(57)【要約】    【課題】  簡易な構造でありながら、入力操作の容易な三次元マウスを提供する。    【解決手段】  撮像部４は、マウスパッド３０の上に描かれたパターン模様を撮像し、水平移動判断手段６および垂直移動判断手段８に与える。水平動判断手段６は、撮像されたパターン模様の変化に基づいて、Ｘ方向、Ｙ方向への移動信号を生成して出力する。垂直移動判断手段８は、撮像されたパターンの間隔に基づいて、Ｚ方向への移動信号を生成して出力する。【選択図】  図１
2006302101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マウス本体と、
マウス本体に設けられ、マウスパッドに対向し当該マウスパッドに設けられた所定間隔の模様を連続的に撮像する撮像部と、
撮像部が撮像した模様の位置変化に基づいて、マウス本体とマウスパッドとの相対的な水平方向移動を判断し、水平移動信号を出力する水平移動判断手段と、
撮像部が撮像した模様に基づいて、マウス本体とマウスパッドとの相対的な垂直方向移動を判断し、垂直移動信号を出力する垂直移動判断手段と、
を備えた三次元マウス装置。
【請求項２】
三次元マウス装置を実現するためコンピュータによって下記機能を実現するための三次元マウスプログラムであって、
マウス本体に設けられ、マウスパッドに対向し当該マウスパッドに設けられた所定間隔の模様を連続的に撮像する撮像部からの画像を受ける画像入力手段と、
画像入力手段にて取得した画像中の前記模様の位置変化に基づいて、マウス本体とマウスパッドとの相対的な水平方向移動を判断し、水平移動信号を出力する水平移動判断手段と、
撮像部が撮像した模様に基づいて、マウス本体とマウスパッドとの相対的な垂直方向移動を判断し、垂直移動信号を出力する垂直移動判断手段と、
をコンピュータによって実現するための三次元マウスプログラム。
【請求項３】
請求項１の三次元マウス装置または三次元マウスプログラムにおいて、
前記垂直移動判断手段は、撮像した模様の間隔に基づいてマウス本体とマウスパッドとの相対的な垂直方向移動を判断することを特徴とするもの。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの三次元マウス装置またはプログラムにおいて、
前記垂直移動判断手段は、自動焦点調節手段を有しており、当該自動焦点調節手段の出力に基づいてマウス本体とマウスパッドとの相対的な垂直方向移動を判断することを特徴とするもの。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの三次元マウス装置またはプログラムにおいて、
前記水平移動判断手段は、前記模様の位置変化に基づいて判断した水平方向移動距離を、垂直移動判断手段の判断結果に基づきマウスパッドとマウス本体との距離に応じて修正することを特徴とするもの。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は三次元空間への入力を行うことのできるマウスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
三次元空間に対する入力を行うため種々の三次元マウスが提案されている。たとえば、特許文献１には、図１２に示すような三次元マウスが開示されている。通常の２次元マウスと同じマウスボール１が設けられ、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の移動を検出する。マウス本体３の表面中央には、起伏部材５を連結するための凸状連結部材７が設けられている。この凸状連結部材７は、外観が山形に形成されており、その頂上部分に緩やかな丸みが形成されている。この頂上部分には、マウス本体３の設置面と平行に細径の貫通穴９が設けられていて、この貫通穴９にロータリエンコーダの回転軸が挿通されている。つまり、起伏部材５の傾きをロータリーエンコーダで検出し、Ｚ軸方向の信号を生成するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開平08-179883号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の従来技術においては、Ｚ軸方向の移動を検出するために起伏部材を設け、ロータリーエンコーダを設けなければならず、構造が複雑であった。さらに、起伏部材の傾きによりＺ軸方向の入力を行うものであるため、起伏部材を移動させる方向とＺ軸の方向が一致しておらず、入力操作が直感的に理解しづらいものであった。
