(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空状に形成され、三次元座標の全ての方向に渡って回転自在に支持されたボールと、
前記ボールの所定方向への回転移動量を検出するボール移動量検出手段と、
前記ボールの内空に設けられ、前記ボール操作のために前記ボールに接触している指位置を検出する指位置検出手段と、
前記指の接触部位に応じて設定された複数の座標出力モードを有し、前記指位置検出手段による検出信号に基づいて前記複数の座標出力モードのうちの一つを選択的に切り換えて、前記ボール移動量検出手段によって検出したボールの回転移動量を前記選択した座標出力モードにおける操作信号として出力する制御手段と、
を備えたトラックボール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はボールの移動に応じた操作信号を出力するためのトラックボールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のパソコン等には、キーボードのみならずトラックボールが用いられており、画面上でポインティングディバイスを操作している。
【０００３】
ここで、通常のトラックボールは、回転自在に支持されたボールの回転移動量を例えば光学式センサ等によって検出し、検出したボールの回転移動量を操作信号として出力するようになっており、所謂二次元座標の操作信号（ポインティングディバイスの操作信号）を出力することができるように構成されている。
【０００４】
しかしながら、このような従来のトラックボールでは、例えばＸ軸及びＹ軸から成る二次元座標以外の座標系の操作信号を出力する場合には、特別に設けた機能切り換えスイッチ等によってトラックボールの移動に応じた入力モードを切り換え変更するか、あるいは別の新たな座標入力ディバイスを別途設ける必要がある。
【０００５】
また特に、このような従来のトラックボールによって三次元座標における上下方向（Ｚ軸方向）の操作信号を出力したい場合に、トラックボールを前方へ向けて移動させる（転がす）操作は、三次元座標における上方向（Ｚ軸上向き方向）動さとして出力されるが、トラックボール自体の動きとしてはこれと逆に三次元座標における下向きの動きである。すなわち、操作者のトラックボール操作方向（トラックボール自体の動作方向）に対し、操作出力信号の設定が人の感性に合った自然なものとなっていなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮して成されたものであり、三次元座標における全ての軸方向に沿った移動及び軸周りの角度変位のための操作信号を出力することができ、しかもその操作が人の感性に合った自然なものとなるトラックボールを得ることが目的である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係るトラックボールは、中空状に形成され、三次元座標の全ての方向に渡って回転自在に支持されたボールと、前記ボールの所定方向への回転移動量を検出するボール移動量検出手段と、前記ボールの内空に設けられ、前記ボール操作のために前記ボールに接触している指位置を検出する指位置検出手段と、前記指の接触部位に応じて設定された複数の座標出力モードを有し、前記指位置検出手段による検出信号に基づいて前記複数の座標出力モードのうちの一つを選択的に切り換えて、前記ボール移動量検出手段によって検出したボールの回転移動量を前記選択した座標出力モードにおける操作信号として出力する制御手段と、を備えている。
【０００８】
請求項１記載のトラックボールでは、操作者によってボールが操作されると、ボール操作のために接触している指位置が指位置検出手段によって検出されると共に、ボールの所定方向への回転移動量がボール移動量検出手段によって検出される。さらに、制御手段によって、指位置検出手段による検出信号に基づいて複数の座標出力モードのうちの一つが選択的に切り換えられ、検出したボールの回転移動量が選択した座標出力モードにおける操作信号として出力される。
