JPH01287725A - 位置指定装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、計算機端末、ワークステーションあるいは
パーソナルコンピュータ等において表示画面上で位置指
定を行ったり、各種制御対象に対する位置指定を行う際
に有用な位置指定装置の改良に関する。

［従来の技術］ 従来この種の位置指定装置として計算機入力用のものを
例に挙げると、安価、操作性に優れる、位置指定精度が
高いという観点から、所謂マウスと称されるものが最も
広く使用されている。

そして、今のところ主流になっている機械的マウスはあ
らゆる方向に回転可能なボールをハウジングの一部から
突出配置したもので、このボールの回転方向及び回転量
によって移動方向及び移動ｍを検出し、もって、指定す
べき位置を特定するものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来の機械的マウスにあって
は、機械的なボールの接触回転を利用するため、耐久性
の点で難があり、また、位置精度の向上にも限度がある
。

このような機械的マウスの欠点を解消するものとしては
、光学的に非接触で移動情報を検出する光学式マウスが
既に提供されている。　この種の光学式マウスは、例え
ば特開昭５７−２０７９２９号、同５７−２０７９３０
号公報に示されるように、光源とフォトディテクタとが
格納された本体部を備え、規則正しい格子パターンが刻
印された専用下敷きの上で上記本体部を移動させ、移動
の際に横切る専用下敷き上の格子の数をカウントするこ
とにより移動の情報を検出するようになっている。

ところが、この種の光学式マウスにあっては、専用下敷
きが必須であるため、使用上の自由度が制限されてしま
うばかりか、専用下敷きが汚れたり、１０個すると使用
できなくなるため、耐久性の点でも充分ではなく、更に
、移動情報検出の分解能は専用下敷きに刻印された格子
の細かさで決まるため、コストを掛けずに移動情報検出
の分解能を上げることは容易ではない。

この発明は、以上の問題点に着目して為されたものであ
って、装置自体の低廉化、操作性及び耐久性の向上を図
りながら、専用下敷きを用いることなく、移動情報検出
の分解能を容易に上げることができる位置指定装置を提
供するものである。

［発明が解決しようとする課題］ すなわち、この発明は、第１図に示すように、物体面１
に対して移動可能な可動体２と、この可動体２に組込ま
れて可動体２の所定部位から物体面１にコヒーレントな
電磁波を照射する電磁波源３と、上記可動体２に組込ま
れると共に電磁波の照射に伴って物体面１から生ずるス
ペックルパターンＳＰの可動体２に対する相対移動情報
を検出するスペックル移動検出手段４とを備え、このス
ペックル移動検出手段４で検出された相対移動情報に基
づいて指定すべき位置を特定するようにしたものである
。

このような技術的手段において、上記可動体２としては
、少なくとも電磁波源３及びスペックル移動検出手段４
の検出部を格納することができ、しかも、物体面１の任
意の方向に沿って移動できるものであれば適宜選択して
差支えない。

また、上記電磁波源３としては、光領域に限られるもの
ではなく、少なくとも照射対象となる物体面１の凹凸度
合より小さい波長のコヒーレントな電磁波を照射するも
のであれば、レーザを始め適宜選択することができ、こ
の場合、照射物体面１から散乱された電磁波中にはラン
ダムな斑点状の電磁波強度パターンであるスペックルパ
ターンＳＰが現れる。

このスペックルパターンＳＰとしては、第２図に示すよ
うに、粗面を持つ物体面１の拡散反射電磁波中にスクリ
ーン６を置いた際に生ずる結像系なしの回折界のスペッ
クルによるものであってもよいし、第３図に示すように
、粗面を持つ物体面１に所定の電磁波を照射し、結像レ
ンズ７によって物体面１の像をスクリーン６上に結像さ
せた際にこの像に重畳して生ずる像界のスペックルによ
るものであってもよい。そしてまた、この発明において
は、粗面物体面１の相対移動に伴ってスペックルの移動
が起る条件下にあっては、いかなる種類のスペックルで
あっても差支えないが、強度コントラストが高く、スペ
ックルの細かさ、粗面物体の移動に伴うスペックルの移
動並びに変形の性質等が粗面物体の面荒さ、材質と無関
係であるという点からして、日常的に存在する多くの粗
面物体に生ずるノーマルスペックル（所謂ガウス的スペ
ックル）が扱い易く好ましい。

更に、スペックル移動検出手段４としては、物体面１か
ら・生ずるスペックルパターンＳＰの可動体２に対する
相対移動情報を検出し得るものであれば適宜設計変更し
て差支えなく、少なくともディテクタを有し、外部機器
の信号処理系を簡略化する点からすれば、ディテクタ出
力を二値化処理する信号処理系を付設することが好まし
い。また、スペックルパータンＳＰの可動体２に対する
相対移動情報を簡単に求めるという観点からすれば、移
動基準方向に沿って一組の電磁波検出素子を所定間隔を
置いて並設し、この一組の電磁波検出素子の出力信号の
位相差に着目することが好ましい。

