(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
上記ハウジング内に受け入れられた回転可能なボールと、
上記ハウジング内に配置され、上記回転可能なボールに接続された第１及び第２のトランスジューサであって、上記ボールの回転を表す第１及び第２の信号を発生する第１及び第２のトランスジューサと、
上記ハウジングから突出する長い第１の回転可能に取り付けられたローラであって、該第１のローラは第１及び第２の端部を有し、該第１の端部は、上記第１のローラの枢動動作のために上記ハウジングによって枢着式に受け入れられており、上記第２の端部は、上記第１のローラが上記第１の端部の周りを枢動されるように休止位置と作動位置との間を移動自由である第１のローラと、
上記第１のローラに接続され、上記第１ローラの回転を表す第３の信号を発生するための第３のトランスジューサと、
上記第１、第２及び第３のトランスジューサに接続され、上記第１、第２及び第３の信号を受け取りそれに応答してコンピュータへコンピュータ信号を出力するための制御回路と、
上記制御回路に接続された第１スイッチであって、該第１スイッチの作動時に第１のスイッチ信号を発生するように構成され、該第１スイッチは、上記第１のローラに隣接して配置され、そして上記第１のローラが、上記休止位置から作動位置へ枢動されたときに、上記第１のローラによって該第１スイッチを作動させるようになった第１スイッチと、
を備えたことを特徴とするコンピュータ用の入力装置。
【請求項２】
ハウジングから突出する第２の回転可能に取り付けられたローラと、該第２のローラの周りに配置されて、該第２のローラの回転を表す第３の信号も発生する第４のトランスジューサとを更に備え、上記第１及び第２のローラは、各々、ハウジングの左側及び右側から突出し、上記第２のローラは、休止位置と作動位置との間で移動するようにハウジングにより受け入れられ、そして
上記制御回路に接続された第２のスイッチであって、該第２のスイッチの作動時に第２のスイッチ信号を発生するように構成された第２のスイッチを更に備え、該第２スイッチは、上記第２の回転可能なローラに隣接して配置され、そして上記第２の回転可能なローラが、休止位置から作動位置へ移動されたときに、該第２のスイッチを作動させるようになった請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
上記第１、第２及び第３のトランスジューサは、ほぼ同じ構造のものであり、そして上記第１及び第２のローラは、ほぼ同じ構造のものである請求項２に記載の入力装置。
【請求項４】
上記第１、第２及び第３の信号は、各々、Ｘ、Ｙ及びＺ軸に沿った空間における位置を指示し、そして上記第１スイッチの作動が、これら第１、第２及び第３の信号が空間における向きを指示するようにさせる請求項１に記載の入力装置。
【請求項５】
上記第１スイッチの作動が、上記制御回路を、上記第３信号に応答してコンピュータ信号を出力するようにイネーブルにするように構成された請求項１に記載の入力装置。
【請求項６】
上記第１のローラは、ハウジングの上部から突出してなる請求項１に記載の入力装置。
【請求項７】
上記制御回路に接続された第２スイッチであって、該第２スイッチの作動時に第２のスイッチ信号を発生するようにされた第２スイッチを更に備え、上記第１及び第２スイッチは、上記ハウジングの上部で上記第１のローラの両側に配置された第１及び第２のボタンに各々接続される請求項６に記載の入力装置。
【請求項８】
上記第３トランスジューサは、第１の光放射エレメントと、第１の光検出エレメントと、第１の回転可能なエンコーダホイールとを備え、該第１の回転可能なエンコーダホイールは、上記第１の光放射エレメントから放射されて上記第１の光検出エレメントにより受け取られる光を変調するように上記第１の光放射エレメントと上記第１の光検出エレメントとの間に配置され、上記第１の回転可能なエンコーダホイールは上記第１のローラにより回転され、そして上記第３のトランスジューサは、上記第１のローラの第１の端部と第２の端部との間で軸方向に固定されたシャフトを備え、上記第１のエンコーダホイールは、上記第１の端部の上記シャフトに軸方向に固定され、上記シャフトは、上記ハウジングにより回転可能に且つ枢着式に保持される請求項１に記載の入力装置。
【請求項９】
上記第１及び第２のトランスジューサは、第２及び第３の光放射及び光検出エレメントと、上記ボールに隣接して上記ハウジング内に回転可能に取り付けられた第２及び第３のシャフトと、全てが各々上記第２及び第３の光放射及び光検出エレメントの間に配置されて上記第２及び第３シャフトに軸方向に固定された第２及び第３の回転可能なエンコーダホイールとを備え、上記ボールが回転すると、上記第２及び第３のシャフトと、上記第２及び第３の回転可能なエンコーダホイールとの回転が生じ、上記第２及び第３の回転可能なエンコーダホイールは、上記第２及び第３の光放射エレメントから放射されて上記第２及び第３の光検出エレメントにより各々受け取られる光を選択的に変調する請求項８に記載の入力装置。
【請求項１０】
上記第１、第２及び第３の光放射エレメントは、実質的に同様の構造のものであり、上記第１、第２及び第３の光検出エレメントは、実質的に同様の構造のものであり、そして上記第１、第２及び第３の回転可能なエンコーダホイールは、同様の構造のものである請求項９に記載の入力装置。
【請求項１１】
上記ハウジングから延伸する第１及び第２の支持体をさらに備え、上記第１のローラは、上記第１及び第２の端部にそれぞれ第１及び第２の端ピンを有し、上記第１の端ピンは上記第１の支持体のホールに回転可能に受け入れられており、上記第２のピンは、上記第２の支持体のスロットにスライド可能に受け入れられている請求項１に記載の入力装置。
【請求項１２】
