JPH0844491A

JPH0844491A - 光学ペンカーソル制御装置

Info

Publication number: JPH0844491A
Application number: JP4190163A
Authority: JP
Inventors: Jieemusu Kapareru; ジェームスカパレル; Toomasu Shiyaarotsuku; トーマスシャーロック; Furetsudo Sutenguru; フレッドステングル; Jiyou Edowaado Bayarii; ジョウエドワードバヤリー
Original assignee: INFUOOMEESHIYON TECHNOL INTANA; INFUOOMEESHIYON TECHNOL INTANASHIYONARU KK
Current assignee: INFUOOMEESHIYON TECHNOL INTANA; INFUOOMEESHIYON TECHNOL INTANASHIYONARU KK
Priority date: 1992-06-25
Filing date: 1992-06-25
Publication date: 1996-02-16

Abstract

(57)【要約】【目的】パソコンあるいはワープロ等に接続し、図形
作成、アウトラインフォント外字作成あるいは、イメー
ジ編集等に使用する、ペンの形をした手で持ち動かすの
に便利な光学ペンカーソル制御装置に関するものであ
る。【構成】ペンの先に回転するボールを有し、このボー
ルが機械的摩擦により回転し、回転方向と回転量に比例
した電気信号から検出すべき光強度の変化として受信す
る手段を細長い本体の中に持っている光学ペンカーソル
制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はパソコンあるいはワープ
ロ等に接続し、図形作成、アウトラインフォント外字作
成あるいは、イメージ編集等に使用する、一般にマウス
と呼ばれるカーソル制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンピューターのスクリーン上のカーソ
ル又はポインターを動かすものとしては、数種の装置が
ある。一般にほとんどのコンピューターはキーボードを
通して動かしている。しかし最近では、シリアルポート
を通してカーソルの制御装置を別に接続することが広く
使用されるようになってきた。その１つとしてマウスが
ある。このマウスは、マウスを手で掴みデスクの上を動
かす事により、コンピューターのスクリーン上のカーソ
ルやポインターを動かす方向および距離の信号をつく
り、コンピューターに送り込むものである。１つのタイ
プのマウスとしてボールを用いるものがある。これはボ
ールの下に光エンコーダがついており、カーソルの位置
と方向を検知して行う。このタイプのマウスは、テーブ
ルの平らなところであればどこでも使用できる。別のタ
イプのマウスとしては、マウスを動かすところに光学グ
リッドが置かれ、マウスの動きがグリッドをクロスする
信号をカウントすることで、方向と位置を検知するよう
になっている。そのほかのものとしては、デイスクの表
面から反射してくる光の干渉パターンを分析する方法も
提案されている。普通のマウスは、手でつかむのにちょ
うど掴みやすい４角形をしており、机の上を動かす。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のマウスでは、大
きさが大きく手のひらで掴むようにして使用し、ペンの
ように使えないため、十分な精度がとれないので文字の
ような細かいものを書く作業ができない。単にカーソル
の移動にしか使用できない。またタブレット方式は、タ
ブレットとペアでしか使えず、そしてタブレットの値段
が高く大きさにも制限があり、どこででも使えるもので
はないため余り普及していない。

【０００４】

【課題を解決するための手段】最近ペンの形をしたマウ
スも売られている。これは通常のマウスを小さくしただ
けで、通常のマウスの様な動作は無理である。今回の発
明の目的は、ペンの動きを検出するための特別な方式
と、ペンの形をした手で持ち動かすのに便利なマウスを
提供するものである。この方式では、タブレット等の使
用方式とは異なり、ペンの他に光学的なグリッドのよう
なものが必要ないのが特徴である。

