JP2024017907A - ホイールユニットおよびこれを備えた操作装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】磁気粘性流体を用いたホイールユニットの省電力化を図りつつ、所望の操作感で使用することが可能なホイールユニットおよびこれを備えた操作装置を提供する。【解決手段】ホイールユニット11は、ホイール本体部12fと、MR流体保持部11gと、コイル12dと、設定登録部15gと、コイル制御部12cとを備える。コイル12dは、MR流体12eに対して磁場を発生させる。コイル制御部12cは、ホイール本体部12fに対する回転抵抗を変化させるようにコイル12dに流れる電流を制御し操作入力がある場合に設定値に応じてホイール本体部12fの回転抵抗を生じさせる通電制御と、操作入力が所定時間ない場合にホイール本体部12fの回転抵抗を生じさせない無通電制御とを有し、無通電制御時に操作入力があり通電制御に移行する際には設定登録部15gに保存された直近の設定を読み出してホイール本体部12fの回転抵抗を生じさせる。【選択図】図2

Description

本発明は、マウス、キーボード等の操作装置に装填されるホイールユニットおよびこれを備えた操作装置に関する。
近年、PC等に各種操作入力を行うマウスやキーボード等の操作装置に、回転操作によって入力を行うホイールユニットが装填された構成が採用されている。
また、近年、ホイールユニットが装填されたマウス等の操作装置は、職場や家庭に設置されたPC等を操作する操作装置としての用途だけでなく、e-Sports等のゲームを操作する操作装置としても使用されており、より繊細な操作感が求められている。
例えば、特許文献1には、構造が簡単で低コストなスクロールホイールの段数切替え機能を有するマウス装置について開示されている。
特開2021-068411号公報(特許第6981632号)
しかしながら、上記従来のマウス装置では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、上記公報に開示されたマウス装置では、スクロールホイールの段数切替え機能を持たせるために、異なる溝数のコード溝を有する複数のモジュールを備えており、このモジュールを切り替えることで、スクロールホイールの段数を切り替えている。
よって、このマウス装置の構成では、正転時と逆転時とで異なる回転抵抗になるように設定したり、使用者の好みの使用感になるように回転抵抗やクリック感等の各種設定を変化させたりすることは困難であった。
また、ホイールユニットの回転抵抗を変化させる手段として、付与される磁力の大きさに応じて粘性が変化する磁気粘性流体(MR(Magneto-Rheological)流体)を回転軸の周囲に封入し、磁気粘性流体の粘度変化に応じてホイールユニットの操作感(回転抵抗)を変化させる構成が考えられる。
しかし、一定の操作感(回転抵抗)を所定の大きさで維持するためには、磁気粘性流体に磁場を発生させるコイルに常時電流を流す必要があるため、コイルの励磁状態を維持するために消費電力が増大するおそれがあった。
本発明の課題は、磁気粘性流体を用いたホイールユニットの省電力化を図りつつ、所望の操作感で使用することが可能なホイールユニットおよびこれを備えた操作装置を提供することにある。
第1の発明に係るホイールユニットは、操作装置に装填されるホイールユニットであって、ホイール本体部と、磁気粘性流体保持部と、コイルと、記憶部と、コイル制御部と、を備えている。ホイール本体部は、正転・逆転方向に回転可能な状態で操作装置に装填される。磁気粘性流体保持部は、外部から付与された磁場によって粘度が変化することで、ホイール本体部に対して回転抵抗を付与する磁気粘性流体を保持する。コイルは、磁気粘性流体に対して磁場を発生させる。記憶部は、操作中のホイール本体部の回転抵抗を決定する複数の設定を保存する。コイル制御部は、ホイール本体部に対する回転抵抗を変化させるようにコイルに流れる電流を制御するとともに、操作入力がある場合に設定に応じてホイール本体部の回転抵抗を生じさせる通電制御と、操作入力が所定時間ない場合にホイール本体部の回転抵抗を生じさせない無通電制御とを有し、無通電制御時に操作入力があり通電制御に移行する際には記憶部に保存された直近の設定を読み出してホイール本体部の回転抵抗を生じさせる。
ここでは、磁気粘性流体(MR(Magneto-Rheological)流体)を用いたホイールユニットにおいて、ホイール本体部の回転抵抗(制動力)を変化させる複数の設定値を保存する記憶部を備えており、一旦、操作入力が途絶えると省エネモード(無通電制御)へ移行し、再度、操作入力が行われる際には、記憶部から直近の設定値を読み出して通電制御を行うようにコイルを制御する。
ここで、ホイールユニットが装填される操作装置は、例えば、マウス、キーボード、ゲーム用コントローラ、各種コントロールパネル等を含む。
ホイールユニットは、回転操作によって操作入力を行う操作部材であって、例えば、回転操作に加えて、押圧によって操作入力が行われる構成であってもよい。
磁気粘性流体(MR流体)は、磁力が付与されると粘度が変化する流体であって、ホイールユニットの回転体の周囲に保持されていることで、磁力の大きさに応じてホイールユニットの回転抵抗を変化させる。
コイル制御部による無通電制御とは、例えば、マウス等の操作装置が使用されていない状態で、磁気粘性流体への磁場の付与を行うために無用な電力を消費しないように、コイルへの通電を停止する制御である。一方、コイル制御部による通電制御とは、例えば、マウス等の操作装置が使用されている状態で、磁気粘性流体への磁場の付与を行ってホイールユニット11の回転抵抗を制御するために、コイルへの通電を行う制御である。
これにより、無通電制御時に操作入力があって通電制御へ移行する際には、記憶部に保存された直近の設定を読み出してホイール本体部の回転抵抗を生じさせることで、操作者が設定した使用感のまま、ホイールユニットが装填された操作装置を使用することができる。
この結果、磁気粘性流体を用いたホイールユニットの省電力化を図りつつ、所望の操作感で使用することができる。
第2の発明に係るホイールユニットは、第1の発明に係るホイールユニットであって、操作装置は、操作者によって操作される入力ボタンを有しており、入力ボタンが所定時間以上、押下されると、設定を変更するモードへ移行する設定変更部を、さらに備えている。
これにより、これにより、設定を変更する際に、所定の入力ボタンを操作するだけで、容易に所望の設定変更モードへ切り替えることができる。
