JP2002091689A

JP2002091689A - ４軸光学マウス

Info

Publication number: JP2002091689A
Application number: JP2001217971A
Authority: JP
Inventors: Gary B Gordon; ガリー・ビー・ゴードン
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2002-03-29
Also published as: TW594585B; EP1182606A2

Abstract

(57)【要約】【課題】いずれの方向にもスクロールする機能を持つ、
低コストで高信頼性を有する光学マウスを提供すること【解決手段】マウスを握る手の指先で触れて覆えるよう
に光センサをマウスに設ける。指先が光センサ上を動く
とき、光センサが検出した指の動きを、上下方向および
左右方向の移動増分に分解して、マウス全体の上下方向
および左右方向の移動増分とともに、マウスプロトコル
に組み込み、コンピュータに知らされるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本明細書に開示の発明は、２
０００年５月２日に発行された米国特許第６，０５７，
５４０号“ＭＯＵＳＥＬＥＳＳ，ＯＰＴＩＣＡＬＡＮ
ＤＰＯＳＩＴＩＯＮＴＲＡＮＳＬＡＴＩＯＮＴＹ
ＰＥＳＣＲＥＥＮＰＯＩＮＴＥＲＣＯＮＴＲＯｌ
ＦＯＲＡＣＯＭＰＵＴＥＲＳＹＳＴＥＭ”に開
示のものに関連する。この特許は、他の特許と共に米国
特許第５，５７８，８１３号及び第５，６４４，１３９
号を取り入れたものである。これらの特許は、本願にお
いて大きな関心対象である光学変位変換器を様々な形で
記載している。従って、米国特許第６，０５７，５４０
号、第５，５７８，８１３号及び第５，６４４，１３９
号は、本願においても各々特定して参考文献として取り
入れている。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータマウスデザインにおける最
近の動向として、通常ある２つのボタンの間に押すこと
も出来る回転車輪を設けることがあげられる。このよう
なマウスの一例としてヒューレットパッカード社の部品
番号Ｃ４７３６−６０１０１を図１に示した。これはユ
ーザーが手を載せる部分となる筐体２と、制御手段とし
てのＧＵＩ（グラフィカルユーザーインターフェース）
を提供するソフトウエア（当然、「ウィンドウマネージ
ャー」や位置入力装置をサポートするＯＳ下で起動する
もの）を通じて通常操作（指示、選択、クリック、ダブ
ルクリック、ドラッグ等）を共同的に行う第一及び第二
のボタン３、４とを含んでいる。

【０００３】勿論、マウス１は（ＯＳからのサポートに
より）それ以上の機能を提供することが出来る。ウィン
ドウズ（登録商標）環境（例えばＷｉｎｄｏｗｓ（登録
商標）９８、X window system X11）用に書かれたア
プリケーションにおいては、一般的にウィンドウを画定
する枠の右端及び底部にスライダーが設けられている。
ウィンドウ中に表示可能な範囲を超えるコンテンツがあ
る場合、右側（縦方向）のスライダーをマウスポインタ
で上下にドラッグすることにより、コンテンツをこれに
対応した状態で縦方向にスクロールすることが出来る。
このドラッグは、まず、マウスポインタを縦スライダー
上に配置し、その後左側のマウスボタン（右利き用の場
合）を押し下げたままマウスを前後軸に沿って移動させ
ることにより行われる。マウスを前後移動に対して直交
する左右方向に移動させることにより横スライダーにお
いても同様のドラッグ操作が出来る。本段落の最初に触
れた追加機能とは、もし、画面上のマウスポインタが縦
スライダーを含むウィンドウ中に置かれている場合、回
転車輪５を矢印６に示す前後方向に指（右利き用マウス
の場合は右人差し指）で回転させると、縦スライダーが
自動的に上下に移動し、これによりウィンドウ中のコン
テンツはスクロールすることになる。更に、ユーザーが
回転車輪５を矢印７の方向に押すと、スクリーンポイン
タは形状を変えて縦スクロールに関わる機能を示すよう
になる（例えば垂直の太い両側矢印になる）。この変化
の後にマウス全体を前後軸に沿って移動すると、スクリ
ーンポインタの形状が変わった後にマウスがどれくらい
移動したかにより決定する速度で上下スクロールが生じ
る。この操作モードを終了するには、回転車輪５を再度
押せば良く、これによりスクリーンポインタは通常の形
状（例えば傾斜矢印）へと戻る。

