JP4464331B2 - ポインティングデバイス - Google Patents

Description

本発明は、表示装置の画面上の座標位置を選択指定する際に使用するポインティングデバイスに関する。

従来、コンピュータの表示画面でアイコン等の各種ボタンを選択指定する場合、その入力作業は操作者がポインティングデバイスを操作して画面上のポインタを動かし、所定の座標位置でポインティングデバイスをクリック操作することで行なわれる。この種のポインティングデバイスとしては例えマウス、ジョイスティック、トラックボール等がある。ポインティングデバイスで画面上の表示ボタンが選択指定されると、その表示ボタンに応じたプログラムがコンピュータによって実行される。

図１４は、この種のポインティングデバイス５１の断面図である。ポインティングデバイス５１には、上下方向にスライド移動可能な操作部５２が設けられ、この操作部５２の表面には、操作者によるポインタの座標選択操作（Ｘ−Ｙ方向操作）を絶対位置で検出するセンサとしてタッチパネル５３が設けられている。操作部５２の下方位置には、操作者による座標位置の決定操作（押下操作）を検出する押下スイッチ５４が設けられている。このポインティングデバイス５１で座標位置を選択指定する場合、まずタッチパネル５３をトレースするように操作して画面５５上のポインタ５６（図１５参照）を表示ボタン５７に位置合わせし、その位置状態で操作部５２を押下操作して押下スイッチ５４をオンし、画面上の座標位置を決定する。

しかし、このポインティングデバイス５１はタッチパネル５３が操作部５２の表面に配置されているため、操作部５２が押下操作された際には、その操作力がタッチパネル５３のパネル面（表面）に加わることになる。よって、強い力で操作部５２が押下操作されると、タッチパネル５３のパネル面に過荷重や衝撃が加わり、タッチパネル５３が破損する虞がある。

そこで、操作者によるポインタの座標選択操作を上記のようにタッチパネル５３で検出するのではなく、その座標選択操作をリンク機構を介して検出する技術が例えば特許文献１〜３に開示されている。この技術を用いれば、座標操作位置とＸ−Ｙ軸方向の座標検出位置とが別々の位置となるため、座標位置を選択指定すべく押下スイッチ５４がオン操作されたとしても、その際の押下操作の荷重が座標位置検出系のセンサに直接作用せず、座標位置検出系のセンサに過荷重等が付与され難くなり、破損等の問題が発生し難くなる。
特開平９−８１３１１号公報 特開昭６０−２４１１２４号公報 特開昭５５−１２３７７９号公報

ところで、操作者が画面上の選択座標位置をＸ−Ｙ軸方向に操作する際、選択座標位置が表示ボタン５７に位置しているか否かの確認は、画面５５を目視してポインタ５６の表示位置を確認して行なうことになる。従って、画面５５に目を向けないと自分が選択した座標位置を確認することができず、操作者は座標位置選択操作に煩わしさを感じることになるため、Ｘ−Ｙ軸方向に選択座標位置を操作する際において選択座標位置の弁別性を向上したい要望があった。また、この種のポインティングデバイス５１を車載する場合、選択座標位置の弁別性が低いと、運転者が運転以外の事柄に注意を殺がれることになるため、車載対応の場合においては特に弁別性向上の要望は高い。

本発明の目的は、画面上の座標位置を選択操作する際の選択座標位置の弁別性を向上することができるポインティングデバイスを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明では、ポインタの画面表示位置を変えて該画面上の座標位置を選択操作し、当該座標位置で指定操作を行なうことで前記座標位置を選択指定するポインティングデバイスにおいて、前記座標位置を選択する際に操作する第１操作部と、前記第１操作部の操作面として機能し、前記座標位置を指定する際に操作する第２操作部と、前記第１操作部の操作座標位置を検出する座標位置検出手段と、前記第２操作部の押下操作を検出する指定操作検出手段と、前記第１操作部が操作された際、当該操作を前記座標位置検出手段に伝達可能な伝達機構と、前記第１操作部に操作荷重を発生させる操作荷重発生機構と、前記操作荷重発生機構が前記第１操作部に操作荷重を発生するように、前記座標位置検出手段の検出値を基に前記操作荷重発生機構のアクチュエータを制御する制御手段とを備え、前記伝達機構は、複数のアームを連結した構造をなすとともに自身の支持軸回りに回動可能なリンク機構であって、前記座標位置検出手段は、同デバイスのケース及び前記リンク機構の一方に配置された被検出部と、前記ケース及び前記リンク機構の他方に配置され、前記リンク機構の操作を前記被検出部を介して検出する検出部とを備え、前記検出部及び前記被検出部のうち前記リンク機構側に配置される部材が、前記第１操作部の操作点と前記支持軸の固定点とを結ぶ直線上で該リンク機構に連結されていることを要旨とする。

この発明によれば、第１操作部の操作座標位置が操作されて画面上の選択座標位置が選択操作されると、伝達機構を介して座標位置検出手段がその操作方向及び操作量を検出し、画面上のポインタが第１操作部の操作座標位置に応じた画面座標位置に移動する。また、第２操作部が押下操作されて座標位置が指定操作されると、指定操作検出手段がその押下操作を検出し、画面はその指定座標位置の表示ボタン（アイコンや機能ボタン等）に応じた表示内容を表示する。

