(57)【要約】オブジェクト（１５）及び光入力装置の互いに対する動きに基づく光入力装置であって、測定ビーム（１３）を生成するためのレーザ共振器を有するレーザ（３）を有する少なくとも１つのセンサユニットと、レーザにおける自己混合効果を生成するためにレーザ共振器においてオブジェクトにより反射された測定ビーム放射線を収束するため且つ作用面において測定ビームを収束するための収束手段（５０）と、自己混合効果の結果を測定するための測定手段であって、その自己混合効果は前記動きにより決定される測定手段とを有する、光入力装置であり、前記収束手段（５０）は、有効な最大値より小さいが、前記オブジェクトと前記装置ウィンドウとの間の距離（ＡＺ）の拡大された範囲のための検出閾値より大きい自己混合効果を与えるように適合されている、光入力装置について開示している。これは、オブジェクトと装置との間の距離の拡大された範囲内で必要な自己混合効果を得ることを可能にする。
2007522557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オブジェクト及び光入力装置の互いに対する動きに基づく光入力装置であって：
透明なウィンドウを備え、測定ビームを生成するためのレーザ共振器を有するレーザを有する少なくとも１つの光センサユニットを収容しているモジュール；
作用面内に前記測定ビームを収束するため及び前記レーザにおける自己混合効果を生成するように前記レーザ共振器内に前記オブジェクトにより反射された測定美有無を収束するための収束手段；並びに
前記自己混合効果の結果を測定するための測定手段であって、前記自己混合効果は前記動きにより決定される、測定手段；
を有する光入力装置であり、
前記収束手段は、有効な最大値より小さいが、前記オブジェクトと前記装置ウィンドウとの間の距離の拡大された範囲のための検出閾値より大きい自己混合効果を与えるように適合されている；
ことを特徴とする光入力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光入力装置であって、前記収束手段は、境界のビーム部分、中央のビーム部分及び中間のビーム部分それぞれを異なる軸方向位置に収束する手段を有する、ことを特徴とする光入力装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光入力装置であって、前記収束手段は所定量の非球面性を示す、ことを特徴とする光入力装置。
【請求項４】
請求項２に記載の光入力装置であって、前記収束手段は所定量の非点収差を示す、ことを特徴とする光入力装置。
【請求項５】
請求項２に記載の光入力装置であって、前記収束手段は所定量のコマ収差を示す、ことを特徴とする光入力装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れ一項に記載の光入力装置であって、前記収束手段はレンズ手段である、ことを特徴とする光入力装置。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れ一項に記載の光入力装置であって、前記収束手段はミラー手段である、ことを特徴とする光入力装置。
【請求項８】
請求項１乃至５の何れ一項に記載の光入力装置であって、前記収束手段は回折手段である、ことを特徴とする光入力装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れ一項に記載の光入力装置であって、前記収束手段は、前記測定ビームの全体の断面をカバーする少なくとも１つの要素を有する、ことを特徴とする光入力装置。
【請求項１０】
請求項１乃至８の何れ一項に記載の光入力装置であって、前記収束手段は、前記測定ビームの前記断面より小さく、前記断面を共にカバーする収束手段のアレイを有する、ことを特徴とする光入力装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れ一項に記載の光入力装置であって、少なくともスクロール作用及びクリック作用を有する動きを測定するために、少なくとも１つのセンサユニットはスクロール作用及びクリック作用の両方を測定し、前記測定手段に含まれる信号分析手段にセンサ信号を供給し、信号分析手段は、典型的にはスクロール作用のためである第２信号時間パターンから、典型的にはクリック作用のための第１信号時間パターンを区別するための手段を有する、ことを特徴とする光入力装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光入力装置であって、前記信号分析手段は、異なる時間間隔で得られる測定結果を組み合わせるための記憶及び／又は遅延手段を有する、ことを特徴とする光入力装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の光入力装置であって、前記少なくとも１つのセンサユニットは活性化パルスにより活性化され、前記分析手段は、前記活性化パルスにより決定される測定時間間隔中に分析を実行するように前記センサユニットと時間的に同期される、ことを特徴とする光入力装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１０の何れ一項に記載の光入力装置であって、少なくともスクロール作用及びクリック作用を有する動きを測定するために、少なくとも１つのセンサユニットはスクロール及びクリック作用の両方を測定し、前記装置ウィンドウ上に前記オブジェクトの存在を定めることを可能にする付加手段を有する、ことを特徴とする光入力装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の光入力装置であって、前記付加手段は、前記オブジェクトにより反射される前記測定ビームがスクロール作用によりもたされる周波数より低い周波数を有する振幅成分を有するかどうかを定めるための手段を有する、ことを特徴とする光入力装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の光入力装置であって、前記付加手段は、前記レーザ共振器に入射しない測定ビーム放射線を受けるように備えられている放射線感応センサを有する、ことを特徴とする光入力装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の光入力装置であって、前記付加手段は、前記センサユニットの出力信号における前記振幅成分を検出するための電子手段を有する、ことを特徴とする光入力装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１７の何れ一項に記載の光入力装置を有することを特徴とする携帯電話器。
【請求項１９】
請求項１乃至１７の何れ一項に記載の光入力装置を有することを特徴とするコードレス電話器。
【請求項２０】
請求項１乃至１７の何れ一項に記載の光入力装置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２１】
請求項１乃至１７の何れ一項に記載の光入力装置を有することを特徴とする携帯型コンピュータ。
【請求項２２】
請求項１乃至１７の何れ一項に記載の光入力装置を有することを特徴とするデスクトップコンピュータのためのマウス。
【請求項２３】
請求項１乃至１７の何れ一項に記載の光入力装置を有することを特徴とするデスクトップコンピュータのためのキーボード。
