JPH10500516A - マウス又はトラックボールの垂直移動による真の３次元入力の可能化 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 トラックボールが、ボールの回転及びボールの筐体に対する縦方向移動の双方を通してデータ処理システムに３次元座標を投入することを可能にする。ユーザーがボールを操作するとき、ソフトウェアで制御される触覚フィードバック手段が３次元の触覚的なきっかけをユーザーに提供する。トラックボールがマルチメディア環境における相互作用性を拡大する。

Description

【発明の詳細な説明】 マウス又はトラックボールの垂直移動による真の３次元入力の可能化発明の属する分野 本発明は、データ処理装置と；該データ処理装置に結合して、ユーザーが該デ ータ処理装置にデータを投入することを可能にさせるところの入力デバイスと； を有して成るデータ処理システムに関する。上記入力デバイスは、支持構造と； データを投入するために、１つの軸の周りを上記支持構造に対して回転ができる ようにしてある部分と；を含む。その上、上記回転ができるようにしてある部分 及び上記支持構造は、相互に対して移動ができるようにしてある。本発明は更に 、そのようなシステムで用いられる入力デバイスにも関し、また、ユーザーが上 記システムと触覚的に相互に影響を及ぼすことをユーザーに可能とさせる方法に も関する。背景技術 冒頭の記載で特定される入力デバイスのよく知られている例は、マウス及びト ラックボールである。これらのデバイスは、ユーザーが人間工学的なやり方で、 パーソナルコンピュータ(PC)又はワークステーションとの意思の疎通を可能にす る。マウス及びトラックボールはいずれも、回転できるように懸架された部分を 有し、それは例えば球又は円筒であって、それらの筐体に対する回転が、ディス プレイ上の例えば２次元の場のカーソル(cursor)等の位置を制御する。典型的に は、マウス又はトラックボールは、手で操作する選択スイッチを具え、その選択 スイッチによってユーザーが選択信号をシステムに投入できるようにする。茲で いう選択信号とは例えば、カーソルをアイコン(icon)上に置くことにより該アイ コンを選択した後で、それを能動化するものである。 米国特許第 5,237,311号には蝶番で支持された(hingedly supported)トラック ボールが開示されている。予め特定されたしきい値より大きい規模の、垂直に下 方への力をトラックボールの回転可能な部分に加えると、２進(binary)スイッチ が起動して上述の選択信号を生成する。このようにして上記入力デバイスは選択 スイッチをトラックボールの回転可能な部分と機能的に一体化している。この構 造は、回転可能な部分とは別々に操作できるキイを持つマウス又はトラックボー ルが本来もっている問題点、すなわちキイに触れようとして不注意に回転可能な 部分を廻してしまうという問題点を解決しているか疑わしい。本発明の目的 本発明の目的は、冒頭に記載した種類の入力デバイスであって、入力デバイス の適用可能範囲を、従って上記データ処理システムの適用可能範囲を大幅に拡大 することがユーザーにとって可能になるものを提供することである。本発明の概要 この目的を達成するために、本発明は、冒頭の記載により特定され、且つ上記 入力デバイスがデータ生成手段を含み、該データ生成手段は、３つ又はそれ以上 の異なる状態があるものとする上記移動にそれぞれ応答して、更に別のデータを 生成するように動作することを特徴とするデータ処理システムを提供する。 本発明は、回転可能な部分を廻すことにより（水平方向の）Ｘ座標及びＹ座標 は在来通りに制御されるのを好適とし、該回転可能な部分の支持構造に対する垂 直な動きは（垂直方向の）Ｚ座標を独立に制御するのに使うことができる、とい う認識に立脚する。この垂直方向の制御は、上に引用した従来技術におけるよう な単なる２進スイッチの機能を超えて、本質的に拡張されるものであることを茲 に強調しなければならない。既知のデバイスでは、回転可能な部分の垂直な動き は選択スイッチの機能性を実行するためにのみ使われる。換言すれば、既知のデ バイスにおける回転可能な部分の筐体に対する垂直（縦方向）変位は、本質的に ２つの状態のうちから１つを選ぶことができるものである。本発明によれば、回 転部の直動は、任意の分解能をもつ複数のＺ座標のうちの１つをそれぞれ表すデ ータを生成する。Ｘ座標及びＹ座標の生成は在来のデバイスと同様の回転可能な 部分の純粋な回転を通して達成される。