(57)【要約】少なくともスクロール移動及びクリック移動を含む物体（８０）と入力デバイスとの相対的な移動を測定する方法及び入力デバイスは、入力デバイスの窓（７８）の上における物体の存在を判断する手段（９８、１００、１０２）を利用する。これにより、スクロール移動及びクリック移動を入力デバイスの１つのセンサ・ユニット（９２、９４、９６）で測定することが可能となり、入力デバイスのコスト及びサイズが低減される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのセンサ・ユニットを有するユーザ入力デバイスを用いて、少なくとも１つのスクロール・アクション又はクリック・アクションを含む物体とユーザ入力デバイスとの相対的な移動を、前記センサ・ユニットが測定レーザ・ビームを物体表面に照射し、該測定ビームを発するダイオード・レーザ空洞が該物体により反射された測定ビーム放射線を捕らえ、再突入した測定ビーム放射線とレーザ空洞における光波との干渉によって引き起こされたレーザの作動中の変化を測定することによって測定する方法であって、
スクロール動き及びクリック動きの双方を測定するのに１つのセンサ・ユニットが用いられる、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、
前記デバイスの窓の上における物体の存在が、前記再突入した測定ビーム放射線がスクロール移動によって生じる振幅変化より低い周波数で変化する振幅成分を有するか否かを判断することによって明らかにされる、ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法であって、
前記より低い周波数成分は追加的検出器を用いて測定される、ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項２記載の方法であって、
前記より低い周波数成分は前記センサ出力信号から分離される、ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項記載の方法であって、
前記デバイスの窓の上における物体の存在が、前記ダイオード・レーザを駆動する電流の変動を測定することによって明らかにされる、ことを特徴とする方法。
【請求項６】
周期的に変調された測定ビームが用いられる、請求項１乃至５のいずれか一項記載の方法であって、
前記デバイスの窓の上における物体の存在が、測定ビーム・パルス期間に時間的に対応した期間に前記窓の上における前記物体の存在に固有のパターンの存在を検出することによって明らかにされる、ことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項記載の方法であって、更に、
スクロール移動情報及びクリック移動情報が１以上の同じセンサ・ユニットの出力信号が導き出され、
前記出力信号が、クリック・アクションに典型的な第一の出力信号時間パターンを示すか、或いは、スクロール・アクションに典型的な前記第一の時間パターンとは異なる第二の出力信号時間パターンを示すか、が判断される、ことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法であって、
ある時間間隔中に得られた出力信号の分析に他の時間間隔中に得られた移動データが用いられる、ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項記載の方法であって、
前記レーザの作動中の変化を測定する際に前記ダイオード・レーザのインピーダンスが測定される、ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれか一項記載の方法であって、
前記レーザの作動中の変化を測定する際に前記レーザ空洞によって発せられた放射線の強度の変化が測定される、ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
少なくとも１つのスクロール移動又はクリック移動を含む物体と入力デバイスとの相対的な移動を、レーザ空洞を備え、測定レーザ・ビームを供給するダイオード・レーザと、該測定ビームを前記物体に収束させる光学手段と、該物体により反射され、前記レーザ空洞に再突入した測定ビーム放射線と該レーザ空洞における光波との干渉による前記レーザの作動中の変化を測定し、該物体の前記入力デバイスに対する相対的な移動に応じた出力信号を供給する測定手段とを有する少なくとも１つの光学式センサ・ユニットを有するユーザ入力デバイスを用いて測定する入力デバイスであって、
前記光学式センサは、前記デバイスの窓の上における前記物体の存在を明らかにすることが可能な追加的手段を有する、ことを特徴とする入力デバイス。
【請求項１２】
請求項１１記載の入力デバイスであって、
前記追加的手段は、前記変調された測定ビーム放射線がスクロール移動によって報じた周波数よりも低い周波数を持つ成分を有するか否かを明らかにする手段によって構成される、ことを特徴とする入力デバイス。
【請求項１３】
前記センサ・ユニットが前記レーザ空洞における変動を測定する第一の放射線感応検出器を有する、請求項１２記載の入力デバイスであって、
前記追加的手段は、前記レーザ空洞に入射しない測定ビーム放射線を受信するように配置された第二の放射線感応検出器によって構成される、ことを特徴とする入力デバイス。
【請求項１４】
請求項１２記載の入力デバイスであって、
前記追加的手段は、前記測定手段の出力信号中の前記成分を検出する電子手段によって構成される、ことを特徴とする入力デバイス。
【請求項１５】
請求項１１記載の入力デバイスであって、
前記追加的手段は、前記ダイオード・レーザ用の駆動電流を測定する手段である、ことを特徴とする入力デバイス。
【請求項１６】
前記センサ・ユニットは起動パルスによって起動され、
前記測定手段は前記起動パルスによって決定された時間間隔中に測定を実行する、請求項１１記載の入力デバイスであって、
前記追加的手段は、前記時間間隔の前半において測定された出力信号中の振動数と前記時間間隔の後半において測定された出力信号中の振動数とが等しいか否かを明らかにする計数手段及び比較手段を有する、ことを特徴とする入力デバイス。
【請求項１７】
出力信号分析手段を有する請求項１１乃至１６のいずれか一項記載の入力デバイスであって、
クリック・アクションに典型的な第一の出力信号時間パターンをスクロール・アクションに典型的な第二の出力信号時間パターンと区別する手段を有する、ことを特徴とする入力デバイス。
【請求項１８】
請求項１７記載の入力デバイスであって、
前記出力信号分析手段は、異なる時間間隔において得られた測定結果を組み合わせる記憶及び遅延手段を有する、ことを特徴とする入力デバイス。
【請求項１９】
請求項１１乃至１８のいずれか一項記載の入力デバイスであって、
前記測定手段は前記レーザ空洞のインピーダンスの変動を測定する手段である、ことを特徴とする入力デバイス。
【請求項２０】
請求項１１乃至１８のいずれか一項記載の入力デバイスであって、
前記測定手段は前記レーザによって発せられた放射線を測定する放射線検出器である、ことを特徴とする入力デバイス。
【請求項２１】
請求項２０記載の入力デバイスであって、
前記放射線検出器は前記測定ビームが発せられる側とは反対側の前記レーザ空洞の側に配置される、ことを特徴とする入力デバイス。
【請求項２２】
