(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗素子を有する本体と、
３またはそれ以上の軸で動くアクチュエータと、
前記アクチュエータの動きに応じて動く接触アームと、
前記接触アームの端部に配置された電気センサと、を有し、
前記電気センサは、前記抵抗素子に接触して、接触点における電圧または電流を検出するようになっており、前記検出された電圧または電流は、前記３またはそれ以上の軸に対する前記接触点の位置に対応していることを特徴とする多軸ポテンショメータ。
【請求項２】
前記抵抗素子は、電源電圧または電源電流が供給されるようになっている請求項１に記載の多軸ポテンショメータ。
【請求項３】
前記電源電圧または電源電流は、前記抵抗素子に沿って２つの電気接点対の間に提供され、各接点対の２つの接点間に直接引かれた架空の２本の線が前記抵抗素子のほぼ中央において交差するようになっている請求項２に記載の多軸ポテンショメータ。
【請求項４】
前記接触アームの前記電気センサは、前記接触アームの長手方向の軸を中心とした前記接触アームの回転角の判定ができるようになっているセンサの対を含む請求項１に記載の多軸ポテンショメータ。
【請求項５】
前記３またはそれ以上の軸は、経度軸、緯度軸および前記接触アームの長手方向の軸を含む請求項１に記載の多軸ポテンショメータ。
【請求項６】
前記請求項１に記載の多軸ポテンショメータからの前記３またはそれ以上の軸に対応する電気信号を空間座標に変換する命令を含むコンピュータで読み取り可能な媒体。
【請求項７】
抵抗素子を有し、該抵抗素子が電源電圧または電源電流を供給されるようになっている本体と、
多軸で動くアクチュエータと、
前記アクチュエータの動きに応じて動くように構成されている接触アームと、
前記接触アームの端部に配置された電気センサと、を有し、
前記アクチュエータは、別の抵抗素子を備えた心棒と、該心棒の上に摺動可能に取り付けられたハンドルとを含み、
前記別の抵抗素子は、前記心棒の長手方向の部分に沿って縦方向に整列状態で配置されており、かつ前記別の抵抗素子はその長手方向の両端に設けられた第１および第２の電気接点を有しており、
前記ハンドルは、前記第１および第２の電気接点の間の前記別の抵抗素子の接触点において該別の抵抗素子に接触するように構成された別の電気センサを有しており、
前記電気センサは、前記抵抗素子に接触するとともにその接触点において電圧または電流を検出するように設けられており、
前記検出された電圧または電流は、前記接触点の位置に対応していることを特徴とする多軸ポテンショメータ。
【請求項８】
前記第１の電気接点は、電源電圧または電源電流に接続されており、前記第２の電気接点は、接地されるかあるいは浮動状態にあり、前記ハンドルの前記電気センサは、前記別の抵抗素子上の接触点において電圧または電流を検出するようになっている請求項７に記載の多軸ポテンショメータ。
【請求項９】
抵抗素子を有し、該抵抗素子が該抵抗素子に沿って設けられた２つの電気接点対の間で電源電圧または電源電流を供給されるようになっている本体と、
多軸で動くアクチュエータと、
前記アクチュエータの動きに応じて動くように構成されている接触アームと、
前記接触アームの端部に配置された電気センサと、を有し、
前記電気センサは、前記抵抗素子に接触してその接触点における電圧または電流を検出するようになっており、前記検出された電圧または電流は、前記接触点の位置に対応していることを特徴とする多軸ポテンショメータ。
【請求項１０】
前記多軸ポテンショメータは、３またはそれ以上の軸で前記接触点の位置に対応する座標の判定ができるようになっている請求項９に記載の多軸ポテンショメータ。
【請求項１１】
内側表面と、該内側表面に沿って配置された抵抗素子とを有する半球状のシェルと、
前記抵抗素子のほぼ向かい合った位置に設けられ、前記抵抗素子に電源電圧または電源電流を供給するようになっている第１および第２の電気接点対と、
アクチュエータと接触アームとを有するアーマーチャと、を有し、
前記接触アームは、前記アーマーチャの動きに応じて動くようになっており、また前記接触アームは、接触点において前記抵抗素子に接触し、該接触点における電圧または電流を検出する電気センサを有する接触端を含み、