第１操作部が操作された際には、制御手段は座標位置検出手段の検出値を基に第１操作部の操作座標位置を求め、その操作座標位置に応じた操作荷重が第１操作部に生じるように、制御手段が操作荷重発生機構のアクチュエータを制御して第１操作部に操作荷重を発生させる。従って、第１操作部を操作した際には、操作座標位置に応じて第１操作部の操作感覚が変わることになり、その際の操作感覚で画面上のポインタの大まかな位置把握が可能となるため、第１操作部の操作座標位置（画面上の選択座標位置）の弁別性が向上する。また、操作座標位置選択時の第１操作部の操作量と、座標位置検出手段のセンシング点での移動量とが相似関係を有する。従って、第１操作部の操作面積（最大操作範囲）と座標位置検出手段の検出面面積とが同じである必要はなく、座標位置検出手段の検出面面積は第１操作部の操作面積に対して小さく済む。よって、座標検出手段のサイズを小型化することが可能となり、ひいてはポインティングデバイスの小型化を図ることが可能となる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記操作荷重発生機構は、前記アクチュエータを２つ用いて前記第１操作部に操作荷重を付与する構成であって、前記制御手段は、前記座標位置検出手段の検出値を基に前記第１操作部のＸ−Ｙ操作座標位置を求め、当該Ｘ−Ｙ操作座標位置に応じた操作荷重を前記２つのアクチュエータで複合的に発生させることを要旨とする。

この発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、第１操作部にはＸ−Ｙ操作座標位置に応じた値で操作荷重が付与されるので、操作荷重はＸ軸座標値とＹ軸座標値の操作量との２つのパラメータから決まることになる。従って、操作荷重が第１操作部の操作座標位置により即した値で付与されることから、第１操作部の操作座標位置（画面上の選択座標位置）の弁別性が一層向上する。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、前記第１操作部の操作座標位置と、当該操作座標位置で付与すべき前記操作荷重のベクトル及び大きさとを関係付けたマップデータを記憶した記憶手段を備え、前記制御手段は、前記マップデータを参照して付与すべき前記操作荷重のベクトル及び大きさを求め、該ベクトル及び大きさを基に前記操作荷重発生機構に荷重を発生させることを要旨とする。

この発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、第１操作部の操作座標位置と、その操作荷重のベクトル及び大きさとを関係付けたマップデータを記憶手段に記憶し、操作荷重を付与する際には、制御手段はマップデータを参照することで操作荷重のベクトル及び大きさを設定する。従って、例えば計算式等で操作荷重のベクトル及び大きさを求める場合に比べ、簡単な処理で操作荷重を設定することが可能となり、操作荷重を設定する際に要する時間の短時間化が可能となる。

請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の発明において、前記制御手段は、画面上の表示ボタンに前記ポインタを位置合わせすべく前記第１操作部が操作された際、前記ポインタが前記表示ボタンへ吸い込まれ感を持って座標変化するように前記第１操作部に操作荷重を付与することを要旨とする。

この発明によれば、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の発明の作用に加え、ポインタを表示ボタンに位置合わせする際には、ポインタが吸い込まれ感を持って表示ボタンに向かい座標変化するので、ポインタを所望の表示ボタンへ素早く移動させることが可能となる。

請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の発明において、前記制御手段は、画面上の表示ボタンに前記ポインタを位置合わせすべく前記第１操作部が操作された際、位置合わせ前のポインタ位置が位置合わせ先の前記表示ボタンから離れるに連れて前記操作荷重の値が大きくなるように設定されていることを要旨とする。

この発明によれば、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の発明の作用に加え、位置合わせ前のポインタ位置と、位置合わせ先の表示ボタンとの間の距離が大きければ、その分だけ大きな操作荷重が第１操作部に付与される。従って、ポインタが位置合わせ先の表示ボタンから遠い位置にあっても、その際には大きな操作荷重が第１操作部に付与されるため、ポインタが表示ボタンから離れた位置にあっても所望の表示ボタンへ一層素早くポインタを移動させることが可能となる。

本発明によれば、画面上の座標位置を選択操作する際の選択座標位置の弁別性を向上することができる。

以下、本発明を具体化したポインティングデバイスの一実施形態を図１〜図９に従って説明する。
図１は、コンピュータ１の概略を示す構成図である。コンピュータ１は、内部に記憶されたプログラムに沿って各種データ処理を行なう装置であり、データ処理に際して演算、命令、制御等を行なう演算制御装置２と、コンピュータ１にデータを入力する際に用いる入力装置３と、文字やグラフィックを表示する表示装置４等とを備えている。本例の入力装置３は例えばキーボードからなり、表示装置４は例えば液晶等のディスプレイからなる。

コンピュータ１は、表示装置４の画面４ａに表示されたポインタ５の座標位置（Ｘ−Ｙ座標位置）を選択操作したり、画面４ａ上の所望の座標位置でポインタ５により指定操作（エンター操作）したりする際に操作するポインティングデバイス６を備えている。ポインティングデバイス６はケーブル６ａを介して演算制御装置２に接続され、操作者によって操作された際の各種データ及び信号を演算制御装置２に出力可能である。

図２はポインティングデバイス６の平断面図、図３はポインティングデバイス６の外観を示す斜視図、図４はポインティングデバイス６の縦断面図である。ポインティングデバイス６は外形が略箱形状のケース７からなり、ケース７内の上部には各種部品を収容する第１収容部８（図３及び図４参照）が形成されている。第１収容部８は、ケース本体７ａから板状のカバー７ｂを取り外すことで内部が開口可能である。

ケース７の端部寄りには、押下スイッチ（エンター用スイッチ）９を取り付けるスイッチ収容部１０が凹設されている。押下スイッチ９は、画面４ａ上の座標位置を指定操作（エンター操作）する際に操作するスイッチであり、上面がケース７の外部に露出した取付状態をとる。押下スイッチ９は、ケース７の高さ方向（図３及び図４のＺ軸方向）に相対移動可能な状態でケース７に取り付けられたパネル部１１と、パネル部１１の下方側に位置した取付状態でケース７に固定されたスイッチ回路１２とを備えている。なお、パネル部１１が第２操作部に相当し、スイッチ回路１２が指定操作検出手段（電子回路）に相当する。

