JP5660715B2 - 力覚付与型入力装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えばカーナビゲーションシステムなどに利用される力覚付与型入力装置に係り、特に、表示手段に表示されたメニュー選択用のボタン上にカーソルを自動的に引き込んで所望のボタンの選択を容易にするタイプの力覚付与型入力装置における操作性の向上に関する。
従来より、カーナビゲーションシステムなどに、表示手段として、表示されたメニュー選択用のボタン上にカーソルを自動的に引き込んで所望のボタンの選択を容易にするタイプの表示装置が用いられていた。
従来例１として、特許文献１では、表示装置に表示されたボタンに対するカーソルの位置付けを容易にするため、ボタンの周囲に仮想的な引込エリアを設定し、ジョイスティックやマウスなどの入力装置を操作することによって、カーソルを当該ボタンの中心位置に引き込む映像表示装置が提案されている。
映像表示装置のカーソル引き込み方法は、図７に示すように、先ず、カーソル変位入力手段８１１に移動入力が与えられたとき、カーソル位置格納手段８１５に格納された現在のカーソル表示位置が、部品テーブル８１４にあらかじめ設定されていた引き込み領域の１つに含まれるかどうかを判断し、引き込み領域に含まれる場合には、引き込みベクトル計算手段８１３によって、引き込み領域の引き込み中心の位置と現在のカーソル表示位置とから引き込みベクトルを計算する。そして、カーソル表示位置演算手段８１２は、カーソル位置格納手段８１５および引き込みベクトル計算手段８１３、カーソル変位入力手段８１１とから取得される情報を基に、カーソルの表示位置を決定し、表示装置８１６にその位置を伝え、カーソルを移動させるようにしている。
また、従来例２として、特許文献２では、カーソルの移動を制御する入力装置として、ユーザによって操作される操作部と、操作部の操作状態を検出する検出手段と、操作部に駆動力を付与する駆動手段と、カーソル及び複数のボタンを表示する表示手段と、駆動手段の駆動制御及び表示手段の表示制御を行う制御手段とを備えた力覚付与型入力装置が提案されている。
特許文献２の力覚付与型入力装置には、回転可能な揺動レバーを有した操作部を用い、揺動レバーの直交する２方向の操作量を検出する２つの検出手段、例えばロータリ形のエンコーダや可変抵抗器などを用いている。また、力覚付与型入力装置には、揺動レバーを介して操作部に引込力を付与する２つの駆動手段、例えば電動モータなどを用い、カーソル及び複数個のボタンを含む所要の画像を表示する表示手段として、例えば液晶表示装置を用いている。そして、ユーザの所望のボタンの選択を容易にするともに、操作性が良好で操作感触が得られる力覚付与型入力装置を提供できるとしている。
特開平８−３１４６３７号公報 特開２００５−３３２３２５号公報
ところで、特許文献１，特許文献２にも記載されているように、表示手段には複数個のボタンが、図８に示すように、様々な配列で表示されるのが普通である。しかしながら、特許文献１のような構成では、複数個のボタンのそれぞれについて設定された引き込み領域が重なり合っている場合におけるカーソルの引き込み制御に関して何ら考慮されていないので、特許文献１に記載の技術を実機に適用した場合、ユーザが意図していないボタンにカーソルが引き込まれるという不都合を生じることがあると言った課題があった。
つまり、図８に示すように、十字形のカーソルＣ９１が現在あるボタンＢ９１から、ユーザが意図するボタンＢ９４にカーソルを移動するために（移動先としてのカーソルはＣ９４）、例えば操作Ｓ９２が行われた際、引き込み領域Ａ９２内にカーソル操作が行われたので、ボタンＢ９２にカーソルが引き込まれてしまう（引き込まれたカーソルはＣ９２）。また、例えば操作Ｓ９３が行われ、ボタンＢ９３の引き込み領域Ａ９３とボタンＢ９４の引き込み領域Ａ９４とが重なり合う領域内にカーソル操作が行われた場合、カーソルからボタンＢ９４の中心位置までの引き込みベクトルより、カーソルからボタンＢ９３の中心位置までの引き込みベクトルの方が小さいので、ボタンＢ９３にカーソルを引き込むようにカーソルの移動が制御される（引き込まれたカーソルはＣ９３）。しかし、ユーザは、カーソルＣ９１をボタンＢ９４に移動させようと意図しているので、ボタンＢ９２やボタンＢ９３にカーソルが引き込まれると、ユーザは操作に違和感を覚え、操作部の円滑な操作が困難になる。
本発明は、上述した課題を解決するもので、ユーザの意図するボタンにカーソルを確実に引き込める力覚付与型入力装置を提供することを目的とする。
