(57)【要約】      （修正有）【課題】下敷きの大きさで最大移動距離が制限されることなく使用可能なポインティングデバイスを提供する。【解決手段】２以上の赤外線発光部２１と、赤外線センサが搭載された可動部２２とを備え、各赤外線発光部は、発する赤外線に指向性を持たせて照射するとともにその照射方向を連続回転させる回転照射機構と、各赤外光源から照射される赤外線の照射方向に対応して変化する固有周波数信号を前記赤外線に重畳する固有周波数信号重畳機構とが設けられ、可動部の赤外線検出器によって検出される、２つの赤外線発光部からの赤外線に含まれる固有周波数信号、および赤外線発光部の位置情報に基づいて可動部の位置データを算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに離隔配置される少なくとも２つの赤外線発光部と、赤外線検出器が搭載された位置可変の可動部とを備え、
各赤外線発光部にはそれぞれの赤外光源が発する赤外線に指向性を持たせて照射するとともにその照射方向を連続回転させる回転照射機構と、各赤外光源から照射される赤外線の照射方向に対応して変化する固有周波数信号を前記赤外線に重畳する固有周波数信号重畳機構とが設けられ、
さらに、前記可動部の赤外線検出器によって検出される少なくとも２つの赤外線発光部からの赤外線に含まれる固有周波数信号、および、赤外線が検出された赤外線発光部についての位置情報に基づいて可動部の位置データを算出する位置解析部と、
算出された可動部の位置データを出力する位置データ出力部とを備えたことを特徴とするポインティングデバイス。
【請求項２】
赤外線に重畳する固有周波数信号は、副搬送波として重畳される請求項１に記載のポインティングデバイス。
【請求項３】
赤外線発光部の回転照射機構は、前記赤外光源の周囲を囲むように取り付けられ、一方向に赤外線が通過する開口を有する反射部材と、前記反射部材の開口が前記赤外光源の周囲を回転するように遮蔽部材を回転させる回転駆動機構とからなる請求項１または請求項２に記載のポインティングデバイス。
【請求項４】
赤外線発光部の赤外光源は赤外線を回転照射させる方向に沿って並べた複数の赤外線ＬＥＤからなり、回転照射機構は、前記複数の赤外線ＬＥＤを同期させて発光することにより指向性のある赤外線が回転するように照射する発光制御機構からなる請求項１または請求項２に記載のポインティングデバイス。
【請求項５】
少なくとも２つの赤外線発光部は、照射する赤外線の回転面が同一面である請求項１〜請求項４のいずれかに記載のポインティングデバイス。
【請求項６】
少なくとも２つの赤外線発光部は、照射する赤外線の回転面が互いに直交する面をなす請求項１〜請求項４に記載のポインティングデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パーソナルコンピュータ（パソコン）やコンピュータゲーム機（テレビゲーム）で、画面上の位置や移動方向を指定する入力を行う際に用いるポインティングデバイスに関する。
本発明は、具体的には、パソコン用マウス、ゲーム機の操作用リモコンのような入力装置として利用される。
【背景技術】
【０００２】
パーソナルコンピュータの入力装置では、画面上に表示させたポインタやカーソルで画面上の位置（座標）を指定したり、いわゆるドラッグ動作を行ったりするためのポインティングデバイスが用いられる。ポインティングデバイスとしては、一般にマウス型が広く用いられている。
