JP2009163484A - 転動型入力装置と指運動検出プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 既存の機器のタッチパネルを利用して、指の様々な運動を検出するとともに、操作を分かり易くするための触感を与える。
【解決手段】 タッチパネルを装備した既存の機器に装着するか、指で保持して使用する転動型入力装置によって、指の様々な運動を、転動体のタッチパネル上の転動運動や変形に変換し、転動体のタッチパネルとの接触位置や接触面積の変化として検出すると共に指に反力や抗力、振動、凹凸感といった触感を与える。さらに転動体のタッチパネルとの接触点の移動パターンや速度パターンを分析して指の運動を推定する指運動検出プログラムによって、指の運動や指に与える触感と連動して所定の動作を実行するようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、多様な指の運動をタッチパネル上の転動体の転動運動に変換すると共に運動中の指に抗力や反力を与える転動型入力装置と、タッチパネル上の転動体の接触位置の変化パターンやその速度の変化パターンに基づいて元となった指運動を検出する指運動検出プログラムに関する。

近年、タッチパッド、タッチパネル、タッチディスプレイといった指やスタイラスで面上をタッチして操作する接触位置検出装置（以下タッチパネルと総称する）が普及している。従来、タッチパネルでは、その表面に指やスタイラスと呼ばれるペン状の器具で接触することによって接触地点の座標を入力していた。しかしながら、タッチパネルは触っても平坦で剛性が高くて反力も明瞭に返さないため、指が感じる触覚的手掛かりが欠如しており、接触位置を視覚的に確認する必要があった。また接触した結果、正しく入力が行われているか確認する場合にも、視覚や聴覚を通じて確認する必要があり、入力した情報を触覚を通じて確認することができなかった。

本発明に関連する特許文献を以下に示す。
特開平９−１２８１４９号公報 特開２００１−３０６２３８号公報

特許文献１と２では、タッチパネル上でローラ状の転動体を転がす操作によってデータや指令を入力する方法が示されている。しかしながら、いずれの手法も転動体を情報入力の手段として用いているだけであり、触覚的手掛かりを付加する手段としては利用しておらず、そのための工夫も与えられていなかった。

本発明は、以上の状況に鑑みて考案されたものであり、既存の機器に備わっているタッチパネルを活用しながら、指の多様な運動をタッチパネル上で転がる転動体の接触位置の変化として検出しながら、運動中の指に抗力や反力、凹凸感、振動といった触覚手掛かりを与え、多様な情報を精度良く入力するための転動型入力装置と指の多様な運動を検出するためのプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、まず、指とタッチパネルの間に転動体と呼ぶ機構を介在させて、多様な指の運動をタッチパネル上の転動体の転動運動に変換し、タッチパネルと転動体の接触位置及びその変化をタッチパネルの接触位置検出機能を利用して検出することによって、元の指運動を検出するようにした。また、運動中の指に抗力や反力を与えることによって操作者が指運動の適正さを触覚的に把握できるようにし、この触覚的手掛かりを用いて操作者が運動量や力加減を調整してアナログ的な情報を精度良く入力できるようにした。従来から各種の触覚フィードバックデバイスが開発されているが、タッチパネルと指の間に介在するデバイスを通じて上記問題を解決しようとする試みは従来なく、この点に本発明の新規性がある。

例えば、従来のタッチパネルでは、タッチパネルへの接触、離反、及びパネル表面に平行な方向への指やスタイラスの運動しか検出できなかった。しかしながら、本発明によれば、タッチパネル表面に対して垂直あるいは斜め方向の指の運動も転動体のタッチパネル上の転動運動に変換することによって検出できる。またトラックボールのような球体を転がす指の運動も、あるいは回転ダイヤルを回転するような指の運動も、転動体のタッチパネル上の転動運動に変換することによって検出できる。また転動体とタッチパネルの接触点は、それぞれの指の運動に応じて、特有の変化パターンや速度パターンで移動することになるので、この変化パターンをプログラムによって分析することによって、元の指の運動を推定することができる。なお従来のタッチパネルと指、スタイラスを用いた入力では、指の運動に対して抗力や反力、凹凸感、振動といった触覚的手掛かりを加えるすべがなかったが、転動体を介することによって、こうした触覚的手掛かりを与えることが可能になる。

指運動検出プログラムは、例えば、転動体とタッチパネルの接触位置の変化パターンやその速度の変化パターンを事前に登録されたパターンと照合し、一致するパターンに関連付けられた所定の動作を実行する。あるいはもっと簡単に転動体がタッチパネルから離反する際に、接触中の接触点の移動量や移動速度に応じた動作を実行する。動作を実行するタイミングは、接触点の移動方向が反転する時点としても良いし、所定の位置や距離、速度に到達した時としても良い。

なお本発明では、接触位置検出手段を備えたパネルをその検出手段によらずにタッチパネルと総称している。接触位置検出手段が抵抗膜方式のような感圧方式である場合には、転動体は、タッチパネル面上の局在した範囲に接触し、所定の圧力を加え得るものである必要がある。また静電容量方式である場合には、転動体、あるいは転動体とタッチパネルの間に介在する膜は、所定の導電率や誘電率を備えた材質で出来ている必要があり、さらに場合によってはその一部が人体やパネルの基準電極等に接している必要がある。さらに光センサ方式である場合には、転動体表面が所定のマーカを備えて識別されたり、光源から照射される変調された光を反射し得る素材で構成されたりする必要がある。

本発明の請求項１に記載の転動型入力装置は、接触位置検出手段を備えたパネル上に装着されるか、または指で保持されて、前記パネルに直接的または間接的に接触してその上で転動する転動体と、前記パネル面に接近する指の運動を、前記転動体がパネルに接触しながら転動する運動に変換する運動変換手段を備え、前記転動体が転動する際に、前記パネル面に接近する指の運動に対して抗力または反力を与えることを特徴とする。

通常のタッチパッドはタッチパネル面に平行の指やスタイラスの運動を検出するが、上記の転動型入力装置では、タッチパネル面に垂直や斜めの方向から指がパネルに接近する運動を検出する。そのために指の運動を転動体がタッチパネル上で転動する運動に変換し、指の接近運動を転動体とタッチパネルの接触点の移動として検出する。ここで間接的に接触するとは、転動体とパネルの間に容易に変形する膜や布などを介在して接触することを意味する。また上記の転動体とは、パネル上でパネルとの接触点の位置を変えながら転がったり、傾いたりする物体を意味するので、その形状は必ずしも球体や車輪形状になっていなくとも構わない。例えば、シーソーのように傾斜するだけの物体であっても、傾斜する際にパネルとの接触点の位置が変わるのであれば転動体と呼ぶ。転動体とパネルの接触部分が連続的に曲がる曲面を成していれば、接触点は連続的に移動するし、歯車など角のある面を成していれば、接触点は不連続に移動するが、そのいずれであっても転がったり、傾斜したりする際にパネルとの接触点が移動する場合には、転動体と呼ぶことにする。特に角のある面を転動させるときには接触点が所定の跳躍距離で不連続に移動するので、そのことでもって通常のスタイラスなどの接触とは区別して扱うことができる。

