JP2000503153A - 触覚応答ユーザインタフェースのための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 柔軟にプログラム可能な電子制御可能触覚応答性を有するユーザインタフェース装置（マウスやトラックボールなど）を実現する方法および装置である。このインタフェース装置は、インタフェース装置が操作されたときに動く複数のホイールからなる少なくとも二つのホイールセットを有している。サーボモータ（１１６）が、この少なくとも二つのホイールセットの各々に取り付けられている。位置エンコーダ（１１８）が各サーボモータ（１１６）に付随しており、位置情報をコントローラ（１２０）に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】 触覚応答ユーザインタフェースのための方法および装置 発明の分野 本発明は、ユーザインタフェース装置に関し、特に、触覚応答性を提供し、画 面表示上のカーソルを操作する際の触覚応答性を定めるプラグラム可能な力−位 置プロファイルを有する装置に関する。 発明の背景 数多くの状況において、人間は、ノブやダイヤルやリニアアクチュエータを有 するアクチュエータを介して機械と対話することにより仕事を行っている。数多 くの例におけるこのようなヒューマンインタラクションは、アクチュエータの応 答性に基づいて調整される。人間のオペレータは、アクチュータノブやダイヤル やハンドルとの接触を介して知覚される触覚フィードバックに従って対話を行う 。 例えば、米国特許第4,937,685号および第4,964,004号（これらは、参照文献と して本明細書に組み込まれる）に開示されるようなシステムを用いるビデオやフ ィルムの編集では、エディタは、複数の「コントロールホイール」（例えば、大 きなダイヤルやノブ）を有するコンソールでビデオ画像情報を編集する。フィル ムやビデオのエディタは、図１に示されるようなオペレータズコンソールから、 両手に用意された二組の制御装置を用いて合成システムの操作を制御し、編集工 程を制御する。各制御セットは、大きな回転可能コントロールホイール１１２の 付近に集合した複数のフィンガースイッチまたは押しボタン１１０を有しており 、最小限の手の動きで容易に触覚操作を行うことができるようになっている。エ ディタは、編集作業中にビジュアルソースマテリアルのフレームを見ながら、少 なくとも一つのビデオモニタに集中しているので、オペレータは、視覚フィード バックのためにコントロールホイールを見なければならない代わりに、種々の制 御のための感覚を身につけ、触覚フィードバックを介して機能に順応するように なるのが一般的である。従って、より効率の良い合成システムとのヒューマンイ ンタラクションと合成システムに対する感度が得られる。 コントロールホイール１１２は、その回転時に触覚応答性（例えば、回転止め またはクリック止め）を示す。通常、ホイール１１２の全回転は、編集中のビジ ュアルソースマテリアルを見る時間の一単位（例えば１秒）に関連付けられてい る。この時間の間、編集中のソースマテリアルの媒体や種類に応じて、ビジュア ルソースマテリアルの対応する数の「フレーム」が見られることになる。ソース マテリアルのフレームの数が回転中におけるホイール１１２の触覚応答性、すな わちクリック止めの数と相関していることが最も望ましい。例えば、フィルム編 集は、毎秒２４フレームが提供される標準化ソースマテリアルを含んでいる。従 って、ホイール１１２の全回転（これは、ソースマテリアルの１秒を与える）で は、ホイールは２４個のクリック止めと応答する。ここで、各クリック止めは、 ビジュアルソースマテリアルの１フレームに対応している。 フィルム編集には毎秒２４フレームを有するソースマテリアルが含まれている が、他のビデオ媒体規格は、異なるフレームレートを要求する。フレームレート 、すなわち全国テレビジョン方式委員会（ＮＴＳＣ）に従った毎秒のフレーム数 は毎秒３０フレームであり、これは米国のテレビジョンビデオ用に発行された規 格である。ＰＡＬやＳＥＣＡＭなどの規格は、イギリスやフランスの各々におい て毎秒２５フレームの標準フレームレートを与える。高品位テレビジョン用の新 しい規格は、毎秒３０または６０フレームのフレームレートを指定する。 アクチュエータの機械式回転止めの性質やビジュアルソースマテリアルに関連 する種々のフレームレート規格は、アクチュエータ触覚応答性と種々のビジュア ルソースマテリアル規格との間の相関付けを容易にするために多数のアクチュエ ータが必要になるという問題点を提示する。図１ａに示されるように、触覚応答 性を与える技術上公知のアクチュエータは、通常、機械式回転止め機構を備えて いる。一定数のクリック止めが、ばね式摩擦機構１１１によって設けられる。こ の摩擦機構は、スプロケット１１３と相互作用するようになっている。このスプ ロケットは、所望の１回転あたりのクリック止め数に対応する一定数のはめ歯ま たは回転止めを有している。従って、フィルム編集関係では専用のアクチュエー タとして２４個の固定回転止めを有するアクチュエータが必要とされ、ＮＴＳＣ ビデオ編集システムでは３０個の回転止めのアクチュエータが必要とされ、ＰＡ ＬやＣＣＡＭビデオ編集関係では２５個の回転止めのアクチュエータが必要とさ れるなどのようになっている。複数のアクチュエータが必要なことでビジュアル ソースマテリアル合成システムの柔軟性が制限されているので、柔軟なシステム の複雑さ、費用およびハードウェア要求が大きく高まっている。 固定機械式回転止めアクチュエータの使用に柔軟性が欠けていることに加えて 、残念なことに、このようなアクチュエータは摩耗して、時間の経過とともに触 覚応答性が劣化する。他の機械式／ばね式リニアまたはロータリアクチュエータ も、同様の欠陥を有している。 同様に、ユーザがパーソナルコンピュータなどの電子装置と対話することを可 能にする他の種類のアクチュエータやユーザインタフェース装置も知られている 。米国特許第4,868,549号（「’５４９特許」）に開示されるマウスやトラック ボールのようなユーザインタフェース装置は、装置が操作され、カーソルが表示 画面の所定領域を横切って動くとき、装置の移動に対する抵抗の形で触覚応答性 を有している。 ’５４９特許では、磁気面や電磁ブレーキと連係する電磁石の形で電磁手段を 有するマウスが開示されている。この電磁手段は、「球形ボールピックアップ」 の移動に抵抗を与える。ある実施形態では、フィードバックまたは触覚応答性は 、マウスの磁気部とマウスをその上で操作しなければならない磁気パッド面との 間の滑り摩擦度を制御することにより得られる。残念なことに、このような実施 形態では磁気パッド面が必要となるが、パッドとマウスとの間の摩擦力は、予測 できない影響を受けることがあり、触覚応答性を損なう可能性がある。 ’５４９特許の別の実施形態では、電磁ブレーキが含まれており、このブレー キによって抵抗が球形ボールまたはトラッキング要素に直接与えられる。このブ レーキング機構はマウス内に完全に内蔵されており、磁気パッド面の必要性をな くしている。しかしながら、電磁ブレーキは、停止機構を提供するものの、トラ ッキング要素に継続的なトルクを与えることはできない。すなわち、トラッキン グ要素が停止されるときにトルクは加えられない。このような機構は、特定の画 面表示の特性の関数として触覚応答性を変える（例えば、抵抗を低減する）ため に使用することができない。与えられる抵抗は、動きに逆らうものでしかなく、 ボールを能動的に駆動して、特定の表示領域での動きを容易にしたり、制限表示 領域の境界からカーソルを離れた状態に維持することにより動きを助けることは できない。 発明の概要 本発明は、電子制御可能な触覚応答性を有するアクチュエータを提供する。