JPH0916325A - Input device and input processing method for computer or the like - Google Patents
Input device and input processing method for computer or the likeInfo
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- JPH0916325A JPH0916325A JP7161157A JP16115795A JPH0916325A JP H0916325 A JPH0916325 A JP H0916325A JP 7161157 A JP7161157 A JP 7161157A JP 16115795 A JP16115795 A JP 16115795A JP H0916325 A JPH0916325 A JP H0916325A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、パーソナルコンピュー
タ等における画面上のカーソル等を移動させるための3
次元入力可能な入力装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for moving a cursor or the like on a screen of a personal computer or the like.
The present invention relates to an input device capable of inputting dimensions.
【0002】[0002]
【従来の技術】コンピュータ等の表示装置に対する入力
装置(以下、ポインティングデバイスと称する)とし
て、トラックボールおよびマウスがある。トラックボー
ル1は、図35,36に示すように、主にパーソナルコ
ンピュータ2等のキーボード3に設置されており、指で
ボール4を回転させたときの回転方向と回転量に応じ
て、画面上のカーソルの位置を移動させるものである。
動作原理を簡単に説明すると、図36に示すように、ボ
ール4に対してX軸、Y軸の2軸方向にローラ5,6を
介して回転方向および回転数を検出するロータリーエン
コーダ7,8が設けられ、ボール4の回転方向に応じた
各ロータリーエンコーダ7,8の回転方向と回転量信号
が検出できる。この信号をパーソナルコンピュータ本体
にX軸方向、Y軸方向に分離した電気信号に変換して伝
送し、コンピュータ本体側では信号に応じて画面上のカ
ーソル位置を移動させる。2. Description of the Related Art Trackballs and mice are known as input devices (hereinafter referred to as pointing devices) for display devices such as computers. As shown in FIGS. 35 and 36, the trackball 1 is mainly installed on the keyboard 3 of the personal computer 2 or the like, and on the screen according to the rotation direction and the rotation amount when the ball 4 is rotated by the finger. The position of the cursor of is moved.
The operation principle will be briefly described. As shown in FIG. 36, rotary encoders 7 and 8 for detecting the rotation direction and the rotation speed of the ball 4 in the two axial directions of the X axis and the Y axis via the rollers 5 and 6. Is provided, and the rotation direction and the rotation amount signal of each rotary encoder 7, 8 according to the rotation direction of the ball 4 can be detected. This signal is converted into an electric signal separated in the X-axis direction and the Y-axis direction and transmitted to the main body of the personal computer, and the computer main body moves the cursor position on the screen according to the signal.
【0003】例えばX軸方向にボール4が回転すれば、
X軸方向のシャフト9が回転し、複数のスリット10が
形成された回転板11が回転する。回転板11を挟んで
配された2組のLED12および受光素子13では、L
ED12の光がスリット10によりパルス信号にされ受
光素子13にて電気信号に変換される。これによって、
回転板11の回転方向と回転数が検出され、X軸方向の
ボール4の回転量がわかるので、画面上のカーソル位置
をX軸方向に見合った方向へ回転量に応じて移動させ
る。また、ボール4の回転方向がX軸とY軸に対して4
5度の方向であれば、X軸、Y軸のロータリーエンコー
ダ7,8より同時に回転方向と同量の回転量信号が得ら
れるため、それぞれの軸方向の信号に応じてカーソル位
置が斜めに移動される。For example, if the ball 4 rotates in the X-axis direction,
The shaft 9 in the X-axis direction rotates, and the rotating plate 11 having the plurality of slits 10 formed therein rotates. In the two sets of the LED 12 and the light receiving element 13 arranged with the rotary plate 11 sandwiched therebetween,
The light of the ED 12 is converted into a pulse signal by the slit 10 and converted into an electric signal by the light receiving element 13. by this,
The rotation direction and the number of rotations of the rotary plate 11 are detected, and the rotation amount of the ball 4 in the X-axis direction is known. Therefore, the cursor position on the screen is moved in a direction corresponding to the X-axis direction according to the rotation amount. Further, the rotation direction of the ball 4 is 4 with respect to the X axis and the Y axis.
In the case of the direction of 5 degrees, the X-axis and Y-axis rotary encoders 7 and 8 simultaneously obtain a rotation amount signal of the same amount as the rotation direction, so that the cursor position is slanted according to the respective axial signals. To be done.
【0004】また、マウス15については、図37,3
8に示すような形状をしており、下面にトラックボール
1と同様のボール16が設置され、操作板17あるいは
卓上を前後左右に移動させることにより、この動きに応
じて画面上のカーソルが移動し、さらにクリックボタン
18を押すことにより入力操作を行うものである。な
お、内部構造は、ほぼトラックボール1と同等である。The mouse 15 is shown in FIGS.
8 has a shape as shown in FIG. 8, and a ball 16 similar to the trackball 1 is installed on the lower surface, and the cursor on the screen moves in accordance with this movement by moving the operation plate 17 or the tabletop forward, backward, leftward and rightward. Then, by further pressing the click button 18, the input operation is performed. The internal structure is almost the same as the trackball 1.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記のトラックボール
では、機械的な稼働部分が必要であるため、から回りや
埃の侵入による誤動作が発生するおそれがある。また、
トラックボール自身を配置するスペースが必要となり、
省スペース化に対応できないという難点がある。また、
マウスもトラックボールと同様の問題がある他、マウス
を移動させる平面が必要になり、携帯用の小型パーソナ
ルコンピュータ等には使用できないという難点もある。Since the trackball described above requires a mechanically operating portion, there is a possibility that malfunction may occur due to the intrusion of dust around the trackball. Also,
Space is required to place the trackball itself,
There is a drawback that it cannot cope with space saving. Also,
The mouse has the same problem as the trackball, and also has a drawback that it cannot be used in a small portable personal computer or the like because a plane for moving the mouse is required.
【0006】そして、これらのポインティングデバイス
はいづれも2次元入力が可能とされ、クリック機能やド
ラッグ機能を持たせるためのスイッチは別個に設けられ
ている。そのため、小型化や省スペース化の妨げとなっ
ている。しかも、近年、表示装置のカーソル等を3次元
的に移動させる必要性が生じており、従来のポインティ
ングデバイスの機構では3次元入力が困難であった。Each of these pointing devices is capable of two-dimensional input, and a switch for providing a click function and a drag function is separately provided. This hinders downsizing and space saving. Moreover, in recent years, it has become necessary to move the cursor or the like of the display device three-dimensionally, and it has been difficult for the conventional pointing device mechanism to perform three-dimensional input.
【0007】そこで、本発明は、上記に鑑み、広い操作
スペースを必要とせず、3次元入力機能、クリック機能
等の多機能な入力が可能なコンピュータ等の入力装置の
提供を目的とする。In view of the above, it is an object of the present invention to provide an input device such as a computer that does not require a large operation space and can perform multi-functional input such as a three-dimensional input function and a click function.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明による課題解決手
段は、3次元の各方向の加重により3次元的に変位する
可動体20と、発光素子21と、該発光素子21と光学
的に結合され可動体20の変位に連動して移動する光の
像を受光する受光素子22と、該受光素子22に向かう
光を規制する光学部23とが一体的に設けられ、コンピ
ュータ等の表示装置61に対する3次元入力機能やクリ
ック機能を備えたものである。A means for solving the problems according to the present invention is a movable body 20 which is displaced three-dimensionally by a load in each of the three-dimensional directions, a light emitting element 21, and an optical coupling with the light emitting element 21. A light receiving element 22 that receives an image of light that moves in association with the displacement of the movable body 20 and an optical section 23 that regulates light traveling toward the light receiving element 22 are integrally provided, and a display device 61 such as a computer is provided. It has a three-dimensional input function and a click function for.
【0009】そして、図1の如く、可動体20は、人為
的な操作によって変位する可動部24と、該可動部24
を支持する固定部25とからなり、発光素子21、受光
素子22および光学部23を一体にした反射型光センサ
Sが固定部25に配され、可動部24に光センサSに対
向して反射面34が形成されている。このとき、光学部
23は、結像用レンズ26と、反射面34に反射されて
受光素子22に向かう光を制限する遮光体27とからな
る。あるいは、図28の如く、発光素子21と受光素子
22とが対向して配置され、該発光素子21が可動体2
0に設けられ、発光素子21と受光素子22との間に発
光素子21からの光の像を規制して受光素子22に導く
光学部としてのピンホール93を有する遮光体91が設
けられており、可動体20は、人為的な操作によって変
位する可動部24と、該可動部24を支持する固定部2
5とからなり、可動部24に発光素子22が設けられ、
固定部25に受光素子22および遮光体91が設けられ
たものである。そして、可動部24あるいは固定部25
のうち少なくともどちらか一方は弾性体を有している。As shown in FIG. 1, the movable body 20 includes a movable portion 24 which is displaced by an artificial operation, and the movable portion 24.
A reflection type optical sensor S including a light emitting element 21, a light receiving element 22 and an optical section 23 is arranged in the fixed section 25, and is reflected by the movable section 24 so as to face the optical sensor S. A surface 34 is formed. At this time, the optical unit 23 includes an imaging lens 26 and a light shield 27 that limits the light reflected by the reflecting surface 34 and traveling toward the light receiving element 22. Alternatively, as shown in FIG. 28, the light emitting element 21 and the light receiving element 22 are arranged to face each other, and the light emitting element 21 is movable.
0, a light shield 91 having a pinhole 93 as an optical unit for regulating the image of the light from the light emitting element 21 and guiding it to the light receiving element 22 is provided between the light emitting element 21 and the light receiving element 22. The movable body 20 includes a movable portion 24 that is displaced by an artificial operation and a fixed portion 2 that supports the movable portion 24.
5, the light emitting element 22 is provided on the movable portion 24,
The fixed portion 25 is provided with the light receiving element 22 and the light shield 91. Then, the movable portion 24 or the fixed portion 25
At least one of them has an elastic body.
【0010】[0010]
【作用】上記課題解決手段において、可動部24に3次
元の各方向に加重を加える操作をして3次元的に変位さ
せると、発光素子21から発せられた光は遮光体27,
91に制限を加えられながら受光素子22に到達し、光
の像は可動部24の変位に連動して受光素子22上を移
動する。すなわち、可動部24の2次元的な変位に対し
ては、光の像は受光素子22上を移動するだけであり、
これから2次元の各方向の出力量を求める。また、可動
部24の3次元方向の変位に対しては、遮光体27,9
1によって光の光路が制限を受けるため受光素子22に
到達する光量が変化する。そこで、この光量の変化から
3次元方向の出力量を求める。そして、各方向の出力量
より3次元的な操作方向および操作量を演算する。これ
によって、コンピュータ等への3次元入力を行い、表示
装置61のカソール62等を3次元的に移動させる。In the above means for solving the problems, when the movable portion 24 is displaced three-dimensionally by applying a load in each of the three-dimensional directions, the light emitted from the light emitting element 21 is shielded by the light shielding body 27,
The light image reaches the light receiving element 22 with the limitation of 91, and the image of the light moves on the light receiving element 22 in conjunction with the displacement of the movable portion 24. That is, with respect to the two-dimensional displacement of the movable portion 24, the light image only moves on the light receiving element 22,
From this, a two-dimensional output amount in each direction is obtained. Further, for the displacement of the movable portion 24 in the three-dimensional direction, the light shields 27, 9
Since the optical path of light is limited by 1, the amount of light reaching the light receiving element 22 changes. Therefore, the output amount in the three-dimensional direction is obtained from the change in the light amount. Then, a three-dimensional operation direction and operation amount are calculated from the output amount in each direction. As a result, three-dimensional input is made to the computer or the like, and the cursor 62 or the like of the display device 61 is moved three-dimensionally.
