JPH10512080A - データ処理装置用入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 入力装置、例えばマウス又はトラックボールは、ユーザによる操作により回転できる部材(104)を具えている。前記の回転が磁界の変化を生じ、その変化が検出器(110)により検出される。本発明による装置における前記の部材(104)は、回転に際して、磁石(108)により前記部材へ外部的に加えられる磁界(210)を変える軟磁性材料の非均質分布（202，204，206，112）を具えている。

Description

【発明の詳細な説明】 データ処理装置用入力装置 本発明はユーザによる物理的操作によりデータ処理装置へデータ要素を提供す るための入力装置に関係するものであり、該装置は ‐ ハウジングと、前記の操作により前記のハウジングに対して回転され得る部 材と、 ‐ 磁界を発生するための磁気手段と、 ‐ 回転により起こされる磁界の変化に基づいて回転を検出するための検出器と 、 を具えている。 本発明はまた入力装置を具えているデータ処理装置にも関係している。 本発明はまた入力装置に用いるための部材にも関係している。 前述の種類の入力装置は特開平5-265642号公報から既知である。この既知の装 置は表面上に設けられた多数の磁極を有するボールを具えている。ボールの外側 に磁極間の非磁性線を検出するための検出器を配設されている。そのボールの回 転に際して検出器を通過する線の数が計数され、且つボールの回転がそれに基づ いて決定される。そのボール上への多数の磁気パターンの形成は既知の装置の欠 点を構成する。 それの製造が既知の装置の製造よりも簡単である前述の種類の装置を提供する ことが本発明の目的である。これを達成するために、本発明による装置は、磁気 手段が部材の外部に配置された磁石を具えていること、及び前記の部材が前記の 変化を誘起するために非均質分布での軟磁性材料を含むことを特徴としている。 本発明による装置においては、軟磁性材料を含んでいる部材が本体の外部へ加え られる磁界に影響する。軟磁性材料の分布が均質でないので、その部材の回転が 磁界の異なる影響を生じ、この変化が検出器により検出される。本発明による部 材自身は磁性パターンを含まないので、それの製造は永久磁性パターンを具えて いる既知の部材の製造よりも簡単である。本発明による装置はその装置が妨害に 対して比較的感応しないと言う別の利点を提供する。その部材の外部的に加えら れる磁界は既知の装置におけるよりも強くなるように選ばれ得るので、若しあっ たら、環境からの妨害に対して少ししか感応しない一層強い信号が測定される。 本発明による装置の一実施例は、前記の部材が規則的な、球状分布で軟磁性素 子を含んでいることを特徴としている。軟磁性素子の球状の、規則的な分布を有 する部材の回転がセンサからパルス形状信号の系列を作りだす。回転の始まりに おけるその本体の位置に関係なく、パルスの数がその時回転の度合いの尺度であ る。更にその上、軟磁性素子が検出器を通る方向がパルスの解析により確立され 得る。かくして、この部材の回転の方向が別の助けを必要とせず決定され得る。 センサからのパルス形状信号が、なるべく中間処理の後に、そこで所定の動作を 始めるようにデータ処理装置へ加えられる。本体の回転の尺度としてのパルスの 系列の原理は、（この場合回転の方向は完全に異なるように起こる）多くの入力 装置用いられるので、それはこの分野における標準を構成している。そのような 標準に応じることが、本発明による装置が存在している装置と容易に共働できる と言う利点を提供する。 本発明による装置の一実施例は、軟磁性素子が球状の形状を有し、且つ部材の 球状殻内に稠密球状充填で詰め込まれることを特徴としている。部材の球状殻内 の軟磁性、球状素子の稠密球状充填は、簡単に実現され得て且つ球状部材全体を 通じて素子の規則的な分布を作りだす。 本発明による装置の一実施例は、前記検出器が磁石と部材との間の磁界の成分 を測定するための磁気抵抗センサを具えていることを特徴としている。その磁気 抵抗センサの抵抗はセンサが置かれている磁界の所定の方向の成分の大きさに依 存する。前記の成分の大きさの変化は、電子回路において簡単に測定され得るセ ンサの抵抗に変化を生じる。 