(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１次元で相対位置を測定するための位置検知ユニット（１０）であって：
遮蔽壁（１８）により光学的に互いに隔離された区画にそれぞれ配置された、少なくとも二つの放射線源（Ｓ）、
前記区画を覆い、放射線拡散面をそれぞれ有する放射フィールド（Ａ１〜Ａ４）を画成し、前記放射線源（Ｓ）から放射線を該放射線拡散面にわたり拡散させるための放射線拡散板（１６）、
一つの放射フィールドからの放射線が他の放射フィールドからの放射線と区別して、それぞれの前記放射フィールド（Ａ１〜Ａ４）からの放射線を検出するための検出器（Ｍ）、
開口（２０）を有して、前記放射線源（Ｓ）と前記検出器（Ｍ）との間に配置され、前記放射フィールド（Ａ１〜Ａ４）から前記検出器（Ｍ）への放射線を部分的に遮蔽するスクリーン素子（Ｂ）、
前記放射線源（Ｓ）および前記検出器（Ｍ）のうちの少なくとも一方が前記スクリーン素子（Ｂ）に相対的に、前記放射フィールド（Ａ１〜Ａ４）の遮蔽の相対変化を生ずるように第１方向に移動させる手段、並びに
前記それぞれの放射フィールドから放射され、前記検出器（Ｍ）により検出された放射線に基づき前記スクリーン素子（Ｂ）と、前記放射線源（Ｓ）および前記検出器（Ｍ）のうちの少なくとも一方との間の上記第１方向の相対位置を決定する手段
を含むことを特徴とする検知ユニット。
【請求項２】
少なくとも１次元で相対位置を測定するための位置検知ユニットであって：
遮蔽壁（１８）により互いに光学的に隔離された区画にそれぞれ配置された、少なくとも二つの検出器（Ｍ）、
前記から隔置されて、これと対面し、該検出器（Ｍ）に放射線を指向させるための放射線源（Ｓ）、
前記区画を覆い、放射フィールド（Ａ１〜Ａ４）を画成し、前記放射線源（Ｓ）からの放射線を受け拡散させるための放射線拡散板（１６）、
開口（２０）を有して、前記放射線源（Ｓ）と前記放射フィールド（Ａ１〜Ａ４）との間に配置され、前記放射線源（Ｓ）から前記放射フィールド（Ａ１〜Ａ４）への放射線を部分的に遮蔽するスクリーン素子（Ｂ）、
前記放射線源（Ｓ）および前記放射フィールド（Ａ１〜Ａ４）のうちの少なくとも一方を、前記スクリーン素子（Ｂ）に相対的に、フィールドの遮蔽の相対変化を生ずるように第１方向に移動させる手段、並びに
前記それぞれの放射線検出フィールド（Ａ１〜Ａ４）から入力され、前記検出器（Ｍ）で検出された放射線に基づき、前記スクリーン素子（Ｂ）と、前記放射線源（Ｓ）および前記検出器（Ｍ）のうちの少なくとも一方との間の上記第１方向の相対位置を決定するための手段、
を含むことを特徴とする検知ユニット。
【請求項３】
請求の範囲第１項又は第２項の何れか一項に記載の位置検知ユニットにおいて、前記少なくとも二つのフィールド（Ａ１〜Ａ４）が、一方で、位置を第１の次元で測定するために前記第１方向に並置された二つのフィールドを含み、他方で、この位置を第２の次元で測定するために、該第１方向に垂直な、第２方向に並置された二つのフィールドを含む検知ユニット。
【請求項４】
請求の範囲第３項に記載の位置検知ユニットにおいて、前記少なくとも二つのフィールドが、４つの象限を形成する、全部で４つのフィールド（Ａ１〜Ａ４）を含む検知ユニット。
【請求項５】
請求の範囲第１項から第４項までの何れか一項に記載の位置検知ユニットにおいて、前記フィールド（Ａ１〜Ａ４）には、一つのフィールドからの放射線を他フィールドからの放射線と区別するために、逐次放射線が照射されるようになっている検知ユニット。
【請求項６】
請求の範囲第１項から第５項までの何れか一項に記載の位置検知ユニットにおいて、前記スクリーン素子（Ｂ）が位置の各測定で全てのフィールド（Ａ１〜Ａ４）を部分的に遮蔽する検知ユニット。
