(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
手で操作される球体と、この球体に接触して前記球体の回転に応じた信号を出力するＸ軸検出部およびＹ軸検出部と、前記各検出部と独立して回転するとともに前記球体に接触して前記球体に回転負荷を与えるＸ軸駆動部およびＹ軸駆動部とを有し、
前記Ｘ軸検出部には、前記球体に接触し回転軸がＸ軸方向に向けられた第１のＸホイールと、前記第１のＸホイールの回転に応じた信号を得るＸ軸センサとが設けられ、
前記Ｙ軸検出部には、前記球体に接触し回転軸が前記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に向けられた第１のＹホイールと、前記第１のＹホイールの回転に応じた信号を得るＹ軸センサとが設けられ、
前記Ｘ軸駆動部には、前記球体を挟んで前記第１のＸホイールと対向する側で前記球体に接触し回転軸が前記Ｘ軸方向に向けられた第２のＸホイールと、前記第２のＸホイールに回転力を与えるモータとが設けられ、
前記Ｙ軸駆動部には、前記球体を挟んで前記第１のＹホイールと対向する側で前記球体に接触し回転軸が前記Ｙ軸方向に向けられた第２のＹホイールと、前記第２のＹホイールに回転力を与えるモータとが設けられており、
前記第１のＸホイールと前記球体との接触摩擦抵抗および前記第１のＹホイールと前記球体との接触摩擦抵抗が、前記第２のＸホイールと前記球体との摩擦抵抗および前記第２のＹホイールと前記球体との接触摩擦抵抗よりも大きく、前記各モータにより、前記第２のＸホイールと前記第２のＹホイールに回転力が与えられたときに、手で操作されている前記球体と前記第２のＸホイールおよび前記球体と前記第２のＹホイールとがスリップ可能であることを特徴とするコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゲーム用などとして使用されるコントローラに係り、特に手で操作する部分に負荷を与えることができるコントローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゲーム用などのコントローラであって、操作部に負荷を与えることができる従来のコントローラの一例としては、米国特許（Ｎｏ．５，７８１，１７２）に開示されているものがある。
【０００３】
上記コントローラは、トラックボールタイプの入力装置であり、手で直接操作する球体に、検出部と、駆動部とが設けられている。前記球体に円盤状のホイールが接触し、前記ホイールには回転中心軸となるシャフトが固定されている。球体を回転操作するとホイールおよびシャフトが一緒に回転するようになっている。このシャフトに検出部となる位置センサが取付けられ、さらにこの同じシャフトに駆動部となるモータが同軸上に取り付けられている。上記のホイール、シャフト、検出部および駆動部とが一体に構成されたものが２組設けられ、球体がＸ軸を中心として回転すると、一方の組のホイールとシャフトが回転し、球体がＹ軸を中心として回転すると、他方の組のホイールとシャフトとが回転する。
【０００４】
使用者が球体を所望の方向へ回転させると、Ｘ軸回りのシャフトの回転およびＹ軸回りのシャフトの回転とが位置センサにより出力され、球体の回転量または回転速度の情報がゲーム機本体やパーソナルコンピュータなどに与えられる。またゲーム機本体やパーソナルコンピュータからの指令により駆動部でモータが駆動されると、その回転動力がそれぞれのシャフトに作用し、球体にＸ軸回りおよび／またはＹ軸回りの回転が与えられ、使用者が球体を介して前記動力を感じることができる。これによりゲームの進行状況に応じた負荷を手で感じることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のコントローラでは、検出部と駆動部およびホイールが同じシャフトに固定されて設けられているため、駆動部を駆動させて球体に対して負荷を与えているときに球体を操作しても、検出部ではその操作に応じた信号を正確に検出させることが難しい。
