JPS6038739B2 - 位置情報入力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、例えば操作者によって描かれる操作面上の手
書き図形あるいは操作指示などの位置情報を検出して、
コンピュータ等の機器に入力する場合等に用いて有効な
位置情報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 従来よりペン等により、操作面上の位置を指示して位置
情報を検出し、コンピュータ等の機器に入力する装置が
あるが、これらの装置は位置情報を検出するために特殊
な操作板を必要とするため高価なものとなっていた。

このようなことから、従来、操作者によって平面上を転
勤する球体の動きを信号に変換して位置情報を得ること
により、任意の平面上で操作でき、特殊な操作板を必要
としない位置情報検出装置が考えられている。

この装置の一例を第１図および第２図に示す。

第１図はその一部切欠側断面図、第２図はその一部切欠
平面図である。それらの図面において、１は把持可能な
ハウジングであり、その内部には球体２が転勤可能に納
められており、かつ、その球体２の下部は、ハウジング
１の底部に設けられた閉口３より下方へ突出して、敦暦
平面４と接するようになつている。また、上記ハウジン
グーは、上記球体２と、ハウジング１と底面部に転勤自
在に設けられた複数櫨のボール５によって、萩置平面４
上で移動自在に支承される。

上記球体２は、その周囲の近傍に配置された４つのアン
グル６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄにそれぞれ回転自在に設け
られたローラ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄに薮することで水
平方向の位置が規制され、また、ハウジングーの内部中
央上面部に転勤自在に配されたボール８に上面中央部が
接することで上方の位置が規制されている。

９ａおよび９ｂはローラ７ａ〜７ｄのうち、回転鞍の延
長線が直交する一対のローラ７ｂと７ｃの回転軸１０ａ
と１ｏｂにそれぞれ連結されたポテンショメー夕であり
、それらは、ローラ４ｂ，７ｃの回転量に応じた電気信
号が得られるように構成され、かつ、図示していないが
コードを通してコンピュータの入力部に接続されている
。

次に、この従来例の動作について説明する。

まず、入力操作者が手でハウジングーを把持して、戦置
平面４上で動かすと、ハゥジングーの移動にともなって
球体２も数層平面４上を転勤する。すると、その球体２
の外周に四方から接触しているローラ７ａ〜７ｄも回転
するとともに、回転軸１０ａ，１０ｂも回転する。この
場合、球体２は、ハウジングーの移動方向と同方向へ向
かって転勤するとともに、ハウジング１の移動量に応じ
て量だけ回転する。従って、ポテンショメータ９ａ，９
ｂによって、ローラ７ｂ，７ｃの回転角を検出すること
により、／・ゥジングーの移動方向ならびに移動量に応
じた位置情報を検出することができる。しかしながら、
上記従来の位置情報入力装置においては次のような問題
があった。

すなわち、球体２の回転をハウジング１に取付けられた
ローフ７ｂ，７ｃの回転によって検出しているため、検
出された信号は、ハウジング１に設定された座標系（第
２図中にｘ−ｙで表わしている）における球体２の移動
方向および移動量を表わしている。ところがハウジング
１が、操作中操作平面に対して垂直な軸の回りに回転す
ると、ハウジング１に設定された座標が、平面に設定さ
れた座標系（第２図中にＸ−Ｙで表わしている）に対し
て回転するため、装置が検出した信号から導かれる球体
２の移動方向および移動量は、実際に平面上で移動した
移動方向や移動量と異なるものとなる。以上のように従
来のこの装置においては、操作中に装置が回転すると、
実際の移動と検出値とが異なってしまうため、平面上の
座標系に対応した入力を行ないたい場合、例えば、平面
上に描かれた図形等をトレースして入力する場合などは
、操作中に装置が回転しないようにして操作しなければ
ならないため、実際上、平面上の図形の入力は非常に困
難なものであった。発明の目的 本発明は、以上のような従来例の問題点を解決するもの
であり、操作面に設定された座標系における装置の操作
面上での動きを確実かつ精度良く検出することが可能で
、操作性にも優れた位置情報入力装置を提供せんとする
ものである。

発明の構成 本発明の位置情報入力装置は、装置に設定された座標系
における装置の移動方向および移動量を検出する検出手
段と、操作面上における装置の操作面に垂直な軸の回り
の回転角度を検出する検出手段を使用し、それらの検出
手段により検出された信号を演算処理することによって
操作面に固定された座簾系での装置の移動方向および移
動量を算出可能にしたものであり、これにより、装置の
操作面上での動きをそのまま検出することができ、例え
ば操作面上に描かれた図形のトレース入力等が容易にで
きるものである。

