JPH1021003A - 座標入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 マウスやトラックボールのような大きな回転
量を必要とせず、ジョイスティックとしても使用するこ
とのできる座標入力装置において、回転量が少なくても
広範囲の座標入力を正確に行うことを可能とする。 【解決手段】 回転体の周面及びこれに対向するリング
面のいづれかに配列された検出手段によって、回転体の
回転姿勢又は回転量に応じた座標入力を行い、操作感覚
に優れた新規の座標入力装置を実現する。回転体２の周
面には反射体１０が取り付けられ、リング状の反射面１
０ａが構成されている。その周囲には回路基板８が配置
され、回路基板８の内側端部に多数のフォトインタラプ
タ９が実装されている。フォトインタラプタ９には、反
射面１０ａに対向する発光ダイオードと、上下２つのフ
ォトダイオードとが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は座標入力装置に係
り、特に、コンピュータのカーソル等の位置を指定する
ために好適な座標入力装置であって、内部に収容された
回転体の回転姿勢によって入力座標を決定するように構
成された装置の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、外部からの操作によって回転動作
可能に収容された回転体の回転姿勢を検出して、コンピ
ュータのカーソル位置等を指定する種々の座標入力装
置、すなわち、一般的にマウスと呼ばれているもの、ト
ラックボールと呼ばれているもの、さらにはジョイステ
ィックと呼ばれているもの等が種々開発されている。

【０００３】マウスやトラックボールに使用される回転
体としては、一般的に樹脂製の球体が用いられ、この球
体の回転を、球面に接触するように配置されたローラの
回転によって検出するように構成されている。これらの
座標入力装置は回転体の回転量によって座標の移動量を
検出してコンピュータに入力するように構成されてい
る。

【０００４】一方、ジョイスティックと呼ばれるもの
は、回転体に固定された操作杆を前後左右に倒すことに
よって回転体を回転させ、回転体の周囲に形成されたリ
ミットスイッチ等の検出手段によって操作杆の傾倒方向
を検出し、その傾倒時間に応じて所定方向への座標変化
をコンピュータに入力するように構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の座標入力装
置においては、マウスやトラックボール等の入力機器で
は球体がある程度自由に回転するように構成されている
ために、正確な座標入力ができない反面、回転量に制限
はなく、広範囲の座標入力を行うことができるという利
点がある。

【０００６】一方、ジョイスティックでは、リミットス
イッチによって操作杆の傾倒方向を検出するとともに、
操作杆の傾倒に対して座標変化の有無をオン／オフ制御
し、座標変化量は操作杆の傾倒時間に応じて入力される
ため、傾倒角に応じた座標入力を行うことができず、操
作者の操作感覚と実際の座標入力とが対応しないという
問題点がある。

【０００７】そこで本発明は上記問題点を解決するもの
であり、マウスやトラックボールのように大きな回転量
を必要とせず、ジョイスティックとしても使用すること
のできる座標入力装置において、回転量が少なくても広
範囲の座標入力を正確に行うことのできる入力精度を備
えているとともに、回転体の回転姿勢若しくは回転量に
応じた座標入力を行うことによって操作感覚に優れた新
規の座標入力装置を実現することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明が講じた手段は、外部操作によって回転動作可
能に収容された回転体と、該回転体の周面上にリング状
に設定された第１検出位置と、前記回転体の周面に対向
するリング状に設定された第２検出位置とを設け、前記
第１検出位置と前記第２検出位置のいずれか一方の検出
位置に、前記回転体の周面に沿って若しくは前記回転体
の周面に対向して配列された複数の検出手段を設けると
ともに、該検出手段を前記第１検出位置と前記第２検出
位置のいずれか他方の検出位置が対向位置に存在するか
否かを検出するように構成し、前記検出手段の複数の検
出出力によって前記回転体の回転姿勢若しくは回転量に
対応する座標を入力するように構成したことを特徴とす
る座標入力装置である。

