JP7257188B2 - 足部用入力システム、足部用位置指示具、足部用位置検出装置及び足部用入力システムを用いた指示位置入力方法 - Google Patents

Description

この発明は、コンピュータシステムを用いて、例えば描画などを行う場合に、使用者の足部を用いた情報の入力を可能にするためのシステム、装置、方法に関する。

近年は、コンピュータとディスプレイの性能向上により、ＶＲ（Virtual Reality）、ＡＲ（Augmented Reality）、ＭＲ（Mixed Reality）といった分野が急速に発展してきている。これらの分野における実行環境では、現実と同様の感覚でコンピュータの操作を行うために、マウス、キーボード、ゲームパッドなどの従来からの入力デバイスではなく、使用者（ユーザ）の手や指の動きを検知する特殊なハンドデバイスが用いられる場合がある。これにより、オブジェクトを手で掴み操作するといった、ハンドジェスチャーをコンピュータによって作り出された空間において再現することができる。このように使用者の手そのものによるジェスチャーをコンピュータにより形成されるデジタルコンテンツ内に持ち込む試みが行われている。

しかし、現実の使用者の手によるハンドジェスチャーによる操作の再現性をコンピュータで作り出された空間内で高めて行くほど、手によって直接操作する操作スティック、操作ボタン、タッチパネルなどを用いた操作が行い難くなる。また、例えば、歩行移動など足（脚）を使用する行為を指先や腕全体のジェスチャーで代用するため、例えばＶＲにおいて重要となる没入感が損なわれる原因ともなる。

このため、足（脚）を用いて情報の入力を行えるようにする入力装置が考えられている。例えば、後に記す特許文献１には、片足だけの簡単な操作で入力を行えるようにする足動式入力装置に関する発明が開示されている。当該足動式入力装置は、足底側に設けたボールを足によって回動移動させて指示位置を変化させたり、足の指で操作するスイッチを設け、いわゆるマウスの左クリック、右クリックと同様の操作を行うようにしたりすることができるものである。

また、後に記す特許文献２には、重量や重心の計測のみならず、足踏み、歩く、ジャンプ、しゃがむなどの各種の動作を検出することができるゲームコントローラに関する発明が開示されている。当該ゲームコントローラは、複数の圧力センサを有するシート上でプレーヤ（使用者）が動くことにより、プレーヤの体の一部による接触領域の圧力分布を検出し、その分布の形状や形状の変化に基づいて、プレーヤの動作を検出するものである。

特開平９－１９８１８８号公報 特開２０１６－１７４６９９号公報

特許文献１に開示された発明は、手で操作されるマウスを足で操作できるようにしたものにとどまり、より柔軟な情報入力を可能にするものではない。また、特許文献２に開示された発明は、プレーヤの種々の動作状態を検出することができるので、ゲームコントローラとしては有効な機能を備えている。しかし、上述したＶＲ、ＡＲ、ＭＲといったコンピュータにより形成される空間内での情報入力を行うデバイスとしては、検出できる状態が限られており、充分な入力は行えない。

以上のことに鑑み、この発明は、使用者の足部を用いて、例えば、位置情報、高さ情報、角度情報といった種々の詳細情報の入力を行えるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するため、
使用者の足部に装着される足部用位置指示具と、前記足部用位置指示具による指示位置を検出する足部用位置検出装置とからなる足部用入力システムであって、
前記足部用位置指示具は、
足裏のつま先側部に位置するようにされるソール前部と、
足裏の踵側部に位置するようにされるソール後部と、
柔軟性のある材料により形成され、前記ソール前部と前記ソール後部とを接続し、足裏の土踏まず部に位置するようにされるソール中部と、
前記ソール前部と前記ソール後部とのそれぞれに設けられ、それぞれが周波数の異なる位置指示信号を送信する位置指示信号送信部と
を備え、
前記足部用位置検出装置は、
第１の方向と、前記第１の方向に交差する第２の方向とのそれぞれに、複数の電極が所定の間隔で配設されて構成され、前記ソール前部と前記ソール後部とのそれぞれに設けられた前記位置指示信号送信部からの前記位置指示信号を受信して、前記複数の電極ごとに出力するようにする位置検出センサと、
前記位置検出センサからの出力信号に基づいて、前記ソール前部と前記ソール後部とのそれぞれに設けられた前記位置指示信号送信部からの前記位置指示信号による指示位置を検出する位置検出回路と
を備え、
前記位置検出回路は、前記ソール前部と前記ソール後部が前記位置検出センサ上に接触した状態から、前記ソール中部を前記位置検出センサから離れる方向に曲げることで、前記ソール前部又は前記ソール後部が前記位置検出センサ上から離れた場合には、前記位置検出センサからの出力信号に基づいて、前記ソール前部又は前記ソール後部の前記位置検出センサからの距離を検出する
ことを特徴とする足部用入力システムを提供する。

実施の形態の足部用入力システムの使用例を説明するための図である。 実施の形態の足部用位置指示具の構成例を説明するための図である。 実施の形態の足部用位置指示具の構成例を説明するための図である。 実施の形態の足部用位置検出装置の構成例を説明するための図である。 足部用位置指示具によって入力可能な高さ情報と角度情報について説明するための図である。 足部用位置指示具によって入力可能な角度情報について説明するための図である。 使用者の両足に足部用位置指示具を設ける場合の例について説明するための図である。 足部用位置指示具を使用者の足部に固定するための固定具の一例について示す図である。 足部用位置指示具に設ける位置指示ユニットの位置と数のバリエーションの例について説明するための図である。 足部用位置指示具の他の例について説明するための図である。

以下、図を参照しながらこの発明のシステム、装置、方法の一実施の形態について説明する。

［足部用入力システムの使用例］
図１は、実施の形態の足部用入力システムの使用例を説明するための図である。コンピュータ描画システムは、図１に示すように、例えば、ペンタブレット装置ＴＢと、電子ペンＰＮと、いわゆるジョイスティックＪＳと、ディスプレイＤＰと、コンピュータ本体とから構成される。図１においては、コンピュータ本体は図示していないが、ペンタブレット装置ＴＢとジョイスティックＪＳとディスプレイＤＰとは、当該コンピュータ本体に接続されている。