請求項１１乃至２１のいずれか一項記載の入力デバイスであって、
前記スクロール移動の方向及び前記クリック移動の方向とは異なる方向における追加的移動を測定する追加的光学式センサ・ユニットを有する、ことを特徴とする入力デバイス。
【請求項２３】
請求項１１乃至２２のいずれか一項記載の入力デバイスを有することを特徴とする携帯電話装置。
【請求項２４】
請求項１１乃至２２のいずれか一項記載の入力デバイスを有することを特徴とするコードレス電話装置。
【請求項２５】
請求項１１乃至２２のいずれか一項記載の入力デバイスを有することを特徴とするラップトップ・コンピュータ。
【請求項２６】
請求項１１乃至２２のいずれか一項記載の入力デバイスを有することを特徴とするハンドヘルド・コンピュータ。
【請求項２７】
請求項１１乃至２２のいずれか一項記載の入力デバイスを有することを特徴とするライト・ペン。
【請求項２８】
請求項１１乃至２２のいずれか一項記載の入力デバイスを有することを特徴とする仮想ペン。
【請求項２９】
請求項１１乃至２２のいずれか一項記載の入力デバイスが一体化されたことを特徴とするデスクトップ・コンピュータ用キーボード。
【請求項３０】
請求項１１乃至２２のいずれか一項記載の入力装置を有することを特徴とするテレビ用リモコン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのセンサ・ユニットを有するユーザ入力デバイスを用いて、少なくとも１つのスクロール・アクション又はクリック・アクションを含む物体とユーザ入力デバイスとの相対的な移動を、上記センサ・ユニットが測定レーザ・ビームを物体表面に照射し、該測定ビームを発するダイオード・レーザ空洞が該物体により反射された測定ビーム放射線を捕らえ、再突入した測定ビーム放射線とレーザ空洞における光波との干渉によって引き起こされた作動中のレーザの変化を測定することによって測定する方法に関する。また、本発明は、上記方法を実行する入力デバイス及びこのような入力デバイスを有する装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
このような方法及びユーザ入力デバイス（以下、入力デバイス）は、国際特許出願ＷＯ０２／３７４１０から知られている。ＷＯ０２／３７４１０記載の光学式入力デバイスは、例えば表示されたメニュの機能を選択するなどのために、例えばハンドヘルド（ｈａｎｄ−ｈｅｌｄ）・コンピュータやラップトップ・コンピュータなどにおいてディスプレイ上でカーソルを移動させるのに用いられることが意図されている。メニュから機能又は項目を選択するには、人間の指（物体）を入力デバイスのハウジング内の透明な窓の上を一方向に移動させる。この移動は、スクロール・アクションと呼ばれる。クリック移動の方向は、例えば、このスクロール移動の方向に垂直である。選択された機能を起動させるには、指を上記窓に垂直な方向に移動させる。この移動はクリック・アクションと呼ばれる。光学式センサ・ユニットは非常に小さくすることができるため、この入力デバイスは小さくすることができる。これは、入力デバイスに新しい用途への道を開く。例えば、ユーザの入力機能は、メニュの項目を選択し、インターネット・ページにアクセスする携帯電話や、他のハンドヘルド装置やノートパソコンなどに組み込むことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＷＯ０２／３７４１０のスクロール・アンド・クリック入力測定方法及びデバイスは、従来の方法及びデバイスに比して、大幅に信頼性が高く、シンプルで、安価である。ここで検討される種類の入力デバイスにとって新しい概念が用いられる。後述するように、この概念は、人間の指のような移動する物体が測定レーザ・ビームにもたらすドップラー・シフトと、測定ビームを供給するダイオード・レーザにおけるいわゆるセルフミキシング効果との組み合わせである。セルフミキシングは、ダイオード・レーザによって発せられ、物体からの反射後にダイオード・レーザの空洞に再突入する放射線がダイオード・レーザのゲインに変動をもたらし、よってレーザにより発せられた放射線にも変動をもたらす現象である。ＷＯ０２／３７４１０のスクロール・アンド・クリック方法及び装置は、スクロール移動の速さ及び方向の双方を測定することを可能にすると共に、例えば装置の窓に対して反対の鋭角に向けられた２つのダイオード・レーザ測定パス（センサ・ユニット）を用いてクリック・アクションを検出することを可能にする。この方法をベクトル分解法と呼ぶ。ダイオード・レーザには周期的に変化する電流が供給され、前半期間及び後半期間において生成された測定信号を比較して、スクロール・アクションの方向を判断する。
【０００４】
本発明の目的は、ＷＯ０２／３７４１０の方法及びデバイスよりも更にシンプルで、コンパクトで、安価な、スクロール移動及びクリック移動を測定する新規な方法及びデバイスを提供することである。この方法は、スクロール移動及びクリック移動を測定する光学式センサ・ユニットが１つしか用いられないことを特徴とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この新しい方法は、センサ・ユニットの測定ビーム中のこれまで使用されなかった情報を用いて入力デバイスの窓上の指の存在を検出することができるという洞察に基づく。１回のクリック・アクションは、デバイス窓に向かい、そして戻る指の高速な移動から成り、クリック・アクションの前後には何らの移動も行われない時間間隔が存在する。別の可能性として、指を窓の上に置き、指を引っ込めて、再び窓の上に指を置くことも考えられる。窓へ向かう移動と窓から離れる移動との間に、指は窓の上に短い時間間隔の間、静止する。指のこのような窓上での静止又は存在が検出されれば、クリック・アクションが行われたと結論付けることができる。この検出は、スクロール移動を測定するセンサ・ユニットによって実行することができるため、センサ・ユニット、特にダイオード・レーザ、を節約することができる。ダイオード・レーザは入力デバイスの中で最も高価な部品であるため、この新しい方法は２つのセンサ・ユニットを用いる、すなわち２つのダイオード・レーザを用いる方法よりも大幅に安価である。加えて、１つのダイオード・レーザを節約することにより、本方法を実行する能力を備えた装置において確保されるべきスペースが低減される。
【０００６】
本方法の第一の実施形態は、デバイスの窓の上における物体の存在が再突入した測定ビームがスクロール移動により生じる振幅変化より低い周波数において変化する振幅成分を有するか否かを判断することによって明らかにされることを特徴とする。
【０００７】
ＷＯ０２／３７４１０の入力デバイスにおいて、センサ出力信号の高周波成分はスクロール・アクション及びクリック・アクションの双方を決定するのに用いられる。本方法の上記第一の実施形態は、この出力信号の低周波部分及びＤＣ部分が入力デバイスの窓の上における指の存在に関する有用な情報を含み、よってクリック・アクションが実行された可能性に関する有用な情報を含むという洞察を利用する。
【０００８】
上記第一の実施形態は、更に、上記低周波成分が追加的検出器によって測定されることを特徴とし得る。
【０００９】
別の方法として、上記第一の実施形態は、更に、上記低周波成分が上記センサ出力信号から分離されることを特徴とし得る。
【００１０】
