(57)【要約】【課題】  安価で精度よく三次元的な図形入力を行うことができる三次元図形入力装置を提供する。【解決手段】本発明の入力装置は人が容易に動かせる大きさであって、異なる方向への指向性をもった複数個の圧力センサーを内部に取り付け、それを動かすことによって圧力センサーに生じる空気による反作用を検出する一方、センサーが押した空気を外部にスムースに押し出すためのラッパ状の管、外部からの風などによる擾乱を防ぐためのカバーを取り付けることによって、入力装置の空間内での運動を安定的に検出してコンピューターなどに位置変化を入力し、グラフィック操作を可能にできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力装置を動かすことによって入力装置に取り付けた圧力センサーの空気による反作用によって発生する出力電圧を符号化し、コンピューターなどに入力することを特徴とする入力装置。
【請求項２】
圧力センサーと外気との間にラッパ状の管を取り付けて圧力センサーが押し出した空気が滑らかに外部に押し出されるようにす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】
内面が凸面と凹面を組み合わせた形状をしたカバーを取り付けて外部から吹き込む風を防ぎつつ圧力センサーが押し出した空気が滑らかに外部に押し出されるようにすることを特徴とする請求項１および請求項２に記載の入力装置。
【請求項４】
互いに異なる方向に正負の向きをもつ圧力センサーを球面上に接線方向に向けて取り付けることによって入力装置の移動と回転とを検出できるようにした請求項１に記載の入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコンピューターなどのＯＡ機器に対する入力装置に関するものであり、特に人とコンピューターとの相互作用においてグラフィックシンボルを人が三次元的に直接操作できるようにすることに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、図形入力装置としては、二次元的図形入力のためのマウス、ジョイスティック、トラックボールなどがある。さらに一次元付け加えて三次元入力にするためにこれらにホイールやもう１個のローラーボールなどの付加的要素を追加したりしていた。直接体感的に三次元的図形入力を行う装置としては、固定した複数のコイルと空間的に動きうるコイルが互いに作り出す電磁場の相互干渉を検出することによって空間的に動きうるコイルの位置を検出したり、互いに距離をおいて固定された３個の超音波受信機に向かって人が超音波を発射しその到達時間の違いから三角測量の原理を使って発信源の位置と運動を検出したりしていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、マウスなどをベースにした方式は基本的に二次元的図形入力を行うものであり体感的な三次元入力は行えず、また従来の三次元的図形入力装置は高価で大がかりになり扱いにくくかつ精度も十分ではなかった。
【０００４】
本発明は、斯かる実情に鑑み、安価で精度よくコンピューターなどへ三次元的な図形入力を行うことができる入力装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の入力装置は人が容易に動かせる大きさであって、内部に指向性をもった複数個の圧力センサーを取り付け、それを動かすことによって圧力センサーに生じる空気による反作用を検出する一方、センサーが押した空気を外部にスムースに押し出すためのラッパ状の管、外部からの風などによる擾乱を防ぐためのカバーを取り付けることによって、入力装置の空間内での運動を安定的に検出してコンピューターなどに移動や回転を入力し、グラフィック操作を可能にできる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の入力装置によれば、コンピューターなどのＯＡ機器に対して安価で精度よく三次元的な図形入力を行うことができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明を入力装置として使うためには，コンピューターのディスプレイ内の仮想空間に対応する空中で本装置を手で持ちながら三次元的に動かして三次元的図形入力を行う。
【実施例１】
【０００８】
以下、本発明の実施例を図示例と共に説明する。
【０００９】
図1〜図8の図中、同一の符号を付した部分は同一物をあらわしている。
【００１０】
人が運動を指示するためには空気中で入力装置を移動させることによる。
【００１１】
図1は入力装置の内部に取り付けたセンシングシステムの構成を示している。図２はセンサー１の構成を示している。図３はセンサー１からの出力を増幅する電荷増幅器５の回路図である。
【００１２】
センサー１は両面に電極をつけたピエゾフィルムである。フィルム１は凸面体２の上に両面接着テープ３を使って取り付けてある。凸面体２の材質は振動を吸収できる適度のやわらかさとともにピエゾフィルム１に反作用を与えられる適度の剛性を持っていなければならない。フィルム１の両面の端部はそれぞれコネクター４に差し込まれ、フィルム１に生じる電荷は電荷増幅器５によって電圧に変換される。
【００１３】
凸面体２の代わりに図４のように凹面６、凹面と凸面の組み合わせ７、または球面８でもよいが、このフィルム１はたわめることによって感度が増大するので、平面形状では感度が低下する。なおこの曲率半径があまりに小さいと静止時にもかなりの表面電荷が発生し、増幅器５の出力にオフセット電圧が発生することになる。
【００１４】
人が入力装置を動かすとフィルム１は空気を外部に向かって押しその応力に比例する表面電荷がフィルム１に発生する。Ｓｔｏｋｅｓの定理によって空中での低速の移動による空気抵抗は移動速度に比例するので、電荷増幅器５の出力電圧は入力装置の移動速度に比例する。したがって電荷増幅器５の出力を積分することによって入力装置の移動距離を検出できる。人が装置を停止させた場合、センサー１が押すことによって起こる空気の流れそのものは慣性によってしばらくは続くが、フィルム１に対する応力は直ちになくなる。よって、フィルム１に生じる表面電荷を観測することによって応答性よく装置の動きを検知できるのである。
