スタイラスペン，及びこれを用いたコンピュータシミュレーション装置
【課題】簡易な構造で操作者に微細な力覚をフィードバックし得るスタイラスペンの構造により表示画面に表示されたオブジェクトの質感（堅さ柔らかさ，柔軟性）を力覚させる。
【解決手段】スタイラスペンは，一方側に開口を有する筒状の本体ケースと，前記本体ケース内に収容され，それぞれ同軸上に配置された，前記鍔部と前記鍔部の一方側に延びる先端延部を有するペン先軸と，前記ペン先軸の鍔部と係合し，前記先端延部を前記本体ケースの開口から突き出すように付勢するスプリングと，前記スプリングと一端側が係合し，他端側に突起部を有し，前記本体ケース内でスライド移動可能なスライド円筒と，円筒状を成し，前記円筒状の内壁に内歯車が形成され，更に前記スライド円筒の突起部と当接するスライドカム面を有するスライドカム付き内歯車と，前記内歯車と係合する外歯車が回転軸に固定されたモータを有して構成される。
【解決手段】スタイラスペンは，一方側に開口を有する筒状の本体ケースと，前記本体ケース内に収容され，それぞれ同軸上に配置された，前記鍔部と前記鍔部の一方側に延びる先端延部を有するペン先軸と，前記ペン先軸の鍔部と係合し，前記先端延部を前記本体ケースの開口から突き出すように付勢するスプリングと，前記スプリングと一端側が係合し，他端側に突起部を有し，前記本体ケース内でスライド移動可能なスライド円筒と，円筒状を成し，前記円筒状の内壁に内歯車が形成され，更に前記スライド円筒の突起部と当接するスライドカム面を有するスライドカム付き内歯車と，前記内歯車と係合する外歯車が回転軸に固定されたモータを有して構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，特に押し込み抵抗力が可変とされるスタイラスペン，及びこれを用いたコンピュータシミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータシステムにより構成されるコンピュータシミュレーション装置の入力装置の一手段としてスタイラスペンが用いられている。
【０００３】
かかるスタイラスペンは，画像処理装置の画面上の相対位置を指定し，あるいは，アイコン等の選択指示を行うために用いられている。
【０００４】
かかるコンピュータシステムにおいてスタイラスペンを用いる技術が，これまで種々提案されている。種々の提案の中で，入力結果をスタイラスペンに力覚をフィードバックすることにより，操作者が入力確認を行えるようにした技術が特許文献１，２に記載されている。
【０００５】
かかる特許文献１，２に記載されているスタイラスペンは，ペン先に接続した形状記憶合金バネを有し，操作者の操作によるスタイラスペンの変位を検知する手段の出力に基づいて，加熱手段で前記形状記憶合金を変形させることにより，操作者に力覚を与える構造である。
【０００６】
また，特許文献１，２には，力覚を与える構造として前記形状記憶合金バネと加熱手段との組み合わせに代え，圧電素子を用いて変位を与える構造，あるいは，マグネットとヨークを用い磁界引力を用いる構造も提案されている。
【０００７】
しかし，特許文献１，２におけるスタイラスペンの使用の形態は，画像処理装置の表示面とは物理的に独立したタブレットテーブルを用い，このタブレットテーブル上にスタイラスペンのペン先を位置づけ，表示画面と対応づけてスタイラスペンを移動させ，対応するスタイラスペンのタブレットテーブル上の移動変位を表示画面に反映させるものである。
【０００８】
一方，画像処理装置における入力方法として，表示画面をタッチパネルとして，表示された画像を指又は電子ペンで触れることによりポイント位置入力，軌跡点移動入力を可能とする技術が知られている（例えば，特許文献３，４）。
【０００９】
さらに，画像処理装置において表示画面のオブジェクト（あるいは，本願発明の説明においてキャラクタとも呼ぶ）に仮想現実感を与えるように，３次元画像表示技術が種々開発されてきている。しかし，これまでは，専ら視覚的側面からの仮想現実感の増大において開発が集中されてきた。
【００１０】
すなわち，３次元画像が２次元画面に表示されるとき，表示されるオブジェクトの３次元形態を力覚として操作者に伝える技術としての開発は，必ずしも十分ではなく，例えば，特許文献４に示されるような発明が存在する。特許文献５に示される発明は，６軸のリンク機構を用い，位置と姿勢を６自由度に関して操作者に力覚を与える機構である。
【特許文献１】特開平７−３１１６５０号公報
【特許文献２】特開２０００−２００１４０号公報
【特許文献３】特開２００６−１８１２８６号公報
【特許文献４】特開平７−４４３１６号公報
【特許文献５】特開２０００−１４８３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献１−４を参照すると，スタイラスペンの使用により，画面上のオブジェクトを指示，移動操作する技術が開示されているが，オブジェクトの質感（堅さ，柔らかさ等）を力覚フィードバックする技術は開示されていない。
【００１２】
特許文献５には，位置と姿勢を６自由度に関して操作者に力覚を与える機構であるが，その構造は複雑であり，また画面表示されるオブジェクトとの関係については何ら開示されていない。
【００１３】
また，上記従来技術において，力覚を与える際に形状記憶合金を用いた構成では，応答性を良くすることが難しく，圧電素子や磁界引力を用いたものでは，変形量を大きくすることが困難である。
【００１４】
かかる従来技術に鑑みて，本願発明の目的は，簡易な構造で操作者に変化に富んだ力覚をフィードバックし得るスタイラスペンの構造と，これを用いて表示画面に表示されたオブジェクトの質感（堅さ柔らかさ，柔軟性）を力覚させるコンピュータシミュレーション装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決する本発明に従うスタイラスペンは，一方側に開口を有する筒状の本体ケースと，前記本体ケース内に収容され，それぞれ同軸上に配置された，前記鍔部と前記鍔部の一方側に延びる先端延部を有するペン先軸と，前記ペン先軸の鍔部と係合し，前記先端延部を前記本体ケースの開口から突き出すように付勢するスプリングと，前記スプリングと一端側が係合し，他端側に突起部を有し，前記本体ケース内でスライド移動可能なスライド円筒と，円筒状を成し，前記円筒状の内壁に内歯車が形成され，更に前記スライド円筒の突起部と当接するスライドカム面を有するスライドカム付き内歯車と，前記内歯車と係合する外歯車が回転軸に固定されたモータを有して構成される。
【００１６】
上記において，更に，前記本体ケース内に固定されたスイッチ部を有し，前記ペン先軸は，前記鍔部に前記先端延部と反対側に延びる突当て延部を有し，前記スライド円筒は，矩形孔部が形成されており，前記スイッチ部が前記矩形孔部内に位置するように構成されるようにしても良い。
【００１７】
上記構成により，簡易な構造で操作者に微細な力覚をフィードバックし得るスタイラスペンが提供される。
【００１８】
さらに，前記ペン先軸は，導電体で形成され，前記本体ケース内側に電気的抵抗体層が，前記ペン先軸の鍔部に接触可能に形成され，前記ペン先軸の先端延部の前記本体ケースの開口からの突出し量に基づく前記電気的抵抗体層と前記鍔部との接触位置に対応して，前記ペン先軸と前記電気的抵抗体層とにおける電気的抵抗値が決まるように構成されてもよい。
【００１９】
かかる構成により，コンピュータシミュレーション装置は，スタイラスペンの押し込み量を抵抗値の変化で判定することができ，フィードバックする力覚を制御することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に本発明の実施例を図面に従い説明する。
【００２１】
図１は，本発明に従うスタイラスペンの構造を示す主要部の分解斜視図である。
【００２２】
同軸上にペン先軸１，スプリング２，スライド円筒３，スイッチ４，スライドカム付き内歯車５，並びに外歯車６が固定されたモータ７を有して構成される。
