(57)【要約】【課題】容易かつ正確・迅速にメニュー項目の選定と文字や指令の入力ができるショートカット機能と、任意の座標を指定する自由度を備えたポインティング機能を一体化し、両機能を途切れる事なく連携できるデータ入力装置とユーザインターフェイス方式を与える。【解決手段】指先の２次元運動範囲を２つの部分領域に分割し、その一方の部分領域には、指先の運動をガイドする軌道と指先位置を明瞭に区別するための触覚または力覚刺激を導入して、このガイドと刺激によって２つの位置を容易かつ正確・迅速に指定し、指定した２つの位置の組み合わせを入力する情報を関連づける機能（ショートカット機能）を実現する。もう一方の部分領域では、指先が軌道に拘束されず、また触覚・力覚刺激を受けないようにして、任意の座標を指定する機能（ポインティング機能）を実現する。【選択図】        図３２
2004220535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触する指先の運動に追随して所定の２次元移動範囲内を移動する指先接触部と、
前記指先接触部に接しながら移動する指先の位置を検出する指先位置検出手段と、
前記２次元移動範囲内に１次元の軌道を設定し、前記指先接触部が前記軌道に沿って１次元的に移動するように制約して指先が前記軌道上を進むようにガイドする指先運動ガイド手段と、
指先が前記軌道に沿って移動する最中に、指先が触れる面の凹凸形状または指先の運動に対して加わる反力を変えて前記軌道上の指先の位置に関する手掛かりを与える触覚または力覚刺激提示手段と、
前記指先接触部に接しながら移動する指先が上下方向に動いたことを検出する上下動検出手段、または、前記指先接触部が前記軌道に出入りしたことを検出する軌道出入り検出手段と、
前記上下動検出手段または前記軌道出入り検出手段によって検出される指先下降時点または軌道突入時点の指先位置を第１位置とし、指先上昇時点または軌道脱出時点の指先位置を第２位置とするときに、第１位置と第２位置の組み合わせを入力する情報に関連付ける対応付け手段と、
を備え、前記第１位置から前記軌道を経由して前記第２位置へ至る指先の運動を使用してデータを入力することを特徴とするデータ入力装置またはユーザインターフェイス方式。
【請求項２】
前記指先接触部がその移動可能範囲の外縁に押し付けられたまま外縁に沿って円滑に移動するように前記指先接触部の可動機構を構成し、前記外縁を前記軌道として使用して指先をガイドすることを特徴とする請求項１に記載のデータ入力装置またはユーザインターフェイス方式。
【請求項３】
前記指先接触部の２次元移動範囲内に線状領域を設定し、前記指先接触部が前記線状領域から脱出するときに一定量以上の力を要し、前記線状領域内では一定量以下の力で移動するように指先接触部の可動機構または力覚刺激提示手段を構成し、前記線状領域を前記軌道として使用して指先をガイドすることを特徴とする請求項１に記載のデータ入力装置またはユーザインターフェイス方式。
【請求項４】
前記指先接触部の移動可能領域内で前記軌道を含む部分領域をメニュー項目の選択や指令・文字の入力に使用し、前記軌道を含まない部分領域を座標指定に使用することを特徴とするか、または前記触覚または力覚刺激提示手段と前記指先運動ガイド手段を解除するモード切替手段を導入してメニュー項目の選択や指令・文字を入力するモードと座標指定を行うモードを前記モード切替手段を用いて切り替えることを特徴とする請求項１に記載のデータ入力装置またはユーザインターフェイス方式。
【請求項５】
前記軌道に沿った指先位置の変化と、前記軌道と直交する方向への指先位置の変化の、一方を指先が接する面の凹凸形状を変えて通知し、他方を指先の移動運動に対して加わる反力を変えて通知することを特徴とする請求項１に記載のデータ入力装置またはユーザインターフェイス方式。
【請求項６】
回転方向に縦列する複数の回転体の周回運動部位を前記指先接触部として用い、前記周回運動部位に接する指先が、前記回転体の回転に伴い回転方向に一定量以下の力で移動し、前記回転体の回転方向と直交する方向への移動に一定量以上の力を要するように前記回転体の可動機構を構成し、前記回転体部分を凸部とし、前記回転体間の隙間部分を凹部として指先に凹凸感を与えるか、または前記回転体の回転運動を指先を刺激する突起の運動に変換して前記触覚刺激提示手段を構成したことを特徴とする請求項１に記載のデータ入力装置またはユーザインターフェイス方式。
【請求項７】
前記第１位置と前記第２位置の組み合わせのうち第１位置と第２位置が一致する組み合わせを空白、改行、カーソル移動、スクロールなど繰り返して入力されることの多い文字や指令に対応付けることを特徴とする請求項１に記載のデータ入力装置またはユーザインターフェイス方式。
【請求項８】
画面内のアイコンの図柄として、前記第１位置から前記第２位置に至る指先の運動または運動中に加わる触覚または力覚刺激を示唆する図柄を使用し、図柄の示唆する指先の運動を実行することで画面内の対応した図柄のアイコンを選択することを特徴とする請求項１に記載のデータ入力装置またはユーザインターフェイス方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報機器へ文字データや指令データを能率良く入力するデータ入力装置とユーザインターフェイス方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
グラフィカルインターフェイスでは視覚を頼りにマウスカーソルの位置を確認しながら作業を進めることになるが，視覚の負担を軽減するため，触覚刺激を援用する方式が工夫されている。例えば，ピンディスプレイのピンを突出させたり（特開平１１−１６１１５２，特開平１０−５５２５２，特開平６−１０２９９７），マウスに組み込んだバイブレータや駆動部を動作させたり（特開平６−１０２９９７，特開２００１−３５６８６２），ポインティング用のスティックを振動させて（特開２０００−２９６２３），画面上でカーソルが目標領域に到達したことを操作者に通知する方式が考案されている。また指先をサックに挿入して動かすと位置に応じてピンを出して指を刺激して仮想物体の触感を与える装置が開発されている（特開２０００−２５９３３３，特開２０００−４７７９２）。これらの方式は多様な情報を高速に入力する目的に触覚刺激を使用するものでなかった。また特開平１０−１４３３０１では，突起の上下運動によりキー上の指先に刺激を加え，この刺激を通じてキーの移動位置を通知する方式を示しているが，キーを降下する運動のみによって情報を入力しているため，文字等多様な情報の入力には複数の指を使用せざるを得なかった。一本指で多様な情報を入力するには，指先の下降位置と上昇位置を組み合わせて入力する情報を指定する方式（特開平１１−２２４１６１，実開平５−５５２２２）が有効であるが，一本指の狭い運動範囲内で接近した下降位置と上昇位置を正確に把握することは困難であり，誤入力を生じやすかった。さらにカーソルキーの形状や大きさを方向毎に変えて触覚により区別できるようにする方式（特開平３−９０９２２）や，指先接触部にボール状突起を複数個配列して，指先がボール状突起配列の上を円滑に移動しながらボール状突起配列の凹凸の触覚情報を手掛かりに情報入力する方式（特開２００１−１６６８７１，特開平１１−３５３０９１）も考案されている。しかしながらこれらの方式では凹凸が静的で固定しているため，指先を動かしても明瞭な凹凸形状の差異が得られなかった。指先の運動中に指先が接する面の凹凸形状を変形して凹凸形状に明確な差異を生じて、操作者がこの差異に基づいて指先位置を明確に把握できるようにすると共に、指先の下降位置と上昇位置を組み合わせて多様な情報を指定する方式（特開２００２−２７８６９４）も考案されているが、指先が自由に２次元運動できる自由度の高さがかえって操作を難しくし、また指の震えの影響を受けて誤入力を生じやすかった。特にメニューの項目を選定するときには任意の座標点を指定する自由度は作業能率低下の原因となり、むしろキーボードのショートカットキーを利用する方が能率的に項目を選択できた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
指先の２次元移動範囲内で、２つの地点（第１位置と第２位置）を指先の所定の運動によって指定し、第１位置と第２位置の組み合わせを文字や指令に関連付けてデータを入力するデータ入力装置において、指先の運動を２次元移動範囲内に設定された１次元の軌道上に制約する手段を導入し、この軌道に沿って移動するように指先の運動をガイドすると共に、軌道上の指先の位置に応じて指先の触れる面の凹凸形状を変える触覚刺激提示手段か、または指先の位置に応じて指先が触れる面から指先に加わる力を変化させる力覚刺激提示手段を導入し、操作者がガイドに沿って指先を移動しながら、移動中に指先に加えられる触覚または力覚刺激によって第１位置と第２位置を把握して、文字や指令を容易かつ確実に入力できるデータ入力装置と、指先の運動や提示される触覚または力覚刺激と直感的に連携の取れるユーザインターフェイス方式を与えることを課題とする。また指先の運動とそれによって入力する文字や指令との対応関係を直感的で記憶しやすくなるように設定することを課題とする。指先の２次元移動範囲を上述した１次元の軌道を含む領域と含まない領域に分け、前者の領域で軌道によって指先の運動をガイドしながら能率的に文字や指令を入力し、指先が２次元的に自由に移動できる後者の領域で任意の座標点を指定するようにし、これらの領域を切り替えることによって、ショートカット機能とポインティング機能を同じ一本の指先で実行できるようにすることを課題とする。
【０００４】
【発明を解決するための手段】
データ入力装置に指先が接して指先の移動と共に移動する部位（指先接触部）を設ける。指先接触部がその上に接触する指先の運動に追随して移動するように可動機構を構成する。指先接触部の移動範囲には限界があり、移動可能な範囲の最も外側の縁を外縁と呼ぶ。指先接触部の上に乗せた指先から力を加えて指先接触部を外縁に押し付けると、通常の場合摩擦が増して指先接触部は外縁に沿って動きにくくなるが、本発明の実施例の一つでは、指先接触部が外縁に押し付けられていても外縁に沿って円滑に移動できるように指先接触部の可動機構を構成する。本発明の別の実施例では、指先接触部がその移動可能範囲内に設けられた線状領域に引き込まれるように、指先接触部に力が働く仕組を導入して、指先接触部の運動を線状領域内に制約する。指先接触部は２次元の運動範囲内を自由に移動するが、一度この線状領域に入り込むとある一定量以上の力を加えない限り線状領域から抜け出すことができず、線状領域に閉じ込められて移動する。線状領域内では一定量以下の小さな力で移動できるようにする。外縁に沿って移動する場合も、線状領域に閉じ込められて移動する場合も、指先接触部は１次元の軌道に沿って移動することになる。指先接触部は２次元の運動範囲を自由に動けるが、必要に応じて１次元の軌道に入って、ちょうど定規を使ってペンを移動して線を描く場合のように、軌道をガイドとして正確かつ迅速に目標地点に移動する。
【０００５】
指先接触部の移動範囲にこのような軌道を導入すると軌道を指先の運動をガイドする目的に利用できる。すなわち、指先接触部が到達すべき目標地点を軌道上に配置しておくと、指先接触部を軌道に沿って移動して行くことで確実に目標地点に到達できる。これはちょうど定規の縁にペンを押し付けながらペンを動かして直線を描くのと同様で、指先接触部の運動は軌道に沿った１次元的な運動に制約されることになる。このようなガイドがあると指先を思い切って速く動かしても正確さを保つことができ、目標地点に確実に到達できる。結果として操作が容易になり能率が向上する。例えば指先が震えやすい人は、線状領域に指先が拘束されたり、指先接触部を外縁に押し付けたりすることで震えを抑制できる。これはフリーハンドで線を描くと手の震えで線が乱れてしまうが、定規に沿ってペン先を動かせば真直ぐに線を描けるのと同様である。
【０００６】
さらに指先接触部を軌道に沿って移動する最中に指先の触覚または力覚に作用する刺激を変化させて、操作者がこの刺激の変化を手掛かりとして指先接触部が目標地点に到達したかどうか判断できるようにする。こうすると指先位置を視覚的に確認する必要がなくなり、操作を迅速に行えるようになる。
【０００７】
また指先接触部が軌道に入り込むときに、入り込む地点を始点として行われる指運動で入力できる指令や文字をメニューにして表示するユーザインターフェイスを導入する。ここでメニュー内の項目（アイコン）は指運動の方向や到達点の位置と幾何学的に対応が取れるように配置するか、またはアイコンの図柄に指先の運動の形態や指先運動中に受ける力覚または触覚刺激を示唆する装飾を施すと良い。さらに指先接触部の移動開始位置と移動方向が文字を記入するときのペン先の移動開始位置と移動方向に関連付くように、各指運動によって入力する文字を定めると、指運動と入力する文字の対応関係を記憶しやすくなる。指先接触部の移動範囲を２つの部分領域に分け、一方の部分領域に軌道を含めて指先の運動を制約しながら能率良く文字や指令を入力したりメニュー項目を指定したりする目的に使用し、自由に指先を運動できる他方の部分領域において座標点を指定するポインティング操作を行うようにすると一本の指先を両領域間で行き来して文字や指令の入力とポインティング操作をシームレスに継続しながら作業できる。なお任意の座標点を指定する自由度があるとメニュー項目を選択する作業の能率が低下するが、前者の領域では軌道を用いて自由度を制限し、触覚・力覚手掛かりも合わせて利用することでメニュー項目へ即座にアクセス（ショートカット）しそれを指定できる。そこで前者の領域をショートカットエリアと呼び、後者の領域をポインティングエリアと呼ぶことにする。
【０００８】
【実施例】
最初に、指先接触部の移動範囲の外縁を軌道として用いて、指先の運動をガイドする方式の実施例を説明する。データ入力装置の指先を乗せる部位（指先接触部）の移動範囲内で２つの地点（第１位置と第２位置）を所定の指先の運動により指定し、第１位置と第２位置の組み合わせを文字や指令に関連付けてデータを入力するデータ入力装置において、指先接触部の移動範囲を制限し、この制限された範囲の外縁に押し付けるように指先接触部に力を加えていても、指先接触部が外縁に沿って円滑に移動できるように可動機構を構成する。このように可動機構を構成すると外縁が指先の運動をガイドする働きをする。すなわち定規にペン先を押し付けて線を描くように、外縁に指先接触部を押し付けながら指先接触部を移動することで、指先の震えを押さえ、また指先を正しい方向に誘導できる。さらに触覚または力覚刺激提示手段を用いて、外縁に沿って指先を移動する最中に所定の位置で触覚または力覚刺激を指先に加えるようにすると、操作者は触覚または力覚刺激を通じて指先位置を確認し、第１位置と第２位置を迅速かつ正確に把握して、指令や文字を能率良く入力することができる。また指先の運動と入力するデータが直感的に関連付くように工夫して操作を容易にする。そのための方法の一つとして、第１位置から第２位置へ至る指先の運動と文字を記入する際の代表的なペン先の運動とが類似するように、指先の運動とそれによって入力する文字との対応関係を設定する。またグラフィカルインターフェイス方式において、指先が第１位置に到達したときに、その第１位置を起点として入力できる指令や文字のアイコン（メニューの項目）を、第２位置の配置と幾何学的に対応するように配置して表示し、また第２位置で受ける触覚または力覚刺激を示唆する装飾をアイコンに付加して表示する。次にこの全体像の中で使われる各機構を個別に説明する。
【０００９】
以上に述べた全体像の中で、まず指先接触部可動機構の実施例を示す。図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に指先接触部１、触覚刺激用突起７、指先接触部可動機構のレール２、車輪３、４、車輪の台座５、６を上から見た図を示す。レールは正方形状のループをなしている。図中には指先接触部１の楕円形状の輪郭を破線で示し、指先接触部１に隠れて本来は見えなくなる部位も表示している。車輪３がレール上を回転することにより、指先接触部１は図面上で左右方向に円滑に移動する。またレール自体は車輪４が回転することによって図面上で上下方向に移動する。この２つの運動の組み合わせによって、指先接触部は２次元的に上下左右に移動する。図１（ａ）（ｂ）（ｃ）では、それぞれ指先接触部が移動範囲内の中心部、上部、斜め左上部に移動している。図１（ｂ）を横から見た断面を図１（ｄ）に示す。楕円状の指先接触部１の断面９を見ると、指先がフィットするように湾曲し、その中心部に指先を刺激する触覚刺激用突起８（同じ突起を上から見たものが７である）を設けている。触覚刺激用突起８は指先接触部の位置が変わるときに上下に動いて指先を刺激する。図が複雑となるためここでは触覚刺激用突起を上下に動かす仕組を省き、後に別個に説明する。