縦方向の変位について３つ又はそれ以上 の状態を識別できるということの結果として、入力デバイスの適用可能性は、人 間工学的な真に３次元の入力デバイスを実現するための、Ｚ座標を制御する能力 に拡張される。 上記入力デバイスは、上記データ処理装置の制御の下に上記回転ができるよう にしてある部分を駆動するための、触覚フィードバック(tactile feedback)手段 を更に含むことを好適とする。該触覚フィードバック手段は、上記回転ができる ようにしてある部分の回転に影響を与える第１駆動手段か；又は、上記回転がで きるようにしてある部分と上記支持構造との相互に対する移動に影響を与える第 ２駆動手段か；を少なくとも含む。ディスプレイにより供給される視覚的なきっ かけ(cues)の他に、仮想作業空間(virtual workspace)を通しての誘導でユーザ ーを援助する触覚的なきっかけが、これにより存在することになる。視覚的なき っかけと触覚的なきっかけの双方が、システムとユーザーとの相互作用を促進す るのに貢献する。このことは視覚の不自由な人に対しては特に、但しそれだけで はないが、相当に重要である。 第１駆動手段に関しては、ヨーロッパ特許公開EP-A 0-489 469号がＸ座標及び Ｙ座標に対して触覚フィードバックを供給するユーザー・インターフェース・デ バイスを開示しており、これを引用文献とする。該デバイスはその回転可能な部 分に負及び正の両方のトルクを制御しながら与える機構を持ち、それにより該回 転可能な部分の回転を管理する。これらのトルクはデバイスを操作する触覚的な きっかけ、例えば、典型的には２次元の仮想作業空間に視覚的なアクセスを与え るディスプレイ上のカーソルの制御を援助する目的の触覚的なきっかけをユーザ ーに与える。視覚や聴覚に触覚も加えることは、ユーザーにとって利用可能な情 報の帯域幅を拡大することになる。正及び負のトルクは、好適な位置を実現する ために例えばデータ処理装置のディスプレイ上の予め定義された触覚の場(tacti le field)から求められる。 第２駆動手段は、正及び負の力の両方を、入力デバイスの回転可能な部分に加 えるように、動作するのが好適である。この回転可能な部分は、例えば固定軸の 周りを制御されながら回転するようにしてある揺れ動くアーム(swing arm)の上 に搭載される。この回転可能な部分そのものは、在来型のものと同様に、自由に 且つ独立に回転することができる。 入力デバイスは、ユーザーによって該入力デバイスに加えられる力を感知する 力センサーを含むことを好適とする。この力センサーは、例えば予め特定したし きい値に達したときユーザーがシステムにデータの投入を開始するとか、上記回 転可能な部分と上記支持構造とが相互に縦方向に動くときにマージンを斟酌する とかいうユーザーの意思を示すため、又は触覚フィードバック手段を制御するた めに動作するものである。この力センサーは力の大きさを連続的に感知すること を好適とする。この力センサーは、例えばアナログ信号を供給する歪み計を含む ことができ、そのアナログ信号は A/Dコンバータによってデジタルフォーマット に変換されて更に次の処理がなされる。 上記触覚フィードバック手段はユーザーによるプログラム可能であることを好 適とし、それによりユーザーは所望の規模の触覚フィードバックの強さその他の 特徴を選定できる。ユーザーにとって、例えばソフトウェア・アプリケーション がシステム上を走ることにより、触覚フィードバックを定める所望のパラメタの 値を設定することが可能とされている。 そのような入力デバイスは、上記データ処理システムを通してアクセスするこ とができ且つ３次元の触覚の場を設けた仮想作業空間内で動作するのに高度の適 合性がある。この３次元の触覚の場は予めプログラムされるか、アプリケーショ ンで制御されるか、ユーザーによりプログラム可能か、或いはそれらの組合せで あるか、のいずれかである。上掲のEP-A 0-489 469号で言及されている触覚の場 もまた、例えばグラフィック画像の各画素に対してその相対的深さを特定するＺ バッファ情報と適切に組み合わせることができて、それにより移動のフィードバ ックを制御する。 在来型の入力デバイス、例えば上掲のEP-A 0-489 469号の入力デバイスは、そ れ自体で縦方向の動きに関する触覚フィードバックを持つことも持たないことも あるＺ座標制御を設けるのに適合できる。そのとき上記在来型の入力デバイスは 全体として支持構造上に搭載され、それが該在来型の入力デバイスの支持構造に 対するほぼ縦方向の動きを全体として許容する。