(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作用面（１１６）と操作者入力装置（４０）との相対運動に基づいて位置情報を提供するように構成された操作者入力装置（４０）であって、前記位置情報が計算装置の可視デイスプレイスクリーン上の可視像の動きを制御するために提供される操作者入力装置において、
ハウジング（１０２）と、
前記ハウジング（１０２）に結合された像検出器（１１０）であって、像検出器視野領域と該視野領域内に配置されたそれより小さな所定のサンプル領域（１２４）を有し、前記所定のサンプル領域（１２４）において、前記作用面（１１６）上の第１のパターンをなす第１の像を検出して、該第１の像に対応する第１のパターン信号を提供し、その後、前記視野領域において、前記作用面上の前記第１のパターンをなす第２の像を検出して、前記第２の像に対応する第２のパターン信号を提供するように構成された、像検出器と、
前記像検出器に結合された制御装置（１１２）であって、前記第１及び第２のパターン信号を受け取り、前記サンプル領域内の第１の位置から前記サンプル領域の周りの前記視野領域中への、前記第１の像と前記第２の像の間における前記第１のパターンの運きを決定し、決定された運きに基づいて位置情報を提供するよう構成された制御装置
を備える、操作者入力装置。
【請求項２】
前記所定のサンプル領域（１２４）において前記第１のパターンをなす第１の像を検出した後、前記制御装置（１１２）は、前記第２のパターン信号から、前記所定のサンプル領域（１２４）の周りの像検出器視野領域における前記第１のパターンの第２の位置を決定するように構成され、かつ、前記所定のサンプル領域（１２４）内の前記第１の位置から、前記所定のサンプル領域（１２４）の周りの像検出器（１１０）視野領域内の前記第２の位置までの前記第１のパターンの運きに基づいて位置情報を提供するように構成される、請求項１に記載の操作者入力装置。
【請求項３】
前記第１のパターンが移動した後に、前記制御装置（１１２）が、前記所定のサンプル領域（１２４）内の第２のパターンをなす像を検出するよう構成され、及び、前記所定のサンプル領域（１２４）から、前記所定のサンプル領域（１２４）の周りの像検出器（１１０）視野領域中への前記第２のパターンの運きに基づいて位置情報を提供するように構成される、請求項２に記載の操作者入力装置。
【請求項４】
前記ハウジング（１０２）が開口（１０６）を有し、前記像検出器（１１０）が、前記開口（１０６）を通して前記作用面（１１６）上の第１のパターンをなす像を検出するよう配置される、請求項１に記載の操作者入力装置。
【請求項５】
前記ハウジング（１０２）に装着された可動要素を更に有し、該可動要素が表面を有する、請求項１に記載の操作者入力装置。
【請求項６】
前記可動要素が前記ハウジング（１０２）に回転可能に装着されたトラックボール（２３０）を備える、請求項５に記載の操作者入力装置。
【請求項７】
前記可動要素が前記ハウジング（１０２）に対して相対回転するよう装着された回転可能ホイル（１７２）を備える、請求項５に記載の操作者入力装置。
【請求項８】
前記可動要素が前記ハウジング（１０２）に運動可能に装着された作動釦を備える、請求項５に記載の操作者入力装置。
【請求項９】
前記ハウジング（１０２）が開口（１０６）を有し、前記像検出器（１１０）が、前記開口（１０６）を通して、前記作用面（１１６）上の第１のパターンをなす像を検出し、及び、前記可動要素の前記表面上の第２のパターンをなす像を検出するように構成される、請求項５に記載の操作者入力装置。
【請求項１０】
前記像検出器が電磁放射線源（１０４）を備える、請求項１に記載の操作者入力装置。
【請求項１１】
前記像検出器が、前記作用面（１１６）上のパターン情報を運ぶ放射線を受け取るように配置された像センサアレイを有する、請求項１０に記載の操作者入力装置。
【請求項１２】
前記像検出器が、前記作用面（１１６）上のパターン情報を運ぶ放射線を受け取るように配置された人工網膜を有する、請求項１１に記載の操作者入力装置。
【請求項１３】
前記電磁放射線源（１０４）に結合され、前記電磁放射線源（１０４）を駆動する駆動信号を提供する駆動装置（１１４）をさらに備え、前記制御装置（１１２）が、前記駆動装置（１１４）に結合されて、前記電磁放射線源（１０４）の強度を検出し、前記強度を調整するために検出された強度に基づいて、前記駆動装置（１１４）にフィードバック信号を提供するように構成される、請求項１０に記載の操作者入力装置。
【請求項１４】
前記制御装置（１１２）は、検出された強度が所望の範囲内にあるか否かを判定し、その判定に基づいて、前記駆動装置（１１４）へのフィードバック信号を調整するように構成される、請求項１３に記載の操作者入力装置。
【請求項１５】
前記制御装置（１１２）は、前記電磁放射線源（１０４）に結合され、前記電磁放射線源（１０４）を間歇的にのみ作動させるよう構成される、請求項１０に記載の操作者入力装置。
【請求項１６】
前記電磁放射線源（１０４）が、細長いパターンで電磁放射線を放射するように構成される、請求項１０に記載の操作者入力装置。
【請求項１７】
前記電磁放射線源（１０４）が、複数の点状光源を有する、請求項１０に記載の操作者入力装置。
【請求項１８】
前記像検出器が更に、
前記電磁放射線源（１０４）から複数の表面（１１６）へと電磁エネルギを導く複数の光管と、
検出装置と、
第２の複数の光管であって、前記複数の表面（１１６）から反射された電磁エネルギを前記検出装置へと導く第２の複数の光管
を備える、請求項９に記載の操作者入力装置。
【請求項１９】
計算装置（２０）のデイスプレイスクリーン上の可視像の動きを制御するための情報を提供する方法であって、
ある面（１１６）に対して運動可能な操作者入力要素（４０）であって、像検出器視野領域及びそれより小さな所定のサンプル領域を有する像検出器を備える操作者入力要素を提供する段階と、
前記像検出器（１１０）の前記所定のサンプル領域（１２４）において、前記面（１１６）上の第１のパターンをなす第１の像を検出する段階と、
前記所定のサンプル領域（１２４）の周りの前記像検出器視野領域（１２３）中への前記第１のパターンの運きを検出することによって、前記操作者入力要素（４０）と前記面（１１６）上の前記パターンとの相対運動を検出する段階と、
検出された相対運動を示す位置情報を提供する段階
を含む方法。
【請求項２０】
相対運動を検出する前記段階が、
前記所定のサンプル領域（１２４）における前記第１のパターンの第１の位置を検出する段階と、
前記第１の位置からの前記第１のパターンの運きを検出する段階
含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の位置からの前記第１のパターンの運きを検出する前記段階が、前記第１の位置からの前記第１のパターンの移動距離を検出する段階を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の位置からの前記第１のパターンの運きを検出する前記段階が、前記第１の位置からの前記第１のパターンの移動速度を検出する段階を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記面（１１６）上の第１のパターンをなす第１の像を検出する前記段階が、
電磁放射線を前記面上（１１６）に衝突させる段階と、
