KR100399803B1

KR100399803B1 - 입력장치와 표시시스템

Info

Publication number: KR100399803B1
Application number: KR1019960029947A
Authority: KR
Inventors: 유키꼬 쿠와야마; 히사시 아마후지
Original assignee: 가부시키가이샤 시마쓰세사쿠쇼
Priority date: 1995-07-25
Filing date: 1996-07-24
Publication date: 2003-12-24
Also published as: JPH0944298A; US5841887A; KR970007726A; EP0756240A3; DE69617554T2; DE69617554D1; TW359787B; EP0756240A2; EP0756240B1

Abstract

입력장치 본체의 현실공간에 있어서의 위치와 방향을 검지한다. 또, 그 입력장치 본체의 위치와 방향을 변화시키지 않고, 조작가능한 현실공간에 존재하는 조작체의 조작량을 검지한다. 그 입력장치 본체의 위치와, 그 입력장치 본체의 방향과, 그 조작체의 조작량에 대응하여 화면내에 지시화상을 생성시킨다.

그 입력장치 본체의 위치의 변화와, 그 입력장치 본체의 방향의 변화와, 그 조작체의 조작량의 변화에 따라서, 그 화면 내에서의 지시화상에 의한 지시위치를 변화시킨다.

Description

입력장치와 표시시스템{INPUT DEVICE AND DISPLAY SYSTEM}

본 발명은, 화면내에 지시화상을 생성시키는 입력장치와, 그 입력장치를 사용한 표시시스템에 관한 것이며, 예를 들면, 가상현실세계와 같은 인공적인 공간을형성하기 위한 화면내에 있어서 작업의 지시 등을 실시하는 데에 적합한 것이다.

예를 들면, 가상현실을 형성하기 위한 화면내에, 입력을 할 때에 화살표 등의 지시화상을 생성하기 위해, 3차원마우스나 3차원포인터라고 불리워지는 입력장치가 사용되고 있다. 종래의 입력장치는 현실공간에 존재하는 입력장치 본체와, 그 입력장치 본체의 현실공간에 있어서의 위치와 방향을 검지하는 수단과, 그 입력장치 본체의 위치와 방향에 대응하여 화면내에 지시화상을 생성하는 수단을 구비하여, 그 입력장치 본체의 위치와 방향에 따라서, 그 화면 내에서의 지시화상에 의한 지시위치를 변화시킨다.

그와같은 입력장치에 의하면, 현실공간에서의 입력장치 본체의 활동을, 화면내의 지시화면의 활동에 반영시킬 수가 있다. 따라서, 특히 머리부장착형 표시장치에 의해 생성되는 입체화상에 의해 형성되는 인공적인 3차원 공간내에서, 입력지시에 사용되는 경우 현장감을 증강시키고, 현실에 의해 가까운 가상현실의 체험에 기여할 수 있다.

그러나, 종래의 입력장치에 있어서는, 입력장치 본체의 현실공간에 있어서의 위치와 방향만을 검지하는 것으로, 지시화상을 형성하고 있다. 즉, 입력장치 본체의 현실공간에 있어서의 위치와 방향의 범위에 대하여, 화면에 있어서의 지시위치의 변위는 1:1로 밖에 대응시킬 수가 없다. 그러므로, 화면의 전역에 있어서의 지시위치를 변위시키기 위해서는, 입력장치 본체의 현실공간에 있어서의 변위량이 많게된다. 특히, 현실의 3차원 공간에서 손에 잡힌 입력장치 본체를 변위시킬 경우, 작동을 위해서는 상당히 광범위하게 손을 움직이게 할 필요가 있다. 그러므로 조작성이 나쁘고, 사용장소도 제한된다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은, 상기한 과제를 해결할 수가 있는 입력장치와 표시시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 입력장치는 현실공간에 존재하는 입력장치 본체와, 그 입력장치 본체의 현실공간에 있어서의 위치와 방향을 검지하는 수단과, 그 입력장치 본체의 위치와 방향을 변화시키지 않고 조작이 가능한 현실공간에 존재하는 조작체와, 그 조작체의 조작량을 검지하는 수단과, 그 입력장치 본체의 위치와, 그 입력장치 본체의 방향과, 그 조작체의 조작량에 대응해서 화면내에 지시화상을 생성시키는 수단을 구비하여, 그 입력장치 본체의 위치의 변화와, 그 입력장치 본체의 방향의 변화, 그 조작체의 조작향의 변화에 따라서, 그 화면 내에서의 지시화상에 의한 지시위치를 변화시킬 수가 있다.