そうすればデータ生成手段は、 全体として在来型の入力デバイスの支持構造に対する縦方向の動きに応答して、 データを生成するよう動作する。在来型の入力デバイスとデータ生成手段との両 方によって生成されたデータは、適切なインターフェース（すなわち並列データ (data in parallel)又は時分割多重(time-multiplexed)等）を介して上記データ 処理装置に供給されて、Ｘ座標、Ｙ座標、Ｚ座標間の正しい区別を可能とする。 縦方向の触覚フィードバックは、適切な励起手段を通しての支持構造に対する在 来型の入力デバイスの動きの制御を通して達成される。 本発明によるシステムが提供する真の３次元制御の機能は、ユーザーのデータ 処理システムとの相互作用の範囲を確実に拡大する。例えば、既に制御可能なＸ 座標及びＹ座標の外に今やＺ座標も制御可能になったことは、触覚フィードバッ クを具えることを好適とする入力デバイスを通してユーザーが真の３次元の仮想 世界を航行することを可能にした。代替若しくは補助として、Ｚ座標の操作は、 その位置が回転可能な部分の在来の回転により制御されるカーソルの、速度制御 に使うことができる。カーソルの速度はＺ座標が徐々に大きくなるのに伴って徐 々に増加する。この場合にもやはり、フィードバック手段により回転可能な部分 に加わる反作用力を伴い、その反作用力は深さが増せば増大する。システム上を 走るソフトウェア・アプリケーションが、入力デバイスの触覚フィードバック手 段の制御のための制御データを供給する。上掲のEP-A 0-489 469号の入力デバイ スにより供給されることのできる触覚的なきっかけの他に、回転可能な部分の支 持構造に対する縦方向の位置の制御を通して、今や深さもそれに役立つ。 本発明における入力デバイスが、ユーザーにとって特に魅力的であるのは、そ のモニター上に表示された複数の重なっているウィンドウのうちから、触覚制御 によって選択できる、ということである。そのために本発明は、触覚フィードバ ックをユーザーに供給するためのユーザー・インターフェースを含むデータ処理 システムと、触覚的に相互に影響し合うことを、ユーザーに可能とさせる方法、 それは例えば上に論じたような種類の方法、を提供する。その方法は：多重ウィ ンドウ・ソフトウェア・アプリケーションを上記データ処理システム上で走らせ ることを可能とすること；及び、上記入力デバイスによってほぼ上記移動の方向 に働く抵抗力であり且つ順次重なっているウィンドウ間の移転をするときユーザ ーが打ち勝とうとする抵抗力を、ユーザーに経験させることを可能とすること； を含む。 在来のやり方では、最初のウィンドウから２番目のウィンドウに移るのは、マ ウス又はトラックボールを使って、ウィンドウ領域の外に列挙してあるメニュー オプションでカーソルの再位置決めによって行った。カーソルの再位置決めの代 わりに、深さ制御によってユーザーはウィンドウ間の切替えが著しく速くできる ようになった。 多重ウィンドウ・ソフトウェア・アプリケーションでは、仮想作業空間が複数 のレベルに分割される。各レベルがそれぞれウィンドウを表す。それらのウィン ドウは、開かれたウィンドウすなわちユーザーがそれと相互作用のできるウィン ドウが、それよりレベルの低いウィンドウと重なり合っている、というやり方で 表示されている。従って視覚的表現が深さを暗示する。本発明ではソフトウェア ・アプリケーションがデータを生成して、入力デバイスを介して触覚フィードバ ックをユーザーに供給する。低い方のレベルのウィンドウに行こうとするユーザ ーは、或る種のプロフィールを持つ抵抗力に抗して、回転可能な部分又は支持構 造を押下しなければならない。例えば、或る力のしきい値に打ち勝つことは、現 在のウィンドウを閉じるということに、システムによって翻訳される。それから 回転可能な部分への力を緩めることは、１つ上のレベルのウィンドウを選択する ということに、システムによって翻訳されるし、押下し続けることは、１つ下の レベルのウィンドウを選択するということになる。ユーザーは、レベル間の現在 の位置に関する視覚情報を供給するシステムにより、援助されることができる。 例えば、一連の複数のウィンドウが、一連の複数のボックスにより視覚的に表さ れる。一連のウィンドウ中の現在のユーザーの位置は、当該の位置に例えばハイ ライトを当ててそれを指定することにより明瞭にされる。ユーザーが入力デバイ スの回転可能な部分を抵抗力に抗して押下すると、或いはその後それを緩めると 、１つ上又は１つ下のボックスがハイライトを当てて指定され、つぎのレベルに 移ったことが確認される。 