【０００５】本発明でいくつかの目的を達成した。

【０００６】１つは、ペンを持つような感覚で使用でき
る細い構造でマウスが実現できることである。ペンの先
には回転するボールがあり、机の上をすべらせて摩擦で
ボールが回転し、ボールの表面には光学的繰り返しパタ
ーンが設けられており、この回転により、反射してくる
光を直角の方向にペアで配置した２つの角形の検出器で
検出し、ペンの動く方向と距離を検知する。机の上を直
接ボールが接触する場合と、別のボールと接触しその別
のボールが机と接触し間接的にペンの動きを検出する方
式とが考えられる。いずれの方式でも、このタイプのマ
ウスは、先端のボールが回転するのに十分な機械的摩擦
があるデスク表面が必要である。マウウとデスク表面と
の間には何らタブレット等のような光学的な結合がない
ため、大変コンパクトにすることが出来る。今回発明し
た構造や技術現在一般に広く使用されているマウスと交
換してコンプーター側になんらの変更を必要とせずに使
用できることはもちろん、ペン型装置を作る上で特別有
利な点をもっていることから、今後の改良によってもっ
と使いやすいマウスを製作することが可能となる。もう
一つの目的として、この発明からでてくる有利な点や色
々の特徴は実施例について説明を加えたり添附の図面を
使うことにより明らかになる。

【０００７】

【実施例】図１により、マウス内部の光学的、電子的部
分の説明をする。

【０００８】球の外側の表面全体に光学的パターン（１
３）を彫りこんだボール（１１）が基本素子である。ペ
ン型マウスを考えると、ボールの直径としては数ミリメ
ーター以下が望ましい。このボールの表面は適当なイン
コヒーレントな光源（１５）、例えば回路（１７）で電
気的に接続されたＬＥＤ等が使用されている。光源の位
置によっては、ハーフミラー（１１０）（図９Ｂ）で変
向し、ボールの正面から照らすようにすると良い。ボー
ル（１１）の表面で反射した光は光学系（１９）で集め
られ、検出器の表面（２１）に暗い部分と明るい部分と
の交互のイメージ（１３’）を結像する。検出器の表面
は平面でも球面でも、その他の形をしていもよい。光学
検出器のペアの表面のある位置に虚像の表面がある。光
学的パターン（１３）はボール（１１）の表面に印刷さ
れた交互の明暗の部分からなっている。検出器の表面の
形状は、実施例に限定されない。交互の明暗のイメージ
（１３’）は全部同じ色の背景のなかにおかれたパター
ンの反射光から得られる。実際の例で記述すると、角型
のフォト検出器の２つのペアを直角に配置してあり、こ
のフォト検出器（２３）と（２５）が１つのペアとなっ
ており、フォト検出器（２７）と（２９）がもう１つの
ペアとなっている。これら４つのフォト検出器はそれぞ
れ光源（１５）で照らされる光の波長に感応するシリコ
ン又はその他の材料で出来ている。４つのフォト検出器
はそれぞれ表面全体にあたった光の強度に応じた電圧を
発生する。第１のペアのフォト検出器（２３と２５）の
電気出力はそれぞれ（３１と３３）の増幅器に加えら
れ、その出力は（３５と３７）の線を通って論理回路
（３９）に送られる。同様に第２のペアのフォト検出器
（２７と２９）の電気出力はそれぞれの増幅器（３９と
４１）に加えられ、その出力は（４３と４５）を通って
別の論理回路（４７）に送られる。論理回路（３９）の
出力（４９と５１）と、論理回路（４７）の出力（５３
と５５）は、処理回路（５７）に加えられ、その出力
（５９）は標準フォーマットの信号とシリアルマウス出
力のプロトコールとして送られる。

【０００９】図２はフォト検出器アレーとボール上の光
学パターン（１３）についての説明である。パターン
（１３）は検出器アレーでうまく検出されるような形状
に選ばれなければならない。例えば、円、正方形、三角
形等が考えられる。ボール（１１）の表面の全面で背景
と光学的にコントラストをもったものであれば同じ形の
ものでも別の形のものの組み合わせでもよい。説明を簡
単にするためにパターン（１３）は対称的な形にする
が、これは必ずしも必要なことではない。ボールを十分
カバーするに必要な領域まで対象にする必要はない。

