JP2000122805A

JP2000122805A - 座標指示装置

Info

Publication number: JP2000122805A
Application number: JP10295336A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Yamanaka; 克弘山中
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 2000-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】人間の自然な動作を基本とし、かつカーソル
の移動距離に関わらず良好な操作性を備えた座標指示装
置を実現する。【解決手段】ボールを回転させる際に操作者がボール
に加えた力を検出する感圧センサ１と、感圧センサの出
力から圧力を求める圧力計算部２と、圧力の変化を調べ
て回転操作の始まる直前の圧力を決定し、その圧力を一
定時間保持する圧力決定部３と、圧力決定部３で決定さ
れた圧力に従ってボールの回転量を増減させる回転量補
正部４を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】コンピュータの画面上に表示
されるカーソルを移動させて任意の一点を指示するため
の座標指示装置であって、特にノート型コンピュータに
組み込むのに好適な座標指示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】可搬性の高さを特徴とするノート型コン
ピュータでは、必要な装置がすべて一体化されている方
が望ましく、現在市販されているノート型コンピュータ
には、画面上に表示されるカーソルを移動させて任意の
一点を指示するための座標指示装置も筐体の中に組み込
まれているものが多い。

【０００３】ノート型コンピュータに搭載される座標指
示装置のひとつであるトラックボールは、座標指示装置
として最も普及しているマウスを裏返したような形で、
構造的にもマウスと同じであるため、初期のノート型コ
ンピュータの多くに搭載されていた。マウスとの違い
は、マウスが本体を動かすことでボールを回転させるの
に対し、トラックボールでは、本体は固定で指または掌
によりボールを直接回転させる点である。

【０００４】トラックボールは、操作も簡単で、ボール
の回転量がそのままカーソルの移動量に対応するため直
感的な操作が可能である。しかし、特にノート型コンピ
ュータで用いられるようなボールの小さいものでは、カ
ーソルの移動距離が長くなると、何度もボールを回転さ
せなければならず手または指の疲れや煩わしさが生じ
る。これを防ぐために、わずかなボールの回転でカーソ
ルが大きく移動するようにすると、逆にカーソルの位置
を微調節したいときにカーソルが動きすぎてしまう。こ
のように、トラックボールには、カーソルの長距離移動
時と微調節時の両方において良好な操作性を実現するこ
とが難しいという問題があった。

【０００５】この問題を解決するための従来技術とし
て、特開平５−３０３４６８号公報および特開平４−１
３８５１６号公報に記載されている技術が知られてい
る。これらの公報に記載されている技術におけるトラッ
クボールは、図１０のブロック図に示すとおり、ボール
の回転量を求める移動量検出部９７（特開平４−１３８
５１６号公報では運動量検出手段）と、ボールに対する
押下圧力を検出する圧力検出部９８（同じく加速度割合
設定手段）と、検出された押下圧力に基づいてボールの
回転量を増減変化させてコンピュータ本体へ出力する移
動量出力制御部９９（同じく加算出力手段）で構成され
る。

【０００６】操作者がボールを押しながらこのトラック
ボールを操作すると、その圧力に応じて抵抗値が変化す
る仕組みが設けられており、その抵抗値の変化は圧力検
出部９８で信号に変換される。一方、ボールの回転量
は、ローラや移動量検出器を含む移動量検出部９７で信
号に変換される。移動量出力制御部９９は、圧力検出部
９８からの信号に基づいて、移動量検出部９７からの信
号を変化させてコンピュータへ出力する。

【０００７】ボールを押したときに移動量検出部９７か
らの信号を増加させるとすれば、ボールを押しながら回
転させることにより、何度も手または指を往復させるこ
となくカーソルを大きく移動させることができ、かつボ
ールを押さずに操作することで、カーソルを微少に移動
させることが可能となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術ではトラックボールの操作性はそれほど改善さ
れない。図１１は、ボール５を操作している様子を前方
から見た図であるが、人間が自然な動作でボール５を回
転させる場合、図１１（ａ）のようにボール５の側部に
指９を置いて回転操作を開始し、図１１（ｂ）の状態を
経た後、指９とボール５は図１１（ｃ）に示すとおり離
れてしまう。ボール５に圧力が加わるのは図１１（ａ）
から図１１（ｂ）までのわずかな間のみである。従来技
術では、ボールに加圧されているときのみ回転量が増加
されるため、カーソルはすぐに失速し、結局何度もボー
ルを回さなければならない。さらに、図１１（ｂ）の時
点までは指９とボール５は接触しているが、図１１
（ａ）の時点から徐々に圧力は弱まっていくので失速に
拍車がかかる。もし、図１１（ｂ）の時点まで同じ圧力
を加えて操作したとすれば（そのような操作方法は明ら
かに不自然で行いにくい）、今度はボール５がほとんど
回転しないためやはり失速を招く。