更に、スペックル移動検出手段４のスペックルパターン
ＳＰの不規則さに基づく検出誤差を少なく抑えるには、
移動基準方向に沿って複数組の電磁波検出素子を配設し
、複数組の検出素子からの出力信号を平均化することが
好ましい。また、相対移動情報を正確に求めるには、移
動基準方向に沿って一次元若しくは二次元的に配列され
た電磁波検出素子アレイを用い、相互相関法を用いるよ
うにすることが好ましい。そしてまた、このスペックル
移動検出手段４における信号処理部の配設箇所について
は外部機器、可動体２あるいは外部機器への接続機器等
適宜選択して差支えないが、各種外部機器に対する共用
化を図るという観点からすれば、可動体２内に信号処理
部を配設することが好ましい。

また、スペックルパターンＳＰの変形を有効に防止する
という観点からすれば、電磁波が照射される物体面１と
スペックル移動検出手段４との間に再回折光学系を介在
させることが好ましい。

また、位置指定装置の操作性を更に向上させるには、可
動体２と指定対象物との移動レートを変化させ得るよう
に設計することが好ましい。

［作用］ 上述したような技術的手段によれば、レーザ等の電磁波
源３から粗面物体面１に電磁波が照射され、可動体２が
物体面１に対してΔＵだけ移動すると、可動体２に対し
て物体面１がΔＵだけ相対的に移動することになる。

この場合において、ｄ−λＬＯ／πω［λ：Ｔｉ磁波の
波長、ＬＯ：粗面の物体面１からスクリーン６までの距
離、ω：照射ビームの径（回折界）、結像レンズ７の射
出１１（ｆｉ界）］によって決まる平均の大きさを持つ
スペックルパターンＳＰは、物体面１の相対移動距離Δ
Ｕに対応して、回折界の場合、ΔＵ−（１＋ＬＯ／ρ）
ΔＵ（ρ：粗而物体面１における電磁波面の曲率半径）
、像界の場合、Δｕ−Ｍ・ΔＵ（Ｍ：結像倍率）で決ま
る距離ΔＵを変形を伴いつつ移動する。この移動に伴う
スペックルパターンＳＰの変形の程度は、λ。

ＬＯ１ω、ρ等の光学系パラメータ並びに物体面１の移
動量ΔＵによって決まる。

従って、光学系パラメータを適当に選ぶことによって所
望の移動はΔＵの範囲でスペックルパターンＳＰの変形
を無視できる程度に抑えることが可能になり、スペック
ルパターンＳＰの移動ｍΔＵと粗面物体面１の相対移動
ｍΔＵとが比例することを用いて、スペックル移動検出
手段４がスペックルパターンＳＰの移動を通じて物体面
１の相対移動母を検出するのである。

そして、スペックル移動検出手段４からの検出情報であ
るスペックルパターンＳＰの可動体２に対する相対移動
情報に基づいて指定対象物の位置が特定される。

尚、移動の目印であるスペックルの平均径は、光学系パ
ラメータによって電磁波の波長オーダ以上の範囲で比較
的自由に選ぶことができ、スペックル移動検出手段４に
おける相対移Ｕｔ　ｍ検出の分解能を容易に上げること
ができる。

更に、位置指定操作中において、操作者が物体面１に対
する可動体２の移動ｍと指定対象物（例えば計算機の出
力表示画面上のカーソル等）の移！１ｌｆｆｉとの間の
比例係数をダイナミックに変えるような構成にすること
も可能である。

すなわち、スペックルが一粒分移動したときの指定対象
物の移動量をｄＯ、スペックルの平均径をｄ１物体面１
の相対移動ｍ１言い換えれば可動体２の移動量をΔＵ１
可動体２の移動量に対するスペックルパターンＳＰの移
動りの比をＮとすれば、指定対象物の移動量ΔＣは、Δ
ｃ＝　（ｄＯ／ｄ）・Ｎ・ΔＵで与えられる。この場合
において、スペックルの性質として上式のＮ１ｄは光学
系パラメータのみによって制御できるため、指定対象物
の移動ｍの可動体２に対する比は（ｄＯ／ｄ）・Ｎは光
学系バラメメータのみによって制御することが可能であ
る。

このような構成をとることによって、例えば細かい位置
指定が必要なときには、一定の可動体２の移動量に対し
指定対象物はより少ない量移動するように上記比例係数
を設定したり、ラフな位置指定を行うときには、一定の
可動体２の移動量に対し指定対象物はより大きい争移動
するように上記比例係数を設定することができる。