【００１０】ドットの形状について説明する。パターン
（１３）のバックグランドは白でドットは黒で書かれて
いるが、その反対でもよい。ドットの数はカーソルの動
きをスムーズにするためには、数百から千以上必要であ
る。図２はボールパターン（１３）のイメージ（１
３’）が検出器の表面にある事を示している。それぞれ
のドットが直径Ｄの円形をしたイメージの形をしてい
る。ドットの内部は黒い色をしている。ドットは列をな
しており、交互に行を形成している。例えば図２のイメ
ージ（１３’）に示された上の列ａと下の列ｃの間に真
ん中の列ｂが配置されている。２つのドット間の距離は
約Ａである。フォト検出器の最初のペア（２３と２５）
は、各長辺に沿って出来るだけ近付けて幅Ｗにして置か
れる。置かれた検出器の長さＬは、ドット直径Ｄ＋ドッ
ト距離Ａより大きくしてある。ここではドットパターン
メージ（１３’）の動きを知るためにフォト検出器（２
３と２５）の長さに垂直の方向を図２で示したようにＸ
軸の方向とするとドットを見失うことはない。もしも長
さＬが距離Ａより短かったら、フォト検出器（２３と２
５）の両サイドでドットを見失う事になる。フォト検出
器（２７と２９）の第２ペアは、同じ大きさで同じ形を
しており、第１のペア（２３と２５）のフォト検出器の
長さ方向と直角の方向に置かれている。

【００１１】図３から図７はそれぞれＡとＢの２つの部
分に分けて、ドットの並びが１つのペアのフォト検出器
を通過する際に発生する信号の５つの例で説明してい
る。各図Ａはドットの動きを示し、各図Ｂはフォト検出
器の出力が増幅器（３１と３３）に入り、その出力線
（３５と３７）に出てきた信号を示して入る。増幅器
（３１、３３、３９、４１）はアナログ入力をデジタル
に変換して出力する。従ってＢのような波形になる。

【００１２】図３を見ると、ドット（６１）の黒い部分
はフォト検出器（２３と２５）のペアの長さ方向と直角
の方向で右から左へと横切って行く。６３の波形は、検
出器（２３）の出力であり、６５の波形は（２５）の出
力である。時刻ｔ１でフォト検出器（２３と２５）の出
力は黒いドット（６１）がまだ全体をカバーしていない
ため、１の状態である。しかしｔ２では、ドット（６
１）が最初の点線より左側に移動してフォト検出器（２
５）を十分カバーするため、出力信号（６５）は０のレ
ベルに下がる。ドット（６１）が更に左側に移動して第
２の点線に時刻ｔ３で達した時、フォト検出器（２３）
の出力も０に下がる。信号（６３）と（６５）の位相の
関係は、フォト検出器を横切るドットの動く方向の情報
を示すものである。

【００１３】図４は、ドット（６１）が左から右への反
対方向に移動している。図４Ｂの出力波形で、時刻ｔ１
における信号レベルは、ドット（６１）が図４Ａで示さ
れているようにフォト検出器の左に位置している時は、
１になっている。ドットが右に移動して最初の点線に達
した時刻ｔ２でフォト検出器（２３）の出力信号（６
７）は下がり、ドットが更に右に移動して第２の点線に
達した時刻ｔ３で、フォト検出器（２３、２５）の出力
信号（６９）が下がる。図３Ｂ、図４ｂの波形を比較す
れば、検出器を横切るドットの方向が反対なら位相が反
対になっている。マウスの動く方向を知るには、電子回
路によってこの相対位相を知ればよい。この動きの量を
知るには、ＸとＹのフォト検出器のペアから出てくるパ
ルス数をカウントすればよい。