【０００４】先の段落で説明した追加機能は、マウス１
中の追加ハードウエア要素（回転車輪５の無い旧式のマ
ウスに対して追加されたもの）とＯＳ中の追加ソフトウ
エア要素が共同することにより提供される。具体的に
は、車輪５と、その回転及び回転方向を検出する回路が
設けられている。マウスは何らかの電気インターフェー
スを介してコンピュータと接続しているが、そこに更な
るワイヤを接続することにより異なる電気インターフェ
ースを設けることは避けたい。かわりに、電気インター
フェースの利用は事前定義された何らかのプロトコルに
基づいたデータパケットの伝送に限定される。更なる機
能は、既存パケット中の以前は未使用であったビットを
定義することにより、或いはプロトコルにパケットを追
加することにより収容することが出来る。確実に行う為
にマウス中にプロトコル変更を実現する追加ハードウエ
アを設ける。このようにプロトコルへの追加を行うと、
マウス出力を受信するＯＳ中のドライバも変更しなけれ
ばならないが、しかしこれはコンピュータ中のソフトウ
エアアップグレードにより容易に対処することが可能で
あり、また、電気インターフェース自体を変更するより
も大幅に簡単に実現出来る。ドライバは様々なパケット
の特定ビット中のアクティビティを、ＯＳにより実現さ
れる対応する処理（例えばカーソル矢印キー、ページア
ップ及びページダウンキーの実行及びスライダー機構の
呼び出し等）へとマッピングする。特に留意すべきは、
（通常は）アプリケーションプログラム（ワープロ、表
作成ソフト等）がマウスを使って行う行為に直接的に反
応するわけではなく（可能ではあるが、一般的ではな
い）、マウス事象を捕捉して様々なマウス操作により示
されるアクティビティをどこに実行させるかを決定する
のはＯＳであるという点である。

【０００５】マウス用のスクロール車輪に関する説明を
考慮すれば、ウィンドウ中に表示可能な範囲よりも幅の
広いデータ（例えば幅広のスプレッドシート等）を見る
場合が多々あるにもかかわらず、水平方向のスクロール
が提供されていないことがわかる。水平方向スクロール
機能の欠如は、マウスに２つの車輪を設けることが困難
であるという点によると考えられる。２つの車輪を直角
に設けると、インターフェース無しで１本の指で操作す
るのは容易ではなく、また、どうしても不恰好に見えて
しまう。スクロール車輪を縦方向から横方向へ、そして
また縦方向へと切り換える機構を付加しようとすると、
更なるスイッチ或いは直感的に使いこなすことが困難な
特別の操作シーケンスを要することになる。いずれにせ
よ、従来型マウスのスクロール車輪では横方向のスクロ
ールを行うことが出来ないのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した特別なスクロ
ール機構は便利ではあるものの、図１のマウス１に関し
ては、少なくとも２つの欠点がある。第一には、車輪５
及びその変位センサが機械的装置で構成されている為、
磨耗による、或いは一般的に進入しやすいほこりや汚
れ、クッキーのかけらやコーヒーのはね等に起因するあ
らゆる不良メカニズムの影響を受けるという点である。
この点に関しては、添付の米国特許第６，０５７，５４
０号（以下‘５４０特許）に詳細が記載されている。第
二には、水平スクロール機能に相当する能力を持ってい
ないという点である。従っていずれの方向にもスクロー
ルする機能を持つ低コストかつ高信頼性のマウスが望ま
れており、これがあればワープロや表作成、ＣＡＤやデ
ジタル画像編集といったアプリケーションにおいて縦ス
クロール及び横スクロール、更には同時に両方向にスク
ロールさせることにより斜めスクロールを行うことが可
能となる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】ウィンドウ中のデータを
いずれの方向にもスクロールさせるという課題に答える
には、スクロール車輪のかわりに光センサを、マウスを
握る手の人差し指の先で触れて覆うことが出来るように
ほぼ同じ位置に設ければよい。人差し指のかわりに他の
指でそう出来るようにしても良い。指先が光センサ上を
動くと、その動きは上下移動及び左右移動へと分解され
る。上下移動は副Ｙ移動増分値ΔＹａｕｘを生成し、左
右移動は副Ｘ移動増分値ΔＸａｕｘを生成する。値ΔＸ
ａｕｘ及びΔＹａｕｘは、マウス本体の全体的な動きに
より生成される主要Ｘ移動値及び主要Ｙ移動値（ΔＸｐ
ｒｉ及びΔＹｐｒｉ）に対する補足値である。指先下に
ある光センサにより提供される補足値ΔＸａｕｘは使用
されているマウスプロトコルの拡張部に組み込まれ、拡
張マウスドライバがそれを横方向スライダーの有効化動
作へとマッピングする。ΔＸａｕｘ及びΔＹａｕｘの両
方が非ゼロ値であった場合、この結果得られるスクロー
ル動作は、これらに対応する方向への斜めスクロールと
なる。本願において、主要及び副変位信号の両方を出力
するコンピュータ用位置入力装置のことを、４軸位置入
力装置と呼ぶものとする。この装置がマウスである場
合、これを４軸マウスと呼ぶ。

【０００８】マウス本体の全体的な動きをどのように検
出するかは本願において重要ではないが、マウスの底部
に従来型のマウスボールのかわりにもう１つの光センサ
を設け、これに付随する部品を動作検出機構に結合する
ことにより実施することが好ましい。

【０００９】スイッチを有効化する為にスクロール車輪
を押す機能は、スクロール車輪に代わる光センサ用の機
械的支持体に感圧スイッチを組み込むことにより再現す
ることが出来る。

