JP5415519B2 - インタラクティブ表面において使用するポインティングデバイス - Google Patents

Description

本発明は、ポインティングデバイス、特にインタラクティブ卓上システムとともに使用するポインティングデバイスに関する。前記ポインティングデバイスは、ユーザによる異なる位置への操作を可能にするグリップ部を有する。

本発明は、更に、インタラクティブ表面（interactive surface）及びこのようなポインティングデバイスを有するインタラクティブシステムに関する。

最後に、本発明は、このようなポインティングデバイスのグリップ部の位置を決定する方法に関する。

インタラクティブ卓上システムの上の触知できる物体（tangible objects）は、このようなシステムに対して入力を提供する既知の手段である。例えば、バルセロナのPompeu Fabra大学の音楽技術グループによるReactable（http://mtg.upf.edu/reactable/）において、様々な触知できる物体のサイズが、異なる音発生器／変更器を識別するのに使用され、これらの向きが、入力パラメータ（例えば、最終結果に対する寄与の量）を制御するのに使用される。追跡は、卓の下からコンピュータビジョンにより行われる。前記Reactableに対して、前記物体のアイデンティティ、位置及び向きのみが、入力パラメータであり、前記システムに対するユーザインタラクションの目的で操作されることができる。

MITによるSenseTableは、インタラクティブ表面において入力方法を形成する物体が、前記物体自体において第２の入力方法をも持つ例である。前記SenseTableの前記物体は、上にダイヤルコントローラを持ち、前記物体の位置に加えて、前記ダイヤルコントローラの状態が電気機械的に追跡される。また、WO2006/082547-A2に記載される入力手段、すなわちトリガ可能な副部品を持つ触知できる物体のような、他の入力手段も可能である。インタラクティブ卓上に対するこれらの物体の通信は、電極接触、電荷（容量性タッチスクリーン）、無線ＲＦ又はＩＲ光を介して行われると記載されている。

このような既知の触知できる物体は、前記インタラクティブシステムに対する前記触知できる物体のインタラクションを提供するのにとても適している。前記物体自体並びに前記物体の位置及び向きは、前記インタラクティブシステムに対する入力として使用されることができる。前記ダイヤルコントローラ又はトリガ可能な副部品は、前記物体に関連した追加の機能を提供することができる。しかしながら、このような触知できる物体は、一般的なポインティングデバイスの機能を提供するにはあまり有用ではない。ジョイスティック、マウス及びトラックボールのようなポインティングデバイスは、周知である。タッチパッド、グラフィックタブレット又は光ペンのような代替的なポインティングデバイスも既知である。このようなポインティングデバイスは、ユーザが空間的（すなわち連続的かつ多次元の）データをコンピュータに入力することを可能にする。ポインティングデバイスは、例えば、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）中でカーソルを移動するのに使用されることができる。このようなポインティングデバイスは、例えば、インタラクティブディスプレイを動作するのに使用されるコンピュータ内に前記ポインティングデバイスを差し込むことにより、インタラクティブ表面と組み合わせて使用されることもできる。このようなポインティングデバイスは、有線又は無線であることができるが、前記システムとの通信を可能にするために何らかの追加のエネルギ源を常に必要とする。

WO2006/103676A2は、ポインティングデバイスの何らかの機能を提供するようにインタラクティブ表面上の触知できる物体を使用する方法を記載している。WO2006/103676A2において、非常に大きなインタラクティブ表面が提供される。前記インタラクティブ表面上の物体又はユーザは、ポインティングデバイスとして機能することができる。２つの技術が開示されている。第一に、長方形のディスプレイが、前記インタラクティブ表面上の対応する領域上にマッピングされることができる。前記マッピングされた領域上の前記ユーザの位置は、この場合、前記ディスプレイ上の位置に対応する。これは、グラフィックタブレットの使用によく似ている。第二に、平衡の点に対するユーザの位置が、方向を示すのに使用されることができる。この技術は、ジョイスティックの使用によく似ている。ジョイスティックの上部が中心位置の左に移動される場合、カーソルは左に移動する。前記カーソルは、前記ジョイスティック上部が中心位置に戻る場合に移動を停止する。WO2006/103676A2は、特別なデータを提供するためだけに前記インタラクティブ表面上の前記ユーザ又は物体の位置の操作を使用し、そこに開示されたシステムは、例えば、前記ポインティングデバイスの速い正確な操作を要求するゲームをするのにはあまり適していない。

