JP2003522998A

JP2003522998A - センサに接続されたシートを有する６自由度グラフィクコントローラ

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Publication number: JP2003522998A
Application number: JP2001542035A
Authority: JP
Inventors: アームストロング、ブラッド・エイ
Original assignee: アームストロング、ブラッド・エイ
Priority date: 1999-12-06
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2003-07-29
Also published as: EP1236166A1; WO2001041053A1; AU2043600A

Abstract

(57)【要約】コントローラの基準部材に対して６ＤＯＦ（ＤＯＦ）で動作可能な単一入力部材で構成される、適切に構成された多軸コントローラに含むためのシート材料に接続しているセンサ。上記入力部材は、少なくとも３つの直交する線形軸上で基準部材に対して中心に戻る回復力を有する。上記入力部材は、連続して回転可能なトラックボールタイプまたは回転を制限されたジョイスティックタイプであり、上記基準部材は、シャフト、ベースまたはハウジングであってもよい。上記コントローラは、入力部材の手で加えられた操作によってセンサに接続されたシートに影響を及ぼすための構造を与えるキャリッジ含む。好ましい構造は、動きまたは力により影響された、主に単一の領域におけるセンサと協働的な相互作用を提供する。センサのいくらか、ほとんど、または全ては、印刷された可撓性の膜センサシートまたは回路基板シートの上などの、ほぼ単一平面上に支持されるのが好ましい。別の実施形態において、センサおよび導電性トレースが、ほぼ平坦で、可撓性の薄膜センサシート上に塗布され、センサシートは、その後、場合によっては、大きく広がった６ＤＯＦの３Ｄ配列、および／または、他のセンサ取り付け（ｍｏｕｎｔｉｎｇ）に至る可能性のある３次元形状に曲げられる。最終的に平坦または３Ｄ形状のいずれに適用されても、シート部材によって接続されたセンサの使用により、効率のよい回路とセンサの接続および製作中の配置が可能になり、低い製品コストおよび高い信頼性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本出願は、１９９５年２月２３日に出願された同時係属中の米国特許出願第３
９３，４５９号に開示された題材（ｍａｔｅｒｉａｌ）を一部開示し特許請求す
るものであり、これに対して共通の題材についての先行の出願日に対する利益が
請求される。

【０００２】［発明の背景］１．発明の分野本発明は、手動グラフィック画像コントローラにおいてシート支持センサおよ
び関連する回路の構成、特に、人間の手と、コンピュータやテレビディスプレイ
、ヘッドマウントディスプレイ、または人間が見るように見て視認することが可
能なあらゆるディスプレイ等のグラフィック画像ディスプレイとの間の、インタ
ーフェース入力装置として機能する６自由度コンピュータ画像コントローラに関
する。

【０００３】２．従来技術の説明従来技術において教示された画像コントローラとして使用される多くの関連す
る物理量／電気量の手で制御するインターフェース装置があるが、いずれも本発
明と同様には構成されておらず、いずれも本発明により提供される全ての利点を
提供しない。

【０００４】競争が激しく、コストに敏感な消費者の電気機器市場では、品物の卸し販売価
格は通常その製造コストと密接に結びついている。一般的に、あらゆる品物の、
卸し購入価格、すなわち消費者に対するコストは、消費者の購入決定に影響を及
ぼすことが理解されている。したがって、製造コストは、最終的に一般大衆に対
する品物の所望性と価値に影響を及ぼす。一般に、手で操作される電気画像コン
トローラにおいて実施される物理量−電気量変換器、たとえばマウスタイプ、お
よびジョイスティックタイプのトラックボールは、手で操作可能な入力部材と基
準部材との間で解釈可能な自由度の数が増加するにつれて、製造コストが増加す
る。

【０００５】従来の技術において典型的には、３自由度のジョイスティックタイプの入力装
置は、２自由度ジョイスティックよりも製造コストがかかり、６自由度（以下、
６ＤＯＦとする）のジョイスティック入力装置は、３自由度のジョイスティック
と比較してかなり大きな製造コストがかかる。同様に、３以上の自由度のマウス
タイプのコントローラは、標準の２自由度マウスよりも製造コストがかかる。

【０００６】このような装置における製造コストが一般に増加するのは、少なくとも１つの
理由として、センサ数の増加が付加的な軸制御に必要であり、従来技術における
センサ、特に単一入力部材を有する６ＤＯＦコントローラについて、コントロー
ラ内の広範な３次元の位置（ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）に配置され、したが
って、多数のセンサ搭載と、搭載位置と労働集約的で、したがってコストのかか
る、個々の絶縁線の、各センサから、通常はセンサから離れた集積回路（ｃｅｎ
ｔｒａｌｉｚｅｄｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）位置への、手動の配線とが必要である
。

【０００７】従来技術において、６自由度において移動可能である、手で操作可能な単一入
力部材を有して、コントローラの基準部材に関して軸制御を行うタイプの６ＤＯ
Ｆコントローラが存在する。６ＤＯＦ操作可能入力部材を有するこのタイプのコ
ントローラは、各自由度入力の信号を出力する。３−Ｄグラフィックス制御に対
して現時点で最も簡単に使用されると考えられるのは、このタイプの６ＤＯＦコ
ントローラである。本発明は主に、このタイプの６ＤＯＦコントローラのタイプ
に関する。

【０００８】従来技術において、手で操作可能な単一入力部材を有するタイプの６ＤＯＦコ
ントローラは、広範な３次元の位置に搭載および配置された個々のセンサとセン
サユニット（双方向センサ）を利用する。これは、センサと協働して相互作用す
るための構成を提供して、一部、ほとんどまたは全てのセンサは、略単一領域に
、そして好ましくは略単一平面に集められるか、または存在するようにすること
ができないためである。従来技術は、センタと協働して相互作用することができ
るための、キャリッジ部材等の構成を提供することができない。従来技術は、セ
ンサを接続し支持するシート材を通常担持するキャリッジ部材を実証することが
できない。

【０００９】従来技術における、手で操作可能な単一入力部材を有するタイプの６ＤＯＦコ
ントローラの他の欠点は、安価で可撓性の薄膜センサシートを使用することや、
使用を期待することができないことである。このセンサシートは、製造時に初め
は平らであり、フラットシート構造に適用されるセンサおよび導電性トレースを
含む。このような平らなシート薄膜センサは、概して平らなセンサ支持パネルと
して有利に使用されるか、または代替的に、３次元位置のセンサ搭載およびセン
タと協働して相互作用する適切な構成を利用する、屈曲した、または６ＤＯＦコ
ントローラ構成において３次元に形成された形状で、使用されることができる。

【００１０】従来技術の、手で操作可能な単一入力部材を有するタイプの６ＤＯＦコントロ
ーラは、平らな薄膜センサシート、またはセンサとセンサ導電体を支持する平ら
なプリント回路基板を使用することができる、単一領域において全てセンサと協
働して相互作用する構造を提供することを、使用するか使用を期待することがで
きない。従来技術の、手で操作可能な単一入力部材を有するタイプの６ＤＯＦコ
ントローラは、平らなシート基層を土台（基板、ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ）として
使用するか使用を期待することができない。この際、伝導性インクで印刷するこ
とによる等でセンサを規定するかまたは適用するか、またはセンサ、好ましくは
６ＤＯＦの必要なセンサの全て、さらには、印刷したまたはその他の方法で適応
した固定位置にセンサを行き来する導電体、のプラグイン（プラグ差し込み）ま
たははんだづけ接合による等でセンサを搭載する。

【００１１】センサ作動器が、半径方向に異なる多くの高さおよび平面上に配置されている
ことにより、大きく広がった３次元配列に搭載されている多くの個々のセンサユ
ニットを例証する一つの従来技術のデバイスが、Ｍ．Ｋｉｎｇに対して１９８５
年１２月３日に発行された（ｉｓｓｕｅｄ）米国特許第４，５５５，９６０号に
示されている。

【００１２】Ｋｉｎｇデバイスは、６ＤＯＦコントローラであり、本質的にコントローラ全
体にわたって散在する種々の位置に配置される、ポテンショメータなどのロード
セルおよびロータリセンサであるセンサを有する。こうした「散在した」、個々
のセンサおよびセンサユニットの搭載位置がＫｉｎｇコントローラでは必要とさ
れるが、その理由は、コントローラの単一領域に全て配置されるか、導入される
、全てのセンサに対して、センサとの協働した相互作用のための構造を提供でき
ないためであり、したがって、Ｋｉｎｇコントローラのセンサは、通常、平坦な
回路基板上などで従来の自動搭載を可能にするような方法で、または、回路基板
上などで、利用されるセンサにかみ合うか、または、センサを接続する印刷され
た回路トレースを可能にするような方法では配置されない。

【００１３】Ｋｉｎｇデバイスはまた、可撓性の膜センサシートを使用することを期待でき
ない。このセンサシートは、センサおよび印刷された導電トレースを含み、低価
格で平坦シート形状に製造でき、平坦シート形状で使用され、または、別法とし
て、センサを３次元配列に配置するために、３次元的に形成された形状に曲げる
ことができる。したがって、Ｋｉｎｇデバイスのセンサおよび関連導電体（ワイ
ヤ）は、手で取り付けられる必要があると信じられており、ワイヤは、Ｋｉｎｇ
コントローラの製造中に、センサに個々に付けられ、その後、ほぼ中央領域に導
入される。Ｋｉｎｇデバイスのような構成は、製造にコストがかかるが、このこ
とは、２自由度コントローラと比較すると、なぜ６ＤＯＦコントローラが非常に
高価であるかを少なくとも部分的に説明している。

【００１４】Ｋｉｎｇデバイスなどの従来技術のコントローラにおける別の問題は、信頼性
である。Ｋｉｎｇデバイスにおいて、信頼性は、回路およびセンサの通常の単一
入力部材６ＤＯＦの従来技術の構成のために、最適とはいえない。その理由は、
離れた回路に対するセンサの手による配線は、ワイヤの断線、はんだのコールド
ジョイント（ｃｏｌｄｓｏｌｄｅｒｊｏｉｎｔｓ）および人が組み立てるこ
とのエラーによる交差配線などの故障をこうむるためである。

【００１５】通常の従来技術のコントローラ、特に、Ｋｉｎｇコントローラのような６ＤＯ
Ｆコントローラで構成される時の、回路およびセンサにおける別の問題は、製造
プラントなどでの製造中の耐久性、試験および品質管理である。たとえば製造プ
ラントでは、出荷前または欠陥コントローラの返品に関するなどの顧客へ販売し
た後に、試験が行なわれる。通常の普及した従来技術のセンサ取り付けおよびセ
ンサに連結する、手による配線は、故障診断および修理をより高価にする。

【００１６】ある程度関連すると考えられる別の従来技術の開示は、Ｍ．Ｃｈａｎｇに対し
て１９９４年３月２９日に発行された米国特許第５，２９８，９１９号に教示さ
れている。Ｃｈａｎｇデバイスは、基本的にコンピュータグラフィックス用の６
自由度コンピュータコントローラであり、全てのセンサが搭載されるほぼ平坦面
のプリント回路基板を含む。しかし、以下で理解されるように、Ｃｈａｎｇコン
トローラにおいては、６自由度で動作可能な、手操作可能な単一入力部材が、多
くの重大な欠点を有する。さらに、Ｃｈａｎｇコントローラは、コントローラの
任意の基準部材に対して６ＤＯＦで操作することができる入力部材を有しておら
ず、このことが、さらに重大な欠点を生む。

【００１７】Ｃｈａｎｇコントローラは、下面にローラボールを有するマウスタイプ入力デ
バイスとして構成され、「マウス」タイプコントローラでは一般的であるが、２
軸の線形移動に関連する情報を入力するために、下面のボールを回転させるため
に、表面に沿って、入力デバイスとそのハウジングを動かすことを要求する。Ｃ
ｈａｎｇデバイスは、ハウジングの側面に搭載された回転式車輪（ｔｈｕｍｂ
ｗｈｅｅｌ）を含み、第３の軸に沿ったハウジングの線形移動を模擬する。Ｃｈ
ａｎｇデバイスはまた、ハウジングの上面で手動回転のために露出された第２の
ローラボール（トラックボール）を含み、上部トラックボールは、ユーザが、通
常、ヨー、ピッチ、ロールと呼ばれる３つの、互いに垂直な、または、直交する
軸のまわりの回転に関する情報を入力することを可能にするために備わる。

【００１８】本発明に存在せず、Ｃｈａｎｇデバイスに存在すると考えられる主要な欠点は
、トラックボールハウジングが線形なモーメント情報を入力するために、表面に
沿って移動するという要求を含む。この表面接触走行の要求は、完全に手で保持
されたコントローラとしてＣｈａｎｇコントローラを使用できなくし、Ｃｈａｎ
ｇコントローラが手持ち式テレビジョン遠隔コントローラまたは従来のキーボー
ドなどの多目的コントローラに組み込まれることをできなくする。さらに、マウ
スタイプコントローラを進ませるための実質的な物理的空間を机またはテーブル
上に必要とする。

【００１９】Ｃｈａｎｇコントローラの別の欠点は、使用するのが難しいと考えられている
ことである。すなわち、言い換えれば、ある方向への線形モーメント情報を入力
する、ハウジングの下面のマウスローラボールは、全ての線形方向で入力するこ
とができず、したがって、Ｃｈａｎｇデバイスは、第３の軸に沿った線形移動を
エミュレートし、近似し、または、表現するのに利用されるハウジングの側面に
離れて配置された車輪（ｔｈｕｍｂｗｈｅｅｌ）を含む。ある方向に対してマ
ウスハウジングを押すことを利用して線形に移動するのに必要とされる手の動き
、および、他の方向に対する車輪（ｔｈｕｍｂｗｈｅｅｌ）の駆動は、直感的
でなく、したがって、ユーザにとって紛らわしくまた難しい。

【００２０】さらに、Ｃｈａｎｇコントローラのようなマウスタイプコントローラは、線形
軸に沿った、自動的に中心へ戻るという所望の態様を提供しない。すなわち、言
い換えれば、中心へ戻るばねまたは弾性構造を使用するための可能な機構がない
ために、ユーザは、マウスを用いて、能動的にマウスを中心に戻さなければなら
ない（そして、中心は、しばしば、ユーザによって容易には決定されない）。

【００２１】さらに、Ｃｈａｎｇデバイスは、製造するのが相対的に高価になるようにみえ
る。その少なくとも１つの理由は、その３つが線形入力に利用される、６つのロ
ータリエンコーダを使用しているからである。ロータリエンコーダは、多くの他
のセンサタイプと比較して、相対的に高価である。エンコーダは、場合によって
は、回転入力に対して利点を提供できる。ある他のタイプのセンサと比較して、
ロータリエンコーダは、より高価であるばかりでなく、線形入力センサとして重
大な欠点を有する。

【００２２】Ｃｈａｎｇコントローラは、６自由度で動作できる（代表する電気出力を生ず
る）、１つのボールまたは１つのハンドルなどの単一入力部材を有していない。
また、Ｃｈａｎｇ入力部材は、６自由度でコントローラ上の基準部材に対して操
作することができない（移動できない）。したがって、Ｃｈａｎｇデバイスは、
機能的にまた構造的に十分でない。

【００２３】したがって、コンピュータおよびモニターまたはテレビジョンスクリーンまた
は任意のディスプレイ上、または、それらを通すなど、グラフィックコントロー
ラ用の６自由度コントローラの分野におけるさらなる改善に対する必要が存在す
る。

【００２４】［発明の概要］下記の概要および詳細な説明は、本発明を実施するための最良の形態および好
適な構造であり、本明細書中に具体的に記載され、添付の図面に示されるものに
対して明らかに変更がなされ得るが、本開示を簡潔にするため、本発明の真の範
囲に入るこれらの変更はすべて、本明細書中では詳述されていない。

【００２５】６ＤＯＦコントローラをより入手しやすくするため、そしてオブジェクトの制
御および／または３次元のグラフィックディスプレイ内の視点のナビゲートをユ
ーザが容易にできるようにするために、コンピュータやコンピュータ化テレビ等
のホストデバイスとともに用いる、改善された低コストの手動６ＤＯＦコントロ
ーラを開発した。当該コントローラは、手動の単一入力部材上にある人間の手に
よって与えられる全６自由度の物理的入力を、グラフィック画像ディスプレイの
制御または制御の補助に直接または間接的に有用である代表の出力または信号に
変換する構造を提供する。本発明のコントローラは、移動または力の影響を受け
たセンサにより入力部材上の手入力を感知し、本明細書中において偏揺れ、ピッ
チおよび横転（または第１、第２および第３）と呼ぶ３つの互いに垂直な二方向
性軸を中心としたいずれかの方向の、手動入力部材の回転または回転力を表す情
報と、上記軸に沿った手動入力部材の線形移動を表す情報とを、ホストコンピュ
ータ等のグラフィック生成デバイスに送信して、ディスプレイのグラフィックを
制御する。したがって、入力部材に対する６自由度の動きや力は、グラフィック
画像を制御する、入力を代表する信号に変換される。

【００２６】連して定義される手動入力部材を含む。入力部材は、本発明者の上記同時係属出
願に記載されるような、ハウジング（基準部材）に関して動作可能なトラックボ
ールとすることができる。また代替的に、入力部材は、人間の手による操作に適
したいずれのハンドル、たとえばジョイスティックタイプのハンドルとしてもよ
い。いずれの場合にも、入力部材は、基準部材に対する手入力の６ＤＯＦを受容
し、変換器は、手入力から、センサを影響するよう作動または動作する。このセ
ンサは、出力信号として用いられるか、当該出力信号を処理等により生成する電ィスプレイ上の画像を少なくとも部分的に制御するのに適したものである。