スイッチ回路１２は、スイッチ接点機能を有するスイッチ本体部１２ａと、スイッチ回路１２の各種電子回路を実装したプリント基板１２ｂとを有している。押下スイッチ９は、パネル部１１が下方（図４の矢印Ｚ１方向）に押し下げられると、スイッチ本体部１２ａのノブ１２ｃに押し下げられ、押下スイッチ９がオン状態となる。一方、パネル部１１の押込操作が解除されると、スイッチ内部の付勢部材（図示略）の付勢力によってノブ１２ｃが上方に移動してパネル部１１が元の位置に復帰して、押下スイッチ９がオフ状態となる。

第１収容部８には、複数のアーム１３ａ，…からなるリンク機構１４が収容されている。本例のリンク機構１４は４つの直線状のアーム１３ａ〜１３ｄを菱形（パンタグラフ）状に連結した構造をなし、各アーム１３ａ〜１３ｄ同士の連結部位である４つの関節１５ａ〜１５ｄで折れ曲がることが可能である。リンク機構１４はアーム１３ｃから延びるシャフト１６がケース７に支持され、Ｘ−Ｙ平面に沿って関節１５ａ回りに回動可能である。なお、リンク機構１４が伝達機構に相当する。

４つのアーム１３ａ〜１３ｄのうち関節１５ａに連結されていない２つのアーム１３ａ，１３ｂの一方（本例はアーム１３ａ）は、他のアーム１３ｂ〜１３ｄに比べて所定量長い形状をなしている。また、第１収容部８の側部、つまりスイッチ収容部１０側の側部（図４の右端部）には、開口部位１７がケース７の幅方向（図３及び図４のＸ軸方向）全域に亘って形成されている。アーム１３ａはその中間に位置する関節１５ｂでアーム１３ｂに連結され、その先端側が開口部位１７から第１収容部８の外部に飛び出た取付状態となっている。

アーム１３ａの先端部位には、画面４ａ上の座標位置をポインタ５で選択指定する際に指等で操作する操作ピン１８が取り付けられている。操作ピン１８は大径部分の頭部１８ａと、小径部分の軸部１８ｂとを有し、アーム１３ａの先端に形成された孔部１３ｅ（図４参照）に軸部１８ｂを挿通して下方に所定量突出させた状態でアーム１３ａに取付固定されている。シャフト１６の回動軸線Ｒ１と操作ピン１８の操作軸線Ｒ２とは、ほぼ平行に設定されている。操作ピン１８でＸ−Ｙ軸方向の座標位置を選択操作する際、パネル部１１の上面が操作面１９として機能する。なお、操作ピン１８が第１操作部に相当する。

画面４ａ上の座標位置を選択する際には、指を操作ピン１８の頭部１８ａに乗せ、操作ピン１８を操作面１９上でＸ軸方向及びＹ軸方向に動かし、ポインタ５の画面表示位置を変えることで行なう。また、ポインタ５で表示された座標位置を指定操作（エンター操作）する際には、指で操作ピン１８を下方に押し込むことによって操作ピン１８の軸部１８ｂでパネル部１１を下方にスライド移動させ、これによって押下スイッチ９をオンさせることで行なう。

４つのアームのうち関節１５ａに連結されていない２つのアーム１３ａ，１３ｂの他方（本例はアーム１３ｂ）とケース７との間には、操作ピン１８がＸ−Ｙ軸方向に操作された際の操作方向及び操作量を検出する座標位置検出センサ２０がケース７内に収容された状態で取り付けられている。なお、座標位置検出センサ２０が座標位置検出手段に相当する。

座標位置検出センサ２０は、操作ピン１８のＸ−Ｙ軸方向への操作を相対位置で検出するセンサであり、例えば光学式センサが使用されている。光学式の座標位置検出センサ２０は、板状のプレート２１と、プレート２１に光を照射してその反射光を受光することにより操作ピン１８の操作方向及び操作量を検出するセンサ部２２とからなる。座標位置検出センサ２０は、操作ピン１８がＸ−Ｙ平面に沿って操作された際、センサ部２２が所定サイクルの速度で反射光の連続画像をスキャンすることにより移動量及び移動方向を検出する。なお、プレート２１が被検出部に相当し、センサ部２２が電子回路（検出部）に相当する。

座標位置検出センサ２０は、プレート２１がリンク機構１４のアーム１３ｂに連結され、センサ部２２がケース７に取付固定されている。プレート２１は、ケース７の内面に形成されたレール２３に案内されてＹ軸方向に相対移動可能な第１プレート２１ａと、Ｘ軸方向に相対移動可能な状態で第１プレートに支持された第２プレート２１ｂとからなり、第２プレート２１ｂがピン２４を介してアーム１３ｂに相対回動可能な状態で連結されている。従って、操作ピン１８がＸ−Ｙ軸方向に操作された際には、プレート２１ａ，２１ｂが操作ピン１８に応じた移動方向及び移動量で移動することから、センサ部２２はこのプレート２１を介することで操作ピン１８の操作方向及び操作量を検出可能である。

センサ部２２は、プレート２１に対して光を照射してその反射光を受光するセンシング部２２ａと、センサ部２２の各種電子回路を実装したプリント基板２２ｂ（図４参照）とを備えている。ケース７において第１収容部８の下側には、第１収容部８とは区画された状態で第２収容部２５（図４参照）が形成されている。センサ部２２は、センシング部２２ａの検出面２２ｃが第１収容部８に露出した状態で、プリント基板２２ｂが第２収容部２５に収容されている。センシング部２２ａは、その周囲が隙間無くケース７に取付固定されることによってシールされている。

座標位置検出センサ２０は、操作ピン１８が操作された際の操作量を相似関係の値で入力するように、シャフト１６の固定点Ｔａと操作ピン１８の操作点Ｔｂとを結ぶ直線Ｌ（図２参照）上の位置で第２プレート２１ｂがリンク機構１４（アーム１３ｂ）に連結されている。即ち、固定点Ｔａ及び操作点Ｔｂを結ぶ直線Ｌ上に位置するピン２４に、第２プレート２１ｂが相対回動可能な状態で取り付けられている。座標位置検出センサ２０は、ピン２４の中心位置をセンシング点Ｐ（図２及び図３参照）としてセンシング部２２ａで操作ピン１８の操作方向及び操作量を検出する。

