(57)【要約】一部または全部の構成要素が容量性センサで作られているポインティングデバイス。そのような構成要素として、回転部材（３０６）と固定された複数の容量性検出部材（３２２と３２０）とを含む回転動作検出器（３１０）；パターン形成された導電性表面（６０４）と固定された複数の容量性検出部材（６０８）とを備えた回転ボール（６０２）；マウスボタン（８２２）として機能する容量性タッチセンサまたは容量性スイッチ；スクロールホイール（９０２）、ノブ（１００２）、または容量性センサで構成されたタッチ面（１１０６）などがある。ポインティングデバイスは、いろいろな容量性構成要素のキャパシタンスの変動を測定してマウスの動きおよびマウスの他の作動状態を判断するための容量性測定回路（１７０４）およびプロセッサ（１７０２）をさらに含む。
2004500627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転部材と、
固定された複数のキャパシタンス検出部材、および前記キャパシタンス検出部材におけるキャパシタンスの変動を測定するキャパシタンス測定回路を備えるキャパシタンス検出手段と、
前記回転部材の動作を前記キャパシタンスの測定値に基づいて求める処理手段と、
を備える回転動作検出器。
【請求項２】
前記回転部材が導電性の円板を含むことを特徴とする請求項１記載の回転動作検出器。
【請求項３】
前記回転部材が導電性のノッチを備えた円板を含むことを特徴とする請求項１記載の回転動作検出器。
【請求項４】
前記導電性のノッチが電気的に接地されていることを特徴とする請求項１記載の回転動作検出器。
【請求項５】
前記回転部材が導電性材料のパターンを含んでいることを特徴とする請求項１記載の回転動作検出器。
【請求項６】
前記キャパシタンス検出部材が、前記回転部材の近傍の導電性プレートを含むことを特徴とする請求項１記載の回転動作検出器。
【請求項７】
前記キャパシタンス検出部材が、前記導電性の円板の近傍の導電性プレートを含むことを特徴とする請求項２記載の回転動作検出器。
【請求項８】
前記キャパシタンス検出部材が、前記円板の前記導電性のノッチの近傍の導電性プレートを含むことを特徴とする請求項３記載の回転動作検出器。
【請求項９】
前記キャパシタンス検出器が、前記キャパシタンス検出部材を少なくとも３つ含んでいることを特徴とする請求項８記載の回転動作検出器。
【請求項１０】
前記処理手段が、前記キャパシタンス検出部材と前記回転部材との間の距離の変動を補償するために前記キャパシタンス検出部材のキャパシタンス測定値を組み合わせることを特徴とする請求項９記載の回転動作検出器。
【請求項１１】
前記キャパシタンス測定回路が、前記処理手段の閾値キャパシタンスの測定値を生成することを特徴とする請求項１記載の回転動作検出器。
【請求項１２】
前記キャパシタンス測定装置が、前記処理手段の変動キャパシタンスの測定値を生成することを特徴とする請求項１記載の回転動作検出器。
【請求項１３】
前記処理手段が、前記回転部材の動作を前記キャパシタンス検出部材の大きさより大きな分解能まで測定するために前記変動キャパシタンスの測定を使用することを特徴とする請求項１２記載の回転動作検出器。
【請求項１４】
前記回転部材が前記キャパシタンス測定回路に電気的に接続され、前記キャパシタンス検出器が前記回転部材と前記キャパシタンス検出部材との間のキャパシタンスを測定することを特徴とする請求項１記載の回転動作検出器。
【請求項１５】
前記回転部材と前記キャパシタンス測定回路とが電気的接地に接続されていることを特徴とする請求項１４記載の回転動作検出器。
【請求項１６】
前記回転部材が前記キャパシタンス測定回路に容量的に接続され、前記キャパシタンス検出器が前記キャパシタンス測定回路と前記キャパシタンス検出部材との間の遷移キャパシタンスを測定することを特徴とする請求項１記載の回転動作検出器。
【請求項１７】
前記回転部材がいくつかの前記キャパシタンス検出部材間に遷移キャパシタンスを誘発し、前記キャパシタンス検出器が前記キャパシタンス検出部材間の遷移キャパシタンスを測定することを特徴とする請求項１記載の回転動作検出器。
【請求項１８】
前記回転動作検出器がポインティングデバイスの動作を検出することを特徴とする請求項１記載の回転動作検出器。
【請求項１９】
前記回転動作検出器がポインティングデバイスの動作を検出することを特徴とする請求項８記載の回転動作検出器。
【請求項２０】
前記回転動作検出器がポインティングデバイスの動作を検出することを特徴とする請求項１３記載の回転動作検出器。
【請求項２１】
前記回転動作検出器がコンピュータスクロールコマンドを検出することを特徴とする請求項１記載の回転動作検出器。
【請求項２２】
前記回転動作検出器がコンピュータスクロールコマンドを検出することを特徴とする請求項８記載の回転動作検出器。
【請求項２３】
前記回転動作検出器がコンピュータスクロールコマンドを検出することを特徴とする請求項１３記載の回転動作検出器。
【請求項２４】
前記回転動作検出器がコンピュータポインティングデバイス内に収容されることを特徴とする請求項２１記載の回転動作検出器。
【請求項２５】
表面上または表面近くに導電性のパターンを備えている回転ボールと、複数のキャパシタンス検出部材およびキャパシタンス測定回路を含むキャパシタンス検出器とからなる動作検出器。
【請求項２６】
前記導電性パターンが前記キャパシタンス測定回路に電気的に接続され、前記キャパシタンス検出器が前記導電性パターンと前記キャパシタンス検出部材との間のキャパシタンスを測定することを特徴とする請求項２５記載の動作検出器。
【請求項２７】
前記導電性パターンが前記キャパシタンス測定回路に容量的に接続され、前記キャパシタンス検出器が前記キャパシタンス測定回路と前記キャパシタンス検出部材との間の遷移キャパシタンスを測定することを特徴とする請求項２５記載の動作検出器。
【請求項２８】
前記導電性パターンがいくつかの前記キャパシタンス検出部材間に遷移キャパシタンスを誘発し、前記キャパシタンス検出器が前記キャパシタンス検出部材間の遷移キャパシタンスを測定することを特徴とする請求項２５記載の動作検出器。
【請求項２９】
前記動作検出器がコンピュータポインティングデバイス内で使用されることを特徴とする請求項２５記載の動作検出器。
【請求項３０】
前記ポインティングデバイスがマウスであることを特徴とする請求項２５記載の動作検出器。
【請求項３１】
容量性手段によって動作を測定されるコンピュータマウス。
【請求項３２】
少なくとも１つのボタンを含み、前記ボタンの作動状態が容量性手段によって検出されることを特徴とする請求項３１記載のコンピュータマウス。
【請求項３３】
前記ボタンが容量性タッチセンサを含むことを特徴とする請求項３２記載のコンピュータマウス。
【請求項３４】
前記動作と前記ボタンの作動状態とが同一のキャパシタンス測定手段によって検出されることを特徴とする請求項３２記載のコンピュータマウス。
【請求項３５】
容量性手段によってスクロールコマンドを検出されるコンピュータマウス。
【請求項３６】
前記マウスの動作が容量性手段によって測定されることを特徴とする請求項３５記載のコンピュータマウス。
【請求項３７】
前記動作と前記スクロールコマンドとが同一のキャパシタンス測定手段によって検出されることを特徴とする請求項３６記載のコンピュータマウス。
【請求項３８】
前記マウスボタンの作動状態が容量性手段によって検出されることを特徴とする請求項３５記載のコンピュータマウス。
【請求項３９】
前記ボタンの作動状態と前記スクロールコマンドとが同一のキャパシタンス測定手段によって検出されることを特徴とする請求項３８記載のコンピュータマウス。
【請求項４０】
導電性部材に取り付けられた、ユーザによる操作で前記導電性部材にたわみが生じる制御部材と、前記導電性部材の前記たわみを容量性手段によって測定するキャパシタンス検出器と、を含むコンピュータマウス。
【請求項４１】
前記制御部材はスクロールコマンドをコンピュータに送るために使用されることを特徴とする請求項４０記載のコンピュータマウス。
【請求項４２】
前記容量性検出器が前記制御部材の動作を２つの直交軸方向に測定することを特徴とする請求項４０記載のコンピュータマウス。
【請求項４３】
指の動きを軸に沿って測定するタッチセンサを含み、前記タッチセンサが容量性手段によって機能するコンピュータマウス。
【請求項４４】
前記タッチセンサが２つのマウスボタンの間に位置することを特徴とする請求項４３記載のコンピュータマウス。
