JP3155579B2 - 座標入力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パーソナルコンピュー
タ等に用いられる表示装置でのカーソルの位置座標デー
タ等を入力するための座標入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】表示装置でのカーソルの位置座標データ
や図形データの座標入力装置として、ボール（球体）を
備え、該ボールを回転させることにより、表示画面での
カーソルの表示位置を任意に変化させることができるよ
うにしたものが知られている。

【０００３】図４はかかる座標入力装置の一例を示す分
解斜視図である。同図において、ハウジング１００には
取付け部材が形成されており、これにより、ハウジング
１００の略中央部に設けられているくぼみ部１００ａの
縁に、互いに直交するように２つの回転体１０１Ｘ，１
０１Ｙが回転可能に取り付けられる。回転体１０１Ｘは
シャフト１０２Ｘと、その略中央部に固定されたローラ
１０３Ｘと、その端部に固定されたチョッパ１０４Ｘと
から構成されている。チョッパ１０４Ｘには複数個のス
リットが設けられている。回転体１０１Ｙもシャフト１
０２Ｙ、ローラ１０３Ｙ、チョッパ１０４Ｙからなり、
回転体１０１Ｘと同じ構成をなしている。

【０００４】ハウジング１００のくぼみ部１００ａに
は、ボール１０９が任意に回転可能に嵌め込まれ、その
上からハウジング１００に環状のカバー１１０に取り付
けられる。このようにボールがくぼみ部１００ａに嵌め
込まれると、回転体１０１Ｘ，１０１Ｙのローラ１０３
Ｘ，１０３Ｙがこのボール面に圧接される。従って、ボ
ールが回転すると、その回転方向にもよるが、ローラ１
０３Ｘ，１０３Ｙが回転してチョッパ１０４Ｘ，１０４
Ｙも回転する。

【０００５】かかるハウジング１００は基板１０５上に
載置されて固定される。この基板１０５上には、フォト
インタラプタ１０６Ｘ，１０６Ｙ、制御回路１０７、出
力端子１０８等が搭載されている。フォトインタラプタ
１０６Ｘは互いに対向した２つの突出部を有し、一方の
突出部に２つの発光素子が、他方の突出部にこれら発光
素子に対向して２つの受光素子が夫々設けられ、一方の
受光素子が一方の発光素子からの光を、他方の受光素子
が他方の発光素子からの光を夫々受けるようにしてい
る。フォトインタラプタ１０６Ｙもこれと同じ構成をな
している。

【０００６】ハウジング１００が基板１０５に取付けら
れ、ハウジング１００内に回転体１０１Ｘ，１０１Ｙが
取付けられると、回転体１０１Ｘのチョッパ１０４Ｘの
一部がフォトインタラプタ１０６Ｘの２つの突出部の間
に入り込み、同様に、回転体１０１Ｙのチョッパ１０４
Ｙの一部がフォトインタラプタ１０６Ｙの２つの突出部
の間に入り込む。このようにして組み立てられた座標入
力装置を図５に示す。これから明らかなように、ボール
１０９の一部がカバー１１０から外部に突出している。
これにより、外部からボール１０９を回転させることが
できる。

【０００７】そこで、図６に示すように、フォトインタ
ラプタ１０６Ｘでは、２つの発光素子と２つの受光素子
との間にチョッパ１０４Ｘの一部が入り込み、フォトイ
ンタラプタ１０６Ｙでも、２つの発光素子と２つの受光
素子との間にチョッパ１０４Ｙの一部が入り込む。

【０００８】ボール１０９が回転してチョッパ１０４Ｘ
が回転すると、フォトインタラプタ１０６Ｘでの２つの
受光素子からこのチョッパ１０４Ｘの回転速度に応じた
周波数のパルス信号が得られるが、これらパルス信号間
に９０°の位相差があるように、チョッパ１０４Ｘのス
リットが形成されている。このようにしてフォトインタ
ラプタ１０６Ｘから２相のパルス信号が得られるが、こ
れらの一方をＸＡ相、他方をＸＢ相としている。フォト
インタラプタ１０６Ｙについても同様であり、チョッパ
１０４Ｙの回転により、９０°の位相差のＹＡ相、ＹＢ
相のパルス信号が得られる。

