專利名稱：操作裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如電視游戲機(jī)等的操作裝置，尤其涉及要求操作者一面注視電視圖像，一面按照圖像敏捷、適當(dāng)作出反應(yīng)，并進(jìn)行連續(xù)傳送的操作裝置，其特征在于，當(dāng)操作者用手使操作部傾斜時，輸出按照該傾斜角控制圖像的電信號。
作為利用電視游戲機(jī)內(nèi)操作部傾斜的操作裝置的已有技術(shù)，例如有題為“游戲機(jī)用控制桿裝置”(以下簡稱“已有技術(shù)1”)的日本專利特開昭58—112576號(對應(yīng)美國專利第4,503,299號)。該游戲機(jī)用控制桿裝置內(nèi)容納多個可在操作部中移動的球，當(dāng)操作部傾斜時，使球向傾斜方向流動，通過設(shè)置在操作部內(nèi)壁一側(cè)上開關(guān)的閉合或斷開來檢測是否傾斜。此外，在已有技術(shù)1中也有使用水銀來代替設(shè)置球的技術(shù)。
此外，尚有不僅考慮傾斜，還稍加考慮傾斜程度的技術(shù)，例如有題為“自由直立型多方向電氣控制裝置”的美國專利第4,445,011號(以下簡稱為“已有技術(shù)2”)。該已有技術(shù)2和已有技術(shù)1一樣是使用水銀或?qū)щ娦砸后w的裝置，利用由電阻隨其長度變化的材料制成的觸點(diǎn)電極，通過使其和水銀或?qū)щ娦砸后w組合來檢測傾斜程度。
另外，作為電視游戲機(jī)以外例子的，為使電子計(jì)算機(jī)電視監(jiān)視器圖像上的光標(biāo)移動的輸入裝置，例如有題為“應(yīng)用傾斜傳感器的電子計(jì)算機(jī)輸入裝置”的美國專利第5,068,645號(以下簡稱“已有技術(shù)3”)。將該裝置裝在操作者頭部，連續(xù)檢測頭部的傾斜角度，將其作為電子計(jì)算機(jī)的輸入裝置使用，可以說，此類已有技術(shù)較少見。此已有技術(shù)3，是在其球狀容器中的約一半空間內(nèi)封入液體，通過該液體的傾斜，從而在與容器上部空氣接觸的界面上發(fā)生光折射，利用此光折射產(chǎn)生的透光變化檢測傾斜角的技術(shù)。
因此，上述已有技術(shù)1僅是檢測操作部是否傾斜，而不能檢測傾斜角度。此外，在電視游戲機(jī)這樣的民用產(chǎn)品中使用水銀也存在安全上的問題。
此外，上述已有技術(shù)2也和已有技術(shù)1一樣使用了水銀或?qū)щ娦砸后w，若從為能隨操作者的微小動作達(dá)到在寬廣角度范圍連續(xù)檢測的目的，在實(shí)用性，可靠性和操作性上都未達(dá)到可利用的程度。
已有技術(shù)3由于其傾斜角度檢測器的構(gòu)造上限于可檢測的傾斜角度為±30°左右，這也意味著此乃限于安放在操作者頭上的輸入裝置的技術(shù)。此外，從液體表面振動或響應(yīng)性等方面考慮，該技術(shù)限于具有允許操作者平靜使用的輸入環(huán)境的電子計(jì)算機(jī)輸入裝置，當(dāng)用于預(yù)想操作者活躍動作的電視游戲機(jī)等環(huán)境時，由于液體表面形成波擊而產(chǎn)生不希望有的光反射狀態(tài)的變化，考慮在實(shí)際應(yīng)用上十分困難。
因此，本發(fā)明目的在于，提供能迅速、正確跟隨其操作部傾斜狀態(tài)的操作裝置，換言之，就是提供的不是那種要傾斜到規(guī)定角度以上方才起反應(yīng)的裝置，而是即使是微小地傾斜也起反應(yīng)，此外，還具有在使操作部停止時能盡快使靜止穩(wěn)定的傾斜角檢測機(jī)構(gòu)的操作裝置。
本發(fā)明的另一目的在于使其可檢測的傾斜角度范圍盡可能地寬廣，例如達(dá)到±90°以上。
此外，本發(fā)明的又一目的在于，能適應(yīng)各類操作者的興趣愛好，使操作者能相對重力方向獨(dú)立設(shè)定操作部傾斜基準(zhǔn)，換言之，能以放松的姿勢坐在沙發(fā)上等處愉快地進(jìn)行游戲。
根據(jù)本發(fā)明的第1種操作裝置，用于和根據(jù)程序發(fā)生需在顯示器上顯示圖像數(shù)據(jù)的圖像發(fā)生裝置相連，為按照操作者的操作供給決定使圖像發(fā)生裝置發(fā)生的圖像數(shù)據(jù)發(fā)生變化的附加電信號，此外，還包括操作部、軸支承部，連軸旋轉(zhuǎn)體，以及傾斜角檢測機(jī)構(gòu)和傳送機(jī)構(gòu)。將所述操作部構(gòu)成操作者可用手握持的形狀，且根據(jù)操作者的操作狀態(tài)可取任意的姿勢。將軸支承部固定安裝在操作部的容納部內(nèi)，用軸支承部可轉(zhuǎn)動地支承連軸旋轉(zhuǎn)體，且將連軸旋轉(zhuǎn)體支承成其重心偏心。將傾斜角檢測機(jī)構(gòu)固定在操作部上，通過與連軸旋轉(zhuǎn)體以非接觸方式檢測操作部相對連軸旋轉(zhuǎn)體的傾斜角。傳送機(jī)構(gòu)把用傾斜檢測機(jī)構(gòu)檢測的數(shù)值向圖像發(fā)生裝置傳送。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第2種操作裝置，用于和根據(jù)程序發(fā)生需在顯示器上顯示圖像數(shù)據(jù)的圖像發(fā)生裝置相連，為按照操作者的操作供給決定使圖像發(fā)生裝置發(fā)生的圖像數(shù)據(jù)發(fā)生變化的附加電信號，此外還包括操作部、軸支承部、連軸旋轉(zhuǎn)體、以及傾斜角檢測機(jī)構(gòu)和傳送機(jī)構(gòu)。將所述操作部構(gòu)成操作者可用手握持的形狀，且根據(jù)操作者的操作狀態(tài)可取任意姿勢。將軸支承部固定安裝在操作部的容納部內(nèi)，用軸支承部可轉(zhuǎn)動地支承連軸旋轉(zhuǎn)體，將其支承成為在實(shí)用上可忽視最大靜摩擦力的低摩擦狀態(tài)，將連軸旋轉(zhuǎn)體支承成其重心偏心。將傾斜角檢測機(jī)構(gòu)固定在操作部上，通過與連軸旋轉(zhuǎn)體以非接觸方式檢測操作部相對連軸旋轉(zhuǎn)體的傾斜角。傳送機(jī)構(gòu)把用傾斜檢測機(jī)構(gòu)檢測的數(shù)值向圖像發(fā)生裝置傳送。
