JPH03208120A - 位置決め及び追跡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、手動操作したとき、電気的制御信号を発生さ
せると共に、２つの座標軸を中心として枢動しかつ手動
操作によって静止位置から各種の傾動位置まで動き得る
ように支持された制御部材と、それぞれの傾動位置の座
標軸の各々に対応する制御信号を発生し得るようにした
位置判断装置とを備える位置決め及び追跡装置に関する
。

（従来の技術及びその課題） かかる装置は、特に、例えばカーソルにより、即ち、デ
ィプレイスクリーンに対する可動マーカによりプログラ
ムを相互制御する入力システムとして使用されている。

かかる目的のため、複数の装置が使用されており、その
内、最も広く公知のものは、いわゆるマウス及びいわゆ
るジョイスティノクと称されるものがある。このいわゆ
るマウスの主たる欠点は、機能するためには、かなり大
きい平面状の作用面を必要とすることに起因する〇従っ
て、該マウスは、現場及び／又は汚れた環境にて使用す
るには適さない。

この欠点を回避するため、マウスに代えて、ボールをカ
ーソルの所望の回転方向に回転させる、一般にトラック
ボールキーボードとして公知のシステムが提案されてい
る。かかるシステムにおいて、カーソルをより大きく動
かそうとする場合、オペレータは手の掌全体を使用して
、ボールを速く回転させようとする。しかし、このこと
は、手、即ち、掌の内面が凹状に湾曲しているため、か
なり困難である。手がひどく乾いていたり、又は濡れて
いる場合、かかる操作は不便である。更に、入力システ
ムが装置の（垂直の）正面板に位置決めされる場合、か
かるシステムは不適当である。

更に一般に公知の入力装置は、上述したジョイスティッ
クの例えば、欧州特許第２６６８２９号の公報に開示さ
れたようなものである。これらの装置は、機械的に精密
であり、突出している部材があるため、現場にて使用し
たときに損傷を受け易い。入力システムを装置内にて一
体化しようとする場合、かかる装置に設けられたジョイ
スティックは、装置を扱いに＜＜シ、かつ損傷され易く
するため、かかるジョイスティックの使用は望ましくな
い。

更に、上述の型式の装置は、１０８０／０６０２３号の
公報に開示されており、この場合、力を測定することに
よって制御部材の位置を検出し、判断する。

かかる解決手段は、再現可能な結果が得られず、又揖傷
を受け易い構造でもある。

（課題を達成するための手段） 故に、本発明の全体的な目的は、可能な限り簡単でかつ
低コストの入力システムであって、操作が容易で、故障
や欠陥を生ずることが少なく、しかも、ある装置の正面
板に取り付けたり、あるいは別個の入力装置としての形
態に形成するのにも適した入力システムを提供すること
である。

本発明の別の目的は、制御部材がディスク状の形状を備
えかつ該ディスクの表面に加えられる圧力の作用下、デ
ィスクを貫いて又は該ディスクに対して平行な線を通る
直径の線に略沿って伸長する空間軸を中心として傾動可
能であるようにベース上に支持され、これにより、それ
ぞれの傾動位置がディスク状制御部材とベースとの間の
距雌を測定することによって判断されるようにした位置
決め及び追跡装置を提供することである。

本発明の更に別の目的は、極めて平面状でかつ高さの低
い設計であり、従って、装置の正面板に取り付けるのに
適した位置決め及び追跡装置であって、これにより、手
の掌又は指の先端部分を皿状又は僅かにドーム状設計の
板状の操作部材上に載せて操作し、かかる手の操作によ
って作動部材がカーソルの所望の動きと対応する方向に
多少なりとも傾動可能であるようにする位置決め及び追
跡装置を提供することである。

