(57)【要約】【課題】操作者に対して操作画面の種類に応じた操作感触を伝えること。【解決手段】ボール（１１）と、このボールの移動を検出する画像センサ（１２）と、ボールをＸ方向に回転させる第１の駆動手段（１３ｘ，１４ｘ，１５ｘ，１６ｘ）と、ボールをＹ方向に回転させる第２の駆動手段（１３ｙ，１４ｙ，１５ｙ，１６ｙ）とを備えたトラックボール（１０）において、制御部（１７）は、操作画面の種類に応じて、第１および第２の駆動手段を制御して、ボールの操作者に対して異なった操作感触を伝える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールと、
該ボールの移動を検出する移動検出手段と、
前記ボールをＸ方向に回転させる第１の駆動手段と、
前記ボールをＹ方向に回転させる第２の駆動手段と、
操作画面の種類に応じて、前記第１および前記第２の駆動手段を制御して、前記ボールの操作者に対して異なった操作感触を伝える制御手段と、
を有するトラックボール。
【請求項２】
前記操作画面は、地図を表示する地図画面と、メニューを選択するためのメニュー選択画面との間で切換えが可能であり、
前記制御手段は、前記操作画面が前記地図画面の場合には、通常トラックボール動作を行うように前記第１および前記第２の駆動手段を制御し、前記操作画面が前記メニュー選択画面の場合には、クリックトラックボール動作を行うように前記第１および前記第２の駆動手段を制御する、請求項１に記載のトラックボール。
【請求項３】
前記制御手段は、前記移動検出手段で検出された前記ボールの移動量を示す信号に応答して、前記第１および前記第２の駆動手段を制御する、請求項１に記載のトラックボール。
【請求項４】
前記制御手段は、前記移動検出手段で検出された前記ボールの移動距離、移動方向、移動速度、移動時間に応じて、前記第１および前記第２の駆動手段を制御する、請求項３に記載のトラックボール。
【請求項５】
前記移動検出手段が光学式移動検出手段である、請求項１に記載のトラックボール。
【請求項６】
前記移動検出手段が機械式移動検出手段である、請求項１に記載のトラックボール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディスプレイ画面（操作画面）上の位置指定や座標データの入力に使用する入力装置であるポインティング・デバイスに関し、特に、直接ボールを回転させることでコントロールするトラックボールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この技術分野において周知のように、パーソナル・コンピュータなどのコンピュータの入力装置としてポインティング・デバイスが使用される。コンピュータはカー・ナビゲーション・システムであっても良い。ポインティング・デバイスは、ディスプレイ画面上の位置指定や座標データの入力に使用される。ポインティング・デバイスには、マウスやトラックボール、トラックパッドなどがある。
【０００３】
トラックボールは、マウスをひっくり返したような構造をしており、直接ボールを回転させることでコントロールする。トラックボールは、マウスと異なり移動させるスペースが必要ない。
【０００４】
トラックボールには光学式トラックボールがある。光学式トラックボールは、ボールが物理的にローラを回転させて情報を入力するのではなく、光の反射を利用して情報を入力するものである。この光学式トラックボールの場合、メンテナンスが不要であり、正確なコントロールが可能になる。
【０００５】
このようなトラックボールをカー・ナビゲーション・システムの車載用ポインティング・デバイスとして使用する場合の例について説明する。カー・ナビゲーション・システムは、車載コンピュータの地図画面上に現在位置を表示し、目的地へのルートをガイドするシステムである。カー・ナビゲーション・システムでは、上述したようにディスプレイ画面（操作画面）を地図画面として使用するが、メニューを選択するために、ディスプレイ画面（操作画面）をメニュー選択画面としても使用している。
【０００６】
操作画面が地図画面の場合、操作者がトラックボールのボールを操作（回転）することによって、マウスの場合と同様に、地図画面上のポインタ（カーソル）を３６０度どの方向にも連続的に移動したり、地図画面上に表示されている地図を連続的に移動（シフト）させることができる。このようなトラックボールの動作のことをここでは「通常トラックボール動作」と呼ぶことにする。また、トラックボールに通常トラックボール動作を行わせる操作者の操作を「通常トラックボール操作」と呼ぶことにする。
