JPH04111013A - 仮想入力装置 - 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、コンピュータやシュミレータなどの仮想入力
装置に関する。

［発明の概要］ 本発明の仮想入力装置は、位置検出手段と疑似感触発生
手段とを有し、前記疑似感触発生手段は圧力もしくは振
動刺激手段からなることを特徴とするもので、従来の入
力装置に比べて手や目などの自由な身体運動による入力
操作を可能とし、肉体疲労が少なく高能率な人力装置で
ある。

［従来の技術］ 従来のコンピュータの入力装置として、キーボードやマ
ウスあるいは音声入力などの入力装置が公知である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の入力装置はアルファベットや数字
記号等を入力するための多数のキースイッチを必要とし
、キーボードが大きいために机上の一部を占有しコンピ
ュータ操作以外の業務への障害となっていた。またキー
ボードの操作性を良くし、疲労を防ぎ作業能率を高める
ためには机上の配置場所を選んだり個人の身体特性に合
わせた机椅子高さの調整を必要とした。更にまたキーボ
−ドを操作する機会の少ない人にとって、日本語原稿を
参照しながらのキー人力は文章の拾い上げ・キー捜し・
デイスプレィ確認に忙しく、入力速度が遅く非能率とな
っていた。またキーボード入力操作頻度の高い人にとっ
て、キー人力操作は指へ衝撃疲労を蓄積し白ろう病など
の職業病をも弓き起こしていた。これに替わる音声入力
は、非接触でありスペースは不要なものの誤動作が多く
実用に供さない。このため入力のための疲れず確実に操
作できる入力装置が必要であった。

さらにまた、薄型デイスプレィ技術の発達によりラップ
トツブコンピュータが小型化し、ハード面での高性能化
により広く普及が進んでいる。しかし、携帯性のための
キーボードを含む本体の小型化とキー操作性をよくする
ためのキーボードの大きさの確保との相反する要求があ
り、真に小型携帯性の優れたものとはなっていない。

［課題を解決するための手段］ 本発明は入力部と演算部と表示部とからなる演算装置に
おいて、前記入力部は　位置検出手段と疑似感触発生手
段とを有し、前記疑似感触発生手段は圧力もしくは振動
刺激手段からなることを特徴とする。

［作用］ 本発明の仮想入力装置は仮想キーボードの絶対位置を予
め設定し、次に位置検出手段により前記仮想入力手段の
位置に対する手または指の位置を検出する。前記仮想キ
ーボードの仮想キーへの入力は、前記子または指のスト
ローク動作を前記位置検出手段により検出し実行する。

また前記ストローク動作のみでは、キー操作の実感が伴
わないので疑似感触発生手段を動作し、感覚のフィード
バックにより仮想動作を実感せしむるものである。

［実施例］ 本発明による仮想入力装置の概略構成を第１図にまた一
部詳細区を第２図に基づいて説明する。

パソコンやワークステーションあるいはワードプロセッ
サーなどの主演算装置１１と文字やグラフィックなどの
表示を行なう表示装置１２とを有し、前記主演算装置１
１と表示装置１２とに仮想入力装置の一部をなす発音体
１３を設置する。前記表示装置に対面するオペレータは
、仮想入力装置のもうひとつの構成品である仮想入力グ
ローブ１４を装着する。この仮想入力グローブは、指に
装着する受音体２１と疑似感触発生素子２２および制御
器２５とからなる。つぎに前記仮想入力装置の動作を詳
細に説明する。

ａ）位置検出 指の３次元位置測定をするために、前記発音体１３を第
１図に図示するごとく３カ所に分散配置する。この発音
体は、オペレータへの障害とならない可聴周波数より高
い発信音（たとえば４０ＫＨｚの超音波音）を発生する
もので、前記３ケ所よりそれぞれ時分割放出する。一方
　指に設けられた受音体は、これらの発信音を受信し、
発信音と受信音との位相比較により音波の伝達時間を計
測する。前記伝達時間情報を演算し、それぞれの指の位
置を求めることができる。

ｂ）仮想キーボード 仮想キーボード１５は、従来のキーボードに相当するも
ので、多数の仮想キースイッチからなる。

その配列は変更可能であるが、予め決まった配列および
位置座標の仮想キースイッチを有している。

その配列はデイスプレィの一部に画面キーボード１６と
して表示するかまたは入力機能のないキー配列表示マッ
トにて随時に確認することができる。

指ＸＹ座標が前記仮想キー位置を選択したのち、指Ｚ座
標が設定位置を越える時、ケーブルを介しであるいは無
線通信により　コンピュータ本体へ所望の信号入力が行
われる。

