JP4132463B2 - トラックボール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はボールの移動に応じた操作信号を出力するためのトラックボールに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年のパソコン等には、キーボードのみならずトラックボールが用いられており、画面上でポインティングディバイスを操作している。
【0003】
ここで、通常のトラックボールは、回転自在に支持されたボールの回転移動量を例えば光学式センサ等によって検出し、検出したボールの回転移動量を操作信号として出力するようになっており、所謂二次元座標の操作信号(ポインティングディバイスの操作信号)を出力することができるように構成されている。
【0004】
しかしながら、このような従来のトラックボールでは、例えばX軸及びY軸から成る二次元座標以外の座標系の操作信号を出力する場合には、特別に設けた機能切り換えスイッチ等によってトラックボールの移動に応じた入力モードを切り換え変更するか、あるいは別の新たな座標入力ディバイスを別途設ける必要がある。
【0005】
また特に、このような従来のトラックボールによって三次元座標における上下方向(Z軸方向)の操作信号を出力したい場合に、トラックボールを前方へ向けて移動させる(転がす)操作は、三次元座標における上方向(Z軸上向き方向)動さとして出力されるが、トラックボール自体の動きとしてはこれと逆に三次元座標における下向きの動きである。すなわち、操作者のトラックボール操作方向(トラックボール自体の動作方向)に対し、操作出力信号の設定が人の感性に合った自然なものとなっていなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮して成されたものであり、三次元座標における全ての軸方向に沿った移動及び軸周りの角度変位のための操作信号を出力することができ、しかもその操作が人の感性に合った自然なものとなるトラックボールを得ることが目的である。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明に係るトラックボールは、中空状に形成され、三次元座標の全ての方向に渡って回転自在に支持されたボールと、前記ボールの所定方向への回転移動量を検出するボール移動量検出手段と、前記ボールの内空に設けられ、前記ボール操作のために前記ボールに接触している指位置を検出する指位置検出手段と、前記指の接触部位に応じて設定された複数の座標出力モードを有し、前記指位置検出手段による検出信号に基づいて前記複数の座標出力モードのうちの一つを選択的に切り換えて、前記ボール移動量検出手段によって検出したボールの回転移動量を前記選択した座標出力モードにおける操作信号として出力する制御手段と、を備えている。
【0008】
請求項1記載のトラックボールでは、操作者によってボールが操作されると、ボール操作のために接触している指位置が指位置検出手段によって検出されると共に、ボールの所定方向への回転移動量がボール移動量検出手段によって検出される。さらに、制御手段によって、指位置検出手段による検出信号に基づいて複数の座標出力モードのうちの一つが選択的に切り換えられ、検出したボールの回転移動量が選択した座標出力モードにおける操作信号として出力される。
【0009】
したがって、指の接触部位に応じて複数の座標出力モードを設定しておけば、機能切り換えスイッチや別の新たな座標入力ディバイスを別途設けることなく、所謂二次元座標の操作信号のみならず、三次元座標における全ての軸方向に沿った移動及び軸周りの角度変位のための操作信号を出力することが可能になる。
【0010】
また、このトラックボールでは、三次元座標における全ての軸方向に沿った移動及び軸周りの角度変位のための操作信号を、ボール自体の動きに対応させることができる。例えば、三次元座標における上下方向(Z軸方向)の操作信号を出力したい場合に、トラックボールの後面部分を前方へ向けて移動させる(転がす)操作は、三次元座標における上方向(Z軸上向き方向)動作として出力され、また例えば、Y軸(前後軸)周りの角度変位(所謂ローリング)の操作信号を出力したい場合に、トラックボールを左右に向けて移動させる(転がす)操作は、三次元座標における前後軸(Y軸)周りの動作として出力される。
【0011】
したがって、操作者のトラックボール操作方向(トラックボール自体の動作方向)に対する操作出力信号の設定が人の感性に合った自然なものとすることができ、使いこなすことが容易になる。
【0012】
