(57)【要約】【課題】歪みゲージ式に近い操作感を与える圧力センサ式のポインティング・デバイスを提供する。【解決手段】圧力センサ２５１、２５３を覆う操作カバー４０１は、表側の操作面４０３と裏側の圧力面４５１ａ、４５３ａを含む。検出軸は垂直方向に配置され、圧力面は法線が操作面の上で相互に接近するように傾斜している。操作面に水平方向の成分Ｐｈと垂直方向の成分Ｐｖを含む押下圧力Ｐ１を加える。操作面のいずれの場所を押下しても圧力センサ２５１が検出する圧力Ｐ２ａは圧力センサ２５３が検出する圧力Ｐ３ａよりも大きくなる。【選択図】図６
2015035116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マウス・カーソルの移動信号を生成するポインティング・デバイスであって、
検出軸を備え原点を中心に放射状に配置された複数の圧力センサと、
水平成分と垂直成分を含む押下圧力を加えて操作する操作面と、
各圧力センサに対応して配置され、前記原点に加えられた前記押下圧力の水平成分に応じて変位して前記水平成分の方向と大きさに応じて各圧力センサに異なる圧力を加えることができる複数の圧力面と
を有するポインティング・デバイス。
【請求項２】
各圧力センサの検出軸が垂直方向を向き、各圧力面の法線が前記操作面の上部で相互に接近するように垂直方向に対して傾斜している請求項１に記載のポインティング・デバイス。
【請求項３】
各圧力面の法線が垂直方向を向き、各圧力センサの検出軸が前記操作面の上部で相互に接近するように垂直方向に対して傾斜している請求項１に記載のポインティング・デバイス。
【請求項４】
各圧力センサの検出軸が前記操作面の上部で相互に接近するように垂直方向に対して傾斜し、各圧力面の法線が前記操作面の上部で相互に接近するように垂直方向に対して傾斜している請求項１に記載のポインティング・デバイス。
【請求項５】
前記操作面に窪みが形成されている請求項１から請求項４のいずれかに記載のポインティング・デバイス。
【請求項６】
前記複数の圧力センサが印刷回路基板に取り付ける脚部と該脚部に連絡し前記操作面と前記複数の圧力面が形成された天井部とを有する操作カバーで覆われている請求項１から請求項５のいずれかに記載のポインティング・デバイス。
【請求項７】
マウス・カーソルの移動信号を生成するポインティング・デバイスであって、
水平成分と垂直成分を含む押下圧力を加えて操作する操作面と、
それぞれ検出軸が水平方向を向き放射状に配置された複数の圧力センサと、
各圧力センサに対応して配置され、それぞれの法線が水平方向を向き、前記押下圧力の水平成分に応じて変位して各圧力センサに圧力を加えることができる複数の圧力面と
を有するポインティング・デバイス。
【請求項８】
マウス・カーソルの移動信号を生成するポインティング・デバイスであって、
それぞれ検出軸が通過する受圧面を備え原点を中心に放射状に配置された第１の圧力センサと、第２の圧力センサと、第３の圧力センサと、第４の圧力センサで構成された圧力センサ群と、
水平成分と垂直成分を含む押下圧力を加えて操作する操作面と前記押下圧力に応じて変位して各圧力センサに圧力を加える複数の圧力面を備える操作カバーと、
前記圧力センサの出力を処理する信号処理回路を実装する印刷回路基板とを有し、
前記圧力面は、前記操作カバーの前記原点が押下されたときに、前記原点に対して対向する位置に配置された前記第１の圧力センサと前記第３の圧力センサに異なる圧力を加えるように前記受圧面に対して変位するポインティング・デバイス。
【請求項９】
前記操作面の原点が前記第１の圧力センサから前記第３の圧力センサに向かう水平成分を含む押下圧力で押下されたときに、前記圧力面が前記第３の圧力センサに前記第１の圧力センサより大きな圧力を加えるように変位する請求項８に記載のポインティング・デバイス。
【請求項１０】
前記操作面の前記第１の圧力センサと前記第２の圧力センサを結ぶライン上が、前記第１の圧力センサから前記第２の圧力センサに向かう水平成分を含む押下圧力で押下されたときに、前記圧力面が前記第２の圧力センサに前記第１の圧力センサより大きな圧力を加えるように変位する請求項８または請求項９に記載のポインティング・デバイス。
【請求項１１】
前記操作面の前記第１の圧力センサの上が、前記第１の圧力センサから前記第３の圧力センサに向かう水平成分を含む押下圧力で押下されたときに、前記圧力面が前記第３の圧力センサに前記第１の圧力センサより大きな圧力を加えるように変位する請求項８から請求項１０のいずれかに記載のポインティング・デバイス。
【請求項１２】
マウス・カーソルの移動信号を生成するポインティング・デバイスであって、
検出軸を備え放射状に配置された複数の圧力センサと、
水平成分と垂直成分を含む押下圧力を加えて操作する操作面と、
各圧力センサに対応して配置され、前記水平成分と前記垂直成分に応じて変位する複数の圧力面と、
前記圧力センサの出力から前記マウス・カーソルの移動信号を生成するロジック回路とを有し、