【００１０】
図１（ｅ）には、ボールベアリング１３により円滑に回転するリング１２と、このリングに接触してその移動範囲を制限する外側のリング１４が付け加えられている。回転リング１２と外側リング１４を上から見た様子を図１（ｆ）に示す。図１（ｆ）では回転リングは外側リングの上部内面に接触し、指先接触部１はこれより上に移動できないように制限されている。回転リングは外側リングの内面に押し付けられていても回転して内面に沿って円滑に移動する。したがって、この回転リングの軸に固定している指先接触部１は移動範囲の外縁に押し付けられている状態でも外縁に沿って円滑に移動することができる。こうして外側リング１４の内面が指先の運動をガイドする働きをして指先運動ガイド手段を実現できる。以後、外側リング１４の内面のように指先接触部の移動範囲を制限する枠を移動範囲制限枠と呼ぶ。
【００１１】
図１（ｈ）ではレール２を下側の車輪１６と上側の車輪１５で挟んでいる。これを横から見たものが図１（ｇ）であり、１０はレールの断面である。図１（ｄ）のように一方の側にだけ車輪を設けても車輪はレールから外れてしまうが、図１（ｈ）のようにレールを上下の車輪で挟めば、レールと車輪は離れずに一体になったまま互いに移動できる。
【００１２】
図２（ａ）（ｂ）に指先接触部可動機構の別の実施例を示す。ここでは、レールと車輪の代わりに、軸１８を中心に回転するアーム１７を用いて指先接触部１が２次元的に運動できるように構成している。ここでも図１（ｅ）（ｆ）のように回転リングと外側リングを導入して指先接触部１の移動範囲を制限すると、指先接触部１はその移動範囲の外縁に沿って円滑に移動可能となり、外縁を指先の運動をガイドする目的に使用できる。また触覚刺激用突起７を指先位置に応じて上下に動かせば、使用者はこの刺激を手掛かりに指先位置を把握できる。アーム１７とその回転軸１８を指とその関節を模擬するように構成すると、指先接触部は指先と同様の運動をするので指先との一体感が増し、操作性が向上する。なお指先接触部可動機構は図１、図２に示す機構に限られるわけではない。例えばカーテンレールに使用されている滑り易いプラスティックの素材同士を滑らせれば、車輪やレールを使わなくとも、指先接触部を円滑に動かすことができる。
【００１３】
指先接触部可動機構では、指先接触部をその移動可能範囲の外縁に押し付けながら外縁に沿って円滑に移動できるようにする仕組が必要である。そのための工夫を図３に示す。図３（ａ）（ｂ）（ｃ）には、図１（ｅ）（ｆ）と同様に円形のリング１４を移動範囲制限枠として用いて、指先接触部の移動範囲を制限している例を示す。ボールベアリング１３と回転リング１２を導入し、回転リングが移動範囲制限枠に押し付けられるように力が加わっても、回転リングが回転することで移動範囲制限枠に沿って円滑に移動する。この仕組によって、回転リングの軸に固定した指先接触部１は外縁に押し付けられている状態でも外縁に沿って円滑に移動できる。回転リングの内部に設けられた触覚刺激用突起を上から見た様子が７であり、横から見た様子が８である。９は指先接触部１の断面である。
【００１４】
図３（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）では移動範囲制限枠の形状を変えて、窪み２２、２３、２４等を設けている。図３（ｅ）（ｆ）（ｇ）に示すように回転リング１２がこれらの窪みに入り込む位置で指先接触部は安定に静止する。また指先接触部を外縁に押し付けながら外縁に沿って移動するときに、操作者は回転リングが窪みに落ち込む感触を通じて指位置を確認することができる。さらに移動範囲制限枠は正方形に近い形状をしているので４つの角を持ち、指先接触部を外縁に沿って動かすときに思い切り速く動かしても、回転リングが角の位置に来るとそれ以上同じ方向には動けないので回転リングは角の位置にぶつかり確実に静止する。指を思い切って動かせるので角の位置にはすばやく到達でき、そこに関連付けられている文字や指令を確実にまた能率良く入力できる。以上に指先運動ガイド手段の実施例を述べてきたが、図１の実施例においては、指先接触部を外縁に押し付けるときにレール２から車輪３、４が外れないようにし、またレール２と車輪３、４の間の摩擦力が大きくならないように工夫できれば、図１（ｄ）の回転リング１２、ボールベアリング１３、及び外側リング１４を省いても、正方形を成す指先移動可能範囲の外縁の各辺に沿って指先を円滑に移動でき、本発明の要件を満たすことができる。その場合には、レールと車輪を用いる指先接触部の可動機構が指先運動ガイド手段の役割を兼ねることになる。
【００１５】
次に指先接触部の位置が変わるときに触覚刺激用突起８を上下に動かして指先を刺激する触覚刺激提示手段の仕組を示す。指先接触部可動機構は既に示しているので、以下の説明と図からは指先接触部可動機構を省くが、最終的には両者を組み合わせて装置を構成する。
【００１６】
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）に指先接触部１、触覚刺激用突起７、下の台に形成された隆起部の斜面２６、その頂上部２５と谷部２７を上方から見た様子を示す。図４（ｄ）（ｅ）（ｆ）は図４（ａ）（ｂ）（ｃ）をそれぞれＡ−Ａ’の断面で側方から見たものである。２８は触覚刺激用突起８を下げるように力を加えるスプリングである。図４（ａ）（ｄ）では触覚刺激用突起は下がっており指先を刺激しない。図４（ｂ）（ｅ）では指先接触部を左側に移動したときに下の台の隆起部に触覚刺激用突起８の底部１１が当たり、触覚刺激用突起８が持ち上げられて指先を刺激する。図４（ｃ）（ｆ）では指先接触部を斜め左上に移動したときに下の台の谷部に触覚刺激用突起８の底部１１が入るため、触覚刺激用突起８は下降する。こうして指先位置に応じて指先に加える刺激の形態を変える触覚刺激提示手段を構成できる。
【００１７】
図５には触覚刺激提示手段の別の実施例を示す。図５（ａ）（ｃ）（ｅ）に指先接触部１、触覚刺激用突起７、回転リング１２、ボールベアリング１３、車輪３０、突起押し上げ板３１、車輪のアーム３２を上から見た図を示す。またこれらを側方から見た断面をそれぞれ図５（ｂ）（ｄ）（ｆ）に示す。図５（ａ）（ｂ）では指先接触部は移動可能範囲の左上に来ており、図３（ｇ）のように移動範囲制限枠を設ければ回転リングは移動範囲制限枠の左上の窪みに入り込んでいる。また触覚刺激用突起８は下がっていて指先を刺激しない。図５（ｃ）（ｄ）では指先接触部は下方に少し移動し、回転リング１２がちょうど車輪３０に接触してこれを左方向に少し押したところである。指先接触部をさらに下方に動かすと車輪３０は左側に押し倒され、アーム３２が回転軸３３を中心にして左側に回転するため、突起押し上げ板３１が持ち上がり、触覚刺激用突起８を上に押し出して指先を刺激する。車輪３０が回転することによって、回転リング１２は車輪３０に接触したまま上方に円滑に移動する。
【００１８】
図６に触覚刺激提示手段のさらに別の実施例を示す。ここでは指先接触部１の下部に今まで用いてきた回転リングと異なる構造を設けている。触覚刺激用突起７を囲むように４つの円筒（回転するローラでも良い）を図６（ａ）の３５のように配置する。Ａ−Ａ’の断面を見ると、触覚刺激用突起８は通常バネ２８によって押し下げられており指先接触部９の下側にある。図６（ｂ）に示すように指先接触部の移動範囲の周辺部４箇所に車輪３６を設ける。図６（ｃ）のように指先接触部が左に移動すると２つのローラ３５の間に車輪が収まり、そのまま車輪は左に押される。車輪がローラに挟まるので指先接触部は車輪に対する相対位置を一定に保ったまま車輪を押すことができるが、ローラに挟まずに平らな面で車輪を押すと車輪は容易に回転し、指先接触部は車輪に対する相対位置を一定に保つことが難しくなる。図６（ｄ）（ｅ）はそれぞれ図６（ｂ）（ｃ）を側方から見た断面で、指先接触部が左に移動して車輪３６を左に押すと折れていたアーム３７が伸びて、３８が持ち上がり、触覚刺激用突起８を押し上げる。図６（ｆ）（ｇ）もそれぞれ図６（ｂ）（ｃ）を側方から見た断面であるが、図６（ｄ）（ｅ）とは別の方式を用いており、車輪３６が左に押されたときにローラ３９がアーム３７を持ち上げて３８の部分で触覚刺激用突起８を押し上げる。
【００１９】
図７に触覚刺激提示手段のさらに別の実施例を示す。図７（ａ）（ｃ）（ｅ）の断面を図７（ｂ）（ｄ）（ｆ）に示す。図６の方式と似ているが、指先接触部が車輪３６を押すときに、車輪そのものが傾斜して、回転軸４０の右側アーム４２を持ち上げて触覚刺激用突起８を押し上げる。
【００２０】
図８に触覚刺激提示手段のさらに別の実施例を示す。図８（ａ）（ｃ）の断面を図８（ｂ）（ｄ）に示す。４３は車輪３６にぶつかると図８（ｄ）に示すように回転し、触覚刺激用突起８を押し上げる。
【００２１】
図９に触覚刺激提示手段のさらに別の実施例を示す。図９（ａ）の状態で指先接触部を左に動かすと図９（ｂ）に示すように、最初のうちは４７が４６に入り込むだけであって、４６は動かない。指先接触部をさらに左に動かし、４７がそれ以上４６の中に入り込む余裕がなくなると図９（ｃ）に示すように４６が左に動き、アーム３８がローラ３９に持ち上げられてその先端部で触覚刺激用突起８を押し上げる。
【００２２】
図１０に触覚刺激提示手段のさらに別の実施例を示す。図１０（ａ）に示すように、台座に固定した回転軸６２を中心に回転する４つのアーム６３があり、指先接触部に固定した軸６１は、アーム６３に掘られた溝６４の中に下端を入れて溝６４の中を滑って移動する。図１０（ｂ）に示すように指先接触部１を右に動かすと、アームの先端６６が触覚刺激用突起８の底部６５の下に入り込み、触覚刺激用突起８を押し上げる。図１０（ｃ）に示すように、指先接触部を斜め右上に移動すると、アームの先端６６は６５から離れて、触覚刺激用突起８は降下する。
【００２３】
図１１に触覚刺激提示手段のさらに別の実施例を示す。図１１（ａ）で６７、６８はボールジョイントであり、図１１（ｂ）に示すように、棒７１と棒７３は任意方向に回転できる。図１１（ｂ）に示すように指先接触部を左に動かすと、棒７１の下端はボールジョイント６８に開いた穴を通過してボールの反対側に飛び出して、アーム７０を軸６９の周りに左方向に回転させて、触覚刺激用突起８を押し上げる。図１１（ｃ）に示すように構成して、指先接触部を左に移動したときにアームを曲げて７４を下げて、下部アーム７５を軸７６を中心に左方向に回転し、触覚刺激用突起８を押し上げることもできる。
【００２４】
図１２に力覚刺激提示手段の実施例を示す。図１２（ａ）に指先接触部の移動範囲を点線で示し、移動範囲内の各位置で指先接触部に加わる力の方向と大きさを矢印で示す。矢印の方向が力の方向を、矢印の太さが力の強さを示す。このように指先接触部の位置に応じて加わる力が異なるので、使用者は力の方向と強さを手掛かりとして指先接触部の位置を把握できる。図１２（ｂ）（ｃ）に図１２（ａ）の力覚刺激を発生する機構を示す。図１２（ｂ）を側方から見た断面が図１２（ｃ）である。指先接触部１の断面を９に示すが、この実施例では、触覚刺激用突起はなく、力覚のみを提示する。ただしこれまでに説明してきた触覚刺激提示手段を力覚刺激提示手段に組み合わせて使用しても良い。指先接触部の下に車輪１２が設置されている。車輪１２は板８１に接触したまま回転して円滑に移動できるので、指先接触部は車輪１２を通じて板８１から力を受けながら円滑に移動できる。板８１はバネ８４が伸びようとする力を受けて車輪１２を右方向に押す。４箇所に設けられた板８１は車輪に対していずれも同様の方法で力を及ぼす。移動範囲の角の部分では２つの８１から働く力の合力が斜め方向の力となって指先接触部に作用する。また８３、８６、８８等の板バネを導入することによって、指先接触部に作用する力の強さを場所に応じて変えることができる。すなわち車輪１２で８１を押して外側に向けて動かすときに、初めのうちは板バネを８６のように変形するために強い力を要するが、さらに押して行くと今度は板バネが復帰してくるので押すのに要する力は弱くなる。図１２（ａ）で力の強さを示す矢印の太さが移動範囲の中心部近くで太く、周辺部で細くなるのはこのためである。
【００２５】
図１３に力覚刺激提示手段の別の実施例を示す。図１３（ａ）に指先接触部の移動範囲を点線で示し、移動範囲内の各位置で指先接触部に加わる力の方向と大きさを示す。ここではリング状の移動範囲制限枠を用いているため、移動範囲は円形となる。図１２の場合と同様にバネ８４と板バネ８３を組み合わせて、移動範囲の中心部近くで大きな力を、周辺部で小さな力を生じるように構成している。また８１の中央部に窪みを設け、車輪１２が窪みに収まることで、車輪が８１上を転がることなく固着したまま８１を押して行けるように工夫している。指先接触部が斜め左上に移動したときには図１３（ｅ）に示すように車輪は８１からはずれて力を受けないので、図１３（ａ）の斜め左上位置には矢印が記載されていない。こうして図１３（ａ）の矢印の分布に示されるように指先接触部の移動範囲内で位置に応じて力覚に提示される力が異なるので、操作者はこの力の相違に基づき指先位置を把握できる。
【００２６】
図１４に力覚刺激提示手段のさらに別の実施例を示す。図１４（ａ）に指先接触部の移動範囲を点線で示し、移動範囲内の各位置で指先接触部に加わる力の方向と大きさを示す。ここでは図１３の８１に代わって、４つの車輪９２を用いて指先接触部に力を加えている。また図１３では指先接触部の下に回転リング１２を設置したが、ここでは図１４（ｅ）（ｆ）に示すように車輪の代わりに４つの円筒３５（または回転するローラでも良い）を設置して、図１４（ｂ）に示すように２つの円筒３５の間の窪みに車輪を挟んで車輪を押すようにしている。車輪を押すときに要する力は、バネ８４と板バネ８３を組み合わせることで、位置に応じて変えることができる。この例では図１４（ａ）に示す力が移動範囲内の各位置に生じる。
【００２７】
図１５に力覚刺激提示手段のさらに別の実施例を示すが、これは図１４の方式で車輪の配置を４５度回転しただけなので、生成される力も図１５（ａ）に示すように図１４（ａ）の力の分布を４５度回転したものになる。なお以上に述べた触覚または力覚刺激提示手段は、電気的な駆動機構を用いずに、操作者自身の力を利用して触角刺激または力覚刺激を生成しているので、余計な電力を消費せずに済む。触覚刺激用突起に磁石を設置し、突起を押し出したい位置に突起の磁石と反発する磁石を、また突起を下降させたい位置に突起の磁石と引き合う磁石を配置して、触覚刺激用突起を上下に動かすようにしても電力を消費せずに済む。力覚刺激についても、位置に応じて異なる極性の磁石を配置して、指先接触部に設置した磁石と反発力または引力を生じるようにすると、電力を消費せずに位置に応じて異なる力覚刺激を生成できる。これらの例では一見磁力が駆動源になっているように思えるが、実際には指先の力を磁石によって変換して利用しているのであり、指先の力が駆動源になっている。
【００２８】
図１６に指先接触部を移動する最中に行われる指先の下降運動と上昇運動を検出する上下運動検出手段の実施例を示す。図１６（ａ）では、指先で指先接触部を押し下げるとバネ５６が縮んで指先上下運動検出用スイッチ５５がＯＮとなり、指先の下降運動を検出できる。図１６（ｂ）では、指先接触部の表面に形成された指先上下運動検出用スイッチ５５の上で指先を下げるとスイッチ５５がＯＮとなり、指先の下降運動を検出できる。どちらの実施例でも指先を上げると指先上下運動検出用スイッチ５５はＯＦＦとなり、指先の上昇運動を検出できる。
【００２９】
指先接触部がその移動可能範囲の外縁に到達したことと、外縁から離脱したことを検出するためには、例えば図３において回転リング１２と移動範囲制限枠１４または２０を導電性素材で構成し、両者の接触によって導通する電流を検出すればよい。電流が導通するようになった時点が外縁に到達した時点であり、電流が遮断された時点が外縁から離脱した時点である。こうして軌道出入り検出手段を実現できる。
【００３０】