実施例の説明 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第３図は本実施例に係る位置情報入力装置の一部切欠平
面図、第４図はその一部切欠側断面図である。それらの
図面において、１１は把持可能なハウジングあり、これ
は基板１２と、その基板１２に結合されたケース１３と
で構成されている。そして、このハウジング１１は基板
２の下部に回転可能に配設された４個のスチールボール
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄによって操作平面１６
上で任意の方向へ自由に移動可能なように支承されてい
る。上記ハウジング１１の内部には鋼球などからなる同
一サイズの第１および第２の球体１６ａ，１６ｂが回転
可能に配設されており、それぞれの下部は、基板１２の
円形の閉口部１７ａ，１７ｂより突出して操作平面１５
と接するようになっている。なお、上記開口部１７ａの
内径は球体１６ａの外経より小さく構成され、また開□
部１７ｂの内径は球体１６ｂの外径より小さく構成され
て、本装置が持ち上げられたときに球体１６ａ，１６ｂ
が脱落しないようになっている。球体１６ａは円筒形状
の支持体１８ａの内部に転勤可能に搬入されて支持され
ており、支持体１８ａは基板１２に固定されている。こ
こで、球体１６ａと支持体１８ａの支持面との間のクリ
アランスは微小であるように構成されている。さらに上
記支持体１８ａには９０度間隔で２つの開□部１９ａ，
１９ｂが設けられており、それらの閉口部１９ａ，１９
ｂを通して第１および第２の回転体であるローラ２０ａ
，２０ｂがそれぞれ球体１６ａの外周に接触している。
上記ローラ２０ａ，２０ｂはそれぞれヱンコーダ２１ａ
，２１ｂの回転軸２２ａ，２２ｂに取付けられている。
上記各ェンコーダ２１ａ，２１ｂは基板１２に固定され
た支持板２３ａ，２３Ｍこそれそれ取付けられている。
なお、上記ローラ２０ａ，２０ｂの少なくとも球体１６
ａに接触する部分はゴムやスポンジ等の弾・性を有する
材料で構成されており、少し操んだ状態で球体１６ａに
圧接されている。このため、球体１６ａが支持体１８ａ
の内部で微小なクリアランスのため「ガタ」があっても
ローラ２０ａ，２０ｂは常に球体１６ａと接触を保つこ
とができる。また、ローラ２０ａ，２０ｂの球体１６ａ
との接触部が弾性を有する材料で構成されているものの
、球体１６ａは支持体１８ａにより支持されているため
、ローラ２０ａ，２０ｂの孫み量はほとんど変化しない
。このため、操作方向の違いによるローラの中心からｏ
‐ラと球体の接触点までの距離の変化もほとんどなく、
高精度な読み取り行なうことができる。他方の球体１６
ｂも球体１６ａと同じように円筒形状の支持体１８ｂに
回転可能に鉄入して支持されている。支持体１８ｂも基
板１２に固定されており、球体１６ｂと支持体１８ｂの
支持面の間のクリアランスは微小であるように構成され
ている。支持体１８ｂには１つの関口部２４が設けられ
てり、この閉口部２４を通して第３の回転体であるロー
ラ２５が球体１６ｂの外周に接触している。ｏーラ２５
はェンコーダ２６の回転軸２７に取付けられており、ェ
ンコーダ２６は基板１２に固定された支持板２８に取付
けられている。ローラ２５もローラ２０ａ，２０ｂと同
様に少なくとも球体１６ｂと接触する部分が弾性を有す
る材料で構成されており、少し孫んだ状態で球体１６ｂ
に圧接されている。球体１６ａと１６ｂは組立時には支
持体１８ａ，１８ｂの上方から、それらの中へ挿入する
だけでよく、また、支持体１８ａ，１８ｂの内径と球体
１６ａ，１６ｂの外径により決まる精度で球体１６ａ，
１６ｂが支持されるため、球体の支持部の調整は不要で
ある。ローラ２０ａ，２０ｂ，２５は同一の直径を有し
、かつ、それぞれのローラが接触している球体の中心を
結んだ線が、操作平面１５と平行となるような位置に取
付けられている。また、ローラ２０ａは、その回転軸心
が球体１６ａと１６ｂの中心を結んだ線と直交するよう
に設置されており、ローラ２０ｂと２５は、その回転軸
０が球体１６ａと１６ｂの中心を結んだ線に平行となる
ように設置されている。エンコーダ２１ａ，２１ｂ，２
６はローラ１６ａ，１６０の回転角度を電気信号として
検出するためのものであり、これらは周知のものを使用
し得るため、ここで詳細な説明は省略する。

上言己ェンコーダ２１ａ，２１ｂ，２６により検出され
た信号は、第５図に示すように、それぞれ増幅回路や波
形整形回路などを含む信号処理回路３０，３１，３２に
導かれて、各ローラ２０ａ，２０ｂ，２５の回転方向お
よび回転角度に応じた信号に変化される。

