JP4065035B2 - 3次元カーソル位置設定装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、コンピュータ入力装置に係り、より詳細には、マウス及びトラックボールに係る。
【0002】
【従来の技術】
今日のコンピュータにおいては、ウインドウ及びメニュー項目を選択するためのカーソルの移動がマウス又はトラックボールのような入力装置を用いてしばしば制御される。マウス及びトラックボールは、どちらも、回転可能なボールを部分的に包囲するハウジングを備え、1つ以上の押圧可能なボタンを有している。電子エンコーダは、ボールの回転を感知し、そしてボールの回転を指示する信号を発生する。これらの信号は、コンピュータのディスプレイスクリーン上におけるカーソルの移動を制御するのに使用される。ボールは、ハウジングの上から突出する(トラックボールの場合)か又はハウジングの下から突出する(マウスの場合)かのいずれかである。マウスの場合、ハウジングが表面、通常はテーブルの上面、を横切って移動され、ハウジングの下に突出したボールが同様の方向にころがる。電子エンコーダは、このような移動を表す信号を発生し、この信号はコンピュータへ出力される。
【0003】
ボタンは、通常はディスプレイスクリーン上のカーソルの現在位置に基づいてコンピュータへコマンドを入力するのに使用される。ボタンを押すと、ユーザは種々のコマンドをコンピュータへ入力することができる。このようなコマンドの例としては、メニューを開放又はプルダウンし;アプリケーションを開始し;スクリーン上のグラフィックパターンにおいて出発点、終了点又は他のポイントを形成し;オブジェクトをスクリーン上の異なる位置へ移動し;等が含まれる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
現在商業的に入手できるコンピュータ入力装置は、一般に、カーソルを2次元的に位置設定することしかできない。2次元のビデオディスプレイ装置上の3次元空間にカーソルを錯覚的に位置設定できる幾つかのコンピュータプログラムアプリケーションが使用できる。ヨーロッパ特許出願WO93/11526は、カーソルを3次元的に位置設定することのできるコンピュータ入力装置を開示している。この装置は、固定送信器及び可動受信器を使用している。その送信器は、「L」又は「T」字型に離間された3つのスピーカを含んでいる。可動の受信器は、三角形状に離間された3つのマイクロホンを含んでいる。スピーカは超音波信号を送信し、これら信号はマイクロホンによって受信される。受信器には校正用のマイクロホンが更に含まれている。制御回路は、送信器の3つのスピーカの各々から受信器の3つのマイクロホンの各々へ音が進むための遅延時間を測定する。この遅延情報と、空気中の音速(その時間及び位置について校正された)から、装置は、固定の送信器に対する可動受信器の3次元位置を決定する。この3次元コンピュータ入力装置において位置/姿勢計算を行うには、精巧な電子回路及び高価な部品が必要である。
【0005】
全体として、本発明者は、このような精巧な電子回路及び高価な部品を回避しながらも正確なカーソル位置設定を与えるような3次元カーソル位置設定又はコンピュータ入力装置を知らない。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の原理によれば、コンピュータ入力装置は、現在入手できるマウス設計を使用するもので、3次元カーソル位置設定を与えるために少なくとも1つの指動輪(サムホイール)又はローラホイールを備えている。左利き及び右利きのユーザによって使用するための左及び右のローラがマウスの左側及び右側から突出する。これら左及び右のローラは、各々、左及び右のエンコーダホイールを通して軸方向に延びる左及び右の駆動シャフト上に軸方向に取り付けられる。各エンコーダホイールは、一対のオプトエレクトロニック装置を分離し、一方の装置によって送られた光を他方の装置で選択的に受光できるようにする。オプトエレクトロニック装置は、カーソル移動を計算するのに用いる直角信号を発生する。3次元空間におけるオブジェクト又はカーソルのX及びY座標は、標準的なボール及び2つのエンコーダホイールによって制御される。左又は右のいずれかのローラとエンコーダホイールは、Z次元の座標信号を与える。
【0007】
本発明は、標準的なマウス設計に若干の変更を加えるだけで3次元のコンピュータ入力信号を与えることができると共に、現在入手できるマウス部品(エンコーダホイール、オプトエレクトロニック装置、等)を使用するものである。従って、非常に低コストの3次元コンピュータ入力装置を容易に製造することができる。第1の別の実施例においては、ローラがスイッチ機能を与えるように変更され、従って、付加的なマウス入力が許される。第2の別の実施例では、単一のローラが一次と二次の入力ボタンの間で標準マウスの上部から突出する。エルゴノミクスという点から、この第2の別の実施例が好ましく、部品数を減少することができる。
【0008】
本発明は、種々の用途に使用できる。例えば、二次のマウスボタンを用いて、特にコンピュータ助成設計/コンピュータ助成製造の分野に使用するためのベクトル方向付けモードをイネーブル及びディスエイブルすることができる。このモードにおいては、オブジェクトの姿勢を3つの直交軸(即ち、ロール、ピッチ及びヨー)に対して調整することができる。更に、ボールは、カーソルを位置設定するようにX及びY座標を制御することができる。次いで、指動輪は、カーソルによって指定されたコンピュータの可視ディスプレイスクリーン上の項目の特性を制御することができる。本発明に対する付加的な3次元用途は、種々のオーバーラップするスプレッドシート又はウインドウをアップ方向に、ダウン方向に及びそれらを通して移動し;ウインドウのサイズを変更し、テキストをハイライト処理し、そしてそのサイズ又はスタイルを変更し;文書又は画像をズームイン又はズームアウトし;アプリケーションにおけるカラー又はボリュームを調整し;そしてゲームにおいて3次元的な移動をすることを含む。