【請求項２４】
請求項１乃至１７の何れ一項に記載の光入力装置を有することを特徴とするテレビジョンのためのリモートコントロール。
【請求項２５】
請求項１乃至１７の何れ一項に記載の光入力装置を有することを特徴とするペン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに相対的な光入力装置とオブジェクトの動きに基づく光入力装置であって、その装置は互いに相対的であり、その装置は、測定ビームを発生するためのレーザ共振器を有するレーザを有する少なくとも１つの光センサユニットを収容し、透明なウィンドウ  を備えたモジュールと、レーザ内に自己混合効果を生じさせるレーザ共振器内のオブジェクトにより反射された測定ビーム照射を収束し、作用面において測定ビームを収束するための収束手段と、自己混合効果の結果を測定するための測定手段であって、その効果は前記動きにより決定される、測定手段と、を有する、光入力装置に関する。
【０００２】
本発明はまた、そのような光入力装置を有する幾つかの種類の機器に関する。
【背景技術】
【０００３】
作用面は、測定ビームがオブジェクトに衝突し、互いに相対的な装置とオブジェクトの動きにより影響される面を意味するとして理解される。作用面は、装置ウィンドウの面又はそのウィンドウ近傍の面であることが可能である。レーザの自己混合効果は、ダイオードレーザにより出射され且つレーザ共振器内で後方反射される放射線はレーザ共振器の動作における変化をもたらすことを意味するとして理解され、その変化は、レーザ共振器内で発生された光波と共振器に再び入る反射された放射線との干渉によるものである。光入力装置は、自己混合効果をドップラ効果と組み合わせて用いられる。後者の効果は、オブジェクトがビームの伝搬方向に動く場合、オブジェクトにより反射される放射線ビームがドップラシフトと呼ばれる周波数シフトを受ける現象である。反射ビームがレーザ共振器に再び入る場合、そのレーザはビームを出射し、レーザの動作における変化が生じ、その変化はオブジェクトの動きにより決定される。それ故、その変化を測定することにより、例えば、レーザの前方側又は後方側において出射されたビームにおける変化を測定することにより又はレーザ共振器の電気特性を測定することにより、オブジェクトの動きを決定することができる。この動きは、入力装置が一部を構成する機器において入力されるデータを表す。
【０００４】
そのような入力装置について、国際公開第０２／３７４１０号パンフレットに記載されていて、その特許文献においては、入力装置の動作原理、複数の実施形態及びその入力装置の可能な機器について記載されていて、その文献の援用により本発明の説明の一部を代替する。
【０００５】
その装置の原理は、実際には、証明されているが、特定の状況下では、最適な方法であっても機能しないことが認識されている。
【特許文献１】国際公開第国際公開第０２／３７４１０号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、前記状況下で十分な性能を示す、上記のような種類の入力装置を提供することである。本発明にしたがって、その入力装置は、収束手段がオブジェクトと装置ウィンドウとの間の距離の拡大された範囲についての最大値より小さいが検出閾値より大きい自己混合効果を提供するために適合されていることを特徴とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、入力装置の性能がオブジェクトと装置ウィンドウとの間の距離の変化に対して感応するという洞察に基づいている。オブジェクトにおいて完全にフォーカシングされる、以下、測定ビームと呼ばれる、ダイオードレーザにより出射される放射線ビームの場合に、最大の自己混合効果が得られ、その最大は実際に必要とされるものより大きい。オブジェクトが測定ビームの焦点にない場合、レーザ共振器内に戻って結合される測定ビームの放射線量は急激に減少する。この減少には２つの理由がある。第１の理由は、オブジェクトの面において形成されるスポットのサイズはオブジェクトにおいてフォーカシングされるビームにより形成されるスポットのサイズより大きいことである。これは、前者のスポットの強度は、後者のスポットの強度より非常に小さいことを意味する。第２の理由は、収束手段の通過及びオブジェクトの反射を介して測定ビームにより形成されるレーザフロントファセットの像がフロントファセット自体ともはや一致しないことである。その結果、レーザ共振器に再入射する測定ビーム放射線の量はオブジェクトのスポットにおける放射線の量より非常に速く減少する。それ故、測定ビームの軸に沿ったオブジェクトの比較的小さいシフトは、レーザ共振器に再入射する測定ビーム放射線のそのような減少をもたらし、自己混合効果が信頼性高い方法では検出することができない程小さくなる。換言すれば、この効果は、許容レベル、即ち検出閾値以下に低下してしまう。
【０００８】
デザイン測定範囲、即ち、オブジェクトと装置との間の距離の範囲内で、自己混合効果は、ダイオードレーザが示すマルチモードの挙動により変わり得ることが更に明らかになった。
【０００９】
本発明にしたがって、光入力装置は、レーザ共振器内でオブジェクトの実質的に一定のスポットサイズ及びこのスポットの実質的に一定の像を、装置ウィンドウとオブジェクトとの間の距離の拡大された範囲に対して与えるように適合されている収束手段を備えている。このようにして、レーザ共振器に再度入射する測定ビーム放射線の量は実質的に一定且つ検出閾値に一致するレベル以上に保たれ、レーザのマルチモードの挙動の影響は低減される。スポットサイズ及び像の前の表現“実質的に一定”は、スポットサイズ及び像の位置の変化それぞれが、平均スポットサイズ及び像の平均位置に対して小さいことを意味するとして理解される。付加的な有利点としては、そのような小さい変化は、電気信号検出回路のより適切な性能を可能にする。
【００１０】
本発明の装置の好適な実施形態においては、収束手段は、境界のビーム部分、中心のビーム部分及び中間のビーム部分それぞれを異なる軸方向位置において収束する手段を有する。
【００１１】
このように、異なる軸方向位置における測定ビームにより形成されるスポットは、実質的に同じサイズを有する。このサイズは、従来の理想的なレンズにより形成されるスポットのサイズより大きく、そのレンズは、像面のみにおいて、最小サイズを有するスポット、例えば、回折限界スポットを形成する。
【００１２】
通常、収差と呼ばれる、軸方向に移動した像を得るために用いることが可能である収束手段の特性の種類に関して、幾つかの実施形態が有効である。第１の実施形態は、収束手段が所定の非球面量を示すことを特徴とする。
【００１３】
第２の実施形態は、収束手段が所定の非点収差を示すことを特徴とする。
【００１４】
第３の実施形態は、収束手段が所定のコマ収差量を示すことを特徴とする。
【００１５】
入力装置は、幾つかの種類の収束手段により実現される。第１の実施形態は、収束手段がレンズ手段であることを特徴とする。
【００１６】
第２の実施形態は、収束手段がミラー手段であることを特徴とする。
【００１７】
第３の実施形態は、収束手段が回折手段であることを特徴とする。
【００１８】
入力装置はまた、レンズ及びミラー手段、レンズ及び回折手段又はミラー及び回折手段の組み合わせを有することが可能であり、それにより、回折手段は、好適には、レンズ又はミラー手段と統合され、即ち、レンズ又はミラー手段の表面に備えられる。
