別することができる。上述した演算処理部25は、
前述した原理に基づいてスペックルパターンSPの移動方
向及び移動量を判別し、これにより、カーソル27の移動
方向及び移動量を設定する。

尚、各受光セル16a,16の出力信号の山の数は、受光セ
ル16a,16の上を通過するスペックルの粒の数に対応する
ため、上記山の数をカウントすることによりスペックル
パターンSPの移動の大きさを検出し、τｘの正負から移
動の向きの情報を検出することによって移動情報を得る
こともできる。また、処理時間が遅くなるが、上記信号
処理系17に変えて、一組の受光セル（例えば16a,16b）
間の相互相関関数をリアルタイムで処理することによっ
て、スペックルパターンSPの移動方向及び移動量を判別
することもできる。更に、この実施例において、ディテ
クタ16として、ｘ方向及びｙ方向に複数組の受光セル
（図示せず）を配列し、信号処理部17として、各組から
の出力に基づく位相差情報を平均化し得るようなものに
すれば、スペックルパターンSPの不規則さに基づく位相
差情報のばらつきを少なくすることが可能になる。

実施例２ 第９図におけるマウスは実施例１と略同様な構成を備
えているが、実施例１と異なり、ディテクタ30として、
移動基準方向x,yに沿って互いに直交する一次元フォト
センサアレイ30x,30yを用い、一方のフォトセンサアレ
イ30xによってスペックルパターンSPのｘ方向の移動成
分を検出すると共に、他方のフォトセンサアレイ30yに
よってスペックルパターンSPのｙ方向の移動成分を検出
するようになっている。

この実施例において、スペックルパターンSPの各方向
の移動成分の検出動作はいずれも実質的に同等であるた
め、ここではｘ方向成分の検出動作についてのみ説明す
る。

すなわち、ある時刻t1において、フォトセンサアレイ
30xに第10図（ａ）に示すようなスペックルパターンSP
_t1（ｘ）が生じているとする。ここで、マウスを物体面
10に対して移動させると、微小信号時間Δｔ後の時刻t2
＝t1＋Δｔにおいて、フォトセンサアレイ30x上には、
第10図（ｂ）に示すように、スペックルパターンSP
_t1（ｘ）に対しδだけシフトしたスペックルパターンSP
_t2（ｘ）が生ずる。

従って、シフト量δが時間Δｔにおけるスペックルパ
ターンSPの移動量そのものを表わすことになる。そし
て、スペックルパターンSPの移動方向も上記シフト量δ
の正負によって判別することができる。この場合におい
て、上記スペックルパターンSP_t1（ｘ）とSP_t2（ｘ）そ
のものからδを正確に求めることは困難であるが、この
実施例においては、これら二つの信号の相互相関関数を
求めることにより、第10図（ｂ）に示すように、その相
関ピークpkの位置の原点からの変位量でスペックルパタ
ーSPの移動量を判別することができ、その変位方向でス
ペックルパターンSPの移動方向の正負を判別することが
可能である。

第11図にこの実施例において用いられる信号処理系31
を示す。

同図において、一次元フォトセンサアレイ30x,30yよ
り出力されるスペックルパターンSPの信号は一定時間間
隔でサンプリングされ、アンプ32（具体的には32x,32
y）にて所定レベルまで増幅され、相関器33（具体的に
は33x,33y）に入力される。相関器33は、隣合った時刻
の信号の相関関数をリアルタイムで求める。相関器33よ
り求めた相関関数の相関ピーク位置pkは、サンプリング
時間間隔中のスペックルパターンSPの移動量と移動方向
の情報を表わしており、符号化器34（具体的には34x,34
y）によって計算機に入力可能な情報に変換される。

この実施例において、上記相関器33は、以下の（１）
式に基づく相互相関関数の演算を行うようになってい
る。

同図において、f1（ｉ）は時刻t1のスペックルパター
ン、f2（ｉ）は時刻t2のスペックルパターン、ｉは観察
面上の位置、言い換えればフォトセンサアレイ30のｉ番
目の画素、αは規格化のための係数、Ntotalはフォトセ
ンサアレイ30の画素数を示す。そして、（１）式に基づ
いて相互相関関数を求めるには、 時刻t1のスペックルパターンSPを格納する（パターン
Ａ）。

