JP4814068B2

JP4814068B2 - ３次元モーション入力器

Info

Publication number: JP4814068B2
Application number: JP2006326790A
Authority: JP
Inventors: 紘規奥野; 泰孝神徳
Original assignee: Shima Seiki Manufacturing Ltd
Current assignee: Shima Seiki Manufacturing Ltd
Priority date: 2006-12-04
Filing date: 2006-12-04
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2026-12-04
Also published as: CN101196788B; CN101196788A; JP2008140225A

Description

この発明は３次元モーション入力器の構造に関する。

特許文献１は、リングにスリットを設けて、スリットを通過した光を検出することにより、スリットの向きを検出することを開示している。そしてリングをベースに対して３次元モーション可能にすると、リングの６軸のモーションを６個のスリットで検出し、３次元モーションを入力できる。しかしながらリングに対して６軸を意識しながらモーションを入力することは難しい。そこで発明者は、６軸のモーションの入力が容易で、かつ人間工学的にも優れた３次元モーション入力器を開発し、この発明に到った。
特公平４−５７２０２

この発明の課題は、３次元モーションの入力を容易にすることにある。

この発明は、ケースの上面に、トラックボールから成る２次元モーションの入力部を設けると共に、該入力部を取り巻くように、前記２次元モーションを除く３次元モーションを入力するためのリング状の入力部を設け、前記トラックボールの頂部を前記リング状の入力部のリングよりも高く、前記リングの上面よりも周囲のケース上面を低くし、
さらに前記リング状の入力部を、
・リングをケースの上面に対して傾斜させること、
・リングをケースに垂直な軸回りに回動させること、
・及びリングをケースから引っ張りもしくはケースへ押し込むことに応じて、前記２次元モーションを除く４軸の３次元モーションを入力するように構成した、３次元モーション入力器にある。なお以下では、３次元モーションを３Ｄモーションと、２次元モーションを２Ｄモーションと略記する。またリング状の入力部を３Ｄモーションの入力部ということがある。

好ましくは、前記３Ｄモーションの入力部の周囲にキー配列を設ける。
より好ましくは、前記キー配列と３Ｄモーションの入力部との間に、３Ｄモーションの入力部を取り巻く溝を設ける。
特に好ましくは、前記３Ｄモーションの入力部のリング上面の高さを、溝の周囲のケース上面の高さとほぼ等しくする。ほぼ等しくとは人の手のひら等のサイズを基準として実質的に等しくとの意味であり、例えば両者の高さの差を±10mm以下、より好ましくは±5mm以下とする。

好ましくは、前記ケースの両側面の中央下部に窪みを設ける。
好ましくは、ケース上面を手前が低く先端が高くなるように傾斜させ、ケースの手前端部からケース上面にかけて、ケース手前側をカットした傾斜面からなるパームレストを設けると共に、ケース先端付近に前記キー配列とは別の第２のキー配列を設ける。

この発明では、２Ｄモーションと、該２Ｄモーションを除く３Ｄモーションとを、別の入力部から入力できるので、１つの入力部から３Ｄの６軸のモーション全部を入力する場合よりも、入力が容易である。また２Ｄモーションの入力部を取り巻くように、３Ｄモーション入力部を設けているので、指や手のひらを僅かに動かすと、２Ｄモーションと３Ｄモーションとの入力を切り替えることができる。そして３Ｄモーションの入力部のリング上面よりも周囲のケース上面を低くするため、トラックボールとリングの高さを低く抑えることができる。また２Ｄモーション入力部をトラックボールとし、その頂部を周囲のリングよりも高くするので、手のひらでトラックボールを操作でき、しかもこの時、誤って周囲のリングに触れ難い。さらに、
・リングをハウジングの上面に対して傾斜させること、
・リングをハウジングに垂直な軸回りに回動すること、
・及びリングをハウジングから引っ張りもしくはハウジングへ押し込むことに応じて、４軸のモーションを入力するので、簡単に３Ｄの４軸のモーションを入力できる。