【００２７】本発明の６ＤＯＦコントローラは、センサが、いくつかの実施形態において、
該して単一の平面、たとえば略平坦な可撓性の薄膜センサシートまたは回路基板
シートに配置されるような構造を提供する。平坦なシートに実装または配置され電気的に接続されたセンサを用いることで、非常に低コストのセンサおよび関連
センサ回路の製造、故障センサまたは導体の交換をシート全体の交換により行う
容易性、およびセンサについて個々に絶縁した電線をなくしたことによる信頼性
の向上という利点が得られる。

【００２８】て、回路およびセンサの高度に自動化された定義および配置の使用が可能となり
、結果として製造コストが削減され製品の信頼性が高くなる。センサ、好ましくｂｓｔｒａｔｕｍ）を使用することにより、多くの利点が得られる。これら利点
の一つは断面の小さな（ｓｈｏｒｔｏｒｌｏｗｐｒｏｆｉｌｅ）６ＤＯＦ
コントローラであり、もう一つは上記のとおり製造における低コストである。好
適な少なくとも一実施形態において、６ＤＯＦ用センサはすべて、１枚の略平坦
なシート部材、たとえば回路基板シートまたは薄膜センサシート上に配置されて
、導電性のトレースが、シートレースは、使用すべく選択されたセンサの種類に応じて電気をセンサに運ぶため
に、そしてセンサによって制御、整形または連絡された電気を電子プロセッサや
ケーブルアウトリード等へ導通するために用いることができる。

【００２９】６ＤＯＦコントローラの本実施形態に関して詳述されるとおり、センサおよび
導電性トレースは、非導電性プラスチックシート等の、概して平坦な可撓性の薄
膜センサシート材料上に製造可能である。次に当該シートを屈曲させて３次元の
形状、さらには広範な３次元センサ立体配座にしても、しなくてもよい。したが
って、シート支持センサ構造により、非常に低コストのセンサおよび関連センサ
回路の製造、故障センサまたは導体の交換をシート全体の交換により行う容易性
、およびセンサについて個々に絶縁した電線をなくしたことによる信頼性の向上
という利点が得られる。

【００３０】本発明は、広範な３次元の立体配座に個別に手で実装および配置された多数の
センサまたはセンサユニットを備える１個の６ＤＯＦ入力部材を有する６ＤＯＦ
コントローラに関する上記の従来技術の問題、および個別に絶縁された電線を個
々のセンサまたはセンサユニットに手で適用した配線の問題を解決する。これら
の問題を、本発明の６ＤＯＦコントローラは、主にシート支持センサ構造と、セ
ンサおよび導電性回路トレースを適用する際に少なくとも初めは平坦なシート上
の最も関連のある回路とを用いて解決する。当該シート回路およびセンサは、自
動製造に特によく適し、また、高速で簡易な検査点での（ｔｅｓｔ−ｐｏｉｎｔ
）修理と、故障が起きた場合の簡単な基板または「シート」ユニットの交換とに
よく適した構成である。センサおよび関連導電体を平坦なシート上に手で適用す
ることは本発明の範囲外ではないが、コストおよび信頼性の理由から、現在広く
用いられている自動製造工程の使用と比較した場合に、それほどの進歩とはいえ
ない。

【００３１】固定位置トレース導体、センサ、別個の電子部品および集積チップを備える回
路基板の自動製造は現在、たとえばテレビ、コンピュータ、ビデオおよびステレ
オの製造に広く用いられており、センサおよび電気部品のプラグインをコンピュ
ータ制御の機械とともに用いることが可能である。そして、さもなければ非導電
性である回路基板シートへの導電性トレース導体の適用は、自動機械を用いて行
われる。この機械中で、はんだ（ｓｏｌｄｅｒ）または導電性材料は、プリント
された溶融または未エッチング領域（ｆｌｕｘｅｄｏｒｎｏｎ−ｅｔｃｈｅ
ｄａｒｅａｓ）に粘着する。この領域において、電気接続または導電トレース
が望ましいが、他の工程が用いられる。平坦な可撓性薄膜センサシートの自動製
造は現在、ほんの少数の例を挙げると、コンピュータキーボード、プログラマブ
ルコンピュータキーボード、および家庭用電化製品のコントロールパッドに広く
用いられている。可撓性薄膜センサシートは現在、非導電性の可撓性プラスチッ
クシートを使用し、水平に置かれている当該シート上に導電性インクをプリント
して、回路導体および回路スイッチ（センサ）を定義することにより製造されて
いる。一般に、そして周知であると思われるが、可撓性薄膜上のプリントコンタ
クトスイッチは、通常のコンタクト対の分離を、３層のプラスチックシートを用
いて、第１のコンタクトを一方の外側シート上に、当該対のうち第２のコンタク
トを他方の外側シート上に、そして第３の内側シートが整列されたコンタクト対
を分離するという具合に行うが、内側のシートに小さな穴を設けることにより、
一方のコンタクトが当該穴を通して内側に押圧されて、対のうち他方の整列され
たコンタクトに接触し、よって回路を閉じる。プリント導電性インクの導電トレ
ースは、外側シートの各々にプリントされて、そのシートのコンタクトを接続す
る。また、コンタクトは通常、導電性インクによって定義される。この可撓性薄
膜センサ構造は、互いに積層された多数のシートから形成されるが、単一ユニッ
トとして機能するため、本明細書中では全体を薄膜センサシートと呼ぶ。プリン
ト導電性インクは、硬化後も可撓性のままであるか、可撓性のままであるよう配
合される。これにより、可撓性薄膜センサシートは、プリント回路が遮断される
ことなく屈曲可能となる。可撓性薄膜センサシートは、センサおよび関連回路の
適用の前または後に多くの形状に切断することができる。

【００３２】この教示、明細書および請求項の目的のために、「センサ（単数または複数）
」という用語は、単純なオン／オフ、オフ／オンのコンタクトスイッチだけでな
く、近接センサ、可変抵抗および／または容量センサ、ピエゾセンサ、可変電圧び光学センサやエンコーダ等といった比例（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）センサ
、そしてまた移動または力により影響される他の電気制御、整形または連絡デバ
イスをも含むものとみなされる。シート構造上に実装される可撓性薄膜、回路基
板およびセンサパッケージに直接適用されるセンサに組み込まれる感圧可変抵抗
材料は、比例センサとして非常に有用であり、かつ本明細書中で開示するタイプ
の６ＤＯＦコントローラにおいて望ましいことが予期される。

【００３３】この教示、明細書および請求項の目的のために、「操作する（ｍａｎｉｐｕｌ
ａｔｅ）、動作する、および変換器」という用語を定義することが重要である。

【００３４】「操作する」という用語とすべての均等物（操作した（ｍａｎｉｐｕｌａｔｅ
ｄ）、操作する（ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇ）、操作可能な（ｍａｎｉｐｕｌａ
ｔａｂｌｅ）、操作（ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ）、等）は、入力部材が６ＤＯ
Ｆにおいて基準部材に対して操作可能である状況で用いられる。これは、入力部
材またはハンドルが、６ＤＯＦにおいて３つの互いに垂直な軸に沿って線形移動
できるか、当該軸を中心に回転できることを意味するが、センサが活性化されて
いる（ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ）ことや、代表する信号をデバイスが出力している
ことを必ずしも意味するものではない。これは、入力部材またはハンドルが、そ
ういった方法で移動および／または回転ができることを意味するに過ぎない。入
力部材またはハンドルは、センサの活性化や、ハンドル操作を代表する情報の出
力を行う場合もあるし、行わない場合もある。６ＤＯＦにおいて「操作」され得
るハンドルとは、基準部材に対して線形移動および／または回転可能であること
を意味するに過ぎない。

【００３５】「操作する」及びその派生語全て（操作される、操作する、操作可能な、操作
等）は入力部材が基準部材に対して６ＤＯＦで操作可能という意味で用いられる
。これはハンドルが６ＤＯＦ内の三本の互いに直交する軸に沿って線状に移動、
あるいはそれらを中心に回転できることを意味し、必ずしもセンサが起動させら
れていることや装置が入力操作を示す出力を行っていることを意味するものでは
ない。

【００３６】「変換器」と、それに由来する語及び派生語（変換する、変換している、変換
された、変換等）は物理量電気量変換器の意味で用いられる。これが意味するも
のは現実世界の（ｒｅａｌｗｏｒｌｄ）物理または機械的移動及び／または入
力部材の回転（入力）を少なくとも一部で入力部材移動及び／または回転の性質
を表現する情報を保持する電気信号（出力）に変化（変換）する装置である。

【００３７】また、この教示、請求項を説明する目的において、「ジョイスティックタイプ
」コントローラーと「トラックボールタイプ」コントローラーという用語の定義
が必要である。「ジョイスティックタイプ」コントローラーと「トラックボール
タイプ」コントローラーは異なる二種類の手で操作される入力コントローラーを
表し、それぞれ手で操作可能な入力部材（ハンドルまたはトラックボール）を有
しており、それらの入力部材は基準部材（基部、軸またはハウジング）に対して
操作されるものである。これら二つのタイプのコントローラーの相違点は以下の
ようなものである：ジョイスティックタイプコントローラーの入力部材は６ＤＯ
Ｆにおいてまでは取り扱い可能もしくは操作可能であるが、入力部材の自由度が
基準部材に対し移動する（ｔｒａｖｅｌ）限られた範囲内での移動もしくは回転
するためだけのものであり；一方、トラックボールタイプの装置の入力部材は典
型的に球形をしているため、回転軸の周りの移動量（ｔｒａｖｅｌ）に制限はな
い。６ＤＯＦトラックボールタイプの実施形態は図面１から図面１０に示し、６
ＤＯＦジョイスティックタイプの実施形態は図１３から図３６に示している。

【００３８】本発明の主な目的は６ＤＯＦイメージコントローラー（物理量−電気量変換器
）を提供することである。上記６ＤＯＦイメージコントローラーは基準部材に関
して手で操作可能な一つの（ｓｉｎｇｌｅ）入力部材を有し、センサを概して単
一の領域あるいは少なくとも、概して平らな可撓性薄膜センサ（ｆｌａｔｆｌ
ｅｘｉｂｌｅｍｅｍｂｒａｎｅ）シートまたは回路基板シートといった平らな
領域（ｐｌａｎａｒｒｅｇｉｏｎ）上に搭載するといった利点を有する構成を
提供するものである。

【００３９】本発明の別の目的は使用が簡単な６ＤＯＦコントローラー（物理量−電気量変
換器）を提供することである。上記６ＤＯＦイメージコントローラーは基準部材
に関して手で操作可能な一つの（ｓｉｎｇｌｅ）入力部材を有し、センサ及び対
応する基板導体を初めに可撓性で実質的に平らなシート部材に取り付け、その後
曲げるかもしくは回路トレースルーティング（ｒｏｕｔｉｎｇ）及びセンサ位置
搭載に適した好ましい三次元の配置に変えて、三次元の配置でのセンサと協働し
て相互作用する構成を提供するものである。

【００４０】本発明の別の目的は使用が簡単な６ＤＯＦコントローラー（物理量−電気量変
換器）を提供することである。上記６ＤＯＦイメージコントローラーは基準部材
に関して手で操作可能な一つの（ｓｉｎｇｌｅ）入力部材を有し、センサと様々
なタイプの対応する回路とフラットシート部材（ｆｌａｔ）上に自動化された製
造工程で組み立て可能及び／または画定可能な位置的配置を用いることにより比
較的低コストで製造することが出来るという利点を備えている。

【００４１】本発明の別の目的は使用が簡単な６ＤＯＦコントローラー（物理量−電気量変
換器）を提供することである。上記６ＤＯＦイメージコントローラーは基準部材
に関して手で操作可能な一つの（ｓｉｎｇｌｅ）入力部材を有し、信頼性の高い
自動化された製造工程を用いてフラットシート部材上に製造することができると
いう利点を備えているので、間違った配線接続や低温または状態の悪いはんだ接
続等による組立上のエラーを無くすことができる。

【００４２】本発明の別の目的は使用が簡単な６ＤＯＦコントローラー（物理量−電気量変
換器）を提供することである。上記６ＤＯＦイメージコントローラーは基準部材
に関して手で操作可能な一つの（ｓｉｎｇｌｅ）入力部材を有し、フラットシー
ト部材（ｆｌａｔ）上に、センサ及び対応する回路を利用して製造することが出
来るので簡単なシートの交換で容易にそして低コストで耐久性の改善及び修復が
成されるという利点を備えている。

【００４３】本発明の別の目的は使用が簡単な６ＤＯＦコントローラー（物理量−電気量変
換器）を提供することである。上記６ＤＯＦイメージコントローラーは上記コン
トローラーが比較的低いプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）の入力部材で形成可能
な方法で構成され、販売のための梱包、様々な実施形態及び環境（他の周りのキ
ーに簡単にとどくようにキーボードに一体化されたロープロファイル（ｌｏｗ
ｐｒｏｆｉｌｅ）６ＤＯＦハンドル等）の操作、装置の機能（小さいハンドル形
状内に、アクティブ触角フィードバック（ａｃｔｉｖｅｔａｃｔｉｌｅｆｅ
ｅｄｂａｃｋ）手段の余地を残しておくこと等）といった点で多くの利点を提供
する。

【００４４】本発明の別の目的は６ＤＯＦコントローラーにおいて上記の目的を提供し達成
することであり、これは適用とセンサの選択の利点を見込んだものである。本発
明は電気的接点と同様に簡単な構成のセンサあるいは、より複雑な比例（ｐｒｏ
ｐｏｒｔｉｏｎａｌ）及び圧力感知可変出力センサ等で構成できる。プリント回
路基板は自動部品設置器（ａｕｔｏｍａｔｅｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｎｓｔ
ａｌｌｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を用いて基板にプラグインもしくは形成可
能な多様なセンサタイプの使用を非常に簡単にし、可撓性薄膜センサシートは可
撓性薄膜センサシート上にプリントもしくは配置されたコンタクト対や圧力感知
可変出力センサ（圧力感知可変抵抗）といった種々のセンサを利用することが出
来る。

【００４５】本発明の別の目的は６自由度のコントローラーにおいて上記の目的を提供し達
成することであり、多彩な複雑な動きいう利点を提供する。全ての直交する３軸
のデカルト座標（３軸の互いに直交する軸をここではヨー、ピッチ及びロール軸
（ｙａｗ，ｐｉｔｃｈ，ｒｏｌｌ）と称する）は軸に沿った動きまたは軸を下り
る力における線様式、および軸についての回転または力における回転様式という
二方向に解される。これらの線形及び回転解釈は三次元のあらゆる可能な解釈を
説明するあらゆる可能な方法で一緒にすることが出来る。

【００４６】これらは本発明のさらなる目的及び利点とともに以下の明細書及び図面によっ
てより理解されるだろう。

【００４７】

【発明を実施するための最適な形態】

ここで図全般に、特に本発明の原理を例示するトラックボールタイプの実施形
態９を示した図１〜１１について説明する。更に、本発明の原理を例示するジョ
イスティックタイプの実施形態は、補正の発明の好ましい実施形態として説明さ
れている。

【００４８】特に図１〜４に関し、トラックボールタイプ実施例９は、制御情報を出力する
手動操作可能な６ＤＯＦ制御器であり、本実施例では、矩形のハウジング１０は
、完全な６自由度有する手動操作可能シングル入力部材である、操作トラックボ
ールに関連する基準部材と想定されて示されている。図２、３は図１実施形態の
断面図であり、移動可能キャリッジ１４の少なくとも一部を支持し、保持かつ保
護可能であるハウジング１０うぃ示している。

【００４９】上の記載および図から既に理解されるように、キャリッジ１４はハウジング１
０内で少なくとも一部を支えられ、ハウジング１０に関連する全ての直線方向、
例えば、左、右、前、後ろ、上そして下と、それらの可能な組み合わせ方向に移
動可能または移動する構造を有している。更に、ハウジング１０は、図１〜３お
よび８で例示される６自由度制御器、または図９および１０にそれぞれ示した様
に、普通のハンドヘルドリモート制御ハウジングまたはコンピュータキーボード
ハウジングの様な他の機能的な装置のハウジング１０に特化し、６自由度により
提供されるハウジングに付加されるキーボード操作、カーソル制御、オン／オフ
、音量制御、チャネル制御などの機能を提供かつ含むことが可能である。ハウジ
ング１０は、車両または機械のコンソール制御の単数または複数のパネルに効果
的である。ハウジング１０は理論上任意にサイズ決めが可能であるが、もちろん
手動制御またはハンドヘルドを意図したトラックボール１２、キャリッジ１４の
任意の露出部分またはハウジング１０は、人間の手でインターフェースするのに
適したサイズとなり得る。ハウジング１０が、ハウジング壁を容易に利用して、
その壁上にキャリッジ移動留め具（キャリッジ移動を制限するための固定の壁ま
たは柱）またはセンサ作動器または図１０のキーボードハウジングに適したセン
サ支持物を配置できる程大きい場合、ここでハウジング側壁はある程度離れてお
り、これらの目的に特化した壁、パーティション、または柱は、図２に示される
様にハウジング１０内の任意の所望かつ有利な位置に配置される。ここで差動器
１００および１０４は、ハウジング１０の内部底、ハウジングの内部側壁内側か
ら上部垂直に伸張し、スイッチ／センサ作動器または例えば２個の近接したセン
サの第２の構成要素の様なセンサの第２の構成要素として、サポートまたは機能
する。本例では、差動器１００は前方センサ１０２と連帯して機能し、差動器１
０４は後方センサ１０６と連帯して機能する。図３はセンサ作動器１１６および
１２０または右センサ１１８および左センサ１２２用押し板として、ハウジング
１０の側壁の使用する例を示している。ほとんどすべての用途におけるハウジン
グ１０は、コスト、重量および強度を考慮した剛性または半剛性プラスチックか
ら形成されているが、他の材料が機能的に適する場合もある。