【請求項７】
請求の範囲第１項から第６項までの何れか一項に記載の位置検知ユニットにおいて、前記スクリーン素子（Ｂ）が放射線遮断領域（１４）および放射線不遮断領域を含み、上記領域の一つが上記領域の他を囲むようになにっている検知ユニット。
【請求項８】
請求の範囲第１項から第７項までの何れか一項に記載の位置検知ユニットにおいて、前記放射線源（Ｓ）がそれ自体放射線を発生する検知ユニット。
【請求項９】
請求の範囲第１項から第７項までの何れか一項に記載の位置検知ユニットにおいて、前記放射線源（Ｓ）が他の場所から放射線を受けて放射線を発するようになっている検知ユニット。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、一方では、１次元以上で相互に移動し得る二つの部品の相対位置を測定するためのユニットに関し、他方では、幾つかの次元、特に６次元での位置制御用ポインタであって、この目的のために本発明による位置検知ユニットを使用するポインタの形をした入力ユニットに関する。
本発明は、特に、ディスプレー上のカーソル、ポインタまたはその他の目標の位置を多次元制御するためのポインタおよび位置決め手段の分野で適用可能である。しかし、本発明は、一般的に、例えば、工業用ロボットおよびその他の装置用の、多次元位置制御に適用可能である。
背景技術
コンピュータ工学では、手動操作すると多次元制御用電気制御信号を発生する、ジョイスティック、コントロールボール、マウス等のような、種々のポインタおよび位置決め手段を入力ユニットとして使用する。ＣＡＤ作業またはコンピュータおよびテレビゲームでの位置制御は、しばしば、幾つかの自由度または次元内での制御可能性を要求する。ユーザは、自分の手で多数の異なる制御運動を論理的または直感的方法でできなければならない。ある近代的用途、特にコンピュータゲームでは、６次元まで、例えば、３方向の直線運動および３方向の回転運動の制御可能性が必要である。
本出願で、“ポインタ”という用語は、広義に解釈すべきで、一つ以上の可動操作手段を備え、上記操作手段を異なる操作方向に操作することによって、目標の多次元制御用位置制御信号を発生するための全ての種類の入力ユニットを含む。
スウェーデン国特許第５，０２２，１８６号は、例えば、ディスプレー上のカーソルの３次元位置制御用ポインタの形をした入力ユニットを開示している。特に使用者の指であってもよい、物体を二つの点光源で照明する。その結果、この物体が検出器面上に二つの影を投げかけ、検出器面は、これらの影の絶対位置を測定するために、複数の別々の検出器素子で構成されている。３次元での物体の位置を、これら二つの影の絶対および相対位置に基づいて計算する。
この先行技術のポインタは、総費用が比較的高い部品を含み、小寸法での製造が困難かも知れず、それがこのポインタを更に複雑な制御装置の構成部品として使うことを妨げている。この信頼性は限られる。作動領域の大きさが部品によって制限される。
ポインタの運動を制御信号に変換するためには、ＰＳＤ型（位置検知検出器）またはＣＣＤ型（電荷結合素子）の部品を使うことも知られている。しかし、これらの部品は、複雑で従って高価である。
本出願の優先日前に出願されたが、公開は本出願の優先日後にされた、公開番号ＷＯ９７／０５５６７の国際特許出願が、数次元で制御するための制御レバーの形をしたポインタを開示している。一実施態様では、操作ハンドルがその下端に光源を支持している。固定検出器が、各々象限を形成する、ホトダイオードの形をした、四つの検出器面を有する。可動光源からの光が固定スクリーンの開口を通過し、光点としてこの検出器面に当る。制御レバーを動かしたとき、種々の検出器面上の光の量が変動する。操作レバーの現在の角度位置を種々の検出器面上の光強度の比較に基づいて計算する。
