JP2016066133A - ポインティング・スティックの入力を処理する方法、コンピュータおよびコンピュータ・プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ポインティング・スティックが生成する操作情報を増やす方法を提供する。
【解決手段】ポインティング・スティック１００は、操作面１０９を含む操作カバー１０１と４個の圧力センサ１５１〜１５７を含む。操作面１０９には、周辺部と中央部に押圧位置を定義する。周辺部を緩やかに押圧操作したときは、移動操作と判断してマウス・カーソルを移動させる。周辺部または中央部を移動操作よりも短い時間で、かつ所定値以上の押圧力で押圧操作をしたときはタップ操作と判断してあらかじめ定義された動作をする。タップ操作に対して押圧位置に対応する複数の識別情報を定義することで、カーソル・キーの代用、キー・コンビネーションの代用、またはマウス・カーソルのジャンプ移動のように、ポインティング・スティックで操作できる処理を増加させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明はコンピュータを操作するポインティング・スティックを有効に活用する技術に関し、さらには、ポインティング・スティックが生成する入力情報を増加させる技術に関する。

コンピュータは、ディスプレイの画面に表示するマウス・カーソルを移動させてオブジェクトを選択したり画面の表示を変更させたりするためのポインティング・デバイスを備える。ポインティング・デバイスには、マウスまたはタッチパッドなどの他にポインティング・スティックがある。ポインティング・スティックは、トラック・ポイント（登録商標）とも呼ばれキーボードのキーの間に設けられる。ポインティング・スティックは、指をキーのホーム・ポジションに置いたまま操作できること、マウスのように操作スペースを必要としないこと、電車や自動車などで膝の上でもコンピュータを保持しながら操作し易いことなどの理由で主としてノートブック型パーソナル・コンピュータ（ノートＰＣ）に採用されている。

ポインティング・スティックは、マウス・カーソルを移動する方向と移動速度に対応する信号を生成するために操作ポストに加えられた力を圧力センサまたは歪みゲージで検出する。特許文献１は、トラック・ポイントを用いた文字入力装置を開示する。文字入力装置は、歪みセンサまたは圧力スイッチで構成され、スティックに加えられたＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の力を検出する。文字の字画を形成するときにスティックにＺ軸方向に力を加えながらＸ、Ｙ軸方向の力を加えると線を描き、Ｚ軸方向に力を加えないときは線を描かない。

特許文献２は、十字状に配置した４個の圧力センサに支持棒を中心にして傾斜が可能な板を経由して圧力を加えることで、カーソルを移動させる方向と移動の大きさに対応する信号を生成する入力装置を開示する。特許文献３は、歪みゲージ式のポインティング・スティックに対してＺ方向の力を加えて選択操作をする入力装置を開示する。特許文献４は、タッチパッド自体をスライドさせることでマウス・ポインタを大きく動かすことができる入力装置を開示する。

特開２００５−３０１８７４号公報 特開平２−２２２０１９号公報 特許第３５０４４０４号公報 特開２０１１−１３４２５８号公報

これまでのポインティング・スティックでは、マウス・カーソルを移動させる信号と特許文献３に記載するようにＺ軸方向の力による選択操作の信号を生成していた。Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）８では、モダンＵＩというタッチスクリーンに対する操作に便利なユーザ・インターフェースを提供する。このようなインターフェースをノートＰＣのキーボードとポインティング・スティックで操作するときに、モザイク状のタイルに対して広範囲にマウス・カーソルを移動させてから実行操作をする場合がある。ポインティング・スティックは、マウス・カーソルの移動先を微調整するために感度の制約を受ける。よってポインティング・スティックで、マウス・カーソルを長い距離移動させると指に負担がかかるという弊害がある。このような弊害は、ディスプレイが大型化したりデュアル・ディスプレイを使用したりする場合に一層顕著になる。

また、タイルのドラッグ操作や画面のスクロールは、ポインティング・スティックだけではできないため、外付けのマウスが使用できない環境ではタッチパッドを使用したりポインティング・スティックと機械式のマウス・ボタンとを併用したりする。また、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）では、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）キーと他のキーを同時に押下して構成したキー・コンビネーションに対してさまざまな機能を定義することができるが、キー・コンビネーションと定義された機能の関係をキーの名称だけで記憶することは容易ではない。また、キーには、４つの方向を示すキーで構成したカーソル・キー（矢印キーともいう。）のように指をホーム・ポジションにおいた状態では操作し難いものがある。

これまでポインティング・スティックの用途は主としてマウス・カーソルの移動に限られていたが、ポインティング・スティックがより多くの操作情報を生成できるようにすれば前述のポインティング・スティックの利点を一層生かすことができる。そこで本発明の目的は、ポインティング・スティックが生成する操作情報を増やす方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、ポインティング・スティックによるマウス・カーソルの移動を容易にする方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、指をホーム・ポジションにおいた状態で操作できるキーの範囲を広げる方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような方法を実現するコンピュータおよびコンピュータ・プログラムを提供することにある。

本発明にかかるポインティング・スティックは、押圧操作をするための操作面を備える操作カバーと、操作カバーの下部に配置され操作面に加えられた圧力を検出する複数の圧力センサとを備える。システムは操作面に対する移動操作に応じて生成された圧力センサの検出圧力から移動情報を生成する。さらに、所定値以上の押圧力でかつ移動操作よりも短時間で終了するタップ操作に応じて生成された圧力センサの検出圧力からタップ情報を生成する。

このような構成によれば、圧力センサの検出圧力だけで移動情報に加えてタップ情報を生成できるためポインティング・スティックが生成する操作情報を増加させることができる。タップ情報は、圧力センサの検出圧力が第３の閾値を越えてから第３の閾値より小さい第２の閾値に低下するまでの時間が所定値未満のときに成立する立ち下がり条件に基づいて生成することができる。さらに圧力センサの検出圧力が第２の閾値より小さい第１の閾値を超えてから第３の閾値に上昇するまでの時間が所定値未満のときに成立する立ち上がり条件を加えて生成することができる。

