JP2004265134A - トラックボール - Google Patents

Abstract

【課題】ボールの操作者に対して相隣接する２つのメニューの境目でクリック感を伝えること。
【解決手段】ボール（１１）と、このボールの移動を検出する画像センサ（１２）と、ボールをＸ方向に回転させる第１の駆動手段（１３ｘ，１４ｘ，１５ｘ，１６ｘ）と、ボールをＹ方向に回転させる第２の駆動手段（１３ｙ，１４ｙ，１５ｙ，１６ｙ）とを備えたトラックボール（１０）において、制御部（１７）は、画像センサで検出されたボールの移動量を示す信号に応答して、ボールの操作者に対してメニュー選択画面（３０）上の相隣接する２つのメニューの境目でクリック感を伝えるように、さらに前記メニュー選択画面の壁で前記メニュー選択画面内へ引き戻す働きや変動させるように制御する第１および第２の駆動手段を制御する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディスプレイ画面（操作画面）上の位置指定や座標データの入力に使用する入力装置であるポインティング・デバイスに関し、特に、メニュー選択画面上に表示された複数のメニューの中から特定の１つのメニューを選択するために用いられるトラックボールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この技術分野において周知のように、パーソナル・コンピュータなどのコンピュータの入力装置としてポインティング・デバイスが使用される。コンピュータはカー・ナビゲーション・システムであっても良い。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、マウスやトラックボール、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、直接ボールを回転させることでコントロールする。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】
トラックボールには光学式トラックボールがある。光学式トラックボールは、ボールが物理的にローラを回転させて情報を入力するのではなく、光の反射を利用して情報を入力するものである。この光学式トラックボールの場合、メンテナンスが不要であり、正確なコントロールが可能になる。
【０００５】
このようなトラックボールをカー・ナビゲーション・システムの車載用ポインティング・デバイスとして使用する場合の例について説明する。カー・ナビゲーション・システムは、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・システムでは、上述したようにディスプレイ画面（操作画面）を地図画面として使用するが、メニューを選択するために、ディスプレイ画面（操作画面）をメニュー選択画面としても使用している。
【０００６】
操作画面が地図画面の場合、操作者がトラックボールのボールを操作（回転）することによって、マウスの場合と同様に、地図画面上のポインタ（カーソル）を３６０度どの方向にも連続的に移動したり、地図画面上に表示されている地図を連続的に移動（シフト）させることができる。このようなトラックボールの動作のことをここでは「通常トラックボール動作」と呼ぶことにする。また、トラックボールに通常トラックボール動作を行わせる操作者の操作を「通常トラックボール操作」と呼ぶことにする。
【０００７】
一方、図１に示されるように、操作画面３０がメニュー選択画面であるとする。図１に示されたメニュー選択画面は、ラジオ局を選択するためのラジオ局選択画面である。この場合、通常トラックボール操作によってトラックボールに上述した通常トラックボール動作を行わせると、操作者にとってはポインタ（カーソル）の合わせる位置がしぼり難くなる。すなわち、操作画面がメニュー選択画面の場合、通常トラックボール操作をしたのでは、操作者にとって使い勝手のよいものとはいえない状況になる。したがって、通常トラックボール操作以外に、操作画面がメニュー選択画面等の場合において、ポインタの位置決めを容易に行うことが可能な別の操作が行えることが望まれている。
【０００８】
このような操作として、トラックボールにクリック感を持たせるようにした「トラックボール」が、例えば、特許文献１などに開示されている。この特許文献１では、トラックボールの外周に接するローラを介して、トラックボールのＸ／Ｙ方向の回転移動量を検出するロータリエンコーダに、それぞれクリック機構を設けて、操作者にトラックボールの回転のクリック感を与えている。このようなクリック感を伴うトラックボールの動作をここでは「クリックトラックボール動作」と呼ぶことにする。また、トラックボールにクリックトラックボール動作を行わせる操作者の操作を「クリックトラックボール操作」と呼ぶことにする。尚、特許文献１では、クリック機構の作動、非作動を切換える切換手段をも開示している。
【０００９】
また、本発明に関連する先行技術として、回転体（ボール）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」が、例えば、特許文献２に開示されている。この特許文献２では、回転体の回転に応じた信号を出力する検出部と、回転体に対して負荷を与える駆動部とを独立にして設けている。
【００１０】
更に、本発明に関連する先行技術として、力帰還プロセッサからの力帰還生成と関連するコンピュータ負担を軽減する触覚加速器を含む力帰還インターフェースが、例えば、特許文献３に開示されている。触覚加速器は、インターフェース装置のセンサから受信したユーザ物体の位置を表す生の位置データからユーザ操縦可能物体の動きを記述する速度および／または加速度情報をすばやく決定する。速度および／または加速度データは、力帰還プロセッサによってユーザ物体の出力されるべき力を決定するために使用される。
