JPH04501778A - 光学マウスのための改善された検知器システム - 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】 光学マウスのための改善された検知器システム技術の分野 この発明は、一般的には装置の受動格子表面にわたっての動きがシステムのメモ リにおけるポインタの配置またはコンピュータスクリーン等の視覚表示システム 上のカーソルの動きを制御する、光学マウスまたはカーソル制御装置に関する。

特定的には、この発明は検知器の位置を示す状態変化を決定するために微分回路 を必要としない光学マウスのための改善された光学検知器システムに関する。

背景技術 受動多色格子にわたってのそれらの位置を検知することが可能な光学マイスが知 られている。ここで使用する「マウス」またはその複数形である「マイス」は表 面にわたってのその相対的動きおよび／または位置を検知しかつコンピュータス クリーン上のカーソルまたはコンピュータメモリにおけるポインタの位置を決定 するために使用され得るその動きおよび／または位置に比例する出力信号を発生 することが可能であるいかなる型式の機械的または光学装置を示すためにも使用 される。

スプレイズの米国特許第４．４０９，４７９号には、他の色の格子の線の間にス ペースを有する１つの色の水平および垂直の線からなる格子の上を移動する光学 マウスが記載される。１つのスペースの中心から水平または垂直軸いずれかの上 の隣接する格子の中心への距離が１格子周期である。光学検知器は水平および垂 直方向それぞれに２個ずつ、合計４個のセンサを備える。各センサは１格子周期 の半分に満たない幅でかつ長さが少なくとも１格子周期である放射収集領域を有 する。特定の方向に使用される２つのセンサは１格子周期の４分の１分だけ分離 されている。各センサはマウスの動きの量および方向を示す直角（ｑｕｄｒａｌ ｕｓｅ）信号を発生し、したがってセンサの多対が１対の関連する直角信号を発 生することになる。信号の対の間の位相関係がマウスの動きの方向を示す。

カーシュの米国特許第４，５４７，３４７号には、互いに直角をなす検知器エレ メントからなる２個の線形アレイを有する電気光学マウスが記載される。このマ ウスは、線の交点のための別々の対照レベルを含む、３つの光学対照レベルを有 する線の格子で区分された表面上を移動する。

１個の線形アレイは水平方向に線と空間とを描き、かつ他方のアレイが垂直方向 に線と空間とを描く。各アレイは４つのエレメントを有し、隣接するエレメント は互いに対して９０度位相を外れている。各アレイの第１および第３のエレメン トと、第２および第４のエレメントとをそれぞれ対にすることにより、これらの 出力を減算すれば、補償のしきい値電圧を必要とせず線の交差を観察する能力が 改善され得る。

カーシュの米国特許第４．３６４．０３５号には、線からなる２色の格子で区切 られた表面上を移動する電気光学マウスが記載される。マウスは、一方の色から 他方の色へ急速にかつ継続的に切換わる二重の色光源を有する。このマウスはま た、格子から反射した光を受けるために位置決めされた四象限（ｆｏｏｔ−ｑｕ ａｄｒｘｎｊ）光検知器を有する。１色の光による照射の間、検知器は対向する 色のみからなる線を識別することができる。したがって、マウスが異なる色の線 を横切ると、検知器はコントラストの変化を検知しかつ線の交差を表わす電気信 号を発生する。検知器からの所望の出力は４つのエレメントのうちの３つと、２ つの水平エレメントからの２水平ビツトと、２つの垂直エレメントからの２垂直 ビツトとからとられる。２色の射出および検知器出力信号をクロック決めするこ とにより、カーソルのための位置信号が発生され得る。

格子の上を移動する光学マウスを使用したカーソル位置制御システムにおいては 、マウスが手のひらに収まるようにマウスのコンポーネントが十分小型であるこ とが望ましい。システムは検知器エレメントと、格子の線との間の可能な限りす べての相対位置に関して格子表面上でのマウスの動きを確実に決定することが可 能である必要がある。さらに、システムは、特定の格子の絶対反射率またはその 格子の反射部分と非反射部分との間のコントラストの量に強く依存しないことが 望ましく、それによりしきい値電圧での補償が不要となる。

したがってこの発明の主要な目的は検知器エレメントと格子の線との間の可能な 限りすべての相対位置に関して、格子の表面上でのその位置を確実に決定するこ とが可能な光学マウスを提供することである。

この発明のもう１つの目的は、特定の格子の絶対反射率またはその格子の反射部 分と非反射部分との間のコントラストの量に強く依存せず、したがって、しきい 値電圧での補償を必要としない光学マウスを提供することである。

この発明のさらにもう１つの目的は、各検知器エレメントの出力信号の立上がり または立下がり時間を微分する必要なく格子の線の交差を検知する能力がある改 善された光学マウスを提供することである。

この発明のさらにもう１つの目的は、単一色の、半透明な格子とともに使用する ことが可能な改善された光学マウスを提供することである。

これらおよび他の目的ならびに利点は、様々な図面に包含されかつそれら図面に より説明されたこの発明の好ましい実施例の以下の詳細な記載を読んだ後に当業 者にとって自明のものとなることは疑いのないところである。

発明の要約 上記目的のい（つかは格子表面上を移動可能な光学マウスが、検知器セルからな る３×３のアレイの検知器を有する、カーソル位置制御システムで達成されてき た。表面は、その上に格子のパターンを有し、そのパターンは２個の交差直交す る平行な格子の線と、格子の線の間に規定される空間からなる。格子の線は第１ の色からなりかつ空間は第２の対照をなす色からなる。格子の線は均等にスペー スを開けられかつ均等な線の幅からなる。空間は線の幅に等しい幅を有する。マ ウスは、表面のある部分を照射する光源を有しかつ検知器は表面から反射した光 を受けかつこれを検知するために配置される。

検知器のセルは、典型的には線の幅の半分に実質的に等しい特徴的な寸法を有す る格子パターンの領域を描く。９個の検知器セルのうち７個が使用される。セル はそれらが検知する動きの方向に対して直交する方向に線の幅の奇数倍の距離を 置いて格子パターン上に領域を描き出す。したがって、たとえば、垂直な動きを 検知するためのセルの対は１つの線の幅だけ水平に離れた領域を描くために配置 され、したがって、対になったセルのうち一方が空間と、水平の格子の線を横切 るマウスの横断を検知することを確実にし得る。

代替的には、垂直の動きを検知するための１対のセルが線の幅の３．５．７また は他の奇数倍水平に離されて位置決めされた格子上に領域を描くために置かれて もよい。同様に、水平の動きを検知するためのセルの対が、線の幅の１．３また は他の奇数倍だけ垂直に離された領域を描くために置かれてもよい。水平の動き を検知するために２対のセルが存在しかつ垂直の動きを検知するためには２対の セルが存在する。動きの特定の方向を検知するための１対のセルは他の関連する セルの対により描かれる領域から動きの方向に線の幅の１．５倍、または他の０ ．５×奇数倍だけ離されて置かれた領域を描き出し、したがってセルの対による 検知における区別可能な進みもしくは遅れまたは空間および格子の線上の交差を つくり出す。

検知器のセルはそれらが受ける光の量に対応する電気出力信号を発生する。４対 のセルの各々からの信号は組合わされかつそれから方形波の４つの直角信号に変 換される。

直角信号は、組合わされた信号が時間とともに増大するとき第１の状態に切換わ りかつ組合わされた信号が時間とともに減少するとき逆の状態に切換わり、また はその逆であり、これによりしきい値の問題および基準電圧の必要性を排除する 。

上記の目的の残りのものはこの発明の改善された実施例により達成され、この実 施例は検知器エレメントの４×４のアレイと、光源と、光方向付鏡とを支持する ための光学マウスハウジングをそなえる。光源は視覚的なもの、紫外または赤外 でもよい。アレイの光学検知器エレメントは行１、列１で始めて左から右へＡな いしＰと名付けられる。

