(57)【要約】【課題】各種電子機器の入力操作部として配設される光学式トラックボール装置に関し、操作部材となる球体に拘わる照光手段としての専用部材などを増加させずに、上記球体を照光できるものを提供する。【解決手段】光の一部分を透過させる材質の球体２１を回転可能に支持すると共に、その下方に配された発光部２５から発せられた光に対し、上記球体２１により反射された反射光を検知部２６で検知して上記球体２１の回転操作状態を検出するように構成し、これにより、上記発光部２５からの光は、球体２１に部分的に透過するので、別部材を付設せずとも、球体２１を照光させることができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指などで操作するための操作部材となる球体と、上記球体を回転可能に支持する支持部材と、上記球体に向かって光を発する発光部と、上記発光部から発せられた光に対し、上記球体により反射された反射光を検知する検知部からなり、上記球体は、上記光の一部分が透過する材質で構成され、上記球体において、上記発光部からの光を透過させることにより、上記球体の照光を図るようにした光学式トラックボール装置。
【請求項２】
球体は、表面全周の表面粗度を粗したものである請求項１記載の光学式トラックボール装置。
【請求項３】
球体の表面全周の表面粗度を３μｍ〜２０μｍとした請求項２記載の光学式トラックボール装置。
【請求項４】
検知部は、所定面積に対して検知可能な機能を有する請求項１記載の光学式トラックボール装置。
【請求項５】
球体を、ガラスで構成した請求項２記載の光学式トラックボール装置。
【請求項６】
検知部は、球体が操作されていない非操作状態をも検知可能であると共に、上記検知部からの信号は定期的に制御部に入力され、上記制御部は、上記非操作状態の信号に対して上記検知部から異なる信号が入力された際に、上記球体の回転操作が始まったと判定し、上記制御部の制御によって発光部の発光を強くする請求項１記載の光学式トラックボール装置。
【請求項７】
制御部は、球体が操作されていない非操作状態が一定時間続いたと判定したときに、上記制御部の制御によって発光部の発光を弱くする請求項６記載の光学式トラックボール装置。
【請求項８】
支持部材に振動発生部を配設し、球体の操作状態に合わせて上記振動発生部を振動させ、上記支持部材を介して上記球体に上記振動を伝達させるようにした請求項１記載の光学式トラックボール装置。
【請求項９】
請求項１記載の光学式トラックボール装置が搭載され、その発光部および検知部を含めて、その他の各種機能部分を制御している制御部で制御された電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電子機器の入力操作部として配設される光学式トラックボール装置およびこれを用いた電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種電子機器は、入力操作部への操作で所望の機能を作動させるタイプのものが普及し、入力操作部への操作性に優れたものが好まれている。
【０００３】
このような従来の電子機器として、パーソナルコンピュータを例として、以下に図５〜図７を用いて説明する。
【０００４】
図５は従来のパーソナルコンピュータの斜視図であり、同図に示すように、このパーソナルコンピュータ１（以下パソコン１と記載する。）は、本体部２に対し、表示部３が開閉可能に構成された所謂ラップトップ型のものとなっている。
【０００５】
そして、本体部２の上側位置には、キーボード４が配され、下側位置には、トラックボール装置５が配されている。
【０００６】
また、本体部２内には、表示部３・キーボード４・トラックボール装置５を制御する制御部（図示せず）が配されている。
【０００７】
このパソコン１は、操作者がキーボード４やトラックボール装置５を操作することによって、所定信号を入力し、その入力された所定信号を制御部で処理して所定機能を作動させるように構成されている。
【０００８】
そして、このトラックボール装置５は、通常、表示部３に表示されるカーソルまたはポインタの移動操作をするために使用され、本体部２から表出している樹脂製の球体５Ａを回転操作した際、その回転方向や回転量が検出できる構成となっている。
【０００９】
このトラックボール装置５の球体５Ａは、図６の斜視図および図７の上面図に示すように、直交関係で二本の回転可能に配されたローラ５Ｂで支持されると共に、それらの支持箇所とは逆の位置となる部分を回転部材５Ｃ（図６には図示せず）で支持されている。
【００１０】
そして、球体５Ａの回転方向や回転量の検出手段としては、図７の上面図に示すように、上記二本の回転可能なローラ５Ｂ各々に付設されたエンコーダ部６の出力を用いて判別するものが多かった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のパソコン１に搭載されたトラックボール装置５においては、夜間などの暗がりの中で使用する際には、球体５Ａの位置が判別し難いという課題があった。