また請求項２に記載の転動型入力装置は、接触位置検出手段を備えたパネル上に装着されるか、または指で保持されて、前記パネルに押し付けられると潰れてパネルとの接触面積を変化させる円弧状に湾曲したゴムバンドと、前記パネル面に接近する指の運動を、その運動によって潰れる前記ゴムバンドとパネルとの接触面積の変化を通じて検出する手段を備え、前記ゴムバンドが潰れる際に、前記パネル面に接近する指の運動に対して抗力または反力を与えることを特徴とする。

この転動型入力装置は、静電容量方式または光学的方式等、接触面積検出手段を備えたパネルに対して利用される。円弧状に湾曲したゴムバンドをパネルに押し付けると、ゴムバンドは潰れてパネルとの接触面積を増やすことになる。この面積の変化は、ゴムバンドが導電性ゴム素材でできていれば、静電容量方式のタッチパネルによって検出できる。また通常のゴム素材でできていても、光学式タッチパネルを用いると検出できる。そこで前記パネル面に接近する指の運動によって、前記ゴムバンドの円弧状に湾曲した部分がタッチパネルに押し付けられて徐々に潰れてゆき、パネルとの接触面積を変えるようにして、この接触面積の変化を前記タッチパネルで検出することによって指の接近の程度を検知するようにする。なお前記ゴムバンドが潰れる際に、前記パネル面に接近する指の運動に対して抗力または反力を与えることで、操作者が触感を通じてパネルへの指の接近の程度を把握できるようにする。

また請求項３に記載の転動型入力装置は、請求項１または２に記載の転動型入力装置において、前記パネル面に指が接近する際に、指がパネル面から所定の高さに到達した時に指の運動に対して加える抗力または反力を急激に変化させることを特徴とする。
ここで、「急激に」とは、操作者が一連の指運動の過程で、それまでの抗力または反力が不連続的に変化したことを感知できる程度であれば足りる趣旨である。

指がタッチパネルに接近している過程で指の運動に対して加える抗力または反力を急激に（不連続的に）変化させると、操作者はその変化を触覚を通じて把握して、それを自分の指の運動に対する警告や確認として利用して、指の運動を調整することができる。例えば、タクトスイッチなど既存のスイッチでも、押し込むときにある押し込み量を超えると急に効力が弱くなり、弱い力で押し込めるようになる。この時に操作者は、その力の変化をクリック感として感じることになる。上記の転動型入力装置では、指がパネルに接近する過程でこのようなクリック感を感じさせると共に、そのクリック感の発生時点を、転動体とタッチパネルの接触位置またはその移動速度の変化パターンから検出し、それに同期してプログラムが所定の動作を実行することになる。既存のタクトスイッチなどでもクリック感に伴って入力が生じるが、クリック感が生じる以前の指の運動状況を検出することができない。一方、本発明の転動型入力装置では、クリック感が生じる以前に指がパネルに接近している過程においても転動体が転動して操作途上も信号が入力しており、最後にクリック感と共に入力を確定することになる。操作途上の指の状況をモニターできるので、その状況によって画面の表示情報を変える等して、操作性を改善できる。

また請求項４に記載の転動型入力装置は、接触位置検出手段を備えたパネル面に対して湾曲した下面が接触するように設置される第１の転動体と、前記第１の転動体の上面で転動する第２の転動体とを備え、前記第１の転動体と前記第２の転動体を結ぶ伸縮可能な紐またはバネによって前記第２の転動体を中立位置に復帰させようとする力を生成することを特徴とする。

上記のように転動体を２段にして用いるのは、第２の転動体がより広範囲に自在に動くようにするためである。第２の転動体が第１の転動体の上面で転動してその位置を変えると、それに伴って第１の転動体上で第２の転動体を介して指から加わる力の位置が変わるため、その力の加わる位置に従って第１の転動体が転動し、その下面が湾曲しているためにパネルとの接触位置を変えることになる。第２の転動体は第１の転動体上面で自在に動けるように、膜やバネ、伸縮可能なゴム紐等を介して第１の転動体に接続されており、指を離せば、中立位置に復帰する。具体的な構成としては、第１の転動体の上面に直接的に、または伸縮可能な膜を挟んで間接的に接しながら転動する第２の転動体と、第１の転動体の上面または前記膜と前記第２の転動体を結ぶ伸縮可能な紐またはバネとを備え、この紐またはバネによって第２の転動体を中立位置に復帰させようとする力を生成すると良い。本転動型入力装置では、指が第２の転動体を転がす運動を第１の転動体とパネルとの接触点の位置を通じて検出することができる。なお上記の構造によれば、本体と伸縮可能な紐を同じゴム素材とすることによって、一体成型することが可能となる。

また請求項５に記載の転動型入力装置は、指で保持される保持部材と、一端が前記保持部材下面に設けられる陥没部か、または前記保持部材下面に張られる伸縮可能な膜または紐に接続され、他端が接触位置検出手段を備えたパネル面に接しながら転動する転動体の陥没部に接続される伸縮可能な紐またはバネとを備え、前記紐またはバネは前記転動体を前記保持部材上の中立位置に復帰させようとする力を生成することを特徴とする。

この転動型入力装置は指で保持して、転動体をタッチパネルに押し付けて、パネル上で転動体を転がすようにして操作する。例えば転動体は球状のボールであり、任意の方向に転動することができる。一体成型できる単純な構造によって、任意の方向にできるだけ大きな可動量で転動できるように工夫されており、ゴム素材で一体成型する場合には、本体と一体になったゴム素材によって、上記の伸縮可能な紐を実現する。伸縮時にこの紐に加わるストレスを小さくするために、紐の長さをできる限り長くするか、紐の取り付け部が変形できるようにすることが望ましく、そのために上記保持部や転動体に陥没部を設けて、陥没部の底に紐を繋げたり、繋ぐ先を伸縮可能な紐や膜にしたりしている。

また請求項６に記載の転動型入力装置は、接触位置検出手段を備えたパネル上で転動する重心が偏心した転動体から成る転動型入力装置であって、前記転動体は導電性のあるゴムを構成素材とし、パネル上に放置すると重力によって重心の偏った側がパネル面側に来るように姿勢を維持し、転動後も指を離すと重力によってその姿勢に復帰することを特徴とする。

