JP2000507370A

JP2000507370A - ２ｄおよび３ｄアプリケーション用のカーソル制御装置

Info

Publication number: JP2000507370A
Application number: JP8530218A
Authority: JP
Inventors: ペダーセン，ステイナー
Original assignee: ペダーセン，ステイナー
Priority date: 1995-04-03
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 2000-06-13
Also published as: NO951274L; DE69617413D1; CN1180434A; DE69617413T2; ES2166439T3; WO1996031836A1; NO951274D0; KR19980703542A; ATE209798T1; EP0819282B1; US6232959B1; NO300943B1; CN1101967C; EP0819282A1

Abstract

(57)【要約】本発明によれば、コンピュータスクリーンまたは「バーチャル（下層）空間」に投影された対象（例えばカーソル）のグラフィック画像について遠隔操作で位置設定と制御を行い、そして物理的な目的物（例えばロボット）の制御を行う装置が提供される。この装置は、プレートサポート（３）に弾性的に取り付けられ、制御要素として機能するフィンガーグリップまたはハンドグリップ部材（２）と、レーザビームとアドレス指定の可能なセンサアレー（７）を使って参照面に対するこの制御要素の空間方位を決定する手段、ならびに、この位置情報を、これを対象制御手段に供給される電気信号に変換する手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】２Ｄおよび３Ｄアプリケーション用のカーソル制御装置本発明は、コンピュータのスクリーンあるいは可視化装置で作られた「仮想空間」に写し出される二次元および三次元の目的物（例えばカーソル）のグラフィック表示を遠隔位置設定および遠隔制御したり、また例えばロボット工学におけるにおいて物理的対象物を制御するための入力装置に関する。コンピュータの使用が着実に増加している最も重要な理由は、おそらくコンピュータに関する特別なトレーニングを受けていない素人にも何ら困難なしにシステムを操作出来る様にユーザとハードウェア間の相互関係を簡略化し、その上汎用性のあるソフトウェアが開発されたことに関係している。ユーザは、これまでのキーボードを介してデータを入力しプログラムを作動させることに加えて、今では、コンピュータのスクリーンに現れるメニューとグラフィック記号の中から選択することによって、情報を入力しコマンドを実行することができる。今日のコンピュータにおいては、これらの選択と実行は、通常いくつかの異なる入力装置を用いて行われ、最も一般的なのは、マウス、トラックボール、タッチパッドおよび「ピンマウス(pin-mouse)」である。電気機械的な「おじいさん(grandfather)世代の」マウスは、スタンフォードリサーチインスティテュートで開発され、米国特許第3,541,541号として開示された。このマウスは、一対の回転体を使って、Ｘ軸方向の動きとＹ軸方向の動きをアナログ信号に変換するポテンショメータ（電位差計）のシャフトを回転させる。二つの車輪に替えてボール（球）を使用してより均一なトラッキング（追跡）を行うことのできるように改良されたものもある。典型的な「マウス」システムにおいては、手でもつトランスデューサ（変換器）によって、位置を動かす信号がディスプレーシステムに与えられる。これまで、カーソル制御装置内における車輪の動きは、ディスプレースクリーンにおけるＸ−Ｙ軸上の位置を示す信号を与えるため、ポテンショメータに連動されてきた（米国特許第3,304,434号、同第3,541,541号、第3,269,190号、第3,835,464号、第3,892,963号および第3,98 7,685号）。他のマウスシステムは、回転体上に、光線を遮断するアパーチャ（開口部）を回転させるべく連結された回転球を使って、位置信号をディスプレーシステムに送っている（米国特許第3,892,963号、同第3,541,521号および第4,46 4,652号）。