JP2006072516A - Input support device, and cellular phone incorporating the input support device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外部機器に情報を入力するための入力支援装置及びこの入力支援装置を組み込んだ携帯電話に関する。 The present invention relates to an input support device for inputting information to an external device and a mobile phone incorporating the input support device.
従来、例えば、コンピュータ向けの入力支援装置として、3次元加速度センサが検出する互いに直交する3軸方向の加速度を利用してポインティング機能を実現した空中マウスがある(例えば、特許文献1参照。)。このような空中マウスでは、各加速度を積分することにより3次元位置情報を得ている。そして、この3次元位置情報をコンピュータ画面上の2次元位置に座標変換することにより、3次元空間中でのマウス操作を実現している。 2. Description of the Related Art Conventionally, for example, as an input support device for a computer, there is an aerial mouse that realizes a pointing function using accelerations in three axis directions orthogonal to each other detected by a three-dimensional acceleration sensor (see, for example, Patent Document 1). In such an aerial mouse, three-dimensional position information is obtained by integrating each acceleration. A mouse operation in a three-dimensional space is realized by converting the coordinates of the three-dimensional position information into a two-dimensional position on the computer screen.
しかしながら、上記従来の入力支援装置では、次のような問題がある。加速度を積分して位置情報を得る際に、誤差成分が蓄積されて位置精度が十分でなくなるおそれがある。それ故、上記入力支援装置では、精度の高い位置情報をコンピュータ機器に入力できないおそれがある。 However, the conventional input support apparatus has the following problems. When the position information is obtained by integrating the acceleration, there is a possibility that error components are accumulated and the position accuracy is not sufficient. Therefore, the input support device may not be able to input highly accurate position information to the computer device.
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、外部機器に情報を入力するための入力支援装置において、操作性が高く、かつ、精度の高い情報を入力し得る優れた入力支援装置及び、この入力支援装置を組み込んだ携帯電話を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and in an input support device for inputting information to an external device, it has excellent operability and can input highly accurate information. It is an object of the present invention to provide a support device and a mobile phone incorporating the input support device.
第1の発明は、外部機器に情報を入力するための入力支援装置であって、
互いに直交する3軸周りの回転角度であるピッチ角、ヨー角及びロール角を検出する姿勢検出部と、該姿勢検出部によりピッチ角、ヨー角及びロール角を検出する検出モードと非検出モードとの切り替えを行うためのスイッチ回路部と、上記姿勢検出部で検出したピッチ角、ヨー角及びロール角よりなる姿勢情報あるいは、該姿勢情報を加工してなる加工情報を上記外部機器に送信する送信部とを備えたことを特徴とする入力支援装置にある(請求項1)。
The first invention is an input support apparatus for inputting information to an external device,
An attitude detection unit that detects a pitch angle, a yaw angle, and a roll angle that are rotation angles around three axes orthogonal to each other, and a detection mode that detects the pitch angle, yaw angle, and roll angle by the attitude detection unit, and a non-detection mode A switch circuit unit for switching between and a transmission for transmitting to the external device the posture information formed by the pitch angle, the yaw angle and the roll angle detected by the posture detection unit or the processing information obtained by processing the posture information And an input support device characterized in that the input support device is provided.
上記第1の発明の入力支援装置は、互いに直交する3軸回りの回転角度であるピッチ角、ヨー角及びロール角を検出する姿勢検出部と、該姿勢検出部で各回転角度を検出するか否かを切り替えるスイッチ回路部と、上記姿勢情報あるいは上記加工情報を上記外部機器に送信する送信部とを備えている。
上記入力支援装置では、上記姿勢検出部を用いて上記ピッチ角、上記ヨー角及び上記ロール角を検出する。そして、上記姿勢情報あるいは上記加工情報を、上記送信部を用いてコンピュータ機器等の上記外部機器に向けて送信する。
The input support device according to the first aspect of the invention detects a pitch angle, a yaw angle, and a roll angle, which are rotation angles around three axes orthogonal to each other, and detects whether each rotation angle is detected by the posture detection unit. A switch circuit unit for switching whether or not, and a transmission unit for transmitting the posture information or the processing information to the external device.
The input support device detects the pitch angle, the yaw angle, and the roll angle using the posture detection unit. Then, the posture information or the processing information is transmitted to the external device such as a computer device using the transmission unit.
上記入力支援装置を3次元空間中で操作し、上記ピッチ角、上記ヨー角あるいは上記ロール角を変化させると、上記送信部を介して上記姿勢情報あるいは上記加工情報を外部機器に送信できる。すなわち、上記入力支援装置によれば、例えば、事務机等の作業面上が無くても外部機器に上記姿勢情報等を入力することができる。ここで、上記姿勢検出部が検出する上記ピッチ角、上記ヨー角及び上記ロール角を利用すれば、例えば、加速度や速度等の運動情報を積分して位置情報を計算する場合と比較して、精度の高い情報を得ることができる。 When the input support device is operated in a three-dimensional space and the pitch angle, the yaw angle, or the roll angle is changed, the posture information or the processing information can be transmitted to an external device via the transmission unit. That is, according to the input support device, for example, the posture information and the like can be input to an external device without a work surface such as an office desk. Here, using the pitch angle, the yaw angle, and the roll angle detected by the posture detection unit, for example, as compared with the case of calculating position information by integrating motion information such as acceleration and speed, Highly accurate information can be obtained.
さらに、上記第1の発明の入力支援装置は、上記姿勢検出部による検出モードと非検出モードとを切り替えるための上記スイッチ回路部を有している。それ故、上記入力支援装置を把持している際、不用意に上記姿勢情報等が送信されるおそれが少ない。そして、上記スイッチ回路部を用いて上記姿勢検出部の検出モードを選択した状態で、入力支援装置を操作すれば所望の姿勢情報等を外部機器に送信することができる。 Furthermore, the input support apparatus according to the first aspect of the invention includes the switch circuit unit for switching between a detection mode and a non-detection mode by the posture detection unit. Therefore, there is little possibility that the posture information or the like is inadvertently transmitted when the input support device is held. When the input support device is operated in a state where the detection mode of the posture detection unit is selected using the switch circuit unit, desired posture information or the like can be transmitted to the external device.