本発明の目的は、インタラクティブ表面上で使用するポインティングデバイスであって、システムと通信する追加のエネルギ源を要求することなしに速い正確な操作を可能にするポインティングデバイスを提供することである。

本発明の第１の態様によると、この目的は、インタラクティブ表面上で使用するポインティングデバイスを提供することにより達成され、前記ポインティングデバイスは、ユーザによる異なる位置への操作を可能にするグリップ部と、前記インタラクティブ表面と接触する接触面を持つ成形可能部分とを有し、前記グリップ部は、前記異なる位置の１つへの前記グリップ部の操作が、前記インタラクティブ表面上の前記接触面のフットプリントに前記グリップ部のそれぞれの位置に対応する形を取らせるように前記成形可能部分に結合される。

一般的なジョイスティックと同様に、前記ユーザは、方向コマンドを提供するために前記グリップ部を異なる位置に操作する。本発明によると、前記ユーザによる操作は、前記インタラクティブ表面上の前記接触面のフットプリントに形状を変化させる。前記フットプリントを検出することができる前記インタラクティブシステムは、前記フットプリントの形状から前記ポインティングデバイスの現在の位置及び前記ユーザの方向コマンドを推測する。前記グリップ部がニュートラル位置にある場合、前記フットプリントは、対応するニュートラル形状を持つ。前記成形可能部分は、前記グリップ部に結合される。前記成形可能部分が、前記インタラクティブ表面と接触している場合、前記グリップ部の位置の変更は、前記成形可能部分に対する異なる形状をもたらし、前記接触面上の異なるフットプリントをもたらす。前記フットプリント形状は、前記ユーザにより加えられた機械的力により変更され、前記フットプリントは、前記グリップ部の位置を表す。変化するフットプリント形状は、例えば、特定の速度で、特定の方向に前記スクリーン上のカーソルを移動するように前記インタラクティブ表面により解釈される。本発明による前記ポインティングデバイスは、前記インタラクティブシステムに方向コマンドを提供するのにエネルギ源を要求しない。コード又は無線通信ユニットは、前記インタラクティブシステムと通信するのに必要とされない。

前記成形可能部分の一部の好適な実施例は、従属請求項に記載される。一実施例において、前記成形可能部分は、可とう性材料を有する。前記グリップ部を他の位置に操作することにより、前記可とう性材料は折り曲げられ、前記フットプリントの形状は変更される。

他の好適な実施例において、前記成形可能部分は、少なくとも２つの剛体部材を有し、前記剛体部材は、前記接触面の少なくとも一部を有し、柔軟リンクにより前記グリップ部に結合される。前記グリップ部の操作により、前記剛体部材の表面接触点の位置及び／又は形状は、それに応じて変化することができる。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例を参照して説明され、明らかになる。

本発明によるポインティングデバイスの実施例を示す。 本発明によるシステムを概略的に示す。 ニュートラル位置における図１のポインティングデバイスの断面及び対応するフットプリントを示す。 非ニュートラル位置における図１のポインティングデバイスの断面及び対応するフットプリントを示す。 本発明によるポインティングデバイスの異なる実施例を示す。 異なる位置における図５のポインティングデバイスの断面及びフットプリントを示す。 異なる位置における図５のポインティングデバイスの断面及びフットプリントを示す。 本発明によるポインティングデバイスの他の異なる実施例を示す。 異なる位置における図７のポインティングデバイスの断面及びフットプリントを示す。 異なる位置における図７のポインティングデバイスの断面及びフットプリントを示す。 剛体部材及び柔軟リンクを使用する、本発明によるポインティングデバイスの実施例を示す。 異なる位置における図８のポインティングデバイスの断面及びフットプリントを示す。 異なる位置における図８のポインティングデバイスの断面及びフットプリントを示す。

