JP3849994B2 - 角度情報入力装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、角度情報入力装置に関し、詳しくは、コンピュータ等の上位装置に角度情報を絶対値で入力する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、３次元ＣＡＤなどにおいて、表示装置の表示画面内において３次元図形を回転させたりするための角度情報入力装置が知られている。ジョイスティックやトラックボールといわれるのがその装置である。これらの装置はいずれも安価でしかも簡易な方法で角度情報を入力できる。しかしながらこれらの装置は、ボールの回転量やスティックの傾き量をその方向と共に入力するいわゆる相対角度入力装置であって、回転や傾きの角度がデジタル化されて絶対値として入力されるものではなかった。したがって、所望の方向に所望の量の角度情報を入力することが難しかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上位装置に入力すべき角度情報をデジタル化して、絶対置で入力することができる角度情報入力装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決する手段】
上記目的を達成すつために、本発明の装置は、
その内部に同調回路を少なくとも一つ設けた球体と、
該球体と半径がほぼ等しく前記球体が回転可能で且つコイルを設けてなる半球状凹面部を有する本体部と、
前記凹面部のコイルより前記同調回路が同調し得る電波を発信するための手段と、
前記同調回路が前記同調電波に同調して発信した電波を受信する手段と、
該受信手段で受信した信号により前記同調回路の前記凹面上の位置を求める位置算出手段と、
前記位置より、上位装置に入力すべき角度を算出する入力角度算出手段
とからなることを特徴とする。
【０００５】
又、本発明の装置は、
その内部に、その中心を中心にして互いに点対称の位置に共振周波数の異なる同調回路Ａ及びＢを設けた球体と、
該球体と半径がほぼ等しく前記球体が回転可能で且つコイルを設けてなる半球状凹面部を有する本体部と、
前記凹面部のコイルより前記同調回路Ａ、Ｂが同調し得る電波を発信するための手段と、
前記同調回路Ａ若しくはＢが前記電波に同調したときに発信する電波を受信する手段と、
該受信手段で受信した信号により前記同調回路の前記凹面上の位置を検出する位置算出手段と、
該位置算出手段で算出された位置が、Ａ、Ｂ いずれの同調回路の位置かを判別する同調回路判別手段と、
前記同調回路の位置及びその種類により入力すべき角度を算出する入力角度算出手段
とからなる。
【０００６】
【作用】
（請求項１による発明の場合）
球体に設けられた同調回路は、コイルを設けた本体部の凹面に対して位置指示器として機能する。球体はオペレーターの操作により本体凹面上を自由に回転させることができる。電波発信手段は、同調回路が同調し得る周波数の電波を凹面に配列されたコイルより発信する。位置指示器の同調回路が凹面上に存在すると、前記電波に同調し、該同調した電波を本体凹面に逆発送する。逆発送された電波は凹面部のコイルを介しえ受信され、その誘導電圧値より同調回路の凹面上に位置（ＸＹ座標）が算出される。そして、該位置より上位装置に入力すべき角度が算出される。
【０００７】
（請求項４による発明の場合）
球体に設けられた同調回路Ａ、Ｂは、該同調回路が本体部の凹面上に存在するとき、該凹面に対してそれぞれ位置指示器として機能する。
電波発信手段は、同調回路Ａ及びＢが同調し得る周波数の電波を凹面に配列されたコイルより発信する。同調回路Ａ、Ｂは球体内の中心Ｏを中心に互いに点対称の位置に設けられている。そのため、両同調回路の内、いずれかの同調回路のみが凹面上に存在する。同調回路が凹面上に存在すると、コイルから発信された電波に同調し、該同調した電波を本体凹面に逆発送する。逆発送された電波は凹面部のコイルを介して受信され、その誘導電圧値より該同調回路の凹面上の位置が算出される。そして、該算出された位置が同調回路Ａ、Ｂいずれによるものかその種別を判別し、前記位置とその種別により、入力すべき角度が算出される。
【０００８】
【実施例】