発明の目的
本発明の一つの目的は、先行技術の上記の欠点を取除くことである。
更なる目的は、少数の簡単且つ安価な部品で達成でき、位置の変化の正確な測定をできるようにする、位置検知ユニットを提供することである。
特別な目的は、設計が簡単で、長寿命に亘って高信頼性を示せる、位置検知ユニットを提供することである。
本発明の特別な目的は、２次元以上、特に６次元で位置を制御するための、改良したポインタを提供することである。
一つの目的は、位置制御を論理的および直感的方法で出来るようにし、それによってユーザが異なる自由度を混同する危険性を軽減するポインタを提供することである。
発明の概要
上記やその他の目的を達成するために、本発明は、独立請求項記載の特徴を有する位置検知ユニットおよびポインタに関係する。この発明の好適実施態様および変形例を従属請求項に記載する。
それで本発明は、第１主要変形で、各々放射表面を有する、少なくとも二つのフィールドを有する放射線源；一つのフィールドからの放射線（radiation）が他のフィールドからの放射線と区別できる、それぞれのフィールドからの放射線を検出するための検出器；放射線源と検出器の間のビームパスに配置され、位置の各測定に対して、検出器から見て、少なくとも一つのフィールドを部分的に遮蔽するが、どのフィールドも完全には遮蔽しないスクリーン素子、放射線源および検出器のうちの少なくとも一方がスクリーン素子に対して、放射線の方向を横切る第１方向に、フィールドの遮蔽の相対変化を生ずるように動き得る相対運動、並びにスクリーン素子とこの放射線源および検出器のうちの少なくとも一方との間の上記第１方向の相対位置を、検出器が検出した放射線とそれぞれの放射フィールドから受けた放射線の間の比較、例えば、比に基づいて測定するための手段を含む位置検知ユニットに関係する。
第２主要変形では、検出器が二つ以上のフィールドに分割され、それらのフィールドが、放射線源から見て、上記の様に相対運動で、異なる程度に遮蔽される。
本発明の特に好適な実施態様によれば、フィールドが放射フィールドとして設計されているか、放射線検出フィールドとして設計されているかに関係なく、プラスチック板等のような、放射線発散媒体が、スクリーン素子に向いたフィールド表面を構成する。この放射線発散媒体は、“仮想”放射または放射線検出フィールドを作るために、これらのフィールドに関連する放射線ユニットまたは検出器ユニットと協同することができる。この解決策は、大きな放射線発生または放射線検出表面を有する能動的部品を使うことに比べて、乗率１００まで、かなり安価である。
その最も簡単な実施態様で、本発明による位置検知ユニットは、二つのフィールドしか含まず、その場合、それぞれのフィールドに関連する放射線間の相対比較が１次元での位置の測定を可能にする。しかし、このユニットは、放射線を横切って拡がる平面で二つの異なる方向の位置を検出するために配置されているのが好ましい。少なくとも二つのフィールドを、上記二つの方向の各々に、互いの後に配置すべきである。
放射線源は、放射線を発生する、“真の”放射線源から成ってもよい。放射線源は、放射線源からの放射線の反射によって放射するようにされた、間接的放射部品でもよい。それに対応して、検出器が、伝達した放射線を検出器へ反射する反射器を含んでもよい。
好適実施態様では、スクリーン素子が位置の各測定で全てのフィールドを部分的に遮蔽してもよいが、フィールドの全数に依って、位置の測定に際し一つまたは幾つかのフィールドが遮蔽されず、且つ、随意に、常に遮蔽されないことも考えられる。