【0011】また、3次元方向の出力量に基づいてオン
オフを判断し、このオンオフ信号をコンピュータ等に入
力することによってクリック機能を実行させることも可
能となる。このように、1つのポインティングデバイス
によって多機能な入力を行うことができる。Further, it is possible to execute the click function by determining on / off based on the output amount in the three-dimensional direction and inputting this on / off signal to a computer or the like. Thus, multifunctional input can be performed with one pointing device.
【0012】[0012]
(第一実施例)本実施例の3次元入力可能なポインティ
ングデバイスは、図1〜3の如く、3次元の各方向の加
重により3次元的に変位する可動体20と、発光素子2
1と、この発光素子21と光学的に結合され可動体20
の変位に連動して移動する光の像を受光する受光素子2
2と、発光素子21から出射されて受光素子22に向か
う光を規制する光学部23とを一体的に備えており、凸
形状で平面視T字形とされ、その寸法は最大長25m
m、最大幅15mm、高さ10mmとなっている。そし
て、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ等の機
器のキーボード本体のG、B、Hの各キーによって囲ま
れた空間に、キーの上面から1mm程度突出した状態で
配置されている。(First Embodiment) As shown in FIGS. 1 to 3, a pointing device capable of three-dimensional input according to the present embodiment includes a movable body 20 that is displaced three-dimensionally by a load in each of the three-dimensional directions, and a light emitting element 2.
1 and the movable body 20 that is optically coupled to the light emitting element 21.
Light receiving element 2 for receiving the image of light that moves in conjunction with the displacement of
2 and an optical portion 23 that regulates the light emitted from the light emitting element 21 and directed to the light receiving element 22 are integrally provided, and are convex and T-shaped in a plan view, and the dimension thereof is a maximum length of 25 m.
m, maximum width 15 mm, and height 10 mm. The keyboard body of a device such as a personal computer or a word processor is arranged in a space surrounded by the G, B, and H keys so as to project from the upper surface of the key by about 1 mm.
【0013】前記可動体20は、人為的な操作によって
変位する可動部24と、可動部24をキーボード本体に
取り付けるための固定部25とからなり、一体構造にな
っている。そして、発光素子21、受光素子22および
光学部23を一体的にした反射型光センサSが、可動部
24に対向するように固定部25に装着されている。光
学部23は、結像用レンズ26と、発光素子21からの
光の光路を制限するとともに反射して受光素子22に向
かう光の光路を制限する遮光体27とからなる。The movable body 20 comprises a movable portion 24 which is displaced by an artificial operation and a fixed portion 25 for attaching the movable portion 24 to the keyboard body, and has an integral structure. The reflection type optical sensor S in which the light emitting element 21, the light receiving element 22 and the optical section 23 are integrated is attached to the fixed section 25 so as to face the movable section 24. The optical unit 23 includes an imaging lens 26 and a light shield 27 that restricts the optical path of light from the light emitting element 21 and restricts the optical path of light reflected and traveling toward the light receiving element 22.
【0014】可動部24は、上面が閉塞された円筒状に
形成され、その下側は左右方向(X軸方向)に張り出し
た脚28となっている。固定部25は、T字状とされ、
その下面側に光センサSを装着するための凹み29が形
成されており、X軸方向の上面には可動部24の脚28
が配置され、Y軸方向の下面には外部との電気的接続を
行う基板30が取り付けられている。そして、可動部2
4の脚28および固定部25には、それぞれ貫通孔31
a,31bが形成されており、貫通孔31a,31bに
ねじ32を嵌め込むことによりキーボード本体に固定さ
れる。The movable portion 24 is formed in a cylindrical shape with its upper surface closed, and the lower side thereof is a leg 28 protruding in the left-right direction (X-axis direction). The fixed portion 25 has a T shape,
A recess 29 for mounting the optical sensor S is formed on the lower surface side thereof, and the leg 28 of the movable portion 24 is formed on the upper surface in the X-axis direction.
And a substrate 30 for electrical connection with the outside is attached to the lower surface in the Y-axis direction. And the movable part 2
The leg 28 and the fixing portion 25 of FIG.
a and 31b are formed, and they are fixed to the keyboard body by fitting screws 32 into the through holes 31a and 31b.
【0015】そして、可動体20は3次元のX軸、Y
軸、Z軸の各方向の変位を生じる必要があるため、固定
部25は剛体にて成形され、可動部24は弾性体にて成
形されている。剛体としては、熱可塑性の硬度98以上
(JIS K6301試験方法による)、曲げ弾性率2
000kg/cm2以上(ASTM D790試験方法
による)のプラスチック、例えばPC(ポリカーボネー
ト)、ABS(アクリロニトリルブタジエンスチレ
ン)、変性PPO(変性ポリフェニレンオキシド)等を
主に用いる。また、弾性体としては、熱可塑性の硬度7
0〜98(JIS K6301試験方法による)、曲げ
弾性率100〜2000kg/cm2(ASTM D7
90試験方法による)のプラスチック、例えばポリエス
テルエラストマー、ウレタンまたはゴム系の樹脂等を主
に用いる。The movable body 20 has a three-dimensional X-axis and Y-axis.
Since it is necessary to generate displacement in each direction of the axis and the Z axis, the fixed portion 25 is formed of a rigid body and the movable portion 24 is formed of an elastic body. As a rigid body, thermoplastic hardness is 98 or more (according to JIS K6301 test method), flexural modulus 2
Plastics of 000 kg / cm 2 or more (according to the ASTM D790 test method) such as PC (polycarbonate), ABS (acrylonitrile butadiene styrene), modified PPO (modified polyphenylene oxide), etc. are mainly used. Further, as the elastic body, thermoplastic hardness 7
0 to 98 (according to JIS K6301 test method), flexural modulus 100 to 2000 kg / cm 2 (ASTM D7
90 test method) plastic such as polyester elastomer, urethane or rubber type resin is mainly used.
【0016】そして、固定部25と可動部24とは、精
度、耐久性の点から2色成形による成形によって一体構
造とされる。また、金型構造の問題やトータルコスト面
で、インサート成形でもよく、ねじ止め、フック止めに
よる方法でもよい。このように、可動体20を柔剛の2
層構造にすると、図4に示すように、2次元の各X軸,
Y軸方向の加重および3次元方向であるZ軸方向の加重
に対してスムーズに可動体20を変位させることがで
き、3次元入力可能なポインティングデバイスとしての
性能向上につながる。なお、2次元的な変位は各軸周り
にΔθだけ回転することになり、これを変角と称する。
また、3次元方向の変位はZ軸方向へΔhだけ下がるこ
とになる。The fixed portion 25 and the movable portion 24 are integrally formed by two-color molding in terms of accuracy and durability. Further, in view of the problem of the mold structure and the total cost, insert molding may be used, or a method of screwing or hooking may be used. In this way, the movable body 20 is
With a layered structure, as shown in FIG. 4, two-dimensional X-axis,
The movable body 20 can be smoothly displaced with respect to the weight in the Y-axis direction and the weight in the Z-axis direction, which is the three-dimensional direction, and the performance as a pointing device capable of three-dimensional input can be improved. It should be noted that the two-dimensional displacement means rotation about each axis by Δθ, which is referred to as a displacement angle.
Further, the displacement in the three-dimensional direction is reduced by Δh in the Z-axis direction.
【0017】また、可動部24の光センサSと対向する
約φ5mmの天部33の下面は、光の正反射を利用した
光センサSによる角度検出のために反射面34とされ
る。すなわち、反射面34は、平面に成形され、鏡面仕
上げ、またはメッキ処理あるいは蒸着処理が施されてい
る。したがって、2次元的な変位に対しては反射面の角
度が変わり、Z軸方向の変位に対しては反射面34と光
センサSとの距離が変わる。Further, the lower surface of the top portion 33 of about φ5 mm facing the optical sensor S of the movable portion 24 is used as a reflecting surface 34 for the angle detection by the optical sensor S utilizing regular reflection of light. That is, the reflecting surface 34 is formed into a flat surface and is mirror-finished, plated or vapor-deposited. Therefore, the angle of the reflecting surface changes with two-dimensional displacement, and the distance between the reflecting surface 34 and the optical sensor S changes with displacement in the Z-axis direction.
【0018】反射面34の他の例として、図5の如く、
可動部24の天部33に固定部25に用いた樹脂あるい
は他の剛性樹脂にて2色成形あるいはインサート成形に
より一体的に平板35を形成して、表面処理を施すこと
により反射面34とする。弾性樹脂のように軟らかいと
直接表面処理を施すことは困難であるが、これによる
と、樹脂が硬いので表面処理を行いやすく高い平面度が
得られるという利点があり、しかも可動部24の補強に
もなる。さらに、可動部24の変位の状態に応じて受光
素子22への集光をよくするために曲率面としてもよ
い。このように、反射面34となるような表面処理を行
うことにより、発光素子21からの光を有効に利用でき
て光センサSの出力が大きくなり、しかもシャープな像
が得られるので、センサとしての検出特性を向上させる
ことができる。As another example of the reflecting surface 34, as shown in FIG.
A flat plate 35 is integrally formed on the top portion 33 of the movable portion 24 with the resin used for the fixed portion 25 or another rigid resin by two-color molding or insert molding, and is subjected to surface treatment to form a reflecting surface 34. . If it is soft like an elastic resin, it is difficult to perform the surface treatment directly, but according to this, there is an advantage that the resin is hard and the surface treatment is easily performed, and a high flatness is obtained. Also becomes. Further, a curved surface may be used in order to improve focusing of light on the light receiving element 22 depending on the state of displacement of the movable portion 24. In this way, by performing the surface treatment to form the reflective surface 34, the light from the light emitting element 21 can be effectively used, the output of the optical sensor S is increased, and a sharp image can be obtained. The detection characteristics of can be improved.
【0019】ところで、可動体20は上記の構造に限定
されるものではなく、図6,7に示すように可動体20
の一部が弾性構造であればよい。なお、両図中の右下が
りの斜線は弾性体36を表し、左下がりの斜線は剛体3
7を表している。図6(a)では、固定部25の可動部
24との連結部分が弾性体36とされ、固定部25の残
りの部分および可動部24が剛体37となっており、可
動部24全体が3次元的に変位する。図6(b)では、
可動部24が剛体37とされ、固定部25が弾性体36
となっており、可動部24全体が3次元的に変位し、変
角も大きい。図6(c)では、可動部24の上側の一部
が弾性体36とされ、可動部24の残りおよび固定部2
5が剛体37となっており、可動部24の上側のみが変
位し、その変位量は小さい。図6(d)では、可動部2
4の下側の一部が弾性体36とされ、可動部24の残り
および固定部25が剛体37となっており、可動部24
の上側が変位するが、あまり大きく変角しない。図6
(e)では、可動部24の上半分が弾性体36とされ、
可動部24の残りおよび固定部25が剛体37となって
おり、可動部24の上半分だけが変位するが、あまり大
きく変角しない。By the way, the movable body 20 is not limited to the above-mentioned structure, but as shown in FIGS.
It suffices that a part of the elastic structure is elastic. Note that the slanting lines on the lower right of both figures represent the elastic body 36, and the slanting lines on the lower left of the rigid body 3 are shown.
