JP2930308B2 - センサを使用するコンピュータ入力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は位置もしくは方向センサ、殊にコンピュータ
システムに対するカーソル制御入力を与えるために使用
される方向センサに関する。

従来の技術 コンピュータディスプレイスクリーン上におけるカー
ソルの移動を位置決めもしくは制御するために種々の装
置が知られている。最も一般的に使用されるのは従来の
「マウス」装置であってそれはフラットなデスクトップ
上を移動する手の大きさのハウジングの形をとってい
る。デスクトップ上の移動は機械的に回転するボールも
しくは光学的に反射性のセンサにより検出されてそれに
対応するディスプレイスクリーン上のカーソルの移動に
変換されるデジタルデータが発生する。他のカーソル位
置決め装置はフラットなセンサーパッドとそのアナログ
運動をディスプレイスクリーン上のカーソルの位置を制
御するために使用されるデジタル化されたデータに変換
する、手で握って操作するポインティングスタイラス
（pointing stylus）とから成る図形入力タブレットを
含む。更に他のカーソル移動装置はパイロットのヘルメ
ット上の如く、使用者が保持したり使用者の身体上に固
定される焦点を合わせた光源に依存している。ディスプ
レイスクリーンのまわりに取付けられたセンサは光ビー
ムの運動を追跡してこの運動をそれに対応するディスプ
レイスクリーン上でのカーソルの移動に変換する。

上述の如き装置はたとえ、ある欠点を有していても基
本的には有益なものである。大抵のカーソル位置決め制
御装置はその上部で動作する全体として水平な固定面を
要するという欠点を有しているか或る種の固定センサと
共に作動する必要がある。即ち、移動は固定媒体に対し
て検出され位置データ信号が発生しコンピュータに提示
されてそれに対応するカーソル移動に変換される。固定
面や固定センサに対する必要はユーザがディスプレイ装
置と対話する仕方を制約することになる。ユーザは通常
ディスプレイスクリーンに近くすわり図形タブレットを
配置したり“マウス”を移動したりするために十分な水
平デスク空間を与えられる必要がある。固定配列の場合
には、ユーザは光ビームをセンサアレイの範囲内に維持
するために移動を制限する必要がある。

発明が解決しようとする問題点 本発明はフラットなデスクトップやユーザの移動の制
限の如き従来技術装置の欠点を克服するものである。

問題点を解決するための手段及びその作用 本発明によればディスプレイスクリーンを有するコン
ピュータディスプレイ装置に対する新規なコンピュータ
入力装置が提供される。このコンピュータ入力装置はそ
れを固定面に隣接せずに装置の物理的な方向を表す電気
信号を発生する方向センサを備えて、電気信号はカーソ
ルをディスプレイスクリーン上に位置決めするか、さも
なければ制御するために使用される。コンピュータ入力
装置はユーザの手中に保持され装置の簡単な角度方向の
運動もしくは回転運動によりユーザはそれに対応するカ
ーソルの移動を実行する。

方向センサーは一つの透明媒質から別の媒質へ移行す
るときに屈折する光ビームの原理にもとづいて動作す
る。方向センサは規定された垂直軸がその中心点を通過
するような形の中空の球形ハウジングを備えている。球
形のハウジング内には２つの流体状の媒質が格納されて
いる。第１の媒質はガス状であるが第２の媒質は液体で
あり、それぞれが所定の粘度と異なる屈折率とを備えて
いる。液状媒質は球形のハウジングをその２分の１の高
さまで満たし液体とガス間との境界は球形ハウジングの
中心点と交差する。

LEDタイプの光源とホトトランジスタタイプの光セン
サ（検出器）は、光源から発せられた光がまづ球形ハウ
ジングの中心点を通過した後光検出器により検出される
ように、ハウジングの中心点を通って延在する軸上の球
形ハウジングの内壁内に対向して取付けられる。光源は
集束（focused）ビームを発し、光検出器はその集束ビ
ームを受光しそれが光検出器により受光される時にビー
ム強度を表すアナログ電圧を発生する。