また、近年、画面に対して遠隔操作で指示を行うテレビゲームが販売されているが、そこで使用されるリモコンに加速度センサを搭載し、リモコンの加速度データに応じてオブジェクトの姿勢や位置を算出して、仮想ゲーム世界におけるオブジェクトの制御を行うことがなされている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−６７８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来から使用されているマウス型のポインティングデバイス（以下、マウスともいう）は、マウスの滑りを良くしたり位置検出を確実にしたりするため等の理由で、マウスパッドと呼ばれるような下敷きの上にマウスを置くようにしている。そして、下敷きの上で位置が変化するようにマウスを移動させ、その際に生じる下敷きに対する移動距離を機械的に測定し、あるいは光学的に測定することで、移動後のポインタやカーソルの位置を定めている。このようなマウス型のポインティングデバイスでは、下敷きの面積で定まる限られた領域内でマウスを移動するようにしている。
マウス型ポインティングデバイスでポインタを移動させる場合、手を動かす方向とポインタの動く方向とが同じ方向であり、またポインタの移動量がマウス移動量に比例しているので、操作者にとってポインタの移動方向や移動量が感覚的に把握しやすい。その反面、ポインタを大きく移動させたい場合には下敷きで移動距離が制限されることになる。すなわち、マウスを下敷きの一端（例えば左端）から他端（例えば右端）まで移動させてしまうと、マウスを一旦下敷きから離した状態で下敷きの一端側（左端）に戻し、再び他端（右端）に向けて移動させる必要があり、不連続な動きを繰り返すことになって使い勝手が悪くなっていた。
【０００５】
そこで本発明は、これまでとは全く異なる原理によって移動距離や位置を測定することにより、任意の位置で使用でき、下敷きの大きさによって最大移動距離が制限されることなく使用することができるポインティングデバイスを提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明はこれまでとは全く異なる原理によって移動距離や位置を測定することにより、テレビゲーム機（コンピュータゲーム機）用として使用することができる新しい型のポインティングデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明のポインティングデバイスは、互いに離隔配置される少なくとも２つの赤外線発光部と、赤外線検出器が搭載された位置可変の可動部とを備え、各赤外線発光部にはそれぞれの赤外光源が発する赤外線に指向性を持たせて照射するとともにその照射方向を連続回転させる回転照射機構と、各赤外光源から照射される赤外線の照射方向に対応して変化する固有周波数信号を前記赤外線に重畳する固有周波数信号重畳機構とが設けられ、さらに、前記可動部の赤外線検出器によって検出される少なくとも２つの赤外線発光部からの赤外線に含まれる固有周波数信号、および、赤外線が検出された赤外線発光部についての位置情報に基づいて可動部の位置データを算出する位置解析部と、算出された可動部の位置データを出力する位置データ出力部とを備えるようにしている。
【０００８】
本発明によれば、可動部に搭載された赤外検出器によって、少なくとも２つの赤外線発光部から照射された赤外線を検出する。そして、検出されたそれぞれの赤外線に含まれる固有周波数信号を取得する。この固有周波数信号は、それぞれの赤外線発光部からみた可動部(赤外線検出器)の方位角に対応している。２つの赤外線発光部からみた可動部の方位角を取得するとともに、予め赤外線発光部の位置情報を取得しておくことにより、幾何学的演算によって可動部(赤外線検出器)の位置を算出できる。そして、求めた位置データを、出力することにより、表示画面上での対応位置にポインタを移動することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、２つ以上の赤外線発光部から照射された赤外線を検出し、これに重畳させた固有周波数信号と赤外線発光部の位置情報とから可動部（正確には可動部の赤外線検出器）の位置を特定できるので、マウスパッドのような下敷きを使用する必要がなくなり、広い範囲で可動部を連続的に移動できるようになり、使い勝手が向上するようになる。
【００１０】