［実施例］ 以下、添附図面に示す実施例に基づいてこの発明の詳細
な説明する。

え亙３」 第４図及び第５図は計算機入力用の位置指定装置（所謂
マウス）にこの発明を適用したものである。

同図において、１０は粗面状の物体面、１１は底部にＭ
ｅＪ用の押当てパッド１２を有する可動ハウジング、１
３は可動ハウジング１１内に格納されてレーザビームを
照射する電磁波源としての半導体レーザ、１４は半導体
レーザ１３からのビームを物体面１０の照射部位Ｑに所
定のスポット径Ｗで導くプラスチックレンズ、フレネル
レンズ等からなる集光レンズ、１５は検出光学系の光路
長を確保するために物体面１０からの反射ビームを適宜
反射させる反射ミラー、１６は検出光学系の光路終端位
置に配設され、物体面１０がらの反射ビーム中に生ずる
スペックルパターンＳＰの移動情報を検出するディテク
タ、１７はこのディテクタ１６からの出力信号に基づい
て計算機入力用の移動制御信号に変換する信号処理系、
１８は位置指定操作を行う際の入力スイッチ、１９は外
部機器〈図示せず）への接続ハーネスである。

この実施例において、上記ディテクタ１６は、特に第６
図に示すように、移動基準方向であるＸ方向、ｙ方向に
沿って所定間隔離間してフォトダイオードからなる受光
セル１６ａないし１６ｄを並設したものである。この場
合において、上記集光レンズ１４は、ディテクタ１６の
各受光セル１６ａないし１６ｄよりスペックルの平均径
が大ぎくなるようにビーム径を調整している。

また、上記信号処理系１７は、特に第７図に示すように
、Ｘ方向に並設された受光セル１６ａ。

１６ｂからの信号を処理するＸ成分信号処理系１７ｘと
、ｙ方向に並設された受光セル１６ａ。

１６ｃからの信号を処理するｙ成分信号処理系１７ｙと
で構成されている。この実施例において、信号処理系１
７は、対応する一組の受光セル１６ａ、１６ｂ若しくは
１６８．１６Ｃからの出力を増幅するアンプ２１と、こ
のアンプ２１の出力の直流成分及びノイズや高周波数成
分を除去するカットフィルり２２と、このカットフィル
り２２の出力を閾値０で二値化する二値化回路２３とか
らなる。

更に、この実施例においては、信号処理系１７からの信
号が計算機内の演算処理部２５に入力され、この演算処
理部２５は、二値化回路２３からの出力の立上がり及び
立下がりの時間差を求めてＸ成分、ｙ成分の位相差τＸ
、τｙとし、この位相差τ×、τｙに基づいて上記スペ
ックルパターンＳＰの物体面１０に対する相対移動情報
を判別し、この相対移動情報に対応して表示画面２６上
のカーソル２７の位置を特定している。

尚、この実施例においては、スペックルの平均径、物体
面１０の相対移動量とそれに起因して生ずるスペックル
パターンＳＰの移Ｕｔ　ｍとの比並びにスペックルパタ
ーンＳＰの変形の程度については、実際の使用条件に合
せて最適化されている。

次に、この実施例に係る位置指定装置の作動について説
明する。

今、半導体レーザ１３から照射されたレーザビームが物
体面１０で反射した後上記ディテクタ１６上に到達し、
このディテクタ１６上にはスペックルパターンＳＰが生
じている。

この状態において、上記可動ハウジング１１を物体面１
０上で移動させると、これに対応してディテクタ１６の
各受光セル１６ａないし１６ｄ上のスペックルパターン
ＳＰが移動する。このスペックルパターンＳＰの移動の
Ｘ方向成分はＸ方向に沿って並設されている一組の１６
ａ、１６ｂにより、また、スペックルパターンＳＰの移
動のｙ方向成分はｙ方向に沿って並設される一組の受光
セル１６ａ、１６ｃによって検出されるのである。

ここで、スペックルパターンＳＰの各移動成分の検出動
作は実質的に同等であるため、以後Ｘ方向成分の移動検
出動作について説明する。

すなわち、第７図において、上記スペックルパターンＳ
Ｐが受光セル１６ａから同１６ｂの方へ移動すると、受
光セル１６ａの出力信号はスペックルパターンＳＰの移
動に応じて変動する。このとき、スペックルパターンＳ
Ｐの変形が無視できるならば、隣の受光セル１６ｂには
、第８図（ａ）に示すように、受光セル１６ａの出力信
号と略同じ形で、時間τ×だけ遅れた信号が得られる。

この出力信号は、Ｘ成分信号処理系１７Ｘに入力され、
アンプ２）で増幅された後、第８図（ｂ）に示すように
、カットフィルり２２で０ラインを横切る信号に変換さ
れ、しかる後、第８図（Ｃ）に示すように、二値化回路
２３でＯラインを基準として二値化される。そして、二
値化された信号は演算処理部２５に入力される。

