(57)【要約】特に表示装置上で表現可能な対象を制御するための入力装置、システムおよび方法を提案する。中央セクションと操作部材が少なくとも概ね類似の断面または直径を有し、相前後して配置されており、および／または操作部材が追加的に弾性変形可能であることによって、複雑な制御課題でも簡単な操作が可能である。
2005522756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に表示装置（２）上で表現可能な少なくとも１つの対象（３）またはコンピュータ（４）を制御するための入力装置（１）であって、
中央セクション（５）と、当該中央セクション（５）に付属し手動操作可能な操作部材（６）とを有しているものにおいて、
操作部材（６）と中央セクション（５）とが相前後して配置されていて、少なくともほぼ類似の断面または直径を有しており、および／またはディスク状またはリング状に形成されていることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
操作部材（６）と中央セクション（５）とが共通の対称軸を有していることを特徴とする請求項１記載の入力装置。
【請求項３】
中央セクション（５）が操作部材（６）の間に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の入力装置。
【請求項４】
操作部材（６）と中央セクション（５）が操作者の指（１３）を半径方向に当てるための外周面（１２）を１つずつ有しており、しかも握り変えることなく、中央セクション（５）に対して相対的な操作部材（６）の可動性を手動で選択によりロックしたり解除したりすることが可能であることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載の入力装置。
【請求項５】
前記操作部材（６）が行程に依存する種々異なる力、特に種々異なるばね力に抗して操作可能であることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項記載の入力装置。
【請求項６】
前記操作部材（６）が互いに独立に操作可能であり、特に等しい機能性を有することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項記載の入力装置。
【請求項７】
特に表示装置（２）上で表現可能な少なくとも１つの対象（３）またはコンピュータ（４）を、手動操作のために移動可能および／または揺動可能もしくは回動可能な少なくとも１つの操作部材（６）によって制御するための、特に請求項１から６までのいずれか１項記載の入力装置（１）において、
操作部材（６）が少なくとも一部の領域は弾性変形可能に形成されており、当該操作部材（６）の変形が制御信号を発生するために検知可能であることを特徴とする請求項４から６までのいずれか１項記載の入力装置。
【請求項８】
前記入力装置（１）に入力装置（１）または中央セクション（５）の方位、および特に位置を把握して相応の位置信号を発生するための位置センサ（８）が付属していることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項記載の入力装置。
【請求項９】
少なくとも１つの操作部材（６）が中央セクション（５）に対して相対的に少なくとも３軸または４軸、好ましくは６軸で操作可能であり、操作時に当該操作部材（６）に作用する力および／またはモーメントが量と方向に関して、当該操作部材（６）に付属する操作センサ（７）により検知可能であり、相応の制御信号を出力できることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項記載の入力装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの操作部材（６）が、フィードバックされた力および／または行程に依存する力、特にばね力に抗して操作可能であり、および／または当該入力装置（１）が携帯可能であることを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項記載の入力装置。
【請求項１１】
入力装置（１）と、表示装置（２）と、コンピュータ（４）とを有するシステム（１４）であって、表示装置（２）上で表現可能な少なくとも１つの対象（３）を制御するための入力装置（１）がコンピュータ（４）に接続されているか、または当該コンピュータ（４）もしくは表示装置（２）と接続しているものにおいて、
前記入力装置（１）が前記請求項のいずれか１項に従って構成されていること３を特徴とするシステム。