第3の発明に係るホイールユニットは、第2の発明に係るホイールユニットであって、入力ボタンは、操作装置の両サイドに設けられた第1ボタンと第2ボタンとを含み、第1ボタンと第2ボタンとが同時に所定時間以上押下されると、設定変更部が通常モードから設定を変更するモードへ移行する。
これにより、設定変更時には、2つの操作ボタン(第1・第2ボタン)を同時に所定時間以上押下する条件が設定されていることで、誤って所定のボタン等を押してしまったために意図しない設定変更画面等への移行が行われることを防止することができる。
第4の発明に係るホイールユニットは、第1または第2の発明に係るホイールユニットであって、ホイール本体部の回転方向における位置を検出する回転検出部と、ホイール本体部の回転方向を検出する方向検出部と、をさらに備えている。
これにより、回転検出部および方向検出部における検出結果によって、ホイール本体部の回転方向における位置と、回転方向とをそれぞれ検出することができる。よって、ホイールユニットへの操作者の操作入力の状態を認識することができる。
第5の発明に係るホイールユニットは、第4の発明に係るホイールユニットであって、回転検出部および方向検出部における検出結果に応じて、ホイール本体部の出力トルクを決定する出力トルク決定部をさらに備えている。コイル制御部は、出力トルク決定部における決定に従って、コイルに流れる電流を制御する。
これにより、出力トルク決定部において、回転検出部および方向検出部における検出結果を用いてホイールユニットの出力トルクを決定することで、コイル制御部は、出力トルク決定部における決定に従ってコイルに付与される電流の大きさを制御することができる。
第6の発明に係るホイールユニットは、第5の発明に係るホイールユニットであって、記憶部は、ホイール本体部の出力トルクに応じた複数のパルス波形のデータを保存するとともに、出力トルク決定部は、回転検出部および方向検出部における検出結果に応じた適切なパルス波形を読み出して、ホイール本体部の出力トルクを決定する。
これにより、出力トルク決定部は、記憶部に保存された複数のパルス波形の中から、ホイール本体部の出力トルクに応じた最適なパルス波形を読み出して、ホイール本体部の出力トルクを決定することができる。
第7の発明に係るホイールユニットは、第6の発明に係るホイールユニットであって、コイル制御部は、パルス波形に基づいて、PWM(Pulse Width Modulation)制御を行う。
これにより、例えば、ホイール本体部の回転時における回転抵抗の大きさ、クリック感の間隔等を容易に制御することができる。
第8の発明に係るホイールユニットは、第4の発明に係るホイールユニットであって、回転検出部は、正転方向への回転用に第1分解能、逆転方向への回転用に第1分解能よりも低い第2分解能、がそれぞれ設定されている。
これにより、例えば、シューティングゲーム等に使用される際に、正転時に銃を連射する設定、逆転時に武器を交換する設定である場合において、正転時は逆転時よりも高い分解能で操作を行うことができる。一方、逆転時には、正転時よりも低い分解能で操作を行うことで、正転から意図しない逆転操作があった場合でも、逆転操作による誤った入力を出力しないように制御することができる。
第9の発明に係るホイールユニットは、第4の発明に係るホイールユニットであって、回転検出部は、正転方向への回転時における回転位置を検出する第1位相と、逆転方向への回転時における回転位置を検出する第2位相とが互いにズレた位置に設定されている。
これにより、例えば、シューティングゲーム等に使用される際に、正転時に銃を連射する設定、逆転時に武器を交換する設定である場合において、逆転方向における回転位置の検出位相が正転側の検出位相とずれて設定されているため、正転から意図しない逆転操作があった場合でも、逆転操作による誤った入力を出力しないように制御することができる。
第10の発明に係るホイールユニットは、第4の発明に係るホイールユニットであって、コイル制御部は、方向検出部において検出されるホイール本体部の回転方向に応じて、ホイール本体部のクリック感が異なる感覚になるように、コイルに流れる電流を制御する。
これにより、例えば、正転時には、ホイール本体部の回転抵抗が小さく、逆転時には、ホイール本体部の回転抵抗を大きくするパルス波形を用いて、コイルに流れる電流を制御することで、正転時および逆転時におけるクリック感を変化させることができる。
第11の発明に係るホイールユニットは、第10の発明に係るホイールユニットであって、コイル制御部は、方向検出部における検出結果が正転方向である場合には、第1ピッチでクリック感が付与され、方向検出部における検出結果が逆転方向である場合には、第1ピッチよりも広い第2ピッチでクリック感が付与されるように、コイルに流れる電流を制御する。
これにより、例えば、正転時には、ホイール本体部に回転抵抗を付与する間隔を短く、逆転時には、ホイール本体部に回転抵抗を付与する間隔を長くするパルス波形を用いて、コイルに流れる電流を制御することで、正転時および逆転時におけるクリック感が付与される間隔を変化させることができる。
第12の発明に係る操作装置は、第1または第2の発明に係るホイールユニットと、ホイールユニットを回転可能な状態で支持する本体部と、を備えている。
これにより、磁気粘性流体を用いたホイールユニットの省電力化を図りつつ、所望の操作感で使用することができる。
本発明に係るホイールユニットによれば、磁気粘性流体を用いたホイールユニットの省電力化を図りつつ、所望の操作感で使用することができる。
本発明の一実施形態に係るホイールユニットが装填されたマウスと、マウスと接続されたPCとを含むマウス制御システムの構成を示すシステム全体図。 図1のマウス制御システムの構成を示すブロック図。 図1のマウス制御システムに含まれるマウスの外観斜視図。 (a),(b),(c)は、図3のマウスの上面図、側面図、底面図。 図4(b)のA-A線断面図。 (a)および(b)は、図3のマウスに装填されたホイールユニットの外観図。 (a)は、図6のホイールユニットの側面図。(b)は、(a)のB-B線断面図。 図2のマウスに用いられたMR流体の磁場の強さと粘度との関係を示すグラフ。 (a)は、通常モードにおいてホイールユニットの回転時に生じるクリック感を示すイメージ図。(b)は、連射モード(正転時)においてホイールユニットの回転時に生じるクリック感を示すイメージ図。(c)は、武器切替モード(逆転時)においてホイールユニットの回転時に生じるクリック感を示すイメージ図。 (a)は、通常モードにおいてホイールユニットの回転時におけるクリック感を生じさせるパルス波形を示す図。(b)は、連射モード(正転時)においてホイールユニットの回転時におけるクリック感を生じさせるパルス波形を示す図。(c)は、武器切替モード(逆転時)においてホイールユニットの回転時におけるクリック感を生じさせるパルス波形を示す図。(d)は、(c)の検出タイミングが所定時間遅れるように位相をずらしてクリック感を生じさせるパルス波形を示す図。 図9(b)の連射モード(正転時)における48click/回転の場合の位置番号1~20のPWM制御の出力デューティ比の割り当てを示す図。 図10(a)~図10(d)に示す各モードにおける位置番号1~80のPWM制御の出力デューティ比の割り当てを示す図。 本実施形態のホイールユニットが装填されたマウスによるモード切替処理の流れを示すフローチャート。