トラックボールは、マウスに似ているが、ポータブルコンピュータにも搭載できるという利点がある。しかし、マウスとは違って、トラックボールは、ユーザがボールを親指、他の指あるいは掌で回転させている間において静止したままである。トラックボールの例は、米国特許第5,122,654号および第5,008 ,528号に開示されている。これらのマウスとトラックボールは、ディスプレー機能を実行するのに非常に有用であることが証明されたが、特に使用が長期間に及ぶ場合に信頼性に欠ける。例えば、ボールや回転体などマウスの機械的可動部品が、操作面あるいはパッド上で汚れて滑ったりして、連続的な回転をすることができなくなったり、コミュテータ（開口部）が汚れて信号抜けが生じてしまうことがある。したがって、新しいマウスの種類を構築する上での一つの目標は、可動部品の数を減らし、これにより上述の機械的な欠点を解消し、長期間の使用に当っても高い信頼性を与えることにある。この可動部品を減らそうとする目標に対する一つの方向は、マウストラッキング機能の光学検出である。光学トラッキングの概念、トラック、線、棒あるいは格子といった画像を光学的に検出しようとする試みは、新しいものではない。一またはそれ以上の光学検出器を使ったこのようなトラッキングの例は、米国特許第3,496,364号、同第3,524,067号、同第4,114,034号、および同第4,180,704号に開示されている。しかし、これらの特許における光学的なトラッキング装置は、カーソルあるいは対象物制御装置に要求される機能を実行するのに適当な技術を開示してはいなかった。すなわち、これらの装置は、移動の方向と量を示す多方向トラッキングを行うことができない。米国特許第4,409,479 号は、マウスの動きを検出するために光学センサ技術を利用した装置を開示している。この装置の出力は、直交座標系に対するマウスの動きの量と方向を示す。すなわち、この装置は、均一な間隔で引いた直交する格子線を含む平面格子パターンに依拠している。光学トラッキングのもう一つの方式は、米国特許第5,28 8,993号に開示されており、この方式においては、カーソル指示装置は拡散光で照らされてランダムなまだらを浮かべたボールを用いる。光学素子によって、照光された領域の像は、光学センサアレー上に結像される。そして、光学センサアレーと連動する論理回路が、アレー上でのボールの動きを決定し、この動きをホストコンピュータシステムに供給される公知のカーソル制御信号に翻訳する。可動部品をほとんどなくすという目標に向けてのもう一つの方向は、トラッキング機能の電磁的検出である。欧州特許出願第0,539,599号は、表面的にはトラックボールに見え、同じように作動する装置を開示している。この装置は、底面に強力な磁石が取り付けられたドーム形のスライダを具備する。この装置のハウジングは、複数の磁気−電気変換素子を備える。もしスライダがスライドすると、これらの磁気−電気変換素子を横切る磁束密度が出力電圧と一緒に変化する。そして、この変化が、ポインタの位置を制御する為に利用される。この特許出願に記載された指示装置はさらに、スライダがその限られたスライド領域を越えて移動したときは、位置制御から速度制御へ切り替える手段も備えている。位置制御から速度制御に切り替わった時には、最新の及びその前の位置情報が、その二つの位置の間のベクトルを発見するのに用いられ、このベクトルは、カーソルの移動速度と方向を制御するために使用される。このため、速度制御機能を発揮しているときには方向を変化させることはできない。上記トラックボールと上記ドーム形のスライダは、親指を使って操作するため、正確な移動は困難である。そこで、他の装置では人差し指による制御や指でつかむことのできる制御装置を採用して、より正確に制御できるようにしている。米国特許第4,736,191号は、いくつかの方向に移動できるようにベースに取り付けられたフィンガーパッドアクチュエータを組み入れた装置を開示している。フィンガーパッドの位置は、例えば可変抵抗ポテンショメータで検知され、コンピュータスクリーン上のカーソルあるいは他の画像の移動を制御するのに用いられる。