光源から発せられた集束ビームがガス媒質と液状媒質
間の境界内を通過するときにビームの屈折は入射光ビー
ムが境界とを横切る角度により決定される角度で境界で
行われる。もし入射光ビームが境界に対して垂直となる
ように球形ハウジングの向きを合わせると、光ビームは
全然屈折することはないであろう。光検出器は光ビーム
の全強度を受取り、最大出力電圧を発生することになろ
う。球形ハウジングが垂直軸に対して回転するとき、垂
直軸から入射光ビームに対する角度は大きくなり、光ビ
ームの屈折角は大きくなろう。屈折角が大きくなるにつ
れて、光検出器は光ビームの減少部分を受取り、光検出
器は減少する電圧を発生する。

光検出器の出力電圧はそれ故、入射ビームが上記２つ
の媒質間の境界を横切る時の角度を表す。液状媒質は均
衡を保つために常に球形ハウジングの下半分を流れる。

本発明の実施例では方向センサは４対の光源／光検出
器を備え、その各々の対は球形ハウジングの中心点を通
過する軸上に対向して取付けられる。上記４対の光源／
光検出器は90度離れて位置決めされる。光源は球形ハウ
ジングの同じ側に取付けられ、光検出器は反対側に取付
けられ、光検出器の出力電圧は異なって検出される。セ
ンサの正規の方向では光源は、ガス媒質にさらされる球
形ハウジングの上半分内に水平軸の上方に45度の角度で
各々配置される。光検出器自体は液体媒質中に浸された
球形ハウジングの下部に配置され各々が水平軸に対して
45度となっている。２対の共面光源／光検出器はＸ軸を
形成し他の２つの共面対はＹ軸を形成する。同一軸内の
各対の光検出器の出力電圧は差動増幅器内で比較され、
その結果の差動増幅器の出力は大きさと共に回転方向を
示す。

センサの正規の方向では、各装置は水平線と液体媒質
の表面から45度の角度をなしており、差動増幅器の出力
における電圧はXY両軸に関してゼロである。球形ハウジ
ングが±45度回転すると、差動増幅器の出力は回転方向
に応じて正もしくは負になる。本発明の方向センサは規
定の垂直軸に対してどんな角度による回転も一つの装置
で測定することができる。

方向センサの出力信号はデジタルデータに変換されフ
ォーマット化されたカーソル制御装置をシミュレート
し、カーソルをディスプレイスクリーン上に位置決めす
るための制御信号としてコンピュータに供給される。ユ
ーザは手で簡単に角度を作って仕草することによってカ
ーソルの運動を制御することができる。

本発明の方向センサの代替例では、中空の透明球が２
つの透明媒質を格納する。この透明球は不透明の球形格
納装置内に配置され、後者はその内部に取付けられ上記
の方向に配置された光源／光検出器の対を備えている。
光源／光検出器の対は透明球の外表面と接触し上記代替
例におけるのと同様の機能を果たす。

上記用途の外に、本発明の新規な方向センサはクリノ
メータ（傾斜計）、高さ検出機構、ロボット装置用のフ
ィードバック装置の如く角度方向の回転の測定が必要と
される何れの用途にも使用することができよう。

本発明は添付図面を参照しながら以下の説明を読んで
考えれば、更に良く理解できる筈である。

実施例 第１図は本発明のコンピュータ入力装置を具現化した
図形表示（グラフィック・ディスプレイ）装置を示す。
上記図形表示装置はコンピュータ入力装置10,インター
フェース12,コンピュータ14,及び表示画面（ディスプレ
イスクリーン）18を有するディスプレイ端末装置16から
成る。

このコンピュータ入力装置10は手で握って操作する装
置であって操作のためにフラットなデスクトップと物理
的に接触させる必要はない。コンピュータ入力装置10は
２軸で測定されるセンサの傾斜角に関係付けられる電気
アナログ信号を供給する方向センサを有する。ユーザは
都合のよいようにこの装置を持ち、左右、前後もしくは
その双方の組合わせ等、簡単に手の角度を変えて装置の
方向を変えることによってユーザはディスプレイスクリ
ーン18上に表示される、それに応じたカーソルの移動を
行わせることができる。コンピュータ入力装置10は更に
方向センサにより発生させられるカタログ信号をデジタ
ル化してインターフェース12により処理しコンピュータ
14に伝送するための回路を内蔵する。

