JPS5985913A - 位置入力装置 - 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、コンピュータ等に位置情報を与える場合等に
用いられる位置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 従来よシ平面上を転動する球体の動きを信号に９１− 変換して位置情報を得ることにより位置入力を行なう米
国特許第３，８３５，４６４号に示されるような位置入
力装置が考えられている。

この装置を第１図及び第２図に示す。

ハウジング４内には、球６が納められており、球６はハ
ウジング４の下面の開口部４ａより突出して平面２と接
触している。また、前記ハウジング４は、この球６と、
ハウジング４の下面に設けられた球８２球１０によって
、平面２上で移動自在に支持されている。前記球６は、
円板１２ｒ　１４１６．１８と接触し水平方向から支持
されているとともに上方向からは球４０により回転自在
に支持されている。円板１６．１８は、それぞれ軸２４
９２６に回転自在に支えられており、軸２４゜２６は、
ハウジング４に取り付けられたアングル３６．３８にそ
れぞれ植設されている。また；円板１２，１４は、それ
ぞれ回転角度を検出するためのポテンショメータ２８．
３０の軸２０．２２に取り付けられており、このポテン
ショメータ２８．３０は、それぞれハウジング４に固定
されたアングル３２．３４に取り付けられている。

次にこの装置の動作について説明する。

ハウジング４が、平面２上で動かされると、このハウジ
ング４の動きに応じて球６も平面２上を転がりながら移
動する。この球６の回転により、球６と接触している円
板１２，１４．１６１　１８も回転するとともに円板１
２．１４の回転によってポテンショメータ２８．３０の
軸２０．２２も回転する。このとき球６は、ハウジング
４の移動方向と同方向に向かって転がるとともにハウジ
ング４の移動量に応じた回°転量だけ転がる。また、円
板１２．１４は、球６の回転方向及び回転量に応じた回
転角だけ回転する。したがって、ポテンショメータ２８
ｓ３０によって円板１２，１４の回転角を検出すること
により、ノ＼ウジング４の移動方向及び移動量に応じた
信号を検出することができる。

上記の装置の問題は、ハウジング４の直線状の変位を位
置情報としてえるためには、操作者は極めて困難な操作
を強いられるという点にある。このよう″な例は、平面
２の上に固定された直交するｘ、ｙ軸のいずれかに平行
した位置変位を入力する場合が多い。たとえば第２図に
おいて、このＸ軸を矢印２９．ｙ軸を矢印３１とすると
、操作者はＸ軸に平行な直線変位を入力する場合、ポテ
ンショメータ２８が回転しないよう操作する必要がある
が、現実にこの操作は困難で、わずかながらでも回転す
ることはまぬがれない。結局このようにして入力された
情報はｙ軸方向に少なからず蛇行した曲線になってしま
うわけで、従来方式の操作上の大きな問題であった。

発明の目的 本発明はこのような従来の欠点を除去するものであり、
簡単な操作で直線状の変位を正確に入力できる位置入力
装置を提供するものである。

発明の構成 本発明の位置入力装置は、入力装置のハウジングの平面
上の位置変位を２つの座標軸方向に分解して変位情報に
変換する２つの変換手段を設け、この手段の変換出力を
選択的に制御できるようにスイッチ手段を設けて、選択
された座標軸方向の変位情報だけを選択的に出力しうる
ように構成し、ハウジングの位置変位が蛇行しても、そ
の直進方向の変位成分だけがとりだせるようにしたもの
である。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例について、図面を参照して説明
する。

まず、第３図〜第６図を用いて説明する。

基板６４の底面には、球６２．　６４．　６６．６８が
回転自在に設けられており、装置を平面６０上で支えて
いる。まだ、５６はハウジングとなるケースであり、そ
の大きさは片手に納まる程度で、その中に球６２が納め
られており、基板５４の底面に設けられた開口部５４ａ
より突出して平面５゜と接触している。この開口部５４
１Ｌの径は、球６２の径より小さい径で構成されており
、装置が持ち上げられた時に球６２が脱落しないように
なっている。球６２は、内面が円筒形状で構成された支
持体６０により支持されている。この球６２と支持体６
ｏの支持面の間のクリアランスは微小なものである。支
持体６ｏは基板５４に固定されておシ、また支持体６０
の側面には開口部６０＆、６０ｂが支持体６０の中心よ
り互に角度９０°の位置に設けられている。この支持体
６ｏの開口部６０２Ｌ。

Ｓｏｂには円板７０．７２が貫通して球６２と接触して
いる。この円板７０．７２はそれぞれエンコーダ７８の
軸７４．エンコーダ８０の軸７６に取り付けられており
、またこれらエンコーダ７８゜８ｏは基板６４に固定さ
れた支持板８２．８４にそれぞれ取り付けられている。