この課題を解決するために、本発明の力覚付与型入力装置は、ユーザによって操作される操作部と、前記操作部の操作状態を検出する検出手段と、前記操作部に駆動力を付与する駆動手段と、カーソル及び複数のボタンを表示する表示手段と、前記検出手段の出力信号に基づいて前記カーソルの表示制御を行うとともに、前記駆動手段の駆動制御を行う制御手段と、を備えた力覚付与型入力装置において、前記操作部が操作され前記検出手段の出力信号を受けたとき、前記操作前に前記カーソルがあったカーソル元位置から前記操作後に移動したカーソル移動先位置までの距離ベクトルを移動方向距離ベクトルとし、前記カーソル元位置から前記複数のボタンの各々のボタン位置までの距離ベクトルをボタン距離ベクトルとし、前記制御手段は、前記移動方向距離ベクトルを算出するとともに、各々の前記ボタン距離ベクトルを算出し、前記移動方向距離ベクトルと複数の前記ボタン距離ベクトルとを用いて、複数の前記ボタンまでの移動時間を算出し、算出された前記移動時間が最も短い第１優先ボタンの前記移動時間と、算出された前記移動時間が次に短い第２優先ボタンの前記移動時間との時間差が、所定の第一時間以上である場合に、前記第１優先ボタンを前記ユーザが意図する目的ボタンと判断し、前記目的ボタンに向かって前記カーソルを引き込むように表示制御することを特徴としている。
これによれば、本発明の力覚付与型入力装置は、操作前のカーソル元位置から操作後のカーソル移動先位置までの移動方向距離ベクトルとカーソル元位置から複数のボタンの各々のボタン位置までのボタン距離ベクトルとを用いて、各々のボタンまでの移動時間を算出するようにしている。そして、算出された移動時間が最も短い第１優先ボタンの移動時間と、算出された移動時間が次に短い第２優先ボタンの移動時間との時間差が、所定の第一時間以上である場合に、第１優先ボタンをユーザが意図する目的ボタンと判断し、目的ボタンに向かってカーソルを引き込むように表示制御している。このため、比較するボタン同士の時間差が明らかになり、確実に短い移動時間のボタンを目的ボタンとすることができる。このことにより、単純に近接のボタンにカーソルが移動するのではなく、ユーザの意図するボタンにカーソルを確実に引き込ませることができる。
また、本発明の力覚付与型入力装置は、前記操作部が操作され前記第１優先ボタンへの算出された前記移動時間を第１移動時間とし、次に前記操作部が操作され、選出された前記第１優先ボタンが直前の前記第１優先ボタンと同一である際、前記選出された前記第１優先ボタンへの算出された前記移動時間を第２移動時間とし、前記制御手段は、前記第１移動時間と前記第２移動時間との時間差が、所定の第二時間以上である場合に、前記第１優先ボタンを前記目的ボタンとすることを特徴としている。
これによれば、操作部が操作されて選出された、第１優先ボタンへの第１移動時間と、次に操作部が操作されて、直前と同じ第１優先ボタンと選出された、今回の第１優先ボタンの第２移動時間との時間差が、予め決めていた所定の第二時間以上である場合に、第１優先ボタンを目的ボタンとするので、第１優先ボタンがユーザの意図する方向にあり、確実に目的ボタンに近づいていることになる。このことにより、単純に近接のボタンにカーソルが移動するのではなく、ユーザの意図するボタンにカーソルをより一層、確実に引き込ませることができる。
また、本発明の力覚付与型入力装置は、前記目的ボタンに向かって前記カーソルが引き込まれたときに、前記制御手段は、前記駆動手段の駆動制御を行い前記駆動手段によって前記操作部に駆動力を付与し、前記駆動力の付与に伴い音が発生することを特徴としている。
これによれば、目的ボタンに向かってカーソルが引き込まれたときに、操作部に駆動力が付与され、音が発生することにより、ユーザに対して、障害物に当たったような感覚と、音によるボタンを操作した感覚が得られるので、ユーザの操作感が向上する。
また、本発明の力覚付与型入力装置は、前記操作部は、トラックボールを有し、前記駆動手段は、電磁ブレーキを有した構成としたことを特徴としている。
これによれば、操作部にトラックボールと、駆動手段に電磁ブレーキを用いることにより、安価でしかも簡単な機構で、触覚刺激と聴覚刺激を得ることができる。
本発明の力覚付与型入力装置は、操作前のカーソル元位置から操作後のカーソル移動先位置までの移動方向距離ベクトルとカーソル元位置から複数のボタンの各々のボタン位置までのボタン距離ベクトルとを用いて、各々のボタンまでの移動時間を算出し、算出された移動時間が最も短い第１優先ボタンの移動時間と、算出された移動時間が次に短い第２優先ボタンの移動時間との時間差が、所定の第一時間以上である場合に、第１優先ボタンをユーザが意図する目的ボタンと判断し、目的ボタンに向かってカーソルを引き込むように表示制御している。このため、比較するボタン同士の時間差が明らかになり、確実に短い移動時間のボタンを目的ボタンとすることができる。このことにより、単純に近接のボタンにカーソルが移動するのではなく、ユーザの意図するボタンにカーソルを確実に引き込ませることができる。
したがって、本発明によれば、ユーザの意図するボタンにカーソルを確実に引き込める力覚付与型入力装置を提供できる。
本発明の第１実施形態の力覚付与型入力装置を説明する構成図である。 本発明の第１実施形態の力覚付与型入力装置における制御手段の制御動作の一例を説明する構成図である。 本発明の第１実施形態の力覚付与型入力装置における制御方式を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態の力覚付与型入力装置における制御方式を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態の力覚付与型入力装置における制御手段の制御動作の一例を説明する構成図である。 本発明の第３実施形態の力覚付与型入力装置における制御方式を示すフローチャートである。 従来例１の構成を説明する図である。 従来例１における、カーソルの引き込み動作による課題を説明した構成図である。
