(57)【要約】【課題】  奥行きを感知させる。【解決手段】  コンピュータ１０のソフトウエア１４が、奥行き情報付き画像データ１２の画像をモニタ１６の画面上に表示する。コンピュータ１０のソフトウエア１４のオペレーティングシステムは、上下動可能マウス３０の移動方向及び移動量を示す情報と、１又は複数のマウスボタンのオン／オフを示す情報を上下動可能マウス３０から取得し、上下動可能マウス３０の移動に応じて、モニタ１６の画面上に表示されるマウスカーソル１８を移動する。コンピュータ１０の高さ制御装置２２は、マウスカーソル１８の示す位置の画素に割当てられた奥行き値に応じて、上下動可能マウス３０の上面の高さを制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの手により把持される把持部（３４）と、
上下動制御信号に従い当該把持部（３４）を上下に移動させる上下動機構（３２，４６，４８）と、
当該上下動機構に装備され、当該上下動機構の横移動を検出する移動検出手段（３６，３８）と、
当該移動検出手段で検出された移動の情報を外部に送信する送信手段（４０）
とを具備することを特徴とする入出力デバイス。
【請求項２】
当該把持部（３４）に１以上のボタン（４２）が装備されており、当該送信手段（４０）は、当該１以上のボタンの操作状態を外部に送信することを特徴とする請求項１に記載の入出力デバイス。
【請求項３】
更に、傾斜制御信号に従い、当該把持部（３４）を傾斜させる傾斜動機構（１５０，１５２）を具備することを特徴とする請求項１に記載の入出力デバイス。
【請求項４】
ユーザにより操作されるポインティングデバイス（５２，８２）と、
上下動制御信号に従い当該ポインティングデバイス（５２）を上下に移動させる上下動機構（６０，６０ａ，９０）
とを具備することを特徴とする入出力デバイス。
【請求項５】
当該ポインティングデバイス（５２，８２）が当該上下動機構（６０，６０ａ，９０）上に載置されている請求項４に記載の入出力デバイス。
【請求項６】
当該ポインティングデバイス（５２，８２）が光学式マウスであり、当該上下動機構（６０，６０ａ）が、当該光学式マウスからのレーザ光及び当該光学式マウスに向かう反射光を透過可能なように中空であることを特徴とする請求項５に記載の入出力デバイス。
【請求項７】
当該上下動機構（６０）の、当該当該ポインティングデバイス（５２）に接する面が滑り止め面（６２）であることを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載の入出力デバイス。
【請求項８】
当該ポインティングデバイス（８２）がマウスであり、当該上下動機構（９０）の上面がマウスパッド面であることを特徴とする請求項４乃至７の何れか１項に記載の入出力デバイス。
【請求項９】
更に、傾斜制御信号に従い当該ポインティングデバイスの把持面を傾斜させる傾斜動機構（１７６，１７８）を具備することを特徴とする請求項４に記載の入出力デバイス。
【請求項１０】
当該傾斜動機構が、当該上下動機構と当該ポインティングデバイスの間に配置されることを特徴とする請求項８に記載の入出力デバイス。
【請求項１１】
ユーザにより操作されるポインティングデバイス（５２，８２）と、
上下動制御信号に従い、当該ポインティングデバイスを上下に移動する上下動機構（６０，６０ａ，９０）と、
奥行き情報付き画像データを画像表示する画像表示手段（１６）と、
当該画像表示手段の画面上で当該ポインティングデバイスにより指定される位置の、当該奥行き情報付き画像データの奥行き情報に従い、当該上下動機構を駆動する高さ制御手段（２２）
とを具備することを特徴とする奥行き感知システム。
【請求項１２】
当該ポインティングデバイス（５２，８２）が当該上下動機構（６０，６０ａ，９０）上に載置されている請求項１０に記載の奥行き感知システム。
【請求項１３】
当該ポインティングデバイス（５２，８２）が光学式マウスであり、当該上下動機構（６０，６０ａ）が、当該光学式マウスからのレーザ光及び当該光学式マウスに向かう反射光を透過可能なように中空であることからなる請求項１１に記載の奥行き感知システム。
【請求項１４】
当該上下動機構（６０）が、当該当該ポインティングデバイス（５２）に接する面に滑り止めシートを具備することを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか１項に記載の奥行き感知システム。
【請求項１５】
当該ポインティングデバイス（８２）がマウスであり、当該上下動機構（９０）の上面がマウスパッド面であることを特徴とする請求項１０乃至１３の何れか一項に記載の奥行き感知システム。
【請求項１６】
更に、
傾斜制御信号に従い、当該ポインティングデバイスを傾斜させる傾斜動機構（１７６，１７８）と、
当該画像表示手段の画面上で当該ポインティングデバイスにより指定される位置の傾斜に従い、当該傾斜動機構の傾斜を制御する傾斜制御手段（１２４）
とを具備することを特徴とする請求項１０に記載の奥行き感知システム。
【請求項１７】
当該傾斜動機構が、当該ポインティングデバイスと当該上下動機構の間に配置されることを特徴とする請求項１５に記載の奥行き感知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動情報をコンピュータ等に入力可能であると共に高さを上下動可能な入出力デバイス、及び表示画像の奥行きを認識させ得る奥行き感知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
