(57)【要約】【課題】ボールの操作者に対してクリック感を伝えるなどの力帰還を行うトラックボールにおいて、たとえボールがある程度汚れていても、所望のクリック感が損なわれることがないなど所望の帰還力が得られるトラックボールを提供する。【解決手段】Ｘ方向およびＹ方向に回転可能なボール（１１）と、ボールのＸ方向およびＹ方向の移動を検出する移動検出部（１２）と、ボールをＸ方向およびＹ方向に回転させる駆動部（１４ｘ、１４ｙ）と、駆動部のＸ方向およびＹ方向の駆動量を検出する駆動検出部（１８ｘ、１８ｙ）と、移動検出部で検出されたボールの移動量を示す信号ならびに駆動検出部で検出された駆動部の駆動量を示す信号に応じて、ボールの操作者に対してクリック感を伝えると共にボールに接する駆動部のローラが空転しないように、駆動部を制御する制御部（１７）とを有している。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メニュー選択画面上に表示された複数のメニューの中から特定の１つのメニューを選択するために用いられるポインティングデバイスであるトラックボールにおいて、
Ｘ方向およびＹ方向に回転可能なボールと、
前記ボールのＸ方向およびＹ方向の移動を検出する移動検出部と、
前記ボールをＸ方向およびＹ方向に回転させる駆動部と、
前記駆動部のＸ方向およびＹ方向の駆動量を検出する駆動検出部と、
前記移動検出部で検出された前記ボールの移動量を示す信号ならびに前記駆動検出部で検出された前記駆動部の駆動量を示す信号に応じて、前記ボールの操作者に対してクリック感を伝えると共に該ボールに接する前記駆動部のローラが空転しないように、前記駆動部を制御する制御部とを有することを特徴とするトラックボール。
【請求項２】
前記制御部は、前記ボールの移動量に応じた前記駆動部に対するトルク量を示すトルクテーブルを備えており、前記トルクテーブルを参照して前記駆動部のトルクを制御する請求項１に記載のトラックボール。
【請求項３】
前記トルクテーブルには、各メニューの中心にあるときは零で、それよりポインタが前記メニュー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請求項２に記載のトラックボール。
【請求項４】
前記制御部は、前記ボールの移動量と前記駆動部の駆動量との差が所定値に達したときに該駆動部によるトルク量を制限するように該駆動部のトルクを制御する請求項１乃至３のいずれかに記載のトラックボール。
【請求項５】
前記移動検出部は、光学式移動検出手段によって構成されている請求項１に記載のトラックボール。
【請求項６】
前記移動検出部は、機械式移動検出手段によって構成されている請求項１に記載のトラックボール。
【請求項７】
前記移動検出部は、光学式移動検出手段および機械式移動検出手段のニ手段によって構成されている請求項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、メニュー選択画面上に表示された複数のメニューの中から特定の１つのメニューを選択するためなどに用いられ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よい。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もある。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。即ち、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】
さらに、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部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】
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。即ち、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相隣接する２つのメニュー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。
【００１３】
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。即ち、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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
【特許文献１】
特開平９−２８２０８８号公報
【００１７】
【特許文献２】
特開２０００−２１４９９５号公報
【００１８】
【特許文献３】
米国特許第５，９９９，１６８号明細書
【００１９】
【特許文献４】