前記ロジック回路は、前記水平成分を検出した各圧力センサの出力から前記マウス・カーソルの移動方向と移動量を示す信号を生成するポインティング・デバイス。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれかに記載のポインティング・デバイスを有するキーボード・アセンブリ。
【請求項１４】
請求項１から請求項１２のいずれかに記載のポインティング・デバイスを有する携帯式コンピュータ。
【請求項１５】
キーボードのキーの間に配置され操作面と圧力面を含む操作カバーに押下圧力を加えてコンピュータの制御信号を生成する方法であって、
それぞれ検出軸を備えた複数の圧力センサを原点を中心にして放射状に配置するステップと、
前記操作カバーの前記原点を水平成分と垂直成分を含む押下圧力で押下するステップと、
前記押下圧力に応じて変位した圧力面が前記複数の圧力センサに圧力を加えるステップと、
前記押下圧力の水平成分の方向に配置された１対の圧力センサが前記水平成分に応じて相互に異なる圧力を検出するステップと、
大きな圧力を検出した前記圧力センサの方向にマウス・カーソルを移動させる第１の信号を生成するステップと
を有する方法。
【請求項１６】
前記複数の圧力センサの最低圧力、平均圧力、または合計圧力から第２の信号を生成するステップを有する請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマウス・カーソルの移動に使用する圧力センサ式のポインティング・デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータのポインティング・デバイスは、ユーザの操作に応じて画面に表示するマウス・ポインタ（マウス・カーソル）を移動させる信号を生成する。ポインティング・デバイスには、マウスまたはタッチ・パッドなどの他にポインティング・スティックがある。ポインティング・スティックは、トラック・ポイント（登録商標）とも呼ばれキーボードのキーの間に設けられる。ポインティング・スティックは、指をホーム・ポジションに置いたまま操作できること、マウスのように操作スペースを必要としないこと、電車や自動車などで膝の上でもコンピュータを保持しながら操作し易いことなどの理由で主としてノートブック型パーソナル・コンピュータ（ノートＰＣ）に採用されている。
【０００３】
ポインティング・スティックの検出原理として圧力センサ式と歪みゲージ式が知られている。特許文献１は、十字状に配置した４個の圧力センサに支持棒を中心にして傾斜が可能な板を経由して圧力を加えることで、カーソルを移動させる方向と移動の大きさに対応する信号を生成する。同文献には、釦の中心部を皿状に窪ませることで、釦の中央に指先を置き、任意の方向へ水平に指を滑らせると自然に釦の周辺部を押すようになって、釦を押すというよりも水平に動かすという感覚で操作できることが記載されている。
【０００４】
特許文献２は、操作レバーに水平方向の力を加えることで操作レバーの周辺に十字状に配置された４個の感圧ゴムの抵抗を変化させ、力の方向と大きさを検出するポインティング・デバイスを開示する。特許文献３は、球軸受で支持されたステムの頂部に結合された指操作部に上から軸線からずれた位置に力を加えることで、４方向に配置された圧電素子によりカーソルの移動方向と移動速度に対応する信号を得るポインティング・デバイスを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２２２０１９号公報
【特許文献２】特開平６−３０９０９５号公報
【特許文献３】特開平９−２４４８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在まで、歪みゲージ式のポインティング・スティックが多く採用されてきたことがあって、ユーザはその操作感に慣れ親しんでいる。図１３は、ノートＰＣに採用する歪みゲージ式のポインティング・スティック１０の構造を説明する断面図である。金属プレート２７の上面にキー・スイッチが形成されたメンブレン・シート２５が積層されている。金属プレート２７には、複数のキー２１、２３およびポインティング・スティック１０が固定される。ポインティング・スティック１０は、セラミック製の操作ポスト１３、操作ポストに中間部材１５を介在して取り付けられたキャップ１１、裏面に歪みゲージがＸ方向とＹ方向に貼り付けられた印刷回路基板（ＰＣＢ）１７を含む。
【０００７】
キャップ１１はシリコンゴムなどの軟質材料で形成されている。ＰＣＢ１７は、演算増幅器およびプロセッサなどを実装しており、歪みゲージの電気抵抗の変化を電圧に変換し、さらに、操作ポスト１３に加える力の方向および大きさに応じて、カーソルの移動方向および単位時間当たりの移動量に対応するディジタル信号を生成する。ＰＣＢ１７はシールド・カバー１９で覆われている。
【０００８】
ポインティング・スティック１０は、操作面となるキャップ１１の頂部がキー２１、２３の表面と同じレベルかそれよりもわずかに飛び出ている。キャップ１１は周囲がキー２１、２３を含む３個のキーで囲まれているため、頂部だけが指の操作面になる。キャップ１１の操作面に、摩擦力を得るために必要な垂直成分と移動方向を決める水平成分を含む力を加えるとＰＣＢ１７に歪みが発生する。このとき、指は操作面のいずれの場所に力を加えても水平成分の方向にマウス・カーソルを移動させることができる。
