專利名稱：三維運動輸入器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種三維運動輸入器的構造。 背景技未
在專利文獻l (日本特公平4-57202)中公開了在環(huán)上設置狹縫， 通過檢測經(jīng)過狹縫的光來檢測出狹縫的朝向。使環(huán)相對于底座能夠進 行三維運動，這樣能夠利用6個狹縫檢測出環(huán)的六軸的三維運動，輸 入三維運動。但是難以相對于環(huán)一邊認知六軸一邊輸入運動。例如在 使對象不旋轉而水平移動的情況下，難以對環(huán)不施加于旋轉對應的運 動僅而施加與水平運動對應的運動。因此，本發(fā)明人研究容易進行六 軸運動的輸入的三維運動輸入器而得到本發(fā)明。
專利文獻日本特公平4-5720
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題在于容易地進行三維運動的輸入，特別在于能夠分 別輸入規(guī)定面內(nèi)的運動、該面外的運動或上述面內(nèi)的旋轉。
本發(fā)明提供一種三維運動輸入器，設有環(huán)，由彈簧支撐于底座 上，且能夠被用戶自由操作；三維運動檢測單元，用于檢測上述環(huán)相 對于底座的4軸的位移；和二維輸入單元，設置在上述環(huán)的中央部并 用于輸入二維并進運動。以下，將三維運動略記為3D運動，將三維略 記為3D，將二維略記為2D。
優(yōu)選的是，上述2D輸入單元為軌跡球。另外優(yōu)選的是，上述3D運動檢測單元，根據(jù)環(huán)相對于底座的推拉 檢測出上述2D運動以外的并進，根據(jù)環(huán)相對于底座上表面的傾斜檢測 出2軸的旋轉，根據(jù)環(huán)的繞中心軸的旋轉檢測出3D空間中剩余的1軸 的旋轉。
優(yōu)選的是，設有用于禁止從上述2D輸入單元的輸入的開關。
進而優(yōu)選的是，上述3D運動檢測單元，在環(huán)和底座中的一方上設 有磁鐵，在另一方上設有霍爾元件，根據(jù)霍爾元件相對該磁鐵的位置 關系檢測出環(huán)相對于底座的位移。
在本發(fā)明中，在6軸的3D運動內(nèi)，從2D輸入單元輸入1個面內(nèi) 的2D并進，從2D輸入單元周圍的環(huán)輸入其他4軸的運動。由于不從 一個環(huán)輸入6軸的運動，因而輸入容易，特別是容易輸入沒有旋轉的 并進。并且，2D運動的輸入也能夠從中央的2D輸入單元進行，因而 在相同位置上手不用較大動作就能進行2D運動輸入和其他輸入。
在此，使2D輸入單元為軌跡球，則能夠例如用手掌使環(huán)中的球旋 轉而輸入2D運動。
在4軸的3D運動的分配中，將環(huán)相對于底座的推拉分配給2D運 動以外的并進，則能夠通過并進操作輸入剩余的1軸的并進。并且根 據(jù)環(huán)相對于底座上表面的傾斜檢測出2軸的旋轉，則能夠根據(jù)相對于 與底座平行的2軸的旋轉檢測出2軸的旋轉。并且，采用環(huán)的繞中心 軸的旋轉的話，則能夠?qū)h(huán)的旋轉自然地分配給3D空間中的旋轉。
在操作環(huán)的過程中可能觸碰2D輸入單元，但是如果設置用于禁止 2D輸入的開關，則即使在環(huán)的操作中觸碰到2D輸入單元，也不會發(fā) 生問題。
4作為3D運動檢測單元，公知采用LED和狹縫和PSD (位置檢測 器)的組合，但是如果將環(huán)及其周圍的LED等緊湊配置的話，則3D 運動的分辨率降低。因此，在環(huán)和底座的中的一方上設置霍爾元件， 則另一方上設置磁鐵的話，則能夠以高分辨率檢測出環(huán)和底座之間的: 間隔變化。


圖1是實施例的運動指令器的平面圖。 圖2是實施例的運動指令器的側面圖。 圖3是實施例的運動指令器的ni-iii方向剖視圖。 圖4是實施例的運動指令器的底面圖。 圖5是示意地表示實施例的運動指令器的使用狀態(tài)的圖。 圖6是變形例的運動指令器的要部平面圖。 圖7是第二變形例的運動指令器的要部平面圖。 圖8是實施例的運動指令器中的3D輸入部的要部平面圖。 圖9是示意地表示實施例的運動指令器中的垂直運動的檢測機構 的圖。
圖IO是示意地表示實施例的運動指令器中的2D運動的檢測機構 的圖。