３Ｄモーションの入力部の周囲にキー配列を設けると、指を伸ばしてキーに触れることにより、モーション入力に必要な補助操作を行うことができる。
ここで、キー配列と３Ｄモーションの入力部との間に、３Ｄモーションの入力部を取り巻く溝を設けると、溝内に指を入れてリングを操作でき、トラックボールとリングの高さを低く抑えることができる。このため３Ｄモーション入力部の周囲のキーを操作する際に、手のひら等がリングに当たりにくく、キー操作に支障が生じない。
特に、リング上面の高さを溝の周囲のケース上面の高さとほぼ等しくすると、キーに指先がタッチしている状態で、手のひらはケース上面よりも相当に高くなる。このためトラックボールやリングに当たらずにキーを操作できるので、キー入力が容易で、しかもトラックボールやリングへの誤入力が少ない。

ケースの両側面の中央下部に窪みを設けると、３Ｄモーション入力器を持つ際に指を窪みに入れることができ、３Ｄモーション入力器が持ち易くなる。
ケース上面を手前が低く、先端が高くなるように傾斜させ、ケースの手前端部からケース上面にかけて、ケース手前側をカットしてパームレストとすると、手をパームレストで支持しながら操作できる。ここでケース先端付近に第２のキー配列を設けると、２Ｄモーション入力部や３Ｄモーションの入力部とは直接関係の無いキーを、まとめて先端に配置できる。

以下にこの発明を実施するための最良の形態を示すが、これに限るものではない。

図１〜図１７に、実施例のモーションコマンダー２とその変形とを示す。モーションコマンダー２は３Ｄモーションの入力に用い、４はケースで、上ケース５と下ケース６とから成り、以下図１の下側を手前、上側を先端、図１の左右を左右という。モーションコマンダー２は手前から先端へと高くなるように傾斜しており、手前側には手前の縁から立ち上がる傾斜面があり、これをパームレスト８とする。パームレスト８に続いて、ケース上面中央部に環状の溝１０があり、下ケース６の両側面に窪み１２がある。１２ａ〜１２ｄは窪み１２の傾斜面で、下ケース６の底面は例えば図４に示すように平坦面１３ａ〜１３ｃから成り、このうち平坦面１３ｂは設けなくても良い。

１４はリングで、その上面は上ケース５の上面と平行で、１６はトラックボール、１８は周辺部で、これらは溝１０内に例えば同心に存在し、溝１０に対して周辺部１８が立ち上がり、周辺部１８に対してリング１４が立ち上がり、さらにトラックボール１６の頂面はリング１４の上面よりも高い位置にある。またリング１４の上面は、周辺の上ケース５の上面とほぼ同じ高さにある。なお図３の右側に示すように、溝１０を設けずリング１４が周囲のケース上面から直接立ち上がるようにしても良い。

２０，２２はそれぞれキーボードで、それぞれ一群のキーを配列したもので、キーボード２０は溝１０を取り巻くように、キーボード２２は上ケース５の先端側に、配置してある。キーボード２０はリング１４やトラックボール１６の操作に直結した指令を入力し、例えばトラックボール１６からの入力の禁止、リング１４からの入力の禁止、直前の入力の取消、トラックボール１６やリング１４の感度の変更などのキーを含んでいる。これらのキーは、リング１４やトラックボール１６から３Ｄモーションを入力する過程で常用するキーである。これに対してキーボード２２には使用頻度の低いキーや、トラックボール１６やリング１４の入力とは直結しないメニュー表示や機能呼び出しなどのキーを配置する。

モーションコマンダー２の使用状態を図５に例示すると、パームレスト８で手のひらを支え、溝１０に指の先端を配置して、リング１４を指で、トラックボール１６を例えば手のひらで操作する。そしてキーボード２０に対しては、指を僅かに伸ばすだけでタッチすることができる。またリング１４の周囲に溝１０があるので、溝１０に指を入れてリング１４を操作できる。ところでリング１４に必要な高さは溝１０の底面からの高さで定まり、この高さが低いとリング１４を操作しにくい。またリング１４の上面を低くすると、トラックボール１６の高さも低く抑えることができる。そこで溝１０を設けることにより、トラックボール１６やリング１４の高さを低く抑えることができる。その結果、キーボード２０から指令を入力する際には、手のひら等がトラックボール１６やリング１４に触れないようにできる。なお図５では、人の手をやや小さめに表示してある。