【０００６】
すなわち、駆動部を駆動させることによって球体を回転させることはできるが、前記回転と同時に操作者が球体を操作してその操作に応じた信号をホイールから検出部へ通知させようとしても、駆動部と検出部とは同じシャフト上に設けられているため不可能である。例えば、駆動部によりシャフトが一定方向へ回転し、これにより球体に回転負荷が与えられているときに、操作者が前記駆動回転に対して逆向きの回転を球体へ与えようとしても、ホイールと球体とがスリップするだけであり、シャフトは前記駆動方向へ回転し続け検出部も同じ方向へ回転し続ける。よって、球体に与えた前記逆向きの回転操作を前記検出部で検出させることはできない。
【０００７】
実際、球体を使用したコントローラ（トラックボール）では、構造上球体とホイールとのスリップ現象は避けることができない。上記のように、検出部と駆動部が同軸上にあると、駆動部からの回転の方向と操作者による回転の方向とが異なっている場合、球体とホイールとの接触部分でスリップが発生し、操作者による球体の回転操作を正確に検出することができなくなる。これは駆動部の回転の影響を受けてしまうためである。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、回転体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を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のコントローラは、手で操作される球体と、この球体に接触して前記球体の回転に応じた信号を出力するＸ軸検出部およびＹ軸検出部と、前記各検出部と独立して回転するとともに前記球体に接触して前記球体に回転負荷を与えるＸ軸駆動部およびＹ軸駆動部とを有し、
前記Ｘ軸検出部には、前記球体に接触し回転軸がＸ軸方向に向けられた第１のＸホイールと、前記第１のＸホイールの回転に応じた信号を得るＸ軸センサとが設けられ、
前記Ｙ軸検出部には、前記球体に接触し回転軸が前記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に向けられた第１のＹホイールと、前記第１のＹホイールの回転に応じた信号を得るＹ軸センサとが設けられ、
前記Ｘ軸駆動部には、前記球体を挟んで前記第１のＸホイールと対向する側で前記球体に接触し回転軸が前記Ｘ軸方向に向けられた第２のＸホイールと、前記第２のＸホイールに回転力を与えるモータとが設けられ、
前記Ｙ軸駆動部には、前記球体を挟んで前記第１のＹホイールと対向する側で前記球体に接触し回転軸が前記Ｙ軸方向に向けられた第２のＹホイールと、前記第２のＹホイールに回転力を与えるモータとが設けられており、
前記第１のＸホイールと前記球体との接触摩擦抵抗および前記第１のＹホイールと前記球体との接触摩擦抵抗が、前記第２のＸホイールと前記球体との摩擦抵抗および前記第２のＹホイールと前記球体との接触摩擦抵抗よりも大きく、前記各モータにより、前記第２のＸホイールと前記第２のＹホイールに回転力が与えられたときに、手で操作されている前記球体と前記第２のＸホイールおよび前記球体と前記第２のＹホイールとがスリップ可能であることを特徴とするものである。
【００１１】
上記手段により、駆動部から回転体に対して負荷が与えられているときでも回転体を操作して回転体の回転に応じた信号を検出部から出力させることができる。この場合、回転体と駆動部との接触部分がスリップするため、回転体が前記駆動部の負荷を受け続けている状態で、回転体に対して任意の方向への回転を与えたときに、回転体が独立して任意の方向へ回転でき、その結果検出部から前記回転体の回転に応じた信号を出力させることができる。しかも、駆動部（動力伝達部）と検出部が独立して設けられているため、駆動部による駆動回転の方向と操作者による回転の方向が異なっている場合でも、回転体と、検出部側の回転体との接触部分とのスリップが最小限に抑えられ（このとき回転体と動力伝達部とはスリップしている）、回転体の回転を正確に検出することができる。
【００１３】