なお、上記スイッチ回路部としては、例えば、操作ボタンを用いて構成することができる。例えば、操作ボタンを押しながら入力支援装置を操作すれば、操作ボタンを押してからの相対運動に応じて上記姿勢情報等を生成することができる。さらに、上記スイッチ回路部としては、例えば、入力支援装置に所定の動作が入力されたことをトリガーとして上記検出モードが開始されるよう、ボタン無しで構成することもできる。この所定の動作としては、例えば、シェイク(振動を発生させる運動)するような動作や、ロール方向に回転させるような動作や、垂直に立てるような動作等がある。 In addition, as said switch circuit part, it can comprise using an operation button, for example. For example, if the input support device is operated while pressing the operation button, the posture information and the like can be generated according to the relative motion after the operation button is pressed. Furthermore, the switch circuit unit may be configured without a button so that the detection mode is started when a predetermined operation is input to the input support device, for example. As this predetermined operation, for example, there is an operation such as a shake (movement that generates vibration), an operation that rotates in the roll direction, and an operation that stands vertically.
第2の発明は、無線通信により公衆電話回線網に接続するように構成した携帯電話であって、
上記第1の発明の上記入力支援装置を組み込んで構成してあることを特徴とする携帯電話にある(請求項6)。
A second invention is a mobile phone configured to connect to a public telephone line network by wireless communication,
A cellular phone comprising the input support device according to the first aspect of the invention (claim 6).
上記第2の発明の携帯電話は、上記第1の発明の入力支援装置を組み込んだものである。そのため、この携帯電話によれば、上記入力支援装置が奏する機能を利用して、上記外部機器に上記姿勢情報等を入力することができる。
この携帯電話を用いれば、コンピュータ機器等の上記外部機器に対して上記姿勢情報等を入力することができる。例えば、コンピュータに用いる空中マウスとして上記携帯電話を利用することができる。コンピュータ画面を用いてプレゼンテーションを行う場合等に、携帯電話を用いてコンピュータ画面上の任意の位置をポインティングできれば非常に便利である。さらに、例えば、上記携帯電話を筆記具のごとく操作し、3次元空間中で電子署名することもできる。そして、この電子署名を用いれば、精度高く個人認証を行うことが可能になる。このような使い方は、例えば、電子ウォレット等を兼用する上記携帯電話において、インフラ側端末との接続におけるセキュリティを高く維持するために有効である。
The mobile phone of the second invention incorporates the input support device of the first invention. Therefore, according to this mobile phone, it is possible to input the posture information and the like to the external device using the function provided by the input support device.
If this mobile phone is used, the posture information and the like can be input to the external device such as a computer device. For example, the mobile phone can be used as an aerial mouse used in a computer. When a presentation is performed using a computer screen, it is very convenient if an arbitrary position on the computer screen can be pointed using a mobile phone. Further, for example, the mobile phone can be operated like a writing instrument to digitally sign in a three-dimensional space. If this electronic signature is used, personal authentication can be performed with high accuracy. Such usage is effective, for example, for maintaining high security in connection with the infrastructure side terminal in the mobile phone also serving as an electronic wallet or the like.
上記第1の発明の入力支援装置あるいは、上記第2の発明の携帯電話から上記姿勢情報等を取り込む上記外部機器としては、例えば、コンピュータや、テレビやエアコン等の家電機器や、店舗や銀行等に設置される情報端末(インフラ側端末)などがある。例えば、コンピュータ向けの入力支援装置として利用する場合には、入力支援装置あるいは携帯電話を、あたかも空中マウス(3次元マウス)のごとく用いることができる。さらに、例えば、上記入力支援装置を用いて、テレビやエアコン等のコントロールを行うことができる。 Examples of the external device that captures the posture information from the input support device according to the first invention or the mobile phone according to the second invention include, for example, home appliances such as computers, televisions and air conditioners, stores, banks, etc. Information terminals (infrastructure side terminals) installed in For example, when used as an input support device for a computer, the input support device or a mobile phone can be used as if it were an aerial mouse (three-dimensional mouse). Furthermore, for example, a TV or an air conditioner can be controlled using the input support device.
また、上記送信部としては、有線通信であっても、電波や赤外線等による無線通信であっても良い。特に、無線通信の場合には、上記入力支援装置あるいは上記携帯電話の操作性を格段に向上させることができる。さらに、例えば、ブルートゥースなどの規格化された通信規格を採用すれば、様々な外部機器と接続することができる。 The transmission unit may be wired communication or wireless communication using radio waves or infrared rays. In particular, in the case of wireless communication, the operability of the input support device or the mobile phone can be significantly improved. Furthermore, for example, if a standardized communication standard such as Bluetooth is adopted, it can be connected to various external devices.
上記第1の発明において、上記外部機器は、コンピュータ画面を表示するディスプレイを有するコンピュータであり、
上記入力支援装置は、上記ヨー角に基づいて上記コンピュータ画面の水平方向の位置情報である水平位置情報を計算すると共に、上記ピッチ角に基づいて上記コンピュータ画面の鉛直方向の位置情報である垂直位置情報を計算し、かつ、上記外部機器に所定の動作を実行させるためのトリガー情報を上記ロール角に基づいて生成し、上記水平位置情報、上記垂直位置情報及び上記トリガー情報を上記加工情報として送信するように構成してあることが好ましい(請求項2)。
In the first invention, the external device is a computer having a display for displaying a computer screen,
The input support device calculates horizontal position information that is horizontal position information of the computer screen based on the yaw angle, and a vertical position that is vertical position information of the computer screen based on the pitch angle. Trigger information for calculating information and causing the external device to execute a predetermined operation is generated based on the roll angle, and the horizontal position information, the vertical position information, and the trigger information are transmitted as the processing information. It is preferable to be configured as described above (claim 2).
この場合には、上記ヨー角を用いて上記水平位置情報を精度良く求めると共に、上記ピッチ角を用いて上記垂直位置情報を精度良く求めることができる。そして、この精度の高い水平位置情報及び上記垂直位置情報に基づけば、上記コンピュータ画面上の任意の点を精度良く指示(ポインティング)することができる。
さらに、上記ロール情報に基づいて、例えば、ページ送り、ページ戻し等の所定の動作を実行させるためのトリガー情報を生成すれば、このトリガー情報に基づいて上記ディスプレイに表示する内容を変更することができる。
In this case, the horizontal position information can be obtained accurately using the yaw angle, and the vertical position information can be obtained accurately using the pitch angle. Based on the highly accurate horizontal position information and the vertical position information, any point on the computer screen can be pointed (pointed) with high accuracy.
