JPH031691B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、操作板上において２次元的に描く手
書き図形などをコンピユータにオンラインで入力
する場合などに使用して有効な位置情報入力装置
に関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来、手動操作にともなつて平面上を移動する
物体に付属された球体の動きを信号に変換して、
その物体の位置情報を得、その位置情報をコード
などを通してコンピユータなどに入力する装置と
して第１図および第２図に例示するものが考えら
れている。これを説明すると、第１図は従来の位
置情報入力装置の一部切断縦断面図、第２図はそ
の一部切断平面図である。それらの図面におい
て、１は把持可能なハウジングであり、その内部
には球体２が転動可能に納められており、かつ、
その球体２の下部は、ハウジング１の底部に設け
られた開口３より下方へ突出して、載置平面４と
接するようになつている。

また、上記ハウジング１は、上記球体２と、ハ
ウジング１の底面部に転動自在に設けられた複数
個のボール５によつて、載置平面４上で移動自在
に支承される。

上記球体２は、その周囲の近傍に配設された４
つのアングル６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄにそれぞれ
回転自在に設けられたローラ７ａ，７ｂ，７ｃ，
７ｄに接することで水平方向の位置が規制され、
また、ハウジング１の内部中央上面部に転動自在
に配されたボール８に上面中央部が接することで
上方向の位置が規制されている。９ａおよび９ｂ
はローラ７ａ〜７ｄのうち、回転軸の延長線が直
交する一対のローラ７ｂと７ｃの回転軸１０ａと
１０ｂにそれぞれ連結されたポテンシヨメータで
あり、それらは、ローラ７ｂ，７ｃの回転量に応
じて抵抗値が変化するように構成され、かつ、図
示していないがコードを通してコンピユータの入
力部に接続されている。

次に、この従来例の動作について説明する。

まず、入力操作者が手でハウジング１を把持し
て、載置平面４上で動かすと、そのハウジング１
の移動にともなつて球体２も載置平面４上を転動
する。すると、その球体２の外周に四方から接触
しているローラ７ａ〜７ｂも回転するとともに、
回転軸１０ａ，１０ｂも回転する。この場合、球
体２は、ハウジング１の移動方向と同方向へ向か
つて転動するとともに、ハウジング１の移動量に
応じた量だけ回転する。従つて、ポテンシヨメー
タ９ａ，９ｂによつて、ローラ７ｂ，７ｃの回転
角を検出することにより、ハウジング１の移動方
向ならびに移動量に応じた位置情報を検出するこ
とができる。

しかしながら、上記従来の位置情報入力装置に
おいては次のような問題があつた。すなわち、位
置情報入力装置の操作中において、球体２の載置
平面４上での移動は、球体２がハウジング１内で
ローラ７ａ〜７ｄに押されることによつてなさ
れ、かつ、その球体２の回転運動は、その球体２
と載置平面４の間の摩擦力が球体２の接線方向に
働いて回転力となることによつてなされる。ここ
で、位置情報入力装置の操作速度を上げて、その
移動の加速度を大にすると、球体２の載置平面４
上での移動に関しては、球体２がハウジング１内
で支持されているため、位置情報入力装置と同じ
加速度でもつて移動するが、球体２の回転に関し
ては、球体２と載置平面４との間の摩擦力はほと
んど変わらないため、球体２の回転角加速度はあ
る限界値以上に上げることはできない。このた
め、位置情報入力装置の移動加速度がある一定値
を超えると、球体２の回転が追従しなくなり、球
体２と載置平面４との間にすべりが生じて、位置
情報入力装置が載置平面４上で実際に移動した距
離と、位置情報入力装置が球体２の回転から読み
取つた値とが異なるものとなる。したがつて、こ
の従来の位置情報入力装置においては、移動加速
度があまり大にならないように、ゆつくり操作し
なければならないという問題があつた。