【０００７】
一方、図１に示されるように、操作画面３０がメニュー選択画面であるとする。図１に示されたメニュー選択画面は、ラジオ局を選択するためのラジオ局選択画面である。この場合、通常トラックボール操作によってトラックボールに上述した通常トラックボール動作を行わせると、操作者にとってはポインタ（カーソル）の合わせる位置がしぼり難くなる。すなわち、操作画面がメニュー選択画面の場合、通常トラックボール操作をしたのでは、操作者にとって使い勝手のよいものとはいえない状況になる。したがって、通常トラックボール操作以外に、操作画面がメニュー選択画面等の場合において、ポインタの位置決めを容易に行うことが可能な別の操作が行えることが望まれている。
【０００８】
このような操作として、トラックボールにクリック感を持たせるようにした「トラックボール」が、例えば、特許文献１などに開示されている。この特許文献１では、トラックボールの外周に接するローラを介して、トラックボールのＸ／Ｙ方向の回転移動量を検出するロータリエンコーダに、それぞれクリック機構を設けて、操作者にトラックボールの回転のクリック感を与えている。このようなクリック感を伴うトラックボールの動作をここでは「クリックトラックボール動作」と呼ぶことにする。また、トラックボールにクリックトラックボール動作を行わせる操作者の操作を「クリックトラックボール操作」と呼ぶことにする。尚、特許文献１では、クリック機構の作動、非作動を切換える切換手段をも開示している。
【０００９】
また、本発明に関連する先行技術として、回転体（ボール）に対して負荷が与えられている状態で回転体を操作したときに、回転体に与えられた操作力に応じた検出信号を出力できる「コントローラ」が、例えば、特許文献２に開示されている。この特許文献２では、回転体の回転に応じた信号を出力する検出部と、回転体に対して負荷を与える駆動部とを独立にして設けている。
【００１０】
更に、本発明に関連する先行技術として、力帰還プロセッサからの力帰還生成と関連するコンピュータ負担を軽減する触覚加速器を含む力帰還インターフェースが、例えば、特許文献３に開示されている。触覚加速器は、インターフェース装置のセンサから受信したユーザ物体の位置を表す生の位置データからユーザ操縦可能物体の動きを記述する速度および／または加速度情報をすばやく決定する。速度および／または加速度データは、力帰還プロセッサによってユーザ物体の出力されるべき力を決定するために使用される。
【００１１】
尚、光学式に動きを検出する光学式動き検出手段を備えたポインティング・デバイスは、例えば、特許文献４に開示されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平９−２８２０８８号公報
【００１３】
【特許文献２】
特開２０００−２１４９９５号公報
【００１４】
【特許文献３】
米国特許第５，９９９，１６８号明細書
【００１５】
【特許文献４】
特開平１１−３４５０７５号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１に記載されたトラックボールでは、トラックボールにクリック感を持たせるクリック機構は、機械的なものであり開ループ制御であるので、荷重（負荷）の大きさやクリックピッチは機械的構成によって一意に決定されてしまう。すなわち、トラックボールの移動量に応じて、荷重（負荷）の大きさやクリックピッチを変えることができない。具体的には、図１に図示したようなメニュー選択画面の場合に、特許文献１に開示されたクリック機構では、メニュー選択画面の境目でトラックボールにクリック感を持たせるために、境目に近付くにつれて荷重を徐々に強くし、これを抜けると荷重を弱くする、というような制御を行うことができない。さらに、特許文献１は、上述したように、クリック機構の作動、非作動を切換える切換手段を開示しているものの、その切換えは、操作画面の種類とは無関係に行われる。
【００１７】
尚、特許文献２は、回転体（ボール）に対して駆動部から負荷を与えているだけであって、トラックボールにクリック感を持たせることは何ら意図していない。すなわち、特許文献２では、負荷の大きさを回転体（ボール）の移動量に応じて制御すること等は何ら行っていない。換言すれば、特許文献２では、帰還制御を行っていない。
【００１８】
特許文献３は、力帰還について開示しているだけであって、トラックボールにクリック感を持たせることについては開示していない。また、特許文献３では、操作画面毎に操作感触を切換えることについても開示していない。