【００１１】
尚、光学式に動きを検出する光学式動き検出手段を備えたポインティング・デバイスは、例えば、特許文献４に開示されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平９−２８２０８８号公報
【００１３】
【特許文献２】
特開２０００−２１４９９５号公報
【００１４】
【特許文献３】
米国特許第５，９９９，１６８号明細書
【００１５】
【特許文献４】
特開平１１−３４５０７５号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１に記載されたトラックボールでは、トラックボールにクリック感を持たせるクリック機構は、機械的なものであり開ループ制御であるので、荷重（負荷）の大きさやクリックピッチは機械的構成によって一意に決定されてしまう。すなわち、トラックボールの移動量に応じて、荷重（負荷）の大きさやクリックピッチを変えることができない。具体的には、図１に図示したようなメニュー選択画面の場合に、特許文献１に開示されたクリック機構では、メニュー選択画面の相隣接する２つのメニューの境目でトラックボールにクリック感を持たせるために、境目に近付くにつれて荷重を徐々に強くし、これを抜けると荷重を弱くする、というような制御を行うことができない。さらに、特許文献１は、上述したように、クリック機構の作動、非作動を切換える切換手段を開示しているものの、その切換えは、操作画面の種類とは無関係に行われる。
【００１７】
尚、特許文献２は、回転体（ボール）に対して駆動部から負荷を与えているだけであって、トラックボールにクリック感を持たせることは何ら意図していない。すなわち、特許文献２では、負荷の大きさを回転体（ボール）の移動量に応じて制御すること等は何ら行っていない。換言すれば、特許文献２では、帰還制御を行っていない。
【００１８】
特許文献３は、力帰還について開示しているだけであって、トラックボールにクリック感を持たせることについては開示していない。
【００１９】
尚、特許文献４は、単に光学式ポインティング・デバイスを開示しているに過ぎない。
【００２０】
したがって、本発明の課題は、ボールの操作者に対して相隣接する２つのメニューの境目でクリック感を伝えることができるトラックボールを提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、メニュー選択画面（３０）上に表示された複数のメニューの中から特定の１つのメニューを選択するために用いられるトラックボール（１０）であって、ボール（１１）と、このボールの移動を検出する移動検出手段（１２；１８ｘ，１８ｙ）と、ボールをＸ方向に回転させる第１の駆動手段（１３ｘ，１４ｘ，１５ｘ，１６ｘ）と、ボールをＹ方向に回転させる第２の駆動手段（１３ｙ，１４ｙ，１５ｙ，１６ｙ）と、移動検出手段で検出されたボールの移動量を示す信号に応答して、ボールの操作者に対して相隣接する２つのメニューの境目でクリック感を伝えるように、さらに前記移動検出手段で検出された前記ボールの移動量を示す信号に応答して、前記ボールの操作者に対して前記メニュー選択画面の前記メニュー間における端の壁で操作者に操作感を伝えるように前記第１および前記第２の駆動手段を制御する制御手段（１７）とを有するトラックボール（１０）が得られる。
【００２２】
尚、上記括弧内の符号は、本発明の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のは勿論である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
図２乃至図４を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るトラックボールについて説明する。図２は、トラックボール１０とそれに接続されたパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）２０とを示すブロック図である。図３はトラックボール１０の概略平面図、図４はトラックボール１０の概略正面図である。
【００２５】
図示の例では、パーソナル・コンピュータ２０がカー・ナビゲーション・システムの場合の例を示している。すなわち、図示の例は、トラックボール１０を、カー・ナビゲーション・システムのポインティング・デバイスとして使用している例である。
【００２６】
尚、カー・ナビゲーション・システム２０は、前述したように、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、上述したように、ディスプレイ画面（操作画面）（図示せず）を地図画面として使用すると共に、メニューを選択するために、ディスプレイ画面（操作画面）をメニュー選択画面としても使用している。
【００２７】
操作画面が地図画面の場合、操作者がトラックボール１０を操作（回転）することによって、マウスの場合と同様に、地図画面上のポインタ（カーソル）を３６０度どの方向にも連続的に移動したり、地図画面上に表示されている地図を連続的に移動（シフト）させることができる。すなわち、通常トラックボール操作によってトラックボール１０に通常トラックボール動作を行わせることができる。
【００２８】
一方、操作画面３０が図１に示されるようなメニュー選択画面であるとする。この場合、通常トラックボール操作によってトラックボール１０に上述した通常トラックボール動作をさせると、操作者にとってはポインタ（カーソル）の合わせる位置がしぼり難くなる。すなわち、操作画面がメニュー選択画面の場合、通常トラックボール操作をしたのでは、操作者にとって使い勝手のよいものとはいえない状況になる。
【００２９】