また、これまでにない新しい方法でポインタ位置の移動や指定ができるようになり、ゲーム機などで利用することもできる。
また、赤外線の照射面を互いに直交する２つの面にすることで、平面的な位置指定だけでなく、立体的な位置指定ができるようになる。
【００１１】
ここで、赤外線に重畳する固有周波数信号は、副搬送波に重畳されるようにしてもよい。これにより、一般に利用されている赤外線リモコンと同様の低価格および手軽さで本発明を利用することができる。
【００１２】
また、赤外線発光部の回転照射機構は、赤外光源の周囲を囲むように取り付けられ、一方向に赤外線が通過する開口を有する反射部材と、反射部材の開口が赤外光源の周囲を回転するように遮蔽部材を回転させる回転駆動機構とからなるようにしてもよい。これにより開口方向に指向性を有する赤外線を照射することができる。
【００１３】
また、赤外線発光部の赤外光源は赤外線を回転照射させる方向に沿って並べた複数の赤外線ＬＥＤからなり、回転照射機構は、前記複数の赤外線ＬＥＤを同期させて発光することにより指向性のある赤外線が回転するように照射する発光制御機構からなるようにしてもよい。
【００１４】
また、少なくとも２つの赤外線発光部は、照射する赤外線の照射面が同一面になるようにしてもよい。
【００１５】
また、少なくとも２つの赤外線発光部は、照射する赤外線の照射方向が互いに直交する面をなすようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態であるポインティングデバイスを用いたパーソナルコンピュータの使用状態を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態であるポインティングデバイスの主要部の外観構成を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態であるポインティングデバイスの構成を示すブロック図である。
【図４】第一赤外線発光部２１ａ、第二赤外線発光部２１ｂによって照射される赤外線に重畳される固有周波数信号を説明する図である。
【図５】本発明の他の一実施形態であるポインティングデバイスの使用状態を示す模式図である。
【図６】本発明の他の一実施形態であるポインティングデバイスの使用状態を示す模式図である。
【図７】本発明の他の一実施形態であるポインティングデバイスの赤外線発光部２１ｅの構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
(実施形態１)
以下、本発明のポインティングデバイスの実施形態について図面を用いて説明する。ここでは、従来のパソコンに使用するマウス型ポインティングデバイス（マウス）に代えて、本発明のポインティングデバイスを使用する場合を例にして説明する。
【００１８】
図１は本発明にかかるポインティングデバイスを、パソコン用のポインティングデバイスとして用いるときの使用状態を示す図であり、図２は図１におけるポインティングデバイスの主要部分の構成を示す外観図であり、図３は図１のポインティングデバイスの全体構成を示すブロック図である。
【００１９】
図１において、パーソナルコンピュータ１０は、全体制御用のコンピュータ本体（中央制御用ＣＰＵ）１１と、操作者に各種データを表示するための表示画面を備えた液晶パネル１２（表示装置）と、入力操作を行うためのキーボード１３およびポインティングデバイス１４（入力装置）とからなる。これらのうち、コンピュータ本体１１、液晶パネル１２、キーボード１３については既存のコンピュータ装置と同じ機器を使用しているので、説明を省略する。また、既存のコンピュータシステムと同様に、コンピュータ本体１１は、液晶パネル１２、キーボード１３、ポインティングデバイス１４と有線または無線で接続され、信号の送信がなされる。
【００２０】
