JPS63223818A - 光センサ−キ−スペ−ス - 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 この発明は電子回路を有する装置への情報入力の方法に
かんするものです。

従来の技術 従来、コンピューター等の電子回路を有する装置に対す
る操作については、テンキーホード・ＪＩＳキーボード
等が利用されています。

これらは、物の形状・移動の方向等の空間的広がりを伴
う情報を扱う時には不便といえます。

また、平面的形状・平面移動の方向の情報の入力および
操作に適した装置として、マウス・デジタイザ・ペンボ
ード・ジョイスティック等が使用されますが、立体形状
・三次元方向の情報の入力および操作には適しません。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、特定の空間を情報入力の場として設定するこ
とにより、その空間の中でのオペレーターの動作を、電
子回路を有する装置への情報入力の信号とするものです
。

問題点を解決するための手段 この発明は、オプト・エレクトロニクスの技術と電子回
路技術により、特定の空間内を情報入力の場として設定
することに成功したものです。

この発明の要点は、 （１）操作体の位置座標を特定する装置。

（ｎ）位置座標情報を利用する方法。

０２点であり、以下それぞれにつき手段を説明します。

（１）操作体の位置座標を特定する装置。

（イ）フォトトランジスタ等による受光部を複数個、例
えば直線上に設置します。

（ロ）受光部に指向特性特定フィルターとして、例えば
レンズと遮蔽板を利用した光フィルターを設置します。

一例として第１図および第２図に示すフィルターの場合
、レンズにより遮蔽板幅内の平行光を受光素子に集光し
、遮蔽板により領域外から受光部に集光しようとする光
を遮蔽します。

また、図に示すレンズは、ＸＹ平面に対し集光作用をも
つものであるため、第２図のようにＸＹ平面に対しては
、広い角度で受光領域がとれます。

（ハ）（ロ）の結果第３図のように、それぞれの受光部
に対し受光可能な空間領域が特定され、発光部がその領
域の中に入る時、そのことを受光回路にて検出します。

複数個の受光部を位置座標として設定すれば、発光部の
一次元位置を特定することが可能です。

（ニ）これを第４図に示すように、Ｘ軸Ｙ軸Ｚ軸に設置
する時、この設定された場の中で移動する発光部の三次
元位置座標を特定し、回路信号とすることができます。

（ホ）この時、発光部は発光ダイオード、赤外発光ダイ
オード等の発光素子を用い、全方向に対し発光すること
が望ましく、例えば発光素子を複数個で構成することで
広い角度に対する発光が得られます。

また、発光回路にパルス発光回路を用いることにより距
離特性が高まります。

（へ）受光部の遮蔽板の形を、例えば円錐形状にした指
向特性フィルターにより、特定の角度の円錐領域の空間
を、受光可能な空間領域と特定する受光部となります。

この様子を第５図に示します。

（ト）この特性をもつ受光部を、例えば第６図のように
、平面上に方眼に設置します。

（チ）この時、この平面上で移動する発光部の位置によ
り、第７図で示すように、受光部が発光を検出するもの
としないものに別れ、発光部の位置座標を（Ｘｉ、Ｙｌ
、Ｚｌ）、各受光部の特定する円錐形領域の頂点の角度
をα（ラジアン）とすると、 円の中心の座標＝　（Ｘｌ、Ｙｌ） 円の半径＝ＺＩＸｔａｎ　（（Ｘ／２）で描かれる円内
の受光部が受光します。

（す）このことにより、第６図の平面上部の特定の領域
内を動く発光部の座標を受光回路において、回路信号と
することができます。

（ヌ）第８図に示すように、発光部と受光部の関係を、
第３図と逆にすることができます。

即ち、発光部が発光する領域を特定し、受光部側が操作
体となります。

（ル）この時、受光部は全方向から受光できることが望
ましく、例えば受光素子を複数個で構成する方法で、広
い角度からの受光が可能になります。

（ヲ）さらに装置の方法として、広い角度からの光を検
出する受光部を複数個方眼に配置して第９図のように複
数受光部による平面板の装置をつくります。

（ワ）この時、平面板表面できれめなく受光することが
望ましく、例えば光フアイバー線を第１０図のように受
光素子と繋ぐことを利用します。

（力）この複数受光部による平面板を、目的に応じて複
数のものを、例えば＠１１図のように組み合わせます。

（ヨ）発光部として指向性の高い光を、複数方向へ発光
するものを用います。

例えば逆方向へ発光する一対の光源と、それと垂直な方
向へ発光する光源とによるものを利用します。

（り）第１２図に示すように、２５の光線を受けた受光
部の二つの座標により２５の光線が特定され、２６の光
線を受けた座標から２５の光線に垂直に交わる交点とし
て操作体の座標が特定され、回路信号とできます。