【０００９】いま、回転体１０１Ｘのみを回転させるよ
うなボール１０９の回転方向をＸ方向とし、回転体１０
１Ｙのみを回転させるボール１０９の回転方向をＹ方向
とするが、ボール１０９を任意の方向に回転方向に回転
させたとき、この回転はＸ方向の回転成分とＹ方向の回
転成分とからなる。フォトインタラプタ１０６Ｘはこの
Ｘ方向の回転成分を、フォトインタラプタ１０６Ｙはこ
のＹ方向の回転成分を夫々検出するためのものである。
フォトインタラプタ１０６ＸからのＸＡ相，ＸＢ相のパ
ルス信号のパルス数はボール１０９のＸ方向の回転量に
比例し、フォトインタラプタ１０６ＹからのＹＡ相，Ｙ
Ｂ相のパルス信号のパルス数はボール１０９のＹ方向の
回転量に比例する。従って、ＸＡ相，ＸＢ相のパルス信
号をカウントして、そのカウント値から表示画面でのカ
ーソルのＸ方向の移動量制御信号を形成し、また、ＹＡ
相，ＹＢ相のパルス信号をカウントして、そのカウント
値からカーソルのＹ方向の移動量制御信号を形成するこ
とにより、ボール１０９の回転に応じてカーソルを任意
に移動させることができる。

【００１０】ところで、ボール１０９の回転を任意とし
た場合、その回転方向が逆転する場合もある。これを検
出するために、フォトインタラプタ１０６Ｘ，１０６Ｙ
から夫々９０°位相が異なる２相のパルス信号が得られ
るようにしている。ボール１０９のＸ方向の回転が逆転
すると、フォトインタラプタ１０６Ｘから出力されるＸ
Ａ相，ＸＢ相のパルス信号の位相関係が逆転し、ボール
１０９のＹ方向の回転が逆転すると、ＹＡ相，ＹＢ相の
パルス信号の位相関係が逆転する。従って、ＸＡ相，Ｘ
Ｂ相のパルス信号の位相関係、ＹＡ相，ＹＢ相のパルス
信号の位相関係を夫々検出することにより、ボール１０
９の任意の回転方向を検出でき、これによってカーソル
を任意の方向に移動させることができる。

【００１１】図７はかかる座標入力装置での処理回路系
を示すブロック図である。同図において、フォトインタ
ラプタ１０６Ｘ，１０６Ｙの発光素子（図６）はＬＥＤ
が使用され、ＬＥＤ駆動制御回路１１１によって駆動さ
れて発光する。フォトインタラプタ１０６Ｘから出力さ
れるＸＡ相，ＸＢ相のパルス信号は夫々、タイミング制
御回路１１８によって制御される波形整形回路１１２，
１１３で２値化されて波形整形され、また、フォトイン
タラプタ１０６Ｙから出力されるＹＡ相，ＹＢ相のパル
ス信号も夫々、タイミング制御回路１１８によって制御
される波形整形回路１１４，１１５で２値化されて波形
整形され、方向検出カウンタ１１６に供給される。

【００１２】この方向検出カウンタ１１６では、ＸＡ
相，ＸＢ相のパルス信号をカウントしてボール１０９の
Ｘ方向の回転量を検出するとともに、これらパルス信号
の位相関係からＸ方向に対する向きが検出され、同様に
して、ＹＡ相，ＹＢ相のパルス信号からボール１０９の
Ｙ方向に対する回転量、向きが検出される。かかる方向
検出カウンタ１１６の検出出力はコンバータインタフェ
イス１１７を介して座標入力装置から出力される。

【００１３】以上のような座標入力装置を小形に形成す
ることにより、図８に示すように、キーボード１１９に
組み込むことができる。この場合、この座標入力装置の
ボール１０９は指先などで回転操作する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図７におけ
る波形整形回路１１２〜１１５には比較器が用いられ、
これでもってフォトインタラプタ１０６Ｘ，１０６Ｙの
出力パルス信号をしきい値と比較して２値化（波形整
形）しており、従来では、このしきい値を出力パルス信
号のピーク値の例えば１／２倍となるように固定されて
いる。ところが、フォトインタラプタ１０６Ｘ，１０６
Ｙにおける発光素子や受光素子には特性のバラツキがあ
り、通常、これらの出力パルスの振幅を等しくすること
ができないことは勿論のこと、これらの振幅を波形整形
回路１１２〜１１５に設定されるしきい値の２倍に正し
くなるようにすることができない。このような振幅のま
まで波形整形すると、２値化されたＸＡ相，ＸＢ相のパ
ルス信号の位相関係やＹＡ相，ＹＢ相のパルス信号の位
相関係が正規の９０°からずれ、ボール１０９の正しい
回転方向の検出ができなくなるばかりでなく、これらパ
ルス信号のカウントを正しくできなくなる。