Furthermore, if trigger information for executing a predetermined operation such as page feed or page return is generated based on the roll information, the content displayed on the display can be changed based on the trigger information. it can.
また、上記姿勢検出部は、姿勢検知センサを含み、該姿勢検知センサは、互いに略直交する3軸方向の磁界強度を検出する3基の磁気センシング部と、互いに略直交する2軸方向の加速度を検出する2基の加速度センシング部とを有していることが好ましい(請求項3)。 In addition, the posture detection unit includes a posture detection sensor, and the posture detection sensor includes three magnetic sensing units that detect magnetic field strengths in three axis directions that are substantially orthogonal to each other, and acceleration in two axis directions that are substantially orthogonal to each other. It is preferable to have two acceleration sensing units that detect.
上記2基の加速度センシング部によれば、作用する重力加速度を検出することにより、上記互いに直交する2軸に規定される平面の傾斜角を検出できる。そして、上記3基の磁気センシング部によれば、上記傾斜角には関係なく、その場で自転する回転角度である自転角を検出することができる。そして、この姿勢検知センサを含む姿勢検出部では、上記の傾斜角と上記自転角とに基づいて、上記ピッチ角、ヨー角及びロール角を検出できる。 According to the two acceleration sensing units, it is possible to detect the inclination angle of the plane defined by the two axes orthogonal to each other by detecting the acting gravitational acceleration. According to the three magnetic sensing units, the rotation angle that is the rotation angle that rotates on the spot can be detected regardless of the inclination angle. The posture detection unit including the posture detection sensor can detect the pitch angle, the yaw angle, and the roll angle based on the tilt angle and the rotation angle.
また、上記磁気センシング部は、感磁体と該感磁体の外周側に巻回した電磁コイルとを含み、周辺磁界と上記感磁体に通電する電流の変化とに応じて上記電磁コイルの両端に電位差を発生するMI素子よりなり、
上記加速度センシング部は、基板の表面から法線方向に突出する支持ポストと、該支持ポストを中心として上記基板の表面に沿って回動するよう、一方の端部を上記支持ポストに支持された片持梁状を呈すると共に他方の端部に上記磁石体を配設したカンチレバーと、上記磁石体の変位を検知するように構成されたMI素子よりなる磁気検出ヘッドとを有することが好ましい(請求項4)。
The magnetic sensing unit includes a magnetic sensing body and an electromagnetic coil wound around the outer circumference of the magnetic sensing body, and a potential difference is generated between both ends of the electromagnetic coil in accordance with a peripheral magnetic field and a change in current flowing through the magnetic sensing body. Consisting of MI elements that generate
The acceleration sensing unit has a support post protruding in a normal direction from the surface of the substrate and one end supported by the support post so as to rotate along the surface of the substrate around the support post. It is preferable to have a cantilever having a cantilever shape and having the magnet body disposed at the other end, and a magnetic detection head composed of an MI element configured to detect displacement of the magnet body. Item 4).
ここで、上記MI素子とは、MI現象を利用するものである。このMI現象は、供給する電流方向に対して周回方向に電子スピン配列を有する磁性材料からなる感磁体について生じるものである。この感磁体の通電電流を急激に変化させると、周回方向の磁界が急激に変化し、その磁界変化の作用によって周辺磁界に応じて電子のスピン方向の変化が生じる。そして、その際の感磁体の内部磁化及びインピーダンス等の変化が生じる現象が上記のMI現象である。 Here, the MI element utilizes the MI phenomenon. This MI phenomenon occurs in a magnetic sensitive body made of a magnetic material having an electron spin arrangement in a circumferential direction with respect to the direction of current to be supplied. When the energization current of the magnetic body is changed abruptly, the magnetic field in the circulation direction changes abruptly, and the change in the spin direction of electrons occurs according to the peripheral magnetic field due to the effect of the magnetic field change. A phenomenon in which changes in internal magnetization, impedance, etc. of the magnetic sensitive member at that time occur is the above-described MI phenomenon.
そして、MI素子とは、供給する電流方向に対して周回方向に電子スピン配列を有する磁性材料からなる感磁体を利用するものである。この感磁体の通電電流を急激に変化させると、周回方向の磁界が急激に変化し、その磁界変化の作用によって周辺磁界に応じて電子のスピン方向の変化が生じる。そして、その際の感磁体の内部磁化及びインピーダンス等の変化を感磁体に生じる電圧もしくは電流又は、感磁体の外周に配置した電磁コイルの両端に発生する電圧もしくは電流等に変換するよう構成した素子がMI素子である。そして、例えば、このMI素子と電子回路とを組み合わせたものがMIセンサと呼ばれるものである。 The MI element uses a magnetosensitive body made of a magnetic material having an electron spin arrangement in a circumferential direction with respect to a current direction to be supplied. When the energization current of the magnetic body is changed abruptly, the magnetic field in the circulation direction changes abruptly, and the change in the spin direction of electrons occurs according to the peripheral magnetic field due to the effect of the magnetic field change. The element configured to convert changes in internal magnetization and impedance of the magnetic body at that time into a voltage or current generated in the magnetic body, or a voltage or current generated at both ends of the electromagnetic coil arranged on the outer periphery of the magnetic body. Is an MI element. For example, a combination of this MI element and an electronic circuit is called an MI sensor.
そして、上記感磁体に通電する電流の変化に応じて上記電磁コイルの両端に電位差を発生するMI素子により上記磁気センシング部或いは上記磁気検出ヘッドを構成した場合には、高感度な磁気検出が可能となり、精度良く上記磁石体の変位を検出することができる。なお、上記感磁体としては、例えば、線状に形成したものや、薄膜状に形成したものがある。また、上記感磁体の材質としては、FeCoSiB、NiFe等がある。 And, when the magnetic sensing unit or the magnetic detection head is composed of MI elements that generate a potential difference at both ends of the electromagnetic coil in accordance with a change in the current applied to the magnetosensitive body, highly sensitive magnetic detection is possible. Thus, the displacement of the magnet body can be detected with high accuracy. Examples of the magnetic sensitive body include those formed in a linear shape and those formed in a thin film shape. Examples of the material of the magnetic sensitive body include FeCoSiB and NiFe.
