(57)【要約】【課題】本発明は、入力装置に関し、磁気センサを利用して、手書き文字をコンピュータに入力することができるウェアラブルな入力装置を提供することを目的とする。【解決手段】入力装置は、右手又は左手のいずれか一方の１本の指先に装着されるべき磁石１と、右手又は左手のいずれか一方又は他方の手首に装着されるべき磁気センサであって磁石により発生するその位置での磁界を検出する第１の磁気センサ３と、第１の磁気センサの装着された手首において磁石からみて第１の磁気センサ３より遠くに装着されるべき磁気センサであって地磁気の影響を除去するための第２の磁気センサ４と、第１の磁気センサの出力信号と第２の磁気センサの出力信号との差分を出力する出力手段５とを備える。【選択図】　　　図１
2004054390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
右手又は左手のいずれか一方の１本の指先に装着されるべき磁石と、
右手又は左手のいずれか一方又は他方の手首に装着されるべき磁気センサであって、前記磁石により発生する当該位置での磁界を検出する第１の磁気センサと、
前記第１の磁気センサの装着された手首において前記磁石からみて前記第１の磁気センサより遠くに装着されるべき磁気センサであって、地磁気の影響を除去するための第２の磁気センサと、
前記第１の磁気センサの出力信号と前記第２の磁気センサの出力信号との差分を出力する出力手段とを備える
ことを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記磁石は永久磁石からなり、前記第１及び第２の磁気センサは、各々、多軸のホール素子、磁気抵抗素子又は磁気インピーダンス素子からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の磁気センサは、各々、前記磁石を装着した手と同一の手に装着されるべきものであり、３軸のホール素子、磁気抵抗素子又は磁気インピーダンス素子からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の磁気センサは、各々、前記磁石を装着した手と反対の手に装着されるべきものであり、２軸のホール素子、磁気抵抗素子又は磁気インピーダンス素子からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項５】
右手又は左手のいずれか一方の１本の指先に装着されるべき磁石と、
前記磁石と接続され、右手又は左手のいずれか一方又は他方の手首に装着されるべき磁気センサであって、前記磁石により発生する当該位置での磁界を検出する磁気センサと、
前記磁石及び磁気センサに交流信号を供給し、前記磁気センサの出力信号を同期検波により検出する出力手段とを備える
ことを特徴とする入力装置。
【請求項６】
前記磁石は電磁石からなり、前記磁気センサは多軸のホール素子、磁気抵抗素子又は磁気インピーダンス素子からなる
ことを特徴とする請求項５に記載の入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力装置に関し、特に、指先に装着した磁石の移動する軌跡を手首に装着した磁気センサで計測して手書文字をコンピュータに入力する入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
視覚障害者がコンピュータに入力をする場合、使用する入力装置としては、点字キーボード、マウス、タッチパネル、ペン入力型タッチパッド、加速度（又は加速力）入力式ペン等、種々のものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
即ち、点字キーボードは、使用するためにキー配置や点字を覚える必要があり、高齢者等には負担が大きい。マウスは目からの情報をフィードバックできない視覚障害者には使いにくい。また、機械式マウスはボールの滑りによる誤差が大きく、光学式マウスは書字面が必要であり反射しやすい面等では誤差が大きい。更に、マウスを手全体で握って使用するため、文字が大きくなりがちである。タッチパネルは、書字面としてのパネルが必要であり、携帯するには大き過ぎ、一方、書字の範囲がパネル内に限定される。ペン入力型タッチパッドは、パッドとペンの双方が必要であり、片手入力は不可能であり、書字の範囲がパッド内に限定される。加速度入力式ペンは、本来位置情報である手書き文字を間接的に入力することになるので、正確な文字軌跡が入力できない。更に、マウスの操作可能な平面の範囲や、タッチパネル及びペン入力型タッチパッドの入力可能な枠が判りにくい。
【０００４】
このように、前述の種々の入力装置は、いずれも目が見えないと言う状態、即ち、非目視下の環境では、使いにくい。また、健常者であっても、高齢者や電子機器の操作が苦手な者にとっては、キー配置や操作を覚えなければならず、ユーザフレンドリであるとはいえない。更に、このような状況下で、視覚障害者、高齢者、電子機器の操作が苦手な者等（以下、単に視覚障害者等と言う）にとって、モバイル環境で使用できる入力装置は、殆どないと言ってもよい。