本方法の第二の実施形態は、デバイスの窓の上における物体の存在がダイオード・レーザを駆動する電流の変動を測定することによって明らかにされることを特徴とする。
【００１１】
指がデバイス窓上に存在する場合、ダイオード・レーザは、例えばダイオード・レーザの後ろ側に配置された測定光ダイオードによって閉じられたフィードバック・ループの一部を構成し、セルフミキシング効果がレーザの効率を上昇させる。これは、指が窓の上にあるとき、レーザ駆動電流が低減することを意味する。
【００１２】
周期的に変調された測定ビームが用いられる本方法の第三の実施形態は、デバイスの窓の上における物体の存在が、測定ビームパルス期間と時間的に対応した期間中にデバイスの窓の上における物体の存在に固有の出力信号振動パターンの存在を検出することによって明らかにされることを特徴とする。
【００１３】
この実施形態は、デバイスの窓の上における指の存在はセンサ出力信号に固有の振動パターンを生じさせるというセルフミキシング効果を採用した光学式入力デバイスのユニークな特徴を利用する。この固有のパターンを用いて、指の存在を判断することができることができると共に、クリック・アクションが起こったか否かを判断することもできる。なぜなら、クリック・アクションは窓上へ指先をつけることと指を窓から離すこととを含むからである。上記周期的に変調された測定ビームは、例えば、パルス測定ビームである。
【００１４】
このセンサ出力信号中の振動を用いる方法は、測定の冗長性及び信頼性を向上させるために、上述のセンサ出力信号の低周波成分を用いる方法と組み合わせることができる。
【００１５】
ダイオード・レーザの作動中の変化を測定する方法は複数考え得る。よって、この方法にも複数の実施形態が存在する。
【００１６】
第一の実施形態は、レーザの作動中の変化を測定する際に、レーザのインピーダンスの変化を測定することを特徴とする。
【００１７】
ダイオード・レーザのインピーダンスは、干渉効果によって変化し、入力デバイスと物体又は指との相対的な移動の関数であるパラメータのうちの１つである。このインピーダンスは、ダイオード・レーザにわたる電圧を測定し、この測定された電圧値をそのダイオード・レーザに流した基地の電流値で除算することによって、測定することができる。
【００１８】
本方法の第二の好ましい実施形態は、レーザの作動中の変化を測定する際にダイオード・レーザによって発せられた放射線の強度の変化を測定することを特徴とする。
【００１９】
放射線が指によってレーザ空洞へ戻される場合、ダイオード・レーザによって発せられた放射線の強度は、レーザ駆動電流が一定に保たれると、上昇する。
【００２０】
本発明は、更に、少なくとも１つのスクロール移動又はクリック移動を含む物体とユーザ入力デバイスとの相対的な移動を測定し、レーザ空洞を備え、測定ビームを供給するダイオード・レーザと、該測定ビームを該物体に集中させる光学手段と、該物体によって反射し、レーザ空洞に再突入した測定ビーム放射線とレーザ空洞における光波との干渉によって生じたレーザの作動中の変化を測定し、入力デバイスに対する物体の相対的な移動に応じた出力信号を供給する測定手段とを有する少なくとも１つの光学式センサ・ユニットを有する、ユーザ入力デバイスにも関する。このデバイスは、上記光学式センサが、該デバイスの窓の上における物体の存在を明らかにすることを可能にする追加的手段を有することを特徴とする。
【００２１】
この入力デバイスは、以前は使用されなかったセンサ・ユニットからの入手可能な情報を有益的に利用する。
【００２２】
上記センサ・ユニットは、複数の種類の追加的手段を別々に用いることも、組み合わせて用いることも可能である。組み合わせることにより、得られるクリック移動情報が冗長且つ高信頼なものとなる。
【００２３】
本入力デバイスの第一の実施形態は、上記追加的手段が、測定ビームを受信するように配置された放射線感応検出器とクリック移動発生時に信号を提供する電子低域通過フィルタとから構成されることを特徴とする。
【００２４】
ＷＯ０２／３７４１０の装置では、クリック移動を判断するために、センサ・ユニットの出力信号の高周波部分が評価されたのに対し、本発明に係るデバイスの本実施形態では、低周波成分及びＤＣ成分がデバイス窓の上における指の存在、引いてはクリック移動に関する有用な情報を有するという事実を利用する。
【００２５】
本入力デバイスの第二の実施形態は、上記追加的手段が上記測定手段の出力信号から低周波成分を導き出すことを特徴とする。
【００２６】
ここで、クリック移動に関する情報は、追加的な放射線感応検出器からではなく、スクロール情報を提供する例えばモニタ・ダイオードである検出器から導かれるため、部品の節約が可能となる。
【００２７】
本入力デバイスの第三の実施形態は、上記追加的手段がダイオード・レーザ用駆動電流を測定する手段であることを特徴とする。
【００２８】
本実施形態では、入力窓上に指が存在するとダイオード・レーザの駆動電流が低減するという事実が利用される。この電流を測定することによって、指の存在を明らかにすることができるため、クリック移動が発生したか否かを明らかにすることもできる。
【００２９】
上記センサ・ユニットが起動パルスによって起動され、上記測定手段が該起動パルスによって決定された時間間隔中に測定を実行する本入力デバイスの第四の実施形態は、上記追加的手段が、上記時間間隔の前半及び後半において測定された出力信号中の振動数が等しいか否かを明らかにする計数手段及び比較手段を有する、ことを特徴とする。
【００３０】
この実施形態は、スクロール移動の場合には上記前半及び後半における振動数が異なるが、指が窓上で静止したときにはそれらは等しくなる、という事実を利用する。クリック動きが実行されたとき、一時的にそれらは等しくなる。
【００３１】
さらに、本発明に従ってクリック情報が引き出されるセンサ出力信号に関して、複数の実施形態が考えられる。
【００３２】
第一の実施形態は、上記測定手段がレーザ空洞のインピーダンスの変動を測定する手段であることを特徴とする。
【００３３】
第二の実施形態は、上記測定手段がレーザによって発せられた放射線を測定する放射線検出器であることを特徴とする。
【００３４】
この実施形態は、更に、上記放射線検出器が上記測定ビームが発せられる側とは反対のレーザ空洞側に配置されることを特徴とすることが好ましい。
【００３５】
後ろ側にモニタ・ダイオードが備えられたダイオード・レーザは標準的である。通常、このようなモニタ・ダイオードは、ダイオード・レーザの前側で発せられたレーザ・ビームの強度を安定化させるのに用いられる。ここで、上記モニタ・ダイオードは、レーザ空洞に再突入した測定ビームの放射線によって生成されたレーザ空洞の変化を検出するのに用いられる。
【００３６】
追加的な移動の測定が必要な場合、本入力デバイスは、スクロール移動の方向及びクリック移動の方向とは異なる方向の追加的な移動を測定する追加的な光学式センサ・ユニットを有することを特徴とすることができる。
【００３７】
上記追加的光学式センサを用いると、例えば上述のスクロール移動に垂直な第二のスクロール移動を測定することができる。
【００３８】
本入力デバイスは、携帯電話、コードレス電話、ラップトップ・コンピュータ、ハンドヘルド・コンピュータ、デスクトップ・コンピュータ用キーボード、リモコン装置、ライト・ペン、又は仮想ペンなどの様々な用途に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明の上記及び他の態様は、非限定的に、以下に説明する施形態を参照して明らかにされる。