図１は、本発明の角度情報入力装置を用いたシステムの概観図である。１は角度情報入力装置、２はキーボード、３は上位装置であるコンピューター、４は表示装置である。３次元ＣＡＤにおいては、表示装置に３次元図形が表示され、該図形を色々な角度から確認するために、該図形を前後及至左右に回転させたりすることが行われる。本発明の装置も、後述するように、表示画面上の図形を回転させたりするのに使用され得る。
【０００９】
図２には、角度情報入力装置の各部を示している。１０は角度情報入力装置の本体部であり、その上部中央には、ほぼ半球状の凹面１１が形成されている。１３は、前記凹面に対してその位置を表示する位置表示手段としての同調回路を２つ（同調回路Ａ及びＢ）設けた球体である。同調回路は、フェラントコアにコイルを巻回したものにコンデンサを並列に接続して構成したものである。同調回路Ａ及びＢは、球体の表面に近い位置に、球体の中心Ｏを中心にして互いに対称の位置に設けられている。フェライトコアの一端は球体の中心Ｏに向けられている（図３）。２つの同調回路は、互いにその共振周波数を異にしている。同調回路Ａの共振周波数はｆ１で、同調回路Ｂの共振周波数はｆ２である。球体１３は、本体凹面部１１とその半径がほぼ同じで、該凹面部にすっぽりと入って、オペレータが球体を動かすと、凹面内を自由に動くことができるようになっている（図２（ｂ））。
【００１０】
図２（ｃ）は、本体を上面より見た図である。図に示すように、凹面１１の中心（凹面１１の最も低い位置）を原点Ｏ’として、Ｘ軸及びこれと直交するＹ軸が定義される。ただし、ここで定義されるＸ軸及びＹ軸は、半球状凹面１１に沿って定義される軸（それぞれ円弧状の）である。この凹面１１には、図６に示すように、Ｘ軸及びＹ軸方向に、所定間隔にループコイル１２が凹面１１に沿って複数配設されている。
【００１１】
この様子を分かりやすく説明するために、初めに、図２（ｃ）に示すＣーＣ’断面よりＸ軸方向に配設したループコイルについて説明する（図４（ａ））。凹面１１上には、等間隔に複数のループコイルが配設されている。それを上から見た図が図４（ｂ）である。図より理解されるように、コイルはＸ軸と直交するＹ軸方向に平行に１２本配設されている（１２ｘ−１から１２ｘ−１２）。平面図において、中央より端にいくにつれ、だんだんとコイルの幅が狭くなるように見えるが、これはコイルが凹面１１に沿って設けられているためであって、実際の配設間隔は等しい。
【００１２】
図に示したコイルの本数はあくまで説明のための便宜であって、実際はこれより多く配列することが好ましい。又、図５に、図２（ｃ）のＤ−Ｄ’断面を示すことから理解されるように、Ｙ軸方向にもＸ軸方向同様に１２本のループコイルが並設されている（１２ｙ−１から１２ｙ−１２）。このコイルはＸ軸に平行に設けられる。又、当業者ならば知り得るように、コイルは隣合うもの同士を互いに重ね合わせるようにすることができる。
【００１３】
コイルからは、周波数ｆ１とｆ２の電波が発信される。周波数ｆ１とｆ２の電波は、混合器で混合した状態で発信してもよいし、時分割的に発信してもよい。同調回路Ａ又は同調回路Ｂが、電波を発信したコイルの近傍にあると、各同調回路はその共振周波数の電波に同調し、該同調した電波を凹面側に逆送信する。この逆送信された電波は、電波を発信したコイル及びその近傍のコイルで受信することができる。電波の受信は、電波の発信後コイルを受信状態にしてこれを行うことができる。コイルで受信された電波は、同調回路との距離に依存した大きさを有している。
【００１４】
コイル群を平面上に設け、且つ、位置指示器に同調回路を有し、該コイルで得られた誘導電圧の大きさから、該位置指示器のＸＹ方向の位置を決定する位置検出装置が知られている。特に、共振周波数を異にする同調回路を具備した複数の位置表示器を準備し、該位置指示器毎の位置を検出する装置が本出願人より提案されている（例えば特願昭６１−２５５２６９号参照）。
