(57)【要約】【課題】ジョイスティックの操作感を与えることのできるトラックボールを提供すること。【解決手段】ボール１１の回転操作が行われた後にボールの回転位置を復元する復元装置を備え、ジョイスティックの操作感を持たせた。復元装置は、好ましくは、Ｘ軸に関してボールの回転位置を復元するＸ軸用ＤＣモータ１５ｘと、Ｘ軸に対し直角なＹ軸に関してボールの回転位置を復元するＹ軸用ＤＣモータ１５ｙとを備えたものである。【選択図】        図４
2004280513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転操作が可能なボールと、前記回転操作が行われた後に前記ボールの回転位置を復元する復元装置とを含み、ジョイスティックの操作感を持たせたことを特徴とするトラックボール。
【請求項２】
請求項１に記載のトラックボールであって、前記復元装置は、互いに交差した２軸に関して前記ボールの回転を規制するものであることを特徴とするトラックボール。
【請求項３】
請求項１に記載のトラックボールであって、前記復元装置は、Ｘ軸に関して前記ボールの回転位置を復元するＸ軸モータと、前記Ｘ軸に対し直角なＹ軸に関して前記ボールの回転位置を復元するＹ軸モータとを含むことを特徴とするトラックボール。
【請求項４】
請求項３に記載のトラックボールであって、前記Ｘ軸モータ及び前記Ｙ軸モータの各々は、前記ボールの回転可能な角度を所定角度に規制するものであることを特徴とするトラックボール。
【請求項５】
請求項１に記載のトラックボールであって、前記ボールの回転角を利用するトラックボールモードと、前記ボールの回転が所定角度にあるか否かを利用するジョイスティックモードとを有することを特徴とするトラックボール。
【請求項６】
請求項５に記載のトラックボールであって、前記トラックボールモードと前記ジョイスティックモードとを切り替えるモード切替スイッチを含むことを特徴とするトラックボール。
【請求項７】
請求項５に記載のトラックボールであって、前記ボールの状態に関連して前記トラックボールモードと前記ジョイスティックモードとの切り替えを行なうことを特徴とするトラックボール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータの入力装置として使用されるトラックボールに関する。ここでコンピュータとは、パーソナル・コンピュータのみならず、所謂カー・ナビゲーション・システム等のようにコンピュータを備えた各種のシステムや装置を包含するように広義に解釈されるべきである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータの入力装置の一例としてポインティング・デバイスがある。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、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、操作者が直接ボールを回転させる。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】
従来のトラックボールは、ボールの回転により移動量を出力する。即ち、ディスプレイ画面上で目的地が得られるまでボールを回転させ、目的地が得られたらボールを停止させる。トラックボールは、ボールの移動のスピードを手操作により自由に決めることができるため、目的地を得るのが容易である。トラックボールの一例は特許文献１に開示されている。
【０００５】
コンピュータの入力装置の他例として、ジョイスティックと呼ばれるものもある。ジョイスティックは、通常は垂直状態にあるレバーを傾ける角度に応じて移動量を出力する。即ち、ディスプレイ画面上の目的地が得られるまでレバーを少し傾け、目的地が得られたらレバーを垂直に戻す。ジョイスティックは、レバーを傾けた状態を継続させるだけで、大きな移動距離を発生できるので、移動させるための労力が少なくてすむ。
【０００６】
上述したように、細かな移動はトラックボールに優位性があり、長距離移動はジョイスティックに優位性がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２８２０８８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、トラックボールは、長距離の移動を得るにはボールを回転させ続ける必要があるため、労力が大きいという問題をもつ。一方、ジョイスティックは、目的地を正確に得ることが難しく、場所が合わない場合はレバーを何回も操作する必要がある。
【０００９】
このように、トラックボール及びジョイスティックはそれぞれ相反する長所と短所とをもつ。そのため、特にカー・ナビゲーション・システムにおけるディスプレイ画面の地図のように全方向のスクロールを必要とする場合には、従来のトラックボール又はジョイスティックは単独では操作性に問題があった。
【００１０】
それ故に本発明の課題は、ジョイスティックの操作感を与えることのできるトラックボールを提供することにある。
【００１１】
本発明の他の課題は、ジョイスティックの長所を選択的に利用できるトラックボールを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、回転操作が可能なボール（１１）と、前記回転操作が行われた後に前記ボールの回転位置を復元する復元装置（１３ｘ、１４ｘ、１５ｘ、１６ｘ、１３ｙ、１４ｙ、１５ｙ、１６ｙ）とを含み、ジョイスティックの操作感を持たせたことを特徴とするトラックボールが得られる。
【００１３】
前記復元装置は、互いに交差した２軸に関して前記ボールの回転を規制するものであってもよい。
【００１４】
前記復元装置は、Ｘ軸に関して前記ボールの回転位置を復元するＸ軸モータ（１５ｘ）と、前記Ｘ軸に対し直角なＹ軸に関して前記ボールの回転位置を復元するＹ軸モータ（１５ｙ）とを含んでもよい。
