JPH07200156A - ポインティング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 一端を光を反射可能な操作面上に当接した状
態で傾斜可能で，その内部に操作面の照明手段と操作面
上の微小領域の明るさを測定する光測定手段を中に持つ
胴体と，光測定手段の測定結果を使用して胴体の傾斜角
度および傾斜方向を計算してコンピュータディスプレイ
上のポインタの表示手段へ傾斜角度情報と傾斜方向情報
を出力する傾斜情報処理手段とから成る。 【効果】 コンピュータの周辺で光が反射する面ならど
こででも使用することができ，塵埃に弱いメカ運動機構
部も持たないためメンテナンスに気を使うこともなく，
またコンピュータディスプレイ上のポインタを上下左右
斜めと自由な方向へ移動させることができ，且つ小さく
スリムなサイズが実現でき，従来技術では解決できなか
った課題を解決することができた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，コンピュータの情報入
力装置に関する。更に詳しくは，コンピュータディスプ
レイ上に表示される，いわゆるカーソルと呼ばれる操作
位置指示マーク（以下，ポインタと呼ぶ）の動作をコン
トロールするための情報入力装置（以下，ポインティン
グ装置と呼ぶ）の構造・方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来，ポインティング装置は各種多数提
案され実施に移されている。主要なものの例を挙げれ
ば， （１）トラックボール式マウス 操作パッド（Ｘ−Ｙ座標平面）上を二次元的に動かし，
操作パッドに接するトラックボールのＸ方向およびＹ方
向の回転角に比例した数のパルスと回転方向情報を出力
するエンコーダをＸ方向とＹ方向の２系統持ち，パルス
の数情報と回転方向情報をコンピュータに入力する，い
わゆるトラックボール式マウス。

【０００３】（２）電気式スイッチ Ｘ方向（＋，−），Ｙ方向（＋，−）の４方向のポイン
タ動作司令を出すだけの４個の電気式スイッチ。

【０００４】（３）電気式ジョイスティック 通常は操作台上に垂直に立つ操作棒を任意の方向に倒す
ことにより，操作棒の倒れ方向と倒れ角度の情報をコン
ピュータに入力する，いわゆるジョイスティック。この
場合，操作台内には操作棒の倒れをＸ，Ｙ方向の電気抵
抗の変化として検出できる機構を装備している。

【０００５】（４）光学式マウス 操作パッド（Ｘ−Ｙ座標平面）上に，他の平面部とは光
の反射率の異なる直線上のストライプがＸ方向およびＹ
方向に所定ピッチで設けられている。操作パッド上を，
その内部に操作パッドの表面の微小領域の反射光量測定
手段がＸ方向およびＹ方向それぞれに対応して設けられ
たマウス形状物が摺動させられ，反射光量測定手段がス
トライプ上を通過した回数を検知することにより，Ｘ方
向およびＹ方向の移動距離を知り，また反射光量測定手
段を含めて構成されたストライプ上の通過方向検知手段
により移動方向を知って，移動量情報と移動方向情報を
コンピュータに入力するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，従来技
術はそれぞれに特長はあるが課題も多い。

【０００７】トラックボール式マウスにおいては，トラ
ックボール回りの機構部に塵埃が入りやすく，動作不良
に伴うメンテナンスの回数が多くなる。且つサイズが大
きく，コンピュータ周辺機器等に組み込む場合も支障を
来すことが多い。

【０００８】４個の電気式スイッチにおいては，Ｘ方
向，Ｙ方向同時にポインタを動かす司令を出すことがで
きない。

【０００９】電気式ジョイスティックにおいては，操作
台が固定されるか容易に動かせないため，操作の場所が
限定される。

【００１０】光学式マウスは，操作パッド上でしか動作
しない。且つトラックボール式マウスと同様にサイズの
問題がある。

【００１１】本発明は，これらの課題を克服しようとす
るもので，その目的とするところは，塵埃により動作不
良に容易につながる機構部を持たず，任意の方向にポイ
ンタを動かせ，操作場所の制限が少なく，且つサイズが
小さく他の機器への組み込みも容易になる新規な方式の
ポインティング装置を提供するところにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のポインティング
装置は，手で保持してコンピュータの周辺の一定範囲内
で移動操作可能で，基本的には光が反射可能な操作面上
ならどこでも操作できて，前記操作面の明るさを測定可
能な光測定手段を持つだけで，動的メカニズムのない機
器であることを特長とする。