【０００５】
一方、身体に簡単に装着することができ（ウェアラブルであり）、手書き文字をそのまま入力できる入力装置があれば、視覚障害者等にとって、極めて便利であり、モバイル環境を含めてコンピュータを容易に使用することができるようになる。本発明者の研究によれば、このような入力装置の実現には磁気センサが最適であるが、この場合の検出信号は地磁気と同程度の微小な信号であるので、地磁気の影響を確実に排除する必要がある。
【０００６】
本発明は、磁気センサを利用して、手書き文字をコンピュータに入力することができるウェアラブルな入力装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の入力装置は、右手又は左手のいずれか一方の１本の指先に装着されるべき磁石と、右手又は左手のいずれか一方又は他方の手首に装着されるべき磁気センサであって磁石により発生する当該位置での磁界を検出する第１の磁気センサと、第１の磁気センサの装着された手首において磁石からみて第１の磁気センサより遠くに装着されるべき磁気センサであって地磁気の影響を除去するための第２の磁気センサと、第１の磁気センサの出力信号と第２の磁気センサの出力信号との差分を出力する出力手段とを備える。
【０００８】
本発明の入力装置によれば、指先の磁石と手首の第１の磁気センサとの間の相対的な位置の移動による軌跡を電気信号の変化として検出し、文字（又は図形、以下同じ）情報としてコンピュータに入力することができる。また、この時、第２の磁気センサを利用することにより、第１の磁気センサへの地磁気の影響を除き、指先の磁石の軌跡をほぼ正確に検出することができる。これにより、従来の種々の入力装置とは異なり、キー配置や操作を覚える必要はなく、入力位置の制限がないのでこれを気にかける必要もなく、視覚障害者、高齢者、電子機器の操作が苦手な者等（視覚障害者等）でも、容易に文字を入力することができる。また、指先及び手首に装着することができるので、身体に簡単に装着して所々に移動することができ（ウェアラブルであり）、視覚障害者等でも、本発明の入力装置をモバイル環境で使用でき、結果として、場所を問わずコンピュータを利用することができる。
【０００９】
本発明の入力装置は、右手又は左手のいずれか一方の１本の指先に装着されるべき磁石と、磁石と接続され右手又は左手のいずれか一方又は他方の手首に装着されるべき磁気センサであって磁石により発生する当該位置での磁界を検出する磁気センサと、磁石及び磁気センサに交流信号を供給し磁気センサの出力信号を同期検波により検出する出力手段とを備える。
【００１０】
本発明の入力装置によれば、前述と同様に、指先の磁石の移動による軌跡を検出し、コンピュータに入力することができる。また、この時、同期検波を利用することにより、磁気センサへの地磁気の影響を除き、指先の磁石の軌跡をほぼ正確に検出することができる。これにより、前述と同様に、視覚障害者等でも、例えば容易に文字情報を入力することができ、また、身体に簡単に装着して所々に移動することができる。従って、視覚障害者等でも、本発明の入力装置をモバイル環境で使用でき、場所を問わずコンピュータを利用することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、入力装置構成図であり、本発明の入力装置であって３次元位置を検出する片手装着型の入力装置を示す。特に、図１は本発明の入力装置を装着した状態を示し、図２は本発明の入力装置の構成を示す。
【００１２】
本発明の入力装置は、図１及び図２に示すように、磁石１、第１の磁気センサ３、第２の磁気センサ４、出力手段５、軌跡抽出処理部１１及び文字認識処理部１２を備える。磁石１、第１の磁気センサ３、第２の磁気センサ４及び出力手段５は、例えば使用者により随時携帯され、入力時に使用者（入力者）の人体に所定の状態で装着される。即ち、磁石１は例えば右手人指し指の指先に装着され、他は例えば右手の手首に装着される。出力手段５はコンピュータ１０に接続され、このコンピュータ１０に軌跡抽出処理部１１及び文字認識処理部１２が設けられる。コンピュータ１０は、出力手段の一例として、例えば表示装置１３（又は印刷装置、補助記憶装置等）を備える。
【００１３】
使用者は、磁石１を装着した指先を第１の磁気センサ３を装着した手首に対して相対的に（即ち、手首を固定した状態で）移動させることにより、３次元（又は２次元）空間中に文字を描く。この磁石１により発生する当該位置での磁界（又は、磁石１の移動による磁界の変化）を、第１の磁気センサ３が検出する。この時、第２の磁気センサ４により、地磁気の影響を除去する。即ち、出力手段５は、第１の磁気センサ３の出力信号と第２の磁気センサ４の出力信号との差分を検出する。これにより、地磁気の影響を除去した磁石１により発生する当該位置での磁界に基づく信号が得られる。これは磁石１の第１の磁気センサ３に対する相対的な位置の変化を表す。そこで、軌跡抽出処理部１１は、当該信号を用いて所定の演算処理を行うことにより、磁石１の描く軌跡を抽出する。これに基づいて、文字認識処理部１２は、例えば文字（又は図形）認識処理を行う。
