(57)【要約】      （修正有）【課題】操作性に優れた回転ボール型入力デバイスを提供する。【解決手段】球体１０１の周囲に内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄと、外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄが配置されている。ユーザは親指１本で球体を回転させながらプッシュ・ボタンを１つまたは複数押下することができる。押下されたプッシュ・ボタンの数に応じた修正ゲインが生成される。球体の回転により生成されたカーソルの移動量は修正ゲインで修正される。よって、カーソルを長距離移動させるときほど多くのプッシュ・ボタンを同時に押下し、短距離移動させるときは球体だけを回転させて良好な操作性を実現することができる。【選択図】図２
2011243124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイを備える電子機器に入力操作をする回転ボール型入力デバイスであって、
回転可能に支持された球体と、
前記球体の回転量に対応するカーソルまたは画面の移動量を出力する回転量変換部と、
前記球体の周囲に配置され同じ指で前記球体を回転させながら押下することができる複数のプッシュ・ボタンと、
前記複数のプッシュ・ボタンのそれぞれに対応して設けられた複数の圧力検出部と、
前記複数の圧力検出部の出力に基づいて修正ゲインを生成するゲイン修正部と、
前記修正ゲインで前記移動量を修正して修正移動量を出力する移動量修正部と
を有する回転ボール型入力デバイス。
【請求項２】
前記圧力検出部が前記プッシュ・ボタンに所定値以上の圧力が加えられたときにスイッチ動作をする請求項１に記載の回転ボール型入力デバイス。
【請求項３】
前記ゲイン修正部は、同時にスイッチ動作をした前記圧力検出部の数に応じて前記修正ゲインを決定する請求項２に記載の回転ボール型入力デバイス。
【請求項４】
前記修正ゲインが同時にスイッチ動作をした圧力検出部の数に応じて段階的に変化し、前記ゲイン修正部は段階の増分が同時にスイッチ動作をした圧力検出部の数に応じて異なるような前記修正ゲインを生成する請求項３に記載の回転ボール型入力デバイス。
【請求項５】
前記複数のプッシュ・ボタンが前記球体の周囲に配置された複数の内周側のプッシュ・ボタンと該複数の内周側のプッシュ・ボタンの外側の周囲に配置された複数の外周側のプッシュ・ボタンで構成されている請求項２から請求項４のいずれかに記載の回転ボール型入力デバイス。
【請求項６】
前記球体と前記複数の内周側のプッシュ・ボタンと前記複数の外周側のプッシュ・ボタンで構成される操作面がドーム状に形成され、かつ、各プッシュ・ボタンの表面が球面状の突起で形成されている請求項５に記載の回転ボール型入力デバイス。
【請求項７】
前記ゲイン修正部は、前記複数の内周側のプッシュ・ボタンが１個ずつスイッチ動作をしたときの修正ゲインが第１の直線に沿って段階的に変化し、前記複数の内周側のプッシュ・ボタンがすべてスイッチ動作をした後に前記複数の外周側のプッシュ・ボタンが１個ずつスイッチ動作をしたときの修正ゲインが第２の直線に沿って段階的に変化するように前記修正ゲインを生成する請求項５または請求項６に記載の回転ボール型入力デバイス。
【請求項８】
前記複数の内周側のプッシュ・ボタンのそれぞれに対応する前記圧力検出部が電気的に並列に接続された抵抗素子で構成されている請求項５〜請求項７のいずれかに記載の回転ボール型入力デバイス。
【請求項９】
リセット後に、前記球体の回転動作を先に検出したときは前記移動量に基づいて前記カーソルを移動させる通常モードで動作させ、前記複数の外周側のプッシュ・ボタンのいずれかのスイッチ動作を先に検出したときは前記移動量に基づいて前記画面の表示方法を変更する特定モードで動作させる動作モード変更部を有する請求項５から請求項８のいずれかに記載の回転ボール型入力デバイス。
【請求項１０】
前記複数の内周側のプッシュ・ボタンと前記複数の外周側のプッシュ・ボタンが発光素子を含み、
前記特定モードで動作する際に、前記スイッチ動作をした前記外周側のプッシュ・ボタンと前記複数の内周側のプッシュ・ボタンのすべてを同色で発光させる発光素子制御部を有する請求項９に記載の回転ボール型入力デバイス。
【請求項１１】
前記内周側のプッシュ・ボタンおよび前記外周側のプッシュ・ボタンがスイッチ動作する押圧力より大きな押圧力で動作するクリック・スイッチを有する請求項５から請求項１０のいずれかに記載の回転ボール型入力デバイス。
【請求項１２】
前記回転ボール型入力デバイスが前記電子機器の筐体に形成された開口の中に配置され、前記複数の外周側のプッシュ・ボタンが周囲の前記筐体の撓みを利用して操作できるように前記筐体の表面より低い位置に配置されている請求項５から請求項１１のいずれかに記載の回転ボール型入力デバイス。
【請求項１３】
ディスプレイと
請求項１から請求項１２に記載のいずれかに記載された回転ボール型入力デバイスと
を有する電子機器。
【請求項１４】
球体と該球体の周囲に配置された複数のプッシュ・ボタンで構成された入力デバイスがディスプレイに表示されたカーソルを移動させる方法であって、
前記球体の回転量に対応する数のパルスを生成するステップと、
前記球体に回転操作をした指と同じ指による前記複数のプッシュ・ボタンの押下に応じた圧力信号を生成するステップと、
前記圧力信号に応じて修正ゲインを生成するステップと、
前記修正ゲインと前記パルスの数に基づいて移動量を生成するステップと、
前記移動量で前記カーソルを移動させるステップと
を有する方法。
【請求項１５】
ディスプレイを備える電子機器の入力システムであって、
球体の回転量に対応する数のパルスを出力する検出部と、
前記球体の周囲で１本の指で押下できる範囲に配置された複数のプッシュ・ボタンと、
前記複数のプッシュ・ボタンの押下に応じて修正ゲインを生成するゲイン修正部と、
前記修正ゲインと前記パルスの数に基づいてカーソルの移動量を生成する移動量生成部と、
前記移動量で前記カーソルの移動処理をする入力処理部と
を有する入力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に対して入力操作をする回転ボール型入力デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータに入力操作をするユーザ・インターフェースとして、キーボードおよびポインティング・デバイスなどの入力デバイスが知られている。ポインティング・デバイスは、ディスプレイに表示されたカーソル（ポインタともいう。）の移動または画面のスクロール、および画面上のカーソルで指定された座標に対する入力操作などを行うために使用される。ポインティング・デバイスは、マウス、タッチ・パッド、ポインティング・スティック（トラック・ポイントともいう。）、およびトラック・ボール（ジョグ・ボールともいう。）などを含む。トラック・ボールは、指先や手のひらを使ってボールを同じ位置で回転させることで画面を操作することができる。
【０００３】
特許文献１は、複数のボールを含むマウスを開示する。各マウスは、回転量を検出するセンサを備え、各センサの出力の合計でカーソルの移動量を決定する。したがって、中央のボールだけを操作すれば、カーソルを細かく移動させることができ、すべてのボールを同時に操作すればカーソルを加速させて移動させることができる。特許文献２は、薄型携帯端末装置に適したトラック・ボール型ポインティング・デバイスを開示する。同文献には、同サイズの複数のトラック・ボールをマトリクス状に配置し、１回の回転操作で各トラック・ボールが検出した移動情報から統合した移動情報を計算することが記載されている。
【０００４】
特許文献３は、カーソルの移動量とトラック・ボールの回転量の比を可変制御することで、カーソルを高速に移動させることができるトラック・ボールの座標入力装置を開示する。同文献には、回転球の下部にスプリングを設け回転球を回転させながら押下してそのときの回転球の上下移動の量を可変抵抗器で検出することが記載されている。このような構成により、カーソルを長い距離を移動させるときは回転球を押しながら回転させ、微少距離を移動させるときは回転球を押さないで回転させることで可変制御する。特許文献４は、ボールの回転を、磁石が取り付けられたローラで検出し、磁石による磁束の変化をリードスイッチで非接触に検出するトラック・ボール装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国２００９／０１５３４８４号公開公報
【特許文献２】特開２０００−２９８５４８号公報
【特許文献３】特開平５−３０３４６８号公報
【特許文献４】特開２００６−２６０１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