こ の触覚応答性は、単一アクチュエータにおけるトルク−位置特性（例えば、その 全動作経路に沿った１動作あたりの選択可能な回転止め数）の規定を容易にする ように柔軟にプログラムすることができる。ロータリアクチュエータの一例では 、本発明は、単一アクチュエータにおけるトルク対角度位置特性（例えば、１回 転あたりの回転止め数）の規定を容易にする。 本発明によれば、アクチュエータは、位置エンコーダを有するサーボモータと 通信を行う。この位置エンコーダは、位置情報をコントローラに出力する。この コントローラは、トルク−位置関係情報へのアクセス権を有している。コントロ ーラの出力は、トルク−位置関係情報に基づくディジタルトルク信号であり、こ のディジタルトルク信号は、アナログ電流信号に変換される。このアナログ電流 信号は、サーボモータに供給されてサーボモータ内にトルクを生成する。アクチ ュエータを用いてヒューマンインタラクティングに触覚応答性を提供するこのト ルクは、一又は複数の回転止めとして検知される。 更に本発明では、コントローラは、位置情報をエンコーダからカウンタを介し て位置カウントとして受信するマイクロプロセッサである。トルク−位置関係情 報は、マイクロプロセッサアクセス可能ファームウェア内に、一連の特定位置値 に対応する一連の特定トルク値を含むテーブルとして記憶される。ディジタル信 号として出力され、ディジタル−アナログ変換器によって変換されるこれらのト ルク値は、複数の記憶トルク対位置テーブルに従って修正することができ、これ により、種々のトルクプロファイルの柔軟なプログラミングを容易にすることが できる。 本発明の特徴には、トルクプロファイルを記憶および修正するとともに所定の 一組のトルクプロファイルのなかから一つを選択してアクチュエータに所望の触 覚応答性を提供する能力が含まれる。電気的消去可能なプログラマブル読出し専 用記憶素子内にある（例えば、記憶されている）これらのトルクプロファイルは 、マイクロプロセッサと通信を行うコンピュータを介して変更することができる 。システムの電源を遮断し、引き続いて電源を投入すると、前に入力されたトル クプロファイルがデフォルトプロファイルとして存在するようになっていてもよ い。 本発明の別の実施形態では、ユーザインタフェース装置（例えば、トラックボ ールやマウス）がプログラマブル触覚応答性を有するように提供され、実施され る。マウスまたはトラックボール態様では、この装置は、複数のホイールからな る少なくとも二つのホイールセットを備えたインタフェース機構を有している。 これらのホイールは、球形ボールまたはトラッキング要素がユーザによって操作 されるときに動く。これらのホイールは、相互に直交する軸上に並べられており 、少なくとも二つのホイールセットの各々は、各ホイールに取り付けられたサー ボモータと、各サーボモータに付随する位置エンコーダと、を有している。位置 エンコーダからの位置情報は、コントローラによって受信される。このコントロ ーラは、触覚力情報、すなわちトルク−表示位置情報へのアクセス権を有してい る。 このトルク−表示位置情報は、電子装置の表示画面上の表示エンティティまた はカーソルの位置または座標を、ユーザインタフェース装置に加えられる力また はトルクに対応付け、ユーザインタフェース装置の触覚応答性を、表示エンティ ティまたはカーソルが操作される表示画面の関数として生じさせる。位置エンコ ーダから表示エンティティまたはカーソルの位置情報を受信したコントローラは 、力−表示位置関係情報に基づくディジタル信号である出力を生成する。この力 は、動きを補助するように、または動きに抵抗するように、正または負とするこ とができる。開示の実施形態では、トルク−表示位置情報に基づくディジタルト ルク信号出力がディジタル−アナログ変換器を介してアナログ電流信号に変換さ れる。このアナログ電流信号は、サーボモータに供給されて、サーボモータ内に トルクを生成する。サーボモータ内に生成されたトルクは、ユーザインタフェー ス装置のトラッキング要素またはボールに移り、ユーザによって触覚応答性とし て知覚される。この触覚応答性は、画面表示上のカーソルの位置の関数である。 本発明の特徴には、ユーザによるインタフェース装置の更なる操作に対する抵 抗を増減することにより、または装置の動きを助けることにより、触覚上の画面 境界、並びにドラッグダウンメニュー上のアイコン配置やボタンバー機能に対応 する「壁（wall）」および「谷（trough）」をもたらすという能力が含まれる。 カーソルを動かしたときに「隆起（bump）」や他のテクスチャを画面表示上で実 現して、触感上知覚させることができる。隔室の境界は、ハードストップまたは 「丘（hill）」によって定めることができる。このハードストップまたは「丘」 は、カーソルが転がりながら落ちることで、ユーザに画面を見ることを要求する ことなく画面領域へのアクセスを制限し、あるいはカーソル位置の指示を与える 。種々の画面表示およびユーザアプリケーションに対応するように、種々の触覚 応答プロファイルが記憶されていてもよい。身体障害者は、視覚や優れた運動能 力を必要とすることなくコンピュータアプリケーションと対話することができる 。 図面の説明 本発明の上記および他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を添付の図面と 共に検討することによって更に明らかになる。ここで、 図１は、合成システム内のビジュアルソースマテリアルを編集するためのオペ レータズコンソールの図である。 図１ａは、機械式回転止めを有する従来技術に係るアクチュエータの部分切欠 図である。 図２は、アクチュエータ内にプログラマブル触覚フィードバックを提供するシ ステムのブロック図である。 図３は、アクチュエータ内にプログラマブル触覚フィードバックを提供するシ ステムのブロック図であり、ここで、コントローラは、カウンタ、マイクロプロ セッサおよびアクセス可能ファームウェアを備えている。 図３ａは、アクチュエータと、複数の機能を制御し、選択された機能に従って 複数の触覚応答を与える関連ファンクションキーと、を示す図である。 図４は、アクチュエータ内にプログラマブル触覚フィードバックを提供するシ ステムのブロック図であり、ここで、このシステムは、モータ動作を検知して対 応する動作を関連アクチュエータ内に生成するタコメータを更に含んでいる。 図５Ａは、運動機器に抵抗を導入する従来技術の機械手段の図である。 図５Ｂは、運動機器内に実施された本発明に係るトルクコントローラの実施例 を示すブロック図である。 図６は、電子制御可能な触覚応答性を有するアクチュエータのジョイスティッ ク例のブロック図である。 図７は、本発明に係るユーザインタフェース装置のトラックボール例の部分切 欠斜視図である。 図８Ａおよび図８Ｂは、それぞれ図１のトラックボール内に実施されたホイー ルアセンブリの平面図および側面図である。 図９は、モータ／エンコーダアセンブリに取り付けられた図８Ａおよび図８Ｂ のホイールアセンブリの平面図である。 図１０は、モータおよびエンコーダを伴い、トラッキング要素に接触する一対 のホイールセットの概略図である。 図１０Ａは、第３軸（ｚ軸）応答性のために配置されたホイールセットの概略 図である。 図１１は、パーソナルコンピュータとインタフェースするように構成された本 発明に係るユーザインタフェース装置の概略図である。 図１２は、本発明に係るシステムのブロック図である。 図１３Ａ〜図１３Ｄは、ユーザインタフェース画面、および画面の諸特性をも たらすように実現される触覚応答性のためのプロファイルを示している。 実施形態の詳細な説明 図２を参照すると、コントロールノブ１１４を有するロータリアクチュエータ などのアクチュエータがシャフトを介してサーボモータ１１６に取り付けられて いる。