この場合において、上記時間理れτ×は、受光セル１６
ａと同１６ｂとの間の距離と移動速度によって決まり、
τＸの正負でスペックルパターンＳＰの移動方向の正負
を判別することができ、また、τＸの大きさでスペック
ルパターンＳＰの移動速度を判別することができ、スペ
ックルパターンＳＰの移動速度を時間積分づることによ
りその移動量を判別することができる。上述した演算処
理部２５は、前述した原理に基づいてスペックルパター
ンＳＰの移動方向及び移動量を判別し、これにより、カ
ーソル２７の移動方向及び移動量を設定する。

尚、各受光セル１６ａ、１６ｂの出力信号の山の数は、
受光セル１６ａ、１６ｂの上を通過するスペックルの粒
の数に対応するため、上記山の数をカウントすることに
よりスペックルパターンＳＰの移動の大きさを検出し、
τＸの正負から移動の向きの情報を検出することによっ
て移動情報を１ｑることもできる。また、処理時間が遅
くなるが、上記信号処理系１７に変えて、一組の受光セ
ル（例えば１６ａ、１６ｂ）間の相互相関関数をリアル
タイムで処理することによって、スペックルパターンＳ
Ｐの移動方向及び移動借を判別することもできる。更に
、この実施例において、ディテクタ１６として、Ｘ方向
及びｙ方向に複数組の受光セル（図示せず）を配列し、
信号処理部１７として、各組からの出力に基づく位相差
情報を平均化し得るようなものにすれば、スペックルパ
ターンＳＰの不規則さに塞づく位相差情報のばらつきを
少なくすることが可能になる。

実施例２ 第９図におけるマウスは実施例１と略同様な構成を備え
ているが、実施例１と異なり、ディテクタ３０として、
移動基準方向ｘ、ｙに沿って互いに直交する一次元フオ
ドセンサアレイ３０Ｘ。

３０ｙを用い、一方のフォトセンサアレイ３０ｘによっ
てスペックルパターンＳＰのＸ方向の移動成分を検出す
ると共に、他方のフォトセンサアレイ３０１によってス
ペックルパターンＳＰのｙ方向の移動成分を検出するよ
うになっている。

この実施例において、スペックルパターンＳＰの各方向
の移動成分の検出動作はいずれも実質的に同等であるた
め、ここではＸ方向成分の検出動作についてのみ説明す
る。

すなわち、ある時刻ｔ１において、フォトセンサアレイ
３０Ｘに第１０図（ａ）に示すようなスペックルパター
ン５Ｐｔ１（ｘ）が生じているとする。

ここで、マウスを物体面１０に対して移動させると、微
小信号時間Δを後の時刻ｔ２＝ｔ１＋Δｔにおいて、フ
ォトセンサアレイ３０ｘ上には、第１０図（ｂ）に示す
ように、スペックルパターン５Ｐｔ１（×）に対しδだ
けシフトしたスペックルパターン５Ｐｔ２（ｘ）が生ず
る。

従って、シフトのδが時間Δｔにおけるスペックルパタ
ーンＳＰの移動口そのものを表わすことになる。そして
、スペックルパターンＳＰの移動方向も上記シフトｍδ
の正負ににって判別することができる。この場合におい
て、上記スペックルパターンＳＰ　　（ｘ）と５Ｐｔ２
（×）そのもツカらδを正確に求めることは困難である
が、この実施例においては、これら二つの信号の相互相
関関数を求めることにより、第１０図（ｂ）に示すよう
に、その相関ビークｐｋの位置の原点からの変位量でス
ペックルパターンＳＰの移動口を判別することができ、
その変位方向でスペックルパターンＳＰの移動方向の正
負を判別することが可能である。

第１１図にこの実施例において用いられる信号処理系３
１を示す。

同図において、−次元フォトセンサアレイ３０Ｘ　、３
０Ｖより出力されるスペックルパターンＳＰの信号は一
定時間間隔でサンプリングされ。

アンプ３２（具体的には３２ｘ　、３２ｙ　）にて所定
レベルまで増幅され、相関器３３（具体的には３３ｘ　
、３３ｙ　）に入力される。相関器３３は、隣合った時
刻の信号の間の相関関数をリアルタイムで求める。相関
器３３より求めた相関関数の相関ピーク位１ｐｋは、サ
ンプリング時間間隔中のスペックルパターンＳＰの移１
ＦＪ１通と移動方向の情報を表わしており、符号化器３
４（具体的には３４ｘ　、３４ｙ　）によって計ｎ機に
入力可能な情報に変換される。