【００１５】そこで、従来では、フォトインタラプタ１
０６Ｘ，１０６Ｙの出力チャンネル毎に可変抵抗器等に
よるレベル調整手段を設け、ＸＡ相，ＸＢ相，ＹＡ相，
ＹＢ相毎にパルス信号の振幅を調整して正規の振幅とな
るようにしていた。

【００１６】しかしながら、かかる従来技術によると、
このように調整工程が必要となり、しかも、この調整作
業は非常に手間がかかるし、振幅を精度良く設定しよう
とすると、この調整作業に長時間を要することになり、
座標入力装置の生産性の点から問題がある。

【００１７】また、ボール１０９の停止状態は任意であ
るから、回転体１０１Ｘ，１０１Ｙにおけるチョッパ１
０４Ｘ，１０４Ｙのフォトインタラプタ１０６Ｘ，１０
６Ｙに対する停止状態も任意である。そこで、いま、図
９に示すように、フォトインタラプタ１０６Ｘのフォト
センサ（発光素子と受光素子との対）１２０Ａにチョッ
パ１０４Ｘにおけるスリット１２１の辺部が入り込んだ
ような状態でチョッパ１０４Ｘが停止したとすると、そ
の受光素子は発光素子からの光の一部を受光しているこ
とになり、この受光素子からは直流電圧が出力される。
これだけでは特に問題はないが、通常、受光素子の出力
信号には、外光によるノイズや増幅器等によるノイズが
重畳されている。

【００１８】そこで、図１０（ａ）に示すように、例え
ば、チョッパ１０４Ｘが停止したとき、発光素子からの
光による受光素子の出力値がしきい値ＳＬ近傍にあり、
これにノイズが重畳されて全体のレベルがしきい値ＳＬ
に対して上下すると、図１０（ｂ）に示すように、チョ
ッパ１０４Ｘが停止しているにもかかわらず、波形整形
回路１１２，１１３からパルスが出力され、カーソルが
Ｘ方向に誤って移動してしまうことになる。このよう
に、ノイズによって誤動作してしまうこともあった。こ
のノイズによるパルスはランダムに発生するから、表示
画面上でカーソルがふらついてしまうこともある。

【００１９】本発明の目的は、かかる問題を解消し、フ
ォトインタラプタの出力パルスを、振幅調整の手間を省
き、ノイズに影響されずに精度良く波形整形をすること
ができるようにした座標入力装置を提供することにあ
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、フォトインタラプタの出力パルス信号の
ピーク値を検出して保持し、この保持値のα倍（但し、
０＜α＜１）の値を波形整形のためのしきい値とする。

【００２１】そして、上記ピーク値が上記保持値よりも
小さいとき、この保持値に所定の値ずつ加算するととも
に、波形整形されたパルス信号のエッジ毎に上記保持値
を所定の値ずつ低下させる。

【００２２】

【作用】フォトインタラプタの出力パルス信号のピーク
値にバラツキがあっても、しきい値はこのピーク値に応
じたものとなり、このピーク値のα倍のしきい値で２値
化される。従って、この出力パルス信号のピーク値の調
整が不要となり、このピーク値がいかなるものであって
も、精度良く２値化される。

【００２３】また、図１０（ａ）に示した状態となった
場合には、ピーク値を検出して保持した値はノイズレベ
ルよりも大きいため、図１０（ｂ）に示すようにノイズ
によってパルスが発生すると、この保持値が低下してし
きい値も低下する。従って、もはやノイズがあってもパ
ルスは発生しない。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面によって説明す
る。図１は本発明による座標入力装置の一実施例を示す
ブロック図であつて、１は発光素子、２は受光素子、３
は検出抵抗、４，５は比較器、６はエッジ検出器、７は
アンドゲート、８はＵ／Ｄ（アップダウン）カウンタ、
９はＤ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換器、１０は分
圧器である。