【００１２】
これを解決するために球体５Ａを光透過性の樹脂などで形成し、この球体５ＡをＬＥＤなどで照らすこともできるが、このＬＥＤなどの照光手段は、球体５Ａの回転検出手段であるエンコーダ部６とは別部品を用いることになり、部品点数や組み立て工数などが余分に必要となるという課題があった。
【００１３】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、操作部材となる球体に拘わる照光手段としての専用部材や部品点数を増加させずに、上記球体を照光できる光学式トラックボール装置およびこれを用いた電子機器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。
【００１５】
本発明の請求項１に記載の発明は、指などで操作するための操作部材となる球体と、上記球体を回転可能に支持する支持部材と、上記球体に向かって光を発する発光部と、上記発光部から発せられた光に対し、上記球体により反射された反射光を検知する検知部からなり、上記球体は、上記光の一部分が透過する材質で構成され、上記球体において、上記発光部からの光を透過させることにより、上記球体の照光を図るようにした光学式トラックボール装置としたものであり、球体からの反射光を検知して操作状態を判別できると共に、その検知に用いる光を球体から部分的に透過させて球体を光らせるようにしたため、部品点数の増加も殆ど無く、球体を視認し易い光学式トラックボール装置が得られるという作用を有する。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、球体は、表面全周の表面粗度を粗したものであり、球体による光の反射率が高くなるため、検知部による球体の回転検知精度が高くできるという作用を有する。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の発明において、球体の表面全周の表面粗度を３μｍ〜２０μｍとしたものであり、上記表面粗度とすれば、球体に対する操作感触などの劣化を殆ど感じずに操作でき、かつ球体の回転移動の際、検知に必要な球体からの反射光が得られ易くなるという作用を有する。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１記載の発明において、検知部は、所定面積に対して検知可能な機能を有するものであり、全方位への球体の移動情報を容易に得ることができるという作用を有する。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項２記載の発明において、球体を、ガラスで構成したものであり、ガラスは、耐油性や耐薬品性に優れているため、ＡＶや音響機器に代表される民生機器以外、例えば、自動車のフロントパネルなどに当該トラックボール装置を配した場合に、自動車整備をした後の油分が若干付着した指で球体を操作しても、その油分などに起因する球体の損傷などを低減できるという作用を有する。
【００２０】
また、ガラスにおいては、光の透過性が高くて反射光が少ないために、その表面を粗したものとすることによって、検知部による球体の回転検出が安定して行えるようになるという作用も有する。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項１記載の発明において、検知部は、球体が操作されていない非操作状態をも検知可能であると共に、上記検知部からの信号は定期的に制御部に入力され、上記制御部は、上記非操作状態の信号に対して上記検知部から異なる信号が入力された際に、上記球体の回転操作が始まったと判定し、上記制御部の制御によって発光部の発光を強くするものであり、球体への回転操作の始まりを検出して発光を強めるため、非使用状態における電力消費が低減できるという作用を有する。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、請求項６記載の発明において、制御部は、球体が操作されていない非操作状態が一定時間続いたと判定したときに、上記制御部の制御によって発光部の発光を弱くするものであり、請求項６記載の発明による作用と同じく非使用状態における電力消費が低減できるという作用を有する。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、請求項１記載の発明において、支持部材に振動発生部を配設し、球体の操作状態に合わせて上記振動発生部を振動させ、上記支持部材を介して上記球体に上記振動を伝達させるようにしたものであり、操作者に球体からの振動でも操作状態が認識できるものとなるという作用を有する。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、請求項１記載の光学式トラックボール装置が搭載され、その発光部および検知部を含めて、その他の各種機能部分を制御している制御部で制御された電子機器であり、操作部材となる球体に拘わる照光手段用としての専用部材や部品点数を増加させずに、上記球体が照光できる光学式トラックボール装置を配設したものであるため、使用部材少なく操作部となる球体の位置が視認し易い機器にできるという作用を有する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図４を用いて説明する。