この実施例において、上記相関器３３は、以下の（１）
式に基づく相互相関関数の演算を行うようになっている
。

同図において、ｆｌ（ｉ）は時刻ｔ１のスペックルパタ
ーン、ｆ　２（ｉ）は時刻ｔ２のスペックルパターン、
ｉは観察面上の位置、言い換えればフォトセンサアレイ
３０の１番目の画素、αは規格化のための係数、ｆｓＪ
　ｔｏｔａｌはフォトセンサアレイ３０の画素数を示す
。そして、（１）式に塁づいて相互相関関数を求めるに
は、 ■時刻ｔ１のスペックルパターンＳＰを格納する（パタ
ーンＡ）。

■時刻ｔ２のスペックルパータンＳＰを格納する（パタ
ーンＢ）。

■時刻ｔ１のスペックルパターンＳＰをラグｎだけシフ
トさせる（パターンＡ’）。

■パターン△°とパターンＢの各々の画素の積をとり、
それらの積の総和を求める。求めた総和を規格化すると
それが上記ｒ　ｒｌ、ｒ２（ｎ）である。

０以上の操作を所望のｎ　（ｎ＝Ｑ、±１．±２・・・
・・・±Ｎ）について繰返す。

とすればよいのである。

このような機能を実現する相関器３３の具体例を第１２
図に示す。

同図において、４１（具体的には４１（ｎ）［ｎ＝０．
±１．±２・・・±Ｎ］）はラグｎを変化させるための
シフトレジスタ群、４２はフォトセンサアレイ３０から
のシリアル画素情報を一フレーム（全画素）シフトさせ
て次の時刻のパターンを格納するーフレームシフトレジ
スタ、４３４よ掛算器、４４は積分器であり、各積分器
４４からの出力Σｒ　１（ｉ＋Ｎ）・ｆ　２（ｉ）・・
・・・・Σｆ　１（ｉ−Ｎ）・ｆ　２（ｉ）を−規格化
することにより、各ラグｎにおける相関を求めることが
できる。

尚、この実施例においては、−次元のフォトセンサアレ
イ３０Ｘ　、３０ｙを用いているが、二次元フォトセン
サアレイを用い、二次元的な相ＩＩＩＩ′Ｉｌ数の計算
をリアルタイムで行うようにしてもよい。

衷」１九ユ 第１３図はマウスに幽界のスペックルを適用した一実施
例を示す。

同図において、物体面１０には半導体レーザ１３から発
するビームが照射されており、物体面１０の像は結像レ
ンズ５１によって実施例１若しくは２と同様なディテク
タ５０上に結像されている。そして、ディテクタ５０面
上には絞り５２の間口径と結像レンズ５１の師〜ディテ
クタ５０面間の距離１０とによって決まる平均細かさを
持つスペックルパターンＳＰが物体面１０の像にｆｆ１
ｉして現れるようになっている。

従って、この実施例に係るマウスによれば、上記物体面
１０に対してマウスを移動させると、それに応じてディ
テクタ５０面上のスペックルパターンＳＰが移動する。

このとき、ディテクタ５０而に対するスペックルパター
ンＳＰの移動伍と物体面１０に対する可動ハウジング１
１の移動ごとの比は上記結像レンズ５１による結像倍率
によって決まる。このため、上記ディテクタ５０によっ
でスペックルパターンＳＰの移動を検出するようにすれ
ば、物体面１０に対する可動ハウジング１１の移動情報
を得ることができる。

実施例４ 第１４図はマウスに幽界のスペックルを適用した他の実
施例を示す。

同図において、物体面１０とディテクタ５０面との間に
二つの結像レンズ５３．５４が配置され、各結像レンズ
５３．５４間に絞り５５が介装されている。そして、こ
の光学系は、物体面１０と第一の結像レンズ５３の瞳間
の距離並びに第一の結像レンズ５３の瞳と絞り５５間の
距離が共に第一の結像レンズ５３の焦点距ｌ１１ｔｆｌ
に等しく、絞り５５と第二の結像レンズ５４間の距離並
びに第二の結像レンズ５４とディテクタ５０面間の距離
が共に第二の結像レンズ５４の焦点距１１１ｆ２に等し
い、所謂再回折系として構成されている。

従って、この実施例に係るマウスによれば、ディテクタ
５０上のスペックルの平均の細かさは、絞り５５の間口
径と第二の結像レンズ５４の焦点距離ｆ２によって決ま
り、ディテクタ５０上に対するスペックルパターンＳＰ
の移動伍と物体面１０に対する可動ハウジング１１の移
動琵との比は結像倍率によって決まり、実施例３と同様
に、物体面１０に対する可動ハウジング１１の移動情報
を得ることができる。特に、この実施例においては、再
回折系の光学系が用いられているので、ディテクタ５０
面に生ずるスペックルパターンＳＰは、上記光学系の物
体面１０に対する移動に際して、全く変形せずに移動す
ることになり、スペックルパターンＳＰの変形に伴う移
動情報の検出誤差を回避することができる。