前記面（１１６）上の前記第１のパターンを示す情報を運ぶ電磁放射線を検出する段階を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
検出された電磁放射線から前記第１のパターンをなす像を抽出する段階を更に含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
電磁放射線の強度を間歇的に検出する段階と、
検出された強度を所望の強度範囲に基づいて調整する段階
を更に含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１のパターンをなす像を抽出する前記段階が、前記第１のパターンの回転運動を検出する段階を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
電磁放射線を衝突させる前記段階が、細長いパターンで電磁放射線を衝突させる段階を含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
電磁放射線を衝突させる前記段階が、複数の個別の放射線源により電磁放射線を衝突させる段階を含む、請求項２６に記載の方法。
【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装置に関する。特に本発明は入力装置の運動に基づく位置情報をコンピュータシステムに提供する入力装置に関する。
【０００２】
例えばマウスのような従来のコンピュータ入力装置はハウジングを含み、該ハウジングにボールを装着している。ボールは通常の作用位置においては作用面と係合し、該作用面に亘ってマウスを使用者が運動させることによって回転するような従来の要領で構成される。また、ボールは使用者からのデジタル操作によって回転するトラックボールとしても提供されうる。いずれの場合も、マウスにおけるボールの回転を検出し、その回転を示す位置情報をコンピュータに提供するために位置エンコーダが使用されている。多くの場合に、位置情報はコンピュータのデイスプレイスクリーン上の（例えば、マウスのカーサのような）可視像の運動を制御するために使用される。
【０００３】
また、従来技術による装置においては、マウスは前述のトラックボール装置を備えたものが構成されている。トラックボールには所定の像が予めプリントされている。トラックボールの像を検出し、該像の運動を検出するために電荷結合装置が使用される。予め画成した像の運動がコンピュータに位置情報を提供するために使用される。
【０００４】
しかしながら、電荷結合装置形態を使用した従来技術によるコンピュータマウスは多数の重大な欠点を有している。先ず、電荷結合装置の反応時間が極めて遅いことである。更に、電荷結合装置からの像信号を処理することはコンピュータとして過密であって、そのため比較的大型で高価なプロセッサを必要とする。また、電荷結合装置は飽和に対して極めて敏感である。換言すれば、もしも周囲光線の状態が変動するとすれば、電荷結合装置は十分機能しない。更に、例えばフラッシュ光線のような異質の光源が像発生面に向って指向されるとすれば、電荷結合装置は簡単に飽和してしまい、そのためそれらの性能は急速に劣化する可能性がある。
【０００５】
更に、カリフォルニア州（ＣＡ）のマウスシステムズ（Mouse  Systems）から市販されている別の従来技術によるコンピュータマウスは所定のパターンを有するパターンパッドと関連して使用されるＬＥＤを備えたマウスを含んでいた。パターンは青色と赤色の線の格子によって形成された。ＬＥＤからの放射がマウスパッドから検出器に反射され、該検出器がアナログの出力信号を提供した。信号は異なる色の格子線に対応するピークを備えた波形の形態であった。この波形から線が計数され、位置情報を取得するために補間された。そのようなマウス装置は特殊なパターンを備えた特殊なマウスパッドを必要とする。
【０００６】
（発明の要約）
操作者入力装置が該操作者入力装置と面との間の相対運動に基づいた位置情報を提供するように構成される。操作者入力装置は面上のパターンを検出し、検出されたパターンに対応するパターン像信号を提供するよう構成されたパターン検出器を含む。前記面には予め画成したパターンを何ら有していない。制御装置がパターン検出器に結合され、像信号を受け取り、パターン検出器に対するパターンの位置に基づく位置情報を提供するよう構成されている。
【０００７】
一好適実施例においては、制御装置はパターン検出器に結合され、初期時間に一次像信号を受け取り、その後の変動する時間に二次像をを受け取るように構成されている。制御装置は計算し、観察された一次像から二次像への運動の変化の検出に基づく位置情報を提供する。
【０００８】
本発明は位置情報を発生させ、その位置情報をコンピュータシステムに提供するためのユーザ入力装置を提供する。位置情報はユーザ入力装置の検出された運動あるいはその運動の一部に基づいて発生する。前記運動はユーザ入力装置に対して運動可能な面上のパターンあるいは像を識別し、該パターンの相対運動をモニタすることによって検出される。
【０００９】
概要
図１およびその関連の説明は本発明を実行可能な適当な計算環境を簡単に全体的に説明するものである。必須ではないものの、本発明はパーソナルコンピュータあるいはその他の計算装置によって実行される、例えばプログラムモジュールのようなコンピュータで実行可能な指令に関して全体的に、少なくとも部分的に以下説明する。一般に、プログラムモジュールは特定のタスクを実行する、あるいは特定の抽象データタイプを実行するルーチンプログラム、オブジェクト、コンポーネント、データストラクチュア等を含む。更に、当該技術分野の専門家には、本発明は、手持ち装置、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサに基づく、あるいはプログラム化可能のコンシューマ電子装置、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレーム・コンピュータ等を含むその他のコンピュータシステム構成に対しても実行可能なことが認められる。本発明はまた、通信ネットワークを介して結合された遠隔処理装置によってタスクが実行される配分された計算環境に対しても適用可能である。配分された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遠隔メモリ記憶装置の双方に位置させることが出来る。
【００１０】
図１を参照すれば、本発明の例示環境は処理装置２１と、システムメモリ２２と、システムメモリを含む各種のシステム要素を処理装置２１に結合するシステムバス２３を含む従来のパーソナルコンピュータ２０の形態である汎用計算装置を含む。システムバス２３は各種のバスアーキテクチュアのいずれかを使用したメモリバス、あるいはメモリ制御装置、周辺バス、およびローカルバスを含む、数種のタイプのバス構造のいずれかとしうる。システムメモリは読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２４とランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２５とを含みうる。例えば始動の間のようなパーソナルコンピュータ２０内の要素の間で情報の転送を支援するベーシックルーテインを包含するベーシック入力／出力２６（ＢＩＯＳ）がＲＯＭ２４に記憶されている。パーソナルコンピュータ２０は更に、ハードデイスク（図示せず）から読み取り、かつそこへ書き込むハードデイスク・ドライブ２７と、着脱可能な磁気デイスク２９から読み出し、かつそこへ書き込む磁気デイスク・ドライブ２８と、例えばＣＤ  ＲＯＭあるいはその他の光学媒体のような着脱可能な光学デイスク３１から読み出し、かつそこへ書き込む光学デイスク・ドライブ３０を含む。ハードデイスク・ドライブ２７、磁気デイスク・ドライブ２８および光学デイスク・ドライブ３０はそれぞれ、ハードデイスク・ドライブ・インタフェース３２、磁気デイスク・ドライブ・インタフェース３３および光学デイスク・ドライブ・インタフェース３４によってシステムバス２３に接続されている。前記ドライブおよび関連のコンピュータによって読み取り可能な媒体はパーソナルコンピュータ２０のためのコンピュータで読み取り可能な指令、データストラクチュア、プログラムモジュールおよびその他のデータの持久記憶を提供する。
