JP4515445B2 - コンピュータ・マウス内の光信号処理のための方法及びデバイス - Google Patents
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Description
(1)メカニカル・マウス
メカニカル・マウスの動作原理は、マウス底部に配された回転ボールの使用にある。回転ボールが物理的にテーブルの表面に接触するとき、圧力回転シャフトを回転方向とは異なる方向に駆動する。この回転シャフトは、円形のコーダに接続し、該コーダ上の接触子が円を描くように配される。回転ボールの回転は、圧力シャフトを介して伝達され、接触子が接触ストリップと接触するようにする。そして、オン・オフ信号を作り出す。該オン・オフ信号は更に、0−1信号に変えられる。これらのデータは、更に2次元X−Y軸変位信号に変えられる。これは、特別のチップにより行われ、チップはカーソルを案内し、これに応じて、カーソルが移動する。この種のマウスは、純粋な機械的構造であるため、低い精度と脆弱性を従来のものから引き続いて備え、現在においては、市場において見られることはほとんどない。
上記メカニカル・マウスは、オプティカル−メカニカル・マウスに取って代わられた。この種のマウスは、メカニカル・マウスと類似する構造を備える。両者間の唯一の相違は、異なるコーダが用いられ、マウスの動きを検出するという点である。オプティカル−メカニカル・マウス内で使用されるコーダは、複数の狭いスリットを備えるディスクとフォト・チューブとマウス両脇に備えられる発光ダイオードからなる。回転ボールの回転によって生ずるディスクの移動は、光経路の遮断によって生ずるオン・オフ信号をフォト・チューブに送る。そして、マウス内部のマイクロプロセッサがこれら信号及び信号のスキューに基づいて、マウスの移動距離と移動方向を算出する。この種のマウスのカーネル位置決め機構は、光学的要素からなるので、長期の寿命(純粋なメカニカル・マウスと比較して)と高い位置決め精度を備えるものとなる。しかしながら、この種のマウスの基本的位置決め構造は、機械的な回転ボールを用いるものであり、従来のメカニカル・マウスと同様であり、これにより、カーソルはゆっくり移動し或いは、カーソルがジャンプして、間違った位置決めがなされるものとなる。
フォト・マウスは、位置決め精度、寿命及び操作時の手へのフィーリングにおいて特に優れている。なぜなら、機械的機構の位置決めシステムが内部に用いられていないためである。
第1世代のフォト・マウスは、特製のマウス・パッドを用いるものである。マウス・パッドは、反射面と黒線と青線とで形成された規則正しいグリッドラインを備える。
2つの発光ダイオードが、マウスの底部に配され、発光ダイオードのうち1つは赤色光を発し、該赤色光は青線により吸収される。他の発光ダイオードは赤外光線を発し、これは黒線によって吸収される。マウス底部において、フォト・チューブの他のもう一つのグループが配される。このフォト・チューブは反射光を受信するために用いられる。フォト・マウスは、マウスの方向及び距離を決定する。この決定は、光の2つのグループがマウス・パッド上のX,Y軸を照射した後反射する信号に基づく。この種のフォト・マウスは、特製のマウス・パッド上で操作される必要があり、マウス・パッドは常に清潔にされている必要がある。このため、マウスの使用には不便を生ずることもある。それゆえ、広く普及することはなかった。
第2世代のフォト・マウスは、アリジェント・テクノロジ社(Aligent Technologies Co., Ltd. USA.)により開発されたものである。このマウスは、発光ダイオードを備え、該発光ダイオードは物体の表面を照射する。所定間隔でスナップショットが作られ、2つの像のプロパティが解析され、移動方向と座標値が検出されるように処理される。