【００５０】本発明の範囲内で、キャリッジ１４の機能は多数の構造を備えられることに留
意しなければならないが、図ではキャリッジ１４は下部部材２０および下部部材
２０の上に位置する上部部材２２を含む様に示されている。本例において、下部
部材２０は回路基板の様な剛性シート部材として示されているが、しかし、剛性
シートがシート部材上に固着した導電性回路掃引線形態の回路を少なくとも有す
る可撓性薄膜センサシートをサポートする様に構成されてもよい。本例の下部部
材２０および上部部材２２は、各々が板状の矩形で、お互いに間隔を有する並列
関係で、垂直に配置された剛性接続ポスト２４を介してお互いに接続されている
。下部部材２０および上部部材２２は、剛性プラスチックの様な剛性材料である
ことが好ましい。接続ポスト２４は、上部部材２２と一体化成形可能で、下部部
材２０の貫通孔にはめ込んだ各ポスト２４のマッシュルームヘッド形状のはめ込
み接続終端を利用して、または部材２０の貫通孔を上部に通り、ポスト２４の底
終端の孔に係合されるねじで下部部材２０に接続される。接着剤または粘着剤が
、接続ポスト２４を下部部材２０に接続するために用いられる。通常の４つの接
続部材２４は、図１の点の輪郭線で示された様に使用されるが、ポストは２つの
壁等の同等の構造で用意に代替え可能である。それから、別個の下部部材２０が
下部部材２２に取り付けられたことにより、上部部材２２に処置をしなくとも、
部材２０が各側に平坦に、より適した形状および構造で、回路掃引線およびセン
サは自動機械装置を利用して提供可能である。上部部材２２には、トラックボー
ル１２が存在し、部分的に貫通して伸張する開口２６を含んでいる。開口２６は
、その底端にねじ切りを有する様な構造のコレット１６と係合するために、環状
の突出リップまたはねじ合いリング２８の様なリングを含むか、または図８に示
すように如何なる突出リップまたは伸張するコレットも存在しない開口かもしれ
ない。ここで、トラックボール１２は、上部部材の貫通孔２６を上部に伸張する
様に示されている。トラックボール１２は、同様にキャリッジ１４から上方に伸
張したアームを利用することで、コレット１６を用いること無しに、多くの部分
（５０％以上）露出可能で、部分的に露出したトラックボール１２は、すべての
直線移動の同調にトラックボールを保持ための手段である。コレット１６は、利
用する場合、人間の手でキャリッジ１４、したがってトラックボール１２を所望
の任意の方向に移動させることを可能とする、容易にグリップする部材として機
能するが、コレット１６を利用しない場合は、トラックボール１２を手の指でグ
リップして、同様にキャリッジ１４を任意の直線方向へ移動させることができる
。グリップ可能なコレットを用いない場合、トラックボール１２の露出部分は、
バスケット選手が片手または指でバスケットボールをグリップする様に、指でグ
リップして任意の直線方向に力を与えるために利用可能である。

【００５１】キャリッジ１４の下部部材２０は、車輪、ローラ、ベアリングあるいはスライ
ド部材、さもなければ自由に球状回転する方法でトラックボール１２のサポート
を援助するなめらかな表面を物理的にサポートしていることが好ましい。図示し
た例において、偏揺れ角、ピッチ、ロール軸について、トラックボール１２の回
転、方向、回転総量を検知するために、下部部材２０の上面に手動で取り付けら
れた３つの直立した符号器１２４、１２６、１２８は、トラックボール１２が支
えらている回転可能な車輪を含んでいる。ほとんどの用途において、トラックボ
ール１２の重量およびその符号器の回転可能な車輪を支える範囲内の最も通常の
位置は、符号器車輪とトラックボール１２との間の十分な摩擦係合を引き起こし
、トラックボールの回転は、トラックボールが回転する軸に依存する１つまたは
複数の符号器を回転させる。伸張コレットを用いる場合、キャリッジ１４および
コレット１６の構造は、トラックボール１２に適合するのに十分接近しており、
キャリッジ１４、コレット１６およびトラックボール１２との間の直線運動の実
質的な連係をなしている。言い換えれば、トラックボール１２の直線運動は実質
上キャリッジ１４およびコレット１６の直線運動と同等である。図２またはいく
つかの他の図に示されたコレット１６は、キャリッジ１４に支持または固定され
、それと共に移動するため、（詳述された）固定または回転可能なコレットはキ
ャリッジ１４の一部と見なせることに留意されたい。前述の様に、キャリッジ１
４はハウジング１０へのすべての相対直線方向の移動を可能にするための構造で
支持されている。例えば左右は本例のピッチ軸に沿っての直線移動であり、前後
は本例のロール軸に沿っての直線移動であり、上下は本例の偏揺れ角軸に沿って
の直線移動である。それらの可能な組み合わせにおいて、センサはキャリッジ１
４のハウジング１０への相対直線移動の関連した情報を検出かつ提供（出力）す
るように位置づけされる。トラックボール１２およびコレット１６は、キャリッ
ジ１４と直線移動するめにリンクされるのは明らかであり、トラックボール１２
はハウジング１０へのすべての相対方向において直線移動することができる。こ
こで、ハウジング１０は基準部材と見なされる。キャリッジ１４はハウジング１
０へ相対的に回転可能でない方が好ましい。それは、３つの互いに垂直な軸（図
７参照）に対する回転解釈はヨー、ピッチおよびロールについてのトラックボー
ルの球形の回転を検知するために、トラックボール１２および符号器１２４、１
２６、１２８を介して提供されるからである。それゆえ、キャリッジ１４は、キ
ャリッジ１４をすべての方向に直線に移動可能な方法および適切な構造で支持ま
たは保持されるものが好ましく、しかし、ハウジング１０に相対的な軸回転を防
ぎ、故意にキャリッジ１４が回転しないことが望まれる場合にトラックボールが
回転することができ、符号器（または利用されるすべての回転するセンサ）は回
転する。これは望ましくない態様であるが、キャリッジ１４はその回転軸の制限
を可能にする方法で支持される場合、本発明の範囲内と見なされる。

【００５２】しかし、キャリッジ１４を任意の直線方向に移動できる様に物理的に支持する
構造は、恐らく多くの構造上の取り合わせで完成するとが可能である。２例を示
す。第一の例は図１〜４、第二の例は図６に示す。キャリッジ１４に関し、リタ
ーンツウセンタ態様が存在し、リターンツウセンタに関連する中心がゼロになり
、大きな線形センサが起動しないことが好ましい。このリターンツウセンタおよ
び中心ゼロは、恐らく多数の構造によって完成することが可能であるが、たやす
く理解でき、それゆえ良好な例となる１つの構造は、情報出力用キャリッジ線形
センサとして、単にＯＮ／ＯＦＦスイッチを利用するこであり、そのスイッチは
外部ばねの起動ボタンを備えている。ここで、キャリッジ１４はスイッチに１つ
逆ってスイッチを起動する位置（１組の電気的開閉）まで押すことができ、もち
ろん電流の流すまたは流れを止めることでこの事象に関する情報を送信または出
力する。キャリッジ１４により押し下げられるボタンばねはユーザが特定のスイ
ッチに対する圧力を解放すると、キャリッジ１４を中心およびゼロ位置まで押し
戻す。更に上述の様に、ばねを用いるオン／オフスイッチはキャリッジ１４から
の圧力により起動される検出可能クリックあるいはスナップを生成するタイプで
あり、これは通常スナップスイッチが利用可能である。それからこのクリックま
たはスナップがユーザに感じたり、聞くことが可能で、それゆえユーザは、スイ
ッチの起動または非起動を警告する情報を提供することが可能である。無音タイ
プのセンサが使用される場合、センサではないスナップまたはクリック機構は、
もちろん設置することができ、触知可能または可聴の信号でセンサ起動または非
起動を指示することが望ましい。

【００５３】図２および図３を参照すると、拡張フォームラバー３０が、ハウジング１０の
底面内部に対して、キャリッジ１４の下側部材（ｌｏｗｅｒｍｅｍｂｅｒ）２
０の真下に配置されて示される。上記のスナップスイッチまたはスプリングバイ
アススイッチ（ｓｐｒｉｎｇｂｉａｓｅｄｓｗｉｔｃｈ）は、フォームラバ
ー３０と共に使用することができる。フォーラムラバー３０は弾性的に圧縮可能
であり、したがってばね性材料である。フォームラバー３０および圧縮コイルば
ねや板ばね等の他のばね材料をフォームラバーの代わりに使用することも考えら
れるが、フォームラバーは上手く機能し、安価で、容易に入手可能で、成形およ
び切断が容易である。ハウジング１０の下側内部から吊り下がった引張ばねの上
にキャリッジ１４を取り付けることも考えたが、これは、図示し説明したフォー
ムラバーを使用するのと比べて過度に複雑な構造になるように思われる。図２お
よび図３の例のフォームラバー３０は長方形で、３２の部分で中央が切り抜いて
ある、すなわち開口しているため、下側部材２０の下側に取り付けられて示され
る下向センサ（ｄｏｗｎｓｅｎｓｏｒ）１１０は、センサ１１０の下に位置す
る下向センサ１１０とのみ相互作用するアクチュエータ１０８と相互作用するこ
とができる。下向センサ１１０のためのアクチュエータ１０８は、ユーザがキャ
リッジ１４を押下してセンサ１１０を作動させたいときに、キャリッジ１４が左
右のどこに移動しても、下向センサ１１０に接する、すなわち下向センサ１１０
を作動させることができるような寸法になっている。フォームラバー３０が圧縮
可能であるため、ユーザはトラックボール１２またはコレット１６を押下する、
すなわちキャリッジ１４の露出した上面（上側部材２２）がキャリッジ１４を押
下して下向センサ１１０を作動させることができる。このように押下することで
フォームラバー３０は圧縮され、ユーザが下方への圧力を解除すると、弾性であ
るフォームラバー３０はキャリッジ１４を再び押し上げ、下向センサ１１０の作
動を中止させ、キャリッジ１４を中心のゼロ位置へと移動させる。図２および図
３に示される例のフォームラバー３０は長方形で、下側部材２０より全ての寸法
がわずかに大きいため、フォームラバー３０は、下側部材２０（キャリッジ）に
固定されるように、接着剤または機械的な留め具等により下側部材に貼り付けら
れる。フォームラバー３０は下側部材２０よりわずかに大きいため、フォームラ
バー３０は下側部材２０の全外周から左右にはみ出している。フォームラバー３
０のこの拡張部分は、図２に示されるように左右に示され作動中のセンサ１０２
、１０６の前にあるアクチュエータ１００、１０４（または、ある状況ではハウ
ジングの側壁１８）に押し付けられるスプリングバンパ（ｓｐｒｉｎｇｂｕｍ
ｐｅｒ）として機能する。これは、図３では、左右に示され作動中のセンサ１１
８、１２２の前のハウジング１０の側壁１８に押し付けられて描かれる。ユーザ
が押し付ける圧力を解除すると、圧縮されたフォームラバー３０は、通常部分的
に拡張した状態にあり、圧縮されてから元に戻ることができるので、キャリッジ
１４を中心のゼロ位置へと押し戻す。図２に示される上向センサ（ｕｐｓｅｎ
ｓｏｒ）１１４は、下側部材２０の上面に取り付けられて示され、キャリッジ１
４の重さは、通常は、ユーザが引き上げる圧力を解除するとキャリッジ１４とセ
ンサ１１４をそのアクチュエータ１１２から下方へ引き離すのに十分であるが、
大気圏外等で重さや重力が不十分であるかまたは得られない場合にキャリッジ１
４を押下してセンサ１１４の作動を中止させるために、ハウジングの上部パネル
の上面と上側部材（ｕｐｐｅｒｍｅｍｂｅｒ）２２との間にフォームラバーパ
ッド等のばねを配置することも考えられる。上向センサ１１４のアクチュエータ
１１２は、ハウジング上部の下面から吊り下げられて図示され、所望の場合には
ハウジング１０と一体的な構成部品（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）として形成される部
材である。上向センサ１１４のためのアクチュエータ１１２は、キャリッジ１４
上に取り付けられたスナップスイッチがぶつかるかまたは押し付けられる単なる
プレートまたはパネルであってよく、またはセンサの第２の構成部品であるか、
または２つの隣接するセンサの第２の構成部品等のセンサの第２の構成部品を支
持するものであってよく、これは概して、図示し説明する全てのアクチュエータ
に当てはまる。また、キャリッジ１４がいかなる許容範囲の最端部に移動しても
有効であるように十分に大きいかまたは適切に配置されなければならない、とい
うことも、図示し説明する全てのアクチュエータに概して当てはまる。

【００５４】図２ないし図４において、ハウジング１０の上面の下にトラックフレーム３４
が配置される。トラックフレーム３４は、ハウジング１０内で垂直方向に自由に
移動することができ、キャリッジ１４が垂直に移動してアップまたは下向センサ
１１４、１１０を作動させることができる。さらに図２および図３から、キャリ
ッジ１４は、ハウジング１０およびアクチュエータ等のハウジング１０内の構成
部品に対して、図示の例ではわずかしか移動していないが、あらゆる直線方向に
移動できるような寸法に形成されている。１つまたは複数のセンサを作動させる
ための、中心ゼロからの直線移動は小さいほうが好ましいが、所望であればその
距離は大きくすることもできる。トラックフレーム３４は、キャリッジ１４の軸
方向の回転（ａｘｉａｌｒｏｔａｔｉｏｎ）を確実に防ぐように利用できる構
造である。図２および図３のフォームラバー３０は、その四辺を両壁またはアク
チュエータまたはその両方の間に密接に配置されており、通常、キャリッジ１４
のための逆軸方向の回転（ａｎｔｉ−ａｘｉａｌｒｏｔａｔｉｏｎ）構造とし
て十分な程度に役割を果たすが、キャリッジ１４の軸方向の回転をより確実に防
ぐために、トラックフレーム３４または類似の構造が使用される場合がある。図
４に示すように、トラックフレーム３４は、中心が空いた長方形のフレームで、
その中に上側部材２２がスライド可能に（ｓｌｉｄａｂｌｙ）保持される。フレ
ーム３４の２つの対向する側面が、２つの平行に固定された壁の間に、それらに
接してスライド可能に配置される。２つの平行に固定された壁は、ハウジング１
０の側壁１８またはこの目的のために特別に設置された仕切りであってよい。こ
の構成における下側部材２０は、フォームラバー３０上に配置することにより支
持され、上側部材２２がたとえば前後に押された場合、フレーム３４は壁１８間
をスライドするであろう。フレーム３４はまた、壁１８間を上下にスライドしな
がら移動するが、密接している（ｃｌｏｓｅｆｉｔ）ため、フレーム３４が壁
１８間を軸方向に回転することはない。図２および図４に見られるように、上側
部材２２は、フレーム３４の２つの対向して配置されたＵ字型のトラック側面間
に、縦方向にきっちりとしかしスライド可能にはまっているが、図３および図４
に見られるように、フレーム３４の幅より狭い。そのため、上側部材２２が（た
とえば）前後に押されると、フレーム３４と上側部材２２との間はこの方向にお
いては密接しているため、上側部材２２がフレーム３４を押す。また、上側部材
２２が（たとえば）左右に押されると、フレーム３４は平行の壁１８に密接して
いるためにこれらの方向に移動できないため、フレーム３４のＵ字型トラック部
分においてスライドする。上側部材２２が上下に移動すると、トラックフレーム
３４もまた上下に移動し、キャリッジ１４およびトラックボール１２のバランス
も移動する。この例においては、上側部材２２および下側部材２０はコネクティ
ングポスト（ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｐｏｓｔ）２４に固定されており、部材２
０および２２はキャリッジ１４の構成部品を構成しており、コレット１６または
トラックボールまたはその両方、またおそらくは前述の上側部材２２の露出部分
に手で力を加えることにより、キャリッジが手動で直線的に（ｌｉｎｅａｒｌｙ
）制御される、ということを覚えておくべきである。キャリッジ１４とトラック
ボール１２はハウジング１０から独立して移動するため、スペース３６または隙
間（ｃｌｅａｒａｎｃｅ）は、キャリッジ１４を横方向に移動させるために、ト
ラックボール１２を包囲するハウジングの上部と、キャリッジ１４またはコレッ
ト１６との間に設けられる、ということに留意されたい。スペース３６または割
れ目（ｃｒａｃｋ）は、埃（ｄｅｂｒｉｓ）が入らないように可撓性または弾性
（ｒｕｂｂｅｒｙ）材料、または任意の適当なブーツまたはシール構成（ｓｅａ
ｌａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）で覆われてよく、またはスペース３６（割れ目）
は、埃を集めにくくするために、狭小に保たれて（製造されて）よい。

