(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アパーチャを中に有する平らな底面を有する下側ハウジング部分と、輻射源と、イメージ検出器とを有するコンピュータ入力デバイスにおけるコンピュータ入力デバイスであって、前記輻射源が前記アパーチャを通して輻射を放出し、前記イメージ検出器が、前記コンピュータ入力デバイスをその上で使用する作業表面から反射された輻射を受け、前記コンピュータ入力デバイスが、
前記輻射源に結合したソース・ハウジングと、
輻射源が放出した輻射を集める入口端と、入口端で集めた輻射を出口端に伝達する輻射結合部分と、輻射結合部分で伝達された輻射を出射して前記作業表面上に照明パターンを形成する出口端を有する長細い光導体より成り、前記ソース・ハウジングと前記下側ハウジング部分との間に概して配置された第１光カプラと、
前記下側ハウジングの底面に対し斜めに前記輻射が入射されるように該第１光カプラを支持する第１光カプラ・ハウジングと、
前記イメージ検出器の検出面を前記アパーチャのほぼ真上に位置するように支持するイメージ検出器ハウジングと、を備え、
第１光カプラの前記出口端は、前記輻射が入射する方向に沿った前記作業表面上の第１の方向について前記照明パターンを縮小するか、あるいは前記第１の方向に垂直な方向について前記照明パターンを拡大するように、輻射源から入射された輻射を整形する凹面の形状を有することを特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項２】
請求項１記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記第１光カプラは、
前記照明パターンを所望の照明パターンに整形する整形を含み、該整形部分が前記所望の照明パターンを実質上円形として提供して、該照明パターン内の輻射の均一性を増大させるように構成したことを特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項３】
請求項１または２記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、
前記第１光カプラは、入口端から輻射結合部分を経由して出口端に進むに伴ってその径が徐々に小さく形成されていることを特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、
前記第１光カプラは、前記入口端は、凸曲面形状を呈し、出口端は凹曲面形状を呈していることを特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項５】
請求項２記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記整形部分は、前記第１光カプラの前記出口端部に配置したこと、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項６】
請求項１記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記第１光カプラは、前記入口端部と前記出口端部との間に細長い輻射伝達部分を含むこと、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項７】
請求項１記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記下側ハウジング部分は、前記アパーチャを定める外部表面を有し、また前記第１光カプラ・ハウジングは、傾斜面であって、該傾斜面上に前記第１光カプラを受け、該第１光カプラを支持するようなサイズとした前記の傾斜面を含むこと、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項８】
アパーチャを中に有する下側ハウジング部分と、輻射源と、イメージ検出器とを有するコンピュータ入力デバイスにおけるコンピュータ入力デバイスであって、前記輻射源が前記アパーチャを通して輻射を放出し、前記イメージ検出器が、前記コンピュータ入力デバイスをその上で使用する作業表面から反射された輻射を受け、前記コンピュータ入力デバイスは、
前記輻射源に結合したソース・ハウジングと、
前記ソース・ハウジングと前記下側ハウジング部分との間に概して配置した第１光カプラと、
該第１光カプラを支持する第１光カプラ・ハウジングと、
前記イメージ検出器の検出面を前記アパーチャのほぼ真上に位置するように支持するイメージ検出器ハウジングとを備え、
前記第１光カプラは、
前記輻射源に近接して配置され、前記輻射源により放射された輻射を集める入口端部と、
前記入口端部が集めた輻射を放出して、前記可動表面上に照明パターンを形成する出口端部、を含み、
前記下側ハウジング部分はアパーチャを定める外部表面を有し、前記第１光カプラ・ハウジングは、前記下側ハウジングの底面に対し斜めに前記輻射が入射されるように前記第１光カプラを支持するようなサイズとした傾斜面を含み、
前記第１光カプラは、その外側周囲部の周りに配置しかつ前記傾斜面と係合する複数のフランジを含み、
第１光カプラの前記出口端は、前記輻射が入射する方向に沿った前記作業表面上の第１の方向について前記照明パターンを縮小するか、あるいは前記第１の方向に垂直な方向について前記照明パターンを拡大するように、輻射源から入射された輻射を整形する凹面の形状を有すること、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項９】
請求項８記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記第１光カプラ・ハウジングは、さらに、前記第１光カプラの前記出口端部を受けるようなサイズとした入口を有するキャビティを定めること、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項１０】
請求項９記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記複数のフランジの内の少なくとも１つは、前記入口に隣接した前記第１光カプラ・ハウジングに当接して、前記第１光カプラの前記キャビティ内への更なる移動を妨げること、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項１１】
請求項９記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記第１光カプラ・ハウジングは、さらに、前記入口の１部分の周りに延在し、かつ前記入口を前記イメージ検出器から分離する壁部、を含むこと、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項１２】
請求項１１記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記第１光カプラ・ハウジングは、前記下側ハウジング部分と一体に形成したこと、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項１３】
請求項１記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記ソース・ハウジングは、第１の端部と第２の端部とを有し、前記第１端部は、前記第１光カプラの前記入口端部に近接して配置したこと、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項１４】
請求項１３記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記ソース・ハウジングの前記第１端部は、前記第１光カプラに係合して、前記第１光カプラを前記第１光カプラ・ハウジング内に固着すること、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項１５】
請求項１４記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記輻射は、回路ボードに電気的に結合し、前記ソース・ハウジングは、前記回路ボード内のロケータ・アパーチャ内に嵌合するサイズとした複数のロケータを含むこと、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項１６】
請求項１４記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記輻射源は、特性に適合させた（characteristic keyed）外部形状を含み、前記ソース・ハウジングは、前記輻射源の前記特性に適合させた外部形状を受けるような形状とした内部表面を含むこと、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項１７】
請求項１記載のコンピュータ入力デバイスであって、さらに、前記コンピュータ入力デバイスの前記下側ハウジング部分内の前記アパーチャと前記イメージ検出器との間に配置した第２の光カプラ、を含むこと、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項１８】
請求項１７記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記第２光カプラは、前記下側ハウジング部分内の前記アパーチャと前記イメージ検出器との間に概して配置したイメージング・レンズであって、前記下側ハウジング部分内の前記アパーチャを通して入る輻射を前記イメージ検出器上に集束させる、前記のイメージング・レンズ、を含むこと、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項１９】
