JPH01133127A - センサを使用するコンピュータ入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 皮栗上匹机且分■ 本発明は位置もしくは方向センサ、殊にコンピュータシ
ステムに対するカーソル制御入力を与えるために使用さ
れる方向センサに関する。

災来ｑ技班 コンピュータディスプレイスクリーン上におけるカーソ
ルの移動を位置決めもしくは制御するために種々の装置
が知られている。最も一般的に使用されるのは従来の「
マウス」装置であってそれはフラントなデスクトップ上
を移動する手の太きさのハウジングの形をとっている。

デスクトップ上の移動は機械的に回転するボールもしく
は光学的に反射性のセンサにより検出されてそれに対応
するディスプレイスクリーン上のカーソルの移動に変換
されるデジタルデータが発生する。他のカーソル位置決
め装置はフラットなセンサーバッドとそのアナログ運動
をディスプレイスクリーン上のカーソルの位置を制御す
るために使用されるデジタル化されたデータに変換する
、手で握って操作するポインティングスタイラス（ｐｏ
ｉｎｔｉｎｇｓｔｙｌｕｓ）とから成る図形入力タブレ
ットを含む。

更に他のカーソル移動装置はパイロットのヘルメット上
の如く、使用者が保持したり使用者の身体上に固定され
る焦点を合わせた光源に依存している。ディスプレイス
クリーンのまわりに取付けられたセンサは光ビームの運
動を追跡してこの運動をそれに対応するディスプレイス
クリーン上でのカーソルの移動に変換するや 上述の如き装置はたとえ、ある欠点を有していても基本
的には有益なものである。大抵のカーソル位置決め制御
装置はその上部で動作する全体として水平な固定面を要
するという欠点を存しているか成る種の固定センサと共
に作動する必要がある。即ち、移動は固定媒体に対して
検出され位置データ信号が発生しコンピュータに提示さ
れてそれに対応するカーソル移動に変換される。固定面
や固定センサに対する必要はユーザがディスプレイ装置
と対話する仕方を制約することになる。ユーザは通常デ
ィスプレイスクリーンに近くすわり図形タブレットを配
置したり°“マウス”を移動し光ビームをセンサアレイ
の範囲内に維持するために移動を制限する必要がある。

光朋麦邂ＡＳ１ＳいＬ（伺匪跪胤 本発明はフラットなデスクトップやユーザの移動の制限
の如き従来技術装置の欠点を克服するものである。

■題鬼玉邂迭１ｊための　　　びそｑ立回−本発明によ
ればディスプレイスクリーンを有するコンピュータディ
スプレイ装置に対する新規なコンピュータ入力装置が提
供される。このコンピュータ入力装置はそれを固定面に
隣接せずに装置の物理的な方向を表す電気信号を発生す
る方向センサを備えて、電気信号はカーソルをディスプ
レイスクリーン上に位置決めする鶏やもなければ制御す
るために使用される。コンピュータ入力装置はユーザの
手中に保持され装置の簡単な角度方向の運動もしくは回
転運動によりユーザはそれに対応するカーソルの移動を
実行する。

方向センサーは一つの透明媒質から別の媒質へ移行する
ときに屈折する光ビームの原理にもどづいて動作する。

方向センサは規定された垂直軸がその中心点を通過する
ような形の中空の球形ハウジングを備えている。球形の
ハウジング内には２つの流体状の媒質が格納されている
。第１の媒質はガス状であるが第２の媒質は液体であり
、それぞれが所定の粘度と異なる屈折率とを備えている
。

液状媒質は球形のハウジングをその２分の１の高さまで
満たし液体とガス間との境界は球形ハウジングの中心点
と交差する。

ＬＥＤ　（液晶ディスプレイ）形の光源とホトトランジ
スタ形の光センサ（検出器）は、光源から発せられた光
がまづ球形ハウジングの中心点を通過した後光検出器に
より検出されるように、ハウジングの中心点を通って延
在する軸上の球形ハウジングの内壁内に対向して取付け
られる。光源は集束（ｆｏｃｕｓｅｄ）ビームを発し、
光検出器はその集束ビームを受光しそれが光検出器によ
り受光される時にビーム強度を表すアナログ電圧を発生
する。

