JPH06324799A - 光学式座標入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で確実に移動量および移動方向を
検出可能な光学式座標入力装置を提供する。また、パッ
ドのパターンの反射率が変化したり、ゴミが付着した場
合等にも、その影響を受けることなく、常に安定した出
力を得ることができる光学式座標入力装置を提供する。 【構成】 格子状に配列されたパターンを印刷されたパ
ッド（４）と、パッド上で移動可能なマウスとを有する
光学式座標入力装置において、マウスは、パッド上へ光
を投射する光投射手段（２０）と、パッド上の格子１個
分の面積に相当する領域からの反射光を検出する光検出
手段（２６）と、光検出手段からの信号を入力としてマ
ウスの移動量および移動方向を検出する移動量検出回路
（２８）とを有し、光検出手段は、検出する移動方向に
Ｎ等分（但しＮは３以上）に分割された検出素子（２６
ＸＡ，２６ＸＢ，２６ＸＣ）を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学式座標入力装置に
係り、特に格子状に配列されたパターンを印刷されたパ
ッドと、前記パッド上で移動可能なマウスとを有する光
学式座標入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】格子状に配列されたパターンを印刷され
たパッドと、該パッド上で移動可能なマウスとを有し、
マウスの移動量および移動方向を検出する光学式座標入
力装置はたとえば特公平２−３１４１５号公報に記載さ
れているように公知である。

【０００３】この種の光学式座標入力装置では、パッド
上へ光を投出する光投射手段と、パッドからの反射光を
検出する光検出手段と、前記光検出手段からの信号を入
力としてマウスの移動量および移動方向を検出する移動
量検出回路とを有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記特公平２−３１４
１５号公報に記載されている光学式座標入力装置は、ひ
とつの移動方向（ＸＹ方向のうちの一方向）の移動量お
よび移動方向を検出するため、複数個の光学系を設ける
必要があり、複雑となっている。

【０００５】また、光投射手段が劣化（ＬＥＤやランプ
等の光量減）したり、パッドのパターンの反射率が変化
したり、光学系にゴミが付着した場合等に、移動量検出
回路の出力がその影響を受け、不安定となるおそれがあ
るという問題点がある。本発明はこれらの問題点を解決
するためになされたものである。

【０００６】したがって本発明の目的は、簡単な構成で
確実に移動量および移動方向を検出可能な光学式座標入
力装置を提供することにある。

【０００７】また、本発明の他の目的は、パッドのパタ
ーンの反射率の変化や、付着したゴミ等の影響を受ける
ことなく、常に安定した出力を得ることができる光学式
座標入力装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、格子状に配列されたパターンを印
刷されたパッドと、前記パッド上で移動可能なマウスと
を有する光学式座標入力装置において、前記マウスは、
前記パッド上へ光を投射する光投射手段と、前記パッド
上の前記格子１個分の面積に相当する領域からの反射光
を検出する光検出手段と、前記光検出手段からの信号を
入力としてマウスの移動量および移動方向を検出する移
動量検出回路とを有し、前記光検出手段は、検出する移
動方向に３等分に分割された検出素子を備えることを特
徴とする光学式座標入力装置が提供される。

【０００９】好ましくは、前記移動量検出回路は、前記
光検出手段の各検出素子の出力電流を電圧値に変換する
電流−電圧変換回路と、各電圧値の加算平均値電圧を出
力する加算平均回路と、該加算平均値電圧をしきい値と
して前記電流−電圧変換回路の出力電圧を矩形波信号に
変換する比較回路とを備えることを特徴とする。

【００１０】

【作用】光投射手段によって、パッド上の格子１個分の
面積に相当する領域へ光が投射される。検出する移動方
向にＮ等分（但しＮは３以上）に分割された検出素子を
備える光検出手段によってその反射光が検出され、移動
量検出回路によって、該光検出手段からの信号を入力と
してマウスの移動量および移動方向が検出される。この
ような構成とすることにより、各移動方向（ＸまたはＹ
移動方向）について１つの光学系のみを用いた光学式座
標入力装置とすることができる。