トラック・ボールは、小型に形成されかつ指１本でも操作することができるため、携帯電話やスマートフォンなどの小型の電子機器に実装する上で都合がよい。また、ひずみセンサを利用したポインティング・スティックや指の動きを検知するタッチ・パッドに比べて操作量とカーソルの移動量の調整が容易であるという利点も備えている。しかしトラック・ボールには、カーソルをディスプレイの広範囲に渡って移動させて正確な位置に停止させたり、地図などの大きなサイズの画面をスクロールして所定の表示位置で停止させて入力したりする際に、移動速度の調整がしにくいという操作性の問題が存在する。
【０００７】
たとえば、ボールの回転量に対するカーソルの移動距離が長くなるようにゲインを設定すれば、カーソルの細かな範囲での正確な位置決めが困難になる。これとは反対にゲインを小さく設定すればカーソルを長い距離移動させるために複数回の回転操作が必要となり短時間でカーソルを移動させることができなくなる。ボールのサイズを大きくするほど操作性の問題は改善できるが、ボールのサイズを大きくするとデバイス全体が大型になってしまうため小型の電子機器に実装することが困難になる。さらにトラック・ボールは、画面の操作や特定のアプリケーションの起動などのマウス・ジェスチャに対応することができない。
【０００８】
特許文献１および特許文献２の発明は、ボールと回転量を検出するセンサを複数設ける必要があるため指１本で操作が可能な程度まで小型化することが困難でかつ機構が複雑になる。特許文献３の発明は、トラック・ボールに対して回転操作と押圧操作を同時に行う必要があり、トラック・ボールを回転させながら所定の範囲に圧力を調整する操作が困難である。また、トラック・ボールの下部に圧力検出機構を設けることになるため、高さ方向のサイズが大きくなる。
【０００９】
そこで本発明の目的は、カーソルまたは画面を長距離と微少距離のいずれを移動させる場合でも操作性に優れた回転ボール型入力デバイスを提供することにある。さらに本発明の目的は、構造が簡単な回転ボール型入力デバイスを提供することにある。さらに本発明の目的は、指１本で操作できる程度までの小型化が可能な回転ボール型入力デバイスを提供することにある。さらに本発明の目的は、多機能の回転ボール型入力デバイスを提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような回転ボール型入力デバイスを実装した電子機器およびカーソルの移動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の回転ボール型入力デバイスは、操作面が回転可能に支持された球体と、球体の周囲に配置された複数のプッシュ・ボタンで構成されている。プッシュ・ボタンは、球体を回転させる指と同じ指で球体を回転させながら押下することができる。複数のプッシュ・ボタンのそれぞれに対応して複数の圧力検出部が設けられている。回転量変換部は、球体の回転量に対応するカーソルまたは画面の移動量を出力する。ゲイン修正部は、複数の圧力検出部の出力に基づいて修正ゲインを生成する。移動量修正部は、修正ゲインで移動量を修正して修正移動量を出力する。
【００１１】
このような構成によれば、押圧力または操作面に対する指の接触面の傾斜といったようなプッシュ・ボタンの押下方法を調整することにより圧力検出部の出力を制御して、球体の回転量に対するカーソルまたは画面の移動量を調整することができる。そして、カーソルまたは画面の長距離の移動のときは修正ゲインを大きくし、短距離の移動のときは修正ゲインを小さくするよう回転操作をする指と同じ指で押下操作をすることができる。圧力検出部はプッシュ・ボタンに加えられた圧力を測定する圧力センサ、または、プッシュ・ボタンに動作圧力以上の押圧力が加えられたときにスイッチ動作をする圧力スイッチで構成することができる。
【００１２】
本発明にかかる回転ボール型入力デバイスは、球体を回転させながら複数のプッシュ・ボタンのすべてまたはいくつかを１本の指で押下させて回転方向と回転速度を調整する。ユーザにとってプッシュ・ボタンに対する押圧力を調整することは、球体の回転量を調整することに比べて困難である。特に、手で保持して使用する携帯式電子機器においてはこの傾向は顕著である。しかし、選択した数のプッシュ・ボタンをスイッチ動作をさせる操作は比較的容易である。しかも、圧力スイッチの動作圧力は、圧力センサの圧力特性に比べて時間的に安定している。
【００１３】
したがって圧力検出部に圧力スイッチを採用して、同時にスイッチ動作をした圧力検出部の数に応じて修正ゲインを決定することが望ましい。修正ゲインは圧力検出部の数に基づいて生成するため、圧力検出部の数が多いほど多様な特性に対応させることができる。圧力スイッチは圧力センサに比べて入力デバイスを簡単な構造で実現できるため小型化に適しており、多様な特性に対応するために必要な数のプッシュ・ボタンを１本の指で押下できる範囲に配置することができる。ゲイン修正部は、同時にスイッチ動作をした圧力検出部の数に応じて段階的に変化し、段階の差分が同時にスイッチ動作をした圧力検出部の数に応じて異なるような修正ゲインを生成することができる。
【００１４】
このように同時にスイッチ動作をしたプッシュ・ボタンの数に応じて１個あたりのプッシュ・ボタンによる修正ゲインの増分を可変にする構成により、押圧力と修正ゲインの関係をユーザにとって望ましい操作感に合致させることができる。複数のプッシュ・ボタンは球体の周囲に配置された複数の内周側のプッシュ・ボタンとそれらの外側の周囲に配置された複数の外周側のプッシュ・ボタンで構成することができる。複数の内周側のプッシュ・ボタンと複数の外周側のプッシュ・ボタンは球体を中心とする同心円上に配置してもよい。
【００１５】
球体と複数の内周側のプッシュ・ボタンと複数の外周側のプッシュ・ボタンで構成される操作面をドーム状に形成し、各プッシュ・ボタンを球面状の突起で形成すると指の押圧力と指の腹の操作面に対する傾斜角を調整して、所定の数のプッシュ・ボタンにスイッチ動作させる操作がし易くなる。表面が球面状の突起とは球体の一部を切り取った形状、回転楕円体の一部を切り取った形状、放物線または双曲線を回転させて形成したような形状を含む。ゲイン修正部は、複数の内周側のプッシュ・ボタンが１個ずつスイッチ動作をしたときの修正ゲインが第１の直線に沿って段階的に変化し、複数の内周側のプッシュ・ボタンがすべてスイッチ動作をした後に複数の外周側のプッシュ・ボタンが１個ずつスイッチ動作をしたときの修正ゲインが第２の直線に沿って段階的に変化するように修正ゲインを生成することができる。
【００１６】
このとき第１の直線と第２の直線の差は、複数の内周側のプッシュ・ボタンのそれぞれに対応する修正ゲインに対するバイアスに相当する。このように内周側のプッシュ・ボタンの全体に対してバイアスを与えることで、移動量修正部は容易にユーザの良好な操作感に対応する修正移動量を生成することができる。スイッチ動作をした内周側のプッシュ・ボタンを特定する必要がない場合は、内周側の複数のプッシュ・ボタンのそれぞれに対応する圧力検出部を電気的に並列に接続された抵抗素子で構成し、合成抵抗の値からスイッチ動作をした圧力検出部の数を特定すると少ない配線数の構造にすることができる。
【００１７】
動作モード変更部は、リセット後に、球体の回転動作と複数の外周側のプッシュ・ボタンのいずれかのスイッチ動作のいずれを先に受け取ったかを判断する。回転動作を先に検出したときはカーソルを移動させる通常モードを示す通常モード信号を出力し、スイッチ動作を先に検出したときは画面の表示方法を変更したりメニュー選択画面を表示したりする特定モードを示す特定モード信号を出力することができる。画面の表示方法の変更には、スクロールによる表示位置の変更、回転による表示方向の変更、または縮尺の選択による表示範囲の変更を含むことができる。動作モード変更部が球体とプッシュ・ボタンの動作の先後を検出して動作モードを変更することにより、入力デバイスをマウス・ジェスチャに対応した多機能な用途に供することができる。
【００１８】
この場合、複数の内周側のプッシュ・ボタンと複数の外周側のプッシュ・ボタンが発光素子を含み、特定モード信号を受け取った際に、スイッチ動作をした外周側のプッシュ・ボタンと複数の内周側のプッシュ・ボタンのすべてを同色で発光させる発光素子制御部を備えることにより、ユーザは動作モードの変更と変更内容を容易に認識できる。内周側のプッシュ・ボタンおよび外周側のプッシュ・ボタンがスイッチ動作をする押圧力より大きな押圧力で動作するクリック・スイッチを設けることで、１本の指を移動させないでカーソルの移動と入力操作を行うことができる。
【００１９】