特開平１１−３４５０７５号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、Ｘ方向およびＹ方向に回転可能なボールと、ボールのＸ方向およびＹ方向の移動を検出する移動検出部と、ボールをＸ方向およびＹ方向に回転させる駆動部と、移動検出部で検出されたボールの移動量を示す信号に応答してボールの操作者に対してクリック感を伝えるなど所望の帰還力が得られるように駆動部を制御する制御部とを有し、さらに、特許文献３に開示されているポインティングデバイスのように力帰還を行うトラックボールにおいては、ボールへのゴミや油の付着により、ボールとトルク伝達（駆動用）ローラとの間の摩擦力Ｒよりもトルク伝達ローラの回転力Ｆが大きくなった場合には、駆動モータが空転し、ボールに対して駆動力が全く加わらない状態となる。
【００２１】
この状態は、トラックボールの操作者にとっては、クリック感が得られないなど帰還力が得られないか、あるいは、操作感が著しく損なわれることになる。
【００２２】
したがって、本発明の課題は、ボールの操作者に対してクリック感を伝えるなどの力帰還を行うトラックボールにおいて、たとえボールがある程度汚れていても、所望のクリック感が損なわれることがないなど所望の帰還力が得られるトラックボールを提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、メニュー選択画面上に表示された複数のメニューの中から特定の１つのメニューを選択するために用いられるポインティングデバイスであるトラックボールにおいて、Ｘ方向およびＹ方向に回転可能なボール（１１）と、前記ボールのＸ方向およびＹ方向の移動を検出する移動検出部（１２）と、前記ボールをＸ方向およびＹ方向に回転させる駆動部（１４ｘ、１４ｙ）と、前記駆動部のＸ方向およびＹ方向の駆動量を検出する駆動検出部（１８ｘ、１８ｙ）と、前記移動検出部で検出された前記ボールの移動量を示す信号ならびに前記駆動検出部で検出された前記駆動部の駆動量を示す信号に応じて、前記ボールの操作者に対してクリック感を伝えると共に該ボールに接する前記駆動部のローラが空転しないように、前記駆動部を制御する制御部（１７）とを有することを特徴とするトラックボールが得られる。
【００２４】
本発明によればまた、前記制御部（１７）は、前記ボール（１１）の移動量と前記駆動部（１４ｘ、１４ｙ）の駆動量との差が所定値に達したときに該駆動部によるトルク量を制限するように該駆動部のトルクを制御する前記トラックボールが得られる。
【００２５】
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。
【００２６】
【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。
【００２７】
［実施の形態１］
図２〜図４を参照して、本発明の実施の形態１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。
【００２８】
図示の例では、パーソナルコンピュータ２０がカーナビゲーションシステムの場合の例を示している。即ち、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例である。
【００２９】
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。
【００３０】
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。即ち、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。
【００３１】
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。即ち、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。
【００３２】
そこで、本発明に係るトラックボール１０では、後に詳述するように、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。即ち、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伝えるようにしている。
【００３３】
さらに、本発明に係るトラックボール１０では、後に詳述するように、駆動部のＸ方向およびＹ方向の駆動量を検出する駆動検出部を有している。そして、移動検出部で検出されたボールの移動量を示す信号ならびに駆動検出部で検出された駆動部の駆動量を示す信号に応じて、ボールの操作者に対してクリック感を伝えるのに加え、ボールに接する駆動部のローラが空転しないように、駆動部を制御している。
【００３４】
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を有している。このボール１１は、図示しない筐体に全方向（Ｘ方向およびＹ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。
