JPH08247785A

JPH08247785A - 可動球体を有する計測装置

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Publication number: JPH08247785A
Application number: JP8180595A
Authority: JP
Inventors: Masataka Ishii; 正孝石井; Hideki Mizukami; 英樹水上
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-03-14
Filing date: 1995-03-14
Publication date: 1996-09-27
Anticipated expiration: 2019-02-03
Also published as: JP3493493B2

Abstract

(57)【要約】【目的】正確な転がり量又は傾き角を計測できる計測
装置を提供する。【構成】計測装置は、可動球体１０、静止部材１２及
び結合部材１６を備え、可動球体１０は、球体の中心を
通り相互に直交する３つの平面で規定される３つの大円
に沿って帯状導体１８を支持し、静止部材１２は、可動
球体１０と接触する内球面に、該内球面の中心を通り相
互に直交する平面で規定される１以上の球面３角形の各
辺に沿って帯状検出部２０を支持する。結合部材１４
は、可動球体１０が任意の方向に回転できるように、可
動球体１０と静止部材１２とを結合する。帯状導体１８
と帯状検出部２０との接触位置が、球面３角形の各辺上
の位置として計測され、この位置から可動球体１０の転
がりの方向及び量が検出される。計測装置は、可動球体
の姿勢を保つための錘を付けることにより、車体等の任
意の方向の傾き角度を計測する装置としても利用でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可動球体を利用する計
測装置に関し、更に詳しくは、可動球体の球体表面とこ
れに対向して配置される静止部材との間の相対移動を計
測することにより、可動球体の転がり量、又は、静止部
材の傾き角等を検出可能とした計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、可動球体の転がりを計測する装置
として、パーソナルコンピュータ等に使用されるマウス
が知られている。マウスは、機械的な機構を介して、可
動球体の転がり量を相互に直交する２方向を成すＸ−Ｙ
方向の移動量に置き換え、これら各方向の移動量を夫々
計測することで、可動球体の転がりの方向及び距離を検
出するように構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】可動球体を利用する従
来の転がり検出装置を成すマウスでは、一般に、可動球
体の転がり量及び方向を、機械的な機構を介してＸ−Ｙ
方向の移動量に置き換えている。このように、転がりを
Ｘ−Ｙ方向の移動量に変換する装置では、転がり量及び
その方向の検出精度は極めて低いものであった。

【０００４】本発明は、上記に鑑み、転がり量及び方向
を精度高く検出できる転がり検出装置として使用が可能
であり、或いは、他の別の用途に使用が可能な、可動球
体を有する計測装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の計測装置は、球体の中心を通り相互に直交
する３つの平面で規定される大円に沿って帯状被検出部
を支持する可動球体と、前記球体の半径に略等しい半径
を有する一の球面と該一の球面の中心を通り相互に直交
する３つの平面とで規定される球面３角形の各辺に沿っ
て帯状検出部を支持する静止部材と、前記可動球体が前
記一の球面の中心を中心として任意の方向に回転可能と
なるように、前記静止部材と前記可動球体とを結合する
結合部材と、前記帯状被検出部と前記帯状検出部とが対
向又は接触する位置を前記球面３角形の各辺上の位置と
して計測する位置計測部とを具備したことを特徴とす
る。

【０００６】ここで、本発明の計測装置における可動球
体、帯状被検出部、帯状検出部、静止部材等の材料に特
に限定はないが、例えば帯状被検出部として使用する材
料に合わせてその他の材料を選定することが好ましい。
帯状検出部は、１つの球面３角形の各辺にそって配置す
ることで足りるが、これに加えて、該球面３角形に隣接
する１以上の同様な球面３角形の辺に配置してもよい。
本発明の好ましい態様によれば、相互に隣接する４つの
球面３角形の各辺に沿って位置検出部を配置する。

【０００７】静止部材は、好ましくは、その内面が、可
動球体の半径と略等しい半径、つまり、可動球体の半径
と等しい半径又はこれより僅かに大きな半径を有する球
面の一部、好ましくは半球面として構成し、その内表面
に帯状検出部を配置する。しかし、静止部材の内面自体
を球面の一部として構成すること迄を要するものではな
く、例えば、静止部材は、１つの球面の一部を規定する
枠（フレーム）で構成してもよい。