この転動型入力装置では構造がさらに単純化されており、例えば球形状に近い転動体そのものが単独で転動型入力装置を構成する。上記のゴム紐等で転動体の姿勢を中立状態に復帰するのではなく、転動体の重心が偏っているため、転動させても指を離すとダルマ起こしのように重力によって重心のある側が下方向にくるように姿勢が復帰する。転動体が導電性のあるゴムあるいは所定の誘電率を持つ材質で構成されているのは、そのような素材で構成されていて人体に一部が接していれば、静電容量方式のタッチパネルによって、その接触位置を検出できるからである。

また請求項７に記載の指運動検出プログラムは、前記転動型入力装置と組み合わせて使用されるプログラムであって、前記転動体が前記パネルから離反するとき、前記転動体と前記パネルの接触点が所定量移動するときまたは所定位置に到達するとき、あるいは前記接触点の移動パターンまたは移動速度パターンが所定のパターンとなる時、のいずれかに応じて所定の動作を実行することを特徴とする。

このプログラムは、上述した転動型入力装置によって、タッチパネル上の転動体の転動運動に変換された指の運動を、転動体とタッチパネルの接触位置の変化や、その移動速度の変化に関する情報に基づき検出し、さらに必要に応じて指の運動の具体的形態を推定し、指の運動に同期して所定の動作を実行する手順に関するプログラムである。例えば、指がタッチパネルに接近する運動を検出する場合には、転動体とタッチパネルの接触点の運動が、ある所定の大きさの速度を超えた後で停止して方向を反転すると、指がタッチパネルに接近した後でタッチパネルに接触して静止し、離反していると判断することができる。そして接触点の運動が静止したタイミングや反転したタイミングでプログラムが所定の動作を実行するようにすると指の運動とプログラムの動作を同期させることができる。あるいはもっと簡単に接触が終了して離反したり、接触点が所定の位置に到達したり、その移動速度が所定の速度に到達したり、相対的移動量が所定量になったりした時点に同期して所定の動作を実行する。さらに一般的には接触点の運動パターン（接触位置の変化パターン、接触点の速度の変化パターン）が事前に登録してある所定の運動パターンに一致した時点に同期してプログラムが所定の動作を実行するようにすると良い。転動体がその転動量に応じて指に返す反力を変える場合には、転動体とタッチパネルの接触点が接触状態を保ったまま移動する量を計測することによって反力の大きさを推定できる。そこで転動体がタッチパネルから離反した時点に同期して、この反力の大きさに基づきプログラムの動作を定めて実行すると良い。転動体表面に凹凸や角がある場合には転動体を転動させたときに転動体表面とパネルの接触位置が不連続に変化する。そこでタッチパネルを通じて接触位置が不連続に変化することを検出した際に、転動体表面の所定位置がタッチパネルに接触して転動するような指の運動を実行したものと判断して、プログラムが所定の動作を実行するようにする。

例えば、ピアノの鍵盤を弾くときには、指で鍵盤の抗力や反力を感じながら、弾く強さを調整して、音の強弱を制御することができる。上記の転動型入力装置で指に与える抗力や反力を、ピアノの鍵盤が与えるそれらを模擬するように設計することができる。そのためには転動体を転動させる際に適度な重量を持つ錘が動くようにする。そうすると錘が持つ慣性に逆らってそれを動かす時に指に加わる抗力がピアノの鍵盤が指に加える抗力を模擬したものとなる。このようにピアノの鍵盤と同様の抗力や反力が指の触感に加われば、操作者はピアノの鍵盤を弾く時と同様の感覚で転動体を操作して音の強弱を制御することができる。そしてタッチパネルと転動体の接触点の移動パターンから操作者の操作の強さを推定して、その強さに応じた大きさでピアノ音を模擬する音を発生すると良い。例えば、接触点の移動が静止したり反転したりする直前の接触点の移動の速さを検出し、その速さに応じた大きさで音を発生すると指の操作量の強さを反映した大きさで音を発生することができる。こうしてタッチパネルと転動体を組み合わせて、電子ピアノのための入力装置を構成することができる。

空気の入った袋を潰す時の触感を再現するためには、潰れるまでの間は袋を押すにつれて袋からの反力が強まり、潰れた瞬間に反力が急激に弱まるような反力の時間変化を再現する必要がある。そのためにはお椀形状に加工した金属板やゴム膜を押して変形させたり、偏心カムに板バネを押し付けたりする機構で、転動体を転動させる時に指に返す反力を最初のうちは徐々に強め、ある限界を超えると反力を急激に弱めるようにして、反力を転動量に応じて変化させる必要がある。操作者は、このような反力の変化をクリック感として感じることになる。このクリック感の生じるタイミングを、転動体とパネルとの接触位置の移動パターンあるいは速度パターンから判定するためには、接触点が所定位置に到達したらクリック感が生じるようにしておき、接触点の絶対位置で判定したり、クリック感が生じる時に接触位置が不連続に変化するようにして、接触点の不連続な移動が検出された時点にクリック感が生じたものと判定したりすると良い。

指でギターの弦を弾いたり、太鼓を叩いたりする際に感じる触感を再現する場合には、こうした操作の際に指が感じる反発力や振動を、転動体の転動操作の際に指に返す仕組みが必要になる。そのためには弦を弾く操作や太鼓を叩く操作を模擬した指の運動によって、転動体がタッチパネル上を転動するようにして、その転動量に応じて指に反力を返すことにより、弦や太鼓の面が指に返す反力を再現し、さらに指が力を加えることを終了した後で、転動体やその他の構成部位を振動させて、指が触感として感じる反力や振動の強さを通じて操作者が発生した音の大きさを確認できるようにすると良い。またこれらの強さを転動体がタッチパネルに接触しながら転動した量として検出できるようにして、タッチパネルを通じて検出できる接触点の移動量に基づいて、電子的に発生するギター音や太鼓音の音量を決定すると良い。

本発明によれば、既存のタッチパネルを備えた機器を利用して、それに装着するか、または指に装着するか指で保持する簡易でコストの低い転動型入力装置を使って、使い慣れた他の機器を操作する際に指が感じる触感を再現し、分かり易く正確に情報を入力することを可能にすると共に、この入力操作の際の指の運動を、転動型入力装置に備わっている転動体とタッチパネルの接触位置の移動パターンや速度の変化パターンから推測するプログラムを用いて、指の運動や指が感じる触感と連動して機器を動作させることができるため、さらに臨場感をもって、機器を操作することが可能になる。