利用者の触覚に作用して表示画像の各部の奥行きを認識させる触覚デバイスが、特許文献１，２に記載されている。特許文献１，２に記載のデバイスは、表示画面に対応して複数のピン又は突起を面状に配置し、表示される画像の奥行きに応じて各ピンを上下させる構成からなる。特許文献１，２の前提として、表示される静止画像及び動画像には、予め、奥行き情報を持たせてある。コンピュータは、表示画像とその奥行き情報に応じて、触覚デバイスを面的に駆動する。
【０００３】
特許文献３の明細書の段落０００９には、コンピュータの入力デバイスであるマウスの上面に可動カバーを被せ、表示装置上でマウスカーソルが示す位置の色に応じて可動カバーの高さを変更するようにしたポインティングデバイスが記載されている。また、段落００１１には、色の変化に応じて可動カバーを振動させることが記載されている。
【特許文献１】特開平２００３−３１６２９９号公報
【特許文献２】特開平１０−６９５３９号公報
【特許文献３】特開平６−１０２９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２に記載の構成は、触覚デバイスの全ピン又は突起の高さを表示画像に応じて制御する必要がある。ピンの数だけのアクチュエータが必要になり、触覚デバイスが大規模化してしまう。
【０００５】
また、全てのピンを上下動させるには、大量の電力を必要とする。動画であれば、高速で動作する多数の直動アクチュエータが必要になる。しかし、実際上、人間が触覚で感じるのは、触覚デバイスの実際に触れている部分のみであり、触れていない部分は無駄になる。
【０００６】
表示画像の個々のピクセルを認知できるように触覚デバイスを構成しようとすると、触覚デバイスが膨大な大きさになってしまう。実用的なサイズの触覚デバイスでは、触覚で認識できる最小サイズは、所詮、表示画像の１ピクセルよりも大きく、従って、触覚デバイスで表示画像をピクセル単位で認識することは、不可能である。高さについても、微細な相違から大きな相違までの広い範囲で触覚により認識することは困難である。
【０００７】
特許文献３に記載の触覚デバイスを表示画像の高さの触覚で認識するデバイスに適用しようとすると、次のような問題点がある。即ち、可動カバーがマウスの上面を覆うように可動カバーが配置されるので、そもそも、マウスを持った状態で可動カバーが手のひらの下に位置することになる。マウスを持った状態では、手のひらは少し浮き上がった状態にあるので、可動カバーの上下動を認識しにくい。可動カバーがどの位置でも稼動カバーが手のひらに当たるように可動カバーの初期位置を設定すると、可動カバーがある程度以上に持ち上がったときには、マウスボタンから指が離れてしまい、マウスボタンの操作が困難になる。
【０００８】
本発明は、このような要望を満たす入出力デバイス及び奥行き感知システムを提示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る入出力デバイスは、ユーザの手により把持される把持部と、外部制御信号に従い当該把持部を上下に移動させる上下動機構と、当該上下動機構に装備され、当該上下動機構の横移動を検出する移動検出手段と、当該移動検出手段で検出された移動の情報を外部に送信する送信手段とを具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る入出力デバイスは、ユーザにより操作されるポインティングデバイスと、外部制御信号に従い当該ポインティングデバイス（５２）を上下に移動させる上下動機構とを具備することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る奥行き感知システムは、ユーザにより操作されるポインティングデバイスと、上下動機構と、奥行き情報付き画像データを画像表示する画像表示手段と、当該画像表示手段の画面上で当該ポインティングデバイスにより指定される位置の、当該奥行き情報付き画像データの奥行き情報に従い、当該上下動機構を上又は下に駆動する高さ制御手段とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、画面上でポインティングデバイス等により指示される位置の奥行きに応じて、把持部又はポインティングデバイスを上又は下に物理的に移動させることができる。これにより、表示画像の奥行きをユーザに触覚で感知させることができる。即ち、ユーザに立体感を感知させることが可能になる。
【００１３】
また、表示画像の奥行き情報に応じた傾斜角に把持部を傾斜させることで、表示されるオブジェクトの傾斜をも、ユーザに触覚で感知させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の一実施例の概略構成図を示す。本実施例で「奥行き情報」とは、画像平面に対して垂直方向の位置を数値で表現する情報である。
【００１６】
コンピュータ１０のハードディスクに奥行き情報付き画像データ１２が格納されており、コンピュータ１０のオペレーティングシステム及びアプリケーションソフトウエアからなるソフトウエア１４が、奥行き情報付き画像データ１２の画像をモニタ１６の画面上に表示する。奥行き情報付き画像は、ｘ方向、ｙ方向又はその両方で奥行きが異なる画像である。
【００１７】