【実施例】
【００４０】
図１ａは、既知の光学式入力デバイスの一実施形態の概略横断面である。このデバイスは、その下側にベースプレート１を有する。ベースプレート１は、ダイオード・レーザ（本実施形態においてはＶＣＳＥＬタイプのレーザ）用及び検出器（例えば光ダイオード）用のキャリアである。図１ａにおいて、ダイオード・レーザ３が１つだけとそれに関連した光ダイオード４が見えるが、通常、少なくとも第二のダイオード・レーザ５と関連した検出器６が本装置の上面図である図１ｂに示すようにベースプレート上に設けられる。ダイオード・レーザ、それに関連する光ダイオード、及びレンズの組み合わせをセンサ・ユニットと呼ぶ。ダイオード・レーザ３及び５は、レーザ・ビーム又は測定ビーム１３及び１７をそれぞれ発する。このデバイスは、その上側に、例えば人の指である物体１５を動かすための透明窓１２が設けられる。例えば平凸レンズであるレンズ１０が、ダイオード・レーザとこの窓との間に配置される。このレンズは、透明窓の上側又はその近くに測定ビーム１３及び１７の焦点を合わせる。
【００４１】
例えば人間の指である物体１５がこの位置に存在する場合、それはビーム１３を散乱させる。ビーム１３の放射線の一部は、測定ビーム１３の方向へ散乱し、該一部はレンズ１０によってダイオード・レーザ３の放射面上に収束させられ、このレーザ空洞に再突入する。後述するように、空洞に戻ってくる放射線は、この空洞に変化を引き起こし、それにより、特に、ダイオード・レーザによって発せられるレーザ放射線の強度が変化する。この変化は、放射線変動を電気信号へ変換する光ダイオード４と、この信号を処理する電子回路１８とによって検出することができる。また、測定ビーム１７は、物体上に焦点が合わせられ、よって散乱し、散乱した放射線の一部はダイオード・レーザ５の空洞に再突入する。図１ａ及び１ｂに示す光ダイオード６の信号のための回路１８及び１９は、例示であり、より従来通りであってもよく、或いは、より従来通りでなくてもよい。図１ｂに示すように、これら回路は相互接続される。
【００４２】
図２は、セルフミキシング効果を用いた移動測定の原理を示す。この図には、例えばダイオード・レーザ３であるダイオード・レーザがその空洞２０によって概略的に表されている。ここで、ダイオード・レーザの前面及び後面は、レーザ・ミラー２１及び２２によってそれぞれ表されている。空洞は、長さＬを有する。移動が測定される物体は、符号１５で示される。この物体と前面２１の間のスペースは、外部空洞を形成し、その長さはＬ０である。前面を通って発せられたレーザ光線は符号２５で示され、前面の方向に物体により反射された放射線は符号２６で示される。レーザ空洞において生成された放射線の一部は、後面を通過して、光ダイオード４によって捕らえられる。
【００４３】
物体１５が測定ビーム２５の方向に移動する場合、反射された放射線２６はドップラー・シフトを受ける。これは、この放射線の周波数が変化すること、又は、周波数シフトが発生すること、を意味する。この周波数シフトは、物体の移動速度に依存し、数ｋＨｚ〜ＭＨｚのオーダーである。レーザ空洞に再突入した周波数シフトした放射線は、この空洞で生成された光波又は放射線と干渉する。すなわち、空洞においてセルフミキシング効果が発生する。光波と空洞に再突入した放射線との間の位相シフト量に応じて、この干渉は建設的か又は消極的である。すなわち、レーザ放射線の強度は、周期的に増加又は減少する。このように生成されたレーザ放射線変調の周波数は、空洞において生成された放射線の周波数と空洞に再突入したドップラー・シフトした放射線の周波数との差にちょうど等しい。周波数の差は、数ｋＨｚ〜ＭＨｚのオーダーであるため、容易に検出できる。セルフミキシング効果とドップラー・シフトの組み合わせは、レーザ空洞の挙動を変動させる。特に、そのゲイン又は光振幅が変化する。
【００４４】
これを図３に示す。この図において、曲線３１及び３２は、物体１５とフロント・ミラー２１との間の距離Ｌ０に対する発せられたレーザ放射線の周波数νの変動及びダイオード・レーザのゲインｇの変動をそれぞれ表す。ν、ｇ、及びＬ０は、いずれも任意の単位である。距離Ｌ０の変動は物体移動の結果であるため、時間に対するゲインをプロットするために図３の横座標を時間軸でリスケールすることができる。物体の速度ｖに対するゲイン変動Δｇは、以下の数式によって与えられる。
【００４５】
【数１】
2005528687.tif 000003
この数式において、
−  Ｋは、外部空洞への結合係数であり、レーザ空洞外で結合された放射線量を表している。
−  νは、レーザ放射線の周波数である。
−  ｖは、測定ビーム方向における物体の速さである。
−  ｔは、時間である。
−  ｃは、光速である。
【００４６】
物体表面は、図２の矢印１６によって示されるように、それ自体の面において移動させられる。ドップラー・シフトはビーム方向における物体移動に対してのみ発生するため、この移動１６はこの方向の成分１６’を有するべきである。したがって、ＸＺ面（すなわち、図２の図面平面）における移動（Ｘ移動と呼ぶ）を測定することができるようになる。図２は、物体表面がシステムの他の部分に対して斜めの位置をとっていることを示している。実際には、測定ビームは斜めのビームであり、物体表面の移動はＸＹ面で発生するのが通常であろう。Ｙ方向は、図２の図面平面に垂直である。この方向の移動は、第二の測定ビームによって測定することができる。第二の測定ビームは、第二のダイオード・レーザによって発せられ、その散乱光は、第二のダイオード・レーザに関連付けられた第二の光ダイオードによって捕らえられる。斜め照射ビームは、図１に示すように、ダイオード・レーザをレンズ１０に対して偏心して配置することによって得られる。
【００４７】
監視ダイオードによってレーザ後面における放射線強度を測定することによって物体移動によって引き起こされたレーザ空洞ゲインの変動を測定することが、最もシンプルで、よって最も魅力的な方法である。従来、このダイオードは、レーザ放射線の強度を一定に保つために使われていたが、ここでは物体の移動を測定するのに用いられる。
【００４８】
ゲイン変動を測定し、よって物体の移動を測定する別の方法は、レーザ放射線の強度がレーザの接点の伝導バンドにおける電子数に比例するという事実を利用する。次に、この数は、接点の抵抗に反比例する。この抵抗を測定することによって、物体の移動を割り出すことができる。この測定方法の一実施形態を図４に示す。この図において、ダイオード・レーザのアクティブ層は符号３５で示され、このレーザを供給する電流源は符号３６で示される。ダイオード・レーザに掛かる電圧は、コンデンサ３８を経由して電子回路４０へ供給される。レーザを通る電流によって正規化されるこの電圧は、レーザ空洞の抵抗又はインピーダンスに比例する。ダイオード・レーザと直列に配置されたインダクタンス３７は、ダイオード・レーザを通る信号に対する高インピーダンスを構成する。
【００４９】
