JP4001411B2 - 手動入力装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータ等に情報を入力するために使用される入力装置に関し、特に、例えばゲーム機等のアミューズメントコンピュータにおいて好適に使用できる手動入力装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、コンピュータ等における情報入力手段として、キーボードの他に手動操作性に優れたポインティングデバイスを用い、ディスプレイ画面上でキャラクタやカーソルを自由に動かして対話的な操作でデータを処理するオペレーションシステムやアプリケーションシステムが増加している。また、ゲーム機等のアミューズメントコンピュータでも、いわゆるジョイスティック等の種々の手動入力装置が用いられている。このような用途で使用される手動入力装置は、通常のコンピュータ等で用いられるものとは異なる特性が要求される。
【0003】
例えば、アミューズメントコンピュータ用の手動入力装置は、オペレータが片手又は両手で装置本体を支持しつつ操作するものが知られているが、その場合は装置本体の軽量化と操作性の向上とが要求される。また、幼児から大人までオペレータの年齢幅が広く、操作の仕方が一様ではないので、装置本体を支持する角度、操作時に装置本体に印加される振動、操作部に加わる外力等の操作パラメータの影響を受け難い、安定して動作する作動部分を有することが望ましい。
【0004】
しかもこの種の手動入力装置は、屋内だけでなく屋外においても使用されるので、環境温度の変化により出力データ信号が影響を受けないことが要求される。さらに、故障時の修理や部品交換のコストを考慮して、比較的単純で低価格化を実現可能な構造を有することが所望される。このように、低価格化が可能で取扱いやすく、振動や温度変化による誤動作が少ない手動入力装置の開発が、特にアミューズメントコンピュータの分野で要望されている。
【0005】
図9は手動入力装置を備えた一般的なアミューズメントコンピュータシステムの構成を概略で示す図、図10は従来の手動入力装置の構造例を示す図、図11は手動入力装置の出力信号を示す図である。
図9に示すアミューズメントコンピュータシステムは、ゲーム機としてのコンピュータ本体1と、コンピュータ本体1に各々接続された画像表示用のディスプレイ装置2及び情報入力用の手動入力装置3とを有し、手動入力装置3を操作することにより、例えばゲームにおける光線銃のビーム量や自動車の速度等の一次元的パラメータを自在に設定したり、ディスプレイ装置2に表示されたキャラクタやカーソルを二次元的に自在に移動させたりすることができるものである。
【0006】
この種のアミューズメントコンピュータシステムで使用される一例としての手動入力装置3は、図10に示すように、オペレータが片手又は両手で握持可能なグリップ31を備えたフレーム体32と、フレーム体32の内部に固定的に配置された起電部35及び信号送出部36と、フレーム体32に揺動可能に支持された可動操作部45とを備える。フレーム体32は一般に、機械的強度に優れ、軽量化が容易な樹脂材料から成形される。
【0007】
起電部35は、フレーム体32の内部所定位置に固定されたプリント基板33と、互いに間隔を空けてプリント基板33の上に実装された2個の例えばホール素子等からなる磁電変換素子37とを備える。信号送出部36は、プリント基板33から離れてフレーム体32の内部所定位置に固定されたプリント基板34と、プリント基板34に実装されたCPU38とを備える。
【0008】
可動操作部45は、フレーム体32のグリップ31近傍に設置した軸42に回動自在に支持されたトリガー41と、フレーム体32とトリガー41との間に配置され、トリガー41を図示の移動起点位置に付勢する圧縮コイルばね43とを備える。軸42から離れたトリガー41の先端側面には、起電部35の磁電変換素子37に起電作用を及ぼす相手方素子としての永久磁石44が固定される。トリガー41は移動起点位置で、その下縁のストッパ部46がフレーム体32の内壁面に当接して回動が係止され、その状態で、グリップ31近傍に設けられた開口部40から前方に一部分を突出させる。
【0009】
オペレータは、拳銃を操作する際と同様にして片手でグリップ31を握り、トリガー41のグリップ開口部40から突出する部分に指を掛けてトリガー41を引く。それによりトリガー41は、移動起点位置から軸42の周りで図で時計方向へ回動し、それに伴い、トリガー先端に固着された永久磁石44が軸42を中心とする円弧軌道に沿って、図示の下端位置から図示しない上端位置に向けて図で上方へ移動する。
【0010】
起電部35の2個の磁電変換素子37は、永久磁石44の下端位置及び上端位置の近傍にそれぞれ位置するように、また永久磁石44の位置に関わらず永久磁石44に接触しないように、プリント基板33に固定される。永久磁石44が上記した円弧軌道に沿って移動すると、永久磁石44からの距離の変化に線形対応して、各磁電変換素子37の出力電圧が変化する。各磁電変換素子37の出力電圧は、デジタル信号に変換されて信号送出部36に入力される。
【0011】
フレーム体32の上方部分に固定された信号送出部36では、CPU38に起電部35から電圧値が入力されると、CPU38が多数の格納データ(例えば光線銃のビーム量データ)からその電圧値に対応するデータを選択し、CPU38から接続ケーブル39を介してデータ信号が外部のコンピュータ本体1に送出される。
【0012】
例えば永久磁石44の上端位置近傍に配置された磁電変換素子37の出力電圧は、図11(a)に実線で示す如くトリガー41の移動起点位置からの移動距離(回転距離を直線ストロークに変換して示す)の増加に比例してほぼ直線的に増加する。ここで、ホール素子等からなる磁電変換素子37は一般に周囲温度の影響を受け易いので、実線で示された特性曲線は周囲温度の変動に伴い例えば破線で示された特性曲線に変動すなわち平行移動する。その結果、例えばトリガー41が移動起点位置(ストローク=0)にあるときに磁電変換素子37から出力される電圧は、本来aとなるべきところを周囲温度の変動によりシフトして電圧bになってしまう。
【0013】
CPU38が、図11(b)に示す如く入力電圧aに対しデータ0を出力し入力電圧cに対しデータ256を出力するようにプログラムされている場合、温度変化に起因してトリガー41が移動起点位置にあるときに電圧bが入力されると、本来出力されるべきデータ0とは異なるデータdが出力される。その結果コンピュータ本体1は、手動入力装置3の指示に対応しない誤動作を生じることになる。