【００３５】
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部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、光学式移動検出部１２を備えた光学式トラックボールである。
【００３６】
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。
【００３７】
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に送られる。
【００３８】
さらに、本発明に係るトラックボール１０では、駆動部としてのＸ軸用ＤＣモータ１５ｘおよびＹ軸用ＤＣモータ１５ｙによるＸ方向およびＹ方向の駆動量を検出する駆動検出部として、Ｘ軸モータ用ロータリーエンコーダ１８ｘおよびＹ軸モータ用ロータリーエンコーダ１８ｙが、Ｘ軸回転軸１３ｘおよびＹ軸回転軸１３ｙに備えられている。Ｘ軸モータ用ロータリーエンコーダ１８ｘおよびＹ軸モータ用ロータリーエンコーダ１８ｙによって検出されたＸ軸用ＤＣモータ１５ｘおよびＹ軸用ＤＣモータ１５ｙによる駆動量を示す信号は制御部１７へ送られる。
【００３９】
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。ボール１１の移動量を示す信号ならびにＸ軸用ＤＣモータ１５ｘおよびＹ軸用ＤＣモータ１５ｙによる駆動量に応じて、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。
【００４０】
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の駆動部として動作する。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の駆動部として動作する。
【００４１】
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の駆動部を制御して、ボール１１の操作者に対して異なった操作感触を伝えるのに加え、ボールに接する駆動部のローラが空転しないようにする。
【００４２】
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を有している。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。
【００４３】
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の駆動部を制御する。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の駆動部を何ら制御しない。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。
【００４４】
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の駆動部を制御する。詳述すると、図１に示すメニュー選択画面は、３×３＝９個の桝目（メニュー）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（メニュー）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じて、メニュー選択画面の相隣り合う２つの桝目（メニュー）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の駆動部を制御する。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伝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。
【００４５】
次に、クリックトラックボール動作について具体例を挙げて更に詳細に説明する。
【００４６】
ここでは、操作画面３０が、図５に示されるようなメニュー選択画面である場合を例にとって説明する。即ち、図５に図示したメニュー選択画面３０は、５行、５列の計２５個の桝目（メニュー）を持つ。ここでは、一番上の行から最下行をそれぞれ第１乃至第５行と呼び、一番右側の列から一番左側の列をそれぞれ第１乃至第５行と呼ぶことにする。したがって、第３行が中央行であり、第３列が中央列である。第１列では、第１行から第５行がそれぞれ「あ」、「い」、「う」、「え」、および「お」である。第２列では、第１行から第５行がそれぞれ「か」、「き」、「く」、「け」、および「こ」である。第３列、即ち、中央列では、第１行から第５行がそれぞれ「さ」、「し」、「す」、「せ」、および「そ」である。第４列では、第１行から第５行がそれぞれ「た」、「ち」、「つ」、「て」、および「と」である。第５行では、第１行から第５行がそれぞれ「な」、「に」、「ぬ」、「ね」、「の」である。
【００４７】