以上の方法で検出した指先下降時点または外縁到達時点の指先接触部の位置を第１位置とし、指先上昇時点または外縁離脱時点の指先接触部の位置を第２位置とすると、これらの位置は指先接触部可動機構に指先接触部の位置を検出するセンサを設置することによって計測できる。例えば、図１の指先接触部可動機構では下台に対するレールの移動量、及びレールに対する指先接触部の移動量を、光学式リニアエンコーダやロータリエンコーダで計測すると良い。また図２の指先接触部可動機構では、各回転軸におけるアームの回転量を光学式ロータリエンコーダで計測すると良い。こうして得られる計測結果から、指先接触部の第１位置及び第２位置の位置を算出し、両位置の組み合わせを指令や文字に関連付けることができる。あるいは区別すべき位置の数が限られている場合には、各位置にスイッチを配置して、指先接触部が来た位置のスイッチがＯＮとなるようにして指先接触部の位置を検出しても良い。これらの方法により指先位置検出手段を実現できる。
【００３１】
本発明のデータ入力装置では、以上に述べてきた指先接触部可動機構、指先運動ガイド手段、触覚または力覚刺激提示手段、指先の上下動検出手段または軌道出入り検出手段、そして指先位置検出手段を組み合わせて、指先の運動から第１位置と第２位置を検出し、両地点の組み合わせに対応する指令や文字を入力する。この対応付けを行う対応付け手段では、第１位置と第２位置の組み合わせを文字や指令に関連付けるテーブルを予め用意しておく必要がある。
【００３２】
第１位置と第２位置の組み合わせを指令や文字に対応付けるテーブルは、直感的に分かり易いものが望ましい。英字（アルファベット）について、第１位置から第２位置へ至る指先の動きと、各文字を描くときのペン先の代表的な動きとが一致するように指先の運動と入力する英字を対応付けた例を図１７に示す。図１７では指先接触部の移動可能範囲を正方形の領域とし、この領域を３行３列の区域に分けている。これらの区域のうち、指先接触部をその区域に移動したときに触覚刺激用突起が出て指先を刺激する区域に白丸９４をつけている。９３の矢印の始点は第１位置を、また矢印の終点は第２位置を示す。各矢印で示される指運動によって入力するアルファベットを矢印の脇に記す。例えば９３の矢印は斜め左上の区域を第１位置として、中央上の区域を第２位置とする指先の運動によって「Ｔ」が入力することを意味している。９３の矢印で示される指運動は「Ｔ」をペンで描く際のペン先の水平方向の運動（これを「Ｔ］を描くときのペン先の代表的な動きと考える）に対応する運動になっている。また指先への触覚刺激は第１位置では加わらず、第２位置で加わるので、この触覚刺激の相違を手掛かりに指先位置を把握して指運動を正確・迅速に実行できる。図１８には数字について同様に、第１位置から第２位置へ至る指先の動きと、各数字を書くときのペン先の代表的な動きとが一致するように指先の運動と入力する数字を対応付けた例を示す。
【００３３】
図１９には３種の移動範囲制限枠の形状について外縁の各位置で加わる触覚または力覚刺激を黒塗りまたは白抜きの矢印で表している。黒塗りと白抜きの矢印は異なる種類の刺激を表す。例えば、黒抜きの矢印の地点では突起が出て指先を刺激するが白抜きの矢印の地点では突起が引っ込んで指先に刺激が加わらなくなる。あるいは黒抜きの矢印の地点では指先接触部を外縁に近づけたときに中央部に向けて押し返す力が加わるが白抜きの矢印の地点ではこの力が加わらなくなる。破線の矢印は指先接触部の移動の軌跡を示す。指先接触部の移動可能範囲を図１９（ａ）（ｄ）は正方形とした例、図１９（ｂ）（ｅ）は正方形の角を丸めて指先接触部が角で円滑に曲がれるようにした例、図１９（ｃ）（ｆ）は円形とした例である。図１９（ａ）（ｂ）（ｃ）では、最初に移動可能範囲の中央部にいた指先接触部が９５の方向に移動し、外縁に到達して黒塗りの触覚または力覚刺激９７を受けた後、右に曲がり、外縁に沿って移動し、白抜きの触覚または力覚刺激を受け、さらに外縁に沿って移動し、黒塗りの触覚または力覚刺激を受けた後、９６の矢印に沿って中央部に戻る。図１９（ｄ）（ｅ）（ｆ）は指先の運動の軌跡を変えた例で、運動中に指先が受ける触覚または力覚刺激の時系列は異なるパターンになる。操作者はこれらの運動の最中に加わる触覚または力覚刺激を手掛かりとして、指先が外縁の目的位置に到達し、外縁上を正しく移動して、正しい位置から復帰してくることを確認できる。指先を下降、上昇して第１位置と第２位置を指定する場合でも、触覚または力覚刺激を手掛かりとすることで、正しい地点で指先を下降、上昇させることができる。
【００３４】
図２０には指先接触部の移動可能範囲が円形である場合について、外縁上に沿って第１位置から第２位置に移動する指先の運動の例を示す。ただし（ａ−３）（ｂ−３）は外縁から内部に移動する運動である。外縁の上部中央地点を第１位置として開始する運動の中で触覚または力覚刺激により区別し易い運動は、（ａ−１）（ａ−２）（ａ−３）（ａ−４）（ａ−５）の５通りある。これらの運動中には触覚または力覚刺激が最大２回までしか変化しないので区別は容易であるが、変化する回数がこれより増えると区別が難しくなる。例えば（ａ−１）の運動は黒塗り矢印の刺激から開始して途中１度白抜き矢印の刺激に変わり再び黒塗り矢印の刺激を受ける。人はこの程度単純な刺激変化パターンであれば容易に区別できる。外縁の斜め左上地点を第１位置とする場合も、（ｂ−１）（ｂ−２）（ｂ−３）（ｂ−４）（ｂ−５）の５通りの運動を容易に区別できる。同様に各地点を第１位置として５通りの運動を容易に区別できる。そこでこれらの区別し易い運動を優先して指令や文字に対応付けると良い。
【００３５】
図２１に外縁上の各地点を第１位置として実行する図２０の５種類の指先の運動の中から、英字を書くときのペン先の運動に関連付くものを選んで、英字（アルファベット）に対応付けた例を示す。例えば「Ａ」を書くときにはペン先が左斜め下から右斜め上に移動するので、それに対応して外縁の「左斜め下」を第１位置、「中心」を第２位置として指先が移動するときに「Ａ」が入力するようにする。「Ｂ」についてはペンで記入するときの最後のペン先の動き（右下で曲線を描く時の指先の動き）に対応するように、外縁の右下で指先が曲がる運動によって「Ｂ」が入力するようにする。他の文字についても同様にペン先の代表的な動きと指先の動きに対応が取れるように指先の運動と入力する英字を関連付けるようにする。図２１は指の運動とそれによって入力するデータを関連付けるテーブルとなる。
【００３６】
図２２（ａ）では、図２１の場合と同様に数字についてペン先の代表的な動きと指先の動きに対応が取れるように定めたテーブルを示す。繰り返して入力することの多い「上下左右へのカーソル移動の指令」や「空白」や「改行」、「タブ」あるいは「バックスペース」については同一地点における指先の上下運動で入力できることが望ましい。指先の下降運動と上昇運動でそれぞれ第１位置と第２位置を指定する場合には、同一地点で指先を上下運動すると第１位置と第２位置が一致することになり、テーブルでは第１位置と第２位置が一致する組み合わせに対して、これらの繰り返し入力の多い指令や文字を関連付けることになる。図２２（ｂ）には、繰り返し入力の多い文字や指令を外縁上の８個の地点に記しているが、これは各地点で指先を上下運動した時にその地点に記されている文字または指令が入力することを意味する。
【００３７】
図２３に本発明のユーザインターフェイスで画面にメニューを表示した例を示す。図２３（ａ）では指先接触部１を移動可能範囲の外縁の上部中央に移動している。この位置は３行３列の区画の中で上部中央の区画に相当し、区画に記された白丸が示すように、この位置で触覚刺激用突起７が出て指先を刺激する。またこの位置を始点として指先を移動するときに触覚刺激を通じて容易に区別できる地点は図２０に示した５地点となる。図２３（ａ）の３行３列の区画の中でこの５地点に該当する区画は矢印の先が示す５区画である。矢印の始点が第１位置、矢印の終点が第２位置となる。図２３（ａ）の画面１０３の中に、メニューの項目をこの第２位置と幾何学的に対応が取れるように配置する。図２３（ａ）の例では、指先が現時点で位置している地点も含めたＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの６地点と画面中のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの６つのメニュー項目が幾何学的に対応する。破線の枠で囲まれたメニュー項目１００は現在指先が位置している地点で選択できるメニュー項目であることを意味する。細線の枠で囲まれたメニュー項目１０１は突起が指を刺激しない地点で選択できるメニュー項目であることを意味する。太線の枠で囲まれたメニュー項目１０２は突起が指を刺激する地点で選択できるメニュー項目であることを意味する。このようにメニュー項目あるいはアイコンに触覚または力覚刺激を示唆する装飾を施すと分かりやすくなる。指先接触部を外縁の左斜め上部に移動した時と、外縁の左中央部に移動した時についても、それぞれ図２３（ｂ）、（ｃ）に、指先接触部の位置、５個の第２位置を示す矢印、そして第２位置と幾何学的に対応の取れるメニュー項目の配置を示す。
【００３８】
指先を動かしてメニュー項目を選択する際に、多数並んでいるメニュー項目の中の特定の一つを選ぼうとすると、指先を目的のメニュー項目に対応する地点へ移動し、そこで静止させなければならない。指先を正しい地点で静止するためにカーソルの動きに注意を注ぎ、指先の速度を落として慎重にカーソルを動かさなければならない。本発明の実施例では、カーソルを隣のメニュー項目に移動するときに、指先を刺激する突起が上下に動いたり、反発力が加わったりするので、隣のメニュー項目に移動したことをこれらの刺激を通じて確実にまた容易に把握できる。したがって現カーソル位置に隣接したメニュー項目を選択する操作は迅速に行える。また指先移動可能範囲が正方形に近い形状をしている場合には指先移動可能範囲が角を持ち、角では急な方向変換が必要になるので、指先を速く動かしても角にぶつかって静止し、角の位置に対応するメニュー項目を確実にまた迅速に選択できる。図１７、図１８、図２１、図２２、図２３に示した実施例では、いずれも隣や角に該当する地点に対して優先的に指令や文字、メニュー項目を割り当て、指先を速く動かしながら確実にデータを入力できるように工夫している。
【００３９】
以下の実施例では、指先接触部の２次元移動範囲の中に線状領域を設定し、指先接触部がこの線状領域から出るのに一定量以上の力を要するが線状領域内部では一定量以下の弱い力で移動するように装置を構成することで、指先接触部を線状領域に閉じ込め、この線状領域を軌道として指先の運動をガイドする方式について説明する。
【００４０】
図２４（ａ）（ｂ）には指先接触部と触覚刺激提示手段の構成例を示す。それぞれ上から見た図とＡ−Ａ′断面図を示す。上から見ると楕円形状をしている指先接触部はスプーンの先のように窪んだ曲面になっており、その曲面に指先の腹が密着する。（ａ）はボールの形状をした触覚刺激用突起２０２が下がっている状態、（ｂ）は触覚刺激用突起２０２が上がっている状態を示す。触覚刺激用突起は上がると指先接触部に接している指先の腹を刺激する。２０３は触覚刺激用突起の支柱であり、それが２０４を回転軸として角度を変えることによって、触覚刺激用突起が指先接触部に対して上下に動き、指先接触部の凹凸形状を変える。２１６は指先接触部で指先が下方に力を加えたときにＯＮするスイッチであり、指先の上下運動を検出する。これが上下動検出手段になる。
【００４１】
（ｃ）以降の図には（ａ）に示す指先接触部がそれに接触する指先の移動に追随して２次元的に移動する仕組み（指先接触部可動機構）と、移動に伴い触覚刺激用突起が上下に動く仕組み（触覚刺激提示手段）、指先接触部の移動を１次元の軌道に制約する仕組み（指先運動ガイド手段）、力覚刺激を生成する仕組み（力覚刺激提示手段）等を示す。各図には上から見た図とＢ−Ｂ′断面及びＣ−Ｃ′断面の図を示す。なお（ｅ）（ｆ）の図では、（ｃ）（ｄ）とは異なる方向から見た断面図を表示する都合上、（ｃ）（ｄ）の装置の方向を９０度回転して表示している。
【００４２】
（ｃ）でレール２０７は（ｅ）のＣ−Ｃ’断面図中に示すように台座２０５に固定したレール保持部２１４の穴を通過しており、穴の中を滑って台座に対して相対的に移動する。なおレール２０７とレール保持部２１４の穴の内面は互いに滑りやすくなるように加工されており、指先から加えられる圧力によって、レールがいずれの方向から内面に押し付けられても、摩擦力は小さく、レール保持部に対して円滑に移動する。例えば、レールが穴内面に側方から押し付けられる場合にも円滑に移動する。指先から力を加えて、指先接触部を移動可能範囲の外縁に押し付けるときには、レールは穴の内面に側方から押し付けられるように力が加わるが、そのような場合にも、外縁に沿って円滑に移動できることになるので、外縁を１次元の軌道として指先の運動をガイドする目的に使用できるようになる。また図１のレールと車輪を用いる方式では、側方から加わる力によって車輪がレールから外れる心配があるが、レール保持部２１４の穴をレールが通過するようにすれば、側方から力が加わっても、レールが保持部から外れることはない。
【００４３】
このようにレール２０７がレール保持部２１４に対して移動することによって、指先接触部２０１は（ｃ）の位置から（ｄ）の位置に移動する。この時スイッチＳＷ２がＯＮしてこの移動を検出する。逆方向に移動するとＳＷ１がＯＮするので、ＳＷ１とＳＷ２のＯＮ−ＯＦＦの組み合わせによって、この方向の移動に関して３つの位置を区別することができる。（ｃ）ではバネ２１０に押されて車輪２０９が窪み２１３にはまっているが、（ｄ）の位置に指先接触部が移動するためにはバネの力に逆らって車輪が持ち上げられて窪みから抜け出す必要がある。そのため（ｃ）の位置から（ｄ）の位置に移動するためには一定量以上の力を必要とし、一定量以上の力を加えない限り、指先接触部はこの移動方向に関して（ｃ）の位置に拘束される。この拘束から抜け出すには一定量以上の力が必要であり、それが反力として力覚を刺激する。したがって、これは指先を軌道に拘束する指先運動ガイド手段となるのと同時に力覚刺激提示手段になる。なお（ｃ）の位置から（ｄ）の位置に移動するときに触覚刺激用突起２０２は下がったままで指先を刺激しない。このように指先接触部が（ｃ）の位置から（ｄ）の位置に移動するときには、触覚刺激は変化せずに、力覚刺激のみが変わって位置の変化を通知することになる。
【００４４】
次に、指先接触部が（ｅ）に示す位置から（ｆ）に示す位置に移動するときには、レール２０７に対して指先接触部に固定したレール保持部２０８が滑って移動する。この場合も前述したように、レール保持部２０８の穴の内面にレール２０７がいずれの方向から押し付けられても、レール保持部２０８の穴内面はレール２０７に対して小さな摩擦係数で滑って、レール保持部がレールに対して円滑に移動するように構成し、指先から側方に圧力が加えられ、指先接触部がその移動範囲の外縁に押し付けられても、外縁に沿って円滑に移動できるようにする。こうすると外縁も指先を誘導する１次元の軌道として利用できる。
【００４５】
指先接触部が（ｅ）に示す位置から（ｆ）に示す位置に移動する時には、車輪２０９が窪み２１３に入ったままであるので何ら反力を受けることなく移動できる。一方、触覚刺激用突起２０２は（ｅ）では下がっているが、（ｆ）の位置に移動すると台座の隆起部２１５に押し上げられて、指先を刺激する。これが触覚刺激提示手段になる。このように指先接触部が（ｅ）の位置から（ｆ）の位置に移動するときには、力覚刺激は変化せずに、触覚刺激が変わって指先の位置の変化を通知することになる。この移動方向についての指先接触部の位置は、スイッチＳＷ３とスイッチＳＷ４のＯＮ−ＯＦＦの組み合わせによって、３つの位置を区別することができる。前述したようにこれと直交する方向については、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２のＯＮ−ＯＦＦの組み合わせによって３つの位置を区別できるので、両者の組み合わせで９通りの位置を区別できる。これが指先位置検出手段になる。
【００４６】
指先接触部は２次元の移動範囲内を自由に移動できるが、車輪２０９が窪み２１３に落ちると、その後は一定量以上の力を加えない限り車輪は窪みから抜け出すことができず、車輪が窪みに落ちた状態を保ったまま、一方向にのみ移動する。こうして指先接触部の移動は１次元の軌道上に制約され、指先運動ガイド手段が実現される。
【００４７】
