(57)【要約】【課題】操作対象の電子機器の属性や状態を操作者へ触感としてフィードバックさせることにより操作性を向上させたトラックボール装置を提供すること。【解決手段】ハウジング内に全方向に回転自在として保持されたトラックボール、前記トラックボールに当接するとともに回転自在に軸支されたローラ部材９Ａ，９Ｂ、前記ローラ部材の駆動力としてのモータ１２Ａ，１２Ｂ、前記モータ１２Ａ，１２Ｂの駆動力を前記ローラ部材９Ａ，９Ｂへ伝達する伝達部材１６Ａ，１６Ｂとを備える触感応答手段３と、前記操作対象の属性や状態に応じて前記触感応答手段３の駆動を制御する制御手段４とを備え、前記各モータ１２Ａ，１２Ｂの駆動を制御して各ローラ部材９Ａ，９Ｂの回転方向、トルク、速度を変化させて前記トラックボールに操作感触を付与することで、操作者へ操作対象の属性や状態を感触としてフィードバックさせる。【選択図】      図１
2004206250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画面上へのポインティング操作にあたり、トラックボールを回転させることにより、前記画面上のカーソルを所望の操作対象を示す座標領域上に移動させる機能を有するトラックボール装置であって、
ハウジング内に全方向に回転自在として保持されたトラックボール、前記トラックボールに当接するとともに回転自在に軸支された一対のローラ部材、前記各ローラ部材を駆動する一対のモータ、前記各モータの駆動力を前記ローラ部材へ伝達する伝達部材とを備える触感応答手段と、
前記操作対象の属性や状態に応じて前記触感応答手段の駆動を制御する制御手段とを有し、
前記各モータの駆動を制御して各ローラ部材の回転方向、トルク、速度を変化させて前記トラックボールに操作感触を付与することで、操作者へ操作対象の属性や状態を感触としてフィードバックさせることを特徴とするトラックボール装置。
【請求項２】
前記トラックボールのＸ軸方向、Ｙ軸方向への回転量を検出するための回転量検出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のトラックボール装置。
【請求項３】
前記トラックボールの周面に付着した塵埃を除去するゴミ取りリングを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に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、トラックボール装置に係り、特に、車載用等の各種装置の選択入力手段としての機能を有するとともに、操作対象の属性や状態に応じて操作者へ触感を付与する触感対応手段としても機能するトラックボール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の自動車には、エアコン、ラジオ、テレビジョン、ＣＤプレーヤ、ナビゲーションシステム、電動シート、電動ミラー等の多くの電子機器が備えられる。このような数多くの電子機器を個々に操作しようとすると、自動車の運転に支障をきたすことにもなりかねないので、安全運転を励行しつつ所望の電子機器のオン・オフ切換や機能選択、さらには選択された機能の調整等を容易にするため、従来より、１つの手動操作部を操作することによってこれら全てを操作するようにした車載用入力装置が提案されている。
【０００３】
前記車載用入力装置としては、例えば、前記手動操作部としてのトラックボールと確定ボタン、およびこれらに連結されたコンピュータ等からなる制御部を有するトラックボール装置を例示することができる。
【０００４】
このトラックボール装置は、自動車の運転席と助手席との間に設けられたコンソールボックスに備えられ、前記トラックボールを操作しつつ、ディスプレイの画面上の操作対象の表示座標にカーソルを合わせるポインティング操作を行い、確定ボタンをクリックすることで当該操作対象の選択を確定させることにより、前記操作対象を操作するように構成されている。前記ディスプレイ上の画面は、前記制御部により、選択される操作対象の属性によって逐次必要な選択画面を表示するようになされている。