【０００９】
したがって、指の接触部位に応じて複数の座標出力モードを設定しておけば、機能切り換えスイッチや別の新たな座標入力ディバイスを別途設けることなく、所謂二次元座標の操作信号のみならず、三次元座標における全ての軸方向に沿った移動及び軸周りの角度変位のための操作信号を出力することが可能になる。
【００１０】
また、このトラックボールでは、三次元座標における全ての軸方向に沿った移動及び軸周りの角度変位のための操作信号を、ボール自体の動きに対応させることができる。例えば、三次元座標における上下方向（Ｚ軸方向）の操作信号を出力したい場合に、トラックボールの後面部分を前方へ向けて移動させる（転がす）操作は、三次元座標における上方向（Ｚ軸上向き方向）動作として出力され、また例えば、Ｙ軸（前後軸）周りの角度変位(所謂ローリング）の操作信号を出力したい場合に、トラックボールを左右に向けて移動させる（転がす）操作は、三次元座標における前後軸（Ｙ軸）周りの動作として出力される。
【００１１】
したがって、操作者のトラックボール操作方向（トラックボール自体の動作方向）に対する操作出力信号の設定が人の感性に合った自然なものとすることができ、使いこなすことが容易になる。
【００１２】
このように、請求項１記載のトラックボールは、三次元座標における全ての軸方向に沿った移動及び軸周りの角度変位のための操作信号を出力することができ、しかもその操作が人の感性に合ったものとなり、使いこなすことも容易になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の実施の形態に係るトラックボール１０の全体構成が概略的な縦断面図にて示されている。
【００１４】
このトラックボール１０はボール１２を備えている。ボール１２は、赤外光透過材質によってそれぞれ半球状に形成された一対の表面構造体１２Ａ、１２Ｂによって球体に構成されており、ボールベアリング１４を介してベース１６上に取り付けられている。このボール１２は、三次元座標の全ての方向に渡って回転自在に支持されており、図２にも示す如く、Ｘ軸（左右軸）、Ｙ軸(前後軸）、Ｚ軸（上下軸）のそれぞれの軸周りに回転可能となっている。
【００１５】
なお、図２においては、ボール１２のＸ軸周りの回転を矢印ａ、Ｙ軸周りの回転を矢印ｂ、Ｚ軸周りの回転を矢印ｃにて示している。
【００１６】
ボール１２を支持するボールベアリング１４のうちベース１６後方側のボールベアリング１４は、上下移動可能なボール受部１８によって保持されており、これによりボール１２をプッシュ操作することができるようにされている。
【００１７】
また、ボール１２の下面側には、後述する移動量検出のためのドットパターンが印刷されている。
【００１８】
ボール１２の内空には、基体２０が配置されている。この基体２０は、ボールベアリング２２を介してボール１２の内部に所謂浮遊状態で支持されている。すなわち、ボール１２が回転しても、基体２０はこのボール１２の回転に影響されることなくその自重等によって常に初期状態を維持するように構成されている。
【００１９】
なお、基体２０を支持するボールベアリング２２に代えて、液体を用い、基体２０を浮力によって浮かせてボール１２に対する摩擦力を低減するように構成してもよい。
【００２０】
基体２０とベース１６には、一対のマグネット２４Ａ、２４Ｂが取り付けられている。これにより、ベース１６に対する基体２０のＹ軸（上下軸）周りの回転を制限している。これにより、ベース１６を若干の傾斜面に設置した場合であってもこれに影響されることなく基体２０が安定し、あるいは、ダンピング効果を発揮することでボール１２の回転に影響されることがなく基体２０が安定するようになっている。
【００２１】
