CN101548260B - 三维运动输入器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维运动输入器，在运动指令器(2)的上表面设置有环状的槽(10)，在其内部配置3D运动的输入用环(14)和轨迹球(16)。利用轨迹球(16)输入2D运动，并利用环(14)的操作来输入除了上述2D运动之外的4轴的3D运动。使得3D运动的输入变得容易。

Description

三维运动输入器

技术领域

本发明涉及一种三维运动输入器的构造。

背景技术

在专利文献1(日本特公平4-57202)中公开了在环上设置狭缝，通过检测经过狭缝的光来检测出狭缝的朝向。使环相对于底座能够进行三维运动，这样能够利用6个狭缝检测出环的六轴的三维运动，输入三维运动。但是难以相对于环一边认知六轴一边输入运动。例如在使对象不旋转而水平移动的情况下，难以对环不施加于旋转对应的运动仅而施加与水平运动对应的运动。因此，本发明人研究容易进行六轴运动的输入的三维运动输入器而得到本发明。

专利文献日本特公平4-57202

发明内容

本发明的课题在于容易地进行三维运动的输入，特别在于能够分别输入规定面内的运动、该面外的运动或上述面内的旋转。

本发明提供一种三维运动输入器，设有：环，由弹簧支撑于底座上，且能够被用户自由操作；三维运动检测单元，用于检测上述环相对于底座的4轴的位移；和二维输入单元，设置在上述环的中央部并用于输入二维并进运动。以下，将三维运动略记为3D运动，将三维略记为3D，将二维略记为2D。

优选的是，上述2D输入单元为轨迹球。

另外优选的是，上述3D运动检测单元，根据环相对于底座的推拉检测出上述2D运动以外的并进，根据环相对于底座上表面的倾斜检测出2轴的旋转，根据环的绕中心轴的旋转检测出3D空间中剩余的1轴的旋转。

优选的是，设有用于禁止从上述2D输入单元的输入的开关。

进而优选的是，上述3D运动检测单元，在环和底座中的一方上设有磁铁，在另一方上设有霍尔元件，根据霍尔元件相对该磁铁的位置关系检测出环相对于底座的位移。

在本发明中，在6轴的3D运动内，从2D输入单元输入1个面内的2D并进，从2D输入单元周围的环输入其他4轴的运动。由于不从一个环输入6轴的运动，因而输入容易，特别是容易输入没有旋转的并进。并且，2D运动的输入也能够从中央的2D输入单元进行，因而在相同位置上手不用较大动作就能进行2D运动输入和其他输入。

在此，使2D输入单元为轨迹球，则能够例如用手掌使环中的球旋转而输入2D运动。

在4轴的3D运动的分配中，将环相对于底座的推拉分配给2D运动以外的并进，则能够通过并进操作输入剩余的1轴的并进。并且根据环相对于底座上表面的倾斜检测出2轴的旋转，则能够根据相对于与底座平行的2轴的旋转检测出2轴的旋转。并且，采用环的绕中心轴的旋转的话，则能够将环的旋转自然地分配给3D空间中的旋转。

在操作环的过程中可能触碰2D输入单元，但是如果设置用于禁止2D输入的开关，则即使在环的操作中触碰到2D输入单元，也不会发生问题。

作为3D运动检测单元，公知采用LED和狭缝和PSD(位置检测器)的组合，但是如果将环及其周围的LED等紧凑配置的话，则3D运动的分辨率降低。因此，在环和底座的中的一方上设置霍尔元件，则另一方上设置磁铁的话，则能够以高分辨率检测出环和底座之间的间隔变化。