エンコーダ７８゜８０はそれぞれ円板７０．７２の回転
角を検出するだめのものであり、円板７０．７２の回転
角に応じた信号が導びかれる。円板７０，７２の球６２
に接触する部分はスポンジ等の可撓性の材料で構成され
ており、少し撓んだ状態で球５２に圧接されている。こ
のため、球５２が支持体６ｏの内部で微小なりリアラン
スのためにガタがあっても円板７０及び７２は常に球５
２と接触を保つことができる。またこのとき、球５２は
支持体６ｏによって支持されているため、円板７０及び
７２の撓み量はほとんど変化せず円板の中心から球との
接触点の距離がほとんど変わらないため球５２の回転量
に対する円板７０．７２の回転量はｉｔとんど変わらな
い。したがって、操作方向の違いによる読み取り量の変
化もほとんどなく、高精度な読み取シを行なうことがで
きる。エンコーダ７８とエンコーダ８ｏは、それぞれの
軸７４と軸７６が垂直となるように、すなわち円板６２
と円板６４が垂直となるように取り付けられている。

上記の構成により、球６２が自重によって平面６０と接
触を保ちながら平面上で移動すると、球６２が装置内で
支持体６０に支えられて球６２の移動方向に回転すると
ともに、球５２と接触している円板７０．７２が球６２
の回転方向９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、円板７０　＊　　７２と連結されたエ
ンコーダ７８゜８０の軸７４＊７６も回転し、エンコー
ダ７８゜８ｏによってそれぞれの円板７０，７２の回転
量が検出される。

基板５４には、スイッチ台９ｏが固定され、スイッチ台
９０には、後述する押釦スイッチ８６゜８８が取シ付け
られている。

第６図に、エンコーダ７８の内部構造を示す。

軸７４は、エンコーダ７８に取シ付けられた図示しない
軸受によって、回転自在に支承されている。

また、軸７４には、遮光板１５０が固定されている。こ
の遮光板１６０は、光を透過しない材質で形成されてお
り、円周上に等間隔にスリットが設けられている。この
遮光板１５０のスリット位置に対応して、遮光板１６０
をはさむようにして、発光ダイオード１６２とフォトト
ランジスタ１５４が取り付けられている。この発光ダイ
オード１５２には、第７図の回路に示すように、常時一
定の光量で発光するよう一定の電圧が電源１６３より加
えられている。また、フォトトランジスタ１５４は、受
ける光量によって端子１６Ｑにおける出力電圧が変化す
るようになっている。したがって、フォトトランジスタ
１６４と発光ダイオード１６２の間の遮光板１５０のス
リット位置が変化すると、透過する光量が変化するため
、フォトトランジスタ１６４の出力電圧も、それに従っ
て変化する。

以上のことより、遮光板１６０が軸７４とともに回転す
ると、端子１６０における出力電圧は、第８図０）に示
すように変化する。

また、エンコーダ７８には、遮光板１６０をはさんで、
上記とは異なる発光ダイオード１６６ｐフオトトランジ
スタ１６８が、第６図に示すように取り付けられている
。この発光ダイオード１６６とフォトトランジスタ１６
８の取り付は位置は、フォトトランジスタ１６８の出力
電圧が、フォトトランジスタ１６４の出力電圧と位相が
概ね９００異なる位置に取り付けられており、回路は第
７図の通り発光ダイオード１５２とフォトトランジスタ
１６４の場合と同じである。したがって、例えば、遮光
板１５Ｑが、第６図図示の入方向に回転した場合、フォ
トトランジスタ１６４の出力電圧が第８図（イ）のよう
になるのに対して、フォトトランジスタ１６８の端子１
６１の出力電圧は、第８図（ロ）のようにフォトトラン
ジスタ１６４の出方電圧に対して位相が９００遅れた形
で変化する。逆に、遮光板１５０が第６図図示のＢ方向
に回転すると、フォトトランジスタ１６８の出力電圧は
、フォトトランジスタ１６４の出力電圧に対して位相が
９ｏＯ進んだ形で変化する。第７図のスイッチ８６＆は
第６図に示した押釦８６により、駆動されるもので常開
型の１回路スイッチが２組連動するものである。仁９押
釦８６を手動により押すト、スイッチ８６１Ｌが閉成さ
れ発光ダイオード１６２と１６６は発光しなくなシ、遮
光板１５０が回転しても、端子１６０と１６１からはそ
の出力かえられなくなる。

フォトトランジスタ１５４，１５８の出力電圧は、第９
図に示すように、それぞれ、増幅器１６２゜１６４によ
って増幅された後、波形整形器１６６゜１６８を通して
矩形波に波形整形される。、この後位相比較器１７０に
よって、２つの信号の位相を比較することにより、遮光
板１５００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１７２によって加算することに
より、遮元板１５０の回転角を検出することができる。

演算器１７２によって演算された信号は、コンピュータ
等の機器に接続されて処理される。

エンコーダ８０の構成はエンコーダ７８の構成と同じで
ある。そして第６図の押釦８８はその操作により第７図
のスイッチ８６＆と同様にエンコーダ８０の出力をカッ
トするよ４うに設けられている。