【０００９】本発明はこのような問題に対処するために
なされたもので、その目的は、人間の自然な動作を生か
しながら、カーソルの移動距離に関わらず良好な操作性
を備えたノート型コンピュータ用の座標指示装置を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】トラックボールでは、ボ
ールの回転量とカーソルの移動量は相関関係にある。人
間の自然なボール操作を考えると、カーソルを大きく移
動させたい場合、少ないボールの操作回数でなるべく多
くの回転量を得るために、操作者は図１１（ａ）の時点
でボール５に強い圧力を加え、勢い良くボール５を回そ
うとするはずである。逆に、カーソルの移動量がそれほ
ど大きくないときは、図１１（ａ）の時点での圧力は小
さい。結局、図１１（ａ）の状態での圧力が分かれば、
操作者がカーソルをどのくらい移動させたいかが判断で
きる。

【００１１】そこで、回転操作が始まる直前の圧力（図
１１（ａ）の時点での圧力）を検出し、その値によって
ボールの回転量を増減させ操作者の意図（どのくらいカ
ーソルを移動させたいか）を補助する。その時、ボール
が回転している間は回転量の増減が継続できるように検
出した圧力の値をしばらく保持しておく。より具体的に
は、ボールを回転させる際に操作者がボールに加えた力
を検出する感圧センサと、感圧センサの出力から圧力を
求める圧力計算部と、圧力の変化を調べて回転操作が始
まる直前の圧力を決定し、その圧力を一定時間保持する
圧力決定部と、圧力決定部で決定された圧力に従ってボ
ールの回転量を補正する回転量補正部を設けた。

【００１２】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）本発明の第一の
実施の形態について図面を参照して説明する。図１のブ
ロック図を参照すると、本実施の形態では、操作者がカ
ーソルの移動方向と移動距離を指示するためのボール５
と、ボール５のＸ軸方向およびＹ軸方向の回転を検出し
て検出信号を出力する回転検出部６と、回転検出部６か
ら出力される検出信号よりボール５の回転量（実際には
回転量に相応する数値）を求める回転量計算部７と、力
が加わると電気的特性(電位、抵抗など)が変化する感圧
センサ１と、感圧センサ１の電気的特性の変化から加え
られた圧力（実際には圧力に相応する数値）を求める圧
力計算部２と、圧力計算部２で求められた圧力の推移よ
り操作者が回転操作を開始する直前の圧力を決定し一定
時間保持する圧力決定部３と、圧力決定部３で求められ
た圧力に応じてボール５の回転量を補正する回転量補正
部４と、回転量補正部４で決定された回転量をパソコン
に出力する回転量出力部８とを備える。

【００１３】感圧センサ１は、その種類に応じて加圧機
構を装備すれば、特に限定されるものではない。圧力に
応じて抵抗が変化するタイプの場合は定電流源と接続す
るなどして、圧力に応じた電圧を出力するような仕組み
を設けると後の処理は簡単である。

【００１４】圧力計算部２は、電圧値を数値に変換する
ＡＤ変換器と電圧値をＡＤ変換器の動作レベルに増幅す
る増幅器と、変換のタイミング（サンプリング間隔）を
決定するための発信器で構成できる。

【００１５】圧力決定部３および回転量補正部４は、プ
ログラム制御により動作するデータ処理装置で実現す
る。

【００１６】ボール５および回転検出部６、回転量計算
部７は従来技術のトラックボールと同じもので良い。回
転検出部６は、Ｘ軸（横）方向の回転検出部とＹ軸
（縦）方向の回転検出部から構成されており、例えば、
Ｘ軸方向の回転検出部は、図３（ａ）に示すように、ロ
ータリエンコーダ６１と、ロータリエンコーダ６１にボ
ール５の回転を伝達するローラ６２および回転軸６３で
実現できる。ロータリエンコーダ６１は、Ｘ軸に沿った
ボール５の回転方向（正方向または負方向）と回転数の
情報を含む二相パルスを出力するが、回転方向を考慮し
てパルス数を数える素子が既に存在し（日本電気製μＰ
Ｄ４７０１Ａ等）、回転量計算部７にはこれを利用す
る。