そこで、本発明に係るトラックボール１０では、通常トラックボール操作以外に、操作画面がメニュー選択画面等の場合において、ポインタの位置決めを容易に行うことが可能なクリックトラックボール操作をも行わせるようにしている。すなわち、操作画面が地図画面の場合には通常トラックボール動作を行うようにし、操作画面がメニュー選択画面の場合にはクリックトラックボール動作を行うようにしている。換言すれば、操作画面の種類に応じて、トラックボール１０の操作者に対して異なった操作感触を伝えるようにしている。
【００３０】
図３および図４に示されるように、トラックボール１０は、ボール１１を有する。このボール１１は、図示しない筐体に全方向に回転自在に保持されている。このボール１１の上部は、筐体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。
【００３１】
トラックボール１０は、このボール１１の移動を検出する画像センサ１２を備えている。この画像センサ１２は、図示しない発光ダイオード（ＬＥＤ）から出射されたセンサ用ＬＥＤ光がボール１１で反射された反射光を受光することによって、ボール１１の移動を検出するものである。尚、この画像センサ１２を用いた光学的移動検出手段の詳細な動作説明は、前述した特許文献４等に記載されているので、それを参照されたい。したがって、図示のトラックボール１０は、光学式移動検出手段１２を備えた光学式トラックボールである。
【００３２】
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。
【００３３】
図２に示されように、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。画像センサ１２によって検出されたボール１１の移動量を示す信号は制御部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。
【００３４】
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。
【００３５】
制御部１７は、後述するように、操作画面の種類に応じて、第１および第２の駆動手段を制御して、ボール１１の操作者に対して異なった操作感触を伝える。
【００３６】
次に、図１乃至図４を参照して、制御部１７における具体的な動作例について説明する。カー・ナビゲーション・システム２０は、ディスプレイ画面（操作画面）３０を有する。この操作画面３０は、地図を表示する地図画面と、図１に図示されるような、メニューを選択するためのメニュー選択画面との間で切換えが可能である。現在の操作画面３０の種類を示す画面情報は、カー・ナビゲーション・システム２０から制御部１７へ送出される。
【００３７】
画面情報が、現在の操作画面３０が地図画面であることを示しているとする。この場合、制御部１７は、通常トラックボール動作を行うように、第１および第２の駆動手段を制御する。詳述すると、制御部１７は、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ない。換言すると、通常トラックボール動作では、制御部１７は、第１および第２の駆動手段を何ら制御しない。その結果、操作者は自由に（何ら違和感なく）ボール１１を全方向に回転することができる。
【００３８】
一方、画面情報が、現在の操作画面３０が図１に示されるようなメニュー選択画面であることを示しているとする。この場合、制御部１７は、クリックトラックボール動作を行うように、第１および第２の駆動手段を制御する。詳述すると、図１に示すメニュー選択画面は、３×３＝９個の桝目（メニュー）を持ち、ポインタとしてのコマがこれら９個の桝目を移動してその中の１つを選択する。各桝目（メニュー）は特定のラジオ局を指している。制御部１７は、画像センサ１２からのボール１１の移動量を示す信号に応答して、メニュー選択画面の相隣り合う２つの桝目（メニュー）の境目でトラックボール１０にクリック感を持たせるために、桝目の境目に近付くにつれて荷重を徐々に強くし、これを抜けると荷重を弱くするというように、第１および第２の駆動手段を制御する。これにより、ボール１１の操作者に対して、マウスのホイール操作のようなクリック感を伝えることが可能となる。したがって、コマの行き過ぎや、操作性の悪さを解消することができる。
【００３９】
次に、クリックトラックボール動作について具体例を挙げて更に詳細に説明する。
【００４０】
ここでは、操作画面３０が、図５に示されるようなメニュー選択画面である場合を例にとって説明する。すなわち、図５に図示したメニュー選択画面３０は、５行、５列の計２５個の桝目（メニュー）を持つ。ここでは、一番上の行から最下行をそれぞれ第１乃至第５行と呼び、一番右側の列から一番左側の列をそれぞれ第１乃至第５行と呼ぶことにする。したがって、第３行が中央行であり、第３列が中央列である。第１列では、第１行から第５行がそれぞれ「あ」、「い」、「う」、「え」、および「お」である。第２列では、第１行から第５行がそれぞれ「か」、「き」、「く」、「け」、および「こ」である。第３列、すなわち、中央列では、第１行から第５行がそれぞれ「さ」、「し」、「す」、「せ」、および「そ」である。第４列では、第１行から第５行がそれぞれ「た」、「ち」、「つ」、「て」、および「と」である。第５行では、第１行から第５行がそれぞれ「な」、「に」、「ぬ」、「ね」、「の」である。
【００４１】
ポインタ（カーソル）がメニュー選択画面３０の中央列（第３列）の中央にあるとき、Ｘ軸のカウント値（累積値）が０であり、それよりポインタが右側へ移動すると正にカウントされ、左側へ移動すると負にカウントされる。同様に、ポインタ（カーソル）がメニュー選択画面３０の中央行（第３行）の中央にあるとき、Ｙ軸のカウント値（累積値）が０であり、それよりポインタが上側へ移動すると正にカウントされ、下側へ移動すると負にカウントされる。