図１は、転動型入力装置１を用いてデータ入力を行うコンピュータ装置８９の機能ブロック図である。コンピュータ装置８９は、データを入力する入力部８５、入力したデータを用いてプログラムの演算処理を実行する演算処理部８７、演算結果を出力する出力部８６、および、データを保存する記憶部８８で構成されている。また、入力部８５は、パネル８１と接触位置検出手段８２とで構成されるタッチパネル６と、このタッチパネル６を介してデータを入力する転動型入力装置１とから構成されている。なお、コンピュータ装置８９は、汎用のパーソナルコンピュータでも良いし、専用のゲーム機や音楽演奏装置などであっても良い。本発明の実施の形態による転動型入力装置１は、図１に示すようにそれと別個に用意されている接触位置検出手段８２を備えたパネル８１と組み合わせて使用する。以下、接触位置検出手段を備えたパネルをタッチパネル６と呼ぶことにする。このタッチパネル６は本発明の転動型入力装置とは別個の既存の装置によって与えられる。また本発明の実施の形態による指運動検出プログラムは、図１の記憶部８８等に記録されて、演算処理部８７で実行されて、接触位置検出手段８２の与えるタッチパネルと転動体の接触位置に関する情報及び必要に応じて接触面積に関する情報に基づいて、転動体を操作する指の運動を検出する。

図２の転動型入力装置１は、タッチパネル６を備えた別個の装置のタッチパネル上に装着して使用する。（ａ）は指で転動体２を押していない状況を示しており、転動体２はゴム紐３と４によって宙に吊られている。５と７は転動体２の底部がぶつかる時にクリック感を与えるための機構の端部であり、この端部が押し込まれると最初は大きな反力を出して転動体２の底部を押し戻そうとするが、所定量押し込まれると急に反力を弱めることによって、転動体を押しこむ指にクリック感を知覚させる。（ｂ）は矢印８の部位を指で弱く押した状況を示す。このように転動体を押すと（指がタッチパネルに接近すると）、ゴム紐３が伸びて転動体２の湾曲した底部が９の位置でタッチパネル６に接触する。その後、（ｃ）でさらに矢印８の部位を強く押して指をタッチパネルに接近させると転動体２の底部が湾曲しているために、接触点は９の位置から１０の位置に移動する。この移動は接触が継続したまま起こるので、そのことによって指が連続的にタッチパネルに接近したことが判断できる。こうして図２に示す機構によって、指がタッチパネルに接近する運動を転動体がタッチパネル上を転動する運動に変換できる。なお（ｃ）の位置まで押し込むとタクトスイッチなどで形成されるクリック感生成機構の端部５が押し込まれてクリック感を生じる。プログラム側では、接触点が１０の位置に到達したことで以ってクリック感が生じたと判断する。（ｄ）では転動体の１１の部位を指で押した状況を示しており、十分強く押したために接触点が１２の位置に到達し、クリック感生成機構の端部７が押し込まれてクリック感を生じている。なお図３では、図２と同様の機構をゴム紐３、４の代わりにバネ２１、２２で実現した例を示す。この例ではクリック感生成機構を省いている。

また図４では転動体下部を連続して湾曲した曲面とする代わりに、そこに３つの高さの異なる突起２６、２７、２８を設けて、転動体の転動量に応じて異なる突起がタッチパネルと接触するようにしている。この場合には転動体が転動した時に突起はタッチパネル上の決まった位置に接触するので、タッチパネルの代わりにその所定の位置においてのみ接触を検出する安価なデバイスを用いても良い。またタッチパネルを用いる場合にも、所定の位置における接触や所定の位置関係を持った接触を転動体による接触として区別して扱うことが可能になる。図４ではまず（ａ）で矢印８の位置で転動体を指で押すと２７の突起が２３の位置でタッチパネルに接触し、（ｂ）で押す力を強めて行くと２６と２７の突起が２３と２４の両点で同時に接触し、さらに（ｃ）で強く押すと２６の突起が２４の位置でのみ接触してその時に転動体がクリック感生成機構の端部５を十分に押し込んでクリック感が生成される。以上に述べた転動型入力装置では、転動体２をその上面と下部共に導電性ゴムで形成して指とタッチパネルが転動型入力装置を介して連続した導電性ゴムを通じて接するようにすれば、静電容量型タッチパネルにおいても転動量を検出できるようになる。

図５には人差し指に装着して、親指で押さえ部３４を押さえて保持して使用する転動型入力装置１が示してある。３１はタッチパネルに接触して通常のスタイラスとして機能するプラスティック製の突起部分である。また３２は人差し指を乗せる部分である。３２には穴が開いており、そこから転動体２が十分転動した時にその端部３０が人差し指の腹に接触するようになっている。操作者は端部３０が指に接触する触感から転動体２が十分に転動したことを把握できる。なお端部３０は重量のある金属で構成されており、転動体２に十分な慣性を持たせるための錘の役割を兼ねている。ゴム紐３３は転動体２の端部３０の上側をぐるりと回った後で転動体２の下面に沿って這って回転軸３５の方向に伸びている。そして回転軸３５を超えて図中で３５の左側で３２にあけられた小さな穴を通過して（ａ）に示すようにその一部が３２の上面に露出している。転動体２がタッチパネル面に接触して転動する時に、ゴム紐３３は転動体２の下面とタッチパネル面の間に挟まって、クッションの役割を果たす。またそれと同時にゴム紐３３は回転軸３５の左側で転動体２を３２に引き寄せる働きをしており、ゴム紐の弾力性によって、中立時に転動体２を（ｂ）の位置に復帰させる。指がタッチパネルに接近して転動体２の下面がゴム紐３３を挟んでタッチパネルに接触して押し込まれると回転軸３５の周りに転動体２は回転して、端部３０は３２の方に向かって移動し、最終的には指の腹にぶつかって止まる。しかしここで指をタッチパネルから離して行くと、ゴム紐３３が回転軸３５の左側で転動体２を３２に引き寄せる力によって、転動体は元の中立状態に復帰する。

図６には、図５の転動型入力装置の構造を把握しやすいように３つの方向から見た斜視図を示している。また図７には、図５の転動型入力装置の転動体２をタッチパネル６の面上で転動させる様子を示す。図７（ａ）では指をタッチパネルに接近させて転動体２とタッチパネル６を３６の位置で接触させた様子を示す。さらに指をタッチパネルに接近させると（ｂ）に示すように転動体２は回転軸３５の周りを回転して、接触点３６は３７の位置へ移動する。この移動は接触関係が持続しながら起こる。そのままさらに指先をタッチパネルに接近させると転動体２はさらに転動して接触点は３８にまで移動して、それ以上は転動しなくなり、指のタッチパネルへの接近も止り、そこで指先がタッチパネルにぶつかった感触を得る。この際に接触点の移動はある所定の大きさ以上の速度を出した後で急激に止まるので、指運動検出プログラムは、接触点の移動パターンを観測し、接触点が速く動いた後で急に静止した時点を、指先がタッチパネルにぶつかった感触を得た時点として判断することができる。