【００１７】回転量出力部８は、コンピュータと接続す
るインタフェースに応じて適当な構成を採ればよい。例
えば、ＲＳ−２３２Ｃインタフェースを用いるなら、パ
ラレルデータをシリアルデータに変換するシリアルイン
タフェースコントローラと、電圧のレベルを変換するレ
ベル変換器で構成できる。

【００１８】本発明による座標指示装置のノート型コン
ピュータへの搭載例を図２に示す。従来のトラックボー
ルと同様、スペースキー９０の手前、または筐体９１の
手前側面に搭載するのが操作性の上からも最善であると
思われるが、本発明の座標指示装置は、この例だけに限
定されるものではない。

【００１９】次に本実施の形態の動作を説明する。以下
では、感圧センサ１として、指のような導電性の柔らか
いものを押しつけると、接触面積が増え抵抗が減少する
ことを利用したシート状のセンサを用いると想定する。

【００２０】操作者は、通常のトラックボールと同様に
ボール５でカーソルの移動方向および移動距離を指示す
る。前述の通りカーソルの移動距離が長いほど、ボール
５を多く回転させようとして、図１１（ａ）の状態でボ
ール５により大きな力を加える。図３（ｂ）に示すよう
に、ボール５や回転検出部６などを含む装置基板１００
の下に感圧センサ１を配置する（筐体１３の底に貼り付
ければ良い）ことで、ボール５に力が加わると装置基板
１００の裏側に取り付けられた押し棒９４により感圧セ
ンサ１が押される。感圧センサ１は、圧力に応じた電圧
を出力し、圧力計算部２に含まれるＡＤ変換器により数
値化される。押し棒９４の素材としては、圧力が加わる
と変形して感圧センサ１との接触面積が増加する必要が
あるため、導電性のゴムなどが適している。当然、感圧
センサ１の種類によって押し棒９４の素材やセンサの取
り付け方法は変わる。また、ボール５に加わる圧力が感
圧センサ１に正しく伝わる仕組みが要求される。そのた
めには、例えば、図３、図４に示したように、装置をバ
ネ９５で支え、装置側アーム９２と筐体側アーム９６に
よって筐体９１に取り付けて装置側アーム９２の突起９
３を支点に回転するようにすれば良い。

【００２１】操作者がボール５を回転させたときの圧力
変化は、操作のされ方によって様々な形となるが、概ね
図５（ａ）のような変化をすると思われる。ここでの仮
定は、加圧動作から回転操作に移る瞬間（時刻Ｔ１とＴ
２の間）に、圧力の変化が他の期間と比べて穏やかにな
るということである。ボール５の回転操作が始まると急
激に圧力が減少する（時刻Ｔ２以降）ので、急激に圧力
が減少する前の圧力変化の少ないポイントが回転操作開
始直前の圧力となる。なお、Ｔ２からＴ３の期間は、回
転操作は始まっているが指が完全に離れていない状態
（図１１（ａ）から図１１（ｂ）までの間）であるた
め、Ｔ３以降よりは圧力の減少は穏やかである。図５
（ａ）だけを考えると上記の仮定は不要で、最大の圧力
を回転操作開始直前の圧力と考えて良いと思えるが、図
５（ｂ）に示したように、時刻Ｔ１付近で最大圧力とな
るが、力を加えすぎたと思い力を緩めてから回転操作を
開始する場合も考えられる。この場合は、時刻Ｔ２から
Ｔ３の圧力が操作者の意図した圧力である。さらにもう
一点、カーソルが直ぐに失速するのを防ぐために、圧力
が０となっても（指がボール５から離れた後も）しばら
くは決定した圧力を保持し、ボール５の回転中は回転量
の補正処理を続けられるようにする必要がある。