上記第１のローラは、長円錐台形状を有する請求項１に記載の入力装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の入力装置を使用する方法であって、
上記第１及び第２のトランスジューサから上記ボールの回転を表す第１及び第２のコンピュータ信号を発生し、
上記第３のトランスジューサから上記第１のローラの回転を表す上記第３のコンピュータ信号を発生し、
上記第１、第２及び第３のコンピュータ信号の少なくとも１つをホストコンピュータへ出力し、
上記第１及び第２のコンピュータ信号に各々基づいてＸ及びＹ方向にカーソルを配置し、そして
上記カーソルにより指定された表示項目の非位置特性を上記第３のコンピュータ信号に基づいて制御する、
という段階を備えたことを特徴とする方法。
【請求項１４】
上記第３のコンピュータ信号を発生する前にスイッチ信号を発生するように上記スイッチを作動する段階を更に備えた請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
上記回転可能なボールを回転しそして上記第１のローラを回転することは、同時に実行できる請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
上記スイッチを作動し、そして上記第１、第２及び第３のコンピュータ信号に各々基づいてビデオオブジェクトのロール、ピッチ及びヨー方向を決定するという段階を更に備えた請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
上記スイッチを操作して上記スイッチ信号を発生し、このスイッチ信号をコンピュータへ出力し、そしてこのスイッチ信号に基づいてカーソルにより指定される表示項目を選択するという段階を更に備えた請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
上記コンピュータは、メモリ及び可視ディスプレイ装置を有し、該コンピュータは複数のプライを表示することができ、これら複数のプライの少なくとも１つは、これら複数のプライの他のものにオーバーラップして完全に覆い隠すことができ、
上記コンピュータは、この第３の信号に応答して上記複数のプライをスクロールしその１つを可視ディスプレイに表示するように選択すると共に、上記第１及び第２の信号に応答して上記選択されたプライにおいてＸ及びＹ方向にカーソルを位置設定することを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項１９】
上記コンピュータは、上記複数のプライの選択された１つが上記複数のプライの最初又は最後のプライであるときに上記第３の信号に応答して可聴信号を発生する請求項１８に記載の入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、コンピュータ入力装置に係り、より詳細には、マウス及びトラックボールに係る。
【０００２】
【従来の技術】
今日のコンピュータにおいては、ウインドウ及びメニュー項目を選択するためのカーソルの移動がマウス又はトラックボールのような入力装置を用いてしばしば制御される。マウス及びトラックボールは、どちらも、回転可能なボールを部分的に包囲するハウジングを備え、１つ以上の押圧可能なボタンを有している。電子エンコーダは、ボールの回転を感知し、そしてボールの回転を指示する信号を発生する。これらの信号は、コンピュータのディスプレイスクリーン上におけるカーソルの移動を制御するのに使用される。ボールは、ハウジングの上から突出する（トラックボールの場合）か又はハウジングの下から突出する（マウスの場合）かのいずれかである。マウスの場合、ハウジングが表面、通常はテーブルの上面、を横切って移動され、ハウジングの下に突出したボールが同様の方向にころがる。電子エンコーダは、このような移動を表す信号を発生し、この信号はコンピュータへ出力される。
【０００３】
ボタンは、通常はディスプレイスクリーン上のカーソルの現在位置に基づいてコンピュータへコマンドを入力するのに使用される。ボタンを押すと、ユーザは種々のコマンドをコンピュータへ入力することができる。このようなコマンドの例としては、メニューを開放又はプルダウンし；アプリケーションを開始し；スクリーン上のグラフィックパターンにおいて出発点、終了点又は他のポイントを形成し；オブジェクトをスクリーン上の異なる位置へ移動し；等が含まれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現在商業的に入手できるコンピュータ入力装置は、一般に、カーソルを２次元的に位置設定することしかできない。２次元のビデオディスプレイ装置上の３次元空間にカーソルを錯覚的に位置設定できる幾つかのコンピュータプログラムアプリケーションが使用できる。ヨーロッパ特許出願ＷＯ９３／１１５２６は、カーソルを３次元的に位置設定することのできるコンピュータ入力装置を開示している。この装置は、固定送信器及び可動受信器を使用している。その送信器は、「Ｌ」又は「Ｔ」字型に離間された３つのスピーカを含んでいる。可動の受信器は、三角形状に離間された３つのマイクロホンを含んでいる。スピーカは超音波信号を送信し、これら信号はマイクロホンによって受信される。受信器には校正用のマイクロホンが更に含まれている。制御回路は、送信器の３つのスピーカの各々から受信器の３つのマイクロホンの各々へ音が進むための遅延時間を測定する。この遅延情報と、空気中の音速（その時間及び位置について校正された）から、装置は、固定の送信器に対する可動受信器の３次元位置を決定する。この３次元コンピュータ入力装置において位置／姿勢計算を行うには、精巧な電子回路及び高価な部品が必要である。
【０００５】