【００２３】
図２は，図１の各部品を筒状の本体ケース１０内に同軸上に配置して組み立てられたスタイラスペンの断面構造を示す図である。
【００２４】
モータ７の回転軸に固定された外歯車６は，スライドカム付き内歯車５の内歯車５ａと係合するように位置づけられている。
【００２５】
さらに，スライドカム付き内歯車５のスライドカム面５ｂが，スライド円筒３の突起部３ａに当接される。
【００２６】
モータ７は本体ケース１０の内側に固定され，スライド円筒３は，本体ケース１０内をスライド移動可能である。また，スライド円筒３にはキー３ｃが設けられており，本体ケース１０の内側に設けられたキー溝１０ａによって，内歯車５と同方向の回動が規制されている。スイッチ４は，スライド円筒３の側壁に設けられた矩形孔３ｂ内に位置づけられる。
【００２７】
したがって，モータ７の軸回転によりスライドカム面５ｂが変位し，スライドカム面５ｂにスライド円筒３の突起部３ａが当接しているので，スライド円筒３が，軸方向に移動する。このとき，スライド円筒３の矩形孔３ｂ内にスイッチ４が固定されているので，スライド円筒３のスライド移動に伴って，スライド円筒３の矩形孔３ｂ内のスイッチ４の位置が相対的に移動する。
【００２８】
さらに，スライド円筒３の突起部３ａと反対側の端部はスプリング２の一方端側と係合している。スプリング２の他方端側は，ペン先軸１の鍔部１ａと係合している。
【００２９】
ペン先軸１は，鍔部１ａの一方側に本体ケース１０の外側に延びる先端延部１ｂと鍔部１ａの他方側に延びる突当て延部１ｃを有する。
【００３０】
常態において，鍔部１ａに付与されるスプリング２によるバネ力によりペン先軸１の先端延部１ｂは，本体ケース１０の外側に最も延びた状態である。
【００３１】
操作者が表示画面に表示されたオブジェクトを指示し，ペン先軸１を本体ケース１０の内側に押し込むと，鍔部１ａでスプリング２を縮めながらペン先軸１の突当て延部１ｃの先端がスイッチ４に到達し，スイッチ４をＯＮにする。これにより，スイッチ４から信号が出力される。
【００３２】
画像処理装置は，プログラムに従いスタイラスペンにより指示された画面上のオブジェクトが何であるかを特定することができ，特定されたオブジェクトに付属される質感プロパティに応じたフィードバック信号を出力する。このフィードバック信号に基づいて，モータ６に駆動電力が付与される。
【００３３】
なお，フィードバック信号を処理して，モータ６に駆動電力を付与するモータ駆動手段は，スタイラスペン側にあっても，画像処理装置１０１側にあっても，あるいは独立した装置を用意してもよい。
【００３４】
そして，上記の駆動電力に基づきモータ６が回転され，外歯車６とスライドカム付き内歯車５の内歯車５ａとの係合により，スライドカム付き内歯車５のスライドカム面５ｂが変位する。
【００３５】
したがって，スライド円筒３の突起部３ａがペン先軸１の方向（図２の紙面左方向）に押され，スプリング２に圧縮力を付与する。あるいは，反対に，スライド円筒３の突起部３ａが，スプリング２の圧縮力を緩める方向（図２の紙面左方向）に移動される。
【００３６】
これにより，ペン先軸１を押し込もうとする操作者に対し，変化するスプリング２の圧縮力を力覚としてフィードバックすることができる。
【００３７】
上記のように，本発明に従うスタイラスペンは，モータ７の回転によりスライドカム面５ｂを変位させ，スプリング２の圧縮力を変化させることを特徴とする。そして，モータ７の回転は，容易にプログラム制御することが可能であり，スライドカム面５ｂの長さを大きくすることにより，圧縮力の変化のダイナミックレンジを大きくすることができる。
【００３８】
これにより，本発明は，簡易な構成でプログラム制御に適したスタイラスペンを提供することが可能である。
【００３９】
図３は，本発明に従うスタイラスペンの別の構造例である。
【００４０】
図３に示すスタイラスペンの構造と図２に示す構造との違いは，第１にスイッチ４は設けられていない。さらに，ペン先軸１の材料が，図３の構造では，金属等の導電体であることが必要である。本体ケース１０の内壁にペン先軸１の鍔部１ａが接触してスライド可能な抵抗体８が形成されている。さらに，本体ケース１０には，ペン先軸１の本体側面と接触している電極端子８ａが設けられている。また，抵抗体８に接続端子８ｂが接続されている。
【００４１】
したがって，図３の構造において，電極端子８ａと電極端子８ｂとに電極リードを接続すれば，ペン先軸１の押し込み量によって，電極端子８ａと電極端子８ｂ間の抵抗値が変化する。
【００４２】
したがって，ペンスタイラスが接続される画像処理装置において，上記の抵抗値を検知することにより，電極端子８ａと電極端子８ｂ間の抵抗値の変化が検知され，これに対応してプログラムに従い，種々のフィードバック制御電圧を生成し，図１，図２について説明したように，操作者のフィードバック力覚を与えることができる。
【００４３】
上記のように，本発明に従うスタイラスを用いる場合において，種々の制御態様が可能である。以下に，実施例として，本発明に従うスタイラスペン用いたコンピュータシミュレーション装置の例を説明する。
【００４４】
図４は，本発明に従うスタイラスペンを用いるコンピュータシミュレーション装置１００の概念構成図である。
【００４５】
コンピュータシミュレーション装置１００は，画像処理装置１０１と表示装置１０２と，スタイラスペン２００を用いる。
【００４６】
表示装置１０２には表示画面に対応してタッチパネル１０３が形成されている。スタイラスペン２００でタッチパネル１０３により表示画面上の位置を指示し，対応する座標データが画像処理装置１０１に入力される。
【００４７】
図４には，別の態様として，タブレットテーブル（タブレット）１０５を用いる例も示されている。入力装置として画像処理装置１０１に接続されたタブレット１０５を用い，表示装置１０２の表示画面と相対する，タブレット１０５の座標位置をスタイラスペン２００で指示することにより対応する座標データが画像処理装置１０１に入力される。
【００４８】
図４に示す例では，スタイラスペン２００と画像処理装置１０１とは，無線で接続されているが，有線で接続されても良いことは言うまでもない。
【００４９】
図５は，画像処理装置１０１の構成例ブロック図である。ここでは，画像処理装置１０１をゲーム装置として用いる例を説明する。
【００５０】
各機能部は，バス１１０を通してデータの授受を行う。
【００５１】
外部メモリあるいは，内部メモリとして表されるＲＯＭ１１２に格納されるゲームプログラムに従い，メインＣＰＵ１１１により画像処理装置即ち，ゲーム装置の全体を御する制御する。
【００５２】
レンダリングプロセッサ１１４により，上記ゲームプログラムに従い，ＲＯＭ１１２に格納されるオブジェクトデータに対し座標変換を行い，仮想三次元空間において移動制御されるオブジェクトのデータが形成される。
【００５３】
さらに，移動制御される仮想三次元座標を有するオブジェクトのデータは，レンダリングプロセッサ１１４により，表示装置１０２に表示されるべく二次元座標に透視変換される。
【００５４】
この際，レンダリングプロセッサ１１４は，この二次元座標に座標変換されるオブジェクトデータに対し，ゲームプログラムに従い，テクスチャメモリ１１５からテクスチャデータを読み出し，読み出したテクスチャを貼り付け，画像データとしてビデオメモリ１１６に描画する。
【００５５】
ビデオメモリ１１６に描画された画像データは，所定周期で読み出され，表示装置１０２に送られることにより，表示装置１０２に，ゲームプログラムに従い移動制御されるオブジェクトを含むゲーム画像が表示される。
【００５６】
ＲＡＭ１１３は，上記のゲームプログラムの実行過程におけるデータを一時格納する。
【００５７】
かかるゲーム装置における基本的な動作において，本発明のスタイラスペン２００の使用による画像処理について以下に説明する。
【００５８】
