JPH07302157A - 操作装置 - Google Patents

操作装置

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JPH07302157A
JPH07302157A JP6114683A JP11468394A JPH07302157A JP H07302157 A JPH07302157 A JP H07302157A JP 6114683 A JP6114683 A JP 6114683A JP 11468394 A JP11468394 A JP 11468394A JP H07302157 A JPH07302157 A JP H07302157A
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shaft
operating device
tilt angle
rotary body
operator
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JP6114683A
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Shuhei Kato
周平 加藤
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Nintendo Co Ltd
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Nintendo Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 操作部の傾斜状態に速やかに正確に追従し得
る操作装置を提供することである。 【構成】 プログラムに基づいてディスプレイに表示す
べき画像データを発生する画像発生装置に接続して用い
られ、操作者の操作によって画像発生装置の発生する画
像データに変化を決定付ける信号を供給するための操作
装置であって、操作部と軸支持部と軸付き回転体と傾き
角度検出手段と転送手段とを備える。操作者が操作装置
を傾けると、その傾き角度に応じた画像をディスプレイ
に表示させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、特に操作者がテレビ
画面を注視しながらその画面に応じた敏速かつ適切な反
応を連続的に送ることが要求されるような例えばテレビ
ゲーム機に於いて、操作者が手で操作部を傾けるとその
傾き角度に応じて画像を制御させる為の電気信号を出力
することを特徴とする、操作装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】例えば、テレビゲーム機に用いられる操作
部の傾きを利用する操作装置の技術としては特開昭５８
−１１２５７６号（対応米国特許第４，５０３，２９９
号）の「ゲーム機用制御レバー装置」（以下「先行技術
１」という）が知られている。このゲーム機用制御レバ
ー装置は、操作部の中に移動可能なボールを複数個収納
し、操作部が傾けられたとき、傾けられた方向にボール
が転がり、操作部の内壁側に設けられたスイッチをオン
・オフすることによって傾きの有無を検出するものであ
る。また、先行技術１は、ボールの代わりに水銀を使っ
た技術も開示している。上記の先行技術のほかに傾きの
有無だけではなく、傾きの度合いを少し考慮した技術
は、米国特許４，４４５，０１１号の「フリースタンデ
ィング型多方向電気的制御装置」（以下「先行技術２」
という）で開示されている。先行技術２は、先行技術１
と同様に水銀または導電性液体を利用したものであり、
長さによって電気抵抗が変わる材料で作られた接点電極
を水銀または導電性液体と組み合わせることによって傾
きの度合いを検出している。一方、テレビゲーム機では
ないが、コンピュータビデオモニター画面上のカーソル
を移動させるための入力装置として、米国特許５，０６
８，６４５号の「傾きセンサーを用いたコンピュータの
入力装置」（以下「先行技術３」という）が知られる。
この装置は、操作者の頭部に装着され、頭部の傾斜角度
を連続的に検出してそれをコンピュータの入力装置とし
て用いる、数少ない先行技術と言える。この先行技術３
は、球状の容器の中に液体を、半分程度封入し、その液
体の傾斜によって発生する容器上部の空気との境界面で
の光の屈折により生じる透過光の変化を利用した傾斜角
検出技術です。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】先行技術１は、操作
部が傾いているか否かを検出するのみで、傾斜角度を検
出することができない。また、水銀をテレビゲーム機の
ような民生用製品に使用することは、安全上問題もあ
る。また、先行技術２は、先行技術１と同様に水銀また
は導電性液体を使用した物があり、微妙な操作者の動き
に広い角度範囲に渡って連続的に検出するような目的に
は実用上、信頼性、および、操作性の点で利用不可能で
ある。先行技術３はその傾斜角度検出器の構造上、±３
０度位が、検出可能な傾斜角度の限度であり、その意味
に於ても操作者の頭に装着される入力装置に限定される
技術である。また液体の表面の振動や、応答性などか
ら、入力環境は操作者が静かに用いる事が可能なコンピ
ュータの入力装置に限られ、操作者が活発に動くことが
予想されるテレビゲーム機などの環境に用いると、液体
表面が波打つので光の反射状態が不所望に変化し、実用
上応用するのが困難と考えられる。
【０００４】この発明の目的は、操作部の傾斜状態に速
やかに正確に追従し得る操作装置を提供することであ
る。言い換えると所定角度以上傾けないと反応しないよ
うな物ではなく、微妙に傾けても反応し、また、操作部