【００１９】
光入力装置は、収束手段が、測定ビームの全体の断面をカバーする少なくとも１つの要素を有することを更に特徴とする。
【００２０】
代替として、入力装置は、収束手段が測定ビームの断面より小さく且つこの断面を共にカバーしない収束要素のアレイを有することを特徴とする。
【００２１】
そのアレイの各々の収束要素はそれ自体の像を形成する。全ての画像がそのシステムの軸上に位置付けられることを達成するように、収束要素は、好適には、球にしたがって配列される。
【００２２】
国際公開第０２／３７４１０号パンフレットに記載されているように、入力装置は２つ以上のセンサユニットを有する。センサユニットの数は、オブジェクトの動きが測定される方向及び測定軸の数を決定する。それらのセンサユニットにより、ウィンドウの面におけるＸ軸及びＹ軸に沿った動き並びにウィンドウの面に対して直角のＺ軸に沿った動きを測定することができる。２つのセンサユニットにより、Ｘ軸及びＹ軸に沿った動き、Ｘ軸及びＺ軸に沿った動き又はＹ軸及びＺ軸に沿った動きを測定することができる。本発明にしたがって適合された収束手段は、Ｚ軸に沿ったオブジェクトの変位に対して最も重要であるセンサユニットにのみにおいて備えられることが可能である。全てのセンサユニットが同じ収束手段を共有する場合、本発明は全てのセンサユニットにおいて実施される。
【００２３】
本発明は、国際公開第０３／１０２７１７号パンフレットに記載されている特定の入力装置で使用することが可能である。これにより、少なくとも、スクロール作用及びクリック作用を含む動きを測定するための光入力装置が得られ、そのことは、少なくとも１つのセンサユニットはスクロール作用及びクリック作用の両方を測定し、測定手段が有する信号分析手段にセンサ信号を供給することと、信号分析手段は第１信号時間パターンを区別するための手段であって、第１信号時間パターンは、典型的には、第２信号時間パターンからのクリック作用についてのものであり、第２信号時間パターンは、典型的には、スクロール作用ついてのものである、手段を有することとを特徴とする。
【００２４】
この装置は、スクロール作用とクリック作用との間の明白な区別を可能にする。更に、センサユニットの数を減少させることが可能である。
【００２５】
この装置の実施形態は、信号分析手段が異なる時間間隔で得られる測定結果を結合させるための記憶及び／又は遅延手段を有することを特徴とする。
【００２６】
国際公開第０３／１０２７１７号パンフレットに記載されているように、この実施形態により、スクロール作用の符号、即ち、上方スクロール又は下方スクロールが、非常に信頼性高く決定される。
【００２７】
この実施形態は、前記少なくとも１つのセンサユニットが活性化パルスにより活性化されることと、分析手段が測定時間間隔中に分析を実行するようなセンサユニットと時間的に同期されることとを特徴とする。
【００２８】
通常、活性化パルスは、ダイオードレーザを制御するための電流パルスである。センサユニット信号はそれらの電流パルスの各々においてサンプリングされる。
【００２９】
本発明はまた、国際公開第０３／１０２７１７号パンフレットに記載されている特定の光入力装置で用いられることが可能である。それにより、少なくともスクロール作用及びクリック作用を有する動きを測定するための光入力装置が得られ、それは、少なくとも１つのセンサユニットがスクロール作用及びクリック作用の両方を測定し、装置ウィンドウにオブジェクトが存在することを定める付加手段を有することを特徴とする。
【００３０】
この装置においては、スクロール作用及びクリック作用は１つのセンサユニットにより決定される。
【００３１】
好適には、この装置は、更に、付加手段がオブジェクトにより反射された測定ビームがスクロール作用によりもたらされる周波数より低い周波数を有する振幅成分を有するかどうかを定めるための手段を有する。
【００３２】
この装置の第１実施形態は、付加手段が放射線感応検出器を有し、その放射線感応検出器はレーザ共振器に入射しない測定ビーム放射線を受けるように備えられていることを特徴とする。
【００３３】
この装置の第２実施形態は、付加手段が、センサユニットの出力信号における前記成分を検出するための電子手段を有することを特徴とする。
【００３４】
本発明にしたがった入力装置を、複数の装置、例えば、携帯電話、コードレス電話器、ラップトップコンピュータ、携帯型コンピュータ、デスクトップコンピュータ用マウス、デスクトップコンピュータ用キーボード、テレビジョンセット用リモートコントロール及びペン等において用いることが可能である。
【００３５】
本発明の上記の及び他の特徴については、以下、詳述する実施形態を参照して非限定的の例示として説明して明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図１ａは、本発明が用いられる入力装置の断面図である。その装置は、この場合、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であるダイオードレーザのため、及び、例えば、フォトダイオードである検出器のためのキャリアであるベースプレート１をその装置の下側に有する。図１ａにおいては、１つのダイオードレーザ３及びその関連のフォトダイオード４が示されているが、通常、少なくとも第２ダイオードレーザ５及びその関連のフォトダイオード５は、図１ｂの装置の平面図に示されているように、ベースプレートに備えられている。ダイオードレーザ３及び５はレーザ又は測定ビーム１３、１７それぞれを出射する。そのベースプレートの上側において、その装置は、透明なウィンドウ１２を備え、そのウィンドウを横断して、オブジェクト１５、例えば、人間の手が動くようになっている。レンズ、例えば、平凸レンズがダイオードレーザとウィンドウとの間に備えられている。このレンズは、透明なウィンドウの上側に又は上側近傍にレーザビーム１３及び１７を収束する。オブジェクト１５がこの位置に存在する場合、そのオブジェクトはビーム１３を散乱する。ビーム１３の放射線の一部は測定ビーム１３の方向に散乱され、この一部は、ダイオードレーザ３の出射面上にレンズ１０により収束し、このダイオードレーザ共振器に入射する。以下で説明するように、共振器内で戻る放射線はこの共振器内の変化を誘起し、そのことは、特に、ダイオードレーザにより出射されるレーザ放射線の強度における変化をもたらす。この変化はフォトダイオード４により検出され、その放射線の変化は電気信号に変換され、電気回路１８はこの信号を処理する。測定ビーム１７はまた、オブジェクト１５に収束し、そのオブジェクトにより散乱され、その散乱された放射線の一部はダイオードレーザ５の共振器に入射する。フォトダイオード６からの信号を処理する回路１８及び回路１９は例示目的のためのものであり、多かれ少なかれ従来のものであることが可能である。図１ｂに示すように、それらの回路は相互接続されることが可能である。
【００３７】
