JPH05503370A - カーソルの速度制御装置及び速度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 改良されたコンピュータ・ボインティング装置用の制御装置［技術分野］ 本発明は、ユーザ制御のポインティング装置、たとえばジョイスティックにかか る力をコンピュータ画面上のカーソルの速度と関係付けるための制御装置に関す る。

［背景技術］ コンピュータ表示画面上でのカーソルの操作員による制御を実施するための様々 な装置が提案され使用されてきた。これらの装置は、離散式（キー・ストローク 等）制御装置と連続式（アナログ）制御装置に分類でき、アナログ式のうちで入 力量（位置、力等）とカーソル位置、速度、加速度等との間のマツピングに応じ てさらに分類できる。いくつかの比較研究で、一般に、「マウス」で例示される ように多少とも線形の位置間のマツピングを用いる場合に最良の結果が得られる ことが判明している。しかし、マウスはかなりのデスク空間を要し、かつマウス 操作１回ごとに操作員がキーボードから手を離さなければならない。一方、カー 速度マツピング方式では、制御装置の占める空間は無視できるほどであり、した がって通常のキーボードのすぐ近くまたは内部に置くことができる。

力感知式ジョイスティックには、長い研究と使用の歴史がある。ポインティング 時間が、同じタスクを実行するマウスより２０％はど遅くなると予想できる二左 が判明している。

もう１つの考慮点は、その「感触」すなわちカーソルが正確に制御され、その動 きが動作に対する「自然な」応答であるという主観的印象である。

多（の人がマウスによる位置の指示を自然なものと感じての人にとって）最も自 然な応答は、持続時間とは無関係な、比例する大きさの動きだからである。軽飛 行機を初めて操縦した人なら同じような違和感を思い出すであろう。飛行機は、 制御のオフセットに対して、直接の変化ではな（変化率で応答する。

従来のカー速度マツピング方式では、入力される力が増大するにつれてカーソル 速度が常に増加するという伝達関数を必要とした。こうしたマツピング方式を使 用するカーソル制御装置は、ジョイスティックがその最大範囲にまで変位すると き、カーソルが目で追えないほどの速さで画面を横切って移動する傾向があるた め、一般に使用の際にいらいらを感じさせる。したがって、ユーザは、カーソル を表示画面上の目標点に合わせようとしても、目標点を行き過ぎる傾向がある。

その結果、ユーザは、行き過ぎを戻すため、ジョイスティックをさらに変位させ なければならない。

［発明の概要コ 本発明の目的は、ポインティング装置に加えられた力と、その結果生じるコンピ ュータ画面上でのカーソルの速度との間のマツピングを行い、従来のカー速度マ ツピング方式に関して上述した問題を解決する、コンピュータ・ポインティング 装置用の制御装置を提供することにある。

具体的には、本発明の目的は、（マウスなどの位置間マツピング方式ではなく） カー速度マツピング方式の空間を要さない特徴を利用し、人間の感触およびモー タ制御を上回らないカー速度マツピング方式を使用して、ユーザのいらいらを減 らすことである。

上記の目的は、マツピング伝達関数のある領域を、人間の感触およびモータ制御 と整合性のある一定の形にして、従来技術の伝達関数が所期の目標を指すのが難 しいために生じるユーザのいらいらを減らした、カー速度マツピング方式を使用 することによって達成された。

具体的には、本発明では、放物線状シグモイド（ｓｉｇｍｏｉｄ　：Ｓ字形）に 対応する形の伝達関数を使用する。この伝達関数は、入力される力が大きい場合 にカーソル速度がカットオフされて平坦になるというもので、したがって最大カ ーソル速度が人間の目で快適に追跡できる速度までに制限される。

本発明のジョイスティック装置のカーソル速度を目で追跡できる速度に制限する ことにより、ユーザによる目標点の行き過ぎは最／１１限になる。本発明のジョ イスティック装置では　′カーソルの最大速度は、従来のジョイスティックに比 べて制限されているが、ユーザが本発明のジョイスティック装置を使ってカーソ ルを所望の目標点にうまく合わせるのに要する全時間は、通常は、少なくとも従 来のジョイスティック装置を使って要する時間より多くない。さらに、本発明の ジョイスティックでは、＝般に行き過ぎから回復するのに要する余分な変位がほ とんどないので、本発明のジョイスティック装置を使った時に感じられるいらい らの度合いは、一般に、従来のジョイスティック装置の場合に比べて低下する。