モーションコマンダー２を持ち運ぶ場合、下ケース６の両側面に窪み１２があり、この部分に指を当てることにより、落とさずに簡単に運ぶことができる。

実施例でのトラックボール１６は所定の面内の並進モーション、即ちｘ方向モーションとｙ方向モーションを入力するためのもので、トラックボール１６の場合、溝１０に指先を置いた同じ位置で手のひらを用いて操作したりできる。ここで所定の面とは、例えば図１７のニットデザイン装置のカラーモニタ７２の画面である。しかしながら２Ｄモーションの入力手段自体は他のものも使用可能で、例えば図６のパッド３４の場合、パッドの前後左右の４箇所に触れることにより、２Ｄモーションを入力できる。リング１４はここでは円状にしてあるが、図７のリング１４’のように多角形状などにしてもよい。

リング３２による４軸の３Ｄモーションの検出を図８〜図１１に示す。プラスチックのリング１４の下部に基板のリング３２が取り付けてあり、ケース４に固定の基板３０に対し、例えば３箇所でバネ２６により支持されている。２８はピンで、基板３０に一端を固定され、リング３２の長孔２９を通過して、リング３２の変位範囲を制限する。また基板３０には孔３５を設けてトラックボール１６を収容できるようにする。リング３２の周囲に、ＬＥＤ３６とＰＳＤ（位置検出器）４０とを対向するように、基板３０に例えば４箇所に設け、その間に位置するようにスリット３８，３９をリング３２に設ける。

図９に示すように、スリット３８は３Ｄモーションの検出用で、リング３２が運動すると、ＬＥＤ３６からスリット３８を通過したビームが上下に移動し、これをＰＳＤ４０で検出する。スリット３９は高さ方向を表すｚ軸回りの回転θの検出用で、図１０に示すように、リング３２がｚ軸回りに回転すると、スリット３９を通過したＬＥＤ光のビームがＰＳＤ４０に対して左右動するので、θ方向の運動を検出できる。

スリット３８を３箇所に、スリット３９を１箇所に設けることにより、合計３Ｄの４軸のモーションを検出できる。４個のＰＳＤ４０の信号と、４軸の運動との対応付けは任意であるが、例えばリング３２をｚ軸方向に引っ張りもしくは押し込むことをｚ軸方向の運動に対応させる。リング３２をｚ軸回りに回動させることをｚ軸回りの回転θに対応させる。リング３２がｘ軸方向に沿って傾斜することを、ｙ軸を中心とする回転φに対応させ、ｙ軸に沿って傾斜することをｘ軸回りの回転ψに対応させると、リング３２の操作と入力する運動の種類を自然に対応させることができる。そして２Ｄモーション、即ちｘｙ方向の運動はトラックボール１６で検出できる。以上によって３Ｄモーションの６軸の運動を検出できる。

実施例ではＬＥＤ３６を４個用いたが、１個のＬＥＤからの光を例えば光ファイバーで４個のスリット３８，３９に供給しても良い。またスリットの形状は任意で、例えば図１１のスリット４１のように、ピンホールを備えたスリット４１を用い、１個のスリット４１で２方向の運動を検出するようにしても良い。

モーションコマンダー２をコンパクトにするため、スリット３８，３９とＬＥＤ３６の間隔を縮めると、リング３２を僅かに変位させても、ＰＳＤ４０ではビームの位置が大きく変化する。このため細かな３Ｄモーションを入力することが難しい。この点を改良した例を図１２，図１３に示す。図１２，図１３の５０，５１はホール素子、５２は磁石で、永久磁石でも電磁石でも良い。図１２でホール素子５０を磁石５２に近づけあるいは遠ざけると、ホール素子５０が受ける磁界が変化し、これから磁石５２に対する高さを検出できる。また図１３でホール素子５１の一部が磁石５２の上部にあるようにすると、リング３２をｚ軸回りに回動させると、ホール素子５１のうちで磁石５２と重なる部分の面積が変化し、これからｚ軸回りの回転角θを検出できる。なおホール素子とＬＥＤとを併用しても良く、例えばリング３２のｚ軸回りの回転のみを図１０のＬＥＤ３６とＰＳＤ４０及びスリット３９で検出し、それ以外のリング３２の傾斜やリング３２のｚ軸方向の並進を図１２のホール素子５０で検出しても良い。