7 is represented. In FIG. 6A, the connecting portion of the fixed portion 25 with the movable portion 24 is an elastic body 36, and the remaining portion of the fixed portion 25 and the movable portion 24 are a rigid body 37, and the entire movable portion 24 is 3 mm. Dimensionally displaced. In FIG. 6 (b),
The movable portion 24 is a rigid body 37, and the fixed portion 25 is an elastic body 36.
Therefore, the entire movable portion 24 is three-dimensionally displaced and the angle of change is large. In FIG. 6C, a part of the upper side of the movable portion 24 is the elastic body 36, and the rest of the movable portion 24 and the fixed portion 2 are provided.
5 is a rigid body 37, and only the upper side of the movable portion 24 is displaced, and the displacement amount is small. In FIG. 6D, the movable part 2
Part of the lower side of 4 is an elastic body 36, and the rest of the movable part 24 and the fixed part 25 are a rigid body 37.
The upper side of is displaced, but the angle does not change so much. FIG.
In (e), the upper half of the movable part 24 is the elastic body 36,
The rest of the movable part 24 and the fixed part 25 are rigid bodies 37, and only the upper half of the movable part 24 is displaced, but the angle of change is not so large.
【0020】また、図7(a)では、弾性体36である
可動部24の内周面の一部分を除いて剛体37が一体的
に嵌合され、固定部25は剛体37となっており、可動
部24が変位するが、あまり大きく変角しない。図7
(b)では、弾性体36である可動部24の内面の下部
を除いて剛体37が一体的に嵌合され、固定部25は剛
体37となっており、可動部24全体が変位し、その変
位量は小さい。図7(c)では、可動部24と固定部2
5とが一体となった弾性体36であり、可動部24の内
面および固定部25の下面端部に剛体37が一体的に嵌
合され、固定部25の下面に可動部24の落ち込みを防
ぐ突起38が形成されており、可動部24全体が変位
し、変角は大きいが、Z軸方向の変位は突起38に規制
されて小さい。図7(d)では、可動部24と固定部2
5とが一体となった弾性体36であり、可動部24の内
面に剛体37が一体的に嵌合され、可動部24と固定部
25との連結部分は薄くなっており、可動部24全体が
変位し、あまり大きく変角はしないが、Z軸方向の変位
は大きい。このように、図7に示したものは、弾性構造
を持つとともに変位(変角)のリミッタとしての機能も
有している。Further, in FIG. 7A, the rigid body 37 is integrally fitted except for a part of the inner peripheral surface of the movable portion 24 which is the elastic body 36, and the fixed portion 25 is the rigid body 37. The movable part 24 is displaced, but the angle of change is not so large. FIG.
In (b), the rigid body 37 is integrally fitted except for the lower part of the inner surface of the movable portion 24 which is the elastic body 36, the fixed portion 25 is the rigid body 37, and the entire movable portion 24 is displaced. The displacement is small. In FIG. 7C, the movable portion 24 and the fixed portion 2
5 is an elastic body 36 that is integrated with a rigid body 37 that is integrally fitted to the inner surface of the movable portion 24 and the lower end of the fixed portion 25 to prevent the movable portion 24 from falling on the lower surface of the fixed portion 25. The protrusion 38 is formed, and the entire movable portion 24 is displaced, and the displacement angle is large, but the displacement in the Z-axis direction is restricted by the protrusion 38 and is small. In FIG. 7D, the movable portion 24 and the fixed portion 2
5 is an integrated elastic body 36, a rigid body 37 is integrally fitted to the inner surface of the movable portion 24, and the connecting portion between the movable portion 24 and the fixed portion 25 is thin. Is displaced and the angle of change is not so large, but the displacement in the Z-axis direction is large. Thus, the one shown in FIG. 7 has an elastic structure and also has a function as a limiter for displacement (angle change).
【0021】さらに、弾性構造としては材料の選択だけ
でなく、形状によっても対応できる。すなわち、図8の
如く、可動部24の外周面に切欠39を形成することに
より、変位を大きくできる。また、可動体20の一部に
用いられる弾性体36の他の断面形状の例として、図9
に示すように、長方形(同図a)、門型(同図b)、中
央に突起が形成された門型(同図c)、切欠を有するも
の(同図d)がある。さらにまた、図10の如く、可動
部24を上下に分割して、その間にばね40を介装して
もよい。Further, the elastic structure can be adapted not only by selection of material but also by shape. That is, as shown in FIG. 8, the displacement can be increased by forming the notch 39 on the outer peripheral surface of the movable portion 24. Further, as an example of another cross-sectional shape of the elastic body 36 used for a part of the movable body 20, FIG.
As shown in FIG. 2, there are a rectangle (a in the figure), a gate type (b in the figure), a gate type with a protrusion formed in the center (c), and a notch (d). Furthermore, as shown in FIG. 10, the movable part 24 may be divided into upper and lower parts, and the spring 40 may be interposed therebetween.
【0022】前記光センサSとして、発光素子21であ
るLED(発光ダイオード)および受光素子22である
多分割(4分割)フォトダイオードを透光性のエポキシ
樹脂等でそれぞれモールドした1次モールド部41を形
成し、さらに両1次モールド部41を遮光性のエポキシ
樹脂等でモールドした2次モールド部42を形成して、
発光素子21および受光素子22の上方にレンズ26を
配し、1次モールド部41および2次モールド部42の
上面に形成された円環状のレンズ枠43にレンズ26の
円筒状の支持脚44を着脱可能に嵌合することにより、
一体的に構成している。なお、受光素子22である4分
割フォトダイオードの各フォトダイオードをそれぞれ
A,B,C,Dとして、X軸、Y軸に対して図11の如
く配列している。As the optical sensor S, a primary mold portion 41 in which an LED (light emitting diode) which is a light emitting element 21 and a multi-divided (four-divided) photodiode which is a light receiving element 22 are respectively molded with a translucent epoxy resin or the like. And a secondary mold portion 42 in which both primary mold portions 41 are molded with a light-shielding epoxy resin or the like,
The lens 26 is arranged above the light emitting element 21 and the light receiving element 22, and the cylindrical support leg 44 of the lens 26 is attached to the annular lens frame 43 formed on the upper surfaces of the primary mold portion 41 and the secondary mold portion 42. By removably mating,
It is configured as one. The photodiodes of the four-division photodiode, which is the light receiving element 22, are arranged as A, B, C, and D with respect to the X axis and the Y axis as shown in FIG.
【0023】前記遮光体27は、レンズ26の受発光素
子21,22と対向する下面に遮光性材料をスパッタリ
ング、蒸着あるいは接着等によって薄膜状に形成した
り、遮光性樹脂によりレンズ26と一体的に形成したも
ので、図12の如く、発光素子21の上方の位置におい
て発光素子21からの光が通過する円形の発光窓45が
形成され、受光素子22の上方の位置において受光素子
22に向かう光が通過する正方形の受光窓46が形成さ
れ、X軸方向においてレンズ26の中心軸に対して対称
の位置に配置されている。なお、遮光体27は、レンズ
26の上面に設けてもよく、あるいはレンズ26と受発
光素子21,22との間に設けてもよい。また、可動部
24の変位に応じて反射する光を検出できればよいの
で、受光素子22に対応させた遮光体27だけを設け、
発光素子21側には設けなくてもよい。The light shielding member 27 is formed on the lower surface of the lens 26 facing the light receiving and emitting elements 21 and 22 with a light shielding material in a thin film form by sputtering, vapor deposition, adhesion or the like, and is integrated with the lens 26 by a light shielding resin. As shown in FIG. 12, a circular light emitting window 45 through which the light from the light emitting element 21 passes is formed at a position above the light emitting element 21, and the light emitting element 45 goes to the light receiving element 22 at a position above the light receiving element 22. A square light receiving window 46 through which light passes is formed, and is arranged at a position symmetrical with respect to the central axis of the lens 26 in the X-axis direction. The light shield 27 may be provided on the upper surface of the lens 26, or may be provided between the lens 26 and the light emitting / receiving elements 21, 22. Further, since it is only necessary to detect the light reflected according to the displacement of the movable portion 24, only the light shielding body 27 corresponding to the light receiving element 22 is provided,
It may not be provided on the light emitting element 21 side.
【0024】そして、2次モールド部42の上面に円形
の一対の突起47が形成されており、光センサSを固定
部25の凹み29に装着して、突起47を固定部25お
よび可動部24に形成された孔48に嵌合すると、光セ
ンサSは可動体20に収納され、一体構造のポインティ
ングデバイスとなる。また、発光素子21および受光素
子22のリード端子49は、フレキシブルプリント配線
板等によって基板30に接続されている。A pair of circular protrusions 47 is formed on the upper surface of the secondary mold portion 42, and the optical sensor S is mounted in the recess 29 of the fixed portion 25 so that the protrusion 47 is fixed to the fixed portion 25 and the movable portion 24. The optical sensor S is housed in the movable body 20 when fitted into the hole 48 formed in the above, and becomes a pointing device having an integral structure. The lead terminals 49 of the light emitting element 21 and the light receiving element 22 are connected to the substrate 30 by a flexible printed wiring board or the like.
【0025】そして、ポインティングデバイスには、図
13の如く、操作された可動体20の変位を受光素子2
2の出力から検出してコンピュータ等の機器60の表示
装置61におけるカーソル62またはアイコンの移動情
報として出力するマイクロコンピュータあるいは制御I
Cからなる制御手段63が設けられている。そして、光
センサSには、受光素子22からの出力電流の信号処理
を行ってX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の出力信号
を演算するアナログ信号処理回路部64が一体的に集積
化されており、制御手段63は、アナログ信号処理回路
部64から出力されたアナログ値をデジタル値に変換す
るA/D変換部65と、A/D変換された出力信号を操
作方向および操作量といった移動情報の信号へと変換す
るデジタル信号処理回路部66と、コンピュータ等の機
器60に接続可能とするためのシリアルインターフェイ
ス67と、発光素子21を駆動するLED駆動回路部6
8とを備えている。Then, as shown in FIG. 13, the pointing device receives the displacement of the movable body 20 operated by the light receiving element 2.
Microcomputer or control I which is detected from the output of No. 2 and is output as movement information of the cursor 62 or icon on the display device 61 of the device 60 such as a computer.
A control means 63 composed of C is provided. Then, the optical sensor S is integrally integrated with an analog signal processing circuit section 64 that performs signal processing of the output current from the light receiving element 22 and calculates output signals in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. The control means 63 controls the A / D conversion section 65 that converts the analog value output from the analog signal processing circuit section 64 into a digital value, and the A / D converted output signal as the operation direction and the operation amount. A digital signal processing circuit unit 66 for converting into a signal of movement information, a serial interface 67 for connecting to a device 60 such as a computer, and an LED drive circuit unit 6 for driving the light emitting element 21.
8 is provided.
【0026】アナログ信号処理回路部64は、図14の
如く、受光素子22からの出力電流を電圧変換する電圧
変換部69と、所定の2組のフォトダイオードA,B,
C,Dの出力電圧を加算する加算処理部70と、加算さ
れた出力電圧からX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の
出力を演算する減算処理部71とから構成される。な
お、電圧変換部69は各フォトダイオードA,B,C,
Dに対応したオペアンプ72および抵抗R1を有し、加
算処理部70は4個のオペアンプ73および抵抗R2を
有し、減算処理部71は3個のオペアンプ74および抵
抗R2を有している。As shown in FIG. 14, the analog signal processing circuit section 64 includes a voltage converting section 69 for converting the output current from the light receiving element 22 into a voltage, and two predetermined sets of photodiodes A, B ,.