【0009】
本発明は、コンピュータへ入力コマンドを与える入力装置であって、ハウジングと、該ハウジングに支持された第1及び第2のトランスジューサとを含む入力装置を実施する。第1及び第2のトランスジューサは、ユーザコマンドを受信しそしてそれに応答して各々第1及び第2の信号を発生する。ユーザが操作できる部材がハウジングに受け入れられ、この部材は、両方向に操作できる。この部材は、これをユーザが操作したことを指示する第3の信号を発生するように構成される。第1及び第2のトランスジューサと上記部材に接続された制御回路は、第1、第2及び第3の信号を受信し、それに応答して出力信号をコンピュータに与える。
【0010】
好ましくは、上記部材は、ハウジングから突出して第3のトランスジューサに接続された第1のローラであり、第3のトランスジューサは、第1ローラの回転を表す第3信号を発生する。第1の別の実施例において、入力装置は、制御回路に接続されたスイッチを備え、このスイッチの作動時にスイッチ信号が発生される。第1のローラはハウジングにスライド式に受け入れられ、そしてスイッチは第1のローラに隣接して配置される。第1のローラがスライドすると、スイッチが作動される。第2の別の実施例においては、第1のローラがハウジングの上部から突出する。
【0011】
本発明の他の特徴及び効果は、添付図面を参照した好ましい実施例の以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【0012】
【実施例】
図1、2及び3は、本発明によるコンピュータ入力装置、好ましくは、マウス100を示している。このマウス100は、一般に、上部ハウジング102及び下部ハウジング104を備えており、マウス100の左側及び右側から左及び右の指動輪(サムホイール)106及び108が各々突出している。一次及び二次の入力ボタン110及び112は、各々、上部ハウジング102に設けられている。コード114は、マウス100をホストコンピュータ115に接続する。このホストコンピュータ115は、可視ディスプレイ装置及びメモリ115’を備えている(図1に示す)。
【0013】
下部ハウジング104はマウス100の主たる下面を形成し、そして上部ハウジング102はマウス100の主たる上面を形成する。上部ハウジング102と下部ハウジング104は、マウス100の内部チャンバ、前面、左右の側面及びカーブした後面を形成する。上部ハウジング102と下部ハウジング104は、当業者に明らかな多数の接続手段によって一緒に接合することができる。
【0014】
上部ハウジング102と下部ハウジング104は、ボール117を部分的に包囲する。図4に示すように、ボール117は、下部ハウジング104の中央部分にのせられ、ボールの一部分がマウス100の下面の穴120(破線で示す)を経て突出できるようにされる。好ましくは、運動−電気トランスジューサであるX及びY軸トランスジューサ121及び121’は、各々、図5に明確に示されたように、エンコーダホイールシャフト122と、各エンコーダホイールシャフト122の端に軸方向に固定されたエンコーダホイール124とを備えている。エンコーダホイールシャフト122及びエンコーダホイール124は、単一部品として形成されるのが好ましい。エンコーダホイールシャフト122は、ハウジング内でボール117に隣接して互いに垂直に配置される。各エンコーダホイール124の周囲に沿って一連の穴又はノッチ125が形成されている。
【0015】
ホイールピン126及びエンドピン127は、各エンコーダホイールシャフト122から、これを回転可能に受け入れるために一対のシャフト支持体128に形成された一対のピンホール129へと軸方向に延びる。ホイールピン126はエンコーダホイール124の近くのエンコーダホイールシャフト122の端から軸方向に延びる。エンドピン127は、エンコーダホイール124から離れたエンコーダホイールシャフト122の端から軸方向に延びる。シャフト支持体128は、下部ハウジング104に形成されて、下面から上方に突出するのが好ましい。各対のシャフト支持体128は、エンコーダホイールシャフト122の1つを回転可能に保持する。
【0016】
図4を参照すれば、スプリングバイアスされたローラ130は、下部ハウジング104から上方に突出し、下部ハウジングにより回転可能に保持される。スプリングバイアスされたローラ130は、垂直に配置されたエンコーダホイールシャフト122によって形成された内部角に対向して配置され、この内部角に向かってエンコーダホイールシャフトに対してボール117をバイアスする一方、ボールが平面形態で自由に回転できるようにする。ボール117は、ゴムで覆われたスチールで形成されるのが好ましく、エンコーダホイールシャフト122及びエンコーダホイール124は、ガラス補強プラスチックで形成されるのが好ましい。ゴムは、ポリカーボネートのエンコーダホイールシャフトに対して充分な摩擦を与え、これにより、マウス100を平面上でスライドさせることによりボール117を回転させると、エンコーダホイールシャフト122及びエンコーダホイール124を同様に回転させる。
【0017】