コンピュータ描画システムを用いて描画入力を行う場合には、机上に配置されたペンタブレット装置ＴＢに対して、電子ペンＰＮを用いて描画入力を行う。描画入力に応じた画像（描画像）はディスプレイＤＰに表示される。使用者は、いわゆるジョイスティックＪＳを操作することにより、描画像を種々の方向に回転させることができ、使用者は描画像の目的とする部分について、ペンタブレット装置ＴＢを通じて電子ペンＰＮに細かな描画入力が行える。

この実施の形態のコンピュータ描画システムの場合には、さらに足部用入力システムを用いることができるようになっている。足部用入力システムは、足部用位置指示具１００と足部用位置検出装置２００とからなる。足部用位置指示具１００は、図１に示すように、スリッパ形状に構成され、使用者の足部に装着されて使用される。足部用位置指示具１００は、他の機器とコードにより接続されることのないコードレスのものである。

足部用位置検出装置２００は、フロアマット形状のものであり、足部用位置指示具１００の下側に位置し、足部用位置指示具１００による指示位置を検出する機能を実現する。足部用位置検出装置２００は、コンピュータ本体に接続されて検出出力を供給することができるようになっている。そして、従来は、ディスプレイＤＰ上に表示されるアイコンに対する操作などにより行っていた描画像の例えば、移動、拡大、縮小などの操作を、足部用入力システムを用いて行うことができるようにしている。

具体的には、足部用位置検出装置２００上で足部用位置指示具１００を移動させることにより、ディスプレイＤＰの表示画面上で描画像を移動させることができる。また、足部用位置指示具１００の踵側を足部用位置検出装置２００に付けたままつま先側を上げ下げすることにより、描画像の拡大や縮小を行うことができる。これは一例であり、コンピュータ描画システムで動作するプログラムにより、種々の指示入力を、足部用入力システムを通じて行うことができる。

このように、足部用位置入力システムは、コンピュータ描画システムの入力装置（入力システム）として機能することができるものである。なお、この実施の形態において、足部用入力システムは、後述もするように、電磁誘導方式により、足部用位置指示具１００を通じて位置を指示したり、足部用位置指示具１００に加えられた圧力を検知してこれを通知したりすることができるようにしている。以下に、足部用入力システムを構成する足部用位置指示具１００と足部用位置検出装置２００の構成例について具体的に説明する。

［足部用位置指示具１００の構成例］
図２、図３は、実施の形態の足部用位置指示具１００の構成例を説明するための図である。図２（Ｂ）に示すように、使用者（人）の足裏は、つま先側部、土踏まず部、踵部の３つの部分に分けられる。足部用位置指示具１００は、図２（Ａ）に示すように、つま先側部の下側に位置するソール前部１０１と、踵部の下側に位置するソール後部１０３と、土踏まず部の下側に位置し、ソール前部１０１とソール後部１０３とを接続するソール中部１０２とを備える。

ソール前部１０１には、コイル１０１Ｌと圧力センサ１０１Ｐとを含む位置指示ユニット１０１Ｕが設けられている。また、ソール後部１０３には、コイル１０３Ｌと圧力センサ１０３Ｐとを含む位置指示ユニット１０３Ｕが設けられている。より具体的には、図３（Ａ）に示すように、位置指示ユニット１０１Ｕは、コイル１０１Ｌとコンデンサ１０１Ｃと圧力センサ１０１Ｐとが並列に接続されて構成されたものである。同様に、位置指示ユニット１０３Ｕは、コイル１０３Ｌとコンデンサ１０３Ｃと圧力センサ１０３Ｐとが並列に接続されて構成されたものである。

すなわち、位置指示ユニット１０１Ｕは、コイル１０１Ｌとコンデンサ１０１Ｃとが並列に接続されることにより共振回路を構成し、後述する足部用位置検出装置２００と協働することによって、位置指示信号を送信する機能を実現する。また、圧力センサ１０１Ｐは、可変容量コンデンサの構成とされたものであり、加わる圧力に応じて静電容量が変化する構成とされものである。圧力センサ１０１Ｐが、コイル１０１Ｌとコンデンサ１０１Ｃが構成する共振回路に並列に接続されることにより、静電容量に応じて共振周波数の位相を変化させ、位置指示信号に検出した圧力の情報を含めて送信することができるようにしている。位置指示ユニット１０３Ｕもまた、位置指示ユニット１０１Ｕと同様に構成されたものである。

図１にも示し、また、図３（Ｂ）にも示すように、足部用位置指示具１００は、スリッパ形状とされたものであり、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、ソール前部１０１とソール後部１０３とを備えている。ソール前部１０１には位置指示ユニット１０１Ｕが、ソール後部１０３には位置指示ユニット１０３Ｕが設けられているので、そのそれぞれの位置を指示したり、また、それぞれに加えられた圧力を検知しいて通知したりできる。また、詳しくは後述するように、単に位置や圧力だけでなく、位置指示ユニット１０１Ｕ、１０３Ｕの位置する高さや角度、また、足部用位置指示具１００を、踵部を固定してつま先側部を回動移動させたときの角度など、種々の情報の入力が行える。

なお、この実施の形態においては、ソール前部１０１の位置指示ユニット１０１Ｕの共振周波数は例えば周波数ｆ１で、ソール後部の位置指示ユニット１０３Ｕの共振周波数は周波数ｆ２というように、それぞれが異なるようにされているものとする。これにより、足部用位置検出装置２００側では、位置指示ユニット１０１Ｕからの位置指示信号に応じた位置や圧力と、位置指示ユニット１０３Ｕからの位置指示信号に応じた位置や圧力とを区別して検出することができるようになっている。すなわち、ソール前部１０１とソール後部１０３とのそれぞれの位置、それぞれに加わっている圧力を区別して検出することができる。

［足部用位置検出装置２００の構成例］
図４は、電磁誘導方式が適用されて構成された、この実施の形態の足部用位置検出装置２００の構成例を説明するためのブロック図である。足部用位置検出装置２００は、大きく分けると、位置検出センサ２０１と、位置検出回路２０２とからなる。位置検出センサ２０１は、Ｘ軸方向ループコイル群２０１Ｘと、Ｙ軸方向ループコイル群２０１Ｙとが積層されて構成されたものである。そして、位置検出センサ２０１は、図１にも示したように、使用者の足元に配置され、足部用位置指示具１００の下側に位置するようにさせて用いられるものである。