本発明の一実施形態に係るホイールユニットについて、図1~図13を用いて説明すれば以下の通りである。
なお、本実施形態では、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
また、出願人は、当業者が本発明を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
(1)マウス制御システム1の構成
本実施形態に係るマウス制御システム(操作制御システム)1は、例えば、e-Sports等のゲームをするプレイヤからの操作入力を受け付けて、e-Sports等のゲームを行うシステムであって、図1に示すように、マウス(操作装置)10と、PC(Personal Computer)(操作制御装置)20とを備えている。
マウス10は、図1に示すように、キーボード20aとともにPC20の前方に配置された状態で、例えば、e-Sports等のゲームのプレイヤの手指によって、主に、回転操作および押下操作が行われる。マウス10は、後述するMR(Magneto-Rheological)流体(磁気粘性流体)12eを用いて、操作者によって回転操作される際のホイール本体部12fの回転抵抗を変化させるホイールユニット11を備えている。
なお、マウス10の詳細な構成については、後段にて詳述する。
PC20は、マウス10が接続されたパーソナルコンピュータであって、e-Sports等のゲーム等の各種アプリケーションを実行する装置であって、ゲームプログラム、ビジネスプログラム、ドライブシミュレータプログラム等のコンピュータプログラムを実行する。PC20は、図1および図2に示すように、キーボード20aと、通信部(第1通信部)21と、表示部22と、制御部23とを備えている。
キーボード20aは、図1に示すように、マウス10と同様に、ゲームのプレイヤ等の操作者からの入力を受け付ける。
通信部(第1通信部)21は、図2に示すように、無線を介して、マウス10側の通信部14と接続されており、マウス10とPC20との間における通信を行う。
表示部22は、図1に示すように、PC20に含まれる液晶表示装置等のモニタであって、図2に示すように、制御部23と接続されており、例えば、ゲームプレイ画面等を表示するように制御される。
制御部23は、PC20全体を制御するCPU等のプロセッサであって、図2に示すように、通信部21および表示部22と接続されており、PC20内のメモリ(図示せず)に保存されているゲームプログラム等の各種プログラムを実行する。
(2)マウス10の構成
マウス10は、図2に示すように、操作者による回転操作を受け付けるホイールユニット11と、通信部(第2通信部)14とを備えている。さらに、マウス10は、図3および図4(a)~図4(c)に示すように、マウス本体10aと、スイッチ10bと、底面10cと、USB差込み口10dと、投光部10eaと、受光部10ebと、スイッチ10fと、操作ボタン(入力ボタン、第1・第2ボタン)10ga,10gbと、を有している。
マウス本体10aは、マウス10の筐体部分であって、図3および図4(a)、図4(b)に示すように、その上面から、ホイールユニット11の一部が突出した状態で、ホイールユニット11を回転可能な状態で支持している。
スイッチ10bは、図3および図4(a)、図4(b)に示すように、マウス本体10aの上面におけるホイールユニット11の近傍に配置されている。スイッチ10bは、例えば、通常モードとゲームモードとを切り替える際、あるいは、マウス10の電源のON/OFFを切り替える際に、操作される。
底面10cは、図4(b)に示すように、マウス本体10aとともにマウス10の外殻を構成する。
USB差込み口10dは、図3に示すように、マウス10の正面側部に設けられており、主に、マウス10に搭載された二次電池(図示せず)の充電を行うためのUSBケーブルが挿入される。
投光部10eaおよび受光部10ebは、マウス10の走査ユニットとして設けられており、図4(c)に示すように、マウス10の底面10cの略中央に設けられており、投光部10eaから照射された赤外光の反射を、受光部10ebにおいて受光することで、マウス10の位置変化を検出する。
スイッチ10fは、図4(c)に示すように、マウス10の底面10cにおける投光部10eaおよび受光部10ebの近傍に設けられており、マウス10の電源をON/OFFする。
操作ボタン(第1・第2ボタン)10ga,10gbは、図3に示すように、マウス本体10aの上面におけるホイールユニット11の左右に配置されており、マウス10を用いた入力、決定等の操作を入力する。また、操作ボタン10ga,10gbは、後述する設定変更モードへの切り替えを行う際に、同時に所定時間以上、押し下げ操作されることで、通常モードから設定変更モードへ移行する。
設定変更モードは、例えば、ゲームのプレイヤ等が、自身がゲームをプレイしやすいように、ホイールユニット11の回転抵抗、クリック感の間隔等を設定するためのモードである。設定変更モードにおいて設定された内容は、後述する設定登録部(記憶部)15gに保存される。
ホイールユニット11は、図3等に示すように、マウス10のマウス本体10aの上面における前方に設けられており、主に、回転操作および押下操作を受け付ける。ホイールユニット11は、図2に示すように、トルク生成部12と、スクロール検出部13と、動作制御ユニット15と、を備えている。
トルク生成部12は、図2に示すように、出力トルク決定部12aと、記憶部12bと、コイル制御部12cと、コイル12dと、MR(Magneto-Rheological)流体12eと、ホイール本体部12fと、を有している。
出力トルク決定部12aは、図2に示すように、スクロール検出部13に含まれる回転検出部13aおよび方向検出部13bにおける検出結果に基づいて、ホイール本体部12fの出力トルクを決定する。
記憶部12bは、図2に示すように、出力トルク決定部12aと接続されており、出力トルク決定部12aにおいて決定された出力トルクでホイール本体部12fの回転抵抗を変化させるための出力パルス波形のデータ(図10(a)~図10(d)参照)、PWM制御の出力デューティ比(図11および図12参照)等を保存している。