本発明のスタイラスペン２００は，無線で無線送受信器１１７により画像処理装置１０１に接続されるか，あるいは，Ｉ／Ｏインタフェース１１８を通して有線で画像処理装置１０１に接続される。
【００５９】
図６は，本発明のスタイラスペン２００を用いた入力と，それに対応する画像処理手順の一例を説明するフロー図である。
【００６０】
操作者によりスタイラスペン２００を表示装置１０２の表示画面の所望位置（ここに，操作者が移動若しくは，変形させたいオブジェクトが表示されていると想定される）に当てると，タッチパネル１０３は，スタイラスペン２００によって指示されている画面上の座標を読み取りＩ／Ｏインタフェース１１８を通して画像処理装置１０１に入力する。
【００６１】
したがって，タッチパネル１０３から送られた読み取りデータに基づき，画像処理装置１０１の制御手段としてのメインＣＰＵ１１１が，スタイラスペン２００が画面に接触したことを判定し（ステップＳ１，ＹＥＳ），スタイラスペン２００の指示している座標を検出する（ステップＳ２）。
【００６２】
ついで，メインＣＰＵ１１１は，ゲーム実行中の保存データを格納するＲＡＭ１１３を参照して，スタイラスペン２００の接触した座標即ち，ステップＳ２で検出された座標に，オブジェクトの表示があるか否かを判定する（ステップＳ３）。オブジェクトの表示がない場合は，ステップＳ１の処理に戻り，オブジェクトの表示がある場合は（ステップＳ３，ＹＥＳ），表示されているオブジェクトのプロパティ（特性）情報をＲＡＭ１１３から求める。
【００６３】
したがって，メインＣＰＵ１１１は，求められたオブジェクトのプロパティ（特性）情報に対応するフィードバック信号を生成する。
【００６４】
オブジェクトのプロパティ（特性）情報とフィードバック信号との対応関係を示すテーブルを，予めゲームデータの一部としてＲＡＭ１１３に格納しておけば，メインＣＰＵ１１１は，ＲＡＭ１１３を参照して，容易にフィードバック信号を生成できる。
【００６５】
フィードバック信号は，Ｉ／Ｏインタフェース１１８を通して，図７に示すスタイラスペン２００に内蔵される制御部に送られる。すなわち，図７は，スタイラスペン２００の制御部の構成例ブロック図を示す。スイッチ４は，マイクロコントローラ２０２に接続され，スイッチ４のＯＮ，ＯＦＦ状態が，マイクロコントローラで認識され，先に説明したように，無線機能部２０１により，画像処理装置１０１の無線送受信器１１７に送られる。
【００６６】
無線機能部２０１は，画像処理装置１０１から送信されたフィードバック信号を受信し，マイクロコントローラ２０２に転送する。
【００６７】
マイクロコントローラ２０２は，フィードバック信号に対応する大きさ及びパターンの駆動信号に変換し，モータ７に供給する。したがって，フィードバック信号に対応する大きさ及びパターンの駆動信号に対応してモータ７が回転されるので，対応する力覚がスタイラスペン２００を保持する操作者に伝達することが可能である。
【００６８】
図６に戻り，モータ７をフィードバック信号に対応して作動させ，オブジェクトの特性に応じた抵抗力をペン先軸１に与え，この抵抗力の反射として操作者に対応する力覚を与えることができる（ステップＳ４）。
【００６９】
例えば，図８に示すオブジェクト画像例では，オブジェクトは，カエルの画像であり，先に述べたように，メインＣＰＵ１１１は，スタイラスペン２００で指示されている座標に位置する画像のオブジェクトはカエルであると判定する。そして，かかるカエルに対応するオブジェクトのプロパティ（特性）情報をＲＡＭ１１３から求める。
【００７０】
求められたカエルに対応するオブジェクトのプロパティ（特性）情報に基づくフィードバック信号が生成される。
【００７１】
そして，このフィードバック信号に基づいて，モータ７が駆動され，模擬されたカエルの感触が操作者に力覚として与えられる。
【００７２】
図９は，別の実施例画像であり，例えば，遺跡発掘を模擬する画像であって，スタイラスペン２００の模擬画像を遺跡発掘ツール２００Ａと想定した時の画像である。
すなわち，遺跡３００に遺跡物３０１が埋められていて，遺跡発掘ツール２００Ａを用いて，遺跡物３０１を覆った遺跡３００の泥土を徐々に除去する過程（遺跡発掘ツール２００Ａを矢印方向に移動する）で，遺跡物３０１が現れる状況を示している。
【００７３】
これに対応して，操作者は，スタイラスペン２００を矢印方向に泥土を徐々に除去するように移動する。
【００７４】
このとき，スタイラスペン２００の指示する座標が連続して変化する。したがって，メインＣＰＵ１１１は，スタイラスペン２００の指示する座標の連続する変化を認識することができ，プログラムに従いレンダリングプロセッサ１１４により，模擬したスタイラスペン２００Ａの画像表示位置を変化する画像を生成する。
【００７５】
このとき同時に，スタイラスペン２００の指示する座標の連続する変化にともなって，スタイラスペン２００の指示する表示画面におけるオブジェクトも変化する。すなわち，スタイラスペン２００の指示する座標のオブジェクトは，遺跡物３０１が現れる前は，泥土であり，泥土が除去され遺跡物３０１が現れるとスタイラスペン２００の指示する座標のオブジェクトは，泥土より遙かに堅い遺跡物３０１である。さらに，遺跡物３０１の形状を特定するために，スタイラスペン２００が移動されると遺跡物３０１と遺跡３００の表面土の境界を跨って，座標位置が指示される。
【００７６】
かかる場合，スタイラスペン２００が指示する座標位置に応じて，異なるオブジェクトが対応する。
【００７７】
したがって，先に説明したと同様に，メインＣＰＵ １１１は，スタイラスペン２００が指示する座標位置に対応するオブジェクトの特性に従って，フィードバック信号を生成し，これに基づきスタイラスペン２００のモータが駆動される。
【００７８】
これにより，操作者は，模擬された泥土の感触，遺跡物３０１の感触，そして遺跡の表面土の感触を力覚することが可能である。
【００７９】
さらに，図６に戻り，押し込む動作が行われずスタイラスペン２００の指示する座標が変化するときは（ステップＳ５，ＮＯ），ステップＳ１に戻り（図６，RETURN），上記処理を繰り返す。
【００８０】
スタイラスペン２００のペン先軸１の押し込みが認識されたときは（ステップＳ５，ＹＥＳ），メインＣＰＵ１１１は，スタイラスペン２００で指示されている座標に位置する画像のオブジェクトのプロパティ（特性）情報を更新してＲＡＭ１１３に記録する（ステップＳ６）とともに、レンダリングプロセッサ１１４によりオブジェクトの移動又は変形画像を生成する（ステップＳ７）ようにプログラムに従い制御される。レンダリングプロセッサ１１４によりオブジェクトの移動又は変形画像を生成するようにプログラムに従い制御される。
【００８１】
ここで，スタイラスペン２００のペン先軸１の押し込みが認識されたときは，図１，２の構成のスタイラスペン２００を用いる場合は，スイッチ４がＯＮ状態とされた場合である。
【００８２】
あるいは，図３の構成のスタイラスペン２００を用いる場合は，抵抗体８と鍔部１ａの接触位置により決定される抵抗値により判定する。
【００８３】
さらに，図１０は，特に，図３の構成のスタイラスペン２００を用いる場合の適用例である。すなわち，スタイラスペン２００の押込み量の大きさに対応して表示オブジェクトの形態を変形表示する例である。
【００８４】
図１０において，オブジェクト３1０は，矩形体をなしたスポンジをイメージしている。
【００８５】
図１０において，スタイラスペン２００がスポンジであるオブジェクト３1０の画像の辺部３１１に対応する座標位置を特定した状態であり，対応する位置に仮想画像のスタイラスペン２００の画像が位置づけられて表示されている。さらに，スポンジは反発力が小さく，画面表示されるスポンジであるオブジェクト３１０は，スタイラスペン２００が当てられた周辺部３１１が容易にへこみ，画像に表現される。
【００８６】
