(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内蔵するイメージセンサに時々刻々結像する移動中の反射面の像を認識、比較演算処理して反射面の移動方向および移動量を求めるイメージ処理座標変換集積回路を具備し、
反射面を照射する光源を具備し、
反射面を有する強磁性材料より成る操作板を具備し、
下側ケースおよびこれを閉塞する上側ケースより成るハウジングを具備し、
上側ケース上面のレンズ固定開孔に固定される環状鍔部と、環状鍔部の内周縁部からテーパ状に垂下して一体に構成される透明なレンズ保持部と、レンズ保持部の下端周縁部に光軸をイメージセンサの中心軸に共通にして一体に構成されるレンズより成るレンズ部材を具備し、
レンズ部材の環状鍔部に周方向に等角度間隔に埋設し、ハウジング上面に操作板を吸引する永久磁石を具備することを特徴とする方向指示装置。
【請求項２】
請求項１に記載される方向指示装置において、
上側ケースを断面円筒状に構成し、
操作板を上側ケース上面の直径のおよそ１／２の直径の円板に構成したことを特徴とする方向指示装置。
【請求項３】
請求項２に記載される方向指示装置において、
上側ケース上面周縁に環状隆起部を形成したことを特徴とする方向指示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、方向指示装置に関し、特に、イメージセンサ技術により座標入力する操作性良好、保守不要な方向指示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コードを介してコンピュータに接続してコンピュータの表示装置におけるカーソル位置を指示する方向指示装置として、従来、平面上を移動するボールの移動量をＸＹ軸座標に変換してＸ軸座標信号およびＹ軸座標信号を得るマウスの如き方向指示装置が汎用されている。このボールが平面上を移動する接触式のマウスは、塵埃によるマウスの汚染に起因して動作不良を生ずる恐れがあるので、ボールの清掃を含むマウスの保守をしなければならない。以上の事情から、ＸＹ軸座標信号を得るにボールを使用しないで光学的にＸＹ軸座標信号を得る非接触式の方向指示装置が開発されている。この非接触式の方向指示装置として、イメージ処理座標変換集積回路を使用して移動量および向きを検出し、この検出結果をＸＹ軸座標信号に変換して出力する方向指示装置が実用に供されている。以下、これを図３を参照して簡単に説明する。
【０００３】
図３において、１は合成樹脂材料より成る上側ケースを示す。この上側ケース１は高さの低い円筒状に構成され、上壁は外側に凸に湾曲している。
２は上側ケース１を閉塞する下側ケースを示す。下側ケース２の底壁は平面に形成されている。下側ケース２の中心部には、ケースと同軸的にレンズ固定開孔２１が形成されている。この下側ケース２は、後でその開口部端面を上側ケース１の開口部端面に突き合わせ接合して一体化される。
【０００４】
３はレンズ部材であり、下側ケース２のレンズ固定開孔２１に嵌合して接合される。レンズ部材３は、下側ケース２のレンズ固定開孔２１に接合される環状鍔部３１と、環状鍔部３１の内周縁部からテーパ状に垂下して一体に構成される透明なレンズ保持部３２と、レンズ保持部３２の下端周縁部に一体に構成されるレンズ３３とにより構成される。ここで、レンズ３３の光軸は下側ケース２の中心軸と共軸である。レンズ部材３は、後で、環状鍔部３１の外周縁部を下側ケース２のレンズ固定開孔２１に突き合わせ接合される。
【０００５】
５はプリント配線基板である。このプリント配線基板５は上側ケース１の内側面に係合固定されている。プリント配線基板５の中心部には中心開孔５１が形成されている。プリント配線基板５は、ケーブル５２を介して、コンピュータ、電源その他の外部回路装置に接続している。