在上述本發(fā)明第1種操作裝置中，當(dāng)操作者用手握持操作器，使操作部傾斜時，與該傾斜相應(yīng)，使傾斜角檢測機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動，其結(jié)果，使傾斜角檢測機(jī)構(gòu)發(fā)生與操作部相對旋轉(zhuǎn)體的傾斜角所對應(yīng)的電信號。用傳送機(jī)構(gòu)將該電信號向圖像發(fā)生裝置傳送。與此相應(yīng)，使圖像發(fā)生裝置發(fā)生為顯示與該數(shù)值相應(yīng)變化了的圖像的圖像信號。
此外，在上述本發(fā)明第2種操作裝置中，當(dāng)操作者用手握持操作器，使操作部傾斜時，與該傾斜相應(yīng)，使傾斜角檢測機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動，然而，由于此時用軸支承部將軸支承成為在實(shí)用上可忽視最大靜摩擦力的低摩擦狀態(tài)，傾斜角檢測機(jī)構(gòu)能迅速響應(yīng)操作部盒的傾斜，使傾斜檢測機(jī)構(gòu)發(fā)生與操作部相對旋轉(zhuǎn)體的傾斜角所對應(yīng)的電信號。用傳送裝置將該電信號的數(shù)值向圖像發(fā)生裝置傳送。與此相應(yīng)，使圖像發(fā)生裝置發(fā)生為顯示與該數(shù)值相應(yīng)圖像的圖像信號。
根據(jù)本發(fā)明，不僅是傾斜方向，且能高精度地檢測從微小角度到大角度的寬廣范圍的角度，從而可獲得相對操作者的操作，響應(yīng)性優(yōu)良的操作裝置。
此外，根據(jù)本發(fā)明，由于將軸支承成為在實(shí)用上可忽視靜止摩擦阻力的低摩擦狀態(tài)，因而，即使是因操作者操作而產(chǎn)生操作部的微小動作，也能敏感作出響應(yīng)，能以較好的響應(yīng)性跟隨操作裝置的傾斜變化，高精度檢測操作裝置的傾斜。
對附圖的簡單說明

圖1為表示本發(fā)明一實(shí)施例操作裝置使用狀態(tài)的圖，圖2為表示本發(fā)明一實(shí)施例操作裝置的外形圖，圖3為表示本發(fā)明操作裝置內(nèi)含有的傾斜角檢測器構(gòu)造的立體圖，圖4為圖3所示傾斜角檢測器的剖面圖，圖5為對本發(fā)明一實(shí)施例操作裝置原理進(jìn)行說明的框圖，圖6為表示作為旋轉(zhuǎn)體其它例的圖，圖7為表示作為支承部其它例的圖，圖8為表示作為支承部變化例的圖，圖9為表示作為使用液體的制動機(jī)構(gòu)變化例的立體圖，圖10為圖9所示制動機(jī)構(gòu)的剖面圖，圖11為表示作為利用空氣阻力的制動機(jī)構(gòu)變化例的圖，圖12為表示作為角度檢測器其它例的圖，圖13為對本發(fā)明其它實(shí)施例操作裝置原理進(jìn)行說明的框圖，圖14為表示為對圖13所示實(shí)施例動作進(jìn)行說明的一對電極和半圓狀旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)狀態(tài)和傾斜角度檢測原理的圖。
圖1為表示本發(fā)明一實(shí)施例操作裝置使用狀態(tài)的圖。使用時使操作裝置(也稱作操作器)10和電視游戲機(jī)等的圖像處理裝置20相連。使已儲存為進(jìn)行圖像處理的程序和數(shù)據(jù)的卡盤30可裝卸地和圖像處理裝置20相連。圖像處理裝置20根據(jù)卡盤30的程序和數(shù)據(jù)以及表示操作裝置10操作狀態(tài)的數(shù)據(jù)，發(fā)生為顯示變化圖像的圖像信號，且將此圖像信號供給電視接收機(jī)等的顯示器40。
圖2為本發(fā)明一實(shí)施例操作裝置外形圖。操作裝置10包含盒狀操作部101。將此操作部101構(gòu)成橫向扁平形狀，且象家用電子計(jì)算器操作部那樣能用兩手把持其左右兩側(cè)、操作者能用拇指或食指操作后述的各種開關(guān)。具體地就是在操作部101表面上設(shè)置例如指定字符移動方向(上下左右共4個方向)的方向指示開關(guān)110，指定字符各種動作(跳躍、沖擊、吃、攻擊敵方等)的動作按鈕111～114，(具體地有A按鈕111，B按鈕112，X按鈕113，Y按鈕114)以及起動按鈕121和選擇按鈕122。此外，在圖示操作部101的上邊側(cè)壁上按照需要設(shè)置指定其它動作的L按鈕131和R按鈕132。
圖3，圖4為表示本發(fā)明操作裝置中的傾斜角檢測器構(gòu)造的圖，圖3為立體圖，圖4為省去其一部分的剖面圖。將傾斜角檢測器(以下簡稱角度檢測器)15安裝固定于操作部101內(nèi)側(cè)的容納部102內(nèi)。將容納部102形成形，且用耐磨材料制造，在其面對面兩側(cè)壁上具有支承部151。詳細(xì)說，在容納部102的面對面?zhèn)缺趦?nèi)面上通過形成配合凹部或圓錐形洼坑(或軸承部)而成為一對支承部151。把已固定于軸152上的旋轉(zhuǎn)體153可轉(zhuǎn)動地支承在支承部151上。為使旋轉(zhuǎn)體153產(chǎn)生重量偏心，在旋轉(zhuǎn)體153的一部分上形成比其周圍其它部分重的重錘部154。也可以在沿旋轉(zhuǎn)體圓周方向部分上形成帶狀缺口部154′代替重錘部154。此外，為了通過在具有圓錐形洼坑的支承部151上形成點(diǎn)接觸支承，為使接觸面積盡可能減少的目的，最好選擇軸152兩端形狀為尖的(凸?fàn)?圓錐狀，據(jù)此，由于軸152和支承部151形成點(diǎn)接觸，能將最大靜止摩擦力減低到實(shí)用上可忽視的程度，因而具有能提高檢測靈敏度和響應(yīng)性的優(yōu)點(diǎn)。此外，旋轉(zhuǎn)體153和角度檢測器15的變化例將后述。