例えば駆動部から球体に対して負荷が与えられている場合でも、上記したように前記負荷による球体の回転方向とは逆方向に球体を回転操作することにより、球体と駆動部との接触部分をスリップさせながら球体の回転に応じた信号を検出部から出力させることができる。また、駆動部から球体に対して周期的に回転方向を変化させて得られる振動がかけられている場合でも、前記と同様に球体と駆動部との接触部分をスリップさせながら球体を任意の方向へ回転させてその回転に応じた信号を出力させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のコントローラを図１ないし図３を参照して説明する。図１は本発明のコントローラが組込まれた入力装置の外観を示す平面図、図２は本発明のコントローラが組込まれた他の入力装置の外観を示す平面図、図３はコントローラの内部構造を示すブロック図である。
【００１５】
図１に示す本発明のコントローラ１は、ゲームパッド（入力装置）１０用などとして使用されるものである。このゲームパッド１０は、筐体４の左右に手で握ることが可能な大きさの握り部５，５が形成され、さらに筐体４の一方の上面側には前記コントローラ１が設けられている。
【００１６】
このコントローラ１には、操作体および回転体の一例として球体１ａが設けられており、前記球体１ａの赤道近傍すなわち筐体４から球体１ａが抜け出ない位置から突出して筐体４の内部で回転可能に取り付けられている。また筐体４の他方の上面側にはオン・オフの切替えが可能なボタン型のスイッチが複数個配設された入力部２が設けられている。
【００１７】
前記コントローラ１は、ゲーム機本体やパーソナルコンピュータの画面に表示された例えばキャラクタなどの操作対象を所望の方向へ移動させる方向キーとしての役割を果たし、また前記入力部２は、例えばキャラクタにアクションをさせる役割を果たすなどの機能を与えることができる。
【００１８】
また図２に示すゲームパッド（入力装置）２０は、図１とほぼ同じ形状の筐体４を有しており、筐体４の上面側の中央に前記と同様なコントローラ１が設けられている。また筐体４の一方の上面側には前記と同様な入力部２が設けられ、他方の上面側には方向キー等としての機能を有するオン・オフ切替え式のスイッチからなる入力部３が設けられている。
【００１９】
前記ゲームパッド２０では、入力部２と入力部３はいずれも方向キーやその他の機能を入力するものであり、ゲームの内容等に応じてコントローラ１および入力部２と入力部３とを使い分けることができる。
【００２０】
図３に示すように、本発明のコントローラ１は、操作体および回転体である球体１ａ、Ｘ軸検出部８Ｘ、Ｙ軸検出部８Ｙ、Ｘ軸駆動部９Ｘ、Ｙ軸駆動部９Ｙおよび制御部１７により構成されている。
前記球体１ａの四方にＸ軸検出部８Ｘ、Ｙ軸検出部８Ｙ、Ｘ軸駆動部９ＸおよびＹ軸駆動部９Ｙが設けられ、これらはすべて制御部１７で制御される。
【００２１】
前記Ｘ軸検出部８Ｘは、Ｘ軸センサ１１ｘとホイール１３ｘとが共通のシャフト１５ｘに取付けられている。ホイール１３ｘは、円盤状に形成されているものであり、この円盤の側面が球体１ａの曲面の一部に接触している。またホイール１３ｘにはシャフト１５ｘが固定され、このシャフト１５ｘがＸ軸センサ１１ｘに接続されている。Ｘ軸センサ１１ｘは、光学式や磁気式のエンコーダタイプあるいはボリューム（回転可変抵抗器）タイプ等である。
【００２２】
例えば図示していないが、エンコーダタイプとしては、周囲に等間隔にスリットが形成された円板をその中心で前記シャフト１５ｘと固定し、前記円板を挟んで対向する位置に発光部と受光部とを設けて光の透過状態の変化によって円板の回転方向や回転速度が検出される構造である。球体１ａを回転させるとホイール１３ｘが回転し、前記ホイール１３ｘの回転がシャフト１５ｘに伝達され、さらにＸ軸センサ１１ｘにより前記回転に応じた信号が出力され、この信号が制御部１７に通知される。
【００２３】