【００１０】

【発明の実施の形態】ここで図２を参照するが、ここに
は本発明の推奨される実施例に基づいて構築されたコン
ピュータシステム用のハンドヘルド式位置入力装置であ
るマウス８の斜視図が描かれている。マウスの下側には
マウス本体全体の作業面内における動きを検出する何ら
かの種類の変位センサ１５がある。このセンサは従来型
のゴムで覆われたスチール製マウスボールでも他の機構
でも良く、出来れば添付特許に記載されている光学変位
素子である光ナビゲーションセンサの１つが望ましいが
これに限られない。マウスがマウスである為には、移動
センサ１５はその底部に設けなければならないが、本願
における関心は、マウス８の、人の手を載せる表面形状
を持つ上面に何を設けるかである。具体的には、従来の
方法によりユーザーの第一の指及び第二の指によりそれ
ぞれ操作される第一のマウスボタン９及び第二のマウス
ボタン１０を含む。２つのマウスボタンの間にあり、ユ
ーザーの指先（望ましくは人差し指）で覆うことが出来
る位置には透光性のボタン１１があり、その撮像面１２
においては人差し指をいずれの方向にも動かすことが出
来る。撮像面１２上における移動はいずれの方向にも可
能ではあるが、矢印１３及び矢印１４に沿った方向成分
へと（以下に説明する光ナビゲーションセンサにより）
分解され、その後マウスが接続するコンピュータ（図示
せず）上で起動するソフトウエアへのマウスからの追加
入力として供給される。具体的には、人差し指を先へ伸
ばすことにより生じた第一の軸である矢印１３の方向に
おける動きは、車輪５（図１）上部をユーザーの掌とは
反対の方向に回転させることと同じ作用を生じ、また、
人差し指を撮像面１２上で縮める動作は、車輪を反対方
向に回転させることに相当する。矢印１３に沿った動き
は縦スクロールを生じる。更に、図１のマウス１には無
い、撮像面１２上における第ニの軸である左右の動き
（矢印１４）は横スクロールを生じる。もしユーザーが
指を斜めに動かした場合、このような動きは縦及び横成
分の両方を含むものへと分解される。これらがコンピュ
ータへと送られ、この結果斜めスクロールが生じるので
ある。なお、矢印１３および矢印１４は、筐体底面２２
に平行である。

【００１１】即ち、図３を参照しつつ説明するが、画面
ポインタ２０（その形状はアプリケーションにより異な
る）がそのアプリケーションのデータ１７を表示するウ
ィンドウ１６中に配置されると、矢印１３の方向に人差
し指（他の指でも良い）を動かすと、縦スライダー１８
をドラッグした場合と同じ効果が得られる。指を伸ばす
ように動かすと、スライダーは画面上部方向に向かって
移動することになる。指を左右に動かすと横スライダー
１９を移動させることになる。以下に続く説明を読んで
も明らかなように、無理なく動かせる範囲まで指を移動
した後一度ボタンから離し、再度撮像面に戻してスクロ
ール操作を再開することが出来る。この使用モードをス
ワイピングと呼ぶ。

【００１２】更に、光学スタッド１１の撮像面１２を人
差し指で押した場合（車輪５を押す動作に対応）、他の
スクロールモードが呼び出される。このモード（所謂、
オートスクロール）においてスクロール方向及び速度を
決定するのはその後生じたマウス８全体の上下左右方向
の動き（変位センサ１５により検出されたもの）であ
る。アプリケーションによってはこの動作モードにある
間、スライダー１８及び１９又は画面ポインタ２０の形
状をこのモードにあることを表す形状へと変化させるよ
うにしても良い。また、光学スタッド１１をこのように
押した場合に手応えで入力を確認することが出来る小さ
な動きを伴うことが好ましい。例えばコンピュータ又は
マウスから「クリック」音を発することで何が行われる
のかについてユーザーの理解を助けることが出来る。こ
のようなクリック音は、光学スタッド１１上にかかる圧
力に対してある程度抵抗し、それを超えると手応えを生
じる機械的機構によって生じさせても、或いはこのよう
な圧力が検出された場合に音を電気的に生成する機構に
よって生じさせても良い。いずれの場合においてもこの
動作モードは光学スタッド１１上への圧力印加インスタ
ンスが生じる度に有効化又は無効化される。

【００１３】ウィンドウ１６中に示したアプリケーショ
ンは良く知られているマイクロソフト社のワープロソフ
トＷｏｒｄ９７である。マウス上の２つのボタンの間に
位置する光学スタッドの撮像面上における指先の動きに
反応する光センサの制御により縦及び横スクロールを実
施するという概念は、ワープロだけに限られたものでは
ない。マウス８に適正なマウスドライバを設けるだけ
で、これをそのまま横スライダー付きウィンドウを採用
するあらゆるアプリケーションに適用することが出来
る。そのようなアプリケーションには、表作成ソフトや
機械的又は技術的な作図ソフト、そしてデジタル画像の
編集ソフト等が含まれるが、これらに限られない。

【００１４】更に、単に縦スライダー及び横スライダー
を有効化するという機能に限らず、マウス８中に両方向
の変位検出機構が提供されているという利点をアプリケ
ーション自体が利用する場合も考えられる。この場合、
マウスドライバは値ΔＸａｕｘ及びΔＹａｕｘをアプリ
ケーション自体による利用の為に直接アプリケーション
へと送る。