マウスの変位を決定するために、像をスキャンすることが必要である。したがってスキャニング周波数は、フォト・マウスを評価するのに重要なパラメータとなる。一般に、必要最小限の周波数は、1秒間に1,500回のスキャニング周波数である。マイクロソフト社(Microsoft Corporation)により製造されるいくつかの製品のスキャニング周波数は、1秒間に6,000回に達する。無視することの出来ない他のもう一つのパラメータは、マウスの解像能力である。このパラメータは1インチ当たりのカウント(cpi)によって表される。一般にマウスの解像能力は400cpiである。即ち、1インチごとの移動につき400回座標値が送信される(現状において、最良の品質を備えるフォト・マウスの解像能力は、800cpiに達する)。
本発明のコンピュータ・マウス内の光信号を処理する方法は、マウス・デバイスとレーザ・スペックルを作り出す照射された物体表面の間の相対変位ベクトルが、レーザ・スペックルの移動情報の収集によって反映されることを特徴とするコンピュータ・マウス内の光信号を処理する方法である。
理論的研究によれば、もしレーザの入射角が一定であるならば、スペックルのコントラスト比は照射される物体の表面の粗さに関係する。日常用いられる多くの物体は、スペックルを形成するのに必要とされる粗さを備える。レーザ・ビームが最も一般的な物体(例えば、テーブル表面、紙、布、一般的な金属、プラスチック、陶器やセラミックの表面やガラス)に照射されると、スペックル現象は明瞭に観察されたことが実証されている。レーザ・スペックル現象は、照射された物体表面に依存するものと考えられ、それ故、物体の移動にともなって、スペックルも移動する。この物体と観察者(デバイス)との間の相対変位は、スペックル現象に基づいて計測される。
本発明によれば、マウス・デバイス内のレーザ信号源とレーザ・スペックルを作り出す照射された物体表面との間の相対変位ベクトルは、レーザ・スペックル信号の移動情報を集めることにより反映される。この純粋なフォト・テクノロジは機械的装置の全ての課題を克服する。単純構造であり、高い技術的フィージビリティと高い精度を備え、このことは、経済的な方法で精度と計測速度を向上させる。
本発明に採用された方法は、以下の通りである。マウス・デバイス内のレーザ信号ソースとレーザ・スペックルを作り出す照射された物体表面との間の相対変位ベクトルは、レーザ・スペックル信号の移動情報の収集によって、反映される。また、レーザ・スペックル干渉信号は、フォト・センサによって受信された後処理され、フォト・センサによって受信されたスペックル・パルスの量を算出し、レーザ信号ソースとレーザ・スペックルを作り出す照射された物体表面との間の相対変位ベクトルを、スペックルの平均サイズに基づいて、決定する。
上記の通り、1つまたは2つ(複数)のビームの様々な構造形態を用いて、レーザ・スペックル計測を行い、平面内の変位を計測することができる。これらの形態は、下に個々に論じられる。
図5および図6では、本発明によるデバイスは、マウス本体を備え、図5および図6に示すごとく、マウス本体内部には、増幅・整形モジュール(1)と、方向識別・カウントモジュール(2)と、コンピュータ・インターフェース回路(3)とが配されるとともに、順々に接続され、該デバイスはさらに、レーザ・デバイス(4)と、フォト・センサ(5)を備え、レーザ・ビームにより照射された物体表面からのレーザ・スペックル信号を受信する。前記フォト・センサは、受信された光電信号を、増幅・整形モジュール(1)に送る。
図7に示すごとく、また図6を参照して、この実施形態と実施形態1との相違は、この実施形態では、フォーカス・レンズ(6)が光路内に配され、フォト・センサ(5)内のレーザ・スペックル信号を受信するという点にある。構造、原理および操作方法は、実施形態1と同じであるから、ここでは詳細は述べない。
図8に示すごとく、また図6を参照して、この実施形態と実施形態1との相違は、この実施形態では、ビーム・スプリッタ(8)が光路内に配され、レーザ・ビームは、レーザ・デバイスによって照射され、ビーム・スプリッタ(8)によって2以上のビームに分光されるという点にある。分光されたビームは、レーザ・スペックル干渉を作り出す面の1以上の領域を照射する。各領域は、少なくとも2つのビームによって照射される。