【００１５】
前記Ｘ軸モータ及び前記Ｙ軸モータの各々は、前記ボールの回転可能な角度を所定角度に規制するものであってもよい。
【００１６】
前記ボールの回転角を利用するトラックボールモードと、前記ボールの回転が所定角度にあるか否かを利用するジョイスティックモードとを有してもよい。
【００１７】
前記トラックボールモードと前記ジョイスティックモードとを切り替えるモード切替スイッチ（１９）を含んでもよい。
【００１８】
前記ボールの状態に関連して前記トラックボールモードと前記ジョイスティックモードとの切り替えを行うようにしてもよい。
【００１９】
上記括弧内の符号は、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。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１−図３を参照して、本発明に実施の形態に係るトラックボールについて説明する。
【００２１】
図示にトラックボール１０は、ボール１１を有する。このボール１１は、筐体９に全方向に回転自在なように保持されている。このボール１１の上部は、筐体９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。したがって、筐体９の外部から操作者によってボール１１を回転操作することが可能である。
【００２２】
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。
【００２３】
図１−図３に加えて図４をも参照して説明を続ける。
【００２４】
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。ボール１１の移動量即ち回転量はボール回転検出部１２によって検出される。ボール回転検出部１２からは、ボール１１の移動量を示す信号が、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。
【００２５】
さらに、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘの回転数は、Ｘ軸モータ回転検出部１８ｘに検出され、制御部１７に送られる。Ｙ軸用ＤＣモータ１５ｙの回転数は、Ｙ軸モータ回転検出部１８ｙに検出され、制御部１７に送られる。
【００２６】
また、トラックボール１０の筐体９には、モード切替スイッチ１９が備えられている。モード切替スイッチ１９は、操作されると、モード切替信号を制御部１７に送る。モード切替信号に応じて、制御部１７は、ボール１１の回転角を利用するモード即ちトラックボールモードと、ボール１１の回転が所定角度にあるか否かを利用するモード即ちジョイスティックモードとのいずれかを選択する。なお、トラックボールモード及びジョイスティックモードについては後文にて詳述する。
【００２７】
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。
【００２８】
上述したトラックボール１０は、パーソナル・コンピュータの一種であるカー・ナビゲーション・システム即ちカーナビシステム（ＰＣ）２０にポインティング・デバイスとして接続される。カー・ナビゲーション・システム２０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２０では、通常、ディスプレイ画面に地図を表示する。操作者がトラックボール１０のボール１１を回転操作することによって、マウスの場合と同様に、地図上のポインタ（カーソル）を３６０度どの方向にも連続的に移動したり、ディスプレイ画面上で地図を連続的に移動（シフト）させることができる。
【００２９】
図５をも参照して、制御部１７の動作について説明する。
【００３０】
スタートに引き続くステップＳＡ１でジョイスティックモードが選択されているか否かを判断する。ジョイスティックモードが選択されていないと判断したときには、ステップＳＡ２に進み、トラックボールモードの動作を行う。トラックボールモードの動作においては、トラックボール１０は通常のトラックボールと同等な動作を行う。即ち、ボール１１の回転が回転検出部１２において検出され、制御部１７に送られる。実際には、操作者は、ディスプレイ画面上で目的とする移動が実行されるまでボール１１を回転させ、その移動が完了したらボールを停止させる。ボール１１の回動のスピードを手操作で自由に決めることができるので、目的とする移動を容易に実現できる。したがって、ディスプレイ画面上での移動量が微小な場合は、モード切替スイッチ１９により制御部１７にトラックボールモードを選択させることが好ましい。
【００３１】
ステップＳＡ１でジョイスティックモードにあると判断したときには、ステップＳＡ３に進み、ジョイスティックモードの動作を行う。ジョイスティックモードにおいては、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘおよびＹ軸用ＤＣモータ１５ｙにより、ボール１１の回転可能な角度を±θに抑える。即ち、力を加えないときはボール１１が所定回転位置つまり０度の位置にあるが、荷重とともに所定回転位置から最大でθ度までボール１１を回転可能にする。しかも、荷重を抜くと、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘおよびＹ軸用ＤＣモータ１５ｙにより、ボール１１を所定回転位置に戻すようにする。このように、回転の方向はボール１１に力を加えない０度を中心に、加える力とともに全方向にθ度の範囲で回転し、あたかもジョイスティックのレバーを傾けるようにボール１１を回転させることができる。即ち、ジョイスティックモードではトラックボール１０は周知のジョイスティックと同等な動作を行い、ジョイスティックの操作感を与える。したがって、ディスプレイ画面上での移動量が長い場合は、モード切替スイッチ１９により制御部１７にジョイスティックモードを選択させることが好ましい。なお、ジョイスティックモードにあるとき、第１及び第２の駆動手段は合せて、ボール１１の回転位置を復元する復元装置として働く。