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の力覚付与型入力装置１０１を説明する構成図である。図２は、本発明の第１実施形態の力覚付与型入力装置１０１における制御手段Ｍ５の制御動作の一例を説明する構成図であって、図２（ａ）は、カーソルと２つボタンを用い、図２（ｂ）は、カーソルと３つボタンを用いて説明している。
本発明の第１実施形態の力覚付与型入力装置１０１は、図１に示すように、ユーザによって操作される操作部１と、操作部１の操作状態を検出する検出手段Ｍ２と、操作部１に駆動力を付与する駆動手段Ｍ３と、カーソル及び複数のボタンを表示する表示手段Ｍ４と、検出手段Ｍ２の出力信号ＯＳに基づいてカーソルの表示制御を行うとともに、駆動手段Ｍ３の駆動制御を行う制御手段Ｍ５とから主に構成されている。
操作部１には、図１に示すように、ユーザによる操作入力を受け付ける入力デバイスである、いわゆるトラックボール１１を用いている。トラックボール１１は、従来例２のような駆動装置を備えた操作部とは違い、安価でしかも簡単な機構で、入力操作が行える。また、トラックボール１１は、例えば樹脂製の球体４１を備えており、球体４１を回転自在に支持するため、ベース体５１、カバー部材６１及び当接部７１を備えている。このうち、ベース体５１及びカバー部材６１は、それぞれ厚みを有した板状の部材であり、ここではベース体５１とカバー部材６１とが略平行に配置されている。また、ベース体５１は、例えばコンピュータ等の筐体に連結されていたり、車載電装品の場合はインストルメントパネルに固定されていたりする。
図１には、操作部１の断面構成図のみが示されているが、平面視して、ベース体５１には厚み方向に円形の貫通穴５１ａが形成されており、カバー部材６１にも厚み方向に円形の貫通穴６１ａが形成されている。この貫通穴６１ａは、カバー部材６１の下面から上面に向けてテーパー状の先細り形状となっていて、球体４１の脱落を防止するとともに、球体４１の表面の一部をカバー部材６１の上面側へ露出させている。この露出部分にて、ユーザは球体４１を操作することができる。
当接部７１は、例えば樹脂製又は金属製の球形体であり、これらの直径は球体４１よりも遙かに小さく、ベース体５１及びカバー部材６１に対して部分的に埋め込まれた状態で固定されている。また、当接部７１は、複数個（例えば６〜８個）配置され、球体４１に当接して支持するとともに、球体４１が回転自在に動くようにさせている。
検出手段Ｍ２は、操作部１の操作状態を検出するための手段であって、図１に示すように、センサ部１２と出力部２２とから構成されている。センサ部１２は、２つの光学式のセンサ１２Ａ、センサ１２Ｂを用いて、ベース体５１に埋め込むようにして配置されている。センサ１２Ａ及び１２Ｂは、図示しない検出光を球体４１の表面に照射し、その反射光を受光（又は撮像）して、球体４１の表面の移動（移動方向及び移動量）をリアルタイムに検出可能な素子である。なお、センサ１２Ａ及び１２Ｂの検出信号は、出力部２２に入力され、出力信号ＯＳとして、制御手段Ｍ５に出力される。
駆動手段Ｍ３は、操作部１に駆動力を付与するための手段であって、図１に示すように、アクチュエータ１３Ａ及び摩擦部材１３Ｂを備えた、いわゆる電磁ブレーキ１３を用いている。電磁ブレーキ１３は、従来例２のような電動モータなどを用いた駆動装置とは違い、安価でしかも簡単な機構で駆動力を付与でき、消費電力を低く抑えることができる。駆動手段Ｍ３は、他に、制御手段Ｍ５からの駆動制御のための駆動信号ＫＳを受ける入力部３３を備えている。摩擦部材１３Ｂは、球体４１の下方に配置されており、その上面には球体４１の表面形状に合致する球面状に窪んだ凹面部が形成されている。また、アクチュエータ１３Ａは、例えばリニアソレノイド等の駆動源であり、そのプランジャの先端に上記の摩擦部材１３Ｂが取り付けられている。
アクチュエータ１３Ａは、駆動信号ＫＳを受けて、通電させることによりプランジャの押出力を大きくして摩擦部材１３Ｂを球体４１の表面に強く押し付けることができる。摩擦部材１３Ｂを球体４１の表面に強く押し付けた際には、球体４１が一時的に動かなくなるので、球体４１を通して、ユーザは、障害物に当たったような感触（触覚刺激）が得られ、操作感が向上するようになる。また、摩擦部材１３Ｂを球体４１の表面に強く押し付けた衝撃で、金属同士が当たった金属音に似た音が発生するので、ユーザは、この音によっても、ボタンを操作した感覚（聴覚刺激）が得られ、操作感が向上するようになる。
また、アクチュエータ１３Ａは、駆動信号ＫＳを受けない通常時に、通電させずにプランジャの押出力をゼロに（解除）して、摩擦部材１３Ｂを球体４１の表面から僅かに引き離すか、僅かに通電させてプランジャの押出力を小さくして、球体４１の表面に摩擦部材１３Ｂを僅かに接触させた状態にさせている。