このアクチュエータがフィルム／ビデオ編集関係で使用するためのもので ある図示の実施形態では、このサーボモータは、ＰＭＩ １２ＦＶＳモータであ る。この応用例では、以下で詳細に述べるように、サーボモータをモータ自体と して使用するのではなく、トルクコントローラとして使用する。このモータは、 その大きな定格毎分回転数で駆動することはなく、この応用例では通常、停動状 態または半停動状態で動作する。好適なモータ１１６は、据付エンコーダ１１８ を有している。このエンコーダ１１８は、インデックスを有し、１回転あたり３ ００サイクルを与えるＰＭＩ Ｍ２３ ３００セグメントモジュラエンコーダであ る。 これは、インデックス同士の間で１２００個の波形エッジを与えることになる。 この実施形態では、２、３、５および８で割り切れる数のエッジを与えるように エンコーダを選択することが重要である。従って、位置情報は、１回転あたり２ ４、２５および３０箇所（これは、後述するように、毎秒または１回転あたり２ ４、２５および３０フレームというフィルム／ビデオ編集規格に対応している） という整数個のクリック止めを選択可能な複数のモードで提供するように電子的 に分割することができる。 エンコーダ１１８から受信された位置情報は、この情報が位置カウントを表す ようにコントローラ１２０によって処理される。このコントローラ１２０は、受 信位置カウントを関連トルク値と相関させるトルク−位置関係情報の形で記憶さ れた入力データ１２２にアクセスする。上述のように、エンコーダ出力情報の関 数であるこの位置カウントは、エンコーダ波形によって与えられる位置情報を電 子的に分割することにより導出することができる。ここで、この位置情報は、選 択した数の位置または位置値に分割することが望まれる。コントローラ１２０に よってアクセスされる入力データ１２２は、所望のトルクプロファイルに従って 与えられる選択位置値に関連付けられた記憶トルク値を有することになる。コン トローラ１２０は、このトルク値をディジタル信号として出力する。このディジ タル信号は、ラッチ可能ディジタル−アナログ変換器１２４によってアナログ電 圧に変換される。モータに印加される電圧は比例モータ速度を生み出すので、モ ータ電源１２８と共にパワー増幅器１２６を用いて比例モータ電流を生成するこ とにより、このアナログ電圧はモータトルクに関連付けられる。このトルク関連 電流がモータ１１６に供給されると、所望の触覚応答性をコントロールノブ１１ ４に与える所望のトルクが得られる。 図３に示す実施形態では、コントローラ１２０は、エンコーダ１１８からサー ボモータ位置情報を受信するカウンタ１３０を備えている。Motorola 6809など のマイクロプロセッサ１３２は、インデックスに対するサーボモータ位置の指示 を与える位置カウントをカウンタ１３０から受信する。カウンタによって与えら れるカウントは、サーボモータの位置の変化の方向に応じて増減する。マイクロ プロセッサは、電気的消去可能なプログラマブル読出し専用記憶素子１３４（Ｅ Ｅ ＰＲＯＭ）にアクセスする。このＥＥＰＲＯＭは、トルク−位置関係情報の一つ 以上のテーブルを有するようにプログラムされている。各テーブルは、特定の位 置カウント（すなわち、ノブ／サーボモータ位置）に対応するトルク値を指定す る特定のトルクプロファイルを定めている。 メインアプリケーションＣＰＵ１３６は、アクチュエータ１１４用の特定のト ルクプロファイルを要求および定義するアプリケーションを実行する。このメイ ンアプリケーションＣＰＵは、図３ａに示されるコントロールホイールおよび関 連ファンクションボタンの機能を定義するアプリケーションを実行することもで きる。この実施形態では、コントロールホイールが外部ダイヤル１４０を有して いる。この外部ダイヤルは、アプリケーションに従って、定数個の位置を有する 第１の機能（例えば、複数のスイッチセッティングのなかから一つを選択するこ と）を実行する。このアプリケーションは、同じ外部ダイヤル１４０に第２の機 能を割り当て、他の応答性を外部ダイヤルアクチュエータに割り当てるプロファ イル（例えば、ｓｈｉｆｔキー１４２が押し下げられたときに、電子的に定義さ れた停止位置を有するレバーコントロール機能を割り当てるプロファイル）を提 供することができる。同様に、内部コントロールノブ１４４には、メインアプリ ケーションＣＰＵ上で実行されるアプリケーションによって第１の機能および対 応するトルクプロファイル（例えば、自走非回転止め走査機能）を割り当てるこ とができ、また、第２の（または他の）機能および対応するトルクプロファイル （例えば、上述のように、１回転あたり３０回転止めの編集モード）を割り当て ることができる。この第２機能は、例えばａｌｔキー１４６を押し下げることに より起動される。 メインアプリケーションＣＰＵ１３６は、アプリケーションの初期化中、ＲＳ −２３２シリアルポート、または他の通信ポートを介して所望のトルクプロファ イルをマイクロプロセッサアクセス可能ＥＥＰＲＯＭにダウンロードする。この 所望のトルクプロファイルは、ＥＥＰＲＯＭ内に常駐し、メインアプリケーショ ンの要求に従って適切なアクチュエータ位置に所望のトルクを提供するためにマ イクロプロセッサを介して選択することができる。所望のトルクプロファイルは 、ユーザがコントロールノブ１４４や外部ダイヤル１４０といったアクチュエー タ を単独で、あるいは他のコントロール機能（例えばａｌｔキーやｓｈｉｆｔキー ）とともに操作することにより、第１または第２機能に従って応答するように選 択することができる。アクチュエータ機能の変更、および対応するアクチュエー タ応答性（すなわち、トルクプロファイル）の変更は、選択されたキーストロー ク（例えば、本明細書で述べるｓｈｉｆｔキーやファンクションキー実施例）を 介して実行することができる。 ＥＥＰＲＯＭ常駐テーブルは、新たな一組のプロファイルがマイクロプロセッ サアクセス可能記憶装置内にプログラム、すなわちダウンロードされるまで変化 しない。従って、システムの電源を落とした後、引き続き電源を投入すると、前 に選択されたトルクプロファイルが常駐し、対応するアクチュエータ用のデフォ ルトモードとして利用することができる。 図４に示されるように、本発明に係るアクチュエータの選択可能トルクプロフ ァイルおよび触覚応答性は、第２のアクチュエータ１５０が第１アクチュエータ １１４′に応答し、ほぼ上述のように動作するように実現することができる。あ る動作では、共通のトルクプロファイルに従って協同して動作する二つのアクチ ュエータを有していることが望ましい。このような場合、一つのアクチュエータ のサーボモータは、そのトルクコントローラとしての機能に加えて、第２モータ を実際に駆動させるために使用することができる。 例えば、フィルムを編集する場合、第１アクチュエータ１１４′を回して合成 マテリアルの一端に一つ以上のフレームを追加するとともに、第２アクチュエー タ１５０によって制御される合成マテリアルの他端から一つまたは同じ数のフレ ームを取り除くことが望ましい。このような場合、対応するコントロールノブを 正確に同じ量だけ回そうとするよりも、第１アクチュエータ１１４′およびその 関連トルクプロファイルに従って第２アクチュエータ１５０を応答させることが 最適である。 図３を参照して上述したように実現されるそのトルクプロファイルに従って検 知されるＮクリック分だけ第１アクチュエータ１１４′が手動で回されると、エ ンコーダ１１８′および第１アクチュエータ１１４′に付随するタコメータ１５ ２は、それぞれ第１アクチュエータ１１４′の方向および速度をマイクロプロセ ッサ１３２′に知らせる。第１アクチュエータ１１４′の方向と位置は、エンコ ーダ１１８′からカウンタ１３０′を介して受信される。