圖11是示意地表示同時檢測出垂直運動和2D運動的變形例的圖。
圖12是示意地表示垂直運動的檢測機構的變形例的圖。
圖13是示意地表示2D運動的檢測機構的變形例的圖。
圖14是示意地表示實施例中的軌跡球的圖。
圖15是表示實施例中的運動指令器和外部的附帶電路的圖。
圖16是示意地表示實施例中的Y校正的圖。
圖17是表示使用實施例的運動指令器的針織設計裝置的框圖。
標號說明
2運動指令器
4殼體5上殼體 6下殼體
8掌撐(palm rest)
10槽
12凹陷
12a d傾斜面
13a c平坦面
14環(huán)
16軌跡球
18周邊部
20、 22鍵盤
26彈簧
28銷
30基板
32環(huán)
34墊
35孔
36 LED
38、 39狹縫
40 PSD
41狹縫
50、 51霍爾元件 52磁鐵 56、 57輥 60附帶電路
61 .運動計算部
62 Y校正部 63接口
70針織設計裝置 71鍵盤72彩色監(jiān)視器 73打印機 80針織設計部 81數(shù)據(jù)變換部 82 3D模擬部
具體實施例方式
以下表示實施本發(fā)明的最佳方式，但是不限于此。
實施例
圖1 圖17中表示實施例的運動指令器2及其變形。運動指令器 2用于3D運動的輸入，4是殼體，由上殼體5和下殼體6構成，以下 將圖1的下側稱為近前，將上側稱為前端，將圖1的左右稱為左右。 運動指令器2以從近前向前端增高的方式傾斜，在近前側具有從近前 的邊緣開始立起的傾斜面，將其作為掌撐8。與掌撐8連續(xù)地，在殼體 上面中央部具有環(huán)狀的槽10，在下殼體6的兩側面具有凹陷12。 12a 12d是凹陷12的傾斜面，下殼體6的底面例如圖4所示由平坦面13a 13c構成，其中也可以不設置平坦面13b。
14是環(huán)，其上表面與上殼體5的上表面平行，16是軌跡球，18 是周邊部，它們在槽10內(nèi)例如同心存在，周邊部18相對于槽IO立起， 環(huán)14相對于周邊部18立起，進而軌跡球16的頂面處于比環(huán)14的上 表面高的位置。并且環(huán)14的上表面為與周邊的上殼體5的上表面大致 相同的髙度。如圖3的右側所示，也可以不設置槽10而使環(huán)14從周 圍的殼體上表面直接立起。
20、 22分別是鍵盤，分別排列配置有鍵群，鍵盤20以見繞槽10 的方式配置，鍵盤22配置在上殼體5的前端側。鍵盤20例如包括輸 入與環(huán)14、軌跡球16的操作直接相關的指令，例如禁止來自軌跡球 16的輸入，禁止來自環(huán)14的輸入，取消剛剛之前的輸入，改變軌跡球16、環(huán)14的靈敏度的鍵等。這些鍵是從環(huán)14、軌跡球16輸入3D運 動的過程中常用的鍵。與此相對，在鍵盤22上設置使用頻率低的鍵、 與軌跡球16、環(huán)14的輸入不直接相關的菜單顯示或功能調(diào)出等的鍵。
在圖5中例示運動指令器2的使用狀態(tài)，由掌撐8支撐手掌，將 手指的前端配置在槽IO中，由手指操作環(huán)14，例如由手掌操作軌跡球 16。相對于鍵盤20僅稍微伸出手指就能觸到。而且，由于在環(huán)14的 周圍具有槽IO，因此能夠?qū)⑹种阜湃肫渲衼聿僮鳝h(huán)14。由此，能夠?qū)?軌跡球16及環(huán)14的高度抑制得較低。在從鍵盤20輸入指令時，能夠 使手掌等不接觸軌跡球16及環(huán)14。在圖5中，將人手顯示得較小。
在搬運運動指令器2時，由于在下殼體6的兩側面具有凹陷12， 因此通過將手指抵接該部分能夠簡單地搬運而不會掉落。
實施例中的軌跡球16用于輸入規(guī)定面內(nèi)的并進運動、即x方向運 動和y方向運動，對于軌跡球16而言，能夠在指尖放置在槽10中的 相同位置用手掌來操作。在此所說的規(guī)定面，例如是圖17的針織設計 裝置的彩色監(jiān)視器72的畫面。但是2D運動的輸入單元本身也可以使 用其他裝置，例如對于圖6的墊34而言，通過接觸墊的前后左右的4 處，能夠輸入2D并進運動。環(huán)14在此為圓狀，但是也可以如圖7的 環(huán)14'所示為多邊形狀。