【００１４】
ここで、図１及び図２の入力装置における磁石１により発生する当該位置での磁界の検出の原理について、図３を参照して説明する。図３は、入力装置説明図であって、図１及び図２の入力装置における３次元位置を検出する原理を示す。
【００１５】
本発明者の検討によれば、指先で書く手書き文字を入力するためには、手首から見た指先（の磁石１）の位置（ｘ，ｙ，ｚ）をリアルタイムで検出できればよい。このために、本発明の入力装置は、図１（及び図２）に示す構成を備え、指先に装着した磁石１の発生する磁界（の変化）を、手首に装着した第１の磁気センサ３で検出する。即ち、磁石１の位置によって磁界のベクトルＨ（向き及び大きさ）が異なることを利用して、検出（計測）した磁界のベクトルＨから逆に当該磁界を発生している磁石１の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を求める（算出する）。
【００１６】
図１のように３次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）を検出するためには、第１の磁気センサ３はｘ、ｙ及びｚ方向の３軸の磁気センサである必要がある。後述する図４のように２次元位置（ｘ，ｙ）を検出するためには、第１の磁気センサ３はｘ及びｙ方向の２軸の磁気センサである必要がある。但し、いずれの場合も、磁石１の位置を特定するためには、磁石１の姿勢は変化しないという条件が必要である。又は、磁石１の姿勢は磁石１の位置に依存する簡単な関数で表されるという条件が必要である。
【００１７】
なお、実際には、図１のように装着した場合、第１の磁気センサ３に対する磁石１の姿勢（ＳＮ極の向き）は、殆ど変化しない。即ち、磁石１のＳＮ極の向きをリング２の作る平面と一致させ、かつ、手首と同一方向に延びるように装着されるようにした支持体８上に第１の磁気センサ３をそのｘ軸が支持体８の長手方向に直交するように取り付ける。これにより、磁石１のＳＮ極の向きが指先の向きと実質的に直交するように磁石１を装着し、かつ、第１の磁気センサ３を実質的に指先の（普通に延ばした場合の）向きの延長線にそのｘ軸が実質的に直交する（即ち、磁石１のＳＮ極に実質的に並行になる）姿勢で装着することが容易に可能となる。このように装着することにより、指先（及び手首）を動かしても、手首を極端に捩じらない限り、第１の磁気センサ３に対する磁石１のＳＮ極の向きが多少変化しても、磁界のベクトルＨの検出には殆ど支障がない。
【００１８】
図３において、磁気モーメントｍの磁石１が位置（ｘ，ｙ，ｚ）にある場合において、原点にある第１の磁気センサ３で計測される磁界のベクトルＨ＝（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）の関係を求める。透磁率をμとすると、磁石１から第１の磁気センサ３に向かう磁界の成分Ｈｒ、及び、磁石１の軸（ＳＮ極の向き）と第１の磁気センサ３のｘ軸とを含む平面内でこれに垂直な成分Ｈｔは、次式で表される。即ち、
Ｈｒ＝（−２Ｋｃｏｓα）／ｒ３　、
Ｈｔ＝（Ｋｓｉｎα）／ｒ３　、
である。但し、ｒ＝（ｘ２　＋ｙ２　＋ｚ２　）１／２　、α＝ｔａｎ−１（（ｙ２　＋ｚ２　）１／２　／ｘ）、Ｋ＝ｍ／４πμである。ここで、ｒは磁石１と第１の磁気センサ３との距離、αは第１の磁気センサ３のｘ軸からの磁石１の方向であり、ｒ及びαとも位置座標で表され、Ｋは定数である。
【００１９】
原点（第１の磁気センサ３の位置）での磁界のベクトルは、磁界の成分Ｈｒ及びＨｔを合成してこれを各軸ｘ、ｙ及びｚに再配分すると、次式で表される。即ち、
Ｈｘ＝−Ｈｒｃｏｓα−Ｈｔｓｉｎα＝Ｋ／ｒ３　（３ｃｏｓ２　α−１）、
Ｈｙｚ＝−Ｈｒｓｉｎα＋Ｈｔｃｏｓα＝Ｋ／ｒ３　（３ｃｏｓαｓｉｎα）、
Ｈｙ＝Ｈｙｚｃｏｓβ、
Ｈｚ＝Ｈｙｚｓｉｎβ、
である。但し、β＝ｔａｎ−１（ｚ／ｙ）である。ここで、βは磁石１の軸と第１の磁気センサ３のｘ軸を含む平面の当該第１の磁気センサ３のｙ軸からみた角度であり位置座標で表される。ｒ、β及びαは極座標を表す。
【００２０】
第１の磁気センサ３により計測された磁界のベクトルＨ＝（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）から、逆に、磁石１の位置を求める（推定）する場合、以上の式を逆に解けばよい。Ｈｙ及びＨｚより、
β＝ｔａｎ−１（Ｈｚ／Ｈｙ）、
Ｈｙｚ＝（Ｈｙ２　＋Ｈｚ２　）１／２　
である。また、Ｈｘ及びＨｙｚより、
α＝ｃｏｓ−１（Ａ）１／２　、
ｒ＝（（Ｋ２　（３Ａ＋１））／（Ｈｘ２　＋Ｈｙｚ２　））１／６　
Ａ＝（（３Ｈｘ２　＋２Ｈｙｚ２　）＋Ｈｘ（９Ｈｘ２　＋８Ｈｙｚ２　）１／２　）／６（Ｈｘ２　＋Ｈｙｚ２　）
である。これにより求まった極座標（ｒ，β，α）から、磁石１の位置は、
