JPH031692B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、操作面上において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、球
体２の回転をハウジング１に取付けられたローラ
７ｂ，７ｃの回転によつて検出しているため、検
出された信号は、ハウジング１に固定された座標
系ｘ，ｙにおける球体２の移動方向および移動量
を表わしている。ところが、ハウジング１が、操
作中に操作平面に対して垂直な軸の回りに回転す
ると、ハウジング１に固定された座標系が、載置
平面４上に固定された座標系Ｘ，Ｙに対して回転
するため、装置が検出した信号から導かれる球体
２の移動方向および移動量は、実際に載置平面４
上で移動した移動方向や移動量と異なるものとな
る。

以上のように従来の位置情報入力装置において
は、操作中に装置が回転すると、実際の移動量と
検出値とが異なつてしまうため、載置平面上の座
標系に対応した入力を行ないたい場合、例えば、
載置平面上に描かれた図形等をトレースして入力
する場合などは、操作中に装置が回転しないよう
にして操作しなければならないため、実際上、載
置平面上の図形の入力は非常に困難なものとなつ
ていた。

発明の目的 本発明は上述のような従来の問題を解決するも
のであり、装置を操作面上で操作するときに、装
置の移動を検出する部分が、操作面に垂直な軸の
回りに回転しないように拘束することによつて、
操作面上における座標系での装置の軌跡をそのま
ま読み取つて入力することが可能で、操作面上の
図形等のトレース入力を容易に行なうことができ
る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、操作面上を移動
しうるハウジング、前記ハウジングの前記操作面
上での移動にともなつて前記操作面に接して回転
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
入力手段を含めてなる位置情報入力器と、前記位
置情報入力器を、前記操作面に対して垂直な軸の
回りでの回動を阻止するように前記操作面に沿つ
て平行移動可能に案内する案内手段を具備してな
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一部切断
側面図、第４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、１
２は位置情報入力器１１を移動自在に載置可能に
した操作平面図である。、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１３
ａと、前記底板１３ａを含むハウジング１３を前
記操作平面１２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１４
ａ，１４ｂ，１４ｃ，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１７
ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄと、それらのローラ
１７ａ〜１７ｄ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，１８
ｃ，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
１７ａと１７ｂの軸１８ａと１８ｂに連結され
て、それぞれのロール１７ａ，１７ｂ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、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
作平面１２と平行になるように設けられてる。

上記の構成により、球体１６が自重によつて平
面１２と接触を保ちながら平面１２上で移動する
と、球体１６がハウジング１３内でローラ１７ａ
〜１７ｄに支えられて球体１６の移動方向に回転
するとともに、球体１６と接触しているローラ１
７ａ〜１７ｄが球体１６の回転方向および回転量
に応じた回転量で、それぞれ回転する。また、こ
のため、ローラ１７ａ，１７ｂと連結されたエン
コーダ２０ａ，２０ｂの軸１８ａ，１８ｂも回転
し、エンコーダ２０ａ，２０ｂによつて、それぞ
れのローラ１７ａ，１７ｂの回転量が検出され
る。

一方、底板１３ａにはスイツチ台２１が固定さ
れ、このスイツチ台２１には位置情報検出値の初
期値化等を行うためのスイツチ２２ａ，２２ｂが
取付けられている。また、ハウジング１３の前部
外壁には突起部２３が設けられており、さらに、
その突起部２３に形成された貫通孔には透明なプ
ラスチツク円板２４が、はめ込まれている。この
透明なプラスチツク円板２４にはカーソル線が描
かれており、操作平面１２上に描かれた図形等を
入力する際の目印となるようにしている。また、
ハウジング１３の左側壁部には突出部２５ａ，２
５ｂが設けられ、かつ、それらの突出部２５ａ，
２５ｂには第４図において下向きにダボ２６ａ，
２６ｂが設けられている。

第５図は上述の位置情報入力器１１を、操作平
面１２に対して垂直な軸の回りでの回動を阻止す
るように、上記操作平面１２に沿つて平行移動可
能に案内手段を含む本発明の実施例の平面図であ
る。

同図において、２７は本装置を操作平面１２上
に配置するための取付部材であり、この取付部材
２７には軸２８ａ，２８ｂが植設されている。軸
２８ａ，２８ｂにはアーム２９ａ，２９ｂの各一
端が回動自在に枢支され、また、それらのアーム
２９ａ，２９ｂの各他端は中継部材３０に植設さ
れた軸３１ａ，３１ｂに、それぞれ回動自在に枢
支されている。中継部材３０の下面部には軸３２
ａ，３２ｂが植設されており、軸３２ａ，３２ｂ
には、それぞれアーム３３ａ，３３ｂの一端が回
動自在に枢支されている。アーム３３ａ，３３ｂ
の他端は、前記ハウジング１３の左側壁に設けら
れたダボ２６ａ，２６ｂに着脱可能に係合して連
結されている。これにより、図面をトレース入力
する等、操作平面１２に対応した座標系で入力す
るときは、位置情報入力器１１をアーム３３ａ，
３３ｂに取付けて使用することができ、また、通
常の場合は、位置情報入力器１１をアーム３３
ａ，３３ｂから簡単に取り外して使用することが
できるようになつている。