光源から発せられた集束ビームがガス媒質と液状媒質問
の境界内を通過するときにビームの屈折は入射光ビーム
が境界とを横切る角度により決定される角度で境界で行
われる。もし入射光ビームが境界に対して垂直となるよ
うに球形ハウジングの向きを合わせると、光ビームは全
熱屈折することはないであろう。光検出器は光ビームの
全強度を受取り、最大出力電圧を発生することになろう
。

球形ハウジングが垂直軸に対して回転するとき、垂直軸
から入射光ビームに対する角度は太きくなリ、光ビーム
の屈折角は大きくなろう。屈折角が大きくなるにつれて
、光検出器は光ビームの減少部分を受取り、光検出器は
減少する電圧を発生する。

光検出器の出力電圧はそれ故、入射ビームが上記２つの
媒質間の境界を横切る時の角度を表す。

■ 液状媒質は均衡を保ために常に球形ハウジングの下半分
を流れる。

本発明の実施例では方向センサは４対の光源／光検出器
を備え、その各々の対は球形ハウジングの中心点を通過
する軸上に対向して取付けられる。

上記４対の光源／光検出器は９０度離れて位置決めされ
る。光源は球形ハウジングの同じ側に取付けられ、光検
出器は反対側に取付けられ、光検出器の出力電圧は異な
って検出される。センサの正規の方向では光源は、ガス
媒質にさらされる球形ハウジングの上半分内に水平軸の
上方に４５度の角度で各々配置される。光検出器自体は
液体媒質中に浸された球形ハウジングの下部に配置され
各々が水平軸に対して４５度となっている。２対の共面
光源／光検出器はＸ軸を形成し他の２つの共面対はＹ軸
を形成する。同一軸内の各対の光検出器の出力電圧は差
動増幅器内で比較され、その結果の差動増幅器の出力は
大きさと共に回転方向を示す。

センサの正規の方向では、各装置は水平線と液体媒質の
表面から４５度の角度をなしており、差動増幅器の出力
における電圧はＸＹ両軸に関してゼロである。球形ハウ
ジングが±４５度回転すると、差動増幅器の出力は回転
方向に応じて正もしくは負になる。本発明の方向センサ
は規定の垂直軸に対してどんな角度による回転も一つの
装置で測定することができる。

方向センサの出力信号はデジタルデータに変換されフォ
ーマット化されカーソル制御装置をシミュレートし、カ
ーソルをディスプレイスクリーン上に位置決めするため
の制御信号としてコンピュータに供給される。ユーザは
手で簡単に角度を作の って仕草することによってカー゛ハ肖動を制御すること
ができる。

本発明の方向センサの代替例では、中空の透明球が２つ
の透明媒質を格納する。この透明球は不透明の球形格納
装置内に配置され、後者はその内部に取付けられ上記の
方向に配置された光源／光検出器の対を備えている。光
［／光検出器の対は透明球の外表面と接触し上記代替例
におけるのと同様の機能を果たす。

上記用途の外に、本発明の新規な方向センサはクリノメ
ータ（ＩＩＪｉ斜計）、高さ検出機構、ロボット装置用
のフィードバンク装置の如く角度方向の回転の測定が必
要とされる何れの用途にも使用することができよう。

本発明は添付図面を参照しながら以下の説明を読んで考
えれば、更に良く理解できる筈である。

１嵐Ｍ 第１図は本発明のコンピュータ入力装置を具現化した図
形表示（グラフィック・ディスプレイ）装置を示す、上
記図形表示装置はコンピュータ人力装Ｍ　１０　、　　
インターフェース１２．コンピュータ１４゜及び表示画
面（ディスプレイスクリーン）１８を有するディスプレ
イ端末装置１６から成る。

このコンピュータ入力装置１０は手で握って操作する装
置であって操作のためにフラットなデスクトップと物理
的に接触させる必要はない。コンピュータ人力装置１０
は２軸で測定されるセンサの傾斜角に関係付けられる電
気アナ呂グ信号を供給する方向センサを有する。ユーザ
は都合のよいようにこの’２１を持ち、左右、前後もし
くはその双方の組合わせ等、簡単に手の角度を変えて装
置の方向を変えることによってユーザはディスプレイス
クリーン１８上に表示される、それに応じたカーソルの
移動を行わせることができる。コンピュータ入力装置１
０は更に方向センサにより発生させられるカタログ信号
をデジタル化してインターフェース１２により処理しコ
ンピュータ１４に伝送するための回路を内蔵する。