【０００９】
キャップ１１の高さはノートＰＣの厚さに影響を与えるため、ノートＰＣの薄型化を図るために、ポインティング・スティック１０はシールド・カバー１９からキャップ１１の頂部までの高さを低くする必要がある。しかし、操作ポスト１３およびキャップ１１を短くするほど所定の歪みを与えるためにはキャップ１１に大きな力を加える必要がでてくるため操作性が低下する。弱い力でも動作するように信号の増幅率を上げようとすればノイズの影響で限界があり、ＰＣＢ１７を撓みやすくするために薄くすれば脆弱になるためこれにも限界がある。
【００１０】
歪みゲージ式では、ポインティング・スティックの高さを現在以上に低くすることは限界に近いため、本発明の発明者達は圧力センサ式の検討をした。圧力センサ式を採用する場合でも、操作感は歪みゲージ式と同等になることが望ましい。しかし、特許文献１、３に記載する方法では、マウス・カーソルの移動方向に位置する圧力センサに垂直方向の力を加えることになるため操作面における押下位置を選択する必要があり、押下位置にかかわらず水平成分の方向にマウス・カーソルを移動させる歪みゲージ式のポインティング・スティック１０とは異なった操作感になる。また、特許文献２のように操作レバーの側面に水平方向の力を加える方法では、操作ポストがキー・トップよりも突き出るように長くする必要があるため薄型化を図ることができない。
【００１１】
そこで本発明の目的は、歪みゲージ式のポインティング・スティックに似た操作感を提供できる圧力センサ式のポインティング・デバイスを提供することにある。さらに本発明の目的は、操作面に水平成分と垂直成分を含む押下圧力を加えてマウス・カーソルを水平方向に移動させる信号を生成するポインティング・デバイスを提供することにある。
【００１２】
さらに本発明の目的は、操作面のいずれの場所が作用点であっても押下圧力の水平成分の方向にマウス・カーソルを移動させる信号を生成するポインティング・デバイスを提供することにある。さらに本発明の目的は、操作面に加えた押下圧力の水平成分と垂直成分を利用してコンピュータの制御信号を生成することができるポインティング・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ポインティング・デバイスを含むキーボード・アセンブリ、携帯式コンピュータおよび制御信号の生成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様にかかるポインティング・デバイスは、検出軸を備え原点を中心に放射状に配置された複数の圧力センサと、水平成分と垂直成分を含む押下圧力を加えて操作する操作面と、各圧力センサに対応して配置され、原点に加えられた押下圧力の水平成分に応じて変位して前記水平成分の方向と大きさに応じて各圧力センサに異なる圧力を加えることができる複数の圧力面とを有する。原点を押下する押下圧力が水平成分を含むときに、水平成分の方向に配置された各圧力センサが異なる圧力を検出するために、システムは水平成分の方向にマウス・カーソルを移動させる信号を生成することができる。このとき圧力センサは水平成分の方向に配置されていても配置されていなくてもよい。
【００１４】
具体的には、各圧力センサの検出軸を垂直方向に向かせ、各圧力面の法線を操作面の上部で相互に接近するように垂直方向に対して傾斜させて構成することができる。さらに、各圧力面の法線を垂直方向に向かせ、各圧力センサの検出軸が操作面の上部で相互に接近するように垂直方向に対して傾斜させて構成することができる。さらに、各圧力センサの検出軸を操作面の上部で相互に接近するように垂直方向に対して傾斜させ、各圧力面の法線を操作面の上部で相互に接近するように垂直方向に対して傾斜させて構成することができる。
【００１５】
操作面に窪みを形成することで、操作面に小さい垂直方向の力で大きな水平方向の力を加えることができる。複数の圧力センサは、印刷回路基板に取り付ける脚部と操作面と圧力面が形成された天井部を含む操作カバーで覆うことができる。このポインティング・デバイスは、操作面に対する作用点がいずれであっても、押下圧力の水平成分の方向にマウス・カーソルを移動させることができるため、ユーザに歪みゲージ式のポインティング・スティックと同等の操作感を与える。またポインティング・デバイスは押下圧力の水平成分と垂直成分を検出することができるため、水平成分をマウス・カーソルの移動に利用し、垂直成分をその他の制御に利用することができる。
【００１６】
本発明の第２の態様にかかるポインティング・デバイスは、水平成分と垂直成分を含む押下圧力を加えて操作する操作面と、それぞれ検出軸が水平方向を向き放射状に配置された複数の圧力センサと、各圧力センサに対応して配置され、それぞれの法線が水平方向を向き、押下圧力の水平成分に応じて変位して圧力センサに圧力を加えることができる複数の圧力面とを有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、歪みゲージ式のポインティング・スティックに似た操作感を提供できる圧力センサ式のポインティング・デバイスを提供することができた。さらに本発明により、操作面に水平成分と垂直成分を含む押下圧力を加えてマウス・カーソルを水平方向に移動させる信号を生成するポインティング・デバイスを提供することができた。
