JPH03196326A - ワイヤレス方式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】 （産業上の利用分野） 本発明はワイヤレス方式コンピュータ入力装置に関する
。

（従来の技術） 例えば、アイコンをクリックしたり、グラフィックソフ
トのデイスプレー上のカーソルを移動するための従来の
コンピュータ入力装置は、マウス、ジョイスティック、
ライトペン等があるが、それらのすべてはワイヤー（有
線）によってコンピュータ本体に取付けられているもの
である。

（発明が解決しようとする課題） しかし、近年、持ち運び可能となった小型コンピュータ
が製造されるようになると、入力装置も場所を選ばず、
どこでも使用できる能力が必要となってきた。現在広く
使われているマウスを例にとると、それを使用するには
平らな場所が必要であり、その表面も滑らかである一方
マウス内のボールが滑らないような条件が要求される。

ラップトツブのように膝の上で操作する場合などでは、
一 このようなマウスは使用できない。またワイヤー（有線
）のために持ち運びの不便さに加えて、マウスを移動す
るたびに線が動き、机の上の物が邪魔になったり、線が
からまったりする欠点があった。才な、他のコンピュー
タ入力装置、例えばジョイスティックを考えても、すべ
てワイヤー（有線）でコンピュータに取付けであるため
に、上記と同様な欠点があった。

また、これらすべての入力方式は、カーソルの２次元的
移動を利用しているが、将来必要となるかもしれない３
次元空間での入力形態に対しては考慮が丈つなぐなされ
ていない。

このように、従来の入力装置は、マウスに代表されるよ
うに、使用環境の規制が大きく、キーボードから手を離
して入力する欠点があった。また、コンピュータとつな
がるワイヤー（有線）のため、煩雑さや移動時の絡みつ
きなどの欠点をもっていた。さらに３次元空間での入力
ができない原理的問題を持っていた。

したがって、本発明の目的は、ワイヤー（有線）から生
じる問題と、使用環境の条件を解消して、どこでも使え
るワイヤレス方式コンピュータ入力装置を提供すること
にある。また、本発明の他の目的は将来の可能性のため
に３次元的値を入力できるように容易に変更可能なワイ
ヤレス方式コンピュータ入力装置を提供することにある
。

（課題を解決するための手段） 前述の目的を達成するなめに、本発明は、パルス発信が
可能な光源を持つペン型入力装置と、該光源からの入力
光の入射角を検出するための２つの受光素子及び該２つ
の受光素子により検出された光量からペン型入力装置の
位置を算出する演算部を持つ入力装置本体と、を有する
ことを特徴とするワイヤレス方式コンピュータ入力装置
を採用するものである。

次に、図面を参照して本発明を説明する。

第１図は、ワイヤレス入力装置本体およびペン型入力装
置から或る本発明のワイヤレス方式コンピュータ入力装
置をパソコンに用いた場合の第】実施例の斜視図であり
、第２図は、ワイヤレス入力装置本体の拡大斜視図であ
り、第３図はワイヤレス入力装置本体の平面断面図であ
り、第４図は、ペン型入力装置の拡大平面図であり、第
５図はワイヤレス入力装置本体−の第２実施例の斜視図
であり、第６図は、第２実施例のワイヤレス入力装置本
体の側面図であり、第７図は、ペン型入力装置の回路ブ
ロック図であり、第８図はワイヤレス入力装置本体の回
路ブロック図であり、第９図はペン型入力装置の光パル
スを示す図であり、第１０図は、ペン型入力装置の光パ
ルスの位置パルス及びクリックパルスを示す図であり、
第、図及び第１２図は、位置算出を説明するための概略
図であり、第１３図乃至第１５図は、位置算出時に用い
るパラメータの１つを決定するためのグラフである。

最初に、第１図ないし第４図を参照すると、第１図ない
し第４図は従来のコンピュータの構成をそのまま利用で
きるワイヤレス方式コンピュータ入力装置を示している
。第１図において、ＣＲＴ２およびキーボード３に接続
されているパソコン本体１からのマウスケーブル６の先
端に適当な支持体く例えばデスク）の上に載せられたワ
イヤレス入力装置本体（以下単に入力装置本体という）
４が接続されている。ペン型入力装置５が非使用時には
この入力装置本体４の充電部３９に収容されて充電状態
に保持され、使用時には充電部３つから引出されて用い
られるように構成されている。

このように、第１実施例においては、従来のマウスの代
わりに、入力装置本体４を接続することができ、従来の
コンピュータを利用できるものである。以下に第２図乃
至第４図を参照して入力装置本体４及びペン型入力装置
５の構成について詳述する。