【００１３】その動作原理は以下のごとくである。

【００１４】ポインティング装置の胴体の端面を光が反
射可能な操作面，例えば白紙上に手で保持して立て，例
えば垂直に立てた状態を初期状態とし，コンピュータデ
ィスプレイ上のポインタを動かしたい方向に対応する操
作面上の方向に，初期状態から胴体を傾斜させ，その傾
斜方向と傾斜角度を光学的に検知し，傾斜方向情報と傾
斜角度情報をコンピュータに送り，コンピュータはこれ
らの情報を使用してディスプレイ上のポインタを動かす
というものである。

【００１５】胴体の傾斜方向と傾斜角度の検知方法は，
胴体内に，操作面の照明手段と胴体の端面が相対する操
作面上の微小領域の明るさ（照明手段による光の操作面
からの反射光のエネルギーと考えて差し支えない）を測
定するための光測定手段を設け，初期状態から胴体をあ
る方向に倒していったときに，光測定手段によって測定
される微小領域の明るさが，胴体の傾斜方向と傾斜角度
に依存して変化することを利用するものである。

【００１６】

【実施例】

（実施例１）図１は，本発明によるポインティング装置
の典型的な実施例の一つである。１は胴体で，内部に３
系統の光測定手段３ａ，３ｂ，および３ｃ，並びにこれ
ら３ａ，３ｂ，および３ｃに対応して照明手段２ａ，２
ｂ，および２ｃを担持する。

【００１７】光測定手段３ａ，３ｂ，および３ｃは，そ
れぞれＣＣＤのような光エネルギーを電気的測定可能な
物理量に変換する光検出器３１ａ，３１ｂ，および３１
ｃと，照明手段２ａ，２ｂ，および２ｃによって照明さ
れる操作面４上の微小領域４１ａ，４１ｂ，および４１
ｃの像を光検出器３１ａ，３１ｂ，および３１ｃ上に結
像させるためのレンズ３２ａ，３２ｂ，および３２ｃを
持つ。光検出器３１ａ，３１ｂ，および３１ｃの出力信
号はケーブル１０１を経由して傾斜情報処理手段５に送
られる。傾斜情報処理手段５からは，胴体１の操作面４
上に想定するＸ−Ｙ座標のＸ方向およびＹ方向に対する
傾斜角度情報がケーブル１０２経由でポインタ表示手段
６へ送られる。ポインタ表示手段６は，一般的にはコン
ピュータ本体およびコンピュータディスプレイ７上に表
示される一般にカーソルと呼ばれるポインタ８を表示す
るためのソフトウエアから成る。もちろん傾斜情報処理
手段５はコンピュータ本体内のソフトウエアであって差
し支えない。

【００１８】本発明のポインティング装置の動作を更に
詳しく述べる。

【００１９】図２は，操作面４上の明るさの測定手段の
説明補助図で，操作面４上に存在する３系統の光測定手
段３ａ，３ｂ，および３ｃの１系統だけを取り出したも
のである。基本的に光学系は軸ＣＬに関して対象であ
る。図上の番号は，図１の説明の際に３系統の光測定手
段それぞれに関連する構成手段を示す番号に対して付け
られたサフィックスａ，ｂ，およびｃを省略してある。