複数の外周側のプッシュ・ボタンを電子機器の筐体に形成された開口の中に、それぞれが周囲の筐体の撓みを利用して操作できるように筐体の表面より低い位置に配置することで、球体よりも先に外周側のプッシュ・ボタンに触れることで意図しない特定モードへの移行を防ぐことができる。なお、意図しない特定モードへの移行を防ぐために外周側のプッシュ・ボタンがより強い押圧力でスイッチ動作をするようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、カーソルまたは画面を長距離と微少距離のいずれを移動させる場合でも操作性に優れた回転ボール型入力デバイスを提供することができた。さらに本発明により、構造が簡単な回転ボール型入力デバイスを提供することができた。さらに本発明により、指１本で操作できる程度までの小型化が可能な回転ボール型入力デバイスを提供することができた。さらに本発明により、多機能の回転ボール型入力デバイスを提供することができた。さらに本発明により、そのような回転ボール型入力デバイスを実装した電子機器およびカーソルの移動方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施の形態にかかる回転ボール型入力デバイスを実装する携帯式電子機器の外形を示す図である。
【図２】回転ボール型入力デバイスの概略の外形を示す図である。
【図３】回転ボール型入力デバイスの主要な構造を示す分解斜視図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面に対応する位置の側面図である。
【図５】スイッチ動作をしているプッシュ・ボタンのパターンの一例を示す図である。
【図６】内周側のプッシュ・ボタンのスイッチ動作を説明する図である。
【図７】外周側のプッシュ・ボタンのスイッチ動作を説明する図である。
【図８】回転ボール型入力デバイスの制御回路の構成を説明する機能ブロック図である。
【図９】同時にスイッチ動作をしているプッシュ・ボタンの数と修正ゲインとを対応付けた参照テーブルのデータ構造を説明する図である。
【図１０】回転ボール型入力デバイスの動作を説明するフローチャートである。
【図１１】クリック・スイッチに特徴がある他の回転ボール型入力デバイスの構造を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本実施の形態にかかる回転ボール型入力デバイスを実装する携帯式電子機器の外形を示す図である。携帯式電子機器１０は、スマートフォンまたは携帯電話などの小型の電子機器である。携帯式電子機器１０には、ディスプレイ１１と回転ボール型入力デバイス（以下、単に入力デバイスという。）１００が実装されている。ディスプレイ１１には、現在の入力位置を示すカーソル１３が表示されている。ユーザは入力デバイス１００を操作してカーソル１３を所定の位置まで移動させ、携帯式電子機器１０に対する入力操作をすることができる。さらにユーザは入力デバイス１００を操作して、ディスプレイ１１に表示する画面のサイズ、表示方向、または画面全体の中の表示位置などのような表示方法を変更することができる。
【００２３】
図２は、入力デバイス１００の概略の外形を示す図である。図２（Ａ）は側面図で図２（Ｂ）は操作面１０８側から見た平面図である。入力デバイス１００は、操作面１０８が全方向に回転が可能な１個の球体１０１とその周辺に配置された８個のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄ、１０５ａ〜１０５ｄで構成されている。入力デバイス１００は、携帯式電子機器１０の筐体１５の表面に形成された円形の開口部２１に配置され操作面１０８が指で操作できるように露出する構造となっている。
【００２４】
入力デバイス１００は、球体１０１と複数のプッシュ・ボタンを同時に親指１８０または他の１本の指だけで操作できる程度まで小型に形成されている。４個の内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄは、平面的に球体１０１を中心とする円周上でかつ球体１０１の周囲に等間隔で配置されている。４個の外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄは、平面的に球体１０１を中心とする円周上でかつ内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄの外側の周囲に等間隔で配置されている。
【００２５】
各プッシュ・ボタンには複数の色で発光できる発光ダイオード（ＬＥＤ）が組み込まれており、指が触れる表面が球面の一部となるような形状あるいはそれに近い形状の突起で形成されている。入力デバイス１００は、指１８０からの操作量として球体１０１に対する任意の方向の回転力と、各プッシュ・ボタンに対する下向きの圧力（以後、押圧力という。）を受け取る。所定値以上の押圧力を受けた各プッシュ・ボタンは、押圧力に基づく物理的な変位により後に説明するようにスイッチ動作をする。本実施の形態にかかる入力デバイス１００は、球体１０１の回転動作によりカーソル１３を移動させることができ、さらに球体１０１を回転させている間に行う各プッシュ・ボタンのスイッチ動作により移動速度を調整してカーソル１３を移動させることができる。
【００２６】
図２（Ａ）に示したように、球体１０１の頂部と内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄの頂部と外側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄの頂部は、ドーム型の操作面１０８を形成するように高さの調整と平面的な位置決めが行われている。すなわち、球体１０１の頂部が最も高い位置に存在し、外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄの頂部が最も低い位置に存在し、内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄの頂部が中間の高さの位置に存在している。操作面１０８をドーム型にしたことにより、操作面１０８に指を上から真下に押し当てたときは、指が球体１０１に先に接触し、つづいて内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄに接触し、最後に外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄに接触する。
【００２７】
球体１０１の頂部と内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄの頂部の間隔（高低差）および内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄの頂部と外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄの頂部の間隔（高低差）はそれぞれ一例として１．２ミリ・メートルとなっている。したがって、ユーザはいずれのプッシュ・ボタンにも触れないようにしながら親指１８０をスライドさせて球体１０１を回転させることができる。あるいはユーザはいずれのプッシュ・ボタンもスイッチ動作をしないような押圧力で親指１８０をスライドさせて球体１０１を回転させることができる。
【００２８】
球体１０１を回転させながら操作面１０８を親指１８０で押し付けると親指１８０の腹が変形して内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄにスイッチ動作をさせることができる。さらに、球体１０１を回転させながら操作面１０８を親指１８０で押し付けると親指１８０の腹がさらに変形して球体１０１と内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄおよび外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄにスイッチ動作をさせることができる。
【００２９】
そして、所定値以上の押圧力を与えながら親指１８０の腹の入力デバイス１００に対する接触面をさまざまな方向に傾けることにより、球体１０１を回転させながらスイッチ動作をするプッシュ・ボタンの数を選択することができる。入力デバイス１００は、親指１８０で一度にすべてのプッシュ・ボタンの押下が可能でかつスライドして球体１０１の回転操作をするのに適したサイズにするために、複数の外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄで画定される直径Ｄを、１５ミリ・メートル以下にしている。回転操作と押下操作を親指１本で同時に行うための平面方向の直径Ｄは、好ましくは１０ミリ・メートル〜１５ミリ・メートルとすることができる。入力デバイス１００は、図３および図４に示す構造を採用することで、このような操作に適する程度までの小型化を図ることができる。