ケーブル20はコンピュータ入力装置10からインターフ
ェース12へデジタル化された信号を送る。インターフェ
ース12はコンピュータ入力装置10からデジタル化された
信号を受取りそれら信号をコンピュータ14により解釈可
能な制御信号へ変換するためにプログラミングされたマ
イクロコンピュータを備える。上記コンピュータ14自体
はディスプレイ端末装置16を制御する。インターフェー
ス12は図形入力装置の動作をシミュレートすべくプログ
ラミングされ、従来のデジタルコンピュータ14へ標準的
なRS−232C出力を供給する。この特定の回路は以下に第
14図と関連して更に詳細に論ずることになろう。

実施例では、ディスプレイスクリーン14は標準的な陰
極管であるがプラズマや液晶の如き従来の型のディスプ
レイでもよい。同様にして実施例ではコンピュータ入力
装置10は図形入力タブレットの動作をシミュレートす
る。それ故、ユーザは第１図に示すようなディスプレイ
スクリーン18上に線図22を作成することができる。然し
ながら、従来の「マウス」の如き他の装置を容易にシミ
ュレートすることも可能であると考えられる。本発明の
操作は以下に更に説明する。

さて第２図について述べると、コンピュータ入力装置
10の外部と内部の構成部品が線図で示されている。コン
ピュータ入力装置10はコンパクトな大きさの持久性プラ
スチックにより成形されたハウジング24を備える。実施
例ではハウジング10は全体として卵形をしてコンピュー
タ入力装置10を長時間保持するユーザによって快適なグ
リップを提供するようになっている。卵形は更にコンピ
ュータ入力装置10を望ましい程度に小さく保ちながら卵
形の方向センサ25を格納する上で有益である。更に、ハ
ウジング24の前面部分26が次第に傾斜することによって
ディスプレイスクリーン18を指示する上でユーザに対し
て方向の基準を与えるようになっている。しかしなが
ら、他の形をしたハウジングも望ましいことを理解され
たい。

前面部分26に隣接したハウジング24の上側には２個の
スイッチ28,30が取付けられ、便宜的にユーザの親指の
圧力で起動させることができる。スイッチ28はセレクト
（SELECT）機能を提供し、スイッチ30はリターン（RETU
RN）機能を提供する。これらの機能は、“マウス”入力
装置を有するコンピュータシステムにおいて、表示され
るデータや図形を処理するために従来よりあるものであ
る。

前面部分26に隣接したハウジング24の下側にはトリガ
スイッチ32が設けられる。それはコンピュータ入力装置
10の操作中にユーザの人指し指により作動できるように
位置決めされる。トリガスイッチ32が入れられたときコ
ンピュータ入力装置10の感度を小さくするインターフェ
ース12内でサブルーチンが開始されユーザがディスプレ
イスクリーン18上のカーソルの移動をより微細でより制
約されたものにすることを可能にする。トリガスイッチ
32が入れられている間サブルーチンは継続して実行され
ることになろう。スイッチ28,30とトリガスイッチ32は
全て従来の「マウス」入力装置内に見出されるものと機
械的に同一の瞬間接触マイクロスイッチである。

２個のプリント回路板34,36はコンピュータ入力装置1
0用の電子回路と、スイッチ28,30とトリガスイッチ32の
ための接続点、およびインターフェース12に至るケーブ
ル20の相互接続配線を備えている。簡単のため第２図に
は相互接続配線は示されていない。プリント回路板34,3
6は方向センサ25の作動用のアナログ回路と、インター
フェース12との連絡用のデジタル回路を備えている。特
定の回路については以下に更に論ずることにする。

ケーブル20はハウジング24の下部後方部分から出すこ
とによってコンピュータ入力装置10の動作中できるだけ
邪魔にならないようになっている。実施例ではコンピュ
ータ入力装置10を安価に維持するために直接ケーブルを
設けているが、従来の小型送信機の技術によりインター
フェース12にコンピュータ入力装置10をリンクすること
も本発明の範囲に含まれる。

