JP4933263B2 - 自己検索コンピュータポインティングデバイス用モジュール式アセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、コンピュータ及びそれに類するもので使用されるポインティングデバイスに関する。

最新のコンピュータオペレーティングシステム及びグラフィックスプログラムは、コンピュータのディスプレイ上でカーソルの位置を制御するためのポインティングデバイスを必要としている。デスクトップPCの場合、最も成功したポインティングデバイスは「マウス」である。マウスは、キーボード付近の平坦な面上で移動される手持ち式の物体であり、コンピュータのディスプレイ上でカーソルの運動を制御する。マウスが移動する方向及び距離が、カーソルがディスプレイ上で移動する方向及び距離を画定する。従来のマウスは、ユーザが非常に正確に移動させることのできる剛直な物体を提供する。デスクトップコンピュータの場合、マウスは位置合わせの問題に対して満足のいく解決をもたらす。作業環境が、マウスを移動させ、ディスプレイ上での所望のカーソルの動きに対応する経路をもたらすのに十分に広くない場合に、ユーザは、単純にマウスを取り上げ、作業空間上でマウスを再度中心に置く。

デスクトップPCの市場において、マウスはポインティングデバイスの問題に対する満足のいく解決をもたらすが、同様の成功したデバイスは、ポータブルコンピュータ及びハンドヘルドコンピュータに対して利用できない。これらのコンピュータは、マウスを移動可能なキーボード付近の十分に広い平坦な面を欠いた環境でしばしば使用される。したがって、それらのコンピュータをそのような環境で使用する際に、何らかの他の形態のポインティングデバイスが使用される。

それらの環境で利用するためのポインティングデバイスは、カーソルの素早く正確な動きに対する問題を解決しなければならない。加えて、そのデバイスは、豊富な指示がなくとも、未熟なユーザが理解可能である直感的な仕方で、操作できなければならない。加えて、ポインティングデバイスは、限られた作業環境で操作され、コンピュータのフォームファクター又はハンドヘルドデバイス内に適合しなければならない。最終的に、低コスト、低消費出力、高信頼性の通常の制約を満足する。

現在、ラップトップコンピュータでのポインティングデバイスの問題に対する２つの主たる解決が存在するが、それらはシナプティクス社の容量性のタッチパッド（登録商標）及びIBMのトラックポイント（登録商標）である。他の企業も同様の機能性を備えているそれらのデバイスの変形を製造している。これらのデバイスはどちらも上記の要求を満足するにはほど遠い。トラックポイント（登録商標）は、概してラップトップキーボードの中心に配置されている小さなボタンである。ボタンは、指によりボタンの上部に横方向の力が適用されることにより、「ジョイスティック」と同様の仕方で移動される。あいにく、ボタンはわずかな量しか移動しないため、ボタンの移動量をコンピュータディスプレイ上のカーソルの位置の移動量に直接変換することができない。その代わりに、ボタンの移動量は、カーソルが移動する方向及び早さを制御する。ユーザが速度を制御するこの形式を利用してカーソルを位置決めできる正確さは、従来のマウスにより達成されるよりも相当に劣る。この限界は、コンピュータグラフィックスプログラムで描くような小さく正確な動作が必要とされるタスクにおいて特に明らかである。

タッチパッド（登録商標）は、概して多くのラップトップのキーボードの正面に配置されている一辺50-100 mmの矩形のブランクパッドである。このデバイスは、デバイスの辺に対する矩形の表面上の指の位置を検出する。この検出は、絶縁された低摩擦材料の真下の一連の電極に、ユーザの指によって導かれる容量の変化を測定することによって達成される。

トラックポイント（登録商標）と同様に、タッチパッド（登録商標）も正確さを欠く。回路に対して未知の電位を有するユーザによって導かれる容量の変化を測定することは本質的に困難である。さらにユーザの指が接触する領域は相対的に大きい。したがって指の位置を正確に測定するために、デバイスは、指とパッドの間の接触領域における中心のような何らかのパラメータを判定しなければならない。あいにく、接触領域の寸法及び形状は、ユーザによって適用される圧力によって変化する。したがって、このような判定は、限られた精度の中で最善である。実際に、ユーザは繰り返して正確な動作を行うことができない。

ユーザが気付かずに指又は手首をパッドに接触させると、誤った信号から問題が生じる。デバイスによっては、パッドを叩くことにより、従来のマウスの「クリック」機能が実施される。結果として、タイプの間のそのような不注意の作動によって、カーソルがタイプ操作中に新しい場所に飛んだり、テキストが新しい場所に挿入されたりすることが生じる。