【００３０】
図３は、入力デバイス１００の主要な構造を示す分解斜視図である。図４は図３のＡ−Ａ矢視の位置の側面図である。図４には、図３には描いていない携帯式電子機器１０の筐体１５および入力デバイス１００のケース１４１も示している。図４において球体ユニット１２１は、球体１０１をいずれの方向にも回転できるように支持している。代表的に示しているローラ１２３ａは球体１０１を左回転させたときに左側にシフトした球体１０１から回転力を受けて回転する。ローラ１２３ｂは球体１０１を右回転させたときに右側にシフトした球体１０１から回転力を受けて回転する。
【００３１】
図４ではローラが球体１０１の２方向にだけ配置された様子を示しているが、実際には球体１０１の下部を４方向から取り囲むように４個のローラが配置されている。球体１０１は回転するときに回転方向にシフトするため、回転方向に配置された１つまたは２つのローラが球体１０１と同時に回転する。したがって、ローラごとの回転量を検出することで、球体１０１の回転量と回転方向を検知することができる。球体１０１の回転量とは、球体１０１の回転方向における回転角度または回転角度に対応する球体１０１の表面の長さに相当する量である。
【００３２】
各ローラには、Ｎ極とＳ極が所定角度のピッチで交互に配置されたリング状の磁石が取り付けられている。ローラ１２３ａ、１２３ｂに対応する検出部１２７ａ、１２７ｂはリング状の磁石の磁束を検出できる位置に配置され、ローラ１２３ａ、１２３ｂの回転を磁束の変化として検出して電気的なパルスに変換する。他の２つのローラに対応する検出部も対応するローラの回転に応じて電気的なパルスを生成する。各検出部が生成するパルス数は、球体１０１の回転方向における回転量に対するＸ方向の成分またはＹ方向の成分に対応する。
【００３３】
４つの検出部からのパルスにより、入力デバイス１００は球体１０１の回転量と回転方向を検出することができる。クリック・スイッチ１２９が取り付けられた片持ちばね１２５は球体１０１を弾力的に支持している。球体１０１が所定値以上の押圧力で押下されると片持ちばね１２５は弾性変形して、クリック・スイッチ１２９が動作する。クリック・スイッチ１２９は、カーソル１３の位置におけるシステムに対する入力またはドラッグなどに使用される。クリック・スイッチ１２９が動作する押圧力は、各プッシュ・ボタンがスイッチ動作をする押圧力よりも大きくなるように設定している。回路基板１３１は、球体１０１および各プッシュ・ボタンを通じて入力された信号を処理して携帯式電子機器１０のシステムに出力するための制御回路２００（図８参照）を含む。
【００３４】
図３において、球体ユニット１２１の周囲には、導電性プラスチックで形成された平板状の上部内周リング１０７が配置されている。４個の内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄは、上部内周リング１０７に９０度の間隔で取り付けられている。上部内周リング１０７の外側の周囲には、４分割され導線性プラスチックで形成された平板状の上部外周リング１０９ａ〜１０９ｄが配置されている。外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄは、各上部外周リング１０９ａ〜１０９ｄに内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄから４５度回転した位置に等間隔で１個ずつ取り付けられている。
【００３５】
上部内周リング１０７の下側には、導電性プラスチックで形成された平板状の下部内周リング１１７が配置されている。下部内周リング１１７には、プッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄに対応する位置にそれぞれ同じ高さの４個の抵抗素子１１３ａ〜１１３ｄが取り付けられている。さらに、下部内周リング１１７には、各抵抗素子１１３ａ〜１１３ｄの間にスプリングまたは弾性ゴムなどで形成された４個の弾性部材１１４ａ〜１１４ｄが取り付けられている。弾性部材１１４ａ〜１１４ｄはそれぞれ同じ高さで、かつ抵抗素子１１３ａ〜１１３ｄよりも高さが高くなっており、上部内周リング１０７を抵抗素子１１３ａ〜１１３ｄに対して所定の間隔に維持するように支持するスペーサとして機能する。
【００３６】
上部内周リング１０７が弾性部材１１４ａ〜１１４ｄで支持されたときに、抵抗素子１１３ａ〜１１３ｄと上部内周リング１０７との間には所定のスペースが確保される。上部内周リング１０７は弾力性のある材料で形成され、いずれか１個のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄまたは任意に選択した２個以上のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄを指で所定値以上の押圧力で押し込むと、弾性部材１１４ａ〜１１４が弾性変形して押し込まれたプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄに対応する抵抗素子１１３ａ〜１１３ｄと上部内周リング１０７が１箇所または複数箇所で接触する。
【００３７】
したがって、弾性部材１１４ａ〜１１４ｄは、内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄが押下されて、抵抗素子１１３ａ〜１１３ｄと上部内周リング１０７の接触によるスイッチ動作をするときの動作圧力を画定する。プッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄは押圧力が消滅すると弾性部材１１４ａ〜１１４ｄと上部内周リング１０７の復元作用により上部内周リング１０７と抵抗素子１１３ａ〜１１３ｄが離れて、スイッチ動作はリセットされる。
【００３８】
４個の抵抗素子１１３ａ〜１１３ｄは相互に抵抗値が等しいものを選択する。プッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄのいずれか１つがスイッチ動作をしたときは上部内周リング１０７と下部内周リング１１７が一定の抵抗値で電気的に接続される。回路基板１３１の制御回路２００は、上部内周リング１０７と下部内周リング１１７との間で並列に接続された抵抗素子１１３ａ〜１１３の合成抵抗を測定することで、同時にスイッチ動作をしているプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄの数を認識することができる。
【００３９】
本実施の形態では後に説明するようにゲインの修正に、同時にスイッチ動作をしているプッシュ・ボタンの数だけを利用するため、スイッチ動作をした内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄを個別に特定する必要はない。内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄは、個別にスイッチを設けることもできるが合成抵抗を測定する方法を採用することにより配線数を減らすことができる。
【００４０】
図６は、内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄのスイッチ動作を説明する図である。図６（Ａ）は、スイッチ動作をする前の状態を示し、図６（Ｂ）は、プッシュ・ボタン１０３ｂと１０３ｃが同時に押下されてスイッチ動作をしている状態を示している。内周側プッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄのいずれかまたは複数個が押下されたときには、対応する弾性部材１１４ａ〜１１４ｄが弾性変形するとともに上部内周リング１０７も弾性変形して、押下された１個または複数個のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄだけがスイッチ動作をするようになっている。
【００４１】
図３に戻って上部外周リング１０７の下側には、４分割され導電性プラスチックで形成された平板状の下部外周リング１１９ａ〜１１９ｄが配置されている。下部外周リング１１９ａ〜１１９ｄには、外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄに対応する位置にそれぞれ同じ高さの４個の抵抗素子１１５ａ〜１１５ｄが取り付けられている。さらに、各下部内周リング１１９ａ〜１１９ｄには、各抵抗素子１１５ａ〜１１５ｄの両側にスプリングまたは弾性ゴムなどで形成された８個の弾性部材１１６ａ〜１１６ｈが取り付けられている。
【００４２】