【００４２】
メニュー選択画面３０において、中央列（第３列）は、Ｘ軸のカウント値（累積値）が−３１から３１の範囲内にあり、第２列は、Ｘ軸のカウント値（累積値）が３２から９４の範囲内にあり、第１列は、Ｘ軸のカウント値（累積値）が９５から１５７の範囲内にあり、第４列は、Ｘ軸のカウント値（累積値）が−３２から−９４の範囲内にあり、第５列は、Ｘ軸のカウント値（累積値）が−９５から−１５７の範囲内にある。
【００４３】
同様に、メニュー選択画面３０において、中央行（第３行）は、Ｙ軸のカウント値（累積値）が−３１から３１の範囲内にあり、第２行は、Ｙ軸のカウント値（累積値）が３２から９４の範囲内にあり、第１行は、Ｙ軸のカウント値（累積値）が９５から１５７の範囲内にあり、第４行は、Ｙ軸のカウント値（累積値）が−３２から−９４の範囲内にあり、第５行は、Ｙ軸のカウント値（累積値）が−９５から−１５７の範囲内にある。
【００４４】
したがって、たとえば、ポインタ（カーソル）が、メニュー選択画面３０上のＸ軸のカウント値（累積値）が−３１から３１の範囲にあって、Ｙ軸のカウント値（累積値）が−３１から３１の範囲にあるとき、中央列（第３列）で、中央行（第３行）である「す」を選択している。
【００４５】
制御部１７は、図６に示されるような、ボール１１の移動量に応じたＸ軸用ＤＣモータ１５ｘに対するトルク量を示すＸ軸トルクテーブル４０ｘを有する。図６に示されるように、このＸ軸トルクテーブル４０ｘには、ポインタがメニュー選択画面３０における各メニューの中心にあるときは零で、それよりポインタがＸ軸に沿って移動してメニューの境目へ近付くにつれてその中心へ戻すように徐々に強くなるようなトルク量が記載されている。
【００４６】
同様に、図示はしないが、制御部１７は、ボール１１の移動量に応じたＹ軸用ＤＣモータ１５ｙに対するトルク量を示すＹ軸トルクテーブルを有する。このＹ軸トルクテーブルには、ポインタがメニュー選択画面３０における各メニューの中心にあるときは零で、それよりポインタがＹ軸に沿って移動してメニューの境目へ近付くにつれてその中心へ戻すように徐々に強くなるようなトルク量が記載されている。
【００４７】
図６に図示されたＸ軸トルクテーブル４０ｘについて更に詳述する。Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘは、パルス幅変調（ＰＷＭ）されたＤＣ電圧で駆動され、その衝撃係数（ｄｕｔｙ）を変えることによって、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘに対するトルク量を変えることができる。すなわち、衝撃係数が大きいほど、トルク量も大きくなる。
【００４８】
図６のＸ軸トルクテーブル４０ｘにおいて、最上欄にはＸ軸の累積値（カウント値）を示し、最左蘭にはＹ軸の累積値（カウント値）を示している。Ｘ軸トルクテーブル４０ｘは、Ｘ軸の累積値およびＹ軸の累積値に対する衝撃係数を示している。尚、負の衝撃係数は、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘに印加されるＤＣ電圧の極性が負であることを示している。尚、制御部１７は、図示しないＸ軸カウンタおよびＹ軸カウンタを備えている。Ｘ軸カウンタはＸ軸の累積値（カウント値）を保持し、Ｙ軸カウンタはＹ軸の累積値（カウント値）を保持している。
【００４９】
尚、Ｙ軸トルクテーブルは、図６に図示されたＸ軸トルクテーブル４０ｘにおいて、最上欄におけるＸ軸の累積値をＹ軸の累積値に変更し、最左蘭におけるＹ軸の累積値をＸ軸の累積値に変更したものである。
【００５０】
次に、図６に加えて図７をも参照して、具体例を挙げて説明する。図７は、図６に示すＸ軸トルクテーブル４０ｘの衝撃係数とモータ印加電圧（トルク）との関係を図示している。図７において、横軸はＸ軸のカウント値を、縦軸はモータ印加電圧（正回転トルク、負回転トルク）を示している。衝撃係数が正でその値が大きくなればなるほど、正回転トルクが大きくなる。また、衝撃係数が負でその値が大きければなるほど、負回転トルクが大きくなる。ここで、正回転トルクとは、ボール１１をＸ軸の正方向（図５における右側の方向）へ移動させようとするトルクをいい、負回転トルクとは、ボール１１をＸ軸の負方向（図５における左側の方向）へ移動させようとするトルクをいう。
【００５１】
尚、Ｘ軸のカウント値ｘおよびＹ軸のカウント値ｙを座標（ｘ，ｙ）で表すことにする。
【００５２】
Ｙ軸の累積値（カウント値）が０の状態において、Ｘ軸の累積値（カウント値）を０から変化させたとする。すなわち、ポインタ（カーソル）の初期位置が、メニュー選択画面３０の中央にあるメニュー「す」の中心（０，０）にあって、その初期位置（０，０）から、操作者がボール１１をＸ方向へ回転させるように操作したとする。
【００５３】
たとえば、図５に示すメニュー選択画面３０において、ポインタをメニュー「す」からその右隣のメニュー「く」の方向へ移動させるために、操作者がボール１１をＸ軸の正方向へ回転させたとする。このとき、画像センサ１２によってボール１１がＸ軸の正方向へ回転したことが検出され、その移動量を示す信号が制御部１７へ送られる。この移動量を示す信号に応答して、制御部１７は累積移動値を算出し、それをＸ軸のカウント値（累積値）としてＸ軸カウンタに保持する。このＸ軸のカウント値（累積値）に基づいて、制御部１７は、Ｘ軸トルクテーブル４０ｘを参照して、衝撃係数を求める。本例の場合、操作者がボール１１をＸ軸の正方向へ回転しているので、衝撃係数は負である。したがって、制御部１７は、この負の衝撃係数を示すＸ軸モータ駆動指令をＸ軸モータドライバ１６ｘへ送出して、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘに負回転トルクを与える。すなわち、メニュー選択画面３０のメニュー「す」の中心（０，０）へ戻すような負荷をボール１１に対して与える。