【００１１】
ここで説明する例示環境はハードデイスク、着脱可能磁気デイスク２９、および着脱可能光学デイスク３１とを採用してはいるが、当該技術分野の専門家には、例えば磁気カセット、フラッシュ・メモリカード、デジタルビデオデイスク、ベルヌーイカートリッジ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）等のようなコンピュータによってアクセス可能なデータを記憶しうるその他のタイプのコンピュータによって読み取り可能な媒体も例示の演算環境において使用可能なことが認識される。
【００１２】
多数のプログラムモジュールはハードデイスク、光学デイスク３１および演算システム３５、１個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ＲＯＭ２４あるいはＲＡＭ２５において記憶可能である。ユーザはキーボード４０および指示装置４２のような入力装置を介してパーソナルコンピュータ２０へ指令や情報を入力出来る。その他の入力装置（図示せず）としてはマイクロフォン、ジョイステイック、ゲームパッド、サテライトデイスク、スキャナ等を含みうる。これら、およびその他の入力装置はシステムバス２３に結合された直列ポートインタフェース４６を介して処理装置２１に接続されることが多いが、例えば音声カード、平行ポート、ゲームポート、あるいはユニバーサル直列バス（ＵＳＢ）のようなその他のインタフェースによって接続することも可能である。モニタ４７あるいはその他のタイプのデイスプレイ装置も例えばビデオアダプタ４８のようなインタフェースを介してシステムバス２３に接続される。モニタ４７の他に、パーソナルコンピュータは典型的に例えばスピーカ４５およびプリンタ（図示せず）のようなその他の周辺出力装置を含みうる。
【００１３】
パーソナルコンピュータ２０は例えば遠隔コンピュータ４９のような１個以上の遠隔コンピュータへの論理接続を使用してネットワーク化した環境において演算可能である。遠隔コンピュータ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（対等）装置あるいはその他のネットワークモードでよく、図１にはメモリ記憶装置５０のみを示しているが典型的にはパーソナルコンピュータ２０に関して前述した要素の多く、あるいは全てを含む。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。そのような情報通信網環境はオフィス、企業内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において常識である。
【００１４】
ＬＡＮ情報通信網環境で使用される場合、パーソナルコンピュータ２０はネットワークインタフェースあるいはアダプタ５３を介してローカルエリアネットワーク５１に接続されている。ＷＡＮ情報通信網環境において使用される場合、パーソナルコンピュータ２０は典型的にモデム５４あるいは例えばインターネットのようなワイドエリアネットワーク５２に亘って通信を行なうその他の手段を含む。内部あるいは外部のものでよいモデム５４は直列ポートインタフェース４６を介してシステムバス２３に接続されている。通信網環境において、パーソナルコンピュータ２０に関して説明したプログラムモジュールあるいはその一部は遠隔メモリ記憶装置に記憶させることが出来る。図示した通信網の接続は例示であって、コンピュータ間での通信リンクを設定するその他の手段を使用しうることが認められる。
【００１５】
図２は例えばマウス４２のような操作者入力装置を示す。マウス４２はハウジング１０２、（単純に例えばＬＥＤのような光源でよい）電磁放射線源１０４、ハウジング１０２の底部に画成された開口１０６、レンズ１０８、像あるいはパターン検出器１１０、制御装置１１２、電流ドライバ１１４とを含む。図２においては、マウス４０は作用面１１６に対して支持された状態で示されている。パターン検出器１１０は何れかの適当な検出器でよく、人工網膜パターン検出器でもよい。
【００１６】
光源１０４はいずれか適当な電磁放射線源でよい。一図示実施例においては、光源１０４はＬＥＤ１１８およびレンズ１２０を含む。ＬＥＤ１１８から放射された放射線はハウジング１０２の開口１０６を通過し、レンズ１２０を通して透過され、所定のパターンあるいは像を何ら有していない作用面１１６に衝突する。次いで、光線はレンズ１０８に向って作用面１１６から反射される。レンズ１０８は面１１６から反射された放射線を集め、像検出器（例えば、人工網膜）１１０まで導く。レンズ１０８はＬＥＤ１１８、像検出器１１０のいずれか、あるいは双方にレンズを追加することによって排除することができる。
【００１７】
像検出器１１０は作用面１１６上で像あるいはパターンを示す像信号を発生させる。像信号は制御装置１１２に提供され、該制御装置は像信号に基づいて位置情報を計算する。位置情報は以下詳細に説明するように作業面１１６に対するマウス４２の運動を示す。位置情報は例えばケーブル（図示せず）のような出力手段を制御装置１１２によって図１に示すコンピュータ２０に提供される。マウス４０はまた、例えば赤外線、超音波、あるいは無線周波リンクのようなワイヤレス伝送リンクを介して制御装置１１２に出力を提供しうる。好適実施例において、制御装置１１２によって提供される位置情報は例えば直列インタフェース、ユニバーサル直列のインタフェース、ユニバーサル直列バス（ＵＳＢ）インタフェースあるいはその他のいずれか適当なインタフェースフォーマットのような従来のフォーマットに従って提供される。
【００１８】
一実施例における像検出器１１０は三菱電機株式会社によって製造されている人工網膜であり、周知の要領で作動する二次元配列の感度可変光電検出器（ＶＳＰＤ）を含む。要約すれば、ＶＳＰＤは半絶縁ＧａＡｓ層（ｐｎ−ｎｐ構造）に集積され、かつ分離されている並置対のダイオードによって形成される。一実施例において、前記配列は３２Ｘ３２要素配列であるが、希望に応じて大きくしたり、小さくしてもよい。光電検出器の電流はサインおよび振幅の双方において、供給電圧によって決まる。そのようなＶＳＰＤは光学書き込みパルスが介在する中で電圧が供給されると導電性情報を記憶するアナログ記憶効果を示す。情報は光学読み出しパルスを噴射することによって検索される。
【００１９】