移動量（すなわち、物体が移動した距離であって、測定された速度を時間積分することによって測定することができる）以外に、移動方向も検出されなければならない。これは、物体が移動軸に沿って前進したか又は後退したかを判断しなければならないことを意味する。移動方向を割り出す第一の方法は、セルフミキシング効果によって生じた信号の形状を用いる。図３のグラフ３２に示すように、この信号は非対称信号である。グラフ３２は、物体１５がレーザに向かって移動している状況を表している。上り勾配３２’は、下り勾配３２’’より急勾配である。この非対称性は、レーザから離れていく物体の移動に対しては逆になる。すなわち、下り勾配が上り勾配よりも急勾配となる。セルフミキシングした信号の非対称性の種類を判断することによって、物体の移動方向を確認することができる。
【００５０】
例えば物体の反射係数が比較的小さい場合又は物体とダイオード・レーザとの間の距離が比較的大きい場合などの特定の状況下では、セルフミキシングした信号の形状又は非対称性を判断することが困難となる場合もある。したがって、第二の移動方向を判断する方法が好ましい。この第二の方法は、レーザ放射線の波長λはダイオード・レーザの温度、引いてはそれを通る電流、に依存するという事実を利用する。例えば、ダイオード・レーザの温度が上昇した場合、レーザ空洞の長さは長くなり、増幅される放射線の波長は大きくなる。図５の曲線４５は、発せられた放射線の波長λの温度（Ｔｄ）依存性を示す。この図において、水平軸Ｔｄと縦軸λはいずれも任意の単位である。
【００５１】
図６に示すようにグラフ５０で表される周期的な駆動電流Ｉｄがダイオード・レーザに供給される場合、ダイオード・レーザの温度Ｔｄは、グラフ５２に示すように、周期的に上昇及び下降する。これにより、定常光波がレーザ空洞に生じる。この定常光波は、周期的に変化する周波数を持ち、よって、物体によって反射されて、ある程度の時間遅延を伴って空洞に再突入する放射線に対して連続的に変化する位相シフトを持つ。ここでは、駆動電流の半周期ごとに、ダイオード・レーザ利得が空洞における波と空洞に再突入する反射された放射線との位相相関に応じて高い／低いを交互に繰り返す連続した時間セグメントが存在する。これは図６のグラフ５４に示すように、発せられた放射線の時間依存強度変動（Ｉ）又は振動をもたらす。このグラフは、静止して、移動していない物体についての状況を表している。前半期間１／２ｐ（ａ）における振動数は、後半期間１／２ｐ（ｂ）における振動数と等しい。
【００５２】
物体の移動により、レーザ空洞に再突入する放射線にドップラー・シフトが生じる。すなわち、この周波数は、移動方向に応じて増加又は減少する。一方向（前進方向）への物体の移動により再突入する放射線の波長は小さくなり、反対方向への移動によりこの放射線の波長は大きくなる。ドップラー・シフトの場合にレーザ空洞における光波の周期的周波数変調が有する効果は、レーザ空洞における周波数変調の符号に対するドップラー・シフトの符号によって決まる。これら２つの周波数シフトが同じ符号を持つ場合、光波と再突入する放射線との間の位相差はゆっくりと変化し、その結果生じるレーザ放射線の変調の周波数が低くなる。これら２つの周波数シフトが反対の符号を持つ場合、光波と放射線との間の位相差はより速く変化し、その結果生じるレーザ放射線の変調の周波数が高くなる。レーザ駆動電流の前半期間１／２ｐ（ａ）の間に、生成されたレーザ放射線の波長は大きくなる。物体が後退する場合、再突入する放射線の波長も大きくなるため、空洞における光波の周波数とこの空洞に再突入する放射線の周波数との差が小さくなる。このように、再突入する放射線の波長が生成された放射線の波長に合っている時間セグメントの数は、発せられたレーザ放射線の電気変調がない場合よりも小さい。これは、物体が後退する場合、前半期間における振動数が何らの変調も適用されない場合より小さいことを意味する。レーザ温度及び生成された放射線の波長が低下する後半期間１／２ｐ（ｂ）において、再突入する放射線の波長が生成された放射線の波長に合っている時間セグメントの数は増える。このように、後退する物体については、前半期間における振動数が後半期間における振動数より小さい。これを図７のグラフ５８に示す。このグラフは、物体が後方へ移動する場合に発せられたレーザ放射線の強度Ｉｂを示す。このグラフを図６のグラフ５４と比較すると、前半期間における振動数が減少し、後半期間における振動数が増加していることがわかる。
【００５３】
上記説明から明らかなように、物体が前方へ移動する場合、すなわち、物体によって散乱されてレーザ空洞に再突入する放射線の波長がドップラー効果により減少する場合、前半期間１／２ｐ（ａ）における振動数が後半期間１／２ｐ（ｂ）における振動数より大きくなる。これは、物体が前進している場合に発せられた放射線の強度Ｉｆを表す図７のグラフ５６と比較することによって確認することができる。電子処理回路において、後半期間１／２ｐ（ｂ）中に計数された光ダイオード信号振動数が、前半期間１／２ｐ（ａ）中に計数された光ダイオード信号振動数から減算される。得られた信号が０である場合、物体は静止している。得られた信号が正の場合、物体は前進しており、この信号が負の場合、物体は後退している。
【００５４】
図５及び６を参照して説明した実施形態において用いられる三角波の駆動電流Ｉｄの代わりに、正弦波や矩形波などの別の形の駆動電流を用いることもできる。
【００５５】
上述の物体移動の速度及び方向を測定する方法は、ゲイン変動がダイオード・レーザ空洞の抵抗の変動を測定することによって求められる場合においても用いることができる。
【００５６】
この測定方法は、小さいドップラー・シフト、波長で言えば例えば１.５×１０−１６ｍオーダーのシフト、しか必要としない。このシフトは、６８０ｎｍのレーザ波長に対して１００ｋＨｚオーダーのドップラー周波数シフトに相当する。
【００５７】
物体表面の構造又は反射率に対してほとんど何も要件を設定する必要がないため、この入力デバイスを起動するのに多くの種類の物体を用いることができる。例えば、一枚の紙の移動も本デバイスで測定できることが実証されている。
【００５８】
光学の観点から、セルフミキシング効果を利用する本光学式入力デバイスの寸法は既に小さい。このデバイスのサイズは、モジュールとして実施されるとき、主として該モジュールに組み入れられる必要があるエレクトロニクスの量と、容易な製造の態様とによって決定される。例えば、そのようなモジュールの窓の直径は３〜５ｍｍである。このデバイスにおいて用いられる測定原理のおかげで、本デバイスの構成要素は正確に位置合わせされる必要がない。これは大量生産にとっては大きな利点である。本発明を用いることによって、本デバイスの中で最も高価な部品であるダイオード・レーザを節約することができるため、本デバイスの価格及びサイズを低減させ、製造を容易にすることができる。
【００５９】
図８には、図１０に示した本発明に係るデバイスと比較するために、ＷＯ０２／３７４１０から既知の光学式スクロール・アンド・クリック入力デバイス６０の一実施形態が
示されている。図８のデバイスは、各々がダイオード・レーザ及び光ダイオードのアセンブリ６６、６８を有し得る２つの光学式センサ・ユニット６２、６４を有する。このようなアセンブリの代わりに、別体のダイオード・レーザ及び光ダイオードを用いることもできる。ユニット６２、６４によって発せられた放射線パスの各々にレンズ７０、７２がそれぞれ配置される。これらレンズは、例えば窓と同じ平面の作用面８８に関連したユニット６２、６４の放射線ビーム７４、７６の焦点のほとんどを合わせる。この窓７８は、本デバイスが用いられている装置（例えば、図１０に示す携帯電話など）のハウジング８２の一部を構成し得る。これらセンサ・ユニットは、測定ビーム７４、７６の主光線が窓８２の法線に対して反対の角度（例えば、それぞれ＋４５°及び−４５°）となるように配置することができる。
