JP4226438B2 - パック装置およびセンステーブル装置、ならびに移動軌跡算出方法、移動軌跡算出プログラム、その記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、センステーブル上を移動し、その座標および回転角を検出するために前記センステーブル上に載置される、パック装置およびセンステーブル装置、ならびに移動軌跡算出方法、移動軌跡算出プログラム、その記録媒体に関する。

ＣＵＩ（Character User Interface）、ＧＵＩ（Graphical User Interface)に続く次世代のユーザインタフェースとして、ＭＩＴでは、ＴＵＩ（Tangible User Interface）と称される直感的なインタフェースの研究が行われている。
この研究のプラットフォームとしてセンステーブルと称される装置が使用され、この装置は、センステーブル本体の他に、位置と回転角を検出するパックから構成されている（非特許文献１参照）。

図６に、ＴＵＩを用いてネットワーク設計を行う場合のセンステーブル装置の構成例が示されている（例えば、非特許文献１参照）。
すなわち、磁気シートが敷設されたセンステーブル本体７１上には、ＰＣ７２によって生成出力される設計図がプロジェクタ７３を介して投影され、その設計図上をユーザが、コイルが巻かれたパック７４を操作することにより、ＰＣ７２によってその座標位置、あるいは回転角が取り込まれる。

例えば、センステーブル本体７１上に投影された設計図に表現されたノード間にリンクを設定する場合、リンクを設定するノードにバインドしたパック７４同士を接触させることにより実施し、リンクの帯域を変更する場合は、リンクにパック７４をバインドし、回転させることにより実現する。このＴＵＩを適用することによって複数の人間によるパック操作が可能となり、設計者間で議論しながらコラボレーションによる設計が可能になる。
［平成１５年１０月１５日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://tangible.media.mmit.edu/papers/Sensetable_CHI01/SennseTable_CHI01.html＞

ところで、上記したセンステーブルは、座標位置検出にコイルを用いた電磁誘導方式を採用しており、共振周波数の異なる２個のコイルを実装したパックから信号を受信することにより、パックの中心位置および回転角を算出していた。従って、パックに実装されるコイルの種類により、設定できる共振周波数の範囲と幅が決まっており、トータルとしての利用パック数が限定される。
非特許文献１に開示された例においては、５個程度のパックしか利用できず、従ってＴＵＩを用いたコラボレーションによる設計が制限され、特に、ネットワーク設計においては十分なインタフェースを提供するものとは言えなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、利用可能なパック数の増加によるインタフェースの充実をはかり、１８０度以内の回転角の検出を可能とした、パック装置およびセンステーブル装置、ならびに移動軌跡算出方法、移動軌跡算出プログラム、その記録媒体を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために本発明は、センステーブル上を移動し、その位置および回転角を検出するために前記センステーブル上に載置されるパック装置であって、同じ共振周波数を持つ径の異なる２個のコイルを、当該各コイルの中心を結線した線上に実装することを特徴とする。
本発明によれば、パックに同じ共振周波数を持つ大きさの異なる２個のコイルを実装することで、設定できる共振周波数の範囲と幅に自由度が増すため、利用可能なパック数が増大し、このことにより、ＴＵＩの充実がはかれ効率的なネットワーク設計が可能になる。

上記した課題を解決するために本発明は、センステーブル上を移動するパック装置のそれぞれの位置と回転角とを検出するセンステーブル装置であって、前記それぞれのパック装置に実装された、共振周波数が同じで径の異なる２個のコイルから電磁誘導により誘起されるそれぞれの信号を受信する信号受信部と、前記それぞれのパック装置から得られる前記各信号から前記移動するそれぞれのパック装置の中心と回転角を算出する演算部と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、演算部が、パックに実装された同じ共振周波数を持つ各コイルから信号受信部を介して電磁誘導により誘起される信号を受信し、ＩＤによって識別される各信号からパックの中心座標と回転角を算出することで、設定できる共振周波数の範囲と幅に自由度が増すため、利用可能なパック数が増大し、このことにより、ＴＵＩの充実がはかれ効率的なネットワーク設計を実現可能なセンステーブル装置を提供できる。

また、本発明において、前記パック装置に実装された共振周波数が同じで径の異なる２個のコイルから電磁誘導により誘起される信号に基づき前記パック装置のそれぞれを判定するパック判定部と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、パック判定部が２個のコイルから電磁誘導により誘起される信号に基づきパック装置毎のＩＤを判定することで、演算部により算出されるパックの中心座標と回転角がどのパック装置のものであるかを認識させることができる。