コイル制御部12cは、出力トルク決定部12aと接続されており、出力トルク決定部12aにおいて決定された出力トルクによってホイール本体部12fが回転抵抗を受けるように、MR流体12eに対して磁場を発生させるコイル12dに流れる電流を制御する。具体的には、コイル制御部12cは、パルス波形を用いたPWM(Pulse Width Modulation)制御によって、コイル12dに流れる電流を制御する。
コイル12dは、MR流体12eが保持されたMR流体保持部11g(図7(b)参照)の近傍に配置されており、電流が流れることにより、MR流体12eに対して磁場を発生させる。
MR(Magneto-Rheological)流体12eは、主に、ホイールユニット11の回転体(シャフト11e等(図7(b)参照))の摺動部に設けられたMR流体保持部11g(図7(b)参照)の空間内に充填されている。そして、MR流体12eは、コイル12dから付与される磁場の影響を受けて、その形態を変化させることで、ホイール本体部12fの回転提供を変化させる。なお、MR流体12eの特性については、後段にて詳述する。
ホイール本体部12fは、ホイールユニット11の回転軸(シャフト11e(図5等参照))と一体化した状態で、マウス本体10a(図5等参照)に対して回転可能な状態で装填されている。そして、ホイール本体部12fは、コイル12dに流れる電流の変化によって生じるMR流体12eの形態の変化によって、回転抵抗の大きさが変化する。
スクロール検出部13は、図2に示すように、回転検出部13aと、方向検出部13bと、エッジ判定部13cと、を有している。
回転検出部13aは、ホイールユニット11の回転体(ホイール本体部12f等)の回転位置を検出するために設けられており、図2に示すように、ホイール本体部12fの回転方向における位置を検出する。そして、回転検出部13aは、検出したホイール本体部12fの回転方向における位置の情報を、トルク生成部12に含まれる出力トルク決定部12aに送信する。
方向検出部13bは、ホイールユニット11の回転体(ホイール本体部12f等)の回転方向(正転・逆転)を検出するために設けられており、図2に示すように、ホイール本体部12fの回転方向を検出する。そして、方向検出部13bは、検出したホイール本体部12fの回転方向の情報を、トルク生成部12に含まれる出力トルク決定部12aに送信する。
エッジ判定部13cは、図2に示すように、回転検出部13aと接続されており、回転検出部13aにおいて検出されたホイール本体部12fの回転方向における位置の情報から、後述するホイール本体部12fの回転制御パルスのエッジを検出し、スクロールパルスを出力する。
通信部14は、図2に示すように、PC20側の通信部21と無線を介して接続されており、マウス10とPC20との間において各種データ等の送受信を行う。
動作制御ユニット15は、図2に示すように、入力部15aと、走査部15bと、動作検出部15cと、電力切換部15dと、制御部15eとを有している。
入力部15aは、図4(c)に示すマウス10の電源をON/OFFするためのスイッチ10f、あるいは、走査ユニット(投光部10ea、受光部10eb)からの入力信号を受け付けて、動作検出部15cへ送信する。また、入力部15aは、後述する所定の操作ボタン10ga,10gbの長押しが入力されると、その操作信号を動作検出部15cへ送信する。
走査部15bは、走査ユニット(投光部10ea、受光部10eb)からの信号を受信して、動作検出部15cへ送信する。
動作検出部15cは、入力部15aおよび走査部15bに入力された信号に基づいて、マウス10の動作を検出する。そして、動作検出部15cは、スイッチ10fから入力されたON/OFF信号を受信すると、電力切換部15dを制御して、マウス10の電源をON/OFFする。また、動作検出部15cは、走査部15bに入力された信号を用いてマウス10の位置変化を検出する。これにより、マウス10において、検出された位置変化に応じてPC20の表示部22に表示されるカーソル等を移動させることができる。
さらに、動作検出部15cは、マウス10への操作が所定時間以上なかったことを示す信号を受信すると、省エネモード動作信号(無通電制御信号)を電力切換部15dへ送信する。
電力切換部15dは、マウス10を構成する各構成に対して電力を供給するか否かを選択する。本実施形態では、例えば、マウス10への操作入力が所定時間以上なかった場合、すなわち、入力部15aおよび走査部15bへの入力が所定時間以上なかった場合には、動作検出部15cが、省エネモード動作信号(無通電制御信号)を電力切換部15dへ送信する。これにより、マウス10は、省エネモード(無通電制御)に移行する。
ここで、マウス10が省エネモードに移行した後、入力部15aあるいは走査部15bへの入力を検出すると、動作検出部15cは、動作モード再開信号(通電制御信号)を電力切換部15dへ送信する。これにより、電力切換部15dは、動作モード(通電制御)に入るために、マウス10の各構成に対する電力供給を再開する。よって、マウス10が動作モード(通電制御)に移行することで、操作者は、マウス10を正常に動作させることができる。
制御部15eは、動作検出部15cと接続されており、動作検出部15cにおける検出結果に応じて、マウス10の各構成の制御を行う。また、制御部15eは、図2に示すように、設定変更部15fと設定登録部(記憶部)15gとを有している。
設定変更部15fは、例えば、操作ボタン10ga,10gbが同時に所定時間以上、押下げ操作されたことが入力部15aに入力されると、動作検出部15cがモード変更信号を制御部15eへ送信されることで、通常モードからマウス10の設定変更を行うモードへ切り替える。
設定登録部(記憶部)15gは、設定変更部15fにおいて変更されたマウス10の各種設定の内容を登録する。具体的には、設定登録部15gに登録される設定は、例えば、ホイールユニット11のホイール本体部12fの操作感(クリック感の間隔、回転抵抗、正転時と逆転時とで異なる操作感になる設定等)が含まれる。そして、設定登録部15gに登録された設定は、出力トルク決定部12aへ送信される。
これにより、出力トルク決定部12aは、設定登録部15gに登録された設定の内容に基づいて、最適なパルス波形をコイル制御部12cへ出力する。よって、コイル制御部12cは、操作者にとって使いやすい使用感になるように、コイル12dに流れる電流を制御して、ホイール本体部12fの回転抵抗を制御することができる。
なお、設定変更部15fによって変更された最新の設定の内容は、過去のデータを上書きして保存されてもよいし、過去のデータと共存するように保存されてもよい。