ポインタ（カーソル）がメニュー選択画面３０の中央列（第３列）の中央にあるとき、Ｘ軸のカウント値（累積値）が０であり、それよりポインタが右側へ移動すると正にカウントされ、左側へ移動すると負にカウントされる。同様に、ポインタ（カーソル）がメニュー選択画面３０の中央行（第３行）の中央にあるとき、Ｙ軸のカウント値（累積値）が０であり、それよりポインタが上側へ移動すると正にカウントされ、下側へ移動すると負にカウントされる。
【００４８】
メニュー選択画面３０において、中央列（第３列）は、Ｘ軸のカウント値（累積値）が−３１から３１の範囲内にあり、第２列は、Ｘ軸のカウント値（累積値）が３２から９４の範囲内にあり、第１列は、Ｘ軸のカウント値（累積値）が９５から１５７の範囲内にあり、第４列は、Ｘ軸のカウント値（累積値）が−３２から−９４の範囲内にあり、第５列は、Ｘ軸のカウント値（累積値）が−９５から−１５７の範囲内にある。
【００４９】
同様に、メニュー選択画面３０において、中央行（第３行）は、Ｙ軸のカウント値（累積値）が−３１から３１の範囲内にあり、第２行は、Ｙ軸のカウント値（累積値）が３２から９４の範囲内にあり、第１行は、Ｙ軸のカウント値（累積値）が９５から１５７の範囲内にあり、第４行は、Ｙ軸のカウント値（累積値）が−３２から−９４の範囲内にあり、第５行は、Ｙ軸のカウント値（累積値）が−９５から−１５７の範囲内にある。
【００５０】
したがって、たとえば、ポインタ（カーソル）が、メニュー選択画面３０上のＸ軸のカウント値（累積値）が−３１から３１の範囲にあって、Ｙ軸のカウント値（累積値）が−３１から３１の範囲にあるとき、中央列（第３列）で、中央行（第３行）である「す」を選択している。
【００５１】
制御部１７は、図６に示されるような、ボール１１の移動量に応じたＸ軸用ＤＣモータ１５ｘに対するトルク量を示すＸ軸トルクテーブル４０ｘを有している。図６に示されるように、このＸ軸トルクテーブル４０ｘには、ポインタがメニュー選択画面３０における各メニューの中心にあるときは零で、それよりポインタがＸ軸に沿って移動してメニュー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。
【００５２】
同様に、図示はしないが、制御部１７は、ボール１１の移動量に応じたＹ軸用ＤＣモータ１５ｙに対するトルク量を示すＹ軸トルクテーブルを有している。このＹ軸トルクテーブルには、ポインタがメニュー選択画面３０における各メニューの中心にあるときは零で、それよりポインタがＹ軸に沿って移動してメニュー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。
【００５３】
図６に図示されたＸ軸トルクテーブル４０ｘについて更に詳述する。Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘは、パルス幅変調（ＰＷＭ）されたＤＣ電圧で駆動され、その衝撃係数（ｄｕｔｙ）を変えることによって、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘに対するトルク量を変えることができる。即ち、衝撃係数が大きいほど、トルク量も大きくなる。
【００５４】
図６のＸ軸トルクテーブル４０ｘにおいて、最上欄にはＸ軸の累積値（カウント値）を示し、最左蘭にはＹ軸の累積値（カウント値）を示している。Ｘ軸トルクテーブル４０ｘは、Ｘ軸の累積値およびＹ軸の累積値に対する衝撃係数を示している。尚、負の衝撃係数は、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘに印加されるＤＣ電圧の極性が負であることを示している。尚、制御部１７は、図示しないＸ軸カウンタおよびＹ軸カウンタを備えている。Ｘ軸カウンタはＸ軸の累積値（カウント値）を保持し、Ｙ軸カウンタはＹ軸の累積値（カウント値）を保持している。
【００５５】
尚、Ｙ軸トルクテーブルは、図６に図示されたＸ軸トルクテーブル４０ｘにおいて、最上欄におけるＸ軸の累積値をＹ軸の累積値に変更し、最左蘭におけるＹ軸の累積値をＸ軸の累積値に変更したものである。
【００５６】
次に、図６に加えて図７をも参照して、具体例を挙げて説明する。図７は、図６に示すＸ軸トルクテーブル４０ｘの衝撃係数とモータ印加電圧（トルク）との関係を図示している。図７において、横軸はＸ軸のカウント値を、縦軸はモータ印加電圧（正回転トルク、負回転トルク）を示している。衝撃係数が正でその値が大きくなればなるほど、正回転トルクが大きくなる。また、衝撃係数が負でその値が大きければなるほど、負回転トルクが大きくなる。ここで、正回転トルクとは、ボール１１をＸ軸の正方向（図５における右側の方向）へ移動させようとするトルクをいい、負回転トルクとは、ボール１１をＸ軸の負方向（図５における左側の方向）へ移動させようとするトルクをいう。
【００５７】
尚、Ｘ軸のカウント値ｘおよびＹ軸のカウント値ｙを座標（ｘ，ｙ）で表すことにする。
【００５８】