【０００９】この手段によれば、それぞれリング状に設
定された第１検出位置と第２検出位置との相対的な位置
関係が回転体の回転によって変化するため、第１検出位
置と第２検出位置のいずれか一方の検出位置に設けられ
た検出手段により、他方の検出位置が対向位置に存在す
るか否かを検出することによって、回転体の回転姿勢若
しくは回転量を検出することができ、回転体の回転姿勢
若しくは回転量に応じた座標入力を行うことが可能にな
る。

【００１０】ここで、前記第１検出位置の配置平面と前
記第２検出位置の配置平面とは、前記回転体の基準姿勢
においてほぼ一致するように構成されていることが好ま
しい。

【００１１】この手段によれば、回転体の基準姿勢にお
いて第１検出位置と前記第２検出位置の配置平面が一致
しているため、基準姿勢において第１検出位置と前記第
２検出位置の一方に設けられた検出手段が全て他方に対
向していることとなり、回転体の回転姿勢や回転量を全
ての検出手段が同一状態にある基準姿勢を基準として検
出することができるので、座標入力の変換処理が容易に
なる。

【００１２】また、前記検出手段としては、前記第１検
出位置と前記第２検出位置のいずれか一方の配置平面と
交差する方向に互いに位置をずらして配置された第１検
出手段と第２検出手段とが設けられていることが望まし
い。

【００１３】この手段によれば、リング状に形成された
いずれかの検出位置の配置平面に交差する方向にずらし
て配置した第１検出手段と第２検出手段とを設けたの
で、第１検出位置と前記第２検出位置の配置平面が一致
していても、回転体の回転方向に対して正逆両側にある
２つの検出位置において２つの第１検出手段と第２検出
手段の検出状態が異なることとなるため、回転体の回転
方向を確実に判定することができる。

【００１４】さらに、前記第１検出位置の配置平面と、
前記第２検出位置の配置平面とは、前記回転体の基準姿
勢において互いに所定間隔を介して平行に配置されてい
ることが好ましい。

【００１５】この手段によれば、第１検出位置の配置平
面と、第２検出位置の配置平面とを平行にしても、両者
が所定間隔を持ってずれているため、ずらした位置に配
置した検出手段を設けることなく、回転体の回転方向の
正逆を確実に判定することができる。

【００１６】また、前記回転体の下部に突出するように
取付けられた支持軸と、該支持軸の下端部を担持する凹
面部とを設け、前記回転体の自重により前記支持軸が前
記凹面部の最下部に唯一の安定接触位置を有するように
構成し、前記回転体に外部操作力が作用しない場合に
は、前記安定接触位置に対応する基準姿勢に前記回転体
が自然復帰するように構成されていることが好ましい。

【００１７】この手段によれば、下方に突出した支持軸
と、その下端部を担持する凹面部との接触によって回転
体を支持するように構成し、回転体の自重により支持軸
が凹面部の最下部に唯一の安定接触位置を有するように
構成したので、操作しないと常に回転体の基準姿勢に復
帰するため、非操作時の座標変化をなくすことができる
ので、操作性をさらに向上することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明
に係る座標入力装置の実施形態について説明する。図１
はジョイスティックと呼ばれる範疇に属する本実施形態
の全体構成を示す縦断面図である。本実施形態は、ステ
ィック部１の下端に回転体２が固着され、この回転体２
を、ケーシング３の内部に収容された上部受枠４及び下
部受枠５が摺動自在に支持している。

【００１９】回転体２の下端には支持軸としてのボール
プランジャー６が下方に付勢された状態で突出してお
り、このボールプランジャー６の下端に形成されたボー
ル部６ａは、ケーシング３の底面に取り付けられたプラ
ンジャー受け７の上面に凹部として形成された凹曲面７
ａに担持されている。この凹曲面７ａは、その中心部に
て最も深くなるように滑らかな曲面に形成されている。

【００２０】上部受枠４及び下部受枠５の間には環状の
隙間が形成され、この隙間にリング状の回路基板８が配
置されている。回路基板８の内周端部には、図２に示す
ように、複数のフォトインタラプタ９が回路基板８の内
縁に沿って配列するように実装されている。