特に好適な実施態様では、直線に沿って互いに隣接し且つ共通平面の象限を構成する、四つのフィールドを使う。そのような設計では、特に、もしスクリーン素子が、ユニットの全作動領域内で、四つのフィールド全部に関連する放射線を通過させるように設計され且つ配置されているなら、含まれる部品の相対位置の計算が非常に簡単である。一つの平面での２方向の位置の変化は、種々のフィールドに関連する、伝達した放射線間の相対比較だけによって容易に計算できる。
もし、ビームパスを横切るように向いた相対運動が伝達した放射線の角度変化を生ずるように本発明の位置検知ユニットがなっていれば、放射線源と検出器の両方が角度の範囲内で、それぞれ、放射線を出し且つ検出できるのが好ましい。
最初に、スクリーン素子の空間での方位が重要でないことに注意すべきである。スクリーン素子は、遮蔽効果が得られるような方法で、ビームパスの何処かに配置すべきである。それで、スクリーン素子は、例えば、部品が動く平面に垂直にまたは一般的にある角度に向けることもできる。
一実施態様で、スクリーン素子は、輪郭線内部を遮蔽し且つ放射線源と検出器の間をビームが自由に通過できるようにする領域によって少なくとも部分的に囲まれている素子を含む。
本発明の更なる実施態様では、スクリーン素子が輪郭線の周りを遮蔽する素子を含み、その遮蔽素子がそこに作られた開口を囲む。例えば、スクリーン素子の片側の検出器が、鍵穴から部屋の異なる部分を見ることが可能であると同様な方法で、この検出器の位置に依って、他の側に配置された放射面の種々のイメージを“捕える”のである。
スクリーン素子および検出器または放射線源は、位置検知ユニットが二つの構成要素を対向する、可動関係に取付けるために含むように、組立てられているのが好ましい。この様にして、非常に柔軟に適用可能な位置検知ユニットが得られる。
【図面の簡単な説明】
さて、添付の図面を参照して本発明を更に詳しく説明する。これらの図面は、例示を目的に、本発明の好適実施態様を示す。
図１は、この発明による２次元位置検知ユニットの第１実施態様の概略透視図である。
図２Ａ〜図２Ｄは、図１の位置検知ユニットの作動モードを概略的に示す。
図３は、本発明による６次元ポインタの第１実施態様の概略透視図である。
図４は、図３のポインタの断面図である。
図５は、本発明による６次元ポインタの現在好適な実施態様を概略的に示す。
図６は、図５のポインタの主要構成要素を概略的に上から示す。
図７Ａおよび図７Ｂは、図５のポインタの作動モードを示す。
図８Ａおよび図８Ｂは、光発散板の機能を概略的に示す。
発明の実施例の説明
図１は、一方で多数の個々のフィールドＡ１〜Ａ４を備えるフィールド手段１２を、および他方でそれと協同する、協同手段と称する手段１１を含む、本発明による２次元位置検知ユニットの実施態様の三つの主要構成要素１１，１２，１３を概略的に示す。フィールド手段１２と協同手段１１の一つは、放射線を出す（直接的または間接的に）ための放射線源Ｓであり、一方、フィールド手段１２と協同手段１１の他は、この放射線を検出して対応する検出器信号を出すための検出器Ｍである。
図示し且つ説明する、本発明の実施態様では、フィールド手段１２が放射線を出すための放射線源Ｓであり、協同手段１１が放射線を検出するための検出器Ｍである。それで、放射線がフィールドＡ１〜Ａ４から出て、従ってそれらを放射線フィールドＡ１〜Ａ４と称する。図示しない、他の実施態様では、協同手段１１が、その代りに、放射し、フィールド手段１２が受け且つ検出してもよい。このビームパス逆転の可能性は、以下に説明するように、本発明の全ての実施態様、適用分野および変更例に当てはまる。
