(57)【要約】【課題】スイッチ操作時に誤操作が発生しやすい状況において、スイッチの指示操作を確実に行えるようにする。【解決手段】回転操作可能なダイアル１０２を有し、このダイアル１０２の回転量をダイアル位置検出手段１０４で検出し、前記回転量に基づいて表示手段１０９の表示画面上に表示されたポインタを移動させ、前記表示画面上に表示された各種項目の選択を行う回転式入力装置１０１において、ダイアル制御演算手段１０５では、ダイアル１０２の操作開始時の操作速度に基づいて操作者の操作意図を推定し、当該操作意図に応じて操作反力を決定する。ダイアル駆動手段１０３では、前記操作反力に応じてダイアル１０２で発生する反力を変更する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転操作可能な操作端を有し、操作者により回転操作された当該操作端の回転量に基づいて表示手段の表示画面上に表示されたポインタを移動させ、前記表示画面上に表示された各種項目の選択を行う回転式入力装置において、
前記操作端の操作速度を検出する操作検出手段と、
前記操作端の回転方向に予め設定された反力を発生する操作端駆動手段と、
前記操作検出手段で検出された操作速度に基づいて操作者の操作意図を推定し、当該操作意図に応じて操作反力を決定するとともに、当該操作反力に応じて前記操作端駆動手段で発生する反力を変更する制御演算手段と、
を備えることを特徴とする回転式入力装置。
【請求項２】
前記制御演算手段は、前記操作速度に基づいて操作者が指示しようとしている表示画面上の選択対象を推定し、操作者が当該選択対象を指示した時点で前記操作端が停止しやすくなるように操作反力を決定することを特徴とする請求項１記載の回転式入力装置。
【請求項３】
前記制御演算手段は、前記操作速度に基づいて操作者が画面表示範囲外の選択対象を指示しようとしていることを推定し、表示画面の切替に至るまでの前記操作端の操作負荷が減少するように操作反力を決定することを特徴とする請求項１又は２記載の回転式入力装置。
【請求項４】
前記制御演算手段は、更に、操作者が表示画面切替後の所定の画面指示位置を指示した時点で前記操作端が停止しやすくなるように操作反力を決定することを特徴とする請求項３記載の回転式入力装置。
【請求項５】
前記制御演算手段は、前記操作端を停止しやすくする操作反力の変化として、停止位置付近への引き込み力の増加、及び停止位置付近での減衰力の増加のうち、少なくとも１つを用いることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の回転式入力装置。
【請求項６】
前記制御演算手段は、前記操作端の操作負荷を減少させる操作反力の変化として、操作量に対する画面指示位置移動量ゲインの増加、操作反力量の減少、及び減衰力の減少のうち、少なくとも１つを用いることを特徴とする請求項３又は４記載の回転式入力装置。
【請求項７】
前記制御演算手段は、前記操作端の操作速度により操作の終了を検知した後、前記操作端駆動手段に対する反力の変更を解除することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回転式入力装置。
【請求項８】
前記制御演算手段は、前記操作端の操作開始直後の操作速度と操作結果のデータを記録する操作履歴記録手段を有し、前記操作端の操作開始直後の操作速度と操作結果の分布に基づいて操作者の操作意図を推定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回転式入力装置。
【請求項９】
異なる位置に着座している複数の操作者のうち、いずれの操作者による操作かを識別するための操作者識別手段を有し、
前記制御演算手段は、前記操作者識別手段で識別された操作者毎に、前記操作端の操作開始直後の操作速度と操作結果の分布に基づいて操作者の操作意図を推定することを特徴とする請求項８記載の回転式入力装置。
【請求項１０】
回転操作可能な操作端を有し、操作者により回転操作された当該操作端の回転量に基づいて表示手段の表示画面上に表示されたポインタを移動させ、前記表示画面上に表示された各種項目の選択を行う回転式入力装置の制御方法において、
前記操作端の操作開始時の操作速度に基づいて操作者の操作意図を推定し、当該操作意図に応じて操作反力を決定するとともに、当該操作反力に応じて前記操作端で発生する反力を変更すること、
を特徴とする回転式入力装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誤動作防止機能を備えた車載機器操作用スイッチとして用いられる回転式入力装置及び回転式入力装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の誤操作防止対策を備えた車載機器操作用スイッチとしては、搭乗者の姿勢が不安定になりがちな大加速度の状態を各種センサ情報より判定し、大加速度時においてはスイッチ操作が行われても、スイッチ信号を車載機器側に出力しないようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１００２７２号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の車載機器操作用スイッチにおいては、誤操作が発生しやすい状況においてスイッチ入力を無視するようにしている。しかしながら、このような状況でもスイッチ操作自体は可能であるため、操作者によっては、スイッチを操作したにも関わらず機器が作動しないことを機器の異常と誤認し、ディスプレイの注視、スイッチの再操作といった行動に発展する可能性があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係わる回転式入力装置は、回転操作可能な操作端であるダイアルを有し、操作者により回転操作されたダイアルの回転量に基づいて表示手段の表示画面上に表示されたポインタを移動させ、前記表示画面上に表示された各種項目の選択を行う回転式入力装置において、前記ダイアルの操作開始時の操作速度を検出するダイアル位置検出手段と、前記ダイアルの回転方向に予め設定された基本反力パターンを発生するダイアル駆動手段と、前記ダイアル位置検出手段で検出された操作速度に基づいて操作者の操作意図を推定し、当該操作意図に応じて反力パターンを決定するとともに、前記ダイアル駆動手段で発生する基本反力パターンを前記反力パターンに変更するダイアル制御演算手段とを備えることを要旨とする。
【０００５】
また、本発明に係わる回転式入力装置の制御方法は、回転操作可能な操作端であるダイアルを有し、操作者により回転操作されたダイアルの回転量に基づいて表示手段の表示画面上に表示されたポインタを移動させ、前記表示画面上に表示された各種項目の選択を行う回転式入力装置の制御方法において、前記ダイアルの操作開始時の操作速度に基づいて操作者の操作意図を推定し、当該操作意図に応じて操作反力を決定するとともに、当該操作反力に応じて前記ダイアルで発生する反力を変更することを要旨とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、回転式入力装置によりメニュやアイコン等の指示操作の際、ダイアルの操作開始直後の操作速度により操作者の意図を推定し、推定される操作意図に応じて、操作反力を変更するため、操作者の意図する操作をサポートするよう操作反力を調整することができ、指示操作を確実に行わせることが可能となる。また、操作反力の調整は逐次行うため、常に操作者の意図する操作に応じたサポートが実施され、良好な操作性を確保することができる。さらに、ダイアルの操作開始直後の操作速度により操作者の意図を推定するため、操作反力を変更するための時間的余裕を確保でき、操作者に操作反力変更によるトランジェントを感じさせない効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明に係わる回転式入力装置及び回転式入力装置の制御方法を、誤操作防止対策を備えた車載機器操作用スイッチに適用した場合の実施例について説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１〜図１７に示す実施例１では、１軸の回転式入力装置であるジョグダイアルを例として、ジョグダイアルの操作開始直後の回転速度（角速度）により、操作者が選択しようとしている画面上のメニュ位置又はメニュの頁切替の意図を推定し、推定された意図に応じて、選択しようとしているメニュ位置でダイアルが停止しやすくなる、又は頁切替を意図している場合は、頁切替に至るまでの操作負荷が減少し、さらに頁切替後の所定の初期メニュ位置でダイアルが停止しやすくなるようダイアルの基本反力パターンを変更し、誤操作の防止と良好な操作性の両立を図る回転式入力装置について説明する。
