JPH08129449A - 信号入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 机／ボード等を必要とせず、ペンを持つよう
な感覚で少なくとも６チャンネルの情報を入力できる信
号入力装置を提供すること。 【構成】 演算手段２は、信号入力手段１の前部に設け
られた加速度センサＸ１，Ｙ１，Ｚの出力を２回積分
し、信号入力手段１のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の移動量を
算出する。また、加速度センサＸ１，Ｙ１と後部に設け
られた加速度センサＸ２，Ｙ２のそれぞれの出力の差を
２回積分してＸ軸、Ｙ軸方向への傾き量を算出する。さ
らに、一対のＸもしくはＹ軸方向の加速度を検出するセ
ンサＵの出力に基づきＺ軸回りの回転角を算出する。送
信手段３は上記６チャンネルの情報を処理手段４等へ送
信し、ディスプレイ画面上の座標位置の指示、テレビカ
メラ等の被駆動体の操作が行われる。また、信号入力手
段１の前端等に圧力センサＡを設け、ボート、机等に押
しつけたときの圧力を検出することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコンピュータ等への座標
／図形情報の入力、あるいは、ロボット、テレビカメラ
等をリモートコントロールするための信号入力装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ等へ操作信号を入力する手
段として、従来からジョイステック、マウス等が知られ
ている。また、信号入力装置をペン型とし、該ペンの内
部に加速度センサ等を取り付け、操作者が上記ペンを移
動、回転させることにより、座標等のデータをコンピュ
ータに入力するものも知られている（例えば、特開平４
−２５６００９号公報参照）。

【０００３】図６は上記したペン型信号入力手段のセン
サの取り付け態様を示す図であり、同図において、１０
０はペン型信号入力手段、１０１は加速度センサであ
り、加速度センサ１０１はＸ軸方向に配置された２個の
センサ１０１ａ，１０１ｃとＹ軸方向に配置されたセン
サ１０１ｂから構成されている。同図において、操作者
がペン型信号入力手段１０１をＸ軸方向に移動させる
と、加速度センサ１０１ａによりＸ軸方向の加速度が検
出され、検出された加速度は図示しない２回積分回路で
積分されＸ軸方向の移動量が算出される。同様に、操作
者がペン型信号入力手段１０１をＹ軸方向に移動させる
と、加速度センサ１０１ｃによりＹ軸方向の加速度が検
出され、Ｙ軸方向の移動量が算出される。

【０００４】さらに、操作者がペン型信号入力手段１０
１を回転させると、加速度センサ１０１ａ，１０１ｃに
より異符号の加速度が検出され、検出された加速度から
回転角が算出される。上記したペン型の信号入力手段
は、ジョイステックやマウスのように座標入力のための
机／ボード等の特別の場所が不要であり、またペンで書
くような動作で信号入力ができるため、操作も容易であ
るという特徴を備えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の信号入力手段で入力できる情報は高々Ｘ，Ｙ，Ｚ軸
の移動および回転の４次元（４チャンネル）までであ
り、それ以上の情報を入力しようとすると、スイッチや
キーの操作を併用する必要があり、操作が複雑になると
いった欠点があった。

【０００６】本発明の上記した従来技術の問題点を考慮
してなされたものであって、本発明の目的は、Ｘ，Ｙ，
Ｚ座標方向の移動、Ｘ，Ｙ座標方向への傾き、回転等を
検出することにより、机／ボード等を必要とせず、ペン
を持つような感覚で少なくとも６次元（６チャンネル）
の情報を入力できる信号入力装置を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理図で
ある。同図において、１は信号入力手段であり、信号入
力手段１は、その前部と後部に、その長手方向の軸に直
角なＸ軸、Ｙ軸の加速度を検出するセンサＸ１，Ｘ２，
Ｙ１，Ｙ２を備え、また、上記Ｘ軸、Ｙ軸に直角なＺ軸
方向の加速度を検出するセンサＺと、Ｚ軸回りの回転を
検出する加速度センサＵと、その先端に加わる圧力を検
出する圧力センサＡ等を備えている。