なお、上記従来の位置情報入力装置において、
移動加速度の上限値を大きくするためには、球体
２を上から押しつける力Ｆを大にして、球体２と
載置平面４との間の摩擦力を大にすれば良いが、
しかし、このようにすると、球体１の回転を妨げ
る方向に働く摩擦力も大となるため、あまり効果
は期待できない。

以上のように、従来の位置情報入力装置におい
ては、載置平面上で移動した距離と測定値が等し
くなるためには球体を、すべりを生じさせること
なく転動させる必要があり、このために位置情報
入力装置をゆつくり操作するか、または位置情報
入力装置の上方から力を入れて操作しなければな
らず、操作感の悪いものとなつていた。

発明の目的 本発明は、上述のような従来例の問題を解決す
るものであり、球体を極力すべらせずに転動させ
て、実際の位置情報入力装置の移動量と位置情報
入力装置が読み取つた値を等しくさせるときの位
置情報入力装置の操作加速度の上限値を大にし、
かつ操作感を向上させた位置情報入力装置を提供
するものである。

発明の構成 本発明の位置情報入力装置は、位置情報入力装
置が移動される操作板および、その操作板上を転
動する位置情報入力装置の球体の材質をともに磁
性体とするとともに、どちらか一方を磁化（着
磁）することにより、両者の間に作用する磁力に
よる吸引力によつて球体と操作板の間の垂直抗力
を大にし、これにより両者の間の摩擦力を大きく
することによつて、球体に働く回転力を大にし
て、球体の回転が追従する球体の移動加速度の範
囲を大にさせ、操作感を向上させるようにしたも
のである。

実施例の説明 以下、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。第３図は本発明の一実施例の斜視図、
第４図は同実施例の一部切断側面図、第５図はそ
の一部切断平面図である。それらの図面におい
て、１１は位置情報入力器、１２は位置情報入力
装置１１を移動自在に載置可能にした平板状の操
作板である。ここで、上記位置情報入力器１１
は、把持可能なハウジング１３と、そのハウジン
グ１３の一構成要素ともなる底板１３ａと、前記
底板１３ａを含むハウジング１３を前記操作板１
２上で所定間隙あけて移動可能に支承するために
前記底板１３ａの下面部に転動自在に配設された
スチールボールなどのボール１４ａ，１４ｂ，１
４ｃ，１４ｄと、下部が前記底板１３ａに穿設さ
れた円穴１５から下方へ突出して前記操作板１２
の面上に接するように、前記ハウジング１３内に
転動可能に配設された球体１６と、その球体１６
の水平方向の移動を規制するように、その外周の
４点において、すなわち上方から見て90度の離間
間隔をあけて四方から接するように回転自在に配
されたゴムローラなどのローラ１７ａ，１７ｂ，
１７ｃ，１７ｄと、それらのローラ１７ａ〜１７
ｄを底板１３ａ上で回転自在に支持するように、
それらの軸１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄを支
承する支持部材１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ
と、前記ローラ１７ａ〜１７ｄのうち、回転軸の
延長線が直交するローラ、例えば１７ｂと１７ｃ
の軸１８ｂと１８ｃに連結されて、それぞれのロ
ーラ１７ｂ，１７ｃの回転角を検出し、電気信号
として得る位置情報検出手段であるところのエン
コーダ２０ａ，２０ｂを含めて構成されている。
なお、２１は前記エンコーダ２０ａ，２０ｂによ
つて得られた位置情報をコンピユータ等の機器に
伝送するためのコードである。なお、このコード
２１に代えて、赤外線等を利用したワイヤレス方
式の情報伝送手段を採用しても良い。

ここで、前記操作板１２および球体１６は共に
磁性体で構成されており、かつ、それらのいずれ
か一方（好ましくは球体１６の方）は磁化（着
磁）されている。これは、位置情報入力器１１を
操作板１２上に載置したときに、操作板１２と球
体１６との間に磁気吸引力を作用させて、球体１
６が操作板１２上に強く押し付けられるようにす
るためである。