弾性部材１１６ａ〜１１６ｈは、相互に同じ高さでかつ抵抗素子１１５ａ〜１１５ｄよりも高さが高くなっており、上部外周リング１０９ａ〜１０９ｄを下部内周リング１１９ａ〜１１９ｄに対して所定の間隔に維持するように支持するスペーサとして機能する。上部外周リング１０９ａ〜１０９ｄが対応する弾性部材１１６ａ〜１１６ｈで支持されたときに、抵抗素子１１５ａ〜１１５ｄと上部外周リング１１９ａ〜１１９ｄとの間には所定のスペースが確保される。
【００４３】
外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄのいずれかを所定値以上の押圧力で押し込むと、対応する弾性部材１１６ａ〜１１６ｈが弾性変形して押し込まれたプッシュ・ボタンに対応する抵抗素子１１５ａ〜１１５ｄと上部外周リング１０９ａ〜１０９ｄが接触する。弾性部材１１６ａ〜１１６ｄは、外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄがスイッチ動作をする動作圧力を画定する。
【００４４】
プッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄは押圧力が消滅すると弾性部材１１６ａ〜１１６ｈの復元作用により元の位置に復帰してスイッチ動作はリセットされる。回路基板１３１の制御回路２００は、各上部外周リング１０９ａ〜１０９ｄとそれらに対応する下部外周リング１１９ａ〜１１９との間の電気抵抗を測定することで、スイッチ動作をしたプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄを特定することができる。
【００４５】
本実施の形態では、ゲインを修正する上では同時にスイッチ動作をしているプッシュ・ボタンの数だけを利用するので、その目的ではスイッチ動作をした外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄを特定する必要はない。ただし、本実施の形態ではスイッチ動作をした外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄを特定することで、入力デバイス１００によりマウス・ジェスチャのための多くの機能を付与するようにしている。入力デバイス１００の機能については後に説明する。
【００４６】
下部内周リング１１７に取り付けられた弾性部材１１４ａ〜１１４ｄの高さおよび弾性係数と下部外周リング１１９ａ〜１１９ｄに取り付けられた弾性部材１１６ａ〜１１６ｈの高さおよび弾性係数はほぼ同じ値に設定している。ただし、両者の弾性係数および高さまたはいずれか一方を異なる値に設定するようにしてもよい。内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄの頂部の高さと、外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１５０ｄの頂部の高さには、１．２ミリ・メートルの差があるため、親指１８０の操作面１０８に対する接触面を傾斜させないで操作面１０８を均等な圧力で徐々に押し込んだときには、最初に内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄがスイッチ動作をする。
【００４７】
このとき親指１８０は各内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄから、弾性部材１１４ａ〜１１４ｄの弾力による圧力感を受け取る。さらに押圧力を強めて親指１８０を押し込むと指の腹がさらに変形して外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄがスイッチ動作をする。このとき親指１８０の外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄを押下している部分は、弾性部材１１６ａ〜１１６ｈの弾力により最初に内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄだけがスイッチ動作をしたときと同じ程度の圧力感を受ける。外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄがスイッチ動作をしたときには、内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄを押下している部分は、弾性部材１１４ａ〜１１４ｄの弾力によりさらに強い圧力感を受け取る。
【００４８】
このように操作面１０８をドーム形状にしたり弾性部材の高さおよび弾性係数を適切に設定したりすることで、ユーザはプッシュ・ボタンから受ける圧力感に基づいて親指１８０の接触面の角度と押圧力を変えてスイッチ動作をさせるプッシュ・ボタンの数を選択することができる。内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄと外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄがスイッチ動作をしてから、さらに押圧力を強めるとクリック・スイッチ１２９が動作する。
【００４９】
図５は同時にスイッチ動作をしているプッシュ・ボタンのパターンの一例を示す図である。図５（Ａ）のパターンは、親指１８０が球体１０１にだけ接触していずれのプッシュ・ボタンもスイッチ動作をしていない状態を示している。この状態では、球体１０１に対する回転操作だけで入力することができる。図５（Ｂ）〜図５（Ｉ）のパターンは、押圧力を加えながら操作面１０８に対する親指１８０の接触面を傾斜させて、球体１０１と同時に１個〜８個のプッシュ・ボタンを押下して各プッシュ・ボタンにスイッチ動作をさせた状態を示している。
【００５０】
図５のパターンは例示であり同時にスイッチ動作をするプッシュ・ボタンのパターンは、図５に示したものに限定されない。そして親指１８０が操作面１０８を押下しながらスライドして図５（Ａ）〜図５（Ｉ）のようなパターン間を遷移することより、球体１０１を回転させながら、同時にスイッチ動作をさせるプッシュ・ボタンの数を維持したり変更したりすることができる。入力デバイス１００に対する回転操作と押下操作を同時に行うために、ユーザは親指１８０の接触面をさまざまな方向に傾けながら操作面１０８上をスライドさせることになる。
【００５１】
選択した数のプッシュ・ボタンだけを動作圧力以上の押圧力で押下してスイッチ動作をさせるためには、親指１８０の接触面がどのような方向に傾斜してもスイッチ動作をしたときに弾性部材から同じ圧力感を受けることが望ましい。プッシュ・ボタンを平板状のパッドにした場合は親指１８０をスライドしたときの摩擦が大きいためスライド時に押圧力が変化して安定した押圧力を加えることが困難になることが予想される。さらに平板状のパッドでは、押圧力の作用点がその中心になるとは限らないため、押圧力の調整が困難になることも予想される。
【００５２】
本実施の形態では、プッシュ・ボタンの指が触れる部分を球面形状または球面に近い形状の突起にしている。球面形状の突起は、親指１８０の接触面がどのような方向に傾斜していても接触面積が少ないため所定の押圧力に対して親指１８０の接触面にほぼ一定の圧力感を与えることができる。さらに、スライド時の摩擦力も小さいため、安定した押圧力を加えることができる。
【００５３】
図７は外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄのスイッチ動作を説明する図である。外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄは、筐体１５に形成された円形の開口部の垂直面１８の内側に配置され、その頂部は筐体１５の傾斜面１６と垂直面１８の境界１７とほぼ同じ位置になっている。したがって、筐体１５の表面１９に沿って親指１０８をスライドさせたときには、球体１０１または内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄより先に外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄを押下してスイッチ操作をさせ難い構造にしている。
【００５４】
入力デバイス１００を操作する一般的な方法では、親指１８０で操作面１０８の全体を上から押下してからスライドさせ、指の腹の変形と接触面の傾斜により球体１０１の回転操作および各プッシュ・ボタンの押下操作をする。したがってこの一般的な操作方法では、球体１０１の回転動作と外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄのスイッチ動作の先後関係は必ず球体１０１の回転動作が先になる。
【００５５】