米国特許第4,680,577号は、カーソルを制御する際には横方向に動き、文字を入力する際には垂直方向に動く多目的カーソル制御キースイッチを開示している。歪みゲージや圧力センサなどのセンサが、横方向の動きを検知するためにキーキャップに接続される。一本の指で水平面内を移動させることができるキーキャップを備えたほぼ同じキースイッチが、PCT/US89/05662号に開示されている。キーキャップが移動すると、カーソルも同じような方向に変位する。キーキャップに垂直方向の力が加わると、マウスのボタンの「クリック」に対応する電気スイッチが作動する。水平面におけるキーキャップの変位を検出する手段として、いくつかのトランスデューサ（ひずみゲージ、光学検出器、コンデンサー、インダクタおよび接点）が提案されている。ところで、従来の装置の多くには、可能な精確制御の程度がデータ処理装置の能力および精確さと比較して粗いという特定の制限が見られ、入力装置の微小な動きの検出には特別の制限がある。精確さに欠けるもう一つの理由は、装置がユーザの通常の運動神経と人間の筋肉組織の能力に適合しないため、装置が制御しにくいためである。米国特許第4,719,455号に開示された装置は、手と指で操作できて、微小な動きの制御と大まかな動きの制御の両方が可能であるため、精確度がいくらか増し、オペレータの運動神経にもより適合したものとなっている。このアセンブリは、つかむことができる外装カバーと、可動フィンガーカップを備えた内部パック（puck）と、レーザビームでつくられたラスタパターンを利用した動作検出器とを具備する。従来の他の装置は、中央制御部材として一本の指でつかむことができるユニットを組み入れている。PCT/JP89/01148号は、文字と記号を入力するのに、ペン状の部材を利用する。この部材は、複数の予め設定された検出位置を通過しながら、表面上を移動する。いくつかの経路による動作は事前に区画されており、文字、記号および処理コマンドに対応している。この装置はカーソル制御を意図するものではない。文字の入力を意図した同じような装置は、PCT/CA90/00022号に記載されており、この装置は、ペンの先端で移動可能なディスクによって起動されるように適合された複数のスイッチを具備する。米国特許第4,935,728号に記載された装置は、指で押さえることのできる素子の動きに応じてカーソルを動かすのに二つのモードを採用している。このうち第１のモードは、指で押さえることのできる素子の動きに比例したカーソルの動きを生成し、第２のモードはディスプレー領域の縁からの距離に応じたカーソルの動きを生成する。この第２のモードは、所定の速度より速い動きで、あるいはポインタを移動させる領域の外周にも受け入れた環状領域内の位置で呼び出すことができる。この装置は、動作の検出にオプトエレクトロニクスシステムを利用する。すなわち、この装置は、光線が検出部材の光を通す壁にある格子を横切ると、その二次元の動きに応じたパルスを発生する。同様の光電カーソルコントローラが、欧州特許第0,556,936号にも開示されている。このコントローラにおいては、二つの直交する方向に移動できるようスライド可能に取付けられた一対のプレートが、二方向への動きの程度を示す光パルスを発生する格子を含む。これらのプレートは、指で操作できる制御素子に連結される。本発明者は、PCT/N094/00113号に記載したカーソル制御装置を開発したが、この装置において、中央制御素子は指で押さえる事が出来る部材であり、二つの別個の信号発生手段が取り付けられた単一のプレートサポートに取り付けられている。二つの信号発生手段のうち、第１の電気機械的回転体を利用したシステムまたは反射グリッドを使用したオプトエレクトロニクスシステムは、上記のプレートサポートに接続され、プレートのＸ−Ｙ平面におけるいかなる方向の動きも検知する。プレートの動きは、スクリーン上のカーソルの等しい動きを誘発する。第２の手段は、指で押さえることができる部材に接続し、圧力センサまたはオプトエレクトロニクスによるセンサ装置を使って、回転力または横方向への力を検知する。この発明は、理想的なカーソル制御装置に求められていた多くの利点を有するとの評価を受けている。