【００２１】このフォトインタラプタ９は、図３に示す
ように、回転体２の周面に対向する姿勢で実装され、発
光ダイオード９ａと、回路基板８の配置平面の上下に互
いにずらして配置された２つのフォトダイオード９ｂ，
９ｃの組によって構成されている。

【００２２】図１に示すように、反射体１０はフォトイ
ンタラプタ９の配置平面上に沿って周回するように設置
された反射面１０ａを備えており、スティック部１が垂
直に立設する状態に対応する回転体の基準姿勢（図示の
姿勢）においては、フォトインタラプタ９の配置平面と
反射面１０ａの配置平面とがほぼ一致しているため、全
てのフォトインタラプタ９が反射面１０ａに対向した状
態となっている。

【００２３】ボールプランジャー６のボール部６ａは内
蔵された弾性部材によって常にプランジャー受け７の凹
曲面７ａに押し付けられた状態となっており、スティッ
ク部１から掌を放すと、ボールプランジャー６が最も突
出できる凹曲面７ａの中心部に接触する状態、すなわ
ち、図１に示すようにスティック部１が垂直に立設する
状態に自然に復帰するように構成されている。

【００２４】図１に示すようなスティック部１が垂直に
立設した状態では、回路基板８に実装された複数のフォ
トインタラプタ９は全て反射面１０ａに対向し、その発
光ダイオード９ａから発する光は反射面１０ａにて反射
してフォトダイオード９ｂ，９ｃにて受光され、全ての
フォトインタラプタ９においてフォトダイオード９ｂ，
９ｃの両方がオン状態にある。

【００２５】一方、スティック部１を把持していずれか
の方向に傾斜させると、回転体２が回転することによっ
て、まず、スティック部１の傾斜した方向にあるフォト
インタラプタ９の上側のフォトダイオード９ｂからオフ
状態となり、スティック部１の傾斜角が増大するに従っ
て、順次その両側に隣接するフォトインタラプタ９にお
けるフォトダイオード９ｂがオフ状態となっていくとと
もに、それらのフォトインタラプタ９の下側のフォトダ
イオード９ｃも少し遅れてオフ状態となっていく。

【００２６】上記のフォトダイオード９ｂ，９ｃのオフ
状態への移行は、図２の矢印Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の
ように順次両側に隣接するフォトインタラプタ９に移っ
ていき、スティック部１の傾斜角に応じてオフ状態にあ
るフォトダイオード９ｂ，９ｃを備えたフォトインタラ
プタ９の数が増加していく。

【００２７】上述の場合、スティック部１の傾斜方向
は、オフ状態になったフォトダイオード９ｂ，９ｃを備
えたフォトインタラプタ９のうち、中心位置にあるフォ
トインタラプタ９の位置として検出される。ここで、傾
斜方向と、この傾斜方向に対して１８０回転した位置
（反対側の位置）との判別は、オフ状態にある範囲（互
いに１８０度回転した位置に２つ形成される。）の周縁
部のフォトインタラプタにおいて、フォトダイオード９
ｂと９ｃのいずれがオフ状態になっており、いずれがオ
ン状態になっているかによって行われる。

【００２８】すなわち、一方の上記範囲における周縁部
に配置されたフォトインタラプタ９のフォトダイオード
９ｂがオフ状態で、同じフォトインタラプタ９のフォト
ダイオード９ｃがオン状態であれば、その範囲の側にお
いて反射面１０ａがフォトインタラプタ９よりも下に移
動していることになるため、その範囲の中心にあるフォ
トインタラプタ９の方角にスティック部１が傾斜してい
ると判定される。

【００２９】また、スティック部１の傾斜角度は、オフ
状態にあるフォトインタラプタ９、或いはフォトダイオ
ード９ｂ，９ｃの数若しくは範囲によって検出される。
スティック部１の傾斜角度が大きければオフ状態にある
フォトダイオードの数及び範囲は大きくなり、傾斜角度
が小さければオフ状態にあるフォトダイオードの数及び
範囲は小さくなるからである。