従って、操作ピン１８がＸ−Ｙ軸方向に操作された際には、センシング点Ｐが操作ピン１８の操作量に対して縮尺された移動量で操作ピン１８の操作に追従する動きをとる。例えば、操作ピン１８の操作量とセンシング点Ｐの移動量との間に３：１の相似関係があった場合、操作ピン１８がＸ−Ｙ方向に操作された際には、図５に示すようにセンシング点Ｐは操作ピン１８の操作軌跡（回動軌跡）に対して、同一形状ではあるがサイズが３分の１の移動軌跡を描くことになり、これをセンシング部２２ａが検出する。

図６は、コンピュータ１及びポインティングデバイス６の電気的構成図である。ポインティングデバイス６は、ＣＰＵ(central processing unit) ２６、ＲＯＭ(read-only memory)２７、ＲＡＭ(random-access memory)２８及びインターフェース２９を備え、これらデバイスがバス３０を通じて相互に接続されている。インターフェース２９には、演算制御装置２から延びるケーブル６ａが接続されている。ＣＰＵ２６は、ＲＡＭ２８を作業領域とすることでＲＯＭ２７内のプログラムを実行してポインティングデバイス６を作動させ、ケーブル６ａを介して相対位置データＤ及びオン信号Ｓonを演算制御装置２に出力する。なお、ＣＰＵ２６が制御手段に相当する。

演算制御装置２は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３及びインターフェース３４を備え、これらデバイスがバス３５を通じて相互に接続されている。また、ＣＰＵ３１はバス３０及びインターフェース２９を介して入力装置３、表示装置４及びポインティングデバイス６に接続されている。ＣＰＵ３１はＲＡＭ３３を作業領域とすることで、ＲＯＭ３２内のプログラムを実行してコンピュータ１を作動させる。

ＲＯＭ３２内のプログラムには、ポインティングデバイス６から入力する各種データ及び信号に基づき、画面４ａのポインタ５の表示位置及び表示状態や、画面４ａの表示内容を制御する表示制御プログラムが含まれている。この表示制御プログラムは、ポインティングデバイス６で座標位置選択操作が行なわれた際に、ポインタ５を動かして画面４ａ上の選択座標位置を変更し、ポインティングデバイス６で座標位置指定操作が行なわれた際に、その指定操作された表示ボタン４２（図１１及び図１２参照）に応じた表示画面を画面４ａに表示するプログラムである。

ＣＰＵ３１は、ポインティングデバイス６からインターフェース３４を介して相対位置データＤを入力すると、その相対位置データＤ内の移動量及び移動方向のデータを基に選択座標位置、つまりポインタ５の画面表示位置を設定する。そして、ＣＰＵ３１はインターフェース３４を介してその表示データ（表示指令）を表示装置４に出力し、これら移動量及び移動方向の各値に応じた表示位置に画面４ａのポインタ５を表示させる。即ち、相対位置データＤに含まれる移動方向の情報から、ポインタ５の移動させるべき方向が決められ、相対位置データＤに含まれる移動量の情報から、ポインタ５をどれだけ移動させるかが決められる。

ここで、図７に示すように、相対位置入力時のポインタ５の表示位置は、操作ピン１８をスライド移動した際の移動量Ｋ１に対して所定倍の移動量を動くように設定されている。従って、操作ピン１８のスライド移動時の移動量Ｋ１（即ち、座標位置検出センサ２０が検出する移動量）と、画面４ａ上のポインタ位置の変化量Ｋ２との間の関係が例えば１：３の場合、操作ピン１８がスライド移動操作されると、画面４ａ上のポインタ５は、そのスライド移動時の移動量Ｋ１に対して３倍の変化量Ｋ２（＝３×Ｋ１）の距離を動く。

ＣＰＵ３１は、押下スイッチ９がオン操作されてポインティングデバイス６からオン信号Ｓonを入力すると、ポインタ５が画面４ａの表示ボタン４２上に表示されているか否かを判断する。この判断は、図８に示すようにポインタ５のＸ−Ｙ座標値が、表示ボタン４２の表示されたＸ−Ｙ座標値の何れかに含まれているか否かを判断することで行う。ポインタ５が画面４ａの表示ボタン４２上に重なって表示されていれば、ＣＰＵ３１はその表示ボタン４２に対応するプログラムを実行し、そのプログラムに応じた表示画面を画面４ａに表示する。

図３及び図４に示すように、パネル部１１の周縁には、下方（図４の矢印Ｚ１方向）に向かって延びる第１防水壁３６が延出形成されている。第１防水壁３６はパネル部１１の周縁全域から突設され、スイッチ回路１２を周りから囲った状態となる。従って、第１防水壁３６は、パネル部１１の周囲にあるクリアランス３７からケース７内に浸入した水（導電体）をスイッチ回路１２へ至らせない機能を果たしている。

スイッチ収容部１０の内壁と第１防水壁３６との間には、パネル部１１周囲のクリアランス３７からケース７内に浸入した水（導電体）をケース７外に排出する第１流通路３８が形成されている。この第１流通路３８はパネル部１１の周囲全域に亘って形成され、第１流通路３８の通路幅はパネル部１１の上下方向へのスライド移動を許容する程度の幅に設定されている。