この装置は、主に二次元内で動きを検出し伝達することを意図していた。しかし、三次元空間における情報の表示と操作にコンピュータが使用される機会が増えるにつれて、三次元での対象物を制御できる装置を設計しようとする試みがなされてきた。これは、二次元あるいは三次元空間で表現されるロボット、設計、シミュレーション、およびアニメーションの分野において顕著である。米国特許第3,898,445号は、多数の光線が参照点とターゲットの間で掃引するのに要する時間を計測することによって、ターゲットの三次元の位置を決定する手段に関するものである。米国特許第4,766,423号および同第4,812,829号は、ディスプレイ装置と制御装置、およびカーソルが移動する方向と速度を変える為に操縦棹とスロットルを使う型の装置を用いてカーソルを移動させることにより、三次元空間でカーソルを制御する方法を開示している。米国特許第4,835,528号に例示されたカーソル制御システムは、マウスの動きが三次元空間での動きを意味するようにこのシステムによって解釈される論理的に区画された領域を含む二次元平面でのマウスの動きを利用したものである。また米国特許第4,787,051号に開示された入力装置は、オペレータが三次元空間の位置を入力できるようにする、慣性により変速するセンサを備えたマウスを利用する。さらに、米国特許第5,181,18 1号は、３次元内での動きから生ずる６つの自由度の変化を検知するマウスを開示する。この装置は、３つの軸に沿った直線的な並進運動を検知する加速計と回転を検知する角速度のセンサを備える。英国特許出願第2,247,938号は、大きな皿状の表面をスライドするパック（puck）を備え、このパックの位置を容量の変化で検出する制御装置を開示する。ここで、パックは、並進運動の情報に加えて、押す・引くと回転に関する情報を入力し、三次元制御に用いられる。しかし、上述の入力装置には、多数の制限、不足箇所および欠点がある。そのうち最も重大なのは、以下の通りである：・表面上を移動するマウスの動きが、精確に移動させるよう訓練を受けていない筋肉によって案内される。このため、スクリーン上でのカーソルの動きは、さして精確ではない。マウスの動きの精確さは、実用的な目的については、多くの場合十分であるが、グラフィックデザインやフリーハンドでの作図には十分適したものとはいえない。このコンピュータ本体と分離したマウスは、さらに、ポータブルコンピュータ（ラップトップ型、ノートブック型、サブノートブック型およびパームトップ型）と接続する能力も限られたものとなる。また、アイコンあるいは記号の上でカーソルの精確な位置合わせを期したり、コマンドを与え、キーボード入力とマウス入力の切替をするのに、時間がかかる。ボールと回転体には、使用後すぐに容易に汚れが付着し、カーソルが制御によらない誤った動きをするようになる。マウスを手で動かす方法はまた、特に頻繁に使う場合、マウスを傷つけやすい。同じようなストレスの効果は、タッチパッド（指差しパッド）の場合にも生ずる。・トラックボールと親指で動かす装置の場合は、カーソルの動きが不正確になる。しかし、従来のマウスに比べて汚れや摩耗を受けにくいため、ポータブルコンピュータに組み入れるのには適している。・操縦棹原理に基づいて指あるいは手で操作する装置（例えば「トラックポイント」や他のキートップ入力装置）の場合は、迅速にかつ特に制限なくカーソルを動かすことができる。この操作は簡単で直感によってできるが、このような装置は、精確な仕事には向いていない。・従来の検出システムを用いた装置はあまり精確ではなく、バーチャル空間の制御やロボットへの使用など、今日のコンピュータディスプレイに要求される精確さには適合しない。先に述べたレーザを利用する検出器は、この技術に固有の高い精度を十分に利用していない。・多次元制御を意図した従来の装置は直感的な操作ができず、また例えば三次元バーチャル（仮想）空間における対象の制御を満足のいくように行うのに必要とされる精確さは到底実現できない。