JPH0248928B2 - - Google Patents

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JPH0248928B2
JPH0248928B2 JP57206234A JP20623482A JPH0248928B2 JP H0248928 B2 JPH0248928 B2 JP H0248928B2 JP 57206234 A JP57206234 A JP 57206234A JP 20623482 A JP20623482 A JP 20623482A JP H0248928 B2 JPH0248928 B2 JP H0248928B2
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radiation
grating
transducer
pattern
optical
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JP57206234A
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JPS58101333A (ja
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Ei Supuragyuu Robaato
Aaru Saifuresu Donarudo
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Xerox Corp
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Xerox Corp
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Publication date
Application filed by Xerox Corp filed Critical Xerox Corp
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Publication of JPH0248928B2 publication Critical patent/JPH0248928B2/ja
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/0304—Detection arrangements using opto-electronic means
    • G06F3/0317—Detection arrangements using opto-electronic means in co-operation with a patterned surface, e.g. absolute position or relative movement detection for an optical mouse or pen positioned with respect to a coded surface
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
    • G06F3/03543—Mice or pucks

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はカーソル制御装置に関し、特に、相互
に連動する、デイスプレイ装備のコンピユータシ
ステムに有用なカーソル制御装置に関しその装置
においてはデイスプレイのカーソルが装置のスク
リーン上をカーソル制御装置により移動させられ
る。
10年以上も前から、コンピユータのデイスプレ
イシステムと共に用いるための種々異なる機能を
もつた制御装置が、そのようなシステムといわゆ
る“スマート”デイスプレイ端末装置の急速な発
展に伴つて開発されてきた。このような制御装置
は、例えば普通“マウス”と呼ばれているジヨイ
ステイツク、ライトペン、タツチパネル、手持ち
カーソル制御装置等の形状をとつてきた。これら
装置の最も広い用途の一つは、カーソル制御装置
によつてデイスプレイ上を選択的に移動させられ
るデイスプレイカーソルを制御して選択した場所
における表示を変えることである。
マウスは、特に、相互に連動する、デイスプレ