前記アクチュエータは、心棒とハンドルとを含み、
前記心棒は、前記アーマーチャにおいて前記接触アームとほぼ反対側に配置されており、かつ別の抵抗素子と電気接点対とを有し、前記電気接点対は前記別の抵抗素子の両端部に配置されて該別の抵抗素子に電源電圧または電源電流を供給するようになっており、
前記ハンドルは、電気センサを備え、前記アーマーチャの前記心棒に摺動可能に取り付けられており、前記電気センサは、前記別の抵抗素子上の接触点において該抵抗素子に接触して当該抵抗素子の前記接触点における電圧を検出するようになっていることを特徴とする多軸ポテンショメータ。
【請求項１２】
前記アーマーチャは、３またはそれ以上の軸で動く請求項１１に記載の多軸ポテンショメータ。
【請求項１３】
コンピュータに、請求項１１に記載の多軸ポテンショメータから前記抵抗素子および前記別の抵抗素子の接触点における電圧または電流を示す電気信号を受信させる命令を含み、前記電信号に基づいて極座標および前記ハンドルの位置を判定するように構成されているコンピュータで読み取り可能な媒体。
【請求項１４】
さらに、前記極座標を平面座標に変換可能に構成されている請求項１３に記載のコンピュータで読み取り可能な媒体。
【請求項１５】
内側表面と、該内側表面に沿って配置された抵抗素子とを有し、該抵抗素子に電源電圧または電源電流が供給されるようになっているシェルと、
接触アームの端部に配置された電気センサと、
その長手方向の部分に沿って縦方向に整列配置された抵抗素子を有する心棒と、
前記心棒に取り付けられたハンドルと、を有し、
前記電気センサは、シェル接触位置において前記シェルの抵抗素子に接触するとともに、前記シェル接触位置における電圧または電流を検出するように配置されており、前記検出された電圧または電流は前記シェル接触位置に対応しており、
前記心棒に設けられた抵抗素子は、該抵抗素子の長手方向両端に設けられた第１および第２の電気接点を有しており、
前記ハンドルは、前記第１および第２の電気接点の間の心棒接触位置で前記抵抗素子に接触するように構成されている電気センサを含むことを特徴とする多軸ポテンショメータ。
【請求項１６】
前記第１の電気接点は、電源電圧または電源電流に接続されており、前記第２の電気接点は、接地されるかあるいは浮動状態にあり、前記ハンドルの電気的センサは、前記心棒接触位置における電圧または電流を検出するようになっている請求項１５に記載の多軸ポテンショメータ。
【請求項１７】
前記電源電圧または電源電流は、前記抵抗素子に沿って設けられた２つの電気接点対の間に提供され、各接触子対の接点間に直接引かれた架空の複数線が前記シェルのほぼ中央において交差するようになっている請求項１５に記載の多軸ポテンショメータ。
【請求項１８】
前記２つの電気接点対は、前記電源電圧または電源電流を交互に前記抵抗素子に供給するように構成されている請求項１７に記載の多軸ポテンショメータ。
【請求項１９】
抵抗素子を有するシェルと、
接触点において前記抵抗素子に接触する電気的センサを有する接触アームを含むアーマーチャと、
電気センサを備えたハンドルと、を有し、
前記ハンドルは、前記アーマーチャ上に摺動可能に取り付けられており、前記アーマーチャは、ハンドル接触点において前記ハンドルの電気センサによって接触される抵抗素子を含むことを特徴とする多軸ポテンショメータ。
【請求項２０】
前記多軸ポテンショメータは、前記接触点において前記電気センサによって測定される電圧または電流を前記接触点の位置に変換するマイクロプロセッサと通信するようになっている請求項１９に記載の多軸ポテンショメータ。
【請求項２１】
前記接触アームの前記電気センサは、前記接触アームの長手方向の軸に対する回転角度に関するデータを提供する２またはそれ以上のセンサを含む請求項１９に記載の多軸ポテンショメータ。
【請求項２２】
前記接触アームの前記電気センサは、３またそれ以上の軸で位置を検出するように構成されている請求項１９に記載の多軸ポテンショメータ。
【請求項２３】
