JP2000512011A - 回転作動式位置センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 位置センサは、同心に整列されて容器を形成する二つの湾曲した面を具備し、この容器は、粘性のある流動体及び軽い流動体の泡で満たされ、放射源と放射検出器との間に配置される。この泡は、センサが移動する時に位置を変え、泡を通して放射源からの放射線の光線を送り、放射検出器の一部分に放射線を与え、その一方で、残りの放射線は流動体によって遮断される。位置感知回路は、放射検出器の放射線を与えられた部分からの信号を、容器内の泡の位置に対応する空間内の点についての位置座標に変換する。この位置センサは、表示属性を発生させるデジタルコントローラにおける使用に適し、出力装置上で位置記号を確定する。デジタルコントローラは、位置記号の寸法を変えることのできる選択的なボタンを有することができ、接近及び後退するように見えるようにし、シミューレートされた三次元表示を付与する。

Description

【発明の詳細な説明】 回転作動式位置センサ 発明の分野 本発明は、位置センサに関し、特に二次元の基準系において位置を確定するた めに流動体の媒体内で浮遊する泡を使用する位置センサに関する。 発明の背景 流動体と、器具が水平面に配置される時にガラス容器の中央に置かれる浮遊す る泡とを含むガラス容器を使用する大工の水準儀がよく知られている。しかしな がら、基本的な大工の水準儀は、面が水平であるか否かを確定するためだけに有 益であり、面が何度傾斜しているかを確定するのには有益でない。最近、大工の 水準儀は、ガラス容器、流動体及び泡の代わりに又はガラス容器、流動体及び泡 に加えて電気的な水平面感知装置を組み込むことによって高められてきた。改良 された大工の水準儀の一つの目的は、面の傾斜角を確定することである。しかし ながら、空間における一点が少なくとも二自由度に関して確定されなければなら ない一方で、角度が一自由度すなわち一つの軸回りの回転に関して表現されるの で、傾斜角度が空間において一点を特定するために使用されることができない。 方位センサとして選定される他の装置は、大工の水準儀と同一の原理で働くが 、流動体及び泡について異なる形状の容器を使用する。これらの装置は、これら の装置が一自由度の変化だけを検出するという点で、大工の水準儀の同じ限界に 苦しむ。さらに、これらの装置は、光を泡に反射させて装置の方位を確定し、こ の光は、流動 体を二度通過しなければならず、一旦泡にはね返り、検出器に反射する時に再び 泡にはねかえらなけれならない。光の経路によってもたらされる及び泡の反射に よってもたらされる回折及び屈折の問題は、装置が注意深く製造されて較正され なければ、計測の不正確さをもたらし、このような装置の製造を複雑かつコスト の高い工程にする。 二次元座標系の空間内で位置を確定する能力と、製造の簡単さ及び長寿命の精 度とを結び付ける装置が必要とされる。 発明の要約 二つの湾曲した面は、同心に整列され、粘性のある放射線を吸収する流動体と 、軽くて放射線を伝達する流動体の泡とで満たされる容器を形成し、この泡は、 二軸回りの容器の回転移動に応じて容器内で位置を変化させる。この容器は、放 射源と放射検出器との間に配置され、位置センサを形成する。放射源からの電磁 的な放射線の一部分は、泡を通して伝達されて放射検出器の一部分に放射線を与 え、その一方で、残りの放射線は流動体によって遮断される。二次元の平面にお ける点は容器内の泡の位置に対応し、泡を通過して伝達される放射線によって放 射線が与えられる放射検出器のこの部分がこの平面内の一点に対応する。位置座 標を放射検出器の各部分へ割り当てることによって、位置センサは、放射検出器 の放射線が与えられた部分からの信号を、対応する点についての位置座標へ変換 することができる。 回転作動式位置センサは、地理的な追跡装置及び測量装置等の二次元座標系に 依存する任意の装置において使用に適している。この位置センサは、コンピュー タ画面上に一点をアドレスする一対の座標系を論理的に使用するコンピュータ入 力装置にさらに適用でき、 マウス及びトラックボール等の入力装置に現在使用されているボールを取り替え 、使用者は表面上で装置を使用することを強いられない。位置センサは、使用者 の大きな欲求不満を生ぜしめるボール制御の入力装置が現在するようには故障し なくなる。 位置センサを使用するコンピュータ入力装置又はデジタルコントローラは、標 準のマウスボタンとして作用することができるか、又は第三の表示属性を発生さ せる制御ボタンを選択的に有することができる。位置センサによって生ぜしめら れる第一及び第二表示属性は、制御ボタンによって生ぜしめられる第三の表示属 性と結び付き、位置記号がディスプレイ上で移動する時に三次元で位置記号を確 定する。第三の表示属性は、位置記号の寸法を確定し、位置記号は、寸法が変化 する時にディスプレイ上で接近及び後退するように見え、こうして、標準の二次 元の表示画面上で三次元の物の移動をシミュレートする。 回転作動式位置センサは、従来技術の装置において見出される限界をアドレス する。電気的な構成要素は長寿であり、放射源は取り替え可能であり、高い衝撃 のプラスチックからなる時に、位置センサは事実上破壊できない。さらに、この 位置センサは、普通の材料、在庫の構成要素を組み込む時に単純で、製造するの に安価であり、この位置センサは従来技術特有の回折及び屈折の問題を負わない 。