イ装備のコンピユータシステムとともに用いてシ
ステムのデイスプレイ上の可視的カーソルを制御
する指示装置の最も一般的なものの一つとなつ
た。通常、使用者がシステムへキーボード入力
し、それにつづいてマウスを作業表面あるいはパ
ツド上を移動させるとき、マウスは使用者の手の
動きを追跡する。マウスのハウジングの上面にマ
イクロスイツチを配設し、選択したマイクロスイ
ツチを使用者が指で作動させたときシステムに
種々の機能を遂行させるようにしてもよい。最
近、マウスはゼロツクス・コーポレーシヨンによ
り開発され、製造され、発売されている8100プロ
フエシヨナル・ワークステーシヨンの一部として
事務用品の市場で入手することができるようにな
つてきた。
最近のカーソルの研究と発展とによつて、マウ
スの概念はカーソル機能制御を遂用する手段とし
て好ましくまた最良のものだ、と多くの人が決論
づけるようになつたが、その理由のうちの一つ
は、システムへのキーボード入力と共に用いるこ
とができるという点での人間工学的見地からみた
マウスの適応性であり、またマウス上に存在する
マイクロスイツチによつて付与される所望の機能
をもつてカーソルを移動させることが容易であ
る、という点である。
現在まで使用されてきた“マウス”型のカーソ
ル制御装置は電気機械的設計のものであつた。そ
のような装置の例は、米国特許第3304434号、第
3541541号、第3835464号、第3892963号、及び第
3987685号に見ることができる。そのうち最もよ
く知られている電気機械的な“グランドフアー
ザ”というマウスはスタンフオード研究所で開発
されたものであるが、それは米国特許第3541541
号に開示されている。このマウスは、１対の車輪
を用いてポテンシヨメータの軸を回転させ、Ｘ軸
方向、Ｙ軸方向の動きをアナログ信号に変える。
各車輪は、自己の座標軸方向にマウスが動くとき
に回転し、自己の座標軸と直交方向に動くときは
空滑りする。マウスが斜め方向に動くときは両方
の車輪は同時に回転しかつ同時に空滑りする。米
国特許第3892963号に開示されているように、こ
のマウスの設計により、ボールベアリングを車輪
と光学的シヤフトエンコーダとして用い、２ビツ
ト４方向信号符号を発生することが行なわれてき
た。車輪の、その座標軸方向への移動は、その走
行の方向と速さとを決定する位相と周波数をもつ
た４方向方形波を形成するための２ビツト出力を
発生した。どちらのビツトの変化も、デイスプレ
イのスクリーン上でカーソルを移動させるのに用
いられる１つの分解可能なステツプの移動を表わ
した。さらに開発がすすみ、より画一的な追跡を
行なうために２つの車輪の代りに１つのボールや
球を用いるようになつた（米国特許第3835464号
および第3987685号）。内部では、その球自体追跡
ボールとなつていて、シヤフトがボールに対して
回転しシヤフトエンコーダあるいは光学的デイス
クエンコーダとして変換を行なつたが、後者は米
国特許第3304434号に開示されている。
これらのマウスがデイスプレイ機能を遂行する
上に極めて有用であるということは実証されたけ
れども、特に長時間の使用に対してそれらは十分
信頼できるというわけではなかつた。例えば、ボ
ールと車輪というようなマウスの機械的に動く部
品が汚れて連続的な転がり動作をせずに作業表面
あるいはパツドの上を空滑りしたり、あるいは整
流子が汚れて飛び越したりすることがあつた。
また、機械的に動く部品に要求される正確さや
許容誤差のため、あるいは必要な部品の数から見
て、これらのマウスは製造費が高くついた。
それゆえ、上記したような機械的な不利を除
き、（マイクロスイツチを除いては）一切動く部
品を使用しないでマウスを設計し、長期間の使用
に対しても信頼のおけるマウスを提供することが
目標となる。動く部品をなくするという目標へ向
かう１つの方向はマウス追跡機能の光学であり、
光学的検知である。例えばトラツク、ライン、バ
ーあるいは格子というような光学的な像の光学的
追跡、すなわち、光学的な検出という概念そのも
のは新しくはない。一つあるいはそれ以上の光学
的検出器を用いたそのような追跡の例は、米国特
許第3496364号、第3524067号、第4114034号およ
び第4180704号に開示されている。しかし、これ
ら光学的追跡装置はどれもマウスに必要な機能を