次に、本実施例の動作について説明する。

装置が平面５ｏ上で操作されると、球５２は装置内で支
持体６ｏによって支持されて装置とともに移動する。こ
のとき球５２は自重により平面６０に接し、球５２と平
面６０の間の摩擦力によって回転力を与えられて転がり
ながら移動する。またこのときの球５２の回転方向は、
球６２の進行方向と一致しているものである。球５２が
回転すると球６２と接触している円板７０．７２も回転
するが、このとき、円板７０，７２は球６２の進行方向
とそれぞれの円板のなす角度に応じた回転量で回転する
。すなわち、球６２が平面上で移動した距離をＬとし、
球６２の進行方向と円板７０とのなす角をθとすると、
円板Ｔｏが周上で移動した転がり距離は、　Ｌａｏｓθ
となシ、また円板７０と垂直に取シ付けられた円板７２
が、周上で移動した転がり距離は、　　Ｌｓｉｎθとな
る。このとき、円板７０ｊ７２の回転角は、これらの円
板が周上で移動した転がり距離に応じた値となる。ここ
で第４図に示すように、球６２の中心と円板７ｏの中心
を結ぶ直線をｙ軸１８０とし、球６２の中心と円板７２
の中心を結ぶ直線をＸ軸１８２とすると、前述の円板の
周上での移動距離の値は、ちょうど球６２がｙ軸方向、
Ｘ軸方向に移動した距離とそれぞれ等しくなる。したが
って、円板７０．　７２の回転角をエンコーダ７８．８
０により検出することにより、球６２の移動方向と移動
量をｙ軸方向とＸ軸方向に分けて測定することができる
ものである。エンコーダ７８．８０によって検出された
信号を前述の回路を通して処理することによシ、それぞ
れの回転角に応じた信号が発生される。この信号をコン
ピュータ等の機器に入力することによって位置情報を与
えることができるものである。

さてこの実施例の特徴である直線状の変位を位置情報と
してえる場合の操作を説明する。第４図に示したｙ軸１
８０あるいはＸ軸１８２方向に平行な直線状の変位だけ
をえる場合には、先に述べた押釦８６あるいは８８（第
５図、第７図参照）を選択的に押しだ状態で７１ウジン
グとなるケース５６を操作する。すなわち、例えばスイ
ッチｓｅｔを押した状態でハウジングをＸ軸にほぼ沿っ
た方向に動かすと、Ｘ軸方向から蛇行する量に応じて、
円板７０が微小回転するが、第７図のスイッチ８６ａが
閉じられるだめ、先に述べたように実質上エンコーダ７
８は作動しない。したがってこの装置は出力信号からみ
ると、Ｘ軸方向に直進しているかの如く作動する。同じ
くｙ軸方向だけの成分をえたい場合は、押釦８８を押し
た状態で、ｙ軸にほぼ沿った方向に動かせばよい。

以上をまとめると下表のようになり、 動作モードとして、Ｘ軸とｙ軸の両方の変位成分を必要
とする場合は押ａ８６と８８を押圧せずにハウジングを
変位させればよく、Ｘ軸あるいはｙ軸方向に平行な直線
状の変位成分を必要上する場合は、上に述べたように操
作すればよい。そしてこのような操作はすべて片手でで
きるため極めて容易に行なわれる。またこのような直線
状の変位を入力できる機能が、エンコーダ７８や８ｏの
出力を選択的に遮断するだけでえられるため、簡素な構
成でこれを実現できるものである。実施例マは、電気ス
イッチ８６ａ、８Ｂ＆により上述の遮断を行なうように
構成したが、本発明の具体化は必ずしもこれに限るもの
ではなく、機械的手法によシエンコーダ７８．８０が作
動しないように構成することも自在である。

発明の効果 以上のように本発明の位置入力装置は、直線状の変位を
入力する際に極めて優れた操作性を発揮するものであり
、またその簡素な構成にもとづき、このような入力装置
の高信頼化、低価格化をも現出するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の位置入力装置の部分断面側面図、第２図
はその部分断面平面図、第３図は本発明の一実施例の位
置入力装置の部分断面側面図、第４図はその部分断面平
面図、第５図はその一部切欠斜視図、第６図はエンコー
ダ内部の斜視図、第７図はエンコーダの電気回路図、第
８図はエンコーダ出力の波形を示す信号図、第９図は信
号処理回路を示すブロック図、である。 ６２・・・・・・球、６４・山・・基板、６６・・・…
ケース（ハウピング）、６ｏ・・・・・・支持体、γ０
，７２・・・・・・円Ｌ　７ｓｔ　ｓｏ・・・・・・エ
ンコーダ、８６，８８・山・・押釦スイッチ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第３図 第６図 第７図 第８図 レ マ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 平面上を変位自在なハウジングと、このハウジングの変
   位に連動し、この変位を２つの座標軸方向の変位情報に
   変換するための２つの変換手段と、これらの変換手段の
   それぞれの変換出力を選択的に遮断するためのスイッチ
   手段を備え、上記ノ・ウジングの変位に対し、上記スイ
   ッチ手段の選択的操作により、上記２つのなかから選択
   された座標軸方向の変位情報だけを出力しうるよう構成
   したことを特徴とする位置入力装置。