第３主要構成要素として、図１の位置検知ユニットは、スクリーン要素１３を含み、それは、放射線源Ｓと検出器Ｍの間のビームパス内に位置し、検出器Ｍの方へ向う放射線を部分的に遮蔽するための平坦なスクリーンＢとして図示されている。スクリーンＢが放射線のどの部分を遮蔽するか通過させるかは、このユニットの三つの主要構成要素Ｓ、ＭおよびＢの相対位置に依る。もし、例えば、これら三つの一つがビームパスを横切って動くと、放射線が何か他の様式で遮蔽されるだろう。三つの主要構成要素Ｓ、Ｍ、Ｂの、ビームパスを横切る、互いに対する位置が、放射線源ＳとそれぞれのフィールドＡ１〜Ａ４に接続した検出器Ｍとの間で伝達した放射線量、即ち、それぞれのフィールドＡ１〜Ａ４が検出した、または出した、伝達放射線の量を測定することによっておぼろげに決めることができる。
放射線フィールドＡ１〜Ａ４は、２本の直交線１４，１５に沿って互いに隣接している。図１に概略的に−しかし、明快さのためにフィールドＡ４に対してだけ−示すように、各放射線フィールドＡ１〜Ａ４は、ビームパスと垂直に拡がる光発散素子、例えば、拡散プラスチック板１６を含み、それは、背後からこのフィールドに関連する放射線ユニット１７、この場合、赤外線発光ダイオードによって照明されている。“能動”部品と考えられる赤外線発光ダイオードと対照的に、光発散素子１６は、“受動”部品を構成する。それで、放射線源Ｓは、各々発散プラスチック板１６を有する、四つの赤外線ダイオード１７を含む。各赤外線ダイオード１７は、それ自体のプラスチック板１６だけを照明するのが好ましく、このために、適当な遮蔽壁１８を赤外線ダイオード間に配置してもよい。更に、板１６の横縁を互いから遮蔽し、それによって放射線が板間に拡がるのを防ぐことができる。
図８Ａおよび図８Ｂは、図１の赤外線発光ダイオードに対応する、実質的に点状の放射線ユニット１７が放射線を、例えば、プラスチック板１６の形をした発散媒体へ下から（図８Ａ）か、または横から（図８Ｂ）出す方法を概略的に示す。その結果、非常に安価且つ簡単な方法で、“仮想”放射面が得られる。図８Ｂでは、反射板１９が板の片側に配置されている。
もし、フィールドＡ１〜Ａ４が放射せずに検出すべきであるなら、対応して各フィールドのための別々の検出器ユニットと組合わせて発散媒体を配置することによって、“仮想的に放射線に感応する面”を作ることができる。先行技術のＰＳＤおよびＣＣＤ部品に比べて、部品のコストを低く保つことができ、構成を簡単にすることができる。
放射線フィールドＡ１〜Ａ４の赤外線ダイオード１７は、電気制御手段（図示せず）を使って逐次時間スロットで作動させられる。これは、検出した放射線が出ているフィールドＡ１〜Ａ４を特定することを可能にする。もし、この作動サイクルが他に、全てのフィールドが不作動である、少なくとも一つの“受動的”時間スロットを含むならば、邪魔になる環境放射線の影響を、もしあれば、振幅変調によって除くことができる。環境放射線は、そのような受動的時間スロットで検出することができ、放射線フィールドからの放射線を検出するとき、この環境放射線を補償することができる。種々のフィールドＡ１〜Ａ４の放射線を区別できるようにする他の方法は、フィールドＡ１〜Ａ４に異なる波長、異なる偏波方向／周波数で放射させることである。
スクリーンＢは、放射線遮断領域を備える、平坦なシート状素子１３の形をしている。輪郭線２０が開口を画定し、そこを四つの放射線フィールドＡ１〜Ａ４からの放射線が通過する。輪郭線２０は、別の形でもよい。
図１による実施態様では、例えば、検出器ＭがフィールドＡ１〜Ａ４と本質的に平行な平面内を移動できる。放射線源Ｓの異なる領域が、放射方向を横切る平面内の検出器Ｍの位置に依って検出器Ｍに達する。この事実が、図２を参照して以下に更に詳しく説明するように、上記平面での位置検知を可能にする。対応する結果は、もし、スクリーンＢまたは放射線源Ｓがビームパスを横切って動き得ても得られる。