図４に示すように、ケース７の開口部位１７には、アーム１３ａの下方位置に第２防水壁３９が形成されている。この第２防水壁３９は、水（導電体）が第１収容部８内（ケース７内）に入り込むことを抑制する役目を担い、ケース７の幅方向（図３及び図４のＸ軸方向）に延びるように形成されている。ケース７の内部には、開口部位１７及び座標位置検出センサ２０（センサ部２２）の間の位置に第２流通路４０が形成されている。第２流通路４０は、第１収容部８内に入り込んだ水（導電体）をケース７外に排出する役目を担い、高さ方向（図３のＺ軸方向）に延びるように貫設されている。また、第２流通路４０は、ケース７の幅方向（図３及び図４のＸ軸方向）全域に亘って形成されている。

図９は、押下スイッチ９の付近を拡大した斜視図である。第１防水壁３６の先端（下端）には、外方に突出する係止爪１１ａが複数形成されている。本例の係止爪１１ａは、互いに対向する各壁３６ａ，３６ｂに各々２つずつ（図９は、第１防水壁３６ａの２つのみ図示）形成されている。ケース７の内壁には、係止爪１１ａと相対する位置に係止溝７ｃが複数形成されている。

従って、操作ピン１８を押し込んでパネル部１１が押下操作された際には、係止爪１１ａが係止溝７ｃに案内され、パネル部１１の下方への移動が許容される。一方、操作ピン１８から指を離してパネル部１１の押下操作が解除された際には、スイッチ回路１２の復帰動作（ノブ１３ｃの戻り動作）に伴ってパネル部１１が上方へ移動するが、この移動過程で係止爪１１ａが係止溝７ｃに係止することによって、それ以上の上方への移動が規制される。

図１０は、操作荷重発生機構４１の構造を示す模式断面図である。ポインティングデバイス６は、操作ピン１８の操作座標位置操作してポインタ位置を選択する際に、操作ピン１８に操作荷重を付与する操作荷重発生機構４１を備えている。本例の操作荷重発生機構４１は、操作ピン１８の操作座標位置に応じた操作荷重を付与する機構であり、画面４ａ上の表示ボタン４２に対応する操作座標位置への操作ピン１８の移動を補助（アシスト）する。

この操作荷重発生機構４１を以下に説明すると、まずアーム１３ｃの基端下面には関節１５ａの位置にシャフト１６が下方に延設され、シャフト１６の先端にはシャフト１６よりも大径をなすギヤ４３が同心軸状に取付固定されている。ケース７には、操作ピン１８に対して操作荷重を付与する第１モータ４４が配設されている。第１モータ４４は例えばＤＣモータが使用され、モータ軸４４ａの先端に固着されたモータギヤ４４ｂがギヤ４３に噛合している。よって、第１モータ４４が回転すれば、その回転力がモータギヤ４４ｂ、ギヤ４３及びシャフト１６を介してアーム１３ｃに伝達され、アーム１３ｃがシャフト１６の軸心回りに回動する。

アーム１３ｄの基端には関節１５ａに対応する位置に挿通孔４５が貫設され、この挿通孔４５にはシャフト１６が相対回動可能な状態で挿通されている。アーム１３ｄの基端下面にはシャフト４６が下方に延設されている。シャフト４６の先端にはシャフト４６よりも大径をなすギヤ４７が同心軸状に取付固定されている。挿通孔４５は、アーム１３ｄ、シャフト４６及びギヤ４７に亘って形成されている。アーム１３ｄはシャフト４６がケース７の孔部７ｄに挿通され、アーム１３ｄ及びギヤ４７の間にできる凹部１３ｆに孔部７ｄの端縁が入り込んだ取付状態をとる。

ケース７には、操作ピン１８に対して操作荷重を付与する第２モータ４８が配設されている。第２モータ４８は例えばＤＣモータが使用され、モータ軸４８ａの先端に固着されたモータギヤ４８ｂがギヤ４７に噛合している。よって、第２モータ４８が回転すれば、その回転力がモータギヤ４８ｂ、ギヤ４７及びシャフト４６を介してアーム１３ｄに伝達され、アーム１３ｄがシャフト４６の軸心回りに回動する。なお、第１モータ４４及び第２モータ４８がアクチュエータに相当する。

図１１は（ａ）が表示装置４の画面図であり、図１１（ｂ）は操作荷重発生のマップデータＭのイメージ図である。ＲＯＭ２７には、ＣＰＵ２６が操作荷重を求める際に使用するマップデータＭが記憶されている。マップデータＭは、操作ピン１８のＸ−Ｙ座標位置（Ｘ軸座標値及びＹ軸座標値）における操作荷重のベクトル及び大きさを求める際に用いるデータ群であり、図１１（ｂ）に示すようにＸ−Ｙ座標が操作ピン１８の操作座標位置で、Ｚ軸が操作荷重計算用のデータ（以下、操作荷重計算データと記す）の３次元マップとしてＲＯＭ２７に書き込まれている。

ＣＰＵ２６は、操作ピン１８が操作された際、マップデータＭを参照してその際の操作ピン１８のＸ−Ｙ座標位置に応じた操作荷重計算データ、つまりＸ，Ｙ各軸に必要な発生荷重を導出する。そして、ＣＰＵ２６は、これらＸ，Ｙ軸方向の各操作荷重を２つのモータ４４，４８で複合的に発生させるための電流値（電流の大きさ及び向き）を計算し、この電流値を各モータ４４，４８に流して、操作ピン１８にＸ−Ｙ座標位置に応じた操作荷重を発生させる。また、本例のマップデータＭは、表示ボタン４２にポインタ５を位置合わせする際、ポインタ５が表示ボタン４２に吸い込まれる動きをとるように操作ピン１８に操作荷重を付与する値に設定されている。

図１１及び図１２に示すように、マップデータＭは画面４ａに表示されるメニュー画面４９ごとに各々設定されている。即ち、図１１（ａ）に示すひらがな入力モードのメニュー画面４９ａが画面４ａに表示された際には、図１１（ｂ）に示すマップデータＭａが使用される。また、図１２（ａ）に示すメニュー選択画面４９ｂが画面４ａに表示された際には、図１２（ｂ）に示すマップデータＭｂが使用される。図１２（ｂ）からも分かるように、表示ボタン４２から大きく離間した位置は、その操作荷重が他の座標位置に比べて大きな値で設定されている。

