JPH08272510A - 静電容量結合方式のケーブル無しマウス、及びその読取高さの制限方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 操作性・耐久性に優れた静電容量結合方式に
よるケーブル無しのマウスにおいて、読みとり高さを制
限することにより、マウスを戻すときのカーソルの戻り
を少なくすることによって、よりよい操作性をもたら
す。 【構成】 底面に先端が半球状の電極と、それを中心と
したリング状の電極を有し、これらを矩形波または正弦
波により平衡駆動する、いくつかのスイッチを有したマ
ウスと、ＸおよびＹ座標軸に沿って、それぞれ平行な複
数の電極線を持つタブレットと、マウスよりその隣接電
極線間に誘起された平衡電流を平衡電圧に変換する変換
器と、マウスが置かれた場所を特定し、また、読みとり
高さを適切に制限する制御部で主に構成される。 【効果】 マウスをタブレットより離して戻すときのカ
ーソルの戻りがほとんどなくなることによって、操作が
楽になり、よりよい操作性がもたらされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はパーソナルコンピュータ
等に接続され、ポインティングデバイスとして最も広く
使用されているマウスで、しかもマウス自体にはケーブ
ルが無いものに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マウスとして最も普及しているものは、
平面上を滑らせることによりその底面にあるボールを回
転させ、このボールの回転によってロータリーエンコー
ダを回転させて、移動量を求めるものである。そのほか
には、印刷等によってその上に格子を形成した盤面上を
移動させることによって、その格子を光学的に読みとる
ことによって移動量を求めるものや、電磁誘導を用いた
デジタイザをマウスとして応用したもの等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のボールを回
転させるものにおいては、回転伝達系に汚れが付着し、
また、光学的に読みとるものにおいては、やはり光学系
に汚れが付着し、定期的な清掃・保守が必要である。ま
た、マウス自体はケーブルでコンピュータ等に接続され
ているので、ケーブルが操作の邪魔となる。そこで、ケ
ーブルを無くし、非接触方式によって移動位置を求める
ことによって、耐久性・保守性・操作性に優れたマウス
を実現できる訳であるが、非接触であるが故にマウスが
操作盤面から少々離れても信号を検出してしまうため
に、表示装置上の移動量が足りずにマウスを戻して更に
同方向に移動させようとしたときに、移動させようとし
ている反対の方向に少し戻ってしまう可能性が高く、そ
れを避けるためにはマウスを一回垂直方向に持ち上げて
から戻さなければならず、操作者に余分な負担をかける
こととなっていた。

【０００４】問題を解決する一番安易な手段は、マウス
の底面にマウスが操作盤面に触れている時にオンになる
スイッチを設けて、そのスイッチがオンの間だけ検出動
作を行い、移動量を求めるというものである。しかし、
そのようなスイッチを設けることは操作感を悪くし、ま
た、耐久性も悪くなり、そしてコストの上昇にもつなが
るという問題が残っていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は如上の従来の問
題点に鑑みなされたもので、中心電極及び該中心電極を
囲繞するリング状電極を底面に配設し、上面に配設した
複数の押ボタンの内の任意個数を操作者が押下すること
により、決められた周波数シフトをする正弦波または矩
形波発振器を有し、該発振器から出力される互いに逆相
の二つの信号により、前記中心電極及びリング状電極が
平衡駆動されるケーブル無しのマウスと、前記中心電極
及びリング電極と静電容量結合する、Ｘ及びＹ方向に沿
ってそれぞれ平行に配設された複数のＸ電極線及び複数
のＹ電極線を有するタブレットと、前記電極線の二本の
隣接電極線毎に平衡受信する電気信号のレベルから、前
記マウスの前記タブレット上の位置を一定時間毎に特定
することによって、マウスの移動距離を判定するととも
に、前記平衡受信した電気信号の周波数を計測すること
で、前記マウス上面の押ボタンの押下状態をも判定する
信号処理部からなるマウス装置を提案するものである。