可能な動作領域内でのパックの位置が正確に判定可能であるため、ユーザがユーザの指によって移動する「パック」に基づくデバイスはより高度な正確さをもたらす。加えて、パックは、上記トラックポイント（登録商標）において利用されるジョイスティックよりも遙かに大きな距離動かすことができる。

パックに基づくポインティングデバイスはより正確な入力もたらすが、パックを清浄し、交換するという独特の問題が存在する。パックは、ほこりを機構に侵入させることなく、低摩擦の「手触り」を利用してパック動作領域の表面上で滑らかに摺動させる必要がある。加えて、機構内にほこりが侵入すると、パック機構を掃除するのはより困難である。最終的に、パックの構成要素はより簡単に傷つき、したがって主要な構成要素を低価格で交換する方法が必要とされている。

本発明は、パックサブアセンブリ及び基部サブアセンブリを有するポインティングデバイスを含む。パックサブアセンブリは、パック動作領域内で移動するように制限されている移動可能なパックを含む。パックサブアセンブリはパック動作領域に関する境界を画定する開口部を有する支持部材を含む。基部サブアセンブリは、パックがその上を移動する基部表面と、パック動作領域内でパックの位置を測定する位置検出器と、取付機構とを含む。取付機構は、パックサブアセンブリが基部アセンブリから可逆的に分離可能であるように、パックサブアセンブリに基部サブアセンブリを接続する。基部表面は、パックサブアセンブリが基部アセンブリから分離されるとアクセス可能となる。一実施形態では、さらにパックサブアセンブリが、パック動作領域の所定の領域にパックを戻す復元機構を含む。他の実施形態では、また支持部材が、パックと基部サブアセンブリの間に電気的な接続を形成するための、基部サブアセンブリ内の対応する第二の接点と結合する第一の接点を含む。パックは、パック動作領域の所定の領域にパックを戻すばねを介して第一の接点に電気的に接続されていることが好ましい。

本発明がその利益をもたらす仕方は、図１Ａ-１Ｂを参照することによりより容易に理解することができ、それらの図はパックに基づくポインティングデバイス10を図解している。図１Ａはポインティングデバイス10の平面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す線1B-1Bに沿ったポインティングデバイス10の断面図である。ポインティングデバイス10は、パック11を含み、このパックは、パック11に適用される横方向の力に応じて、パック動作領域19内で基板15の表面12上を移動する。概して、力は、ユーザの指、指先、親指、親指の先端、複数の指により、パックに適用される。パック11は、パックに適用される垂直方向の力を測定する圧力検出機構を含む。加えて、ポインティングデバイス10は、表面12上のパック11の位置を判定するための検出機構を含む。

概して、パックはディスプレイ上のカーソルの位置を制御するのに利用される。ユーザが所定の閾値よりも大きな垂直方向の力をパック11に適用すると、表面12上のパック11の何らかの位置の変更が、ポインティングデバイスがその部分を形成するホスト装置に伝えられる。位置の変更は、垂直方向の力がパック11に適用されている間の、パック11の運動の大きさ及び方向に依存する大きさ及び方向によって、ディスプレイ上でカーソルを移動するのに利用される。すなわち、パックの運動が、距離d及び、ポインティングデバイス上の角φによって画定される方向によって特徴付けられる場合、カーソルの運動は、距離D、及びディスプレー上での角度φによって画定される方向によって特徴付けられる。ホスト装置内のハードウエアドライバは、通常、Dとdの間の関係を設定する。

ユーザがユーザの指16を離すことによってパック11を解放すると、パック11は、パック動作領域の側部14にパックを接続する、参照番号13で示すばね13によって、その中心位置に戻される。ユーザの指は、パックが戻る間、パック11に垂直方向の力をパック11に適用しないので、その戻り動作に関連する位置の変更はホスト装置に伝えられない。これは、動作領域の中央で、マウスを持ち上げ、再配置することによってマウスにおいて達成される都合のよい「再センタリング」機能をもたらす。これは、ラップトップコンピュータ、ハンドヘルドデバイス、動作領域が制限されている他の小型の装置に関して特に必要である。

上記ポインティングデバイスは、ラップトップコンピュータに含まれる従来のポインティングデバイスを越える多くの改善をもたらすが、そのポインティングデバイスは定期的な掃除を必要とする。ほこり及び他の堆積物が、パック動作領域の表面上に堆積し、その表面上でのパックの滑らかな運動を妨害する。加えて、パック動作領域内でパックを位置決めするばねを傷つけることがある。最終的に、製造業者のロゴ又は左利きのユーザに対してより理想的に適応されるボタン配列を含むように容易にカスタマイズすることができる設計をもたらすのに有利である。