本願における同調回路の位置検出も、前記特許の技術を利用できる。但し、前記特許の場合は、Ｘ軸及びＹ軸は平面上に定義され、該Ｘ軸方向およびＹ軸方向のループコイルも該平面に設けられるのに対し、本願の場合は、前述の通り、Ｘ軸及びＹ軸は半球状凹面に定義され、且つコイルは該半球凹面に沿って設けられている点で異なっている。又、前記特許では、ループコイルを設けた平面内に２つの位置指示器が任意の位置に存在することを前提とし、該位置指示器のそれぞれの位置を検出する方法について開示しているが、本願においては、位置指示器が球体の中心Ｏを中心として互いに点対称の位置に設けているので、ループコイルを設けてある半球凹面上には、通常一つの位置指示器のみが存在する。同調回路の位置は、前記特許に開示された方法と同様な手法で算出できるが、本願において算出する同調回路の位置は、実質的に、原点即ち凹面の中心点Ｏ’から凹面１１に沿ったＸ軸及びＹ軸方向の距離（１ｘ，１ｙ）を求めることになる。
この同調回路の凹面１１の原点Ｏ’からのＸ軸方向およびＹ軸方向の距離（１ｘ，１ｙ）を、同調回路が指示する凹面１１上の位置（座標）として定義する。
【００１５】
ところでこの位置は、凹面１１に入っている球体１３の中心Ｏを第二の原点とし、該原点を含む水平面に前記Ｘ軸Ｙ軸を投影したＸ’軸Ｙ’軸を定義して、該Ｘ’軸Ｙ’軸を基準とした極座標（水平角θ（０≦θ≦２π）及び仰角γ（−π／２≦γ≦０））によって表現することができる。
【００１６】
極座標θ、γは位置（１ｘ，１ｙ）から計算でこれを求めてもよいが、計算式がやや複雑になるので、前に定義した位置（１ｘ，１ｙ）と極座標（θ、γ）との関係を、所望の分解能に応じて、予めＲＯＭにテーブルとして記憶させておき、該テーブル極座標を直接求めることができる。例えば、位置指示器の指示する位置（１ｘ、１ｙ）が（−ａ・π／４、ａ・π／４）であれば、θ＝π・３／４、γ＝−π／４、（１ｘ、１ｙ）が（−ａ・π／８、−ａ・π／８）であれば、θ＝π・５／４、γ＝−π・３／８となる。但しａは、凹面及び球体１３の半径である。極座標即ち角度θ、γは、原点（正確には第二原点Ｏ）からの絶対値であり、デジタル化された値である。
【００１７】
以上の同調回路の位置（１ｘ、１ｙ）の算出並びに極座点（角度：θ、γ）の算出は、マイクロプロセッサ等からなる本体内部の処理器で算出され、該データは、インターフェイスに適合する形式に変換されて後、上位装置に送られる。
【００１８】
入力すべき角度情報を指示する球体１３に、共振周波数の異なる２つの同調回路Ａ、Ｂを設けた場合の利点は以下の通りである。仮に同調回路Ａを一つだけ設けた場合は、その同調回路の凹面半球上の位置又は極座標が求まるにとまる。共振周波数の異なる他の同調回路Ｂを設けたことにより、同調回路Ａが該凹面上に存在しない場合は共振回路Ｂが該凹面上に必ず存在するので、同調回路Ｂの凹面上の位置（１Bｘ、１Bｙ）が求まる。この同調回路Ｂの凹面上の位置が求まると、該凹面半球とともに完全な球体を構成するもう一方の半球（ループコイルの配設されていない）において、もしループコイルが配設されていれば同調回路Ａが指示するであろう仮想の位置を求めることができる。
即ち同調回路Ｂを設けたことにより、コイルは半球状凹面にしか設けられないにも拘らず、それと相対向するコイルの設けられていないもう一方の半球上の位置（角度）が算出ができることになり、言い替えれば、同調回路Ａに関して、第二原点Ｏから見た天球上の指示位置を算出して、上位装置に入力できるという利点がある。
【００１９】
このことを、図８を用いて説明する。同調回路Ａの指示する位置の極座標は、同調回路Ｂの指示する位置の極座標より直接求めることができる。例えば、同調回路Ｂの指示する位置の水平角θBから同調回路Ａの指示するであろう仮想の位の水平角θA＝θB＋πを、又、同調回路Ｂの指示する位置の仰角γBから同調回路Ａの指示するであろう仮想の位置の仰角γA＝−γB（ｏ≦γ≦A≦π／２）を求めることができる。
【００２０】
よって、結論として、球体１３を本体凹面部１１に入れた状態にして該球体１３を回転させ、同調回路Ａの指示する位置を検出することによって、所望の角度情報を上位装置に入力することができる。この場合、オペレータが傾き０°状態（γA＝−π／２）及びその反転状態（γA＝π／２）を目視可能にするために、球体に「＋」などのマークを付けておけば便利である。又、オペレータが、現在入力している角度情報を確認できるようにするために、表示装置に入力中の角度情報を表示するようにしてもよい。
【００２１】
尚、上位装置には、同調回路の位置（１ｘ、1ｙ）及び各種（Ａ又はＢの）の生データを送って、上記装置側で角度情報（θ、γ）に変換してもよい。