時刻t2のスペックルパターンSPを格納する（パターン
Ｂ）。

時刻t1のスペックルパターンSPをラグｎだけシフトさ
せる（パターンＡ′）。

パターンＡ′とパターンＢの各々の画素の積をとり、
それらの積の総和を求める。求めた総和を規格化すると
それが上記r_f1,r_f2（ｎ）である。

以上の操作を所望のｎ（ｎ＝0,±1,±２…±Ｎ）につ
いて繰返す。

とすればよいのである。

このような機能を実現する相関器33の具体例を第12図
に示す。

同図において、41（具体的には41（ｎ）［ｎ＝0,±1,
±２…±Ｎ］）はラグｎを変化させるためのシフトレジ
スタ群、42はフォトセンサアレイ30からのシリアル画素
情報を一フレーム（全画素）シフトさせて次の時刻のパ
ターンを格納する一フレームシフトレジスタ、43は掛算
器、44は積分器であり、各積分器44からの出力Σf1（ｉ
＋Ｎ）・2f（ｉ）……Σf1（ｉ−Ｎ）・f2（ｉ）を規格
化することにより、各ラグｎにおける相関を求めること
ができる。

尚、この実施例においては、一次元のフォトセンサア
レイ30x,30yを用いているが、二次元フォトセンサアレ
イを用い、二次元的な相関関数の計算をリアルタイムで
行うようにしてもよい。

実施例３ 第13図はマウスに像界のスペックルを適用した一実施
例を示す。

同図において、物体面10には半導体レーザ13から発す
るビームが照射されており、物体面10の像は結像レンズ
51によって実施例１若しくは２と同様なディテクタ50上
に結像されている。そして、ディテクタ50面上には絞り
52の開口径と結像レンズ51の瞳〜ディテクタ50面間の距
離l0とによって決まる平均細かさを持つスペックルパタ
ーンSPが物体面10の像に重畳して現れるようになってい
る。

従って、この実施例に係るマウスによれば、上記物体
面10に対してマウスを移動させると、それに応じてディ
テクタ50面上のスペックルパターンSPが移動する。この
とき、ディテクタ50面に対するスペックルパターンSPの
移動量と物体面10に対する可動ハウジング11の移動量と
の比は上記結像レンズ51による結像倍率によって決ま
る。このため、上記ディテクタ50によってスペックルパ
ターンSPの移動を検出するようにすれば、物体面10に対
する可動ハウジング11の移動情報を得ることができる。

実施例４ 第14図はマウスに像界のスペックルを適用した他の実
施例を示す。

同図において、物体面10とディテクタ50面との間に二
つの結像レンズ53,54か配置され、各結像レンズ53,54間
に絞り55が介装されている。そして、この光学系は、物
体面10と第一の結像レンズ53の瞳間の距離並びに第一の
結像レンズ53の瞳と絞り55間の距離が共に第一の結像レ
ンズ53の焦点距離f1に等しく、絞り55と第二の結像レン
ズ54間の距離並びに第二の結像レンズ54とディテクタ50
面間の距離が共に第二の結像レンズ54の焦点距離f2に等
しい、所謂再回折系として構成されている。

従って、この実施例に係るマウスによれば、ディテク
タ50上のスペックルの平均の細かさは、絞り55の開口径
と第二の結像レンズ54の焦点距離f2によって決まり、デ
ィテクタ50上に対するスペックルパターンSPの移動量と
物体面10に対する可動ハウジグ11の移動量との比は結像
倍率によって決まり、実施例３と同様に、物体面10に対
する可動ハウジング11の移動情報を得ることができる。
特に、この実施例においては、再回折系の光学系が用い
られているので、ディテクタ50面に生ずるスペックルパ
ターンSPは、上記光学系の物体面10に対する移動に際し
て、全く変形せずに移動することになり、スペックルパ
ターンSPの変形に伴う移動情報の検出誤差を回避するこ
とができる。