【００２０】操作面４上の微小領域４１は照明手段２に
よって光照射され，微小領域４１で反射されてレンズ３
２へ入る光は光検出器３１上の光検出素子上に集光され
る。いま操作面４に対して光測定手段３および照明手段
２が紙面上で点Ｆを支点にして時計回りに角度θだけ傾
けられたとする。そのときは，図２上では操作面４が相
対的に点Ｆを中心に反時計方向に回転して二点鎖線４
（θ）の位置に来たとしてよい。そのときは，光検出素
子に入る光は微小領域４１から反射してくるだけではな
く，その近傍からも反射してくる。このとき光検出素子
に入る光の総量は，微小領域４１の照明手段２からの距
離が角度θとともに大きくなり且つ微小領域４１および
その近傍から反射する光の主方向がレンズ３２の方向か
ら離れてくるため，角度θが増加するとともにおおむね
減少するようになる。このときの光検出器３１の出力と
角度θの関係は図３に示す形となる。

【００２１】図３の光検出器出力および以下の説明に使
う光検出器出力は，各θに対する出力をθ＝０のときの
出力（初期値）で除した（正規化した）値を採用してい
る。その理由は，３系統の光測定手段，照明手段の固体
間ばらつき，組立精度，および操作面上の微小領域の反
射モードのばらつき等に起因する各系統の光検出器出力
の絶対値のばらつきを排除するためである。

【００２２】ここで図１に戻って，胴体１を図１上に示
す座標で見てＸ（＋）の方向に胴体１が操作面４と接す
る稜線１１（Ｘ軸となす角度は直角）を回転軸として傾
けるとする。傾斜角度θと光検出器３１ａ，３１ｂ，お
よび３１ｃの出力の関係は図４のごとくなり，光検出器
３１ａに対応するのが曲線Ａ，光検出器３１ｂおよび３
１ｃに対応するのが曲線Ｂである。この特性の違いを利
用して胴体がＸ（＋）方向に何度傾いたかを知ることが
できる。理論上は光検出器３１ａの出力と光検出器３１
ｂまたは３１ｃのいずれかとの出力の違いを見るだけで
よい。

【００２３】稜線１２（Ｘ軸となす角度は直角）を回転
軸としてＸ（−）方向へ，稜線１３（Ｙ軸となす角度は
直角）を回転軸としてＹ（＋）方向へ，および稜線１４
（Ｙ軸となす角度は直角）を回転軸としてＹ（−）方向
へ傾けた場合も，傾きの回転軸から遠い光検出器の出力
が曲線Ａの特性を，傾きの回転軸から近い光検出器の出
力が曲線Ｂの特性を示すことから，Ｘ（＋）方向に傾い
たときと同様に傾斜方向と傾斜角度を知ることができ
る。

【００２４】また，Ｘ方向またはＹ方向にのみ傾けるの
ではなく，Ｘ方向にもある角度傾きＹ方向にもある角度
傾いた場合は，図４の特性曲線Ａはａ，特性曲線Ｂはｂ
のように変化する。特性曲線ａおよびｂはＸ方向および
Ｙ方向へ単独に傾けた場合の特性曲線の組み合わせで得
られるものである。従って，光検出器３１ａ，３１ｂお
よび３１ｃの出力レベルが特性曲線ａおよびｂのどの位
置にあるかがわかれば，Ｘ方向およびＹ方向それぞれど
の方向に何度傾いているかを知ることができる。

【００２５】ＸＹ座標は直交座標である必要はなく，操
作面４上の３個の微小領域の明るさを測定する光測定手
段があれば，操作面４上のどの方向に胴体１を傾けたと
してもその傾斜角度と傾斜方向を知ることができる。ま
た，３系統の光測定手段３ａ，３ｂ，および３ｃによっ
て測定される操作面４上の微小領域４１ａ，４１ｂ，お
よび４１ｃは，図１のように４１ａと４１ｂを結ぶ直線
がＸ軸と並行，且つ４１ｂと４１ｃを結ぶ直線がＹ軸と
並行となる必要はなく，操作面４上で異なる方向に散っ
てさえいればよい。