【００５４】
詳述すると、操作者がボール１１を手操作によってＸ軸の正方向へ回転させた場合には、座標（３１，０）になるまで、制御部１７は、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘへＸ軸モータドライバ１６ｘを介して加えるＰＷＭの衝撃係数をＸ軸のカウント値とともに大きくしていく制御を行う。この時、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘには、ボール１１を手操作によって回転する方向とは逆方向に回転させる負回転トルクが働いている。すなわち、操作者には、その手操作感が徐々に重く感じられていく。
【００５５】
メニュー「す」と「く」との間の境目を越えて座標（３２，０）になった時点で、制御部１７は、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘの回転方向が、手操作によるボール１１の回転方向と同じ方向になるように、回転トルクを負回転トルクから正回転トルクに切換える。そして、座標（６３，０）になるまで、制御部１７は、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘへＸ軸モータドライバ１６ｘを介して加えるＰＷＭの衝撃係数をＸ軸のカウント値とともに小さくしていく制御を行う。このように、操作者の手操作の回転方向と同じ方向にＸ軸用ＤＣモータ１５ｘを回転することにより、操作者には手操作感が一気に軽くなったように感じられる。
【００５６】
このように相隣接する２つのメニュー（上記の例では、メニュー「す」とメニュー「く」）の境目で、回転トルクの方向を切換えるので、操作者にはクリック感が伝えられる。
【００５７】
この時、制御部１７は、Ｙ軸用ＤＣモータ１５ｙに対してもＹ軸の方向へ、Ｙ軸トルクテーブルに基づいて、Ｘ軸のカウント値およびＹ軸のカウント値に応じた回転トルクを発生させている。すなわち、操作者がボール１１をＸ軸の方向へ回転させるように操作しようとした場合でも、実際には操作者は必ずしもＸ軸の方向ばかりでなく、Ｙ軸の方向へも多少回転させるような力をボール１１に対して与えてしまうだろう。このような場合でも、制御部１７は、常にボール１１に対してＹ座標が０となるような方向へ戻るような回転トルクを、Ｙ軸用ＤＣモータ１５ｙに発生させる。したがって、操作者がボール１１をＸ軸の方向へ回転させようと操作するときに発生する、ボール１１のＹ軸の方向へのブレを抑えることができる。
【００５８】
以上では、図５に示すメニュー選択画面３０において、ポインタをメニュー「す」からその右隣のメニュー「く」の方向へ移動させるために、操作者がボール１１をＸ軸の正方向へ回転させた場合について述べたが、図５に示すメニュー選択画面３０において、ポインタをメニュー「す」からその左隣のメニュー「く」の方向へ移動させるために、操作者がボール１１をＸ軸の負方向へ回転させる場合も同様である。
【００５９】
この場合には、画像センサ１２によってボール１１がＸ軸の負方向へ回転したことが検出され、その移動量を示す信号が制御部１７へ送られる。この移動量を示す信号に応答して、制御部１７は累積移動値を算出し、それをＸ軸のカウント値（累積値）としてＸ軸カウンタに保持する。このＸ軸のカウント値（累積値）に基づいて、制御部１７は、Ｘ軸トルクテーブル４０ｘを参照して、衝撃係数を求める。本例の場合、操作者がボール１１をＸ軸の負方向へ回転しているので、衝撃係数は正である。したがって、制御部１７は、この正の衝撃係数を示すＸ軸モータ駆動指令をＸ軸モータドライバ１６ｘへ送出して、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘに正回転トルクを与える。すなわち、メニュー選択画面３０のメニュー「す」の中心（０，０）へ戻すような負荷をボール１１に対して与える。
【００６０】
詳述すると、操作者がボール１１を手操作によってＸ軸の負方向へ回転させた場合には、座標（−３１，０）になるまで、制御部１７は、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘへＸ軸モータドライバ１６ｘを介して加えるＰＷＭの衝撃係数をＸ軸のカウント値とともに大きくしていく制御を行う。この時、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘには、ボール１１を手操作によって回転する方向とは逆方向に回転させる正回転トルクが働いている。すなわち、操作者には、その手操作感が徐々に重く感じられていく。
【００６１】
メニュー「す」と「つ」との間の境目を越えて座標（−３２，０）になった時点で、制御部１７は、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘの回転方向が、手操作によるボール１１の回転方向と同じ方向になるように、回転トルクを正回転トルクから負回転トルクに切換える。そして、座標（−６３，０）になるまで、制御部１７は、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘへＸ軸モータドライバ１６ｘを介して加えるＰＷＭの衝撃係数をＸ軸のカウント値とともに小さくしていく制御を行う。このように、操作者の手操作の回転方向と同じ方向にＸ軸用ＤＣモータ１５ｘを回転することにより、操作者には手操作感が一気に軽くなったように感じられる。
【００６２】
このように相隣接する２つのメニュー（上記の例では、メニュー「す」とメニュー「つ」）の境目で、回転トルクの方向を切換えるので、操作者にはクリック感が伝えられる。