を停止させた場合には、できるだけ早く静止安定するよ
うな傾斜角検出手段を有する操作装置を実現させること
である。この発明の他の目的は、その検出可能傾斜角度
の範囲をできるだけ広く、例えば±９０°以上にもって
いくことである。さらにこの発明の他の目的は、様々な
操作者の趣向に応じて、操作者が操作部の傾きの基準を
重力方向とは独立して設定できることである。言い換え
ると、ソファーなどにリラックスした姿勢で座りながら
ゲームを楽しむ事ができるようにすることである。
【０００５】
【発明の構成】第１の発明は、プログラムに基づいてデ
ィスプレイに表示すべき画像データを発生する画像発生
装置に接続して用いられ、操作者の操作によって画像発
生装置の発生する画像データに変化を決定付ける信号を
供給するための操作装置であって、操作部と軸支持部と
軸付き回転体と傾き角度検出手段と転送手段とを備え
る。操作部は、操作者の手で把持可能な形状に選ばれ、
操作者の操作状態によって任意の姿勢をとるように構成
される。軸支持部は操作部の収納部に固定される。軸付
き回転体は、軸支持部によって回動自在に支持される。
また軸付き回転体は、その重心が偏心するように支持さ
れる。傾き角度検出手段は、操作部に固定的に支持さ
れ、軸付き回転体に対する操作部の傾き角度を軸付き回
転体に非接触で検出する。転送手段は、傾き検出手段に
よって検出された数値を画像発生装置に転送する。
【０００６】第２の発明は、プログラムに基づいてディ
スプレイに表示すべき画像データを発生する画像発生装
置に接続して用いられ、操作者の操作によって画像発生
装置の発生する画像データに変化を決定付ける信号を供
給するための操作装置であって、操作部と軸支持部と軸
付き回転体と傾き角度検出手段と転送手段とを備える。
操作部は、操作者の手で把持可能な形状に選ばれ、操作
者の操作状態によって任意の姿勢をとるように構成され
る。軸支持部は操作部の収納部に固定される。軸付き回
転体は、軸支持部によって回動自在であり、その最大静
止摩擦力を実用上無視し得るように低摩擦状態となるよ
うに支持される。また軸付き回転体は、その重心が偏心
するように支持される。傾き角度検出手段は、操作部に
固定的に支持され、軸付き回転体に対する操作部の傾き
角度を軸付き回転体に非接触で検出する。転送手段は、
傾き検出手段によって検出された数値を画像発生装置に
転送する。
【０００７】
【作用】第１の発明では、操作者が操作器を手に持ち、
操作部を傾けると、その傾きに応じて傾き角度検出手段
が回動し、その結果、傾き角度検出手段が回転体に対す
る操作部の傾き角度に応じた電気信号を発生する。その
電気信号の数値が転送手段によって画像発生装置に転送
される。これに応じて、画像発生装置がその数値に応じ
て変化した画像表示のための画像信号を発生する。
【０００８】第２の発明では、操作者が操作器を手に持
ち、操作部を傾けると、その傾きに応じて傾き検出手段
が回動するが、このとき軸が最大静止摩擦力を実用上無
視し得るように低摩擦状態で軸支持部によって支持され
ているため、傾き角度検出手段がハウジングの傾きに迅
速に応答して、傾き検出手段が回転体に対する操作部の
傾き角度に応じた電気信号を発生する。その電気信号の
数値が転送手段によって画像発生装置に転送される。こ
れに応じて、画像発生装置がその数値に応じた画像表示
のための画像信号を発生する。
【０００９】
【発明の効果】第１の発明によれば、傾斜方向だけでな
く、傾斜角度を微小角度から広範囲の角度範囲に渡って
高精度に検出でき、操作者の操作に対して応答性の優れ
た操作装置が得られる。第２の発明によれば、軸が静止
摩擦抵抗を実用上無視出来る位低減するように支持され
ているので、操作者によって操作される操作部の微妙な
動きにも敏感に応答し、操作装置の傾きの変化に応答性
よく追従して、操作装置の傾きを高精度に検出すること
ができる。
【００１０】
【実施例】図１はこの発明の一実施例の操作装置の使用
状態を示す図である。操作装置（またはコントローラと
もいう）１０は、テレビゲーム機等の画像発生装置２０
に接続して使用される。画像発生装置２０には、画像を
処理するためのプログラムとデータを記憶したカートリ
ッジ３０が着脱自在に接続される。画像発生装置２０
は、カートリッジ３０のプログラムとデータと操作装置
１０からの操作状態を示すデータとに基づいて変化させ
た画像を表示するための画像信号を発生し、この画像信
号をテレビ受像機等のディスプレイ４０に供給する。
【００１１】図２はこの発明の一実施例の操作装置の外
観図である。操作装置１０は、操作部としてのハウジン
グ１０１を含む。操作部１０１は、ファミリーコンピュ
ータの操作部のようにその左右両側を両手で把持可能
な、横長の偏平な形状に選ばれ、操作者が後述の各種ス
イッチを両手の親指や人指し指等で操作可能に構成され
る。具体的には、操作部１０１の表面には、例えばキャ
ラクタの移動方向（上下左右の４方向）を指定するため
の方向指示スイッチ１１０と、キャラクタの各種の動作
（ジャンプ，パンチ，アイテムを取る，敵を攻撃する
等）を指定するための動作ボタン１１１〜１１４（具体
的にはＡボタン１１１，Ｂボタン１１２，Ｘボタン１１
３，Ｙボタン１１４）と、スタートボタン１２１と、セ
レクトボタン１２２とが設けられる。また、操作部１０
１の上辺の側壁には、必要に応じて他の動作を指定する
ためのＬボタン１３１とＲボタン１３２とが設けられ
る。
【００１２】図３及び図４はこの発明の操作装置に含ま
れる傾斜角度検出器の構造図であり、特に図３はその斜
視図，図４はその一部を省略した断面図を示す。傾斜角
度検出器（以下「角度検出器」と略称する）１５は、操
作部１０１の内側に固着された収納部１０２に収納され