なお、位置検出センサ２０１の電極を構成するＸ軸ループコイル群２０１Ｘの各ループコイルＸ１～Ｘ４０と、Ｙ軸ループコイル群２０１Ｙの各ループコイルＹ１～Ｙ３０のそれぞれは、１ターンの場合もあれば、２ターン以上の複数ターンの場合もある。また、各ループコイル群２０１Ｘ、２０１Ｙのループコイルの数も位置検出センサ２０１のサイズに応じて適宜のものとすることができる。

位置検出回路２０２は、発振器２０４と、電流ドライバ２０５と、選択回路２０６と、切り替え接続回路２０７と、受信アンプ２０８と、位置検出用回路２０９と、圧力検出用回路２１０と、制御部２１１とからなる。制御部２１１は、マイクロプロセッサにより構成されている。制御部２１１は、選択回路２０６におけるループコイルの選択、切り替え接続回路２０７の切り替えを制御すると共に、位置検出用回路２０９及び圧力検出用回路２１０での処理タイミングを制御する。

そして、位置検出センサ２０１のＸ軸方向ループコイル群２０１Ｘ及びＹ軸方向ループコイル群２０１Ｙが選択回路２０６に接続されている。選択回路２０６は、２つのループコイル群２０１Ｘ，２０１Ｙのうちの一のループコイルを順次選択する。発振器２０４は、周波数ｆ０の交流信号を発生する。発振器２０４は、発生した交流信号を、電流ドライバ２０５と圧力検出用回路２１０に供給する。電流ドライバ２０５は、発振器２０４から供給された交流信号を電流に変換して切り替え接続回路２０７へ送出する。

切り替え接続回路２０７は、制御部２１１からの制御により、選択回路２０６によって選択されたループコイルが接続される接続先（送信側端子Ｔ、受信側端子Ｒ）を切り替える。この接続先のうち、送信側端子Ｔには電流ドライバ２０５が、受信側端子Ｒには受信アンプ２０８が、それぞれ接続されている。そして、位置検出センサ２０１から信号を送信する場合には、切り替え接続回路２０７は端子Ｔ側に切り替えられ、逆に、位置検出センサ２０１が外部からの信号を受信する場合には、切り替え接続回路２０７は端子Ｒ側に切り替えられる。

そして、切り替え接続回路２０７が、端子Ｔ側に切り替えられている場合には、選択回路２０６により選択されたループコイルに、電流ドライバ２０５からの電流が供給される。これにより、当該ループコイルにおいて磁界が発生し、これに対向する足部用位置指示具１００の位置指示ユニット１０１Ｕ、１０３Ｕが備える共振回路に作用して信号（電波）を送信するようにできる。

一方、切り替え接続回路２０７が、端子Ｒ側に切り替えられている場合には、選択回路２０６により選択されたループコイルに発生する誘導電圧は、選択回路２０６及び切り替え接続回路２０７を介して受信アンプ２０８に送られる。受信アンプ２０８は、ループコイルから供給された誘導電圧を増幅し、位置検出用回路２０９及び圧力検出用回路２１０へ送出する。

すなわち、Ｘ軸方向ループコイル群２０１Ｘ及びＹ軸方向ループコイル群２０１Ｙの各ループコイルには、足部用位置指示具１００の位置指示ユニット１０１Ｕ、１０３Ｕから送信される電波（位置指示信号）によって誘導電圧が発生する。位置検出用回路２０９は、ループコイルに発生した誘導電圧、すなわち受信信号を検波し、その検波出力信号をデジタル信号に変換し、制御部２１１に出力する。制御部２１１は、位置検出用回路２０９からのデジタル信号、すなわち、各ループコイルに発生した誘導電圧の電圧値のレベルに基づいて、位置指示ユニット１０１Ｕ、１０３Ｕからの位置指示信号による、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の指示位置の座標値を算出する。

一方、圧力検出用回路２１０は、受信アンプ２０８の出力信号を発振器２０４からの交流信号で同期検波して、それらの間の位相差（周波数偏移）に応じたレベルの信号を得、その位相差（周波数偏移）に応じた信号をデジタル信号に変換して制御部２１１に出力する。制御部２１１は、圧力検出用回路２１０からのデジタル信号、すなわち、送信した電波と受信した電波との位相差（周波数偏移）に応じた信号のレベルに基づいて、位置指示ユニット１０１Ｕ、１０３Ｕの圧力センサ１０１Ｐ、１０３Ｐに加えられている圧力を検出する。

図５は、足部用位置指示具１００によって入力可能な高さ情報と角度情報について説明するための図である。足部用位置指示具１００は、図５（Ｂ）に示すように、ソール後部１０３側を位置検出センサ２０１上に接触させたまま、ソール前部１０１を位置検出センサ２０１から離すように上げる操作ができる。この場合、制御部２１１は、各ループコイルに発生した誘導電圧の電圧値のレベルに基づいて足部用位置指示具１００の位置指示ユニット１０１Ｕの位置検出センサ２０１からの距離（高さ）ｈも検出できる。

また、図５（Ａ）に示すように、ソール前部１０１に取り付けられる位置指示ユニット１０１Ｕとソール後部１０３に取り付けられる位置指示ユニット１０３Ｕとの間の距離ｌは取り付けられた時点で決まっている。このため、制御部２１１は、「ｔａｎθ＝ｈ/ｌ」より、位置検出センサ２０１と足部用位置指示具１００の底面とのなす角θの角度も計算により求めることができる。

また、足部用位置指示具１００は、図５（Ｂ）に示した状態とは逆に、ソール前部１０１側を位置検出センサ２０１上に接触させたまま、ソール後部１０３を位置検出センサ２０１から離すように上げる操作もできる。この場合にも、図５を用いて説明した場合と同様にして、高さと角度を求めることができる。すなわち、位置指示ユニット１０３Ｕの位置検出センサ２０１からの距離（高さ）が検出できる。また、ソール後部１０３が上がって状態の位置検出センサ２０１と足部用位置指示具１００の底面とのなす角の角度も計算により求めることができる。

図６は、足部用位置指示具１００によって入力可能な角度情報について説明するための図である。足部用位置指示具１００は、図６（Ａ）に示すように、位置検出センサ２０１上において、ソール後部１０３側を中心にして、ソール前部１０１を左方向あるいは右方向に回転させるようにできる。制御部２１１は、足部用位置指示具１００の位置指示ユニット１０１Ｕの位置の変化から、足部用位置指示具１００のソール前部１０１が、どちらの方向にどれだけ回転するようにされたかについても検出できる。