The addition processing unit 70 adds the C and D output voltages, and the subtraction processing unit 71 calculates the outputs in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction from the added output voltages. In addition, the voltage conversion unit 69 includes the photodiodes A, B, C,
Has an operational amplifier 72 and resistors R 1 corresponding to D, addition processing section 70 has four operational amplifiers 73 and resistors R 2, subtraction processing section 71 includes three operational amplifiers 74 and resistors R 2 There is.
【0027】また、デジタル信号処理回路部66では、
各軸方向の出力のベクトルを合成して加重の方向と大き
さを算出しており、これらからカーソル62の移動方向
と移動速度、加速度等を決定する演算処理を行ってい
る。あるいは、この演算処理の代わりに、A/D変換し
た後、コンピュータ等の機器側においてソフト的な処
理、例えば各軸方向の出力のベクトルをそれぞれ必要な
分解数で分解し、その分解数分の組み合わせをマトリッ
クスとし、3次元の方向や大きさとする簡易的な方法を
実施してもよい。Further, in the digital signal processing circuit section 66,
The vectors of the outputs in the respective axis directions are combined to calculate the weighting direction and size, and the arithmetic processing for determining the moving direction, the moving speed, the acceleration, etc. of the cursor 62 from these is performed. Alternatively, instead of this arithmetic processing, after A / D conversion, software processing is performed on the device side such as a computer, for example, the vector of the output in each axis direction is decomposed by a necessary decomposition number, A simple method in which a combination is used as a matrix and a three-dimensional direction or size is used may be implemented.
【0028】次に、ポインティングデバイスの検出原理
およびポインティングデバイスを操作したときの入力処
理について説明する。まず2次元的な入力に対しては、
図12に示すように、可動部24の反射面34は光セン
サSの底面からHの位置にあり、操作されていないとき
反射面34の傾きはない。発光素子21から発せられた
光は、遮光体27の発光窓45を通り、レンズ26を介
して反射面34にて反射され、さらにレンズ26を介し
て遮光体27の受光窓46を通り、受光素子22の中心
に結像する。ここで、可動部24の天部33を指先で2
次元方向に操作すると、可動部24は固定部25に支え
られた脚28の付け根より上部において変位し、可動部
24が少し傾いた状態となって反射面34と光センサS
の光軸との角度に変化が生じる。したがって、発光素子
21から照射された光は、発光窓45およびレンズ26
を通過して可動部24の反射面34により反射され、再
びレンズ26、受光窓46を通過して受光素子22上に
結像されるが、受光素子22に受光された光の像は可動
部24の変位前後において移動している。Next, the detection principle of the pointing device and the input processing when the pointing device is operated will be described. First, for two-dimensional input,
As shown in FIG. 12, the reflecting surface 34 of the movable portion 24 is located at the position H from the bottom surface of the optical sensor S, and there is no inclination of the reflecting surface 34 when it is not operated. The light emitted from the light emitting element 21 passes through the light emitting window 45 of the light shield 27, is reflected by the reflecting surface 34 via the lens 26, passes through the light receiving window 46 of the light shield 27 via the lens 26, and is received. An image is formed at the center of the element 22. Here, the top part 33 of the movable part 24 is touched with a fingertip.
When the movable portion 24 is operated in the dimensional direction, the movable portion 24 is displaced above the base of the leg 28 supported by the fixed portion 25, and the movable portion 24 is slightly tilted, so that the reflecting surface 34 and the optical sensor S.
Changes in the angle with the optical axis of. Therefore, the light emitted from the light emitting element 21 is emitted from the light emitting window 45 and the lens 26.
Is reflected by the reflecting surface 34 of the movable portion 24, passes through the lens 26 and the light receiving window 46 again, and is imaged on the light receiving element 22, but the image of the light received by the light receiving element 22 is the movable portion. It is moving before and after 24 displacements.
【0029】このとき、図15に示すように、可動部2
4の変位により反射面34の変位は、発光素子21と受
光素子22が並ぶ軸すなわちX軸およびこれに直交する
Y軸を中心とした回転となる。これより、人為的な操作
によって与えられる加重方向をX軸およびY軸を中心と
した回転方向の2方向に置き換えて、反射面34の角度
の変化を検出して入力処理を行うことができる。例え
ば、図16に示すX軸周りの回転により、受光素子22
上の光の像はY軸方向に移動する。また、図17に示す
Y軸周りの回転により、受光素子22上の光の像はX軸
方向に移動する。At this time, as shown in FIG.
The displacement of the reflection surface 34 due to the displacement of No. 4 is rotation about the axis where the light emitting element 21 and the light receiving element 22 are arranged, that is, the X axis and the Y axis orthogonal to this. As a result, the weighting direction given by an artificial operation can be replaced with two rotation directions centering on the X axis and the Y axis, and the change in the angle of the reflecting surface 34 can be detected and the input processing can be performed. For example, by rotating around the X axis shown in FIG.
The upper light image moves in the Y-axis direction. Further, the image of the light on the light receiving element 22 moves in the X-axis direction by the rotation around the Y-axis shown in FIG.
【0030】受光素子22の4個のフォトダイオード
A,B,C,Dで得られる電流値をそれぞれISCA,I
SCB,ISCC,ISCDとする。そして、各フォトダイオー
ドA,B,C,Dの出力電流を電圧変換部69により電
圧変換すると、それぞれVA=R1×ISCA、VB=R1×
ISCB、VC=R1×ISCC、VD=R1×ISCDとなる。次
に、X軸周りの回転に対しては、反射面34の変角によ
ってY軸方向に光の像が移動するので、フォトダイオー
ドA,CとフォトダイオードB,Dの2組に分けて、そ
れぞれの出力電圧を加算する。同様にY軸周りの回転に
対しては、フォトダイオードA,Bとフォトダイオード
C,Dの2組に分けて、それぞれの出力電圧を加算す
る。これにより、加算処理部70からの出力として、X
軸周りの回転に対しては−(VA+VC)と−(VB+
VD)が得られ、Y軸周りの回転に対しては、−(VA+
VB)と−(VC+VD)が得られる。そして、減算処理
部71により、X軸方向の出力としてVX=(VA+
VC)−(VB+VD)、Y軸方向の出力としてVY=(V
A+VB)−(VC+VD)がそれぞれ得られる。The current values obtained by the four photodiodes A, B, C and D of the light receiving element 22 are respectively I SCA and I
SCB , I SCC , and I SCD . When the output currents of the photodiodes A, B, C, D are converted into voltage by the voltage conversion unit 69, V A = R 1 × I SCA and V B = R 1 ×, respectively.
I SCB , V C = R 1 × I SCC , V D = R 1 × I SCD . Next, with respect to the rotation around the X axis, the image of light moves in the Y axis direction due to the angle of change of the reflecting surface 34. Therefore, it is divided into two sets of photodiodes A and C and photodiodes B and D, Add each output voltage. Similarly, for rotation around the Y axis, the output voltages of the photodiodes A and B and the photodiodes C and D are divided into two sets and added. As a result, as the output from the addition processing unit 70, X
-(V A + V C ) and-(V B +) for rotation around the axis
V D ) is obtained, and for rotation about the Y-axis, − (V A +
V B) and - is (V C + V D) is obtained. Then, the subtraction processing unit 71 outputs V X = (V A +
V C ) − (V B + V D ), V Y = (V
A + V B) - (V C + V D) is obtained, respectively.
【0031】このとき、X軸周りの回転角度とVXとの
関係は、図18に示すようにリニアな出力変化を有する
S字カーブとなる。同様に、Y軸周りの回転角度とVY
との関係は、図19に示すようにリニアな出力変化を有
するS字カーブとなる。したがって、VXのリニア出力
範囲では、X軸回転角度に対してVXが一義的に決定さ
れ、VYのリニア出力範囲では、Y軸回転角度に対して
VYが一義的に決定される。なお、VXとVYの算出時
に、X軸周りの回転ではAとC、BとDの各フォトダイ
オード、Y軸周りの回転ではAとB、CとDの各フォト
ダイオードの出力電圧をそれぞれ加算したのは、光の像
の移動方向に対して有効に使用できる受光面積を大きく
するためであり、実使用上のアセンブリばらつきによる
光軸のばらつきを吸収するためにも上記の加算処理は有
効となる。At this time, the relationship between the rotation angle around the X-axis and V X is an S-shaped curve having a linear output change as shown in FIG. Similarly, the rotation angle around the Y axis and V Y
The relationship between and is an S-shaped curve having a linear output change as shown in FIG. Therefore, in the linear output range of V X, X-axis rotational angle V X is uniquely determined with respect to, in the linear output range of V Y, V Y is uniquely determined with respect to Y axis rotation angle . When calculating V X and V Y , the output voltages of the photodiodes A and C, B and D for the rotation around the X axis, and the output voltages of the photodiodes A and B, C and D for the rotation around the Y axis are calculated. The reason for adding each is to increase the light receiving area that can be effectively used in the moving direction of the light image, and the above addition process is also performed in order to absorb the variation of the optical axis due to the assembly variation in actual use. It becomes effective.
【0032】そして、アナログ信号処理回路部64によ
って、VXとVYの出力が得られたら、図20に示すよう
に2方向のベクトルの合成により可動体20に加えられ
た加重に対する加重方向とその大きさが求められる。す
なわち、方向をθ、大きさをVとすると、 θ=tan-1(VY/VX) (1) V=VX/cosθ=VY/sinθ =VX/cos(tan-1(VY/VX)) =VY/sin(tan-1(VY/VX)) (2) 以上のように、VX,VYが求まれば、方向θおよび大き
さVが決定する。そして、決定されたθおよびVに基づ
いて、カーソル62の2次元的な移動方向と移動速度、
加速度等が求められる。When the analog signal processing circuit section 64 obtains the outputs of V X and V Y , as shown in FIG. 20, the weighting direction with respect to the weight applied to the movable body 20 by combining the vectors in the two directions is determined. Its size is required. That is, when the direction is θ and the magnitude is V, θ = tan −1 (V Y / V X ) (1) V = V X / cos θ = V Y / sin θ = V X / cos (tan −1 (V Y / V X )) = V Y / sin (tan −1 (V Y / V X )) (2) If V X and V Y are obtained as described above, the direction θ and the size V are determined. . Then, based on the determined θ and V, the two-dimensional moving direction and moving speed of the cursor 62,
Acceleration etc. is required.
【0033】また、3次元方向であるZ軸方向の変位に
対しては、図21に示すように可動部24が下向きに押
され、Z軸方向に変位する。すると、発光素子21から
発せられた光は発光窓45、レンズ26を通り、反射面
34にて反射される。反射された光は再びレンズ26を
通り遮光体27に達する。そして、光は受光窓46を通
り、受光素子22に到達するが、一部の光は遮光体27
によって光路が遮られ、受光素子22に到達できない。
したがって、受光素子22に受光された光量は、3次元
方向に変位する前の光量よりも少なくなり、可動部24
の変位前後において変化する。そこで、アナログ信号処
理回路部64において、Z軸方向の出力として受光素子
22の受光量に基づいてVZ=VA+VB+VC+VDが得
られる。ここで、可動部24がΔHだけ変位した場合、
発光素子21からの光は全て遮光体27によって遮光さ
れ、受光素子22には到達しない。以上により、可動部
24のZ軸方向での変位前後のそれぞれの出力VZの絶
対値を比較して、Z軸方向の変位を検出することができ
る。Further, with respect to the displacement in the Z-axis direction which is the three-dimensional direction, the movable portion 24 is pushed downward and displaced in the Z-axis direction as shown in FIG. Then, the light emitted from the light emitting element 21 passes through the light emitting window 45 and the lens 26 and is reflected by the reflecting surface 34. The reflected light passes through the lens 26 again and reaches the light shield 27. Then, the light passes through the light receiving window 46 and reaches the light receiving element 22, but a part of the light is blocked by the light shield 27.