位置の変化率、すなわ ち速度は、タコメータ１５２によってアナログ信号として示される。このアナロ グ信号は、マイクロプロセッサ１３２′によるディジタル処理のためにアナログ −ディジタル変換器１５４によって変換しなければならない。マイクロプロセッ サ１３２′は、第１アクチュエータ１１４′から受信したカウントおよび速度プ ロファイルに従って、ディジタル信号を生成する。このディジタル信号は、第２ アクチュエータディジタル−アナログ変換器１５６に供給されてアナログ信号に 変換され、第２アクチュエータサーボモータ１５８へのパワーを増加させる。第 ２アクチュエータサーボモータ１５８へのパワー増加によって、第２モータは、 検知された方向に従った方向に、マイクロプロセッサによって指示される動作に 従って作動することになる。マイクロプロセッサは、第２アクチュエータエンコ ーダ１６０を監視して、駆動中の第２アクチュエータ１５０からの相補カウント を読み取るとともに、第２アクチュエータタコメータ１６０を監視して、手動で 操作されている第１アクチュエータの速度と比較できる速度を検知する。第２ア クチュエータが第１アクチュエータの手動操作に従って動作することをこの比較 が示す場合、操作は完了する。 駆動アクチュエータの実施例はアクチュエータの速度を検出するタコメータに ついて述べているが、位置情報の変化率の一次導関数を求める数学的操作を用い てマイクロプロセッサにより速度を導出することもでき、この場合タコメータは 必要なくなる。更に、図４では各サーボモータごとにモータ電源が示されている が、単一の電源を双方のモータに使用してもよい。 本明細書では、フィルム／ビデオ編集状況におけるアクチュエータとの関係で 本発明を説明しているが、当業者であれば分かるように、本発明に係る選択的プ ログラマブル触覚応答性は、触覚応答性のモード選択が望ましい多くの状況に提 供することができる。 本明細書では、電子制御可能な触覚応答性を有するアクチュエータが、コント ロールホイールの選択可能な１回転あたりの回転止め数またはクリック止め数を 提供するものとして説明されているが、他のトルクプロファイル（例えば、ある 方向に徐々に増加するトルクや偽ハードストップの点まで増加するトルク）は、 サーボモータに供給される適切な電流をもたらすトルクプロファイルを導入する ことにより本発明に従って達成することができる。 更に、ロータリアクチュエータ応用例の関係でプログラマブル触覚応答性を説 明したが、選択可能な触覚応答性は、他の応用例およびアクチュエータ関係（例 えば、リニアアクチュエータ関係）でも本発明に従って実施することができる。 次に、図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、当業者であれば上記から分かるよう に、本発明に係る電子制御可能な触覚応答性は、ノブタイプアクチュエータ以外 のアクチュエータでも実施することができ、またビデオやフィルムの編集状況以 外の状況でも実施することができる。種々の運動機器は、抵抗を与える機構、例 えば図５Ａに示される機構を有している。運動をする人の図５Ｂのハンドル３０ ０、３０２を交互に引っ張るという直線運動が変換されて、巻取りスプール３０ ４（図５Ａおよび図５Ｂ）に回転運動を与える。公知の運動機器では、機械／ば ね機構３０６（図５Ａ）を締めることによって巻取りスプールに抵抗が導入され る。このばね機構は、ハンドル３００、３０２に直線運動を与えるために必要な 仕事を増やす。本発明に係る上述のシステムは、双方向サーボモータ３０８（図 ５Ｂ）を導入することにより、このような状況でも実施することができる。この 双方向サーボモータは、双方向トルク対位置情報を電流プロファイルの形で受信 するようになっており、図５Ａの機械手段３０６によって導入される抵抗と同様 の抵抗を与えることになる。トルクコントローラ３１０によって供給される電流 は、トルク調整プロファイル３１２の関数である。このトルク調整プロファイル は、選択可能／プログラマブルであり、上述のようにして記憶される。 同様に、図６に示されるように、プログラマブル触覚応答性は、ジョイスティ ックアクチュエータ４００などのアクチュエータで実施することができる。この ような状況では、トルクプロファイルは、トルクコントローラ４０２内のテーブ ルに、少なくとも二軸でモータを制御するプロファイルを含んだ少なくとも二つ のテーブルの形で記憶されている。第１のサーボモータ４０３は、ジョイスティ ック４０６が固定される球体４０４に取り付けられている。第１モータ４０３は 、ジョイスティックが固定される球体４０４に固定され、ジョイスティックが矢 印 Ａ−Ｂによって示される方向に直線動作するときにジョイスティック４０６の触 覚応答性を制御する。ジョイスティックの方向Ａ−Ｂにおける直線運動は、シャ フト４０８による回転運動に変換される。このシャフトは、ジョイスティック４ ０６が制限的に回転する中心軸を形成している。トルクコントローラ４０２はは 、少なくとも一つのプロファイルテーブルを含んでいる。このテーブルは、第１ サーボモータ４０３に供給される電流を決定し、ひいてはジョイスティックが方 向Ａ−Ｂに動作されるときのジョイスティック４０６の特定の応答性を決定する 。 第２のサーボモータ４１０は、固定フレームまたは固定面４１２に取り付けら れており、ジョイスティックが矢印Ｃ−Ｄによって示される方向に動作するとき にジョイスティック４０６の応答性を制御する。球体４０４、ジョイスティック ４０６および第１モータ４０３からなるアセンブリは、シャフト４１４によって 形成された軸を中心として制限された回転を行うことができる。このシャフト４ １４は、第１の端部が第２モータ４１０に接続されており、第２の端部が軸受４ １６に接続されている。ジョイスティック４０６が方向Ｃ−Ｄに操作されると、 球体４０４、およびジョイスティック４０６が取り付けられた第１モータ４０３ は、トルクコントローラ４０２に記憶された少なくとも第２のプロファイルテー ブルによって決定される応答性を有するように動作する。 運動機器やジョイスティックの実施形態は、それぞれ単一軸および二軸状況で の触覚応答性を表しているが、当業者であれば分かるように、３以上の複数の軸 における触覚応答性を実現することもできる。 更にまた、当業者であれば分かるように、トルクの直線力への変換および／ま たは直線力の回転トルクへの変換には種々の機構（例えば、運動機器の例のスプ ール）が有用であり、また、トルク対位置プロファイルを含む上述のテーブルは 、力対直線位置プロファイルを含むようにプログラムしてもよい。 次に、図７〜図９について説明する。本発明によれば、ユーザインタフェース 装置を、画面表示上の表示エンティティ（例えば、カーソル）の位置の関数とし て触覚応答性を含むように実施することができる。この実施形態では、トラック ボール５００が、トラッキング部材またはボール５０４と接触する複数の駆動輪 ５０２からなるホイールセットを複数含むように実施されている。当業者であれ ば分かるように、トラッキング部材またはボール５０４の操作が画面表示上のカ ーソル（図７〜図９では図示せず）の操作または動きを生じさせる。トラックボ ールおよび／またはマウス例の構成および製造の詳細については、当業者であれ ば理解することができるので、重要な構成要素やこれらの相互関係を挙げる以外 は本明細書では詳細を説明しない。 この実施形態では、トラッキング部材またはボールが、複数の駆動輪セットか らなる相互接続機構によってユーザインタフェース装置内で相互接続されている 。複数の駆動輪５０２からなるホイールセットの各々は、図８Ａおよび図８Ｂに 最も良く示されているように、ハブ５０６を備えている。このハブ５０６のまわ りには、少なくとも一つのフレーム構造５０８が配置されている。