前記３またそれ以上の軸は、前記シェルの経度軸および緯度軸と、前記接触アームの長手方向の軸とを含む請求項２２に記載の多軸ポテンショメータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータの物理的移動を検出するために使用され、かつその物理的移動をコンピュータにより空間座標に変換可能なアナログ信号に変換するためのポテンショメータ(potentiometer)に関する。さらに詳しくは、本発明は、ジョイスティックやマウスのようなコンピュータ用入力装置や制御装置あるいは人体模型の関節(manikin joint)に使用することができるポテンショメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ジョイスティックは、標準的な一軸ポテンショメータを複数使用して、中心点からのジョイスティックアクチュエータの相対移動を測定して空間的位置を決定していた。より詳しくは、従来のジョイスティックでは、1つの軸（例えばＸ軸）に沿うように構成された第１のポテンショメータがその軸のみに沿ってジョイスティックアクチュエータの移動および位置を測定するようになっている。また、別のポテンショメータが第２の軸（例えばY軸）に沿うように構成され、その軸に沿ったジョイスティックアクチュエータの移動および位置を測定するようになっている。第３の軸（例えばZ軸）に沿った移動および位置を測定するには、第３のポテンショメータを使用することもできる。そのため、ジョイスティックアクチュエータの位置に対応する空間座標（X，Y，Z）を決定するためには、複数のポテンショメータが必要とされる。また、従来のジョイスティックは、通常、ジョイスティックアクチュエータの回転角度を測定することができず、そのような機能を備える場合は、さらに別のポテンショメータを使用しなくてはならない。
【０００３】
一般に、従来のコンピュータ用マウスは、ポテンショメータを備えていない。その替わりに、マウスのＸ−Ｙ座標位置の測定には光学エンコーダが用いられている。最新のマウスは、光学的に読み取られる回転ストロボホイールを使用している。一方、旧式のマウスは、マウス内の光学式センサにより直接読み取られる印刷された線を備えた専用の光学式パッドを使用していた。比較的新しい力感知抵抗器を使用したマウス(force-sensing resistor based mice)は、小型Ｘ−Ｙジョイスティックを使用してマウスの位置を決定するようになっている。これらの装置は、圧力に応じて抵抗が変化するフィルム状の力センサを備えている。このジョイスティックは、力のみに反応し、移動しない。力感知抵抗器を使用したマウスを除いて、コンピュータ用マウスは、一般に、固定された中心点がないためマウスの相対位置を決定することができない。従来のコンピュータ用マウスでは、マウスハウジング内に収容された２つのストロボホイールにボールが接触する。各ストロボホイールは、回転可能にハウジング内に設けられ、光学エンコーダと通信する。各エンコーダは、単一の軸（すなわち、Ｘ軸またはＹ軸）に沿って移動を検出する。マウスが動くと、ボールと表面（例えば、マウスパッドまたは机）との摩擦によりボールが回転する。そして次に、そのボールの回転により各ストロボホイールがマウスの移動した方向および移動量に応じた方向にその移動量の分だけ回転する。第１のエンコーダは、第１のストロボホイールの回転を検出し、その回転の方向と量に基づいた電気信号を発生させる。第２のエンコーダは、第２のストロボホイールの回転を検出し、そのストロボホイールの回転の方向と量に基づいた電気信号を発生させる。次に、これらの電気信号は、マウスの物理的移動の方向および移動量に比例したＸおよびＹ軸の変位データに変換するために、コンピュータへ送られる。そして、この変位データがスクリーン上のポインタを制御したりあるいはその他の所望のコンピュータ操作を行ったりするために使用される。従来のコンピュータ用マウスは、通常Ｘ−Ｙ平面に沿った移動しか測定できず、またマウスの角移動は検出できない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来例の問題点に鑑み、新規な改良された多軸ポテンショメータを提供することを目的とする。
【０００５】
【発明を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本件出願の請求項１に記載された第１の発明は、
抵抗素子を有する本体と、
