JP4013904B2 - 座標入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置やスクリーンに映し出される画像や映像等を操作することに用いられる座標入力装置に関する。

ＣＲＴディスプレイ等の表示装置やスクリーン等の表示画面上のカーソルを所望の座標やメニューまで移動させて、その座標やメニューを入力したり、表示画面上の画像や映像を所定の位置まで移動させたりするために、座標入力装置が用いられている。

この座標入力装置の従来の内部構造例を示した平面図が図６である。筐体６１の内部には、ボール形状の被回転球体６２が回転自在に配置され、この被回転球体６２に接するように回転体６４、６６、ローラ６７が設けられており、回転体６４、６６、ローラ６７の３点により被回転球体６２は配置位置に安定に支持されている。

回転体６４と回転体６６は、互いに直交するように配置されており、回転体６４にはエンコーダ等のセンサ６３が、回転体６６にもエンコーダ等のセンサ６５が取り付けられている。

したがって、被回転球体６２を手動操作により任意方向に回転させると、この回転に連動して回転体６４、６５が回転し、回転体６４、６５の回転量がセンサ６３、６５によって検出され、各センサからパルス信号として取り出される。そして、一方のセンサから出力されたパルス信号をＸ座標成分として、他方のセンサから出力されたパルス信号をＹ座標成分として図示しない表示装置等に入力するようになっている。

この従来の座標入力装置における被回転球体６２の動きの状態を示すのが、図７である。
図７のＡの方向から力を加えられたときは、被回転球体６２と回転体６４がＡ’のように回転することでＡの方向の力が被回転球体６２の回転に変換され、被回転球体６２の支持位置は安定している。

次に、Ｂの方向から力を加えられたときは、被回転球体６２と回転体６６がＢ’のように回転することでＢの方向の力が被回転球体６２の回転に変換され、被回転球体６２の支持位置は安定している。

また、Ｃの方向から力を加えられたときは、被回転球体６２と回転体６４と回転体６６がＡ’、Ｂ’のように回転することでＣの方向の力が被回転球体６２の回転に変換され、被回転球体６２の支持位置は安定している。

一方、Ｄの方向から力を加えられたときは、被回転球体６２とローラ６７がＤ’のように回転することでＤの方向の力が被回転球体６２の回転に変換され、被回転球体６２の支持位置は安定している。

実用新案登録第２５５８５９７号公報 実公平８−９７８９号公報

しかし、上記従来の座標入力装置では、図８に示すようにＥの方向や、Ｆの方向から力が加えられた場合には、ローラ６７が回転しないので被回転球体６２も回転せず、Ｅ、Ｆの方向から加えられた力がどこへも逃げられないため、被回転球体６２が通常の支持位置から移動してＥ’やＦ’のようにローラ６７に乗り上げてしまう。

特に、図９に示すように、被回転球体部分が大きく、ユーザが手のひらで操作するような座標入力装置の場合は、被回転球体を横方向から押す操作が生じやすく、横方向から押された場合には、被回転球体がローラに乗り上げて図の破線で示す位置に被回転球体が移動し、操作時に被回転球体が上下にガタガタと振動して操作に支障をきたしていた。

最近では、美術館やテーマパーク等で画像や映像を操作する手段として大型の座標入力装置が用いられてきているので、上記のような現象が多くなってきている。

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、被回転球体部分を手のひらで押す等の横方向の力が加えられても、被回転球体が上下にガタガタと振動して操作に支障をきたすことなく、スムーズな操作性を有する座標入力装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、回転自在に配置された被回転球体と、前記被回転球体の回転に連動して回転し互いに直交するように配置された一対の回転体と、前記回転体に取り付けられ前記回転体の回転角度を検出する回転角検出部と、前記被回転球体と接して支持する固定部とを備えた座標入力装置において、前記各回転体と対向する位置に前記被回転球体を支持する支持部を配置するとともに、前記被回転球体が前記一対の回転体と固定部とで定常的に支持されている状態で、前記支持部と前記被回転球体との間に間隙を設けていることを特徴とする座標入力装置である。

また、請求項２記載の発明は、前記支持部において、前記被回転球体を支持する部位は球形状となっていることを特徴とする請求項１記載の座標入力装置である。

また、請求項３記載の発明は、前記支持部は、弾性体で構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項２記載の座標入力装置である。

また、請求項４記載の発明は、前記支持部において、前記被回転球体を支持する部位はローラで構成されていることを特徴とする請求項１記載の座標入力装置である。

本発明によれば、座標入力装置に設置された支持部によって、定常的に支持されている状態の支持位置からの移動を防ぐとともに、定常的に支持されている状態では支持部と被回転球体との間に間隙を設けているので、３点支持により安定的に固定される。

