JPH09190277A

JPH09190277A - 入力装置

Info

Publication number: JPH09190277A
Application number: JP8020658A
Authority: JP
Inventors: Hirotoshi Fujisawa; 裕利藤澤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-01-12
Filing date: 1996-01-12
Publication date: 1997-07-22

Abstract

(57)【要約】【課題】マウスと同様の使用形態で、使用場所の平面
性や摩擦係数等を考慮しなくてもよい入力装置を提供す
る。【解決手段】或る時点でｘ軸センサ手段から得られる
撮像データと次の時点でｘ軸センサ手段から得られる撮
像データとの比較処理によりｘ軸方向における当該入力
装置の移動量及び移動方向を検出する。同様にｙ軸セン
サ手段から得られる２つの時点での撮像データとの比較
処理によりｙ軸方向における当該入力装置の移動量及び
移動方向を検出する。このように入力装置に与えられた
二次元方向の移動（操作）を光学的に検知し、その移動
操作に応じた入力信号を出力するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は２次元又は３次元の
操作情報を所定の機器に対する入力信号として出力する
入力装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ機器などに対する操作入力
装置の一つとしてとして、いわゆるマウスが普及してい
る。マウスは既によく知られているように、本体下面側
にローラーが装着されており、机上などでマウスを移動
させることでローラーが回転される。そして、そのロー
ラーに対してはロータリーエンコーダが接触状態で配さ
れており、ローラーの回転に伴うロータリーエンコーダ
の出力が、いわゆるｘ，ｙ二次元方向での移動情報とし
てコンピュータ等に対して出力されるように構成されて
いる。コンピュータ側ではｘ，ｙ二次元の変位情報をユ
ーザーによる入力情報として処理し、例えば画面上でカ
ーソルやポインタ等の移動を行なったりする。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなマウスによ
る入力はユーザーにとってきわめて便利なものとされて
いるが、従来のマウス、即ち二次元方向での移動情報を
出力する装置では次のような問題があった。

【０００４】まず、ローラーを転がすことが必要なもの
であるため、マウスを移動させる平面が、或る程度摩擦
係数の高いものでなければ作動しないことになる。例え
ば机の上面が滑りやすいものであった場合などは、良好
に作動せず、摩擦係数の高い下敷き等を引かなければな
らないという面倒があった。

【０００５】また使用頻度が高くなるとローラーが汚れ
やすくなる。ローラーが汚れると転がり具合が悪くな
り、スムースな作動が妨げられるという問題が生ずる。
さらに、ローラーの重さにたよって転がす機構となって
いるため、水平面上でしか使用できず、これにより使用
勝手の悪さが生じることがある。またこのことは、使用
時には手元に水平面を確保することが要求されることに
なり、作業スペース的にみて使用が面倒なものとなるこ
とがある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
点に鑑みて、マウスと同様の使用形態で使用でき、さら
に使用場所の平面性や摩擦係数等を考慮することなく良
好な動作を実現させることのできる入力装置を提供する
ことを目的とする。さらに本発明では、マウスのように
二次元方向の移動（操作）に応じた出力（ｘ，ｙ変位情
報の出力）を行なうのみでなく三次元方向の操作に対応
して操作入力信号の出力（ｘ，ｙ，ｚ変位情報の出力）
をできるようにもする。

【０００７】このため入力装置として、まず当該入力装
置の移動平面についてのｘ軸方向の撮像データを出力す
るｘ軸センサ手段と、当該入力装置の移動平面について
のｙ軸方向の撮像データを出力するｙ軸センサ手段とを
設ける。そして移動情報検出手段は、或る時点でｘ軸セ
ンサ手段から得られる撮像データと次の時点でｘ軸セン
サ手段から得られる撮像データとの比較処理によりｘ軸
方向における当該入力装置の移動量及び移動方向を検出
する。また或る時点でｙ軸センサ手段から得られる撮像
データと次の時点でｙ軸センサ手段から得られる撮像デ
ータとの比較処理によりｙ軸方向における当該入力装置
の移動量及び移動方向を検出する。そして出力手段は、
移動情報検出手段により検出された情報を当該入力装置
を用いたｘ，ｙ方向の移動操作に伴う操作入力情報とし
て出力する。つまり本発明は、入力装置に与えられた二
次元方向の移動（操作）を光学的に検知し、その移動操
作に応じた入力信号を出力するようにするものである。

【０００８】また本発明として三次元方向の操作に対応
して操作入力信号の出力を行なう入力装置としては、当
該入力装置の移動平面についてのｘ軸方向の撮像データ
を出力するｘ軸センサ手段と、当該入力装置の移動平面
についてのｙ軸方向の撮像データを出力するｙ軸センサ
手段を設け、さらにｘ軸センサ手段又はｙ軸センサ手段
の一方又は両方に対して、当該入力装置の移動平面につ
いての撮影光を２系統の光線に分割して入射させる光学
系手段を設ける。そしてｘ移動情報検出手段、ｙ移動情
報検出手段としては、それぞれ或る時点でｘ軸センサ手
段、ｙ軸センサ手段から得られる撮像データと、次の時
点でｘ軸センサ手段、ｙ軸センサ手段から得られる撮像
データとの比較処理によりｘ軸方向、ｙ軸方向における
当該入力装置の移動量及び移動方向を検出する。ｚ移動
情報検出手段は、ｘ軸センサ手段もしくはｙ軸センサ手
段に分割して入射された各光線に関して、或る時点で得
られる撮像データと次の時点で得られる撮像データとの
焦点状態の比較処理によりｚ軸方向における移動量及び
移動方向を検出する。出力手段は、ｘ移動情報検出手
段、ｙ移動情報検出手段、ｚ移動情報検出手段により検
出された情報を当該入力装置を用いた操作入力情報とし
て出力する。