【請求項４５】
前記タッチセンサが前記マウス側に位置することを特徴とする請求項４３記載のコンピュータマウス。
【請求項４６】
前記タッチセンサがマウスボタン上に位置することを特徴とする請求項４３記載のコンピュータマウス。
【請求項４７】
前記タッチセンサはスクロールコマンドをコンピュータに送るために使用されることを特徴とする請求項４３記載のコンピュータマウス。
【請求項４８】
前記タッチセンサが前記マウスの表面に装着されることを特徴とする請求項４３記載のコンピュータマウス。
【請求項４９】
前記タッチセンサが前記マウスの密封された表面の下に装着されることを特徴とする請求項４３記載のコンピュータマウス。
【請求項５０】
前記タッチセンサに対する前記指の容量結合を増大させるために、前記マウスの前記表面を前記タッチセンサの近傍で薄くすることを特徴とする請求項４９記載のコンピュータマウス。
【請求項５１】
前記タッチセンサが前記マウスの表面材料内に埋め込まれることを特徴とする請求項４３記載のコンピュータマウス。
【請求項５２】
前記タッチセンサ上で前記指を軽く叩く所作が前記コンピュータのコマンドとして解読されることを特徴とする請求項４７記載のコンピュータマウス。
【請求項５３】
前記指が前記タッチセンサから持ち上がった後、前記スクロールコマンドが続行することを特徴とする請求項４７記載のコンピュータマウス。
【請求項５４】
前記指が前記タッチセンサから持ち上がる前に実質的に静止していた場合は前記スクロールコマンドの前記続行が生じないことを特徴とする請求項５３記載のコンピュータマウス。
【請求項５５】
前記指が再び前記タッチセンサに触れた時点で前記スクロールコマンドの続行が中止されることを特徴とする請求項５３記載のコンピュータマウス。
【請求項５６】
前記スクロールコマンドの続行が、前記指が前記タッチセンサから持ち上がった後の所定時間の間中止されることを特徴とする請求項５３記載のコンピュータマウス。
【請求項５７】
前記指が前記タッチセンサから持ち上がった後、前記スクロールコマンドの続行が減少することを特徴とする請求項５３記載のコンピュータマウス。
【請求項５８】
前記マウスの動作が光学式手段によって検出されることを特徴とする請求項４３記載のコンピュータマウス。
【請求項５９】
前記マウスが可動部品を有しないことを特徴とする請求項５８記載のコンピュータマウス。
【請求項６０】
指の動きを二次元で測定するタッチセンサを含み、前記タッチセンサが容量性手段によって機能するコンピュータマウス。
【請求項６１】
前記タッチセンサはスクロールコマンドをコンピュータに送るために使用されることを特徴とする請求項６０記載のコンピュータマウス。
【請求項６２】
前記動きが前記マウスの表面範囲内で行われることを特徴とする請求項６０記載のコンピュータマウス。
【請求項６３】
導電性物体の動きを軸に沿って測定する一次元タッチセンサであって、前記タッチセンサは容量性手段によって作動し、前記動きによってコンピュータのスクロールコマンドが発生する一次元タッチセンサ。
【請求項６４】
前記タッチセンサ上で前記指を軽く叩く所作が前記コンピュータのコマンドとして解読されることを特徴とする請求項６３記載の一次元タッチセンサ。
【請求項６５】
前記導電性物体が前記センサから持ち上げられた後、前記スクロールコマンドが続行されることを特徴とする請求項６３記載の一次元タッチセンサ。
【請求項６６】
前記導電性物体が前記センサから持ち上げられた後、前記スクロールコマンドが続行されないことを特徴とする請求項６３記載の一次元タッチセンサ。
【請求項６７】
前記タッチセンサがコンピュータの周辺デバイスに搭載されることを特徴とする請求項６３記載の一次元タッチセンサ。
【請求項６８】
前記タッチセンサがコンピュータの入力デバイスに搭載されることを特徴とする請求項６３記載の一次元タッチセンサ。
【請求項６９】
前記入力デバイスがマウスであることを特徴とする請求項６８記載の一次元タッチセンサ。
【請求項７０】
指の動きを軸に沿って測定し、回転動作検出器の直交信号と互換性のある直交信号を前記動きに応じて発生する容量性タッチセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、部分的または全体的に容量性センサを使用して実現されたコンピュータマウスを開示するものである。
【０００２】
発明の背景
ポインティングデバイスは現代のコンピュータにおいて不可欠な構成要素である。一般的なタイプのポインティングデバイスの１つはマウスである。コンピュータのマウスは長年にわたって広く知られている。エンジェルバートによる米国特許第３，５４１，５４１号には、動作を測定するためにポテンショメータまたは導体パターン付きホイールを使用した初期のマウスの実施を開示している。これらのホイール表面の導体パターンは直接的な電気接触によって測定される。動いている物体に対する直接的な電気接触には、接触部の摩擦、磨耗、および腐食の増加など、数多くの周知の欠点がある。
【０００３】
現代のマウスは、光学的な回転動作エンコーダに機械的に接続された回転ボールを備えているラプソン（Ｌａｐｓｏｎ）他による米国特許第４，４６４，６５２号のものと同様の方法に従っている。マウスは、マウス内部の機械的なスイッチを作動させる１個または数個のボタンも含む。スクロール用のホイールも最近のマウスデザインの特徴であり、ジリック（Ｇｉｌｌｉｃｋ）他による米国特許第５，５３０，４５５号には別の光学的回転エンコーダに機械的に接続されているスクロールホイールを備えたマウスが開示されている。そのようなメカノオプチカルマウスは広く使用され十分理解されているが、いくつか欠点がある。第１に、可動部品であるので機械的な故障を生じやすく、定期的なクリーニングを必要とする。第２に、汚れ、湿気、または他の汚染物質および環境の影響にさらされる。第３に、低価格の機械装置であるので、微細な動きに対する感度が完全電子式の装置よりも劣る。第４に、電気機械式のセンサは、純粋に電子式のセンサよりも高価である。そして、第５に、光学式のセンサは発光ダイオードの使用によって多量の電力を消費する。
【０００４】
別の周知タイプのマウスは、マウスの真下の表面を直接光学的に感知することによって動きを測定する。キルシュ（Ｋｉｒｓｃｈ）による米国特許第４，３６４，０３５号には、パターン形成された表面を使用して機能する光学式マウスが開示されており、ダンドライカ（Ｄａｎｄｌｉｋｅｒ）他による米国特許第５，９０７，１５２号には、自然表面で機能するより高度な例が開示されている。ビディビル（Ｂｉｄｉｖｉｌｌｅ）他による米国特許第５，２８８，９９３号には、回転ボールを備え、純粋に光学式の手段によってこのボールの回転を測定するポインティングデバイスが開示されている。光学式マウスは移動センサ内の可動部品に関係する問題を取り除くが、一般に光学式マウスでさえも機械的なマウスボタンおよび機械的なスクロールホイールを使用しなくてはならない。
【０００５】
スクロールホイールに対する数多くの代替物が試されてきた。ホウ（Ｈｏ）他による米国特許第５，８８３，６１９号には、４方向スクロールボタンを備えたマウスが開示されている。ギリガン（Ｇｉｌｌｉｇａｎ）他による米国特許第５，３１３，２２９号には、親指作動スクロールノブを備えたマウスが開示されている。クーパー（Ｃｏｏｐｅｒ）による米国特許第５，１２２，７８５号には、強く握ることによってスクロールを開始させるマウスが開示されている。インターナショナルビジネスマシーンズ社（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｂｕｓｉｎｅｓｓ　Ｍａｃｈｉｎｅｓ）社製のスクロールポイントマウス（ＳｃｒｏｌｌＰｏｉｎｔ　Ｍｏｕｓｅ）は、スクロール用のアイソメトリックジョイスティックを含み、富士通社製のスクロールパッドマウスはスクロール用の抵抗性のあるタッチセンサを含んでいる。そのようなデバイスの普及は、マウスと共に使用する優れたスクローリングデバイスが必要とされ、これまで試されてきた技術のどれもが完全な満足から程遠いものであることを示している。
【０００６】
容量性のタッチパッドも技術上周知であり、米国特許第５，８８０，４１１号にはタッチパッドセンサおよび関連する機能が開示されている。タッチパッドは、指の動きを測定し、指の軽く叩く所作を検出することによって、マウスの動作検出器とボタンをシミュレートできる。タッチパッドは、米国特許第５，９４３，０５２号に開示されているように、スクロールに使用することもできる。容量性タッチパッドは、機械的センサの数多くの落とし穴を排除した固体電子デバイスである。しかしながら、多くのユーザは人間工学的な理由または慣れ親しんでいるという理由でタッチパッドよりもマウスを好む。