ケーブル２０はコンピュータ入力装置ＩＯからインター
フェース１２ヘデジタル化された信号を送る。

インターフェース１２はコンピュータ人力装置１０から
デジタル化された信号を受取りそれら信号をコンピュー
タ１４により解釈可能な制御信号へ変換するためにプロ
グラミングされたマイクロコンピュータを備える。上記
コンピユータ１４自体はディスプレイ端末装置１６を制
御する。インターフェース１２は図形入力装置の動作を
シミュレートすべくプログラミングされ、従来のデジタ
ルコンピュータ１４へ標準的なＲ３−２３２Ｃ出力を供
給する。この特定の回路は以下に第１４図と関連して更
に詳細に論することになろう。

実施例では、ディスプレイスクリーン１４は標準的な陰
極管であるがプラズマや液晶の如き従来の型のディスプ
レイでもよい、同様にして実施例ではコンピュータ入力
装置１０は図形入力タブレットの動作をシミュレートす
る。それ故、ユーザは第１図に示すようなディスプレイ
スクリーン１８上に線図２２を作成することができる。

然しなから、従来の「マウス」の如き他の装置を容易に
シミュレートすることも可能であると考えられる。本発
明の操作は以下に更に説明する。

さて第２図について述べると、コンピュータ入力装置１
０の外部と内部の構成部品が線図で示されている。コン
ピュータ入力装置１０はコンパクトな大きさの持久性プ
ラスチックにより成形されたハウジング２４を備える。

実施例ではハウジング１ｏは全体として卵形をしてコン
ピュータ入力装置１ｏを長時間保持するユーザにとって
快適なグリップを提供するようになっている。卵形は更
にコンピュータ入力装置１０を望ましい程度に小さく保
ちながら球形の方向センサ２５を格納する上で有益であ
る。

更に、ハウジング２４の前面部分２６が次第に１頃斜す
ることによってディスプレイスクリーン１８を指示する
上でユーザに対して方向の基準を与えるようになってい
る。しかしながら、他の形をしたハウジングも望ましい
ことを理解されたい。

前面部分２６に隣接したハウジング２４の上側には２個
のスイッチ２８．３０が取付けられ、便宜的にユーザの
親指の圧力で起動させることができる。スイッチ２８は
セレクト（ＳＥＬＥＣＴ）機能を提供し、スイッチ３０
はリターン（ＲＥＴＵＲＮ）機能を提供する。これらの
機能は、“マウス”入力装置を有するコンピュータシス
テムにおいて、表示されるデータや図形を処理するため
に従来よりあるものである。

前面部分２６に隣接したハウジング２４の下側にはトリ
ガスイッチ３２が設けられる。それはコンピュータ入力
装置１０の操作中にユーザの人指し指により作動できる
ように位置決めされる。トリガスイッチ３２が入れられ
たときコンピュータ入力装置１０の怒度を小さくするイ
ンターフェース１２内でサブルーチンが開始されユーザ
がディスプレイスクリーン１８上のカーソルの移動をよ
り微細でより制約されたものにすることを可能にする。

トリガスイッチ３２が入れられている間サブルーチンは
継続して実行されることになろう。スイッチ２８．３０
とトリガスイッチ３２は全て従来の「マウス」入力装置
内に見出されるものと機械的に同一の瞬間接触マイクロ
スインチである。

２個のプリント回路板３４　、３６はコンピュータ入力
装置１０用の電子回路と、スイッチ２８．３０とトリガ
スイッチ３２のための接続点、およびインターフェース
１２に至るケーブル２０の相互接続配線を備えている。

簡単のため第２図には相互接続配線は示されていない、
プリント回路板３４　、３６は方向センサ２５の作動用
のアナログ回路と、インターフェース１２との連絡用の
デジタル回路を備えている。特定の回路については以下
に更に論することにする。

ケーブル２０はハウジング２４の下部後方部分から出す
ことによってコンピュータ入力装置ＩＯの動作中できる
だけ邪魔にならないようになっている。

実施例ではコンピュータ入力装置１０を安価に維持する
ために直接ケーブルを設けているが、従来の小型送信機
の技術によりインターフェース１２にコンピュータ入力
装置Ｚ１０をリンクすることも本発明の範囲に含まれる
。