さらに，スタイラスペン２００のペン軸先１をオブジェクト３１０に押し込むと，画像処理装置１０１は，ペン先軸１の押し込み量を抵抗値の変化量から判定し，対応する押し圧に変換する。そして，求められた押し圧に対応するオブジェクト３１０の変形画像を生成し，表示する。
【００８７】
このとき，画像処理装置１０１は，オブジェクト３１０の変形と同期して，フィードバック信号をスタイラスペン２００に送るので，操作者はオブジェクト３１０の変形していく際の力覚を得ることができる。
【００８８】
さらに，押し込み状態を続けると，オブジェクト３１０は，矢印方向に移動する画像が表示される。
【００８９】
図１１は，図１０と同様に，図３の構成のスタイラスペン２００を用いる場合の適用例であり，オブジェクト３１０として，粘土で形成される矩形体の例である。
【００９０】
粘土は，スポンジに比べ反発力が大きく，押し込まれ難い。また，一定の押し込みを与えたまま，スタイラスペン２００の位置を移動すると，図１１に示すように起伏に応じた反発力が変化する。かかる反発力は，画像処理装置１０１からのフィードバック信号によりモータ７が駆動され先に説明したよう操作者に力覚を与える。
【００９１】
次ぎに，図１２Ａ〜図１２Ｃは，更に本発明の適用例を示す図であり，図１２Ａに示すようにシーソーにボールが落ちる画像を想定している。
【００９２】
画面上のオブジェクトに対し，他のオブジェクトが遅い速度で衝突して来た場合は，軽い反発力を生じ，速い速度で衝突してきた場合は，強い反発力を生じる。さらに，画面上のオブジェクトに定義した質量に比例した反発力を考慮することで，画面上のオブジェクトの質量の差を擬似的に力覚させる。
【００９３】
図１２Ａにおいて，ペン先軸１の反発力が，タッチしている部分の奥行きの変化する速さに応じた反発力となる。
【００９４】
図１２Ｂは，反発力が弱い場合，容易にペン先軸１がスタイラスペンの本体内に入り込むようにフィードバック信号が与えられ，モータ７に対する駆動が行われる。
【００９５】
一方，図１２Ｃに示す例では，反発力が強く容易にペン先軸１が動きにくい状態である。かかる状態を生成するには，モータ７に対する強い駆動を与えるフィードバック信号が画像処理装置１０１から供給されることが必要である。
【００９６】
上記した実施例に示されるように，本発明により簡易な構造で操作者に変化に富んだ力覚をフィードバックし得るスタイラスペンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に従うスタイラスペンの構造を示す主要部の分解斜視図である。
【図２】図１の各部品を筒状の本体ケース内に同軸上に配置して組み立てられたスタイラスペンの断面構造を示す図である。
【図３】本発明に従うスタイラスペンの別の構造例である。
【図４】本発明に従うスタイラスペンを用いるコンピュータシミュレーション装置の概念構成図である。
【図５】画像処理装置の構成例ブロック図である。
【図６】本発明のスタイラスペンを用いた入力と，それに対応する画像処理手順の一例を説明するフロー図である。
【図７】スタイラスペンの制御部の構成例ブロック図である。
【図８】オブジェクト画像例を示す図である。
【図９】別の実施例画像を示す図である。
【図１０】図３の構成のスタイラスペンを用いる場合の適用例である。
【図１１】図３の構成のスタイラスペンを用いる場合の適用例であり，オブジェクトとして，粘土で形成される矩形体の例である。
【図１２Ａ】シーソーにボールが落ちる画像を想定して示す図である。
【図１２Ｂ】反発力が弱い場合を説明する図である。
【図１２Ｃ】反発力が強い場合を説明する図である。
【符号の説明】
【００９８】
１０ スタイラスペンの本体ケース
１ ペン先軸
２ スプリング
３ スライド円筒
４ スイッチ，
５ スライドカム付き内歯車
６ 外歯車
７ モータ
１００ コンピュータシミュレーション装置
１０１ 画像処理装置
１０２ 表示装置
１０３ タッチパネル
１０４ キーボード
１０５ タブレット
２００ スタイラスペン
１１０ システムバス
１１１ メインＣＰＵ
１１２ ＲＯＭ
１１３ ＲＡＭ
１１４ レンダリングプロセッサ
１１５ テクスチャメモリ
１１６ ＶＲＡＭ
【技術分野】
【０００１】
本発明は，特に押し込み抵抗力が可変とされるスタイラスペン，及びこれを用いたコンピュータシミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータシステムにより構成されるコンピュータシミュレーション装置の入力装置の一手段としてスタイラスペンが用いられている。
【０００３】
かかるスタイラスペンは，画像処理装置の画面上の相対位置を指定し，あるいは，アイコン等の選択指示を行うために用いられている。
【０００４】
かかるコンピュータシステムにおいてスタイラスペンを用いる技術が，これまで種々提案されている。種々の提案の中で，入力結果をスタイラスペンに力覚をフィードバックすることにより，操作者が入力確認を行えるようにした技術が特許文献１，２に記載されている。
【０００５】
かかる特許文献１，２に記載されているスタイラスペンは，ペン先に接続した形状記憶合金バネを有し，操作者の操作によるスタイラスペンの変位を検知する手段の出力に基づいて，加熱手段で前記形状記憶合金を変形させることにより，操作者に力覚を与える構造である。
【０００６】
また，特許文献１，２には，力覚を与える構造として前記形状記憶合金バネと加熱手段との組み合わせに代え，圧電素子を用いて変位を与える構造，あるいは，マグネットとヨークを用い磁界引力を用いる構造も提案されている。
【０００７】
しかし，特許文献１，２におけるスタイラスペンの使用の形態は，画像処理装置の表示面とは物理的に独立したタブレットテーブルを用い，このタブレットテーブル上にスタイラスペンのペン先を位置づけ，表示画面と対応づけてスタイラスペンを移動させ，対応するスタイラスペンのタブレットテーブル上の移動変位を表示画面に反映させるものである。
【０００８】
一方，画像処理装置における入力方法として，表示画面をタッチパネルとして，表示された画像を指又は電子ペンで触れることによりポイント位置入力，軌跡点移動入力を可能とする技術が知られている（例えば，特許文献３，４）。
【０００９】
さらに，画像処理装置において表示画面のオブジェクト（あるいは，本願発明の説明においてキャラクタとも呼ぶ）に仮想現実感を与えるように，３次元画像表示技術が種々開発されてきている。しかし，これまでは，専ら視覚的側面からの仮想現実感の増大において開発が集中されてきた。
【００１０】
すなわち，３次元画像が２次元画面に表示されるとき，表示されるオブジェクトの３次元形態を力覚として操作者に伝える技術としての開発は，必ずしも十分ではなく，例えば，特許文献４に示されるような発明が存在する。特許文献５に示される発明は，６軸のリンク機構を用い，位置と姿勢を６自由度に関して操作者に力覚を与える機構である。
【特許文献１】特開平７−３１１６５０号公報
【特許文献２】特開２０００−２００１４０号公報
【特許文献３】特開２００６−１８１２８６号公報
【特許文献４】特開平７−４４３１６号公報
【特許文献５】特開２０００−１４８３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献１−４を参照すると，スタイラスペンの使用により，画面上のオブジェクトを指示，移動操作する技術が開示されているが，オブジェクトの質感（堅さ，柔らかさ等）を力覚フィードバックする技術は開示されていない。
【００１２】
特許文献５には，位置と姿勢を６自由度に関して操作者に力覚を与える機構であるが，その構造は複雑であり，また画面表示されるオブジェクトとの関係については何ら開示されていない。
【００１３】
また，上記従来技術において，力覚を与える際に形状記憶合金を用いた構成では，応答性を良くすることが難しく，圧電素子や磁界引力を用いたものでは，変形量を大きくすることが困難である。
【００１４】