【００１４】図５Ａに示す実施例について説明する、ド
ット（６１）がフォト検出器（２３と２５）の長さ方向
に沿って移動していくと出力信号はそれぞれ（７１）と
（７３）になる。ドット（６１）がフォト検出器（２３
と２５）に達していない時刻ｔ１では、出力信号レベル
は両者とも１である。ドット（６１）がフォト検出器
（２３と２５）の上を下方に向かって移動して図５Ａで
点線で示した位置まできた時刻ｔ２で、フォト検出器の
信号（７１と７３）の両者ともに０に下がる。それはド
ット（６１）がフォト検出器（２３と２５）に与える影
響が全く同量であるからである。

【００１５】図３と図４で説明したように、ドット（６
１）が直角方向に移動した場合のフフォト検出器の出力
パルスの位相差は問題ではない。もしもドット（６１）
が図６Ａに示したように１つだけフォト検出器（２３と
２５）に沿って移動するとすると、フォト検出器（２
３）の出力信号（７５）は図６Ｂに示したように図５Ｂ
の出力信号（７１）と同じものになる。しかしフォト検
出器（２５）の信号出力（７７）はドットが検出器に影
響を与えない間ハイレベルである。図５Ｂの波形で出力
信号（７５と７７）はスポットが直角に移動したときに
図３Ｂや図４Ｂの信号から検出されるような位相関係は
ない。スポットの大きさは、フォト検出器のペアを設計
通り移動したときに図３から図６で説明したような出力
が出るのに十分なものである必要がある。一般に円形の
ドット（６１）の径は検出器ペアの幅Ｗより大きい方が
よい。図３Ａと図４Ａで説明したように、ドット（６
１）が最初のフォト検出器を横切ったとき、第２のフォ
ト検出器の出力が反転する前に反転して低レベルになる
のを確認出来るのに十分なドット面積が必要である。も
ちろんこの移動に対してドットの動作範囲は増幅器（３
１、３３、３９、４１）のスレッシュホールド特性に依
存する。スポット径がフォト検出器の幅Ｗ以上であるこ
とが、図５Ａで示したように２つの出力信号が位相差を
もっているために動きを検出できるのに対して、信号
（７１と７３）は時刻ｔ２でパルスエッジが一致してい
ることからもわかる。

【００１６】図７を見ると、イメージパターン（１
３’）の隣接するドット間に空隙がある。この空隙はフ
ォト検出器のペアの幅Ｗより広くすべきで、約２倍以上
が望ましい。もちろん図７Ａで示したように、隣接する
ドットのペアがフォト検出器ペアの反対側を長さ方向に
沿って降りてくれば、フォト検出器（２３と２５）のそ
れぞれの出力信号（７９と８１）はドットが信号出力に
影響を与えない限り、ハイレベルを維持する。

【００１７】図８は、図１の論理回路（３９と４７）を
簡略化した形で表してある。Ｘ軸方向論理回路（３９）
にはフォト検出器、（２３）からきたライン（３５）で
はパルス端で下降しＡＮＤゲート（８５）へ入力するパ
ルスをつくるエッジ検出回路を含んでいる。同様にライ
ン（３７）の出力は、ＡＮＤゲート（８５）の第２の入
力である。ライン（４９）の出力は図３Ｂの例で、時刻
ｔ３で発生するようなライン（３７）の信号がＬＯＷの
間に信号（３５）のなかでエッジを検出したときに発生
するパルスである。第２のＡＮＤゲート（８７）はエッ
ジ検出器（８３）の出力を１つの入力として受けている
が、第２の入力は、ライン（３７）の信号を位相反転さ
せたものである。図４Ｂで時刻ｔ２の時、ライン（３
７）の信号がＨｉｇｈであれば、ライン（３５）の信号
に下降リーデイングエッジが発生したとき出力ライン
（５１）にパルスが発生する。同様の回路で、第２のフ
ォト検出器のペア（２７と２９）から出る信号出力を受
けてＹ方向論理回路（４７）が繰り返される。この出力
（Ｌ９９，Ｌ５１，Ｌ５３，Ｌ５５）はそのまま現在市
販されている一般的なマウスと交換して接続すればコン
ピュータ側はなんら変更を必要としないで使用できる。