図２Ａ〜図２Ｄは、図１の主要構成要素の四つの異なる相対位置を、検出器Ｍから見て示す。明快さのために、スクリーン１３の外部を破断し、それによって放射線源Ｓの外縁の部分も見えるようにする。しかし、実際に、検出器Ｍは、スクリーン１３の開口を通過する放射線だけを検出する。一例として、放射線源Ｓとスクリーン１３を互いに対して固定し、一方検出器Ｍが放射線方向を横切って動き得る、即ち、図２Ａ〜図２Ｄの紙面内を動き得ると仮定してもよい。
図２Ａで、検出器Ｍは、境界線１４，１５が形成する“十字ヘヤライン”を捕え、その場合に印を付けた座標系でのｘｙ値は、検出器Ｍから見た、輪郭線２０に対するスクリーンＢの平面での線１４，１５の交点Ｐ２に対応する。この例で、ｘおよびｙ値は、０と１の間にあり、この０と１は、線１４，１５が輪郭線２０と一致する極値である。図２Ａでは、十字ヘヤラインが開口の中央の位置（０．５；０．５）にある。
ｘｙ平面での“十字ヘヤライン”の位置Ｐ２は、四つの放射線フィールドＡ１〜Ａ４の遮蔽されない表面部分Ａ１’〜Ａ４’の間の比較によって決めることができる。ｙ値を計算するためには、二つの上部の遮蔽されない表面部分Ａ１’およびＡ２’からの検出した強度を合計し、この合計を全ての遮蔽されない表面部分Ａ１’〜Ａ４’からの検出した全強度（基準強度）で割る。対応して、ｘ方向の十字ヘヤラインの位置は、二つの右側の遮蔽されない表面部分Ａ１’およびＡ４’からの強度を合計することによって計算する。十字ヘヤラインの位置は、以下のように図２Ａ、図２Ｃおよび図２Ｄの種々の位置に対して同様に計算し、但し
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で、Ａ１’〜Ａ４’は、受容器Ｍが検出した、対応するフィールドＡ１〜Ａ４からの放射線強度を表す。
図２Ａ：  y=(A1'+A2')/(A1'+A2'+A3'+A4')=0.5
x=(A1'+A4')/(A1'+A2'+A3'+A4')=0.5
図２Ｂ：  y=(A1'+A2')/(A1'+A2'+A3'+A4')=0.32
x=(A1'+A4')/(A1'+A2'+A3'+A4')=0.5
図２Ｃ：  y=(A1'+A2')/(A1'+A2'+A3'+A4')=0.5
x=(A1'+A4')/(A1'+A2'+A3'+A4')=0.25
図２Ｄ：  y=(A1'+A2')/(A1'+A2'+A3'+A4')=0.32
x=(A1'+A4')/(A1'+A2'+A3'+A4')=0.25
この様に、受容器が別々の放射線フィールドＡ１〜Ａ４の多かったり少なかったりする部分Ａ１’〜Ａ４’を“捕え”、その放射線フィールドは、この場合、拡散プラスチックで覆った赤外線ダイオードを備える“バックライト装置”から成る。フィールドＡ１〜Ａ４は、逐次作動し、それらの赤外線レベルを受容器Ｍによって登録する。四つの赤外線レベルの相互比例が、上記の計算後、スクリーンＢの平面での十字ヘヤラインの位置Ｐ２（図１参照）を与える。この様に、計算は受けた光の量の関係に基づくので、受容器が表面からどんな距離にあってもかまわない。受けた放射線の絶対量は変るかも知れないが、種々のフィールドに関連する放射線強度の関係は、至る所で同じである。
放射線源Ｓでの十字ヘヤラインの中心Ｐ１の位置は分っている。スクリーンＢでの十字ヘヤラインの中心Ｐ２の位置は、上記のように計算する。これは、空間での二つの点Ｐ１およびＰ２の位置を与え、従って、受容器Ｍが位置する線Ｌ１の式を与える。