装置の方向を図２４（ｅ）（ｆ）に示される方向にして操作する場合について、図２５に指先接触部がその２次元移動範囲２９０内のどの地点でどの方向に力を受けるかということを矢印２９３で示す。車輪２０９を窪み２１３に落とすバネの力は指先接触部に（ａ）の図中の矢印の方向に力を及ぼし、指先接触部の位置を向かい合う矢印２９３で挟まれた線状領域内に制約する。この線状領域を抜け出すには前述した一定量以上の力が必要となるが、線状領域内ではなんら反力を受けずに移動できる。そこでこの線状領域を指先の運動をガイドする１次元の軌道として用いて指先の運動を誘導することができる。これが指先運動ガイド手段となる。なお（ａ）で矢印２９３の力に逆らって軌道の上側領域、下側領域に抜けるともはや指先接触部に力は働かなくなる。これはこれらの領域では図２４に示すように車輪２０９がレール２０６の平らな部分に接するためである。この平らなレールを若干傾斜させることにより、弱い力が働き、指を離したときに指先接触部が線状領域に復帰するようにしても良い。しかしながら、復帰する力が強いとそれを押し留める指が疲れてしまうので、あくまでもこれらの領域で働く復帰力は弱くすべきである。
【００４８】
図２５（ａ）中の２９１で示す領域では、触覚刺激用突起が上昇して指先を刺激する。また２９２の領域では触覚刺激用突起が下がって指先を刺激しなくなる。この刺激の変化によって左右方向に関して３つの区域を区別できる。また前後（紙面上では上下）方向に関しては、軌道を抜け出す際に必要となる反力を手掛かりとして、軌道上、軌道の上側領域、下側領域の３つの区域を区別できる。左右方向の区域は触覚刺激を手掛かりとして区別し、前後方向の区域は力覚刺激を手掛かりとして区別する。移動方向によって刺激の種類が異なるので指先の位置を容易に把握できる。こうして各方向について３つの区域を区別できるので、その組み合わせによって図２５（ｂ）に示す９個の区域（ＵＬ：左上区域、ＵＭ：中央上区域、ＵＲ：右上区域、ＭＬ：中央左区域、ＭＭ：中央区域、ＭＲ：中央右区域、ＬＬ：左下区域、ＬＭ：中央下区域、ＬＲ：右下区域）を区別できる。
【００４９】
指先は、これらの９個の区域のいずれかにおいて下降して図２４のスイッチ２１６をＯＮとし、ＯＮする時点の指先位置として第１位置を指定後、軌道（例えば、ＭＬ、ＭＭ、ＭＲの３区域）に沿って移動し、いずれかの区域で上昇してスイッチ２１６をＯＦＦとして、ＯＦＦする時点の指先位置として第２位置を指定する。そして第１位置と第２位置の組み合わせに基づいて入力する情報を決定する。第１位置と第２位置の組み合わせを入力する情報に関連づける対応付け手段は、例えば、第１位置と第２位置の組み合わせを入力する情報に対応づける参照表（図４９）を用いて、入力する情報を決定する。ここで参照表は使用者が独自に定義できるようにしておくと応用範囲が広がる。なおスイッチＳＷ１、ＳＷ２は、上述したように指先の前後方向の移動について位置を検出するが、指先接触部が軌道上、軌道の上側、軌道の下側のいずれの位置にあるかを検出するので、軌道出入り検出手段としても利用できる。そして軌道出入り検出手段を上記の上下動検出手段の代わりに用いて、上述したのと同様な方法で入力する情報を決定できる。その場合、スイッチＳＷ１がＯＮからＯＦＦに変われば、指先接触部は軌道の上側から軌道に突入したことが分かる。またスイッチＳＷ２がＯＮからＯＦＦに変われば、指先接触部は軌道の下側から軌道に突入したことが分かる。軌道から脱出する場合も同様にＳＷ１とＳＷ２のどちらがＯＮしたかということから脱出の方向が分かる。そこで突入、脱出の方向を区別して、入力する情報を関連付けることができる。こうして軌道出入り手段を使用する場合に、突入、脱出の方向を区別することは、上下動検出手段を使用する場合に、第１位置、第２位置が軌道の上側領域と下側領域のどちらにあるかを区別することと等価である。
【００５０】
なおショートカットエリア内では前述した線状領域が１次元の軌道となって指先をガイドする。この軌道上にはＭＬ，ＭＭ，ＭＲの３つの区画がある。更に図２４の機構では指先接触部はその移動範囲２９０の外縁に沿って円滑に移動できるので、この外縁も１次元の軌道となり指先をガイドする。この軌道上には移動範囲の上辺に沿ってＵＬ，ＵＭ，ＵＲ、また下辺に沿ってＬＬ，ＬＭ，ＬＲがあり、これらの辺上では指先を辺に押し付けるようにしても指先は一定量以下の力で移動できるので、これらの辺を１次元の軌道として併せて利用できる。
【００５１】
図２６に図２４の実施例を若干変更し、触覚刺激提示手段を取り除き、代わりに指先接触部の左右方向の移動に関しても、力覚刺激を手掛かりとして指先位置を判断できるようにした構成を示す。（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）のそれぞれに装置を上から見た図とＣ−Ｃ’における断面図を示す。指先接触部を左右方向に移動する場合には、バネ２４０によってレールに押し付けられている車輪２３９が、レールの突出部２３７と２３８を乗り越える際に反力を受けるのでこの反力を手掛かりとして指先の左右方向の位置の変化を把握することができる。例えば、指先接触部が（ａ）の図に示す位置から（ｂ）の図に示す位置へ移動するときには車輪２３９が屈曲部２３７を乗り越えるのに力を要し、この力を手掛かりとして指先が中央の区域から左の区域に移動したことが分かる。指先の前後（紙面上では上下）方向の移動に関しては、図２４の場合と同様に車輪２０９が窪み２１３を抜け出るのに力を要するので、この力（力覚刺激）を手掛かりとして指先が前後方向に移動したことを把握できる。したがって、この構成例では、左右前後のいずれの方向に関しても力覚刺激提示手段によって指先の位置の手掛かりを得ることになる。ただし、両方向の位置の区別に共に力覚刺激を用いると、位置の判断に混乱を生じやすい。なお車輪２０９が窪み２１３を抜け出すのに要する力は、車輪２３９が屈曲部２３７を乗り越えるのに要する力よりも大きいので、指先接触部は、前後方向の位置を車輪２０９が窪み２１３に落ち込む位置に制約したまま、左右方向に弱い力で位置を変えて１次元的に移動する。こうして指先の位置は線状領域に制約されて、線状領域を軌道として指先を誘導する指先運動ガイド手段を実現できる。
【００５２】
図２７（ａ）に、図２６の構成例について、２９０の正方形枠で示される指先の移動範囲内の各位置で指先に加わる力の大きさと方向を矢印２９３及び２９７で示す。矢印の方向で力の方向を、矢印の大きさで力の大きさを示す。窪み２１３を抜け出すのに要する力２９３は屈曲部２３７、２３８を乗り越えるのに要する力２９７よりも強く、２９３の向かい合う矢印で挟まれた線状領域に指先接触部を拘束する。この線状領域を１次元の軌道として用いて指先の運動をガイドすることができる。２９３の反力による力覚刺激によって、指先の前後方向の移動については、指先が軌道上、軌道の上側領域、下側領域の３つの区域のどれに含まれるか区別できる。また２９７の反力によって、指先の左右方向の移動について、レールの突出部２３７，２３８を境界として、左区域、中央区域、右区域の３つの区域のどれに含まれるか区別できる。両者の組み合わせによって（ｂ）図に示す９個の区画を区別できる。
【００５３】
図２６の構成に図２４で用いた触覚刺激提示手段を台座の隆起部の配置を変更して併せて導入すると、２９０の指先移動範囲内で（ｃ）図に示すような触覚刺激を提示することもできる。ここで２９１は触覚刺激要突起が上がって指先を刺激する範囲、２９２は触覚刺激要突起が下がって指先を刺激しなくなる範囲を示す。２９３、２９７の矢印で示される力覚刺激は（ａ）図と同じである。このように力覚刺激と触覚刺激を組み合わせて提示すれば、（ｄ）図に示すように前後方向に５個の区域を区別できるようになり、５０音のひらがなを入力する場合には、５個の区域を５種の母音に対応させることができるので都合良い。なお（ａ）図において前述した線状領域が１次元の軌道となって指先をガイドする。この軌道上にはＭＬ，ＭＭ，ＭＲの３つの区画がある。更に図２６の機構では指先接触部はその移動範囲２９０の外縁に沿って円滑に移動できるので、この外縁も１次元の軌道となり指先をガイドする。外縁の上辺を軌道として用いると軌道をガイドとして指先を移動することでＵＬ，ＵＭ，ＵＲの区画に正確に指先を誘導できる。また外縁の下辺を軌道として用いると軌道をガイドとして指先を移動することでＬＬ，ＬＭ，ＬＲの区画に正確に指先を誘導できる。
【００５４】
図２８には、指先接触部を指先の移動に追随して動かすための別の機構を示す。まず（ａ）に指先接触部２０１、ボール状の触覚刺激用突起２０２とその支柱２０３、支柱の回転軸２０４を上から見た図と断面図を示す。回転軸２０４の回りに支柱２０３が揺れて触覚刺激用突起２０２を上下に動かし、指先接触部に接する指先を刺激する。これが触覚刺激提示手段になる。指先接触部は（ｂ）（ｃ）（ｄ）の図に示すように紙面上で左右の方向に移動する。（ｂ）では車輪２１８がバネ２１７に押されて窪み２１９に落ち込んでおり、指先接触部はこの位置に安定して落ち着いている。（ｃ）では指先接触部は左に移動し、車輪はバネの力に逆らって押し出されて窪みから外れる。このように移動する時に、指先接触部には（ｂ）の位置に復帰しようとする力が働き、指先は反力を感じる。（ｄ）に示す位置に移動する場合にも、車輪が窪みから抜け出す際に、移動に逆らう反力を受け、指先接触部は（ｂ）に示される位置に復帰しようとする。これが力覚刺激提示手段となり、操作者はこれらの反力を手掛りとして指先位置を把握できる。また（ｃ）（ｄ）のいずれの位置に移動する場合にも、指先接触部に一定量以上の力を加える必要があり、この力を加えない限り、指先接触部は（ａ）の位置に留まることになるので、紙面上の左右方向の移動について指先接触部の位置を１点に拘束することになり、次図で説明するように指先の運動を１次元の軌道上に制約する指先運動ガイド手段を実現できる。
【００５５】
図２９には、図２８の機構に触覚刺激提示手段を追加している。（ａ）には指先接触部位を上から見た図とＢ−Ｂ’の断面図を示す。回転軸２２２を中心としてシーソのアームのように振れる突起押し上げ板  （シーソ状機構のアーム）２２１の外側の板が衝突壁２２０にぶつかると、（ａ）の右図のように突起押し上げ板  （シーソ状機構のアーム）２２１の内側の板が上昇して触覚刺激用突起２０２を押し上げて、指先接触部上の指先を刺激する。これが触覚刺激提示手段になる。（ｂ）（ｃ）（ｄ）には回転軸２２３を軸として指先接触部を矢印２２４の方向（２２３を中心とする円周方向）に振る様子を示す。この可動機構では指先接触部が関節を軸として動く指先の運動に近い動きをするように、回転軸２２３を軸とする回転運動によって指先接触部を動かしている。また指先は関節の屈曲運動及び筋の伸縮によって前後に動くのでその運動を模擬するように、指先接触部は屈曲または伸縮機構により前後に動かすようにすると良い。ここに示す例では伸縮機構によって前後方向の運動（紙面上では左右方向の運動）を実現している。
【００５６】
指先接触部を（ｂ）に示す位置から（ｃ）に示す位置に移動するときには、車輪２１８は窪み２１９に落ち込んだままであり、指先接触部は矢印２２５の方向（回転軸２２３を中心とした半径方向）には移動せず、矢印２２４の方向（円周方向）にのみ移動している。この移動は一定量以下の弱い力で遂行できる。一方、図２８で説明したように、指先接触部が（ｂ）（ｃ）に示す位置から矢印２２５の方向（半径方向）に移動するためには車輪が窪みを抜け出すことを要し、一定量以上の力を要するので、この一定量以上の力を加えない限り、指先接触部は矢印２２５の方向への移動に関して（ｂ）（ｃ）に示す位置に拘束されながら、矢印２２４の方向に一次元的に移動し、一次元の軌道上に制約された運動をすることになる。これが指先運動ガイド手段となる。
【００５７】
また矢印２２５の方向へ移動するためには車輪が窪みを抜け出すために一定量以上の力（指先が受ける反力に逆らって指先を動かす力）を必要とすることから、この反力を力覚刺激として指先位置を把握するための手掛かりにすることができる。これが力覚刺激提示手段となる。なお指先接触部が矢印２２４の方向に移動するときには、（ａ）に示す機構によって触覚刺激用突起２０２が上下に動いて指先の触覚を刺激するので、触覚刺激を通じて指先位置を把握できる。例えば、（ｃ）では指先接触部が紙面上で上方に動き、上側の突起押し上げ板２２１が衝突壁２２０にぶつかって触覚刺激用突起２０２を押し上げる。これが触覚刺激提示手段となる。
【００５８】
指先接触部が（ｂ）に示す位置から（ｄ）に示す位置に移動するときには、矢印２２４と矢印２２５の両方向に同時に移動している。（ｄ）に示す位置では突起押し上げ板２２１が衝突壁２２０にぶつかって触覚刺激用突起２０２を押し上げているが、この状態で矢印２２５の方向（半径方向）に指先接触部を動かしても、突起押し上げ板２２１が衝突壁２２０にぶつかっている状況に変わりはない。すなわち、触覚刺激は指先接触部を矢印２２５の方向に移動したときには変化せず、矢印２２４の方向（円周方向）に移動したときにだけ変化する。一方、力覚刺激は矢印２２５の方向に移動したときにだけ変化し、矢印２２４の方向に移動したときには変化しない。このように移動方向に応じて力覚刺激と触覚刺激を使い分けているので、操作者は指先位置を容易にまた確実に把握できる。例えば矢印２２４の方向に関する位置を一定に保ったまま、矢印２２５の方向に限定して指先を移動したいときには触覚刺激を変えないように指先を動かすことで正確な運動を行うことができる。
【００５９】
図３０に、図２９の機構で生じる触覚刺激と力覚刺激が、指先運動範囲２９０内のどの位置でどのように生じるかを示す。（ａ）に示す可動機構で矢印に示すように指先接触部を動かすときに、指先は（ｂ）の２９０に示す形状の範囲を移動する。この範囲の中で指先接触部に働く力の方向と位置は矢印２９３、３０８に示される様になる。指先接触部が２９３の向かい合う矢印に挟まれた位置に来たときに車輪２１８は窪み２１９に落ち込む。この窪みから抜け出すのに一定量以上の力が必要であり、指先接触部に矢印２９３に示す方向の反力が加わることになる。また区域２９１においては触覚刺激用突起２０２が上昇して指先を刺激し、区域２９２においては触覚刺激用突起２０２が下降して指先を刺激しない。指先接触部は２９３の向かい合う矢印に挟まれた線状領域に拘束され、この線状領域に沿って１次元的に移動する。したがってこの線状領域を１次元の軌道として指先をガイドする指先運動ガイド手段を実現できる。なお（ｂ）では軌道の上側領域と下側領域で、指先接触部を線状領域に復帰させるように、矢印３０８に示される弱い力が働いている。それは図２８（ｃ）（ｄ）において車輪２１８が接する斜面３０９，３１０の傾斜方向に力が発生するためである。しかし３０９，３１０の斜面の傾斜は窪み２１９近辺の斜面の傾斜よりも緩く、復帰力は弱いので、指先は筋肉に負担をかけずにこれらの領域に留まることができる。
【００６０】
図３１には、図２８、図２９、図３０で説明してきた機構に、指先接触部を円周方向２２４に振るための回転軸２２３、指先接触部を上下方向２３２に振るための回転軸２２６を追加し、これらの回転軸を保持する機構の詳細を示す。また指先接触部の位置を検出するためのスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４と指先接触部の上下運動を検出するためのスイッチ２３１の配置を示す。指先接触部を半径方向２２５に移動するときにスイッチＳＷ１，ＳＷ２は突起２２７、２２８に押されてＯＮし、この２つのスイッチのＯＮ−ＯＦＦの組み合わせによって、半径方向について３つの位置を区別できる。指先接触部を円周方向２２４に移動するときには、スイッチＳＷ３，ＳＷ４のＯＮ−ＯＦＦの組み合わせによって、円周方向について３つの位置を区別できる。両者の組み合わせによって９個の位置を区別でき、これが指先位置検出手段となる。スイッチ２３１のＯＮ−ＯＦＦによって指先の上下運動が分かるのでこれが上下運動検出手段になる。
【００６１】
図３２に図２４（ｅ）（ｆ）に示した構成のレールを前後方向（紙面上の上下方向）に伸ばすことで指先接触部の移動範囲を前後方向に拡張した機構を示す。レールを前後方向に伸ばした分、指先接触部に固定されているレール保持部２０８も前後方向の長さが長くなっている。このように拡張した移動範囲の上部の部分領域では、図２４に説明した方法と全く同様の方法で、指先接触部の運動を１次元の軌道上に制約する。すなわち、指先を前後方向に移動する時には、車輪２０９がレール２０６の窪み２１３に落ち込む位置に指先を拘束する。（ａ）（ｂ）に示すように指先は、前後方向の移動に関しては窪みの位置に拘束されたままで左右方向には自由に動くので、左右の一方向のみに移動可能な１次元の軌道に拘束されて移動することになる。軌道から抜け出す時には一定量以上の力を加える必要があるが、その際に反力として指先に加わる力覚刺激を通じて、指先の位置を、前後方向に関して、軌道上の区域、軌道の上側区域及び下側区域の３つの区域に区別することができる。また、指先の左右方向の位置については、触覚刺激用突起２０２が、指先が中央にいる時は下がっているが、左右に移動すると台座の隆起部２１５によって押し上げられて指先を刺激するので、この突起の刺激の差異に基づき左区域、中央区域、右区域の３つの区域に区別できる。こうして上部の部分領域は、左右前後それぞれ３つの区域に区分されるので、その組み合わせによって９個の区画に区別され、その中で指定される第１位置と第２位置の組み合わせに基づき、能率良く文字や指令を入力できる。このように上部の部分領域ではカーソルを使わずに文字や指令を直接的に指定できるので、この領域をショートカットエリアと呼ぶ。