本発明による装置の一実施例は、前記磁気抵抗センサが、測定されるべき成分 と垂直な方向でのセンサ内の安定化磁界を得るために、磁石と部材との間に非対 称に配置されることを特徴としている。磁気抵抗センサを磁石に対して偏心位置 に配置することにより、磁石の漏洩磁界がセンサ内にそのセンサにより測定され たもとの成分と垂直に延在する時間の第２の成分を誘起する。この第２の成分が 磁気抵抗センサの磁化を安定化する。 本発明による装置の一実施例は、該装置がデータ処理装置からの信号に応答し て部材の範囲で別の磁界を発生するための電磁石を具えていることを特徴として いる。比較的大きい別の磁界がこの電磁石によって発生される場合には、ユーザ による部材の回転が妨げられる。この別の磁界が部材内の軟磁性材料に比較的強 い吸引力を及ぼすので、その部材は所定の位置にある程度固定される。データ処 理装置の影響のもとでの電磁石の励磁はこの装置の運転においてユーザを援助で きる。例えばデータ処理装置の表示スクリーン上のカーソルを制御するために、 この装置が用いられる場合には、前記の固定の原理はこの装置に表示スクリーン 上の所定の位置へカーソルを引きつけさせるため、及び所定の力でそこにカーソ ルを留まらせるために用いられ得る。 本発明による装置の一実施例は、前記部材がそれの中心に対して非対称に置か れた比較的重い本体を組み込んでいることを特徴としている。重い本体への重力 が、この本体が部材の中心に対して最低位置にある位置へこの部材を強制するだ ろう。装置の環境に対して装置が回転される装置の操作は、ハウジングに対する 部材の回転を生じる。それでユーザは部材自身に触れることなく装置を運転でき る。 本発明による装置の更に魅力的な実施例が依存請求項内に開示されている。 本発明のこれらの態様が以下に記載される実施例から明らかにされ、且つ本発 明のその他の態様が以下に記載される実施例を参照して解明されるだろう。 図において 図１は側立面図での本発明による入力装置の一部の断面図であり、 図２は本発明の原理と、軟磁性素子の規則的な分布を具えている部材とを図解 しており、 図３は所定の角だけ部材の回転の後の、図２と同じ装置を示し、 図４は磁界検出器の代わりの装置を示し、 図５は所定の角だけ部材の回転の後の、図４と同じ装置を示し、 図６は本発明による装置の一実施例の平面図であり、 図７は電磁石を具えている本発明による装置の一実施例を示し、 図８は本発明による装置の代わりの実施例の断面図である。 図中の対応する参照符号は対応する部分を現している。 図１は本発明による入力装置の一部分の断面図である。この装置はハウジング 102 とそのハウジングに対して回転できる部材104 とを具えている。回転性は、 例えば支持ローラ106 によって又は部材が円筒である場合には部材を通って延在 する軸によって達成され得る。この装置は部材104 の付近において磁界を発生す るために磁石108 を具えている。この装置は前記の部材の近くの磁界の成分の大 きさを測定するための磁界検出器110 も具えている。前記の部材は、軟磁性材料 112 の非均質分布を含んでいる。この軟磁性材料がハウジングに対する前記の部 材の位置に依存する方法で磁界に影響する。前記の部材の回転が検出器の範囲に おける磁界成分の大きさを変化させ、且つこの変化が検出器により検出される。 この検出器は種々の方法で設置され得る。検出器は磁界強度を測定するためにい わゆるホールセンサを設けられ得る。しかしながら、この目的のために磁気抵抗 (MR；magnetoresistive)センサを用いることが代わりに可能である。そのような 磁気抵抗センサは、そのセンサを通過する磁界成分の大きさに依存する抵抗を有 している。前記の大きさの変化が回路内で簡単に測定され得る抵抗変動を生じる 。代わりに、巨大磁気抵抗(GMR；Giant Magneto Resistive)効果に基づく磁気抵 抗センサを用いることが可能である。慣習的な磁気抵抗センサと比較して、異方 磁気抵抗(AMR；Anisotrope Magneto Resistive)センサともしばしば呼ばれる、 巨大磁気抵抗センサは磁界の同じ変化に応答して抵抗の一層大きい変動を生じる 。 図２は本発明の原理を図解しており、部材104 は、この部材の回転の間に、検 出器110 を通って動く軟磁性素子202，204及び206 の規則的な分布を設けられて いる。