そのような装置における像の処理は光学マトリックス−ベクトル乗算に基づいている。入力像がウエイトマトリックスとして装置に投影される。全てのＶＳＰＤは列に沿って接続された１個の電極を有し、感度制御ベクトルを発生させる。このように、ＶＳＰＤ感度はある範囲内で各列における任意の値にセットすることが可能である。更に、残りのＶＳＰＤ電極はコラムに沿って接続され、ウエイトマトリックスに感度制御ベクトルを掛けたマトリックスベクトルの積によって定義される出力電流ベクトルを発生させる。
【００２０】
図示実施例において、像検出器１１０はエッジ抽出作動を実行するよう制御される。２個の隣接する検出器の列の感度はそれぞれ＋１および−１にセットされ、一方その他の全ての感度は０にセットされる。本実施例において、出力電流は２個の使用中の列の光線強度の差に比例する。円筒形の態様に制御電圧パターンをシフトする（０，＋１，―１，０，０，等）ことにより、入力像の水平方向エッジが感知される。このように、本システムは時間順列およびセミ並列モードで作動する。
【００２１】
一例示実施例において、マウス４２はまた、放射線源１０４に結合されている電流ドライバ１１４を含む。前記実施例において、制御装置１１２は放射線源１０４によって発生する放射線の強度を間歇的に検出し、電流ドライバ１１４を介して放射線源１０４に提供される電流を調整する。換言すれば、もしも検出された強度が所望範囲よりも低いとすれば、制御装置１１２は電流ドライバ１１４にフィードバック信号を提供し、放射線源１０４から発生している電磁放射線の強度を増すために放射線源１０４に提供される電流を高める。他方、もしも放射線の強度が所望値よりも高いとすれば、制御装置１１２は電流ドライバ１１４にフィードバック信号を提供し、放射線源１０４に提供される電流を低減し、放射線源１０４から放射される放射線の強度を低下させる。このことは例えばマウス４２の全体のパワー消費を下げるために実行可能である。
【００２２】
図３Ａ−３Ｅおよび図４Ａは本発明の一局面に従ったマウス４２の作動を示している。図３Ａは面１１６からの像がその上に導かれる像検出器１１０上の３２Ｘ３２ＶＳＰＤ（ピクセル）配列を示す。像検出器１１０の全体の視界領域は３２Ｘ３２ピクセル配列と一致する。しかしながら、全体の視野領域内にサンプル領域が囲まれている。サンプル領域１２４は視野領域より小さく、一図示実施例においては視野領域１２３の中心１２６の周りで全体的に求心している１０ピクセルＸ１０ピクセル領域を含んでいる。
【００２３】
作動時、制御装置１１２は先ず、放射線が作用面１１６に衝突するように放射線源１０４を付勢する。このことは図４Ａにおいてブロック１２８で指示されている。概ね各面は、顕微鏡レベルにおいて初めて若干の不規則性、すなわち表面粗さを有している。市販されている人工網膜は光源が十分強力であると想定すれば、サイズが極数ミクロンである像を解像することが可能である。このように、放射線は面１１６から反射され視野領域に衝突し、前記面１１６の表面粗さによって形成された像あるいはパターンを指示する情報を運ぶ。
【００２４】
次いで、作用面１１６上のパターンは識別され、放射線源１０４が任意に消勢される。このことがブロック１３０および１３４に指示されている。図３Ｂは視野領域１２３のサンプル領域１２４内での像あるいはパターンの識別を示している。前述のように、像の識別はエッジ抽出技術あるいはその他の何れからの適当な技術を使用することによって達成可能である。一旦像１３２が識別されると、その像に対応するデータが制御装置１１２と関連したメモリに記憶される。このことが図４Ａにおいてブロック１３６によって指示されている。
【００２５】
次に、制御装置１１２は所定のタイムアウト時間の経過を待機する。この待機時間の持続時間によって本システムのサンプリング速度を検出し、従って前記持続時間はマウスの想定される最大速度によって左右される。一図示実施例においては、タイムアウトの持続時間は約１から１０ミリ秒である。タイムアウト時間が図４Ａのブロック１３８によって指示されている。
【００２６】
タイムアウト時間の経過後、制御装置１１２はブロック１４０で指示するように（もしも放射線源１０４が消勢されていたとすれば）放射線源１０４を再度付勢させ、像１３２が動いたか否かを検出する。このことがブロック１４２によって指示されている。視野領域１２３内での像１３２の運動はマウス４２（または少なくともマウス４２の像検出器１１０）と像１３２が検出された面１１６との間の相対運動を示すことは勿論である。図３Ｃは図３Ｂに示す第１の位置から、第１の位置から変移した、図３Ｃに示す第２の位置までの像１３２の運動を示している。
【００２７】
検出された運動に基づき、制御装置１１２は（例えばケーブルを介するような）入力側で通常の容認されている形態で位置情報を提供する。そのような位置情報はモニタ４２上でのマウスカーサの運動を含む多数の事項に対して、図１に関連して説明したような計算装置によって使用可能である。位置情報を提供することは図４Ａにおいてブロック１４４で指示されている。
【００２８】
像あるいはパターン１３２の運動が検出された後、例えば像１４６のような新規の像あるいはパターンが視野領域１２３のサンプル領域１２４内で検出される。このことがブロック１３０で指示されている。光源１０４は消勢され、新規の像１４６を指示する像データが記憶される。このことがブロック１３４および１３６で指示されている。次いで、制御装置１１２は再度次のタイムアウト時間を待機し、図３Ｅで示すように像１４６が運動したか否かを検出する。マウス４２が該マウス４２と作用面１１６との相対運動を示す位置情報を提供し続けるようこのプロセスが繰返される。
【００２９】
運動の検出
視野領域１２３における像の運動の検出は多数の要領で達成可能である。例えば、視野領域１２３内での像の運動を検出するために相互相関を使用出来る。サンプル領域１２４におけるパターンと全体の視野領域すなわちサーチ領域１２３に対するパターンとの間の相互相関は以下のように定義される。
【数１】
0004080159.tif 000002
但し、Ｌｐはサンプル領域１２４の長さであり、
（ｉ，ｊ）は３２Ｘ３２ピクセル配列に対する位置データであり、
Ｐ（ｉ，ｊ）は光線の強度を指示し、検出されたパターンあるいは像に対応する関数であり、
Ｑ（ｉ，ｊ）は全体の視野領域１２３に亘る光線の高度を指示する関数であり、
Ｒ（ｘ，ｙ）はＰおよびＱの相関である。
【００３０】
この等式は、パターンが人工網膜のセル配列にあり、サンプル領域Ｌｐの全長に亘って特定の値を有しているので、以下の総和に書き換えることが可能である。
【数２】
0004080159.tif 000003
前記等式２から、像の運動を取得するには、先ずＰ（ｉ，ｊ）を取得し、ついで、タイムアウト時間の経過後Ｑ（ｉ，ｊ）を取得する必要があることが判る。その後、ｘおよびｙの値は像検出器に関連した全体の視野領域（すなわちピクセル領域）１２３を通して動かされ、各点において等式２が評価される。Ｒ（ｘ，ｙ）の最大値は相互相関が最大である点を指示し、従って像が動いた距離を指示する。像検出器１１０が三菱電機会社製の人工網膜チップとして実行されている一実施例においては、等式２における総和は一時の光電検出器アレイにおける１列の電流を単に加算することによって取得可能である。これは等式２の総和に等しい。
【００３１】
また、サンプル領域１２４における特定の形状、パターンあるいは像を識別するのではなく、全体のサンプル領域１２４を像として使用可能なことも注目すべきである。その場合、相互関連は全体の像と、タイムアウト時間の後にその像が位置しているアレイの部分との間で単純に決定される。
【００３２】