【０００９】
回転式入力装置は、図２に示すような外観のダイアル１０２を有し、図中の矢印ａに示す正負２方向への回転操作、及び矢印ｂに示す方向への押し込み操作が可能となっている。回転式入力装置は、ディスプレイ上に表示される図３（ａ）に示すような選択メニュを操作対象とする。回転式入力装置のダイアル１０２を回転操作してカーソル１００を移動させることによりメニュ項目の順次選択を行い、所望のメニュ項目をカーソル１００が指示している状態でダイアル１０２を押し込むことにより決定操作を行う。以下の説明においては、選択メニュやメニュ項目、或いはこれらを総称して適宜に「メニュ」という。
【００１０】
ジョグダイアルは小型の入力装置であるため、設置場所の自由度が高く、車両の場合は、例えば、ステアリング上に設置することも可能であり、操作性の良好な運転者用入力装置を構成できる。
【００１１】
次に、本実施例における回転式入力装置の構成を図１のブロック図で説明する。回転式入力装置１０１は、操作端であるダイアル１０２と、ダイアル１０２の回転方向にトルクを発生するダイアル駆動手段１０３と、ダイアル１０２の回転角及び押し込みを検出して位置検出信号として出力するダイアル位置検出手段１０４と、ダイアル制御演算手段１０５と、通信手段１０６とを備えている。回転式入力装置１０１は、外部の操作・表示処理演算手段１０７、情報処理演算手段１０８及び表示手段１０９と接続されている。
【００１２】
ダイアル駆動手段１０３には、ダイアル１０２の回転方向に発生する基本反力パターン（反力）が予め設定されており、ダイアル制御演算手段１０５から入力されるトルク制御信号に応じて、基本反力パターンを所定の反力パターンに変更する。反力パターンの変更が解除されると、反力パターンは基本反力パターンに戻る。ダイアル駆動手段１０３は、本実施例における操作端駆動手段を構成する。
【００１３】
ダイアル制御演算手段１０５は、少なくとも以下の動作を実行する。
【００１４】
（１）ダイアル位置検出手段１０４から出力される位置検出信号をデジタル化してダイアル位置情報に変換し、更に、このダイアル位置情報を１階微分して、ダイアルの回転速度を算出し、外部の操作・表示処理演算手段１０７にダイアル位置情報とダイアルの回転速度を出力する。
【００１５】
（２）上記ダイアルの回転速度から、後述するロジックに従って操作者の操作意図（選択位置又は頁切替意図）を推定し、その推定結果と外部の操作・表示処理演算手段１０７から入力される基本反力パターンとから、操作者が意図する操作をサポートするよう反力パターン（操作反力）を決定する。
【００１６】
（３）決定された反力パターンと上記ダイアル位置情報とから現在の発生トルク量を計算し、ダイアル駆動手段１０３にトルク制御信号を出力する。
【００１７】
上述したダイアル制御演算手段１０５は、本実施例における制御演算手段を構成する。また、ダイアル位置検出手段１０４とダイアル制御演算手段１０５の上記（１）の動作を実行する図示しない機能手段は、本実施例において、ダイアル１０２の操作速度を検出する操作検出手段を構成する。ここで、操作速度とはダイアルの回転速度に対応する。ただし、ダイアル制御演算手段１０５の上記（１）の動作を実行する図示しない機能手段は、ダイアル位置検出手段１０４に組み込まれていてもよい。
【００１８】
通信手段１０６は、ダイアル制御演算手段１０５から入力したダイアル位置情報を外部の操作・表示処理演算手段１０７に出力すると共に、外部の操作・表示処理演算手段１０７から入力した基本反力パターンをダイアル制御演算手段１０５に出力する。
【００１９】
具体的な構成例を図４に示す。ダイアル位置検出手段１０４は、ダイアル１０２の回転を光学的に検知するフォトエンコーダ１１１、及びダイアル１０２の押し込みを機械的に検知するタクト・スイッチ１１２で構成される。また、ダイアル駆動手段１０３は、シャフト１１３を介してダイアル１０２に接続している直流モータ１１４で構成される。ダイアル制御演算手段１０５は、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等（図示せず）からなる制御回路１１５で構成される。通信手段１０６は、制御回路１１５に組み込まれているシリアル・インターフェース回路１１６で構成される。ただし、上記各手段は、同一機能をもつ他の装置で構成してもよい。
【００２０】
回転式入力装置１０１が接続する外部の操作・表示処理演算手段１０７は、通信手段１０６に適合する図示しない通信手段を内部に備え、少なくとも以下の動作を実行する。
【００２１】
（１）通信手段１０６を介して入力されるダイアル位置情報から、選択メニュにおけるカーソルの位置を決定し、更にダイアル位置情報からダイアルの押し込みを認識した場合は、選択・決定されたメニュ項目を情報処理演算手段１０８に出力する。
【００２２】
（２）情報処理演算手段１０８から新しい選択メニュ一覧が入力された場合、回転式入力装置１０１に出力する基本反力パターンを対応するパターンに更新する。
【００２３】
（３）現在の選択メニュ一覧及びポインタ位置をもとに表示映像を生成し、表示手段１０９に選択メニュ映像を表示する。
【００２４】
情報処理演算手段１０８は、選択・決定されたメニュ項目に対応する情報処理を実施し、必要に応じて次の選択メニュ一覧を操作・表示処理演算手段１０７に出力する。
【００２５】
本実施例では、操作・表示処理演算手段１０７と情報処理演算手段１０８を別の機能として説明したが、これらの機能を一つの装置で実現してもよい。
【００２６】
また、ダイアル制御演算手段１０５と操作・表示処理演算手段１０７との機能分担は、必ずしも本実施例の通りである必要はなく、ダイアル制御演算手段１０５で行うとした反力パターンの決定を操作・表示処理演算手段１０７で実施してダイアル制御演算手段１０５に出力してもよいし、ダイアル制御演算手段１０５において決定された反力パターンとダイアル位置から現在のトルク量を算出するような構成としてもよい。更には、操作・表示処理演算手段１０７において現在のトルク量の算出まで行うような構成としてもよい。この場合は、トルク量をリアルタイムで操作・表示処理演算手段１０７から回転式入力装置１０１に出力する必要があるため、操作・表示処理演算手段１０７と通信手段１０６の間の通信は、非常に高速にする必要がある。
【００２７】
次に、ダイアル制御演算手段１０５における、操作者の意図推定方法、並びに操作者が意図する操作をサポートする反力パターンの決定方法を説明する。
【００２８】
ここでは、操作対象として図３（ａ），（ｂ）に示すような２頁にわたる選択メニュを例とする。１頁目の画面例が図３（ａ）、２頁目の画面例が図３（ｂ）である。図３の選択メニュは、１頁４項目計８項目のメニュ項目からなる。メニュ位置は固定であり、ダイアル１０２の回転によりカーソル１００が移動する。カーソル１００が１頁目の下端に位置した状態で、ダイアル１０２を正方向に回転させると、画面は２頁目に切り替わり、カーソル１００は２頁目の上端に移動する。逆に、カーソル１００が２頁目の上端に位置した状態で、ダイアル１０２を負方向に回転させると、画面は１頁目に切り替わり、カーソル１００は１頁目下端に位置した状態となる。
【００２９】
まず、操作者の意図推定方法を説明する。一般に、カーソルをメニュ項目に重畳させたり、ポインタをアイコンに重畳させたりするような作業をポインティング作業と呼ぶが、ポインティング作業に要する時間は、Fittsの法則[Card, et al. 1983]に従うことが知られている。Fittsの法則の概要は、図５に示す通りであり、本実施例の回転式入力装置１０１によるメニュ選択においても、操作時間はFittsの法則に従うことが実験で確かめられている。ここで、Fittsの法則の導出過程に注目し、図７式(2)を使用すると、