【００１８】
さらに本発明により、操作面のいずれの場所が作用点であっても押下圧力の水平成分の方向にマウス・カーソルを移動させる信号を生成するポインティング・デバイスを提供することができた。さらに本発明により、操作面に加えた押下圧力の水平成分と垂直成分を利用してコンピュータの制御信号を生成することができるポインティング・デバイスを提供することができた。さらに本発明により、そのようなポインティング・デバイスを含むキーボード・アセンブリ、携帯式コンピュータおよび制御信号の生成方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ノートＰＣに搭載する圧力センサ式のポインティング・デバイス２００の概要を説明する図である。
【図２】圧力センサ２５１〜２５７の配置を説明する図である。
【図３】圧力センサ式のポインティング・デバイス３００の構成を説明する図である。
【図４】操作カバー３０１に加えた押下圧力Ｐ１と圧力センサ２５１、２５３が検出する圧力の関係を説明する図である。
【図５】圧力センサ式のポインティング・デバイス４００の構成を説明する図である。
【図６】操作カバー４０１に加えた押下圧力Ｐ１と圧力センサ２５１、２５３が検出する圧力の関係を説明する図である。
【図７】圧力センサ２５１、２５３が検出する圧力を説明する図である
【図８】圧力センサ式のポインティング・デバイス５００の構成を説明するための断面図である。
【図９】圧力センサ式のポインティング・デバイス６００の構成を説明するための断面図である。
【図１０】圧力センサ式のポインティング・デバイス７００の構成を説明するための断面図である。
【図１１】操作面の構造の一例を示す図である。
【図１２】押下圧力の水平成分と垂直成分を利用してコンピュータを制御する信号を生成する方法の一例を説明する図である。
【図１３】従来の歪みゲージ式のポインティング・スティックの構成を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１はノートＰＣに搭載する圧力センサ式のポインティング・デバイスの概要を説明する図である。図１（Ａ）は、ノートＰＣを模式的に記載した図で、キーボード・アセンブリ１００の平面とマウス・カーソル１５３を表示したＬＣＤ１５１を示している。図１（Ｂ）はポインティング・デバイス２００の周辺を示す側面図である。ポインティング・デバイス２００は、ホーム・ポジションに指を置いて人指し指で操作できるようにキーボード・アセンブリ１００のほぼ中央に配置している。
【００２１】
キーボード・アセンブリ１００は金属プレート１０３の上面に各キーに対応するキー・スイッチが組み込まれたメンブレン・シート１０１が積層され、下面に防水シート１０５が貼り付けられている。金属プレート１０３には各キーが固定される。ポインティング・デバイス２００は複数の圧力センサ（図示せず）と操作カバー２０１とＰＣＢ２０３を含む。ＰＣＢ２０３は金属プレートに固定される。操作カバー２０１の頂部は、キー１１１、１１３の頂部とほぼ同じかそれらより低くすることができる。操作カバー２０１は、周囲がキー１１１、１１３を含む３個のキーで囲まれており側面には指が入らないため頂部だけが操作面になる。
【００２２】
操作面に水平方向の力を加えるには指と操作面との間に摩擦を発生させるために垂直方向の力も必要になる。図１３で説明した歪みゲージ式のポインティング・スティックでは、キャップ１１に加えた押下圧力の水平成分の方向でマウス・カーソル１５３をいずれの方向にも移動させることができる。操作カバー２０１に対する水平成分の＋Ｘ方向、−Ｘ方向、＋Ｙ方向、および−Ｙ方向は、マウス・カーソル１５３の右方向、左方向、上方向、および下方向への移動に対応する。
【００２３】
図２は、ＰＣＢ２０３に取り付けられた圧力センサの配置を説明する図である。図２（Ａ）は平面図で、図２（Ｂ）、（Ｃ）は側面図である。圧力センサは３個以上であれば特に限定する必要はないが、スペースおよびコストなどの点では３個〜５個の範囲で選択することが望ましい。図２では一例として４個の圧力センサ２５１〜２５７を示している。本発明においては圧力センサ２５１〜２５７の原理を特に限定する必要はないが、一例として圧電素子を採用することができる。
【００２４】
各圧力センサ２５１〜２５７は、立方体の筐体の内部に圧電素子を備え、検出軸２５９の方向に沿ってロッド２５１ａ〜２５７ａに加えられた圧力に対応する電圧信号を出力する。圧力センサ２５１〜２５７はすべて同一の規格のものを採用する。本実施例では圧力センサ２５１〜２５７が、Ｘ−Ｙ座標の第１象限から第４象限に検出軸２５９が原点に対して対称に位置付けられるように放射状に配置されている。圧力センサ２５１、２５３はＸ軸に平行なラインＹ１上に配置され、圧力センサ２５５、２５７はＸ軸に平行なラインＹ２上に配置されている。