各エレメントは格子の周期の平方の４分の１でありかつそれが受ける光の量に対 応する電気出力信号を発生する能力かある。エレメントはそれらが検知する動き の方向に対して直交する方向に格子周期の奇数倍の距離を離して、格子パターン 上に領域を描き出すように置かれるエレメントの対にグループ決めされる。対Ａ ＋Ｃ，Ｅ＋Ｇ、Ｉ＋におよびＭ＋Ｏは垂直の動きを、かつ対Ａ＋Ｉ、Ｂ＋ＪＳＣ ＋におよびＤ＋Ｌは水平の動きを検知する。同じ軸に沿って動きを測定する対に された出力信号は互いに隣接していれば９０度位相を外れており、かつ格子周期 の奇数倍煎れていれば１８０度位相を外れている。検知器の動きはおよび位置は 互いに１８０度位相を外れた、同じ方向の動きを測定する出力信号を比較するこ とにより決定される。比較された出力信号が交差する地点では、格子の線または 空間が検知される。各交差点は状態変化を示す。８対のエレメントの各々からの 出力信号を組合わせかつ比較することにより、Ｘまたはｙ軸方向いずれかの動き を示す４つの方形波直角方向に関する直角信号は光学動き検知装置または「マウ ス」の動きの方向を示す。

図面の簡単な説明 第１図はこの発明に従う検知器を有する光学マウスの斜視平面図である。

第１ａ図は第１図の光学マウスとともに使用するための交互の格子パターンの平 面図である。

第２図は第１図に示された装置の側面図である。

第３図は第１図および第２図の光学マウスにおいて使用するための検知器アレイ の平面図である。

第４図は第１図の光学マウスとともに使用するための格子のパターンの部分の平 面図でありかつ格子パターンに関する第３図の検知器アレイにより観察される領 域の相対的大きさを示す。

第５図は第３図における検知器とともに使用する論理回路の模式的電気回路図で ある。

第６図は第３図の２対の検知器セルの直角信号出力を表わすタイミング図であり 、特定の直交する座標軸に沿った動きの量および方向を示す。

第７図は第１図および第２図の光学マウスとともに使用　。

するための格子のパターンの部分を示す平面図であり、格子パターンに関しての 検知器セルの相対的スペース決めを示す。

第８図は格子のパターンに関連して代替の検知器の検知器セルにより観察される 領域の相対的大きさを示す格子パターンの部分の平面図である。

第９図はこの発明に従う検知器を有する光学マウスの斜視平面図である。

第１０図は第９図に示された装置の側面図である。

第１１図は第９図および第１０図の光学マウスにおいて使用するための検知器ア レイの平面図である。

第１２図は第９図および第１０図の光学マウスとともに使用するための格子パタ ーンの部分の平面図でありかつ格子パターンに関連して第１１図の検知器アレイ により観察される領域の相対的大きさを示す。

第１３図は第１１図の検知器アレイとともに使用される電子回路を模式的に示す ブロック図である。

第１３ａ図は第１３図の検知器アレイのための検知器エレメント出力信号を表わ しかつ特定の直交する座標軸に沿った検知器アレイの動きの量および方向を表わ す直角信号の一位相を各々が示す、対応する対にされた出力信号とを表わすタイ ミング図である。

第１３ｂ図は検知器エレメント出力信号と、第１３図の検知器アレイの２対の検 知器エレメントのための対応する対にされた出力信号とを表わすタイミング図で ある。

この発明を実行するための最良のモード第１図および第２図を参照して、光学マ ウス１１は光源１５と光検知器２５とを含むハウジング１４を備える。このハウ ジングは、人の手に握られかつコンピュータスクリーン等の視覚表示システム上 のカーソルまたは類似する装置を移動させるために所望される方向および範囲に 対応して、表面１３上のいかなる方向にも押出される。ハウジング１４は手のひ らに収まりかつ薄い低摩擦の足またはスペーサ３１および３３を有しこれらは表 面１３に接触してハウジングの本体を表面１３かられずかな距離だけ上昇させる 。スペーサ３１および３３は、ハウジングが表面上を容易にスライドし得るよう に、たとえば、テフロンまたはナイロンで製作され得る。

源１５は発光ダイオード（ＬＥＤ）、白熱球または他の広域照射源でよくかつ紫 外線および赤外線ならびに可視光線を発射してもよい。代替的には、源１５はダ イオードレーザ等のレーザでもよい。源１５は表面１３上のスポット２０に下向 きに狙い決めされる。源１５は図示のような光を通さない支持管１７内に装着さ れるか、または表面に直接狙い決めされてもよい。支持管１７はハウジング１４ の平坦な支持２７を介して下向きに角度を付けて延びかつその位置に保持される 。好ましくは、源１５は、表面に到着する光が検知器２５により観察される領域 を照らすのに十分な直径を有する比較的細い点になるように表面近くに装着され る。典型的には、たとえば第３図における検知器のように、点の直径は約１．０ ｍｍであり、これは約０．５ｍｍの線の幅を有する、格子の線および空間または 格子周期を覆うのに十分である。

ハウジング１４にもまたその先端に作像レンズ２３を有する検知器管２１が装着 される。管２１の残りの部分きは一般的には光を通さない。管２１は点２０から 反射した光を受けるようにシェルフ２７を通って下向きに角度をつけて延びる。

レンズ２３は点２０から反射した光を検知器２５に向ける。検知器２５は管２１ の背後に装着されかつ撮像レンズ２３を経由して表面１３の部分の拡大された像 を受ける。典型的には、レンズ２３は表面から１焦点距離以上の距離でスペース 決めされる。検知器２５とレンズ２３との間のスペース決めは約５焦点距離であ る。結果として得られる倍率は、検知器２５により観察される領域が検知器に映 るようなものである必要がある。光学的な誤差を低減するように、可能な限り低 い、低倍率が好ましい。レンズ２３の直径は約３ないし８ｍｍであるが、これは 上下し得る。光源１５が表面に十分に近いか、または光源１５がレーザである場 合には、検知器２５は光源１５から直接光を検知せず、管２１は不要となりかつ 省略され得る。

第１図においては、暗い交差する線とその線の間に白い空間を有する、部分的な 格子のパターン１６が表面１３上に見られ得る。表面１３は少なくとも表面の一 部分の上に延在する受動的、位置関連の印の水平および垂直の反復パターンを有 する。好ましくは、これらの印は光吸収性でかつ反射性のパターン等の、高い光 学コントラストからなる印である。このようなパターンはその表面上に黒い線で 描れた格子を有する光る金属製の、白または他の高度に反射性の表面でもよい。

線は、所望の光学特性の顔料粒子を有′するインクで小さい点もしくは線または 他の形を印刷することにより製作され得る。代替的には、表面上に黒い正方形が 描かれてもよく、結果としてその間に低反射性の空間を有する反射性の格子の線 を有する第１ａ図に見られるパターン１８が得られる。格子パターンについては 第４図を参照して以下により詳細に示すことにする。

この発明のカーソル位置制御システムは、光学マウス１１と、格子パターン１６ を有する表面１３とを備え、上下、左右の動きに関してカーソルに指示を与える 電気信号を発生する。表面上ではマウスがスタートする特定の位置はなく、かつ カーソルの動きが所望されている方向にマウスが移動するのに十分な空間がある 限りにおいては、表面上でどの位置に運ばれてもよい。表面上にマウスを置く場 合、検知器２５が第４図に示されるような、表面上の格子パターンに関して適切 に配向されるような配列にする必要がある。しかしながら、マウスを、デコード された信号に影響を及ぼすことなくこの名目上の配向からいずれの方向へも４５ 度まで回転させてよい。マウス１１のハウジング１４の典型的な大きさは軸的５ ｃｍ、長さ約８ｃｍである。表面の好ましい大きさは軸的２２ｃｍ、長さ約３０ ｃｍである。これらの寸法は決定的なものではなくかつハウジングまたは表面は 必要に応じてより大きくまたはより小さくされてよい。

第３図においては、検知器２５の活性領域は正方形３５により表わされる。検知 器２５は検知器セルの３ｘ３のアレイである。このセルはトランジスタまたはＣ ＣＤアレイのダイオードでもよい。９個の検知器セルのうち文字Ａ。

Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆ、およびＧで指定された７個が活性状態にあり、かつ残った ２つのセル４９および５０は使用されない。セルＡ、Ｂ、ＦおよびＧは水平の動 きを決定するために使用されかつセルＡ、Ｃ，ＤおよびＥは垂直の動きを決定す るために使用される。この決定が行なわれる態様については第５図および第６図 を参照して以下に述べることにする。

第４図は、表面１３上の格子パターン１６の部分を示す。

格子パターン１６は格子の線の２つの交差直交する組からなり、それらには線３ ７および３９といった１組の水平の格子の線と、線４１および４３といった１組 の垂直の格子の線が含まれ、かつ格子の線の間に規定される空間４５から製作さ れてれもよい。格子の線は第１の色からなり、かつ空間は第２の対照をなす色か らなる。したがって、格子の線は反射性または白でありかつ空間は吸収性または 黒とされてもよく、あるいはその逆でもよい。その方が好ましいが、格子の線と 空間との間の境界４７は、検知可能になるように線と空間との間に十分なコント ラスト比が存在していれば、特に鋭く規定される必要はない。格子のパターンを 製作する上で、表面１３全体が反射性の領域として始まってもよい。光沢のある 白い紙またはマイラーが使用されてもよい。着色されたインクまたは染料がその 後、線を印刷するために使用されてよい。

典型的には、垂直の格子の線４１および４３ならびに水平の格子の線３７および ３９はほぼ同じ線の幅、Ｗを有する。格子の線の各組は平行な均等にスペース決 めされた格子線から製作される。空間４５は線の幅とほぼ等しい幅を有する均等 な大きさからなる。典型的には、線の幅Ｗは、垂直および水平双方の格子線に関 しては約Ｑ、５ｍｍであり、辺が００５ｍｍの正方形の空間を形成する。１．０ ｍｍまたは他の線の幅が使用されてもよい。正方形の空間の方が計算の目的上は より扱いやすいが、パターンは必ずしも正方形の空間を形成する必要はない。

第４図においては、点線３５が視界を形成する格子内の相対領域と、線の格子に 関連してかつ線の幅に特定的に示した第３図のアレイ検知器２５の配向を示す。

点線３５は検知器アレイに対し検知器管のレンズにより映し出された領域を示し 、したがって、各検知器セルは格子線または空間の半分の幅を解像する能力があ る。

光学マウスは格子パターン１６に対してどの方向にも移動する。これは第４図に おける矢印５２によって示され、点線の正方形３５内の検知器の視界は上下およ び左右に移動し得る。第４図にｘ−ｙ座標軸で示されるように、格子線は交差し ているので、Ｘ方向の水平の動きおよびＸ方向の垂直の動きは別々に検知されか つ測定される。マウスが４５度以上回転すると、軸が切換わる（すなわち、水平 のセルが垂直の動きを検知し、かつその逆もまた同様である）水平の動きに関し ては１本の線の幅だけ垂直に離された領域を作像するように検知器セルＡおよび Ｆが置かれる。

このことにより一方のセルが線３９といった水平格子線を追いかけている間、他 方のセルは水平の格子線からは離れかつ垂直格子線と空間を通る交差を検知する ことが確実になる。同様に、検知器セルＢおよびＧは１本の線の幅だけ垂直に離 された領域の像を映すするために置かれる。セルＡとＦの対は関連するセルＢお よびＧの対により像を映される領域から水平に線の幅の半分だけ離れた領域の像 を映すように置かれる。このように分離することにより、他方の関連する対に対 しての一方の対による線の検知における進みまたは遅れがっくり出され動きの方 向が決定され得る。

垂直の動きに関しては、検知器セルＡおよびＣが１本の線の幅だけ水平に離され た領域の像を映すように置かれる。

また、検知器セルＤおよびＥが１本の線の幅分水平に離れた領域の像を映すよう に置かれる。セルＡおよびＣの対はセルＤおよびＥの対により像を映される領域 から線の幅の半分垂直に離れた領域を像を映すように置かれる。結果として各ペ アに関しては、１本のセルが垂直の格子の線を追いかけている間、対の他方のセ ルが水平の格子線と空間を通る交差を検知する。他方の対に対する線の交差の検 知においては一方の対が他方の対に進みする。

第４図においては、特定の方向のマウスの動きを検知するための１対のセルから なる検知器セルが１本の線の幅Ｗの距離だけその特定の方向に直交する方向に離 された格子のパターンの領域の像を映しそれによりペアの一方のセルが格子の線 と空間とを通る交差を検知することを確実にする。しかしながら、第７図に見ら れるように、他のセルの分離によってもこのような結果が得られる。検知器セル ＡおよびＦの対は水平の動きを検知するように置かれ、かつ第４図のように、１ 本の線の幅分前れた領域の像を映す。

セルＡおよびＡＩは２本分の幅だけ離れた領域の像を映す。

水平の動きの間に、セルＡおよびＡＩのいずれかまたは双方が垂直格子線と空間 とを通る交差を検知するかまたは双方とも水平の格子線を追いかける。後者の場 合、セルＡまたはセルＡｔのいずれも水平の動きを検知しない。したがって、セ ルＡおよびＡＩならびにセルの他の対は線の幅Ｗの偶数倍だけ分離された領域の 像を映し、マウスの動きを検知するのには適していない。セルＡおよびＦｌは線 ３本分の幅離れた領域の像を映す。セルＡおよびＦの場合のように、対Ａおよび Ｆｌの一方のセルは常に格子線および空間を通る交差を検知するために置かれる 。このことは、線の幅Ｗの他の奇数倍だけ分離された領域の像を映すいかなるセ ルの対にも当てはまることである。第７図においては、セルＢおよびＧ、Ｂおよ びＧｌ、ならびにＢ２およびＧ２の対がまた垂直に線の幅の奇数倍だけ離れた領 域の像を映し、かつ格子上の水平のマウスの動きを検知することが可能である。

垂直の動きの検知の場合にも同様である。

第４図においても、特定の方向のマウスの動きを検知するためのセルの多対がそ の特定の方向に同じ方向の動きを検知するための関連する対により映された領域 から線の幅の半分だけ離れた格子パターンの領域を映し、それにより他方の関連 する対に対する一方の対による線の交差の検知における認識可能な進みまたは遅 れがつくり出される。しかしながら、第７図に見られるように、他の対の分離に よってもこのような進みまたは遅れが得られる。セルＡおよびＦの対はセルＢお よびＧの対から線の幅半分だけ離れた領域を映す。マウスの右向きの動きの間に 、対ＢおよびＧは線交差の検知において９０度の位相分離分だけ対ＡおよびＦに 先んじる。左方向の動きの間には、対ＢおよびＧが９０度だけ対ＡおよびＦに遅 れをとる。したがって左向きと右向きの動きの間には認識可能な違いがあり、こ れにより検知器システムによるマウスの動きの方向の決定が可能になる。セルＡ およびＦの対は、セルＢ２およびＧ２の対から線の幅の３／２だけ離れた領域の 像を映す。マウスの右向きの動きの間には、対Ｂ２およびＧ２は線の交差の検知 において９０度の位相変位分だけ対ＡおよびＦに遅れをとる。左向きの動きの間 には、対Ｂ２およびＧ２が９０度分対ＡおよびＦに先んじる。したがって、線の 幅の３／２分分離された領域の像を映すセルの対は認識可能な進みまたは遅れを つくり出し、これによりマウスの左向きまたは右向きの動きの決定を可能にする 。特定の方向への動きを検知するためのセルの対はその特定の方向に線の幅の半 分の他の奇数倍だけ分離された領域を映しこれもまたこのような進みまたは遅れ をつくり出す。