フレーム５０ ８は、複数のフレーム部分を有しており、これらのフレーム部分の各々は、複数 の樽形グリップ部材５１０のうちの対応する一つを縦方向に貫通して延びている 。グリップ部材５１０の大部分の外側半径が駆動輪５０２の外側半径に等しくな っていると好適である。ボール５０４が操作されて駆動輪５０２を動作させると きの「凹凸」感を防ぐために、二つの駆動輪をボール５０４と滑らかに接触する ようにわずかにずらして使用している。各グリップ部材は、そのグリップ部材を 貫通して延びてそのグリップ部材を支持するフレーム部分を中心として回転自在 となっている。グリップ部材５１０は、ボール５０４とグリップ接触をなすのに 適した高分子材料から形成されている。この実施形態では、図８Ａに示されるよ うに、二つのフレーム５０８がハブ５０６のまわりに配置されている。グリップ 部材５１０は、各フレーム上のグリップ部材間のすき間を補償するためにずらさ れ、あるいは交互に配置されており、常に一つのグリップ部材がボール５０４と 接触している状態を維持するようになっている。 共通のハブ５０６に取り付けられ、対応するグリップ部材５１０を備えるフレ ーム５０８の各ペアは、一つのホイールセットを構成している。図９に示される ように、このホイールセットは、駆動／位置決めアセンブリ５１６を形成するよ うにサーボモータ５１２およびエンコーダ５１４に取り付けることができる。こ の実施形態では、駆動／位置決めアセンブリサーボモータがモータとして能動的 に使用される。このサーボモータは、Pittman型式番号8322（ぺンシルバニア州 ハ ーレーズビルのPittman製）とすることができる。このモータは、オプションと して、エンコーダ要求を満たす集中光学エンコーダとともに売られている。少な くとも一つの駆動／位置決めアセンブリ５１６は、トルクを加え、互いに直行す るように配置された軸（例えば、表示画面を横切るカーソル移動に対応するｘ軸 、このｘ軸に対して直交するように配置され、画面上におけるカーソルの上下動 に対応するｙ軸、ならびにｘ軸およびｙ軸に対して直交するように配置され、三 次元配置における画面の内外へのカーソル移動に対応するｚ軸）の対応する一つ に沿った位置を検出するように構成されている。一部の例では、後述するように 、エンコーダを有しないモータ、または単なる軸受５１８にホイールセットが取 り付けられ、サーボモータおよび／またはエンコーダを更に含むことが望ましく ない可能性がある場合に相補スレーブアセンブリ５２０を実現するようになって いる。この参考サーボモータ（エンコーダを有しない）は、軸受として受動的に 使用することができる。 トラックボールやマウスなどの二次元ユーザインタフェース装置を実現するた め、トラッキング要素またはボール５０４は、グリップ部材５１０がボールに接 触するように配置された少なくとも二つの駆動／位置決めアセンブリ５１６を有 するように構成されている。図１０に示されるように、第１の駆動／位置決めア センブリ５１６は、そのホイールセットのグリップ部材がボールに接触するよう に配置されており、サーボモータおよびエンコーダを有している。第１の相補ス レーブアセンブリ５２０は、第１駆動／位置決めアセンブリ５１６と対向するよ うに配置されており、第１駆動／位置決めアセンブリ５１６の反対側に位置する ボール５０４の側面と係合するそのホイールセットのグリップ部材を有している 。 第２の駆動／位置決めアセンブリ５１６′は、第１駆動／位置決めアセンブリ ５１６に対して直交する軸上に配置されており、サーボモータおよびエンコーダ が取り付けられている。第２の相補スレーブアセンブリ５２０′は、第２駆動／ 位置決めアセンブリ５１６と対向するように配置されており、第２駆動／位置決 めアセンブリ５１６′の反対側に位置するボール５０４の側面と係合するそのホ イールセットのグリップ部材を有している。図示の二次元例では、相補スレーブ アセンブリが、駆動／位置決めアセンブリのモータに追従するモータを含んでい る。このようなスレーブモータは、相補トルクを生成し、駆動／位置決めアセン ブリがよりバランスのとれたトルクをボールに加えるのを助ける。本発明によれ ば、受動的にボールと係合する軸受を有するように構成された駆動／位置決めア センブリと対向するホイールセットを単に有することで、より安価な装置を実現 することができる。 図１０Ａに示されるように、本発明に係る三次元ユーザインタフェース装置を 実施する場合、駆動／位置決めアセンブリ５１６″がボール５０４の外周に沿っ て配置されており、ホイールセットの向きが、ｘ軸アセンブリおよびｙ軸アセン ブリのホイールセットの向きに対して直交するように配置されるようになってい る（図１０Ａでは、簡単のため、一つのホイールセット５１６だけを図示してｘ 軸アセンブリおよびｙ軸アセンブリの向きを例示している）。ｚ軸駆動／位置決 めアセンブリ５１６″は、駆動／位置決めアセンブリ５１６″が沿う軸に直交す る軸に沿って配置された相補スレーブアセンブリ５２０″を有するように構成さ れていることが好ましい。二次元例の機能は、説明の簡単のため後述するが、ｚ 軸駆動／位置決めアセンブリおよび相補スレーブアセンブリは、三次元的に応答 するユーザインタフェース装置内で容易に実施することができる。 次に、図１１および図１２を参照すると、駆動／位置決めアセンブリ５１６お よび相補スレーブアセンブリ５２０は、電子装置またはコンピュータシステム５ ２８を含むシステム内のユーザインタフェース装置５００としてボール５０４（ 図１１および図１２には図示せず）を有するように構成されている。ここで、コ ンピュータシステム５２８は、画面５３０を備えており、この画面上の画面表示 またはグラフィカルユーザインタフェース上には、この技術分野で公知のように 、カーソルが配置されている。ユーザインタフェース装置５００が接続されたコ ンピュータは、オペレーティングシステムを有しており、種々のアプリケーショ ンプログラムを実行することができるので、ユーザインタフェース装置５００を 用いてカーソルが操作される種々の画面表示が生じることになる。 ユーザインタフェース装置５００は、少なくとも第１および第２の駆動／位置 決めアセンブリ５１６、５１６′を有している。これらの駆動／位置決めアセン ブリは、それぞれサーボモータ５３４およびエンコーダ５３６、ならびに第１お よび第２の付随相補スレーブアセンブリ５２０、５２０′を備えている。これら の相補スレーブアセンブリは、表示上におけるカーソル位置に変換されるｙ軸お よびｘ軸ボール移動をそれぞれ検知する。この実施形態では、駆動／位置決めア センブリ内のサーボモータの各々が、その対応する相補スレーブアセンブリモー タと直列に接続されているので、これらのモータペアは、同じ電流を見ることに なる。本発明の応用例では、各サーボモータ５３４は、それ自体がモータとして 使用されるのではなく、トルクコントローラとして使用される。このモータは、 その大きな定格毎分回転数で駆動することはなく、この例では通常、停動状態ま たは半停動状態で動作する。上記のような好適なモータは、据付エンコーダ５３ ６を有している。当業者であれば分かるように、このエンコーダ５３６は、その モータおよびモータ応用例に適合している。 この技術分野では公知のように、コンピュータまたは電子装置５２８は、イン タフェースボード５３２を収容するように構成されている。このインタフェース ボード５３２は、ユーザインタフェース装置５００をコンピュータシステム５２ ８およびディスプレイ５３０に電子的にインタフェースするのに必要な機構を含 んでいる。インタフェースボード５３２は、通常、コンピュータ５２８のＩ／Ｏ スロット内に存在するように構成されており、マイクロプロセッサ５３８を有し ている。このマイクロプロセッサ５３８は、シリアル通信チャネル５４０を介し てコンピュータ５２８と通信を行う。