【００５５】図６にフォームラバー（ｆｏａｍｒｕｂｂｅｒ）を用いた別の例を示す。図
中、フォーム３０はハウジング１０内のステーショナリーシェルフ（ｓｔａｔｉ
ｏｎａｒｙｓｈｅｌｆ）３８の上に位置し、フォームラバー３０上にある上部
部材（ｕｐｐｅｒｍｅｍｂｅｒ）２２のすぐ下に位置している。フォームラバ
ー３０は図面からも解るようにシェルフ３８を超えて内部へ向かって延在してい
る。フォームラバー３０の最も内側の端はキャリッジ１４の垂直なコネクティン
グポスト２４に当接している。上部部材２２の下側とシェルフ３８の上部との間
にあるフォームラバー３０によって支えられるキャリッジ１４は、あらゆる線形
方向に移動させることができ、またコネクティングポスト２４と接し、図示され
るように、ハウジング壁の内側に当接しているフォームラバー３０は、図２およ
び図３の場合に示される構造配置（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｒｒａｎｇｅｍｅ
ｎｔ）のような、中心復帰（ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｃｅｎｔｅｒ）配置およびゼ
ロ復帰（ｒｅｔｕｒｎｔｏｎｕｌｌ）配置として機能する。この例におけるシ
ェルフ３８はハウジング１０内部の側壁全てに接するか、キャリッジ１４の周辺
に位置するいくつかの弾性フォーム（ｒｅｓｉｌｉｅｎｔｆｏａｍ）の下に少
なくとも位置しなければならない。なお、上部部材２２上の隙間（ｃｌｅａｒａ
ｎｃｅ）およびハウジング１０上部の内部表面には、キャリッジ１４が上方へと
移動できるように、アップセンサ（ｕｐｓｅｎｓｏｒ）１１４を作動させる（
ａｃｔｉｖａｔｅ）引き作用（ｐｕｌｌｉｎｇａｃｔｉｏｎ）が与えられなけ
ればならず、フォームラバーのようなキャリッジ１４を支持する部材はキャリッ
ジ１４が移動し、キャリッジ１４における上方への引き圧（ｐｕｌｌｉｎｇｐ
ｒｅｓｓｕｒｅｏｎｃａｒｒｉａｇｅ１４）の終了後、アップセンサ１１
４の作動をクリアにすることができるようにする必要がある。この原理は本発明
の全実施形態ではないにせよほとんどの実施形態において適用される。

【００５６】ある任意の配置を簡単に説明するために図５〜図６を参照する。図１から図３
の実施例において回転不能に上部部材２２に固着（ａｆｆｉｘ）される場合とは
対照的に、この場合はコレット１６が上部部材２２に回転可能に取り付けられ、
コレット１６は手動でトラックボール１２の周りを回転できる。少なくともある
ユーザにとっては、少なくともヨー中心の回転に関してはトラックボール１２を
回転させる場合に比べると、図５から図６における回転可能なコレットは、ヨー
軸を中心とする回転を行うためのより簡単なプロセスであってよい。回転コレッ
トは図５のように３６０度回転可能であるか、または図６のように部分的にのみ
回転可能であってよい。その場合はコレット１６は複数位置振り子型センサ（ｍ
ｕｌｔｉｐｌｅ−ｐｏｓｉｔｉｏｎｒｏｃｋｅｒｓｔｙｌｅｓｅｎｓｏｒ
）１５８等により制限されて短い弧を前後移動することしかできない。図５から
図６に示される双方のコレット１６は、例えば１７０に示される舌部および溝部
の遊び嵌め接続を介して上部部材２２に接続される。舌部は上部部材２２の上方
への延長部分（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）であり、溝はコレット１６の構成要素であ
って舌部の上から係合する。図５では光学エンコーダ１６８がコレット１６の最
下部と接触するセンサの例として図示され、コレット１６のいずれかの方向への
回転がエンコーダ１６８の光学ホイール（ｏｐｔｉｃａｌｗｈｅｅｌ）を回転
させ、このことはコレット１６最下部周辺の歯車（ｇｅａｒｔｅｅｔｈ）と噛
み合うエンコーダ１６８の駆動ホイール（ｄｒｉｖｅｗｈｅｅｌ）の外側表面
の周囲にある歯車によって達成され、またエンコーダはコレット１６のヨー軸を
中心とする回転方向および回転数を示す情報を出力する。図６では振り子型（ｒ
ｏｃｋｅｒｓｔｙｌｅ）センサアセンブリ１５８はＴ字型の部材を含み、コレ
ット１６の下側の溝内に係合する垂直センターアーム１６０を有し、Ｔ字型の部
材は下方の中心（ｌｏｗｅｒｃｅｎｔｅｒ）において軸支的に支持されるので
、相対して配置された横方向の２つのアーム１６２は、コレットの回転方向に応
じて軸支的に上下移動し、下部部材（ｌｏｗｅｒｍｅｍｂｅｒ）２０上に搭載
して示した負のセンサ１６４を示す方向および正のセンサ１６６を示す方向と相
互作用することができる。負のセンサ１６４および正のセンサ１６６は簡単なオ
ンまたはオフスイッチであってよく、あるいは、例えば抵抗変化（ｒｅｓｉｓｔ
ａｎｃｅｃｈａｎｇｅ）を介して電圧を変えることによるか、または圧電性物
質等のような電気出力（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｏｕｔｐｕｔ）を変えることに
よるなどで、コレット１６が回転した方向に加えてその度合い（ｄｅｇｒｅｅ）
または圧力を示す、より高性能なセンサであってよい。回転可能なコレットが使
用される場合、センサは上述のようにコレット１６の回転を検知するのに用いら
れるが、トラックボールのヨー軸を中心とする回転を検知するための、トラック
ボール１２と交信する（ｉｎｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈ）依然と
して有するセンサ（エンコーダ）を除外せず、これによってユーザはヨーを中心
にトラックボールを介して回るか、または回転可能なコレットを介して回るかが
選択できるであろう。さらに、トラックボール１２の入力部材は前述したように
６つのすべての軸で読み取り可能（ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｂｌｅ）であってよく
、回転可能なコレットはソフトウェアの設計者またはエンドユーザが望み得るあ
らゆる用途のための付加的な第２の入力部材として機能してよい。

【００５７】すべての回路、スイッチ、およびセンサがキャリッジ１４上、より詳細にはシ
ート部材である下部部材２０上に取り付けることが最も望ましく、このことは製
造時に低コストを保つための利点である。本発明がインターフェースし、また少
なくとも部分的に制御しようとする本コントローラ、かつ電子機器および／また
はソフトウェアおよびホストグラフィックス画像生成装置（ｉｍａｇｅｇｅｎ
ｅｒａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅ）の電子機器で利用されるセンサのタイプと性能
に応じて、下部部材２０に取り付けられたオン／オフスイッチと連結する可撓性
の導線（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）があってよく、この可撓
性の導線は、下部部材を残して、ホスト画像生成装置と連結可能なコード１５６
を通ってハウジング１０を出るようにさせるか、または下部部材２０上の回路を
残して、ハウジング１０上に取り付けられた、線形モーメント（ｌｉｎｅａｒ
ｍｏｍｅｎｔ）および回転情報を赤外線または無線信号などを介した無線通信を
介してホストデバイスと通信するための電磁性の放射のエミッタ（図示せず）に
連結させる。下部部材２０はセンサ、集積およびまたは離散電子コンポーネント
を上に有するプリント回路基板であってよく、図２ではアプリケーション特定集
積回路チップが１３０で示され、それは計算、符号化、記憶、信号翻訳（ｓｉｇ
ｎａｌｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）、例えばアナログ−デジタル変換、ホスト装
置への通信のためのデータフォーマット、直列および／または並列通信インタフ
ェースおよび、類似のステップまたはプロセスのために使用されることができよ
う。本発明が主にデスクトップ型パーソナルコンピュータに用いるために構成さ
れる場合、特定回路および本発明の上または中に形成される電子機器は、例えば
対話式テレビまたはテレビベースの電子ゲームを用いて使用するために主に構成
された場合とはおそらく異なるであろう。電子機器またはセンサまたは出力信号
のために必要なあらゆる電力は、ハウジング１０内のバッテリーによって、また
は接続コードを介するか、あるいは他の適宜ないかなる電力源からも供給されて
よい。電力入力（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｏｗｅｒｉｎｐｕｔ）の結合が使
用されてよく、これはコントローラが設計された特定の用途次第であろう。

【００５８】前記のように、ハウジング１０は各種形態であってよい。図８は特にキャリッ
ジ１４とトラックボール１２用に構成されたハウジング１０を示しており、テー
ブルや机のような支持面上に置かれた状態で使用される。これは、コンピュータ
で使用されるマウスに代替するものとして使用することができる。オプショナル
の拡張部（ｏｐｔｉｏｎａｌｅｘｔｅｎｄｉｎｇｐｏｒｔｉｏｎ）１４２は
点線でその外形が示されており、この上に手首や前腕が置かれるように人間工学
的設計がなされている。図８に示す実施形態には、二つの親指選択スイッチ１４
４と、二つの指選択スイッチ１４６（二次的入力部材）が示されており、これら
はトラックボールやマウス、あるいはジョイスティックでよく見られるように、
機能選択スイッチとしての使用のために具備されてもよい。有用なハウジング１
０のさらなる例が図９に示されており、ユーザが本発明に係わるコントローラを
用いてグラフィック・イメージを制御する際にユーザの手で持てる大きさ及び形
状のハンドヘルドハウジング１０が示されている。この本発明の「リモートコン
トロール」形式のものは、長尺の可撓性の導線（ｆｌｅｘｉｂｌｅｃｏｎｄｕ
ｃｔｏｒ）を用いて直接にホストグラフィックイメージ生成装置（例えばコンピ
ュータやテレビなど）に接続されてもよいが、１３８で示される電磁放射によっ
てグラフィックス生成装置に情報を送信するワイヤレスリモートコントローラで
あるのが好ましい。図９に示すリモートコントロールはコンパートメント１３４
に電池の入った電池式のものであり、内部の電子機器のプログラミングを可能と
するために１３２で示されるスキャン又はプログラムウィンドウを備えていても
よい。この形式のものは、通常バーチャルリアリティ表示と呼ばれているインタ
ラクティブテレビやインタラクティブ三次元表示用として特に有用性が認められ
るものであり、最も典型的にはオンオフ、音量、チェンネル選択、特殊機能その
他の制御用に機能キー１３６が付設されている場合が多い。

【００５９】図１０はそれらを具備していることを除けば比較的従来のものに近いコンピュ
ータ用のキーボード内に設けられたキャリッジ１４とトラックボール１２（実施
形態９）を示す。実施形態９では矢印キーパッド（ａｒｒｏｗｋｅｙｐａｄ）
を代替するものとして示されているが、実際にはこれはキーボード１４０内の別
の場所に内蔵されていてもよい。後述で明らかになるように、開示される実施形
態１７２と２００についても、コンピュータなどのキーボードに内蔵されてよい
ことを理解されたい。

【００６０】図１１はグラフィックイメージ生成装置の例としてデスクトップコンピュータ
１４８を示しており、そのディスプレイ１５０（コンピュータモニタ）には立方
体１５２が三次元的に示されている。１５４に示すのは電磁信号受信窓であり、
図９に示されるような本発明のワイヤレス通信形式のものを通じて送信される信
号を受信するためのものである。代替的には、必要に応じて通常のキーボード操
作や、必要に応じて本発明の６自由度コントローラ（ｓｉｘｄｅｇｒｅｅｏ
ｆｆｒｅｅｄｏｍｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を用いたグラフィックイメージ制
御を可能とするために、図１０のキーボード１４０は可撓性の導線のセット１５
６と通じてホストイメージ生成装置に接続されていてもよい。

【００６１】次に図１２を参照すると、本発明のジョイスティック形式の実施形態１７２の
部分的端面断面図が示されている。一体成形やキャスティング、あるいは接着剤
やネジを用いた接続などの適当な接続構成により、手で持たれる長尺のハンドル
１７４がボール１２の露出した部分に掛けられるということ以外は、実施形態１
７２は図１から３に示されたトラックボール形式の実施形態のものと同様の構成
であってよい。実施形態１７２においては完全な６ＤＯＦが実現されており、ユ
ーザはハンドル１７４を握り、ハンドル１７４に直線的あるいは回転的な力を加
えることによってキャリッジ１４とトラックボール１２をコントロールすること
ができる。実施形態１７２においては、入力部材はハンドル１７４、基準部材は
ハウジング１０であると見なされる。実施形態１７２において、ハウジングは例
えば図８、９及び１０に示されるようなハウジング１０といった様々な形状、大
きさのものであってよい。

【００６２】ここまでの説明した時点においては、当業者ならば本発明の実施形態の少なく
とも１つを構築及び使用し、さらにはむやみに実験を行わずとも本発明に係わる
トラックボールやジョイスティック形式の実施形態のものを構築、使用できると
思われるであろう。しかし、ここで本発明の広範な範囲をより明らかにするため
に、本発明に係わるジョイスティック形式の実施形態の更なる例について以下説
明する。

【００６３】図１３から２１はジョイスティック型実施形態の変形例である、手で操作され
るイメージ制御用の６ＤＯＦの物理量／機械量−電気量変換器（ｐｈｙｓｉｃａ
ｌ／ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
）を示している。前記変換器においては、６軸全てが二方向的、機械的に、各軸
を示すそれぞれのセンサに純粋に変形されている。さらなる実施形態２００は、
ハンドル２０２内に配置される必要なセンサを全て教示している。実施形態２０
０はさらに、６ＤＯＦコントローラ装置の必要なセンサ全てについて、一枚のシ
ート上にとりうる配置を可能とする構成について教示している。

【００６４】図１３は本発明のジョイスティック形式の実施形態２００を示す分解組立図で
あり、薄膜センサシート２０６の使用を可能にする構成を示している。ジョイス
ティック型ハンドル２０２（上ハンドル部２０２．２と下ハンドル部２０２．１
からなる）として示される入力部材の、シャフト２０４として示される基準部材
に対する全６ＤＯＦ操作は薄膜センサシート２０６上の特定の部位にトランスレ
ート（ｔｒａｎｓｌａｔｅ）される。

【００６５】図面の底部にはシャフト２０４が示されており、これは様々な多くのベース状
（ｂａｓｅ−ｔｙｐｅ）その他の構成物に取り付けられてもよいし、取り付けら
れなくてもよい。シャフト２０４は説明上、ほぼ円筒状で、偏揺れ軸（ｙａｗ
ａｘｉｓ）に沿ってほぼ位置決めされているように描かれている。シャフト２０
４は、薄膜のテール、配線あるいは電気的接続部材の通過を可能とするために実
質的に中空であり、射出成形されたアセタールプラスティックまたは鋼板のよう
な、一般に剛性かつ強度の高い材料からなる。シャフト２０４はその一端に短く
突き出した台座２１０を有し、その台座２１０にはピボット玉２０８が固定され
ている。シャフト２０４はまたヨー・スライドレール（ｙａｗｓｌｉｄｅ−ｒ
ａｉｌ）２１２を有している。スライドレール２１２は偏揺れ軸を中心にトラン
スレータ２１４がシャフト２０４に対して相対的に回転することを防ぎつつ、偏
揺れ軸上でトランスレータ２１４が上下に動くことを可能にする構成部材である
。当業者であれば、本開示を読んだ上で、ここに特に描かれ、説明された構成に
ついて多種多様な変形が可能であることが容易に理解されよう。例えば、シャフ
ト２０４が円筒状ではなく正方形状であればスライドレール２１２は不要であろ
う。

【００６６】シャフト２０４を実質的に囲んではいるが、これに直接に接続されていないの
が下ハンドル部２０２．１である。下ハンドル部２０２．１は実質的に剛性な材
料から成り、円形の縦に短い外壁を有し、ハンドル２０２のシャフト２０４に対
する動きを可能とするためにそのほぼ平底の中央に大きな円形の切り欠き部が設
けられている。下ハンドル部２０２．１は好ましくはネジで上ハンドル部２０２
．２に固定されているので、この二つの部材が一体的に、本実施形態における他
の全ての部材を包容するハンドル２０２を構成する。下ハンドル部２０２．１の
平底は、第１キャリッジ部材２１６のほぼ平らな下面に対して、ピッチ及び横転
軸に沿って水平にスライド可能となっている。第１キャリッジ部材２１６はその
中心にその端部とともに示された開口部を有し、これはトランスレータ２１４の
雄型球状部分と回転可能かつスライド可能に結合する雌型球状部分の平面的切り
欠きを形成する。トランスレータ２１４は縦方向に雌型円筒状開口部と、上述し
たようにシャフト２０４と結合するためのヨー・スライドレール・スロット（ｙ
ａｗｓｌｉｄｅｒａｉｌｓｌｏｔ）２１３を有している。トランスレータ２
１４はさらにその上端部に、それぞれ反対方向に配置された二つの偏揺れ防止タ
ブ（ａｎｔｉ−ｙａｗｔａｂ）２１８を有しており、これらはピッチ軸と横転
軸で規定される水平面上にほぼ存在している。偏揺れ防止タブ２１８は、キャリ
ッジ部材２１６に固定、好ましくはそれと一体的に成形された立ち上がりポスト
（ｒｉｓｉｎｇｐｏｓｔｓ）２２０により形成されたほぼ鉛直なスロット内に
収まる。偏揺れ防止タブがスロット内で動作し、またトランスレータ２１４の雄
型球状部分がキャリッジ部材２１６の雌型球状部材と結合することの機能的結果
により、トランスレータ２１８がシャフト２０４に対して実質的に非回転不可能
に支持されているのに対して、キャリッジ部材２１６がトランスレータ２１４と
一般的基準部材シャフト２０４の両方に対して、偏揺れ軸では回転可能ではない
が、ピッチ及び横転軸で回転可能である、という機械的結果がもたらされる。立
ち上がりポスト（ｒｉｓｉｎｇｐｏｓｔ）２２０は第１のキャリッジ部材をネ
ジ、スナップ締めコネクタやその他の接続手段で第２のキャリッジ部材２２２に
固定的に接続する。第２のキャリッジ部材２２２は本実施形態の任意の変形例に
おいては、必要なセンサ全てを支持する回路盤シートであってもよいが、図１３
の実施形態に示されるように、支持シートは薄膜センサシート２０６の形成的・
支持的バッキング（ｆｏｒｍａｔｉｖｅａｎｄｓｕｐｐｏｒｔｉｖｅｂａ
ｃｋｉｎｇ）を可能としている。第２のキャリッジ部材２２２は例えば射出成形
されたアセタールプラスチックのような剛性材料からなり、図１３においては、
その中央に円形の切り欠き部、及び（図示したように）下方へ延びた６つの板状
構造物を有するほぼ平らな円形板として示されている。前記板状構造物は、セン
サが第２のキャリッジ部材と各センサの起動部の間に正確に位置決めされるよう
に、（図示したように）適当な部位において折り曲げ又は屈曲された可撓性のセ
ンサー薄膜（ｆｌｅｘｉｂｌｅｓｅｎｓｏｒｍｅｍｂｒａｎｅ）２０６上のセ
ンサのバックサポート（ｂａｃｋｓｕｐｐｏｒｔ）となる。