図２は、レーザのリアファセットに備えられている垂直発光ダイオードレーザ及びフォトダイオードが用いられる場合に測定する入力装置及び方法の原理について示している。この図においては、ダイオードレーザ、例えば、ダイオードレーザ３は、共振器２０及びフロント及びリアファセット、又は、レーザミラー２１及び２２それぞれで表されている。共振器は長さＬを有する。動きが測定されるようになっているオブジェクトは、参照番号１５で表されている。オブジェクトとフロントファセットとの間の空間には外部共振器が形成され、その空間は長さＬ０を有する。フロントファセットを通って出射されるレーザビームは参照番号２５で表され、フロントファセットの方向のオブジェクトにより反射される放射線は参照番号２６で表されている。レーザ共振器内で生成される放射線の一部はリアファセットを通り、フォトダイオード４により捕捉される。
【００３８】
オブジェクトがレーザ又は測定ビーム１３の方向に動く場合、反射放射線はドップラシフトを受ける。このことは、この放射線の周波数が変化する、即ち、周波数シフトが起こることを意味する。このような周波数シフトは、オブジェクトが動く速度に依存し、数ｋＨｚ乃至ＭＨｚのオーダーを有する。レーザ共振器に入射する周波数シフトした放射線は、共振器内で生成された光波と干渉する、即ち、自己混合効果が共振器内で起こる。その光波とレーザ共振器に入射する放射線との間の位相シフト量に依存して、このような干渉は強め合う又は弱め合うものであり、即ち、レーザにより出射された放射線強度は増加又は減少する。このようにして生成されたレーザ放射線の変調周波数は、共振器内の光波の周波数と共振器に入射するドップラシフトされた放射線の周波数との間の差分に正確に等しい。その周波数の差分は、数ｋＨｚ乃至ＭＨｚのオーダーであり、それ故、検出されることが容易である。ドップラシフトと自己混合効果の組み合わせは、レーザ共振器の挙動における変化をもたらし、特に、その利得又は光振幅が変化する。
【００３９】
これについて、図３に示している。この図においては、曲線３１及び３２は、オブジェクト１５とフロントミラー２１との間の距離Ｌ０の関数として、出射されたレーザ放射線の周波数νの変化とダイオードレーザの利得ｇの変化それぞれを表している。距離Ｌ０の変化はオブジェクトの動きの結果であるため、図３の横座標は、利得が時間の関数としてプロットされるように、時間軸にリスケーリングされる。オブジェクト１５の速度ｖの関数としての利得変化Δｇは次式により与えられる。
【００４０】
Δｇ＝−（Ｋ／Ｌ）ｃｏｓ（４πνｖｔ／ｃ＋４πＬ０ｔ／ｃ）
この式において、Ｋは外部共振器への結合係数であって、そのレーザ共振器から出て結合された放射線量を示す、結合係数であり、νはレーザ放射線の周波数であり、ｖはレーザビームの伝搬方向におけるオブジェクトの速度であり、ｔは時間のモーメントであり、ｃは光速である。
【００４１】
上記式は自己混合効果の理論から導き出されたものであり、その理論については、例えば、文献Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．２，１５，Ｊａｎｕａｒｙ  １９８８，ｐｐ．３７９−３８５に記載されている“Ｓｍａｌｌ  ｌａｓｅｒ  Ｄｏｐｐｌｅｒ  ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｅｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｓｅｌｆ−ｍｉｘｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ  ｉｎ  ａ  ｄｉｏｄｅ  ｌａｓｅｒ”に開示されている。図２の矢印１６で示すように、オブジェクトはそれ自体の面内を動く。ドップラシフトは測定ビームの伝搬方向におけるオブジェクトのモーメントのみについて生じるため、その動きは、オブジェクトがその伝搬方向に成分１６′を有するようになっている必要がある。それにより、ＸＺ平面、即ち、図２示す面において動きを測定することが可能になり、その動きはＸ運動と呼ばれる。
【００４２】
図２は、オブジェクトがそのシステムの残りに対してスキュー位置にあることを示している。実際には、通常、測定ビームはスキュービームであり、オブジェクト表面の動きはＸＹ面内で起こり、それにより、Ｙ方向は図２に示す面に対して垂直である。この方向の動きは第２測定ビームにより測定され、その第２測定ビームは、第２ダイオードレーザにより出射される第２測定ビームと、第２フォトダイオードにより捕捉される散乱放射線とにより測定され、その第２フォトダイオードは第２ダイオードレーザと関連付けられている。スキュー測定ビームは、図１に示すように、レンズ１０に関してダイオードレーザを偏心させて備えることにより得られる。
【００４３】
この位置に配列されたフォトダイオードによってリアレーザファセットにおいて放射線強度を測定することにより、オブジェクトの動きによりもたらされるレーザ共振器利得の変化を測定することは、最も簡単で、それ故、最も魅力的な方法である。従来、そのようなフォトダイオードは、レーザ放射線強度を一定に保つために用いられているが、ここでは、オブジェクト１５の動きを測定するために用いられる。
【００４４】
上記の国際公開第０２／３７４１０号パンフレットに開示されているように、利得変化、それ故、オブジェクトの動きはまた、レーザ接合の抵抗を決定することにより測定される。したがって、前記接合に基づいて、レーザ放射線の強度は前記接合の伝導帯における電子の数に比例するということが用いられる。
【００４５】
動き量、即ち、オブジェクトが動いた距離であって、時間に関して測定速度を積分することにより決定される距離以外に、また、動きの符号、即ち、オブジェクトが動きの軸に沿って前方又は後方のどちらに動くかが決定される必要がある。動きの符号は、自己混合効果からもたらされる信号の形状を決定することにより検出される。図３のグラフ３２により示されるように、この信号は非対称信号である。グラフ３２は、オブジェクト１５がレーザの方に動いている状態を表している。立ち上がり勾配３２′は立ち下がり勾配３２″より急峻である。オブジェクトがレーザから遠ざかるように動いている場合、立ち下がり勾配は立ち上がり勾配より急峻になる。自己混合信号の非対称性のタイプを決定することにより、オブジェクトの動きの符号が定められる。
【００４６】
好適には、互いに対する装置及びオブジェクトの動きの符号は、レーザ共振器へ周期的に変化する電流を供給すること及び第１及び第２測定信号を比較することにより決定され、それらの第１及び第２測定信号は第１半周期及び第２半周期それぞれの間に生成される。国際公開第０２／３７４１０号パンフレットについて上で説明したように、周期的な電流は定在光波をもたらし、その定在光波は、周期的に変化する周波数を、それ故、オブジェクトにより反射されて共振器に入射する放射線に対する連続的に変化する位相シフトを有するようにレーザ共振器内で生成される。これにより、出射されたレーザビームの時間依存性強度変化が得られる。電流周期の間に、複数の出射レーザパルスが生成される。オブジェクトが装置に対して静止している場合、第１半周期の間のパルス数は第２半周期の間のパルス数に等しい。第１半周期中のパルス数は、オブジェクトが一方向に動く場合、第２半周期の間のパルス数より多くなる。オブジェクトが反対方向に動く場合、第１半周期の間のパルス数は第２半周期の間のパルス数より少なくなる。第１半周期中に生成されたパルス数を第２半周期中に生成されたパルス数と比較することにより、測定軸に沿ったオブジェクトの動きの符号が決定される。動きの符号を決定するこの方法についての更なる詳細については、国際公開第０２／３７４１０号パンフレットを参照することができる。