そして、上記MI素子により上記磁気センシング部を構成した場合には、上記各軸方向に沿う上記磁界強度を高い精度で計測することができる。さらに、上記加速度センシング部における磁気検出ヘッドをMI素子により構成した場合には、上記基板の傾斜角、すなわち、上記カンチレバーの長手方向に沿う軸回りの回転角を精度良く検出することができる。 And when the said magnetic sensing part is comprised by the said MI element, the said magnetic field intensity along each said axial direction can be measured with high precision. Further, when the magnetic detection head in the acceleration sensing unit is configured by an MI element, the tilt angle of the substrate, that is, the rotation angle around the axis along the longitudinal direction of the cantilever can be detected with high accuracy.
また、上記送信部は、上記外部機器と無線通信を行うように構成してあることが好ましい(請求項5)。
この場合には、上記入力支援装置の操作自由度を格段に高めることができる。なお、無線通信としては、無線LANやブルートゥースなどによる無線通信や、赤外線通信などによる無線通信などがある。
Moreover, it is preferable that the transmission unit is configured to perform wireless communication with the external device.
In this case, the degree of freedom of operation of the input support device can be significantly increased. The wireless communication includes wireless communication using a wireless LAN or Bluetooth, wireless communication using infrared communication, or the like.
(実施例1)
本例は、外部機器に情報を入力するための入力支援装置1に関する例である。この内容について、図1〜図10を用いて説明する。
本例の入力支援装置1は、図1及び図2に示すごとく、コンピュータ等の外部機器に情報を入力するためのものである。この入力支援装置1は、互いに直交する3軸回りの回転角度であるピッチ角φ、ヨー角θ及びロール角ηを検出する姿勢検出部1aと、該姿勢検出部1aによりピッチ角φ、ヨー角θ及びロール角ηを検出する検出モードと非検出モードとの切り替えを行うためのスイッチ回路部1bと、姿勢検出部1aで検出したピッチ角φ、ヨー角θ及びロール角ηよりなる姿勢情報あるいは、該姿勢情報を加工して得た加工情報を外部機器に送信する送信部1cとを備えている。
以下に、この内容について詳しく説明する。
Example 1
This example is an example related to the
As shown in FIGS. 1 and 2, the
Hereinafter, this content will be described in detail.
上記入力支援装置1は、図1に示すごとく、直径約30mmの略円柱外形状の把持しやすい形状を呈するものである。例えば、コンピュータ画面を利用してプレゼンテーションを行う話者が操作し易いように構成してある。そして、話者は、この入力支援装置1を使用して、例えば、コンピュータ画面状のカーソル(指示点)位置をコントロールすることができる。入力支援装置1の筐体11dは、ABS樹脂により形成してある。そして、その筐体11dの外周面には、入力支援機能をオンオフするための操作ボタン11bと、2つのクリックボタン(右クリック11R、左クリック11L)とを設けてある。上記操作ボタン11bは、図2に示すごとく、上記スイッチ回路部1bを構成している。
As shown in FIG. 1, the
このスイッチ回路部1bは、上記操作ボタン11bと、この操作ボタン11bのポジション(オンオフ状態)を取り込んでステータス信号を生成するマイコン12a上のソフトウェアによる処理ルーチンとよりなる。この処理ルーチンは、操作ボタン11bのオン状態を示すオンステータス信号を姿勢検知センサ11aに入力するように構成してある。そして、姿勢検知センサ11aは、オンステータス信号が1であるとき、加速度Gx、Gy及び磁界強度Hx、Hy、Hzを検出する。一方、マイコン12aは、オンステータス信号の立ち上がりのタイミングを基準として、ピッチ角φ、ヨー角θ及び、ロール角ηそれぞれの相対角度を計算する。このように本例の入力支援装置1は、オンステータス信号に基づいてピッチ角φ、ヨー角θ及びロール角ηを計算する。これにより、操作する者が無意識のうちに入力支援装置1に作用した姿勢変動をキャンセルできるようにしてある。
The
なお、本例では、筐体11dの外周面に2つのクリックボタン11R、11Lを配した。これに代えて、クリックボタン11R、11Lを省略すると共に、時計回り90度以上のロール角を右クリックとして認識し、反時計回り90度以上のロール角を左クリックとして認識するように入力支援装置1を構成することもできる。
In this example, two
筐体11dの内部には、図1に示すごとく、カスタムICである姿勢検知センサ11aと、CPU121a及びROM122a、RAM123a(図2参照。)を1チップ化したマイコン12aと、上記送信部1cを構成する通信用IC11cとを実装した回路基板13dを収容してある。また、この回路基板13d上に形成した電子回路の電源とし、電池12dを収容してある。そして、本例の入力支援装置1では、姿勢検知センサ11aとマイコン12aとにより、上記姿勢検出部1a(図2)を構成してある。
As shown in FIG. 1, the
上記姿勢検知センサ11aは、図3に示すごとく、互いに略直交する3軸(X、Y、Z)方向の磁界強度Hx、Hy、Hzを検出する3基の磁気センシング部41〜43と、互いに略直交する2軸(X、Y)方向の加速度Gx、Gyを検出する2基の加速度センシング部2a、2bと、上記各磁気センシング部41〜43あるいは上記各加速度センシング部2a、2bを制御するICチップ12、14とを、基板(本例ではIC基板。以下、適宜IC基板10と記載する。)に配置してモジュール化したものである。ここで、各加速度センシング部2a、2bは、作用する重力加速度に応じて変位するように構成された磁石体21と、該磁石体21による磁界を検知する磁気検出ヘッド23とを組み合わせてなる。
