JPH031690B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、操作板上において２次元的に描く手
書き図形などをコンピユータにオンラインで入力
する場合などに使用して有効な位置情報入力装置
に関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来、手動操作にともなつて平面上を移動する
物体に付属された球体の動きを信号に変換して、
その物体の位置情報を得、その位置情報をコード
などを通してコンピユータなどに入力する装置と
して第１図および第２図に例示するものが考えら
れている。これを説明すると、第１図は従来の位
置情報入力装置の一部切断縦断面図、第２図はそ
の一部切断平面図である。それらの図面におい
て、１は把持可能なハウジングであり、その内部
には鉄製の球体２が転動可能に納められており、
かつ、その球体２の下部は、ハウジング１の底部
に設けられた開口３より下方へ突出して、載置平
面４と接するようになつている。

また、上記ハウジング１は、上記球体２と、ハ
ウジング１の底面部に転動自在に設けられた複数
個のボール５によつて、載置平面４上で移動自在
に支承される。

上記球体２は、その周囲の近傍に配設された４
つのアングル６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄにそれぞれ
回転自在に設けられたローラ７ａ，７ｂ，７ｃ，
７ｄに接することで水平方向の位置が規制され、
また、ハウジング１の内部中央上面部に転動自在
に配されたボール８に上面中央部が接することで
上方向の位置が規制されている。９ａおよび９ｂ
はローラ７ａ〜７ｄのうち、回転軸の延長線が直
交する一対のローラ７ｂと７ｃの回転軸１０ａと
１０ｂにそれぞれ連結されたポテンシヨメータで
あり、それらは、ローラ７ｂ，７ｃの回転量に応
じて抵抗値が変化するように構成され、かつ、図
示していないがコードを通してコンピユータの入
力部に接続されている。

次に、この従来例の動作について説明する。

まず、入力操作者が手でハウジング１を把持し
て、載置平面４上で動かすと、そのハウジング１
の移動にともなつて球体２も載置平面４上を転動
する。すると、その球体２の外周に四方から接触
しているローラ７ａ〜７ｂも回転するとともに、
回転軸１０ａ，１０ｂも回転する。この場合、球
体２は、ハウジング１の移動方向と同方向へ向か
つて転動するとともに、ハウジング１の移動量に
応じた量だけ回転する。従つて、ポテンシヨメー
タ９ａ，９ｂによつて、ローラ７ｂ，７ｃの回転
角を検出することにより、ハウジング１の移動方
向ならびに移動量に応じた位置情報を検出するこ
とができる。

しかしながら、上記従来の位置情報入力装置に
おいては次のような問題があつた。すなわち、位
置情報入力装置の操作中において、球体２の載置
平面４上での移動は、球体２がハウジング１内で
ローラ７ａ〜７ｄに押されることによつてなさ
れ、かつ、その球体２の回転運動は、その球体２
と載置平面４の間の摩擦力が球体２の接線方向に
働いて回転力となることによつてなされる。ここ
で、位置情報入力装置の操作速度を上げて、その
移動の加速度を大にすると、球体２の載置平面４
上での移動に関しては、球体２がハウジング１内
で支持されているため、位置状報入力装置と同じ
加速度でもつて移動するが、球体２の回転に関し
ては、球体２と載置平面４との間の摩擦力はほと
んど変らないため、球体２の回転角加速度はある
限界値以上に上げることはできない。このため、
位置情報入力装置の移動加速度がある一定値を超
えると、球体２の回転が追従しなくなり、球体２
と載置平面４との間にすべりが生じて、位置情報
入力装置が載置平面４上で実際に移動した距離
と、位置情報入力装置が球体２の回転から読み取
つた値とが異なるものとなる。したがつて、この
従来の位置情報入力装置においては、移動加速度
があまり大にならないように、ゆつくり操作しな
ければならないという問題があつた。

なお、上記従来の位置情報入力装置において、
移動加速度の上限値を大きくするためには、球体
２を上から押しつける力Ｆを大にして、球体２と
載置平面４との間の摩擦力を大にすれば良いが、
しかし、このようにすると、球体１の回転を妨げ
る方向に働く摩擦力も大となるため、あまり効果
は期待できない。

以上のように、従来の位置情報入力装置におい
ては、載置平面上で移動した距離と測定値が等し
くなるためには球体を、すべりを生じさせること
なく転動させる必要があり、このために位置情報
入力装置をゆつくり操作するか、または位置情報
入力装置の上方から力を入れて操作しなければな
らず、操作感の悪いものとなつていた。