図5に示すように、左右の指動輪106及び108は、軸方向ボア134を各々有する細長い円筒又は円錐台形である。指動輪シャフト138は、各指動輪106及び108の軸方向ボア134を通して配置され、それに固定される。指動輪シャフト138は、指動輪を受け入れるために、エンコーダホイールシャフト122よりも一般に長い。各指動輪シャフト138は、ホイールピン126、エンドピン127及びエンコーダホイール124を有し、これらは、各エンコーダホイールシャフト122に形成されたものと同様である。各指動輪106又は108は、エンドピン127に接近した指動輪シャフト138の端に固定され、エンコーダホイール124は、ホイールピン126に接近した他方の端に固定される。貫通するピンホール129を有する一対の指動輪シャフト支持体が下部ハウジング104に形成され、下面から上方に突出する。その一方の対はマウス100の左側面付近に形成され、そして他方の対は右側面付近に形成される。各対の指動輪シャフト支持体は、1つの指動輪シャフト138のエンドピン127をそのピンホール129に回転可能に保持する上方の指動輪シャフト支持体142と、ホイールピン126をそのピンホールに回転可能に保持する下方の指動輪シャフト支持体143とで構成される。指動輪シャフト支持体は下部ハウジング104に配置され、指動輪106及び108が取り付けられた指動輪シャフト138が上方及び下方の指動輪シャフト支持体142及び143により回転可能に保持されるときには、指動輪は、ハウジングの左から右へ延びる中心線と前面との間でハウジングの左側面及び右側面から突出しそれら側面に沿って延びる。このように配置された状態で、左右の指動輪106及び108は、マウス100の上面の一次及び二次の入力ボタン110及び112の近くにある。ユーザがマウス100の主上面に手のひらを置いたときには、指が前方に延びて一次及び二次のボタン110及び112にアクセスすることができる。手のひらがこの位置にある間に、親指は左又は右側面にわたって延び、従って、左又は右の指動輪106又は108(左利きであるか右利きであるかに基づいて)アクセスすることができる。
【0018】
一対の長手方向の指動輪シャフト支持体144は、各対の指動輪シャフト支持体142と143との間で下部ハウジングから上方に突出する。各対の長手方向の指動輪シャフト支持体144は、1つの指動輪シャフト138の外周を受け入れる。各対の長手方向の指動輪シャフト支持体144は、各対の指動輪シャフト支持体142と143との間でほぼ等距離に配置されており、従って、指動輪シャフト138の1つが取り付けられるときには、指動輪及び上方の指動輪シャフト支持体142が長手方向シャフト支持体の前方に配置され、そしてエンコーダホイール124及び下方の指動輪シャフト支持体142が長手方向シャフト支持体の後方に配置される。長手方向シャフト支持体144は、特にいずれかの指動輪106又は108がユーザによって回転されるときに各指動輪シャフト138が左又は右へ移動しないように禁止する。
【0019】
シャフト支持体128と、指動輪シャフト支持体142及び143は、組立中にエンコーダホイールシャフト122及び指動輪シャフト138を各々パチンと嵌合できるようにするために柔軟性のプラスチックで形成されるのが好ましい。同様に、一対の長手方向シャフト支持体144の各々は、互いに対向したカーブしたくぼみ(図示せず)を有していて、指動輪シャフト138がこれら長手方向シャフト支持体144の内面のくぼみによって回転可能に受け入れられる状態でこれら一対の長手方向シャフト支持体144の間で指動輪シャフト138を下方にパチンと嵌合できるようにする。
【0020】
光放射エレメント、好ましくは、発光ダイオード(LED)146が各エンコーダホイール124の片側に配置されている。光検出エレメント、好ましくは、ホトトランジスタ148が各エンコーダホイール124の他側で各LED146に対向して配置されている。各エンコーダホイール124が回転すると、LED146からの光は、ノッチ125の1つがLED146とホトトランジスタ148を分離するかどうかに基づいて、阻止されるか、エンコーダホイール124を透過してホトトランジスタ148によって受光されるかを交互に繰り返す。エンコーダホイール124のノッチは図5に示されているが、各LED146から各ホトトランジスタ148への光を変調するための他の形式のシャッタを使用してもよい。
【0021】
X及びY軸トランスジューサ121及び121’の各々は、LED146の1つと、ホトトランジスタ148の1つを含む。同様に、左右のZ軸トランスジューサ149及び149’の各々は、1つの指動輪シャフト138、エンコーダホイール124、LED146及びホトトランジスタ148を含む。
【0022】
一次スイッチ150及び二次スイッチ152は、各々、一次入力ボタン110及び二次入力ボタン112の下に配置され、一次又は二次入力ボタンを操作すると、対応するスイッチが作動するようになっている。一次及び二次スイッチ150及び152と、LED146と、ホトトランジスタ148は、全て、単一のプリント回路板156に取り付けられ、そして既知の手段により、そこに取り付けられた付加的な回路158へ接続される。この付加的な回路158は、マイクロコントローラ及び当業者に明らかな他の個別の電子デバイスを備えていて、LED146が光を放射するようにさせ、その光に基づいてホトトランジスタ148が信号を発生するようにさせ、これらの信号を受信し、そしてこれらの信号を適当な出力信号に変換させて、コード114を経てコンピュータ115へ出力させる。例えば、参考としてここに取り上げるラプソン氏等の米国特許第4,464,652号;ビュープレイ氏の米国特許第4,533,830号;及びホソゴエ氏等の米国特許第4,562,314号を参照されたい。
【0023】