また、本発明において、前記演算部は、前記２つのコイルの位置から、前記パック装置の中心位置および当該中心位置から前記いずれか一方のコイルの中心位置までの方向角を回転角として算出することを特徴とする。
本発明によれば、演算部が、対角線上に配置実装された径の異なる２個のコイルから電磁誘導による各信号を受信することで回転角を算出でき、同じ共振周波数を持ちながら１８０度以内の回転角の検出を可能としたセンステーブル装置を提供できる。

上記した課題を解決するために本発明は、センステーブル上を移動するパック装置のそれぞれの位置と回転角とを検出するセンステーブル装置を用いた移動軌跡算出方法であって、前記それぞれのパック装置に実装された、共振周波数が同じで径の異なる２個のコイルから電磁誘導により誘起されるそれぞれの信号を受信する工程と、前記それぞれのパック装置から得られる前記各信号から前記移動するそれぞれのパック装置の中心と回転角を算出する工程と、を有することを特徴とする。

上記した課題を解決するために本発明は、センステーブル上を移動するパック装置のそれぞれの位置と回転角とを検出するセンステーブル装置に用いられるプログラムであって、前記それぞれのパック装置に実装された、共振周波数が同じで径の異なる２個のコイルから電磁誘導により誘起されるそれぞれの信号を受信する処理と、前記それぞれのパック装置から得られる前記各信号から前記移動するそれぞれのパック装置の中心と回転角を算出する処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。

上記した課題を解決するために本発明は、センステーブル上を移動するパック装置のそれぞれの位置と回転角とを検出するセンステーブル装置に用いられるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記それぞれのパック装置に実装された、共振周波数が同じで径の異なる２個のコイルから電磁誘導により誘起されるそれぞれの信号を受信する処理と、前記それぞれのパック装置から得られる前記各信号から前記移動するそれぞれのパック装置の中心と回転角を算出する処理と、をコンピュータに実行させる移動軌跡算出プログラムを記録したことを特徴とする。

本発明によれば、パックに同じ共振周波数を持つ大きさの異なる２個のコイルを実装することで設定できる共振周波数の範囲と幅に自由度が増すため、利用可能なパック数が増大し、このことにより、ＴＵＩの充実がはかれ効率的なネットワーク設計が可能になる。また、対角線上に配置実装された径の異なる２個のコイルから電磁誘導による各信号を受信することで回転角を算出でき、同じ共振周波数を持ちながら１８０度以内の回転角の検出を可能としたセンステーブル装置を提供できる。
なお、非特許文献１で示された例と同じ周波数帯を利用するとすれば、５個程度のパックしか利用できなかったものが本発明により２倍の個数まで拡張できる。

図１は、本発明におけるパック装置の構成を説明するために引用した図であり、（ａ）に本発明実施形態が、（ｂ）に従来例が対比して示されている。パック装置１は、それぞれがＩＤを持ち、電磁結合によって図示せぬセンステーブル装置に接続される。
ここでは、パック装置１は、同じ共振周波数を持つ径の異なる２個のコイルＡ、Ｂが、当該各コイルの中心を結線した線上に実装され、２つのコイルＡ、Ｂの位置から、パック装置１の中心位置ｃ、および当該中心位置ｃから径の大きなコイルＡの中心位置までの方向角を回転角θとしている。

図２にセンステーブル装置の内部構成を示す。センステーブル装置２には、内部にアンテナプリント線（センサ基板２１）が敷設されている。センサ基板２１には、Ｘ方向、Ｙ方向に狭い幅で受信コイル（それぞれ、Ｘｉ；Ｘ０〜Ｘｚ，Ｙｉ；Ｙ０〜Ｙｚ）が配置されており、パルス発振器２２によってセンサ基板２１に送信キャリアがある一定期間供給され、移動するパック装置１に実装されたコイルＡ、Ｂとの間の電磁結合によって誘起される信号を受信する仕組みになっている。
具体的には、チャネル選択回路２３によってマイコン制御の下で発振チャネルが切替えられ、受信チャネルを介してセンスされた信号は、増幅器２４で増幅され、ＡＤ変換器２５によってデジタル信号に変換され検出装置２６に供給される。検出装置２６では、各コイルＡ、Ｂの位置から、パック装置１の位置および回転角を検出する。詳細は図４を用いて後述する。