この装置においては、検出器110 が方向208 における磁界に感応する。磁 界線210 が磁石108 からこの部材の素子204 まで延在している。図２に示された 部材の位置、すなわち素子202，204及び206 が検出器110 に対して対称に置かれ ている位置においては、（平均での）磁界成分は検出器が感応する方向では検出 器内に存在しない。それでこの検出器は磁界の不在に対応する信号を供給する。 そのような信号は零信号又は基準信号とも呼ばれている。 図３は、前記の部材が所定の角だけ回転されてしまった後の、図２と同じ装置 を示している。磁石108 に対する素子204 のこの位置のせいで、磁界線210 が今 や、磁界成分が前記の検出器が感応する方向に生じるような方法で検出器を通っ て延在している。これが図２に対するこの部材の回転がそこから検出され得る、 関連する検出器信号に帰着する。部材の表面に沿った素子202，204及び206 の規 則的な分布によって、この検出器は回転に際してパルス信号を出力し、パルスの 数はその回転の大きさの尺度である。部材104 が図３に示したよりも更に回され た場合には、所定の瞬間に検出器信号に最大値が生じ、その後信号が減少を開始 する。素子204 と202 とが検出器に対して対称に置かれた場合に、この信号は図 ２の零信号へ帰る。その場合には、（平均での）磁界成分が再び検出器が感応す る方向208 に無くなる。その後部材が更に回された場合には、その時方向208 の 反対である磁界成分が生じるので、素子202 が検出器に近づく際に検出器信号は 零信号に対して負になるだろう。 図２及び３に示された装置においては、検出器に沿った軟磁性素子の通過がパ ルスの系列を生じる。パルスの数が通過した素子の数を示し且つ、部材上の素子 の分布を所定のものにすると、回転量がそれから決定され得る。素子の完全な通 過が、零値に対して負の部分と正の部分とを含んでいるパルスを作りだす。部材 が図３に示したように反時計式に回転する場合には、素子202 は所定の瞬間に検 出器を通る磁界に影響することを開始する。磁界が検出器の感応方向208 に対し て反対方向に向けられているので、最初にこれは負の検出器信号を生じるだろう 。この素子が検出器に正確に対向して置かれる場合には、この検出器は零信号を 出力するはずで、且つ部材が更に回転された場合には、この検出器は図３を参照 して記載されたように正の信号を供給するだろう。かくしてこの部材の反時計式 回転は、最初に負の部分を具えその後正の部分を具えるパルスを作りだす。時計 式回転は最初に正の部分を具えその後負の部分を具えるパルスを作りだす。検出 器に対するこの部材の回転の方向は、かくしてパルスの解析により決定され得る 。かくして本発明による装置は、検出器に対する部材の回転の方向と同時に大き さの簡単な決定を可能にする。 この検出器110 は異方磁気抵抗(AMR；Anisotrope Magneto Resistive)センサ を設けられてもよい。その場合には、センサが感応する方向208 において磁石の 少しだけ偏心位置にセンサを配置することが好都合である。この種類の装置はセ ンサ内に永久磁界成分を作りだし、それがセンサの安定化を目的として魅力的で ある。 図４は磁界検出器の代わりの装置を示している。この検出器110 は今や磁石か ら部材への方向402 において磁界成分に感応する。素子204 は今や検出器と対向 して対称に置かれるので、多くの磁界線が検出器が感応する方向402 において検 出器を通って延在する。それで検出器は比較的大きい信号を出力するだろう。 図５は、所定の角だけ部材の回転の後の、図４と同じ装置を示している。素子 202 及び204 の各々が今や検出器110 のそれぞれの側へ置かれるので、磁界線の 大きい部分がもはや検出器を通過しない。その結果、この検出器は比較的小さい 信号を出力する。回転は図４に示された部材の位置と関連する信号と図５に示さ れた部材の位置と関連する信号との間の差に基づいて確立され得る。 図６は本発明による装置の一実施例の平面図である。この装置は、ハウジング 602 とそのハウジングに関して回転できる球状部材604 とを具えている。上述の ような関連する磁界検出器608 を有する磁石606 に加えて、この装置は関連する 磁界検出器612 を有する第２磁石610 を具えている。