【０００７】
スイッチとして使用される容量性タッチセンサも技術上周知である。例えば、フレーム（Ｆｒａｍｅ）による米国特許第４，３６７，３８５号には、作動状態を検出するためにキャパシタンスを使用する薄膜圧力スイッチが開示されている。また、コールドウェル（Ｃａｌｄｗｅｌｌ）他による米国特許第５，８６７，１１１号には、ユーザのキャパシタンスを直接検出する容量性スイッチが開示されている。既に引用されている’４１１号特許の回路は、容量性スイッチを実現するために使用することもできる。容量性スイッチをマウスに適用することは比較的珍しいが、ヒンクリー（Ｈｉｎｃｋｌｅｙ）ならびにシンクレア（Ｓｉｎｃｌａｉｒ）共著の論文「接触を感知する入力デバイス（Ｔｏｕｃｈ−Ｓｅｎｓｉｎｇ　Ｉｎｐｕｔ　Ｄｅｖｉｃｅｓ）」（ＡＣＭ　ＣＨＩ　■９９，　ｐｐ．　２２３−２３０）には、種々のマウスのコントロール類に接触しているまたはその近傍にあるユーザの手の存在を検出する容量性タッチセンサを備えた実験的なマウスが開示されている。
【０００８】
ショルダ（Ｓｃｈｏｌｄｅｒ）他による米国特許第５，８０５，１４４号には、マウスに埋め込まれたタッチパッドセンサを備えたマウスが開示されている。しかしながら、ショルダは、容量性センサよりも感度が弱く、マウスのプラスチック製のエンクロージャ内部に搭載しにくい抵抗型の熱タッチセンサしか考えていない。ショルダは、マウスボタンの代わりにタッチセンサを使用することを提案しているが、スクロールにタッチセンサを使用することは考えていない。
【０００９】
本発明の目的は、マウスの普通の形態および機能を備え、該マウスの機械的機能の一部または全部を容量性センサに置き換えたデバイスを生成することである。
【００１０】
発明の概要
本発明は、従来のマウスに似ているが、一部または全部の構成要素が容量性センサで作られているポインティングデバイスに関する。そのような構成要素として、回転部材と固定された複数の容量性検出部材とを含む回転動作検出器；パターン形成された導電性表面と固定された複数の容量性検出部材とを備えた回転ボール；マウスボタンとして機能する容量性タッチセンサまたは容量性スイッチ；スクロールホイール、ノブ、または容量性センサで構成されたタッチ面などがある。ポインティングデバイスは、いろいろな容量性構成要素のキャパシタンスの変動を測定し、マウスの動きおよびマウスの他の作動状態を判断する容量性測定回路およびプロセッサをさらに含む。
【００１１】
好適な実施形態の詳細な説明
参考のため、図１Ａに一般的な従来のマウス１００の構成要素の側面図を示す。通常は硬質プラスチック製のエンクロージャ（１０２）がマウスの本体を形成している。エンクロージャ１０２の底の小さな孔からボール１０４が突出している。平坦な表面上のマウスの動きよってボール１０４が回転させられ、回転エンコーダ１０６によってこの動きが測定される。マウスの動きを２本の直交軸方向に測定するために通常２つの回転エンコーダが使用される。ボタン１０８がエンクロージャ１０２の上面の一部を形成している。ボタン１０８にかかる指の圧力は、ボタンの下に取り付けられているスイッチ１１０によって検出される。ボタン１０８の間にはスクロールホイール１１２が取り付けられており、その回転は回転エンコーダ１１４によって測定される。回転エンコーダ１０６および１１４とスイッチ１１０からの入力は、プロセッサ１１６によって組み合わされ、ケーブル１１８を介してホストコンピュータに送信される。
【００１２】
図１Ｂに、エンクロージャ１０２、ボール１０４、ボタン１０８、スクロールホイール１１２、およびケーブル１１８を特徴とする同じマウスの上面図を示す。
【００１３】
図２Ａに、一般的な先行技術の回転エンコーダ２００を示す。ボール２０２の回転によりシャフト２０４を回転させ、それによってノッチ付き円板２０６を回転させる。発光体２０８は光線２１４を円板２０６のノッチを介して光検出器２１０に送る。円板２１４が回転すると、検出器２１０からの信号のパターンによってプロセッサ２１２が回転の方向および速度を割り出すことができる。シャフト２０４はシャフト２０４に平行な軸を中心とするボール２０２の回転でしか励起されないことに注意されたい。第２の回転デコーダ（図示せず）を回転デコーダ２００と直角に取り付けることによって、２軸を中心とするボール２０２の回転、したがって二次元の平面におけるマウスの動きを検出できる。
【００１４】
図２Ｂに、ノッチ付き円板２０６と光検出器２１０の詳細図を示す。検出器２１０は、ノッチ２２４の間隔に対してともに密接配置された２つの光感知素子２２０および２２２を実際に含んでいる。円板２０６が矢印２２６で示される方向に回転すると、光感知素子２２０および２２２は、最初に両方がノッチ２２４を通り抜けた光に当たり、次に素子２２０が円板２０６の本体によって覆い隠され、その後、光感知素子２２２も覆い隠され、それから素子２２０が隣のノッチ２２８を通過した光に当たり、次いで素子２２２もノッチ２２８を通った光に当たる。センサ２２０および２２２は、このようにして図２Ｃ記載のデジタル方形波形をある期間にわたって生成する。円板２０６が矢印２２６と逆の方向に回転すると、センサが逆の順序で覆い隠され、図２Ｄに示されるデジタル波形を生じる。プロセッサは、光センサ２２０および２２２の出力をデジタル式に読み取り、その内部で直交信号を復号することによって円板２０６の動きの方向と量を求めることができる。
【００１５】
別の実施形態において、感光素子２２０および２２２は、円板２０６の別個の２つのノッチ位置に分離され同様位置に配置できる。この実施形態は、光センサ２２０および２２２をともに密接して配置するには大きすぎる場合に好ましいが、欠点は、センサ２２０および２２２を互いに正確に位置合わせすることがより難しくなることである。
【００１６】
図３Ａに、光学的な原理ではなく容量性の原理に基づいて作動する回転エンコーダ３００を示す。ボール３０２がシャフト３０４とノッチ付き円板３０６を回転させる。シャフト３０４と円板３０６は、金属などの導電性材料から作られ、シャフト３０４と円板３０６との組立体は接地素子３０８によって電気的に接地される。キャパシタンス検出器３１０が接地された円板３０６の容量性作用を測定する。金属ブラシなどの回転する物体を接地するためのいろいろな方法が当業界において知られている。あるいは、円板３０６だけを導電性にして接地素子３０８を円板３０６に直接取り付けることも可能である。さらに別の実施形態では、円板３０６が近傍の接地物体に容量結合される。さらに別の実施形態では、場合によっては時変信号を円板に供給して、検出器３１０に対する該信号の結合の振幅を測定することによって、円板３０６の本体と検出器３１０の間の遷移キャパシタンスの測定が行われることもある。いかなる場合でも、キャパシタンス検出器３１０は、その容量性作用によって円板３０６の位置を測定し、その結果として生じる信号はプロセッサ３１２によって読み取られる。
【００１７】
図３Ｂにノッチ付き円板３０６とキャパシタンス検出器３１０の詳細図を示す。図２Ｂの光検出器２１０の場合のように、キャパシタンス検出器３１０は、円板３０６の平面の近傍に該平面と接しないように配置された２つの導電性プレート３２０および３２２から形成されている。円板３０６のノッチ３２４がプレート３２０および３２２の近傍に位置するとき、これらのプレートはそれぞれが低い対地キャパシタンスを有する。円板３０６の本体がプレート３２０に近傍に移動し、それからプレート３２２の近傍に移動すると、これらのプレートの対地キャパシタンスがより高いレベルに上昇する。キャパシタンスは、導電性プレートの重なり領域に直線的に関連付けられるので、プレート３２０のこのキャパシタンスの上昇は直線的である。円板３０６がプレート３２０を完全に覆い、プレート３２２を覆い始めると、プレート３２０のキャパシタンスは比較的一定のままとどまっているが、プレート３２２のキャパシタンスは直線的に上昇する。円板３０６が矢印３２６の方向に回転し続けると、図３Ｃの波形で示されるように、最初にプレート３２０、次にプレート３２２のキャパシタンスが直線的に下降する。円板３０６が矢印２２６と逆の方向に回転した場合、プレート３２０および３２２のキャパシタンスは、替わりに図３Ｄの波形を生じる。
【００１８】