【００３０】なお、スティック部１を傾斜させたまま、
歳差運動、すなわち、首降り運動をさせても、スティッ
ク部１の傾斜方向が回転するに従って検出される傾斜の
方角も回転するので、スティック部１の傾斜方向（方
角）及び傾斜角度は支障なく検出される。

【００３１】フォトダイオード９ｂ，９ｃのオン／オフ
状態からスティック部１の傾斜方向（方角）を検出する
ためには、上述のようにオフ状態となったフォトダイオ
ード９ｂ，９ｃの範囲の中心位置を、方角を示す信号に
変換する必要がある。ここで方角を、オフ状態にある上
記２つの範囲について、それぞれ範囲の周縁部に配置さ
れたフォトインタラプタ９のフォトダイオード９ｂと９
ｃのオン／オフ状態によって方角を判断することによっ
て方角検出の信頼性を向上させることができる。即ち、
一方の範囲では周縁部のフォトダイオード９ｂがオン、
９ｃがオフであれば、他方の範囲では周縁部のフォトダ
イオード９ｂがオフ、９ｃがオンでなくてはならず、こ
の点を確認して方角を決定することによって方角判定の
確実性を高めることができる。

【００３２】一方、スティック部１の傾斜角度を検出す
るためには、上述のようにオフ状態となったフォトダイ
オード９ｂ，９ｃの数若しくは範囲を、傾斜角を示す信
号に変換する必要がある。ここで、２つのフォトダイオ
ード９ｂ，９ｃはそれぞれのフォトインタラプタ９にお
いて上下に配置されているので、これらの上下のフォト
ダイオードのオンオフ状態を別々に計数することによっ
て、フォトダイオードの数に応じた検出精度を得ること
ができる。すなわち、傾斜角の検出精度は、フォトイン
タラプタ９毎にオンオフ状態を計数した場合に較べて２
倍となり、フォトインタラプタ９の水平面上の設置間隔
を半分にした場合と同様の検出精度が得られることとな
る。

【００３３】上記の方角検出及び傾斜角検出において行
われる信号変換は、リング状に形成された回路基板８に
実装された図示しない回路によって実施される。この変
換機能は、通常のワイヤードロジック回路でも、又は所
定の変換テーブル等のデータが書き込まれた集積回路で
も実現することができ、或いは、マイクロプロセッサユ
ニットによって実行されるソフトウエアにより変換処理
を行うことも可能である。なお、フォトインタラプタ９
のフォトダイオード９ｂ，９ｃから出力されるオン／オ
フ信号をそのままパラレル或いはシリアルにコンピュー
タ等の出力側機器に送出し、出力側機器によって処理を
行うこともできる。

【００３４】本実施形態では、スティック部１の傾斜し
た方角と傾斜角度とを確実かつ高精度に検出できるた
め、従来のジョイスティックのように傾斜角度に依らず
傾斜時間によってのみ座標の移動量を制御するものに比
べて、例えば傾斜角度によって座標変化速度を可変に構
成できるので、操作感覚に違和感のない座標入力装置を
構成することができる。また、センサを基板上に実装す
ることによって配列することができるとともに、ジョイ
スティックのジョイントを構成する回転体に反射板を一
体化してなるため、安価に構成でき、しかも小型化が容
易である。

【００３５】図４には、上記回路基板８上に、発光ダイ
オード１１ａとフォトダイオード１１ｂとを構成した半
導体チップ１１を直接表面実装した場合を示す。この場
合、半導体チップ１１は、回路基板８の内側端部の表面
上と裏面上とにそれぞれ実装することによって、上記実
施形態と同様の機能を得ることができる。なお、それぞ
れ単体で構成された発光ダイオードチップとフォトダイ
オードチップとを別々に実装しても良い。

【００３６】この構造では、回路基板８に表面実装によ
りチップ部品を直接搭載することによって実装部品を含
めた回路基板８の厚さをより薄く形成できるとともに、
回路基板８の表裏にセンサを分離して取り付けたので、
迷光を低減でき、上下の検出位置における検出精度を高
めることができる。