As shown in FIG. 3, the
姿勢検知センサ11aにおける加速度センシング部2a、2bは、図3に示すごとく、略矩形状を呈するIC基板10の略直交する2辺に沿う2軸方向に作用する重力による加速度Gx、Gyを検出するように配置してある。また、磁気センシング部41〜43は、略矩形状を呈するIC基板10の略直交する2辺に沿う2軸と、該2軸に直交する軸(IC基板10の法線方向の軸)との3軸方向の磁界強度Hx、Hy、Hzをそれぞれ検出するように配置してある。さらに、IC基板10の表面には、磁気センシング部用のICチップ14と、加速度センシング部用のICチップ12とを配置してある。なお、以下の説明では、IC基板10の略直交する2辺に沿う軸をX軸10x及びY軸10yとし、IC基板10の法線方向の軸をZ軸10zとした。
As shown in FIG. 3, the
上記各磁気センシング部41〜43は、感磁体44として長さ1mm、線径20ミクロンのアモルファスワイヤ(以下、適宜アモルファスワイヤ44と記載。)を利用したものである。磁気センシング部41〜43は、アルモルファスワイヤ44に外挿したチューブ状の絶縁樹脂(図示略)の外周側に、内径200ミクロン以下の電磁コイル45を巻回したものである。
Each of the
すなわち、磁気センシング部41〜43は、周辺磁界の強度に応じてインピーダンスが大きく変化するという、感磁体としてのアモルファスワイヤ44が発揮するMI(Magneto−impedance)現象を利用したものである。そして、本例では、アモルファスワイヤ44にパルス状の電流(以下、適宜パルス電流と記載する。)を通電したときに電磁コイル45に生じる誘起電圧を計測することで、周辺磁界の強度を検出している。なお、本例では、上記各磁気センシング部41〜43としては、全く同一仕様のものを用い、アモルファスワイヤ44の長手方向を、それぞれ、X軸10x方向、Y軸10y方向、Z軸10z方向としてある。
That is, the
上記ICチップ14は、各磁気センシング部41〜43を制御するように構成してある。このICチップ14は、図4及び図5に示すごとく、アモルファスワイヤ44に入力するパルス電流(図5(a))を生成する信号発生器141と、電磁コイル45の誘起電圧e(図5(b))に応じた計測信号を出力する信号処理部142とを含む電子回路を有してなる。信号発生器141は、通電時間40nsec、パルス間隔5マイクロsecのパルス電流を生成するように構成してある。さらに、本例の信号発生器141は、パルス電流の立ち下がりに同期したトリガー信号を、信号処理部141のアナログスイッチ142aに向けて出力するように構成してある。
The
信号処理部142は、上記トリガー信号に同期して、電磁コイル45と信号処理部142との間の電気的な接続をオンオフするアナログスイッチ142a及び該アナログスイッチ142aを介して電磁コイル45と接続したコンデンサ142cを含み、いわゆるピークホールド回路として機能する同期検波回路と、増幅器142bとを組み合わせて構成したものである。
The
ここで、本例の磁気センシング部41〜43による磁気検出方法について、簡単に説明しておく。この磁気検出方法は、この磁気検出方法は、図5に示すごとく、アモルファスワイヤ44に通電したパルス電流(同図(a))の立ち下がり時に、電磁コイル45に発生する誘起電圧e(同図(b))を計測するものである。なお、本例では、パルス電流が、定常値(電流値150mA。)の90%から10%に立ち下がる遮断時間を4ナノ秒とした。
Here, the magnetic detection method by the
すなわち、図4及び図5に示すごとく、磁界中に置かれたアモルファスワイヤ44に通電したパルス電流が遮断された瞬間には、磁界のうちアモルファスワイヤ44の長手方向成分に比例した大きさの誘起電圧eが電磁コイル45の両端に発生する。本例のICチップ14では、電磁コイル45の誘起電圧eが、上記トリガー信号によりONとされたアナログスイッチ142aを介してコンデンサ142cに蓄積される。その後、増幅器142bで増幅されて出力端子145から出力する。
That is, as shown in FIGS. 4 and 5, at the moment when the pulse current applied to the
なお、本例の磁気センシング部用のICチップ14は、図6に示すごとく、信号発生器141と各磁気センシング部41〜43の感磁体44との間の電気回路及び、信号処理部142と各電磁コイル45との間の電気回路を切り替える電子スイッチ148を有している。これにより、本例では、X軸10x、Y軸10y、Z軸10z(図3参照。)の各軸に沿う磁界の強度を計測する3基の磁気センシング部41〜43について、磁気センシング部用のICチップ14を時分割で共用している。
As shown in FIG. 6, the
本例の加速度センシング部2a、2bは、図3に示すごとく、自由端に磁石体21を配設した片持梁構造のカンチレバー22と、その磁石体21が生じる磁界強度を検出する磁気検出ヘッド23とを含むものである。そして、この加速度センシング部2a、2bは、傾斜角に応じてカンチレバー22に働く重力加速度の大きさを、自由端に配設した磁石体21の変位として顕在化し、その変位による磁界強度の変化を磁気検出ヘッド23により検出するように構成してある。
As shown in FIG. 3, the
カンチレバー22は、同図に示すごとく、IC基板10の表面の法線方向に突出して配設した支持ポスト24pにより、長手方向の一方の端部を支持された片持梁構造を呈する弾性体である。そして、その自由端、すなわち支持ポスト24pの反対側の端部には、磁石体21を配設してある。本例のカンチレバー22は、材質NiPよりなり、幅0.3mm長さ1.5mm厚さ5ミクロンの略矩形板状を呈するものである。さらに、本例では、厚さ方向の力に対する剛性を低下させて磁石体21の変位量を拡大できるよう、支持ポスト24p側の付け根部分から自由端の手前0.38mmに至る位置にかけて、幅0.22mmの長孔220を設けてある。
As shown in the figure, the
本例では、上記の長孔220を設けることにより、カンチレバー22の固有振動数をおよそ50Hz以上60Hz以下の範囲に設定した。なお、本例では、カンチレバーの側面に上記長孔220を設けたが、これに代えて、開口部を持たない平板状のカンチレバーを適用することもできる。
In this example, by providing the
磁石体21は、カンチレバー22の自由端側の端部の側面に配設してある。本例では、この側面に、磁性体塗料を塗布し、その後、乾燥及び硬化後に着磁することにより上記磁石体21を形成した。ここで、本例では、図7(a)に示すごとく、N極が外方を向く第1の磁石体21aと、S極が外方を向く第2の磁石体21bとを、カンチレバー22の長手方向に沿って隣接して配置してある。すなわち、第1の磁石体21aと第2の磁石体21bとでは、磁化方向Mが互いに逆向きであり、互いに逆方向の磁気モーメントを発生する。