このとき圧力センサの検出圧力は、各圧力センサの検出圧力の合計値とすることができる。システムは、タップ情報を生成した直後のいずれかの圧力センサの検出圧力が第１の閾値以上のときには引き続いて移動情報を生成することができる。システムは、所定の時間内に、圧力センサの検出圧力が第１の閾値を超えてから第１の閾値より大きい第３の閾値を越えさらに第１の閾値と前記第３の閾値の間にある第２の閾値まで低下したときにタップ情報を生成するようにしてもよい。

タップ情報は、各圧力センサの検出圧力の合成ベクトルの方向に対応する識別情報を含むことができる。このときタップ情報は、各圧力センサの検出圧力の合成ベクトルの絶対値が所定値よりも小さい状態に対応する識別情報を含むようにしてもよい。タップ情報は各圧力センサの検出圧力の合計値に対応する強度情報を含むようにしてもよい。移動情報は、各圧力センサの検出圧力の合成ベクトルの絶対値に対応する移動量と合成ベクトルの方向に対応する移動方向を示す情報を含むことができる。

本発明により、ポインティング・スティックが生成する操作情報を増やす方法を提供することができた。さらに本発明により、ポインティング・スティックによるマウス・カーソルの移動を容易にする方法を提供することができた。さらに本発明により、指をホーム・ポジションにおいた状態で操作できるキーの範囲を広げる方法を提供することができた。さらに本発明により、そのような方法を実現するコンピュータおよびコンピュータ・プログラムを提供することができた。

ノートＰＣに搭載するポインティング・スティック１００の概要を説明するための図である。 圧力センサ１５１〜１５７の配置を説明するための図である。 ポインティング・スティック１００の構成を説明するための図である。 カーソル・モードで押圧操作されたポインティング・スティック１００が移動情報を生成する方法を説明するための図である。 入力システム３００がタップ・モードで押圧操作されたことを認識する方法を説明するための図である。 入力システム３００がタップ・モードで押圧操作されたことを認識する方法を説明するための図である。 入力システム３００の構成を説明するための図である。 入力システム３００が生成するタップ情報の構成を説明するための図である。 入力システム３００の動作手順を示すフローチャートである。 タップ情報の利用方法を説明するための図である。

［ポインティング・スティック］
図１（Ａ）は、ポインティング・スティック１００を実装したノートＰＣ１０の外形を示す斜視図で、図１（Ｂ）はポインティング・スティック１００の近辺を拡大した側面図である。ノートＰＣ１０は、開閉可能なように相互にヒンジ結合されたディスプレイ筐体１１とシステム筐体１３を含む。ディスプレイ筐体１１はディスプレイ１５を収納する。

ディスプレイ１５には、マウス・カーソル１６が表示されている。システム筐体１３は、内部にプロセッサ、メイン・メモリ、およびハードディスク・ドライブなどのシステム・デバイスを収納し、上面にはキーボード・ユニット１９を搭載する。ハードディスク・ドライブは、ポインティング・スティック１００の後に説明する操作情報を生成するためのプログラムを記憶する。

キーボート・ユニット１９は、右端に４個の矢印キーで構成したカーソル・キー２１を含む複数のキーと、Ｇキー、ＨキーおよびＢキーの間にポインティング・スティック１００を含んでいる。ポインティング・スティック１００は、キーボード・ユニット１９のホーム・ポジションに指を置いて人指し指で操作できるようにキーボード・ユニット１９のほぼ中央に配置している。カーソル・キー２１を操作するときは、通常のユーザはホーム・ポジションから指が離れるため、円滑なキー操作が中断される。

ポインティング・スティック１００は複数の圧力センサ１５１〜１５７（図２）と操作カバー１０１と制御回路を実装する印刷回路基板（ＰＣＢ）１０３を含む。ポインティング・スティック１００は、操作カバー１０１の頂部に形成された操作面１０９に加えられる垂直方向の押圧力を複数の圧力センサ１５１〜１５７が検出してマウス・カーソル１６の移動方向と単位時間当たりの移動量（移動速度）に対応する移動情報と、定義されたさまざまな機能に対応するタップ情報を生成する。

移動情報およびタップ情報の生成方法と、タップ情報の利用方法については後に詳しく説明する。ＰＣＢ１０３は金属プレート５９に固定される。操作カバー１０１の頂部は平面的に円形の操作面１０９を構成している。操作面１０９は、周辺のキー５５、５７の頂部とほぼ同じかそれらより低くなっている。操作カバー１０１は、周囲がキー５５、５７を含む３個のキーで囲まれており側面には指が入らないため操作面１０９に対して上から下へ向かうＰＣＢ１０３の方向への押圧操作だけができるようになっている。

キーボード・ユニット１９の手前側には、キーボードを操作する際に掌を載せるパームレスト１７が設けられている。スペース・キーの手前側にはタッチパッド２３が配置されている。タッチパッド２３は、タッチ面のいずれかの位置を押下したときに動作する機械式のスイッチが組み込まれており、スワイプ操作の他にタッチ面の押下位置とスイッチの動作とを組み合わせて、左ボタン、中央ボタン、右ボタンからなる従来の機械式のマウス・ボタンに相当する入力をすることができる。

タッチパッド２３は、ポインティング・スティック１００の操作に不慣れなユーザが使用したり、ポインティング・スティック１００だけでは完結できない操作をするために使用したりするが、本発明によりポインティング・スティック１００に対するユーザの意図を反映した操作に応じて生成する操作情報の量が増加すると、タッチパッド２３で行っていた多くの操作をポインティング・スティック１００から行えるようになる。