ｘ＝ｒｃｏｓα、
ｙ＝ｒｓｉｎαｃｏｓβ、
ｚ＝ｒｓｉｎαｓｉｎβ、
と計算により求まる。即ち、磁石１の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、第１の磁気センサ３により計測された磁界のベクトルＨ＝（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）で表すことができる。
【００２１】
ところで、指先の磁石１の発生する磁界は、地磁気のレベル（約０．５ガウス（ｇａｕｓｓ））程度である。このため、第１の磁気センサ３は、磁石１の発生する磁界と地磁気とを併せて検出してしまう。そこで、第１の磁気センサ３の他に、これから所定の距離を空けて第２の磁気センサ４を装着する。第２の磁気センサ４は、第１の磁気センサ３と同一の構成のものが用いられ、実質的に指先の向きの延長線上に、同一の姿勢で装着される。地磁気の影響は、地磁気が一定の方向及び大きさであるので、第１及び第２の磁気センサ３及び４について同一である。一方、磁石１の影響は、距離の３乗に反比例するので、これに近い第１の磁気センサ３の方がより遠い第２の磁気センサ４よりも大きい。従って、第１の磁気センサ３の出力と第２の磁気センサ４の出力との差分を求めることにより、地磁気の影響をほぼ補償することができる。即ち、この例では、磁石１の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、第１の磁気センサ３の出力と第２の磁気センサ４の出力との差分ΔＨ＝（ΔＨｘ，ΔＨｙ，ΔＨｚ）で表される。
【００２２】
なお、このように、磁界の強度は距離の３乗に反比例して弱まるため、第１の磁気センサ３からの出力信号のレベルは非常に小さく、急激に変化する。そこで、第１の磁気センサ３（及び第２の磁気センサ４）からの信号を増幅率の異なる複数の増幅器で増幅して、これらを切り替えて使用することにより、検出範囲を拡大することが好ましい。
【００２３】
図１（Ａ）に示すように、磁石１は、リング２に固定され、リング２により、指輪のように、右手又は左手のいずれか一方の１本の指先に装着される。通常は、利き手（図１では右手）の人指し指の第１関節の近傍に、手の甲の側に磁石１が位置するように、装着される。この例では、磁石１は、第１の磁気センサ３により検出され得る材質のものであればよく、例えば厚さ４ｍｍ×縦５ｍｍ×横５ｍｍの大きさの永久磁石からなる。一方、リング２は、磁石１の第１の磁気センサ３による検出を阻害しないように又は磁石１の検出位置があいまいにならないように、第１の磁気センサ３により検出されない材質のものが好ましく、例えばプラスチック等からなる。
【００２４】
使用者は、磁石１を装着した指先を、図１（Ａ）に示すように、空間で例えば「あ」のように軌跡を描くように移動させることにより、文字「あ」を入力する。なお、入力する文字は、仮名文字に限らず、片仮名文字、漢字、数字、アルファベット、記号等であってもよい。
【００２５】
従って、使用者は、空中で指先を動かすのみで文字を入力することができる。このため、例えば寝たきりの人でも自由な文字入力が可能となる。また、片手のみで文字入力が可能となるので、他方の手が空き、利便性が高い。一方、書字面や枠が存在せず、容易に装着できるので、モバイル環境でいつでも使用できるウェアラブルな入力装置として使用することができる。また、指先に装着する磁石１及びリング２は小さくて軽いので、指の束縛感が殆ど無い。その上、磁石１及びリング２により指の腹の部分を覆うことがないので、使用者の触覚を失わせない。従って、キーボード等の他の入力装置も同時に使用することができ、また、視覚障害者は点字を手でなぞりながらの文字入力が可能となる。更に、他の物体により信号が遮られることもなく、正確な入力が可能となる。
【００２６】
第１の磁気センサ３及び第２の磁気センサ４は、図１（Ａ）に示すように、２本のリストバンド６及び７に固定された支持部８に固定される。この例では、支持部８は、右手の手首において、その甲の延長の部分に位置するように、リストバンド６及び７により装着される。これにより、磁石１と第１の磁気センサ３との間の距離ｒは、例えば数ｃｍ〜２０ｃｍとなる。従って、これにより検出可能な磁界は微小なものとなる。これに対して、第１の磁気センサ３と第２の磁気センサ４との間の距離ｓを距離ｒに対して大きくする程、第２の磁気センサ４が磁石１の影響を受けないので、磁石１の位置の正確な計測が可能となる。なお、この明細書で「手首に装着」と言う場合における「手首」とは、図１に示すように、実際には、手首と肘との間（即ち、前腕又は前臂）を指している。また、リストバンド６及び７は、前述と同様の理由で、第１の磁気センサ３により検出されない材質のものが好ましく、例えば革又はプラスチック等からなる。同様に、支持部８は、例えばプラスチック等からなる。
【００２７】