前記Ｘ軸検出部８Ｘと球体１ａを挟んで対向する側に、Ｘ軸駆動部９Ｘが設けられている。前記Ｘ軸駆動部９Ｘは、Ｘ軸モータ１２ｘとホイール１４ｘとシャフト１６ｘとで構成されている。ホイール１４ｘは、円盤状に形成されているものであり、この円盤の側面が球体１ａの曲面の一部に接触して回転可能に取り付けられている。またホイール１４ｘにはシャフト１６ｘが固定されており、このシャフト１６ｘはＸ軸モータ１２ｘで駆動される。前記ホイール１４ｘの球体１ａへの接触位置と、前記ホイール１３ｘの球体１ａへの接触位置とは、球体１ａの中心を通って対向する位置に直線上に設けられている。またＸ軸駆動部９Ｘは制御部１７と接続されている。
【００２４】
さらに、前記Ｘ軸駆動部９Ｘのホイール１４ｘと球体１ａとは、その接触部分がスリップ可能に形成されている。この場合前記両者をスリップさせるために、球体１ａとホイール１４ｘとの材質はＸ軸駆動部９Ｘからの球体１ａへの駆動力の伝達を損わない範囲において適宜選択、調整することができる。また、ホイール１３ｘは、ホイール１４ｘよりも球体１ａとの接触摩擦抵抗が高い材料で形成される。
【００２５】
またＹ軸検出部８ＹおよびＹ軸駆動部９Ｙは、Ｘ軸検出部８ＸおよびＸ軸駆動部９Ｘと同じ構造であり、それぞれＸ軸検出部８Ｘと直交する位置、Ｘ軸駆動部９Ｘと直交する位置に配置されている。すなわちＸ軸検出部８Ｘ、Ｙ軸駆動部９Ｙ、Ｘ軸駆動部９Ｘ、Ｙ軸検出部８Ｙが順番に時計回り方向にそれぞれが９０度の等間隔で設けられている（図３参照）。またＹ軸駆動部９Ｙのホイール１４ｙと球体１ａとは、前記と同様にその接触部分がスリップ可能に形成され、球体１ａに対する接触摩擦抵抗は、ホイール１３ｙの方がホイール１４ｙよりも大きい。
【００２６】
次に、本発明のコントローラ１の動作について説明する。
球体１ａを、所望の方向例えば図３に示すＸ軸方向（Ｙ軸回り）へ回転させることにより球体１ａに接触しているホイール１３ｘが回転する。なお、この場合のＸ軸方向とは、図３に示す球体１ａをｘ（−）方向から球体１ａの上端を通ってｘ（＋）方向、またはその逆方向への回転操作を意味する。また球体１ａをＹ軸方向（Ｘ軸回り）へ回転させることによりホイール１３ｙが回転する。この場合のＹ軸方向とは、図３に示す球体１ａをｙ（−）方向から球体１ａの上端を通ってｙ（＋）方向、または前記とは逆方向への回転操作を意味する。また球体１ａをα方向へ回転させることによりホイール１３ｘと１３ｙの双方が同時に回転する。このホイール１３ｘ，１３ｙの回転が、シャフト１５ｘ，１５ｙを介してＸ軸センサ１１ｘ、Ｙ軸センサ１１ｙに伝達される。
【００２７】
前記回転力によりＸ軸センサ１１ｘから回転検出信号が出力され、ラインＬ１を通って制御部１７に通知される。同様にＹ軸センサ１１ｙからの回転検出信号が、ラインＬ２を通って制御部１７に通知される。
【００２８】
前記制御部１７では、前記センサ１１ｘ，１１ｙから通知された回転検出信号が、球体１ａの回転方向および回転量（および／または回転速度）に関する情報として処理され、その情報がゲーム機本体やパーソナルコンピュータに与えられる。なお、制御部１７がゲーム機本体やパーソナルコンピュータ側に設けられていてもよい。
前記制御部１７からゲーム機本体などへ与えられる情報は、ゲーム機本体またはパーソナルコンピュータにより、例えば画面に表示されたキャラクタ等を移動させるための相対座標データに変換される。
【００２９】
また球体１ａに負荷を与える場合には、制御部１７から通知される信号によってＸ軸駆動部９Ｘおよび／またはＹ軸駆動部９Ｙを駆動させる。この場合、Ｘ軸駆動部９Ｘでは、制御部１７からの信号はラインＬ３を通ってＸ軸モータ１２ｘに通知され、前記Ｘ軸モータ１２ｘの駆動力によりシャフト１６ｘおよびホイール１４ｘが回転させられ、この回転駆動力が球体１ａに伝達される。またＹ軸駆動部９Ｙでは、制御部１７からの信号はラインＬ４を通ってＹ軸モータ１２ｙに通知され、前記Ｙ軸モータ１２ｙの駆動力によりシャフト１６ｙおよびホイール１４ｙが回転させられ、この回転駆動力が球体１ａに伝達される。
【００３０】
