(57)【要約】【課題】操作者にフィードバックするボールの感触を予め設定した状態に保持させることのできるトラックボール装置を提供する。【解決手段】ボール２に当接するとともに回転自在に支持されたローラ３，４およびローラ３，４を駆動する駆動モータ１１，１２を具備する触感応答手段１５と、ローラ３，４が回転駆動した際の実トルクを所定の値に制御するトルク制御手段２７とを設ける。【選択図】      図１
2004265018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールの表面を操作者が直接触れることにより前記ボールを直接回転させて表示画面上のポインタの移動を行うトラックボール装置であって、
前記ボールに当接するとともに回転自在に支持されたローラおよび前記ローラを駆動する駆動モータを具備する触感応答手段と、
前記ローラが回転駆動した際の実トルクを所定の値に制御するトルク制御手段と、を有していることを特徴とするトラックボール装置。
【請求項２】
前記トルク制御手段が、
前記ローラが回転駆動した際の実トルクを検出するトルク検出手段と、
前記ローラを回転駆動する際の設定トルクをトルクデータとして予め記憶する設定トルク記憶手段と、
前記ローラが回転駆動した際に、前記トルク検出手段により検出された実トルクと前記設定トルク記憶手段に記憶されたトルクデータの設定トルクとを比較し、実トルクと設定トルクとが等しくなるように前記駆動モータの出力を制御する駆動モータ出力制御部と、を有してい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。
【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、操作対象の属性や状態に応じてボールに触れている操作者に対してボールから操作者へ触感を付与する触感応答手段を有するトラックボール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ポインティングデバイスの一つとして、ハウジングの外部に露出しているボールの表面を操作者が直接触れることにより、前記ボールを直接回転させて表示画面上のカーソルやドットなどのポインタの移動を行うことで表示画面上の任意の位置を指定することのできるトラックボール装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、トラックボール装置の一つとして、操作対象の属性や状態に応じてボールに触れている操作者に対してボールから操作者へ触感を付与する触感応答手段を有するものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
このような触感応答手段を有するトラックボール装置として、本出願人は、操作性を向上させたトラックボール装置を提案した（特願２００２−３７２３１４号）。このトラックボール装置は、ボールに当接するとともに回転自在に支持されたローラと、ローラを駆動する駆動モータとを具備する触感応答手段を有しており、駆動モータの駆動を制御してローラの回転方向、トルク、速度を変化させてボールに操作感触を付与し、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ように構成したものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０８−１６１１１３号公報
【特許文献２】
特開平１１−３０５９３８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のトラックボール装置においては、駆動モータの熱劣化、マグネットの寿命による磁力劣化、電圧変動などにより、駆動モータのトルクが予め設定した値から変動し、操作者にフィードバックするボールの感触が変化するという問題点があった。
【０００７】
本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、操作者にフィードバックするボールの感触を予め設定した状態に保持させることのできるトラックボール装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【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に係るトラックボール装置の特徴は、ボールの表面を操作者が直接触れることにより前記ボールを直接回転させて表示画面上のポインタの移動を行うトラックボール装置であって、前記ボールに当接するとともに回転自在に支持されたローラおよび前記ローラを駆動する駆動モータを具備する触感応答手段と、前記ローラが回転駆動した際の実トルクを所定の値に制御するトルク制御手段とを有している点にある。そして、このような構成を採用したことにより、操作者にフィードバックするボールの感触を予め設定した状態に保持させることが容易かつ確実にできる。
【０００９】
本発明のトラックボール装置のトルク制御手段としては、前記トルク制御手段が、前記ローラが回転駆動した際の実トルクを検出するトルク検出手段と、前記ローラを回転駆動する際の設定トルクをトルクデータとして予め記憶する設定トルク記憶手段と、前記ローラが回転駆動した際に、前記トルク検出手段により検出された実トルクと前記設定トルク記憶手段に記憶されたトルクデータの設定トルクとを比較し、実トルクと設定トルクとが等しくなるように前記駆動モータの出力を制御する駆動モータ出力制御部とを有していることが好ましい。そして、このような構成を採用したことにより、操作者にフィードバックするボールの感触を予め設定した状態に保持させることがより確実にできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態により説明する。