【０００８】２は演算手段であり、演算手段２は上記加
速度センサの出力に基づき、信号入力手段１のＸ，Ｙ，
Ｚ軸方向の移動量と、Ｘ，Ｙ軸方向への傾き量と、Ｚ軸
回りの回転角を算出する。演算手段２により算出された
上記６チャンネルの情報は送信手段３により処理装置４
等へ送信される。前記課題を解決するため、本発明の請
求項１の発明は、図１に示すように、前部および後部に
それぞれ設けられ信号入力手段の長手方向の軸に直交す
るＸ軸とＹ軸方向の加速度を検出するセンサと、上記Ｘ
軸、Ｙ軸に直交するＺ軸方向の加速度を検出するセンサ
と、上記Ｚ軸回りの回転を検出する加速度センサとを少
なくとも具備した信号入力手段と、上記加速度センサの
出力に基づき、上記信号入力手段のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の
移動量、Ｘ，Ｙ軸方向への傾き量、およびＺ軸回りの回
転角からなる少なくとも６チャンネルの情報を算出する
手段と、算出された上記情報を処理手段に送信する手段
とを設け、上記少なくとも６チャンネルの情報に基づき
ディスプレイ画面上の座標位置の指示、被駆動体の操作
等を行うようにしたものである。

【０００９】本発明の請求項２の発明は、請求項１の発
明において、信号入力手段をペン型とし、該ペンの先端
部に圧力センサを設け、該ペンを平面上で操作したとき
の該ペン先端に加わる圧力を圧力センサにより検出する
ようにしたものである。本発明の請求項３の発明は、請
求項２の発明において、Ｚ軸方向の加速度を検出するセ
ンサの出力に代えて、ペン型信号入力手段の先端に設け
られた圧力センサの出力を用いるようにしたものであ
る。

【００１０】

【作用】演算手段２は、信号入力手段１の前部に設けら
れた加速度センサＸ１，Ｙ１（もしくは後部に設けられ
た加速度センサＸ２，Ｙ２）と加速度センサＺの出力を
２回積分することにより、信号入力手段１のＸ軸、Ｙ
軸、Ｚ軸方向の移動量を算出する。

【００１１】また、前部に設けられた加速度センサＸ
１，Ｙ１と後部に設けられた加速度センサＸ２，Ｙ２の
それぞれの出力の差を２回積分することにより、Ｘ軸、
Ｙ軸方向への傾き量を算出する。さらに、一対のＸ軸も
しくはＹ軸方向の加速度を検出する加速度センサＵの出
力の符号が反対のとき、その値を２回積分することによ
りＺ軸回りの回転角を算出する（加速度センサＵの一方
を加速度センサＸ１もしくはＸ２で代用することもでき
る）。

【００１２】送信手段３は上記のようにした算出され
た、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の移動量、Ｘ軸、Ｙ軸方向への傾
き、Ｚ軸回りの回転角からなる６チャンネルの情報を処
理手段４等へ送信し、ディスプレイ画面上の座標位置を
指示したり、テレビカメラ等の被駆動体を操作する。ま
た、信号入力手段１をペン型とし、その前端に圧力セン
サＡを設け、信号入力手段１をボート、机等に押しつけ
たときの圧力を検出したり、圧力センサＡの出力で前記
Ｚ軸方向の加速度を検出するセンサに代用することもで
きる。

【００１３】本発明の請求項１の発明においては、上記
のように、前部および後部にそれぞれ設けられ信号入力
手段の長手方向の軸に直交するＸ軸とＹ軸方向の加速度
を検出するセンサと、上記Ｘ軸、Ｙ軸に直交するＺ軸方
向の加速度を検出するセンサと、上記Ｚ軸回りの回転を
検出する加速度センサとを少なくとも具備した信号入力
手段と、上記加速度センサの出力に基づき、上記信号入
力手段のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の移動量、Ｘ，Ｙ軸方向への
傾き量、およびＺ軸回りの回転角からなる少なくとも６
チャンネルの情報を算出するようにしたので、信号入力
手段を手に持って、前後／上下／左右に移動させたり、
傾けたり、さらに回転させるといった簡単な操作で、６
チャンネルの情報を指示することができる。