る。収納部１０２は磨耗し難い材料でコ字形に形成さ
れ、対向する両側壁に支持部１５１を含む。具体的に
は、収納部１０２の対向する側壁の内面には、係合凹部
又は円錐形の窪み（若しくは軸受部）を形成してなる１
対の支持部１５１が形成される。支持部１５１には、軸
１５２に固着された回転体１５３が回転又は回動自在に
支持される。回転体１５３は、それを偏心させるために
ある部分が他の周囲よりも重くするための錘部１５４が
形成される。錘部１５４に代えて、その円周方向に沿う
部分に帯状の切欠部１５４’を形成してもよい。好まし
くは、軸１５２の両端は、円錐形の窪みを有する支持部
１５１によって点接触で支持されることにより接触面積
を出来る限り小さくする目的で、その両端が円錐状に尖
った（凸状）形状に選ばれる。これによって、軸１５２
が支持部１５１と点接触しているため、最大静止摩擦力
が実用上無視できる程度に低減され、検出感度及び応答
性を向上できる利点がある。なお、回転体１５３及び／
又は角度検出器１５の変形例については後述する。
【００１３】回転体１５３の回動又は回転角度を高分解
能に検出するために、次のように構成される。すなわ
ち、回転体１５３には、軸１５２を中心とする同心円上
に識別部の一例の複数のスリット１５５が所定角度毎に
形成される。スリット１５５の数が等間隔で６４個形成
されるならば、単位形成角度が５．６２５度となる。ス
リット１５５の形成された同心円の所定位置を挟む収納
部１０２の側壁には、回転体１５３の回転又は回動角度
を検出するために、発光部（例えばＬＥＤ）１５６と受
光部（又は光検知部；例えばフォトトランジスタ）１５
７が対向して形成される。また、収納部１０２の側壁に
は、発光部１５６及び受光部１５７と協働して回転体１
５３の回動方向を検出するために、発光部１５６と受光
部１５７の光軸位置に或るスリット１５５の中心が対向
して停止したとき、スリット１５５のエッジを光軸が位
置するように、他の発光部１５８及び受光部１５９が対
をなして形成される。これによって、発光部１５６及び
受光部１５７からなる第１の光学的検知器と、発光部１
５８及び受光部１５９からなる第２の光学的検知器との
出力波形が９０°の位相差を生じることになり、いずれ
の光学的検知器から先にパルスが発生されるかによって
回転方向の正逆を検出することが可能となる。なお、光
学的検知器として反射光を検出するものを使用する場合
は、反射光を検出可能なように、スリットに代えて白と
黒のバーを交互に配置した識別部を形成してもよい。ま
た、回転体１５３のスリット１５５の部分に磁性体を設
け、それを検出することにより、回転体１５３の回転角
度を検出することも可能である。
【００１４】上述の実施例では、回転体１５３の軸１５
２の支持構造が摩擦を大幅に低減するような点接触構造
であるため、操作装置１０を或る方向に傾けてた後、停
止させたときに、回転体１５３が操作装置１０の停止さ
せた傾き角度に収束する振動を起こす場合がある。そこ
で、より好ましくは、回転体１５３の上部に位置する収
納部１０２には、回転体１５３を制動するための制動手
段の一例のダンパー１６０が設けられる。具体的には、
回転体１５３の材料をアルミニウムなどの導体とし、ダ
ンパー１６０は、回転体１５３の一部を両側から挟むよ
うなコ字状の形状に選ばれ、かつ鉄等の強磁性体で形成
されたヨーク１６１を含む。ヨーク１６１の回転体１５
３に対向する部分には、磁石１６２が固着される。そし
て、回転体１５３が回動するときに、回転体１５３が磁
石１６２の磁力線を横切ることにより、回転体１５３に
うず電流が発生して、回転体１５３の相対的な回動力を
抑制するように働く。うず電流は、回転体１５３が回動
する際の角速度の大きさに比例して増大するため、操作
者が操作装置１０を急激に傾けた場合などに回転体１５
３にかかる衝撃や遠心力などの重力以外の力によって振
動しても、回転体１５３が振動し続けることを抑制し、
敏速に傾きを検出することが可能となる。
【００１５】ところで、操作装置１０の傾きを検出する
方向が操作者から見て前後（図示の上下）方向と左右方
向の２方向を検出したい場合は、上記傾斜角度検出器１
５が２個設けられ、それぞれが左右傾斜角度検出器１５
Ａおよび前後傾斜角度検出器１５Ｂとして使用される。
２個の傾斜角度検出器（以下「角度検出器」と略称す
る）１５Ａ，１５Ｂは、それぞれの軸１５２がほぼ直交
するように配置してハウジング１０１内に収納される。
この場合、好ましくは、図２に示すように、角度検出器
１５Ａは左右方向の中心に配置され、角度検出器１５Ｂ
は前後方向の中心よりも手前（図示では下部）に配置さ
れる。その理由は、左右方向に操作する場合、操作装置
１０の回転の中心が操作装置１０の左右方向の中心にな
る。これに対して、前後方向に操作する場合、操作者が
両手で操作装置１０を前後に揺らす際に手首を中心とし
て操作するため、操作装置１０の回転の中心が操作者の
手首の回転の中心点となる。そのため、前後方向の回動
によって傾き角度の中心から外側に向いて遠心力が働く
ため、回転体の不要な振動が大きくなる。そこで、角度
検出装置１５Ｂは、回転の中心にできるだけ近づけるた
め、前後方向の中心よりも手前（図示では下部）に配置
される。さらに、操作部１０１内には、後述の入出力制
御回路５０が収納される。そこで、以下には、ほぼ直交
する２方向の傾きを検出する場合の傾き検出原理を説明
する
【００１６】図５はこの発明の一実施例の操作装置の原
理を説明するためのブロック図である。操作装置１０に
内蔵される入出力制御回路５０は、各種スイッチ１１０
〜１１４，１２１，１２２，１３１，１３２の押圧状態
を検出するためのスイッチ検出部５１と、変換回路５２
と、送信回路５３と、受信回路５４と、入出力回路５５