V1 = （X0 − X1） / Δ = X0 ( 1 − ε)/Δ ∝ X0(= D)…（Δ：ポインティング動作１サイクルの周期）
となり、カーソルの初速V1 は、指示しようとしている目標までの距離に比例することが導かれる。これは、感覚的には、遠くの目標を指示しようとする程、出だしの操作は勢いよく行うということである。カーソルの移動速度とダイアルの回転速度は、通常は比例関係にあるため、結局、操作開始直後のダイアル初速は、操作者が指示しようとしている目標までの距離に比例することになる。この関係から、操作者が選択しようとしている画面上のメニュ位置、並びに画面表示範囲外へのカーソル移動の意図、すなわち本実施例においては、メニュの頁切替の意図を推定することが可能となる。具体的には、操作開始直後のダイアル初速と、その操作における最終的なカーソル移動量の分布をもとに、単回帰分析又は１変量判別分析により、ダイアル初速からカーソル移動量を予測する予測式を立てる。
【００３０】
まず、単回帰分析による予測式の算出方法について説明する。単回帰分析のイメージ図を図６に示す。横軸にダイアル初速、縦軸にそのときの最終的なカーソル移動量をプロットすると、多少のばらつきが出るものの（カーソル移動量は、整数値でカウントするため、Y方向のばらつきはない）、図６に示すような直線上の分布が形成され、単回帰分析により回帰直線を求めることができる。このとき、先述の理論では、回帰直線の切片が０となるはずであるが、実際には、ダイアルの摩擦力や操作力の分解能のために、切片が０となることはない。また、ダイアルと操作者の位置関係により、ダイアルの正方向と負方向では操作条件が異なるために、別の回帰直線となる。更に、個人によって、ダイアルの回し方は異なるため、回帰直線の傾き及び切片は個人によって異なる。以上のことから、回帰直線を求めるためには、個人の操作履歴を使用し、ダイアル操作方向の正、負を独立に単回帰分析を実施する必要がある。
【００３１】
次に、単回帰分析の手順を説明する。ダイアル操作がある度に、ダイアル初速(X)と、その操作における最終的なカーソル移動量(Y)とから、図７に示す形式の操作履歴テーブル（操作履歴記憶手段）を更新する。操作履歴テーブルは、ダイアルの操作方向により正方向（＋）と負方向（−）の各々が用意されており、操作方向に応じて該当する列の値を操作結果として更新する。初期状態の操作履歴テーブルは全ての欄が０である。ダイアル操作がある度に第１行（n）の欄の値に１を加え、第２行（ΣiXi）の欄の値にダイアル初速（X）を、第３行（ΣiXi2）の欄の値にX2を各々加算する。次に、第４行（ΣiYi）の欄の値にカーソル移動量(Y)を、第５行（ΣiYi2）の欄の値にY2を加算する。但し、操作に伴って頁切替が発生した場合、カーソル移動量（Y）は、頁切替に至るまでのカーソル移動量に正方向の場合１を加えた値、負方向の場合１を減じた値とする。例えば、図３（ａ）の状態から正方向に操作を開始し、２頁目に切り替わった場合は、２頁目における最終的なカーソル位置に関わらず、2+1 = 3 をカーソル移動量とする。また、図３（ｂ）の状態から負方向に操作を開始し、１頁目に切り替わった場合は、１頁目における最終的なカーソル位置に関わらず、1-1 = 2をカーソル移動量とする。これは、頁切替が発生する場合、操作者は操作開始時に、頁切替後の選択位置をねらうことはなく、まずはカーソルを画面範囲外に持っていくことを意識するため、実質的なカーソル移動量は、頁切替に至るまでのカーソル移動量±１とするのが合理的であるためである。最後に、第６行（ΣiXiYi）の欄の値に、ダイアル初速(X)とカーソル移動量 (Y)の積を加算する。このときのカーソル移動量(Y)も、先述の頁切替に関する補正を行った値である。
【００３２】
以上のように、逐次更新される操作履歴テーブルを元に、回帰直線の傾き（a+, a-）、切片（b+, b-）を求める。正方向の回帰直線を求める場合、操作履歴テーブルの＋の列の値から、<X> =ΣiXi / n , <Y> =ΣiYi / n , Sxx = ΣiXi2 / n - （ΣiXi）2 , Sxy = (ΣiXiYi) / n - <X><Y> を各々求め、a+ = Sxy / Sxx, b+ = <Y> - Sxy/Sxx <X> とする。更に、寄与率R+2 = Sxy2 / Sxx / Syy を求める。負方向の回帰直線を求める場合は、操作履歴テーブルの−の列の値から、同様の計算で、a-, b- , R-2 を求める。寄与率（R+2 , R-2）は、回帰直線による予測の精度を表し、後述する反力パターン変更可否の判定に使用する。回帰式 Y = a+ X + b+, Y = a- X + b-  が求まれば、ダイアル初速Xを該当する操作方向の回帰式に代入して実数Yを求め、この値の小数点第一位を四捨五入し整数値が、そのときのカーソル移動量の推定値となる。単回帰分析は、比較的簡略な操作履歴テーブルと計算式により求めることができるため、演算負荷の低減に効果があるが、ダイアル初速とカーソル移動量の間に理想的な線形関係が成立することを前提とするため、実環境に適用した場合は、推定精度に限界が生じる。特に、図２に示すようなジョグダイアルの場合、ダイアルの半周分程度が操作面の裏に隠れてしまうため、一回の操作で回転させることのできるダイアル角度には限界があり、操作量が大きくなると複数回に分けて操作する必要が生じる。一回の操作と複数回操作では、ダイアル初速とカーソル移動量の分布に不連続が発生し、必ずしも理想通りにダイアル初速とカーソル移動量の間に線形関係が成立しない場合が発生する。このような状況に対処するには、次に説明する判別分析が有効である。
【００３３】
次に、判別分析による予測式の算出方法について説明する。判別分析のイメージ図を図８に示す。図８は、最終的なカーソル移動量（整数値）を群と見なし、各群におけるダイアル初速の発生頻度を確率分布で表現したものである。判別分析では、あるダイアル初速(X)がどの群に属するかを、マハラノビス汎距離の比較から求める手法である。具体的には、各群の確率分布を正規分布と仮定して、全ての群(j)の境界を判別値（Cj-1, Cj）として求め、ダイアル初速(X)がどの群の範囲に入るかによって、対応する群（＝カーソル移動量）を予測する。このとき、各群について、隣の群に誤って予測してしまう確率（誤判別率；Pj-1, Pj ）を統計的に算出し、各群の推定精度（Aj = 1 − ( Pj-1 + Pj ) ）を求める。各群の推定精度（Aj）は、後述する反力パターン変更可否の判定に使用する。
【００３４】
次に、判別分析の手順を説明する。ダイアル操作がある度に、ダイアル初速（X）と、その操作における最終的なカーソル移動量(j)とから、図９の形式の操作履歴テーブルを更新する。本実施例では、８個の選択項目から成るメニュを想定しているため、カーソル移動量は±7の範囲の整数値となり、テーブルの列もそれに対応している。初期状態のテーブルは全ての欄が０である。ダイアル操作がある度に、カーソル移動量（j）に対応する列の更新を行う。但し、ここでのカーソル移動量(j)は、回帰分析の場合と同様、操作に伴って頁切替が発生した場合、カーソル移動量（j）は、頁切替に至るまでのカーソル移動量に、正方向の場合１を加えた値、負方向の場合１を減じた値とする。このカーソル移動量(j)に対応する列について、第１行(nj)の欄の値に１を加え、第２行（ΣiXij）の値の欄にダイアル初速(X)を、第３行（ΣiXij2）の欄の値にX2を各々加算する。このように、操作がある度に逐次更新される操作履歴テーブルを元に、その操作における最終的なカーソル移動量(j)の境界(Cj-1, Cj)、誤判別率（Pj-1, Pj）、当該群と両隣の群の推定精度（Aj-1, Aj, Aj+1）を算出する。最終的なカーソル移動量が(j)であった場合、更新された操作履歴テーブルの値から、<Xj> =ΣiXij  / nj ,σj = ( nj / (nj − 1) (ΣiXij2 / nj - <Xj>2 ) )1/2を求める。
【００３５】