理想的には、入力装置は、・多次元操作およびグラフィックワークに使用されるのに十分に正確であること；・コンピュータスクリーン上またはバーチャル空間内で、対象物ないしカーソルを迅速かつ連続的に移動させることができ、かつ対象物の位置合わせおよび再位置合わせが迅速かつ精確に行えること；・コンピュータとプログラムがグラフィックインターフェース（メニュー、アイコンなど）を介して精確で迅速な相互作用をするのに適していること；・固定式およびポータブル式のどちらのコンピュータにおいても、すべてのタイプのハードウエアに同じ技術を用いて、組み入れられること；・キーボードまたはコンピュータのシャシーに完全に一体化できること；・カーソルの動きに制限がないこと；・コマンドを迅速に実行できること；・操作中の握り直しが最小限ですむこと；・論理的なカーソル応答を与えること、すなわち対象またはカーソルが、二次元または三次元で直感的に予期されるように応答すること；・経済的であること；・可動部品がほとんどないこと；・モジュール構成にするのに適していること、すなわち異なった要求を満足させるのに組み合わせが可能であること；・簡単で、長持ちし、耐摩擦性があって安価なこと；本発明者が開発した上述の装置(PCT/N094/00113)は、特にその主たる制御部材たるフィンガーグリップが、書き込んだり作図する動きによって操作され、手と親指および人差し指を組み合わせた高精度の運動神経を利用するため、前述の要求の多くを満足する。しかし、この発明について説明した態様は、この装置構成に固有のすべての可能な制御モードを十分利用していない。これは主に、センサシステムが、制御の可能性についてより広範な利用を許さないためである。したがって、その制御能力は、移動と位置合わせに係る決定について、全く異なるアプローチを行ったときにのみ実現される。ところで、ほとんど制御装置は、移動の方向と速度を知らせる信号を生成するとき、制御部材の動きを利用している。これは、プレートのＸ軸およびＹ軸方向の動きに伴ってパルス列を発振する、本発明者の先の特許(PCT/N094/00113)に係る、プレート支持部材に連動する検出システムにおいても同様である。各方向において生起されるパルスの数とパルスを発振する速度は、制御部材の移動の速度と方向を反映したものになる。このようなパルス列は、カーソル制御に容易に適用することができる。従来から知られた他の動きを検出するシステムは、一般に精度が劣る。そして、これらの信号発生システムは、制御モードが二つより多い場合には、あまり適したものではない。なぜなら、いくつかの制御モードを収めるとなると、構成が非常に複雑で、不正確かつ高価になるためである。ところで、本明細書に記載した本発明者による新しい装置のタイプは、本発明者による先の出願PCT/N094/00113に記載した制御装置と似たような構成に基づく。しかし、本明細書に記載の発明は、二つの非常に重要な修正を行っている。すなわち、まず本発明は、位置の区画と制御信号の発生について全く異なったシステムを利用している。そして、本発明は、本発明に係るハンドルとプレートの配置・構成に固有なあらゆる可能な制御モードを十分に利用し、三次元での対象制御に理想的なものにしている。本発明においては、動き、位置の変更あるいは力に基づいて検出システムにパルス列あるいは可変アナログ信号を生成させるのに替えて、装置の制御部材の位置を正確かつ明確に区画するためにアドレスを読み取るシステムを利用する。これを実現するため、本発明の装置は、一またはそれ以上の参照面を利用し、この参照面に対して制御部材の位置を区画する。この正確な位置の区画に必要なのは、参照面が電子的に位置を特定できる素子のアレーを備えているか、またはこれらの素子のそれぞれが、適当な装置によって読み取り可能な位置情報を伝達することである。これは、以下の本発明の種々の態様について説明するように、いくつかの方法によって実現できる。技術的に最も簡単でかつ好ましいタイプの態様では、参照プレートの表面に設定された光検出ユニットのアレー（フォトダイオードアレー、電荷結合装置、アクティブピクセルセンサ等）を利用する。このアレーにおいては、各装置の位置は、例えば入射レーザビームが当ったときなどに確定することができる。もう一つのタイプの態様においては、参照プレートの表面は、印刷されたり、溝をつけられたりまたは磁気極性を帯びたアドレス情報をデジタル形で載せた画素に小分割される。このアドレスは、レーザビームや、指向性を与えられ凝縮された光または電磁波の放射等の他の手段で読み取られる。