放物線状シグモイド伝達関数の一般的形状を、人間の感触およびモータ制御との 高い相関が得られるように変更した。

これらの変更については、以下で本発明の着想の様々な実施例を示した図面を参 照して考察する。

［図面の簡単な説明コ 第１図は本発明の放物線状シグモイド・マツピングを含めて、種々のカー速度マ ツピング方式を示すグラフである。

第２図は本発明に基づく一般的な放物線状シグモイド関数の修正版を示すグラフ である。

第３図はアナログ技法を使用した本発明の一実施例を示す図である。

第４図はディジタル技法を使用した本発明の第２の実施例を示す図である。

第５図は２種類の入力装置が使用できる、本発明の第３の実施例を示す図である 。

第６図は入力される力の方向が保存される、本発明の第４の実施例を示す図であ る。

［好ましい実施例の詳細な説明］ 第１図は、ボインティング装置にかかる力と、その結果生じるコンピュータ上の カーソルの速度を関係付けるために使用される、可能な様々なカー速度マツピン グ（伝達関数）を示す。直線、放物線、および３次曲線の伝達関数はすべて周知 であり、すべて上記の欠点、すなわちユーザがボインティング装置に最大の入力 される力ＦやＡＸをかけた時、カーソル速度が増加し続けてユーザが画面上で目 標を通り越してしまうという欠点を有する。

しかし、放物線状シグモイド伝達関数を使用すると、上述のように入力される力 がＦ□８を越えた時、カーソル速度がカットオフされる。このカットオフは、通 常の人間の目で速度Ｖ工ＡＸで移動するカーソルを追跡できるのに十分な低さで ある。

したがって、この放物線状シグモイド伝達関数の使用によって、行き過ぎおよび それに伴うユーザのいらいらの問題が大幅に低下する。

放物線状シグモイド伝達関数は、点１／２．１／２　Ｃ（ｖ＝ｆ）　ｔ　（ｖ＝ ｆ２）　ｔおよび（ｖ＝２Ｘｆ２，０；ｆ≦１／２　；ｖ＝２Ｘ　（１／２−（ １−ｆ）　２，１／２≦ｆ≦１；Ｖ＝１、ｆ＞１）］で放物線の最初の部分を折 り返すことによって得られる。したがって、放物線状シグモイドの方程式は、３ つの部分から成る。第１に、ある点までは放物線である。

第２の部分は折り返した放物線である。第３に鋭いカットオフが生じる。力ｆと 加速度Ｖはスケール係数を有し、このため伝達関数は２パラメータ関数族となる 。

上記関数族生の諸量数を用いた実験により、一般的な放物線状シグモイド伝達関 数の下記の修正形が発見された。これを第２図に示す。このグラフの縦座標はカ ーソル速度、横座標は力であり、対応するスケール係数の百分率で示しである。

速度スケール係数（上述でＶの乗数）は１５００画素／秒、画面上で６６ｃｍ／ 秒である。カスケール係数（ｆの乗数）は３つの実験で２２５ｇの快適な値に決 定された。すべての感度調節はこの速度スケールを用いて行った。

第２図に示すように、最小量の力、すなわちｆ。とｆｌの間の力がボインティン グ装置に加わった時、カーソル速度に増加は見られない。すなわち、伝達関数は 不感帯域から始まる。

この不感帯域の目的は、ユーザが指をジョイスティックに載にジョイスティック に手をかけていたいことがあることを考慮に入れたものである。ジョイスティッ クに手をかけて、それを少しも動かさないことは実際上不可能なので、入力され る力がｆ。とｆ□の間に不感帯域を設けてお（。

第２図の伝達関数の重要な次の区間は、入力される力がｆ２とｆ３の間に対応す る区間である。この領域には、前記の不感帯域よりは高い、低い平坦部が設けら れている。この低い平坦部の目的は、カーソルを滑らかな制御の下で短い距離だ け移動させるための、予測可能な遅い動きを実現することである。すなわち、こ の低い平坦部はカーソル位置の微細調整を可能にする。