Ｙ軸の累積値（カウント値）が０の状態において、Ｘ軸の累積値（カウント値）を０から変化させたとする。即ち、ポインタ（カーソル）の初期位置が、メニュー選択画面３０の中央にあるメニュー「す」の中心（０，０）にあって、その初期位置（０，０）から、操作者がボール１１をＸ方向へ回転させるように操作したとする。
【００５９】
たとえば、図５に示すメニュー選択画面３０において、ポインタをメニュー「す」からその右隣のメニュー「く」の方向へ移動させるために、操作者がボール１１をＸ軸の正方向へ回転させたとする。
【００６０】
このとき、画像センサ１２によってボール１１がＸ軸の正方向へ回転したことが検出され、その移動量を示す信号が制御部１７へ送られる。この移動量を示す信号に応じて、制御部１７は累積移動値を算出し、それをＸ軸のカウント値（累積値）としてＸ軸カウンタに保持する。このＸ軸のカウント値（累積値）に基づいて、制御部１７は、Ｘ軸トルクテーブル４０ｘを参照して、衝撃係数を求める。本例の場合、操作者がボール１１をＸ軸の正方向へ回転しているので、衝撃係数は負である。したがって、制御部１７は、この負の衝撃係数を示すＸ軸モータ駆動指令をＸ軸モータドライバ１６ｘへ送出して、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘに負回転トルクを与える。即ち、メニュー選択画面３０のメニュー「す」の中心（０，０）へ戻すような負荷をボール１１に対して与える。
【００６１】
このときまた、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘ（伝達用ローラ１４ｘ）の回転検出がＸ軸モータ用ロータリーエンコーダ１８ｘで行われ、その移動量（回転数）を示す信号が制御部１７へ送られる。空転、スリップの無い状態では、所定の変換定数（比率）を考慮すると、「画像センサ１２のカウント値＝エンコーダ１８ｘのカウント値」となる。制御部１７は、ボール１１とＸ軸トルク伝達用ローラ１４ｘとの間のスリップは無い状態であると判断し、操作者にクリック感を与えるための前述の制御を続行する。一方、ボール１１にゴミや油が付着するなどして、ボール１１とＸ軸トルク伝達用ローラ１４ｘとの間のスリップにより、「画像センサ１２のカウント値≠エンコーダ１８ｘのカウント値」となる。制御部１７は、ボール１１とＸ軸トルク伝達用ローラ１４ｘとの間にスリップが発生した状態であると判断し、今回の検出直前のトルク値（Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘに加えるべきＰＷＭのｄｕｔｙまたは制御電圧）を示すＸ軸モータ駆動指令をＸ軸モータドライバ１６ｘへ送出して、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘにトルクを与える。尚、空転、スリップを抑制するためのＸ軸モータ駆動指令は、標準のＸ軸モータ駆動指令にスリップ制御分を加味する形態としてもよい。以後、このスリップ制御を、空転、スリップが発生しない制御電圧（ＰＷＭのｄｕｔｙ）になるまで行い、空転、スリップが発生しない制御電圧になった時点で、制御電圧を標準の電圧に戻すステップに移行する。画像センサ１２、エンコーダ１８ｘのカウント値検出は、所定時間毎に実行される。こうして、ボール１１とＸ軸トルク伝達用ローラ１４ｘとの間のスリップが抑制される。尚、ブレーキ制御内容は、図７においてモータのトルクがボールとローラとの摩擦力と同レベルに達した時点で一定となっていることからも、分かる。
【００６２】
操作者にクリック感を与えるための制御を詳述すると、操作者がボール１１を手操作によってＸ軸の正方向へ回転させた場合には、座標（３１，０）になるまで、制御部１７は、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘへＸ軸モータドライバ１６ｘを介して加えるＰＷＭの衝撃係数をＸ軸のカウント値とともに大きくしていく制御を行う。この時、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘには、ボール１１を手操作によって回転する方向とは逆方向に回転させる負回転トルクが働いている。即ち、操作者には、その手操作感が徐々に重く感じられていく。
【００６３】
メニュー「す」と「く」との間の境目を越えて座標（３２，０）になった時点で、制御部１７は、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘの回転方向が、手操作によるボール１１の回転方向と同じ方向になるように、回転トルクを負回転トルクから正回転トルクに切換える。そして、座標（６３，０）になるまで、制御部１７は、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘへＸ軸モータドライバ１６ｘを介して加えるＰＷＭの衝撃係数をＸ軸のカウント値とともに小さくしていく制御を行う。このように、操作者の手操作の回転方向と同じ方向にＸ軸用ＤＣモータ１５ｘを回転することにより、操作者には手操作感が一気に軽くなったように感じられる。