本発明は、２つのサブアセンブリ設計を利用してポインティングデバイスを構成することによって、それらの問題を克服する。本発明の一実施形態によるポインティングデバイス30の断面図である図２をさらに参照する。ポインティングデバイス30は、基部サブアセンブリ40及びパックサブアセンブリ50を含む。パックサブアセンブリ50は、パック51と、パック動作領域を画定する開口部54を有するプレート52と、パック51が解放されると、パック動作領域内の所定の位置にパック51を戻すばね55とを含む。

基部サブアセンブリ40は表面45を含み、その表面上で位置センサ41が、パック動作領域内のパックの位置を測定するのに利用される。パックからセンサを電気的に絶縁する保護層（図示せず）が、それらのセンサを覆っていることが好ましい。また基部サブアセンブリ40は、センサ41からの信号を受容し、それらの信号からパック51の位置を計算するコントローラを含む。位置の判定の仕方は以下においてより詳細に議論する。

また基部サブアセンブリ40は、基部サブアセンブリ内でパックサブアセンブリ50を固定するための移動止め46を含む。パックサブアセンブリ50は、基部サブアセンブリ40に嵌め込まれて配置されることが好ましい。ばね49のようなばねが、移動止め46に対してパックサブアセンブリ50を保持するのに利用される。しかしながら、特別な用具を使用することなく、基部アセンブリ40をパックサブアセンブリに対して脱着可能とする任意の機構を利用することができる。例えば、本発明のポインティングデバイスは複数のネジを利用して、パックサブアセンブリ50と基部サブアセンブリ40をともに保持することができる。

先に指摘したように、ポインティングデバイス30のようなポインティングデバイスは、パック又はパック位置検出機構の滑らかな運動を妨害することがあるほこり又は他の堆積物を集めることがある。したがって、本発明のポインティングデバイスは、そのユーザによってポインティングデバイスを分解し、パック及び下にある表面を掃除できることが好ましい。加えて、ばね及び/又はパックの構成要素が摩耗又は誤用により機能しなくなることがあるので、ユーザがパック機構を容易に交換できる設計が好ましい。最終的に、特定のコンピュータ又は他のホスト装置の製造業者は、パック又は周囲のプレートにロゴ又は他のカスタマイズされたマークを組み込むことができる。したがって、ポインティングデバイスを複数の特別なパックサブアセンブリの任意の一つと製造することが可能な設計が有利である。

加えて、基部サブアセンブリ40は、パック51からコントローラ42に信号を転送するための、パックサブアセンブリ40の対応するコネクタ58に結合されている複数のコネクタ47を含む。パック51からの信号は、一つ又はそれ以上のばね55を介してコネクタ58に連結されることが好ましい。問題のばねは、導電体から製造されるか、又は導電体が埋め込まれもしくはそこに被覆されている。

パック動作領域内のパックの位置は、多くの方法の任意のものにより検出される。一般的に、各方法は、基部アセンブリに備わっている一つ又はそれ以上の構成要素を利用する。一つのそのような位置検出機構を図３に図解する。図３は、本発明の一実施形態において、その上をパックが移動する図１に示す表面12の部分の平面図である。表面150は、外部の回路に接続されている端子を有する、参照番号151-154で示す４つの電極を含む。図を単純化するために、これらの端子は省略してある。パックは、図中で点線により示されている電極155を含む底面を有する。電極151-155は、他のものから電気的に絶縁されている。例えば、電極155は、電極155が他の電極上を滑動する際に、必要とされる絶縁をもたらす誘電体層により覆われている。要するに、電極は、参照番号150で示す表面の、基板の裏側にパターン形成されている。これはパック電極に対する容量を低下させるが、数ミリメートル又はそれ未満の厚みの基板に対して実用的である。電極155と各電極151-154の重なりは、電極151-154に対するパックの位置に依存する。電極155と電極151-154の間の重なりはそれぞれ、Ａ-Ｄによって示されている。