本発明の主要な構成要素である方向センサ25を以下相
当詳細に説明する。方向センサ25はハウジング24内に固
定して取付けられる。第２図に示すように、方向センサ
25は前方に傾けて取付けられる。このように角度をなし
て取付けることによってコンピュータ入力装置を人間工
学的に改善することができる。コンピュータ入力装置10
を保持したユーザにとって、最も快適な保持位置は若干
持ち上げた前面部分26であることが判った。方向センサ
25を上記角度に取付けることによって方向センサ25は前
面部分26を所望の位置に引上げたとき水平になる。その
時、方向センサ25の出力電圧とその結果のディスプレイ
スクリーン18上のカーソルの移動はゼロとなろう。この
ことは以下の記述中の方向センサ25の構造を考慮するこ
とによってより十分に理解されよう。

第３図乃至第６図は方向センサ25の構造を示す。方向
センサ25は、共にはまりあって中空の球形のカバーを形
成する上下の半球部材40,42を有する球形のハウジング3
8を備える。上部の半球部材40は、１つの円形稜44と、
水平線から45度隔たった４個のアパーチャ46−52とを備
える。下部の半球部材42は円形カラー54と、上下半球部
材40,42がはまりあって完成した球形ハウジングを形成
するときに円形稜44を受取るその内部の円形凹部56を備
える。下部半球部材は上部半球部材40中のものと対応す
る４つのアパーチャ58−62を備える。

上部半球部材中の４つのアパーチャ46〜52は第４図に
示すようにＸ軸とＹ軸を形成し、同じことは第５図に示
すような下部半球部材42中のアパーチャ58−64について
もあてはまる。半球部材40,42をはめあわせたとき各軸
と関連するアパーチャは精確に合わせられる。

上部半球部材40中の４個のアパーチャ46−52は光源も
しくはLEDを受取り、下部半球部材内の４個のアパーチ
ャ58−64はホトセンサもしくはホトトランジスタを受取
る。LEDとホトトランジスタは接着剤により取付けられ
液封じされる。

第６図は第４図に示すＸ軸に沿って描いた完全に組立
てられた方向センサ25の断面図である。発光ダイオード
68,70はアパーチャ46,50内に取付けられたホトトランジ
スタ72,74はアパーチャ58,62中に取付けられる。

球形ハウジング38は非反射性の艶消し仕上げにより不
透明なプラスチックであるノリル（Noryl）により作る
ことが有利である。球形ハウジング38の内側壁74は全体
として非反射性とすることが特に重要である。さもなけ
れば方向センサ25の適当な動作は迷光反射（stray refl
ection）による影響を受ける虞れがある。

LED68,70は球形ハウジング38の径に沿ってホトトラン
ジスタ74,72に直接対向している。それ故、各LEDから発
した光は通常、球形ハウジングの中心点を通り反対側の
ホトトランジスタにより受光されよう。しかしながら、
球形ハウジングは本発明にとって中心的な仕方で発した
光を屈折させる透明流体76を含む。

透明流体76は望ましい屈折率と粘度とを有する。透明
流体76は球形ハウジング38内の丁度２分の１の高さまで
球を満たす。透明流体76を選ぶ上で重要と考えられる性
質は粘度と屈折率である。

方向センサ25の傾斜に応じて透明流体76は球形ハウジ
ング38の内側壁74に沿って流れ均衡を回復する。流体運
動の速度、従って方向センサ25の応答速度は透明流体76
の粘度と一定の関係を有している。低粘度を有する流体
はより高い粘度を有する流体よりも容易に移動するが、
それはディスプレイスクリーン18上のより高速のカーソ
ル移動に変換されることになろう。高粘度流体は減衰効
果を与える。

実施例において、透明流体76は摂氏20度で986センチ
ポアズ（centipoise）の絶対粘度を有するひまし油であ
る。鉱物油（絶対粘度＝70.4センチポアズ）の使用も有
効であったが応答速度はより高速であった。