【００２６】
（実施の形態）
本実施の形態を用いて、本発明の請求項１〜９記載の発明について説明する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施の形態による光学式トラックボール装置の部分断面の側面図である。
【００２８】
同図において、２１は、操作部材となるガラス製の球体であり、この球体２１は、配線基板２２に固定された球体保持部材２３に配設された三つの支持部２４で、回転可能に下方位置を当接支持されている。
【００２９】
この三つの支持部２４は、球形部材が球体保持部材２３に１２０°間隔で各々埋設され、その球形部材の球体保持部材２３から突出した部分で構成され、各々の支持部２４先端は、球体２１に点接触で当接している。
【００３０】
なお、支持部２４は、上記の角度間隔で設けてあるため、部分断面である図１においては、支持部２４は二箇所しか図示されていない。
【００３１】
そして、この球体２１は、表面全面をサンドブラスト処理などにより表面粗度が平均粗さで５μｍに粗されたもの、いわゆる、すりガラスの表面状態となっている光半透過性のものを用いている。
【００３２】
なお、その表面粗度としては、支持部２４との安定した支持状態を維持すると共に、球体２１への操作時に、ざらつき感が少なくなるようにするため、平均粗さで３μｍ〜２０μｍのものが好ましい。
【００３３】
そして、上記のように支持部２４で支持された球体２１に対し、その下方位置の配線基板２２上には、球体２１に向けて光を発するＬＥＤなどの発光部２５と、上記発光部２５からの光が球体２１によって反射される反射光の状態を検知する検知部２６とが配設されている。
【００３４】
この検知部２６は、所定面積内の範囲の検知が可能なもので、Ｃ−ＭＯＳイメージセンサやＣＣＤ素子などで構成されている。
【００３５】
なお、検知部２６としては、球体２１に対して透過する外光のみで、球体２１の表面状態が識別できる高精度のものを用いてもよい。
【００３６】
そして、配線基板２２と球体保持部材２３とは、組み合わされた状態で支持部材２７として機能するようになっている。
【００３７】
また、上記配線基板２２には、振動発生部２８が配設されており、振動発生部２８により発生させた振動は、上記支持部材２７を介して球体２１に伝達されるように構成されている。
【００３８】
なお、支持部材２７の一部を構成する配線基板２２は、弾性部材２９を介して筐体３０などに保持され、微振動が可能な状態となっている。
【００３９】
そして、発光部２５・検知部２６・振動発生部２８が配された配線基板２２は、他の主要配線基板（図示せず）と電気的に接続されており、図２のブロック図に示すように、その主要配線基板に配されたマイクロコンピュータなどにより構成された制御部３１で、これらの発光部２５・検知部２６・振動発生部２８は制御されている。
【００４０】
なお、発光部２５を多色発光可能なものとし、状況などに応じて制御部３１による制御で発光部２５からの発光色を適宜変更させるようにしてもよい。
【００４１】
そして、上部に位置する筐体３０は、球体２１の直径よりも小さい直径の円形孔３０Ａを有し、この円形孔３０Ａから外方に突出している球体２１の上部が、指などによる操作部分となる。
【００４２】
以上のように構成される本実施の形態による光学式トラックボール装置３２は、従来技術で説明したパーソナルコンピュータなどの情報端末機器や通信端末機器、ＡＶ機器や音響機器ならびに家電機器の民生機器、さらには車載用の機器などの全般の各種電子機器に搭載できるものであり、以下には、車載用の機器に上記光学式トラックボール装置３２を搭載した事例を用いて、本光学式トラックボール装置３２の動作を含めて説明する。
【００４３】
図３は、当該光学式トラックボール装置３２を搭載した自動車の内装状態を示す図であり、同図に示すように、当該光学式トラックボール装置３２は、ハンドル４１に対し、その左横位置の前面フロントパネル４２に搭載されている。
【００４４】
つまり、図１に示した筐体３０を覆うように前面フロントパネル４２は設けられており、この前面フロントパネル４２に設けた孔部から前方に突出している球体２１の上部が操作可能となっている。
【００４５】