このような奥行き情報付き画像データ１２は、次のような方法で取得できる。例えば、カメラ２台を使用して実物を撮影して得る方法、フリンジパターンを実物に投影し、そのフリンジパターンのゆがみから奥行き分布を得る方法、及び、実物にレーザをスキャンし、その反射量の変化から奥行き分布を得る方法などがある。さらに、既に２次元画像となっているものから奥行き情報を抽出する方法もある。任意に描かれた画像において任意の画素に任意の高さ情報を与えることで、奥行き情報付画像データを得ることができる。
【００１８】
コンピュータ１０にはまた、上面、即ち、ユーザの手のひらで覆われる面を上下動可能なマウス３０が接続する。コンピュータ１０のソフトウエア１４のオペレーティングシステムは、周知の通り、上下動可能マウス３０の移動方向及び移動量を示す情報と、１又は複数のマウスボタンのオン／オフを示す情報を上下動可能マウス３０から取得し、上下動可能マウス３０の移動に応じて、モニタ１６の画面上に表示されるマウスカーソル１８を移動する。マウスカーソル１８の近辺に表示される画像の奥行き情報の一例を表２０として図示してある。奥行き情報は、例えば、画像１２のｎ×ｎ画素単位で付与されている。ｎは１以上の整数である。
【００１９】
コンピュータ１０は更に、上下動可能マウス３０の上面の高さを制御する高さ制御装置２２を具備する。高さ制御装置２２は、マウスカーソル１８の示す位置の画素に割当てられた奥行き値に応じて、上下動可能マウス３０の上面の高さを制御する。
【００２０】
上下動可能マウス３０の構成を説明する。上下動可能マウス３０は、マウス機能と上下動機構が一体化されている。上下動可能マウス３０は、机面等に載るベース３２と、ベース３２から上下動可能であり、ユーザの手のひらに包まれるようにしてユーザに把持される把持部３４とからなる。ベース３２の下面には、上下動可能マウス３０を置かれる机面に当接し、マウス３２の移動に応じて回転するボール３６が配置されている。２つのロータリエンコーダ３８が、ボール３６の２方向の回転を検知し、その検知結果を信号送信装置４０に供給する。把持部３４には１又は複数のマウスボタン４２が配置され、これらのマウスボタン４２は、伸縮ケーブル４４を介して送信装置４０に接続する。送信装置４０は、ロータリエンコーダ３８の出力による上下動可能マウス３０の移動情報と、マウスボタン４２のオン／オフ情報をコンピュータ１０のソフトウエア１４のオペレーティングシステムに送信する。
【００２１】
把持部３４の下面には、支持材４６の一端が固定されている。ベース３２のアクチュエータ４８が、支持材４６の他端を上下動自在に保持する。即ち、アクチュエータ４８により支持材４６を上下に移動させることにより、把持部３４を上下に移動させることができる。コンピュータ１０の高さ制御装置２２が、アクチュエータ４８を制御して、把持部３４を上下動させる。
【００２２】
本実施例によりユーザに奥行き情報を感知させる方法を説明する。コンピュータ１０は、周知の通り、マウス３０の移動に応じて、モニタ１６の画面上でマウスカーソル１６を移動させる。ソフトウエア１４は、マウスカーソル１６の位置する画素の奥行き情報を奥行き情報付き画像データ１２から読み出し、高さ制御装置２２に印加する。高さ制御装置２２は、ソフトウエア１４からの奥行き情報に応じてアクチュエータ４８を駆動して、把持部３４を上又は下に移動させる。このようにして、上下動可能マウス３０の把持部３４は、マウスカーソル１８の示す位置の画像の奥行きに応じて、高さが変化することになる。従って、例えば、モニタ１６の画面上でマウスカーソル１８が横に移動するようにユーザが上下動可能マウス３０を移動させた場合、上下動可能マウス３０の把持部３４の高さが、モニタ１６の画面上に表示される画像の横方向の奥行き変化に応じて上下動する。これより、ユーザは、モニタ画面に表示される画像の奥行きの変化を触覚により感知できる。
【００２３】
図２，図３及び図４は、奥行き値に対する上下動可能マウス３０の高さの変化の対応例を示す。それぞれ、横軸は奥行きを示し、縦軸は、上下動可能マウス３０の高さを示す。図２は、奥行きに対して線形に上下動可能マウス３０の高さを変化させる例を示す。図３は、奥行きが大きくなるほど、高さの変化が小さくなる非線形関係の例を示す。図４は、奥行きに対して周期的に上下動可能マウス３０の高さを下限にリセットする周期的変化の例を示す。
【００２４】
図３に示す非線形例は、図２に示す線形例よりも、奥行き出力のダイナミックレンジを広くすることができる。また、図４に示す周期的制御例は、図３に示す非線形例よりもダイナミックレンジを更に拡張できる。
【００２５】
図３に示す非線形特性及び図４に示す周期的制御では、リアルタイム画像など、奥行きの上限が不明な場合に、高さの上限に制限されることなく、奥行き情報を与えることができるという利点がある。
【実施例２】
【００２６】
図５は、本発明の第２実施例の概略構成図を示す。コンピュータ１０、奥行き情報付き画像データ１２，及びモニタ１６からなる部分の構成と作用は、図１に示す実施例と同じである。
【００２７】
本実施例の上下動可能マウス５０では、既存の光学式マウス５２を利用する。そして、光学式マウス５２と机面との間に、光学式マウス５２を上下動させる上下動機構６０を配置した。光学式マウス５２は、レーザ光を下方向に照射し、その反射光により光学式マウス５２の横方向の移動方向と移動量を検知する光学式移動検出装置５４と、１又は複数のマウスボタン５６と、光学式移動検出装置５４の出力及びマウスボタン５６のオン／オフ状態をコンピュータ１０に送信する送信装置５８を具備する。
【００２８】