また、支持部と被回転球体との接触する部分は、どちらも球形状であるため滑らかに接触することができ、接触時のガタツキや摩擦を軽減することができる。

また、支持部が弾性体で構成されているので、被回転球体が支持部と接触するときに発生する衝撃を吸収し、元の支持位置戻す動作を滑らかに行うことができる。

また、支持部がローラで構成されているので、支持部が回転することで被回転球体も回転し、被回転球体に加えられた横方向からの力を被回転球体の回転に変換することができる。これにより、被回転球体の上下振動は発生しない。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明による座標入力装置の内部構造の一例を示す平面図であり、図２は側面図である。

図１、図２に示すように、座標入力装置は、筐体１をハウジングとして、回転自在に設置された被回転球体２、回転体４、回転体６、回転角検出部３、回転角検出部５、固定部７、支持部８、支持部９を備えている。回転体４と回転体６と固定部７とは、被回転球体２に接触するように配置されており、被回転球体２はこの回転体４、６と固定部７の３点により安定的に支持されている。

回転体４と回転体６とは、互いの軸線方向を直交させた位置関係で配設されおり、回転体４には回転角検出部３が、回転体６には回転角検出部５が取り付けられている。回転角検出部３、５は、光学式エンコーダ等のセンサで構成されており、回転体４と回転体６の回転量を検出する。また、固定部７は、ローラのように回転可能なもので構成されており、被回転球体２の回転に連動して回転するようになっている。

被回転球体２が手動により回転させられると、回転体４、６が回転し、この回転量に比例した数のパルス信号が回転角検出部から検出することができるので、一方の回転角検出部からのパルス信号をＸ方向座標成分とし、他方をＹ方向座標成分として出力することで、被回転球体２の回転方向と回転量を読み取ることができる。

従来の座標入力装置と異なる構成として、支持部８、９が設けられている。支持部８は、回転体６と被回転球体２とが接する点の接線と直交する軸線上にほぼあって、被回転球体２を挟んで回転体６と対向する位置に、また、支持部９も同様に、回転体４と被回転球体２とが接する点の接線と直交する軸線上にほぼあって、被回転球体２を挟んで回転体４と対向する位置に配置されている。

支持部８及び支持部９は、図２に示すように球状体１１とバネ等の弾性体１２で構成されている。また、被回転球体２が回転体４、６と固定部７の３点により安定的に支持されている定常的な状態では、球状体１１と被回転球体２との間は当接しておらず、１ｍｍ程度の間隙が設けられている。

この状態で、被回転球体２に図８に示すＥ方向やＦ方向の横側からの力が加えられたときには、被回転球体２が定常的な支持位置からわずかに移動したときに支持部８又は支持部９に当たり、その後さらに移動することを止めることができるので固定部７に被回転球体２が乗り上げることを防止できる。このときの被回転球体２の定常的な支持位置からの移動量は、微量なので操作者にとっては気にならない。

また、通常使用状態では、支持部８、９の球状体１１は、被回転球体２に接触していないので、球状体１１と被回転球体２との間に摩擦は発生せず、被回転球体２をスムーズに操作できるとともに、被回転球体２が回転体４、６と固定部７の３点により支持されているので安定的に固定されている。例えば、被回転球体２が回転体４、６と支持部８、９の４点で支持される場合には、ぐらつきが生じたりして安定的に支持できなくなるので、３点支持することが最も良い状態である。

一方、支持部８、９の先端は球状体１１で構成されているので、支持部と被回転球体とがどちらも球状となり、どの部分で接触しても滑らかに接することができ、接触時のガタツキや摩耗を軽減することができる。

さらに、支持部８、９の球状体１１を支持する部分が弾性体１２で構成されているので、球状体１１と被回転球体２との接触時に発生する衝撃を吸収し、元の通常使用位置に戻す動作をスムーズに行うことができる。

図３、図４は支持部にローラを用いた実施例を示している。図３は本実施例にかかる平面図であり、図４は側面図である。

図１、図２と同じ符号を付した部分は、構成や機能が同じものであるので、説明を省略する。図１、図２と異なるのは、支持部１８、支持部１９の特に先端部分にローラが実装されていることである。

支持部１８のローラ部分は、回転体６と被回転球体２とが接する点の接線と直交する軸線上にほぼあって、被回転球体２を挟んで回転体６と対向する位置に、また、支持部１９のローラ部分も同様に、回転体４と被回転球体２とが接する点の接線と直交する軸線上にほぼあって、被回転球体２を挟んで回転体４と対向する位置に配置されている。