【０００９】即ち、ｚ方向の操作に関しては、ｘ軸セン
サ手段又はｙ軸センサ手段の一方又は両方に対して入射
される光線の焦点状態が変化されるように構成し、ｘ軸
センサ手段又はｙ軸センサ手段に対して分割して入射さ
れた各光線に関する撮像データから、その時点の焦点状
態を検出する。そして、二つの時点における焦点状態を
比較することで、ｚ方向操作を検出するようにする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の入力装置の各種の
実施の形態として二次元光学マウス、三次元光学マウ
ス、及び変形例を順次説明する。

【００１１】＜二次元光学マウス＞まず図１〜図５によ
り二次元光学マウスを説明する。図１は本例の二次元光
学マウス１についての外観例と一部の内部構造例を示し
たものである。図１（ａ）に示すように本例の二次元光
学マウス１は通常のマウスとほぼ同様の形状とされ、そ
の上面にはクリックボタン２が設けられている。なお本
例の説明において、クリックボタン２に対応するクリッ
ク信号の出力回路系については説明を省略する。

【００１２】図１（ｂ）に示されるように二次元光学マ
ウス１の下面部には開口３が形成されており、この開口
３に対しては照明部４により照明が与えられている。従
ってこの二次元光学マウス１を机上、本、ノート、その
他の略平面となる形状部分の上に配したときに、その面
における画像（印刷画像、ペンなどによる描画画像、そ
の他の文字や模様など）に対して照明を与えることにな
り、その反射光は撮影レンズ５によりＣＣＤ基板６の部
位に導かれる。

【００１３】ＣＣＤ基板６には例えば図２に示すように
ＣＣＤラインセンサ７ｘ、７ｙとして構成されるＣＣＤ
素子が配されている。二次元光学マウス１の使用時に下
面側となる平面、即ち机上や本の上などの平面をｘ，ｙ
平面Ｐとして表わすとすると、ＣＣＤラインセンサ７ｘ
とＣＣＤラインセンサ７ｙは互いに直交方向になるよう
に形成されており、即ち平面Ｐに関してＣＣＤラインセ
ンサ７ｘはｘ軸方向に配され、またＣＣＤラインセンサ
７ｙはｙ軸方向に配される。

【００１４】二次元光学マウス１の開口部３からは平面
Ｐに描かれている画像光が取り込まれ、撮影レンズ５に
よりＣＣＤ基板６に集光されることになるが、ＣＣＤラ
インセンサ７ｘには平面Ｐのｘ軸方向の画像光が、また
ＣＣＤラインセンサ７ｙには平面Ｐのｙ軸方向の画像光
が、それぞれ結像されることになる。例えば平面Ｐの画
像に応じた明暗のパターンが撮影される。なおＣＣＤラ
インセンサ７ｘ、７ｙの配置状態は互いに直交方向とな
る関係であればよく、例えば図３のような配置状態でも
構わない。

【００１５】図４は二次元光学マウス１に対して加えら
れらｘ，ｙ方向の移動操作の検出及びそれに基づくｘ，
ｙ移動情報Ｓ_xyの出力を行なうための回路ブロックを示
すものである。ＣＣＤラインセンサ７ｘ，７ｙはそれぞ
れＣＣＤドライバ８からのクロックに応じて、それぞれ
ライン方向に並んだＣＣＤ素子からの画像信号が順次出
力される。

【００１６】ＣＣＤラインセンサ７ｘから出力された画
像信号はＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路９ｘ
で所要のゲイン調整が行なわれた後、Ａ／Ｄ変換器１０
ｘでデジタルデータとされる。なお、Ａ／Ｄ変換器１０
ｘにおけるデジタル化における階調（量子化ビット数）
はどのように設定されても構わない。例えば白／黒の画
像データに応じた２値化がなされるのみでもよいし、デ
ータ上で階調が表現されるように数ビットもしくは１０
数ビットのデジタルデータとされるものでもよい。

【００１７】Ａ／Ｄ変換器１０ｘの出力は順次レジスタ
１１ｘに取り込まれていく。レジスタ１１ｘにはＣＣＤ
ラインセンサ７ｘの１回分の走査による画素データが保
持される。即ちＣＣＤラインセンサ７ｘのＣＣＤ画素数
分のデータである。ＣＣＤラインセンサ７ｘの次の走査
が開始されるタイミング、即ち１回の走査による画素デ
ータがすべてレジスタ１１ｘに取り込まれたタイミング
で、レジスタ１１ｘのデータはレジスタ１２ｘに送られ
る。そして、次のＣＣＤラインセンサ７ｘの走査により
出力されてくる各画素データは、順次レジスタ１１ｘに
取り込まれていく。

【００１８】従って、ＣＣＤラインセンサ７ｘの２回分
の走査が終った時点では、ＣＣＤラインセンサ７ｘの前
回の走査による画像データがレジスタ１２ｘに保持さ
れ、また今回の走査による画像データがレジスタ１１ｘ
に保持されている状態となる。つまり、ＣＣＤラインセ
ンサ７ｘの走査が時間ｔ毎に行なわれるとすると、ＣＣ
Ｄラインセンサ７ｘから得られる最新の走査による画像
データｘｎがレジスタ１１ｘに保持され、また最新の走
査より時間ｔだけ過去に行なわれた走査による画像デー
タｘｐがレジスタ１２ｘに保持されていることになる。

【００１９】各走査が終了されたタイミングでは、レジ
スタ１１ｘに保持されている画像データｘｎとレジスタ
１２ｘに保持されている画像データｘｐは、それぞれ位
相比較器１３に供給されることになる。即ち各走査が終
了する毎に、位相比較器１３には、最新の画像データｘ
ｎと、１走査タイミングだけ過去の画像データｘｐが供
給されることになる。