実施例５ 第15図に係るマウスにおいて、半導体レーザ13からの
ビームBmは集光レンズ14によりビームウエストBwを持つ
ものになって、物体面10に照射される。そして、この物
体面10で拡散反射されたレーザビームBmは反射ミラー15
を経てディテクタ50（例えば実施例１の16に相当）に入
射するようになっている。

この実施例において、上記半導体レーザ13及び集光レ
ンズ14は光源ユニット60として一体化されており、この
光源ユニット60には移動レート可変ボタン61が一体的に
形成されている。そして、上記移動レート可変ボタン61
は可動ハウジング11に形成したガイト筒62に沿って進退
自在に配設されており、上記光源ユニット60と移動レー
ト可変ボタン61との接続部位には上記ガイド筒62端に当
接可能な段差部63が形成される一方、上記移動レート可
変ボタン61の頂部64と上記ガイド筒62の端部との間には
コイル状の復帰スプリング65が介装されている。尚、上
記ディテクタ50の信号処理系としては例えば実施例１と
同様なものが用いられる。

従って、この実施例に係るマウスによれば、操作者が
移動レート可変ボタン61に力を加えない状態で復帰スプ
リング65の働きにより、上記段差部63がガイド筒62端に
当接する位置まで上記移動レート可変ボタン61が可動ハ
ウジング11表面から突出配置され、ビームウエストBwと
物体面10との間の距離は一定に保たれる。

一方、操作者が移動レート可変ボタン61を押し下げる
と、押し下げ量に応じてビームウエストBwと物体面10と
の距離が変化する。すると、ディテクタ50上のスペック
ルパターンSPの平均径並びにスペックルパターンSPのデ
ィテクタ50に対する移動量と可動ハウジング11の物体面
10に対する移動量との比が変化し、これにより、特別な
信号処理系を用いることなく、物体面11に対する可動ハ
ウジング11の移動量と計算機の出力表示画上のカーソル
（図示せず）との間の比例係数をダイナミックに変化さ
せることができる。

より具体的に説明すると、ディテクタ50上のスペック
ルパターンSPの平均径ｄはｄ＝λL0/πω（λ：レーザ
ビームの波長、L0:粗面の物体面10からディテクタ50ま
での距離、ω：照射ビームの径）で与えられ、スペック
ルパターンSPの移動量ΔｕはΔｕ＝（１＋L0/ρ）・Δ
Ｕ（ρ：物体面10におけるレーザ光波面の曲率半径、Δ
U:可動ハウジング11の移動量）で与えられる。

ここで、カーソルの移動量ΔｃはΔｃ＝（ディテクタ
50の対象受光セルを横切るスペックル粒の数）×d0（d
0:スペックルが一粒分移動したときのカーソルの移動
量）であるから、上記パラメータを用いると、カーソル
の移動量Δｃは以下の（２）式で表わされる。

Δｃ＝d0・（Δu/d） ＝（πd0/λ）・（1/L0＋1/ρ）ΔＵ・ω ……（２） ところで、上記レーザビームはガウスビームであるか
ら、ガウスビームの式ρ＝ｚ（１＋a²/z²），ω＝ω０
（１＋z²/a²）^1/2（z:ビームウエストBwから物体面10ま
での距離、ω０＝ビームウエストBwにおけるビーム径、
ａ＝πω0²/λ）を用いることができ、これを上記
（２）式に代入すると結局以下の（２′）式になる Δｃ＝（πd0/λ）・（ω0z/a）・｛1/zL0 ＋1/（z2＋a2）｝・（z²＋a²）^1/2・ΔＵ ……（２′） 従って、この実施例においては、移動レート可変ボタ
ン61を押し下げることによってｚを変化させ、こによ
り、Δc/ΔＵの比を変化させるのであり、λ＝780nm、
ω０＝40μｍ、L0＝40mmとした際において、ｚに対する
Δc/ΔＵの比は第16図に示すようになる。従って、第16
図に示したリニアな領域Ｓを利用して、Δc/ΔＵの比を
ダイナミックに変えることができるのである。