【0014】
このような問題を解決するために、手動入力装置3では、上記したように2個の磁電変換素子37を永久磁石44の円弧軌道の下端位置及び上端位置の近傍にそれぞれ配置して、両磁電変換素子37が差動的に電圧を出力するように接続し、同一ストロークにおける両磁電変換素子37の出力電圧の差の電圧値に対し、図11(b)に示すような関係のもとでデータを選択するように構成している。このような構成にすれば、両磁電変換素子37の出力電圧は周囲温度の変動に伴いいずれも同様に変動するので、それら出力電圧の差の値を採ることにより両者の変動が互いに相殺され、したがってデータの選択に影響を及ぼすことなく、トリガー41の移動距離に正確に対応したデータを出力することができる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
上記したアミューズメントコンピュータ用手動入力装置は、互いに非接触の磁電変換素子と永久磁石とを用いて、可動操作部の移動距離に対応したデータを出力する構成としたので、装置本体の軽量化及び操作性の向上を達成できるだけでなく、起電部及び信号送出部が、操作時の振動や外力の影響を受け難く、安定して動作できる利点がある。しかも、2個の磁電変換素子を使用したことにより、周囲温度の変動による影響を排除して、可動操作部の操作に正確に対応したデータ信号を送出して外部処理装置に指定通りの動作を行わせることができる。
【0016】
しかし、周囲温度の変動による影響を排除する手段として、比較的高価な磁電変換素子を2個使用し、なおかつそれら磁電変換素子を永久磁石の円弧軌道の下端位置及び上端位置の近傍に配置するために、信号送出部から独立した専用のプリント基板を使用したので、装置構造が複雑になり、装置の低価格化が阻害されるという課題があった。
【0017】
したがって本発明の目的は、操作部の移動距離に対応したデータを出力できる手動入力装置において、低価格化が可能で取扱いやすく、振動や温度変化による誤動作が少ない手動入力装置を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の本発明は、フレーム体に移動可能に支持された操作部と、該操作部に関連して設けられ、該フレーム体上での該操作部の移動に対応した電圧を出力する起電部と、該起電部に関連して設けられ、該起電部の出力電圧値に対応したデータ信号を外部処理装置に送出する信号送出部とを具備した手動入力装置において、前記起電部は、前記操作部が基準位置にあるときに閉成され、かつ該操作部が該基準位置から移動したときに開成される開閉手段と、該操作部の該基準位置からの移動距離に線形対応した電圧を生成する起電手段とを備え、該開閉手段と該起電手段とが、前記信号送出部に対し並列に接続され、前記信号送出部は、前記起電手段が生成した前記電圧から前記起電部の前記出力電圧値を算定する内部処理装置を備え、該内部処理装置は、前記操作部が前記基準位置から移動して前記開閉手段が開成された瞬間に前記起電手段により生成された電圧を基準電圧として設定するとともに、その後該開閉手段が開成状態にある間に該起電手段により生成された電圧と該基準電圧との差を前記起電部の前記出力電圧値として定し、た該出力電圧値に対応するデータを予め定めた関係のもとで格納データ群から選択して前記データ信号として出力すること、を特徴とする手動入力装置を提供する。
【0020】
請求項に記載の本発明は、請求項1に記載の手動入力装置において、前記起電部の前記開閉手段は、各々が前記信号送出部に個別に電気的に接続される一対の電極と、該一対の電極に対し相対移動可能に配置され、前記操作部が前記基準位置にあるときに該一対の電極を相互に短絡する短絡素子とを具備する手動入力装置を提供する。
【0021】
請求項に記載の本発明は、請求項に記載の手動入力装置において、前記一対の電極が前記フレーム体に固定的に連結され、前記短絡素子が前記操作部に固定的に連結される手動入力装置を提供する。
請求項に記載の本発明は、請求項に記載の手動入力装置において、前記信号送出部は、前記フレーム体に固定的に支持される回路基板を具備し、前記内部処理装置と前記一対の電極が該回路基板に実装されて互いに接続される手動入力装置を提供する。
【0022】
請求項に記載の本発明は、請求項3又は4に記載の手動入力装置において、前記短絡素子が感圧導電性ゴムから形成される手動入力装置を提供する。
請求項に記載の本発明は、請求項1〜のいずれか1項に記載の手動入力装置において、前記起電部の前記起電手段は、前記信号送出部に電気的に接続される磁電変換素子と、該磁電変換素子に対し相対移動可能に配置され、該磁電変換素子に該磁電変換素子からの距離に対応した電圧を生じさせる磁石とを具備する手動入力装置を提供する。
【0023】
請求項に記載の本発明は、請求項に記載の手動入力装置において、前記磁電変換素子が前記フレーム体に固定的に連結され、前記磁石が前記操作部に固定的に連結される手動入力装置を提供する。
請求項に記載の本発明は、請求項に記載の手動入力装置において、前記信号送出部は、前記フレーム体に固定的に支持される回路基板を具備し、前記内部処理装置と前記磁電変換素子が該回路基板に実装されて互いに接続される手動入力装置を提供する。
【0024】
請求項に記載の本発明は、請求項1〜8のいずれか1項に記載の手動入力装置において、前記信号送出部は、前記内部処理装置に電気的に接続され、前記データ信号を前記外部処理装置に無線で伝送する信号伝送要素をさらに具備する手動入力装置を提供する。
請求項1に記載の本発明は、請求項1〜のいずれか1項に記載の手動入力装置において、前記操作部が、前記フレーム体に移動可能に装着された少なくとも1つのトリガーを具備し、前記起電部の前記開閉手段と前記起電手段との双方が、該トリガーの各々に関連して設けられる手動入力装置を提供する。
【0025】
請求項1に記載の本発明は、請求項1に記載の手動入力装置において、前記操作部は、前記フレーム体と前記トリガーとの間に介在して該トリガーを移動起点位置に付勢するばねを具備する手動入力装置を提供する。
請求項1に記載の本発明は、請求項1に記載の手動入力装置において、前記操作部の前記基準位置が前記トリガーの前記移動起点位置に相当する手動入力装置を提供する。
【0026】