図１は、本発明によるポインティングデバイス１０の実施例を示す。ポインティングデバイス１０は、異なる位置への操作を可能にするグリップ部１１を有する。グリップ１１は、ポインティングデバイス１０の人間工学的側面を向上させるハンドプロファイルを持つことができる。グリップ部１１は、好ましくは、かなり堅い材料からなる。ジョイスティック、トラックボール又はコンピュータマウスのようなポインティングデバイスに対して一般に使用されるプラスチックは、グリップ部１１に対する材料として非常に適していることができる。ポインティングデバイス１０は、可とう性材料からなる４つの湾曲した脚１２を更に有する。脚１２は、例えば、折り曲げ可能な柔らかい発泡体からなることができる。折り曲げ可能な柔らかい発泡体は、例えば、ポリエチレン又はポリウレタンであることができる。４つの湾曲した脚１２は、ポインティングデバイス１０の成形可能部分を一緒に形成する。４つの脚１２は、グリップ部１１に取り付けられる。ポインティングデバイス１０が表面上に配置される場合、脚１２の一部は、当該表面に接触し、これによりフットプリントを形成する。前記ユーザが前記グリップ部１１を握り、ある方向に押す場合、可とう性脚１２は折り曲げられ、前記フットプリントの形状は、それに応じて変化する。これは、図２、３及び４を参照して更に説明される。

図２は、本発明によるシステム２０を概略的に示す。ポインティングデバイス１０は、インタラクティブシステム２０のインタラクティブ表面２１上に配置される。インタラクティブシステム２０は、インタラクティブ表面２１上の物体の存在を検出することができる。前記物体の存在を検出する周知の技術は、例えば、抵抗性、容量性又は赤外（マルチ）タッチスクリーンパネル及びカメラベースの光学的撮像ソリューションから既知である。インタラクティブシステム２０は、インタラクティブシステム２０の動作に関連した処理タスクを実行する電子回路、プロセッサ２２又はコンピュータを更に有する。インタラクティブシステム２０は、前記ユーザとインタラクティブシステム２０との間のインタラクションを可能にするユーザインタフェース素子２３を更に有することができる。プロセッサ２２は、インタラクティブ表面２１及びユーザインタフェース素子２３に結合される。

好ましくは、インタラクティブ表面２１は、表示画面としても機能する。例えば、インタラクティブシステム２０は、完全なＰＣ機能を持つインタラクティブシステムであることができ、前記インタラクティブ表面は、前記ＰＣの表示画面である。通常のＰＣ機能及びインタラクティブ表面２１のタッチスクリーン機能の組み合わせは、多くの新しい関心のある応用を提供する。代替的には、前記インタラクティブシステムは、ラップトップＰＣのタッチパッド等であることができる。本発明によるポインティングデバイス１０は、このようなラップトップに対する非常に実際的なコードレスポインティングデバイスであることができる。その機能は、機械的力にのみ依存し、電源又は電気通信対策を必要としない。

図３は、ニュートラル位置における図１のポインティングデバイス１０の断面及び対応するフットプリント３０を示す。４つの湾曲した脚１２は、インタラクティブ表面２１上にある。脚１２がインタラクティブ表面２１に触れる位置は、インタラクティブシステム２０により検出されるフットプリント３０を形成する。好ましくは、この図のように、フットプリント３０は回転対称ではない。脚１２の１つは、他の脚１２より小さく、したがって、インタラクティブ表面２１においてより小さな接触面３１を生じる。これは、インタラクティブシステム２０がポインティングデバイス１０の向きを決定することを可能にし、したがって前記ユーザが前記インタラクティブ表面２１上のポインティングデバイス１０を所望の向きに置くことを可能にする。図３において、より小さな脚１２の接触領域３１は、進行方向を規定する。より小さな脚１２の方向にグリップ部１１を押すことは、インタラクティブ表面２１上のポインティングデバイス１０の向きに関係なく、進行方向コマンドを生じる。特にグリップ部１１がハンドプロファイルを持つ場合、全ての方向が、インタラクティブ表面２１に対してではなく、ポインティングデバイス１０に対して規定されることは重要である。また、ジョイスティックがインタラクティブ卓上面の異なる側において使用される場合、前記システムが、前記ユーザの位置及び視点によって意味があるように反応することは重要である。図３に示される前記ニュートラル位置において、ポインティングデバイス１０は、方向コマンドを提供しない。

