JP2002032173A

JP2002032173A - 情報入力装置

Info

Publication number: JP2002032173A
Application number: JP2000213207A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Sano; 博愛佐野
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】もの作りをしている感覚で、繊細に、しかも
簡単にパソコン等に情報（例えば、三次元情報）を入力
できる情報入力装置を提供する。【解決手段】基本構造物をゲル状物質（自己保形性が
あり変形可能であってかつ復元性を有する物質）で構成
し、基本構造物の面に加えられた圧力と、その圧力が作
用する点および時間を感知可能な感知手段を設ける。基
本構造物を手で掴んで変形させると、その変形に伴う圧
迫圧力の作用点が検出される。したがって、その検出情
報を、例えば、三次元グラフィックに利用することによ
り、同グラフィック処理に必要な情報の入力作業を簡素
化でき、効率の改善とケアレスミスの回避を図ることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報入力装置に係
り、詳しくはゲル状物質を主な素材として、パーソナル
コンピュータ（以下、単にパソコンという）等に三次元
情報を入力することができ、しかも、もの作りをしてい
る感覚で、人体に近い弾力性で、かつ肌へのなじみを保
ちながら、簡単に情報を入力できる情報入力装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、パソコンやワークステーション等
の主な入力装置としては、キーボードが使用され、補助
入力装置としてポインティングデバイスが使用されてい
る。ポインティングデバイスは、主に画面に表示される
カーソル（ポインタ）の座標指定を行うために用いら
れ、大きく分けると、タッチスクリーンやタブレットな
ど絶対座標検出型と、マウスやトラックボールなどの相
対座標検出型に区分される。

【０００３】絶対座標検出型は、ディスプレイ上の表示
に対応する領域を外部に設け、その領域を指定すること
により画面上の絶対座標を入力する装置であり、入力操
作はタッチスクリーンでは画面上に設けられる透明電極
に触れることによって行い、タブレットでは板状の入力
装置をペン状のものでタッチすることによって行う。一
方、相対座標検出型は、それ自体の平面移動に対応させ
た移動距離および方向（すなわち、単位時間当たりの移
動ベクトル）をパルス情報としてパソコンに入力し、こ
れに対応させてディスプレイに表示されるカーソルを移
動させて、座標を指定するというものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の情報入力装置にあっては、以下のような問題
点があった。（イ）コンピュータグラフックスで使用される三次元形
状を生成するための入力装置に用いた場合、きわめて大
量の座標情報を手作業で入力しなければならず、タッチ
数の増加やマウスの複雑な動きを招き、手間がかかって
面倒である。（ロ）そのため、データ入力作業を軽減して、例えば粘
土細工や積み木などのように、もの作りをしている感覚
で入力者の操作を行わせたいという要求があるが、従来
は、その要求に十分に応えるものではなかった。（ハ）一方、ネットワーク環境でデータグローブを付け
た協同作業者が同一の仮想設計物を加工する方法（例え
ば、ネットワーク対応仮想現実実感システム）もある
が、感触などの手がかりがないため、細かな作業ができ
ず、実用的ではなかった。

【０００５】そこで本発明は、もの作りをしている感覚
で、繊細に、しかも簡単にパソコン等に情報（例えば、
三次元情報）を入力できる情報入力装置を提供すること
を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の情報入力装置は、基本構造物を所定
のゲル状物質で構成し、該ゲル状物質は、自己保形性が
あり、変形可能であってかつ復元性を有し、該基本構造
物の面に加えられた圧力と、その圧力が作用する点およ
び時間を感知可能な感知手段を設け、該感知手段は、基
本構造物の面に加えられた圧力の分布を三次元的に検出
し、感知手段の出力を、操作者の入力情報として外部に
取り出すことを特徴とする。また、好ましい態様とし
て、例えば請求項１に従属する請求項２記載のように、
前記ゲル状物質は、シリコンを主体とする素材を含み、
人体に近い弾力性を有し、肌へのなじみがあって、素材
の架橋状態又は分子構造を変えて形成することにより、
任意の形状およびやわらかさの調整が可能な特性を備え
ているようにしてもよい。例えば請求項１に従属する請
求項３記載のように、前記情報入力装置を、コンピュー
タの入力装置として使用するようにしてもよい。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態をパソ
コンの入力装置に適用した例として図面を参照して説明
する。Ａ．情報入力装置の外観構成図１は本発明に係る情報入力装置の実施の形態の外観構
成を示す図である。図１において、１は情報入力装置で
ある。情報入力装置１は、基台２の上に基本構造物３を
取り付けて構成されており、基本構造物３は、片手で把
持可能な適当な形状（図では円柱状であるがこれに限ら
ない。あるいは、何らかの意匠性を持たせた形状であっ
てもよい）を有するとともに、且つ、ゼラチンの如き軟
らかな弾性特性を有する素材からできており、力を込め
て把持（圧迫）すると、その手の形状に従って自在に変
形するようになっている。ここで、基本構造物３の好ま
しい素材は、シリコン等を主成分としたものであり、特
に、ゲル状物質の特性を兼ね備えたものである。ゲル状
物質は、以下の説明からも明らかになるが、自己保形性
があり、変形可能であってかつ復元性を有するうえ、ゴ
ムなどの弾性体にない独特の触感（人肌に似た触感）を
持つ物質であるから、かかる用途に最適である。

