JP2775839B2

JP2775839B2 - ３次元入力装置

Info

Publication number: JP2775839B2
Application number: JP1105193A
Authority: JP
Inventors: 真木村; 春生林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-04-25
Filing date: 1989-04-25
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2013-07-16
Also published as: JPH02282818A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、３次元映像特殊効果装置等に用いて好適な
３次元入力装置に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、３次元映像特殊効果装置等に用いる３次元
入力装置において、任意の方向に回転し得る球状体から
成る第１の入力手段と、この球状体の外周で回転し得る
ように構成されたリング状操作面を有する第２の入力手
段と、上記球状体と上記リング状操作面との間に配され
たリング状指置き面を有する指置き手段とを設けるとと
もに、上記リング状操作面をその内周端からその外周端
まで上方に向って次第に傾斜させることによって、３次
元のデータをリアルタイムで入力する操作をきわめて容
易に、かつ、きわめて迅速に、しかも、きわめて正確に
行い得るようにしたものである。

〔従来の技術〕

映像特殊効果装置あるいはコンピュータグラフィック
作成装置等は、その表示画面上にコンピュータを用いて
データ処理した結果を図形や映像として表示し、また必
要に応じて色別表示をしたり、表示に遠近感をだした
り、陰影をつけたりなどして、使用者に直観的に把握し
易いかたちで、あるいは特殊な映像効果をえて、その図
形や映像を表示画面上に表わすことができるので、多く
の分野で盛んに用いられている。このような装置には、
例えば特開昭62−26584号公報に開示しているように、
必要な情報を入力するためにマウス、レバー、トラック
ボール等の入力装置が設けられている。また、ジョイス
ティックも用いられる。このような入力装置の中の例え
ばトラックボールを用いて、例えば対象物に対する視点
位置をリアルタイムで任意に設定でき、設定した視点位
置から見た対象物を画面上に表示できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上述のような従来の入力装置は、いずれも
リアルタイムでは２次元のデータしか入力できない。従
って、上述のような装置の表示画面上で３次元効果を得
たり３次元モデリングを行ったりする目的で、３次元対
象物を３次元的に移動あるいは回転させるデータをリア
ルタイムに入力することはできなかった。例えば、トラ
ックボールを用いて、３次元対象物に対する視点位置を
任意の軸まわりで回転させることにより任意の画面表示
を得ようとする操作をリアルタイムで行うことができな
いから、他の入力装置によって３軸の中から任意の２軸
を選択的に設定してから行わざるを得なかった。このた
め、実際の画面表示の動きはオペレータのイメージと違
う動きになり易く、入力操作性が悪いという欠点があっ
た。

本発明は、３次元のデータをリアルタイムで入力する
ことができ、また、この入力操作を容易にかつ迅速にし
かも正確に行うことができる入力装置を提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明による３次元入力装
置は、その球心を中心として任意の方向に回転し得るよ
うに構成された球状体から成る第１の入力手段と、上記
球状体の外周を取り囲んでリング状の指置き面を有する
指置き手段と、上記リング状指置き面の外周を取り囲ん
でおりかつ上記リング状指置き面の周りを上記球状体及
び上記リング状指置き面に対して回転し得るように構成
されたリング状の操作面を有する第２の入力手段と、上
記球状体の２軸方向の回転成分をそれぞれ検出して第１
及び第２の入力信号を発生する第１及び第２の検出手段
と、上記リング状操作面の回転を検出して第３の入力信
号を発生する第３の検出手段とを具備し、上記リング状
操作面は、その内周端からその外周端まで上方に向って
次第に傾斜するように構成されている。

〔作用〕

本発明による３次元入力装置によれば、第１の入力手
段を構成する球状体と第２の入力手段が有するリング状
操作面とを個別にまたは同時に回転操作することによっ
て、３次元のデータをリアルタイムで入力することがで
きる。