ポインティングデバイス１４は、液晶パネル１２の表示画面上で位置を指定するための入力装置であり、第一赤外線発光部２１ａと、第二赤外線発光部２１ｂと、可動部２２とからなる。
【００２１】
第一赤外線発光部２１ａは、光源となる赤外線ＬＥＤ３１ａと、赤外線ＬＥＤ３１ａを中心にしてその周囲を囲み、一方向にスリット３２ａを形成した円筒状の反射板３３ａと、反射板３３ａの上部に取り付けられ、反射板３３ａと一体になって回転する円盤３４ａと、円盤３４ａの一部に設けたマーカ（不図示）を検出することで回転状態を計測するエンコーダ３５ａと、反射板３３ａおよび円盤３４ａを回転駆動するモータ３６ａと、モータ３６ａを支持するアーム３７ａと、第一赤外線発光部２１ａの発光および回転の制御を行う信号回路３８ａとからなる。
なお、反射板３３ａの形状は、赤外線の照射方向を絞って指向性を持たせることができる形状であれば、必ずしもスリット３２ａを設けた円筒状である必要はなく、例えば反射面をパラボラ状にしたり、楕円面にしたりすることにより照射する赤外線に指向性を持たせてもよい。
【００２２】
第二赤外線発光部２１ｂについても、第一赤外線発光部２１ａと同様の構造であり、光源となる赤外線ＬＥＤ３１ｂと、赤外線ＬＥＤ３１ｂを中心にしてその周囲を囲み、一方向にスリット３２ｂを形成した円筒状の反射板３３ｂと、反射板３３ｂの上部に取り付けられ、反射板３３ｂと一体になって回転する円盤３４ｂと、円盤３４ｂの一部に設けたマーカ（不図示）を検出するエンコーダ３５ｂと、反射板３３ｂおよび円盤３４ｂを回転駆動するモータ３６ｂと、モータ３６ｂを支持するアーム３７ｂと、第二赤外線発光部２１ｂの発光および回転の制御を行う信号回路３８ｂとからなる。
【００２３】
可動部２２は、従来のマウスの場合と同様に、操作者が手に持って移動する部分であり、左クリックボタン４１、右クリックボタン４２、スクロールボタン４３が設けられ、これらに加えて可動部２２の前部に赤外線センサ４４（赤外線検出器）が取り付けられている。この赤外線センサ４４は第一赤外線発光部２１ａ、第二赤外線発光部２１ｂから照射される赤外線を受光できる領域内で、自由に移動することができる。また、可動部２２の筐体内部には可動部２２の位置データを算出する演算を行うための信号回路４５が設けられている。
【００２４】
次に、第一赤外線発光部２１ａ、第二赤外線発光部２１ｂの信号回路３８ａ、３８ｂについて説明する。図３に示すように、各信号回路３８ａ、３８ｂには、赤外線を照射し、その赤外線に固有周波数信号の副搬送破を重畳する発光制御を行う信号用ＣＰＵ５１ａ、５１ｂが設けられている。また、信号用ＣＰＵ５１ａ、５１ｂによる発光制御の下で、赤外線ＬＥＤを発光するＬＥＤドライブ回路５２ａ、５２ｂが設けられている。また、信号用ＣＰＵ５１ａ、５１ｂによる回転制御の下で反射板３３ａ、３３ｂを回転してスリット３２ａ、３２ｂを回転するモータドライバ５３ａ、５３ｂが設けられている。さらにスリット３２ａ、３２ｂの回転に同期するようにして固有周波数信号を赤外線に重畳させるための基準信号がエンコーダ３５ａ、３５ｂによって取得されるようにしてある。
【００２５】
図４は、第一赤外線発光部２１ａ、第二赤外線発光部２１ｂによって照射される赤外線に重畳される固有周波数信号を説明する図である。
第一赤外線発光部２１ａは、スリットが３６０度回転するごとに、３００Ｈｚ〜２１００Ｈｚの周波数範囲で変化する副搬送波が固有周波数信号として重畳される。すなわち、０．５Ｈｚ／度の割合で固有周波数信号が変化するようにしてあり、エンコーダ３５ａがマーカを検出したときに２１００Ｈｚから３００Ｈｚに戻るように設定してある。
第二赤外線発光部２１ｂは、スリットが３６０度回転するごとに、２２００Ｈｚ〜４０００Ｈｚの周波数範囲で変化する副搬送波が固有周波数信号として重畳される。すなわち、０．５Ｈｚ／度の割合で固有周波数信号が変化するようにしてあり、エンコーダ３５ｂがマーカを検出したときに４０００Ｈｚから２２００Ｈｚに戻るように設定してある。