第２図及び第３図を参照すると、入力装置本体４は前面
両端が斜め外方に突出する壁を有する箱型ケーシングを
持ち、その２つの壁には開口が形成されていて、これら
の開口を通してペン型入力装置からの光を受光する受光
素子２０．２１がそのケーシング内部に配置されている
。

受光素子２０．２１は、第３図に示すように、１０− それぞれ、ペン型入力装置５からの光を焦点に集めるレ
ンズ２０ａ、２０ｂと、その焦点位置に配置して光の像
を検出するためのＣＣＤ　（電荷結合素子）または２分
割ピンフォトダイオードのような像形成位置の光量を電
気信号に変換する位置検出光−電気トランスジューサ２
０ｂ、２１ｂから或る。これらの受光素子２０．２１は
、互いに所定の角度αをなすように配置されている。こ
の結果、ペン型入力装置の位置は、受光素子２０．２１
間の距離、所定の角度α、受光素子の位置検出光−電気
トランスジューサ２０ｂ、２１ｂに受光される、例えば
、光量から算出できる（なお、受光素子として、２分割
ピンフォトダイオードを用いた例を後述する〉。なお、
二次元位置検出では、位置検出光−電気トランスジュー
サはラインタイプのものでよいが、三次元位置検出では
、面タイプのものを使用する必要がある。

なお、入力装置本体は、その他の機能素子を有するが、
その詳細については第８図を参照して説明する。

次に、第４図を参照すると、ペン型入力装置５は、その
本体の先端にＬＥＤのような発光素子（電気−光トラン
スジューサ）１０を有し、本体の前部にはマウススイッ
チ、、クリックスイッチ１２、クリックスイッチ１３を
有し、後部に収容案内バー３７および充電用端子３８を
有している。

発光素子１０は、制御回路（後述する）の指令に基づき
位置情報及びクリック情報を光に変換して発光するもの
であり、例えば親指でマウススイッチ、が押されたとき
、本体内部で発生する位置パルス等を発光する。なお、
通常の受光素子は、可視光に反応するため、ペン型入力
装置からの特定の波長（通常、赤外線）のみを透過する
をフィルタ（図示せず）を設ける。マウススイッチ、は
押されることによりペン型入力装置を作動状態にするも
のであり、前述のように発光素子１０を発光させ、クリ
ックスイッチ１２および１３は例えば人差指で押される
ことによりクリックオン用スイッチおよびクリックオフ
用スイッチとして作動するものであり、これらのクリッ
クスイッチはマウススイッチ、が押されているときだけ
有効となるスイッチである。なお、クリックスイッチは
必ずしも２つ必要ではなく、クリックオフ用スイッチ１
３を省略して、クリックオン用スイッチ１２だけを用い
てもよいものである。

収納案内バー３７はペン型入力装置５を入力装置本体４
の充電部３つ中に収納するときのガイドとして働くもの
であり、充電部３９内に設けられた案内？ｔＩｉ（図示
せず）に沿って出し入れされるものである。

このため、ペン型入力装Ｗ５の充電用端子３８は入力装
置本体４の対応する充電用端子（図示せず）に対して位
置決めされる。

なお、ペン・型入力装置は、その他の機能素子を有する
が、その詳細については、第７図を参照して説明する。

次に、第５図および第６図を参照すると、入力装置本体
４がキーボード３の内部に収納されるキーボード内蔵型
のワイヤレス方式コンピュータ入力装置である本発明の
第２実施例が示されている。

キーボード３の後部上面の両側に受光素子２０および２
１が取付けられており（第５図では、受光素子は概略的
に示されている）、また充電部３つがキーボード３の後
部左側の側面に設けられている。

また第５図に示すように、検出演算回路部及び変換回路
部が本体内に配置されている。

このように、第２実施例は、ワイヤレス方式＝１ンピュ
ータの入力装置を当初から意図して作成する場合、キー
ボード内蔵型として構成し、入力装置本体４が別体であ
るときの取扱いの不便さをなくすものである。

次に、第７図ないし第１０図を参照して、本発明のワイ
ヤレス方式コンピュータ入力装Ｍ（ペン型入力装置およ
び入力装置本体）の回路構成および作動について説明す
る。

最初第７図を参照すると、ペン型入力装置５の回路ブロ
ック図が示されている。発光素子１０は、前述したよう
に光−電気トランスデユーサであり発光パルス〈第９図
参照）と、位置パルス及びクリックパルス（クリックオ
ン用パルス、クリックオフ用パルス）（第１０参照）と
を発光する。