The
そのため、本例の磁石体21を磁界中に置いたとき、第1の磁石体21aと第2の磁石体21bとに逆向きのトルクが作用する。それ故、各磁石体21a、21bでは、そのトルクによりカンチレバー22を回動させようとする回動方向が互いに逆方向となる。したがって、磁石体21全体として、周辺磁界が作用したときのトルクを相殺できカンチレバー22の変位を抑制することができる。それ故、本例の加速度センシング部2a、2bでは、地磁気等の周辺磁界の影響により磁石体21が変位するおそれが少なく、精度良く傾斜角を計測可能である。なお、単一の磁石体によって磁石体21を構成することも可能である。
Therefore, when the
さらに、上記磁石体21では、図7(a)に示すごとく、第1の磁石体21aの周辺に作用する磁界と、第2の磁石体21bの周辺に作用する磁界とが閉ループ状の磁場を形成する。一方、同図(b)に示すごとく、単一の磁石体を配置した場合には、その周辺に開ループ状の磁場が形成されて周囲に磁界が漏洩し、電磁波ノイズ等の原因となるおそれがある。
すなわち、本例の加速度センシング部2a、2b(図3)は、周囲への磁界の漏洩を抑制した磁石体21を備えており、周辺回路に対して電磁波ノイズの原因となるおそれが少ない。なお、本例では、上記各磁石体21a、21bの大きさは、幅(カンチレバー22の長手方向の寸法。)W0.5mm、高さ0.3mm、厚さT100ミクロンとした。
Further, in the
That is, the
そして、加速度センシング部2a、2bを構成する磁気検出ヘッド23(図3)は、上記磁気センシング部41〜43と同一仕様のものである。すなわち、本例の加速度センシング部2a、2bでは、磁気センシング部41〜43と同様に、感磁体としてのアモルファスワイヤ24(図8)と、電磁コイル25(図8)とを組み合わせて高感度の磁気検出ヘッド23を構成してある。
And the magnetic detection head 23 (FIG. 3) which comprises the
加速度センシング部用のICチップ12は、図8に示すごとく、上記磁気センシング部用のICチップ14(図6)とほぼ同一の仕様のものであり、上述したように、アモルファスワイヤ24に通電するパルス電流を生成する信号発生器121と、電磁コイル25の誘起電圧に応じた計測信号を出力する信号処理部122とを含むものである。
As shown in FIG. 8, the acceleration sensing
なお、本例の加速度センシング部用のICチップ12は、信号発生器121と各加速度センシング部2a、2bのアモルファスワイヤ24との間の電気回路及び、信号処理部122と各電磁コイル25との間の電気回路を切り替える電子スイッチ128を有する。これにより、本例の上記2基の加速度センシング部2a、2bは、1個の加速度センシング部用のICチップ12を時分割で共用している。なお、本例の加速度センシング部2a、2bにおける磁気検出ヘッド23による磁気検出方法については、上記磁気センシング部41〜43における磁気検出方法と同様なので、説明を省略する。
In addition, the
次に、マイコン12aがピッチ角φ、ヨー角θ及びロール角ηを計算する方法について説明する。まず、図9に示すごとく、姿勢検知センサ11aが、IC基板10(図3参照。)の2辺に沿う2軸に沿って生じた加速度Gx、Gyを検出する(ステップS10)と共に、上記直交する3軸方向の磁界強度Hx、Hy、Hzを検出する(ステップS20)。
Next, a method in which the
マイコン12aは、図9に示すごとく、計測した2軸方向の加速度Gx、Gy及び、直交する3軸方向の磁界強度Hx、Hy、Hzを用いて、上記ピッチ角φ、ヨー角θ及びロール角ηを計算する。ステップS30では、ロール角η及びピッチ角φを計算する。本例では、ロール角ηをsin-1Gyとして近似して求め、ピッチ角φをsin-1Gxとして近似して求めた。さらに、ステップS40では、XY平面(IC基板10(図3)がなす平面)の傾斜を補正し、水平状態にあるX’Y’平面について作用する磁界強度H’x、H’yを計算する。本例では、H’xを(Hx・cosφ+Hy・sinηsinφ−Hz・cosηsinφ)として近似して求め、H’yを(Hy・cosη+Hz・sinη)として近似して求めた。そして、ステップS50では、tan-1(H’y/H’x)によりヨー角θを計算した。
As shown in FIG. 9, the
さらに、上記マイコン12aは、図10に示すごとく、ヨー角θに基づいて水平位置情報100hを生成し、ピッチ角φに基づいて垂直位置情報100vを生成する。上記のごとく、本例の入力支援装置1は、例えば、コンピュータ画面100を用いたプレゼンテーションを行う際の入力デバイスとして機能するものである。そして、本例の入力支援装置1は、コンピュータ画面100に対応する水平位置情報100hと垂直位置情報100vを送信する。入力支援装置1は、姿勢検知センサ11aが検出したヨー角θに基づいて水平位置情報100hを計算し、姿勢検知センサ11aが検出したピッチ角φに基づいて垂直位置情報100vを計算する。そして、図示しない外部機器としてのコンピュータは、入力支援装置1から取り込んだ水平位置情報100h及び垂直位置情報100vに基づいて、例えば、カーソル等の指示点の位置をコンピュータ画面100で移動させる。
Further, as shown in FIG. 10, the
さらに、マイコン12aは、ロール角ηに基づいてページ送りあるいは、ページ戻しを実行させるためのトリガー情報を生成する。具体的には、時計回り方向90度以上のロール角が生じたときにページ送りのトリガー情報を生成し、反時計回り90度以上のロール角が生じたときにページ戻しのトリガー情報を生成する。
そして、上記通信用IC11cは、上記水平位置情報、上記垂直位置情報及び上記トリガー情報よりなる加工情報を取り込み、この加工情報を変調して送信アンテナ12cから送信するように構成してある。
Furthermore, the
The
なお、上記トリガー情報としては、例えば、入力支援装置1の操作量に対して、上記コンピュータ画面100上においてカーソルを変位させる際のゲインを調整させるためのものであっても良い。例えば、時計回り方向90度以上のロール角が生じたときに、入力支援装置1の操作量に対するカーソルの変位量を大きくし、反時計回り方向90度以上のロール角が生じたときに、入力支援装置1の操作量に対するカーソルの変位量を小さくすることができる。
The trigger information may be, for example, for adjusting a gain when the cursor is displaced on the