動作に際し、マウス100は平らな表面に沿って移動又はスライドされ、穴122から突出するボール117が回転させられる。ボール117が回転するにつれて、X及びY軸トランスジューサ121及び121’のエンコーダホイールシャフト122を回転させ、これは次いでそこに固定されたエンコーダホイール124を回転させる。エンコーダホイール124が回転すると、ホトトランジスタ148は、ノッチ125がLEDを経てスイープするときにLED146からの光パルスを受け取る。各ホトトランジスタ148は、これらの光パルスを変化する電気信号に変換し、これらは付加的な回路154へ入力される。
【0024】
各ホトトランジスタ148は、ここでは単一のエレメントとして図示して一般的に説明するが、本発明は、リテオン社により製造された光検出器、型式番号LTR−5576Dのような2つのホトトランジスタを有する単一の光検出器パッケージを使用するのが好ましい。従って、各ホトトランジスタ148は、2つの信号、即ち「直角(quadrature)信号」を発生する。X軸トランスジューサ121の部分を形成するホトトランジスタ148は、直角信号「XA」及び「XB」を発生する。Y軸トランスジューサ121’の部分を形成するホトトランジスタ148は、直角信号「YA」及び「YB」を発生する。
【0025】
各ホトトランジスタ148における2つのホトトランジスタは、既知の距離だけ分離されており、従って、光検出器の1つのホトトランジスタは、LED146からの光を受けるようにノッチ125の1つに配置されて、ホトトランジスタは「高」信号を出力し、これは付加的な回路158によりデジタル「1」の直角信号として解読される。これに対し、ホトトランジスタ148における他方のホトトランジスタは、エンコードホイール124によりLED146からの光を受けないよう阻止され、従って、デジタル「0」直角信号として解読される「低」信号を出力する。その結果、ホトトランジスタ148から出力される2つの直角信号は、直角状態を形成し、即ちこれら信号は位相ずれしている。付加的な回路154、即ちマイクロコントローラは、2つの直角信号におけるデジタル「0」と「1」の入力信号又はレベル間の遷移を感知する。これら遷移の比較に基づいて、付加的な回路154は、マウスが移動される方向を決定する。例えば、ホトトランジスタ148から出力された直角信号XA及びXBが「00」の後に「10」である場合は、付加的な回路154は、マウス100がX軸に沿って一方向に移動されることを確認する。これに対し、直角信号XA及びXBが「11」の後に「10」である場合は、付加的な回路154は、マウス100が逆方向に移動されることを確認する。
【0026】
付加的な回路154により検出されるデジタル「0」と「1」の信号間の遷移の数は、マウス移動の大きさを指示する。更に、マウス移動の方向及び大きさの決定は、この技術では、直角計算と称している。直角計算は、既知の技術を用いて付加的な回路154により実行される。直角計算は、直角信号を、X及びY軸に沿ったマウス100の移動を指示するカウント信号に変換する。これらのカウント信号は、正又は負のいずれかであり、これは、特定軸に沿った順方向又は逆方向のマウス100の移動を指示する。ホストコンピュータ115は、これらのカウントを可視ディスプレイ装置上のカーソル移動に変換する。ホストコンピュータへ出力されるこれらのカウント及び他のマウス信号は、「マイクロソフト・マウス・プログラマズ・レファレンス」、マイクロソフト・プレス、1991年に記載されたマウス信号と同様であるのが好ましい。
【0027】
上記の説明に基づき、X軸トランスジューサ121及びそれに関連したホトトランジスタ148は、XA及びXB直角信号を発生し、これら信号は、付加的な回路154により、X軸に沿ったマウス100の移動又は位置を指示するカウント信号、ここでは「X軸コンピュータ信号」と称する、に変換される。Y軸トランスジューサ121’及びそれに関連したホトトランジスタ148は、YA及びYB直角信号を発生し、これら信号は、付加的な回路154により、Y軸に沿ったマウス100の移動又は位置を指示するカウント信号、ここでは「Y軸コンピュータ信号」と称する、に変換される。
【0028】
同様に、左右のZ軸トランスジューサ各々149及び149’と、それに関連したホトトランジスタ148は、2対のZ軸直角信号(各対は「ZA」及び「ZB」成分を含む)を発生し、これらは、付加的な回路154へ入力される。例えば、左側の指動輪106がユーザの親指によって回転されると、指動輪シャフト138も同様に、下方の指動輪シャフト支持体143のホイールピン126及び上方の指動輪シャフト支持体142のエンドピン127の周りで回転する。指動輪シャフト138が回転すると、そこに固定されたエンコーダホイール124も同様に回転し、ホトトランジスタ148は、ノッチ125がLEDを経てスイープするときにLED146からの光のパルスを受け取る。この光のパルスに応答して、ホトトランジスタ148は、Z軸直角信号ZA及びZBを出力する。付加的な回路154は、直角計算を用いてこれらの直角信号からZ軸に沿った「シュミレーションされた」マウス移動の方向及び大きさを決定し、従って、Z軸に沿ったマウスのシュミレーションされた移動又は位置を指示するカウント信号即ち「Z軸コンピュータ信号」を発生する。これらのZ軸カウント信号は、好ましくは互いに加算され、それ故、左側の指動輪106又は右側の指動輪108がマウス100のZ軸移動に対して使用される。左側の指動輪106及び右側の指動輪108の両方が同時に逆方向に回転される場合には、加算されたカウントがカーソルを単一の指動輪のみの回転よりもZ軸に沿って2倍迅速に移動させる。或いは又、スイッチを設けて、付加的な回路158に接続し、コンピュータへのZ軸カウント信号の出力をディスエイブルすることができる。
【0029】
