JPH07141099A - 三次元位置入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な構成で、直観的な操作による三次元位置
情報の入力を可能にする。 【構成】一直線上にない測定点Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３には、
紐Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を弛緩しない状態で繰り出すことが
できる巻取り部１１，１２，１３が配置されている。紐
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の各先端は、指示部１０に結合されて
いる。紐Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の引出し長に関する情報は、
演算装置１５に与えられる。演算装置１５は、紐Ｓ１，
Ｓ２，Ｓ３の引出し長を求めることにより、測定点Ｍ
１，Ｍ２，Ｍ３から指示点Ｐに至る各距離を検出する。
この検出された距離に基づいて、指示点Ｐの位置座標が
演算される。 【効果】紐Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の引出し長を検出するとい
う簡単な構成により、三次元位置情報を直観的な操作に
よって入力できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、三次元位置を表す情報
をコンピュータのような情報処理装置に入力するための
三次元位置入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、ＣＡＤ（Computer Aided Des
ign)装置のような図形情報処理装置によって三次元図形
に関する処理を行う場合には、三次元位置情報の入力が
不可欠である。しかし、従来から汎用されているマウス
などのポインティングデバイスは二次元平面上における
位置情報の入力を目的としたものであるため、三次元位
置情報の入力には必ずしも適していない。

【０００３】そこで、三次元位置情報を直観的に入力す
るための三次元ポインティングデバイスが提案されてい
る。それらは、たとえば、特開昭60− 61826号公報や特
開平２−155024号公報に記載されている。特開昭60− 6
1826号公報に開示された装置では、先端に超音波発振素
子を取り付けたペンによって三次元位置が指示され、一
直線上にない３個の受信素子で超音波パルスが受信され
る。超音波発振素子から超音波の送信を開始してから各
受信素子で超音波が受信されるまでの時間が測定され、
それに基づいてペン先の三次元位置が算出される。これ
により、直観的な操作で三次元位置を入力することがで
きる。

【０００４】一方、特開平２−155024号公報に開示され
た装置では、光反射球体を備えた位置指示器が用いられ
る。そして、レーザ光によって三次元空間が走査され、
所定位置に設置された光検出部によって光反射球体から
のレーザ光が検出される。さらに、光検出部によってレ
ーザ光が検出されたときの走査角度位置を出することに
よって、光反射球体の三次元空間内での位置情報が取得
される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の２つの先行技術
のうち、特開昭60− 61826号公報に記載された第１の先
行技術では、超音波の送信、超音波の受信、および送受
信間の時間間隔の計測のための各構成が必要である。ま
た、特開平２−155024号公報に記載された第２の先行技
術では、レーザ光の発生、レーザ光による３次元空間の
走査、レーザ光の受光、および走査角度位置の検出のた
めの各構成が必要になる。したがって、いずれの先行技
術でも、装置の構成は極めて複雑で大掛かりになり、高
価格になることが避けられない。

【０００６】そこで、本発明の目的は、上述の技術的課
題を解決し、簡単な構成で三次元位置情報を直観的に入
力することができる三次元位置入力装置を提供すること
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の三次元位置入力装置は、三次元空間におけ
る位置情報を入力するための装置であって、三次元空間
の位置情報を入力すべき点である指示点に配置されるべ
き指示手段と、同一直線上にない少なくとも３箇所の測
定点と上記指示手段との間を弛緩しない状態でそれぞれ
結合する複数の紐と、上記測定点から上記指示点に至る
各紐の長さを検出することによって上記測定点と上記指
示点との間の距離を検出する距離検出手段と、上記距離
検出手段によって検出された距離に基づいて、上記指示
点の三次元空間における位置情報を演算する手段とを含
むことを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記の構成によれば、同一直線上にない少なく
とも３箇所の測定点と指示手段との間がそれぞれ紐で弛
緩しないように結合される。そして、測定点から指示手
段に至る各紐の長さが検出され、これにより、測定点と
指示点との間の距離が検出される。この検出された各距
離に基づき、三次元位置情報が演算される。

【０００９】測定点から指示手段に至る紐の長さを検出
するための構成は、超音波の送信および受信、またはレ
ーザ光の発生および受光などを行うための構成に比較し
て、格段に簡単に構成することができる。