図４は、非ニュートラル位置における図１のポインティングデバイス１０の断面及び対応するフットプリント３０を示す。ここで、グリップ部１１は、後方に引っ張られている。結果として、可とう性脚１２は、折り曲げられ、変形される。ポインティングデバイス１０の成形可能部分１２が変形されると、接触面２１のフットプリント３０は、それに応じて変化する。前方の脚１２は、接触面２１との接触を解き放ち、接触領域３１は消える。後方の脚１２の変形は、接触面２１に対する後方の脚１２の接触領域３３が図３の前記ニュートラル位置より大きくなるという結果となる。後方に引っ張られたグリップ部１１を持つ図４の状況において、側面の脚１２の接触領域３２は、図３のニュートラル位置とおおよそ同じである。しかしながら、グリップ部１１が左又は右に押される又は引っ張られる場合、これらの接触領域３２は、大幅に変化するか、又は消えることさえある。このポインティングデバイス１１は、前後左右の方向へのグリップ部１１の操作を検出するのに適しているのみならず、これら４つの方向の間の全ての方向に対しても適している。各方向は、インタラクティブシステム２０により検出されることができる他の特徴的なフットプリント３０を生じる。フットプリント３０の特徴が、グリップ部１１の操作の方向のみに依存するのではなく、操作の程度にも依存することに注意すべきである。グリップ部１１がある方向に深く押される又は引っ張られるほど、フットプリント３０の形状に対する効果は大きくなる。それに加えて、前記システムは、（例えば対象を選択するために）ジョイスティック全体が前記表面に対して下向きに押される場合、この場合、４つ全ての接触表面が変形される、又は前記ジョイスティックが（一時的に）前記表面から持ち上げられる場合をも検出することができる。

インタラクティブシステム２０は、前記ユーザがどの方向コマンドを与えることを意図したかを決定する１以上の異なるアプローチを使用することができる。前記方向コマンドを決定することに対し、インタラクティブシステム２０は、フットプリント３０の幾つかの特徴を検出する。システム２０は、フットプリント３０の正確な形状を決定し、フットプリント３０の合計面積を計算し、及び／又はフットプリント３０の異なる接触領域３１、３２、３３の間の距離を決定することができる。好ましくは、これらのアプローチの組み合わせが、最適な精度を達成するために使用される。

図５は、本発明によるポインティングデバイス５０の異なる実施例を示す。このポインティングデバイス５０は、ハンドプロファイルを備えることができるグリップ部５１をも有する。グリップ部５１は、ディスク５４を介して、成形可能部分５２、５３に結合される。可とう性材料の輪５２は、ディスク５４の外周に取り付けられる。ディスク５４の中心において、インタラクティブ表面２１上でポインティングデバイス５０を支持する円筒形支持部材５３がある。支持部材５３は、輪５２と同じ材料からなることができるが、他の材料が使用されることもできる。以下に更に説明されるように、図６ａ及び６ｂを参照すると、支持部材５３が折り曲げ可能であることは重要である。支持部材５３は、ポインティングデバイス５０により自然なばねレバー感覚を与えるばねを更に有することができる。このようなばねは、力がグリップ部５１に加えられない場合に自動的にポインティングデバイス５０をニュートラル位置に戻す。支持部材５３の接触面は、インタラクティブ表面２１上の前記支持部材のスリップを防止する何らかの特別な材料又は吸引ナップ（suction nap）を有しうる。

図６ａ及び６ｂは、異なる位置における図５のポインティングデバイス５０の断面及びフットプリント６０を示す。フットプリント６０に見られるように、支持部材５３は、システム２０がポインティングデバイス５０の向きを検出することを可能にするために完全には回転対称ではない。図６ａにおいて、ポインティングデバイス５０は、ニュートラル位置にある。ポインティングデバイス５０は、支持部材５３上にある。輪５２の高さは、輪５２がインタラクティブ表面２１に触れないようになっている。結果的に、フットプリント６０は、支持部材５３の接触面のみにより形成される。