본 발명의 구성에 의하면, 입력장치 본체의 위치와 방향에 따라서 만이 아니고, 그 입력장치 본체의 위치와 방향을 변화시키지 않고도 조작이 가능한 조작체의 조작량에도 대응해서, 지시화상을 화면에 형성할 수가 있다. 따라서 그 입력장치 본체를 현실공간내에서 움직이지 않아도, 그 화면내에 있어서 입력장치 본체의 현실공간에 있어서의 위치와 방향에 대응하는 위치에 대하여, 지시화상의 지시위치를 상대적으로 변화시킬 수가 있다.

이것에 의해, 입력장치 본체를 움직이지 않고, 지시가능한 영역이 넓어지기 때문에 화면의 전역에 있어서 지시위치를 변화시키는데에 필요한 작동의 손동작을저감시킬 수가 있다. 다시 말해서, 본 발명의 입력장치에 의하면, 조작성을 향상시키므로서 좁은 장소에서도 사용할 수가 있다.

그 화면 내에서의 지시화상에 의한 지시위치는, 입력장치 본체의 현실공간에 있어서의 검지된 방향을 따라서, 그 조작체의 조작량에 대응하여 변화되는 것이 바람직하다. 이것에 의해서, 조작체의 조작량에 따라서 지시화상의 지시위치는 변화된다. 그 조작체의 조작에 의한 지시위치의 변화방향은, 입력장치 본체의 방향에 대응하기 때문에 목표로 하는 지시위치의 지시가 용이하게 된다.

그 조작체는 그 입력장치 본체에 상대적으로 변위가능하게 설치되어, 그 입력장치 본체를 갖는 작동자의 손가락에 의해서 그 조작체의 조작량을 변화시킬 수 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 그 조작체의 조작량을 변화시킴과 동시에, 그 입력장치 본체의 위치와, 그 입력장치 본체의 방향을 변화시킬 수가 있다.

본 발명의 표시시스템은 상기한 본 발명의 입력장치를 구비하고, 그 지시화상은, 그 입력장치 본체와, 조작체를 조작하기 위해 관찰자에 장착되는 머리부장착형 지시장치에 의해 지시된다. 그 지시화상을 머리부장착형 지시장치에 의해서 지시하므로써, 가상현실공간을 형성하기 위한 화면내에서 현장감을 증강시키고, 현실에 더욱 가까운 가상현실의 실험에 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태의 입력장치의 구성설명도이다.

도 2는 본 발명의 실시형태의 입력장치 본체의 사용상태 설명도이다.

도 3은 본 발명의 실시형태의 입력장치 본체의 사시도이다.

도 4는 본 발명의 실시형태의 입력장치의 사용상태 설명도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(2) ------------------------------------- 관찰자,

(3) -------------------------------- 머리부착용 표시장치,

(4) ----------------------------------- 제어장치,

(52) -------------------------------- 입력장치 본체,

(54) -------------------------------------- 센서,

(56) ----------------------------------- 조절손잡이.

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태를 설명한다.

도 1에 표시한 화면표시시스템은, 관찰자(2)의 머리부에 장착되는 머리부장착형 표시장치(3)와, 제어장치(4)를 구비하고 있다. 그 제어장치(4)는 중앙처리장치와 기억장치를 보유하는 컴퓨터에 의해 구성된다. 이 제어장치(4)는, 뒤에서 설명하는 바와 같이 입력장치 본체(52)내의 센서(54)로부터의 신호와, 조절손잡이(조작체)(56)로부터의 신호에 따라서 화상데이터를 생성하고, 그 생성한 화상데이터와 기억장치에 기억된 화상데이터를, 화상신호로서 머리부장착형 표시장치(3)에 송신한다.

그 머리부장착형 표시장치(3)는, 좌우한쌍의 표시부(21a),(21b)와, 양 표시부(21a), (21b)를 유지시키는 머리부장착용 유지부(22)를 보유한다.

도 2에 표시하듯이 그 유지부(22)는, 예를 들어, 헬맷형상으로 하므로써, 관찰자(2)의 머리부에 장착가능하다. 그 장착에 의해서, 양 표시부(21a),(21b)를 관찰자(2)의 시야에 대하여 일정한 위치로 위치결정시킨다. 본 발명에 있어서 머리부라는 것은, 안면을 포함한 목부분의 위부분을 가리킨다.