以上に述べたように、図７の転動型入力装置は、指がタッチパネルに接近する運動を転動体がタッチパネル面上に接触したまま転動する運動に変換することができる。なお図７の（ｄ）（ｅ）（ｆ）には（ａ）（ｂ）（ｃ）と同様の原理で動作する転動型入力装置をゴムで一体形成した例を示す。（ａ）は上面図であり、３２は指（破線で示す）の上面を這うフレーム、３４は親指を当てて押さえるための押さえ部である。（ｂ）（ｃ）は側面図であり、指をタッチパネルに近づけるにつれて転動体２がタッチパネル６上を転動して行く様子を示す。（ｂ）は転動体２がタッチパネル６に３６の位置で接触したところを示す。（ｃ）は指をさらにタッチパネルに近づけた時に転動体２がタッチパネル６上を転動し、接触点が３７に移動したところを示す。全体が変形可能なゴムでできているため転動体２が転動する際には転動体２とフレーム３２の間が曲がり、また指に反発力と触感を与えるために導入した触感付加部１０１の部位が曲がり、復帰力を発生するとともに指の下面に触れて接触感を生じていることが分かる。

さらに図８には、図５の転動型入力装置にクリック感生成機構を付加した構成例を示す。（ｂ）のように転動量が不十分である場合には転動体２の下面のみが３７においてタッチパネルに接触しているが、十分転動すると（ｃ）のようにクリック感生成機構の端部４０が３９の地点でタッチパネルに接触して転動運動が終了する。またここで指はタッチパネルにぶつかって止まったような触感を得る。この際にクリック感生成機構の端部４０も押し込まれてクリック感を発生して指に伝えることになる。以上に述べた転動型入力装置では、転動体２とそれ以外の３２、３４等の構成部位を一体の導電性ゴムで形成して、指とタッチパネルが転動型入力装置を介して連続した導電性ゴムを通じて接するようにすれば、静電容量型タッチパネルにおいても転動量を検出できるようになる。

図９には、指で保持される保持部材５６（５６にはストラップを通す穴の開いたタブ部も設けられている）と、保持部材５６の下部に帽子のつばの様に設けられた円形状の転動体保持面５５と、蛇腹状にジグザグした部位５２を両側に設けることにより、容易に変形できるように５５の底面に繋がれたゴムベルト５１が示されている。このゴムベルトは膜のように薄くできており、転動体４１が転動する時に容易に伸縮・変形することによって、転動体が弱い力で自在に転動するように工夫されている。このゴムベルト５１の幅を狭くして紐状にすれば、さらに容易に伸縮・変形するので転動体４１もさらに容易に転動するようになる。転動体４１は、その陥没部の底に一端が繋がれた伸縮可能な紐またはバネ４２の他端を接続部５４を介してゴムベルト５１に繋げることで、ゴムベルト５１と繋がっている。転動体に陥没部を設けて、その底に紐またはバネ４２を繋ぐ理由は、ゴム紐またはバネ４２の長さをできるだけ長くして、それらが伸縮する際に素材に加わるストレスをできるだけ小さくするためである。（ａ）（ｂ）（ｃ）には転動体保持面５５を平面とした構成例についてそれぞれ正面図、側面図、斜視図を、また（ｄ）には転動体保持面５５を半球面とした別の構成例を示す。半球面とすることで転動型入力装置を細く構成しながら、転動体保持面５５の面積を広く確保することができる。

なおさらにストレスを軽減するためには、図１０に示すように指で保持される保持部材５６にも陥没部（空洞部）を設けて、伸縮可能な紐またはバネ４２（図１０では転動体４１と一体成型したゴム紐７７を４２の代わりに用いている）を転動体保持面５５に開けられた穴５７を通して、保持部材５６の陥没部（空洞部）の奥の方に繋ぐことで、伸縮可能な紐またはバネ４２（図１０では転動体と一体形成したゴム紐７７）の長さを確保している。そうすることによって転動体４１が転動する時に、ゴム紐７７に加わるストレスは、図１０（ｂ）のように、長い紐全体に分散して加わるので軽減されることになる。ここで紐またはバネ４２あるいはゴムベルト５１は転動体４１を前記保持部材上の中立位置に復帰させようとする力を生成することになり、転動体をタッチパネルから離せば転動体は自動的に中立位置に復帰する。

図９の転動型入力装置は親指と人差し指で保持部材５６を保持して転動体４１をタッチパネルに押し当てて、タッチパネル面上で転がして操作するが、保持部材５６の代わりに指に留めるバンド５０を用いて指に転動型入力装置を装着するようにした構成例を図１１に示す。この構成例でも転動体４１はその陥没部の底に接続された伸縮可能な紐またはバネ４２をこれもまた自在に変形できるゴムベルト部４５に繋ぐことで指に巻くバンド５０と繋がっており、転動体が転動する時には、バネ４２とゴムベルト４５が伸縮変形することによって、素材に加わるストレスを軽減して転動体が容易に転動できるようにしている。図１１の（ｃ）と（ｄ）にはタッチパネル６に転動体４１を押し付けながら転がす時にバネ４２とゴムベルト４５が伸縮・変形する様子を示す。

なおこれらの構成例では陥没部はスリット状の切れ込みとして、型抜きができるようにすることで、バネ４２や転動体４１その他ベルト等の構成要素をすべて同じゴム素材で一体形成することができるので、製造コストを画期的に軽減することが可能になる。４２をバネでなく転動体やベルトと同じ素材のゴムで作るようにすることで、図９と図１１のいずれの転動型入力装置も一つの型で型抜きして一体形成できるように形状が工夫されている。また素材を導電性のゴムとすれば、静電容量型のタッチパネルによって転動体の転動運動を検出することができる。なお図９で膨らみ部５４をゴムベルト５１に設けているのは、転動体の陥没部あるいは切れ込みによる段差を補償するためである。

図１２には転動体４１がゴム膜４９を間に介して間接的にタッチパネル６に接触し、その上で転動するようにした転動型入力装置の構成例を示す。この例においても転動体の陥没部の底にバネ４２を接続することでその長さを確保して（ｂ）や（ｃ）に示すように転動体を操作して転動させる際に素材に加わるストレスを分散している。ここで転動体の陥没部をスリット状の切れ込みとして、バネ４２をゴム膜や転動体と同じ素材のゴムで形成すれば、図１２の構造の転動型入力装置は一つの型によって型抜きできる形状となり、低コストに一体形成することができる。またゴム膜４９や転動体４１の素材を導電性のゴムとすれば、静電容量型のタッチパネルによって転動体の転動運動を検出することができる。なお図１２で膨らみ部４４をゴム膜４９に設けているのは、転動体の陥没部あるいは切れ込みによる段差を補償するためである。