【００１１】
図１は本発明に係るトラックボール装置の実施形態の要部を示す平面図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態のトラックボール装置１は、操作者が直接操作可能なボール２を有している。このボール２は、ハウジングの内部に配設された凹状のボール支持部材（ともに図示せず）によって下方から回転自在に支持されている。また、ボール２の上部は、従来公知の如く、ハウジングの上面に形成された円形状の開口部（図示せず）から上方に突出して外部に露出されている。そして、ボール２の外部に露出した表面部分に操作者が直接触れてボール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３，４の当接力に抗って、ボール２を簡単に所望の方向に回転させることができるようになっている。このように、ボール２の表面に操作者が直接触れてボール２を直接回転させることにより、図示しない表示画面上のカーソルあるいはドットなどのポインタの移動を行うことができるようになっている。
【００１３】
前記ボール２の下方、詳しくはハウジング内部におけるボール２の下方には、ボール２の表面に形成された微細模様を観察し、そのＸ軸方向およびこのＸ軸方向に直交するＹ軸方向への回転量を非接触で検出する、回転量検出手段としての位置センサ５が配設されている。この位置センサ５は、後述する制御手段６に電気的に接続されており、ボール２の操作者がボール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となるボール２の回転量を検出して制御手段６に送出することができるようになっている。なお、位置センサ５は、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配設してもよい。
【００１４】
また、回転量検出手段としては、従来公知の如く、ボール２の回転からＸ軸方向の回転量を情報化するエンコーダおよびボール２の回転からＹ軸方向の回転量を情報化するエンコーダを用いてもよい。この場合、両エンコーダには、ボール２に当接する回転軸が接続されており、これらの回転軸は、それぞれの軸心が直交するように配置されているとともに、これらの回転軸とサポートホイールとによりボール２が下方から３点あるいは４点支持される構成とすることが好ましい。したがって、この構成における回転軸は、ボール２を下方から回転自在に支持するボール支持部材の一部を構成することになる。
【００１５】
前記ボール２の周囲には、ボール２の直交する半径方向とそれぞれ平行な水平方向を回転軸心とし、ボール２に当接するとともに回転自在に支持されたほぼ筒状の一対のローラ３，４が配設されている。これらのローラ３，４のうち、図１においてボール２の右側に示す一方は、ボール２をＸ軸方向に駆動するためのＸ軸ローラとされており、図１においてボール２の下側に示す他方は、ボール２をＹ軸方向に駆動するためのＹ軸ローラとされている。
【００１６】
前記各ローラ３，４の一端部には、ローラ駆動ギア７，８がそれぞれ取着されており、他端部には回転駆動した際のローラ３，４の実際のトルクである実トルクを検出するためのトルク検出手段たるトルクセンサ９，１０がそれぞれ取着されている。これらのトルクセンサ９，１０は、両者ともに後述する制御手段６に電気的に接続されており、各ローラ３，４が回転駆動した際のそれぞれのトルクである実トルクを検出して制御手段６に送信することができるようになっている。
【００１７】
前記各ローラ３，４の近傍には、前記各ローラ３，４と平行に延在する制御モータからなる駆動モータ１１，１２がそれぞれ配設されている。また、これらの駆動モータ１１，１２の出力軸には、前記各ローラ駆動ギア７，８と噛合する出力ギア１３，１４がそれぞれ取着されており、各駆動モータ１１，１２の駆動力が出力ギア１３，１４およびローラ駆動ギア７，８をこの順に介して各ローラ３，４に伝達可能に形成されている。これらの駆動モータ１１，１２は、両者ともに後述する制御手段６に電気的に接続されており、制御手段６から送出される制御指令に基づいて所定のタイミングで駆動されるようになっている。
【００１８】
なお、出力ギア１３，１４およびローラ駆動ギア７，８の一方をシザースギアとすることにより、出力ギア１３，１４とローラ駆動ギア７，８との噛合部に形成されるバックラッシュを除去することができるので、駆動モータ１１，１２によるローラ３，４の駆動制御の応答性を向上できる。また、駆動モータ１１，１２とローラ３，４との間の駆動力の伝達に用いる回転電動機構としては、歯車電動のかわりにベルト伝動を用いてもよい。
【００１９】
前記ボール２に当接するとともに回転自在に支持された各ローラ３，４および各ローラ３，４を駆動する各駆動モータ１１，１２により、本実施形態の触感応答手段１５が構成されている。
【００２０】
つぎに、制御手段６の一例について説明する。
【００２１】
