JP3223025U - 電子機器用コントローラ - Google Patents

Abstract

【課題】 ３次元描画（３Ｄ描画）などのために用いて好適な、使い勝手の良い電子機器用コントローラを提供する。【解決手段】 グリップ部１１とトラッカー用の載置台１２との大きく２つの構成部分を備える。グリップ部１１は、使用者の手のひらに当てられて、その状態で親指と他の４本の指とで握り持つようにされる部分、即ち、使用者の手によって把持される部分である。グリップ部１１が使用者の手によって把持されている場合に、トラッカー用の載置台１２は、当該使用者の手の甲の上に位置するように構成されている。【選択図】図２

Description

この考案は、例えば、３次元描画（３Ｄ描画）などのために用いて好適な電子機器用コントローラに関する。

デジタイザと呼ばれる座標入力装置に対して、電子ペンにより連続的に位置指示することにより描画することで、アニメーション画像などを作成する描画システムが知られている。この場合に、操作者は、電子ペンのペン先を、デジタイザを内蔵したタブレット装置の入力面に接触させた状態で、描画画像を生成するための位置指示操作を行う。あるいは、操作者は、タブレット装置の入力面には非接触の状態ではあるが、位置検出可能な上方領域に置いた状態（ホバー状態）で、描画画像を生成するための位置指示操作を行う。デジタイザは、電子ペンにより指示された位置を検出し、その検出結果として描画画像を生成し、表示画面に表示する。操作者は、表示画面に表示されている描画画像を確認しながら、位置指示操作を行い描画していく。

最近は、２次元の表示画面に表示された描画画像を、視覚的に、３次元画像のように描画表現することができるようにする描画システムやアプリケーションが登場している。その場合には、描画システムやアプリケーションは、デジタイザを用いて生成した描画画像に対して、削ったり、凹ませたり、膨らませたりするための操作者の手や指の動きによる動き操作（ジャスチャー）を、動きセンサを用いて検出する。描画システムやアプリケーションは、その検出した動き操作（ジェスチャー）に基づいて３次元の描画表現処理を行うようにするものが多い。

本願の出願人は、後に国際出願番号を示すように、空間位置指示部と棒状部とを有する３次元位置指示器に関する発明の特許出願を既に行っている。この場合の空間位置指示部は、いわゆるトラッカーと呼ばれるものであり、また、棒状部は上述したデジタイザに対する電子ペンに相当するものとして使用者の手によって把持するようにされるものである。当該３次元位置指示器の場合には、あたかも電子ペンを用いるようにして３次元空間に描画を行うことができる。なお、トラッカーに関する情報としては、後に記すようにインターネット上に開示された非特許文献がある。

国際出願２０１８／４６９７６号

ＶＩＶＥトラッカー［online］、［令和０１年０６月０４日検索］、インターネット＜URL: https://www.vive.com/jp/vive-tracker/＞

上述したように、３次元位置指示器は、空間位置指示部（トラッカー）と、使用者が手に持って操作する電子機器用コントローラとから構成される。電子機器用コントローラは、その外観ができるだけシンプルで、持ちやすく、これを手に持った使用者が種々の方向に自由に動かすことができるものである必要がある。また、電子機器用コントローラは、これが使用者の手に持たれた時には、３次元位置検出システムによって、３次元空間内における位置を適切に検出できるように空間位置指示部（トラッカー）を取り付けておくことができる必要もある。

以上のことに鑑み、この考案は、上記の要件を兼ね備え、３次元描画（３Ｄ描画）などのために用いて好適な、使い勝手の良い電子機器用コントローラを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、
使用者の手によって把持されるグリップ部と、
前記グリップ部が使用者の手によって把持されている場合に、当該使用者の手の甲の上に位置するトラッカー用の載置台と
を備えることを特徴とする電子機器用コントローラを提供する。

この電子機器用コントローラによれば、当該電子機器用コントローラは、グリップ部とトラッカー用の載置台との大きく２つの構成部分を備える。グリップ部は、使用者の手のひらに当てられて、その状態で親指と他の４本の指とで握り持つようにされる部分、即ち、使用者の手によって把持される部分である。グリップ部が使用者の手によって把持されている場合に、トラッカー用の載置台は、当該使用者の手の甲の上に位置するように構成されている。