本発明の更に別の目的は、ディスク状の作動部材の傾動
位置が距離センサによって判断され、それぞれ、その傾
動位置の角度に依存するか又は、かかる傾動位置角度に
対応する制御信号が発生されるようにした位置決め及び
追跡装置を提供することである。これにより、カーソル
は、傾動角度から任意の角度にて垂れ下がるスクリーン
上を動くことが出来る。ディスク状の作動部材の傾動量
いかんにより、カーソルは高速又は低速にて対応する傾
動方向に動く。

（実施例） 本発明の上述以外の目的は、添付図面に関する以下の詳
細な説明から明らかになるであろう。

本発明の位置決め及び追跡装置の好適な実施例を平面図
に示す第２図には、以下、傾動ディスク１と称するディ
スク状の作動部材を備える装置が明確に図示されている
。この傾動ディスク１は、僅かに皿状、即ち、凹状面（
第１図参照）を有し、手の指を該傾動ディスクＩの上に
載せ、各種の圧力を加えることにより、該ディスク１が
所望の方向に極めて正確に傾動し得るようにする寸法を
備えている。第６図に示した実施例によると、該装置は
、凹型の皿状面に代えて、ドーム状の凸型面を備えるこ
とが出来、かかる凸型によって手の掌で傾動ディスク１
を案内しかつ制御することが可能となる。傾動ディスク
１は、その中央部が弾性的なゴムシリンダに取り付けら
れている一方、該ゴムシリンダ２はベース板３に取り付
けられる。

このゴムシリンダ２によって、傾動ディスク１は全方向
に傾動することが出来かつ傾動ディスク１をその静止位
置に再設定することが可能となる。

これにより、それぞれの傾動軸は傾動ディスク１の少な
くとも略中心を通って伸長するが、例えば、第２図に破
線で示すように任意の状態に配置することが出来る。該
装置を使用して、カーソルをスクリーン上にて動かす場
合、該カーソルの動く方向は、位置決め装置の座標系に
対応する座標系内にて、及びこの座標系の傾動軸の伸長
部分に対して垂直方向にスクリーン上を伸長する。これ
は、スクリーン上でのカーソルの対応する動きを示す破
線で第２図に図示されている。この移動方向は、傾動位
置を変えて、再度、新たな傾動軸に対して垂直に伸長す
るようにすることにより任意の時点にて変化させ得るこ
とが出来ることは勿論である。

この目的のためには、ディスク上に載せた手の位置が動
かないようにしなければならず、手は所望の方向に僅か
な圧力を作用させだけで、カーソルの動きを正確かつ簡
単に制御することが可能となる。

該装置の上述した一般的説明を基にして、以下、その構
造について詳細に説明する。

カーソル又は対応する表示手段は、ディスク１の傾動に
より及びかかるディスク１の傾動に従って制御されるこ
とは既に説明した。この目的のため、先ず、ディスク１
のそれぞれの傾動位置を判断することが必要である。

これは、傾動ディスク１とベース板３との間の傾動角度
を非接触的に測定し、特に、幾つかの箇所では、傾動デ
ィスク１とベース板３との間のそれぞれの距離を示す信
号を発生させかつその信号を評価することにより達成す
ることが望ましい。

それぞれの距離センサは、この実施例において、ディス
クの底面に取り付けられた圧電フォイルである音発生装
置４と、及びベース板３上のセクタ内に配置された同様
に適当な圧電フォイルである音センサ５とを備えている
。かかる適当な圧電フォイルは、米国のペンワルト・コ
ーポレーシヲン（Ｐｅｎｎｗａｌｔ　Ｃｏｒｐ．　．　
）からＫＹＮＡＲという商標名で販売されているものが
ある。音発生圧電フォイル４は、第５図の回路図を基に
して以下により詳細に説明する交流電源に接続される。

この圧電フォイル内にて、電気エネルギは機械的振動に
変換され、音を発生しかつ放出する圧電フォイルにより
音界が発生される。この音を発生させる圧電フォイル４
は、第４図に図示するように、ゴムシリンダ２の周囲に
環状に配置し、音界が傾動するディスク下方の環状スペ
ース全体に配分されるようにすることが望ましい。４つ
の音検出圧電フォイル５がべ−ス板３上のセクタ内に位
置決めされており、第３図に具体的に図示するように、
音受信器として機能する。これら圧電気フォイルは、そ
れぞれ、フォイルにぶつかる音エネルギに対応する交流
電圧信号を発生する。音発生器が音センサに近接して位
置決めされればされる程、その交流電圧信号は大きくな
る。