とを含む。変換回路５２は、角度検出器１５Ａに含まれ
る回転体１５３の回転方向を検出するための左右位相検
出器５２１と、アップダウンカウンタ５２２と、角度検
出器１５Ｂに含まれる回転体１５３の回転方向を検出す
るための前後位相検出器５２３と、アップダウンカウン
タ５２４とを含んで構成される。左右位相検出器５２１
には角度検出器１５Ａの受光部１５７及び１５９の検出
信号が入力され、前後位相検出器５２３には角度検出器
１５Ｂの受光部１５７及び１５９の検出信号が入力され
る。アップダウンカウンタ５２２又は５２４は、対応す
る左右位相検出器５２１又は前後位相検出器５２３から
の検出信号と位相信号に基づいて、回転体１５３が正転
しているとき加算動作し、回転体１５３が逆転している
とき減算動作するものである。なお、変換回路５２を省
略して、送信回路５３が角度検出器１５Ａ，１５Ｂおよ
びその他のスイッチ１１０〜１３２の出力パルスを直接
または変調して画像発生装置２０に転送し、画像発生装
置２０側でプログラム処理により傾き角度に相当する数
値データを演算するようにしてもよい。
【００１６】次に、この発明の操作装置を使用して画像
表示を変化させる場合の動作を説明する。まず、操作者
（プレイヤ）は、操作装置１０の左右部分を両手の掌で
握り、左親指で方向指示スイッチ１１０を操作しなが
ら、右親指で動作スイッチ１１１〜１１４を操作する。
また、操作者は、それに併せて左右の手を上下に動かし
て左右方向の傾きを指示するか、左右の手首を上下に回
動して前後方向の傾きを指示する。なお、操作者は、左
右方向と前後方向の傾きの指示入力を同時複合的に指示
することもできる。
【００１７】ゲームの開始に先立って、操作者がスター
トスイッチ１２１を押圧すると、その検出信号が送信回
路５３及び入出力回路５５を介して画像発生装置２０に
与えられる。応じて、画像発生装置２０は、イニシャル
リセット信号を発生して入出力回路５５及び受信回路５
４を介してアップダウンカウンタ５２２及び５２４に与
えて、それぞれをリセット（計数値ゼロ）させる。そし
て、操作者が左右方向の傾きを指示する場合、例えばド
ライブゲームにおいて右方向に曲がることを指示する場
合は、右手を下げて左手を上げることにより、右方向へ
の回動を指示すると、角度検出器１５Ａの回転体１５３
が重力方向に向いた状態で、ハウジング１０１が回転体
１５３に対して相対的に右に回動するので、受光部１５
７と１５９が順次パルスを発生する。応じて、左右位相
検出器５２１は、角度検出器１５Ａの受光部１５７及び
１５９からのパルスの発生順序に基づいて右回転（正回
転）を表す位相信号を発生するとともに、受光部１５７
及び１５９からのパルスを加算指令信号としてアップダ
ウンカウンタ５２２に与える。これに応じて、アップダ
ウンカウンタ５２２は、入力パルスのある毎に加算動作
して、ハウジング１０１の回動角度に比例した計数値を
計数する。具体的には、アップダウンカウンタ５２２
は、ハウジング１０１がスリット１５５の単位形成角度
のＮ倍だけ回動すると、受光部１５７と１５９から位相
のずれた２種類のパルスが入力され、さらにパルスの立
ち上がりと立ち下がりの両方でカウントすることによ
り、その計数値は４Ｎとなる。従って、最小検出角度が
スリット１５５の形成角度の４倍の精度で検出できるこ
とになる。
【００１８】これとは逆に、操作者が左手を下げて右手
を上げることにより、ハウジング１０１を左方向に回動
させると、左右位相検出器５２１は、角度検出器１５Ａ
の受光部１５７及び１５９からのパルスの発生順序（右
方向への回動とは逆）に基づいて左回転（逆回転）を表
す位相信号（すなわち、減算指令信号）を発生するとと
もに、受光部１５７及び１５９からのパルスをアップダ
ウンカウンタ５２２に与える。これに応じて、アップダ
ウンカウンタ５２２は、入力パルスのある毎に減算動作
して、ハウジング１０１の回動角度に比例した計数値を
計数する。なお、ハンジング１０１を右方向に回動した
後、同じ角度だけ左方向に回動させた場合（すなわち元
の角度に戻した場合）は、アップダウンカウンタ５２２
の計数値がゼロに戻ることになる。
【００１９】一方、操作者が前後方向の傾きを指示する
場合、例えば飛行機操縦において飛行機を上昇させるこ
とを指示する場合は、左右の手首を支点として手前に曲
げてハウジング１０１を手前側への回動を指示すると、
角度検出器１５Ｂの回転体１５３が重力方向に向いた状
態で、ハウジング１０１が左側面から見て回転体１５３
に対して相対的に右回りに回動するので、角度検出器１
５Ｂの受光部１５７と１５９が順次パルスを発生する。
応じて、左右位相検出器５２３は、受光部１５７及び１
５９からのパルスの発生順序に基づいて右回転（正回
転）を表す位相信号（加算指令信号）を発生するととも
に、受光部１５７及び１５９からのパルスをアップダウ
ンカウンタ５２４に与える。これに応じて、アップダウ
ンカウンタ５２４は、入力パルスのある毎に加算動作し
て、ハウジング１０１の回動角度に比例した計数値を計
数する。
【００２０】これとは逆に、操作者が両手首を支点とし
て前下向きに曲げることにより、ハウジング１０１を左
側面から見て左回りに回動させると、前後位相検出器５
２３は、角度検出器１５Ｂの受光部１５７及び１５９か
らのパルスの発生順序に基づいて左回転（逆回転）を表
す位相信号（減算指令信号）を発生するとともに、受光
部１５７及び１５９からのパルスをアップダウンカウン
タ５２４に与える。これに応じて、アップダウンカウン
タ５２４は、入力パルスのある毎に減算動作して、ハウ
ジング１０１の回動角度に比例した計数値を計数する。
【００２１】上述のようにして、ハウジング１０１の左
右および／または前後の回動に伴う角度に相当する計数