さらに、信号処理回路３０および３１によって処理され
た信号は、球体１６ａの装置に設定された座標系におけ
る移動方向および移動量を表わすものとなっている。信
号処理回路３１および３２によって処理された信号は比
較演算回路３３に導かれて装置の操作面に垂直な軸の回
りの回転角に応じた信号に変換される。この比較演算回
路３３によって変換された信号は、信号処理回路３０，
３１によって変換された信号とともに演算回路３４に導
かれ、演算回路３４によって装置の操作平面１５に設定
されて座標系における移動方向および移動量を表わす信
号に変換される。ここで、前記ローラ２０ａ，２０ｂと
ェンコーダ２１ａ，２１ｂは第１の検出部を構成し、さ
らに、この第１の検出部と球体１６ａを含めて第１の検
出手段を構成している。

また、前記ローラ２５とェンコーダ２６は第２の検出部
を構成し、さらに、この第２の検出部と球体１６ｂを含
めて第２検出手段を構成している。なお、図示の本発明
の実施例においては」入力開始や検出値の初期値化等に
用いられるスイッチ３５ａ，３５ｂが装備されている。

次に、本実施例の動作について説明する。

本装置が操作平面１５上で操作さると、球体１６ａ，１
６ｂはハウジング１３内でそれぞれ支持体１８ａ，１８
ｂによって転勤可能に司特されて本装置とともに移動す
る。

このとき、球体１６ａと１６ｂは自重によって操作平面
１５と接して、その操作平面１５と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
のときのそれぞれの球体１６ａ，１６ｂの回転方向は、
それぞれ球体１６ａ，１６ｂの進行方向と一致している
。球体１６ａが回転すると、その球体１６ａと接触して
いるローラ２０ａ，２０ｂも回転するが、このときのロ
ーラ２０ａ，２０ｂの回転量は、球体１６ａの進行方向
と、それぞれローラのなす角度に応じたものとなる。す
なわち、第６図に示すように球体１６ａが操作平面上で
移動した距離をそとし、球体１６ａの進行方向とローラ
１６ｂのなす角度をひとすると、ローラ２０ａの外周上
での移動距離は、球体１６ａの中心とローラ２０ｂを結
ぶ直線をｘ軸とし、球体１６ａの中心とロ−ラ２０ａを
結ぶ直線をｙ軸としたときの球体１６ａのｙ軸方向の移
動成分〆ｓｉｎ８を等しくなる。つまり、第７図より、
球体１６ａの半径をｒとすると、ローラ２０ａの接触点
における球体１６ａの回転半径は鼠ｎひとなり、球体１
６ａが距離そだけ転がると、ローラ２８ａとの薮触点に
おける球体１６ａの外周上での外周上での移動距離が〆
ｓｉｎ８となるため、ローラ２０ａの外周上での移動距
離もそｓｉｎａとなる。また、ローラ２０ｂにおいても
ローラ２０ａと同様に外周上での移動距離がＺｓｉｎ８
となり、球体１６ａのｘ軸方向成分と等しくなる。ロー
ラ２０ａ，２０ｂの回転用は、それらのローラの外周上
での移動距離に応じたものとなる。したがって、ローラ
２０ａ，２０ｂの回転角をェンコーダ２１ａ，２１ｂに
より検出することによって、球体１６ａの移動方向と移
動量に応じた信号を得ることができる。球体１６ｂと接
触しているローラ２５についても同様にして、球体１６
ｂのｘ方向の移動距離に応じた回転角で回転する。次に
、本装置が操作中に操作平面１５に垂直な軸の回りに回
動した場合を考える。本装置が回動するとき、第８図に
示すように、その瞬間の回動中心から球体１６ａの中」
０までの距離をＲ、球体１６ａと１６０の中０間距離を
Ｌとし、球体１６ａの移動経路に沿った移動距離を夕，
、球体１６ｂの移動経路に沿った移動距離をそ２、回動
角をＱとすると、次の式が成り立つ。そ，＝Ｒば
……【１｝夕２＝（Ｒ＋Ｌ）Ｑ
……■したがつて、 そ２−そ．：ＬＱ ……【３’とな
る。

ここで、Ｌは一定の値であるので、夕２と〆，の距離の
差を調べれば、回動角のＱが求まる。そ，は、球体１６
ａの装置に設定された座標系におけるｘ軸方向の移動量
に応じた回転をするローラ２０ｂの回転量をェンコーダ
２１ｂにより検出することによって求まる。また、そ２
はローラ２５の回転量をェンコーダ２６により検出する
ことによって求まる。したがって、ェンコーダ２１ｂと
２６からの検出信号を信号処理回路３１，３２を通して
、さらに比較演算回路３３で処理することによって、本
装置の操作平面１５に垂直な軸の回りの回動角Ｑが求め
られる。以上のようにして、本装置に設定された座標系
における装置の移動方向および移動量と、本装置の操作
平面に垂直な軸の回りの回動角が求められるが、以上の
検出手段値より、演算回路３４で演算処理すると、本装
置の操作平面に設定された座標系における移動方向およ
び移動量が求められる。