簡単のため、これ以降「レーザビーム」や「光線」の語は、これらすべての放射線を意味するものとする。参照プレートの表面における画素のアドレスは、入力装置とカーソルが一致した移動の制御のためと、対象もしくはカーソルの連続的かつ指向性をもつ動きの基礎となるベクトルを区画するための両方に用いられる。制御部材が参照プレートに対して位置を変えるときは、この動きは、この参照プレートに当るレーザビームの位置を変化させることによって追随される。この結果、参照プレート表面にある新しい光検知装置が、このビームによって照射されるか、または新しい画素のアドレスが反射ビームから読み取られる。各光検知ユニットと各画素が固有のアドレスを有するので、制御部材の空間的な方位の変化は正確に区画される。そのため、アドレスの変化は、制御される対象物の位置の変化や連続的な指向性の動きを起こさせるために使用され、これがスクリーン上でのカーソルや物理的な対象物の動きとなる。これは、アドレスやベクトルの変化をマイクロプロセッサにより対象空間における位置の変更を区画するパルス列に変換させるか、またはアドレス情報を直接に装置の駆動装置に解釈・変換させることによって達成される。装置の制御モードと関連したアドレス情報を取扱い、これを対象の制御に利用する技術は、当業者にはよく知られていることであろう。特定のアドレス情報を制御部材の空間での方位を区画するのに使用すると、他の技術より有利なことがある。それは、ある位置の変化が、中間の位置に意味がないならば、最初と最後のアドレスによって区画するだけでよいことである。しかし、軌跡自体が重要なときは、アドレス決定の頻度を調整して、道程の微細な構成が決定される。すなわち、アドレスサンプルの採取頻度が多ければ多いほど、装置操作の感度と精度は高くなる。このように、対象制御の感度と精度は、必要に応じ、アドレスサンプルの採取頻度を調整することにより調整することができる。このため、制御部材の操作速度を遅くすることによって、対象制御の精度を増すこともできる。これは、信号の発生が装置の動きと連動するシステムとは対照をなすものである。上述のアドレス読み取り方式のシステムは、対象物に装置の動きに応じてこれと一致した動きをさせる（マウスの操作）のと、連続的な垂直方向の動きを引き起こす（操縦棹の操作）の両方に用いられる。後者は、制御装置のアドレスをベクトルとして記述させることによって達成される。ここでは、「正常」あるいは緩和位置がベクトルの起点を区画し、この正常位置からのずれがベクトルの終点を区画する。こうして、二つのアドレスのセットによって、ベクトルの方向と大きさが区画される。この装置はまた、正常位置からのずれの程度に応じて、制御部材の位置の変化を上述のやり方とは異なって解釈する仕組みを有する。対象の可動範囲の限界知覚での位置の変化は、制御部材の正常位置近くでの変化よりも大きく対象を移動させる。一またはそれ以上の参照面にレーザビームが衝突した点は、制御部材の空間方位を区画するのに用いられるという上述の原理は、基本的には四つの異なる方法で実現される：第１のタイプ：光検出ユニット（センサアレー）を備えた参照面を用いる。各装置は固有のアドレスを有する。レーザビームを各参照面に向ける役割を果たす装置の部分（レーザ、鏡、レンズ、焦点決めコイル等、以下では「ビームディレクタ」と呼ぶ）は、制御部材に接続される。制御部材の空間方位の変化は、ビームディレクタの方位、およびこれに連動するビームの方位を変え、その結果参照面でのビームの衝突点は変わる。各ビームが特定の制御部材に関係していると識別されるならば、制御部材の大きさの位置を区画するには、参照面は一つあれば十分である。これは、相対的な位置を決定するか、異なるビームディレクタから逐次的に光を放出するシステムを採用すれば実現できる。第２のタイプ：光検出ユニットを備えた複数の参照面を使う。レーザビームの光路は、装置に対して固定され、一方参照面は、制御部材の動きが、入射レーザビームに対して参照面の位置を変化させるように接続されるかまたは配置される。したがって、制御部材の空間位置の変化は、ビームの衝突点を変える。この技術のためには、制御モードの数に応じて、いくつかの参照面を使うことが必要になる。第３のタイプ：アドレスを伝達する画素を備えた複数の参照面を使う。