パック装置１（＃０〜＃ｎ）は、センステーブル装置２上を移動し、その座標位置および回転角を検出するためにセンサ基板２１上に載置される。また、それぞれのパック装置１には、同じ共振周波数を持つ径の異なるコイルが２個実装され、各コイルの中心を結線した線上に各コイルＡ、Ｂが実装されている。図３に、センサ基板２１と、センサ基板２１上を移動するパック装置１との関係が示されている。
パック装置１（＃０〜＃ｎ）に実装される径の異なるコイルの大きさを検出するアンテナプリント線のマス目の数は、大小コイルによって異なるようになっている。例えば、線間距離を５ｍｍとした場合、７ｍｍだと２〜３マス程度の広がりが得られるものとする。但し、検出されるピーク電流の閾値を下げると広がりが大きくなる。例えば、７ｍｍで２〜３マスとした場合、１４ｍｍの場合には３〜４マスとなり、これでは、３マスの場合にどちらに属するかは判断できない可能性がある。但し、１４ｍｍの場合で３マスとなることはほとんどないため、この程度のサイズの比でもほとんど検出可能である。また、線間を３ｍｍまですれば、７ｍｍと１４ｍｍでは問題なく区別が可能になる。いずれにしてもアンテナプリント線間とコイルのサイズは、連携して調整が必要になり、検出性能に大きく影響する。

図４は、図２に示す検出装置２６の内部構成を詳細に示したブロック図である。検出装置２６は、センステーブル装置２上を移動するパック装置１の位置と回転角とを検出するために、信号受信部２６１と、パック判定部２６２と、演算部２６３と、移動軌跡ＤＢ２６４で構成される。
信号受信部２６１は、センステーブル装置２上を移動する複数のパック装置１（＃０〜＃ｎ）に実装された、共振周波数が同じで径の異なる２個のコイルから電磁誘導により誘起されるそれぞれの信号を受信し、パック判定部２６２および演算部２６３へ供給する。パック判定部２６２は、それぞれのパック装置１に実装された共振周波数が同じで径の異なる２個のコイルＡ、Ｂから電磁誘導により誘起される信号に基づきパック装置１が持つそれぞれのＩＤを判定し、また、演算部２６３は、それぞれのパック装置１から得られる各信号から移動するそれぞれのパック装置１の中心と回転角を算出し、その結果得られるパック装置ＩＤおよびパック装置１の中心位置、回転角θを移動軌跡ＤＢ２６４へ格納する。このため、移動軌跡ＤＢ２６４には、各パック装置１の移動軌跡が格納される。

図５は、本発明実施形態の動作を説明するために引用したフローチャートであり、具体的には本発明における移動軌跡算出プログラムの処理手順を示す。
以下、図５に示すフローチャートを参照しながら図１〜図４に示す本発明実施形態の動作について詳細に説明する。

センサテーブル装置２は、パルス発信器２２により特定のコイルと共振する周波数を発生させる。そして、チャネル選択回路２３によりまずＸ０を選択し、このＸ０の範囲に指定したコイルが存在する場合は、その時のＹｉに共振して誘導された電流が発生する。この場合、縦横の交差点にコイルの一部が存在することがわかる。
上記した処理（Ｓ５１：コイルの共振信号の有無）を、チャネル選択回路２３により、Ｘ０〜Ｘｚを選択しながら実行し、その時に誘導された電流をＹ０〜Ｙｚで検出する（Ｓ５２）。ここでは、Y軸側で検出される電流値が小さいため、それを増幅器２４で増幅した後、ＡＤ変換器２５でディジタル信号に変換し（Ｓ５３）、検出装置２６でその値から存在の有無を検出する（Ｓ５４）。

なお、上記した処理で、コイルの位置がわかるが、図３に示されるように、アンテナプリント線のマス目が5mm間隔であるため、そのまま計算してしまうと、コイルのセンター位置の精度かなり落ちてしまう。そこで、検出されたマス目とその電流値を利用して、重心を計算することにより、一定の精度を得ている。

次に、演算部２６３は、２つのコイルの座標位置を、Ａが（ｘ１，ｙ１）、Ｂが（ｘ２．ｙ２）とすれば、回転角θに関し、ｔａｎ^−１（ｘ２−ｘ１）／（ｙ２−ｙ１）を運算することによって求めることができる（Ｓ５５〜Ｓ５７）。但し、回転角検出能力は従来同様１８０度以内である。
以上のようにして算出されたセンステーブル装置２上を移動する各パック装置１の中心位置および回転角は、パック装置１の移動がある毎、移動軌跡として移動軌跡ＤＢ２４に記録される（Ｓ５８）。なお、Ｓ５１の処理において、Ｙｉに共振して誘導される電流が発生しない場合（コイルの存在無し）は、移動軌跡ＤＢ２６４からそのデータが削除される（Ｓ６０）。
以上の動作は、チャネル選択回路２３によるチャネル切替え毎に、更にはセンステーブル装置２上に載置された全てのパック装置１数分繰り返される（Ｓ５９）。