このように、請求項1記載のトラックボールは、三次元座標における全ての軸方向に沿った移動及び軸周りの角度変位のための操作信号を出力することができ、しかもその操作が人の感性に合ったものとなり、使いこなすことも容易になる。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1には本発明の実施の形態に係るトラックボール10の全体構成が概略的な縦断面図にて示されている。
【0014】
このトラックボール10はボール12を備えている。ボール12は、赤外光透過材質によってそれぞれ半球状に形成された一対の表面構造体12A、12Bによって球体に構成されており、ボールベアリング14を介してベース16上に取り付けられている。このボール12は、三次元座標の全ての方向に渡って回転自在に支持されており、図2にも示す如く、X軸(左右軸)、Y軸(前後軸)、Z軸(上下軸)のそれぞれの軸周りに回転可能となっている。
【0015】
なお、図2においては、ボール12のX軸周りの回転を矢印a、Y軸周りの回転を矢印b、Z軸周りの回転を矢印cにて示している。
【0016】
ボール12を支持するボールベアリング14のうちベース16後方側のボールベアリング14は、上下移動可能なボール受部18によって保持されており、これによりボール12をプッシュ操作することができるようにされている。
【0017】
また、ボール12の下面側には、後述する移動量検出のためのドットパターンが印刷されている。
【0018】
ボール12の内空には、基体20が配置されている。この基体20は、ボールベアリング22を介してボール12の内部に所謂浮遊状態で支持されている。すなわち、ボール12が回転しても、基体20はこのボール12の回転に影響されることなくその自重等によって常に初期状態を維持するように構成されている。
【0019】
なお、基体20を支持するボールベアリング22に代えて、液体を用い、基体20を浮力によって浮かせてボール12に対する摩擦力を低減するように構成してもよい。
【0020】
基体20とベース16には、一対のマグネット24A、24Bが取り付けられている。これにより、ベース16に対する基体20のY軸(上下軸)周りの回転を制限している。これにより、ベース16を若干の傾斜面に設置した場合であってもこれに影響されることなく基体20が安定し、あるいは、ダンピング効果を発揮することでボール12の回転に影響されることがなく基体20が安定するようになっている。
【0021】
また、基体20には、その頂上部分(すなわち、ボール12の頂上部分に対応する部位)に、指位置検出センサ(Top)26が設けられている。この指位置検出センサ(Top)26は、赤外線発光素子及び受光素子から構成されており、赤外光を透過するボール12を通して、このボール12に指が接触しているかどうかを指からの反射光に基づいて検出することができる構成である。さらに、基体20の前面部分、後面部分、右面部分、及び左面部分(すなわち、ボール12の各部分に対応する部位)には、前述と同様の指位置検出センサ(Fr)26、指位置検出センサ(Rr)26、指位置検出センサ(Ri)26、指位置検出センサ(Lf)26がそれぞれ設けられており、ボール12の各部に指が接触しているかどうかを検出することができる構成である。これらの、指位置検出センサ26は、制御手段を構成する信号処理回路28に接続されており、この信号処理回路28によって各指位置検出センサ26からの信号をシリアル信号に変換処理することができる。
【0022】
また、信号処理回路28には基体20に設けられた電力受給用コイル30が接続されており、さらに、この電力受給用コイル30に対向してベース16には電力送電用コイル32が設けられている。電力送電用コイル32に供給された交流電力によって電力受給用コイル30を介して信号処理回路28に駆動電力が供給されるようになっている。
【0023】
さらに、信号処理回路28には信号出力用のLED34が接続されており、さらに、このLED34に対向してベース16には信号受信用のフォトトランジスタ36が設けられている。信号処理回路28によって駆動されたLED34からのシリアル信号をフォトトランジスタ36によって受信することができるようになっている。
【0024】
フォトトランジスタ36は、制御手段としての総合処理回路38に接続されている。これにより、フォトトランジスタ36によって受信したシリアル信号は、総合処理回路38に伝達されるようになっている。
【0025】
ここで、総合処理回路38には、図3に示す如き複数の「座標出力モード」(動作モード)が設定されており、前述したシリアル信号に基づいて何れかの「座標出力モード」を選択する。例えば、ボール12の頂上部分に対応する指位置検出センサ(Top)26が指を検出した場合には、「座標出力モード」のうち「Bモード」が選択され、また例えば、ボール12の前面部分及び後面部分に対応する指位置検出センサ(Fr)26及び指位置検出センサ(Rr)26が指を検出した場合には、「座標出力モード」のうち「Fモード」が選択される構成である。また、「座標出力モード」が一旦選択されると、操作が継続するかぎり「座標出力モード」は切り替わらないようになっている。