第３図に見られる検知器アレイ３５における検知器セルは、実質的に正方形であ りかつ線の横幅の約半分である東４図における格子パターン上の正方形の領域を 作像する。

しかしながら、検知器セル間の分離に比べて、検知器セルの大きさおよび形は特 に決定的なものではない。第８図に見られる代替検知器１１３はこの点を例を挙 げて示したものである。検知器セルＡ、ＢＳＦ、およびＧは第４図と同じ、マウ スの水平の動きを検知する。しかしながら、セルＦおよびＧはセルが検知する特 定の方向における幅が最大でも線の幅の半分でありかつセルが検知する特定の方 向に直交する長さが線の幅の半分から１本の線の幅の範囲にあるいかなる形状を 有してもよい。検知器セルＦは、たとえば水平方向に測って約１本の線の幅の４ 分の１の細い幅を、また垂直方向に測っては約１本の線の幅を有している。検知 器セルＡ、Ｃ，ＤおよびＥはマウスの垂直の動きを検知する。セルＣおよびＥの 長さおよび幅はセルＦおよびＧのものに類似する。垂直および水平の動き双方を 検知するためのセルＡは上記の限定により実質的に線の幅の半分の辺を有する正 方形になるべ（制約される。

第５図を参照して、反射率における差を表わす光学信号が検知器セルによりピッ クアップされかつ対応する電気電圧信号に変換される。検知器セルからの電気出 力はそれらが起源とする第３図における対応するセルと一致するＡｌＢＳＣ，Ｄ 、Ｅ、ＦおよびＧという名称を付けられ、かつ電子電圧加算または減算が行なわ れる回路へ対応する線に沿って送られる。たとえば、セルＡおよびＦは線７１お よ゛び７２に沿って加算または減算回路８１へ電気信号を送信する。セルＢおよ びＧは線７３および７４に沿って加算または減算回路８３へ電気信号を送る。セ ルＡおよびＣは線７５および７６に沿って加算または減算回路８５へ電気信号を 送信する。セルＤおよびＥは線７７および７８に沿って加算または減算回路８７ へ電気信号を送信する。これらの回路は出力線９１．９３．９５および９７に沿 って、Ａ＋Ｆ、Ｂ＋ＧＳＡ＋ＣおよびＤ＋Ｅにより示される総和、または各回路 の対応する入力信号の差を表わす組合された出力信号を発振する。

微分回路１００は、それぞれの線９１．９３．９５および９７に接続された個々 の微分器１０１．１０３．１０５および１０７を有する。微分器の出力は微分器 への入力である組合わされた電気信号Ａ＋Ｆ、Ｂ＋ＧＳＡ＋ＣまたはＤ＋Ｅの電 圧が時間とともに減少する、すなわち負の時間導関数である場合には常に１の値 に設定される。出力は入力である組合わされた電気信号の電圧が時間とともに増 加する、すなわち正の時間導関数を有している場合には常に０の値にリセットさ れる。出力値は増減がないとき、すなわち入力である組合わされた信号が０の時 間導関数を有する場合には常に変化せずそのままである。ヒステリシスのための 定電圧が、入力である組合わされた信号が０またはＯに近い時間導関数を有する 場合に出力信号のランダムな切換えを防止するために組合わされた信号に含まれ てもよい。したがって、微分回路１００はアナログ信号からの入力である正弦波 に近い組合わされた電気信号Ａ＋Ｆ、Ｂ＋Ｇ、Ａ＋ＣおよびＤ＋Ｅをデジタルの 方形波信号に変換する。微分回路は格子パターンの絶対反射率を補償するしきい 値電圧への必要性を排除する、というのも結果として得られる直角信号により表 わされているのは反射率における変化だからである。

微分回路１００により出力されたデジタル方形波信号は線の交差を表わすＸＡ、 ＸＢＳＹＡおよびＹＢで示された直角信号である。直角信号は多くの機械マイス から、商業的に入手可能でありかつマサチューセッツ州ケンブリッジの、ＬＩＳ Ｐ、マシーン社が製造するコンピュータ、又はケンブリッジのゼロックス・コー ポレーションおよびＢＢＮにより製造されるコンピュータに代表されるカウンタ １１１へ送られ、かつ本件のコードはこのようなマイスによりつくり出されるも のに等しい。カウンタ１１１からの出力はそこで映像ディスプレイまたは映像端 末上に表示されるカーソルへ与えられる。

第６図では、組合わされた信号Ａ＋Ｆは、マウスが第４図の格子パターンを有す る表面上を移動するにつれて、最小電圧Ｖｍ　ｉ　ｎと最大電圧Ｖｍａｘとの間 で時間とともにその電圧が変化する。ＶｍｉｎおよびＶｍａｘの実際の値は線と 空間との絶対反射率に依存するが、それらは決定的なものではない、というのも この検知器のシステムはマウスの動きの量および方向を決定するそれら実際の値 よりはむしこれら電圧の値における変化に依存しているからである。組合わされ た信号Ｂ＋Ｇは同様に変化する。この実施例では、信号Ａ＋Ｆは、第３図に見ら れる検知器ＡおよびＦ双方が格子の線からの反射光を受ける位置にあるときには いつも最大電圧にあり、かつ２つの検知器のうちの一方が低反射率の空間からの 光を受ける位置にあるときには常に最小電圧にある。信号は最大と最小電圧の間 にありかつ検知器の一方が空間と格子線との間の境界を横断する。一方、格子の 線が低反射率を有しかつ空間が高い反射率を有するならば、最大および最小電圧 の役割は信号ＸＡおよびＸＢのための０および１の状態と同様逆転する。しかし ながら、ＸＡおよびＸＢが線の交差で状態を切換える順位が変化せずそのままで あるので信号ＸＡおよびＸＢの解釈が影響を受けることはない。

直角信号ＸＡは組合わされた信号Ａ＋Ｆに対応しかつ組合わされた信号Ａ＋Ｆの 電圧が時間とともに減少する場合、すなわちマウスが格子の線から空間へ水平に 移動する場合には常に１の状態を想定し、かつ組合わされた信号の電圧が時間と ともに上昇する場合、すなわちマウスが空間から格子の線へ水平に移動するとき には常に０の状態を想定する。同様に直角信号ＸＢは組合わされた信号Ｂ＋Ｇに 対応する。直角信号ＹＡは組合わされた信号Ａ＋Ｃに対応する。

直角信号ＹＢは組合わされた信号Ｄ＋Ｅに対応する。

第６図においては、マウスはその水平移動に関する限りｔ２まで右へ移動してい （。マウスは、時間ｔ２と時間ｔ３との間では水平の動きをしない。マウスは時 間ｔ３の後左方向の水平の動きを有する。第３図に見られる検知器セルＡおよび Ｆの対は検知器セルＢおよびＧの関連する対により作像される領域から水平に線 の幅の半分の位置の領域を作像するので、組合わされた信号Ａ＋ＦおよびＢ＋Ｇ ならびに結果的には対応する直角信号ＸＡおよびＸＢは同時に状態を切換えない 。時間ｔ２に先立つ時間ｔ０では信号ＸＢが１の状態に切換わる。これもまた時 間ｔ２に先立つ後の時間ｔ１では、信号ＸＡが１の状態に切換わる。したがって 、信号ＸＢは信号ＸＡに進みしこれにより表面に対するマウスの右向き水平方向 の動きが示される。時間ｔ３の後の時間ｔ４では、信号ＸＡが１の状態に切換わ る。その後の時間ｔ５では、信号ＸＢが１の状態に切換わる。したがって、信号 ＸＢは信号ＸＡに遅れをとり、これにより、マウスも左向き水平方向の動きが示 される。時間ｔ２のちょうど前に信号ＸＢは０の状態に切換わる。時間ｔ３では 信号ＸＢは信号ＸＡにおけるいかなる反転切換えも伴わずに１の状態に切換わる 。

第６図は直角信号ＸＡおよびＸＢならびに左および右水平方向の動きという観点 から記載した。直角信号ＹＡおよびＹＢが上下の垂直方向の動きを決定するため に類似した態様で解釈されることは容易に認識されるところであろう。

さらに、検知器の対が関連する対から線の幅の半分または他の状態ではなく線の ３７２分だけ離されている場合では、習性は逆転し得る。すなわち、信号ＸＡに 先立つＸＢはマウスの左向き水平方向の動きを示しかつ信号ＸＡに遅れをとる信 号ＸＢは右方向水平の動きを示すことになる。同様に、垂直方向の動きの習性も 逆転し得る。