【００１５】次に図４を参照するが、これは図２のマウ
ス８の概略ブロック図である。［‘５４０特許に記載の
内容も参照のこと。ここに記載のアプリケーションの光
学スタッド／ナビゲーション部は本願に記載のものと関
係している。］まず始めに、マウスを動かしてＸ軸及び
Ｙ軸における主要変位信号であるΔＸｐｒｉ及びΔＹｐ
ｒｉを生じさせる為に作業面２４上に配置される筐体底
面２２がある。この機能はシャフトエンコーダに結合す
る通常のマウスボール（図示せず）で実現することも可
能であるが、かわりにＬＥＤ（発光ダイオード）３１に
より照明され、第一の主要変位検出器である、開口部２
３から取り込まれる作業面の画像に反応する光学ナビゲ
ーションセンサ３０を採用することが推奨される。これ
がどのように機能するかについては、他の添付特許にそ
の詳細が記載されているが、本明細書でも簡単に説明す
る。

【００１６】光ナビゲーションセンサ３０と同種であ
り、これと同一或いは同様ではあるがより低い解像度を
持つ、第ニの主要変位検出器である、もう１つの光ナビ
ゲーションセンサ２９が光学スタッド（２６、１１）の
下に配置される。光学スタッドは、もう１つのＬＥＤで
構成することが出来る光源２５から発される光に対して
透光性である。光学スタッドは筐体２１中を上方向に伸
びており、図２に示す概略位置に配置される。米国特許
第６，０５７，５４０号に記載されている方法と同じよ
うに、指先２８の画像が光ナビゲーションセンサ２９へ
と送られ、それにより示される動きが検出され、そして
Ｘ軸及びＹ軸方向における副変位信号であるΔＸａｕｘ
及びΔＹａｕｘが生成される。指先で触れていない状態
はセンサ２９で容易に検出することができ（連続画像の
相関欠如による：添付特許及び以下の説明を参照）、こ
れは後に説明するマウスプロトコルに基づいて変位信号
（３６）を生成する為にコントローラ／インターフェー
ス３２が利用する。光バリア３７はＬＥＤ２５からの迷
光が光ナビゲーションセンサ２９へと到達しないように
防いでいる。

【００１７】信号ΔＸｐｒｉ及びΔＹｐｒｉは増分値で
あり、コンピュータ及びそのＯＳに対してマウス本体の
動きを記述する為に用いられるが、この記述法に関して
は従来通りである。信号ΔＸａｕｘ及びΔＹａｕｘもま
た増分値であり、撮像面（２７、１２）上の指先の動き
を示す為に用いられる。これらの４つの信号、それにそ
れぞれ関連するＮＯＣＯＲＲＥＬＡＴＩＯＮ信号４
０、３９、及び信号ＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ３は、拡張
マウスプロトコル中にあり、コンピュータ（図示せず）
へと送られる信号３６を生成することでマウス事象に反
応するコントローラ／インターフェース３２へと結合さ
れる。信号ＳＷ１はマウスの左ボタンの状態をスイッチ
３３の動作を通じて表し、信号ＳＷ２はマウスの右ボタ
ンの状態をスイッチ３４の動作を通じて表すものであ
る。信号ＳＷ３は撮像面（２７、１２）を指先で押し下
げた状態を表すものであり、ＳＷ３３５を使用して一
般模式表現を与えられたものである。スイッチＳＷ３は
光ボタン２６に結合した機械的なスイッチであっても、
他の種類のスイッチであっても良い。この機能を実現す
る方法は従来から多数知られている。

【００１８】透光性光学ボタン２６は「ロッドレンズ」
とも呼ばれており、図示の構造のかわりに実際のレンズ
又は透光性カバーを設けた開口部を採用することも出来
る。ロッドレンズ或いは他のレンズ又はカバーに好適な
材料としては、ガラス及び透光性プラスチックがあげら
れる。撮像面１２が円形の場合、直径は１／８インチ〜
３／８インチ、そしてロッド状である場合は長さを３／
８インチ〜３／４インチとすることが出来る。撮像面の
形状は円形でも正方形でも長方形でも良い。正方形や長
方形とする場合、円形のものと同等の大きさとする。

【００１９】先に簡単に説明することを約束した光ナビ
ゲーション技術について、様々な関連特許から要約して
以下に説明する。光ナビゲーションセンサは、人間の目
が行うと考えられている方法と同様に、画素アレイとし
て作業面上の様々な特定の空間的特徴を直接的に結像す
ることで動きの検出を行う。作業面はＬＥＤ（発光ダイ
オード）により照明されるが、照明が最適なグレージン
グ角（小さい角度）で入射していなかったとしても、驚
くほど多岐にわたる種類の表面が様々な明暗部の集合を
作り出すマイクロテクスチャを有していることがわか
る。撮像面１２に押し当てられた指先でも充分有効であ
る。

【００２０】マイクロテクスチャを持つ表面から反射し
た光は適当な光検出素子アレイ（例えば１６ｘ１６又は
２４ｘ２４）上へと集束される。個々の光検出素子の応
答は、適当な解像度（１〜８ビット）へとデジタル化さ
れ、フレームとしてメモリアレイの対応位置へと記憶さ
れる。動きの検出は連続するフレームを比較することに
より行われる。