ここで、親指１８０の先で筐体１５の傾斜面１６を押下したときに、傾斜面１６および近辺の表面１９がわずかに下側に弾性変形するように筐体１５を形成しておけば、親指１８０で外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄのいずれかを球体１０１の回転動作または内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄのスイッチ動作よりも先にスイッチ動作させることができる。図３に示したように外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄは、スイッチ動作を個別に認識できるように上部外周リング１０９ａ〜１０９ｄと下部外周リング１１９ａ〜１１９ｄが分割されている。よって、先にスイッチ動作をした外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄを識別して、入力デバイス１００が多くの機能に対応できるように動作モードを変更することができる。
【００５６】
図８は入力デバイス１００の回路基板１３１に形成された制御回路２００の構成を説明する機能ブロック図である。回転量変換部２０１は、１つまたは２つの検出部１２７から受け取ったＸ方向およびＹ方向またはいずれか一方のパルス数から、操作方向を示す方向情報を生成し、所定のゲインで球体１０１の回転量に対応するカーソル１３の移動量またはスクロールする画面の移動量を生成する。ゲインとは、球体の回転量に対するカーソルの移動量またはスクロールする画面の移動量の倍率に対応する量である。
【００５７】
本実施の形態では、回転量変換部２０１が保持する所定のゲインを最低の値に設定し、同時にスイッチ動作をするプッシュ・ボタンの数でゲインを増大させるように構成している。回転量変換部２０１は、単位時間当たりに受け取ったパルス数をカウントして球体１０１の回転速度を検出し、回転速度に応じて周知の方法によりゲインを修正するようにしてもよい。たとえば、球体１０１が異なる回転速度で同じ回転量だけ回転した場合に、回転速度が速いほどカーソル１３の移動距離が長くなるように所定のゲインを修正してもよい。
【００５８】
回転量変換部２０１が生成した移動量は、同時にスイッチ動作をしたプッシュ・ボタンの数に応じて移動量修正部２０３で増幅されインターフェース４７に出力される。いずれのプッシュ・ボタンもスイッチ動作をしていない状態で球体１０１が回転動作をしたときにはゲインが最低になっているので、入力デバイス１００はカーソル１３の位置の微調整または画面をスクロールする際の表示位置の微調整に適した動作をする。スイッチ動作をしていない状態でのゲインを最低に設定することは、弱い押圧力のときに距離の微調整をするという人間の自然の感覚に合致する。
【００５９】
回転量変換部２０１は、球体１０１が回転動作をしてパルスを受け取っている間は、回転動作信号を動作モード変更部２０５に出力する。動作モード変更部２０５は、回転量変換部２０１から回転動作信号を受け取り、スイッチ動作検出部２１１からスイッチ動作信号を受け取る。スイッチ動作信号は、いずれかの外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄがスイッチ動作をしたときに、その都度当該プッシュ・ボタンを特定する情報とともにスイッチ動作検出部２１１が動作モード変更部２０５に出力する。すなわち、動作モード変更部２０５はスイッチ動作信号を受け取ったときにスイッチ動作をした外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄを識別することができる。
【００６０】
動作モード変更部２０５は、リセット後に受け取った回転動作信号とスイッチ動作信号の先後を判断してインターフェース４７にモード信号を出力する。動作モード変更部２０５のリセットは、動作モード変更部２０５が所定の時間の間、回転動作信号およびスイッチ動作信号のいずれも受け取らないと判断したときに動作モード変更部２０５が行う。モード信号は、入力デバイス１００を通常モードで動作させる通常モード信号と特定モードで動作させる特定モード信号で構成される。動作モード変更部２０５は、リセット後に回転動作信号を先に受け取ったときには、インターフェース４７に通常モード信号を出力する。動作モード変更部２０５は、リセット後にスイッチ動作信号を先に受け取ったときはインターフェース４７に特定モード信号を出力する。
【００６１】
通常モードは、入力デバイス１００がカーソル１３を移動する情報をシステムに出力する動作モードをいう。特定モードは、入力デバイス１００が、画面のスクロールによる表示位置の変更、画面の回転による表示方向の変更、画面の縮尺の選択による表示範囲の変更、および起動するアプリケーションを選択するメニュー画面の表示など行う情報をシステムに出力する動作モードをいう。
【００６２】
特定モード信号は動作モードの種類に対応して、スクロール・モード信号、回転モード信号、縮尺モード信号、およびメニュー・モード信号で構成されている。そして、外周側のプッシュ・ボタン１０５ａにはスクロール・モード信号が割り当てられ、プッシュ・ボタン１０５ｂには回転モード信号が割り当てられ、プッシュ・ボタン１０５ｃには縮尺モード信号が割り当てられ、さらに、プッシュ・ボタン１０５ｄにはメニュー・モード信号が割り当てられている。
【００６３】
動作モード変更部２０５は、クリック・スイッチ１２９からクリック信号を受け取る。動作モード変更部２０５は、特定モード信号をインターフェース４７に出力している間に、クリック・スイッチ１２９から所定時間以内に２回連続してクリック信号を受け取ったときは特定モードをリセットしてインターフェース４７に通常モード信号を出力する。動作モード変更部２０５は、回転動作信号およびスイッチ動作信号を一定の時間受け取らない場合は現在の動作モードをリセットしてモード信号の出力を停止し、つぎに先に受け取った回転動作信号またはスイッチ動作信号に基づいていずれかのモード信号を出力する。
【００６４】
ＬＥＤ制御部２０７は、動作モード変更部２０５から特定モード信号を受け取ったときは、スイッチ動作をしたいずれかの外周側のプッシュ・ボタンと内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄのすべてを同じ色に発光させる。たとえば、プッシュ・ボタン１０５ａがスイッチ動作をしたときには、プッシュ・ボタン１０５ａとプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄを赤色に発光させる。また、プッシュ・ボタン１０５ｂがスイッチ動作をしたときには、プッシュ・ボタン１０５ｂとプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄを緑色に発光させる。このように異なる発光色でプッシュ・ボタンのＬＥＤを発光させることでユーザは特定モードの開始とその種類を容易に認識することができる。
【００６５】
スイッチ動作検出部２０９は、１〜４個の範囲で同時にスイッチ動作しているプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄの数をゲイン修正部２１３に出力する。スイッチ動作検出部２１１は、外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄのいずれかがスイッチ動作をしたときに動作モード変更部２０５に当該プッシュ・ボタンの情報とスイッチ動作信号を出力するとともに、１個〜４個の範囲で同時にスイッチ動作しているプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄの数をゲイン修正部２１３に出力する。
【００６６】
参照テーブル２１５は、同時にスイッチ動作をしているプッシュ・ボタンの数と修正ゲインとを対応付けたデータを保有しており、ゲイン修正部２１３が参照できるようになっている。参照テーブル２１５のデータ構造は図９を参照して後に説明する。ゲイン修正部２１３は、スイッチ動作検出部２０９から受け取ったプッシュ・ボタンの数とスイッチ動作検出部２１１から受け取ったプッシュ・ボタンの数から同時にスイッチ動作をしているプッシュ・ボタンの総数を計算する。
【００６７】
ゲイン修正部２１３は参照テーブル２１５を参照して、同時にスイッチ動作をしているプッシュ・ボタンの総数に対応する修正ゲインを取得し、移動量修正部２０３に出力する。修正ゲインは、回転量変換部２０１から受け取った移動量に対する倍率または回転量変換部２０１が保有する所定のゲインに代わる可変量に相当する。移動量修正部２０３は、回転量変換部２０１から受け取った移動量をゲイン修正部２１３から受け取った修正ゲインで修正して修正移動量を生成し、方向情報とともにインターフェース４７に出力する。
【００６８】