為了高分辨地檢測旋轉(zhuǎn)體153的轉(zhuǎn)動或旋轉(zhuǎn)角度，還形成以下構(gòu)造。就是作為識別部一例，在旋轉(zhuǎn)體153的以軸152作為中心的同心圓上按規(guī)定角度分別形成多條狹縫155。若按等間隔形成的狹縫數(shù)目為64，則單位形成角度為5.625度。為了檢測旋轉(zhuǎn)體153的轉(zhuǎn)動或旋轉(zhuǎn)角度，在將形成狹縫155、位于規(guī)定位置的同心圓夾在其間的容納部102的側(cè)壁上面對面地形成發(fā)光部(例如LED)156和光接收部(或光檢測部；例如光電晶體管)157。此外，為了通過與發(fā)光部156和光接收部157的協(xié)同作用檢測旋轉(zhuǎn)體153的旋轉(zhuǎn)方向，在容納部102的側(cè)壁上成對形成另外的發(fā)光部158和光接收部159，要使發(fā)光部156和光接收部157的光軸面對面地位于某狹縫155的中心，而在停止時，使光軸位于狹縫155的邊緣。據(jù)此，使由發(fā)光部156和光接收部157構(gòu)成的第1光學(xué)檢測器和由發(fā)光部158和光接收部159構(gòu)成的第2光學(xué)檢測器的輸出波形產(chǎn)生90°的相位差，從而能根據(jù)最先從上述任一光學(xué)檢測器發(fā)生的脈沖來檢測正、反旋轉(zhuǎn)方向。此外，在使用檢測反射光裝置作為光學(xué)檢測器場合，為能檢測反射光即使通過交替配置黑、白線條(バ－)形成的識別部代替狹縫也可以。此外，通過檢測設(shè)置在旋轉(zhuǎn)體153的狹縫155部分上的磁性體，也可以檢測出旋轉(zhuǎn)體153的旋轉(zhuǎn)角度。
在上述實(shí)施例中，由于支承旋轉(zhuǎn)體153的軸152的支承構(gòu)造是能使摩擦大幅度減少的點(diǎn)接觸構(gòu)造，因此，在操作裝置10朝某方向傾斜后使其停止時，會引起旋轉(zhuǎn)體153向使操作裝置10停止的傾斜角度靠攏的振動。因此，最好在位于旋轉(zhuǎn)體153上部的容納部102上設(shè)置作為對旋轉(zhuǎn)體153進(jìn)行制動的制動機(jī)構(gòu)一例的緩沖器160。具體說，旋轉(zhuǎn)體153由鋁等導(dǎo)體材料制成，緩沖器160具有能從兩側(cè)將旋轉(zhuǎn)體153的一部分夾在期間的形狀，且具有由鋼一類強(qiáng)磁性材料形成的軛鐵161。將磁鐵162固定在軛鐵161面對旋轉(zhuǎn)體153的部分上。因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)體153轉(zhuǎn)動時，由于旋轉(zhuǎn)體153切割磁鐵162的磁力線，在旋轉(zhuǎn)體153上產(chǎn)生起抑制旋轉(zhuǎn)體153的相對旋轉(zhuǎn)力作用的渦流。由于此渦流隨旋轉(zhuǎn)體153旋轉(zhuǎn)角速度成正比地增大，即使在使操作裝置10急劇傾斜等場合，即使以如此的沖擊或離心力等重力以外的力使旋轉(zhuǎn)體153產(chǎn)生振動，也能抑制旋轉(zhuǎn)體53繼續(xù)振動，操作者能迅速檢測出傾斜。
然而，在檢測操作裝置10傾斜的方向?yàn)橐獜牟僮髡呖吹那昂?圖示的上下)方向和左右方向的兩方向進(jìn)行檢測的場合，設(shè)置兩個上述傾斜角檢測器15，且分別作為左右傾斜角檢測器15A和前后傾斜角檢測器15B使用。將此兩個傾斜角檢測器(以下簡稱“角度檢測器”)15A，15B，按照使其各自的軸152大致成垂直相交安裝在操作部盒101內(nèi)。在此場合，如圖2所示最好將角度檢測器15A配置在左右方向的中心，將角度檢測器15B配置在離開前后方向中心的靠前位置(圖示的下部)。這樣布置的理由是在沿左右方向操作時，使操作裝置10的旋轉(zhuǎn)中心成為操作裝置10左右方向的中心。對此，在沿前后方向操作時，由于當(dāng)操作者用兩手使操作裝置10沿前后擺動時，以手腕為中心進(jìn)行操作，操作裝置10的轉(zhuǎn)動中心成為操作者手腕的轉(zhuǎn)動中心點(diǎn)。因此，由于因前后方向的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的從傾斜角度中心向外側(cè)的離心力作用，成為使旋轉(zhuǎn)體上不需要的振動變大。因此，為了盡可能使角度檢測裝置15B靠近其旋轉(zhuǎn)中心，將其配置在離開前后方向中心的跟前(圖示下部)。此外，在操作部101內(nèi)還配置后述的輸出入控制回路50。因此，下面對呈大致垂直相交的兩方向傾斜進(jìn)行檢測時的檢測原理進(jìn)行說明。