球形ハウジングをシールすると、その内部の透明流体
76の高さ以上に空気78が閉込められる。LED68,70から発
した光が空気78と透明流体76との間の境界に当たると、
光ビームの一定部分が上部方向に反射するが全体として
ずっと大きな部分が一定の屈折角で透明流体76内へ入
る。最も透明な液の屈折率は1.35〜1.55の範囲内にあ
る。最大の実際の屈折率をもった透明液を選んで最大屈
折角、従って最大の信号の差を与えるようにすることが
望ましい。実施例は使用されるひまし油は1.477の屈折
率を有する。

LED66,68とホトトランジスタ70,72はスペクトル的に
も機械的にも整合する。実施例において、TIL39形の発
光ダイオードとTIL78形のホトトランジスタ（共にテキ
サスインストルメント（Texas Instruments）社（テキ
サス州ダラス市）製のもの）が使用される。第7A図と第
7B図はLED66,68の典型的な光学パラメータを示し、殊に
光子強度（photon intensity）が装置の光軸からの変位
角と共に如何に変化するかを示す。光子強度はガウス形
曲線に従うことを注意することが重要である。光軸から
20度の角度で光子強度は光軸における最大値の50％にま
で低下する。ホトトランジスタ70,72は光を検出する上
で似たような特性を有する。

第８図は一つのLED/ホトトランジスタが垂直軸79に対
して種々の回転角度で作用する様子を示したものであ
る。LED70とホトトランジスタ72は球形ハウジング38の
中心点を通る同じビーム軸80上に配置される。

第8A図において、ビーム軸80は透明流体76の表面に対
して垂直で屈折角はゼロである。第８図に点線内の領域
として示した光線を内側にホトトランジスタ72の方向に
屈折してコリメーティング（collimating）効果をつく
りだす。光の最大量はホトトランジスタ72により受光さ
れる。

第8B図において球形ハウジング38は垂直軸79から30度
回転したところであり、光線はLED/ホトトランジスタの
対を通る光線軸80から下部方向に屈折する。ホトトラン
ジスタ72により検出される屈折信号は低下する。

最後に、第8C図において球形ハウジング38は垂直軸79
から60度回転したところである。屈折角は依然大きく、
ホトトランジスタにより検出される屈折信号は更に低下
する。

この関係は第９図により明瞭に見ることができる。同
図はホトトランジスタ72により検出される屈折信号に対
する回転角をプロットしたものである。球形ハウジング
38が垂直軸79に対して回転するにつれ垂直軸79から光線
軸80へ至る角度は大きくなると同時に、光線の屈折角も
またそれと同程度にではないが大きくなろう。ホトトラ
ンジスタにより検出される信号は、LED70から透明流体7
6の表面上のホトトランジスタ72へ光線が移行し信号の
強さが最大まで大きくなる90度に垂直軸79からの回転角
が接近するまで低下する。

第10図は本発明の一軸を示したもので特にその軸と関
連するアナログ電気回路を示す。単一の電圧源81がLED6
8,70に給電し光の強さは個々のポテンショメータ82,84
によりバランスをとられる。ホトトランジスタ72,74の
出力は差動増幅器86に加えられる。第10図において、LE
D68,70は透明流体76の面上に45度の角度をなし差動増幅
器86の出力はホトトランジスタ72,74の出力電圧がその
最大値の50％でバランスをとられるためにゼロとなる。
球形ハウジング38が正もしくは負の方向に回転すると、
差動増幅器86の出力電圧は回転角を示す大きさにより正
もしくは負の方向へ変化する。

第11図は球形ハウジング38の回転角と差動増幅器の出
力間の関係を示す。方向センサ25は第10図に明らかにし
た正負方向何れかに対するゼロないし45度の回転角を検
出する。

第12図は２つの軸で動作する方向センサ25を示す。方
向センサ25は垂直軸79から何れの方向に対する回転も検
出する。更に、Ｘ軸とＹ軸間には何ら不都合な相互作用
は存在しない。もし回転が例えばＸ軸方向に対してのみ
行われる場合には、差動増幅器86のＹ軸方向の出力は、
両ホトトランジスタ72,74が光強度の等しい低下を検出
するためゼロのままであろう。