次の領域であるｆ３とｆ４の間は、上記の一般的放物線状シグモイド関数である 。この領域は、入力される力が増大する時に速度の滑らかな増加を可能にする。

次の領域であるｆ４とｆ５の間は、高い平坦部であり、上述のようにカーソル速 度を人間の目で追跡できる速度までに制限する。この領域は、ユーザがその目標 を通り過ぎる可能性を大幅に制限し、それによってユーザのいらいらをかなり減 らすという有利な機能を実施する。

第２図の伝達関数の最後の区間は、入力される力がｆ、よりも大きい場合に対応 する。この力の範囲では、速度が速く上昇する。この速い速度により、ユーザは 大きな力を加えることによりカーソルを画面内で速やかに突進させることができ る。この精度は低いが速やかな動きは、メニューが画面の上端に設けられており 、ユーザがカーソルを画面上の現在位置からメニュー領域まで速やかに動かした い状況で望ましいものである。このタイプの応用例では、目標すなわちメニュー が画面の上端にあるため、垂直に行き過ぎることはないので、高い精度は不要で ある。

本発明のカー加速度伝達関数のアナログ回路による実施態様を第３図に示す。ユ ーザが力感知式ジョイスティックに力を加えると、ジョイスティックは、ユーザ の指が加えたトルクの、ジョイスティック操作のＸ成分およびＸ成分に比例する 電圧を出力として出す。これらの電圧はそれぞれ線３１および３２に印加され、 それぞれの関数発生機構３３および３４に送られる。

関数発生機構３３および３４は、入力としてジョイスティックに加えられた力を 表す電圧を取り、出力としてカーソル速度信号を線３５および３６上に発生する 。関数発生機構３３および３４は、上記の第２図の伝達関数に従って、入力され る力を出力される速度と関係付ける。線３５および３６上のカーソル速度信号は 、当該カーソル速度信号によって指示される速度でカーソルを動かすため、マウ ス・プロトコル・ユニット３７に送られる。

マウス・プロトコル・ユニットは、当技術分野で周知である。マウス・プロトコ ル・ユニット３７の異なる２つの実施態様が知られている。その１つは、直角信 号（パルス列）に関係するもので、並列式実施態様として知られている。この並 列式実施態様は、米国カリフォルニア州バークレイのホーリー・ラボラトリーズ （Ｈａｗｌｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）によって開発・製造されたもので 、ホーリー・マウス・プロトコル（インターフェース）の仕様シートを引用によ り本明細書に合体する。

マウス・プロトコル・ユニット３７のもう１つの周知の実施態様は、直列式実施 態様と呼ばれるもので、所定のメツセージ間隔中にマウスがどれだけ移動したか に関係するメツセージが、マウスとコンピュータの残りの部分との間で伝送され る。この直列式実施態様は、ＩＢＭ社によって開発されたもので、ＩＢＭ　Ｍｏ ｕｓｅ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｒｅｆ６　ｒ６ｎｃｅ、第１版（１９８７年４月 ）に記載されている。

この文書も引用により本明細書に合体する。

次に第４図を参照して、本発明のカー速度伝達関数のディジタル回路による実施 態様について述べる。ユーザの指がジョイスティックに加えたトルクのＸ成分お よびＸ成分に比例する電圧が、それぞれ線４１および４２に印加される。次に、 これらの電圧はそれぞれアナログ・ディジタル変換器４３および４４に送られ、 それらの電圧のディジタル表現がルックアップ・テーブル４７Ａおよび４７Ｂへ の線４５および４６上に印加される。これらのアナログ・ディジタル変換器は、 アナログ電圧信号をたとえば毎秒１００回の割合でサンプリングする。

ルックアップ・テーブル４７Ａおよび４７Ｂは、第２図の伝達関数を記憶する。

ルックアップ・テーブル４７Ａおよび４７Ｂはアドレス信号として線４５および ４６上の力電圧のディジタル表現を取り、入力された特定の力に関する、第２図 の伝達関数で指示されるカーソル速度を示すカーソル速度信号を線４８Ａおよび ４８Ｂ上に出力する。次に線４８Ａおよび４８Ｂ上のカーソル速度信号はマウス ・プロトコル・ユニット４９に印加される。マウス・プロトコル・ユニット４９ は、第３図のユニット３７と実質的に同じである。

