JPH08272528A - ３次元位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 人間の感覚に合った自然な位置指定を行うこ
とができる３次元位置検出装置を提供すること。 【構成】 本発明の３次元位置検出装置１は、所定の３
次元空間を移動できるマウス２等の検出対象物内で一定
方向に磁気モーメントが向くよう配置される磁性体であ
る磁石２２と、マウス２等が３次元空間の所定位置に配
置されている際の磁石２２から発生する磁界の強さを３
次元的に検知する３次元磁気センサ３と、３次元磁気セ
ンサ３によって検知した磁界の強さに基づいてマウス２
等の３次元空間での配置位置を算出する計算部４とを備
えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所定の３次元空間での
検出対象物の位置を磁気センサにて検出する３次元位置
検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンピュータの表示画面等におい
て２次元の位置を指定する手段としてはマウスと呼ばれ
るポインティングデバイスが多く用いられている。オペ
レータはマウスを机等の平面上で前後左右に移動させ、
この際のボールの回転に応じて表示画面上のカーソルの
位置を移動させるようにしている。表示画面上の所望の
位置を指定したい場合には、マウスの移動によってカー
ソルを表示画面上で移動し、所望の位置に合わせた状態
でマウスに設けられたボタンを押下することで位置指定
を行っている。

【０００３】このようなマウスを利用して、表示画面上
に表される３次元空間での位置を指定する技術として
は、特開平２−２１２９１９号公報に開示されているマ
ウス装置がある。これは、マウス装置に設けられたスイ
ッチの切り換えにより位置の指定を行える平面（２つの
座標軸）を選択し、３次元空間の位置指定に対応させて
いるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなスイッチの切り換えによって３次元空間の位置を指
定するにはオペレータによるスイッチ操作が必要とな
り、人間の感覚に合った自然な位置指定を行うのは非常
に困難である。つまり、オペレータは平面上でのマウス
の移動を頭の中で３次元空間での移動に置き換え、これ
に合わせてスイッチを切り換える必要があり、位置指定
に大変な手間を強いられることになる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のこのような課題
を解決するために成された３次元位置検出装置である。
すなわち、本発明の３次元位置検出装置は、所定の３次
元空間を移動できる検出対象物内で一定方向に磁気モー
メントが向くよう配置される磁性体と、検出対象物が３
次元空間の所定位置に配置されている際の磁性体から発
生する磁界の強さを３次元的に検知する３次元磁気セン
サと、３次元磁気センサによって検知した磁界の強さに
基づいて検出対象物の３次元空間での配置位置を算出す
る計算部とを備えているものである。

【０００６】

【作用】本発明では、検出対象物内において一定方向に
磁気モーメントが向くよう磁性体を配置しているため、
この磁性体から発生する磁界の強さおよびその方向は３
次元空間の所定位置で常に一定となる。つまり、３次元
磁気センサでこの磁性体から発生する磁界の強さを３次
元的に検知し計算部に渡すことで、計算部ではこの磁界
の強さおよび方向に応じた検出対象物の３次元空間での
配置位置を算出できるようになる。

【０００７】

【実施例】以下に、本発明の３次元位置検出装置におけ
る実施例を図に基づいて説明する。図１は本発明におけ
る３次元位置検出装置の一実施例を説明する模式図であ
る。すなわち、この３次元位置検出装置１は検出対象物
である例えばマウス２の３次元空間での位置を検出する
装置であり、略水平に設置され３次元空間を指定する際
の目安となる板３０と、板３０の例えば左下に設けられ
る３次元磁気センサ３と、３次元磁気センサ３からの出
力信号に応じてマウス２の３次元での座標値を算出する
計算部４とを備えている。

【０００８】検出対象物であるマウス２の本体２１内に
は、磁気モーメントＭが例えば鉛直方向の一定に向くよ
う磁石２２が配置されており、３次元磁気センサ３はこ
の磁石２２から発生する磁界の強さを３次元的に検知し
ている。また、３次元磁気センサ３としては例えばホー
ル素子から成るものや磁気抵抗効果素子から成るものが
使用されている。

【０００９】図２はマウスを説明する断面図であり、
（ａ）は全体図、（ｂ）は磁石部拡大図である。図２
（ａ）に示すように、マウス２はオペレータの握りやす
さを考慮した例えばペン状の本体２１と、磁気モーメン
トＭが常に鉛直方向に向くよう配置される磁性体である
磁石２２と、磁石２２を内部に備える球体２３とから構
成されている。