直線座標を使用することに関わる潜在的な一つの欠点はそれらがマウス４２の回転と共に変動する位置情報を提供することである。従って、別の実施例においては、像の動きを検出するために円形高調波が使用される。前記の別の実施例においては、直線のｘ，ｙ座標の代わりに円形の座標ｒおよびθが使用されている。円形座標は回転的に独立している位置情報を提供するために使用される。サンプル像を表わすデータはＰ（ｒ、θ）として書き込み可能である。このことは円形高調波によって以下の等式に拡張可能である。
【数３】
0004080159.tif 000004
ただし、ｉ＝−１の仮想単位スケーラ平方根であり、加算項の各パラメータは以下のように計算される。
【数４】
0004080159.tif 000005
【００３３】
先ず、半径ｒの中心がサンプル領域において識別され、円の周囲に沿ってフーリエ拡張が実行される。計算された高調波の計数が記憶される。これらのステップはタイムアウトの後視野領域における前記円に対して繰返される。次いで、計数が比較され像の運動の方向と大きさとを指示する値を取得する。
【００３４】
等式３は、−∞から＋∞までの総和として示されている。しかしながら、総和は実際には零から視野領域のサイズまでとるだけでよい。更に、等式３は一実施例においては計算をより簡単にするために以下のようにオイラー関数として以下のように扱われている。
【数５】
0004080159.tif 000006
別の実施例においては、パターンの慣性特性がサンプル領域内での像あるいはパターンの運動を検出するために使用される。サンプル領域におけるパターンはＰ（ｘ，ｙ）によって表わすことができ、サンプル領域は長さがＬｐの辺を有する四角である。パターンの慣性ｍｐｑは以下のように表現しうる。
【数６】
0004080159.tif 000007
但し、ｐおよびｑはいずれかの有効値をとりうる連続した整数である。ｐ，ｑが等しい場合の０番目の慣性は一般に以下の通りである。
【数７】
0004080159.tif 000008
【００３５】
０番目の慣性はパターンデータの全体質量と理解される。一番目の慣性ｍ10、ｍ01は以下のように与えられる。
【数８】
0004080159.tif 000009
【００３６】
第１番目の慣性が０番目の慣性によって除算される場合、質量の中心の座標は以下の通り取得される。
【数９】
0004080159.tif 000010
【００３７】
次いで、基本軸を取得するために２番目の慣性、ｍ20、ｍ02を使用して同じプロセスが実行される。
【００３８】
更に別の実施例において、運動を検出するためにコードヒストグラム法が使用される。パターンの形状は図３Ｆに示すもののようなコードヒストグラムによって表現可能である。図３Ｆには単一のコード１５２と単一の角度１５４のみが示されている。しかしながら、各コードはその長さと角度ｈ（ｒ、θ）によって書き込み可能である。形状の周囲長さにおけるピクセルデータＤpixが１であり、その他が０であると想定すれば、コードの要件は以下の等式を満足させることである。
【数１０】
0004080159.tif 000011
【００３９】
Ｄpixは１あるいは０の値のいずれかをとるものと定義しているので、コードの全体数は以下のように与えられる。
【数１１】
0004080159.tif 000012
【００４０】
計算をより単純にするために、ｈがｒのみの関数であると想定する。そうすれば、形状の周囲長さに対してピクセルの数を単純に計数するのみでよい。数学的にいえば、原点として形状における一点を単にセットし、原点の周りで半径ｒの円を引けば良い。周囲長さと交錯する円の交錯点の数が計数される。半径は交錯点がなくなるまで増大される。記録された交錯点は周囲長さの形状を指示するようになる。
【００４１】
回転慣性の検出
図５と図６Ａから図６Ｄまでは本発明による別の好適実施例を示す。従来のコンピュータのマウスはユーザによって回転方向及び直線方向に動かされることが多いので、ある場合には、像あるいはパターンの運動を検出する検出アルゴリズムをそれらがマウスの回転運動を検出しないように回転方向には変動しないようにすることが望ましい。しかしながら、別の実施例においては、アルゴリズムがマウスの回転運動を検出するようにすることも望ましいことがある。後者の場合には、光源１０４を修正することが望ましいかもしれない。
【００４２】
回転運動の検出が望まれる一実施例においては、（図２に示す）レンズ１２０が図６Ａで示すように細長いパターンあるいは楕円形のパターン１６０で放射線を透過させる形状とされている。その場合、もしもマウスが回転させられると、パターン１６０は図６Ｂに示すように動く。パターンを単に円形とするのでなく細長く（例えば、楕円形）することによって、このタイプの回転運動はより容易に検出可能としうる。
【００４３】
更に、図５は本発明によって使用可能な光源１６２の別の実施例を示す。光源１６２は実際に（ＬＥＤおよび関連のレンズでよい）２点光源１６４および１６６を含み、それらは観察されている表面に放射線を伝送するために使用される。その場合、像検出器１１０によって検出された像パターンは該像内の最も強度の高い点を検出するために使用しうる。これらの最も強度の高い点１６８および１７０は原点１６４および１６６の中心における、あるいはそれらの近傍の領域によって放射された光線に対応する。このように、マウスを回転させることにより図６Ｂに示すように点１６８および１７０を回転させる。これによってもまた、マウス４０の回転運動がより容易に検出しうるようにする。
【００４４】
図７Ａは本発明の別の実施例によるマウス１７０を示す。マウス１７０は図２に示すものと類似であり、同じ番号を付している要素である。しかしながら、マウス１７０はホイル１７２を含んでいる。図示実施例において、ホイル１７２はハウジング１０２に設けられ、そのため操作者はマウス１７０から追加の位置情報が提供されるようにホイル１７２を回転させればよい。図７Ａに示す実施例において、ホイル１７２は放射線源１０４によって放射される電磁放射線の通路に介装されている。しかしながら、ホイル１７２はまた、面１１６上に放射線が若干衝突しうるようにノッチあるいはスリットのような透明部分を有していることが好ましい。スリット１７４の一実施例が、ホイル１７２の側面図である図６Ｂに示されている。スリット１７４は判り易くするために拡大して示されており、適当な何れかの寸法でよい。スリット１７４は像検出器１１０および制御装置１１２によって容易に認識可能である所定のパターンで図示のように提供されている。しかしながら、スリット１７４は放射線が透明領域を通して面１１６上に放射され、次いで像検出器１１０に反射されうるよに可成り大きな透明領域を提供する。このように、像検出器１１０と制御装置１１２とは面１１６からの像を指示する信号を取得することが可能で、またホイル１７２の回転運動を検出し、モニタすることが可能である。
【００４５】
例えば、図８Ａはスリット１７４によって発生した視野領域１２３でのパターンを示す。図３Ａから図３Ｅまでに示すように、視野領域１２３はその内部でパターンが識別され、そこからパターンの運動が検出されるサンプル領域１２４を含む。しかしながら、視野領域１２３はまた、放射線はノッチ１７４の透明部分のみを通して進行するのでその上に重ねられた所定のパターン１７６も含む。ホイル１７２が回転するにつれて、重ねられたパターン１７６は視野領域１２３に亘って移動する。例えば、もしもホイル１７２が僅かに回転するとすれば、視野領域１２３に重ねられたパターン１７６は例えば図８Ｂに示すように移動する。
