JPH09138721A - データ入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】遠隔地や計算機内部に手指の曲がり情報を入力
して物体を操作させるデータ入力装置に設けられたセン
サの数が多い課題。 【解決手段】てのひらによって把持できる筐体としての
データ入力デバイス３０と、把握した際の指の先端の腹
を添える部分に圧力を検知する圧力センサ１１ａ〜１１
ｄと、それら検知手段に加えられる力を、前記指の腹を
握る方向への力と、その握る方向と直角方向への力とに
変換し、出力する情報処理手段２等を備える。 【効果】少ないセンサ数で手指の曲がり情報をデータと
して入力することができ、デバイスの小型軽量化が図れ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、計算機内
部の立体データあるいは遠隔地にある物体などの操作を
行うために利用可能な、データ入力装置に関する。

【０００２】具体的には、本発明は同一発明人を含む発
明である、特願平５−１０９５２９、特願平５−２４１
７１５、特願平５−３３６９７６におけるデータ入力装
置の改善である。

【０００３】

【従来の技術】従来、同一発明人を含んだ先願では、指
の腹があたる部分に複数の圧力センサを備え、各圧力セ
ンサの出力により、その方向に手指を動かそうとしてい
るものとしていた。例えば特願平５−３３６９７６にお
いては、図６に示すように、２本の指の先端の腹があた
る各部分３３、３４に、握り方向と前後左右とにそれぞ
れの圧力センサ３１ａ〜３１ｅ、３２ａ〜３２ｅを各々
５個づつ備えたデータ入力デバイス３０を提示してい
る。又、同図に示す様に、データ入力デバイス３０は、
情報処理手段２に接続されており、その情報処理手段２
は表示手段４と接続されている。

【０００４】また、図７は、図６に示す指のあたる部分
３４の断面を示す図である。図７に示す様に、圧力セン
サ３２ｂ、３２ｃ，３２ｄを取り付けた「Ｕ」字状のく
ぼみに指が添えられて指を動かそうとする方向の力を検
出するものである。

【０００５】すなわち、図８（ａ）に示すように、図中
に示す矢印（ア）の方向に指を曲げて物体を握ろうとす
る場合には、図７の圧力センサ３２ｄに圧力が検出さ
れ、図８（ｂ）に示す矢印（イ）の方向に指を動かそう
とする場合には、図７の圧力センサ３２ｂと３２ｃの圧
力差として検出される。圧力差としたのは、特願平５−
３３６９７６で説明したように、手指の大きさによって
は、３２ｂと３２ｃとが同時に押されてしまう場合があ
るからである。

【０００６】また、同じく、指の各関節の曲がりを検出
する方法として、図９に示すように、指の各腹ごとに圧
力センサを備えて、その検出値をもって各関節を曲げよ
うとする力としている方法も提示している。ただし、こ
の場合にも、指を左右に動かす力を検出するためには、
左右の方向にも圧力センサが必要である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上説
明した従来の装置では、指の自由度を表現するために
は、即ち、指により加えられる力を大きさとその方向を
より正確に捉えるためには、より多くの圧力センサが必
要になることがわかり、センサの信号線が増加し、小型
軽量化が図れないという課題を有していた。

【０００８】本発明は、従来のデータ入力装置のこのよ
うな課題を考慮し、従来に比べてより一層少ないセンサ
数で同程度の情報を得ることが出来るデータ入力装置を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、てのひらによ
って把持できる筐体と、その筐体を把握した際の指の関
節間又は先端の腹を添える部分に設けられた変位または
圧力を検知する複数の検知手段と、それら検知手段に加
えられる力を、前記指の腹を握る方向への力と、その握
る方向と少なくとも一種類の所定角度をなす方向への力
とに変換し、出力する変換手段とを備えたデータ入力装
置である。

