JP3132101U - ポインティングディバイス - Google Patents

Abstract

【課題】マウスから手指を離した状態で誤動作しないポインティングデバイス。
【解決手段】ケース１０、及びケースの表面に設けられ、手指を外側表面に接触させ滑動することが可能な第一凸レンズ１３１、及びケース内に設けられて第一凸レンズの内側表面に光線を照射し、手指が第一凸レンズに接触した際に反射光を形成する光源１２、及びケース内に設けられ、反射光を受光する第二凸レンズ１３２、及び反射光から画像の明確な位置検出を行う光学式情報処理装置１４から構成されるポインティングディバイスであって、第一凸レンズ１３１と第二凸レンズ１３２と同一光軸上に配置し、第二凸レンズ１３２の中心を第一凸レンズ１３１の焦点上に位置することにより、手指が第一凸レンズを離れると光学式情報処理装置１４上に結ばれる画像が不鮮明となり、位置情報として検出されない。
【選択図】図２

Description

本考案は、ポインティングディバイスに関するものであり，光学式位置信号検出手段を用いてコンピュータ機器のカーソルを制御する。

ポインティングディバイス（Pointing Device）は広く一般に、コンピュータ機器（パーソナルコンピュータ、ノート型パソコン、個人用携帯情報端末など）に座標位置信号を伝送し、執行すべき動作をコンピュータ機器に要求する装置である。公知のポインティングディバイスの種類は多岐にわたり、マウスや、トラックボール、タッチパッド、ペンタブレット、ポインティングスティックなどは全てポインティングデバイスに属し、ノート型パソコンや携帯電話などの携帯用電子機器にも応用されている。

マウスの種類は、機械式マウス、及び光学式マウスに分類される。機械式マウスはマウスの底部と作業平面とに接触するボールが回転し、座標位置信号の判断基準となる。そのボールと接触するローラーの一端にはロータリーエンコーダが設けられており、光線が歯車を通過したり、遮られたりすることを利用して対応するコンピュータのカーソル位置信号を検出する。一方、光学式マウスは反射光の画像の変化により座標位置信号を検出する。使用時は光学式マウスを手で握持しながら平面上で移動させると、平面上に照射された光線が反射し、光センサーに伝わる。光センサーが移動前と、移動後との反射光により形成された画像のずれを検知し、相当するコンピュータのカーソル位置信号を検出する。

機械式マウスと、光学式マウスとには、それぞれメリット、デメリットが存在する。機械式マウスは、ボールが直接回転するため、塵やほこりを拾いやすく、そのため座標位置信号が読み取りにくくなる。一方、光学式マウスは、マウスが移動する作業面の色や材質などが光の反射に影響し、光学式マウスの誤操作を発生させることがある。また、機械式マウス、光学式マウスのどちらについても操作上、作業スペースを必要とし、ある程度の面積を有する平面上において移動させなければならない。もちろんポインティングディバイスとしてトラックボールマウス（trackball）を使用することもできる。トラックボールマウスの外見は機械式マウスと似ているが、機械式マウスとは上下が反転し、トラックボールが上に配置されている。使用時はトラックボールマウス本体の位置は固定したまま、手指で直接トラックボールを回転させる。トラックボールの移動量は機械式、あるいは光学式により相当する座標位置信号を検出する。

トラックボール装置関連の特許には米国特許第５５７８８１７号の開示例（以下８１７号と略す。）が見られる。トラックボールは、機械式マウス、或いは光学式マウスが必要とする作業スペースの問題を確実に克服している。しかしながら、トラックボール装置に要するトラックボールには特別な設計が必要であり、とりわけ光学式トラックボール装置について言えば、トラックボールに向けて発光された光の反射からコンピュータカーソルの位置情報を検出するので、トラックボール自体により高度な反射性が必要とされる。通常、トラックボール上には斑点（speckle）、ライトスポット（light spot）、グリッド線（grid）、マイクロテクスチャー（micro-texture）等を設計せねばならず、これにより従来の光学式マウスと比較して製造コストがかかるものが多い。