【００６０】
物体（例えば人間の指など）８０は、スクロール・アクション及び／又はクリック・アクションのために作用面上を移動する。上述のように、両アクションとも指によってレーザ／ダイオード・アセンブリ・ユニット６６、６８へ向けて反射された放射線にドップラー・シフトを生じさせる。これらのユニットの検出器の出力信号は、信号処理／レーザ駆動電子回路６４へ供給される。この回路は、例えば制御指８０の移動を評価し、これら移動に関する情報をその出力８６において供給する。センサ・ユニット６２、６４、窓８８、並びに、電子回路８４及びソフトウェアは、１つのモジュールに統合することも可能である。このモジュールは、それ自体、携帯電話内に置かれてもよく、或いは、スクロール・アンド・クリック機能を備えた別の装置内に置かれてもよい。離散した要素を用いてこの入力デバイスを実施することも可能である。特に、信号処理の一部は、携帯電話又は他の装置（例えば、リモコン、コードレス電話、ポータブル・コンピュータなど）の一部を構成するマイクロコントローラ又は他の制御手段によって実行することができる。
【００６１】
上述のように、センサ・ユニットに対する指の移動の速度及び方向は、レーザ電流を調節し、検出器によって受信された放射線パルスを計数することによって検出することができる。測定ビーム７４、７６の主光線に沿った物体の速度を表すこれらの検出器の出力信号Ｓｉｇｎ１及びＳｉｇｎ２から、窓に平行な速度Ｖｓｃｒｏｌｌ及び窓に垂直な速度Ｖｃｌｉｃｋを、図８の測定ビームの±４５°方向について、以下のように計算することができる。
Ｖｓｃｒｏｌｌ＝１／２√２（Ｓｉｇｎ１−Ｓｉｇｎ２）
Ｖｃｌｉｃｋ＝１／２√２（Ｓｉｇｎ１＋Ｓｉｇｎ２）
このように、スクロール移動及びクリック移動は、すべての入手可能な方向に関する情報（すなわち、入力デバイスに存在するすべての検出器の信号）をベクトル変換することによって求められる。
【００６２】
本発明によれば、これまで使用されなかった情報を用いてデバイスの窓の上における指の存在、引いてはクリック移動が実行されたか否か、を判断することができる。この情報は、スクロール移動情報とは異なる性質であるため、スクロール移動に関する情報を提供するセンサ・ユニットから得ることができる。これは、スクロール移動及びクリック移動を１つのセンサ・ユニットだけで判断することができることを意味する。
【００６３】
図１０は、携帯電話装置８２において用いられた本発明に係る入力デバイス９０の一実施形態を示す。単体のセンサ・ユニットは、ダイオード・レーザ及び光ダイオード（モニタ・ダイオード）のアッセンブリ９２と、ダイオード・レーザからの測定ビームを入力デバイスの窓７８上に集めるレンズ９４とを有する。モニタ・ダイオードは、モニタ出力信号を処理し、レーザ駆動電流を制御する電子回路９８に接続される。符号１００は、この回路の出力又は入力デバイス以外の装置機能（例えば、携帯電話メニュなど）を制御するインターフェイスを示す。測定ビームの主光線は、窓に鋭角に入射するため、スクロール方向Ｘとクリック方向Ｚの双方に成分を有する。スクロール移動及びクリック移動はいずれも、ダイオード・レーザ空洞に反射して戻ってきた測定ビーム放射線に変化を生じさせる。この変化を生じさせたのがスクロール移動であるかクリック移動であるかを判断するために、所定の時間期間中に指が窓の上に静止しているか又は静止していたかを明らかにする。静止している又は静止していた場合、クリック・アクションが実行されたと結論付けることができる。なぜなら、クリック・アクションは、Ｚ方向において窓に向かう指の素早い移動と、指による窓へのタッチと、指の窓からの素早い引っ込めとから構成されるからである。
【００６４】
上述のように、窓上での指の移動によるレーザ放射線変調の周波数は、数ｋＨｚ〜ＭＨｚのオーダーである。指が窓上で静止する場合、レーザ放射線も例えば１ｋＨｚ未満などの大幅に低い周波数で変化する振幅成分を有することが分かっている。このような低周波成分の存在は、変調された放射線の一部を受信するように配置される追加的検出器（光ダイオード）１０２（図１０）によって検出することができる。光ダイオード１０２に入射する放射線の量は、測定ビームのパスに例えば部分反射鏡などのビーム・スプリッタ（図示せず）を配置することによって制御することができる。このビーム・スプリッタは、測定ビーム放射線のうち上記追加的光ダイオードへ向かう固定部分を反射する。この追加的光ダイオードは、レーザ駆動／信号処理回路１００へ接続される。したがって、この回路は、クリック・アクションが発生したか否か、引いては測定された移動がクリック移動であるか或いはスクロール移動であるかを明らかにすることができる。
【００６５】
また、低周波放射線変調の発生は、図１１に示すように、モニタ・ダイオードによっても検出することができる。この図は、ダイオード・レーザ１０４と、このダイオード・レーザの後ろ側において発せられたレーザ放射線９７を受信するモニタ・ダイオード１０６とを有するアッセンブリ９２を示す。モニタ・ダイオード信号Ｓｄの一部は、低周波成分Ｓｌのみを信号処理回路９８へ通す低域通過フィルタ１０８へ供給される。信号Ｓｄの残りは、信号Ｓｈとして、直接、回路９８へ供給される。
【００６６】
再記するが、この回路では、クリック移動が発生したか否か、すなわち、低周波信号成分が存在するか否か、引いては測定された移動（すなわちＳｈの情報）がクリック移動であるか或いはスクロール移動であるか、が明らかにされる。信号Ｓｄ全体を回路９８へ供給し、この回路が信号Ｓｄから低周波成分を分離するようにすることも可能である。
【００６７】
指が窓上に静止している間、光−電子フィードバック・ループが存在する。このループは、間に測定ビーム放射線が前後に伝搬するダイオード・レーザ及びデバイス窓と、モニタ・ダイオードと、レーザ駆動回路とを包含する。レーザ放射線を空洞へ戻す効果は、同じ量の放射線がより小さいレーザ駆動電流で発せられることである。指がデバイス窓上に存在するとき、駆動電流は減少するため、例えば図４の回路や当業者には良く知られた類似の回路においてこの駆動電流を測定することによって指の存在を明らかにすることができる。この測定の結果により、モニタ・ダイオードを用いて測定された移動がクリック移動であるか或いはスクロール移動であるかを判断することができる。
【００６８】
パルスレーザ・ダイオード・レーザが用いられる場合、デバイス窓の上における指の存在は、レーザ駆動電流期間の前半において発生した検出器信号における振動数と後半において発生した検出器信号における振動数とを計数することによっても明らかにすることができる。図６及び７の手において説明したように、前半期間における振動数は、指が窓上で静止している場合、後半期間におけるパルス数と等しくなる。スクロール移動の場合、これらの数は等しくならない。上記前半／後半期間中の振動数を計数し、これらの数を互いに比較することによって、指が窓上に静止しているか又は静止していたか否かを明白に判断することができる。したがって、測定されたレーザ空洞の変動がクリック移動によるものであるか或いはスクロール移動によるものであるかを明らかにすることができる。
【００６９】
この新しい方法の上記４つの実施形態の各々は、冗長性を得て、よって測定の信頼性を向上させるために、１以上の他の実施形態と組み合わせることができる。また、これら実施形態の各々は、セルフミキシング効果及びドップラー・シフトによるレーザ空洞の変動を測定する方法の１つと組み合わせて用いることも可能である。