【0026】
さらに、図3の「座標出力モード」に示す如く、何れのセンサも指を検出しない場合(指が一旦離れた場合)には、「キャンセルモード」となり、次の新たな座標出力モードの選択が行われる。
【0027】
また、ベース16のボール12下面に対向する位置には、ボール移動量検出手段としての画像認識部40が配置されている。この画像認識部40は、ボール12の表面に印刷されたドットパターンを光学的に検出することにより、ドットパターンの移動量に基づいてボール12のX軸、Y軸、Z軸周りのそれぞれの移動量を検出することができる。この画像認識部40も総合処理回路38に接続されており、ボール12の移動量に応じた操作信号を算出しコンピューターへ出力することができるようになっている。
【0028】
なお、ドットパターンをボール12の内周壁に設け、画像認識部40を基体20に内蔵すると共にこの画像認識部40の検出信号を信号処理回路28に出力(供給)するように構成することもできる。
【0029】
またここで、総合処理回路38には、図4に示す如き「モード別の三次元座標移動方向」が設定されており、前述の如く選択した「座標出力モード」にしたがって、ボール12の移動方向に応じた操作信号を出力することができるようになっている。なお、図4の「モード別の三次元座標移動方向」に示す「X+」や「Z−」等の記号は、図5に示す三次元座標上の矢印及び記号にそれぞれ対応している。
【0030】
例えば、「座標出力モード」として「Bモード」が選択された場合には、図2に示すボール12の矢印「a+」方向の移動(X軸周りの回転)は、図5の「Y+」方向の移動として操作信号が出力され、図2に示すボール12の矢印「b+」方向の移動(Y軸周りの回転)は、図5の「X+」方向の移動として操作信号が出力される。また例えば、「座標出力モード」として「Fモード」が選択された場合には、図2に示すボール12の矢印「a+」方向の移動(X軸周りの回転)は、図5の「Pi+」方向の移動として操作信号が出力され、図2に示すボール12の矢印「c+」方向の移動(Z軸周りの回転)は、図5の「Ya+」方向の移動として操作信号が出力される構成である。
【0031】
なお、図4の「モード別の三次元座標移動方向」において、(ア)項に「Ro+」、(イ)項に「Pi−」を追加して構成することもできる。
【0032】
また、上下移動可能にボールベアリング14を支持するボール受部18の直下には、プッシュエンタースイッチ42が設けられている。このプッシュエンタースイッチ42も総合処理回路38に接続されており、ボール12をプッシュ操作することによりプッシュエンター信号を出力することができる構成である。
【0033】
なお、このプッシュエンタースイッチ42を複数設け、複数(多数)の機能に対応させることも可能である。
【0034】
次に本実施の形態の作用を説明する。
【0035】
以上の構成のトラックボール10では、操作者によってボール12が操作されると、ボール操作のために接触している指が各指位置検出センサ26によって検出される。検出された指位置信号は、信号処理回路28によってシリアル信号に変換処理され、LED34及びフォトトランジスタ36を介して総合処理回路38に伝達され、コンピューターへ出力される。さらに、ボール12の所定方向への回転移動量が画像認識部40によって検出されて総合処理回路38に伝達され、ボール12の移動量に応じた操作信号がコンピューターへ出力される。
【0036】
ここで、総合処理回路38は、各指位置検出センサ26によって検出され信号処理回路28から送られた指位置信号に基づいて、複数の座標出力モードのうちの一つを選択的に切り換え、検出したボール12の回転移動量を選択した座標出力モードにおける操作信号として出力する。
【0037】
例えば、操作者が指をボール12の頂上部分にのみ接触させてボール12を操作した場合には、指位置検出センサ(Top)26がこれを検出し、「頂上部検出信号」が総合処理回路38に伝達される。総合処理回路38は、この「頂上部検出信号」に基づいて、図3に示す「座標出力モード(動作モード表)」により座標出力モードが「Bモード」であると判断し、前記ボール12の移動量を「Bモード」における操作信号として出力する。すなわち、図2に示すボール12の矢印「a+」方向の移動(X軸周りの回転)は、図5の「Y+」方向の移動として操作信号が出力され、図2に示すボール12の矢印「b+」方向の移動(Y軸周りの回転)は、図5の「X+」方向の移動として操作信号が出力される。(ボール12の矢印「c+」方向の移動は無視する。)