【００６２】
一方、指先接触部がその移動範囲の下部の部分領域に移動すると、（ｃ）（ｄ）に示すように、車輪２０９はレール２０６の平らな部分に接するため、指先を前後方向に動かしても力覚刺激を受けない。また指先を左右方向に動かす時も下部の部分領域には台座の隆起部がないため、触覚刺激用突起２０２は下がったままで触覚刺激を受けることがない。したがって、下部の部分領域では指先は触覚刺激、力覚刺激のいずれも受けずに自由に移動できるため、指先の位置を高解像度に検出し、座標指定（ポインティング）を行う目的に使用することができる。そこで下部の部分領域をポインティングエリアと呼ぶ。なお（ｄ）図の右に台座の隆起部２１５の３面図を示す。隆起部２１５は触覚刺激用突起２０２の下部がどちらの方向から衝突しても緩やかな傾斜で押し上げられるように、いずれの方向からも緩やかな曲面で隆起していることが分かる。車輪２０９が接するレール２０６には上部と下部の部分領域を分けるための突起部２４１があり、車輪２０９がこの突起部を乗り越える際に大きな力が必要であり、この力に応じて指先は反力を受ける。操作者はこの反力を手掛かりとして、上部の部分領域と下部の部分領域の境界を把握できる。また両部分領域間を横切るにはこの反力に逆らう力が必要となる。
【００６３】
レール２０６に固定されたクシ状スリット３０２は、発光・受光素子３００の発光素子と受光素子の間に入り、発光部から発した光は、クシの歯の部分で遮断され、歯と歯の間のスリットを通過する。したがってクシ状スリットが発光・受光素子に対して相対的に移動するとクシの歯の通過回数だけ遮断が起きて、遮断回数を受光素子で計測することによって移動量を検出できる。クシ状スリット３０２は力覚刺激生成用レール２０６に固定しているので指先接触部の前後方向の移動に追随して動き、発光・受光素子３００は台座に固定しているので、光の遮断回数を通じて指先接触部の前後方向の移動量を計測できる。同様に指先の左右方向の移動量を求めるためには、指先接触部に固定したクシ状スリット３０３が、指先接触部移動用レール２０７に固定した発光・受光素子３０１に対して相対的に移動する時にクシの歯が光を遮断する回数を検出すれば良い。以上の方法で指先位置検出手段を構成できる。この指先位置検出手段は、（ａ）（ｂ）に示すように指先接触部がショートカットエリアにある場合においても、指先接触部の位置を検出し、文字や指令、メニュー項目を指定する目的に使用できる。ただし、発光・受光素子は常に電力を消費するので、指先接触部がショートカットエリアにいる間は電力の供給を止めて、図２４に示したスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を用いる指先位置検出手段を利用した方が節電上好ましい。指先接触部がポインティングエリアに入ったときにだけ発光・受光素子に電力を供給するようにすると良い。
【００６４】
図３３には、図３２の機構で生成される触覚刺激と力覚刺激が指先の運動範囲内のどの位置でどのように加わるかを示す。図３２の機構では指先運動範囲は２９０に示される長方形の領域となる。矢印２９９は車輪２０９が突起部２４１を乗り越える際に指先が受ける反力を示す。この反力に逆らって指先を動かすことによって、上部の部分領域と下部の部分領域の境界を越えることができる。下部の部分領域２９４では図３２で説明したように触覚刺激も力覚刺激も加わらない。一方上部の部分領域では車輪２０９がバネでレール２０６に押し付けられるため窪み２１３に落ち込もうとする力２９３が生じ、向かい合う矢印２９３に挟まれた線状領域に指先は拘束され、この線状領域を軌道として指先を左右に動かすことができる。この線状領域から抜け出すには矢印２９３に示される力に逆らって一定量以上の力を加える必要がある。このとき矢印２９３の力を指先の運動に対する反力として感じるので、この力覚刺激を手掛かりとして、前後方向に関して、軌道上、軌道の上側、軌道の下側、の３つの区域を区別できる。また図３２に示す機構によって、台座の隆起部２１５がある上部の部分領域では、２９１に示す範囲で触覚刺激用突起２０２が上昇して指先を刺激し、２９２に示す範囲では突起が下降して指先を刺激しなくなる。この触覚刺激を手掛かりとして、左右方向に関して、左側、中央、右側の３つの区域を区別できる。前後方向と左右方向それぞれ３つの区域を区別できるので、両者の組み合わせによって、（ｂ）図の２９５の領域（ショートカットエリア）でＵＬ等の９個の区画を区別できる。
【００６５】
２９５の領域は前述した上部の部分領域に相当し、この中で第１位置と第２位置を指定して両者の組み合わせにより迅速に文字や指令を入力したり、メニュー項目を選択したりできる。２９５の領域は内部に指先の運動を拘束する１次元の軌道を含み、また位置は９個の区画のいずれに含まれるかということしか区別できないが、カーソルを使わずにメニュー項目に直接アクセスし能率的に項目を指定できるので、２９５の領域をショートカットエリアと呼ぶ。一方、下部の部分領域に相当する（ｂ）図の２９６の範囲では、指先は制約を受けずに自由に運動できるが、この自由度のためにかえってメニュー項目を指定する作業の能率は低くなる。しかしながらこの範囲では任意の座標位置を指定できるので、２９６の範囲をポインティングエリアと呼ぶ。ショートカットエリアにおける９個の区域の区別と、ポインティングエリアにおける座標値の検出は、発光・受光素子とクシ状スリットを用いる前述した機構によって実行できる。
【００６６】
なおショートカットエリア内では前述した線状領域が１次元の軌道となって指先をガイドする。この軌道上にはＭＬ，ＭＭ，ＭＲの３つの区画がある。更に図３２の機構では指先接触部はその移動範囲２９０の外縁に沿って円滑に移動できるので、この外縁も１次元の軌道となり指先をガイドする。この軌道上にはＵＬ，ＵＭ，ＵＲがあるので、ＭＬ−ＭＭ−ＭＲの軌道とＵＬ−ＵＭ−ＵＲの軌道を積極的に活用して、能率的にデータを入力できるユーザインターフェイスを構成することができる。例えば、ＭＬ−ＭＭ−ＭＲの軌道によって誘導できる指先の運動でアルファベットを入力し、ＵＬ−ＵＭ−ＵＲの軌道によって誘導できる指先の運動で数字を入力できるユーザインターフェイスを後に図３９と図４０で説明する。
【００６７】
図３４に、触覚刺激用突起２０２を上下に動かして指先接触部２０１の上に接する指先を刺激する触覚刺激提示機構の別の構成例を示す。（ａ）（ｂ）（ｃ）の各図には、指先接触部がそれぞれ中央、左、右に位置する場合の上面図とＢ−Ｂ’断面図を示す。（ａ）では触覚刺激用突起は下がっているが、（ｂ）では指先接触部が左に動く時に指先接触部の突起部２２０が突起押し上げ板  （シーソ状機構のアーム）２２１を倒し、２２１が倒れるとシーソの原理で回転軸２２２を支点として反対側のアーム（突起押し上げ板）２３３が上がり、触覚刺激用突起２０２を持ち上げる。（ｃ）では指先接触部が右に動く時に（ｂ）と同様の理由で触覚刺激用突起が上昇する。図２９に示した方式ではシーソ状アーム２２１の回転軸は指先接触部側に付いていたが、図３４の方式では台座側についている点が異なる。
【００６８】
図３５には、図２８に示した関節の運動機構を模擬した構成例に図３４の触覚刺激提示機構を組み込んだ構成例を示す。図２８の場合と同様に、車輪２１８がバネ２１７に押されて窪み２１９に押し付けられている。そのため指先接触部は、矢印２２５に示される半径方向の移動に関しては、車輪が窪みに落ちる位置に拘束され、１次元の軌道上を矢印２２４に示される方向（円周方向）に運動する。（ｂ）図で指先接触部は、矢印２２５の方向の位置については、車輪が窪みに落ちた位置を保ったまま、矢印２２４の方向に移動している。この時、図３４に示した機構によって、突起押し上げ板（シーソ状機構のアーム）２２１が回転軸２２２を支点として倒れて反対側の突起押し上げ板（シーソ状機構のアーム）２３３が上がり、触覚刺激用突起２０２を持ち上げている。（ｃ）図では、（ａ）図の状態から指先接触部が矢印２２５の方向に移動している。この時、触覚刺激用突起は下がったままであるが、車輪２１８が斜面２３４に乗り上げるのに力を必要とし、操作者はこの力を反力として感じて指先の位置を把握できる。（ｄ）図では指先接触部が（ｃ）図と反対方向に移動している。やはり触覚刺激用突起は下がったままで、車輪２１８が斜面２３５に乗り上げる時に指先に働く反力を手掛かりとして指先の位置を把握できる。これが力覚刺激提示手段になる。このように矢印２２５の方向（半径方向）については力覚刺激により、また矢印２２４の方向（円周方向）については触覚刺激により、指先位置を把握できる。方向により別種の刺激が使われるので、指先位置を混乱なく容易に把握できる。
【００６９】
図３５（ｄ）において指先接触部を紙面上で右の方向に移動して行くと、車輪２１８が２３５の斜面を乗り越えて、さらにそのまま移動して行くと車輪２１８が２３６に示される範囲に入って図３６（ａ）に示す位置にくる。この位置では２３６に示す範囲で車輪は平らな面に接し、指先接触部何ら反力を受けずに半径方向２２５に移動できる。また車輪が２３６の範囲に来る位置にまで指先接触部が後方（紙面上の右）に移動している状態では、（ｂ）に示すように指先接触部が円周方向２２４に動いても、図３４の突起押し上げ板（シーソ状機構のアーム）２３３が触覚刺激用突起の下に来ないため、触覚刺激用突起は下がったままで指先を刺激しない。さらに指先接触部が円周方向２２４と半径方向２２５に同時に動いて（ｃ）（ｄ）に示すように移動する場合でも、車輪２１８が２３６の範囲内にある限りは、力覚刺激も触覚刺激も生じない。このように指先が拘束も刺激を受けずに自由な位置に動けるので車輪２１８が２３６の範囲にいる状態で座標指定（ポインティング）を行うようにする。
【００７０】
ここでロータリエンコーダ３０４を用いて回転軸２２３を中心とした回転量を計測し、またクシ状スリット３０６が発光・受光素子３０５の光を遮断する回数を計測することで、指先接触部の円周方向２２４の位置と半径方向２２５の位置を算出できる。これを指先位置検出手段として用いて、検出した指先接触部の位置に基づいて座標指定を行う。この指先位置検出手段は、図３５に示すように車輪２１８が２３６の範囲にない場合においても、指先接触部の位置を検出し、文字や指令、メニュー項目を指定する目的に使用できる。ただし、発光・受光素子は常に電力を消費するので、指先接触部がショートカットエリアにいる間は電力の供給を止めて、図３１に示したスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を用いる指先位置検出手段を利用した方が節電上好ましい。指先接触部がポインティングエリアに入ったときにだけ発光・受光素子に電力を供給するようにすると良い。
【００７１】
図３７に図３５、図３６に示した構成例について、指先接触部の移動範囲２９０の内部で指先接触部に働く力の位置と方向を矢印で示す。（ｂ）図で指先接触部が２９４の範囲にいる時は（ａ）の図では車輪が２３６の範囲に入っており、指先には触覚刺激も力覚刺激も加わらない。したがって２９４の範囲が座標指定に使われ、ポインティングエリアになる。指先接触部が２９４の範囲を出て、２９１または２９２の範囲に移動するには車輪２１８が突起部を乗り越えなければならないので、２９９の矢印に示される反力を受ける。逆に２９１、２９２の範囲から２９４の範囲に移る時も図３５（ｄ）の２３５の斜面を乗り越えなければならないので、矢印２９９に示される反力を受ける。この反力を通じて操作者はポインティングエリアとショートカットエリアの境界を横切ったことを把握できる。
【００７２】
図３７（ｂ）の２９１の範囲では触覚刺激用突起が上がって指先を刺激する。例えば図３５（ｂ）に示す指先接触部の位置が２９１の範囲に含まれる。２９２の範囲では触覚刺激用突起は下がって指先を刺激しない。例えば図３５（ｃ）（ｄ）に示す指先接触部の位置が２９２の範囲に含まれる。この触覚刺激の差異によってショートカットエリア内で左区域、中央区域、右区域の３つの区域を区別できる。また指先接触部が２９３の矢印で挟まれた位置に来る時に図３５に示したように車輪２１８が窪み２１９に落ち込む。車輪が窪みから抜け出すのに必要な力が２９３の矢印で示される。指先接触部は２９３の矢印で挟まれた線状領域に拘束されて、この線状領域を軌道として１次元的に移動する。線状領域から抜け出すには２９３の力に逆らう一定量以上の力が必要である。これが指先運動ガイド手段となる。
【００７３】
上述したように指先の円周方向の移動に関しては触覚刺激を手掛かりとして左区域、中央区域、右区域の３つの区域を区別できたが、指先の半径方向の移動に関しては、２９３の反力（力覚刺激）を手掛かりとして、軌道上、軌道の上側、軌道の下側の３つの区域を区別できる。こうして円周方向、半径方向それぞれ３つの区域を区別できるので、両方向の組み合わせによって９個の区域を区別して、第１位置と第２位置を指定できる。円周方向の３つの区域を触覚刺激で、また半径方向の３つの区域を力覚刺激で区別し、方向によって刺激の種類を使い分けているので位置の識別が容易になる。（ｃ）図に示すように矢印２９３で挟まれた線状領域（軌道）を含む部分領域をショートカットエリアとして、その中を上述した刺激を手掛かりとして区別できるＵＬ等の９個の区画に分け、これらの区画の中から第１位置と第２位置を指定し、その組み合わせによって迅速に文字や指令を入力し、また直接的にメニュー項目を指定する。一方ポインティングエリアとなる２９４の範囲は指先の運動を制約する軌道を含まず、指先は２次元の範囲を自由に運動できる。なおショートカットエリア内では前述した線状領域が１次元の軌道となって指先をガイドする。この軌道上にはＭＬ，ＭＭ，ＭＲの３つの区画がある。更に図３５、３６の機構では指先接触部はその移動範囲２９０の外縁に沿って円滑に移動できるので、この外縁も１次元の軌道となって指先をガイドする。この軌道上にはＵＬ，ＵＭ，ＵＲ等がある。
【００７４】
図３８では、（ａ）にポインティングエリアを操作する時の画面表示例を示す。（ａ）図の左側の大きな長方形の枠は画面を意味し、その中にカーソルの矢印２５０が表示されている。カーソルの矢印２５０の先はポインティングされている座標を指している。画面を表す長方形の枠の右側には指先の運動範囲が縦長の小さな長方形で示されており、その中にショートカットエリアとポインティングエリアの区画が切ってある。ショートカットエリアはＵＬ等の９個の区画からなっている。ポインティングエリアの中に×印が付いているが、これは指先を降下した地点を表す。ポインティングエリアでは指先を降下して、降下したまま移動するときに指先の移動方向と移動量に応じてカーソル２５０が移動する。指先を上昇したまま移動する場合にはカーソルの位置は変わらない。
【００７５】
（ｂ）では指先運動範囲内のショートカットエリアに指先を移動し、×印の位置すなわちＭＬの区画で指先を降下している。指先をショートカットエリアに移動すると（ｂ）に示されるように画面の上部に９個の項目（Ｉｔｅｍ  １〜Ｉｔｅｍ  ９）からなるメニューが表示される。この９個の項目は３項目づつグループ分けされ、２５１、２５２、２５３に示すように、各グループは太い黒枠で囲まれて示される。２５１はＭＬ、２５２はＭＭ、２５３はＭＲの位置に指先が上昇したまま来た時に選択されるグループである。（ｂ）では指先がＭＬの区画に来ているので、２５１のグループが選択され、グループを囲む太線が点線になってこのグループが選択されていることを示している。ＭＬの区画で指先を降下すると２５１のグループの選択が確定し、そのまま指先を降ろしたままＭＲの区画まで指先を移動してＭＲで指先を上昇すると、選択されたグループの中で、ＭＲに幾何学的に対応した位置にあるＩｔｅｍ  ３が選択される。なお（ｃ）の指先運動範囲の中でＭＲの区画に○印が付いているが、これはこの区画で指先が上昇したことを意味している。
【００７６】
選択されたＩｔｅｍ  ３がさらにサブメニューを持っていたので、（ｃ）の画面には、ＳｕｂＩｔｅｍ  １〜ＳｕｂＩｔｅｍ  ９の９個のサブメニュー項目からなるサブメニューが最初のメニュー（メインメニュー）の下に横に項目を並べて表示されている。サブメニューの中の特定項目を選ぶには、最初のメニューで行った指先の操作を繰り返せば良い。すなわち指先を降下する位置で３つの項目からなるグループを選び、選んだグループの中の目的の項目を指先を上昇する位置によって指定すれば良い。ここでサブメニューの項目の一つを選択すると上位のメニューに復帰できるようにしておくと良い。