本実施形態のホイールユニット11では、上述した省エネモード(無通電制御)へ移行した後、マウス10への操作入力が検出されて通常動作モード(通電制御)へ復帰すると、コイル制御部12cは、設定登録部15gに保存された直近の設定を読み出して、ホイール本体部12fの回転抵抗を生じさせるように、コイル12dに流れる電流を制御する。
これにより、省エネモード(無通電制御)時に操作入力があって通常動作モード(通電制御)へ移行する際には、設定登録部15gに保存された直近の設定を読み出してホイール本体部12fの回転抵抗を生じさせることで、操作者が設定した使用感のまま、ホイールユニット11が装填されたマウス10を使用することができる。
この結果、MR流体12eを用いたホイールユニット11の省電力化を図りつつ、所望の操作感での使用を継続することができる。
(3)ホイールユニット11の構造
本実施形態のマウス10は、上述したように、MR流体12eを用いて、操作者によって回転操作された際に、ホイール本体部12fの回転抵抗が所望の大きさになるように変化させるホイールユニット11を備えている。
ホイールユニット11は、マウス10の操作者に回転操作および押下操作が入力されるユニットであって、図5に示すように、アウターホイール(ホイール本体部)11a、インナーホイール(ホイール本体部)11b、中ボタン11c、押下検出レバー11d、シャフト(回転軸)11e、回転検出用マグネット11f、MR流体保持部(磁気粘性流体保持部)11gおよびシール部材11hを有している。
アウターホイール(ホイール本体部)11aは、インナーホイール11bとともにホイール本体部12fを構成する。アウターホイール11aは、図5に示すように、インナーホイール11bとともにシャフト11eと一体化しており、操作者の回転操作によって回転する。
インナーホイール(ホイール本体部)11bは、図5に示すように、アウターホイール11aの内径側に設けられており、アウターホイール11aが操作されるとシャフト11eとともに一体化して回転する。
中ボタン11cは、図5に示すように、アウターホイール11aへの押し下げ操作を受け付けるマイクロスイッチであって、押下検出レバー11dに当接した状態で、ホイール本体部12fの側方に設けられている。
押下検出レバー11dは、図5および図6(b)に示すように、ホイール本体部12fの一方の側方から突出するように設けられており、操作者によってアウターホイール11aが押し下げされると、中ボタン11cを押し下げる。また、押下検出レバー11dは、アウターホイール11a、インナーホイール11bおよびシャフト11eを含む回転体に対して、固定側の部材として設けられている。
シャフト(回転軸)11eは、図5および図6(a)に示すように、ホイール本体部12fの押下検出レバー11dとは反対側の側面から突出するように設けられており、ホイールユニット11の回転操作時の回転中心となる。
回転検出用マグネット11fは、図5に示すように、シャフト11eの外周面側に配置された固定側の部材であって、シャフト11eの回転を検出する。
MR流体保持部11gは、図7(a)に示すホイールユニット11のB-B線断面図である図7(b)に示すように、ホイール本体部12fの回転機構に含まれる摺動部を含むように形成された空間であって、MR流体12eが封入されている。これにより、MR流体12eは、外部から付与された磁場によって粘度が変化することで、MR流体保持部11gとホイールユニット11の回転体(ホイール本体部12f等)との接触部分(摺動部)において、ホイール本体部12fに対して回転抵抗を変化させることができる。
シール部材11hは、例えば、ゴム製のリング部材であって、図7(b)に示すように、MR流体保持部11gに封入されたMR流体12eが外部へ漏れ出さないように設けられている。
ここで、MR流体12eに対して付与された磁場の強さとMR流体12eの粘度の変化について説明する。
図8は、磁場を発生させた際に、磁場の影響の大きさに応じて変化するMR流体12eの粘度を示すグラフを示している。
MR流体12eは、水、油等の液体に、直径1~10μmの強磁性体の微粒子を分散させた機能性流体であって、磁場の影響を受けていない状態では、微粒子が液体中に均一に分散している。そして、MR流体12eは、磁場の影響を受けると強磁性体の微粒子が磁化して引きつけ合うことでクラスターを形成し、図8に示すように、磁場が強くなると粘度が高くなる。なお、MR流体12eにおけるクラスターの形成の程度は、コイル12dに流れる電流を制御することにより調整することができる。
これにより、本実施形態のマウス10では、ホイールユニット11のコイル制御部12cがコイル12dに流れる電流を制御してコイル12dから発生する磁場の大きさを制御することで、MR流体12eの粘度を制御することができる。よって、MR流体12eの粘度変化に応じて、ホイールユニット11の回転抵抗の大きさを制御することができる。
この結果、例えば、e-Sports等のゲームのプレイヤが操作者である場合において、プレイヤごとに繊細な操作感を実現可能なホイールユニット11が装填されたマウス10を提供することができる。
特に、本実施形態のホイールユニット11が装填されたマウス10では、例えば、ゲームのプレイヤが複数の武器を用いて発砲するシューティングゲームをプレイする際に、通常モードとは異なる連射モード、武器切替モードが設定される。
なお、図9(a)~図9(c)に示すイメージ図は、各モード別のクリック感を生じさせる角度間隔をイメージしたものであって、実際に、図示した角度間隔でクリック感を生じさせることを意味するものではない。
具体的には、通常モードでは、例えば、図9(a)に示すように、ホイールユニット11を回転させた際のクリック感は、正転時、逆転時ともに、24click/回転の角度間隔で体感されるように、コイル12dに流れる電流が制御される。
一方、ゲームのプレイ中にプレイヤがホイールユニット11を正転方向へ回転させると、ホイールユニット11の回転方向が検出され、連射モードへ移行する。
なお、通常モードは、ゲームモード(連射モードおよび武器切替モード)との比較として示されているが、通常モードからゲームモード(連射モードおよび武器切替モード)への切り替えは、例えば、マウス10の特定の複数のボタンを同時に操作されたこと等により行われればよい。
連射モードでは、ホイールユニット11を正転方向へ回転させた際のクリック感は、例えば、図9(b)に示すように、通常モードの2倍の48click/回転の角度間隔で体感されるように、コイル12dに流れる電流が制御される。
これにより、例えば、マシンガン等の武器を用いて発砲する際に、通常モードよりも短い間隔で連射することができる。