【００６７】好適な実施例において、センサーと連動しているのは、弾性の「触覚（ｔａｃ
ｔｉｌｅ）」中心復帰部（ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｃｅｎｔｅｒｐａｒｔｓ）２
２６（以降、「触覚ＲＴＣ２２６」とする）であり、ゴムドームキャップタイプ
のアクチベータとして図１３に示されている。これらの触覚ＲＴＣ２２６は、セ
ンサと起動化機械（ａｃｔｉｖａｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）ハードウェ
アの間に置かれるので、入力部材が作動されると起動化機械ハードウェアの特定
の部分（ｐｉｅｃｅ）、部材、またはパーツ（特定の駆動部品（ａｃｔｉｖａｔ
ｉｎｇｐａｒｔ）がどれであるかは、どの特定のセンサが説明されているかに
依る）が移動して局所的な触覚ＲＴＣ２２６に作用し、それを圧縮する。作用／
押し付け力（ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ／ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｎｇｆｏｒｃｅ）が大
きくなると、触覚ＲＴＣ２２６に固有の、力（ｆｏｒｃｅ）「ブレークオーバー
（ｂｒｅａｋ−ｏｖｅｒ）」しきい値が抑えられ（ｏｖｅｒｃｏｍｅ）、その力
は急速に、しかし一時的に減少し、センサは触発されて起動される。このブレー
クオーバー触覚しきい値は多数の簡略な触覚構造によって達成することができる
。例えば、図１３のＲＴＣ２２６として示されるゴムドームキャップ構造や金属
ドームキャップ構造（特別に強くて明確なフィードバック感覚をもたらす）、ま
たは、他のより複雑な、ばねをベースとしたブレークオーバー構造である。これ
らの弾性ブレークオーバー構造は、代表的に簡単なオン−オフスイッチの生産業
において使用される。例えば、一般的に、家庭での点灯や消灯や、典型的なコン
ピュータキーボードキーの操作において、使われる可聴および触覚ブレークオー
バースイッチである。

【００６８】６ＤＯＦコントローラにおける、この一般的なブレークオーバー技術の使用を
可能にする本発明者による構造は、３Ｄグラフィクイメージコントローラの分野
において非常に新規で有用な改良であると、本発明者は確信している。更に、こ
の開示の検討の後に、ここで明らかであり得ることは、触覚ブレークオーバー装
置はまた、この機械的に分解（ｒｅｓｏｌｖｅｄ）６ＤＯＦコントローラ構造に
おいて、比例のまたは可変のセンサとの新規な組合わせにおける大きな利点のた
めに使用できるということであり、これは新規で非常に有用な構造であるという
ことである。

【００６９】弾性の構成部分ＲＴＣ２２６は、圧縮されると、その内部分子構造内で励起さ
れ、圧縮されていない状態に戻る。従って、使用者が入力部材から手を離したり
、入力部材に加えられた力を緩めると、弾性ＲＴＣ２２６は、センサから離れる
ように、かつ入力部材の中央ゼロ位置に向けて、コントローラの機械パーツを押
す。ＲＴＣ２２６は、大抵のジョイスティックタイプのコントローラにおける６
本すべての軸およびトラックボールタイプのコントローラにおける３本の線形軸
に関する大きな利点に役立つ。

【００７０】図１４および図１５において示されるように、起動センサ２０７．０３ないし
２０７．０６に対して置かれるのは、ハンドル２０２の外壁の内側表面によって
作用される摺動アクチュエータである。

【００７１】部材２２２の上方には、長円形の中心部の切欠けを伴うヨートランスレータ板
２３０（ｙａｗｔｒａｎｓｌａｔｏｒｐｌａｔｅ）（図示されるように）が
あり、拡張している板状の部材は二つの相対して配置されたヨーアクチベータ２
３１であり、これは組み付けられる際に、部材２２２の図示されるスロットを通
ってしたに伸び、ハンドル２０２が偏揺れ軸（ｙａｗａｘｉｓ）を中心に前後
に回転するときに、センサ２０７．０７および２０７．０８を起動する。

【００７２】板２３０の上面に、固定されたかまたは一体的に成型されたピッチスライドレ
ール（ｐｉｔｃｈｓｌｉｄｅｒａｉｌ）２３２があり、これはピッチ軸の線
形成分に略平行に置かれ、板２３０の上方に位置し、板２３０と上ハンドル部２
０２．２に挟まれる抗回転板２３６の下側に成型される雌相補的ピッチスライド
スロット２３４内に嵌合（ｆｉｔｉｎｔｏ）されて摺動される。抗回転板２３
６は長円形の中央切欠けを伴う板状構造であり、その上面に成形されるのは、ロ
ール軸の線形成分と略位置合わせされ、上ハンドル部２０２．２の内側面に一体
成型されたロールスライドレール２４０を摺動する、ロールスライドスロット２
３８である。

【００７３】組み立てた実施形態２００において、ハンドル２０２のほぼ中央に位置するの
は、軸２０４に固定されるピボットボール２０８である。ピボットボール２０８
は線形偏揺れ軸（ｙａｗａｘｉｓ）トランスレータ２４２内の凹みによってそ
の上部と側部を密着して囲まれる。偏揺れ軸トランスレータ２４２は長円形の平
らに突き出た上部起動アーム（ｕｐｐｅｒａｃｔｉｖａｔｉｎｇａｒｍ）２
４４（図示されるように）を有する略堅い構造で、その下部にはトランスレータ
２４２の底に下部起動アーム２４８を固定するためのスナップ嵌め足（ｓｎａｐ
−ｆｉｔｆｅｅｔ）２４６または他の取付け手段もしくは構造がある。従って
、ピボットボール２０８は、ソケット継手のクラシックボールを形成する下部駆
動アーム２４８の取り付けによるトランスレーター２４２の凹み内で捕らえられ
る。ここで、トランスレーター２４２はボール２０８に対して、全ての回転軸に
ついて自由に回転するが、ボール２０８および軸２０４に関するいかなる線形軸
に沿っても自由に動かない。

【００７４】図１４は、センサ２０７の導電パッドと導電回路トレース２５６とともに印刷
された後であるが、かつ切り込み線２５４に沿ってシートストックから切り出さ
れる前に現れる、平らな形状の（ｉｎｆｌａｔｆｏｒｍ）薄膜センサシート
２０６を示す。

【００７５】図１５は薄膜２０６と第二のキャリッジ部材２２２をより大きく明瞭に示した
ものであり、重ねられた状態で薄膜２０６は、薄膜サポートシート２２２とゴム
ドームキャップ触覚弾性アクチベータ２２６に嵌めこまれ、それらは薄膜２０６
上でそれぞれのセンサ２０７の上方に載る。

【００７６】図１６は、第二のキャリッジ部材、この場合、具体的には堅い回路基板シート
２５０、にはんだ付けしたはんだ舌部を有する機械パッケージにおける、全ての
センサ２０７を示す。センサ２０７．０１ないし２０７．１２は、図１３および
図１４に示されたのと実質的に同じ場所に配置される。異なるセンサシート技術
は、発明の新規な構造において交換可能として示される。図１３の実施形態を回
路基板２５０に代えることで、図１５に示される部品を取り替える。具体的には
、薄膜２０６，第二キャリッジ部材２２２，摺動アクチュエータ２２８およびゴ
ムドームキャップ２２６が全て図１６の構造に取って代わる。

【００７７】薄膜２０６または回路基板２５０上で、特定のセンサ２０７は下記の各構造を
伴う以下の動きおよび回転によって起動される。正方向の偏揺れ軸に沿った線形の入力（上へ移動）によって、センサ２０７．
０１が上部駆動アーム２４４により駆動される。負方向の偏揺れ軸に沿った線形の入力（下へ移動）によって、センサ２０７．
０２が下部駆動アーム２４８により駆動される。正方向の横転軸（ｒｏｌｌａｘｉｓ）に沿った線形の入力（前方へ移動）に
よって、センサ２０７．０３がハンドル２０２の外壁の内側面により駆動される
（膜変形でゴムドームキャップ２２６およびスライド２２８を伴う）。負方向の横転軸に沿った線形の入力（後方へ移動）によって、センサ２０７．
０４がハンドル２０２の外壁の内側面により駆動される（膜変形でゴムドームキ
ャップ２２６およびスライド２２８を伴う）。正方向のピッチ軸に沿った線形の入力（右へ移動）によって、センサ２０７．
０５がハンドル２０２の外壁の内側面により駆動される（膜変形でゴムドームキ
ャップ２２６およびスライド２２８を伴う）。負方向のピッチ軸に沿った線形の入力（左へ移動）によって、センサ２０７．
０６がハンドル２０２の外壁の内側面により駆動される（膜変形でゴムドームキ
ャップ２２６およびスライド２２８を伴う）。正方向の偏揺れ軸まわりの回転入力（右へ回転（ｔｕｒｎ））によって、セン
サ２０７．０７がヨーアクチベータ２３１により駆動される。負方向の偏揺れ軸まわりの回転入力（左へ回転）によって、センサ２０７．０
８がヨーアクチベータ２３１により駆動される。正方向の横転軸まわりの回転入力（右へ回転（ｒｏｌｌ））によって、センサ
２０７．０９がトランスレータ２１４のトップエッジにより駆動される。負方向の横転軸まわりの回転入力（左へ回転（ｒｏｌｌ））によって、センサ
２０７．１０がトランスレータ２１４のトップエッジにより駆動される。正方向のピッチ軸まわりの回転入力（下へ向く（ｌｏｏｋ））によって、セン
サ２０７．１１がトランスレータ２１４のトップエッジにより駆動される。負方向のピッチ軸まわりの回転入力（下へ向く）によって、センサ２０７．１
２がトランスレータ２１４のトップエッジにより駆動される。

【００７８】図１７は、６つのＤＯＦセンサ２０７すべてが可撓性の薄膜センサシート上に
配置され、かつ、単一平面上に配置されている変形における薄膜２０６を示す。
すべてのセンサは、薄膜２０６が第２キャリッジ部材２２２に押し当てられると
、薄膜２０６に下方から働きかけることによって作動するが、但し上方から、プ
レート部材２２２の一部として一体に鋳造されている凹型支持シェルフ（ｒｅｃ
ｅｓｓｅｄｓｕｐｐｏｒｔｓｈｅｌｆ）２５８に対してセンサ２０７．０１
を下方に押し当てられる構造によって作動する。シェルフ２５８は少なくとも１
つの側面、図示されているように２つの側面、が開いているように鋳造され、セ
ンサ２０７．０１は組立作業中に、開いている側を通ってスライドして凹型支持
シェルフにはめ込むことが可能となっている。センサ２０７．１は少なくとも２
つのエッジの近くに切り欠き２６０を有するため、すべてのセンサ２０７がほぼ
単一の平面上に配置されるよう薄膜２０６を位置決めできる。センサ２０７．０
３〜２０７．０８は図１３〜１５の変形において位置決めされて、直角に曲げら
れるが、今はすべて同一の平面上にあり、各々のセンサは第１キャリッジ部材２
１６に固定されいるサドル状の上方突起２６６および第２キャリッジ部材に固定
されているサドル状の下方突起２６８によって固定されている一体に鋳造された
筒状の支点２６４の周りを回転する、ロッカーアームアクチベータ（ｒｏｃｋｅ
ｒ−ａｒｍａｃｔｉｖａｔｏｒ）２６２として図示されている、直交並進運動
構造（ｒｉｇｈｔａｎｇｌｅｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｉ
ｎｇ）、によって押し当てられ作動する。この直交並進構造は以下のように作用
する。たとえば、入力部材ハンドル２０２が加圧されロール軸に沿って正の方向
に移動すると、ハンドル２０２の外壁の内面に沿った平坦な部分がロッカーアー
ムアクチベータ２６２の下部に押し当てられ、アクチベータ２６２が支点２６４
の周りを回転し、接触回復アクチベータ２２６が「スナップスルー」し、センサ
２０７．０３を圧迫して、作動させうるよう十分に力が増すまでアクチベータ２
６２の上部が接触回復アクチベータ（ｔａｃｔｉｌｅｒｅｓｉｌｉｅｎｔａ
ｃｔｉｖａｔｏｒ）２２６（ここではメタル製ドームキャップとして図示）に押
し当てられる。これらの構造は、「スナップスルー」を有する必要や、接触ター
ンオン回復構造（ｔａｃｔｉｌｅｔｕｒｎ−ｏｎｒｅｓｉｌｉｅｎｔｓｔ
ｒｕｃｔｕｒｉｎｇ）が十分に機能的である必要はないが、この接触ターンオン
回復構造は６ＤＯＦコントローラにおいて新しいものであり、ユーザーに与える
フィードバックという点において非常に有利であると考えられている。

【００７９】図１８は、図１７で図示したように、薄膜２０６の構造を示す。薄膜２０６は
他の点では一般的なコンピュータキーボード薄膜２７０（一般的な三重層薄膜構
造または単層薄膜構造またはその他のタイプによって構成されてもよい）に薄膜
テール（ｍｅｍｂｒａｎｅｔａｉｌ）接続によって一体化される。本実施形態
では、シャフト２０４はキーボードハウジング１０（図１９に図示）に固定され
ており、組立に関して薄膜２０６はロールアップされシャフト２０４を通して挿
入された後に部材２２２に対向する位置にアンロールされる。

【００８０】図１９は６ＤＯＦハンドル２０２の外観を示す図である。６ＤＯＦは他の点で
は一般的なコンピュータキーボードハウジング１０において矢印キーパッドがあ
る位置に位置されている。本構造では、キーボード上の６ＤＯＦハンドルの配置
は様々なパターンが可能であり、たとえば、通常では数値キーパッドが占有して
いる場所にハンドル２０２を位置したり、あるいは角度をつけて２つのバンクに
分けられた主として大きいアルファベットのキーの大きいキーバンクを有する使
い勝手のよく設計されたキーボードにおいてハンドル２２を２つのアルファベッ
トキーバンクの間に配置するなどが主な可能性である。さらに、一般的なキーボ
ードでは、ハンドル２０２が適切に作動されると６ＤＯＦ作業では矢印キーなど
のキーをエミュレート可能または不可能にすることができる。最適のキーボード
は比例センサを薄膜に内蔵し比例し且つ単純なスウィッチデータを出力してもよ
い。たとえば、最適のキーボードはハンドル２０２の特定の動きを感知してもよ
く、適切なキーストローク（たとえば矢印キー値など）を示すスキャンコード値
を発してもよく、キーボードはまた、入力作業がどのくらいの力でおこなわれて
いるのかを示す比例値を出力する。

【００８１】図２０〜３１は２つの平面構造を示す別の実施例を示す図である。２平面構造
にはいくつかの利点がある。このような装置は、機械的に分解された装置（ｐｕ
ｒｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙｒｅｓｏｌｖｅｄｄｅｖｉｃｅ）の利点をす
べて有し、２平面構造を用いることによってさらなる利点が得られる。たとえば
コンピュータキーボード内や手動リモートコントローラ内に一体に形成するため
の、非常に劣った設計歯形（ｐｒｏｆｉｌｅｄｅｓｉｇｎ）の能力や、センサ
シートに内蔵されたセンサを作動するためにハンドルに手動操作ボタンを予め内
蔵させることや、アクティブ接触フィードバック手段（ａｃｔｉｖｅｔａｃｔ
ｉｌｅｆｅｅｄｂａｃｋｍｅａｎｓ）をさらに小型のハンドルに設置するた
めのスペースが得られるなどがある。

【００８２】図２０において、手動操作ハンドル３００として図示される入力部材はシャフ
ト３０２上に支持されている。シャフト３０２は基板または基準部材ハウジング
３１７まで延びている。シャフト３０２は、第１プラットホーム３５２と呼ばれ
るスライド板またはプラットホーム内に形成されているシャフトガイド第１主孔
３０６を通っている。シャフト３０２はさらに第２プラットホーム３２２に位置
するシャフトガイド第２主孔３１０を通る。図２１はプラットホーム３２２がレ
ッグ３１２として示される接続構造に固定されて接続されている状態を示す。レ
ッグ３１２は第１プラットホーム３５２に固定されており、プラットホーム３２
２、接続構造３１２およびプラットホーム３５２はともにキャリッジ３１４も構
造を形成する。

【００８３】第１プラットホーム３５２は、ハウジング３１７に固定されている少なくとも
１つのハウジングガイド３０８によって第２軸に沿って可動自在（ｓｌｉｄａｂ
ｌｙ）に保持されているスライド板と呼ばれる反回転プレート（ａｎｔｉ−ｒｏ
ｔａｔｉｎｇｐｌａｔｅ）３５０によって第１軸に沿って可動自在に保持され
ている。第１プラットホーム３５２とプレート３５０はさらに保持シェルフ３１
６とハウジング３１７によって直線上の動きからヨー軸または第三軸に沿って抑
圧される。従って、プレート３５０、ガイド３０８、ハウジング３１７およびシ
ェルフ３１６はともにキャリッジ支持構造３１６を形成する。キャリッジ支持構
造３１６（つまりキャリッジ３１４）はプラットホーム３５２がどの軸上にも著
しく回転するのは妨げ、また、第１および第２軸（ピッチとロール軸）に沿って
著しく直線的に移動を妨げる、ハウジング３１７に対して第三の軸に沿った大き
な移動はしないように構成されている。