本発明によるマウス又はトラックボールの代わりに、触覚的に相互作用を行う のではなく、多重ウィンドウ・ソフトウェア・アプリケーションを具えた他の入 力デバイスを用いることができる。そのような入力デバイスは、カーソルの位置 を制御するカーソル制御手段の他に、触覚フィードバックを使って深さを制御す る手段を持つことを好適とする。例えば、ジョイスティックがその頂部にユーザ ーの親指で押下されるもう１つのボタンを設けることができよう。触覚フィード バックはユーザーがボタンを動かしたとき感じる抵抗に影響を与える。この触覚 フィードバックが操作するボタンもまた、種々のやり方で設けることができよう 。例えば、ボタンはスプリングに搭載されて、スティックの内部のシャフトの中 を上下に滑動することができる。シャフトとボタン又はスプリングとの摩擦は制 御可能にして置く。システムからスティックに送られたデータは、電気−機械変 換器を動作させるアナログ電圧に変換され、更にそれはシャフトの形を変えて一 時的にボタンとシャフトの間を適合させる弾性スナップを造り出す。或いはその 代わりに電気−機械変換器がスプリングの圧力を制御しながら変化させる。 本発明からのその他のソフトウェア・アプリケーションも同様に有益である。 例えば、カーソルの位置決めの時間や位置決めの不正確さは、在来の視覚フィー ドバックに加えて触覚フィードバックを用いることにより、著しく減少すること が実験により明らかにされた。触覚フィードバックは仮想作業空間内に定義され た適切な触覚の場から導かれる。この改善は様々な理由により生じると考えられ る。ただ１つの触覚刺激の反応時間は視覚的なきっかけや聴視覚的なきっかけに 対する反応時間よりも速いので、カーソルが一旦目標領域に入ると応答が速い。 その上、触覚フィードバックの結果は入力デバイスに物理的に与えられるので、 ユーザーがこのフィードバックを翻訳するのに要する時間は最少である。それば かりでなく、カーソルが目標領域に入るとシステムはそれを捕捉するという知識 から、ユーザーの動き方は更に速くなるので、ユーザーは捕捉効果の利益を享受 する。 本発明はマルチメディア環境における相互作用性のモードを本質的に拡張し、 従って情報管理に対するより良い制御をユーザーに与える。図面の簡単な説明 本発明の更に詳細と実施例を、図面を引用して以下に詳細に説明する。但し茲 で： 図１及び図２は、本発明のデータ処理システムの概略図であり； 図３ないし図６は、本発明の入力デバイスの種々の実例の概略図であり； 図７及び図８は、本発明の入力デバイスを操作するとき、ユーザーが触覚の場 を運用する模様を説明する図である。 全図面に亙り類似の引用記号は、同様の若しくは対応する特徴を指す。実施例の詳細 〔システム・アーキテクチャー〕 図１は本発明によるデータ処理システム100 の概略図である。システム100 の 詳細は図２−図５を引用して後に論じる。システム100 はデータ処理装置102 を 含み、これは例えばパーソナルコンピュータ(PC)であって、該PCはディスプレイ （これは図示されていない）及び入力デバイス104 を具え、このデバイス104 は データ処理装置102 にデータを投入するために装置102 に結合している。入力デ バイス104 はまた、例えば球又は円筒のような回転部108 を支持するところの支 持構造106 を含む。該デバイス104 は第１センサ手段110 を含み、該センサ手段 110 は、１つの軸の周りを支持構造106 に対して回転する回転部108 の回転量と 回転方向を感知し、該回転をデータ処理装置102 の制御用データに翻訳する。回 転部108 の回転は、例えば装置102 のディスプレイ上の２次元(X−Y)の場の中の カーソル（これは図示されていない）の位置を定める。かような第１センサ手段 110 は例えばEP-A 0-489 469号から既知であり、茲ではこれ以上詳しく論じない 。 本発明によれば、回転部108 は更に支持構造106 に対しても移動することが可 能であり、この例では破線112 にほぼ沿って、すなわちほぼ垂直（縦方向）の移 動であるが、それ以外の方向の移動も同じく可能である。この目的のために、回 転部108 が搭載されているのは、垂直に弾性のあるエレメント（茲には図示され ていない）上であるか、垂直平面内で制御下の軸旋回ができる揺れ動くアーム（ 茲には図示されていない）上であるか、又は、車両の ABSシステム内におけるよ うな若しくは磁場内等におけるような、電子的に規制された流体圧によりシリン ダー内を上下動できるピストン（茲には図示されていない）上である。