例えば、図６（Ｂ）に示すように、ソール後部１０３に設けられた位置指示ユニット１０３Ｕの位置は変化せずに、ソール前部１０１が、矢印が示すように右側に回転し、位置指示ユニット１０１Ｕの指示位置だけが変化したとする。この場合、位置指示ユニット１０３Ｕと位置指示ユニット１０１Ｕとの間の長さ（距離）ｌは変わらない。したがって、位置指示ユニット１０３Ｕを頂点とし、回転前の位置指示ユニット１０１Ｕの指示位置Ｐ０と回転後の位置指示ユニット１０１Ｕの指示位置Ｐ１を底辺の両端とする２等辺三角形が形成される。

位置指示ユニット１０３Ｕが示す位置と、位置指示ユニット１０１Ｕが示す位置Ｐ０、Ｐ１は、上述したように制御部２１１において検出できるので、位置Ｐ０と位置Ｐ１を両端とする底辺の長さａも制御部２１１において求めることができる。同様に、底辺の中点と位置指示ユニット１０３Ｕが示す頂点との距離、すなわち当該２等辺三角形の高さｈも制御部２１１において求めることができる。

当該２等辺三角形の底辺の長さａと高さｈとが分かれば、図６（Ｂ）の（１）式により、底角θが求められる。このため、図６（Ｂ）の（２）式に示すように、三角形の内角の和である１８０度から２つの底角の和を減算すれば、頂角の角度φが求められる。この角度φが、この例においては、ソール前部１０１が右側にどれだけ回転したのかを示す情報（回転量）となる。ソール前部１０１が左側に回転する場合にも、回転方向が変わるだけで、回転量の算出は同様にできる。

また、足部用位置指示具１００は、位置検出センサ２０１上において、ソール前部１０１側を中心にして、ソール後部１０３を左方向あるいは右方向に回転させるようにすることもできる。この場合にも、図６を用いて説明した場合と同様にして、ソール後部１０３が、左右のいずれの方向に、どれだけ回転移動したのかを検出することができる。このように、足部用入力ユニットにより、種々の情報を入力できるので、これらの入力情報を用いた描画像の表示制御ができる。

一例を挙げれば、図５を用いて説明したように、ソール後部１０３を動かさず、ソール前部１０１を上げ下げした場合には、描画像の拡大表示の調整ができ、ソール前部１０１を動かさず、ソール後部１０３を上げ下げした場合には、描画像の縮小表示の調整ができる。また、図６を用いて説明したように、ソール後部１０３を動かさず、ソール前部１０１を左右に回転移動させた場合には、描画像の左右への回転表示ができる。また、ソール前部１０１を動かさず、ソール後部１０３を左右に回転移動させた場合には、描画像の上下への回転表示ができる。

この場合は、検出された位置指示ユニット１０１Ｕ、１０３Ｕの位置検出センサ２０１からの高さや位置検出センサ２０１に対する足部用位置指示具１００のソール全体の角度に基づいて制御することができる。また、ソール前部１０１に搭載された圧力センサ１０１Ｐにかかる圧力と、ソール後部に搭載された圧力センサ１０３Ｐにかかる圧力との検出もできる。このため、ソール前部１０１の踏み込みの強さに応じて描画像を拡大し、ソール後部１０３の踏み込みの強さに応じて描画像を縮小するといった制御も可能である。このような制御は一例であり、コンピュータ描画システムの処理プログラムにより、足部用入力システムによる情報入力に応じて、他の種々の制御を行うようにできる。

なお、図５、図６を用いて説明した例は、足部用位置指示具１００のソール前部１０１かソール後部１０３のいずれかが位置検出センサ２０１上に接触するようにしていた。しかし、これに限るものではない。例えば、ソール前部１０１とソール後部１０３の両方を、位置検出センサ２０１上から離して上げ下げした場合に、その状態を足部用位置検出装置２００において検出できるので、この状態に応じて例えば描画像の表示制御などを行うことができる。また、ソール前部１０１とソール後部１０３の両方を、位置検出センサ２０１上から離して左方向や右方向に回転させるようにすることもできる。そして、足部用位置検出装置２００では、その状態の検出もできるので、この状態に応じて例えば描画像の表示制御などを行うこともできる。

［実施の形態の効果］
上述した実施の形態の足部用入力システムによれば、使用者の足部を用いて、位置、圧力、高さ、角度といった種々の詳細情報の入力を行うことができる。これにより、従来、使用者の手を用いた指示入力により行っていた、例えば、描画像の拡大、縮小、回転、画質の調整といった種々の指示を、足部用入力ユニットを用いて行うことができる。つまり、足部用入力ユニットは、多目的な用途に対して新たな入力操作を可能にするものである。

更に、足部用入力ユニットにおいては、電磁誘導方式を採用することにより、バッテリーレスの構造となり、耐久性に優れ、かつ、足部用位置指示具１００を足部に装着したまま移動することも可能になる。このため、取り回しが容易になり、使い勝手の良い入力デバイスを提供することができる。

また、ＶＲ、ＡＲ、ＭＲといった技術の利用場面において、新たな入力ユニットを提供することができ、より柔軟な指示入力が実現できる。これにより、ＶＲ、ＡＲ、ＭＲといった分野におけるより柔軟な情報入力を実現することができる。

例えば、大きな部屋をＶＲ空間として用意し、その部屋のユーザの全面に位置検出センサ２０１を設ければ、当該部屋の中に大きな３次元ＶＲオブジェクトを形成するようにし、部屋の中を移動しながら、３次元ＶＲオブジェクトの描画を行うことができる。このように、ＶＲ、ＡＲ、ＭＲといった技術の利用場面においては、より柔軟な指示入力を可能にし、３次元空間内への没入感を阻害することなく、使用者の身体的疲労を低減させ、細かな作業と大まかな作業とを両立させることができる。

［変形例］
＜足部用位置指示具の両足着用＞
上述した実施の形態では、図１に示したように、使用者の右足に足部用位置指示具１００を装着する場合を例にして説明したが、これに限るものではない。例えば、図７は、使用者の両足に足部用位置指示具を設ける場合の例について説明するための図である。すなわち、使用者の左足部には、左足部用位置指示具１００Ｌを装着し、使用者の右足部には、右足部用位置指示具１００Ｒを装着する。