表示手段Ｍ４は、カーソル及び複数のボタンを表示するための手段であって、例えば液晶表示装置が用いられる。また、表示手段Ｍ４は、図１に示すように、制御手段Ｍ５からの表示制御のための表示信号ＨＳを受け、カーソルの表示や，カーソルの移動，カーソルをボタンの中心位置に引き込む動作表示等を行う。また、カーソル及び複数のボタンの状態について、制御手段Ｍ５へ状態信号ＪＳとしての出力も行う。なお、カーソル及びボタンの座標は、表示手段Ｍ４の水平方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸として決定される。
制御手段Ｍ５は、検出手段Ｍ１の出力信号ＯＳに基づいてカーソルの表示制御を行うとともに、駆動手段Ｍ３の駆動制御を行うための手段であって、カーソルの移動方向及び移動量の算出、駆動手段Ｍ３の駆動信号ＫＳの算出などを行う演算部と、演算の基礎となる数式や係数、それに各ボタンの中心部の座標、カーソルの位置などが記録された記憶部と、表示手段Ｍ４からの状態信号ＪＳを受ける入力機構や表示制御のための表示信号ＨＳを出力して表示手段Ｍ４を駆動するドライバ回路部等を含んだ表示制御部と、駆動制御のための駆動信号ＫＳを出力して駆動手段Ｍ３を駆動するドライバ回路部を含んだ駆動制御部と、これらの各部を制御するＣＰＵとから主に構成されている。
次ぎに図２の（ａ）及び（ｂ）を用いて、制御手段Ｍ５の制御動作の一例について説明する。
制御手段Ｍ５の演算部では、操作部１が操作され検出手段Ｍ２の出力信号ＯＳを受けたとき、図２（ａ）に示すように、操作前のカーソルがあったカーソル元位置ＯＣからカーソル移動先位置ＴＣまでの距離ベクトルを移動方向距離ベクトルＶｎとし、カーソル元位置ＯＣから複数のボタンの各々のボタン位置までの距離ベクトルをボタン距離ベクトルＤｎとし、移動方向距離ベクトルＶｎを算出するとともに、各々のボタン距離ベクトルＤｎを算出している。なお、Ｖｎのｎは、ｎ番目に行われた移動を示し、ｎ番目に算出された移動方向ベクトルをＶｎとしている。また、ｎ番目の移動前の移動カーソル元位置ＯＣから複数のボタンの各々のボタン位置までの距離ベクトルを総称してボタン距離ベクトルＤｎとしている。つまり、図２（ａ）中では、移動方向距離ベクトルＶｎは、ａ番目に行われた移動の移動方向距離ベクトルＶａとしている。また、ボタン距離ベクトルＤｎは、ａ番目の移動前のボタン距離ベクトルＤａとし（図示していない）、ボタンＢ１位置までのボタン距離ベクトルをＤａ１、ボタンＢ２位置までのボタン距離ベクトルをＤａ２と、それぞれのボタンに対して算出している。
移動方向距離ベクトルＶｎは、一定時間内に操作部１が操作されカーソルが移動した距離ベクトルの和を表し、演算式Ｖｎ＝Ｖｘ＋ｉＶｙで計算される。同様にして、ボタン距離ベクトルＤｎは、演算式Ｄｎ＝Ｄｘ＋ｉＤｙで計算される。なお、ｉは、複素数の虚数単位を表している。
そして、制御手段Ｍ５の演算部では、移動方向距離ベクトルＶｎのボタン距離ベクトルＤｎへの投影成分Ｖｓと、ボタン距離ベクトルＤｎとを用いて、ボタンまでの移動時間Ｔｎを演算式Ｔｎ＝｜Ｄｎ｜÷｜Ｖｓ｜と定義し、移動時間として算出している。なお、投影成分Ｖｓは、ｎ番目に算出された移動方向ベクトルＶｎの投影成分であって、各ボタンに対して各々算出される。つまり、図２（ａ）では、ａ番目に算出された移動方向距離ベクトルＶａの投影成分Ｖｓは、ボタンＢ１のボタン距離ベクトルＤａ１に対応する投影成分をＶａ１とし、ボタンＢ２のボタン距離ベクトルＤａ２に対応する投影成分をＶａ２としている。
そして、制御手段Ｍ５は、ボタンまでの移動時間が最も短いボタンをユーザが意図する目的ボタンＢＴと判断し、目的ボタンＢＴに向かってカーソルを引き込むように表示制御している。例えば、図２（ａ）の例においては、ボタンＢ１までの移動時間ＭＴ１＝｜Ｄａ１｜÷｜Ｖａ１｜と、ボタンＢ２までの移動時間ＭＴ２＝｜Ｄａ２｜÷｜Ｖａ２｜とを比較し、移動時間ＭＴ２より移動時間ＭＴ１の方が短いので、カーソル元位置ＯＣから遠いボタンＢ１を、目的ボタンＢＴと判断している。ちなみに、ボタンＢ１までの移動時間ＭＴ１は、演算式を整理することにより、ＭＴ１＝（Ｄｘ１ ２＋Ｄｙ１ ２）÷（Ｖｘ×Ｄｘ１＋Ｖｙ×Ｄｙ１）で計算されている。このように、平方根計算が入らない四則演算式のみで算出できるので、処理時間が厳しく要求されている組み込み系ＣＰＵにとって、有利となっている。
但し、図２（ｂ）に示すように、ボタンＢ３の中心方向とカーソル移動先位置ＴＣの方向とのなす角が、９０°から１８０°の間となる場合、ボタン距離ベクトルＤａ３に対して、投影成分Ｖａ３は、逆向き（マイナス）になるので、移動時間の比較対象のボタンから除外する。
これにより、本発明の力覚付与型入力装置１０１は、操作前のカーソル元位置ＯＣからカーソル移動先位置ＴＣまでの移動方向距離ベクトルＶｎとカーソル元位置ＯＣから複数のボタンの各々のボタン位置までのボタン距離ベクトルＤｎとを用いて、各々のボタンまでの移動時間Ｔｎを算出するようにしている。そして、各々のボタンの移動時間を比較し、それらボタンの中で、移動時間が最も短いと算出された最短ボタンをユーザが意図する目的ボタンＢＴと判断し、目的ボタンＢＴに向かってカーソルを引き込むように表示制御しているので、単純に近接のボタンにカーソルが移動するのではなく、ユーザの意図するボタンにカーソルを確実に引き込ませることができる。