【請求項１２】
操作時に入力装置（１）の操作部材（６）に作用する力および／またはモーメントをそれらの絶対的方向に関して、特にまたそれらの量および／または作用点に関して、入力装置（１）に付属している位置センサ（８）の位置信号を制御信号としてコンピュータ（４）に出力でき、または当該コンピュータによって把握できることを特徴とする請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
入力装置（１）の操作部材（６）によって、２つの対象（３）が互いに独立に、または相対的に向き合って制御可能であることを特徴とする請求項１１または１２記載のシステム。
【請求項１４】
表示装置（２）上で表現可能な特に２つの対象（３）を、空間内で自由に運動できる手動操作可能な入力装置（１）と付属のコンピュータ（４）により制御する方法であって、入力装置（１）の２つの操作部材（６）に作用する力およびモーメントの量と方向、ならびに入力装置（１）の方位を検知し、絶対的方向の考慮下で対象（３）に作用する相応の処理として評価する方法。
【請求項１５】
入力装置の２つの独立した操作部材（６）により２つの対象（３）を互いに独立に制御または処理する請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置上で表現可能な特に２つの対象を、空間内で自由に運動できる手動操作可能な入力装置により制御するための、請求項１または７の前提部記載の入力装置、請求項１１の前提部記載のシステムおよび方法に関する。
【０００２】
本発明は、一般的に制御信号を発生し、もしくは制御するための手動操作可能な入力装置に関する。特にこれらの入力装置は、コンピュータによって動画化された表現もしくはコンピュータによって作製された表現、ゲーム、対象など、好ましくは特にグラフィックな対象を、ディスプレイなどの表示装置上で制御するために用いられる。それゆえ、上記の意味での入力装置は、たとえばマウスである。
【０００３】
本発明は、主として３次元的使用を目的としている。それゆえ入力装置は、好ましくは自由に、つまり空間の全３方向に動くことができる。この場合、入力装置は並進３自由度（３軸）と回転３自由度（別の３軸）を有する。以下に、これらの自由度は単に軸とも呼ぶ。
【背景技術】
【０００４】
本発明の出発点をなすＷＯ００／１４６７６Ａ１は、立方体のハウジングと、当該ハウジングの側面から直交立体軸に沿って中心指向的に突出している棒状操作部材とを有する入力装置を開示している。互いに対をなして向き合っている操作部材は、それらの共通の延在方向に沿って（場合によって戻しばねの力に抗して）操作可能であり、１方向の並進移動の制御、すなわち１軸の制御に用いられる。操作部材全体が縦方向に移動することにより、表示装置によって表現された並進移動は３軸で制御され得る。
【０００５】
さらに公知の入力装置では、表現された対象の回転運動を制御するために、棒状操作部材またはこれに付属するスリーブが回動可能である。
【０００６】
したがって各々の操作部材は、せいぜい２軸を制御するために設けられている。それゆえ複雑な応用、特に６軸以上の制御には多数の操作部材が必要となり、そのために入力装置の操作が困難になり、特に直観的な操作が不可能となる。
【０００７】
さらに公知の入力装置は、ハウジングの方位および／または位置を検知するための位置検知センサ機構を有している。このセンサ機構は、ハウジングの方位と位置に応じて表示装置上で対象を整えるために、表示装置に対して相応の制御信号を発生する。位置信号のそれ以上またはそれ以外の加工は設けられていない。
【０００８】
ＥＰ０９７９９９０Ａ２は、キャップ状の操作部材を有する定置の力・モーメント・センサを開示している。操作部材は６軸で運動可能または操作可能であり、センサがこの操作を検知し、制御目的のために相応の制御信号を出力する。このセンサは通常は定置部材、たとえば固定板によって保持されるか、または準定置部材、たとえばロボットのアームなどによって保持される。
【特許文献１】欧州特許出願公開ＥＰ０９７９９９０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、特に表示装置上で表現可能な少なくとも１つの対象またはコンピュータを制御するための制御信号を発生する入力装置、システムおよび方法を提供することであり、入力装置の単純な、特に直観的な操作もしくは取扱いを可能にし、特に操作者が握り変えることを必要とせずに複雑な過程も制御できるようにする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題は請求項１または７記載の入力装置、請求項１１記載のシステムまたは請求項１４記載の方法によって解決される。従属請求項に有利な構成が記載されている。