そして、Cj-1 = ( <Xj-1>σj + <Xj>σj-1 ) / (σj-1 + σj), Cj = ( <Xj>σj+1 + <Xj+1>σj ) / (σj + σj+1), Pj-1 = Pr{ z > ( Cj-1 - <Xj-1> ) / σj-1 }, Pj = Pr{ z > ( Cj - <Xj> ) / σj } , Aj-1 = 1 − ( Pj-2 + Pj-1), Aj = 1 − ( Pj-1 + Pj), Aj+1 = 1 − ( Pj + Pj+1) を求め、図１０（ａ），（ｂ）のような分析結果テーブルに各計算結果を保持する。上記式におけるPr{ }は、標準正規分布において{ } 内の条件が成立する累積確率である。また、カーソル移動量の上下限（本実施例では、j= -7 or +7 ）の場合及び j = -1 or +1の場合は、片側に対応する操作が存在しないため、片側についてのみC, P, Aを計算すればよい。以上で、図１０の分析結果テーブルが更新された後は、あるダイアル初速（X）が分析結果テーブルの境界値Cに対して属する群が、カーソル移動量(j)の推定値となる。判別分析は、隣り合う群間の分布に基づいて推定を行い、回帰分析のようなダイアル初速とカーソル移動量間の線形関係を前提としないため、先述の一回の操作と複数回操作の違いにより、ダイアル初速とカーソル移動量の分布に不連続が生じるような場合にも、精度良く推定が可能となるメリットがある。但し、計算には、より多くの記憶領域、演算量が必要となる。回帰分析を用いるか、判別分析を用いるかは、推定精度とコストのトレードオフにより決定すべきである。
【００３６】
次に、操作者が意図する操作をサポートする反力パターンの決定方法を説明する。ここでは、予め設定された基本反力パターンについて、後述するディテント、減衰力、移動量ゲインなどを操作意図に応じて変更することにより反力パターンを決定する。
【００３７】
先述のダイアル初速によるカーソル移動量の推定により、操作者の選択位置又は頁切替意図の推定が可能である。すなわち、現在のカーソル位置に対して、カーソル移動量の推定値を加算した位置が、同一頁内の選択位置であれば、そこが操作者の意図する選択位置であり、次頁又は前頁の選択位置であれば、頁切替意図と判定する。操作意図が同一頁内の選択位置であれば、その位置でダイアルが停止しやすくなるよう反力を変更し、操作意図が頁切替であれば、頁切替に至るまでの操作負荷を減少させる。更に、頁切り替え後の初期の選択位置、すなわち、本実施例においては、１頁目から２頁目に切り替わった際は２頁目の上端、２頁目から１頁目に切り替わった際は１頁目の下端、においてダイアルが停止しやすくなるよう反力を変更する。
【００３８】
まず、ダイアルには、基本反力パターンとして、図１１に示す反力が予め設定されている。図１１は、横軸にダイアルの回転角、縦軸に反力ポテンシャルを図示したものである。反力ポテンシャルは、反力パターンを視覚的にイメージしやすいようにするために、説明に用いているが、実際に発生する反力は、反力ポテンシャルを回転角で微分し、符号を反転させた値である。図１１に示すように、基本反力パターンは、各選択位置に対応したディテント（くぼみ）をもち、１頁目と２頁目の境界においては山状の反力が発生する。選択位置の上端と下端においては、それ以上ダイアルが回転しないようなストッパーが設定してある。これにより、操作者は、ダイアルを回転操作することで、各選択位置に応じたクリック感、頁切替の際に山を乗り越えるような感触、リスト上下端においての制動感を感じることができ、触覚により、カーソルの移動状況を把握することができる。更に、基本反力パターンとして、図１２に示す減衰力が、全ての回転角に渡って予め設定されている。減衰力は、ダンパーとも呼ばれ、ダイアルの回転速度に比例する反力である。これにより、ダイアルに滑らかな感触が発生し、操作品質を高める効果がある。
【００３９】
ダイアル初速により、同一頁内の選択位置を選択しようとしている意図が推定できた場合は、基本反力パターンから、推定される選択位置に対する引き込み力を増加させる。例えば、操作開始時に１頁目の１番目にカーソルが存在し、ダイアル初速により、１頁目の３番目の選択が推定された場合は、図１３に示すように、対応するディテントを深く（引き込み力を増加）するよう反力パターンを変更する。更に、３番目のディテント区間において減衰力を増加させる。減衰力の増加は、図１４に示すように、基本の減衰力の傾きを矢印で示す負方向に増大させ、操作速度に対して大きな反力が発生するように設定する。これらの引き込み力の増加と減衰力の増加により、ダイアルは、推定される選択位置である１頁目の３番目の選択位置で停止しやすくなる。このとき、操作者はダイアルを通して所望の選択位置に引き込まれ、引き込まれると同時に、滑らかに制動する間隔が得られ、ダイアルの停止に対して、違和感無く対応することができる。
【００４０】
すなわち、操作開始直後のダイアル初速により、操作者が指示しようとしている表示画面上の選択対象を推定し、ポインタがこの選択対象を指示した時点でダイアルが停止しやすくなるように操作反力を変更することにより、操作者が指示しようとしているメニュやアイコンを確実に選択させることが可能となる。また、選択対象を指示した時点でダイアルが停止しやすくなるため、指示操作において最も時間と注意を要する指示位置の微調整が容易となり、操作時間の短縮と操作性の向上に効果がある。
【００４１】
また、ダイアル初速により、頁切替の意図が推定できた場合は、基本反力パターンから、頁切替に至るまでの区間について、操作量に対するカーソル移動量ゲインの増加、操作反力量の減少、減衰力の減少を併せて実施する。例えば、操作開始時に１頁目の１番目にカーソルが存在し、ダイアル初速により、２頁目への頁切替が推定された場合は、図１５に示すように、１頁目２番目から１頁下端（４番目）までの間のディテント間隔を短くする。これにより、少ない操作量でカーソル移動が可能となる（移動量ゲイン増加）。また、この区間のディテントを浅くすることにより、ダイアルの操作反力が減少する（反力量減少）。更に、この区間の減衰力を図１６に示すように、基本の傾きから、矢印で示す正方向に緩和してやることで、ダイアルの抵抗感が減少する（減衰力減少）。これらの反力変化により、操作者は頁切替までのダイアル操作を短く、軽く、素早く実施することが可能となり、操作者の筋負荷の低減と操作時間の短縮が図られる。
【００４２】
すなわち、操作開始直後のダイアル初速により、操作者が画面表示範囲外の選択対象を指示しようとしていることを推定し、表示画面の切替に至るまでの操作負担を減少させるように操作反力を変更することにより、複数頁にまたがるメニュを指示する場合等において、頁切替を行う際の操作負担が減少するため、操作時間の短縮と操作性の向上に効果がある。
【００４３】
また、操作負担を減少させる操作反力の変化として、操作量に対するカーソル移動量ゲインの増加（画面指示位置移動量ゲインの増加）、操作反力量の減少、減衰力の減少のうち、少なくとも１つを用いることにより、操作量又は操作力を減少させることができ、操作者の筋負担の低減と、操作時間の短縮の効果がある。
【００４４】
更に、頁切替後の初期位置で、前述の選択位置の推定で用いた反力変化と同様の方法で、引き込み力の増加、減衰力の増加を実施することで、ダイアルを停止しやすくする。
【００４５】
すなわち、表示画面切替後の所定の画面指示位置をポインタが指示した時点でダイアルが停止しやすくなるように操作反力を変更することにより、複数頁にまたがるメニュを指示する場合等において、頁切替により画面が刷新された際に、予め所定の初期位置に指示位置が留まりやすくなる。操作者は通常、画面が刷新された際に、最も誘目性の高い指示位置に視線が移動し、その後にメニュの探索を始めるため、頁切替後の指示位置が初期位置にない場合は、視線の往復が発生し、探索に時間がかかる傾向がある。したがって、頁切替後の所定の初期位置に指示位置が留まりやすくなることで、メニュ探索のための視線移動が一方向に統制しやすく、メニュ探索が容易になる効果がある。
【００４６】