実施例５ 第１５図に係るマウスにおいて、半導体レーザ１３から
のビームＢＩ＋１は集光レンズ１４によりビームウェス
ト３ｗを持つものになって、物体面１０に照射される。

そして、この物体面１０で拡散反射されたレーザビーム
Ｂｌｌは反射ミラー１５を経てディテクタ５０（例えば
実施例１の１６に相当）に入射するようになっている。

この実施例において、上記半導体レーザ１３及び集光レ
ンズ１４は光源ユニット６０として一体化されており、
この光源ユニット６０には移動レート可変ボタン６１が
一体的に形成されている。

そして、上記移動レート可変ボタン６１は可動ハウジン
グ１１に形成したガイド筒６２に沿って進退自在に配設
されており、上記光源ユニット６０と移動レート可変ボ
タン６１との接続部位には上記ガイド筒６２端に当接可
能な段差部６３が形成される一方、上記移動レート可変
ボタン６１の頂部６４と上記ガイド８６２の端部との間
にはコイル状の復帰スプリング６５が介装されている。

尚、上記ディテクタ５０の信号処理系としては例えば実
施例１と同様なものが用いられる。

従って、この実施例に係るマウスによれば、操作者が移
動レート可変ボタン６１に力を加えない状態で復帰スプ
リング６５の働きにより、上記段差部６３がガイド簡６
２端に当接する位置まで上記移動レート可変ボタン６１
が可動ハウジング１１表面から突出配置され、ビームウ
ェスト３ｗと物体面１０との間の距離は一定に保たれる
。

一方、操作者が移動レート可変ボタン６１を押し下げる
と、押し下げｍに応じてビームウェスト１３ｗと物体面
１０との距離が変化する。すると、ディテクタ５０上の
スペックルパターンＳＰの平均径並びにスペックルパタ
ーンＳＰのディテクタ５０に対する移動量と可動ハウジ
ング１１の物体面１０に対する移動量との比が変化し、
これにより、特別な信号処理系を用いることなく、物体
面１１に対する可動ハウジング１１の移動量と計算機の
出力表示画面上のカーソル（図示せず）との間の比例係
数をダイナミックに変化させることができる。

より具体的に説明すると、ディテクタ５ｏ上のスペック
ルパターンＳＰの平均径ｄはｄ＝λＬＯ／πω（λ：レ
ーザビームの波長、ＬＯ：粗面の物体面１０からディテ
クタ５０までの距離、ω：照射ビームの径）で与えられ
、スペックルパターンＳＰの移動量ΔＵはΔＬＪ＝（１
＋ｌＯ／ρ）・ΔＵ（ρ：物体面１０におけるレーザ光
波面の曲率半径、ΔＵ：可動ハウジング１１の移動ｍ）
で与えられる。

ここで、カーソルの移動固へＣはΔＣ＝（ディテクタ５
０の対象受光セルを横切るスペックル粒の数）ｘｄＯ（
ｄｏ　：スペックルが一粒分移動したときのカーソルの
移動量）であるから、上記パラメータを用いると、カー
ソルの移動量ΔＣは以下の（２）式で表わされる。

Δｃ＝ｄｏ　会（Δｕ／ｄ） ＝（πｄｏ／λ）・（１／Ｌ　Ｏ＋１／ρ）ΔＵ・ω・
・・・・・（２） ところで、上記レーザビームはガウスビームであるから
、ガウスビームの式ρ＝Ｚ（ｌ＋ａ２／２　　　　　　
　　　　　　　　　２２１／２ｚ　）、ω＝ω０（１＋
ｚ　　／ａ　　）　　　（ｚ：ビームウェストＢｗから
物体面１０までの距離、ω０：ビームウエストＢＷにお
けるビーム径、ａ＝πω０２／λ）を用いることができ
、これを上記（２）式に代入すると結局以下の（２゛）
式になる。

Δｃ−（πｄｏ／λ）−（ωｏ　ｚ／ａ）・　（１／ｚ
ＬＯ＋１／　（ｚ２　＋ａ２　））２２１／２ ・（Ｚ　　＋ａ　　）　　　・ΔＵ・・・・・・（２°
）従って、この実施例においては、移動レート可変ボタ
ン６１を押し下げることによって２を変化させ、これに
より、ΔＣ／ΔＵの比を変化させるのであり、λ＝７８
０ｎｍ、　ωｏ　＝４０μｍ。

ＬＯ＝４０ｍｍとした際において、２に対するΔＣ／Δ
Ｕの比は第１６図に示すようになる。従って、第１６図
に示したリニアな領域Ｓを利用して、ΔＣ／ΔＵの比を
ダイナミックに変えることができるのである。