かかる従来技術に鑑みて，本願発明の目的は，簡易な構造で操作者に変化に富んだ力覚をフィードバックし得るスタイラスペンの構造と，これを用いて表示画面に表示されたオブジェクトの質感（堅さ柔らかさ，柔軟性）を力覚させるコンピュータシミュレーション装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決する本発明に従うスタイラスペンは，一方側に開口を有する筒状の本体ケースと，前記本体ケース内に収容され，それぞれ同軸上に配置された，前記鍔部と前記鍔部の一方側に延びる先端延部を有するペン先軸と，前記ペン先軸の鍔部と係合し，前記先端延部を前記本体ケースの開口から突き出すように付勢するスプリングと，前記スプリングと一端側が係合し，他端側に突起部を有し，前記本体ケース内でスライド移動可能なスライド円筒と，円筒状を成し，前記円筒状の内壁に内歯車が形成され，更に前記スライド円筒の突起部と当接するスライドカム面を有するスライドカム付き内歯車と，前記内歯車と係合する外歯車が回転軸に固定されたモータを有して構成される。
【００１６】
上記において，更に，前記本体ケース内に固定されたスイッチ部を有し，前記ペン先軸は，前記鍔部に前記先端延部と反対側に延びる突当て延部を有し，前記スライド円筒は，矩形孔部が形成されており，前記スイッチ部が前記矩形孔部内に位置するように構成されるようにしても良い。
【００１７】
上記構成により，簡易な構造で操作者に微細な力覚をフィードバックし得るスタイラスペンが提供される。
【００１８】
さらに，前記ペン先軸は，導電体で形成され，前記本体ケース内側に電気的抵抗体層が，前記ペン先軸の鍔部に接触可能に形成され，前記ペン先軸の先端延部の前記本体ケースの開口からの突出し量に基づく前記電気的抵抗体層と前記鍔部との接触位置に対応して，前記ペン先軸と前記電気的抵抗体層とにおける電気的抵抗値が決まるように構成されてもよい。
【００１９】
かかる構成により，コンピュータシミュレーション装置は，スタイラスペンの押し込み量を抵抗値の変化で判定することができ，フィードバックする力覚を制御することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に本発明の実施例を図面に従い説明する。
【００２１】
図１は，本発明に従うスタイラスペンの構造を示す主要部の分解斜視図である。
【００２２】
同軸上にペン先軸１，スプリング２，スライド円筒３，スイッチ４，スライドカム付き内歯車５，並びに外歯車６が固定されたモータ７を有して構成される。
【００２３】
図２は，図１の各部品を筒状の本体ケース１０内に同軸上に配置して組み立てられたスタイラスペンの断面構造を示す図である。
【００２４】
モータ７の回転軸に固定された外歯車６は，スライドカム付き内歯車５の内歯車５ａと係合するように位置づけられている。
【００２５】
さらに，スライドカム付き内歯車５のスライドカム面５ｂが，スライド円筒３の突起部３ａに当接される。
【００２６】
モータ７は本体ケース１０の内側に固定され，スライド円筒３は，本体ケース１０内をスライド移動可能である。また，スライド円筒３にはキー３ｃが設けられており，本体ケース１０の内側に設けられたキー溝１０ａによって，内歯車５と同方向の回動が規制されている。スイッチ４は，スライド円筒３の側壁に設けられた矩形孔３ｂ内に位置づけられる。
【００２７】
したがって，モータ７の軸回転によりスライドカム面５ｂが変位し，スライドカム面５ｂにスライド円筒３の突起部３ａが当接しているので，スライド円筒３が，軸方向に移動する。このとき，スライド円筒３の矩形孔３ｂ内にスイッチ４が固定されているので，スライド円筒３のスライド移動に伴って，スライド円筒３の矩形孔３ｂ内のスイッチ４の位置が相対的に移動する。
【００２８】
さらに，スライド円筒３の突起部３ａと反対側の端部はスプリング２の一方端側と係合している。スプリング２の他方端側は，ペン先軸１の鍔部１ａと係合している。
【００２９】
ペン先軸１は，鍔部１ａの一方側に本体ケース１０の外側に延びる先端延部１ｂと鍔部１ａの他方側に延びる突当て延部１ｃを有する。
【００３０】
常態において，鍔部１ａに付与されるスプリング２によるバネ力によりペン先軸１の先端延部１ｂは，本体ケース１０の外側に最も延びた状態である。
【００３１】
操作者が表示画面に表示されたオブジェクトを指示し，ペン先軸１を本体ケース１０の内側に押し込むと，鍔部１ａでスプリング２を縮めながらペン先軸１の突当て延部１ｃの先端がスイッチ４に到達し，スイッチ４をＯＮにする。これにより，スイッチ４から信号が出力される。
【００３２】
画像処理装置は，プログラムに従いスタイラスペンにより指示された画面上のオブジェクトが何であるかを特定することができ，特定されたオブジェクトに付属される質感プロパティに応じたフィードバック信号を出力する。このフィードバック信号に基づいて，モータ６に駆動電力が付与される。
【００３３】
なお，フィードバック信号を処理して，モータ６に駆動電力を付与するモータ駆動手段は，スタイラスペン側にあっても，画像処理装置１０１側にあっても，あるいは独立した装置を用意してもよい。
【００３４】
そして，上記の駆動電力に基づきモータ６が回転され，外歯車６とスライドカム付き内歯車５の内歯車５ａとの係合により，スライドカム付き内歯車５のスライドカム面５ｂが変位する。
【００３５】
したがって，スライド円筒３の突起部３ａがペン先軸１の方向（図２の紙面左方向）に押され，スプリング２に圧縮力を付与する。あるいは，反対に，スライド円筒３の突起部３ａが，スプリング２の圧縮力を緩める方向（図２の紙面左方向）に移動される。
【００３６】
これにより，ペン先軸１を押し込もうとする操作者に対し，変化するスプリング２の圧縮力を力覚としてフィードバックすることができる。
【００３７】
上記のように，本発明に従うスタイラスペンは，モータ７の回転によりスライドカム面５ｂを変位させ，スプリング２の圧縮力を変化させることを特徴とする。そして，モータ７の回転は，容易にプログラム制御することが可能であり，スライドカム面５ｂの長さを大きくすることにより，圧縮力の変化のダイナミックレンジを大きくすることができる。
【００３８】
これにより，本発明は，簡易な構成でプログラム制御に適したスタイラスペンを提供することが可能である。
【００３９】
図３は，本発明に従うスタイラスペンの別の構造例である。
【００４０】
図３に示すスタイラスペンの構造と図２に示す構造との違いは，第１にスイッチ４は設けられていない。さらに，ペン先軸１の材料が，図３の構造では，金属等の導電体であることが必要である。本体ケース１０の内壁にペン先軸１の鍔部１ａが接触してスライド可能な抵抗体８が形成されている。さらに，本体ケース１０には，ペン先軸１の本体側面と接触している電極端子８ａが設けられている。また，抵抗体８に接続端子８ｂが接続されている。
【００４１】
したがって，図３の構造において，電極端子８ａと電極端子８ｂとに電極リードを接続すれば，ペン先軸１の押し込み量によって，電極端子８ａと電極端子８ｂ間の抵抗値が変化する。
【００４２】
したがって，ペンスタイラスが接続される画像処理装置において，上記の抵抗値を検知することにより，電極端子８ａと電極端子８ｂ間の抵抗値の変化が検知され，これに対応してプログラムに従い，種々のフィードバック制御電圧を生成し，図１，図２について説明したように，操作者のフィードバック力覚を与えることができる。
【００４３】
上記のように，本発明に従うスタイラスを用いる場合において，種々の制御態様が可能である。以下に，実施例として，本発明に従うスタイラスペン用いたコンピュータシミュレーション装置の例を説明する。
【００４４】
図４は，本発明に従うスタイラスペンを用いるコンピュータシミュレーション装置１００の概念構成図である。
【００４５】
コンピュータシミュレーション装置１００は，画像処理装置１０１と表示装置１０２と，スタイラスペン２００を用いる。
【００４６】
表示装置１０２には表示画面に対応してタッチパネル１０３が形成されている。スタイラスペン２００でタッチパネル１０３により表示画面上の位置を指示し，対応する座標データが画像処理装置１０１に入力される。