本実施例のように、メニュ画面が頁単位で切り替わるような提示方法の場合、頁切替後の初期位置にカーソルが確実に停止することで、メニュの探索が容易になることが実験からわかっている。これは、通常、カーソルは選択位置が明確になるよう、誘目性が高い表示を行うため、頁切替の直後は、まずカーソルに視線が誘導される。従って、切り替え後のカーソル位置が頁の上下端等、初期位置にない場合は、操作者においてはメニュ探索のために視線の往復が発生し、探索に時間がかかることになる。しかしながら、切り替え後のカーソル位置が頁の上下端等、初期位置に停止すれば、メニュ探索のための視線移動が一方向に統制しやすく、メニュ探索が容易になる。
【００４７】
次に、ダイアル制御演算手段１０５における処理手順を図１７のフローチャートに基づいて説明する。
【００４８】
まず、ステップＳ１１において、ダイアルの回転速度の算出を行う。ダイアル位置検出手段１０４から入力されるダイアル位置情報を一定周期でサンプリングし、ダイアル位置情報の差分値をサンプリング周期で除した値がダイアルの回転速度となる。
【００４９】
次に、ステップＳ１２において、操作者の操作状況の判定を行う。前サイクルでダイアルの回転速度が所定の操作検出閾値未満で、且つ、今サイクルで操作検出閾値以上となった場合は「操作開始」と判定し、ステップＳ１３に移行する。また、前サイクルでダイアルの回転速度が操作検出閾値以上で、且つ、今サイクルで操作検出閾値未満となった場合は「操作終了」と判定し、ステップＳ１４に移行する。その他の場合、すなわち、ダイアルの回転速度が前サイクル、今サイクル共に操作検出閾値以上の場合（操作継続中の場合）、又は前サイクル、今サイクル共に操作検出閾値以下の場合（操作無しの場合）は、今サイクルの処理を終了する。
【００５０】
ステップＳ１２において「操作開始」と判定された場合は、ステップＳ１３において、操作開始時のダイアル初速として、ステップＳ１２で判定に使用したダイアルの回転速度をバッファに一時記憶する。また、操作開始時点でのカーソル位置も合わせてバッファに一時記憶する。
【００５１】
次に、ステップＳ１４において、現状の推定精度で、操作意図の推定が可能か否かを判定する。操作意図の推定精度は、先述の回帰分析を実施する場合、寄与率（R+2, R-2）を使用し、今サイクルの回転方向が正方向の場合はR+2が、回転方向が負方向の場合はR-2が、推定精度閾値以上であれば、推定精度は十分と判断する。また、判別分析の場合は、先述の各カーソル移動量の推定精度Aj の内の最小値 min(Aj)が推定精度閾値以上であれば、推定精度は十分と判断する。推定精度閾値は、誤判別をどのくらい許容するかという設計要件に関わるが、快適な操作を実現するためには、0.9以上の設定が必要と考えられる。推定精度が十分と判断される場合はステップＳ１５に移行し、不十分と判断される場合は、今サイクルを終了する。
【００５２】
次に、ステップＳ１５において、ダイアル初速による意図推定を実施する。回帰分析の場合は、先述の回帰式 Y = a+ X + b+, Y = a- X + b-  に対して、ダイアル初速Xを該当する操作方向の回帰式に代入して実数Yを求め、この値の小数点第一位を四捨五入し整数値が、そのときのカーソル移動量の推定値となる。また、判別分析の場合は、ダイアル初速(X)が図１１の分析結果テーブルの境界値Cに対して属する群が、カーソル移動量の推定値となる。カーソル移動量の推定値が求まれば、現在のカーソル位置に対して、カーソル移動量の推定値を加算した位置が同一頁内の選択位置であれば、そこが操作者の意図する選択位置であり、次頁又は前頁の選択位置であれば、頁切替意図と判定する。
【００５３】
次に、ステップＳ１６において、推定意図による反力パターンの変更を実施する。変更方法は、先に図１１〜図１６で説明した通りである。
【００５４】
ステップＳ１２において「操作終了」と判定された場合は、ステップＳ１７において反力パターンをリセット（解除）する。すなわち、反力パターンを基本反力パターン（図１１，図１２）に戻し、次の操作に備える。
【００５５】
このように、操作開始時のダイアル初速により操作の終了を検知した時点で反力パターンをリセットして、反力パターンを基本反力パターンに戻すようにしたので、操作者が操作を中断した場合に、この操作の位置に対応した反力パターンの変更を解除して、次の操作の意図推定に対応することができるようになり、常に最新の操作意図に対応して効果的にダイアル操作時の上記各効果を得ることが可能となる。
【００５６】
次に、ステップＳ１８において、ステップＳ１３で一時記憶した操作開始時点でのカーソル位置と、操作終了時点でのカーソル位置との差から、今サイクルで終了した操作におけるカーソル移動量を算出し、ステップＳ１３で一時記憶したダイアル初速と合わせて、操作履歴テーブル（回帰分析の場合は図７，判別分析の場合は図９）を更新する。
【００５７】
次に、ステップＳ１９において、推定式を更新する。回帰分析の場合は、先述の回帰式Y = a+ X + b+, Y = a- X + b-  を求め、判別分析の場合は、先述の図１０の分析結果テーブルの値を更新する。
【００５８】
以上説明したように、実施例１によれば、回転式入力装置であるジョグダイアルにおいて、操作開始直後のダイアル初速により、回帰分析又は判別分析の手法を使用して、操作者が選択しようとしている選択位置又は頁切替意図を推定し、選択位置にカーソルが止まりやすくなるよう反力パターンを変更したり、頁切替に至るまでの操作負荷を減少させたりし、更に頁切替後の初期位置にカーソルが止まりやすくなるよう操作反力を変更するようにしたので、操作者が意図した操作を確実に且つ低負荷で行わせることができる。また、基本反力パターンを反力パターンに変更する際には、常に操作者の意図する操作に応じたサポートが実施されるため、良好な操作性を確保することができる。更に、ダイアルの操作開始直後の操作速度により操作者の意図を推定するため、基本反力パターンを反力パターンに変更する際の時間的余裕を確保することができ、操作者に対し反力変更によるトランジェントを感じさせることがない。したがって、誤操作の防止と良好な操作性の両立が実現できる。
【００５９】
また、操作開始直後のダイアル初速と操作結果のデータを記録する操作履歴テーブルを用い、操作開始直後のダイアル初速と操作結果の分布から、操作者の操作意図を推定するようにしたので、操作開始直後のダイアル初速と操作結果（選択位置）の相関関係を操作者個人のデータにより構築することが可能となる。操作開始直後のダイアル初速と操作結果の間には正の相関関係が存在し、回帰分析や判別分析により操作者の意図推定が可能となるが、この相関関係は個人により傾向が異なることが知られている。したがって、操作者個人の操作履歴から相関関係を求めれば、より高精度に操作意図の推定が可能となり、後述する各効果が確実に得られるようになる。
【実施例２】
【００６０】
図１８〜図２９に示す実施例２では、２軸の回転式入力装置であるトラックボールを例として、トラックボールの操作開始直後の回転速度により、操作者が選択しようとしている画面上のアイコン位置を推定し、選択しようとしているアイコン位置でボールが停止しやすくなるようボールの操作反力パターンを変更し、誤操作防止と良好な操作性の両立を図る回転式入力装置について説明する。なお、実施例２では、実施例１と共通する先述した各効果の説明を適宜に省略する。
【００６１】
本実施例では、回転式入力装置を車両のセンター・クラスター設置することを想定している。そして、操作者識別手段により、操作者が運転者か助手席の同乗者かを識別し、操作者毎に操作履歴を記憶し、操作者に応じた操作意図推定を行うことにより、運転者、同乗者、双方に十分な効果が得られるような構成となっている。
【００６２】