【００１１】
本発明の本質的な思想は、入力装置の２つの操作部材と好ましくはその間に配置されている中央セクションとが相前後して配置されており、少なくともほぼ類似の断面または直径を有し、および／またはディスク状またはリング状に形成されていることである。
【００１２】
操作部材と中央セクションが共通の対称軸を有していることが好ましい。入力装置が全体として少なくとも概ね棒状または円筒状の形状もしくは外輪郭を有することが好都合である。
【００１３】
しかしながら操作部材は実施態様に従い互いに、および／または中央セクションに対して直径、断面、外輪郭、色、材料および／または表面性状または感触を変化させて、特にそれらを識別できるようにしてもよい。
【００１４】
択一的または追加的に、少なくとも１つの操作部材それ自体を、たとえ一部領域でも弾性変形可能に形成することができる。この場合、変形は、特にいわゆるソフトキーの方式で検知されて、相応の操作信号が形成される。
【発明の効果】
【００１５】
提案された解決は、非常に人間工学的に形成されていて、好ましくはグラフィックな対象などをディスプレイまたはその他の表示装置の上で比較的単純に、特にほぼ直観的に操作もしくは制御することを許す。
【００１６】
特に好適な構成に従い、入力装置はそれぞれ少なくとも３軸を制御するための少なくとも２つの操作部材を有している。これにより、比較的簡単な取扱いで、たとえば２つの対象を互いに独立に制御することが可能になり、しかもその際に操作者が入力装置を握り変える必要はない。
【００１７】
特に好適な構成において、本発明の本質的な思想は、少なくとも３軸、好ましくは４軸または６軸に対する手動操作力および／または手動操作モーメントを検知するための操作センサが付属した各操作部材を形成すること、さらに入力装置の方位を検知するための位置センサを使用して、入力装置もしくはそれぞれの操作部材に作用する操作力および／または操作モーメントの、少なくとも絶対的な（すなわち実際の）方向を把握できるようにすることである。さらに、次いで操作力もしくは操作モーメントの量を検知する。これに応じて、絶対的方向を考慮して、ディスプレイなどの表示装置上で表現される対称の処理もしくは制御に作用する制御信号を提供できる。
【００１８】
別の側面は、操作力／モーメントを検知し、位置センサによって提供された位置信号を考慮することにより絶対的な操作方向と組み合わせて、たとえばディスプレイ上またはその他の投影において、グラフィックな対象のほぼ現実に忠実な制御、特に処理を可能にすることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明し、本発明のその他の利点、特徴、性質および側面を明らかにする。
【００２０】
図では同じ部材または類似の部材には同一の参照符号を用いる。一部簡潔にするために説明の繰り返しを省いた場合も、相応の利点または比較可能な利点が達成される。
【００２１】
図１は、提案による、好ましくは携帯可能な入力装置１の概略的な側面図を示す。
【００２２】
図３に示す表示例では、入力装置１は表示装置２上に表現された、ここでは少なくとも１つのグラフィックな対象３、好ましくは複数の対象３を制御するために用いられる。表示装置２は特にディスプレイなどである。しかしながら、その他どのような投影も考慮に値する。
【００２３】
図示の例では、制御機能を行うコンピュータ４に入力装置１および表示装置２が付属しており、特に当該コンピュータ４と接続されている。接続は、たとえばケーブルを介して行うことができるが、特に入力装置１と無線で、たとえば無線電信または光によって行うこともできる。
【００２４】
図１に示すように、入力装置１は中央セクション５と、少なくとも１つの操作部材６、ここでは２つの操作部材６を有している。
【００２５】
各々の操作部材６は中央セクション５に対して相対的に少なくとも３軸、好ましくは４軸、図示の例では６軸で運動可能または操作可能である。
【００２６】
図示の例では、操作部材６は中央セクション５に間接的または直接的に弾性的に取り付けるか、もしくは保持できる。
【００２７】
操作部材６の操作は、図１に略示されているように、付属の操作センサ７によって検知可能である。ここでは「センサ」という概念は広義に解し、付属の操作部材６の操作を十分正確に検知することを可能にする適当な検知機構もしくはセンサ機構、特にエレクトロニクスである。