【００１０】

【実施例】以下では、本発明の実施例を、添付図面を参
照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施例の三次
元位置入力装置の原理的な構成を示す図である。たとえ
ば、直交座標系ｘｙｚにおいて、座標位置（０，０，
０）、（ｂ，０，０）および（０，ｃ，０）に、測定点
Ｍ１，Ｍ２およびＭ３が設定される。これらの測定点Ｍ
１，Ｍ２，Ｍ３には、それぞれ紐Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を引
出し自在に巻き取る巻取り部１１，１２，１３が設けら
れている。巻取り部１１，１２，１３から引き出された
紐Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、指示点Ｐに配置された指示部１
０に弛緩しない状態でそれぞれ結合されている。指示点
Ｐは、三次元空間においてその位置座標を入力すべき点
である。

【００１１】巻取り部１１，１２，１３には、測定点Ｍ
１，Ｍ２，Ｍ３から指示部１０に至る各紐Ｓ１，Ｓ２，
Ｓ３の引出し長を計測するための構成がそれぞれ設けら
れている。紐Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の引出し長に関する情報
は、演算装置１５に入力される。演算装置１５は、入力
された情報から測定点Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３と指示点Ｐとの
各距離を求め、これに基づいて指示点Ｐの三次元座標を
演算し、その座標を表す三次元位置情報を出力する。

【００１２】測定点Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３から指示点Ｐに至
る各距離をＬ₁ ，Ｌ₂ ，Ｌ₃ とすると、指示点Ｐの三次
元位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、下記第(1) 式、第(2) 式
および第(3) 式で与えられる。演算装置１５は、これら
の演算式に従った簡単な計算を実行することによって、
三次元位置情報を作成する。なお、図１の装置において
は、ｚ＜０の場合は考えないものとする。

【００１３】

【数１】

【００１４】図２は、巻取り部１１の具体的な構成を示
す簡略化した断面図である。巻取り部１２，１３の構成
は、巻取り部１１と同様である。ケース２５内には、紐
Ｓ１を巻き取るためのリール２１が軸２１ａに固定され
ている。軸２１ａはケース２５内において回動自在に支
持されているとともに、図外のばねによって矢印２６方
向に付勢されている。そのため、リール２１から繰り出
された紐Ｓ１にはほぼ一定の張力（たとえば自動巻取り
式の巻尺のテープに付与される程度の張力）が与えられ
る。これにより、紐Ｓ１に弛みが生じることが防がれ
る。なお、紐Ｓ１に与えられる張力は厳密に設定される
必要はなく、紐Ｓ１に弛みを生じさせず、かつ、指示部
１０の移動に支障が無い程度に設定しておけばよい。

【００１５】リール２１から繰り出された紐Ｓ１は、所
定の半径の繰出し長検出用リール２２に１回巻回された
後に、ケース２５に形成された孔２７からケース２５外
に導かれている。繰出し長検出用リール２２はケース２
５内に回動自在に指示された軸２９に固定されている。
この軸２９に関連して、回転方向および回転角を表す信
号を出力するロータリエンコーダ３１が取り付けられて
いる。このロータリエンコーダ３１の出力信号は、上記
の演算装置１５に入力される。これに基づいて演算装置
１５は測定点Ｍ１から指示点Ｐ１までの距離を求める。

【００１６】たとえば、ロータリエンコーダ３１が回転
方向を表す信号と回転角に比例した数のパルスを出力す
るものであるなら、演算装置１５は、アップダウンカウ
ンタを備えることにより、紐Ｓ１の引出し長を検出でき
る。すなわち、回転方向を表す信号によってアップカウ
ントとダウンカウントとを制御し、パルスの入力に応じ
てアップカウントまたはダウンカウントを行うようにす
れば、アップダウンカウンタの計数値は紐Ｓ１の引出し
長に相当することになる。このように、本実施例におい
ては、繰出し長検出用リール２２、ロータリエンコーダ
３１および演算装置１５によって、距離検出手段が構成
されている。

【００１７】なお、リール２１の軸２１ａに直接ロータ
リエンコーダを取り付けてもよいが、その場合には巻取
り径Ｒが紐Ｓ１の引出し長に依存するため、紐Ｓ１の引
出し長の検出に誤差が生じるおそれがある。図３は指示
部１０の外観を示す斜視図である。指示部１０は、ケー
ス３５の外表面にスイッチ３６，３７を設けたものであ
る。ケース３５の所定位置には、紐Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の
先端が固定されている。ケース３５を所望の空間位置に
導いた後に、スイッチ３６および／または３７を操作す
ることによって、三次元空間における座標位置をポイン
トすることができる。

