(57)【要約】【課題】構成を簡素化して小型化及び制御系の単純化を図ることができ、全体として低コストで実現できるトラックボール装置を提供する。【解決手段】回転保持手段によって自由な方向に回転可能に保持されるトラックボール２と、そのトラックボール２の回転方向及び回転量を検出し、ポインタの移動信号として出力する回転検出手段４Ｘ、４Ｙと、トラックボール２の回転方向を規制する回転規制手段１０と、回転規制手段に制御信号を出力する制御手段とを備える。回転規制手段１０は、共通回転軸１１で連結されて一体に回転する一対のホイール１２、１２と、両ホイールをトラックボール２の表面に対して接触状態または非接触状態にするための切り替え機構１３とをそれぞれ備え、切り替え機構に対して制御信号が入力される。【選択図】　　　図２
2004110717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示手段上に表示されるポインタを移動させるためのトラックボール装置であって、
回転保持手段によって自由な方向に回転可能に保持されるトラックボールと、そのトラックボールの回転方向及び回転量を検出し、前記ポインタの移動信号として出力する回転検出手段と、
前記トラックボールの回転方向を規制する回転規制手段と、
前記回転規制手段に制御信号を出力する制御手段とを備え、
前記回転規制手段は、共通回転軸で連結されて一体に回転する一対のホイールと、両ホイールをトラックボールの表面に対して接触状態または非接触状態にするための切り替え機構とを備え、前記切り替え機構に対して前記制御信号が入力される、トラックボール装置。
【請求項２】
前記回転規制手段は、前記トラックボールのＸ軸回りの回転を規制し、Ｘ軸と直交するＹ軸回りの回転を許容する第１回転規制手段と、前記Ｘ軸回りの回転を許容し、Ｙ軸回りの回転を規制する第２回転規制手段とを備える、請求項１記載のトラックボール装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記トラックボールの回転開始を監視し、回転開始時に検出した方向の回転のみを許容し、回転が止まると回転方向規制を解除する機能を備えている、請求項２記載のトラックボール装置。
【請求項４】
前記一対のホイール相互の間隔が、前記トラックボールの直径の１／４〜３／４の範囲に設定されている、請求項１又は２記載のトラックボール装置。
【請求項５】
前記第１回転規制手段及び第２回転規制手段には、前記各ホイールの回転に間欠的な回転抵抗を与えるクリック感付与機構が設けられている、請求項１又は２記載のトラックボール装置。
【請求項６】
前記表示手段がディスプレイであり、前記クリック感付与機構は、ディスプレイ上の表示パターンの変化に同調する形態でホイールの単位回転角度毎にクリック感を発生させるように制御されている、請求項１又は４記載のトラックボール装置。
【請求項７】
前記回転検出手段は、前記ホイールの回転軸の回転検出機能を備える、請求項１記載のトラックボール装置。
【請求項８】
表示手段上に表示されるポインタを移動させるためのトラックボール装置であって、
回転保持手段によって自由な方向に回転可能に保持されるトラックボールと、そのトラックボールの回転方向及び回転量を検出し、前記ポインタの移動信号として出力する回転検出手段と、
前記トラックボールのＹ軸回りの回転を規制し、Ｙ軸と直交するＸ軸回りの回転を許容する回転規制手段と、
前記トラックボールの回転保持手段をＹ軸回りに所定範囲回転させるスイング機構と、
前記スイング機構の回転軸の回転を検出して前記ポインタの移動信号として出力するスイング検出手段と、
前記回転規制手段に制御信号を出力する制御手段とを備え、
前記回転規制手段は、共通回転軸で連結されて一体に回転する一対のホイールと、両ホイールをトラックボールの表面に対して接触状態または非接触状態にするための切り替え機構とを備え、その切り替え機構に対して前記制御信号が入力される、トラックボール装置。
【請求項９】
前記回転規制手段には、前記ホイールの回転に間欠的な回転抵抗を与えるクリック感付与機構が設けられている、請求項８記載のトラックボール装置。
【請求項１０】