【００３７】図５は、上記実施形態とは多少異なる構成
を有する別の実施形態を示す、回転体２の周囲構造を示
す縦断面図（ａ）及び横断面図（ｂ）である。この実施
形態においては、回路基板８の内側端部に実装されたフ
ォトインタラプタ１２は、発光ダイオードとフォトダイ
オードが一つずつ設けられたものである。また、回転体
２の中央部を周回する反射体１０の配置平面は、フォト
インタラプタ１２の設置された回路基板８の配置平面よ
りも距離ｄだけ下方にずらした位置に設定されている。

【００３８】この実施形態においては、図示しないステ
ィック部１が垂直に立設した、回転体２の基準姿勢にお
いて、フォトインタラプタ１２が反射面１０ａの上部に
対向するように、距離ｄが調整されている。したがっ
て、回転体２の基準姿勢においては、フォトインタラプ
タ１２の全てがオン状態にある。

【００３９】図５に点線で示すように、図示しないステ
ィック部１を図示左側に傾斜させると回転体２が反時計
方向に回転し、反射面１０ａにおける回転体２の左側に
位置する部分は、回転体２が僅かに回転するだけで、そ
れまで対向していたフォトインタラプタ１２の対向位置
から外れる。

【００４０】これに対し、反射面１０ａにおける回転体
２の右側に位置する部分は、回転体２が僅かに回転した
状態ではフォトインタラプタ１２との対向位置から外れ
ることがないため、そのままフォトインタラプタ１２は
オン状態を持続する。

【００４１】このような状態を示すものが図５（ｂ）で
ある。回転体２が傾斜した方角に配置された図示左側の
フォトインタラプタ１２はオフ状態に移行し、傾斜角度
が増加するに従って図示矢印Ｆ５，Ｆ６に示す如く、隣
接するフォトインタラプタ１２が順次オフ状態に移行し
ていく。一方、最初にオフ状態に移行したフォトインタ
ラプタ１２に対して１８０度回転した位置にあるフォト
インタラプタ１２はそのままオン状態にあり、回転体２
の傾斜角度がさらに増大してからオフ状態に移行する。

【００４２】このように、この実施形態では、フォトイ
ンタラプタ１２のオン／オフ状態が傾斜側と、この傾斜
側に対して１８０度回転した側（反対側）とで対称的に
表れないため、スティック部１の傾斜方向を検出する場
合に、先の実施形態のように２つのフォトダイオードを
備えたフォトインタラプタを設ける必要がない。

【００４３】上記の構造では、反射面１０ａの配置平面
とフォトインタラプタ１２の配置平面との距離ｄをさら
に大きくして、回転体２の基準姿勢において反射面１０
ａとフォトインタラプタ１２とが対向せず、フォトイン
タラプタ１２の全てがオフ状態となるように構成しても
よい。この場合には、回転体が回転すると、スティック
部１の傾斜方向とは反対側のフォトインタラプタが最初
にオン状態となることによって傾斜方向を検出すること
ができる。ただし、配置平面間の距離ｄは、傾斜角度の
初期感度を落とさない程度に抑える必要がある。

【００４４】上記反射面の配置平面とフォトインタラプ
タの配置平面との関係を逆にして、反射面の配置平面を
フォトインタラプタの配置平面よりも上に設定してもよ
い。この場合には回転体２の傾斜方向とは反対側のフォ
トインタラプタ１２が最初にオフ状態となる。なお、こ
の場合においても、上述と同様に距離ｄを少し大きく設
定して、基準姿勢において全てのフォトインタラプタ１
２がオフ状態になるように構成しても良い。

【００４５】上記各実施形態において光センサを用いた
検出手段としては、磁気センサやその他の各種センサや
スイッチ類を用いてもよい。また、回転体にセンサを取
り付け、周囲に反射板を設けてもよいことは勿論であ
る。さらに、回転体と、対向するその周囲の双方に複数
の検出用の区画を設けてもよい。例えば、回転体に複数
の受光素子を設け、その周囲に複数の発光素子を配列さ
せてもよい。回転体としては、上記のように球面を備え
たものでなくとも、結果としてその回転姿勢を検出可能
な形状であればよい。