圖5為說明本發(fā)明一實(shí)施例操作裝置原理的框圖。安裝在操作裝置10內(nèi)的輸出入控制回路50由為了檢測各種開關(guān)110～114，121，122，131，132的按壓狀態(tài)的開關(guān)檢測部51、轉(zhuǎn)換回路52、發(fā)信回路53、收信回路54及輸出入回路55構(gòu)成。轉(zhuǎn)換回路52由為檢測角度檢測器15A內(nèi)的旋轉(zhuǎn)體153旋轉(zhuǎn)方向的左右相位檢測器521，升降計(jì)數(shù)器522，以及為檢測角度檢測器15B內(nèi)的旋轉(zhuǎn)體153旋轉(zhuǎn)方向的前后相位檢測器523和升降計(jì)數(shù)器524構(gòu)成。使角度檢測器15A的光接收部157和159的檢測信號輸入左右相位檢測器521內(nèi)，使角度檢測器15B的光接收部157和159的檢測信號輸入前后相位檢測器523內(nèi)。升降計(jì)數(shù)器522或524根據(jù)來自對應(yīng)的左右相位檢測器521或前后相位檢測器523的檢測信號和相位信號，在旋轉(zhuǎn)體153正轉(zhuǎn)時產(chǎn)生加法運(yùn)算動作，在旋轉(zhuǎn)體153反轉(zhuǎn)時產(chǎn)生減法運(yùn)算動作。此外，即使省略轉(zhuǎn)換回路52，也可以由發(fā)信回路53將角度檢測器15A，15B以及其他開關(guān)110～132的輸出脈沖直接或變頻后向圖像處理裝置20傳送。在圖像處理裝置20通過程序處理進(jìn)行相當(dāng)于傾斜角的數(shù)值數(shù)據(jù)運(yùn)算。
接下來，對使用本發(fā)明操作裝置使圖像顯示變化時的動作進(jìn)行說明。首先，操作者(游戲者)用兩手手掌握持操作裝置10的左右部分，一面用左拇指操作方向指示開關(guān)110，一面用右拇指操作動作開關(guān)111～114。此外，操作者可以同時使左右手上下運(yùn)動、指示左右方向傾斜，或者使左右手腕上下轉(zhuǎn)動指示前后方向傾斜。此外，操作者也能同時進(jìn)行復(fù)合指示左右方向和前后方向傾斜的指示輸入。
在游戲開始前，當(dāng)操作者按壓起動開關(guān)121時，通過發(fā)信回路53和輸出入回路55將該檢測信號供給圖像處理裝置20。與此相應(yīng)，圖像處理裝置20使產(chǎn)生的原始復(fù)位信號通過輸出入回路55和收信回路54供給升降計(jì)數(shù)器522和524，分別使其復(fù)位(計(jì)數(shù)值為0)。而且，在操作者指示左右方向傾斜場合。例如，在操縱游戲中指示向右方向彎時，由于在當(dāng)通過使右手降低左手抬高，指示向右轉(zhuǎn)動時，角度檢測器15A的旋轉(zhuǎn)體153是朝向重力方向狀態(tài)，盒101相對旋轉(zhuǎn)體153產(chǎn)生相對向右的轉(zhuǎn)動，使光接收部157和159依次發(fā)生脈沖。與此相應(yīng)，使左右相位檢測器521根據(jù)來自角度檢測器15A的光接收部157和159的脈沖發(fā)生順序發(fā)生表示右轉(zhuǎn)(正轉(zhuǎn))相位信號的同時，把來自光接收部157和159的脈沖作為加法運(yùn)算指令信號供給升降計(jì)數(shù)器522。從而使升降計(jì)數(shù)器522每次按輸入脈沖產(chǎn)生加法運(yùn)算動作，對與盒101的轉(zhuǎn)動角度成比例的計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)。具體說，升降計(jì)數(shù)器522僅在盒101產(chǎn)生狹縫155的單位形成角的N倍轉(zhuǎn)動時，輸入來自光接收部157和159的不同相位的兩種脈沖，進(jìn)而，通過用脈沖上升和脈沖下降的兩方進(jìn)行計(jì)數(shù)，使計(jì)數(shù)值成為4N。因此，成為能以狹縫155的形成角度的4倍的精度檢測最小檢測角度。
與上述相反，當(dāng)操作者通過使其左手降低右手抬高，使盒101向左方向轉(zhuǎn)動時，使左右相位檢測器521根據(jù)來自角度檢測器15A的光接收部157和159的脈沖發(fā)生順序(與向右方向轉(zhuǎn)動相反)發(fā)生表示左轉(zhuǎn)(逆轉(zhuǎn))的相位信號(即減法運(yùn)算指令信號)的同時，把來自光接收部157和159的脈沖供給升降計(jì)數(shù)器522。從而，使升降計(jì)數(shù)器522每次按輸入脈沖產(chǎn)生減法運(yùn)算動作，對與盒101的轉(zhuǎn)動角度成比例的計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)。此外，在使盒101向右方向轉(zhuǎn)動后，僅按相同角度向左方向轉(zhuǎn)動場合，(即返回到原來角度場合)，成為使升降計(jì)數(shù)器522的計(jì)數(shù)值回到零。
另外，在操作者指示前后方向傾斜場合，例如，在操縱飛機(jī)中指示使飛機(jī)上升場合，由于當(dāng)以左右手腕為支點(diǎn)，向跟前彎曲，指示使盒101向跟前一側(cè)轉(zhuǎn)動時，在角度檢測器15B的旋轉(zhuǎn)體153朝向重力方向狀態(tài)，使盒101從左側(cè)面看時相對旋轉(zhuǎn)體153產(chǎn)生相對的向右轉(zhuǎn)動，使角度檢測器15B的光接收部157和159依次發(fā)生脈沖。從而，使左右相位檢測器523根據(jù)來自光接收部157和159的脈沖發(fā)生順序發(fā)生表示右轉(zhuǎn)(正轉(zhuǎn))相位信號(加法運(yùn)算指令信號)的同時，將來自光接收部157和159的脈沖供給升降計(jì)數(shù)器524。按此使升降計(jì)數(shù)器524每次按輸入脈沖產(chǎn)生加法運(yùn)算動作，對與盒101的轉(zhuǎn)動角度成比例的計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)。