請求項1に記載の本発明は、請求項1に記載の手動入力装置において、前記操作部の前記基準位置が前記トリガーの移動終点位置に相当する手動入力装置を提供する。
請求項1に記載の本発明は、請求項1〜1のいずれか1項に記載の手動入力装置において、前記外部処理装置がディスプレイ装置を備え、前記操作部が少なくとも2つの前記トリガーを具備し、前記信号送出部は、該操作部の2つの該トリガーの各々に関連する前記起電手段から出力された2種類の出力電圧値に対応して、該ディスプレイ装置における平面座標データを選択し、該外部処理装置に座標データ信号を送出する手動入力装置を提供する。
【0027】
請求項1に記載の本発明は、請求項1〜1のいずれか1項に記載の手動入力装置において、前記外部処理装置がディスプレイ装置を備え、前記信号送出部は、該ディスプレイ装置に表示された画像の輝度を感知する受光素子をさらに備え、該受光素子の輝度信号に対応して、該ディスプレイ装置における平面座標データを選択し、該外部処理装置に座標データ信号を送出する手動入力装置を提供する。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明をその実施形態に基づき詳細に説明する。図面において、同一又は類似の構成要素には共通の参照符号を付す。
図1は、本発明の第1実施形態による手動入力装置50を縦断面図で示す。手動入力装置50は、拳銃形のフレーム体52と、フレーム体52に移動可能に支持された可動操作部54と、可動操作部54に関連して設けられ、フレーム体52上での可動操作部54の移動に対応した電圧を出力する起電部56と、起電部56に関連して設けられ、多数の格納データから起電部56の出力電圧値に対応したデータを選択して外部の処理装置(例えば図9に示すコンピュータ本体1)にデータ信号を送出する信号送出部58とを備える。フレーム体52は、オペレータが片手又は両手で握持可能なグリップ60を備え、好ましくは機械的強度に優れた樹脂材料から成形される。
【0029】
可動操作部54は、フレーム体52の内壁のグリップ60近傍に設置した軸62に一端で回動自在に支持されたトリガー64と、軸62を取り巻いてフレーム体52とトリガー64との間に配置され、トリガー64を図示の移動起点位置に付勢するねじりコイルばね66とを備える。トリガー64は移動起点位置で、その下縁のストッパ部68がグリップ60の内壁面に当接して回動が係止され、その状態で、グリップ60近傍に設けられた開口部70から外方に一部分を突出させる。
【0030】
ねじりコイルばね66は、小寸法であっても一般に圧縮コイルばねよりも容易にばね力を増加できるので、トリガー付勢手段として圧縮コイルばねを使用する場合に比べてトリガー64を移動起点位置に付勢する力が増強され、操作時の振動の影響によりトリガー64の位置が変動することを一層抑制できる効果がある。しかしこれに限定されず、他のあらゆるばねを使用することができる。
【0031】
起電部56は、可動操作部54のトリガー64が基準位置(図2(a)参照)にあるときに閉成され、かつトリガー64が基準位置から移動したとき(図2(b)参照)に開成される開閉手段72と、トリガー64の基準位置からの移動距離に線形対応した電圧を生成する起電手段74とを備える。開閉手段72と起電手段74とは、信号送出部58に対し並列に接続される(図3(a)参照)。
【0032】
起電部56の開閉手段72は、信号送出部58に個別に電気的に接続される一対の電極76と、それら電極76に対し相対移動可能に配置され、可動操作部54のトリガー64が上記基準位置にあるときに、それら電極76に接触して電極76同士を短絡する短絡素子78とを備える。図示実施形態では、一対の電極76はフレーム体52に固定的に連結され、短絡素子78はトリガー64の軸62から離れた他端に固定的に設置される。
【0033】
短絡素子78は、好ましくは感圧導電性ゴムから形成され、接着、溶着等の周知手段によりトリガー64に固着される。感圧導電性ゴムは、短絡素子78が電極76に接触したときにオペレータがトリガー64から受ける衝撃を緩和するとともに騒音を低減する効果を奏する。しかしこれに限定されず、他のあらゆる導電性材料を使用することができる。
【0034】
起電部56の起電手段74は、信号送出部58に電気的に接続される1個の磁電変換素子80と、磁電変換素子80に対し相対移動可能に配置され、磁電変換素子80からの距離に線形対応した電圧を磁電変換素子80に生じさせる永久磁石82とを備える。図示実施形態では、磁電変換素子80はフレーム体52に固定的に連結され、永久磁石82は短絡素子78の近傍でトリガー64に固定的に設置される。磁電変換素子80は例えばホール素子から形成される。永久磁石82は接着等の周知手段によりトリガー64に固着される。
【0035】
信号送出部58は、フレーム体52の銃身に相当する部分に固定的に支持されるプリント基板84と、プリント基板84に実装される内部処理装置としてのCPU86とを備える。CPU86は、その入力側に起電部56の磁電変換素子80が接続され、磁電変換素子80の出力電圧を受取るとともに、その出力電圧に対応したデータを多数の格納データから選択し、デジタルデータ信号として出力する。
【0036】
信号送出部58はさらに、CPU86の出力側に接続され、CPU86から出力されたデータ信号をコンピュータ本体1等の外部処理装置に無線で伝送する信号伝送要素としてのアンテナ88を備える。アンテナ88は、接続ケーブル39(図10)を用いて出力データ信号を送出する場合に比べて手動入力装置50の取扱いを容易にし、好ましくは図示のようにフレーム体52のグリップ60に内蔵されることにより、装置の操作性及び収納性を一層向上させることができる。しかし、アンテナ88等による無線伝送は必須ではなく、図10の構成と同様に接続ケーブルを採用できることは言うまでもない。
【0037】
接続ケーブルを排除してアンテナ88を使用する場合は、図示のようにソケット90と電池92とからなる電源94をプリント基板84に実装し、フレーム体52の銃身部分に収容することが好ましい。この場合、フレーム体52の銃身部分の上部に電池交換蓋96を設け、電池交換蓋96を開閉することにより、消耗した電池92を容易に交換できるように構成することが好都合である。
【0038】