【００２０】ＣＣＤラインセンサ７ｙから出力される画
像信号についても同様の処理が行なわれる。即ちＡＧＣ
回路９ｙで所要のゲイン調整が行なわれた後、Ａ／Ｄ変
換器１０ｙでデジタルデータとされる。そしてＡ／Ｄ変
換器１０ｙの出力は順次レジスタ１１ｙに取り込まれて
いく。

【００２１】ＣＣＤラインセンサ７ｙの次の走査が開始
されるタイミング、即ち１回の走査による画素データが
すべてレジスタ１１ｙに取り込まれたタイミングで、レ
ジスタ１１ｙのデータはレジスタ１２ｙに送られる。そ
して、次のＣＣＤラインセンサ７ｙの走査により出力さ
れてくる各画素データは、順次レジスタ１１ｙに取り込
まれていく。

【００２２】従って、ＣＣＤラインセンサ７ｙの２回分
の走査が終った時点では、ＣＣＤラインセンサ７ｙの前
回の走査による画像データがレジスタ１２ｙに保持さ
れ、また今回の走査による画像データがレジスタ１１ｙ
に保持されている状態となる。そして走査が終了された
タイミングになる毎に、レジスタ１１ｙに保持されてい
る画像データｙｎとレジスタ１２ｙに保持されている画
像データｙｐは、それぞれ位相比較器１３に供給され
る。即ち各走査が終了する毎に、位相比較器１３には、
最新の画像データｙｎと、１走査タイミングだけ過去の
画像データｙｐが供給されることになる。

【００２３】位相比較器では、供給された画像データｘ
ｎ，ｘｐの位相を比較することにより当該二次元光学マ
ウス１が平面Ｐ上で移動された際のｘ軸方向の移動量及
び移動方向を検出し、また画像データｙｎ，ｙｐの位相
を比較することにより当該二次元光学マウス１が平面Ｐ
上で移動された際のｙ軸方向の移動量及び移動方向を検
出する。

【００２４】これらの検出動作は図５（ａ）（ｂ）に概
念的に示される。図５（ａ）はレジスタ１１ｘに保持さ
れて位相比較器１３に供給されるデータｘｎのイメージ
と、レジスタ１２ｘに保持されて位相比較器１３に供給
されるデータｘｐのイメージを示している。これは図２
のように平面Ｐ上にＰ１と示すような画像が存在してお
り、この画像Ｐ１の上を二次元光学マウス１がｘ軸方向
に移動操作されたとしたときのイメージである。

【００２５】図５（ａ）の２つの時点における画像デー
タのパターンを比べると、その画像データ（ｘｎ，ｘ
ｐ）については撮影された時の位置状態が変化している
ことがわかる。つまりレジスタ１２ｘに保持されている
前回の撮影画像パターンに対して、レジスタ１１ｘに保
持されている今回の撮影画像パターンは矢印方向にずれ
ており、つまり、この２つの画像データ（ｘｎ，ｘｐ）
を比較することで、二次元光学マウス１が、画像Ｐ１上
で、その矢印方向とは逆方向になぞられるように移動さ
れたことがわかる。図２に示したｘ，ｙ軸をそれぞれ正
方向とすると、図５（ａ）の状態では、ｘ軸方向に関し
ては二次元光学マウス１が負方向に移動されたことが検
出できる。

【００２６】また、移動量としては、図５（ａ）の２つ
の画像データのずれ量（位相差）に比例することにな
る。つまり、図示するようにΔＬｘとは、Ｘ軸方向の二
次元光学マウス１の移動量に比例した値となる。比例係
数は撮影レンズ５等の光学系の屈折率や配置位置、平面
ＰからＣＣＤラインセンサ７ｘまでの距離により決定さ
れる値となる。このように、２つの時点で撮影されたＸ
軸方向の画像データの位相状態を比較することにより、
ｘ軸方向における二次元光学マウス１の移動量と移動方
向（正方向か負方向か）を検出できることがわかる。

【００２７】図５（ｂ）はレジスタ１１ｙに保持されて
位相比較器１３に供給されるデータｙｎのイメージと、
レジスタ１２ｙに保持されて位相比較器１３に供給され
るデータｙｐのイメージを示している。これは図２のよ
うに平面Ｐ上にＰ２と示すような画像が存在しており、
この画像Ｐ２の上を二次元光学マウス１がｙ軸方向に移
動操作されたとしたときのイメージである。

【００２８】この場合も、上記したｘ軸方向についての
検出動作と同様である。即ち図５（ｂ）の２つのイメー
ジにおける画像データのパターンを比べると、その画像
データ（ｙｎ，ｙｐ）については撮影された時の位置状
態が変化しており、つまりレジスタ１２ｙに保持されて
いる前回の撮影画像パターンに対して、レジスタ１１ｙ
に保持されている今回の撮影画像パターンは位置的にず
れている。この２つの画像データ（ｙｎ，ｙｐ）を比較
することで、二次元光学マウス１が、画像Ｐ２上で、そ
の円形部分のあるほうから無いほうに向かってなぞられ
るように移動されたことがわかる。つまり図５（ｂ）の
状態では、ｙ軸方向に関しては二次元光学マウス１が負
方向に移動されたことが検出できる。

【００２９】また、移動量としては、図５（ｂ）の２つ
の画像データのずれ量（位相差）に比例することにな
る。つまり、図示するようにΔＬｙとは、ｙ軸方向の二
次元光学マウス１の移動量に比例した値となる。このよ
うに、２つの時点で撮影されたｙ軸方向の画像データの
位相状態を比較することにより、ｙ軸方向における二次
元光学マウス１の移動量と移動方向（正方向か負方向
か）を検出できる。