回転式入力装置は、車両のインストルメント・パネル内のセンター・クラスターに設置され、運転席及び助手席の双方から操作が可能であり、図１８に示すような外観のボール２０２を有し、中心位置から円周方向にボール２０２を回転することにより、表示手段２０５に表示されるＧＵＩのアイコン選択等の操作を実施する。ボール２０２の左右には、選択したアイコンを決定するための決定スイッチ２０３Ｌ，２０３Ｒ（以下、総称２０３）が設置されている。これら左右の決定スイッチは同じ機能を有するが、運転席、助手席の双方から使用されるため、左右対称の位置に同一機能のスイッチを設けている。また、ボール２０２の手前左右には、現在の操作者が運転席に座っている人物か助手席に座っている人物かを識別するための操作者識別手段としての赤外線センサ２０４Ｌ，２０４Ｒ（以下、総称２０４）が各々設置されている。これら赤外線センサは発光部と受光部の２つ１組で構成されており、図示のように各々２つの開口部を有している。赤外線センサ２０４の設置位置は、車室内のレイアウト設計に依存するが、運転席又は助手席に着座している操作者が、自然にボールを操作した際、操作者側の赤外線センサのみ感知し、もう一方の赤外線センサ２０４は感知しないようにする必要がある。このため、図１９に示すように着座位置から自然に手（本例では、右手２０６）を延ばしてボール２０２を操作した際に、親指の付け根付近の掌低部分が来る位置に赤外線センサ２０４Ｒを設置するのが好適である。このとき、操作時の手の位置は、操作者の体格により変化することが考えられるが、設計時の標準着座位置及び標準体格を想定して位置決めを行ってもよい。また、人体寸法の統計データより、左右の赤外線センサ２０４における操作者の分離が厳しくなる方向の代表体格を用いて位置決めを行えば、更に確実な操作者着座位置の識別が可能である。
【００６３】
具体的には、本実施例のようにセンター・クラスターに設置する場合、体格の大きい操作者の方がより後方から手を延ばし、インストルメント・パネルのセンター・ライン２０７に、より平行に手が入る（αが小さい）ため、小指側がもう一方の赤外線センサ２０４Ｌに接近し、感知される危険性が高くなる。従って、本実施例では、９５パーセンタイルの体格を代表体格として、赤外線センサ２０４の位置決めを行えば、確実に操作者着座位置の識別が可能である。
【００６４】
本実施例では、操作者識別手段として非接触で感知可能な赤外線センサを例としているが、後述するように、センサへの接触が前提となる静電容量センサもしくは感圧センサを用いる場合も、センサの配置は同様の位置でよい。すなわち、図１８のようなセンター・クラスターに回転式入力装置を配置する場合、親指の付け根付近の掌底部分は、操作時のサポートとしてインストルメント・パネル面に接触するため、赤外線センサと２０４同様の位置に静電容量センサもしくは感圧センサを設置すれば、同様に操作者着座位置を識別することができる。
【００６５】
本実施例では、回転式入力装置であるトラックボールの操作対象として、図２０のような地図上のアイコン選択を想定する。図２０の地図画面は表示手段２０５に表示され、自車位置２１１を基準として、自車周辺の地図が表示されている。更に、地図画面上には、周囲の施設等を示すアイコン２１２ａ〜２１２ｄ（以下、総称２１２）が表示されており、回転式入力装置のボール２０２を回転させることにより、カーソル２１３が移動する。カーソル２１３をアイコン２１２ａ〜２１２ｄのいずれかに重畳させ、その状態で決定スイッチ２０３Ｌ又は２０３Ｒを押下することによりアイコンの決定操作を行う。アイコン２１２を選択、決定することにより、その施設の情報が表示されたり、その施設を目的地に設定するためのサブメニュが表示されたりする。
【００６６】
本実施例では、ボール操作によりカーソルが移動する方式を説明するが、本実施例の内容は、ボール操作により地図全体をスクロールさせて、所望のアイコンを地図画面中央の基準位置に移動させて決定する方式でも同様に適用可能である。また、トラックボールの代わりに、ジョイスティックを採用する場合も、ジョイスティックの傾倒量がカーソルの移動量もしくはスクロール量に比例するようなポジション・コントロール・タイプのジョイスティクであれば、本実施例の内容を適用可能である。
【００６７】
次に、本実施例における回転式入力装置の構成を図２１のブロック図で説明する。回転式入力装置２０１は、操作端であるボール２０２と、ボール２０２の横方向（Ｘ軸）にトルクを発生するボール駆動手段（Ｘ軸）２２１Ｘと、ボール２０２のＸ軸方向の回転角を検出するボール位置検出手段（Ｘ軸）２２２Ｘと、ボール２０２の縦方向（Ｙ軸）にトルクを発生するボール駆動手段（Ｙ軸）２２１Ｙと、ボール２０２のＹ軸方向の回転角を検出するボール位置検出手段（Ｙ軸）２２２Ｙと、現在の操作者の着座位置を識別するため、操作者の手の存在を検出する左右の操作者検知手段２２３Ｌ，２２３Ｒと、ボール２０２によって選択された操作を決定する操作決定手段２２４Ｌ，２２４Ｒと、ボール制御演算手段２２５と、通信手段２２６とを備えている。また回転式入力装置２０１は、外部の操作・表示処理演算手段２２７、情報処理演算手段２２８及び表示手段２２９と接続されている。
【００６８】
ボール制御演算手段２２５は、少なくとも以下の動作を実行する。
【００６９】
（１）ボール位置検出手段２２２Ｘ，２２２Ｙから出力される位置検出信号（X, Y）をデジタル化してボール位置情報(X, Y)及び決定操作信号に変換し、更に、ボール位置情報を１階微分して、ボールの回転速度(X, Y)を算出し、外部の操作・表示処理演算手段２２７にボール位置情報と決定操作信号を出力する。
【００７０】
（２）上記ボールの回転速度(X, Y)と操作者検知手段２２３Ｌ，２２３Ｒの検出結果とから、後述するロジックに従って、現在の操作者に対応した操作意図（選択しようとしているアイコン）を推定し、その推定結果と操作・表示処理演算手段２２７から入力される基本反力パターンとから、操作者が意図する操作をサポートするよう反力パターンを決定する。
【００７１】
（３）決定された反力パターンと上記ボール位置情報とから現在の発生トルク量(X, Y)を計算し、ボール駆動手段２２１Ｘ，２２１Ｙにトルク制御信号を出力する。
【００７２】
通信手段２２６は、ボール制御演算手段２２５から入力したボール位置情報を外部の操作・表示処理演算手段２２７に出力すると共に、外部の操作・表示処理演算手段２２７から入力した基本反力パターンをボール制御演算手段２２５に出力する。
【００７３】
具体的な構成例を図２２に示す。ボール駆動手段２２１Ｘ，２２１Ｙは、電動モータ２３１Ｘ，２３１Ｙ（以下、総称２３１）と、電動モータ２３１のトルクをシャフトを介してボールに伝えるゴム製の摩擦体２３２Ｘ，２３２Ｙで構成される。また、ボール位置検出手段２２２Ｘ，２２２Ｙは、電動モータ２３１のシャフトと同期して回転するエンコーダディスク２３３Ｘ，２３３Ｙ（以下、総称２３３）と、エンコーダディスク２３３の回転量を光学的に検知するフォトエンコーダ２３４Ｘ，２３４Ｙで構成される。更に、操作者検知手段２２３Ｌ，２２３Ｒは、左右各々、発光部である赤外ＬＥＤ２３５Ｌ，２３５Ｒ（以下、総称２３５）と、受光部であるフォト・トランジスタ２３６Ｌ，２３６Ｒ（以下、総称２３６）の組合せで構成される赤外線センサであり、これをを手で遮ると、赤外ＬＥＤ２３５から発せられた赤外光がフォト・トランジスタ２３６で受光され検知信号として出力される。操作決定手段２２４Ｌ，２２４Ｒは、タクトスイッチ２３７Ｌ，２３７Ｒで構成される。また、ボール制御演算手段２２５は、A/D変換回路、D/A変換回路、CPU、ROM、RAMから構成される制御回路２３８、通信手段２２６は制御回路２３８に組み込まれたシリアル・インターフェース回路２３９で構成される。ただし、上記各手段は、同一機能をもつ他の装置で構成してもよい。特に、赤外線センサは、必ずしも赤外光である必要はなく、使用環境に適合する限り他の波長帯の光センサで代用してもよい。また、本実施例のように、操作時に操作者の手が操作面に接触することが想定される場合は、非接触方式である光センサの代わりに、手の接触による接触面の静電容量変化を検知する静電容量センサや、抵抗膜や感圧素子を用いた感圧センサを用いることも可能である。
【００７４】
更に、回転式入力装置２０１が接続する外部の操作・表示処理演算手段２２７は、通信手段２２６に適合する通信手段を内部に備え、通信手段２２６から入力されるボール位置情報から、表示画面におけるカーソルの位置を決定し、更に決定操作信号のONを検出した場合は、選択・決定されたアイコンに対応するコマンドを情報処理演算手段２２８に出力する。情報処理演算手段２２８は、選択・決定されたアイコンのコマンドに対応する情報処理を実施し、必要に応じて次の画面表示構成を操作・表示処理演算手段２２７に出力する。操作・表示処理演算手段２２７は、新しい画面表示構成が入力された場合、回転式入力装置２０１に出力する基本反力パターンを対応するパターンに更新する。更に、操作・表示処理演算手段２２７は、現在の画面表示構成及びカーソル位置から表示映像を生成し、表示手段２２９に画面表示映像を表示する。