請求項１８記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記第２光カプラは、前記イメージング・レンズに結合したイメージング・レンズ装着アセンブリ、を含むこと、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項２０】
請求項１９記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記イメージング・レンズ装着アセンブリは、
前記イメージング・レンズに動作上結合した少なくとも１つの偏倚部材であって、前記イメージング・レンズを、前記イメージ検出器に対する所定の位置に偏倚させる、前記の少なくとも１つの偏倚部材、を含むこと、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項２１】
請求項２０記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記少なくとも１つの偏倚部材は、前記イメージング・レンズを前記イメージ検出器に向かって偏倚させること、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項２２】
請求項２０記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記イメージング・レンズ装着アセンブリは、
レンズ装着区域と、該レンズ装着区域から概して半径方向外方に延在する延在部分と、を含むこと、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項２３】
請求項２２記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記少なくとも１つの偏倚部材は、
前記延在部分の外側周囲部に結合した複数の弾性部材であって、各該弾性部材が、前記レンズ装着アセンブリを、前記イメージ検出器に概して向かう方向に持ち上げるように配置した突出脚を含む、前記の複数の弾性部材、を含むこと、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項２４】
請求項２２記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記延在部分は、電気的に絶縁性の材料から形成し、かつアパーチャを通って入る静電放電伝達経路を所望の長さに延在させるようなサイズとしたこと、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項２５】
請求項２２記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記イメージング・レンズ装着アセンブリは、前記イメージング・レンズの周りに射出成形して、前記イメージング・レンズが前記イメージング・レンズ装着アセンブリと一体となるようにすること、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項２６】
請求項２２記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記イメージング・レンズ装着アセンブリは、前記少なくとも１つの偏倚部材が加える偏倚力の下で前記イメージング・レンズを前記イメージ検出器と整列させるように構成したインターフェース、を含むこと、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項２７】
請求項２６記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記イメージ検出器は、突出アパーチャ・プレートを含み、前記インターフェースは、前記レンズ保持区域を概して定めかつ前記突出アパーチャ・プレートと適合するような形状とした壁部を含むこと、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項２８】
請求項２７記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記レンズ保持区域を概して定める前記壁部は、前記突出アパーチャ・プレートの１部分を受けるようなサイズとし、これによって、前記偏倚力の下、前記インターフェースが、前記アパーチャ・プレートと整列状態になろうとすること、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項２９】
請求項２８記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記イメージ検出器は、回路ボードに装着し、前記延在部分は、複数の突起を含み、該突起は、前記レンズ装着区域から離間し、そして前記回路ボードに向かって突出して、前記回路ボードおよび前記延在部分の相対的動きを制限すること、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項３０】
請求項１７記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記第２光カプラは、前記アパーチャに隣接して前記コンピュータ入力デバイスの前記下側ハウジング部分に接着剤で固着したイメージング・レンズ、を含むこと、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項３１】
請求項１７記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記第２光カプラは、
静電放電を妨げる固着機構によって、前記アパーチャに隣接して前記コンピュータ入力デバイスの前記下側ハウジング部分に対し、固定式で固着したイメージング・レンズ、を含むこと、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項３２】
請求項１７記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記イメージング・レンズ装着アセンブリは、
前記下側ハウジング部分内の前記アパーチャに隣接したレンズ受けキャビティであって、前記イメージング・レンズが、静電放電を妨げる固着機構によって、前記レンズ受けキャビティ内の前記コンピュータ入力デバイスの前記下側ハウジング部分に固定式で固着した、前記のレンズ受けキャビティ、を含むこと、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項３３】
請求項１から３２のいずれかに記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、
前記細長い光導体は、長手方向に長さを有し、概して略直線の長手軸を定め、前記細長い光導体は、その長手軸について予め定められた所望の方向に向けられ、前記輻射源からの輻射を前記アパーチャに向かって導き、かつ前記輻射源をアパーチャから、前記アパーチャから前記輻射源まで測ったときの、静電放電経路を所望の長さに増大させるのに十分な量だけ離間させることを特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【請求項３４】
請求項１から３３のいずれかに記載のコンピュータ入力デバイスにおいて、前記コンピュータ入力デバイスは、回転可能な部材を含み、前記表面は、前記回転可能部材の表面から成ること、を特徴とするコンピュータ入力デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は、コンピュータ・システム用の入力デバイスに関するものである。詳細には、本発明は、入力デバイスの動きに基づいてコンピュータ・システムに対し位置情報を提供する入力デバイスのための光結合アセンブリに関している。
【０００２】
マウスのような従来のコンピュータ入力デバイスは、ハウジングを含み、このハウジング内にはボールが装着されている。このボールは、在来の方法で構成し、通常の作業位置では、ボールが作業表面に係合し、そして作業表面上でのマウスのユーザによる移動に応答して回転するようにしている。また、このボールは、トラックボールとして設け、このボールがユーザの指による操作で回転させられるようにすることもできる。いずれの場合でも、位置エンコーダを使用することにより、マウス内でのこのボールの位置を検出し、そしてこの回転を示す位置情報をコンピュータに提供するようになっている。多くの場合、この位置情報は、コンピュータのディスプレイ・スクリーン上での視覚的イメージ（例えばマウス・カーソル）の動きを制御するのに使用している。
【０００３】
また、１つの従来技術のデバイスでは、あるコンピュータ入力デバイスは、上述のトラックボール配置で構成されている。このトラックボールは、均一の所定のあるいは予め定めたイメージが予めプリントされている。トラックボール上のこのイメージを検出しそしてこのイメージの動きを検出するのに、電荷結合デバイスを使用している。この予め定められたイメージの動きを使って、コンピュータに対し位置情報を供給する。
【０００４】
しかし、電荷結合デバイス構成を使用するこの従来のコンピュータ・マウスは、多くの相当な欠点を有している。第１に、電荷結合デバイスの反応時間がかなり遅いことである。加えて、電荷結合デバイスからのイメージ信号を処理することは、計算処理上きつく、したがって比較的大きくかつ高価なプロセッサを要する。また、電荷結合デバイスは、飽和に対し高度に敏感である。言い換えれば、周囲光条件が可変の場合、電荷結合デバイスは、良好に動作しない。加えて、比較的明るい光のような余分な光源をイメージ生成面に向けた場合、電荷結合デバイスは、すぐに飽和してしまうことがあり、したがってそれらの性能がすぐに低下してしまうことがある。