これらの２個の磁石が部材 の中心に関して90°の相互角を有している。部材はそれの中心の回りで全部の方 向に回転でき、且つ各検出器は回転のそれぞれの成分を検出する。この装置はユ ーザが直接接触によりその部材を回転させる、いわゆるトラックボールに用いら れ得る。この装置はまた、マウスが上に引き受ける表面と部材が接触し、且つマ ウスがその表面に対して横に動かされた場合に部材が回転するマウス内にも用い られ得る。この装置がマウス内に用いられる場合には、図６に見られる装置の面 が前記の表面上に置かれる。本発明による入力装置の所定の実施例においては、 この部材は約２cmの直径を有する合成樹脂の球から成り、約1.5mm の直径を有す る軟磁性材料の小さい球がその中に、規則的な分布で、表面の近くに埋め込まれ ている。この実施例は約２mmの異方磁気抵抗センサを具えている検出器を使用し ている。 軟磁性素子は、検出器の範囲における磁界が素子の通過に応答して充分に変化 するように形成されている。それらの素子は図２〜５内に示されたような球状で あるように選ばれ得る。しかしながら、他の形状、例えば球状本体の表面に埋め 込まれた棒、立方体素子及びピラミッド形の素子もまた利用できる。これらの素 子は部材の回転に際して素子がセンサを通って動くような方法で部材全体に分布 されねばならず、その分配は規則的であるから通過素子の数は回転の尺度である 。所定の実施例においては、その部材は球により形成され、且つ軟磁性素子は球 状の形状を有し且つ部材の表面の近くの殻内に稠密球状充填で詰め込まれている 。そのような分配は容易に実行され得て且つ部材に沿って全部の方向に素子の規 則的な分配を生じる。例えば、部材の球状表面は正多角形の分布により近似され 得て、軟磁性素子は前記の多角形の各々の中心に配置される。部材内の軟磁性材 料の非均質分布を実現するもう一つの方法は、磁性材料の球状殻に孔を設けるこ と、あるいは軟磁性材料の球にピンを設けることである。殻又は球はその時部材 の滑らかな外表面を得るように、非磁性被覆を設けられてもよい。部材の回転の 場合に、軟磁性材料内の孔又はピンの規則的な分布は、軟磁性素子の分布と同じ 方法で検出器の近くの磁界を変える。 本発明による装置の別の実施例は、電磁石702 と垂直に置かれている第２電磁 石を具えている。この第２電磁石も比較的大きい別の磁界をデータ処理装置の制 御のもとで発生するために配設されている。電磁石のうちの一方が付勢された場 合に、部材104 の回転は、付勢された電磁石の位置で部材の範囲の移動を生じる 方向において妨害される。しかしながら、回転の軸線が付勢された電磁石と交差 する、付勢された磁石と垂直な平面内の回転は妨害されない。それでユーザは回 転に対する好適な向きを経験し、且つこれがこの装置の表示スクリーン上のカー ソルを制御するために、ユーザを更に援助するために用いられ得る。 図７は電磁石を具えている本発明による装置の一実施例を示している。この実 施例は、データ処理装置の制御のもとで、部材104 の範囲において、比較的大き い、別の磁界を発生するための電磁石702 を具えている。この電磁石がスイッチ オンされた状態においては、ユーザによる部材の回転が妨害される。この別の磁 界が部材内の軟磁性材料102 上に比較的大きい吸着力を及ぼすので、その部材は 所定の位置にある程度固定されることになる。かくしてユーザがデータ処理装置 との相互作用で援助され得る。例えば、この装置の表示スクリーン上のカーソル を制御するためにこの入力装置が用いられる場合には、前記の固定原理が表示ス クリーン上の所定の位置へカーソルを引きつけるため、及び所定の力によりカー ソルをそこへ留めるために用いられ得る。本発明による入力装置は、若しあった ら、局部信号処理のため、及びこのデータ処理装置との連絡のために、インター フェース部分704 を具えている。図７に示された実施例においては、前記の連絡 は検出器に基づいた位置情報の送信、及び電磁石702 のための励磁信号の受信を 伴う。この目的のために、この入力装置は適切な接続706 を介してデータ処理装 置へ接続されている。このデータ処理装置は、プロセッサとプログラムの実行の ための作業用メモリとを含んでいるユニット708 を具えている。