図１１に示される実施形態では、インタフ ェースボード５３２は、各エンコーダ５３６に対応付けられたカウンタ５４２を 備えている。各カウンタ５４２は、エンコーダ１１８からサーボモータ位置情報 を受信する。マイクロプロセッサ５３８（例えば、Motorola 6809）は、各カウ ンタ５４２から位置カウントを受信する。この位置カウントは、インデックスに 対する各サーボモータの位置の指示を与える。カウンタによって供給されるカウ ントは、インデックスに対するサーボモータの位置の変化の方向に応じて増減す る。サーボモータの位置変化は、ボールおよび画面表示上のカーソルの位置の変 化を表している。 マイクロプロセッサ５３８は、エンコーダを介して示される座標位置、すなわ ちｘ軸位置およびｙ軸位置の関数として、記憶機構からのトルクプロファイル情 報にアクセスする。この記憶機構は、マイクロプロセッサに対して内部にあって もよいし、追加トルクプロファイル記憶装置５４５（例えば、ＥＥＰＲＯＭ、Ｒ ＯＭ、ディスク、ＣＤＲＯＭなど）の形で外部にあってもよい。トルクプロファ イル情報は、モータによって加えられ、またはモータに対して加えられるトルク または力の指示を与える。このトルクは、画面上のカーソルの位置の関数であり 、カーソルが操作されている特定の画面表示の関数である。前述の実施形態のよ うに、トルク値（この場合は、各モータまたは軸に関する値）は、記憶機構から ディジタル信号として出力される。このディジタル信号は、ラッチ可能ディジタ ル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）５４４によってアナログ電圧に変換される。モー タに印加される電圧は結果的に比例モータ速度となるので、このアナログ電圧は 、（各モータごとに）パワードライバまたは増幅器５４６を使用して比例モータ 電流を生成することにより、モータトルクに対応付けられる。このトルク対応電 流がモータ５１６、５１６′、５２０、５２０′に与えられると、ボール５０４ に対する所望の触覚応答性を与える所望のトルクが得られる。 コンピュータ５２８は、一又は複数のアプリケーションを実行する。このアプ リケーションは、ユーザインタフェース装置５００に対する特定のトルクプロフ ァイルを要求および定義する。コンピュータ上で実行されているアプリケーショ ンの各画面表示は、その特定の画面表示に対応するトルクプロファイル情報を有 しており、その画面表示についての対応する特定の触覚応答性をもたらす。処理 されているトルクプロファイル情報は、マイクロプロセッサに記憶される。実行 中の画面表示に直接必要でない付加的なトルクプロファイル情報は、マイクロプ ロセッサ５４５に付随する外部記憶装置に記憶することができる。トルクプロフ ァイル情報は、モータ電流またはトルクの関係を、本実施形態において存在する 各軸に関する位置パラメータの関数として表す空間アレイを表している。この実 施形態では、このアレイは、特定の画面表示上のカーソルのｘおよびｙ座標位置 の関数としてトルク情報を含んでいなければならない。 アプリケーションソフトウェアパッケージやオペレーティングシステムの多数 の画面表示の触覚応答性を定める大量のトルクプロファイル情報は、コンピュー タ上で実行される特定のアプリケーションに関連付けられたデータベースに記憶 される。図１２に示されるように、コンピュータは、通常、オペレーティングス テムまたはメインアプリケーション５５０を実行する。このオペレーティングシ ステムまたはメインアプリケーション５５０は、一部の外部記憶媒体（例えば、 ディスクやＣＤ ＲＯＭ）に記憶されており、アプリケーションコードの実行中 にコンピュータの主記憶装置にページングまたは転送される。 トルクプロファイル５５２のデータベースは、オペレーティングシステムのも とで実行されるアプリケーションやアプリケーション５５０とともに実行される アプリケーションの一部として、アプリケーションの画面表示に基いてユーザイ ンタフェース装置の触覚応答性を定める。この技術分野では公知のように、アプ リケーションまたはオペレーティングシステムは、アプリケーションのアプリケ ーションプログラムインタフェース（ＡＰＩ）を介してトルクプロファイル情報 ５５２はアクセスすることができる。それぞれのトルクプロファイルは、エンコ ーダから受信した位置情報に応じて適切なディジタル信号を生成するためにイン タフェースボード５３２上のマイクロプロセッサ５３８が利用できるようにダウ ンロードまたは作成されているので、これらのトルクプロファイルは、ユーザイ ンタフェース装置５００の触覚応答性をアプリケーション５５０の画面表示また はグラフィカルユーザインタフェースに対応付ける。 ユーザインタフェースデバイスドライバ５５４は、ユーザインタフェース装置 ５００用のインタフェースボード５３２上のマイクロプロセッサ５３８とホスト コンピュータ５２８との間の通信を容易にする。このマイクロプロセッサは、エ ンコーダから受信された情報およびシリアルチャネル５４０を介してホストコン ピュータにより供給されるカーソルの元の位置について知られている情報を処理 することにより、カーソル位置の変化のための座標を計算する。このドライバは 、カーソルの実際の位置を与えるホストコンピュータとの間でカーソル位置に関 する情報を授受する。この実施形態では、ドライバ５５４は、ユーザインタフェ ース装置５００にとって一般的なものであり、この技術分野で公知のマウスまた はトラツクボールＩ／Ｏデバイスドライバから以下の点でわずかに修正が加えら れている。すなわち、このドライバ５５４は、アプリケーションソフトウェア５ ５０およびトルクプロファイル情報５５２に対するインタフェースを介して、適 切 なトルクプロファイルに関するアプリケーション５５０からの指示に基づいて、 この適切なトルクプロファイル情報のマイクロプロセッサへのダウンロードを調 整する。 ホスト上で実行されているドライバ５５４は、ホスト５２８上で実行されてい るアプリケーションに基づいて、関連するトルクプロファイル情報をマイクロプ ロセッサ５３８に伝える。このドライバは、ホスト５２８の表示画面上における カーソルの現在位置に関する情報もマイクロプロセッサに伝える。表示画面上の カーソルの座標情報に応じて、マイクロプロセッサ５３８は、画面上のカーソル の位置に対する適切なトルクに対応するディジタル情報を、その画面表示につい ての関連トルク−位置プロファイルに従って生成する。各軸に対するＤ／Ａ５４ ４は、ディジタルトルク情報を受信し、パワードライバ５４６への適切なアナロ グ信号を生成する。このパワードライバは、電流を生成して正または負のトルク をモータに加え、結果的にボール５０４の妥当な触覚応答性を作り出す。 トラックボールまたはマウスが動かされて表示画面５３０上でカーソルの動き が生じると、各エンコーダ５３６は、マイクロプロセッサ５３８に位置情報を送 る。この実施形態における位置情報は、手動操作されるボール５０４と接触する 対応ホイールセットの動作に応じてエンコーダが変化する方向とステップ数の指 示を含んでいる。マイクロプロセッサ５３８は、大きさおよび方向情報を受信し 、関連トルクプロファイル情報の空間配列における位置を追跡して、受信した位 置情報に対応する適切なトルクを求める。マイクロプロセッサ５３８は、この位 置情報をユーザインタフェースデバイスドライバに伝える。当業者であれば分か るように、このユーザインタフェースデバイスドライバは、コンピュータと通信 を行うことによりカーソルの位置の変化を生じさせる。また、マイクロプロセッ サ５３８は、上述したようなＤ／Ａおよびパワードライバを介してトルク情報を サーボモータに運び、特定アプリケーションの画面表示内のカーソル位置とトル ク−位置情報とに基づいて適切な触覚応答性を生成する。 