【０００６】

【作用】本発明においては、静電容量結合方式でマウス
からの信号をタブレットで受け取り、マウスが操作盤面
上にある時とそこから離れた時との、タブレットの各電
極線に誘起される信号の大きさの分布状態の違いに着目
し、各電極線に誘起された信号の最大値と最小値の比を
調べることにより、マウスが操作盤面より離れたかどう
かを判断し、検出動作を行うか否かを決定するものであ
る。

【０００７】

【実施例】以下本発明の詳細を添付図面を参照して説明
する。図１は本発明によるマウスの使用状態の例であ
る。パーソナルコンピュータ１に接続されたタブレット
２の操作盤面上でマウス３を動かすことにより、パーソ
ナルコンピュータ１の表示装置４の画面上のカーソル５
（図１では＋字で表わす。）が、マウス３をタブレット
の対応する方向に動かした距離に比例する量移動し、カ
ーソル５を所望の位置に合わせることができる。

【０００８】図２は本発明のマウス３の底辺に設けられ
たタブレット２への信号印加用の電極の形状の例であ
る。タブレット２に向かう方が略半球になったスタイラ
ス状導体１０と、その周りをドーナツのように囲むリン
グ状導体１１の２つが、マウス３の底辺を形成する部材
１２に取り付けられている。なお、電極は必ずしも底辺
に露出されている必要はない。

【０００９】図３にマウス部の回路の電気的ブロック図
を示す。参照符号１３は電源を供給する電池であって、
スイッチ１４をオンにすることにより、発振器１５とイ
ンバータ１６に電源が供給され回路は動作を開始する。
発振器１５はセラミック振動子等を含む周波数の安定な
発振器であって、マウス３に設けられたボタンスイッチ
１７ａ、１７ｂを押すことによりコンデンサ１８ａ、１
８ｂが電気的に接続され、周波数が微小に変動するもの
である。後述するが、タブレット側においてはこの周波
数の変動を検知してボタンスイッチの押下状態を知り、
マウス３の移動距離の情報と併せてコンピュータ１に送
る。発振器１５の出力はスタイラス状電極１０に印加さ
れるとともに、インバータ１６にも印加され、このイン
バ−タ１６の出力がリング状電極１１に印加される。こ
のことにより、スタイラス状電極１０とリング状電極１
１には逆相の信号が印加されるため、スタイラス状電極
１０とリング状電極１１は発振器１５の振幅の約２倍の
振幅で平衡にドライブされることとなる。なお、この信
号は矩形波であっても、正弦波であってもよい。

【００１０】図４にマウス３のスタイラス状電極１０及
びリング状電極１１とタブレット２の電極との間の静電
容量結合の様子を示す。マウス３の各電極１０、１１が
タブレット２の操作盤面の上にあるときには、マウス３
のスタイラス状電極１０およびリング状電極１１と、タ
ブレット２中のＸ電極及びＹ電極の間に、小容量の静電
容量結合が生じる。図４にはタブレット２のＸもしくは
Ｙの電極の片側しか表わしていないが、このＸもしくは
Ｙの電極と直交するもう一方の電極の組とも、同様に静
電容量結合を生じる。タブレット２中の一方向のｎ番目
の電極２０とマウス３のリング状電極１１との間に生じ
る静電容量をＣ１（２２）、電極２０とマウス３のスタ
イラス状電極１０との間に生じる静電容量をＣ２（２
３）、タブレット２中のｎ＋１番目の電極２１とマウス
３のスタイラス状電極１０との間に生じる静電容量をＣ
３（２４）、電極２１とマウス３のリング状電極１１と
の間に生じる静電容量をＣ４（２５）とする。