逆に、ゲームのプレイ中にプレイヤがホイールユニット11を逆転方向へ回転させると、ホイールユニット11の回転方向が検出され、武器切替モードへ移行する。
武器切替モードでは、ホイールユニット11を逆転方向へ回転させた際のクリック感は、例えば、図9(c)に示すように、通常モードの半分の12click/回転の角度間隔で体感されるように、コイル12dに流れる電流が制御される。
これにより、例えば、ゲーム中のプレイヤが、マシンガン等の武器を用いて連射している状態から、無意識にホイールユニット11を少し逆転させた場合でも、逆転方向における分解能が正転方向よりも低いため、意図せずに誤って武器を交換してしまうことを回避することができる。よって、プレイヤの意図しないエラー操作を検出しないように制御することができるため、ゲームのプレイヤの満足度を高めることができる。
ここで、図9(a)~図9(c)に示すクリック感を生じさせるために、回転位置の検出分解能が960pls/回転の場合のコイル制御部12cから出力される電流のパルス波形について、図10(a)~図10(d)を用いて説明する。
通常モードでは、図10(a)に示すパルス波形によって、正転時、逆転時ともに、24click/回転の角度間隔で体感されるように、コイル12dに流れる電流が制御される。
連射モードでは、図10(b)に示すパルス波形によって、正転時に、通常モードの2倍の48click/回転の角度間隔で体感されるように、コイル12dに流れる電流が制御される。
武器切替モード(12click/回転)では、図10(c)に示すように、逆転時に、通常モードの半分の12click/回転の角度間隔で体感されるように、コイル12dに流れる電流が制御される。
ここで、連射モードで5連射した後、プレイヤが無意識に逆転方向へ回転操作(例えば、3pls)してしまうエラー操作を受け付けてしまうエラー率について検討する。
ここでは、人間は、1clickの1/10程度の精度で制御することができると仮定して、時折、1/10幅の誤入力が発生するモデルでエラー率を定義する。
図10(a)に示す通常モードでは、40pls/clickの1/10である4plsの誤入力(正転方向への回転操作中の最後に逆転方向へ回転させてしまう)が起こる。
この場合、エラー率は、誤入力された4plsが、40plsの中のエッジを跨ぐ確率で定義され、4pls/40pls=10%と算出される。
図10(b)に示す連射モード(正転)では、20pls/clickの1/10である2plsの誤入力が発生する。
この場合、エラー率は、誤入力した2plsが、逆転時は武器切替モード(逆転)が適用されるため、80plsの中のエッジを跨ぐ確率で定義され、2pls/80pls=2.5%と算出される。
これにより、上述したように、逆転方向への回転時における位置検出の分解能が、正転方向への回転時における分解能よりも粗く(低く)設定されていることで、通常モード(10%)よりも低いエラー率(2.5%)とすることができる。
また、武器切替モード(逆転)において、逆転方向へのホイールユニット11の回転時における位置検出の判定エッジと位相をずらすことで、よりエラー率を下げられるケースも考えられる。
具体的には、図10(d)に示すように、図10(c)に示す武器切替モード用のパルス波形から検出位相をずらしたパルス波形を用いることで、例えば、1/10である2plsの誤入力よりも、2/10=4pls、3/10=6pls、4/10=8pls、5/10=10plsの誤入力が発生する確率は、指数関数的に下げることができると考えられる。
この場合には、検出位相の調整によって、エラー率は、2.5%よりもはるかに低い0%に近い確率まで下げることができる。
次に、例えば、連射モード(正転方向)(48click/回転)における回転方向における位置(回転位置)1~20に対して割り当てられるPWM制御のデューティ比について、図11を用いて説明する。
回転位置1~5では、10%、45%、75%、95%、100%と段階的に増加するようにデューティ比が割り当てられている。また、回転位置6~10では、100%、95%、75%、45%、10%と、段階的に減少するようにデューティ比が割り当てられている。そして、回転位置11~20では、デューティ比が0%になるように割り当てられている。
同様に、回転位置に対して割り当てられるPWM出力デューティ比は、図12に示すように、通常モード(正転・逆転方向)、連射モード(正転方向)、武器切替モードA,B(逆転方向)に対して、それぞれ割り当てられる。
例えば、通常モードでは、図12に示すように、回転位置1~80のうち、回転位置1~5では、10%、45%、75%、95%、100%と、段階的に増加するようにデューティ比が割り当てられる。そして、回転位置6~10では、100%、95%、75%、45%、10%と、段階的に減少するようにデューティ比が割り当てられる。回転位置11~40までは、0%のデューティ比が割り当てられる。そして、回転位置41~45では、10%、45%、75%、95%、100%と段階的に増加するようにデューティ比が割り当てられ、回転位置46~50では、100%、95%、75%、45%、10%と、段階的に減少するようにデューティ比が割り当てられる。回転位置51~80までは、0%のデューティ比が割り当てられる。
つまり、通常モードでは、コイル制御部12cが、回転位置1~80においてデューティ比のピークが2回現れるパルス信号を用いて制御する(図10(a)参照)。
連射モードでは、図12に示すように、回転位置1~80のうち、回転位置1~5では、通常モードと同様に、10%、45%、75%、95%、100%と段階的に増加するようにデューティ比が割り当てられる。そして、回転位置6~10では、100%、95%、75%、45%、10%と、段階的に減少するようにデューティ比が割り当てられる。回転位置11~20までは、0%のデューティ比が割り当てられる。そして、回転位置21~25では、10%、45%、75%、95%、100%と段階的に増加するようにデューティ比が割り当てられ、回転位置26~30では、100%、95%、75%、45%、10%と、段階的に減少するようにデューティ比が割り当てられる。回転位置31~40までは、0%のデューティ比が割り当てられる。同様に、回転位置41~45では、10%、45%、75%、95%、100%と段階的に増加するようにデューティ比が割り当てられ、回転位置46~50では、100%、95%、75%、45%、10%と、段階的に減少するようにデューティ比が割り当てられる。回転位置51~60までは、0%のデューティ比が割り当てられる。回転位置61~65では、10%、45%、75%、95%、100%と段階的に増加するようにデューティ比が割り当てられ、回転位置66~70では、100%、95%、75%、45%、10%と、段階的に減少するようにデューティ比が割り当てられる。回転位置71~80までは、0%のデューティ比が割り当てられる。