３またはそれ以上の軸で動くアクチュエータと、
前記アクチュエータの動きに応じて動く接触アームと、
前記接触アームの端部に配置された電気センサと、を有し、
前記電気センサは、前記抵抗素子に接触して、接触点における電圧または電流を検出するようになっており、前記検出された電圧または電流は、前記３またはそれ以上の軸に対する前記接触点の位置に対応していることを特徴とする多軸ポテンショメータに関する。
【０００６】
また、本件出願の請求項６に記載された第２の発明は、
前記請求項１に記載の多軸ポテンショメータからの前記３またはそれ以上の軸に対応する電気信号を空間座標に変換する命令を含むコンピュータで読み取り可能な媒体に関する。
【０００７】
また、本件出願の請求項７に記載された第３の発明は、
抵抗素子を有し、該抵抗素子が電源電圧または電源電流を供給されるようになっている本体と、
多軸で動くアクチュエータと、
前記アクチュエータの動きに応じて動くように構成されている接触アームと、
前記接触アームの端部に配置された電気センサと、を有し、
前記アクチュエータは、別の抵抗素子を備えた心棒と、該心棒の上に摺動可能に取り付けられたハンドルとを含み、
前記別の抵抗素子は、前記心棒の長手方向の部分に沿って縦方向に整列状態で配置されており、かつ前記別の抵抗素子はその長手方向の両端に設けられた第１および第２の電気接点を有しており、
前記ハンドルは、前記第１および第２の電気接点の間の前記別の抵抗素子の接触点において該別の抵抗素子に接触するように構成された別の電気センサを有しており、
前記電気センサは、前記抵抗素子に接触するとともにその接触点において電圧または電流を検出するように設けられており、
前記検出された電圧または電流は、前記接触点の位置に対応していることを特徴とする多軸ポテンショメータに関する。
【０００８】
さらに、本件出願の請求項９に記載された第４の発明は、
抵抗素子を有し、該抵抗素子が該抵抗素子に沿って設けられた２つの電気接点対の間で電源電圧または電源電流を供給されるようになっている本体と、
多軸で動くアクチュエータと、
前記アクチュエータの動きに応じて動くように構成されている接触アームと、
前記接触アームの端部に配置された電気センサと、を有し、
前記電気センサは、前記抵抗素子に接触してその接触点における電圧または電流を検出するようになっており、前記検出された電圧または電流は、前記接触点の位置に対応していることを特徴とする多軸ポテンショメータに関する。
さらに、本件出願の請求項１１に記載された第５の発明は、
内側表面と、該内側表面に沿って配置された抵抗素子とを有する半球状のシェルと、
前記抵抗素子のほぼ向かい合った位置に設けられ、前記抵抗素子に電源電圧または電源電流を供給するようになっている第１および第２の電気接点対と、
アクチュエータと接触アームとを有するアーマーチャと、を有し、
前記接触アームは、前記アーマーチャの動きに応じて動くようになっており、また前記接触アームは、接触点において前記抵抗素子に接触し、該接触点における電圧または電流を検出する電気センサを有する接触端を含み、
前記アクチュエータは、心棒とハンドルとを含み、
前記心棒は、前記アーマーチャにおいて前記接触アームとほぼ反対側に配置されており、かつ別の抵抗素子と電気接点対とを有し、前記電気接点対は前記別の抵抗素子の両端部に配置されて該別の抵抗素子に電源電圧または電源電流を供給するようになっており、
前記ハンドルは、電気センサを備え、前記アーマーチャの前記心棒に摺動可能に取り付けられており、前記電気センサは、前記別の抵抗素子上の接触点において該抵抗素子に接触して当該抵抗素子の前記接触点における電圧を検出するようになっていることを特徴とする多軸ポテンショメータに関する。
【０００９】
さらに、本件出願の請求項１３に記載された第６の発明は、
コンピュータに、請求項１１に記載の多軸ポテンショメータから前記抵抗素子および前記別の抵抗素子の接触点における電圧または電流を示す電気信号を受信させる命令を含み、前記電信号に基づいて極座標および前記ハンドルの位置を判定するように構成されているコンピュータで読み取り可能な媒体に関する。
さらに、本件出願の請求項１５に記載された第７の発明は、