【００１１】請求項２記載の光学式座標入力装置の前記
移動量検出回路は、電流−電圧変換回路によって光検出
手段の各検出素子の出力電流を電圧値に変換する。この
電圧値は加算平均回路によって加算平均値電圧とされる
と共に、比較回路に入力される。比較回路は、加算平均
値電圧をしきい値として電流−電圧変換回路の出力電圧
を矩形波信号に変換する。このような構成とすることに
より、パッドのパターンの反射率が変化したり、光学系
にゴミが付着した場合等にも、その影響を受けることな
く、常に安定した出力を得ることができる光学式座標入
力装置とすることができる。

【００１２】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説
明する。

【００１３】図１は本発明の光学式座標入力装置の一実
施例のＸＹ座標入力装置の側面図、図２は同平面図であ
り、それぞれケースを想像線で示し、内部の構造を明ら
かにしている。

【００１４】これらの図において、ＸＹ座標入力装置２
はパッド４と該パッド４上に配置されるマウス６とから
構成される。マウス６は下ケース８と上ケース１０によ
り覆われ、ケーブル１２を介して図示しないコンピュー
タ等に接続される。

【００１５】操作者は、その手の平によって上ケース１
０を上方から覆い、マウス６をパッド４上をＸＹ方向に
移動させることにより、マウス６自身のＸＹ方向移動量
および移動方向がコンピュータ等に入力される。

【００１６】マウス６の下ケース８上には左右の２つの
ミラー１４，１６、これら２つのミラー１４，１６の間
に配置されたレンズ１８および光投射手段２０（図１に
おいては省略してある。）が設けられている。さらに、
マウス６の下ケース８へ固定ネジ２２によって固定板２
４が固定されている。この固定板２４上にはＸＹ移動量
検出回路が設けられている。また、固定板２４の下面に
は光検出手段２６が取り付けられている。

【００１７】光投射手段２０はＬＥＤ、ランプ光等を用
いることができるが、これに限らず、パッド４上に投射
し、反射した光を光検出手段２６によって検出かのうな
ものであればどのようなものであってもよい。

【００１８】光投射手段２０からの光は下ケース８に形
成された孔３０からパッド４上へ投射され、その反射光
は孔３０から左方のミラー１４、レンズ１８および右方
のミラー１６を介して光検出手段２６へ到達する。

【００１９】光投射手段２０および光検出手段２６はそ
れぞれ２個ずつ設けられているが、参照番号の添字とし
てＸを付されたものはＸ方向の移動量および移動方向を
検出するためのものであり、参照番号の添字としてＹを
付されたものはＹ方向の移動量および移動方向を検出す
るためのものである。

【００２０】光検出手段２６によって検出された反射光
の量は、電流値としてＸＹ移動量検出回路に入力され、
該ＸＹ移動量検出回路により、マウス６のＸＹ移動量お
よび移動方向を検出され、上述のようにケーブル１２を
介してコンピュータ等へ入力される。

【００２１】なお、上ケース１０にはコンピュータのデ
ィスプレイ上に表示されたコマンドの選択・非選択等を
行なうためのボタン３２が設けられている。

【００２２】図３は上記実施例の光検出手段２６を拡大
して示した平面図である。これらの図に示すように、Ｘ
方向の移動量を検出するための光検出手段２６Ｘは短冊
状に３等分され、３個の検出素子２６ＸＡ，２６ＸＢ，
２６ＸＣから構成される。同様にＹ方向の移動量を検出
するための光検出手段２６Ｙは短冊状に３等分され、３
個の検出素子２６ＹＡ，２６ＹＢ，２６ＹＣから構成さ
れる。

【００２３】図４は上記実施例のパッド４を、光検出手
段２６によって反射光量を検出されるパッド４上の領域
（検出領域）３６と共に示す図である。

【００２４】本実施例におけるパッド４はＸ方向に一定
の間隔Ｐｘ、Ｙ方向に一定の間隔Ｐｙをもって格子状
（マトリックス状）に配列された半径Ｒの円形のパター
ン３４を印刷されている。この円形のパターン３４は反
射面、パッド４上の他の表面は非反射面とされている。
ＰｘおよびＰｙの大きさは、図示した例においては同一
である。

【００２５】なお、パターン３４の半径Ｒの大きさは任
意である。たとえば、Ｐｘ＝Ｐｙ＝Ｐとした場合、Ｒ＝
Ｐ／３、あるいは２Ｐ／３とすることができる。

【００２６】図５はパッド４の断面図を示す。ベース４
０の上にパターン３４が印刷されており、このパターン
３４を覆って透明の保護シート４２を固着している。ベ
ース４０の材質は紙、アルミ板、ガラスあるいはゴム板
等とすることができる。

