JPS5969879A - 位置情報入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
などをコンピュ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、手動操作にともなって平面上全移動する物体に付
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ュ
ータなと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ｆ〜ｒ置装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が転勤可能に納められており、がっ、その
球体２の下部は、ハウジング１の底部に設けられだ開口
３より下方へ突出して、載置平面４と接するようになっ
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の底面部に転勤自在に設けられた複数個のボール５
によって、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つのアノ
グル６ａ　、６ｂ　、６０．６（１にそれぞれ回転Ｉ］
在に設けられたロ−ラアａ、アｂ、アＣ１７ｄにづ〆す
ることで水平方向の位１′ｄが規制され、４た、ハウジ
ング１の内部中央上面部に転勤自在に配されたポール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。９２Ｌおよび９ｂｔ；１１′−Ｉ−ラフａ〜７ｄ
のうち、回転軸の延長腕が直父する一対のローラ７ｂと
７０の回転軸１０ａと１０ｂＶＣそれぞれ連結されたポ
テンショメータであり、それらは、ローラ７ｂ、７ｃの
回転量に応じて抵抗１１「Ｉか変化するように構成され
、かつ、図示していないがコード全通してコンビーータ
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。

１ず、人力操作者が手でハウジング１全杷持して、載置
平面４」二で動かすと、そのハウジング１の（多動にと
もなって球体２も載置平面４上全転動する。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〜７
ｄ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って転動する
とともに、ハウジング１の移動量に応じた量たけ回転す
る。従って、ポテンショメーク９ｔ、９ｂによって、ロ
ーラ７ｂ、７Ｃの同転角を検出することにより、ハウジ
ング１の移動方向ならひに移動量に応じた位置情報全検
出することができる。

しかしながら、上記従来の６ｒ装情報人力装置において
は次のような問題があった。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土での移動は
、球体２がハウジング１内てローラ７ａ〜７ｄに押され
ることによってなされ、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ってなされる。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
加速度を犬にすると、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１位置情報入力装置と同じ加速度でもって移動するが
、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」−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（＋ｆ■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
取った値とが異なるものとなる。したがって、この従来
の位置情報入力装置においては、移動加速度かあ′１′
９大にならないように、ゆっくり操作しなければならな
いという問題があった。

なお、上記従来の位置情報入力装置において、移動加速
度の上限値を犬きくするため１には、球体２を・上から
Ｉ’ｌ’　Ｌつける力Ｆを大にして、球体２と載置平ｌ
￥１７４との間の摩擦力を犬にすれば良いが、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
擦力も犬となるため、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゛ポ値が古しくなるために
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っくり操作す
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っていた。

発明の目的 本発明は、上述のような従来１クリの問題全１ヂｒ決す
るものでアシ、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
み取っ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」二限値を犬にし、かつ操作感を向上させた
位置情報入力装置全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犬にして、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”Ｆ而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
部の密度を犬にしたものの方が、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
に回転しやすぐ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））Ｈ＋速度の範
囲を犬にさせ、操作感を向上させ得るものである。

実施例の説明 以下、本発明の実施世」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はその位置情報入力装置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１３
＆を含むハウジング１３を前記操作板１２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１３？Ｌの下
面部に転動自在に配設されたスチールポールなどのボー
ル１４ａ　、　１４ｂ、１４ｃ。

１４ｄと、下部が前記底板１３２Ｌに穿設されだ円穴１
５から下方へ突出して前記操作板１２の１ｒｄ上に接す
るように、前記ハウジング１３内に転勤「ｉｆ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１−／ａ
　、　１７ｂ、１７Ｃ。

１７（１と、それらのローラ１７ａ〜１７ｄ全底板１３
？Ｌ上で回転自在に支持するように、それらの軸１８２
Ｌ、１８ｂ、１８０，１８ｄを支承する支持部材１９ｆ
Ｌ、１９ｂ、１９０，１９ｄと、前記ローラ１７ａ〜１
７（ｉのうち、回転軸の延長線が直交するローラ、例え
ば１７ｂと１７０の軸１８ｂと１８０に連結されて、そ
れぞれのローラ１７ｂ。

１７（ｉの回転角を検出し、電気信号として得る位置’
ｌ’＋！ｉ叩検出手段であるところのエンコーダ２０Ｊ
２０ｂ’６含めて構成されている。なお、２１は前記エ
ンコーダ２０？Ｌ、２０ｂによって得られた位置枯報全
コンビーータ等の機器に伝送するための１−ドである。

なお、このコード２１に代えて、赤外ＭＡ　Ａ５　’ｅ
ｆ：利用しに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、］）１■配球体１６は第６図に明示するように
、中心’ｊｆＢ　１ｅ　ａ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はコ゛ム
Ａ、ｐのように、前記中心部１６ｉａ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１３＆に穿設した円穴１５の内径ｄ：、
球体１６の外径よりも小さくして、位置情報入力器１１
金持ち上げた時に球体１６が不要に脱落しないようにし
である。さらに、前記ローラ１７ａ〜１７ｄは、位置情
報入力器１１を操作板１２」−に載置した場合に、それ
らのローラ１７２Ｌ〜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２ｏａ　（２０ｂ）の構成例を
示した図である。同図において、ｒ＋ｉＪ　ＮＱ　’−
ラ１７１）（１７Ｃ）の軸１８ｂ（１８０）に数句けら
れて、ローラ１７ｂ（１７Ｃ）と一体重に回転する遮光
板２２は光合透過させない拐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ット２３が
設けられている。一方、前記遮光板２２のスＩＪ　、　
）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とフォトトランジスタ２５が設けられ
ている。発光ターイオート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。捷た。フォトトラン
ジスタ２５は、受ける光量によって端子２７に得られる
出力電圧が変化するようになっている。したがって、フ
ォトトランジスタ２５と発光ダイオード２４の間の遮光
板２２のスＩＪ　７　）位置が変化すると、それを透過
する光量が変化するため、フォトトランジスタ２５の出
力電圧も、それに従って変化する。