また、上記回転操作において、オペレータは、例え
ば、球状体を回転操作させたいときには、リング状指置
き面上に親指、小指などを置いておいて、中指、人指し
指、くすり指などで球状体を任意の方向に回転操作させ
ることができる。また、この状態において、リング状操
作面を回転操作させたいときには、リング状指置き面上
に置いていた親指をほぼ横方向外方に移動させてリング
状操作面に接触させてから、この親指でこのリング状操
作面を時計方向または反時計方向に回転操作させること
ができ、また、このとき、必要に応じて、中指、人指し
指、くすり指などもリング状指置き面に置くことができ
る。さらに、球状体を再び回転操作させたいときには、
リング状操作面に接触させていた親指をほぼ横方向内方
に移動させるとともに多少下降させることによりリング
状指置き面上に置いて、上述の場合と同様にして球状体
を回転操作させることができる。しかも、球状体とリン
グ状操作面とを同時に回転操作させたいときには、リン
グ状指置き面上に小指などを置いて、上述の場合と同様
にして中指、人指し指、くすり指などで球状体を、ま
た、親指でリング状操作面をそれぞれ回転操作させるこ
とができる。

〔実施例〕

以下、本発明を適用した一実施例につき図面を参照し
て説明する。

第１図〜第５図は本実施例の３次元入力装置を示すも
のである。この３次元入力装置には中央に球状に構成さ
れたトラックボール１が設けられ、その外周に回転リン
グ２が設けられている。これらのトラックボール１およ
び回転リング２は、入力装置のプリント基板10の上に設
けられたベースシャーシ９の上にそれぞれ回転可能に取
り付けられている。そして、トラックボール１は全方向
に、また回転リング２はその円周方向にそれぞれ回転可
能に構成されており、トラックボール１によって例えば
３次元座標のＸ軸、Ｙ軸に相当する２次元のデータを入
力でき、回転リング２によって同じくＺ軸に相当するデ
ータを入力できるようになっている。

回転リング２は、第２図〜第４図に示すように環状に
構成され、その上面に逆円錐台状に傾斜したリング状操
作面としての上面部2aと段部2cを有するフランジ部2bと
を備えて所定の肉厚で一体に形成されている。そして、
このフランジ部2bの下端には、所定の幅を有するスリッ
ト2dが全周にわたって等間隔に多数形成されている。な
お、このスリット部2dは後述するフォトインタラプタ７
に設けられた溝状の光路部7aを横切るようになってい
る。この回転リング２は次のようにしてその円周方向に
回転可能なように保持されている。即ち、第４図に示す
ようにその上面部2aの内周端面において、リング状深溝
球軸受４（以下、単に「軸受」と呼ぶ）の外輪部4aの上
側角部の二面に接触している。また、回転リング２の上
面部2aの裏面には複数のねじ部2eが設けられている。そ
して、抜止め金具12を用いて、その金具12の一端を回転
リング２のねじ部2eにねじ止めしかつ他端を軸受４の外
輪部4aの下側角部の二面に接触させて固定させることに
よって、軸受４の外輪部4aに回転リング２は連結されて
保持される。また、回転リング２の内周には固定リング
３が備えられている。この固定リング３の裏面には複数
のねじ部3aが設けられ、このねじ部3aにスタンドピン16
の一端がねじ込まれかつその他端がベースシャーシ９に
ねじ止めされることにより、固定リング３はベースシャ
ーシ９に固定される。そして、固定リング３は、その外
周部において軸受４の内輪部4bと接触する一方、抜止め
金具12を上述と同様に用いて軸受４をその内輪部4bで保
持し固定する。

以上のようにして固定リング３に軸受４の内輪部4bは
連結され固定され、また、回転リング２は軸受４の外輪
部4aと連結されている以外はフリーであるから、回転リ
ング４をその円周方向に、即ち第１図に示すＺ方向に回
転させることができ、その回転は指の力だけで容易にで
きる。

また、トラックボール１は、第１図に示すように上記
固定リング３の内周に備えられ、また第５図に示すよう
にベースシャーシ９上に設けられた３個の円筒状の支持
ローラ17、18、19上に３点支持の状態で保持されてい
る。この場合、トラックボール１の上部は第３図と第４
図に示すように固定リング３の内周上部にドーム状とな
って現れている。