全体として、本発明者は、このような精巧な電子回路及び高価な部品を回避しながらも正確なカーソル位置設定を与えるような３次元カーソル位置設定又はコンピュータ入力装置を知らない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の原理によれば、コンピュータ入力装置は、現在入手できるマウス設計を使用するもので、３次元カーソル位置設定を与えるために少なくとも１つの指動輪（サムホイール）又はローラホイールを備えている。左利き及び右利きのユーザによって使用するための左及び右のローラがマウスの左側及び右側から突出する。これら左及び右のローラは、各々、左及び右のエンコーダホイールを通して軸方向に延びる左及び右の駆動シャフト上に軸方向に取り付けられる。各エンコーダホイールは、一対のオプトエレクトロニック装置を分離し、一方の装置によって送られた光を他方の装置で選択的に受光できるようにする。オプトエレクトロニック装置は、カーソル移動を計算するのに用いる直角信号を発生する。３次元空間におけるオブジェクト又はカーソルのＸ及びＹ座標は、標準的なボール及び２つのエンコーダホイールによって制御される。左又は右のいずれかのローラとエンコーダホイールは、Ｚ次元の座標信号を与える。
【０００７】
本発明は、標準的なマウス設計に若干の変更を加えるだけで３次元のコンピュータ入力信号を与えることができると共に、現在入手できるマウス部品（エンコーダホイール、オプトエレクトロニック装置、等）を使用するものである。従って、非常に低コストの３次元コンピュータ入力装置を容易に製造することができる。第１の別の実施例においては、ローラがスイッチ機能を与えるように変更され、従って、付加的なマウス入力が許される。第２の別の実施例では、単一のローラが一次と二次の入力ボタンの間で標準マウスの上部から突出する。エルゴノミクスという点から、この第２の別の実施例が好ましく、部品数を減少することができる。
【０００８】
本発明は、種々の用途に使用できる。例えば、二次のマウスボタンを用いて、特にコンピュータ助成設計／コンピュータ助成製造の分野に使用するためのベクトル方向付けモードをイネーブル及びディスエイブルすることができる。このモードにおいては、オブジェクトの姿勢を３つの直交軸（即ち、ロール、ピッチ及びヨー）に対して調整することができる。更に、ボールは、カーソルを位置設定するようにＸ及びＹ座標を制御することができる。次いで、指動輪は、カーソルによって指定されたコンピュータの可視ディスプレイスクリーン上の項目の特性を制御することができる。本発明に対する付加的な３次元用途は、種々のオーバーラップするスプレッドシート又はウインドウをアップ方向に、ダウン方向に及びそれらを通して移動し；ウインドウのサイズを変更し、テキストをハイライト処理し、そしてそのサイズ又はスタイルを変更し；文書又は画像をズームイン又はズームアウトし；アプリケーションにおけるカラー又はボリュームを調整し；そしてゲームにおいて３次元的な移動をすることを含む。
【０００９】
本発明は、コンピュータへ入力コマンドを与える入力装置であって、ハウジングと、該ハウジングに支持された第１及び第２のトランスジューサとを含む入力装置を実施する。第１及び第２のトランスジューサは、ユーザコマンドを受信しそしてそれに応答して各々第１及び第２の信号を発生する。ユーザが操作できる部材がハウジングに受け入れられ、この部材は、両方向に操作できる。この部材は、これをユーザが操作したことを指示する第３の信号を発生するように構成される。第１及び第２のトランスジューサと上記部材に接続された制御回路は、第１、第２及び第３の信号を受信し、それに応答して出力信号をコンピュータに与える。
【００１０】
好ましくは、上記部材は、ハウジングから突出して第３のトランスジューサに接続された第１のローラであり、第３のトランスジューサは、第１ローラの回転を表す第３信号を発生する。第１の別の実施例において、入力装置は、制御回路に接続されたスイッチを備え、このスイッチの作動時にスイッチ信号が発生される。第１のローラはハウジングにスライド式に受け入れられ、そしてスイッチは第１のローラに隣接して配置される。第１のローラがスライドすると、スイッチが作動される。第２の別の実施例においては、第１のローラがハウジングの上部から突出する。
【００１１】
本発明の他の特徴及び効果は、添付図面を参照した好ましい実施例の以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【００１２】
【実施例】
図１、２及び３は、本発明によるコンピュータ入力装置、好ましくは、マウス１００を示している。このマウス１００は、一般に、上部ハウジング１０２及び下部ハウジング１０４を備えており、マウス１００の左側及び右側から左及び右の指動輪（サムホイール）１０６及び１０８が各々突出している。一次及び二次の入力ボタン１１０及び１１２は、各々、上部ハウジング１０２に設けられている。コード１１４は、マウス１００をホストコンピュータ１１５に接続する。このホストコンピュータ１１５は、可視ディスプレイ装置及びメモリ１１５’を備えている（図１に示す）。
【００１３】
下部ハウジング１０４はマウス１００の主たる下面を形成し、そして上部ハウジング１０２はマウス１００の主たる上面を形成する。上部ハウジング１０２と下部ハウジング１０４は、マウス１００の内部チャンバ、前面、左右の側面及びカーブした後面を形成する。上部ハウジング１０２と下部ハウジング１０４は、当業者に明らかな多数の接続手段によって一緒に接合することができる。
【００１４】