【００３０】位相比較器１３によってｘ軸方向及びｙ軸
方向での二次元光学マウス１の移動量及び移動方向が検
出されたら、その情報は信号変換部１４に供給される。
信号変換部１４は、検出された移動情報から、いわゆる
マウスからの出力信号形態に変換し、二次元光学マウス
１を用いたユーザーの操作入力信号Ｓ_xyとしてコンピュ
ータ等の機器に出力する。

【００３１】以上のような本例の二次元光学マウス１で
は、従来のマウスのように底面側にローラーを配して移
動操作を検出するということは行なわず、底面側の平面
Ｐにおける画像イメージを取り込んで、光学的に移動操
作を検出するようにしている。従って、従来のマウスと
同様の使用形態による入力装置が実現されるとともに、
ローラー式でないことにより、マウス底面側となる部位
の平面性をさほど要求しない。また摩擦特性も要求しな
い。例えば机の上に本などが散らかっていても、その上
で二次元光学マウス１を接触もしくは被接触状態で移動
させれば、操作入力を行なうことができる。もちろんロ
ーラーの汚れや機械的特性、転がり具合の低下などによ
る問題は一切発生しない。

【００３２】＜三次元光学マウス＞次に、図６〜図９に
より三次元光学マウスを説明する。図６は本例の三次元
光学マウス２０についての外観例と一部の内部構造例を
示したものである。

【００３３】図６（ａ）に示すように本例の三次元光学
マウス２０は通常のマウスと同様に、上面にはクリック
ボタン２１が設けられている。さらの本例の場合は、三
次元光学マウス２０の底面側となる平面をｘ，ｙ平面と
した時に、マウスの高さ方向、つまりｚ方向に形成され
た摺動溝２３内で摺動可能なレバー２２が設けられてお
り、例えばこの三次元光学マウス２０を右手でもったと
きに、人差し指がレバー２２の取っ手部２２ａに自然に
入り込むような形状とされている。

【００３４】図１（ｂ）にレバー２２が形成されている
部分の内部構造を示す。この部位の下方に相当する三次
元光学マウス２０の下面部には開口２４が形成されてお
り、この開口２４に対しては照明部２５により照明が与
えられている。従ってこの三次元光学マウス２０を机
上、本、ノート、その他の略平面となる形状部分の上に
配したときに、その面における画像に対して照明を与え
ることになり、その反射光は撮影レンズ２６により集光
される。

【００３５】撮影レンズ２６からの光はコンデンサレン
ズ２７を介してセパレータレンズ２８により、２系統
（例えばｘ軸方向に関して２系統かつｙ軸方向に関して
２系統）に分けられてＣＣＤ基板２９に導かれる。図示
するように撮影レンズ２６は、レバー２２により保持さ
れており、従ってレバー２２が移動されることにより、
撮影レンズ２６は撮影光の光軸方向に前後に移動される
ことになる。

【００３６】ＣＣＤ基板２９には上述した二次元光学マ
ウス１の例と同様に、例えば図２又は図３のようにｘ軸
方向とｙ軸方向に直交状態で２つのＣＣＤラインセンサ
が形成されている。

【００３７】図７に撮影光学系及び移動操作の検出回路
系のブロック図を示す。この図７に示すＣＣＤラインセ
ンサ３０ｘ、３０ｙが、ＣＣＤ基板２９上において例え
ば図２のように互いに直交状態に配されることになる。
ＣＣＤラインセンサ３０ｘは三次元光学マウス２０の使
用時に下面側となる平面、即ち机上や本の上などの平面
をｘ，ｙ平面Ｐとして表わしたときに、ｘ軸方向に配さ
れ、またＣＣＤラインセンサ３０ｙはｙ軸方向に配され
る。

【００３８】三次元光学マウス２０の開口部２４からは
平面Ｐに描かれている画像光が取り込まれ、撮影レンズ
２６、コンデンサレンズ２７、セパレータレンズ２８を
介してＣＣＤ基板６に導かれるが、ＣＣＤラインセンサ
３０ｘには平面Ｐのｘ軸方向の画像光が、またＣＣＤラ
インセンサ３０ｙには平面Ｐのｙ軸方向の画像光が、そ
れぞれ結像されることになる。ただし、図７に示すよう
に、セパレータレンズ２８により各方向について２系統
の光線に分割されるため、例えば平面Ｐのｘ軸方向に伸
びた矢印画像Ｐ１があったとすると、ＣＣＤラインセン
サ３０ｘには、その矢印画像Ｐ１についての撮影画像が
２つ結像される。ＣＣＤラインセンサ３０ｘはＣＣＤ素
子がライン方向に並んだ通常のラインセンサでよいが、
セパレータレンズ２８，２８に対応する画素部分とし
て、基準部３０ｘａと参照部３０ｘｂに分けられる。

【００３９】なお、図示の都合上、ＣＣＤラインセンサ
３０ｙについては光学系を示していないが、ＣＣＤライ
ンセンサ３０ｘと同様に撮影画像が２系統に分けられて
基準部３０ｙａと参照部３０ｙｂに結像される。

【００４０】ＣＣＤラインセンサ３０ｘ，３０ｙはそれ
ぞれＣＣＤドライバ３１からのクロックに応じて、それ
ぞれライン方向に並んだＣＣＤ素子からの画像信号が順
次出力される。ＣＣＤラインセンサ７ｘから出力された
画像信号はＡＧＣ回路３２ｘで所要のゲイン調整が行な
われた後、Ａ／Ｄ変換器３３ｘでデジタルデータとさ
れ、レジスタ３４ｘに取り込まれていく。