【００４７】
図４には，別の態様として，タブレットテーブル（タブレット）１０５を用いる例も示されている。入力装置として画像処理装置１０１に接続されたタブレット１０５を用い，表示装置１０２の表示画面と相対する，タブレット１０５の座標位置をスタイラスペン２００で指示することにより対応する座標データが画像処理装置１０１に入力される。
【００４８】
図４に示す例では，スタイラスペン２００と画像処理装置１０１とは，無線で接続されているが，有線で接続されても良いことは言うまでもない。
【００４９】
図５は，画像処理装置１０１の構成例ブロック図である。ここでは，画像処理装置１０１をゲーム装置として用いる例を説明する。
【００５０】
各機能部は，バス１１０を通してデータの授受を行う。
【００５１】
外部メモリあるいは，内部メモリとして表されるＲＯＭ１１２に格納されるゲームプログラムに従い，メインＣＰＵ１１１により画像処理装置即ち，ゲーム装置の全体を御する制御する。
【００５２】
レンダリングプロセッサ１１４により，上記ゲームプログラムに従い，ＲＯＭ１１２に格納されるオブジェクトデータに対し座標変換を行い，仮想三次元空間において移動制御されるオブジェクトのデータが形成される。
【００５３】
さらに，移動制御される仮想三次元座標を有するオブジェクトのデータは，レンダリングプロセッサ１１４により，表示装置１０２に表示されるべく二次元座標に透視変換される。
【００５４】
この際，レンダリングプロセッサ１１４は，この二次元座標に座標変換されるオブジェクトデータに対し，ゲームプログラムに従い，テクスチャメモリ１１５からテクスチャデータを読み出し，読み出したテクスチャを貼り付け，画像データとしてビデオメモリ１１６に描画する。
【００５５】
ビデオメモリ１１６に描画された画像データは，所定周期で読み出され，表示装置１０２に送られることにより，表示装置１０２に，ゲームプログラムに従い移動制御されるオブジェクトを含むゲーム画像が表示される。
【００５６】
ＲＡＭ１１３は，上記のゲームプログラムの実行過程におけるデータを一時格納する。
【００５７】
かかるゲーム装置における基本的な動作において，本発明のスタイラスペン２００の使用による画像処理について以下に説明する。
【００５８】
本発明のスタイラスペン２００は，無線で無線送受信器１１７により画像処理装置１０１に接続されるか，あるいは，Ｉ／Ｏインタフェース１１８を通して有線で画像処理装置１０１に接続される。
【００５９】
図６は，本発明のスタイラスペン２００を用いた入力と，それに対応する画像処理手順の一例を説明するフロー図である。
【００６０】
操作者によりスタイラスペン２００を表示装置１０２の表示画面の所望位置（ここに，操作者が移動若しくは，変形させたいオブジェクトが表示されていると想定される）に当てると，タッチパネル１０３は，スタイラスペン２００によって指示されている画面上の座標を読み取りＩ／Ｏインタフェース１１８を通して画像処理装置１０１に入力する。
【００６１】
したがって，タッチパネル１０３から送られた読み取りデータに基づき，画像処理装置１０１の制御手段としてのメインＣＰＵ１１１が，スタイラスペン２００が画面に接触したことを判定し（ステップＳ１，ＹＥＳ），スタイラスペン２００の指示している座標を検出する（ステップＳ２）。
【００６２】
ついで，メインＣＰＵ１１１は，ゲーム実行中の保存データを格納するＲＡＭ１１３を参照して，スタイラスペン２００の接触した座標即ち，ステップＳ２で検出された座標に，オブジェクトの表示があるか否かを判定する（ステップＳ３）。オブジェクトの表示がない場合は，ステップＳ１の処理に戻り，オブジェクトの表示がある場合は（ステップＳ３，ＹＥＳ），表示されているオブジェクトのプロパティ（特性）情報をＲＡＭ１１３から求める。
【００６３】
したがって，メインＣＰＵ１１１は，求められたオブジェクトのプロパティ（特性）情報に対応するフィードバック信号を生成する。
【００６４】
オブジェクトのプロパティ（特性）情報とフィードバック信号との対応関係を示すテーブルを，予めゲームデータの一部としてＲＡＭ１１３に格納しておけば，メインＣＰＵ１１１は，ＲＡＭ１１３を参照して，容易にフィードバック信号を生成できる。
【００６５】
フィードバック信号は，Ｉ／Ｏインタフェース１１８を通して，図７に示すスタイラスペン２００に内蔵される制御部に送られる。すなわち，図７は，スタイラスペン２００の制御部の構成例ブロック図を示す。スイッチ４は，マイクロコントローラ２０２に接続され，スイッチ４のＯＮ，ＯＦＦ状態が，マイクロコントローラで認識され，先に説明したように，無線機能部２０１により，画像処理装置１０１の無線送受信器１１７に送られる。
【００６６】
無線機能部２０１は，画像処理装置１０１から送信されたフィードバック信号を受信し，マイクロコントローラ２０２に転送する。
【００６７】
マイクロコントローラ２０２は，フィードバック信号に対応する大きさ及びパターンの駆動信号に変換し，モータ７に供給する。したがって，フィードバック信号に対応する大きさ及びパターンの駆動信号に対応してモータ７が回転されるので，対応する力覚がスタイラスペン２００を保持する操作者に伝達することが可能である。
【００６８】
図６に戻り，モータ７をフィードバック信号に対応して作動させ，オブジェクトの特性に応じた抵抗力をペン先軸１に与え，この抵抗力の反射として操作者に対応する力覚を与えることができる（ステップＳ４）。
【００６９】
例えば，図８に示すオブジェクト画像例では，オブジェクトは，カエルの画像であり，先に述べたように，メインＣＰＵ１１１は，スタイラスペン２００で指示されている座標に位置する画像のオブジェクトはカエルであると判定する。そして，かかるカエルに対応するオブジェクトのプロパティ（特性）情報をＲＡＭ１１３から求める。
【００７０】
求められたカエルに対応するオブジェクトのプロパティ（特性）情報に基づくフィードバック信号が生成される。
【００７１】
そして，このフィードバック信号に基づいて，モータ７が駆動され，模擬されたカエルの感触が操作者に力覚として与えられる。
【００７２】
図９は，別の実施例画像であり，例えば，遺跡発掘を模擬する画像であって，スタイラスペン２００の模擬画像を遺跡発掘ツール２００Ａと想定した時の画像である。
すなわち，遺跡３００に遺跡物３０１が埋められていて，遺跡発掘ツール２００Ａを用いて，遺跡物３０１を覆った遺跡３００の泥土を徐々に除去する過程（遺跡発掘ツール２００Ａを矢印方向に移動する）で，遺跡物３０１が現れる状況を示している。
【００７３】
これに対応して，操作者は，スタイラスペン２００を矢印方向に泥土を徐々に除去するように移動する。
【００７４】
このとき，スタイラスペン２００の指示する座標が連続して変化する。したがって，メインＣＰＵ１１１は，スタイラスペン２００の指示する座標の連続する変化を認識することができ，プログラムに従いレンダリングプロセッサ１１４により，模擬したスタイラスペン２００Ａの画像表示位置を変化する画像を生成する。
【００７５】
このとき同時に，スタイラスペン２００の指示する座標の連続する変化にともなって，スタイラスペン２００の指示する表示画面におけるオブジェクトも変化する。すなわち，スタイラスペン２００の指示する座標のオブジェクトは，遺跡物３０１が現れる前は，泥土であり，泥土が除去され遺跡物３０１が現れるとスタイラスペン２００の指示する座標のオブジェクトは，泥土より遙かに堅い遺跡物３０１である。さらに，遺跡物３０１の形状を特定するために，スタイラスペン２００が移動されると遺跡物３０１と遺跡３００の表面土の境界を跨って，座標位置が指示される。
【００７６】
かかる場合，スタイラスペン２００が指示する座標位置に応じて，異なるオブジェクトが対応する。
【００７７】
