JPH0335688B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、操作面上において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操作面上を移動す
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
容には球体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，６
ｄ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。９
ａ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
の回転量に応じた電気信号が得られるように構成
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〜７ｄ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、上
記の装置の場合、球体２の回転を、その球体２と
接触しているローラの回転により読み取つている
ため、ローラは常に球体に接続していなければ球
体の回転が伝達されず、球体の回転を読み取るこ
とができない。このため、ローラと球体の間にす
き間が生じないようにしなければならなかつた。
また、球体を支持しているのは４個のローラ７ａ
〜７ｄであるが、それらのローラを球体に強く接
触させておくと、球体が回転するときの負荷とな
つて、回転の妨げとなつてしまう。したがつて、
ローラの取付け位置や精度が非常に重要なものと
なり、組立時に取付け位置の微妙な調整が必要で
あつた。以上のことから従来の位置情報入力装置
においては、構成が複雑で、組立調整が非常に困
難なものとなつていた。また、載置平面４に凹凸
がある場合、球体２はハウジング１内で垂直方向
に相対的に移動するが、このときに支持体がロー
ラで構成されているために球体２のハウジング１
内での垂直方向の移動にともなつて、球体２とロ
ーラ７の間にガタが生じ球体２はハウジング１内
で水平方向にも移動する。このため、球体の移動
方向によつては球体２とローラ７が接触しなくな
り位置情報の検出ができなくなることも生じる。
また、球体２とローラ７が接触しても、球体２の
ハウジング１内での移動によりローラ７と球体２
の距離が変化し、検出する移動距離は誤差が生じ
るものである。また、この誤差は球体２の移動方
向によつても異なつてくるものである。以上のよ
うに従来の位置情報入力装置においては、操作面
に凹凸があると、動作の信頼性が悪くなるもので
あつた。

発明の目的 本発明は、そのような従来の問題点を解決する
ものであり、簡単な構成で組立調整が容易であ
り、操作面に凹凸があつても動作の信頼性が高
く、読み取り精度の高い位置情報入力装置を提供
せんとするものである。

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
をハウジング内における水平方向の移動を拘束し
垂直方向への移動を可能なように円筒状の支持体
で支持するとともに、位置情報検出のために球体
に接触するローラを弾性体で構成したものであ
り、これにより、球体の支持構造が簡単になり、
組立性が良くなるとともに、ローラの支持部の調
整が不要となり、高い精度で球体の支持が可能と
なるものである。また、球体はハウジング内にお
いて垂直方向のみにしか移動しないよう支持され
ているため、操作面に凹凸があつて球体がハウジ
ング内で垂直方向に移動しても、球体と検出のた
めのローラ間の距離の変化は小さく抑えることが
できるとともに球体の移動方向によつてその距離
の変化量が異なるということがない。また、検出
のためのローラを弾性体により構成しているた
め、球体とローラの距離が多少変化してもローラ
を球体に安定して接触させることができ、このた
め、検出動作を安定して行なわせることができる
ものである。以上のように本発明の構成によると
操作面に凹凸があつても動作の信頼性を高めると
ともに読み取り精度を高めることができるもので
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。まず、第３図乃至第５図において、手
で把持可能なハウジング１１は基板１２と、その
基板１２に結合されたケース１３とで構成されて
おり、かつ、基板１２の下部に転動自在に配設さ
れた４個のスチールボール１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ，１４ｄによつて操作面１５上で移動自在に支
承されている。上記ハウジング１１内には球体１
６が配設されており、その下部は基板１２の開口
部１７より突出して平面１５と接触し得るように
なつている。この開口部１７の直径は球体１６の
直径より小さく形成されており、ハウジング１１
が持ち上げられた時に球体１６が脱落しないよう
になつている。球体１６は円筒形状の支持体１８
の内部に嵌入され、回転しうるように支承されて
いる。この球体１６と支持体１８の内面の間のク
リアランスは微小なものである。支持体１８は基
板１２に固定されており、また、支持体１８には
90度の間隔でもつて２つの開口部１９ａ，１９ｂ
が設けられている。２０ａ，２０ｂはローラであ
り、これらは各々支持体１８の開口部１９ａ，１
９ｂを通して球体１６に接触している。上記ロー
ラ２０ａ，２０ｂはそれぞれエンコーダ２１ａ，
２１ｂはそれぞれエンコーダ２１ａ，２１ｂの回
転軸２２ａ，２２ｂに取付けられており、また、
エンコーダ２１ａ，２１ｂは基板１２に固定され
た支持板２３ａ，２３ｂにそれぞれ取付けられて
いる。エンコーダ２１ａ，２１ｂはそれぞれロー
ラ２０ａ，２０ｂの回転角を検出するためのもの
であり、ローラ２０ａ，２０ｂの回転角に応じた
信号を得る。なお、これについては後述する。ロ
ーラ２０ａ，２０ｂの少なくとも球体１６と接触
する部分はスポンジ、ゴム等の弾性を有する材料
で構成されており、少し撓んだ状態で球体１６に
圧接されている。このため、球体１６が支持体１
８の内部で微小なクリアランスのためにガタ付を
生じてもローラ２０ａ，２０ｂは常に球体１６と
接触を保つことができる。また、このとき、球体
１６は支持体１８によつて支持されているため、
ローラ２０ａ，２０ｂの撓み量はほとんど変化せ
ず、ローラ２０ａ，２０ｂの中心から球体１６と
の接触点の距離がほとんど変らないため、球体１
６の回転量に対するローラ２０ａ，２０ｂの回転
量はほとんど変わらない。したがつて、操作方向
の違いによる読み取り量の変化もほとんどなく、
高精度な読み取りを行なうことができる。エンコ
ーダ２１ａと２１ｂは、それぞれの回転軸２２ａ
と２２ｂの軸心の延長線が直交するように取付け
られている。