【００４１】レジスタ３４ｘにはＣＣＤラインセンサ３
０ｘの１回分の走査による画素データが保持される。Ｃ
ＣＤラインセンサ３０ｘは基準部３０ｘａ側の画素から
順に出力されるとすると、そのＣＣＤラインセンサ３０
ｘの１回の走査が終った時点では、基準部３０ｘａに相
当する画素データがレジスタ３４ｘの基準データ保持領
域３４ｘａに取り込まれ、また参照部３０ｘｂに相当す
る画素データがレジスタ３４ｘの参照データ保持領域３
４ｘｂに取り込まれた状態となる。

【００４２】ＣＣＤラインセンサ３０ｘの次の走査が開
始されるタイミング、即ち１回の走査による画素データ
がすべてレジスタ３４ｘに取り込まれたタイミングで、
レジスタ３４ｘのデータはレジスタ３５ｘに送られる。
そして、次のＣＣＤラインセンサ３０ｘの走査により出
力されてくる各画素データは、順次レジスタ３４ｘに取
り込まれていく。

【００４３】従って、ＣＣＤラインセンサ３０ｘの２回
分の走査が終った時点では、ＣＣＤラインセンサ３０ｘ
の前回の走査による画像データがレジスタ３５ｘに保持
され、また今回の走査による画像データがレジスタ３４
ｘに保持されている状態となる。つまり、ＣＣＤライン
センサ３０ｘの走査が時間ｔ毎に行なわれるとすると、
ＣＣＤラインセンサ３０ｘから得られる最新の走査によ
る画像データがレジスタ３４ｘに保持され、また最新の
走査より時間ｔだけ過去に行なわれた走査による画像デ
ータがレジスタ３５ｘに保持されていることになる。各
時点の画像データとは、それぞれ、基準部３０ｘａと参
照部３０ｘｂの両方に結像された撮影画像データであ
る。

【００４４】各走査が終了されたタイミングでは、レジ
スタ３４ｘに保持されている画像データとレジスタ３５
ｘに保持されている画像データは、それぞれ位相比較器
３６に供給されることになる。即ち各走査が終了する毎
に、位相比較器３６には、最新の画像データと、１走査
タイミングだけ過去の画像データが供給されることにな
る。

【００４５】ＣＣＤラインセンサ３０ｙから出力される
画像信号についても同様の処理が行なわれる。即ちＡＧ
Ｃ回路３２ｙで所要のゲイン調整が行なわれた後、Ａ／
Ｄ変換器３３ｙでデジタルデータとされる。そしてＡ／
Ｄ変換器３３ｙの出力は順次レジスタ３４ｙに取り込ま
れていく。ＣＣＤラインセンサ３０ｙは基準部３０ｙａ
側の画素から順に出力されるとすると、そのＣＣＤライ
ンセンサ３０ｙの１回の走査が終った時点では、基準部
３０ｙａに相当する画素データがレジスタ３４ｙの基準
データ保持領域３４ｙａに取り込まれ、また参照部３０
ｙｂに相当する画素データがレジスタ３４ｙの参照デー
タ保持領域３４ｙｂに取り込まれた状態となる。

【００４６】ＣＣＤラインセンサ３０ｙの次の走査が開
始されるタイミング、即ち１回の走査による画素データ
がすべてレジスタ３４ｙに取り込まれたタイミングで、
レジスタ３４ｙのデータはレジスタ３５ｙに送られる。
そして、次のＣＣＤラインセンサ３０ｙの走査により出
力されてくる各画素データは、順次レジスタ３４ｙに取
り込まれていく。

【００４７】従って、ＣＣＤラインセンサ３０ｙの２回
分の走査が終った時点では、ＣＣＤラインセンサ３０ｙ
の前回の走査による画像データがレジスタ３５ｙに保持
され、また今回の走査による画像データがレジスタ３４
ｙに保持されている状態となる。そして走査が終了され
たタイミングになる毎に、レジスタ３４ｙに保持されて
いる画像データとレジスタ３５ｙに保持されている画像
データは、それぞれ位相比較器３６に供給される。即ち
各走査が終了する毎に、位相比較器３６には、最新の画
像データと、１走査タイミングだけ過去の画像データが
供給される。

【００４８】位相比較器では、レジスタ３４ｘ，３５ｘ
から供給される２つの時点での画像データの位相を比較
することにより当該三次元光学マウス２０が平面Ｐ上で
移動された際のｘ軸方向の移動量及び移動方向を検出
し、またレジスタ３４ｙ，３５ｙから供給される画像デ
ータの位相を比較することにより当該三次元光学マウス
２０が平面Ｐ上で移動された際のｙ軸方向の移動量及び
移動方向を検出する。

【００４９】さらに、レジスタ３４ｘ，３５ｘから供給
される２つの時点での画像データ、もしくはレジスタ３
４ｙ，３５ｙから供給される２つの時点での画像データ
について、基準部（３０ｘａ又は３０ｙａ）と参照部
（３０ｘｂ又は３０ｙｂ）の画像データからわかる焦点
状態を、２つの時点について比較することにより、ｚ軸
方向の操作を検出する。つまり、ユーザーがレバー２２
を摺動操作した場合の操作方向及び操作量を検出する。

【００５０】これらの検出動作を図８、図９（ａ）
（ｂ）で概念的に説明する。図９（ａ）はレジスタ３４
ｘに保持されて位相比較器１３に供給されるデータのイ
メージと、レジスタ３５ｘに保持されて位相比較器１３
に供給されるデータのイメージを示している。これは図
７のように平面Ｐ上にＰ１と示すような矢印画像が存在
しており、この画像Ｐ１の上を三次元光学マウス２０が
ｘ軸方向に移動操作されたとしたときのイメージであ
る。このときｚ軸操作、つまりレバー２２は動かされて
いないとする。