【００１１】静電容量は対向する両者の電極の面積が大
きければ大きいほど大きく、また、対向する電極間の距
離が短ければ短いほど大きい。従って、距離が同じであ
れば、リング状電極１１の面積の方がスタイラス状電極
１０よりも大きいので、リング状電極１１とタブレット
２中の電極２０、２１との間の静電容量の方が、スタイ
ラス状電極１０とタブレット２中の電極２０、２１との
間の静電容量よりも大きい。しかし、マウス３の２つの
電極１０、１１とタブレット２中の電極２０、２１との
間の静電容量は、その位置関係で大きく変動し、Ｃ１〜
Ｃ４の関係は一定とはならない。従って、マウス３のス
タイラス状電極１０とリング状電極１１の間を平衡にド
ライブしても、タブレット２中の２つの電極１０、１１
に誘起される信号は完全な平衡信号とはならず、不平衡
要因も含まれることとなる。また、図面には示していな
いが、更にマウス３の電極１０、１１から遠いタブレッ
ト２中の電極との間にも、図４に示した静電容量よりも
小さいが静電容量結合が生じるので、それらの電極に
も、図中の電極２０や２１に誘起される信号よりも小さ
いが、やはり信号は誘起されることになる。

【００１２】図５にタブレット部の回路の電気的ブロッ
ク図を示す。タブレット電極部３０は、間に絶縁体を挟
んで直交した複数のＸ電極３１と、同じく複数のＹ電極
３２とからなる。前記の誘起信号はこれらの電極とマウ
ス３の電極１０、１１との位置関係によって、近い電極
には大きく、遠い電極には小さく誘起される。ＤＣレベ
ル固定用抵抗３３、３４はこれらの電極のＤＣ電圧を常
にゼロに保持すると共に、これら電極のインピーダンス
を低くして、外来ノイズを低くしている。そして、各電
極はＹ信号アナログマルチプレクサ３５、Ｘ信号アナロ
グマルチプレクサ３６に接続されている。これらのマル
チプレクサ３５、３６は制御回路４５からの切換信号に
よって、それぞれ隣り合う信号を出力するようになって
いる。そして、Ｙ信号アナログマルチプレクサ３５の出
力とＸ信号アナログマルチプレクサ３６の出力はＸＹ信
号マルチプレクサ３７に入力される。このマルチプレク
サは制御回路４５からの切換信号に従ってＸもしくはＹ
の信号を以下の回路に出力させる。このことによって、
選択される入力は、ＸもしくはＹ電極の隣り合う２本の
電極に誘起された信号となる。なお、ここでは説明のた
めに、マルチプレクサを前記のように分けたが、全体を
１つのマルチプレクサとして構成し、制御回路４５から
の切換信号によってＸもしくはＹ電極の隣り合う２本を
選択することはもちろん可能である。

【００１３】前記ＸＹ信号マルチプレクサ３７の出力は
共に電流バッファアンプ３８によって電流増幅された
後、センタタップを持つトランス３９に入力され、トラ
ンス３９の出力にはそれらの信号の差分が出力される。
外来ノイズ源は隣り合う電極の間隔よりはるか遠くにあ
るので、隣り合う電極に外来ノイズによって誘起される
コモンモードノイズの大きさはほとんど等しいので、外
来ノイズはほとんどここで除去される。この出力はさら
にマウスの発振器の周波数の有効信号以外のノイズを除
去するためにバンドパスフィルタ４０に入力され、電流
から電圧に変換される。このバンドパスフィルタ４０は
入力インピーダンスとしてトランスのＬを持つため比較
的簡単な回路で構成できる。また、ここで、信号が適切
なレベルとなるように増幅される。

【００１４】前記バンドパスフィルタ４０の出力の一方
は半波ＡＭ検波回路４１に入力される。これによって、
搬送波であるマウス３の発振器１５の周波数成分は取り
除かれ、マウス３の電極１０、１１とタブレット２の電
極２０、２１との間の静電容量に比例した電圧を取り出
すことができる。この出力は、ＡＤコンバータ４２によ
ってアナログ量からデジタル値に変換されて、制御回路
４５に入力される。