図３は、以上説明してきた方法をまとめたもので、本発明の第１実施形態の力覚付与型入力装置１０１における制御方式を示すフローチャートである。図３に示すように、先ず、操作部１が操作されると、検出手段Ｍ２が操作部１の操作状態を検出して、出力信号ＯＳを制御手段Ｍ５に出力する。
次に、出力信号ＯＳを受けて、制御手段Ｍ５は、記憶部からのカーソル位置情報と操作状態の出力信号ＯＳ等から移動方向距離ベクトルＶｎを算出するとともに、記憶部からのカーソル位置情報とボタン位置情報等から各々のボタン距離ベクトルＤｎを算出する。そして、移動方向距離ベクトルＶｎと各ボタン距離ベクトルＤｎとを用いて、各ボタンまでの移動時間Ｔｎを算出して、各々のボタンの移動時間を比較し、それらボタンの中で、移動時間が最も短いと算出された最短ボタンをユーザが意図する目的ボタンＢＴと判断し、選定する。この際、カーソル移動先位置は記憶部に記録させておく。
次に、制御手段Ｍ５は、目的ボタンＢＴに向かってカーソルを引き込むように表示制御のための表示信号ＨＳを表示手段Ｍ４に送信するとともに、目的ボタンＢＴに向かってカーソルが引き込まれたときに、駆動手段Ｍ３の駆動制御するための駆動信号ＫＳを送信する。
最後に、表示手段Ｍ４は、制御手段Ｍ５からの表示制御のための表示信号ＨＳを受け、カーソルを目的ボタンＢＴの中心位置に引き込むとともに、カーソルの状態を制御手段Ｍ５の記憶部へ状態信号ＪＳとして、信号の出力を行う。
また、駆動手段Ｍ３は、目的ボタンＢＴに向かってカーソルが引き込まれたときに、制御手段Ｍ５からの駆動制御のための駆動信号ＫＳを受け、操作部１に駆動力を付与する。この駆動力の付与に伴って、金属音に似た音が発生することになる。このため、ユーザは、障害物に当たったような感触（触覚刺激）が得られるとともに、この音によっても、ボタンを操作した感覚（聴覚刺激）が得られ、操作感が向上するようになる。
以上により、本発明の力覚付与型入力装置１０１は、操作前のカーソル元位置ＯＣからカーソル移動先位置ＴＣまでの移動方向距離ベクトルＶｎとカーソル元位置ＯＣから複数のボタンの各々のボタン位置までのボタン距離ベクトルＤｎとを用いて、各々のボタンまでの移動時間Ｔｎを算出するようにしている。そして、各々のボタンの移動時間を比較し、それらボタンの中で、移動時間が最も短いと算出された最短ボタンをユーザが意図する目的ボタンＢＴと判断し、目的ボタンＢＴに向かってカーソルを引き込むように表示制御しているので、単純に近接のボタンにカーソルが移動するのではなく、ユーザの意図するボタンにカーソルを確実に引き込ませることができる。
また、目的ボタンＢＴに向かってカーソルが引き込まれたときに、操作部１に駆動力が付与され、音が発生することにより、ユーザに対して、障害物に当たったような感触（触覚刺激）と、音によるボタンを操作した感覚（聴覚刺激）が得られるので、ユーザの操作感が向上する。
また、操作部１にトラックボール１１と、駆動手段Ｍ３に電磁ブレーキ１３を用いることにより、安価でしかも簡単な機構で、触覚刺激と聴覚刺激を得ることができる。
［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態の力覚付与型入力装置１０２における制御方式を示すフローチャートである。図５は、本発明の第２実施形態の力覚付与型入力装置１０２における制御手段Ｍ５の制御動作の一例を説明する構成図である。本発明の第２実施形態の力覚付与型入力装置１０２は、第１実施形態の力覚付与型入力装置１０１に対し、制御方式が異なっている。なお、第１実施形態と同じ部材は同じ符号を付しており、説明を省略する。
本発明の第２実施形態の力覚付与型入力装置１０２の制御方式は、図３に示すように、先ず、操作部１が操作されると、検出手段Ｍ２が操作部１の操作状態を検出して、出力信号ＯＳを制御手段Ｍ５に出力する。
次に、出力信号ＯＳを受けて、制御手段Ｍ５は、記憶部からのカーソル位置情報と操作状態の出力信号ＯＳ等から移動方向距離ベクトルＶｎを算出するとともに、記憶部からのカーソル位置情報とボタン位置情報等から各々のボタン距離ベクトルＤｎを算出する。そして、移動方向距離ベクトルＶｎと各ボタン距離ベクトルＤｎとを用いて、各ボタンまでの移動時間Ｔｎを算出して、各々のボタンの移動時間を比較し、算出された移動時間が最も短いボタンを第１優先ボタンＰＢ１とし、算出された移動時間が次に短いボタンを第２優先ボタンＰＢ２として選出する。この際、カーソル移動先位置は記憶部に記録させておく。
次に、制御手段Ｍ５は、第１優先ボタンＢＰ１の移動時間と第２優先ボタンＢＰ２の移動時間との移動時間差が、所定の第一時間Ｔ０１以上である場合に、第１優先ボタンＢＰ１を目的ボタンＢＴと判断し、選定する。しかし、この移動時間差が、所定の第一時間Ｔ０１以上でない場合、目的ボタンＢＴを選定しないでカーソル引き込み操作を行わず、操作部１の操作が行われるのを待つようにする。