【００２５】
さらに、圧力センサ２５１、２５７はＹ軸に平行なラインＸ２上に配置され、圧力センサ２５３、２５５はＹ軸に平行なラインＸ１上に配置されており、Ｘ方向およびＹ方向に隣接する１対の圧力センサの間隔はすべて等しい。ＰＣＢ２０３は、４個の圧力センサ２５１〜２５７が出力するアナログの電圧信号からディジタルの座標信号を生成するロジック回路を実装している。座標信号は、マウス・カーソルの相対座標を画定するための信号で、４個の圧力センサ２５１〜２５７の出力からシステムがマウス・カーソル１５３の移動方向を決定するための信号と、単位時間当たりの移動量（移動速度）を決定するための信号を含む。
【００２６】
図３は、図１のポインティング・デバイス２００として実装が可能な圧力センサ式のポインティング・デバイス３００の構成を説明する図である。ポインティング・デバイス３００は、操作カバー３０１と図２のように配置された圧力センサ２５１〜２５７とＰＣＢ２０３で構成している。図３（Ａ）は、操作カバー３０１をＰＣＢ２０３側から見た裏側の平面図で、図３（Ｂ）はラインＹ１（図２）で切断した断面図で、図３（Ｃ）はラインＣ１（図２）で切断した断面図で、図３（Ｄ）は圧力センサ２５１〜２５７を操作カバー３０１で覆って構成したポインティング・デバイス３００を指で操作する様子を示すポインティング・デバイス３００の断面図である。操作カバー３０１は、一例としてアルミニウム合金で形成しており、天井部３０７の表面に操作面３０３が形成され裏面に圧力センサ２５１〜２５７のロッド２５１ａ〜２５７ａに圧力を加える圧力面３５１ａ〜３５７aが形成されている。
【００２７】
圧力面３５１ａ〜３５７ａは、操作カバー３０１をＰＣＢ２０３に取り付けた状態で、ＰＣＢ２０３に平行な平面または検出軸２５８に垂直な平面である。なお、本明細書においては、ＰＣＢ２０３の表面および操作面３０３の表面を水平面として説明する。天井部３０７の周囲には脚部３０５が延びている。脚部３０５の内壁と圧力面３５１ａ〜３５７ａは、圧力センサ２５１〜２５７を収納する収納部３５１〜３５７を構成する。脚部３０５には操作カバー３０１をＰＣＢ２０３に固定するためのタッピング加工されたネジ穴３０９、３１１が形成されている。
【００２８】
脚部３０５は、ＰＣＢ２０３の裏面からネジでスプリング・ワッシャを介して圧力面３５１a〜３５７ａとロッド２５１ａ〜２５７ａの受圧面に隙が空かないように固定される。操作カバー３０１が固定されたときに圧力センサ２５１〜２５７にはわずかなほぼ均等の圧力を加わり、操作面３０３に加えられた圧力で圧力面３５１ａ〜３５７ａがわずかに変位しても敏感に反応できるようにしている。操作カバー３０１は原点を通過する軸に対称になるように製作されている。
【００２９】
図４は、操作カバー３０１に加えた押下圧力と圧力センサ２５１、２５３が検出する圧力の関係を説明する図である。図４（Ａ）はユーザが、マウス・カーソル１５３を＋Ｘ方向に移動させようとして、操作面３０１の原点を＋Ｘ方向の水平成分と垂直成分を含む押下圧力Ｐ１で押下したときの様子を示している。押下圧力Ｐ１は、指の腹全体の力の重心または操作面３０３の作用点に加わる圧力を示している。押下圧力Ｐ１は、水平成分Ｐｈと垂直成分Ｐｖに分解することができる。
【００３０】
水平成分Ｐｈの方向はユーザのマウス・カーソル１５３を移動させたい方向を反映し水平成分Ｐｈの大きさは移動速度を反映する。垂直成分Ｐｖは、操作面３０３に水平成分Ｐｈを加えるために必要な摩擦力を反映する。操作面３０３を押下圧力Ｐ１で押下すると、操作カバー３０１は天井部３０７と脚部３０５がわずかに歪んで圧力面３５１ａ〜３５７ａは押下圧力Ｐ１の方向に変位する。各圧力面３５１ａ〜３５７ａの変位量は作用点からの距離で異なるが、図４（Ａ）では作用点が原点であるため、圧力センサ２５１と２５３には圧力面３５１ａ、３５３ａの垂直成分Ｐｖによる変位でほぼ同一の垂直方向の圧力Ｐ２、Ｐ３が加わる。
【００３１】
水平成分Ｐｈによる圧力面３５１ａ、３５３ａの変位は、検出軸２５９に対して垂直な方向であるため圧力センサ２５１、２５３に伝わらない。したがって、システムは圧力センサ２５１、２５３の出力から、マウス・カーソル１５３を移動させる信号を生成することはできない。このことは圧力センサ２５３、２５７の組の出力についても同じである。
【００３２】
図４（Ｂ）は、操作面３０３のＸ軸とラインＸ２の交点を押下圧力Ｐ１で押下したときの様子を示している。この場合、垂直成分Ｐｖにより圧力面３５１ａの垂直方向への変位量は圧力面３５３ａよりも多いため、圧力センサ２５１に加わる圧力Ｐ２は圧力センサ２５３に加わる圧力Ｐ３よりも大きくなる。したがって、ポインティング・デバイス３００は、＋Ｘ方向に移動する信号を生成することができる。しかし、この場合は作用点を選んで押下する必要があるため、作用点を選ぶ必要がない歪みゲージ式のポインティング・スティックの操作感とは異なる。
【００３３】