図１３（ａ）〜（ｄ）には陥没部をスリット状に抜けた切れ込みとせずに穴として形成する場合に、転動体４１とゴム膜４９（ゴム紐７７とその頭の膨らみ部７６はゴム膜４９と一体形成している）の２ピースの部品で転動型入力装置を製作する様子を示している。ゴム紐７７には転動体４１の陥没部のさらに奥に設けられた空洞部７５に引っかけて転動体を繋ぐための膨らみ部７６を設けておき、この膨らみ部７６を転動体の空洞部７５に押し込むために引っ張り紐７８を膨らみ部７６に付けておく。この引っ張り紐７８は２ピースを組む際にだけ用いるので、組み立てが終わればハサミで切り取ってしまう。図１３（ｅ）にはゴム膜４９に転動体４１を二つ配置した転動型入力装置の構成例を示す。この２つの転動体を用いると次のようにして文字入力を容易に行うことができる。

まず図２０（ａ）に示すようにＱＷＥＲＴＹ配置のキーボードの文字配列を４つの３行３列の文字エリアに分割して、それをメニューとして画面の下部に表示する。そして左側の転動体をタッチパネルに接触させて前後左右斜めに転動させることによって、図２０（ｂ）に示すように最も左側の文字エリア９１内の３行３列の文字エリア内の一つの文字を選択する。ここではその文字エリアを９２に示すように拡大してポップアウトさせて、その中での文字の選択操作を分かり易くしている。ここでは左側転動体を右方向に転動させることにより９３の「Ｄ」の文字が選択されている。また左側の転動体をタッチパネルに接触させた状態で右側の転動体をタッチパネルに接触させると、接触させる度に文字エリアが一つずつ右側に移動して、４つの文字エリアのいずれもが選択できるようにする。

図２０（ｃ）では左から二つ目の文字エリア９４が選択されポップアウトして拡大したメニュー９５の中から左側転動体を右上方向に転動させることにより９６の「Ｙ」の文字が選択されている。このように文字エリアを選択した上で左側の転動体を前後左右斜めに動かして選択した文字エリアの３行３列の文字の中の一つを選択して入力する。同様の方法で右側の転動体を最初にタッチパネルに接触させた場合にも、文字入力が行えるようにする。ただし右側の転動体を最初にタッチパネルに接触させた場合には、図２０（ｄ）に示すようにまず右側の文字エリア９７が選択され、右側の転動体をタッチパネルに接触させた状態で左側の転動体をタッチパネルに接触させると接触させる度に選択される文字エリアが一つずつ左側に移動する。そして今度は右側の転動体を前後左右斜めに動かして選択された文字エリア内の３行３列の文字の一つを選択して入力するようにする。図２０（ｄ）では右側転動体を左方向に動かすことにより、ポップアウトしたメニュー９８の中から９９の「；」を選択している。

図１４には、タッチパネルの上に置いて操作するタイプの転動型入力装置を示す。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、そして（ｃ）は（ａ）（ｂ）のバネ４２の代わりにゴム紐７７を用いた構造の斜視図である。（ｃ）に示す構造は型で一体形成できるように工夫されている。図９に示した転動型入力装置をちょうど上下逆さまにした構造になっているが、指で保持して操作するわけでないので保持部材５６は存在しない。その代りに転動体を２段構成にしており、タッチパネル上で直接転動する第１の転動体５３と、この第１の転動体の上面で、伸縮可能なゴムベルト５１を挟んで間接的に接しながら転動する第２の転動体４１から構成されている。第１の転動体はその下面がパネル面に一点で接するように球曲面状に湾曲している。そしてその上面上で指に押されながら転動する第２の転動体は、蛇腹５２の付いたゴムベルト５１が容易に伸縮変形し、またバネ４２またはゴム紐７７が転動体の陥没部の底に繋がれていてストレスを解消する上で十分な長さを持っているために、弱い力でも自在に十分な転動量で転動する。この第２の転動体が第１の転動体の上で転動すると第１の転動体上で第２の転動体を介して指から加わる力の位置が変わるため、その力の加わる位置に従って第１の転動体が転動し、その下面が湾曲しているためにパネルとの接触位置を変えることになる。なお５４はゴムベルト５１に設けられた膨らみ部であり、転動体４１の陥没部（スリット状の切れ込み部）を補償して、段差なく滑らかな転動運動を実現するために設けられている。

この構成によれば、指を第２の転動体から離せば、ゴムベルト５１、バネ４２、ゴム紐７７の復帰力により、第２の転動体は中立位置に復帰する。通常のタッチパネルでは操作中に復帰力が働かないが、本転動型入力装置を用いると操作者は復帰量によってカーソル位置を把握しながら操作できる。特に、本装置に指が触れた瞬間あるいは離した瞬間にカーソルがホームポジションに戻るようにしておけば、中立位置がホームポジションに対応し、指が感じる復帰力を通じてホームポジションを基準点としたカーソル位置を把握することができる。本装置で転動体を２段にして用いるのは、第２の転動体がより広範囲に自在に動くようにするためである。この転動型入力装置では、指が第２の転動体を転がす運動を第１の転動体とパネルとの接触点の位置を通じて検出することができる。この転動型入力装置は（ｃ）の構成で導電ゴムで一体形成することが可能であり、全体を導電ゴムで形成することによって指で第２の転動体に接触すると静電容量型タッチパネルで指の接触を検出し、また転動量も検出できる。

図１５の転動型入力装置は、人差し指に装着し、抑え部３４を親指で押さえて指に固定して使用する。転動体６１は、針金６２の先端にこの針金を軸として回転可能に取り付けられている。針金６２はそれ自身が十分な弾力性を備えていて曲げ力を加えると撓って曲がるが力を加えることをやめると元に復帰する。あるいはその根元をコイルばね状にして、曲げ力を加えると根元で曲がるが力を加えることをやめれば元に復帰するようにしても良い。図１６に転動体６１をタッチパネル６に押し付けてその上で転動させる様子を示す。まず（ｂ）の６３の位置でタッチパネルに接触する。このとき転動体６１は指とタッチパネル６の間に挟まれている。このように転動体６１をタッチパネル６に接触させたまま（ｃ）に示すように指を矢印の方向に動かして転動体を転がすと接触点はタッチパネルとの接触を保ったまま６４の位置に移動する。このとき針金６２は撓って曲がっている。その後、（ｄ）に示すように指を持ち上げて転動体６１をタッチパネル６から離反させると、針金６２の弾力性のために転動体６１は（ｄ）の実線位置と破線位置の間で６５の矢印に示すような往復運動を始める。これが指の触感に振動として感じられる。この振動の強さは転動量に依存して変化するので、操作者は指の触感によって感じる振動の強さを通じて転動量を把握することができる。このような振動は、図９あるいは図１１の転動型入力装置でも発生し、同様に転動量を把握する手掛かりとして利用することができる。