【００７５】
本実施例では、操作・表示処理演算手段２２７と情報処理演算手段２２８は、別の機能として説明したが、これらの機能を一つの装置で実現してもよい。また、ボール制御演算手段２２５と操作・表示処理演算手段２２７との機能分担は、必ずしも本実施例の通りである必要はなく、ボール制御演算手段２２５で行うとした反力パターンの決定を操作・表示処理演算手段２２７で実施してボール制御演算手段２２５に出力し、ボール制御演算手段２２５において決定された反力パターンとボール位置から現在のトルク量を算出するような構成としてもよい。更には、操作・表示処理演算手段２２７において現在のトルク量の算出まで行うような構成としてもよいが、この場合、トルク量をリアルタイムで操作・表示処理演算手段２２７から回転式入力装置２０１に出力する必要があるため、操作・表示処理演算手段２２７と通信手段２２６の間の通信は、非常に高速にする必要がある。
【００７６】
次に、ボール制御演算手段２２５における、操作者毎の意図推定方法、並びに、操作者が意図する操作をサポートする反力パターンの決定方法を説明する。
【００７７】
まず、操作者の意図推定方法を説明する。基本的な原理は、実施例１と同様であり、２軸の回転式入力装置であるトラックボールにおいても、操作開始直後のボールの初速と、その操作におけるカーソル移動量との間には比例関係が成立する。従って、実施例１と同様の方法で、ボール初速から最終的なカーソル移動量が推定できる。但し、実施例１は操作対象が図３のようなリスト形式のメニュであり、また操作方向が１次元であり、且つ、カーソル移動量が離散的であったため、最終的なカーソル移動量をメニュ項目毎の群として考えることができた。このため、判別分析を適用することが可能であったが、本実施例では、操作対象が図２０に示すような地図上の任意の位置に配置されるアイコンであり、カーソル移動量も連続的な分布となる。従って、判別分析の手法は適用できず、単回帰分析のみ適用可能である。また、単回帰分析の適用の仕方も、本実施例の特徴である２次元且つ連続的なカーソル移動量の分布に適合するよう、実施例１とは一部異なっている。
【００７８】
単回帰分析のイメージを図２３に示す。横軸にボール初速、縦軸にそのときの最終的なカーソル移動量をプロットすると、図２３に示すような直線上の分布が形成され、単回帰分析により回帰直線を求めることができる。ここでのボール初速及びカーソル移動量は、操作方向とは関係なく、速さ及び距離のスカラー量である。この回帰直線は、個人によってボールの回し方が異なるため、直線の傾き及び切片は個人によって異なる。従って、本実施例のように、運転席と助手席の双方から操作される可能性のある入力装置の場合、操作者を識別し、操作者毎に回帰直線を求めることが重要である。
【００７９】
次に、単回帰分析の手順を説明する。ボール操作がある度に、ボール初速(X)と、その操作における最終的なカーソル移動量(Y)とから、図２４の形式の操作履歴テーブルを更新する。操作履歴テーブルは、運転席用、助手席用の２種類から構成され、現在の操作者に対応するテーブルを更新する。初期状態のテーブルは、全ての欄が０である。ボール操作がある度に、第１行（n）の欄の値に１を加え、第２行（ΣiXi）の欄の値にボール初速（X）を、第３行（ΣiXi2）の欄の値にX2を各々加算する。次に、第４行（ΣiYi）の欄の値にカーソル移動量(Y)を、第５行（ΣiYi2）の欄の値にY2を加算する。以上のように、逐次更新される操作履歴テーブルを元に、回帰直線の傾きa、切片bを求める。操作履歴テーブルの値から、<X> =ΣiXi / n , <Y> =ΣiYi / n , Sxx = ΣiXi2 / n - （ΣiXi）2 , Sxy = (ΣiXiYi) / n - <X><Y> を各々求め、a = Sxy / Sxx, b = <Y> - Sxy/Sxx <X> とする。更に、寄与率R2 = Sxy2 / Sxx / Syy を求める。寄与率 R2は、回帰直線による予測の精度を表し、後述する反力パターン変更可否の判定に使用する。回帰式 Y = a X + bが求まれば、次にボール操作があった場合、そのボール初速Xを回帰式に代入してカーソル移動量推定値Yを求め、ボール操作開始時点のカーソル位置から、ボール操作方向に対応するカーソル移動方向の距離Yの位置が、仮のカーソル移動推定位置となる。そして、仮のカーソル移動位置から距離最小のアイコンが、操作者が選択を意図するアイコンとする。図２５の例では、ボール操作開始時点のカーソル位置が符号２１３であり、仮のカーソル移動推定位置が符号２１２ａ、操作者が選択を意図するアイコンが符号２１４である。
【００８０】
次に、操作者が意図する操作をサポートする反力パターンの決定方法を説明する。先述の回帰分析により操作者が選択を意図するアイコンが決定されれば、そのアイコン位置でボールが停止しやすくなるよう反力を変更する。まず、ボールには、基本反力パターンとして、図２６に示すように位置(X,Y)に応じた反力は設置されておらず、実施例１と同様、図１２に示す減衰力が、全ての位置(X,Y)に渡って設定されている。この基本反力パターンから、操作者が選択を意図するアイコン位置に対する引き込み力を発生させる。例えば、操作開始時の表示画面が図２５の状態であり、“Ａ”のアイコン２１２ａを選択しようとしている意図が推定された場合、図２７のように、“Ａ”のアイコン位置で反力ポテンシャルにくぼみができるよう引き込み力を発生させる。Ｘ方向とＹ方向の断面で各々見ると図２８（ａ），（ｂ）のようになる。また、引き込み力を発生させている領域における減衰力を増加させる。減衰力の増加は、実施例１同様、図１４に示すように、基本の減衰力の傾きを負方向に増大させ、操作速度に対して大きな反力が発生するように設定する。これらの引き込み力の増加と減衰力の増加により、ボールは“Ａ”のアイコン位置で停止しやすくなる。このとき、操作者はボールを通して所望の選択位置に引き込まれると同時に、滑らかに制動する間隔が得られ、ボールの停止に対して違和感無く対応することができる。
【００８１】
すなわち、ダイアルを停止しやすくする操作反力の変化として、停止位置付近への引き込み力の増加、停止位置付近での減衰力の増加のうちの少なくとも１つを用いることにより、ダイアルを所望の位置でより確実に停止させることができるようになる。特に、停止位置付近への引き込み力の増加により、操作者に対して、ダイアルが穴に吸い込まれるような感触を与えることができ、ダイアルの停止に対して違和感なく対応できる効果がある。
【００８２】
次に、ボール制御演算手段２２５における処理手順を図２９のフローチャート、及び実施例１と同様、図１７に基づき説明する。
【００８３】
まず、図２９のフローチャートに従い、操作者の識別を実施する。ボール２０２の左右に配置された操作者検知手段２２３Ｌ，２２３Ｒである左右の赤外線センサのうち、右側のセンサが検知し、且つ左側のセンサが非検知の場合（ステップＳ２１→Ｓ２２→Ｓ２３）、操作者の手は右側から伸びていると推定し、現在の操作者の着座位置は右席と判定する。逆に、右側のセンサが非検知、且つ左側のセンサが検知の場合（ステップＳ２１→Ｓ２４→Ｓ２５）、操作者の手は左側から伸びていると推定し、現在の操作者の着座位置は左席と判定する。次に、両側の検知手段が共に検知の場合（ステップＳ２１→Ｓ２２→Ｓ２６）、もしくは、両側の検知状態が共に非検知状態の場合（ステップＳ２１→Ｓ２４→Ｓ２７）は、現在の操作者の着座位置は運転席側と判定する。
【００８４】
すなわち、右ハンドル車の場合は右席、左ハンドル車の場合は左席と判定する。両側共に検知状態又は非検知状態の場合は、左右の席から同時に操作している状況や、想定外の方向から手を伸ばしてスイッチ操作を行っている場合等が考えられるが、車両においては運転者の操作が優先であり、運転者の操作と判定するのが合理的である。以上のロジックで、現在、回転式入力装置を操作している操作者の着座位置を判断し、各々の着座位置毎に操作意図の推定処理及び反力パターン変更処理を実施する。操作意図の推定処理及び反力パターン変更処理のロジックは実施例１と同様であり、以下、図１７を参照しながら説明する。