【００４６】
その他の形状のスリットも使用可能なことは勿論である。例えば、図８Ｃと図８Ｄとはスリット１７４が単に長方形のスリットとなりうることを示している。その場合、パターン１７８は視野領域１２３に重ねられる。次いで、ホイル１７２を回転させることにより、パターンは図８Ｂに示すように視野領域１２３に亘って移動する。このため、像検出器１１０と制御装置１１２とが、面１１６に対するマウス４０の運動を反映するのみならず、像検出器１１０と光源１０４に対するホイル１７２（あるいはホイル１７２の面）の運動を指示する位置情報を提供しうるようにする。これは、従来の位置エンコーダや関連の回路が無くても、そして従来のユーザ入力装置において使用されるハードウエアが無くても全て実行可能である。
【００４７】
図９Ａは（例えばマウスのような）ユーザ入力装置１８０の一部のブロック線図である。マウス１８０は図７Ａに示すマウス１７０と類似であり、類似の品目には同じ番号を付している。判り易くするために、ホイル１７２は図７Ａに示す位置から動かされており、図７Ａに示す多数の品目は図９Ａでは示されていない。マウス１８０はＬＥＤ１０４を含んでいるのみならず、例えばＬＥＤ１８２および１８４のような電磁放射線の２個の別の放射線源を含むことが好ましい。更に、マウス１８０は複数の光管１８６および１８８を含む。光管１８６および１８８の各々は単一の一体部材あるいは適当な光路を形成するよう相互に結合された複数の部材から形成しうる。
【００４８】
作動時、ＬＥＤ１０４、レンズ１０８および像検出器１１０は面１１６上に位置した像に対して、前述したのと同様に作動する。しかしながら、別の好適実施例によれば、ホイル１７２には（図９Ｅで示すように）その周囲に離隔された複数の暗くした領域１９２が設けられている。ＬＥＤ１８２はホイル１７２上の暗くした領域１９２の近傍の領域に衝突する放射線を放射するように構成されている。ホイル１７２が回転するにつれて、暗くした領域と該暗い領域１９２の間に位置する明るい領域１９１とが交番してＬＥＤ１８２によって放射された放射線を反射する。光管１８８はホイル１７２によって反射された放射線を受け取り、その放射線を像検出器１１０の所定の領域１９４上に導くように構成されている。暗くされた部分１９０は明るい部分１９１によって分離されているので、ホイル１７０が回転するにつれて、光管８８を介してホイル１７２から反射された光線の強度が変化する。従って、（図７Ａに示す）制御装置１１２はホイル１７２が回転したか、あるいは回転しつつあるかを検出するために像検出器１１０の所定の領域１９４に衝突している光線の強度を検出すべく前記の所定の領域１９４を検査するように構成されている。
【００４９】
同様に、マウス１８０は作動釦１９６を含む。作動釦１９６は起動作業を実行すべくユーザが押し下げ可能な従来の要領で配置された押し釦あることが好ましい。このように、作動釦１９６は矢印２００で指示する方向に枢動点１９８の周りで枢動可能なものとして示されている。一好適実施例においては、作動釦１９６は垂下面２０２を含む。ＬＥＤ１８４はそこから放射された放射線を光管８６中へ導くように構成されており、光管はその放射線を像検出器１１０のダイの所定の部分２０４まで導く。
【００５０】
作動釦１９６が押し下げられるにつれて、面２０２は下方へ動きＬＥＤ１８４から光管１８６への放射線の放射を遮る。一好適実施例によれば、前記面２０２は不透明であるか、あるいはＬＥＤ１８４によって放射された放射線の一部を濾過するフィルタ材料から形成される。このように、作動釦１９６が押し下げられると、像検出器１１０の所定の部分２０４に放射された光線の強度が、作動釦１９６が押し下げられていないとき前記領域に衝突する光線の強度に対して低減する。
【００５１】
従って、制御装置１１２はホイル１７２が回転しているか否かを検出するために、また作動釦１９６が押し下げられているか否かを検出するために所定の部分１９４および２０４を間歇的に検査するように配置されることが好ましい。
【００５２】
現在のある操作者入力装置においては、ホイル１７２はまた作動釦としても作動可能で、作動釦１９６と全く同じ要領で押し下げ可能であることに注目すべきである。このように、ホイル１７２の押し下げ（すなわち、作動）を検出するために同様の構成を提供しうる。また、ホイル１７２上に暗くした部分１９０を設けるのではなく、これらの部分を透明にしてもよいことに注目すべきである。このように、ＬＥＤ１８２が透明の領域の一つに衝突するとホイル１９０から反射される光線の量は低減する。
【００５３】
図９Ｂは視野領域１２３とサンプル領域１２４とを示す。図９Ｂはまた、ホイル１７２の回転と釦１９６の作動とを検出するために使用される、視野領域１２３上の所定の領域１９４および２０４を示す。勿論、面１１６上の対象物体の運動を検出するに十分な領域が残っている限り視野領域１２３上の前記所定領域の数はいくらでもよいことに注目すべきである。
【００５４】
面１１６に対する運動、ホイル１７２の回転と押し下げ、および作動釦１９６の押し下げとを検出するためにその他の方法を使用してもよい。例えば、もしも視野領域１２３での特定の領域が利用出来ないとすれば、ホイル１７２を回転あるいは押し下げることにより、かつ作動釦１９６を押し下げることにより追加される光線を検出するようヒストグラム・アルゴリズムを使用可能である。その場合、光管１８６および１８８がそれによって導かれた光線が像検出器１１０の全体の視野領域１２３に衝突するよう光線を導くよう位置変えされる。このように、視野領域１２３に衝突する放射線の全体強度はホイル１７２から反射された光線およびＬＥＤ１８４によって提供された光線が増加するにつれて増大する。
【００５５】
図９Ｃは視野領域１２３上の位置に対する（例えば電圧のような）強度を指示する信号をプロットしたグラフ２０６を示す。図９Ｃは像検出器１１０が人工網膜であるような実施例において、出力が視野領域に亘って変動するアナログ信号であることを示している。図９Ｃは３個の波形２０８，２１０および２１２を示している。波形２０８は視野領域１２３内で面１１６上の像を指示する像検出器１１０によって提供される波形の一例を全体的に説明している。波形２０８は基本線の強度を有し、視野領域１２３に亘る像の変化に伴って変動する。信号のピークと谷とは視野領域１２３上の像の種々の部分に対応する。
【００５６】
波形２１０は波形２０８と同じ波形であるが、ホイル１７２が、大量の光線が光管１８８を介して視野領域１２３全体に反射されるようにする位置まで回転した状態の波形を示す。その場合、波形２１０は依然として形状は面１１６上で検出された像を示している。しかしながら、波形２０８に対して変移２１４が存在している。このように、制御装置１１２は変移２１４を検出し、それを解釈してホイル１７２がより多くの光線が該ホイルから反射されつつある位置まで回転したことを示す。
【００５７】
同様に、波形２１２は波形２０８および２１０と同じ波形であるが、波形２１０からの変移２１６を含む波形であるものを示している。波形２１２はホイルがより多くの量の光線を反射する位置にあるが、また作動釦１９６がＬＥＤ１８４から光管１８６まで放射された放射線に衝突しない位置にある場合の波形に対応する。現在説明している実施例においては、光管１８６は視野領域１２３全体に亘って放射線を放射するように配置されているので、制御装置２１２は変移２１６を検出し、作動釦１９６が非押し下げ位置にあることを意味するものとその変移を解釈するように構成しうる。