【００１４】本発明の請求項２の発明においては、請求
項１の発明において、信号入力手段をペン型とし、該ペ
ンの先端部に圧力センサを設けたので、机、紙等にペン
型の信号入力手段により文字等を書いたとき、圧力が加
わっているときのペン先の動きを検出することができ、
手書き文字等の入力が可能となる。本発明の請求項３の
発明においては、請求項２の発明において、Ｚ軸方向の
加速度を検出するセンサの出力に代えて、ペン型信号入
力手段の先端に設けられた圧力センサの出力を用いるよ
うにしたので、構成を簡単にすることができる。

【００１５】

【実施例】図２は本発明の実施例のペン型信号入力手段
の構成を示す図である。本実施例の信号入力手段は同図
に示すように、ペン型の形状を持ち操作者が手に持って
移動、回転させることにより信号を入力することができ
る。同図に示すペン型信号入力手段１１（以下、「ペン
１１」と略記する）には、その先端部に第１の圧力セン
サＡが設けられ、圧力センサＡはペン１１をボード等に
押しつけることにより出力を発生する。

【００１６】また、ペン１１の前部にはＸ，Ｙ，Ｚ軸方
向の加速度を検出する第１、第２、第３のセンサＸ１，
Ｙ１，Ｚ１が設けられ、ペン１１の前部を操作者が移動
させたとき、その移動方向の加速度を上記センサＸ１，
Ｙ１，Ｚ１が検出する。なお、図２に示すようにＸ軸は
同図の紙面に対して垂直方向、Ｙ軸は同図において左右
方向、Ｚ軸は同図においてペンの軸方向である。

【００１７】さらに、ペン１１の前部には第４、第５の
加速度センサＵ１，Ｕ２が設けられ、上記センサＵ１，
Ｕ２が出力する加速度の向きから、操作者がペン１１を
回転させていることを検出する（加速度の方向が反対方
向のときペン１１がＺ軸を中心として回転していると検
出する）。ペン１１の中部には、第２の圧力センサＢが
設けられ、操作者がペンの側部を押したとき圧力センサ
Ｂが出力を発生する。

【００１８】ペンの後部には、Ｘ，Ｙ軸方向の加速度を
検出する第６、第７の加速度センサＸ２，Ｙ２が設けら
れ、操作者がペンの後部を移動させたとき、その移動方
向の加速度を上記センサＸ２，Ｙ２が検出する。さら
に、ペン１１の後端には第３の圧力センサＣが設けら
れ、操作者がペンの後端部を押したとき出力を発生す
る。

【００１９】なお、圧力センサＡ，Ｂ，Ｃとしては、圧
力に応じたアナログ出力を発生するセンサを用いたり、
あるいは、入力がオンオフ入力で良い場合には圧力が加
わったときに動作するスイッチを用いることもできる。
図３はペン１１に設けられたセンサの出力に基づきペン
のＸ座標位置、Ｙ座標位置、Ｚ軸座標位置等を算出する
演算回路の実施例を示す図である。

【００２０】同図において、演算器２１は例えば２回積
分器から構成され、センサＸ１が検出したＸ軸方向の加
速度を２回積分して、ペン１１のＸ軸方向の座標位置を
求める。また、演算器２２は減算器と２回積分器から構
成され、センサＸ１が出力するペンの前部におけるＸ軸
方向の加速度と、センサＸ２が出力するペンの後部にお
けるＸ軸方向の加速度との差を２回積分してペンのＸ軸
方向への傾き（Ｘ軸、Ｚ軸を通る平面上におけるＺ軸に
対する傾き、以下のこれをＸ軸方向への傾きという）を
求める。