【０００８】本発明の計測装置では、帯状被検出部と帯
状検出部の対向位置又は接触位置のデータ検出には種々
の方法が採用できる。例えば、電気的な検出を行なう場
合には、可動球体を絶縁体、帯状被検出部を可動接触
子、帯状検出部を可動接触子に接触されて電気的な状態
変化を与えられる固定接触子として夫々構成する。この
場合、位置計測部は、帯状被検出部と帯状検出部との接
触位置を固定接触子の電気的な状態変化によって計測す
ることができる。電気的な状態のデータとしては、抵抗
値や電位或いは電流等が挙げられる。また、容量の変化
を検出してもよく、この場合、非接触による計測も可能
となる。

【０００９】また、電気的な検出に代えて、可動球体を
非磁性体、帯状被検出部を磁石、帯状検出部を該磁石の
磁界を検出する磁気センサとして夫々構成して、磁気的
な検出方法を採用することもできる。

【００１０】更に、帯状被検出部を光反射部、帯状検出
部を帯状の光センサとして夫々構成することができ、こ
の場合、例えば、可動球体の表面に向けて光を照射する
光源を静止部材の帯状検出部に平行して配置する。この
場合にも非接触による位置計測が可能となる。

【００１１】本発明の計測装置は、好ましくは、可動球
体の転がりの方向、及び、その距離又は速度を計測する
ための距離／速度検出装置として構成される。

【００１２】また、本発明の計測装置は、例えば可動球
体の表面の所定位置に錘を配し、可動球体の姿勢を一定
に保つように構成することにより、静止部材の傾き角度
を計測するための傾き角計測装置として構成することが
出来る。

【００１３】

【作用】可動球体の帯状被検出部と静止部材の帯状検出
部とが対向又は接触する位置を、帯状検出部の球面３角
形の各辺上の位置として計測することにより、可動球体
の球表面と静止部材の帯状検出部で規定される球面との
間の相対的ずれ量を計測することが可能となり、これに
よって可動球体の回転量を計測することができ、或い
は、他の物理量の計測が可能となる。

【００１４】

【実施例】図面を参照して本発明を更に詳しく説明す
る。図１は本発明の一実施例の計測装置を成す転がり検
出装置の断面図である。同図において、転がり検出装置
は、可動球体１０と、可動球体の球体表面に対向する凹
状の球面を有する静止部材１２と、可動球体１０と静止
部材１２とを結合する結合部材１４とを有する。

【００１５】可動球体１０は、樹脂等の絶縁体から成る
球本体１６と、球本体１６の表面に形成された溝内に延
びる薄い帯状の導体１８とから構成される。図２は、こ
の可動球体１０における帯状導体１８の配置を説明する
ための図である。帯状導体１８は、可動球体１０の中心
を通り相互に直交する３つの平面Ｘ₁、Ｙ₁、Ｚ₁と球本
体１６の球表面とで規定される３つの大円の位置に形成
された細い溝内に配置されている。

【００１６】図１は、上記３つの平面の内の１つの平面
で可動球体１０を切断した断面として示してあり、帯状
導体１８が、球本体１６の表面に形成されたリング状の
溝内に配置された様子が示されている。静止部材１２
は、その本体部分が可動球体１０の球本体１６と同様な
樹脂から形成され、ほぼ、お腕を伏せた形状にしてあ
る。

【００１７】静止部材１２の内面は、可動球体１０の球
本体の表面の略１／２の部分と接触する凹状の半球面
と、その半球面から下方に延びる末広がりのスカート部
とから成る。スカート部の下部周縁は、結合部材１４に
固定支持されている。結合部材１４は、略平板状に形成
され、その中心部分に可動球体の一部が突出する穴が可
動球体の断面形状に合わせて形成されている。可動球体
１０は、静止部材１２と結合部材１４とで形成される空
洞部分にその大部分が収容され、これら静止部材１２及
び結合部材１４によって、その中心回りに且つ任意の方
向に回転可能に拘束される。

