(57)【要約】【課題】  コイル検出性能を落とすことなく、コイル間の共振周波数の調整を不要とする。【解決手段】  位置を検出するために同じ共振周波数のコイルＡ、Ｂを使用し、それぞれ対角に実装し、また、回転角を検出するために、それらのコイルとは異なる共振周波数のコイルをそれら２個のコイルと直角となる位置に実装する。なお、ボタン押下により回転角を検出するためのコイルＣは一時的に共振しない（オープンの）状態となり、通常操作においてはパック装置を回転させる行為とボタンを押す行為とは同時にされることがないため、ボタン押下時に回転角の検出が不安定となる状態は許容できる。また、位置検出用の２個のコイルは、基本的に点対称の位置に実装されていればその重心計算により中心位置を算出でき、精度の向上を図ることができる。【選択図】      図１
2005250631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センステーブル上を移動し、その位置および回転角を検出するために前記センステーブル上に載置されるパック装置であって、
点対称位置に実装される同じ共振周波数を持った前記位置検出用の２個のコイル、
を備えたことを特徴とするパック装置。
【請求項２】
前記２個のコイルの中心を結線した線と直角方向に実装される、前記２個のコイルとは共振周波数が異なり、ボタン押下により共振しない前記回転角検出用の1個のコイルと、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のパック装置。
【請求項３】
センステーブル上を移動するパック装置のそれぞれの位置と回転角とを検出するセンステーブル管理装置であって、
前記それぞれのパック装置に実装された共振周波数が同じ２個のコイル、および共振周波数の異なる1個のコイルから電磁誘導により誘起されるそれぞれの信号を受信する信号受信部と、
前記２個のコイルが持つ共振周波数により移動する前記それぞれのパック装置の位置を算出し、かつ、前記１個のコイルにより回転角を算出する演算部と、
を備えたことを特徴とするセンステーブル管理装置。
【請求項４】
センステーブル上を移動するパック装置のそれぞれの位置と回転角とを検出するセンステーブル装置を用いた移動軌跡算出方法であって、
前記それぞれのパック装置に実装された共振周波数が同じ２個のコイル、および共振周波数の異なる1個のコイルから電磁誘導により誘起されるそれぞれの信号を受信する工程と、
前記２個のコイルが持つ共振周波数により移動する前記それぞれのパック装置の位置を算出し、かつ、前記１個のコイルにより回転角を算出する工程と、
を有することを特徴とする移動軌跡算出方法。
【請求項５】
センステーブル上を移動するパック装置のそれぞれの位置と回転角とを検出するセンステーブル装置に用いられるプログラムであって、
前記それぞれのパック装置に実装された共振周波数が同じ２個のコイル、および共振周波数の異なる1個のコイルから電磁誘導により誘起されるそれぞれの信号を受信する処理と、
前記２個のコイルが持つ共振周波数により移動する前記それぞれのパック装置の位置を算出し、かつ、前記１個のコイルにより回転角を算出する処理と、
をコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センステーブル上を移動し、その座標および回転角を検出するために前記センステーブル上に載置される、パック装置およびセンステーブル装置、ならびに移動軌跡算出方法、移動軌跡算出プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＵＩ（Character User Interface）、ＧＵＩ（Graphical User Interface)に続く次世代のユーザインタフェースとして、ＭＩＴでは、ＴＵＩ（Tangible User Interface）と称される直感的なインタフェースの研究が行われている。
この研究のプラットフォームとしてセンステーブルと称される装置が使用され、この装置は、センステーブル本体の他に、位置と回転角を検出するパックから構成されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
図７に、ＴＵＩを用いてネットワーク設計を行う場合のセンステーブル装置の構成例が示されている（例えば、非特許文献１参照）。
すなわち、磁気シートが敷設されたセンステーブル本体７１上には、ＰＣ７２によって生成出力される設計図がプロジェクタ７３を介して投影され、その設計図上をユーザが、コイルが巻かれたパック７４を操作することにより、ＰＣ７２によってその座標位置、あるいは回転角が取り込まれる。
【０００４】