なお、この光学式トラックボール装置３２は、例えば自動車内に配されたナビゲーションシステムを操作するために設けられており、光学式トラックボール装置３２からの出力信号は、前面フロントパネル４２内等の所定位置に配されている制御部３１に入力され、この制御部３１でナビゲーションシステムは制御されている。
【００４６】
なお、制御部３１は、上記に説明したように振動発生部２８等を含む各部の機能部分や、他の音響機器などの制御も行うようになっている。
【００４７】
次に、上記のように搭載された光学式トラックボール装置３２の動作について、前述の図１〜図３を用いて説明する。
【００４８】
まず、操作者が、前面フロントパネル４２から突出している球体２１の部分に対し操作をしていない状態では、発光部２５は、弱い発光状態で光っており、その光の球体２１による反射光を検知部２６は検出し続けている。
【００４９】
このとき、球体２１は、回転などの動作をしていないので、上記反射光の状態は変化無く、結果として検知部２６からは同一信号が定期的に出力され、制御部３１で、所定時間の間隔毎で得られる上記信号どうしを比較し、差異が見られない、つまり、球体２１への操作がなされていないという判定を行う。
【００５０】
また、この判定状態では、制御部３１は、発光部２５に対し、上記の弱い発光状態を維持する制御をする。
【００５１】
そして、この非操作状態においても、球体２１内には発光部２５からの弱い光が部分的に透過することとなり、かつ球体２１の表面は所定粗さで粗してあるため、上記透過光はその境界部分で乱反射して球体２１全体を均一的に照らすようになり、薄暗い車内であっても球体２１の位置は視認し易くなる。
【００５２】
そして、操作者が球体２１の突出部に対して操作力を加えて球体２１を回転操作すると、球体２１からの反射光の状態が変化し、検知部２６はその状態を所定時間の間隔毎に認識して、都度、制御部３１に伝達する。
【００５３】
このとき球体２１の表面状態は、全く均一的な状態で粗れているわけではないため、上記反射光の状態変化も顕著に表れ、球体２１の回転検出が検知部２６で精度良くできる。
【００５４】
そして、上記球体２１からの反射光の状態が変化したことを判別した制御部３１は、発光部２５の発光の強さを増す制御を行う。
【００５５】
このとき、球体２１の上方への透過光の量が増すので、球体２１全体がより鮮明に光っているようになる。
【００５６】
また、球体２１にて反射される反射光も増えるため、検知部２６の認識力も相対的に高い精度の検知状態となる。
【００５７】
なお、上記のように球体２１への非操作状態で発光部２５の発光の強さを弱くしておくことにより、消費電力は低減できる。
【００５８】
そして、制御部３１は、上記のように発光部２５の発光量の制御をすると共に、検知部２６から定期的に送られてくる検知信号により、球体２１の回転方向と回転速度などを判別する。
【００５９】
この判別内容について図４（ａ），（ｂ）を用いて概略を説明する。
【００６０】
図４（ａ）は、検出部による第Ｎ回目の検知範囲内の状態を示す模式図、図４（ｂ）は、同図４（ａ）の状態から球体２１が所定角度で回転した後の検出部による第Ｎ＋１回目の検知範囲内の状態を示す模式図である。
【００６１】
なお、図４（ａ）および（ｂ）ともに、検知範囲５１内において暗く検出された部分を網掛け状態に記載していると共に、図４（ｂ）においては、第Ｎ＋１回目の状態を実線で、第Ｎ回目の状態を点線で記載している。
【００６２】
まず、第Ｎ回目の図４（ａ）に示す検知範囲５１内の状態である場合に、検知部２６は、その検知範囲５１をＸＹ方向に対し各々所定数で区切り、それによって構成される各画素で検出された光の強さを信号化し、制御部３１に、その信号を第Ｎ回目の信号として送信し、その信号を制御部３１は蓄積しておく。
【００６３】
続いて、第Ｎ回目の検知から検知部２６の定められた検出時間後に、球体２１の操作に伴って検知範囲５１内の状態が図４（ｂ）の状態へと移行した場合、検知部２６は、上記と同様にして、次の第Ｎ＋１回目の検知および制御部３１への信号送信を行い、制御部３１は、受け取った第Ｎ＋１回目の信号と前回の第Ｎ回目の蓄積信号とを比較し、両者の差異に基づき、操作方向や操作量を割り出す。
【００６４】
そして、上記で割り出された操作方向や操作量に応じ、制御部３１は、対応機能の作動信号を出し、上記対応機能を作動させる。
【００６５】
なお、上記のような検知や判定を行うと、球体２１の全方位への移動情報を容易に判別することができるため、上記対応機能の作動状態が操作追従性に優れたものとなる。
【００６６】
一方、制御部３１は、上記で割り出された操作量が、予め定められた所定距離と整合した時点で、都度、振動発生部２８の作動信号を出し、振動発生部２８を単発的に振動させる。
【００６７】
このとき、弾性部材２９を介して筐体３０に保持された支持部材２７は、振動発生部２８からの振動で全体的に振動して、球体２１にその振動を伝達させる。
【００６８】
すなわち、操作者に、振動発生部２８からの振動が球体２１を介して伝達され、操作時におけるクリック感触として感じられるようにできる。