【００２１】光検出素子上に投影された画像の大きさは
撮像された特徴の実際の大きさよりも、わずかに拡大
（例えば２倍から４倍以下）されていても良い。しかし
ながら光検出素子が充分に小さければ、勿論、１：１の
倍率で結像する方が望ましい。この場合、光素子サイズ
及びそれらの間隔は、１つの光検出素子が１つ以上の特
徴に対応するのではなく、１つの特徴に対して１つもし
くは隣接する幾つかの光検出素子が対応するように設定
される。従って個々の光検出素子により表される画素サ
イズは、作業面上の代表的な空間的特徴のサイズよりも
概して小さいサイズの作業面上の空間的領域に対応する
のである。光検出素子アレイ全体の大きさは、幾つかの
特徴の画像を取り込むことが出来る程度に十分大きいこ
とが望ましい。このようにすれば、このような空間的特
徴の画像は、相対的な移動が生じると共に画素情報の変
位パターンを作り出すのである。アレイ中の光検出素子
の数及びそれらの内容がデジタル化され取り込まれるフ
レームレートは共同的に作用するもので、画像追跡が可
能な範囲で画像がどの程度速く移動して見えるかに影響
を与える。追跡は新たに取り込まれたサンプルフレーム
をその前に取り込まれた基準フレームと比較し、方向と
移動距離を確認することによって実現される。これを行
う１つの方法は、フレームの内容全体を、最高２画素
（各画素は各光検出素子に対応）の「距離」（隣接画素
の角に触れているだけであっても、それらの画素にわた
る経路長）を、２画素試験シフトに可能な２４の動き
（１つ横、２つ横、１つ横と１つ下、１つ下、１つ上、
１つ上と１つ横、反対方向に１つ横・・・）の各々で連
続的にシフトしていくことである。合計２４の試験シフ
トとなるが、移動が全く無い場合もあり得ることは忘れ
てはならない。従って、２５番目の試験シフトとして
「空シフト」が必要である。各試験シフトの後、フレー
ムの互いに重なり合う部分は画素毎に排除されて行き、
この結果得られる差が（出来れば二乗した後に）加算さ
れ、重なり合う領域における類似性（相関性）判定値が
形成される。最小差（最高の相関性）を得た試験シフト
が２つのフレーム間の動きを表すものとみなされる。即
ち、これが生のΔｘ及びΔｙを提供するのである。生の
移動データは変倍又は累算され、好適な粒状性とデータ
交換速度を持つ副ポインタ変位データ（ΔＸａｕｘ及び
ΔＹａｕｘ）が提供される。

【００２２】シフトは、アレイ中の１行又は１列全体を
一度に出力することが出来るようにメモリ中でアドレス
をオフセット指定することにより実現される。シフト中
の基準フレームを含むメモリアレイ及びサンプルフレー
ムを含むメモリアレイに専用演算回路が接続されてい
る。特定の試験シフト（最も近い、或いは近い集合の一
部）用の相関値の演算処理は迅速に行われる。機械的な
類似性を持つ最もわかり易い例えとして、明暗のパター
ンが描かれた透明フィルム（基準フィルム）を想像する
と良い。これはチェス盤のようでもあるが、そのパター
ンはランダムで良い。次にこの第一のフィルム上に、概
ね同様であるが、そのネガ画像（明暗が逆）であるパタ
ーンを持つ第二の（サンプル）フィルムが重ねられたと
する。次にこれらフィルムの対を揃えて光にかざす。サ
ンプルフィルムに対して基準フィルムを動かすると、こ
の組み合わせたフィルムを通過することが出来る光の量
が画像同士の一致度合いにより変化することになる。最
も光を通すことのない配置が最良の相関位置となる。基
準フィルムのネガ画像パターンがサンプルフィルムの画
像から四角１つ又は２つ分変位していた場合、最小の光
を通す位置とは、そのずれに一致する配置である。本願
ではどの変位が最小の光を通すかに着目している。本光
ナビゲーションセンサについては、最良の相関性を持つ
配置に着目し、ユーザーの指がその分移動したものとす
る。実際、このようなことが、本願で説明しようとして
いる画像相関及び追跡技術を実現するように構成された
光検出素子、メモリ及び演算回路を含む集積回路（Ｉ
Ｃ）中で生じるのである。

【００２３】更に、その前に生じた移動の方向及び速度
に関する知識を利用した予測法と呼ばれる技術があり、
これは既存の基準フレームを拡張使用することが出来る
ものである。これにより全体的な処理速度を加速するこ
とが可能となり、その理由の一部として、使用する基準
フレーム数が少なくなることがあげられる。この技術は
添付特許に詳細にわたって説明されている。

【００２４】次に、ユーザーが指を撮像面から離した場
合、何が起きるかについて説明する。何が起きるかは明
らかで、以前と同じ量の照明用ＬＥＤからの光が光検出
素子に届かなくなり、光検出素子からの出力はどんなレ
ベルにもなり得る。重要な点は、これらが均一又は略均
一となる点である。これらが均一となる最も大きな理由
は、そこに焦点を合わせた画像がなくなる為である。画
像の全特徴が識別できなくなり、これらが光検出素子集
合全体に渡って各々広がる。この為、光検出素子は平均
レベルへと均一化されることになるのである。集束され
た画像が存在する場合、これらは明確なコントラストを
持つ。集束画像がある場合、フレーム間の相関（先にも
触れた１つ横、１つ横と１つ下等）は、明確な現象を生
じる。様々な相関値により作られる、又は記述される表
面のことを、「相関面」と呼ぶものとする。相関面は通
常、最高の相関性を持つシフト位置上に陥没を持つ。