最後に、精度の度合いは、時間を通して低下せず、センサが使用される特定の 適用例において較正されることができる。 図面の簡単な説明 図１ａは、位置センサの実施態様の斜視図である。 図１ｂは、線１−１に沿って描かれる図１ａに示される位置センサの断面図で ある。 図２は、位置センサの機能的な図である。 図３ａは、位置センサ内の半球形状の容器の断面図である。 図３ｂは、位置センサ内のドーム形状の容器の断面図である。 図４は、放射検出器を加えた図３の断面図である。 図５は、複数のくぼみ部を示す図３ａの断面図である。 図６ａは、図４に示される位置センサの別の実施態様である。 図６ｂは、図４に示される位置センサのさらなる別の実施態様である。 図７は、位置センサを組み込んでいる回転作動式三次元デジタルコントローラ の実施態様の斜視図である。 図８は、デジタルコントローラの一つの実施態様のブロック図である。 実施態様の記述 以下の詳細な実施態様の記述において、実施態様の一部分を形成する添付図面 が参照され、添付図面において、発明の実施される特定の実施態様が例示によっ て示される。これらの実施態様は、当業者が本発明を実施することができるほど 十分詳細に記述され、他の実施態様が利用されることができ、論理的及び電気的 な変形が本発明の範囲から逸れることなくなされることができるということが理 解されることができる。それゆえ、以下の詳細な記述が制限する意味で記述され るのではなく、本発明の範囲は添付された請求の範囲によってのみ確定される。 図面の番号付けは、通常、複数の図面で現れる同一の構成要素が同じ参照番号 であるということを除き、百の位の数字が図面の番号に対応してなされる。 図１ａ及び１ｂは、回転作動式位置センサ１００の実施態様の二 つの図である。図１ａは斜視図であり、図１ｂは図１ａの線１−１に沿って描か れた断面図である。この位置センサは、粘性のある流動体１０４と、泡１０６を 形成するより軽い流動体とで充填された湾曲した容器１０２を具備する。位置セ ンサ１００が第一軸１２０又は第二軸１２２のいずれかの回りに回転する時に、 より軽い泡１０６は、粘性のある流動体１０４に作用する重力に対する反作用で かつ流体力学の原理によって、粘性のある流動体１０４内で移動する。第三軸１ ２４の回りのセンサ１００の回転は、泡を容器１０２内で回転させない。 流動体１０４の粘性は、泡が分解するのを防ぐのに十分であり、その一方で粘 性のある流動体１０４内で自由に移動することを可能とする。ある実施態様にお いて、粘性のある流動体１０４は軽い油であり、泡１０６は窒素の気体を含む。 油の重量は、容器１０２の寸法及び泡１０６の所望の粘性に依存する。後に説明 されるこれら及び他の必要な性質を有する他の流動体及び／又は気体及びの代用 は、当業者に明らかである。 容器１０２は、放射源１０８と放射検出器１１０との間に配置される。位置感 知回路１１２は放射検出器１１０へ接続され、放射検出器１１０によって生ぜし められた信号を位置座標へ変換する。位置感知回路１１２は、デジタルの数字の ディスプレイ又はコンピュータ等の読出し装置（図示せず）へさらに接続され、 この読出し装置は、所望の形式で使用者に対して位置座標を示す。放射源１０８ 、放射検出器１１０及び位置感知回路１１２は、図示されていないバッテリー又 は交流電流源等の電源へ電気的に接続されている。 図２に示されるように、粘性のある流動体１０４は、放射源１０８によって発 せられる波長の放射線を実質的に通さず、泡１０６を形成する軽い流動体は同一 の波長の放射線を実質的に通し、放射線 の一部分又は光線２０２は泡１０６を通過し、放射検出器１１０の一部分に放射 線を与え、その一方で、残りの放射線２０４は、粘性のある流動体１０４によっ て実質的に遮断される。放射検出器１１０の各部分は、デカルト基準系の平面上 の一点を確定する一対の位置座標値を定められる。別の実施態様において、各対 の座標値は、高さ及び方位等の球座標に関する一点を確定し、位置センサ１００ は、湾曲した面上の位置を確定するために使用されることができる。容器１０２ 内の泡１０６の位置は、放射検知器１１０のいずれかの部分が光線２０２によっ て放射線を与えられるかを確定し、こうして位置感知回路１１２によって読み出 し装置へ送られる座標値を確定する。 位置座標は、容器１０２内のもとの点に関する。一つの実施態様において、こ のもとの点は、容器内で不変であり、容器１０２内のもとの点の位置は、位置感 知回路１１２によって確定される。さらなる別の実施態様において、もとの位置 は泡１０６の前の位置であり、位置感知回路１１２は、泡が容器１０２内で移動 する時に、泡の基準位置と泡の新しい位置との間の位置座標の差を送る。 放射源１０８によって発せられる波長の光に対する放射検出器１１０の感度は 、吸収しなければらない放射線の割合（流動体の「不透過性」）を確定する。必 要とされる不透過性は、選択された流動体の固有の特性とすることができるか、 又は粘性のある流動体１０４は、発せられる波長を吸収するように「染められる 」ことができる。一つの実施態様において、放射源１０８から発せられた放射線 は可視光であり、粘性のある流動体１０４は、可視光を吸収するグラファイト等 の物質で満たされた軽い油である。粘性のある流動体１０４を必要とされる不透 過性に染める別の顔料の使用は、当業者に明らかである。 図３ａ及び３ｂは、位置センサの容器１０２の二つの実施態様の断面図を示す 。両方の図面において、容器１０２が二つの湾曲した面３２０及び３３０から形 成され、泡１０６は両方の面３２０及び３３０に接触する。