値がアップダウンカウンタ５２２および／または５２４
によって計数される。これと同時に、各種スイッチ１１
０〜１１４，１２１，１２２，１３１，１３２の押圧状
態を示す信号（例えば、押されていれば「１」，押され
ていなければ「０」）がスイッチ検出部５１によって検
出されている。そして、読出命令が画像発生装置２０か
ら所定時間（例えばディスプレイ４０の１フレーム期間
に相当する１／６０秒）毎に入出力回路５５を介して受
信回路５４に与えられる。これに応じて、受信回路５４
が読出指令信号を送信回路５３に与えると、送信回路５
３はスイッチ検出部５１で検出されている各種スイッチ
１１０〜１１４，１２１，１２２，１３１，１３２の操
作状態を示すコードと、アップダウンカウンタ５２２及
び５２４のそれぞれの計数値（ディジタル値）を所定の
フォーマットのデータに変換した後、画像発生装置２０
に送信する。これによって、操作装置１０の操作状態を
示す信号が画像発生装置２０に供給される。画像発生装
置２０は、操作装置１０の操作状態を示す信号とカート
リッジ３０に内蔵されるメモリに記憶されたプログラム
とデータに基づいて、操作装置１０の操作状態を判別
し、操作状態に応じて画像データを発生してディスプレ
イ４０に表示させる。
【００２２】なお、角度検出器１５Ａ及び１５Ｂにダン
パー１６０を設けた場合は、操作者がハウジング１０１
を激しく回動しても、衝撃や遠心力による回転体１５３
の振動が抑制され、結果として制動がかかり、回転体１
５３の振動は減衰するする。従って、ハウジング１０１
の回動角度をより早く検出でき、振動による遅れを低減
できる。
【００２３】図６は回転体の他の例を示す図である。図
６の回転体１５３’は、所定部分を重力方向に向かせる
ために、軸１５２の形成位置が回転体１５３’の幾何学
的中心軸よりも偏心した位置に選ばれ、スリット１５５
が軸１５２を中心とする同心円上に形成したものであ
る。
【００２４】図７は軸支持部の他の例を示す図である。
図７の回転体１７１は、幾何学的中心軸１７２を中心と
する円板に、中心軸１７２を頂点とする扇形の切欠部１
７３を形成し、その反対側の部分にも扇形よりも広い面
積の切欠部１７４を形成し、中心軸１７２に支持軸１７
５を係合させて支持される。具体的には、支持軸１７５
は、半円形の振子１７６の両側に、軸１７７（軸１５２
に対応）を形成し、回転体１７１と係合する一方の軸１
７７の基部に三角形の係合突起１７８を形成して構成さ
れる。振り子１７６は有摩擦の為必ずしも真の重力方向
に向かないが、支点１７２支持部１７８が線接触の為摩
擦が少なく回転体１７１は真の重力方向に向く。さらに
支点１７２と支持部１７８との相対的な位置が殆ど変化
しないが軸１７７と支持部１０２は３６０度回動するの
で操作器１０がどのような傾きになっても、同じ部分が
重力方向に向く構造になっている。
【００２５】図８は軸支持部の変形例を示す図である。
上述の図３及び図４の例では、軸１５２の両端が円錐状
に尖った凸状であり、支持部１５１が断面Ｖ字状の凹部
の場合を説明したが、この実施例では凸部と凹部の関係
を逆にしたものである。具体的には、角度検出器１５’
は、軸１５２’の先端部が断面Ｖ字状の凹部（円錐形の
窪み）で形成され、支持部１５１’が円錐形又は尖った
凸状の突起を含み、その突起によって軸１５２’を点接
触により支持するように構成される。この場合、軸１５
２’と支持部１５１’とは点接触しているので、両者間
の静止摩擦が実用上無視できるほど小さくなる。従っ
て、回転体１５３’は、殆ど摩擦が小さい状態で回動可
能となり、応答性に優れたものが得られる。また、部品
としての回転体に精密な凸部がないので製造容易であ
る。
【００２６】図９及び図１０は液体を用いた制動手段
（ダンパー）の変形例の図であり、特に図９はその斜視
図、図１０はその断面図を示す。この実施例のダンパー
１６５は、その内部に液体１６６を封入した円筒１６８
を設け、円筒１６８を横に倒したような状態で両側面に
軸１５２を形成し、円筒１６８の外周にリング状の回転
体１５３’を形成して構成される。そして、操作装置１
０が傾けられると、重力や衝撃や遠心力で回転体１５
３’は回動するが液体は慣性で動かない。このとき、液
体１６６と円筒１６８の内周面との粘性抵抗によって、
回転体１５３’の振動が抑制されるように働き、振動が
減衰する。これによって、敏速な傾斜角度の検出が可能
になる。なお、円筒１６８と回転体１５３’との配置関
係は、円筒１６８の側面に軸を延ばし、その軸に回転体
１５３’を固着することにより円筒１６８と回転体１５
３’とを同一軸上で支持してもよい。
【００２７】その他の液体を用いた制動手段の他の実施
例として、角度検出器１５の開放された３面を別の壁面
で覆うように収納部１０２を密閉構造とし、その収納部
１０２内で回転体１５３を回動自在に支持するととも
に、回転体１５３の周囲に液体１６６を封入し、収納部
１０２内を液体１６６で充満させることにより、液体１
６６が直接的に回転体１５３に制動力を加えるように構
成してもよい。
【００２８】なお、上述の説明では、軸１５２が支持部
１５１によって点接触で支持される場合において、機械
的な制動手段を説明したが、プログラム的な処理によっ
て機械的な制動と同様の角度検出結果を得るようにして
もよい。例えば、機械的な制動をかけない場合は、回転
体１５３が微少角度範囲で正逆に振動するので、アップ
ダウンカンウタ５２２，５２４の計数値がハウジング１
０１の回動角度に相当する大まかな値を中心にして僅か
の値だけ上下する。そこで、アップダウンカンウタ５２
２，５２４の計数値が僅かの値だけ上下に変動するとき
の中心値を演算によって求めてもよい。
【００２９】図１２は角度検出器の他の例を示す図であ