二次スイッチ152を作動すると、左右の指動輪106及び108と付加的な回路158をイネーブルし、Z軸コンピュータ信号を発生できるようにする。二次スイッチ152を2回目に作動すると、カーソルをZ軸に沿った0位置に位置設定することができる。その後、いずれかの指動輪を一方向又は他方向に回転すると、カーソルはZ軸に沿って各々正又は負の方向に移動する。或いは又、二次スイッチ152の作動により、Z軸の正又は負の部分に沿ったカーソルの移動間でトグルすることもできる。Z軸に沿った移動は、カーソルのサイズを変えるように2次元仮想表示上に表すことができ、増加するサイズのカーソルは、Z軸に沿った正の方向の移動を指示し、そして減少するサイズのカーソルは、負の方向のカーソルの移動を指示する。
【0030】
図6に示す本発明の第1の別の実施例200において、指動輪スイッチ170が各指動輪シャフト138に隣接して配置されており、このスイッチ170は、以下に述べるように指動輪106又は108を押圧しそして内方に枢着移動することにより操作することができる。指動輪スイッチ170は、一次及び二次スイッチ150及び152に加えて又はそれに代わって設けられる。この第1の別の実施例及び以下に述べる全ての別の実施例は、最初に述べた実施例と実質的に同様であり、共通のエレメント又は部品は同じ番号で示されている。構造及び動作の相違点についてのみ詳細に説明する。
【0031】
図6を参照すれば、指動輪スイッチ170は、左の指動輪106とエンコーダホイール124との間でプリント回路板156に固定され電気的に接続されている。ボタン172は、指動輪スイッチ170からマウスの左側に向かって外方に指動輪シャフト138に対して延びている。指動輪スイッチ170内のスプリング(図示せず)は、ボタン172を外方に指動輪シャフト138に対してバイアスする。図7に示したスロット174は、上方の指動輪シャフト支持体142’内を長手方向に左から右へと延びる。エンドピン127は、スロット174内にスライド式に受け入れられる。左の指動輪106とエンコーダホイール124との間で下部ハウジング104から上方に突出する中央シャフト支持体175も、長手方向に延びるスロット176を同様に有しており、これは、指動輪シャフト138をスライド式に受け入れる。
【0032】
ボタン172は、エンドピン127及び指動輪シャフト138を各々スロット174及び176の最も左の端に対してバイアスする。左の指動輪106が内方に押圧される間に、エンドピン127及び指動輪シャフト138は、各々、スロット174及び176を経て長手方向に内方に左から右へとスライドし、やがて各々がスロットの最も右の端にのせられるに至る。左の指動輪106及び指動輪シャフト138は、図6に矢印で示すようにホイールピン126の周りで同時に内方に枢着回転される。これと同時に、ボタン172が内方に押圧され、スプリングを圧縮して指動輪スイッチ170を作動する。左の指動輪106が解除されると、指動輪スイッチ170のスプリングがボタン172を外方にバイアスし、指動輪106をホイールピン126の周りで左に且つ外方に枢着回転し、そしてエンドピン127及び指動輪シャフト138を各々スロット172及び176を経て左にスライドさせる。
【0033】
本発明の第2の別の実施例が図8にマウス300として示されており、これは左右の指動輪106及び108を単一の上方の指動輪202に置き換えたものである。この上方の指動輪202は、一次及び二次の入力ボタン110と112との間で上部ハウジング102の上に突出している。一次及び二次の入力ボタン110と112は各々一次及び二次のスイッチ150及び152(図示せず)を作動する。上方の指動輪202は、指動輪シャフト138(破線で示す)に軸方向に取り付けられている。上方の指動輪202は、ユーザの手をマウス300の主上面102にのせたときにユーザの親指ではない指によって回転される。エルゴノミクスという点で、上方の指動輪202は、左又は右の指動輪106及び108よりも正確なユーザ入力を与える。更に、第2の別の実施例は、前記の実施例よりも部品点数を減少しながらも、左利き及び右利きの両方のユーザが指動輪に容易にアクセスできるようにする。
【0034】
本発明の第3の別の実施例が、図9にハウジングの左側から突出する左指動輪106を有するトラックボール400として示されている。このトラックボール400は、ハウジングの右側から突出する右の指動輪108を含んでもよい。トラックボール400の内部部品は、図4に示して述べたものと実質的に同様である。
【0035】
Z軸のコンピュータ信号は、ローラ、エンコーダホイール及びオプトエレクトロニックデバイスにより発生されるものとして説明するが、本発明は、他の電気機械的な手段を用いることによってZ軸コンピュータ信号を発生することもできる。特に、本発明は、当業者に明らかなように、ロッカースイッチ、感圧スイッチ、ジョイスティック又は他の電気機械的スイッチを、もし必要ならば適当なトランスジューサと共に使用してもよい。
【0036】
マウス100は、3次元においてカーソルを移動するものとして上記したが、本発明は、種々のコンピュータソフトウェアアプリケーションに使用することができる。一般に、コンピュータソフトウェアアプリケーションは、X、Y及びZ軸コンピュータ信号と、一次及び二次のスイッチ信号をコンピュータソフトウェアアプリケーションに対して特定の形態で使用する。コンピュータソフトウェアアプリケーションは、これらの種々の信号の変化に基づいて、可視ディスプレイ装置上でユーザが見る可視出力の変化を決定する。
【0037】