【００２１】演算器２３は、演算器２１と同様、例えば
２回積分器から構成され、センサＹ１が検出したＹ軸方
向の加速度を２回積分して、ペン１１のＹ軸方向の座標
位置を求める。また、演算器２４は、演算器２３と同
様、減算器と２回積分器から構成され、センサＹ１が出
力するペンの前部におけるＹ軸方向の加速度と、センサ
Ｙ２が出力するペンの後部におけるＹ軸方向の加速度と
の差を２回積分してペンのＹ軸方向に対する傾き（Ｙ
軸、Ｚ軸を通る平面上におけるＺ軸に対する傾き、以下
のこれをＹ軸方向への傾きという）を求める。

【００２２】演算器２５は、演算器２１，２３と同様、
例えば２回積分器から構成され、センサＺが検出したＺ
軸方向の加速度を２回積分して、ペン１１のＺ軸方向の
座標位置を求める。演算器２６はセンサＵ１とセンサＵ
２が出力するＸ軸方向の加速度の向きが反対方向のと
き、ペンがＺ軸を中心に回転しているものとして、その
加速度を２回積分して回転角を求める。

【００２３】なお、本実施例では回転角検出用にセンサ
Ｕ２を設けているが、センサＵ２は前記したＸ軸方向の
加速度を求めるセンサＸ１もしくはセンサＸ２で代用す
ることもできる。３０は上記した演算器２１〜２６の出
力および圧力センサＡ，Ｂ，Ｃの出力を変調し、入力さ
れたデータをコンピュータ等の機器へ送信する制御・送
信回路であり、データは超音波信号等に変調されて、図
示しないコンピュータ等の機器に送信される。

【００２４】なお、データの送信は、超音波以外に赤外
線、電波等の無線、もしくはケーブル等を介した有線で
行うことができる。また、上記演算回路、制御・送信回
路はペン型の信号入力手段中に組み込むこともできる
し、また、別体とすることもできる。以上のように、ペ
ン１１は下記の６次元（６チャンネル）の信号を送信す
ることができ、また、先端、側部、後端に設けられた圧
力センサＡ，Ｂ，Ｃを使用することにより、さらに３チ
ャンネルの信号を送信することができる。なお、圧力セ
ンサＡ，Ｂ，Ｃはマウス、ジョイステック等に設けられ
たスイッチと同様、選択スイッチとして使用することも
できる。 (1) Ｘ軸方向の移動量 操作者がペン１１をＸ軸方向に移動させると演算器２１
がＸ軸方向の移動量（Ｘ座標）を出力する。 (2) Ｙ軸方向の移動量 操作者がペン１１をＹ軸方向に移動させると演算器２３
がＹ軸方向の移動量（Ｙ座標）を出力する。 (3) Ｘ軸に対する傾き 操作者がペン１１をＸ軸に対して傾けると演算器２２が
Ｘ軸方向への傾き量を出力する。 (4) Ｙ軸に対する傾き 操作者がペン１１をＹ軸に対して傾けると演算器２４が
Ｙ軸方向への傾き量を出力する。 (5) Ｚ軸方向の移動量 操作者がペン１１をＺ軸方向に移動させると演算器２３
がＺ軸方向の移動量（Ｚ座標）を出力する。 (6) Ｚ軸を中心とした回転角 操作者がペン１１をそのＺ軸を中心として回転させる
と、演算器２６がＺ軸回りのペンの回転角に応じた出力
を発生する。

【００２５】すなわち、予めペンの基準となる姿勢を与
えて前記演算器２１〜２６の積分器をリセットしたの
ち、操作者がペン１１を手に持って、空中で前後／上下
／左右に移動させたり、傾けたり、さらに回転させるこ
とにより、その移動／傾け方向に応じたＸ，Ｙ，Ｚ軸方
向の座標位置、傾き、あるいは回転角がコンピュータ等
の機器に送信され、コンピュータは各軸の移動量、傾け
量、および回転角に応じた処理を行うことができる。

【００２６】また、机上等の平面上で操作する場合に
は、先端の設けた圧力センサＡにより、ペンの押しつけ
力を検出することができ、また、圧力センサＡの出力を
利用して、机、紙等に文字を書いたとき、圧力がかかっ
ているときのペン先の動きにより手書き文字を入力する
こともできる。なお、上記圧力センサＡを設けた場合に
は、該圧力センサＡを、Ｚ軸方向の加速度を検出する加
速度センサＺの代用とすることもできる。