本発明の主要な構成要素である方向センサ２５をオ目 以下風当詳細に説明する。方向センサ２５はハウジング
２４内に固定して取付けられる。第２図に示すように、
方向センサ２５は前方に傾けて取付けられる。このよう
に角度をなして取付けることによってコンピュータ入力
装置を人間工学的に改善することができる。コンピュー
タ入力装置１０を保持したユーザにとって、最も快適な
保持位置は若干持ち上げた前面部分２６であることが判
った。方向センサ２５を上記角度に取付けることによっ
て方向センサ２５は前面部分２６を所望の位置に引上げ
たとき水平になる。その時、方向センサ２５の出力電圧
とその結果のディスプレイスクリーン１８上のカーソル
の移動はゼロとなろう。このことは以下の記述中の方向
センサ２５の構造を考慮することによってより十分に理
解されよう。

第３図乃至第６図は方向センサ２５の構造を示す。

方向センサ２５は、共にはまりあって中空の球形のカバ
ーを形成する上下の半球部材４０．４２を有する球形の
ハウジング３８を備える。上部の半球部材４０は、１つ
の円形績４４と、水平線から４５度隔たった４個のアパ
ーチャ４６−５２とを備える。下部の半球部材４２は円
形カラー５４と、上下半球部材４０．４２がはまりあっ
て完成した球形ハウジングを形成するときに円形績４４
を受取るその内部の円形凹部５６を備える。下部半球部
材は上部半球部材４０中のものと対応する４つのアパー
チャ５８−６２を備える。

上部半球部材中の４つのアパーチャ４６〜５２は第４図
に示すようにに軸とＹ軸を形成し、同じことは第５図に
示すような下部半球部材４２中のアパーチャ５８−６４
についてもあてはまる。半球部材４０゜４２をはめあわ
せたとき各軸と関連するアパーチャは精６■に合わせら
れる。

上部半球部材４０中の４個のアパーチャ４６−５２は光
源もしくはＬＥＤを受取り、下部半球部材内の４個のア
パーチャ５８−６４はホトセンサもしくはホトトランジ
スタを受取る。ＬＥＤとホトトランジスタは接着剤によ
り取付けられ液封じされる。

第６図は第４図に示すＸ軸に沿って描いた完全に組立ら
れた方向センサ２５の断面図である。発光ダイオード６
８．７０はアパーチャ４６．５０内に取付けられホトト
ランジスタ７２．７４はアパーチャ５８．６２中に取付
けられる。

球形ハウジング３８は非反射性の艶消し仕上げにより不
透明なプラスチックであるノリル（Ｎｏｒｙｌ）により
作ることが有利である。球形ハウジング３８の内側壁７
４は全体として非反射性とすることが特に重要である。

さもなければ方向センサ２５の適当な動作は迷光反射（
ｓｔｒａｙ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）による影響を受け
る虞れがある。

ＬＥｏ　６８，７０は球形ハウジング３日の径に沿って
ホトトランジスタ７４．７２に直接対向している。それ
故、各ＬＥＤから発した光は通常、球形ハウジングの中
心点を通り反対側のホトトランジスタにより受光されよ
う。しかしながら、球形ハウジングは本発明にとって中
心的な仕方で発した光を屈折させる透明流体７６を含む
。

透明流体７６は望ましい屈折率と粘度とを有する。

透明流体７６は球形ハウジング３８内の丁度２分の１の
高さまで球を満たす。透明流体７６を選ぶ上で重要と考
えられる性質は粘度と屈折率である。

方向センサ２５の傾斜に応じて透明流体７６は球形ハウ
ジング３８の内側壁７４に沿って流れ均衡を回復する。

流体運動の速度、従って方向センサ２５の応答速度は透
明流体７６の粘度と一定の関係を有している。低粘度を
有する流体はより高い粘度を有する流体よりも容易に移
動するが、それはディスプレイスクリーン１日上のより
高速のカーソル移動に変換されることになろう。高粘度
流体は減衰効果を与える。

実施例において、透明流体７６は摂氏２０度で９８６セ
ンチボアズ（ｃｅｎｔｉｐｏｉｓｅ）の絶対粘度を有す
るひまし油である。鉱物油（絶対粘度−７０，４センチ
ポアズ）の使用も有効であったが応答速度はより高速で
あった。