電極151-155に関する等価回路の概略的な図である図４をさらに参照する。電極151と重なる電極155の部分は、重なりＡに比例する容量を有する平行平板コンデンサを形成する。同様に、電極152と重なる電極155の部分は、重なりＢに比例する容量を有する平行平板コンデンサを形成し、以下同様である。コンデンサの全てが、電極155の部分を共有しているので、等価回路は、参照番号158で示す共通の電極に接続されている４つのコンデンサからなる。この電極はまさに電極155である。したがって、電極155と各電極151-154の間の容量を測定することにより、電極151-154に対する電極155の位置を画定することができる。この画定は、ポインティングデバイスの部分、又はポインティングデバイスが接続されているホスト装置の部分であるコントローラ159によってなされる。

パック動作領域がパックの直径よりも実質上大きい実施形態では、４つよりも多い電極を基板上に配置することができる。それらの電極のそれぞれとパックとの間の容量の測定は、上記のように、パックの位置を判定するのに利用可能である。

またパック動作領域内のパックの位置は、従来の光学式マウスで利用されるような光学センサを利用して確かめることができる。このような検出機構を図解する図５をさらに参照する。この実施形態では、パック82の底面84が、パック動作領域の表面81の直下に配置されている光学式マウスセンサ83により照明されている。光学式マウスセンサは当業界で公知であり、したがって本明細書では詳細に議論しない。本義論の目的のため、光学式マウスセンサ83が、パック82の底面を照明する照明システム及び、照明された表面の部分の像を形成するイメージセンサを有することを指摘することで十分である。結像系は、底面の連続的な像を比較して、像の間でパックが移動するその大きさ及び方向を画定する。

好適な位置検出機構の先の例示は例示として提供されている。しかしながら、先の議論から、本発明の技術から逸脱することなく、非常に多くの数の位置測定機構を利用可能であることは明らかである。

本発明の上記の実施形態は、パックサブアセンブリを基部サブアセンブリに接続する特別な取付機構を利用している。しかしながら、本発明から逸脱することなく、多くの他の取付機構を利用することができる。本発明のポインティングデバイスの他の実施形態を図解する図６及び７をさらに参照する。図６はポインティングデバイス200の平面図であり、図７は、図６の線7-7に沿ったポインティングデバイス200の断面図である。ポインティングデバイス200は、パックサブアセンブリ210及び基部サブアセンブリ220から構成されている。基部アセンブリ220は２つのスロット221を含み、スロットは、参照番号212で示す対応するタブが通過可能であるように寸法決めされている。パックサブアセンブリ210は、スロットにタブを位置合わせすることにより、基部サブアセンブリに取り付けられる。タブが基部アセンブリの上面の下に通過すると、タブが対応するレセプタクルと係合するまで、パックサブアセンブリは回転される。

パックサブアセンブリ210と基部サブアセンブリ220の間の電気的な接続は、スロット内の対応する接点と係合するタブの接点を介して形成される。例示的な接点対を参照番号215及び225で示す。これらの接点により、パック223内の電極に対する接続が、基部サブアセンブリ220のコントローラ235まで形成される。またコントローラ235は、参照番号222で示す位置検出電極に接続されている。

図６及び７に示す取付機構は何ら道具を必要としない。ユーザは、タブがスロットと位置合わせされるまでパックサブアセンブリを単にひねることによって、パックサブアセンブリを取り外すことができる。適切な窪み又は突起をパックサブアセンブリ210の表面に設け、サブアセンブリを操作する際のユーザの助けとすることができる。したがって、ユーザは、掃除及び/又は交換のためにパックアセンブリを容易に取り外すことができる。パックサブアセンブリを取り外すと、基部サブアセンブリ及びパックそれ自体の底部の任意の電極を掃除することができる。

本発明は、ラップトップコンピュータ及びポインティングデバイスに対する空間が制限されている他のホスト装置で実施するのに特によく適している。本発明の一実施形態によるポインティングデバイスを有するラップトップコンピュータを図解する図８及び９をさらに参照する。図８はラップトップコンピュータの平面図であり、図９は、図８の線9-9に沿った断面図である。図を単純化するために、ディスプレイは図から省いてある。ポインティングデバイス310は、ラップトップ300のキーボード320に隣接して配置されていることが好ましい。基部サブアセンブリ330は、ラップトップに固定され、キーボードに隣接する表面の壁部に取り付けられ、全体として薄いラップトップのフォームファクターをもたらす。代替的には、基部サブアセンブリ330を、ラップトップコンピュータの表面に流し込んで形成することができる。一実施形態では、基部サブアセンブリは、ユーザによって基部サブアセンブリが取り外されることを防止するような仕方で、その表面に取り付けられている。この実施形態では、ポインティングデバイスとラップトップの間の接続が、基部サブアセンブリの下に設けられている。これらの接続を設けるための例示的な接点を参照番号360及び361で示す。この配列によって、液体又は堆積物がポインティングデバイスを介してラップトップコンピュータに侵入することを防ぐような仕方で、基部サブアセンブリはラップトップコンピュータに対してシールされる。