第５図に、第３図の実施例の修正形を示す。第５図では、（先に第３図および４ に関して述べたような）力感知式ジョイスティックとマウス５１が同時に使用で きるようにするための手段が設けられている。第５図で参照番号の付いていない 要素は、第４図のそれに対応する要素と等価なものである。

線５２上のマウス５１の出力は、それぞれＸレジスタ５３およびＸレジスタ５４ に供給される。Ｘレジスタ５３は入力として、力感知力ジョイスティックからの 力のＸ成分のディジタル表現と線５２からのマウス信号とを受け取る。Ｘレジス タ５３は、そのどちらかの入力から入る信号を累計し、累計出力をルックアップ ・テーブル４７Ａに供給する。

同様に、Ｘレジスタ５４は、同様に累計出力をルックアップ・テーブル４７Ｂに 供給する。

次に第６図を参照して、第３図のアナログ実施態様の一変形について述べる。第 ５図は、速さく速度の絶対値）のみに適用されるのに対して、第６図は方向を保 存する実施例を示す。この方向を保存する実施例を第４図のディジタル表現に適 用することも、本発明の範囲に含まれる。

第６図では、先に第３図ないし第５図に関して説明したように、力感知式ジョイ スティックからＸ信号とＸ信号が得られる。次にこれらの信号は直交／極座標変 換回路６１に送られる。回路６１は、直交座標Ｘとｙを取り、それらを周知の方 式で絶対値と方向の極座標に変換する。回路６１の絶対値出力６２は、関数発生 機構６４に送られる。関数発生機構６４は、第３図の関数発生機構３３および３ ４と同じである。

すなわち、関数発生機構６４は第２図に示した伝達関数を実施する。したがって 、入力される力の絶対値だけが、関数発生機構６４によって実施される力／カー ソル速度変換に使用される。

次に関数発生機構６４のカーソル速度絶対値信号が線６５上に出力され、極−直 交座標変換回路６６に絶対値入力として印加される。その間に、直交／極座標変 換回路６１の方向座標出力がＭＢ２上に出力され、極／直交座標変換回路６６に 方向座標入力として直接送られる。次に極／直交！！ｌ標変換回路６６の直交座 標出力がマウス・プロトコル・ユニット６７に供給され、ユニット６７が、その 入力によって決まる速度でカーソルを動かす。

このようにして、入力される力の方向は第２図の伝達関数によって修正されず、 したがって入力される力の方向は保存されている。この動作モードは、第６図に 示すように、作図の適用業務で好ましいであろう。

第４図に示した実施例、すなわちカー速度伝達関数がソフトウェアで、たとえば ルックアップ・テーブルで実施される実施例では、異なる複数の伝達関数ルック アップ・テーブルン　に記憶し、異なるユーザ適用業務に異なる伝達関数を使用 す）　ることが可能である。たとえば、コンピュータのワード・プ虻　ロセッシ ング適用業務にはある伝達関数が最適であり、作図適用業務には別の伝達関数が 最適となる。ユーザがある適用業務にコンピュータを使用しようと決断した時、 その特定の適用業務に最適の伝達関数を使って、ジョイスティックの力ｉ　をカ ーソル速度と関係付けることができる。

［また第４図のソフトウェアによる実施態様を使うと、力をカーソル速度と関係 付ける、調節可能な伝達関数を実現することが可能である。すなわち、第４図の ルックアップ・テーブルとしてＲＡＭ等の書込み可能メモリを使用することによ り、メモリに記憶された値を、ユーザがカーソル速度の制御に熟練してくる（ま たは熟練さを失う）につれて伝達間数が経時的に変化できるような形で変更でき るようにすることが可能である。この変更は、個々のユーザがシステムの使用で 腕を上げ、あるいは落とした時、そのユーザの技量と能力に合うようにユーザの 手で直接に、または自動的に行われる。