上部ハウジング１０２と下部ハウジング１０４は、ボール１１７を部分的に包囲する。図４に示すように、ボール１１７は、下部ハウジング１０４の中央部分にのせられ、ボールの一部分がマウス１００の下面の穴１２０（破線で示す）を経て突出できるようにされる。好ましくは、運動−電気トランスジューサであるＸ及びＹ軸トランスジューサ１２１及び１２１’は、各々、図５に明確に示されたように、エンコーダホイールシャフト１２２と、各エンコーダホイールシャフト１２２の端に軸方向に固定されたエンコーダホイール１２４とを備えている。エンコーダホイールシャフト１２２及びエンコーダホイール１２４は、単一部品として形成されるのが好ましい。エンコーダホイールシャフト１２２は、ハウジング内でボール１１７に隣接して互いに垂直に配置される。各エンコーダホイール１２４の周囲に沿って一連の穴又はノッチ１２５が形成されている。
【００１５】
ホイールピン１２６及びエンドピン１２７は、各エンコーダホイールシャフト１２２から、これを回転可能に受け入れるために一対のシャフト支持体１２８に形成された一対のピンホール１２９へと軸方向に延びる。ホイールピン１２６はエンコーダホイール１２４の近くのエンコーダホイールシャフト１２２の端から軸方向に延びる。エンドピン１２７は、エンコーダホイール１２４から離れたエンコーダホイールシャフト１２２の端から軸方向に延びる。シャフト支持体１２８は、下部ハウジング１０４に形成されて、下面から上方に突出するのが好ましい。各対のシャフト支持体１２８は、エンコーダホイールシャフト１２２の１つを回転可能に保持する。
【００１６】
図４を参照すれば、スプリングバイアスされたローラ１３０は、下部ハウジング１０４から上方に突出し、下部ハウジングにより回転可能に保持される。スプリングバイアスされたローラ１３０は、垂直に配置されたエンコーダホイールシャフト１２２によって形成された内部角に対向して配置され、この内部角に向かってエンコーダホイールシャフトに対してボール１１７をバイアスする一方、ボールが平面形態で自由に回転できるようにする。ボール１１７は、ゴムで覆われたスチールで形成されるのが好ましく、エンコーダホイールシャフト１２２及びエンコーダホイール１２４は、ガラス補強プラスチックで形成されるのが好ましい。ゴムは、ポリカーボネートのエンコーダホイールシャフトに対して充分な摩擦を与え、これにより、マウス１００を平面上でスライドさせることによりボール１１７を回転させると、エンコーダホイールシャフト１２２及びエンコーダホイール１２４を同様に回転させる。
【００１７】
図５に示すように、左右の指動輪１０６及び１０８は、軸方向ボア１３４を各々有する細長い円筒又は円錐台形である。指動輪シャフト１３８は、各指動輪１０６及び１０８の軸方向ボア１３４を通して配置され、それに固定される。指動輪シャフト１３８は、指動輪を受け入れるために、エンコーダホイールシャフト１２２よりも一般に長い。各指動輪シャフト１３８は、ホイールピン１２６、エンドピン１２７及びエンコーダホイール１２４を有し、これらは、各エンコーダホイールシャフト１２２に形成されたものと同様である。各指動輪１０６又は１０８は、エンドピン１２７に接近した指動輪シャフト１３８の端に固定され、エンコーダホイール１２４は、ホイールピン１２６に接近した他方の端に固定される。貫通するピンホール１２９を有する一対の指動輪シャフト支持体が下部ハウジング１０４に形成され、下面から上方に突出する。その一方の対はマウス１００の左側面付近に形成され、そして他方の対は右側面付近に形成される。各対の指動輪シャフト支持体は、１つの指動輪シャフト１３８のエンドピン１２７をそのピンホール１２９に回転可能に保持する上方の指動輪シャフト支持体１４２と、ホイールピン１２６をそのピンホールに回転可能に保持する下方の指動輪シャフト支持体１４３とで構成される。指動輪シャフト支持体は下部ハウジング１０４に配置され、指動輪１０６及び１０８が取り付けられた指動輪シャフト１３８が上方及び下方の指動輪シャフト支持体１４２及び１４３により回転可能に保持されるときには、指動輪は、ハウジングの左から右へ延びる中心線と前面との間でハウジングの左側面及び右側面から突出しそれら側面に沿って延びる。このように配置された状態で、左右の指動輪１０６及び１０８は、マウス１００の上面の一次及び二次の入力ボタン１１０及び１１２の近くにある。ユーザがマウス１００の主上面に手のひらを置いたときには、指が前方に延びて一次及び二次のボタン１１０及び１１２にアクセスすることができる。手のひらがこの位置にある間に、親指は左又は右側面にわたって延び、従って、左又は右の指動輪１０６又は１０８（左利きであるか右利きであるかに基づいて）アクセスすることができる。
【００１８】
一対の長手方向の指動輪シャフト支持体１４４は、各対の指動輪シャフト支持体１４２と１４３との間で下部ハウジングから上方に突出する。各対の長手方向の指動輪シャフト支持体１４４は、１つの指動輪シャフト１３８の外周を受け入れる。各対の長手方向の指動輪シャフト支持体１４４は、各対の指動輪シャフト支持体１４２と１４３との間でほぼ等距離に配置されており、従って、指動輪シャフト１３８の１つが取り付けられるときには、指動輪及び上方の指動輪シャフト支持体１４２が長手方向シャフト支持体の前方に配置され、そしてエンコーダホイール１２４及び下方の指動輪シャフト支持体１４２が長手方向シャフト支持体の後方に配置される。長手方向シャフト支持体１４４は、特にいずれかの指動輪１０６又は１０８がユーザによって回転されるときに各指動輪シャフト１３８が左又は右へ移動しないように禁止する。
【００１９】
シャフト支持体１２８と、指動輪シャフト支持体１４２及び１４３は、組立中にエンコーダホイールシャフト１２２及び指動輪シャフト１３８を各々パチンと嵌合できるようにするために柔軟性のプラスチックで形成されるのが好ましい。同様に、一対の長手方向シャフト支持体１４４の各々は、互いに対向したカーブしたくぼみ（図示せず）を有していて、指動輪シャフト１３８がこれら長手方向シャフト支持体１４４の内面のくぼみによって回転可能に受け入れられる状態でこれら一対の長手方向シャフト支持体１４４の間で指動輪シャフト１３８を下方にパチンと嵌合できるようにする。