入力デバ イス104 は第２センサ手段114 を含み、これは回転部108 の破線112 に沿った変 位の量と方向を感知し、更にこの感知した物理量をデータ処理装置102 に供給す るために別のデータに変換する。第２センサ手段114 の複数の実施例が図３−図 ６を引用して論じられる。 入力デバイス104 は第１駆動手段116 を含むことを好適とし、この第１駆動手 段116 はデータ処理装置102 の制御の下に回転部108 に正負のトルクを働かせて ユーザーへの触覚フィードバックを供給する。そのとき入力デバイス104 とデー タ処理装置102 との間の接続118 は双方向であって、第１駆動手段116 のトルク の極性、方向、及び量を制御することを可能とする。第１センサ手段110 と第１ 駆動手段116 とは、例えば電気的な直流モータとして物理的に相互に統合するこ ともできよう。第１駆動手段116 は例えば上掲のEP-A 0-489 469号に開示された タイプのものであり、茲ではそれを引用文献とする。代替又は副次的なものとし て、入力デバイス104 は第２駆動手段120 を含み、この第２駆動手段120 は別の フィードバックを供給するために、データ処理装置102 の制御の下に回転部108 に正負の垂直な力を加えて、ユーザーが回転部108 を操作するときに、例えば深 さ等を感知できるようにする。 トラックボール型入力デバイス104 用のセンサ手段110 及び駆動手段116 は、 具体的には以下に実例を用いて論じる。センサ手段110 は入力デバイス104 に搭 載されて球形の回転部（ボール）108 に物理的に接触する複数の接触輪（これは 図示されていない）を有する。それらの接触輪は、ボール108 の種々の軸の周り の回転により、それぞれそれに応じた接触輪の１つを回転させるように配置して ある。接触輪の各々の回転を測定することは、その結果としてボール108 の回転 を定めることを可能にし、従ってそれに対応して表示された X−Y の場の中のカ ーソルの移動を定めることを可能にする。回転の測定は例えば、接触輪の１つ宛 にそれぞれ歯車を連結して、或る基準点を通過した歯の数をカウントすることに よりなされる。そのようなセンサ手段110 は、触覚フィードバックを提供するの に適した１つのシステム内で、駆動手段116 と統合されてもよい。例えば各接触 輪及びそれに付随する歯車が電気DCモータの軸上に搭載される。DCモータの特定 の１つを駆動することによりそれに関連する接触輪を回転させ、更にそれにより 回転部108 を回転させる。センサ手段114 及び駆動手段120 は、具体的には以下 に図３−図６を引用して論じる。 力センサ122 が回転部108 の下方に搭載されて、ユーザーが回転部108 に加え る垂直の力の大きさを感知することは好適である。この力の測定は例えば、ユー ザーがもし予め定めたしきい値より大きい力を加えたならば、データの入力を開 始させるのに使うことができ、若しくは回転部108 が恰も浮動しているかのよう にユーザーの手の縦方向の動きを回転部108 に追随させることを可能にするため に使うこともできる。 図２は、本発明によるデータ処理システム100 について、上に論じた機能を示 す概略図である。ユーザー202 が回転部108 を廻すと、第１センサ手段110 は回 転部108 の回転の量と方向を感知する。第１センサ手段110 は、この例では回転 部108 の回転の２つの独立な方向に対するアナログ信号を、A/Dコンバータ204 に供給する。A/Dコンバータ204 は、感知された回転部108 の回転を表すデジタ ルデータをPC 102に供給し、それは例えばPCのディスプレイ上のカーソルのＸ座 標及びＹ座標に関する動きを制御するのに用いられる。第２センサ手段114 はユ ーザーとの相互作用の下に回転部108 の縦方向変位を感知し、アナログ信号を A /Dコンバータ206 に供給する。A/Dコンバータ206 は感知された縦方向変位を表 すデジタルデータをPC 102に供給する。縦方向変位は例えばＺ座標として用いら れる。力センサ122 は、ユーザー202 が回転部108 に与える縦方向の力を感知す る。力センサ122 はA/Dコンバータ208 にアナログ信号を供給する。A/Dコンバー タ208 は、ユーザー202 が与えた縦方向の力を表すデジタルデータをPC 102に供 給する。 触覚フィードバックをユーザー202 に供給するために、PC 102は第１駆動手段 116 及び第２駆動手段120 を制御するために制御データを生成する。これらの制 御データはPC 102上を走る特定のアプリケーション・ソフトウェアに依存するこ とができよう。