ここで、アーム２９ａと２９ｂの枢支部におい
て、それぞれの枢軸間の距離、すなわち軸２８ａ
と３１ａ間の長さと、軸２８ｂと３１ｂ間の長さ
が等しくなるように構成されている。また、軸２
８ａと軸２８ｂの軸間距離と、軸３１ａと軸３１
ｂの軸間距離も等しく構成されている。このた
め、軸２８ａ，３１ａ，３１ｂ，２８ｂを結んで
形成される四方形は平行四辺形となり、軸２８ａ
と軸２８ｂを結ぶ線と、軸３１ａと軸３１ｂを結
ぶ線は、アーム２９ａ，２９ｂがどのように回動
しようとも、常に平行となる。また、アーム３３
ａと３３ｂも上述のアーム２９ａ，２９ｂと同様
の構成になつており、軸３２ａと軸３２ｂを結ぶ
線と、ダボ２６ａと２６ｂを結ぶ線は常に平行と
なつている。したがつて、位置情報入力器１１が
操作平面１２内で自由に動けるように案内された
状態で、位置情報入力器１１が操作中に常に一定
の方向を向いたまま、平面内で回動することなく
移動を案内することができる。

第６図は前記エンコーダ２０ａ，２０ｂの構成
例を示した図である。同図において、前記１７
ａ，１７ｂの軸１８ａ，１８ｂに取付けられて、
ローラ１７ａ，１７ｂと一体的に回転する遮光板
３４は先を透過させない材質で形成されており、
その遮光板３４には、円周上に等間隔に多数のス
リツト３５が設けられている。一方、前記遮光板
３４のスリツト位置に対応して、遮光板３４をは
さむようにして、発光ダイオード３６とフオトト
ランジスタ３７が設けられている。発光ダイオー
ド３６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３８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３７は、受ける光量によつて端子３９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３７と発光ダイオード
３６の間の遮光板３４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３７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３４が軸１８ａ，１８
ｂとともに回転すると、端子３９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３４をはさんで、もう一組の発光ダイオード
４０とフオトトランジスタ４１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４０と
フオトトランジスタ４１の配設位置は、フオトト
ランジスタ４１の出力電圧が、フオトトランジス
タ３７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３
４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３７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４１の
出力電圧は、第８図ｂのようにフオトトランジス
タ３７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３４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４１の
出力電圧は、フオトトランジスタ３７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３７，４１の出力電圧はコ
ードなどを介して、それぞれ第９図に示すように
増幅器４２，４３によつて増幅された後、波形整
形器４４，４５を通して矩形波に波形整形され
る。その後、位相比較器４６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３４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４７によつて加算することによ
り、遮光板３４の回転角を検出することができ
る。なお、演算器４７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１７ａ，１７ｂ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説
明する。第５図に示すように、位置情報入力器１
１をアーム３３ａ，３３ｂに取付けた状態におい
て、位置情報入力器１１が操作平面１２上で操作
されると、前述のように、アーム２９ａ，２９
ｂ，３３ａ，３３ｂの働きによつて位置情報入力
器１１は常に一定の方向を向くように、すなわち
操作平面１２上で回動しないように案内された状
態で移動する。このとき、球体１６はハウジング
１３内において、ローラ１７ａ〜１７ｄによつて
支持されて、自重により操作平面１２と接しなが
ら操作平面１２上を位置情報入力器１１の移動方
向と同一方向に転がりながら移動する。そして、
この球体１６が回転することにより、その球体１
６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１
６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
操作平面１２上で移動した距離をＬとし、球体１
６の進行方向とローラ１７ｂとのなす角をθとす
ると、ローラ１７ｂが周上で移動した転がり距離
は、L_cpsθとなり、また、ローラ１７ａ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１７ａ，１７ｂ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１７ｂの中
心を結ぶ直線をｘ軸とし、球体１６の中心とロー
ラ１７ａ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１７
ａ，１７ｂ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、それぞれの回路角に応じた信号
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 以上のように本発明は、位置情報入力器が移平
面上で操作されるときに、その移動方向および移
動量を検出する部分が平面に垂直な軸の回りに回
動しないよう拘束したものであり、したがつて、
位置情報入力器の移動量の検出値が平面上の座標
系における移動量と対応し、平面上で位置情報入
力器が移動した軌跡をそのまま読みとつて精度よ
く入力を行なうことができるものである。

従つて本発明によれば、平面上の図形等のトレ
ース入力等を容易に行なうことができ、簡単な構
成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
発明で使用する位置情報入力器の一例の一部切断
側面図、第４図はその一部切断平面図、第５図は
同本発明の位置情報入力装置の一実施例の平面
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ａ，ｂ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……操作平面、
１３……ハウジング、１３ａ……底板、１４ａ〜
１４ｄ……ボール、１５……円穴、１６……球
体、１７ａ〜１７ｄ……ローラ、１８ａ〜１８ｄ
……軸、１９ａ〜１９ｄ……支持部材、２０ａ，
２０ｂ……エンコーダ、２５ａ，２５ｂ……突出
部、２６ａ，２６ｂ……ダボ、２７……取付部
材、２９ａ，２９ｂ，３３ａ，３３ｂ……アー
ム、３０……中継部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 操作面上を移動しうるハウジング、前記ハウ
   ジングの前記操作面上での移動にともなつて前記
   操作面に接し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
   報入力器と、前記位置情報入力器を、前記操作面
   に対して垂直な軸の回りでの回動を阻止するよう
   に前記操作面に沿つて平行移動可能に案内する案
   内手段を具備してなることを特徴とする位置情報
   入力装置。 ２ 案内手段は、操作面上に配置される取付部材
   と、中継部材と、両端部がそれぞれ前記取付部材
   と前記中継部材に回動自在に枢支された平行な第
   １および第２のアームと、両端部がそれぞれ前記
   中継部材と位置情報入力器のハウジングの一部に
   回動自在に枢支された平行な第３および第４のア
   ームを含めて成り、かつ前記位置情報入力器は前
   記第３および第４のアームに対し着脱可能に結合
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の位置情報入力装置。