図２は、ＰＣＢ１０３に取り付けられた圧力センサの平面的な配置を説明するための図である。図２（Ａ）は操作カバー１０１を点線で示した平面図で、図２（Ｂ）は圧力センサの側面図である。圧力センサの数は３個以上であれば特に限定する必要はないが、スペースおよびコストなどの点では３個〜５個の範囲で選択することが望ましい。図２では一例として４個の圧力センサ１５１〜１５７を示している。本発明においては圧力センサ１５１〜１５７の検出原理を特に限定する必要はないが、一例として圧電素子を採用することができる。

各圧力センサ１５１〜１５７は立方体の筐体の内部に圧電素子を備え、ロッド１５１ａ〜１５７ａに加えられた圧力に対応する電圧信号を出力する。圧力センサ１５１〜１５７はすべて同一の規格のものを採用することが望ましい。本実施例では圧力センサ１５１〜１５７が、ＰＣＢ１０３の平面に定義したＸ−Ｙ座標の原点に対して対称になるように、操作カバー１０１の中心軸１５８に対して放射状に配置されている。

図３は、ポインティング・スティック１００の構成を説明するための図である。ポインティング・スティック１００は、操作カバー１０１と図２のように配置された圧力センサ１５１〜１５７とＰＣＢ１０３を含んでいる。図３（Ａ）は、操作カバー１０１をＰＣＢ１０３側から見た裏側の平面図で、図３（Ｂ）は操作カバー１０１の断面図で、図３（Ｃ）は圧力センサ１５１〜１５７を操作カバー１０１で覆って構成したポインティング・スティック１００を指で操作する様子を示す断面図である。

操作カバー１０１は、一例としてアルミニウム合金で形成しており、天井部１２８の表面に操作面１０９が形成され裏面に圧力センサ１５１〜１５７のロッド１５１ａ〜１５７ａに圧力を加える圧力面１３１ａ〜１３７aが形成されている。操作カバー１０１は中心軸１５８に対称になるように製作されている。圧力面１３１ａ〜１３７ａは、操作カバー１０１をＰＣＢ１０３に取り付けた状態で、ＰＣＢ１０３に平行な平面である。天井部１２８の周囲には脚部１２５が延びている。脚部１２５の内壁と圧力面１３１ａ〜１３７ａは、圧力センサ１５１〜１５７を収納する収納部１４１〜１４７を構成する。

脚部１２５には操作カバー１０１をＰＣＢ１０３に固定するためのタッピング加工されたネジ穴１２６、１２７が形成されている。脚部１２５は、ＰＣＢ１０３の裏面からネジでスプリング・ワッシャを介して圧力面１３１a〜１３７ａとロッド１５１ａ〜１５７ａの受圧面に隙が空かないように固定される。操作カバー１０１が固定されたときに圧力センサ１５１〜１５７にはわずかなほぼ均等の圧力が加わり、操作面１０９に加えられた押圧力で圧力面１３１ａ〜１３７ａがわずかに変位しても敏感に反応できるようにしている。

［操作モード］
ポインティング・スティック１００は、操作面１０９を押圧位置、押圧力および押圧時間でユーザの操作意図を反映したカーソル・モードおよびタップ・モードの２つの操作モードで操作することができる。ここにカーソル・モードとは、ユーザ・ファンクション３６１（図７）に移動方向と単位時間当たりの移動量（移動速度）の情報を含む移動情報を入力するユーザの操作方法をいう。移動情報は、典型的にはユーザ・ファンクション３６１がディスプレイ１５に表示されたマウス・カーソル１６の移動、および画面のスクロール、画面の拡大、画面の縮小または画面の回転などのような表示画面の変更などに利用することができる情報である。移動情報の利用方法は、あらかじめ設定してもよいが、ポインティング・スティック１００だけを操作したときはマウス・カーソル１６を移動させ、タッチパッド２３の操作と組み合わせて他の機能を実現するようにしてもよい。

タップ・モードとは、ユーザ・ファンクション３６１に移動情報とは異なる複数の識別情報と識別情報に付随する強度情報を含むタップ情報を入力するユーザの操作方法をいう。識別情報と強度情報については、図８を参照して説明する。ユーザ・ファンクション３６１はタップ情報を、カーソル・キー２１の押下、同時に押下するＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）キーと他のキー・コンビネーション、所定量のカーソルのジャンプ移動などに相当するイベントとして定義することができる。以下に説明するように、入力システム３００（図７）は圧力センサ１５１〜１５７の検出圧力だけから操作モードを特定することができる。

図４は、カーソル・モードで操作されたポインティング・スティック１００が移動情報を生成する方法を説明する図である。ユーザは、操作面１０９に置かれた指の姿勢を変化させて重心位置をずらし操作面１０９の所定の押圧位置が作用点になるように力を加えた押圧操作をする。この押圧操作を移動操作ということにする。圧力センサ１５１〜１５７は、それぞれ操作面１０９の作用点に加えられた力に応じた検出圧力Ｐａ〜Ｐｄを出力する。

検出圧力Ｐａ〜Ｐｄと圧力センサ１５１〜１５７の座標を、Ｐａ（１，０）、Ｐｂ（−１，０）、Ｐｃ（０，１）、Ｐｄ（０，−１）とすれば、各検出圧力Ｐａ〜Ｐｄをベクトル合成することができる。一例ではｘ方向の圧力成分ＰｘをＰｘ＝Ｐａ−Ｐｂで計算し、ｙ方向の圧力成分ＰｙをＰｙ＝Ｐｃ−Ｐｄで計算する。ＰｘとＰｙからベクトル合成した合力Ｐｒの角度θを移動方向に対応させ、合力Ｐｒの絶対値を単位時間当たりの移動量Ｌに対応させることができる。

入力システム３００は、マウス・カーソル１６の移動量Ｌと合力Ｐｒの絶対値をＬ＝Ｍ（Ｐｒ）の関数を使って操作感が良好になるように関連付けることができる。移動量Ｌをたとえばパルス数とすれば、ユーザ・ファンクション３６１は１パルスに一定の移動距離を対応させることでマウス・カーソル１６の移動速度を反映させることができる。入力システム３００は、移動量のｘ軸方向の成分Ｌｘ＝Ｍ（Ｆｒ）×Ｐｘ／Ｐｒとｙ軸方向の成分Ｌｙ＝Ｍ（Ｐｒ）×Ｐｙ／Ｐｒをユーザ・ファンクション３６１に送る。