すなわら、この実施例においては、移動レート可変ボタ
ン６１を押し下げることによって２を小さくでき、これ
により、ΔＣ／ΔＵを小さくすることができる。よって
、移動レート可変ボタン６１を押し下げることによって
カーソルのより細かいボインティングを行うことができ
、移動レート可変ボタン６１を押していないときにはカ
ーソルをより大きく動かずことができる。

尚、この実施例においては、移動レート可変ボタン６１
を操作することにより、スペックルの平均径及びスペッ
クルパターンＳＰの可動ハウジング１１に対する相対移
動レートを共に変化させるようになっているが、いずれ
か一方のみを変化させるようにすることもできる。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、請求項１ないし１０記載の位
置指定装置によれば、物体面から生ずるスペックルパタ
ーンの物体面に対する相対移動情報を検出することによ
り、指定すべき位置を特定するようにしたので、専用下
敷きを用いる必要がなくなり、その分、操作性をより簡
便にすることかできるほか、従来の機械的マウスのよう
な機械的可動部に伴う耐久性の低下や専用下敷きの汚れ
や損傷に伴って使用が制限されることがなくなり、装置
自体の耐久性をより向上させることができる。

そしてまた、これらの発明によれば、専用下敷きの格子
密度に彰１９されることなく、電磁波源とスペックル移
動検出手段との間の光学系のパラメータを適宜設定する
ことにより移動情報検出の分解能を上げることが可能に
なり、位置指定精度を向上させることができる。

また、請求項２記載の位置指定装置によれば、電磁波源
として既存のレーザをそのまま利用することができるた
め、装置構成の簡略化を図ることができる。

更に、請求項３若しくは４記載の位置指定装置によれば
、スペックル移動検出手段を工夫することにより、力応
組のスペックル移動信号の位相差に基づいてスペックル
パターンの物体面に対する相対移動方向及び移動量を正
確且つ筒中に求めることができるので、リアルタイム処
理を容易にすることができる。特に、請求項４記載のも
のによれば、スペックル移動検出手段として、可動体の
移動基準方向に沿って対応相の電磁波検出素子の出力を
検出し、これを平均化するようにしたので、スペックル
パターンの不規則さに基づく検出誤差を少なく抑えるこ
とができる。また、請求項５記載の位置指定装置によれ
ば、位相差情報を求めるに当って二値化処理するように
したので、多値レベルの信号を最後まで処理していく必
要がない分、信号処理系を簡略化することができる。

更にまた、請求項６記載のものによれば、可動体の移動
基準方向に沿って一次元若しくは二次元的に配列された
電磁波検出素子アレイから連続的な素子出力を得ること
ができるので、移動検出方式として相互相関法を利用す
ることができ、スペックルパターンの物体面に対する相
対移動情報を極めて正確に得ることができる。

また、請求項７記載の位置指定装置によれば、一つの可
動体内にスペックル移動検出手段の信号処理部が一体的
に組込まれるので、接続すべき外部機器側に信号処理部
を個別に設けなくて済むため、任意の外部機器に対して
共用可能な位置指定装置を提供することができる。

また、請求項８記載の位置指定装置によれば、スペック
ル移動検出手段上のスペックルパターンの変形を防止す
ることができ、相対移動情報の検出精度を向上させるこ
とができる。