このようにすれば、使用者の両足部を用いて、情報の入力を行うことができるので、より細かな指示入力を行うことができる。これにより、例えば、左足部用位置指示具１００Ｌを通じては、描画像の拡大縮小を行うようにし、右足部用位置指示具１００Ｒを通じては、描画像の回転を行うようにするといったことが可能になる。この他にも、左足部用位置指示具１００Ｌを通じては、描画像の拡大縮小、上下左右回転を行うようにし、右足部用位置指示具１００Ｒを通じては、表示画像の明るさや色合いなどの調整を行うようにするといったことが可能である。また、広い部屋にＶＲ空間を作った場合における使用者の位置の把握や移動の把握もより適切に行うことができる。もちろん、これらは一例であり、その他の種々の制御が可能である。

＜足部用位置指示の使用者の足部への固定＞
また、上述した実施の形態では、図１、図３、図５に示したように、足部用位置指示具１００は、スリッパ形状のものとして説明した。このため、踵部側のソール後部１０３の上げ下げが適切に行い場合もある。そこで、足部用位置指示具１００に使用者の足部に固定するようにする固定部を用いるようにしてもよい。図８は、足部用位置指示具を使用者の足部に固定するための固定具の一例について示す図である。例えば、スリッパ形状の足部用位置指示具１００の場合には、図８に示すような、これに装着可能な固定部を装着し、この固定具によって使用者の足部に固定する。

これにより、スリッパ形状の足部用位置指示具１００であっても、ソール前部１０１だけでなく、ソール後部１０３についても、使用者の足部の動きに対応させて、適切に動かすことができる。なお、図８に示した固定具は、金属などの硬質素材により形成するものに限らず、足部用位置指示具１００に対して固定可能なものであれば、布製などの柔軟性のある素材によって形成されているものであってももちろんよい。なお、図８は、固定具の一例を示したものであり、例えば、踵部に使用者の足首部分に装着可能な足首ベルトを装着しただけでももちろんよい。

また、足部用位置指示具１００は、スリッパ形状のものに限るものではなく、踵部の後側まで覆う部分を備えた靴形状のものを構成してもよい。すなわち、つま先部分を覆う部分、足部の側面部分を覆う部分、踵部の後側面を覆う部分を備えた足部用位置指示具を形成するようにしてももちろんよい。すなわち、いわゆる、スニーカなどの靴底にソール前部とソール後部を設けた足部用位置指示具を構成することができる。

＜位置指示ユニットの複数配置＞
また、上述した実施の形態では、ソール前部１０１とソール後部１０３のそれぞれに１つずつの位置指示ユニット１０１Ｕ、１０３Ｕを設けるようにしたが、これに限るものではない。位置指示ユニットは必要な箇所に設けることができる。図９は、足部用位置指示具に設ける位置指示ユニットの位置と数のバリエーションの例について説明するための図である。

図９（Ａ）は、ソール前部には、左側と右側に１つずつの位置指示ユニット１０１Ｕ（１）、１０１Ｕ（２）を設け、ソール後部には、左側と右側に１つずつの位置指示ユニット１０３Ｕ（１）、１０３Ｕ（２）を設けた場合を示している。ソール（靴底）の左右のどちら側に傾いているのかを検出することができ、これに応じて制御、例えば、左に傾いた場合には、描画像を左に移動させ、右に傾いた場合には、描画像を右に移動させるといった制御が可能になる。

図９（Ｂ）は、ソール前部には、三角形状に３つの位置指示ユニット１０１Ｕ（１）、１０１Ｕ（２）、１０１Ｕ（３）を設け、ソール後部には、三角形状に３つの位置指示ユニット１０３Ｕ（１）、１０３Ｕ（２）、１０３Ｕ（３）を設けた場合を示している。この例の場合には、ソール（靴底）の左右のどちら側に傾いているのかを検出することができると共に、ソール前部とソール後部のどちら側により力が加わっているかを検出できる。また、ソール前部だけを、あるいは、ソール後部だけを、位置検出センサ２０１に接触させている場合に、３つの位置指示ユニットのどの部分により圧力がかかっているのかを検知できる。

図９（Ｃ）は、ソール前部には、円形状に８つの位置指示ユニット１０１Ｕ（１）～１０１Ｕ（８）を設け、ソール後部には、円形状に８つの位置指示ユニット１０３Ｕ（１）～１０３Ｕ（８）を設けた場合を示している。この例の場合には、ソール全体と位置検出センサとの位置関係をより詳しく検出することができる。この検出結果を用いることにより、より細かな制御が可能になる。

図９に示したバリエーションは、一例であり、他の種々のバリエーションを採用することもできる。要は、足部用位置指示具のソールと位置検出センサ２０１とのどのような位置関係を検出したいかに応じて、足部用位置指示具のソールのどの位置に位置指示ユニットを設けるのかを決めるようにすればよい。

また、上述もしたように、足部用入力ユニットを用いることにより、足部用ユニットを用いて入力した情報により、描画像に対する制御の他、輝度、色調などの画像特性に関する制御など、種々の制御を行うようにすることができる。

＜圧力センサの他の例＞
また、位置指示ユニット１０１Ｕ、１０３Ｕなどに搭載される圧力センサは、可変容量コンデンサとして、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて構成された圧力センサを用いるようにすることもできる。この他にも、圧力センサとしては種々の構成のものを用いることができる。この場合でも、圧力センサによって検出された圧力を示す情報を、種々の方法で送信する信号に含めて送信することができる。また、圧力情報だけは、別途、近距離無線通信を用いて、足部用位置検出装置に送信するようにしてもよい。この場合には、足部用位置検出装置側に近距離無線通信用の受信部を設ける必要がある。

＜位置指示ユニットの区別＞
上述した実施の形態では、位置指示ユニットごとに、共振周波数を異ならせることによって、位置指示ユニットごとの指示位置を位置指示信号の周波数の違いによって、足部用位置検出装置２００側で区別できるものとして説明した。しかし、これに限るものではない。各位置指示ユニットで同じ共振周波数を用いるようにする。そして、位置指示ユニットごとに位置指示信号の送信タイミングを変え、同じタイミングでは１つの位置指示ユニットからしか位置指示信号を送信しないようにする。このようにすれば、足部用位置検出装置２００において、異なる位置指示ユニットからの位置指示信号に応じた異なる位置の検出が可能になる。