また、基体２０には、その頂上部分（すなわち、ボール１２の頂上部分に対応する部位）に、指位置検出センサ（Ｔｏｐ）２６が設けられている。この指位置検出センサ（Ｔｏｐ）２６は、赤外線発光素子及び受光素子から構成されており、赤外光を透過するボール１２を通して、このボール１２に指が接触しているかどうかを指からの反射光に基づいて検出することができる構成である。さらに、基体２０の前面部分、後面部分、右面部分、及び左面部分（すなわち、ボール１２の各部分に対応する部位）には、前述と同様の指位置検出センサ（Ｆｒ）２６、指位置検出センサ（Ｒｒ）２６、指位置検出センサ（Ｒｉ）２６、指位置検出センサ（Ｌｆ）２６がそれぞれ設けられており、ボール１２の各部に指が接触しているかどうかを検出することができる構成である。これらの、指位置検出センサ２６は、制御手段を構成する信号処理回路２８に接続されており、この信号処理回路２８によって各指位置検出センサ２６からの信号をシリアル信号に変換処理することができる。
【００２２】
また、信号処理回路２８には基体２０に設けられた電力受給用コイル３０が接続されており、さらに、この電力受給用コイル３０に対向してベース１６には電力送電用コイル３２が設けられている。電力送電用コイル３２に供給された交流電力によって電力受給用コイル３０を介して信号処理回路２８に駆動電力が供給されるようになっている。
【００２３】
さらに、信号処理回路２８には信号出力用のＬＥＤ３４が接続されており、さらに、このＬＥＤ３４に対向してベース１６には信号受信用のフォトトランジスタ３６が設けられている。信号処理回路２８によって駆動されたＬＥＤ３４からのシリアル信号をフォトトランジスタ３６によって受信することができるようになっている。
【００２４】
フォトトランジスタ３６は、制御手段としての総合処理回路３８に接続されている。これにより、フォトトランジスタ３６によって受信したシリアル信号は、総合処理回路３８に伝達されるようになっている。
【００２５】
ここで、総合処理回路３８には、図３に示す如き複数の「座標出力モード」(動作モード）が設定されており、前述したシリアル信号に基づいて何れかの「座標出力モード」を選択する。例えば、ボール１２の頂上部分に対応する指位置検出センサ（Ｔｏｐ）２６が指を検出した場合には、「座標出力モード」のうち「Ｂモード」が選択され、また例えば、ボール１２の前面部分及び後面部分に対応する指位置検出センサ（Ｆｒ）２６及び指位置検出センサ（Ｒｒ）２６が指を検出した場合には、「座標出力モード」のうち「Ｆモード」が選択される構成である。また、「座標出力モード」が一旦選択されると、操作が継続するかぎり「座標出力モード」は切り替わらないようになっている。
【００２６】
さらに、図３の「座標出力モード」に示す如く、何れのセンサも指を検出しない場合（指が一旦離れた場合）には、「キャンセルモード」となり、次の新たな座標出力モードの選択が行われる。
【００２７】
また、ベース１６のボール１２下面に対向する位置には、ボール移動量検出手段としての画像認識部４０が配置されている。この画像認識部４０は、ボール１２の表面に印刷されたドットパターンを光学的に検出することにより、ドットパターンの移動量に基づいてボール１２のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りのそれぞれの移動量を検出することができる。この画像認識部４０も総合処理回路３８に接続されており、ボール１２の移動量に応じた操作信号を算出しコンピューターへ出力することができるようになっている。
【００２８】
なお、ドットパターンをボール１２の内周壁に設け、画像認識部４０を基体２０に内蔵すると共にこの画像認識部４０の検出信号を信号処理回路２８に出力(供給）するように構成することもできる。
【００２９】
またここで、総合処理回路３８には、図４に示す如き「モード別の三次元座標移動方向」が設定されており、前述の如く選択した「座標出力モード」にしたがって、ボール１２の移動方向に応じた操作信号を出力することができるようになっている。なお、図４の「モード別の三次元座標移動方向」に示す「Ｘ＋」や「Ｚ−」等の記号は、図５に示す三次元座標上の矢印及び記号にそれぞれ対応している。
【００３０】