【００５１】図５（ａ）に示されるように、各時点でそ
れぞれ基準部３０ｘａに結像された画像データと参照部
３０ｘｂに結像された画像データとが得られるが、各時
点において基準部３０ｘａに結像された画像データと参
照部３０ｘｂに結像された画像データの信号パターン上
で把握できる距離Ｌｘ、Ｌｘ’は等しいものとなる。つ
まり矢印画像Ｐ１による黒色部分をＨレベル、矢印画像
Ｐ１のない白色部分をＬレベルの信号としてみると、パ
ルスの立下り（矢印の先端に相当）の間隔が距離Ｌｘ、
Ｌｘ’に相当し、これらは等しいものとなる。これは、
２つの時点の間に撮影レンズ２６が移動されず、光学系
の焦点状態が変化しないことによるものである。

【００５２】ここで、２つの時点における画像データの
パターンを比べると、その画像データについては撮影さ
れた時の位置状態が変化していることがわかる。つまり
レジスタ３５ｘに保持されている前回の撮影画像パター
ンについて、仮にＣ’のポイントを撮影画像パターンの
中点であるとすると、レジスタ３４ｘに保持されている
今回の撮影画像パターンについての中点Ｃは矢印方向に
ずれており、つまり、この２つの時点の画像データを比
較することで、三次元光学マウス２０が、画像Ｐ１上
で、その矢印方向とは逆方向になぞられるように移動さ
れたことがわかる。矢印画像Ｐ１の矢印方向をｘ軸の正
方向とすると、図９（ａ）の状態では、ｘ軸方向に関し
ては二次元光学マウス１が負方向に移動されたことが検
出できる。

【００５３】また、移動量としては、図９（ａ）の２つ
の画像データの中心Ｃのずれ量（位相差）に比例するこ
とになる。つまり、図示するようにΔＬｘが、Ｘ軸方向
の三次元光学マウス２０の移動量に比例した値となる。
比例係数は撮影レンズ２６等の光学系の屈折率や配置位
置、平面ＰからＣＣＤラインセンサ３０ｘまでの距離に
より決定される値となる。

【００５４】ｙ軸方向の移動量及び移動方向の検出につ
いては説明を省略するが、レジスタ３４ｙ，３５ｙに保
持された画像データについて、ｘ軸方向の検出の場合と
同様の原理で三次元光学マウス２０の移動量及び移動方
向を検出できる。

【００５５】レバー２２の移動操作、つまりｚ方向の操
作が行なわれた場合の操作量及び操作方向の検出は図８
の原理により行なわれる。図８（ａ）は、撮影レンズ２
６が、ＣＣＤラインセンサ３０ｘに対して光線が合焦状
態となる位置にあるときの状態を示している。このと
き、ＣＣＤラインセンサ３０ｘにおいて基準部３０ｘ
ａ，参照部３０ｘｂから得られる画像データの位相状態
が図中右側に示すように、一点鎖線の部分が各画像パタ
ーンの中心になるとする。例えば矢印画像Ｐ１の中心部
分が波形のピーク部分に相当するとする。

【００５６】ここで、レバー２２が下方に移動され、撮
影レンズ２６の位置が、いわゆる前ピン状態とされた場
合が図８（ｂ）である。この図から分かるように、基準
部３０ｘａ，参照部３０ｘｂから得られる画像データの
中心位置は、図面上の両一点鎖線の内側に移動する。一
方、レバー２２が上方に移動され、撮影レンズ２６の位
置が、いわゆる後ピン状態とされた場合が図８（ｃ）で
あり、この図から分かるように、基準部３０ｘａ，参照
部３０ｘｂから得られる画像データの中心位置は、図面
上の両一点鎖線の外側に移動する。

【００５７】つまり、レバー２２が操作されることに応
じて、ＣＣＤラインセンサ３０ｘに結像される光線の焦
点状態が変化し、これにより基準部３０ｘａと参照部３
０ｘｂで得られる画像データの間隔（画像データ波形上
のパルス間隔）が変動することになる。このようなこと
から、ｚ軸方向の操作については各時点での焦点状態を
比較することで検出できることが理解される。

【００５８】図９（ｂ）に検出動作の概念を示す。図９
（ｂ）はレジスタ３４ｘに保持されて位相比較器１３に
供給されるデータのイメージと、レジスタ３５ｘに保持
されて位相比較器１３に供給されるデータのイメージを
示している。なお、このとき３次元光学マウス２０は平
面Ｐ上でｘ，ｙ方向には移動されておらず、レバー２２
のみが操作されたと仮定している。

【００５９】図９（ｂ）に示されるように、各時点でそ
れぞれ基準部３０ｘａに結像された画像データと参照部
３０ｘｂに結像された画像データとが得られるが、レバ
ー２２が操作された場合、各時点において基準部３０ｘ
ａに結像された画像データと参照部３０ｘｂに結像され
た画像データの信号パターン上で把握できる距離Ｌｚ、
Ｌｚ’は異なるものとなる。

【００６０】例えばレジスタ３５ｘに保持されているデ
ータが取り込まれた時点以降において、基準部３０ｘａ
と参照部３０ｘｂで得られた画像データの信号パターン
上での距離がＬｚ’であったところ、レバー２２が上方
に移動された後において基準部３０ｘａと参照部３０ｘ
ｂで得られた画像データの信号パターン上での距離はＬ
ｚとなる。ここで、仮にＣ’及びＣのポイントを両時点
の撮影画像パターンの中点であるとしたときに、この場
合はＣ’及びＣのポイントはずれておらず、これはｘ，
ｙ方向には移動されていないことを意味する。