【００５８】
一好適実施例において、変移２１４と２１６とは異なる大きさであって、制御装置１１２が二つの変移の差を区別可能で、従って所定の変移によって何れのイベントが指示されているかを検出可能である。
【００５９】
図９Ｄはマウス１８０において起こりうる各種のイベントを検出する更に別の技術を示している。図９Ｄによって示されている実施例においては、ＬＥＤ１０４，１８２および１８４は種々の波長の放射線を放射することが好ましい。人工網膜による像検出器はアナログの出力信号を提供するので、アレイの出力側において受け取られた信号は該信号の各種の周波数成分を遮断するよう濾過しうる。図９Ｄは周波数に対してプロットされた像検出器１１０によって提供される（例えば電圧のような）強度を指示する信号のプロットを示している。もしも像検出器１１０の出力信号が濾過され、限界値の検出がなされるとすれば、各種の放射線周波数での強度のレベルが遮断されてマウス１８０において何れのイベントが行われているかの指示を提供しうる。例えば、図９Ｄは４種類の周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、およびｆ４を示している。周波数ｆ１−ｆ３がＬＥＤ１０４，１８２および１８４によって放射された放射線の周波数に対応するものと想定すると、制御装置１１２はこれらの周波数レベルにおいて受け取られた放射線の強度に基づいて、ホイル１７２が回転しているか、あるいは押し下げられているか、そして作動釦１９６が押し下げられているか否かを検出可能である。
【００６０】
別の実施例において、ＬＥＤ１０４，１８２および１８４は周期的に作動可能である。この周期的作動は像検出器１１０によって提供される信号に同期化され、制御装置は強度およびサンプリングされた時間とに基づいて何れのイベントが発生しているか否かを検出可能である。
【００６１】
図１０Ａは図９Ａに示すものから修正したマウス１８０を示す。断続したＬＥＤ１０４，１８２および１８４を設けるのではなく、図１０Ａに示すマウス１８０は、複数の光管２１５，２１７および２１９がＬＥＤ１０４によって放射された放射線の一部を図示した特定の位置まで導いている単一のＬＥＤ１０４を提供している。このように、電磁放射線の個別の発生源は設ける必要はない。
【００６２】
図１０Ｂはマウス１８０における各種のイベントを検出する別の方法を示している。図１０Ｂは図９Ｂに示すように所定の部分１９４，２０４，２１８および２２０が視野領域１２３の頂部に沿って配置されていないが、代わりに視野領域１２３の隅部に配置されていることを示している。このことは一好適実施例においては、光管１８６および１８８（図９Ａ）あるいは光管２１５，２１７および２１９（図１０Ａ）および所望のその他のいずれかの数の光管を設け、かつこれらの光管によって放射された光線が所定の領域１９４，２０４，２１８および２２０上に導かれるようにこれらの光管を配置することによって達成可能である。
【００６３】
図１１Ａは本発明の別の局面による入力装置２２４の別の実施例を示す。前記入力装置２２４の多数の部材が図７Ａに示すものと類似であり、そのため同じ番号を付している。しかしながら、判り易くするために、電流ドライバ１１４と制御装置１１２とは図１１Ａから省略している。これも判り易くするために、図７Ａに示すものに対して諸部材を図１１Ａにおいて僅かに配置し直している。例えば、ＬＥＤ１０４は面１１６に放射線を衝突させるように配置されている。しかしながら、レンズ１０８と像検出器１１０とは面１１６から反射された放射線が上方に反射されミラー要素２２６と係合するように配置されている。ミラー要素２２６は放射線を再度レンズ１０８に導き直し、そこで放射線は収集され像検出器１１０まで伝送される。入力装置２２４はまた、第２のＬＥＤ２２８とトラックボール２３０とを含む。トラックボール２３０は全ての方向にハウジング１０２に対して回転可能なように従来の要領でハウジング１０２に装着されることが好ましい。
【００６４】
ＬＥＤ２２８はトラックボール２３０の面に衝突する放射線を放射するように配置されている。トラックボール２３０の面から反射された光線はレンズ１０８上に反射される。（図１１Ａに示していない）制御装置１１２はユーザの希望で、あるいは前述のように周期的であることのいずれかでＬＥＤ１０４とＬＥＤ２２８の間の作動に切り替えられるように構成されることが好ましい。
【００６５】
ＬＥＤ１０４が作動すると、ユーザ入力装置２２４は従来のマウスとして使用され、面１１６に対して運動可能であることが判る。その場合、制御装置１１２は面１１６に対するマウス２２４の運動を示す位置情報を提供する。しかしながら、ＬＥＤ２２８が作動すると、ユーザ入力装置２２４は従来のトラックボール入力装置と全く同様に使用可能である。ユーザは単にトラックボール２３０を回転させ、トラックボール２３０の表面に像が像検出器１１０によって検出される。像検出器は面によって左右されないので、マウスのボールは該ボールの面に特定のパターンをプリントしておく必要はない。このように、制御装置１１０はトラックボール２３０の回転を示す位置情報を提供する。
【００６６】
好適実施例において、レンズ１０８および像検出器１１０に衝突する放射線を分離するために任意の不透明分離要素２３２を位置させることが可能なことに注目すべきである。本実施例において、像検出器１１０は図１１Ｂに示すように２個の像検出器領域２３４および２３６に分離されている。このように、双方のＬＥＤ１０４および２２８は同時に作動可能で、制御装置１１２は、面１１６に対するユーザ入力装置２２４の運動のみならず、トラックボール２３０のユーザによる運動も指示する組み合わされた、あるいは分離された位置情報を提供することが出来る。このため、ユーザ入力装置２２４を４自由度の装置に転換させる。
【００６７】
図１２Ａは本発明の別の局面によるユーザ入力装置２５０の一部のブロック線図である。図１２Ａに示す多数の部材は先に述べた図面に示すものと類似であり、そのため同じ番号を付している。しかしながら、図１２Ａはユーザ入力装置２５０がモードスイッチ２５２と、ホイル１７２に結合されたシャフト２５４と、デテントホイル２５６とデテントブロッカ２５８とを含むことを示している。図１２Ａはまた、制御装置１１２が一好適実施例において可変抵抗２６０、アナログーデジタル（Ａ／Ｄ）変換器２６２およびマイクロプロセッサ２６４とを含むことを示している。
【００６８】
一好適実施例において、デテントホイル２５６はシャフト２５４によってホイル１７２に固定されている。デテントホイル２５６はまた、外周部に複数のデテント２６６を含むことが好ましい。このように、ホイル１７２が回転するにつれて、シャフト２５４の回転を介してデテントホイル２５６も駆動される。
【００６９】
一好適実施例においてデテントブロッカ２５８はデテントホイル２５６のデテント２６６と噛み合う弾性要素である。従って、ユーザがホイル１７２を回転させるにつれて、デテント２６６が回転してデテントブロッカ２５８を対応して撓ませる。デテントブロッカ２５８の弾性によってユーザにホイル１７２の回転に対応する触覚フィードバックを提供する。
【００７０】