この発明は、３×３検知器アレイの使用による小型光学マウスを提供する。セル の多対における１個の検知器セルはマウスが格子上を動く間に格子の線を横切る ので、システムは、それらの相対的位置に関係なく、マウスと格子との間の相対 的動きを確実に決定する。さらに、システムにより発生する直角信号は検知器信 号自体の値ではなく組合わされた検知器信号の時間に対する微分に基づいている ので、システムは進み技術のシステムに比べ格子の線と空間との実際の反射率か らより強く独立している。

この発明の改善された実施例が第９図および第１０図に示され、ハウジング２１ ０、光源２１２および光検知器２１４を備える光学マウスが水平および垂直の線 および空間からなる格子パターン２１１の上に描写されている。ハウジング２１ ０は人の手により握られかつ格子パターン２１１ａにより、より詳細に示される 、格子パターン２１１の表面にわたってどの方向にも容易に移動させられ得る。

ハウジング２１０は格子パターン２１１の表面に接触しかつハウジング２１０の 本体を格子パターン２１１の表面の上にわずかに上昇させる低摩擦の足またはス ペーサ２１６を有する。スペーサ２１６は、たとえばナイロンまたはテフロン等 の、いくつかの低摩擦物質で製作または処理されてもよく、これによりハウジン グ２１０は格子パターン２１１の表面上を容易に摺動する。

支持プラットホーム２１８は、光源２１２および光検知器２１４を格子パターン ２１１の表面の上に位置決めするようにハウジング２１０の内壁に張付けられる 。光源２１２および光検知器２１４はハウジング２１０内に配置されかつプラッ トホーム２１８を支持するために一体に装着される。光２１５は光源２１２から 射出され覗き穴２２０を通って格子パターン２１１の表面から反射されて回析鏡 ２２２に達しかつしたがって光検知器２１４に向けられる。

回析鏡２２２は機能的光学マウス２０８には必ずしも必要なものではないが、そ れにより光学マウス２０８の内部コンポーネントがいくつもの異なる形状に配列 され得るので、改善された実施例においては有益である。光源２１２は発光ダイ オード２２６、すなわちＬＥＤ、白熱球または他の広域照射源でよくかつ紫外線 および赤外線ならびに可視光線を射出するものでよい。代替的には、光源２１２ はダイオードレーザ等のレーザでもよい。

ＬＥＤ２２６は光源２１２の光を通さない管２２４内に装着され、格子パターン ２１１の表面上の点２２７に下向きに狙い決めされる。ＬＥＤ２２６は、表面に 到着する光が光検知器２１４により観察されるべき領域を照射するに十分な寸法 を有する、２２７等の比較的細い点に向けられるように格子パターン２１１の表 面近くに装着される。導電性ワイヤ２２８がＬＥＤ２２６に接続されかつこれは コネクタ２３０を通って延び、コネクタはワイヤ２２８をその場に保持しかつ光 学マウス２０８が移動するときの、ワイヤ２２８の損傷を防ぐ。

光２１５は回析鏡２２８により光検知器２１４に向けられる。光検知器２１４は 光検知器２１４の光を通さない管２３２内に収められ、この管は角度を付けて配 置されかつプラットホーム２１８により支持される。光検知器２１４に入る光２ １５は検知器管２３２の先端に位置する焦点合点合わせレンズ２３４は検知器２ ３６の大きさに従い光２１５のビームの寸法を狭めまたは拡げる能力がある。検 知器の好ましい実施例は下に示すようにエレメントの４Ｘ４のアレイであるが、 検知器のアレイおよびそのエレメントは、ここに説明した一般的な原則に従う限 りにおいては格子のパターンに関連していくつかの形、大きさ、および形状のい ずれのものであってもよい。

典型的には、点２２７の直径は約１．Ｑｍｍであり、これは１格子周期の正方形 をわずかに超える面積を覆うに十分である。しかしながら、検知器２３６は、焦 点合わせしンズ２３４が光２１５のビームを狭めたりまたは拡げたりする限りに おいては、点２２７に関連してより大きくまたは小さくされることが可能である 。

導電ワイヤ２３８が検知器２３６に取付けられかつその後端で検知器管２３２に 検知器２３６を取付けるコネクタ２４０を通って延在する。焦点合わせレンズ２ ３４は典型的には格子パターン２１１の表面から１焦点距離以上でスペース決め される。検知器２３６の光学的に検知可能な部分と焦点合わせレンズ２３４との 間の間隔法めは約５焦点距離である。結果として得られる倍率は、検知器２３６ により見られる面積が十分な倍率で検知器に映し出されるようなものでなければ ならない。一般的には、十分な倍率というのはその倍率が光学的誤差を減じるよ うに可能な限りレンズ２３４の寸法は約３ないし８ｍｍであるが、これは上下し てもよい。光源２１２は表面近くにありまたはレーザであるので、焦点合わせレ ンズ２３４は光源２１２からの光を直接検知することはなく、検知器管２３２は 不要となりかつ省略されてもよい。

第９図においては、部分的格子パターン２１１ａが格子パターン２１１の表面上 に見られる。暗い交差する線は格子の線を示し、かつ格子の線の間の白い空間が 格子の線の間の空間を示す。好ましくは、格子パターン２１１の表面全体が格子 パターン２１１を繰り返すパターンで網羅される。格子の線と空間の間または光 学的に吸収性の部分と反射性の部分との間には典型的な高い度合の光学的コント ラストが存在するが、コントラストは検知器２３６が線を空間から区別するのに 十分な大きさであればそれでよい。

光学マウス２０８が視覚的には半透明な格子パターン２１１上で使用される場合 には、光源２１２を非視覚的な光源にしかつ光検知器２１４が非視覚的光源を受 けるようにすることが望ましい。そのような状況では、非視覚的光を反射しかつ 視覚的光を吸収する、またはその逆である物質で格子パターン２１１の線を処理 または印刷することが可能かもしれない。したがって、光学マウス２０８は格子 パターン２１１上の格子を見るが、格子自体は視覚的には半透明であると考えら れる。「視覚的に半透明である」といはっきりからぼんやりまで変化する明確さ の度合で人間の目に識別可能であると考えられる状態を意味する。格子の線また は空間は検知器に反射される光にどれを選択するかに依存して、細かい点または 線を印刷することにより製作され得る。代替的には、空間は格子パターン２１１ の表面上に、あるタイプのサングラスのレンズを形成するために使用されるコー ティング材料等の、所望の光学特性を有するいくつかの物質のうちのいずれかで 印刷または染色され得る。

格子パターン２１１の表面上で光学マウス２０８がスタートする特定の地点はな く、シたがって表面上のどこへ持っていかれてもよい。マウスを表面上に置くと きには、検知器２３６が、第９図に示されるように、格子パターン２１１に関し て適切な配向になるような配列が必要である。

しかしながら、光学マウス２０８は光学マウス２０８によりつくり出されるデコ ードされた信号に影響を与えることなくこの通常の位置からいずれの方向へも、 たとえば３０度といった最大角度まで回転させてもよい。

第１１図は第９図および第１０図の光学マウス２０８において使用される光検知 器２３６の光学検知領域を描写する。この発明の位置制御システムは光学マウス ２０８および格子パターン２１１を備え、格子パターン２１１上の光学マウス２ ０８の動きに関してカーソルまたはコンピュータのメモリロケータに指示を与え る電気信号を発生するべく動作する。

第１１図においては、検知器２３６の光学的に活性な領域が、正方形の検知器ア レイ２４４すなわち検知器エレメント２４６の４×４のアレイにより表わされる 。検知器アレイ２４４はトランジスタまたはＣＣＤアレイにおけるダイオードか ら構成されてもよい。検知器エレメント２４６は文字ＡないしＰで示される。１ ６個の検知器エレメント２４６のうち４つは不活性状態にありかつＦ、Ｈ，Ｎお よびＰで示される。エレメントＡＳＣ，Ｅ、Ｇ、Ｉ、に、ＭおよびＯは垂直の動 きを検知するために使用されかつエレメントＡＳＢ１ＣＳＤＳＩ、ＪＳＫおよび Ｌは水平の動きを検知するために使用される。垂直または水平の動きが検知され る態様については第１２図−第１３ｂ図を参照して以下に論述することにする。