このように、当該電子機器用コントローラは、グリップ部を手で握れば持つことができる。また、使用者の手の甲は、外側に露呈した部分であり、その上に載置台が位置し、当該載置台にトラッカーを載置して固定できる。従って、３次元空間における位置を適切に検出できようにして、トラッカーを電子機器用コントローラに対して取り付けることができる。そして、グリップ部を握ってさえいれば、電子機器用コントローラを安定に手に保持することができ、３次元空間内を自由に動かすこともできる。

この考案の電子機器用コントローラの一実施の形態が用いられて構成される空間位置検出システムの概要を説明するための図である。 実施の形態の電子機器用コントローラの外観を説明するための図である。 実施の形態の電子機器用コントローラの外観を説明するための図である。 実施の形態の電子機器用コントローラの内部構成の概要を説明するための図である。

［空間位置検出システムの概要］
図１は、この考案の電子機器用コントローラの一実施の形態が用いられて構成される空間位置検出システムの概要を説明するための図である。当該空間位置検出システムは、図１に示すように、電子機器用コントローラ１と、電子機器用コントローラ１に装着されるトラッカー２と、空間位置検出用ユニット３０と、空間描画情報生成装置４０と、ヘッドマウントディスプレイ５０とを備えて構成される。なお、以下においては、電子機器用コントローラ１を、単にコントローラ１と記載する。

空間描画情報生成装置４０は、空間位置検出装置としての機能と３次元画像を生成する表示画像生成装置としての機能を備えるもので、例えばパーソナルコンピュータにより実現される。図１では、コントローラ１について、おおよその外観しか示していないが、グリップ部とトラッカー用の載置台とを備え、トラッカー２を載置台に固定した状態で、使用者がグリップ部を握ることにより手に持つことができる。コントローラ１は、使用者が手に持った状態で３次元空間内を移動させるようにして使用し、３次元空間内における位置を指示して、３次元画像の描画を可能にする。

コントローラ１は、使用者によって操作される操作部を備え、当該操作部を通じて受け付けた操作に応じた操作情報を、有線でまたは無線で、空間描画情報生成装置４０に供給することができるものである。なお、この実施の形態において、コントローラ１と空間描画情報生成装置４０とは、無線通信機能を備えており、コントローラ１が操作部を通じて受け付けた操作情報は、無線により、コントローラ１から空間描画情報生成装置４０に供給されるものとする。

空間位置検出用ユニット３０は、この例では、３次元空間領域を設定して、当該３次元空間領域において、トラッカー２の位置を検出するためのものである。これにより、トラッカー２が取り付けられ、使用者が手に持って３次元空間内を移動させるコントローラ１の３次元空間内における位置が検出できる。空間位置検出用ユニット３０は、この実施形態では、トラッカー２との間での光学的なインタラクションによりトラッカー２の位置を検出するもので、図１に示すように、例えば２個の発光追跡装置３１Ａ、３１Ｂを含んで構成されている。

トラッカー２は、発光追跡装置３１Ａ、３１Ｂからの赤外線レーザ光を検知する受光センサを備える。当該受光センサは、いずれの方向からのレーザ光も受光することができるように、複数個がトラッカー２に設けられている。また、トラッカー２は、受光センサで赤外線レーザ光の受光を検知したときに、発光追跡装置３１Ａ、３１Ｂにそれを通知するための、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなる発光部も備えている。

なお、トラッカー２には、動きや方向（向き）を検出するための例えば９軸センサが設けられている場合もある。トラッカー２からの受光センサの受光出力や９軸センサの出力が、有線でまたは無線で、あるいは、トラッカー２が取り付けられているコントローラ１経由で、空間描画情報生成装置４０に供給される。この場合に、トラッカー２からの情報には、トラッカー２の識別情報も含まれる。この実施の形態では、トラッカー２は無線通信機能を備え、受光センサの受光出力や９軸センサの出力が、トラッカー２から空間描画情報生成装置４０に対して無線により供給されるものとする。