【００１８】図４は上記の三次元位置入力装置の使用例
を示す図である。図４(a) は、この入力装置が接続され
たコンピュータ装置が備える表示装置の表示例を示し、
図４(b) は上記入力装置の使用状態を示す。表示装置４
０では、ｘ座標は左右方向に設定されており、ｙ座標は
上下方向に設定されでおり、ｚ座標は奥行き方向に設定
されている。表示装置４０には、三次元図形４１が表示
されており、さらに画面内における座標入力位置を示す
ポインタ４５が表示されている。

【００１９】指示部１０を三次元空間内で移動させる
と、紐Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の長さが変化し、これに応じて
表示画面内におけるポインタ４５の位置が変化する。操
作者は、表示装置４０の表示画面を視認しながら指示部
１０を動かし、座標を入力したい点でスイッチ３６およ
び／または３７を操作する。これにより、その操作され
た時点における位置座標が入力される。

【００２０】このようにして、三次元図形が表示された
表示装置４０を見ながら、三次元空間内で指示部１０を
移動させるという直観的な操作によって、三次元位置情
報を入力することができる。以上のように本実施例によ
れば、一直線上にない測定点Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３と指示部
１０との間を弛みのない紐Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３で結合し、
これらの紐Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の長さを検出する構成によ
って、三次元位置情報を直観的な操作で入力することが
できる。したがって、超音波やレーザ光を用いた上述の
先行技術に比較して、構成が極めて簡単であり、複雑な
計算を要することもない。これにより、装置を安価に構
成することができる。

【００２１】本発明の実施例の説明は以上のとおりであ
るが、本発明は上記の実施例に限定されるものではな
い。たとえば、上記の実施例では、測定点Ｍ１，Ｍ２，
Ｍ３に紐Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を巻き取る巻取り部１１，１
２，１３を設け、それらに紐Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の引出し
長を検出する構成を内蔵させているが、これらの構成は
必要に応じて変更を施すことができる。たとえば、巻取
り部および引出し長検出のための構成のいずれか一方ま
たは両方を指示部１０に内蔵してもよい。

【００２２】また、上記の実施例では、測定点が三次元
座標空間の原点、ｘ軸上およびｙ軸上に設定されている
が、測定点は一直線上に無ければよく、必ずしも座標軸
上に設定される必要はない。さらに、上記の実施例では
測定点が３つ設けられているが４個以上の測定点を設
け、各測定点と指示部との間を弛みのない紐で結合する
とともに、各紐の長さを検出するようにしてもよい。

【００２３】その他、本発明の要旨を変更しない範囲で
種々の設計変更を施すことができる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明の三次元位置入力装
置によれば、測定点から指示手段に至る紐の長さを検出
するという簡単な構成によって、三次元位置情報を直観
的に入力することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の三次元位置入力装置の原理
的な構成を示す図である。

【図２】巻取り部の構成を簡略化して示す断面図であ
る。

【図３】指示部の外観を示す斜視図である。

【図４】上記三次元位置入力装置の使用例を説明するた
めの図である。(a) は上記装置か適用される情報処理装
置に備えられた表示装置の表示画面を示し、(b) は上記
三次元位置入力装置の使用状態を示す。

【符号の説明】

１０ 指示部 １１，１２，１３ 巻取り部 Ｐ 指示点 Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ 測定点 Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 紐 １５ 演算装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】三次元空間における位置情報を入力するた
   めの装置であって、 三次元空間の位置情報を入力すべき点である指示点に配
   置されるべき指示手段と、 同一直線上にない少なくとも３箇所の測定点と上記指示
   手段との間を弛緩しない状態でそれぞれ結合する複数の
   紐と、 上記測定点から上記指示点に至る各紐の長さを検出する
   ことによって上記測定点と上記指示点との間の距離を検
   出する距離検出手段と、 上記距離検出手段によって検出された距離に基づいて、
   上記指示点の三次元空間における位置情報を演算する手
   段とを含むことを特徴とする三次元位置入力装置。