The optical path is blocked by and cannot reach the light receiving element 22.
Therefore, the amount of light received by the light receiving element 22 becomes smaller than the amount of light before being displaced in the three-dimensional direction, and the movable portion 24
Changes before and after displacement. Therefore, in the analog signal processing circuit unit 64, V Z = V A + V B + V C + V D is obtained as an output in the Z-axis direction based on the amount of light received by the light receiving element 22. Here, when the movable portion 24 is displaced by ΔH,
All the light from the light emitting element 21 is blocked by the light shield 27 and does not reach the light receiving element 22. As described above, the displacement in the Z-axis direction can be detected by comparing the absolute values of the outputs V Z before and after the displacement of the movable portion 24 in the Z-axis direction.
【0034】そして、上記のようにして得られた3次元
の各方向に対するアナログ信号が制御手段63に入力さ
れ、A/D変換部65により必要とする分解能によって
デジタル変換される。分解能としては4ビットまたは8
ビット程度が妥当である。A/D変換された信号はデジ
タル信号処理回路部66により3次元入力用のX,Y,
Z軸方向のシリアル信号に変換され、シリアルインター
フェイス67を介してコンピュータ等の機器60のマウ
スインターフェイスとの間で入出力を行う。Then, the analog signal for each of the three-dimensional directions obtained as described above is input to the control means 63, and is digitally converted by the A / D conversion section 65 at the required resolution. 4 bits or 8 as resolution
A bit is appropriate. The A / D-converted signal is input by the digital signal processing circuit unit 66 to three-dimensional input X, Y,
It is converted into a serial signal in the Z-axis direction, and input / output is performed with the mouse interface of the device 60 such as a computer via the serial interface 67.
【0035】したがって、可動体20を2次元の各方向
に操作することにより、その操作方向および操作量に対
応して出力が得られ、これによって表示装置61におい
てカーソル62は所望の方向に所望の距離だけ移動させ
ることができる。すなわち、可動体20に加える加重を
大きくすれば、カーソル62は加えられた加重方向に速
い移動速度で移動することになり、加重を小さくすれば
ゆっくりと移動する。そして、可動体20から指を離せ
ば、カーソル62の移動は停止される。また、可動体2
0をZ軸方向に操作することにより、その操作量に対応
した表示装置61における3次元方向の移動距離が得ら
れ、表示装置61においてカソール62を3次元的に移
動させることができる。Therefore, by manipulating the movable body 20 in each of the two-dimensional directions, an output corresponding to the manipulating direction and the manipulating amount can be obtained, whereby the cursor 62 on the display device 61 can be arranged in a desired direction. It can be moved by a distance. That is, if the weight applied to the movable body 20 is increased, the cursor 62 moves at a high moving speed in the applied weight direction, and if the weight is decreased, the cursor 62 moves slowly. Then, when the finger is released from the movable body 20, the movement of the cursor 62 is stopped. In addition, movable body 2
By operating 0 in the Z-axis direction, the movement distance in the three-dimensional direction of the display device 61 corresponding to the operation amount can be obtained, and the cursor 62 can be moved three-dimensionally in the display device 61.
【0036】また、可動体20のZ軸方向への操作によ
ってクリック機能も付加することができる。すなわち、
光センサSからの出力がある閾値を越えているか否かに
よって2値化して、閾値より高ければオン信号を出力
し、閾値より低ければオフ信号を出力するというクリッ
ク手段を設けることによって、クリック機能あるいはド
ラッグ機能としての入力を行える。なお、この場合、2
次元入力機能のみで3次元方向への入力機能はない。そ
こで、3次元入力機能を備えたままクリック機能も付加
するために、可動体20の操作を検出する際に時間的な
要素を加えて、Z軸方向への操作によって得られる光セ
ンサSからの出力時間を計測して、その時間より判別す
ればよく、所定時間より短い時間であればクリックを行
ったと判断し、所定時間よりも長ければ3次元入力であ
ると判断して、それぞれの機能を実行させる。A click function can also be added by operating the movable body 20 in the Z-axis direction. That is,
The click function is provided by providing a click unit that binarizes depending on whether or not the output from the optical sensor S exceeds a certain threshold value, outputs an ON signal if the output value is higher than the threshold value, and outputs an OFF signal if the output value is lower than the threshold value. Alternatively, input can be performed as a drag function. In this case, 2
There is no input function in the 3D direction, only the dimension input function. Therefore, in order to add the click function while having the three-dimensional input function, a time element is added when detecting the operation of the movable body 20, and the optical sensor S obtained by the operation in the Z-axis direction is added. It suffices to measure the output time and determine from that time. If the time is shorter than the predetermined time, it is determined that the click has been made, and if it is longer than the predetermined time, it is determined that the input is three-dimensional, and each function is determined. Let it run.
【0037】次に、本実施例のポインティングデバイス
によって得られるVX,VYが各回転角度に対しリニアな
出力変化となることについて、光学シミュレーション
(光線追跡方法)により確認した結果を図22に示す。
本シミュレーションでは、発光素子21から点光源に
て、ある立体角Δω内に120本の光線を発射し、使用
する樹脂の屈折率、レンズ26の曲率等のパラメータを
コンピュータへ入力し、反射、屈折の原理に従いそれぞ
れの光線についてシミュレーションを実施し、最終的に
受光素子22へ到達する光線の強度を発射した120本
分について評価した。以上の手法において、初期1本当
たりの光線の強さを100として、120本を発射(ト
ータル強度は120×100=12000)し、4分割
フォトダイオードの受光素子22にて得られた強度をV
X=(A+C)−(B+D)、VY=(A+B)−(C+
D)として回転角度を横軸に、受光素子22で得られた
強度の演算結果VX,VYをグラフ化している。このシミ
ュレーション結果からも角度の変化に対して、VXとVY
のS字カーブが得られ、リニア出力変化領域をポインテ
ィングデバイスとしての使用領域とすることで、上記式
(1)(2)で示した方向θと大きさVに変換すること
が可能であることがわかる。なお、本シミュレーション
結果でY軸回転方向にオフセットずれを生じているの
は、Y軸方向の発光素子21と受光素子22の位置関係
が最適位置からずれているためであり、シミュレーショ
ンを繰り返すことで最適位置を求めることができる。Next, FIG. 22 shows the result of confirmation by optical simulation (ray tracing method) that V X and V Y obtained by the pointing device of the present embodiment have linear output changes with respect to each rotation angle. Show.
In this simulation, 120 light rays are emitted from the light emitting element 21 within a certain solid angle Δω by a point light source, parameters such as the refractive index of the resin to be used and the curvature of the lens 26 are input to a computer, and reflection and refraction are performed. A simulation was carried out for each light ray according to the principle of (1), and the intensity of the light ray that finally reached the light receiving element 22 was evaluated for 120 emitted light rays. In the above method, the intensity of the light beam per initial ray is set to 100, 120 rays are emitted (total intensity is 120 × 100 = 12000), and the intensity obtained by the light receiving element 22 of the four-division photodiode is V
X = (A + C)-(B + D), VY = (A + B)-(C +
As D), the rotation angle is plotted along the horizontal axis, and the intensity calculation results V X and V Y obtained by the light receiving element 22 are graphed. Also from this simulation result, V X and V Y
It is possible to obtain the S-shaped curve of and to convert the linear output change region into the direction θ and the magnitude V shown in the formulas (1) and (2) by using the linear output change region as the use region of the pointing device. I understand. It should be noted that the offset deviation in the Y-axis rotation direction is generated in this simulation result because the positional relationship between the light-emitting element 21 and the light-receiving element 22 in the Y-axis direction is deviated from the optimum position. The optimum position can be obtained.
【0038】また、Z軸方向の変位に対するシミュレー
ション結果では、前述のパラメータの条件設定を行うこ
とにより、図23に示すようにΔH(=1.5mm、た
だしレンズ26から反射面34までの最大距離が2.4
mmの場合)だけ反射面34が下がった位置では受光素
子22に光が到達しないことがわかる。さらに、変角し
た状態で3次元方向に変位させて確認したところ、ΔH
の大きさにより光が受光素子22に到達しない条件が得
られることもわかった。すなわち、反射面34と光セン
サSとの距離Hに対するΔHの値、遮光体27における
各窓45,46の大きさや位置関係は、受光素子22と
発光素子21の位置関係およびレンズ26の焦点距離等
のパラメータを考慮して設計しなければならない。Further, in the simulation result for the displacement in the Z-axis direction, ΔH (= 1.5 mm, but the maximum distance from the lens 26 to the reflecting surface 34 is set as shown in FIG. Is 2.4
It can be seen that light does not reach the light receiving element 22 at the position where the reflecting surface 34 is lowered only in the case of (mm). Furthermore, when it was confirmed by displacing it in a three-dimensional direction with the angle changed, ΔH
It was also found that the condition that the light does not reach the light receiving element 22 can be obtained depending on the size of. That is, the value of ΔH with respect to the distance H between the reflecting surface 34 and the optical sensor S, the size and the positional relationship of the windows 45 and 46 in the light shield 27 are as follows: the positional relationship between the light receiving element 22 and the light emitting element 21 and the focal length of the lens 26. It must be designed in consideration of such parameters.
【0039】このように、ポインティングデバイスとし
て光センサSとそれを収納する3次元的に変位する可動
体20とから構成することにより、1つのデバイスによ
って多機能な入力が可能となり、部品点数を削減できて
小型化を図ることができ、キーボードの各キーに囲まれ
た空間等に設置可能となり、コンピュータ等の機器の省
スペース化を達成できる。しかも、非接触の光学方式を
用いているので、機械的稼働部が存在せず高信頼性が得
られ、長期間の使用に耐え得る。また、アナログ的に3
次元の全方向の変位を検知できるため、入力処理を容易
に行うことができる。そのため、入力処理のためのソフ
トを簡単なものにすることができ、全体的にコストの安
いポインティングデバイスを提供することができる。As described above, by configuring the optical sensor S as the pointing device and the three-dimensionally movable movable body 20 housing the optical sensor S, multifunctional input is possible with one device, and the number of parts is reduced. The size of the computer can be reduced, and the device can be installed in a space surrounded by the keys of the keyboard, so that the space of a device such as a computer can be reduced. Moreover, since the non-contact optical system is used, there is no mechanical operating part, high reliability is obtained, and long-term use can be endured. Also, analogically 3
Since it is possible to detect displacements in all directions of a dimension, input processing can be easily performed. Therefore, the software for input processing can be simplified, and a pointing device with low cost can be provided as a whole.