【００２２】これらの処理を行うのが圧力決定部３であ
る。以下では、図６の流れ図を参照して、圧力決定部３
の動作を詳しく説明する。まず、圧力計算部２が出力す
るデータを読み込み（ステップ３０）、読み込んだデー
タが０かどうかを判定する（ステップ３１）。もし、デ
ータが０であれば、０の連続回数を計数するカウンタの
値を１増やし（ステップ３７）、その結果カウンタの値
がある一定値を越えていれば（ステップ３８でＹｅｓの
場合）それまで保持していた圧力データをクリアし（ス
テップ３９）、２回前に圧力計算部２から読み込んだデ
ータを消去する（ステップ３６）。一方、圧力計算部２
から読み込んだデータが０でなければ、０の連続回数を
計数するカウンタの値をクリアし（ステップ３２）、圧
力計算部２から読み込んだ最近３回分のデータ相互間の
差を計算する（ステップ３３）。ステップ３３で計算し
たすべての差が一定値以下であれば、ステップ３０で圧
力計算部２より読み込んだデータを回転操作開始直前の
圧力データとして記憶する。逆に、ステップ３３で計算
した差のうちひとつでも一定値以上であれば、まだ加圧
中か回転操作が行われている途中であると判断し読み込
んだデータを棄却する。ステップ３３では、最近３回分
のデータ相互間の差を計算しているが、特に３回に限る
ものではない。

【００２３】一方、ボール５の回転は、回転検出部６で
回転量と回転の方向の二つの情報を含んだ二相パルスに
変換され、回転量計算部７において、回転の方向を考慮
してパルス数をカウントすることで回転量が求められ
る。

【００２４】回転量補正部４は、回転量計算部７からボ
ール５の回転量を、圧力決定部３から回転操作が始まる
直前の圧力を定期的に読み込み、圧力の大きさに応じて
回転量に補正を加える。回転量の補正方法は、例えば圧
力が０から３１までなら１倍、３２から６３までなら
１．１倍という具合に圧力に比例した値を回転量に乗じ
るというものが最も単純である。

【００２５】当然、上記の補正方法以外にも、圧力が低
い場合にはより細かな調整を可能とするために回転量を
割り引く方法や、回転量も考慮に入れ、回転量と圧力が
不釣り合いな場合（例えば、圧力が大きい割には回転量
が少ない）に圧力に見合った回転量にするという方法も
考えられる。すなわち、圧力、または圧力と回転量を参
照して回転量を変化させることはすべて本発明の範囲内
である。

【００２６】このように回転量補正部４で設定された値
が、回転量出力部８を通してコンピュータへと送られ
る。

【００２７】（実施の形態２）ボールを多く回転させる
もう一つの方法として、指をボールから少し離れた場所
に置いて勢いを付けるというやり方が考えられる。この
方法では、勢いの具合は、指を最初に置いた場所を押す
力で調整される。本発明の第二の実施の形態は、このよ
うな操作方法に対応するもので、図７に示すように、感
圧センサ１をドーナツ型にしてボール５の周囲に配置し
ている。構成は第１の実施の形態（図１）と同じである
が、本発明が効率よく動作するためには、操作者に勢い
を付けてボール５を回させるような部品配置が必要とな
る。通常のトラックボールや第一の実施の形態では、図
８（ｂ）に示すようにボール５のほぼ上半分が筐体９１
の上に飛び出た形となっているのが一般的であるが、本
発明では、図８（ａ）のように、ボール５の大部分が筐
体９１に隠れるような配置とした。このことにより、ボ
ール５に直接力を加えて回転させようとしても、指とボ
ール５が接触している時間が短くほとんど回転を与えら
れないため、回転量を多くしたい場合操作者は勢いを付
ける操作方法を選択する。

【００２８】また、本形態でも回転操作に移る直前の圧
力がカーソルの移動量を増減させるパラメータとなるの
は同じであるため、圧力決定部３の処理の流れは第一の
実施の形態と変わらないが、指が完全に感圧センサ１か
ら離れた後でボールの回転が始まるため、圧力を保持す
る時間は長くしておかなければならない。具体的には、
図６のステップ３８における一定値を第一の実施の形態
よりも大きく設定する必要がある。

【００２９】本実施の形態は、第１の実施の形態と比較
して、図９から分かるように基板１００の下部に感圧セ
ンサ１および押し棒９４，バネ９５が存在しないためコ
ンピュータをより薄くできるという効果がある。さら
に、前述の通り、本実施の形態の効果が最も現れるの
は、ボール５が感圧センサ１より大きくはみ出ない程度
の大きさの時である。このことからボール５は小さいも
のでも十分であり、やはりコンピュータの薄型化が可能
となる。

【００３０】第一および第二の実施の形態共に、ノート
型コンピュータに搭載した例を取り上げて説明をした
が、当然、本発明が据え置き型のコンピュータの座標指
示装置としても利用できることは言うまでもない。