（し）さらに装置の方法として、操作体による光の遮断
を利用する方法があります。

（ソ）例えば、第１３図のように発光部と受光部を一対
にしたものを複数個設置し、その間を光を遮断する操作
体を動かすとき、操作体の一次元的位置を特定すること
が可能です。

（ツ）また例えば、発光部と受光部を第１４図のように
設置をするとき、操作体の位置を角度座標として一次元
的に特定できます。

このとき発光部と受光部の位置関係を逆にすることも可
能です。

（ネ）これらを組み合わせて利用するとき、操作体の座
標を二次元ないし三次元に特定することが可能であり、
回路信号とできます。

（す）さらに装置の方法として、操作体による光の反射
を利用する方法があります。

（う）例えば、第１５図のように指向特性のある発光部
を複数個設置し、各発光部を時分割制御によって発光の
タイミングをコントロールするか、あるいは、発光部毎
に発光パルスの特性をことなったものとします。

このなかを、例えば第１６図に示すような光を拡散反射
する操作体をうごかすとき、第１５図の受光部にはいる
光の検出のタイミングあるいは受光パルスの特性により
、操作体の一次元位置を特定できます。

くム）これを組み合わせて利用するとき、操作体の座標
を二次元ないし三次元に特定することが可能であり回路
信号とできます。

（つ）以上記述（イ）〜（ム）の示すように、発光素子
と受光素子を用いることで、操作体の位置座標を特定す
る装置が可能であり、電子回路への信号として出力され
ます。

特定される位置座標の領域の幅は、受光部および発光部
のサイズと設置の方法、光フィルターの特性に因ります
。

特に精度を要する用途にたいしては、発光部にレーザー
素子を利用できます。

（■）位置座標情報を利用する方法。

（ヰ）操作体側に発光素子を用い操作体が一個である場
合、例えば第１７図のようにコンピュータの入力端末と
して接続できます。

（））第１７図の場合点線内が、操作体の位置を特定す
る装置にあたります。

パルス受光回路において、受光部の個数に対応するビッ
ト信号として、それぞれの受光のオンあるいはオフの状
態が、座標回路に伝わります。

座標回路は送られたビット信号を解析して必要な座標系
の要素例えば立体座標における（Ｘ、Ｙ、Ｚ’）の３つ
の要素の座標数値を、ビット信号としてインターフェー
ス回路に送ります。

（オ）第１７図におけるコンピュータは、インターフェ
ース回路からの操作体の位置座標情報を入力情報として
利用できます。

（り）この時に、位置座標情報を利用する方法として、 （あ）座標位置の情報として利用する。

例えば、立体グラフィック等の図形処 理プログラムに利用できます。

くい）座標位置例々に特定の意味を持たせて利用する。

例えば、操作体の位置により数値の入 力を行うテンキーの機能として利用で きます。

（う）座標位置の移動の方向に特定の意味を持たせて利
用する。

例えば、ゲームソフトにたいするジョ イスティックの機能として利用できま す。

くえ）座標位置の移動の速度に特定の意味をもたせて利
用する。

例えば、シンセサイザ演奏での音の強 弱の表現に利用できます。

があり、移動の方向および速度を特定する方法として、
コンピュータのプログラム上で判定する方法と、座標回
路上に例えばマイコン素子を利用することで判定する方
法があります。

（ヤ）操作体側に発光素子を用い操作体が複数個である
場合、例えば第１８図のようにコンピュータの入力端末
として接続できます。

（マ）第１８図の場合点線内が、操作体の位置を特定す
る装置にあたります。複数の操作体によるそれぞれの発
光を区別するために、時分割制御回路からのコントロー
ル信号を利用します。

座標回路において、個々の操作体の座標位置の数値を、
ビット信号としてインターフェイス回路に伝えます。

移動方向あるいは移動速度が必要な場合、座標回路から
の出力信号としてインターフェイス回路に伝えます。

（ケ）複数の操作体からの受光を区別するためには、個
々の操作体ごとにパルス発光特性をかえる方式も有効な
回路上の手段となります。

（））第１８図におけるコンピュータは、インターフェ
イス回路より、複数の操作体の立体座標および移動方向
および速度を、入力情報として利用できます。

（コ）この時に、位置座標情報を利用する方法として、
前述の（あ）〜（え）の他に、 （お）複数個の操作体の位置関係に特定の意味をもたせ
て利用する。

例えば、５個の操作体をそれぞれ５指 の指先に装着することにより、オペレ ータの指先のつくる形を入力の情報と して利用することができます。

（か）複数個の操作体の位置関係の変化に特定の意味を
もたせて利用する。

例えば、オペレータの指先の動きを入 力の情報として利用することができま す。

があり、複数個の操作体の位置関係および位置関係の変
化を特定する方法として、コンピュータのプログラム上
で判定する方法と、座標回路上にその機能をもたせる方
法があります。