【００２５】同図において、発光素子１からの光は図示
しないチョッパによってチョッピングされ、受光素子２
からパルス電流が出力される。このパルス電流が検出抵
抗３によってパルス電圧に変換される。このパルス電圧
を先に説明したパルス信号ＰＳということにする。比較
器４は図７における波形整形回路１１２〜１１５に相当
し、パルス信号ＰＳを分圧器１０で形成されるしきい値
ＳＬ１とレベル比較して波形整形されたパルス信号Ｐ
Ｓ’を出力する。

【００２６】この実施例では、このしきい値ＳＬ１の生
成手段を備えており、これにより、このしきい値ＳＬ１
はパルス信号ＰＳのピーク値に応じたものとしている。
この手段は比較器５、アンドゲート７、Ｕ／Ｄカウンタ
８、Ｄ／Ａ変換器９及び分圧器１０からなるが、特に、
これらのうちの分圧器１０を除いた部分がパルス信号Ｐ
Ｓのピーク値の保持手段を構成している。このピーク値
が高くても低くてもこれを保持するために、エッジ検出
器６で比較器４の出力パルス信号ＰＳ’のエッジを検出
し、これによって得られたエッジパルスＥＧでＵ／Ｄカ
ウンタ８がダウンカウントするようにしている。

【００２７】以下、このしきい値ＳＬ１の生成手段の動
作を図２を用いて説明する。但し、図２は図１における
各部の信号のタイミング関係を示す図であって、図１に
対応する信号には同一符号をつけている。

【００２８】Ｕ／Ｄカウンタ８のカウント値はＤ／Ａ変
換器９でアナログ化され、しきい値ＳＬ２となる。比較
器５はこのしきい値ＳＬ２とパルス信号ＰＳとをレベル
比較し、しきい値ＳＬ２≦パルス信号ＰＳのとき高レベ
ル（“Ｈ”）となるゲートパルスＧＰを出力する。アン
ドゲート７はこの“Ｈ”のゲートパルスＧＰの期間オン
し、クロックＣＬＫを通過させる。このアンドゲート７
から出力されるクロックＣＬＫをＵ／Ｄカウンタ８がア
ップカウントする。

【００２９】そこで、しきい値ＳＬ２がパルス信号ＰＳ
のピーク値よりも低いときには、比較器５から“Ｈ”の
ゲートパルスＧＰが出力されることにより、Ｕ／Ｄカウ
ンタ８のカウント値は上昇していき、遂にはしきい値Ｓ
Ｌ２がパルス信号ＰＳのピーク値に略等しくなる。

【００３０】なお、このしきい値ＳＬ２が分圧器１０に
よってα倍（但し、０＜α＜１）に分圧されることによ
り、比較器４のしきい値ＳＬ１が形成される。ここで、
αは上記の範囲で任意に設定できるが、通常１／２に設
定される。

【００３１】パルス信号ＰＳのピーク値がしきい値ＳＬ
２よりも低いときには、比較器５から“Ｈ”のゲートパ
ルスＧＰは出力されず、Ｕ／Ｄカウンタ８はアップカウ
ントしない。しかし、しきい値ＳＬ１は、しきい値ＳＬ
２よりも小さいため、パルス信号ＰＳのピーク値よりも
小さいとき（通常、α＝１／２なので、パルス信号ＰＳ
のピーク値がしきい値ＳＬ１よりも小さくなることは極
くまれである）には、比較器４から２値化されたパルス
信号ＰＳ’が得られる。エッジ検出器６はこのパルス信
号ＰＳ’のエッジを検出してエッジパルスＥＧを形成
し、これをＵ／Ｄカウンタ８がダウンカウントする。従
って、しきい値ＳＬ２は低下していき、遂にはパルス信
号ＰＳのピーク値に略等しくなる。

【００３２】このようにして、Ｕ／Ｄカウンタ８はパル
ス信号ＰＳのピーク値を保持することになる。なお、安
定した動作状態では、図２からも明らかなように、Ｕ／
Ｄカウンタ８は、アンドゲート７からのクロックＣＬＫ
のアップカウントと、エッジ検出器６からのエッジパル
スＥＧのダウンカウントとを繰り返すことにより、パル
ス信号ＰＳのピーク値を保持する。