また、被回転球体２が回転体４、６と固定部７の３点により安定的に支持されている定常的な状態では、図４に示すように、支持部１８、１９のローラ部分と被回転球体２との間は当接しておらず、１ｍｍ程度の間隙が設けられている。

これは、上述したように、通常使用時、被回転球体２が回転体４、６と固定部７の３点により支持されている状態が、最も安定的な状態であり、例えば、被回転球体２が回転体４、６と支持部１８、１９の４点で支持されると、ぐらつきが生じたりして安定的に支持できなくなるからである。

上記のように構成された状態で、図８に示すＥ方向やＦ方向の横側からの力が加えられると、被回転球体２が定常的な支持位置からわずかに移動したときに支持部１８又は支持部１９に当たり、支持部１８、１９に実装されたローラと被回転球体２とが回転するので、Ｅ方向やＦ方向の横側からの力は被回転球体２の回転に変換され、固定部７に被回転球体２が乗り上げることを防止することができ、配置位置に安定して維持することができる。

ところで、被回転球体２が横方向からの力を受けて定常的な支持位置から移動した場合、固定部７に乗り上げるので、支持部１８、１９のローラ部分が回転体４、回転体６、固定部７のローラ部分よりも低い位置に設けられていると、被回転球体２に接触せずに効果を発揮できない。

また、支持部１８、１９のローラ部分を被回転球体２の中心の高さで接触するように配置すると、Ｘ軸、Ｙ軸方向以外の向きに被回転球体２を回転させたときに、支持部１８、１９のローラ部分が回転しない。さらに、支持部１８、１９のローラ部分を被回転球体２の中心よりも高い位置で接触するように配置すると、被回転球体２の上方に支持部１８、１９が位置することになって、被回転球体２の操作できる範囲が狭くなり、操作性が悪くなる。

したがって、ローラで構成された支持部１８、１９の場合は、効果を有効に発揮させるために、上下方向の取り付け位置を以下のように行う。

回転体４、回転体６、固定部７、支持部１８、１９の各回転部分（ローラ部）と被回転球体２とが接触する位置を、同じ高さになるように取り付ける。図５は、このように取り付けた状態を示したものであり、側面図なので、支持部１８、回転体６、固定部７は図示していないが、図５のＨで示したラインのように被回転球体２の中心よりも下方にあって、回転体４、回転体６、固定部７、支持部１８、１９の各回転部分の回転軸が同じ高さになるように取り付けられている。

なお、支持部１８、１９にローラを用いる場合には、固定部７にローラを用いる必要がなく、例えば、被回転球体２との接触による摩擦を軽減するために先端を摩擦の少ない素材からなる球状体で構成した固定部を用いても良い。

以上説明した本発明の座標入力装置構成を用いると、図９に示すような大型の座標入力装置を設計することができ、美術館やテーマパーク等の大型施設で用いる場合に、被回転球体の回転量と画像や映像の移動量をほぼ同等に設定することができ、直感的な操作を行えるという利点もある。

本発明の座標入力装置の一例を示す平面図である。 本発明の座標入力装置の一例を示す側面図である。 本発明の座標入力装置において支持部にローラを用いた場合の平面図である。 本発明の座標入力装置において支持部にローラを用いた場合の側面図である。 支持部と他の支持体との位置関係を示す側面図である。 従来の座標入力装置を示す平面図である。 被回転球体に作用する力とその力に応じた各構成部の回転状態を示す図である。 従来の座標入力装置で問題となっていた被回転球体に作用する力の方向を示す図である。 大型の座標入力装置と手による操作の状態を示す図である。

符号の説明

１ 筐体
２ 被回転球体
３ 回転角検出部
４ 回転体
５ 回転角検出部
６ 回転体
７ 固定部
８ 支持部
９ 支持部
１１ 球状体
１２ 弾性体
１８ 支持部
１９ 支持部

Claims (4)

1. 回転自在に配置された被回転球体と、
   前記被回転球体の回転に連動して回転し互いに直交するように配置された一対の回転体と、
   前記回転体に取り付けられ前記回転体の回転角度を検出する回転角検出部と、
   前記被回転球体と接して支持する固定部とを備えた座標入力装置において、
   前記各回転体と対向する位置に前記被回転球体を支持する支持部を配置するとともに、前記被回転球体が前記一対の回転体と固定部とで定常的に支持されている状態で、前記支持部と前記被回転球体との間に間隙を設けていることを特徴とする座標入力装置。
2. 前記支持部において、前記被回転球体を支持する部位は球形状となっていることを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。
3. 前記支持部は、弾性体で構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項２記載の座標入力装置。
4. 前記支持部において、前記被回転球体を支持する部位はローラで構成されていることを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。

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