【００１９】
尚、特許文献４は、単に光学式ポインティング・デバイスを開示しているに過ぎない。
【００２０】
したがって、本発明の課題は、操作者に対して操作画面の種類に応じた操作感触を伝えることができるトラックボールを提供することにある。
【００２１】
本発明の他の課題は、操作者に対して状況に応じた操作感触を伝えることができるトラックボールを提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ボール（１１）と、このボールの移動を検出する移動検出手段（１２；１８ｘ，１８ｙ）と、ボールをＸ方向に回転させる第１の駆動手段（１３ｘ，１４ｘ，１５ｘ，１６ｘ）と、ボールをＹ方向に回転させる第２の駆動手段（１３ｙ，１４ｙ，１５ｙ，１６ｙ）と、操作画面（３０）の種類に応じて、第１および第２の駆動手段を制御して、ボールの操作者に対して異なった操作感触を伝える制御手段（１７）と、を有するトラックボール（１０）が得られる。
【００２３】
尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２５】
図２乃至図４を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るトラックボールについて説明する。図２は、トラックボール１０とそれに接続されたパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）２０とを示すブロック図である。図３はトラックボール１０の概略平面図、図４はトラックボール１０の概略正面図である。
【００２６】
図示の例は、パーソナル・コンピュータ２０は、カー・ナビゲーション・システムの場合の例を示している。すなわち、図示の例は、トラックボール１０を、カー・ナビゲーション・システムのポインティング・デバイスとして使用している。
【００２７】
尚、カー・ナビゲーション・システム２０は、前述したように、車載コンピュータの地図画面上に現在位置を表示し、目的地へのルートをガイドするシステムである。カー・ナビゲーション・システム２０では、上述したように、ディスプレイ画面（操作画面）（図示せず）を地図画面として使用すると共に、メニューを選択するために、ディスプレイ画面（操作画面）をメニュー選択画面としても使用している。
【００２８】
操作画面が地図画面の場合、操作者がトラックボール１０を操作（回転）することによって、マウスの場合と同様に、地図画面上のポインタ（カーソル）を３６０度どの方向にも連続的に移動したり、地図画面上に表示されている地図を連続的に移動（シフト）させることができる。すなわち、通常トラックボール操作によってトラックボール１０に通常トラックボール動作を行わせることができる。
【００２９】
一方、操作画面３０が図１に示されるようなメニュー選択画面であるとする。この場合、通常トラックボール操作によってトラックボール１０に上述した通常トラックボール動作をさせると、操作者にとってはポインタ（カーソル）の合わせる位置がしぼり難くなる。すなわち、操作画面がメニュー選択画面の場合、通常トラックボール操作をしたのでは、操作者にとって使い勝手のよいものとはいえない状況になる。
【００３０】
そこで、本発明に係るトラックボール１０では、通常トラックボール操作以外に、操作画面がメニュー選択画面等の場合において、ポインタの位置決めを容易に行うことが可能なクリックトラックボール操作をも行わせるようにしている。すなわち、操作画面が地図画面の場合には通常トラックボール動作を行うようにし、操作画面がメニュー選択画面の場合にはクリックトラックボール動作を行うようにしている。換言すれば、操作画面の種類に応じて、トラックボール１０の操作者に対して異なった操作感触を与える。
【００３１】
図３および図４に示されるように、トラックボール１０は、ボール１１を有する。このボール１１は、図示しない筐体に全方向に回転自在に保持されている。このボール１１の上部は、筐体の上面に形成された円形の開口部（図示せず）から上方へ突出している。
【００３２】
トラックボール１０は、このボール１１の移動を検出する画像センサ１２を備えている。この画像センサ１２は、図示しない発光ダイオード（ＬＥＤ）から出射されたセンサ用ＬＥＤ光がボール１１で反射された反射光を受光することによって、ボール１１の移動を検出するものである。尚、この画像センサ１２を用いた光学的移動検出手段の詳細な動作説明は、前述した特許文献４等に記載されているので、それを参照されたい。したがって、図示のトラックボール１０は、光学式移動検出手段１２を備えた光学式トラックボールである。