【０００５】
さらに、カリフォルニア（ＣＡ）のマウス・システムズ社（Mouse Systems）から市販されている別の従来のコンピュータ・マウスは、マウスにＬＥＤを備えて含み、このＬＥＤを、所定の均一なパターンをその上に有するマウス・パッドと共に使用するものであった。このパターンは、青と赤のラインの均一なグリッドで形成したものである。ＬＥＤからの放出光は、マウス・パッドから検出器へと反射され、そして検出器はアナログ出力信号を発生するようになっている。この信号は、それら異なった色のグリッド・ラインに対応するピークをもつ波形である。この波形から、それらラインをカウントし補間することによって位置情報を得るようにしている。このようなマウス・システムは、特殊な均一のパターンをその上に実施したマウス・パッドを必要とするものである。
【０００６】
２つの同時係属中の特許出願においては、イメージセンサ（例えばイメージング・アレイ）は、１つの例示的実施形態においては、作業表面上のコンピュータ入力デバイスの動きを検出するのに使用している。このイメージング・アレイは、作業表面のピクチャをとり、そしてそのピクチャをあるパターンに関してあるいは表面テクスチャもしくはカラー・マーキングに関して分析するものと考えることができ、適当な時間を待ってから、このアレイは、その表面のもう１つのピクチャをとり、そしてこれを、前のピクチャと比較する。同じ（あるいは類似）のこれら２つのピクチャの領域を見つけることにより、方向、距離および／または回転ベクトルを判定することができる。
【０００７】
イメージセンサがこのピクチャをとるようにするため、輻射ソースを使用することによって、電磁輻射を作業表面に当てる。作業表面から反射された輻射は、イメージセンサの方に反射し戻され、そしてこのイメージセンサは、そのイメージを捕捉する（すなわちピクチャをとる）。
【０００８】
光検出器アレイは、米国特許5,581,094に開示されており、これは、ハラ外に発行された、“光検出器から成る光検出器アレイおよびこの光検出器アレイと物体検出手順から成る物体検出器（PHOTODETECTOR ARRAY COMPRISING PHOTO DETECTORS, AND OBJECT DETECTOR COMPRISING THE PHOTO DETECTOR ARRAY AND AN OBJECT DETECTING PROCEDURE）” と題するもものであり、そして三菱電機株式会社に譲渡されている。
【０００９】
（発明の摘要）
多くの市販の輻射源、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）は、共通の問題に悩まされることが判明した。ＬＥＤは、代表的には、変動する視野角および光均一性で製作される。視野は、ＬＥＤハウジングと通常一体化させる主要なレンズにより規制される。均一性は、代表的には、シリコン・ダイの品質、並びにこのダイの基板材料への配置とに依存する。視野および均一性におけるこの変動は、通常は、“ドーナツ”形状のイメージが、近い場所内にある表面上に投射されることをもたらすことがある。
【００１０】
本発明は、輻射源とイメージセンサとの間においてコンピュータ入力デバイス内に光結合アセンブリを提供する。
放出器レンズは、輻射源と照明すべき作業表面との間に設ける。放出器レンズは、輻射を集め、そして照明パターンを再整形して強度および均一性を増大させる。輻射源と放出器レンズとは、関連するハウジングを有し、これは、放出器レンズと輻射源を適正に配向および整列させるように作用する。放出器レンズはまた、輻射源を、コンピュータ入力デバイスのハウジング内のアパーチャから離間させて、静電放電（ＥＳＤ）に起因するダメージからの保護を提供する。
【００１１】
イメージング・レンズは、作業表面とイメージセンサとの間に設けて、作業表面から反射された光をイメージセンサ上に集束させる。イメージング・レンズのハウジングまたはホルダは、イメージング・レンズをイメージセンサに対し適正に配向させ整列させるために設ける。イメージング・レンズ・ハウジングは、エプロンを提供し、これは、ＥＳＤ放電経路長を増大させる。イメージング・レンズ・ハウジングはまた、偏倚部材およびレンズ／センサ・インターフェースを提供し、これらは、イメージング・レンズをイメージセンサに対し近接して正確に配置するように作用する。
【００１２】
（例示的実施形態の詳細な説明）
本発明は、位置情報を生成しそしてこの情報をコンピュータ・システムに対し供給するためのユーザ入力デバイスを提供する。位置情報は、ユーザ入力デバイスまたはこれの１部分の検出した動きに基づき生成する。この動きは、ユーザ入力デバイスに対し相対的に可動の表面上のパターンまたはイメージを識別し、そしてそのパターンの相対的動きをモニタすることによって検出する。光結合は、その表面を照射する輻射ソースとパターンまたはイメージを検出する検出器との間に提供する。この光結合は、照明の均一性を増大させること、その輻射を効果的に増幅して表面の照明を増大させること、向上した静電放電（ＥＳＤ）保護を提供すること、および／または製造の容易さを提供すること、のような１つ以上の利点を提供する。
【００１３】
本説明の１部分は、マウス・タイプのポインティング・デバイスを参照して進めるが、理解されるように、本発明は、１つの表面の別のものに対する検出した動きに基づき信号を生成する任意のタイプのコンピュータ入力デバイスにおいて実施することもできる。例えば、本発明は、一例を挙げれば、トラックボールの動きの検出、スイッチ押圧、ホイール回転およびマウス移動の検出に使用することができる。
【００１４】
概観
図１およびこれに関連する記載は、本発明を実施できる１つの適当な計算環境の簡潔で一般的な説明を提供することを意図したものである。尚必要ではないが、本発明について、少なくとも部分的には、パーソナル・コンピュータあるいはその他の計算デバイスで実行されるプログラム・モジュールのようなコンピュータ実行可能の命令の一般的なコンテキストで説明をする。一般に、プログラム・モジュールは、ルーチン・プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等の特定のタスクを実行しあるいは特定の抽象的なデータ・タイプを具体化するものを含む。さらに、当業者には分かるように、本発明は、他のコンピュータ・システム・コンフィギュレーション（ハンドヘルド・デバイス、マルチプロセッサ・システム、マイクロプロセッサ・ベースまたはプログラマブルな民生用電子機器、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレーム・コンピュータ、ゲーム・コンソール等を含む）で実施することもできる。本発明はまた、通信ネットワークを介してリンクしたリモートの処理デバイスによりタスクを実行するようになった、分散型計算環境において適用可能である。分散型計算環境においては、プログラム・モジュールは、ローカルおよびリモートのメモリ・ストレージ・デバイスに配置することもできる。本発明のコンピュータ入力デバイスは、このような環境全てにおいて有効とすることができる。
【００１５】
図１を参照すると、本発明のための１つの例示的環境は、従来のパーソナル・コンピュータ２０の形態の汎用計算デバイスを含み、処理ユニット２１、システム・メモリ２２、およびシステム・メモリ２２を含む種々のシステム・コンポーネントを処理ユニット２１に結合するシステム・バス２３を含む。システム・バス２３は、種々のバス・アーキテクチャのいずれかを用いたメモリ・バスまたはメモリ・コントローラ、周辺バス、およびローカル・バスを含む、数種類のバス構造のいずれでもよい。システム・メモリは、リード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）２４、およびランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）２５を含む。起動中等においてパーソナル・コンピュータ２０内のエレメント間の情報転送に供する基本ルーチンを収容する基本入出力システム（ＢＩＯＳ）２６は、ＲＯＭ２４に格納する。また、パーソナル・コンピュータ２０は、図示しない磁気ハード・ディスクの読み取りおよび書き込みを行う磁気ハード・ディスク・ドライブ２７、リムーバブル磁気ディスク２９の読み取りおよび書き込みを行う磁気ディスク・ドライブ２８、並びにＣＤ−ＲＯＭまたはその他の光媒体のようなリムーバブル光ディスク３１の読み取りおよび書き込みを行う光ディスク・ドライブ３０も含むことができる。ハード・ディスク・ドライブ２７、磁気ディスク・ドライブ２８、および光ディスク・ドライブ３０は、ハード・ディスク・ドライブ・インターフェース３２、磁気ディスク・ドライブ・インターフェース３３、および光ディスク・ドライブ・インターフェース３４によって、それぞれシステム・バス２３に接続してある。これらのドライブおよびそれに関連するコンピュータ読み取り可能媒体は、コンピュータ読み取り可能命令、データ構造、プログラム・モジュール、およびパーソナル・コンピュータ２０用のその他のデータの不揮発性格納を提供する。
【００１６】
ここに記載した例示的環境は、ハード・ディスク、リムーバブル磁気ディスク２９およびリムーバブル光ディスク３１を採用するが、当業者には分かるように、磁気カセット、フラッシュ・メモリ・カード、デジタル・ビデオ・ディスク、ベルヌーイ・カートリッジ、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、リード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）等のような、コンピュータによるアクセス可能なデータを格納することができる、他のタイプのコンピュータ読み取り可能媒体も、この例示的動作環境において使用可能である。
【００１７】