空間描画情報生成装置４０では、トラッカー２からの複数個の受光センサの受光出力及び／または９軸センサの出力から、トラッカー２が装着されているコントローラ１の３次元空間における姿勢や動きを検出する。なお、トラッカー２が装着されているコントローラ１の３次元空間における姿勢や動きを検出するには、トラッカー２には、複数個の受光センサと９軸センサとのいずれか一方が設けられていればよい。

２個の発光追跡装置３１Ａ、３１Ｂは、同一の構成を有するものである。発光追跡装置３１Ａ、３１Ｂは、赤外線レーザ光のレーザ発光部と、発光した赤外線レーザ光により３次元空間内をサーチするようにするサーチ手段と、赤外線レーザ光を受けたトラッカー２の発光部の発光を検知する光位置検知手段とを備える。

この場合に、発光追跡装置３１Ａは、赤外線レーザ光により、３次元空間内を水平方向に走査すると共に、その水平方向の走査位置を、所定のピッチτＸで、順次に垂直方向に移動するようにサーチする。また、発光追跡装置３１Ｂは、赤外線レーザ光により、３次元空間内を垂直方向に走査すると共に、その垂直方向の走査位置を、所定のピッチτＹで、順次に水平方向に移動するようにサーチする。

トラッカー２は、赤外線レーザ光の受光を、受光センサで監視し、赤外線レーザ光の受光を検出したときに、ＬＥＤからなる発光部を点灯する。発光追跡装置３１Ａ，３１Ｂは、トラッカー２の発光部の発光を検知することで、当該トラッカー２が装着されているコントローラ１の３次元空間内における位置を検出する。発光追跡装置３１Ａ、３１Ｂは、トラッカー２の発光部の発光を検知したときに、当該検知した時点の、発光した赤外線レーザの発光時刻からの経過時刻をも検知することができるように構成されている。この場合に、トラッカー２のそれぞれは、自身の識別情報に応じた異なる発光をする。

これにより、空間位置検出用ユニット３０は、３次元空間内におけるコントローラ１に取り付けられたトラッカー２の位置（つまり、コントローラ１の位置）を、所定のピッチτＸ及び所定のピッチτＹに応じた精度で検出できる。２個の発光追跡装置３１Ａ，３１Ｂは、空間描画情報生成装置４０に対して、有線で、あるいは、無線で接続されており、空間描画情報生成装置４０に対して、検知したトラッカー２の３次元空間内における空間位置情報を通知する。この場合に、２個の発光追跡装置３１Ａ、３１Ｂからの情報には、それぞれ自身の識別情報が含まれる。

空間描画情報生成装置４０は、２個の発光追跡装置３１Ａ、３１Ｂで検知されたトラッカー２の３次元空間内における空間位置情報と、トラッカー２からの受光センサの受光出力と９軸センサの検出出力と、コントローラ１からの操作情報とを受け付ける。空間描画情報生成装置４０は、受け付けた情報に基づいて、３次元空間内に３次元画像を描画し、この３次元画像を表示するための情報を形成してヘッドマウントディスプレイ５０に供給する。

これにより、使用者は、３次元空間に描画するようにした３次元画像を、ヘッドマウントディスプレイ５０を通じて観視できる。使用者は、ヘッドマウントディスプレイ５０を通じて観視可能になる３次元画像を見ながら、３次元画像に対して、追加、変更、削除などのための操作を行うようにして、３次元画像を描画できる。従って、今までデジタイザを用いて２次元空間で作成していたキャラクタなどを、３次元空間における３次元画像として、すなわち、立体的な画像として描画することができ、より立体観のある３次元画像を描画することが可能になる。

［電子機器用コントローラ１の構成例］
図２、図３は、実施の形態の電子機器用コントローラ１の外観を説明するための図である。図２（Ａ）は、トラッカー２が取り付けられた状態の右手用のコントローラ１の外観図である。図２（Ａ）に示すように、コントローラ１は、グリップ部１１と、トラッカー用の載置台１２とからなる。なお、図２（Ａ）においては、使用者の右手の手のひらが当たるグリップ部１１の前面に対向する側からコントローラ１を見た場合を示している。