【００１８】静止部材１２の内面には、帯状導体１８に
よって褶動接触されて、その接触位置において電気的に
相互に接続される２本の平行導体が形成されている。図
３は、その平行導体の構造を模式的に示している。平行
導体２０は、静止部材１２の半球面の表面の所定位置に
形成された溝内に配置される。溝は、半球面とその半球
面の中心を通り相互に直交する３つの平面Ｘ、Ｙ、Ｚと
で規定される球面３角形の各辺に沿って配置される。

【００１９】平行導体２０は、所定の間隔を隔てて相互
に離隔される第１の導体２２及び第２の導体２４からな
り、第１の導体２２は、全体が１つの導体として電気的
に接続されると共に所定電位に維持され、他方、第２の
導体２４は、多数の微小な小片に分割され、図示しない
引出線が各小片から外部に引き出される。平行導体２０
は、可動球体１０の回転に従って、可動球体１０の帯状
導体１８がその上を褶動すると、第１の導体２２と第２
の導体２４の小片の何れかとが接触し、その接触が電気
回路により検出される。

【００２０】図４は、上記接触位置のデータを計測する
電気回路の構成を示している。球面３角形の各辺に沿っ
て配置された第１の導体２２は、直流電源３６により所
定の電位に維持されている。いま、帯状導体１８が、図
示の位置で平行導体２０の対向位置に現れると、帯状導
体１８は、当該位置にある第２の導体２４の小片と第１
の導体２２とを電気的に接続し、第２の導体２４の当該
小片を所定電位に引き上げる。各小片の引出線２６は球
面３角形の各辺に対応して配置されたレジスタ２８（Ｒ
ＥＧ）の各ビットに接続される。各レジスタ２８には対
応してラッチ回路（ＬＡＴＣＨ）３０が設けられる。

【００２１】ＣＰＵ３４において割込み処理が行なわ
れ、各レジスタ２８の内容がラッチ回路３０にラッチさ
れる。ＣＰＵ３４は、マルチプレクサ（ＭＰＸ）３２を
介して各ラッチ回路３０の各ビットの内容を取り込む。
これに基づいて、ＣＰＵ３４は、可動球体１０の帯状導
体１８が静止部材１２の平行導体２０と何れの位置で接
触したかを知ることができ、また、可動球体１０の以前
の位置からの回転方向及び量を知ることが出来る。

【００２２】図５（ａ）及び（ｂ）は、可動球体１０の
帯状導体１８と、静止部材１２の平行導体２０との位置
関係を例示する図である。同図において、ｘ、ｙ、ｚは
夫々静止部材の空間座標を、Ｘ、Ｙ、Ｚは夫々、静止部
材の中心を通る相互に直交する平面を示し、また、
ｘ₁、ｙ₁、ｚ₁は可動球体の空間座標を示している。図
面上で、平行導体の位置は実線で、帯状導体の位置は破
線で夫々示した。

【００２３】図５（ａ）は、平行導体２０が、球面３角
形の各辺の２点で夫々帯状導体１８と接する例であり、
また、同図（ｂ）は、平行導体２０が、球面３角形の各
辺の１点又は２点で夫々帯状導体１８と接触する例であ
る。これらの図に示すように、帯状導体１８は、平行導
体２０と完全に一致する位置にある稀な場合以外は、平
行導体２０の各辺とは高々２点で、また、その全体とは
４〜６点でのみ接触する。帯状導体１８の接触位置は、
可動球体１０の転がりに従って徐々に移動するものであ
るから、球面３角形の各辺における接触位置を検出する
ことにより、可動球体１０の動きが完全に把握できる。
本発明では、この接触位置の変化を検出することによ
り、可動球体の転がり量を計算する。接触位置のための
データ取込み及び転がり量の計算は、所定のソフトウエ
アにより容易に行なわれる。