【００２７】また、基準面の設定、座標の入力指示等
は、圧力センサＢ，Ｃもしくは圧力センサＡを用いて指
示することができる。次に、上記実施例に示したペン型
信号入力手段の適用例について説明する。 （１）画面上における座標指示操作 図４はディスプレイ画面上の指示点（カーソル）の位置
をペン１１により操作する場合を説明する図である。

【００２８】同図において、ペンの操作とカーソル移動
を次のように対応付ける。 ペン１１を同図のＹ軸方向に移動した場合には、移
動した分だけＹ座標方向に画面上のカーソルを座標移動
させる。 ペン１１を同図のＶ方向へ（Ｙ軸とＺ軸を通る平面
上をＹ軸方向へ）傾けた場合には、Ｙ軸方向にカーソル
を連続的に座標移動させる（傾けているあいだ移動を続
ける）。 ペン１１を同図のＸ軸方向に移動した場合には、移
動した分だけＸ座標方向に画面上のカーソルを座標移動
させる。 ペン１１を同図のＷ方向へ（Ｘ軸とＺ軸を通る平面
上をＸ軸方向へ）傾けた場合には、Ｘ軸方向にカーソル
を連続的に座標移動させる。 ペン１１を同図のＺ軸方向に移動した場合には、移
動した分だけＺ座標方向に画面上のカーソルを座標移動
させる。 ペン１１を同図のＵ方向に回転させた場合には、相
対的な移動量の係数を指定でき、例えば、時計方向に回
転させると、他のチャンネルで同じだけ移動させても移
動量が大きく解釈され、反時計方向に移動させた場合に
は、移動量が小さく解釈される。

【００２９】以上のように、ペンの操作と座標移動を対
応付けることにより、操作者は、ペンを回転させて移動
量の係数を設定したのち、ペンを移動させたり傾けると
いった簡単な操作で座標を指示することができる。 （２）ロボットやテレビゲームにおける画面上の対象物
の操作 図５はディスプレイ画面において、対象物をペン１１に
より操作する場合を説明する図である。

【００３０】ロボット操作の場合には、ペンの操作とロ
ボットの移動を次のように対応付ける。なお、この例の
場合、操作者がロボット自身であり、画面上にはロボッ
トから見える情景が表示されるものとし、下記の動作が
組み合わされ同時に動作する。 ペンをＹ軸方向に移動した場合には、ロボットが正
面を向いたままＹ座標方向に連続的に座標移動する（座
標方向に移動している間だけ）。 ペンをＶ方向（Ｙ座標軸方向）に傾けた場合には、
Ｙ軸方向に連続的に向きを変える（傾けている間だ
け）。 ペンをＸ軸方向に移動した場合には、ロボットが正
面を向いたままＸ座標方向に連続的に座標移動する（座
標方向に移動している間だけ）。 ペンをＷ方向（Ｘ座標軸方向）に傾けた場合にはＷ
方向に連続的に向きを変える（傾けている間だけ）。 ペンをＺ軸方向に移動した場合には、移動した分だ
け速度がついて前進または後退する。 ペンをＵ方向に回転させた場合には、ロボットのカ
メラ（目）のズーム機能がはたらき、時計方向に回転さ
せると望遠となり、反時計方向に回転させると広角とな
る。

【００３１】また、対象物が飛行機の場合には、Ｘ軸、
Ｙ軸方向の移動が本体の移動方向、Ｚ軸が移動速度、
Ｖ，Ｗ方向の傾きを操縦者の目（カメラ）の方向に対応
付けることができる。以上のように、ペンとディスプレ
イ画面上のロボット等の対象物の移動、視点を対応づけ
ることにより、操作者がペンを移動させたり傾けること
により、対象物を自由に操作することができ、また、ペ
ンの回転によりその視点を変えることができるので、対
象物の操作性を向上させることができ、ゲーム等におい
てはその娯楽性を一層高めることができる。