【００２５】上記は２つの点を説明する為に述べたもの
である。第一の点は、指先の動きに伴う相関面中の陥没
のシフト形状が、光検出素子の単なる大きさ／間隔より
も高い細分性での補間を可能とするという点である。光
ナビゲーションセンサはこれが出来るということに触れ
るに留めておく。補間の詳細は添付特許に記載されてい
る。第二の点は、これが先の段落を説明した本当の理由
であるが、撮像面に指先が無い場合に何が起きるかを観
察した場合、相関面中の陥没が消え、かわりに総じて等
しい値が相関値となる（例えば「平坦」相関面）。こう
なった場合、かなりの確信を持って指先が無いことを認
識することが出来、ΔＸａｕｘ及びΔＹａｕｘの生成を
止めることが出来る。更に重要なのは、適正な陥没（ボ
ール）が（再度）出現した時点で、指先が所定位置に配
置され（戻され）、ΔＸａｕｘ及びΔＹａｕｘが指の
「新たな位置を基準に」生成されることが認識できる点
である。「新たな位置を基準に」という考えは重要であ
る。なぜなら、こうすることにより、スクロール動作中
に明らかに不連続な位置ジャンプによる迷惑な結果を生
じさせることなく指を離したり置いたりすることが出来
るからである。図４において、「不良ボール」状態は信
号“ＮＯＣＯＲＲＥＬＡＴＩＯＮ”３９、４０により
示される。これらの発生及び除去は指先の除去及び
（再）配置に対応しており、拡張マウスプロトコルに基
づくデータパケット形成タスクにおけるこれらの意義を
以下に説明する。

【００２６】最後に、より大型の光センサアレイ（例え
ば２４ｘ２４）は、補間において変位の忠実、高精度な
分解性を提供することが出来、１／１０００インチとい
う、大幅に高い分解能と、少なくとも毎秒数百回の測定
を行うことが出来る速度を持つ。これは一般的なマウス
に利用される従来型のマウスボールが到達し得るものよ
りも高い値である。

【００２７】以上、光ナビゲーションセンサの性質及び
内部処理についての簡単な説明をした。

【００２８】次に、図５を見ると、２ボタン＋光学スタ
ッドの５バイト拡張マイクロソフトマウスプロトコルの
性質を示す図４１が描かれている。この拡張例（図４
１）は説明用に示したものであり、必ずしもこの通りで
ある必要は無い。まず始めに、ＷｉｎｎＬ．Ｒｏｓｃ
ｈ著の“ＨＡＲＤＷＡＲＥＢＩＢＬＥ”（特に１９９
４年第三版の第１１章、ＩＳＢＮ１−５６６８６−１２
７−６：残念ながら現在の第五版では本首題に関わる情
報は少ない）を参照されたい。ここには他の情報と共に
標準型マイクロソフトマウスプロトコルについての記載
がある。更に、プロトコルに基づくデータは、変更があ
った場合に限って伝送される点に留意が必要である。こ
れは注目すべきマウス事象が発生した場合、マウス自体
がそれを認識しなければならないということであり、デ
ータが送られなければならない場合を除き、コンピュー
タにデータが転送されてはならない。この規則を守るタ
スクを負うのは図４のコントローラ／インターフェース
３２である。

【００２９】第２及び第３バイトは標準プロトコルと全
く同じである。これらは各々に、最後のデータ転送から
生じたマウス本体の作業面上における動きを記述する符
号付増分座標値を符号化する。第４及び第５バイトも同
様であるが、異なるのは、これらが撮像面（２７、１
２）上の指先の動きを表すものであるという点である。
これらは第２、第３バイトと同じ分解能を有するが、例
えばビット６及び７を利用する必要は無い。これら２つ
のバイトは標準プロトコルには存在しないバイトであ
り、表面的に形式は同様であっても、これらは従来型マ
ウスでは作られることの無い情報を表すものである。第
１バイトは標準型の場合とほぼ同じである。通常、その
中のビット７は使用されないが、ここでは図４のレンズ
スイッチＳＷ３（３５）の状態を符号化する為に利用し
ている。

【００３０】次に図６を参照するが、これは図２の４軸
マウス８及び図５の拡張マウスプロトコルと共に使用す
る上で好適なソフトウエアドライバのソフトウエア概略
ブロック図である。このドライバは、「マウス事象」
（例えばボタン状態の変化又は位置信号値の変化等）が
発生し、マウス８が５バイトパケット（図５）を送った
場合に呼び出される。処理４３においてはこれらの５バ
イトは後の使用に供する為に記憶される。

【００３１】処理４４においては、主要位置信号ΔＸｐ
ｒｉ及びΔＹｐｒｉが、画面上ポインタの位置を制御す
るルーチンへと送られる。ドライバに信号の前の値を記
録させ、１つ以上に変化があった場合にのみこれらを送
出するように構成することが出来る。

【００３２】処理４５においては、スイッチを表すビッ
トが引き出され、それぞれに対応するルーチンが呼び出
される。ドライバに各スイッチの前の状態を記録させ、
そのスイッチに本当の変化が生じた場合に限ってスイッ
チ用のルーチンが呼び出されるように構成することが出
来る。このようにしない場合は、ルーチン自体がそれぞ
れに対応するスイッチの状態履歴を記憶することにな
る。更に、１つのルーチンが１つ以上のスイッチを取り
扱う場合もある。