図示実施形態では、起電部56の開閉手段72の一対の電極76及び起電手段74の磁電変換素子80は、いずれもプリント基板84に実装されてCPU86に電気的に接続される。さらにプリント基板84には、例えばフォトダイオードやフォトトランジスタ等からなり、フレーム体52の銃口部分に配置される受光素子98を実装して、CPU86に電気的に接続することができる。図3(a)は、プリント基板84上でのこれら各実装部品を含む回路を等価的に示す。なお、図中で符号80aは増幅器、符号86aは振動子(クロック)を示す。また一対の電極76は、図3(b)に示すように、各々を2枚の電極板76aで構成し、それら電極板76aを交互に並置することができる。このような構成によれば、短絡素子78が一対の電極76に斜めに接触することによる導通不良を可及的に防止できる利点がある。
【0039】
受光素子98は、フレーム体52の銃口部分をディスプレイ装置2(図9)の画面上の特定位置に向けたときに、その特定位置に表示された画像の輝度差を感知できる。この場合、CPU86は、受光素子98から輝度信号を受取り、格納された多数の平面座標データから輝度信号に対応した平面座標データを選択し、アンテナ88を介して外部処理装置に二次元的な座標データ信号を送出することができる。
【0040】
上記構成を有する手動入力装置50の操作方法を以下に説明する。
オペレータは、拳銃を操作する際と同様にして片手でグリップ60を握り、トリガー64のグリップ開口部70から突出する部分に指(例えば第2指)を掛けてトリガー64を引く。それによりトリガー64は、図1の移動起点位置から軸62の周りで図で時計方向へ回動する。それに伴い、トリガー64の後端に固着された短絡素子78及び永久磁石82が軸62を中心とする円弧軌道に沿って、図示の下端位置から図で上方へ移動する。
【0041】
トリガー64が一杯に引かれて移動終点位置に達すると、図2(a)に示すように短絡素子78が、プリント基板84上の一対の電極76に接触し、前述したように電極76同士を短絡する。本実施形態では、トリガー64の移動終点位置が可動操作部54の基準位置と規定される。このとき永久磁石82は、プリント基板84上の磁電変換素子80に接触することなく最も近接して対向し、その結果、磁電変換素子80から最大電圧が生成される。
【0042】
オペレータがトリガー64から指を離すと、トリガー64はねじりコイルばね66の付勢により基準位置から移動起点位置へ向けて図で反時計方向へ回動し、同時に短絡素子78は一対の電極76から離脱して図で下方へ移動する。トリガー64が移動起点位置に復帰すると、永久磁石82はその円弧軌道上で磁電変換素子80から最も遠隔され、その結果、磁電変換素子80から最小電圧が生成される。オペレータの指の力に応じて、トリガー64が基準位置と移動起点位置との間を自由に移動する間、磁電変換素子80は永久磁石82からの距離の増加に線形対応して減少する電圧を生成する。磁電変換素子80のこのようなアナログ出力電圧は、デジタル信号に変換されてCPU86に入力される。
【0043】
信号送出部60のCPU86は、トリガー64が基準位置に到達して短絡素子78が電極76同士を一旦短絡した後、トリガー64が基準位置から移動して短絡素子78がそれら電極76から離脱した時に、電極76から開成信号(すなわちオフ信号)を受ける。図4に一例として掲げた特性曲線に示すように、CPU86は、開成信号を受けた瞬間に磁電変換素子80により生成された電圧A(実質的最大電圧、図4(a)参照)を基準電圧V0 として設定し、基準電圧V0 から基準出力電圧値0を算定した後、この基準出力電圧値0に対応して基準データ0(図4(b)参照)を選択するべくプログラムされる。
【0044】
その後、トリガー64が基準位置(移動距離0)と移動起点位置(移動距離Max )との間で移動して一対の電極76が開成状態にある間に、永久磁石82からの距離に線形対応して磁電変換素子80により生成された電圧Vj は、CPU86に入力されて起電部56の出力電圧値Vout =Vj −V0 として算定され、CPU86において予め定められた対応関係(図4(b))に基づいて出力電圧値Vout に対応するデータが選択される。このようにして、トリガー64の基準位置からの移動距離に対応して選択されたデータが、CPU86からデータ信号として出力され、このデータ信号がアンテナ88を介して外部処理装置に送出される。例えば図4(a)、(b)に示す特性では、トリガー64が移動起点位置に復帰した時点で磁電変換素子80から最小電圧Bが生成され、CPU86で出力電圧値Vout =B−Aに対応するデータ256が選択されて、データ信号として送出されることになる。
【0045】
このような構成によれば、周囲温度の変動に伴い磁電変換素子80の出力電圧特性が変動した場合にも、オペレータがトリガー64を一杯に引いて基準位置へ置いた後、トリガー64に加える力を緩めてトリガー64を基準位置から移動起点位置へ向けて移動させることにより、CPU86が電極76から開成信号を受けて磁電変換素子80の出力電圧値を初期化することができる。つまり、特定の常温範囲で磁電変換素子80により生成される出力電圧の電圧/距離特性曲線(例えば図4(a)の実線)を基準として、CPU86では出力電圧値とデータとの関係(例えば図4(b))が予め設定されるが、常温範囲を逸脱する温度で磁電変換素子80の出力電圧特性が変動して異なる電圧/距離特性曲線(例えば図4(a)の鎖線)を示すようになった場合にも、初期化作業によって電圧変動量を排除し、変動した電圧/距離特性曲線を本来の電圧/距離特性曲線に同化させることにより、予め設定された出力電圧値/データの関係をそのまま使用することができるのである。
【0046】
CPU86における出力電圧値の初期化手順を、図5に示すフローチャートを参照してさらに詳細に説明する。ステップP1では、トリガー64が基準位置にあるときの磁電変換素子80による電圧Vi =V0 が記憶されている。ステップP2で、開閉手段72からの開成信号を受けたか否かが判断され、開成信号を受けていないときはステップP3で、永久磁石82からの距離に線形対応して磁電変換素子80により生成された電圧Vj が測定され、さらにステップP4で、出力電圧値Vout =Vj −Vi が算定される。算定された出力電圧値Vout はデータ選択に使用される。
【0047】