当業者であれば、プレート３２０および３２２が実際の金属板であってもよいし、限定的ではないが、表面すなわち基板上に塗装またはスクリーン印刷された導電性インク、表面すなわち基板上にメッキまたは別の方法で配置された金属またはインジウムすず酸化物などの導電性材料、または円板３０６の近傍に位置するほぼ平らな部分を少なくとも１ヶ所備えている任意の導電性物体を含む種々の方法で形成される導電性の領域であっても同等であることが理解されるであろう。同様に、導電性のノッチ付き円板３０６はノッチ付き金属円板であってもよいし、円板形の基板上に形成されたノッチ付き導体パターンであってもよい。プレート３２０および３２２の間のキャパシタンスの誘電体要素は、都合よく測定できるキャパシタンスを発生させる厚さと誘電率を備えた空隙、コーティング、表面、基板、または他の介在物であってもよいし、またはそのいくつかの組合せであってもよい。
【００１９】
当業者には、回転式容量性センサが円板形状に限定されないことがさらに理解されるであろう。導電性センサの近傍で不規則な形の導電性物体が回転する任意の装置も同等に良好に機能する。別の一実施形態において、円板３０６はノッチ付きまたはパターン形成された導電性表面を備えた回転ドラムを形成するように突出し、プレート３２０および３２２はドラムの長さに沿って方向付けられている。このドラムの実施形態は、かさばっていて機械的により複雑であるが、より広範囲の容量のオーバーラップが可能であり、したがって、より強いキャパシタンス信号が可能である。さらに別の実施形態において、ノッチ付き円板は、単一の「ノッチ」に簡素化でき、結果として、半円形の導電性カムが四分円のプレート３２０および３２２に面することになる。
【００２０】
プレート３２０および３２２からのキャパシタンス信号を処理する方法の１つは、これらの信号を一定のキャパシタンス閾値に対して比較することである。図３Ｄと３Ｅを参照すると、キャパシタンス３４０を閾値３４４に比較することによってデジタル波形３４８を生成し、同様に、キャパシタンス３４２を閾値３４６に比較することによってデジタル波形３５０を生成している。図３Ｅの波形３４８および３５０は、図２Ｄのデジタル波形と本質的に同一であることに注意されたい。したがって、閾値の比較をこのように使用してデジタル波形を生じさせる場合、これらのデジタル波形は図２Ｂの従来の光学式回転エンコーダのプロセッサ２１２と同一のプロセッサ３１２で処理することができる。
【００２１】
キャパシタンス検出器３１０は、当業界で周知の多数のキャパシタンス測定方法のどれでも使用できる。米国特許第５，８８０，４１１号には、そのようなキャパシタンス測定回路の１つが開示されている。
【００２２】
図２Ａの光学式エンコーダの場合のように、プレート３２０および３２２の対応ノッチ内の配置が維持される限り、プレート３２０および３２２は異なるノッチに隣接して配置されてもよいことに注意されたい。しかしながら、プレート３２０および３２２はプレート自体の外側にハウジングやパッケージを必要としないので、両プレートが互いに位置合わせされた状態を維持することを保証するために、両プレートを共通の基板上に並列に配置して取り付けることが便利である。
【００２３】
当業者であれば、図３Ｃおよび３Ｄの当初のアナログ的なキャパシタンスの波形を精査することによって、ノッチの間隔よりずっと細かい分解能まで円板３０６を位置決めできる。これは、任意の時点でキャパシタンス信号の一方が円板の回転に伴って直線的に変化し、他方が一定だからである。プロセッサ３１２は、これらの直線的な変化を追跡することによって、キャパシタンス測定の分解能および直線性によってのみ限定される分解能で円板の回転を追跡する。好適な実施形態において、これらの精密なキャパシタンス測定を実行するために米国特許第５，８８０，４１１号に開示されている回路が使用される。
【００２４】
ノッチの間隔よりもはるかに高い分解能まで円板の回転を測定できるので、図２Ａの光学式エンコーダの類似のノッチおよびセンサで実施可能であるよりもはるかに大きなノッチを円板３０６に使用でき、したがって、より大きなプレート３２０および３２２を使用できる。より大きなノッチおよびプレートによって組立体の機械的公差が緩和され、低コスト化が見込まれる。より大きなノッチおよびプレートであったとしても、十分に高解像度のキャパシタンス検出器が使用されれば、容量性回転エンコーダで光学式回転エンコーダより高解像度のデータを生成できる。また、より大きなプレート３２０および３２２によって、検出器３１０がより測定しやすい、より大きなキャパシタンス信号がもたらされる。
【００２５】
簡素に形成された金属部片またはメッキされた導体パターンである、プレート３２０および３２２と接地機構３０８は、図２Ａの半導体の発光体またはセンサより低価格でもある。
【００２６】
容量性回転エンコーダの別の利点は、ボール３０６に拾い上げられて組立体の中に持ち込まれることがある埃などの光学的に不透明な異物による影響を受けないことである。容量性回転エンコーダで許容される機械的公差がゆるくなることによって、異物の詰まりに対する耐性も強化される。
【００２７】
図４に、円板４００とプレート４０２および４０４とが間隙４０６で隔てられている容量性回転エンコーダでの側面図を示す。間隙４０６は説明のために広く描かれているが、好適な実施形態の間隙４０６は、円板４００とプレート４０２および４０４との間のキャパシタンスを最小にできる程度に狭く保持される。間隙４０６が狭く、エンコーダ組立体の公差が上に開示したようにゆるければ、シャフト４０８の軸に沿った円板４００の動きは間隙４０６の幅に対してその分大きく影響する。この変化は、プレート４０２および４０４のキャパシタンス測定の精度に影響を及ぼす可能性がある。図５に、この問題を解消する、図３Ａの配置に対する改善策を示す。
【００２８】
図５において、円板５００は３つのプレート５０２、５０４、および５０６に隣接している。プレート５０２と５０４は、図３Ａのプレート３２０および３２２と同一である。プレート５０６はプレート５０２と５０４を組み合わせた大きさであり、プレート５０２と５０４の近くに位置する。図５において、プレート５０２および５０４の後、プレート５０６が次のノッチを占める。別の実施形態において、整合はプレート５０６をそれぞれプレート５０２および５０４の大きさに正確に２つの半プレートに分割することによって改善できる。図５のシステムにおいて、プロセッサはプレート５０２、５０４、および５０６のキャパシタンス測定値の合計を計算する。円板５００とプレート５０２、５０４、および５０６との重なりの総面積は円板５００の回転位置と無関係に一定であることに注意されたい。したがって、プレート５０２、５０４、および５０６のキャパシタンスの合計は一定であるべきである。この合計の変動は、円板５００が、例えば図４に示されるように軸に沿った移動によって、プレート５０２、５０４、４０６に対して動かされたことを示す。プロセッサは、キャパシタンスの測定値を正規化するために、各プレートのキャパシタンス測定値をキャパシタンス合計値で割る。これらの正規化測定値は図４の間隙４０６の幅に関して不変であり、前述の位置の計算に使用するのに適している。
【００２９】
図６に、容量的に感知するマウスの動作の別の機構を示す。この機構は、従来のマウスの回転ボールのように、エンクロージャ６００の孔から突出する回転ボール６０２を採用している。ボール６０２の表面には、導電性の高いおよび低い領域６０４がパターン形成されている。このパターン形成は、変動導電性のゴムなどのボールを形成することによって、または、ボールの表面を塗料または金属などの導電性の物体で処理することによって遂行できる。ボールの導電性表面は、必要があれば、誘電性の外層６０６で保護してもよい。キャパシタンス検出器６０８は、ボール６０２近傍の数カ所に配置される。ボールが回転すると、導電性領域６０４があるキャパシタンス検出器から別のキャパシタンス検出器に移動し、プロセッサ６１０がこれらの信号を相関させてボール６０２の動きを測定する。キャパシタンスの測定値は、導電性領域６０４がある検出器６０８から別の検出器に移動するのに伴って直線的に変化するので、プロセッサ６１０は、ボールの動きをごく高い分解能まで測定するために補間することができる。
【００３０】
図６のシステムは、少なくとも１つの導電性領域６０４が常に検出可能であることを保証するために、いくつかのセンサ６０８を必要とする。異なる導電性領域６０４は個々の領域６０４とその間の空間を検出器６０８が分析できる程度の距離ずつ離すという制約を受け、導電性領域６０４は容量性信号を最大にするために出来る限り大きくなくてはならない。したがって、領域６０４間の空間は、少なくとも検出器６０８の大きさと同等であるべきであり、導電性領域６０４は少なくとも検出器６０８の大きさの有効分数でなくてはならない。