パルス発生器１５は制御回路１８の制御の下でマウスス
イッチ、、クリックスイッチ１２．１３の状態に基づい
て位置パルス等を発生するものである。マウススイッチ
、はペン型入力装置の作動状態及び非作動状態を切替え
るものであり、クリックスイッチ１２．１３はクリック
オンパルス及びクリックオフパルスを発生させるクリッ
クオン信号、クリックオフ信号を発生するものである。

制御回路１８は、ペン型入力装置全体の作動を制御する
ものである。また、電源１９は充電用端子１５により充
電される電源である。

次に、第８図を参照すると、入力装置本体４の回路ブロ
ック図が示されている。受光素子２０．２１は、前述し
たようにペン型入力装置５からの光を受光する。２つの
受光素子２０．２１は検出演算回路部８に接続されてお
り、この検出演算回路部８は、差動増幅器２３、クリッ
クパルス検出回路２５、差動増幅器２６、位置演算回路
２２を含む。差動増幅器２３．２６は、詳細には後述す
るが、それぞれの受光素子の２分割ビンフォトタイオー
ド２０．２１により受光されて電気信号に変換された光
量の差及び和を出力するものである。

また、クリックパルス検出回路２５は、受光して変換し
た電気信号にクリックが含まれているか否かを検出する
ものである。なお、クリックパルスの検出は、ペン型入
力装置側の変調により、入射光が変調されているため、
受光素子からの出力を判断することによりクリック情報
を得ることができる。位置演算回路２２は２つの差動増
幅器２３．２６からの光量情報及びその他の定数からペ
ン型入力装置の位置を算出するものである。

制御回路２８は入力装置本体全体の作動を制御するもの
である。

変換回路部９はマウスパルス変換回路３３を含む。マウ
スパルス変換回路３３は位置演算回路２２で算出しな値
を従来のマウスの直交座標に変換してパルス信号を発生
する。またこのマウスパルス変換回路３３は、クリック
パルス検出回路２５で認識されたクリックパルスをマウ
スクリックパルスに変換するものである。

その他、コネクタ３６が設けられており、コネクタ３６
はマウスパルス変換回路３３により発生された位置パル
ス及びマウスクリックパルスをマウスケーブルを通して
パソコン本体に送り、またパソコン本体からの電力を入
力装置本体に送るためのものであり、電源３４は制御回
路２８を始めとして各々の機能素子に電力を供給するも
のである。また、充電器３５は、ペン型入力装置の電源
供給源として働くものである。

次に、第、図乃至第１５図を参照して、本発明で用いる
位置算出を説明する。

第、図は、位置算出を行う光学系、特に、算出に関連す
るパラメータを示す。ペン型入力装置の位置（座標）を
計算により算出するために設定しなければならないパラ
メータは以下の通りである。

（１）　　レンズ：レンズ直径、曲率半径、屈折率、厚
さ （２）受光素子間の距離：ρ（レンズの中心から受光素
子までの距離）、この距離は光のスポット径に関係し、
後述する光量の差と和との比（Ｒ）に関係するので、必
要に応して適切に選ぶ。

（３）　　レンズ間距離：２Ａ （４）　　レンズ傾き：θ 第１２図は、位置算出を行う光学系の座標系を示す。こ
の座標系より以下の２つの式が導かれる。

ｚ　＝　ｊａｎ（θ＋（Ｚ）Ｘ−ｊａｎ（θ」−ａ　）
　・Ａ−■ｚ　＝−ｔａｎ（θ十β）Ｘ−ｔａｎ（θ＋
β）・Ａ−■交点座標（Ｘｏ　、　Ｚｏ　）は、■、■
式より、次のように求められる。

ｘ（、＝Ａ　−（ｊａｎ（θ＋α）ｘ−ｔａｎ（θ十β
））÷（ｊａｎ（θ＋α）ｘ＋ｊａｎ（θ＋β”）　ｌ
　・＝　　■ＺＯ＝　−２Ａ　（ｊａｎ（θ＋α）−ｊ
ａｎ（θ＋β））÷（ｊａｎ（θ＋α）ｘ＋ｊａｎ（θ
＋β”）　ｌ　・・・　　■まな、２の距離を一定とし
た場合、２分割ピンフォトダイオードの２つの出力Ｃ，
Ｄの差（Ｃ７ ８ Ｄ）と和（Ｃ＋Ｄ）の比（Ｒ）とＸ方向距離の間にはか
なり厳密な比例関係が成り立つことが計算により求めら
れた。この計算結果は第１３図乃至第１５図に示されて
いる。また、ある程度の範囲内ではこのグラフの傾きＫ
とＺの位置の積はほぼ一定値（ｃ）をとることもわかっ
た。