すなわち、この実施例においては、移動レート可変ボ
タン61を押し下げることによってｚを小さくでき、これ
により、Δc/ΔＵを小さくすることができる。よって、
移動レート可変ボタン61を押し下げることによってカー
ソルのより細かいポインティングを行うことができ、移
動レート可変ボタン61を押していないときにはカーソル
をより大きく動かすことができる。

尚、この実施例においては、移動レート可変ボタン61
を操作することにより、スペックルの平均径及びスペッ
クルパターンSPの可動ハウジング11に対する相対移動レ
ートを共に変化させるようになっているが、いずれか一
方のみを変化させるようにすることもできる。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、請求項１ないし４記載の位
置指定装置によれば、物体面から生ずるスペックルパタ
ーンの物体面に対する相対移動情報を検出することによ
り、指定すべき位置を特定するようにしたので、専用下
敷きを用いる必要がなくなり、その分、操作性をより簡
便にすることができるほか、従来の機械的マウスのよう
な機械的可動部に伴う耐久性の低下や専用下敷きの汚れ
や損傷に伴って使用が制限されることがなくなり、装置
自体の耐久性をより向上させることができる。

そしてまた、これらの発明によれば、専用下敷きの格
子密度に影響されることなく、電磁波源とスペックル移
動検出手段との間の光学系のパラメータを適宜設定する
ことにより移動情報検出の分解能を上げることが可能に
なり、位置指定精度を向上させることができる。

また、これらの発明によれば、電磁波源として既存の
レーザをそのまま利用することができるため、装置構成
の簡略化を図ることができる。

更に、スペックル移動検出手段を工夫することによ
り、対応組のスペックル移動信号の位相差に基づいてス
ペックルパターンの物体面に対する相対移動方向及び移
動量を正確且つ簡単に求めることができるので、リアル
タイム処理を容易にすることができる。特に、スペック
ル移動検出手段として、可動体の移動基準方向に沿って
対応組の電磁波検出素子の出力を検出し、これを平均化
するようにすれば、スペックルパターンの不規則さに基
づく検出誤差を少なく抑えることができる。また、位相
差情報を求めるに当って二値化処理するようにすれば、
多値レベルの信号を最後まで処理していく必要がない
分、信号処理系を簡略化することができる。

更にまた、可動体の移動基準方向に沿って一次元若し
くは二次元的に配列された電磁波検出素子アレイから連
続的な素子出力を得るようにすれば、移動検出方式とし
て相互相関法を利用することができ、スペックルパター
ンの物体面に対する相対移動情報を極めて正確に得るこ
とができる。

また、一つの可動体内にスペックル移動検出手段の信
号処理部を一体的に組込むようにすれば、接続すべき外
部機器側に信号処理部を個別に設けなくて済むため、任
意の外部機器に対して共用可能な位置指定装置を提供す
ることができる。

特に、請求項１記載の位置指定装置によれば、電磁波
が照射される物体面とスペックル移動検出手段との間に
再回折光学系を介在させるようにしたので、スペックル
移動検出手段上のスペックルパターンの変形を防止する
ことができ、相対移動情報を検出精度を向上させること
ができる。