【００３１】
図６にボール６０２の表面を囲むように湾曲させた直列のセンサ６０８を示す。そのような配列によって、ボールの転がりを一次元で検出できる。図６の例は、軸６１２に沿ったマウスの動きによる転がりを検出する。好適な実施形態では、マウスの動きを二次元で測定するために、別のセンサ（図示せず）がセンサ６０８の列と直角な列を形成するように配列されている。
【００３２】
一実施形態において、ボールの導電性領域は、キャパシタンスの測定を容易にするために簡素な導電性プレートによって接地される。しかしながら、ボールの導電性領域を接地することは非現実的であり、したがって、好適な実施形態では、キャパシタンス検出器６０８が遷移キャパシタンスを測定する。
【００３３】
図７に遷移キャパシタンスを測定する簡素な方法の１つを示す。キャパシタンス検出器７００は２つのプレート７０２と７０４から構成されている。プレート７０２に接地に接続されており、プレート７０４はキャパシタンス測定回路７０６に接続されている。ボール７１０内の電気的に浮動状態の導体７０８に近接することによって、プレート７０２から導体７０８への容量結合７１２と導体７０８からプレート７０４へ容量結合７１４が生じ、したがって２つの直列容量を通じてプレート７０２がプレート７０４に事実上接続される。当業者には、交差指形のラインまたは同心円と円環形など、プレート７０２と７０４の数多くの他の形状が思い起こされるであろう。キャパシタンス検出器７００の別の実施形態において、プレート７０２は、プレート７０４に容量結合されており回路７０６によって検出される時変信号で駆動できる。
【００３４】
図６の移動センサは図３のものよりさらに少ない可動部品しか要せず、したがってより安価でより物理的に丈夫なマウスに通じる。しかしながら、図６のシステムには、プロセッサ６１０においてより複雑な処理が必要とされるという欠点がある。
【００３５】
米国特許第４，５４６，３４７号（キルシュ）および同第５，９０７，１５２号（ダンドライカ他）の光学的な方法など、マウスの動きを検出する他の方法も当業界に知られている。完全に固体の光学式移動検出器は、本発明の容量性ボタンおよびスクロール調整ノブと対をなして、完全に固体の光学式／容量性マウスを形成する。
【００３６】
マウスは一般に１つまたは複数のボタンと動作検出器とを含む。ここで図１に戻ると、ボタン１０８は通常、機械的なスイッチ１１０に連結されている。スイッチ１０８の表面を押し下げることによってユーザはスイッチ１１０を閉じる。機械的なスイッチには、さまざまな周知の欠点がある。機械的なスイッチは可動部品を有するので、時が経つにつれ、または手荒な取扱いによって故障することがある。また、機械的なスイッチは、作動させるためにある圧力閾値を必要とするが、これにより、繰返し使用することでユーザを疲れさせることがある。
【００３７】
機械的なスイッチは、何通りかの方法で容量性センサに交換することができる。図８Ａに、当業界で公知のあるタイプの容量性スイッチを示す。マウスのエンクロージャ８００は、従来のマウスのエンクロージャと同様に形成されているが、その上面には可動部品が無い。好ましくは保護用の誘電体層８０６で被覆されているエンクロージャの表面または表面近傍に導電性プレート８０２が配置されている。キャパシタンス測定回路８０４がプレート８０２のキャパシタンスを監視する。指（図示せず）が表面領域８０６に触れると、プレート８０２の接地に対するキャパシタンスが、測定回路８０４によって設定された閾値を超えて増加する。指が存在しない場合、プレート８０４の接地に対するキャパシタンスは閾値を下回る。回路８０４は、プレート８０２のキャパシタンスを閾値に対して比較することにより、機械的スイッチによって生成される信号と同等のデジタル信号を生成できる。
【００３８】
図８Ａのシステムは、作動させるための力を全く要しないマウスボタンを実現するものであり、実際、閾値の設定によっては、単なる指の近接を感知することさえ可能である。このマウスボタンは、繰り返される作動で指が疲れるという問題を解消するものであるが、誤ってボタンを作動させることがないように指を表面８０６に乗せてはならないため、非作動の期間中に指が疲れるという逆の問題を生じさせる。
【００３９】
図８Ｂに、やはり当業界で公知の第２のタイプの容量性スイッチを示す。エンクロージャ８２０は、従来のマウスのように独立した可動ボタン部８２２を含む。ボタン８２２の下には、機械的スイッチの代わりに、導電性プレート８２６と何らかの種類のばね機構８２４が存在する。限定的ではないが、金属のばね、圧縮可能な発泡材、または弾性材料で作られたボタンを備えた一体成形のエンクロージャなどを含むさまざまな機構８２４が使用可能であり、公知である。ばね機構８２４は、馴染みのあるクリック感をボタンの作動に付与するために触覚フィードバック手段を任意に含むこともできる。第２の導電性プレート８２８はプレート８２６の下に、ボタン８２２に掛かる圧力によってプレート８２６がプレート８２８に適度に接近し、それによってプレート８２６および８２８間のキャパシタンスが増加するように取り付けられている。キャパシタンス測定回路８３０は、このキャパシタンスの変化を検出してボタン信号を生成する。
【００４０】
図８Ｂのシステムはプレート８２６および８２８間のキャパシタンスを測定することによって機能するので、これらのプレートはボタンを作動させるために電気的に接触する必要はない。実際、キャパシタンス測定回路８３０を適切に作動させるために、これらのプレートは電気的に接触させてはならない。限定的ではないが、プレート８２６およびプレート８２８の一方または両方における絶縁表面、プレート間に配置される絶縁性の圧縮可能な発泡材など、プレート８２６および８２８を分離するための数多くの簡単な方法が知られている。
【００４１】
図８Ｂのシステムは従来の機械的スイッチによく似ているが、ボタンの作動に電気的接触をさせる必要がないので汚れにくく磨耗しにくい。
【００４２】
キャパシタンス測定回路８０４と８３０は、さまざまな周知のキャパシタンス測定技術のいずれを使用してもよい。好適実施形態では、米国特許第５，８８０，４１１号に開示されているような回路が使用されている。
【００４３】
多くのマウスはスクロール機構も備えている。この機構は一般に回転ホイール、アイソメトリックジョイスティック、または指向的に配置されたボタンを採用している。スクロール機構１１２は一般に、図１Ｂに示されるように２つのマウスボタンの間に取り付けられる。
【００４４】
図９にスクロールコマンドを容量的に測定する方法の１つを示す。スクロールホイール９０２は、側面図に示されているように、マウスのエンクロージャ９００に取り付けられている。このホイールは、ユーザには、図１Ａおよび１Ｂの従来のマウスのホイールと同じに見える。ホイールの回転は、図３Ａおよび３Ｂのものと同様の容量性回転エンコーダ９０４とプロセッサ９０６によって測定される。容量性回転エンコーダ９０４を、図９に示されているようにスクロールホイール９０２の軸上に直接取り付けることができ、あるいは、ホイール９０２をエン９００内の独立した回転エンコーダ機構のどこかに機械的に連結させることもできる。
【００４５】
図１０に、別の容量性スクロール調整ノブを示す。スクロール用のノブ１００２がマウスのエンクロージャ１０００から突出している。ノブ１００２は、スティック１００４によって導電性プレート１００６とばね機構１００８とに連結されている。ノブ１００２は、スプリング１００８の剛性に応じて、揺動する調整ノブまたはアイソメトリックジョイスティックとして作用できる。導電性プレート１００６の近くに導電性プレート１０１０と１０１２が取り付けられ、キャパシタンス測定回路１０１４がプレート１０１０とプレート１００６の間およびプレート１０１２とプレート１００６の間のキャパシタンスを測定する。ノブ１００２が前方または後方に押されると、プレート１００６がわずかにたわんでプレート１０１０と１０１２のキャパシタンスに測定可能な変化が生じる。回路１０１４は、プレート１０１０と１０１２のキャパシタンスを比較することによって、この前方または後方のたわみを検出してスクロールコマンドを生成することができる。また、回路１０１４は、両プレート１０１０と１０１２のキャパシタンスの増加に留意することにより、ノブ１００２にかかる下向きの圧力を検出できる。数多くの従来のマウスは、第３のマウスボタンの作動などのスクロール調整ノブの下向きの振れを付加的なコマンド信号として使用する。