Ｌｘ、Ｌｙを受け取ったユーザ・ファンクション３６１はたとえばマウス・カーソル１６を現在の位置から角度θの方向に単位時間にＬ＝Ｍ（Ｐｒ）だけ移動させることができる。圧力センサ１５１〜１５７がｘ軸およびｙ軸上に存在しない場合、および圧力センサの数が３個または５個のときは、各圧力センサの出力をｘ軸方向の成分とｙ軸方向の成分に分解およびベクトル合成して同様に計算することができる。

図５、図６は、ポインティング・スティック１００がタップ・モードで操作されたことを入力システム３００が認識する方法を説明するための図である。タップ・モードで押圧操作をするときにユーザは、カーソル・モードのときと同じように操作面１０９に置いた指の姿勢を変えて重心位置をずらしたり押圧位置を変えたりして、操作面１０９の所定の押圧位置が作用点になるように押圧力を加えるが、移動操作のときよりも短い時間でかつ強い力で押圧操作をする。このときの押圧操作をタップ操作ということにする。

入力システム３００は検出圧力の大きさと所定値以上の検出圧力が発生している時間からタップ操作と移動操作を区別し、中心軸１５８に対する作用点の方向にタップ情報の種類を関連付ける。図５は、圧力センサ１５５、１５１、１５７、１５３、１５５の順番に、操作面１０９のそれらの真上に最も近い押圧位置に対してタップ操作をしたときの各圧力センサ１５１〜１５７の検出圧力Ｐａ〜Ｐｄの一例を示す図である。

ライン２０１ａ〜２０１ｄが示すように、タップ操作がされた押圧位置に最も近い圧力センサ１５１〜１５７の検出圧力Ｐａ〜Ｐｄが４つの検出圧力の中で最大になる。ライン２０３ｃ、２０３ａ、２０３ｄ、２０３ｂ、２０３ｃはそのときの圧力センサ１５１〜１５７の検出圧力をスカラー値として合計した合計圧力Ｐｔを示している。図５は合計圧力Ｐｔのピーク値または時間積分値が、タップ操作の一要素である押圧力の大きさを反映していることを示している。

図６のライン２３１〜２３９は、４つの圧力センサ１５１〜１５７の検出圧力をスカラー計算で合計した合計圧力Ｐｔを示している。タップ操作は、一例において合計圧力Ｐｔに対して３つの閾値を設定して特定することができる。タップ操作の特定にベクトル合成した合力Ｐｒ（図４）の絶対値ではなくスカラー値である合計圧力Ｐｔを採用するのは、合計圧力が強い力でタップ操作をするユーザの意図をよく反映するからである。またタップ操作の特定に、４個の検出圧力Ｐａ〜Ｐｄのなかで最も大きい検出圧力を採用しないのは、たとえば、圧力センサ１５１と１５５がほぼ同じ圧力を検出するように押圧される場合と、圧力センサ１５１または１５５の真上が同じ押圧力で押圧される場合があるため、タップ操作の特定に利用することが困難になるからである。

ライン２３１は、１回だけタップ操作が行われたあとに操作面１０９から指が離れたたときの様子を示している。閾値ＴＨ１は、移動操作またはタップ操作が行われるときの最低の圧力に対応する。閾値ＴＨ１は、操作面１０９から指が離れているときにも発生するノイズが生成する圧力や圧力センサ１５１〜１５７に残留している圧力と、ユーザの意図的な押圧操作による検出圧力を区別する目的で設定する。

合計圧力Ｐｔが閾値ＴＨ１を越えたときに入力システム３００は、移動操作またはタップ操作のいずれかが行われたと判断して処理を開始する。あるいは入力システム３００は、いずれかの検出圧力Ｐｎ（Ｐｎ＜Ｐｔ）が閾値ＴＨ１を越えたときに処理を開始してもよい。閾値ＴＨ２は、タップ操作を特定するための時間要素を検出するために設定する。閾値ＴＨ３は、タップ操作を特定するための圧力要素を検出するために設定する。ここにＴＨ３＞ＴＨ２＞ＴＨ１の関係がある。

ここで、合計圧力Ｐｔが閾値ＴＨ１を越えてから閾値ＴＨ３に到達するまでの時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間を立ち上がり時間Δｔｕといい、合計圧力が閾値ＴＨ３を越えてから閾値ＴＨ２に低下するまでの時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間を立ち下がり時間Δｔｄということにする。入力システム３００は立ち上がり時間Δｔｕには閾値ＴＨＵを設定し、立ち下がり時間Δｔｄには閾値ＴＨＤを設定する。入力システム３００は一例において、Ｐｔ≧ＴＨ３の圧力要素とΔｔｕ＜ＴＨＵの時間要素からなる立ち上がり条件、およびＰｔ＜ＴＨ２の圧力要素とΔｔｄ＜ＴＨＤの時間要素からなる立ち下がり条件の２つの条件が成立したときにタップ操作を認識する。

入力システム３００は他の例において、Ｐｔ≧ＴＨ３の時間要素と、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの立ち上がり・立ち下がり時間Δｕｄに対して閾値ＴＵＤを設定したときのΔｕｄ＜ＴＵＤの時間要素からなる条件からタップ操作を認識することもできる。この場合、Ｐｔ＜ＴＨ３の押圧操作のときには、時刻ｔ１からＴＵＤが経過したあとでないと、タップ操作の条件が不成立であることすなわち移動操作であることを認識することができない。これに対して立ち上がり条件と立ち下がり条件で判断すれば、入力システム３００は、立ち上がり条件が成立しないＰｔ＜ＴＨ３の押圧操作のときには、時刻ｔ１からＴＨＵが経過した直後に移動操作を認識することができ、立ち上がり条件が成立しかつ立ち下がり条件が成立しないときに遅くてもΔｔｕ＋ＴＨＤが経過した直後に移動操作を認識することができる。