面３２０及び３３０ の各々は、連続的で滑らかな弧状部分からなり、各面は、一つの凸面３２２及び ３３２と、一つの凹面３２４及び３３４とを有する。これらの面は同様な湾曲部 を有し、外面３２０と呼ばれる一つの面の凹面３２４が内面３３０と呼ばれる他 方の面の凸面３３２から実質的に等距離であるように実質的に同心に整列される 。面３２０及び３３０の湾曲部は、容器１０２の形状を確定し、もし湾曲部の角 度が実質的に１８０°であるならば、半球形状の容器が図３ａに示されるように 形成され、もし湾曲部の角度が１８０°未満であるならば、ドーム形状の容器が 図３ｂに示されるように形成される。完全な球形状の容器を形成する３６０°を 有する他の湾曲部の角度を有する面の使用は、当業者に明らかである。さらに、 回転楕円面又は楕円形の放物面等の正規の球でない三次元物体の面からなる湾曲 した部分の使用も当業者に明らかである。面の湾曲部の選択は、容器１０２を通 して泡の速度が不変であるか否かを確定し、さらに容器１０２が回転した時に泡 の移動の範囲を確定する。 面３２０及び３３０は、放射源１０８によって発せられた波長を実質的に通す 薄い材料からなる。一つの実施態様において、アクリルのシートは所望の湾曲部 に温間プレス加工されて面の少なくとも一つを形成し、別の実施態様において、 液体のウレタンのプラスチックは、注がれて所望の湾曲で成形される。これらの 別の実施態様の両方は、可視光を実質的に通す面を付与する。容器１０２を製造 するための別の材料の使用及び製造方法は、当業者に明らかである。 容器１０２内の泡１０６のわずかな不慮の移動によって生じる位置座標の伝達 は、位置センサ１００の精度を減少させる。一つのさらなる別の実施態様におい て、粘性のある流動体１０４の粘性は、微小の振動が泡１０６を移動させないよ うに減衰させる効果を付与する。さらなる別の実施態様において、容器１０２の 構造は、意図しない移動を除去するように位置感知回路１１２と結び付く。容器 １０２の湾曲部は、センサが停止している時に泡１０６を容器内の中立の位置に 戻らせる。くぼみ部３１０は、中立の位置で外面３２０の凹面３２４内に形成さ れる。使用者によるセンサ１００の操作中、泡１０６はくぼみ部３１０から移動 する。もし使用者が、泡１０６がくぼみ部３１０へ戻るようにセンサ１００を移 動させ続けるならば、泡１０６は、使用者によって与えられる慣性により停止す ることなく通過する。しかしながら、もし泡１０６が、使用者がセンサ１００を 移動させないので又は、微小の振動のために、くぼみ部３１０へ移動するならば 、泡１０６はくぼみ部３１０内に停止し、位置感知回路１１２は単なる「ノイズ 」として位置変化を記録する。位置センサ１００は形状及び応用に依存する一つ 以上の中立の位置を有することができ、こうして図５に示されるような一つ以上 のくぼみ部３１０を有することができる。くぼみ部３１０は、泡１０６を通して 放射線伝達を著しくは干渉しないほど十分に寸法が小さい。 泡１０６は、湾曲した面又は「メニスカス」を形成する流動体の特性のため存 在し、流動体は容器と接触するようになる。さらに別の実施態様において、選択 された粘性のある流動体１０４は、放射源１０８からの波長の放射線に対して非 常に反射するメニスカスを有する。メニスカスの反射する特性は、粘性のある流 動体１０４が最も薄くて放射線に対してより通さない領域内の流動体を通した放 射線の散乱を減少させる。 泡１０６が面３２０及び３３０と接触する領域の寸法は、泡１０６を通して伝 達される放射線の光線２０２の直径を確定する。これらの領域の寸法は、泡１０ ６の寸法と、内面３３０と外面３２０との間の距離とによって確定される。泡１ ０６の寸法は、容器１０２へもたらされる軽い流動体の種類及び量と、粘性のあ る流動体１０４の粘性とによって確定される。 図４に示される放射検出器１１０において、放射検出器１１０の各部分は、放 射源１０８によって発せられる波長の放射線に高感度の放射線に応答する格子要 素４０２である。可視光において、各格子要素４０２は、ドイツ国のテレフンケ ンから入手可能な部品番号ＢＰＶ２３ＮＦＬ、シリコンのピンのフォトダイオー ド等のセンサとすることができる。種々の製造者から入手可能な多くの他のフォ トダイオード又は他の種類のセンサも適切である。最小寸法の格子要素４０２は 、泡６０６を通して伝達される光線２０２の直径によって確定される。格子要素 ４０２の数及び放射検出器１１０の形状は、位置センサ１００を使用する特定の 適用に依存する。図４はさらに、放射検出器１１０の一部分を示し、格子要素４ ０２が隣接する縁部を当接させてセンサ配列を形成する格子配置を示す。このよ うなセンサの配列は、格子要素４０２を、シリコン基板又は容器１０２に適合す るように伸ばされることのできるマイラー（登録商標）等からなる柔軟なシート へ固定する（接触させる）ことによって製造される。別の製造方法及び適切な寸 法及び形状の放射検出器を構成するのに適した別の材料が当業者に明らかである 。 別の実施態様において、一つ以上のセンサは、泡１０６を通して伝達された放 射線の光線２０２によって放射線を与えられる。位置感知回路１１２は、放射線 を与えられたセンサから、サーキュから 入手可能なグライドポイント等のタッチパッド入力装置で現在使用されているア ルゴリズムと同様な公知のアルゴリズムを使用して、全ての放射線を与えられた センサから一つの座標の対への信号を挿入する。