【００２４】上記実施例では、静止部材の帯状検出部と
して平行導体を採用した例を挙げたが、上記実施例から
種々の変更が可能である。例えば、第１の変形例とし
て、球面３角形の各辺にその長さに比例する抵抗値を有
する抵抗体を配置し、また、可動球体の帯状導体は、結
合部材を通して常時接地する。球面３角形の各辺は電気
的に相互に切り離し、各辺の両端から所定の電圧を印加
する。夫々の辺の両端から流入する電流を計測すること
で、球面３角形の各辺の何れの位置が帯状導体に接触し
ているかを検出することが出来る。

【００２５】また、第２の変形例としては、可動球体の
帯状導体を結合部材を介して接地すると共に、静止部材
の球面３角形の各辺には、前記実施例における平行導体
の第２の導体と同様な構成を採用する。この場合、球面
３角形の各辺の何れの小片が接地しているかを検出す
る。これらの他に、静電容量が比較的大きな帯状導体に
接触又は近接した小片における静電容量の変化を検出す
る等、種々の検出方法が考えられる。これらの電気的な
検出では、一般に、帯状導体と静止部材の導体とを電気
的に接触させることから、その接触を良好に保つことが
特に重要となる。この目的のために、例えば静止部材の
導体を弾性部材を介して可動球体の表面に押し付けるこ
とも好ましい態様である。

【００２６】更に、上記実施例及び変形例では、帯状検
出部の帯状被検出部との接触位置のデータを電気的に検
出する方法について述べたが、帯状検出部と帯状被検出
部との対向位置を非接触で検出することも可能で、例え
ば、磁気的に検出することが可能である。

【００２７】図６（ａ）及び（ｂ）に、磁気的な検出方
法を採用する計測装置における可動球体の帯状被検出部
の構成例を示した。同図（ａ）は、Ｎ極とＳ極とが溝に
沿って対向する微小な磁石を多数配置した例である。ま
た、同図（ｂ）は、可動球体の球体表面には一方の磁
極、例えばＮ極のみを多数配置した例である。何れの場
合にも、静止部材には微小な磁気センサを球面３角形の
各辺に沿って配置することで、帯状検出部と帯状被検出
部との対向位置を検出する。磁気センサには、例えば、
磁気抵抗効果素子を用いる、小磁石を可動に配置してそ
の移動を電磁誘導で検出する、或いはリードスイッチを
採用する等の方法が考えられる。

【００２８】更に、光学的な検出方法を採用することも
可能である。この場合、静止部材には、球面３角形の各
辺に沿って帯状の発光素子及び受光素子を並行配置し、
可動球体の被検出部には、各大円に沿って反射面を形成
する。静止部材から光を照射し、受光素子により可動球
体からの反射光の有無乃至は強弱を検出することによ
り、帯状検出部と帯状被検出部との対向の有無が検出で
きる。発光素子及び受光素子は、光ファイバを介して帯
状検出部に結合する構成も採用できる。

【００２９】本発明の計測装置は種々の応用が可能であ
り、まず、先に挙げた転がり検出への応用が考えられ
る。従来、この目的に使用できる例として、図面等に記
された線上で薄い円板を転がして線の長さを計測するキ
ルビメータが知られている。しかし、キルビメータで
は、特に急な方向転換を図る場合等に、その計測長の精
度が高く得られ難いという欠点がある。しかし、本発明
の計測装置をこの目的に応用すれば、本発明における可
動球体は、任意の方向の転がり量の検出がその方向の如
何に拘らず精度よく検出でき、従来の計測装置の欠点を
克服できる。なお、転がり量を時間で割れば転がり速度
も計算できる。

【００３０】本発明の計測装置により、物体の傾き角度
の検出が可能である。図７に、この目的に使用できる本
発明の一実施例の計測装置を模式的に示した。この実施
例の計測装置は、非接触による位置計測を採用した他
は、可動球体１０の姿勢を一定に保つための錘（おも
り）３８を球体表面の所定位置に取り付けてあることに
おいて、図１の実施例と異なる。各要素には、図１と同
様な符号を付した。この計測装置の結合部材を自動車や
電車等の車体に固定し、可動球体１０と静止部材１２と
のずれ量を計測する。ずれ量を角度に換算すると、任意
の方向の車体の傾き角度が検出できる。なお、錘の取付
けに代えて、可動球体の姿勢を一定に保つジャイロスコ
ープを取り付けても同様な作用が得られる。