【００２６】（実施例２）図５は，操作面４上の明るさ
の測定手段の説明補助図で，図２に対して照明手段が光
学系の軸ＣＬに対して対象ではなく，照明の中心軸が基
本的には紙面内にある場合である。照明光は紙面右上方
から操作面４上の微小領域４１を照らす。

【００２７】微小領域４１で反射されてレンズ３２へ入
る光は光検出器３１上の光検出素子上に集光される。い
ま操作面４に対して光測定手段３および照明手段２が紙
面上で点Ｆ１を中心にして時計回りに，点Ｆ２を中心に
して反時計回りに角度θだけ傾けられたとする。図５上
では操作面４が相対的に点Ｆ１を中心に反時計方向に，
点Ｆ２を中心に時計方向（θはマイナス）に回転して，
それぞれ二点鎖線４（θ）および４（−θ）の位置に来
たことと等価である。光検出器３１の出力と角度θの関
係は，図６に実線で示す形となる。光検出器出力は，Ｆ
１を支点として傾けられた場合は，第１象限に示すよう
にθと共に単純減少となる，Ｆ２を支点として傾けられ
た場合は，第２象現に示すように−θと共に増加後減少
する。θｐ以上の限られたθ範囲においてはθと共に単
純減少であり，光検出器出力だけ知れば２次元的には傾
斜方向と傾斜角度がわかる。

【００２８】図５の光測定手段３と照明手段２を，図１
のａ，ｂ，およびｃのサフィックスで区別される３系統
の光測定手段と照明手段のうちの２系統に置き換え，残
る１系統を取り除いたものが実施例２である。

【００２９】特に図示せず，図１を代用して説明する。
いま，ｂ系統とｃ系統に置き換えたとし，ａ系統は取り
除くとする。尚且つ，新しいｂ系統およびｃ系統の照明
手段２（２ｂおよび２ｃ）による照明光の中心軸が，そ
れぞれｂ系統およびｃ系統の光学系の軸を含み，Ｘ軸に
平行な平面内にあるものとする。

【００３０】稜線１１および稜線１２を回転軸にしてＸ
方向に傾ける場合は，光検出器３１ｂおよび３１ｃの出
力と傾斜角度θの関係は，図６のようになる。

【００３１】また胴体１のＸ軸に平行な稜線１３を回転
軸にしてＹ（＋）方向に傾ける場合は，光検出器３１ｂ
と３１ｃの出力と傾斜角度θの関係は，図４の特性曲線
ＡとＢの関係となる。

【００３２】また，Ｘ方向に角度θだけ傾いている状態
に加えてＹ（＋）方向にもある角度だけ傾けたとする
と，光検出器３１ｂの出力は図６上で実線上から破線ａ
上に落ち，光検出器３１ｃの出力は同じく破線ｂ上に落
ちる。破線ａとｂはＹ（＋）方向に傾けられた角度とＸ
方向の傾斜角度θに依存して決まる。Ｙ（−）方向に傾
けたときはａとｂが逆になるだけで同様に落ちる。

【００３３】従って，Ｘ方向およびＹ方向にどのように
傾いていようとも，Ｘ方向の傾き角がθｐ以上であれ
ば，２個の光検出器の出力さえ検知すれば傾斜方向と傾
斜角度を知ることができる。

【００３４】図示はしないが，図１におけるａ，ｂ，お
よびｃの３系統の光学系の内２系統をなくし１系統だけ
を使用することも可能である。実施例１および２の説明
からわかるように，１個の光検出器があれば１．５次元
の傾斜方向と傾斜角度を知ることができる。１．５次元
の意味は，例えばＸ方向については＋−両方向，Ｙ方向
については＋方向か−方向かいずれかの１方向だけの意
味である。

【００３５】実施例２の照明手段（図５の照明手段）あ
るいは他の形態の照明手段を実施例１の３系統の照明手
段として使用した場合には，光検出器出力と傾斜角度θ
の関係を示す特性曲線が図３あるいは図４に示すような
概ね単純減少とはならない状況が生まれることもある。
その場合には，比較したい特性曲線の比をとることによ
ってθに対して一方向変化を示す新たな特性曲線が得ら
れるような光学系設計ができるため，実施例１の場合と
同様に胴体１の傾斜角度と傾斜方向を知ることができ
る。