前記表示手段がディスプレイであり、前記クリック感付与機構は、ディスプレイ上の表示パターンの変化に同調する形態でホイールの単位回転角度毎にクリック感を発生させるように制御されている、請求項８又は９記載のトラックボール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーナビゲーションシステムの画面やその他の表示画面上におけるポインタの移動や、画面のスクロール操作等を行う技術として好適なトラックボール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在のカーナビゲーションシステム等においては、メニューの選択や地図画面のスクロール操作を行うためのデバイスとして、４方向もしくは８方向への操作が可能なスティックデバイスや、画面上のボタンや領域を直接指で触れて操作するタッチパネルを採用したものが一般的である。
【０００３】
しかし、これらのデバイスには、各々の機械特性に起因する問題がある。
まず、４方向もしくは８方向の操作が可能なスティックデバイスにおいては、スティックを傾斜させた方向を検出するスイッチがデジタルの接点開閉信号しかないため、４方向もしくは８方向への「ＯＮ」「ＯＦＦ」しか入力操作をすることができない。
【０００４】
この際のユーザーの操作要求は、「現在の位置のすぐ横：（少しの移動）」であったり、「画面の端：（遠くへの移動）」であったりとまちまちである。そのため、スティックを傾斜させた場合に、まずゆっくりと（小さな単位で）移動を行い、一定時間以上スティックを傾斜させた状態を保持すると高速で（大きな単位で）移動を行うようになるものが一般的である。
【０００５】
しかし、この方法では、「初めから画面の端に移動したいと思っているのに初めはゆっくりしか移動できない」、「ゆっくりと移動して目標に近づいたら突然移動が早くなり目標を通り過ぎてしまう」などの不都合が頻発する問題がある。
【０００６】
一方、タッチパネルの方式では画面上の任意位置を直感的に押下できるため、上記のスティックデバイスのような問題は起きないものの、画面上に表示できないものは触れることができない。その結果、画面内に納めることができない広域の地図や項目の多いリストなどでは、別途にスクロール操作をするためのタッチボタンを画面内に配置する必要があり、画面外へのスクロール操作などの際に不都合がある。また、ボタンの大きさは指先の大きさに依存するため、画面の小さな機器への適用には限界がある。
【０００７】
ところで、マウスやトラックボール利用のポインティングデバイスでは、ディスプレイ上のポインタを３６０度何れの方向へも移動できる大きな利点がある。しかし、一方向スクロール操作のように、操作態様によっては、かえって操作性が悪い場合もある。即ち、従来のトラックボール装置の場合、３６０度の自由な方向へ回転可能であるために、横方向又は縦方向の何れか一方向へスクロール操作する際に、そのスクロール方向が定まらず、その分、操作性が低下する。
【０００８】
この点に配慮した技術として、例えば、特許文献１に記載の技術が知られている。この技術では、スクリーン上に表示された座標点（ポインタ）を移動させるための座標点指示手段を構成するボールに対し、ボールの回転方向をＸ軸方向（Ｙ軸回り）に相当する横方向か、Ｙ軸方向（Ｘ軸回り）に相当する縦方向のみに規制するためのブレーキ手段をそれぞれ配置し、このブレーキ手段が作動したときには座標点指示手段を画面スクロール手段として機能させる構成としたものである。
【０００９】
【特許文献１】
特開平６−１９５１７１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来技術では、次のような問題がある。
第１に、ブレーキ手段の構成が大がかりで複雑になる問題である。即ち、トラックボール表面の直径方向の相対する２位置から押圧子で挟み付ける一対のブレーキ手段を二対、合計４基配置しているため、トラックボール装置全体が大型化するだけでなく、ブレーキ手段自体の構成も複雑になっていた。
【００１１】
第２に、ブレーキ手段の複雑化に伴って制御系が複雑になる問題である。即ちブレーキ手段を合計４基装備する必要があること、及び４系統の制御系を用いて各ブレーキ手段を一対毎に同期して制御する必要があるため、ブレーキ手段全体の制御も複雑になっていた。
【００１２】
よって、本発明の課題は、構成を簡素化して小型化及び制御系の単純化を図ることができ、全体として低コストで実現できるトラックボール装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