【００６４】
このように相隣接する２つのメニュー（上記の例では、メニュー「す」とメニュー「く」）の境目で、回転トルクの方向を切換えるので、操作者にはクリック感が伝えられる。
【００６５】
この時、制御部１７は、Ｙ軸用ＤＣモータ１５ｙに対してもＹ軸の方向へ、Ｙ軸トルクテーブルに基づいて、Ｘ軸のカウント値およびＹ軸のカウント値に応じた回転トルクを発生させている。即ち、操作者がボール１１をＸ軸の方向へ回転させるように操作しようとした場合でも、実際には操作者は必ずしもＸ軸の方向ばかりでなく、Ｙ軸の方向へも多少回転させるような力をボール１１に対して与えてしまうだろう。このような場合でも、制御部１７は、常にボール１１に対してＹ座標が０となるような方向へ戻るような回転トルクを、Ｙ軸用ＤＣモータ１５ｙに発生させる。このときもまた、前述したようなブレーキ制御もなされる。したがって、操作者がボール１１をＸ軸の方向へ回転させようと操作するときに発生する、ボール１１のＹ軸の方向へのブレを抑えることができる。
【００６６】
以上では、図５に示すメニュー選択画面３０において、ポインタをメニュー「す」からその右隣のメニュー「く」の方向へ移動させるために、操作者がボール１１をＸ軸の正方向へ回転させた場合について述べたが、図５に示すメニュー選択画面３０において、ポインタをメニュー「す」からその左隣のメニュー「く」の方向へ移動させるために、操作者がボール１１をＸ軸の負方向へ回転させる場合も同様である。このときもまた、前述したようなブレーキ制御もなされる。
【００６７】
この場合には、画像センサ１２によってボール１１がＸ軸の負方向へ回転したことが検出され、その移動量を示す信号が制御部１７へ送られる。この移動量を示す信号に応じて、制御部１７は累積移動値を算出し、それをＸ軸のカウント値（累積値）としてＸ軸カウンタに保持する。このＸ軸のカウント値（累積値）に基づいて、制御部１７は、Ｘ軸トルクテーブル４０ｘを参照して、衝撃係数を求める。本例の場合、操作者がボール１１をＸ軸の負方向へ回転しているので、衝撃係数は正である。したがって、制御部１７は、この正の衝撃係数を示すＸ軸モータ駆動指令をＸ軸モータドライバ１６ｘへ送出して、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘに正回転トルクを与える。即ち、メニュー選択画面３０のメニュー「す」の中心（０，０）へ戻すような負荷をボール１１に対して与える。
【００６８】
詳述すると、操作者がボール１１を手操作によってＸ軸の負方向へ回転させた場合には、座標（−３１，０）になるまで、制御部１７は、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘへＸ軸モータドライバ１６ｘを介して加えるＰＷＭの衝撃係数をＸ軸のカウント値とともに大きくしていく制御を行う。この時、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘには、ボール１１を手操作によって回転する方向とは逆方向に回転させる正回転トルクが働いている。即ち、操作者には、その手操作感が徐々に重く感じられていく。
【００６９】
メニュー「す」と「つ」との間の境目を越えて座標（−３２，０）になった時点で、制御部１７は、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘの回転方向が、手操作によるボール１１の回転方向と同じ方向になるように、回転トルクを正回転トルクから負回転トルクに切換える。そして、座標（−６３，０）になるまで、制御部１７は、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘへＸ軸モータドライバ１６ｘを介して加えるＰＷＭの衝撃係数をＸ軸のカウント値とともに小さくしていく制御を行う。このように、操作者の手操作の回転方向と同じ方向にＸ軸用ＤＣモータ１５ｘを回転することにより、操作者には手操作感が一気に軽くなったように感じられる。
【００７０】
このように相隣接する２つのメニュー（上記の例では、メニュー「す」とメニュー「つ」）の境目で、回転トルクの方向を切換えるので、操作者にはクリック感が伝えられる。
【００７１】
上述したように、座標（−３１，０）から座標（３１，０）までの区間を、メニュー選択画面３０上のメニュー「す」の１区間として定義することにより、メニュー「す」の境目（切り替わり付近）で、ボール１１の操作者に対して最大トルク（負荷）を発生させ、かつ、回転トルクの方向を切換えている。これにより、現在のメニュー「す」から次のメニュー「く」または「つ」へのクリック感を操作者に対して伝えることができる。そして、上記最大トルクはメニュー切り替わりの軽い障壁として働く。また、操作者がボール１１に対する操作を止めたとき（荷重を抜いたとき）は、メニュー選択画面３０上のポインタを常に各メニューの中心へ戻すような回転トルクを、制御部１７はＸ軸用ＤＣモータ１５ｘおよびＹ軸用ＤＣモータ１５ｙに対して発生している。