【００４６】
２つの付加的なプレートをプレート１０１０および１０１２の軸と直角な軸に沿って配置することにより、ノブ１０１２の振れを三次元で測定できる。ノブ１０１２の左右の振れは、水平方向のスクロール、すなわちパニングを求めるコマンドと見なすことができる。前後の振れは縦スクロールと見なすことができ、また、下向きの振れは別のマウスボタンまたは他の特別なコマンドと見なすことができる。
【００４７】
別の実施形態において、プレート１０１０および１０１２はプレート１００６の上方に位置し、したがって、ノブ１００２にかかる圧力により、プレート１００６がプレート１０１０および１０１２から離れるようにたわみ、プレート１０１０および１０１２で測定されるキャパシタンスは、圧力に伴って増加するのではなく減少する。当業者には、この実施形態に必要な処理が、符号の変更を除いて図１０の実施形態に必要な処理と同一であることが分かるであろう。
【００４８】
図９および１０のシステムには、依然として可動部品を備えた機械的デバイスであるという欠点がある。最高の丈夫さと感度および最低のコストのために、スクロールのための厳密に固体のソリューションが好ましい。
【００４９】
図１１Ａに、容量性感知の原理に直接的にしたがって作動するスクロール調整ノブを示す。マウスのエンクロージャ１１００は、容量性測定回路を含むプロセッサ１１０４に接続された導電性プレートアレイ１１０２を含んでいる。プレート１１０２は、表面１１０６によってユーザの指と絶縁されている。好適な実施形態において、プレートアレイ１１０２は、図１１Ｂに示されるように２つのマウスボタン１１０８の間に配置される。ユーザの親指が届くようにスクロール調整ノブがマウスのエンクロージャ１１００の側面に取り付けられている図１１Ｃの実施形態など、スクロール調整ノブがどこか別の場所に配置されている数多くの別の実施形態が可能である。図１１Ｂおよび１１Ｃのマウスボタン１１０９は、前述のように容量性のボタンにすることも可能であるし、従来の機械的スイッチまたはいずれか他の適切なタイプのボタンにすることも可能である。
【００５０】
図１１Ｄに、スクロールセンサ１１０２が従来のマウスボタン１１０８の上部に配置され、実質的に指を動かさずにボタン１１０８を押し下げることによってボタンがクリックされ、ボタン１１０８に軽く触れながら指を動かすことによってスクロールを生じるさらに別の構成を示す。
【００５１】
プレートの間隔より高い分解能になるように指位置を補間できるように、プレート１１０２は多数で、ともに密接配置されていることが好ましい。好適な一実施形態において、９個のプレートが約１インチの距離にわたって用いられる。米国特許第５，８８０，４１１号には、センサアレイのキャパシタンスを測定し、測定されたこれらのキャパシタンスから指位置を補間する好適な方法が開示されている。ガーフェイド（Ｇｅｒｐｈｅｉｄｅ）による米国特許第５，３０５，０１７号の方法など、数多くの方法が可能であり、当業界で知られている。
【００５２】
プレート１１０２における指位置が分かれば、継時的に指の位置を比較することによって、プレート１１０２の軸に沿った指の動きを測定できる。ある方向および距離の指の動きが測定されると、プロセッサ１１０４は対応する方向および距離のスクロール信号を発生する。ユーザに確認されるのは、ホイールの頭の上で指を前後に動かすことによって図９のホイール９０２のようなホイールを転がしているような効果である。そうではなく、ユーザは、センサの表面１１０６に沿って指を前後に動かして全く同じスクロール信号を発生させているのである。
【００５３】
どのようなスクロールマウスでもそうであるが、特に容量性スクロールマウスにおいて、スクロール面１１０６が一般的なグラフィックユーザインタフェースの一般的なスクロールバーよりずっと短いことに対処するために低速スクロール用と高速スクロール用の異なる体制に対応できることが望ましい。異なる速度体制に対応するための簡単な方法は、マウスに動作信号が付与されたときに「加速」すなわち「衝撃（バリスティック）」として一般に知られている技術を適用することである。この技術では、ごく小さい指の動きを不調和に小さいスクロール信号に変換し、ごく大きな指の動きを不調和に大きいスクロール信号に変換する。
【００５４】
好適な実施形態において、プロセッサ１１０４は指の総信号量と指の位置を測定し、十分な指信号が存在する場合にのみスクロール信号を発生する。そうしないと指が存在しないときのスクロール信号が不明確になり、マウスが好ましくない偶発的なスクロールを起こしやすくなる。好適な実施形態において、プロセッサ１１０４は、全部のセンサ１１０２のキャパシタンス合計値を閾値に対して比較して指の有無を判断する。別の実施形態では、プロセッサ１１０４はそうしないで、すべてのセンサ１１０２の中で最大のキャパシタンス信号を閾値に対して比較する。閾値は、故意の指動作だけがスクロールを生じるように十分に高く設定されるべきである。閾値が低く設定されすぎると、単なる指の接近に反応してマウスがスクロールすることがあり、これは一般に好ましくない性質である。
【００５５】
表面１１０６の下にセンサ１１０２を取り付けるための方法は数多く存在する。それらの方法のいくつかを図１２Ａ〜１２Ｅに示す。当業者には、他の多数の取付法が可能であり、特定の取付法の選択によって本発明の本質または基本作用が変わるものではないことが分かるであろう。
【００５６】
図１２Ａにおいて、スクロール面１２０２はエンクロージャ１２００の連続領域である。センサ１２０４が接着剤または他の媒介物質１２０６を用いてエンクロージャ１２００の裏面に貼付される。接着剤１２０６は、導電性塗料などの自己接着性のセンサ材料１２０４を使用することによって除外することも可能である。ワイヤまたは他の導体によってセンサ１２０４をプロセッサ１２０８に接続する。
【００５７】
図１２Ｂにおいて、センサ１２０４は基材１２０６上に配置され、その後、基材１２０６はエンクロージャ１２００の裏面に貼り付けられる。センサ１２０４は、導電性インク、インジウムすず酸化物、金属箔、または他の任意の導電性材料で形成できる。基板１２０６は、ポリエステルフィルム、プラスチック、ガラスなど、導電性センサを配置できる材料であれば何でもよい。図１２Ｂの例では、基板１２０６は、センサ１２０２からプロセッサ１２０８に導電信号を搬送するためにエンクロージャ１２００から離れるように折れ曲がっている。
【００５８】
図１２Ｃにおいて、スクロール領域１２０２の内部または近傍のエンクロージャ１２００の材料は、センサ１２０４から指への容量結合を増大させるために通常よりも薄く形成されている。また、センサと指との近さを増加させるために、基板１２０６の反対側にセンサ１２０４が配置されている。エンクロージャを補強するために、固形物の支持体１２１０をセンサの後ろに任意に配置することもできる。センサ１２０４をマウス内の他の回路の干渉から隔離するために、層１２１０を導電性にして、電気的に接地する場合もある。本願明細書に開示されている他のセンサ装置のどれにおいても同様の接地遮蔽を用いることができる。
【００５９】
図１２Ｄにおいて、基板材料１２０６は、孔１２１２を貫通してエンクロージャ１２００の表面まで延びている。この例では、基板１２０６はそれ自体がセンサ１２０４と指の間の保護誘電層１２０２となっている。孔１２１２は、孔１２１２と機械的マウスボタンの縁部のまわりの開口を組み合わせるなどといったさまざまな方法で保護し隠すことができる。
【００６０】
図１２Ｅにおいて、センサ１２０４は、例えばプラスチックに包まれたワイヤまたは箔帯片の形で、エンクロージャ１２００の材料に直接埋め込まれている。
【００６１】
センサ１２０４が基板１２０６上に配置される場合、図１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄに示されているように、基板１２０６の延長部を使ってセンサ信号をプロセッサに搬送することが便利である。これらのケースでは、センサ１２０４およびそれに関係する配線を、導電性インクまたは他の適切な材料を使って基板上にパターン形成することもできる。図１３Ａから１３Ｄに、多数の可能パターンのうちのいくつかを示す。
【００６２】
図１３Ａにおいて、基板１３００はセンサ１３０２の領域の片側を越えて延びている。この片側延長部１３０６は、プロセッサ１３０８に達するセンサ信号の担体を形成する。プロセッサ１３０８は、図示のようにセンサ領域１３０２の片側に取り付けてもよいし、延長部１３０６がセンサ１３０２から導き出されるように延長部１３０６を折り曲げたり、折り畳んだり、反らした状態で、センサ１３０２の下または別の場所に取り付けてもよい。