例えば、平らな表面に沿ってマウス100を移動することにより発生されたX及びY軸コンピュータ信号は、一次又は二次のスイッチ150又は152からの適当なスイッチ入力信号と共に、グラフデータのブロックを選択するのに使用することもできる。ここで使用する「グラフデータ」とは、テキスト、文書、テーブル、スプレッドシート、像、捕獲したビデオデータ等を含む。左、右又は上方の指動輪各々106、108又は202を回転することによって生じるZ軸コンピュータ信号は、もし必要ならば、適当なスイッチ信号と共に、グラフデータのブロックの見掛けを調整するのに使用することができる。ここで使用する「見掛け」とは、サイズ、カラー、スタイル、フォント、境界、構成、輝度等を含む。一次及び二次スイッチ150及び152は、所望の見掛けを選択するのに使用することができる。例えば、平らな表面に対してマウスを移動することによりX及びY軸コンピュータ信号からテキストのブロックが最初に選択される。その後、指動輪を回転することにより発生されたZ軸コンピュータ信号は、一次スイッチ150が作動された場合にはテキストのサイズを変更し、又は二次スイッチ152が作動された場合にはテキストのスタイルを変更する。
【0038】
Z軸コンピュータ信号は、多数の重畳するプライの1つを選択するのに使用される。ここで用いる「プライ(ply) 」とは、スプレッドシート又はテキスト文書のようなデータの2次元表示である。特定のプライが選択されると(適当なスイッチ信号で)、X及びY軸コンピュータ信号は、選択されたプライ内でカーソルを移動する。ここで使用する「カーソル」という用語は、可視ディスプレイ装置上に表されるいかなるカーソル、アイコン又はポインタも含む。X、Y及びZ軸コンピュータ信号は、スプレッドシートのような3次元「ワークブック」を通して進行させるのに使用できる。
【0039】
例えば、スプレッドシートの環境においては、左、右又は上方の指動輪各々106、108又は202が付加的な回路158によってZ軸コンピュータ信号を発生させ、これは、次いで、コンピュータスプレッドシートソフトウェアアプリケーションを実行するコンピュータ115によって使用される。Z軸コンピュータ信号は、コンピュータ115によりスプレッドシートソフトウェアアプリケーションを介して使用されて、コンピュータの可視ディスプレイ装置に示される3次元スプレッドシート内の多数のスプレッドシート即ちプライの1つを選択し、これらプライは、第3次元即ちZ次元に沿って配列された2次元スプレッドシートである。スプレッドシートソフトウェアアプリケーション及び多数のプライの両方がコンピュータ115のメモリ115’に記憶される。
【0040】
任意の時点において、多数のプライの1つが「アクティブ」になり、即ちコンピュータ115の可視ディスプレイ装置に優性に即ち最も上に表示され、ユーザがそのプライ内のデータを操作できるようになる。スプレッドシートソフトウェアアプリケーションを実行するコンピュータ115は、変化するZ軸コンピュータ信号を、配列されたプライのどの1つがアクティブであるかの選択へと変換する。ユーザは、指動輪の1つを回転し、Z軸コンピュータ信号を発生し、これにより、アクティブなプライから他のプライの1つへ移動し、それらの間の各プライをこのような移動中に順次にアクティブにする。指動輪の移動が停止したときに指示される最後のプライがコンピュータ115の可視ディスプレイ装置に表示される。あるプライから別のプライへのこの移動即ちスクロールは、プライ内の行又は列間のスクロールと同様である。従って、Z軸コンピュータ信号は、指動輪が回転される方向に基づいて配列されたプライの中を前方又は後方に(プラス又はマイナスZ軸移動)次々に移動するプライ間のこの第3次元スクロールに対して使用される。
【0041】
より詳細には、指動輪の1つが回転されて、Z軸コンピュータ信号が発生されるときには、コンピュータ115は、スプレッドシートソフトウェアアプリケーションを介して、その指動輪がどれ程回転されたかを解読し、それにより、どのプライがアクティブであるかを決定する。例えば、指動輪の1/8の回転(Z軸コンピュータ信号におけるカウント数又は値に対応する)は、コンピュータ115が次のプライをアクティブにするようにさせる。最後(又は最初)のプライがアクティブでありそして指動輪がまだ回転されている場合には、コンピュータ115は、現在プライの下にある(又はそれに先行する)付加的なプライがないことを指示する可聴信号を発生する。或いは又、ホストコンピュータ115は、Z軸コンピュータ信号の現在値をメモリ115’に記憶されたテーブルと比較し、多数のプライのどれをアクティブにすべきかを決定する。多数のプライのどれがアクティブであるか決定すると、コンピュータ115は、アクティブなプライをメモリ115’から検索し、それを可視ディスプレイ装置に表示する。その後、ボール117を回転することにより発生されたX及びY軸コンピュータ信号がコンピュータ115により使用されて、アクティブなプライに対するカーソルをプライ内の所望のセルへ移動する。
【0042】
二次スイッチ152が作動されて、マウス100をベクトル方向付けモードに入れる。このベクトル方向付けモードにおいては、X、Y及びZ軸コンピュータ信号を用いて空間におけるビデオオブジェクトの姿勢を方向付けする。「姿勢」とは、ビデオオブジェクトのロール、ピッチ及びヨー方向を指す。「ビデオオブジェクト」とは、可視ディスプレイに表されたカーソル、グラフィック又は他の像を指す。一次スイッチ150は、ベクトル方向付けモードをディスエイブルするのに使用できる。
【0043】
本発明の付加的な用途は、Z軸コンピュータ信号を用いて選択されたウインドウ又はスプレッドシートのサイズを変更したり、グラフデータをズームイン又はズームアウトしたり、コンピュータソフトウェアアプリケーションにおいてカラー又はボリュームを調整したり、ゲームにおいて3次元移動したりすることを含む。