上下動機構６０は、光学式移動検出装置５４の出力レーザ光が机面に到達でき、机面による反射光が光学式移動検出装置５４に入射できるように、中空の円盤状又は円筒状の部材６２〜７２からなる。即ち、上から下に、滑り止めシート６２、天板６４、中空の支持円柱６６、支持円柱６６を上下動するアクチュエータ６８、底板７０及び摩擦低下用パッド７２が積層されている。
【００２９】
滑り止めシート６２は天板６４の上面に接着されている。支持円柱６６の上端は、天板６４の下面に固着されている。アクチュエータ６８は、コンピュータ１０の高さ制御装置２２からの制御信号又は駆動信号に従い、支持円柱６６を上又は下に移動させる。アクチュエータ自体６８は、底板７０の上面に固定されている。底板７０の下面には、机面との摩擦を低減する摩擦低下用パッド７２が接着されている。
【００３０】
滑り止めシート７２により、ユーザにが光学式マウス５２を把持して横方向に移動したとき、上下動機構６０も光学式マウス５２に追随する。また、机面に接する面に摩擦低下用パッド７２を配置しているので、光学式マウス５２と机面との間に上下動機構６０が挿入されていても、本実施例の上下動可能マウス５０は、全体としてスムーズに横移動する。
【００３１】
本実施例では、上下動機構６０の高さが、高さ制御装置２２からの制御信号に従い、即ち、モニタ１６の画面上でマウスカーソル１８が示す位置の奥行き情報に応じて、制御される。上下動機構６０の高さが奥行きに応じて変化することにより、光学式マウス５２自体の高さも変化する。この結果、実施例１と同様に、ユーザは、手に持った光学マウス５２の高さ変化で奥行きを認識できる。
【００３２】
この実施例でも、高さ制御装置２２は、上下動機構６０の高さを、図２，図３又は図４に示す関係で奥行きに対して制御する。
【実施例３】
【００３３】
図６は、本発明の第３実施例である上下動可能マウス５０ａの概略構成図を示す。図５に示す実施例と同じ構成要素には同じ符号を付してある。
【００３４】
図示した上下動可能マウス５０ａの上下動機構６０ａでは、送信装置５８からソフトウエア１４への信号伝送と、高さ制御装置２２からアクチュエータ６８への信号伝送を仲介する中継装置７４を底板７０上に配置した。これにより、コンピュータ１０とマウス５０ａとの間の配線数を低減できる。勿論、送信装置５８からソフトウエア１４への信号伝送と、高さ制御装置２２からアクチュエータ６８への信号伝送を無線で行なう場合には、有線の中継装置７４は不要である。
【００３５】
この実施例でも、高さ制御装置２２は、上下動機構６０ａの高さを、図２，図３又は図４に示す関係で奥行きに対して制御する。
【実施例４】
【００３６】
いわゆるマウスパッド自体に上下動機構を組み込んでも良い。換言すると、マウスパッドに相当する上面を有する上下動機構上でユーザがマウスを横に移動させ、マウスカーソルの位置に対する奥行き情報に応じて上下動機構の高さを制御するようにしてもよい。図７は、そのような機能を有する第４実施例の概略構成図を示す。コンピュータ１０、奥行き情報付き画像データ１２，及びモニタ１６からなる部分の構成と作用は、図１に示す実施例と同じである。
【００３７】
本実施例の上下動可能マウス８０でも、既存のマウス８２を利用する。マウス８２自体は、光学式に移動を検出するものでも、ローラ等により機械的に移動を検出するものでも、どちらでもよい。ここでは、光学式マウス８２を例示した。マウス８２と机面との間に、マウス８２を上下動させる上下動機構９０を配置した。本実施例では、上下動機構９０は、マウス８２に対するマウスパッドとしても機能する。マウス８２は、レーザ光を下方向に照射し、その反射光により光学式マウス８２の横方向の移動方向と移動量を検知する光学式移動検出装置８４と、１又は複数のマウスボタン８６と、光学式移動検出装置８４の出力及びマウスボタン８６のオン／オフ状態をコンピュータ１０に送信する送信装置８８を具備する。
【００３８】
上下動機構９０は、コンピュータ１０からの制御信号に従ってマウス８２を上又は下に移動させるのみならず、マウス８２に対するマウスパッドとしても機能する。光学式移動検出装置８４の出力レーザ光が机面に到達できなくてもよいので、図５，６に示す実施例とは異なり、上下動機構９０は、中空でなくても良い。
【００３９】
上下動機構９０は、上から下に積層された、マウスパッドシート９２、天板９４、中空の支持円柱９６、支持円柱９６を上下動するアクチュエータ９８、底板１００及び机面に対して摩擦接触する滑り止めシート１０２からなる。滑り止めシート１０２を底板１００の底面に接着する代わりに、底板１００の底面自体を滑り止め加工しても良い。
【００４０】
マウスパッドシート９２は天板９４の上面に接着されている。支持材９６の上端は、天板９４の下面に固着されている。アクチュエータ９８は、コンピュータ１０の高さ制御装置２２からの制御信号又は駆動信号に従い、支持材９６を上又は下に移動させる。アクチュエータ自体９８は、底板１００の上面に固定されている。底板１００の下面には滑り止めシート１０２を接着してある。
【００４１】
上下動機構６０と同様に、上下動機構９０の高さが、高さ制御装置２２からの制御信号に従い、即ち、モニタ１６の画面上でマウスカーソル１８が示す位置の奥行き情報に応じて、制御される。上下動機構９０の高さが奥行きに応じて変化することにより、マウス８２自体の高さも変化する。この結果、実施例１，２，３と同様に、ユーザは、手に持ったマウス８２の高さ変化で奥行きを認識できる。
【００４２】
