(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ中央に丸穴を有する半球状の隆起したケースと、前後左右に自在に摺動するようにケースの上面に外装した浅い半球状部およびその中央下面に突出してケースの丸穴を貫通した軸状突起からなるツマミと、ツマミの軸状突起にガイドされ、ツマミの半球状部との間にケースの丸穴周縁部を挟み込む略円錐形のカムと、カムの斜面をケースの丸穴周縁部に圧接するバネと、ツマミの軸状突起下端と係合し、ツマミの一方向の動作に連動する第１の摺動体およびこれと連動する第１の位置検出部と、ツマミの軸状突起下端と係合し、第１の摺動体と直交する方向の動作に連動する第２の摺動体およびこれと連動する第２の位置検出部からなる座標入力装置。
【請求項２】
略円錐形のカムの斜面の途中に段差を設けるか、または斜面の角度を途中で変えた構成とした請求項１記載の座標入力装置。
【請求項３】
ツマミの軸状突起が係合する摺動体の孔の巾方向対辺の片側に弾力性をもたせて軸状突起先端を挟持させる構成とした請求項１または２記載の座標入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主に映像機器やゲーム機器に用いられ、ブラウン管や液晶表示装置に表示されるカーソルの移動やモード切り換え等に使用される座標入力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術を図６により説明する。
【０００３】
図６は座標入力装置であるトラックボール、またはマウスの内部の構成を示したものであり、図６において２０はボール、２１と２４は軸、２２と２５は遮光板、２３と２６は透過型フォトセンサ、２７はローラである。
【０００４】
軸２１と２４及びローラ２７はケースに回動可能な状態で嵌合しており、遮光板２２と２５とは軸２１，２４にそれぞれ固定され、軸２１，２４と共に回動する。
【０００５】
遮光板２２と２５にはそれぞれ放射状にスリットが設けてあり、透過型フォトセンサ２３と２６により遮光板の回動量を検知し、ボール２０の移動量や移動方向を検知することができ、上記ボール２０は軸２１と２４及びローラ２７にそれぞれ接している。
【０００６】
このように構成された従来の座標入力装置において、ボール２０を動かすと軸２１，２４及び遮光板２２，２５が連動し、これによってボール２０の移動量及び移動方向を検知することができる。
【０００７】
例えば、図６においてａ方向にボール２０を動かすと、軸２１のみが回転し、軸２４は回転しない。逆にｂ方向では軸２４のみが回転し、軸２１は回転しない。また、ａ方向やｂ方向に対して斜めに動かすと、軸２１と２４はそれぞれａ方向成分、ｂ方向成分だけ回転する。
【０００８】
このようにボール２０の動きを直交する２つの動作に分けて検出するように構成されたものであった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成の座標入力装置では、ボール２０と軸２１，２４とが滑るという問題があり、ボール２０と軸２１，２４とがわずかでも滑ると、ボール２０の動きが全て軸２１，２４に伝わらないために正確な座標を得ることができず、例えばボール２０を動かし円を描いて入力しても、出力されてくるのは楕円のようになってしまうという課題を有していた。
【００１０】
この対策として、ボール２０を滑りにくいゴム質にしたり、軸２１，２４にローレットを切る等の方法があるが、ボール２０にゴミが付着したり、軸２１，２４が非常に高価なものになるなどして完全ではなく、また、人の手の動きを考えるとボール２０はなるべく大きい方が動かし易いが、それに伴い座標入力装置の厚さも増えてしまうという欠点があった。
【００１１】
さらに、コスト的に見ても、ボール２０、軸２１，２４、軸受、遮光板２２，２５、透過型フォトセンサ２３，２６等はそれぞれが高価な物であるため、製品としては自ずから高価な物となってしまうという課題を有していた。
【００１２】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、手の動きが正確に検知でき、薄型でコストパフォーマンスの高い座標入力装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、トラックボールのボールを大きくし、そのボールの一部を切り取り、その動きを検出すると共に、そのボールの一部を中央に自動復帰させるようにしたものであり、半球状の隆起を設け中央に丸を有するケースと、中央下面に有する軸状突起をケースの丸穴に貫通すると共に、ケースの隆起に外接する浅い半球状のツマミと、ケースの丸穴周縁部をツマミと円錐形の斜面とで挟み込む円錐形のカムと、カムをケースに圧接するバネと、ツマミの下端と係合し連動する第１の摺動体と、これと直交連動する第２の摺動体と、それぞれの摺動体の位置検出部とで構成したものである。
【００１４】