図４（Ｃ）は、操作面３０３のＸ軸とラインＸ１の交点を押下圧力Ｐ１で押下したときの様子を示している。この場合、垂直成分Ｐｖにより、圧力面３５３ａの垂直方向への変位量は圧力面３５１ａよりも多いため、圧力センサ２５３に加わる圧力Ｐ３は圧力センサ２５１に加わる圧力Ｐ２よりも大きくなる。したがって、ポインティング・デバイス３００は、マウス・カーソルを−Ｘ方向に移動させる信号を生成する。
【００３４】
この場合、ユーザが＋Ｘ方向にマウス・カーソル１５３を移動させる意図で操作したにもかかわらず、システムは−Ｘ方向に移動させる信号を生成するため、ユーザの意図に反し、かつ、歪みゲージ式のポインティング・スティックの操作感とも異なることになる。ポインティング・デバイス３００は、全体の高さを低くすることはできるが、圧力センサ２５１、２５３が垂直成分Ｐｖだけに反応して水平成分Ｐｈに反応しないため、歪みゲージ式と同じ操作感覚でマウス・カーソルを操作する信号を生成することができない。
【００３５】
図４では、圧力センサ２５１、２５３について説明したが、Ｘ軸上の任意の位置を押下する場合は、圧力センサ２５５と２５７が検出する圧力の関係も同様になる。ラインＹ１上で圧力を加えた場合は、圧力センサ２５１、２５３の組に加わる圧力が圧力センサ２５５、２５７の組に加わる圧力よりも大きくなり、またはラインＹ２上で圧力を加えた場合はその逆になる。任意の作用点に対して圧力を加えた場合は、作用点と圧力面３５１ａ〜３５７ａの位置関係、操作カバーの材質、および形状などで圧力センサ２５１〜２５７に加わる圧力が変化するが、歪みゲージ式と同様の操作感を得られないことは容易に理解することができる。
【００３６】
図５は、図１のポインティング・デバイス２００として実装が可能な圧力センサ式のポインティング・デバイス４００の構成を説明する図である。図５（Ａ）は、操作カバー４０１をＰＣＢ２０３側から見た裏面の平面図で、図５（Ｂ）はラインＹ１（図２）で切断した断面図で、図５（Ｃ）はラインＣ１（図２）で切断した断面図で、図５（Ｄ）は裏側からみた斜視図で、図５（Ｅ）は、圧力センサ２５１〜２５７を操作カバー４０１で覆って構成したポインティング・デバイス４００の断面図である。
【００３７】
操作カバー４０１は、操作面４０３と圧力面４５１ａ〜４５７ａが形成された天井部４０７、ネジ穴４０９、４１１が形成された脚部４０５、および収納部４５１〜４５７を含む。圧力面４５１ａ〜４５７ａはそれぞれ、裏面において周辺から原点に向かって上昇するように傾斜した平面である。したがって、圧力面４５１ａ〜４５７ａの法線は操作面４０３の上で相互に接近する。図５（Ｄ）は傾斜面４５１ａ〜４５７が周辺から原点に向かって上昇するように傾斜している様子を示している。各圧力センサ２５１〜２５７の検出軸２５９は垂直方向を向いている。
【００３８】
操作カバー４０１は操作面４０３に対する押下圧力Ｐ１に対して圧力面４５１ａ〜４５７ａが押下圧力Ｐ１の方向にわずかに変位する形状であれば材質は特に問わないが、本実施の形態ではアルミニウム合金またはマグネシウム合金を採用する。また圧力センサ２５１〜２５７のロッド２５１ａ〜２５７ａの先端は、組み立てた状態で圧力面４５１ａ〜４５７と整合する受圧面を構成するように加工されている。
【００３９】
図６は、操作カバー４０１に加えた押下圧力Ｐ１と圧力センサ２５１、２５３が検出する圧力の関係を説明する図である。図６（Ａ）は、操作面４０３の図４（Ａ）と同じ作用点に対して押下圧力Ｐ１を加えた様子を示している。操作面４０３を押下圧力Ｐ１で押下すると、操作カバー４０１は天井部４０７と脚部４０５がわずかに歪んで圧力面４５１ａ〜４５７ａは押下圧力Ｐ１の方に変位する。押下圧力Ｐ１の作用点は原点であるため、圧力面４５１ａと４５３ａはほぼ同様に押下圧力Ｐ１の方向にわずかに変位する。
【００４０】
このときに押下圧力Ｐ１が圧力センサ２５１、２５７に伝搬する様子を図７で説明する。図７（Ａ）は操作面４０１に押下圧力Ｐ１が加えられたときの様子を示し、図７（Ｂ）は操作面４０１に水平成分Ｐｈを含まない押下圧力が加えられたときの様子を示している。図７（Ａ）では、圧力面４５１ａ、４５３ａの変位によりロッド２５１ａ、２５３ａの受圧面２５１ｂ、２５３ｂの作用点に、圧力Ｐ２、Ｐ３が加わるものとする。圧力Ｐ２、Ｐ３は押下圧力Ｐ１と同じ方向で、押下圧力Ｐ１の作用点が原点のため両者の大きさはほぼ同じと考えることができる。
【００４１】
圧力Ｐ２、Ｐ３は、受圧面２５１ｂ、２５３ｂに平行な成分Ｐ２ｈ、Ｐ３ｈと垂直な成分Ｐ２ｖ、Ｐ３ｖに分解することができる。平行な成分Ｐ２ｈ、Ｐ３ｈは、圧力センサ２５１、２５３が検出する圧力に寄与しない。垂直な成分Ｐ２ｖ、Ｐ３ｖは、検出軸２５９に平行な成分Ｐ２ａ、Ｐ３ａと垂直な成分Ｐ２ｂ、Ｐ３ｂに分解することができる。
【００４２】
垂直な成分Ｐ２ｂ、Ｐ３ｂは、圧力センサ２５１、２５３が検出する圧力に寄与しない。結局圧力センサ２５１、２５３が検出する圧力に寄与する成分は、検出軸２５９の方向に作用する圧力Ｐ２ａ、Ｐ３ａということになる。ここで、圧力Ｐ２の方向と圧力面４５１ａの法線が形成する角度は、圧力Ｐ３の方向と圧力面４５３ａの法線が形成する角度に比べて小さいため、圧力面４５１ａは圧力面４５３ａよりも圧力センサ２５１の受圧面２５１ｂに大きな圧力を伝える。したがって、圧力センサ２５１が検出する圧力は圧力センサ２５３が検出する圧力よりも大きくなるため、ポインティング・デバイス４００は、歪みゲージ式のポインティング・スティックと同様にＸ方向にマウス・カーソルを移動させたいユーザの意図を反映した信号を生成することができる。