また、前記底板１３ａに穿設した円穴１５の内
径は、球体１６の外径よりも小さくして、位置情
報入力器１１を持ち上げた時に球体１６が不要に
脱落しないようにしてある。さらに、前記ローラ
１７ａ〜１７ｄは、位置情報入力器１１を操作板
１２上に載置した場合に、それらのローラ１７ａ
〜１７ｄの中心と球体１６の中心を結ぶ直線が操
作板１２の上面と平行になるように設けられてい
る。

第６図は前記エンコーダ２０ａ，２０ｂの溝成
例を示した図である。同図において、前記ローラ
１７ｂ，１７ｃの軸１８ｂ，１８ｃに取付けられ
て、ローラ１７ｂ，１７ｃと一体的に回転する遮
光板２２は光を透過させない材質で形成されてお
り、その遮光板２２には、円周上に等間隔に多数
のスリツト２３が設けられている。一方、前記遮
光板２２のスリツト位置に対応して、遮光板２２
をはさむようにして、発光ダイオード２４とフオ
トトランジスタ２５が設けられている。発光ダイ
オード２４には、第７図の回路図に示すように、
常時一定の光量で発光するように電源２６から一
定の電圧が加えられている。また、フオトトラン
ジスタ２５は、受ける光量によつて端子２７に得
られる出力電圧が変化するようになつている。し
たがつて、フオトトランジスタ２５と発光ダイオ
ード２４の間の遮光板２２のスリツト位置が変化
すると、それを透過する光量が変化するため、フ
オトトランジスタ２５の出力電圧も、それに従つ
て変化する。

以上のことより、遮光板２２が軸１８ｂ，１８
ｃとともに回転すると、端子２７に現われる出力
電圧は第８図ａに示すように変化する。

また、このエンコーダ２０ａ，２０ｂには、遮
光板２２をはさんで、もう一組の発光ダイオード
２８とフオトトランジスタ２９が第６図に示すよ
うに設けられている。この発光ダイオード２８と
フオトトランジスタ２９の配設位置は、フオトト
ランジスタ２９の出力電圧がフオトトランジスタ
２５の出力電圧と位相が概ね90゜異なる位置に設
けられている。したがつて、例えば、遮光板２２
が第６図に示す矢印Ａ方向に回転した場合、フオ
トトランジスタ２５の出力電圧が第８図ａのよう
になるのに対して、フオトトランジスタ２９の出
力電圧は、第８図ｂのようにフオトトランジスタ
２５の出力電圧に対して位相が90゜遅れた形で変
化する。逆に、遮光板２２が第６図に示す矢印Ｂ
方向に回転すると、フオトトランジスタ２９の出
力電圧は、フオトトランジスタ２５の出力電圧に
対して位相が90゜進んだ形で変化する。

フオトトランジスタ２５，２９の出力電圧はコ
ード２１によつて、それぞれ第９図に示すように
増幅器３０，３１によつて増幅された後、波形整
形器３２，３３を通して矩形波に波形整形され
る。その後、位相比較器３４によつて、２つの信
号の位相を比較することにより、遮光板２２の回
転方向を検出するとともに、どちらか一方の信号
の波の数を演算器３５によつて加算することによ
り、遮光板２２の回転角を検出することができ
る。なお、演算器３５によつて検出された信号は
コンピユータ本体に供給されて処理される。