したがって，先に説明したと同様に，メインＣＰＵ １１１は，スタイラスペン２００が指示する座標位置に対応するオブジェクトの特性に従って，フィードバック信号を生成し，これに基づきスタイラスペン２００のモータが駆動される。
【００７８】
これにより，操作者は，模擬された泥土の感触，遺跡物３０１の感触，そして遺跡の表面土の感触を力覚することが可能である。
【００７９】
さらに，図６に戻り，押し込む動作が行われずスタイラスペン２００の指示する座標が変化するときは（ステップＳ５，ＮＯ），ステップＳ１に戻り（図６，RETURN），上記処理を繰り返す。
【００８０】
スタイラスペン２００のペン先軸１の押し込みが認識されたときは（ステップＳ５，ＹＥＳ），メインＣＰＵ１１１は，スタイラスペン２００で指示されている座標に位置する画像のオブジェクトのプロパティ（特性）情報を更新してＲＡＭ１１３に記録する（ステップＳ６）とともに、レンダリングプロセッサ１１４によりオブジェクトの移動又は変形画像を生成する（ステップＳ７）ようにプログラムに従い制御される。レンダリングプロセッサ１１４によりオブジェクトの移動又は変形画像を生成するようにプログラムに従い制御される。
【００８１】
ここで，スタイラスペン２００のペン先軸１の押し込みが認識されたときは，図１，２の構成のスタイラスペン２００を用いる場合は，スイッチ４がＯＮ状態とされた場合である。
【００８２】
あるいは，図３の構成のスタイラスペン２００を用いる場合は，抵抗体８と鍔部１ａの接触位置により決定される抵抗値により判定する。
【００８３】
さらに，図１０は，特に，図３の構成のスタイラスペン２００を用いる場合の適用例である。すなわち，スタイラスペン２００の押込み量の大きさに対応して表示オブジェクトの形態を変形表示する例である。
【００８４】
図１０において，オブジェクト３1０は，矩形体をなしたスポンジをイメージしている。
【００８５】
図１０において，スタイラスペン２００がスポンジであるオブジェクト３1０の画像の辺部３１１に対応する座標位置を特定した状態であり，対応する位置に仮想画像のスタイラスペン２００の画像が位置づけられて表示されている。さらに，スポンジは反発力が小さく，画面表示されるスポンジであるオブジェクト３１０は，スタイラスペン２００が当てられた周辺部３１１が容易にへこみ，画像に表現される。
【００８６】
さらに，スタイラスペン２００のペン軸先１をオブジェクト３１０に押し込むと，画像処理装置１０１は，ペン先軸１の押し込み量を抵抗値の変化量から判定し，対応する押し圧に変換する。そして，求められた押し圧に対応するオブジェクト３１０の変形画像を生成し，表示する。
【００８７】
このとき，画像処理装置１０１は，オブジェクト３１０の変形と同期して，フィードバック信号をスタイラスペン２００に送るので，操作者はオブジェクト３１０の変形していく際の力覚を得ることができる。
【００８８】
さらに，押し込み状態を続けると，オブジェクト３１０は，矢印方向に移動する画像が表示される。
【００８９】
図１１は，図１０と同様に，図３の構成のスタイラスペン２００を用いる場合の適用例であり，オブジェクト３１０として，粘土で形成される矩形体の例である。
【００９０】
粘土は，スポンジに比べ反発力が大きく，押し込まれ難い。また，一定の押し込みを与えたまま，スタイラスペン２００の位置を移動すると，図１１に示すように起伏に応じた反発力が変化する。かかる反発力は，画像処理装置１０１からのフィードバック信号によりモータ７が駆動され先に説明したよう操作者に力覚を与える。
【００９１】
次ぎに，図１２Ａ〜図１２Ｃは，更に本発明の適用例を示す図であり，図１２Ａに示すようにシーソーにボールが落ちる画像を想定している。
【００９２】
画面上のオブジェクトに対し，他のオブジェクトが遅い速度で衝突して来た場合は，軽い反発力を生じ，速い速度で衝突してきた場合は，強い反発力を生じる。さらに，画面上のオブジェクトに定義した質量に比例した反発力を考慮することで，画面上のオブジェクトの質量の差を擬似的に力覚させる。
【００９３】
図１２Ａにおいて，ペン先軸１の反発力が，タッチしている部分の奥行きの変化する速さに応じた反発力となる。
【００９４】
図１２Ｂは，反発力が弱い場合，容易にペン先軸１がスタイラスペンの本体内に入り込むようにフィードバック信号が与えられ，モータ７に対する駆動が行われる。
【００９５】
一方，図１２Ｃに示す例では，反発力が強く容易にペン先軸１が動きにくい状態である。かかる状態を生成するには，モータ７に対する強い駆動を与えるフィードバック信号が画像処理装置１０１から供給されることが必要である。
【００９６】
上記した実施例に示されるように，本発明により簡易な構造で操作者に変化に富んだ力覚をフィードバックし得るスタイラスペンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に従うスタイラスペンの構造を示す主要部の分解斜視図である。
【図２】図１の各部品を筒状の本体ケース内に同軸上に配置して組み立てられたスタイラスペンの断面構造を示す図である。
【図３】本発明に従うスタイラスペンの別の構造例である。
【図４】本発明に従うスタイラスペンを用いるコンピュータシミュレーション装置の概念構成図である。
【図５】画像処理装置の構成例ブロック図である。
【図６】本発明のスタイラスペンを用いた入力と，それに対応する画像処理手順の一例を説明するフロー図である。
【図７】スタイラスペンの制御部の構成例ブロック図である。
【図８】オブジェクト画像例を示す図である。
【図９】別の実施例画像を示す図である。
【図１０】図３の構成のスタイラスペンを用いる場合の適用例である。
【図１１】図３の構成のスタイラスペンを用いる場合の適用例であり，オブジェクトとして，粘土で形成される矩形体の例である。
【図１２Ａ】シーソーにボールが落ちる画像を想定して示す図である。
【図１２Ｂ】反発力が弱い場合を説明する図である。
【図１２Ｃ】反発力が強い場合を説明する図である。
【符号の説明】
【００９８】
１０ スタイラスペンの本体ケース
１ ペン先軸
２ スプリング
３ スライド円筒
４ スイッチ，
５ スライドカム付き内歯車
６ 外歯車
７ モータ
１００ コンピュータシミュレーション装置
１０１ 画像処理装置
１０２ 表示装置
１０３ タッチパネル
１０４ キーボード
１０５ タブレット
２００ スタイラスペン
１１０ システムバス
１１１ メインＣＰＵ
１１２ ＲＯＭ
１１３ ＲＡＭ
１１４ レンダリングプロセッサ
１１５ テクスチャメモリ
１１６ ＶＲＡＭ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方側に開口を有する筒状の本体ケースと，
前記本体ケース内に収容され，それぞれ同軸上に配置された，
鍔部と前記鍔部の一方側に延びる先端延部を有するペン先軸と，
前記ペン先軸の鍔部と係合し，前記先端延部を前記本体ケースの開口から突き出すように付勢するスプリングと，
前記スプリングと一端側が係合し，他端側に突起部を有し，前記本体ケース内でスライド移動可能なスライド円筒と，
円筒状を成し，前記円筒状の内壁に内歯車が形成され，更に前記スライド円筒の突起部と当接するスライドカム面を有するスライドカム付き内歯車と，
前記内歯車と係合する外歯車が回転軸に固定されたモータを，
有して構成されていることを特徴とするスタイラスペン。
【請求項２】
請求項１において，
更に，前記本体ケース内に固定されたスイッチ部を有し，
前記ペン先軸は，前記鍔部に前記先端延部と反対側に延びる突当て延部を有し，
前記スライド円筒は，矩形孔部が形成されており，前記スイッチ部が前記矩形孔部内に位置するように構成されている，
ことを特徴とするスタイラスペン。
【請求項３】
請求項１において，
前記ペン先軸は，導電体で形成され，
前記本体ケース内側に電気的抵抗体層が，前記ペン先軸の鍔部に接触可能に形成され，前記ペン先軸の先端延部の前記本体ケースの開口からの突出し量に基づく前記電気的抵抗体層と前記鍔部との接触位置に対応して，前記ペン先軸と前記電気的抵抗体層とにおける電気的抵抗値が決まる，