出力手段５は、図１（Ｂ）に示すように、２本のリストバンド６及び７に固定された支持部９に固定される。この例では、支持部９は、右手の手首において、その掌の延長の部分に位置するように、リストバンド６及び７により装着される。また、前述と同様の理由で、支持部９は、例えばプラスチック等からなる。出力手段５は、十分に小さいので、手首に装着しても何ら不便はない。
【００２８】
なお、出力手段５とコンピュータ１０との接続線は、図示していない。出力手段５とコンピュータ１０との接続は、有線によらず、無線により接続するようにしてもよい。また、出力手段５及びその支持部９は、必ずしも当該手首に装着する必要はなく、例えば当該使用者の上腕部に装着したり、着衣の胸のポケットに入れたり、腰のベルトに取り付けるようにしてもよい。
【００２９】
第１の磁気センサ３は、右手又は左手のいずれか一方又は他方の手首に装着されるべき磁気センサであって、この例では、磁石１を装着した手と同一の手（右手）に装着される。第１の磁気センサ３は、磁石１により発生する当該位置での磁界を検出する。即ち、検出用センサである。このために、第１の磁気センサ３は多軸のホール素子からなる。この例では、後述するように、磁石１の移動の軌跡は、２次元平面が捩じれる結果３次元空間として認識する必要があるので、周知の３軸（ｘ，ｙ，ｚ）のホール素子からなる。
【００３０】
第２の磁気センサ４は、第１の磁気センサ３の装着された手首において磁石１からみて第１の磁気センサ３より遠くに装着されるべき磁気センサであって、この例では、右手に装着される。第２の磁気センサ４は、地磁気の影響を除去するためのものである。即ち、キャンセル用センサである。このために、第２の磁気センサ４は、第１の磁気センサ３と同様の構成とされ、多軸のホール素子からなる。この例では、３軸のホール素子が用いられる。
【００３１】
なお、第１の磁気センサ３は、指先に装着できる程度の大きさであればよく、多軸の磁気抵抗素子（ＭＲ）、磁気インピーダンス素子（ＭＩ）等であってもよい。第２の磁気センサ４も同様である。但し、第１及び第２の磁気センサ３及び４は同種のセンサとするのが望ましい。これは他の例においても同じである。
【００３２】
出力手段５は、第１の磁気センサ３の出力信号と第２の磁気センサ４の出力信号との差分を出力する。このために、出力手段５は、図２に示すように、第１の磁気センサ３に対応する初段増幅器５１（５１ｘ、５１ｙ、５１ｚ）、第２の磁気センサ４に対応する初段増幅器５２（５２ｘ、５２ｙ、５２ｚ）、差動増幅器５３（５３ｘ、５３ｙ、５３ｚ）、多チャンネルのアナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）５４を備える。また、特に図示はしないが、当該出力手段５の電源（例えば小型のバッテリ）を備える。
【００３３】
初段増幅器５１ｘ、５１ｙ、５１ｚは、各々、３軸のホール素子からなる第１の磁気センサ３の各軸ｘ、ｙ、ｚの信号出力Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚに対応し、入力された各軸ｘ、ｙ、ｚの信号出力を増幅して出力する。例えば、第１の磁気センサ３は１ガウスの磁界を検出した場合、これを約５ｍＶ（ミリボルト）の電気信号として出力する。初段増幅器５１ｘは、この検出信号を約２３０倍に増幅する。他の初段増幅器５１ｙ〜５２ｚも同様である。初段増幅器５２ｘ、５２ｙ、５２ｚは、各々、３軸のホール素子からなる第２の磁気センサ４の各軸ｘ、ｙ、ｚの信号出力Ｈｘ’，Ｈｙ’，Ｈｚ’に対応し、入力された各軸ｘ、ｙ、ｚの信号出力を増幅して出力する。
【００３４】
差動増幅器５３ｘは、初段増幅器５１ｘの出力（出力Ｈｘ）と初段増幅器５２ｘの出力（出力Ｈｘ’）との差分（ΔＨｘ）を検出し、これを増幅して出力する。差動増幅器５３ｘは、高増幅率の差動増幅器５３ｘ−１、低増幅率の差動増幅器５３ｘ−２からなる。差動増幅器５３ｙ及び５３ｚも、図示しないが、同様である。差動増幅器５３ｘ−１の増幅率は、各々、例えば約２０倍とされ、これにより１ガウスの信号を約２８Ｖに増幅する。差動増幅器５３ｘ−２の増幅率は、例えば約２倍とされ、これにより１ガウスの信号を約２．８Ｖに増幅する。
【００３５】
前述のように、磁界の強度は距離の３乗に反比例して弱くなるので、第１の磁気センサ３（及び第２の磁気センサ４）からの信号を一定の増幅率で増幅したのでは、位置を検出できる範囲が狭くなる。そこで、この例では、増幅率の異なる複数（この例では２個）の増幅器を切り換えて使用することにより、磁石１の位置の検出範囲を拡大する。即ち、第１の磁気センサ３（及び第２の磁気センサ４）からの信号が小さい間は高増幅率の差動増幅器５３ｘ−１を使用し、その出力が飽和したら、低増幅率の差動増幅器５３ｘ−２を使用する。これにより、より広い範囲での信号の検出、即ち、位置の検出が可能となる。
【００３６】
なお、差動増幅器５３ｘの数（段数）は、２個に限られることなく、３個以上であってもよく、これらを増幅率の高い順に順次切り換えて使用するようにしてもよい。
【００３７】