多数のプログラム・モジュールは、ハード・ディスク、磁気ディスク２９、光ディスク３１、ＲＯＭ２４またはＲＡＭ２５上に格納することができ、これらは、オペレーティング・システム３５、１つ以上のアプリケーション・プログラム３６、その他のプログラム・モジュール３７、およびプログラム・データ３８を含む。ユーザは、キーボード４０およびポインティング・デバイス（またはマウス）４２のような入力デバイスによって、コマンドおよび情報をパーソナル・コンピュータ２０に入力することができる。他の入力デバイス（図示せず）として、マイクロフォン、ジョイスティック、ゲーム・パッド、衛星パラボラアンテナ、スキャナ、トラックボール等を含むことができる。これらおよびその他の入力デバイスは、多くの場合、システム・バス２３に結合したシリアル・ポート・インターフェース４６を介して、処理ユニット２１に接続するが、サウンド・カード、パラレル・ポート、ゲーム・ポートまたはユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ：universal serial bus）のようなその他のインターフェースによって接続することも可能である。モニタ４７または別のタイプのディスプレイ・デバイスも、ビデオ・アダプタ４８のようなインターフェースを介して、システム・バス２３に接続する。このモニタ４７に加えて、パーソナル・コンピュータは、通常、スピーカやプリンタ（図示せず）のような、その他の周辺出力デバイスを含む。
【００１８】
パーソナル・コンピュータ２０は、リモート・コンピュータ４９のような１つ以上のリモート・コンピュータへの論理接続を用いて、ネットワーク環境で動作させることも可能である。リモート・コンピュータ４９は、別のパーソナル・コンピュータ、サーバ、ルータ、ネットワークＰＣ、ピア・デバイス、またはその他のネットワーク・ノードとすることができ、これは通常、パーソナル・コンピュータ２０に関して先に記載したエレメントの多くまたは全てを含むが、メモリ・ストレージ・デバイス５０だけを図１に示す。図１に示す論理接続は、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）５１およびワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）５２を含む。このようなネットワーク環境は、オフィスの企業規模のコンピュータ・ネットワーク、イントラネットおよびインターネットでは一般的である。
【００１９】
ＬＡＮネットワーク環境で用いる場合、パーソナル・コンピュータ２０は、ネットワーク・インターフェースまたはアダプタ５３を介して、ローカル・エリア・ネットワーク５１に接続する。ＷＡＮネットワーク環境で用いる場合、パーソナル・コンピュータ２０は通常モデム５４またはインターネットのようなワイド・エリア・ネットワーク５２を通じて通信を確立するその他の手段を含む。モデム５４は、内蔵型でも外付け型でもよく、シリアル・ポート・インターフェース４６を介してシステム・バス２３に接続する。ネットワーク環境では、パーソナル・コンピュータ２０に関連して図示したプログラム・モジュールまたはその一部を、リモート・メモリ・ストレージ・デバイスに格納することも可能である。理解されるように、図示したこのネットワーク接続は一例であり、これらコンピュータ間に通信リンクを確立するその他の手段も使用することは可能である。
【００２０】
本発明を良く理解できるようにするため、ここで、マウス・メッセージ処理の簡単な説明を行う。明瞭にするため、本説明は、マウスと、特定のパケットおよび構造を有するマウス・メッセージとして実現したコンピュータ入力デバイスに関して進める。もちろん、上述のように、他のタイプのコンピュータ入力デバイスも、他のタイプおよび構造のメッセージ、パケット等と同様に、考慮に入れている。図２Ａは、本発明の１実施形態による入力デバイス４２と共に使用するコンピュータ２０の機能ブロック図である。マウス４２は、例示として、右ボタンおよび左ボタンと、そしてこれらの間の押し下げ可能で回転可能なホイール１０３とを有している。しかし、マウス４２は、それ以上のアクチュエータ（例えば、親指作動ボタンあるいはそれ以上の指作動ボタン）あるいはそれより少ないアクチュエータ（例えば、単一のボタンまたは２つのボタン）を有したり、もしくは異なったタイプのアクチュエータ（例えば、トリガ、ローラ等）、またはこれらを任意の組み合わせたものを有するようにすることもできる。図２Ａに示した２０のブロック図は、図１で説明したアイテムの多くを含み、そしてこれらアイテムには同じ番号を付してある。しかし、図２Ａのブロック図は、マウス・メッセージを処理する際に使用する多数のコンポーネントもより詳細に示している。コンピュータ２０は、マウス・ドライバ６０と、メッセージ・フック・プロシージャ６２と、フォーカス・アプリケーション６４とを含んでいる。図２Ａに示したコンピュータ・システム２０における入力デバイス４２の動作を良く理解できるようにするため、このシステムのコンポーネントについて、図２Ｂに示したデータ構造で説明する。もちろん、理解されるように、このデータ構造内のデータ部分の再配置あるいは異なったデータ部分も使用することができる。例えば、異なったアクチュエータが使用される場合、このデータ構造は、それに応じて変わる。
【００２１】
図２Ｂは、行列フォーマットの４バイト・マウス・パケット６６を示しており、バイト６８，７０，７２，７４は行で示し、そして各バイトの個々のビットは列で示している。バイト６８は、入力デバイス４２が供給する第１のバイトであり、そしてバイト７０が第２バイト、バイト７２は第３バイト、そしてバイト７４は第４バイトである。ビット列は、最下位ビットが右端で最上位ビットが左端となるように編成している。このため、列７６は、４つのバイトの各々の最下位ビットを含み、列７８は、４つのバイトの最上位ビットを含んでいる。
【００２２】
マウス・パケット６６内では、第１バイト６８は、左ボタン・ビット８０と、右ボタン・ビット８２と、中間ボタン・ビット８４とを含んでいる。左ボタン・ビット８０における１は、左ボタンが押し下げられていることを示し、左ボタン・ビット８０における０は、左ボタンが押し下げられていないことを示す。同様に、右ボタン・ビット８２または中間ボタン・ビット８４における１は、右ボタンまたは中間ボタンが押し下げられていることを示し、これらビットにおける０は、それらの対応するボタンが押し下げられていないことを示す。
【００２３】
第４ビット８６は、１にセットしている。
バイト６８の第５ビット８８は、バイト７０で完成する９ビットの符号付き値の第９ビットである。ビット８８とバイト７０の組み合わせが生成するこの９ビット値は、Ｘ座標に沿ったマウス移動の方向および大きさを表す。この９ビット値は、２の補数のフォーマットであるため、ビット８８は、マウス移動の方向を示し、それにより、これがゼロの値を有する場合に、マウス移動が正のＸ方向であり、そしてこれが１の値を有する場合にはマウス移動が負のＸ方向であるようにしている。
【００２４】
第１バイト６８の第６ビット９０は、バイト７２で完成する９ビットの符号付き値の第９ビットである。ビット９０と第３バイト７２との組み合わせは、マウスのＹ座標に沿った動きの大きさおよび方向を示す値を生成する。この値は２の補数の符号付き値であるため、ビット９０は、Ｙ座標に沿った移動の方向を示し、それにより、これが１の値を有する場合に、マウス移動が負のＹ方向であり、そしてこれが０の値を有する場合にはマウス移動が正のＹ方向であるようにしている。
【００２５】
第１バイト６８の第７ビット９２と第８ビット９４とは、ビット８８とバイト７０そしてビット９０とバイト７２とが形成する各９ビット値が、オーバーフロー状態を受けているかどうかを示す。これは、マウスが９ビットより多い移動を検出したときに起きる。この状態においては、それら各９ビット値は、移動方向に対しその最大値にセットされるべきである。
【００２６】
第４バイト７４の最下位４ビット９６，９８，１００，１０１は、ホイール１０３（図２Ａに示す）の移動の方向および大きさを表す。これらビット９６−１０１が表す値は、符号付きの値であって、正の値はユーザ方向へのホイールの動きを、そして負の値はユーザから離れる方向のホイールの動きを示す。
【００２７】
ビット１０５と１０７とは、バイト７４の第５ビットと第６ビットであり、これらは、それぞれマウス４２の左ボタンと右ボタンに対応するスイッチの閉成を示す。したがって、ビット１０５が１の値を有するときは、左ボタンに関連したスイッチが閉じていて、対応するマウス・ボタンが押し下げられていることを示す。ビット１０７は、同様の形式でマウス右ボタンに関連したスイッチの閉成を反映する。
【００２８】
第４バイト７４のビット１０９とビット１１１とは、後の使用のため確保してあり、したがってゼロにセットしている。当業者には分かるように、図２Ｂに示したマウス・パケット６６と後述のシリアル・インターフェース４６とは、ＰＳ／２およびシリアル・マウス接続で使用する。ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）接続に対しては、このマウス情報は、マウス用の公に入手可能なＵＳＢプロトコルを使用してマウス・ドライバに送る。
【００２９】
在来のマウス・メッセージの処理を説明するため、図２Ａと図２Ｂの両方を参照する。マウス・メッセージを開始させるため、ユーザは最初にマウス４２を操作する。この操作に基づいて、マウス４２は、マウス・パケットを生成し、このパケットをシリアル・インターフェース４６に渡し、またこれは操作イベントを示す。シリアル・インターフェース４６がマウス・パケット６６を受けると、これは、マウス・パケット６６内のシリアル情報を１組のパラレル・パケットに変換し、そしてこのパラレル・パケットをマウス・ドライバ６０に供給する。マウス・ドライバ６０は、この操作イベントに基づいてマウス・メッセージを作成する。マウス・メッセージのこの作成は、既存のマウスがマウス・メッセージを作成する方法と同じである。