【００１５】
センサー１と外気との間には管９を設ける。管９は外部に空気をスムースに押し出すことができるよう先が開いたラッパ状をしている。ラッパ状の管９の前面は箱１６から外側に突き出ている。この管９を取り付けることによって感度が向上するとともに、この管９はセンサー１に適度な指向性を与え、また不要な空気の流れがフィルム１にあたることを防ぐ効果がある。管９とセンサー１との間には間隙を設けてスムースな空気の流れが生じるようにする。
【００１６】
この管９を指でふさいだりするとその方向への移動が感知できない。一方外部の風がこの管９から中へ吹き込むとこれが擾乱となり、装置の移動を検出できなくなる。これらを防ぐために管９の先にはカバー１０を取り付ける。図５が示すようにカバー１０の内面は凸面１１と凹面１２を組み合わせて、センサー１が押して外部に押しだされた空気が最小の抵抗で方向を９０度転換してカバー１０の端から外部に拡散できるようにしている。一方外部からの風はこのカバー１０によって管９の中に吹き込めない。
【００１７】
カバー１０は柱１５によってやや浮かして箱１６に取り付けてある。この部分の隙間、および管９の端とカバー１０との間隔は数ｍｍで、これらが狭すぎると感度が低下し、広すぎると外部からの風が吹き込むので適当に調整する。また管９が箱１６から高き突き出すほど風除けの効果がある一方感度は低下するのでこの高さも適当に調整する。
【００１８】
カバー１０の中央部の凸面１１はセンサー１が押し出した空気の流れに対する抵抗となっており、その抵抗は凸面１１の直径に比例するので、図６のカバー１３ではその部分を２つに分けその中央に穴１４を設けてそこから外気と接続するようにしている。この形状のカバー１３はカバー１０に比べ感度は向上するが風などによる擾乱の影響を受けやすい。
【００１９】
装置を逆方向に動かしたとき、および停止させたときカバーはセンサーに向かって空気の流れを生じさせそれも擾乱となる。カバー１３はカバー１０に比べてそれによる影響は少ない。
【００２０】
センサーであるピエゾフィルム１と電荷増幅器５は外部の電磁界に対して敏感であるので、箱１６およびカバー１０は導電体を用いグラウンドに接続してシールドとしなければならない。
【実施例２】
【００２１】
図７と図８は実施例１で説明したセンサー１をそれぞれ異なる方向に６個取り付けて三次元の運動を検出できるようにしたものである。
【００２２】
図７では各センサーはそれぞれｘｙｚ軸の方向を向くように取り付けられてそれぞれ各軸の正または負の方向に最大の感度をもつ。おのおののセンサーの出力を組み合わせることによって装置を空中で動かしたときの移動ベクトルの方向と大きさを計算できる。
【００２３】
図８ではおのおののセンサーは中心から等距離に（すなわち球面状に）、互いに等間隔で球面に対して接線方向に向くように取り付けてある。これによって移動体の中心の三次元的運動ベクトルとともに、移動体をその中心の周りに回転させたときの回転角（オイラー角）をも測定できる。たとえばセンサー１７とセンサー１８の出力からｚ軸の周りの回転角を計算できる。（他も同様）。
【００２４】
図７の構成は各センサーの間隔は自由に設定できるので、例えば厚み方向の２個のセンサーの間隔を近づけて薄型の装置とすることが出来る。  図８の構成ではセンサーと装置の中心との距離によって装置を回転させたときの角分解能が決まるので、センサー同士をあまりに近づけたり、センサーと中心との距離をそれぞれ違えたりするとオイラー角の測定精度が低下する。
【００２５】
図９ではセンサーは２個づつ組になっており、おのおののセンサーは４５度の方向に対して最も感度が高いように互いに９０度の角度で取り付けられている。この２つのセンサーの合成によって移動体の中心の移動が計算でき、その差によって回転角度が計算できる。例えばセンサー１９とセンサー２０の出力の和からx軸方向の正の移動量を、センサー１９の出力からz軸の周りの正の回転角度をセンサー２０の出力からz軸の周りの負の回転角度を計算できる。（他も同様）。
【００２６】
図７図８図９で図示した各センサーの出力の組から計算したｘｙｚ各軸に関する移動量および回転角は、マウスなどの標準的なプロトコルに従って符号化されホストコンピューターに送られる。
【００２７】
尚、本発明の入力装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例１のセンサーシステムの構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施例１において使用する圧力センサーの構成を示す説明図である。
【図３】本発明の実施例１の圧力センサーに発生する電荷を電圧に変換する電荷増幅器の回路図である。
【図４】本発明の実施例１において使用する圧力センサーの異なる形状を示す説明図である。
【図５】本発明の実施例１で使用するカバーの構造を示す説明図である。
【図６】本発明の実施例１で使用するカバーの異なる構造を示す説明図である。
【図７】本発明の実施例２での圧力センサーの配置を示す説明図である。
【図８】本発明の実施例２での圧力センサーの異なる配置を示す説明図である。
【図９】本発明の実施例２での圧力センサーの異なる配置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    センサー
２    凸面体
３    両面接着テープ
４    コネクター
５    電荷増幅器
６    凹面
７    凹面と凸面の組み合わせ
８    球面
９    管
１０    カバー
１１    凸面
１２    凹面
１３    カバー
１４    穴
１５    柱
１６    箱
１７    センサー
１８    センサー
１９    センサー
２０    センサー
【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】
2005056142.tif 000009
【図８】
2005056142.tif 000010
【図９】
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