これらの問題点を解決するために、米国特許第５５７８８１７号では異なる実施例（８１７号、第４の実施例・図２２で説明）を提出している。８１７号の第４の実施例では指紋検知性ポインティングディバイスを利用している。また、米国特許第５６２３５５３号の判例（以下５５３号と略す。）にも指紋検知入力装置（High contrast fingerprint image detector）がある。前述の二者ともに光源、プリズム、レンズ、センサーを利用する構造を備えており、光線を受けた手指の指紋の移動が生み出す反射光によりセンサーがコンピュータカーソルの位置情報を検出する。しかしながら、該プリズムのコストは高く、指紋検知方法にもまた検知時の制御の精密度を向上させる必要がある。

さらに、米国特許第５８０１６８１号（以下６８１号と略す。）の実施例に制御信号産出装置（Method and apparatus for generating a control signal）がある。６８１号も同様に光源、光信号伝達プレート、レンズ、センサーから構成される。該光源は、光学プレートの底部から光学プレートに向けて発光する。光学プレートの一端にレンズを設け、該光学プレート上に手指を置く。手指に向けて発光した光源の光線はレンズに入射し、センサーに伝達される。しかしながら、光源が直接手指の下方に配置されており、かなりの広範囲において光線を反射させるため、手指を持ち上げ光学プレートから離した後も、依然として反射光がセンサーに感知され、センサーの誤作動を引き起こすことがある。また、６８１号の実施例による場合、８１７号、５５３号と比較して誤作動の発生する可能性が高い。その他にも環境光線の妨害についても克服しなければならない課題が残る。周囲の環境光線の妨害を回避するためには図２、及び図５が示すように、センサーは拡散(diffusion)した光を受光できる位置、あるいは反射（reflection）光がプレートの材質の臨界角（critical angle/α）を超える位置に配置しなければならない。
特表２００６−５１１９８１号公報

従来の手指により座標信号判断基準の操作を行う光学式ポインティングディバイスにおいて、平面レンズに達した反射光を利用することから、手指を離した後にも光線の反射がセンサーに感知され誤操作を引き起こすことが、実際の運用上の大きな問題点であった。本考案は、上記の問題を鑑みて、手指を離した際にも誤操作を招くことがない単純構造のポインティングデバイスの提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本考案のポインティングディバイスはケース、光源、凸レンズセット、及び光学式情報処理装置から構成される。該凸レンズセットは第一凸レンズと第二凸レンズとからなり、第一凸レンズはケースの表面に設けられ、手指を第一凸レンズ上に接触させ滑動させる。第二凸レンズはケース内において、第一凸レンズと同じ光軸上に設けられる。光源はレンズセット脇の、第一凸レンズに向けて光線を照射できる位置に設けられる。光学式情報処理装置は凸レンズセットの光軸ルートの末端に設置される。使用時に手指を第一凸レンズ上に置くと、光源からの発光が手指によって遮断され第一凸レンズを通過することができないため、反射し反射光が発生する。反射光は第二凸レンズを経由し、第二凸レンズからの画像は光学式情報処理装置で感知される。手指を移動した際には同様に、生じた反射光の画像が光学式情報処理装置で感知される。光学式情報処理装置による処理を通し、対応する位置情報信号を検出することができる。また、本考案のポインティングディバイスにおいて、該凸レンズセットの焦点距離は固定されており、光学式情報処理装置上に手指の明瞭な画像が検出される。手指を持ち上げ、第一凸レンズから離した際には、その反射の焦点距離が変化するため、光学式情報処理装置上で明瞭な画像を感知することができない。光学式情報処理装置は不鮮明な画像を処理することはできないため、誤作動を招くことはない。

本考案のポインティングディバイスにおいて、操作の際には必ず第一凸レンズ上に手指を置いて移動させなければ、光学式情報処理装置は対応する位置情報を検出することができない。手指を少しでも第一凸レンズから離した際には光学式情報処理装置は明瞭な画像を検出できないため、誤作動の発生を防ぐのに効果的だ。同時に手のひら、あるいは手指、また、その他の物体の場合においても第一凸レンズに接触しない限りは、誤作動を招くことはない。