在圖8 圖11中表示由環(huán)32進行的4軸的3D運動的檢測。在塑 料的環(huán)14的下部安裝有基板的環(huán)32，相對于固定在殼體4的基板30 例如在3處由彈簧26支撐。28是銷，將一端固定在基板30上，通過 環(huán)32的長孔29，限制環(huán)32的位移范圍。并且在基板30上設置孔35 以能夠收容軌跡球16。在環(huán)32的周圍，使LED36和PSD (位置檢測 器)40相對地例如設置在基板30的例如4處，并且以位于它們之間的 方式將狹縫38、 39設置在環(huán)32上。如圖9所示，狹縫38用于3D運動的檢測，環(huán)32運動時，從LED36 通過狹縫38的光束上下移動，由PSD將其檢測出。狹縫39用于檢測 表示高度方向的繞z軸的旋轉9 ，如圖IO所示，環(huán)32繞z軸旋轉時， 通過狹縫39的LED光束相對于PSD40左右移動，因而能夠檢測出9 方向的運動。
在3處設置狹縫38，在1處設置狹縫39，由此能夠檢測出總計3D 的4軸的運動。4個PSD40的信號和4軸的運動的對應是任意的，例 如使環(huán)32沿Z軸方向的拉伸或者壓入與z軸方向的運動對應。使環(huán)32 繞Z軸方向的轉動與繞z軸的旋轉9對應。使環(huán)32沿x軸方向的傾斜 與以y軸為中心的旋轉4)對應，使環(huán)32沿y軸的傾斜與繞x軸的旋轉 ^對應，則能夠?qū)h(huán)32的操作與所輸入的運動的種類自然地對應。然 后利用軌跡球16能夠檢測出2D運動即xy方向的運動。根據(jù)以上內(nèi)容 能夠檢測出3D運動的6軸的運動。
在實施例中，使用4個LED26，但是也可以將來自1個LED的光 例如利用光纖供給4個狹縫38、 39。而且，狹縫的形狀可以是任意的， 例如圖11的狹縫41那樣使用具有針孔的狹縫41，利用一個狹縫41檢 測出2方向的運動。
為T使運動指令器2變得緊湊，縮短狹縫38、 39和LED36之間 的間隔，這樣的話，即使環(huán)32發(fā)生微小的位移，在PSD中光束的位置 也會較大地變化。因此，難以輸入細小的3D運動。將改善了這一點的 例子表示于圖12、圖13中。圖12、圖13的50、 51是霍爾元件，52 是磁鐵，既可以是永久磁鐵，也可以是電磁鐵。在圖12中，使霍爾元 件50靠近磁鐵52或遠離磁鐵52時，霍爾元件50接受的磁場變化， 由此能夠檢測出相對于磁鐵的高度。而且，在圖13中使霍爾元件51 的一部分位于磁鐵52的上部的話，則在使環(huán)32繞z軸轉動時，霍爾元 件51中與磁鐵52重疊的部分的面積變化，由此能夠檢測出繞z軸的旋 轉角e ?；魻栐?ED可以并用，例如利用圖10的狹縫39和LED36、PSD40檢測出環(huán)32繞z軸的旋轉角9 ，并利用圖12的霍爾元件50檢 測出此外的環(huán)32的傾斜(繞x軸或繞y軸的旋轉)、z軸方向的并進 運動(與殼體4的上表面垂直的運動)。在圖14中表示利用軌跡球16檢測出x、 y方向運動。56、 57是輥， 檢測出軌跡球16的x方向或y方向的旋轉。在圖15中表示運動指令器2的附帶電路60。 61是運動計算部， 從環(huán)14輸入z、 e、 4)、 0方向的運動，從軌跡球16輸入x、 y方向 的運動。并且從鍵盤20輸入例如鎖定軌跡球16以使x方向、y方向的 輸入無效，鎖定環(huán)14以使來自環(huán)的4軸的輸入無效，改變相對于軌跡 球16、環(huán)14的靈敏度等的信號。根據(jù)這些信號，運動計算部61通過 三角法檢測出x、 y、 z、 6、 4)、 0的6軸的坐標變化。特別是將使軌 跡球16的輸入無效的鍵設置在鍵盤20上，則即使為了操作環(huán)14而錯 誤觸碰到軌跡球16也不會產(chǎn)生問題。在通過三角法求出的運動中，環(huán)14、軌跡球16的位移與3D運動 的程度成正比。與此相對，在微小操作環(huán)14鄰軌跡球16的情況下， 優(yōu)選的是，減小靈敏度，消除不小心觸碰到軌跡球16或環(huán)14時的誤 差，且能夠輸入微細的3D運動。并且在較大操作軌跡球16或環(huán)14的 情況下，優(yōu)選的是，作為輸入了較大的3D運動的構造，能夠簡單地輸 入較大的運動。這種校正在Y校正部62進行，在利用三角法計算使3D 坐標改變AP的情況下，在AP小的區(qū)域減小輸入，如圖16所示，在 AP大的區(qū)域增大輸入而呈非線性化。