簡単には、ソール前部１０１の位置指示ユニット１０１Ｕとソール後部の位置指示ユニット１０３Ｕとの位置指示信号の送信タイミングをシリアルに異ならせることによって、足部用位置検出装置２００において、２つの異なる位置を検出することができる。また、各位置指示ユニットで同じ共振周波数を用いるようにする場合であっても、位置指示ユニットごとに位置指示信号の送信パターンを変えることによって、足部用位置検出装置２００側において、位置指示ユニットごとの区別を行えるようにすることも可能である。

＜静電容量方式の利用＞
上述した実施の形態では、足部用位置指示具１００と足部用位置検出装置２００との間では、電磁誘導方式を利用して情報の入力を行うようにしたが、これに限るものではない。足部用位置指示具１００と足部用位置検出装置２００との間では、静電容量方式を利用して情報の入力を行うようにしてもよい。この場合には、足部用位置指示具１００には、発振回路と送信回路とこれらを駆動するためのバッテリを搭載するように構成する。足部用位置検出装置２００では、横方向（Ｘ軸方向）と縦方向（Ｙ軸方向）とに線状導体を配列した位置検出センサを用いて、指示位置等の検出を行うようにすることができる。

＜スリッパ形状以外の足部用位置指示具＞
図１０は、スリッパ形状以外の足部用位置指示具３００について説明するための図である。足部用位置指示具３００もまた、足部用位置検出装置２００の位置検出センサ２０１上で用いられるものである。図１０に示すように、足部用位置指示具３００は、踵装着部３０１と、位置指示ユニット搭載部３０２とからなる。踵装着部３０１は、使用者の足の後側に位置する踵部に対して、足部用位置指示具３００を装着するためのものである。位置指示ユニット搭載部３０２は、位置指示ユニットを設けるための部分であり、踵部の後側に位置し、使用者の足の横幅と同等かそれよりもやや長い横幅を有している。

位置指示ユニット搭載部３０２の内部には、使用者の足の横幅方向の左側には左位置指示ユニット３０２Ｌが設けられ、右側には右位置指示ユニット３０２Ｒが設けられている。左位置指示ユニット３０２Ｌと右位置指示ユニット３０２Ｒとのそれぞれは、上述した位置指示ユニット１０１Ｕ、１０３Ｕと同様に、コイルとコンデンサと圧力センサとが並列に接続されて構成されたものである。

これにより、左位置指示ユニット３０２Ｌと右位置指示ユニット３０２Ｒとの一方または両方からの位置指示信号により、位置検出センサ２０１上の位置を指示することができる。また、左位置指示ユニット３０２Ｌと右位置指示ユニット３０２Ｒとのそれぞれにかかる圧力も検出できる。このため、左位置指示ユニット３０２Ｌと右位置指示ユニット３０２Ｒとのそれぞれにかかる圧力の変化に応じて、例えば、描画像の拡大縮小、回転、輝度や色調の調整など、種々の調整を行うようにできる。

また、位置検出センサ上において、踵部の位置を移動させずに、つま先部を左右に回転させると、位置指示ユニット搭載部３０２は、位置指示ユニット搭載部３０２の中央部分を中心にして回転する。従って、足部用位置検出装置２００においては、左位置指示ユニット３０２Ｌと右位置指示ユニット３０２Ｒとは、位置指示ユニット搭載部３０２の中央部分を中心にして、直前の位置から左右どちらの方向にどの位の角度、回転したのかを検出することができる。この回転の変化を利用し、例えば、描画像の拡大縮小、回転、輝度や色調の調整など、種々の調整を行うようにできる。

例えば、位置検出センサ２０１を使用者から見て上下に半分ずつの領域に分ける。そして、使用者から遠い側（上側）の領域で、上述したように位置指示ユニット搭載部３０２を回転させた場合には、描画像の拡大の調整を行うようにすることができる。また、使用者から近い側（下側）の領域で、上述したように位置指示ユニット搭載部３０２を回転させた場合には、描画像の縮小の調整を行うようにすることができる。このように、位置検出センサ２０１上の位置も考慮することによって、より柔軟な指示入力が可能になる。

また、この位置指示ユニット搭載部３０２に搭載された左位置指示ユニット３０２Ｌと右位置指示ユニット３０２Ｒとのそれぞれが、位置検出センサ２０１上からどの位離れているのかについても、足部用位置検出装置２００側で検出できる。これにより、足部用位置指示具３００を、位置検出センサ２０１に対して上げ下げする操作や足部用位置指示具３００の横方向（左右方向）の片側だけを上げ下げする操作を、描画像の拡大縮小、描画像の回転、表示画像の輝度、色調の調整など、種々の制御に対する指示入力として用いることもできる。

また、図１０に示した踵部側だけの足部用位置指示具３００は、ソール後部１０３だけからなる足部用位置指示具に相当する。このため、ソール前部１０１だけからなる足部用位置指示具やソール中部１０２だけからなる足部用位置指示具を構成することもできる。この場合においても、ソール前部１０１やソール中部１０２には、少なくとも足部の横方向（左右方向）の両端に１つずつの位置指示ユニットを設けるようにすればよい。

また、踵装着部３０１は、位置指示ユニット搭載部３０２に回転シャフト部３０３で回転するように固定されている。この回転シャフト部３０３によって、図５（Ｂ）のように足の踵を固定しながら、つま先側部を持ち上げることが可能となる。この回転シャフト部３０３には、回転角度を検出するエンコーダーが内蔵されている（図には示さず）。このエンコーダーによって、つま先側部を持ちあげた角度も検出でき、位置指示ユニット搭載部３０２の共振回路を通じて、位置検出センサ２０１に送信する。これによって、踵を固定しながら、つま先側部をタップするような動作も足部用位置検出装置２００側で検出することが可能となる。

［その他］
上述した実施の形態の説明からも分かるように、請求項の足部用位置指示具、足部用位置検出装置は、実施の形態の足部用位置指示具１００、足部用位置検出装置２００が対応している。また、足部用位置指示具のソール前部、ソール中部、ソール後部は、足部用位置指示具１００のソール前部１０１、ソール中部１０２、ソール後部１０３が対応している。また、足部用位置指示具の位置指示信号送信部の機能は、例えば、コイル１０１Ｌとコンデンサ１０１Ｃとからなる共振回路、コイル１０３Ｌとコンデンサ１０３Ｃとからなる共振回路が実現している。足部用位置指示具の圧力検出部の機能は、圧力センサ１０１Ｐ、１０３Ｐが実現している。足部用位置指示具の圧力情報送信部の機能は、足部用位置指示具１００の位置指示ユニット１０１Ｕ、１０１３Ｕの共振回路が実現している。