ビームディレクタは制御部材に連結される。ある制御部材の空間方位の変化は、ビームディレクタおよびこれに関連するビームの方位を変える。その結果、参照面からのビームの反射点を変わる。その結果、参照面でのビームの衝突点は変わる。各反射ビームが特定の制御部材に関係していると識別されるならば、制御部材とこれに関連するレーザビームの大きさの位置を区画するには、参照面は一つあれば十分である。この装置はまた、反射ビームを解析する装置（例えば走査装置に接続された一個のセンサまたはセンサアレー）を具備する。第４のタイプ：アドレスを携帯する画素を備えた複数の参照面を使う。レーザビームの光路は、装置に対して固定され、一方参照面は、制御部材の動きが、入射レーザビームに対して参照面の位置を変化させるように接続されるかまたは配置される。この技術のためには、制御モードの数に応じて、いくつかの参照面を使うことが必要になる。この装置はまた、反射ビームを解析する装置（例えば走査装置に接続された一個のセンサまたはセンサアレー）を具備する。本発明において制御素子として採用されたプレートと握りの配置・構成は、５個の制御モードを利用できる可能性がある。これら５個のモードは以下の通りである：１．Ｘ−Ｙ平面におけるプレートサポートの全方向への動き（マウス操作）；２．プレートサポートに対するハンドルの旋回運動（操縦棹操作）；３．プレートサポートに対するハンドルの横方向の運動；４．プレートサポートに対するハンドルの垂直方向の運動；５．プレートサポートに対するハンドルの回転運動；マウスと操縦棹は、動作制御と位置制御の際に前述の制御モードのうちの一つを利用するだけである。一方、先のPCT/N094100113号では二つ（上述の１と２）を利用する。しかし、本発明では、上述の５個の制御モードを同時に利用することができ、したがって対象物を三次元でこれまでより拡張した範囲で制御することができる。上述のモード１と４（そして所望により２または３）は、対象物の中心の位置決めをするのに用いられ、モード２と５は回転、そしてモード３は参照フレームをスクロールないし転置するのに用いられる。この装置の部分と操作のより詳しい説明は、以下に記す。本発明によれば、指または手で押さえることのできる部材を備えた対象制御装置が提供される。その部材（グリップ）は、プレートサポートの頂部に取り付けられ、グリップとプレートが一緒になって装置の中央制御素子を構成する。グリップは、直径３〜５０mm、高さ５〜１５０mmの円筒形をしており、好ましくは取扱い時の感触がよくなるよう適当な材料を塗布したり溝を付けたりする。プレートサポートの移動は、直径５〜１００mmの円と均等な制限された平面内に制限される。この領域の形状は任意であるが、円形が好ましい。プレートサポートは、制限領域の中心にあるときに、「正常」位置にあると区画される。グリップは、プレートサポートに弾性的に取り付けられ、二つの制御素子が装置の固定部分に対して同時に移動するのを可能にし、またこのときグリップ自身もプレートサポートに対して移動できるようにする。可撓性のカラー、ばね、空気圧装置等は、一定方向の力が加えられていない限り、自動的にグリップをプレートに対して正常な好ましい位置に戻す。グリップはまた、グリップが正常な位置にあることをユーザに感知させる装置と、前述の正常位置からのずれの程度が閾値を超えるまでグリッパが対象を動かすのを防止する装置を組み入れることができる。上述の５つの制御モードは、以下のように利用される：１．装置の固定部分に対するプレートサポートの移動が、対象物のＸ−Ｙ面における正確な位置合わせと動作の制御に使用される。プレートサポートの移動パーンと対象物の移動パターンは、通常一致する；２．グリップのプレートサポートに対するいかなる方向への曲げも、対象物のＸ −Ｙ平面における連続的な動きを誘い出し、その移動の速度と方向を制御するのに用いられる；あるいはこれに代えて対象をＸ−Ｙ平面における軸の回りで回転させ制御する。グリップの正常位置に対する曲げの方向と傾き角が、対象の移動の方向と速度あるいは回転の方向と速度を決定する。３．グリップのプレートサポートに対するいかなる方向への横方向への移動も対象物のＸ−Ｙ平面における連続的な動きを誘い出し、その移動の速度と方向を制御するのに用いられる；あるいはこれに代えて参照フレームを転置させるためのスクロールのために用いられる。