JP2005084006A - 方位センサ及び／又は傾斜センサを用いた計測方法、及びマウス - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザーポインター・水平儀・垂直儀などの冶具を用いて、計測基準位置と計測位置との偏差を計測して求め、指定された計測位置を特定するなどの立体計測を実行するための計測環境を設定する必要がない計測方法及びこれを適用したマウスを提供する。
【解決手段】 操作計測部に、透明液体中に保持された着色着磁球体と着色着磁球体に光を当てる投光部、着色着磁球体を少なくとも３方向から監視するための３個以上の光感知部とからなる方位センサ及び／又は透明液体中に保持された中心から外れた位置に錘を有する着色非着磁球体及び着色非着磁球体に光を当てる投光部、着色非着磁球体を少なくとも３方向から監視するための３個以上の光感知部からなる傾斜センサを設置し、操作計測部を操作して移動した際、方位センサと傾斜センサからの出力を計算する計算部を構成し、計算部において出力を分析することにより得られる方向情報と傾斜情報に基づいて、操作計測部の動きを感知するシステムに補正をかけることを特徴とする計測方法及びこれを用いたマウス。
【選択図】 図２

Description

本発明は、センサーを用いた計測方法及びその計測方法を適用したマウスに関する。
より詳しくは、方位センサ及び／又は傾斜センサを用いた計測方法を提供し、更に、この方法を用いたマウスを提供するものである。

従来、一般的な計測においては、計測位置を特定する場合、計測対象物を固定し、計測基準位置を定めた上で、レーザーポインター・水平儀・垂直儀などの冶具を用いて、計測基準位置と計測位置との偏差を計測して求め、指定された計測位置を特定した上で計測を行っていたが、このような立体計測を実行するための計測環境を設定するのに時間がかかり、改善が求められた。
また、３次元的に計測位置を特定できたとしても、美術品などの複雑な計測対象物は、全ての計測位置にマーキングすることができないため改善が求められた。

パソコンなどで利用されている既存のマウスは、光学的な手段でマウス自身の移動量を検出することができるが、既存のマウスはマウスが利用される方向を制御していないため、操作時にマウスの操作方向を変えると、それに伴って移動情報に変移が発生するため改善が求められている。
複数のマウスボールを用いて、マウスボールの回転量をＸ方向の回転量に変換するＸ方向回転量検出部とマウスボールの回転量をＹ方向の回転量に変換するＹ方向回転量検出部と、Ｘ方向回転量検出部及びＹ方向回転量検出部の各回転量をそれぞれＸ方向及びＹ方向の移動量に変換する移動量検出部の４構成要素からなる各マウスボール毎の位置検出部からのマウスボール毎の移動量を受信し、これら移動量のうち最大のものを選択して出力するものが知られている（特許文献１）。
また、マウスが押しボタンスイッチを押しながらＸ方向に移動が開始されればＸ方向移動量センサ出力信号がスイッチング回路に瞬時に加わり、このスイッチング回路出力がＹ方向移動量検出回路を、Ｘ方向移動量センサ出力が停止する迄の間抑止することで、Ｘ座標軸上のポインター又はカーソルを逸脱させずに移動し、同様に、マウスが押しボタンスイッチを押しながらＹ方向に移動が開始されれば、スイッチング回路出力がＸ方向移動量検出回路を、Ｙ方向移動量センサ出力が停止する迄の間抑止するものが知られている（特許文献２）。
しかし、いずれの文献に記載された発明も、マウス自体の回転に関する誤差や、Ｚ方向についての誤差については考慮されていない。
さらに、市販されているマウスでは、図１に示すようにマウス本体を回転させると、その回転に伴い検出している移動情報の向きが変化してしまい、情報の歪みが発生します。 この歪は、マウス本体に、本体の回転を検出する機能がないため、発生するものである。
既存マウスでは、移動情報をボールの回転情報又は光反射変移で、移動情報を検出しているが、移動情報を検出して感知する感知部にマウス本体の回転を検知する方位センサを備えていないために、このような情報の歪みを修正することができない。
マウスが水平面にある場合のみならず、傾斜面にある場合についても、同様のことが起きることは明らかである。
特開２００２−２２９７３４号公報 特開２００２−３５８１６１号公報