これにより、手の動きを正確に検出でき、動作部が中央に自動復帰できる、薄型でコストパフォーマンスの高い座標入力装置を提供できるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、ほぼ中央に丸穴を有する半球状の隆起したケースと、前後左右に自在に摺動するようにケースの上面に外装した浅い半球状部およびその中央下面に突出してケースの丸穴を貫通した軸状突起からなるツマミと、ツマミの軸状突起にガイドされ、ツマミの半球状部との間にケースの丸穴周縁部を挟み込む略円錐形のカムと、カムの斜面をケースの丸穴周縁部に圧接するバネと、ツマミの軸状突起下端と係合し、ツマミの一方向の動作に連動する第１の摺動体およびこれと連動する第１の位置検出部と、ツマミの軸状突起下端と係合し、第１の摺動体と直交する方向の動作に連動する第２の摺動体およびこれと連動する第２の位置検出部からなる構成としたものであり、球面上を摺動するツマミの動きを２つの摺動体により位置を検出すると共に、ツマミを中央にスムーズに自動復帰させ、ツマミの正確な位置を検出でき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、略円錐形のカムの斜面の途中に段差を設けるか、または斜面の角度を途中で変えた構成としたものであり、好みの操作フィーリングを得ることが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１または２記載の発明において、ツマミの軸状突起が係合する摺動体の孔の巾方向対辺の片側に弾力性をもたせて軸状突起先端を挟持させる構成としたものであり、電気信号のヒステリシスを無くすることができるという作用を有する。
【００１８】
以下、本発明の一実施の形態について図１から図５を用いて説明する。
図１は同実施の形態における座標入力装置の断面斜視図、図２及び図３は同装置の動作を示す正面断面図、図４はカバー１１を取り除いた裏面図、図５はツマミと摺動体との連動状態を説明する概念図である。
【００１９】
図１〜図５において、３はケースであり、半球状の隆起３ｆ及び隆起のほぼ中央には丸孔３ａが設けられている。１は上部に浅い半球状の鍔部を有したツマミであり、その半球状の鍔部の内面がケース３の半球状の隆起３ｆに外面と接している。また１ａはツマミ１の軸状突起であり、ケース３の丸孔３ａに貫通している。
【００２０】
ツマミ１の軸状突起１ａには、軸状突起１ａと同軸方向に摺動自在に動き、ほぼ円錐形をしたカム２が係合して、ケース３の丸孔３ａの周縁部を挟み込んでいる。４はバネ、５は軸であり、ネジ６によりツマミの軸状突起１ａの底面に固定されており、これによりカム２は、ケース３の丸孔３ａの周縁部に圧接されている。
【００２１】
なお、同図では組み込みの容易さからツマミ１の軸状突起１ａと軸５が別部品で構成したものを図示しているが、軸状突起１ａと軸５とを一体とし、軸状突起１ａの一部に凹部を設け、バネ４の掛かりを設けることにより、軸５及びネジ６を省く構成とすることが可能である。
【００２２】
また、ツマミの軸状突起１ａに固定された軸５は、摺動体７及び８に設けた長孔７ａ及び８ａを貫通しており、また、ケース３には２つの位置検出部９及び１０が固定されており、摺動体７及び８の位置を電気信号に置き換える働きをしている。
【００２３】
次に、このように構成された本発明の座標入力装置の動作について説明する。
図２においてツマミ１を図中の矢印Ａ方向に移動すると、カム２もＡ方向に移動する。ところがカム２とケース３の丸孔３ａの周囲下面３ｂはバネ４により圧接されているので、カム２の円錐形の斜面により、カム２はツマミ１の下方に押し下げられ、結果としてバネ４は圧縮されることになる。
【００２４】
ツマミ１を同Ａ方向に更に移動させると、ケース３の丸孔３ａの内側３ｃにツマミ１の軸状突起１ａが当たり、それ以上はツマミ１を動かすことはできない。
【００２５】
ツマミ１を中央へ復帰させる力は、カム２の円錐形により、バネ４がリニアに圧縮されるため、ツマミ１を中央に復帰させる力もほぼリニアに増えることになる。このようにして、ツマミ１はカム２とバネ４とによりケース３の丸孔３ａの中央に自動復帰することができる。
【００２６】
一方、摺動体７はケース３に設けられた溝３ｅにはまり込むと共に、上下方向はケース３及びカバー１１に挟まれているため、一方向のみに動きが規制されている。その上、長孔７ａは摺動体７の摺動方向に対し直角方向に長孔となっているため、軸５の一方向、すなわち図４ではＸ方向のみに動くことになる。
【００２７】
また、摺動体８はケース３に設けられた溝３ｄにはまり込むと共に、摺動体７と同様に、上下方向はケース３及びカバー１１に挟まれているため、摺動体７と直交する一方向の動きだけが自在であるように配置されている。
【００２８】
その上、長孔８ａは摺動体８の摺動方向に対し直角方向に長孔となっているため、軸５の一方向、すなわち図４ではＹ方向のみに動くことになる。
【００２９】
例えば図５において、軸５が右上方向へＸ方向に対しθの角度を成してＬだけ移動した場合、摺動体７はＬｃｏｓθの移動量をとり、摺動体８はＬｓｉｎθの移動量をとる。
【００３０】
これは、Ｌ及びθの成分を持つベクトル量をＸ成分とＹ成分とに分解することと同じである。
【００３１】
以上のことから、ツマミ１すなわち操作する人の手の動きは、２つの摺動体７及び８によりＸ方向及びＹ方向に分解され、それぞれが電気信号として取り出されることが分かる。
【００３２】