本発明は、表示手段上に表示されるポインタを移動させるためのトラックボール装置であって、回転保持手段によって自由な方向に回転可能に保持されるトラックボールと、そのトラックボールの回転方向及び回転量を検出し、前記ポインタの移動信号として出力する回転検出手段と、前記トラックボールの回転方向を規制する回転規制手段と、前記回転規制手段に制御信号を出力する制御手段とを備え、前記回転規制手段は、共通回転軸で連結されて一体に回転する一対のホイールと、両ホイールをトラックボールの表面に対して接触状態または非接触状態にするための切り替え機構とをそれぞれ備え、前記切り替え機構に対して前記制御信号が入力される構成とした。
【００１４】
本発明によれば、トラックボールの自由な方向への回転操作が可能な自由方向回転操作モードと、必要に応じて機能解除可能な規制方向操作モードに切り替えることができる。そして、本発明では、共通回転軸で連結されて一体に回転する一対のホイールを備える回転規制手段でトラックボールの回転方向制御を行う構成としている。これにより、回転規制手段自体の構成を簡素化して小型化及び制御系の単純化を図ることができる。特に、トラックボールと接触する一対のホイールが一体に回転するように共通回転軸で連結したことで、トラックボールの回転方向を確実に決定することができる。
【００１５】
前記回転規制手段は、前記トラックボールのＸ軸回りの回転を規制し、Ｘ軸と直交するＹ軸回りの回転を許容する第１回転規制手段と、前記Ｘ軸回りの回転を許容し、Ｙ軸回りの回転を規制する第２回転規制手段とを備えることが望ましい。このように構成すれば、Ｘ軸回り及びＹ軸回りの二つの方向に対して、トラックボールの回転方向制御を行うことができる。また、第１及び第２の二つの回転規制手段でトラックボールの回転方向制御を行う構成とすることで、個別の４つのホイールを２組のホイールに集合させることができる。その結果、制御系も２系統で済むことになる。
【００１６】
前記制御手段は、前記トラックボールの回転開始を監視し、回転開始時に検出した方向の回転のみを許容し、回転が止まると回転方向規制を解除する機能を備えていることが望ましい。このようにすれば、Ｘ軸回り又はＹ軸回りの何れかの回転方向のみにしか回転できないように方向規制された後にその規制が解除されるので、トラックボールの操作に応じてリアルタイムに回転規制手段の制御を行うことができる。
【００１７】
前記一対のホイール相互の間隔αは、トラックボールの直径βの１／４〜３／４の範囲に設定されることが望ましい。一対のホイール相互の間隔αが狭過ぎる場合、例えばトラックボールの直径βの１／４未満の場合には、トラックボールの回転方向制御作用が低下する恐れがある。間隔αが大きすぎる場合、例えばトラックボールの直径βの３／４を越える場合には、トラックボールの直径との相対的な関係においてホイールの直径が大きくなり過ぎるので、この場合も好ましくない。
【００１８】
前記第１回転規制手段及び第２回転規制手段には、前記各ホイールの回転に間欠的な回転抵抗を与えるクリック感付与機構が設けられていることが望ましい。ホイールの回転に間欠的な回転抵抗であるクリック感を与えることで、明確な操作感を発生させることができる。
【００１９】
前記表示手段がディスプレイであり、前記クリック感付与機構は、ディスプレイ上の表示パターンの変化に同調する形態でホイールの単位回転角度毎にクリック感を発生させるように制御されていることが望ましい。このようにした場合、例えばクリック感の発生する回数を、例えば表示リストの項目移動量に対応付けたりすることが可能になる。これにより、ディスプレイ上での視覚以外の感触によっても操作量を認知することができる。
【００２０】
前記回転検出手段は、前記ホイールの回転軸の回転検出機能を備えることが望ましい。そうすれば、回転検出手段と同様にＸ、Ｙ方向の移動量として検出することもできるし、クリック感と同調させて上下方向などのデジタル信号とすることも可能である。なぜなら、方向制御を適用するのは主として、画面上ボタンやリスト項目の選択を行うときであるから、上下左右などのデジタル信号を利用した方がプログラム処理のうえで有効な場合が多いと考えられるからである。
【００２１】
本発明は、表示手段上に表示されるポインタを移動させるためのトラックボール装置であって、回転保持手段によって自由な方向に回転可能に保持されるトラックボールと、そのトラックボールの回転方向及び回転量を検出し、前記ポインタの移動信号として出力する回転検出手段と、前記トラックボールのＹ軸回りの回転を規制し、Ｙ軸と直交するＸ軸回りの回転を許容する回転規制手段と、前記トラックボールの回転保持手段をＹ軸回りに所定範囲回転させるスイング機構と、前記スイング機構の回転軸の回転を検出して前記ポインタの移動信号として出力するスイング検出手段と、前記回転規制手段に制御信号を出力する制御手段とを備え、前記回転規制手段は、共通回転軸で連結されて一体に回転する一対のホイールと、両ホイールをトラックボールの表面に対して接触状態または非接触状態にするための切り替え機構とを備え、その切り替え機構に対して前記制御信号が入力される構成とした。