ステップP2で開成信号を受けたと判断されたときは、ステップP5で、開成信号を受けた瞬間の磁電変換素子80による電圧Vn が測定され、さらにステップP6で、トリガー64が基準位置にあるときの磁電変換素子80による電圧Vi をVi =Vn と設定し、記憶する。そしてステップP3で、永久磁石82からの距離に線形対応して磁電変換素子80により生成された電圧Vj が測定され、さらにステップP4で、出力電圧値Vout =Vj −Vi =Vj −Vn が算定される。ステップP4の次はステップP2に戻り、開閉手段72からの開成信号を受けたか否かの判断が繰り返される。
【0048】
このようにして、周囲温度の変動により基準電圧V0 がVn に変動した場合にも、CPU86は開成信号を受けた後、次の開成信号を受けるまでの間、変動した電圧/距離特性曲線に基づいて磁電変換素子80により生成された電圧Vj から、変動量を含む基準電圧Vn を減ずることにより、電圧変動量を相殺した出力電圧値Vout を算定できる。そして周囲温度の変動が無い場合と同様に、特定の常温範囲で予め設定された関係に基づいて、出力電圧値Vout に対応するデータを選択することができる。その結果、周囲温度の変動の影響を受けることなく、トリガー64の基準位置からの移動距離に正確に対応したデータを出力することができる。
【0049】
このように手動入力装置50は、周囲温度の変動のもとでもCPU86におけるデータの選択が影響されることなく、トリガー64の移動距離に正確に対応したデータ信号を送出することができる。その結果、コンピュータ本体1等の外部処理装置は、手動入力装置50の指示に正確に対応して動作することになる。しかも、比較的高価な磁電変換素子80を1個だけ使用すれば良く、周囲温度変動の影響を排除する手段としては安価な電極76及び短絡素子78を追加しただけであり、1枚のプリント基板84に磁電変換素子80及び電極76とCPU86とを集約して設置できるので、手動入力装置50の構造の簡略化及び低価格化が可能となる。したがって本実施形態によれば、低価格化が可能で振動や温度変化による誤動作が少ない手動入力装置50が実現される。
【0050】
なお、手動入力装置50は、起電部56の出力電圧初期化のためにオペレータが一旦トリガー64を一杯に引いて基準位置へ置くという、対象とするゲーム等の操作とは無関係のトリガー操作をオペレータに強要する点で、若干不都合を感じさせるかもしれない。そこで、前回の初期化時から装置操作中に所定の時間が経過したときには、開閉手段72からの開成信号を受取らなくても初期化を行うよう、CPU86をプログラムすることがさらに好都合である。
【0051】
また、手動入力装置50では、トリガー64の移動距離に対応して送出されるデータ信号は、例えばゲームにおける光線銃のビーム量や自動車の速度等の一次元的パラメータに関するものとなる。他方、手動入力装置50は前述した受光素子98を備えることにより、例えば図6に示すように、フレーム体52の銃口部分をディスプレイ装置2の画面上の特定位置に向けたときに、受光素子98がその特定位置に表示された画像の輝度差を感知し、CPU86が受光素子98から受取った輝度信号に対応した平面座標データを選択して、コンピュータ本体1に二次元的な座標データ信号を送出することができる。この場合、手動入力装置50は、ポインティングデバイスとしての機能も有することになる。
【0052】
図6の例では、手動入力装置50はディスプレイ装置2の画面に表示されたターゲットマークMを周囲画像との輝度差によって感知し、画面上でのターゲットマークMの位置に対応する座標データ信号がコンピュータ本体1に送出される。ターゲットマークMが目標物Tに重なっていると判断された場合には、トリガー64の移動距離すなわち光線銃のビーム量に対応して、目標物Tが様々な変化を生じる。また、手動入力装置50の銃口部分を向けた位置に、ターゲットマークMを移動、設定するようにプログラムすることもできる。
【0053】
図7は、本発明の第2実施形態による手動入力装置100を縦断面図で示す。手動入力装置100は、可動操作部54のトリガー64の形状、並びに起電部56の開閉手段72及び起電手段74の配置を除いて、第1実施形態による手動入力装置50と本質的に同一の構成を有する。重複を避けるために、同一構成部分に関する説明は省略する。
【0054】
手動入力装置100の可動操作部54は、フレーム体52の内壁のグリップ60近傍に設置した軸62に一端で回動自在に支持されたトリガー64と、軸62を取り巻いてフレーム体52とトリガー64との間に配置され、トリガー64を図示の移動起点位置に付勢するねじりコイルばね66とを備える。トリガー64は移動起点位置で、その下縁のストッパ部68がグリップ60の内壁面に当接して回動が係止される。
【0055】
トリガー64は、フレーム体52の内部で、銃身部分に固定されたプリント基板84に設けた貫通穴85を通って、上方及び後方へ延びる延長部分65を備える。起電部56の開閉手段72の短絡素子78及び起電手段74の永久磁石82は、トリガー64の延長部分65の後端下面にそれぞれ固着され、プリント基板84の上面に対向可能に配置される。プリント基板84の上面には、短絡素子78及び永久磁石82にそれぞれ対向可能な位置に、開閉手段72の一対の電極76及び起電手段74の磁電変換素子80が実装される。
【0056】
手動入力装置100では、不使用時すなわちトリガー64が移動起点位置にあるときに、図7に示すようにトリガー64の延長部分65の後端に固着された短絡素子78が、プリント基板84上の一対の電極76に接触して電極76同士を短絡する。したがって第2実施形態では、トリガー64の移動起点位置が可動操作部54の基準位置と規定される。このとき、延長部分65に固着された永久磁石82は、プリント基板84上の磁電変換素子80に接触することなく最も近接して対向し、その結果、磁電変換素子80から最大電圧が生成される。
【0057】
オペレータが指でトリガー64を引くと、トリガー64は図7の移動起点位置すなわち基準位置から軸62の周りで図で時計方向へ回動し、同時に短絡素子78は一対の電極76から離脱して、短絡素子78及び永久磁石82が軸62を中心とする円弧軌道に沿って、図示の下端位置から図で上方へ移動する。トリガー64が一杯に引かれて移動終点位置に達すると、永久磁石82はその円弧軌道上で磁電変換素子80から最も遠隔され、その結果、磁電変換素子80から最小電圧が生成される。
【0058】
その後、オペレータがトリガー64から指を離すと、トリガー64はねじりコイルばね66の付勢により移動終点位置から基準位置へ向けて図で反時計方向へ回動する。オペレータの指の力に応じて、トリガー64が基準位置と移動終点位置との間を自由に移動する間、磁電変換素子80は永久磁石82からの距離の増加に線形対応して減少する電圧を生成する。磁電変換素子80のこのようなアナログ出力電圧は、デジタル信号に変換されてCPU86に入力される。