【００２７】図６は、光検出手段２６によって検出され
る電流値の信号波形を示す図である。同図において、
Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ検出素子２６ＸＡ，２６ＸＢ，２
６ＸＣの出力信号を示す。

【００２８】各信号波形Ａ，Ｂ，Ｃは互いに１２０度の
位相差を有する。マウス６が図４上において右方向（Ｘ
の正方向）に移動するとき、検出領域３６も図４の参照
番号３６’で示される位置へ移動する。このときパター
ン３４の反射光により、信号波形Ｂ，ＣはＡに対してそ
れぞれ１２０度，２４０度の遅れ位相となる。

【００２９】また、マウス６が逆方向に移動するとき、
信号波形Ｂ，ＣはＡに対してそれぞれ１２０度，２４０
度の進み位相となる。したがって、各信号の最大値がＡ
ＣＢＡの順に現れるときはマウス６がＸの正方向に移動
したことを示し、ＡＢＣＡの順に現れるときはマウス６
がＸの負方向に移動したことを示す。

【００３０】図７は同実施例の光学系を概略的に示す
図、図８は光検出手段２６の外形寸法を説明するための
図である。

【００３１】レンズ１８、光投射手段２０、光検出手段
２６からなる光学系は、図４の実線で示す光検出手段２
６による検出領域３６が検出領域３６がパッド４上の格
子１個分の面積に相当するように構成されている。すな
わち、光学系の倍率をＭとすると、光検出手段２６Ｘの
Ｘ方向の寸法はＰｘ／Ｍ、Ｙ方向の寸法はＰｙ／Ｍとす
る。したがって、パッド４上の格子の間隔Ｐを、Ｐｘ＝
Ｐｙとした場合、検出領域３６は、Ｐを一片の長さとし
た正方形となる。

【００３２】図９は光検出手段２６によって検出される
パッド４上の検出領域３６を示す図であり、マウス６の
位置を変化させた場合に対応して３種類示している。こ
の図に示すように、検出領域３６に結像されるパターン
３４の総面積は常に該パターン３４の１個分の面積に等
しい。したがって、光検出手段２６によって検出される
光量の総和は常に一定である。

【００３３】図１０はパッド４の他の例を示す図であ
り、この例においては円形のパターン３４が千鳥状に配
列されている。各パターン３４は図４に示したパッド４
と同様に、Ｘ方向に一定の間隔Ｐｘ、Ｙ方向に一定の間
隔Ｐｙをもって配列された半径Ｒの円形のパターン３４
を印刷されている。

【００３４】図１１はパッド４のさらに他の例を示す図
であり、この例においては格子状に配列された円形のパ
ターン３４に加えて幅Ｔのグリッド状のパターン６０に
より、反射面となるパターンを構成している。このグリ
ッド状のパターン６０はＸＹ方向に伸び、各円形のパタ
ーン３４を連結している。

【００３５】図１２は図１１に示したパッド４上の検出
領域３６を示す図である。理想的には操作者がマウス６
を正しく（ＸＹ方向に傾けずに）操作することが好まし
いが、実際には、操作角度θをもって操作することにな
る。このとき、検出領域３６は同図に示すようにθだけ
傾斜する。このθがある一定値以上になると、移動量を
検出することが不可能となる。なお、θが４５度を越え
ると、マウス６のＸ方向移動量がＹ方向移動量として、
また、Ｙ方向移動量がＸ方向移動量として検出されるこ
とになる。

【００３６】この移動量を検出可能な操作角度の限界値
は、パターン３４，３０の形状に依存するところが大き
いので、コンピュータを用いてシミュレーションを行な
った。その結果を図１３に示す。

【００３７】図１３は、円形のパターン３４の半径Ｒと
各パターン３４間の間隔Ｐの比およびグリッド状のパタ
ーン６０の幅ＴとＰの比を種々変更したときにマウス６
のＸＹ移動量を検出可能な操作角度の限界値を示す図で
あり、縦軸を操作角度の限界値、横軸をＲ／Ｐとし、Ｔ
／Ｐをパラメータとしたときのシミュレーション結果で
ある。