【０００５】
より具体的に説明すると、例えば、車載用のテレビジョンを使用したい場合、前記ディスプレイの画面上に表示される、テレビジョン、オーディオ、エアコンディショナ、カーナビゲーションシステム等の操作対象の項目から、画面上のカーソルを前記トラックボールを回転させて、前記テレビジョンの表示座標にカーソルを合わせ、前記トラックボールの近傍に配設された確定ボタンを押すことで当該操作対象の選択を確定させる。
【０００６】
なお、このようにしてテレビジョンが選択された場合は、その属性に合わせて、前記制御部により、チャンネル選択画面、ボリュームレベルの調整や画面表示色の調整などの画面等、必要な操作を行なうための画面を、前記ディスプレイ上に表示可能に制御する。
【０００７】
属性に合わせるとは、その操作対象の機能に合わせてという意味である。
【０００８】
例えば、エアコンディショナを操作したい場合には、まず、表示画面からエアコンディショナを選択し、その属性に合わせて、前記制御部により、暖房・冷房・除湿・送風などの機能選択の画面、車内温度の選択の画面、風量・風向きの選択の画面等、必要な操作を行なうための画面を、前記ディスプレイ上に表示可能に制御することとなる。他の操作対象についても同様に、選択された操作対象の属性に合わせて、必要な操作を行なうための画面を前記ディスプレイ上に表示可能に制御することとなる。
【０００９】
そして、属性に合わせて展開された各表示画面においても、表示された操作対象の選択項目から、画面上のカーソルを前記トラックボールを回転させて、前記操作対象の表示座標にカーソルを合わせ、前記トラックボールの近傍に配設された確定ボタンを押すことで当該操作対象の選択を確定させることは言うまでもない。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−２８３６８３号公報
【特許文献２】
登録実用新案第２６０６９８５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のような車載用入力装置を用いる場合、操作者がディスプレイの画面を見ながら操作しなければならないため、特に操作者が運転中である場合の操作性について、改善の余地があった。
【００１２】
そこで、本発明は、操作対象の電子機器の属性や状態を操作者へ触感としてフィードバックさせることにより操作性を向上させたトラックボール装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため、本発明のトラックボール装置の特徴は、画面上へのポインティング操作にあたり、トラックボールを回転させることにより、前記画面上のカーソルを所望の操作対象を示す座標領域上に移動させる機能を有するトラックボール装置であって、ハウジング内に全方向に回転自在として保持されたトラックボール、前記トラックボールに当接するとともに回転自在に軸支された一対のローラ部材、前記各ローラ部材を駆動する一対のモータ、前記各モータの駆動力を前記ローラ部材へ伝達する伝達部材とを備える触感応答手段と、前記操作対象の属性や状態に応じて前記触感応答手段の駆動を制御する制御手段とを有し、前記各モータの駆動を制御して各ローラ部材の回転方向、トルク、速度を変化させて前記トラックボールに操作感触を付与することで、操作者へ操作対象の属性や状態を感触としてフィードバックさせる点にある。
【００１４】
このように構成される本発明のトラックボール装置によれば、トラックボールにそれぞれ当接させて配設された前記各ローラ部材に対し前記伝達部材を介して接続されたモータの駆動を前記制御手段で制御することにより、例えば、前記ローラ部材を操作者の操作変位に対し負荷をかけるなど、トラックボールに操作感触を付与することができ、トラックボールの変位に対して触感で感知した操作者は、操作対象の動作やその操作自体にトラブルがあることをディスプレイの画面等を見るまでもなく知ることができ、操作対象の動作中断や操作のやり直し等で対応することが可能になる。