【００８４】キャリッジ３１４内では、プラットホーム３５２、３２２、孔３０６および３
１０がともにシャフト３０２の通路に十分に形成され、２つの重要な方法で利点
とある構造を提供する。第１の方法はシャフト３０２がキャッリジ３１４に対し
て大きく傾斜（第１または第２軸の周りを回転）すること防ぐ反傾斜構造３２４
を提供することである。第２の方法は、シャフト３０２による第１および第２軸
（ピッチおよびロール軸の縦に沿って直線）に平行なすべての直線移動がキャリ
ッジ３１４の第１および第２軸に沿った同等の移動とカップリングする２軸構造
を提供することである。

【００８５】図２１で示したシャフト３０２の第２末端部分は雄部球状形３１８であり、可
動自在にハンドル３００の一部である相補的雌部球状形３１９に接し、またシャ
フト３０２はハンドル３００に対してほぼ中心かつ球状部分形のほぼ中心にピボ
ットまたは支点を有する雄型ピボット突起を有する。突起３４６はハンドル３０
０の支点であり、雌型ピボット栓受と対をなしてもよい。従って、ハンドル３０
０はシャフト３０２に対して回転可能であってもよく、すべての第１および第２
の軸に平行な直線上の移動が相当するシャフト３０２の直線上の移動および２軸
構造３２６とカップリングされる。従って、ハンドル３００をシャフト３０２に
、シャフト３０２をキャリッジ３１４に接続する上記の部材はハンドル支持構造
３２８として機能し、ハンドル３００は第１および第２軸に平行なキャリッジ３
１４との相当する移動とカップリングされる。

【００８６】キャリッジ３１４上には、ロッカーアーム構造３６４が第２のプラットホーム
３２２に取り付けられて示されている。ロッカーアーム構造３６４は、ハウジン
グ３１７に対するキャリッジ３１４の移動を、複数の「触覚」の弾性ドームキャ
ップ構造３６８を備えて形成された弾性の熱可塑性ゴム（ＴＰＲ）シート３６６
に変換する。弾性シート３６６と第２のプラットホーム３２２は膜センサーシー
ト３３０上で支持されるセンサーを挟む。

【００８７】図２２は、４つのロッカーアーム構造３６４の位置を示す。ロッカーアーム構
造３６４は、機上センサーを持ち、機上アクティブ電子回路３７０と、データを
グラフィック表示装置にルーティングするケーブル３７２とを含む伝統的プリン
ト基板シートとして製造することのできる略平板として、または可撓性薄膜セン
サシート３３０を支える堅い平板状の構造として示される第２のキャリッジ部３
２２上に取り付けらる。平板３２２の上面および実質的にこれと平行に示されて
いるのは、多数の触覚弾性ゴムドームキャップタイプのアクチュエータ３６８で
ある。

【００８８】ロッカーアーム構造３６４は少なくとも以下の構造をもつ。キャリッジ３１４
に本質的に固定される構造であって、プレート３２２内のスロットにカチッと閉
まる２つの足を持つスナップフィットデザインとして図示される取り付け構造３
３２と、取り付け構造３３２の上に位置するリビングヒンジとして、図２４を除
く全ての図面で図示される支持台３３４（図２４では、支持台３３４はより伝統
的な円筒形のボア・コアタイプのヒンジとして説明されている）と、少なくとも
１つのセンサー作動アーム３３６とである。そして、図２６および図２７を除く
全ての図面では、ロッカーアーム構造３６４は取り付け構造３３２の各側に１つ
ずつある２つのセンサーを作動する２つのアームを通常有するものとして図示さ
れている（図２６および図２７では１つのアームを有する変形が図示されている
）。最後に、ロッカーアーム３６４はスーパー構造３３８をとる。スーパー構造
３３８は、ロッカーアームを作動するか、関連のセンサーに対して移動させ、こ
れを作動する。スーパー構造３３８は、図２０から図２２に示される、２つのア
ームを有する異なったロッカーアームのタイプの特有の部分であってこれには、
Ｖスロットタイプ３４０、Ｈスロットタイプ３４２、Ｔボーンタイプ３４５があ
り、このなかには、ほぼ同一であるが、互いに直交する、第１のｔボーン３４４
ロッカーアームアクチュエーター、第２のｔボーン３４６ロッカーアームアクチ
ュエータと呼ばれる２つのロッカーアームがある。

【００８９】図２３は、プレート３２２に取り付けられたＴボーンアクチュエーター３４５
を示す。Ｔボーンアクチュエータ３４５は取り付け構造３５２と、支持台３３４
の回りを回転する（アクチュエーティングセンサーは点線で示される）ことで取
り付けられる。支持台３３４はリビングヒンジとして示され、二つの対向して配
置された作動アーム３３６の底に接続されている。アクチュエーティングアーム
３３６の上には、保持シェルフ３１６によって基準部材のベースまたはハウジン
グ１０に固定されたアクティベーティングレセプタクル３３９により作動された
スーパー構造３３８が固定されている。ドームキャップ３６８（押された状態が
点線で示され、よって、フレキシブル膜センサーシート３３０上に位置するセン
サ２０７を作動する）からアクチュエーター３４５の反対側の下では、平坦なサ
ーキットボードシートにはんだ付けされるパッケージメカニカルセンサー２０７
が説明される。したがって、図２２と図２３では、同じ発明構造によって、機械
的または物理的入力を、可撓性の薄膜センサーシートか堅いサーキットボードセ
ンサーシートにいかに変換できるかを明らかに示している。

【００９０】図２４は、Ｈスロットアクチュエーター３４２がシャフト３０２内に固定され
たシャフトピン３２１によって作動された状態を示す。シャフト３０２は縦に、
あるいはヨーすなわち第三の軸に沿って動き、シャフトピン３２１とアクチュエ
ータ３４２を一斉に動かす。

【００９１】シャフトピン３２１の第一の端は、スロットがほぼ第三の軸とシャフトの長さ
３０２に直交しているロッカーアームＨスロットタイプ３４２のスーパー構造３
３８で、面取り（ｂｅｖｅｌｅｄ）スロットを通り、その結果、シャフト３０２
とシャフトピン３２１が第三の軸に沿って移動するとき、同じように移動したロ
ッカーアーム３４２は一つの腕を下ろし、それぞれの弾性ドームキャップ３２８
を圧縮する。そしてドームキャップ３２８が潰れると、それぞれの下にあるセン
サーは図２４に示されるように作動される。もちろん、シャフト３０２の第三の
軸に沿った反対の方向の動きは、同様にセンサー対の対向するコンプリメンタリ
ー（ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ）センサを作動する。円筒形の中心のまわりを
、または第三の軸のほぼまわりをシャフト３０２が動作の限界内で回転すると、
単にシャフトピン３２１がスロット内を移動させられ、Ｈタイプロッカーアーム
３４２は作動されない。

【００９２】図２５は、Ｖスロットアクチュエーター３４０のアクティベーションを示す。
シャフトピン３２１の第二の端は、上のＨスロットロッカーアーム３４２の逆（
ｃｏｎｖｅｒｓｅ）で作動されるＶスロットロッカーアーム３４０のスロットを
通る。第三の軸もしくはヨー軸に沿ってシャフト３０２が動くと、単にシャフト
ピン３２１がスロット内を移動させられ、Ｖタイプロッカーアーム３４０は作動
されない。しかし、第三の軸のまわりを回転すると、シャフトピン３２１が以下
の方法でロッカーアーム３４０を作動させる。シャフトピン３２１へ運ばれるシ
ャフト３０２の回転運動は、ドームキャップ３２８の圧縮と薄膜上に位置するセ
ンサーの刺激作用（ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ）を起こすロッカーアーム３４０を
作動させる。ロッカーアーム３４０のスーパー構造３３８は、シャフト３０２か
ら離れるように傾斜する構造のスロットをもつ。これはシャフト３０２が第三の
軸に沿って移動するとき、ピン３２１の支持台３３４からの距離が変化し得るた
め、ピン３２１の増加する動きを収容するためである。このように、スロットの
傾きはシャフトピン３２１の可変の有効性を補い、その結果、第三の軸のまわり
のシャフトの回転により、ロッカーアーム３４０の支持台３３４からのシャフト
ピン３２１の距離に関係なく、ロッカーアーム３４０が等しく回転的に作動され
る。

【００９３】図２６および図２７は第２のプラットホーム３２２の領域の省空間構造を示す
。この省空間は、コンピューターキーボード、およびハンドヘルドリモートコン
トロールデバイスへの発明の一体化などのきつく圧迫された領域で価値がある場
合がある。図２０から図２２に示される第２のプラットホーム３２２の配置は、
元の大きいペリメーター３７０を示す点線で示され、より新しくより小さいプラ
ットホーム３２２の領域は実線で示され、第一のｔボーンロッカーアーム３４６
は二つの別々の一つのアームを有するタイプ３４８のアクチュエーターに分けら
れ、それぞれ、マウント３２２、支持台３３４、センサーアクチュエーティング
アーム３３６、スーパー構造３３８を備える。

【００９４】図２８は、センサー薄膜シート３３０上で支えられるセンサー２０７の支持と
作動のためのハンドル３００内の構造を示す。センサー薄膜シート３３０は、ハ
ンドル３００の上部内側で支えられるか、ここで示されるように、堅い支持シー
ト３７４で支えられ得る。薄膜３３０の付加物はシャフト３０２を通る。さらに
ここでは、ユーザの指で操作する二つのボタン３７８が示される。ボタン３７８
には、外部作動表面地域３７８がある。外部作動表面地域３７８は使用者の指で
押されれことができ、ボタン構造３７６に、ハンドル３００に固定されたサドル
サポート内で静止している一体化された円筒形支持台３８０のまわりを回らせる
。ボタン３７６の回転運動で、内部センサー作動部３８２が弾性ドームキャップ
３６８に対して上昇し、センサ３８４を作動させる。このボタン構造は図１７に
示されるものと同様であり、このデザインは使用者の指によるさらなる入力（６
ＤＯＦ入力以外の）のための外部に操作されるボタンを含む一方で、図１７の構
造は完全に内部のものである点が例外である。

【００９５】従来の３層型コンピュータ・キーボードのセンサ膜３３０に、本発明の特徴と
して、図２０〜図２８に示す２平面構造物に嵌めて図１９のようにキーボードに
組み込まれるよう設計された２つの付属物が付加された構造を、図２９に示す。
より長い連結部と丸い頭部を有した付属物はキーボードハウジング１０内からシ
ャフトを通り抜けハンドル内に達し、他方の付属物はハウジング１０内のキャリ
ッジ部３２２上に載置される。

【００９６】図３０は、ワイヤレス・リモートコントロール装置のハウジング１０に固定し
たシャフト３０２と一体化された６自由度入力部材ハンドル３００を示し、この
ハンドルを有する点が、テレビや他の装置の操作などに用いられる通常のワイヤ
レス・リモートコントロール装置と異なる点である。

【００９７】図３１は図３０の装置を破線で示し、膜センサシート３３０の内部を代表的な
形で示した図である。一般に通常の入力キーの下に配置されるとともに電子回路
を含む回路基板センサシート２５０に、膜シート３３０が接続されている。膜の
テール２２４は、この場合図２０〜図２８のような２平面タイプとして示される
膜３３０のより大きな本体へ、シート２５０から接続されている。２つの平面上
にセンサが配置されるこの構成は、多くの用途において非常に理想的である。こ
れにより、全ての軸の原点がハンドル３００内にとどまり、機構を分散した構造
（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｒｅｓｏｌｖｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の大部分
をより大きな空間を有するハウジング１０内へ下げることが可能であるため、必
要に応じ、ハンドル３００は外郭をさらに小さくかつさらに低くできる。また、
二次的補助入力ボタン（選択、攻撃ボタン、特別機能キーなど）が容易に一体化
され、ユーザは指で簡潔かつ確実に操作ができる。

【００９８】図３３〜図３５は、ロッカアーム（ｒｏｃｋｅｒａｒｍ）を使わずに、単純
機構の平面設置（ｆｌａｔ−ｍｏｕｎｔ）および直角設置（ｒｉｇｈｔ−ａｎｇ
ｌｅ−ｍｏｕｎｔ）スイッチパッケージとしてここに示されるパッケージされた
センサ２０７が第２キャリッジ部３２２に取り付けられている２平面構造の好適
な実施例を示す。第２キャリッジ部３２２は、本実施例ではセンサパッケージが
はんだ付けされた回路基板である。また、ハンドル４００内の第２回路基板４２
３にもセンサパッケージがはんだ付けされている。本実施例はこれまでの実施例
といくつかの部分および構成において類似している。例えば、基準部材として機
能するハウジング内に延在するシャフト４０２が支持するハンドル４００として
示される手で操作可能な入力部材や、キャリッジ４１４と接合するベース４１７
が類似している。キャリッジ４１４は同様のキャリッジ支持構造（ｃａｒｒｉａ
ｇｅｓｕｐｐｏｒｔｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ）によって支持され、キャリッ
ジ４１４は第２キャリッジ部４２２に接続された拡張脚（ｄｉｓｔｅｎｄｉｎｇ
ｌｅｇ）１１２を備えたプラットホーム３５２を有する。本実施例では、第２
キャリッジ部４２２は、具体的には４本の軸を解釈（ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉ
ｏｎ）するために８個のセンサを備えた回路基板である。

【００９９】回路基板上の全てのセンサ搭載物を平面および直角設置機械センサパッケージ
とともに完全に機能させる特有の機構を有する第３軸アクチュエータ部（３ｒｄ
ａｘｉｓａｃｔｕａｔｏｒｐａｒｔ）４５０を、図３３に具体的に示す。
アクチュエータ部４５０は、キャリッジ４１４と連通するシャフト４０２の端に
一体化されている。アクチュエータ部４５０は、単一の射出成形部としてシャフ
ト４０２と一体化してもよく、アクチュエータ部４００は、別個の成形部として
、シャフト４０２の端の上から嵌め込み、シャフト４０２とアクチュエータ部４
５０との両方をピン４５２で貫通してシャフト４０２に固定してもよい。アクチ
ュエータ部４５０は少なくとも第３軸回転アクチュエータ４５４を有する。第３
軸回転アクチュエータ４５４は、アクチュエータ部４５０に固定され、実質的に
その平面の部材として第３（ヨー）軸を有する平面に沿って外へ向かって伸びる
板状部材である。このため、シャフト４０２が第３軸の回りをいずれかの方向に
回転すると、アクチュエータ部４５４は空間内を移動し、適当な直角設置センサ
を作動させ、第３軸回転運動が正または負のいずれの方向であるかを示す。アク
チュエータ部４５０は、第３軸負（ヨー、下方動作）線形アクチュエータ４５８
および第３軸正（ヨー、上方動作）線形アクチュエータ４５６を有する。アクチ
ュエータ４５８およびアクチュエータ４５６もまた、アクチュエータ部４５０に
固定されており、アクチュエータ部４５０から外へ向かって第３軸と直交し、か
つ実質的に第１軸および第２軸に平行な平面と整列して伸びる。このため、シャ
フト４０２が第３軸に沿って正方向に移動すると、アクチュエータ４５６は適当
な平面設置センサを作動させ、第３軸に沿った正方向の線形運動を示し、シャフ
ト４０２が第３軸に沿って負方向に移動すると、アクチュエータ４５８は適当な
平面設置センサを作動させ、第３軸に沿った負方向の線形運動を示す。

【０１００】図３６はこれまでの実施例、特に図３２〜図３５に示す実施例、と類似したい
くつかの構成を有する最後の好適な実施例を示す。主な例外として、本実施例で
は、手で操作可能な入力部材ハンドル５００内に８個のセンサが配置され、基準
部材ハウジング５１７内には４個のセンサのみが配置されている。本実施例にお
いて、同様のキャリッジ５１４がハウジング５１７内に配置されているが、シャ
フト５０２はキャリッジ５１４のプレート５５２に固定されている。このため、
シャフト５０２は第３（ヨー）軸に直交する平面内の線形運動のみが可能である
。アクチュエータ部４５０とほぼ同一形状の部分がシャフト５０２の先端に固定
されている。ハンドル５００内のセンサ２０７は回路基板５２３に設置されてい
る。

【０１０１】簡潔のために、当業者は以上の実施例を検討することで、図３６における実施
例を、この完全な図示によりさらなる詳細な記述なしに、完全な機構で容易に構
築することが可能であることが認められよう。