さて第13図について述べると、本発明の電気回路が詳
しく示されている。４つのLED66−69はそれぞれLEDの強
度を調節するためにそれと関連する調節用ポテンショメ
ータ82−85を備えている。LED66−69は独立に調節でき
製作とテストとの際に方向センサ25を較正するための手
段を提供することによってLED/ホトトランジスタの対の
中の許容差変動によりひきおこされる問題点を克服でき
るようになっている。

LED66−69、及び整合したホトトランジスタの対72−7
5は、４チャネル直列形アナログ−デジタル変換器に対
する入力を提供する。実施例で選んだICはテキストイン
ストルメント社のADCO834形である。A/D変換器は２つの
入力信号の差を比較し、その結果得られる比較信号の大
きさと符号を示す８ビット解像度のデータバイトを出力
するためにデータ比較器の機構を用いている。クロック
（CLK）とチップストローブ（CS）は方向センサ25を走
査するためにインターフェース12から受取られる。デー
タはチップストローグ（CS）に応じてラインDO上に連続
的に出力される。セレクトスイッチ28とリターンスイッ
チ30、およびトリガスイッチ32もまたインターフェース
12により走査される。

第14図はインターフェース12の主要回路を示したもの
である。マイクロコントローラ90はモトローラ（Motoro
la）社の68701形で方向センサ25のＸ及びＹの位置を計
算して位置データの形式を整え図形入力装置の動作をシ
ミュレートしデータをコンピュータ14へ提示するマイク
ロプログラムを有する。

さて第15図について述べると、マイクロコントローラ
90のマイクロプログラムに関するフローチャートが示さ
れている。全体的について、初期化の後、マイクロプロ
グラムは、セレクトスイッチ28、リターンスイッチ30
（データFE）、及びトリガスイッチ32（スローモーショ
ン）の位置を含めコンピュータ入力装置10をマイクロコ
ントローラ90に監視させる。もしトリガスイッチ32が作
動しないと、マイクロコントローラは８ビットの正のＸ
軸位置バイト（FD）を読出し、あるいはゼロならば負の
Ｘ軸位置バイト（FC）を読出しＸ位置データを14ビット
の最上位桁として記憶する。Ｘを計算するや否や、マイ
クロプロセット90はＹ軸位置データ（FB ＆ FA）を同じ
ようにして計算する。その後、記憶されたＸとＹの位置
のデータはこのＸとＹの値で平均化され結果はRS−232
リンクを介してスイッチ位置データFEと共にコンピュー
タ14へ転送される。

トリガスイッチ32が作動する間、第２のサブルーチン
はＸとＹの位置データが14ビットの代わりに10ビットの
最上位桁として記憶される点を解いてＸ軸方向とＹ軸方
向の位置データを以前同様に計算する。このことはディ
スプレイスクリーン18上のカーソルの移動を遅くする効
果を有する。

コンピュータ入力装置25の操作においてディスプレイ
スクリーン18上でカーソル移動を行いたいオペレータは
セレクトスイッチ28を入れる。その後、オペレータはコ
ンピュータ入力装置を特に第12図に示すＸ軸方向とＹ軸
方向への回転に相当する前後、左右に傾斜させる。

前方に傾斜させて回転させるとディスプレイスクリー
ン18上にカーソルの下部方向へ移動がひきおこされる。
後方に傾斜させて回転させるとカーソルの上部方向への
移動がひき起こされる。左へ回転するとカーソルの左方
向への移動が、右方向へ回転させるとカーソルの右方向
への移動がひきおこされる。カーソルの移動速度はコン
ピュータ入力装置25の回転角に対応する。もしカーソル
の移動を遅くしてより微妙に制御された移動を行わせた
い場合はオペレータはトリガスイッチ32を入れる。トリ
ガスイッチが入っている限り、カーソルははっきりした
緩慢な運動で移動することになろう。

特に第16図に示す実施例では中空の透明球92は透明流
体94で半分充たされている。中空の球92は上下半球部材
96,98より成る光学的に不透明な球形の包囲内に配置さ
れる。上下半球部材96,98は中空の球92を支持するため
に支持突起100を備える。光源102と光検出器104がそれ
ぞれ少なくとも一つ上下半球部材96,98内の透明球92の
中心内を通る軸に沿って配置される。光源102と光検出
器104は中空球92と接触する。エアギャップ106は中空球
92を上下半球部材96,98から隔離する。