図３は、本発明による６次元ポインタ３０の第１実施態様を示す。ポインタ３０は、固定ベース３１および可動制御レバー３２を有する。更に詳しくは、制御レバー３２がｚ方向に垂直に調整可能であり、ｘｙ平面で横方向に自由に変位可能である。制御レバー３２の上端にあるジョイントボール３３が円筒形操作手段３４を支持し、その手段が球形くぼみを有し、このくぼみがジョイントボール３３と共に玉継ぎ手を構成して操作手段を制御レバー３２に対して三つの垂直な回転方向Ｘrot、Ｙrot、Ｚrotに角度調整できるようにする。操作手段３４のこれら３方向での制御レバー３２に対する相対角度位置を測定する目的で、ポインタ３０は、ジョイントボール３３の内部に二つの垂直に取付けた位置検知ユニット３５，３６を有し、その一つは２次元で、他は１次元である。それらの各々は、操作手段３４に取付けられた受容器Ｍ１、Ｍ２を有し、一方、フィールドおよびスクリーンは制御レバー３２に取付けられている。制御レバー３２は、その下端に本発明による３次元位置検知ユニット３７を支持し、それは、制御レバー３２の下端に離間して取付けられ且つスクリーン１３および四つの放射線フィールドへ下方に向いた、二つの検出器Ｍ３、Ｍ４を含む。位置検知ユニット３７は、制御レバー３２のｘ、ｙ、ｚ方向の直線運動を登録する。更に詳しくは、これを二つの検出器Ｍ３、Ｍ４によって行い、図１のように１本の線だけでなく、２本の線の位置の測定を可能にする。検出器Ｍ３、Ｍ４の線の方向および相対距離を知って、三角測量によって、制御レバー３２のやはりｚ方向の位置を測定することが可能である。操作手段３４を介した制御レバー３２の線形作用によって、線形制御ｘ、ｙ、ｚを行い、制御手段３４の回転によって、３回転方向Ｘrot、Ｙrot、Ｚrotの制御を行う。
図５および図６は、本発明による６次元ポインタ４０の現在好適な実施態様を示す。ポインタ４０は、手受け４２を備える固定ベース板４１を含む。円筒形操作手段４３（以下“パック”と称する）がベース板４１に可動式に取付けられ、ユーザの手で操作できるようにされている。次に、手のひらが手受け４２に支えられ、それが指にパック４３を全方向に自由に操作できるようにする。
ポインタ４０は、パック４３が、一方では３直線方向ｘ、ｙ、ｚに、他方では３回転方向Ｘrot、ＹrotおよびＺrotに動き得るという意味で６次元である。パック４３がｘ方向およびｙ方向だけでなく、ｘｙ平面で自由に動き得ることを観察すべきである。例えば、ディプレー上で目標を“このディスプレーの中へ”動かす目的で、ユーザは、パック４３を前方に動かし、目標をそれ自体の周りに回転する目的で、パック４３を対応する方向に回転する。
パック４３は、円筒殻の形であって、図６に示す内部４４を有する。図１０で破線の内円４５は、パック４３を支持するためにベース４１に固定して取付けられ且つそれから突出する固定ホルダを表す。ホルダ４５とパック４３の間に、この実施態様では、三つの円周方向に分布したばね素子４６、例えば、ゴム素子が配置されていて、それは、ユーザがパック４３をホルダ４５に対して上述の６方向に動かすことを可能にし、且つそれは、パック４３を、もしユーザが放したら、出発位置へ戻ることを保証する。
パック４３のホルダ４５に対する現在位置を決めるために、ポインタ４０は、上に図１を参照して説明した種類の、１２０°だけ離間した三つの位置検知ユニットＵ１、Ｕ２、Ｕ３を含む。各位置検知ユニットＵ１〜Ｕ３は、放射線源Ｓ１〜Ｓ３、受容器Ｍ１〜Ｍ３および中間スクリーンＢ１〜Ｂ３を含む。各ユニットＵ１〜Ｕ３で、受容器は、可動パック４３の内部４４に取付けられていて、一方放射線源およびスクリーンは、全体をＮ１〜Ｎ３で示す統合ユニットまたは箱として固定ホルダ４５に取付けられている。図７Ａによるパック４３の不作動休止位置では、各受容器Ｍ１〜Ｍ３が半径Ｒ１〜Ｒ３に沿って対応する箱Ｎ１〜Ｎ３と放射状に整列している。
各箱Ｎ１〜Ｎ３は、図１による四つの放射フィールドを有し、それらは、半径Ｒ１〜Ｒ３で作る平面に垂直に伸びている。フィールドＡは、光発散板で作ることができ、上記のように“仮想”放射面を作るために放射線源の後方に位置するのが好ましい。