パックサブアセンブリは、上記したのと類似の仕方で、基部サブアセンブリに取り付けられている。この取付機構により、パックサブアセンブリは、掃除及び/又は交換のために、ユーザによって容易に取り外すことが可能となる。パックサブアセンブリは、パック341と、ばね342と、上部プレート343とを含む。上部プレート343は、パック動作領域を画定する孔部と、基部サブアセンブリにパックサブアセンブリを接続するための取付機構とを有する。

本発明の上記の実施形態は、ラップトップコンピュータとともに使用されるポインティングデバイスに関して説明してきた。しかしながら、先の議論から、本発明が多くの異なるデータ入力環境において利用可能であることが明らかである。例えば、本発明のポインティングデバイスを従来のマウスを置き換える独立型のポインティングデバイスとすることができる。同様に、本発明のポインティングデバイスを、PDA又は携帯電話のポインティングデバイスとして利用して、それらの装置のメニューから選択することが可能である。

本発明に対する種々の変更が、先の詳細な説明及び添付の図面から、当業者には明らかとなる。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲の記載によってのみ制限される。

パックに基づくポインティングデバイスの平面図を示す。 線1B-1Bに沿った図１Ａに示すポインティングデバイスの断面を示す図である。 本発明の一実施形態によるポインティングデバイスの断面を示す図である。 本発明の一実施形態において、パックが移動する図１に示す表面12の部分の平面図である。 電極151-155に関する等価回路の概略図である。 パック動作領域内のパックの位置を画定するために光学センサを利用する検出システムを図解する図である。 本発明によるポインティングデバイスの他の実施形態を示す平面図である。 線7-7に沿った図６に示すポインティングデバイスの断面を示す図である。 本発明の一実施形態によるポインティングデバイスを有するラップトップコンピュータの平面図である。 線9-9に沿った図８に示すラップトップコンピュータの断面を示す図である。

Claims (9)

1. パック動作領域（19）内で移動するように制限されている移動可能なパック（51）と、前記パック動作領域に関する境界を画定する開口部を有する支持部材（52）とからなるパックサブアセンブリ（50）と、
   前記パックがその上を移動する基部表面（45）と、前記パック動作領域内の前記パックの位置を測定する位置検出器（151-155、159）とからなる基部サブアセンブリ（40）と、
   前記パックサブアセンブリ（50）が、道具を使用することなく、前記基部サブアセンブリから可逆的に分離可能であり、かつ前記基部表面（45）が、前記パックサブアセンブリ（50）が前記基部アセンブリから分離されるとアクセス可能となるように、前記基部サブアセンブリ（40）を前記パックサブアセンブリ（50）に接続する取付機構（46、212、221）とからなるポインティングデバイス（30）。
2. 前記移動可能なパックが、当該移動可能なパックに適用される垂直方向の力を測定する圧力検出機構を含む請求項１に記載のポインティングデバイス（30）。
3. 前記パックサブアセンブリ（50）が、前記パック動作領域の所定の領域に前記パックを戻す復元機構（13）をさらに含む請求項１に記載のポインティングデバイス（30）。
4. 前記復元機構が前記パックに接続されているばね（13）からなる請求項３に記載のポインティングデバイス（30）。
5. 前記支持部材（52）が、前記基部サブアセンブリ（40）の対応する第二の接点（225）と結合し、前記パックと前記基部サブアセンブリ（40）の間に電気的な接続を形成する第一の接点（215）をさらに含む請求項４に記載のポインティングデバイス（30）。
6. 前記パックが、前記パック動作領域の所定の領域に前記パックを戻すばね（13）を介して、前記第一の接点（215）に電気的に接続されている請求項５に記載のポインティングデバイス（30）。
7. 前記位置検出器が、前記表面上の複数の表面電極（151-154）と、前記パックと移動するパック電極（155）とからなる請求項１に記載のポインティングデバイス（30）。
8. 前記基部サブアセンブリ（40）が携帯可能なホスト装置（300）に取り付けられている請求項１に記載のポインティングデバイス（30）。
9. 前記基部サブアセンブリ（40）が携帯可能なホスト装置（300）と一体である請求項１に記載のポインティングデバイス（30）。

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