球形ハウジングをシールすると、その内部の透明流体７
６の高さ以上に空気７８が閉込められる。ＬＥ０６８．
７０から発した光が空気７日と透明流体７６との間の境
界に当たると、光ビームの一定部分が上部方向に反射す
るが全体としてずっと大きな部分が一定の屈折角で透明
流体７６内へ入る。最も透明な液の屈折率は１．３５〜
１．５５の範囲内にある。最大の実際の屈折率をもった
透明液を選んで最大屈折角、従って最大の信号の差を与
えるようにすることが望ましい、実施例は使用されるひ
まし油は１．４７７の屈折率を有する。

ＬＥＤ　６６．６８　とホトトランジスタ７０．７２は
スペクトル的にも機械的にも整合する。実施例において
、ＴｒＬ　３９形の発光ダイオードとＴＩＬ　７８形あ
ホトトランジスタ（共にテキサスインストルメント（Ｔ
ａｖａｓＩｎｓ　Ｌｒｕｍｅｎ　ｔｓ）社（テキサス州
ダラス市）製のもの）が使用される。第７Ａ図と第７Ｂ
図はＬ［！Ｄ　６６．６８の典型的な光学パラメータを
示し、殊に光子強度（ｐｈｏｔｏｎ　１ｎｔｅｎｓｉｔ
ｙ）が装置の光軸からの変位角と共に如何に変化するか
を示す。光子強度はガウス形曲線に従うことを注意する
ことが重要である。

光軸から２０度の角度で光子強度は光軸における最大値
の５０％にまで低下する。ホトトランジスタ７０゜７２
は光を検出する上で似たような特性を有する。

第８図は一つのＬＥＤ　／ホトトランジスタが垂直軸７
９に対して種々の回転角度で作用する様子を示したもの
である。ＬＥＤ　７０とホトトランジスタ７２は球形ハ
ウジング３日の中心点を通る同じビーム軸８０面に対し
て垂直で屈折角はゼロである。第８図に点線内の領域と
して示した光線は内側にホトトランジスタ７２の方向に
屈折してコリメーティング（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ）
効果をつくりだす。光の最大量はホトトランジスタ７２
により受光される。

第８Ｂ図において球形ハウジング３８は垂直軸７９から
３０度回転したところであり、光線はＬＥＤ　／ホトト
ランジスタの対を通る光線軸８０から下部方向に屈折す
る。ホトトランジスタ７２により検出される屈折信号は
低下する。

最後に、第８Ｃ図において球形ハウジング３８は垂直軸
７９から６０度回転したところである。屈折角は依然大
きく、ホトトランジスタにより検出される屈折信号は更
に低下する。

この関係は第９図により明瞭に見ることができる。同図
はホトトランジスタ７２により検出される屈折信号に対
する回転角をプロットしたものである。球形ハウジング
３８が垂直軸７９に対して回転するにつれ垂直軸７９か
ら光線軸８０へ至る角度は大きくなると同時に、光線の
屈折角もまたそれと同程度にではないが大きくなろう。

ホトトランジスタにより検出される信号は、ＬＥＤ　７
０から透明流体７６の表面上のホトトランジスタ７２へ
光線が移行し信号の強さが最大まで大きくなる９０度に
垂直軸７９からの回転角が接近するまで低下する。

第１Ｏ図は本発明の一軸を示したもので特にその軸と関
連するアナログ電気回路を示す。単一の電圧′ａ８１が
ＬＥＤ　６８，７０に給電し光の強さは個々のボテンシ
ロメータ８２．８４によりバランスをとられる。

ホトトランジスタ７２．７４の出力は差動増幅器８６に
加えられる。第１０図において、ＬＥＤ　６８．７０は
透明流体７６の面上に４５度の角度をなし差動増幅器８
６の出力はホトトランジスタ７２．７４の出力電圧がそ
の最大値の５０％でバランスをとられるためにゼロとな
る０球形ハウジング３８が正もしくは負の方向に回転す
ると、差動増幅器８６の出力電圧は回転角を示す大きさ
により正もしくは負の方向へ変化する。

第１１図は球形ハウジング３８の回転角と差動増幅器の
出力間の関係を示す。方向センサ２５は第１０図に明ら
かにした正負方向何れかに対するゼロないし４５度の回
転角を検出する。

第１２図は２つの軸で動作する方向センサ２５を示す。

方向センサ２５は垂直軸７９から何れの方向に対する回
転も検出する。更に、Ｘ軸とＹ軸間には何ら不都合な相
互作用は存在しない。もし回転が例えばＸ軸方向に対し
てのみ行われる場合には、差動増幅器８６のＹ軸方向の
出力は、両ホトトランジスタ７２．７４が光強度の等し
い低下を検出するためゼロのままであろう。