【００２２】
この発明においても、トラックボールの自由な方向への回転操作が可能な自由方向回転操作モードと、必要に応じて機能解除可能な規制方向操作モードに切り替えることができる。そして、トラックボールのＹ軸回りの回転をスイング機構で実現し、Ｘ軸回りの回転を回転規制手段で実現することができる。従って、例えば回転規制手段で許容される回転方向を操作頻度の高い回転方向（主方向）に対応させ、頻度の低い回転方向をスイング機構で許容される回転方向に対応させる設定とすることもできる。これにより構成及び制御系のさらなる簡素化を図ることができる。スイング機構の採用により、制御系が１系統で済むことになるからである。
【００２３】
ここで、前記回転規制手段には、前記ホイールの回転に間欠的な回転抵抗を与えるクリック感付与機構が設けられている構成とすることもできる。
【００２４】
また、前記表示手段がディスプレイであり、前記クリック感付与機構は、ディスプレイ上の表示パターンの変化に同調する形態でホイールの単位回転角度毎にクリック感を発生させるように制御されていることが望ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００２６】
（第１実施の形態）
図１から図５は、第１実施の形態に係るトラックボール装置の基本的な構造と動作概念を示す図である。
【００２７】
図１はトラックボール装置が組み込まれた無線式リモコンと、画面上に地図やポインタ等が表示される表示装置への適用例を示す概略斜視図である。図２はトラックボールと回転規制手段のホイールを示す平面図、図３はその側面図、図４及び図５は動作説明図である。
【００２８】
このトラックボール装置は、スティックデバイス機能やタッチパネル機能等の替わりに装備され、トラックボールの自由方向操作、互いに直交する２方向のみ許容される方向規制操作を可能にする。このトラックボール装置のより好ましい適用対象としては、例えばカーナビゲーションシステム、ＣＡＴＶ（ケーブルテレビ）、デジタルＢＳチューナーなどのリモコンである。さらに、ＰＤＡやノートパソコン等に直接装備されるトラックボール、自動車のコックピットに装備される手元操作デバイス等にも好適に利用できる。
【００２９】
このトラックボール装置においても、基本的には従来のトラックボール装置と同様に、回転保持機構を構成する支持ローラ１、１によって自由な方向に回転可能に保持される球形のトラックボール２と、そのトラックボール２の回転方向及び回転量を検出し、画面３上に表示されるポインタ（図示せず）の移動信号として出力する手段である回転検出装置４Ｘ、４Ｙとを備えている。
【００３０】
回転保持機構は、通常、トラックボール２を定位置で自由な方向へ回転可能に３点支持する、３つの支持ローラ（図では２つ示す）、１，１と、図４に示すようにトラックボール２の一部をその表面から露出させる円形開口６ａを有するハウジング６とで構成されている。従って、３つの支持ローラ１はハウジング６内に回転可能に装備されている。
【００３１】
回転検出装置４Ｘ、４Ｙとしては、例えば、特開平１８５２５９号公報、特開２００１−１５４７９９号公報等において従来から広く知られている回転検出装置を適用することができる。図２に示す回転検出装置は、トラックボール２のＸ軸回りの回転を検出する回転検出装置４Ｘと、トラックボール２のＹ軸回りの回転を検出する回転検出装置４Ｙとで構成される。
【００３２】
両回転検出装置４Ｘ、４Ｙは、それぞれが、トラックボール２の表面に接触する回転ローラａと、回転ローラａの回転軸ｂの回転量（回転角度）を光学的あるいは電気的に検出する検出部ｃとで構成されている。
【００３３】
ここで、Ｘ軸方向の回転とは、Ｙ軸回りの回転を指し、図では左右の横方向回転に相当している。また、Ｙ軸方向の回転とは、Ｘ軸回りの回転を指し、図では上下の縦方向回転に相当している。
【００３４】
さらに、この実施の形態に係るトラックボール装置は、トラックボール２の回転方向を規制する回転規制手段１０と、回転規制手段１０の動力系統に制御信号を出力する図示しない制御手段とを備えている。