【0044】
本発明は、標準的なマウス設計に若干の変更を加えるだけで3次元コンピュータ入力信号を与えることができると共に、現在入手できるマウス部品(例えば、エンコーダホイール、LED、光検出器、若干変更されたマウスハウジング等)を使用することができる。本発明に必要とされるほとんどの部品は、単一のプリント回路板上に配置されるので、本発明の構成を製造する場合に、既存のマウスに必要とされる以上の付加的な製造プロセスは要求されない。更に、エンコーダホイールシャフト122及び指動輪シャフト138を下部ハウジング104に形成されたシャフト支持体内にパチンと嵌合できることにより、本発明のマウス100は容易に組み立てることができる。従って、本発明は、容易に製造することのできる非常に低コストの3次元コンピュータ入力装置を提供する。
【0045】
本発明の特定の例及び実施例を説明の目的で述べたが、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに種々の変更がなされ得ることが当業者に明らかであろう。例えば、LED及び光検出器を用いたオプトエンコード方法を述べたが、直角信号を発生する他の方法を用いることもでき、例えば、周囲に電気接点を有するエンコーダホイールを用いて、このエンコーダホイールが回転するときにその電気接点が電気ブラシに交互に接触するようにしてもよい。ここに述べる本発明の技術は、光学マウス、ペン及びタブレットを含む他のコンピュータ入力装置に適用することができる。但し、光学マウス又はペンに設けられた指動輪によってZ軸コンピュータ信号が発生される場合である。上記の説明に鑑み、本発明に対してこれら及び他の変更を行うことができる。従って、本発明は、以上の説明によって限定されるものではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲のみによって限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のコンピュータ入力装置の右側面図である。
【図2】図1のコンピュータ入力装置の左側面図である。
【図3】図1のコンピュータ入力装置の上面図である。
【図4】図1の入力装置の内部部品を示す図である。
【図5】図1のコンピュータ入力装置のエンコーダホイール指動輪シャフト及び指動輪を示す図である。
【図6】図1のコンピュータ入力装置の第1の別の実施例を示す拡大部分図である。
【図7】図6の7−7線に沿った上方の指動輪シャフト支持体の拡大断面図である。
【図8】図1の入力装置の第2の別の実施例を示す上面図である。
【図9】本発明の第3の別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
100 マウス
102 上部ハウジング
104 下部ハウジング
106、108 指動輪
110 一次入力ボタン
112 二次入力ボタン
115 ホストコンピュータ
117 ボール
121 X軸トランスジューサ
121’ Y軸トランスジューサ
122 エンコーダホイールシャフト
124 エンコーダホイール
125 穴又はノッチ
126 ホイールピン
127 エンドピン
128 シャフト支持体
130 ローラ
138 指動輪シャフト
142、143、144 指動輪シャフト支持体
146 発光ダイオード
148 ホトトランジスタ
149、149’ Z軸トランスジューサ
150 一次スイッチ
152 二次スイッチ
158 付加的な回路
Claims (19)
- ハウジングと、
上記ハウジング内に受け入れられた回転可能なボールと、
上記ハウジング内に配置され、上記回転可能なボールに接続された第1及び第2のトランスジューサであって、上記ボールの回転を表す第1及び第2の信号を発生する第1及び第2のトランスジューサと、
上記ハウジングから突出する長い第1の回転可能に取り付けられたローラであって、該第1のローラは第1及び第2の端部を有し、該第1の端部は、上記第1のローラの枢動動作のために上記ハウジングによって枢着式に受け入れられており、上記第2の端部は、上記第1のローラが上記第1の端部の周りを枢動されるように休止位置と作動位置との間を移動自由である第1のローラと、
上記第1のローラに接続され、上記第1ローラの回転を表す第3の信号を発生するための第3のトランスジューサと、
上記第1、第2及び第3のトランスジューサに接続され、上記第1、第2及び第3の信号を受け取りそれに応答してコンピュータへコンピュータ信号を出力するための制御回路と、
上記制御回路に接続された第1スイッチであって、該第1スイッチの作動時に第1のスイッチ信号を発生するように構成され、該第1スイッチは、上記第1のローラに隣接して配置され、そして上記第1のローラが、上記休止位置から作動位置へ枢動されたときに、上記第1のローラによって該第1スイッチを作動させるようになった第1スイッチと、
を備えたことを特徴とするコンピュータ用の入力装置。 - ハウジングから突出する第2の回転可能に取り付けられたローラと、該第2のローラの周りに配置されて、該第2のローラの回転を表す第3の信号も発生する第4のトランスジューサとを更に備え、上記第1及び第2のローラは、各々、ハウジングの左側及び右側から突出し、上記第2のローラは、休止位置と作動位置との間で移動するようにハウジングにより受け入れられ、そして
上記制御回路に接続された第2のスイッチであって、該第2のスイッチの作動時に第2のスイッチ信号を発生するように構成された第2のスイッチを更に備え、該第2スイッチは、上記第2の回転可能なローラに隣接して配置され、そして上記第2の回転可能なローラが、休止位置から作動位置へ移動されたときに、該第2のスイッチを作動させるようになった請求項1に記載の入力装置。 - 上記第1、第2及び第3のトランスジューサは、ほぼ同じ構造のものであり、そして上記第1及び第2のローラは、ほぼ同じ構造のものである請求項2に記載の入力装置。