【００３０】
次に、このマウス・メッセージは、オペレーティング・システム３５に送る。１つの例示的実施形態においては、オペレーティング・システム３５は、“WINDOWS NT（登録商標）”、“WINDOWS 95（登録商標）”または“WINDOWS 98（登録商標）”のブランドのオペレーティング・システムである（ワシントン州レドモンドのMicrosoft社が提供）。もちろん、他のオペレーティング・システムも使用することができ、例えばＩＢＭ社（ニューヨーク州アーモンクのIBM Corporation）から入手可能なＯＳ／２、またはＵＮＩＸである。オペレーティング・システム３５は、マウス・メッセージ・フック・リフトを含み、これは、一連のマウス・メッセージ・フック・プロシージャ６２を識別する。オペレーティング・システム３５がこのマウス・メッセージをマウス・ドライバ６０から受けると、これは、マウス・メッセージ・フック・リフトを調べて、任意のマウス・メッセージ・フック・プロシージャがそれ自身をオペレーティング・システム３５に登録しているかどうか判定する。少なくとも１つのマウス・メッセージ・フック・プロシージャがそれ自身をオペレーティング・システム３５に登録している場合、オペレーティング・システム３５は、そのマウス・メッセージを、そのリスト上の最初に現れる登録されたマウス・メッセージ・フック・プロシージャ６２に渡す。
【００３１】
コールされたこのマウス・メッセージ・フックは、実行し、そしてある値をオペレーティング・システム３５に戻し、これによりオペレーティング・システムにそのマウス・メッセージを次に登録されたマウス・メッセージ・フックに渡すように命令する。
【００３２】
このマウス・メッセージは、例えば、コンピュータ２０において現在フォーカス中のウィンドウを所有するあるアプリケーションに対するコマンドを表す。この場合、メッセージ・フック・プロシージャ６２は、そのコマンドをフォーカス・ウィンドウのアプリケーションに発する。これに応答して、このフォーカス・ウィンドウのアプリケーション６４は、その所望の機能を実行する。
【００３３】
メッセージ・フック・プロシージャ６２がコマンドをフォーカス・アプリケーション６４に発した後、メッセージ・フック・プロシージャ６２は、このマウス・メッセージをメッセージ・チェーンから除去することにより、このマウス・メッセージを使い果たす。これは、ある値をオペレーティング・システム３５に戻すことにより行い、そしてこの値は、オペレーティング・システムに対し、マウス・メッセージをどのような他のメッセージ・フック・プロシージャにも渡すべきでないということを示す。
【００３４】
図３は、本発明の１実施形態による、マウス４２のようなコンピュータ入力デバイスを示す、一部ブロック形式で一部図式でのより詳細な図である。マウス４２は、ハウジング１０２と、電磁的輻射源１０４（これは、単にＬＥＤのような光源とすることができる）と、ハウジング１０２の底に定めたアパーチャ１０６と、光カプラ１０７と、光カプラ１０８と、イメージまたはパターンの検出器１１０と、コントローラ１１２と、電流ドライバ１１４とを含んでいる。図３において、マウス４２は、作業表面１１６に対し相対的に支持されているように示している。パターン検出器１１０は、任意の適当な検出器であって、その上に照射する電磁的輻射により運ばれる情報からイメージあるいはパターンを検出しそしてそのようなパターンまたはイメージを表す信号を供給することができるものとすればよく、そして例えば、以下に詳細に説明する人工網膜パターン検出器とすることができる。
【００３５】
光源１０４は、任意の適当な電磁輻射源とすることができ、そしてこれは、パターンまたはイメージ上に照射するための輻射を提供するのに使用でき、そして次にパターン検出器１１０で検出することができる。１つの例示的実施形態においては、光源１０４は、ＬＥＤ１１８と一体レンズ１２０を含む。光源１０４はまた、例えば、表面装着のＬＥＤとしたり、あるいは低いグレードのレーザ（ナノメートル・レンジの波長を有する）としたりすることもできる。
【００３６】
ＬＥＤ１１８から放出された輻射は、一体レンズ１２０（これは、例示として、ＬＥＤ１１８のケーシングと一体のガラスまたはプラスチックのようなドーム形状の透明の光学的材料片）を通って伝達されることにより、これが光カプラ１０７上に入射する。以下に詳細に説明するように、光カプラ１０７は、ＬＥＤ１１８が放出した輻射を集めそして送出された輻射を所望の形状に整形する。この輻射は、光カプラ１０７へと出、そしてハウジング１０２内のアパーチャ１０６を通過しそして作業表面１１６上に入射し、この作業表面１１６は、オプションとして、所定のパターンをその上に有しないようにしたり、あるいは所定パターンあるいはイメージをその上に有するようにすることができる。次に、その光は、作業表面１１６から反射されて光カプラ１０８に向かう。
【００３７】
光カプラ１０８は、例示的には、表面１１６から反射された輻射を集めそしてこれをイメージ検出器（例えば、人工網膜）１１０に向ける。尚、光カプラ１０８内のレンズは、ＬＥＤ１１８とイメージ検出器１１０のいずれかあるいは両方にレンズを追加すれば、省くことができる。同様に、光カプラ１０８内のこのレンズは、輻射を検出器が検出可能であれば、単に省き、これによって、イメージまたはパターンをレンズなしで検出するようにすることができる。
【００３８】
イメージ検出器１１０は、作業表面１１６から反射された輻射に基づき、作業表面１１６上のイメージまたはパターンを表すイメージ信号を発生する。このイメージ信号は、コントローラ１１２に供給し、そしてこれは、１つの例示的実施形態においては、このイメージ信号に基づいて位置情報を計算する。この位置情報は、上記の米国特許出願（これは、言及により全体を本文に含める）において詳細に説明されたように、作業表面１１６に対し相対的なマウス４２の動きを示す。位置情報は、コントローラ１１２が、情報パケットの形態で、ケーブル（図示せず）のような出力を介して、図１および図２Ａに示したコンピュータ２０に供給する。マウス４２はまた、コントローラ１１２からの出力を、赤外線、紫外線、または無線周波数リンクのような無線伝送リンクを通して供給する。例示的な実施形態においては、コントローラ１１２が供給するこの位置情報は、シリアル・インターフェース、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）インターフェース、あるいは任意のその他のインターフェース・フォーマットのような在来のフォーマットにしたがって提供する。
【００３９】
イメージ検出器１１０は、１つの例示的実施形態では、三菱電機株式会社製造の人工網膜であり、そしてこれは、既知の方法で動作する可変感度光検出器（ＶＳＰＤ）の２次元アレイを含む。簡潔には、このＶＳＰＤは、集積された並置のダイオード対であって半絶縁のＧａＡｓ層（ｐｎ−ｎｐ構造）により分離したもので形成されている。１実施形態では、このアレイは、３２×３２エレメントのアレイであるが、希望に応じてこれより多くしたりあるいは少なくしたりすることができる。光検出器電流は、印加された電圧に対しその符号と大きさとの両方に依存する。このようなＶＳＰＤは、アナログ・メモリ効果を示し、これは、ある電圧が光書込パルスの存在の下で印加されたときに導電性情報を記憶する。この情報は、光読出パルスを注入することにより検索できる。
【００４０】
このようなデバイスにおけるイメージ処理は、光マトリックス−ベクトル乗算に基づいている。ある入力イメージは、このデバイス上に重みマトリックスとして投射される。全てのＶＳＰＤは、行に沿って接続された１つの電極を有して、感度制御ベクトルを発生する。このため、ＶＳＰＤ感度は、ある一定の範囲内で各行において任意の値にセットすることができる。加えて、残りのＶＳＰＤ電極は、列に沿って接続して、重みマトリックスに感度制御ベクトルを乗算したマトリックス・ベクトル積により定まる出力電流ベクトルを発生する。
【００４１】
例示的実施形態においては、イメージ検出器１１０は、エッジ抽出動作を実行するように制御する。２つの隣接する検出器行の感度は、＋１と−１とにそれぞれセットする一方で、他の全ての感度は０にセットする。この実施形態では、出力電流は、それら２つの活性の行の光強度の差に比例する。制御電圧パターンを循環形式（０，＋１，−１，０，０，等）でシフトさせることにより、入力イメージの水平エッジを検知する。したがって、本システムは、時間シーケンシャルでかつ半平行モードで動作する。
【００４２】
１つの例示的実施形態においては、マウス４２はまた、光源１０４に結合した電流ドライバ１１４も含んでいる。この実施形態では、コントローラ１１２は、間欠的に、光源１０４が発生した輻射の強度を検知し、そして光源１０４に供給する電流を電流ドライバ１１４を介して調節する。言い換えれば、検知した強度が所望の範囲より低い場合、コントローラ１１２は、電流ドライバ１１４にフィードバック信号を供給して、光源１０４に供給する電流をブーストすることにより、光源１０４から放出される電磁輻射の強度を増加させる。他方、もし輻射のこの強度が所望の範囲よりも高い場合、コントローラ１１２は、フィードバック信号を電流ドライバ１１４に供給して、光源１０４に供給する電流を減少させることにより、光源１０４から放出される輻射の強度を低下させる。このことは、例えばマウス４２の全体の電力消費を低くするために行うことができる。
【００４３】
光結合アセンブリ