図１８には、指がタッチパネル６に接近する運動を検出するための転動型入力装置の実施例が示されている。この転動型入力装置は、人差し指に装着されて、親指で押さえて使用する。リング状の導電ゴム等の材質でできたゴムバンド６６はパネル６に押し付けられると潰れてパネルとの接触面積を変化させる。（ａ）では接触点６７における接触面積は小さいが、（ｂ）では指が接近するとともにゴムバンド６６が潰れて、６８のように広い面積で接触している。静電容量方式または光学的方式等、接触面積検出手段を備えたパネルでこの接触面積の変化を検出することによって指のパネルへの接近の程度を検知することができる。またゴムバンドが潰れる際に、パネル面に接近する指の運動に対して抗力または反力を与える。操作者はこれらの力を触感を通じて知覚して、指先を見ていなくとも触覚によって指のパネルへの接近の程度を把握できる。接触面積の変化は、ゴムバンドが導電性ゴム素材でできていれば、静電容量方式のタッチパネルによって検出できる。また通常のゴム素材でできていても、画素毎あるいはライン毎にセンサが配置されている光学式タッチパネルを用いると検出できる。あるいは抵抗膜方式のパネルでも基準接触点を別個に設けておくことによって検出できる。

図１９には、球状の転動体２のみからなる転動型入力装置を示す。転動体２には、中心からずれたところに錘６９が埋め込まれており、重心が偏心しているために、ちょうどダルマ起こしのように、重力によって錘が下方に来るように姿勢を維持する。したがって（ｂ）のように転動体を転がすと（ｃ）の矢印の向きに復帰力が生じて指を離せば転動体は元の姿勢に復帰する。その間に転動体２とタッチパネル６との接触位置は、３６から３７に移動し、指を離すと３６に復帰する。このように復帰力があるので転動体は自動的にタッチパネル上の標準位置に復帰する。転動体を導電性ゴムで形成すれば接触点を静電容量方式のタッチパネルで検出することができる。

以上の転動型入力装置においては、転動体が接触する相手の面、または転動体自身の表面が、凹凸や角または不均一な曲率の曲面を持つことで転動体を転動させるときに転動方向や転動量に応じて触感の違いを生じさせることができる。またこうした凹凸や角により、転動体とタッチパネルとの接触点は不連続に位置を変え、またその不連続に変化する接触点間の距離も所定の長さとなるので、そうした接触位置の変化パターンから凹凸や角がタッチパネルに接触したタイミングを検出することができ、指の感じる凹凸や角の触感とプログラムの動作を同期させることができる。

図１７には、指運動検出プログラムの実施例をフローチャートで示している。本発明の転動型入力装置は、指の様々な運動を転動体のタッチパネル上の転動運動に変換し、指運動に応じて、転動体とタッチパネルの接触点の移動パターン、速度パターンが特有の形態を取るようにする。また同時に指に抗力や反力、振動、凹凸感といった触覚刺激（触感）を加え、操作者がそうした触覚刺激を手掛かりにして、指運動を高精度に制御できるようにする。一方、本発明の指運動検出プログラムは、こうした特有の形態を持つ転動体とタッチパネルの接触点の移動パターン、速度パターンを分析し、元の指運動を推定し、指運動や指が感じる触感に連動（同期）するように所定の動作を実行する。

例えば、転動体がタッチパネルから離反するとき、転動体とパネルの接触点が所定量移動するとき、または所定位置に到達するとき、あるいは接触点の移動パターンまたは移動速度パターンが所定のパターンとなる時、接触点が急に静止した時点または運動方向を反転した時点等のいずれかに応じて所定の動作を実行する。図１７のフローチャートにはそのための手順がピアノの音を生成する応用を例として具体的に記載されている。まずプログラム中の各変数を初期化して手順を開始する。手順の間、タッチパネルの接触状態に関する信号にはチャタリング処理を施し、極めて短時間の離反は無視し、継続して接触しているものとして扱う。

このチャタリング処理を施した上で、Ｓｔｅｐ １では、転動体がタッチパネルに接触しているかどうかを検出する。接触しており、音源チップまたは音源プログラムがピアノ音を既に発生している最中である（そのことをＰ＝１で表す）場合には、Ｓｔｅｐ １を繰り返し、ピアノ音が止まるか、またはタッチパネルから転動体が離反するまで待つ。タッチパネルに転動体が接触している時にピアノ音が発生しておらず、Ｓｔｅｐ ４で前時点に接触していないことが分かった場合には、その時点で初めて接触したことになるので接触が開始したものと判断してタイマの時刻を０にリセットして、Ｓｔｅｐ ５で接触位置と時刻の情報を記録する。そして接触点の接触状態と座標のモニターを継続する。また前の時点でも接触していたならば、接触が継続していたとみなして、Ｓｔｅｐ ６で接触点の速度と平均速度を求める。

そしてＳｔｅｐ７で、転動体とタッチパネルの接触点が所定の位置に到達したか、所定量移動したか、速度が閾値を超えたか、あるいは接触点の運動が、ある所定の大きさの速度を超えた後で停止したか、あるいは移動方向を反転したか、判断し、いずれかが満たされ場合、あるいはいくつかの条件が組み合わせて満たされた場合、Ｓｔｅｐ ８で音源がピアノ音の再生を開始するようにしてＰ＝１とする。なお再生する音の強さは、接触中の接触点の平均速度や最大速度、移動量等に応じて定めるようにする。接触点の運動パターンから様々な指運動を推定でき、例えば、接触点の移動パターンが所定の閾値を超える速度を出した後で、停止し、反転している場合には、指がタッチパネルに接近した後でタッチパネルに接触して静止し、離反していると判断することができる。

このように接触点の移動パターンや速度パターンから指の運動を推定し、それに応じてピアノ音を再生したり停止したりする。Ｓｔｅｐ ２１で前の時点には転動体がタッチパネルに接触していたのにもかかわらず、現時点では接触していないことが検出された場合には、転動体がパネルから離反したと判断する。そこでＳｔｅｐ２２で離反時の位置を記録し、さらにＳｔｅｐ ２４で音の再生を停止する。これは実物のピアノで鍵盤を押している間は音が継続するが、鍵盤から指を離すと音が即座に減衰することを模擬しようとしたものである。そしてＳｔｅｐ ２５ですべての変数をリセットした上でＳｔｅp １に戻って上記の手順を繰り返す。