次に、本例のポインティングデバイス６の動作を説明する。
画面４ａ上の座標位置を選択操作する際には、操作ピン１８を操作面１９上でＸ−Ｙ軸方向に操作して、所定の画面表示位置にポインタ５を位置させるが、この際の操作ピン１８の操作はリンク機構１４を介して座標位置検出センサ２０に伝達される。座標位置検出センサ２０は、自身のセンシング点Ｐで操作ピン１８のＸ−Ｙ軸方向への操作方向及び操作量を検出し、その相対位置データＤを演算制御装置２に出力する。演算制御装置２はこの相対位置データＤを基にポインタ５の表示位置制御を行ない、操作者の操作に応じた画面表示位置にポインタ５を表示する。

ところで、ポインティングデバイス６の使用開始にあたって、まずＣＰＵ２６は画面４ａ上のメニュー画面４９を判定し、使用マップを表示状態のメニュー画面４９に応じたマップデータＭに設定する。また、ＣＰＵ２６はポインティングデバイス６の使用中においては、相対位置データＤに基づき操作ピン１８のＸ−Ｙ座標位置を逐次監視している。

操作ピン１８が操作された際、ＣＰＵ２６はＲＯＭ２７内のマップデータＭを参照して、Ｘ−Ｙ座標位置における荷重計算データ、つまりＸ，Ｙの各軸に必要な操作荷重を取得し、それに必要な操作荷重を２つのモータ４４，４８で複合的に発生させるための電流値計算を行ない、その電流値を各モータ４４，４８に流す。例えば、操作ピン１８が図１１（ｂ）に示す操作座標位置Ｐ１をとった場合、Ｘ軸方向の波形傾きが正、Ｙ軸方向の波形傾きが負であるため、例えば正転方向の向きの電流がＸ座標位置に応じた大きさで第１モータ４４に流され、逆転方向向きの電流がＹ座標位置に応じた大きさで第２モータ４８に流される。

ポインタ５がアイコンや機能ボタン等の表示ボタン４２に重なった状態となったとき、その表示位置状態で操作ピン１８を下方に押し込み操作する。すると、操作ピン１８の軸部１８ｂに押されてパネル部１１が下方に移動して押下スイッチ９がオン状態となり、ポインタ５で位置指定されたアイコンや機能ボタンが選択指定された状態となる。よって、ポインタ５で選択指定されたアイコンや機能ボタン等に対応するプログラムがＣＰＵ２６によって実行され、そのプログラムに応じた表示画面が画面４ａに表示される。

次に、ＣＰＵ２６が操作ピン１８に操作荷重を付与する際に実行する処理を図１３のフローチャートに従って説明する。なお、このフローチャートは、例えばコンピュータ１に電源を投入してから所定のサイクル間隔で常時実行される。

ステップ１００では、画面４ａにメニュー画面４９を表示する。
ステップ１０１では、操作荷重設定に使用するマップを、画面４ａに表示されたメニュー画面４９に応じたマップデータＭに設定する。

ステップ１０２では、座標位置検出センサ２０の検出値に基づき、操作ピン１８の操作座標位置、つまりポインタ５の画面表示位置を算出する。
ステップ１０３では、マップデータＭを参照して、各モータ４４，４８に必要な電流の大きさ・向きを算出する。

ステップ１０４では、ステップ１０３で算出した大きさ・向きの電流を各モータ４４，４８に流す。これにより、マップデータＭを基に算出した大きさ及び向きの電流が第１モータ４４及び第２モータ４８に流され、操作ピン１８のＸ−Ｙ座標位置、つまりポインタ５の画面表示位置に応じた操作荷重が操作ピン１８に付与される。

ステップ１０５では、画面４ａのメニュー画面４９に変更があったか否かを判断する。メニュー画面４９に変更があればステップ１００に移行し、メニュー画面４９に変更がなければステップ１０２に移行する。

本例においては、操作ピン１８を操作した際、マップデータＭを基に算出した大きさ及び向きのモータ電流が第１モータ４４及び第２モータ４８に流され、操作ピン１８にはそのＸ−Ｙ座標位置に応じた操作荷重が付与される。このため、表示ボタン４２にポインタ５を位置合わせする際、表示ボタン４２に対応する位置へ操作ピン１８が吸い込まれるようにして移動するため、操作ピン１８の操作感覚でポインタ５の大まかな表示位置が分かることになり、画面４ａ上のポインタ表示位置の弁別性が向上する。また、操作ピン１８の操作に際して第１モータ４４及び第２モータ４８により補助力（アシスト力）が付与されることにもなり、所望の表示ボタン４２を素早く選択することにも効果がある。

本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）操作ピン１８でポインタ５の画面表示位置を選択操作する際、第１モータ４４及び第２モータ４８によって操作ピン１８に操作荷重を付与して、ポインタ５が画面４ａ上の表示ボタン４２に吸い込まれるような操作感を操作ピン１８に発生させる。従って、操作ピン１８の操作感覚でポインタ５の表示位置を大まかではあるが把握可能となり、画面４ａ上のポインタ表示位置の弁別性を向上することができる。また、操作ピン１８の操作に際して第１モータ４４及び第２モータ４８により操作ピン１８に補助力が付与されることになるため、所望の表示ボタン４２を素早く選択することができ、座標選択から決定までに要する時間の短縮化を図ることができる。

（２）操作ピン１８には、Ｘ−Ｙ座標に応じた値の操作荷重が付与されるので、操作荷重を決める際のパラメータがＸ座標及びＹ座標の２つとなる。従って、操作荷重が操作ピン１８の操作座標位置に即した値で操作ピン１８に付与されるため、操作ピン１８の操作座標位置に関して高い弁別性を確保することができる。