【００３３】
ボール１１の外周には、直交する半径に対して直角の方向（Ｙ方向、Ｘ方向）にそれぞれ延在するＸ軸回転軸１３ｘ、Ｙ軸回転軸１３ｙを有するＸ軸トルク伝達ローラ１４ｘ、Ｙ軸トルク伝達ローラ１４ｙが当接している。Ｘ軸回転軸１３ｘの一端にはＸ軸用ＤＣモータ１５ｘが設けられており、Ｙ軸回転軸１３ｙの一端にはＹ軸用ＤＣモータ１５ｙが設けられている。
【００３４】
図２に示されように、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘはＸ軸モータドライバ１６ｘによって駆動され、Ｙ軸用ＤＣモータ１５ｙはＹ軸モータドライバ１６ｙによって駆動される。画像センサ１２によって検出されたボール１１の移動量を示す信号は制御部１７へ送られる。制御部１７は、例えば、マイクロコンピュータによって実現され得る。このボール１１の移動量を示す信号に応答して、制御部１７は、後述するように、Ｘ軸モータドライバ１６ｘおよびＹ軸モータドライバ１６ｙへそれぞれＸ軸モータ駆動指令およびＹ軸モータ駆動指令を送出して、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘおよびＹ軸用ＤＣモータ１５ｙの駆動を制御する。
【００３５】
とにかく、Ｘ軸回転軸１３ｘ、Ｘ軸トルク伝達用ローラ１４ｘ、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘ、およびＸ軸モータドライバ１６ｘの組み合わせは、ボール１１をＸ方向に回転させる第１の駆動手段として動作する。同様に、Ｙ軸回転軸１３ｙ、Ｙ軸トルク伝達用ローラ１４ｙ、Ｙ軸用ＤＣモータ１５ｙ、およびＹ軸モータドライバ１６ｙの組み合わせは、ボール１１をＹ方向に回転させる第２の駆動手段として動作する。
【００３６】
制御部１７は、後述するように、操作画面の種類に応じて、第１および第２の駆動手段を制御して、ボール１１の操作者に対して異なった操作感触を与える。
【００３７】
次に、図１乃至図４を参照して、制御部１７における具体的な動作例について説明する。カー・ナビゲーション・システム２０は、ディスプレイ画面（操作画面）３０を有する。この操作画面３０は、地図を表示する地図画面と、図１に図示されるような、メニューを選択するためのメニュー選択画面との間で切換えが可能である。現在の操作画面３０の種類を示す画面情報は、カー・ナビゲーション・システム２０から制御部１７へ送出される。
【００３８】
画面情報が、現在の操作画面３０が地図画面であることを示しているとする。この場合、制御部１７は、通常トラックボール動作を行うように、第１および第２の駆動手段を制御する。詳述すると、制御部１７は、Ｘ軸モータドライバ１６ｘおよびＹ軸モータドライバ１６ｙへそれぞれＸ軸モータ駆動指令およびＹ軸モータ駆動指令を送出しない。換言すると、通常トラックボール動作では、制御部１７は、第１および第２の駆動手段を何ら制御しない。その結果、操作者は自由に（何ら違和感なく）ボール１１を全方向に回転することができる。
【００３９】
一方、画面情報が、現在の操作画面３０が図１に示されるようなメニュー選択画面であることを示しているとする。この場合、制御部１７は、クリックトラックボール動作を行うように、第１および第２の駆動手段を制御する。詳述すると、図１に示すメニュー選択画面は、３×３＝９の桝目を持ち、ポインタとしてのコマがこれら９個の桝目を移動してその中の１つを選択する。各桝目は特定のラジオ局を指している。制御部１７は、画像センサ１２からのボール１１の移動量を示す信号に応答して、メニュー選択画面の相隣り合う２つの桝目の境目でトラックボール１０にクリック感を持たせるために、桝目の境目に近付くにつれて荷重を徐々に強くし、これを抜けると荷重を弱くするというように、第１および第２の駆動手段を制御する。これにより、ボール１１の操作者に対して、マウスのホイール操作のようなクリック感を与えることが可能となる。したがって、コマの行き過ぎや、操作性の悪さを解消することができる。
【００４０】