赤外線に重畳する固有周波数信号を、このように照射方向ごと異なるように割り当てることで、可動部２２の赤外線センサ４４が検出した赤外線に重畳された副搬送波の固有周波数から、そのときの位置において赤外線がいずれの発光部から照射されているか、また、どの方位角で照射されたかが一義的に定まるようにしてある。
【００２６】
また、第一赤外線発光部２１ａと第二赤外線発光部２１ｂとの距離Ｄは、予め定められた距離（例えば５０ｃｍ）にするか、任意の距離Ｄで設置し、後述する位置解析部６１がその距離Ｄを用いて演算できるように記憶させておくようにしてある。
【００２７】
次に、可動部２２の信号回路４５について説明する。図３に示すように信号回路４５は、赤外線センサ４４が受光した赤外線に重畳されている副搬送波の固有周波数信号Ｓを検出する検波回路５４と、得られた固有周波数信号Ｓと上述した距離Ｄから現在位置データを算出する位置解析部６１、および、算出した現在位置データをコンピュータ本体に出力する位置データ出力部６２を備えた信号用ＣＰＵ５５とからなる。
すなわち、検波回路５４では、第一赤外線発光部２１ａ、第二赤外線発光部２１ｂから送信された赤外線に重畳されている２つの固有周波数信号Ｓを抽出し、デジタル化した周波数データを信号用ＣＰＵ５５に送る。この周波数データは方位角データとして用いられることになる。
なお、検波回路５４は、特定周波数を抽出できる回路であれば特に限定されないが、例えば特定周波数をロックイン回路で検出するようにすればよい。
【００２８】
信号用ＣＰＵ５５の位置解析部６１は、周波数データ（方位角データ）と距離Ｄとに基づいて、１つの辺の長さとその両端の方位角とから、幾何学的に現在位置の位置データを算出する。そして算出された位置データは位置データ出力部６２によってコンピュータ本体に送られるようにしてある。
コンピュータ本体１１では、送信された位置データに基づいて、従来と同様の処理を行うことによって、液晶パネル１２の表示画面上の対応位置にポインタを表示する。
【００２９】
次に、本発明のポインティングデバイスを使用するときの動作について説明する。パーソナルコンピュータ１０を起動すると、第一赤外線発光部２１ａ、第二発光部２１ｂが作動し、赤外線ＬＥＤ３１ａ、３１ｂが発光するとともに、反射板３３ａ、３３ｂが回転する。このときエンコーダ３５ａ、３５ｂによって回転状態がモニタされ、スリット３２ａ、３２ｂの回転に同期して、固有周波数信号が重畳される。そして第一赤外線発光部２１ａ、第二赤外線発光部２１ｂからは、図４に示したように、各方位角に向けて異なる固有周波数信号が重畳された赤外線が照射されるようになる。
【００３０】
一方、可動部２２は、第一赤外線発光部２１ａ、第二赤外線発光部２１ｂからの赤外線が届く範囲で移動させることにより、それぞれの位置で可動部２２の赤外線センサ４４が現在位置での赤外線を検出する。検波回路５４は検出した赤外線に重畳されている固有周波数信号から周波数データを抽出する。位置解析部６１は抽出された周波数データと距離Ｄとに基づいて、現在の位置データを算出する。そして、位置データ出力部６２は、算出された位置データをコンピュータ本体１１に送信する。コンピュータ本体１１は、現在の位置データに基づいて、液晶パネル１２の表示画面にポインタを表示する。以上の動作によって、可動部２２の現在位置に応じて、ポインタが液晶パネルの画面上に表示されるようになる。
【００３１】
（実施形態２）
実施形態１では、従来のマウスと同様に、可動部２２を水平面状で二次元方向に動かすようにすることを前提としていたが、可動部２２を鉛直面（あるいは傾斜面）で移動する場合の実施形態について説明する。本実施形態は、例えばゲーム機用のポインティングデバイスとして使用する場合に用いられ、具体的には壁面に絵を描くような動作を行う場合に利用することができる。