【０００８】ゲル（gel）とは、コロイド粒子あるいは
高分子が三次元的に結合して巨視的な大きさの網目状の
構造をした物質（あるいはその形態）のことをいう。網
目の間にいろいろな大きさの低分子を取り込むことがで
き、液体を含むものをヒドロゲル、有機溶媒を含むもの
をオルガノゲル、気体を含むものをエアロゲルという。
ゲルは、網目構造が形を保つための支持体になってお
り、剛性率をもつ点で液体と異なるが、多くのゲルは網
目が柔らかく、網目の隙間に液体を含むので液体と固体
の中間の性質をもつ。網目をつくる結合は、化学結合の
ような強い結合から、ファンデルワールス力のような弱
い結合まで様々で、結合が微結晶できている場合もあ
る。ヒドロゲルあるいはオルガノゲルにおいて、ゲルを
つくる結合が物理的な弱い相互作用による場合には、か
くはんや温度、イオン強度などの外部環境の変化で容易
に結合が切れ、ゲルがゾルに変わる（ゾル・ゲル転
移）。化学結合でつくられた網目は安定で、外部環境を
変えると、ゲルのままであるが、不連続な体積変化を起
こす場合もある（ゲルの相転移）。最も身近なヒドロゲ
ルは、デザートのゼリー（ゼラチン）で、その他、卵
白、寒天、こんにゃく、目の角膜や水晶体など生体物質
が多い。シリカゲルは網目が硬いため固体状で、空隙に
気体、液体、有機溶媒等を取り込むことができる。

【０００９】図２は、基本構造物３の内部構造を示す図
であり、基本構造物３の内部には、複数の円形プレート
４ａ、４ｂ、４ｃ、・・・・（すべての円形プレートを指す
場合符号４で表す）が積み重ねられている。なお、図で
は各円形プレート４ａ、４ｂ、４ｃ、・・・・を密着状態で
積層しているが、間隔を空けて積層してもよい。図３
は、円形プレート４の外観図である。円形プレート４
は、厚さＤ、直径Ｌの円形部材５の外周面に等間隔に開
けられた空気穴６〜９と、それぞれの空気孔６〜９に連
通する圧力室１０〜１３とから構成されており、各圧力
室１０〜１３の内部には、図４に示すように、室内圧の
変化をストレンゲージ（歪み抵抗）の抵抗変化で捉え、
これを電気信号Ｖ１〜Ｖ４に変換して外部に出力する半
導体圧力センサ（例えば、拡散型半導体圧力センサ）１
４〜１７が設けられている。

【００１０】図４において、図示の都合上、図面下側の
空気孔６のみを基本構造物３で覆っているが、実際に
は、他の空気孔７〜９も同様に基本構造物３で覆われて
いる。今、基本構造物３を力Ｐで圧迫したと仮定する。
圧迫の方向は、図面下側の空気孔６の方向である。この
圧迫により、基本構造物３の内部を圧力波（弾性波）が
伝わり、空気孔６を介して圧力室１０の内圧を変化させ
る。したがって、当該圧力室１０の内部に設けられた半
導体圧力センサ１４の出力電圧Ｖ３が変化し、この変化
は、力Ｐに対応することになる。