そして、再び操作部１が操作されると、同じ手順で各ボタンまでの移動時間Ｔｎを算出し、第１優先ボタンＢＰ１の移動時間と第２優先ボタンＰＢ２の移動時間との移動時間差が、所定の第一時間Ｔ０１以上であるかどうかを判断する。そして、この手順を繰り返して、目的ボタンＢＴを選定している。但し、各ボタンまでの移動時間Ｔｎを算出する場合、前回操作されて記憶部に記録したカーソルの位置をカーソル元位置ＯＣとして、今回操作されたカーソルの位置をカーソル移動先位置ＴＣとして計算している。また、第一時間Ｔ０１は、所定の値として予め記憶部に記録させておき、判断に用いている。この所定の値は、任意に変更が可能である。
目的ボタンＢＴを選定した後の手順は、第１実施形態の力覚付与型入力装置１０１の手順と同様である。制御手段Ｍ５は、目的ボタンＢＴに向かってカーソルを引き込むように表示制御のための表示信号ＨＳを表示手段Ｍ４に送信するとともに、目的ボタンＢＴに向かってカーソルが引き込まれたときに、駆動手段Ｍ３の駆動制御するための駆動信号ＫＳを送信する。そして、表示手段Ｍ４は、制御手段Ｍ５からの表示制御のための表示信号ＨＳを受け、カーソルを目的ボタンＢＴの中心位置に引き込むとともに、カーソルの状態を制御手段Ｍ５の記憶部へ状態信号ＪＳとして、信号の出力を行う。
このように、第１優先ボタンＢＰ１の移動時間と第２優先ボタンＢＰ２の移動時間との移動時間差が、所定の第一時間Ｔ０１以上であるかどか判断するのは、ユーザの意図するボタンにカーソルをより確実に引き込ませるためである。
次ぎに図５を用いて、制御手段Ｍ５の制御動作の一例について説明する。
例えば、操作部１が操作され検出手段Ｍ２の出力信号ＯＳを受けたとき、図５に示すように、操作前のカーソルがあったカーソル元位置ＯＣａからカーソル移動先位置ＴＣｂまで、ｂ番目に移動した移動方向距離ベクトルＶｂ相当分、カーソルが移動するとする。そして、カーソル元位置ＯＣａからボタンＢ４までのボタン距離ベクトルＤｂ４と、移動方向距離ベクトルＶｂのボタン距離ベクトルＤｂ４への投影成分Ｖｂ４と、から、ボタンＢ４までの移動時間Ｔ４１を算出する。同様にして、ボタンＢ５のボタン距離ベクトルＤｂ５と投影成分Ｖｂ５とからボタンＢ５までの移動時間Ｔ５１を、ボタンＢ６のボタン距離ベクトルＤｂ６と投影成分Ｖｂ６とからボタンＢ６までの移動時間Ｔ６１を算出する。
この移動時間Ｔ４１、移動時間Ｔ５１、移動時間Ｔ６１を比較し、算出された移動時間が最も短いボタンＢ４を目的ボタンＢＴと判断し、選定しても良いが、図５に示すように、方向性及び距離が似ているボタンＢ５である可能性も考えられる。そこで、算出された移動時間が最も短いボタンＢ４を第１優先ボタンＰＢ１とし、算出された移動時間が次に短いボタンＢ５を第２優先ボタンＰＢ２として選出し、移動時間Ｔ４１と移動時間Ｔ５１との移動時間差が、所定の第一時間Ｔ０１以上であるかどうか判断するようにした。
例えば、ボタンＢ５が存在せず、ボタンＢ４を第１優先ボタンＰＢ１、ボタンＢ６を第２優先ボタンＰＢ２として選出した場合は、移動時間Ｔ４１と移動時間Ｔ６１との移動時間差が、所定の第一時間Ｔ０１以上であるので、ボタンＢ４を目的ボタンＢＴと判断し、選定するようになる。しかし、移動時間Ｔ４１と移動時間Ｔ５１との移動時間差が、所定の第一時間Ｔ０１以上でないので、目的ボタンＢＴを選定しないでカーソル引き込み操作を行わず、操作部１の操作が行われるのを待つようになる。
次に、再び操作部１が操作されると、図５に示すように、操作前のカーソルがあったカーソル元位置ＯＣｂ（ＴＣｂ）からカーソル移動先位置ＴＣｃまで、ｃ番目に移動した移動方向距離ベクトルＶｃ相当分、カーソルが移動する。そして、同じ手順で、ボタンＢ４のボタン距離ベクトルＤｃ４と投影成分Ｖｃ４とからボタンＢ４までの移動時間Ｔ４２を、ボタンＢ５のボタン距離ベクトルＤｃ５と投影成分Ｖｃ５とからボタンＢ５までの移動時間Ｔ５２を、ボタンＢ６のボタン距離ベクトルＤｃ６と投影成分Ｖｃ６とからボタンＢ６までの移動時間Ｔ６２を算出する。
この移動時間Ｔ４２、移動時間Ｔ５２、移動時間Ｔ６２を比較し、算出された移動時間が最も短いボタンＢ４を再び第１優先ボタンＰＢ１とし、算出された移動時間が次に短いボタンＢ５を第２優先ボタンＰＢ２として選出する。そして、移動時間Ｔ４１と移動時間Ｔ５１との移動時間差が、所定の第一時間Ｔ０１以上であるので、ボタンＢ４を目的ボタンＢＴと判断し、選定した後、目的ボタンＢＴであるボタンＢ４に向かってカーソルを引き込むようにしている。
以上により、本発明の力覚付与型入力装置１０２は、算出された移動時間が最も短い第１優先ボタンＢＰ１の移動時間と、算出された移動時間が次に短い第２優先ボタンＢＰ２の移動時間との時間差が、予め決めていた所定の第一時間Ｔ０１以上である場合に、第１優先ボタンＰＢ１を目的ボタンＢＴとするので、比較するボタン同士の時間差が明らかになり、確実に短い移動時間のボタンを目的ボタンＢＴとすることができる。この事により、単純に近接のボタンにカーソルが移動するのではなく、ユーザの意図するボタンにカーソルをより確実に引き込ませることができる。
［第３実施形態］
図６は、本発明の第３実施形態の力覚付与型入力装置１０３における制御方式を示すフローチャートである。本発明の第３実施形態の力覚付与型入力装置１０３は、第１実施形態の力覚付与型入力装置１０１に対し、制御方式が異なっている。なお、第１実施形態と同じ部材は同じ符号を付しており、説明を省略する。