【００４３】
図７（Ｂ）に示すように原点を垂直方向の成分Ｐｖだけを含む押下圧力Ｐ１で押下したときは、圧力センサ２５１、２５３にほぼ同一の圧力Ｐ２ａ、Ｐ３ａが加わるため、システムはいずれの方向にもマウス・カーソルを移動させる信号を生成することができない。しかしシステムは、操作面４０３に加えられた押下圧力Ｐ１の水平成分Ｐｈに応じて、水平成分Ｐｈの方向にマウス・カーソル１５３を移動させる信号を生成することができる。
【００４４】
図６（Ｂ）は、操作面４０３の図４（Ｂ）と同じ作用点に対して押下圧力Ｐ１を加えたときの様子を示している。この場合、圧力面４５１ａの垂直方向への変位量は、圧力面４５３ａよりも多いため、図４（Ａ）の場合よりも圧力センサ２５１に加わる圧力Ｐ２ａは圧力センサ２５３に加わる圧力Ｐ３ａよりも一層大きくなる。図６（Ｃ）は、操作面４０３の図４（Ｃ）と同じ作用点に対して押下圧力Ｐ１を加えたときの様子を示している。この場合、圧力面４５３ａの垂直方向への変位量は、圧力面４５１ａよりも多いが、圧力Ｐ２、Ｐ３の方向、圧力面４５１ａ、４５３ａの法線と検出軸２５９の角度の関係で、圧力面４５１ａが圧力センサ２５１に加える圧力は、圧力面４５３ａが圧力センサ２５３に加える圧力よりも大きくなる。
【００４５】
ポインティング・デバイス４００は、Ｘ軸上のいずれの位置を＋Ｘ方向の水平成分Ｐｈを含む押下圧力Ｐ１で押下しても圧力センサ２５１が２５３よりも大きな圧力を検出する。水平成分Ｐｈの方向を反対の−Ｘ方向にすれば、圧力センサ２５３が２５１よりも大きな圧力を検出することも理解できる。図７（Ｃ）は、操作面４０３のさまざまな作用点に対して、さまざまな方向に水平成分Ｐｈが向けられた押下圧力を加えたときの各圧力センサ２５１〜２５７が検出する圧力の大きさを説明する図である。操作面４０１のラインＹ１上の任意の作用点を圧力センサ２５１から２５３に向かう水平成分Ｐｈ１を含む押下圧力で押下したときは、圧力センサ２５３は２５１より大きな圧力を検出し、圧力センサ２５５は２５７より大きな圧力を検出する。
【００４６】
操作面４０１のラインＣ１上の任意の作用点を、圧力センサ２５１から２５５に向かう水平成分Ｐｈ２を含む押下圧力で押下したときは、圧力センサ２５５は２５１より大きな圧力を検出し、圧力センサ２５３、２５７はほぼ同じ圧力を検出する。操作面４０１のラインＣ２上の任意の作用点を、圧力センサ２５３から２５７に向かう水平成分Ｐｈ３を含む押下圧力で押下したときは、圧力センサ２５７は２５３より大きな圧力を検出し、圧力センサ２５１、２５５はほぼ同じ圧力を検出する。操作面４０１のラインＸ２上の任意の作用点を圧力センサ２５７から２５１に向かう水平成分Ｐｈ４を含む押下圧力で押下したときは、圧力センサ２５１は２５７より大きな圧力を検出し、圧力センサ２５３は２５５より大きな圧力を検出する。
【００４７】
圧力面４５１ａ〜４５７ａは、周辺から原点に向かって傾斜しているため、これらの典型的な例に限らず、操作面４０１の任意の位置をユーザがマウス・カーソルを移動したい方向の水平成分Ｐｈを含む押下圧力で押下すると、移動先に位置する圧力センサが移動元に位置する圧力センサより大きな圧力を検出するため、システムは４個の圧力センサの出力から、マウス・カーソル１５３を移動する信号を生成することができる。ポインティング・デバイス４００は、操作面４０３のいずれの場所が作用点になっても、システムが水平成分Ｐｈの方向に移動させる信号を出力することができるため、ユーザに歪みゲージ式のポインティング・スティックと同じ操作感を与えることができる。
【００４８】
また、ユーザは操作面４０３を押下する垂直成分を変えることができる。ポインティング・デバイス４００は、押下圧力Ｐ１の垂直成分Ｐｖを、４個の圧力センサ２５１〜２５７が検出した圧力のなかでの最低値、または、４個の平均値または合計値として検出することができる。ポインティング・デバイス４００は、押下圧力Ｐ１の垂直成分Ｐｖから、水平成分Ｐｈを利用した信号とは異なる用途の信号を生成することができる。
【００４９】
図８は、図１のポインティング・デバイス２００として実装が可能な圧力センサ式のポインティング・デバイス５００の構成を説明するための断面図である。ポインティング・デバイス５００は、圧力面５５１ａ〜５５７ａ（図では５５１ａ、５５３ａだけ記載）は水平であるが、圧力センサ２５１〜２５７（図では２５１、２５３だけ記載）は検出軸２５９が操作面５０３の上で相互に接近するように傾斜台５１３に取り付けられている。ポインティング・デバイス５００も水平成分Ｐｈに応じた反応をして、ユーザに歪みゲージ式のポインティング・スティックと同じ操作感を与えることができる。
【００５０】