【００１０】図２（ｂ）に示すように、球体２３内には
オイル２５を介してカプセル２４が浮かんだ状態となっ
ており、このカプセル２４内に偏って磁石２２が取付け
られている。また、カプセル２４内の磁石２２の下側に
は重り２６が設けられており、この重り２６が常に下と
なるようオイル２５内にカプセル２４が浮く状態となっ
ている。これによって、マウス２をオペレータが握りど
のような方向に向けてもカプセル２４の重り２６が下側
となり、磁石２２の磁気モーメントＭは常に鉛直方向に
向く状態となる。

【００１１】次に、この３次元位置検出装置１を用いた
位置検出手順を説明する。なお、位置の指定を行う場合
には、板３０の上方の空間を指定範囲の目安として使用
するものとし、磁石２２の磁気モーメントＭの強さは予
め測定によって求められているものとする。

【００１２】先ず、オペレータはマウス２を握り、板３
０の上方空間の所定位置にマウス２を配置する。マウス
２の内部には先に説明したような磁石２２が配置されて
おり、その磁気モーメントＭの方向は常に一定方向（例
えば鉛直方向）に向いているため、この磁石２２から発
生する磁界の強さおよびその方向は、所定の位置では距
離と角度に応じて一定となる。この性質を利用して、板
３０に取付けられた３次元磁気センサ３では磁石２２か
ら発生する磁界Ｈの強さを３次元的に検知する。

【００１３】次に、３次元磁気センサ３からの出力であ
る磁界Ｈの３次元的な強さに応じた電気信号を計算部４
に渡し、ここでマウス２の位置を算出する処理を行う。
ここで、マウス２に配置された磁石２２の磁気モーメン
トをＭ、磁気モーメントＭの中心から３次元磁気センサ
３までの距離をｒ、磁気モーメントＭの方向と磁気モー
メントＭの中心から３次元磁気センサ３までの方向との
成す角度をａ、３次元磁気センサ３の場所での磁界を
Ｈ、磁界Ｈの方向と磁気モーメントＭの中心から３次元
磁気センサ３までの方向の延長線との成す角度をｂ、板
３０の平面方向と磁界Ｈの方向との成す角度をｃ、透磁
率をμとすると、次の数１〜数３の関係が成り立つ。

【００１４】

【数１】 Ｈ＝Ｍ／（４×π×μ×ｒ³ ）×（√（１＋３×（ｃｏｓ（ａ））² ）） …（１）

【数２】 ｂ＝ｔａｎ^-1（１／２×ｔａｎ（ａ）） …（２）

【数３】３×π／２＝ａ＋ｂ＋ｃ …（３）

【００１５】このうち、磁界Ｈの強さと角度ｃとは３次
元磁気センサ３によって得られる３次元的な磁界Ｈの強
さによって測定可能である。つまり、磁石２２の発生す
る磁界の方向は既存であり、しかも３次元磁気センサ３
より空間的に上方に磁石２２が配置されていることか
ら、計算部４では、磁界Ｈの強さおよび角度ｃに基づき
数１〜数３を用いて角度ｂ、距離ｒおよび角度ａを算出
する。これによって、３次元磁気センサ３が１つであっ
ても所定の原点からマウス２の３次元空間での座標値を
算出することができるようになる。

【００１６】一例としては、磁石２２として直径５ｍｍ
のアルニコ磁石を用い、これを内径１０ｍｍのプラスチ
ック製のカプセル２４に固定して、このカプセル２４を
内径１．１ｍｍの球体２３内にオイル２５を介して挿入
する。この球体２３の重心位置は、重り２６の作用によ
って球体２３の中心から０．６ｍｍ下に偏った位置にあ
り、全体として約８ｇとなった球体２３をペン状のマウ
ス２の本体２１内に配置する。

【００１７】また、３次元磁気センサ３は半導体を用い
た構成とし、３次元磁気センサ３の持つ固定された座標
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の磁束密度を１ｍｓｅｃ毎に測定し、
この磁束密度に応じて比例する電圧を計算部４へ渡すよ
うにする。計算部４では、このＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の磁束
密度に応じて比例する電圧に基づいて距離ｒ、角度ａを
算出し、先に示した数１〜数３によって磁気モーメント
Ｍの中心位置の３次元空間での座標値を算出する。そし
て、マウス２の本体２１と磁石２２との配置位置関係か
ら磁気モーメントＭの中心位置に基づくマウス２の位置
（例えば、マウス２の先端位置）を検出することができ
るようになる。

【００１８】図３は本実施例における３次元位置検出装
置の適用例を説明する斜視図である。これは、パーソナ
ルコンピュータ１０のポインティングデバイスとして本
実施例の３次元位置検出装置１を用いた例である。この
パーソナルコンピュータ１０には、表示手段であるディ
スプレイ１１や入力手段であるキーボード１２が設けら
れており、ディスプレイ１１内には３次元空間の位置を
指定するカーソル１１ａが表示されている。