【００４７】
国際公開第０２／３７４１０号パンフレットに記載されている入力装置においては、変換手段又はレンズ１０は、そのレンズがオブジェクト１５に測定ビームをフォーカシングするようなタイプであり、そのように備えられている。実際には、このことは、その装置を用いているとき、人間の手又はオブジェクトは装置ウィンドウの上部表面に置かれてその表面を横断して動くため、測定ビームは装置ウィンドウ１２の上部表面の面内にフォーカシングされることを意味する。オブジェクトにより散乱される放射線の一部はレーザ共振器内のレンズ１０によりフォーカシングされる。オブジェクトがフォーカシングされる場合、即ち、測定ビームがオブジェクトにフォーカシングされる場合、フロントファセットはレンズによりそれ自体に反射性散乱オブジェクト表面を介してイメージングされる。このような状況下で、オブジェクト表面において形成されたスポットの強度は最大でありまた、レーザ共振器に入射する散乱放射線の量も最大である。しかしながら、これは、オブジェクトがフォーカシング状態にあり且つフォーカシング状態を維持する場合のみである。このことは、厳しい要求がダイオードレーザ、変換手段及びオブジェクトの相互位置に対して設定される必要があり、そのことは汎用装置に対しては不利であり、入力装置はその汎用装置であるように意図されていることを意味する。
【００４８】
測定ビームがオブジェクトにおいてフォーカシングされない場合、オブジェクトにおいて形成されるスポットのサイズは、そのスポットの強度、それ故、ダイオードレーザの方に散乱される放射線の強度が著しく減少されるように、フォーカシングされている場合に比べて大きくなる。それらの２つの効果は、比較的小さいデフォーカスのために、許容されないレベルまで自己混合効果を低下させ、それ故、検出可能（閾値）レベルより低いレベルまで測定信号を低下させるようにする。特に、入力装置において明らかになる入力装置の焦点感応性の問題点はクリック機能を生成するために用いられる。国際公開第０２／３７４１０号パンフレットに記載されているように、このようなクリック機能は、装置ウィンドウに対して垂直方向への、それ故、Ｚ軸に沿ったオブジェクトの動きを必要とする。
【００４９】
一の面のみ、即ち、像面のみにおいて最小スポットの形成を可能にする標準レンズに代えて、適切に規定された収差を示すレンズを用いる本発明にしたがって、この問題点を解決することができる。後者のレンズ又は、一般に、収束系が、収束レンズの画像面の周りの所定のＺ方向の範囲において実質的に一定であるサイズを有するスポットにダイオードレーザのフロントファセットをイメージングするように適合されている。このスポットサイズは、従来のレンズにより形成されるスポットのサイズに比べて大きいが、測定信号が周期的な信号である場合に、全体のＺ方向の範囲について、閾値レベル以上の十分に長い時間期間の間又は連続的である測定信号を得るには十分に小さい。このような範囲において、オブジェクトにおいて形成されるスポットのサイズは実質的に一定であるため、ダイオードレーザ共振器に入射する放射線の量はまた、実質的に一定である。それ故、測定信号の振幅の変化はその範囲内で小さいまま維持され、そのことは、信号処理回路の性能を向上させる。このようにして、本発明は第２の有利点を提供する。
【００５０】
適用されるレンズのデザイン又は収束手段は、入力装置のデザイン及びこの装置が用いられる条件に依存する。それらの条件及び装置パラメータが既知である場合、当業者は、必要な適合レンズをデザインすることができる。例示として、図４ｂ及び４ｃは、図４ａに示されている標準レンズ１０を置き換える必要がある第１タイプの適合レンズの異なる実施形態を示している。標準レンズは、例えば、２つの凸状屈折表面２３及び２４を有する対称性両凸レンズであり、それらの表面は同じ曲率半径を有する。このレンズは、そのレンズの画像面のスポットＳＰ１において、ダイオードレーザ３のフロントファセットＦＦをイメージングし、そのフロントファセットはそのレンズの対物面ＯＰにおいて配列されている。このことは、ダイオードレーザ３の一ポイントｐ１からの全ての放射線光線は共に、画像面ＰＬ１における一ポイントｐ３にもたらされることを意味する。それらの光線から、境界の光線４０、４１の中央の光線４３、４４及び中間の光線が図４ａ乃至４ｃに示されている。
【００５１】
実際には、特に、レーザからのビームが有するガウス強度分布のために、対物面におけるポイントからの光線は、単一の面におけるポイント状のスポットに収束されず、レーザビームは単一面にフォーカシングされないが、ビームは最小直径を有するビームに収束される。それ故、そのビームは、所定のＺ方向の範囲における、所謂、最も狭い狭窄を、即ち、レンズの光学軸ＯＯ′の方向の範囲を示している。その最も狭い狭窄範囲は、図４ａにおいてはＮＣＲで表されている。最小の例えば回折制限スポットを形成するようにデザインされている従来のレンズに対しては、この範囲は小さい。
【００５２】
本発明にしたがって、この範囲は、例えば、範囲ＮＣＲの長さを有する複数の副範囲を生成することにより拡大され、その副範囲は互いに隣り合っていて、互いに結合している。これは、レンズの非球面効果を用いることにより実現され、そのことは、ビームの境界の光線が、そのビームの中央の光線及び中間の光線と異なる他の軸ポイントに収束することを意味する。主に、各々のレンズは、図４ａのレンズについての場合のように、非球面状で且つ従来と同様に示され、例えば、１つのレンズ表面又は２つのレンズ表面を非球面にすることにより、これを補正するように対策が取られる。非球面表面は、基本的な形状が球面である表面を意味するとして理解されるが、その実際の形状は、レンズ又はミラーの基本的形状により導入される球面収差を補正するように、その球面形状とは異なっている。
【００５３】
図４ｂは、本発明にしたがった入力装置の一部の第１実施形態であって、レンズ５０の非球面特性を用いる第１実施形態を示している。ビーム光線、特に、外側の光線がレンズ表面に入射する大きい角度のために、レンズの自然の非球面性を利用することができる。単に例示目的のために、レンズ５０の後側表面５４が特定の角度に平坦化されているように示されていて、即ち、屈折表面５４の曲率半径は、非球面性を示すように前側屈折表面５３の曲率半径より大きい。オブジェクトポイントｐ１からの及びレンズ５０を通る境界光線波面ＰＬ２のポイントｐ３で交わり、その面ＰＬ２は面ＰＬ１よりレンズ５０に近い。レンズ５０を通る中央の光線４３及び４４画面ＰＬ３のポイントｐ４で交わり、その面ＰＬ３は面ＰＬ１よりレンズから遠く、レンズ５０を通る中間の光線は、ポイントｐ３とｐ４との間のポイントｐ５において、及び、この実施形態においては、ＰＬ１近くで交わる。レンズ５０は、それ故、境界の光線のために大きいレンズパワーを有し、レンズ１に比べて中央の光線のために小さいレンズパワーを有する。このようにして、レンズの焦点範囲、即ち、最も狭い狭窄の範囲は、図４ａにおけるＮＣＲより著しく大きいΔＺまで拡大された。したがって、面ＰＬ２とＰＬ３との間の何れの面において、それ故、範囲ΔＺにおいてレンズ５０により形成されるスポットのサイズは実質的に一定になる。
【００５４】