上記に鑑みて本発明の幾つかの目的は容易に達成でき
他の有利な結果を得ることができることが判る。

上記の思想に鑑みて本発明の精神と範囲から逸脱せず
に本発明に多くの変形と変更を施すことができることは
明らかである。コンピュータ入力装置は図形入力装置を
シミュレートするように設計されるが、本発明の原理は
その他のコンピュータ入力装置形式にも適用可能であ
る。本文中に開示した新規な方向センサは自動レベリン
グ装置、ロボット制御システム、および身体障害者用器
具を含む広範囲の用途にも適用可能である。このことに
鑑みて上記説明は限定的なものではなく例示的なものと
解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を使用する図形入力装置の簡略図、 第２図は内部構成部品の配置を示す本発明の部分断面の
線図、 第３図は上下半球部材の側面図でそれらの相互関係を示
す図、 第４図は上部半球部材の上面図でアパーチャのＸ軸とＹ
軸に対する関係を示した図、 第５図はアパーチャのＸ軸とＹ軸に対する関係を示す下
部半球部材の底面図、 第６図は第４図と第５図に示す球形ハウジングＸ軸に沿
った方向センサの断面図、 第7A図は特に発光ビームの光軸からの変位角を示すLED
の側面図、 第7B図はビームの光度と第7A図に示したLEDの変位角と
の間の関係を示すグラフ図、 第8A図、第8B図、第8C図は種々の回転角における一対の
LED/ホトトランジスタの機能図、 第９図は第８図に示すLED/ホトトランジスタの対の回転
角と屈折信号の大きさの間の関係を示すグラフ図、 第10図は特にその軸と関連したアナログ回路を示す本発
明に従う１つの軸を示す図、 第11図は球形ハウジングの回転角と第10図に示す差動増
幅器の出力間の関係を示すグラフ図、 第12図はＸ軸とＹ軸方向に対する本発明に従う方向セン
サを示す図、 第13図は本発明に従うコンピュータ入力装置の電気回路
図、 第14図は本発明と共に使用されるインターフェースの電
気回路図、 第15図は本発明と共に使用されるインターフェースのマ
イクロコントローラのマイクロプログラムのフローチャ
ート図、 第16図は本発明の代替実施例図。 25……センサ、79……垂直軸 68,70……光源、38……ハウジング 72,74……ホトトランジスタ 22……カーソル、16……ディスプレイ端末 14……コンピュータ 18……ディスプレイスクリーン 78……第１の媒質、76……第２の媒質 38……中空の球形部材