図9に示すごとく、また図6を参照して、この実施形態では、分光器(81)および反射鏡(9)からなるビーム・スプリッタ(8)を用いる。レーザ・デバイス(4)は、分光器(81)を通して、2つのレーザ・ビームを形成する。スプリット・レーザ・ビームは、反射鏡(9)によって反射された後、物体表面に集中をする。図9は、一次元方向の光路内にある、分光器(81)および反射鏡(9)を示す。上述の2つのレーザ・ビームのうちの1つまたは2つは更に、分光器(81)によって3つまたは4つのレーザ・ビームに分光され、物体表面を照射する。よって、変位の光電信号の二次元サンプリングは、レーザ・ビームを分光器(81)によって複数のレーザ・ビームに分光して物体表面を照射させることによって、実現される。この実施形態では、2つ(複数)のビームの構造形態もまた、用いられる。この実施形態の、その他の部分の構造、原理、操作方法は、上述の実施形態と同じであるので、ここでは詳細は述べない。
本発明においては、コヒーレンスが確保される限り、2以上のレーザ・デバイスを用いてもよい。2以上のレーザ・デバイス(4)によって照射されたレーザ・ビームは、レーザ・スペックル干渉を作り出す面の1以上の領域を照射する。各領域は、最低2つのビームによって照射される。マウス・デバイスと、照射されたレーザ・スペックル干渉を作り出す物体表面との間の相対変位ベクトルは、レーザ・スペックル干渉信号の移動情報の収集によって、反映される。2つ以上のレーザ・デバイスを用いる際の原理および方法は、上述と同じであるので、ここでは詳細は述べない。
Claims (3)
- コンピュータ・マウス内の光信号を処理する方法であって、
レーザ・ビームが物体表面を照射するために提供され、前記照射された物体の表面の近傍にレーザ・スペックルを作り出す段階を備え、
前記マウスが移動するとき、前記レーザ・スペックルの信号が、前記マウス内に配されたフォト・センサにより受信されるとともに処理され、前記フォト・センサにより受信されるレーザ・スペックルのパルス量を計算するとともに、前記フォト・センサと前記レーザ・スペックルを作り出す前記照射された物体表面間の相対的変位が、前記レーザ・スペックルの平均サイズとレーザ・スペックルのパルス量の積であることを特徴とする方法。 - 前記フォト・センサが、光電センシング・ユニットのグループから構成され、
各グループは、1列に配される2若しくはそれ以上の光電センシング・ユニットからなり、
レーザ・ビームの照射を受けた前記物体上のレーザ・スペックルの信号が、前記光電センシング・ユニットからなるグループによって受信された後、前記フォト・センサと前記光電センシング・ユニットの配列方向に横たわる前記照射された物体の表面間の相対変位ベクトル成分を算出するように、対応する光電信号が、増幅されるとともに整形され、
その間、前記相対変位ベクトルの前記成分の方向が、これら2或いはそれ以上の光電センシング・ユニットによって作られた電気信号のスキューによって決定されることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 前記フォト・センサが光電センシング・ユニットからなる少なくとも2つのグループを備え、
各グループは、1列に配列される2若しくはそれ以上の光電センシング・ユニットからなり、
少なくとも1つのグループは、他のグループとは異なる配列方向を備え、
2つの前記グループは互いに交差するとともに共通ユニットを用い、
レーザ・ビームが照射された前記物体表面上のレーザ・スペックルの信号が受信された後、これらの光電センシング・ユニットのグループによって、対応する光信号が増幅されるとともに整形され、前記フォト・センサと対応するグループの照射された物体表面との間の相対変位ベクトル成分の大きさ及び方向が算出され、
2次元平面内における前記フォト・センサと前記照射された物体表面間の前記相対変位ベクトルが、異なる方向の2若しくはそれ以上のグループにより算出された前記相対変位ベクトルの前記成分の大きさ及び方向並びに異なる方向の成分間の交差角度に基づいて算出されることを特徴とする請求項1記載の方法
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