（３）操作ピン１８のＸ−Ｙ座標位置において操作荷重のベクトル及び大きさを設定したマップデータＭをＲＯＭ２７に用意し、操作ピン１８に操作荷重を付与する際には、マップデータＭを参照することで操作荷重の値を設定する。従って、例えば計算式当で操作荷重のベクトル及び大きさを求める場合に比べ、簡単な処理で操作荷重を設定することができ、操作荷重の設定に際して設定時間の短縮化を図ることができる。

（４）操作荷重は表示ボタン４２から離れるに連れて操作荷重の値が比例関係を持って大きくなるように設定されている。従って、ポインタ５が位置合わせ先の表示ボタン４２から遠い位置にあっても、位置合わせに際しては大きな操作荷重が操作ピン１８に付与されるため、ポインタ５が一層素早く表示ボタン４２に移動することになり、ポインタ５の位置合わせに際して選択操作に要する時間の更なる短縮化に効果がある。

（５）操作ピン１８をＸ−Ｙ軸方向に操作した際の操作量が、リンク機構１４によって相似関係を持って座標位置検出センサ２０に入力される構造とした。従って、座標位置検出センサ２０の検出面２２ｃの面積Ｓａ（図２参照）が、操作ピン１８の操作面積（最大操作範囲：図２の二点鎖線領域）Ｓｂに対して小さく済むことから、座標位置検出センサ２０のサイズを小型化することができ、ひいてはポインティングデバイス６のサイズを小型化することができる。

（６）操作ピン１８の入力がリンク機構１４を介して座標位置検出センサ２０に伝達される構成としたので、座標位置検出センサ２０は高価なタッチパネルではなく、安価な相対位置検出系のセンサを用いることができる。従って、座標位置検出系のセンサに要するコストを低減でき、ひいてはポインティングデバイス６のコストを低減することができる。

（７）リンク機構１４を介して操作ピン１８のＸ−Ｙ軸方向の操作を座標位置検出センサ２０に伝達する構造を採用し、操作ピン１８の座標操作位置と、Ｘ−Ｙ軸方向の座標検出位置とを別々の位置とした。従って、第１防水壁３６、第２防水壁３９及び第２流通路４０等を設けることができ、ポインティングデバイス６の防水性を向上することができる。また、ケース７内の第２収容部２５に座標位置検出センサ２０を収容したので、座標位置検出センサ２０がケース７によって周囲を覆われた取付状態となり、座標位置検出センサ２０に水等が付着し難くなって、座標位置検出センサ２０に誤動作や故障等を生じ難くすることができる。更に、座標位置検出センサ２０にシール構造を施しているので、センシング部２２ａの周囲から水が浸入してプリント基板２２ｂに着水するような状況が生じ難くなり、座標位置検出センサ２０の高い防水性確保に一層寄与する。

なお、実施形態は前記構成に限定されず、以下の態様に変更してもよい。
・ 操作ピン１８の座標位置演算は、必ずしもポインティングデバイス６側のＣＰＵ２６で行なうことに限らず、例えば演算制御装置２側で演算された座標位置をポインティングデバイス６が演算制御装置２から取り込んでもよい。

・ アクチュエータはモータに限定されず、例えば空気圧シリンダ等の他の駆動源を用いてもよい。
・ 操作荷重演算は、マップデータＭを参照して行なうことに限らず、計算式を用いて演算する方式でもよい。

・ 座標位置検出センサ２０は光学式センサを用いたセンサに限らず、例えばリニアエンコーダでもよい。また、座標位置検出センサ２０は相対位置を検出するセンサに限定されず、例えばタッチパネル等を用いて操作ピン１８の操作位置を絶対位置で検出するセンサでもよい。

・ 座標位置検出センサ２０は、プレート２１がリンク機構１４に取り付けられ、センサ部２２がケース７に取り付けられることに限定されず、これを逆の取付位置としてもよい。

・ 伝達機構は複数のアーム１３ａ〜１３ｄをパンタグラフ状に連結したリンク機構１４であることに限定されず、例えば１つの直線状のアームからなるアーム式伝達機構でもよい。アーム式伝達機構の場合、アームの先端に操作ピン１８を取り付け、基端に座標位置検出センサ２０を配置する。

・ 操作ピン１８はピン形状のものに限定されず、パネル部１１を押込操作できるものであれば、その形状は特に限定されない。また、操作ピン１８はアーム１３ａと別部材であることに限定されず、アーム１３ａと一体に形成されていてもよい。

・ ポインタ表示は、操作ピン１８をスライド移動した際に定速で動くことに限らず、例えば操作ピン１８をスライド移動した際の移動量に応じて移動速度を変化させてもよい。

・ ポインティングデバイス６はケーブル６ａを用いた有線で接続されることに限らず、通信形式は無線であってもよい。
・ 本例のポインティングデバイス６は、汎用のパーソナルコンピュータに採用されることに限らず、例えば車両のカーナビゲーションシステムに採用されてもよい。この場合、カーナビゲ−ションシステムの表示画面に表示されるポインタの位置合わせが、本例のポインタ表示制御装置によって行なわれる。また、本例のポインタ表示制御装置は、この種のカーナビゲーションシステムに採用されることに限らず、表示装置を有していてその画面上にポインタを表示するものであれば、その採用対象は特に限定されない。

・ ポインタ５は必ずしも矢印の絵柄である必要はなく、例えばアイコンや機能ボタンの色表示が変わることで選択状態を通知してもよい。
・ ポインティングデバイス６は必ずしも押下スイッチ９を備える必要はなく、エンター操作は入力装置３のエンターキーで行なうことも可能であるため、押下スイッチ９が省略されていてもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（１）請求項１〜５のうちいずれかにおいて、前記座標位置検出手段及び前記指定操作検出手段の少なくとも一方の電子回路への導電体付着を抑制する保護機構を備えた。