【００１０】この本発明によれば、従来に比べてより一
層少ない検知手段で同程度の情報を得ることが出来る。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、てのひらによって把持できる筐体と、その筐体を把
握した際の指の関節間又は先端の腹を添える部分に設け
られた変位または圧力を検知する複数の検知手段と、そ
れら検知手段に加えられる力を、前記指の腹を握る方向
への力と、その握る方向と少なくとも一種類の所定角度
をなす方向への力とに変換し、出力する変換手段とを備
えたデータ入力装置である。この発明によれば、筐体
が、てのひらによって把持でき、複数の検知手段が、そ
の筐体を把握した際の指の関節間又は先端の腹を添える
部分に設けられた変位または圧力を検知し、変換手段
が、それら検知手段に加えられる力を、前記指の腹を握
る方向への力と、その握る方向と少なくとも一種類の所
定角度をなす方向への力とに変換し、出力する。

【００１２】請求項２に記載の発明は、前記複数の検知
手段は、２個の圧力検知センサであり、前記変換手段
は、前記２個の圧力検知センサの出力を加算する際、そ
れら圧力検知センサに対して予め定められた方向情報を
加味した前記加算を行なう加算手段を有する請求項１記
載のデータ入力装置である。この発明によれば、加算手
段が、２個の圧力検知センサの出力を加算する際、それ
ら圧力検知センサに対して予め定められた方向情報を加
味した前記加算を行なう。

【００１３】請求項３に記載の発明は、てのひらによっ
て把持できる筐体部分を有し、把握した際の指の関節間
および先端の腹を添える部分に変位または圧力を検知す
る検知手段を備えたデータ入力装置であって、前記指の
先端の腹の検知手段を左右に２分割して備えたデータ入
力装置である。この発明によれば、筐体部分がてのひら
によって把持でき、２つの検知手段が、その把握した際
の指の関節間および先端の腹を添える部分に備えられ、
変位または圧力を検知する。

【００１４】請求項４に記載の発明は、左右２つの検知
手段の出力和を指の腹を握る方向に曲げる力の入力値と
し、２つの検知手段の出力の差を、指と他の指が近接あ
るいは離れる方向への力の入力値とする請求項３記載の
データ入力装置である。この発明により、指を曲げよう
とする力は左右の圧力センサに同じように作用し、指と
指を広げようとする力は左右の圧力センサの差として検
出することができる。

【００１５】請求項５に記載の発明は、てのひらによっ
て把持できる筐体部分を有し、把握した際の指の先端の
腹を添える部分に変位または圧力を検知する検知手段を
備えたデータ入力装置であって、前記検知手段を前後左
右に４分割して備えたデータ入力装置である。この発明
によれば、筐体部分がてのひらによって把持でき、４つ
の検知手段が、その把握した際の指の関節間および先端
の腹を添える部分に備えられ、変位または圧力を検知す
る。

【００１６】請求項６に記載の発明は、４つの検知手段
の出力和を指の腹を握る方向に曲げる力の入力値とし、
左右２つずつの検知手段の和の出力の差を、指と他の指
が近接あるいは離れる方向への力の入力値とし、前後２
つずつの検知手段の和の出力の差を指の先端を進めるあ
るいは後らす方向に押す力の入力値とする請求項５記載
のデータ入力装置である。この発明により、指を握ろう
とする力は前後左右の圧力センサに同じように作用し、
指と指を広げようとする力は左右の圧力センサの差とし
て検出することができ、指の先端を筐体に沿って進めよ
うとする力は前後の圧力センサの差として検出すること
ができる。

【００１７】以下、本発明にかかるデータ入力装置の実
施の形態を図面に基づき説明する。

【００１８】図１は第一の本発明の実施の形態における
斜視図である。

【００１９】同図を参照しながら、本実施の形態の構成
を中心として説明する。データ入力デバイス全体３０は
ケーブル３により情報処理手段２と接続されている。本
発明の変換手段は、情報処理手段２に対応する。操作者
はデータ入力デバイス３０をてのひらでおおうように把
持する。このとき人差し指および中指の先端部分はデー
タ入力デバイスの表面上の窪み１３、１４の上に添えら
れる。窪み１３、１４には、圧力センサ１１ａ、１１
ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ
が搭載されており、指の各方向に押す力を検出すること
ができるようになっている。圧力センサとしては感圧式
の導電ゴムなどが可能である。圧力センサにより検出さ
れた指の力は情報処理手段２に送られる。なお図１では
人差し指と中指のデータ入力部分を示したが、同様のこ
とは親指に対しても実施できることは明白である。