【００１１】ここで、他の半導体圧力センサ１５〜１７
の出力電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ４の変化をゼロとすると、円
形プレート４の平面上における圧力Ｐの作用点は、図面
下側の半導体圧力センサ１４の位置とみなすことがで
き、又は、図面上側の半導体圧力センサ１６の出力電圧
Ｖ１も同程度に変化したとすると、そのときの作用点
は、図面上下の二つの半導体圧力センサ１４、１６の間
のほぼ中間点、すなわち、円形プレートの略中心点の位
置とみなすことができるから、要するに、円形プレート
４の四つの出力電圧Ｖ１〜Ｖ４に基づいて、円形プレー
ト４の平面上における圧力Ｐの作用点の座標を特定でき
る。さらに、本実施の形態では、円形プレート４を多数
枚積層しているため、各円形プレート４ａ、４ｂ、４
ｃ、・・・・のそれぞれの出力電圧Ｖ１〜Ｖ４に基づいて、
基本構造物３の軸方向における作用点の位置も特定でき
る。

【００１２】Ｂ．情報入力装置１を含むシステムの構成
例図５において、２０は上記の情報入力装置１を用いたセ
ンサ（以下、ゲルセンサと呼ぶことにする）、２１はキ
ーボード、２２はマウス、２３はＣＤ−ＲＯＭドライ
ブ、２４はハードディスク、２５は音声出力装置、２６
はディスプレイ装置、２７は制御部である。ここで、制
御部２７は、ハードディスク２４やＣＤ−ＲＯＭ２３ａ
に格納された任意のアプリケーションプログラムを実行
するコンピュータであり、特に限定しないが、少なくと
もアプリケーションプログラムの一つはコンピュータグ
ラフックスプログラムで、特に、大量の入力情報を必要
とする三次元グラフィック用のプログラムである。な
お、ディスプレイ装置２６はアプリケーションプログラ
ムの処理結果等をグラフィカルに表示するもの、音声出
力装置２５は警告音や合成音声でアプリケーションプロ
グラムの処理結果等を出力するものである。

【００１３】一般に二次元グラフィックは二つの座標軸
（ｘ軸，ｙ軸）上で表すことのできる単純な平面図形を
取り扱うが、三次元グラフィックは更にｚ軸も含めた複
雑な立体図形を扱うため、その形状モデルも、ワイヤー
フレーム、サーフェイス及びソリッドなどと多岐にわた
り、必要とする入力情報もきわめて膨大になる。したが
って、キーボード２１やマウス２２だけで三次元グラフ
ィックを行おうとすると、情報の入力作業が大変で効率
が悪いばかりか、ケアレスミスも避けられないという不
都合がある。そこで、本実施の形態では、キーボード２
１やマウス２２だけでなく、ゲルマウス２０も使って制
御部２７への情報入力を行うことにより、特に、三次元
グラフィックの入力作業を軽減し、且つ、ケアレスミス
の回避を図るようにしている。

【００１４】図６は、三次元グラフィックプログラムの
概略的な要部フローチャートである。フローを開始する
と、まず、使用する形状モデルの選定等、必要な初期設
定を行い（Ｓ１０）、次に、キーボード２１やマウス２
２などのゲルマウス２０以外の入力装置からの情報を受
付け（Ｓ２０）、その情報に応じた所要の処理を実行し
た後、ゲルマウス２０からの情報を受け付ける（Ｓ３
０）。ゲルマウス２０からの情報は、既述のとおり、円
形プレート４の出力信号Ｖ１〜Ｖ４である。そして、こ
の円形プレート４は、第１枚目の円形プレート４ａ、第
２枚目の円形プレート４ｂ、第３枚目の円形プレート４
ｃ・・・・と順次に積層（図２参照）されているから、結
局、ゲルマウス２０からの情報は、四つの出力信号Ｖ１
〜Ｖ４を１組にしてこれをｎ倍（ｎはプレートの枚数）
した信号で構成されていることになる。

【００１５】ゲルマウス２０からの情報を受け付けると
（Ｓ３０）、次に、ゲルマウス２０の形状（図１の基本
構造物３の形状）を立体的に把握するため、ゲルマウス
２０の表面に加えられた圧力の作用点を三次元座標上で
特定し、その座標情報に基づいて、選定済みの形状モデ
ルを使い三次元画像を生成する（Ｓ４０）。そして、そ
の画像をディスプレイ装置２６に表示し（Ｓ５０）、キ
ーボード２１やマウス２２からの情報に基づく所要の処
理を行った後（Ｓ６０）、さらに画像生成を継続するか
否かを判定し（Ｓ７０）、継続の場合はステップＳ２０
以降を繰り返す一方、継続でない場合は当該画像の生成
処理を一旦終了（Ｓ８０）した後、再びステップＳ２０
以降を繰り返すという流れになる。