【００６１】この２つの時点における画像データのパタ
ーンを比べると、その画像データについては撮影された
時のレバー２２、つまり撮影レンズ２６の位置状態が変
化していることがわかる。距離Ｌｚ’と距離Ｌｚを比較
して距離Ｌｚ’＜距離Ｌｚとなっていることから、レバ
ー２２が上方に移動されたことを検出できる。さらに、
その移動量としては、２つの画像データの内側への変化
量ΔＬｚに比例する。この変化量ΔＬｚを検出して所定
の係数演算を行なうことで、レバー２２の操作量がわか
る。

【００６２】位相比較器３６によってｘ軸方向、ｙ軸方
向、ｚ軸方向での三次元光学マウス２０の移動量及び移
動方向が検出されたら、その情報は信号変換部３７に供
給される。信号変換部３７は、検出された移動情報か
ら、いわゆるマウスからの出力信号形態に変換し、三次
元光学マウス２０を用いたユーザーの操作入力信号Ｓ_xy
_z としてコンピュータ等の機器に出力する。

【００６３】なお、上記の説明では、ｘ軸方向の移動と
ｚ軸方向の操作（レバー２２の操作）が独立して行なわ
れた場合について述べたが、通常の使用時には、これら
が複合して行なわれることがある。このような場合を考
え、実際には位相比較器３６では、基準部と参照部で得
られた画像パターンについての二つの時点での距離Ｌｘ
と距離Ｌｘ’について、まず、その中心Ｃと中心Ｃ’が
位置的に移動しているか否かを判断し、移動している場
合はその移動量ΔＬｘをｘ（もしくはｙ）方向の移動量
とし、移動方向をｘ（もしくはｙ）軸上での移動方向
（正負）とする。さらに距離Ｌｘ＝距離Ｌｘ’であるか
否かを判断し、距離Ｌｘ＝距離Ｌｘ’でなければ、その
差及び方向（図９（ｂ）のΔＬｚに相当）を計算してｚ
軸の移動量及び方向（上下）を判別すればよい。

【００６４】以上のような本例の三次元光学マウス２０
では、上述した二次元光学マウス１の場合と同様の効果
が得られるとともに、さらにｚ軸方向の操作も可能とす
るものであり、入力装置としての機能が拡充されたもの
となる。

【００６５】＜変形例＞図１０は上述した３次元光学マ
ウス２０の変形例を示すもので、ＡＧＣ回路３２、Ａ／
Ｄ変換器３３、レジスタ３４，３５を、ＣＣＤラインセ
ンサ３０ｘ，３０ｙに対して共用させることで回路構成
を簡略化するものである。即ちスイッチ３８によりＣＣ
Ｄラインセンサ３０ｘ，３０ｙの出力を時分割的に交互
にＡＧＣ回路３２に供給するようにする。

【００６６】この場合、時分割切換を行なうことに応じ
てタイミング制御部３９がＣＣＤドライバ３１、スイッ
チ３８、及び位相比較器３６のタイミング制御を行な
う。例えばタイミング制御部３９は、ＣＣＤドライバ３
１に対してまずＣＣＤラインセンサ３０ｘに対して２回
の走査を実行させるようにする。このときスイッチ３８
はＴｘ端子に接続する。従って２回分のＣＣＤラインセ
ンサ３０ｘの走査により得られた画像データがレジスタ
３４、３５に取り込まれ、これにより位相比較器３６で
はｘ軸方向の操作とｚ軸方向の操作を検出できる。

【００６７】次に、タイミング制御部３９は、ＣＣＤド
ライバ３１に対してＣＣＤラインセンサ３０ｙに対して
２回の走査を実行させるようにする。このときスイッチ
３８はＴｙ端子に接続する。従って２回分のＣＣＤライ
ンセンサ３０ｙの走査により得られた画像データがレジ
スタ３４、３５に取り込まれ、これにより位相比較器３
６ではｙ軸方向の操作とｚ軸方向の操作を検出できる。
以上の動作を繰り返していくことにより、ｘ，ｙ，ｚ方
向の操作に対応する入力装置を簡易な構成で実現でき
る。

【００６８】なお、このようにｘ軸操作検出系とｙ軸操
作検出系を共用させることは、図４で示した２次元光学
マウス１でも同様に可能なものである。

【００６９】また、図７、図１０の例では、ＣＣＤライ
ンセンサ３０ｘ，３０ｙの両方について基準部と参照部
を設定し、ＣＣＤラインセンサ３０ｘ，３０ｙのどちら
からの画像データからでもｚ軸操作を検出できるように
したが、ＣＣＤラインセンサ３０ｘ，３０ｙの少なくと
も一方の出力について基準部と参照部としてのデータ比
較ができるようにレジスタもしくは光学系が形成されれ
ばよい。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の入力装置
は、入力装置に与えられた二次元方向の移動（操作）を
光学的に検知し、その移動操作に応じた入力信号を出力
するように構成しているため、従来のマウスと同様の使
用形態による入力装置が実現されるとともに、ローラー
式でないことにより、マウス底面側となる部位の平面性
や摩擦特性も要求せず、ユーザーが操作するときの状況
を気にしないで使用できるという効果がある。特に基本
的に非接触で使用できるため、机上が乱雑で操作平面が
ないような状態でも問題なく使用できる。さらにローラ
ーを使用するものではないことから、ローラーの汚れや
転がり具合の低下などによる問題は一切発生しない。