例えば、「座標出力モード」として「Ｂモード」が選択された場合には、図２に示すボール１２の矢印「ａ＋」方向の移動（Ｘ軸周りの回転）は、図５の「Ｙ＋」方向の移動として操作信号が出力され、図２に示すボール１２の矢印「ｂ＋」方向の移動（Ｙ軸周りの回転）は、図５の「Ｘ＋」方向の移動として操作信号が出力される。また例えば、「座標出力モード」として「Ｆモード」が選択された場合には、図２に示すボール１２の矢印「ａ＋」方向の移動（Ｘ軸周りの回転）は、図５の「Ｐｉ＋」方向の移動として操作信号が出力され、図２に示すボール１２の矢印「ｃ＋」方向の移動（Ｚ軸周りの回転）は、図５の「Ｙａ＋」方向の移動として操作信号が出力される構成である。
【００３１】
なお、図４の「モード別の三次元座標移動方向」において、(ア）項に「Ｒｏ＋」、（イ）項に「Ｐｉ−」を追加して構成することもできる。
【００３２】
また、上下移動可能にボールベアリング１４を支持するボール受部１８の直下には、プッシュエンタースイッチ４２が設けられている。このプッシュエンタースイッチ４２も総合処理回路３８に接続されており、ボール１２をプッシュ操作することによりプッシュエンター信号を出力することができる構成である。
【００３３】
なお、このプッシュエンタースイッチ４２を複数設け、複数(多数）の機能に対応させることも可能である。
【００３４】
次に本実施の形態の作用を説明する。
【００３５】
以上の構成のトラックボール１０では、操作者によってボール１２が操作されると、ボール操作のために接触している指が各指位置検出センサ２６によって検出される。検出された指位置信号は、信号処理回路２８によってシリアル信号に変換処理され、ＬＥＤ３４及びフォトトランジスタ３６を介して総合処理回路３８に伝達され、コンピューターへ出力される。さらに、ボール１２の所定方向への回転移動量が画像認識部４０によって検出されて総合処理回路３８に伝達され、ボール１２の移動量に応じた操作信号がコンピューターへ出力される。
【００３６】
ここで、総合処理回路３８は、各指位置検出センサ２６によって検出され信号処理回路２８から送られた指位置信号に基づいて、複数の座標出力モードのうちの一つを選択的に切り換え、検出したボール１２の回転移動量を選択した座標出力モードにおける操作信号として出力する。
【００３７】
例えば、操作者が指をボール１２の頂上部分にのみ接触させてボール１２を操作した場合には、指位置検出センサ（Ｔｏｐ）２６がこれを検出し、「頂上部検出信号」が総合処理回路３８に伝達される。総合処理回路３８は、この「頂上部検出信号」に基づいて、図３に示す「座標出力モード（動作モード表）」により座標出力モードが「Ｂモード」であると判断し、前記ボール１２の移動量を「Ｂモード」における操作信号として出力する。すなわち、図２に示すボール１２の矢印「ａ＋」方向の移動（Ｘ軸周りの回転）は、図５の「Ｙ＋」方向の移動として操作信号が出力され、図２に示すボール１２の矢印「ｂ＋」方向の移動（Ｙ軸周りの回転）は、図５の「Ｘ＋」方向の移動として操作信号が出力される。（ボール１２の矢印「ｃ＋」方向の移動は無視する。）
また例えば、操作者が指をボール１２の前面部分及び後面部分に接触させて（摘んで）ボール１２を操作した場合には、指位置検出センサ（Ｆｒ）２６及び指位置検出センサ（Ｒｒ）２６がこれを検出し、「前後面部検出信号」が総合処理回路３８に伝達される。総合処理回路３８は、この「前後面部検出信号」に基づいて、図３に示す「座標出力モード（動作モード表）」により座標出力モードが「Ｆモード」であると判断し、前記ボール１２の移動量を「Ｆモード」における操作信号として出力する。すなわち、図２に示すボール１２の矢印「ａ＋」方向の移動（Ｘ軸周りの回転）は、図５の「Ｐｉ＋」方向の移動として操作信号が出力され、図２に示すボール１２の矢印「ｃ＋」方向の移動（Ｚ軸周りの回転）は、図５の「Ｙａ＋」方向の移動として操作信号が出力される。（ボール１２の矢印「ｂ＋」方向の移動は無視する。）