この実施例でも、高さ制御装置２２は、上下動機構９０の高さを、図２，図３又は図４に示す関係で奥行きに対して制御する。
【００４３】
この実施例は、マウス以外のポインティングデバイス、例えば、トラックボール式のポインティングデバイスのような、ボールを回動させるのみで全体の横移動を伴わないポインティングデバイスにも適用可能である。
【００４４】
また、マウス８２を一方の手で持ち、他方の手を上下動機構９０の上に置いても良い。ユーザは、他方の手で奥行きを感知できる。勿論、上述のように、ポインティングデバイスと上下動機構を一体化した方が、管理及び操作が容易である。
【実施例５】
【００４５】
以上の実施例では、奥行きに応じてマウスの高さを制御したが、マウスカーソルの大きさを奥行きに応じて拡大・縮小しても良い。即ち、遠くの物に対してマウスカーソルを小さく表示し、近くのものに対してマウスカーソルを大きく表示する。これにより、視覚的にも奥行きを感知できる。
【実施例６】
【００４６】
実施例１乃至５では、奥行き情報付きの画像データを使って、画像の奥行きに従いマウスの高さを制御したが、奥行き以外にも、例えば、反力係数情報付きの画像データを使って、所望の位置の反力をユーザに触覚で認識させることができる。即ち、マウスカーソルが示す画像位置に割り当てられた反力係数に応じて、上下動マウスの高さを制御する。これにより、マウスカーソルが示す画像位置に応じた反力をユーザに返すことができる。即ち、画像で示されている物体の硬さを伝達できる。同時に位置も変化するため、単調和振動も発生可能である。
【００４７】
反力係数情報付き画像データは、例えば、実物の写真画像に対し、実物を実際に押すことで得られた反力係数を各画素に対しマッピングしたものであり、これにより、実物を触れている感覚が得られる。
【００４８】
この実施例は、マウス以外のポインティングデバイス、例えば、トラックボール式のポインティングデバイスのように横に移動させないポインティングデバイスにも適用可能である。
【実施例７】
【００４９】
奥行き及び反力情報以外にも、振動をユーザに伝達できる。各画素に振動の振幅、周波数及び位相等の振動情報をマッピングしておき、その振動情報に応じて、マウスカーソルの位置する画素に割当てられた振幅、周波数及び位相等で上下動可能マウスを上下動させる。各画素に温度をマッピングすることで、温度分布を高さ分布に変換してユーザに伝達できる。
【実施例８】
【００５０】
上述の実施例は、マウスの移動により画像表示物の立体感をユーザに伝達したが、次に、図８を参照して、マウスの移動無しで立体の立体感をユーザに伝達可能な実施例８を説明する。図８は、実施例８の概略構成図を示す。
【００５１】
コンピュータ１１０のハードディスクに奥行き情報付き画像データ１１２が格納されており、コンピュータ１１０のオペレーティングシステム及びアプリケーションソフトウエアからなるソフトウエア１１４が、奥行き情報付き画像データ１１２の画像をモニタ１１６の画面上に表示する。奥行き情報付き画像１１２は、奥行き情報付き画像データ１２と同様に、ｘ方向、ｙ方向又はその両方で奥行きが異なる画像であり、奥行き情報付き画像データ１２と同様の方法で取得できる。
【００５２】
コンピュータ１１０にはまた、入出力デバイスとして、上面、即ち、ユーザの手のひらで覆われる面を上下動可能並びに前後左右に傾斜動可能なマウス１３０が接続する。コンピュータ１１０のソフトウエア１１４のオペレーティングシステムは、周知の通り、マウス１３０の移動方向及び移動量を示す情報と、１又は複数のマウスボタンのオン／オフを示す情報をマウス１３０から取得し、マウス１３０の移動に応じて、モニタ１１６の画面上に表示されるマウスカーソル１１８を移動する。オペレーティングシステムはまた、マウスボタンの操作に応じて、それぞれに割り当てられた動作を実行する。マウスカーソル１１８の近辺に表示される画像の奥行き情報の一例を表１２０として図８に図示してある。奥行き情報は、例えば、画像１１２のｎ×ｎ画素単位で付与されている。ｎは１以上の整数である。
【００５３】
本実施例では、コンピュータ１１０は、更に、表示される物体のマウスカーソル１１８の位置の傾斜度情報をマウス１３０に伝達する傾斜制御装置１２４を具備する。
【００５４】
上下傾斜動可能マウス１３０の構成を説明する。上下傾斜動可能マウス１３０は、マウス機能と上下動駆動機構と傾斜動駆動機構が一体化されている。上下傾斜動可能マウス１３０は、机面等に載るベース１３２と、ベース１３２に対して上下動可能及び傾斜可能であり、ユーザの手のひらに包まれるようにしてユーザに把持される把持部１３４と、把持部１３４を上下動させる上下動機構（支持材１４６とアクチュエータ１４８）と、把持部１３４を傾斜させる傾斜動機構（Ｙ軸回転機構１５０及びＸ軸回転機構１５２）とからなる。
【００５５】
ベース１３２の下面には、マウス１３０を置かれる机面に当接し、ベース１３２の移動に応じて回転するボール１３６が配置されている。２つのロータリエンコーダ１３８が、ボール１３６の２方向の回転を検知し、その検知結果を通信装置１４０に供給する。把持部１３４には１又は複数のマウスボタン１４２が配置され、これらのマウスボタン１４２は、伸縮ケーブル１４４を介して通信装置１４０に接続する。通信装置１４０は、ロータリエンコーダ１３８の出力によるマウス１３０の移動情報と、マウスボタン１４２のオン／オフ情報をコンピュータ１１０のソフトウエア１１４のオペレーティングシステムに送信する。
【００５６】