インターフェース４７は、移動量修正部２０３から修正移動量と方向情報を受け取り、クリック・スイッチ１２９からクリック信号を受け取り、さらに、動作モード変更部２０５からモード信号を受け取って電子機器１０の入力処理部５１に出力する。入力処理部５１は、通常モード信号を受け取ったときには、修正移動量と方向情報に基づいて携帯式電子機器１０がカーソル１３を移動するための処理をする。入力処理部５１は、特定モード信号を受け取ったときには、特定モードの種類と修正移動量と方向情報に基づいて携帯式電子機器１０が画面の表示方法を変更するためのさまざまな処理をする。
【００６９】
スクロール・モード信号を受け取った入力処理部５１は、移動量修正部２０３から受け取った修正移動量と方向情報を、画面を上下方向または左右方向にスクロールさせる信号に変換する。このとき入力処理部５１は修正移動量を画面のスクロール速度を決める情報として利用し、方向情報を画面のスクロール方向を決める情報として利用することができる。回転モード信号を受け取った入力処理部５１は、移動量修正部２０３から受け取った修正移動量と方向情報を、画面を右回転または左回転させる信号に変換する。このとき入力処理部５１は修正移動量を画面の回転速度を決める情報として利用し、方向情報を画面の回転方向を決める情報として利用することができる。
【００７０】
縮尺モード信号を受け取った入力処理部５１は、移動量修正部２０３から受け取った修正移動量を、画面を拡大または縮小させる信号に変換する。このとき入力処理部５１は、修正移動量を画面の拡大または縮小の速度を決める情報として利用し、方向情報を拡大と縮小を選択する情報として利用することができる。メニュー・モード信号を受け取った入力処理部５１は、ディスプレイ１１にあらかじめ定義されたメニュー画面を小ウインドウで表示し、移動量修正部２０３から受け取った方向情報を、メニュー項目を選択させる信号に変換する。このとき入力処理部５１は修正移動量をメニュー項目を選択する情報として利用することができる。
【００７１】
図９は、同時にスイッチ動作をしているプッシュ・ボタンの数と修正ゲインとを対応付けた参照テーブル２１５のデータ構造を説明する図である。図９（Ａ）は、プッシュ・ボタン１個当たりのゲインの増分Ｃ３を可変にした例を示し、図９（Ｂ）はプッシュ・ボタン１個当たりのゲインの増分Ｃ１を一定にして内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄの全体に対してゲインにバイアスを与えた例を示す。
【００７２】
横軸は、入力デバイス１００の操作面に加えられた押圧力と指の接触面の角度からなる同時にプッシュ・ボタンを動作させる特性を示し、縦軸はゲイン修正部２１３が出力する修正ゲインを示す。横軸は、親指１８０による球体１０１の回転動作だけの状態およびスイッチ動作をするプッシュ・ボタンを１つずつ増加させるような押圧力と接触面の変化に対応するということもできる。横軸で押圧力がＰ１まではいずれのプッシュ・ボタンもスイッチ動作をしないため修正ゲインは１となっている。
【００７３】
このとき移動量修正部２０３は、回転量変換部２０１が生成した移動量を修正しないでインターフェース４７に出力する。すなわち、球体１０１の回転量に対するゲインは、回転量変換部２０１が保有する所定のゲインとなる。押圧力がＰ１を越えると、プッシュ・ボタンのスイッチ動作により修正ゲインは増大する。押圧力がＰ１を越えた範囲の修正ゲインは、回転量変換部２０１が出力した移動量に対する修正移動量の倍率に相当する。
【００７４】
Ｐ１を越えた押圧力を加えながら親指１８０の腹の接触面を傾けることにより、図５の（Ｂ）〜（Ｅ）に例示したようなパターンで、１個〜４個の内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄをスイッチ動作させることができる。さらにＰ２を越えた押圧力を加えながら内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄをすべてスイッチ動作させ、さらに図５の（Ｆ）〜（Ｉ）に例示したようなパターンで１個〜４個の外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄをスイッチ動作させることができる。
【００７５】
図９（Ａ）のライン２５５は、同時にスイッチ動作をするプッシュ・ボタンの数が１個増える毎に同一の値の増分Ｃ１だけ修正ゲインが直線２５１に沿って階段状に増加していく様子を示している。各階段のステップに表示した数字は、同時に動作しているプッシュ・ボタンの数を示している。ユーザは、ライン２５３のように押圧力の中間部で修正ゲインが直線２５１よりも小さくなったほうが、カーソル１３の操作性が良好であると感じる。すなわち、ユーザはカーソルを長い距離移動させる場合は押圧力を強くしてできるだけ速くカーソルを移動させるが、目標位置に近づくにしたがって押圧力を弱くしたときは、押圧力に比例して低下する以上にゲインが低下したほうが、適切なカーソルの移動ができる場合がある。
【００７６】
このようなユーザの要求に対応するために、参照テーブル２１５は、ライン２５７に示すような階段状の修正ゲインを格納する。ライン２５７は、修正ゲインがユーザの要求を示すライン２５３に沿って変化するようにプッシュ・ボタン１個当たりの修正ゲインの増分Ｃ３が、同時にスイッチ動作するプッシュ・ボタンの数が増えるほど増加するように可変に設定されている。さらに、ライン２５７では、いずれのプッシュ・ボタンもスイッチ動作をしていない押圧力がＰ１以下のときの移動量に対して増分Ｃ２のバイアスをかけて、ライン２５７がライン２５３に接近するようにしている。バイアスＣ２は、いずれのプッシュ・ボタンもスイッチ動作をしていないときに、回転量変換部２０１が生成した移動量を増大させる。
【００７７】
入力デバイス１００は、操作面１０８が図２に示したようにドーム型になっている。したがって、図５（Ｆ）に示したように、通常の操作では外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄがスイッチ動作をするときは、内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄはすでにスイッチ動作をしていると想定できる。この特徴を利用して他の例を示す図９（Ｂ）の修正ゲインは、階段の増分Ｃ１を変更しないで、内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄの全体に対して減分Ｃ３のバイアスをかけて、ライン２５９がライン２５３に接近するようにしている。
【００７８】
内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄが１個ずつスイッチ動作したときの修正ゲインはライン２５９に示すように、直線２５１に平行な直線２６１に沿って階段状に増加する。同時にスイッチ動作をするプッシュ・ボタンの数が５個以上のときは、ライン２５９の修正ゲインはライン２５５の修正ゲインに一致する。参照テーブル２１５は、ライン２５７またはライン２５９の修正ゲインと、同時にスイッチ動作をするプッシュ・ボタンの数を対応付けて格納する。
【００７９】
図１０は、入力デバイス１００の動作を説明するフローチャートである。ブロック３０１では、入力デバイス１００が通常モードまたは特定モードで動作している。ブロック３０３で動作モード変更部２０５は、所定時間に回転動作信号またはスイッチ動作信号を受け取っている限り現在の動作モードを維持して同じモード信号をインターフェース４７に出力する。所定時間以内に回転動作信号およびスイッチ動作信号のいずれも受け取っていない場合は、動作モード変更部２０５は現在の動作モードをリセットしてブロック３０５に移動する。動作モードをリセットしたときは、動作モード変更部２０５からインターフェース４７および入力処理部５１へのモード信号は停止する。
【００８０】
ブロック３０５では、動作モード変更部２０５は回転動作信号とスイッチ動作信号のいずれを受け取ったかを判断する。回転動作信号を受け取ったときはブロック３０７に移行して、動作モード変更部２０５はインターフェース４７を通じて入力処理部５１に通常モード信号を出力する。これ以降は、入力処理部５１はインターフェース４７から受け取った修正移動量と方向情報に対してカーソル１３を移動させる処理をする。
【００８１】
ブロック３０９では、ユーザが親指１０７で球体１０１だけを回転させたり、球体１０１の回転操作とプッシュ・ボタンの押下操作を同時に行ったりしてカーソル１３を移動させる。カーソル１３を所定の位置まで移動させた後には、球体１０１を強く押下してクリック・スイッチ１２９を１回だけスイッチ動作させシステムに入力をしたりドラッグをしたりすることができる。ブロック３１１では、ゲイン修正部２１３が同時に押下されているプッシュ・ボタンの数に対応する修正ゲインを参照テーブル２１５から取得して移動量修正部２０３に送る。ブロック３１３では、入力処理部２１３がインターフェース４７から受け取った修正移動量と方向情報に基づいてカーソル１３の移動処理をする。