ライン２３３は、タップ操作の立ち上がり条件は満たしているが、立ち下がり条件を満たさないで、最初から移動操作が行われたときの様子を示している。入力システム３００は時刻ｔ２からＴＨＤに相当する時間が経過した時刻ｔｘで移動操作を認識して移動情報を生成することができる。ライン２３５は、入力システム３００が時刻ｔ３でタップ情報を生成した後に、引き続いて検出したいずれかの検出圧力Ｐｎが閾値ＴＨ１より大きいため、移動情報を生成しているときの様子を示している。ライン２３７は移動操作に続いてタップ操作が行われるときの様子を示している。

入力システム３００は、合計圧力Ｐｔが閾値ＴＨ１を越えてから閾値ＴＨＵに相当する時間が経過したときにＰｔ≧ＴＨ３の条件が成立しないため立ち上がり条件が成立しないと判断し、時刻ｔ１から閾値ＴＨＵに相当する時間が経過した後に移動操作と判断して移動情報を生成する。入力システム３００は時刻ｔ４ですべての検出圧力Ｐａ〜Ｐｄが閾値ＴＨ１未満になったときに移動操作が終了したと認識してリセットする。その後時刻ｔ５から時刻ｔ６までの間に新たなタップ操作を認識する。

ライン２３９は、最初に連続して３回のタップ操作が行われ、その後時刻ｔ３以降に移動操作が行われるときの様子を示している。連続的なタップ操作では、各タップ操作が認識されたときに、すべての検出圧力Ｐａ〜Ｐｄが一旦閾値ＴＨ１未満になってタップ操作の２つの条件を判定することができる状態になる。

［入力システム］
図７は、入力システム３００の構成を説明するための図である。入力システム３００は、圧力センサ１５１〜１５７、Ａ／Ｄ変換部３５１、操作モード判定部３５３、バッファ３５５、移動情報生成部３５７、およびタップ情報生成部３５７で構成されており、ユーザ・ファンクション３６１に移動情報およびタップ情報を送る。

一例としてＡ／Ｄ変換部３５１、操作モード判定部３５３、バッファ３５５、移動情報生成部３５７およびタップ情報生成部３５９は、ＰＣＢ１０３に実装したハードウェアとファームウェアで構成することができる。ユーザ・ファンクション３６１は、ノートＰＣ１０のＣＰＵ、メイン・メモリなどのハードウェアと、デバイス・ドライバ、ＯＳおよびユーティリティ・プログラムなどのソフトウェアで構成され、入力システム３００から受け取った移動情報とタップ情報を処理して動作する。

Ａ／Ｄ変換部３５１は、検出圧力Ｐａ〜Ｐｄが閾値ＴＨ１を越えた圧力センサ１５１〜１５７のアナログ信号をディジタル信号に変換して操作モード判定部３５３に送る。操作モード判定部３５３は、受け取ったディジタル信号を順番にバッファ３５５に記憶する。操作モード判定部３５３は、図６で説明したように、立ち上がり条件と立ち下がり条件がいずれも成立したと判断した直後にタップ操作を認識してバッファ３５５に蓄積されたデータをＦＩＦＯ方式で取り出す。操作モード判定部３５３は、立ち上がり条件または立ち下がり条件が成立しないと判断した直後に移動操作を認識してバッファ３５５に蓄積されたデータをＦＩＦＯ方式で取り出す。

操作モード判定部３５３は、バッファ３５５から取り出したデータを、移動操作が行われたと判断したときは移動情報生成部３５７に送り、タップ操作が行われたと判断したときはタップ情報生成部３５９に送る。操作モード判定部３５３は、タップ操作と判断してそれまでにバッファに蓄積したデータをタップ情報生成部３５９に送った後は、それ以降すべての検出圧力Ｐａ〜Ｐｄが閾値ＴＨ１未満になるまでバッファに蓄積したデータを移動情報生成部３５７に送る。

操作モード判定部３５３は、すべての検出圧力Ｐａ〜Ｐｄが閾値ＴＨ１未満になったと判断したときにデータの出力を停止するとともにバッファ３５５をクリアする。移動情報生成部３５７は、受け取ったデータから移動情報を生成してユーザ・ファンクション３６１に出力する。タップ情報生成部３５９は、受け取ったデータからタップ情報を生成してユーザ・ファンクション３６１に送る。ユーザ・ファンクション３６１は受け取った移動情報およびタップ情報をさまざまな入力イベントとして利用する。

図８は、入力システム３００が生成するタップ情報の構成について説明するための図である。入力システム３００はタップ操作を認識したときに、操作面１０９の押圧位置に関連付けた複数の離散的なまたは連続的な識別情報と、識別情報に付随した強度情報を生成する。強度情報は、タップ情報の用途によってはユーザ・ファンクション３６１が利用しない場合もある。図８（Ａ）は、操作面１０９に定義した押圧位置を説明するための図である。

操作面１０９には移動操作およびタップ操作の押圧位置として、圧力センサ１５１〜１５７の真上付近の位置を含む円環状の周辺部１０９ａとＸ−Ｙ座標の原点（中心軸１５８）付近に存在する円形の中央部１０９ｂを定義する。周辺部１０９ａには８個の離散的な押圧位置１１０ａ〜１１０ｉを例示しているが、押圧位置はこれに限るものではない。押圧位置１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｅ、１１０ｇは、各圧力センサ１５５、１５１、１５７、１５３に最も強い圧力を加える位置に相当する。