図４ｃは、非球面を使用する入力装置の一部の第２実施形態を示している。レンズ６０の非球面性は、図４ｂのレンズの非球面性と逆である。このような逆の非球面性は、球面形状とウェッジ型形状との組み合わせとしてのレンズの後側屈折表面６４を整形することにより得られる。このレンズは、光線がレンズ５０により偏向される様式と逆の様式で光線を偏向する。レンズ６０を通る境界の光線は面ＰＬ３近くのポイントｐ６で交わり、その面ＰＬ３は面ＰＬ１に比べてレンズから遠い一方、中央の光線は面ＰＬ２のポイントｐ７において交わる。また、範囲ΔＺ内の何れの面においてレンズ６０により形成されるスポットのサイズが実質的に一定になることはレンズ６０に適用できる。
【００５５】
図５は、図４ａ、４ｂ及び４ｃそれぞれのレンズの効果がレーザにおいて自己混合効果を有することを示している。自己混合効果Ｓｍｅは、任意単位で縦軸方向にプロットされ、動きが測定されるようになっているオブジェクトのＺ位置はまた、任意単位で水平軸方向にプロットされている。図５の曲線Ａは図４ａのレンズ１０と関連している。そのようなレンズを用いると、オブジェクトがレンズの画像面ＰＬ１内に備えられている場合、最大の自己混合効果が得られる。しかしながら、自己混合効果は、オブジェクトが面ＰＬ１から遠ざかるように動く場合、Ｄｔｈで表されている検出閾値以下に急激に減少する。図４ｂ及び４ｃそれぞれのレンズ５０及び６０に関連する曲線Ｂ及びＣは一致している。それらのレンズを用いるときに得られる自己混合効果はレンズ１０を用いて得られる最大の効果より小さいが、範囲ΔＺのための閾値以上に維持され、そのことは、レンズ１０が十分な自己混合効果を与える範囲に比べて著しく大きい。それ故、収束手段がレンズ５０又はレンズ６０を有する入力装置は、動きが測定されるようになっているオブジェクトと装置との間の距離の比較的大きい変化を可能にする。そのような入力装置は、それ故、大きい適用領域で使用されることが可能である。
【００５６】
レンズに代えて、入力装置がまた、図６に示すようなミラーを有することが可能である。この図においては、参照番号７０はミラーを表し、そのミラーはその装置のウィンドウ１２のダイオードレーザからの測定ビーム１３を収束する。そのようなミラーは、入力装置の高さが更に減少される必要がある場合、例えば、薄くする必要がある装置において、好適である。また、ミラーの形状が必要な非球面性の量、それ故、スポットサイズが略一定である軸方向の範囲の必要な拡大を得るように適合されることが可能である。
【００５７】
収束手段は、１つのレンズ要素又は１つのミラー要素に代えて、少なくとも２つのレンズ要素又は少なくとも２つのミラー要素を有することがまた、可能である。収束手段はまた、少なくとも１つのレンズ要素及び１つのミラー要素を有することが可能である。それらの収束手段の各々の少なくとも１つの屈折表面は本発明にしたがって適合されることが可能である。
【００５８】
このような拡大はまた、小さい離散的なビーム偏光器により達成されることができ、それらの偏光器の各々は、図７に示すように、異なる軸方向の位置の方の対応するビーム部分の各々を偏向するように、ビームの異なる部分に配列されている。ビーム偏光器８２、８４及び８６の集合並びにビーム偏光器８２′、８４′及び８６′の集合は光軸ＯＯ′に対して対照的に配列されている。ビーム偏光器の屈折表面と光軸との間の角度は外側から中央の方に増加する。したがって、ビーム部分８３、８３′が偏光器８２、８２′により偏向される角度は、ビーム部分８５、８５′が偏光器８４、８４′により偏向される角度より大きく、後者の角度は、ビーム部分８７、８７′が偏光器８６、８６′により偏向される角度より大きい。好適には、ビーム偏光器は１つの光学要素に統合され、その光学要素は多偏向要素と呼ばれる。
【００５９】
偏向効果のみを示すように、要素８０に入射するビーム１３′はコリメートされたビームであり、ビーム位置８３、８５、８７、８３′、８５′及び８７′はコリメートされたビーム部分である。ビームはフォーカシングされる必要があるため、それらの要素は、収束要素、例えば、要素８０の前に置かれるレンズと組み合わされる必要がある。好適には、この要素は収束要素と統合される。図８は、そのような収束多偏向要素９０の実施例を示し、その収束多偏向要素は改善されたレンズ構造を有している。その前側表面９１は従来のレンズ表面として機能する球面又は非球面表面である一方、その後側表面９３は、はセット９２、９４、９６、９６′、９４′及び９２′がそれらを通るビーム部分を異なる方向に偏向させる。好適には、偏向ファセットは、それらが、前側表面と共に、必要な収束機能を与えるように、曲面化されている。
【００６０】
明確化のために、幾つかの偏向要素のみを図７及び８に示している。偏向要素の数は、ビーム部分がより小さいように、より多くし、必要な軸方向範囲ΔＺに亘ってより均一は分布が得られるように、非常に多くの偏向角度で偏向されることが可能である。図８に示すような及び複数の偏向ファセットを有する収束及び偏向要素は、図４ｂ及び４ｃの非球面レンズ要素と類似する効果を与える。
【００６１】
図６におけるミラー７０の反射表面は、図８のレンズ表面と類似する様式で修正されることが可能である。そのような修正されたミラー表面は曲面化された反射ファセットの二次元アレイを有し、それらの曲面化された反射ファセットは、そのシステムの光軸に対して異なる角度で方向付けられている。全てのミラーファセットは入射放射線を収束し、各々のファセットはある方向に入射ビーム部分を反射し、反射する方向は、多のファセットが入射ビーム部分を反射する方向と異なる。
【００６２】
本発明の入射装置で用いられる多のタイプの収束手段は非球面を用いるものである。非球面を示す光学系は２つの直角を成す面内に異なる（レンズ）パワーを有し、それらの２つの直角を成す面はタンジェンシャル面及びサジタル面と呼ばれる。そのような系は単一の焦点ではなく、２つの焦線を有し、それらの焦線は互いに直角を成す。レンズ系の非点収差を増加させる既知の方法はこの系にシリンドリカルレンズを有し、そのシリンドリカルレンズは１つの面内のみにレンズパワーを有する。図９ａは、シリンドリカルレンズ１００を有する入力装置の一部のＸＺ面方向の断面を示し、そのシリンドリカルレンズはＸＺ面内にレンズパワーを有する。シリンドリカルレンズがない場合、レーザからのビーム１３は、ＸＺ面及びＹＺ面の両方における位置１０２にフォーカシングされ、そのことについては、図９ｂに示している。レンズ１００はＸＺ面内にレンズパワーを有するため、ビームは、位置１０２よりレンズ系に近い位置１０４においてこの面内にフォーカシングされる。位置１０４にフォーカシングされたスポットは、Ｙ方向に長軸を有する楕円状スポットである。ＹＺ面（図９ｂ）内で、ビームは位置１０６にフォーカシングされ、この位置におけるスポットは、Ｘ方向に長軸を有する楕円状スポットである。図９ｃに示すように、Ｚ方向にみると、スポットは、Ｘ方向に長軸を有する楕円から円形（位置１０２）を介してＹ方向に長軸を有する楕円に変化する。位置１０４から位置１０６へのＺ方向の範囲において、スポットサイズは、略一定の自己混合信号が得られるように、この範囲を通って動くオブジェクトによりダイオードレーザ３の方に反射される放射線の量の変化が十分に小さいまま保たれることが達成するに十分小さい。
【００６３】