発明の目的 本発明は、上述のような従来例の問題を解決す
るものであり、球体を極力すべらせずに転動させ
て、実際の位置情報入力装置の移動量と位置情報
入力装置が読み取つた値を等しくさせるときの位
置情報入力装置の操作加速度の上限値を大にし、
かつ操作感を向上させた位置情報入力装置を提供
するものである。

発明の構成 本発明の位置情報入力装置は、平面上で転動し
て位置情報入力装置の移動を読み取るための球体
の中心部の密度を球体外殻部の密度より大にし
て、球体の中心部に質量を集中させたものであ
り、同一質量，同一半径で球体全体が均一な密度
で構成される球体と比べると、球体と、それが接
して転動する平面の間の摩擦力は同じとなり、球
体に与えられる回転力も同じとなるが、球体の中
心部の密度を大にしたものの方が、回転軸回りの
慣性モーメントが小となるために、同じ回転力を
与えられたときに回転しやすくなるようにしたも
のである。これにより、球体の回転が追従し得る
球体の移動加速度の範囲を大にさせ、操作感を向
上させ得るものである。

実施例の説明 以下、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。第３図は本発明の一実施例の斜視図、
第４図は同実施例の一部切断側面図、第５図はそ
の一部切断平面図である。それらの図面におい
て、１１は位置情報入力装置、１２は位置情報入
力装置１１を移動自在に載置可能にした平板状の
操作板である。なお、これは必ずしも板状である
必要はない。ここで、上記位置情報入力装置１１
は、把持可能なハウジング１３と、そのハウジン
グ１３の一構成要素ともなる底板１３ａと、前記
底板１３ａを含むハウジング１３を前記操作板１
２上で所定間隙あけて移動可能に支承するために
前記底板１３ａの下面部に転動自在に配設された
スチールボールなどのボール１４ａ，１４ｂ，１
４ｃ，１４ｄと、下部が前記底板１３ａに穿設さ
れた円穴１５から下方へ突出して前記操作板１２
の面上に接するように、前記ハウジング１３内に
転動可能に配設された球体１６と、その球体１６
の水平方向の移動を規制するように、その外周の
４点において、すなわち上方から見て90度の離間
間隔をあけて四方から接するように回転自在に配
されたゴムローラなどのローラ１７ａ，１７ｂ，
１７ｃ，１７ｄと、それらのローラ１７ａ〜１７
ｄを底板１３ａ上で回転自在に支持するように、
それらの軸１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄを支
承する支持部材１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ
と、前記ローラ１７ａ〜１７ｄのうち、回転軸の
延長線が直交するローラ、例えば１７ｂと１７ｃ
の軸１８ｂと１８ｃに連結されて、それぞれのロ
ーラ１７ｂ，１７ｃの回転角を検出し、電気信号
として得る位置情報検出手段であるところのエン
コーダ２０ａ，２０ｂを含めて構成されている。
なお、２１は前記エンコーダ２０ａ，２０ｂによ
つて得られた位置情報をコンピユータ等の機器に
伝送するためのコードである。なお、このコード
２１に代えて、赤外線等を利用したワイヤレス方
式の情報伝送手段を採用しても良い。

ここで、前記球体１６は第６図に明示するよう
に、中心部１６ａが鉄等の密度の大きい物質で構
成され、かつ、それをとりまく外殻部１６ｂはゴ
ム等のように、前記中心部１６ａに比べて密度の
小さい物質で構成されている。

また、前記底板１３ａに穿設した円穴１５の内
径は、球体１６の外径よりも小さくして、位置情
報入力器１１を持ち上げた時に球体１６が不要に
脱落しないようにしてある。さらに、前記ローラ
１７ａ〜１７ｄは、位置情報入力器１１を操作板
１２上に載置した場合に、それらのローラ１７ａ
〜１７ｄの中心と球体１６の中心を結ぶ直線が操
作板１２の上面と平行になるように設けられてい
る。