直線運動と回転運動を異なる位置検知ユニットで検出する、図３および図４の実施態様と対照的に、図５および図６のポインタは、直線方向および回転方向の両方の位置を決めるためにユニットＵ１〜Ｕ３を使用する。これは、今度は図７Ａおよび図７Ｂを参照して説明するように、３本の線の方向を決めることによって行う。
パック４３が如何に回転しようと、受容器Ｍ１〜Ｍ３は、辺長“ｄ”を有する正三角形Ｔの角に位置する。パック４３の箱Ｎ１〜Ｎ３に対する直線位置および回転を計算するために、各位置検知ユニットＵ１〜Ｕ３が受容器Ｍ１〜Ｍ３を箱Ｎ１〜Ｎ３に結合する線Ｌ１〜Ｌ３の方向または式を決めるようにさせるという事実を使用する。空間に於ける線Ｌ１〜Ｌ３の絶対位置は、ユニットＵ１〜Ｕ３によって直接計算できる。辺長ｄを有する正三角形Ｔの角をこれらの３線Ｌ１〜Ｌ３に付けるべきで、それは一方向にのみ行うことができる。これは、空間に於ける三角形Ｔの角点、従ってホルダ４５に対するパック４３の位置を与える。この三角形位置の実際の計算は、例えば、繰返し計算によって行うことができる。パック４３の並進は、三つの角度点について平均することによって計算する。パック４３の回転は、三角形Ｔの平面の法線とその回転を使って計算する。
図５および図６のポインタ４０は、各々それ自体の受容器、それ自体のスクリーンおよびそれ自体の四つのフィールドを備える放射線源を有するという意味で“完全な”、三つの位置検知ユニットＵ１、Ｕ２、Ｕ３を有する。しかし、他の実施態様では勿論、この実施態様で、位置検知ユニット間の部品を共用することが考えられる。図５の実施態様で、これは、例えば、赤外線発光ダイオードを互いに共用するユニットＵ１〜Ｕ３によって実行することができる。四つのフィールドを備える共通の中央放射線源が鏡を介して三つの別々のスクリーンＢ１〜Ｂ３に、および更に三つの別々の受容器Ｍ１〜Ｍ３に放射線を出すことができる。これは、従来の三つの検出器と四つの赤外線発光ダイオードだけと安価な設計で、位置の完全な６次元測定を実行することを可能にし、その結果非常に安価なポインタが可能になるだろう。
本発明による上記のポインタは、位置検知ユニットからの検出器信号に基づいてコンピュータ若しくはその他の装置に接続するようにされ、または、これが好ましいだろうが、それ自体がコンピュータ若しくはその他の装置への適当な出力信号を発生するための計算手段を含むようにされている。そのような計算手段は、Ａ／Ｄ変換器および適当なプロセッサ等を含んでもよい。
本発明は、説明した実施例に限定されず、添付の請求項の範囲内で修正してもよい。
代替実施態様では、放射線を完全に遮蔽する材料でスクリーンを作る必要はない。スクリーンが放射線のかなりの部分を遮蔽し、または放射線が通過するとき、それを変換して、変換された放射線が遮蔽されない放射線と違うようにしてもよい。
本発明によるポインタは、多次元である、即ち、数次元の制御を可能にし、この目的で、ポインタの相互に可動部分の測定のために、本発明による位置検知ユニットを一つ以上使用する。本発明の範囲内で、ポインタ内の全ての位置検知ユニットは、今日２次元以上の測定を可能にするユニットを使うことが好ましいとしても、１次元でもよい。
赤外線以外の放射線（可視または不可視）を本発明に使ってもよい。
図示の実施態様では、スクリーンがフィールドから少し離して配置されている。そのような実施態様では、相対運動でビームパスの角度変化が起る。可能性ある変形では、スクリーンをフィールドと同じ平面に配置でき、且つそれらの対して可動にできる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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