非点収差がまた、面が平行なプレートをこの系に含むことによりレンズ系又はミラー系に導入され、その面が平行なプレートはレーザビームの軸に対して鋭角で配列される。ビームが収束レンズを斜めに通って進むように配列することにより、その系は、付加的な要素を有することなく、非点収差の状態になり得る。この解は、それが小さい機器において適合するように入力ユニットが非常にコンパクトである必要がある場合に好適である。１つ又はそれ以上のミラーを有する収束系はまた、非点収差の状態になり得る。
【００６４】
コマ収差は他の既知のレンズ収差であり、そのコマ収差は、通常、不所望なものであるが、ここでは、有利であるように用いられ、必要に応じて、本発明の目的を達成するために増大される。規定されたコマ収差を導入することにより、画像スポットが得られ、その画像スポットのサイズは、比較的大きい軸範囲に亘って略一定であり、通常、必要とされる画像スポットに対して拡大及び／又は変形されることが可能である。コマ収差スポットにより得られた自己混合信号は閾値より大きく、比較的大きい軸範囲に亘って略一定である。
【００６５】
屈折要素に代えて、収束手段はまた、異なる要素を有することが可能である。回折要素は、屈折によることに代えて、回折によりビームの波面を変化させる。回折要素、例えば、フレネルレンズのような回折レンズ又はゾーンプレートは、第２領域と交番する複数の第１領域を有し、第１及び第２領域は異なる光学特性を有する。例えば、第１及び第２領域は異なる透過率又は異なる反射率を有し、若しくは、それら第１及び第２領域は、それらを通るビーム部分における異なる位相シフトを導入することが可能である。後者の場合、第１及び第２領域は異なる面に備えられる又は異なる屈折率を有することが可能である。回折要素がレンズである場合、それらの領域は環状領域である。入力装置が単一波長（レーザ）ビームを用いる場合、その装置において備えられている回折要素は、そのような要素が入力装置で用いるために適切であるように、色彩効果を導入しない。
【００６６】
それらの領域の周期性及び形状のような回折要素のパラメータを適合させることにより、この要素は、この要素により形成される画像スポットが比較的大きい軸方向領域において略一定であり且つ本発明の目的が達成されるように、必要な、適切に規定された非球面性の量、若しくは、非点収差又はコマ収差を与えられることが可能である。
【００６７】
回折要素は、屈折要素又は反射要素を置き換えることが可能であるばかりでなく、そのような要素と組み合わされることがまた、可能である。入力装置の光学系における光学的に活性な表面を減少させるように、好適には、回折要素は他の要素と統合される。例えば、回折構造は屈折レンズの表面又はミラーの反射表面に備えられることが可能である。このようにして、必要な光学機能は異なる種類の要素に亘って分配されることが可能であり、付加光学機能が実行されることが可能である。
【００６８】
全体的なビーム断面をカバーする要素に代えて、収束手段はまた、小さい要素のアレイ、例えば、レンズレットであって、異なる光パワーを有し、それ故、異なる軸方向の位置で入射ビームを収束することが可能である。レンズレットにより形成される画像スポットが光軸ＯＯ′上に位置付けられることを達成するように、レンズレットは、この軸に対して異なるオリエンテーションで備えられることが可能である。好適には、レンズレットは、球形の構成に、例えば、球状の透明キャリア上に配列される。図１０は、そのようなレンズレットのアレイの実施形態の断面を示している。レンズレット１１２及び１２０は、光軸ＯＯ′における位置１３４においてビーム部分１２２及び１３０を収束する。レンズレット１１４及び１１８は軸方向の位置１３６においてビーム部分１２４及び１３０を収束する一方、レンズレット１１６は軸方向の位置１３２にビーム部分１２６を収束する。実際には、レンズレットの数は、より適切な均一性を得るように、図１０に示す数より多い。
【００６９】
レンズレットのアレイに代えて、収束手段がまた、小さいミラー要素又は小さい回折要素のアレイを有することが可能であり、それらの要素は異なる光パワーを有し、その系の軸上に画像を形成するように好適に備えられている。
【００７０】
２つ又はそれ以上の測定ビーム経路、即ち、２つ又はそれ以上のダイオードレーザ及び関連検出器を有する光入力装置において、それらの測定ビーム経路の各々はそれら自体の収束手段を有することが可能である。所定の測定経路により測定される動きは、本発明がこの経路で用いられる必要があるかどうかを判定する。本発明が２つ又は粗襟上の測定経路において実施される場合、それらの経路は、同じ収束手段、例えば、本発明にしたがってデザインされたレンズを共用するように構成されることが可能である。例えば、第１及び第２方向におけるスクロール移動を決定するための第１及び第２測定経路と、クリック移動を決定するための第３測定経路とを有する入力装置において、第３測定経路のみで本発明を実施することは十分であり得る。第１及び第２測定経路は、それ故、共通の収束手段を有することが可能である。
【００７１】
本発明の入力装置は、幾つかのタイプの機器、例えば、表示メニューの機能を選択するようにディスプレイを横断してカーソルを動かすためにラップトップコンピュータと関連付けられている光学マウス若しくはデスクトップコンピュータ又は可搬型コンピュータで用いられることが可能である。機能又はアイテムを選択し、メニューを構成するように、人間の手（オブジェクト）は入力装置のウィンドウの面に対して平行な方向にそのウィンドウを横断して移動する。この動きはスクロール作用と呼ばれる。選択機能を活性化するように、人間の手はウィンドウに対して直交する方向に動く。この作用はクリック作用と呼ばれる。ウィンドウの面及びこの面に対して直交するＺ方向の両方におけるＸ方向及びＹ方向のような異なる方向における測定の動きに対して、ダイオードレーザ、関連光検出器及びレンズの別個の組み合わせを用いることが可能である。そのような組み合わせは光センサユニットと呼ばれる。幾つかの光センサユニットは、同じレンズ又は収束手段を共用することが可能であり、それにより、センサユニットの測定ビームは異なる方向に沿ってレンズを通ることが可能である。
【００７２】
入力装置は、光センサユニットを非常に小さくすることができるために、小さいことが可能である。これは、入力装置のための新しいアプリケーションへの方途を開く。入力装置は、例えば、メニューのアイテムを選択してインターネットのページにアクセスするために携帯電話に、又は、グラフィックス又は手書きデータがデジタル的に転送される及び／又はメモリ、例えば、コンピュータメモリに記憶だれる手段により携帯情報端末（ＰＤＡ）又は光学ペンのような他の携帯型機器に組み込まれることが可能である。それらのアプリケーションについては、国際公開第０２／３７４１０号パンフレットに記載されている。本発明は、その特許文献に記載されている全ての実施形態において用いられることが可能であり、それにより、本発明にしたがって適合される収束手段は、それらの入力装置の実施形態に存在する全てのセンサユニットにより共用される。
【００７３】