本発明の第３実施形態の力覚付与型入力装置１０３の制御方式は、図６に示すように、先ず、操作部１が操作されると、検出手段Ｍ２が操作部１の操作状態を検出して、出力信号ＯＳを制御手段Ｍ５に出力する。
次に、出力信号ＯＳを受けて、制御手段Ｍ５は、記憶部からのカーソル位置情報と操作状態の出力信号ＯＳ等から移動方向距離ベクトルＶｎを算出するとともに、記憶部からのカーソル位置情報とボタン位置情報等から各々のボタン距離ベクトルＤｎを算出する。そして、移動方向距離ベクトルＶｎと各ボタン距離ベクトルＤｎとを用いて、各ボタンまでの移動時間Ｔｎを算出して、各々のボタンの移動時間を比較し、算出された移動時間が最も短いボタンを第１優先ボタンＰＢ１とし、算出された移動時間が次に短いボタンを第２優先ボタンＰＢ２として選出する。この際、カーソル移動先の位置情報と、第１優先ボタンＢＰ１の移動時間である第１移動時間Ｊ０１とを、記憶部に記録させておく。この記録は、算出の度毎に書き換えられる。
次に、制御手段Ｍ５は、第１優先ボタンＢＰ１の移動時間と第２優先ボタンＢＰ２の移動時間との移動時間差が、所定の第一時間Ｔ０１以上である場合に、第１優先ボタンＢＰ１を目的ボタンＢＴと判断し、選定する。
しかし、この移動時間差が、所定の第一時間Ｔ０１以上でない場合、直前の第１優先ボタンと今回の第１優先ボタンが同じかどうかを更に判断するようになる。この判断の結果、同じボタンでない場合は、目的ボタンＢＴを選定しないでカーソル引き込み操作を行わず、操作部１の操作が行われるのを待つようにする。
逆に、今回の第１優先ボタンが直前の第１優先ボタンと同じボタンの場合は、直前の第１優先ボタンの移動時間である第１移動時間Ｊ０１と、今回の第１優先ボタンの移動時間である第２移動時間Ｊ０２との時間差を比較する。そして、第１移動時間Ｊ０１と第２移動時間Ｊ０２との移動時間差が、所定の第二時間Ｔ０２以上である場合に、今回の第１優先ボタンを目的ボタンＢＴとする。また、第１移動時間Ｊ０１と第２移動時間Ｊ０２との移動時間差が、所定の第二時間Ｔ０２以上でない場合は、目的ボタンＢＴを選定しないでカーソル引き込み操作を行わず、操作部１の操作が行われるのを待つようにする。
そして、目的ボタンＢＴが選定されずカーソル引き込み操作が行われないので、ユーザが再び操作部１を操作すると、同じ手順により、各ボタンまでの移動時間Ｔｎを算出し、第１優先ボタンＢＰ１の移動時間と第２優先ボタンＢＰ２の移動時間との移動時間差が、所定の第一時間Ｔ０１以上であるかどうかを判断し、第１移動時間Ｊ０１と第２移動時間Ｊ０２との時間差が、所定の第二時間Ｔ０２以上であるかどうかを判断している。
そして、この手順を繰り返して、目的ボタンＢＴを選定している。但し、各ボタンまでの移動時間Ｔｎを算出する場合、前回操作されて記憶部に記録したカーソルの位置をカーソル元位置ＯＣとして、今回操作されたカーソルの位置をカーソル移動先位置ＴＣとして計算ようにしている。また、第一時間Ｔ０１及び第二時間Ｔ０２は、所定の値として予め記憶部に記録させておき、判断に用いている。この所定の値は、任意に変更が可能である。
このように、第１優先ボタンＢＰ１の移動時間と第２優先ボタンＢＰ２の移動時間との移動時間差が、所定の第一時間Ｔ０１以上であるかどか判断するのは、ユーザの意図するボタンにカーソルをより確実に引き込ませるためである。また、第１移動時間Ｊ０１と第２移動時間Ｊ０２との時間差が、所定の第二時間Ｔ０２以上であるかどうかを判断するのは、第１優先ボタンＢＰ１がユーザの意図する方向にあり、確実に目的ボタンＢＴに近づいているかどうかを判定し、ユーザの意図するボタンにカーソルをより一層、確実に引き込ませるためである。
目的ボタンＢＴを選定した後の手順は、第１実施形態の力覚付与型入力装置１０１の手順と同様である。制御手段Ｍ５は、目的ボタンＢＴに向かってカーソルを引き込むように表示制御のための表示信号ＨＳを表示手段Ｍ４に送信するとともに、目的ボタンＢＴに向かってカーソルが引き込まれたときに、駆動手段Ｍ３の駆動制御するための駆動信号ＫＳを送信する。そして、表示手段Ｍ４は、制御手段Ｍ５からの表示制御のための表示信号ＨＳを受け、カーソルを目的ボタンＢＴの中心位置に引き込むとともに、カーソルの状態を制御手段Ｍ５の記憶部へ状態信号ＪＳとして、信号の出力を行う。
以上により、本発明の力覚付与型入力装置１０３は、算出された移動時間が最も短い第１優先ボタンＢＰ１の移動時間と、算出された移動時間が次に短い第２優先ボタンＢＰ２の移動時間との時間差が、予め決めていた所定の第一時間Ｔ０１以上である場合に、第１優先ボタンＰＢ１を目的ボタンＢＴとするので、比較するボタン同士の時間差が明らかになり、確実に短い移動時間のボタンを目的ボタンＢＴとすることができる。この事により、単純に近接のボタンにカーソルが移動するのではなく、ユーザの意図するボタンにカーソルをより確実に引き込ませることができる。