メモリ中の値は、たとえばそれらの値すべてにある倍率を掛けて、その倍率が１ より小さいかそれとも大きいかに応じて曲線を圧縮または拡大することによって 変更できる。また、伝達関数をある値の範囲内でのみ変化させて、たとえば第２ 図の低い平坦部は同じままで、伝達関数の高い平坦区間だけ連関数を使って、ユ ーザがカーソルを正確に合わせるのに要する時間で表したユーザの能力レベルを 、ある伝達関数について満足できると決定された所定の状態と比較することによ ってチェックするように機能することができる。ユーザの現在の能力レベルが所 定のレベルより低い場合は、上述のように伝達関数を自動的に変更することがで きる。

Ｇ　−＞→Ｐｌ！餌 国際調査報告

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．ユーザによって制御されるポインティング装置に加えられる力に基づいて、 コンピュータの表示画面上のカーソルの速度を制御する方法であって、 （ａ）所定の第１の範囲の力が前記ポインティング装置に加えられるとき、前記 カーソルの速度をゼロに維持するステップと、 （ｂ）前記所定の第１の範囲よりも絶対値の大きな所定の第２の範囲の力が前記 ポインティング装置に加えられるとき、前記カーソルの速度を第１の一定値に維 持するステップと、（ｃ）前記所定の第２の範囲よりも絶対値の大きな所定の第 ３の範囲の力が前記ポインティング装置に加えられるとき、前記カーソルの速度 を、放物線状シグモイド伝達関数に従って加えられた力に応じて変化させるステ ップと、（ｄ）前記所定の第３の範囲よりも絶対値の大きな所定の第４の範囲の 力が前記ポインティング装置に加えられるとき、前記カーソルの速度を前記第１ の一定値よりも大きな第２の一定値に維持するステップと、 （ｅ）前記所定の第４の範囲よりも絶対値の大きな所定の第５の範囲の力が前記 ポインティング装置に加えられるとき、前記カーソルの速度を、１よりも大きな 勾配をもつ実質上直線形の伝達関数に従って、加えられた力に応じて変化させる ステップと を含む方法。
2. ２．ユーザによって制御されるポインティング装置に加えられる力に基づいて、 コンピュータの表示画面上のカーソルの速度を制御する方法であって、前記カー ソルの速度が、放物線状シグモイド関数に従って、前記ポインティング装置に加 えられる力と関係付けられることを特徴とする方法。
3. ３．ユーザによって制御されるポインティング装置に加えられる力に基づいて、 コンピュータの表示画面上のカーソルの速度を制御する方法であって、前記カー ソルの速度が、放物線状シグモイド関数に従って、前記ポインティング装置に加 えられる力と関係付けられ、前記ポインティング装置が応答可能な上側の範囲内 にある力が、前記ポインティング装置に加えられるとき、前記カーソルの速度が 一定値に留まるように調節されることを特徴とする方法。
4. ４．ユーザが、前記ポインティング装置に加えて、マウスを使って所望のカーソ ル移動特性を指示できることを特徴とする、請求項１、２または３のいずれかに 記載の方法。
5. ５．前記ポインティング装置に加えられる力の絶対値だけがカーソル装置と関係 付けられることを特徴とする、請求項１、２または３のいずれかに記載の方法。
6. ６．ユーザが、前記コンピュータの異なる適用業務に対して、力とカーソル速度 の間の異なる関係を選択できることを特徴とする、請求項１、２または３のいず れかに記載の方法。
7. ７．ユーザが、そのユーザの能力に基づいて、力とカーソル速度の間の関係を変 化させることができることを特徴とする、請求項１、２または３のいずれかに記 載の方法。
8. ８．ユーザの能力に基づいて、力とカーソル速度との間の関係を自動的に変化さ せることができることを特徴とする、請求項１、２または３のいずれかに記載の 方法。 ［開示の概要］ ポインティング装置に加えられる力が、放物線状シグモイド関数によって実質的 に記述される伝達関数に従って、コンピュータ画面上のカーソルの速度と関係付 けられ、その結果、人間の感覚およびモータ制御上の制限条件ならびにタスク特 有の座標の問題に対処できるように力と速度の関係が適合される。