【００３５】
回転規制手段１０は、図２及び図３に示すように、共通回転軸１１で連結されて一体に回転する一対のホイール１２、１２と、両ホイール１２、１２をトラックボール２の表面に対して接触状態または非接触状態にするための切り替え機構１３とをそれぞれ備えている。そして、切り替え機構１３に対して制御手段からの制御信号が入力される構成となっている。この制御信号については、カーナビゲーションシステム等からの制御信号を利用する構成とすることができる。
【００３６】
２つのホイール１２、１２は回転アーム１３ａを備えた切り替え機構１３によりトラックボール２に押し付けられる構成となっている。ホイール１２、１２は、図示例では外周部分に丸みが形成された車輪の形状で、外周はシリコンゴム等の滑りにくい素材でできており、トラックボール２に押し付けられることにより、滑ることなくトラックボール２の回転に追従するように配慮されている。
【００３７】
２つのホイール１２、１２はトラックボール２の中心を含む平面に対して直交する軸を持ち、かつ、面に対して対象に配置されている。また、２つのホイール１２、１２は直径等も含め、面に対して対称なジオメトリを有している。
【００３８】
２つのホイール１２、１２どうしは十分な強度を持った軸である共通回転軸１１により直結されており、互いに回転差を生じることがないように構成されている。２つのホイール１２、１２の共通回転軸１１を支えるアーム１３ａ等の部品はハウジング６や装置の基部等に対し、回動中心軸１３ｂを介して十分な強度で取り付けられており、トラックボール２とホイール１２、１２との位置関係に相対的に変化が生じないように構成されている。
【００３９】
即ち、共通回転軸１１の軸線ｙは、図２に示すようにＹ軸と平行になるように設定され、さらに、２つのホイール１２、１２は、Ｘ軸に対して線対称に配置されている。
【００４０】
従って、これらの条件を満たした状態で、トラックボール２にホイール１２、１２を同時に押し付ける「規制方向操作モード」にすると、回転するトラックボール２の表面である球面上をホイール１２、１２が追従回転する軌道Ｒの長さが同じであり、かつ、トラックボール２の回転角度に対して変位量が一致する回転方向（Ｙ軸回りの回転方向）にしかトラックボールを回せなくなる。この際、２つのホイール１２、１２どうしを直結する共通回転軸１１の軸線ｙに直交するＸ軸回りの回転方向（縦方向回転）が規制される。
【００４１】
一対のホイール１２、１２相互の間隔αは、図２に示すように、トラックボール２の直径βの概略１／２程度に設定されている。これによりホイール１２、１２間に十分な間隔が確保されるので、その間隔αが狭い場合に比べて回転方向規制機能が十分に発揮される。
【００４２】
ここで、一対のホイール１２、１２相互の間隔αは、トラックボール２の直径βの１／４〜３／４の範囲に設定することが望ましい。一対のホイール相互の間隔αが狭過ぎる場合、例えばトラックボールの直径βの１／４未満の場合には、トラックボールの回転方向制御機能が低下する恐れがあるからである。間隔αが大きすぎる場合、例えばトラックボールの直径βの３／４を越える場合には、トラックボールの直径との相対的な関係においてホイールの直径が大きくなり過ぎるので、この場合も好ましくないからである。
【００４３】
この実施の形態によれば、図５に示すように、一対のホイール１２、１２をトラックボール２に対して非接触状態にすることで、トラックボール２の自由な方向への回転操作が可能な自由方向回転操作モードと、図４に示すように、ホイール１２、１２をトラックボール２に対して接触状態にし、必要に応じて機能解除可能な規制方向操作モードに切り替えることができる。
【００４４】
そして、ここでは、共通回転軸１１で連結されて一体に回転する一対のホイール１２、１２を備える回転規制手段１０でトラックボール２の回転方向制御を行う構成としている。これにより、回転規制手段自体の構成を簡素化して小型化及び制御系の単純化を図ることができる。特に、トラックボール２と接触する一対のホイール１２、１２が一体に回転するように共通回転軸１１で連結したことで、トラックボール２の回転方向を確実に決定することができる。
【００４５】