以上のように、本例の入力支援装置1は、加速度センシング部2a、2b及び磁気センシング部41〜43を一体的にモジュール化した姿勢検知センサ11aを含む。そして、この姿勢検知センサ11aを含む姿勢検出部1aによれば、入力支援装置1に作用したピッチ角φ、ヨー角θ及びロール角ηを検出することができる。そして、このピッチ角φ、ヨー角θ及びロール角ηに基づけば、コンピュータ画面の水平位置情報、垂直位置情報を精度良く求めることができる。特に、本例の入力支援装置1は、上記操作ボタン11bを有している。この操作ボタン11bがオン状態にあるときに、上記姿勢情報を計算するように構成してある。それ故、本例の入力支援装置1では、操作する者が無意識のうちに入力支援装置1に作用した姿勢変動を確実性高くキャンセルすることができる。
As described above, the
そして、姿勢検知センサ11aでは、2基の加速度センシング部2a、2bと、3基の磁気センシング部41〜43とをモジュール化してある。そのため、この姿勢検知センサ11aでは、各加速度センシング部2a、2b及び各磁気センシング部41〜43を個別に搭載する場合と比べて全体の消費電力を抑制でき、かつ、小型に構成することができる。また、モジュール化した本例の姿勢検知センサ11aによれば、各加速度センシング部2a、2b及び各磁気センシング部41〜43の相対的な軸精度を高く維持でき、ピッチ角、ヨー角及びロール角の計測精度を一層向上することができる。
In the
さらに、この姿勢検知センサ11aでは、2基の加速度センシング部2a、2bが、制御用の電気回路としてのICチップ12(図8)を共用するとともに、3基の磁気センシング部41〜43が、制御用の電気回路としてのICチップ14(図6)を共用している。そのため、この姿勢検知センサ11a及び、この姿勢検知センサ11aを含む入力支援装置1は、小型であって、かつ、消費電力を抑えたものとなる。
Furthermore, in this
なお、上記のごとく、本例の磁気検出ヘッド23と、磁気センシング部41〜43とは同一仕様のものである。特に、加速度センシング部2aの磁気検出ヘッド23と磁気センシング部42及び、加速度センシング部2bの磁気検出ヘッド23と磁気センシング部41とは、アモルファスワイヤ44の長手方向も略一致している。
As described above, the
そのため、長手方向が略一致するアモルファスワイヤ44に巻回した各電磁コイル25、45は、地磁気等による周辺磁界に対して、略一致した大きさの誘起電圧を出力する。そこで、加速度センシング部2aの磁気検出ヘッド23の出力信号から、磁気センシング部42の出力信号を減算する補正を行えば、加速度センシング部2aの出力信号から周辺磁界による影響を排除して、その検出精度をさらに向上できる。なお、加速度センシング部2bについても同様である。
Therefore, each of the
さらになお、上記のごとく、本例の磁気検出ヘッド23と、磁気センシング部41〜43とは同一仕様のものであり、そのうえ、磁気センシング部用のICチップ14の電気回路と、加速度センシング部用のICチップ12の電気回路とは略同一の仕様のものである。そこで、全ての磁気センシング部41〜43及び、加速度センシング部2a、2bについて、単一の制御回路を時分割で共用することもできる。例えば、ICチップ14或いはICチップ12における電子スイッチ148或いは128を、5チャンネル切り替えタイプのものに変更すれば、いずれか他方のICチップを省略することができる。
Furthermore, as described above, the
(実施例2)
本例は、実施例1の入力支援装置を基にして、姿勢検知センサ11aの構成を変更した例である。具体的には、姿勢検知センサ11aをなす上記IC基板を2枚構成とした例である。この内容について、図11及び図12を用いて説明する。
本例のIC基板10は、少なくとも磁気センシング部41〜43のうち、IC基板10の法線方向(図3中、符号10zの矢印で図示するZ軸方向。)の磁界強度を検出する垂直磁気センシング部43を配置する第1のIC基板101と、該第1のIC基板101に保持した第2のIC基板102とよりなる。そして、垂直磁気センシング部43は、第1のIC基板101における上記第2のIC基板102側に面する実装表面のうち、第2のIC基板102に対面しない部分に実装してある。さらに、本例の姿勢検知センサ1では、IC基板101の実装表面のうちの第2のIC基板102に対面しない表面には、磁気センシング部41、42やICチップ12、14等と比べて、高さ方向の寸法が大きい加速度センシング部2a、2bも配置してある。
(Example 2)
This example is an example in which the configuration of the
The
本例では、第2のIC基板102は、2箇所の貫通孔105を設けた両面実装基板である。そして、第2のIC基板102における第1のIC基板101の実装面と同じ側に面する第1実装面102aには、該第1実装面102aに平行であって、かつ、互いに直交する2軸方向の磁界強度を検出する2基の磁気センシング部41、42と、各磁気センシング部41〜43を制御するICチップ14を実装してある。また、第2のIC基板102における第1実装面102aの裏面に当たる第2実装面102bには、各加速度センシング部2a、2bを制御するICチップ12を実装してある。
In this example, the
上記のごとく、本例の姿勢検知センサ11aでは、第1のIC基板101と第2のIC基板102との2階構造としてIC基板10を構成し、高さ方向の寸法が大きい部品(垂直磁気センシング部43、加速度センシング部2a、2b等)を、両IC基板101、102が高さ方向に重合しない部分に効率良く配置してある。そのため、本例の姿勢検知センサ11aは、内部素子の実装密度が高い小型のモジュールとなる。
なお、その他の構成及び作用効果については実施例1と同様である。
As described above, in the
Other configurations and operational effects are the same as those in the first embodiment.
(実施例3)
本例は、実施例1或いは実施例2の入力支援装置を組み込んだ携帯電話に関する例である。この内容について、図13を用いて説明する。
本例の携帯電話6は、無線通信により双方向の音声通話を可能とするものである。そして、この携帯電話6は、内部基板65に、姿勢検知センサ11aと、CPU(中央演算処理ユニット)を含む1チップマイコン62と、送信部を構成する通信用ICと、動作プログラムを格納したメモリ素子(図示略)とを実装してなる。
(Example 3)
This example is an example relating to a mobile phone in which the input support apparatus according to the first or second embodiment is incorporated. This will be described with reference to FIG.