【００２２】
又、本発明においては、同調回路Ａ、Ｂにスイッチは特に設ける必要はないので、その場合には、前記特許の実施例で構成要素とされている位相器やＰＳＤ（位相検波器）は不要である。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、デジタル化された角度情報を上位装置に入力できる装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の角度情報入力装置を用いたシステムの概観図
【図２】 （ａ）装置の構成図
（ｂ）装置の断面図
（ｃ）凹面の中心Ｏ’及び凹面上に定義したＸ軸、Ｙ軸を説明する図
【図３】 球体内における同調回路Ａ，Ｂの状態図（断面図）
【図４】 （ａ）本体部のＣ−Ｃ’断面図
（ｂ）Ｘ軸方向に配設したループコイルの状態図（平面図）
【図５】 （ａ）本体部のＤ−Ｄ’断面図
（ｂ）Ｙ軸方向に配設したループコイルの状態図（平面図）
【図６】 Ｘ軸及びＹ軸方向に配設したループコイルの状態図（平面図）
【図７】 凹面半球上で同調回路Ａによって指示された点Ａ’の位置を極標（θ、γ）で表現する場合の説明図
【図８】 同調回路Ｂによって指示される点の極座標（θB、γB）と同調回路Ａによって指示される点の極座標（θA、γA）の関係を示す図
【符号の説明】
１ 確度情報入力装置
２ キーボード
３ コンピュータ
４ 表示装置
１０ 本体部
１１ 半球状凹面
１２ｘ−１〜１２ｘ−１２
Ｘ軸方向に配設されたループコイル
１２ｙ−１〜１２ｙ−１２
Ｙ軸方向に配設されたループコイル
１３ 球体

Claims (7)

1. その内部に同調回路を少なくとも一つ設けた球体と、
   該球体と半径がほぼ等しく前記球体が回転可能で且つコイルを設けてなる半球状凹面部を有する本本体部と、
   前記凹面部のコイルより前記同調回路が同調し得る電波を発信するための手段、と、
   前記同調回路前記電波に同調して発生した電波を受信する手段と、
   該受信手段で受信した信号により前記同調回路の前記凹面上の位置を求める位置算出手段と、
   前記位置より、上位装置に入力すべき角度を算出する入力角度算出手段、
   とからなることを特徴とする角度情報入力装置。
2. 同調回路は、フェラントコアにコイルを巻回したインダクタンスとコンデンサからなり、該コアの長手方向の一端が球体の中心０に向けられていることを特徴とする請求項１記載の角度情報入力装置。
3. コイルが、凹面の中心を原点としてｘ軸方向及びこれと直交するＹ軸方向に並設されていることを特徴とする請求項１又は２記載の角度情報入力装置。
4. その内部に、その中心を中心として互いに点対称の位置に共振周波数の異なる同調回路Ａ及びＢを設けた球体と、
   該球体と半径がほぼ等しく前記球体が回転可能で且つコイルを設けてなる半球状凹面部を有する本体部と、
   前記凹面部のコイルより前記同調回路Ａ、Ｂが同調し得る電波を発信するための手段と、
   前記同調回路Ａ若しくはＢが前記電波に同調したときに発信する電波を受信する手段と、
   該受信手段で受信した信号により電気同調回路の前記凹面上に位置を検出する位置算出手段と、
   該位置算出手段で算出された位置が、Ａ，Ｂいずれの同調回路の位置かを判別する同調回路判別手段と、
   前記同調回路の位置及びその種別により入力すべき角度を算出する入力角度算出手段
   とからなることを特徴とする角度情報入力装置。
5. 前記同調回路Ａ、Ｂは、フェライトコアにコイルを巻回したインダクタンスとコンデンサからなり、且つ、両コアの長手方向の一端はそれぞれ球体中心０に向けられていることを特徴とする請求項４記載の角度情報入力装置。
6. コイルが、凹面の中心を原点としてＸ軸方向及びこれと直交するＹ軸方向に並設されていることを特徴とする請求項４又は５記載の角度情報入力装置。
7. 算出された位置が同調回路Ｂによるものであるときには、該同調回路の位置より同調回路Ａの指示する仮想の位置を算出することによって、同調回路Ａの天球上の位置を求め、該天球上の位置より入力すべき角度を決定することを特徴とする請求項４及至６記載の角度情報入力装置。

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