【０１０２】図３７は、当産業において一般的に入手可能な、直角単純スイッチセンサパッ
ケージ（ｒｉｇｈｔａｎｇｌｅｓｉｍｐｌｅｓｗｉｔｃｈｅｄｓｅｎｓ
ｏｒｐａｃｋａｇｅ）を示す。このセンサパッケージは、典型的に金属製であ
る電気的導電性はんだ配置タング（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙｃｏｎｄｕｃｔ
ｉｖｅｓｏｌｄｅｒｍｏｕｎｔｉｎｇｔａｎｇ）６０６および６０８に支
持された、非導電性剛塑性体（ｒｉｇｉｄｐｌａｓｔｉｃｂｏｄｙ）６００
から成る。電気的導電性タング６０６は剛塑性体６００の外部から内部を通過し
て、剛塑性体６００の内部キャビティのほぼ周辺部に位置し、電気的導電性タン
グ６０８は剛塑性体６００の外部から内部を通過して、剛塑性体６００の内部キ
ャビティ（ｃａｖｉｔｙ）のほぼ中心部に位置する。タング６０６および６０８
の内部の上から、弾性瞬間“スナップスルー）”特性（ｒｅｓｉｌｉｅｎｔｍ
ｏｍｅｎｔａｒｙ”ｓｎａｐ−ｔｈｒｏｕｇｈ”ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ
ｓ）を有する金属製ドームキャップ（ｄｏｍｅｃａｐ）６０４が配置される。
金属製ドームキャップ６０４は、典型的に周辺部のタング６０６と電気的に接し
て配置され、典型的に中心部に位置するタング６０８周辺部とは接しない。一般
的に非導電性剛塑性材から成るプランジャー６０２は、ドームキャップ６０４を
押下するように位置する。ドームキャップ６０４およびプランジャー６０２は、
典型的に、プラスチック溶融リベット法（ｐｌａｓｔｉｃｍｅｌｔｒｉｖｅ
ｔｉｎｇ）や他の方法により剛塑性体６００に固定された薄い金属プレート６１
０によって同位置に保持されている。プレート６１０は、プランジャー６０２の
一部が外部の力によって押下されるために突き出すのに十分な大きさのアパーチ
ャを有するため、導電性のドームキャップが触覚スナップスルー閾（ｔａｃｔｉ
ｌｅｓｎａｐ−ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を通過し、中央に配置
された導電性タング６０８上に押下されると、タング６０６および６０８間に電
気的に閉じた回路が完成する。

【０１０２】図３８は、最も一般的なスタイルである水平設置の、更により典型的なセンサ
パッケージ本体６００を示す。しかし、図３８のセンサには非常に重要な素子（
ｅｌｅｍｅｎｔ）が付加されている。本体６００の内部の空洞において、中央に
位置する導電性タング６０８の上部に、圧力感知電気素子６１２が電気的に接触
し固定されている。最適な作動のために、素子６１２の上部表面に導電性金属板
６１４を備えてもよい。もちろん、同様の構成は図３７のセンサと組み合わせる
ことができる。圧力素子６１２は、例えば、グリッドサイズがおよそ６００の二
硫化モリブデン微粒子をシリコンゴムなどの基材に、発明者ＲｏｂｅｒｔＪ．
Ｍｉｔｃｈｅｌｌへ１９７４年４月２３日に発行された米国特許第３，８０６，
４７１号が教示する、８０対２０の割合でそれぞれが混合してなる感圧電気材料
、もしくは圧力を感知し電気調整をする（ｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｉｔｉｖ
ｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ）他の材料で生成される
。本発明者は、感圧技術がセンサパッケージを通じて触覚スナップと組み合わさ
れることには新規性があり、本明細書に示す、また過去の６自由度コントローラ
特許出願に記述した６自由度コントローラにおいて多大な利点があると考えてい
る。

【０１０３】図３９および図４０は、互いに略平行に配置されている非導電性上部薄膜層６
２０、非導電性中間薄膜層６２２、および非導電性下部薄膜層６２４からなる、
非動作状態と動作状態の可撓性平面３層薄膜をそれぞれ示す断面図であり、上部
層６２０はその下側に導電性トレース６２６を備え、下部層６２４はその上側に
導電性トレース６２８を備え、中間層６２２のアパーチャがある中央のスイッチ
領域もしくはセンサ領域を除いて中間層６２２は通常トレースから絶縁している
。従来の３層可撓性薄膜センサでは、従来技術で公知されているように、中間層
６２２のアパーチャを空にしておくことによって、下部層６２４の導電性トレー
ス６２８に接触するまで上部層６２０がしなやかに押下げられ、電気的接続を完
了させていた。薄膜層は、剛体のプラスチック支持板など、一般的に剛体の薄膜
支持構造６３０によって支持されている。

【０１０４】ここに示す薄膜センサは、中間層６２２の従来では空であったアパーチャを充
填する、圧力感知兼電気調整素子６３８をセンサ領域に備えることによって新規
性を得ている。圧力素子６３８は常に導電性トレース６２６、６２８の広い導電
範囲と電気的接続を保っている。圧力素子６３８は、発明者ＲｏｂｅｒｔＪ．
Ｍｉｔｃｈｅｌｌへ１９７４年４月２３日に発行された米国特許第３，８０６，
４７１号に記載されているように、抵抗性もしくは整流性の微粒子材料（グリッ
ドサイズがおよそ６００の二硫化モリブデン微粒子８０％〜９８％など）を緩衝
基材物質（シリコンゴム２％〜２０％など）に存在させるものあってもよく、ま
た従来からあり、薄膜シート技術と組み合わせることができる他の圧力感知電気
調整技術を用いるものであってもよい。

【０１０５】また本発明者は、優れた触覚ターンオン感特性を有する金属製「スナップスル
ー」弾性ドームキャップ６３２を薄膜センサと組み合わせること、特に、ここに
示しているような、金属製ドームキャップ６３２が上部薄膜層６２０の上に存在
し、ドームキャップ６３２をあらゆる一般的な作動装置６３４と接着させるシリ
コン接着剤６３６によって適所に保持されている状態の薄膜圧力センサーと組み
合わせて用いることには、新規性があると考えている。一般的な作動装置６３４
は、圧力をもたらしセンサを作動させるためのあらゆる部品の作動表面領域であ
ってもよい。例えば、作動装置６３４は、図２０〜図３１の実施形態におけるロ
ッカーアーム作動装置アーム３３６の下側に備わる乳首状の突起物などであって
もよい。

【０１０６】振動線（ｖｉｂｒａｔｉｏｎｌｉｎｅ）６４０は、サポート６３０またはア
クチュエータ６３４のいずれかを介して、接続部分を通してユーザの手へと伝達
される機械的な振動として、またはユーザの耳によって感知される空気振動とし
て、外部に発生する強力な振動（ｅｎｅｒｇｅｔｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎ）を
示し、弾性ドーム型キャップ６３２の「スナップスルー（ｓｎａｐ−ｔｈｒｏｕ
ｇｈ）」のターンオン／オフ感覚を示す。考えられる１２の別々の入力作業と非
常に多くの組み合わせられた入力作業がある場合、ユーザが感知できるセンサ作
動を示す触感は、この機器のオペレータにとって高い価値がある。

【０１０７】図４１は多層多段センサ７０１を備えた複合薄膜センサシート７００を示す。
多段センサ７０１は２つ以上の従来の簡単な薄膜スイッチを上に重ね、共有可能
な層を利用することで構成されている。例えば、下部センサの上部層と上部セン
サの下部層を組み合わせて共有層の両側を利用することで十分に機能を果たすこ
とができる。すなわち、２つの３層センサは１つの５層センサなどに組み合わせ
られる。多段センサ７０１は、上部センサをまず作動させるのに十分な力、そし
て第２のセンサも続いて作動させるのに十分な更に強い力など、上からセンサ７
０１に突下される増強された作動力を測定することに有用である。多数の層を持
つセンサも可能である。

【０１０８】図３９および図４０の実施形態で記述した、新規の本比例薄膜センサの上部に
既知の簡単なスイッチの薄膜センサーを設置し、該２つのセンサはそれぞれ中間
シートを共有することで、２つの３シートセンサが組み合わされ１つの５シート
センサとなったことを本質とする複合センサ７０２を備える複合薄膜センサシー
ト７００を図４２に示す。ここに示される複合センサは、本明細書における前述
の図面と説明と既知の従来技術を組み合わせることで、当業者にとって自明のも
のとなるであろう。

【０１０９】ある既知の単層スイッチセンサは、３枚のシートではなく１枚のシートのみを
用い、該１枚のシートは、１つの表面領域と下に押されたときに導電性トレース
を接続する導電性素子を有する弾性ドームキャップを共有している両方の導電性
トレースを備えている。このような技術を利用して、５枚より少ないシートと導
電性トレースの賢明なルーチングで新規の複合センサ７０２を構成することがで
きることも当業者は高く評価するであろう。

【０１１０】センサ７０２の単層スイッチ部と比例部は、作動装置がセンサ７０２に突当た
ると略同時に作動し、単層スイッチセンサがオン状態を示し、そして比例センサ
がセンサ７０２に保持される力がどの程度あるのかを示す。

【０１１１】このタイプの新奇なセンサは、図１８，１９，および２９に示されるもののよ
うな本発明者の新奇なキーボード統合装置（ｋｅｙｂｏａｒｄｉｎｔｅｇｒａ
ｔｅｄｄｅｖｉｃｅｓ）と組み合わせた単一切換えでかつ比例した部材を有し
、スキャンコード（キーボード型の情報（ｋｅｙｂｏａｒｄｔｙｐｅｉｎｆ
ｏｒｍａｔｉｏｎ））および比例信号（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｓｉｇｎａ
ｌ）の両方を出力する６ＤＯＦコントローラを有する設計を例示する。これは、
いかなる多軸コントローラにおいて、１９９５年９月５日に出願された本発明者
の同時係属中の仮出願において教示されるもののような、厳密なハンドヘルド装
置においてさえも、非常に有益である。スキャンコードと比例信号との両方を（
おそらくはキーボードとシリアルポートとを分離するために）出力することは、
相当の価値がある。なぜなら、ウィンドウズ（登録商標）９５以前の全ての機械
において、事実上全ての３Ｄグラフィックプログラムがすでに、３Ｄソフトウェ
アが共通のキーボードによってコントロールできるようにスキャンコードによっ
て（プログラマブルキーマップで）駆動するためのソフトウェアドライバを有し
ているからである。このデータタイプを出力することにより、本発明者の６ＤＯ
Ｆコントローラは、スキャンコードにより制御可能な既存のソフトウェアとイン
タフェースすることができる。これらのデータタイプの両方を出力することは、
この複合センサに依存していなく、ここでは例示されているだけである。任意の
比例センサから収集される情報は、操作されてこれらの２つのデータ出力タイプ
へ取り込まれるが、これらのデータ出力タイプは多軸コントローラ装置に関して
、および特に６ＤＯＦ装置に関しては、新奇なものであると考えられる。

【０１１２】図４３は複合センサシート７００に統合された一対の複合センサ７０２を示し
ており、左側の複合センサがセンサ７０２．１であり、右側の複合センサがセン
サ７０２．２であるものとする。６ＤＯＦ装置は双方向性である（軸に沿って左
右に移動するが両方が同時に移動しない）と解釈される６つの軸を有しているた
め、センサ対は有益である。これまで示した簡単なスイッチと圧力センサは単方
向センサであるため、理想的には一対の単方向センサは各軸を示すために用いら
れ、したがって６対の単方向センサ（１２の個別のセンサ）は自由度６（ｓｉｘ
ｄｅｇｒｅｅｓｏｆｆｒｅｅｄｏｍ）で示すことができる。単方向センサ
は、コストの点から見ても、優れた機能の点から見ても、非常に望ましい。なぜ
なら、単方向センサは、自然のナル（ｎａｔｕｒａｌｎｕｌｌ）、または人間
の手の不正確さに対応し、本明細書において前述したようにユーザが入力メンバ
の操作によって異なる軸がオンやオフになるのを感じることができる場合に、受
動的なターンオン触覚フィードバックに最適に対応する、プレイスペースを可能
にするからである。

【０１１３】センサ７０２．１および７０２．２の対は、簡単な切り替え部分（ｓｉｍｐｌ
ｅｓｗｉｔｃｈｅｄｐｏｒｔｉｏｎ）がキー入力をエミュレートし、比例部
分が高度な６ＤＯＦ出力を生成するための役割を果たす場合、たとえばコンピュ
ータキーボードの具体化の際に利点を提供する。さらに、用途によっては、イン
クリメンタル出力（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌｏｕｔｐｕｔ）（簡単な切り替え
）が比例出力（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｏｕｔｐｕｔ）より望ましい。最後
に、複合センサ対は、単方向比例センサの読み取りの電子工学的必須要件を減少
するための構造を提供する。図４３に示すように、簡単な切り替え部分は、スイ
ッチを互いに電気的に区別させる電気接続７０４を有するが、比例センサ部分は
、並列に配置された電気接続７０４を有し、そのため比例センサ部分は、互いに
電気的に異ならない。簡単な切り替え部分は、軸に沿った、または軸まわりのど
の方向かについての情報をもたらし、比例センサは強度を示す情報をもたらす。
したがって、２つの単方向比例センサを読み取るために１つのアナログチャネル
のみが与えられ、それに応じて、１２の単方向センサを読み取るために６つのア
ナログチャネルのみが与えられる。電子回路の複雑性が減じられる。

【０１１４】図４４は、膜構造内で対の関係にある比例センサ６３８．１および６３８．２
を示す。センサ６３８．１および６３８．２は、対の両センサ６３８．１および
６３８．２の一方に接続する中央電気接続７１０を共通に有する。各個別のセン
サは、第２の別個の接続を有し、センサ６３８．１は電気接続７０６を、センサ
６３８．２は電気接続７０８を有する。センサは本質的に中央テープ構造（ｃｅ
ｎｔｅｒｔａｐｅｄａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）になっており、中央接続７１
０は、たとえば接続７０６がかなりの電圧を運び、接続７０８が接地される場合
、１つのアナログを用いてデジタルコンバータへと読み出され、双方向情報をも
たらすことができる。したがって、単方向比例センサの機体的およびコスト的な
利点は、経済的な電気回路で利用される。

【０１１５】図４５ないし図４７は、図２０ないし図２８の実施形態の前述の構造を有する
６ＤＯＦ機能構造を生成するための回路基板シート手段上に取り付けられた双方
向センサを示している。したがって、６ＤＯＦの完全な操作性（ｏｐｅｒａｂｉ
ｌｉｔｙ）のためには、６つの双方向センサが使用される。図１ないし図３に示
す実施形態は、３つの双方向回転センサと６つの単方向リニアセンサを備えた９
つのセンサの６ＤＯＦ実施形態を特に示している。図１３ないし図３６に示す実
施形態は、全センサが単方向センサである１２のセンサの６ＤＯＦ実施形態を示
している。

【０１１６】図４５および図４６は、回路基板３２２上に取り付けられた一般的なロッカー
アームタイプのアクチュエータ３６４を示している。アクチュエータ３６４は、
図示の新奇な双方向センサの用途は、図２０ないし図２７に示す実施形態におけ
るアクチュエータ３６４のいずれかまたは全てで機能するため、区別する上部構
造３３８なしに示されている。

【０１１７】図４５は回路基板シート３２２上に取り付けられたロッカーアームアクチュエ
ータ３６４およびロータリエンコーダやポテンショメータソルダ（ｐｏｔｅｎｔ
ｉｏｍｅｔｅｒｓｏｌｄｅｒ）などの双方向センサ７５０を示す。双方向セン
サ７５０は、シート３２２に取り付けられ、小さなギヤまたはピニオンギヤ７５
２を有するロータリセンサ７５０へのロータリシャフトを備えたラックピニオン
ギヤ部品によって、ロッカーアーム３３６に作動的に（ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ
ｌｙ）連結されている。ピニオンギヤ７５２は、ロッカーアームアクチュエータ
３３６の一端に固定された弓形のギヤラック７５４に乗せられ、シート３２２の
開口部７５６を自由に通過することによって、作動させられる。

【０１１８】図４６は、図示の双方向センサが光伝達ユニット（ｌｉｇｈｔｔｒａｎｓｍ
ｉｔｔｉｎｇｕｎｉｔ）７６０および光検知ユニット（ｌｉｇｈｔｓｅｎｓ
ｉｎｇｕｎｉｔ）７６２を有する光センサであるという点を除けば、図４５と
類似である。光伝達ユニット７６０および光検知ユニット７６２は、いずれも回
路基板シート３２２にはんだ取り付けされ、目盛りつきの光フィルタまたはアク
チュエータアーム３３６の一端に固定されたシャッタリング装置等の、弓形の光
調整ユニット（ｌｉｇｈｔｒｅｇｕｌａｔｉｎｇｕｎｉｔ）７６４によって
分離されている。

【０１１９】図４７は、それらのセンサが図２８に示す実施形態のようなハンドル内で作動
する構造で示される点を除いては、図４５および図４６に記載されるのと同じタ
イプのセンサを示している。

【０１２０】図４８および図４９は少なくとも１つのセンサ６６０を担持（ｃａｒｒｙ）す
る可撓性の薄膜センサシート６５８もしくは薄膜シート６５８の少なくとも一部
を所望の位置に係止（ａｎｃｈｏｒ）し、駆動機構に適した構造を操作上の（ｏ
ｐｅｒａｔｉｏｎａｌ）位置に保持する新規な構造断面図および分解組立図をそ
れぞれ示す。センサ６６０は共通の単一スイッチタイプもしくは私の新規な感圧
性の（ｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）比例薄膜タイプであり得る。こ
の実施形態はまたセンサ駆動構造を位置合わせし保持するためのものであり、特
に弾性の触覚タイプの駆動構造に有益であると確信している。パッケージ部材６
５０は四つの側壁を有する、ここに示す構造のようなハウジングである。対向す
る二つの壁に沿って位置合わせされるのは、末端がフック状でスナップ嵌めの形
である、下方に拡張しているスナップ嵌め脚（ｌｅｇ）６５２である。パッケー
ジ６５２は、パッケージ６５０を剛性支持構造６３０に取り付ける際のスナップ
嵌め脚６５２の曲げ（ｂｅｎｄｉｎｇ）のための、優れた寸法安定性、剛性そし
て弾性を有する、アセタール族の樹脂などの射出成形プラスチックから形成され
てよい。パッケージ６５０の内部はくぼみ（ｃａｖｉｔｙ）であり、そこに、少
なくともプランジャ６０２としてここで示されるアクチュエータが保持される。
部分的にパッケージのくぼみを取り囲む一方で、外力によって押し下げられる、
つまり駆動されるためのプランジャ６０２の一部が通って伸びるための開口を有
するパッケージ６５０の上部または最上部によって、ハウジングパッケージ６５
０内で、少なくともプランジャ６０２の一部分が保持される。弾性の金属ドーム
キャップ６０４もまた、くぼみ内に示され、プランジャ６０２と剛性支持構造６
３０に支持された薄膜センサ６６０との間に位置付けられている。剛性支持構造
６３０はスナップ嵌め脚６５２の取り付けとその後の保持の際の通路（ｐａｓｓ
ａｇｅ）を与えるように作られた、二つの細長い開口６５６を有する。薄膜６５
８はセンサを有するいかなる薄膜でもよく、また細長い開口６５４を、センサ６
６０としてここに示される薄膜センサの周りに有する。開口６５４はスナップ嵌
め脚６５２の通路を許容するサイズである。