第１２図は格子パターン２１１の部分を描写しかつ格子パターン２１１に関して 検知器アレイ２４４により観察される領域の相対的な大きさを示す。格子パター ン２１１は格子線２５４の２つの交差直交する組から製作され、それがその間の 格子空間２５６を形成している。格子線２５４および格子空間２５６は異なる程 度の反射率を有する。２つの反射率の程度の違いは検知器２３６が格子線２５４ を格子空間２５６から区別するのに十分なものでなければならない。格子線２５ ４と格子空間２５６との間の境界２５７は、その方が好ましいが、線と空間との 間に検知するのに十分なコントラスト比があれば、するどく規定される必要はな い。

典型的には、格子線２５４は各格子空間２５６の長さまたは幅とほぼ同じ線の幅 Ｗを有する。格子パターン２１１の平方インチ当りには約５０の格子線２５４が 存在する。

５０格子線／インチでは、Ｗは約０．５ｍｍであり各格子空間は約０．５ｍｍ／ 辺になる。１．０ｍｍまたは他の線の幅が使用されてもよい。格子パターン２１ １ａは正方形の空間を必ずしも形成する必要はないが、計算の目的上はその方が より取扱いが容易である。

第１２図においては、検知器アレイ２４４が点線で描写され、検知器アレイ２４ ４により作像される相対的な領域ならびに格子線２５４と空間２５６および特に 線の幅に関する検知器２３６の典型的な視界および配向を示している。

格子線は第１２図にｘ−ｙ座標軸で示されるように、直交しているので、Ｘ方向 の水平の動きおよびｙ方向の垂直の動は別個に検知されかつ測定され得る。光学 マウス２０８は格子パターン２１１に対してどの方向にも移動し得るが、矢印２ ５５が以下の記述の目的で、正のＸ軸座標から負のＸ軸座標にかけてのＸ座標に 沿った検知器アレイ２４４の動きを示す。ハウジング２１０が４５度といったあ る量を超える回転をする場合、軸が切換わりかつＸ軸がｙ軸になりかつまたその 逆が起こる。

第１２図に示されるような検知器アレイ２４４が第１１図における検知器アレイ ２４４と同じ態様で配向された場合、垂直の動きは文字Ａ、Ｃ，ＥＳＧ、ＩＳＫ 、Ｍおよび○で示された検知器エレメント２４６により検知されかつ水平の動き は文字ＡＳＢ、Ｃ，ＤＳ　Ｉ、Ｊ、におよびして示された検知器エレメントによ り検知されることになる。

各検知器エレメント２４６はいずれかの特定的位置にある間に検知する光の量に 比例する電気信号を発生する。同じ軸に沿った動きを検知する２個の検知器エレ メントの出力信号を電気的に合計することにより、２個の検知器エレメント２４ ６の電気信号の総和に比例する対になった電気信号を発生させることが可能であ る。同様の対にされた差分出力信号が２つの出力信号を減算することにより発生 し得る。

検知器エレメント２４６の対は、垂直の動きを検知する検知器エレメント２４６ から１つの線の幅だけ水平に離れかつ水平の動きを検知する検知器エレメント２ ４６から１本の線の幅だけ垂直に離れた領域を作像するように置かれる。垂直検 知器エレメントの対はＡ＋ＣＳＥ＋Ｇ、Ｉ＋におよびＭ＋Ｏである。水平検知器 エレメントの対とはＡ＋１、Ｂ＋Ｊ、Ｃ＋に、およびＤ＋Ｌである。各検知器エ レメントの対は特定の軸に沿った動きおよび方向を決定するために使用される２ つの直角信号のうちの一方の一位相に対応する。

検知器エレメントの対をこのような態様に配列することにより特定の軸に沿った 動きの検知をするエレメントの対のうち少なくとも一方のエレメントが格子の線 と空間との間の交差を検知するべく位置決めされることが確実になる。

加えて、このような配列により２つの結果として得られる直角信号のうちの１つ が動きの方向に依存して時間とともに他方の信号に先んじることが確実になるが 、これについてはさらに詳しく以下に説明する。１つの直角信号に対応する１対 のエレメントのうち１つのエレメントがその直角信号に対応する他方の対のエレ メントと逆の格子パターンを見る限りにおいては、他の、エレメントの対をスペ ース決めする形状が採用されてもよく、かつ特定の方向のマウスの動きを示す２ つの直角信号の間の時間における決定可能な進みまたは遅れが存在する。

検知器エレメントの出力信号を受けかつ格子パターン２１１上の光学マウス２０ ８の動きに関して、カーソルまたはコンピュータのメモリロケータに指示を与え る能力がある電気信号を発生するべく動作する電気回路またはシステムプロセッ サが第１３図に描写される。先に述べたとおり、各検知器エレメント２４６は検 知器エレメント２４６により検知された光に比例する電気信号を発生する。検知 器エレメント出力信号２５７をいくつかの和分回路２５８の少なくとも１個に入 力することにより、上記の垂直および水平検知器エレメントの対が製作され得る 。

検知器エレメントＡ、Ｃ１工およびＫに対応する出力信号２５７は各々別個の和 分回路２５８に入力されかつその他のすべての検知器エレメント出力信号２５７ は単一の和分回路２５８へ入力される。プロセッサ／カウンタ２６０は対にされ た出力信号２５９に応答しかつ格子パターン２１１上での光学マウス２０８の動 きと方向を決定しかつシステム出力信号２６１を発生するためにこれら信号を処 理するべく動作する。システム出力信号２６１は端末スクリーン上のカーソルの 動きを制御またはシステムメモリへ位置およびデータ情報を提供するべく使用さ れ得る。多対にされた出力信号２５９はＸまたはｙ軸のいずれかに対応する２つ の直角信号の一方の位相を表わす。

各軸に関しては、ＡおよびＡ＊倍信号らびにＢおよびＢ＊倍信号存在する。Ａお よびＢ信号は直角信号ＸＡおよびＸＢの一方の位相を表わし、かつＡ＊およびＢ ＊は直角信号ＸＡおよびＸＢの他方の位相を表わす。「＊」はＡ＊およびＢ＊倍 信号ＡおよびＢ信号に対して１８０度位相を外れていることを示す。ｙ軸に関し てはＹＡ、ＹＡ＊およびＹＢ、ＹＢ＊信号が存在し、かつＸ軸に関してはＸＡ、 ＸＡ＊およびＸＢ、ＸＢ＊が存在する。直角信号については以下の第１３ａ図を 参照すればよりよく理解できる。

第１３ａ図は第１３図の検知器アレイのための検知器エレメント出力信号と、特 定の交差する座標軸に沿った光学マウス２０８の動きの量および方向を表わす、 直角信号の１つの位相をそれぞれが表わす対応する対にされた出力信号を示すタ イミング図である。対にされた出力信号ＸＡは、光学マウス２０８が第１２図に 矢印２５５で示されるように格子パターン２１１の表面上を移動するにつれて、 最終電圧Ｖｍｉｎと最大電圧Ｖｍａｘとの間で電圧が時間とともに変化する。対 にされた出力信号ＸＡは検知器エレメントＤおよびＬからの検知器エレメント出 力信号の総和に対応する。検知器エレメントＤ＋Ｌの対が格子パターン２１１を 横切って移動すると、検知器エレメントＤは格子線２５４内にとどまりかつ最小 限の量の光だけを集める。同時に、検知器エレメントＬは格子線２５４から格子 空間２５゛　６を通りかつ様々な量の光を集め、その光の量は検知器エレメント の出力信号の変化する電圧レベルに対応する。検知器エレメントの対のうち１個 の検知器エレメントの等価のものだけが一度に格子空間内に存在し得るので検知 器エレメントのいかなる対のペアにされた出力信号の最大電圧も第１２図に示さ れる検知器エレメントＩおよびＭのような完全に格子空間内にある単一の検知器 エレメントの出力信号の電圧レベルを超えてはならない。