【００７２】
尚、以上では、メニュー選択画面３０の初期位置（０，０）から、操作者がボール１１をＸ方向へ回転するように操作した場合の動作について説明したが、メニュー選択画面３０の初期位置（０，０）から、操作者がボール１１をＹ方向へ回転するように操作した場合も同様の動作をすることは明らかである。即ち、この場合も、制御部１７は、Ｙ軸のカウント値およびＸ軸のカウント値に応じた回転トルクを、Ｙ軸用ＤＣモータ１５ｙおよびＸ軸用ＤＣモータ１５ｘに発生させることで、ボール１１をＸ軸方向へ操作したときと同様の操作感を、操作者に対して伝えることができる。このときもまた、前述したようなブレーキ制御もなされる。
【００７３】
次に、図８を参照して、本発明に係るトラックボールのクリック制御について説明する。先ず、制御部１７は、ＰＣ（カーナビゲーションシステム）２０との間で通信を行い、ポートの設定を確認する（ステップＳ１）。画像センサ１２は、ボール１１の相対移動量を検出する（ステップＳ２）。制御部１７は、画像センサ１２で検出されたボール１１の相対移動量から、ボール１１の累積移動量を算出する（ステップＳ３）。制御部１７は、累積移動量に応じたパラメータ（ＰＷＭの衝撃係数）をテーブル（Ｘ軸トルクテーブル４０ｘ、Ｙ軸トルクテーブル）より読み取る（ステップＳ４）。
【００７４】
引き続いて、制御部１７は、テーブルからの読みとり値を相対移動値、およびその他要素により加工する（ステップＳ５）。制御部１７は、ＰＣ（カーナビゲーションシステム）２０へ移動量を出力する（ステップＳ６）。制御部１７は、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘおよびＹ軸用ＤＣモータ１５ｙへ、Ｘ軸モータドライバ１６ｘおよびＹ軸モータドライバ１６ｙを介して、ＰＷＭ信号とモータ方向制御信号を送出する（ステップＳ７）。
【００７５】
次に、図９を参照して、本発明に係るトラックボールのスリップ制御について説明する。先ず、制御部１７は、スリップ軽減値Ｆをゼロとしている（ステップＳ５１）。また、クッリク制御におけるＸ軸用ＤＣモータ１５ｘ、Ｙ軸用ＤＣモータ１５ｙへのトルク標準値は、Ｆ０である。（ステップＳ５２）。また、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘ、Ｙ軸用ＤＣモータ１５ｙへのトルク設定値（指令値）は、Ｆ０−Ｆとなっている（ステップＳ５３）。制御部１７は、単位時間毎に、画像センサ１２のカウント値ＩＭＣとＸ軸用ロータリーエンコーダ１８ｘ、Ｙ軸用ロータリーエンコーダ１８ｙのカウント値ＥＮＣとを検出する（ステップＳ５４）。制御部１７は、カウント値ＩＭＣとカウント値ＥＮＣを比較する（ステップＳ５５）。ステップＳ５５における比較の結果、等しければステップＳ５６に移行する一方、等しくなければステップＳ５９に移行する。
【００７６】
ステップＳ５６では、スリップ軽減値ＦをＦ＋Ａ（Ａは、制御部１７に予め記憶された定数）に更新して、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘ、Ｙ軸用ＤＣモータ１５ｙのトルクを減らす。制御部１７は、スリップ軽減値Ｆとトルク標準値Ｆ０とを比較する（ステップＳ５７）。ステップＳ５７における比較の結果、Ｆ＜Ｆ０であればステップＳ５２に移行する一方、Ｆ＜Ｆ０でなければステップＳ５８においてＦ＝Ｆ０に更新後、ステップＳ５２に移行する。
【００７７】
ステップＳ５９では、制御部１７は、スリップ軽減値Ｆと制御部１７に予め記憶された定数Ｂとを比較する。ステップＳ５９における比較の結果、Ｆ＞ＢでなければステップＳ６０においてＦ＝０に更新後、ステップＳ５２に移行する一方、Ｆ＞ＢであればステップＳ６１に移行する。ステップＳ６１では、スリップ軽減値ＦをＦ−Ｂに更新して、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘ、Ｙ軸用ＤＣモータ１５ｙのトルクを増やした後に、ステップＳ５２に移行する。
【００７８】
［実施の形態２］
実施の形態１においてはボール１１の移動を検出する移動検出部として図３および図４に示されるような画像センサ１２による光学式移動検出部を用いているが、その代わりに、図１０に示されるような、機械式移動検出部を用いてもよい。
【００７９】
図１０を参照して、本発明の実施の形態２によるトラックボール１０´は、このボール１１の移動を検出する機械式移動検出部として、Ｘ方向移動用のロータリエンコーダ１９ｘとＹ方向移動用のロータリエンコーダ１９ｙとを備えている。ロータリーエンコーダ１９ｘおよび１９ｙ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（図２）に送られ、実施の形態１で説明したようなクリック制御ならびにスリップ制御に用いられる。