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】垂直軸からの回転角を測定するためのセン
   サにおいて、 センサハウジングと、 上記ハウジング内の、フォーカシングされたビームを発
   する光源手段と、 上記ハウジング内の、上記フォーカシングされたビーム
   を検出し、その強度を表す電圧を発生する光検出手段
   と、 垂直軸に対する上記ハウジングの回転角に応答して上記
   光検出手段により検出される上記フォーカシングされた
   ビームの強度を変化させる上記ハウジング内の手段と、 を備え、上記電圧が垂直軸からの回転角を表す、 センサ。
2. 【請求項２】カーソルを表示し且つ該カーソルの制御さ
   れた動きを提供するためのグラフィック装置であって、 ディスプレイスクリーンを有するディスプレイ端末装置
   と、 上記ディスプレイ端末装置に接続され、カーソル制御信
   号に応答して上記ディスプレイスクリーン上のカーソル
   の位置を制御すべくプラグラミングされているコンピュ
   ータと、 上記コンピュータに接続されたオペレータの手に支持さ
   れるようにされたコンピュータ入力装置であって、該入
   力装置の内部を通過する垂直軸に対しての該入力装置の
   外側部分の角度方向を表すデジタル信号を該入力装置の
   内部に含まれる手段によって生成する、入力装置と、 上記コンピュータに接続され、上記入力装置の角度方向
   を表す上記デジタル信号に応答して上記カーソルの位置
   を制御するためのカーソル制御信号を発生する手段と、 を備えるグラフィック装置。
3. 【請求項３】ディスプレイスクリーンを有するディスプ
   レイ端末装置のカーソルの位置を制御するためのコンピ
   ュータ入力装置であって、 オペレータの手中に支持されるように構成されたハウジ
   ングと、 上記ハウジング内に固定された中空球部材であって、そ
   の内部を通る垂直軸に沿って定められた中心点を有する
   中空球部材と、を備え、 上記中空球部材はその内部に第１と第２の透明流体媒質
   を有し、上記の第１の媒質がガス状であり、上記の第２
   の媒質が液体であって、上記の各媒質が所定の粘度及び
   屈折率を有し、 上記の第２の媒質が上記球部材をその半分のレベルまで
   満たすことによって、上記の第１の媒質と第２の媒質と
   の境界は上記球部材の中心点と交差し、 上記入力装置は更に、 フォーカシングされたビームを発する少なくとも一つの
   光源と、上記ビームを検出し、上記ビームの強度を表す
   アナログ電気信号を生成する少なくとも１つの光センサ
   と、 上記アナログ電気信号に応答して、それを表すデジタル
   信号を生成する手段と、 上記デジタル信号に応答して上記ディスプレイスクリー
   ン上のカーソルの位置を制御するためのカーソル制御信
   号を生成する手段と、 を備え、 上記光源と光センサとが、上記中心点を通る軸上の上記
   球部材の内壁に対向して取り付けられることにより、上
   記ビームが上記光センサにより検出される前に上記中心
   点を通過し、 上記垂直軸に対する上記オペレータの手による上記ハウ
   ジングの回転は、上記の第１の媒質と上記の第２の媒質
   との境界を上記ビームが通過するときの上記ビームの屈
   折角の変化によって上記光センサにより検出される上記
   ビームの強度を変化させるようにし、上記の強度の変化
   が上記の回転の角度を表す、 コンピュータ入力装置。
4. 【請求項４】垂直軸からの回転角を測定するセンサ装置
   であって、 その内部を通過する垂直軸に沿ってその内部に定められ
   た中心点を有する中空の球形ハウジングと、 フォーカシングされたビームを発する少なくとも一つの
   光源と、上記ビームの強度を検出し、それを表す電気信
   号を生成する少なくとも一つの光センサと、 を備え、 上記中空の球形ハウジングはその内部に第１と第２の透
   明流体媒質を有し、上記の第１の媒質はガス状で、上記
   の第２の媒質は液状であり、それぞれの上記媒質が所定
   の粘度と屈折率を有し、 上記の第２の媒質が上記球形ハウジングを半分のレベル
   まで満たすことによって上記の第１と上記の第２の媒質
   とが上記球形ハウジングの中心点と交差し、 上記光源と上記光センサが上記中心点を通る軸上の上記
   球形ハウジングの内壁に対向して取り付けられることに
   よって、上記ビームが上記光センサにより検出される前
   に上記中心点を通過するようにされ、 上記垂直軸に対する球形ハウジングの回転が、上記の第
   １の媒質と上記の第２の媒質との間の境界を上記ビーム
   が通過する時の上記ビームの屈折角の変化によって上記
   光センサにより検出される上記ビームの強度を変化させ
   るようにし、上記強度の変化が上記回転の角度を表す、 センサ装置。
5. 【請求項５】外部ハウジングを有するセンサの垂直軸か
   らの回転角度を測定する方法であって、 上記センサの上記ハウジング内でフォーカシングされた
   ビームを光源から発するステップと、 上記センサの上記ハウジング内で上記ビームの強度を上
   記垂直軸に対する上記センサの上記ハウジングの回転角
   に比例して変化させるステップと、 上記センサの上記ハウジング内で光検出手段により上記
   ビームを検出し、上記ビームの強度を表す電圧を発生さ
   せるステップと、を備え、 上記電圧が上記垂直軸からの上記センサの上記ハウジン
   グの上記回転角を表す、 方法。
6. 【請求項６】請求項５に記載の方法において、 強度を変化させる上記ステップが、異なる屈折率を有す
   る２つの透明媒質間の境界で上記ビームを屈折させるこ
   とを含む、 方法。