【００３３】処理４６においては、副位置信号ΔＸａｕ
ｘ及びΔＹａｕｘ値の変倍が随意選択により実施され
る。これを実施することが有効である理由は以下の通り
である。副位置信号決定用として推奨される光ナビゲー
ション技術は、単にスクロール機能に増分値を示す為に
要するレベルよりも大幅に高い分解能を提供することが
出来る。例えば、手元にある従来型のスクロール車輪付
マウス１はそのスクロール車輪中に戻り止め機構を持っ
ているが、１回転中に２４の独立位置しか生成すること
が出来ない。これは戻り止め機構が１回移動する度に回
転方向を示す符号が出力されるものと考えられている。
副位置信号の分解能をマウス８のハードウエアにおいて
低くすることは出来るが、しかしこれは他の状況下にお
いては有用かもしれない機能性を捨てる、或いは劣化さ
せることになる。そうするかわりにドライバ４２により
呼び出される事象取り扱いルーチンの感度を下げること
で値ΔＸａｕｘ及びΔＹａｕｘを変化させた方が望まし
い。これは呼び出す前に変倍を実施することで実現する
ことが出来る。更に望ましいのは、例えば加速やダブル
クリック間隔といった他のマウスパラメータにならって
この変倍をユーザー制御可能とすることである（例えば
ＧＵＩを使用してＯＳレベルにおいて）。最後に、処理
４７及び４８において副位置信号値ΔＸａｕｘ及びΔＹ
ａｕｘがそれらの値の変化に基づく作用を実行するルー
チンへと送られる。これを通常設定、即ちデフォルト設
定として、対象ウィンドウ中にデータを表示するアプリ
ケーションの縦及び横スクロール機能とすることが出来
る。しかし、これを送出処理４７及び４８に付随する他
の何らかの機能とすることも可能である。

【００３４】最後に、事務的な問題について触れておき
たい。本明細書においては拡張型マイクロソフトマウス
プロトコルを利用してＯＳに対してソフトウエアインタ
ーフェーシングを実施する方法の一例を説明した。しか
しながら、本明細書の教示内容を読めば他の方法も可能
であることは当業者には明らかである。しかしプロトコ
ルに望まれる特徴の１つ、即ち送るべき意義あるデータ
が無い時にトラフィックを最少化するという要求は、い
ずれの場合にも存在する。換言すると、何かに変化が生
じない限りはマウスからデータが送られないようにする
ことが望ましいのである。これはボタンとシャフトエン
コーダを含む従来型のマウスによれば簡単なことであ
る。何らかの変化が生じる度に事象に付随するエッジ
（立ち上がり又は立ち下り）が発生するからである。こ
れらのエッジは（論理的に）修正、論理和演算され、マ
ウスデータをコンピュータへと伝送する必要を示す信号
が生成される。

【００３５】本願において推奨される光ナビゲーション
センサに関しては、この課題は若干複雑である。光ナビ
ゲーションセンサに望ましい構成とは、通知すべき座標
変化が無い限りはデータの出力を行わないようにするこ
とである。異なる構成の場合、コントローラ／インター
フェース３２が新旧両方の座標値を記憶し、それ自身で
判定を行わなければならない為、上記の構成とすれば問
題は大幅に軽減される。もう一つの関心事はＮＯＣＯ
ＲＲＥＬＡＴＩＯＮ信号３９、４０によって示される
「不良ボール」状態をどのように取り扱うかである。こ
こでも光ナビゲーションセンサがどのように構成されて
いるかに左右される。推奨される方法としては、ＮＯ
ＣＯＲＲＥＬＡＴＩＯＮ状態を隠し、例えば指先で繰り
返しぬぐうような動作に起因した予期せぬ、或いは不都
合な結果を持たない座標だけを出力するようにすること
である。従って、例えばＮＯＣＯＲＲＥＬＡＴＩＯＮ
がＴＲＵＥとなった場合に次の座標値を出力せず、既に
送られたもので間に合わせるような構成とすることが出
来る。同様に、ＮＯＣＯＲＲＥＬＡＴＩＯＮがＦａｌ
ｓｅに戻った場合に追跡の新たなインスタンスを円滑に
開始する為に最初の座標値群を送出しないようにするこ
とも出来る。

【００３６】光ナビゲーションセンサがこのように丁寧
な行動をせず、コントローラ／インターフェース３２が
これを行わなければならない場合、問題は複雑化する。
光ナビゲーションセンサが無変化の場合に出力を控えず
に（０，０）を出力したと仮定する。するとコントロー
ラ／インターフェース３２はパケットをいつ送るべきか
を知る為に値を調べなければならない。光ナビゲーショ
ンセンサの処理はコンピュータがデータを受ける速度よ
りも速い可能性もある為、これには有効なバッファ構成
と累算機構を要する。このような状況下においては、バ
ッファリングされたどの値が累算に供されるべき又は供
されないべきか、及び累算値を送るべきか送らないべき
かを判断させる為にＮＯＣＯＲＲＥＬＡＴＩＯＮ信号
をインターフェース／コントローラへと送ることが望ま
しい。この場合、ユーザーが撮像面から悪いタイミング
で指を離してしまった為に、正しく入力しているにもか
かわらずユーザーが期待した結果が生じない可能性があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】縦スクロールしか出来ないスクロール用車輪を
有する従来型マウスの斜視図である。