このホイール１２の形状については、必ずしも、その外周部分に丸みを形成する必要はない。例えば、外周部分が直線状（円錐面）でも、凹面状でも良い。ただし、トラックボール２との接触が点接触となる形状とすることが重要である。仮に、トラックボール２の半径と同じ半径の凹面などを適用して線接触とした場合、トラックボール２の球面上を両ホイール１２が追従回転する軌道の長さが、ホイール１２の接触面の場所によって変化してしまい、回転抵抗（フリクション）を生じる。この点は、トラックボール２の回転操作荷重を重くするだけでなく、後述するクリック感などの感触も不明確にする原因となる。
【００４６】
また、ここでは、回転検出装置４Ｘ、４Ｙによってトラックボール２の回転検出を行うように構成しているが、次の構成を採用することもできる。例えば、方向規制機構を働かせて、ホイール１２を押し付けた状態では、ホイール１２の回転軸ｙからも回転検出が可能である。
【００４７】
この際の回転検出は、回転検出装置４Ｘ、４Ｙ同様にＸ、Ｙ方向の移動量として検出して良いし、クリック感と同調させて上下方向などのデジタル信号とすることも可能である。方向制御を適用するのは主として、画面上ボタンやリスト項目の選択を行うときであるから、上下左右などのデジタル信号を利用した方がプログラム処理のうえで有効な場合が多いと考えられるからである。
【００４８】
（第２実施の形態）
図６及び図７は、本発明の第２実施の形態を示すもので、図６は平面図、図７は動作説明図である。
【００４９】
縦方向・横方向といった単一方向への回転方向規制については、第１実施の形態で述べた基本構造で対応できるが、現実的なニーズとして、例えば図１２に示す５０音のパレットから文字を選択して入力するときなど、縦・横両方向への方向制御が必要となる。この点に対応可能に配慮したものが図６に示す考え方である。
【００５０】
この実施の形態では、回転規制手段は、トラックボール２のＸ軸回りの回転を規制し、Ｘ軸と直交するＹ軸回りの回転を許容する第１回転規制手段１０Ｘと、Ｘ軸回りの回転を許容し、Ｙ軸回りの回転を規制する第２回転規制手段１０Ｙとを備える構成としている。図６では明示していないが、第１回転規制手段１０Ｘの構成については、第１実施の形態における回転規制手段１０と同一の構成を採用している。また、第２回転制御手段１０Ｙについては、第１回転制御手段１０Ｘに対してその配置位置が９０度異なる点を除けば第１回転制御手段１０Ｘと基本的に同じ構成を採用している。
【００５１】
この場合も、これら第１回転制御手段１０Ｘ及び第２回転制御手段１０Ｙをシステム側からの制御により適宜切り替えて利用する。例えば、図１１に示すように、現状での選択肢が縦方向（Ｙ軸方向）にしか並んでいない画面では、図７（ｃ）に示すように、第１回転制御手段１０Ｘのホイール１２、１２のみをトラックボール２から離し、Ｘ軸回りの回転方向にしか回転できないように切り替え制御される。
【００５２】
また、現状での選択肢が横方向（Ｘ軸方向）にしか並んでいない画面では、図７（ｂ）に示すように、第２回転制御手段１０Ｙのホイール１２、１２のみをトラックボール２から離し、Ｙ軸回りの回転方向にしか回転できないように切り替え制御される。
【００５３】
一方、図１２に示すように、選択肢が縦横に升目状に並んでいる場合には、トラックボール２の回転開始を監視し、回転開始時に回転方向（Ｘ軸回りか、Ｙ軸回りか）を検出した上で、トラックボール２のその回転方向のみにしか回転できないように方向規制を開始し、回転が止まると回転方向規制は解除されるように切り替え制御される。
【００５４】
図１３に示すような地図画面スクロールなどでは、図７（ａ）に示すように、第１回転制御手段１０Ｘのホイール１２、１２及び第２回転制御手段１０Ｙのホイール１２、１２の何れもトラックボール２から離した自由方向操作モードに切り替え制御される。
【００５５】
このように構成すれば、Ｘ軸回り及びＹ軸回りの二つの回転方向に対して、トラックボール２の回転方向制御を行うことができる。また、第１及び第２の二つの回転規制手段でトラックボール２の回転方向制御を行う構成とすることで、個別の４つのホイールを２組のホイールに集合させることができる。その結果、制御系も２系統で済むことになる。
【００５６】
ここで、制御手段により、トラックボール２の回転開始を監視し、回転開始時に検出した方向の回転のみを許容し、回転が止まると回転方向規制を解除する機能を備えた構成にすれば、Ｘ軸回り又はＹ軸回りの何れかの回転方向のみにしか回転できないように方向規制された後にその規制が解除されるので、トラックボールの操作に応じてリアルタイムに回転規制手段の制御を行うことができる。
【００５７】