【００１５】
そして、本発明のトラックボール装置は、前記トラックボールのＸ軸方向、Ｙ軸方向への回転量を検出するための回転量検出手段を備え、さらに、前記トラックボールの周面に付着した塵埃を除去するゴミ取りリングを備えることを特徴とする。
【００１６】
位置センサやエンコーダのような回転量検出手段を備え、操作者のトラックボールの操作に即応し、操作対象の属性や状態を感触としてフィードバックさせることが可能となり、前記ゴミ取りリングにより、トラックボールの塵埃を除去することにより、トラックボールの回転をスムーズなものとし、また、前記回転量検出手段が、トラックボールの表面に形成された微細模様を監視することにより回転量を検出するような位置センサである場合には、その位置センサの検出精度を向上させることに寄与するものとなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施形態のトラックボール装置の構成要部を示す平面図である。
【００１８】
本実施形態のトラックボール装置１は、操作者の選択入力手段としてのトラックボールの操作に対応して操作対象の属性や状態を感触としてフィードバックさせうる機構としての触感応答手段３と、前記触感応答手段３の駆動を制御する制御手段４とを有している。
【００１９】
前記触感応答手段３は凹状とされたトラックボール２の収容体５を有する図示しないハウジングに、球体のトラックボール２を３６０°の全方向に回転自在に収容して保持している。前記収容体５に保持されたトラックボール２の上部は、図示しないハウジングの上面に形成された円形状の開口部から上方に突出しており、この突出部分に操作者が触れてトラックボール２を回転させるように動かすことにより、通常時においては、後述するローラ部材の当接力に抗って、前記トラックボール２を簡単に所望の方向に回転可能とされている。
【００２０】
本実施形態において、前記収容体５に保持されたトラックボール２の周囲には、前記トラックボール２の周面に形成された微細模様を観察し、そのＸ軸方向、Ｙ軸方向への回転量を検出する、回転量検出手段としての位置センサ６が、そのセンサ部６Ａを前記トラックボール２の収容体５に形成されたセンサ用開口部７に位置させるようにして配設されている。なお、図１には、前記センサ用開口部７を、前記トラックボール２の高さ方向（Ｚ軸方向）中央部近傍をセンシング可能に形成したが、前記トラックボール２の最下部近傍をセンシング可能に形成してもよい。その場合、前記位置センサ６の前記センサ部６Ａは前記収容体５の底部側に配設することになる。
【００２１】
さらに、前記収容体５に保持されたトラックボール２の周囲には、前記トラックボール２の直交する半径方向とそれぞれ平行な方向に回転軸８Ａ，８Ｂを有し、前記トラックボール２に当接するとともに回転自在に軸支された、略ディスク状のＸ軸方向ローラ部材（以下、Ｘローラという）９ＡおよびＹ軸方向ローラ部材（以下、Ｙローラという）９Ｂがそれぞれの回転軸８Ａ，８Ｂの一端に回転可能に配設されており、前記Ｘローラ９ＡおよびＹローラ９Ｂはそれぞれ、前記トラックボール２の収容体５に形成されたＸローラ用開口部１０ＡおよびＹローラ用開口部１０Ｂに臨み、前記Ｘローラ９ＡおよびＹローラ９Ｂの表面を前記収容体５に保持されたトラックボール２に当接させるようにして配設されている。
【００２２】
また、前記Ｘローラ９ＡおよびＹローラ９Ｂを回転可能に軸支する前記各回転軸８Ａ，８Ｂの他端にはそれぞれ、プーリ１１Ａ，１１Ｂが形成されており、前記Ｘローラ９ＡおよびＹローラ９Ｂのそれぞれの駆動源となる、Ｘ軸方向ローラ部材用駆動モータ（以下、Ｘモータという）１２ＡおよびＹ軸方向ローラ用駆動モータ（以下、Ｙモータという）１２Ｂの各駆動軸１３Ａ，１３Ｂに形成されたプーリ１４Ａ，１４Ｂとの間には、それぞれ無端状のベルト１５Ａ，１５Ｂが張設されている。これらの各プーリ１１Ａ，１１Ｂ，１４Ａ，１４Ｂおよびベルト１５Ａ，１５Ｂは前記各モータ１２Ａ，１２Ｂの駆動力を前記ローラ部材９Ａ，９Ｂへ伝達する伝達部材１６Ａ，１６Ｂとして機能するものであるが、前記各プーリ１１Ａ，１１Ｂ，１４Ａ，１４Ｂおよびベルト１５Ａ，１５Ｂに代えて、ギア機構を前記各ローラ９Ａ，９Ｂと各モータ１２Ａ，１２Ｂとの間に配設することも可能である。