如上所述，用升降計(jì)數(shù)器522和/或524能進(jìn)行相當(dāng)于伴隨盒101左右和/或前后轉(zhuǎn)動角度計(jì)數(shù)值的計(jì)數(shù)。與此同時，用開關(guān)檢測部51檢測表示各開關(guān)110～114，121，122，131，132的按壓狀態(tài)信號(例如如果按壓《1》、不按壓《0》)。而且將讀出的指令每次按規(guī)定時間(例如與顯示裝置40的1幀期間相當(dāng)?shù)?/60秒)從圖像發(fā)生裝置20通過輸出入回路55供給收信回路54。與此相應(yīng)，當(dāng)收信回路54將讀出的指令信號供給發(fā)信回路53時，發(fā)信回路53把表示用開關(guān)檢測部51檢測的各種開關(guān)110～114，121，122，131，132的操作狀態(tài)碼以及把升降計(jì)數(shù)器522和524的各計(jì)算值(數(shù)字值)轉(zhuǎn)換成規(guī)定的格式化數(shù)據(jù)后向圖像發(fā)生裝置20發(fā)送。據(jù)此，將表示操作裝置10的操作狀態(tài)的信號供給圖像發(fā)生裝置20。圖像發(fā)生裝置20根據(jù)表示操作裝置10的操作狀態(tài)的信號和存入卡盤30內(nèi)的存儲程序和數(shù)據(jù)，判別操作裝置10的操作狀態(tài)，按此操作狀態(tài)發(fā)生圖像數(shù)據(jù)，將其表示在顯示裝置40上。
此外，在角度檢測器15A和15B上設(shè)置緩沖器160的場合，即使操作者使盒101劇烈轉(zhuǎn)動，使由沖擊或離心力引起的旋轉(zhuǎn)體振動受到抑制，其結(jié)果，便受到制動，使旋轉(zhuǎn)體153的振動衰減。因此，能更快測出盒101的轉(zhuǎn)動角度，能減低因振動引起的滯后。
圖6為表示作為旋轉(zhuǎn)體其它例的圖，為使圖6中旋轉(zhuǎn)體153′的規(guī)定部分朝向重力方向，將軸152的形成位置選擇在旋轉(zhuǎn)體153′的相對其幾何學(xué)中心的偏心位置，將狹縫155形成在以軸152為中心的同心圓上。
圖7是表示作為支承部其它例的圖，將圖7的旋轉(zhuǎn)體171構(gòu)成在以其幾何學(xué)的中心軸72的點(diǎn)為中心的圓板上形成以點(diǎn)172為頂點(diǎn)的扇形缺口部173，且在其相反一側(cè)的部分上形成比該扇形面積更廣的缺口部174，使支承軸175和支點(diǎn)172接合而受到支承。具體說，將支承軸175構(gòu)成在其半圓形振子176的兩側(cè)形成軸177(對應(yīng)軸152)，在其和旋轉(zhuǎn)體171接合的一側(cè)的軸177的基部上形成三角形的接合突起178。由于振子176有摩擦而不一定真正朝向重力方向，然而，由于支點(diǎn)172和支承部178為線接觸，使摩擦減少，而使旋轉(zhuǎn)體171真正朝向重力方向。進(jìn)而，支點(diǎn)172和支承部178的相對位置幾乎不變，然而，由于軸177和支承部178進(jìn)行360°轉(zhuǎn)動，從而形成即使操作器10任意傾斜，也使相同部分朝向重力方向的構(gòu)造。
圖8為表示作為支承部變化例的圖。在上述圖3和圖4例中，對于分別將軸152兩端形成圓錐形尖凸?fàn)?，支承?51形成剖面為V字狀場合進(jìn)行了說明，然而，在此實(shí)施例中，將上述凸部和凹部的關(guān)系顛倒。具體地說，分別將角度檢測器15′的軸152′的頂端形成剖面為V字狀凹部(圓錐形坑)，將支承部151′形成包含圓錐形或尖凸?fàn)畹耐黄?，通過用此突起使軸152′形成點(diǎn)接觸而構(gòu)成支承。在此場合，由于軸152′和支承部151′形成點(diǎn)接觸，因而在實(shí)用上幾乎可不考慮兩者間的靜摩擦。因此，成為旋轉(zhuǎn)體153′能在摩擦力幾乎很小狀態(tài)下轉(zhuǎn)動。因而可獲得響應(yīng)性優(yōu)良的裝置。此外，因構(gòu)件旋轉(zhuǎn)體上不存在需精密加工的凸部、使制造容易。
圖9和圖10為表示使用液體的制動機(jī)構(gòu)(緩沖器)的變化例，圖9為主體圖，圖10為其剖面圖，在此實(shí)施例緩沖器165上設(shè)置其內(nèi)封入液體166的圓筒168，構(gòu)成在處于橫臥狀態(tài)的此圓筒168的兩側(cè)面上形成軸152，在圓筒168的外周形成環(huán)狀旋轉(zhuǎn)體153′。而且，當(dāng)操作裝置10傾斜時，因液體的慣性使旋轉(zhuǎn)體153′不因重力或沖擊或離心力的作用而轉(zhuǎn)動。此時，因液體166和圓筒168內(nèi)周面間的粘性阻力，對旋轉(zhuǎn)體153′的振動起抑制作用，而使振動衰減。據(jù)此，能敏捷迅速檢測傾斜角度。此外，也可以將圓筒168和旋轉(zhuǎn)體153′的配置關(guān)系構(gòu)成使軸在圓筒168的側(cè)面上延伸，通過將旋轉(zhuǎn)體153′固定在該軸上，從而將圓筒168和旋轉(zhuǎn)體153′支承在同一軸上。
作為其它使用液體的制動機(jī)構(gòu)的另外實(shí)施例，可以構(gòu)成將角度檢測器15的敞開的3個面用其它的壁面來覆蓋，將容納部102密閉起來的構(gòu)造，將旋轉(zhuǎn)體153可轉(zhuǎn)動自如地支承在此容納部102內(nèi)的同時，在旋轉(zhuǎn)體153的周圍封入液體166，通過用液體166充滿容納部102內(nèi)，液體166將制動力直接施加在旋轉(zhuǎn)體153上。