【００６３】
上述したように、座標（−３１，０）から座標（３１，０）までの区間を、メニュー選択画面３０上のメニュー「す」の１区間として定義することにより、メニュー「す」の境目（切り替わり付近）で、ボール１１の操作者に対して最大トルク（負荷）を発生させ、かつ、回転トルクの方向を切換えている。これにより、現在のメニュー「す」から次のメニュー「く」または「つ」へのクリック感を操作者に対して伝えることができる。そして、上記最大トルクはメニュー切り替わりの軽い障壁として働く。また、操作者がボール１１に対する操作を止めたとき（荷重を抜いたとき）は、メニュー選択画面３０上のポインタを常に各メニューの中心へ戻すような回転トルクを、制御部１７はＸ軸用ＤＣモータ１５ｘおよびＹ軸用ＤＣモータ１５ｙに対して発生している。
【００６４】
尚、以上では、メニュー選択画面３０の初期位置（０，０）から、操作者がボール１１をＸ方向へ回転するように操作した場合の動作について説明したが、メニュー選択画面３０の初期位置（０，０）から、操作者がボール１１をＹ方向へ回転するように操作した場合も同様の動作をすることは明らかである。すなわち、この場合も、制御部１７は、Ｙ軸のカウント値およびＸ軸のカウント値に応じた回転トルクを、Ｙ軸用ＤＣモータ１５ｙおよびＸ軸用ＤＣモータ１５ｘに発生させることで、ボール１１をＸ軸方向へ操作したときと同様の操作感を、操作者に対して伝えることができる。
【００６５】
次に、図８を参照して、本発明に係るトラックボールのクリック制御について説明する。先ず、制御部１７は、ＰＣ（カー・ナビゲーション・システム）２０との間で通信を行い、ポートの設定を確認する（ステップＳ１）。画像センサ１２は、ボール１１の相対移動量を検出する（ステップＳ２）。制御部１７は、画像センサ１２で検出されたボール１１の相対移動量から、ボール１１の累積移動量を算出する（ステップＳ３）。制御部１７は、累積移動量に応じたパラメータ（ＰＷＭの衝撃係数）をテーブル（Ｘ軸トルクテーブル４０ｘ、Ｙ軸トルクテーブル）より読み取る（ステップＳ４）。
【００６６】
引続いて、制御部１７は、テーブルからの読みとり値を相対移動値、およびその他要素により加工する（ステップＳ５）。制御部１７は、ＰＣ（カー・ナビゲーション・システム）２０へ移動量を出力する（ステップＳ６）。制御部１７は、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘおよびＹ軸用ＤＣモータ１５ｙへ、Ｘ軸モータドライバ１６ｘおよびＹ軸モータドライバ１６ｙを介して、ＰＷＭ信号とモータ方向制御信号を送出する（ステップＳ７）。
【００６７】
ところで、トラックボール１０のクリック制御では、図５に示したメニュー選択画面３０の五十音によるメニュー選択画面３０を例とすると、ボール１１をＸ軸の右方向に操作して、メニュー選択画面３０上のメニュー「す」、メニュー「く」、メニュー「う」と操作していくと、メニュー「う」でメニュー選択画面３０の端に到達する。
【００６８】
この際、メニュー選択画面３０上においてメニュー「う」のさらに右方向にはメニュー選択画面３０が存在しないため、この先へのボール１１の回転操作は不要となる。そこで、メニュー選択画面３０の端では、壁を検出して制御部１７によって制御することにより通常より大きなトルク量でメニュー選択画面３０内へ引き戻す働きをさせたり、変動（振動）によりメニュー選択画面３０の端を操作者に操作感（クリック感）で認識させるようにしている。
【００６９】
図９は、Ｙ軸カウント値＝０のときのＸ軸カウント値とトルク、メニューの関係を示している。図９を参照して、メニュー選択画面３０において、メニュー「く」は、Ｘ軸のカウント値（累積値）が３２から９４の範囲内にあり、メニュー「う」は、Ｘ軸のカウント値（累積値）が９５から１５７を通り越した区間を含む範囲内にある。カウント値（累積値）の１５７は、画面上の壁の位置であり、１５７は、パーソナル・コンピュータ（カー・ナビゲーション・システム）や制御機器が認識している座標である。
【００７０】
操作者に壁を認識させるためには、移動距離がメニュー選択画面３０から外へいくことがないように、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘのトルク量を大きくしていく。具体例として、図９の場合には、メニュー「う」の文字の中央よりも右方向にずれた場合は、通常のトルクよりも大きな力でボール１１をメニュー「う」の中央に戻す働きをさせる。メニュー選択画面３０を越えた領域は、領域内に戻すようにトルクを加え続ける。
【００７１】
また、メニュー「う」の壁の付近では、大きなトルクによりスリップが発生する可能性が高くなるため、スリップ検出を行う。これらの操作により、ボール１１の操作者は、メニュー選択画面３０の隅で大きな反発力を受けたり、スリップ制御によって空転している感触を受ける。
【００７２】
なお、スリップ制御は壁以外でも行っている。スリップ制御を行わないと、ボールとローラーの摩擦力が低下したとき（油、水等により）ボール１１を戻そうとするモータの回転トルクによりローラーが空転してしまう。また、メニューの切り替わり付近が最もトルクが大きくなるので、空転のスピードも速くなり、不快感をより多く感じる。そこで、スリップ制御を行ってボールとローラーがスリップしない（実際には少量のスリップ）程度までモーターのトルクを弱める制御を行っている。
【００７３】