次に、クリックトラックボール動作について更に詳述する。制御部１７は、ボール１１の移動量に応じたＸ軸用ＤＣモータ１５ｘおよびＹ軸用ＤＣモータ１５ｙに対するトルク量を示すトルクテーブル（図示せず）を有する。このトルクテーブルには、ポインタが桝目の中心にあるときは零で、それより桝目の境目へ近付くにつれてその中心へ戻すように徐々に強くなるようなトルク量が記載されている。トルクテーブルに記載されているトルク量を任意に変えることが可能である。これにより、クリックを起こさせるまでの距離（クリックピッチ）を変化させたり、ポインタ（カーソル）が斜めに移動するのを抑えたり、クリックに強弱をつけたり、操作画面３０の端にカーソル（ポインタ）が移動したときにボール１１の移動を抑えたり、等の効果をトラックボール１０に持たせることが可能となる。また、トルクテーブルのトルク量を調整することにより、操作画面３０の上下左右にレールを作り、コマを上下左右方向に移動させ（ボール１１をＸ方向、Ｙ方向に回転させ）易いようにして、トラックボール１０の操作性を向上させることもできる。
【００４１】
上述した例においては、操作画面がメニュー選択画面である場合、操作者に対してクリック感を与えるようにしているが、本発明はこれに限定されず、状況に応じて操作者に種々の操作感触を与えるようにしても良い。例えば、制御部１７が、画像センサ１２で検出されたボール１１の移動距離、移動方向、移動速度、移動時間等に応じて、第１および第２の駆動手段を制御することよって、ボール１１を振動させたり、ボール１１の回転方向により重さを変えたり、ボール１１の操作荷重を変えたり、ボール１１の回転を戻したり等の、他の操作触感を操作者に与えるようにしても良い。
【００４２】
また、上述した実施の形態では、ボール１１の移動を検出する移動検出手段として、図５に示されるような、画像センサ１２を使用した光学式移動検出手段を用いているが、その代わりに、図６に示されるような、機械式移動検出手段を用いてもよい。
【００４３】
図６に示された機械式移動検出手段は、Ｘ軸回転軸１３ｘに設けられたＸ軸モータ用ロータリエンコーダ１８ｘと、Ｙ軸回転軸１３ｙに設けられたＹ軸モータ用ロータリエンコーダ１８ｙとを有する。Ｘ軸モータ用ロータリエンコーダ１８ｘで検出されたＸ方向の移動量を示す信号およびＹ軸モータ用ロータリエンコーダ１８ｙで検出されたＹ方向の移動量を示す信号は、制御部１７（図２）へ送られる。
【００４４】
以上、本発明について好ましい実施の形態によって例を挙げて説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、上述した実施例では、トラックボールを、カー・ナビゲーション・システムに用いられる車載用ポインティング・デバイスとして用いる場合を例に挙げて説明しているが、観光地、市役所、郵便局等のあらゆる公共機関の場所に設けられるコンピュータのメニュー選択画面を選択するためにも使用することができる。また、カー・ナビゲーション・システム以外の他のパーソナル・コンピュータ上でも使用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、操作画面の種類に応じて、第１および第２の駆動手段を制御することによって、ボールの操作者に対して異なった操作感触を伝えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】メニュー選択画面の一例を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るトラックボールを、パーソナル・コンピュータ（カー・ナビゲーション・システム）と共に示すブロック図である。
【図３】図２に図示したトラックボールの概略平面図である。
【図４】図２に図示したトラックボールの概略正面図である。
【図５】図２に図示したトラックボールに使用される光学式移動検出手段の概略正面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係るトラックボールに使用される機械式移動検出手段の概略平面図である。
【符号の説明】
１０      トラックボール
１１      ボール
１２      画像センサ（光学式移動検出手段）
１３ｘ    Ｘ軸回転軸
１３ｙ    Ｙ軸回転軸
１４ｘ    Ｘ軸トルク伝達用ローラ
１４ｙ    Ｙ軸トルク伝達用ローラ
１５ｘ    Ｘ軸用ＤＣモータ
１５ｙ    Ｙ軸用ＤＣモータ
１６ｘ    Ｘ軸モータドライバ
１６ｙ    Ｙ軸モータドライバ
１７      制御部
１８ｘ    Ｘ軸モータ用ロータリエンコーダ
１８ｙ    Ｙ軸モータ用ロータリエンコーダ
２０      ＰＣ（カー・ナビゲーション・システム）
３０      操作画面
【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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