１つの例示的実施形態においては、イメージ検出器１１０は、作業表面１１６上の顕微鏡的な表面凹凸または色彩変動を検出するように構成する。この実施形態では、位置情報は、マウス４２が実質上任意の表面上において動かしたときに生成することができる。表面の凹凸または色彩の検出においては、イメージ検出器１１０とコントローラ１１２とは、アパーチャ１１６を通る視野内の暗いスポットとして現れる影を見つけるように構成する。表面凹凸に基づき影を作るには、輻射源１０４は、概して平坦な表面１１６に対し角度αで配置する。１つの例示的実施形態においては、αは、およそ２０度である。しかし、αは、０度と９０度との間の実質上任意の角度に配置することもできるが、ただし、イメージ検出器１１０とコントローラ１１２とがその表面凹凸を検出できる限りである。
【００４４】
いずれの場合でも、現行の市販されたＬＥＤでは多くの問題がある。例えば、代表的なＬＥＤは、“ドーナツ”形状の輻射を提供して、比較的狭く、かつ概して円形のバンドのより高い強度の輻射が放出される。このバンドは、低い輻射の内側領域と、そのバンドの径方向の中心から径方向距離にしたがって分散する低い輻射の外側領域とにより同心状に囲まれている。イメージ検出器１１０とコントローラ１１２とは、暗いスポットまたは影を見つけようとするため、その輻射が表面１１６上の視野を均一に照明して、影または暗いスポットを正確に検出できるように、しかもそれら影または暗いスポットの動きに正確に追従することができるようにすること、が重要である。
【００４５】
在来のＬＥＤに関連する別の問題は、通常それらがより高い強度を得るのに高い駆動電流を必要とすることである。本発明の１つの例示的実施形態によれば、表面１１６上の視野を照明する輻射の強度が増加するにつれ、イメージ検出またはパターン検出は、イメージ検出器１１０およびコントローラ１１２によってより正確に行うことができるようになる。したがって、輻射源１０４から表面１１６に入射するより高い強度の輻射をもつのが望ましいことがある。もちろん、より高い強度の輻射がより高い駆動電流を必要とするとき、これは、輻射源１０４における熱消費を増加させて、輻射源１０４の有効な寿命を短くすることがある。同様に、駆動電流の増加はまた、マウス４２全体の電力消費を増大させる。
【００４６】
加えて、コンピュータ入力デバイスにような市販のデバイスは、光強度に関する一定の安全性仕様を満足しなければならない。例えば、光源が小さくなるにつれ、眼により近くすることが許され、しかも眼の安全性仕様を依然満たすことができる。この仕様を満たすことはまた、所望の強度の表面照明を得るのをより難しくもする。
【００４７】
また、在来のＬＥＤには、裸の金属ワイヤ、リード、または同様のタイプの導体が設けられており、これらを介してＬＥＤが電力を受けるようになっている。また、市販のコンピュータ入力デバイスは、静電放電（ＥＳＤ）仕様を満たさなければならない。簡潔には、その仕様は、デバイスのハウジング内の開口から、どのような静電放電経路も、最小のしきい値距離を超えていなければならないか、あるいは他のＥＳＤ消費またはクランピングの回路をその上に配置して有しなければならない。例えば、１つの仕様においては、ハウジング内の開口とこのハウジング内の任意の露出したリードとの間のＥＳＤ放電経路は、およそ２５ｍｍを超えていなければならない
さらに、上述のように、輻射源１０４は、例示的には、作業表面１１６に対しある角度で設ける。しかし、この結果として、図４Ａに示した輻射パターン１３０のように、伸張した輻射パターンとなる。この伸張パターン１３０は、放出された輻射が表面１１６に対し矢印１３２で概して示す方向から入射することによって生成される。イメージ検出器１１０が視るこの視野を番号１３４で示すとすると、この照明パターン１３０を、矢印１３６で概して示す方向にパターン１３０の伸張した端部を引っ張ることによって再整形することが有利となることがある。同様に、照明パターン１３０の概して中央の部分を矢印１３８で概して示す方向に延ばすことも有利となることがある。照明パターン１３０をこのようにして再整形することにより、図４Ｂに概して示した照明パターン１４０が生じる。分かるように、輻射を再方向付けすることによってパターン１４０を得ることは、視野１３４の領域内の強度は、照明の均一性が増すのと同じように増加する。また、この照明パターンを、概して正方形、長方形等の別の形状とすることも望ましい場合がある。本発明は、これを実現するのにも利用することができる。
【００４８】
上記のように、在来のＬＥＤに関連する上記欠点の多くのものに対処するため、本発明の１実施形態では、図５に概して示した光カプラ１０７を提供する。図５に示したこの実施形態においては、光カプラ１０７は、入口端１４２と出口端１４４と、そしてこれらの間に延在した輻射結合部分１４６とを有している。ある例示的実施形態においては、入口端１４２は、概して凸面として、これが輻射源１０４が放出した輻射を集めるようにする。入口端１４２はまた、例示的には、輻射源１０４に近接させてあるいはそれに隣接させて配置する。図３および図５に示した実施形態では、入口端１４２は、ＬＥＤ１０４上のレンズ１２０に非常に密接させて配置している。
【００４９】
光伝達部分１４６は、入口端１４２を通してレンズ１０７に沿って軸方向に入ったその集めた光を、出口端１４４へと導くように作用する。出口端１４４は、１つの例示的実施形態では、概して凹面の形状を有し、これは、表面１１６に入射した照明パターンを再整形して、このパターンが（図４Ｂに示したもののような）より円形となるようにする。
【００５０】
したがって、光カプラ１０７は、従来のＬＥＤに関連する欠点の多くのものに対処する。第１に、光カプラ１０７は、入口端１４２を有していてこれが、輻射源１０４により放出された輻射を集めるように作用する。これは、光カプラ１０７の出口端１４４から放出される輻射の強度を増大させる傾向となる。加えて、出口端１４４は、表面１１６に入射する照明パターンを再整形するように構成する。これは、イメージ検出器１１０が視る視野領域１３４上に入射する輻射の強度と均一度を増強する。同様に、光カプラ１０７の中央部分１４６は、ある長さを有していて、この長さは、アパーチャ１０６からの輻射源１０４を、静電放電がハウジング１０２内の任意の露出したリードまたはワイヤに達するおそれを減少させる量だけ移すのに十分なものとする。１つの例示的実施形態においては、ＬＥＤ１０７は、ある軸方向長さを有し、この長さは、輻射源１０４に給電する露出したワイヤをアパーチャ１０６から約２５ｍｍ以上移すのに十分なものとする。
【００５１】
したがって分かるように、マウス４２の製造において反復性および正確さを提供するため、また光カプラ１０７の入口端１４２が所望の量の輻射を受けかつ集めること、並びに出口端１４４がその輻射を表面１１６上の適当なスポットに向けることを確保するためには、光カプラ１０７と輻射源１０４が互いに良好に整列することが重要である。同様に、出口端１４４がアパーチャ１０６と良好に整列することも重要である。加えて、多くの在来のＬＥＤは、回転方向に可変の放出パターンを有する（例えば、このパターンは、ＬＥＤの長手軸を中心とする回転によりわずかに変化する）。１実施形態においては、光カプラ１０７はまた、回転方向において敏感である。したがって、光カプラ１０７と輻射源１０４が互いに軸方向に適切に整列することが重要なだけでなく、光カプラ１０７と輻射源１０４が回転方向において互いに適正に配向することも重要となり得るものである。
【００５２】
図６は、本発明の１つの例示的実施形態によるマウス４２の１部分を側面断面図である。図６は、マウス４２が下側ハウジング１５０を有し、これが、その中にアパーチャ１０６を定めている。また、図６は、輻射源１０４（これは、図６の実施形態ではＬＥＤである）に対し密接に隣接して結合した光カプラ１０７を示している。光カプラ１０７とＬＥＤ１０４との間の整列を行うため、底部壁１５０には、受け領域あるいはランプ１５２を設けている。本明細書の後でより詳細に説明するように、ランプ１５２は、光カプラ１０７の出口端１４４を受けるための概して傾斜したトンネルを備えている。加えて、さらに整列を行うため、マウス４２は、ＬＥＤ支持ハウジング１５４を備えている。支持ハウジング１５４は、以下で詳細に説明するが、これは、ＬＥＤ１０４を受ける。ハウジング１５４はまた、位置決めポストを備え、これらポストの内の１つを番号１５６で指示している。位置決めポスト１５６は、回路ボード１５８内の対応するアパーチャ内に配置する。ポスト１５６を回路ボード１５８内のそれらアパーチャ内に着座させると、ハウジング１５４は、ハウジング１５４は、作業表面１１６に対しある角度で配置され、これは、光カプラ１０７が配置される角度と概して同じである。加えて、ハウジング１５４は、ＬＥＤ１０４の放出端部を、光カプラ１０７の入口端１４２に近接して位置決めする。
【００５３】
光は、ＬＥＤ１０４から放出され、そして光カプラ１０７が集光しそしてアパーチャ１０６に伝達する。次に、この光は、レンズ・ホルダ１５７により保持されたイメージング・レンズ１５５を通して、プリント回路ボード１５８内の開口２０６を通して上方に反射され、そしてイメージ検出器１１０上に入射するが、このイメージ検出器１１０は、図６に示した実施形態では、集積回路デバイスである。開口２０６は、これの上方にイメージ検出器１１０を装着できるように、また、その感度のある検出器アレイをレンズ１５５と整列させるようなサイズとしている。作業表面１１６から反射された反射輻射をイメージ検出器１１０に伝達するのに使用するこの光結合アセンブリは、本明細書において、図１０Ｃ−図１８を参照して後述する。
【００５４】
図７Ａおよび図７Ｂは、ＬＥＤハウジング１５４をよりうまく示している。図７Ａは、ＬＥＤハウジング１５４の側面図であり、図７Ｂは、ＬＥＤハウジング１５４の後面１６０からとった後面図である。図７Ａは、ＬＥＤハウジング１５４が、複数の位置決めポスト１５６を実際に有することを示しており、これらポストは、１つの例示的実施形態では、ハウジング１５４に沿って前から後ろへの方向においてオフセットしている。図７Ａはまた、点線で図示しかつ番号１６１で示したトンネルまたはアパーチャが、ハウジング１５４を通して後端１６０から前端１６２へと延在していることを示している。また、図７Ａは、１対のノッチまたはステップ１６４を、ハウジング１５４の前端１６２上の開口１６１の両側に設けていることも示している。