（１）以上（ヰ）〜（コ）の記述に示すように、位置座
標情報を用いる方法として、（あ）〜（か）の方法があ
ります。

また、これらをくみあわせて利用する方法があります。

実施例 本発明の実施例を次の通り示します。

実施例（１） 第１９図に示す構造の受光部の装置をつくります。第２
０図は第１９図の一つの受光部の断面図です。指向特定
フィルターとして遮蔽板を用いています。遮蔽板の平面
が一つの受光部の受光領域の境界となります。

第２１図に示す構造の操作体の装置をつくります。この
二個の操作体を、二本の指先に装着して入力の操作をお
こないます。

第２２図に示す回路図による、電子回路装置をつくりま
す。ここで示すインターフェイス回路は、ＮＥＣＰＣ８
８０１ＭＫＩＩの拡張Ｉ−０ボートに接続します。

第２２図の回路の座標回路は、座標計算の機能はもたず
、受光回路の出力ビットのオン・オフをそのままインタ
ーフェース回路のボートＡのビットＰＡＯ−ＰＡ７に伝
えます。

第２２図の回路のパルス発生回路はＰＩＡのボートＢ内
のビットであるＰＢＯとＦＢＩで制御されます。ビット
がＨｌのとき赤外発光素子がパルス発光します。

第２３図に示すフローのプログラムをパソコンに起動す
ることにより、画面上に２つの操作体の位置座標が表示
されます。

実施例（２） 第２４図に示す構造の受光部の装置をつくります。指向
特定フィルターとして、第１図および第２図の構造から
遮蔽板を一枚とりさったものを用います。残した遮蔽板
の平面を境界として、受光領域が区分されます。このこ
とにより、受光領域の不連続性はなくなります。操作体
は第２１図のの二個を五個とします。

第２５図に示す回路の装置をつくります。インターフェ
イス回路をＮＥＣＰＣ８８０１ＭＫＩＩの拡張１−０ボ
ートに接続′します。

時分割制御回路により、五個の操作体の発光部を順次パ
ルス発光させます。受光回路での各座標の受光状態は座
標回路の入力用の８２５５Ｐ　ｒＡへ伝わります。又、
その時点で発光している操作体を示す情報が、時分割制
御回路から座標回路のもう一つの入力用の８２５５Ｐ　
ＩＡへ送られています。

座標回路の２８０に第２６図のフローのプログラムを起
動させることにより、五個の操作体の位置座標（Ｘ、Ｙ
、Ｚ）がＯ〜７の数値として、それぞれ五個の出力用の
８２５５Ｐ　ＴＡの中のボートＡ、ボートＢ、ボー）Ｃ
に出力されます。

第２７図に示すフローのプログラムをパソコンに起動す
るとき、五指の位置と動作により１６進数０〜Ｆを画面
に表示します。第２８図にこの事例での１６通りの五指
の位置と動作の表を示します。この事例においては第−
指と第二指の位置関係をシフトキーとし、第二指〜第五
指の動作を人カキ−としています。

発明の効果 この発明の実施により、従来のキーボードを主とした情
報入力の方法に比して、以下の効果を得ることができま
す。

第一に、空間領域を入力操作の場として使えることです
。このことにより、コンピュータ等の電子機器装置のキ
ーボードをなくしてもその機能ができるようになり、装
置の形状が改良されます。

第二に、身体特に指の立体的な動きが入力の主体となる
ことです。このことにより、三次元イメージの入力に優
れた操作性かえられます。またこのことは、オペレータ
の意思による指の動きを幅広く情報入力の信号に用いる
ことができることであり、従来に比して人間の動作と操
作の環境に適応した情報入力の装置が可能となります。