図２（Ａ）に示すように、グリップ部１１は、使用者の右手によって把持される把持部１１Ａと、その上側に円形状に広がった面を備える前面操作部１１Ｂとを備える。グリップ部１１の把持部１１Ａは、その前面に使用者の手のひらが当たり、左側からは親指が、右側からは親指以外の４本の指が、把持部１１Ａを回り込むようにして把持される（握られる）部分である。

グリップ部１１の前面操作部１１Ｂには、操作ボタンＢ１１、Ｂ１２、Ｂ１３が設けられている。また、グリップ部１１の把持部１１Ａの左側の側面には、操作ボタンＢ２１が設けられた左側の側面操作部を備えている。更に、前面操作部１１Ｂの先端側の側面には、操作ボタンＢ３１が設けられた先端側の側面操作部を備えている。このように、グリップ部１１には、前面上部と、左側の側面と、先端側の側面との３箇所に使用者によって操作される操作ボタンが設けられた操作部が設けられている。

トラッカー用の載置台１２は、使用者の右手によってグリップ部１１の把持部１１Ａが把持された場合に、当該使用者の右手の甲の上に位置するようになっている。図２（Ａ）に示すように、グリップ部１１の中心軸Ｊ１と、載置台１２に取り付けられたトラッカー２の中心軸Ｊ２とを考える。グリップ部１１の中心軸Ｊ１は、グリップ部１１の長手方向の軸心に一致する。トラッカー２の中心軸Ｊ２は、トラッカー２の上面の中心（軸心）を通り、載置台１２と直交する方向に延伸した線に一致する。

図２（Ａ）に示すように、グリップ部１１の前面（上面）に対向する側からコントローラ１を見た場合の中心軸Ｊ１と中心軸Ｊ２とが形成する角の角度θが、４０度〜９０度となるように、グリップ部１１と載置台１２との位置関係が定められる。これにより、使用者の右手によってグリップ部１１の把持部１１Ａを把持すると、トラッカー用の載置台１２は、当該使用者の右手の甲の上に位置し、これに取り付けられているトラッカー２もまた、当該使用者の右手の甲の上に位置する。

使用者の手の甲は、常時、外側に露呈し、通常の動作においては、使用者の身体によって覆わることも少ない部分である。このため、トラッカー２は、上述した発光追跡装置３１Ａ、３１Ｂからのレーザ光を安定に受光できる。一方、発光追跡装置３１Ａ、３１Ｂは、トラッカー２の発光部からの発光を、安定に認識できる。これにより、発光追跡装置３１Ａ、３１Ｂを通じて、３次元空間におけるトラッカー２の位置を安定に特定することが可能になる。なお、中心軸Ｊ１と中心軸Ｊ２とが形成する角の角度θは、より好ましくは、６０度〜７０度の範囲にすることにより、使用者の手の甲と載置台１２とが近すぎたり、離れすぎたりせずに、良好な位置関係とすることができる。

図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示した矢印ａの側から見た場合のコントローラ１の外観図であり、トラッカー２が取り外された状態のコントローラ１を示している。すなわち、トラッカー２は、コントローラ１の載置台１２に対して、着脱可能にされている。図２（Ｂ）に示すように、グリップ部１１の前面操作部１１Ｂに設けられている操作ボタンＢ１１、Ｂ１２、Ｂ１３は、グリップ部１１の把持部１１Ａを把持する右手の主に親指によって操作可能にされる。また、グリップ部１１の左側面に設けられた操作ボタンＢ２１は、グリップ部１１の把持部１１Ａを把持する右手の主に人差し指若しくは親指によって操作可能にされる。もちろん、操作可能であれば、他の指を用いて操作してもよい。

前面操作部１１Ｂに設けられた操作ボタンＢ１１、Ｂ１２、Ｂ１３やグリップ部１１の左側面に設けられた操作ボタンＢ２１は、例えば、操作モードを切り替えたり、設定内容を切り替えたりする場合に用いられる。なお、操作ボタンＢ１１、Ｂ１２、Ｂ１３や操作ボタンＢ２１を、回動操作が可能なダイヤル式の操作手段や回動操作と押下操作との両方が可能な操作手段に替えたり、いわゆるトラックボールと呼ばれる球体を用いた操作手段に替えたりすることも可能である。また、前面操作部１１Ｂに設ける操作ボタンなどの操作手段の数は、前面操作部１１Ｂに操作可能に設けることができれば増やすことも可能である。