また、請求項２ないし４記載の位置指定装置によれ
ば、スペックル移動検出手段上のスペックルパターンの
平均径を可変にしたり、スペックル移動検出手段の上で
のスペックルパターンの移動量と可動体の移動量との比
を光学的若しくは機械的に変化させることができるの
で、特別な信号処理系を用いることなく、可動体の移動
量と指定対象物の移動量との比をダイナミックに変化さ
せることができる。このため、細かい位置指定精度が要
求される場合には、可動体の移動量に対して指定対象物
の移動量を小さく動かすようにし、また、位置指定精度
がある程度ラフでよい場合には、可動体の移動量に対し
て指定対象物の移動量を大きく動かすようにすることが
可能になり、位置指定装置の操作性をより向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る位置指定装置の概略を示す説明
図、第２図及び第３図はこの発明において用いられる回
折界のスペックル及び像界のスペックルを示す説明図、
第４図はこの発明に係る位置指定装置の実施例１を示す
一部切欠説明図、第５図はその一部切欠底面図、第６図
は実施例１のディテクタの詳細を示す説明図、第７図は
実施例１において用いられるディテクタからの信号処理
系を示すブロック図、第８図（ａ）ないし（ｃ）は第７
図の信号処理系各部の出力を示すタイミングチャート、
第９図はこの発明に係る位置指定装置の実施例２を示す
第５図に相当する説明図、第10図（ａ）（ｂ）は実施例
２の信号処理系の原理を示す説明図、第11図は実施例２
で用いられる信号処理系の詳細を示すブロック図、第12
図は実施例２で用いられる相関器の具体例を示す説明
図、第13図、第14図及び第15図はこの発明に係る位置指
定装置の実施例３、実施例４及び実施例５を示す説明
図、第16図は実施例５における移動レート可変ボタンの
押し下げ量とマウス／カーソルの移動レートの比との関
係を示すグラフ図である。 ［符号の説明］ SP……スペックルパターン １……物体面 ２……可動体 ３……電磁波源 ４……スペックル移動検出手段 10……物体面 11……可動ハウジング（可動体） 13……半導体レーザ（電磁波源） 16,30,50……ディテクタ（スペックル移動検出手段） 17……信号処理系 31……信号処理系 61……移動レート可変ボタン（変位手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 朗 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼ ロックス株式会社海老名事業所内 (56)参考文献 特開 昭61−80420（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−103904（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−49804（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−179704（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−161521（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体面に対して移動可能な可動体と、 この可動体に組込まれて可動体の所定部位から物体面に
   コヒーレントな電磁波を照射する電磁波源と、 上記可動体に組込まれると共に電磁波の照射に伴って物
   体面から生ずるスペックルパターンの可動体に対する相
   対移動情報を検出するスペックル移動検出手段と、 電磁波が照射される物体面とスペックル移動検出手段と
   の間に介在された再回折光学系とを備え、 上記スペックル移動検出手段で検出された相対移動情報
   に基づいて指定すべき位置を特定するようにしたことを
   特徴とする位置指定装置。
2. 【請求項２】物体面に対して移動可能な可動体と、 この可動体に組込まれて可動体の所定部位から物体面に
   コヒーレントな電磁波を照射する電磁波源と、 上記可動体に組込まれると共に電磁波の照射に伴って物
   体面から生ずるスペックルパターンの可動体に対する相
   対移動情報を検出するスペックル移動検出手段と、 スペックル移動検出手段で検出されるスペックルパター
   ンの平均径を変化させるスペックル径可変手段とを備
   え、 上記スペックル移動検出手段で検出された相対移動情報
   に基づいて指定すべき位置を特定するようにしたことを
   特徴とする位置指定装置。
3. 【請求項３】物体面に対して移動可能な可動体と、 この可動体に組込まれて可動体の所定部位から物体面に
   コヒーレントな電磁波を照射する電磁波源と、 上記可動体に組込まれると共に電磁波の照射に伴って物
   体面から生ずるスペックルパターンの可動体に対する相
   対移動情報を検出するスペックル移動検出手段と、 スペックル移動検出手段で検出されるスペックルパター
   ンのスペックル移動検出手段に対する移動量と可動体の
   物体面に対する移動量との相対移動レートを変化させる
   相対移動レート可変手段とを備え、 上記スペックル移動検出手段で検出された相対移動情報
   に基づいて指定すべき位置を特定するようにしたことを
   特徴とする位置指定装置。
4. 【請求項４】請求項２又は３記載のものにおいて、スペ
   ックル径可変手段又は相対移動レート可変手段が電磁波
   源と物体面との間の距離を変化させる変位手段で構成さ
   れていることを特徴とする位置指定装置。