【0040】ところで、ポインティングデバイスによる
入力操作は常時行われているわけではないので、コンピ
ュータ等の機器60がオンしている間、発光素子21を
常時発光させる代わりに、発光素子21を間欠的に発光
するように駆動し、このタイミングに合わせて受光素子
22からの出力電流を検出するようにすると、低消費電
流化を図れるとともに、ノイズ等の外乱の影響も排除す
ることができ、信頼性を高めることができる。By the way, since the input operation by the pointing device is not always performed, the light emitting element 21 is intermittently turned on instead of always emitting the light emitting element 21 while the device 60 such as a computer is on. By driving so as to emit light and detecting the output current from the light receiving element 22 at this timing, the current consumption can be reduced and the influence of disturbance such as noise can be eliminated, and the reliability can be improved. Can be increased.
【0041】上記実施例では、Z軸方向の変位による光
センサSからの出力を2値化することによって、オンオ
フ信号を得るクリック手段としていたが、可動体20を
押し込んだときクリック感が得られず、人間工学的に違
和感があった。そこで、Z軸方向の変位に対してクリッ
ク感を持たせるために、図24の如く、弾性体からなる
可動部24において、反射面34が形成された天部33
と固定部25に載置される下部とが薄肉厚(0.4m
m)で角度(30〜40度)を持った連結部80によっ
て連結した構造とする。なお、他の構成は上記実施例と
同じである。また、他の例として、図25の如く、弾性
体からなる可動部24において、反射面34が形成され
た天部33と固定部25に載置される下部とが薄肉厚
(0.4mm)で角度(30〜40度)を持った連結部
80によって連結し、さらにマウスと同様の操作感を得
て確実な操作を行えるように天部33に大径の剛体から
なる操作部81をかぶせた構造とする。このとき、天部
33の強度を高めるために天部33の肉厚が厚くなって
おり、光センサSと反射面34との距離を必要量得られ
なくなるので、天部33の下面中央はくぼんでいる。こ
のような構造とすることによって、可動部24を押し込
んだとき、ある程度変位すると連結部80が急激に変形
してカクッとなり、クリック感が得られる。したがっ
て、クリック機能が実行されたという実感が得られ、操
作性の向上となる。In the above embodiment, the click means for obtaining the on / off signal is obtained by binarizing the output from the optical sensor S due to the displacement in the Z-axis direction. However, when the movable body 20 is pushed in, a click feeling is obtained. However, there was an ergonomic discomfort. Therefore, in order to give a click feeling to the displacement in the Z-axis direction, as shown in FIG. 24, in the movable portion 24 made of an elastic body, the top portion 33 having the reflection surface 34 is formed.
And the lower part mounted on the fixing part 25 are thin (0.4 m
m), and the structure is such that they are connected by a connecting portion 80 having an angle (30 to 40 degrees). The rest of the configuration is the same as in the above embodiment. As another example, as shown in FIG. 25, in the movable part 24 made of an elastic body, the top part 33 having the reflection surface 34 and the lower part mounted on the fixed part 25 are thin (0.4 mm). To connect with a connecting portion 80 having an angle (30 to 40 degrees), and cover the top 33 with an operating portion 81 made of a rigid body with a large diameter so that a reliable operation can be performed with a feeling of operation similar to that of a mouse. It has a different structure. At this time, the wall thickness of the top portion 33 is increased to increase the strength of the top portion 33, and the required distance between the optical sensor S and the reflecting surface 34 cannot be obtained. I'm out. With such a structure, when the movable portion 24 is pushed in, if the movable portion 24 is displaced to some extent, the connecting portion 80 is suddenly deformed and becomes crisp, and a click feeling is obtained. Therefore, it is possible to obtain a feeling that the click function has been executed, and improve the operability.
【0042】さらに、上記の応用例として、図24,2
5に示した可動体20において、図26,27の如く、
天部33の下面から突起82を垂設し、その下端に導電
体83を設ける。そして、突起82に対向した基板30
に途中が途切れた導電パターン84を形成しておき、可
動部24のZ軸方向の変位により突起82が下がり、導
電体83が導電パターン84に接触し、導通させること
により、スイッチ機能を持たせる。したがって、これを
クリック手段としてクリック機能やドラッグ機能に展開
してもよく、さらに新たなスイッチ機能としてポインテ
ィングデバイスに付加してもよく、多機能なポインティ
ングデバイスを達成することができる。Further, as an application example of the above, FIGS.
In the movable body 20 shown in FIG. 5, as shown in FIGS.
A protrusion 82 is vertically provided from the lower surface of the top portion 33, and a conductor 83 is provided at the lower end thereof. Then, the substrate 30 facing the protrusion 82
A conductive pattern 84 that is interrupted in the middle is formed in advance, and the protrusion 82 is lowered by the displacement of the movable portion 24 in the Z-axis direction, and the conductor 83 comes into contact with the conductive pattern 84 to conduct electricity, thereby providing a switch function. . Therefore, this may be expanded to a click function or a drag function as a click means, and may be added to the pointing device as a new switch function, so that a multifunctional pointing device can be achieved.
【0043】さらにまた、上記の如く突起等によってク
リック手段を構成した場合、可動体20のZ軸方向の変
位から得られる光センサSの出力VZの絶対量に基づい
て操作方向と操作量に対応した信号をコンピュータ等に
入力すると、カソール等を3次元的に移動させることが
できる。これによって、3次元入力機能とクリック機能
を持ったポインティングデバイスにすることができる。Furthermore, when the click means is constituted by the protrusions or the like as described above, the operation direction and the operation amount are determined based on the absolute value of the output V Z of the optical sensor S obtained from the displacement of the movable body 20 in the Z-axis direction. By inputting a corresponding signal to a computer or the like, it is possible to move the cassette or the like three-dimensionally. Thereby, a pointing device having a three-dimensional input function and a click function can be obtained.
【0044】(第二実施例)本実施例では、図28の如
く、上下動可能な可動部24に発光素子21を設け、発
光素子21に対向させて受光素子22を設けている。発
光素子21は、可動部24の天部33に固定された基板
90に搭載されている。受光素子22は、遮光性樹脂に
よって成形された遮光体であるホルダー91に内装され
ており、ホルダー91の底面に固定された基板92に搭
載されている。ホルダー91は固定部25に装着され、
発光素子21と受光素子22とを結ぶ光軸間にあるホル
ダー91の上面には通過する光を制限する光学部として
円形のピンホール93が形成されている。これによっ
て、透過型光センサが構成される。なお、発光素子21
はLED、受光素子22は4分割フォトダイオードであ
り、可動体20の構造は第一実施例と同じである。(Second Embodiment) In this embodiment, as shown in FIG. 28, the light emitting element 21 is provided in the movable portion 24 which can be moved up and down, and the light receiving element 22 is provided so as to face the light emitting element 21. The light emitting element 21 is mounted on the substrate 90 fixed to the top portion 33 of the movable portion 24. The light receiving element 22 is incorporated in a holder 91 which is a light shielding body formed of a light shielding resin, and is mounted on a substrate 92 fixed to the bottom surface of the holder 91. The holder 91 is attached to the fixed portion 25,
A circular pinhole 93 is formed on the upper surface of the holder 91 between the optical axes connecting the light emitting element 21 and the light receiving element 22 as an optical section for limiting the light passing therethrough. This constitutes a transmissive optical sensor. The light emitting element 21
Is an LED, the light receiving element 22 is a four-division photodiode, and the structure of the movable body 20 is the same as that of the first embodiment.
【0045】この構成によると、人為的な操作が加わら
ないときは、図29の如く、発光素子21から照射され
た光はピンホール93を通過して受光素子22に達する
が、受光素子22上の光のスポット像は小さく、受光素
子22の総受光量も小さい。これは、Δωの立体角分の
光のみが有効となって、受光素子22に到達するためで
ある。2次元方向に操作されると、図30の如く、可動
部24の変位に対応して発光素子21も連動して移動
し、発光素子21から照射されピンホール93を通過し
て受光素子22に達する光のスポット像は操作前のとき
とほぼ同じ大きさのままで受光素子22上を可動部24
の変位の方向と180度逆方向に移動する。なお、この
受光素子22からの出力の検出方法は第一実施例と同様
である。ただし、角度に対する出力変化が、変位に対す
る出力変化に置き換わる。According to this structure, when no artificial operation is applied, the light emitted from the light emitting element 21 passes through the pinhole 93 and reaches the light receiving element 22 as shown in FIG. The spot image of the light is small and the total amount of light received by the light receiving element 22 is also small. This is because only the light corresponding to the solid angle of Δω becomes effective and reaches the light receiving element 22. When operated in the two-dimensional direction, as shown in FIG. 30, the light emitting element 21 also moves in association with the displacement of the movable portion 24, and is emitted from the light emitting element 21 and passes through the pinhole 93 to reach the light receiving element 22. The spot image of the reaching light remains on the movable element 24 on the light receiving element 22 with the same size as that before the operation.
It moves 180 degrees opposite to the direction of displacement. The method of detecting the output from the light receiving element 22 is the same as in the first embodiment. However, the output change with respect to the angle replaces the output change with respect to the displacement.
【0046】さらに、可動部24が押さえ込まれてZ軸
方向に変位すると、図31の如く、発光素子21とピン
ホール93との間隔が短くなり、受光素子22に到達す
る光はΔω′(>Δω)の立体角分となり、受光素子2
2上での光のスポット像は大きくなり、総受光量も大き
くなる。ここで、Z軸方向の変位に対する総受光量の変
化を図33に示す。図33の如く、変位後の発光素子2
1からピンホール93までの距離をd′、そのときの相
対受光量をI′とすると、発光素子21からピンホール
93までの距離と相対受光量との関係は、 I′=I×(d/d′)2 (3) となる。dは変位なしのときの発光素子21からピンホ
ール93までの距離、Iはそのときの相対受光量であ
る。Further, when the movable portion 24 is pressed down and displaced in the Z-axis direction, as shown in FIG. 31, the distance between the light emitting element 21 and the pinhole 93 is shortened, and the light reaching the light receiving element 22 becomes Δω ′ (> Δω) becomes the solid angle, and the light receiving element 2
The spot image of the light on 2 becomes large, and the total amount of received light also becomes large. Here, FIG. 33 shows the change in the total amount of received light with respect to the displacement in the Z-axis direction. As shown in FIG. 33, the light emitting element 2 after displacement
Assuming that the distance from 1 to the pinhole 93 is d ′ and the relative amount of received light at that time is I ′, the relationship between the distance from the light emitting element 21 to the pinhole 93 and the relative amount of received light is I ′ = I × (d / D ') 2 (3). d is the distance from the light emitting element 21 to the pinhole 93 when there is no displacement, and I is the relative amount of light received at that time.
【0047】次に、Z軸方向に押さえながら2次元方向
へ操作すると、図32の如く、可動部24は3次元的に
変位して、光のスポット像は上記の各方向の変位に対す
る移動を合成したものとなり、2次元方向への変位に対
する光のスポット像の移動距離が大きくなる。この場
合、受光素子22上での光のスポット像の変位量ΔL′
は、次のようになる。Next, when it is operated in the two-dimensional direction while being pressed in the Z-axis direction, the movable portion 24 is displaced three-dimensionally as shown in FIG. 32, and the light spot image is moved in response to the displacement in each of the above directions. Since they are combined, the moving distance of the spot image of light becomes large with respect to the displacement in the two-dimensional direction. In this case, the displacement amount ΔL ′ of the light spot image on the light receiving element 22.