【００８２】
移動量修正部２０３は、球体１０１の回転動作だけの場合あるいはスイッチ動作をするプッシュ・ボタンの数が少ない場合は、所定の回転量に対して小さな修正移動量をインターフェース４７に出力するため、ユーザはカーソル１３の細かな位置決めを容易に行うことができる。移動量修正部２０３は、押圧力が高まって同時にスイッチ動作をするプッシュ・ボタンの数が多くなるほど所定の回転量に対して大きな修正移動量をインターフェース４７に出力するので、ユーザはカーソル１３の長距離の移動を容易に行うことができる。その後、ブロック３０３に戻って動作モード変更部２０５は通常モードを維持するか動作モードをリセットする。
【００８３】
ブロック３０５で動作モード変更部２０５がスッチ動作信号を受け取ったときは、ブロック３３１に移行する。ブロック３３１では、動作モード変更部２０５はインターフェース４７を通じて入力処理部５１に４つの特定モード信号のいずれかを出力する。これ以降は、入力処理部５１はインターフェース４７から受け取った修正移動量と方向情報に対して画面のスクロールによる表示位置の変更、画面の回転による表示方向の変更、画面の縮尺の選択による表示範囲の変更、またはメニュー項目の選択のための処理をする。
【００８４】
ブロック３３３では、ＬＥＤ処理部２０７がスイッチ動作をした外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄに応じて、当該外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄのいずれかとすべての内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄのＬＥＤを同一色で点灯する。ブロック３３５ではＬＥＤの点灯により現在の動作モードを認識したユーザが、親指１０７で球体１０１だけを回転させたり、球体１０１の回転動作とプッシュ・ボタンのスイッチ動作を同時に行ったりして、画面に対する特定の操作をする。
【００８５】
ブロック３３７はブロック３１１と同様にゲイン修正部２１３が同時に押下されているプッシュ・ボタンの数に対応する修正ゲインを参照テーブル２１５から取得して移動量修正部２０３に送る。ブロック３３９では、入力処理部５１がインターフェース４７から受け取った修正移動量と方向情報に基づいて画面の表示方法を変更したりメニューを選択したりするための特定モードの処理をする。
【００８６】
移動量修正部２０３は、球体１０１の回転動作だけの場合あるいはスイッチ動作をするプッシュ・ボタンの数が少ない場合は、所定の回転量に対して小さな修正移動量をインターフェース４７に出力するためユーザはスクロール操作に対しては画面の移動速度を遅くし、回転操作に対しては画面の回転速度を遅くし、拡大または縮小操作に対しては縮尺の変更速度を遅くすることができる。移動量修正部２０３は、押圧力が高まって同時にスイッチ動作をするプッシュ・ボタンの数が多くなるほど所定の回転量に対して大きな修正移動量を出力するので、ユーザは画面の変更速度を速くすることができる。
【００８７】
ブロック３４１では、動作モード変更部３４３が、クリック・スイッチ１２９から所定の時間以内に２個のクリック信号を受け取ったか否かを判断する。２個受け取った場合はブロック３０７に移動して、動作モード変更部２０５は、インターフェース４７に通常モード信号を出力して通常モードに移行させる。２個のクリック信号を受け取らない場合は、ブロック３０３に移行して現在の動作モードを維持するか、動作モードをリセットする。
【００８８】
図２では、入力デバイス１００の内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄと外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄは、平面的に球体１０１の中心に対して同心円上に配置される例を示したが、プッシュ・ボタンは必ずしも同心円上に配置する必要はない。たとえば、右利き用と左利き用に適した配置を考慮して決定することもできる。あるいは親指１８０に代えて人差し指で操作するような場合は、それに適した配置にすることもできる。
【００８９】
図４に示した入力デバイス１００では、クリック・スイッチ１２９が球体１０１の押下により動作するが、異なる構造のクリック・スイッチを備える入力デバイス４００を図１１に示す。入力デバイス４００は入力デバイス１００と異なって、片持ちばね１２５に代えて入力デバイス４００のケース１４１の下面にクリック・スイッチ１５１を設け、さらにケース１４１を弾性部材１５３ａ、１５３ｂが筐体１５の底面から支持している。弾性部材１５３ａ、１５３ｂは、球体１０１だけを押下したとき、１つまたは複数のプッシュ・ボタンだけを押下したとき、または、球体１０１と１つまたは複数のプッシュ・ボタンを同時に押下したときに、プッシュ・ボタンより後にクリック・ボタン１５１が動作するように弾性係数が設定されている。
【００９０】
図７では、特定モードを選択するために外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄを筐体１５の周囲の表面１９よりも低い位置に配置することで、球体１０１および内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄよりも押下しにくい構造にする例を説明したが、外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄの動作圧力を決定する弾性部材１１６ａ〜１１６ｈを内周側のプッシュ・ボタンの動作圧力を決定する弾性部材１１４ａ〜１１４ｄよりも強くして同じ機能を実現することもできる。
【００９１】
図８の制御回路２００では、移動量修正部２０３が回転量変換部２０１の出力した移動量を修正ゲインで修正する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。移動量修正部２０３は、検出部１２７から受け取ったパルスを修正ゲインで直接移動量に変換してもよい。また、特定モードに移行した後は、外周側のプッシュ・ボタン１０５ａ〜１０５ｄのスイッチ動作の数も修正ゲインの生成に利用する例を説明したが、特定モードのときはカーソル１３の移動ほど細かなゲイン調整が必要ではないので、内周側のプッシュ・ボタン１０３ａ〜１０３ｄだけを修正ゲインの生成に利用するようにしてもよい。また、図８で説明した制御回路２００が行う処理の一部を入力処理部５１で行ったり、入力処理部５１が行う処理の一部を制御回路２００で行ったりすることもできる。
【００９２】
図９に示した修正ゲインは、所定のゲインを最小に設定した回転量変換部２０１が生成した移動量を、同時にスイッチ動作をしたプッシュ・ボタンの数に応じて増大させている。他の例では修正ゲインが、所定のゲインを最大に設定した回転量変換部２０１が生成した移動量を、同時にスイッチ動作をしたプッシュ・ボタンの数に応じて減少させるようにしてもよい。
【００９３】
これまで、スイッチ動作をするプッシュ・ボタンの数に基づいて修正ゲインを生成する例を説明したが、図３の抵抗素子に代えて圧力センサを設け圧力の大きさに基づいて修正ゲインを生成するようにしてもよい。この場合、修正ゲインは、各圧力センサの出力の合計とすることができる。これまで入力デバイス１００を携帯式の電子機器に実装する例を示したが、入力デバイス１００はノートブック型パーソナル・コンピュータに実装したり、デスクトップ型パーソナル・コンピュータ用の分離タイプのキーボードに実装したりすることも可能である。また回転ボール型入力デバイス１００は、ＵＳＢまたはBluetooth（登録商標）などのインターフェースで電子機器に接続して使用する独立した入力デバイスとして構成することもできる。
【００９４】
これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。
【符号の説明】
【００９５】
１０…電子機器
１５…筐体
１００、４００…回転ボール型入力デバイス
１０１…球体
１０３ａ〜１０３ｄ、１０５ａ〜１０５ｄ…プッシュ・ボタン
１０７…上部内周リング
１０８…操作面
１０９ａ〜１０９ｄ…上部外周リング
１１３ａ〜１１３ｄ、１１５ａ〜１１５ｄ…抵抗素子
１１４ａ〜１１４ｄ、１１６ａ〜１１６ｄ…弾性部材
１１７…下部内周リング
１１９ａ〜１１９ｄ…下部外周リング
１２１…球体ユニット
１２７ａ、１２７ｂ…検出部
２００…制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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