Ａ／Ｄ変換器５４は、差動増幅器５３ｘ、５３ｙ、５３ｚの各々から入力される信号（アナログ信号）をデジタル信号に逐次変換して、コンピュータ１０に入力する。即ち、第１の磁気センサ３の検出出力Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚと第２の磁気センサ４の検出出力Ｈｘ’，Ｈｙ’，Ｈｚ’との差分ΔＨｘ，ΔＨｙ，ΔＨｚに相当するデジタル信号が形成され、コンピュータ１０に入力される。なお、Ａ／Ｄ変換器５４は、６チャンネルとされ、差動増幅器５３ｘ、５３ｙ、５３ｚの各々からの２個の入力を処理する。Ａ／Ｄ変換器５４を３チャンネルとして、差動増幅器５３ｘ、５３ｙ、５３ｚの各々からの２個の入力を切り換えて、いずれか一方を処理するようにしてもよい。
【００３８】
コンピュータ１０において、Ａ／Ｄ変換器５４からの入力ΔＨｘ，ΔＨｙ，ΔＨｚは、軌跡抽出処理部１１に送られる。軌跡抽出処理部１１は、前述のように所定の演算を行って、逐次入力される入力ΔＨｘ，ΔＨｙ，ΔＨｚから極座標（ｒ，β，α）を逐次算出し、これから更に磁石１の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）を逐次算出する。これにより、結果として、磁石１の描く軌跡を抽出することができる。軌跡抽出処理部１１は、抽出した磁石１の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）の軌跡を文字認識処理部１２に送る。
【００３９】
なお、Ａ／Ｄ変換器５４からの入力ΔＨｘ，ΔＨｙ，ΔＨｚを一旦バッファメモリ（図示せず）に格納するようにしてもよい。また、軌跡抽出処理部１１の出力する磁石１の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）の軌跡も一旦バッファメモリ（図示せず）に格納するようにしてもよい。
【００４０】
文字認識処理部１２は、抽出された磁石１の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）の軌跡に基づいて、文字（又は図形）認識処理を行う。文字認識処理としては、例えば加速度入力式ペン等から入力された情報についての文字認識処理技術を利用することができる。即ち、出力手段５から得られる情報は（３次元）位置情報であるので、既存の文字認識処理を利用することができる。むしろ、指先の位置を直接検出するため、誤差の蓄積が無く、従って、文字認識処理の対象となるデータとして従来よりも正確な文字（の軌跡）を入力することができる。従って、文字認識処理における識字率を向上することができる。文字認識処理部１２は、文字認識処理の結果を、表示装置１３に表示し、メモリ（図示せず）に格納する。
【００４１】
図４及び図５は、他の入力装置構成図であり、本発明の入力装置であって２次元位置を検出する両手装着型の入力装置を示す。特に、図４は本発明の入力装置を装着した状態を示し、図５は本発明の入力装置の構成を示す。
【００４２】
この例の入力装置は、図４に示すように、第１の磁気センサ３及び第２の磁気センサ４を、磁石１を装着した手と反対の手（この例では、左手）に装着した例である。なお、出力手段５は、図示しないが、図１と同様に、支持体８の裏面の支持体９上に取り付けられている。
【００４３】
この例では、片手のみで入力できると言う利便性は失われるが、文字の描かれる空間を制限することができる。即ち、第１の磁気センサ３及び第２の磁気センサ４を装着した手（左手）の掌を、図４に示すように、仮想的な書字面に見立てることができる。例えば、視覚障害者であれば、当該掌を磁石１を装着した指先でなぞることにより、触覚で文字を認識しながら文字を確実に入力することが可能となる（健常者においても同じ）。これにより、磁石１の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）の軌跡は、ほぼ当該掌に沿った２次元空間（平面）において描かれると考えてよく、多少の平面の捩れは殆どの場合無視することができる。
【００４４】
なお、文字の描かれる空間を制限するとはいっても、物理的な書字面とは異なり、磁石１の軌跡が当該掌からはみ出しても、文字の入力に何ら支障はない。また、特に何らの装置も必要とせず、文字の描かれる空間を２次元空間に制限することができる。
【００４５】
この結果、この例では、第１の磁気センサ３及び第２の磁気センサ４は、各々、２軸のホール素子からなる。２軸のホール素子からなる第１の磁気センサ３は、各軸ｘ、ｙの信号出力Ｈｘ，Ｈｙを出力する。２軸のホール素子からなる第２の磁気センサ４は、各軸ｘ、ｙの信号出力Ｈｘ’，Ｈｙ’を出力する。これに伴って、図５に示すように、回路構成を簡単化することができる。即ち、図２との対比から判るように、この例の出力手段５は、初段増幅器５１ｘ、５１ｙ、５２ｘ及び５２ｙを備え、初段増幅器５１ｚ及び５２ｚを省略している。また、差動増幅器５３ｘ及び５３ｙを備え、差動増幅器５３ｚを省略している。これにより、Ａ／Ｄ変換器５４のチャンネル数は４チャンネル（又は２チャンネル）で済む。Ａ／Ｄ変換器５４は、第１の磁気センサ３の検出出力Ｈｘ，Ｈｙと第２の磁気センサ４の検出出力Ｈｘ’，Ｈｙ’との差分ΔＨｘ，ΔＨｙに相当するデジタル信号をコンピュータ１０に入力する。