図８（Ｂ）は押圧位置１１０ａと押圧位置１１０ｂの間の周辺部１０９ａに対して１回のタップ操作が行われたときの各圧力センサ１５１〜１５７の検出圧力Ｐａ〜Ｐｄの一例を模式的に示している。時刻ｔ１で合計圧力Ｐｔを示す圧力センサ１５３の検出圧力Ｐｂが閾値ＴＨ１を越えてから、タップ操作の２つの条件が時刻ｔ２で成立しているものとする。操作モード判定部３５３は時刻ｔ２が経過した直後にそれまでバッファ３５５に記録していたデータを取り出して、タップ情報生成部３５９に送る。

タップ情報生成部３５９は、各検出圧力Ｐａ〜Ｐｄのピーク値Ｐ１ｐ〜Ｐ４ｐと、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの検出圧力Ｐａ〜Ｐｄをそれぞれ時間積分した積分値Ｐ１ｉ〜Ｐ４ｉを計算する。タップ情報生成部３５９はピーク値Ｐ１ｐ〜Ｐ４ｐおよび積分値Ｐ１ｉ〜Ｐ４ｉのそれぞれについて、図８（Ｃ）に示すようにベクトル合成した合力Ｐｓの角度θｐ、角度θｉを求め、両者に重み付けをしてから平均角度θを計算する。たとえば、ピーク値の重みを０．６とし、積分値の重みを０．４としたときの平均角度θは、（０．６×θｐ＋０．４×θｉ）として計算する。

重み付けの値は多くの被験者のデータからユーザの意図を最も反映している値を取得する。ピーク値または積分値のいずれか一方だけから識別情報を計算してもよいが、両方を組み合わせた方が一層ユーザのタップ操作の意図を反映することができる。ここに合力ＰｓのＸ軸からの平均角度θは中心軸１５８の周囲の方向に対応させた識別情報に相当する。強度情報は、識別情報を計算したときのピークＰ１ｐ〜Ｐ４ｐおよび積分値Ｐ１ｉ〜Ｐ４ｉまたはいずれか一方の合力Ｐｓの絶対値として求める。タップ情報生成部３５９はこのときも、強度情報をピーク値と積分値に重み付けしたそれぞれの合力Ｐｓの絶対値の平均値として求めるようにしてもよい。ユーザは操作面１０９の中心部１０９ｂを押圧していずれの方向も意図しないタップ操作をすることができる。このとき図８（Ｄ）に示すように、検出圧力Ｐａ〜Ｐｄはほぼ等しくなり合力Ｐｓの絶対値としての強度情報は小さくなる。

タップ情報生成部３５９は合力Ｐｓの絶対値が所定値よりも小さいときは、識別情報を平均角度θではなく原点を示す情報として生成することができる。識別情報は平均角度θの連続量として生成してもよいが、たとえば押圧位置１１０ａ〜１１０ｈに対応するように、原点を中心にして４５度ずつ離散した８個の離散量として生成することができる。タップ情報生成部３５９はこのとき離散的な識別情報を平均角度θが最も近い押圧位置１１０ａ〜１１０ｈに関連付けることができる。ユーザ・ファンクション３６１は離散的な識別情報をカーソル・キーの代用や組み合わせによるコンビネーション・キーの代用に利用することができる。

［入力システムの動作手順］
図９は、入力システム３００の動作手順を示すフローチャートである。ここでは、適宜図６〜図８を参照して説明する。ブロック４０１で、ユーザがポインティング・スティック１００の操作面１０９から指を離すか、指を載せているが合計圧力Ｐｔが閾値ＴＨ１未満の状態である。操作モード判定部３５３は、操作モードの判断を開始しておらずバッファ３５５にデータを記憶しない。ブロック４０３で操作モード判定部３５３は、合計圧力Ｐｔが時刻ｔ１で閾値ＴＨ１を越えたと判断して、それ以降はすべての検出圧力Ｐａ〜Ｐｄが閾値ＴＨ１未満になるまでデータをバッファ３５５に記憶する。

ブロック４０５で操作モード判定部３５３は、データを受け取った時刻ｔ１からの立ち上がり時間Δｔｕを計測し、さらに合計圧力Ｐｔを計算する。立ち上がり時間Δｔｕが閾値ＴＨＵ未満の間に合計圧力Ｐｔが閾値ＴＨ３以上にならないときは立ち上がり条件が不成立と判断してブロック４５１に移行する。立ち上がり時間Δｔｕが閾値ＴＨＵ未満の間に時刻ｔ２で合計圧力Ｐｔが閾値ＴＨ３以上になったときは立ち上がり条件が成立したと判断してブロック４０７に移行する。

ブロック４０７で操作モード判定部３５３は、時刻ｔ２からの立ち下がり時間Δｔｄを計測し、さらに合計圧力Ｐｔを計算する。立ち下がり時間Δｔｄが閾値ＴＨＤ未満の間に合計圧力Ｐｔが閾値ＴＨ２未満にならないときは立ち下がり条件が不成立と判断してブロック４５１に移行する。操作モード判定部３５３は立ち下がり時間Δｔｄが閾値ＴＨＤ未満の間に合計圧力Ｐｔが閾値ＴＨ２未満になったときは立ち下がり条件が成立したと判断してブロック４０９に移行する。ブロック４０９で操作モード判定部３５３は、バッファ３５５に記憶していた時刻ｔ１以降のデータをタップ情報生成部３５９に送る。タップ情報生成部３５９は、受け取ったデータから識別情報と強度情報を生成してユーザ・ファンクション３６１に出力する。

ブロック４１１で操作モード判定部３５３は、すべての圧力センサの検出圧力Ｐａ〜Ｐｄが閾値ＴＨ１未満になったことを検出するとデータの出力を停止してブロック４０３に戻る。さらに操作モード判定部３５３は、バッファ３５５をクリアしてデータの出力を停止する。ブロック４５１で操作モード判定部３５３は、バッファ３５５に記憶していた時刻ｔ１以降のデータを移動情報生成部３５７に送る。移動情報生成部３５７は、受け取ったデータから移動情報を生成してユーザ・ファンクション３６１に出力する。ブロック４５３で操作モード判定部３５３は、すべての圧力センサの検出圧力Ｐａ〜Ｐｄが閾値ＴＨ１未満になったことを検出するとデータの出力を停止してブロック４０３に戻る。さらに操作モード判定部３５３は、バッファ３５５をクリアしてデータの出力を停止する。