第７図は前記エンコーダ２０ａ，２０ｂの溝成
例を示した図である。同図において、前記ローラ
１７ｂ，１７ｃの軸１８ｂ，１８ｃに取付けられ
て、ローラ１７ｂ，１７ｃと一体的に回転する遮
光板２２は光を透過させない材質で形成されてお
り、その遮光板２２には円周上に等間隔に多数の
スリツト２３が設けられている。一方、前記遮光
板２２のスリツト位置に対応して、遮光板２２を
はさむようにして、発光ダイオード２４とフオト
トランジスタ２５が設けられている。発光ダイオ
ード２４には、第８図の回路図に示すように、常
時一定の光量で発光するように電源２６から一定
の電圧が加えられている。また、フオトトランジ
スタ２５は、受ける光量によつて端子２７に得ら
れる出力電圧が変化するようになつている。した
がつて、フオトトランジスタ２５と発光ダイオー
ド２４の間の遮光板２２のスリツト位置が変化す
ると、それを透過する光量が変化するため、フオ
トトランジスタ２５の出力電圧も、それに従つて
変化する。

以上のことより、遮光板２２が軸１８ｂ，１８
ｃとともに回転すると、端子２７に現われる出力
電圧は第９図ａに示すように変化する。

また、このエンコーダ２０ａ，２０ｂには、遮
光板２２をはさんで、もう一組の発光ダイオード
２８とフオトトランジスタ２９が第７図に示すよ
うに設けられている。この発光ダイオード２８と
フオトトランジスタ２９の配設位置は、フオトト
ランジスタ２５の出力電圧と位相が概ね90゜異な
る位置に設けられている。したがつて、例えば、
遮光板２２が第７図に示す矢印Ａ方向に回転した
場合、フオトトランジスタ２５の出力電圧が第９
図ａのようになるのに対して、フオトトランジス
タ２９の出力電圧は、第９図ｂのようにフオトト
ランジスタ２５の出力電圧に対して位相が90゜遅
れた形で変化する。逆に、遮光板２２が第７図に
示す矢印Ｂ方向に回転すると、フオトトランジス
タ２９の出力電圧は、フオトトランジスタ２５の
出力電圧に対して位相が90゜進んだ形で変化する。

フオトトランジスタ２５，２９の出力電圧はコ
ード２１によつて、それぞれ第１０図に示すよう
に増幅器３０，３１によつて増幅された後、波形
整形器３２，３３を通して矩形波に波形整形され
る。その後、位相比較器３４によつて、２つの信
号の位相を比較することにより、遮光板２２の回
転方向を検出するとともに、どちらか一方の信号
の波の数を演算器３５によつて加算することによ
り、遮光板２２の回転角を検出することができ
る。なお、演算器３５によつて検出された信号は
コンピユータ本体に供給されて処理される。

以上の構成により、ローラ１７ｂ，１７ｃの回
転方向および回転角を検出することができる。

次に、本実施例の操作ならびに動作について詳
しく説明する。まず、位置情報入力器１１を操作
板１２上に載置して操作移動すると、球体１６も
その移動方向に応じて転動する。このとき、球体
１６は、ローラ１７ａ〜１７ｄによつて水平方向
から押されることによつて移動するものである
が、球体１６と操作板１２の上面の間の摩擦力に
よつて回転力を与えられて転がりながら移動す
る。この場合、位置情報入力装置１１の操作され
る加速度が大になると、前記の従来例では球体の
回転が追従し切れなくなり、球体と操作板の上面
との間にすべりが生じ始めるが、本発明において
は、前述のように球体１６の中心部１６ａの密度
を外殻部１６ｂの密度より大にして、球体１６の
中心部１６ａに質量を集中させているため、同一
質量，同一半径で球体全体が均一な密度で構成さ
れている球体を使用した場合と比べると、球体と
操作板の上面との間の摩擦力は同じとなるため、
球体に与えられる回転力も同じとなるが、球体の
中心部の密度を大にしたものの方が回転軸回りの
慣性モーメントが小となるために回転しやすくな
る。つまり、球体に与えられる回転トルクをＴと
し、球体の回転軸回りの慣性モーメントをＩ、球
体の回転角加速度をθ¨としたときに、 Ｔ＝Iθ¨ の式が成り立つのであるが、同一質量，同一半径
で球体全体が均一な密度で構成されている球体と
比べると、本発明の場合、回転トルクＴは等しい
が、球体の中心部の密度を大にしていることによ
つて、回転軸回りの慣性モーメントが小になり、
その結果、球体が追従しうる回転角加速度が大と
なる。