각 표시부(21a),(21b)는, 각각 CRT디스플레이나 액정표시패널 등의 표시소자(26a),(26b)와, 각 표시소자(26a),(26b)의 표시제어장치(27a),(27b)와, 광학계를 보유한다. 각 표시제어장치(27a),(27b)는, 제어장치(4)에서 보내지는 화상신호를 각 표시소자(26a),(26b)에 보내지므로써, 각 표시소자(26a),(26b)의 화면에 화상신호에 대응하는 화상을 표시하게 한다. 각 광학계는, 렌즈계(29a),(29b)와, 미러(30a),(30b)와, 제1컴바이너(31a),(31b)와, 제2컴바이너(32a),(32b)를 보유한다. 각 표시소자(26a),(26b)에 의해서 표시되는 화상의 표시광은, 렌즈계(29a),(29b)를 통하여 미러(30a),(30b)와, 제1컴바이너(31a),(31b)에 의해서 반사되고, 그 다음에 제2컴바이너(32a),(32b)에 의해서 반사됨과 동시에 집속되고,다음에 제1컴바이너(31a), (31b)를 투과한 후에 관찰자(2)의 눈으로 안내된다.

이것에 의해, 한쪽의 표시부(21b)의 표시화상은 관찰자(2)의 좌우 한쪽의 눈에 의해 확인되고, 다른 한쪽의 표시부(21b)의 표시화상은, 관찰자(2)의 좌우 다른 한쪽의 눈에 의해 확인된다.

그 한쪽의 표시부(21a)와, 다른 한쪽의 표시부(21b)에 서로 다른 화상을 표시하므로써, 관찰자(2)는 입체화상을 확인할 수가 있다. 그 제2컴바이너(32a),(32b)의 전방에 있어서, 바이저(visor)(35)가 유지부(22)에 상하로 이동하는 것이 가능하게 부착되어 있다. 그 바이저(35)를 하방으로 변위시키므로써 관찰자(2)는, 표시소자(26a),(26b)에 의한 표시화상만을 확인할 수가 있다. 그 바이저(35)를 상방으로 변위시키므로써, 관찰자(2)는 표시소자(26a),(26b)에 의한 표시화상뿐만 아니라, 컴바이너(31a),(31b), (32a),(32b)의 전방시야내에 실제로 존재하는 것도 확인할 수가 있다.

그 제어장치(4)에, 컨트롤러(51)를 통하여 입력장치 본체(52)가 접속되어 있다. 또, 그 제어장치(4)에는 프린터(59)가 접속되어 있다. 도 2에 표시하는 바와 같이 그 입력장치 본체(52)는, 관찰자(2)가 한쪽손으로 들 수 있는 크기로 되어 있다. 도 3에 표시하는 바와 같이 그 입력장치 본체(52)는, 통형상인 하우징(53)과, 그 하우징(53)에 내장된 센서(54)를 구비하고, 그 컨트롤러(51)에 배선(55)을 통하여 접속되어 있다. 이 입력장치 본체(52)에, 조절손잡이(조작체)(56)가 상대변위하는 것이 가능하게 부착되어 있다.

그 센서(54)는, 현실공간에 있어서의 미리 설정한 원점을 기준으로 해서, 그입력장치 본체(52)의 3차원 좌표위치와, 각 좌표축 중심의 회전각도를 검지한다. 이 센서(54)로서는, 예를 들면, 자이로장치나 가속도센서를 사용해서, 외부와의 상호적 작용을 따르게 하지않고, 입력장치 본체(52)의 위치와 방향을 자립적으로 검지하는 자립위치 검지장치를 사용할 수가 있다. 이 센서(54)의 구성은, 입력장치 본체(52)의 위치와 방향을 검지할 수 있는 것이라면, 특별히 한정되지 않는다.

그 조절손잡이(56)는, 입력장치 본체(52)의 위치와 방향을 변화시키지 않아도, 그 입력장치 본체(52)를 갖는 관찰자(2)의 손가락에 의해 조작할 수가 있다. 즉, 이 조절손잡이(56)는 그 통형상 하우징(53)의 전면부측에 형성된 개구(53a)내에 있어서, 그 하우징(53)의 전후길이방향을 따라서, 직선적으로 왕복이동하는 것이 가능하게 설치되어 있다. 그 왕복이동거리가 조절손잡이(56)의 조작량이다. 이 조절손잡이(56)의 조작량을 검지하는 조작량센서(57)가 그 하우징(53)에 내장되어 있다. 그 조작량센서(53)는, 예를 들면, 포텐시오미터 등에 의해 구성된다.

그 컨트롤러(51)는, 상기한 센서(54)의 출력신호를 제어장치(4)에 의해 처리가능한 데이터로 변환시키는 데이터처리부(60)와, 상기한 조작량센서(57)의 출력신호를 제어장치(4)에 의해 처리가능한 데이터로 변환시키는 입출력인터페이스(61)를 보유한다.