把持部１３４は、Ｙ軸回転機構１５０、Ｘ軸回転機構１５２、及び上下動可能な支持材１４６を介して上下動アクチュエータ１４８に結合される。上下動アクチュエータ１４８はベース１３２に固定されている。
【００５７】
上下動アクチュエータ１４８は、ベース１３２に対して支持材１４６を上下動する。上下動アクチュエータ１４８と支持材１４６が、上下動機構として機能する。この構成と動作は、図１に示す実施例のアクチュエータ４８及び支持材４６からなる部分と同じである。即ち、ベース１３２に内蔵されるアクチュエータ１４８が、支持材１４６を上下動自在に保持する。アクチュエータ１４８により支持材１４６を上下に移動させることにより、把持部１３４が上下に移動する。コンピュータ１１０の高さ制御装置１２２が、アクチュエータ１４８を制御して、把持部１３４を上下動させる。
【００５８】
支持材１４６の頂面にＸ軸回転機構１５２が取り付けられ、Ｘ軸回転機構１５２は、Ｙ軸回転機構１５０をＸ軸を中心に回転可能に支持する。Ｙ軸回転機構１５０及びＸ軸回転機構１５２が、傾斜動機構として機能する。傾斜制御装置１２４が、Ｙ軸回転機構１５０及びＸ軸回転機構１５２を制御する。
【００５９】
Ｙ軸回転機構１５０は、Ｘ軸回転機構１５２の頂面に対してＹ軸を中心に回転可能に把持部１３４を支持する。実施例１に対して、Ｙ軸回転機構１５０とＸ軸回転機構１５２が追加されている。なお、この明細書では、Ｘ軸は、図８の紙面に平行であって、マウス１３０の前後に延びる軸をいう。Ｙ軸は、図８の紙面及びＸ軸に垂直な軸をいう。Ｘ軸回転機構１５２の回転中心軸となるＸ軸とＹ軸回転機構１５０の回転中心軸となるＹ軸は、把持部１３４の上面の中央に位置するように設定される。
【００６０】
図９，図１０及び図１１を参照して、把持部１３４の傾斜動作を説明する。図９は、把持部１３４が水平になっている基準位置の構成図を示し、図１０は、最大前傾姿勢でのマウス１３０の構成図を示し、図１１は、最大後傾姿勢でのマウス１３０の構成図を示す。図９には、Ｙ軸回転機構１５０の主要部品及びＸ軸回転機構１５２の寸法例を図示してある。Ｙ軸回転機構１５０とＸ軸回転機構１５２は、回転軸の相違を除き、基本的に同じ構成からなる。
【００６１】
Ｙ軸回転機構１５０は、Ｘ軸回転機構１５２上に固定され、上面に湾曲した凹みを具備するベース１５０ａと、上部を把持部１３４の内面に固定され、下部をベース１５０ａの上面の凹みに接して移動可能に保持される可動部１５０ｂと、図示しない歯車機構又はベルト機構を介して可動部１５０ｂを把持部１３４の表面上のＹ軸を中心に回転駆動するＹ軸モータ１５０ｃからなる。可動部１５０ｂの下端面は、ベース１５０ａの凹みに沿うように突出して湾曲している。
【００６２】
図９に示す各部寸法を採用した場合、可動部１５０ｂを回転駆動することで、図１０に示すように、最大３５度程度に前傾可能であり、図１１に示すように、最大２０度程度に後傾可能である。
【００６３】
図１２は、図９のＡ−Ａ線から見たマウス装置１３０の構成図を示す。図１２では、主として、Ｘ軸回転機構１５２の構成を図示してある。Ｘ軸回転機構１５２の構成は、基本的にＹ軸回転機構１５０と同じである。具体的には、Ｘ軸回転機構１５２は、支持材１４６上に固定され、上面に湾曲した凹みを具備するベース１５２ａと、上部をＹ軸回転機構１５０のベース１５０ａの下面に固定され、下部をベース１５２ａの上面の凹みに接して移動可能に保持される可動部１５２ｂと、図示しない歯車機構又はベルト機構により可動部１５２ｂをＹ軸回転機構１５０の回転中心軸に直交するＸ軸を中心に回転駆動するＸ軸モータ１５２ｃからなる。
【００６４】
図１３は左に傾けた状態のマウス装置１３０の構成図を示し、図１４は、右に傾けた状態のマウス装置１３０の構成図を示す。図示した寸法例では、左右に最大１５度まで傾けることができる。
【００６５】
次に、本実施例によりユーザに奥行きと傾斜を感知させる方法を説明する。コンピュータ１１０は、周知の通り、マウス１３０の移動に応じて、モニタ１１６の画面上でマウスカーソル１１８を移動させる。
【００６６】
まず上下動について説明する。ソフトウエア１１４は、マウスカーソル１１８の位置する画素の奥行き情報１２０を奥行き情報付き画像データ１１２から読み出し、高さ制御装置１２２に印加する。高さ制御装置１２２は、ソフトウエア１１４からの奥行き情報１２０に応じてアクチュエータ１４８を駆動して、把持部１３４を上又は下に移動させる。このようにして、上下傾斜動可能マウス１３０の把持部１３４は、マウスカーソル１１８の示す位置の画像の奥行きに応じて、高さが変化することになる。
【００６７】
マウスカーソル１１８が、現在の位置で、図８の奥行き情報１２０で黒枠が囲った奥行き値７であり、右側の奥行きが５，左側の奥行きが７，上の奥行きが６、下の奥行きが７であるとする。このとき、左右の傾きは、左の奥行き値から右の奥行き値を減算した２（＝７−５）であり、前後の傾きは、上の奥行き値から下の奥行き値を減算した−１（＝６−７）である。
【００６８】
ソフトウエア１１４は、マウスカーソル１１８の位置と、その上下左右の画素、即ち４方向の画素の奥行き値を奥行き情報１２０から読み出し、上述のように、カーソル１１８の位置での左右の傾斜値（上の計算例では、２）と前後の傾斜値（上の計算例では、−１）を算出し、両傾斜値を傾斜制御装置１２４に供給する。傾斜制御装置１２４はマウス１３０の通信装置１４０を介して、左右の傾斜値（この例では、２）でマウス１３０のＸ軸回転機構１５２のＸ軸モータ１５２ｃを駆動し、前後の傾斜値（この例では、−１）でマウス１３０のＹ軸回転機構１５０のＹ軸モータ１５０ｃを駆動する。これにより、マウス１３０の把持部１３４は、マウスカーソル１１８の現在地の左右傾斜値に応じた角度で左右に傾斜し、且つ、マウスカーソル１１８の現在地の前後傾斜値に応じた角度で前後に傾斜する。把持部１３４のこの傾斜により、ユーザは、マウスカーソル１１８の位置する場所の傾斜を実感できる。