内側表面と、該内側表面に沿って配置された抵抗素子とを有し、該抵抗素子に電源電圧または電源電流が供給されるようになっているシェルと、
接触アームの端部に配置された電気センサと、
その長手方向の部分に沿って縦方向に整列配置された抵抗素子を有する心棒と、
前記心棒に取り付けられたハンドルと、を有し、
前記電気センサは、シェル接触位置において前記シェルの抵抗素子に接触するとともに、前記シェル接触位置における電圧または電流を検出するように配置されており、前記検出された電圧または電流は前記シェル接触位置に対応しており、
前記心棒に設けられた抵抗素子は、該抵抗素子の長手方向両端に設けられた第１および第２の電気接点を有しており、
前記ハンドルは、前記第１および第２の電気接点の間の心棒接触位置で前記抵抗素子に接触するように構成されている電気センサを含むことを特徴とする多軸ポテンショメータに関する。
さらに、本件出願の請求項１９に記載された第８の発明は、
抵抗素子を有するシェルと、
接触点において前記抵抗素子に接触する電気的センサを有する接触アームを含むアーマーチャと、
電気センサを備えたハンドルと、を有し、
前記ハンドルは、前記アーマーチャ上に摺動可能に取り付けられており、前記アーマーチャは、ハンドル接触点において前記ハンドルの電気センサによって接触される抵抗素子を含むことを特徴とする多軸ポテンショメータに関する。
【００１０】
上述したまたはそれ以外の本発明の目的、構成および効果は、図面を参照して記載した以下の好適実施形態の説明からより明らかとなるであろう。
【００１１】
【発明の実施形態】
図１ないし図４は、本発明の一実施形態に係るアクチュエータの位置を数本の軸に沿って決定することができるポテンショメータを示す。これらの図は、同じ縮尺で描かれていないが、本発明による装置の構造の概略を示している。半球状シェル部品（本体）１２の場合と同様に、大多数の抵抗素子１４は１インチ（２．５４ｃｍ）未満のサイズである。玩具用として望ましい実施形態は、親指と人差し指で操作するように設計された非常に小さいハンドルを使用する。大型サイズのジョイスティックは、通常、手全体で握るため一般的には４インチから６インチの長さのハンドルを使用するが、微細なモータ制御（特にZ軸上）には、親指と人差し指で握る小さいハンドルがより人間工学的でありまたより正確な結果が生じる。
【００１２】
図１および図２を参照するに、本発明の好適な実施形態による多軸ポテンショメータ１０は、中空の半球状シェル（本体）１２およびアクチュエータ２０を含む。中空シェル１２の内側には、カーボン、プラスチック、セラミックまたは金属フィルム等の薄い抵抗素子１４が貼り付けられている。半球状シェル１２の開口の上部には、カバー１６が配置されている。アクチュエータ２０は、カバー１６のボールジョイント受け口１８内に配置されたボールジョイント２４を有するボールジョイント接極子(ball-joint armature)（アーマーチュア）２２から構成されている。接触アーム２６は、ボールジョイント２４から半球状シェル１２の抵抗素子１４に向かって延出している。接触アーム２６の接触端２６Aには、２つの電気センサ３０および３０Aが設けられている。この接触アーム２６の接触端２６Aは、抵抗素子１４に接触するように配置されている。このボールジョイント接極子（アーマーチュア）２２の心棒２８の表面には、滑りハンドル(sliding handle)４０が設けられている。この心棒２８は、ボールジョイント２４から接触アーム２６とほぼ反対の方向に延出している。
【００１３】
上述したように、抵抗素子１４として数種のフィルムを使用することができる。カーボンフィルムは最も安価な抵抗性フィルムであり、広範囲の抵抗に適応でき、シェルの凹面に容易に貼り付けることができる。しかしながら、残念なことにカーボンフィルムは、多少ノイズが生じやすくまた磨耗する。プラスチックフィルムも使用可能であるが、カーボンフィルムより高価である。プラスチックフィルムは、カーボンフィルムと同様に、複雑な湾曲面に貼り付けることができる。また、プラスチックフィルムは、ポテンショメータ材料のなかで最もノイズが少ない。セラミックは高価な抵抗性フィルムであるが、最も信頼性が高く軍用装置に望ましい場合が多い。セラミックは、ポテンショメータが回転する時にいくらかノイズが生じるが、停止している時はノイズは生じない。残念なことに、セラミックは複雑な湾曲面に貼り付けるのが難しい。大型の金属フィルムは、さらに高価な抵抗性フィルムであり、ノイズが少ないことが最も重要であるとされる超低電圧で使用されるポテンショメータに典型的に用いられる。大型の金属フィルムは、広範囲の抵抗には使用することができず、通常は平らな面にのみ使用され、また製造も難しい。