【００７７】
ここで重要なことは、指先をポインティングエリアで動かすとポインティングを行え、ショートカットエリアで動かせばメニュー選択を能率良く行え、一本の指先の操作範囲を変えるだけで両作業を円滑に接続して途切れる事なく実行できることである。しかもこの操作範囲の変更を手元を見なくとも触覚・力覚を手掛かりにして行うことができる。従来の入力装置では、ポインティングの作業から、ショートカットキーの作業に移行する際に、装置の持ち替えに手間取り、あるいは手元を見ることが必要になり、その都度作業が中断した。なお、図３３（ｂ）または図３７（ｃ）に示す実施例では、ショートカットエリアに設定される１次元の軌道上に、ＭＬ、ＭＭ、ＭＲの区域がある。上に述べたメニュー選定方法ではＭＬ、ＭＭ、ＭＲの区域だけを用いるので、指先を１次元の軌道上で運動するだけでメニューとサブメニューの項目を選択できる。
【００７８】
多様な情報を入力する場合には、ＭＬ、ＭＭ、ＭＲ以外の区域も利用する必要がある。図３２の構成例では、指先移動範囲の外縁も１次元の軌道として利用して指先の運動を誘導できるので、これを併せて利用することにする。図３３（ｂ）に示す正方形状の指先移動領域の外縁の上辺に沿って指を動かすことでＵＬ、ＵＭ、ＵＲの区域を指定できる。また指先の位置を線状領域に制約する仕組みを合わせて用いると線状領域に沿って指先を移動することでＭＬ、ＭＭ、ＭＲの区域も指定できる。そこでこれらの区域を使用して、数字、英字を入力するように構成したグラフィカルインターフェイス（メニュー）を図３９、図４０に示す。
【００７９】
図３９には、アルファベットの入力を行う際のメニュー表示と操作領域における指先の運動の例を示す。まず（ａ）では右側の指先の操作範囲の図に示すように、指先はポインティングエリアの×印の地点で降下している。このとき画面には２５０で示される矢印のアイコンでカーソルが表示されている。このカーソルは指を降下したまま移動する時に指の運動に追随して移動する。（ｂ）では、指先をショートカットエリアに移動した時に画面上に現れる文字入力のためのメニューが表示されている。ここで指先を上げた状態でＭＬ、ＭＭ、ＭＲに移動する時に選択される文字のグループが、メニュー上に楕円で囲まれて示されている。それぞれ３行３列の９個の文字が一つのグループになる。例えば、指先を上げた状態でＭＭの位置に移動すると、メニューの中でＭＭに対応する文字のグループが白枠２５４で囲まれて、他と区別して表示される。ここで指先を降下すると白枠２５４で囲まれている文字グループの選択が確定する。続いて指を下げたまま移動すると、確定したグループの中で指先の位置に幾何学的に対応する位置にある文字が選択される。例えば（ｃ）では指先が降下したままＵＲの位置に移動した時にその位置に対応する「Ｙ」の文字が選択され、白枠で囲まれて他と区別して表示されている。このまま指先を上昇すると選択されている「Ｙ」が確定して入力する。結局、この例では指先をＭＭの地点で降下し、降下したままＵＲの地点に移動して、指先を上昇すると「Ｙ」が入力する。
【００８０】
この指先の運動の過程で、操作領域に設定されている１次元の軌道を経由すると、指先を迅速かつ正確に目的地点へ誘導できる。例えば、図３３（ｂ）や図３７（ｃ）のように、ＭＬ、ＭＭ、ＭＲに沿って１次元の軌道が導入されている時に、第１位置ＭＭから第２位置ＵＲへ指先を移動する場合には、まず軌道に沿ってＭＭからＭＲに移動して、その後軌道に直交する方向に、ＭＲからＵＲに移動すれば良い。このように軌道を経由すると経路が長くなり、移動中に方向転換も必要になるので一見入力能率が低下するように思えるが、実際には軌道を経由して指先をガイドした方が操作が簡単になり、指先の位置も明瞭正確に把握できるので、入力能率が向上する。アルファベットを入力する間は常にＭＬ−ＭＭ−ＭＲの軌道上で指先を動かして第１位置を指定すればよい。
【００８１】
なお図３９（ｂ）のメニューでは、繰り返して入力されることの多い「空白」、「改行」、「０」、「バックスペース」等は第１位置と第２位置が等しくなる指の運動、すなわち同一地点での指の上下運動によって入力できるように配置している。
【００８２】
図４０では、図３９と同様のメニューを表示しているが、メニューの数字領域を使って数字入力を行う方法を示している。（ａ）では指先がポインティングエリアにあるため、ショートカットメニューは現れておらず、画面内にカーソル２５０のみが表示され、ポインティングエリア内の指先の移動（指先の下降した状態での移動）に追随してカーソルが移動して画面内の座標値を指定する。
【００８３】
指先がポインティングエリアを抜けてショートカットエリアに入ると（ｂ）に示すようなメニューが現れる。数字はメニューの上２行を使って入力する。この２行が３列毎に分割されて６文字からなるグループが３つある。そして指先が降下しないで上がったままＵＬ、ＵＭ、ＵＲの各区画に移動する時に各区画に対応する位置にあるグループが選択される。（ｂ）の図中にＵＬ、ＵＭ、ＵＲの各区画に対応するグループが楕円で囲まれて示されている。（ｂ）では指先がショートカットエリア内のＵＬの区画に移動しているので、その位置に対応する文字のグループが選択されて、２５６の白枠で囲まれて示される。続いて指先をＵＬの区画で降下すると、白枠２５６で囲まれたグループの選択が確定し、その後、指先を降下したまま移動すると、白枠に囲まれたグループ内で指先の位置に幾何学的に対応する位置にある文字が選択される。例えば（ｃ）に示すように指先を降下したままＭＬの区画に移動すると数字「１」が選択されて２５７の白枠で囲まれて示される。この選択された数字は指が上昇する時点で確定して入力する。
【００８４】
なお図３３で説明したように、図３２の構成例を用いると、図３９で文字入力に用いたＭＬ、ＭＭ、ＭＲに沿う軌道の他に、指先接触部の移動範囲の外縁上辺をガイドとするＵＬ、ＵＭ、ＵＲに沿う軌道も使用して指先を誘導できる。数字は後者の軌道を使用して指先を誘導することによって能率良く入力できる。例えば後者の軌道上で第１位置と第２位置を指定するだけで、メニュー最上行の数字を入力できる。メニューの上から２行目の数字を入力するには、後者の軌道上で第１位置を指定した後、軌道と直交する下方向に指先を動かして第２地点を指定すれば良い。また数字を入力する間は常にＵＬ−ＵＭ−ＵＲの軌道上で指先を動かして第１位置を指定すればよい。
【００８５】
図３９でアルファベットを入力する時は、ＭＬ、ＭＭ、ＭＲに沿う軌道を使っており、この軌道を使う時には、軌道上、軌道の上側、軌道の下側の３つの区域を区別できたので、これらの区域に対応させてメニューの３行に渡る項目を選択できた。一方、上述した数字入力では、ＵＬ、ＵＭ、ＵＲに沿う軌道を使用しており、この軌道は指先移動範囲の外縁の上辺に設定されているため、軌道の上側に移動できず、軌道上、軌道の下側の２つの区域しか指定できない。そのため、これら２つの区域に対応するメニューの上２行の項目しか選択できなかった。
【００８６】
図４１には、（ａ）〜（ｄ）の各図の左にひらがなを入力する場合のメニューを、また右に指先移動範囲内の指先の位置を示す。まず指先は前述した軌道上にあるＭＬ、ＭＭ、ＭＲに沿って上がった状態で移動し、（ａ）のメニューに示す楕円で囲まれた３つのグループの一つを選択する。例えば、ショートカットエリア内のＭＲの区画に指先を上げた状態で移動するとＭＲの位置に対応するグループが選択されて２５８の白枠に囲まれて示される。続いてＭＲの位置で指先を降下するとここで選択されたグループが確定し、以後指先を下げたまま移動するとこの確定したグループの中で指先位置に応じた文字が選択される。
【００８７】
例えば、ＭＲで指先を降下した後で指先を降下したままＭＬにまで移動すると２５８の白枠で囲まれたグループの中でＭＬに対応した位置にある文字「む」が選択され、２５９の白枠に囲まれて示される。ここで指先を上昇すれば入力する文字は「む」に確定する。ところがここで指先を上昇せずに、軌道と直交する上方に指先を移動してＵＬの区画に行くと、ＵＬの位置に対応する「み」の文字が選択され２６０の白枠に囲まれて示される。その位置で指先を上昇すると入力する文字が「み」に確定する。しかしここでＵＬの位置で指先を上昇せずに、降下したままＵＬ−ＭＬ間で指先を往復運動すると「ま」の文字が選択され２６１に示す白枠で囲まれて示される。そこで指先を上昇すると入力する文字が「ま」に確定する。往復運動を検出するには、指先が上昇するまでにＳＷ１またはＳＷ２が何度ＯＮするかということを検出すれば良い。
【００８８】
以上には画面内にメニューを表示してメニューを見ながら文字を入力する方法を示して来たが、本発明ではメニューのような視覚的な手掛かりがなくても、上記の操作中に指先の運動を把握するのに十分な触覚手掛かりと力学的手掛かりが提示され、さらに軌道によって指先の運動がガイドされるので、操作に慣れるとメニューを見ずに文字を入力できるようになる。
【００８９】
図４２には、ポインティング機能とショートカット機能を切り替える方法を示す。図３２や図３６に示した構成例では、指先の運動範囲をポインティングを行う範囲とショートカットを行う範囲に分けて、指先が運動する場所を変えることによって、ポインティング機能とショートカット機能を切り替えていた。図４２に示す方式では、指先の運動範囲を変えずに、機能切り替えレバーを用いてモードを変えて両機能を切り替える。まずショートカットモードでは、（ａ）（ｂ）に示すように台座の隆起部２１５を機能切り替えレバーによって上昇させて、触覚刺激用突起２０２が指先接触部を移動した時に隆起部２１５にぶつかり押し上げられて、指先を刺激して触覚刺激の提示を行うようにする。また車輪２０９がレール２１３に接触し、車輪がレールの突起を越えたり窪みに落ち込んだりする時に反力を生じて、力覚刺激を提示するようにする。
【００９０】
一方、ポインティングモードでは、（ｃ）（ｄ）に示すように台座の隆起部を下げて、指先接触部が移動しても、触覚刺激用突起２０２が隆起部２１５にぶつかることのないようにし、触覚刺激を提示しないようにする。また車輪２０９がレール２１３から離れ、力覚刺激も提示しないようにする。こうした車輪や隆起部の移動は、電動モータ等で行うことができるが、機能切り替えレバーを使って指の力で行えるようにしても良い。以上のように装置を構成すれば、ポインティングモードでは触覚刺激も力覚刺激も受けずに指先は自由に移動して座標指定（ポインティング）を行うことができる。またショートカットモードでは、指先の移動時に触覚刺激と力覚刺激が加わり、これらの刺激を手掛かりとして指先の位置を把握しながら、能率良く文字や指令を入力し、メニュー項目を指定できる。こうして前記触覚または力覚刺激提示手段と前記指先運動ガイド手段を解除するモード切替手段を導入してメニュー項目の選択や指令・文字を入力するモードと座標指定を行うモードを切り替えることができる。
【００９１】
図４３に、回転体の周回運動する部位（この構成例では半円状回転体の円周部分が周回運動する部位に該当する）を指先接触部として使用して、回転体の回転によって指先接触部を回転方向に円滑に移動する可動機構を示す。回転体として円形状の車輪を利用しても良いが、ここでは装置が上下方向に占める高さを減らすために、車輪を半分に切ってできる半円形状の回転体２７０を使用している。また回転体自体が凸部の感触を指先に与え、回転体間の隙間が凹部の感触を指先に与えるようにするために、半円形状の回転体２７０を回転方向に２つ縦列して並べ、これらの回転体が連動して回転するように連動用棒２７３を用いて２つの回転体を連結している。このように縦列した２つの半円形回転体の上に（ｉ）図に示すように指先を置いて、図中に矢印で示すように指先を前後左右に動かして操作する。
【００９２】
（ａ）（ｂ）に装置の正面図、（ｃ）（ｄ）にＢ−Ｂ’断面図、（ｅ）（ｆ）にＡ−Ａ’断面図を示す。２つの半円状回転体２７０は回転軸２７１の回りに回転する。回転軸２７１は回転軸保持部２７２によって保持されて台座２８７に固定される。半円状回転体上の指先は半円状回転体の回転によって左右方向に移動する。また半円状回転体２７０が回転軸保持部２７２を介して固定されている台座２８７は（ｇ）（ｈ）の図に示すように前後方向に移動する。両方向の移動を組み合わせて指先は２次元範囲を前後左右に移動する。
【００９３】
（ａ）で車輪２７４はバネ２７５に押されて台座２８７の窪み部２７６に落ち込んでいるが、台座２８７が前後方向に移動するときには窪みを抜け出さなければならない。抜け出すのには一定量以上の力を要するので、この一定量以上の力を前後方向に加えない限り、指先は、前後方向に関しては車輪が窪みに落ち込む位置に拘束されて移動できず、左右方向のみに半円状回転体２７０の回転を通じて移動する。ここで半円状回転体２７０が一定量以下の力で回転するならば、左右方向には一定量以下の弱い力で移動できる。こうして指先は前後方向に位置を固定し、左右方向のみに移動するように制約されて、１次元の軌道に沿って移動する。
【００９４】
指先を２つの半円状回転体２７０間の凹部に置いて、半円状回転体２７０に接触したまま左方向に移動すると、始めに（ａ）（ｃ）（ｅ）の図に示される中立の角度にいた回転体が左方向に回転し、（ｂ）（ｄ）（ｆ）の図に示される角度になる。このとき（ｆ）に示すようにスイッチＳＷ３がＯＮして、指先が左に来たことを検出する。指先が右に移動すると回転体が右方向に回転してＳＷ４がＯＮする。ＳＷ３とＳＷ４のＯＮ−ＯＦＦの組み合わせによって、指先が左区域、中央区域、右区域の３つの区域のいずれにいるか区別できる。また（ｇ）（ｈ）に示すように指先を前後に移動するとＳＷ１とＳＷ２がＯＮ−ＯＦＦし、この２つのスイッチのＯＮ−ＯＦＦの組み合わせによって、指先が前区域（軌道の前側の区域）、中央区域（軌道上の区域）、後区域（軌道の後ろ側の区域）の３つ区域のいずれにいるか区別できる。したがってＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４を使って図２５（ｂ）に示すＵＬ等の９個の区域を区別でき、これらのスイッチが指先位置検出手段になる。ＳＷ５は指先の上下運動に伴って上下に動く台座２８７の上下運動を検出するためのスイッチであって、台座が下がるとＯＮし、上がるとＯＦＦする。このスイッチが上下動検出手段となる。
【００９５】
（ｇ）（ｈ）では車輪２７４が窪み２７６を抜け出していることが分かる。車輪はバネによって窪みに押し付けられているので抜け出す際に指先に反力を与え、これが力覚刺激提示手段になる。指先は左右方向に移動する時に、中央位置で２つの回転体間の隙間を凹部として感じ、左右に移動したときに回転体を凸部として感じる。こうして２つの回転体を並べることで凹凸感を作り出せるので、これが触覚刺激提示手段となる。なおこのような凹凸感は図４６（ｆ）に示すように３つの回転体を縦列しても作り出すことができる。（ｊ）には、本装置２７８をマウスに実装した例を示す。装置を親指で操作できるようにマウスを右手で握ったときに親指が来る位置に装置を配置している。
【００９６】
図４４では、図４３に示した構成例に、より明瞭な触覚刺激を提示する機構を追加している。図４３の構成例では、回転体自体を凸部、回転体間の隙間を凹部として指先に凹凸感を与える触覚刺激提示手段を用いていたが、それだけで触覚刺激が不明瞭である場合には、さらに明確な触覚刺激を提示する機構が必要である。図４４に示す構成例では、２つの半円状回転体２７０の回転を連動するための連動用棒２７３の一端に触覚刺激用突起２７９を設け、（ｂ）（ｃ）に示すように半円状回転体の周上に置いた指先を動かして半円状回転体を回転するときに、連動用棒２７３と共に触覚刺激用突起２７９が上昇して指先を刺激するようにして触覚刺激提示手段を構成している。
【００９７】
図４５には、各種触覚刺激提示手段の構成例を示す。（ａ）の方式では半円状回転体２７０が２７１を回転軸として左方向に回転すると、（ｂ）に示すように突起部２８０がシーソ状機構のアーム２８２を押し下げ、回転軸２８１を支点するシーソの原理により、他方のアームが持ち上がり、触覚刺激用突起２７９が回転体２７０上の指先の触覚を刺激する。（ｃ）の方式では半円状回転体２７０が２７１を回転軸として左方向に回転すると、（ｄ）に示すように突起部２８０が回転軸２８１を中心として回転するアーム２８２を押し上げ、アーム先端の触覚刺激用突起２７９が上昇して回転体２７０上の指先の触覚を刺激する。（ｅ）の方式では半円状回転体２７０が２７１を回転軸として左方向に回転すると、（ｆ）に示すように突起部２８０が上下にスライド移動する触覚刺激用突起２７９を押し上げて、回転体２７０上の指先の触覚を刺激する。