例えば、センステーブル本体７１上に投影された設計図に表現されたノード間にリンクを設定する場合、リンクを設定するノードにバインドしたパック７４同士を接触させることにより実施し、リンクの帯域を変更する場合は、リンクにパック７４をバインドし、回転させることにより実現する。このＴＵＩを適用することによって複数の人間によるパック操作が可能となり、設計者間で議論しながらコラボレーションによる設計が可能になる。
【非特許文献１】［平成１６年０２月１３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://tangible.media.mit.edu/papers/SenseTable_CHI01/SenseTable_CHI01.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記したセンステーブルは、座標位置検出にコイルを用いた電磁誘導方式を採用しており、共振周波数の異なる２個のコイルを実装したパックから信号を受信することにより、パックの中心位置および回転角を算出していた。従って、パックに実装されるコイルの種類により、設定できる共振周波数の範囲と幅が決まっており、トータルとしての利用パック数が限定される。
非特許文献１に開示された例においては、５個程度のパックしか利用できず、従ってＴＵＩを用いたコラボレーションによる設計が制限され、特に、ネットワーク設計においては十分なインタフェースを提供するものとは言えなかった。
【０００６】
ここで、異なる共振周波数の大小のコイルＡ、Ｂを２個用いることによりコイルＡ内にコイルBを設けて１個のパックを構成することによって係る問題を解決が可能である。
このパック装置によれば、コイルの半径が大きくなれば、例えば、図８にその特性図が示されるように、電流（あるいは電圧、電力）の立ち上がりにある程度時間が必要であるのでコイルを検出する時間（図中、α）をコイルの半径に応じて設定される。これにより、大コイルＡは小コイルＢより安定的に検出できる。
しかしながら、大コイルＡは小コイルＢより安定的に検出するために、コイルの半径に応じた検出時間を確保する必要があるが、この検出時間は短い方が望ましい場合もある。
また、コイルＡ内にコイルＢが存在すると、単独の場合と比べて共振周波数がシフトするので、個々のコイルＡ、Ｂについてその共振周波数の調整が必要となる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、コイル検出性能を落とすことなく、コイル間の共振周波数の調整を不要としたパック装置およびセンステーブル装置、ならびに移動軌跡算出方法、移動軌跡算出プログラム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】
【０００８】
上記した課題を解決するために本発明は、センステーブル上を移動し、その位置および回転角を検出するために前記センステーブル上に載置されるパック装置であって、点対称位置に実装される同じ共振周波数を持った前記位置検出用の２個のコイルを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明において、前記２個のコイルの中心を結線した線と直角方向に実装される、前記２個のコイルとは共振周波数が異なり、ボタン押下により共振しない前記回転角検出用の1個のコイルと、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記した課題を解決するために本発明は、センステーブル上を移動するパック装置のそれぞれの位置と回転角とを検出するセンステーブル管理装置であって、前記それぞれのパック装置に実装された共振周波数が同じ２個のコイル、および共振周波数の異なる1個のコイルから電磁誘導により誘起されるそれぞれの信号を受信する信号受信部と、前記２個のコイルが持つ共振周波数により移動する前記それぞれのパック装置の位置を算出し、かつ、前記１個のコイルにより回転角を算出する演算部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
上記した課題を解決するために本発明は、センステーブル上を移動するパック装置のそれぞれの位置と回転角とを検出するセンステーブル装置を用いた移動軌跡算出方法であって、前記それぞれのパック装置に実装された共振周波数が同じ２個のコイル、および共振周波数の異なる1個のコイルから電磁誘導により誘起されるそれぞれの信号を受信する工程と、前記２個のコイルが持つ共振周波数により移動する前記それぞれのパック装置の位置を算出し、かつ、前記１個のコイルにより回転角を算出する工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