【００３１】本発明の計測装置は、平面上で任意の２点
間の長さを計測する際にその計測精度が高い。これは、
従来のマウス又はトラックボールとは異なり、平面上で
の球体の回転方向を、Ｘ−Ｙ方向の移動に機械的に変え
る必要がないことに起因している。この理由から、本発
明の計測装置は、フライトシミュレーションゲーム等に
特に好適に使用でき、また、コンピュータグラフィック
上で任意の曲面上で軌跡を移動させてその曲面上での移
動距離を計測する等の用途にも利用できる。

【００３２】以上、本発明をその好適な実施例に基づい
て説明したが、本発明の計測装置は、上記実施例の構成
にのみ限定されるものではなく、上記実施例の構成から
種々の修正及び変更を施した計測装置も本発明の範囲に
含まれる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の計測装置
によると、可動球体と静止部材との間のずれ量及びその
方向を静止部材の球面３角形の各辺上の位置として検出
することができ、その検出精度が回転の方向自体や方向
変化に依存しないので、任意の方向への可動球体の転が
り量が正確に計測できるという顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の計測装置を成す転がり計測
装置の断面図。

【図２】図１の実施例における可動球体の帯状導体の配
置を示す模式的斜視図。

【図３】図１の実施例における静止部材の平行導体の配
置を示す模式的斜視図。

【図４】図１の実施例における帯状検出部の接触位置の
データを検出する電気回路図。

【図５】（ａ）及び（ｂ）は夫々、帯状被検出部と帯状
検出部の接触位置を説明するための模式的斜視図。

【図６】（ａ）及び（ｂ）は夫々、第２の実施例におけ
る可動球体の帯状被検出部を成す磁石の配置を示す図。

【図７】本発明の計測装置の別の実施例である傾き角計
測装置の断面図。

【符号の説明】

１０可動球体１２静止部材１４結合部材１６球本体１８帯状導体２０平行導体２２第１導体２４第２導体２６引出線２８レジスタ３０ラッチ回路３２マルチプレクサ３４ＣＰＵ３６直流電源３８錘

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】球体の中心を通り相互に直交する３つの
平面で規定される大円に沿って帯状被検出部を支持する
可動球体と、前記球体の半径に略等しい半径を有する一の球面と該一
の球面の中心を通り相互に直交する３つの平面とで規定
される少なくとも１つの球面３角形の各辺に沿って帯状
検出部を支持する静止部材と、前記可動球体が前記一の球面の中心を中心として任意の
方向に回転可能となるように、前記静止部材と前記可動
球体とを結合する結合部材と、前記帯状被検出部と前記帯状検出部とが対向又は接触す
る位置を前記球面３角形の各辺上の位置として計測する
位置計測部とを具備したことを特徴とする計測装置。
【請求項２】前記可動球体が絶縁体、前記帯状被検出
部が可動接触子、前記帯状検出部が前記可動接触子に接
触されて電気的な状態変化を与えられる固定接触子とし
て夫々構成され、前記位置計測部は、前記帯状被検出部
と前記帯状検出部との接触位置を前記固定接触子の電気
的な状態によって計測する、請求項１に記載の計測装
置。
【請求項３】前記可動球体が非磁性体、前記帯状被検
出部が磁石、前記帯状検出部が該磁石による磁界を検出
する磁気センサとして夫々構成される、請求項１に記載
の計測装置。
【請求項４】前記帯状被検出部が光反射部、前記帯状
検出部が前記光反射部からの反射光を受光するための光
センサとして夫々構成される、請求項１に記載の計測装
置。
【請求項５】前記可動球体の転がりの距離又は速度を
計測する、距離／速度検出装置として構成される、請求
項１乃至４の一に記載の計測装置。
【請求項６】前記可動球体の姿勢を一定に保つための
姿勢安定部材を更に備え、前記静止部材の傾き角度を計
測する傾き角度計測装置として構成される、請求項１乃
至４の一に記載の計測装置。