図９は、図１のポインティング・デバイス２００として実装が可能な圧力センサ式のポインティング・デバイス６００の構成を説明するための断面図である。ポインティング・デバイス６００は、圧力面６５１ａ〜６５７ａ（図では６５１ａ、６５３ａだけ記載）は各法線が操作面６０３の上で相互に接近するように傾斜し、かつ圧力センサ２５１〜２５７（図では２５１、２５３だけ記載）は検出軸２５９が操作面６０３の上で接近するように傾斜台６１３に取り付けられている。ポインティング・デバイス６００は、ポインティング・デバイス４００、５００よりも一層水平成分Ｐｈに敏感に反応して、ユーザに歪みゲージ式のポインティング・スティックと同じ操作感を与えることができる。
【００５１】
図１０は、図１のポインティング・デバイス２００として実装が可能な圧力センサ式のポインティング・デバイス７００の構成を説明するための断面図である。ポインティング・デバイス７００は、圧力面７５１ａ〜７５７ａ（図では７５１ａ７５３ａだけ記載）が垂直で、圧力センサ２５１〜２５７（図では２５１、２５３だけ記載）は検出軸２５９が水平になるように横向きに取り付けられている。ポインティング・デバイス７００は、ポインティング・デバイス４００、５００、６００よりも一層水平成分に敏感に反応して、ユーザに歪みゲージ式のポインティング・スティックと同じ操作感を与えることができる。
【００５２】
操作カバー４０１〜７０１は、金属材料を加工して形成してもよいが、圧力面に剛性のある板材を貼り付けるようにして全体を弾性材料で形成してもよい。あるいは、適切な変位を得るために複数の材料を組み合わせた複合材料で形成してもよい。操作カバー４０１〜７０１の脚部は、ＰＣＢ２０３に対して操作カバーの全体を支持するとともに圧力面に変位を与える。この脚部として操作カバーの中央だけを利用するようにしてもよい。また、操作面の表面は、摩擦を増大させたり指の離脱を容易にしたりするために突起が形成されたシリコンゴムで覆うようにしてもよい。
【００５３】
図１１は、操作面９０３に平面的に円形で、レンズ状に窪んだリセス部９１１を形成した操作カバー９０１を示している。リセス部９１１は、押下圧力Ｐ１に垂直成分Ｐｖがなくても水平成分Ｐｖを直接受けることができる。また、リセス部９１１はマウス・カーソル１５３を移動させる方向に位置付けられた圧力センサの真上が作用点になるように指を誘導するため、移動方向の直下にある圧力センサが大きな圧力を検出するように作用する。
【００５４】
図１２は、押下圧力の水平成分と垂直成分を利用してコンピュータを制御する信号を生成する方法の一例を説明する図である。ポインティング・デバイス４００、５００、６００では圧力センサ２５１〜２５７がそれぞれ、水平成分Ｐｈと垂直成分Ｐｖを含む押下圧力Ｐ１に応じた圧力を検出する。押下圧力Ｐ１の水平成分Ｐｈは、水平成分Ｐｈの方向に位置付けられた圧力センサが検出する圧力のベクトル値として検出でき、垂直成分Ｐｖは４個の圧力センサのなかの最低圧力、または、４個の圧力の合計値または平均値として検出できる。いま、圧力センサ２５１〜２５７が図１２（Ａ）に示すように、圧力Ｐａ〜Ｐｄを検出したとする。
【００５５】
ＰＣＢ２０３に実装された信号処理回路は、検出圧力Ｐａ〜Ｐｄから図１２（Ｂ）に示すように合成ベクトルＰｓを計算する。そして信号処理回路は、合成ベクトルＰｓの方向からマウス・カーソル１５３の移動方向を示し、合成ベクトルＰｓの大きさから移動量（移動速度）を示す信号を生成することができる。信号処理回路は、最低圧力Ｐｂが閾値Ｐｘを越えたときは、垂直成分Ｐｖが水平成分Ｐｈに必要な摩擦を得るための値を超えているため、ユーザの特別な操作の意図があると判断できる。この信号はたとえば、ベクトル計算をして得たマウス・カーソル１５３の移動量に加算するように利用したり、マウス・カーソル１５３の位置でのクリック操作に利用したりすることができる。
【００５６】
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】
【００５７】
１００  キーボード・アセンブリ
１５３  マウス・カーソル
２０３  印刷回路基板（ＰＣＢ）
２５１〜２５７  圧力センサ
２５１ａ〜２５７ａ  ロッド
２５１ｂ〜２５７ｂ  受圧面
２５９  検出軸
２００、３００、４００、５００、６００、７００  ポインティング・デバイス
２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１、９０１  操作カバー
３０３、４０３、５０３、６０３、７０３、９０３  操作面
３５１ａ〜３５７ａ、４５１ａ〜４５７ａ、５５１ａ、５５３ａ、６５１ａ、６５３ａ、７５１ａ、７５３ａ、９５１ａ、９５３ａ  圧力面
【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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【図１２】
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【図１３】
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