制御データはアナログ信号に変換するため D/Aコンバータ210 に 供給される。増幅器212 はアナログ制御信号を増幅して、その増幅された制御信 号を第１駆動手段116 及び第２駆動手段120 に供給する。第１駆動手段116 及び 第２駆動手段120 は例えば電気DCモータを含む。そのときDCモータに供給される 制御信号は制御電流及び制御電圧である。電流の制御が供給するものは、回転部 108 のトルクすなわち回転部108 に与えられる力の制御である。電圧の制御が供 給するものは、回転部108 の回転又は移動する速度の制御である。 〔１番目の実例〕 図３は本発明による入力デバイス104 の１番目の実例300 の概略図である。回 転部108 そのものは、シャフト304 を軸として回転する揺れ動く(swinging)アー ム302 の上に、回転できるように搭載されている。シャフト304 の位置は、筐体 すなわち支持構造106 に対して固定されている。揺れ動くアーム302 は平衡の位 置に、例えば適切に設けられたスプリング（これは図示されていない）によって 、保持される。湾曲し、歯を刻んだバー306 が、揺れ動くアーム302 に固定して 接続されている。バー306 の歯はギア308 と噛み合っており、該ギア308 の位置 は筐体106 に対して固定されている。回転部108 の縦方向の移動は、シャフト30 4 を軸としてアーム302 を回転させ、それにより湾曲したバー306 がギア308 と 噛み合ったままでいるように、円弧に沿って動く。バー306 が動くとギア308 が 動かされ、ギア308 の回転量が、回転部108 の動いた縦方向の距離を表す。従っ てギア308 の回転の方向及び量を測定することが、回転部108 の縦方向変位の大 きさと方向を定めることを可能にする。第１センサ手段110 はアーム302 の上に 搭載するのが好適である。力センサ122(茲には図示されていない)は回転部108 の下方でアーム302 に搭載される。破線112 に沿った縦方向変位に関する触覚フ ィードバックを供給するため、ギア308 は、電気−機械変換器310,例えば電気DC モータにより駆動される。そのような電気DCモータについてはよく知られている ので、これ以上論じるには及ばない。モータ310 は、D/Aコンバータ210 及び増 幅器212 を介してPC 102の制御の下にギア308 を駆動するのに用いられる。この ようにして正及び負の縦方向加速度すなわち力を回転部108 に与えることができ る。 増幅器212 は制御電圧を通してモータ310 を制御できる。ユーザー202 が回転 部108 に力を加えていないときは、制御電圧はギア308 の角速度にほぼ比例する ので、従って回転部108 の縦方向の速度にほぼ比例する。もしユーザー202 が回 転部108 に力を加えるならば、加えられた制御電圧に伴う速度は実際の速度とは 異なる。そうするとユーザー202 は一定の抵抗を経験する。回転部108 に与えら れる速度は、回転部108 の縦方向の位置、及び力センサ122 の測定した力、のい ずれか一方又は双方に、依存するようにさせられるであろう。あるいはその代わ りに、増幅器212 が制御電流を通してモータ310 を制御できる。モータ310 に供 給される電流はギア308 に加えられるトルクに比例するので、従ってアーム302 を介して回転部108 に加えられる力に比例する。回転部108 の縦方向の速度及び 位置は、入力デバイス104 のその他の可動部品の回転部108 の重量と慣性、平衡 の位置を規定する上述の適切に設けられたスプリング、モータ310 の供給するト ルク、及び力センサ122 の測定した力、に依存する。従って回転部108 の速度と 位置は、任意の触覚フィードバックをユーザーに提供するように、制御可能な変 動をすることができる。 〔２番目の実例〕 図４は本発明による入力デバイス104 の２番目の実例400 の概略図である。回 転部108 もまた、筐体106 に対し縦方向に滑動可能なプラットフォーム402 上に 、回転できるように搭載されており、それはシリンダーの中のピストンと極めて 類似のやり方である。プラットフォーム402 はクランクシャフト404 に結合して おり、プラットフォーム402 が筐体106 内で縦方向に滑動すると、クランクシャ フト404 が回転するようにしてある。クランクシャフト404 の回転角の大きさ及 び極性が回転部108 の縦方向野変位を表す。クランクシャフト404 はモータ310 に接続して図３に掲げた諸機能を実現する。 