す、上のことより、遮光板２２が軸１８　ｂ　（１８ｃ
）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（ａｌに示すように変化する。

また、このｘンコ−ダ２ｏ＆　（２ｏｂ　）には、＞１
．１．ｌｉ光根板２２全さんで、もう−組の発光ダイオ
ード２８とフォトトランジスタ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とフォトト
ランジスタ２９の配設位置は、フォトトランジスタ２５
の出力電圧と位相が概ね９００異なる位置に設けられて
いる。したがって、例えば、遮光板２２が第７図に示す
矢印入方向に回転した場合、フォトトランジスタ２５の
出力電圧が第９図（ａｌのようになるのに対して、フォ
トトランジスタ２９の出力電圧は、第９図（ｂ）のよう
にフォトトランジスタ２５の出力電圧に対して位相が９
０°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、フォトトランジスタ２９
の出力電圧は、フォトトランジスタ２５の出力電圧に対
して位相が９００進んた形で変化する。

フォトトラ／ジスタ２５．２９の出力電圧はコード２１
によって、それぞれ第１０図に示すように増幅器３０．
３１によって増幅された後、波形整形器３２．３３ｉ通
して矩形彼に成形整形される。その後、位相比較器３４
によって、２つ（７）（ｉ号の位相全比較することによ
り、遮光板２２の回転方向全検出するとともに、どちら
か一方の信号の波の数を演算器３５によって加算するこ
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３６によって検出された信号はコンピュー
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１７２Ｌ〜１
７（ｉによって水平方向から押されることによって移動
するものであるが、球体１６と操作板１２の上面の間の
摩擦力によって回転力を勾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
度が犬になると、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１νより大に
して、球体１６の中心部１６？Ｌに質ｆｔｆ　ｋ集中さ
せているため、同一質重。

同一′１６径で球体全体が均一な密度で構成されている
球体を便用した場合と比べると、球体と操作板の上１イ
灯との間の摩擦力は同じとなるため、球体に句えら昆る
回転力も同じとなるが、球体の中心部の密度を犬にした
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。つ捷り、球体に与えられる回転ト
ルク−ｉＴとし、球体の回転軸回りの慣性モーメン）ｆ
Ｉ、球体の回転角加速吸音〃”としたときに、 Ｔニエｉ の式が族９立つのであるが、同一質量、同−手径で球体
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
密度を犬にしていることによって、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
角加速度が犬となる。

７ｚオ、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って、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９距
離は、ＬＣＯ５θとなり、′また、ローラ１７ｂが周上
で移動した転がり距離はＬ　ｓｉｎθとなる。このとき
、ローラ１７ｂ、１７Ｇ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ｆｘ軸
とし、球体１６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、ちょうと、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。したがって、ローラ１７
ｂ、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ｉｉ　’ｋ　ｘ軸方向とｙ軸方向に分けて測定す
ることができろ。

従って、エンコーダ２ｃ）ａ　、　２０ｂによって検出
された信号全前述の第１０図の回路を通して処理するこ
とにより、それぞれの回転角に応じた信号が発生され、
更にこの信号をコンビーータ本体に入力することによっ
て、位置情報入力装置１１の移動軌跡の位置情報を月え
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
殻部の音度よりも犬にして、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
小となって回転しやすぐなり、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
ぐなり、球体と、それが接して転勤する平面との間のす
・＼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
摩擦係数が犬きくなるため、回転力が太きくとれて、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、ゆっくり操作
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人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（２Ｌｌ
　、　（ｂｌ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ｏ、７り
図である・ １１・・・・・・位置情報入力装置、１２・・・・・操
作板、１３・・・・・・ハウジング、１３＆・・・・・
・底板、１４２Ｌ〜１４ｄ・・・・・・ポール、１５・
・・・・円穴、１６・・・・・・球体、１６ａ・・・・
・・中心部、１６ｂ・・・・・・外殻部、１７ａ〜１７
ｄ・・・・・・ローラ、１Ｂ２Ｌ〜１８ｄ・・・・・・
軸、１９２Ｌ〜１９ｄ・・・・・・支持部材、２Ｏｉ＆
、２０ｂ・・・・・・エンコーダ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第６図 第７図　　　２２ 手続補正書（ざ拘 昭和５８年３　月　７日 ｑ′ｙ許庁長官殿 １事件の表示 昭和５７年ｑう′許願第１８１７２２　　号２発明の名
称 位置情報入力装置 ３補正をする者 １＋（’ｌとの関係　　　　　　特　　許　　　出　　
　願　　人住　所　　大阪府門真市太字門真１００６番
地名　称　（５８２）松下電器産業株式会社代表考　　
　　　　　山　　　下　　　俊　　　彦４代理人　〒５
７１ 住　所　　大阪府門真市大字門真１００６番地松下電器
産業株式会社内 ア、補正の内容 明細書第１７頁第６行目のｒ　（ａ）　、　（ｂ）　Ｊ
を抹消いたします。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 平面上を移動しつるハウジングと、前記ハウジングの前
   記平面上での移動にともなって回転するように前記ハウ
   ジングに転勤可能に設けられた球体と、前記球体の回転
   によっ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犬なる物質で
   構成したこと全特徴とする位置情報入力装置。