【００１８】図９は図１のシステムを具体的にペン構造
の形にまとめたものである。図９Ａの部品は図１の部品
と対応しており、番号も同じでダッシュ符号をつけてあ
る。細長いプラスチックチューブ（９１）には、ボール
（１１’）があり、反対側はデスクの表面を自由に回転
するようになっている。図１で示されている電子回路
（９５）が含まれている。動作のオン−オフ用のスイッ
チ（９７）が付いている。図９Ｂは光源をハーフミラー
（１１０）を通して照射させる例である。

【００１９】図１０は図９の構造を修正したものであ
る。この場合は、パターンボール（１０３）の表面（９
３）に接触せず、第２のボール（１０１）と接触して回
転する。第２ボールは、装置全体が表面を移動した時に
表面（９３）と摩擦かみ合いで回転する。この場合ボー
ル（１０３）はパターンイメージをだすのに最適につく
られ、ボール（１０１）は回転に最適なようにつくられ
る。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、ペンと同様にして使用
できるので、細かい文字および図形等を書くことが簡単
にできるようになり、しかも構造が簡単であり、特別な
タブレット等の装置がいらないのでコストも安いものと
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学的、電気的なシステムを説明する
組織図

【図２】その動作を説明する為に図１のシステムの１部
を拡大した図

【図３Ａ】図１のシステムによって検出された光学パタ
ーンの第１の実施例を説明している

【図３Ｂ】この動作で発生する検出波形の例である。

【図４Ａ】図１のシステムによって検出された光学パタ
ーンの第２の実施例を説明している

【図４Ｂ】この動作で発生する検出波形の例である

【図５Ａ】図１のシステムによって検出された光学パタ
ーンの第３の実施例を説明している

【図５Ｂ】この動作で発生する検出波形の例である

【図６Ａ】図１のシステムによって検出された光学パタ
ーンの第４の実施例を説明している

【図６Ｂ】この動作で発生する検出波形の例である

【図７Ａ】図１のシステムによって検出された光学パタ
ーンの第５の実施例を説明している

【図７Ｂ】この動作で発生する検出波形の例である

【図８】図１、図２のシステムで検出用に使用された電
気回路のブロック図

【図９】図１のシステムをペンの形に収めた具体的な実
施例の断面の拡大図

【図１０】第２の実施例の断面図

【符号の説明】

１１、１０１ボール１３光学的パターン１５光源１７回路１９光学系２１、９３検出器の表面２３、２５、２７、２９フォト検出器３１、３３、３９、４１増幅器３５、３７、４３、４５、出力線３９、４７論理回路４９、５１、５３、５５論理回路からの出力５７処理回路５９処理回路からの出力６１ドット６３、６５、６７、６９、７１、７３、７５、７７、７
９、８１出力信号８３エッジ検出器８５、８７ＡＮＤゲート９１プラスチックチューブ９５電子回路９７スイッチ１１０ハーフミラーｔ１、ｔ２，ｔ３時刻

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ステングルフレッドアメリカ合衆国 94062 カルフォルニア州レッドウッドシティーサマセット 134 (72)発明者バヤリージョウエドワードアメリカ合衆国 93953 カルフォルニア州ペブルビーチロディオロード 1004