附图说明

图1是实施例的运动指令器的平面图。

图2是实施例的运动指令器的侧面图。

图3是实施例的运动指令器的III-III方向剖视图。

图4是实施例的运动指令器的底面图。

图5是示意地表示实施例的运动指令器的使用状态的图。

图6是变形例的运动指令器的要部平面图。

图7是第二变形例的运动指令器的要部平面图。

图8是实施例的运动指令器中的3D输入部的要部平面图。

图9是示意地表示实施例的运动指令器中的垂直运动的检测机构的图。

图10是示意地表示实施例的运动指令器中的2D运动的检测机构的图。

图11是示意地表示同时检测出垂直运动和2D运动的变形例的图。

图12是示意地表示垂直运动的检测机构的变形例的图。

图13是示意地表示2D运动的检测机构的变形例的图。

图14是示意地表示实施例中的轨迹球的图。

图15是表示实施例中的运动指令器和外部的附带电路的图。

图16是示意地表示实施例中的γ校正的图。

图17是表示使用实施例的运动指令器的针织设计装置的框图。

标号说明

2运动指令器

4壳体

5上壳体

6下壳体

8掌撑(palm rest)

10槽

12凹陷

12a～d倾斜面

13a～c平坦面

14环

16轨迹球

18周边部

20、22键盘

26弹簧

28销

30基板

32环

34垫

35孔

36 LED

38、39狭缝

40 PSD

41狭缝

50、51霍尔元件

52磁铁

56、57辊

60附带电路

61运动计算部

62γ校正部

63接口

70针织设计装置

71键盘

72彩色监视器

73打印机

80针织设计部

81数据变换部

82 3D模拟部

具体实施方式

以下表示实施本发明的最佳方式，但是不限于此。

实施例

图1～图17中表示实施例的运动指令器2及其变形。运动指令器2用于3D运动的输入，4是壳体，由上壳体5和下壳体6构成，以下将图1的下侧称为近前，将上侧称为前端，将图1的左右称为左右。运动指令器2以从近前向前端增高的方式倾斜，在近前侧具有从近前的边缘开始立起的倾斜面，将其作为掌撑8。与掌撑8连续地，在壳体上面中央部具有环状的槽10，在下壳体6的两侧面具有凹陷12。12a～12d是凹陷12的倾斜面，下壳体6的底面例如图4所示由平坦面13a～13c构成，其中也可以不设置平坦面13b。

14是环，其上表面与上壳体5的上表面平行，16是轨迹球，18是周边部，它们在槽10内例如同心存在，周边部18相对于槽10立起，环14相对于周边部18立起，进而轨迹球16的顶面处于比环14的上表面高的位置。并且环14的上表面为与周边的上壳体5的上表面大致相同的高度。如图3的右侧所示，也可以不设置槽10而使环14从周围的壳体上表面直接立起。

20、22分别是键盘，分别排列配置有键群，键盘20以围绕槽10的方式配置，键盘22配置在上壳体5的前端侧。键盘20例如包括输入与环14、轨迹球16的操作直接相关的指令，例如禁止来自轨迹球16的输入，禁止来自环14的输入，取消刚刚之前的输入，改变轨迹球16、环14的灵敏度的键等。这些键是从环14、轨迹球16输入3D运动的过程中常用的键。与此相对，在键盘22上设置使用频率低的键、与轨迹球16、环14的输入不直接相关的菜单显示或功能调出等的键。

在图5中例示运动指令器2的使用状态，由掌撑8支撑手掌，将手指的前端配置在槽10中，由手指操作环14，例如由手掌操作轨迹球16。相对于键盘20仅稍微伸出手指就能触到。而且，由于在环14的周围具有槽10，因此能够将手指放入其中来操作环14。由此，能够将轨迹球16及环14的高度抑制得较低。在从键盘20输入指令时，能够使手掌等不接触轨迹球16及环14。在图5中，将人手显示得较小。

在搬运运动指令器2时，由于在下壳体6的两侧面具有凹陷12，因此通过将手指抵接该部分能够简单地搬运而不会掉落。

实施例中的轨迹球16用于输入规定面内的并进运动、即x方向运动和y方向运动，对于轨迹球16而言，能够在指尖放置在槽10中的相同位置用手掌来操作。在此所说的规定面，例如是图17的针织设计装置的彩色监视器72的画面。但是2D运动的输入单元本身也可以使用其他装置，例如对于图6的垫34而言，通过接触垫的前后左右的4处，能够输入2D并进运动。环14在此为圆状，但是也可以如图7的环14’所示为多边形状。