The
姿勢検知センサ1は、2軸方向の加速度Gx、Gy及び、3軸方向の磁界強度Hx、Hy、Hzを検出値としてマイコン62に入力する。そして、マイコン62は、携帯電話6を原点としてX軸、Y軸、Z軸の各軸周りの回転角、すなわち、ロール角η、ピッチ角φ、ヨー角θを計算する。本例では、マイコン62は、通信用ICを介して、ヨー角θに基づく水平位置情報と、ピッチ角φに基づく垂直位置情報と、ロール角ηに基づくトリガー情報(ページ送り(戻し)情報)を出力するように構成してある。
なお、その他の構成及び作用効果については、実施例1或いは実施例2と同様である。
The
Other configurations and operational effects are the same as those in the first or second embodiment.
(実施例4)
本例は、実施例1の入力支援装置を基にして、ピッチ角φ、ヨー角θ及びロール角ηを出力するように構成した例である。
本例の入力支援装置1は、図1に示すごとく、外部機器としてのコンピュータに向けて、ピッチ角φ、ヨー角θ及びロール角ηを送信するように構成してある。そして、コンピュータでは、受信したピッチ角φ、ヨー角θ及びロール角ηに基づいて、例えば、ワイヤフレームモデル等により記述された3次元オブジェクトの姿勢を変更可能である。
Example 4
In this example, the pitch angle φ, the yaw angle θ, and the roll angle η are output based on the input support device of the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the
例えば、プレゼンテーション中においては、コンピュータ画面上で3次元オブジェクトの姿勢を任意に変更でき、プレゼンテーション効果を格段に高めることができる。さらに、例えば、3次元CAD作業中においては、本例の入力支援装置を用いて設計対象である3次元オブジェクトの姿勢を任意に変更させることで、その設計作業の効率を格段に高めることができる。特に、本例の入力支援装置を用いて3次元オブジェクトの姿勢を変更させる場合には、実際に把持する入力支援装置に代えて3次元オブジェクトを把持しているかのごとく、その姿勢を的確に変更させることができる。
なお、その他の構成及び作用効果については、実施例1と同様である。
For example, during the presentation, the posture of the three-dimensional object can be arbitrarily changed on the computer screen, and the presentation effect can be greatly enhanced. Further, for example, during the three-dimensional CAD work, the design work efficiency can be remarkably improved by arbitrarily changing the posture of the three-dimensional object to be designed using the input support device of this example. . In particular, when changing the posture of a three-dimensional object using the input support device of this example, the posture is accurately changed as if the user is holding a three-dimensional object instead of the input support device that is actually gripped. Can be made.
Other configurations and operational effects are the same as those in the first embodiment.
1 入力支援装置
10 IC基板
11a 姿勢検知センサ
11b 操作ボタン
12、14 ICチップ
12a マイコン
2a、2b 加速度センシング部
21 磁石体
22 カンチレバー
23 磁気検出ヘッド
24p 支持ポスト
41、42、43 磁気センシング部
24、44 アモルファスワイヤ
25、45 電磁コイル
DESCRIPTION OF
Claims (6)
互いに直交する3軸周りの回転角度であるピッチ角、ヨー角及びロール角を検出する姿勢検出部と、該姿勢検出部によりピッチ角、ヨー角及びロール角を検出する検出モードと非検出モードとの切り替えを行うためのスイッチ回路部と、上記姿勢検出部で検出したピッチ角、ヨー角及びロール角よりなる姿勢情報あるいは、該姿勢情報を加工してなる加工情報を上記外部機器に送信する送信部とを備えたことを特徴とする入力支援装置。 An input support device for inputting information to an external device,
An attitude detection unit that detects a pitch angle, a yaw angle, and a roll angle that are rotation angles around three axes orthogonal to each other, and a detection mode that detects the pitch angle, yaw angle, and roll angle by the attitude detection unit, and a non-detection mode A switch circuit unit for switching between and a transmission for transmitting to the external device the posture information formed by the pitch angle, the yaw angle and the roll angle detected by the posture detection unit or the processing information obtained by processing the posture information And an input support apparatus.
上記入力支援装置は、上記ヨー角に基づいて上記コンピュータ画面の水平方向の位置情報である水平位置情報を計算すると共に、上記ピッチ角に基づいて上記コンピュータ画面の鉛直方向の位置情報である垂直位置情報を計算し、かつ、上記外部機器に所定の動作を実行させるためのトリガー情報を上記ロール角に基づいて生成し、上記水平位置情報、上記垂直位置情報及び上記トリガー情報を上記加工情報として送信するように構成してあることを特徴とする入力支援装置。 In Claim 1, the external device is a computer including a display for displaying a computer screen,
The input support device calculates horizontal position information that is horizontal position information of the computer screen based on the yaw angle, and a vertical position that is vertical position information of the computer screen based on the pitch angle. Trigger information for calculating information and causing the external device to execute a predetermined operation is generated based on the roll angle, and the horizontal position information, the vertical position information, and the trigger information are transmitted as the processing information. It is comprised so that it may carry out. The input assistance apparatus characterized by the above-mentioned.
上記加速度センシング部は、基板の表面から法線方向に突出する支持ポストと、該支持ポストを中心として上記基板の表面に沿って回動するよう、一方の端部を上記支持ポストに支持された片持梁状を呈すると共に他方の端部に上記磁石体を配設したカンチレバーと、上記磁石体の変位を検知するように構成されたMI素子よりなる磁気検出ヘッドとを有することを特徴とする入力支援装置。 The magnetic sensing unit according to claim 3, wherein the magnetic sensing unit includes a magnetic sensitive body and an electromagnetic coil wound around the outer peripheral side of the magnetic sensitive body, and the magnetic sensing portion of the electromagnetic coil is changed according to a peripheral magnetic field and a change in current flowing through the magnetic sensitive body. It consists of MI elements that generate a potential difference at both ends,
The acceleration sensing unit has a support post protruding in a normal direction from the surface of the substrate and one end supported by the support post so as to rotate along the surface of the substrate around the support post. A cantilever having a cantilever shape and having the magnet body disposed on the other end thereof, and a magnetic detection head composed of an MI element configured to detect displacement of the magnet body. Input support device.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の上記入力支援装置を組み込んで構成してあることを特徴とする携帯電話。 A mobile phone configured to be connected to a public telephone network by wireless communication,
A mobile phone comprising the input support device according to any one of claims 1 to 5.
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