그 제어장치(4)는, 그 센서(54)로부터 데이터처리부(60)를 통하여 입력되는 입력장치 본체(52)의 위치와 방향에 대응하는 신호와, 그 조작량센서(57)로부터 입출력인터페이스(61)를 통하여 입력되는 조절손잡이(56)의 조작량에 대응하는 신호에 대응해서 화상신호를 생성하고, 그 생성된 화상신호를 머리부장착헝표시장치(3)에 출력한다.

도 4는, 본 실시형태에 있어서의 머리부장착형 표시장치(3)의 화면(70)내에 그 제어장치(4)로부터 출력되는 화상신호에 의해 표시되는 화상의 한가지 예를 표시한다. 그 화상은, 제어장치(4)에 기억된 복수의 파일에서 특정종류의 서류를 구성하는 파일을 읽어내고, 인쇄시의 축척률을 결정해서 프린트아웃하는 작업을 하기 위한 것이다. 이 화면(70)에 있어서, 서류의 종류를 표시한 제1아이콘(icon)(71)과, 축척률설정키를 표시한 제2아이콘(72)과, 프린트아웃을 지시하는 제3아이콘(73)이 관찰자(2)에 의해 입체화상으로서 확인되도록 표시된다. 그 제2아이콘(72)이 가장 앞쪽에 있어서 확인되고, 그 제3아이콘(73)이 가장 안쪽에 있어서 확인된다.

그 화면(70)내에 있어서, 제어장치(4)에서부터 출력되는 화상신호에 의해, 화살표 형상의 지시화상(80)이 생성된다. 그 화면(70) 내에서의 지시화상(80)에 의한 지시위치를 그 입력장치 본체(52)의 변화와, 그 입력장치 본체(52)의 방향의 변화와, 그 조절손잡이(56)의 변화량의 변화에 따라서 변화시킬 수가 있다.

본 실시형태에 있어서는, 그 입력장치 본체(52)의 통형상하우징(53)의 후단측이 그 화살표형상의 지시화상(80)의 말단으로 되어 있다. 그 지시화상(80)의 말단의 위치는, 그 입력장치 본체(52)의 현실공간에 있어서의 위치의 변화에 따라서 변화된다. 그 입력장치 본체(52)의 하우징(53)의 축방향이 그 지시화상(80)의 지시방향으로 된다. 그 지시방향은, 그 입력장치 본체(52)의 현실공간에 있어서의 방향의 변화에 따라서 변화된다.

그 지시화상(80)의 지시방향을 따르는 길이는, 그 조절손잡이(56)의 현실공간에 있어서의 조작량의 변화에 따라서 변화된다. 그 지시화상(80)의 길이는, 조절손잡이(56)가 하우징(53)의 전단측에 위치할 때에 가장 긴 길이가 되고, 후단측에 위치할 때에 가장 짧게 된다. 즉, 조절손잡이(56)의 조작에 의해, 기본벡터를 표시하는 화살표형상의 지시화상(80)에 임의의 스칼라량을 부여할 수가 있다. 이것에 의해, 그 화면(70)내의 지시화상(80)에 의한 지시위치는, 입력장치 본체(52)의 현실공간에 있어서의 검지된 방향을 따라서, 그 조절손잡이(56)의 조작량에 대응하여 변화된다. 이것에 의하여, 그 조절손잡이(56)의 조작량에 따라서 지시화상(80)의 지시위치는 변화된다. 그 조절손잡이(56)의 조작에 의한 지시위치의 변화의 방향은, 입력장치 본체(52)의 방향에 대응하는 것에 의해, 목표로 하는 지시위치의 지시가 용이하게 된다.

상기한 구성에 의하면, 입력장치 본체(52)의 위치와 방향에 따라서 뿐만 아니라, 그 입력장치(52)의 위치와 방향을 변화시키지 않고도 조작이 가능한 조절손잡이(56)의 조작량에도 대응하여, 지시화상(80)을 화면(70)에 형성할 수가 있다. 따라서, 그 입력장치 본체(52)를 현실공간내에서 움직이지 않고, 그 화면(70)내에 있어서 입력장치 본체(52)의 현실공간에 있어서의 위치와 방향에 대응하는 위치에 대하여, 지시화상(80)의 지시위치를 상대적으로 변화시킬 수가 있다. 이에 따라, 입력장치 본체(52)를 움직이는 것없이 지시가능한 영역이 넓어지기 때문에, 화면의 전역에 있어서의 지시위치를 변화시키는 데에 필요한 관찰자의 손의 동작을 절감시킬 수가 있다.