この場合、Ｘ軸駆動部９Ｘを駆動させることにより、球体１ａはＸ軸方向へ回転しようとし、またはＹ軸駆動部９Ｙを駆動させることにより、球体１ａはＹ軸方向へ回転しようとし、あるいは両駆動部９Ｘと９Ｙとを駆動させることにより、球体１ａは例えばα方向へ回転しようとする。
上記の回転駆動力により、球体１ａを操作している手に抵抗力が与えられ、例えばゲームキャラクタが受けたダメージなどを手で感じ取ることができる。
【００３１】
ここで、前記Ｘ軸駆動部９Ｘ（Ｙ軸駆動部９Ｙ）と、前記Ｘ軸検出部８Ｘ（Ｙ軸検出部８Ｙ）とは別軸で設け、互いに独立して回転できるように構成されている。よって、前記Ｘ軸駆動部９Ｘ，Ｙ軸駆動部９Ｙから球体１ａに回転力が作用している場合に、球体１ａを手で操作すると、球体１ａとＸ軸駆動部９Ｘのホイール１４ｘとの接触部分または球体１ａとＹ軸駆動部９Ｙのホイール１４ｙとの接触部分がスリップする。また、球体１ａとＸ軸検出部８Ｘのホイール１３ｘとの接触部分、及び球体１ａとＹ軸検出部８Ｙのホイール１３ｙとの接触部分におけるスリップは、最小限に抑えられる。
【００３２】
例えば、Ｘ軸駆動部９Ｘを駆動させてＸ軸のｘ（＋）方向への回転力を与えているときに球体１ａを前記とは逆のＸ軸のｘ（−）方向へ回転させたときに、球体１ａとホイール１４ｘとの接触部分１ｂではスリップが発生し、球体１ａの回転力がホイール１３ｘに与えられ、駆動力がＸ軸センサ１１ｘに伝達される。また、Ｙ軸方向あるいはそれ以外の方向においても前記と同様に球体１ａとホイール１４ｙとの接触部分１ｃあるいは接触部分１ｂと１ｃとでスリップが発生する。したがって、球体１ａに回転力が与えられつづけていても、これとは無関係にＸ軸センサ１１ｘおよび／またはＹ軸センサ１１ｙを動作させて、ゲームキャラクタなどを移動させることができる。
【００３３】
また本発明では、Ｘ軸駆動部９ＸやＹ軸駆動部９Ｙから球体１ａに対して、一定方向の回転力のみではなく、短かい周期で正逆両方向の回転力を与えて、球体１ａを振動させてもよい。このような振動が球体１ａに与えられているときにも、球体１ａを操作してＸ軸センサ１１ｘ（Ｙ軸センサ１１ｙ）から球体１ａの回転に応じた信号を出力させることができる。
【００３４】
上記した本発明のコントローラ１をゲーム用ソフトウエアの場面に対応させると、例えば風や川の流れなどの環境の変化において、その流れの強さや方向に応じて球体を回転させ、キャラクタ等が流れに逆らって進む場合には球体に抵抗を感じさせながら、また流れに順じて進む場合には球体からのアシストを受けて抵抗を感じさせることなく操作できる。このような場面に応じた負荷が球体１ａに与えられている場合でも、球体１ａを所望の方向へ回転操作することで同時にキャラクタも移動させることができる。
【００３５】
なお、本発明のコントローラは、上記実施の形態に限らず、例えば上記した球体に代えてローラ状の回転体であってもよく、またスリップさせる場所は、球体とホイールとの接触部分ではなく、ホイールとシャフトの連結部分、シャフトとモータとの連結部分、あるいはその他の部分であってもよい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、検出部と駆動部とを独立して回転可能に構成したことにより、回転体に負荷等が与えられている場合でも、回転体からその回転体の操作に応じた信号を正確に出力させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコントローラの外観を示す平面図、
【図２】本発明の他のコントローラの外観を示す平面図、
【図３】コントローラの内部構造を示すブロック図、
【符号の説明】
１  コントローラ
１ａ  球体
８Ｘ  Ｘ軸検出部
８Ｙ  Ｙ軸検出部
９Ｘ  Ｘ軸駆動部
９Ｙ  Ｙ軸駆動部
１１ｘ  Ｘ軸センサ
１１ｙ  Ｙ軸センサ
１２ｘ  Ｘ軸モータ
１２ｙ  Ｙ軸モータ
１３ｘ，１３ｙ，１４ｘ，１４ｙ  ホイール
１５ｘ，１５ｙ，１６ｘ，１６ｙ  シャフト
１７  制御部
【図１】
0003877457.tif 000002
【図２】
0003877457.tif 000003
【図３】
0003877457.tif 000004