遂行するのに適した光学的追跡技術を開示してい
ない。すなわち、それらは、デイスプレイを備え
たコンピユータシステムに必要な運動の量と運動
の方向とを指示できる多方向追跡を提供するのに
十分な“スマート”さを備えていない。
発明の要約 この発明によれば、相互作用の、デイスプレイ
を備えたコンピユータシステムと共に用いて、そ
のシステムのデイスプレイスクリーン上で１つの
位置から別の位置へと可視的なカーソルを移動さ
せることができる光学的カーソル制御装置すなわ
ち“光学的マウス”が開示される。このカーソル
制御装置は、直交座標系に対する装置の移動の量
と方向とを示す出力を発生する。この装置は、直
交するよう配置された等間隔の格子状ラインから
成る平面格子パターンに基づいており、この１つ
のラインとライン間間隔とは１格子周期を画定す
る。この格子パターンの少なくとも一部を照明す
る手段が設けられている。光学的変換器を含むセ
ンサアレーが直交する各方向ごとに設けられてい
る。各光学的変換器は格子パターンの平面上の細
長い放射収集領域からの放射を受けとる細長い放
射検知領域を有している。各変換器の放射収集領
域の長さは格子周期に等しいかそれより大きく、
またその領域の幅は格子周期の1/2の長さに等し
いかまたはそれより狭い。
好ましい実施例においては、直交方向のそれぞ
れに１対の光学的変換器が設けられる。各変換器
対の細長い放射収集領域は互いに平行であり格子
周期に対して所定の距離だけ、例えば格子周期の
１／４だけ離間されており、それによつて、各変換
器対の出力は検知されるべき直交座標軸の方向を
示すようになつている。移動の方向は、各変換器
対の放射検知領域を横断する方向における変換器
対同志の相対移動によつて感知される。
光学的変換器の電気的出力は格子パターンに対
する光学的マウスの移動の量と方向とを示す方形
信号を提供し、それに対応して相互に作用するデ
イスプレイ装置のコンピユータシステムのデイス
プレイスクリーン上の可視カーソルの位置の変化
を表わす。
本発明の他の目的は添付する図面を参照しつつ
以下に行なう説明によつて明らかとなり、本発明
もよりよく理解されよう。
実施例 第１図は本発明を含む光学的カーソル制御装置
１０を備えた主要構成要素を示す。装置１０は照
明源１２と、直交配置された２つの光学的変換器
１４，１６の形をしたセンサアレーとを含んでい
る。これら要素はパツケージに組立てられハウジ
ング１１内に支持されている。ハウジング１１は
米国特許第3541541号および第3835464号に開示さ
れ現在使用されている電気機械的マウスのハウジ
ングと類似している。これら要素はハウジング１
１の底表面１３に対して光学的に露出している。
光学的カーソル制御装置１０の底表面１３が平面
格子パターンの表面上を移動させられて照明源１
２が格子パターン１８の一部を照明しパターンか
ら反射される放射が変換器１４と１６とによつて
検知されるようになつている。
格子パターン１８は直交して配置された複数個
の放射吸収ライン１９とそれと交番する反射間隔
２０とから成つている。格子ライン１９の幅と間
隔２０の幅とは互いに等しい。１つのライン１９
の幅と１つの間隔２０とが１格子周期である。ラ
イン１９は例えば黒色であり間隔２０は白色であ
る。
変換器１４と１６とはそれぞれ細長い孔１５と
１７とを有していて方形の放射検知領域を形成し
ている。これら変換器はそれぞれ、直交する方
向、例えばＸ−Ｙデカルト座標における動きを感
知できるように配置されている。第１図におい
て、変換器１４は格子パターン１８上におけるＸ
方向の動きを感知し、変換器１６は格子パターン
１８上におけるＹ方向の動きを感知する。これ
は、変換器がその孔の長手方向に対してそれを横
断する方向に格子のラインを越えて移動するとき
には格子パターンから反射される放射の信号変調
が行われ、それと直交する方向に移動するときに
は変調は殆ど行なわれない。
変換器１４，１６は、検知した放射に比例する
電気的出力を出す市販の従来形光検出器あるいは
光学的センサであつてよい。その例としては、シ
リコンｐ−ｎ接合ダイオードあるいはジヨツトキ
バリヤ・ダイオードがある。照明源１２は、白熱
電球、LEDあるいはダイオードレーザであつて
よい。照明源１２は１つだけに限定する必要はな
く、また変換器の要素と共に装置のハウジング１