【００３３】以上のように、Ｕ／Ｄカウンタ８がパルス
信号ＰＳのピーク値を保持し、従って、しきい値ＳＬ２
がこのピーク値に略等しく、このしきい値ＳＬ２を適宜
の分圧比で分圧して波形整形のための比較器４のしきい
値ＳＬ１を形成するものであるから、このパルス信号Ｐ
Ｓのピーク値にバラツキがあっても、しきい値ＳＬ１は
このピーク値に対して所定の比率の値であり、精度良く
パルス信号ＰＳの波形整形が行なわれる。

【００３４】また、図１０で説明した状態でチョッパが
停止しても、この実施例では、図３に示すように、ノイ
ズのレベルがしきい値ＳＬ１と交差すると、上記のよう
にしきい値ＳＬ２が低下し、これとともにしきい値ＳＬ
１も低下するから、ノイズに影響されなくなり、誤った
２値化パルスが発生することがない。従って、ノイズに
よってカーソルが誤動作することはなく、表示画面上で
ふらつくようなことはない。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回転検出部の出力パルス信号のピーク値にバラツキがあ
っても、波形整形手段でのしきい値は自動的にこのピー
ク値に応じたものとなり、ピーク値の調整を不要として
精度の良い波形整形が可能となる。また、ノイズによる
波形整形手段の誤動作も防止することができる。従っ
て、高精度のカーソル位置制御が可能となるし、ノイズ
によるカーソルの誤動作も防止できて、カーソルが安定
して表示されることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による座標入力装置の一実施例を示すブ
ロック図である。

【図２】図１の各部の信号のタイミング関係を示す図で
ある。

【図３】図１に示した実施例の一動作を示す図である。

【図４】座標入力装置の機構部を示す分解斜視図であ
る。

【図５】図４の各部を組み立てて得られる座標入力装置
の外観斜視図である。

【図６】図４におけるフォトインタラプタの内部構成を
概略的に示す図である。

【図７】座標入力装置の信号処理系の全体構成を示す図
である。

【図８】図５に示した座標入力装置のキーボードへの取
付け例を示す図である。

【図９】座標入力装置での回転体の停止状態の一例を示
す図である。

【図１０】図９に示した停止状態での波形整形手段の誤
動作を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 発光素子 ２ 受光素子 ４，５ 比較器 ６ エッジ検出器 ８ アップダウンカウンタ １０ 分圧手段 １００ ハウジング １０１Ｘ，１０１Ｙ 回転体 １０６Ｘ，１０６Ｙ フォトインタラプタ １０９ ボール

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体の回転量に応じた波数の信号を出
   力する回転検出部からの信号により、表示画面に表示さ
   れるカーソルの位置を制御するようにした座標入力装置
   において、 該回転検出部の該出力信号のピーク値と比較するために
   保持された第１のしきい値のα倍（但し、０＜α＜１）
   の第２のしきい値を生成し、 該回転検出部の該出力信号を該第２のしきい値とレベル
   比較して２値化して、該２値化された信号の波数に応じ
   て該カーソルの位置を制御するようにし、 該第１のしきい値は、該回転検出部の該出力信号のピー
   ク値よりも小さいときには、一定値ずつ加算されるとと
   もに、該２値化された信号のレベル反転する時点毎に一
   定値ずつ減算されて、該回転検出部の該出力信号のピー
   ク値と等しくなるようになされることを特徴とする座標
   入力装置。
2. 【請求項２】 回転体の回転量に応じた波数の信号を出
   力する回転検出部からの信号により、表示画面に表示さ
   れるカーソルの位置を制御するようにした座標入力装置
   において、 該回転検出部の出力信号を第１のしきい値とレベル比較
   して２値化する第１の比較器と、 該第１の比較器の出力信号のエッジを検出してエッジパ
   ルスを発生するエッジ検出器と、 該回転検出部の出力信号と第２のしきい値とをレベル比
   較し、該出力信号が該第２のしきい値以上のとき信号を
   出力する第２の比較器と、 該第２の比較器の出力信号の信号期間クロックをアップ
   カウントし、該エッジパルスをダウンカウントするアッ
   プダウンカウンタと、 該アップダウンカウンタのカウント値をアナログ値に変
   換し、該第２のしきい値とするディジタル／アナログ変
   換器と、 該第２のしきい値を分圧として該第１のしきい値とする
   分圧手段とを設け、該第１の比較器の出力信号の波数に
   応じて該カーソルの位置を制御するように構成した こと
   を特徴とする座標入力装置。