図１４に、トラックボール１６によるｘ，ｙ方向モーションの検出を示す。５６，５７はローラで、トラックボール１６のｘ方向やｙ方向の回転を検出する。

図１５にモーションコマンダー２の付帯回路６０を示す。６１はモーション計算部で、リング１４からｚ，θ，φ，ψ方向のモーションが入力され、トラックボール１６からはｘ，ｙ方向のモーションが入力される。またキーボード２０からは例えばトラックボール１６をロックしてｘ方向やｙ方向の入力を無効にする、リング１４をロックしてリングからの４軸の入力を無効にする、トラックボール１６やリング１４に対する感度を変更する等の信号が入力される。これらの信号に基づき、モーション計算部６１は三角法により、ｘ，ｙ，ｚ，θ，φ，ψの６軸の座標変化を検出する。特にトラックボール１６の入力を無効にするキーをキーボード２０に設けると、リング１４を操作するためにトラックボール１６に誤って触れてもトラブルが生じない。

三角法で求めた運動では、リング１４やトラックボール１６の変位と、３Ｄモーションの程度が比例する。これに対して、リング１４やトラックボール１６を僅かに操作した場合には感度を小さくして、不用意にトラックボール１６やリング１４に触れた際の誤差を除き、かつ微細な３Ｄモーションの入力を可能にすることが好ましい。またトラックボール１６やリング１４を大きく操作した場合には、大きな３Ｄモーションが入力されたものとして、大きなモーションを簡単に入力できるようにすることが好ましい。このような補正をγ補正部６２で行い、図１６に示すように、三角法計算により３Ｄ座標がΔＰだけ変化した場合、ΔＰが小さな領域では出力を小さく、ΔＰが大きな領域では出力を大きくするように非線形化する。インターフェース６３はキーボード２０，２２からの入力と、γ補正部６２からの出力とを外部に出力する。例えばキーボード２０には直前の入力を取り消すなどのキーがあり、これが操作された場合、その旨をインターフェース６３から出力する。

図１７にモーションコマンダー２を用いたニットデザイン装置７０を示す。７１はキーボード，７２はカラーモニタ、７３はプリンタである。ニットデザイン部８０はモーションコマンダー２からの入力やキーボード７１等からの入力により、ニット製品、特に衣類をデザインする。ニット製品のデザインデータはデータ変換部８１により、編成データと２Ｄや３Ｄのシミュレーションデータとの間で変換され、３Ｄシミュレーション部８２はニットデータをシミュレーションした３Ｄ画像をマネキン等に着装させる。３Ｄシミュレーションでは、ニット製品の着装状態に対し、カラーモニタでの視点を変える、マネキンを動作させる、マネキンの姿勢を変える、等のことが行えると便利である。このためには３Ｄモーションの入力が必要で、これをモーションコマンダー２で行い、得られた３Ｄシミュレーション画像をリアルタイムにカラーモニタ７２に表示し、プリンタ７３でハードコピーする。

実施例では以下の効果が得られる。
(1) ２Ｄモーションはトラックボール１６で、前記２Ｄモーションを除く３Ｄモーションはリング１４で入力するので、３Ｄモーションの入力が容易になる。特に１つのリング１４のみを用いて６軸の運動を入力する際の煩わしさがない。
(2) トラックボール１６はｘｙ方向のモーションの入力には極めて適した道具である。またリング１４に対してｘ方向の傾斜、ｙ方向の傾斜、リング１４の押し引き、リング１４の回動の４種類の運動を、３Ｄモーションの４軸の運動と対応させると、簡単に４軸のモーションを入力できる。
(3) モーションコマンダー２を操作する場合、手のひらをパームレスト８で支持し、指先を溝１０内に保持し、ここから手のひらでトラックボール１６を操作できる。また指を縮めてリング１４を掴むことにより、簡単に３Ｄモーションを入力できる。さらに指を伸ばすと、キーボード２０を操作でき、これによって３Ｄモーションの入力と密接な関係のある、トラックボール１６のロックや直前の入力の取消、感度の変更などを入力できる。
(4) 下ケース６の両側面に窪み１２を設けたので、モーションコマンダー２を簡単に持つことができる。
(5) トラックボール１６の上面は上ケース５の上面から僅かに突き出す程度なので、トラックボール１６が妨げとなってキーボード２０へのアクセスが難しくなることがない。