〔３番目の実例〕 図５は本発明による入力デバイス104 の３番目の実例500 の概略図である。回 転部108 は、筐体106 に対し縦方向に滑動可能なプラットフォーム502 上に、回 転できるように搭載されており、それはシリンダーの中のピストンと同様である 。バー504 がプラットフォーム502 に取り付けられて、プラットフォーム502 を ほぼ横切る方向に延びる。バー504 は輪506 と協力してバー504 が縦方向に移動 すると輪506 が回転する。輪506 はバー504 と摩擦接触するゴムの輪であろう。 又はその代わりに、輪506 は、歯を刻んだバー504 と噛み合う歯を持つギアであ ってもよい。輪506 の回転角の大きさ及び極性が回転部108 の縦方向の変位を表 す。輪508 のような誘導輪が、バー504 の動きを強制的に純粋の垂直変位とする ために設けられてもよい。輪506 はモータ310 のシャフト上に搭載されて、デー タ処理装置102 の制御の下にモータ310 が輪506 を駆動するようにさせるとき、 触覚フィードバックをユーザーに提供する。 〔４番目の実例〕 図６は本発明による入力デバイス104 の４番目の実例の概略図である。回転部 108 は、主ピストン602 上に、回転できるように搭載されている。主ピストン60 2 は、流体を充填したシリンダー604 内で筐体106 に対し縦方向に滑動可能であ る。主ピストン602 が縦方向に下向きに移動すると、２番目のピストン606 がそ れに従って動かされる。電気−機械変換器608 が２番目のピストン606 の変位を 電気信号に翻訳し、それはデジタルデータに変換されてデータ処理装置102 に供 給される。 上掲の実例は、回転部108 の縦方向変位をモニターするのに各種のやり方があ り、また回転部108 を介して触覚フィードバックをユーザーに提供する各種のや り方があることを説明するのに用いられる。 〔ウィンドウ（窓）〕 本発明のシステムは、次に詳しく述べるように、ウィンドウ（窓）ソフトウェ ア・アプリケーションと互いに影響し合うのに極めてよく適合する。多重ウィン ドウ・ソフトウェア・アプリケーションが複数の補助的ソフトウェア・アプリケ ーションを階層的なやり方で組織し、其処では補助的ソフトウェア・アプリケー ションの各々がそれぞれ１つのウィンドウによってディスプレイ上に表される。 ウィンドウは、関連のアプリケーションへのアクセスを求めるために、ユーザー によって開くことができ、また他のウィンドウに切り替えるために閉じることが できる。典型的には、ウィンドウは重ねて表示され、現在のウィンドウが一番上 にある。 図７はデータ処理装置102 のディスプレイ700 を説明する概略図であり、この 図では複数の重なったウィンドウ702,704,706 が示されている。重なったウィン ドウ702-706 の視覚的表現は深さを暗示する。本発明ではソフトウェア・ウィン ドウズ・アプリケーションは入力デバイス経由でユーザーに触覚フィードバック を提供するデータを生成する。ユーザーが現在のウィンドウ702 から下のレベル のウィンドウへ、例えばウィンドウ704 へ行くためには、上記データにより制御 される或る１つのプロフィールをもつ抵抗力に抗して回転部108 を押下しなけれ ばならない。例えば或る１つの力のしきい値を越えたことがセンサー122 により 測定されると、システムはそれを翻訳して、現在のウィンドウを閉じて１つ上の レベル又は１つ下のレベルのウィンドウへ行くものと理解する。それから回転部 108 の押下を緩めれば、１つ上のレベルを選択するとシステムは翻訳し、押下を 続ければ１つ下のレベルを選択すると翻訳する。システムがレベルの現在位置に ついての視覚情報を提供することでユーザーを援助できる。例えばディスプレイ 700 上のウィンドウ702-706 の隣には、それらのウィンドウ702-706 が複数の対 応するボックス708,710,712 によって視覚的に表されている。一連のウィンドウ のうちのユーザーの現在位置は、ボックス708-712 のうちの当該の１つを例えば ハイライトを付けて指定することにより、明瞭に分かるようになっている。茲で ユーザーが入力デバイス104 の回転部108 を抵抗に抗して押下し、その後それを 緩めれば、１つ下又は１つ上のボックスが示されて次のレベルへの移行を確認す る。一番下のウィンドウ、すなわちこの例ではウィンドウ706 は、それが開かれ たときには最早それより下方に行くことができない旨をユーザーに伝えるため、 そのような表示をするのが好適である。 