第１２図に示されるような格子パターン２１１の表面を横切って移動する検知器 アレイ２４４に関しては、結果として得られる対になった出力信号は第１３ａ図 に描写された信号２７０−２８０により示されるような形で現われると考えられ る。ＶｍｉｎおよびＶｍａｘの実際の値は格子線と空間との絶対反射率に依存す るが、これらは決定的なものではない、というのは検知器システムは光学マウス ２０８の動きの量および方向を決定するためにそれらの実際の値というよりはむ しろ電圧の値における変化に依存しているからである。信号２７２および２７４ は信号２７０および２７６のミラーイメージを示すように現われる、というのも 、前者の信号が後者の信号に対して１８０度位相を外れた検知器エレメントの対 の出力信号に対応しているからである。

信号２７０を信号２７２に比較することにより、線交差か発生したときを決定す ることは可能である、というのも信号の電圧レベルは切換えを始めかつある時点 で信号が交差するからである。２つの対にされた出力信号ＸＡおよびＸＡ＊の時 間ｔ２、ｔ４、ｔ６、ｉｔ、およびｔｔＱでの信号交差点は状態の変化を示しか つ線２８２により示される直角信号ＸＡ’　を発生するために使用される。同様 に、２つの対にされた出力信号ＸＢおよびＸＢ＊の時間ｔ８、ｊ３、ｊ５、ｔ７ およびｔ９における信号交差点は状態の変化を示しかつ線２８４で示される直角 信号ＸＢ’　をつくり出すために使用される。

信号ＸＡ’およびＸＢ＝の最初のバイナリの状態は、バイナリの状態変化が検知 されるごとにバイナリの状態が交互になるならば、０または１のいずれかでよい 。ＸＡ＊＝ＹＢ＊およびＹＡ＝ＹＢそれぞれを示す信号２７８および２８は、第 １２図に示される検知器アレイ２４４の動きのためにＶｍａｘまたはＶｍｉｎの いずれかに維持され、というのも検知器アレイの動きに関係なく、対応する検知 器エレメントにより検知される光の量が変化しないという点に留意すべきである 。バイナリの状態変化が発生した時点を決定するために直角信号の２つの位相を 表わす信号の間の交差点を使用することは、対にされた出力信号が立上がろうと しているかまたは立下がろうとしているかを微分回路で決定する試みよりもより 効果的でありかつ確実である。

直角信号ＸＡ’　ないしＸＢ’　を比較することにより、検知器アレイ２４４の 動きの方向を決定することが可能である。第１３ａ図においては、信号ＸＢ’が 時間において信号ＸＡ’　に先んじしたがって信号ＸＢ’　に対応する検知器エ レメントは、信号ＸＡ’　に対応する検知器エレメントが同じ格子の線または空 間を検知する前に格子の線または空間の交差を検知することになろう。信号ＸＢ ＊は検知器エレメントの対Ａ＋Ｉの対にされた出力信号に対応し、検知器アレイ ２４４の先端部分にありかつしたがって格子線または空間に遭遇すると最初に電 圧が変化する。信号ｘＡ＊は検知器エレメントの対Ｂ＋Ｊの対にされた出力信号 に対応し、電圧が変化しかつ信号ＸＢ＊を９０度遅らせるＸ軸の検知器の第２の 検知器エレメントの対である。検知器アレイ２４４が逆方向に移動するとすれば 、信号ＸＡ＊は信号ｘＢ＊に先んじ、右向きの動きが検知されるであろう。

検知器アレイ２４４が第１２図に示される動きをすることは稀である、というの もその動きが通常人の手によるものであり、信号２７０−２８０が第１３ａ図に 描写されるように均等である場合が稀であると考えられるからである。

信号ｘＡ＊およびＸＡのより典型的な例が第１３ｂ図の線２９０および２９２に よって示される。線２９０は線２９２と区別するために点線になっている。線２ ９０と２９２を比較することにより適切なバイナリの状態変化を示す、線２９４ により示される直角信号ＸＡ’を発生させることが可能である。信号の交差のみ がバイナリ状態変化を決定するために使用されるので、信号における極度の変化 により困難と考えられる、信号ＸＡ＊およびＸＡの立上がりひ立下がり時間を決 定する必要がない。たとえば、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ６、ｔ７、ｔ８ 、ｔ９およびｔ、０は正当な信号の交差を示しかつしたがって正当なバイナリ状 態の変化を示す。しかしながら、時間ｔ５は信号ＸＡ＊の電圧レベルにおける多 大な変化を表わしかつバイナリ状態の変化を決定するために微分回路を使用する システムにより状態変化として解釈されるかもしれずしたがって誤った線交差を 結果として生じさせる。この発明の改善された実施例のシステムでは、信号の交 差が発生していないので時間ｔ５は状態の変化を示しておらず、したがって、シ ステムによる誤った線交差は発生しない。

この発明は特定の実施例の観点から記述されてきたが、その変更および修正が当 業者にとって疑いなく自明となることが予期される。この発明のそのような変更 および修正はこの発明の真の精神および範囲内にありこれらすべてを網羅するも のと意図される。