【００３８】同図に示すように、Ｔ／Ｐを０、すなわち
グリッド状のパターン６０を設けない場合の状態からＴ
／Ｐの値を大きくしてゆくと操作角度の限界値が大きく
なるが、さらにＴ／Ｐの値を大きくしすぎると操作角度
の限界値は逆に小さくなる。また、Ｒ／Ｐについてもあ
る値まで大きくしてゆくと操作角度の限界値が大きくな
るが、さらにＲ／Ｐの値を大きくしすぎると操作角度の
限界値は逆に小さくなる。このシミュレーションの結
果、、Ｒ／Ｐの値を約０．６９（図中のＧ線）、Ｔ／Ｐ
の値を約０．１５としたときに操作角度の限界値が最大
となることが判明した。図１４は、ＸＹ座標入力装置２
の回路図である。

【００３９】光投射手段２０から投射された光はパッド
４から反射して光検出手段２６Ｘおよび光検出手段２６
Ｙ上へ結像する。

【００４０】光検出手段２６Ｘについて説明すると、検
出素子２６ＸＡ，２６ＸＢ，２６ＸＣはそれぞれ結像さ
れた像の光量に比例する大きさの電流を出力し、該出力
電流はＸ移動量検出回路２８Ｘへ入力される。

【００４１】Ｘ移動量検出回路２８Ｘは、電流−電圧変
換回路６２、加算平均回路６４およびコンパレータ（比
較回路）６６を有する。

【００４２】電圧変換回路６２は３個の検出素子２６Ｘ
Ａ，２６ＸＢ，２６ＸＣに対応した３個のアンプ６２
Ａ，６２Ｂ，６２Ｃから構成される。各アンプ６２Ａ，
６２Ｂ，６２Ｃの非反転入力端子はぞれぞれ接地され、
反転入力端子へ各検出素子２６ＸＡ，２６ＸＢ，２６Ｘ
Ｃからの電流が入力され、該入力電流値に比例した電圧
が出力端子から出力される。電圧変換回路６２から出力
された電圧は、加算平均回路６４およびコンパレータ６
６へ入力される。

【００４３】加算平均回路６４は、アンプ６５と４つの
抵抗（３つの抵抗Ｒ0とひとつの抵抗Ｒf）から構成さ
れ、電圧変換回路６２の各アンプ６２Ａ，６２Ｂ，６２
Ｃの出力電圧はそれぞれ抵抗Ｒ0を通過した後、合流し
てアンプ６５の非反転入力端子へ入力されると共に抵抗
Ｒfを通ってコンパレータ６６へ入力される。アンプ６
５の出力端子からの電圧は、抵抗Ｒfを通過した電圧と
共にコンパレータ６６へ入力される。４つの抵抗の値
は、Ｒf＝Ｒ0／３の関係を満足するものとし、加算平均
回路６４の出力電圧は、電圧変換回路６２の各アンプ６
２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃの出力電圧の加算平均値となるよ
うに構成してある。

【００４４】コンパレータ６６は、３個の検出素子２６
ＹＡ，２６ＹＢ，２６ＹＣに対応した３個のアンプ６６
Ａ，６６Ｂ，６６Ｃから構成される。各アンプ６６Ａ，
６６Ｂ，６６Ｃの非反転入力端子にはそれぞれ電圧変換
回路６２の各アンプ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃからの電圧
が入力され、反転入力端子には加算平均回路６４からの
加算平均電圧が入力される。したがって、各アンプ６６
Ａ，６６Ｂ，６６Ｃからはこの加算平均電圧をしきい値
とした矩形波の電圧が出力される。

【００４５】コンパレータ６６は、電圧変換回路６２の
各アンプ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃの出力電圧の加算平均
値をしきい値として電圧を出力するため、光投射手段２
０の劣化（ＬＥＤやランプ等の光量減）、パッド４のパ
ターン３４の反射率の変化、パッド４や光学系へのゴミ
の付着等の事態が発生した場合にも、その影響を受ける
ことなく、常に安定した出力を得ることができる。

【００４６】コンパレータ６６の出力電圧は、カウント
手段６８たとえばＣＰＵへ入力される。このカウント手
段６８にはマウス６のボタン３２のオン、オフ等のスイ
ッチ信号も入力され、このカウント手段６８によって、
マウス６の移動量に相当するカウントデータおよびスイ
ッチデータが出力される。