上記の構成により、球体１６が自重によつて操
作面１５と接触を保ちながら操作面１５上で移動
すると、球体１６はハウジング１１内で支持体１
８に支えられてハウジング１１の移動方向に回転
するとともに、その球体１６と接触しているロー
ラ２０ａ，２０ｂが球体１６の回転方向、回転量
に応じた回転量でそれぞれ回転する。また、この
ため、ローラ２０ａ，２０ｂと連結されたエンコ
ーダ２１ａ，２１ｂの回転軸２２ａ，２２ｂも回
転し、エンコーダ２１ａ，２１ｂによつてそれぞ
れのローラ２０ａ，２０ｂの回転量が検出され
る。

第６図は前記エンコーダ２１ａ，２１ｂの構成
例を示した図である。同図において、前記ローラ
２０ａ，２０ｂが取付けられた回転軸２２ａ，２
２ｂには円板状の遮光板２４が取付けられて一体
的に回転しうるようになつている。

この遮光板２４は光を透過させない材質で形成
されており、その遮光板２４には、円周上に等間
隔に多数のスリツト２５が設けられている。一方
前記遮光板２４のスリツト位置に対応して、遮光
板２４をはさむようにして、発光ダイオード２６
とフオトトランジスタ２７が設けられている。発
光ダイオード２６には、第７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２８
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２７は、受ける光量によつて端子２
９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２７と発光
ダイオード２６の間の遮光板２４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２７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２４が回転軸２２ａ，
２２ｂとともに回転すると、端子２９に現われる
出力電圧は第８図ａに示すように変化する。ま
た、このエンコーダ２１ａ，２１ｂには、遮光板
２４をはさんで、もう一組の発光ダイオード３０
とフオトトランジスタ３１が第６図に示すように
設けられている。この発光ダイオード３０とフオ
トトランジスタ３１の配設位置は、フオトトラン
ジスタ３１の出力電圧が、フオトトランジスタ２
７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。その回路は第７図で説明したものと
同様である。したがつて、例えば、遮光板２４が
第６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２７の出力電圧が第８図ａのように
なるのに対して、フオトトランジスタ３１の出力
電圧は、第８図ｂのようにフオトトランジスタ２
７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２４が第６図に示す矢印Ｂ方
向に回転すると、フオトトランジスタ３１の出力
電圧は、フオトトランジスタ２７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２７，３１の出力電圧は、
それぞれ第９図に示すように増幅器３２，３３に
よつて増幅された後、波形整形器３４，３５を通
して矩形波に波形整形される。その後、位相比較
器３６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２４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３７
によつて加算することにより、遮光板２４の回転
角を検出することができる。なお、演算器３７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２０ａ，２０ｂ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説
明する。まず、本装置が操作面１５上で操作され
ると、球体１６はハウジング１１内で支持体１８
によつて支持されて本装置とともに移動する。こ
のとき、球体１６は自重により操作面１５に接
し、球体１６と操作面１５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。ま
た、このときの球体１６の回転方向は、球体１６
の進行方向すなわち本装置の移動方向と一致して
いる。球体１６が回転すると、球体１６と接触し
ているローラ２０ａ，２０ｂも回転するが、この
とき、ローラ２０ａ，２０ｂ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が操作面１５上
で移動した距離をＬとし、球体１６の進行方向と
ローラ２０ａとのなす角をθとすると、ローラ２
０ａが周上で移動した転がり距離は、Lcosθとな
り、また、ローラ２０ｂが周上で移動した転がり
距離は、Lsinθとなる。このとき、ローラ２０ａ，
２０ｂ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２０ａの中心を結ぶ直線をｘ
軸とし、球体１６の中心とローラ２０ｂ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２０ａ，２０ｂの回転角
をエンコーダ２１ａ，２１ｂ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。