【００９８】
図４６には歯車を使って２つの半円状回転体を連動させ、また半円状回転体の回転運動を歯車を使って触覚刺激用突起が指先を刺激する運動に変換する方式を示す。まず（ａ）では、半円状回転体２７０の円周上に接する指先が左に移動すると、半円状回転体２７０は回転軸２７１を中心として左方向に回転する。この時半円状回転体と共に回転する歯車２８５は間に挟む歯車２８８によって連動して回転し、２つの半円状回転体も連動して回転することになる。また歯車２８５の回転は歯車２８６を介して触覚刺激用突起２８３の上下運動に変換される。半円状回転体が左方向に回転する時には（ｂ）に示すように歯車を通じて回転運動が伝達及び変換され、左側の触覚刺激用突起が上昇し、右側の触覚刺激用突起が下降する。こうして触覚刺激用突起２８３が上下運動して指先の触覚を刺激する。
【００９９】
（ｃ）の機構では２つの半円状回転体２７０は歯車２８５と２８９を通じて連動して回転する。また接触する指先の運動によって半円状回転体が回転すると、歯車２８９と共にアーム２８２が回転し、アーム２８２の先端の触覚刺激用突起２８３が、（ｄ）に示すように立ち上がって回転体２７０の上に乗っている指先の触覚を刺激する。なお触覚刺激用突起２８３は回転軸２３０の回りに回転する車輪やローラでできている。触覚刺激用突起２８３が（ｄ）に示すようにアーム２８２と共に立ち上がって指先を刺激する時に、回転体２７０の上に乗った指先の皮膚表面を擦って移動することになるが、触覚刺激用突起２８３は指先表面を擦る時に回転軸２３０の回りに回転しながら皮膚表面を移動するので皮膚表面の摩擦抵抗を受けずに円滑に移動できる。また操作者にとっても皮膚が擦れないので快適に操作できる。これが触覚刺激提示手段となる。
【０１００】
半円状回転体の円周上の表面（周回運動部位）を指先接触部として利用する時には（ｅ）（ｆ）に示すように２つまたは３つ縦列して並べて使用する場合と（ｇ）のように単独で用いる場合がある。（ｅ）（ｆ）では半円状回転体を凸部、半円状回転体間の隙間を凹部として、操作する指先に凹凸感を生じて、触覚刺激を提示できる。一方、（ｇ）はこのままでは触覚刺激を提示できないので、（ｈ）（ｉ）（ｊ）のような仕組みを工夫して触覚刺激を生成する必要がある。（ｈ）では図４３に示した構成例と同様の方法で指先の前後方向の運動を可能にしているが、左右方向の移動には単独の半円状回転体２７０で対応している。２７０近辺の構造を側方から見た図を（ｉ）（ｊ）に示す。半円状回転体の上に乗せた指先を左に移動すると、半円状回転体は回転し、その角度を（ｉ）に示す角度から（ｊ）に示す角度へ変える。この時に半円状回転体の回転は半円状回転体内面に設けられた歯２８４、歯車２８５、歯車２８６を通じて触覚刺激用突起２８３の上下運動に変換され、半円状回転体２７０上に乗った指先を刺激する。これが触覚刺激提示手段となる。なお指先の左右方向の位置は半円状回転体に押されてＯＮ−ＯＦＦするスイッチＳＷ３、ＳＷ４によって、また前後方向の位置はスイッチＳＷ１、ＳＷ２によって検出され、これが指先位置検出手段になる。
【０１０１】
図４７には、図４６の（ｃ）（ｄ）に示した触覚刺激提示手段を用いて装置全体を構成した例を示す。またこの装置を操作して文字を入力する例を示す。この装置では半円状回転体２７０の周上の表面（周上の表面がこの回転体の周回運動部位になる）を指先接触部として用いる。（ａ）で半円状回転体２７０の回転により半円状回転体の上に乗った指先は左右方向に移動する。また（ｋ）に示すように指先を乗せた半円状回転体は回転軸２２６を中心として前後方向に傾き、半円状回転体上に乗った指先の前後方向の移動を可能としている。こうして指先は前後左右に２次元の範囲を移動する。
【０１０２】
このように指先接触部可動機構を構成すると、指先接触部を前方または後方に移動してその２次元移動範囲の外縁の上辺または下辺に押し付けるように力を加えていても、回転体は一定量以下の力で回転できるので、指先接触部を外縁の上辺または下辺に沿って円滑に移動できる。したがって、指先移動範囲の外縁の上辺または下辺を指先の運動をガイドするための１次元の軌道として利用できる。また前後方向に移動する時に板バネ３０７またはスイッチＳＷ１、ＳＷ２を通じて移動に対して反力を生じ、一定量以上の力を加えなければ半円状回転体が前後に傾かないようにする。そうすると前後方向の位置に関して指先を中央位置に拘束しながら、指先を左右に移動することができ、この移動の経路も指先の運動をガイドする軌道として利用できる。そこでこれらの３本の軌道（図２５（ｂ）で上辺に沿ったＵＬ−ＵＭ−ＵＲの軌道及び下辺に沿ったＬＬ−ＬＭ−ＬＲの軌道、そして板バネ３０７の拘束でできるＭＬ−ＭＭ−ＭＲの軌道）を備えた指先運動ガイド手段を構成できる。
【０１０３】
（ａ）図において指先を上下運動すると装置全体がバネ２２９及びスイッチ２３１の上で上下運動し、スイッチ２３１をＯＮ−ＯＦＦするので、この上下運動を検出できる。これが上下運動検出手段となる。指先を左右に移動する時には（ｄ）（ｇ）に示すようにスイッチＳＷ３、ＳＷ４が半円状回転体に押されてＯＮ−ＯＦＦし、指先が左区域、中央区域、右区域のいずれにあるか検出する。また指先を前後方向に動かす時には、（ｋ）図に示すようにスイッチＳＷ１、ＳＷ２がＯＮ−ＯＦＦして、前区域、中央区域、後区域のいずれにあるか検出する。これが指先位置検出手段になる。
【０１０４】
また（ｋ）に示すように装置が傾いて板バネ３０７またはスイッチＳＷ１、ＳＷ２を押す時に指先は反発力を感じ、この反発力を手掛かりとして、指先が中央区域を抜けて前区域または後区域に移動したことを把握できる。このように反発力を加える機構が力覚刺激提示手段になる。さらに指先を（ａ）図中の矢印の方向に動かして（ａ）の位置から（ｄ）の位置に移動すると、半円状回転体２７０が（ｄ）図に示されるように回転し、歯車でこの回転が伝達されてアーム２８２が半円状回転体と逆方向に回転し、触覚刺激用突起２８３が（ｄ）図に示されるように立ち上がり、指先の腹を擦って移動する。このとき車輪状の触覚刺激用突起２８３は２３０を回転軸として回転し、指先の腹に接触しながら回転して、皮膚表面との摩擦力を軽減して円滑に移動する。この時に指先に加わる触覚刺激を通じて、操作者は指先が中央区域から左区域、または右区域に移動したことを把握できる。これが触覚刺激提示手段になる。図４７の構成例では、指先の前後方向の位置を把握するために力覚刺激を使い、左右方向の位置を把握するために触覚刺激提示手段を利用している。このように方向に応じて刺激の種類を変えることで、指先の位置を容易に把握できるようになる。
【０１０５】
次に図４７に示される指先の運動を例として文字を入力する方法を説明する。指先が上がっている間は指先位置に対応する文字のグループが選択される。例えば、指先が（ａ）（ｂ）に示される位置にある時には、（ｃ）のメニューの中で太線の枠で囲まれた９文字のグループが選択される。これは指先が上がった状態で中央区域にあるので、中央区域と幾何学的に対応するメニュー中央の文字のグループが選択されたものである。続いて（ａ）図中の矢印で示される方向に指先を上げたまま移動すると、指先は（ｄ）（ｅ）に示す位置に来て、選択される文字のグループも指先の位置（右区域）に対応する（ｆ）の太枠に囲まれたグループになる。続いて（ｄ）図中の矢印に示されるように指先を下降した後で水平方向に移動する。その結果、指先は（ｇ）（ｈ）に示される位置に来る。指先を下降した時点で（ｆ）で太線で囲まれたグループは確定し、下降しながら指先を移動すると確定したグループの中で指先の位置に対応した文字が選択される。
【０１０６】
指先は（ｄ）（ｅ）に示す位置で下降した後、（ｇ）（ｈ）に示す位置まで下降したまま移動して来たので（ｇ）（ｈ）の図中でバネ２２９が縮みスイッチ２３１がＯＮしていることに注意して欲しい。（ｄ）（ｅ）の位置で指先が下降した時に（ｆ）の太枠に囲まれた文字のグループが確定しているから、指先を下げたまま移動する間は、この確定したグループの中から指先位置に対応した文字が選択される。ここに示す例では指先を下げたまま（ｇ）（ｈ）に示される位置に来たので、選択される文字は、（ｆ）の太枠の中で指先位置に幾何学的に対応した「Ｊ」の文字になる。ここで指先を下げたまま更に（ｈ）の図中の矢印で示される方向（前方）に指先を移動すると、指先は（ｊ）（ｋ）に示される位置に来て、（ｆ）の太枠の中で指先位置に幾何学的に対応した「Ｕ」の文字が選択される。この位置で指先を上昇すれば、入力する文字は「Ｕ」に確定する。指先を上昇するまでは、指先を下げたまま動かすことで選択する文字を（ｆ）の太枠のグループ内で変更できる。
【０１０７】
図４７の構成では、モード切替手段を用いてショートカット機能とポインティング機能を切り替える。まずショートカット機能のモードでは上記の方法で触覚刺激と力覚刺激を生成し、また指先運動ガイド手段を用いて指先の運動を拘束しながら、上述した方法でメニュー項目を指定して文字や指令の入力を行う。モード切替手段では、板バネ３０７やスイッチＳＷ１，ＳＷ２の反発力が働かなくなるようにして、指先の前後方向の移動の際に働く力覚刺激を解除し、指先の位置をＭＬ−ＭＭ−ＭＲの軌道に拘束しないようにする。また可能であれば歯車２８９を下方に移動することで歯車２８５と噛み合わないようにしてアーム２８２が半円状回転体２７０と連動して回転しないようにする。ただし触覚刺激については解除困難な場合は解除しなくとも構わない。モード切替手段では、こうして指先が拘束や反発力を受けずに自由に２次元範囲を移動できるようにして、座標指定に適したポインティング機能のモードへ切り替える。なおポインティング機能のモードでは、指先の座標の計測のために、半円状回転体２７０の回転軸２７１を中心とする回転量と回転軸２２６を中心とする回転量をロータリエンコーダ等を使って計測し、これらの回転量から指先位置を求める指先位置検出手段を備える必要がある。
【０１０８】
図４８に本発明で使用するアイコンの図柄のデザインについて説明する。本発明では、２次元範囲内を運動できる指先を１次元の軌道上に拘束する手段を導入し、指先の運動を軌道によってガイド（誘導）することによって入力操作を容易化、正確化、高速化しようとするものである。今までに述べて来た実施例では１次元の軌道として、指先の運動範囲の外縁、または、３行３列の区域の中央行（ＭＬ、ＭＭ、ＭＲ）に沿って設定された線状領域を使用した。そして第１地点からこれらの軌道を経由して第２地点へ至る指先の運動を利用してデータを入力した。画面内に表示するアイコンの図柄として、この指先の運動を示唆する図柄を用いると、選択したい目標項目につけられたアイコンを見て、アイコンに示唆される指先の運動を実行することで、即座に目標項目を選択することができて都合が良い。
【０１０９】
図４８（ａ）に指先移動範囲の外縁を軌道として用いる場合について指先の運動を示唆する図柄の例を示す。２９８の点線は外縁に沿った指先の運動の軌道を意味し、この軌道に沿って移動する指先の運動を太い矢印で示す。矢印の開始区域が第１位置、矢印の矢が指す区域が第２位置を意味する。また（ｂ）には中央行を軌道として用いる場合について同様の指先の運動を示唆する図柄の例を示す。やはり２９８の点線で軌道を示す。また指先の運動を太い矢印で示す。（ｂ）の最初の２つのアイコンが示唆する運動では、軌道上の区画を第１位置として指先を軌道に沿って移動し、その後軌道に直交する方向に指先を移動して第２地点を指定している。３つ目のアイコンでは第１位置と第２位置が共に軌道上にある場合の指先の運動を示唆する図柄を用いている。
【０１１０】
（ｂ）のアイコンを使った画面の構成例を（ｃ）に示す。現状のグラフィカルインターフェイスでは画面内でカーソルを目標のアイコンの位置に移動してクリックすることでアイコンを選択している。しかしながら、指先の運動を示唆するアイコンを用いれば、カーソルを使わずに、選択したいアイコンの図柄に示唆される運動を実行することで直接的にそのアイコンを選択できる。例えば（ｃ）の例では、「Ｉｔｅｍ  ７」の項目は、指先をＭＭの区画で下げて、下げたまま中央行の軌道に沿ってＭＬの区画まで移動し、そこで指先を上げることで選択できる。
【０１１１】
現在のＢＳデジタル放送では画面内の項目を色分けし、リモコン上の対応する色のボタンを押すことで、目標の項目を選択する方式が使われているが、色を使うとリモコン上に視線を向けてボタンの色を確認しながら操作しなければならない。また区別できる色の種類も限られている。一方、ここで提案する方式では、リモコン上に視線を移さなくとも触覚や力覚を手掛かりに行える指先の運動で項目を選択できる。また運動の種類は豊富（例えば８１通り）であるから多様な項目を区別して入力できる。
【０１１２】
（ｄ）には（ｃ）と異なる図柄のアイコンを用いる画面構成例を示す。各項目に付けられたアイコンの図柄は３行３列の区画の中に太枠で囲まれた区画と塗りつぶされた区画を描いたものである。この場合には、塗りつぶされた区画を第１位置とし、太枠の区画を第２位置として図柄の示唆する指先の運動を実行することで該当する図柄のアイコンのついた項目を選択できる。
【０１１３】
図４９に指先の運動によって指定される第１位置と第２位置の組み合わせを入力する指令や文字あるいはメニュー項目に関連づける対応付け手段の実施例をフローチャートにして示す。この実施例では、指先位置検出手段によって常に指先位置が検出されており、上下動検出手段または軌道出入り検出手段によって与えられるタイミング（時点）における指先位置が第１位置または第２位置になる。例えば、上下動検出手段を用いる場合には、指先を下降した時点の指先位置が第１位置であり、指先を上昇した時点の指先位置が第２位置である。また、軌道出入り検出手段を用いる場合には、指先が軌道に突入した時点の指先位置が第１位置であり、指先が軌道から脱出した時点の指先位置が第２位置である。
【０１１４】
ここに示す対応付け手段の実施例では、こうして検出された第１位置と第２位置から参照表を用いて入力する指令や文字、メニュー項目を決定している。図２５（ｂ）に示す９個の区画で位置を区別する場合には、図４９に示すように９行９列の項目からなる表を用い、第１位置で表の行、第２位置で表の列を指定して、行と列の交差する位置にある項目に記載された指令や文字、メニュー項目を入力する。この例では、第１位置がＭＲ、第２位置がＬＬである時に指令ｎが選択されて入力している。
【０１１５】
以上の手順の中で用いる参照表は、使用者が内容を独自の目的に合わせて書き換えられるようにしておくと良い。そして用途に応じて頻繁に利用する指令や文章を参照表に記入すると、それが図３８や図３９に示した画面のメニューに反映されるようにしておく。また指先の運動の中で特に容易にあるいは迅速に実行できる運動に使用頻度の高い指令を割り当てると良い。本発明のデータ入力装置をこのように使用者によって定義可能な参照表を備えたソフトウェアと組み合わせて提供すると、８１通りもの多数の指令を登録しながら、視線を画面に向けたまま目的の指令を容易に能率良く選択する手段を与えるので多岐の用途への応用を見込むことができる。
【発明の効果】
本発明では、データ入力装置に指先の運動をガイドする仕組を導入し、ガイドに沿って指先を動かすことで指令や文字を容易かつ確実、迅速に入力できるようにした。ここで指先の移動中に指先に加える触覚または力覚刺激を変化させ、触覚または力覚刺激を手掛かりとして指先の位置を把握できるようにした。またメニュー内の項目（アイコン）を指先の移動方向や移動量と幾何学的に対応が取れるように配置し、文字を入力する際には、指先の移動開始位置と移動方向が文字を記入するときのペン先の移動開始位置と移動方向に関連付くようにして、指運動とその指運動によって入力するメニュー項目や文字との対応関係を直感的に分かりやすくした。さらに任意の座標点を指定するポインティング機能と限られた数のメニュー項目を迅速に選択するショートカット機能をシームレスに切り替えて作業できるようにした。
【図面の簡単な説明】
【図１】指先接触部、触覚刺激用突起、指先接触部可動機構、移動範囲制限枠の構成例を示す。
【図２】指の関節の構造を模擬して構成した指先接触部可動機構を示す。
【図３】指先接触部の移動範囲制限枠の構成例を示す。
【図４】触覚刺激提示手段の構成例を示す。
【図５】触覚刺激提示手段の構成例を示す。
【図６】触覚刺激提示手段の構成例を示す。
【図７】触覚刺激提示手段の構成例を示す。
【図８】触覚刺激提示手段の構成例を示す。
【図９】触覚刺激提示手段の構成例を示す。
【図１０】触覚刺激提示手段の構成例を示す。
【図１１】触覚刺激提示手段の構成例を示す。
【図１２】力覚刺激提示手段の構成例を示す。
【図１３】力覚刺激提示手段の構成例を示す。