また例えば、操作者が指をボール12の前面部分及び後面部分に接触させて(摘んで)ボール12を操作した場合には、指位置検出センサ(Fr)26及び指位置検出センサ(Rr)26がこれを検出し、「前後面部検出信号」が総合処理回路38に伝達される。総合処理回路38は、この「前後面部検出信号」に基づいて、図3に示す「座標出力モード(動作モード表)」により座標出力モードが「Fモード」であると判断し、前記ボール12の移動量を「Fモード」における操作信号として出力する。すなわち、図2に示すボール12の矢印「a+」方向の移動(X軸周りの回転)は、図5の「Pi+」方向の移動として操作信号が出力され、図2に示すボール12の矢印「c+」方向の移動(Z軸周りの回転)は、図5の「Ya+」方向の移動として操作信号が出力される。(ボール12の矢印「b+」方向の移動は無視する。)
さらに、全ての指位置検出センサ26が指を検出せずボール12の移動も無い場合には、その直前に選択された座標出力モードでの作動を停止し、初期状態に復帰する。すなわち、指をボール12から離すまでは、ボール12を移動させ始めた時点の「座標出力モード」で作動し、他の座標出力モードで操作する場合には一旦ボール12から指を離すことで座標出力モードの設定をキャンセルし、新たに指を接触することで次ぎの座標出力モードに移行する。
【0038】
ボール12を操作して操作信号を出力した後には、ボール12をプッシュ操作することにより、プッシュエンタースイッチ42が作動してプッシュエンター信号が出力される。
【0039】
このように、本実施の形態に係るトラックボール10では、指の接触部位に応じた複数の座標出力モードが設定されており、これにより、従来の如く機能切り換えスイッチや別の新たな座標入力ディバイスを別途設けることなく、所謂二次元座標の操作信号のみならず、三次元座標における全ての軸方向に沿った移動及び軸周りの角度変位のための操作信号を出力することが可能になる。
【0040】
また、このトラックボール10では、三次元座標における全ての軸方向に沿った移動及び軸周りの角度変位のための操作信号を、ボール12自体の動きに対応させることができる。例えば、三次元座標における上下方向(Z軸方向)の操作信号を出力したい場合に、指をボール12の後面部分にのみ接触させて「Cモード」を選択し、この「Cモード」においてボール12を前方へ向けて移動させる(転がす)操作は、三次元座標における上方向(Z軸上向き方向)動作として出力される。また例えば、Y軸(前後軸)周りの角度変位(所謂ローリング)の操作信号を出力したい場合に、指をボール12の左右両面部分に接触させて(摘んで)「Gモード」を選択し、この「Gモード」においてボール12を左右に向けて移動させる(転がす)操作は、三次元座標におけるY軸(前後軸)周りの動作として出力される。
【0041】
したがって、操作者のトラックボール10の操作方向(ボール12自体の動作方向)に対する操作出力信号の設定が人の感性に合った自然なものとすることができ、使いこなすことが容易になる。
【0042】
このように、本実施の形態に係るトラックボール10は、三次元座標における全ての軸方向に沿った移動及び軸周りの角度変位のための操作信号を出力することができ、しかもその操作が人の感性に合ったものとなり、使いこなすことも容易になる。
【0043】
なお、前述した実施の形態においては、各指位置検出センサ26によって検出され信号処理回路28から送られた指位置信号に基づいて、総合処理回路38が複数の座標出力モードのうちの一つを選択的に切り換える構成としたが、これに限らず、「座標出力モード」の選択・判断は出力先のコンピューターによって行い、総合処理回路38は信号を出力するのみの構成としてもよい。
【0044】
次に、本発明の参考例に係るトラックボール50について説明する。なお、前述した実施の形態と基本的に同一の部品には前記実施の形態と同一の符号を付与し、その説明を省略する。
【0045】
図6には参考例に係るトラックボール50の全体構成が斜視図にて示されており、図7にはトラックボール50の全体構成が側面図にて示されている。
【0046】
トラックボール50は、基本的には前述した実施の形態に係るトラックボール10と同様の構成であるが、ベース52に支持されたボール54は、その頂上部分及び前方部分のみを操作可能となっている。また、ベース52の最前部には、赤外線発光素子及び受光素子から構成される指位置検出センサ56が設けられており、ボール54の前面部分を操作する際の指の有無を検出することができる。
【0047】