国際調査報告

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. １．改善された光学位置検知器システムであって、２組の交差直交する格子の線 をその上に有する格子パターンを有する表面を形成する手段を含み、前記格子の 線が予め定められた幅と第１の反射率とを有しかつ第２のコントラストをつける 反射率の空間をその間に規定し、前記表面上を移動可能であり、かつ前記表面上 の前記格子パターンの部分を照射するための手段を含む光学マウスと、 前記照射された部分の領域を作像するために配置された検知器エレメントのアレ イとを含み、前記エレメントの各々が前記照射された部分から受けた光の量に比 例する電気信号を発生するべく動作し、前記アレイが、前記表面に対し特定の第 １の方向の前記マウスの動きを検知するための少なくとも４対のエレメントを含 み、前記対のうち２つが対の第１の組を形成しかつ前記対のうち２つが次の第２ の組を形成し、各前記組の前記エレメントは、対のいずれかの１エレメントが空 間を作像するとき、その対の他方のエレメントが線を作像し、かつ少なくとも前 記線の幅の距離にわたっての前記第１の方向への前記マウスの動きが前記第１の 組におけるもう１つのエレメントにより発生した電気信号の電圧レベルにおける 変化を伴う約１８０度位相を外れた前記第１の組における一方のエレメントによ り発生された電気信号の電圧レベルにおける変化を引き起こし、かつ前記第２の 組におけるもう１つのエレメントにより発生した電気信号の電圧レベルにおける 変化を伴う約１８０度位相を外れた、前記第２の組における一方のエレメントに より発生された電気信号の電圧レベルにおける変化を引き起こすように、かつ前 記第１の組における前記一方のエレメントにより発生させられた電気信号が前記 第２の組における前記一方のエレメントにより発生させられた電気信号に時間に おいて遅れをとるかまたは時間において先行するかのいずれかであるように、前 記アレイ内に配置され、かつ 前記エレメントの各々からの前記電気信号を受取りかつ前記第１の方向の前記マ ウスの動きの量および方向を決定するべく動作するシステムプロセッサ手段とを 含む、システム。
2. ２．前記システムプロセッサ手段が、 前記エレメントからの前記電気信号を受けかつ各前記対からの電気信号を組合わ せて各前記対の組合わされた出力に対応する対にされた電気信号を形成するべく 動作する組合わせ手段と、 前記対にされた電気信号を受け、前記第１の組に対応する前記対にされた電気信 号を比較して対応する第１の直角信号を発生し、前記第２の組に対応する前記対 にされた電気信号を比較して対応する第２の直角信号を発生するべく動作する手 段とを含み、各前記直角信号は前記マウスの第１の動きに先立つ第１の状態にあ り、前記第１の直角信号は前記第１の組に対応する前記電気信号が時間における 同じ時点で等しい電圧レベルを初めて有したとき第２の状態切換わり、前記第２ の直角信号は、前記第２の組に対応する前記電気信号が時間における同じ時点で 等しい電圧レベルを初めて有したとき第２の状態に切換わり、前記第１および第 ２の直角信号はその後、前記第１の組および前記第２の組に対応する前記電気信 号が時間における同じ時点で等しい電圧をそれぞれ有するたびごとに前記第１の 状態と前記第２の状態との間で交互になり、かつ他の直角信号に対して前記直角 信号の１つにおける進みを決定するべく動作する手段を含む、請求項１に記載の 改善された検知器システム。
3. ３．前記格子線が高度に反射性でありかつ空間が高度に吸収性である、請求項１ に記載の改善された検知器システム。
4. ４．前記格子線が高度に吸収性でありかつ空間が高度に反射性である、請求項１ に記載の改善された検知器システム。
5. ５．直交する格子線の各組が１本の線の幅離されて均等にスペース決めされた、 請求項１に記載された改善された検知器システム。
6. ６．前記空間が前記線の幅に実質的に等しい特徴的寸法を有する、請求項１に記 載の改善された検知器システム。
7. ７．前記格子パターンが視覚的には半透明である、請求項１に記載の改善された 検知器システム。
8. ８．前記光学マウスが前記照射された部分から反射した光を前記アレイへ向ける ための手段をさらに含む、請求項１に記載の改善された検知器システム。
9. ９．前記照射手段がＬＥＤ，白熱球，赤外光源，紫外光源およびレーザからなる グループから選択される、請求項１に記載の改善された検知器システム。
10. １０．特定の方向の前記マウスの動きを検知する対における前記エレメントの各 々が、前記特定の方向に多くとも線の幅の半分の幅と、線の幅の半分から１本の 線の幅の範囲で前記特定の方向に直交する長さを有する前記表面上の領域を作像 する、請求項１に記載の改善された検知器システム。
11. １１．改善された検知器システムであって、前記アレイが 前記第１の方向に直交する特定の第２の方向の前記マウスの動きを検知するため の少なくとも４対のエレメントを含み、前記対のうち２つが対の第３の組を形成 しかつ前記対のうち２つが対の第４の組を形成し、各前記組の前記エレメントが 、 組の対のいずれか１つのエレメントが空間を作像するとき、その対の他のエレメ ントが線を作像し、かつ少なくとも前記線の幅の距離にわたる前記第２の方向へ の前記マウスの動きが前記第３の組におけるもう１つのエレメントにより発生さ せられた電気信号の電圧レベルにおける変化に対して約１８０度位相を外れた前 記第３の組における第１のエレメントにより発生された電気信号の電圧レベルに おける変化を引き起こし、かつ前記第４の組におけるもう１つのエレメントによ り発生させられた電気信号の電圧レベルにおける変化に対し約１８０度位相を外 れた、前記第４の組における１つのエレメントにより発生させられた電気信号の 電圧レベルにおける変化を引き起こすように、かつ 前記第３の組における前記１つのエレメントにより発生させられた電気信号が前 記第４の組における前記１つのエレメントにより発生させられた電気信号に時間 において遅れをとるかまたは時間において先行するように前記アレイ内に配置さ れ、かつ 前記システムプロセッサ手段が前記エレメントの各々からの前記電気信号を受け かつ前記第２の方向への前記マウスの動きの量および方向を決定するべくさらに 動作する、請求項１に記載の改善された検知器システム。
12. １２．改善された検知器システムであって、前記システムプロセッサ手段が、 前記エレメントからの前記電気信号を受けかつ各前記対からの前記電気信号を組 合わせて各前記対の組合わされた出力に対応する対にされた電気信号を形成する べく動作する組合わせ手段と、 前記対にされた電気信号を受け、前記第１の組に対応する前記対にされた電気信 号を比較して対応する第１の直角信号を発生し、前記第２の組に対応する前記対 にされた電気信号を比較して対応する第２の直角信号を発生し、前記第３の組に 対応する前記対にされた電気信号を比較して対応する第３の直角信号を発生し、 前記第４の組に対応する前記対にされた電気信号を比較して対応する第４の直角 信号を発生し、各前記直角信号が前記マウスの第１の動きに先立つ第１の状態に あり、前記第１の直角信号が、前記第１の組に対応する前記電気信号が時間にお いて同じ時点で等しい電圧レベルを初めて有したとき第２の状態に切換わり、前 記第２の直角信号が、前記第２の組に対応する前記電気信号は時間における同じ 時点で等しい電圧を初めて有するときに第２の状態に切換わり、前記第３の直角 信号が前記第３の組に対応する前記電気信号が時間における同じ時点で等しい電 圧レベルを初めて有するとき第２の状態に切換わり、前記第４の直角信号が、前 記第４の組に対応する前記電気信号が時間における同じ時点で等しい電圧レベル を初めて有するとき第２の状態に切換わり、前記第１、第２、第３および第４の 直角信号はその後前記第１の組、前記第２の組、前記第３の組、および前記第４ の組に対応する前記電気信号がそれぞれ時間における同じ時点で等しい電圧レベ ルを有するたびに前記第１の状態と前記第２の状態の間で交互になり、前記第１ の直角信号と前記第２の直角信号との間に進みを決定し、かつ前記第３の直角信 号と前記第４の直角信号の間に進みを決定するべく動作する手段とを含む、請求 項１１に記載の改善された検知器システム。
13. １３．前記格子線が高度に反射性のものでありかつ空間が高度に吸収性のもので ある、請求項１１に記載の改善された検知器システム。
14. １４．前記格子線が高度に吸収性のものでありかつ空間が高度に反射性のもので ある、請求項１１に記載の改善された検知器システム。
15. １５．直交する格子線の各組が１本の線の幅離されて均等に空間決めされた、請 求項１１に記載の改善された検知器システム。
16. １６．前記空間が前記線の幅に実質的に等しい特徴的寸法を有する、請求項１１ に記載の改善された検知器システム。
17. １７．前記格子パターンが視覚的に半透明である、請求項１１に記載の改善され た検知器システム。
18. １８．前記光学マウスが、前記照射された部分から反射した光を前記アレイに向 けるための手段をさらに含む、請求項１１に記載の改善された検知器システム。
19. １９．前記アレイがエレメントの対にグループ決めされた１２個の前記エレメン トを含み、前記１２個のエレメントのうち４個が各々前記対の２個と共通である 、請求項１１に記載の改善された検知器システム。
20. ２０．前記照射手段がＬＥＤ，白熱球，赤外光源，紫外光源，螢光光源およびレ ーザからなるグループから選択される、請求項１１に記載の改善された検知器シ ステム。
21. ２１．特定の方向における前記マウスの動きを検知する対における前記エレメン トの各々が前記特定の方向に多くとも線の幅の半分の幅と、線の幅の半分から１ 本の線の幅の範囲での前記特定の方向に直交する長さを有する前記表面上の領域 を作像する、請求項１１に記載の改善された検知器システム。
22. ２２．前記アレイが以下のパターンに置かれた４×４のエレメントのアレイであ り、 ＡＢＣＤ ＥＸＧＸ ＩＪＫＬ ＭＸＯＸ ここでＡ−Ｅ，Ｇ，Ｉ−ＭおよびＯは活性状態でありかつエレメントＸは不活性 状態である、請求項１１に記載の改善された検知器システム。
23. ２３．前記アレイからの電気信号が以下のように論理的に組合わされ、すなわち Ｄ＋Ｌ、Ｂ＋Ｊ、Ｃ＋Ｋ、Ａ＋Ｉ、Ａ＋Ｃ、Ｋ＋Ｉ、Ｅ＋Ｇ、Ｍ＋Ｏそれぞれが 対にされた電気信号ＸＡ、ＸＡ＊、ＸＢ、ＸＢ＊、ＹＡ、ＹＡ＊、ＹＢ、ＹＢ＊ を発生しかつ前記対にされた電気信号が以下のとおり比較され、すなわちＸＡと ＸＡ＊、ＸＢとＸＢ＊、ＹＡとＹＡ＊、ＹＢとＹＢ＊で比較差れ、それぞれ直角 信号ＸＡ′、ＸＢ′、ＹＡ′、およびＹＢ′を発生する、請求項２２に記載の改 善された検知器システム。