位置センサ１００が図５で示さ れるような複数のくぼみ部３１０を有するさらなる実施態様において、放射検出 器１１０は、対応する複数の放射線に応答する格子要素４０２を有する。 図４は、外面３２０の湾曲部と実質的に同様な湾曲部を有して容器１０２の外 面３２０の凸面３２２へ接触せしめられる放射検出器１１０をさらに示す。図６ ａに示されるさらなる実施態様において、放射検出器１１０の湾曲部はさらに、 外面３２０の湾曲部と実質的に同様であるが、外面３２０から離間している。図 ６ｂに示される別の実施態様において、放射検出器１１０は、外面３２０に隣接 して配置される平坦な平面である。放射検出器１１０において他の配置は当業者 に明らかである。このような場合において、個々の格子要素４０２は、泡１０６ ７及び放射源１０８に関する位置に基づく所望の座標の対へ写像される。 放射源１０８は、放射検出器１１０を実質的に一様に照明するように位置する 。一つの実施態様において、放射源１０８は、図１ａ及び１ｂに示される容器１ ０２の内面３３０の凹面３３４の下に位置する。図４に示される別の実施態様に おいて、放射源１０８は、内面３３０の凹面３３４によって境界をつけられるキ ャビティ内で位置する。放射線は、容器１０２を直接的に照明することができる か、又はより一様に放射線を分布させるように形成されるディフューザを通して 運ばれることができる。別の実施態様において、放射源１０８は、各放射線に応 答する格子要素４０２の各々に一つである複数の光の管を具備する。 コンピュータシステムのデジタルコントローラにおける本発明の 位置センサの特別な使用は、図７及び８を参照して記述される。特に、図７は、 回転作動式三次元デジタルコントローラ７００の斜視図である。図７に示される デジタルコントローラ７００の実施態様は、ハウジング７０２、回転作動式位置 センサ７０４及び三つの制御ボタン７０６、７０８及び７１０を具備する。位置 センサ７０４は、以上に開示された種類である。一つの実施態様において、ハウ ジング７０２は、細長い八角形形状の上面及び底面及び八つの矩形の面を具備す る。さらなる実施態様において、ハウジング７０２は、異なる寸法において快適 となるように経済的に形成される。上面及び底面は、二つの側面によって境界を 付けられるキャビティが上面と底面との間に形成されるように離間する。第一及 び第二制御ボタン７０６及び７０８は、側面の直接的に互いに対向する二つに配 置される。第三制御ボタン７１０は、第一及び第二制御ボタン７０６及び７０８ を有する側面に相互に直角な側面へ取り付けられる。位置センサ７０４は、デジ タルコントローラ７００の上面に配置される。別の実施態様において、位置セン サ７０４は底面に配置され、さらなる別の実施態様において、位置センサ７０４ はデジタルコントローラ７００のキャビティ内に全体的に適合するように寸法を 合わせられている。 位置センサ７０４は、デジタルコントローラ７００を（弧状部分７１４によっ て示される）軸７１２の回り及び／又は（弧状部分７１８によって示される）軸 ７１６の回りに回転させる使用者に応じて第一及び第二表示属性を発生させる。 使用者によって押される時に、第一、第二及び第三制御ボタン７０６、７０８及 び７１０は信号を発生させる。第一及び第二制御ボタン７０６及び７０８の各々 は別個に第三表示属性を発生させ、その一方で、第三制御ボタン７１０は、「プ ログラムを実行せよ」等の出力装置７２０へのコマン ドを発生させる。さらに別の実施態様において、デジタルコントローラ７００は 、制御ボタン７１０に対応する機能を有する一つのボタンを有する。さらなる別 の実施態様において、デジタルコントローラ７００は、ボタンがなく、第一及び 第二表示属性を発生させるだけのために使用され、その一方で、コマンドは、標 準のキーボード又は同様な入力装置によって発生せしめられる。同一の又は異な る機能を有するより多くの又はより少ないボタンの使用、ボタンの異なる位置は 、トリガー、キー又は他の使用者に動作せしめられる機能の包含と共に、当業者 にとって明らかである。 デジタルコントローラ７００は、表示画面７２２を有する読出し装置又は出力 装置７２０へ伝達に関して接続されている。デジタルコントローラ７００によっ て生ぜしめられる第一及び第二表示属性は、位置記号７２４の位置を表示画面７ ２２上に確定し、その一方で、第三表示属性は、位置記号７２４の寸法を確定す る。一つの実施態様において、デジタルコントローラ７００に接続された第一送 受信機（図８において８０６）は、表示属性を表示する電磁信号を、出力装置７ ２０へ接続された第二の対応する送受信機へ報知する。このような送受信機は、 ワイヤレスコンピュータの入力装置で使用されている通常の工業規格の構成要素 である。電磁信号が周波数の調整されたパルス又は赤外光又は電磁スペクトルの 他の部分とすることができるということは、当業者に明らかであり、あるいは、 デジタルコントローラ７００を出力装置７２０への銅の導線を通した接続、光フ ァイバのケーブル又は同様な強固な導線の接続も当業者に明らかである。 一つの実施態様において、出力装置７２０は、表示画面７２２に相当するコン ピュータのモニタ又は画面へ接続された中央演算処理装置（ＣＰＵ）を有する。 このＣＰＵは、位置記号７２４を使用す る模擬三次元表示を支持するアプリケーションソフトを実行し、このアプリケー ションソフトは、カーソル、グラフィックツール又はゲームのキャラクター等と することができる。