ボール１１とローラの摩擦が小さい状態で壁の位置に来た場合、スリップ制御が無いと、より速い回転でローラーが空転するが、スリップ制御があるとスリップしない状態までモータのトルクを落とすため、ローラは殆どスリップしない。壁を操作者に伝えるトルクの変化もボール１１とローラの摩擦力が下がるにつれて、小さくなり、通常のクリックとの違いは無くなっていく。しかし、通常の摩擦状態であれば、クリック状態より大きい反発を受ける。一方振動による壁の認識であれば、ボール１１とローラの摩擦が小さくなっても、壁を認識させることはできる。従って、スリップし易い状態では、クリック感も弱くなるし、壁と通常のクリックのトルク差が無くなり、より不快な空転は無くなる。
【００７４】
また、移動距離がメニュー選択画面３０から外へいかないように、Ｘ軸用ＤＣモータ１５ｘのトルクを変動（振動）させ、操作者に壁の端を認識させる。具体例として、図９の場合には、メニュー「う」の文字の中央より、右にずれた場合は、通常のトルクでボール１１をメニュー「う」の中央に戻す働きをさせる。メニュー選択画面３０を越えた領域は、変動（振動）によりトルク量を変動させ壁を認識させる。このように、Ｘ軸、Ｙ軸の全ての方向に同様の壁を発生させる。
【００７５】
尚、メニュー選択画面３０の角隅の部分については、Ｘ軸の壁と、Ｙ軸の壁とを同時に作ることによって、角隅を認識させることが可能である。
【００７６】
図１０では、軽い壁を設ける例を示している。図１０を参照して、メニュー選択画面３０において、メニュー「Ａ」〜「Ｅ」の文字は、Ｘ軸のカウント値（累積値）が−３２から−９２の範囲内にあり、メニュー「あ」〜「お」の文字は、Ｘ軸のカウント値（累積値）が３１から−３１の範囲内にあり、メニュー「１」〜「５」の数字は、Ｘ軸のカウント値（累積値）が３２から９４の範囲内にある。
【００７７】
同様に、メニュー選択画面３０において、メニュー「Ａ」〜「Ｅ」の文字、メニュー「あ」〜「お」の文字、メニュー「１」〜「５」の数字は、Ｙ軸のカウント値（累積値）が初期値（０，０）から１５７に、初期値（０，０）からから−１５７の範囲内にある。
【００７８】
図１０に示すように、異なる種類のメニューが同一メニュー選択画面３０にある場合、メニュー「Ａ」〜「Ｅ」、「あ」〜「お」、「１」〜「５」のような同一種間は移動しやすく、他種メニュー、例えば、「Ａ」〜「Ｅ」から「あ」〜「お」へは移動しにくい設定にすることにより操作感を得る。
【００７９】
図１１は、具体例として、メニュー選択画面３０のアルファベット、ひらがな、数字間に壁を設けた例を示している。図１１に示すＸ軸設定において、図１０に示したメニュー「Ｃ」、メニュー「う」、メニュー「３」では、図１２に示すＹ軸設定におけるＹ軸相当のトルク量に対して、別種の文字、数字間に通常よりも大きい壁を設けている。
【００８０】
図１３は、本発明に係るトラックボールのクリック制御における壁検出を説明するためのフローチャートである。図１３を参照して、本発明に係るトラックボール１０のクリック制御における壁検出について説明する。
【００８１】
先ず、図８において説明したように、制御部１７は、画像センサ１２で検出されたボール１１の相対移動量から、ボール１１の累積移動量を算出する（ステップＳ３）。次に、壁を検出しているか否かを判定する（ステップＳ１１）。壁を検出していれば、壁までの累積値に達している否かを判定する（ステップＳ１２）。壁までの累積値に達している場合には、壁用トルク値設定・モータ極性設定を行う（ステップＳ１３）。そして、図８において説明したように、制御部１７は、ＰＣ（カー・ナビゲーション・システム）２０との間で通信を行い、ポートの設定を確認する（ステップＳ１）。
【００８２】
また、ステップＳ１１において、壁を検出していれば、図８のステップ４において説明したように、制御部１７は、累積移動量に応じたパラメータ（ＰＷＭの衝撃係数）をテーブル（Ｘ軸トルクテーブル４０ｘ、Ｙ軸トルクテーブル）より読み取る。
【００８３】
さらに、ステップＳ１２において、壁までの累積値に達していない場合には、図８のステップ４において説明したように、制御部１７は、累積移動量に応じたパラメータ（ＰＷＭの衝撃係数）をテーブル（Ｘ軸トルクテーブル４０ｘ、Ｙ軸トルクテーブル）より読み取る。
【００８４】
また、上述した実施の形態では、ボール１１の移動を検出する移動検出手段として、図９に示されるような、画像センサ１２を使用した光学式移動検出手段を用いているが、その代わりに、図１０に示されるような、機械式移動検出手段を用いてもよい。
【００８５】
図１０に示された機械式移動検出手段は、Ｘ軸回転軸１３ｘに設けられたＸ軸モータ用ロータリエンコーダ１８ｘと、Ｙ軸回転軸１３ｙに設けられたＹ軸モータ用ロータリエンコーダ１８ｙとを有する。Ｘ軸モータ用ロータリエンコーダ１８ｘで検出されたＸ方向の移動量を示す信号およびＹ軸モータ用ロータリエンコーダ１８ｙで検出されたＹ方向の移動量を示す信号は、制御部１７（図２）へ送られる。
【００８６】
図１６は、トルクテーブルと同様の値を計算によりトルク量を算出する方法を示している。この計算方法では、１メニュー区間が６３の時、Ｘのクリック力は、
（１）Ｘの累積移動値を６３で割った時の余りが０の時、トルクＴ＝０
（２）Ｘの累積移動値を５３で割った時の余りが１〜３１（ｘとする）の時、トルクＴ＝ｘ＋１９
（３）Ｘの累積移動値を６３で割った時の余りが３２〜６２（ｘとする）の時、トルクＴ＝−（６３−ｘ）−１９
上記（１）から（３）により、トルクテーブルと同様の値が算出できる。
【００８７】
以上、本発明について好ましい実施の形態によって例を挙げて説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、上述した実施例では、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。