さて第１３図について述べると、本発明の電気回路が詳
しく示されている。４つのＬＥＤ　６６−６９はそれぞ
れＬＥＤの強度を調節するためにそれと関連する調節用
ポテンシヨメータ８２−８５を備えている。

ＬＥＤ　６６−６９は独立に調節でき製作とテストとの
際に方向センサ２５を較正するための手段を提供するこ
とによってＬＥＤ　／ホトトランジスタの対の中の許容
差変動によりひきおこされる問題点を克服できるように
なっている。

ＬＥＤ　６６−６９、及び整合したホトトランジスタの
対７２−７５は、４チヤふル直列形アナログーデジタル
変換器に対する入力を提供する。実施例で選んだＩＣは
テキサスインストルメント社のへ〇Ｃ０８３４形である
。Ａ／Ｄ変換器は２つの入力信号の差を比較し、その結
果得られる比較信号の大きさと符号を示す８ビツト解像
度のデータバイトを出力するためにデータ比較器の機構
を用いている。クロック（ＣＬＫ）　　とチップストロ
ープ（Ｃ５）は方向センサ２５を走査するためにインタ
ーフェース１２から受取られる。データはチップストロ
ープ（ＣＳ）に応じてラインＤＯ上に連続的に出力され
る。セレクトスイッチ２８とリターンスイッチ３０、お
よびトリガスイッチ３２もまたインターフェース１２に
より走査される。

第１４図はインターフェース１２の主要回路を示したも
のである。マイクロコントローラ９０はモトローラ（Ｍ
ｏｔｏｒｏｌａ）社の６８７０１形で方向センサ２５の
Ｘ及びＹの位置を計算して位置データの形式を整え図形
入力装置の動作をシミュレートしデータをコンピュータ
１４へ提示するマイクロプログラムを有する。

さて第１５図について述べると、マイクロコントローラ
９０のマイクロプログラムに関するフローチャートが示
されている。全体的について、初期化の後、マイクロプ
ログラムは、セレクトスイッチ２８、リターンスイッチ
３０（データＦＢ）　、及びトリガスイッチ３２（スロ
ーモーション）の位置を含めコンピュータ入力装置１０
をマイクロコントローラ９０に監視させる。もしトリガ
スイッチ３２が作動しないと、マイクロコントローラは
８ビツトの正のＸ軸位置バイト（ＦＤ）を読出し、ある
いはゼロならば負のχ軸位置パイ）　（ＦＣ）を続出し
Ｘ位置データを１４ビツトの最上位桁として記憶する。

Ｘを計算するや否や、マイクロプロセット９０はＹ軸位
置データ（ＦＢ　＆ＦＡ）を同じようにして計算する。

その後、記憶されたＸとＹの位置のデータはこのＸとＹ
の値で平均化され結果はｌｌ５−２３２　リンクを介し
てスイッチ位置データＦＢと共にコンピュータ１４へ転
送される。

トリガスイ・７チ３２が作動する間、第２のサブルーチ
ンはＸとＹの位置データが１４ビツトの代わりに１０ビ
ツトの最上位桁として記憶される点を解いてＸ軸方向と
Ｙ軸方向の位置データを以前同様に計算する。このこと
はディスプレイスクリーン１８上のカーソルの移動を遅
くする効果を存する。

コンピュータ入力装置２５の操作においてディスプレイ
スクリーン１８上でカーソル移動を行いたいオペレータ
はセレクトスイッチ２８を入れる。その後、オペレータ
はコンピュータ入力装置を特に第１２図に示すＸ軸方向
とＹ軸方向への回転に相当する前後、左右に傾斜させる
。

前方に傾斜させて回転させるとディスプレイスクリーン
１日上にカーソルの下部方向へ移動がひきおこされる。

後方に１頃斜させて回転させるとカーソルの上部方向へ
の移動がひき起こされる。左へ回転するとカーソルの左
方向への移動が、右方向へ回転させるとカーソルの右方
向への移動がひきおこされる。カーソルの移動速度はコ
ンピュータ入力装置２５の回転角に対応する。もしカー
ソルの移動を遅くしてより微妙に制御された移動を行わ
せたい場合はオペレータはトリガスイッチ３２を入れる
。トリガスイッチが入っている限り、カーソルははっき
りした緩慢な運動で移動することになろう。