標準の転換装置のドライバソフトウェアは、第一及び第二表 示属性をアプリケーションソフトウェアへ、制御ボタン７０６及び７０８の状態 の情報と共に供給する。このアプリケーションソフトウェアは、制御ボタン７０ ６及び７０８の状態を第三表示属性へ変換して適切な寸法とされた位置記号７２ ４を発生させ、第一及び第二表示属性によって特定された位置で位置記号を表示 画面７２２上で配置する。標準のマウスの転換装置上の第二ボタン及び／又は第 三ボタンを支持する任意の現在利用可能なドライバソフトウェアは、修正するこ となく三次元デジタルコントローラ７００と関連して使用されることができる。 同一のドライバソフトウェアは、制御ボタン７１０だけ有する又は制御ボタンを 有しないデジタルコントローラ７００の別の実施態様で使用されることができる か、又は一つのボタンのマウスだけを支持する別のドライバソフトウェアが代用 されることができる。 以上に記述されるように、位置センサ７０４内の放射検出器（図１ｂの１１０ ）は、動作の所望の範囲と共に放射検出器が有しているセンサの数に依存する。 一つの実施態様において、軸７１６の回りのデジタルコントローラ７００の９０ °の弧状の回転が、位置記号７２４を表示画面７２２の一方側から他方側へ移動 させる。同様に、軸７１２の回りのデジタルコントローラ７００の９０°の弧状 の回転が、位置記号７２４を表示画面７２２の上面から底面へ移動させる。こう して、この実施態様における放射検出器の寸法は、泡がこれら二つの弧状部分に 沿って移動する時に泡を追跡するのに必要な寸法より大きくない。装置のドライ バソフトウェアはさらに、画面上で不変の距離だけカーソルを移動させるために マウスが移動 しなければならない距離を確定するために、標準のマウスのドライバソフトウェ アによって使用されるソフトウェアと同様に、位置記号の移動と泡の移動との間 の関係を修正するために使用される。記号の移動速度を増加させるために、装置 のドライバは、９０°よりはるかに少ない弧状部分を、位置記号の表示画面７２ ２の上面から底面への移動及び／又は一方側から他方側への移動へ写像する。 放射検出器の寸法及び形状についての他の確定する要素は、容器（図１ａの１ ０２）の寸法及び形状と、デジタルコントローラ７００の寸法及び形状とを有す る。以上に記述されたように、放射検出器は、容器の湾曲部へ接触せしめられ、 かつ容器の湾曲部と実質的に同様な湾曲部を有するか、又は放射検出器は、容器 から分離されるか又は湾曲しているか平坦である。放射検出器によって網羅され ている容器の量は、装置のドライバがデジタルコントローラ７００の弧の回転を 位置記号７２４の移動に写像する方法に依存する。以上に記述されたのと異なる 放射検出器のさらなる寸法及び形状は、当業者に明らかである。 デジタルコントローラ７００の位置センサ７０４が以上に記述されたように動 作し、容器内の泡の移動が位置記号７２４の移動を制御する。一つの実施態様に おいて、画面の座標は、表示画面７２２上のもとの点に関し、容器内の泡の位置 は、もとの点を表示する基準位置として規定される。放射検出器の部分に割り当 てられた位置座標値は、基準位置に関し、こうして、画面上のもとの点に関する 。ある別の実施態様において、基準位置は固定され、さらに別の実施態様におい て、基準位置の位置は位置センサ７０４の位置感知回路によって確定される。さ らに別の実施態様において、基準位置は、泡２０６の前の位置であり、第一及び 第二の属性は、基準位置の位置座標値と、泡が容器内で移動する時の泡の新しい 位置の位置座 標値との差に対応する。 泡の前の位置に対応する基準を有する他に、さらに別の実施態様は、容器内に おいて中立の位置を示し、デジタルコントローラ７００が静止している時に、泡 がこの中立の位置へ戻る。泡の基準位置から中立の位置への移動は、位置記号７ ２４の画面の座標を変えない。この特徴は、ほとんどのジョイスティックに見出 される「ＲＺ方式」と類似し、使用者は、位置記号７２４の位置を変えることな くデジタルコントローラ７００を下に置くことができる。 図８は、デジタルコントローラ７００のさらなる別の実施態様のブロック図で ある。位置センサ７０４及び第一制御ボタン７０６は、バッテリ８０２へさらに 接続されるスイッチ回路７０４へ電気的に接続される。このスイッチ回路８０４ は、使用者の動作に応じて電力のデジタルコントローラ７００への分配を制御す る。ある実施態様において、スイッチ回路８０４は、タイマー回路を具備し、使 用者の動作は、デジタルコントローラを移動させるか、又は移動させない。電力 は、デジタルコントローラが使用中の時にはデジタルコントローラへ分配され、 デジタルコントローラが使用されていない時及び時間切れの期間が経過した時に はデジタルコントローラへ分配されない。時間切れ期間は使用者によって選択で きるか、又はデジタルコントローラ７００の製造者によって前もって調整される ことができる。別の実施態様において、スイッチ回路８０４は、ハウジング７０ ２の一部分として製造される容量性の接続器を具備し、使用者がハウジングを触 れる（使用者の動作）一方で、電力がデジタルコントローラ７００へ分配される 。図８はさらに、第一送受信機８０６が表示属性を第二送受信機７２６へ報知す るように、位置センサ７０４及び第一制御ボタン７０６へ電気的に接続された第 一送受信機８０６を示す。 以上の記述は例示的であって制限しないことが意図されているということが理 解される。多くの他の実施態様は、以上の記述を考察する時に明らかになる。