【００２８】
明確にするために指摘しておくと、図示の例で操作部材６は好ましくは空間の３並進方向すべてにおいて移動でき、かつこれらの軸の回りで傾倒可能なので、６軸における操作を可能にする。相応の検知を可能にするために、各々の操作部材６に付属している操作センサ７、もしくは操作部材６と付属の操作センサ７によって形成されたユニットが、好ましくはＥＰ０９７９９９０Ａ２に従って構成されている。そのためこの刊行物を補足的開示として採用する。
【００２９】
操作部材６および付属の操作センサ７は、必要に応じて上記以外の適当な仕方で構成または実現できる。
【００３０】
別の、やはり独立に実現可能な側面に従えば、少なくとも１つの操作部材６を、さらにたとえ一部領域だけでも弾性変形可能に形成することができる。この場合、特にいわゆるソフトキーの方式で付属の操作センサ７によって変形を検知して、相応の操作信号を発生できる。この追加的な機能性を、別の機能や他の対象３などの制御に使用できる。
【００３１】
その上に、または択一的に、入力装置１はその他の操作部材、スイッチなどを有することができる。
【００３２】
両操作部材６は、特に種々異なる機能および／または対象３の制御のために用いることができる。これに応じて操作部材４および／または付属の操作センサ７は、種々異なる性質、評価などを有することができる。たとえば、両操作部材６は、行程に依存する、および／またはフィードバックされた、もしくは能動的な（つまり制御される対象３の、たとえば速度に依存する）種々異なる力もしくはばねの硬さにより、中央セクション５に対して相対的に運動可能であり、特に傾倒もしくは回動および／または移動可能であり得る。
【００３３】
図示の例では各々の操作部材６に独立もしくは固有の操作センサ７が付属している。しかしながら、実施の形態に応じて、場合によっては両操作部材６の操作を検知するために唯一のセンサ７のみ設けることもできる。
【００３４】
図示の例では、操作センサ７は中央セクション５に配置されている。しかしながら、これは必ずしも必要ではない。配置はその都度の技術的な実情に合わせることができる。
【００３５】
操作センサ７は、好ましくは操作時に操作部材６に作用する操作力および操作モーメントを、量および方向と方向に関して検知できるように構成されている。これは特に力・モーメント・センサである。操作センサ７は相応の制御信号を発生もしくは出力できる。
【００３６】
提案された入力装置１には、入力装置１の少なくとも方位、および特に位置も検知もしくは把握して相応の位置信号を発生するための位置センサ８が付属している。図示の例でも、位置センサ８は入力装置１内に配置されており、特に図１に略示されているように中央セクション５に統合され、もしくは組み込まれている。
【００３７】
択一的に、位置センサ８を入力装置１の外部に配置して、たとえば適当なカメラ、その他のトラッキングシステムなどによって形成できる。
【００３８】
別の実施態様に従い、位置センサ８は方位センサまたはポジションセンサによって形成できる。
【００３９】
位置検知は供給源から自由に行うか、または供給源に拘束される形で行うことができる。それに応じて位置センサ８は、場合によっては外部供給源と協働する。
【００４０】
センサ７、８によって提供された信号は、必要に応じて入力装置１および／または付属のコンピュータ４またはその他の装置によって変換、加工および／または評価できる。この場合信号は、たとえば図１に略示されたケーブル９を通ってコンピュータ４および／または表示装置２に出力できる。
【００４１】
択一的に、たとえば信号の無線伝送、たとえば図１に略示するように、評価機構および／または伝送機構10による無線伝送を設けることも可能である。
【００４２】
センサ７、８によって提供された信号もしくは検知された測定値の評価もしくは利用については、後に詳しく説明する。
【００４３】
好ましくは操作部材６と中央セクション５は、少なくとも概ね類似の断面または直径を有しており、図１に示したように相前後して配置されている。
【００４４】
特に入力装置１は、少なくとも概ね棒状に形成されているか、または図１と図２に示されているように円筒状に形成されている。この場合、操作部材６と中央セクション５は好ましくはディスク状またはリング状に形成されていて、共通の対称軸１１を有している。しかしながら、この他の幾何学的な成形および／または配置も可能である。
【００４５】
図示の例では操作部材６は、中央セクション５の互いに反対側に配置されている。中央セクション５と各々の操作部材６との間には、入力装置１の構成に応じて隙間を形成できる。しかしながら、汚れなどの侵入を少なくともほぼ防ぐために、隣接する部分や縁部が、少なくとも部分的に重なっている。必要に応じて上記の隙間を埋めるか、橋渡しするために弾性的なスペーサーなどを設けてもよい。