図１に示すように、前記制御手段６は、Ａ／Ｄコンバータ２１、Ｄ／Ａコンバータ２２を有し、このＡ／Ｄコンバータ２１およびＤ／Ａコンバータ２２はＣＰＵ２３に接続されている。さらに、ＣＰＵ２３には、適宜な容量のＲＯＭ、ＲＡＭなどにより形成されたメモリ２４が接続されている。
【００２２】
前記制御装置のＡ／Ｄコンバータ２１には、位置センサ５、各トルクセンサ９，１０が接続されており、Ｄ／Ａコンバータ２２には、各駆動モータ１１，１２がそれぞれを駆動するための図示しない駆動回路を介して接続されている。
【００２３】
前記ＣＰＵ２３は、メモリ２４に記憶されたプログラムおよび種々のデータに基づいて各種の演算処理を行うことで各部の動作を実質的に制御するものである。
【００２４】
前記メモリ２４には、少なくともトラックボール装置１の動作制御を行うための各種のプログラムおよび種々のデータなどが記憶されている。
【００２５】
前記メモリ２４に記憶されるデータとしては、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触感データとしての制御テーブル、各ローラ３，４が回転駆動した際の実トルクを所定の値に制御するためのトルクデータとしてのトルクデータテーブルなどがある。また、トルクデータテーブルは、設計コンセプトなどに応じて予め設定されている各ローラ３，４を回転駆動するときの設定トルクが制御テーブルに関連して形成されている。
【００２６】
したがって、本実施形態のメモリ２４は、ローラ３，４を回転駆動する際の設定トルクをトルクデータとして予め記憶する設定トルク記憶手段２５としての機能を備えている。
【００２７】
なお、設定トルクは、制御テーブルに応じて、すなわち制御テーブルの一部を構成するボール２の動作設定に応じて設定されている。
【００２８】
前記メモリ２４に記憶されるプログラムとしては、触感制御プログラムおよびトルク制御プログラムなどがある。
【００２９】
一方の触感制御プログラムは、操作者が操作するボール２に予め設定された操作感触を付与するためのものであり、図示しない外部制御装置から、触感応答手段１５の駆動制御指令（フィーリング・コマンド）を受けた場合に、メモリ２４に記憶された制御テーブルを参照しつつ、駆動に供するローラ３，４を駆動するための駆動モータ１１，１２の駆動を制御するデータをＤ／Ａコンバータ２２によりデータ変換し、駆動に供するローラ３，４の回転方向、トルク、速度などを変化させる制御を行うように構成されている。
【００３０】
他方のトルク制御プログラムは、ローラ３，４が回転駆動した際に、設定トルク記憶手段２５に記憶されたトルクデータテーブルを参照しつつ、トルクセンサ９，１０により検出された実トルクとメモリ２４に記憶されたトルクデータテーブルの設定トルクとを比較し、実トルクと設定トルクとが等しくなるように駆動モータ１１，１２の出力を制御することができるように構成されている。
【００３１】
ここでいう駆動モータ１１，１２の出力を制御するとは、駆動に供するローラ３，４の実トルクが設定トルクと等しくなるように、駆動モータ１１，１２の出力を制御することである。
【００３２】
具体的には、予め設定された設定トルクよりも実トルクが低ければ駆動モータ１１，１２の出力を上げ、予め設定された設定トルクよりも実トルクが高ければ駆動モータ１１，１２の出力を下げることになる。
【００３３】
したがって、本実施形態における制御手段６は、ローラ３，４を回転駆動した際に、トルク検出手段としてのトルクセンサ９，１０により検出された実トルクと設定トルク記憶手段２５としてのメモリ２４に記憶されたトルクデータとしてのトルクデータテーブルの設定トルクとを比較し、実トルクと設定トルクとが等しくなるように駆動モータ１１，１２の出力を制御する駆動モータ出力制御部２６の機能を備えている。
【００３４】
前記トルク検出手段としてのトルクセンサ９，１０、設定トルク記憶手段２５としてのメモリ２４および駆動モータ出力制御部２６としての制御手段６により、本実施形態のローラ３，４が回転駆動した際の実トルクを所定の値に制御するトルク制御手段２７が構成されている。
【００３５】
本実施形態のトラックボール装置１においては、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、前記ボール２の周面に摺接可能に配設され、前記ボール２に摺接させることでボール２の表面に付着するゴミなどの付着物を除去する、図示しないゴミ取りリングを備えている。
【００３６】
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、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。
【００３７】
さらにまた、本実施形態形態の位置センサ５は、Ａ／Ｄコンバータ２１と接続されており、操作者がボール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アナログデータをＡ／Ｄコンバータ２１によりデジタルデータに変換し、その後、制御手段６を介して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。
【００３８】
つぎに、前述した構成からなる本実施形態の作用について説明する。
【００３９】
本実施形態のトラックボール装置１におけるボール２の操作が表示画面上のポインタを移動させる動作は、従来のトラックボール装置１と同様とされているので、その詳しい説明は省略し、本発明の要旨にかかわる部分についてのみ説明する。
【００４０】