［タップ情報の利用］
識別情報と強度情報で構成するタップ情報は、ユーザ・ファンクション３６１が任意に機能を定義して利用することができる。一例としてユーザ・ファンクション３６１は離散的な識別情報を、カーソル・キー２１のイベントとして利用する。カーソル・キーは４個の矢印キーで構成しているため、たとえば図８（Ａ）の押圧位置１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｅ、１１０ｇの近辺がタップ操作されたときに生成される４つの離散的な識別情報を各カーソル・キー２１に割り当てると、ホーム・ポジションに指を置いたままで、カーソル・キー２１と同じ操作をすることができる。一例では、表計算アプリケーションのセルに入力するときに、順番に隣接する縦方向または横方向のセルをカーソル・キー２１で選択する操作を、ポインティング・スティック１００のタップ操作で代用することができる。

図１０（Ａ）は、ノートＰＣ１０を起動したときにＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）が表示するモダンＵＩという画面の一例を示している。画面がタッチスクリーンに表示されているときは、モザイク状に表示された複数のタイルに対して、指でタップ操作やドラッグ操作をしてアプリケーションやフォルダーにアクセスすることができる。すべてのタイルは、一度に画面に表示することができないが、タッチスクリーンをスワイプ操作して表示部分を移動させてから残りのタイルにアクセスすることができる。

モダンＵＩをタッチスクリーンではない通常のディスプレイ１５が表示するときは、タイルにアクセスするためには、カーソル・キー２１を操作してフォーカスするタイルを隣接するタイルの順番に選択してから所定のタイルに対して実行キーを操作することができる。あるいは、離れた位置のタイルに短時間でアクセスする場合は、ポインティング・スティック１００でマウス・カーソル１６を移動させて所定のタイルの上でタッチパネル２３をクリックする。

カーソル・キー２１の操作のときはホーム・ポジションから指が離れ、マウス・カーソル１６を従来のポインティング・スティックで長い距離移動させるときは指が疲れる。本実施の形態にかかるポインティング・スティック１００では、操作面１０９の周辺部１０１ａにタップ操作をして任意の方向のタイルを順番に選択し、所望のタイルを選択したときに中央部１０１ｂにタップ操作をすれば、ホーム・ポジションに指を置きながら短時間でタイルにアクセスすることができる。このときの識別情報は、連続的な識別情報でもよいが、周辺部１０９ａの８つの離散的な識別情報と中央部の１個の離散的な識別情報とすることでもよい。

他の例としては識別情報を、ショートカット・キーやＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）キーのような２以上のキーを同時に押下するキー・コンビネーションに割り当てることができる。図１０（Ｂ）は、キー・コンビネーションの機能に離散的な識別情報を割り当てた様子を示す図である。ディスプレイ１５に８個のキー・コンビネーションの機能に関連する文字または図形などをマトリクス状に配置したガイド画面５００を表示して、ガイド画面５００の各要素に図８（Ａ）で説明した周辺部１０９ａと中央部１０９ｂの９個の押圧位置に対応する離散的な識別情報を割り当てた様子を示している。

ユーザ・ファンクション３６１は、「選択」という要素に割り当てた中央部１０１ｂの押圧位置に対応するタップ情報を受け取ったときにガイド画面５００を表示し、ガイド画面５００の８個の要素に関連付けた周辺部１０１ａの押圧位置に対応するタップ情報を受け取ったときに割り当てた機能を処理する。キー・コンビネーションは使い慣れないとキーの名称だけで割り当てられている機能を記憶することが難しいが、ガイド画面５００とポインティング・スティック１００に対するタップ操作で容易に同等の機能を利用する方法を実現することができる。ユーザ・ファンクション３６１は、中央部１０９ｂのタップ操作により、「選択」に対応する識別情報が生成されるたびに、異なるメニュー画面を表示するようにしてもよい。

他の例として図１０（Ｃ）に示すようにユーザ・ファンクション３６１は連続的な識別情報と強度情報を、マウス・カーソル１６のジャンプ移動に利用することができる。ポインティング・スティック１００は、マウス・カーソル１６の位置を微調整する必要があるため、感度を必要以上に高めることができない。このことは、マウス・カーソル１６を長い距離移動させるときに、操作面１０９を強い力で長い時間押圧する必要があることを意味する。

ポインティング・スティック１００は、周辺部１０９ａをタップ操作したときに連続的な識別情報を生成し、かつ、押圧力に応じた強度情報を生成することができる。ユーザ・ファンクション３６１は、強度情報に位置５０１から５０３までのマウス・カーソル１６のジャンプ移動の距離を対応させ、連続的な識別情報にマウス・カーソル１６の移動方向を対応させる。マウス・カーソル１６をジャンプ移動させると、ユーザがその所在を見失うこともあるため、画面にはジャンプ基からジャンプ先までの軌跡５０５を一時的に表示させることが望ましい。タップ操作で位置５０３までジャンプ移動したあとは、図６のライン２３５のように引き続いて移動操作をしてマウス・カーソル１６の位置の微調整をすることができる。

これまで離散的な識別情報について、１個の識別情報に１つの機能を割り当てる例を説明したが、本発明では離散的な識別情報を２個以上組み合わせることもできる。たとえば、所定の短い時間のうちに離散的な押圧位置に対するタップ操作で生成された同一または異なる識別情報に対して、ユーザ・ファンクション３６１は、単独の識別情報とは異なる機能を割り当てることで、ポインティング・スティック１００で操作できる範囲を拡大させることができる。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