Is as follows:
【0048】ΔL′=ΔL×D/d′ (4) ΔL:発光素子21の変位量 D:ピンホール93から受光素子22までの距離(一
定) d′:ピンホール93から発光素子21までの距離 このように、Z軸方向に加重を加えながら2次元方向に
も加重を加えると、Z軸方向に加重を加えないときと比
較して、d′が小さくなるためΔLが等しければΔL′
は大きな変化となる。すなわち、変位に対する2次元方
向の出力VX,VYは、図34(a)に示すようにZ軸方
向に加重を加えたときと加えないときとでは変位量ΔL
に対するS字曲線の単位変化量が変わる。ここでは、Z
軸方向への加重を加えたときには、b/a倍だけZ軸方
向へ加重を加えないときよりも感度が高くなる。このま
まではZ軸方向への加重の有無により2次元方向の出力
が変わってしまうため、操作感が悪くなってしまう。そ
こで、この感度差を補正するために、式(3)に基づい
た補正係数をかけることにより、図34(b)に示すよ
うに変位量ΔLに対するS字曲線のリニア出力範囲にあ
る2次元方向の出力VX,VYの変化をZ軸方向への変位
量に関係なく一定にすることができ、適切な操作感を得
られる。例えば、ピンホール93から発光素子21まで
の距離d′の変化が1/2となったとき、受光素子22
の総受光量は4倍となり、2次元方向の出力VX,VYの
変位量ΔLに対する感度も4倍となる。受光素子22の
総受光量から距離d′の変化をモニターし、VX,VYに
補正係数をかける。この場合は1/4倍することによ
り、Z軸方向への加重を加えないときのVX,VYの変位
量ΔLに対する感度と等しくすることができる。ΔL ′ = ΔL × D / d ′ (4) ΔL: Displacement amount of light emitting element 21 D: Distance from pinhole 93 to light receiving element 22 (constant) d ′: From pinhole 93 to light emitting element 21 Distance In this way, when weighting is also applied in the two-dimensional direction while applying weighting in the Z-axis direction, d ′ becomes smaller than when no weighting is applied in the Z-axis direction, so ΔL ′ if ΔL is equal.
Will be a big change. That is, the outputs V X and V Y in the two-dimensional direction with respect to the displacement are the displacement amounts ΔL when the weight is applied in the Z-axis direction and when it is not applied, as shown in FIG.
The unit change amount of the S-curve with respect to changes. Here, Z
When the weight is applied in the axial direction, the sensitivity is higher than when the weight is not applied in the Z-axis direction by b / a times. If this is left as it is, the output in the two-dimensional direction changes depending on the presence / absence of weighting in the Z-axis direction, and the operation feeling deteriorates. Therefore, in order to correct this sensitivity difference, by applying a correction coefficient based on the equation (3), the two-dimensional direction in the linear output range of the S-shaped curve with respect to the displacement amount ΔL as shown in FIG. The outputs V X and V Y can be made constant regardless of the amount of displacement in the Z-axis direction, and an appropriate operation feeling can be obtained. For example, when the change in the distance d ′ from the pinhole 93 to the light emitting element 21 becomes 1/2, the light receiving element 22
The total amount of received light is increased by 4 times, and the sensitivity of the outputs V X , V Y in the two-dimensional direction with respect to the displacement amount ΔL is also increased by 4 times. The change in the distance d ′ is monitored from the total amount of light received by the light receiving element 22, and the correction coefficient is applied to V X and V Y. In this case, the sensitivity can be made equal to the sensitivity with respect to the displacement amount ΔL of V X and V Y when no weight is applied in the Z-axis direction by multiplying by 1/4.
【0049】以上のように、3次元の各方向への変位に
対する光センサSの出力が得られると、以後第一実施例
で示した信号処理方法に従ってX軸、Y軸、Z軸の各方
向の出力量を求め、可動体20への操作方向および操作
量が演算されて、カーソル62の3次元的な移動制御が
行われる。したがって、このような構造にすることによ
って、発光素子21と受光素子22とを並べて配置する
必要がなくなり、一方の素子だけを配置できるスペース
があればよく、可動体20を細くすることができるの
で、ポインティングデバイスをより一層小型化できる。As described above, when the output of the optical sensor S with respect to the displacement in each of the three-dimensional directions is obtained, the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions are subsequently processed according to the signal processing method shown in the first embodiment. Is calculated, the operation direction and the operation amount to the movable body 20 are calculated, and the three-dimensional movement control of the cursor 62 is performed. Therefore, with such a structure, it is not necessary to arrange the light emitting element 21 and the light receiving element 22 side by side, and it suffices if there is a space in which only one element can be arranged, and the movable body 20 can be made thin. , The pointing device can be further miniaturized.
【0050】また、前述した通りZ軸方向の操作に対し
て時間的な要素を加味することによってクリック機能を
付加することができる。さらに、3次元入力機能の代わ
りに2次元入力機能とクリック機能とを組み合わせても
よい。As described above, a click function can be added by adding a temporal element to the operation in the Z-axis direction. Further, the two-dimensional input function and the click function may be combined instead of the three-dimensional input function.
【0051】本実施例において、可動部24に直接発光
素子21を配置する代わりに、発光素子21を固定部2
5に配置し、発光素子21からの光を可動部24の天部
33に導く光ファイバー等の光ガイドを可動部24の内
部に設けてもよい。これによると、可動体20を細くで
きるとともに高さ方向の寸法も短くでき、小型のポイン
ティングデバイスとなる。また、可動部24に受光素子
22を配置し、固定部25に発光素子21を配置した構
造としてもよい。In this embodiment, instead of directly disposing the light emitting element 21 on the movable portion 24, the light emitting element 21 is fixed on the fixed portion 2.
5, a light guide such as an optical fiber for guiding the light from the light emitting element 21 to the top portion 33 of the movable portion 24 may be provided inside the movable portion 24. According to this, the movable body 20 can be made thin and the dimension in the height direction can be shortened, so that a small pointing device can be obtained. Further, the light receiving element 22 may be arranged in the movable portion 24 and the light emitting element 21 may be arranged in the fixed portion 25.
【0052】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の範囲内で上記実施例に多くの修
正および変更を加え得ることは勿論である。例えば、可
動体の固定部と可動部はそれぞれ異質材料で成形した
が、同一材料で剛体あるいは弾性体に対する硬度と曲げ
弾性率を満たすことにより、同一材料で固定部および可
動部を成形してもよく、異質材料を用いる場合に比べて
材料コストを低減できる。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that many modifications and changes can be made to the above-described embodiment within the scope of the present invention. For example, the fixed part and the movable part of the movable body are formed of different materials, but even if the fixed part and the movable part are formed of the same material by satisfying the hardness and the flexural modulus with respect to the rigid body or the elastic body with the same material. Well, the material cost can be reduced as compared with the case of using a different material.
【0053】また、受光素子として4分割フォトダイオ
ードの代わりに2次元PSD(半導体位置検出素子)を
用いる。このPSDに反射面で反射された光が到達する
と、入射位置には光エネルギに比例した電荷が発生し、
この電荷は電流として出力され、光の入射位置を求める
ことができるので、X軸方向およびY軸方向の出力が得
られ、さらに総出力電流よりZ軸方向の出力も得られ、
3次元入力が可能である。また、受光素子として4つの
フォトダイオードを用い、LEDである発光素子を中心
としたX軸およびY軸上に発光素子の周囲を囲むように
4つのフォトダイオードを配置してもよい。A two-dimensional PSD (semiconductor position detecting element) is used as the light receiving element instead of the four-division photodiode. When the light reflected by the reflecting surface reaches this PSD, an electric charge proportional to the light energy is generated at the incident position,
Since this charge is output as a current and the incident position of light can be obtained, outputs in the X-axis direction and the Y-axis direction are obtained, and further an output in the Z-axis direction is obtained from the total output current,
Three-dimensional input is possible. Alternatively, four photodiodes may be used as the light receiving element, and the four photodiodes may be arranged so as to surround the light emitting element on the X axis and the Y axis centering on the light emitting element which is an LED.
【0054】さらに、ポインティングデバイスをキーボ
ードのキー間に設置するだけでなく、コンピュータゲー
ム機のジョイスティックやマウスの代用またはスイッチ
や方向指示を要するナビゲーションシステム用としてキ
ーボード以外の別スペースに設置して使用することも可
能である。しかも、マウスのようにコネクタを通してコ
ンピュータ本体との通信を行う用途にも応用できる。Further, the pointing device is installed not only between the keys of the keyboard, but also installed in another space other than the keyboard as a substitute for a joystick or a mouse of a computer game machine or for a navigation system requiring a switch or direction indication. It is also possible. In addition, it can be applied to use for communicating with the computer body through a connector like a mouse.
【0055】[0055]
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、3次元の各方向の加重により3次元的に変位す
る可動体と、受発光素子および受光素子に向かう光を規
制する光学部とを一体的に設けて、3次元入力機能やク
リック機能を有せしめることにより、1つのポインティ
ングデバイスで多くの機能を実行することが可能とな
り、ポインティングデバイスの多機能化を実現でき、小
型化、省スペース化を達成でき、コンピュータ等の機器
の小型化に寄与できる。As is apparent from the above description, according to the present invention, the movable body that is displaced three-dimensionally by the weighting in each of the three-dimensional directions, and the optical section that regulates the light emitting / receiving element and the light directed to the light receiving element. By integrally providing and with the three-dimensional input function and the click function, it is possible to execute many functions with one pointing device, and it is possible to realize multiple functions of the pointing device, downsizing, Space saving can be achieved, which contributes to downsizing of devices such as computers.
【0056】そして、可動体の変位の検出を非接触の光
学方式とすることにより、機械的な稼働部をなくすこと
ができ、検出精度に変化がなく高い信頼性を有したポイ
ンティングデバイスを提供することができるとともに、
ソフト面において受光素子からの出力の信号処理を簡易
に行え、総合的にコストのかからないポインティングデ
バイスを実現できる。By using a non-contact optical system for detecting the displacement of the movable body, a mechanical operating part can be eliminated, and a pointing device having high reliability with no change in detection accuracy is provided. While being able to
In terms of software, the signal processing of the output from the light receiving element can be easily performed, and a pointing device that is inexpensive overall can be realized.
【0057】また、互いに対向配置された発光素子およ
び受光素子のどちらか一方を可動体に設けることによ
り、発光素子と受光素子を水平に並べて配置する場合に
比べて設置面積を少なくでき、より一層省スペース化を
図ることができる。Further, by providing either one of the light emitting element and the light receiving element, which are arranged to face each other, on the movable body, the installation area can be reduced as compared with the case where the light emitting element and the light receiving element are arranged horizontally side by side, and further. Space saving can be achieved.
【0058】さらに、可動部あるいは固定部のうち少な
くともどちらか一方は弾性体を有しているので、可動体
の3次元的な変位が可能となり、可動体に加えられた加
重に対して確実に変位させることができ、意図した通り
の入力を行わせることができる。Furthermore, since at least one of the movable portion and the fixed portion has an elastic body, the movable body can be displaced three-dimensionally, and the weight applied to the movable body can be reliably ensured. It can be displaced and input can be performed as intended.
【図1】本発明の第一実施例のポインティングデバイス
の断面図FIG. 1 is a sectional view of a pointing device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】ポインティングデバイスの内部を示し、(a)
は上から見た図、(b)は横から見た図FIG. 2 shows the inside of a pointing device, (a)
Is a view from above, (b) is a view from the side
【図3】ポインティングデバイスの斜視図FIG. 3 is a perspective view of a pointing device.