１内に収納しなければならないという訳でもな
い。照明源は、１２′で示すように、カーソル制
御装置の外部にあつてもよい。照明源１２′は、
格子パターン１８の表面または裏面を照らすよう
に配置してもよく、あるいはまた格子パターン１
８が固定されている台と一体的に配置、例えば台
を構成している半透明の板に埋め込むようにして
もよい。
第１図に示す配置は、Ｘ座標あるいはＹ座標に
おける動きを感知するけれども、座標軸方向にお
ける動きの方向性すなわち＋Ｘ，−Ｘあるいは＋
Ｙ，−Ｙまでも感知する能力はない。方向性をも
つた座標の感知は各座標軸方向について変換器対
を用いることで達成することができる。この配置
は第２図に示されている。第２図はセンサアレー
手段を除くと第１図と同じであり、センサアレー
手段は変換器孔１５，１５′をもつ変換器対１４，
１４′および変換器孔１７，１７′をもつ変換器対
１６，１６′を含む。
第１図と第２図の各構成に共通する特徴は、各
変換器の放射収集領域が、格子パターン１８の平
面上にある変換器によつてわかるように、長方形
でありその長さと幅とは格子周期と一定の関係を
有している。第２図の変換器装置のためのこの関
係は第３図に示されている。
放射収集領域２２は、変換器１４，１４′，１
６，１６′でわかるように千個あり、格子パター
ン１８の平面における放射感知の領域を表わして
いる。例えば領域２２・１，２２・２，２２・３
および２２・４は、それぞれ変換器１４，１４′，
１６および１６′で感知される領域である。どの
場合も、各放射収集領域２２の長さは１格子周期
に等しいかあるいはそれより格子周期の整数倍だ
け大きく、幅は格子ライン１９あるいは間隔２０
の幅すなわち格子周期の1/2に等しいかあるいは
それより狭い。放射収集領域の各対２２・１と２
２・２あるいは２２・３と２２・４は、第３図で
示すように1/4格子周期だけずれている。Ｘ方向
の動きを感知するために、Ｘ放射収集領域２２・
１，２２・２はＸ方向には1/2格子周期より小さ
いかそれに等しい幅を有していてＸ方向における
高コントラスト信号変調を行い、Ｙ方向には１格
子周期に等しいかあるいはその整数倍の高さを有
していてＹ方向における動きの信号変調は行なわ
ない。このことはＹ方向の動きに関してＹ放射収
集領域２２・３，２２・４に対してあてはまる。
変換器１４，１４′，１６，１６′の出力は４方
向信号XA、XB、YA、YBであつてこれらの出
力は、上述した8010プロフエシヨナル ワークス
タインの一部として入手できる電気機械的マウス
により出力される４方向信号と同じ従来の方法で
用いられる。これらの４つの信号はＸ−Ｙ座標系
における動きをエンコードする四角形を与える。
第４図には、これら４つの信号のうちの２つの信
号XAとXBとが例示されている。Ｘ方向、ある
いはＹ方向における信号対の位相関係は動きの方
向を示す。第４図に示す位相関係は90゜であるが、
この位相差は90゜より大きくも小さくもなり得る。
両信号は共に方形パルス波である。
変換器１４からの信号XBが変換器１４′から
の信号XAよりも遅れていると動きは＋Ｘ方向で
あり、逆に進んでいると−Ｘ方向である。同様
に、変換器１６からのパルス列信号YAが変換器
１６′からのパルス列信号YBより進んでいると
動きは＋Ｙ方向であり、逆にYBがYAより進ん
でいると−Ｙ方向である。
第５Ａ図〜第５Ｄ図はカーソル制御機能を遂行
するための第２図の光源／変換器装置の例示す
る。これらの装置では、集点合わせ用の光学的レ
ンズは必要でない。簡単のために、Ｙ軸方向の配
置のみを示しているがＹ軸方向の配置も全く同様
である。これら配置のための照明源としてはダイ
オードレーザあるいはLEDが好適である。
第５Ａ図においては、格子パターン１８は透明
な台２４の上面２６上に形成されている。台２４
の底面２８は特に反射性を帯びている。変換器１
６，１６′および光源１２はハウジング１１の底
面１３に配置されている。マイクロスイツチ２３
はハウジング１１の頂上に示されている。カーソ
ル制御装置１０は、台の上面２６上方をＹ方向に
動くときに４方向信号YAとYBとを出力する。
格子パターン１８平面における変換器１６，１
６′の放射収集領域２２は、各領域の長さが１格
子周期に等しいかそれより大きく、幅が1/2格子
周期に等しいかそれより狭い。このことは第５Ａ