【００２３】
図２は、本実施形態のトラックボール装置１の制御手段４と前記触感応答手段２を構成するＸモータ、Ｙモータおよび位置センサ６との電気的な接続を示す図である。
【００２４】
この図に示すように、前記制御手段４は、Ａ／Ｄコンバータ１７、Ｄ／Ａコンバータ１８を有し、このＡ／Ｄコンバータ１７およびＤ／Ａコンバータ１８はＣＰＵ１９に接続されている。前記ＣＰＵ１９はさらに、操作対象の属性や状態を感触としてフィードバックさせるための制御テーブル等を格納するＲＯＭ２０を有している。
【００２５】
この制御部のＣＰＵ１９は、図示しない外部制御装置と接続されており、この外部制御装置から、当該制御手段４の駆動制御指令（フィーリング・コマンド）を受けた場合に、前記ＲＯＭ２０に格納された制御テーブルを参照しつつ、Ｘモータ１２Ａおよび／またはＹモータ１２Ｂの駆動を制御するデータをＤ／Ａコンバータ１８を介してデータ変換し、前記Ｘモータ１２Ａおよび／またはＹモータ１２Ｂの駆動を制御するように構成されている。
【００２６】
また、前記触感応答手段３の位置センサ６は前記Ａ／Ｄコンバータ１７と接続されており、操作者がトラックボール２を回転させて行なうポインティング操作により選択し、指し示した座標領域のデータを前記Ａ／Ｄコンバータ１７を介してデータ変換し、前記外部制御装置の位置データ管理部へ送信することができるように構成されている。
【００２７】
また、本実施形態のトラックボール装置１においては、トラックボール２を操作して選択した操作対象を確定するためのクリック機能を備えた図示しない確定ボタンと、前記トラックボール２の周面に摺接可能に配設され、前記トラックボール２に摺接させることで前記トラックボール２の周面に付着するゴミ等を除去する、図示しないゴミ取りリングを備えている。
【００２８】
さらに、本実施形態のトラックボール装置１は、外部装置としては、前記外部制御装置の他、当該トラックボール装置１を用いたポインティング操作を目視可能に表示するディスプレイを備えている。
【００２９】
次に、このように構成されたトラックボール装置１の作用について説明する。
【００３０】
前記外部制御装置が操作者の選択した操作対象の動作やその操作自体にトラブルが発生したことを認識し、当該制御手段４の駆動制御指令（フィーリング・コマンド）が出力されたとき、当該制御手段４において、前記ＲＯＭ２０に格納された制御テーブルを参照し、前記Ｘモータ１２Ａおよび／またはＹモータ１２Ｂの駆動を制御して、前記Ｘローラ９Ａおよび／またはＹローラ９Ｂの回転方向、トルク、速度等を変化させて、操作者が操作するトラックボール２に操作感触を付与する。
【００３１】
このようにしてトラックボール２に付与された操作感触の変位を触感した操作者は、操作対象の動作やその操作自体にトラブルがあることをディスプレイの画面等を見るまでもなく知ることができ、操作対象の動作中断や操作のやり直し等で対応することが可能になる。
【００３２】
具体例としては、カーナビゲーションシステムを使用中に、現在位置から目的地までの推奨ルートから離れる方向へ車が進路を取った場合に、当該車を推奨ルートに導くべく、前記トラックボール２を、車の進行方向として正しい方向以外の方向へ回転させる場合に負荷がかかるように前記Ｘローラ９Ａおよび／またはＹローラ９Ｂを回転させるように前記Ｘモータ１２Ａおよび／またはＹモータ１２Ｂの駆動を制御する場合が想定される。また、前記負荷抵抗は、当該車が目的地や推奨のルートから離れる程、大きくなるように制御することも可能である。さらに、前記トラックボール２の回転に対する負荷抵抗を小刻みに繰り返し発生させ、トラックボール２の回転にノッキングのような状態を付与するように前記Ｘモータ１２Ａおよび／またはＹモータ１２Ｂの駆動を制御して、トラックボール２の回転動作中に操作者に衝撃を触感させることで、操作対象の動作やその操作自体にトラブルがあることを知らせることも可能である。