つまり、連射モードでは、コイル制御部12cが、通常モードの半分の回転位置の間隔で、回転位置1~80においてデューティ比のピークが4回現れるパルス信号を用いて制御する(図10(b)参照)。
一方、武器切替モードAでは、図12に示すように、回転位置1~80のうち、回転位置1~5では、10%、45%、75%、95%、100%と段階的に増加するようにデューティ比が割り当てられる。そして、回転位置6~10では、100%、95%、75%、45%、10%と、段階的に減少するようにデューティ比が割り当てられる。回転位置11~80までは、0%のデューティ比が割り当てられる。
つまり、武器切替モードAでは、コイル制御部12cが、通常モードの2倍の回転位置の間隔で、回転位置1~80においてデューティ比のピークが1回現れるパルス信号を用いて制御する(図10(c)参照)。
また、武器切替モードBでは、図12に示すように、回転位置1~80のうち、回転位置1~10では、0%のデューティ比が割り当てられる。そして、回転位置11~15では、10%、45%、75%、95%、100%と段階的に増加するようにデューティ比が割り当てられる。そして、回転位置16~20では、100%、95%、75%、45%、10%と、段階的に減少するようにデューティ比が割り当てられる。回転位置6~80までは、0%のデューティ比が割り当てられる。
これにより、武器切替モードBでは、コイル制御部12cが、武器切替モードAとは位相をずらしたパルス信号を用いて制御することができる(図10(d)参照)。
<モード切替処理>
本実施形態のホイールユニット11が装填されたマウス10において実行されるモード切替処理について、図13のフローチャートを用いて説明する。
すなわち、図13に示すように、ステップS11では、マウス10の電源をON/OFFするスイッチ10fがONされると、ステップS12において、通常動作モードで動作するように、ホイールユニット11が制御される。
なお、通常動作モードでの動作は、例えば、記憶部12bに保存されたデータ等に基づいて制御されてもよいし、設定登録部15gに保存された設定に応じて制御されてもよい。
次に、ステップS13では、通常動作モードにおいて、所定時間以上、マウス10に対して入力がない状態であるか否かを判定する。ここで、所定時間以上、マウス10への入力が無いと判定されると、ステップS14へ進む。一方、所定時間未満に、マウス10への入力がある場合には、マウス10は、通常動作モードのまま制御される。
次に、ステップS14では、ステップS13において、所定時間以上、マウス10への入力が無いと判定されたため、省エネモードへ移行する。
省エネモードでは、上述したように、マウス10の電源から各構成への電力供給が一時停止され、例えば、コイル12dに流れる電流をほぼ0にすることで、マウス10を使用していない状態での無駄な電力消費を抑制する。
次に、ステップS15では、省エネモードにおいて、マウス10に対して入力があったか否かを判定する。ここで、マウス10への入力があった判定されると、ステップS16へ進む。一方、マウス10への入力がない場合には、マウス10は、省エネモードのまま制御される。
次に、ステップS16では、ステップS15においてマウス10への入力があったと判定されたため、制御部15eが、設定登録部15gから直近の設定を読み出して、出力トルク決定部12aへ送信する。
次に、ステップS17では、省エネモードから通常動作モードへ復帰する。具体的には、コイル制御部12cは、設定登録部15gから送信された設定になるように、出力トルク決定部12aから出力されたパルス波形を受信して、コイル12dに流れる電流を制御する。
これにより、省エネモード(無通電制御)時に操作入力があって通常動作モード(通電制御)へ復帰する際には、設定登録部15gに保存された直近の設定を読み出してホイール本体部12fの回転抵抗を生じさせることで、操作者が直前に設定した使用感を維持したまま、ホイールユニット11が装填されたマウス10を使用することができる。
この結果、MR流体12eを用いたホイールユニット11の省電力化を図りつつ、所望の操作感での使用を継続することができる。
[他の実施形態]
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(A)
上記実施形態では、本発明に係るホイールユニット11が装填された操作装置として、マウス10を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明のホイールユニットが装填される操作装置としては、マウス以外にも、キーボード、ハンドル等のゲーム用のコントローラ、音楽の演奏する際等に使用されるコントロールパネル等であってもよい。
(B)
上記実施形態では、マウス本体10aの上面におけるホイールユニット11の左右に設けられた操作ボタン10ga,10gbが同時に所定時間以上、押下げ操作されたことを検知して、通常モードから設定変更モードへ切り替える例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、設定変更モードへの切り替えは、上述したように、複数の操作ボタンの同時長押し操作によるものだけでなく、単一の操作ボタンの長押し操作によって行われてもよい。
(C)
上記実施形態では、正転方向と逆転方向とでクリック感の間隔を変化させるように、コイル制御部12cがコイル12dに流れる電流を制御する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、正転方向と逆転方向とで、ホイールユニット11の回転抵抗の大きさを変化させるように、コイルに流れる電流を制御する構成であってもよい。具体的には、例えば、連射モード(正転時)では回転抵抗が小さくなるように制御しつつ、武器切替モード(逆転時)には回転抵抗が連射モードよりも大きくなるように制御する。
これにより、ゲームのプレイヤにとって、より繊細な操作が可能となるとともに、無意識に正転方向から逆転方向へ操作して、意図しない操作を実行してしまうことを抑止することができる。
また、正転方向と逆転方向とで、クリック感を生じさせる間隔および回転抵抗の大きさを組み合わせて、異なる制御を行ってもよい。
(D)
上記実施形態では、正転方向における回転時に、逆転方向における回転時よりも短い間隔でクリック感が生じるように、コイル12dに流れる電流を制御する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、ゲームの操作内容等に応じて、正転方向における回転時に、逆転方向における回転時よりも長い間隔でクリック感が生じするように、コイルに流れる電流を制御してもよい。