上記した課題を解決するために本発明は、センステーブル上を移動するパック装置のそれぞれの位置と回転角とを検出するセンステーブル装置に用いられるプログラムであって、前記それぞれのパック装置に実装された共振周波数が同じ２個のコイル、および共振周波数の異なる1個のコイルから電磁誘導により誘起されるそれぞれの信号を受信する処理と、前記２個のコイルが持つ共振周波数により移動する前記それぞれのパック装置の位置を算出し、かつ、前記１個のコイルにより回転角を算出する処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、位置を検出するために同じ共振周波数のコイルを２個使用し、それぞれ対角に実装し、また、回転角を検出するために、それらのコイルとは異なる共振周波数のコイルをそれら２個のコイルと直角となる位置に実装することで、位置を決定する２個のコイルは、以前と同じ精度および時間内で検出することができ、コイル内にコイルが存在する従来の実装形態とは異なって共振周波数のシフトは起らず、調整は不要となる。
なお、ボタン押下により回転角を検出するためのコイルは一時的に共振しない（オープンの）状態となり、通常操作においてはパック装置を回転させる行為とボタンを押す行為とは同時にされることは少ないため、ボタン押下時に回転角の検出が不安定となる状態は許容できる。また、位置検出用の２個のコイルは、基本的に点対称の位置に実装されていればその重心計算により中心位置を算出でき、精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明におけるパック装置の構成を説明するために引用した図であり、（ａ）に本発明実施形態が、（ｂ）に従来例が対比して示されている。パック装置１は、それぞれがＩＤを持ち、電磁結合によって図示せぬセンステーブル装置に接続される。
図１（ａ）に示されるように、パック装置１には、同じ共振周波数を持つ径の異なる２個のコイルＡ、Ｂが点対称位置に実装され、すなわち、当該各コイルＡ、Ｂの中心を結線した線上に実装されている。また、この結線に対して直角方向に回転角検出用の共振周波数が異なる１個のコイルＣが実装されている。ここでは、パック装置１の中心位置ｃ、および当該中心位置ｃからコイルＣの中心位置までの方向角を回転角θとしている。
なお、コイルＣが持つ共振周波数は他の全てのパック装置で同じとし、また、ボタン（図示せず）が取り付けられ、このボタンが押されることにより一定時間共振しない構造になっているものとする。
【００１５】
ちなみに、図１（ｂ）に示すパック装置１は、異なる共振周波数を持つ径の異なる２個のコイルＡ、Ｂを備え、当該２個のコイルＡ、Ｂのうち、径の大きなコイルＡの中に小さなコイルＢが実装され、また、径の小さなコイルＢは、各コイルＡ、Ｂの中心を結線した線上に実装され、パック装置１の中心位置ｃ、および当該中心位置ｃから径の小さなコイルＢの中心位置までの方向角を回転角θとしている。
【００１６】
上記したように本発明によれば、位置を検出するために同じ共振周波数を持つコイルＡ、Ｂを対角に実装し、また、回転角を検出するために、それらのコイルＡ、Ｂとは異なる共振周波数を持つコイルＣをそれら２個のコイルＡ、Ｂと直角となる位置に実装することで、位置を決定する２個のコイルＡ、Ｂは、以前と同じ精度および時間内で検出することができ、図１（ｂ）に示すコイル内にコイルが存在する従来の実装形態とは異なり共振周波数のシフトは起らず、調整は不要となる。
なお、ボタン押下により回転角を検出するためのコイルＣは一時的に共振しない（オープンの）状態となり、通常操作においてはパック装置を回転させる行為とボタンを押す行為とは同時にされることは少ないため、ボタン押下時に回転角の検出が不安定となる状態は許容できる。また、位置検出用の２個のコイルは、基本的に点対称の位置に実装されていればその重心計算により中心位置を算出でき、精度の向上を図ることができる。
【００１７】
図２に、本発明のパック装置における他の実施形態が示されている。図２（ａ）に示すパック装置は、位置検出用の２個のコイルＡ、Ｂにコイル電線を捲装した例が示されており、中心位置の検出を容易とするために中心を絞りながら捲装する例が示されている。また、図２（ｂ）に示すパック装置は、三角形状をしたコイルＡ、Ｂにコイル電線を捲装した例が示されており、図２（ａ）同様、中心位置の検出を容易とするために中心を絞りながら捲装する例が示されている。
いずれにせよ、位置検出用の２個のコイルＡ、Ｂは、同じ共振周波数を有し、基本的に点対称の位置に実装されていれば形状は自由であり、その重心計算により中心位置を算出でき、精度の向上を図ることができる。なお、他に、コイルがパック装置中心にその中心を合わせて実装され、かつ、それ以外にコイルを１個設ければ、検出精度が若干下がるものの同じ効果が得られる。