【００２０】図１に示したデータ入力デバイス３０等
は、計算機内部の立体データあるいは遠隔地にある物体
などの操作を行うために利用されるものであり、その使
用状況を図２に示す。ここで、図２は計算機内部の立体
データを操作する例を示す概念図であり、てのひらで把
持したデータ入力デバイス３０を用いて、表示装置４に
より画像表示される仮想の手指４０により仮想物体４１
を操作する状況を示したものである。

【００２１】次に、本実施の形態の圧力センサに加えら
れた力を、所定の方向への力に変換する原理を図３
（ａ），（ｂ）を用いて説明する。

【００２２】図３（ａ）は指を添えるくぼみ部分の圧力
センサ１２ｂ，１２ｃ部分を指に垂直な方向で切った断
面図である。指２３６により、くぼみの斜面に取り付け
られた圧力センサ１２ｂ、１２ｃを押圧している。指の
押す力は、圧力センサ１２ｂでは力Ｆｂとして検出さ
れ、圧力センサ１２ｃでは力Ｆｃとして検出される。同
図（ｂ）は２つの力の座標変換を行ったものである。２
つの力ＦｂとＦｃを垂直な力Ｆ(ア)と水平方向の力Ｆ(イ)
に変換することができる。

【００２３】つまり、２つの力ＦｂとＦｃのベクトル和
を、上記垂直方向（力Ｆ(ア)の方向）と上記水平方向
（力Ｆ(イ)の方向）を新たな座標軸として、それら垂
直、水平方向の軸に対応する２方向の成分に分解する。
すなわち、力Ｆ(ア)は指を曲げて握ろうとする力であ
り、力Ｆ(イ)は指を広げようとする力であり、図８で示
した２つの方向、（ア）と（イ）の方向の力に変換する
ことができる。

【００２４】なお、このセンサの配置については後述の
図５のシステムにおいても同様である。

【００２５】ところで、図４は情報処理手段２の処理方
法を示したブロック図である。

【００２６】図４を参照しながら、本実施の形態の動作
を中心に説明する。

【００２７】同図に示す様に、情報処理手段２は、各指
に対応した４つの圧力センサの出力情報を加減算するこ
とにより、各指の各方向に動かす力情報に変換するもの
である。すなわち、信号出力Ａは、センサ１１ａ、１１
ｂ，１１ｃ、１１ｄの出力を加算手段５１、５２、５３
により加算した結果であり、これは図１で窪み１３の方
向に押す力に対応する値であり、指を握る方向に曲げよ
うとする力に対応する値になる。一方、信号出力Ｂは、
センサ１１ａと１１ｂとを加算手段５２で加算して得ら
れた結果と、センサ１１ｃと１１ｄとを加算手段５１で
加算した結果とについて、左右方向を考慮して、加算手
段５１の出力値にマイナス符号を付した上で、上記両方
の結果を加算手段５６により加算して得られた値であ
る。この信号出力Ｂは、プラスの値を示す場合、紙面に
向かって右方向に力を加えた値に対応し、マイナスの値
を示す場合、左方向に力を加えた値に対応するものであ
る。