また、円筒状の支持ローラ17、18、19はその円周方向
に回転可能に構成され、支持ローラ17はその軸長手方向
が第５図に示すＸ方向に直角になるように固定され、支
持ローラ18は同じくＹ方向に直角になるように固定され
ている。なお、Ｘ方向とＹ方向とは互いに直交してい
る。

トラックボール１は上述のような各支持ローラ17、1
8、19にほぼ点接触の状態で接している。従って、トラ
ックボール１を任意の方向に回転させると、トラックボ
ール１の自重及びトラックボール１と支持ローラ17、1
8、19との間の摩擦力によって、トラックボール１の回
転量及び回転方向に応じて、支持ローラ17、18、19もそ
の円周方向に回転する。そして、支持ローラ17はトラッ
クボール１のＸ方向の回転量に応じて、支持ローラ18は
同じくＹ方向の回転量に応じてそれぞれ回転する。な
お、トラックボール１は指の力で容易に回転する。

上述したように、トラックボール１及び回転リング２
はそれぞれＸ、Ｙ、Ｚ方向に回転するが、次にこれらの
回転を検出して入力信号を発生させる手段について説明
する。回転リング２の回転、即ちＺ方向の回転の検出に
は、第３図と第５図に示すようにフォトインタラプタ７
を用いている。このフォトインタラプタ７は、溝状の光
路部7aを間にして対向するように構成された発光素子と
受光素子とを有し、これらの発光素子と受光素子とが１
対となって光結合できるように構成されて、プリント基
板10上に取り付けられている。そして、上述したように
回転リング２がＺ方向に回転してこの光路部7aを回転リ
ング２のスリット部2dが横切るように通過すると、この
スリット部2dが光路7aを開閉して発光素子と受光素子と
の光結合をオン・オフするから、このオン・オフに対応
した信号がフォトインタラプタ７から発生する。

また、トラックボール１の回転、即ちＸ方向及びＹ方
向の回転の検出には、第３図〜第５図に示すようにフォ
トインタラプタ５、６をそれぞれ用いる。これらのフォ
トインタラプタ５、６は上述と同様の構成にされてお
り、それぞれは溝状の光路部5a、6aを間にして光結合す
る発光素子と受光素子とを有している。そして、円周上
に所定の幅で等間隔に形成されたスリット8aを有する円
板状のシャッター板８が、光路部5a、6aを第４図に示す
ｘ方向あるいは第３図に示すｙ方向に回転しながら通過
するように構成されている。この場合、上述した支持ロ
ーラ17、18は第５図に示すようにそれらの中心長手方向
にローラ軸20をそれぞれ備えており、このローラ軸20に
上記シャッター板８が直結されている。そして、支持ロ
ーラ17、18がそれぞれ回転するとシャッター板８もｘ方
向あるいはｙ方向にそれぞれ回転する。従って、シャッ
ター板８のスリット部8aが光路5a、6aを開閉するから、
上述した場合と同様にしてフォトインタラプタ５、６か
ら信号がそれぞれ発生する。なお、支持ローラ19は、フ
ォトインタラプタとシャッター板とを設けてやれば同じ
ように信号を発生させることができるので、予備として
用いることができる。

以上のようにして回転リング２のＺ方向の回転が信号
に変換され、また、トラックボール１のＸ方向及びＹ方
向の回転がそれぞれの信号に変換される。

上述したような本実施例の３次元入力装置を用いて、
オペレータはトラックボール１を例えば、中指、人指し
指、くすり指で操作できると同時に、トラックボール１
の外周に回転リング２があるから、この回転リング２を
親指で操作できる。また、このトラックボール１および
回転リング２の回転操作において、この回転操作に使用
しない小指、親指などを必要に応じて固定リング３の上
面に置いてこれらの回転操作を安定した状態で行うこと
ができる。このようにオペレータは３次元のデータの入
力を片手だけの操作で同時に行うことが可能となる。こ
の３次元入力装置をコンピュータグラフィック作成装置
に応用すると、画面に表示された３次元対象物に対して
３次元のデータを同時に入力できるので、例えばその視
点位置を任意の軸まわりでリアルタイムで回転して変え
ることができる。従って、オペレータは自分のイメージ
通りの表示画面をリアルタイムで得ることができる。