ここで、指位置検出センサ56が指を検出せずにボール54が回転した場合には、ボール54の矢印「a+」方向の移動(X軸周りの回転)は、図5の「Y+」方向の移動として操作信号が出力され、ボール54の矢印「b+」方向の移動(Y軸周りの回転)は、図5の「X+」方向の移動として操作信号が出力される。(ボール54の矢印「c+」方向の移動は無視する。)すなわち、前述した実施の形態に係るトラックボール10の「Bモード」に相当する。
【0048】
一方、指位置検出センサ56が指を検出してボール54が回転した場合には、ボール54の矢印「a+」方向の移動(X軸周りの回転)は、図5の「Z−」方向の移動として操作信号が出力され、ボール54の矢印「c+」方向の移動(Z軸周りの回転)は、図5の「X+」方向の移動として操作信号が出力される。(ボール54の矢印「b+」方向の移動は無視する。)すなわち、前述した実施の形態に係るトラックボール10の「Aモード」に相当する。
【0049】
なお、前述の如く指位置検出センサ56が指を検出してボール54が回転した場合に、アプリケーションにより、ボール54の矢印「a+」方向の移動(X軸周りの回転)を、図5の「Pi−」方向の移動として操作信号を出力し、ボール54の矢印「c+」方向の移動(Z軸周りの回転)を、図5の「Ya+」方向の移動として操作信号を出力するように構成してもよい。すなわち、前述した実施の形態に係るトラックボール10の「Bモード」と「Fモード」とを組み合わせた構成としてもよい。
【0050】
以上の構成のトラックボール50では、指の接触部位に応じた複数の座標出力モードが設定されており、これにより、従来の如く機能切り換えスイッチや別の新たな座標入力ディバイスを別途設けることなく、所謂二次元座標の操作信号のみならず、三次元座標における全ての軸方向に沿った移動及び軸周りの角度変位のための操作信号を出力することが可能になる。
【0051】
また、このトラックボール50においても、ボール54の操作方向(ボール54自体の動作方向)に対する操作出力信号の設定が人の感性に合った自然なものとすることができ、使いこなすことが容易になる。
【0052】
さらに、このトラックボール50では、指の有無を検出するための指位置検出センサ56をボール54の外部に設けた構成であるため、ボール54すなわちトラックボール50の小型化及び低コスト化が可能になる。
【0053】
【発明の効果】
以上説明した如く本発明に係るトラックボールは、三次元座標における全ての軸方向に沿った移動及び軸周りの角度変位のための操作信号を出力することができ、しかもその操作が人の感性に合った自然なものとなり、使いこなすことが容易になるという優れた効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係るトラックボールの全体構成を示す概略的な縦断面図である。
【図2】 本発明の実施の形態に係るトラックボールにおけるボールの操作方向及びボールの移動方向を示す斜視図である。
【図3】 本発明の実施の形態に係るトラックボールにおいて設定された「指位置検出パターン」と「座標出力モード」との対応を示す関係図である。
【図4】 本発明の実施の形態に係るトラックボールの三次元座標における「座標出力モード」と「ボール移動方向」との対応を示す関係図である。
【図5】 本発明の実施の形態に係るトラックボールからの操作信号によって移動する三次元座標上の移動方向を示す斜視図である。
【図6】 本発明の参考例に係るトラックボールの全体構成を示す斜視図である。
【図7】 本発明の参考例に係るトラックボールの全体構成を示す側面図である。
【符号の説明】
10 トラックボール
12 ボール
16 ベース
20 基体
26 指位置検出センサ(指位置検出手段)
28 信号処理回路(制御手段)
38 総合処理回路(制御手段)
40 画像認識部(ボール移動量検出手段)
50 トラックボール
52 ベース
54 ボール
56 指位置検出センサ(指位置検出手段)
Claims (1)
- 中空状に形成され、三次元座標の全ての方向に渡って回転自在に支持されたボールと、
前記ボールの所定方向への回転移動量を検出するボール移動量検出手段と、
前記ボールの内空に設けられ、前記ボール操作のために前記ボールに接触している指位置を検出する指位置検出手段と、
前記指の接触部位に応じて設定された複数の座標出力モードを有し、前記指位置検出手段による検出信号に基づいて前記複数の座標出力モードのうちの一つを選択的に切り換えて、前記ボール移動量検出手段によって検出したボールの回転移動量を前記選択した座標出力モードにおける操作信号として出力する制御手段と、
を備えたトラックボール。
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