また、足部用位置検出装置の位置検出センサの機能は、足部用位置検出装置２００の位置検出センサ２０１が実現し、足部用位置検出装置の位置検出回路は、足部用位置検出装置２００の位置検出回路２０２が実現している。また、足部用位置検出装置の距離検出回路の機能は、足部用位置検出装置２００の主に制御部２１１が実現している。また、足部用位置検出装置の角度算出回路の機能は、足部用位置検出装置２００の主に制御部２１１が実現している。また、足部用位置検出装置の回転角度算出回路の機能は、足部用位置検出装置２００の主に制御部２１１が実現している。

１００…足部用位置指示具、１０１…ソール前部、１０１Ｕ…位置指示ユニット、１０１Ｌ…コイル、１０１Ｃ…コンデンサ、１０１Ｐ…圧力センサ、１０２…ソール中部、１０３…ソール後部、１０３Ｕ…位置指示ユニット、１０３Ｌ…コイル、１０３Ｃ…コンデンサ、１０３Ｐ…圧力センサ、２００…足部用位置検出装置、２０１…位置検出センサ、２０１Ｘ…Ｘ軸方向ループコイル群、Ｘ１～Ｘ４０…ループコイル、２０１Ｙ…Ｙ軸方向ループコイル群、Ｙ１～Ｙ３０…ループコイル、２０２…位置検出回路、２０４…発振器、２０５…電流ドライバ、２０６…選択回路、２０７切り替え接続回路、２０８…受信アンプ、２０９…位置検出用回路、２１０…圧力検出用回路、２１１…制御部、３００…足部用位置指示具、３０１…踵装着部、３０２…位置指示ユニット搭載部、３０２Ｌ…左位置指示ユニット、３０２Ｒ…右位置指示ユニット

Claims (13)