さらに、全ての指位置検出センサ２６が指を検出せずボール１２の移動も無い場合には、その直前に選択された座標出力モードでの作動を停止し、初期状態に復帰する。すなわち、指をボール１２から離すまでは、ボール１２を移動させ始めた時点の「座標出力モード」で作動し、他の座標出力モードで操作する場合には一旦ボール１２から指を離すことで座標出力モードの設定をキャンセルし、新たに指を接触することで次ぎの座標出力モードに移行する。
【００３８】
ボール１２を操作して操作信号を出力した後には、ボール１２をプッシュ操作することにより、プッシュエンタースイッチ４２が作動してプッシュエンター信号が出力される。
【００３９】
このように、本実施の形態に係るトラックボール１０では、指の接触部位に応じた複数の座標出力モードが設定されており、これにより、従来の如く機能切り換えスイッチや別の新たな座標入力ディバイスを別途設けることなく、所謂二次元座標の操作信号のみならず、三次元座標における全ての軸方向に沿った移動及び軸周りの角度変位のための操作信号を出力することが可能になる。
【００４０】
また、このトラックボール１０では、三次元座標における全ての軸方向に沿った移動及び軸周りの角度変位のための操作信号を、ボール１２自体の動きに対応させることができる。例えば、三次元座標における上下方向（Ｚ軸方向）の操作信号を出力したい場合に、指をボール１２の後面部分にのみ接触させて「Ｃモード」を選択し、この「Ｃモード」においてボール１２を前方へ向けて移動させる（転がす）操作は、三次元座標における上方向（Ｚ軸上向き方向）動作として出力される。また例えば、Ｙ軸（前後軸）周りの角度変位(所謂ローリング）の操作信号を出力したい場合に、指をボール１２の左右両面部分に接触させて(摘んで）「Ｇモード」を選択し、この「Ｇモード」においてボール１２を左右に向けて移動させる（転がす）操作は、三次元座標におけるＹ軸（前後軸）周りの動作として出力される。
【００４１】
したがって、操作者のトラックボール１０の操作方向（ボール１２自体の動作方向）に対する操作出力信号の設定が人の感性に合った自然なものとすることができ、使いこなすことが容易になる。
【００４２】
このように、本実施の形態に係るトラックボール１０は、三次元座標における全ての軸方向に沿った移動及び軸周りの角度変位のための操作信号を出力することができ、しかもその操作が人の感性に合ったものとなり、使いこなすことも容易になる。
【００４３】
なお、前述した実施の形態においては、各指位置検出センサ２６によって検出され信号処理回路２８から送られた指位置信号に基づいて、総合処理回路３８が複数の座標出力モードのうちの一つを選択的に切り換える構成としたが、これに限らず、「座標出力モード」の選択・判断は出力先のコンピューターによって行い、総合処理回路３８は信号を出力するのみの構成としてもよい。
【００４４】
次に、本発明の参考例に係るトラックボール５０について説明する。なお、前述した実施の形態と基本的に同一の部品には前記実施の形態と同一の符号を付与し、その説明を省略する。
【００４５】
図６には参考例に係るトラックボール５０の全体構成が斜視図にて示されており、図７にはトラックボール５０の全体構成が側面図にて示されている。
【００４６】
トラックボール５０は、基本的には前述した実施の形態に係るトラックボール１０と同様の構成であるが、ベース５２に支持されたボール５４は、その頂上部分及び前方部分のみを操作可能となっている。また、ベース５２の最前部には、赤外線発光素子及び受光素子から構成される指位置検出センサ５６が設けられており、ボール５４の前面部分を操作する際の指の有無を検出することができる。
【００４７】
ここで、指位置検出センサ５６が指を検出せずにボール５４が回転した場合には、ボール５４の矢印「ａ＋」方向の移動（Ｘ軸周りの回転）は、図５の「Ｙ＋」方向の移動として操作信号が出力され、ボール５４の矢印「ｂ＋」方向の移動（Ｙ軸周りの回転）は、図５の「Ｘ＋」方向の移動として操作信号が出力される。（ボール５４の矢印「ｃ＋」方向の移動は無視する。）すなわち、前述した実施の形態に係るトラックボール１０の「Ｂモード」に相当する。
【００４８】