【０００５】
この発明は上記のような問題点を解決して、簡易な構造でありながら、入力操作の容易な三次元マウ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】
【０００６】
(1)この発明に係る三次元マウス装置は、マウス本体と、マウス本体に設けられ、マウスパッドに対向し当該マウスパッドに設けられた所定間隔の模様を連続的に撮像する撮像部と、撮像部が撮像した模様の位置変化に基づいて、マウス本体とマウスパッドとの相対的な水平方向移動を判断し、水平移動信号を出力する水平移動判断手段と、撮像部が撮像した模様に基づいて、マウス本体とマウスパッドとの相対的な垂直方向移動を判断し、垂直移動信号を出力する垂直移動判断手段とを備えている。
【０００７】
したがって、簡易な構造でありながら、垂直方向への入力の容易な三次元マウスを実現することができる。
【０００８】
(3)この発明に係る三次元マウス装置は、垂直移動判断手段は、撮像した模様の間隔に基づいてマウス本体とマウスパッドとの相対的な垂直方向移動を判断することを特徴としている。したがって、簡易な構成によって、垂直方向への入力を行うことができる。
【０００９】
(4)この発明に係る三次元マウス装置は、垂直移動判断手段は、自動焦点調節手段を有しており、当該自動焦点調節手段の出力に基づいてマウス本体とマウスパッドとの相対的な垂直方向移動を判断することを特徴としている。したがって、より正確に垂直方向への入力を行うことができる。
【００１０】
(5)この発明に係る三次元マウス装置は、水平移動判断手段は、前記模様の位置変化に基づいて判断した水平方向移動距離を、垂直移動判断手段の判断結果に基づきマウスパッドとマウス本体との距離に応じて修正することを特徴としている。したがって、マウスの高さに拘わらず、水平方向への移動感覚を同じにすることができる。
【００１１】
この発明において、「水平移動判断手段」とは、マウス本体のマウスパッドに対して水平な方向への移動を判断する手段であり、実施形態ではステップＳ５、Ｓ６がこれに対応する。
【００１２】
「垂直移動判断手段」とは、マウス本体のマウスパッドに対して垂直な方向への移動を判断する手段であり、実施形態ではステップＳ４がこれに対応する。
【００１３】
「プログラム」とは、ＣＰＵにより直接実行可能なプログラムだけでなく、ソース形式のプログラム、圧縮処理がされたプログラム、暗号化されたプログラム等を含む概念である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１にこの発明の一実施形態による三次元マウスの機能ブロック図を示す。撮像部４は、マウスパッド３０の上に描かれたパターン模様を撮像し、水平移動判断手段６および垂直移動判断手段８に与える。水平動判断手段６は、撮像されたパターン模様の変化に基づいて、Ｘ方向、Ｙ方向への移動信号を生成して出力する。垂直移動判断手段８は、撮像されたパターンの間隔に基づいて、Ｚ方向への移動信号を生成して出力する。
【００１５】
図２Ａに、三次元マウス１０の断面図を示す。マウス本体１２の下部には、撮像用開口１４が設けられている。マウス本体１２の内部には、回路基板１６が設けられている。回路基板１６にはＣＣＤ撮像素子１８（撮像部）が設けられ、撮像用開口１４を介して外部を撮像するようになっている。回路基板１６には、ＣＣＤ撮像素子１８からの画像情報に基づいて、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の移動信号を生成する回路が設けられている。
【００１６】
図２Ｂに、三次元マウス１０の底面図を示す。中央部に撮像用開口１４があり、その中央にＣＣＤ撮像素子１８が見えている。