【００６９】
好ましくは、把持部１３４の上下動と傾斜変更は、ユーザに同時と感じられる程度のタイミングで実行される。
【００７０】
本実施例では、モニタ１１６の画面上でマウスカーソル１１８を移動させると、これに連動して、表示されている画像の奥行き情報に従いマウス１３０の把持部１３４が上下に移動し、その傾斜が変化する。このような作用により、ユーザは、表示される対象物の奥行きと傾きを触覚により感知できるようになる。
【００７１】
図８に示す実施例では、Ｙ軸回転機構１５０及びＹ軸回転機構１５２を上下動のアクチュエータ１４８の上に配置したが、アクチュエータ１４８の下に配置しても良い。この変更の場合、厳密には、上下左右の傾斜に応じて、例えば高さ制御装置１２２が上下動作量を調節する必要があるが、人間の識別能力上、そのような調節をしなくても支障は無い。
【００７２】
図８に示す実施例では、把持部１３４の傾斜の中心を把持部１３４の上面に配置したが、その上空でも内部でも良い。
【００７３】
モニタ１１６に表示される画像の端では、上下又は左右の画素が無いが、その場合、差分をとる方法として、上下方向は選択した画素と上又は下の画素の奥行き値の差分を算出し、左右方向は、選択した画素と左又は右の画素の奥行き値の差分を算出すれば良い。表示される画像の全体で、このように、２画素の奥行き値の差分という簡略な方法で傾斜値を算出しても良い。
【実施例９】
【００７４】
図１５は、本発明の実施例９の概略構成図を示す。この実施例では、上下と傾斜を調節可能な台上に通常のマウスを配置する構成のポインティングデバイスを、入出力デバイスとして使用する。この実施例では、使い慣れた又は既存のマウスをそのまま使用し続けることができるという利点がある。
【００７５】
コンピュータ１１０，表示装置１１６、マウスカーソル１１８及び奥行き情報１２０の構成と機能は、図８に示す実施例８のそれと同じである。
【００７６】
本実施例の上下動及び傾斜動可能な入出力デバイス１６０の構成と機能を説明する。奥行き感知のための上下動及び傾斜動可能な入出力デバイス１６０は、入力デバイスである既存のマウス１６２と、マウス１６２を上下に移動させ、かつまた所望の角度に傾斜させることができる上下動・傾斜動台１６４からなる。既存マウス１６２は、ボールの転動により又は光学的に横移動を検出する移動検出装置１６２ａと、マウスボタン１６２ｂと、移動検出装置１６２ａの検出値とマウスボタン１６２ｂの操作を外部に送信する送信装置１６２ｃを具備する。
【００７７】
この実施例では、横移動に関しては、マウス１６２と上下動・傾斜動台１６４が一体に移動するので、マウス１６２の移動検出装置１６２ａは使用されない。
【００７８】
上下動・傾斜動台１６４は、底板１７０上に固定される上下動アクチュエータ１７２と、アクチュエータ１７２により上下に移動する円柱１７４と、円柱１７４上に固定されるＸ軸回転機構１７６と、Ｘ軸回転機構１７６の可動部に固定されるＹ軸回転機構１７８と、Ｙ軸回転機構１７８の可動部に固定される天板１８０とからなる。天板１８０上に既存のマウス１６４が横移動しないように置かれる。上下動アクチュエータ１７２と、アクチュエータ１７２により上下に移動する円柱１７４が、上下動機構を構成する。
【００７９】
底板１７０の下面には、摩擦低下用のパッド１８２が接着されている。底板１７０には更に、底板１７０が載置される床面に対する底板１７０の横移動を検出する移動検出装置１８４を固定してある。底板１７０の隅に置かれた中継装置１８６は、移動検出装置１８４の検出値、及びマウス１６２の送信装置１６２ｃの出力信号をコンピュータ１１０に送信すると供に、コンピュータ１１０の高さ制御装置１２２及び傾斜制御装置１２４からの制御信号を、それぞれアクチュエータ１７２及び傾斜動機構（Ｘ軸回転機構１７６とＹ軸回転機構１７８）に伝達する。
【００８０】
この実施例では、ユーザはマウス１６２を台１６４上に置き、マウスカーソル１１８を動かす際には、台１６４と一体にマウス１６２を床面上で移動させる。アクチュエータ１７２が、高さ制御装置１２２からの高さ制御信号に従い、支持円柱１７４を上下に移動させる。これにより、ユーザが把持するマウス１６２の高さが変化する。また、傾斜制御装置１２４は、マウスカーソル１１８の指し示す画素の周囲４画素による傾斜値に従い、Ｘ軸回転機構１７６及びＹ軸回転機構１７８の回転を制御する。これにより、ユーザが把持するマウス１６２の頂面が、マウスカーソル１１８の指し示す画素の傾斜値に応じた角度で傾斜する。
【００８１】
この実施例では、マウス１６２の移動検出装置１６２ａによる移動検出機能を移動検出装置１８４で代替する。
【００８２】
図１５には既存のマウス１６２を使う構成を図示したが、勿論、天板１８０をマウス１６２の把持部と同様の形状とし、その表面にマウスボタンを配置しても良い。送信装置１６２ｃからソフトウエア１１４への信号伝送と、高さ制御装置１２２及び傾斜制御装置１２４からアクチュエータ１７２、Ｘ軸回転機構及びＹ軸回転機構への信号伝送を無線で行なう場合には、有線の中継装置１７４は不要である。
【００８３】