特に第１６図に示す実施例では中空の透明球９２は透明
流体９４で半分光たされている。中空の球９２は上下半
球部材９６．９８より成る光学的に不透明な球形の包囲
内に配置される。上下半球部材９６．９８は中空の球９
２を支持するために支持突起１００を備える。光源１０
２と光検出器１０４がそれぞれ少なくとも一つ上下半球
部材９６．９８内の透明球９２の中心内を通る軸に沿っ
て配置される。光源１０２と光検出器１０４は中空球９
２と接触する。エアギャンプ１０６は中空球９２を上下
半球部材９６．９８から隔離する。

上記に鑑みて本発明の幾つかの目的は容易に達成でき他
の有利な結果を得ることができることが判る。

上記の思想に鑑みて本発明の精神と範囲から逸脱せずに
本発明に多くの変形と変更を施すことができることは明
らかである。コンピュータ入力装置は図形入力装置をシ
ミュレートするように設計されるが、本発明の原理はそ
の他のコンピュータ入力装置形式にも適用可能である。

本文中に開示した新規な方向センサは自動レヘリング装
置、ロボット制御システム、および身体障害者用器具を
含む広範囲の用途にも適用可能である。このことに鑑み
て上記説明は限定的なものではなく例示的なものと解す
べきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を使用する図形入力装置の簡略図、 第２図は内部構成部品の配置を示す本発明の部分断面の
線図、 第３図は上下半球部材の側面図でそれらの相互関係を示
す図、 第４図は上部半球部材の上面図でアパーチャのＸ軸とＹ
軸に対する関係を示した図、 第５図はアパーチャのＸ軸とＹ軸に対する関係を示す下
部半球部材の底面図、 第６図は第４図と第５図に示す球形ハウジングＸ軸に沿
った方向センサの断面図、 第７Ａ図は特に発光ビームの光軸からの変位角を示すＬ
ＥＤの側面図、 第７Ｂ図はビームの光度と第７Ａ図に示したＬＥＤの変
位角との間の関係を示すグラフ図、 第８Ａ図、第８Ｂ図、第８Ｃ図は種々の回転角における
一対のＬＥＤ　／ホトトランジスタの機能図、第９図は
第８図に示すＬＥＤ　／ホトトランジスタの対の回転角
と屈折信号の大きさの間の関係を示すグラフ図、 第１０図は特にその軸と関連したアナログ回路を示す本
発明に従う１つの軸を示す図、 第１１図は球形ハウジングの回転角と第１Ｏ図に示す差
動増幅器の出力間の関係を示すグラフ図、第１２図はＸ
軸とＹ軸方向に対する本発明に従う方向センサを示す図
、 第１３図は本発明に従うコンピュータ入力装置の電気回
路図、 第１４図は本発明と共に使用されるインターフェースの
電気回路図、 第１５図は本発明と共に使用されるインク−フェースの
マイクロコントローラのマイクロプログラムのフローチ
ャート図、 第１６図は本発明の代替実施例図。 ２５・・・センサ　　　　　　７９・・・垂直軸６８．
７０・・・光源　　　　　３８・・・ハウジング７２．
７４・・・ホトトランジスタ ２２・・・カーソル　　　　　１６・・・ディスプレイ
端末１４・・・コンピュータ １８・・・ディスプレイスクリーン ７８・・・第１の媒質７６・・・第２の媒質３８・・・
中空の球形部材 （外４名） 図面の浄ロン・５嘗：こ変更なし） ＦＩＧ、　８ 回転耐塾 ＦＩＧ、　９ ＦＩＧ、　１０　　　　　　−ゞ ＦＩＧ、ｌｌ ＦＩＧ、　１６ 手続補正書 １．事件の表示 昭和６３年特許願第　２９９２ケ４号 ３４補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 ４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、センサハウジングと、 集束ビームを発する上記ハウジング内の光源手段と、 上記集束ビームを検出しその強度を表す電圧を発生する
   上記ハウジング内の光検出手段と、垂直軸に対するハウ
   ジングの回転角に応じて上記光検出手段により検出され
   た集束ビームの強度を変化させる上記ハウジング内の手
   段と、 を備え、上記電圧が垂直軸からの回転角を表すことを特
   徴とする垂直軸からの回転角を測定するセンサ。 ２、カーソルを表示し同カーソルの制御された運動を提
   供するためのグラフィック装置であって、ディスプレイ
   スクリーンを有するディスプレイ端末装置と、 上記ディスプレイ端末装置に接続され、カーソル制御信