る。図３の実施例では、操作装置１０の回動角度をディ
ジタル的に検出する技術を説明したが、これに限らず、
図１２に示すようにアナログ的に検出することもでき
る。すなわち、図１２の角度検出器１５’は、図３のス
リット１５４及び光学的検出器に代えて、エアバリコン
１８０を用いる。エアバリコン１８０は、回転体１５３
に相当する半円状回転体１８１に軸１５２を固着し、軸
１５２を支持部１５１で回動自在に支持し、半円状回転
体１８１の両側面に軸１５２を挿通した１対の半円状電
極１８２，１８３と円板状電極１８４を対峙させかつ電
極１８２，１８３，１８４を固定部材１８５を介して支
持部１５１に対して固着するように構成される。但し、
１対の半円状電極１８２，１８３は、ドーナツ状円板を
２分割したものであって、半円の直径方向（すなわち弦
方向）が平常時に重力方向に沿うように固着される。図
１２の例では、半円状回転体１８１に対する一対の電極
１８２，１８３の相対角度によって、電極１８２，１８
３と電極１８４との間の静電容量が変化することを利用
して回動角度を検出するものである。
【００３０】さらに、軸１５２の一方側には、渦電流に
よる制動力を得るために、アルミニウムのような非磁性
体かつ良導体の板からなる制動用円板１８５が固着され
る。制動用円板１８５の上部の収納部１０２には、前述
のダンパー１６０が固着される。このダンパー１６０に
よる制動作用は図３を参照して説明した通りである。
【００３１】図１３はこの発明の他の実施例の操作装置
の原理を説明するためのブロック図である。この実施例
では、傾き角度の検出をアナログ的に検出するために、
図１２に示すエアバリコン１８０を利用した操作装置１
０である。そして、入出力制御回路５０’には、回動角
度の変化に相当する静電容量（アナログ量）をディジタ
ル量の計数値に変換するために、変換回路５６が設けら
れる。変換回路５６は、角度検出器１５Ａ’の電極１８
２，１８３のそれぞれの静電容量値を受けるワンショッ
トタイマ５６１，５６２と、各ワンショットタイマー５
６１，５６２からの静電容量の大小に比例した幅のパル
スを計数するカウンタを含む角度検出回路５６３と、角
度検出器１５Ｂ’の電極１８２，１８３のそれぞれの静
電容量値を受けるワンショットタイマ５６４，５６５
と、各ワンショットタイマー５６４，５６５からの静電
容量の大小に比例した幅のパルスを計数するカウンタを
含む角度検出回路５６３とを含む。入出力制御回路５
０’のその他の構成は、図５の実施例と同様であるた
め、省略する。
【００３２】図１３の動作において、半円状回転体１８
１の弦が水平方向を向き、円弧の中心（９０°の位置）
が重力方向を指している。操作者が操作装置１０を水平
な状態で保持しているときは、図１４の（ａ）に示すよ
うに角度検出器１５Ａ’１５Ｂ’のそれぞれの電極１８
２と電極１８３のそれぞれ弦が重力方向に沿った状態で
停止している。この状態においては、電極１８２と電極
１８４の間に位置する半円状回転体１８１の面積と、電
極１８３と電極１８４の間に位置する半円状回転体１８
１の面積とがほぼ等しいため、角度検出器１５Ａ’１５
Ｂ’のそれぞれの電極１８２及び電極１８３から導出さ
れる静電容量（Ｃ１，Ｃ２）が等しくなる（Ｃ１＝Ｃ
２）。そのため、ワンショットタイマ５６１とワンショ
ットタイマ５６２からはパルス幅の等しい出力信号が角
度検出器５６３に与えられ、同様にワンショットタイマ
５６４とワンショットタイマ５６５からはパルス幅の等
しい出力信号が角度検出器５６６に与えられる。従っ
て、両角度検出器５６３及び５６６は、何れの方向にも
傾いていないことを示すディジタル値を求め、それを出
力する。
【００３３】一方、操作者が操作装置１０を前後左右の
何れかの方向に回動させた場合、例えば左を下向きにし
かつ右を上向きとするように左方向に回動させたとき、
ハウジング１０１が左方向に回動するが、半円状回転体
１８１の円弧の中心が重力方向を向いたままであり、角
度検出器１５Ａ’の電極１８２と電極１８３のそれぞれ
の弦が重力方向に対して操作装置１０の回動角と同じ傾
き角度θだけ左向きに回動する。このとき、角度検出器
１５Ｂ’は、電極１８２と電極１８３のそれぞれ弦が重
力方向に向いた状態で停止したままである。この状態で
は、角度検出器１５Ａ’の電極１８２に相対する半円状
回転体１８１の面積と、電極１８３に相対する半円状回
転体１８１の面積とが傾き角度θに応じて変化する。そ
のため、電極１８２から導出される静電容量（Ｃ１）が
電極１８３から導出される静電容量（Ｃ２）よりも大き
くなり（Ｃ１＞Ｃ２）、両静電容量の差が傾き角度θに
相関することになる。応じて、ワンショットタイマ５６
１の出力パルス幅（Ｌ１）がワンショットタイマ５６２
の出力パルス幅（Ｌ２）よりも長くなり、両パルス幅の
差（Ｌ１−Ｌ２）が傾き角度θに相関する長さとなる。
角度検出器５６３は、両パルス幅（Ｌ１，Ｌ２）入力を
受けて各パルス幅の期間にクロックをそれぞれ計数して
パルス幅に比例した計数値を求めた後、パルス幅の差
（Ｌ１−Ｌ２）に相当する計数値を求めることにより傾
き角度θに相関するディジタル値（又は計数値）を求
め、さらにいずれが大きいかに基づいて傾き方向（上記
例では左方向）を求める。
【００３４】なお、操作装置１０の回動方向が右方向の
場合は、傾き角度θは同様にしてパルス幅の差の計数値
で求められるが、両パルス幅の大小が逆となるだけなの
で傾き方向が右方向であることが検出される。また、操
作装置１０の回動方向が前後方向の場合は、角度検出器
１５Ｂ’によって同様の動作で回動角度に相関する静電
容量の変化として検出され、ワンショットタイマ５６
４，５６５及び角度検出回路５６６によって傾き角度θ