【００４６】
図６は、入力装置説明図であって、図４及び図５の入力装置における２次元位置を検出する原理を示す。
【００４７】
図６において、磁気モーメントｍの磁石１が位置（ｘ，ｙ）にある場合において、原点にある第１の磁気センサ３で計測される磁界のベクトルＨ＝（Ｈｘ，Ｈｙ）の関係を求める。透磁率をμとすると、磁石１から第１の磁気センサ３に向かう磁界の成分Ｈｒ及びこれに垂直な成分Ｈθは、次式で表される。即ち、
Ｈｒ＝（２Ｋｃｏｓθ）／ｒ３　、
Ｈθ＝（Ｋｓｉｎθ）／ｒ３　、
である。但し、ｒ＝（ｘ２　＋ｙ２　）１／２　、−ｃｏｓθ＝ｘ／ｒ、ｓｉｎθ＝ｙ／ｒ、Ｋ＝ｍ／４πμである。ここで、ｒは磁石１と第１の磁気センサ３との距離、θは第１の磁気センサ３のｘ軸からの磁石１の方向であり、ｒ及びθとも位置座標で表され、Ｋは定数である。
【００４８】
原点（第１の磁気センサ３の位置）での磁界のベクトルは、磁界の成分Ｈｒ及びＨθを合成してこれを各軸ｘ、ｙ及びｚに再配分すると、次式で表される。即ち、
Ｈｘ＝Ｈｒｃｏｓθ−Ｈθｓｉｎθ＝Ｋ／ｒ３　（２ｃｏｓ２　θ−ｓｉｎ２　θ）、
Ｈｙ＝−Ｈｒｓｉｎθ−Ｈθｃｏｓθ＝−Ｋ／ｒ３　（３ｃｏｓθｓｉｎθ）、
である。
【００４９】
第１の磁気センサ３により計測された磁界のベクトルＨ＝（Ｈｘ，Ｈｙ）から、逆に、磁石１の位置を求める（推定）する場合、以上の式を逆に解けばよい。即ち、
θ＝ｃｏｓ−１（Ａ）、
ｒ＝（（Ｋ２　／（Ｈｘ２　＋Ｈｙ２　））（３ｃｏｓ２　θ＋１））１／６　
Ａ＝（（（２Ｈｙ２　＋Ｈｘ２　）＋Ｈｘ（９Ｈｘ２　＋８Ｈｙ２　）１／２　）／（６（Ｈｘ２　＋Ｈｙ２　）））１／２　
である。これにより求まった座標（ｒ，θ）から、磁石１の位置は、
ｘ＝ｒｃｏｓθ、
ｙ＝ｒｓｉｎθ、
と計算により求まる。即ち、磁石１の位置座標（ｘ，ｙ）は、第１の磁気センサ３により計測された磁界のベクトルＨ＝（Ｈｘ，Ｈｙ）で表すことができる。
【００５０】
図７及び図８は、他の入力装置構成図であり、本発明の入力装置であって３次元位置を検出する片手装着型の入力装置を示す。特に、図７は本発明の入力装置を装着した状態を示し、図８は本発明の入力装置の構成を示す。
【００５１】
この例の入力装置は、図７に示すように、検出用の（第１の）磁気センサ３のみを磁石１の装着された側の手首に装着し、地磁気補償用の第２の磁気センサ４を省略した例である。そして、第２の磁気センサ４の省略に伴って、出力手段５は、接続線１４を介して、磁石１及び磁気センサ３に所定の周波数の交流信号を供給し、磁気センサ３の出力信号を同期検波により検出する。従って、磁石１は、永久磁石ではなく、電磁石からなる。磁気センサ３は３軸（多軸）のホール素子からなる。従って、磁石１の位置の検出原理は、図１及び図２の例と同様である。また、磁石１と磁気センサ３との間が接続線１４により接続される。なお、出力手段５は、図示しないが、図１と同様に、支持体８の裏面の支持体９上に取り付けられている。
【００５２】
この例では、接続線１４の存在により装着にやや煩わしさがあるが、同期検波により地磁気の影響をほぼ確実に除去することができるので、より実用的である。また、このための交流回路（図８参照）が必要となるが、一方で、磁気センサ４、支持体８及び９を不要とすることができ、構成を（指輪と腕輪との組み合わせ程度に）極めて簡素化することができる。
【００５３】
図８において、出力手段５は、第１の磁気センサ３の出力信号を同期検波して出力する。このために、出力手段５は、初段増幅器５１（５１ｘ、５１ｙ、５１ｚ）、増幅器５５（５５ｘ、５５ｙ、５５ｚ）、同期検波回路５６（５６ｘ、５６ｙ、５６ｚ）、平滑化回路５７（５７ｘ、５７ｙ、５７ｚ）、多チャンネルのアナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）５４を備える。
【００５４】
増幅器５５ｘは、図２と同様に、初段増幅器５１ｘが約２３０倍に増幅した出力（出力Ｈｘ）を、更に増幅して出力する。増幅器５５ｘは、図２と同様に、高増幅率（２０倍）の増幅器５５ｘ−１、低増幅率（２倍）の増幅器５５ｘ−２からなる。増幅器５５ｙ及び５５ｚも、図示しないが、同様である。なお、前述のように、増幅器５５ｘの数（段数）は、２個に限られることない。増幅器５５ｘ−１の出力は、対応する同期検波回路５６ｘ−１において同期検波される。このために、正弦波発振回路５８の出力する正弦波が、同期検波回路５６ｘ−１にも入力される。この正弦波は磁石１である電磁石に印加されるものと同一のものである。即ち、正弦波発振回路５８の出力する正弦波が、駆動回路５９を介して、磁石１である電磁石に印加される。従って、周知の同期検波により、地磁気の影響を除去した信号を検出することができる。同期検波回路５６ｘ−１の出力は、対応する平滑化回路５７ｘ−１において平滑された後、Ａ／Ｄ変換器５４に入力される。他の増幅器５５ｘ−２についても同様に、同期検波回路５６ｘ−２で同期検波され、平滑化回路５７ｘ−２で平滑される。更に、増幅器５５ｙ及び５５ｚについても、同様に、対応する同期検波回路５６ｙ及び５６ｚ、平滑化回路５７ｙ及び５７ｚが設けられる。これにより、Ａ／Ｄ変換器５４は、増幅器５５ｘ、５５ｙ、５５ｚの各々から入力される信号（アナログ信号）をデジタル信号に逐次変換して、磁気センサ３の検出出力Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚから地磁気の影響を除去したΔ’Ｈｘ，Δ’Ｈｙ，Δ’Ｈｚに相当するデジタル信号をコンピュータ１０に入力する。