【００６３】
図１３Ｂにおいて、信号１３０４は９０°で曲がり、延長部１３０６はセンサ１３０２の領域の長さに沿って延びている。
【００６４】
図１３Ｃは、図１３Ｂと同様であるが、センサ１３０２の領域の両側いに対する基板１３００の広がりのバランスを取るために、センサ１３０４がセンサ１３０２の領域の両側に延びている。
【００６５】
図１３Ｄでは、２層の導電性材料が、絶縁層または基板を間に挟んで使用されている。第１の導電層はセンサ１３０２を含んでいる。第２の導電層は、センサ１３０２と直角の方向に進むセンサ信号１３０４を含んでいる。バイア１３１０が絶縁層を貫通して、センサ１３０２と信号線１３０４とを接続している。バイアを使用しないセンサ１３０２の上のワイヤ１３０４の交差部１３１２において、プロセッサ１３０８が考慮しなくてはならないいくつかの容量結合があるものの、２つの導電層は電気的に隔離されている。図１３Ｄのセンサは、付加的な層を使用することによってより高価となるが、センサ１３０２の領域の周囲での基板１３００の延長が排除される。そのような延長は、センサ１３０２の領域を直接触れたのではなくその付近を触れたときに指とワイヤ１３０４の間に望ましくない容量結合が生じる機会ができることに加え、デザイン上すなわち美的な理由からも好ましくない。好ましくない容量結合は、図１３Ｂの領域１３１４によって示されるように、露出したワイヤに接地シールドを加えることによって対処することもできる。
【００６６】
容量性スクロール制御のさらに別の実施形態を図１４に示す。マウスのエンクロージャ１４００は、マウスボタン１４０８の間に配置されていることが好ましい二次元のスクロール領域１４０２を含んでいる。スクロール領域１４０２は、一方の方向に配置されているセンサアレイ１４０４と、二次元のマトリックスを形成するようにほぼ直角な方向に配置されている第２の重なっているセンサアレイ１４０６とを含んでいる。各センサアレイは、図１１〜１３と同様の方法を使って処理される。位置は、２つのアレイが完全な指位置を二次元で形成するように組み合わせられたものに由来する。
【００６７】
二次元の容量性タッチセンサまたはタッチパッドは当業界において公知である。好適な実施形態では、米国特許第４５，８８０，４１１号の方法が使用される。’４１１号特許の図２には、同特許に開示されている種々の利点から好ましいとされるセンサマトリックス１４０２のダイヤモンドパターンが示されている。他の多くの感知技術およびセンサの配置が当業界で知られている。
【００６８】
二次元の指位置が分かると、指の位置を継時的に比較することによって、水平および垂直方向の指の動きを測定できる。水平方向の指の動きは、水平方向のスクロール、すなわちパニングに変換される。垂直方向の指の動きは、垂直方向のスクロールに変換される。一実施形態において、斜めの指の動きは、水平および垂直方向の同時スクロールに変換される。別の実施形態において、指の動きが本質的に水平方向なのか、本質的に垂直方向であるのかを判断するために水平および垂直移動信号が比較され、対応するタイプのスクロールが適用される。
【００６９】
米国特許第５，５３０，４５５号のもののようなスクロール用ホイールマウスは、ユーザによってホイールが押し下げられたことを感知するための付加的なスイッチを一般に含んでいる。このスイッチは、付加的なスクロールまたはホストソフトウェアの他の機能を有効にする第３のマウスボタン信号と同様の信号を発生する。同等のスイッチを図１１〜１４の容量性タッチセンサの下に取り付けることも可能であるが、スイッチ特有のコストおよび信頼性の問題を排除するために別の方法が好ましい。
【００７０】
容量性スクロール調整ノブの第３のマウスボタンをシミュレートする方法の１つは、米国特許第５，８８０，４１１号に開示されているさまざまな方法を使って軽く叩く所作を解読することである。最も単純なケースでは、基本的な指の軽い叩き動作が解読され、第３のマウスボタンの模擬クリックに変換される。図１５に、経時的な合計キャパシタンス信号と、軽い叩き動作検出に由来する対応第３ボタン信号を示す。’４１１号特許では、容量性タッチセンサ上で軽い叩き動作を検出するための多数の付加的な改善点が開示されているが、その多くは、スクロール調整ノブに適用するのに適したものである。
【００７１】
第３のマウスボタンをシミュレートＳる第２の方法は、図８Ａと８Ｂに開示されているように容量性ボタンを形成する付加的なタッチセンサプレートを導入することである。
【００７２】
配列された容量性タッチセンサ、特に図１４のもののような二次元のセンサは、ホイールやアイソメトリックジョイスティックのような、より特殊なセンサに不可能であった多数の別のタイプの入力に対応できる。一例は、特殊モードまたはユーザインタフェースコマンドを作動させるために複数の指を使用することである。米国特許第５，８８０，４４１号には、多指感知の一実施形態が開示されている。別の例は、輪と描くような動きおよび完全に水平または垂直方向ではない他の指の動きを特別なユーザインタフェースコマンドとして解釈できる描画所作である。さらに別の例は、指の動きまたは軽い叩き動作によって特別な動作を引き起こさせる特別指定ゾーンである。
【００７３】
容量性のスクロール調整ノブはユーザにとってスクロールホイールのように感じられるので、ホイールとの類似性を強化するために他の技術を採用することもできる。そのような技術の１つは、指がスクロールセンサから持ち上がるときの指の動きの速さに基づいてスクロール動作を調整する「惰性」または「惰行走行」である。
【００７４】
図１６Ａおよび１６Ｂに基本的な惰行性を示す。各図は、指の有無、計算された指の動き、およびその結果としてマウスによって生成されるスクロール信号を示す。簡単にするために、図１１のケースのように一次元の動きとスクロールだけを考える。図１４の二次元のスクロールは、図１６の簡単な総合に通じる。指が無ければ指の動きは定義されないことに注意されたい。図１６Ａおよび１６Ｂでは、説明のために、指が無い場合の指の動きがゼロとしてプロットされている。
【００７５】
図１６Ａにおいて、指はスクロールセンサに触れ、前後に動いて対応する前後のスクロール信号を発生させ、それから完全に止まった後に持ち上がる。指が持ち上がってプロセッサがゼロまたは近ゼロ速度を確認すると、プロセッサはすべてのスクロール動作を停止し、惰行は生じない。
【００７６】
図１６Ｂにおいて、指は同じスクロール動作を実行するが、再び動き、まだ動きながら持ち上がる。プロセッサは、指が持ち上がり始めるときに速度が実質的に非ゼロであることを確認した場合、持ち上がり時の指の最終速度から求めた方向および速度でスクロールし続ける。ユーザに見える効果は、想像上のスクロールホイール上の指の動きによって、このスクロールホイールが回転したまま、すなわち惰行状態であることである。好適な実施形態において、惰行の速度および方向は指が持ち上がる直前のスクロールの速度および方向と同等であるが、別の実施形態では、惰行速度を一定にすることも可能であるし、惰行速度および方向を、最終的なスクロール速度および方向のいずれか別の関数にすることも可能である。
【００７７】
惰行を終了させるには、図１６Ｂに示されるようにユーザは指をスクロール用調整ノブに戻すだけでよい。惰行のこの態様を遂行するために特別な処理は必要ない。指がスクロール用調整ノブに戻るとすぐに、惰行信号は、調整ノブ上で実際に指が動くまでゼロである新たな動作信号に交換される。ユーザに見える効果は、指が想像上のスクロールホイールに押し付けられるとすぐにこのスクロールホイールが停止することである。惰行は、大きな書類を長距離にわたってスクロールするのに有用な支援機能である。
【００７８】
図１６Ｃに、指がスクロールセンサから離れたときに惰行速度をゆっくりとゼロまで減少させることによって摩擦をシミュレートする、惰行の別の任意態様を示す。図１６Ｃに、図１６Ｂのものとは異なる、摩擦によって惰行作用を経時的に減速させる別のスクロール信号を示す。ユーザは依然として、スクロール用調整ノブに指を戻すことによって自然停止前に惰行を停止させることができる。
【００７９】