Ｃ）疑似感触の発生 しかしながら前記仮想キー操作では　オペレーターにと
って無感触操作であるため　入力操作が不確実であり、
位置のエラーによる未入力や連続入力が発生する。かか
るエラーを防止するために、指の位置を判別して動作す
る疑似感触発生手段２２を設ける。以下には疑似感触発
生装置の詳細を説明する。

１素子型疑似感触発生素子 第３図には電磁型アクチュエータによる疑似感触手段発
生素子の構造を示す。該アクチュエータは気磁回路を構
成するヨーク３１とアーマチャ３２とコイル３３および
アーマチャに取り付けられた刺激針３４とアーマチャを
電磁拘束力から解放するスプリング３５とからなる。

１肢エユ裁：前記位置検出手段から発生する刺激信号は
前記コイルに駆動電流を供給し前記刺激針を動かし指へ
の刺激を発する。指への継続的な刺激を続けるためには
、位置が設定位置を越えているときに連続圧力として働
く圧力刺激でもよいが、単一パルスもしくは断続パルス
での振動刺激では順応も少なくより効果的である。第４
図には本発明の仮想入力装置の動作流れ図を示す。

及九五七：　仮想入力キー操作において、自然な入力感
触を返すために、仮想キー位置の外界に界面層を設け、
界面層において弱い刺激（小さい振動振幅）を返し、仮
だキーとの接触において強い刺激（大きい振動振幅）を
返すことにより、自然な入力感覚が得られる。第４図に
はそのためのフローチャートを示す。なお前記強弱刺激
の発生方法は第５図に示す様に刺激の振動数の変化ある
いは単位時間あたりの刺激回数に置き換えることもでき
る。

■：仮想空間内の物質の硬さや柔らかさを表現するため
には、物質の歪応力に応じた刺激強度のフィードバック
を行なう。物質の硬さを硬度属性として予め数段階のグ
ループに分けて設定し、仮想空間における物質の境界を
越えて進入する入力（指）の進入深さを接触ストローク
として［刺激振幅コー［硬度属性コ×［接触ストローク
］として表される刺激振幅を発生することにより硬度に
基ずく質感を得ることが出来る。

１盈ｊ：　前記磁気回路の近傍に前記スプリングと接触
してペルチェ素子を設置する。前記ペルチェ素子への通
電方向により前記スプリングおよび前記刺激針の加熱・
冷却を行い、指への温冷感の伝達を行なう。前記刺激針
にヒートパイプを用いることにより熱感触の速やかな応
答も可能である。

２素子型疑似感触発生素子 第６図−Ａには２素子型疑似感触発生素子の刺激針の配
列パターンを示す。ここでは２触針による形状認識感触
と移動感触とを生成する。第７図には、移動感触を付与
するための信号波形を示し、２触針の配列方向への疑似
移動感覚を得る。

３素子型疑似感触発生素子 第６図−Ｂには３素子型疑似感触発生素子の刺激針の配
列パターンを示す。ここでは３触針による形状認識感触
と方位認識感触とを生成する。

４素子型疑似感触発生素子 第６図−〇には４素子型疑似感触発生素子の刺激針の配
列パターンを示す、ここでは４触針による方位認識感触
と移動感触とを生成する。

多素子型疑似感触発生素子 ここでは多触針により、繊細かつ素早い形状認識感触と
移動感触とを生成することができる。

ｄ）入力座標の表示 さて前記仮想入力装置においては、指などの入力のｘＹ
座標位置をデイスプレィに表示することなしに作動する
ことは可能である。習熟者に対しては、かかる表示方式
のほうがデイスプレィの見易さ扱い易さで優れる。しか
し、未習熟者に対しては、デイスプレィの一部にキーボ
ード画面を表示し、指位置を重畳表示する。目視による
指ＸＹ位置のフィードバックをかけることにより確実な
入力操作とすることができる。

このようにして任意の指に位置検出手段と疑似感触発生
素子からなる仮想入力装置を装着することによりキーボ
ード操作と同等の入力操作が可能となる。

ｅ）仮想入力装置の初期化および位置の移動電源投入直
後の仮想入力キーボードの初期位置は、たとえば　主演
算装置の直前や表示装置の表示面上に設定することによ
り明確にできる。更に前記仮想入力キーボードはその設
置位置を自由に動かすことができる。たとえば両手によ
る仮想入力キーボードの把握動作による移動により移動
量を求め、前記指の位置座標から前記移動量を減算する
ことにより所望の指入力位置を得る。またリセット操作
により、仮想キーボードを初期位置に復帰設定すること
により仮想入力の操作の信頼性を向上できる。