本発明に従ってユーザインタフェース装置の触覚応答性を実現するためにマイ クロプロセッサがアクセスできるように記憶され作成されたトルク−位置情報を 用いることで、種々の触覚応答性を画面表示上のカーソルの位置の関数として実 現することができる。カーソル閉込め領域および制限表示領域の境界は、最大モ ータトルクを用いて停止を実行することにより実現することができる。応答性の 中でも特に触覚上の「丘」や「谷」を実現して、図１３Ａ〜図１３Ｄに示される ようなグラフィカルユーザインタフェースの触覚上の輪郭を定めることができる 。この特定の例のアプリケーションでは、グラフィカルユーザインタフェースが ヘッダを含んでおり、このヘッダは、コマンド選択バナーが表示画面上に現れる ときにそのバナーを示す（図１３ａおよび図１３Ｂ）。 このコマンド選択バナーは、一つのボタンバーである。ユーザがユーザインタ フェース装置を用いてこのボタンバーの上にカーソルを置き、ポイントおよびク リックすると特定の機能が実行されるようになっている。種々のコマンド、すな わち「File」、「Options」、「Window」、「Help」は、本発明による触覚上の 境界によって輪郭を描くことができるので、適切な領域内でカーソルを適切に位 置決めしコマンドをクリックして起動する作業は容易に実行することができ、ま た触覚上知覚することができる。優れた運動技能や視覚を持っているいないにか かわらず、ユーザは、本発明に係るユーザインタフェース装置を操作して、画面 表示上におけるカーソルの位置を感じ取る。上記で説明し、図１３Ｃおよび図１ ３Ｄに示されるように、触覚上の境界は、境界では比較的高い抵抗が知覚され、 カーソルが適切に配置されたときには殆どまたは全く抵抗を感じないようにプロ グラムされている。 カーソルをボタンバーに向かって画面上で垂直に移動させると、ユーザは、非 制限領域５６０内で中間的な抵抗を知覚するか、あるいは全く抵抗を知覚しない ことになる。トルクの鋭い増加は、ボタンバーの下部境界線５６２にぶつかった ように感じられる。カーソルが下部境界線と上部境界線との間の位置、すなわち 谷５６４内の位置まで動かされると、何の抵抗も知覚されない。上部境界線５６ ６に近づくとトルクが増加し、画面の絶対境界にぶつかると、増加したトルクは 、知覚可能な停止５６８をもたらす。本発明によれば、ユーザインタフェース装 置が境界内の中心の位置にカーソルを押しやる傾向を有するように正または負の トルクを生成することができる。 同様に、図１３Ｄに示されるように、ユーザインタフェース装置を操作してカ ーソルをボタンバーに沿って水平に動かすと、カーソルを適切な位置に押しやっ て所望のメニュー選択を起動するように境界が形成される。 丘や谷や壁によって形成される境界に加えて、本発明に係るユーザインタフェ ース装置の触覚応答性を用いることで、触覚上知覚可能な「テクスチャリング」 を実現することができる。カーソルが画面表示を横切るように動かされるときに 凹凸感を実現することができるように、トルクのわずかな増加を、間に少ないト ルクしか有しない選択距離でプログラムすることができる。弾性は、逆トルク点 までトルクを増加させるという形で、知覚された伸張または弾力をシミュレート するように実現することができる。更にまた、本発明に係るユーザインタフェー ス装置内のモータのトルク補助能力が能動的な性質を有していれば、動き補助を を実現して、手動補助なしに隆起や丘を装置が転がり落ちるようにすることがで きる（このような応用例は、ユーザが優れた運動能力を有することができない場 合に極めて有用である）。 トルクプロファイル情報のＥＥＰＲＯＭ常駐テーブルまたはアレイは、新しい 一組のプロファイルがマイクロプロセッサアクセス可能記憶装置内にプログラム 、すなわちダウンロードされるまで変化しない。従って、システムの電源を遮断 した後、引き続き電源を投入すると、特定のデフォルト状態が望まれて用意され ていない限り、前に選択されたトルクプロファイルが常駐し、対応するアクチュ エータ用のデフォルトモードとして利用することができる。 上記では単一の画面表示を用いて本発明を説明してきたが、当業者であれば分 かるように、トルク位置情報は、次のように構成することもできる。すなわち、 現在の画面から新たな画面を呼び出すことによって対応する新たな一組のトルク 位置情報が呼び出されるように画面をネストし、更にはその対応プロファイルを ネストすることができるような形式でトルク位置情報を構成することができる。 本明細書の実施形態では、カーソル画面位置をユーザインタフェース装置の触 覚応答性に対応付けるトルクプロファイル情報テーブルまたはアレイを説明して きたが、特定の位置に対応付けられた値を記憶するかわりに、特定の画面表示の 「進行中」にトルク値を計算してもよい。更に、位置および位置の変化に関する 情報を与えるユーザインタフェース装置を有する代わりに、本発明に従って処理 される位置情報を画面が生成して結果的に触覚応答性を提供するように、特定の 画面表示上における特定のカーソル位置にトルク値を対応付けてもよい。 スレーブモータが直列に接続された実施形態では、スレーブモータは、自身に 直列接続されたモータと同じ電流を見ることになる。このようなマスタ／スレー ブモータペアでは、これらのモータは、ボールまたはトラッキング要素の回転が 滑らかになるように事実上同一のモータとすべきである。しかしながら、本発明 に係るシステムの費用を最小限に抑えるためには、スレーブモータを排除して受 動軸受を採用することが好ましい場合もある。 上述した本発明の説明は、トラックボールに関するものであるが、本発明に係 る触覚応答性は、他の様々なユーザインタフェース装置で実現することができる 。このようなユーザインタフェース装置としては、マウス、ジョイスティックや 、操作を必要とし位置の関数としての触覚応答性から利益を得る他の装置が挙げ られる。更に、本明細書で述べた実施形態では「カーソル」が操作されていたが 、この用語は、電子装置のユーザインタフェース内で操作されるものを表すため に一般的に使用されており、種々のシンボルやインタフェースまたはディスプレ イ常駐エンティティ、例えばカーソル、アイコン、ウィンドウ、メニューなど、 を触覚応答性を用いて操作することができる。 本明細書で挙げた本発明の種々の実施形態は、アクチュエータ用のトルクプロ ファイルを要求および定義するアプリケーションプログラムを実行するメインＣ ＰＵとトルク−位置の関係を特定するファームウェアを実行する独立６８０９マ イクロプロセッサについて述べているが、当業者であれば分かるように、トルク −位置の関係は、マイクロプロセッサがなかったり他の数多くのマイクロコント ローラを介さない場合でもアプリケーションＣＰＵ内に実現することができる。 更に、トルクプロファイルは、マイクロプロセッサがアクセス可能なＥＥＰＲＯ Ｍ内にあるものと説明したが、トルクプロファイルは、マイクロプロセッサレジ デントや他の記憶手段（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＰＡＬなど）に記憶されてい てもよく、アクチュエータ内で所望の触覚応答性を実現するために適宜にアクセ スすることができる。 