実施例では、モーションコマンダー２の応用としてニットデザイン装置７０を示したが、これ以外の適宜のＣＡＤや３Ｄシミュレーションなどに用いることができる。

実施例のモーションコマンダーの平面図実施例のモーションコマンダーの側面図実施例のモーションコマンダーのIII−III方向断面図実施例のモーションコマンダーの底面図実施例のモーションコマンダーの使用状態を模式的に示す図変形例のモーションコマンダーの要部平面図第２の変形例のモーションコマンダーの要部平面図実施例のモーションコマンダーでの３Ｄ入力部の要部平面図実施例のモーションコマンダーでの垂直モーションの検出機構を模式的に示す図実施例のモーションコマンダーでの２Ｄモーションの検出機構を模式的に示す図垂直モーションと２Ｄモーションを同時に検出する変形例を模式的に示す図垂直モーションの検出機構の変形例を模式的に示す図２Ｄモーションの検出機構の変形例を模式的に示す図実施例でのトラックボールを模式的に示す図実施例でのモーションコマンダーと外部の付帯回路とを示す図実施例でのγ補正を模式的に示す図実施例のモーションコマンダーを用いたニットデザイン装置のブロック図

符号の説明

２モーションコマンダー
４ケース
５上ケース
６下ケース
８パームレスト
１０溝
１２窪み
１２ａ〜ｄ傾斜面
１３ａ〜ｃ平坦面
１４リング
１６トラックボール
１８周辺部
２０，２２キーボード
２６バネ
２８ピン
３０基板
３２リング
３４パッド
３５孔
３６ＬＥＤ
３８，３９スリット
４０ＰＳＤ
４１スリット
５０，５１ホール素子
５２磁石
５６，５７ローラ
６０付帯回路
６１モーション計算部
６２ γ補正部
６３インターフェース
７０ニットデザイン装置
７１キーボード
７２カラーモニタ
７３プリンタ
８０ニットデザイン部
８１データ変換部
８２３Ｄシミュレーション部

Claims

ケースの上面に、トラックボールから成る２次元モーションの入力部を設けると共に、該入力部を取り巻くように、前記２次元モーションを除く３次元モーションを入力するためのリング状の入力部を設け、前記トラックボールの頂部を前記リング状の入力部のリングよりも高く、前記リングの上面よりも周囲のケース上面を低くし、
さらに前記リング状の入力部を、
・リングをケースの上面に対して傾斜させること、
・リングをケースに垂直な軸回りに回動させること、
・及びリングをケースから引っ張りもしくはケースへ押し込むことに応じて、前記２次元モーションを除く４軸の３次元モーションを入力するように構成した、３次元モーション入力器。
前記リング状の入力部の周囲にキー配列を設けたことを特徴とする、請求項１の３次元モーション入力器。
前記キー配列とリング状の入力部との間に、リング状の入力部を取り巻く溝を設けたことを特徴とする、請求項２の３次元モーション入力器。
前記リング状の入力部のリング上面の高さを、溝の周囲のケース上面の高さとほぼ等しくしたことを特徴とする、請求項３の３次元モーション入力器。
前記ケースの両側面の中央下部に窪みを設けたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかの３次元モーション入力器。
ケース上面を手前が低く先端が高くなるように傾斜させ、ケースの手前端部からケース上面にかけて、ケース手前側をカットした傾斜面からなるパームレストを設けると共に、ケース先端付近に前記キー配列とは別の第２のキー配列を設けたことを特徴とする、請求項２の３次元モーション入力器。