また、カム２の円錐形斜面の途中に段差を設けたり、途中で角度を変えることにより、好みの操作フィーリングを得ることができる。
【００３３】
図３では、円錐形の斜面に段差２ａを設けているので、中央からどの方向へ移動する場合でも、一定のクリック感を得ることができる。
【００３４】
なお、各部品の材質については、ツマミ１はＡＢＳ、カム２はＰＯＭ、ケース３はＡＢＳ、バネ４は硬鋼線、軸５はＡＢＳ、摺動体７及び８はＰＯＭ、カバー１１はＡＢＳが適切であろう。
【００３５】
また、位置検出部９及び１０は抵抗体上をブラシが摺動するもので、摺動がスムーズで耐久性の長いものが望ましい。
【００３６】
また、カム２とケース３との当たり部分となる丸孔の周囲下面３ｂ付近及びツマミ１の軸状突起１ａと摺動体７及び８との当たり部分には、摺動をスムーズにするためにグリースを塗布することもでき、また、グリースを塗布する代わりに、カム２及び摺動体７，８にグリースやフッ素を含有した材料を使用することも考えられる。
【００３７】
また、摺動体７及び８の長孔７ａ及び８ａと軸５との間には、摺動のためにある程度の隙間が必要であり、ツマミ１と摺動体７及び８と動きのズレにより、結果的には電気信号にヒステリシスが発生する。
【００３８】
これは使われる機器により、例えば画面上のメニューを選択する等の作業では問題にならないが、画面上でこの座標入力装置を使い作画するような時に影響が現れ、フリーハンドで円を描いたはずが微妙にズレたりすることがある。
【００３９】
これを解消するためには、摺動体の長孔７ａおよび８ａと軸５との隙間を無くすることが大切であり、この手段とすれば、長孔７ａ及び８ａの幅方向の辺の片側を可動できるようにし、樹脂のヒンジの弾性力により、孔の片側に軸５を押し当てるようにする方法、または各摺動体に別ピースの押圧部とバネとを固定して同じく軸５を長孔の片側に押し当てる方法等により解決することができる。
【００４０】
また、本座標入力装置は、接続するマイコンのソフトにより画面上のカーソルをツマミ１の位置とカーソルの位置とがそれぞれ対応する絶対位置座標系と、ツマミ１の動かす方向と量とによりカーソルの移動する方向と移動スピードとが変化する相対位置座標系とのどちらにでも使用することができる。
【００４１】
また、ケース３の隆起３ｆ上を前後左右に摺動するツマミ１の曲率半径は、例えば自動車のナビゲータとして手元に置くような場合は、手の大きさから考えて約４０〜６０mm程度が適当と考える。またシステムコントローラの一部に当入力装置を組み込んだ場合、手の内側ではなく指先でコントロールするので曲率半径は２０〜３０mmが適当と考える。
【００４２】
ただしこの時は、指とツマミ１がスムーズに連動するように、ツマミ１の外側に指を受ける窪みを設けることが望ましい。
【００４３】
また、ケース３の隆起３ｆの曲率半径は、使い勝手から、無限大にすることも可能である。ケース３の隆起３ｆの曲率半径が無限大になるということは、ケース３の表面が平面になることを示す。即ち、ツマミ１はフラットな平面のケース３の上を動き、ケース３の隆起３ｆはなくなることになる。
【００４４】
なお、実施の形態として半球状に隆起したケース３と丸孔３ａ及び円錐形のカム２との組み合わせの構成として説明したが、必要に応じて箱型に近似したケースに角孔を設け、四角錐の斜面の稜線を丸みでぼかしたような形状のカムとの組み合わせや、両者の中間的な組み合わせ等の構成も可能である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は上記実施の形態より明らかなように、球面上を摺動するツマミの動きを２つの摺動体の動きに変換して位置検出すると共に、ツマミを中央にスムーズに自動復帰させるようにしたものであり、ツマミの正確な位置を検出することができる。
【００４６】
また、カムの斜面の形状によって好みの操作フィーリングを得ることができるという利点を有する。
【００４７】
そして更に、ほとんどの部品が後加工の不要な成形品で構成されているため、コストパフォーマンスの高い座標入力装置を提供できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における座標入力装置の断面斜視図
【図２】同装置の動作を示す正面断面図
【図３】同装置の中央復帰状態を示す正面断面図
【図４】同装置のカバーを取り除いた状態を示す裏面図
【図５】ツマミと摺動体との連動状態を説明する概念図
【図６】従来の座標入力装置であるトラックボールまたはマウスの内部の構成を示した平面図
【符号の説明】
１  ツマミ
１ａ  ツマミの軸状突起
２  カム
３  ケース
３ａ  ケースの丸孔
３ｂ  ケースの丸孔の周囲下面
３ｃ  ケースの丸孔の内側
３ｄ  ケースの溝
３ｅ  ケースの溝
３ｆ  ケースの隆起
４  バネ
５  軸
６  ネジ
７  第１の摺動体
７ａ  第１の摺動体の長孔
８  第２の摺動体
８ａ  第２の摺動体の長孔
９  第１の位置検出部
１０  第２の位置検出部
１１  カバー
【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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