と傾き方向が検出される。このようにして、角度検出回
路５６３及び５６６によって検出された左右及び前後の
傾き角度の計数値と傾き方向を示すディジタル値が、上
述の図５の実施例の動作説明と同様にして、画像発生装
置２０へ転送される。
【００３５】
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の操作装置の使用状態を示
す図である。
【図２】この発明の一実施例の操作装置の外観図であ
る。
【図３】この発明の操作装置に含まれる傾斜角度検出器
の構造図の斜視図を示す。
【図４】図３に示す傾斜角度検出器の断面図を示す。
【図５】この発明の一実施例の操作装置の原理を説明す
るためのブロック図である。
【図６】回転体の他の例を示す図である。
【図７】支持部のその他の例を示す図である。
【図８】支持部の変形例を示す図である。
【図９】液体を用いた制動手段の変形例を示す斜視図で
ある。
【図１２】角度検出器の他の例を示す図である。
【図１３】この発明の他の実施例の操作装置の原理を説
明するためのブロック図である。
【図１４】図１３の実施例の動作を説明するための１対
の電極及び半円状回転体回動状態と傾き角度の検出原理
を示す図である。
【符号の説明】
１０；操作装置 １０１；ハウジング １０２；収納部 １５，１５Ａ，１５Ｂ；角度検出器 １５１；支持部 １５２；軸 １５３；回転体 １５６，１５８；発光部 １５７，１５９；受光部 １６０；ダンパー（制動手段） ２０；画像発生装置 ３０；カートリッジ ４０；ディスプレイ ５０；入出力制御回路 ５２，５６；変換回路 ５２２；５２４；アップダウンカウンタ ５３；送信回路
【手続補正書】
【提出日】平成６年８月２２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例の操作装置の使用状態を示
す図である。
【図２】この発明の一実施例の操作装置の外観図であ
る。
【図３】この発明の操作装置に含まれる傾斜角度検出器
の構造図の斜視図を示す。
【図４】図３に示す傾斜角度検出器の断面図を示す。
【図５】この発明の一実施例の操作装置の原理を説明す
るためのブロック図である。
【図６】回転体の他の例を示す図である。
【図７】支持部のその他の例を示す図である。
【図８】支持部の変形例を示す図である。
【図９】液体を用いた制動手段の変形例を示す斜視図で
ある。
【図１０】図９に示す制動手段の断面図である。
【図１１】空気抵抗を用いた制動手段の変形例を示す図
である。
【図１２】角度検出器の他の例を示す図である。
【図１３】この発明の他の実施例の操作装置の原理を説
明するためのブロック図である。
【図１４】図１３の実施例の動作を説明するための１対
の電極及び半円状回転体回動状態と傾き角度の検出原理
を示す図である。
【符号の説明】 １０；操作装置 １０１；ハウジング １０２；収納部 １５，１５Ａ，１５Ｂ；角度検出器 １５１；支持部 １５２；軸 １５３；回転体 １５６，１５８；発光部 １５７，１５９；受光部 １６０；ダンパー（制動手段） ２０；画像発生装置 ３０；カートリッジ ４０；ディスプレイ ５０；入出力制御回路 ５２，５６；変換回路 ５２２；５２４；アップダウンカウンタ ５３；送信回路

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】プログラムに基づいてディスプレイに表示
    すべき画像データを発生する画像処理装置に接続して用
    いられ、操作者の操作によって画像処理装置の発生する
    画像データに変化を決定付ける信号を供給するための操
    作装置であって、 操作者の操作状態によって任意の姿勢をとるように構成
    された操作部、 前記操作部に固定された軸支持部、 前記軸支持部によって回動自在に支持され、重心を偏心
    させた軸付き回転体、 前記軸付き回転体の偏心方向に対する操作部の傾き角度
    を非接触で検出し、その角度に対応したデータを出力す
    る傾き角度検出手段、および前記傾き角度検出手段によ
    って出力されたデータをを前記画像処理装置に転送する
    転送手段を備えた、操作装置。
  2. 【請求項２】前記傾き角度検出手段は、前記傾き角度に
    応じてアナログデータを発生するアナログ検出手段であ
    る、請求項１に記載の操作装置。
  3. 【請求項３】前記傾き角度検出手段は、前記傾き角度に
    応じてデジタルデータを発生するデジタル検出手段であ
    る、請求項１に記載の操作装置。
  4. 【請求項４】前記軸付き回転体は、偏心方向に対する回
    動角度を識別可能な態様で、その回動方向に沿って複数
    形成された角度識別部を含み、 前記傾き角度検出手段は、 前記傾き角度に応じた前記角度識別部の数に相当するパ
    ルスを発生する第１のパルス発生手段と、 前記第１のパルス発生手段が発生するパルスと位置的位
    相のずれたパルスを発生する第２のパルス発生手段と、 前記第１および第２のパルス発生手段からのパルスに基
    づいて前記軸付き回転体が前記傾き検出器に対して正方
    向と逆方向のいずれの方向に回動しているかを弁別する
    回動方向弁別手段と、 前記回動方向弁別手段からの正方向と逆方向の回動方向
    に基づいて前記第１または第２のパルス発生手段からの
    パルスを計数し、角度に相当する数値データを出力する
    数値データ発生手段とを備える請求項３に記載の操作装
    置。
  5. 【請求項５】前記角度識別部は、前記軸を中心とする円
    周方向に光学的に検出可能な態様で形成され、 前記第１と第２のパルス発生手段は、発光部と受光部と
    を含み、 発光部からの光が前記角度識別部を介して受光部によっ