【００４７】光検出手段２６Ｙの検出素子２６ＹＡ，２
６ＹＢ，２６ＹＣについても同様に、それぞれ結像され
た像の光量に比例する大きさの電流が、Ｙ移動量検出回
路２８Ｙに入力される。このＹ移動量検出回路２８Ｙは
Ｘ移動量検出回路２８Ｘと同じ構成であり、その出力が
カウント手段６８へ入力される。

【００４８】以上、本発明のＸＹ座標入力装置を図面に
示した実施例に基づいて説明したが、本発明はこの実施
例には限定されず、種々変形可能である。

【００４９】たとえば、光検出手段２６の検出素子を、
検出する移動方向に３等分した例を示したが、４等分以
上に分割してもよい。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、簡単な構成で確実に移
動量および移動方向を検出可能な光学式座標入力装置が
提供される。また、本発明によれば、パッドのパターン
の反射率が変化したり、光学系にゴミが付着した場合等
にも、その影響を受けることなく、常に安定した出力を
得ることができる光学式座標入力装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学式座標入力装置の一実施例の側面
図である。

【図２】本発明の光学式座標入力装置の一実施例の平面
図である。

【図３】図３は上記実施例の光検出手段を拡大して示し
た平面図である。

【図４】上記実施例のパッドを、光検出手段によって反
射光量を検出されるパッド４上の領域（検出領域）と共
に示す図である。

【図５】パッドの断面図を示す平面図である。

【図６】３個の検出素子の出力信号を示す図である。

【図７】本発明の光学式座標入力装置の一実施例の光学
系を示す図である。

【図８】光検出手段の外形寸法を説明するための図であ
る。

【図９】光検出手段によって検出されるパッド上の検出
領域を示す図である。

【図１０】円形のパターンが千鳥状に配列されてたパッ
ドの例を示す平面図である。

【図１１】マトリックス状に配列された円形のパターン
に加えてグリッド状のパターンにより、反射面となるパ
ターンを構成しているパッドの例を示す図である。

【図１２】図１１に示したパッド４の検出領域を示す図
である。

【図１３】移動量を検出可能なマウスの操作角度の限界
値を調べたシミュレーションの結果を示す図である。

【図１４】ＸＹ座標入力装置の回路図である。

【符号の説明】

２ ＸＹ座標入力装置 ４ パッド ６ マウス ８ 下ケース １０ 上ケース １２ ケーブル １４，１６ ミラー １８ レンズ ２０ 光投射手段 ２２ 固定ネジ ２４ 固定板 ２６ 光検出手段 ２６Ｘ 光検出手段 ２６ＸＡ，２６ＸＢ，２６ＸＣ 検出素子 ２６Ｙ 光検出手段 ２６ＹＡ，２６ＹＢ，２６ＹＣ 検出素子 ２８ 移動量検出回路 ２８Ｘ Ｘ移動量検出回路 ２８Ｙ Ｙ移動量検出回路 ３０ 孔 ３２ ボタン ３４，３０ パターン ３６ 検出領域 ４０ ベース ４２ 保護シート ６０ パターン ６２ 電圧変換回路 ６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ アンプ ６４ 加算平均回路 ６５ アンプ ６６ コンパレータ ６６Ａ，６６Ｂ，６６Ｃ アンプ ６８ カウント手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】格子状に配列されたパターンを印刷された
   パッドと、前記パッド上で移動可能なマウスとを有する
   光学式座標入力装置において、 前記マウスは、前記パッド上へ光を投射する光投射手段
   と、前記パッド上の前記格子１個分の面積に相当する領
   域からの反射光を検出する光検出手段と、前記光検出手
   段からの信号を入力としてマウスの移動量および移動方
   向を検出する移動量検出回路とを有し、 前記光検出手段は、検出する移動方向にＮ等分（但しＮ
   は３以上）に分割された検出素子を備えることを特徴と
   する光学式座標入力装置。
2. 【請求項２】前記移動量検出回路は、 前記光検出手段の各検出素子の出力電流を電圧値に変換
   する電流−電圧変換回路と、 各電圧値の加算平均値電圧を出力する加算平均回路と、 該加算平均値電圧をしきい値として前記電流−電圧変換
   回路の出力電圧を矩形波信号に変換する比較回路とを備
   えることを特徴とする請求項１記載の光学式座標入力装
   置。