【図２】縦及び横スクロールが可能な光センサを具備し
たマウスの斜視図である。

【図３】従来の縦スクロールに加えて横スクロールも可
能としたアプリケーションプログラムのウィンドウ例を
示す図である。

【図４】図２のマウスの概略ブロック図である。

【図５】マウス事象をコンピュータへと伝送する為に利
用することが出来る拡張プロトコル例の簡略図である。

【図６】図５の拡張プロトコルと共に利用するＯＳマウ
スドライバのソフトウエア概略ブロック図である。

【符号の説明】

８位置入力装置９、３３第一のボタン１０、３４第二のボタン１３第一の軸１４第二の軸１６ウィンドウ１７データ２０画面上ポインタ２２筐体底面２３開口部２４作業面２５光源２６ロッドレンズ２７撮像面（第二の変位検出器）２８ユーザーの指先２９光変位変換素子（第二の変位検出器）３０第一の変位検出器３１光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 399117121 395 ＰａｇｅＭｉｌｌＲｏａｄＰａｌｏＡｌｔｏ，ＣａｌｉｆｏｒｎｉａＵ．Ｓ．Ａ.

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンピュータシステム用のハンドヘルド式
位置入力装置（８）であって、作業面（２４）上を移動
させる底面（２２）と、人の手を載せる表面形状を持つ
上面とを含み、前記上面の手を載せる部分の後部から、
前記上面の中指を載せる部分までの方向に概ね伸びる第
一の軸（１３）と、前記第一の軸に直交する第二の軸
（１４）を有し、前記両軸が前記底面に平行であること
を特徴とする筐体と、前記底面に配置され、前記作業面
上の前記第一及び第二の軸方向の動きを表す主要変位信
号を生成する第一の変位検出器（３０）と、そして前記
上面の、手の指先（２８）で触れることが出来る位置に
配置された第二の変位検出器（２７、２９）とを含み、
前記第二の変位検出器が、そこに前記指先が接触してい
る間、前記第一及び第二の軸方向における前記指先の動
きを表す副変位信号を生成することを特徴とする位置入
力装置。
【請求項２】コンピュータシステム用のハンドヘルド式
位置入力装置（８）であって、作業面（２４）上を移動
させる底面（２２）と、人の手を載せる表面形状を持つ
上面とを含み、前記上面の手を載せる部分の後部から、
前記上面の中指を載せる部分までの方向に概ね伸びる第
一の軸（１３）と、前記第一の軸に直交する第二の軸
（１４）を有し、前記両軸が前記底面に平行であること
を特徴とする筐体と、前記底面に設けられた開口部（２
３）と、前記筐体内部において前記開口部付近に取り付
けられ、前記作業面上の前記第一及び第二の軸方向の動
きを表す主要変位信号を生成する変位検出器（３０）
と、手の指先（２８）によりそれを覆うことが出来る前
記上面上の位置に設けられ、前記指先をその上に置くこ
とが出来る撮像面（２７）と、前記撮像面の近くに配置
され、前記指先を照明する光を発する光源（２５）と、
そして前記指先から反射した前記光源からの光を受光
し、前記第一及び第二の軸方向及び前記撮像面にわたる
前記指先の動きを表す副変位信号を生成する光学変位変
換素子（２９）とを含む位置入力装置。
【請求項３】前記上面上において、手の他の指先で有効
化することが出来る位置に配置された第一のボタン（３
３、９）及び前記上面上において、手の更に他の指で有
効化することが出来る位置に配置された第二のボタン
（１０、３４）を更に含む請求項２に記載の位置入力装
置。
【請求項４】前記撮像面が前記第一及び第二のボタンの
間に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の
位置入力装置。
【請求項５】前記撮像面が更にロッドレンズ（２６）を
含むことを特徴とする請求項２に記載の位置入力装置。
【請求項６】前記撮像面に結合し、前記指先により前記
撮像面に対して加えられる圧力によって有効化されるス
イッチを更に含む請求項２に記載の位置入力装置。
【請求項７】前記変位検出器（３０）が、ボール及びそ
れに機械的に結合するシャフトエンコーダを含むことを
特徴とする請求項２に記載の位置入力装置。
【請求項８】前記変位検出器が、前記開口部付近の前記
作業面を照明するもう１つの光源（３１）と、前記作業
面中の撮像可能な特徴に対する変位に反応するもう１つ
の光学変位変換素子を更に含むことを特徴とする請求項
２に記載の位置入力装置。
【請求項９】プログラムを実行してデータ処理を行うコ
ンピュータと、実行プログラムにより処理された前記デ
ータ（１７）の一部をウィンドウ（１６）中に表示する
画面と、コンピュータに繋げる主要Ｘ及びＹ軸位置信号
及び副Ｘ及びＹ軸位置信号を生成するハンドヘルド式位
置入力装置（８）と、前記画面上に表示され、その位置
が前記主要Ｘ及びＹ軸位置信号により制御される画面上
ポインタ（２０）とを含み、前記副Ｘ及びＹ軸位置信号
が、前記ウィンドウ中に表示される前記データの斜めス
クロールを生じるものであることを特徴とするコンピュ
ータシステム。