【図4】可動体の変位を示す図で、(a)は操作されて
いないとき、(b)は2次元方向に加重が加えられたと
き、(c)は3次元方向に加重が加えられたとき4A and 4B are diagrams showing displacement of a movable body. FIG. 4A is a state in which no operation is performed, FIG. 4B is a case where a weight is applied in a two-dimensional direction, and FIG. 4C is a case where a weight is applied in a three-dimensional direction. When
【図5】剛体により反射面を形成した可動体を示す図FIG. 5 is a diagram showing a movable body having a reflecting surface formed of a rigid body.
【図6】他の弾性構造を備えた可動体を示す図FIG. 6 is a diagram showing a movable body having another elastic structure.
【図7】他の弾性構造を備えた可動体を示す図FIG. 7 is a view showing a movable body having another elastic structure.
【図8】可動部の形状によって弾性を持たせた可動体を
示す図FIG. 8 is a diagram showing a movable body having elasticity according to the shape of the movable portion.
【図9】他の実施例の弾性体の断面図FIG. 9 is a sectional view of an elastic body according to another embodiment.
【図10】ばねによる弾性構造を備えた可動体を示す図FIG. 10 is a view showing a movable body provided with an elastic structure of a spring.
【図11】4分割フォトダイオードの配置図FIG. 11 is a layout view of a 4-division photodiode.
【図12】(a)遮光体による光路の制限を示す図、
(b)遮光体の平面図FIG. 12 (a) is a diagram showing a restriction of an optical path by a light shield,
(B) Plan view of the light shield
【図13】ポインティングデバイスの制御ブロック図FIG. 13 is a control block diagram of a pointing device.
【図14】アナログ信号処理回路部の構成図FIG. 14 is a configuration diagram of an analog signal processing circuit unit.
【図15】ポインティングデバイスの光路を示す図FIG. 15 is a diagram showing an optical path of a pointing device.
【図16】X軸周りに変位したときの光の像の変位を示
す図FIG. 16 is a diagram showing displacement of a light image when displaced around the X axis.
【図17】Y軸周りに変位したときの光の像の変位を示
す図FIG. 17 is a diagram showing displacement of a light image when displaced around the Y axis.
【図18】X軸方向における出力と回転角度との関係を
示す図FIG. 18 is a diagram showing a relationship between an output and a rotation angle in the X-axis direction.
【図19】Y軸方向における出力と回転角度との関係を
示す図FIG. 19 is a diagram showing a relationship between an output and a rotation angle in the Y-axis direction.
【図20】X軸およびY軸方向の出力のベクトルを示す
図FIG. 20 is a diagram showing output vectors in the X-axis and Y-axis directions.
【図21】可動体を3次元方向に変位させたときの光路
を示す図FIG. 21 is a diagram showing an optical path when a movable body is displaced in three dimensions.
【図22】(a)X軸方向における出力と回転角度との
関係のシミュレーション結果を示す図、(b)Y軸方向
における出力と回転角度との関係のシミュレーション結
果を示す図22A is a diagram showing a simulation result of a relationship between an output and a rotation angle in the X-axis direction, and FIG. 22B is a diagram showing a simulation result of a relationship between an output and a rotation angle in the Y-axis direction.
【図23】可動体を3次元方向に変位させたときの光学
シミュレーション結果を示す図FIG. 23 is a diagram showing an optical simulation result when a movable body is displaced in three dimensions.
【図24】クリック感を有する構造にした可動体の断面
図FIG. 24 is a cross-sectional view of a movable body having a click feeling structure.
【図25】クリック感を有する構造にした他の可動体の
断面図FIG. 25 is a sectional view of another movable body having a click feeling structure.
【図26】クリック手段を備えた可動体の断面図FIG. 26 is a cross-sectional view of a movable body including click means.
【図27】クリック手段を備えた他の可動体の断面図FIG. 27 is a cross-sectional view of another movable body including click means.
【図28】第二実施例のポインティングデバイスの構成
図FIG. 28 is a configuration diagram of a pointing device according to a second embodiment.
【図29】(a)加重無し時のポインティングデバイス
の概略図、(b)そのときの受光素子上の光の像を示す
図29A is a schematic diagram of a pointing device without weighting, and FIG. 29B is a diagram showing an image of light on a light receiving element at that time.
【図30】(a)2次元方向に加重を加えた時のポイン
ティングデバイスの概略図、(b)そのときの受光素子
上の光の像を示す図30A is a schematic view of a pointing device when a weight is applied in a two-dimensional direction, and FIG. 30B is a view showing an image of light on a light receiving element at that time.
【図31】(a)3次元方向に加重を加えた時のポイン
ティングデバイスの概略図、(b)そのときの受光素子
上の光の像を示す図31A is a schematic view of a pointing device when a weight is applied in a three-dimensional direction, and FIG. 31B is a view showing an image of light on a light receiving element at that time.
【図32】(a)3次元的に変位した時のポインティン
グデバイスの概略図、(b)そのときの受光素子上の光
の像を示す図32A is a schematic diagram of a pointing device when it is three-dimensionally displaced, and FIG. 32B is a diagram showing an image of light on a light receiving element at that time.
【図33】(a)発光素子とピンホールの距離を説明す
る図、(b)この距離と相対受光量との関係を示す図33A is a diagram illustrating a distance between a light emitting element and a pinhole, and FIG. 33B is a diagram showing a relationship between the distance and a relative amount of received light.
【図34】(a)3次元方向への加重の有無による2次
元方向の出力の違いを示す図、(b)補正前後の2次元
方向の出力を示す図34A is a diagram showing a difference in output in a two-dimensional direction depending on presence / absence of weighting in a three-dimensional direction, and FIG. 34B is a diagram showing output in a two-dimensional direction before and after correction.
【図35】従来のトラックボールが搭載されたパーソナ
ルコンピュータの斜視図FIG. 35 is a perspective view of a conventional personal computer equipped with a trackball.
【図36】トラックボールにおける動作原理を説明する
図FIG. 36 is a view for explaining the operating principle of a trackball.
【図37】マウスの斜視図FIG. 37 is a perspective view of a mouse
【図38】マウスの断面図FIG. 38 is a cross-sectional view of a mouse
20 可動体 21 発光素子 22 受光素子 23 光学部 24 可動部 25 固定部 26 レンズ 27 遮光体 34 反射面 93 ピンホール S 光センサ 20 movable body 21 light emitting element 22 light receiving element 23 optical section 24 movable section 25 fixed section 26 lens 27 light shield 34 reflective surface 93 pinhole S optical sensor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 朗宏 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Akihiro Fujita 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka
Claims (10)
変位する可動体と、発光素子と、該発光素子と光学的に
結合され前記可動体の変位に連動して移動する光の像を
受光する受光素子と、該受光素子に向かう光を規制する
光学部とが一体的に設けられ、コンピュータ等の表示装
置に対する3次元入力機能を備えたことを特徴とするコ
ンピュータ等の入力装置。1. An image of a movable body that is displaced three-dimensionally by a load in each of the three-dimensional directions, a light emitting element, and an image of light that is optically coupled to the light emitting element and that moves in conjunction with the displacement of the movable body. An input device such as a computer, which is integrally provided with a light receiving element for receiving light and an optical section for regulating light directed to the light receiving element, and has a three-dimensional input function for a display device such as a computer.
る可動部と、該可動部を支持する固定部とからなり、発
光素子、受光素子および光学部を一体にした反射型光セ
ンサが前記可動部あるいは固定部のどちらか一方に配さ
れ、前記可動部あるいは固定部のどちらか他方に前記光
センサに対向して反射面が形成されたことを特徴とする
請求項1記載のコンピュータ等の入力装置。2. The movable body is composed of a movable portion which is displaced by an artificial operation and a fixed portion which supports the movable portion, and the reflection type optical sensor in which a light emitting element, a light receiving element and an optical portion are integrated is provided. The computer or the like according to claim 1, wherein the computer is arranged on either one of the movable portion and the fixed portion, and the reflecting surface is formed on the other of the movable portion and the fixed portion so as to face the optical sensor. Input device.
射されて受光素子に向かう光を制限する遮光体とからな
ることを特徴とする請求項2記載のコンピュータ等の入
力装置。3. The input device for a computer or the like according to claim 2, wherein the optical unit includes an imaging lens and a light shield that limits the light reflected by the reflecting surface and directed to the light receiving element.
れ、該発光素子あるいは受光素子のどちらか一方が可動
体に設けられ、前記発光素子と受光素子との間に発光素
子からの光の像を規制して受光素子に導く遮光体が設け
られたことを特徴とする請求項1記載のコンピュータ等
の入力装置。4. A light emitting element and a light receiving element are arranged to face each other, and one of the light emitting element and the light receiving element is provided on a movable body, and light from the light emitting element is provided between the light emitting element and the light receiving element. An input device for a computer or the like according to claim 1, further comprising a light-shielding body that regulates the image of the image and guides it to the light receiving element.
る可動部と、該可動部を支持する固定部とからなり、前
記可動部に発光素子が設けられ、前記固定部に受光素子
およびピンホールを有する遮光体が設けられたことを特
徴とする請求項4記載のコンピュータ等の入力装置。5. The movable body comprises a movable portion that is displaced by an artificial operation and a fixed portion that supports the movable portion, the movable portion is provided with a light emitting element, and the fixed portion has a light receiving element and a pin. The input device for a computer or the like according to claim 4, further comprising a light shield having a hole.
どちらか一方は弾性体を有していることを特徴とする請
求項2または5記載のコンピュータ等の入力装置。6. The input device according to claim 2, wherein at least one of the movable portion and the fixed portion has an elastic body.
オフ信号を出力するクリック手段が設けられたことを特
徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載のコンピュ
ータ等の入力装置。7. An input device such as a computer according to claim 1, further comprising click means for outputting an on / off signal with respect to displacement of the movable body in a three-dimensional direction.
動する光の像を受光素子により検出して、光の像の移動
から2次元の各方向の出力量を求め、光量の変化から3
次元方向の出力量を求め、各方向の出力量より3次元的
な操作方向および操作量を演算することを特徴とするコ
ンピュータ等の入力装置の入力処理方法。8. A change in the amount of light is obtained by detecting an image of light that moves in conjunction with a three-dimensionally displaced movable body by a light-receiving element, obtaining an output amount in each of two-dimensional directions from the movement of the image of the light. From 3
An input processing method for an input device such as a computer, wherein an output amount in a dimensional direction is obtained and a three-dimensional operation direction and an operation amount are calculated from the output amount in each direction.
ためのオンオフを判断することを特徴とする請求項8記
載のコンピュータ等の入力装置の入力処理方法。9. The input processing method for an input device such as a computer according to claim 8, wherein on / off for the click function is judged from the output amount in the three-dimensional direction.
移動する光の像を受光素子により検出して、光の像の移
動から2次元の各方向の出力量を求め、光量の変化から
3次元方向の出力量を求め、2次元の各方向の出力量よ
り2次元的な操作方向および操作量を演算し、3次元方
向の出力量からクリック機能のためのオンオフを判断す
ることを特徴とするコンピュータ等の入力装置の入力処
理方法。10. A change in the amount of light is obtained by detecting a light image that moves in conjunction with a movable body that is three-dimensionally displaced by a light receiving element, and obtaining an output amount in each of two-dimensional directions from the movement of the light image. The output amount in the three-dimensional direction is calculated from the two-dimensional operation amount and the two-dimensional operation direction and the operation amount are calculated from the output amount in each two-dimensional direction, and on / off for the click function is determined from the output amount in the three-dimensional direction. An input processing method for an input device such as a computer.
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ID=15729683
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