【００４６】上記実施形態では傾斜方向が特に制限され
ておらず、無限の回転軸線の周りに回転可能な回転体を
用いているが、回転軸線が有限個に限定されたものであ
っても構わない。さらに、上記において所謂ジョイステ
ィック型の装置について説明を行ったが、上記実施形態
においては、回転範囲は限定されるものの、操作杆を介
することなく、マウスやトラックボールのように直接回
転体を操作するように構成したものにも使用できる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、そ
れぞれリング状に設定された第１検出位置と第２検出位
置との相対的な位置関係が回転体の回転によって変化す
るため、第１検出位置と第２検出位置のいずれか一方の
検出位置に設けられた検出手段により、他方の検出位置
が対向位置に存在するか否かを検出することにより、回
転体の回転姿勢若しくは回転量を検出することができ、
回転体の回転姿勢若しくは回転量に応じた座標入力を行
うことが可能になる。したがって、検出手段の数をある
程度確保することによって座標の入力精度を高めること
が可能であり、また、オン／オフ制御ではなく、回転体
の回転姿勢若しくは回転量に応じて座標入力を行うこと
ができるので、操作感覚の違和感をなくすことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る座標入力装置の実施形態を示す縦
断面図である。

【図２】同実施形態における回転体近傍の横断面図であ
る。

【図３】同実施形態におけるフォトインタラプタの構成
を示す拡大斜視図である。

【図４】異なるフォトインタラプタを実装した状態を示
す拡大斜視図である。

【図５】異なる実施形態における回転体近傍の縦断面図
（ａ）及び横断面図（ｂ）である。

【符号の説明】

１ スティック部 ２ 回転体 ６ ボールプランジャー ７ プランジャー受け ７ａ 凹曲面 ８ 回路基板 ９ フォトインタラプタ ９ａ 発光ダイオード ９ｂ，９ｃ フォトダイオード １０ 反射体 １０ａ 反射面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部操作によって回転動作可能に収容さ
   れた回転体と、該回転体の周面上にリング状に設定され
   た第１検出位置と、前記回転体の周面に対向するリング
   状に設定された第２検出位置とを設け、 前記第１検出位置と前記第２検出位置のいずれか一方の
   検出位置に、前記回転体の周面に沿って若しくは前記回
   転体の周面に対向して配列された複数の検出手段を設け
   るとともに、該検出手段を前記第１検出位置と前記第２
   検出位置のいずれか他方の検出位置が対向位置に存在す
   るか否かを検出するように構成し、前記検出手段の複数
   の検出出力によって前記回転体の回転姿勢若しくは回転
   量に対応する座標を入力するように構成したことを特徴
   とする座標入力装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記第１検出位置の
   配置平面と、前記第２検出位置の配置平面とは、前記回
   転体の基準姿勢においてほぼ一致するように構成されて
   いることを特徴とする座標入力装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記検出手段として
   は、前記第１検出位置と前記第２検出位置のいずれか一
   方の配置平面と交差する方向に互いに位置をずらして配
   置された第１検出手段と第２検出手段とが設けられてい
   ることを特徴とする座標入力装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記第１検出位置の
   配置平面と、前記第２検出位置の配置平面とは、前記回
   転体の基準姿勢において互いに所定間隔を介して平行に
   配置されていることを特徴とする座標入力装置。
5. 【請求項５】 請求項１において、前記回転体の下部に
   突出するように取付けられた支持軸と、該支持軸の下端
   部を担持する凹面部とを設け、前記回転体の自重により
   前記支持軸が前記凹面部の最下部に唯一の安定接触位置
   を有するように構成し、前記回転体に外部操作力が作用
   しない場合には、前記安定接触位置に対応する基準姿勢
   に前記回転体が自然復帰するように構成されていること
   を特徴とする座標入力装置。