本発明は、レーザーポインター・水平儀・垂直儀などの冶具を用いて、計測基準位置と計測位置との偏差を計測して求め、指定された計測位置を特定するなどの立体計測を実行するための計測環境を設定する必要がない、操作計測部に方位センサ及び傾斜センサーの２つのセンサーを具備し、操作計測部の動きを感知するシステムに補正をかけることを特徴とする計測方法を提供し、かつその計測方法を適用したマウスに関する。
より詳しくは、平面方向の回転角検出機能およびないし垂直方向の傾斜角検出機能を付加することで、計測対象物に対する計測面の角度と方向の検出を行いながら操作計測部の３次元空間における移動情報を求め、立体を含めた任意面形状を得る計測方法、これらの計測方式を応用したマウスを得る。

本発明は、従来の立体計測において、計測に先立って立体形状の計測を行い、計測位置を特定する、計測時に計測対象面を移動できない等の、立体を含む任意面計測時の制限事項をなくすとともに、任意面における様々な計測を速やかに行うことで計測の有効性を広くするものである。
すなわち、 操作計測部に、透明液体中に保持された着色着磁球体と着色着磁球体に光を当てる投光部、着色着磁球体を少なくとも３方向から監視するための３個以上の光感知部とからなる方位センサ及び／又は、透明液体中に保持された中心から外れた位置に錘を有する着色非着磁球体及び着色非着磁球体に光を当てる投光部、着色非着磁球体を少なくとも３方向から監視するための３個以上の光感知部からなる傾斜センサを設置し、操作計測部を操作して移動した際、方位センサと傾斜センサからの出力を計算する計算部を構成し、計算部において出力を分析することにより得られる方向情報と傾斜情報に基づいて、操作計測部の動きを感知するシステムに補正をかけることを特徴とする計測方法を提供する。

本発明において、透明液体中に保持された着色着磁球体と着色着磁球体に光を当てる投光部、着色着磁球体を少なくとも３方向から監視するための３個以上の光感知部とからなる方位センサを図２に示す。図２に示す方位センサは、収納ケース１の透明液体中に、液体とほぼ同じ比重の着色着磁球体２を保持し、ＬＥＤ等の発光素子により光を当てる投光部３、直角座標のｘ、ｙ、ｚ方向に設けた光フォト・トランジスター等からなる感知部４を有する。
着色着磁球体２は、ケースの方向が変化しても、地磁気により、常に一定方向を向いて安定してケース中に回転自在に保持されている。

本発明において、透明液体中に保持された中心から外れた位置に錘を有する着色非着磁球体及び着色非着磁球体に光を当てる投光部、着色非着磁球体を少なくとも３方向から監視するための３個以上の光感知部からなる傾斜センサを図３に示す。図３に示す傾斜センサは、収納ケース１の液体中に、ケース中の透明液体とほぼ同じ比重の着色非着磁球体５を保持し、ＬＥＤ等の発光素子により光を当てる投光部３、直角座標のｘ、ｙ、ｚ方向に設けた光フォト・トランジスター等からなる感知部４を有する。
着色非着磁球体５は、ケースが傾いても、中心から外れた位置に錘を有するので、重力により常に錘が引っ張られて最下部に来る位置で安定してケース中に回転自在に保持されている。

方位センサ及び／又は傾斜センサを具備した操作計測部は、操作して移動した際、方位センサと傾斜センサからの出力を計算する計算部を有し、計算部において出力を分析することにより得られる方向情報と傾斜情報に基づいて、操作計測部の動きを感知するシステムに補正をかけるこができる。

本発明の計測方法は、レーザーポインター・水平儀・垂直儀などの冶具を用いて計測環境を設定する必要が無く、手軽に立体計測を実行することができ、本発明の計測方法を適用したマウスは操作性を高めることができるものである。また、２つのセンサにより次のような情報をえることができる。
＊操作計測部位置情報
基準点位置、移動通過位置、実計測位置を含める位置情報である。
＊計測指定位置情報
＊計測位置偏差情報
基準点に従い事前に定められた計測指定位置との偏差情報である。
同一表示上に、実計測位置と計測指定位置を示すことで、計測位置偏差が確認できるため、指定位置における計測を容易に行うことができる。
＊計測対象物形状情報
位置計測点の移動を示す情報である。
＊付加した任意計測情報
計測対象物形状情報と合わせて表示することで、計測対象物に置ける分布確認などができる情報である。
＊計測結果に従う処理結果情報
計測情報が点であった場合、中間の表示値を算出して求めることにより線情報を得て、更に、線間情報から面情報を求め、求められた面の合成を行うことで立体として表示することができる情報である。