ように構成されていることを特徴とするスタイラスペン。
【請求項４】
画像表示手段と，前記画像表示手段に表示される画像データを生成する画像データ生成手段と，前記画像表示手段に表示されるオブジェクトの画面上の位置を指示可能なスタイラスペンを有するコンピュータシミュレーション装置であって，
前記スタイラスペンは，
一方側に開口を有する筒状の本体ケースと，
前記本体ケース内に収容され，それぞれ同軸上に配置された，
鍔部と前記鍔部の一方側に延びる先端延部を有するペン先軸と，
前記ペン先軸の鍔部と係合し，前記先端延部を前記本体ケースの開口から突き出すように付勢するスプリングと，
前記スプリングと一端側が係合し，他端側に突起部を有し，前記本体ケース内でスライド移動可能なスライド円筒と，
円筒状を成し，前記円筒状の内壁に内歯車が形成され，更に前記スライド円筒の突起部と当接するスライドカム面を有するスライドカム付き内歯車と，
前記内歯車と係合する外歯車が回転軸に固定されたモータを，
有して構成され，
さらに，前記コンピュータシミュレーション装置は，前記スタイラスペンのペン先軸の先端延部により位置づけられる前記表示画面上の座標位置を前記画像データ生成手段に入力する座標入力手段と，
前記コンピュータシミュレーション装置は，力覚フィードバック信号生成手段を有し，
前記画像データ生成手段は，前記座標入力手段により入力される前記座標位置に基づき，記憶手段に格納されているデータのうち，前記座標位置に表示されるオブジェクトに定義された質感データを読み出し，
前記力覚フィードバック信号生成手段は，前記画像データ生成手段により読み出された前記オブジェクトに定義された質感データに対応する力覚フィードバック信号を生成し，
前記スタイラスペンにおいて，前記力覚フィードバック信号生成手段からフィードバックされる力覚フィードバック信号に対応する駆動電力が前記モータに供給される，
ように構成されていることを特徴とするコンピュータシミュレーション装置。
【請求項５】
請求項４において，
前記画像データ生成手段は，前記スタイラスペンに対応する仮想３次元画像のスタイラスペン画像データを生成し，前記表示手段により表示される画面上に表示されるオブジェクトの画像データとともに，前記スタイラスペン画像データを前記表示手段に供給し，前記表示手段で，前記オブジェクトの表示座標位置に前記スタイラスペン画像を表示する，
ように構成されたことを特徴とするコンピュータシミュレーション装置。
【請求項６】
請求項４において，
前記画像データ生成手段は，前記スタイラスペンのペン先軸の先端延部の前記本体ケースの開口内への押し込み量に対応して，前記オブジェクトに定義された質感データに基づき変形される前記オブジェクトの変形画像データを生成する，
ように構成されたことを特徴とするコンピュータシミュレーション装置。
【請求項１】
一方側に開口を有する筒状の本体ケースと，
前記本体ケース内に収容され，それぞれ同軸上に配置された，
鍔部と前記鍔部の一方側に延びる先端延部を有するペン先軸と，
前記ペン先軸の鍔部と係合し，前記先端延部を前記本体ケースの開口から突き出すように付勢するスプリングと，
前記スプリングと一端側が係合し，他端側に突起部を有し，前記本体ケース内でスライド移動可能なスライド円筒と，
円筒状を成し，前記円筒状の内壁に内歯車が形成され，更に前記スライド円筒の突起部と当接するスライドカム面を有するスライドカム付き内歯車と，
前記内歯車と係合する外歯車が回転軸に固定されたモータを，
有して構成されていることを特徴とするスタイラスペン。
【請求項２】
請求項１において，
更に，前記本体ケース内に固定されたスイッチ部を有し，
前記ペン先軸は，前記鍔部に前記先端延部と反対側に延びる突当て延部を有し，
前記スライド円筒は，矩形孔部が形成されており，前記スイッチ部が前記矩形孔部内に位置するように構成されている，
ことを特徴とするスタイラスペン。
【請求項３】
請求項１において，
前記ペン先軸は，導電体で形成され，
前記本体ケース内側に電気的抵抗体層が，前記ペン先軸の鍔部に接触可能に形成され，前記ペン先軸の先端延部の前記本体ケースの開口からの突出し量に基づく前記電気的抵抗体層と前記鍔部との接触位置に対応して，前記ペン先軸と前記電気的抵抗体層とにおける電気的抵抗値が決まる，
ように構成されていることを特徴とするスタイラスペン。
【請求項４】
画像表示手段と，前記画像表示手段に表示される画像データを生成する画像データ生成手段と，前記画像表示手段に表示されるオブジェクトの画面上の位置を指示可能なスタイラスペンを有するコンピュータシミュレーション装置であって，
前記スタイラスペンは，
一方側に開口を有する筒状の本体ケースと，
前記本体ケース内に収容され，それぞれ同軸上に配置された，
鍔部と前記鍔部の一方側に延びる先端延部を有するペン先軸と，
前記ペン先軸の鍔部と係合し，前記先端延部を前記本体ケースの開口から突き出すように付勢するスプリングと，
前記スプリングと一端側が係合し，他端側に突起部を有し，前記本体ケース内でスライド移動可能なスライド円筒と，
円筒状を成し，前記円筒状の内壁に内歯車が形成され，更に前記スライド円筒の突起部と当接するスライドカム面を有するスライドカム付き内歯車と，
前記内歯車と係合する外歯車が回転軸に固定されたモータを，
有して構成され，
さらに，前記コンピュータシミュレーション装置は，前記スタイラスペンのペン先軸の先端延部により位置づけられる前記表示画面上の座標位置を前記画像データ生成手段に入力する座標入力手段と，
前記コンピュータシミュレーション装置は，力覚フィードバック信号生成手段を有し，
前記画像データ生成手段は，前記座標入力手段により入力される前記座標位置に基づき，記憶手段に格納されているデータのうち，前記座標位置に表示されるオブジェクトに定義された質感データを読み出し，
前記力覚フィードバック信号生成手段は，前記画像データ生成手段により読み出された前記オブジェクトに定義された質感データに対応する力覚フィードバック信号を生成し，
前記スタイラスペンにおいて，前記力覚フィードバック信号生成手段からフィードバックされる力覚フィードバック信号に対応する駆動電力が前記モータに供給される，
ように構成されていることを特徴とするコンピュータシミュレーション装置。
【請求項５】
請求項４において，
前記画像データ生成手段は，前記スタイラスペンに対応する仮想３次元画像のスタイラスペン画像データを生成し，前記表示手段により表示される画面上に表示されるオブジェクトの画像データとともに，前記スタイラスペン画像データを前記表示手段に供給し，前記表示手段で，前記オブジェクトの表示座標位置に前記スタイラスペン画像を表示する，
ように構成されたことを特徴とするコンピュータシミュレーション装置。
【請求項６】
請求項４において，
前記画像データ生成手段は，前記スタイラスペンのペン先軸の先端延部の前記本体ケースの開口内への押し込み量に対応して，前記オブジェクトに定義された質感データに基づき変形される前記オブジェクトの変形画像データを生成する，
ように構成されたことを特徴とするコンピュータシミュレーション装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【公開番号】特開２００８−２４２８９４（Ｐ２００８−２４２８９４Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８３５７５（Ｐ２００７−８３５７５）
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（０００１３２４７１）株式会社セガ (811)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２８日（２００７．３．２８）
【出願人】（０００１３２４７１）株式会社セガ (811)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]