【0059】
信号送出部60のCPU86は、第1実施形態の手動入力装置50におけるCPU86と同様に、トリガー64が基準位置から移動して短絡素子78が一対の電極76から離脱した時に、電極76から開成信号(すなわちオフ信号)を受ける。CPU86は、開成信号を受けた瞬間に磁電変換素子80により生成された電圧A(図4(a))を基準電圧V0 として設定し、基準電圧V0 から基準出力電圧値0を算定した後、この基準出力電圧値0に対応して基準データ0(図4(b))を選択するべくプログラムされる。
【0060】
その後、トリガー64が基準位置(移動距離0)と移動終点位置(移動距離Max )との間で移動して一対の電極76が開成状態にある間に、永久磁石82からの距離に線形対応して磁電変換素子80により生成された電圧Vj は、CPU86に入力されて起電部56の出力電圧値Vout =Vj −V0 として算定され、CPU86において予め定められた対応関係(図4(b))に基づいて出力電圧値Vout に対応するデータが選択される。このようにして、トリガー64の基準位置からの移動距離に対応して選択されたデータが、CPU86からデータ信号として出力され、このデータ信号がアンテナ88を介して外部処理装置に送出される。
【0061】
このような構成によれば、周囲温度の変動に伴い磁電変換素子80の出力電圧特性が変動した場合にも、オペレータが手動入力装置100の操作を開始すること、つまり指でトリガー64を引いて基準位置から移動終点位置へ向けて移動させることにより、CPU86が電極76から開成信号を受けて、手動入力装置50において説明した手順と同一の手順で磁電変換素子80の出力電圧値を初期化することができる。しかも手動入力装置100では、トリガー64の移動起点位置が可動操作部54の基準位置に相当する構成となっており、手動入力装置50におけるように、起電部56の出力電圧初期化のためにオペレータが一旦トリガー64を一杯に引いて基準位置へ置くという、対象とするゲーム等の操作とは無関係のトリガー操作をオペレータに強要することがない点で、極めて好都合である。
【0062】
図8は、本発明の第3実施形態による手動入力装置110を分解斜視図で示す。手動入力装置110は、オペレータが握持可能な2個のグリップ112を有した拳銃形のフレーム体114と、フレーム体114に移動可能に支持された2個の可動操作部116と、各可動操作部116に関連して設けられ、フレーム体114上での可動操作部116の移動に対応した電圧を出力する2個の起電部118と、各起電部118に関連して設けられ、多数の格納データから起電部118の出力電圧値に対応したデータを選択して外部の処理装置(例えば図6に示すコンピュータ本体1)にデータ信号を送出する信号送出部120とを備える。
【0063】
各可動操作部116は、フレーム体114の内壁のグリップ112近傍に設置した軸122に一端で回動自在に支持されたトリガー124と、軸112を取り巻いてフレーム体114とトリガー124との間に配置され、トリガー124を移動起点位置に付勢するねじりコイルばね126とを備える。トリガー124は移動起点位置で、その下縁のストッパ部128がグリップ112の内壁面に当接して回動が係止され、その状態で、グリップ112近傍に設けられた開口部から外方に一部分を突出させる。
【0064】
各起電部118は、各トリガー124が移動起点位置すなわち基準位置にあるときに閉成され、かつトリガー124が基準位置から移動したときに開成される開閉手段130と、トリガー124の基準位置からの移動距離に線形対応した電圧を生成する起電手段132とを備える。開閉手段130と起電手段132とは、信号送出部120に対し並列に接続される。
【0065】
信号送出部120は、フレーム体114の銃身に相当する部分に固定的に支持されるプリント基板134と、プリント基板134に実装される内部処理装置としてのCPU136とを備える。各トリガー124は、フレーム体114の内部で、プリント基板134に設けた2個の貫通穴135の各々を通って、上方及び後方へ延びる延長部分125を備える。
【0066】
各起電部118の開閉手段130は、信号送出部120のCPU136に個別に電気的に接続される一対の電極138と、それら電極138に対し相対移動可能に配置され、トリガー124が上記基準位置にあるときに、それら電極138に接触して電極138同士を短絡する短絡素子140とを備える。短絡素子140は好ましくは導電性ゴムから形成される。
【0067】
各起電部118の起電手段132は、信号送出部120のCPU136に電気的に接続される1個の磁電変換素子142と、磁電変換素子142に対し相対移動可能に配置され、磁電変換素子142からの距離に線形対応した電圧を磁電変換素子142に生じさせる永久磁石144とを備える。磁電変換素子142は例えばホール素子から形成される。
【0068】
各開閉手段130の短絡素子140及び各起電手段132の永久磁石144は、各トリガー124の延長部分125の後端下面にそれぞれ固着され、プリント基板134の上面に対向可能に配置される。プリント基板134の上面には、各短絡素子140及び各永久磁石144にそれぞれ対向可能な位置に、各開閉手段130の一対の電極138及び各起電手段132の磁電変換素子142が実装される。CPU136はプリント基板134上で、その入力側に磁電変換素子142が接続され、磁電変換素子142の出力電圧を受取るとともに、その出力電圧に対応したデータを多数の格納データから選択し、デジタルデータ信号として出力する。
【0069】
このように手動入力装置110の各可動操作部116及び各起電部118は、第2実施形態による手動入力装置100の可動操作部54及び起電部56と実質的同一の構成を有する。しかし手動入力装置110では、第1実施形態による手動入力装置50の可動操作部54及び起電部56と実質的同一の構成、すなわちプリント基板134の下面に一対の電極138及び磁電変換素子142を実装し、トリガー64の移動終点位置を可動操作部54の基準位置と規定する構成を採用することもできる。
【0070】