マウスの中には、動作、２ボタン、スクロール機能意外に、他の特徴を提供するものがある。これらの特徴の多くは容量性の具現物にも同様に適している。一例は、インターネット閲覧などの特殊機能用の追加ボタンである。別の例は、独立した「ズーム」調整などの付加的なスクロール状の機能である。さらに別の実施例は、マウスおよび関連ソフトウェアにユーザの手がマウスを握っているかどうかを知らせる、マウスエンクロージャ上の一般的な手近接センサである。当業者には、さまざまなタイプの容量性センサ、ボタン、回転式、直線式、および二次元タイプが、ここに開示された特別な例以外の幅広い種々の用途に適していることが分かるであろう。
【００８０】
再び図１を参照すると、ここに開示されている容量性の方法により、１つまたは複数の動作センサ１０６、ボタンセンサ１１０、スクロールセンサ１１４、および任意の付加的なセンサの任意の組み合わせを実現できる。一般的なマウスでは、容量的、機械的、光学的、またはそれ以外のものであろうと、そうでなかろうと、これらあらゆるタイプのセンサからの信号はプロセッサ１１６で組み合わされてマウス信号が生成され、ホストコンピュータに送られる。マウスの動作、ボタン、およびスクロール信号をホストコンピュータに送信するための標準的なプロトコルは当業界において公知である。これら同一プロトコルは、１つ、いくつか、または全部のセンサが容量性技術で実現されるときにも使用できる。したがって、本発明の容量性マウスは、ホストマウスドライバまたは他のシステムレベルの機能を変更することなく、従来のマウスと完全に相互交換できる。
【００８１】
容量的、機械的、および他の感知技術の組合せを使用するマウスを作製することが可能であり、また、そのようなマウスを作製することが望ましい場合もある。例えば、容量式スクロールセンサを、そうではない従来の機械的マウスに追加できる。あるいは、容量性動作センサを、機械的ボタンを備え、スクロール用調整ノブを有しないマウスに用いることも可能である。
【００８２】
マウスのセンサ機能の一部または全部を容量的に実施する場合、全部の容量性感知機能用に１つの容量性感知チップを使用することも可能である。このように、例えば、マウスのスクロールに容量性感知を使用する場合、同じキャパシタンス測定チップの別の入力チャネルと使用するのと同様に、動作センサを容量的に実現するためのコストはわずかに増加するだけである。
【００８３】
従来のマウスのプロセッサ１１６の全タスクを実行するマウスプロセッサチップを購入することも可能である。これらのチップは、図２Ｃおよび２Ｄに記載の方形の動作入力およびスクロール入力を一般に受け入れ、ボタンは、ボタンは、入力ピンを高電圧または低電圧に交互駆動するスイッチとして実現される。
【００８４】
図１７に、従来のマウスプロセッサチップ１７０２を容量性測定チップ１７０４と一緒に使用して容量性マウス１７００を作製する方法を示す。ボール１７０６は、感知プレートがチップ１７０４に接続されている容量性動作センサ１７０８を駆動する。スクロールセンサ１７１０も、ボタンセンサ（図示せず）がそうであるように、チップ１７０４に接続している。チップ１７０４は、本願明細書に開示されている技術を用いて動作およびスクロール信号を算出し、それから、図２Ａ記載のものなど、真の回転センサによって生成されたものと一致するタイミングおよび特性を備えた直交信号を出力として生成する。その後、チップ１７０２がこれらの人工的な直交信号を標準的なマウスプロトコルに変換する。直交信号が適切でない場合は、チップ１７０４および１７０２が、動作データを伝達するための任意の他の中間形態を同様に使用できる。チップ１７０２は、容量性マウスボタンからの信号を測定し、得られたボタンキャパシタンスに基づいてそのデジタル出力ピンをＨＩＧＨ側またはＬＯＷ側に動かす。チップ１７０２は、これらのデジタルボタン信号を、あたかも機械的スイッチから到来したもののように読み取る。図１７の配置構成は、すべてのタスクを実施しない単一チップを備えたデザインとしては費用効果に優れていないが、標準的な容量性感知チップでまだサポートされていない新プロトコルおよび他の機能を利用する新規マウスのデザインを大幅に単純化させることができる。
【００８５】
さらに別の別態様は、マウス上で基本的なセンサ処理を実施して、図１７のチップ１７０４によって直交信号出力などの中間形を生成することである。その後、これらの信号は最終処理のためにホストコンピュータに送られ、それによって低価格マウスのハードウェアの負担の一部を軽減する。この技術の他の変形例は、容量性スクロールセンサの完全処理済みのスクロール動作データではなく、指位置のデータを送信することである。
【００８６】
図１８に、マウスデザインの構成要素として使用されるように設計された数ロールモジュールを示す。回路基板１８００は、センサアレイ１８０２ならびに容量性感知チップ１８０４を含む。コネクタ１８０６は、従来の回転エンコーダと適合した直交信号を送出する。同様に、容量性センサを使用して自立型の回転エンコーダモジュールを構成できる。これらのモジュールを使用することにより、工業デザイナーは容量性感知の専門知識を要することなく標準的な構成要素だけを使って図１７のマウスを作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
先行技術の典型的なマウスの側面図
【図１Ｂ】
先行技術の典型的なマウスの上面図
【図２Ａ】
典型的な先行技術の回転エンコーダの概略図
【図２Ｂ】
先行技術のマウスで用いられている回転円板と光検出器の部分側面図
【図２Ｃ】
図２Ｂの回転円板によって生成されるデジタル方形波形の図
【図２Ｄ】
図２Ｃのものと別の波形を示す図
【図３Ａ】
図２Ａ記載の光学原理で作動するのではない容量性の原理に基づいて作動する回転エンコーダの概略図
【図３Ｂ】
ノッチ付き円板および関係のあるキャパシタンス検出器の部分側面図
【図３Ｃ】
図３Ｂのノッチ付き円板およびキャパシタンス検出器によって生成される波形の図
【図３Ｄ】
キャパシタンスプレートが図３Ｃのものと逆方向に回転する、図３Ｂのノッチ付き円板およびキャパシタンス検出器によって生成される波形の図
【図３Ｅ】
キャパシタンスプレートが図３Ｃのものと逆方向に回転する、図３Ｂのノッチ付き円板およびキャパシタンス検出器によって生成される波形の図
【図４】
本明細中で使用される容量性回転エンコーダの概略部分断面図
【図５】
図３Ａ記載のエンコーダの改善としての回転エンコーダの部分側面図
【図６】
容量的に感知するマウスの動作機構を示す概略部分側面図
【図７】
本明細中で使用される容量性検出器とキャパシタンス測定回路の外略部分側面図
【図８Ａ】
マウスのエンクロージャ内に収容される一般的な容量性スイッチの側面図
【図８Ｂ】
マウスのエンクロージャ内に収容される一般的な容量性スイッチの側面図
【図９】
本明細中で使用されるスクロールホイール、容量性回転エンコーダ、およびプロセッサの概略部分断面図
【図１０】
本発明で使用される別の仕様の容量性スクロール操作部の概略部分図
【図１１Ａ】
容量性感知プレートを示すマウスのエンクロージャの側面図
【図１１Ｂ】
容量性感知プレートを示すマウスのエンクロージャの上面図
【図１１Ｃ】
容量性感知プレートを示すマウスのエンクロージャの上面図
【図１１Ｄ】
容量性感知プレートを示すマウスのエンクロージャの上面図
【図１２Ａ】
本明細中で使用される実装されたセンサの側面図
【図１２Ｂ】
本明細中で使用される実装されたセンサの側面図
【図１２Ｃ】
本明細中で使用される実装されたセンサの側面図
【図１２Ｄ】
本明細中で使用される実装されたセンサの側面図
【図１２Ｅ】
本明細中で使用される実装されたセンサの側面図
【図１３Ａ】
本明細中で使用されるセンサの別のパターンの概略図
【図１３Ｂ】
本明細中で使用されるセンサの別のパターンの概略図
【図１３Ｃ】
本明細中で使用されるセンサの別のパターンの概略図
【図１３Ｄ】
本明細中で使用されるセンサの別のパターンの概略図
【図１４】
本発明の容量性マウスを作成するときに使用されるマウスのエンクロージャおよびスクロール領域の上面図
【図１５】
本発明の容量性マウスを用いた場合の累計キャパシタンス信号を経時的に示すグラフ図
【図１６Ａ】
本発明の惰行性を示すグラフ図
【図１６Ｂ】
本発明の惰行性を示すグラフ図
【図１６Ｃ】
本発明の惰行性を示すグラフ図
【図１７】
本発明の容量性を収容するマウスのエンクロージャの側面図
【図１８】
本発明の容量性マウスの部品として使用されるスクロールモジュールの概略図
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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