【００１８】
図４にセンステーブル装置の内部構成を示す。センステーブル装置２には、内部にアンテナプリント線（センサ基板２１）が敷設されている。センサ基板２１には、Ｘ方向、Ｙ方向に狭い幅で受信コイル（それぞれ、Ｘｉ；Ｘ０〜Ｘｚ，Ｙｉ；Ｙ０〜Ｙｚ）が配置されており、パルス発振器２２によってセンサ基板２１に送信キャリアがある一定期間供給され、移動するパック装置１に実装されたコイルＡ、Ｂとの間の電磁結合によって誘起される信号を受信する仕組みになっている。
具体的には、チャネル選択回路２３によってマイコン制御の下で発振チャネルが切替えられ、受信チャネルを介してセンスされた信号は、増幅器２４で増幅され、ＡＤ変換器２５によってデジタル信号に変換され検出装置２６に供給される。検出装置２６では、各コイルＡ、Ｂの位置から、パック装置１の位置および回転角を検出する。詳細は図４を用いて後述する。
【００１９】
パック装置１（＃０〜＃ｎ）は、センステーブル装置２上を移動し、その座標位置および回転角を検出するためにセンサ基板２１上に載置される。また、それぞれのパック装置１には、同じ共振周波数を持つ径の異なるコイルが２個実装され、各コイルの中心を結線した線上に各コイルＡ、Ｂが実装されている。図３に、センサ基板２１と、センサ基板２１上を移動するパック装置１との関係が示されている。
パック装置１（＃０〜＃ｎ）に実装される径の異なるコイルの大きさを検出するアンテナプリント線のマス目の数は、コイルによって異なるようになっている。例えば、線間距離を５ｍｍとした場合、７ｍｍだと２〜３マス程度の広がりが得られるものとする。但し、検出されるピーク電流の閾値を下げると広がりが大きくなる。例えば、７ｍｍで２〜３マスとした場合、１４ｍｍの場合には３〜４マスとなり、これでは、３マスの場合にどちらに属するかは判断できない可能性がある。但し、１４ｍｍの場合で３マスとなることはほとんどないため、この程度のサイズの比でもほとんど検出可能である。また、線間を３ｍｍまですれば、７ｍｍと１４ｍｍでは問題なく区別が可能になる。いずれにしてもアンテナプリント線間とコイルのサイズは、連携して調整が必要になり、検出性能に大きく影響する。
【００２０】
図５は、図３に示す検出装置２６の内部構成を詳細に示したブロック図である。検出装置２６は、センステーブル装置２上を移動するパック装置１の位置と回転角とを検出するために、信号受信部２６１と、パック判定部２６２と、演算部２６３と、移動軌跡ＤＢ２６４で構成される。
信号受信部２６１は、センステーブル装置２上を移動する複数のパック装置１（＃０〜＃ｎ）に実装された、共振周波数が同じで径の異なる２個のコイルから電磁誘導により誘起されるそれぞれの信号を受信し、パック判定部２６２および演算部２６３へ供給する。パック判定部２６２は、それぞれのパック装置１に実装された同じ共振周波数を持つ２個のコイルＡ、Ｂから電磁誘導により誘起される信号に基づきパック装置１が持つそれぞれのＩＤを判定し、また、演算部２６３は、異なる共振周波数を持つコイルＣ１から電磁誘導により得られる信号から移動するそれぞれのパック装置１の中心と回転角を算出し、その結果得られるパック装置ＩＤおよびパック装置１の中心位置、回転角θを移動軌跡ＤＢ２６４へ格納する。このため、移動軌跡ＤＢ２６４には、各パック装置１の移動軌跡が格納される。
【００２１】
図６は、本発明実施形態の動作を説明するために引用したフローチャートであり、具体的には本発明における移動軌跡算出プログラムの処理手順を示す。
以下、図５に示すフローチャートを参照しながら図１〜図４に示す本発明実施形態の動作について詳細に説明する。
【００２２】
センサテーブル装置２は、パルス発信器２２により特定のコイルと共振する周波数を発生させる。そして、チャネル選択回路２３によりまずＸ０を選択し、このＸ０の範囲に指定したコイルが存在する場合は、その時のＹｉに共振して誘導された電流が発生する。この場合、縦横の交差点にコイルの一部が存在することがわかる。
上記した処理（Ｓ５１：コイルの共振信号の有無）を、チャネル選択回路２３により、Ｘ０〜Ｘｚを選択しながら実行し、その時に誘導された電流をＹ０〜Ｙｚで検出する（Ｓ５２）。ここでは、Y軸側で検出される電流値が小さいため、それを増幅器２４で増幅した後、ＡＤ変換器２５でディジタル信号に変換し（Ｓ５３）、検出装置２６でその値から存在の有無を検出する（Ｓ５４）。このコイルの存在有無の確認は、チャネル選択回路２３によるチャネル切替え毎に行われる。
【００２３】
なお、上記した処理で、コイルの位置がわかるが、図３に示されるように、アンテナプリント線のマス目が5mm間隔であるため、そのまま計算してしまうと、コイルのセンター位置の精度かなり落ちてしまう。そこで、検出されたマス目とその電流値を利用して、重心を計算することにより、一定の精度を得ている。