また、一好適実施例において、ホイル１７２を触覚デテントフィードバックの無い、自在回転ホイルとして作用しうるようにすることも望ましい。このように、ユーザ入力装置２５０にはモードスイッチ２５２が設けられている。ユーザがモードスイッチ２５２を作動させることによってデテントブロッカ２５８がデテントホイル２５６のデテント２６６との噛み合い状態から後退させられる。このことはいずれか適当な機構あるいはその他の構成を使用することによって達成可能である。そのような構成において、ホイル１７２は触覚フィードバック無しに自在回転ホイルとしてユーザによって自由に回転させることが出来る。
【００７１】
クラッチ機構（図示せず）を使用することにより同じ自在回転ホイル構造を得ることが可能なことも注目すべきである。そのようなクラッチ機構において、第１のクラッチ面（あるいはクラッチホイル）はホイル１７２にしっかりと取付けられ、デテントホイル２５６と対面するデテントホイル噛み合い面を有している。デテントホイル２５６はクラッチホイルに向って、あるいは離れる方向に運動可能であることが好ましい。クラッチと噛み合うために、デテントホイル２５６は適合面すなわちデテントホイル２５６がクラッチホイルと係合することによってデテントホイル２５６をクラッチホイル１７２と共に回転するようにさせるようクラッチホイルに向って運動する。クラッチを解放するためには、デテントホイル２５６がクラッチホイルとの噛み合いから外れるよう運動し、従ってクラッチホイル１７２と共に回転せず、ホイル１７２が自在回転ホイルとして回転しうるようにすることは勿論である。
【００７２】
図１２Ａはまた、制御装置１１２を詳細に示している。一好適実施例において、像検出器１１０のアナログ出力は可変抵抗２６０まで送られる。可変抵抗２６０の出力の方はＡ／Ｄ変換器２６２に提供される。Ａ／Ｄ変換器２６２は可変抵抗（すなわち力検出抵抗）２６０から受け取られた入力を指示するデジタル出力を提供する。マイクロプロセッサ２６４は更に処理を施すためデジタル出力を受け取る。
【００７３】
図１２ＢはＡ／Ｄ変換器２６２への入力を指示する波形２６６を示す。通常の作動の間、像検出器１１０からのアナログ出力信号はその上に衝突している光線の強度に基づいて変動する。もしも、図示実施例において、ホイル１７７の暗くされた領域１９０がＬＥＤ１０４によって放射されている放射線を連続的に通過するように連続的に回転させられるとすれば、一好適実施例において、像検出器１１０からの出力は正弦波２６６によって指示される正弦波信号のような連続的に変動しているアナログ信号である。信号の振幅は可変抵抗２６０を通過した後低減し、Ａ／Ｄ変換器２６２に提供される。
【００７４】
図１２Ａに示す構成において、デテント２６６の力によってデテントブロッカ２６８が撓むことによって可変抵抗２６０は値を変化させる。この結果可変抵抗２６０からＡ／Ｄ変換器２６２に提供された信号の振幅も変動する。一好適実施例において、デテント２６６の１個の力によってデテントブロッカ２５８が撓むことによって可変抵抗２６０の抵抗を低減させる。この結果、Ａ／Ｄ変換器２６２に提供される信号の振幅を対応して低減させる。図１２Ｂにおいて、このことは、デテントブロッカ２５８が撓む毎にＡ／Ｄ変換器２６２に到達するより高い振幅の信号２６８に対応する。このように、Ａ／Ｄ変換器２６２の出力は波形２６６の振幅が変動するにつれて変動するデジタル値を含む。そのため、マイクロプロセッサ２６４はホイル１７２が回転している方向と速度を検出することが出来るのみならず、ホイル１７２がそこを通して回転するデテントすなわちノッチの数も検出可能である。このため、マイクロプロセッサ２６４は前記信号から回転速度情報並びにデテント情報を取得することが出来る。
【００７５】
本発明はまた、例えばジョイステイックのようなその他のユーザ入力形態に対しても使用可能なることに注目すべきである。本発明は面に所定のパターンが無くても、かつ高価な電荷結合装置を使用しなくても作動する。また、全体の視野領域は約１０ミリＸ１０ミリであることが好ましいことも注目すべきである。いずれかの適当な領域を使用すればよい。しかしながら、はるかに小さい領域に集光するのに適したレンズはより高価であることが判明している。ソリッドステートの人工網膜像検出器１１０が制御装置１１２と同じダイに組み合わせることが可能なことも更に注目すべきである。
【００７６】
このように、本発明は（面が例えば面１１６のような作用面あるいは例えばホイルあるいはトラックボールまたは作動釦のようなユーザ入力装置に装着された可動装置の面である場合）１個以上の面に対するユーザ入力装置の運動を検出することが可能なユーザ入力装置を提供する。前記円は所定のパターンを有している必要はない。これは像あるいはパターンを検出し、ユーザ入力装置に対する面上の検出された像あるいはパターンの運動をモニタすることによって対応される。このように、これは従来の位置エンコーダが無くても、かつ高価な電荷結合装置を使用しなくとも実行される。更に、本発明は識別されたパターンの運動を検出する多数の種々のアルゴリズムを提供し、電磁放射線源の強度を調整するためのフィードバックを提供し、またユーザ入力装置が消費するパワーを低減するパワー節約技術を提供する。
【００７７】
本発明を好適実施例に関して説明してきたが、当該技術分野の専門家には本発明の精神や範囲から逸脱することなく形態および細部において変更が可能なことが認識される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明による入力装置を実行する例示環境のブロック線図である。
【図２】  図２は、本発明の一局面による、部分的に断面図で、部分的にブロック線図で示すコンピュータ入力装置を示す図である。
【図３】  図３Ａないし図３Ｆは、図２に示すコンピュータ入力装置によって検出される像あるいはパターンの運動を示す図である。
【図４】  図４Ａないし図４Ｂは、本発明の別の局面によるコンピュータ入力装置の作動を示すフローチャートである。
【図５】  図５は、本発明の一局面による多数の電磁放射線源からの電磁放射線エミッタを示す図である。
【図６】  図６Ａないし図６Ｄは、操作者入力装置の回転を検出する結像領域を示す図である。
【図７】  図７Ａおよび図７Ｂは、本発明の別の局面による操作者入力装置を示す図である。
【図８】  図８Ａないし図８Ｄは、図７Ａおよび図７Ｂに示す操作者入力装置を使用することによる像あるいはパターンの検出を示す図である。
【図９】  図９Ａは、本発明の別の局面によるユーザ入力装置の一部のブロック線図である。図９Ｂないし図９Ｅは、図９Ａに示すユーザ入力装置を使用することによるパターンの検出を示す図である。
【図１０】  図１０Ａは、本発明の別の局面によるユーザ入力装置の一部のブロック線図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示す装置を使用することによるパターンの検出を示す図である。
【図１１】  図１１Ａは、本発明の別の局面によるユーザ入力装置の一部のブロック線図である。図１１Ｂは、図１１Ａに示す装置を使用することによるパターンの検出を示す図である。
【図１２】  図１２Ａは、本発明の別の局面によるユーザ入力装置の一部のブロック線図である。図１２Ｂは、図１２Ａに示すユーザ入力装置の一部によって発生する波形を示す図である。
【図１】
0004080159.tif 000013
【図２】
0004080159.tif 000014
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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