【００５５】
図７Ｂは、１つの例示的実施形態においては、位置決めポスト１５６が前から後ろにオフセットしているだけでなく、ハウジング１５４上で側方にオフセットもしていることを示している。図７Ｂは、さらに、１つの例示的実施形態では、開口１６１を、平坦な側面１６６を有するハウジング１５４の内側周囲部により定められていることを示している。平坦側面１６６は、平坦な側面を有する市販のＬＥＤと適合するように構成している。このように、組み立ての間、ＬＥＤは、常にハウジング１５４内で同様の回転方向の配向で配置されることになる。
【００５６】
図７Ｃは、光カプラ１０７とＬＥＤハウジング１５４の組立および整列を示す分解図である。図７Ｃは、光カプラ１０７が、１つの例示的実施形態では、上方フランジ１６８と、１対の側方フランジ１７０，１７２とを備えていることを示している。フランジ１６８−１７２は、例示的には、光カプラ１０７と一体的に形成する。しかし、これらは、それに結合した別々のものとして形成することもできる。
【００５７】
いずれにしても、光カプラ１０７は、マウス４２のハウジング１５０内のトンネル１５２内に挿入する。トンネル部分１５２は、光カプラ１０７の出口端１４４を受けるための内部キャビティ１７４を備えている。光カプラ１０７は、フランジ１６８−１７２の前方端がキャビティ１７４を定める壁部１７６と当接するまで、キャビティ１７４内をスライドする。したがって、フランジ１６８−１７２は、キャビティ１７４内で光カプラ１０７がさらに前進するのを妨げる。このようにして、光カプラ１０７は、アパーチャ１０６に向かって所望の下向き角度（例えば、およそ２０度）で配置する。ハウジング１５４は、次に、位置決めピン１５６によってプリント回路ボード１５８上に位置決めする。これらを一旦位置決めすると、ステップまたはノッチ１６４が、フランジ１７０，１７２の後方端上に載り、そしてこれに対しわずかに下向きの圧力を加える。ノッチ１６４のちょうど下のハウジング１５４の前方端はまた、フランジ１７０，１７２の後方表面に対しぴったり組み合わさって、光カプラ１０７がキャビティ１７４から出て後方に動かないように保つ。
【００５８】
図８Ａおよび図８Ｂは、マウス４２のハウジング１５０の内のランプ部分１５２を形成する部分をさらに良く示す等角図である。図８Ａおよび図８Ｂは、壁部１７６がランプ・セクション１７８を含むことを示しており、そしてこのセクションは、概して凹面の部分１８０と、１対のスタンドオフ部分１８２，１８４とを有している。壁部１７６の上側部分は、光カプラ１０７上のフランジ１６８の前方端に当接する一方で、光カプラ１０７上の側方フランジ１７０，１７２は、スタンドオフ部分１８２，１８４に沿って載る。このようにして、ハウジング１５０のランプ部分１５２は、光カプラ１０７がキャビティ１７４内で適正に配向されるのを確保する。
【００５９】
また、ＬＥＤ１０４が放出する光が、マウス４２の内側を定めるハウジング中に自由に放射状に広がらないようにすることが重要となり得る。したがって、図８Ａおよび図８Ｂは、ランプ部分１５２に延長した壁部１８６を設けていることを示している。壁部１８６は、上方に延び、そして概して、ランプ部分１５２の３つの側を取り囲む。これは、ＬＥＤ１０４からのハウジング中への輻射の放出を妨げるのに役立つ。
【００６０】
図９は、キャビティ１７４内における光カプラ１０７の拡大図である。この図９は、壁部１７６と当接状態のフランジ１６８，１７０，１７２の前方端と、ランプ・スタンドオフ部分１８２，１８４に沿って載ったフランジ１７０，１７２の下側部分とをより良く示している。
【００６１】
図１０Ａ−図１０Ｃは、光カプラ１０７、ＬＥＤ１０４およびＬＥＤハウジング１５４を良く示している。図１０Ａおよび図１０Ｂは、光カプラ１０７と、ＬＥＤ１０４と、ハウジング１５４とを示しており、これらは、マウス４２の下側ハウジング部分内で互いに結合しているが、ただし、プリント回路ボード１５８はこの中に組み立てていない。図１０Ｃは、この同じアセンブリを示しているが、ただし、回路ボード１５８をハウジング内に設けている。図１０Ａは、ノッチ１６４とＬＥＤハウジング１５４とが同様にフランジ１７０の上側表面上に載っていることを良く示している。理解されるように、ハウジング１５４の図１０Ａに示したものと反対側上における互いに反対に配置したノッチ１６４は、フランジ１７２上に載っている。また、図１０Ａは、ノッチ１６４のちょうど下のＬＥＤハウジング１５４の部分は、フランジ１７０の軸方向端部上に載ることによって、光結合デバイス１０７の後方へハウジング１５４に向かう動き、そしてこれが配置されたキャビティ１７４から出る動きを妨げる、ということを良く示している。
【００６２】
また、図１０Ａおよび図１０Ｂは、ＬＥＤ１０４には、例示的には１対の電力リード１９０，１９２を設けていることを示しており、それらリードは、それから概して後方に突き出て、そしてハウジング１５４から後方に延びたフランジ１９８内のスロット１９４，１９６内を下方に延びている。１つの例示的実施形態においては、ハウジング１５４と一体で形成する。したがって分かるように、光カプラ１０７は、マウス４２の下側ハウジング内のアパーチャ１０６と、ＬＥＤ１０４の露出リード１９０，１９２との間にかなりのオフセットを提供している。
【００６３】
また、図１０Ａおよび図１０Ｂは、１つの例示的実施形態では、マウス４２の下側ハウジング部分１５０には、多数のスタンドオフ２００と、複数のクリップ２０２とを設けていることを示している。プリント回路ボード１５８（図１０Ｃに示す）は、スタンドオフ２００によって支持し、そしてクリップ２０２でその位置に保持する。
【００６４】
図１１は、図６に示したのと同様のマウス４２の１部分の側面断面図であり、そして同様のアイテムには対応する番号を付している。図１１は、光カプラ１０８を、イメージング・レンズ１５５およびＥＳＤシールド３００とを含むものとして、ある程度詳細に示している。レンズ１５５は、１つの例示的実施形態では、ＥＳＤシールド３００（これは、図１３Ａ−図１４Ｂを参照して本明細書で詳細に示す）と一体化させ、これは、ＥＳＤシールド３００をレンズ１５５の周囲に射出成形する従来の射出成形プロセスを使用する。ＥＳＤシールド３００は、例示的には、市販のＬＥＸＡＮ １４１で販売されている市販のポリカーボネート材料から形成する。また、図１１は、ＥＳＤシールド３００が、第１の方向でレンズ１５５から光カプラ１０７に向かって、そして第２の方向でレンズ１５５から光カプラ１０７から離れるように延在していることを示している。光カプラ１０７から離れる方向においては、ＥＳＤシールド３００は、チャンネル３０２を提供し、これは、下側表面１５０から突き出たフェンス部分３０４を受ける。この入れ子配置は、その方向における静電放電経路を効果的に増大させる。言い換えれば、アパーチャ１０６を通る、またレンズ１５５を周る、また光カプラ１０７から離れる方向において進む静電放電は、放電が任意の露出リードに接触することができるようになる前においてＥＳＤシールド３００の外側端部に達するまでに、先ず初めにフェンス部分３０４を上方方向にそして下方方向に、そしてさらに光カプラ１０７から離れる方向に進まねばならない。
【００６５】
図１２は、イメージ検出器１１０の１つの例示的実施形態の側面図である。図１２に示したこの実施形態においては、イメージ検出器１１０は、集積回路部分３０４を含み、これは、感知区域３０６と、アパーチャ・プレート３０８とを有している。図１２に示した実施形態では、アパーチャ・プレート３０８は、垂下部分３１０を有し、これにはアパーチャがあって、これを輻射が通りそして感知区域３０６に入射するのを可能にする。
【００６６】
図１３Ａおよび図１３Ｂは、ＥＳＤシールド３００の等角図である。図１３Ａおよび図１３Ｂは、ＥＳＤシールド３００が、延在した壁部３１２と、レンズ保持区域３１４と、複数の突起３１６と、そして複数の弾性偏倚部材３１８とを有し、そして弾性偏倚部材の各々が垂下脚３２０を有するのを示している。図１３Ａおよび図１３Ｂはまた、ＥＳＤシールド３００が、壁部３１２とレンズ保持区域３１４との間で遷移する遷移部分３２２を有するのを示している。
【００６７】
弾性部材３１８の脚３２０は、例示的には、ＥＳＤシールド３００の下側表面から下へと下方に延在している。したがって、脚３２０は、偏倚されていない位置においては、ＥＳＤシールド３００をマウス４２の下側表面１５０からわずかに離れるように持ち上げている。しかし、弾性部材３１８は、ＥＳＤシールド３００の残りの部分から延びたカンチレバー・ビームとして実質上形成して、以下で詳細に説明するように、レンズ保持区域３１４をイメージ検出器１１０に向かって偏倚させるための弾性を提供する。
【００６８】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、マウス４２の下側ハウジング部分１５０上に組み立てたＥＳＤシールド３００の等角図である。図１４Ａおよび図１４Ｂは、壁部３１２が、壁部１８６よりも大きな内側周囲部を定めているのを示している。壁部３１２はまた、１つの例示的実施形態では、壁部１８６よりも高い。このため、ＥＳＤシールド３００の壁部３１２は、壁部１８６の区域における追加のＥＳＤ保護を提供する。
【００６９】
また、図１４Ａおよび図１４Ｂは、ＥＳＤシールド３００が、レンズ保持区域３１４から離れる方向で全ての放射方向に延在していることを示している。したがって、ＥＳＤシールド３００を形成し、そしてイメージング・レンズ１５５を周知の射出成形プロセスによってレンズ保持区域３１４内に一体に成形するとき、プリント回路ボード１５８および全ての裸のリードまたは導体は、ＥＳＤシールド３００より上のマウス４２のハウジング内に装着する。このため、マウス４２のこのハウジングの底におけるアパーチャ１０６は、ＥＳＤシールド３００の外側周囲部によって最小限でも定められるＥＳＤ経路によって、どの裸のリードまたはワイヤからも効果的に分離される。