なお、球体１６が転動するときの球体１６の回
転方向は、位置情報入力装置１１の移動方向と一
致している。また、球体１６が回転することによ
つて、その球体１６と接しているローラ１７ａ〜
１７ｂも回転するが、それぞれのローラ１７ａ〜
１７ｂは球体１６の進行方向と、それぞれのロー
ラのなす角度に応じた回転量で回転する。すなわ
ち、球体１６が操作板１２上で移動した距離をＬ
とし、球体１６の進行方向とローラ１７ｃとのな
す角をθとすると、ローラ１７ｃが周上で移動し
た転がり距離は、L_cpsθとなり、また、ローラ１
７ｂが周上で移動した転がり距離はL_sioθとな
る。このとき、ローラ１７ｂ，１７ｃの回転角
は、それらのローラが周上で移動した転がり距離
に応じた値となる。ここで、球体１６の中心とロ
ーラ１７ｃの中心を結ぶ直線をｘ軸とし、球体１
６の中心とローラ１７ｂの中心を結ぶ直線をｙ軸
とすると、前述のローラの周上での移動距離の値
は、ちようど、球体１６がｘ軸方向，ｙ軸方向に
移動した距離とそれぞれ等しくなる。したがつ
て、ローラ１７ｂ，１７ｃの回転角をエンコーダ
２０ａ，２０ｂにより検出することにより、球体
１６の移動方向と移動量をｘ軸方向とｙ軸方向に
分けて測定することができる。

従つて、エンコーダ２０ａ，２０ｂによつて検
出された信号を前述の第１０図の回路を通して処
理することにより、それぞれの回軸角に応じた信
号が発生され、更にこの信号をコンピユータ本体
に入力することによつて、位置情報入力装置１１
の移動軌跡の位置情報を与えることができる。

発明の効果 以上の説明から明らかなように本発明は、位置
情報入力装置の移動量を検出するための球体の中
心部の密度を外殻部の密度よりも大にして、球体
の中心部に質量を集中させるようにしたため、回
転軸回りの慣性モーメントが小となつて回転しや
すくなり、このため、位置情報入力装置の操作加
速度が増加しても球体の回転が追従しやすくな
り、球体と、それが接して転動する平面との間の
すべりが起こりにくくなる。その結果、位置情報
入力装置が実際に移動した距離と、その位置情報
入力装置の移動量の検出値を等しくできる。な
お、球体の外殻部の材質をゴム系の材質にした場
合には、球体と平面との間の摩擦係数が大きくな
るため、回転力が大きくとれて、一層すべりにく
くすることができる。

以上のことから、前述の従来例のように、ゆつ
くり操作する必要がないし、位置情報入力装置の
上から相当な力で加圧して操作する必要もないの
で、操作性の優れた位置情報入力装置を提供する
ことができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の位置情報入力装置の一部切断側
面図、第２図はその一部切断平面図、第３図は本
発明の一実施例の斜視図、第４図は同本発明の実
施例の一部切断側面図、第５図は同本発明の実施
例の一部切断平面図、第６図は本発明で使用する
球体の一例の一部切欠斜視図、第７図は本発明の
実施例におけるエンコーダの構成例を示す要部斜
視図、第８図はその回路構成図、第９図はそのエ
ンコーダの出力波形図、第１０図は本発明に使用
し得る信号処理回路の一例のブロツク図である。 １１……位置情報入力装置、１２……操作板、
１３……ハウジング、１３ａ……底板、１４ａ〜
１４ｄ……ボール、１５……円穴、１６……球
体、１６ａ……中心部、１６ｂ……外殻部、１７
ａ〜１７ｄ……ローラ、１８ａ〜１８ｄ……軸、
１９ａ〜１９ｄ……支持部材、２０ａ，２０ｂ…
…エンコーダ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 平面上を移動しうるハウジングと、前記ハウ
   ジングの前記平面上での移動にともなつて回転す
   るように前記ハウジングに転動可能に設けられた
   球体と、前記球体の回転によつて前記ハウジング
   の移動方向や移動量を示す位置情報を検出し、そ
   の検出値に応じた信号を発生する位置情報検出手
   段を具備し、かつ、前記球体を、内心部と、その
   内心部の外周をとりまく外殻部とで構成するとと
   もに、前記内心部を前記外殻部よりも密度の大な
   る物質で構成したことを特徴とする位置情報入力
   装置。