（２）ポインタの画面表示位置を変えて該画面上の座標位置を選択操作するポインティングデバイスにおいて、前記座標位置を選択する際に操作する操作部と、前記操作部の操作座標位置を検出する座標位置検出手段と、前記操作部が操作された際、当該操作を前記座標位置検出手段に伝達可能な伝達機構と、前記操作部に操作荷重を発生させる操作荷重発生機構と、前記操作荷重発生機構が前記操作部に操作荷重を発生するように、前記座標位置検出手段の検出値を基に前記操作荷重発生機構のアクチュエータを制御する制御手段とを備えたことを特徴とするポインティングデバイス。この場合、画面座標位置の選択操作のみを行なうことが可能なポインティングデバイスにおいて、画面上の座標位置を選択操作する際の選択座標位置の弁別性を向上することができる。

一実施形態におけるコンピュータの概略を示す構成図。 ポインティングデバイスの平断面図。 ポインティングデバイスの外観を示す斜視図。 ポインティングデバイスの縦断面図。 リンク機構が回動した際の動作状態を説明する平面図。 コンピュータの電気的構成図。 座標位置操作時におけるポインタの表示位置遷移を説明する画面図。 ポインタでエンター操作を行なう際の画面の表示状態を示す画面図。 ポインティングデバイスの押下スイッチ部分を拡大した斜視図。 操作荷重発生機構の構造を示す模式断面図。 （ａ）が表示装置の画面図、図１１（ｂ）が操作荷重発生のマップデータＭのイメージ図。 （ａ）が表示装置の画面図、図１１（ｂ）が操作荷重発生のマップデータＭのイメージ図。 ＣＰＵが操作ピンに操作荷重を付与する際に実行するフローチャート。 従来におけるポインティングデバイスの部分縦断面図。 同じく従来における表示画面の画面図。

符号の説明

４ａ…画面、５…ポインタ、６…ポインティングデバイス、７…ケース、１１…第２操作部としてのパネル部、１２…指定操作検出手段（電子回路）としてのスイッチ回路、１３ａ〜１３ｄ…アーム、１４…伝達機構としてのリンク機構、１６…支持軸としてのシャフト、１８…第１操作部としての操作ピン、１９…操作面、２０…座標位置検出手段としての座標位置検出センサ、２１…被検出部としてのプレート、２２…電子回路（検出部）としてのセンサ部、２６…制御手段としてのＣＰＵ、４１…操作荷重発生機構、４２…表示ボタン、４４…アクチュエータとしての第１モータ、４８…アクチュエータとしての第２モータ、Ｍ（Ｍａ，Ｍｂ）…マップデータ、Ｐ１…操作座標位置、Ｔａ…固定点、Ｔｂ…操作点、Ｌ…直線。

Claims (5)

1. ポインタの画面表示位置を変えて該画面上の座標位置を選択操作し、当該座標位置で指定操作を行なうことで前記座標位置を選択指定するポインティングデバイスにおいて、
   前記座標位置を選択する際に操作する第１操作部と、
   前記第１操作部の操作面として機能し、前記座標位置を指定する際に操作する第２操作部と、
   前記第１操作部の操作座標位置を検出する座標位置検出手段と、
   前記第２操作部の押下操作を検出する指定操作検出手段と、
   前記第１操作部が操作された際、当該操作を前記座標位置検出手段に伝達可能な伝達機構と、
   前記第１操作部に操作荷重を発生させる操作荷重発生機構と、
   前記操作荷重発生機構が前記第１操作部に操作荷重を発生するように、前記座標位置検出手段の検出値を基に前記操作荷重発生機構のアクチュエータを制御する制御手段とを備え、
   前記伝達機構は、
   複数のアームを連結した構造をなすとともに自身の支持軸回りに回動可能なリンク機構であって、
   前記座標位置検出手段は、
   同デバイスのケース及び前記リンク機構の一方に配置された被検出部と、
   前記ケース及び前記リンク機構の他方に配置され、前記リンク機構の操作を前記被検出部を介して検出する検出部とを備え、
   前記検出部及び前記被検出部のうち前記リンク機構側に配置される部材が、前記第１操作部の操作点と前記支持軸の固定点とを結ぶ直線上で該リンク機構に連結されていることを特徴とするポインティングデバイス。
2. 前記操作荷重発生機構は、前記アクチュエータを２つ用いて前記第１操作部に操作荷重を付与する構成であって、
   前記制御手段は、前記座標位置検出手段の検出値を基に前記第１操作部のＸ−Ｙ操作座標位置を求め、当該Ｘ−Ｙ操作座標位置に応じた操作荷重を前記２つのアクチュエータで複合的に発生させることを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
3. 前記第１操作部の操作座標位置と、当該操作座標位置で付与すべき前記操作荷重のベクトル及び大きさとを関係付けたマップデータを記憶した記憶手段を備え、
   前記制御手段は、前記マップデータを参照して付与すべき前記操作荷重のベクトル及び大きさを求め、該ベクトル及び大きさを基に前記操作荷重発生機構に荷重を発生させることを特徴とする請求項１又は２に記載のポインティングデバイス。
4. 前記制御手段は、画面上の表示ボタンに前記ポインタを位置合わせすべく前記第１操作部が操作された際、前記ポインタが前記表示ボタンへ吸い込まれ感を持って座標変化するように前記第１操作部に操作荷重を付与することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のポインティングデバイス。
5. 前記制御手段は、画面上の表示ボタンに前記ポインタを位置合わせすべく前記第１操作部が操作された際、位置合わせ前のポインタ位置が位置合わせ先の前記表示ボタンから離れるに連れて前記操作荷重の値が大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のポインティングデバイス。

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