本発明の実施の形態による転動型入力装置と指運動検出プログラムを利用するコンピュータ装置の機能ブロック図である。 転動型入力装置の一実施例について指がタッチパネルに接近する運動を転動体のタッチパネル上の接触点の移動として検出する原理をしめす。この方式では反力の生成にゴム紐を用いている。中立状態、左側を軽く押した状態、左側を強く押してクリック感を得た状態、右側を強く押してクリック感を得た状態、をそれぞれ（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す。 転動型入力装置の一実施例について指がタッチパネルに接近する運動を転動体のタッチパネル上の接触点の移動として検出する原理をしめす。この方式では反力の生成にバネを用いている。中立状態、左側を軽く押した状態、左側を強く押した状態、右側を強く押した状態、をそれぞれ（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す。 転動型入力装置の一実施例について指がタッチパネルに接近する運動を転動体のタッチパネル上の接触点の移動として検出する原理をしめす。この方式では反力の生成にゴム紐を用いている。また転動体の下面は連続的な曲面になっておらず、離散的に突起が出ているため、接触点の位置が不連続に変化する。左側を軽く押した状態、左側を中程度に押した状態、左側を強く押してクリック感を得た状態、右側を強く押してクリック感を得た状態、をそれぞれ（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す。 転動型入力装置の指に装着する（保持する）タイプの実施例を示す。この装置は人差し指につけて親指で押さえて保持して使用する。上面図、側面図、下面図をそれぞれ（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。 図５に示した転動型入力装置の斜視図を示す。 図５に示した転動型入力装置で指がタッチパネルに接近する運動を転動体の転動運動に変換し、転動体の転動と共に接触点が移動する様子を示す。転動体がパネルに接触した状態、接触後、指を少しパネルに接近させた状態、指がパネルに限界まで接近して衝突感を得た状態を、それぞれ（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。また同様の原理で動作する転動型入力装置をゴム素材で一体形成したものをパネルに接触させたところと指を少しパネルに接近させたところをそれぞれ（ｄ）（ｅ）に示す。 図７に示した転動型入力装置にクリック感生成機構を付加した実施例を示す。転動体がパネルに接触した状態、接触後、指を少しパネルに接近させた状態、クリック感生成機構の突起部がパネルとぶつかりクリック感を得た状態を、それぞれ（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。 転動型入力装置の指で保持するタイプの実施例を示す。人差し指と親指でつまんで保持してタッチパネルに転動体を押し付けて使用する。正面図、側面図、斜視図をそれぞれ（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。また転動体保持面を半球面とした構成例を（ｄ）に示す。 図９の転動型入力装置で転動体を動きやすくするための構造を付加した例を示す。転動体中立時、転動時の断面図をそれぞれ（ａ）（ｂ）に示す。 転動型入力装置の指にバンドで装着するタイプの一実施例を示す。（ａ）（ｂ）は転動体がタッチパネルに接触した状態を示す正面図と側面図、（ｃ）（ｄ）は指を矢印の方向に動かす時に転動体が転動する様子を示す。 転動型入力装置のタッチパネル上に装着するタイプの一実施例を示す。（ａ）は指が離れていて転動体が中立している様子、（ｂ）は転動体が指で押されてタッチパネルに接触した状態、（ｃ）は転動体が転動してゴム膜を介して間接的にタッチパネルに接触する様子を示す。 図１２の転動型入力装置をゴム素材で安価に製造する方法（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）と、転動体を二連としてメニュー選択とスクロール、文字入力等に適した構成（ｅ）を示す。 タッチパネルの上に置いて操作する転動型入力装置の構成例を示す。正面図、側面図、斜視図をそれぞれ（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。 タッチパネルの上で転動体を転動させる量に応じて指に異なる強度の振動の触感を加える転動型入力装置の構成例を示す。側面図、正面図、接触時の側面図、正面図をそれぞれ（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す。 図１５の転動体をタッチパネル上で操作する様子を示す。タッチパネル接触前、接触時、転動時、転動後の振動発生の様子をそれぞれ（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す。 指運動検出プログラムの実施例をフローチャートで示す。 指のタッチパネルへの接近を転動体とタッチパネルとの接触面積の変化を通じて検出する転動型入力装置の実施例を示す。転動体がタッチパネルに接触した状態と指がパネルに接近してタッチパネルとの接触面積が増えた状態をそれぞれ（ａ）（ｂ）に示す。 転動体の重心を偏心させて重力により中立状態に復帰するようにしたタイプの転動型入力装置の実施例を示す。中立状態、転動した状態、転動後中立状態に復帰した様子をそれぞれ（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。 図１３（ｅ）の二連の転動体を用いる転動型入力装置によって文字入力を能率良く行う方法を示す。転動体が2つとも中立状態の時、左側転動体を右方向に転動した時、左側転動体を右上方向に転動させ右側転動体を１回パネルに接触させた時、右側転動体を左方向に転動した時、様子をそれぞれ（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す。

Claims (7)

1. 接触位置検出手段を備えたパネル上に装着されるか、または指で保持されて、前記パネルに直接的または間接的に接触してその上で転動する転動体と、前記パネル面に接近する指の運動を、前記転動体がパネルに接触しながら転動する運動に変換する運動変換手段を備え、前記転動体が転動する際に、前記パネル面に接近する指の運動に対して抗力または反力を与えることを特徴とする転動型入力装置。
2. 接触位置検出手段を備えたパネル上に装着されるか、または指で保持されて、前記パネルに押し付けられると潰れてパネルとの接触面積を変化させる円弧状に湾曲したゴムバンドと、前記パネル面に接近する指の運動を、その運動によって潰れる前記ゴムバンドとパネルとの接触面積の変化を通じて検出する手段を備え、前記ゴムバンドが潰れる際に、前記パネル面に接近する指の運動に対して抗力または反力を与えることを特徴とする転動型入力装置。
3. 前記パネル面に指が接近する際に、指がパネル面から所定の高さに到達した時に指の運動に対して加える抗力または反力を急激に変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の転動型入力装置。
4. 接触位置検出手段を備えたパネル面に対して湾曲した下面が接触するように設置される第１の転動体と、前記第１の転動体の上面で転動する第２の転動体とを備え、前記第１の転動体と前記第２の転動体を結ぶ伸縮可能な紐またはバネによって前記第２の転動体を中立位置に復帰させようとする力を生成することを特徴とする転動型入力装置。
5. 指で保持される保持部材と、一端が前記保持部材下面に設けられる陥没部か、または前記保持部材下面に張られる伸縮可能な膜または紐に接続され、他端が接触位置検出手段を備えたパネル面に接しながら転動する転動体の陥没部に接続される伸縮可能な紐またはバネとを備え、前記紐またはバネは前記転動体を前記保持部材上の中立位置に復帰させようとする力を生成することを特徴とする転動型入力装置。
6. 接触位置検出手段を備えたパネル上で転動する重心が偏心した転動体から成る転動型入力装置であって、前記転動体は導電性のあるゴムを構成素材とし、パネル上に放置すると重力によって重心の偏った側がパネル面側に来るように姿勢を維持し、転動後も重力によってその姿勢に復帰することを特徴とする転動型入力装置。
7. 前記転動型入力装置と組み合わせて使用されるプログラムであって、前記転動体が前記パネルから離反するとき、前記転動体と前記パネルの接触点が所定量移動するときまたは所定位置に到達するとき、あるいは前記接触点の移動パターンまたは移動速度パターンが所定のパターンとなる時、のいずれかに応じて所定の動作を実行することを特徴とする指運動検出プログラム。

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