発明の効果 以上のように本発明の位置情報入力装置は、その装置に
設定された座標系における装置の移動方向および移動量
を検出する第１の検出手段と、装置の操作面に垂直な軸
の回りの回動角を検出する第２の検出手段を有し、それ
から検出信号を演算処理して、本装置の操作面に設定さ
れた座標系における移動方向および移動量を表わす信号
を得るようにしたものであり、したがって、操作面に対
応した座標系で位置入力を行ないたい場合、例えば操作
面上で描かれた図形等をトレース入力したい場合等に、
特に注意を払うことなく操作でき、操作性に優れたもの
である。

さらに検出出段を独立した球体を用いて構成することに
より、それぞれの球体はどちらの方向にでも移動可能で
あるため、操作時に操作の妨げにならす、円滑な操作が
できる。

また、前述の実施例のように球体の回転を検出するのに
、球体に回転体を接触させ、この回転体の回転方向や回
転量を検出することによって行なわせると、簡単な構成
で位置情報を確実に精度良く検出できるという効果も得
られる。

さらに、第１の球体の移動方向および移動量を検出する
ための第１の回転体および第２の回転体の配置を、それ
ぞれの回転軸が第１の球体と第２の球体の中心を結ぶ直
線に対して、それぞれ直角、平行となるように配置し、
第２の球体の回転方向や回転量を検出するための第３の
回転体の回転軸が第１の球体と第２の球体の中心を結ぶ
直線に対して平行となるように配置し、あるいは、さら
に第２の回転体と第３の回転体の中心から球体の接触点
までの距離を等しくすることによって、検出信号の演算
処理を容易に行なうことができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の位置情報入力装置の一部切欠側断面図一
、第２図はその一部切欠平面図、第３図は本発明の一実
施例の一部功欠平面図、第４図はその側断面図、第５図
は同本発明の実施例における信号処理部を示すブロック
図、第６図、第７図および第８図は本発明の実施例の動
作を説明するための要部平面図である。 １１……ハウジング、１４ａ〜１４ｄ……スチールボー
ル、１５・・・・・・操作平面、１６ａ，１６ｂ…・・
・球体、１８ａ，１８ｂ・・・・・・支持体、２０ａ，
２０ｂ，２５……ローラ、２１ａ，２１ｂ，２６・・・
・・・ェンコーダ、３０，３１，３２・・・・・・信号
処理回路、３３・・…・比較演算回路、３４・・・・・
・演算回路。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 操作面上を移動自在なハウジング内に設けられ、か
   つ前記ハウジングに設定された座標系における前記ハウ
   ジングの移動方向や移動距離を検出するための第１の検
   出手段と、前記ハウジング内に設けられ、かつ前記操作
   面上における前記ハウジングの操作面に垂直な軸の回り
   の回転角度を検出するための第２の検出手段を具備し、
   かつ前記第１の検出手段および前記第２の検出手段によ
   り得られた検出信号を演算処理することにより前記操作
   面に設定された座標系における前記ハウジングの移動方
   向および移動距離に応じた信号を得るように構成したこ
   とを特徴とする位置情報入力装置。 ２ 第１の検出手段は、操作面と接触して操作面上を転
   動し得る第１の球体と、その第１の球体の回転方向およ
   び回転量を表わす信号を発生する第１の検出部を含み、
   第２の検出手段は、前記操作面と接触して操作面上を転
   動し得る第２の球体と、その第２の球体の回転方向およ
   び回転量を表わす信号を発生する第２の検出部と含めて
   構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の位置情報入力装置。 ３ 第１の検出部は、第１の球体と接して前記第１の球
   体の回転に応じて回転する第１の回転体と、回転軸が前
   記第１の回転体の回転軸と平行とならないように配置さ
   れているともに前記第１の球体に接して前記第１の球体
   の回転に応じて回転する第２の回転体と、前記第１の回
   転体の回転に応じて信号を発生する第１のエンコーダと
   、前記第２の回転体に応じて信号を発生する第２のエン
   コーダを含めて構成され、第２の検出部は、回転軸が前
   記第１の球体と前記第２の球体の中心を結んだ直線と直
   交しないように配置され、かつ前記第２の球体に接して
   、その第２の球体の回転に応じて回転する第３の回転体
   と、前第３の回転体の回転に応じて信号を発生する第３
   のエンコーダを含めて構成されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項記載の位置情報入力装置。 ４ 第２の回転体および第３の回転体は、それらの回転
   軸が第１の球体と第２の球体の中心を結んだ直線に対し
   て平行となるように配置されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載の位置情報入力装置。