JP3735919B2 - 座標入力装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は主に映像機器やゲーム機器に用いられ、ブラウン管や液晶表示装置に表示されるカーソルの移動やモード切り換え等に使用される座標入力装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の技術を図6により説明する。
【0003】
図6は座標入力装置であるトラックボール、またはマウスの内部の構成を示したものであり、図6において20はボール、21と24は軸、22と25は遮光板、23と26は透過型フォトセンサ、27はローラである。
【0004】
軸21と24及びローラ27はケースに回動可能な状態で嵌合しており、遮光板22と25とは軸21,24にそれぞれ固定され、軸21,24と共に回動する。
【0005】
遮光板22と25にはそれぞれ放射状にスリットが設けてあり、透過型フォトセンサ23と26により遮光板の回動量を検知し、ボール20の移動量や移動方向を検知することができ、上記ボール20は軸21と24及びローラ27にそれぞれ接している。
【0006】
このように構成された従来の座標入力装置において、ボール20を動かすと軸21,24及び遮光板22,25が連動し、これによってボール20の移動量及び移動方向を検知することができる。
【0007】
例えば、図6においてa方向にボール20を動かすと、軸21のみが回転し、軸24は回転しない。逆にb方向では軸24のみが回転し、軸21は回転しない。また、a方向やb方向に対して斜めに動かすと、軸21と24はそれぞれa方向成分、b方向成分だけ回転する。
【0008】
このようにボール20の動きを直交する2つの動作に分けて検出するように構成されたものであった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成の座標入力装置では、ボール20と軸21,24とが滑るという問題があり、ボール20と軸21,24とがわずかでも滑ると、ボール20の動きが全て軸21,24に伝わらないために正確な座標を得ることができず、例えばボール20を動かし円を描いて入力しても、出力されてくるのは楕円のようになってしまうという課題を有していた。
【0010】
この対策として、ボール20を滑りにくいゴム質にしたり、軸21,24にローレットを切る等の方法があるが、ボール20にゴミが付着したり、軸21,24が非常に高価なものになるなどして完全ではなく、また、人の手の動きを考えるとボール20はなるべく大きい方が動かし易いが、それに伴い座標入力装置の厚さも増えてしまうという欠点があった。
【0011】
さらに、コスト的に見ても、ボール20、軸21,24、軸受、遮光板22,25、透過型フォトセンサ23,26等はそれぞれが高価な物であるため、製品としては自ずから高価な物となってしまうという課題を有していた。
【0012】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、手の動きが正確に検知でき、薄型でコストパフォーマンスの高い座標入力装置を提供することを目的とするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、トラックボールのボールを大きくし、そのボールの一部を切り取り、その動きを検出すると共に、そのボールの一部を中央に自動復帰させるようにしたものであり、半球状の***を設け中央に丸を有するケースと、中央下面に有する軸状突起をケースの丸穴に貫通すると共に、ケースの***に外接する浅い半球状のツマミと、ケースの丸穴周縁部をツマミと円錐形の斜面とで挟み込む円錐形のカムと、カムをケースに圧接するバネと、ツマミの下端と係合し連動する第1の摺動体と、これと直交連動する第2の摺動体と、それぞれの摺動体の位置検出部とで構成したものである。
【0014】
これにより、手の動きを正確に検出でき、動作部が中央に自動復帰できる、薄型でコストパフォーマンスの高い座標入力装置を提供できるものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、ほぼ中央に丸穴を有する半球状の***したケースと、前後左右に自在に摺動するようにケースの上面に外装した浅い半球状部およびその中央下面に突出してケースの丸穴を貫通した軸状突起からなるツマミと、ツマミの軸状突起にガイドされ、ツマミの半球状部との間にケースの丸穴周縁部を挟み込む略円錐形のカムと、カムの斜面をケースの丸穴周縁部に圧接するバネと、ツマミの軸状突起下端と係合し、ツマミの一方向の動作に連動する第1の摺動体およびこれと連動する第1の位置検出部と、ツマミの軸状突起下端と係合し、第1の摺動体と直交する方向の動作に連動する第2の摺動体およびこれと連動する第2の位置検出部からなる構成としたものであり、球面上を摺動するツマミの動きを2つの摺動体により位置を検出すると共に、ツマミを中央にスムーズに自動復帰させ、ツマミの正確な位置を検出できるという作用を有する。
【0016】