そ れゆえ、本発明の範囲は、このような請求の範囲が権利を与えられる均等物の完 全な範囲と共に、添付された請求の範囲を参照して確定される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＣＡ，ＪＰ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．位置センサ（１００）であって、内側湾曲面（３３０）及び外側湾曲面（ ３２０）であって、前記内側湾曲面（３３０）及び前記外側湾曲面（３２０）は 、実質的に同心に整列されて前記内側湾曲面（３３０）と前記外側湾曲面（３２ ０）との間に容器（１０２）を形成し、前記容器は、前記センサが移動する時に 前記容器内で位置を変える泡（１０６）が発生するように、異なる特性を有する 二つの流動体（１０４、１０６）で実質的に満たされる内側湾曲面（３３０）及 び外側湾曲面（３２０）と、放射線の一部分（２０２）が前記泡を通って伝達さ れるように前記容器（１０２）を照明するように配置される電磁放射線の源（１ ０８）と、前記泡（１０６）を通して伝達される前記放射線の一部分（２０２） が、前記容器内における前記泡の前記位置に対応する前記放射検出器（１１０） の一部分に放射線を与えるように、前記電磁放射線の源（１０８）と対向して配 置される放射検出器（１１０）とによって特徴づけられる位置センサ（１００） 。 ２．一方の流動体（１０４）は粘性があり、他方の流動体（１０６）は前記粘 性のある流動体より重量が軽いことを特徴とする請求項１に記載の位置センサ。 ３．前記軽い流動体が窒素ガスであり、前記粘性のある流動体が前記放射源に よって発せられる可視光を実質的に吸収するグラファイトで満たされる軽い油で あることを特徴とする請求項２に記載の位置センサ。 ４．前記粘性のある流動体によって形成されるメニスカスが、前記放射源（１ ０８）によって発せられる前記放射線を反射する請求項２に記載の位置センサ。 ５．前記放射源（１０８）は複数の光の管を具備する請求項１に記載の位置セ ンサ。 ６．前記放射検出器（１１０）は、前記放射源（１０８）によって発せられた 前記放射線によって放射線を与えられる複数の放射線に応答する格子要素（１０ ８）を具備する請求項１に記載の位置センサ。 ７．位置感知回路であって、前記位置感知回路は、二次元座標系内の一点を同 定し、前記放射検出器（１１０）の放射線が与えられた部分によって生ぜしめら れた信号を、前記点についての位置座標へ変換する位置感知回路とによって特徴 づけられる請求項１に記載の位置センサ。 ８．前記二次元座標系は、平坦な平面に存在する位置を参照するために、デカ ルト座標系であることを特徴とする請求項７に記載の位置センサ。 ９．前記二次元座標系は、湾曲した面に存在する位置を参照するために、球座 標系であることを特徴とする請求項７に記載の位置センサ。 １０．前記位置座標は、前記二次元座標系内でもとの点に関することを特徴と する請求項７に記載の位置センサ。 １１．前記もとの点は前記容器内で不変の位置であることを特徴とする請求項 ７に記載の位置センサ。 １２．前記容器内の前記もとの点の位置は、前記センサが移動する時に変化す る請求項７に記載の位置センサ。 １３．前記内面（３３０）及び前記外面（３２０）の各々は、湾曲部を有し、 前記内面（３３０）及び前記外面（３２０）の各々が凸面（３３２、３２２）及 び凹面（３３４、３２４）を具備することを特徴とする請求項１に記載の位置セ ンサ。 １４．前記内面（３３０）の前記湾曲部及び前記外面（３２０）の前記湾曲部 が半球状の容器を形成することを特徴とする請求項１３に記載の位置センサ。 １５．前記内面（３３０）の前記湾曲部及び前記外面（３２０）の前記湾曲部 が、実質的に回転楕円体の半分と実質的に同様な形状の容器を形成することを特 徴とする請求項１３に記載の位置センサ。 １６．前記外面（３２０）の前記凹面（３２４）は、前記泡が前記容器内で移 動する時に前記泡（１０６）が実質的に変化しないように、前記容器（１０２） を通して前記内面（３３０）の前記凸面（３３２）から実質的に等距離であるこ とを特徴とする請求項１３に記載の位置センサ。 １７．くぼみ部（３１０）が、前記泡（１０６）を止めるために、前記外面（ ３２０）の前記凹面（３２２）内に形成されることを特徴とする請求項１３に記 載の位置センサ。 １８．前記くぼみ部は、複数のくぼみ部の一つであり、前記放射検出器（１１ ０）は、複数の前記くぼみ部に対応する複数の放射線に応答する格子要素（４０ ２）を具備することを特徴とする請求項１７に記載の位置センサ。 １９．前記放射検出器（１１０）は、前記容器（１０２）の前記外面（３２０ ）と実質的に同様な湾曲部を有することを特徴とする請求項１３に記載の位置セ ンサ。 ２０．前記放射検出器（１１０）が前記外面（３２０）の前記凸面（３２２） から離間することを特徴とする請求項１９に記載の位置センサ。 ２１．前記放射検出器（１１０）が前記外面（３２０）の前記凸面（３２２） と接触していることを特徴とする請求項１９に記載の 位置センサ。 ２２．前記放射源（１０８）は、前記内面（３３０）の前記凹面（３３４）に よって境界をつけられるキャビティ内に位置することを特徴とする請求項１３に 記載の位置センサ。 ２３．前記放射源（１０８）は、前記内面（３３０）の前記凹面（３３４）に 隣接して配置されることを特徴とする請求項１３に記載の位置センサ。 ２４．