図６ｂにおいて、グリップ部５１は、ある方向に押されている（引っ張られている）。可とう性支持部材５３は、グリップ部５１が押されるのと同じ方向に折れ曲がる。結果として、輪５２は、インタラクティブ表面２１に触れる。輪５２がインタラクティブ表面２１に触れるとすぐに、輪５２は圧迫される。グリップ部５１が前記ニュートラル位置から更に離れるように押される場合、輪５２は、より圧迫され、表面２１上の輪５２の接触領域６２は、より大きくなる。したがって、フットプリント６０の面積は、前記ニュートラル位置からの距離に対する尺度である。前記支持部材の接触領域６１の中心及び前記輪の接触領域６２を通る直線６３は、グリップ部５１が前記ユーザにより押される方向を規定する。

図７は、本発明によるポインティングデバイス７０の他の異なる実施例を示す。この実施例は、図５に示される実施例に含まれるものと同様のグリップ部７１及びディスク７４を有することができる。図７のポインティングデバイス７０の成形可能部分は、可とう性材料の半球ドーム７２からなる。吸引ナップ７３又はスリップを防止する他の手段が設けられることができる。

図８ａ及び８ｂは、異なる位置における図７のポインティングデバイス７０の断面及びフットプリント８０を示す。全ての位置において、フットプリント８０は、単一の接触領域８１を有する。接触領域８１の形状、位置、向き及び面積は、グリップ部７１の位置を特徴付ける。もちろん、吸引ナップ７３は、例えば既に図６に示されたような非回転対称形状を持つことができる。フットプリント８０の合計面積は、前記ニュートラル位置からの距離を特徴付ける。グリップ部１７が押される又は引っ張られる方向８３は、フットプリント８１の形状を分析することにより得られる（矢印８３の両側において同じ面積）。

図９は、剛体部材９２及び柔軟リンク９５を使用する、本発明によるポインティングデバイス９０の実施例を示す。この実施例は、前記成形可能部分に対する可とう性の柔らかい材料を必要としない。ここで、前記成形可能部分は、複数の剛体部材９２を有し、剛体部材９２は、ヒンジのような柔軟リンク９５を介して結合されるので、互いに対して移動可能である。ポインティングデバイス９０は、場合によりハンドプロファイルを持つ、グリップ部９１を有する。グリップ部９１は、インタラクティブ表面２１上でポインティングデバイス９０を支持する支持部材９３に結合される。グリップ部９１と支持部材９３との間の結合は、グリップ部９１が、異なる方向及び位置に操作されることができるようになっている。例えば、グリップ部９１と支持部材９３との間の結合は、玉継ぎ手及びばね９４の組み合わせにより提供される。このポインティングデバイス内のばね９４は、前記ユーザがグリップ部９１に力を及ぼさないときはいつでもグリップ部９１が前記ニュートラル位置に戻るようになっていることができる。

図１０ａ及び１０ｂは、異なる位置における図９のポインティングデバイスの断面及びフットプリント１００を示す。図１０ａのニュートラル位置において、４つ全ての剛体部材が、支持部材９３の中心から同じ距離でインタラクティブ表面２１と接触している。フットプリント１００に見られるように、支持部材９３の接触領域１０１は、インタラクティブ表面２１に対するポインティングデバイス９０の向きが決定されることができるようになっている。グリップ部９１が押される又は引っ張られる場合（図１０ｂ）、支持部材９３は、インタラクティブ表面２１上の同じ位置に留まり、剛体部材９２は、前記表面上を滑り、新しい位置を取る。剛体部材９２の接触領域１０２−１０５の位置を分析することにより、前記グリップ部の位置は、決定されることができる。例えば、反対側の接触領域１０２、１０４及び１０３、１０５を接続する線の交点は、グリップ部９１の位置を特徴付ける。代替的には、前記支持部材の中心に対する距離が使用されることができる。前記グリップ部が押される又は引っ張られる場合に、剛体部材とインタラクティブ表面２１との間の接触の領域が、変化しうることに注意すべきである。

図９のもののようなポインティングデバイスは、４つより多い又は少ない剛体部材９２を備えてもよい。１つの剛体部材９２を持つポインティングデバイスは、１次元の方向コマンドを検出するのに使用されることができる。２次元検出に対して、少なくとも２つの剛体部材９２が必要とされる。