【００２０】
光放射エレメント、好ましくは、発光ダイオード（ＬＥＤ）１４６が各エンコーダホイール１２４の片側に配置されている。光検出エレメント、好ましくは、ホトトランジスタ１４８が各エンコーダホイール１２４の他側で各ＬＥＤ１４６に対向して配置されている。各エンコーダホイール１２４が回転すると、ＬＥＤ１４６からの光は、ノッチ１２５の１つがＬＥＤ１４６とホトトランジスタ１４８を分離するかどうかに基づいて、阻止されるか、エンコーダホイール１２４を透過してホトトランジスタ１４８によって受光されるかを交互に繰り返す。エンコーダホイール１２４のノッチは図５に示されているが、各ＬＥＤ１４６から各ホトトランジスタ１４８への光を変調するための他の形式のシャッタを使用してもよい。
【００２１】
Ｘ及びＹ軸トランスジューサ１２１及び１２１’の各々は、ＬＥＤ１４６の１つと、ホトトランジスタ１４８の１つを含む。同様に、左右のＺ軸トランスジューサ１４９及び１４９’の各々は、１つの指動輪シャフト１３８、エンコーダホイール１２４、ＬＥＤ１４６及びホトトランジスタ１４８を含む。
【００２２】
一次スイッチ１５０及び二次スイッチ１５２は、各々、一次入力ボタン１１０及び二次入力ボタン１１２の下に配置され、一次又は二次入力ボタンを操作すると、対応するスイッチが作動するようになっている。一次及び二次スイッチ１５０及び１５２と、ＬＥＤ１４６と、ホトトランジスタ１４８は、全て、単一のプリント回路板１５６に取り付けられ、そして既知の手段により、そこに取り付けられた付加的な回路１５８へ接続される。この付加的な回路１５８は、マイクロコントローラ及び当業者に明らかな他の個別の電子デバイスを備えていて、ＬＥＤ１４６が光を放射するようにさせ、その光に基づいてホトトランジスタ１４８が信号を発生するようにさせ、これらの信号を受信し、そしてこれらの信号を適当な出力信号に変換させて、コード１１４を経てコンピュータ１１５へ出力させる。例えば、参考としてここに取り上げるラプソン氏等の米国特許第４，４６４，６５２号；ビュープレイ氏の米国特許第４，５３３，８３０号；及びホソゴエ氏等の米国特許第４，５６２，３１４号を参照されたい。
【００２３】
動作に際し、マウス１００は平らな表面に沿って移動又はスライドされ、穴１２２から突出するボール１１７が回転させられる。ボール１１７が回転するにつれて、Ｘ及びＹ軸トランスジューサ１２１及び１２１’のエンコーダホイールシャフト１２２を回転させ、これは次いでそこに固定されたエンコーダホイール１２４を回転させる。エンコーダホイール１２４が回転すると、ホトトランジスタ１４８は、ノッチ１２５がＬＥＤを経てスイープするときにＬＥＤ１４６からの光パルスを受け取る。各ホトトランジスタ１４８は、これらの光パルスを変化する電気信号に変換し、これらは付加的な回路１５４へ入力される。
【００２４】
各ホトトランジスタ１４８は、ここでは単一のエレメントとして図示して一般的に説明するが、本発明は、リテオン社により製造された光検出器、型式番号ＬＴＲ−５５７６Ｄのような２つのホトトランジスタを有する単一の光検出器パッケージを使用するのが好ましい。従って、各ホトトランジスタ１４８は、２つの信号、即ち「直角(quadrature)信号」を発生する。Ｘ軸トランスジューサ１２１の部分を形成するホトトランジスタ１４８は、直角信号「ＸＡ」及び「ＸＢ」を発生する。Ｙ軸トランスジューサ１２１’の部分を形成するホトトランジスタ１４８は、直角信号「ＹＡ」及び「ＹＢ」を発生する。
【００２５】
各ホトトランジスタ１４８における２つのホトトランジスタは、既知の距離だけ分離されており、従って、光検出器の１つのホトトランジスタは、ＬＥＤ１４６からの光を受けるようにノッチ１２５の１つに配置されて、ホトトランジスタは「高」信号を出力し、これは付加的な回路１５８によりデジタル「１」の直角信号として解読される。これに対し、ホトトランジスタ１４８における他方のホトトランジスタは、エンコードホイール１２４によりＬＥＤ１４６からの光を受けないよう阻止され、従って、デジタル「０」直角信号として解読される「低」信号を出力する。その結果、ホトトランジスタ１４８から出力される２つの直角信号は、直角状態を形成し、即ちこれら信号は位相ずれしている。付加的な回路１５４、即ちマイクロコントローラは、２つの直角信号におけるデジタル「０」と「１」の入力信号又はレベル間の遷移を感知する。これら遷移の比較に基づいて、付加的な回路１５４は、マウスが移動される方向を決定する。例えば、ホトトランジスタ１４８から出力された直角信号ＸＡ及びＸＢが「００」の後に「１０」である場合は、付加的な回路１５４は、マウス１００がＸ軸に沿って一方向に移動されることを確認する。これに対し、直角信号ＸＡ及びＸＢが「１１」の後に「１０」である場合は、付加的な回路１５４は、マウス１００が逆方向に移動されることを確認する。
【００２６】
付加的な回路１５４により検出されるデジタル「０」と「１」の信号間の遷移の数は、マウス移動の大きさを指示する。更に、マウス移動の方向及び大きさの決定は、この技術では、直角計算と称している。直角計算は、既知の技術を用いて付加的な回路１５４により実行される。直角計算は、直角信号を、Ｘ及びＹ軸に沿ったマウス１００の移動を指示するカウント信号に変換する。これらのカウント信号は、正又は負のいずれかであり、これは、特定軸に沿った順方向又は逆方向のマウス１００の移動を指示する。ホストコンピュータ１１５は、これらのカウントを可視ディスプレイ装置上のカーソル移動に変換する。ホストコンピュータへ出力されるこれらのカウント及び他のマウス信号は、「マイクロソフト・マウス・プログラマズ・レファレンス」、マイクロソフト・プレス、１９９１年に記載されたマウス信号と同様であるのが好ましい。
【００２７】