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の発明において、略円錐形のカムの斜面の途中に段差を設けるか、または斜面の角度を途中で変えた構成としたものであり、好みの操作フィーリングを得ることができるという作用を有する。
【0017】
請求項3に記載の発明は、請求項1または2記載の発明において、ツマミの軸状突起が係合する摺動体の孔の巾方向対辺の片側に弾力性をもたせて軸状突起先端を挟持させる構成としたものであり、電気信号のヒステリシスを無くすることができるという作用を有する。
【0018】
以下、本発明の一実施の形態について図1から図5を用いて説明する。
図1は同実施の形態における座標入力装置の断面斜視図、図2及び図3は同装置の動作を示す正面断面図、図4はカバー11を取り除いた裏面図、図5はツマミと摺動体との連動状態を説明する概念図である。
【0019】
図1〜図5において、3はケースであり、半球状の***3f及び***のほぼ中央には丸孔3aが設けられている。1は上部に浅い半球状の鍔部を有したツマミであり、その半球状の鍔部の内面がケース3の半球状の***3fに外面と接している。また1aはツマミ1の軸状突起であり、ケース3の丸孔3aに貫通している。
【0020】
ツマミ1の軸状突起1aには、軸状突起1aと同軸方向に摺動自在に動き、ほぼ円錐形をしたカム2が係合して、ケース3の丸孔3aの周縁部を挟み込んでいる。4はバネ、5は軸であり、ネジ6によりツマミの軸状突起1aの底面に固定されており、これによりカム2は、ケース3の丸孔3aの周縁部に圧接されている。
【0021】
なお、同図では組み込みの容易さからツマミ1の軸状突起1aと軸5が別部品で構成したものを図示しているが、軸状突起1aと軸5とを一体とし、軸状突起1aの一部に凹部を設け、バネ4の掛かりを設けることにより、軸5及びネジ6を省く構成とすることが可能である。
【0022】
また、ツマミの軸状突起1aに固定された軸5は、摺動体7及び8に設けた長孔7a及び8aを貫通しており、また、ケース3には2つの位置検出部9及び10が固定されており、摺動体7及び8の位置を電気信号に置き換える働きをしている。
【0023】
次に、このように構成された本発明の座標入力装置の動作について説明する。
図2においてツマミ1を図中の矢印A方向に移動すると、カム2もA方向に移動する。ところがカム2とケース3の丸孔3aの周囲下面3bはバネ4により圧接されているので、カム2の円錐形の斜面により、カム2はツマミ1の下方に押し下げられ、結果としてバネ4は圧縮されることになる。
【0024】
ツマミ1を同A方向に更に移動させると、ケース3の丸孔3aの内側3cにツマミ1の軸状突起1aが当たり、それ以上はツマミ1を動かすことはできない。
【0025】
ツマミ1を中央へ復帰させる力は、カム2の円錐形により、バネ4がリニアに圧縮されるため、ツマミ1を中央に復帰させる力もほぼリニアに増えることになる。このようにして、ツマミ1はカム2とバネ4とによりケース3の丸孔3aの中央に自動復帰することができる。
【0026】
一方、摺動体7はケース3に設けられた溝3eにはまり込むと共に、上下方向はケース3及びカバー11に挟まれているため、一方向のみに動きが規制されている。その上、長孔7aは摺動体7の摺動方向に対し直角方向に長孔となっているため、軸5の一方向、すなわち図4ではX方向のみに動くことになる。
【0027】
また、摺動体8はケース3に設けられた溝3dにはまり込むと共に、摺動体7と同様に、上下方向はケース3及びカバー11に挟まれているため、摺動体7と直交する一方向の動きだけが自在であるように配置されている。
【0028】
その上、長孔8aは摺動体8の摺動方向に対し直角方向に長孔となっているため、軸5の一方向、すなわち図4ではY方向のみに動くことになる。
【0029】
例えば図5において、軸5が右上方向へX方向に対しθの角度を成してLだけ移動した場合、摺動体7はLcosθの移動量をとり、摺動体8はLsinθの移動量をとる。
【0030】
これは、L及びθの成分を持つベクトル量をX成分とY成分とに分解することと同じである。
【0031】
以上のことから、ツマミ1すなわち操作する人の手の動きは、2つの摺動体7及び8によりX方向及びY方向に分解され、それぞれが電気信号として取り出されることが分かる。
【0032】
また、カム2の円錐形斜面の途中に段差を設けたり、途中で角度を変えることにより、好みの操作フィーリングを得ることができる。
【0033】
図3では、円錐形の斜面に段差2aを設けているので、中央からどの方向へ移動する場合でも、一定のクリック感を得ることができる。
【0034】
なお、各部品の材質については、ツマミ1はABS、カム2はPOM、ケース3はABS、バネ4は硬鋼線、軸5はABS、摺動体7及び8はPOM、カバー11はABSが適切であろう。
【0035】
また、位置検出部9及び10は抵抗体上をブラシが摺動するもので、摺動がスムーズで耐久性の長いものが望ましい。
【0036】
また、カム2とケース3との当たり部分となる丸孔の周囲下面3b付近及びツマミ1の軸状突起1aと摺動体7及び8との当たり部分には、摺動をスムーズにするためにグリースを塗布することもでき、また、グリースを塗布する代わりに、カム2及び摺動体7,8にグリースやフッ素を含有した材料を使用することも考えられる。