グラフからＲ＝ＫＸｚ、ＫＸ　（ｚの位置）岬Ｃしたが
って、ｘ／（ｚの位置）＝ｔａｎα−Ｒ／　ｃこのよう
に、ｔａｎαの値は、一方の２分割ビンフォトダイオー
ドから求めることができる。

また、同様にして、ｔａｎβの値も、他方の２分割ビン
フォトダイオードから求めることができる。

一方、公式ｊａｎ　　（θ＋α）＝（ｔａｎθ＋ｔａｎ
α）／　（１−ｔａｎθｔａｎα）と、定 数であるθから前述の交点座標（Ｘｏ　−Ｚｏ　）が求
められる。

次に、位置算出の手順について説明する。

最初に、準備段階で、各パラメータを設定してから計算
により、Ｒ−ｘ直線（例えば第１３図乃至第１５図）の
グラフの傾きＫと２の位置の積Ｃとｔａｎθの値を求め
ておく。

２つの２分割ビンフォトダイオードが発光素子から受光
した光量（Ｃ，Ｄ）及び（Ｃ’　、Ｄ′）から差出力（
Ｃ−Ｄ）及び（Ｃ’　−Ｄ’　）　、相出力（Ｃ＋Ｄ）
及び（Ｃ’　十Ｄ’　）を出力する。

位置演算回路でこれらの出力から各々の受光素子におけ
る比Ｒを求め、既に計算で求めておいたＣとｔａｎθと
の値を用いて交点座標（Ｘｏ　、　Ｚｏ　）の値を計算
する。

次に、本発明のワイヤレス方式コンピュータ入力装置の
作動について説明する ペン型入力装置５のマウススイッチ、を押すと、その制
御回路１８はそれを確認してペン型入力装置を作動状態
にする。同時に、パルス発生器１５に第９図に示すよう
な発光パルスのパルス信号を生成させ、発光素子１０か
ら発光パルスの光を発光させる。なお、こ、のとき、制
御回路１８は、クリックスイッチ１２と１３の状態を調
べ、その状態に対応する位置パルス及びクリックパルス
の生成をパルス発生器１５に命令する。これより、発光
素子１０は、クリックスイッチ１２．１３の情報を含ん
だ、第１０図に示すような位置パルス等を発光する。な
お、ここで、位置パルスは実線で示されており、クリッ
クパルスは点線で示されている。

入力装置本体４の受光素子２０．２１は、これらの光パ
ルスを受光するにれらの光パルスは、差動増幅器２３．
２６を経てクリックパルス検出回路２５に入り、このク
リックパルス検出回路２５でクリックパルスの有無を検
出する。また差動増幅器２３．２６の出力に基づいて位
置演算回路２２がペン型入力装置の位置を演算により求
める。そして、マウスパルス変換回路３３により、位置
パルスはマウスの直交座標に変換され、またクリックパ
ルスはマウスクリックパルスに変換されて、コネクタ３
６を通してパソコンに送られる。

このようにして、以下同様にペン型入力装置５の位置座
標が求められるが、ＣＲＴ２のデイスプレー上のカーソ
ルの移動方向および移動距離は例えばクリックオンスイ
ッチ１２のオン状態によって特定される。

以上、本発明を２次元的移動について説明してきたが、
本発明は３次元的空間での入力形態に対しても容易に適
用できるものである。すなわち、入力装置本体４の２つ
の受光素子２０．２１をラインではなく面で入射光の中
心を検出するようにすることにより、３次元空間の位置
を検出することができる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明はコンピュータ入力
装置にワイヤレス方式を用いるので、入力環境の制限が
なくなり、単に空間を移動することによりマウスの移動
情報を作成することができ、ワイヤによる絡み付き等の
欠点がなくなりキーボードから手を離すことなく入力で
きるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ワイヤレス入力装置本体およびペン型入力装
置から或る本発明のワイヤレス方式コンピュータ入力装
置をパソコンに用いた場合の第１実施例の斜視図である
。 第２図は、ワイヤレス入力装置本体の拡大斜視図である
。 第３図はワイヤレス入力装置本体の平面断面図である。 第４図は、ペン型入力装置の拡大平面図である。 第５図はワイヤレス入力装置本体の第２実施例の斜視図
である。 第６図は、第２実施例のワイヤレス入力装置本体の側面
図である。 第７図は、ペン型入力装置の回路ブロック図である。 第８図はワイヤレス入力装置本体の回路ブロック図であ
る。 第９図はペン型入力装置の光パルスを示す図である。 第１０図は、ペン型入力装置の光パルスの位置パルス及
びクリックパルスを示す図である。 第、図及び第１２図は、位置算出を説明するための概略
図である。 第１３図乃至第１５図は、位置算出時に用いるパラメー
タに１つを決定するためのグラフである。 １・・・パソコン本体、 ２・・・ＣＲＴ、 ３・・キーボード。 ４・・・入力装置本体、 ５・・・ペン型入力装置、 ６・・・マウスケーブル、 ８・・・検出演算回路部、 ９・・・変換回路部、 １０・・・発光素子、 ２０．２１・・・受光素子。 二二二二〉 ■ Ｈ） 溌 工 」 リヘ ０す ＣＸＪへ 平成　３年 ２月１９日