上記の説明に基づき、Ｘ軸トランスジューサ１２１及びそれに関連したホトトランジスタ１４８は、ＸＡ及びＸＢ直角信号を発生し、これら信号は、付加的な回路１５４により、Ｘ軸に沿ったマウス１００の移動又は位置を指示するカウント信号、ここでは「Ｘ軸コンピュータ信号」と称する、に変換される。Ｙ軸トランスジューサ１２１’及びそれに関連したホトトランジスタ１４８は、ＹＡ及びＹＢ直角信号を発生し、これら信号は、付加的な回路１５４により、Ｙ軸に沿ったマウス１００の移動又は位置を指示するカウント信号、ここでは「Ｙ軸コンピュータ信号」と称する、に変換される。
【００２８】
同様に、左右のＺ軸トランスジューサ各々１４９及び１４９’と、それに関連したホトトランジスタ１４８は、２対のＺ軸直角信号（各対は「ＺＡ」及び「ＺＢ」成分を含む）を発生し、これらは、付加的な回路１５４へ入力される。例えば、左側の指動輪１０６がユーザの親指によって回転されると、指動輪シャフト１３８も同様に、下方の指動輪シャフト支持体１４３のホイールピン１２６及び上方の指動輪シャフト支持体１４２のエンドピン１２７の周りで回転する。指動輪シャフト１３８が回転すると、そこに固定されたエンコーダホイール１２４も同様に回転し、ホトトランジスタ１４８は、ノッチ１２５がＬＥＤを経てスイープするときにＬＥＤ１４６からの光のパルスを受け取る。この光のパルスに応答して、ホトトランジスタ１４８は、Ｚ軸直角信号ＺＡ及びＺＢを出力する。付加的な回路１５４は、直角計算を用いてこれらの直角信号からＺ軸に沿った「シュミレーションされた」マウス移動の方向及び大きさを決定し、従って、Ｚ軸に沿ったマウスのシュミレーションされた移動又は位置を指示するカウント信号即ち「Ｚ軸コンピュータ信号」を発生する。これらのＺ軸カウント信号は、好ましくは互いに加算され、それ故、左側の指動輪１０６又は右側の指動輪１０８がマウス１００のＺ軸移動に対して使用される。左側の指動輪１０６及び右側の指動輪１０８の両方が同時に逆方向に回転される場合には、加算されたカウントがカーソルを単一の指動輪のみの回転よりもＺ軸に沿って２倍迅速に移動させる。或いは又、スイッチを設けて、付加的な回路１５８に接続し、コンピュータへのＺ軸カウント信号の出力をディスエイブルすることができる。
【００２９】
二次スイッチ１５２を作動すると、左右の指動輪１０６及び１０８と付加的な回路１５８をイネーブルし、Ｚ軸コンピュータ信号を発生できるようにする。二次スイッチ１５２を２回目に作動すると、カーソルをＺ軸に沿った０位置に位置設定することができる。その後、いずれかの指動輪を一方向又は他方向に回転すると、カーソルはＺ軸に沿って各々正又は負の方向に移動する。或いは又、二次スイッチ１５２の作動により、Ｚ軸の正又は負の部分に沿ったカーソルの移動間でトグルすることもできる。Ｚ軸に沿った移動は、カーソルのサイズを変えるように２次元仮想表示上に表すことができ、増加するサイズのカーソルは、Ｚ軸に沿った正の方向の移動を指示し、そして減少するサイズのカーソルは、負の方向のカーソルの移動を指示する。
【００３０】
図６に示す本発明の第１の別の実施例２００において、指動輪スイッチ１７０が各指動輪シャフト１３８に隣接して配置されており、このスイッチ１７０は、以下に述べるように指動輪１０６又は１０８を押圧しそして内方に枢着移動することにより操作することができる。指動輪スイッチ１７０は、一次及び二次スイッチ１５０及び１５２に加えて又はそれに代わって設けられる。この第１の別の実施例及び以下に述べる全ての別の実施例は、最初に述べた実施例と実質的に同様であり、共通のエレメント又は部品は同じ番号で示されている。構造及び動作の相違点についてのみ詳細に説明する。
【００３１】
図６を参照すれば、指動輪スイッチ１７０は、左の指動輪１０６とエンコーダホイール１２４との間でプリント回路板１５６に固定され電気的に接続されている。ボタン１７２は、指動輪スイッチ１７０からマウスの左側に向かって外方に指動輪シャフト１３８に対して延びている。指動輪スイッチ１７０内のスプリング（図示せず）は、ボタン１７２を外方に指動輪シャフト１３８に対してバイアスする。図７に示したスロット１７４は、上方の指動輪シャフト支持体１４２’内を長手方向に左から右へと延びる。エンドピン１２７は、スロット１７４内にスライド式に受け入れられる。左の指動輪１０６とエンコーダホイール１２４との間で下部ハウジング１０４から上方に突出する中央シャフト支持体１７５も、長手方向に延びるスロット１７６を同様に有しており、これは、指動輪シャフト１３８をスライド式に受け入れる。
【００３２】
ボタン１７２は、エンドピン１２７及び指動輪シャフト１３８を各々スロット１７４及び１７６の最も左の端に対してバイアスする。左の指動輪１０６が内方に押圧される間に、エンドピン１２７及び指動輪シャフト１３８は、各々、スロット１７４及び１７６を経て長手方向に内方に左から右へとスライドし、やがて各々がスロットの最も右の端にのせられるに至る。左の指動輪１０６及び指動輪シャフト１３８は、図６に矢印で示すようにホイールピン１２６の周りで同時に内方に枢着回転される。これと同時に、ボタン１７２が内方に押圧され、スプリングを圧縮して指動輪スイッチ１７０を作動する。左の指動輪１０６が解除されると、指動輪スイッチ１７０のスプリングがボタン１７２を外方にバイアスし、指動輪１０６をホイールピン１２６の周りで左に且つ外方に枢着回転し、そしてエンドピン１２７及び指動輪シャフト１３８を各々スロット１７２及び１７６を経て左にスライドさせる。
【００３３】