1. 使用者の足部に装着される足部用位置指示具と、前記足部用位置指示具による指示位置を検出する足部用位置検出装置とからなる足部用入力システムであって、
   前記足部用位置指示具は、
   足裏のつま先側部に位置するようにされるソール前部と、
   足裏の踵側部に位置するようにされるソール後部と、
   柔軟性のある材料により形成され、前記ソール前部と前記ソール後部とを接続し、足裏の土踏まず部に位置するようにされるソール中部と、
   前記ソール前部と前記ソール後部とのそれぞれに設けられ、それぞれが周波数の異なる位置指示信号を送信する位置指示信号送信部と
   を備え、
   前記足部用位置検出装置は、
   第１の方向と、前記第１の方向に交差する第２の方向とのそれぞれに、複数の電極が所定の間隔で配設されて構成され、前記ソール前部と前記ソール後部とのそれぞれに設けられた前記位置指示信号送信部からの前記位置指示信号を受信して、前記複数の電極ごとに出力するようにする位置検出センサと、
   前記位置検出センサからの出力信号に基づいて、前記ソール前部と前記ソール後部とのそれぞれに設けられた前記位置指示信号送信部からの前記位置指示信号による指示位置を検出する位置検出回路と
   を備え、
   前記位置検出回路は、前記ソール前部と前記ソール後部が前記位置検出センサ上に接触した状態から、前記ソール中部を前記位置検出センサから離れる方向に曲げることで、前記ソール前部又は前記ソール後部が前記位置検出センサ上から離れた場合には、前記位置検出センサからの出力信号に基づいて、前記ソール前部又は前記ソール後部の前記位置検出センサからの距離を検出する
   ことを特徴とする足部用入力システム。
2. 請求項１に記載の足部用入力システムであって、
   前記位置検出回路は、前記ソール前部が前記位置検出センサ上から離れた場合の前記距離と、前記ソール後部が前記位置検出センサ上から離れた場合の前記距離とを、区別可能に出力する
   ことを特徴とする足部用入力システム。
3. 請求項１に記載の足部用入力システムであって、
   前記足部用位置検出装置は、
   前記ソール前部に設けられている前記位置指示信号送信部と前記ソール後部に設けられている位置指示信号送信部との間の距離と、前記ソール前部又は前記ソール後部の前記位置検出センサからの前記距離とに基づいて、前記位置検出センサに対する前記足部用位置指示具の足裏部分の角度を算出する角度算出回路を備えることを特徴とする足部用入力システム。
4. 請求項３に記載の足部用入力システムであって、
   前記角度算出回路は、前記ソール前部が前記位置検出センサ上から離れた場合の前記角度と、前記ソール後部が前記位置検出センサ上から離れた場合の前記角度とを、区別可能に出力する
   ことを特徴とする足部用入力システム。
5. 請求項１に記載の足部用入力システムであって、
   前記足部用位置指示具の前記位置指示信号送信部は、コイルとコンデンサとからなる共振回路の構成とされたものであり、
   前記足部用位置検出装置の前記位置検出センサは、前記複数の電極がループコイルの構成とされたものであり、前記複数のループコイルに順次に電流を供給して磁界を発生させる信号送信期間と、電流の供給を停止して信号を受信する信号受信期間とを設ける構成を有する
   ことを特徴とする足部用入力システム。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の足部用入力システムであって、
   前記足部用位置指示具は、同様の構成とされた左足部用と右足部用とが用いられ、
   前記左足部用の前記ソール前部と前記ソール後部とのそれぞれに設けられる前記位置指示信号送信部と、前記右足部用の前記ソール前部と前記ソール後部とのそれぞれに設けられる前記位置指示信号送信部との４つの位置指示信号送信部とは、そのそれぞれが周波数の異なる前記位置指示信号を送信する
   ことを特徴とする足部用入力システム。
7. 請求項１に記載の足部用入力システムであって、
   前記足部用位置指示具は、足部への装着部材を備えることを特徴とする足部用入力システム。
8. 使用者の足部に装着される足部用位置指示具と、前記足部用位置指示具による指示位置を検出する足部用位置検出装置とからなる足部用入力システムの前記足部用位置指示具であって、
   前記足部用位置検出装置は、第１の方向と、前記第１の方向に交差する第２の方向とのそれぞれに、複数の電極が所定の間隔で配設されて構成され、前記足部用位置指示具のソール前部とソール後部とのそれぞれに設けられた位置指示信号送信部からの位置指示信号を受信して、前記複数の電極ごとに出力するようにする位置検出センサと、前記位置検出センサからの出力信号に基づいて、前記ソール前部と前記ソール後部とのそれぞれに設けられた前記位置指示信号送信部からの前記位置指示信号による指示位置を検出する位置検出回路とを備え、前記位置検出回路は、前記位置検出センサからの出力信号に基づいて、前記ソール前部と前記ソール後部が前記位置検出センサ上に接触した状態から、ソール中部を前記位置検出センサから離れる方向に曲げることで、前記ソール前部又は前記ソール後部が前記位置検出センサ上から離れた場合には、前記ソール前部又は前記ソール後部の前記位置検出センサからの距離を検出するものであり、
   足裏のつま先側部に位置するようにされる前記ソール前部と、
   足裏の踵側部に位置するようにされる前記ソール後部と、
   柔軟性のある材料により形成され、前記ソール前部と前記ソール後部とを接続し、足裏の土踏まず部に位置するようにされる前記ソール中部と、
   前記ソール前部と前記ソール後部とのそれぞれに設けられ、それぞれが周波数の異なる位置指示信号を送信する位置指示信号送信部と
   を備えることを特徴とする足部用位置指示具。
9. 使用者の足部に装着される足部用位置指示具と、前記足部用位置指示具による指示位置を検出する足部用位置検出装置とからなる足部用入力システムの前記足部用位置検出装置であって、
   前記足部用位置指示具は、足裏のつま先側部に位置するようにされるソール前部と、足裏の踵側部に位置するようにされるソール後部と、柔軟性のある材料により形成され、前記ソール前部と前記ソール後部とを接続し、足裏の土踏まず部に位置するようにされるソール中部と、前記ソール前部と前記ソール後部とのそれぞれに設けられ、それぞれが周波数の異なる位置指示信号を送信する位置指示信号送信部とを備えるものであり、
   第１の方向と、前記第１の方向に交差する第２の方向とのそれぞれに、複数の電極が所定の間隔で配設されて構成され、前記ソール前部と前記ソール後部とのそれぞれに設けられた前記位置指示信号送信部からの前記位置指示信号を受信して、前記複数の電極ごとに出力するようにする位置検出センサと、
   前記位置検出センサからの出力信号に基づいて、前記ソール前部と前記ソール後部とのそれぞれに設けられた前記位置指示信号送信部からの前記位置指示信号による指示位置を検出する位置検出回路と
   を備え、
   前記位置検出回路は、前記位置検出センサからの出力信号に基づいて、前記ソール前部と前記ソール後部が前記位置検出センサ上に接触した状態から、前記ソール中部を前記位置検出センサから離れる方向に曲げることで、前記ソール前部又は前記ソール後部が前記位置検出センサ上から離れた場合には、前記ソール前部又は前記ソール後部の前記位置検出センサからの距離を検出する
   ことを特徴とする足部用位置検出装置。
10. 足裏のつま先側部に位置するようにされるソール前部と、足裏の踵側部に位置するようにされるソール後部と、柔軟性のある材料により形成され、前記ソール前部と前記ソール後部とを接続し、足裏の土踏まず部に位置するようにされるソール中部とを備え、使用者の足部に装着される足部用位置指示具と、前記足部用位置指示具による指示位置を検出する足部用位置検出装置とからなる足部用入力システムを用いた指示位置入力方法であって、
    前記足部用位置指示具においては、
    前記ソール前部と前記ソール後部とのそれぞれに設けられ、それぞれが周波数の異なる位置指示信号を送信する位置指示信号送信部から、前記位置指示信号を送信する位置指示信号送信工程
    を有し、
    前記足部用位置検出装置においては、
    第１の方向と、前記第１の方向に交差する第２の方向とのそれぞれに、複数の電極が所定の間隔で配設されて構成される位置検出センサを通じて、前記ソール前部と前記ソール後部とのそれぞれに設けられた前記位置指示信号送信部からの前記位置指示信号を受信して、前記複数の電極ごとに出力するようにする位置指示信号受信工程と、
    位置検出回路が、前記位置指示信号受信工程において、前記位置検出センサからの出力信号に基づいて、前記ソール前部と前記ソール後部とのそれぞれに設けられた前記位置指示信号送信部からの前記位置指示信号による指示位置を検出する位置検出工程と
    を有し、
    前記位置検出工程において、前記位置検出回路は、前記ソール前部と前記ソール後部が前記位置検出センサ上に接触した状態から、前記ソール中部を前記位置検出センサから離れる方向に曲げることで、前記ソール前部又は前記ソール後部が前記位置検出センサ上から離れた場合には、前記位置検出センサからの出力信号に基づいて、前記ソール前部又は前記ソール後部の前記位置検出センサからの距離を検出する
    ことを特徴とする足部用入力システムを用いた指示位置入力方法。
11. 請求項１０に記載の足部用入力システムを用いた指示位置入力方法であって、
    前記位置検出工程において、前記位置検出回路は、前記ソール前部が前記位置検出センサ上から離れた場合の前記距離と、前記ソール後部が前記位置検出センサ上から離れた場合の前記距離とを、区別可能に出力する
    ことを特徴とする足部用入力システムを用いて指示位置入力方法。
12. 請求項１０に記載の足部用入力システムを用いた指示位置入力方法であって、
    前記足部用位置検出装置においては、
    角度算出回路が、前記ソール前部に設けられている前記位置指示信号送信部と前記ソール後部に設けられている位置指示信号送信部との間の距離と、前記ソール前部又は前記ソール後部の前記位置検出センサからの前記距離とに基づいて、前記位置検出センサに対する前記足部用位置指示具の足裏部分の角度を算出する角度算出工程
    を有することを特徴とする足部用入力システムを用いた指示位置入力方法。
13. 請求項１２に記載の足部用入力システムを用いた指示位置入力方法であって、
    前記角度算出工程において、前記角度算出回路は、前記ソール前部が前記位置検出センサ上から離れた場合の前記角度と、前記ソール後部が前記位置検出センサ上から離れた場合の前記角度とを、区別可能に出力する
    ことを特徴とする足部用入力システムを用いた指示位置入力方法。

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