【００１９】このディスプレイ１１内のカーソル１１ａ
の位置は本実施例である３次元位置検出装置１のマウス
２と３次元磁気センサ３との相対的な位置関係によって
決定される。すなわち、板３０の上方空間におけるマウ
ス２の移動にともない、先に説明した手順によってマウ
ス２の３次元位置を内部に設けられた計算部４で算出
し、その座標値に応じてディスプレイ１１内のカーソル
１１ａをその３次元空間内で移動するようにする。

【００２０】例えば、オペレータがマウス２を板３０上
の空間で左右に動かせばその移動量に応じてディスプレ
イ１１上のカーソル１１ａが左右に移動し、マウス２を
前後に動かせばその移動量に応じてカーソル１１ａが奥
行き方向または手前方向に移動し、マウス２を上下に動
かせばその移動量に応じてカーソル１１ａが上下に移動
する状態となる。このような３次元位置検出装置１によ
りマウス２の位置を検出しカーソル１１ａの位置と連動
させる場合には、オペレータがディスプレイ１１上のカ
ーソル１１ａの位置を見ながらマウス２の操作を行うた
め、３次元磁気センサ３によるマウス２の検出位置に多
少の誤差が生じていても特に問題とはならない。

【００２１】また、マウス２を握った際の親指が当たる
部分には図示しない圧力スイッチを設けておくことで、
オペレータはマウス２の移動によりディスプレイ１１内
のカーソル１１ａを所望の位置に移動させた後、この圧
力スイッチを押してディスプレイ１１内の所定位置に表
示されている図形等を指定できるようになる。

【００２２】また、板３０は通常パーソナルコンピュー
タ１０のキーボード１２近傍に搭載されているが、必要
に応じて取り外すことができ、オペレータの使いやすい
位置に設置できるようになっている。さらに、この３次
元位置検出装置１を用いて２次元位置の検出を行う場合
には、この板３０の上面にマウス２の先端を接触移動さ
せることで自動的に２次元的な位置検出に切り換え（接
触スイッチ等による切り換え）、板３０の上面を基準と
した正確な２次元位置の指定を行うことができるように
なる。

【００２３】また、他の指定方法としては、圧力スイッ
チを押した際にのみ３次元位置の検出を行い、そのまま
マウス２を移動してカーソル移動を行い、スイッチを放
した際のカーソル１１ａの位置によってカーソル１１ａ
の示す図形等を指定できるようにしてもよい。

【００２４】このような３次元位置検出装置１によっ
て、ディスプレイ１１上のカーソル１１ａの位置を人間
の感覚に合った自然な状態で移動し指定することができ
るようになる。なお、マウス２にこのような圧力スイッ
チを設ける代わりにキーボード１２の特定キーを代用す
るようにしてもよい。また、本実施例ではマウス２とし
てペン状の本体２１から成るものを例として説明した
が、必ずしもペン状でなくてもよく、使用に応じた持ち
やすい形状であればどのようなものであってもよい。

【００２５】また、パーソナルコンピュータ１０のポイ
ンティングデバイスとして本実施例の３次元位置検出装
置１を用いる例を示したが、本発明はこれ以外の例えば
コンピュータ玩具での画面表示やその他の３次元空間を
表現する画面上での３次元位置指定を行う場合に適用し
ても同様である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の３次元位置
検出装置によれば次のような効果がある。すなわち、検
出対象物を３次元空間内で移動させるだけで人間の感覚
に合った自然な位置指定を行うことが可能となる。ま
た、１個の３次元磁気センサで位置検出が行えるため、
３次元位置を検出する装置の簡素化を図ることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の３次元位置検出装置を説明する模式図
である。

【図２】マウスを説明する断面図で（ａ）は全体図、
（ｂ）は磁石部拡大図である。

【図３】３次元位置検出装置の適用例を説明する斜視図
である。

【符号の説明】

１ ３次元位置検出装置 ２ マウス ３ ３次元磁気センサ ４ 計算部 １０ パーソナルコンピュータ ２１ 本体 ２２ 磁石 ３０ 板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の３次元空間を移動できる検出対象
   物内で一定方向に磁気モーメントが向くよう配置される
   磁性体と、 前記検出対象物が前記３次元空間の所定位置に配置され
   ている際の前記磁性体から発生する磁界の強さを３次元
   的に検知する３次元磁気センサと、 前記３次元磁気センサによって検知した前記磁界の強さ
   に基づいて前記検出対象物の３次元空間での配置位置を
   算出する計算部とを備えていることを特徴とする３次元
   位置検出装置。