【００１５】前記バンドパスフィルタ４０の出力の他方
は、リミッタを有する増幅器４３に入力されデジタル信
号に変換され、周波数カウンタ４４に入力されることに
より、搬送波であるマウス３の発振器１５の周波数を計
測し、制御回路４５に入力される。

【００１６】２つの導体間の静電容量を数学的に求める
のは、ごく限られた理想的な例（例えば、球と無限平
面）を除けば不可能であるが、マウス３のスタイラス状
電極１０、リング状電極１１、タブレット２の電極の
幅、および、操作盤面からタブレット電極までの厚み等
が決まれば、マウス３の電極とタブレットの電極の位置
関係に対する各隣り合う同士の電極に誘起された信号の
差の比は実験的に求められるので、最も大きな差３つの
比を用いて、タブレット上のマウスの位置を特定でき
る。制御回路４５は、タブレット２のＸおよびＹの隣り
合う電極を次々と選択し、そこに誘起される信号の差を
ＡＤコンバータ４２から入力して、記憶し、計算するこ
とによりタブレット上のマウスの置かれた位置のＸ座標
・Ｙ座標を特定する。この操作を一定時間間隔ごとに行
うことにより、マウスの移動距離を計算し、インターフ
ェース回路４６を介して、Ｘ・Ｙの移動距離情報をパー
ソナルコンピュータ１に伝える。また、周波数カウンタ
４４からの周波数情報を元にして、マウス３のボタンス
イッチ１７ａ、１７ｂの押下状態の変化を検知し、同じ
く、パーソナルコンピュータ１に伝える。

【００１７】マウス３が操作盤面から離れれば電極同士
の距離が大きくなるので、マウス３の電極１０、１１の
直下付近のタブレット２の電極に誘起される信号は小さ
くなる。一方、マウス３の電極１０、１１の直下より離
れたタブレット２の電極においては、距離の増加比より
も、両者の相対する面積の増加比の方が上回るため、そ
こに誘起される信号は大きくなる。この様子を図６に示
す。横軸はタブレット上の位置であって、縦軸はその位
置において隣り合う同士の電極に誘起された信号の差の
大きさである。なお、参照符号５０がタブレット２上で
マウス３の電極１０、１１が置かれた位置で、参照符号
５１がマウスが操作盤面上に接触しているときの信号分
布で、参照符号５２はマウス３が操作盤面から離れた時
の信号分布である。

【００１８】そこで、マウス３が操作盤面から離れたこ
とを検知するのに、隣り合う電極に誘起された信号の差
のうち最大のレベルを見て、そのレベルがあるレベルよ
りも小さくなればマウスが操作盤面から離れたと判断す
ることはできる。しかしながら、各部の定数等のばらつ
きにより最大レベルも大きくばらつくため、この方法で
誤りなく判断するためには、その判断するレベルをかな
り小さく押さえる必要があり、離れたと判断する操作盤
面上からの高さは大きくなってしまい、また、製品ごと
のばらつきも大きくなってしまう。

【００１９】各部の定数等がばらついたとしても、図６
に示したような信号の大きさの分布は大きさを正規化す
れば、マウス３の操作盤面上からの距離が同じであれ
ば、ほとんど同一となる。そこで、信号の最大値と最小
値の比を見ることによりばらつきの影響を無視できるよ
うになる。しかも、前述したように距離が離れるに従っ
て、最大値は小さくなり最小値は大きくなるので、この
比は、距離が離れるのに従って最大値が小さくなるよ
り、より大きな比率で小さくなるので、マウス３が操作
盤面から離れたとみなす距離をより小さくできる。な
お、マウス３の電極とタブレット２の電極１０、１１の
ピッチとの位置関係で最大値は変動しうるので、最大値
と次の大きさの値を持つもの、あるいは最大値から３番
目の大きさの値をもつものまでの３つの値から最大値を
正規化し、それと最小値の比をとることは有効である。