【００７１】また本発明では、ｚ方向の操作によりｘ軸
センサ手段又はｙ軸センサ手段の一方又は両方に対して
入射される光線の焦点状態が変化されるように構成し、
ｘ軸センサ手段又はｙ軸センサ手段に対して分割して入
射された各光線に関する撮像データから、その時点の焦
点状態を検出する。そして、二つの時点における焦点状
態を比較することで、ｚ方向操作を検出するよするよう
にしている。これにより、光学的な２次元入力装置に、
簡易な構成のまま３次元方向の操作機能も付加すること
ができ、入力機能を拡充できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の２次元光学マウスの説明
図である。

【図２】実施の形態の２次元光学マウスの撮影系の説明
図である。

【図３】実施の形態の光学マウスのＣＣＤラインセンサ
の他の形態の説明図である。

【図４】実施の形態の２次元光学マウスのブロック図で
ある。

【図５】実施の形態の２次元光学マウスの移動操作の検
出動作の説明図である。

【図６】本発明の実施の形態の３次元光学マウスの説明
図である。

【図７】実施の形態の３次元光学マウスのブロック図で
ある。

【図８】実施の形態の３次元光学マウスのｚ方向操作の
検出動作の説明図である。

【図９】実施の形態の３次元光学マウスのｘ及びｚ方向
操作の検出動作の説明図である。

【図１０】他の実施の形態の３次元光学マウスのブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１二次元光学マウス３，２４開口部４，２５照明部５，２６撮影レンズ６，２９ＣＣＤ基板７ｘ，７ｙ，３０ｘ，３０ｙＣＣＤラインセンサ８，３１ＣＣＤドライバ１１ｘ，１１ｙ，１２ｘ，１２ｙ，３４ｘ，３４ｙ，３
５ｘ，３５ｙレジスタ１３，３６位相比較器１４，３７信号変換部２７コンデンサレンズ２８セパレータレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】当該入力装置の移動平面についてのｘ軸
方向の撮像データを出力するｘ軸センサ手段と、当該入力装置の移動平面についてのｙ軸方向の撮像デー
タを出力するｙ軸センサ手段と、或る時点で前記ｘ軸センサ手段から得られる撮像データ
と次の時点で前記ｘ軸センサ手段から得られる撮像デー
タとの比較処理によりｘ軸方向における当該入力装置の
移動量及び移動方向を検出し、また或る時点で前記ｙ軸
センサ手段から得られる撮像データと次の時点で前記ｙ
軸センサ手段から得られる撮像データとの比較処理によ
りｙ軸方向における当該入力装置の移動量及び移動方向
を検出することができる移動情報検出手段と、前記移動情報検出手段により検出された情報を当該入力
装置を用いた操作入力情報として出力する出力手段と、を備えて構成されていることを特徴とする入力装置。
【請求項２】前記移動情報検出手段は、或る時点で前記ｘ軸センサ手段から得られる撮像データ
及び前記ｙ軸センサ手段から得られる撮像データを保持
する第１のレジスタと、次の時点で前記ｘ軸センサ手段から得られる撮像データ
及び前記ｙ軸センサ手段から得られる撮像データを保持
する第２のレジスタと、前記第１のレジスタと前記第２のレジスタに保持された
データについての比較を行なって、ｘ軸方向における移
動量と移動方向、及びｙ軸方向における移動量と移動方
向を検出する比較演算手段と、から構成されることを特徴とする請求項１に記載の入力
装置。
【請求項３】当該入力装置の移動平面についてのｘ軸
方向の撮像データを出力するｘ軸センサ手段と、当該入力装置の移動平面についてのｙ軸方向の撮像デー
タを出力するｙ軸センサ手段と、前記ｘ軸センサ手段又は前記ｙ軸センサ手段の一方又は
両方に対して、当該入力装置の移動平面についての撮影
光を２系統の光線に分割して入射させる光学系手段と、或る時点で前記ｘ軸センサ手段から得られる撮像データ
と次の時点で前記ｘ軸センサ手段から得られる撮像デー
タとの比較処理によりｘ軸方向における当該入力装置の
移動量及び移動方向を検出するｘ移動情報検出手段と、或る時点で前記ｙ軸センサ手段から得られる撮像データ
と次の時点で前記ｙ軸センサ手段から得られる撮像デー
タとの比較処理によりｙ軸方向における当該入力装置の
移動量及び移動方向を検出することができるｙ移動情報
検出手段と、前記ｘ軸センサ手段もしくは前記ｙ軸センサ手段に分割
して入射された各光線に関して、或る時点で得られる撮
像データと次の時点で得られる撮像データとの焦点状態
の比較処理によりｚ軸方向における移動量及び移動方向
を検出するｚ移動情報検出手段と、前記ｘ移動情報検出手段、前記ｙ移動情報検出手段、前
記ｚ移動情報検出手段により検出された情報を当該入力
装置を用いた操作入力情報として出力する出力手段と、を備えて構成されていることを特徴とする入力装置。
【請求項４】前記ｚ移動情報検出手段は、或る時点で前記ｘ軸センサ手段もしくは前記ｙ軸センサ
手段から得られる、２系統の各光線に関してのそれぞれ
の撮像データを保持する第１のレジスタと、次の時点で前記ｘ軸センサ手段もしくは前記ｙ軸センサ
手段から得られる、２系統の各光線に関してのそれぞれ
の撮像データを保持する第２のレジスタと、前記第１のレジスタに保持される２系統の撮像データに
ついての焦点状態と前記第２のレジスタに保持された２
系統の撮像データについての焦点状態との比較を行なっ
て、ｚ軸方向における移動量と移動方向を検出する比較
演算手段と、から構成されることを特徴とする請求項３に記載の入力
装置。
【請求項５】前記光学系手段における所要のレンズの
位置を可動状態に配置し、操作子の移動に応じて当該レ
ンズが移動されるようにしたｚ軸方向の操作手段が設け
られていることを特徴とする請求項３に記載の入力装
置。