在图8～图11中表示由环32进行的4轴的3D运动的检测。在塑料的环14的下部安装有基板的环32，相对于固定在壳体4的基板30例如在3处由弹簧26支撑。28是销，将一端固定在基板30上，通过环32的长孔29，限制环32的位移范围。并且在基板30上设置孔35以能够收容轨迹球16。在环32的周围，使LED36和PSD(位置检测器)40相对地例如设置在基板30的例如4处，并且以位于它们之间的方式将狭缝38、39设置在环32上。

如图9所示，狭缝38用于3D运动的检测，环32运动时，从LED36通过狭缝38的光束上下移动，由PSD将其检测出。狭缝39用于检测表示高度方向的绕z轴的旋转θ，如图10所示，环32绕z轴旋转时，通过狭缝39的LED光束相对于PSD40左右移动，因而能够检测出θ方向的运动。

在3处设置狭缝38，在1处设置狭缝39，由此能够检测出总计3D的4轴的运动。4个PSD40的信号和4轴的运动的对应是任意的，例如使环32沿Z轴方向的拉伸或者压入与z轴方向的运动对应。使环32绕Z轴方向的转动与绕z轴的旋转θ对应。使环32沿x轴方向的倾斜与以y轴为中心的旋转ψ对应，使环32沿y轴的倾斜与绕x轴的旋转φ对应，则能够将环32的操作与所输入的运动的种类自然地对应。然后利用轨迹球16能够检测出2D运动即xy方向的运动。根据以上内容能够检测出3D运动的6轴的运动。

在实施例中，使用4个LED26，但是也可以将来自1个LED的光例如利用光纤供给4个狭缝38、39。而且，狭缝的形状可以是任意的，例如图11的狭缝41那样使用具有针孔的狭缝41，利用一个狭缝41检测出2方向的运动。

为了使运动指令器2变得紧凑，缩短狭缝38、39和LED36之间的间隔，这样的话，即使环32发生微小的位移，在PSD中光束的位置也会较大地变化。因此，难以输入细小的3D运动。将改善了这一点的例子表示于图12、图13中。图12、图13的50、51是霍尔元件，52是磁铁，既可以是永久磁铁，也可以是电磁铁。在图12中，使霍尔元件50靠近磁铁52或远离磁铁52时，霍尔元件50接受的磁场变化，由此能够检测出相对于磁铁的高度。而且，在图13中使霍尔元件51的一部分位于磁铁52的上部的话，则在使环32绕z轴转动时，霍尔元件51中与磁铁52重叠的部分的面积变化，由此能够检测出绕z轴的旋转角θ。霍尔元件和1ED可以并用，例如利用图10的狭缝39和LED36、PSD40检测出环32绕z轴的旋转角θ，并利用图12的霍尔元件50检测出此外的环32的倾斜(绕x轴或绕y轴的旋转)、z轴方向的并进运动(与壳体4的上表面垂直的运动)。

在图14中表示利用轨迹球16检测出x、y方向运动。56、57是辊，检测出轨迹球16的x方向或y方向的旋转。

在图15中表示运动指令器2的附带电路60。61是运动计算部，从环14输入z、θ、φ、ψ方向的运动，从轨迹球16输入x、y方向的运动。并且从键盘20输入例如锁定轨迹球16以使x方向、y方向的输入无效，锁定环14以使来自环的4轴的输入无效，改变相对于轨迹球16、环14的灵敏度等的信号。根据这些信号，运动计算部61通过三角法检测出x、y、z、θ、φ、ψ的6轴的坐标变化。特别是将使轨迹球16的输入无效的键设置在键盘20上，则即使为了操作环14而错误触碰到轨迹球16也不会产生问题。