【００３２】
勿論、ジョイスティックモードにおけるボール１１の回動は、Ｘ方向及びＹ方向のみならず、それ以外のあらゆる方向においても同様に行われる。即ち、ボール１１の回動をＸ軸及びＹ軸において回転規制するのみで、Ｘ方向、Ｙ方向、及びそれらに交差する任意の斜め方向の全てにおいてジョイスティック的な操作感を操作者に与えることができる。
【００３３】
さらにステップＳＡ４に進み、ジョイスティック専用テーブル（図示せず）からＰＣ移動出力値とモータトルク値を読み取る。ステップＳＡ５で、累積移動値がジョイスティックの制御範囲を超えたか否かを判断する。累積移動値がジョイスティックの制御範囲を超えていないときはステップＳＡ１に戻る。累積移動値がジョイスティックの制御範囲を超えたときは、ステップＳＡ６に移り、次に説明するジョイスティック用壁動作を行った後、ステップＳＡ１に戻る。
【００３４】
ボール１１の回転角度が±θを超えた領域には行かないようにＸ軸用ＤＣモータ１５ｘ及びＹ軸用ＤＣモータ１５ｙによって回転規制を行っているが、Ｘ軸トルク伝達ローラ１４ｘ及びＹ軸トルク伝達ローラ１４ｙとボール１１との摩擦力以上の力は制御できない。そこで回転角度±θ以上の角度になったとき、つまり、ジョイスティックの制御範囲を超えたときは、そのことを示す壁信号を発生させて制御範囲外であることを操作者に伝える。即ち、ステップＳＡ６では壁信号に応じてジョイスティック用壁動作を実行し、例えば振動を加えたり画面の移動量を変えたりして、ジョイスティックの制御範囲を超えたことを操作者に認識させることができる。
【００３５】
ボール１１に水・油などが付着するとＸ軸トルク伝達ローラ１４ｘ及びＹ軸トルク伝達ローラ１４ｙがスリップする可能性が高くなる。そこでスリップの有無を常時監視し、次に説明するスリップ制御を行うようにすることが好ましい。
【００３６】
スリップ制御では、ボール回転検出部１２の出力と、Ｘ軸モータ回転検出部１８ｘの出力と、Ｙ軸モータ回転検出部１８ｙの出力に基づき、Ｘ軸トルク伝達ローラ１４ｘ及びＹ軸トルク伝達ローラ１４ｙとボール１１との間のスリップの有無を制御部１７が常時確認する。制御部１７がスリップの発生を検出したならば、次の制御で各モータの制御電圧を下げて再度スリップの有無の検出を行う。これを繰り返すことによりスリップが発生しない制御電圧となる。スリップが発生しない制御になった時点で、制御部１７は各モータの制御電圧を標準の電圧に戻す。
【００３７】
上述ではモード切替スイッチ１９によってトラックボールモードとジョイスティックモードとの切り替えを行うようにしているが、ボールの状態に関連して前記トラックボールモードと前記ジョイスティックモードとの切り替えを行ようにしてもよい。
【００３８】
後者の一例では、単位時間当たりのボール１１の移動距離が規定値を越えたら、トラックボールモードからジョイスティックモードへ移行させる。ジョイスティックモードにおいてボール１１の操作角度が、０度の状態で一定時間経過したとき又は単位時間内に０度と回転とを繰り返されたときには、トラックボールモードへ戻す。
【００３９】
後者の他例では、トラックボールモードにおいてボール１１の回転が短時間内に”短距離の正転逆転”を２度繰り返されたら、ジョイスティックモードへ移行させる。ジョイスティックモードにおいてボール１１の回転が短時間内に”０度と数度”を２度繰り返されたときにはトラックボールモードに戻す。またマウスのダブルクリックのような操作スピードでボール１１が操作されたときに、モードが変わるようにしてもよい。
【００４０】
以上、好ましい実施の形態を用いて説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されないのは勿論である。例えば、上述では、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。また、コンピュータゲームにもこのトラックボールは好適である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ジョイスティックの操作感を与えることのできるトラックボールが得られるので、移動距離の大きい操作の時に優位なジョイスティックの操作と細かな操作が優位なトラックボールの操作とを選択的に使用できようになり、操作性の向上を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るトラックボールの概略平面図である。
【図２】図１に示したトラックボールの概略正面図である。
【図３】図１に示したトラックボールの概略側面図である。
【図４】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５】図４に示したトラックボールに含まれている制御部の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
９      筐体
１０      トラックボール
１１      ボール
１２      ボール回転検出部
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軸モータ回転検出部
１８ｙ    Ｙ軸モータ回転検出部
１９      モード切替スイッチ
２０      ＰＣ（カー・ナビゲーション・システム）
【図１】
2004280513.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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