【００７０】
また、ＷＯ０２／３７４１０に記載されたような物体の移動を３つの方向（例えば、Ｘスクロール、Ｙスクロール、及びクリック）について１方向につき１つの別々のセンサ・ユニットを用いて測定する入力デバイスにおいて、本発明に係る方法を用いると、センサ・ユニットを１つ省くことができる。その際、図１ａ、１ｂに示したものに類似した、又は、図８、９に示したものに類似した入力デバイスが得られるため、これらセンサ・ユニットの測定ビームの主光線は、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の移動をお測定できるように、方向付けられる。この新しい方法は２つのセンサ・ユニットについて用いることができるため、冗長性が作り出され、信頼性が向上する。センサ・ユニットの節約では、特に、ダイオード・レーザ及び光ダイオード・アッセンブリが現実的には非常に重要となり得る。なぜなら、ダイオード・レーザは入力デバイスの中で最も高価な部品であるからである。さらに、センサ・ユニットを節約することは、このデバイスをよりコンパクトにできること、及び、心に描かれた装置により容易に組み込むことができること、を意味する。この新しい方法は、センサ・ユニットを元々の数（例えば３つ）備えた入力デバイスを用いても使用することができる。１つ目のセンサ・ユニットは、Ｘ方向のスクロール移動及びクリック移動を測定するのに用いることができ、２つ目のセンサ・ユニットは、Ｙ方向のスクロール移動を測定するのに用いることができ、３つ目のセンサ・ユニットは、追加的情報を生成するのに利用可能である。
【００７１】
デザイン態様に関しては、ＷＯ０２／３７４１０に記載された実施形態に似た、図１ａ、１ｂに示したもの及び図８、９に示したもの以外の光学式入力デバイスの他の実施形態も可能である。例えば、１以上のダイオード・レーザと窓の間に、放射線をダイオード・レーザから窓へ往復するように案内する１以上の光ファイバが配置されてもよい。これにより、デザインの柔軟性が得られ、ダイオード・レーザと窓との間隔を拡大することができるため、入力デバイスの構成要素を装置内の空間が利用可能な位置に配置することが可能となる。すると、入力デバイスは、もはや図１ａ、１ｂの入力デバイスのような１つのモジュールではない。
【００７２】
出願番号０２０７７２１７．４（ＰＨＮＬ０２０５２３）を有する先の欧州特許出願は、センサ・ユニットの出力信号を処理する新規且つ進歩的な方法について記載している。この方法によれば、スクロール移動とクリック移動との間の明白な区別と、スクロール移動の方向（上又は下）の非常に信頼性の高い検出とが可能となる。上記方法においては、もはやベクトル分解は用いられない。その特徴的な特徴は、スクロール移動情報及びクリック移動情報が１以上の同じセンサの信号から導かれること、及び、１以上のセンサの信号を分析する際に、該信号がクリック移動に典型的な第一の時間パターンを示すか、或いは、スクロール・アクションに典型的な第一の時間パターンとは異なる第二の時間パターンを示すかを判断することである。
【００７３】
これにより、ユーザはスクロールとクリックを同時には決して行わないという事実と、クリック移動はスクロール移動によって生成されたセンサ・ユニット出力信号とは大幅に異なるセンサ・ユニット出力信号を生成するという洞察とが利用される。クリック・アクションは、前後に移動の無い時間が存在する素早く短い期間の移動であり、短い時間間隔中に１以上のパルスを有するバーストのような応答を生成する。この固有の信号形状は、ユーザ個人個人の指を動かす力及びクリック方向（アップ・クリック又はダウン・クリック）とは無関係である。スクロール・アクションは、同じ時間期間中に、クリック・アクションによって生成された単一のバーストよりはピークの小さい非常に多くの信号信号を生成する。
【００７４】
ある時間間隔中に得られたセンサ信号の分析に、他の時間間隔中に得られた移動データが用いられることが好ましい。ある（中間の）時間間隔中に測定された信号を分析するときに、過去及び未来の測定を考慮することにより、スクロール・アクションの方向（すなわち、上方へのスクロールか、又は、下方へのスクロールか）を非常に信頼性高く判断することができる。上記ある時間間隔中に得られた信号の分析を時間遅延させることにより、上記未来の測定（すなわち、上記ある時間間隔後に為された測定）を利用することができる。
【００７５】
本発明に係る入力デバイス上において指又は別の物体の存在を検出する方法の一実施形態は、本発明に係る方法を上述の先の欧州特許出願（出願番号０２０７７２１７．４）に係る方法と組み合わせることを含む。この組み合わせは、これら２つの方法を用いて得られたデータを組み合わせることによって、最終的に非常に信頼性の高い測定結果が得られるという利点を提供する。スクロール・アクション及びクリック・アクションによって生成された異なる信号のこれら信号の時間パターンの違いを用いた処理及びこの処理を実行するアルゴリズムの実施形態についての詳細は、ここに参考文献として組み込まれる上述の先の欧州特許出願を参照のこと。
【００７６】
本発明が実施された入力デバイスは、携帯電話装置内だけでなく、様々な種類の他の装置においても用いることができる。以下、その一部を簡単に説明する。
【００７７】
図１２は、本発明が実施された入力デバイスを備えたコードレス電話装置１１０を示す。この装置は、電話網又はケーブル・ネットワークと接続された基地局（親機）１１２と、基地局から所定の半径（例えば１００ｍ未満）のエリア内で用いることができる移動可能装置（子機）１１４とから構成される。装置１１４は、キーボード・セクション１１５と、ディスプレイ機器１１７とを有する。携帯電話装置について記載したのと同様に、装置１１４は、上述のように、ユーザ入力デバイス１１９を備える。図１２では、このデバイスの窓だけが図示されている。この用途及び他の用途において、この窓は、明るさが乏しい状況においてもユーザが容易にデバイスの位置を発見することができるように、凸状であることが好ましい。加えて、この窓は、指の移動によって塵や油汚れが拭き取られてクリーンに保たれる。
【００７８】
図１３は、受信器とディスプレイ機器１２２とインターネット通信を可能にするセットトップ・ボックス１２８とを有する従来のテレビ１２０と共に用いられるリモコン装置１３０を示す。このセットトップ・ボックスは、電話網又はケーブル・ネットワーク経由でのインターネットへのアクセスを提供し、インターネット情報を表示するためにインターネットから受信された信号をテレビが処理できる信号に変換する。テレビ・インターネットのユーザは手元にインターネット・コマンドのために入力デバイスを持つべきであるため、この入力デバイス１３４はリモコン装置内に一体化されるべきである。本発明を実施可能であって、図１３では窓だけが示された入力デバイス１３４は、リモコン装置の従来通りのボタン１３２の間に配置されてもよく、或いは、リモコン装置を保持している人間の指のいずれかが届く範囲内の任意の他の位置に配置されてもよい。
【００７９】