【００１７】
図３に、回路基板１６に設けられた回路のハードウエア構成を示す。ＣＰＵ２４には、メモリ２０、ＣＣＤ撮像素子２２、ＲＯＭ２６、送信回路２８が接続されている。メモリ２０は、ＣＰＵ２４のワーク領域として機能する。ＲＯＭ２６には、ＣＣＤ撮像素子２２からの画像情報を受けて、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の移動信号を生成するための制御プログラム２７が記録されている。送信回路２８は、ＣＰＵ２４によって生成されたＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の移動信号を、コンピュータに伝送するための回路である。
【００１８】
図４に、この三次元マウス１０とともに使用するマウスパッド３０を示す。マウスパッド３０の上面には、縦横に等間隔に配置された丸模様が印刷されている。模様は、複数の模様ブロック３２を縦横に配置することによって形成されている。
【００１９】
模様ブロック３２の詳細を図５に示す。各丸模様は、縦横ともにその中心が等間隔Ｗになるように配置されている。また、模様ブロック３２の端部においては、端部の仮想線からＷ／２の位置に丸模様が配置され、隣接する模様ブロック３２の端部の丸模様との間隔がＷとなるようにされている。
【００２０】
１つの模様ブロック３２において、Ｘ方向およびＹ方向に向けて、徐々に丸模様の大きさが大きくなっている。丸模様Ｃ1,1が最も小さく、丸模様Ｃ5,5が最も大きい。各丸模様を小さい順に並べると次のとおりである。
【００２１】
最も小さい丸模様  Ｃ1,1
２番目に小さい丸模様  Ｃ1,2、Ｃ2,1
３番目に小さい丸模様  Ｃ1,3、Ｃ2,2、Ｃ3,1
４番目に小さい丸模様  Ｃ1,4、Ｃ2,3、Ｃ3,2、Ｃ4,1
５番目に小さい丸模様  Ｃ1,5、Ｃ2,4、Ｃ3,3、Ｃ4,2、Ｃ5,1
６番目に小さい丸模様  Ｃ2,5、Ｃ3,4、Ｃ4,3、Ｃ5,2
７番目に小さい丸模様  Ｃ3,5、Ｃ4,4、Ｃ5,3
８番目に小さい丸模様  Ｃ4,5、Ｃ5,4
最も大きい丸模様  Ｃ5,5
三次元マウス１０をこのマウスパッド３０の上に位置させることにより、ＣＣＤ撮像素子２２によって模様３２が撮像される。三次元マウス１０をマウスパッド３０に置いた場合には、概ね、９つの丸模様が撮像されるように調整されている。
【００２２】
図６に、ＲＯＭ２６に記録された制御プログラム２７のフローチャートを示す。まず、最初に、マウス本体１２をマウスパッド３０の上に置いて（つまり、マウス本体１２の底面１２ａをマウスパッド３０に接した状態）、マウスパッド３０上で移動させた場合の動作について説明する。この場合、従来の二次元マウスと同じ機能が実現されることになる。
【００２３】
まず、ＣＰＵ２４は、ＣＣＤ撮像素子２２からの画像をメモリ２０に記憶する(ステップＳ１)。たとえば、図７Ｂに示すような画像がメモリ２０に記憶される。ＣＰＵ２４は、画面中央αに最も近い丸模様を注目模様として選択する。ここでは、丸模様３４が注目模様とされる。次に、注目模様３４の中心と、上の丸模様３６の中心との距離（画素数）を算出する。同様に、注目模様３４の中心と下の丸模様３８の中心との距離、注目模様３４の中心と左の丸模様４０の中心との距離、注目模様３４の中心と右の丸模様４２の中心との距離を算出する。さらに、算出した4つの距離の平均を算出する（ステップＳ２）。
【００２４】
次に、ＣＰＵ２４は、算出した平均距離に基づいて、垂直位置テーブルを参照し、マウス本体１２の高さを決定し、メモリ２０記憶する(ステップＳ３)。さらに、前回記憶した高さと今回の高さを比較して、Ｚ軸方向への移動量ＭＺを算出する(ステップＳ４)。ここでは、マウス本体１２をマウスパッド３０の上に置いているので、上記平均距離は変化しない。なお、ステップＳ３、Ｓ４の処理については、後に詳述する。
【００２５】