此外，在上述說明中，對用支承部151使軸152處在點(diǎn)接觸支承場合的機(jī)械制動機(jī)構(gòu)作了說明，然而，也可以用程序處理取得和機(jī)械制動同樣的角度檢測結(jié)果。例如，在不加機(jī)械制動場合，由于旋轉(zhuǎn)體153在微小角度范圍進(jìn)行正反振動，使升降計(jì)數(shù)器522、524的計(jì)數(shù)值以相當(dāng)于盒101的轉(zhuǎn)動角度那樣大的值為中心僅以微小值上下變動。因此，升降計(jì)數(shù)器522、524的計(jì)數(shù)值可以通過對僅以微小值上下變動時的中心值的演算求得。
圖12為作為角度檢測器其它例的圖。在圖3的實(shí)施例中，對數(shù)字式地檢測操作裝置10的轉(zhuǎn)動角度的技術(shù)作了說明，然而不限于此，如圖12所示，也能進(jìn)行模擬式檢測。就是圖12中的角度檢測器15′通過采用空氣可變電容器180來取代圖3中的狹縫154和光學(xué)檢測器。將空氣可變電容器180構(gòu)成將軸152固定在相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)體153的半圓形旋轉(zhuǎn)體181上，用支承部151可轉(zhuǎn)動自如地支承軸152，使軸152在半圓形旋轉(zhuǎn)體181的兩側(cè)面上插通的一對半圓狀電極182，183和圓板狀電極184面對面，且構(gòu)成通過固定構(gòu)件185，使電極182，183，184相對支承部151固定。但是，通過將環(huán)形唱片狀圓板分割形成一對半圓狀電極182，183，使半圓直徑方向(即弦方向)平時沿重力方向被固定。在圖12的例子中，就是用相對半圓狀旋轉(zhuǎn)體181的一對電極182，183的相對角度，利用電極182，183和電極184間的靜電容量的變化檢測轉(zhuǎn)動角度。
此外，為了得到渦流制動力把由鋁一類非磁性體和良導(dǎo)電體板構(gòu)成的制動用圓板186固定在一側(cè)的軸152上。將上述緩沖器160固定在制動用圓板186上部的容納部102內(nèi)。此緩沖器160的制動作用可參照對上述圖3所作的說明。
圖13是為說明本發(fā)明其它實(shí)施例操作裝置原理的框圖，此實(shí)施例就是關(guān)于為模擬地檢測傾斜角度，利用了圖12所示的空氣可變電容器的操作裝置10。而且，在輸出入控制回路50′中，為把相當(dāng)于轉(zhuǎn)動角度變化的靜電容量(模擬量)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的計(jì)數(shù)值而設(shè)置轉(zhuǎn)換回路56。轉(zhuǎn)換回路56包含接受角度檢測器15A′各電極182，183的靜電容量值的單次計(jì)時器561，562，含有對與來自各單次計(jì)時器561、562的靜電容量大小成比例的寬度的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器的角度檢測回路563，接受角度檢測器15B′的各電極182，183的靜電容量值的單次計(jì)時器564，565，含有對與來自各單次計(jì)時器654，565的靜電容量大小成比例的寬度的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器的角度檢測回路563。由于輸出入控制回路50′的其它構(gòu)成與圖5所示實(shí)施例相同，在此省略對其說明。
在圖13所示實(shí)施例的動作中，半圓狀旋轉(zhuǎn)體181的弦朝向水平方向，圓弧中心(90°位置)指向重力方向。在操作者將操作裝置10保持在水平狀態(tài)時，如圖14(a)所示，在角度檢測器15A′、15b′的各電極182和電極183的各自的弦沿重力方向的狀態(tài)而停止。在此狀態(tài)中，由于位于電極182和電極184間的半圓狀旋轉(zhuǎn)體181的面積和位于電極183和電極184間的半圓狀旋轉(zhuǎn)體181的面積大致相等，成為使從各個角度檢測器15A′、15B′的電極182和電極183引出的靜電容量(C1、C2)相等(C1＝C2)。從而把來自單次計(jì)時器561和562的脈沖寬度相等的輸出信號供給角度檢測器563，同樣，把來自單次計(jì)時器564、565的脈沖寬度相等的輸出信號供給角度檢測器56b。因此，兩角度檢測器563和566求出表示不向任何方向傾斜的數(shù)字值，將其輸出。
另外，在操作者使操作裝置10沿前后、左右的任何方向轉(zhuǎn)動場合，例如使左向下、右向上那樣沿左方向轉(zhuǎn)動時，使盒101向左方向轉(zhuǎn)動，然而，使半圓狀旋轉(zhuǎn)體181的圓弧中心仍舊朝向重力方向，使角度檢測器15A′的各電極182和電極183的弦按照僅和操作裝置10的轉(zhuǎn)角相同的傾斜角度θ相對重力方向向左轉(zhuǎn)動。此時，角度檢測器15B′的各電極182和電極183的弦仍舊停止在朝向重力方向的狀態(tài)。在此狀態(tài)，使半圓狀旋轉(zhuǎn)體181的相對角度檢測器15A′電極182的面積和半圓狀旋轉(zhuǎn)體181的相對電極183的面積相應(yīng)呈現(xiàn)傾斜角度θ的變化。因此，使從電極182引出的靜電容量(C1)比從電極183引出的靜電容量(C2)大(C1＞C2)，形成使兩靜電容量的差與傾斜角度θ相關(guān)。與此相應(yīng)，形成單次計(jì)時器561的輸出脈沖寬度(L1)比單次計(jì)時器562的輸出脈沖寬度(L2)長，使兩脈沖寬度差(L1—L2)成為和傾斜角度θ相關(guān)的長度。角度檢測器563接受兩脈沖寬度(L1，L2)的輸入，在各脈沖寬度期間對時鐘分別計(jì)數(shù)，求出與脈沖寬度成比例的計(jì)數(shù)值后，通過求出相當(dāng)于脈沖寬度差(L1—L2)的計(jì)數(shù)值，求出和傾斜角度θ相關(guān)的數(shù)字值(或計(jì)數(shù)值)，進(jìn)而，根據(jù)任何大小求出傾斜方向(上述例中為左方向)。