    て検知されたときにパルスを発生する光学的パルス発生
    手段である、請求項４に記載の操作装置。
  6. 【請求項６】前記操作部は、操作者が把持または装着し
    操作する形態を限定するように構成され、 前記軸付き回転体の回動の中心軸と、操作者が前記操作
    部を回動させるときの操作部の回動の中心軸とが可能な
    限り近くなるように前記軸付き回転体を配置することを
    特徴とする、請求項１に記載の操作装置。
  7. 【請求項７】前記軸支持部は、第１の軸支持部と、前記
    第２の軸支持部を含み、 前記軸付き回転体は、前記第１の軸支持部によって回動
    自在に支持された第１の軸付き回転体と、前記第２の軸
    支持部によって回動自在に支持された第２の軸付き回転
    体とを含み、 前記傾き角度検出手段は、前記第１の軸付き回転体に対
    する操作装置の第１の傾き角度を検出する第１の検出信
    号発生手段と、前記第２の軸付き回転体に対する操作装
    置の第２の傾き角度を検出する第２の傾き角度検出手段
    とを含み、 前記転送手段は、前記第１の傾き角度検出手段によって
    検出された第１の傾き角度に対応するデータと前記第２
    の傾き角度検出手段によって検出された第２の傾き角度
    に対応するデータとを前記画像処理装置に転送する、請
    求項１記載の操作装置。
  8. 【請求項８】第１の軸付き回転体は、第１の方向とし
    て、操作者から見て左右方向の傾き量の検出に用いら
    れ、 第２の軸付き回転体は、第２の方向として、操作者から
    見て前後方向の傾き量の検出に用いられることを特徴と
    する請求項７に記載の操作装置。
  9. 【請求項９】プログラムに基づいてディスプレイに表示
    すべき画像データを発生する画像処理装置に接続して用
    いられ、操作者の操作によって画像処理装置の発生する
    画像データに変化を決定付ける信号を供給するための操
    作装置であって、 操作者の手で把持可能な形状に選ばれ、操作者の操作状
    態によって任意の姿勢をとるように構成された操作部、 前記操作部に固定された軸支持部、 前記軸支持部によって、回動自在でありかつ最大静止摩
    擦抵抗を実用上無視し得るように小さくなるように支持
    され、重心を偏心させた軸付き回転体、 前記軸付き回転体の偏心方向に対する操作部の傾き角度
    を非接触で検出し、その角度に対応したデータを出力す
    る傾き角度検出手段、および前記傾き角度検出手段によ
    って出力されたデータをを前記画像処理装置に転送する
    転送手段を備えた、操作装置。
  10. 【請求項１０】前記軸付き回転体の軸の先端部および前
    記軸支持部は、その一方が尖った凸状に形成され、その
    他方が一方の尖った凸状と点接触可能な凹状に形成され
    る、請求項９に記載の操作装置。
  11. 【請求項１１】前記軸付き回転体に関連して設けられ、
    前記軸付き回転体が慣性によって揺動するのを抑制する
    ために、前記操作部に対する軸付き回転体の角速度に対
    応した制動力を与える制動手段を備えた、請求項９に記
    載の操作装置。
  12. 【請求項１２】前記制動手段は、その一部が前記軸付き
    回転体に相対し、軸付き回転体に相対する部分の磁力に
    よって軸付き回転体の慣性を抑制するように構成された
    磁力制動手段である、請求項１１に記載の操作装置。
  13. 【請求項１３】前記制動手段は、 流体を封入するための流体封入部、および前記軸付き回
    転体に接するように前記流体封入部に封入された流体を
    含み、 前記軸付き回転体と流体との相対的な位置変化に伴う粘
    性抵抗を利用することによって、前記操作部に対して前
    記軸付き回転体が揺動するのを抑制する流体制動手段で
    ある、請求項９に記載の操作装置。
  14. 【請求項１４】前記操作部は、操作者が把持または装着
    し操作する形態を限定するように構成され、 前記軸付き回転体の回動の中心軸と、操作者が前記操作
    部を回動させるときの操作部の回動の中心軸とが可能な
    限り近くなるように前記軸付き回転体を配置することを
    特徴とする、請求項９に記載の操作装置。
  15. 【請求項１５】前記軸支持部は、第１の軸支持部と、前
    記第２の軸支持部を含み、 前記軸付き回転体は、前記第１の軸支持部によって回動
    自在に支持された第１の軸付き回転体と、前記第２の軸
    支持部によって回動自在に支持された第２の軸付き回転
    体とを含み、 前記傾き角度検出手段は、前記第１の軸付き回転体に対
    する操作装置の第１の傾き角度を検出する第１の検出信
    号発生手段と、前記第２の軸付き回転体に対する操作装
    置の第２の傾き角度を検出する第２の傾き角度検出手段
    とを含み、 前記転送手段は、前記第１の傾き角度検出手段によって
    検出された第１の傾き角度に対応するデータと前記第２
    の傾き角度検出手段によって検出された第２の傾き角度
    に対応するデータとを前記画像処理装置に転送する、請
    求項９記載の操作装置。
  16. 【請求項１６】第１の軸付き回転体は、第１の方向とし
    て、操作者から見て左右方向の傾き量の検出に用いら
    れ、 第２の軸付き回転体は、第２の方向として、操作者から
    見て前後方向の傾き量の検出に用いられることを特徴と
    する請求項１５に記載の操作装置。 〔発明の名称〕
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