【００７０】
ＥＳＤシールド３００がＥＳＤバリアを提供するだけでなく、これはまた、レンズ１５５とイメージ検出器１１０との間の整列を向上させる。図１５は、イメージ検出器１１０とＥＳＤシールド３００との間の境界部を、図１４Ａの断面線１５−１５でとった部分断面図である。図１５は、レンズ保持区域３１４が、わずかに外方にフレアした内側周囲部を有する壁部によって定められていることを示している。レンズ保持区域３１４のこの内側周囲部はまた、イメージ検出器１１０のアパーチャ・プレート３１０の１部分を受けるようなサイズとしている。回路ボード１５８をマウス４２のハウジング内に留めて配置したとき、アパーチャ・プレート３１０は、レンズ保持区域３１４を定める壁部に対し下方向の圧力を発揮する。ＥＳＤシールド３００の角にある偏倚部材３１８は、互いに対向する偏倚力を提供し、これは、プリント回路ボードが加える下方偏向力に対抗する。これは、壁部を定める区域３１４が、アパーチャ・プレート３１０と入れ子になり、かつこれを整列するようにする。この整列動作は、レンズ１５５をアパーチャ・プレート３１０と近接状態にし、そしてまた、レンズ１５５をアパーチャ・プレート３１０と緊密に整列させるように働く。
【００７１】
図１６は、ＥＳＤシールド３００の１部分の側面断面図であり、プリント回路ボード１５８をその上に組み立ててある。図１６は、１つの例示的実施形態において、ＥＳＤシールド３００上の突起３１６とプリント回路ボード１５８の下側表面との間にわずかのクリアランスがあることを示している。このようにして、プリント回路ボード１５８あるいはＥＳＤシールド３００のいずれかが矢印３２２で示した方向に回転あるいは傾いた場合に、少量のこのような回転が収容されることになる。プリント回路ボード１５８の底面は、このとき、対応する突起３１６の上側表面と係合することになる。このような係合は、その方向における更なる回転を妨げ、そしてイメージング・レンズ１５５とイメージ検出器１１０との間の整列を向上させる。
【００７２】
図１７は、レンズ１５５をマウス４２の下側ハウジング１５０に結合するための代替の実施形態を示している。レンズ１５５に対しこれと一体に成形したあるいはこれと一体に結合したＥＳＤシールドを設けるのではなく、図１７に示した実施形態では、マウス４２のハウジングの底面にレンズ受けブロック３５０を設けていることを単に示している。レンズ受けブロック３５０は、レンズ１５５の外側周囲部に寄り添って受けるようなサイズとした開口を有している。次に、レンズ１５５は、光学グレードの接着剤を使用して、摩擦嵌合を使用して、あるいは機械的クランプまたはその他の固着装置を使用して、ブロック３５０内のその開口内に単に接着する。この実施形態では、レンズ１５５はマウス４２の底部ハウジングに直接固着するため、アパーチャを通して上方への静電放電が起こり得ない。したがって、ＥＳＤシールド３００を除去することができる。
【００７３】
図１８は、マウス４２内にレンズ１５５を固着する別の代替の実施形態を示している。図１８においては、ブロック３５０を図１７に示したように設ける。しかし、レンズ１５５をブロック３５０内の開口内に接着剤を使用して設けるのではなく、ブロック３５０は、Ｏリング３５２を受ける内側溝をもたせている。Ｏリング３５２は、１つの例示的実施形態では、シリコーンまたは柔軟なラバー材料で形成する。この実施形態では、レンズ１５５は、その開口内に挿入し、そして摩擦嵌合またはスナップ・タイプの嵌合を使用してその中に固着する。このため、レンズ１５５とＯリング３５２は、その開口を静電放電から有効に密閉する。
【００７４】
また、その他の代替の実施形態も考慮に入れている。例えば、光カプラ１０７は、その長手軸に沿って２つ以上の片に分割することができる。さらに、光カプラ１０７の入口端１４２は、ＬＥＤ１０４に対し、接着剤またはＬＥＤ１０４および入口端１４２の周りに配置した機械的ハウジングを使用して固着することができる。出口端１４４は、キャビティ１７４内に対し、ＬＥＤハウジング１５４以外のその他の手段を使用して固着することができる。例えば、光カプラ１０７の出口端１４４は、キャビティ１７４内に対し、接着したり、あるいは別の機械的クランプを使用してその中に固着することができる。また、偏倚部材３１８は、別個のスプリングあるいはスプリング部材のような他の装置で具体化でき、そして図示のものよりも多いあるいはそれより少ない偏倚部材３１８とすることもできる。
【００７５】
また、上述の説明は、あるポイントについてはマウスに関して進めたが、本発明は、動きを検出する任意のタイプのコンピュータ入力デバイスでも使用することができる。例えば、言及により本文に含めた出願において示されているように、本発明は、トラックボールで使用することができる。この場合、光カプラ１０７および光カプラ１０８の一方または双方は、輻射源とトラックボール表面との間、およびトラックボール表面とイメージセンサとの間にそれぞれ挿入することができる。これと同様の構成は、イメージ検出器に対し相対的な実質上任意の表面の動きを検出するのに使用することができる。
【００７６】
結び
したがって分かるように、本発明の１つの例示的実施形態では、コンピュータ入力デバイスの輻射放出端および輻射検出端の一方または両方に対し光結合アセンブリを提供する。この光結合アセンブリは、１つあるいはそれ以上の利点を提供する。例えば、光結合アセンブリは、組み立ての容易さを維持しながら、光コンポーネントを整列させるように作用する。加えて、光結合アセンブリは、市販の（ＬＥＤのような）光源に関連する多くの欠点を克服する。この光結合アセンブリは、その光源により照射する表面の強度および均一性を増大させる一方で、それに必要な駆動電流を減少させる。また、光アセンブリは、ＥＳＤ保護を増強し、また向きに敏感なパーツの適正な配向を提供する。
【００７７】
また気づくように、本文で述べた任意のレンズまたはレンズ作用要素（lensing element）の特定の処方は、周知の光学設計技術を使って決められる。このような処方は、代表的には、光源および照射する表面からのレンズの距離、所望の焦点、所望の照明パターン、関係するコンポーネントのサイズ、入射の角度、所望の強度等に依存する。
【００７８】
以上、本発明について好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者には分かるように、本発明の要旨および範囲から逸脱せずに、形態および細部において変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明による入力デバイスを実施するための例示の環境のブロック図。
【図２】  図２Ａは、本発明の１実施形態において使用したコンピュータおよび入力ポインティング・デバイスの機能ブロック図。
図２Ｂは、コンピュータへの伝送のため、入力ポインティング・デバイスが発生する情報パケットの１つの例を示す。
【図３】  図３は、本発明の１実施形態による、一部断面で一部ブロック図形態で示したコンピュータ入力デバイスを示す。
【図４】  図４Ａは、作業表面上に配置した光パターンの１実施形態を示す。
図４Ｂは、本発明の１実施形態による、作業表面上に配置した光パターンの１実施形態を示す。
【図５】  図５は、本発明の１形態による集光／整形放出器レンズを示す。
【図６】  図６は、本発明の１形態によるコンピュータ入力デバイスの１部分の側部断面図。
【図７】  図７Ａおよび図７Ｂは、本発明の１つの特徴によるＬＥＤハウジングを示す。図７Ｃは、放出器レンズを示す分解図であり、この放出器レンズは図５で説明し、ＬＥＤハウジングは図７Ａおよび図７Ｂで説明したものである。
【図８】  図８Ａおよび図８Ｂは、本発明の１つの特徴による、放出器レンズのハウジングまたはトンネルを示す。
【図９】  図９は、図７Ｃ、図８Ａおよび図８Ｂに示したレンズ・ハウジング内に収容された放出器レンズを示す。
【図１０】  図１０Ａおよび図１０Ｂは、本発明の１つの形態による、放出器レンズ、レンズ・ハウジング、ＬＥＤ、ＬＥＤハウジングを全て組み立てたコンピュータ入力デバイスを示す。
図１０Ｃは、図１０Ａに示したアセンブリであって、その上にプリント回路ボードを組み立てたものを示す。
【図１１】  図１１は、図６に示したコンピュータ入力デバイスの１部分の側面断面図であって、その上にイメージ検知回路を組み立てたものを示す。
【図１２】  図１２は、本発明にしたがって利用することができるイメージセンサの１つの例示的実施形態の拡大側面図。
【図１３】  図１３Ａおよび図１３Ｂは、本発明の１つの特徴によるイメージング・レンズ・ホルダを示す。
【図１４】  図１４Ａおよび図１４Ｂは、図１３Ａおよび図１３Ｂに示したイメージング・レンズを示す。
【図１５】  図１５は、図１４Ａの切断線１５−１５に沿ってとったイメージング・レンズ・ホルダおよびイメージング・レンズの横断面図。
【図１６】  図１６は、イメージング・レンズ・ホルダのより大きな横断面図であって、本発明の１つの形態によるイメージセンサを保持するプリント回路ボードに対するその関係を示す。
【図１７】  図１７は、本発明の１つの形態によるイメージング・レンズ・ホルダの代替の実施形態の拡大図。
【図１８】  図１８は、本発明の１つの形態によるイメージング・レンズ・ホルダの別の実施形態の拡大図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１２】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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