本考案によれば簡単、かつ確実に手指による座標信号判断基準操作を行うことができるポインティングデバイスを提供することができる。

上述の目的及び効果を達成するため、本考案が採用した技術的手段及びその構造について、以下に説明図及び実施例を用いてその特徴と効果を詳細に説明する。

本考案のポインティングディバイスは、パーソナルコンピュータ、ノート型パソコン、個人用の携帯情報端末などのデータ処理装置を代表とするコンピュータ機器の操作に適用される。このようなデータ処理装置は通常、データ処理装置の信号を表示するモニターとともに用いられる。モニター上にはカーソルが表示され、カーソルを制御し、データ処理装置に対して必要な動作の指示要求が可能となる。また、本考案のポインティングディバイスは必ず座標信号を検出し、カーソルを制御するものである。

図１が示すのは本考案の外観構造を示す全体斜視図である。本考案のポインティングディバイス１０は、外見上、一般のマウス型ポインティングディバイスと差異がないが、一般的なマウスの底部にはボールが設けられている（機械式マウス）か、あるいは光を射出する開孔部が設けられている（光学式マウス）。それに対し、本考案の装置は外見上、マウス表面の使用時に手指が触れる位置に（一般的には、上部に配置されるが、側面に配置することも可能）、第一凸レンズ１３１を設ける。操作方法は一般のいわゆるトラックボールマウスと同様に、作業平面上を移動させる必要がなく、第一凸レンズ１３１上に接触させた手指を直接移動させる。

図２が示すように、本考案のポインティングディバイス１０はケース１１、ならびに光源１２、凸レンズセット１３、及び光学式情報処理装置１４から構成される。一般的なマウスにはコンピュータ機器との間にデータ伝送用のインターフェ−ス（ＲＳ２３２、ＰＳ／２、ＵＳＢ、或いは無線ＬＡＮ技術など）が必要である。また、一般的なマウス上にはさらに操作ボタンも設けられているが、これらについては周知の技術であるため、詳しい説明は省略する。
ケース１０は、上下ケース（図中表示なし）から構成されており、ケース内に一定容量の空間を形成している。ポインティングディバイス１０に必要な部品は該空間内に収納される。ケース１０の表面には少なくとも１箇所に孔部１０１を設ける。
第一凸レンズ１３１、及び第二凸レンズ１３２から構成される凸レンズセット１３は、ケース１０の内部に配置され、該第一凸レンズ１３１は孔部１０１の位置に設置される。第二凸レンズ１３２は、第一凸レンズ１３１との間に一定の間隔を開け、かつ第一凸レンズと同一の光軸上に設置される。また、第二凸レンズ１３２の中心は、第一凸レンズ１３１の焦点上に位置する。第一凸レンズ１３１の焦点距離は、固定されており、第一凸レンズ１３１と第二凸レンズ１３２の相対距離もまた固定されている。第一凸レンズ１３１から伝達される光線は、第二凸レンズ１３２の中心で受光させることにより、光線が第二凸レンズ１３２を経由し、明瞭な画像を感知することができる。
光源１２は、ケース１０の内部に設けられた発光ダイオードである。光源１２は凸レンズセット１３の脇に設置され、第一凸レンズに向けて光線を照射する位置に設けられる。
光学式情報処理装置１４は、ケース１０の内部に設けられる。狭義の光学式情報処理装置１４は、光センサーを指し、受光情報を光信号に変換する。広義の光学式情報処理装置１４は、光センサー以外に、情報処理回路、ならびに信号変換回路、及びそれらが設置された電子基板を含む。光学式情報処理装置１４は、凸レンズセット１３の光軸の末端に設置され、凸レンズセット１３からの光線を受光する。
本考案のポインティングディバイスにおいて、光源１２が発光する光線は拡散し、第一凸レンズ１３１の表面に均等に照射される。第一凸レンズ１３１が全く遮光されない場合は、光線が第一凸レンズ１３１を通過し、そのまま射出される。一方、第一凸レンズ上に可動物体（図中の手指は一例）が接触している場合には第一凸レンズに入射した光線が反射し、反射光を形成する。反射光は第二凸レンズ１３２を経由し光学式情報処理装置１４上に移動物体の明晰な画像を伝達し、光学式情報処理装置１４に位置を検出させることができる。可動物体が第一凸レンズ１３１上を滑動し始めると、光学式情報処理装置１４上で継続して別の画像が感知されるので、画像の移動量を計算し、コンピュータ機器のカーソル移動制御に対応する電子信号を検出する。