(E)
上記実施形態では、逆転方向における回転時には、正転方向における回転時よりも粗い分解能となるように制御する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、ゲームの操作内容等に応じて、逆転方向における回転時には、正転方向における回転時よりも細かい分解能となるように制御してもよい。
(F)
上記実施形態では、本発明に係るホイールユニット11が装填されたマウス10が、主として、e-Sports等のゲームに使用される例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、ゲーム以外の分野として、通常のPC業務、設計、音楽等のビジネス用途に対して、本発明に係るホイールユニットが装填された操作装置が用いられてもよい。
本発明のホイールユニットは、磁気粘性流体を用いたホイールユニットの省電力化を図りつつ、所望の操作感で使用することができるという効果を奏することから、マウス、キーボード、コントロールパネル等の各種操作装置に対して広く適用可能である。
1 マウス制御システム(操作制御システム)
10 マウス(操作装置)
10a マウス本体(本体部)
10b スイッチ
10c 底面
10d USB差込み口
10ea 投光部
10eb 受光部
10f スイッチ
10ga 操作ボタン(入力ボタン、第1ボタン)
10gb 操作ボタン(入力ボタン、第2ボタン)
11 ホイールユニット
11a アウターホイール(ホイール本体部)
11b インナーホイール(ホイール本体部)
11c 中ボタン
11d 押下検出レバー
11e シャフト
11f 回転検出用マグネット
11g MR流体保持部(磁気粘性流体保持部)
11h シール部材
12 トルク生成部
12a 出力トルク決定部
12b 記憶部
12c コイル制御部
12d コイル
12e MR流体
12f ホイール本体部
13 スクロール検出部
13a 回転検出部
13b 方向検出部
13c エッジ判定部
14 通信部(第2通信部)
15 動作制御ユニット
15a 入力部
15b 走査部
15c 動作検出部
15d 電力切換部
15e 制御部
15f 設定変更部
15g 設定登録部(記憶部)
20 PC(操作制御装置)
20a キーボード
21 通信部(第1通信部)
22 表示部
23 制御部

Claims (12)

  1. 操作装置に装填されるホイールユニットであって、
    正転・逆転方向に回転可能な状態で前記操作装置に装填されるホイール本体部と、
    外部から付与された磁場によって粘度が変化することで、前記ホイール本体部に対して回転抵抗を付与する磁気粘性流体を保持する磁気粘性流体保持部と、
    前記磁気粘性流体に対して磁場を発生させるコイルと、
    操作中の前記ホイール本体部の前記回転抵抗を決定する複数の設定を保存する記憶部と、
    前記ホイール本体部に対する回転抵抗を変化させるように前記コイルに流れる電流を制御するとともに、操作入力がある場合に前記設定に応じて前記ホイール本体部の回転抵抗を生じさせる通電制御と、前記操作入力が所定時間ない場合に前記ホイール本体部の回転抵抗を生じさせない無通電制御とを有し、前記無通電制御時に操作入力があり前記通電制御に移行する際には前記記憶部に保存された直近の設定を読み出して前記ホイール本体部の回転抵抗を生じさせるコイル制御部と、
    を備えたホイールユニット。
  2. 前記操作装置は、操作者によって操作される入力ボタンを有しており、
    前記入力ボタンが所定時間以上、押下されると、前記設定を変更するモードへ移行する設定変更部を、さらに備えている、
    請求項1に記載のホイールユニット。
  3. 前記入力ボタンは、前記操作装置の両サイドに設けられた第1ボタンと第2ボタンとを含み、
    前記第1ボタンと前記第2ボタンとが同時に所定時間以上押下されると、前記設定変更部が通常モードから前記設定を変更するモードへ移行する、
    請求項2に記載のホイールユニット。
  4. 前記ホイール本体部の回転方向における位置を検出する回転検出部と、
    前記ホイール本体部の回転方向を検出する方向検出部と、
    をさらに備えている、
    請求項1または2に記載のホイールユニット。
  5. 前記回転検出部および前記方向検出部における検出結果に応じて、前記ホイール本体部の出力トルクを決定する出力トルク決定部をさらに備え、
    前記コイル制御部は、前記出力トルク決定部における決定に従って、前記コイルに流れる電流を制御する、
    請求項4に記載のホイールユニット。
  6. 前記記憶部は、前記ホイール本体部の出力トルクに応じた複数のパルス波形のデータを保存するとともに、
    前記出力トルク決定部は、前記回転検出部および前記方向検出部における検出結果に応じた適切なパルス波形を読み出して、前記ホイール本体部の出力トルクを決定する、
    請求項5に記載のホイールユニット。
  7. 前記コイル制御部は、前記パルス波形に基づいて、PWM(Pulse Width Modulation)制御を行う、
    請求項6に記載のホイールユニット。
  8. 前記回転検出部は、正転方向への回転用に第1分解能、逆転方向への回転用に前記第1分解能よりも低い第2分解能、がそれぞれ設定されている、
    請求項4に記載のホイールユニット。
  9. 前記回転検出部は、正転方向への回転時における回転位置を検出する第1位相と、逆転方向への回転時における回転位置を検出する第2位相とが互いにズレた位置に設定されている、
    請求項4に記載のホイールユニット。
  10. 前記コイル制御部は、前記方向検出部において検出される前記ホイール本体部の回転方向に応じて、前記ホイール本体部のクリック感が異なる感覚になるように、前記コイルに流れる電流を制御する、
    請求項4に記載のホイールユニット。
  11. 前記コイル制御部は、前記方向検出部における検出結果が正転方向である場合には、第1ピッチでクリック感が付与され、前記方向検出部における検出結果が逆転方向である場合には、前記第1ピッチよりも広い第2ピッチでクリック感が付与されるように、前記コイルに流れる電流を制御する、
    請求項10に記載のホイールユニット。
  12. 請求項1または2に記載のホイールユニットと、
    前記ホイールユニットを回転可能な状態で支持する本体部と、
    を備えた操作装置。
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