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】手にもてるぐらいの大きさで、細長い形
をしており、先端を下に向けてペンのように使用でき、
先端には、表面と接触して回転できるように球形の部品
が取付けられており、この球形の部品は２次元の光学的
検出パターンを有し、このパターンを照明し、その反射光を装置の長さ方向に
反射する手段を細長い本体の中に有し、先端からある距離のところにおいてあり、球形部品が回
転に応じた光学的検出パターン像の強度の変化を検出す
るための反射光受信装置が細長い本体の中にあり、細長い本体の最先端がデスクの表面を動く方向と量によ
り、回転可能であるようにように取り付けられた球形の
部品が回転し、その回転方向と回転量に比例した電気信
号から検出すべき光強度の変化として受信する手段をこ
の細長い本体の中に持っている光学ペンカーソル制御装
置。
【請求項２】光学的検出パターンが、ドットが規則正
しく整列しており、光学的に背景とコントラストが十分
とれて、球形をしているところの請求項１に記載の光学
ペンカーソル制御装置。
【請求項３】ドットが黒くそして背景が明るい色であ
るところの請求項２に記載の光学ペンカーソル制御装
置。
【請求項４】光学的検出器が２本ペアで互いに直角方
向に置かれるところの請求項１に記載の光学ペンカーソ
ル制御装置。
【請求項５】光学的検出器がペアは互いに直角方向に
置かれ、その長さがドット中心間の最大距離と少なくと
も等しいようにしてあるところの請求項２に記載の装
置。
【請求項６】２つのフォト検出器を並べた幅は、ドッ
トの直径より小さくなっている請求項５に記載の装置。
【請求項７】２つのフォト検出器のそれぞれの幅は、
ドット間隔より相当小さくなっている請求項６に記載の
装置。
【請求項８】２つのフォト検出器のペアのそれぞれか
ら検出される光強度の変化の相対位相から移動の方向を
示す情報が得られる請求項７に記載の装置。
【請求項９】２つのフォト検出器のペアのそれぞれか
ら検出される光強度の変化の相対位相から移動の方向を
示す情報が得られる請求項１に記載の装置。
【請求項１０】先端を下に向けてペンの様に使用でき
る手に持てる大きさの細長い形をしており、先端には、
表面と接触しそしてその表面を横切る先端の動きにより
回転可能な球形の部品が付けられており、その球形部品
には２次元の光学的検出パターンを有しており、前記パ
ターンを照明し、その反射光を細長い本体の長さ方向に
沿って反射させる手段を細長い本体の中に有し、第１お
よび第２の角形検出器が、第１のペアをなし、この第１
ペアが細長い本体内で検出面および近接した長辺が一致
するように位置しており、第３および第４の角形検出器
が第２のペアをなし、この第２ペアが検出面および近接
した長辺が一致するように位置しており、第１および第
２ペアの角形検出器の長辺が、第３および第４フォト検
出器の長辺と直交するように配置されており、これら第
１、第２、第３、第４フォト検出器が、それぞれ光の強
度に応じた別個の電気信号を出力するようになってお
り、細長い本体に対し球形部品が回転すると、その検出
パターンがフォト検出器を横切って動くように本体の長
手方向に沿って検出器のパターンを結像するための手段
が細長い本体内の反射光路中に位置しており、この検出
器パターンが、パターンイメ−ジと第１および第３フォ
ト検出器ペアとの相関動が、その２つの電気信号がそれ
らの間の移動方向に応じた位相差および回転方向による
周期を有するような寸法となっていて、表面を横切る細
長い本体先端の動き方向および量を表す電気信号を発生
するためにフォト検出器の出力信号を受信するようにな
っている手段とからなる光学ペンカーソル制御装置。
【請求項１１】光学的に検出できるためのパターンと
して、ドットが規則正しく整列しており、光学的に背景
とコントラストが十分とれて、球形をしている請求項１
０に記載の装置。
【請求項１２】ドットが黒くそして背景が明るい色で
あるところの請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】２つのフォト検出器を並べた幅は、ド
ットの直径とドットの中心間の最小距離より小さくなっ
ている請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】２つのフォト検出器のペアの長さはド
ット中心間の最大距離に等しいかそれより小さくなって
いる請求項１１に記載の装置。