本発明において、 着色着磁球体が、ＮとＳ方向に直角な半球に２分されて白と黒で着色され、着色非着磁球体が錘を有する半球と錘を有さない半球に２分されて白と黒で着色されたものを用いることができる。このようにすることにより、検出精度を上げ、操作計測部の方向変位の検出と傾斜変位をより正確に行うことができる。
また、本発明の別の形態は、操作計測部に、透明液体中に保持された着色着磁球体と着色着磁球体に光を当てる投光部、着色着磁球体を少なくとも３方向から監視するための３個以上の光感知部とからなる方位センサ及び／又は、透明液体中に保持された中心から外れた位置に錘を有する着色非着磁球体及び着色非着磁球体に光を当てる投光部、着色非着磁球体を少なくとも３方向から監視するための３個以上の光感知部からなる傾斜センサを設置し、操作計測部を操作して移動した際、方位センサと傾斜センサからの出力を計算する計算部を構成し、計算部において出力を分析することにより得られる方向情報と傾斜情報に基づいて、操作計測部の動きを感知するシステムに補正をかけることを特徴とする計測装置である。
さらに、本発明の別の形態は、本発明の測定方法を適用したマウスである。
すなわち、マウスに、透明液体中に保持された着色着磁球体と着色着磁球体に光を当てる投光部、着色着磁球体を少なくとも３方向から監視するための３個以上の光感知部とからなる方位センサ及び／又は、透明液体中に保持された中心から外れた位置に錘を有する着色非着磁球体及び着色非着磁球体に光を当てる投光部、着色非着磁球体を少なくとも３方向から監視するための３個以上の光感知部からなる傾斜センサを設置し、マウスを操作して移動した際、方位センサと傾斜センサからの出力を計算する計算部を構成し、計算部において出力を分析することにより得られる方向情報と傾斜情報に基づいて、操作計測部の動きを感知するシステムに補正をかけることを特徴とするマウスである。

図２に、方位センサーを示す。
地磁気による方位センサーは、着色着磁球体４は、永久磁石を内蔵し、収納ケース１中の透明液体（図示せず）中に浮もせず、沈みもしないで保持されている。着色着磁球体４は、水平を維持しながらＮＳ極方向に自由に回転できる構造を確保し、地磁気による磁石の回転により、球体が回転すると球体の表面の色の位置が変わり、これを発光素子２で照明し、少なくともＸ、Ｙ、Ｚの３方向から光センサ３により監視することにより、方位情報として検出するものである。着色着磁球体４は、安定性を向上させるため、中心から外れた位置に錘６を付けることがより好ましい。
透明液体としては、粘度が小さい油が適している。
油を使用する目的は、気化による泡の発生の防止、温度変化による内部圧力変化による破損の防止、温度変化による凍結の防止などである。
液体には、泡がないことが理想ではあるが、計測範囲を広くすることなどで、泡の影響を受け難くすることができる。
中心に浮いている球体には磁石が収納され、重心位置が中心以外の位置になり上下が固定されると共に、水平回転に対して表面反射光量が変化する様に着色したものである。
着色手段は、反射光に回転角に従う反射光量変移が発生することが条件であり、最低状態で２分割以上の濃淡があれば良い。
方位センサー周辺部の３点以上に、面計測できる様に光センサー３が配置され、その周辺にＬＥＤ等を光源として配置した。
発光素子２は、安定した光量が得られことが条件であり、本特許の評価においては、LEDを用いて電源電圧変動が発生しない様に、安定化回路を組込む・供給電圧を定める等の処置を行った。
図２では、光センサー２をXYZ軸上の面部分に配置したが、その他の部分であっても、回転角度検出ができる条件、例えば１２０°の相関角度で配置しても問題にならない。
同様に光源を角に配置したが、光センサーに中心球体の変移により光量変移が発生すれば、特に制限するものではない。
それぞれの光センサー２は、最も反射光が多い部分と少ない部分の範囲から情報を得るが、その情報変移は、中心球体の方位変異角と傾斜変異角に基づき発生するものであり、情報変移により回転角度が検出できるように回転角検出テーブルを用意し、回転角に対して情報量が直線的に変化する必然性を求めずに角度情報が得られる様にした。
図２に示した構造においては、それぞれの軸上に配置した光センサーが軸回転角度を求め、求められた軸回転角度情報を組合せることにより、中心球体の濃度中心軸がどの方向にあるかの判断を行った。
球体収納ケースは内部が球状であり、中心に球体が存在する状態が理想であるが、支柱等を用いたとしても、配置を配慮する・素材の屈折率を配慮する等を行うことで、光センサーの障害にならず球体中心を確保する条件が維持されれば、内部形状は特定するものではない。
回転角検出テーブルを適合させることで、光センサー、光源および球体の配置を特定する必要がないため、センサーの外形も立体形状であれば制限されない。
これらを用いて、中心に浮いている球体表面の反射光量情報を計測し、球体の回転情報から方位情報を検出する構造をなすと共に、外観は周辺光による計測誤差の発生を防ぐため、黒色塗料・金属箔などで覆い、光を透過しない構造とした。