７はイメージ処理座標変換集積回路である。イメージ処理座標変換集積回路７は下面に光案内部７１を有している。そして、このイメージ処理座標変換集積回路７は、光案内部７１の中心軸および先のレンズ３３の光軸と共通する中心軸を有するイメージセンサ７２を内部に具備している。イメージ処理座標変換集積回路７は、光案内部７１をプリント配線基板５の中心開孔５１に嵌合させてプリント配線基板５の中心部上面に取り付けられる。これにより、光案内部７１の中心軸、レンズ３３の光軸およびイメージセンサの中心軸は共軸に設定される。イメージ処理座標変換集積回路７はプリント配線基板５に電気的に接続している。
【０００６】
８はプリント配線基板５の下面に取り付けられる発光ダイオードである。この発光ダイオード８は、プリント配線基板５のプリント配線を介して電源に接続され、点灯発光せしめられる。
６はプリント配線基板５の下面に取り付けられるスイッチであり、図示されない操作部により制御される。このスイッチ６はプリント配線基板５のプリント配線に電気的に接続している。
【０００７】
ここで、以上の方向指示装置の動作について説明する。方向指示装置は下側ケース２の平面に形成される底壁を反射面Ｓに接して載値されている。発光状態とされた発光ダイオード８の放射する光は、透明なレンズ保持部３２を介して反射面Ｓを照射し、その表面Ｓの像をレンズ３３および光案内部７１を介してイメージ処理座標変換集積回路７のイメージセンサに結像している。方向指示装置を水平方向において或る一方方向に移動させると、移動中の反射面Ｓの像は時々刻々イメージ処理座標変換集積回路７のイメージセンサに結像する。イメージ処理座標変換集積回路７は、このイメージセンサの結像パターンの認識と演算処理を毎秒１５００回の割合の高速で実施する。この結像パターンの認識と演算処理の内容は、イメージセンサの特定の微小領域について直前の結像パターンと現在の結像パターンとを比較し、結像パターンの移動方向および移動量を演算処理することである。この認識演算処理をイメージセンサの全領域について実行する。この結像パターンの移動方向と移動量に基づいてＸ軸座標信号およびＹ軸座標信号を求め、ケーブル５２を介してコンピュータに送信する（以上の方向指示装置の詳細は、特公平５−３０１２号公報  参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、以上の方向指示装置に微小凹凸面の粗面を有する操作板を組み合わせて、従来、トラックボールと称されている方向指示装置と同等に取り扱うに好適な非接触式の方向指示装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１：内蔵するイメージセンサ７２に時々刻々結像する移動中の反射面Ｓの像を認識、比較演算処理して反射面の移動方向および移動量を求めるイメージ処理座標変換集積回路７を具備し、反射面Ｓを照射する光源８を具備し、反射面Ｓを有する強磁性材料より成る操作板９を具備し、ハウジング１０の上面に操作板９を吸引する永久磁石４を具備する方向指示装置を構成した。
【００１０】
そして、下側ケース１およびこれを閉塞する上側ケース２より成るハウジング１０を具備し、上側ケース２上面のレンズ固定開孔２１に固定される環状鍔部３１と、環状鍔部３１の内周縁部からテーパ状に垂下して一体に構成される透明なレンズ保持部３２と、レンズ保持部３２の下端周縁部に光軸をイメージセンサ７２の中心軸に共通にして一体に構成されるレンズ３３より成るレンズ部材３を具備し、永久磁石４をレンズ部材３の環状鍔部３１に周方向に等角度間隔に埋設した方向指示装置を構成した。
【００１１】
また、請求項２：請求項１に記載される方向指示装置において、上側ケース２を断面円筒状に構成し、操作板９を上側ケース２上面の直径のおよそ１／２の直径の円板に構成した方向指示装置を構成した。
更に、請求項３：請求項２に記載される方向指示装置において、上側ケース２の上面周縁に環状隆起部２２を形成した方向指示装置を構成した。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図１を参照して説明する。