なお、特に図示していないが、回転規制手段には、ホイール１２、１２の回転に間欠的な回転抵抗を与えるクリック感付与機構が設けられていることが望ましい。ホイール１２、１２の回転に間欠的な回転抵抗であるクリック感を与えることで、明確な操作感を発生させることができるからである。
【００５８】
その場合、クリック感付与機構は、ディスプレイ上の表示パターンの変化に同調する形態でホイールの単位回転角度毎にクリック感を発生させるように制御されていることが望ましい。このようにした場合、例えばクリック感の発生する回数を、例えば表示リストの項目移動量に対応付けたりすることが可能になる。これにより、ディスプレイ上での視覚以外の感触によっても操作量を認知することができる。
【００５９】
クリック感付与機構については、公知の種々の機械的方法及び電気的方法を採用することができる。例えば、特開平６−３２７８２４号公報に記載の回転抵抗羽根の技術等を採用することができる。
【００６０】
（第３実施の形態）
図８〜図１０は本発明の第３実施の形態を示すもので、図８は平面図、図９は側面図、図１０は動作説明図である。
【００６１】
この実施の形態では、以下の点で、先の第２実施の形態に係るトラックボール装置と基本的に同じ構成が採用されている。回転保持手段によって自由な方向に回転可能に保持されるトラックボール２と、そのトラックボール２の回転方向及び回転量を検出し、画面３上に表示されるポインタの移動信号として出力する回転検出手段（図示せず）と、トラックボール２のＹ軸回りの回転を規制し、Ｙ軸と直交するＸ軸回りの回転を許容する回転規制手段１０Ｙと、回転規制手段に制御信号を出力する制御手段とを備えている点。
【００６２】
回転規制手段１０Ｙは、共通回転軸１１で連結されて一体に回転する一対のホイール１２、１２と、両ホイール１２、１２をトラックボール２の表面に対して接触状態または非接触状態にするための切り替え機構とを備え、その切り替え機構に対して制御信号が入力される点。
【００６３】
しかし、この実施の形態では、以下の構成を採用している点に大きな特徴がある。即ち、トラックボール２の回転保持手段（支持ローラ等）が設けられたケース３１をＹ軸回りに所定範囲回転させるスイング機構３０と、スイング機構３０の回転軸３２の回転を検出してポインタの移動信号として出力するスイング検出手段（図示せず）とを備えている点である。
【００６４】
ここでは、回転規制手段１０Ｙもケース３１内に収納される。従って、このケース３１内には、トラックボール２の回転検出手段（図２に示す４Ｘ、４Ｙ）等も収容される。
【００６５】
従って、この実施の形態においても、トラックボール２の自由な方向への回転操作が可能な自由方向回転操作モードと、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、必要に応じて機能解除可能な規制方向操作モードに切り替えることができる。そして、このようにトラックボール２のＹ軸回りの回転をスイング機構３０で実現し、Ｘ軸回りの回転を回転規制手段１０Ｙで実現することができる。
【００６６】
従って、例えば回転規制手段１０Ｙで許容される回転方向を操作頻度の高い回転方向（主方向）に対応させ、頻度の低い回転方向をスイング機構３０で許容される回転方向に対応させる設定とすることもできる。これにより構成及び制御系のさらなる簡素化を図ることができる。
【００６７】
なお、この回転規制手段１０Ｙにも、ホイール１１２、１２の回転に間欠的な回転抵抗を与えるクリック感付与機構を設けることができる。また、クリック感付与機構としては、ディスプレイ上の表示パターンの変化に同調する形態でホイールの単位回転角度毎にクリック感を発生させるように制御される構成を採用することができる。
【００６８】
また、例えば、このトラックボール装置が適用されるＧＵＩ画面等に対し、Ｘ軸回りの回転方向、Ｙ軸回りの回転方向のうち、特に頻度が高く使われる回転方向に対応した方向規制機構を採用し、他方向に対しては方向規制機構ユニット自体のスイングやねじれを検出して入力信号としてとして利用することができる。
【００６９】
主方向でない回転方向では連続した回転入力はできないが、繰り返し操作や押下保持を利用した操作により対処することができる。また、デバイスの方向性に配慮したＧＵＩ画面等の工夫により対処することもできる。
【００７０】
なお、実施の形態では、回転保持機構を構成する支持ローラ１、１とは別に回転検出装置４Ｘ、４Ｙを設けた例を示したが、３つの支持ローラのうちの２つの支持ローラ１、１で回転検出装置４Ｘ、４Ｙを兼ねる構成とすることもできる。
【００７１】