상기한 실시형태에 있어서는, 종래라면 필요했던 입력장치 본체(52)의 후단위치의 광범위했던 동작이 불필요하게 된다. 즉, 도 4에 있어서 2점쇄선으로 표시하는 바와 같이, 입력장치 본체(52)의 후단위치를 움직이게 하지 않고, 입력장치 본체(52)의 방향과, 조절손잡이(56)의 조작량을 변화시키는 것만으로, 그 변화에 대응하여 지시화상(80)의 방향과 길이를 변화시킬 수가 있다. 그 지시화상(80)에 의해, 각 아이콘(71),(72),(73)을 지시할 수가 있다. 이에 따라, 조작성을 향상시키고, 좁은 장소에서도 사용할 수가 있다.

본 발명은, 상기한 실시형태에 한정되지 않는다. 예를 들면, 지시화상이 생성되는 화면은 머리부장착형 표시장치의 화면에 한정되지 않고, 보통으로 확인되는 CRT디스플레이화면이라도 된다. 또, 상기한 실시형태에서는, 화상은 입체화상이었지만 평면화상이라도 된다. 또, 입력장치 본체는 3차원적으로 동작하는 것을 표시했지만, 2차원적으로 동작하는 것이라도 된다. 또, 입력장치 본체(52)에 텐키나, 클릭 버튼 등을 부착해도 된다. 혹은, 상기한 입력장치와 키보드식 입력장치를 병용해도 된다. 또, 조작체의 구조는 상기와 같은 직선적으로 움직이는 조절손잡이에 한정되지 않고, 예를 들면, 상기한 바와같은 기본벡터형상의 지시화상(80)일 경우에는 "신장하다","축소되다"의 두가지 누름버튼으로 조작량을 조절하는 것이라든지, 회전손잡이형상의 것이나 밀어넣는 양에 따라서 조작량이 증감되는 누름버튼형 트리머 등을 사용해도 된다. 또, 지시화상의 형상은 화살표에 한정되지 않는다.

본 발명은 입력장치 본체를 움직이지 않고, 지시가능한 영역이 넓어지기 때문에 화면의 전역에 있어서 지시위치를 변화시키는데에 필요한 작동의 손동작을 저감시킬 수가 있다. 다시 말해서, 본 발명의 입력장치에 의하면, 조작성을 향상시키므로서 좁은 장소에서도 사용할 수가 있다.

Claims

현실공간에 존재하는 입력장치 본체와,

그 입력장치 본체의 현실공간에 있어서의 위치와 방향을 검지하는 수단과,

그 입력장치 본체의 위치와 방향을 변화시키지 않고, 조작하는 것이 가능한 현실공간에 존재하는 조작체와,

그 조작체의 조작량을 검지하는 수단과,

그 입력장치 본체의 위치와, 그 입력장치 본체의 방향과, 그 조작체의 조작량에 대응해서 화면내에 지시화상을 생성하는 수단을 구비하고,

그 입력장치 본체의 위치의 변화와, 그 입력장치 본체의 방향의 변화와, 그 조작체의 조작량의 변화에 따라서, 그 화면 내에서의 지시화상에 의한 지시위치를 변화시킬 수가 있는 입력장치.
제1항에 있어서, 그 화면 내에서의 지시화상에 의한 지시위치는, 입력장치 본체의 현실공간에 있어서의 검지된 방향을 따라서, 그 조작체의 조작량에 대응하여 변화되는 것을 특징으로 하는 입력장치.
제1항에 있어서, 그 조작체는, 그 입력장치 본체에 상대적으로 변위가능하게 설치되고, 그 입력장치 본체를 갖는 관찰자의 손가락에 의해서, 그 조작체의 조작량을 변화시킬 수가 있는 것을 특징으로 하는 입력장치.
현실공간에 존재하는 입력장치 본체와,

그 입력장치 본체의 현실공간에 있어서의 위치와 방향을 검지하는 수단과,

그 입력장치 본체의 위치와 방향을 변화시키지 않고, 조작하는 것이 가능한 현실공간에 존재하는 조작체와,

그 조작체의 조작량을 검지하는 수단과,

그 입력장치 본체의 위치와, 그 입력장치 본체의 방향과, 그 조작체의 조작량에 대응해서, 화면내에 지시화상을 생성시키는 수단을 구비하며,

그 지시화상은, 그 입력장치 본체와 조작체를 조작하는 관찰자에 장착되는 머리부장착형 표시장치에 의해 표시되고,

그 입력장치 본체의 위치의 변화와, 그 입력장치 본체의 방향의 변화와, 그 조작체의 조작량의 변화에 대응해서, 그 화면내에서의 지시화상에 의한 지시위치를 변화시키는 것을 특징으로 하는 표시시스템.