１０ ノートＰＣ
１６ マウス・カーソル
２１ カーソル・キー
１００ ポインティング・スティック
１０１ 操作カバー
１０３ 印刷回路基板（ＰＣＢ）
１０９ 操作面
１０９ａ 操作面の周辺部
１０９ｂ 操作面の中央部
１１０ａ〜１１０ｈ 離散的な押圧位置
１５１〜１５７ 圧力センサ
Ｐａ〜Ｐｄ、２０１ａ〜２０１ｄ 各圧力センサの検出圧力
Ｐｔ、２０３ａ〜２０３ｄ 合計圧力（スカラー値）
３００ 入力システム
ＴＨＵ 立ち上がり条件の閾値時間
ＴＨＤ 立ち下がり条件の閾値時間
Ｐｓ 合力（ベクトル値）

Claims (20)

1. 押圧するための操作面を備える操作カバーと、前記操作カバーの下部に配置され前記操作面に加えられた圧力を検出する複数の圧力センサとを備えるポインティング・スティックを搭載するコンピュータに、
   前記操作面に対する移動操作に応じて生成された前記圧力センサの検出圧力から移動情報を生成するステップと、
   所定値以上の押圧力でかつ前記移動操作よりも短時間で終了するタップ操作に応じて生成された前記圧力センサの検出圧力からタップ情報を生成するステップと
   を有する処理を実行させるためのコンピュータ・プログラム。
2. 前記タップ情報を、前記圧力センサの検出圧力が第３の閾値を越えてから前記第３の閾値より小さい第２の閾値に低下するまでの時間が所定値未満のときに生成する請求項１に記載のコンピュータ・プログラム。
3. 前記タップ情報を、前記圧力センサの検出圧力が前記第２の閾値より小さい第１の閾値を超えてから前記第３の閾値に上昇するまでの時間が所定値未満のときに生成する請求項２に記載のコンピュータ・プログラム。
4. 前記圧力センサの検出圧力が各圧力センサの検出圧力の合計値である請求項２または請求項３に記載のコンピュータ・プログラム。
5. 前記タップ情報を生成した直後のいずれかの前記圧力センサの検出圧力が前記第１の閾値以上のときに引き続いて前記移動情報を生成する請求項４に記載のコンピュータ・プログラム。
6. 前記タップ情報を、所定の時間内に、前記圧力センサの検出圧力が第１の閾値を超えてから前記第１の閾値より大きい第３の閾値を越えさらに前記第１の閾値と前記第３の閾値の間にある第２の閾値まで低下したときに生成する請求項１に記載のコンピュータ・プログラム。
7. 前記タップ情報が、各圧力センサの検出圧力の合成ベクトルの方向に対応する識別情報を含む請求項１に記載のコンピュータ・プログラム。
8. 前記タップ情報が、各圧力センサの検出圧力の合成ベクトルの絶対値が所定値よりも小さい状態に対応する識別情報を含む請求項７に記載のコンピュータ・プログラム。
9. 前記タップ情報が各圧力センサの検出圧力の合計値に対応する強度情報を含む請求項７または請求項８に記載のコンピュータ・プログラム。
10. 前記移動情報が、各圧力センサの検出圧力の合成ベクトルの絶対値に対応する移動量と前記合成ベクトルの方向に対応する移動方向を示す情報を含む請求項１に記載のコンピュータ・プログラム。
11. 押圧操作をするための操作面を備える操作カバーと、前記操作カバーの下部に配置され前記操作面に加えられた圧力を検出する複数の圧力センサとを備えるポインティング・スティックから受け取った情報をコンピュータが処理する方法であって、
    前記操作面に対する移動操作に応答して生成された前記圧力センサの検出圧力に基づいてマウス・カーソルを移動させるステップと、
    所定値以上の押圧力でかつ前記移動操作よりも短時間の押圧操作に応答して生成された前記圧力センサの検出圧力に基づいて予め定義された動作をするステップと
    を有する方法。
12. 前記操作面が円形で、前記操作面における押圧位置が前記操作面の周辺部と中央部に定義されている請求項１１に記載の方法。
13. 前記予め定義された動作が、カーソル・キーの操作に対応する動作である請求項１１に記載の方法。
14. 前記予め定義された動作が、同時に押下する複数のキーが組み合わせられたキー・コンビネーションの操作に対応する動作である請求項１１に記載の方法。
15. 前記キー・コンビネーションに対して定義された機能を示す情報を画面に表示するステップを含む請求項１４に記載の方法。
16. 前記予め定義された動作が、前記マウス・カーソルを前記圧力センサの検出圧力の大きさに応じた距離でかつ前記操作面の押圧位置に対応する方向へのジャンプ移動をさせる動作である請求項１１に記載の方法。
17. キーボードと、
    前記キーボードのキーの中央部に配置され、押圧操作をするための操作面を備える操作カバーと、
    前記操作カバーの下部に配置され前記操作面に対する押圧力を検出する複数の圧力センサと、
    前記押圧操作の押圧力と押圧時間を計算して操作モードを判定する操作モード判定部と、
    前記操作モードがカーソル・モードのときに移動情報を生成する移動情報生成部と、
    前記操作モードがタップ・モードのときに前記移動情報とは異なるタップ情報を生成するタップ情報生成部と、
    前記移動情報と前記タップ情報に対して定義された動作をするユーザ・ファンクションと
    を有するコンピュータ。
18. 前記タップ情報が、前記操作面の中央部と周辺部を含む複数の押圧位置に対応する識別情報を含む請求項１７に記載のコンピュータ。
19. 前記識別情報が、前記複数の押圧位置のそれぞれに関連付けられた離散的な情報である請求項１８に記載のコンピュータ。
20. 前記操作モード判定部は、すべての圧力センサの検出圧力が第１の閾値未満の状態の間に前記押圧操作が行われたときに前記カーソル・モードと前記タップ・モードのいずれであるかを判定し、前記カーソル・モードと判定したあとはすべての前記圧力センサの検出圧力が前記第１の閾値未満になるまでタップ・モードとして判定する請求項１７に記載のコンピュータ。
    

Images