【００８８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、移動検出手段で検出されたボールの移動量を示す信号に応答して、第１および第２の駆動手段を制御することによって、ボールの操作者に対して相隣接する２つのメニューの境目でクリック感を伝えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】メニュー選択画面の一例を示す図である。
【図２】本発明の一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３】図２に図示したトラックボールの概略平面図である。
【図４】図２に図示したトラックボールの概略正面図である。
【図５】図２に図示したトラックボールの動作を説明するためのメニュー選択画面の一例を示す図である。
【図６】図２に図示したトラックボールの制御部に含まれるＸ軸トルクテーブルの一例を示す図である。
【図７】図６に示すＸ軸トルクテーブルの衝撃係数とモータ印加電圧（トルク）との関係を示す図である。
【図８】本発明に係るトラックボールのクリック制御を説明するためのフローチャートである。
【図９】図６に示すＸ軸トルクテーブルの衝撃係数とモータ印加電圧（トルク）との関係において、Ｙ軸カウント値＝０のときのＸ軸カウント値とトルク、メニューの関係を示す図である。
【図１０】図２に図示したトラックボールの動作を説明するためのメニュー選択画面の一例を示す図である。
【図１１】図９に示したＸ軸カウント値とトルク、メニューの関係において、Ｘ軸設定におけるメニュー選択画面のメニュー間に障壁を設けた例を示す図である。
【図１２】図１１に示したＸ軸設定において、Ｙ軸設定におけるメニュー選択画面のメニュー間に障壁を設けた例を示す図である。
【図１３】本発明に係るトラックボールのクリック制御における壁検出を説明するためのフローチャートである。
【図１４】図２に図示したトラックボールに使用される光学式移動検出手段の概略正面図である。
【図１５】本発明の他の実施の形態に係るトラックボールに使用される機械式移動検出手段の概略平面図である。
【図１６】トルクテーブルと同様の値を計算により算出する方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ トラックボール
１１ ボール
１２ 画像センサ（光学式移動検出手段）
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軸モータ用ロータリエンコーダ
１８ｙ Ｙ軸モータ用ロータリエンコーダ
２０ ＰＣ（カー・ナビゲーション・システム）
３０ 操作画面（メニュー選択画面）
４０ｘ Ｘ軸トルクテーブル

Claims (11)

1. メニュー選択画面上に表示された複数のメニューの中から特定の１つのメニューを選択するために用いられるトラックボールであって、
   ボールと、
   該ボールの移動を検出する移動検出手段と、
   前記ボールをＸ軸方向に回転させる第１の駆動手段と、
   前記ボールをＹ軸方向に回転させる第２の駆動手段と、
   前記移動検出手段で検出された前記ボールの移動量を示す信号に応答して、前記ボールの操作者に対して相隣接する２つのメニューの境目でクリック感を伝えるように、さらに
   前記移動検出手段で検出された前記ボールの移動量を示す信号に応答して、前記ボールの操作者に対して前記メニュー選択画面の前記メニュー間における端の壁で操作者に操作感を伝えるように前記第１および前記第２の駆動手段を制御する制御手段と、
   を有するトラックボール。
2. 前記制御手段は、前記壁で前記メニュー選択画面内へ引き戻す働きや変動させるよう制御するものであることを特徴する請求項１に記載のトラックボール。
3. 前記制御手段は、前記ボールの移動量に応じた前記第１および前記第２の駆動手段に対するトルク量を示すトルクテーブルを備え、前記制御手段は、前記トルクテーブルを参照して前記第１の駆動手段、および前記第２の駆動手段のトルクを制御することを特徴とする請求項１に記載のトラックボール。
4. 前記制御手段は、前記ボールの移動量に応じた前記第１および前記第２の駆動手段に対するトルク量を計算式により算出し、前記制御手段は、前記前記計算式を参照して前記第１の駆動手段、および前記第２の駆動手段のトルクを制御することを特徴とする請求項１に記載のトラックボール。
5. 前記トルクテーブルには、各メニューの中心にあるときは零で、それよりポインタが前記メニューの境目へ近付くにつれてその中心へ戻すように徐々に強くなるようなトルク量が記載されていることを特徴とする請求項３又は４に記載のトラックボール。
6. 前記制御手段は、スリップ制御を行って前記ボールがスリップしない程度まで前記第１及び第２の駆動手段の前記トルク量を弱める制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のトラックボール。
7. 前記制御手段は、前記メニューの中央より、ずれた場合に通常の前記トルクで前記ボールを前記メニューの中央に戻す働きを有することを特徴とする請求項１に記載のトラックボール。
8. 前記制御手段は、前記メニュー選択画面の角隅の部分で前記Ｘ軸方向の前記壁と、前記Ｙ軸方向の前記壁とを同時に作ることによって、前記角隅を認識させることを特徴とする請求項１に記載のトラックボール。
9. 前記制御手段は、異なる種類の前記メニューが同一の前記メニュー選択画面にある場合に、前記メニューの同一種間は移動しやすく、他種の前記メニュー間へは移動しにくい設定にすることにより操作感を得ることをことを特徴とする請求項１に記載のトラックボール。
10. 前記移動検出手段が光学式移動検出手段である、請求項１に記載のトラックボール。
11. 前記移動検出手段が機械式移動検出手段である、請求項１に記載のトラックボール。

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