【００３３】
また、図３は、本発明の第２実施形態のトラックボール装置１の構成要部を示す平面図である。
【００３４】
本実施形態のトラックボール装置１について、前述の第１実施形態のトラックボール装置１と異なる構成についてのみ説明すれば、前記各ローラ部材９Ａ，９Ｂは、トラックボール２の直交する半径方向とそれぞれ平行な方向に延在させて配設された回転軸の一端側に太径の筒状に形成された軸ローラ２１を有するＸ軸方向ローラ部材（以下、Ｘ軸ローラという）２１ＡおよびＹ軸方向ローラ部材（以下、Ｙ軸ローラという）２１Ｂとされており、前記Ｘ軸ローラ２１Ａ、Ｙ軸ローラ２１Ｂはそれぞれ、前記トラックボール２の収容体５に形成されたＸ軸ローラ用開口部２２ＡおよびＹ軸ローラ用開口部２２Ｂに、前記軸ローラ２１の軸方向中央部表面を臨ませ、前記収容体５に保持されたトラックボール２に当接させるようにして配設されている。
【００３５】
また、前記位置センサ６に代えて、本実施形態においては、前記Ｘ軸ローラ２１ＡおよびＹ軸ローラ２１Ｂを回転可能に軸支する前記各回転軸２８Ａ，２８Ｂの他端側近傍に、それぞれ公知の構成のロータリー式のエンコーダ２３Ａ，２３Ｂが配設されており、前記トラックボール２のＸ軸方向、Ｙ軸方向への回転量を検出する回転量検出手段として機能するように構成されている。なお、前記トラックボール２のＸ軸方向、Ｙ軸方向への回転量の検出のために、前記エンコーダ２３と位置センサ６とを並設することも可能である。
【００３６】
さらに、前記各回転軸２８Ａ，２８Ｂの他端にはギア２４Ａ，２４Ｂが配設されており、前記Ｘ軸ローラ２１ＡおよびＹ軸ローラ２１Ｂのそれぞれの駆動源となる、Ｘ軸方向ローラ部材用駆動モータ（以下、Ｘ軸モータという）２５ＡおよびＹ軸方向ローラ用駆動モータ（以下、Ｙ軸モータという）２５Ｂのそれぞれの駆動軸２６Ａ，２６Ｂに形成されたピニオンギア２７Ａ，２７Ｂと噛合することにより、前記各モータ２５Ａ，２６Ｂの駆動力を前記Ｘ軸ローラ２１ＡおよびＹ軸ローラ２１Ｂへ伝達する伝達部材１６として機能するように構成されている。
【００３７】
次に、このように構成されたトラックボール装置１の作用について説明する。
【００３８】
前記外部制御装置が操作者の選択した操作対象の動作やその操作自体にトラブルが発生したことを認識し、制御手段４の駆動制御指令（フィーリング・コマンド）が出力されたとき、前記エンコーダ２３により、操作者が操作するトラックボール２のＸ軸方向および／またはＹ軸方向の回転量を監視するとともに、当該制御手段４において、前記ＲＯＭ２０に格納された制御テーブルを参照し、前記Ｘ軸モータ２５Ａおよび／またはＹ軸モータ２５Ｂの駆動を制御して、操作者が操作するトラックボール２の回転に対して負荷抵抗を生じさせるように、前記Ｘローラ９Ａおよび／またはＹローラ９Ｂの駆動を制御する。
【００３９】
このような構成とされたトラックボール装置１においても、トラックボール２の変位を触感した操作者は、操作対象の属性やその操作自体にトラブルがあること等をディスプレイの画面等を見るまでもなく知ることができ、操作対象の動作中断や操作のやり直し等で対応することが可能になる。
【００４０】