【図面の簡単な説明】

第１図は一例としての指向特定フィルターの構造を示す
側面図。第２図はその平面図。第３図は発光部と受光部
と受光領域の関係を示す側面図。 第４図は一例としての受光部の設置の斜視図。第５図は
一例としての指向特定フィルターの形状を示す斜視図。 第６図は一例としての受光部の設置の斜視図。第７図は
発光部の位置による受光状態を示す側面図。第８図は発
光部と受光部と受光領域の関係を示す側面図。第９図は
一例としての複数受光部による平面板の斜視図。第１Ｏ
図は一例としての受光部の構造を示す側面図。第１１図
は一例としての複数受光部による平面板の組み合わせを
示す斜視図。第１２図は操作体の位置特定の事例を示す
斜視図。第１３図は発光部と受光部と操作体と操作体に
よる光線の遮断の様子を説明する一事例の側面図。第１
４図は発光部と受光部と操作体と操作体による光線の遮
断の様子を説明する一事例の側面図。第１５図は発光部
と受光部と操作体と操作体による光線の反射の様子を説
明する一事例の側面図。第１６図は光反射を利用した操
作体の構造の事例を示す側面図。第１７図は操作体の位
置座標を特定する装置の回路構成の一事例の概要図。第
１８図は操作体の位置座標を特定する装置の回路構成の
一事例の概要図。第１９図はこの発明の実施例（１）の
受光部の装置の斜視図。第２０図は第１９図のひとつの
受光部の断面図。第２１図は実施例（１）の操作体の装
置の斜視図。第２２図は実施例（１）の操作体の位置座
標を特定する装置のインターフェイス回路を含んだ回路
図、第２３図は実施例（１）に接続するコンピュータの
プログラムフローの一事例。第２４図はこの発明の実施
例（２）の受光部の装置の斜視図。第２５図は実施例（
２）の操作体の位置座標を特定する装置のインターフェ
イス回路を含んだ回路図。第２６図は実施例（２）の回
路上の２８０のプログラムフローの一事例。第２７図は
実施例（２）に接続するコンピュータのプログラムフロ
ーの一事例。第２８図は第２７図のプログラムによると
きの五指の位置と動作を示す表。 ｌは受光素子　　　　２はレンズ ３は遮蔽板　　　　　４は受光領域 ５は遮蔽板に平行な遮蔽板幅内の光線 ６は遮蔽板の間を通過する領域外からの光線７は遮蔽板
により遮蔽される領域外からの光線８は発光素子　　　
　９は受光回路 ｌＯは発光回路 １１はＸ＝Ｘ１を受光領域とする受光部１２はＹ＝Ｙ１
を受光領域とする受光部１３はＺ＝Ｚ　１を受光領域と
する受光部１４は円錐形状の受光領域 １６は円錐形状の遮蔽板 １６は受光素子 １７は受光部を方眼に配置した平面板 １８は発光素子からの光を平行光にするレンズ１９は発
光領域　　　２０は受光部 ２１は複数受光部による平面板 ２２はレンズ　　　　２３は受光素子 ２４はファイバー線 ２５は逆方向へ発光する一対の光線 ２６は２５と垂直に発光する光線 ２７は発光部 ２８は２５と２１の交点 ２９は２６と２１の交点 ３０は光を遮蔽する操作体 ３１は光を反射する操作体 ３２は光の反射面 ３３は光を拡散するエポキシ体 ３４は円筒バイブ ３５はフォトトランジスタ　ＰＴ５５０Ｆ３６は遮蔽板 ３７は赤外発光ダイオード　ＧＬ３５０３８は指サツク
　　　３９は配線コード覚３目 ″［＝二丁卓４ｋＩ−−− Ｅ］に蓋＼−−−− ｊ　　　　　　　　　　　） 糖ｌに図 管１７団 箋ｔｔＵｉＪ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （Ａ）受光部を一次元的に配置あるいは面的に配置ある
   いはそれらの組み合わせの配置を施した受光回路と、発
   光部を設置した操作体を有する発光回路により、操作体
   の一次元的位置あるいは面的位置あるいは立体的位置の
   座標を検出し電子回路への信号として出力する装置。 （Ｂ）発光部を一次元的に配置あるいは面的に配置ある
   いはそれらの組み合わせの配置を施した発光回路と、受
   光部を設置した操作体を有する受光回路により、操作体
   の一次元的位置あるいは面的位置あるいは立体的位置の
   座標を検出し電子回路への信号として出力する装置。 （Ｃ）発光部と受光部を、一対一あるいは一対複数ある
   いは複数対一あるいは複数対複数、の配置をほどこした
   ものを複数個組み合わせて配置した発光回路と受光回路
   により、操作体による光の遮断を検出することにより、
   操作体の一次元的位置あるいは面的位置あるいは立体的
   位置の座標を検出し電子回路への信号として出力する装
   置。 （Ｄ）発光部を一次元的に配置あるいは面的に配置ある
   いはそれらの組み合わせの配置を施した発光回路と、光
   反射の装置を設置した操作体と、その反射光を検出する
   受光部とにより、操作体の一次元的位置あるいは面的位
   置あるいは立体的位置の座標を検出し電子回路への信号
   として出力する装置。 上記の（Ａ）あるいは（Ｂ）あるいは（Ｃ）あるいは（
   Ｄ）の装置を使用することにより、操作体の位置あるい
   は移動の方向あるいは移動の速度あるいは複数個の操作
   体の位置関係あるいは複数個の操作体の位置関係の変化
   を、電子回路を有する装置への情報入力の信号として利
   用すること。