図３に、傾斜センサーの例を示す。
重力による傾斜センサーは、方位センサーに類似した外観をしており、重心が中心にない球体が自由に回転できる構造を確保し、重心点が重力で引かれることで向きが特定されることを応用して、重力方向を求めるものである。着色非着磁球体５は、中心から外れた位置に錘６を持ち、収納ケース１中の透明液体（図示せず）中に浮もせず、沈みもしないで保持されている。着色非着磁球体５は、重力方向に自由に回転できる構造を確保し、重力によるの回転により、球体が回転すると球体の表面の色の位置が変わり、これを発光素子２で照明し、少なくともＸ、Ｙ、Ｚの３方向から光センサ３により監視することにより、傾斜情報として検出するものである。

パソコンなどで利用されているマウスは、図１に示すように、従来の機械構造マウスの様なボール構造を利用せずに光学的な方法で移動量を検出し、水平面上の操作のみならず垂直面・天井面でも利用することができる様になったが、操作中にマウス操作部を回転してしまうと移動情報に回転誤差が発生する欠点があった。
この欠点は、マウスは移動センサーでありながら、計測情報の目的がパソコン画面のカーソル操作が主体であるため、マウス操作部の回転・傾斜などの補正を行う必然性が求められず、移動情報の誤差を容認した製品が提供されたために発生した欠点であった。
そこで、既存のマウスに図２に例を示した方位センサーを付加し、センサからの出力を、ボールの動きを伝えるカウンターの出力に加えて計算する計算部を構成した。
マウス操作面が平面上であれば、操作面上における回転角度を検出できるようになった。
検出された回転情報により、マウス機能から得られるＸ・Ｙ方向の移動情報を補正した結果、マウス機能を回転させた場合に発生する、不要な移動情報を修正できる事がわかった。
この機能を組込んだマウスで平面状の文字・絵等の複写を行ってみたところ、操作部の回転操作の影響を受けずに移動情報を得ることができ、非常に快適な操作により目的を達成することができた。
このマウスを用いて、特に訓練を実施していない者に文字描写および描画を行わせてみたところ、既存マウスを用いたときのような歪みが発生することがなく、通常の紙に文字などを書いたのと同様の入力を行うことができ、手書き文字入力において、期待される文字形状を容易に入力することができた。
既存のマウス操作では、操作部分が回転しないように維持することが求められるが、この様な操作は日常的でないため、描画文字の歪みとなるものであり、本構造において、マウス操作部分の回転角度の検出と補正が可能になったため、マウス操作を行う際に、マウス操作部分の回転角度の変移を意識せずにマウス操作が行え、快適に情報入力を行うことができる様になった。
操作部の回転を意識せずに文字・描画等の入力ができることは快適な操作であり、本特許を用いることでマウスの操作性が向上したことが確認された。
更に入力操作を快適にするのであれば、通常筆記用具の形状でマウス機能を構成し、文字を書く感覚で入力することもできる。

さらに、実施例１のマウスに対して、図３に示した傾斜センサーを付加した。
センサからの出力を、ボールの動きを伝えるカウンターの出力に加えて計算する計算部を構成した。
その結果、マウスから得られる移動情報に対して、計測部の地磁気方向に対する絶対方位情報と重力方向に対する絶対傾斜角度を付加することができ、任意の原点を定めて連続的にマウスを移動することで、マウス接触面の地磁気に対する変移角と重力に対する傾斜角とが求められ、それぞれの角度を基準としてマウスの移動情報を管理することができる様になった。
その結果、マウス機能とこれらの機能を組合せることにおいて、立体を含む任意面での移動情報が求められることが確認され、この移動情報に基づき、任意面の形状情報が得られることがわかった。