【００８５】
まず、ステップＳ１１において、ボールの回転速度の算出を行う。ボール位置検出手段２２２Ｘ，２２２Ｙから入力されるボール位置情報を一定周期でサンプリングし、ボール位置情報（Ｘ、Ｙ）の差分値をサンプリング周期で除した値が、ボールの回転速度（Ｘ、Ｙ）となる。
【００８６】
次に、ステップＳ１２において、操作者の操作状況の判定を行う。前サイクルでボールの回転速度のスカラー値が所定の操作検出閾値未満で、且つ、今サイクルで操作検出閾値以上となった場合は「操作開始」と判定し、ステップＳ１３に移行する。前サイクルでボールの回転速度が操作検出閾値以上で、且つ、今サイクルで操作検出閾値未満となった場合は「操作終了」と判定し、ステップＳ１４に移行する。その他の場合、すなわち、ボールの回転速度が前サイクル、今サイクル共に操作検出閾値以上の場合（操作継続中の場合）、又は前サイクル、今サイクル共に操作検出閾値以下の場合（操作無しの場合）は、今サイクルの処理を終了する。
【００８７】
ステップＳ１２において「操作開始」と判定された場合は、ステップＳ１３において、操作開始時のボール初速として、ステップＳ１２で判定に使用したボールの回転速度のスカラー値及びベクトル成分をバッファに一時記憶する。また、操作開始時点でのカーソル位置（Ｘ、Ｙ）も合わせてバッファに一時記憶する。
【００８８】
次に、ステップＳ１４において、現状の推定精度で、操作意図の推定が可能か否かを判定する。操作意図の推定精度は、先述の回帰分析における寄与率（R2）が、推定精度閾値以上であれば、推定精度は十分と判断する。推定精度閾値は、誤判別をどのくらい許容するかという設計要件に関わるが、快適な操作を実現するためには0.9以上の設定が必要と考えられる。推定精度が十分と判断される場合はステップＳ１５に移行し、不十分と判断される場合は、今サイクルを終了する。
【００８９】
次に、ステップＳ１５において、ボール初速による意図推定を実施する。先述の回帰式 Y = a X + b 対して、ボール初速のスカラー値(X)を回帰式に代入して実数Yを求め、ボール操作開始時点のカーソル位置（Ｘ、Ｙ）から、ボール初速のベクトル方向に対応するカーソル移動方向の距離Yの位置が、仮のカーソル移動推定位置となる。そして、仮のカーソル移動位置から距離最小のアイコンを、操作者が選択を意図するアイコンとする。
【００９０】
次にステップＳ１６において、推定意図による反力パターンの変更を実施する。変更方法は、先に図２６〜図２８、図１２、図１４で説明した通りである。
【００９１】
また、ステップＳ１２において「操作終了」と判定された場合は、ステップＳ１７において反力パターンをリセット（解除）する。すなわち、反力パターンを基本反力パターン（図２６，図１２）に戻し、次の操作に備える。
【００９２】
次に、ステップＳ１８において、ステップＳ１３で一時記憶した操作開始時点でのカーソル位置と、操作終了時点でのカーソル位置との距離から、今サイクルで終了した操作におけるカーソル移動量を算出し、ステップＳ１３で一時記憶したボール初速のスカラー値と併せて、操作履歴テーブル（図２４）を更新する。続いて、ステップＳ１９において、先述の通り回帰式 Y = a X + b  を求める。  
以上説明したように、実施例２によれば、トラックボールにおいて、操作開始直後のボール初速により、回帰分析の手法を使用して、操作者が選択しようとしているアイコン位置を推定し、当該アイコン位置でカーソルが止まりやすくなるよう反力パターンを変更することで、操作者が意図した操作を確実且つ低負荷で行わせることができる。また、操作反力パターンの変更にあたり、操作感についても考慮しているため、主観的な操作性を損なうことがない。よって、誤操作の防止と良好な操作性の両立が実現できる。更に、操作者識別手段として赤外線センサを使用して、操作者が運転者か助手席の同乗者かを識別し、操作者毎に操作履歴を記憶することにより、操作者毎に先述した相関関係を求めることが可能となるため、操作者に応じた回帰式により操作意図を推定することにより、操作に関する個人差に対応し、各操作者に対して高精度の意図推定を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】実施例１における回転式入力装置の構成を示すブロック図。
【図２】実施例１におけるジョグダイアルの外観を示す説明図。
【図３】実施例１における選択メニュの画面例を示す説明図。
【図４】実施例１における回転式入力装置の具体例を示す構成図。
【図５】Fittsの法則の概要を示す説明図。
【図６】実施例１における単回帰分析を用いた操作意図推定方法のイメージ図。
【図７】実施例１における単回帰分析に使用する操作履歴テーブルの構成図。
【図８】実施例１における判別分析を用いた操作意図推定方法のイメージ図。
【図９】実施例１における判別分析に使用する操作履歴テーブルの構成図。
【図１０】実施例１における判別分析の結果を保持する分析結果テーブルの構成図。
【図１１】実施例１におけるダイアル回転角に対する基本反力パターンを示す説明図。
【図１２】実施例１における減衰力に関する基本反力パターンを示す説明図。
【図１３】実施例１における選択位置の推定に対応する反力パターンの変更を示す説明図。
【図１４】実施例１における減衰力の増加を示す説明図。
【図１５】実施例１における頁切替意図の推定に対応する反力パターンの変更を示す説明図。
【図１６】実施例１における減衰力の減少を示す説明図。
【図１７】実施例１におけるダイアル制御演算手段の処理手順を示すフローチャート。
【図１８】実施例２におけるトラックボールの外観を示す説明図。
【図１９】実施例２における操作者検知手段の配置及び操作者の手の進入角を示す説明図。
【図２０】実施例２における地図上でのアイコンの表示例を示す説明図。
【図２１】実施例２における回転式入力装置の構成を示すブロック図。
【図２２】実施例２における回転式入力装置の具体例を示す構成図。
【図２３】実施例２における単回帰分析を用いた操作意図推定方法のイメージ図。
【図２４】実施例２における単回帰分析に使用する操作履歴テーブルの構成図。
【図２５】実施例２におけるアイコンの推定方法を示す説明図。
【図２６】実施例２におけるボール位置に対する基本反力パターンを示す説明図。
【図２７】実施例２におけるアイコンの推定に対応する反力パターンの変更方法を示す説明図。
【図２８】実施例２におけるアイコンの推定に対応する反力パターンの変更方法を示す説明図。
【図２９】実施例２におけるボール制御演算手段の処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００９４】
１００…カーソル
１０１…回転式入力装置
１０２…ダイアル
１０３…ダイアル駆動手段
１０４…ダイアル位置検出手段
１０５…ダイアル制御演算手段
１０６…通信手段
１０７…操作・表示処理演算手段
１０８…情報処理演算手段
１０９…表示手段
１１１…フォトエンコーダ
１１２…スイッチ
１１３…シャフト
１１４…直流モータ
１１５…制御回路
１１６…インターフェース回路
２０１…回転式入力装置
２０２…ボール
２０３Ｌ，２０３Ｒ…決定スイッチ
２０４Ｌ，２０４Ｒ…赤外線センサ
２０５…表示手段
２０６…右手
２０７…センター・ライン
２１１…自車位置
２１２ａ〜２１２ｄ…アイコン
２１３…カーソル
２２１Ｘ，２２１Ｙ…ボール駆動手段
２２２Ｘ，２２２Ｙ…ボール位置検出手段
２２３Ｌ，２２３Ｒ…操作者検知手段
２２４Ｌ，２２４Ｒ…操作決定手段
２２５…ボール制御演算手段
２２６…通信手段
２２７…操作・表示処理演算手段
２２８…情報処理演算手段
２２９…表示手段
２３１Ｘ，２３１Ｙ…電動モータ
２３２Ｘ，２３２Ｙ…摩擦体
２３３Ｘ，２３３Ｙ…エンコーダディスク
２３４Ｘ，２３４Ｙ…フォトエンコーダ
２３５…ＬＥＤ
２３６Ｌ，２３６Ｒ…フォト・トランジスタ
２３７Ｌ，２３７Ｒ…タクトスイッチ
２３８…制御回路
２３９…インターフェース回路
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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