【００５５】
図９は、他の入力装置構成図であり、本発明の入力装置であって２次元位置を検出する片手装着型の入力装置を示す。図９は図８に対応する。
【００５６】
図８との対比から判るように、この例の入力装置は、図７及び図８の入力装置において、磁気センサ３として、２軸のホール素子を用いている。従って、磁石１の位置の検出原理は、図４及び図５の例と同様である。即ち、この例では、入力装置は、片手装着型ではあるが、図４と同様に、他方の掌を利用して文字を描いて入力する。これにより、磁気センサ３を２軸のホール素子とすることができる。
【００５７】
図９において、出力手段５は、初段増幅器５１（５１ｘ、５１ｙ）、増幅器５５（５５ｘ、５５ｙ）、同期検波回路５６（５６ｘ、５６ｙ）、平滑化回路５７（５７ｘ、５７ｙ）、多チャンネルのアナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）５４を備える。即ち、図８の回路において、磁気センサ３のｚ軸の出力に対応する回路を省略した回路となる。従って、これにより、初段増幅器５１ｘ、５１ｙ及び増幅器５５ｘ、５５ｙにより増幅された信号を同期検波回路５６ｘ、５６ｙで同期検波して、平滑化回路５７ｘ、５７ｙで平滑された後、Ａ／Ｄ変換器５４で逐次Ａ／Ｄ変換して、磁気センサ３の検出出力Ｈｘ，Ｈｙから地磁気の影響を除去したΔ’Ｈｘ，Δ’Ｈｙに相当するデジタル信号をコンピュータ１０に入力する。
【００５８】
なお、図９の例の場合、他方の掌を利用することを前提としているので、更に、両手装着型としてもよい。即ち、右手又は左手のいずれか一方の指に磁石１を装着した場合において、磁気センサ３を、図７のように磁石１と同一の側の手首ではなく、右手又は左手の他方の手首に装着するようにしてもよい。
【００５９】
更に、この場合、右手と左手の間を繋ぐように接続線１４が存在するので、多少煩わしい。そこで、交流信号を磁気センサ３側から磁石１へ無線により伝送するようにする。これにより、接続線１４を不要にすることができるので、両手を繋がれる煩わしさをなくすことができる。この場合、２個の電源を別個に設ける必要がある。即ち、磁石１用の電源を例えば右手（図７における磁気センサ３の位置）に装着して磁石１と有線で接続し、磁気センサ３用の電源を例えば左手に装着する。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、入力装置において、指先の磁石と手首の（第１の）磁気センサとの間の相対的な位置の移動による軌跡を電気信号の変化として検出し、文字情報としてコンピュータに入力することができる。また、この時、（第２の）磁気センサ又は同期検波を利用することにより、（第１の）磁気センサへの地磁気の影響を除き、指先の磁石の軌跡をほぼ正確に検出することができる。これにより、従来の種々の入力装置とは異なり、視覚障害者等でも、容易に文字を入力することができる。また、指先及び手首に装着することができるので、身体に簡単に装着して所々に移動することができ、視覚障害者等でも、本発明の入力装置をモバイル環境で使用でき、場所を問わずコンピュータを利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】入力装置構成図である。
【図２】入力装置構成図である。
【図３】図１及び図２の入力装置説明図である。
【図４】他の入力装置構成図である。
【図５】他の入力装置構成図である。
【図６】図４及び図５の入力装置説明図である。
【図７】他の入力装置構成図である。
【図８】他の入力装置構成図である。
【図９】他の入力装置構成図である。
【符号の説明】
１　　磁石
３　　第１の磁気センサ
４　　第２の磁気センサ
５　　出力手段
１１　　軌跡抽出処理部
１２　　文字認識処理部
【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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【図８】
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【図９】
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