また、請求項９ないし１１記載の位置指定装置によれば
、スペックル移動検出手段上のスペックルパターンの平
均径を可変にしたり、スペックル移動検出手段の上での
スペックルパターンの移動量と可動体の移動量との比を
光学的若しくは機械的に変化させることができるので、
特別な信号処理系を用いることなく、可動体の移動量と
指定対染物の移動量との比をダイナミックに変化させる
ことができる。このため、細かい位置指定精度が要求さ
れる場合には、可動体の移動量に対して指定対染物の移
動量を小さく動かすようにし、また、位置指定精度があ
る程度ラフでよい場合には、可動体の移動ダに対して指
定対象物の移動ωを大きく動かすようにすることが可能
になり、位置指定装置の操作性をより向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る位置指定装置の概略を示す説明
図、第２図及び第３図はこの発明において用いられる回
折界のスペックル及び象界のスペックルを示す説明図、
第４図はこの発明に係る位置指定装置の実施例１を示ず
一部切欠説明図、第５図はその一部切欠底面図、第６図
は実施例１のディテクタの詳細を示す説明図、第７図は
実施例１において用いられるディテクタからの信号処理
系を示すブロック図、第８図（ａ）ないしくＣ）は第７
図の信号処理系各部の出力を示すタイジングチ１ｒ−ト
、第９図はこの発明に係る位置指定装置の実施例２を示
す第５図に相当する説明図、第１０図（ａ）（ｂ）は実
施例２の信号処理系の原理を示す説明図、第１１図は実
施例２で用いられる信号処理系の詳細を示すブロック図
、第１２図は実施例２で用いられる相関器の具体例を示
す説明図、第１３図、第１４図及び第１５図はこの発明
に係る位置指定装置の実施例３、実施例４及び実施例５
を示す説明図、第１６図は実施例５における移Ｕ」レー
ト可変ボタンの押し下げＷとマウス／カーソルの移動レ
ートの比との関係を示すグラフ図である。 ［符号の説明］ ＳＰ・・・スペックルパターン ト・・物体面 ２・・・可動体 ３・・・電磁波源 ４・・・スペックル移動検出手段 １０・・・物体面 １１・・・可動ハウジング（可動体） １３・・・半導体レーザ（電磁波源） １６．３０．５０・・・ディテクタ （スペックル移動検出手段） １７・・・信号処理系 ３１・・・信号処理系 ６１・・・移動レート可変ボタン（変位手段）特許出願
人　　富士ゼロックス株式会社代　理　人　　弁理士　
　中村　智廣 （外３名） 第１図 第２図 第３図 第５図 第６因 ｙ 第７図 第８図 受光セル１６ｂ出力　□を 第９図 ３０：ディテクタ 第１０図（ａ） 第１０図（ｂ） 相互相関関数 第１１０ ３１・信号処理系 況ン（（−ｊシこン３ニジ×（二３二うノニ３４ｘ（３
４ン第１３図 Ｕ 第１４図 第１Ｓ図 ６１：移動レート可変ボタン 第１６図 Ｚ（ｍｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）物体面（１、１０）に対して移動可能な可動体（２
   、１１）と、 この可動体（２、１１）に組込まれて可動体（２、１１
   ）の所定部位から物体面（１、１０）にコヒーレントな
   電磁波を照射する電磁波源（３）と、 上記可動体（２、１１）に組込まれると共に電磁波の照
   射に伴つて物体面（１、１０）から生ずるスペックルパ
   ターン（ＳＰ）の可動体（２、１１）に対する相対移動
   情報を検出するスペックル移動検出手段（４）とを備え
   、 このスペックル移動検出手段（４）で検出された相対移
   動情報に基づいて指定すべき位置を特定するようにした
   ことを特徴とする位置指定装置。 ２）請求項１記載のものにおいて、電磁波源（３）がレ
   ーザ（１３）であることを特徴とする位置指定装置。 ３）請求項１記載のものにおいて、スペックル移動検出
   手段（４）は、可動体（２）の移動基準方向に沿って所
   定間隔で一組の電磁波検出素子（１６、５０）を並設し
   、一組の電磁波検出素子（１６、５０）からの出力信号
   の位相差情報を検出するようにしたことを特徴とする位
   置指定装置。 ４）請求項１記載のものにおいて、スペックル移動検出
   手段（４）は、可動体（２）の移動基準方向に沿つて所
   定間隔で複数組の電磁波検出素子（１６、５０）を並設
   し、各組の電磁波検出素子（１６、５０）からの出力信
   号の位相差情報を検出して平均化するようにすることを
   特徴とする位置指定装置。 ５）請求項３若しくは４記載のものにおいて、スペック
   ル移動検出手段（４）は、対応組における出力信号を二
   値化する信号処理部（１７）を備えていることを特徴と
   する位置指定装置。 ６）請求項１記載のものにおいて、スペックル移動検出
   手段（４）は、可動体（２、１１）の移動基準方向に沿
   って一次元若しくは二次元的に配列される電磁波検出素
   子アレイ（３０、５０）を備えていることを特徴とする
   位置指定装置。 ７）請求項１記載のものにおいて、スペックル移動検出
   手段（４、１６、３０、５０）の信号処理部（１７、３
   １）が可動体（２、１１）内に組込まれていることを特
   徴とする位置指定装置。 ８）請求項１記載のものにおいて、電磁波が照射される
   物体面（１、１０）とスペックル移動検出手段（４、５
   ０）との間に再回折光学系（５３、５４、５５）を介在
   させたことを特徴とする位置指定装置。 ９）、請求項１記載のものにおいて、スペックル移動検
   出手段（４、１６、３０、５０）で検出されるスペック
   ルパターン（ＳＰ）の平均径を変化させるスペックル径
   可変手段を備えていることを特徴とする位置指定装置。 １０）請求項１記載のものにおいて、スペックル移動検
   出手段（４、１６、３０、５０）で検出されるスペック
   ルパターン（ＳＰ）の可動体（２、１１）に対する相対
   移動レートを変化させる相対移動レート可変手段を備え
   ていることを特徴とする位置指定装置。 １１）請求項９及び１０記載のものにおいて、スペック
   ル径可変手段及び相対移動レート可変手段が電磁波源（
   ３、１３）と物体面（１、１０）との間の距離を変化さ
   せる変位手段（６１）で構成されていることを特徴とす
   る位置指定装置。