図３は、図２（Ａ）に示した矢印ｂの側から見た場合のトラッカー２が取り外された状態のコントローラ１の外観図である。図２（Ａ）、（Ｂ）にも示し、また、図３にも示すように、グリップ部１１の先端側の側面に設けられている操作ボタンＢ３１は、グリップ部１１の把持部１１Ａを把持する右手の人差し指によって操作可能なものである。すなわち、操作ボタンＢ３１は、いわゆる引き金（トリガー）式に操作可能であり、細かくオン／オフを切り替える必要のある操作に用いて好適なものである。従って、例えば、描画状態と非描画状態とを細かく切り替える場合などに用いられる。

［コントローラ１の内部の構成例］
上述のように、コントローラ１のグリップ部１１には、前面上部と、左側の側面と、先端側の側面との３箇所に使用者によって操作される操作ボタンが設けられた操作部が設けられている。このため、コントローラ１は、各操作ボタンが操作された場合に、操作された内容を示す操作情報を、無線により空間描画情報生成装置４０に送信する構成を備える。

図４は、コントローラ１の内部構成の概要を説明するための図である。近距離無線通信アンテナ１０１Ａと近距離無線通信部１０１とは、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格の近距離無線機能を実現する。制御部１０２は、図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、不揮発性メモリなどがバスを通じて接続されたマイクロプロセッサである。制御部１０２は、ＲＯＭなどに記憶保持されている種々のプログラムを実行し、コントローラ１の各部を制御する。

第１の操作部１０３は、前面操作部１１Ｂに対応し、操作ボタンＢ１１、Ｂ１２、Ｂ１３が操作された場合に、これに応じた操作信号を形成して、制御部１０２に通知する。第２の操作部１０４は、左側の側面に設けられている左側の側面操作部（操作ボタンＢ２１）に対応し、操作ボタンＢ２１が操作された場合に、これに応じた操作信号を形成して、制御部１０２に通知する。第３の操作部１０４は、先端側の側面に設けられている先端側側面操作部（操作ボタンＢ３１）に対応し、操作ボタンＢ３１が操作された場合に、これに応じた操作信号を形成して、制御部１０２に通知する。

操作情報生成部１０６は、制御部１０２の制御の下、第１の操作部１０３、第２の操作部１０４、第３の操作部１０５が操作された場合に、その操作に応じた操作情報を形成する。当該操作情報には、コントローラ１の識別情報も含まれる。操作情報生成部１０６は、生成した操作情報を近距離無線通信部１０１及び近距離無線通信アンテナを通じて送信し、空間描画情報生成装置４０に供給する。これにより、空間描画情報生成装置４０は、コントローラ１からの操作情報の供給を受けることができる。上述したように、空間描画情報生成装置４０は、トラッカー２からの機器の識別情報と、受光出力と及び／または９軸センサの出力と、発光追跡装置３１Ａ、３１Ｂからの３次元空間内における位置情報の供給も受けている。

これにより、空間描画情報生成装置４０は、供給を受けた情報に基づいて、３次元空間内におけるコントローラ１による指示位置を特定し、コントローラ１に対する使用者の操作に応じて、３次元空間内に３次元画像を描画することができる。すなわち、３次元空間内に、３次元画像を描画したり、描画した３次元画像を修正したり、描画した３次元画像を削除したりすることができる。

［左手用のコントローラ１］
上述した実施の形態では、コントローラ１は使用者の右手によって把持される右手用のものである場合を例にして説明したが、これに限るものではない。コントローラ１は左手用のものとしても構成できる。左手用のコントローラもまた、グリップ部とトラッカー用載置台とからなる。そして、左手でグリップ部の把持部を把持した（握った）場合に、トラッカー用の載置台が、左手の甲の上に位置するように構成すればよい。

また、左手用のコントローラの場合には、右側の側面に操作ボタンが設けられる。このように、左手用のコントローラは、図２〜図３を用いて説明した右手用のコントローラ１を右に置き、左手用のコントローラを左に置いた場合に、左右対称となるように構成すればよい。