以上の構成により、ローラ１７ｂ，１７ｃの回
転方向および回転角を検出することができる。

次に、本実施例の操作ならびに動作について詳
しく説明する。まず、位置情報入力器１１を操作
板１２上に載置して操作移動すると、球体１６も
その移動方向に応じて転動する。このとき、球体
１６は、その球体１６と操作板１２との間の磁気
吸引力と球体１６の自重とによつて、操作板１２
上に押し付けられて、操作板１２と接触を保ちな
がら操作板１２上を転がりながら移動する。ま
た、このとき、球体１６の回転方向は位置情報入
力器１１の移動方向と一致している。そして、球
体１６が回転することにより、その球体１６と接
しているローラ１７ａ〜１７ｄも回転するが、こ
のとき、各ローラ１７ａ〜１７ｄは球体１６の進
行方向と、それぞれのローラのなす角度に応じた
回転量で回転する。すなわち、球体１６が操作板
１２上で移動した距離をＬとし、球体１６の進行
方向とローラ１７ｃとのなす角をθとすると、ロ
ーラ１７ｃが周上で移動した転がり距離は、L_cps
θとなり、また、ローラ１７ｂが周上で移動した
転がり距離はL_sioθとなる。このとき、ローラ１
７ｂ，１７ｃの回転角は、それらのローラが周上
で移動した転がり距離に応じた値となる。ここ
で、球体１６の中心とローラ１７ｃの中心を結ぶ
直線をｘ軸とし、球体１６の中心とローラ１７ｂ
の中心を結ぶ直線をｙ軸とすると、前述のローラ
の周上での移動距離の値は、ちようど、球体１６
がｘ軸方向、ｙ軸方向に移動した距離とそれぞれ
等しくなる。したがつて、ローラ１７ｂ，１７ｃ
の回転角をエンコーダ２０ａ，２０ｂにより検出
することにより、球体１６の移動方向と移動量を
ｘ軸方向とｙ軸方向に分けて測定することができ
る。

従つて、エンコーダ２０ａ，２０ｂによつて検
出された信号を前述の第９図の回路を通して処理
することにより、それぞれの回転角に応じた信号
が発生され、更にこの信号をコンピユータ本体に
入力することによつて、位置情報入力器１１の移
動軌跡の位置情報を与えることができる。

発明の効果 以上の説明から明らかなように本発明は、位置
情報入力器の移動量を検出するための球体と、そ
の球体が接する操作板をともに磁性体で構成し、
かつ、それらのいずれか一方を磁化（着磁）して
両者の間に磁気吸引力を作用させることにより、
球体と操作板の間の接触摩擦力を大きくし、これ
により、位置情報入力器の移動にともなつて球体
に与えられる回転力を大にして、球体が操作板上
ですべりにくくしたものであり、その結果、位置
情報入力器が実際に移動した距離と、その位置情
報入力器の移動量の検出値を等しくできるもので
ある。また、本発明によると、位置情報入力器の
実際の移動量と検出値を等しくし得るために、前
述の従来例のように、ゆつくり操作する必要がな
いし、位置情報入力器の上から相当な力で加圧し
て操作する必要もないので、操作性の優れた位置
情報入力装置を提供することができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の位置情報入力装置の一部切断側
面図、第２図はその一部切断平面図、第３図は本
発明の一実施例の斜視図、第４図は同本発明の実
施例の一部切断側面図、第５図は同本発明の実施
例の一部切断平面図、第６図は本発明の実施例に
おけるエンコーダの構成例を示す要部斜視図、第
７図はその回路構成図、第８図はそのエンコーダ
の出力波形図、第９図は本発明に使用し得る信号
処理回路の一例のブロツク図である。 １１……位置情報入力器、１２……操作板、１
３……ハウジング、１３ａ……底板、１４ａ〜１
４ｄ……ボール、１５……円穴、１６……球体、
１７ａ〜１７ｄ……ローラ、１８ａ〜１８ｄ……
軸、１９ａ〜１９ｄ……支持部材、２０ａ，２０
ｂ……エンコーダ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 操作板と、手動操作により前記操作板上を移
   動しうるハウジング、前記ハウジングの前記操作
   板上の移動にともなつて回転するように前記ハウ
   ジングに転動可能に設けられた球体および前記球
   体の回転によつて前記ハウジングの移動方向や移
   動量を示す位置情報を検出し、その検出値に応じ
   た信号を発生する位置情報検出手段を含めてなる
   位置情報入力器を具備し、かつ、前記操作板と前
   記球体を磁性体で構成するとともに、いずれか一
   方を磁化したことを特徴とする位置情報入力装
   置。