此外，在操作裝置10的轉(zhuǎn)動方向朝向右方場合，同樣，用脈沖寬度差的計(jì)數(shù)值求出傾斜角度θ，然而，僅因兩脈沖寬度大小相反，就可檢測出傾斜方向向右。此外，在操作裝置10沿前后方向轉(zhuǎn)動場合，用角度檢測器15B′，以同樣的動作檢測出與轉(zhuǎn)動角度相關(guān)的靜電容量的變化，用單次計(jì)時器564，565和角度檢測回路566可檢測傾斜角度θ和傾斜方向。就這樣，把用角度檢測回路563和556檢測的左右和前后的傾斜角度的計(jì)數(shù)值和表示傾斜方向的數(shù)字值，與對上述圖5所示實(shí)施例的動作說明一樣向圖像發(fā)生裝置20傳送。
權(quán)利要求
1.操作裝置用于和根據(jù)程序發(fā)生需在顯示器上顯示圖像數(shù)據(jù)的圖像處理裝置相連，為按照操作者的操作供給決定使圖像處理裝置發(fā)生的圖像數(shù)據(jù)發(fā)生變化的附加電信號，其特征在于，還具有構(gòu)成按照操作者的操作狀態(tài)取任意姿勢的操作部；固定于上述操作部上的軸支承部；用上述軸支承部旋轉(zhuǎn)支承的使重心偏心的連軸旋轉(zhuǎn)體；以非接觸方式檢測操作部相對上述連軸旋轉(zhuǎn)體偏心方向的傾斜角度。輸出對應(yīng)該角度數(shù)據(jù)的傾斜角檢測機(jī)構(gòu)以及把用上述傾斜角檢測機(jī)構(gòu)輸出的數(shù)據(jù)向上述圖像處理裝置傳送的傳送裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，上述傾斜角檢測機(jī)構(gòu)為對應(yīng)上述傾斜角發(fā)生模擬數(shù)據(jù)的模擬式檢測機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，上述傾斜角檢測機(jī)構(gòu)為對應(yīng)上述傾斜角發(fā)生數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字式檢測機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，上述連軸旋轉(zhuǎn)體對于偏心方向的轉(zhuǎn)動角度成為可識別的形態(tài)，包含沿其轉(zhuǎn)動方向形成的多個角度識別部，所述傾斜角檢測機(jī)構(gòu)，具有發(fā)生與上述傾斜角對應(yīng)的上述角度識別部數(shù)目相當(dāng)?shù)拿}沖的第1脈沖發(fā)生機(jī)構(gòu)；發(fā)生與上述第1脈沖發(fā)生機(jī)構(gòu)發(fā)生的脈沖位置相位錯開的脈沖的第2脈沖發(fā)生機(jī)構(gòu)；根據(jù)來自上述第1，第2脈沖發(fā)生機(jī)構(gòu)的脈沖，對上述連軸旋轉(zhuǎn)體是否進(jìn)行相對上述傾斜檢測機(jī)構(gòu)沿正方向和反方向中的任一方向轉(zhuǎn)動進(jìn)行辨別的轉(zhuǎn)動方向辨別機(jī)構(gòu)；根據(jù)來自上述轉(zhuǎn)動方向辨別機(jī)構(gòu)的正方向和反方向的轉(zhuǎn)動方向，對來自上述第1或第2脈沖發(fā)生機(jī)構(gòu)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，輸出與傾斜角度相當(dāng)?shù)臄?shù)值數(shù)據(jù)的數(shù)值數(shù)據(jù)發(fā)生機(jī)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，將上述角度識別部形成可沿著以上述軸為中心的圓周方向進(jìn)行光學(xué)檢測的形態(tài)，上述第1和第2脈沖發(fā)生機(jī)構(gòu)包含發(fā)光部和光接收部，當(dāng)用光接收部通過上述角度識別部檢測到來自發(fā)光部的光時發(fā)生脈沖的光學(xué)的脈沖發(fā)生機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，將上述操作部構(gòu)成限定于操作者握持或安裝的操作形態(tài)，按照使上述連軸旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動的中心軸和操作者使上述操作部轉(zhuǎn)動時的操作部的轉(zhuǎn)動中心軸盡可能靠近那樣進(jìn)行上述連軸旋轉(zhuǎn)體的配置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，上述軸支承部包含第1軸支承部和第2軸支承部；上述連軸旋轉(zhuǎn)體包含用上述第1軸支承部旋轉(zhuǎn)支承的第1連軸旋轉(zhuǎn)體和用上述第2軸支承部旋轉(zhuǎn)支承的第2連軸旋轉(zhuǎn)體；上述傾斜角檢測機(jī)構(gòu)包含檢測操作裝置相對上述第1連軸旋轉(zhuǎn)體的第1傾斜角度的第1傾斜角檢測機(jī)構(gòu)和檢測操作裝置相對上述第2連軸旋轉(zhuǎn)體的第2傾斜角度的第2傾斜角檢測機(jī)構(gòu)；上述傳送機(jī)構(gòu)把用上述第1傾斜角檢測機(jī)構(gòu)檢測的對應(yīng)第1傾斜角度的數(shù)據(jù)和用上述第2傾斜角檢測機(jī)構(gòu)檢測的對應(yīng)第2傾斜角度的數(shù)據(jù)向上述圖像處理裝置傳送。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，將上述第1連軸旋轉(zhuǎn)體作為第1方向，用于檢測從操作者看的左右方向的傾斜量，將第2連軸旋轉(zhuǎn)體作為第2方向，用于檢測從操作者看的前后方向的傾斜量。