【００３６】以上の実施例では，３系統以内の明るさ検
出光学系を使っているが，より多系統の光学系を使えば
統計的なデータ処理も駆使して，より精度の高い傾斜情
報処理が可能となる。

【００３７】また以上の実施例では，胴体１が角柱とし
て説明してきたが，内部の光学系さえ適正に配置されて
いれば胴体１の形状は任意でよいことは明白である。

【００３８】また光検出器３１ａ，３１ｂおよび３１ｃ
の一部は，複数の光検出素子が一列に並んだ，いわゆる
リニアイメージセンサの２個の光検出素子を使ってもよ
いし，コストを無視すれば全部を面状のイメージセンサ
の３個の光検出素子を使っても差し支えない。

【００３９】また，レンズ３２ａ，３２ｂおよび３２ｃ
の一部あるいは全部が１個のレンズで代用されてもよ
い。

【００４０】さらに，照明手段２ａ，２ｂおよび２ｃに
ついても，その一部あるいは全部が一体のもので代用さ
れて差し支えない。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明のポインティ
ング装置によれば，ケーブル１０１の長さを適当に選べ
ば，コンピュータ本体の周囲で紙の上であろうが机上で
あろうが光が反射可能な概略平たい操作面上ならどこで
でも，胴体１を手で保持して操作面に立て傾ける動作を
するだけで自由に使え，また塵埃をかみこんで動作不良
に到らしめるような機構部も持たないためメンテナンス
に気を使うこともなく，またコンピュータディスプレイ
上のポインタを上下左右斜めと自由な方向へ移動させる
ことができる。また，胴体１内は操作面４上のいくつか
の微小領域の明るさを測定するための光学系が入るだけ
でスぺースは小さくてよく，且つ操作面４に当接する胴
体１の端部もいわゆるマーカーペンのペン先を思わせる
コンパクトなサイズとすることができるため，非常に小
さなスリムなサイズが実現できる。そのため他の機器へ
組み込む場合も大きな支障なくできる。このように従来
技術では解決できなかった諸課題を解決することができ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による実施例１を示す図。

【図２】 操作面４上の明るさの測定手段の説明補助
図。

【図３】 光検出器３１の出力と（傾き）角度θの関係
を示す図。

【図４】 光検出器３１ａ，３１ｂ，および３１ｃと傾
き角θの関係を示す図。

【図５】 操作面４上の明るさの測定手段の説明補助
図。

【図６】 光検出器３１の出力と（傾き）角度θの関係
を示す図。

【符号の説明】

１ 胴体 １１，１２，１３，１４ 稜線 ２，２ａ，２ｂ，２ｃ 照明手段 ３，３ａ，３ｂ，３ｃ 光測定手段 ３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ 光検出器 ３２，３１ａ，３２ｂ，３２ｃ レンズ ４ 操作面 ４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ 微小領域 ５ 傾斜情報処理手段 ６ ポインタ表示手段 ７ コンピュータディスプ
レイ ８ ポインタ（カーソル） １０１，１０２ ケーブル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端を操作面上に当接した状態で，前記操
   作面に対し所定の立体角内で傾斜可能な胴体，前記胴体
   内に配設され前記操作面に光を照射する照明手段，前記
   胴体内に配設され前記操作面上の微小領域の明るさを測
   定するための光測定手段，および前記光測定手段の測定
   結果から前記胴体の前記操作面に対する傾斜角度および
   傾斜方向を計算し，前記胴体の傾斜動作に対応してコン
   ピュータディスプレイ上のポインタの位置をコントロー
   ルするポインタ表示手段へ傾斜角度情報および傾斜方向
   情報を出力する傾斜情報処理手段から成ることを特徴と
   するポインティング装置。