１は合成樹脂材料より成る下側ケースを示す。この下側ケース１は高さの低い円筒状に構成され、底壁は外側に凸に湾曲している。
２は下側ケース１を閉塞する上側ケースを示す。下側ケース１とこの上側ケース２によりハウジング１０を構成している。この上側ケース２の外表面は平面に形成されている。上側ケース２の中心部には、ケースと同軸的にレンズ固定開孔２１が形成されている。この上側ケース２は、後でその開口部端面を下側ケース１の開口部端面に突き合わせ接合して一体化される。
【００１３】
３はレンズ部材であり、上側ケース２のレンズ固定開孔２１に嵌合して接合される。レンズ部材３は、上側ケース２のレンズ固定開孔２１に接合される環状鍔部３１と、環状鍔部３１の内周縁部からテーパ状に垂下して一体に構成される透明なレンズ保持部３２と、レンズ保持部３２の下端周縁部に一体に構成されるレンズ３３とにより構成される。ここで、レンズ３３の光軸は上側ケース２の中心軸と共軸である。レンズ部材３は、後で、環状鍔部３１の外周縁部を上側ケース２のレンズ固定開孔２１に突き合わせ接合される。
【００１４】
４は永久磁石を示す。この永久磁石４は、レンズ部材３の環状鍔部３１の下面に周方向に等角度間隔に４個埋設されている。
５はプリント配線基板である。このプリント配線基板５は下側ケース１の内側面に係合固定されている。プリント配線基板５の中心部には中心開孔５１が形成されている。プリント配線基板５は、ケーブル５２を介して、コンピュータ、電源その他の外部回路装置に接続している。
【００１５】
６はプリント配線基板５の上面に取り付けられるスイッチであり、図示されない操作部により制御される。このスイッチ６はプリント配線基板５のプリント配線に電気的に接続している。
７はイメージ処理座標変換集積回路である。イメージ処理座標変換集積回路７は上面に光案内部７１を有している。そして、このイメージ処理座標変換集積回路７は、光案内部７１の中心軸および先のレンズ３３の光軸と共通する中心軸を有するイメージセンサ７２を内部に具備している。イメージ処理座標変換集積回路７は、光案内部７１をプリント配線基板５の中心開孔５１に嵌合した状態で、プリント配線基板５の中心部下面に取り付けられている。この取り付け状態において、光案内部７１の中心軸、レンズ３３の光軸およびイメージセンサの中心軸は共軸に設定される。そして、イメージ処理座標変換集積回路７はプリント配線基板５に電気的に接続している。
【００１６】
８はプリント配線基板５の上面に取り付けられる発光ダイオードである。この発光ダイオード８は、プリント配線基板５のプリント配線を介して電源に接続され、点灯発光せしめられる。
ここで、図１（ｃ）を参照して操作板を説明する。操作板９は、微小凹凸の反射面を有する粗面シート９１と、磁性材料シート９２と、磁性材料シート９２を被覆する保護シート９３より成り、円板状に構成される。操作板９は、レンズ部材３の環状鍔部３１の下面に埋設される永久磁石４により、レンズ部材３上面およびその近傍に吸引保持される。この操作板９は、一実施例においては、上側ケース２の上面の直径のおよそ１／２の直径の円板に構成する。
【００１７】
以下、方向指示装置の動作について説明する。発光状態にされた発光ダイオード８の放射する光は、透明なレンズ保持部３２を介して操作板９の粗面シート９１の下面を照射し、その下面の像をレンズ３３および光案内部７１を介してイメージ処理座標変換集積回路７のイメージセンサに結像している。
ここで、レンズ部材３上面およびその近傍に吸引保持された状態にある操作板９を手指により操作し、水平方向において或る一方方向に移動させると、移動中の粗面シート９１の下面の像は時々刻々イメージ処理座標変換集積回路７のイメージセンサに結像されることになる。イメージ処理座標変換集積回路７は、イメージセンサの結像パターンの認識と演算処理を毎秒１５００回の割合の高速で実施する。この結像パターンの認識と演算処理の内容はイメージセンサの特定の微小領域について直前の結像パターンと現在の結像パターンとを比較し、結像パターンの移動方向および移動量を相関演算処理することである。この認識演算処理をイメージセンサの全領域について実行する。この結像パターンの移動方向と移動量に基づいてＸ軸座標信号およびＹ軸座標信号を求め、ケーブル５２を介してコンピュータに送信する。