そして、右手用のコントローラ１を右手に持ち、左手用のコントローラを左手に持つことにより、コントローラを持った両手を、３次元空間内を移動させ、両手を用いて３次元画像を描画することができる。もちろん、右手用のコントローラ１だけを用いたり、左手用のコントローラだけを用いたりすることもちろん可能である。なお、いずれの場合も、トラッカー２が、載置台に載置され、固定されている必要がある。

［実施の形態の効果］
上述した実施の形態のコントローラ１によれば、その外観がシンプルで、持ちやすく、これを手に持った使用者が種々の方向に自由に動かすことができる。また、コントローラ１には、これを手に持つ使用者の手の甲の上に、トラッカーが位置するようにできる。すなわち、コントローラ１は、これが使用者の手に持たれた時には、３次元位置検出システムによって、３次元空間内における位置を適切に検出できるようにトラッカーを好適な位置に取り付けておくことができる。従って、３次元描画（３Ｄ描画）などのために用いて好適な、従来にない使い勝手の良い電子機器用コントローラを実現できる。

［変形例］
なお、トラッカー２とコントローラ１との間で情報のやり取りが可能なように、デジタルＩ／Ｆを用いて接続しておき、トラッカー２からの受光出力、９軸センサの出力をコントローラ１に供給するように構成することもできる。これにより、コントローラ１の操作情報に加えて、トラッカー２の識別情報、トラッカー２からの受光出力や９軸センサの出力を含む送信情報を形成し、これをコントローラ１の近距離無線通信機能を用いて、空間描画情報生成装置４０に送信することができる。

また、上述もしたように、前面操作部１１Ｂには、複数の種々の操作ボタン、ダイヤル、トラックボール等を設けることができる。同様に、左側の側面操作部や先端側の側面操作部にも、複数の操作ボタンを設けたり、操作が可能であれば、ダイヤルやトラックボールなどを設けたりすることも可能である。

１…電子機器用コントローラ、１１…グリップ部、１１Ａ…把持部、１１Ｂ…前面操作部、Ｂ１１…操作ボタン、Ｂ１２…操作ボタン、Ｂ１３…操作ボタン、Ｂ２１…操作ボタン、Ｂ３１…操作ボタン、１２…トラッカー用の載置台、２…トラッカー、３０…空間位置検出用ユニット、３１Ａ、３１Ｂ…発光追跡装置、４０…空間描画情報生成装置、５０…ヘッドマウントディスプレイ

Claims (8)

1. 使用者の手によって把持されるグリップ部と、
   前記グリップ部が使用者の手によって把持されている場合に、当該使用者の手の甲の上に位置するトラッカー用の載置台と
   を備えることを特徴とする電子機器用コントローラ。
2. 請求項１に記載の電子機器用コントローラであって、
   前記グリップ部の先端側の前面に、操作部を備えることを特徴とする電子機器用コントローラ。
3. 請求項１に記載の電子機器用コントローラであって、
   前記グリップ部の先端側の端面に、操作部を備えることを特徴とする電子機器用コントローラ。
4. 請求項１に記載の電子機器用コントローラであって、
   前記グリップ部の側面に、操作部を備えることを特徴とする電子機器用コントローラ。
5. 請求項１に記載の電子機器用コントローラであって、
   トラッカー用の前記載置台は、トラッカーの着脱が可能にされていることを特徴とする電子機器用コントローラ。
6. 請求項１に記載の電子機器用コントローラであって、
   前記グリップ部の長手方向の中心を通る第１の中心軸と、前記載置台の載置面の中心を通り、前記載置面と交差する方向の第２の中心軸とがなす角の角度は、４０度から９０度の範囲にあることを特徴とする電子機器用コントローラ。
7. 請求項１に記載の電子機器用コントローラであって、
   右手用と左手用とのそれぞれが構成されることを特徴とする電子機器用コントローラ。
8. 請求項２、請求項３または請求項４に記載の電子機器用コントローラであって、
   前記操作部を通じて受け付けた操作入力に応じた操作情報を形成する形成手段と、
   前記形成手段で形成された操作情報を、有線あるいは無線により、電子機器に送信する送信手段と
   を備えることを特徴とする電子機器用コントローラ。
   

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