【０１２１】実施形態全体は、センサを保持する薄膜センサシート６５８もしくは少なくと
も薄膜センサシート６５８の一部と支持構造６３０の側面に沿った開口６５４を
位置づけ、薄膜開口６５４を支持構造開口６５６と位置合わせし、そして、プラ
ンジャ６０２およびドームキャップ６０４を含むハウジングパッケージ６５０と
ともに、位置合わせされた開口を通して脚６５２を押し、それによって薄膜セン
サを固定し、起動のために正確で確実な位置でプランジャ６０２を起動すること
によって、組み立てられる。

【０１２２】この新規な薄膜センサ係止および起動構造は、ただ多数の比較的長いアームを
有する薄膜を固定するのではなく、様々な用途において可撓性の薄膜および関連
するセンサを位置に固定するのに有用であり得、広く普及したセンサのセットを
、本発明者の同時係属中出願（第０７／８４７，６１９号、１９９２年０３月０
５日提出）用および、ハンドルハウジングまたはベースハウジングなどに載せら
れる装置内のどこかに位置される、手で起動されるボタン用の６ＤＯＦ装置には
め込む。この構造はまた、多くの６ＤＯＦではない用途、ここでは手書きが一般
的である、において非常に多くの利点を提供する。例えば、二つの軸ジョイステ
ィックの一般的な組立てでは、ハンドル内に位置する様々な異なる位置の、異な
る指で作動させる多数のスイッチの手書きを伴い、ジョイスティックのベースと
ともに位置づけられた付加されたスイッチも含む。これらの広い範囲に亘るスイ
ッチの位置に対する手書きは誤りを起こしやすく、労働に対して費用がかかるの
で、このプロセスは可撓性の薄膜をベースとしたセンサを用いることで非常に役
立値、これはこの新規な構造によって可能となる。

【０１２３】図５０に示すのは、図４８および図４９の装置と共通した直角に搭載された実
施形態である。直角に搭載された実施形態は、上面の開口がプランジャ６０２の
通路を収容するために必ずしも湾曲しなく、むしろ開口は外部の起動において支
点６７６について回転する直角アクチュエータ６７０の通路を収容するようにス
ロット状に形成されることを除いてはハウジング６５０とほぼ同じように形成さ
れたハウジング６５０．１を有する。直角アクチュエータ６７０は図１７の部分
２６２、図２７の部分３４８および図２８の部分３７６として示された、直角ト
ランスレータ部分と構造的に同様である。具体的に、アクチュエータ６７０は、
取り付け６３０に実質的に平行に起動部品によって作用される、外側に露出され
た起動ナブ（ｎｕｂ）６７４を有し、支点６７６について回転し内部起動ナブ６
７２をドームキャップ６０４に対して下方に衝突させる。支点６７６は実質的に
輪のようなリテイナー６７８によってハウジング６５０．１内の箇所に保持され
、支点６７６の回転保持のためのサドルを提供する突起６８０を備える。

【０１２４】図４８から図５０に示される係止および保持実施形態は、これまでの薄膜シー
トをベースとしたセンサが現在の教示において示される、製造実施形態の最適な
低コストを提供し、回路板シートに基づくセンサのための構造および変形を提供
する利点に適って作動することができる。

【０１２５】本発明者は最良の形態と好適な構造および発明の用途について具体的に述べて
きたが、説明され図示された具体的な構造や形態における多数の変更が、本発明
の真の範囲を逸脱せずに明らかになされ得ることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】キャリッジ及びトラックボール専用ハウジング内における本発明のトラックボ
ールタイプの実施形態の上面図である。

【図２】図１に示された実施形態を２線に沿って切断した側部断面図である。

【図３】図１の３線に沿って切断した端部断面図である。

【図４】二壁間のキャリッジ、トラックボール及びトラック枠を示す部分説明である。

【図５】本発明の範囲内で使用可能である、僅かに変形させたキャリッジの一部分、ト
ラックボール及びトラックボールを中心に回転可能なコレットを示す説明図であ
る。ロータリーエンコーダーは上記コレットの底面に接するセンサの例として示
している。

【図６】上記回転可能なコレットの別の形態を基本的に示した説明図。

【図７】互いに直交する三軸、ここではそれぞれ第一軸、第二軸、第三軸、またはロー
ル軸、ピッチ軸、ヨー軸と呼ぶ三軸を示す図である。これらは入力部材の中心で
交点を一致させて示されており、入力部材はトラックボールとして示されている
が、入力部材を操作する手のようなものでも構わない。

【図８】キャリッジとトラックボール専用に作られたハウジングを示す図である。ハウ
ジングは大体において底面を平らに作ってあり、使用の際テーブルやデスクとい
った支持面に置くのに適した構成になっている。破線で示す外廓線は手首及び上
腕部当てとして人間工学の観点から設計された補足延長部分を想定して示してい
る。

【図９】ユーザがグラフィク画像をコントローラーで制御する際に、ユーザの手に握れ
るような大きさ及び形状にしたハンドベルトハウジング内のキャリッジとトラッ
クボールを示す図である。

【図１０】さもなければ比較的従来型であり、また、アルファベット、１から９までの数
字、スペースバーと他のファンクションキーとでキーの数が４０を優に超えるコ
ンピューターキーボードに収容されるキャリッジとトラックボールの図。

【図１１】コンピューターやテレビのディスプレイを、三次元で表わされた立方体を表示
させて示した図。

【図１２】本発明のジョイスティックタイプの実施形態の端部部分断面図である。この実
施形態は、ボールの露出部分に係合し、掴むことが可能な延長ハンドル以外の点
は図１で示したトラックボールタイプの実施形態と同じであるか、もしくは同じ
に構成することが出来る。

【図１３】薄膜センサシートの使用を可能にする構成を表す本発明の別のジョイスティッ
クの実施形態を示す分解図である。

【図１４】平らな形状の薄膜センサシートを示す図である。

【図１５】折り畳まれた、３−Ｄ構造の薄膜センサシートを示す図である。

【図１６】回路基板シートのような堅い平らなシートに置かれた場合の機械的な平らな取
り付けおよび直角取り付けパッケージ内の全センサを示す図である。

【図１７】全ての６ＤＯＲセンサが平面に配置される変形における薄膜センサシートを示
す図である。

【図１８】最近の代表的なコンピューターキーボードで見られるような、さもなければ従
来の薄膜センサシートの新規付属品として、図１７において述べた薄膜センサシ
ートの構成を示す図である。

【図１９】他の一般的なコンピューターキーボードハウジングにおいては矢印キーパッド
のある場所に位置する本発明の６ＤＯＦコントローラーを示す外面図である。

【図２０】ロッカーアームアクチュエータを備えた２平面の実施形態を示す分解図である
。

【図２１】図２０の実施形態の側面図である。

【図２２】図２０及び図２１に示す実施形態のロッカーアーム差動装置を示す斜視図であ
る。

【図２３ないし図２５】動作時における二腕ロッカーアーム作動装置の様々な側面図である。

【図２６】ロッカーアームの配置と二つの片腕作動装置を用いることで減少した部分を示
した上面図である。

【図２７】片腕ロッカー差動装置を示す側面図である。

【図２８】図２０及び図２１の実施形態のハンドルを示す分解図である。

【図２９】さもなければ典型的なコンピューターキーボードの矢印キー領域に位置する、
図２０から図２８に示した実施形態の構成によって作動され、またこれに合致す
るように誂えの付属を施したさもなければ典型的なコンピューターキーボード薄
膜を示す図である。

【図３０】ＴＶ、ＶＣＲ、ＣａｂｌｅＢｏｘやある種のコンピューター等を制御するの
に使われるような、さもなければ典型的な遠隔制御装置と一体化された６ＤＯＦ
ハンドルを示す斜視図である。

【図３１】図３０の装置を示す斜視図を破線で。そして図２０から図２９に示した実施形
態に合うよう形作られた薄膜の内部を示す図である。

【図３２】センサ及び電子機器を支持するため、下地の平面上に８個のセンサ、ハンドル
のＰｌａｎｅには４個のセンサを位置させて、一つの平面に付き一つの回路基板
を用いた６ＤＯＦ２平面装置を示す側面図である。

【図３３】図３２に示した実施形態の第３軸移動部品を示す斜視図である。

【図３４】キャリッジにおける図３４の部品を示す側面図である。

【図３５】図３２から図３４に示した部品を示す斜視図である。

【図３６】回路基板を用いた２平面の実施形態であるが、８個のセンサをハンドルのＰｌ
ａｎｅに、４個のセンサを下地のｐｌａｎｅに位置させ実質的に異なるセンサ配
置及び構成をしているものを示す側面図である。

【図３７】代表的な瞬間的ＯＮスイッチセンサ用直角はんだ付けセンサパッケージを示す
側部断面図である。

【図３８】比例感圧素子を内部に有する水平または平らなはんだ付けセンサパッケージを
示す側部断面図である。

【図３９】非作動位置に金属製ドームキャップ作動装置を有する比例薄膜センサを示す側
部断面図である。

【図４０】作動位置に金属製ドームキャップ作動装置を有する比例薄膜センサを示す側部
断面図である。

【図４１】一方を他方の方に取り付け可能な多数の簡単なＯｎ／Ｏｆｆ切り替え素子を備
えた複合薄膜センサを示す側部断面図である。

【図４２】同時に作動されるｓｉｍｐｌｅＯｎ／Ｏｆｆ切り替え素子と比例素子の両方
を備えた複合薄膜センサを示す側部断面図である。

【図４３】一つの双方向比例センサを構成するよう配置した図４２に示すタイプの二つの
複合センサを示す側部断面図である。

【図４４】中心を空の領域にした一つの双方向センサを形成するために電気的に接続され
た二つの一定方向比例センサを示す側部断面図である。

【図４５】双方向回転センサを操作する一般的なロッカーアーム作動装置を示す斜視図で
ある。

【図４６】双方向光学センサを操作する一般的なロッカーアーム作動装置を示す斜視図で
ある。

【図４７】ハンドル内で実施可能な図４５及び図４６のセンサを示す斜視図である。

【図４８】薄膜センサを所定位置に固定し、またセンサ作動機構を所定の位置に保持する
ための新規構成を示す側部断面図である。

【図４９】図４１の実施形態を示す分解図である。

【図５０】図４８及び図４９の実施形態であるが直角変形の中央断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ【要約の続き】く広がった６ＤＯＦの３Ｄ配列、および／または、他のセンサ取り付け（ｍｏｕｎｔｉｎｇ）に至る可能性のある３次元形状に曲げられる。最終的に平坦または３Ｄ形状のいずれに適用されても、シート部材によって接続されたセンサの使用により、効率のよい回路とセンサの接続および製作中の配置が可能になり、低い製品コストおよび高い信頼性が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基準部材に対して６自由度で操作することができる、手で操
作可能な入力部材を有するタイプの、改善された多軸の物理量（ｐｈｙｓｉｃａ
ｌ）−電気量（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）変換器であって、前記変換器は、少なく
とも３つの互いに直交する線形軸に沿って中心へ戻る（ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｃ
ｅｎｔｅｒ）回復力（ｒｅｓｉｌｉｅｎｃｙ）を有し、前記変換器は、前記入力
部材の操作を、代表する（ｒｅｐｒｅｓｅｎｓａｔｉｖｅ）電気出力信号に変換
するのに十分なセンサを有し、前記改善は、前記入力部材および前記基準部材と協働して相互作用する（ｉｎｃｏｏｐｅ
ｒａｔｉｖｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｗｉｔｈ）シート部材を含み、前記シ
ート部材は、少なくとも十分な数の前記センサを接続し、少なくとも３自由度で
の前記入力部材の操作を、代表する電気出力信号に変換する、改善された多軸の
物理量−電気量変換器。
【請求項２】前記シート部材は、少なくとも十分な数の前記センサを接続
し、少なくとも４自由度での前記入力部材の操作を、代表する電気出力信号に変
換する、請求項１に記載の改善された多軸の物理量−電気量変換器。
【請求項３】前記シート部材は、少なくとも十分な数の前記センサを接続
し、少なくとも５自由度での前記入力部材の操作を、代表する電気出力信号に変
換する、請求項１に記載の改善された多軸の物理量−電気量変換器。
【請求項４】前記シート部材は、少なくとも十分な数の前記センサを接続
し、少なくとも６自由度での前記入力部材の操作を、代表する電気出力信号に変
換する、請求項１に記載の改善された多軸の物理量−電気量変換器。
【請求項５】前記変換器は、トラックボールタイプのコントローラとして
形成される、請求項４に記載の改善された多軸の物理量−電気量変換器。
【請求項６】前記変換器は、ジョイスティックタイプのコントローラとし
て形成される、請求項４に記載の改善された多軸の物理量−電気量変換器。
【請求項７】前記シート部材は、少なくとも１つの２次入力部材の入力操
作用のセンサを接続する、請求項１に記載の改善された多軸の物理量−電気量変
換器。
【請求項８】前記中心へ戻る回復力は、人ユーザによって認識できるよう
に、しきい値を超えた、十分に力強いブレーキ（ｂｒｅａｋ）を有するスナップ
スルー（ｓｎａｐ−ｔｈｒｏｕｇｈ）タイプである、請求項１に記載の改善され
た多軸の物理量−電気量変換器。
【請求項９】前記シート部材は、プリント回路基板であり、前記センサが
該回路基板上に搭載されている、請求項１に記載の改善された多軸の物理量−電
気量変換器。
【請求項１０】前記シート部材は、可撓性の（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）膜（ｍ
ｅｍｂｒａｎｅ）センサシートである、請求項１に記載の、改善された多軸の物
理量−電気量変換器。
【請求項１１】前記膜センサシートは、前記膜シートの表面上に印刷され
た電気トレース（ｔｒａｃｅ）を有する、請求項１０に記載の改善された多軸の
物理量−電気量変換器。
【請求項１２】前記センサは、前記膜センサシートと直接一体になった、
比例して（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）、電気的に可変な感圧センサである、請
求項１１に記載の改善された多軸の物理量−電気量変換器。
【請求項１３】基準部材に対して６自由度で操作されることができる、手
で操作可能な入力部材を有するタイプの多軸の物理量−電気量変換器のための、
改善された製造方法であって、前記変換器は、少なくとも３つの互いに直交する
線形軸に沿って中心へ戻る回復力を有し、前記変換器は、センサを起動（ａｃｔ
ｉｖａｔｅ）し、前記入力部材の入力操作を、代表する電気出力信号に変換する
ための内部駆動部品を有し、該改善は、（ａ）少なくとも１つのシート上で導電性トレースを生成するステップと、（ｂ）少なくとも４自由度での前記入力部材の操作を、代表する電気出力信号
に変換する少なくとも十分な数の前記センサを物理的に前記シートに、電気的に
、前記導電性トレースの少なくともいくつかに、接続するステップと、（ｃ）前記シート部材が前記変換器の前記駆動部品と協働して相互作用し、そ
れによって、前記センサは、前記基準部材に対する前記入力部材の操作によって
、起動される位置に配置されるステップとを含む、改善された製造方法。
【請求項１４】前記接続するステップは少なくとも５自由度での前記入力
部材の操作を、代表する電気出力信号に変換する少なくとも十分な数の前記セン
サを物理的に前記シートに、電気的に、前記導電性トレースの少なくともいくつ
かに、接続することを含む、請求項１３に記載の、多軸の物理量−電気量変換器
のための改善された製造方法。
【請求項１５】前記接続するステップは少なくとも６自由度での前記入力
部材の操作を、代表する電気出力信号に変換する少なくとも十分な数の前記セン
サを物理的に前記シートに、電気的に、前記導電性トレースの少なくともいくつ
かに、接続することを含む、請求項１３に記載の、多軸の物理量−電気量変換器
のための改善された製造方法。
【請求項１６】前記変換器の基準部材に対して６自由度で操作することが
できる、手で操作可能な入力部材を有するタイプの、改善された多軸の物理量−
電気量変換器であって、前記変換器は、少なくとも３つの互いに直交する線形軸
に沿って中心へ戻る回復力を有し、前記変換器は、前記入力部材の操作を、代表
する電気出力信号に変換するのに十分なセンサを有し、該改善は、少なくとも一部を含むハウジングと、前記入力部材の操作によって、前記ハウジングに対して移動可能なキャリッジ
であって、４自由度での前記入力部材の操作を変換する、少なくとも十分な数の
前記センサと協働して相互作用するキャリッジとを備える改善された多軸の物理
量−電気量変換器。
【請求項１７】前記キャリッジは、５自由度での前記入力部材の操作を変
換する、少なくとも十分な数の前記センサと協働して相互作用する、請求項１６
に記載の改善された多軸の物理量−電気量変換器。
【請求項１８】前記キャリッジは、６自由度での前記入力部材の操作を変
換する、少なくとも十分な数の前記センサと協働して相互作用する、請求項１６
に記載の改善された多軸の物理量−電気量変換器。