在通过三角法求出的运动中，环14、轨迹球16的位移与3D运动的程度成正比。与此相对，在微小操作环14和轨迹球16的情况下，优选的是，减小灵敏度，消除不小心触碰到轨迹球16或环14时的误差，且能够输入微细的3D运动。并且在较大操作轨迹球16或环14的情况下，优选的是，作为输入了较大的3D运动的构造，能够简单地输入较大的运动。这种校正在γ校正部62进行，在利用三角法计算使3D坐标改变ΔP的情况下，在ΔP小的区域减小输入，如图16所示，在ΔP大的区域增大输入而呈非线性化。接口63将来自键盘20、22的输入和来自γ校正部62的输出向外部输出。例如在键盘20上具有取消刚刚之前的输入的键，在操作该键的情况下，将其指令从接口63输出。

在图17中表示采用运动指令器2的针织设计装置70。71是键盘，72是彩色监视器，73是打印机。针织设计部80根据来自运动指令器2的输入或来自键盘71等的输入，对针织产品特别是衣服进行设计。针织产品的设计数据通过数据变换部81在编织数据和2D、3D的模拟数据之间进行变换，3D模拟部82将模拟针织数据的3D图像穿着于人体模型等上。在3D模拟中，能够相对于针织产品的穿着状态改变在彩色监视器上的视点，使人体模型动作，改变人体模型的姿势等的话，则十分便利。为此需要3D模拟的输入，将其在运动指令器2中进行，将得到的3D模拟图像实时显示于彩色监视器72上，利用打印机73硬拷贝。

在实施例中可以得到如下的效果。

(1)2D并进运动由轨迹球16来输入，除了2D并进运动之外的4轴的3D运动利用环14来输入，因此容易进行3D运动的输入。特别是没有仅使用一个环14来输入6轴运动时的麻烦。

(2)轨迹球16对于x、y方向的运动输入是极为适合的工具。而且，如果相对于环14使x方向的倾斜、y方向的倾斜、环14的推拉、环14的转动这4种的运动与3D运动的4轴运动建立对应，则能够简单地输入4轴的运动。

(3)在操作运动指令器2的情况下，用掌撑8支撑手掌，并将指尖保持在槽10内，由此能够用手掌操作轨迹球16。而且通过收缩手指以握住环14，能够简单地输入3D运动。进而如果伸展手指则能够操作键盘20，由此能够输入与3D运动的输入关系紧密的轨迹球16的锁定或刚刚之前的输入的取消、灵敏度的变更等。

(4)在下壳体6的两侧面设有凹陷12，因而能够简单地保持运动指令器2。

(5)由于轨迹球16的上表面是从上壳体5的上表面稍微突起的程度，因而轨迹球16难以成为妨碍而影响向键盘20的靠近。

在实施例中，作为运动指令器2的应用例示了针织设计装置70，但是也可以适用于此外的适当的CAD或3D模拟等。

Claims (4)

1.一种三维运动输入器，设有：

环，由弹簧支撑于底座上，且能够被用户自由操作；

三维运动检测单元，用于根据环相对于底座的推拉来检测出垂直于所述底座的方向上的并进，根据环相对于底座上表面的倾斜检测出2轴的旋转，根据环的绕中心轴的旋转检测出三维空间中剩余的1轴的旋转；

二维输入单元，设置在上述环的中央部并用于输入二维并进运动；

槽，在所述环的周围的位置设置在所述底座上；和

键盘，以围绕所述槽的方式配置。

2.如权利要求1所述的三维运动输入器，其特征在于，

上述二维输入单元为轨迹球。

3.如权利要求1所述的三维运动输入器，其特征在于，

设有用于禁止从上述二维输入单元的输入的开关。

4.如权利要求1所述的三维运动输入器，其特征在于，

上述三维运动检测单元，在环和底座中的一方上设有磁铁，在另一方上设有霍尔元件，根据霍尔元件相对该磁铁的位置关系检测出环相对于底座的位移。

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