- 上記第1、第2及び第3の信号は、各々、X、Y及びZ軸に沿った空間における位置を指示し、そして上記第1スイッチの作動が、これら第1、第2及び第3の信号が空間における向きを指示するようにさせる請求項1に記載の入力装置。
- 上記第1スイッチの作動が、上記制御回路を、上記第3信号に応答してコンピュータ信号を出力するようにイネーブルにするように構成された請求項1に記載の入力装置。
- 上記第1のローラは、ハウジングの上部から突出してなる請求項1に記載の入力装置。
- 上記制御回路に接続された第2スイッチであって、該第2スイッチの作動時に第2のスイッチ信号を発生するようにされた第2スイッチを更に備え、上記第1及び第2スイッチは、上記ハウジングの上部で上記第1のローラの両側に配置された第1及び第2のボタンに各々接続される請求項6に記載の入力装置。
- 上記第3トランスジューサは、第1の光放射エレメントと、第1の光検出エレメントと、第1の回転可能なエンコーダホイールとを備え、該第1の回転可能なエンコーダホイールは、上記第1の光放射エレメントから放射されて上記第1の光検出エレメントにより受け取られる光を変調するように上記第1の光放射エレメントと上記第1の光検出エレメントとの間に配置され、上記第1の回転可能なエンコーダホイールは上記第1のローラにより回転され、そして上記第3のトランスジューサは、上記第1のローラの第1の端部と第2の端部との間で軸方向に固定されたシャフトを備え、上記第1のエンコーダホイールは、上記第1の端部の上記シャフトに軸方向に固定され、上記シャフトは、上記ハウジングにより回転可能に且つ枢着式に保持される請求項1に記載の入力装置。
- 上記第1及び第2のトランスジューサは、第2及び第3の光放射及び光検出エレメントと、上記ボールに隣接して上記ハウジング内に回転可能に取り付けられた第2及び第3のシャフトと、全てが各々上記第2及び第3の光放射及び光検出エレメントの間に配置されて上記第2及び第3シャフトに軸方向に固定された第2及び第3の回転可能なエンコーダホイールとを備え、上記ボールが回転すると、上記第2及び第3のシャフトと、上記第2及び第3の回転可能なエンコーダホイールとの回転が生じ、上記第2及び第3の回転可能なエンコーダホイールは、上記第2及び第3の光放射エレメントから放射されて上記第2及び第3の光検出エレメントにより各々受け取られる光を選択的に変調する請求項8に記載の入力装置。
- 上記第1、第2及び第3の光放射エレメントは、実質的に同様の構造のものであり、上記第1、第2及び第3の光検出エレメントは、実質的に同様の構造のものであり、そして上記第1、第2及び第3の回転可能なエンコーダホイールは、同様の構造のものである請求項9に記載の入力装置。
- 上記ハウジングから延伸する第1及び第2の支持体をさらに備え、上記第1のローラは、上記第1及び第2の端部にそれぞれ第1及び第2の端ピンを有し、上記第1の端ピンは上記第1の支持体のホールに回転可能に受け入れられており、上記第2のピンは、上記第2の支持体のスロットにスライド可能に受け入れられている請求項1に記載の入力装置。
- 上記第1のローラは、長円錐台形状を有する請求項1に記載の入力装置。
- 請求項1に記載の入力装置を使用する方法であって、
上記第1及び第2のトランスジューサから上記ボールの回転を表す第1及び第2のコンピュータ信号を発生し、
上記第3のトランスジューサから上記第1のローラの回転を表す上記第3のコンピュータ信号を発生し、
上記第1、第2及び第3のコンピュータ信号の少なくとも1つをホストコンピュータへ出力し、
上記第1及び第2のコンピュータ信号に各々基づいてX及びY方向にカーソルを配置し、そして
上記カーソルにより指定された表示項目の非位置特性を上記第3のコンピュータ信号に基づいて制御する、
という段階を備えたことを特徴とする方法。 - 上記第3のコンピュータ信号を発生する前にスイッチ信号を発生するように上記スイッチを作動する段階を更に備えた請求項13に記載の方法。
- 上記回転可能なボールを回転しそして上記第1のローラを回転することは、同時に実行できる請求項13に記載の方法。
- 上記スイッチを作動し、そして上記第1、第2及び第3のコンピュータ信号に各々基づいてビデオオブジェクトのロール、ピッチ及びヨー方向を決定するという段階を更に備えた請求項13に記載の方法。
- 上記スイッチを操作して上記スイッチ信号を発生し、このスイッチ信号をコンピュータへ出力し、そしてこのスイッチ信号に基づいてカーソルにより指定される表示項目を選択するという段階を更に備えた請求項13に記載の方法。
- 上記コンピュータは、メモリ及び可視ディスプレイ装置を有し、該コンピュータは複数のプライを表示することができ、これら複数のプライの少なくとも1つは、これら複数のプライの他のものにオーバーラップして完全に覆い隠すことができ、
上記コンピュータは、この第3の信号に応答して上記複数のプライをスクロールしその1つを可視ディスプレイに表示するように選択すると共に、上記第1及び第2の信号に応答して上記選択されたプライにおいてX及びY方向にカーソルを位置設定することを特徴とする請求項1に記載の入力装置。 - 上記コンピュータは、上記複数のプライの選択された1つが上記複数のプライの最初又は最後のプライであるときに上記第3の信号に応答して可聴信号を発生する請求項18に記載の入力装置。
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