【００１６】以上、説明のとおり、上記実施の形態の情
報入力装置１をゲルマウス２０と称して入力装置の一つ
に加えた図５、図６のシステムによれば、キーボード２
１やマウス２２などの通常の入力装置だけのシステムに
比べて、膨大な量の情報入力を一瞬に且つケアレスミス
を招かずに行うことができるという格別の効果が得られ
る。これは、上記実施の形態の情報入力装置１（ゲルマ
ウス２０）を把持して、その形状を変形させると、変形
に伴う圧迫の強弱が内部の半導体圧力センサ１４〜１７
で検知され、その力の作用点が三次元座標上で立体的に
把握されるからであり、この検知情報を利用することに
より、例えば、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、圧迫
を加えないときの三次元グラフィック図形３０（図では
便宜的に円柱図形）、小さ目の圧迫力Ｐ１を加えたとき
の同変形図形３１、大き目の圧迫力Ｐ２を加えたときの
同変形図形３２を一瞬にして描き出すことができる。ち
なみに、これらと同様の図形をキーボード２１やマウス
２２だけで描き出すには、まず、立体図形を構成する各
面を作り、次に、それらの面を結合して立体図形にする
という手順を踏む必要があり、座標指定や線分指定を何
度も繰り返さなければならないうえ、図形の一部が変形
する度にこれらの手順を再度行う必要があるから、たっ
た一度の把持動作だけで済む本実施の形態のシステム
は、明白な優位性を持っていることを容易に理解でき
る。

【００１７】なお、以上の例では、情報入力装置１（ゲ
ルマウス２０）から取り出される情報を、半導体圧力セ
ンサ１４〜１７の出力電圧Ｖ１〜Ｖ４そのものとしてい
るが、これに限らず、Ｖ１〜Ｖ４をアンプで増幅して取
り出してもよいし、さらに、ディジタル信号に変換して
取り出してもよい。また、以上の例では、情報入力装置
１（ゲルマウス２０）の変形に伴う圧迫圧力の作用点の
把握を、コンピュータ（図５の制御部２７）で行うよう
にしているが、コストアップを許容できるのであれば、
情報入力装置１の内部にその把握機能を組み込んでも構
わない。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、基本構造物を手で掴ん
で変形させると、その変形に伴う圧迫圧力の作用点が三
次元座標上で立体的に検出される。したがって、その検
出情報を、例えば、三次元グラフィックに利用すること
により、同グラフィック処理に必要な情報の入力作業を
簡素化でき、効率の改善とケアレスミスの回避を図るこ
とができるという格別な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】情報入力装置の外観図である。

【図２】情報入力装置の内部構造図である。

【図３】円形プレートの外観図である。

【図４】円形プレートの断面図である。

【図５】情報入力装置（ゲルセンサ）を含むシステム図
である。

【図６】図５のシステムのフローチャートである。

【図７】図５のシステムの画像生成図である。

【符号の説明】

３基本構造物１４〜１７半導体圧力センサ（感知手段）２７制御部（コンピュータ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基本構造物を所定のゲル状物質で構成
し、該ゲル状物質は、自己保形性があり、変形可能であって
かつ復元性を有し、該基本構造物の面に加えられた圧力と、その圧力が作用
する点および時間を感知可能な感知手段を設け、該感知手段は、基本構造物の面に加えられた圧力の分布
を三次元的に検出し、感知手段の出力を、操作者の入力情報として外部に取り
出すことを特徴とする情報入力装置。
【請求項２】前記ゲル状物質は、シリコンを主体とす
る素材を含み、人体に近い弾力性を有し、肌へのなじみがあって、素材の架橋状態又は分子構造を
変えて形成することにより、任意の形状およびやわらか
さの調整が可能な特性を備えていることを特徴とする請
求項１記載の情報入力装置。
【請求項３】前記情報入力装置を、コンピュータの入
力装置として使用することを特徴とする請求項１記載の
情報入力装置。