また、３点のベアリング状の小球でトラックボール２を保持し、赤外線イメージセンサ等でボールの表面の回転（移動）を読み取り、Ｘ、Ｙ方向の移動量を検知しているもの、即ち、イメージセンサ等が回転検出装置４Ｘ、４Ｙの機能を担うものにも本発明のトラックボール装置を適用することができる。
【００７２】
＜自動車への適用例＞
上記実施形態では、トラックボール装置を無線式リモコンに適用した例を示した。このトラックボール装置を自動車における手元操作用のデバイスに適用してもよい。
【００７３】
図１４は、乗用車のカーナビゲーションシステム５０の車体側に固定式に搭載された手元操作用のデバイス５１に、本発明に係る方向制御機能付きのトラックボール装置を適用した例である。この場合のデバイス５１は有線式であり、ハンドル５２の横のトラックボール２を回転操作することで、カーナビゲーションシステム５０を操作することができる。
【００７４】
図１５は、乗用車の運転席５３の横のアームレスト５４先端に搭載した回転ダイヤル状のコントロールデバイス５５に、本発明に係る方向制御機能を持ったトラックボール装置を適用した例である。この場合のコントロールデバイス５５も有線式であり、トラックボール２を回転操作することで、カーナビゲーションシステム５０を操作することができる。
【００７５】
＜携帯機器への適用例＞
上記実施形態では、トラックボール装置を乗用車に搭載のコントロール機器に適用した例を示した。このトラックボール装置を携帯機器に適用してもよい。
図１６は、本発明のトラックボール装置を、ＰＤＡ（パーソナルデジタルアシスタント）デバイス６０に適用した例であり、図１７はノートパソコン７０に適用した例である。
【００７６】
このようなＰＤＡデバイス６０、ノートパソコン７０では、従来から、ディスプレイ６１、７１を搭載した本体６２、７２上に、方向操作デバイス（タッチパッドや、トラックボールなど）が搭載されており、これらを本発明に係る方向制御機能を持ったトラックボール装置に置き換えた構成としている。従って、トラックボール２を回転操作することで、第１〜第３の実施形態で述べた機能と同様の機能を発揮させることができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、構成を簡素化して小型化及び制御系の単純化を図ることができ、全体として低コストで実現できるトラックボール装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係るトラックボール装置を適用したリモコンとディスプレイを示す図
【図２】第１実施の形態に係るトラックボール装置の平面図
【図３】第１実施の形態に係るトラックボール装置の側面図
【図４】第１実施の形態に係るトラックボール装置の動作説明図
【図５】第１実施の形態に係るトラックボール装置の平面図
【図６】第２実施の形態に係るトラックボール装置の平面図
【図７】第２実施の形態に係るトラックボール装置の動作説明図
【図８】第３実施の形態に係るトラックボール装置の平面図
【図９】第３実施の形態に係るトラックボール装置の側面図
【図１０】第３実施の形態に係るトラックボール装置の動作説明図
【図１１】規制方向操作モードに対応するメニュー項目選択画面の例示図
【図１２】規制方向操作モードに対応する５０音文字選択画面の例示図
【図１３】自由方向操作モードに対応する地図画面の例示図
【図１４】自動車搭載のコントロールデバイスに適用した例を示す斜視図
【図１５】自動車搭載のコントロールデバイスに適用した例を示す斜視図
【図１６】ＰＤＡの方向操作デバイスに適用した例を示す斜視図
【図１７】ノートパソコンの方向操作デバイスに適用した例を示す斜視図
【符号の説明】
１　支持ローラ
２　トラックボール
３　画面
４Ｘ、４Ｙ　回転検出装置
６ａ　開口
６　ハウジング
１０　回転規制手段
１０Ｘ　第１回転規制手段
１０Ｙ　第２回転規制手段
１１　共通回転軸
１２　ホイール
１３　切り替え機構
１３ａ　回転アーム
１３ｂ　回動中心軸
３０　スイング機構
３１　ケース
３２　回転軸
５０　カーナビゲーションシステム
５１　コントロールデバイス
５２　ハンドル
５３　シート
５４　アームレスト
５５　コントロールデバイス
６０　ＰＤＡ
６１、７１　ディスプレイ
６２、７２　本体
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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