国際公開第０２／３７４１０号パンフレットに記載されているスクロール及びクリック装置においては、第１センサユニットがスクロール作用の速度及び方向を決定するように用いられ、第２センサユニットはクリック作用を決定するように用いられる。それらのセンサユニットは、例えば、ウィンドウの装置に対して対向して鋭角で方向付けられている。国際公開第０２／３７４１０号パンフレットに記載されているように、スクロール作用とクリック作用との間の曖昧な識別及びスクロール作用の非常に信頼性高い測定がまた、同じセンサユニットを用いることにより及び、このセンサユニットからの信号がクリック作用に関連する第１の典型的な時間パターン又はクリック作用に関連する第２の典型的な時間パターンを示すかを判定することにより、得られる。それにより、ユーザは同時にスクロール及びクリックしないことと、クリック作用はスクロール作用により生成されるセンサユニット信号と実質的に異なるセンサユニット信号を生成するという洞察が用いられる。クリック作用は、迅速で短い持続時間の動きであり、動いていない期間により先行及び後続され、それ故、センサ出力信号としての応答のようなパルスを生成する。クリック作用は、個々のユーザの指のモータリゼーション（ｍｏｔａｒｉｚａｔｉｏｎ）及びクリック（アップクリック又はダウンクリック）の方向に依存せずに検出される。スクロール作用は、同じ時間期間中に、クリック作用が生成する単一の波動、即ち、パルスより非常に多い数の信号波動を示す。
【００７４】
１つのセンサユニットからの信号のような最適な使用により、入力装置のセンサユニットの数、それ故、ダイオードレーザの数を減少することができる。このことは、ダイオードレーザは最もコストが掛かる装置の要素であるため、そしてその装置はダイオードレーザが用いられる装置内でより少ない空間を占めるように簡略化することができるため、非常に有利である。元々の数のセンサユニットを維持し、他の機能又は測定のための拘束されていないセンサユニットを用いることがまた、可能である。
【００７５】
好適には、ある時間期間中にスクロール作用及びクリック作用を測定するために用いられるセンサ出力信号の分析のために、他の時間間隔中に得られた動きのデータが用いられる。所定の時間間隔中に測定される信号を分析するときに、過去の測定及び将来の測定を考慮することは、スクロール作用の動きの方向、即ち、上方スクロール又は下方スクロールを信頼性高く決定することを可能にする。前記所定の時間間隔中に得られた信号の分析を時間的に遅延させることは、前記将来の測定、即ち、前記所定時間間隔後に実行される測定を用いることを可能にする。１つのセンサユニットによってスクロール作用及びクリック作用の方法により与えられる更なる詳細及び可能性については、国際公開第０３／１０２７１７号パンフレットを参照することができる。
【００７６】
本発明はまた、光入力装置で用いられることが可能であり、他の方法が同じセンサユニットによりスクロール及びクリック作用を決定するために用いられる。その方法については、国際公開第０３／１０２７１７号パンフレットに記載されている。後者の方法は、センサユニットの測定ビームにおける上記では使われていない情報が、検出器のウィンドウにおける指の存在を検出するように用いられるという洞察に基づいている。単一のクリック作用は、装置ウィンドウの前方及び後方への指の迅速な動きを有することが可能であり、クリック作用は、動きが起こらない時間間隔により先行及び後続されることが可能である。他の有効なクリック作用は、ウィンドウに指を置くこと、指を離すこと及びウィンドウに再び、指を置くこと等である。ウィンドウの方への動きとウィンドウから離れる方への動きとの間で、指は短い時間間隔の間、ウィンドウ上で休んでいる。そのように指が休んでいる場合、又は、指がウィンドウ上に置かれている場合、クリック作用が行われることが含まれる。この検出はセンサユニットにより実行され、それにより、スクロールの動きが測定される。
【００７７】
好適には、ウィンドウ上のオブジェクト又は指の存在は、ダイオードレーザ共振器に入射する測定ビーム放射線がスクロールの動きによりもたらされ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どうかを決定することにより定められる。ここで、センサユニットの出力信号の高周波数成分はスクロール作用を決定するために用いられる一方、同じ信号の低周波数及びＤＣ成分は、指が装置ウィンドウ上に存在するかどうか、それ故、クリック作用が行われたかどうかを決定するために用いられる。低周波数成分は付加光検出器により測定されることが可能である。代替として、低周波数成分は、センサユニットの出力信号から分離されることが可能である。
【００７８】
本発明は、ダイオードレーザにおいてドップラシフト及び自己混合を用いる何れの光入力装置で用いられることが可能である。その装置は、スクロール作用のみ又はスクロール作用及びクリック作用を決定するための１つのセンサユニット、装置ウィンドウの面内の２つの方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に沿った動きを測定するため又はそれらの動き及びウィンドウに対して垂直方向（Ｚ方向）の動きを測定するための２つのセンサユニット、又は、後者の３つの動きを測定するための３つのセンサユニットを有することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１ａ】光入力装置の第１実施形態の断面図である。
【図１ｂ】光入力装置の平面図である。
【図２】光入力装置で用いられる測定方法の原理を示す図である。
【図３】装置及びオブジェクトの互いに対する動きの関数としてレーザ共振器の利得及び光周波数の変化を示す図である。
【図４ａ】従来のレンズを有する入力装置における光線の伝搬を示す図である。
【図４ｂ】適合されたレンズの第１実施形態を有する入力装置における光線伝搬を示す図である。
【図４ｃ】適合されたレンズの第２実施形態を有する入力装置における光線伝搬を示す図である。
【図５】図４ａ乃至４ｃそれぞれに示すレンズについて、装置とオブジェクトとの間の距離の関数としての自己混合効果を示す図である。
【図６】ミラー収束手段を有する入力装置の実施形態の断面図である。
【図７】入力装置で用いる複数の検出器要素の実施形態を示す図である。
【図８】統合されたレンズ及び複数の検出器要素を示す図である。
【図９ａ】非点収差収束手段を有する入力装置の実施形態の互いに直角は断面を示す図である。
【図９ｂ】非点収差収束手段を有する入力装置の実施形態の互いに直角は断面を示す図である。
【図９ｃ】異なる軸方向の位置におけるこの実施形態により形成された画像スポットを示す図である。
【図１０】収束手段がレンズレットのアレイを有する入力装置の実施形態の断面図である。
【図１ａ】
2007522557.tif 000003
【図１ｂ】
2007522557.tif 000004
【図２】
2007522557.tif 000005
【図３】
2007522557.tif 000006
【図４ａ】
2007522557.tif 000007
【図４ｂ】
2007522557.tif 000008
【図４ｃ】
2007522557.tif 000009
【図５】
2007522557.tif 000010
【図６】
2007522557.tif 000011
【図７】
2007522557.tif 000012
【図８】
2007522557.tif 000013
【図９ａ】
2007522557.tif 000014
【図９ｂ】
2007522557.tif 000015
【図９ｃ】
2007522557.tif 000016
【図１０】
2007522557.tif 000017
【国際調査報告】
2007522557.tif 000018
2007522557.tif 000019
2007522557.tif 000020