更にその上ユニ ット708 は、例えば入力装置700 から入力を受け取り、且つ例えば表示装置710 及び電磁石702 へ出力を急送するのに適している。それに基づいて部材の回転が 確立される磁界を発生する磁石108 が電磁石として構成される場合には、その磁 石108 が電磁石702 の機能を実行できる。その場合には小さい電流が検出磁界を 発生するように電磁石のコイルを通って案内され、且つ大きい電流が一層大きい 磁界を発生してそれにより部材が固定されるようにそのコイルを通って案内され る。 図８は本発明による装置の代わりの実施例の断面図である。部材104 はハウジ ング102 の完全に内側にあり、且つこ装置の構造は図１及び６において上述の装 置に類似している。部材の一方向における回転を検出する磁石108 とセンサ110 とに加えて、この装置は第２方向における回転を検出するための第２磁石とセン サとを設けられ得る。この時、部材104 は球状の形状を有し、且つあらゆる方向 に回転され得て、その方向は２個のセンサにより検出され得る。部材104 は比較 的重い本体802 を一方側に装備されている。この本体によって、部材104 が重力 の影響のもとで、本体802 がこの部材の中心に対して最低位置にある位置を呈す る。ハウジングがその環境に対してある角だけ回転される場合に、部材104 は本 体802 上への重力によりその環境に対して安定な位置に留まり、且つ同じ角だけ ハウジング102 に対して回転する。この回転が上述の方法でセンサにより検出さ れる。それで完全な装置を回転することにより、ユーザは間接的にハウジングに 対して部材を回転させ、且つ例えばデータ処理装置又はテレビジョンセットのス クリーン上のカーソルを制御できる。この装置とデータ処理装置又はテレビジョ ンとの間の接続はコードレス方法で、例えば赤外線通信によって準備され得る。 部材の回転運動はハウジングの内側に粘性のある液体を用いることにより緩衝さ れ得る。そのような緩衝がこ装置が操作される場合に、スクリーン上のカーソル の突然の運動を回避する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ユーザによる物理的操作によりデータ処理装置へデータ要素を提供するため の入力装置であって、 ‐ ハウジングと、前記の操作により前記のハウジングに対して回転され得る 部材と、 ‐ 磁界を発生するための磁気手段と、 ‐ 回転により起こされる磁界の変化に基づいて回転を検出するための検出器 と、を具えている入力装置において、 前記磁気手段が部材の外部に配置された磁石を具えていること、及び前記の 部材が前記の変化を誘起するために非均質分布での軟磁性材料を含むことを特徴 とする入力装置。 ２．請求項１記載の入力装置において、前記の部材が規則的な、球状分布で軟磁 性素子を含んでいることを特徴とする入力装置。 ３．請求項１又は２記載の入力装置において、前記軟磁性素子が球状の形状を有 し、且つ部材の球状殻内に稠密球状充填で詰め込まれることを特徴とする入力装 置。 ４．請求項１〜３のいずれか１項記載の入力装置において、前記検出器が磁石と 部材との間の磁界の成分を測定するための磁気抵抗センサを具えていることを特 徴とする入力装置。 ５．請求項４記載の入力装置において、前記磁気抵抗センサが、測定されるべき 成分と垂直な方向でのセンサ内の安定化磁界を得るために、磁石と部材との間に 非対称に配置されることを特徴とする入力装置。 ６．請求項４記載の入力装置において、前記検出器が巨大磁気抵抗センサを具え ていることを特徴とする入力装置。 ７．請求項１〜３のいずれか１項記載の入力装置において、前記検出器がホール センサを具えていることを特徴とする入力装置。 ８．請求項１〜７のいずれか１項記載の入力装置において、該装置がデータ処理 装置からの信号に応答して部材の範囲で別の磁界を発生するための電磁石を具 えていることを特徴とする入力装置。 ９．請求項１〜８のいずれか１項記載の入力装置において、前記部材がそれの中 心に対して非対称に置かれた比較的重い本体を組み込んでいることを特徴とする 入力装置。 10．請求項１〜９のいずれか１項記載の入力装置を具えている、データ処理装置 。 11．請求項１、２、３及び９のいずれか１項記載の入力装置に用いるための部材 。