信号送出部120はさらに、CPU136の出力側に接続され、CPU136から出力されたデータ信号をコンピュータ本体1(図6)等の外部処理装置に無線で伝送する信号伝送要素としての赤外線発生器146を備える。赤外線発生器146は、プリント基板134に実装されてフレーム体114の銃口部分に配設され、銃口部分に設けた窓115を通して、赤外線に変換したデータ信号を送出する。プリント基板134にはさらに、ソケット148と電池150とからなる電源152が実装される。このような構成によれば、前述したアンテナ88を採用する場合と同様に、手動入力装置110の操作性及び収納性を向上させることができる。しかし、赤外線発生器146の代わりに、アンテナ88や接続ケーブル39(図10)を採用できることは言うまでもない。
【0071】
手動入力装置110では、第2実施形態による手動入力装置100と同様に、不使用時すなわち各トリガー124が移動起点位置にあるときに、各トリガー124の延長部分125の後端に固着された短絡素子140が、プリント基板134上の対応の一対の電極138に接触して電極138同士を短絡する。したがって第3実施形態では、トリガー124の移動起点位置が可動操作部116の基準位置と規定される。このとき、各延長部分125に固着された永久磁石144は、プリント基板134上の対応の磁電変換素子142に接触することなく最も近接して対向し、その結果、当該磁電変換素子142から最大電圧が生成される。
【0072】
オペレータが指で所望のトリガー124を引くと、当該トリガー124は図8の移動起点位置すなわち基準位置から軸122の周りで回動し、同時に短絡素子140は一対の電極138から離脱して、短絡素子140及び永久磁石144が軸122を中心とする円弧軌道に沿って下端位置から上方へ移動する。トリガー124が一杯に引かれて移動終点位置に達すると、永久磁石144はその円弧軌道上で磁電変換素子142から最も遠隔され、その結果、磁電変換素子142から最小電圧が生成される。
【0073】
その後、オペレータが当該トリガー124から指を離すと、トリガー124はねじりコイルばね126の付勢により移動終点位置から基準位置へ向けて回動する。オペレータの指の力に応じて、トリガー124が基準位置と移動終点位置との間を自由に移動する間、磁電変換素子142は永久磁石144からの距離の増加に線形対応して減少する電圧を生成する。磁電変換素子142のこのようなアナログ出力電圧は、デジタル信号に変換されてCPU136に入力される。
【0074】
CPU136は、第1及び第2実施形態の手動入力装置50、100におけるCPU86と同様に、トリガー124が基準位置から移動して短絡素子140が一対の電極138から離脱した時に、電極138から開成信号(すなわちオフ信号)を受ける。CPU136は、CPU86と同様に、開成信号を受けた瞬間に磁電変換素子142により生成された電圧を基準電圧V0 として設定し、基準電圧から基準出力電圧値を算定した後、この基準出力電圧値に対応して基準データを選択するべくプログラムされる。
【0075】
その後、トリガー124が基準位置(移動距離0)と移動終点位置(移動距離Max )との間で移動して一対の電極138が開成状態にある間に、永久磁石144からの距離に線形対応して磁電変換素子142により生成された電圧Vj は、CPU136に入力されて起電部118の出力電圧値Vout =Vj −V0 として算定され、CPU136において予め定められた対応関係に基づいて出力電圧値Vout に対応するデータが選択される。このようにして、トリガー124の基準位置からの移動距離に対応して選択されたデータが、CPU136からデータ信号として出力され、このデータ信号が赤外線発生器146を介して外部処理装置に送出される。
【0076】
手動入力装置110は、2個の可動操作部116とそれら各々に関連する2個の起電部とを設けたので、例えば左側のトリガー124の移動に対応するCPU136からの出力データ信号をX座標信号、右側のトリガー124の移動に対応するCPU136からの出力データ信号をY座標信号とすることにより、情報処理装置等において広く利用されているポインティングデバイスと同様に二次元座標データの入力装置として使用することができる。この場合、オペレータが各トリガー124の位置を選択操作することにより、通常のポインティングデバイスとは異なり、画面上の所望座標位置にカーソルやキャラクタを瞬時に移動させることができる。
【0077】
或いはまた、例えばゲームにおける光線銃のビーム量と自動車の速度との双方といった、2種類の一次元的パラメータに関するデータ信号を所望時又は同時に信号送出部120から外部処理装置へ送出することもできる。この場合は、前述した受光素子98をフレーム体114の窓115近傍に配置して、受光素子98からの輝度信号に基づいて二次元的な座標データ信号を送出する構成とすることができる。
【0078】
手動入力装置110においても、手動入力装置50、100と同様に、周囲温度の変動に伴い各磁電変換素子142の出力電圧特性が変動した場合、オペレータが指で各トリガー124を引いて基準位置から移動終点位置へ向けて移動させることにより、CPU136が電極138から開成信号を受けて、手動入力装置50において説明した手順と同一の手順で各磁電変換素子142の出力電圧値を初期化することができる。しかも手動入力装置110では、手動入力装置100と同様に、出力電圧初期化のためにオペレータが一旦トリガー124を一杯に引いて基準位置へ置くという、対象とするゲーム等の操作とは無関係のトリガー操作をオペレータに強要することがない点で、極めて好都合である。
【0079】
以上、本発明をその好適な実施形態に関連して説明したが、本発明はこれら実施形態の構成に限定されるものではなく、以下のような様々な変形形態を提供できる。例えば起電部の開閉手段は、一対の電極と短絡素子との組合せに限らず、トリガーが基準位置にあるときに閉成されかつ基準位置から移動したときに開成される様々な形式のスイッチを採用できる。起電部の起電手段は、磁電変換素子の相手方素子として永久磁石の代わりに電磁石を採用できる。また、磁電変換素子と磁石との組合せ以外にも、トリガーの基準位置からの移動距離に線形対応した電圧を生成するものであれば、例えば光電式エンコーダ等の様々な起電手段を採用できる。さらに、一対の電極及び磁電変換素子を可動側であるトリガーに設置し、それらの相手方素子である短絡素子及び永久磁石をフレーム体に固定的に設置することもできる。また操作部には、図示の回動式トリガーに限らず、直動式トリガーを採用することができる。