図３が示すように可動物体を第一凸レンズ１３１から持ち上げ離した後も、入射した光線が可動物体に当たり、反射光を形成する。しかしながら反射光が第一凸レンズ１３１の焦点距離よりも遠いと、反射光は第二凸レンズ１３２と正確に焦点が合わないため、光学式情報処理装置１４が受信する画像が不鮮明になる。光学式情報処理装置１４は不鮮明な画像については一切処理を行わない。

また、現在ではコンピュータ機器、あるいはコンピュータソフトウェアの大多数がウインドウを採用しており、ウィンドウ操作に対応したマウスが要求されることから、カーソルをＸ軸、Ｙ軸方向の移動を制御するだけでなく、さらに第三軸の入力装置を設けるようになった。第三軸の入力装置はウィンドウのスクロール制御に用いられており、現在第三軸の入力装置としてはマウスにホイールを装着し、ホイールを回転させ、スクロールバーを上下させるものがほとんどである。本考案のポインティングディバイスは、図４で示すように第三軸の入力装置として利用することが可能である。図中に示すのは一般的な機械式マウスであるが、マウスの適当な位置に本考案の光源１２、凸レンズセット１３、及び光学式情報処理装置１４を設置すると、同様の原理でマウスの第三軸入力装置として機能する。

なお、前述の実施例の凸レンズ１３１は両凸レンズ（biconvex lens）でもよいし、あるいは片凸レンズ（single convex lens）でもよいが、両凸レンズの方がよりよい効果が期待できる。
さらに前述の実施例の概念からも分かるように、本考案は既存の電磁誘導方式、あるいは静電容量方式などのポインティングデバイスに代替し、ノート型パソコンや個人用携帯情報端末などのデータ処理機器の内部に設置することも可能である。

なお、上述の説明は本考案の一実施例であり、該実施例は本考案の目的、運用技術手段と構造を説明するための一例にすぎず、本考案の保護範囲を限定するものではない。本考案の説明、および実用新案登録請求の範囲で指定した内容に基づいた変更や応用も含め、全て本考案の保護範囲とする。

本考案のポインティングディバイスの外観構造を示す斜視図である。 本考案のポインティングディバイスの内部構造を示す概略断面図である。 本考案のポインティングディバイスの使用時において、移動物体（手指）が 第一凸レンズから離れ、元々の焦点距離が変化した状態を示す説明図である 。 本考案のポインティングディバイスの第二の実施例の第三軸を示す説明図で ある。

符号の説明

１０ ケース
１０１ 孔部
１２ 光源
１３ 凸レンズセット
１３１ 第一凸レンズ
１３２ 第二凸レンズ
１４ 光学式情報処理装置

Claims (8)

1. ケース、及び、
   ケースの表面に設けられて可動物体を外表面に接触させて滑動させる第一凸レンズ、及び、
   ケース内に設けられ、第一凸レンズの内側表面に光線を照射し、移動物体が第一凸レンズに接触した際に反射光を発生させる光源、及び、
   ケース内に設けられ、反射光を受光する第二凸レンズ、並びに、
   第二凸レンズを経て結ばれる画像により位置検出を行う光学式情報処理装置から構成されるポインティングディバイスであって、
   移動物体が滑動した際に、光学式情報処理装置が反射光の画像位置変化を読み取り、対応する電子制御信号を検出し、コンピュータ機器を制御することを特徴とするポインティングディバイス。
2. 前記電子制御信号は、コンピュータ画面のスクロール（scrolling a screen of a computer display）操作、あるいはコンピュータのカーソル移動の制御に用いられ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ィバイス。
3. 前記光線は、第一凸レンズの内側表面に均等に照射され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ィバイス。
4. 前記ポインティングディバイスは、コンピュータ機器の内部に設置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ィバイス。
5. 前記第一凸レンズは、両凸レンズ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ィバイス。
6. 前記第一凸レンズは、片凸レンズ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ィバイス。
7. 前記第一凸レンズは、ケースの上部に設け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ィバイス。
8. 前記第一凸レンズは、ケースの側面に設け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ィバイス。

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