9.操作裝置，用于和根據(jù)程序發(fā)生需在顯示器上顯示圖像數(shù)據(jù)的圖像處理裝置相連，為按照操作者的操作供給決定使圖像處理裝置發(fā)生的圖像數(shù)據(jù)發(fā)生變化的附加電信號，其特征在于，具有構(gòu)成操作者能用手握持的形狀，且按照操作者的操作狀態(tài)可取任意姿勢的操作部；固定于上述操作部的軸支承部；用上述軸支承部旋轉(zhuǎn)支承的、成為實(shí)用上可忽視最大靜摩擦力、使重心偏心支承狀態(tài)的連軸旋轉(zhuǎn)體；以非接觸方式檢測操作部相對上述連軸旋轉(zhuǎn)體偏心方向的傾斜角度、輸出與該角度相對應(yīng)的數(shù)據(jù)的傾斜角檢測機(jī)構(gòu)；以及把用上述傾斜角檢測機(jī)構(gòu)輸出的數(shù)據(jù)向上述圖像處理裝置傳送的傳送機(jī)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，將上述連軸旋轉(zhuǎn)體軸的頂端部和上述軸支承部中的一方形成尖凸?fàn)睿瑢⒘硪环叫纬煽膳c該尖凸?fàn)畈繕?gòu)成點(diǎn)接觸的凹部。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，具有與上述連軸旋轉(zhuǎn)體相關(guān)裝置的，為抑制上述連軸旋轉(zhuǎn)體因慣性產(chǎn)生的擺動，提供對應(yīng)于連軸旋轉(zhuǎn)體相對上述操作部的角速度的制動力的制動機(jī)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，將上述制動機(jī)構(gòu)構(gòu)成為使其一部分與上述連軸旋轉(zhuǎn)體相對，用與連軸旋轉(zhuǎn)體相對部分的磁力抑制連軸旋轉(zhuǎn)體的慣性的磁力式制動機(jī)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，上述制動機(jī)構(gòu)包含為了封入流體的流體封入部和與上述連軸旋轉(zhuǎn)體接觸、封入上述流體封入部的流體，是通過利用伴隨上述連軸旋轉(zhuǎn)體與流體的相對位置變化產(chǎn)生的粘性阻力抑制上述連軸旋轉(zhuǎn)體相對上述操作部擺動的流體制動機(jī)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，將上述操作部構(gòu)成限定為操作者握持或安裝的操作形態(tài)，按照使上述連軸旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動中心軸和操作者使上述操作部轉(zhuǎn)動時，操作部的轉(zhuǎn)動中心軸盡可能靠近地配置上述連軸旋轉(zhuǎn)體。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，上述軸支承部包含第1軸支承部和第2軸支承部；上述連軸旋轉(zhuǎn)體包含用上述第1軸支承部旋轉(zhuǎn)支承的第1連軸旋轉(zhuǎn)體和用上述第2軸支承部旋轉(zhuǎn)支承的第2連軸旋轉(zhuǎn)體；上述傾斜角檢測機(jī)構(gòu)包含檢測操作裝置相對上述第1連軸旋轉(zhuǎn)體的第1傾斜角度的第1傾斜角檢測機(jī)構(gòu)和檢測操作裝置相對上述第2連軸旋轉(zhuǎn)體的第2傾斜角度的第2傾斜角檢測機(jī)構(gòu)；上述傳送機(jī)構(gòu)把用上述第1傾斜角檢測機(jī)構(gòu)檢測的、對應(yīng)第1傾斜角度的數(shù)據(jù)和用第2傾斜角檢測機(jī)構(gòu)檢測的、對應(yīng)第2傾斜角度的數(shù)據(jù)向上述圖像處理裝置傳送。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，將上述第1連軸旋轉(zhuǎn)體作為第1方向，用于檢測從操作者看的左右方向的傾斜量，將上述第2連軸旋轉(zhuǎn)體作為第2方向，用于檢測從操作者看的前后方向的傾斜量。
全文摘要
本發(fā)明涉及例如電視游戲機(jī)等的操作裝置，用于和根據(jù)程序發(fā)生需在顯示器上顯示圖像數(shù)據(jù)的圖像處理裝置相連，為按照操作者的操作供給決定使圖像處理裝置發(fā)生的圖像數(shù)據(jù)發(fā)生變化的附加信號，具有操作部、軸支承部、連軸旋轉(zhuǎn)體以及傾斜角檢測機(jī)構(gòu)和信號傳送機(jī)構(gòu)。當(dāng)操作者使操作裝置傾斜時，能在顯示器上顯示與該傾斜角相應(yīng)的圖像，具有能迅速、正確跟蹤操作部傾斜狀態(tài)的效果。
文檔編號G06F3/048GK1125340SQ9510487
公開日1996年6月26日 申請日期1995年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月28日
發(fā)明者加藤周平 申請人:任天堂株式會社