二次元座標系における点について位置座標を発生させるための手段であ って、湾曲容器（１０２）内で泡（１０６）を発生させるための手段（１０４、 １０６）と、放射線の一部分（２０２）が前記泡（１０６）を通して伝達される ように前記容器（１０２）を放射するための手段（１０８）と、前記泡（１０６ ）を通して伝達された前記放射線（２０２）を検出するための手段であって、前 記検出する手段（１１０）は、前記泡を通して伝達される前記放射線の一部分（ ２０２）が前記検出する手段の一部分に放射線を与えるように、前記放射手段（ １０８）に対向して配置される前記泡（１０６）を通して伝達された前記放射線 の一部分（２０２）を検出するための手段と、前記検出する手段（１１０）の前 記放射線を与えられる部分からの信号を前記二次元座標系内の位置座標へ変換す るための手段（１１２）とによって特徴づけられる二次元座標系における点につ いて位置座標を発生させるための手段。 ２５．湾曲容器（１０２）における二次元座標系内の点について位置座標を発 生させるための方法であって、前記湾曲容器は、前記容器の移動に応じて前記容 器内で位置を変化させる泡（１０６）が形成されるように、二つの流動体（１０ ４、１０６）で実質的に満たされ、前記手段は、前記容器の前記湾曲部に対応す る少なくとも一方向に前記容器（１０２）を回転させる段階と、前記放射線の一 部分（２０２）が前記泡を通して伝達されて前記放射線の残りの部分（２０４） が前記流動体（１０４）によって遮断されるように、放射源（１０８）からの放 射線で前記容器を照明する段階と、前記泡（１０６）を通して伝達される前記放 射線で前記放射検出器（１１０）の一部分に放射線を与える段階と、前記放射検 出器（１１０）の前記放射線を与えられる部分からの信号を、前記容器（１０２ ）内で前記泡（１０６）の位置に対応する点について位置座標へ変換する段階と を具備する湾曲容器（１０２）における二次元座標系内の点について位置座標を 発生させるための方法。 ２６．回転作動式のデジタルコントローラ（７００）であって、前記デジタル コントローラは出力装置（７２０）へインターフェースで接続され、前記出力装 置は、前記出力装置上の第一表示属性及び第二表示属性とによって確定される位 置記号（７２４）を移動させ、前記デジタルコントローラは、ハウジング（７０ ２）と、位置センサ（７０４）であって、前記位置センサは、前記位置記号のた めに前記第一表示属性及び前記第二表示属性を発生させる前記ハウジングへ接続 され、前記位置センサは、内側湾曲面（３３０）及び外側湾曲面（３２０）であ って、前記内側湾曲面及び前記外側湾曲面は実質的に同心に整列されて前記内側 湾曲面と前記外側湾曲面との間に容器（１０２）を形成し、前記容器は、前記位 置センサが移動する時に前記容器内で位置を変化させる泡（１０６）が生ぜしめ られるような異なる特性の二つの流動体（１０４、１０６）で実質的に満たされ ている内側湾曲面（３３０）及び外側湾曲面（３２０）と、電磁放射線の源（１ ０８）であって、前記放射線の一部分（２０２）が前記泡を通して伝達されるよ うに前記容器（１０２）を照明するように配置される電磁放射線の源（１０８） と、放射検出器（１１０）であって、放射検出器であって、前記泡（１０６）を 通して伝達された前記放射線の一部分（２０２）が前記容器内の前記泡の位置に 対応する前記放射検出器（１１０）の一部分に放射線を与えるように前記放射源 （１０８）に対向して配置される放射検出器（１１０）と、前記放射検出器の放 射線を与えられた部分によって生ぜしめられた信号を前記出力装置へ送られる前 記第一表示属性及び前記第二表示属性へ変換する位置感知回路（１１２）とを具 備する位置センサ（７０４）とによって特徴づけられる回転作動式のデジタルコ ントローラ（７００）。 ２７．前記出力装置へ送られるコマンドを発生させる前記ハウジングへ接続さ れる少なくとも一つの制御ボタン（７０６、７０８、７１０）によって特徴づけ られる請求項２６に記載のデジタルコントローラ。 ２８．第一送受信機（８０４）であって、前記第一送受信機は前記位置センサ へ電気的に接続され、前記第一表示属性及び前記第二表示属性を表す電磁信号を 報知する第一送受信機（８０４）と、第二送受信機（７２６）であって、前記第 一表示属性及び前記第二表示属性を表す電磁信号を受けるように、前記出力装置 へ電気的に接続される第二送受信機（７２６）とによって特徴づけられる請求項 ２６に記載のデジタルコントローラ。 ２９．回転作動式三次元デジタルコントローラ（７００）であって、前記デジ タルコントローラは、前記出力装置上の三つの表示属性によって確定される位置 記号（７２４）を移動させる出力装置（７２０）へインターフェース接続され、 前記デジタルコントローラは、ハウジング（７０２）と、位置センサ（７０４） であって、前記位置記号について第一表示属性及び第二表示属性を発生させる前 記ハウジングへ接続され、前記位置センサは、内側湾曲面（３３０）及び外側湾 曲面（３２０）であって、前記内側湾曲面（３３０） 及び前記外側湾曲面（３２０）は実質的に同心に整列されて前記内側湾曲面（３ ３０）と前記外側湾曲面（３２０）との間に容器（１０２）を形成し、前記容器 は、前記位置センサが移動する時に前記容器内で位置を変化させる泡（１０６） が生ぜしめられるような異なる特性の二つの流動体（１０４、１０６）で実質的 に満たされる内側湾曲面（３３０）及び外側湾曲面（３２０）と、前記放射線の 一部分（２０２）が前記泡を通して伝達されるように前記容器（１０２）を照明 するように配置される電磁放射線の源（１０８）と、放射検出器（１１０）であ って、前記泡（１０６）を通って伝達される前記放射線の一部分（２０２）が前 記容器内の前記泡の位置に対応する前記放射検出器（１１０）の一部分に放射線 を与えるように、前記放射源（１０８）に対向して配置される放射検出器（１１ ０）と、前記検出器の前記放射線を与えられた部分によって生ぜしめられた信号 を、前記出力装置へ送られる前記第一表示属性及び前記第二表示属性へ変換する 位置感知回路（１１２）とによって特徴づけられる位置センサ（７０４）と、前 記出力装置へ送られる前記位置記号のために第三表示属性を発生する前記ハウジ ングへ接続される第一制御ボタンとによって特徴づけられる回転作動式三次元デ ジタルコントローラ（７００）。 ３０．前記出力装置は表示画面（７２２）によって特徴づけられ、前記第一表 示属性及び前記第二表示属性は、前記位置記号が表示れる前記表示画面上に一点 を確定する一対の位置座標値によって特徴づけられる請求項２９に記載のデジタ ルコントローラ。 ３１．前記位置座標値は、前記表示画面上のもとの点に関する請求項３０に記 載のデジタルコントローラ。 ３２．前記位置センサの前記容器内の泡の位置は、前記もとの点を表す基準位 置として規定される請求項３１に記載のデジタルコン トローラ。 ３３．前記基準位置が固定される請求項３２に記載のデジタルコントローラ。 ３４．前記基準位置が、前記デジタルコントローラが移動する時に変化する請 求項３２に記載のデジタルコントローラ。 ３５．前記第三表示属性が前記位置記号の寸法を確定する請求項２９に記載の デジタルコントローラ。 ３６．第二制御ボタンによって特徴づけられ、前記第一制御ボタンは前記位置 記号の寸法を増加させ、前記第二制御ボタンが前記位置記号の寸法を減少させる 請求項３５に記載のデジタルコントローフ。 ３７．第一送受信機（８０６）であって、前記第一送受信機は、前記位置セン サ及び前記第一制御ボタンに電気的に接続され、前記第一送受信機は前記表示属 性を表す電磁信号を報知する第一送受信機（８０６）と、前記表示属性を表す前 記電磁信号を受けるために前記出力装置へ電気的に接続される第二送受信機（７ ２６）とによって特徴づけられる請求項２９に記載のデジタルコントローラ。 ３８．スイッチ回路（８０４）であって、前記スイッチ回路は、電源（８０２ ）へ電気的に接続されかつ前記位置センサ及び前記第一制御ボタンへさらに接続 され、前記スイッチ回路は、使用者の動作に応じた前記デジタルコントローラへ の電力の分配を制御するスイッチ回路（８０４）によって特徴づけられる請求項 ２９に記載のデジタルコントローラ。 ３９．前記電源が電池（４０２）によって特徴づけられる請求項３８に記載の デジタルコントローラ。 ４０．前記スイッチ回路は時間切れ回路によって特徴づけられ、前記使用者の 動作は、前記電力が時間切れ期間を経過した後に分配 されないように、前記デジタルコントローラを移動させない請求項３８に記載の デジタルコントローラ。 ４１．前記スイッチ回路は前記ハウジング内の容量性の連結器によって特徴づ けられ、前記使用者の動作は、電力が前記コントローラヘ分配されてその一方で 前記使用者の動作が続くように、前記ハウジングを触れる請求項３８に記載のデ ジタルコントローラ。 ４２．コンピュータシステムであって、中央処理装置であって、前記中央処理 装置は、メモリ及び表示画面へ接続され、前記中央処理装置は、前記表示画面上 で位置記号を発生させる中央処理装置と、回転作動式三次元デジタルコントロー ラ（７００）であって、前記デジタルコントローラは前記中央処理装置と伝達に 関して接続され、前記デジタルコントローラは、内側湾曲面及び外側湾曲面であ って、前記内側湾曲面及び前記外側湾曲面は実質的に同心に整列されて前記内側 湾曲面と前記外側湾曲面との間に容器を形成し、前記容器は、前記デジタルコン トローラが移動する時に前記容器内の位置を変化させる泡が生じるように、粘性 のある流動体及び軽い流動体で満たされる内側湾曲面及び外側湾曲面と、電磁放 射線の源であって、前記放射線の一部分が前記泡を通して伝達されるように前記 容器を照明するように配置される電磁放射線の源と、放射検出器であって、前記 泡を通って伝達される前記放射線の一部分が前記容器内の前記泡の位置に対応す る前記放射検出器の一部分に放射線を与えるように、前記放射源に対向して配置 される放射検出器と、前記検出器の前記放射線を与えられた部分によって生ぜし められた信号を、前記位置記号のために第一表示属性及び第二表示属性へ変換す る位置感知回路とを具備する回転作動式三次元デジタルコントローラ（７００） とによって特徴づけられるコンピュータシステム。 ４３．前記位置記号において第三表示属性を発生させる第一制御 ボタンによって特徴づけられる請求項４２に記載のコンピュータシステム。 ４４．位置センサ（１００）であって、内側湾曲面（３３０）及び外側湾曲面 （３２０）であって、前記内側湾曲面（３３０）及び前記外側湾曲面（３２０） は実質的に同心に整列されて前記内側湾曲面（３３０）と前記外側湾曲面（３２ ０）との間に容器（１０２）を形成し、前記容器が実質的に異なる特性の二つの 流動体（１０４、１０６）で満たされる内側湾曲面（３３０）及び外側湾曲面（ ３２０）と、放射線の一部分が前記流動体の少なくとも一つを通して伝達される ように配置さえる電磁放射線（１０８）の源と、このような伝達された放射線を 受けるように配置される放射検出器（１１０）とによって特徴づけられる位置セ ンサ（１００）。