【００６９】
そして、操作者が球体２１に対する回転操作をやめると、球体２１は元の停止状態に戻り、検知部２６からは再び同一信号が定期的に出力されるようになり、このとき制御部３１は、所定時間の間隔毎に得られる上記信号どうしを比較して球体２１の移動がなされていないという判定を行い、作動させていた上記対応機能を停止させる。
【００７０】
また、このとき同時に、制御部３１は、発光部２５の発光を元の弱い発光に戻す制御を行う。
【００７１】
以上のように当該光学式トラックボール装置３２およびそれを搭載した電子機器は動作するものである。
【００７２】
なお、上記に説明した自動車内に当該光学式トラックボール装置３２を配する場合には、球体２１の材質として耐油性や耐薬品性に優れたガラスを用いることが好ましい。
【００７３】
つまり、自動車の整備をする際には、指に油分が若干残存した状態になり易く、この油分が若干付着した指で球体２１を誤って操作しても、その球体２１の材質がガラスであれば、上記油分などに起因する球体２１の損傷などが少なくなるからである。
【００７４】
また、このとき、ガラスは光の透過性が高いので、球体２１の表面状態を上記に特定した所定粗さで粗しておくことが好ましく、これにより反射光の検知がし易くなって、比較的安価なＣ−ＭＯＳイメージセンサからなる検知部２６で、球体２１の回転移動状態を容易に検知できるものとなる。
【００７５】
また、当該光学式トラックボール装置３２を、他の電子機器としてのパーソナルコンピュータに代表されるＯＡ機器や携帯機器などに用いる場合には、球体２１を、樹脂製の材質のものとして軽量化してもよい。
【００７６】
なお、この場合にも球体２１の表面を上記に特定した粗さに形成することによって、検知部２６の検知精度を向上させることができることは、上記の球体２１の材質がガラスである場合と同じである。
【００７７】
また、当該光学式トラックボール装置３２は、従来の場合と同じく、表示部を有する機器においては、表示部内で現在の選択位置を示すカーソルやポインタを移動操作するために用いるとよい。
【００７８】
この場合にも球体２１は、発光部２５からの透過光で光っているため、視認性が高く、かつ表示部内に所定の配列状態で配列された選択用のアイコンや項目に対し、カーソルなどを合わせる操作中に、上記に説明したように、球体２１の回転量に伴って振動発生部２８から振動でクリック感が得られるものにできるため、感触でも操作状態が認識し易い機器になる。
【００７９】
また、アイコンの認識領域中に、カーソルが移動されたという情報を制御部３１で判別し、この場合に振動発生部２８から上記クリック感として得られる振動とは異なる振動を発生させると、さらに操作性の向上が図れる。
【００８０】
このように本実施の形態による光学式トラックボール装置３２は、光と振動という二つの手段で操作状態が認識でき、かつ球体２１の移動検出に用いる光を利用して球体２１自身の照光をするようにしたので、使用部材少なく球体２１を視認し易い各種電子機器を実現することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、操作部材となる球体に拘わる照光手段用としての専用部材や部品点数を増加させずに、上記球体を照光できる光学式トラックボール装置およびこれを用いた電子機器を実現できるという有利な効果が得られる。
【００８２】
また、当該光学式トラックボール装置は、操作に合わせて振動発生部からの振動が球体に伝達されるものであるため、この振動によっても操作状態の識別などが可能な操作性に優れたものにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による光学式トラックボール装置の部分断面の側面図
【図２】同ブロック図
【図３】同光学式トラックボール装置を搭載した自動車の内装状態を示す図
【図４】（ａ）同要部である検知部による第Ｎ回目の検知範囲内の状態を示す模式図
（ｂ）同要部である検知部による第Ｎ＋１回目の検知範囲内の状態を示す模式図
【図５】従来のパーソナルコンピュータの斜視図
【図６】同要部であるトラックボール装置の斜視図
【図７】同要部であるトラックボール装置の上面図
【符号の説明】
２１　球体
２２　配線基板
２３　球体保持部材
２４　支持部
２５　発光部
２６　検知部
２７　支持部材
２８　振動発生部
２９　弾性部材
３０　筐体
３０Ａ　円形孔
３１　制御部
３２　光学式トラックボール装置
４１　ハンドル
４２　前面フロントパネル
５１　検出部による検知範囲
【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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【図７】
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