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）パルス発信が可能な光源を持つペン型入力装置と
   、該光源からの入力光の入射角を検出するための２つの
   受光素子と、該２つの受光素子により検出された光量か
   らペン型入力装置の位置を算出する演算部を持つ入力装
   置本体と、を有することを特徴とするワイヤレス方式コ
   ンピュータ入力装置。
2. （２）請求項１記載のワイヤレス方式コンピュータ入力
   装置において、受光素子は或る距離を隔てて互いに角度
   をなして配置した２分割ピンフォトダイオードであり、
   各２分割ピンフォトダイオードにそれぞれ受光される光
   量の差及び和と、受光素子間の距離と、配置角度と、に
   基づいて位置を算出することを特徴とするワイヤレス方
   式コンピュータ入力装置。
3. （３）請求項１記載のワイヤレス方式コンピュータ入力
   装置において、入力装置本体が単体として構成され、ペ
   ン型入力装置より発射された位置パルス及びクリックパ
   ルスを含む光パルスを受光する受光素子が入力装置本体
   に配置されている、ことを特徴とするワイヤレス方式コ
   ンピュータ入力装置。
4. （４）請求項３記載のワイヤレス方式コンピュータ入力
   装置において、単体である入力装置本体がキーボード上
   またはコンピュータのＣＲＴ本体に取付けられることを
   特徴とするワイヤレス方式コンピュータ入力装置。
5. （５）請求項３または４のいずれか１つに記載のワイヤ
   レス方式コンピュータ入力装置において、入力装置本体
   がペン型入力装置を収納し充電する充電部を有すること
   を特徴とするワイヤレス方式コンピュータ入力装置。
6. （６）請求項１記載のワイヤレス方式コンピュータ入力
   装置において、入力装置本体がキーボードに内蔵され、
   位置パルス及びクリックパルスを含む光パルスを受光す
   る２つの受光素子の各々がキーボードの２点に配置され
   ていることを特徴とするワイヤレス方式コンピュータ入
   力装置。
7. （７）請求項６記載のワイヤレス方式コンピュータ入力
   装置において、キーボードがペン型入力装置を収納し充
   電する充電部を有することを特徴とするワイヤレス方式
   コンピュータ入力装置。
8. （８）請求項１ないし７のいずれか１つに記載のワイヤ
   レス方式コンピュータ入力装置において、ペン型入力装
   置が少なくとも１つのクリックスイッチを有することを
   特徴とするワイヤレス方式コンピュータ入力装置。
9. （９）ペン型入力装置および入力装置本体を有するワイ
   ヤレス方式コンピュータ入力装置において、 （ａ）ペン型入力装置は、 （ｉ）ペン型入力装置を作動状態にするマウススイッチ
   と、 （ｉｉ）クリックパルスを発生する少なくとも１つのク
   リックスイッチと、 （ｉｉｉ）位置パルス及びクリックパルスを含む光パル
   スを発生する発光素子と、 （ｉｖ）発光素子に電力を供給する充電可能な電源と、
   を有し、 （ｂ）入力装置本体は、 （ｉ）ペン型入力装置より発射された位置パルス及びク
   リックパルスを含む光パルスを受光する一定位置に配置
   された２つの受光素子と、 （ｉｉ）クリックパルスを認識するクリックパルス検出
   回路と、 （ｉｉｉ）位置パルスからペン型入力装置の位置を算出
   する位置演算回路と、 （ｉｖ）演算回路から得られたペン型入力装置の位置情
   報をマウスパルスに変換するマウスパルス変換回路と、 （ｖ）クリックパルス検出回路から得られてクリックパ
   ルス情報をマウスクリックパルスに変換するクリックパ
   ルス変換回路と、を有することを特徴とするワイヤレス
   方式コンピュータ入力装置。
10. （１０）ワイヤレス方式コンピュータ入力装置において
    、ペン型入力装置の３次元位置を検出することを特徴と
    するワイヤレス方式コンピュータ入力装置。