本発明の第２の別の実施例が図８にマウス３００として示されており、これは左右の指動輪１０６及び１０８を単一の上方の指動輪２０２に置き換えたものである。この上方の指動輪２０２は、一次及び二次の入力ボタン１１０と１１２との間で上部ハウジング１０２の上に突出している。一次及び二次の入力ボタン１１０と１１２は各々一次及び二次のスイッチ１５０及び１５２（図示せず）を作動する。上方の指動輪２０２は、指動輪シャフト１３８（破線で示す）に軸方向に取り付けられている。上方の指動輪２０２は、ユーザの手をマウス３００の主上面１０２にのせたときにユーザの親指ではない指によって回転される。エルゴノミクスという点で、上方の指動輪２０２は、左又は右の指動輪１０６及び１０８よりも正確なユーザ入力を与える。更に、第２の別の実施例は、前記の実施例よりも部品点数を減少しながらも、左利き及び右利きの両方のユーザが指動輪に容易にアクセスできるようにする。
【００３４】
本発明の第３の別の実施例が、図９にハウジングの左側から突出する左指動輪１０６を有するトラックボール４００として示されている。このトラックボール４００は、ハウジングの右側から突出する右の指動輪１０８を含んでもよい。トラックボール４００の内部部品は、図４に示して述べたものと実質的に同様である。
【００３５】
Ｚ軸のコンピュータ信号は、ローラ、エンコーダホイール及びオプトエレクトロニックデバイスにより発生されるものとして説明するが、本発明は、他の電気機械的な手段を用いることによってＺ軸コンピュータ信号を発生することもできる。特に、本発明は、当業者に明らかなように、ロッカースイッチ、感圧スイッチ、ジョイスティック又は他の電気機械的スイッチを、もし必要ならば適当なトランスジューサと共に使用してもよい。
【００３６】
マウス１００は、３次元においてカーソルを移動するものとして上記したが、本発明は、種々のコンピュータソフトウェアアプリケーションに使用することができる。一般に、コンピュータソフトウェアアプリケーションは、Ｘ、Ｙ及びＺ軸コンピュータ信号と、一次及び二次のスイッチ信号をコンピュータソフトウェアアプリケーションに対して特定の形態で使用する。コンピュータソフトウェアアプリケーションは、これらの種々の信号の変化に基づいて、可視ディスプレイ装置上でユーザが見る可視出力の変化を決定する。
【００３７】
例えば、平らな表面に沿ってマウス１００を移動することにより発生されたＸ及びＹ軸コンピュータ信号は、一次又は二次のスイッチ１５０又は１５２からの適当なスイッチ入力信号と共に、グラフデータのブロックを選択するのに使用することもできる。ここで使用する「グラフデータ」とは、テキスト、文書、テーブル、スプレッドシート、像、捕獲したビデオデータ等を含む。左、右又は上方の指動輪各々１０６、１０８又は２０２を回転することによって生じるＺ軸コンピュータ信号は、もし必要ならば、適当なスイッチ信号と共に、グラフデータのブロックの見掛けを調整するのに使用することができる。ここで使用する「見掛け」とは、サイズ、カラー、スタイル、フォント、境界、構成、輝度等を含む。一次及び二次スイッチ１５０及び１５２は、所望の見掛けを選択するのに使用することができる。例えば、平らな表面に対してマウスを移動することによりＸ及びＹ軸コンピュータ信号からテキストのブロックが最初に選択される。その後、指動輪を回転することにより発生されたＺ軸コンピュータ信号は、一次スイッチ１５０が作動された場合にはテキストのサイズを変更し、又は二次スイッチ１５２が作動された場合にはテキストのスタイルを変更する。
【００３８】
Ｚ軸コンピュータ信号は、多数の重畳するプライの１つを選択するのに使用される。ここで用いる「プライ(ply) 」とは、スプレッドシート又はテキスト文書のようなデータの２次元表示である。特定のプライが選択されると（適当なスイッチ信号で）、Ｘ及びＹ軸コンピュータ信号は、選択されたプライ内でカーソルを移動する。ここで使用する「カーソル」という用語は、可視ディスプレイ装置上に表されるいかなるカーソル、アイコン又はポインタも含む。Ｘ、Ｙ及びＺ軸コンピュータ信号は、スプレッドシートのような３次元「ワークブック」を通して進行させるのに使用できる。
【００３９】
例えば、スプレッドシートの環境においては、左、右又は上方の指動輪各々１０６、１０８又は２０２が付加的な回路１５８によってＺ軸コンピュータ信号を発生させ、これは、次いで、コンピュータスプレッドシートソフトウェアアプリケーションを実行するコンピュータ１１５によって使用される。Ｚ軸コンピュータ信号は、コンピュータ１１５によりスプレッドシートソフトウェアアプリケーションを介して使用されて、コンピュータの可視ディスプレイ装置に示される３次元スプレッドシート内の多数のスプレッドシート即ちプライの１つを選択し、これらプライは、第３次元即ちＺ次元に沿って配列された２次元スプレッドシートである。スプレッドシートソフトウェアアプリケーション及び多数のプライの両方がコンピュータ１１５のメモリ１１５’に記憶される。
【００４０】
任意の時点において、多数のプライの１つが「アクティブ」になり、即ちコンピュータ１１５の可視ディスプレイ装置に優性に即ち最も上に表示され、ユーザがそのプライ内のデータを操作できるようになる。スプレッドシートソフトウェアアプリケーションを実行するコンピュータ１１５は、変化するＺ軸コンピュータ信号を、配列されたプライのどの１つがアクティブであるかの選択へと変換する。ユーザは、指動輪の１つを回転し、Ｚ軸コンピュータ信号を発生し、これにより、アクティブなプライから他のプライの１つへ移動し、それらの間の各プライをこのような移動中に順次にアクティブにする。指動輪の移動が停止したときに指示される最後のプライがコンピュータ１１５の可視ディスプレイ装置に表示される。あるプライから別のプライへのこの移動即ちスクロールは、プライ内の行又は列間のスクロールと同様である。従って、Ｚ軸コンピュータ信号は、指動輪が回転される方向に基づいて配列されたプライの中を前方又は後方に（プラス又はマイナスＺ軸移動）次々に移動するプライ間のこの第３次元スクロールに対して使用される。
【００４１】