次に、ステップＳ５において、今回、メモリ２０に記憶した画像と、前回の処理にてメモリ２０に記憶した画像を読み出す。図７Ａに、前回の処理にてメモリ２０に記憶された画像を示す。ＣＰＵ２４は、今回の画像（図７Ｂ）における注目模様３４が、前回の画像（図７Ａ）において、どこにあるかを判定する。この実施形態では、マウス本体１２の最高移動速度を50mm/sec程度とし、ＣＣＤ撮像素子２２による撮像間隔を1/50secとしている。したがって、丸模様の間隔を2.5mm程度としておけば、十分に追従可能である。つまり、図７Bの注目模様３４と同じ大きさの丸模様であって、図７Ｂの注目模様３４の位置に最も近い丸模様を、図７Ａから探し出す。
【００２６】
続いて、ＣＰＵ２４は、前回の注目模様３４の位置（Ｘ1,Ｙ1）と今回の中毛模様３４の位置（Ｘ2,Ｙ2）の差を求める。つまり、Ｘ方向移動量ＭＸとして、Ｘ2-Ｘ1を算出し、Ｙ方向移動量ＭＹとして、Ｙ2-Ｙ1を算出する(ステップＳ５、Ｓ６)。なお、Ｚ方向の高さにより、Ｘ方向移動量ＭＸ、Ｙ方向移動量ＭＹを補正する必要があるが、ここでは、Ｚ＝０（マウス本体１２をマウスパッド３０の上に置いた状態）であるので補正は行われない。
【００２７】
ＣＰＵ２４は、上記のようにして算出したＸ方向移動量ＭＸ、Ｙ方向移動量ＭＹ、Ｚ方向移動量ＭＺを、送信回路２８を介してコンピュータに伝送する。コンピュータは、これを受けて、Ｘ方向移動量ＭＸ、Ｙ方向移動量ＭＹ、Ｚ方向移動量ＭＺに合致するよう、仮想三次元空間内において画面上のカーソルを移動させ表示する。したがって、マウス本体１２の移動に伴って、カーソルを移動することができる。
【００２８】
ＣＰＵ２４は、上記の一連を処理を終えると、再びステップＳ１の画像読み取り以下の処理を繰り返し実行する。
【００２９】
上記の例では、Ｚ＝０（マウス本体１２をマウスパッド３０の上に置いた状態）であるとして説明を行った。本実施形態による三次元マウス１０の特徴は、マウス本体１２を持ち上げることにより、Ｚ軸方向の入力を行うことができる点にある。以下、マウス本体１２を持ち上げた場合の処理を説明する。
【００３０】
まず、ステップＳ１において、ＣＣＤ撮像素子２２からの画像をメモリ２０に記憶する。次に、上記で説明したように、模様の平均間隔Ｓ2を算出する(ステップＳ２)。算出した平均間隔(画素数)Ｓ2に基づいて、図９に示すテーブル（ＲＯＭ２６に記録されている）を参照し、Ｚ方向の高さを決定する(ステップＳ３)。たとえば、平均間隔Ｓ2が１２５画素であれば、Ｚ方向の高さは１０mmであると決定する。
【００３１】
なお、この実施形態においては、注目模様を中心とした上下左右の丸模様との距離の平均を算出している。これにより、ユーザが、マウス本体１２をマウスパッド３０に対して傾けて持ち上げた場合であっても、Ｚ方向高さを算出することができる。たとえば、マウス本体１２をマウスパッド３０に対して傾けて持ち上げると、撮像画像は図１０に示すように歪んだものとなる。この場合においても、注目模様３４の上下左右の丸模様との距離を平均して、ほぼ正確なＺ方向高さを算出することができる。ＣＰＵ２４は、算出した現在のＺ方向高さをメモリ２０に記憶する。
【００３２】
次に、ＣＰＵ２４は、前回の処理においてメモリ２０に記憶したＺ方向高さＨ1と、今回記憶したＺ方向高さＨ2とに基づいて、マウス本体１２のＺ方向への移動距離ＭＺを算出する。つまり、ＭＺ＝Ｈ2−Ｈ1の演算を行う。
【００３３】
続いて、ＣＰＵ２４は、上で説明したように、模様の移動に基づいてＸ方向移動量を算出する(ステップＳ５)。なお、マウス本体１２の垂直位置が高くなると（Ｚが大きくなると）、これにつれて、撮像される画像の範囲が大きくなる。したがって、マウス本体１２のＸ方向への移動量が同じであっても、垂直位置が高くなるほど模様の移動距離が大きくなる。この実施形態では、この点を考慮して、算出したＸ方向移動量を、Ｚ方向高さによって補正し、どの高さにマウス本体１２があっても、マウス本体１２の移動量とカーソルの移動量との関係が同一になるようにしている。具体的には、ＣＰＵ２４は、次の式によりＸ方向移動量を補正する。
【００３４】
補正後ＭＸ＝ＭＸ／（Ｓ2／Ｓ0）