次に、Ｘ紬及びｙ軸を中心とする傾動ディスク１の傾動
角度は、それぞれ、Ｘ軸及びｙ軸に対して鏡状に配置し
て位置決めされた対向した位置にある２対の音受信機＋
ｙ，−ｙ，及び＋ｘ，　−ｘが受信する音の強さの差に
よって測定する。この構成により、測定軸上に位置決め
された２つの音受信器の信号のそれぞれの差が各測定軸
上にて評価される（これら測定軸は、ここでは、座標方
向に対応させてあるが、全ての実施例が必ずしもこうし
なければならないとは限らない）。音エネルギ、又は音
発生装置のそれぞれの絶対値が変動しても、何等の影響
をも及ぼさず、音の強さの差信号は、測定軸ｘ１ｙそれ
ぞれに沿った傾動ディスク１の傾動角度αＸ、αｙを直
接示す値となる。

故に、この音の強さ差の信号ＤｘＳＤｙを使用して、カ
ーソルがそれぞれ対応する座標軸ｘ１ｙの方向で動く速
度を制御することが出来る。

このため、速度■は、例えば、指数関数に従い、傾動角
度αと共に表面上、比例的に増大し、次の関係が成立す
る。

ヅ 輯　〜ｅ１ 従って、僅かな傾動により、カーソルを極めて遅い速度
にて動かすことが出来、その結果、力一ソルの正確な位
置決めが可能となる一方、傾動を大きくすれば、カーソ
ルの動く速度は急激に速くなり、又その逆に傾動を小さ
くすれば、カーソルの速度は遅くなる。しかし、この結
果、誤って傾動ディスクに接触したり、又は手を傾動デ
ィスクに載せたならば、カーソルは僅かしか動かないこ
ととなる。上述のように、傾動ディスク１をゴムシリン
ダ２の上に取り付けることにより、操作時における傾動
角度の増大に伴うカーソル速度の増大は、復帰力又は再
設定力の増加にそれぞれ対応する。傾動ディスク１を解
放させたならば、該ディスク１はそれ自体、傾動して、
その静止位置に戻り、カーソルは直ちに停止する。

音発生装置及び音センサによる傾動角度の上述の測定は
、簡単で平坦な設計を実現するために極めて有利である
が、可能な唯一の測定方法ではない。従って、例えば、
静電容量又はインダクタンスを利用する距離測定方法を
選択することも可能であり、又は、ホールセンサによっ
て距離を測定することも出来る。最後に、光ビームをミ
ラー系に偏向させて傾動角度を測定してもよい。

第５図には、装置の回路図が略図で示し、装置自体は破
線で示してある。明確に理解されるように、音発生装置
、即ち、圧電フォイル４は、人間の可聴限界値より高い
周波数を有する高周波数の交流を発生させる周波数発生
装置Ｇに接続されている。各音センサ５は、差動増幅器
■に接続される。それぞれの座標＋Ｘ，−Ｘ及び＋ｙ，
　−ｙのそれぞれ同一の方向に属する２つの音センサの
増幅されたセンサ信号は、それぞれ差動増幅器ＤＶｘ，
ＤＶｙに達し、ここで、それぞれの差信号Ｄｘ，Ｄｙが
発生され、整流回路にて整流される。

以下に説明する差動増幅器及びキー接触スイッチ６は、
マルチプレクサに接続され、該マルチプレクサは、対応
する信号を走査し、その信号を該マルチブレクサから外
部コンピュータμＰに伝送する。このコンピュータμＰ
内にて、信号は、ＡＩＤ変換器によってデジタル化され
、このＡ／Ｄ変換器からカーソルに適．した制御信号が
発生される。