より詳細には、指動輪の１つが回転されて、Ｚ軸コンピュータ信号が発生されるときには、コンピュータ１１５は、スプレッドシートソフトウェアアプリケーションを介して、その指動輪がどれ程回転されたかを解読し、それにより、どのプライがアクティブであるかを決定する。例えば、指動輪の１／８の回転（Ｚ軸コンピュータ信号におけるカウント数又は値に対応する）は、コンピュータ１１５が次のプライをアクティブにするようにさせる。最後（又は最初）のプライがアクティブでありそして指動輪がまだ回転されている場合には、コンピュータ１１５は、現在プライの下にある（又はそれに先行する）付加的なプライがないことを指示する可聴信号を発生する。或いは又、ホストコンピュータ１１５は、Ｚ軸コンピュータ信号の現在値をメモリ１１５’に記憶されたテーブルと比較し、多数のプライのどれをアクティブにすべきかを決定する。多数のプライのどれがアクティブであるか決定すると、コンピュータ１１５は、アクティブなプライをメモリ１１５’から検索し、それを可視ディスプレイ装置に表示する。その後、ボール１１７を回転することにより発生されたＸ及びＹ軸コンピュータ信号がコンピュータ１１５により使用されて、アクティブなプライに対するカーソルをプライ内の所望のセルへ移動する。
【００４２】
二次スイッチ１５２が作動されて、マウス１００をベクトル方向付けモードに入れる。このベクトル方向付けモードにおいては、Ｘ、Ｙ及びＺ軸コンピュータ信号を用いて空間におけるビデオオブジェクトの姿勢を方向付けする。「姿勢」とは、ビデオオブジェクトのロール、ピッチ及びヨー方向を指す。「ビデオオブジェクト」とは、可視ディスプレイに表されたカーソル、グラフィック又は他の像を指す。一次スイッチ１５０は、ベクトル方向付けモードをディスエイブルするのに使用できる。
【００４３】
本発明の付加的な用途は、Ｚ軸コンピュータ信号を用いて選択されたウインドウ又はスプレッドシートのサイズを変更したり、グラフデータをズームイン又はズームアウトしたり、コンピュータソフトウェアアプリケーションにおいてカラー又はボリュームを調整したり、ゲームにおいて３次元移動したりすることを含む。
【００４４】
本発明は、標準的なマウス設計に若干の変更を加えるだけで３次元コンピュータ入力信号を与えることができると共に、現在入手できるマウス部品（例えば、エンコーダホイール、ＬＥＤ、光検出器、若干変更されたマウスハウジング等）を使用することができる。本発明に必要とされるほとんどの部品は、単一のプリント回路板上に配置されるので、本発明の構成を製造する場合に、既存のマウスに必要とされる以上の付加的な製造プロセスは要求されない。更に、エンコーダホイールシャフト１２２及び指動輪シャフト１３８を下部ハウジング１０４に形成されたシャフト支持体内にパチンと嵌合できることにより、本発明のマウス１００は容易に組み立てることができる。従って、本発明は、容易に製造することのできる非常に低コストの３次元コンピュータ入力装置を提供する。
【００４５】
本発明の特定の例及び実施例を説明の目的で述べたが、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに種々の変更がなされ得ることが当業者に明らかであろう。例えば、ＬＥＤ及び光検出器を用いたオプトエンコード方法を述べたが、直角信号を発生する他の方法を用いることもでき、例えば、周囲に電気接点を有するエンコーダホイールを用いて、このエンコーダホイールが回転するときにその電気接点が電気ブラシに交互に接触するようにしてもよい。ここに述べる本発明の技術は、光学マウス、ペン及びタブレットを含む他のコンピュータ入力装置に適用することができる。但し、光学マウス又はペンに設けられた指動輪によってＺ軸コンピュータ信号が発生される場合である。上記の説明に鑑み、本発明に対してこれら及び他の変更を行うことができる。従って、本発明は、以上の説明によって限定されるものではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲のみによって限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンピュータ入力装置の右側面図である。
【図２】図１のコンピュータ入力装置の左側面図である。
【図３】図１のコンピュータ入力装置の上面図である。
【図４】図１の入力装置の内部部品を示す図である。
【図５】図１のコンピュータ入力装置のエンコーダホイール指動輪シャフト及び指動輪を示す図である。
【図６】図１のコンピュータ入力装置の第１の別の実施例を示す拡大部分図である。
【図７】図６の７−７線に沿った上方の指動輪シャフト支持体の拡大断面図である。
【図８】図１の入力装置の第２の別の実施例を示す上面図である。
【図９】本発明の第３の別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１００  マウス
１０２  上部ハウジング
１０４  下部ハウジング
１０６、１０８  指動輪
１１０  一次入力ボタン
１１２  二次入力ボタン
１１５  ホストコンピュータ
１１７  ボール
１２１  Ｘ軸トランスジューサ
１２１’  Ｙ軸トランスジューサ
１２２  エンコーダホイールシャフト
１２４  エンコーダホイール
１２５  穴又はノッチ
１２６  ホイールピン
１２７  エンドピン
１２８  シャフト支持体
１３０  ローラ
１３８  指動輪シャフト
１４２、１４３、１４４  指動輪シャフト支持体
１４６  発光ダイオード
１４８  ホトトランジスタ
１４９、１４９’  Ｚ軸トランスジューサ
１５０  一次スイッチ
１５２  二次スイッチ
１５８  付加的な回路
【図１】
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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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