【0080】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、低価格化が可能で取扱いやすく、振動や温度変化による誤動作が少ない手動入力装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態による手動入力装置の縦断面図である。
【図2】図1の手動入力装置における開閉手段及び起電手段を示す部分拡大縦断面図で、(a)開閉手段が閉成された状態、及び(b)開閉手段が開成された状態を示す。
【図3】図1の手動入力装置におけるプリント基板の、(a)等価回路図、及び(b)電極平面図である。
【図4】図1の手動入力装置の特性曲線を示す図で、(a)起電手段の生成電圧/移動距離の関係、及び(b)CPUのデータ/出力電圧値の関係を示す図である。
【図5】図1の手動入力装置の初期化フローチャートである。
【図6】図1の手動入力装置の適用例を示す図である。
【図7】本発明の第2実施形態による手動入力装置の縦断面図である。
【図8】本発明の第3実施形態による手動入力装置の分解斜視図である。
【図9】一般的なアミューズメントコンピュータの構成を示す図である。
【図10】従来の手動入力装置の一例を示す縦断面図である。
【図11】手動入力装置の出力信号を示す図で、(a)生成電圧/ストロークの関係、及び(b)データ/電圧の関係を示す図である。
【符号の説明】
50、100、110…手動入力装置
52、114…フレーム体
54、116…可動操作部
56、118…起電部
58、120…信号送出部
60、112…グリップ
64、124…トリガー
66、126…ねじりコイルばね
72、130…開閉手段
74、132…起電手段
76、138…電極
78、140…短絡素子
80、142…磁電変換素子
82、144…永久磁石
84、134…プリント基板
86、136…CPU
94、152…電源
98…受光素子

Claims (15)

  1. フレーム体に移動可能に支持された操作部と、該操作部に関連して設けられ、該フレーム体上での該操作部の移動に対応した電圧を出力する起電部と、該起電部に関連して設けられ、該起電部の出力電圧値に対応したデータ信号を外部処理装置に送出する信号送出部とを具備した手動入力装置において、
    前記起電部は、前記操作部が基準位置にあるときに閉成され、かつ該操作部が該基準位置から移動したときに開成される開閉手段と、該操作部の該基準位置からの移動距離に線形対応した電圧を生成する起電手段とを備え、該開閉手段と該起電手段とが、前記信号送出部に対し並列に接続され、
    前記信号送出部は、前記起電手段が生成した前記電圧から前記起電部の前記出力電圧値を算定する内部処理装置を備え、該内部処理装置は、前記操作部が前記基準位置から移動して前記開閉手段が開成された瞬間に前記起電手段により生成された電圧を基準電圧として設定するとともに、その後該開閉手段が開成状態にある間に該起電手段により生成された電圧と該基準電圧との差を前記起電部の前記出力電圧値として定し、た該出力電圧値に対応するデータを予め定めた関係のもとで格納データ群から選択して前記データ信号として出力すること、
    を特徴とする手動入力装置。
  2. 前記起電部の前記開閉手段は、各々が前記信号送出部に個別に電気的に接続される一対の電極と、該一対の電極に対し相対移動可能に配置され、前記操作部が前記基準位置にあるときに該一対の電極を相互に短絡する短絡素子とを具備する請求項1に記載の手動入力装置。
  3. 前記一対の電極が前記フレーム体に固定的に連結され、前記短絡素子が前記操作部に固定的に連結される請求項2に記載の手動入力装置。
  4. 前記信号送出部は、前記フレーム体に固定的に支持される回路基板を具備し、前記内部処理装置と前記一対の電極とが該回路基板に実装されて互いに接続される請求項3に記載の手動入力装置。
  5. 前記短絡素子が感圧導電性ゴムから形成される請求項3又は4に記載の手動入力装置。
  6. 前記起電部の前記起電手段は、前記信号送出部に電気的に接続される磁電変換素子と、該磁電変換素子に対し相対移動可能に配置され、該磁電変換素子に該磁電変換素子からの距離に対応した電圧を生じさせる磁石とを具備する請求項〜5のいずれか1項に記載の手動入力装置。
  7. 前記磁電変換素子が前記フレーム体に固定的に連結され、前記磁石が前記操作部に固定的に連結される請求項6に記載の手動入力装置。
  8. 前記信号送出部は、前記フレーム体に固定的に支持される回路基板を具備し、前記内部処理装置と前記磁電変換素子とが該回路基板に実装されて互いに接続される請求項7に記載の手動入力装置。
  9. 前記信号送出部は、前記内部処理装置に電気的に接続され、前記データ信号を前記外部処理装置に無線で伝送する信号伝送要素をさらに具備する請求項1〜のいずれか1項に記載の手動入力装置。
  10. 前記操作部が、前記フレーム体に移動可能に装着された少なくとも1つのトリガーを具備し、前記起電部の前記開閉手段と前記起電手段との双方が、該トリガーの各々に関連して設けられる請求項1〜のいずれか1項に記載の手動入力装置。
  11. 前記操作部は、前記フレーム体と前記トリガーとの間に介在して該トリガーを移動起点位置に付勢するばねを具備する請求項10に記載の手動入力装置。
  12. 前記操作部の前記基準位置が前記トリガーの前記移動起点位置に相当する請求項11に記載の手動入力装置。
  13. 前記操作部の前記基準位置が前記トリガーの移点位置に相当する請求項11に記載の手動入力装置。
  14. 前記外部処理装置がディスプレイ装置を備え、前記操作部が少なく とも2つの前記トリガーを具備し、前記信号送出部は、該操作部の2つの該トリガーの各々に関連する前記起電手段から出力された2種類の出力電圧値に対応して、該ディスプレイ装置における平面座標データを選択し、該外部処理装置に座標データ信号を送出する請求項10〜13のいずれか1項に記載の手動入力装置。
  15. 前記外部処理装置がディスプレイ装置を備え、前記信号送出部は、該ディスプレイ装置に表示された画像の輝度を感知する受光素子をさらに備え、該受光素子の輝度信号に対応して、該ディスプレイ装置における平面座標データを選択し、該外部処理装置に座標データ信号を送出する請求項1〜13のいずれか1項に記載の手動入力装置。
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