なお、上記トラックボール１は、例えばポリカーボネ
ートなどの樹脂材料でつくられてよい。

また、適当なファンクションスイッチ等を設けること
によって、任意の１次元あるいは２次元のデータ入力を
行うことも勿論可能である。

〔発明の効果〕

本発明は上述のとおりに構成されているので、３次元
のデータをリアルタイムで入力することができる。従っ
て、本発明の３次元入力装置を例えば３次元映像特殊効
果装置等で用いると、画面表示された３次元対象物を３
次元的に移動あるいは回転させるデータをリアルタイム
で入力できるから、その画面表示の動きがオペレータの
イメージと一致して入力操作性がきわめてよくなる。

また、第１の入力手段を構成する球状体の外周を取り
囲んでいるリング状の指置き面を有する指置き手段を設
けるとともに、このリング状指置き面の外周を取り囲ん
でいるリング状の操作面を有する第２の入力手段を設
け、このリング状操作面がリング状指置き面の周りを球
状体及びリング状指置き面に対して回転し得るように構
成するとともにその内周端からその外周端まで上方に向
って次第に傾斜するように構成した。したがって、オペ
レータは、例えば、球状体を回転操作させたいときに
は、リング状指置き面上に親指、小指などを置いておい
て、中指、人指し指、くすり指などで球状体を任意の方
向に回転操作させることができる。また、この状態にお
いて、リング状操作面を回転操作させたいときには、リ
ング状指置き面上に置いていた親指をほぼ横方向外方に
移動させてリング状操作面に接触させてから、この親指
でこのリング状操作面を時計方向または反時計方向に回
転操作させることができ、また、このとき、必要に応じ
て、中指、人指し指、くすり指などもリング状指置き面
に置くことができる。さらに、球状体を再び回転操作さ
せたいときには、リング状操作面に接触させていた親指
をほぼ横方向内方に移動させるとともに多少下降させる
ことによりリング状指置き面上に置いて、上述の場合と
同様にして球状体を回転操作させることができる。しか
も、球状体とリング状操作面とを同時に回転操作させた
いときには、リング状指置き面上に小指などを置いて、
上述の場合と同様にして中指、人指し指、くすり指など
で球状体を、また、親指でリング状操作面をそれぞれ回
転操作させることができる。よって、球状体の任意の方
向への回転とリング状操作面の時計方向または反時計方
向への回転とを交互に何回も繰り返して行う操作や、球
状体とリング状操作面との回転を同時に行う操作をきわ
めて容易に、かつ、きわめて迅速に、しかも、きわめて
正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明を適用した一実施例を示すもの
であって、第１図は３次元入力装置の平面図、第２図は
同じく側面図、第３図は第１図のIII−III矢視の縦断面
図、第４図は第１図のIV−IV矢視の縦断面図、第５図は
第２図のＶ−Ｖ矢視の横断面図である。なお図面に用いた符号において、１……トラックボール２……回転リング 2a……上面部（リング状操作面）３……固定リング 5,6,7……フォトインタラプタである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06F 3/033

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】その球心を中心として任意の方向に回転し
得るように構成された球状体から成る第１の入力手段
と、上記球状体の外周を取り囲んでいるリング状の指置き面
を有する指置き手段と、上記リング状指置き面の外周を
取り囲んでおりかつ上記リング状指置き面の周りを上記
球状体及び上記リング状指置き面に対して回転し得るよ
うに構成されたリング状の操作面を有する第２の入力手
段と、上記球状体の２軸方向の回転成分をそれぞれ検出して第
１及び第２の入力信号を発生する第１及び第２の検出手
段と、上記リング状操作面の回転を検出して第３の入力信号を
発生する第３の検出手段とを具備し、上記リング状操作面は、その内周端からその外周端まで
上方に向って次第に傾斜するように構成されている３次
元入力装置。