【図１４】力覚刺激提示手段の構成例を示す。
【図１５】力覚刺激提示手段の構成例を示す。
【図１６】指先の下降運動と上昇運動を検出する機構の構成例を示す。
【図１７】英字（アルファベット）を入力するための指先運動例を示す。
【図１８】数字を入力するための指先運動例を示す。
【図１９】指先接触部の移動可能範囲の外縁の形状３種と、外縁上で指先に触覚または力覚刺激の加わる位置、及び指先の移動軌跡の例を示す。
【図２０】外縁に沿った指先運動の例を示す。
【図２１】英字（アルファベット）を入力するための指先運動例を示す。
【図２２】数字、及び繰り返し入力されることの多いスペース、改行、上下左右のカーソル移動を入力するための指先運動例を示す。
【図２３】メニュー項目を指先移動位置と幾何学的に関連付くように配置し、現指先地点に対応するメニュー項目を破線の枠で、また触覚刺激の違いをメニュー項目の枠の太さで表示する例を示す。
【図２４】指先接触部、指先接触部可動機構、触覚刺激提示手段、指先運動ガイド手段、力覚刺激提示手段、指先位置検出手段、上下動検出手段の構成例を示す。
【図２５】（ａ）に図２４の構成例の指先移動範囲内で触覚刺激用突起が上昇するエリアと下降するエリア、及び力覚刺激が加わる位置と力の方向を示す。（ｂ）に指先移動範囲内で触覚刺激と力覚刺激によって区別される９個の区域（ＵＬ：左上区域、ＵＭ：中央上区域、ＵＲ：右上区域、ＭＬ：中央左区域、ＭＭ：中央区域、ＭＲ：中央右区域、ＬＬ：左下区域、ＬＭ中央下区域、ＬＲ：右下区域）を示す。
【図２６】力覚刺激だけを用いて９個の区域を区別する方式の構成例を示す。
【図２７】（ａ）に図２６の構成例の指先移動範囲内で力覚刺激が加わる位置と力の方向、強さを矢印で示す。（ｂ）に図２６の構成例の指先移動範囲内で力覚刺激によって区別される９個の区域を示す。（ｃ）に触覚刺激の差異により前後方向に５つの区域を区別できるよにした構成例を示す。（ｄ）には（ｃ）の触覚・力覚刺激により区別できる区域を示す。
【図２８】（ａ）にボール形状をした触覚刺激用突起を上下に動かして指先を刺激する機構の上面図とＡ−Ａ’断面図を示す。（ｂ）に関節を回転軸として動く指先の運動形態を模擬して回転軸を用いて指先接触部を動かす可動機構と、力覚刺激提示手段の構成例を示す。
【図２９】図２８の構成例で指先接触部を前後左右に移動するときに触覚刺激と力覚刺激を生成する仕組を示す。
【図３０】図２９の構成例の指先移動範囲内で触覚刺激用突起が上昇するエリアと下降するエリア、及び力覚刺激が加わる位置と力の方向を示す。
【図３１】図２９の構成例で指先の移動を検出するスイッチＳＷ１〜ＳＷ４と指先の上下動を検出するスイッチの設置例を示す。
【図３２】図２４の構成例にポインティング作業用の指先運動領域を追加した構成例を示す。
【図３３】（ａ）に図３２の構成例の指先移動範囲内で触覚刺激用突起が上昇するエリアと下降するエリア、及び力覚刺激が加わる位置と力の方向、そしてこれらの刺激が加わらないポインティング作業用のエリアを示す。（ｂ）に（ａ）の触覚刺激と力覚刺激で区別される９個の区域（ショートカットエリア）とポインティング作業用の区域（ポインティングエリア）を示す。
【図３４】触覚刺激提示手段の別の構成例を示す。
【図３５】図２８の構成例に図３４の触覚刺激提示手段とポインティング作業用の指先運動領域を追加した構成例を示す。ショートカットエリア内で指先を動かすときに触覚刺激と力覚刺激を生成する仕組を示す。
【図３６】図３５の構成例のポインティングエリアで指先を移動する様子を示す。
【図３７】図３５の構成例の指先移動範囲内で触覚刺激用突起が上昇するエリアと下降するエリア、及び力覚刺激が加わる位置と力の方向、そしてこれらの刺激が加わらないポインティング作業用のエリアを示す。
【図３８】（ａ）にポインティングエリアに指先を移動したときの表示画面、（ｂ）にショートカットエリアに指を移動して左側の３つの項目のグループを選択したときの表示画面、（ｃ）に項目３を選択したときに項目３のサブメニューが現れた表示画面を示す。各画面の右側には各選択作業中の指先の位置と指先の上下運動を示す。
【図３９】（ａ）にポインティングエリアに指先を移動したときの表示画面、（ｂ）にショートカットエリアに指を移動して白枠に囲まれる９文字のグループを選択したときの表示画面、（ｃ）にＹを選択したときの表示画面を示す。各画面の右側には各選択作業中の指先の位置と指先の上下運動を示す。
【図４０】数字１を選択するときの表示画面及び選択のための指先の位置と指先の上下運動を示す。
【図４１】ひらがなを選択するときのメニュー表示例と指先運動例を示す。
【図４２】ショートカット作業中には触覚・力覚刺激を加え、ポインティング作業中には触覚・力覚刺激を解除する仕組を示す。
【図４３】２つの半円状回転体を縦列するように並べて、両半円状回転体の回転によって指先を円滑に移動しながら、一方の半円状回転体の上に指先が移動した時に感じる凸の感触と、２つの半円状回転体の間に指先が移動した時に感じる凹の感触を通じて、半円状回転体の回転方向に関する位置を把握できるようにし、また、半円状回転体の回転方向と直交する指先の運動に関しては、力覚刺激を用いて位置を把握できるようにしたユーザインターフェイスの仕組を示す。
【図４４】半円状回転体２つを連動用棒を使って回転時に連動させて、半円状回転体回転時の連動棒の上下運動を使って指先に触覚刺激を与える仕組を示す。
【図４５】半円状回転体の回転によって指先に触覚刺激を提示する機構の構成例を示す。
【図４６】指先を移動する際の半円状回転体の回転運動を歯車を使って伝達し、指先を刺激する触覚刺激用突起の運動に変化する仕組を示す。
【図４７】図４６（ｃ）（ｄ）に示す方式について、指先の移動と共に触覚刺激用突起が指先を刺激する様子と、メニューの中の項目が選定されてゆく様子を示す。
【図４８】指先の運動を示唆する図柄を用いるアイコンの例と画面内にアイコンを配置した例を示す。
【図４９】第１位置と第２位置の組み合わせを入力する指令や文字に関連付ける対応付け手段の構成例を示す。
【符号の説明】
１    指先接触部（上から見たところ）
２    レール
３    車輪
４    車輪
５    車輪の台座
６    車輪の台座
７    触覚刺激用突起（上から見たところ）
８    触覚刺激用突起（側方から見たところ）
９    指先接触部（側方から見たところ）
１０  レールの断面
１１  触覚刺激用突起の底部
１２  回転リング
１３  ボールベアリング
１４  外側リング（移動範囲制限枠）
１５  車輪（上部）
１６  車輪（下部）
１７  アーム
１８  回転軸
２０  移動範囲制限枠
２２  窪み
２３  窪み
２４  窪み（角）
２５  隆起部頂上部
２６  隆起部斜面
２７  谷部
２８  バネ
３０  車輪
３１  突起押し上げ板
３２  アーム
３３  回転軸
３５  円筒（ローラ）
３６  車輪
３７  アーム
３８  アーム突起
３９  ローラ
４０  回転軸
４１  触覚刺激用突起の囲い
４２  アーム
４３  Ｌ字形アーム
４４  回転軸
４５  台座
４６  アーム収納部
４７  アーム
４８  触覚刺激用突起の底部（上から見たところ）
４９  回転軸
５０  回転軸の台
５１  回転軸
５２  触覚刺激用突起の底部（側方から見たところ）
５５  指先上下運動検出用スイッチ
５６  バネ
６１  指先接触部に固定した軸
６２  台座に固定した回転軸
６３  アーム
６４  アームに掘られた溝
６５  触覚刺激用突起の底部（側方から見たところ）
６６  アーム先端
６７  ボールジョイント
６８  ボールジョイント
６９  回転軸
７０  アーム
７１  棒
７２  ボールジョイント
７３  棒
７４  アーム突起
７５  アーム
７６  回転軸
８０  指先接触部の移動範囲
８１  板
８２  板バネを押し上げる突起部
８３  板バネ
８４  バネ（縮んでいる状態）
８５  板バネを押し上げる突起部
８６  板バネ（押し上げられているところ）
８７  板バネを押し上げる突起部
８８  板バネ
８９  バネ（伸びている状態）
９０  弱い力を示す矢印
９１  強い力を示す矢印
９２  車輪
９３  指先の第１位置から第２位置までの移動を示す矢印
９４  触覚刺激用突起から刺激を受ける地点を示す白丸。
９５  指先が移動範囲中央部から外縁に移動することを示す矢印
９６  指先が移動範囲の外縁から中央部に移動することを示す矢印
９７  触覚または力覚刺激
９８  触覚または力覚刺激
１００  破線の枠で囲まれたメニュー項目
１０１  細線の枠で囲まれたメニュー項目
１０２  太線の枠で囲まれたメニュー項目
１０３  表示用画面
２０１    指先接触部
２０２    触覚刺激用突起
２０３    触覚刺激用突起の支柱
２０４    回転軸
２０５    台座
２０６    力覚刺激生成用レール
２０７    指先接触部移動用レール
２０８    指先接触部に固定したレール保持部
２０９    力覚刺激生成用車輪
２１０  バネ
２１１  車輪支柱
２１２  車輪支柱の回転軸
２１３  力覚刺激生成用レールの屈曲部（大）
２１４  台座に固定したレール保持部
２１５  台座の隆起部
２１６  指先接触部上で指を下方に押す力を検出するスイッチ
２１７  バネ
２１８  力覚刺激生成用車輪
２１９  力覚刺激生成用窪み
２２０  突起押し上げ板との衝突壁
２２１  突起押し上げ板  （シーソ状機構のアーム）
２２２  突起押し上げ板の回転軸
２２３  指先接触部を左右に振るための回転軸
２２４  指先接触部の左右の移動方向
２２５  指先接触部の前後の移動方向
２２６  指先接触部を上下に振るための回転軸
２２７  スイッチ（ＳＷ４）押し用突起
２２８  スイッチ（ＳＷ２）押し用突起
２２９  バネ
２３０  回転軸
２３１  指先の上下運動検出用スイッチ
２３２  指先接触部の上下の移動方向
２３３  突起押し上げ板  （シーソ状機構のアーム）
２３４  力覚刺激生成用斜面
２３５  力覚刺激生成用斜面
２３６  力覚刺激を生じない範囲
２３７  力覚刺激生成用レールの屈曲部（小）
２３８  力覚刺激生成用レールの屈曲部（小）
２３９  力覚刺激生成用車輪
２４０  バネ
２４１  ショートカットエリアとポインティングエリアの境界を通知する力覚刺激を生成するために力覚刺激生成用レールに設けられた突起部
２５０  ポインティング位置を示すカーソル
２５１  指先を上げた状態でＭＬの位置に移動したときに選択される３項目のグループ
２５２  指先を上げた状態でＭＭの位置に移動したときに選択される３項目のグループ
２５３  指先を上げた状態でＭＲの位置に移動したときに選択される３項目のグループ
２５４  指先を上げた状態でＭＭの位置に移動したときに選択される９項目のグループ
２５５  ＭＭの位置で指先を下げてＵＲの位置に移動したときに選択される項目
２５６  指先を上げた状態でＵＬの位置に移動したときに選択される６項目のグループ
２５７  ＵＬの位置で指先を下げてＭＬの位置に移動したときに選択される項目
２５８  指先を上げた状態でＭＲの位置に移動したときに選択される１５項目のグループ
２５９  ＭＲの位置で指先を下げてＭＬの位置に移動したときに選択される項目
２６０  ＭＲの位置で指先を下げてＭＬの位置に移動した後でＵＬの位置に移動したときに選択される項目
２６１  ＭＲの位置で指先を下げてＭＬの位置に移動した後でＵＬの位置に移動し、更にＭＬとＵＬ間を一往復したときに選択される項目
２７０    半円状回転体
２７１    半円状回転体の回転軸
２７２    回転軸の保持部
２７３    半円状回転体連動用棒
２７４    力覚刺激生成用車輪
２７５    力覚刺激生成用バネ
２７６    窪み部
２７７    半円状回転体連動用棒と半円状回転体をつなぐ回転軸
２７８    マウスに実装したデータ入力装置
２７９    触覚刺激用突起
２８０    アーム２８２を押し下げるための突起
２８１    アーム２８２の回転軸
２８２    アーム
２８３    触覚刺激用突起
２８４    半円状回転体内面の歯
２８５    触覚刺激駆動用歯車
２８６    触覚刺激駆動用歯車
２８７    台座
２８８    半円状回転体連動用歯車
２８９    半円状回転体連動・触覚刺激兼用歯車
２９０    指先運動範囲
２９１    突起が上昇するエリア
２９２    突起が下降するエリア
２９３    指先接触部に働く力覚刺激の力の方向と大きさ
２９４    触覚・力覚刺激が加わらないエリア
２９５    ショートカットエリア
２９６    ポインティングエリア
２９７  指先接触部に働く力覚刺激の力の方向と大きさ
２９８  指先の運動を拘束する１次元の軌道
２９９  ショートカットエリアとポインティングエリアを分ける力覚刺激
３００  指先接触部の前後方向の位置を計測する発光・受光素子
３０１  指先接触部の左右方向の位置を計測する発光・受光素子
３０２  指先接触部の前後方向の位置を計測する発光・受光素子の光を遮断・透過するくし状スリット
３０３  指先接触部の左右方向の位置を計測する発光・受光素子の光を遮断・透過するくし状スリット
３０４  回転軸廻りの回転量を計測するロータリエンコーダ
３０５  指先接触部の半径方向の位置を計測する発光・受光素子
３０６  指先接触部の半径方向の位置を計測する発光・受光素子の光を遮断・透過するくし状スリット
３０７  板バネ
３０８  弱い復帰力
３０９  緩い傾斜の斜面
３１０  緩い傾斜の斜面
【図１】
2004220535.tif 000003
【図２】
2004220535.tif 000004
【図３】
2004220535.tif 000005
【図４】
2004220535.tif 000006
【図５】
2004220535.tif 000007
【図６】
2004220535.tif 000008
【図７】
2004220535.tif 000009
【図８】
2004220535.tif 000010
【図９】
2004220535.tif 000011
【図１０】
2004220535.tif 000012
【図１１】
2004220535.tif 000013
【図１２】
2004220535.tif 000014
【図１３】
2004220535.tif 000015
【図１４】
2004220535.tif 000016
【図１５】
2004220535.tif 000017
【図１６】
2004220535.tif 000018
【図１７】
2004220535.tif 000019
【図１８】
2004220535.tif 000020
【図１９】
2004220535.tif 000021
【図２０】
2004220535.tif 000022
【図２１】
2004220535.tif 000023
【図２２】
2004220535.tif 000024
【図２３】
2004220535.tif 000025
【図２４】
2004220535.tif 000026
【図２５】
2004220535.tif 000027
【図２６】
2004220535.tif 000028
【図２７】
2004220535.tif 000029
【図２８】
2004220535.tif 000030
【図２９】
2004220535.tif 000031
【図３０】
2004220535.tif 000032
【図３１】
2004220535.tif 000033
【図３２】
2004220535.tif 000034
【図３３】
2004220535.tif 000035
【図３４】
2004220535.tif 000036
【図３５】
2004220535.tif 000037
【図３６】
2004220535.tif 000038
【図３７】
2004220535.tif 000039
【図３８】
2004220535.tif 000040
【図３９】
2004220535.tif 000041
【図４０】
2004220535.tif 000042
【図４１】
2004220535.tif 000043
【図４２】
2004220535.tif 000044
【図４３】
2004220535.tif 000045
【図４４】
2004220535.tif 000046
【図４５】
2004220535.tif 000047
【図４６】
2004220535.tif 000048
【図４７】
2004220535.tif 000049
【図４８】
2004220535.tif 000050
【図４９】
2004220535.tif 000051