上述の実施例が本発明を限定するのではなく説明し、当業者が添付の請求項の範囲から逸脱することなしに多くの代替実施例を設計することができることに注意すべきである。請求項において、括弧間に配置された参照符号は、請求項を限定すると解釈されるべきでない。動詞"有する"及びその活用形の使用は、請求項に記載された要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を除外しない。要素に先行する冠詞"１つの"（"a"又は"an"）は、複数のこのような要素の存在を除外しない。本発明は、複数の別個の要素を有するハードウェアを用いて、及び適切にプログラムされたコンピュータを用いて実施されることができる。複数の手段を列挙する装置請求項において、これらの手段の幾つかが同一のハードウェアアイテムにより実施されてもよい。特定の方策が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの方策の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。

Claims (16)

1. インタラクティブ表面上で使用するポインティングデバイスにおいて、前記ポインティングデバイスが、
   ユーザによる異なる位置への操作を可能にするグリップ部と、
   前記インタラクティブ表面と接触する接触面を持つ成形可能部分と、
   を有し、前記グリップ部は、前記異なる位置の１つへの前記グリップ部の操作が前記インタラクティブ表面上の前記接触面のフットプリントに前記グリップ部のそれぞれの位置に対応する形状を取らせるように前記成形可能部分に結合され、
   前記接触面が回転対称ではない、ポインティングデバイス。
2. 前記成形可能部分が可とう性材料を有する、請求項１に記載のポインティングデバイス。
3. 前記成形可能部分が、前記可とう性材料の少なくとも３つの湾曲した脚を有し、各脚の一方の端部が、前記グリップ部に取り付けられ、各脚の他方の端部が、前記接触面の一部を有する、請求項２に記載のポインティングデバイス。
4. 前記ポインティングデバイスが、前記インタラクティブ表面上にある支持素子を有し、前記成形部分が、前記可とう性材料の輪を有し、前記支持素子が、前記輪の中に位置し、前記輪は、前記接触面が、
   前記ポインティングデバイスがニュートラル位置にある場合に前記インタラクティブ表面の上にあり、
   前記ポインティングデバイスが非ニュートラル位置にある場合に前記インタラクティブ表面に部分的に接触する、
   ように構成される、請求項２に記載のポインティングデバイス。
5. 前記成形可能部分が、前記可とう性材料の半球ドームである、請求項２に記載のポインティングデバイス。
6. 前記可とう性材料が、折り曲げ可能な発泡体である、請求項２に記載のポインティングデバイス。
7. 前記成形可能部分が、少なくとも１つの剛体部材を有し、前記剛体部材が、前記接触面の少なくとも一部を有し、柔軟リンクにより前記グリップ部に結合される、請求項１に記載のポインティングデバイス。
8. 前記柔軟リンクがヒンジである、請求項７に記載のポインティングデバイス。
9. 前記接触面の少なくとも一部が、前記インタラクティブ表面上の前記接触面のスリップを防止する取り付け手段を有する、請求項１に記載のポインティングデバイス。
10. 前記取り付け手段がゴムストリップである、請求項９に記載のポインティングデバイス。
11. 前記取り付け手段が吸引ナップである、請求項９に記載のポインティングデバイス。
12. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のポインティングデバイスとインタラクティブ表面とを有するインタラクティブシステムにおいて、前記インタラクティブ表面上の前記ポインティングデバイスの前記成形可能部分の接触面のフットプリントの特徴を決定する手段と、前記フットプリントの特徴に基づいて前記グリップ部の位置を決定する手段とを有する、インタラクティブシステム。
13. 前記フットプリントの特徴を決定する手段が、前記フットプリントの別個の部分の間の距離を決定する、請求項１２に記載のインタラクティブシステム。
14. 前記フットプリントの特徴を決定する手段が、前記フットプリントの面積を決定する、請求項１２に記載のインタラクティブシステム。
15. 前記フットプリントの特徴を決定する手段が、前記フットプリントの形状を決定する、請求項１２に記載のインタラクティブシステム。
16. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のポインティングデバイスのグリップ部の位置を決定する方法において、
    前記インタラクティブ表面上の前記ポインティングデバイスの前記成形可能部分の接触面のフットプリントの特徴を決定するステップと、
    前記フットプリントの特徴に基づいて前記グリップ部の位置を決定するステップと、
    を有する方法。

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