【００１４】
本実施形態の抵抗素子１４および４２に好適な２つの材料は、それぞれ、プラスチックフィルムおよびカーボンフィルムである。プラスチックフィルムは、適度に安価であり、湾曲面に貼り付けることができ、かつ利用可能な抵抗範囲内で使用できることから、球状に湾曲した抵抗素子１４に好適である。カーボンフィルムが滑りハンドル用抵抗素子４２に好適なのは、ジョイスティックは価格が非常に重要な要素であり、また滑りハンドル用の抵抗素子フィルムは信頼性がそれほど高い必要がないためである。
【００１５】
図３は、図１の多軸ポテンショメータの抵抗素子１４をいくらか模式化して示す上面図であって、２組の電気接点対(electrical contact pairs)５０および６０における第１の接点(contacts)５２および６２と第２の接点(contacts)５２Ａおよび６２Aとの間の電圧（または電流）等電位線(equipotentials)を示す。さらに図３を参照すると、第１の電気接点対５０は、第１および第２の電気接点５２および５２Aがシェル１２の開口に近い抵抗素子１４上の向かい合った側に位置するように配置されている。また、第２の電気接点対６０も、第１および第２の電気接点６２および６２Aがシェル１２の開口に近い抵抗素子１４上の向かい合った側に位置するように配置されている。さらに、第１および第２の電気接点対５０および６０は、第１の接点対５０の第１および第２の接点５２および５２Aの間に引かれた架空の線５４が、第２の接点対６０の第１および第２の接点６２および６２Aの間に引かれた架空の線６４を球状シェル１２の略中心で直角に交わるように配置されている。
【００１６】
図４は、ボールジョイント接極子（アーマーチュア）２２の心棒２８に取り付けられた滑りハンドル４０を若干模式化した一部破断側面図である。図４に示すように、滑りハンドル４０により第４の座標である高さ（ρ）の計算が可能となる。すなわち、電気センサ４２は、ハンドル４０の内側面に沿って配置され、心棒２８上に設けられた抵抗素子４４に接触している。アクチュエータ２０の電気接点対(electrical contact pair)４６は、抵抗素子４４の両端にそれぞれ配置された第１および第２の電気接点４８および４８Aを含んでいる。第２の電気接点４８Aは、ボールジョイントにより近い方の抵抗素子４４上に配置され、一方第１の電気接点４８は抵抗素子４４の反対側の定位置に配置されている。心棒２８に対するハンドル４０の回転を防止するために、ハンドル４０と心棒２８との間にはキー溝４９および溝４９Aが設けられているが、ハンドル４０は依然として摺動することができる。
【００１７】
使用時は、ハンドル４０は心棒２８に摺動可能に取り付けられるため、心棒２８に沿って縦方向に移動することができる。ハンドル４０の電気センサ４２は、心棒の電気接点対４６の第１および第２の接点４８および４８Aの間の接触点(contact point)（心棒接触位置）で抵抗素子４４に接触する。第２の接点４８Aが接地されるかあるいは浮動状態になっている間に、第１の接点４８に電圧（または電流）が供給される。ハンドル４０の電気センサ４２は、接触点の位置（心棒接触位置）で電圧（または電流）量を検出する。このように、電圧または電流の等電位線は、位置によって予測通りに変化する抵抗素子４４に沿って供給されるため、検出された電圧（または電流）を使用して、心棒２８に沿った滑りハンドル４０の位置、すなわち高さ座標（ρ）を容易に計算することができる。
【００１８】
使用時は、電気センサ３０、３０A、５２、５２Ａ，６２および６２Ａを使用して、接触アーム２６の接触端２６Aと半球状シェル１２の抵抗素子１４との間の位置および接触角を決定する。これを達成するために、第１および第２の接点対５０および６０のそれぞれの第１の電気接点５２および６２へ電源電圧（または電流）が印加される。この際、接点対５０および６０のそれぞれの第２の電気接点５２Aおよび６２Aは、接地するかあるいは浮動状態でなくてはならない。接触アーム２６のセンサ３０および３０Aは、抵抗素子１４に沿って接触点(contact point)の位置で電圧（または電流）を検出するために使用され、それにより接触点の位置を判定する。