【００１８】
操作板９は、磁性材料シート９２がレンズ部材３の環状鍔部３１の下面に埋設される永久磁石４により吸引状態にあり、手指により水平方向に操作するに際して平面に形成される上側ケース２の外表面から容易には離脱することはなく、安定に保持される。操作板９が上側ケース２の外表面から頻繁に脱落して操作が中断される恐れを抱く必要はない。
ところで、操作板９を手指により水平方向に操作してカーソルを或る一方の向きである矢印の向きに移動し得る範囲は、最大で操作板９の直径の範囲である。即ち、操作板９が９ａの状態にあって矢印の向きに移動している場合、操作板９の粗面シート９１の下面の像をイメージ処理座標変換集積回路７のイメージセンサに結像され、この結像パターンの移動方向と移動量に基づいてＸ軸座標信号およびＹ軸座標信号を求めることができる。ところで、操作板９の直径の範囲を超えて操作板９を同一の向きに更に移動すると、操作板９の進行方向後端部が９ｂに示される如くレンズ３３上面から外れ、発光ダイオード８の放射する光は直進してイメージ処理座標変換集積回路７のイメージセンサに結像しなくなる。光がイメージセンサに結像しなくなることは、ボールを使用する従来のマウスにおいてマウスをパッド面から持ち上げて、カーソル移動を停止することに対応する。ここで、操作板９を９ｃに示される如くレンズ３３上面から外れた経路に沿って移動し、９ａに示される状態に戻す。この状態はマウスをパッド面から持ち上げた状態からパッド面に再び載置したことに対応する。操作板９を先の向きと同一の向きに操作することにより、引き続いてカーソルの同一向きの移動を再開することができる。
【００１９】
図２を参照するに、この実施例においては、操作板９を上側ケース２上面の直径のおよそ１／２の直径の円板に構成している。そして、上側ケース２の上面周縁に環状隆起部２２を形成している。この構成を採用することにより、操作板９の操作、取り扱いを容易にすることができる。特に、カーソルの同一向きの移動を引き続いて繰り返すに際して、操作板９は行程を環状隆起部２２により９ｂの状態に制限され、この状態から環状隆起部２２に沿って案内しながら操作板９を９ｃの状態に復帰することができる。即ち、操作板９は９ｂの状態から脱落する恐れはなく、９ｃの状態に復帰する場合にレンズ３３上面を誤って塞いでカーソル移動の再開をする恐れはなくなる。
【００２０】
【発明の効果】
以上の通りであって、この発明は、トラックボールと同等に取り扱うことができるイメージ処理座標変換集積回路を使用した非接触式の方向指示装置を提供する。この方向指示装置は、磁性材料シートより成る操作板とこれを保持する永久磁石によりイメージ面を確保し、操作性良好であると共に内部に塵埃の侵入しない保守の容易なものである。そして、上側ケースの上面周縁に環状隆起部を形成することにより、操作板の操作性は更に改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例を説明する図。
【図２】他の実施例を説明する図。
【図３】従来例を説明する図。
【符号の説明】
１  下側ケース
１０  ハウジング
２  上側ケース
２１  レンズ固定開孔
２２  環状隆起部
３  レンズ部材
３１  環状鍔部
３２  レンズ保持部
３３  レンズ
４  永久磁石
７  イメージ処理座標変換集積回路
７２  イメージセンサ
８  光源
９  操作板
９１  粗面シート
９２  磁性材料シート
Ｓ  反射面
【図１】
0003734137.tif 000002
【図２】
0003734137.tif 000003
【図３】
0003734137.tif 000004