また、操作部１が操作されて選出された第１優先ボタンへの第１移動時間Ｊ０１と、次に操作部１が操作されて、直前と同じ第１優先ボタンと選出された、今回の第１優先ボタンの第２移動時間Ｊ０２との時間差が、予め決めていた所定の第二時間Ｔ０２以上である場合に、第１優先ボタンを目的ボタンＢＴとするので、この第１優先ボタンがユーザの意図する方向にあり、確実に目的ボタンＢＴに近づいていることになる。この事により、単純に近接のボタンにカーソルが移動するのではなく、ユーザの意図するボタンにカーソルをより一層、確実に引き込ませることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。
上記実施形態では、操作部１にトラックボール１１を用いたが、揺動レバーを有するスティック状の操作部を用いても良い。
上記実施形態では、駆動手段Ｍ３に電磁ブレーキ１３を用いたが、電動モータなどを用いた駆動手段であっても良い。
上記実施形態では、検出手段Ｍ２に、２つの光学式のセンサ１２Ａ、センサ１２Ｂを用いたが、ロータリ形のエンコーダや可変抵抗器などを用いることができる。
上記実施形態では、電磁ブレーキ１３の摩擦部材１３Ｂを球体４１の表面に強く押し付けた衝撃を利用し、金属音に似た音を発生させるようにしたが、スピーカーと音源器等を用いて、音を発生させても良い。
上記実施形態では、表示手段Ｍ４がカーソルの状態について、制御手段Ｍ５の記憶部へ出力信号を送付していたが、制御手段Ｍ５が表示手段Ｍ４に表示信号ＨＳを送付する際に、カーソルの状態について記憶部に記憶させるようにしても良い。
本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
１ 操作部
１１ トラックボール
１３ 電磁ブレーキ
Ｍ２ 検出手段
Ｍ３ 駆動手段
Ｍ４ 表示手段
Ｍ５ 制御手段
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６ ボタン
ＢＴ 目的ボタン
ＯＣ、ＯＣａ、ＯＣｂ カーソル元位置
ＴＣ、ＴＣｂ、ＴＣｃ カーソル移動先位置
ＯＳ 出力信号
Ｖｎ、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ 移動方向ベクトル
Ｖｓ、Ｖａ１、Ｖａ２、Ｖａ３、Ｖｂ４、Ｖｃ４、Ｖｂ５、Ｖｃ５、Ｖｂ６、Ｖｃ６ 投影成分
Ｄｎ、Ｄａ１、Ｄａ２、Ｄａ３、Ｄｂ４、Ｄｂ５、Ｄｂ６、
Ｄｃ４、Ｄｃ５、Ｄｃ６ ボタン距離ベクトル
ＢＰ１ 第１優先ボタン
ＢＰ２ 第２優先ボタン
Ｊ０１ 第１移動時間
Ｊ０２ 第２移動時間
Ｔ０１ 第一時間
Ｔ０２ 第二時間
１０１、１０２、１０３ 力覚付与型入力装置

Claims (4)

  1. ユーザによって操作される操作部と、
    前記操作部の操作状態を検出する検出手段と、
    前記操作部に駆動力を付与する駆動手段と、
    カーソル及び複数のボタンを表示する表示手段と、
    前記検出手段の出力信号に基づいて前記カーソルの表示制御を行うとともに、前記駆動手段の駆動制御を行う制御手段と、を備えた力覚付与型入力装置において、
    前記操作部が操作され前記検出手段の出力信号を受けたとき、
    前記操作前に前記カーソルがあったカーソル元位置から前記操作後に移動したカーソル移動先位置までの距離ベクトルを移動方向距離ベクトルとし、
    前記カーソル元位置から前記複数のボタンの各々のボタン位置までの距離ベクトルをボタン距離ベクトルとし、
    前記制御手段は、前記移動方向距離ベクトルを算出するとともに、各々の前記ボタン距離ベクトルを算出し、前記移動方向距離ベクトルと複数の前記ボタン距離ベクトルとを用いて、複数の前記ボタンまでの移動時間を算出し、算出された前記移動時間が最も短い第１優先ボタンの前記移動時間と、算出された前記移動時間が次に短い第２優先ボタンの前記移動時間との時間差が、所定の第一時間以上である場合に、前記第１優先ボタンを前記ユーザが意図する目的ボタンと判断し、前記目的ボタンに向かって前記カーソルを引き込むように表示制御することを特徴とする力覚付与型入力装置。
  2. 前記操作部が操作され前記第１優先ボタンへの算出された前記移動時間を第１移動時間とし、
    次に前記操作部が操作され、選出された前記第１優先ボタンが直前の前記第１優先ボタンと同一である際、前記選出された前記第１優先ボタンへの算出された前記移動時間を第２移動時間とし、
    前記制御手段は、前記第１移動時間と前記第２移動時間との時間差が、所定の第二時間以上である場合に、前記第１優先ボタンを前記目的ボタンとすることを特徴とする請求項１に記載の力覚付与型入力装置。
  3. 前記目的ボタンに向かって前記カーソルが引き込まれたときに、前記制御手段は、前記駆動手段の駆動制御を行い前記駆動手段によって前記操作部に駆動力を付与し、
    前記駆動力の付与に伴い音が発生することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の力覚付与型入力装置。
  4. 前記操作部は、トラックボールを有し、
    前記駆動手段は、電磁ブレーキを有した構成としたことを特徴とする請求項３に記載の力覚付与型入力装置。
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