図５は、本実施形態でのポインティングデバイス１４の配置状態を示す模式図である。ポインティングデバイス１４は、図１〜図３で説明した装置構成と基本的に同じであるが、第二赤外線発光部２１ｂに変えて、鉛直方向に回転する第二赤外線発光部２１ｃに変更している点が異なる。すなわち、図５に示すように、第一赤外線発光部２１ａは回転面が水平であるのに対し、第二赤外線発光部２１ｃは回転面が鉛直方向にであって、互いに直交するようにしてある。
このように、２つの赤外線発光部２１ａ、２１ｃの回転面が直交するように配置することで、水平方向の方位角と鉛直方向の仰角とが得られるので、鉛直面に投影した位置を指定することができるようになる。
【００３２】
(実施形態３)
実施形態１および実施形態２では、二次元的に移動する場合を説明したが、赤外線発光部を３つに増やすことで、可動部２２を三次元方向に移動して位置指定することができるようになる。
図６は本実施形態でのポインティングデバイス１４の配置状態を示す模式図である。ここでは、第一赤外線発光部２１ａ、第二赤外線発光部２１ｂと、第三赤外線発光部２１ｃとが配置される。これらのうち、第一赤外線発光部２１ａと第二赤外線発光部２１ｂとは、回転面が水平面であり、第三赤外線発光部２１ｃは鉛直面である。なお、第三赤外線発光部２１ｃは、他の赤外線発光部の固有周波数信号と識別できるように、４１００Ｈｚ〜４２８０Ｈｚの周波数範囲の固有周波数信号が重畳されるようにしてある。
本実施形態では、第一赤外線発光部２１ａと第二赤外線発光部２１ｂによる周波数信号により、実施形態１の場合と同様に水平方向の位置が特定され、第三赤外線発光部２１ｃによる周波数信号により、垂直方向の位置が特定されるので三次元位置が特定できる。
（実施形態４）
上述した各実施形態の赤外線発光部２１ａ〜２１ｃでは、スリットを設けた反射板を機械的に回転することにより指向性を持たせた赤外線を発生させたが、電気的な制御によっても指向性を持たせた赤外線を回転照射することができる。
図７は電気的な駆動方式による赤外線発光部２１ｅの構成を示す平面図である。赤外線発光部２１ｅでは、複数の赤外線ＬＥＤ７１（例えば反時計回りに並ぶ１２個の赤外線ＬＥＤ７１（Ａ）〜７１（Ｌ））が支軸７２の外周面に沿って等間隔に配置してある。そして、図３におけるＬＥＤドライブ回路５２ａ（発光制御機構）が中心となるいずれか１つのＬＥＤを強く発光し、この両側に隣接する２つのＬＥＤを中程度に発光し、さらにその外側に隣接するＬＥＤを弱く発光するようにして指向性のある放射パターンの赤外光を形成する。以後、発光させるＬＥＤの強度比を変化させながら、順次回転するように制御することで、指向性を有する赤外線が回転するように照射される。
このような赤外線発光部２１ｅを、赤外線発光部２１ａ〜２１ｅに代えて用いることで実施形態１〜実施形態３と同様の動作を電子的な制御で実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、パーソナルコンピュータ（パソコン）やコンピュータゲーム機（テレビゲーム）でのポインティングデバイスとして利用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０  パーソナルコンピュータ
１１  全体制御用コンピュータ本体
１２  液晶パネル
１３  キーボード
１４  ポインティングデバイス
２１ａ〜２１ｅ  赤外線発光部
２２  可動部
３１ａ，３１ｂ  赤外線ＬＥＤ
３２ａ，３２ｂ  スリット
３３ａ，３３ｂ  反射板
３５ａ，３５ｂ  エンコーダ
３６ａ，３６ｂ  モータ
３８ａ，３８ｂ  信号回路
４４  赤外線センサ
４５  信号回路
５１ａ，５１ｂ  信号用ＣＰＵ
５２ａ，５２ｂ  ＬＥＤドライブ回路
５３ａ，５３ｂ  モータドライバ
５４  検波回路
６１  位置解析部
６２  位置データ出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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