また、本発明が実施された入力デバイスは、更に、コンピュータ構成において、従来の手動トラックボール・マウス又はマウスパッドを置き換えるのに用いることもできる。図１４は、ベース部分１４２と、ＬＣＤディスプレイ１４８を備えたカバー部分１４６とを有する、ノートブックやラップトップとして知られるポータブル・コンピュータ１４０を示す。ベース部分は、様々なコンピュータ・モジュールとキーボード１４４とを収容する。このキーボードにおいて、上述のような光学式入力デバイス１５０が従来のマウスパッドを置き換えて配置される。入力デバイスは、従来のマウスパッドの位置に配置されてもよく、或いは、他の容易にアクセス可能な任意の位置に配置されてもよい。
【００８０】
例えばパームトップなどのハンドヘルド・コンピュータは、ノートブックの小型版である。また、このようなハンドヘルド・コンピュータは、本発明が、例えばディスプレイ・スクリーンにタッチするためのペン（通常、表示されたメニュの機能を選択するのに用いられる）を置き換えるために実施された光学式入力デバイスを備えることができる。この入力デバイスは、ハンドヘルド・コンピュータのキーボード内だけでなく、カバーの内側にも配置することができる。パーソナル・ディジタル・アシスタント（ＰＤＡ）は、ハンドヘルド・コンピュータの一種であると考えることができるため、ＰＤＡ又はゲーム・コンピュータにも本発明が実施された入力デバイスを備えることができる。
【００８１】
図１５は、光学式入力デバイスを従来のトラックボール・マウスを置き換えるのに複数の方法で適用することが可能なデスクトップ・コンピュータ構成１６０を示す。このコンピュータ構成は、キーボード１６２と、コンピュータ・ボックス１６４と、モニタ１６６とから構成されている。モニタは、図示するようなサポート１６８に固定されたフラットＬＣＤモニタであってもよく、或いは、ＣＲＴモニタであってもよい。上述の光学式入力デバイス１７０は、別体のマウスとそのコンピュータ・ボックスへのケーブルとがもはや不要となるように、キーボード内に一体化されることが好ましい。
【００８２】
上記コンピュータ構成において、入力デバイスは、キーボード部分の代わりにディスプレイ部分（例えば、図１４のラップトップ・コンピュータのカバー１４６内や、ハンドヘルド・コンピュータのカバー内など）に配置されてもよい。また、この入力デバイスは、コンピュータ・ディスプレイ以外のディスプレイに組み込むことも可能である。
【００８３】
また、この光学式入力デバイスは、ペンの移動を測定する普通のペン又は仮想ペンに組み込むこともできる。これらの用途においては、デバイスの主要部分をペン先から離れた位置に配置できるように、デバイスのダイオード・レーザから窓まで放射線を導くファイバが用いられる。
【００８４】
図１６は、ペンホルダ１８１とペン先１８２とを備えた普通のペン１８０を示す。入力デバイスの構成要素用のスリーブ形ハウジング１８６は、ペン先とは反対側のペンホルダ端に固定される。ハウジング１８６は、入力デバイスのダイオード・レーザ、光ダイオード、及び電子回路を収容する。光ファイバ１８３、１８４は、ダイオード・レーザからの放射線を案内する。これらファイバは、例えば、ペン先の途中で終わり、それらのフロント・エンドは入力デバイスの窓を構成する。ダイオード・レーザ及び光ダイオードをペンから離れた位置に配置し、ダイオード・レーザからの放射線をフロント・エンドがペン先に固定された外部光ファイバを経由してペン先に伝達し、ダイオード・レーザに戻すようにすることも可能である。
【００８５】
文字を書くために又は絵を描くためにペンが移動させられると、この移動は入力デバイスによって測定され、電気信号に変換される。この信号は、例えば、直ちにワイヤ１８８を通じて又はワイヤレスでコンピュータへ送信される。コンピュータは、この信号を処理して、書かれた文字又は絵が直ちに又はしばらくしてコンピュータ・ディスプレイ上で見えるようにするか、或いは、別のコンピュータ又はアーカイブへ送信する。また、このペンの入力デバイスは、スクロール移動又はクリック移動を測定するのにも用いることができるため、このペンをコンピュータ・マウスとして利用することができる。クリック・アクションは、ペンの入力デバイスを起動させるか、又は、ペン・メニュの別の項目又は機能を選択するのに用いることができる。また、このペンは、携帯電話と組み合わせて用いることも可能であるため、この携帯電話は文字又は絵を遠隔地へ送信するのに用いることができる。また、このペンに、ユーザによって作成された文字又は絵を一時的に記憶する手段が設けられてもよい。
【００８６】
図１７は、仮想ペンの縦断面を示す。このようなペンは、例えば、文字、単語、絵などの必要なパターンに従って特徴のない紙又は別のアンダーグラウンド上で移動させられる。このパターンは、ペンの入力デバイスを通じて、位置に変換される。例えばコンピュータや携帯電話内に存在するコンピュータ・プログラムは、これら位置を仮想文字又は絵に変換することができる。この仮想パターンは、視覚パターンへ変換され、このコンピュータによって直ちに又は後で表示されることも可能であり、或いは、別のコンピュータやネットワークへ送信されることも可能である。
【００８７】
図１７に示した仮想ペン１９０の実施形態は、ペン先１９２を備えたペンハウス１９１と、下部のベースプレート１９３と、ペン先の透明窓１９４とから成る。ペンの下部は、例えば、２つのダイオード・レーザ３、４及び関連する光ダイオードと、信号処理／レーザ駆動回路とを収容する。光ファイバ１９６、１９７は、ダイオード・レーザに接続され、レーザ放射線を窓１９４へ案内する。例えばプラスティックなどの固体材料から成るジャケット又はスリーブ１９８、１９９がこれらファイバを固定する。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１ａ】本発明を実施することができ、セルフミキシング効果を用いる光学式入力デバイスの一実施形態を示す横断面図である。
【図１ｂ】上記デバイスの平面図である。
【図２】セルフミキシング効果を用いた測定の原理を示す図である。
【図３】デバイスと物体の相対的な移動に応じたレーザ空洞の光周波数及びゲインの変動を示す図である。
【図４】上記変動を測定する方法を示す図である。
【図５】レーザ温度に応じたレーザ波長の変動を示す図である。
【図６】レーザ駆動電流を周期的に変えたことによる効果を示す図である。
【図７】移動方向を検出する方法を示す図である。
【図８】既知のスクロール・アンド・クリック・デバイスの一実施形態を示す図である。
【図９】既知のスクロール・アンド・クリック・デバイスの一実施形態を示す図である。
【図１０】本発明に係るスクロール・アンド・クリック・デバイスの第一の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明に係るスクロール・アンド・クリック・デバイスの第二の実施形態を示す図である。
【図１２】本発明を実施可能な入力デバイスを備えたコードレス電話を示す図である。
【図１３】上記入力デバイスを備えたリモコンを有するテレビを示す図である。
【図１４】上記入力デバイスを備えたラップトップ・コンピュータを示す図である。
【図１５】上記入力デバイスを備えたデスクトップ・コンピュータを示す図である。
【図１６】上記入力デバイスを備えたペンを示す図である。
【図１７】上記入力デバイスを備えた仮想ペンを示す図である。
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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