【００８０】
ロータリーエンコーダ１９ｘおよび１９ｙはボール１１によって駆動される動作形態となるが、ロータリーエンコーダ１９ｘおよび１９ｙ自体はトルクを発生しないため、Ｘ軸およびＹ軸トルク伝達ローラ１４ｘおよび１４ｙのように空転することはない。よって、スリップ制御におけるボール１１の移動量を検出するために使用可能である。
【００８１】
［実施の形態３］
さらに、画像センサ１２を使用した光学式移動検出部と機械式移動検出部との両方を用いてもよい。
【００８２】
図１１を参照して、本発明の実施の形態３によるトラックボール１０´´は、ボール１１の移動を検出する光学式移動検出部としての画像センサ１２に加えて、機械式移動検出部として、Ｘ方向移動用のロータリエンコーダ１９ｘとＹ方向移動用のロータリエンコーダ１９ｙとを備えている。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と、ロータリーエンコーダ１９ｘおよび１９ｙによって検出されたボール１１の移動量を示す信号とは、制御部１７（図２）に送られ、実施の形態１で説明したようなクリック制御ならびにスリップ制御に用いられる。尚、光学式移動検出部と機械式移動検出部とによる各移動量パラメータについては、どちらをいつどの程度用いるかのシーケンスを予め制御部１７に記憶しておくことで、より操作感に優れたクリック制御ならびにスリップ制御を実現できる。
【００８３】
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、上述した実施の形態では、力帰還としてクリック感を生じさせる場合を例に挙げて説明しているが、それ以外の力帰還の場合にも、スリップ制御を行うことができる。
【００８４】
また、上述した実施の形態では、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パーソナルコンピュータや画面メニューが表示されるＰＤＡや映像機器などの装置本体に搭載したり、その周辺機器として単品のポインティングデバイスあるいはリモートコントロール装置、マウス、タブレット等に搭載しても使用することができる。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によるトラックボールによれば、ボールの操作者に対してクリック感を伝えるなどの力帰還を行うトラックボールにおいて、たとえボールがある程度汚れていても、所望のクリック感が損なわれることがないなど所望の帰還力が得られる。
【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】本発明の実施の形態１に係るトラックボールの概略平面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るトラックボールの概略側面図である。
【図５】図２に図示したトラックボールの動作を説明するためのメニュー選択画面の一例を示す図である。
【図６】図２に図示したトラックボールの制御部に含まれるＸ軸トルクテーブルの一例を示す図である。
【図７】図６に示すＸ軸トルクテーブルの衝撃係数とモータ印加電圧（トルク）との関係を示す図である。
【図８】本発明に係るトラックボールのクリック制御を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明に係るトラックボールのスリップ制御を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態２に係るトラックボールの概略平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係るトラックボールの概略平面図である。
【符号の説明】
１０、１０´、１０´´    トラックボール
１１    ボール
１２    画像センサ（光学式移動検出部）
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
１９ｘ    ロータリエンコーダ
１９ｙ    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    メニュー選択画面
４０ｘ    Ｘ軸トルクテーブル
【図１】
2004265119.tif 000003
【図２】
2004265119.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004265119.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004265119.tif 000008
【図７】
2004265119.tif 000009
【図８】
2004265119.tif 000010
【図９】
2004265119.tif 000011
【図１０】
2004265119.tif 000012
【図１１】
2004265119.tif 000013