【００２０】

【発明の効果】本発明は以上のような構成となしたの
で、マウスが操作盤面より離れたか否かの判断を、耐久
性を損なうことなく、またコストの上昇を招くこともな
く、しかも、各部のばらつきに影響されることなく安定
して行い、検出動作を停止することができるので、マウ
スを戻したときのカーソルの戻りを最小に抑えることが
でき、操作性が格段に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 マウスの使用状態

【図２】 マウスの電極の形状

【図３】 マウス部の回路の電気的ブロック図

【図４】 マウスの電極とタブレットの電極の静電結
合の様子

【図５】 タブレット部の回路の電気的ブロック図

【図６】 各電極に誘起される信号の分布

【符号の説明】

１ パーソナルコンピュータ ２ タブレット ３ マウス ４ 表示装置 ５ カーソル １０ スタイラス状電極 １１ リング状電極 １２ マウスの底辺を形成する部材 １３ 電池 １４ 電源スイッチ １５ 発振器 １６ インバータ １７ａ マウスのボタンスイッチ １７ｂ マウスのボタンスイッチ １８ａ コンデンサ １８ｂ コンデンサ ２０ タブレットの中の任意のｎ番目の電極 ２１ タブレットの中の２０の隣のｎ＋１番目の電極 ２２ 電極２０とリング状電極１１との静電容量Ｃ１ ２３ 電極２０とスタイラス状電極１０との静電容量
Ｃ２ ２４ 電極２１とスタイラス状電極１０との静電容量
Ｃ３ ２５ 電極２１とリング状電極１１との静電容量Ｃ４ ３０ タブレット部電極 ３１ Ｘ電極 ３２ Ｙ電極 ３３ ＤＣレベル固定用抵抗 ３４ ＤＣレベル固定用抵抗 ３５ Ｙ信号アナログマルチプレクサ ３６ Ｘ信号アナログマルチプレクサ ３７ ＸＹ信号マルチプレクサ ３８ 電流バッファアンプ ３９ トランス ４０ バンドパスフィルタ ４１ 半波ＡＭ検波回路 ４２ ＡＤコンバータ ４３ リミッタ付き増幅器 ４４ 周波数カウンタ ４５ 制御回路 ４６ マウスインターフェース ５０ マウスの電極位置 ５１ マウスが操作盤面に接触している時の信号分布 ５２ マウスが操作盤面から離れた時の信号分布

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心電極及び該中心電極を囲繞するリン
   グ状電極を底面に配設し、上面に配設した複数の押ボタ
   ンの内の任意個数を操作者が押下することにより、決め
   られた周波数シフトをする正弦波または矩形波発振器を
   有し、該発振器から出力される互いに逆相の二つの信号
   により、前記中心電極及びリング状電極が平衡駆動され
   るケーブル無しのマウスと、前記中心電極及びリング電
   極と静電容量結合する、Ｘ及びＹ方向に沿ってそれぞれ
   平行に配設された複数のＸ電極線及び複数のＹ電極線を
   有するタブレットと、前記電極線の二本の隣接電極線毎
   に平衡受信する電気信号のレベルから、前記マウスの前
   記タブレット上の位置を一定時間毎に特定することによ
   って、マウスの移動距離を判定するとともに、前記平衡
   受信した電気信号の周波数を計測することで、前記マウ
   ス上面の押ボタンの押下状態をも判定する信号処理部か
   らなることを特徴とするマウス装置。
2. 【請求項２】 前記二本の隣接電極線毎の平衡信号レベ
   ルの、最大値と最小値の比、あるいは、最大値と２番目
   ないし３番目の大きさの値をもつものまでの２ないし３
   つの値から正規化した最大値と最小値との比をもって、
   前記タブレット上の前記マウスの有効読取高さを制限す
   ることを特徴とする請求項１記載のマウスの読取高さの
   制限方法。