【００２８】また、信号出力Ｃは、センサ１１ａと１１
ｄとを加算手段５７で加算したのち、センサ１１ｂと１
１ｃとを加算手段５４で加算した結果を、上記と同様に
方向を加味して、加算手段５５により加算した値であ
る。そして、その加算結果が、プラスの値を示す場合、
紙面に向かって上方向に力を加えた値に対応するもので
あり、マイナスの値を示す場合、紙面に向かって下方向
に力を加えた値に対応するものである。紙面に向かって
上方向の力とは、図１においては、指を前後に動かす力
に対応するものである。尚、本実施の形態では、例え
ば、指を曲げる方向への力として、４つのセンサの出力
ａ，ｂ，ｃ，ｄを単純に加算する場合を説明した。即
ち、ここでは、図３で述べた様な、センサの出力値を基
にして、ベクトル和を求め、新たな座標軸に対応した各
成分に分解するというプロセスを経ずに、各センサの出
力を直接用いて、概略の値を計算している。実際の使用
では、図２を用いて説明した様に、オペレータは、表示
装置４に映し出された画像を見ながら操作するので、こ
のような概略の計算によるデータ入力装置であっても、
充分に利用可能である。尚、これとは別に、図３て説明
した様に、センサの出力を基にして、ベクトル和を求
め、そのベクトル和で表された力を新たな座標軸に対応
した各成分に分解するという、座標変換処理を行なう構
成であってもよい。これによれば、各方向の力が、より
正確に求めることが可能となる。

【００２９】このように本実施の形態によれば、図６に
示す従来例に比べて、少ないセンサで同じ情報を得るこ
とができる。

【００３０】図５は、第二の本発明の実施の形態の構成
を示す斜視図である。

【００３１】説明を容易化するために、特定の指２６に
ついてのみ示している。円筒型のデータ入力デバイス３
０の指を添える窪み２５の部分に指の根元から順に圧力
センサ２３、２２が設けられ、指の先端が添えられると
ころには、左右に対応した圧力センサ２１ａ、２１ｂが
設けられている。圧力センサ２３は、従来例と同様、指
の最も根元の関節間の押す力を検出するものであり、圧
力センサ２２も指の真ん中の関節間の押す力を検出する
ものである。圧力センサ２１ａ、２２ｂは指の先端部分
の押す力を検出するものであり、その出力は加算手段６
１および引き算手段６２に接続されて、それぞれ出力
Ａ、Ｂが取り出されている。加算信号Ａはふたつの圧力
センサの和であり、指の先端をまげてデバイス３０を握
ろうとする力を検出することができる。一方引き算信号
Ｂは指の先端部分を左右に動かそうとする力に対応す
る。なお第一の本発明で言及した指の先端を前後に動か
そうとする力は圧力センサ２２を押す力が減少すること
により検出することができる。また、指を左右に動かそ
うとする力は、指の先端でなくても、センサ２２やセン
サ２３の位置でも検出が可能であるが、指の先端が最も
変位が大きくなり検出が容易である。

【００３２】本発明は、その第一の改善手段としては、
把握した際の指の関節間および先端の腹を添える部分に
変位または圧力を検知する検知手段を備えたデータ入力
装置であって、前記指の先端の腹の検知手段を左右に２
分割して備え、左右２つの検知手段の出力和を指の腹を
握る方向に曲げる力の入力値とし、２つの検知手段の出
力の差を、指と他の指が近接あるいは離れる方向への力
の入力値とする。

【００３３】第一の手段により、指を曲げようとする力
は左右の圧力センサに同じように作用し、指と指を広げ
ようとする力は左右の圧力センサの差として検出するこ
とができる。

【００３４】また第二の改善手段として、把握した際の
指の先端の腹を添える部分に変位または圧力を検知する
検知手段を備えたデータ入力装置であって、前記検知手
段を前後左右に４分割して備え、４つの検知手段の出力
和を指の腹を握る方向に曲げる力の入力値とし、左右２
つずつの検知手段の和の出力の差を、指と他の指が近接
あるいは離れる方向への力の入力値とし、前後２つずつ
の検知手段の和の出力の差を指の先端を進めるあるいは
後らす方向に押す力の入力値とする。

【００３５】第二の手段により、指を握ろうとする力は
前後左右の圧力センサに同じように作用し、指と指を広
げようとする力は左右の圧力センサの差として検出する
ことができ、指の先端を筐体に沿って進めようとする力
は前後の圧力センサの差として検出することができる。