【００１９】
図３において点線で描かれているように、電源が供給されると、接点対５０および６０は、抵抗素子１４に沿って電圧または電流の等電位線を発生させる。使用時は、電圧等電位線または電流等電位線の一組だけが一定時間抵抗素子上に存在するように、接点対５０および６０に交互に電源が供給される。各接点対５０および６０により生じた電圧等電位線または電流等電位線は、接触アーム２６の接触端２６Aのセンサ３０および３０Aにより検出される。電圧または電流は、抵抗素子１４に沿って各接点対５０および６０の接点の間で予測通りに変化するため、２つの接点対５０および６０の検出された電圧または電流を使用して、アーム２６の接触端２６Aと抵抗素子１４との接触点の位置（シェル接触位置）に対応した極座標（緯度（Φ）および経度（θ））を容易に計算することができる。さらに、接触端２６A上の３０および３０Aの２つの独立した検出センサを使用することにより、各センサ３０および３０Aによって検出された電圧または電流測定値を比較してボールジョイント接極子２２の角度位置（または回転角（ω））を計算することができる。
【００２０】
上述したように、本発明の好適な実施形態による多軸ポテンショメータは、ボールジョイント接極子（アーマーチュア）２２および滑りハンドル４０の２つの動く部品を使用するだけで、４つの座標（Φ，θ，ρ，ω）の測定値が得られる。また、図５に示すように、マイクロコンピュータまたはパーソナルコンピュータ（PC）１００を使用することにより、前記接点の切り換えを行って、極座標（Φ，θ）に対応する非線型抵抗を測定し、その極座標を受信して平面座標（X，Y）に変換することができる。また、マイクロコンピュータまたはパーソナルコンピュータ１００を使用して、高さ（ρ）を平面座標（Z）に、回転角（ω）を平面上の回転角（ωp）に直接マッピングすることもできる。センサの場所および位置に対応する電気信号９０がポテンショメータ１０からコンピュータ１００に送られる。コンピュータで読み込み可能な媒体１１０は、前記電気信号９０を望ましい座標に変換するようにコンピュータに向ける命令を含んでいる。
【００２１】
当業者に明らかなように、本発明はアクチュエータの動きに基づいて空間座標を決定するあらゆる種類の装置に有用である。そのような装置として、例えば、ジョイスティック、コンピュータ用マウス、人体模型の関節、コンピュータや位置センサ用の入力装置が挙げられる。
【００２２】
以上において、好適な実施形態に基づいて本発明の原理を説明し例証したが、このような原理を逸脱することなく本発明は構成および細部における変更が可能であることも明らかである。従って、特許請求の範囲の要旨および範囲内のあらゆる変更および変形について権利を要求する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の好適な実施形態による多軸ポテンショメータを若干模式化した斜視図である。
【図２】  図１の多軸ポテンショメータの若干模式化された側断面図であって、電気接点と抵抗素子との関係をより明らかに示している。
【図３】  図１の多軸ポテンショメータの半球状抵抗素子を若干模式化した上面図であって、電気接点対の間の電圧（または電流）等電位線を示している。
【図４】  図１の多軸ポテンショメータのアクチュエータの滑りハンドルの構造を示す、若干模式化された拡大切欠き側立面図である。
【図５】  図５は、図１の歩テンショメータから信号を受けそれを変換するためのコンピュータとコンピュータで読み込み可能な媒体を示すブロック図である。
【図１】
0004189901.tif 000002
【図２】
0004189901.tif 000003
【図３】
0004189901.tif 000004
【図４】
0004189901.tif 000005
【図５】
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