キー接触スイッチ６は、入力命令に対して一般的な方法
にて機能する。これらスイッチ６は、キーの機能を向上
させる働きをするカバー８（第２図、第４図）を備える
、第３図に示したような傾動ディスクｌの外周に位置決
めされている。更に、発光ダイオード７又は同様の手段
が各カバー８に位置決めされており、この発光ダイオー
ド７は有効スインチを識別する働きをし、ソフトウェア
手段によって制御することが出来る。

上述の実施例は、二次元における制御を対象としている
が、本発明の装置は例えば、三次元におけるＺ軸に沿う
ような更に別の次元におけるカーソル等の制御を更に可
能にするものである。第２図に矢印で示すように、傾動
ディスク１はその中心部を中心として板の面に従って回
転させ、これにより、時計方向への回転によりカーソル
が＋２軸の方向に動く一方、反時計方向への回転により
カーソルが−２の方向に動くようにすることが出来る。

これを実現するためには（図面には特に図示していない
）、音発生フォイル４は又、個々のセクタに分割するこ
とが出来る。キー６の一つにより、２−モードを作動さ
せ、これにより、音発生フォイル４の１つのセクタ、及
びその下方に位置決めされた音受信フォイル５のセクタ
のみが作動状態となる。上述の回転は、次に、対応する
音センサの強さの変化として記録され、カーソルを２一
方向に動かすための制御信号として評価され、これによ
り、ｘ−ｙ一レベルにおけるカーソルの位置が拘束状態
に置かれる。この場合、ゴムシリンダ２は捩りばねとし
て機能し、該ばねは再度、傾動ディスク１をその静止位
置に再設定する。別の次元における対応する制御は、傾
動ディスクを例えば、＋ｙ及び−ｙの方向に並進させる
ことにより実現し得ることは勿論であり、この場合、ゴ
ムシリンダ２はスラストばねとして機能する。

この一例として実施例に示すように、上述の装置は、独
立的な装置として設計しかつケーブルを介してコンピュ
ータに接続することが出来る。第５図に図示するように
、数本のケーブルが有ればよく　（信号ケーブルが合計
２本、及び使用する電子部品に応じて、エネルギを供給
するための２乃至３本のケーブル）、これにより、電気
的設計面を簡単にすることが出来る。該装置は、又、電
池により作動させることが出来、データを赤外線発生装
置により伝送し、一本の接続ケーブルを不要にすること
も出来る。他方、第１図には、該装置の平坦な設計によ
り、該装置をユニット、特に、現場にて使用するのに適
し、例えば、デジタル記憶発振器（いわゆる遷移的レコ
ーダ）等のような可搬式のデータ格納、記憶又は処理装
置に適用するのに適している。

第６図には、ドーム状の面を有する実施例が図示されて
いる。更に、この装置は、ゴムシリンダに代えて、例え
ば、同様に、弾性的な装置であり、ディスクを自動的に
その静止位置に自己再設定する、米国特許第３，　０６
８，　６６６号に開示されたような公知の設計による金
属軸継手部材２１を備える。