図８は、現在のウィンドウ702 からウィンドウ704 に切り替えるために回転部 108 を押下するときのユーザーの感じる抵抗を定性的に描いた図であって、縦軸 の“Ｆ”はユーザーの感じる抵抗であり、それは横軸の“ｄ”で表される縦方向 の移動の関数として示される。典型的には、抵抗Ｆは先ず増加し、次いで当初の レベルより下方まで一旦低下し、それから当初のレベルに戻る。抵抗Ｆはその値 が或る範囲802 では負になることがある、すなわち回転部108 には下方への加速 度が与えられて１つ下のレベルに降りることを実行する。ウィンドウ702 から１ つ上のウィンドウに行く（この図には示されていない）ためには、ピーク804 を 越えたらユーザーは回転部108 の押下を緩めて、回転部108 を上方に浮動させな ければならない。 図１−図６は、例示として本発明をトラックボール型の実施例で示したもので ある。回転部108 の動きは筐体106 との関連で定義されているのだから、本発明 の入力デバイスがマウス型の実施例についても、同じ原理が適用されることは明 らかである。基本的には、トラックボール型のように固定した筐体106 に回転部 108 をスプリングで支える代わりに、マウス型の実施例においては、例えば机上 のような平坦な面に接触して留まっている回転部108 に対して、筐体106 を縦方 向に移動できるようにさせるのである。マウス型の実施例における縦方向の自由 度に関する触覚フィードバックは、回転部108 に対する筐体106 の懸架を制御す ることにより得られ、それはトラックボール型の実施例において筐体106 に対し 回転部108 を制御可能なやり方で懸架するのと極めて類似である。 触覚フィードバックの深さの制御、すなわちＺ座標の制御も、押ボタンを設け た在来型のマウスないしトラックボールを使って実現できる。その場合には、触 覚フィードバック手段は、ユーザーが押ボタンを操作したときに感じる抵抗力を 制御する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．データ処理装置(102)と；該データ処理装置に結合して、ユーザーが該デー タ処理装置にデータを投入することを可能にさせるように動作する入力デバイス (104)と；を有して成るデータ処理システム(100,200)であって、 上記入力デバイスは、支持構造(106)と；データを投入するために、１つの 軸の周りを上記支持構造に対して回転ができるようにしてある部分(108)と；を 含み、また 上記部分(108)及び上記支持構造(106)は、相互に対して移動ができるように してあるデータ処理システム(100,200)において、 上記入力デバイスはデータ生成手段(114,206)を含み、該データ生成手段は 、３つ又はそれ以上の異なる状態があるものとする上記移動にそれぞれ応答して 、更に別のデータを生成するように動作することを特徴とするデータ処理システ ム。 ２．請求項１に記載のデータ処理システムにおいて、上記入力デバイスは、上記 データ処理装置の制御の下に上記回転ができるようにしてある部分を駆動するた めの、触覚フィードバック手段(210,212,116,120)を更に含むことを特徴とする データ処理システム。 ３．請求項２に記載のデータ処理システムにおいて、上記触覚フィードバック手 段は、上記回転ができるようにしてある部分の回転に影響を与える第１駆動手段 (116)か；又は、上記回転ができるようにしてある部分と上記支持構造との相互 に対する移動に影響を与える第２駆動手段(120)か；を少なくとも含むことを特 徴とするデータ処理システム。 ４．請求項２又は３に記載のデータ処理システムにおいて、上記入力デバイスは 、ユーザーによって上記回転ができるようにしてある部分に加えられる力を感知 する力センサー(122)を含むことを特徴とするデータ処理システム。 ５．請求項２又は３に記載のデータ処理システムにおいて、上記触覚フィードバ ック手段はユーザーによるプログラム可能であることを特徴とするデータ処理シ ステム。 ６．請求項１ないし４のうちのいずれか１項の記載により特定される入力デバイ ス。 ７．請求項２ないし４のうちのいずれか１項に記載のデータ処理システムと、触 覚的に相互に影響し合うことを、ユーザーに可能とさせる方法において、 該方法は、多重ウィンドウ・ソフトウェア・アプリケーションを上記データ 処理システム上で走らせることを可能とすること；及び、上記入力デバイスによ って上記移動の方向に働く抵抗力であり且つ順次重なっているウィンドウ間の移 転をするときユーサーが打ち勝とうとする抵抗力を、ユーザーに経験させること を可能とすること；を含むことを特徴とする方法。