一方、指位置検出センサ５６が指を検出してボール５４が回転した場合には、ボール５４の矢印「ａ＋」方向の移動（Ｘ軸周りの回転）は、図５の「Ｚ−」方向の移動として操作信号が出力され、ボール５４の矢印「ｃ＋」方向の移動（Ｚ軸周りの回転）は、図５の「Ｘ＋」方向の移動として操作信号が出力される。（ボール５４の矢印「ｂ＋」方向の移動は無視する。）すなわち、前述した実施の形態に係るトラックボール１０の「Ａモード」に相当する。
【００４９】
なお、前述の如く指位置検出センサ５６が指を検出してボール５４が回転した場合に、アプリケーションにより、ボール５４の矢印「ａ＋」方向の移動（Ｘ軸周りの回転）を、図５の「Ｐｉ−」方向の移動として操作信号を出力し、ボール５４の矢印「ｃ＋」方向の移動（Ｚ軸周りの回転）を、図５の「Ｙａ＋」方向の移動として操作信号を出力するように構成してもよい。すなわち、前述した実施の形態に係るトラックボール１０の「Ｂモード」と「Ｆモード」とを組み合わせた構成としてもよい。
【００５０】
以上の構成のトラックボール５０では、指の接触部位に応じた複数の座標出力モードが設定されており、これにより、従来の如く機能切り換えスイッチや別の新たな座標入力ディバイスを別途設けることなく、所謂二次元座標の操作信号のみならず、三次元座標における全ての軸方向に沿った移動及び軸周りの角度変位のための操作信号を出力することが可能になる。
【００５１】
また、このトラックボール５０においても、ボール５４の操作方向（ボール５４自体の動作方向）に対する操作出力信号の設定が人の感性に合った自然なものとすることができ、使いこなすことが容易になる。
【００５２】
さらに、このトラックボール５０では、指の有無を検出するための指位置検出センサ５６をボール５４の外部に設けた構成であるため、ボール５４すなわちトラックボール５０の小型化及び低コスト化が可能になる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明した如く本発明に係るトラックボールは、三次元座標における全ての軸方向に沿った移動及び軸周りの角度変位のための操作信号を出力することができ、しかもその操作が人の感性に合った自然なものとなり、使いこなすことが容易になるという優れた効果を有している。
【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全体構成を示す概略的な縦断面図である。
【図２】  本発明の実施の形態に係るトラックボールにおけるボールの操作方向及びボールの移動方向を示す斜視図である。
【図３】  本発明の実施の形態に係るトラックボールにおいて設定された「指位置検出パターン」と「座標出力モード」との対応を示す関係図である。
【図４】  本発明の実施の形態に係るトラックボールの三次元座標における「座標出力モード」と「ボール移動方向」との対応を示す関係図である。
【図５】  本発明の実施の形態に係るトラックボールからの操作信号によって移動する三次元座標上の移動方向を示す斜視図である。
【図６】  本発明の参考例に係るトラックボールの全体構成を示す斜視図である。
【図７】  本発明の参考例に係るトラックボールの全体構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１０    トラックボール
１２    ボール
１６    ベース
２０    基体
２６    指位置検出センサ（指位置検出手段）
２８    信号処理回路（制御手段）
３８    総合処理回路（制御手段）
４０    画像認識部（ボール移動量検出手段）
５０    トラックボール
５２    ベース
５４    ボール
５６    指位置検出センサ（指位置検出手段）
【図１】
0004132463.tif 000002
【図２】
0004132463.tif 000003
【図３】
0004132463.tif 000004
【図４】
0004132463.tif 000005
【図５】
0004132463.tif 000006
【図６】
0004132463.tif 000007
【図７】
0004132463.tif 000008