図１６は、入出力デバイス１６０の主要部分の寸法を示す概略構成図を示し、図１７は、図１６のＢ−Ｂ線から見た入出力デバイス１６０の構成図を示す。図１８は、１０度の前傾状態を示し、図１９は、１０度の後傾状態を示す。図２０は、１０度の左傾斜状態を示し、図２１は１０度の右傾状態を示す。
【実施例１０】
【００８４】
上記実施例８，９では、奥行きに応じてマウスの高さを制御し、傾斜に応じてマウスの把持部の傾きを制御したが、高さについては、マウスカーソルの大きさを奥行きに応じて拡大・縮小し、傾斜については、図２２に例示するようにマウスの形状を傾斜に応じて変化させても良い。これにより、ユーザは、視覚的に傾斜と高さを感知できる。
【００８５】
特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１実施例の概略構成図である。
【図２】奥行きと上下動機構の高さｚの線形関係例を示す特性図である。
【図３】奥行きと上下動機構の高さｚの非線形関係例を示す特性図である。
【図４】奥行きと上下動機構の高さｚの周期的関係例を示す特性図である。
【図５】本発明の第２実施例の概略構成図である。
【図６】本発明の第３実施例の概略構成図である。
【図７】本発明の第４実施例の概略構成図である。
【図８】実施例８の概略構成図を示す。
【図９】把持部１３４が水平になっている基準位置の構成図を示す。
【図１０】最大前傾姿勢の断面図を示す。
【図１１】最大後傾姿勢の断面図を示す。
【図１２】図９のＡ−Ａ線から見た断面図を示す。
【図１３】左傾状態の断面図を示す。
【図１４】右傾状態の断面図を示す。
【図１５】本発明の実施例９の概略構成図である。
【図１６】入出力デバイス１６０の主要部分の寸法を示す概略構成図である。
【図１７】図１６のＢ−Ｂ線から見た構成図である。
【図１８】１０度の前傾状態の入出力デバイス１６０の構成図である。
【図１９】１０度の後傾状態の入出力デバイス１６０の構成図である。
【図２０】１０度の左傾斜状態の入出力デバイス１６０の構成図である。
【図２１】１０度の右傾斜状態の入出力デバイス１６０の構成図である。
【図２２】高さと傾斜をマウスカーソルとの形状で表示する例である。
【符号の説明】
【００８７】
１０：コンピュータ
１２：奥行き情報付き画像データ
１４：ソフトウエア
１６：モニタ
１８：マウスカーソル
２２：高さ制御装置
３０：上下動可能マウス
３２：ベース
３４：把持部
３６：ボール
３８：ロータリエンコーダ
４０：信号送信装置
４２：マウスボタン
４４：伸縮ケーブル
４６：支持材
４８：アクチュエータ
５０，５０ａ：上下動可能マウス
５２：光学式マウス
５４：光学式移動検出装置
５６：マウスボタン
５８：送信装置
６０，６０ａ：上下動機構
６２：滑り止めシート
６４：天板
６６：支持円柱
６８：アクチュエータ
７０：底板
７２：摩擦低下用パッド
７４：中継装置
８０：上下動可能マウス
８２：光学式マウス
８４：光学式移動検出装置
８６：マウスボタン
８８：送信装置
９０：上下動機構
９２：マウスパッドシート
９４：天板
９６：支持円柱
９８：アクチュエータ
１００：底板
１０２：滑り止めシート
１１０：コンピュータ
１１２：奥行き情報付き画像データ
１１４：ソフトウエア
１１６：モニタ
１１８：マウスカーソル
１２０：奥行き情報
１２２：高さ制御装置
１２４：傾斜制御装置
１３０：上下動・傾斜動可能マウス
１３２：ベース
１３４：把持部
１３６：ボール
１３８：ロータリエンコーダ
１４０：通信装置
１４２：マウスボタン
１４４：伸縮ケーブル
１４６：支持材
１４８：上下動アクチュエータ
１５０：Ｙ軸回転機構
１５０ａ：ベース
１５０ｂ：可動部
１５０ｃ：Ｙ軸モータ
１５２：Ｘ軸回転機構
１５２ａ：ベース
１５２ｂ：可動部
１５２ｃ：Ｘ軸モータ
１６０：入出力デバイス
１６２：マウス（入力デバイス）
１６２ａ：移動検出装置
１６２ｂ：マウスボタン
１６２ｃ：送信装置
１６４：上下動・傾斜動台
１７０：底板
１７２：上下動アクチュエータ
１７４：円柱
１７６：Ｘ軸回転機構
１７８：Ｙ軸回転機構
１８０：天板
１８２：摩擦低下パッド
１８４：移動検出装置
１８６：中継装置
【図１】
2006114001.tif 000003
【図２】
2006114001.tif 000004
【図３】
2006114001.tif 000005
【図４】
2006114001.tif 000006
【図５】
2006114001.tif 000007
【図６】
2006114001.tif 000008
【図７】
2006114001.tif 000009
【図８】
2006114001.tif 000010
【図９】
2006114001.tif 000011
【図１０】
2006114001.tif 000012
【図１１】
2006114001.tif 000013
【図１２】
2006114001.tif 000014
【図１３】
2006114001.tif 000015
【図１４】
2006114001.tif 000016
【図１５】
2006114001.tif 000017
【図１６】
2006114001.tif 000018
【図１７】
2006114001.tif 000019
【図１８】
2006114001.tif 000020
【図１９】
2006114001.tif 000021
【図２０】
2006114001.tif 000022
【図２１】
2006114001.tif 000023
【図２２】
2006114001.tif 000024