次に本発明の別の例として、位置検出手段と動作検出手
段と疑似感触発生手段とからなる仮想入力装置について
説明する。ＣＲＴなどのデイスプレィ上に表示される仮
想空間内の任意の物体に作用を及ぼすために、作用する
手あるいは指の代表点の位置を検出するための位置検出
手段として前記超音波距離測定法を用い、手あるいは指
の曲げ動作を検出するために手あるいは指に沿わせた感
圧ゴムの抵抗値の変化や光ファイバーの光量の変化によ
り手や指の運動を検出する。前記代表点位置（Ｘ、　　
Ｙ、　　Ｚ座標位置）が仮想空間内の仮想物体のＺ軸界
面層に侵入したとき、前記疑似感触発生装置は刺激を発
生し、複数の指入力位置に対応する複数の対象画像が表
示される。ここで特定の指の曲げ動作が行なわれると、
仮想物体への侵入が行われ、仮想キーボードであれば、
選択信号への入力が行なわれると同時に前記疑似感触発
生装置による強い刺激が返される。

本発明の更に別の例として、画像解析と疑似感触手段と
を組み合わせた例を説明する。カメラ入力の画像解析に
よりデイスプレィ前面のオペレータの手の画像を取り込
み指先の位置あるいは動きを検出する。しかる後、前記
実施例に述べた疑似感触発生素子を動作し、前記実施例
と同様な仮想入力が行なわれる。

更に本発明の別の実施例として、音声入力装置との連動
により、画面表示を文字入力装置の表示数字・記号入力
装置の表示・絵入力装置の表示などを任意に選択し表示
の簡素化と明瞭な操作性を得ることができる。

［発明の効果コ 本発明の仮想入力装置によれば従来の実体キーボードと
違って自由な空間位置に仮想キーボードを設置すること
ができ、自由な入力姿勢（椅子および机の高さなど）に
よる入力ができる。さらに仮想キーボードは場所を占有
しないため机上のスペースの有効活用が計れ、複合する
事務作業や実験などの作業能率を向上する。またラップ
トツブコンピュータの小型・軽Ｉ化と操作性の維持・向
上を同時に満足することができる。

また本発明の前記実施例においては非接触位置検出装置
として超音波式３次元指位置検出法の例を述べたが、Ｘ
Ｙ２次元指位置検出と指に取り付ける慣性動作スイッチ
や姿勢スイッチなどの入力スイッチとによっても同様な
効果を得ることができる。さらに前記以外の３次元位置
検出法として磁気検出素子による空間磁界から位置を求
める方法あるいはマイクロ波位置検出装置あるいは超小
型ジャイロによる位置検出なども可能である。

さらにまた、感触素子として電磁アクチュエータによる
振動刺激の例を説明したが、その他にも圧電素子・圧電
バイモルフ素子による指腹部への圧迫刺激等でも良い。

また刺激場所として爪あるいは骨への刺激によっても良
い。

さらに本発明の仮想入力装置では、ソフト開発により、
パソコン用のキーボードとして英語・日本語（ひらがな
・かたかな）などのほかにも中国語・ロシア語などの仮
想キーボードを容易に実現する。また、楽器の入力装置
としてピアノ鍵盤や管楽器や打楽器など任意の装置への
応用ができる。

このほかシュミレータ−やゲーム機械などの入力装置へ
の利用も可能となりリアルで迫力のあるソフトを楽しむ
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による仮想入力装置を備えたコンピュ
ータ装置の概略図。 １１は主演算装置 １２は表示装置 １３は発音体 １４は仮想入力グローブ １５は仮想キーボード １６は画面内キーボード 第２図は、本発明による仮想入力グローブの構成図。 第３図は、本発明による疑似感触発生素子の断面構造図
。 第４図は、疑似感触発生の動作流れ図。 第５図は、刺激生成のための信号波形図第６図Ａ、　　
Ｂ、　　Ｃは、疑似感触発生素子の刺激針の平面配置図 第７図は、 疑似移動感を発生するための信号波形 図 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）位置検出手段と疑似感触発生手段とを有し、上記疑
   似感触発生手段は圧力もしくは振動刺激手段からなるこ
   とを特徴とする仮想入力装置。 ２）位置検出手段と動作検出手段と疑似感触発生手段と
   を有し、前記疑似感触発生手段は圧力もしくは振動刺激
   手段からなることを特徴とする仮想入力装置。 ３）疑似感触発生素子を有する仮想入力装置において、
   前記疑似感触発生素子は仮想物体との接近を示す第１の
   刺激と、仮想物体との接触あるいは侵入を示す第２の刺
   激を発生することを特徴とする仮想入力装置