そして、エンコーダ２１ａ，２１ｂによつて検
出された信号を前述の第９図の回路を通して処理
することにより、それぞれの回転角に応じた信号
が発生される。この信号をコンピユータ等の機器
に入力することによつて位置情報を与えることが
できる。

発明の効果 以上のように本発明は、移動量を検出する球体
を円筒状の支持体で支承するようしたものであ
り、このため、支持体の加工が容易であるととも
に、構成も簡単で、組立時には球体を支持体の上
方から挿入してやればよい。また球体と支持体の
位置関係は、球体を支持体内に入れるだけで一定
の位置関係が保たれるため調整が不要である。ま
た、球体と支持体の間に多少のガタ付があつて
も、支持体の円筒状内面により球体を全周方向か
ら支持しているため、どの方向に対してもガタが
等しいとともに、ガタ付を小さく抑さえることが
できる。さらに、本装置が凹凸状の面上で操作さ
れたとき球体は自重により常に操作面と接触しな
がら移動され、このとき、球体は装置内で上下方
向に移動するが、球体を円筒状の支持体により支
持しているため、球体が上下方向に移動しても球
体と支持体の周方向のガタは変わらない。このた
め、球体がハウジング内で移動しても球体と検出
のためのローラの間の距離の変化は小さく抑える
ことができるとともに、球体と検出のためのロー
ラの間の距離を球体の移動方向に関係なくほとん
ど変わらないようにすることができる。また、こ
のため、実際の移動に対する検出の誤差を小さく
でき、精度の高い検出を行なうことが可能であ
る。また、検出のためのローラを弾性的により構
成しているため、球体とローラの間の距離が多少
変化してもローラを球体に安定して接触させるこ
とができ、このため、検出動作を安定して行なわ
せることができるものである。

以上のように本発明によると、簡単な構成で組
立調整の容易な、しかも動作の信頼性が高く、読
み取り精度の高い位置情報入力装置を実現しうる
もので、その効果は非常に大きいものがある。

【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
発明の一実施例の一部切断側面図、第４図は同本
発明の実施例の一部切断平面図、第５図は同本発
明の実施例の一部切欠斜視図、第６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７図はその回路構成図、第８図ａ，ｂは
そのエンコーダの出力波形図、第９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……ハウジング、１２……基板、１３……
ケース、１４ａ〜１４ｄ……スチールボール、１
６……球体、１８……支持体、１９ａ，１９ｂ…
…開口部、２０ａ，２０ｂ……ローラ、２１ａ，
２１ｂ……エンコーダ、２２ａ，２２ｂ……回転
軸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 手動操作により操作面上を移動しうるハウジ
   ングと、前記ハウジング内に設けられ、自重によ
   り前記操作面と接触し、前記ハウジングの移動に
   ともなつて前記操作面上を転動可能な球体と、前
   記球体の前記ハウジング内における水平方向の移
   動を拘束するとともに垂直方向への移動は可能と
   なるよう前記球体を支持する円筒状支持体と、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す
   るとともに、前記位置情報検出手段は、前記円筒
   状支持体に形成された開口部を通して前記球体に
   接するとともに弾性体により構成された第１およ
   び第２のローラと、前記第１および第２のローラ
   の回転を電気信号に変換する第１および第２のエ
   ンコーダを含めて構成されていることを特徴とす
   る位置情報入力装置。