接口 63將來自鍵盤20、 22的輸 入和來自Y校正部62的輸出向外部輸出。例如在鍵盤20上具有取消 剛剛之前的輸入的鍵，在操作該鍵的情況下，將其指令從接口 63輸出。在圖17中表示采用運動指令器2的針織設計裝置70。 71是鍵盤， 72是彩色監(jiān)視器，73是打印機。針織設計部80根據(jù)來自運動指令器2 的輸入或來自鍵盤71等的輸入，對針織產(chǎn)品特別是衣服進行設計。針織產(chǎn)品的設計數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)變換部81在編織數(shù)據(jù)和2D、 3D的模擬數(shù) 據(jù)之間進行變換，3D模擬部82將模擬針織數(shù)據(jù)的3D圖像穿著于人體 模型等上。在3D模擬中，能夠相對于針織產(chǎn)品的穿著狀態(tài)改變在彩色 監(jiān)視器上的視點，使人體模型動作，改變?nèi)梭w模型的姿勢等的話，則 十分便利。為此需要3D模擬的輸入，將其在運動指令器2中進行，將 得到的3D模擬圖像實時顯示于彩色監(jiān)視器72上，利用打印機73硬拷 貝。在實施例中可以得到如下的效果。(1) 2D并進運動由軌跡球16來輸入，除了2D并進運動之外的 4軸的3D運動利用環(huán)14來輸入，因此容易進行3D運動的輸入。特別 是沒有僅使用一個環(huán)14來輸入6軸運動時的麻煩。(2) 軌跡球16對于x、 y方向的運動輸入是極為適合的工具。而 且，如果相對于環(huán)14使x方向的傾斜、y方向的傾斜、環(huán)14的推拉、 環(huán)14的轉動這4種的運動與3D運動的4軸運動建立對應，則能夠簡 單地輸入4軸的運動。(3) 在操作運動指令器2的情況下，用掌撐8支撐手掌，并將指 尖保持在槽10內(nèi)，由此能夠用手掌操作軌跡球16。而且通過收縮手指 以握住環(huán)14，能夠簡單地輸入3D運動。進而如果伸展手指則能夠操 作鍵盤20，由此能夠輸入與3D運動的輸入關系緊密的軌跡球16的鎖 定或剛剛之前的輸入的取消、靈敏度的變更等。(4) 在下殼體6的兩側面設有凹陷12，因而能夠簡單地保持運動 指令器2。(5) 由于軌跡球16的上表面是從上殼體5的上表面稍微突起的 程度，因而軌跡球16難以成為妨礙而影響向鍵盤20的靠近。在實施例中，作為運動指令器2的應用例示了針織設計裝置70， 但是也可以適用于此外的適當?shù)腃AD或3D模擬等。
權利要求
1. 一種三維運動輸入器，設有環(huán)，由彈簧支撐于底座上，且能夠被用戶自由操作；三維運動檢測單元，用于檢測上述環(huán)相對于底座的4軸的位移；和二維輸入單元，設置在上述環(huán)的中央部并用于輸入二維并進運動。
2. 如權利要求l所述的三維運動輸入器，其特征在于， ， 上述二維輸入單元為軌跡球。
3. 如權利要求2所述的三維運動輸入器，其特征在于， 上述三維運動檢測單元，根據(jù)環(huán)相對于底座的推拉檢測出上述二維運動以外的并進，根據(jù)環(huán)相對于底座上表面的傾斜檢測出2軸的旋 轉，根據(jù)環(huán)的繞中心軸的旋轉檢測出三維空間中剩余的l軸的旋轉。
4. 如權利要求l所述的三維運動輸入器，其特征在于， 設有用于禁止從上述二維輸入單元的輸入的開關。
5. 如權利要求l所述的三維運動輸入器，其特征在于，上述三維運動檢測單元，在環(huán)和底座中的一方上設有磁鐵，在另 一方上設有霍爾元件，根據(jù)霍爾元件相對該磁鐵的位置關系檢測出環(huán) 相對于底座的位移。
全文摘要
本發(fā)明提供一種三維運動輸入器，在運動指令器(2)的上表面設置有環(huán)狀的槽(10)，在其內(nèi)部配置3D運動的輸入用環(huán)(14)和軌跡球(16)。利用軌跡球(16)輸入2D運動，并利用環(huán)(14)的操作來輸入除了上述2D運動之外的4軸的3D運動。使得3D運動的輸入變得容易。
文檔編號G06F3/0338GK101548260SQ200780044790
公開日2009年9月30日 申請日期2007年11月28日 優(yōu)先權日2006年12月4日
發(fā)明者中島正弘, 島光博, 福田好彥 申請人:株式會社島精機制作所