本発明の好適な実施例について説明したが、本発明はか
かる実施例にのみ限定されるものではなく、特許請求の
範囲内においてその他の幾多の形態で構成することが可
能であることを理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図は第１図
に図示した装置の平面図、第３図は第１図の線■−■に
沿った断面図、第４図は第１図の線ＩＶ−■に沿った断
面図、第５図は装置の電気的構成要素の略図、第６図は
本発明の別の実施例の縦断面図である。 １：傾動ディスク　　２：ゴムシリンダ３：ベース板　
　　　４：音発生装置 ５．音センサ　　　　６：キー接触スイッチ７：発光ダ
イオード ８：カバ−　　　　２１：金属継手部材外十名 第 ２ 図 吊 ３ 図 ６ 第 ４ 昭 手 続 補 正 書彷幻 平成 ３年 ５１２日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、手動操作したとき、電気的制御信号を発生させると
   共に、２つの座標軸を中心として枢動しかつ手動操作に
   よって静止位置から各種の傾動位置まで動き得るように
   支持された制御部材と、それぞれの傾動位置の座標軸の
   各々に対応する制御信号を発生し得るようにした位置判
   断装置とを備える位置決め及び追跡装置にして、前記制
   御部材が、ディスク状の形状を有しかつベース上に支持
   され、該制御部材がディスクの面に作用する圧力の影響
   下、前記ディスクを貫いて又は該ディスクに対して平行
   な直径線に略沿って伸長する空間軸を中心として傾動可
   能であるようにし、これにより、それぞれの傾動位置が
   前記ディスク状制御部材と前記ベースとの間の距離を測
   定することにより判断されるようにしたことを特徴とす
   る位置決め及び追跡装置。 ２、請求項１に記載の装置にして、 弾性的支持体を更に備え、前記ディスク状の制御部材が
   該弾性的支持体を介して前記ベース上に弾性的に支持さ
   れ、前記ディスク状の制御部材がその静止位置に自動再
   設定可能に取り付けられることを特徴とする装置。 ３、請求項１に記載の装置にして、 前記ディスク状の制御部材が、前記ベースに対して略平
   行に伸長しかつその面に加えられる圧力により平行に伸
   長する状態から傾動され得るようにしたことを特徴とす
   る装置。 ４、請求項１に記載の装置にして、 前記ディスク状の制御部材の傾動中心となる前記空間軸
   が、少なくとも略その中心を通って伸長するようにした
   ことを特徴とする装置。 ５、請求項１に記載の装置にして、 前記位置判断装置が、前記ディスク状の制御部材と前記
   ベースとの間のそれぞれの距離における少なくとも２つ
   の位置の特徴である信号を発生させ得るようにした少な
   くとも２つの非接触型距離センサを備えることを特徴と
   する装置。 ６、請求項１に記載の装置にして、 ｘ及びｙ座標軸が前記ディスク状制御部材を通って伸長
   するように該ディスク状制御部材に割り当てられ、前記
   ディスク状制御部材がｘ軸を中心として傾動するときに
   、ｙ軸に割り当てられる制御信号が発生される一方、前
   記ディスク状制御部材がｙ軸を中心として傾動するとき
   、ｘ軸に割り当てられる制御信号が発生されるようにし
   たことを特徴とする装置。 ７、請求項４に記載の装置にして、 前記位置判断装置が、各々座標軸の１つに割り当てられ
   かつ該座標軸に位置決めされた２つの距離センサを備え
   、１つの軸に対するそれぞれの傾動位置の測定が、前記
   センサの信号の差によって行われることを特徴とする装
   置。 ８、請求項７に記載の装置にして、 各距離センサが音発生部分と、少なくとも１つの音受信
   部分とを備え、その内１つの部分が前記制御部材に位置
   決めされる一方、その他の部分は前記ベースに位置決め
   され、これにより、前記音受信部分がそれぞれの距離に
   依存する音の圧力をセンサ信号に変換する機能を備える
   ようにしたことを特徴とする装置。 ９、請求項８に記載の装置にして、 前記距離センサの音発生部分及び音受信部分が、圧電フ
   ォイルを備え、音発生フォイルが人間の可聴範囲外にあ
   る高周波数の交流電圧界を発生させる交流電圧源に接続
   されるようにしたことを特徴とする装置。 １０、請求項１に記載の装置にして、 前記ディスク状制御部材が、ディスクの面に対して垂直
   に伸長する軸を中心として回転するように更に配置され
   、該制御部材には、それぞれの回転位置に対応しかつ別
   の座標軸に割り当てられる制御信号を発生させ得るよう
   にした位置判断装置が設けられることを特徴とする装置
   。 １１、請求項１に記載の装置にして、 ディスプレイスクリーン等のカーソルに対する制御信号
   を発生させる回路を更に備えることを特徴とする装置。