前記外部制御装置が操作者の選択した操作対象の属性やその状態を触感としてフィードバックする必要があると認識し、制御手段６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、制御手段６において、メモリ２４に記憶された触感制御プログラムに基づいて、メモリ２４に記憶された制御テーブルを参照し、駆動モータ１１，１２の駆動を制御して、駆動に供するローラ３，４の回転方向、トルク、速度等を変化させて、操作者が操作するボール２に操作感触を付与する。
【００４１】
このようにしてボール２に付与された操作感触の変位を触感した操作者は、操作対象の属性やその状態をディスプレイの表示画面など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などで対応することが可能になる。
【００４２】
この時、トルク制御手段２７により、駆動に供するローラ３，４が回転駆動した際の実トルクを所定の値に制御できる。
【００４３】
前記ローラ３，４のトルク制御について詳しく説明する。
【００４４】
前記ローラ３，４のうちの少なくとも一方が回転駆動すると、ローラ３，４の回転駆動力である実トルクがトルクセンサ９，１０により検出される。そして、トルクセンサ９，１０は、検出したローラ３，４の実トルクのアナログデータを、リアルタイムで制御手段６に送信する。この実トルクを受信した制御手段６は、Ａ／Ｄコンバータ２１により、ＣＰＵ２３で処理可能なデジタルデータに変換する。ついで、ＣＰＵ２３は、メモリ２４に記憶されたトルク制御プログラムに基づいて、メモリ２４に記憶されたトルクデータテーブルを参照しつつ、トルクセンサ９，１０により検出された実トルクと前記メモリ２４に記憶されたトルクデータテーブルの設定トルクとを比較し、実トルクと設定トルクとが等しくなるように駆動モータ１１，１２の出力を制御する。
【００４５】
すなわち、ＣＰＵ２３から図示しない駆動回路に対して、予め設定された設定トルクよりも実トルクが低ければ駆動モータ１１，１２の出力を上げ、予め設定された設定トルクよりも実トルクが高ければ駆動モータ１１，１２の出力を下げるように制御指令を送信する。
【００４６】
したがって、本実施形態のトラックボール装置１によれば、トルク制御手段２７により駆動に供するローラ３，４のトルクを予め設定した所定の値に制御できるので、操作者にフィードバックするボール２の感触を予め設定した状態に保持させることが容易かつ確実にできる。
【００４７】
また、本実施形態のトラックボール装置１によれば、トルク検出手段としてのトルクセンサ９，１０、設定トルク記憶手段２５を兼ねたメモリ２４、および、駆動モータ出力制御部２６を兼ねた制御手段６からなるトルク制御手段２７を備えているから、操作者にフィードバックするボール２の感触を予め設定した状態に保持させることがより確実にできる。
【００４８】
本発明のトラックボール装置は、近年の、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、電動ミラーなどの多くの電子機器が備えられる車両、例えば自動車における車載用入力装置として好適である。
【００４９】
すなわち、本発明のトラックボール装置は、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などを、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として好適である。
【００５０】
また、本発明のトラックボール装置における触感応答の具体例としては、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、ボールを、車両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ローラを回転させるように駆動モータ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、当該車両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、ボールの回転に対する負荷抵抗を小刻みに繰り返し発生させ、ボールの回転に間欠的な制動感を付与するように駆動モータの駆動を制御して、ボールの回転動作中に操作者に衝撃を触感させることで、操作対象の属性やその状態を知らせることも可能である。
【００５１】
なお、位置センサ５の位置、あるいは一対のローラ３，４の位置は、上述した実施形態に限られるものではなく、適当な位置に設けることが可能であることは勿論である。
【００５２】
また、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るトラックボール装置によれば、操作者にフィードバックするボールの感触を予め設定した状態に保持させることが容易かつ確実にできるなどの極めて優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトラックボール装置の実施形態の要部を示す平面図
【符号の説明】
１  トラックボール装置
２  ボール
３、４  ローラ
５  位置センサ
６  制御手段
９、１０  トルクセンサ
１１、１２  駆動モータ
１５  触感応答手段
２３  ＣＰＵ
２４  メモリ
２５  設定トルク記憶手段
２６  駆動モータ出力制御部
２７  トルク制御手段
【図１】
2004265018.tif 000003