   号に応じて、ディスプレイスクリーン上のカーソル位置
   を制御すべくプラグラミングされているコンピュータと
   、 上記コンピュータに接続されその内部を通過する垂直軸
   に対して入力装置の角度方向を表すデジタル信号を生成
   するコンピュータ入力装置と、上記コンピュータに接続
   されカーソル制御信号を発生し上記入力装置の角度方向
   を表すデジタル信号に応じてカーソルの位置を制御する
   手段と、を備えることを特徴とする前記グラフィック装
   置。 ３、ディスプレイスクリーンを有するディスプレイ端末
   装置内のカーソルの位置を制御するためのコンピュータ
   入力装置であって、 オペレータの手中に支持されるように構成されたハウジ
   ングと、 上記ハウジング内に固定されその内部を通る垂直軸に沿
   って形成された中心点を有する中空球部材と、を備え、 上記中空球部材はその内部に第１と第２の透明流体媒質
   を有し、上記第１の媒質がガス状であり、上記第２の媒
   質が液体であって、上記の各媒質が所定の粘度及び屈折
   率を有し、 上記第２の媒質が上記球形部材をその半分のレベルまで
   満たすことによって上記第１及び第２の媒質は上記球形
   部材の中心点と交差し、 上記入力装置は更に、 集束ビームを発する少なくとも１つの光源と、上記ビー
   ムを検出し上記ビームの強度を表すアナログ電気信号を
   生成する少なくとも１つの光センサと、 上記アナログ電気信号に応答してそれを表示するデジタ
   ル信号を生成する手段と、 上記デジタル信号に応答してディスプレイスクリーン上
   のカーソルの位置を制御するためのカーソル制御信号を
   生成する手段と、 を備え、 上記光源及び光センサが、上記中心点を通る軸上の球形
   部材の内壁に対向して取付けられることにより、上記集
   束ビームが上記光センサにより検出される前に上記中心
   点を通過し、 これにより、上記オペレータの手によるハウジングの垂
   直軸に対する角度方向の回転は、上記第１と第２の媒質
   内の境界内を上記ビームが通過するときに上記ビームの
   屈折角の変化によって上記光センサにより検出される、
   上記ビームの強度の変化を惹起し、上記の強度の変化が
   、上記の回転の角度を表すことを特徴とする前記コンピ
   ュータ入力装置。 ４、垂直軸からの回転角を測定するセンサ装置であって
   、 その内部を通過する垂直軸に沿いその内部に形成された
   中心点を有する中空球形ハウジングと、集束ビームを発
   する少なくとも一つの光源と、上記ビームの強度を検出
   しそれを表す電気信号をつくりだす少なくとも一つの光
   センサと、を備え、 上記中空の球形ハウジングはその内部に第１と第２の透
   明流体媒質を有し、上記第１の媒質はガス状で、第２の
   媒質は液状であり、それぞれの媒質が所定の粘度と屈折
   率を有し、 上記第２の媒質が上記球形ハウジングを半分の高さまで
   満たすことによって上記第１と第２の媒質が上記球形ハ
   ウジングの中心点と交差し、上記光源と光センサが上記
   中心点内を通る軸上の球形ハウジングの内壁に対向して
   取付けられることによって上記集束ビームが上記光セン
   サにより検出される前に上記中心点を通過することによ
   って、 上記垂直軸に対する球形ハウジングの角度方向の回転が
   上記第１と第２の媒質間の境界を上記ビームが通過する
   時に上記ビームの屈折角の変化のために上記光センサに
   より検出される上記ビームの強度を変化させ、上記強度
   の変化が上記回転の角度を表すことを特徴とする前記セ
   ンサ装置。 ５、垂直軸からの回転角度を測定する方法であって、 集束ビームを光源から発するステップと、 上記集束ビームの強度を上記垂直軸に対するハウジング
   の回転角に比例して変化させるステップと、 ホトトランジスタにより上記集束ビームを検出し上記集
   束ビームの強度を表す電圧を発生させるステップを有し
   、これによって、 上記電圧が上記垂直軸からの上記回転角を表すことを特
   徴とする前記方法。 ６、上記の強度を変化させるステップが、異なる屈折率
   を有する２つの透明媒質間の境界で上記の集束ビームを
   屈折させることを含む請求項５に記載の方法。