【００３６】なお、第一および第二の改善手段における
検知手段の配置構成としては、指が添えられる断面形状
がＶ字型の斜面となり、互いに対抗する検知手段がその
斜面上に具備することが望ましい。

【００３７】以上説明したことから明らかなように、本
実施の形態によれば、従来提示した方法に比べて、少な
いセンサ数で同じ情報を得ることができ、デバイス構成
が簡単になり、また、情報処理部分への配線数も少なく
できるという効果があり、小型軽量化が図れる。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、従来に比べてより一層少ない検知手段で同程度
の情報を得ることが出来るという長所を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の本発明の実施の形態における斜視図であ
る。

【図２】本発明の一実施の形態におけるデータ入力装置
の使用状況を示す斜視図である。

【図３】（ａ）：本発明におけるデータ入力装置の指を
添えるくぼみ部分の圧力センサ部分を指に垂直な方向で
切った断面図である。 （ｂ）：座標変換を行う場合の各力の方向をと、座標軸
の方向を示す図である。

【図４】第一の本発明の実施の形態における信号処理の
ブロック図である。

【図５】第二の本発明の実施の形態におけるブロック図
である。

【図６】第一の本発明に対応する従来例の斜視図であ
る。

【図７】従来のセンサ配置を説明する側断面図である。

【図８】（ａ）：手指の曲げる方向を説明するための手
の側面図である。 （ｂ）：手指の曲げる方向を説明するための手の平面図
である。

【図９】第二の本発明に対応する従来例の側面図であ
る。

【符号の説明】

２ 情報処理手段 １１ａ〜１１ｄ 圧力センサ ３０ データ入力デバイス ５１〜５７ 加算手段

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 てのひらによって把持できる筐体と、 その筐体を把握した際の指の関節間又は先端の腹を添え
   る部分に設けられた変位または圧力を検知する複数の検
   知手段と、 それら検知手段に加えられる力を、前記指の腹を握る方
   向への力と、その握る方向と少なくとも一種類の所定角
   度をなす方向への力とに変換し、出力する変換手段と、
   を備えたことを特徴とするデータ入力装置。
2. 【請求項２】 前記複数の検知手段は、２個の圧力検知
   センサであり、 前記変換手段は、前記２個の圧力検知センサの出力を加
   算する際、それら圧力検知センサに対して予め定められ
   た方向情報を加味した前記加算を行なう加算手段を有す
   ることを特徴とする請求項１記載のデータ入力装置。
3. 【請求項３】 てのひらによって把持できる筐体部分を
   有し、把握した際の指の関節間および先端の腹を添える
   部分に変位または圧力を検知する検知手段を備えたデー
   タ入力装置であって、前記指の先端の腹の検知手段を左
   右に２分割して備えたことを特徴とするデータ入力装
   置。
4. 【請求項４】 左右２つの検知手段の出力和を指の腹を
   握る方向に曲げる力の入力値とし、２つの検知手段の出
   力の差を、指と他の指が近接あるいは離れる方向への力
   の入力値とすることを特徴とする請求項３記載のデータ
   入力装置。
5. 【請求項５】 てのひらによって把持できる筐体部分を
   有し、把握した際の指の先端の腹を添える部分に変位ま
   たは圧力を検知する検知手段を備えたデータ入力装置で
   あって、前記検知手段を前後左右に４分割して備えたこ
   とを特徴とするデータ入力装置。
6. 【請求項６】 ４つの検知手段の出力和を指の腹を握る
   方向に曲げる力の入力値とし、左右２つずつの検知手段
   の和の出力の差を、指と他の指が近接あるいは離れる方
   向への力の入力値とし、前後２つずつの検知手段の和の
   出力の差を指の先端を進めるあるいは後らす方向に押す
   力の入力値とすることを特徴とする請求項５記載のデー
   タ入力装置。