【0037】
また、摺動体7及び8の長孔7a及び8aと軸5との間には、摺動のためにある程度の隙間が必要であり、ツマミ1と摺動体7及び8と動きのズレにより、結果的には電気信号にヒステリシスが発生する。
【0038】
これは使われる機器により、例えば画面上のメニューを選択する等の作業では問題にならないが、画面上でこの座標入力装置を使い作画するような時に影響が現れ、フリーハンドで円を描いたはずが微妙にズレたりすることがある。
【0039】
これを解消するためには、摺動体の長孔7aおよび8aと軸5との隙間を無くすることが大切であり、この手段とすれば、長孔7a及び8aの幅方向の辺の片側を可動できるようにし、樹脂のヒンジの弾性力により、孔の片側に軸5を押し当てるようにする方法、または各摺動体に別ピースの押圧部とバネとを固定して同じく軸5を長孔の片側に押し当てる方法等により解決することができる。
【0040】
また、本座標入力装置は、接続するマイコンのソフトにより画面上のカーソルをツマミ1の位置とカーソルの位置とがそれぞれ対応する絶対位置座標系と、ツマミ1の動かす方向と量とによりカーソルの移動する方向と移動スピードとが変化する相対位置座標系とのどちらにでも使用することができる。
【0041】
また、ケース3の***3f上を前後左右に摺動するツマミ1の曲率半径は、例えば自動車のナビゲータとして手元に置くような場合は、手の大きさから考えて約40〜60mm程度が適当と考える。またシステムコントローラの一部に当入力装置を組み込んだ場合、手の内側ではなく指先でコントロールするので曲率半径は20〜30mmが適当と考える。
【0042】
ただしこの時は、指とツマミ1がスムーズに連動するように、ツマミ1の外側に指を受ける窪みを設けることが望ましい。
【0043】
また、ケース3の***3fの曲率半径は、使い勝手から、無限大にすることも可能である。ケース3の***3fの曲率半径が無限大になるということは、ケース3の表面が平面になることを示す。即ち、ツマミ1はフラットな平面のケース3の上を動き、ケース3の***3fはなくなることになる。
【0044】
なお、実施の形態として半球状に***したケース3と丸孔3a及び円錐形のカム2との組み合わせの構成として説明したが、必要に応じて箱型に近似したケースに角孔を設け、四角錐の斜面の稜線を丸みでぼかしたような形状のカムとの組み合わせや、両者の中間的な組み合わせ等の構成も可能である。
【0045】
【発明の効果】
本発明は上記実施の形態より明らかなように、球面上を摺動するツマミの動きを2つの摺動体の動きに変換して位置検出すると共に、ツマミを中央にスムーズに自動復帰させるようにしたものであり、ツマミの正確な位置を検出することができる。
【0046】
また、カムの斜面の形状によって好みの操作フィーリングを得ることができるという利点を有する。
【0047】
そして更に、ほとんどの部品が後加工の不要な成形品で構成されているため、コストパフォーマンスの高い座標入力装置を提供できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態における座標入力装置の断面斜視図
【図2】同装置の動作を示す正面断面図
【図3】同装置の中央復帰状態を示す正面断面図
【図4】同装置のカバーを取り除いた状態を示す裏面図
【図5】ツマミと摺動体との連動状態を説明する概念図
【図6】従来の座標入力装置であるトラックボールまたはマウスの内部の構成を示した平面図
【符号の説明】
1 ツマミ
1a ツマミの軸状突起
2 カム
3 ケース
3a ケースの丸孔
3b ケースの丸孔の周囲下面
3c ケースの丸孔の内側
3d ケースの溝
3e ケースの溝
3f ケースの***
4 バネ
5 軸
6 ネジ
7 第1の摺動体
7a 第1の摺動体の長孔
8 第2の摺動体
8a 第2の摺動体の長孔
9 第1の位置検出部
10 第2の位置検出部
11 カバー
Claims (3)
- ほぼ中央に丸穴を有する半球状の***したケースと、前後左右に自在に摺動するようにケースの上面に外装した浅い半球状部およびその中央下面に突出してケースの丸穴を貫通した軸状突起からなるツマミと、ツマミの軸状突起にガイドされ、ツマミの半球状部との間にケースの丸穴周縁部を挟み込む略円錐形のカムと、カムの斜面をケースの丸穴周縁部に圧接するバネと、ツマミの軸状突起下端と係合し、ツマミの一方向の動作に連動する第1の摺動体およびこれと連動する第1の位置検出部と、ツマミの軸状突起下端と係合し、第1の摺動体と直交する方向の動作に連動する第2の摺動体およびこれと連動する第2の位置検出部からなる座標入力装置。
- 略円錐形のカムの斜面の途中に段差を設けるか、または斜面の角度を途中で変えた構成とした請求項1記載の座標入力装置。
- ツマミの軸状突起が係合する摺動体の孔の巾方向対辺の片側に弾力性をもたせて軸状突起先端を挟持させる構成とした請求項1または2記載の座標入力装置。
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