具体例としては、エアコンディショニングシステム、ラジオ、テレビジョン、ＣＤプレーヤ、ナビゲーションシステム等、当該トラックボール装置１の操作で操作可能な電子機器の中から、今、操作したい電子機器を選択する場合に、前記トラックボール２を操作者が手で操作して回転させ、前記エンコーダ２３により位置検出でトラックボール２のＸ軸方向および／またはＹ軸方向の回転量を監視した結果、現在、前記エアコンディショニングシステムを選択している状態である場合（画面には、エアコンディショニングシステムの表示座標内にカーソルが位置する状態が表示されている場合）には、前記トラックボール２の回転に対する負荷抵抗を所定間隔で小刻みに繰り返し発生させ、トラックボール２にノッキングのような状態（以下、エアコン選択サインという）の操作感触を付与するように制御することで、操作者に現在選択されている操作対象がエアコンディショニングシステムであるという操作対象の属性を前記トラックボール２の変位により触感させ、同様に、前記ラジオを選択している状態である場合（画面には、ラジオの表示座標内にカーソルが位置する状態が表示されている場合）には、前記トラックボール２の回転に対する負荷抵抗を、前記エアコン選択サインとは異なる一定の間隔で小刻みに繰り返し発生させ、前記トラックボール２にノッキングのような状態（ラジオ選択サイン）の操作感触を付与するように制御することで、操作者に現在選択されている操作対象がラジオであるという、操作対象の属性を、トラックボール２の変位により触感させるというような場合が想定される。
【００４１】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【００４２】
例えば、前記各ローラ部材９Ａ，９Ｂ，２１Ａ，２１Ｂは、トラックボール２との摩擦係数が大きく、適度な弾性を有する、例えばゴム等の素材が適する。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、トラックボールの回転に作用する負荷や、トラックボールの振動で、操作対象の動作やその操作自体にトラブルがあること等を操作者に触感で感知させ、フィードバックさせることにより、操作者は、前記操作対象の操作結果等をディスプレイの画面等を見るまでもなく知ることができ、入力装置としての機能を有するトラックボールの操作性を著しく向上させることができるという効果を奏する。
【００４４】
したがって、このトラックボール装置を車載用とした場合、操作者が運転中であってもディスプレイ等を目視する必要がなく、確実に操作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のトラックボール装置の構成要部を示す平面図
【図２】第１実施形態のトラックボール装置の制御手段と前記触感応答手段を構成するＸモータ、Ｙモータおよび位置センサとの電気的接続を示す構成図
【図３】本発明の第２実施形態のトラックボール装置の構成要部を示す平面図
【符号の説明】
１  トラックボール装置
２  トラックボール
３  触感応答手段
４  制御手段
５  収容体
６  位置センサ
７  センサ用開口部
８Ａ  （Ｘローラの）回転軸
８Ｂ  （Ｙローラの）回転軸
９Ａ  Ｘローラ
９Ｂ  Ｙローラ
１０Ａ  Ｘローラ用開口部
１０Ｂ  Ｙローラ用開口部
１１Ａ  （Ｘローラの回転軸の）プーリ
１１Ｂ  （Ｙローラの回転軸の）プーリ
１２Ａ  Ｘモータ
１２Ｂ  Ｙモータ
１３Ａ  （Ｘモータの）駆動軸
１３Ｂ  （Ｙモータの）駆動軸
１４Ａ  （Ｘモータの駆動軸の）プーリ
１４Ｂ  （Ｙモータの駆動軸の）プーリ
１５  ベルト
１６  伝達部材
１７  Ａ／Ｄコンバータ
１８  Ｄ／Ａコンバータ
１９  ＣＰＵ
２０  ＲＯＭ
２１Ａ  Ｘ軸ローラ
２１Ｂ  Ｙ軸ローラ
２２Ａ  Ｘ軸ローラ用開口部
２２Ｂ  Ｙ軸ローラ用開口部
２３Ａ  （Ｘ軸ローラの回転軸の）エンコーダ
２３Ｂ  （Ｙ軸ローラの回転軸の）エンコーダ
２４Ａ  （Ｘ軸ローラの回転軸の）ギア
２４Ｂ  （Ｘ軸ローラの回転軸の）ギア
２５Ａ  Ｘ軸モータ
２５Ｂ  Ｙ軸モータ
２６Ａ  （Ｘ軸モータの）駆動軸
２６Ｂ  （Ｙ軸モータの）駆動軸
２７Ａ  （Ｘ軸モータの）ピニオンギア
２７Ｂ  （Ｙ軸モータの）ピニオンギア
２８Ａ  Ｘ軸ローラの回転軸
２８Ｂ  Ｙ軸ローラの回転軸
【図１】
2004206250.tif 000003
【図２】
2004206250.tif 000004
【図３】
2004206250.tif 000005