ここで、Ｓ0は、マウス本体12をマウスパッド３０に置いた際に撮像された模様の平均間隔である。Ｓ0は初期的に撮像して求めてもよいが、ＣＣＤ撮像素子２２とマウス本体１２の底面１２ａとの距離に基づいて、計算によって算出してもよい。いずれにしても、Ｓ0は、ＲＯＭ２６もしくはメモリ２０に記憶しておくことが好ましい。Ｓ2は、ステップＳ2において算出した模様の平均間隔である。
【００３５】
ＣＰＵ２４は、上記のようにして補正されたＭＸを算出する。さらに、Ｙ方向移動量ＭＹについても、上記と同様にして高さによる補正を行う。その後、補正されたＭＸ、ＭＹおよびＭＺを、送信回路２８を介してコンピュータに出力する(ステップＳ２８)。
【００３６】
上記のように、この実施形態によれば、Ｘ、Ｙ方向の移動データだけでなく、Ｚ方向(高さ方向)の移動データも出力することができる。また、マウス本体１２の上下方向への移動に対応して、Ｚ方向の移動データを出力できるので、自然な感覚でカーソルの操作をすることができる。
【００３７】
上記実施形態では、マウス本体１２にＣＰＵ２４を設けて、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の移動量を出力するようにしている。しかし、マウス本体１２からは、ＣＣＤ撮像素子２２による画像データをコンピュータに送信し、コンピュータの側で、この画像データに基づいて図６の処理を行い、移動量を算出するようにしてもよい。
【００３８】
上記実施形態では、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向への移動量を算出し、マウス本体１２の傾きを算出していない。しかし、図１０に示す、距離ａと距離ｂの比に基づいてＹ軸を中心としたマウス本体１２の回転を算出し、Ｙ軸方向回転量として出力するようにしてもよい。同様に、距離ｃと距離ｄの比に基づいてＺ軸を中心としたマウス本体１２の回転を算出し、Ｙ軸方向回転量として出力するようにしてもよい。
【００３９】
また、模様の間隔の異なるマウスパッド３０を用意しておけば、マウスパッド３０から浮かせることなく、マウスパッド３０を交換するだけで、異なる高さの位置に入力を行うことも可能である。
【００４０】
なお、上記実施形態では、マウスパッド３０上の模様は等間隔に配置されている。しかし、図１１に示すように、模様の間隔を変えることにより、マウスパッド３０に置いた状態でマウス本体１２を移動するだけで、模様の間隔に応じた高さの入力を連続的に行うことができる。図において、αは高い位置、βは低い位置に対応している。
【００４１】
また、上記実施形態では模様の平均間隔に基づいて高さ位置Ｚを算出している。しかし、マウス本体１２の底面１２ａに、マウスパッド３０との距離を測定する超音波センサなどを設け、これによって高さ位置Ｚを得るようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の一実施形態による三次元マウスの機能ブロック図である。
【図２】図２ａは一実施形態による三次元マウス１０の断面図、図２ｂは底面図である。
【図３】三次元マウスのハードウエア構成を示す図である。
【図４】マウスパッド３０を示す図である。
【図５】マウスパッド３０に施された模様の詳細を示す図である。
【図６】制御プログラムのフローチャートである。
【図７】移動量の算出アルゴリズムを示すための図である。
【図８】移動量の算出アルゴリズムを示すための図である。
【図９】模様の間隔とＺ方向高さとの関係を示す図である。
【図１０】模様の平均間隔の算出を説明するための図である。
【図１１】他の実施形態によるマウスパッドを示す図である。
【図１２】従来の三次元マウスを示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
４・・・撮像部
６・・・水平移動判断手段
８・・・垂直移動判断手段
３０・・・マウスパッド
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006302101.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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