【００２４】
一方、演算部２６３では、全てのコイルについてパック位置の特定を行っており（Ｓ５５）、コイルＡ、Ｂの座標位置からパック装置１の位置を特定し（Ｓ５６、Ｓ５７）、コイルＣの座標位置から回転角を算出する（Ｓ５８）。
具体的には、２つのコイルの座標位置を、Ａが（ｘ１，ｙ１）、Ｂが（ｘ２．ｙ２）とすれば、回転角θは、演算部２６３で、ｔａｎ−１（ｘ２−ｘ１）／（ｙ２−ｙ１）を運算することによって求めることができる。但し、回転角検出能力は従来同様１８０度以内である。なお、ここでは、パック装置１を構成するそれぞれのコイルＡ、Ｂからそのペアを確定することができる。
【００２５】
以上のようにして算出されたセンステーブル装置２上を移動する各パック装置１の中心位置および回転角は、パック装置１の移動がある毎、パック判定部２６２で判定されたそれぞれのパックＩＤに基づく移動軌跡として移動軌跡ＤＢ２４に記録される（Ｓ５９）。なお、Ｓ５１の処理において、Ｙｉに共振して誘導される電流が発生しない場合（コイルの存在無し）は、移動軌跡ＤＢ２６４からそのデータが削除される（Ｓ６０）。
以上の動作は、センステーブル装置２上に載置された全てのパック装置数分繰り返される（Ｓ６１）。
【００２６】
以上説明のように本発明は、位置を検出するために同じ共振周波数のコイルを２個使用し、それぞれ対角に実装し、また、回転角を検出するために、それらのコイルとは異なる共振周波数のコイルをそれら２個のコイルと直角となる位置に実装することで、位置を決定する２個のコイルは、以前と同じ精度および時間内で検出することができ、コイル内にコイルが存在する従来の実装形態とは異なって共振周波数のシフトは起らず、調整は不要となる。
なお、ボタン押下により回転角を検出するためのコイルは一時的に共振しない（オープンの）状態となり、通常操作においてはパック装置を回転させる行為とボタンを押す行為とは同時にされることは少ないため、ボタン押下時に回転角の検出が不安定となる状態は許容できる。また、位置検出用の２個のコイルは、基本的に点対称の位置に実装されていればその重心計算により中心位置を算出でき、精度の向上を図ることができる。
【００２７】
なお、上記した本発明実施形態によれば、円形のコイルを例示したが、検出できる形状であれば形状に左右されず、その場合、形状によっては更に利用可能なパック数の増大がはかれる。
また、図５に示される信号受信部２６１、パック判定部２６２、演算部２６３のそれぞれで実行される手順をコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより本発明のセンステーブル装置が実現されるものとする。ここでいうコンピュータシステムとは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものである。
【００２８】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【００２９】
以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明におけるパック装置の構成を説明するために引用した図である。
【図２】本発明におけるパック装置の他の構成を説明するために引用した図である。
【図３】本発明のセンサテーブル装置の内部構成を説明するために引用した図である。
【図４】本発明のセンサテーブル装置と、センサテーブル装置上を移動するパック装置との関係を説明するために引用した図である。
【図５】図３に示す検出装置の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図６】本発明実施形態の動作を説明するために引用したフローチャートである。
【図７】ＴＵＩを用いてネットワーク設計を行う場合のセンステーブル装置の構成例を示す図である。
【図８】コイル検出特性を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…パック装置、２…センステーブル装置、２１…センサ基板、２６…検出装置、２６１…信号受信部、２６２…パック判定部、２６３…演算部、２６４…移動軌跡ＤＢ
【図１】
2005250631.tif 000003
【図２】
2005250631.tif 000004
【図３】
2005250631.tif 000005
【図４】
2005250631.tif 000006
【図５】
2005250631.tif 000007
【図６】
2005250631.tif 000008
【図７】
2005250631.tif 000009
【図８】
2005250631.tif 000010