図〜第５Ｄ図のすべてにあてはまる。
第５Ｂ図においては、変換器１６，１６′は発
光源１２の面側に配置されている。カーソル制御
装置１０の底面１３は不透明であり孔３０，３
０′，３２が設けられている。台３４は散光性で
あつて上面３６を通つて台３４に入射する放射す
る放射を全方向に分散する。台３４の底面３８に
は格子パターン１８が設けられる。孔３２を通る
発光源１２からの放射は、台３４で分散され格子
ライン１８で吸収される。変換器１６，１６′は、
それぞれ、底面１３の孔３０，３０′を通つた分
散光のコントラストを検出する。注意すべきこと
は、孔３０と３０′とは放射検出孔１５′と１７′
の代表であり長方形をしているということであ
る。孔３２は発光源１２の遠い視野のビームに依
存して、より大きい寸法であつてよい。しかしこ
の孔３２の寸法は、格子のラインや間隔の寸法あ
るいは格子周期により技術的に支配されるわけで
はない。
第５Ｃ図の例は、照光源と検知機能のために唯
一の孔３３をカーソル制御装置１０の底面１３上
に設けた点を除いて第５Ｂ図と同じである。
第５Ｄ図の例は、格子パターン１８が台２４の
底面２８に固定されている点を除いて第５Ａ図の
例と同じである。底面２８は特に反射性を有し、
上面２６は透明である。格子パターン１８の平面
における変換器１６，１６′の放射収集領域２２
は、１格子周期に等しいかそれより大きい長さ
と、1/2格子周期に等しいかそれより狭い幅を持
つように設計される。
第６図は第２図から第５Ｄ図までに示した装置
において各座標軸方向に対する方向追跡動作のた
めに用いることができる半導体チツプを例示す
る。この構造は、その上面４４に沿つてｐ−型拡
散領域４６を持つｎ−型のシリコン基板４２を含
んでいる。上面４４には溝４８が掘られて中央メ
サ５０と側方メサ５６とが形成されている。メサ
５０にはLEDあるいはダイオードレーザ５２が
載置され適当なバイアス回路に接続されている。
側方の各メサ５６は光検知器として機能するｐ−
ｎ接合ダイオード５４，５４′を形成する。ｐ−
ｎ接合検出器の代りにシヨツキバリヤ検出器を用
いることもできる。
検出器５４，５４′に対する大きな放射収集領
域を達成するためには、これら領域のドーピング
は低くして低抵抗、例えば20Ω−cmを呈するよう
にすべきである。また、検出器５４，５４′の感
度を増強するためにそれらに逆電圧バイアスをか
けるようにしてもよい。
第７図および第８図は、第２図から第５Ｄ図ま
でに例示した装置における検出追跡動作に用いら
れる４個の検出器配置を例示する。第７図に示す
ように、カーソル制御装置１０は、４個の変換器
１４，１４′，１６，１６′を備えた一体構４検出
器パツケージ５０を含む。４検出器パツケージ５
０の中央には発光源１２、例えばLEDがある。
第８図に示すように、スプリツトプラスチツクレ
ンズ素子５５が格子パターン台２４から受ける放
射収集を増強するために４検出器パツケージ５０
にモールドされる。レンズ素子５５の一部すなわ
ちレンズ５６は、それを介して発光源１２からの
放射を格子パターン１８上にスポツト結像するた
めに使用され、残りの部分すなわちレンズ５８は
格子パターン１８上の放射収集領域２２を変換器
１４，１４′に結像する。これと直交する方向に、
別の２つのレンズ５８が変換器１６，１６′のた
めに設けられている。パツケージ５０と一体的に
設けたモールド４分割レンズ素子５４を用いる
と、小さな点放射が得られる。台２４上の格子パ
ターン１８が高い空間周波数の格子周期を有する
ならば、装置１０内に収容されたパツケージ５０
と台２４との間の相対運動は高い変調周波数の方
形信号を発生する。
この一体構造パツケージ５０の利点は、その寸
法と配列感度が極めて粗く、構造、信頼性および
費用の点で粗い光学的マウスのための要素として
簡単に製造できるという点である。
要約すると、各変換器で感知される放射収集領
域は方形であり追跡しつつある座標軸方向に垂直
な方向における長さは格子パターン１８の格子周
期に等しいかその整数倍である。追跡しつつある
座標軸方向における感知領域の幅は1/2格子周期
に等しいかあるいはそれより小さく、パツケージ
５０と共にカーソル制御装置１０が例えば格子パ
ターン１８に対して動くときに良好な信号変調を
行なう。直交する方向のそれぞれにおける２つの
座標変換器が1/4格子間隔離れた放射収集領域を