以上説明のように本発明は、同一の共振周波数を持つ径の異なる２個のコイルをパック装置１に実装することによって利用可能なパック数の増加によるインタフェースの充実をはかり、また、異なる共振周波数を持つコイルを複数実装した場合と同様、１８０度以内の回転角の検出を可能としたものである。
なお、使用するコイルの半径が小さい程、位置決定精度は低くなり、コイル内径１０ｍｍとした場合、巻いたエナメル線の太さおよびパックの外周厚みを考慮した場合、回転角を決定する線長は、約１５ｍｍとなる。また、位置の精度を１ｍｍ程度と想定すれば、最大誤差は７．６度程度であった。実際には、コイルのサイズが大きくなれば位置精度が向上するため上記の誤差範囲内ではある。

なお、上記した本発明実施形態によれば、円形のコイルを例示したが、検出できる形状であれば形状に左右されず、その場合、形状によっては更に利用可能なパック数の増大がはかれる。
また、図４に示される信号受信部２６１、パック判定部２６２、演算部２６３のそれぞれで実行される手順をコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより本発明のセンステーブル装置が実現されるものとする。ここでいうコンピュータシステムとは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものである。

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明におけるパック装置の構成を説明するために引用した図である。 本発明のセンサテーブル装置の内部構成を説明するために引用した図である。 本発明のセンサテーブル装置と、センサテーブル装置上を移動するパック装置との関係を説明するために引用した図である。 図２に示す検出装置の内部構成の一例を示すブロック図である。 本発明実施形態の動作を説明するために引用したフローチャートである。 ＴＵＩを用いてネットワーク設計を行う場合のセンステーブル装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１…パック装置、２…センステーブル装置、２１…センサ基板、２６…検出装置、２６１…信号受信部、２６２…パック判定部、２６３…演算部、２６４…移動軌跡ＤＢ

Claims (7)

1. センステーブル上を移動し、その位置および回転角を検出するために前記センステーブル上に載置されるパック装置であって、
   同じ共振周波数を持つ径の異なる２個のコイルを、当該各コイルの中心を結線した線上に実装することを特徴とするパック装置。
2. センステーブル上を移動するパック装置のそれぞれの位置と回転角とを検出するセンステーブル装置であって、
   前記それぞれのパック装置に実装された、共振周波数が同じで径の異なる２個のコイルから電磁誘導により誘起されるそれぞれの信号を受信する信号受信部と、
   前記それぞれのパック装置から得られる前記各信号から前記移動するそれぞれのパック装置の中心と回転角を算出する演算部と、
   を備えたことを特徴とするセンステーブル装置。
3. 前記パック装置に実装された共振周波数が同じで径の異なる２個のコイルから電磁誘導により誘起される信号に基づき前記パック装置のそれぞれを判定するパック判定部と、
   を備えたことを特徴とする請求項２に記載のセンステーブル装置。
4. 前記演算部は、
   前記２つのコイルの位置から、前記パック装置の中心位置および当該中心位置から前記いずれか一方のコイルの中心位置までの方向角を回転角として算出することを特徴とする請求項２または３に記載のセンステーブル装置。
5. センステーブル上を移動するパック装置のそれぞれの位置と回転角とを検出するセンステーブル装置を用いた移動軌跡算出方法であって、
   前記それぞれのパック装置に実装された、共振周波数が同じで径の異なる２個のコイルから電磁誘導により誘起されるそれぞれの信号を受信する工程と、
   前記それぞれのパック装置から得られる前記各信号から前記移動するそれぞれのパック装置の中心と回転角を算出する工程と、
   を有することを特徴とする移動軌跡算出方法。
6. センステーブル上を移動するパック装置のそれぞれの位置と回転角とを検出するセンステーブル装置に用いられるプログラムであって、
   前記それぞれのパック装置に実装された、共振周波数が同じで径の異なる２個のコイルから電磁誘導により誘起されるそれぞれの信号を受信する処理と、
   前記それぞれのパック装置から得られる前記各信号から前記移動するそれぞれのパック装置の中心と回転角を算出する処理と、
   をコンピュータに実行させる移動軌跡算出プログラム。
7. センステーブル上を移動するパック装置のそれぞれの位置と回転角とを検出するセンステーブル装置に用いられるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
   前記それぞれのパック装置に実装された、共振周波数が同じで径の異なる２個のコイルから電磁誘導により誘起されるそれぞれの信号を受信する処理と、
   前記それぞれのパック装置から得られる前記各信号から前記移動するそれぞれのパック装置の中心と回転角を算出する処理と、
   をコンピュータに実行させる移動軌跡算出プログラムを記録した記録媒体。
   
   

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