また、計測対象者の頭部において利用するのに適したマウスに設置したのと同じ方位センサーおよび傾斜センサーを組込んだ頭部計測対象用装置を作成した。
この装置の作成においては、必要外の重量にならない様に配慮し、計測対象者が頭を動かしても、それによる変化が発生しない様にしたことである。
この装置を計測対象者の耳に設置して、頭部中心軸の変移と顔の向きの検出を試みたところ、頭部の回転および傾斜による回転変移を検出することができた。
マウス計測面を計測対象者の顔面に固定した状態で、マウスに発生する回転情報・傾斜情報と、計測対象者の頭部に追加設置した位置検出機能に発生する回転情報・傾斜情報を比較したところ、同一の中心軸の変異に依属する変移情報は、それぞれのセンサーにおいて同一値になることが確認され、頭部測定装置とマウスから得られる回転・傾斜情報の偏差値を求めて補正することで、マウスに発生する移動誤差を補正することができることが確認された。
そこで、この補正を行った結果、計測対象物を自由な状態にしておいても、立体を含む任意形状面の計測ができ、実用化の可能性がある。
また、センサーの計測状態を評価することにより、センサー移動に関わる情報、計測の実施に関わる情報、計測結果に関わる情報の表示機能を付加し、計測操作者に音・光・振動等の表示で計測操作、正常計測、異常計測等の計測指示を伝えて機能評価することもできる。

本発明の、任意面に対する計測情報収集方式およびその計測方式を用いた計測装置によれば、既存の光学マウス機能および計測対象物に平面方向の回転角検出機能およびないし垂直方向の傾斜角検出機能を付加することで、計測対象物に対する計測面の角度と方向の検出を行い、操作計測部の３次元空間における移動情報を求め、立体を含めた任意面形状を得る計測方式、同計測方式にその他の計測機能を付加し、付加された計測機能の計測結果を、立体を含めた任意面から得る計測方式、および、これらの計測方式を応用した手法を機器に組込むことで様々な応用装置の開発を可能としており、今後の有効利用が広範囲に期待される。
また、センサーの計測状態を評価することにより、センサー移動に関わる情報、計測の実施に関わる情報、計測結果に関わる情報の表示機能を付加し、計測操作者に音・光・振動等の表示で計測操作、正常計測、異常計測等の計測指示を伝えて機能評価することもできる。

マウスの動きの説明図 方位センサーの一例を示す図である。 傾斜センサーの一例を示す図である。

符号の説明

1.
収納ケース（内部光投下色・外部光遮蔽色）
2.
発光素子（ＬＥＤ等）
3.
光センサー（フォト・トランジスター等）
4.
方位センサー用磁石内蔵球体
5.
傾斜センサー用錘内蔵球体
１０． 計測対象センサー

Claims (4)

1. 操作計測部に、透明液体中に保持された着色着磁球体と着色着磁球体に光を当てる投光部、着色着磁球体を少なくとも３方向から監視するための３個以上の光感知部とからなる方位センサ及び／又は透明液体中に保持された中心から外れた位置に錘を有する着色非着磁球体及び着色非着磁球体に光を当てる投光部、着色非着磁球体を少なくとも３方向から監視するための３個以上の光感知部からなる傾斜センサを設置し、操作計測部を操作して移動した際、方位センサと傾斜センサからの出力を計算する計算部を構成し、計算部において出力を分析することにより得られる方向情報と傾斜情報に基づいて、操作計測部の動きを感知するシステムに補正をかけることを特徴とする計測方法。
2. 着色着磁球体が、ＮとＳ方向に直角な半球に２分されて白と黒で着色され、着色非着磁球体が錘を有する半球と錘を有さない半球に２分されて白と黒で着色されたものを用いる請求項１に記載した操作計測部の方向変位の検出と傾斜変位を行うことを特徴とする計測方法。
3. 操作計測部に、透明液体中に保持された着色着磁球体と着色着磁球体に光を当てる投光部、着色着磁球体を少なくとも３方向から監視するための３個以上の光感知部とからなる方位センサ及び／又は、透明液体中に保持された中心から外れた位置に錘を有する着色非着磁球体及び着色非着磁球体に光を当てる投光部、着色非着磁球体を少なくとも３方向から監視するための３個以上の光感知部からなる傾斜センサを設置し、操作計測部を操作して移動した際、方位センサと傾斜センサからの出力を計算する計算部を構成し、計算部において出力を分析することにより得られる方向情報と傾斜情報に基づいて、操作計測部の動きを感知するシステムに補正をかけることを特徴とする計測装置。
4. マウスに、透明液体中に保持された着色着磁球体と着色着磁球体に光を当てる投光部、着色着磁球体を少なくとも３方向から監視するための３個以上の光感知部とからなる方位センサ及び／又は、透明液体中に保持された中心から外れた位置に錘を有する着色非着磁球体及び着色非着磁球体に光を当てる投光部、着色非着磁球体を少なくとも３方向から監視するための３個以上の光感知部からなる傾斜センサを設置し、マウスを操作して移動した際、方位センサと傾斜センサからの出力を計算する計算部を構成し、計算部において出力を分析することにより得られる方向情報と傾斜情報に基づいて、操作計測部の動きを感知するシステムに補正をかけることを特徴とするマウス。