格子パターン平面のところに有して、相互作用デ
イスプレイ装着コンピユータシステムにより追
跡、監視用の同相電気的４方向信号を出力する。
使用者に、直交する格子パターンに対して方形
孔（従つて格子パターン平面におけるそれらの放
射収集領域）を実質的に整列せしめその正しい整
列を維持するよう要求する、開示したカーソル制
御装置１０は回転方向に対して幾分感度を有する
けれども、これは使用者にとつて重要な問題であ
るとは思えない。というのは、使用者は、装置１
０を少ししか使用しないでもそのような機能を無
意識で遂行する傾向があり、さらにまたそのよう
な整列の正確さは±20度内であることが要求され
るだけだからである。
以上、特別な実施例に関して本発明を記述した
が、当業者には上記記載から多くの変更、修正、
変化が可能であることは明らかであり、従つてそ
のような変更、修正、変化はすべて特許請求の範
囲内に含まれるよう意図している。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による平面格子パターンと、直
交変換器および照明手段を有する光学的カーソル
制御装置との概略構成図、第２図は本発明による
平面格子パターンと、複数対の直交変換器および
照明手段を有する光学的カーソル制御装置との概
略構成図、第３図は第２図の変換器対の放射収集
領域が格子パターン上で重畳したところを示す平
面格子パターンの一区画の拡大図、第４図は第２
図の１対の座標軸方向変換器の４方向出力信号を
表わすパルス列であつて直交座標軸に沿う運動の
方向を示すもの、第５Ａ図から第５Ｄ図までは第
２図の装置を利用する本発明によるカーソル制御
装置の４つの可能な構成を例示する側断面図、第
６図は本発明のカーソル制御装置に利用できる集
積半導体放射／検出装置を含む実施例を示す斜視
図、第７図および第８図は本発明のカーソル制御
装置において一体構造パツケージとして使用でき
る放射／検出装置を含む別の実施例を示す図であ
つて、第７図はパツケージの概略平面図であり第
８図はパツケージの概略側面図である。 符号の説明 １１……ハウジング、１２，１
２′……照明手段、１４，１６，１４′，１６′…
…光学的変換器、１５，１７，１５′，１７′……
放射検出領域、１８……格子パターン、１９……
格子ライン、２０……格子間隔、２２……放射収
集領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 直交して位置づけられた均等間隔の格子ライ
    ンを含み、１つのラインとライン間の間隔とが格
    子周期を画定するよう構成した平面格子パターン
    と、 前記格子パターンの少なくとも一部分を照明す
    る手段と、 ハウジングと、 前記ハウジング内に載置されて前記格子パター
    ンからの放射を受けとり検知するセンサ・アレー
    手段と、 を含み、 前記センサ・アレー手段は直交方向のおのおの
    のための光学的変換器手段を含み、各変換器手段
    は前記格子パターンの平面上の細長い放射集収領
    域からの放射を受けるための細長い放射検知領域
    を有し、前記変換器手段のおのおのの放射検知領
    域の長さは格子周期に等しいかそれより大きくま
    たその幅は該格子周期の1/2に等しいかそれより
    狭く構成し、直交座標系に関する装置の移動の量
    と方向とを指示する出力を出すよう構成したカー
    ソル制御装置。
JP57206234A 1981-12-03 1982-11-26 カ−ソル制御装置 Granted JPS58101333A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/327,137 US4409479A (en) 1981-12-03 1981-12-03 Optical cursor control device
US327137 1981-12-03

Publications (2)

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JPS58101333A JPS58101333A (ja) 1983-06-16
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