【００３２】なお、上記例においては、ディスプレイ画
面上のカーソル、対象物の位置等を操作する例を示した
が、本発明の適用は上記例に限定されるものではなく、
例えば、ロボット、テレビカメラ等の被駆動体のリモー
トコントロール等にも適用することができる。また、上
記実施例においては、信号入力手段をペン型としたが、
信号入力手段をステック型とする等、操作者がそのＸ，
Ｙ，Ｚ軸方向を識別することができる任意の形状とする
ことができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、前部および後部にそれぞれ設けられ信号入力手段の
長手方向の軸に直交するＸ軸とＹ軸方向の加速度を検出
するセンサと、上記Ｘ軸、Ｙ軸に直交するＺ軸方向の加
速度を検出するセンサと、上記Ｚ軸回りの回転を検出す
る加速度センサとを少なくとも具備した信号入力手段
と、上記加速度センサの出力に基づき、上記信号入力手
段のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の移動量、Ｘ，Ｙ軸方向への傾き
量、およびＺ軸回りの回転角からなる少なくとも６チャ
ンネルの情報を算出するようにしたので、信号入力手段
を手に持って、前後／上下／左右に移動させたり、傾け
たり、さらに回転させるといった簡単な操作で、６チャ
ンネルの情報を指示することができる。

【００３４】このため、コンピュータ等の機器への座標
入力、テレビカメラ、ロボット等の被駆動体の操作を簡
単な装置で容易に行うことが可能となる。また、信号入
力手段をペン型とし、該ペンの先端部に圧力センサを設
けることにより、机、紙等にペン型の信号入力手段によ
り文字等を書いたとき、上記圧力センサの出力により圧
力がかかっているときのペン先の動きを検出することが
でき、手書き文字等の入力が可能となる。

【００３５】さらに、Ｚ軸方向の加速度を検出するセン
サの出力に代えて、ペン型信号入力手段の先端に設けら
れた圧力センサの出力を用いることにより、構成を簡単
にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】本発明の実施例のペン型信号入力手段の構成を
示す図である。

【図３】本発明の実施例の演算回路の構成を示す図であ
る。

【図４】ディスプレイ画面上の指示点の位置を操作する
場合を説明する図である。

【図５】ディスプレイ画面上の対象物を操作する場合を
説明する図である。

【図６】従来例を示す図である。

【符号の説明】

１ 信号入力手段 ２ 演算手段 ３ 送信手段 ４ 処理装置等 １１ ペン型信号入力手段 ２１〜２６ 演算回路 ３０ 制御・変調回路 Ａ，Ｂ，Ｃ 圧力センサ Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ，Ｕ１，Ｕ２ 加速度セン
サ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前部および後部にそれぞれ設けられ信号
   入力手段の長手方向の軸に直交するＸ軸とＹ軸方向の加
   速度を検出するセンサと、上記Ｘ軸、Ｙ軸に直交するＺ
   軸方向の加速度を検出するセンサと、上記Ｚ軸回りの回
   転を検出する加速度センサとを少なくとも具備した信号
   入力手段と、 上記センサの出力に基づき、上記信号入力手段のＸ，
   Ｙ，Ｚ軸方向の移動量、Ｘ，Ｙ軸方向への傾き量、およ
   びＺ軸回りの回転角からなる少なくとも６チャンネルの
   情報を算出する手段と、 算出された上記情報を処理手段に送信する手段とを備
   え、 上記少なくとも６チャンネルの情報に基づきディスプレ
   イ画面上の座標位置の指示、被駆動体の操作等を行うこ
   とを特徴とする信号入力装置。
2. 【請求項２】 信号入力手段をペン型とし、該ペンの先
   端部に圧力センサを設け、該ペンを平面上で操作したと
   きの該ペン先端に加わる圧力を圧力センサにより検出す
   ることを特徴とする請求項１の信号入力装置。
3. 【請求項３】 Ｚ軸方向の加速度を検出する加速度セン
   サの出力に代えて、ペン型信号入力手段の先端に設けら
   れた圧力センサの出力を用いることを特徴とする請求項
   ２の信号入力装置。