本発明の好適な実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明の形態や詳 細の他の種々の変更、追加および省略を、本発明の趣旨と範囲から逸脱すること なく行うことが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，Ｈ Ｕ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 電子装置における画面表示上のカーソルの位置を操作するためのユーザイ ンタフェース装置であって、 前記画面表示上の前記カーソルの位置を追跡するように動作することの可能な トラッキング要素と、 前記トラッキング要素に相互接続され、位置エンコーダが接続された少なくと も一つのモータであって、前記位置エンコーダの各々は、対応するモータの位置 を示すモータ位置信号を生成するようになっているモータと、 前記電子装置からカーソル位置情報を受信すると共に、対応するエンコーダか らモータ位置情報を受信するコントローラと、 前記コントローラがアクセス可能な力−位置情報の記憶装置と、 を備え、前記コントローラは、前記カーソル位置情報および前記モータ位置信号 の少なくとも一方に応答して力−位置情報の前記記憶装置にアクセスし、前記少 なくとも一つのモータを用いて、前記トラッキング要素内に、正または負の力を 前記画面表示上の前記カーソルの位置の関数として生成するようになっているユ ーザインタフェース装置。 ２． 前記トラッキング要素は、前記球体に接触する複数のホイールからなる少 なくとも二つのホイールセットによって前記少なくとも一つのモータとインタフ ェースされた球体であり、前記少なくとも二つのホイールセットは、相互に直交 する軸上に並べられている、請求項１記載のユーザインタフェース装置。 ３． 前記少なくとも二つのホイールセットの各々は、ハブを備えており、この ハブのまわりには、一対のフレームが配置されており、前記一対のフレームの各 々は、複数のグリップ部材を有しており、これらのグリップ部材は、前記球体に 接触するグリップ部材が常に存在するように交互に配置されている、請求項２記 載のユーザインタフェース装置。 ４． 前記少なくとも一つのモータは、複数のモータを含んでおり、前記複数の モータの各々は、直列に接続された付随相補モータを有している、請求項１記載 のユーザインタフェース装置。 ５． 前記少なくとも一つのモータは、複数のモータを含んでおり、前記複数の モータの各々は、付随相補軸受を有している、請求項１記載のユーザインタフェ ース装置。 ６． 前記少なくとも一つのモータは、複数のモータを含んでおり、前記複数の モータの各々は、相互に直交する軸上に並べられた少なくとも一つのホイールセ ットによって前記トラッキング要素に相互接続され、対応する軸上のトラッキン グ要素の動きを検知または伝達するように構成されている、請求項１記載のユー ザインタフェース装置。 ７． 相互に直交する軸上に並べられた少なくとも一つのホイールセットによっ て前記トラッキング要素に各々が相互接続された前記複数のモータは、相互に直 交するように配置されたｘ軸およびｙ軸上のトラッキング要素の動きを検知また は伝達するように構成されている、請求項６記載のユーザインタフェース装置。 ８． 前記ｘ軸およびｙ軸に対して直交するように配置されたｚ軸上のトラッキ ング要素の動きを検知または伝達するように構成された少なくとも一つのホイー ルセットを更に備える請求項７記載のユーザインタフェース装置。 ９． 電子装置の表示画面上の表示要素の位置を操作するトラッキング要素を有 するユーザインタフェース装置内に触覚応答性を生成する方法であって、 複数の駆動／位置決めアセンブリを相互に直交する軸に沿って前記トラッキン グ要素に対して位置決めするステップであって、前記複数の駆動／位置決めアセ ンブリの各々は、前記トラッキング要素の位置を駆動および検知するモータおよ び付随エンコーダを有しているステップと、 コントローラを介して前記ユーザインタフェース装置を前記表示画面にインタ フェースするステップであって、前記コントローラは、前記複数の駆動／位置決 めアセンブリの各々の前記付随エンコーダおよび前記電子装置から情報を受信し て、前記トラッキング要素の移動および前記表示要素の前記表示画面上における 位置を追跡するステップと、 前記コントローラがアクセス可能な力−位置関係情報を、前記表示要素の表示 画面上における位置の関数として記憶するステップと、 前記コントローラを介して前記力−位置情報にアクセスし、前記複数の駆動／ 位置決めアセンブリの各々への信号を生成して、前記表示画面上における前記表 示要素の位置に応じて前記トラッキング要素の動きを補助し、または前記トラッ キング要素の動きに抵抗するように、それぞれ正または負の力を生じさせるステ ップと、 を備える方法。 １０． 複数の駆動／位置決めアセンブリを位置決めする前記ステップは、対応 する複数の相補スレーブアセンブリを相互に直交する対応軸に沿って位置決めす るステップを更に含んでおり、前記相補スレーブアセンブリの各々は、前記複数 の駆動／位置決めアセンブリの対応する一つと直列に電気接続されている、請求 項９記載の方法。 １１． 前記コントローラを介して前記ユーザインタフェース装置を前記表示画 面にインタフェースするステップは、前記電子装置を前記コントローラに相互接 続して、前記表示画面上における前記表示要素の位置に関する情報を前記電子装 置と前記コントローラとの間で送受するステップと、前記複数の駆動／位置決め アセンブリを前記コントローラに相互接続して、前記信号を前記複数の駆動／位 置決めアセンブリの各々に送り、前記表示画面上における前記表示要素の位置に 応じて前記トラッキング要素の動きを補助し、または前記トラッキング要素の動 きに抵抗するように、それぞれ前記正または負の力を生じさせるステップと、を 含んでいる請求項９記載の方法。 １２． 触覚フィードバック能力を有するユーザインタフェース装置であって、 前記ユーザインタフェース装置のユーザに触覚フィードバックを与える動作可 能手段と、 前記動作可能手段に相互接続されたモータと、 前記モータと通信を行い、前記モータの位置情報を提供する位置エンコーダと 、 少なくとも前記位置エンコーダから前記位置情報を受信するコントローラと、 前記コントローラがアクセス可能な力−位置関係情報の記憶装置であって、前 記コントローラは、力−位置関係情報の前記記憶装置に従って前記位置情報に対 応する少なくとも一つの力値を出力するようになっている記憶装置と、 前記少なくとも一つの力値に従って前記モータへの駆動信号を生成する駆動信 号源であって、前記駆動信号は、前記モータ内に力を生じさせて前記触覚フィー ドバックを前記動作可能手段に提供し、前記動作可能手段の動きを補助し、また は前記動作可能手段の動きに抵抗するようになっている駆動信号源と、 を備えるユーザインタフェース装置。 １３． 前記モータの前記位置情報を受信して前記コントローラにカウントを供 給するカウンタを更に備え、前記コントローラは、力−位置関係情報の前記記憶 装置に従って前記位置情報に対応する力値を出力するようになっている請求項１ ２記載のユーザインタフェース装置。 １４． 前記力値は、ディジタル力値であり、前記ディジタル力値を受信して前 記ディジタル力値をアナログ力信号に変換するディジタル−アナログ変換器を更 に備える請求項１３記載のユーザインタフェース装置。 １５． 前記アナログ力信号を受信し、前記少なくとも一つの力値に従って前記 モータへの前記駆動信号を生成するパワー増幅器を更に備え、前記駆動信号は、 前記アナログ力信号に比例している、請求項１４記載のユーザインタフェース装 置。 １６． 前記コントローラは、マイクロプロセッサであり、このマイクロプロセ ッサは、このマイクロプロセッサの少なくとも一つのポート上で前記位置情報を 受信するようになっている、請求項１２記載のユーザインタフェース装置。 １７． 前記マイクロプロセッサは、力−位置関係情報の前記記憶装置として使 用される常駐消去可能プログラマブル読出し専用記憶素子を含んでいる、請求項 １６記載のユーザインタフェース装置。 １８． 前記駆動信号源は、パワー増幅器を含む電流源であり、前記駆動信号は 、前記パワー増幅器によって供給される電流である、請求項１２記載のユーザイ ンタフェース装置。