【００４６】
図示の例では、操作部材６は少なくとも概ねキャップ状に形成されている。操作部材６と中央セクション５は、特に入力装置１を操作する目的で、指１３を半径方向に当てるための外側の当接面もしくは外周面１２を形成している。これは図１に例として略示されているが、操作者は描かれていない。
【００４７】
保持／操作時に指１３の縦方向延在は、好ましくは入力装置１の対称軸１１に対して概ね平行に延びている。図示されていない操作者の向き合う両手の間に入力装置１を保持するとき、指１３が両側からそれぞれ１つの操作部材６と中央セクション５を包むように握ることができる。中央セクション５の範囲で指１３をわずかに半径方向に開閉することにより、中央セクション５に対する操作部材６の相対的運動を必要に応じて解除したり、ロックしたりできる。それに従い、入力装置１を握り変えなくても非常に多様な操作が可能になる。
【００４８】
しかしながら、操作部材６を片手か、または片手の指１３で保持もしくは支持するだけでも十分である。
【００４９】
提案による入力装置１は、人間工学的な観点で、非常に単純な、またプログラミングや形成された信号の二次加工に応じて直観的な操作もしくは取扱いを許す。
【００５０】
操作センサ７と位置センサ８によって提供された信号もしくは検知された信号の二次加工において、操作部材６に作用する力および／またはモーメントが、好ましくは量と方向に関して把握される。この場合、位置センサ８によって提供された位置信号を考慮することによって、入力装置１の現在の方位を考慮した上での力およびモーメントの実際の方向もしくは望ましい方向、したがって特に地球もしくは場合によって制御される対象３のグラフィック空間の座標系を基準とした絶対的方向を把握できる。
【００５１】
次いで、図３に示されているように、これらの絶対的操作力もしくはモーメントが、少なくとも１つの対象３を制御もしくは処理するために使用される。たとえばここで表現されている自動車は、操作部材６によって制御または処理される第１の対象３である。次に、自動車のタイヤが第２の対象３を形成する。これは別の操作部材６によって制御可能もしくは処理可能である。こうすることにより、入力装置１によってタイヤの組付けを模擬することが可能であり、たとえば自動車を持ち上げてタイヤを正しく装着する。
【００５２】
コンピュータによって制御もしくは模擬される２体問題で、提案された入力装置１により非常に簡単に解決できる例は、蓋、特にねじ蓋付きのビンである。ビンを相応に固定および／または位置決めしてビン開口部にねじ蓋を被せ、特にねじ込む。
【００５３】
しかしながら、入力装置１は個々の対象３を制御するために、たとえばチューブやカーブを変形させる目的にも使用できる。
【００５４】
図３に、図示の例では提案による入力装置１、対象３の表示装置２および付属のコンピュータ４を有する提案されたシステム１４を示す。コンピュータ４は、入力装置１に加えて、図３に略示されているように通常のようにキーボード１５でも制御できる。
【００５５】
提案されたシステム１４に略示されている表示装置２、たとえばディスプレイなどの代わりに、特にグラフィックな対象３のその他の投影や形成を設けることもできる。
【００５６】
しかしながら提案された入力装置１は、上記の意味における対象３の制御または処理に限定されていない。むしろ入力装置１は汎用的な制御機能、たとえばゲームに使用したり、楽器などとして用いたりすることができる。一般に入力装置１はそれぞれの技術的制御に使用できる。
【００５７】
特に両操作部材６により、合計１２軸まで制御可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】提案された入力装置の概略的な側面図である。
【図２】図１に示した入力装置の概略的な正面図である。
【図３】入力装置、表示装置およびコンピュータを有する提案されたシステムの概略図である。
【図４】提案された入力装置の他の例を示す概略的な側面図である。
【図１】
2005522756.tif 000003
【図２】
2005522756.tif 000004
【図３】
2005522756.tif 000005
【図４】
2005522756.tif 000006
【国際調査報告】
2005522756.tif 000007
2005522756.tif 000008
2005522756.tif 000009
2005522756.tif 000010