【００３１】

【発明の効果】人間がボールを回転させる際の自然な動
作で、カーソルの移動距離に関わらず良好な操作性を実
現できる。その理由は、圧力決定部がボールに加わる圧
力の推移から、操作者の意図が最も現れる回転操作開始
直前の圧力を決定し、回転量補正部でその値に応じて回
転量が増減されるからである。

【００３２】また、従来の技術と比較してカーソルの失
速を防ぐことができ、より操作性が向上する。その理由
は、圧力決定部が、決定した回転操作開始直前の圧力を
しばらくの間保持しているためである。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の実施の形態の構成を示すブロック図

【図２】第一の実施の形態の外観図

【図３】（ａ）第一の実施の形態における回転検出部の
説明図（ｂ）第一の実施の形態における感圧センサの配置を示
す説明図

【図４】第一の実施の形態における筐体と装置の接続方
法を示す説明図

【図５】圧力の時間変化の一例を示す説明図

【図６】第一の実施の形態における圧力決定部の動作を
示す流れ図

【図７】第二の実施の形態の外観図

【図８】（ａ）第二の実施の形態におけるボール配置の
説明図（ｂ）従来のボール配置の説明図

【図９】第二の実施の形態における装置内部の構造を示
す説明図

【図１０】従来技術の構成を示すブロック図

【図１１】自然なボールの回転操作を示す説明図

【符号の説明】

１感圧センサ２圧力計算部３圧力決定部４回転量補正部５ボール６回転検出部７回転量計算部８回転量出力部９指６１ロータリエンコーダ６２ローラ６３回転軸６４ロータリエンコーダ６５ローラ６６回転軸９０スペースキー９１筐体９２装置側アーム９３突起９４押し棒９５バネ９６筐体側アーム９７移動量検出部９８圧力検出部９９移動量出力制御部１００装置基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トラックボールを利用し、少なくともコン
ピュータの画面上に表示されるカーソルの移動量を制御
する座標指示装置であって、操作者が前記トラックボールに付随するボールの回転操
作にかける圧力を検出し、この検出された圧力から前記
回転操作を開始する際の直前の圧力を計算し、この計算
された圧力を利用して前記操作者の操作意図を判断し、
前記カーソルの移動量を制御することを特徴とする座標
指示装置。
【請求項２】請求項１記載の座標指示装置であって、計算された前記回転操作を開始する際の直前の圧力を保
持しておき、前記ボールが回転している間は、前記保持
された圧力を利用して前記操作者の操作意図を判断し、
前記カーソルの移動量を制御することを特徴とする座標
指示装置。
【請求項３】請求項１または２記載の座標指示装置であ
って、操作者が前記ボールの回転操作にかける圧力を検出する
ために、前記ボールの周囲を取り囲むドーナツ状の感圧
センサを設けたことを特徴とする座標指示装置。
【請求項４】少なくともコンピュータの画面上に表示さ
れるカーソルの移動量を制御する座標指示装置であっ
て、操作者が前記カーソルの移動方向と移動距離を指示する
ためのボールと、前記ボールのＸ軸方向およびＹ軸方向の回転を検出して
検出信号を出力する回転検出部と、前記回転検出部から出力される検出信号より前記ボール
の回転量を求める回転量計算部と、前記ボールに対して力が加わると電気的特性が変化する
感圧センサと、前記感圧センサの電気的特性の変化から、加えられた圧
力を求める圧力計算部と、前記圧力計算部で求められた圧力の推移より操作者が回
転操作を開始する直前の圧力を決定し一定時間保持する
圧力決定部と、前記圧力決定部で求められた圧力に応じて前記回転量計
算部で求められた前記ボールの回転量を補正する回転量
補正部と、前記回転量補正部で決定された回転量を出力する回転量
出力部とを備えることを特徴とする座標指示装置。
【請求項５】前記ボールや前記回転検出部などを含む装
置基板の下に前記感圧センサを配し、前記装置基板の裏
側に前記感圧センサに圧力を伝えるための押し棒を取り
付けて構成したことを特徴とする請求項４に記載の座標
指示装置。
【請求項６】前記感圧センサが、ドーナツ状の形状であ
って、前記ボールの周囲を取り囲む位置に配置されてい
ることを特徴とする請求項４に記載の座標指示装置。