グリップの正常位置からのずれの方向と大きさが、対象物の移動の方向と速度あるいはスクロールの方向と速度を決定する。４．プレートサポートに対してグリップを引きあげたり降ろしたりするのは、対象物が三次元直交系においてＺ軸に沿って移動するのを制御するのに用いられる。こうすると、グリップの正常位置からのずれの方向と速度が、Ｚ軸に沿ったどちらの方向への移動の速度も制御することができる。グリップの引き上げ／下降はまた、３個または４個のスイッチ位置を使ってスイッチを切り替えるのにも使用される；５．プレートサポートに対してグリップを時計方向または反時計方向に回転させるのは、対象をＺ軸の回りで回転させるのに用いられる。この装置は、二つの可能な操作モードから一つを選んで行う：１）第１のモードでは、正常位置が区画され、時計方向または反時計方向の回転がある扇形の範囲内で行われる。正常位置からのずれの方向と大きさが、回転の方向と速度を区画する；２）第２のモードにおいては、ハンドルによって回転を制限なしにできるようにする。ハンドルの回転は、対象物のこれに一致した回転を伴う。上述の制御モードは、必要に応じて何らかの形で組み合わせることができる。可動領域の外縁に向けて押される、グリップのプレートサポートに対する横方向の動きが好ましいが、制御モードは、同時にかつ別個に利用することができる。以下に添付の図面を参照しながら、実施例を使って好ましい態様を説明する。図１は、コンピュータのシャーシに組み込んだ制御装置の斜視図である；図２は、本発明の好ましい態様に係る制御装置の垂直方向断面図である；図３は、コンピュータのキーボードに組み入れた制御装置の説明図である；図４は、ラップトップ型のコンピュータに組み入れた制御装置の説明図である；図５は、フィンガーグリップとレーザビーム指向部分（ビームディレクタ）の垂直方向断面図である；図６は、レーザを組み入れたビームディレクタの垂直方向断面図である；図７は、レーザとビームスプリッタを組み入れたビームディレクタの垂直方向断面図である；図８は、光路を示すビームスプリッタの詳細図である；図９は、３つのビームディレクタ（各ディレクタからの光路も示す）を含む制御部材の一部の垂直方向断面図である；図１０は、参照平面の表面を示す説明図で、ビームがその表面に衝突する点（スポット）を円形で示す；図１１は、正常位置にあるグリップ部材の説明図である；図１２は、グリップ部材を引き上げることの光路へ及ぼす効果を示す説明図である；図１３Ａ〜１３Ｃは、フィンガーグリップを操作することの光路および光点（ビームの衝突スポット）へ及ぼす効果を示す説明図である；図１４Ａ〜１４Ｃは、フィンガーグリップを操作することの光路および光点（ビームの衝突スポット）へ及ぼす効果を示す説明図である；図１５Ａ〜１５Ｃは、フィンガーグリップを操作することの光路および光点（ビームの衝突スポット）へ及ぼす効果を示す説明図である；図１６Ａと１６Ｂはそれぞれ、光線が画素の大きさが異なる二つのセンサアレーに衝突したときの外郭線を示す図；図１７は、光線の衝突スポットをベクトルおよび、カーソルと対象の制御に使用される他の重要なパラメータを算出するために用いる様子を示す説明図；図１８Ａ〜１８Ｃは、光線の衝突スポットおよび重要な距離を制御部材の位置と空間方位を算出・査定するために用いる様子を示す説明図；図１９Ａ〜１９Ｈは、フィンガーグリップの空間方位を区画するために用いる他の光線パターンと光線スポットを示す説明図；図２０は、本発明の第２の態様に係る制御装置の垂直方向断面図；図２１は、図２０の装置における検出部の詳細な垂直方向断面図；図２２は、図２０の装置におけるレーザ源とビームガイド部の平面図；図２３は、図２０の装置におけるビームスプリッタの詳細図と光路図；図２４は、図２０の装置におけるフィンガーグリップが回動運動する際の参照面として働くプレートの垂直方向断面図；図２５は、本発明の第３の態様に係る制御装置の垂直方向断面図；図２６は、図２４の装置におけるビームガイド部材を通る光路を示す図；図２７は、アドレス伝達画素の概念図；図２８は、画素アレーの説明図；図２９は、アドレスが線形に配列された画素の説明図；図３０は、図２４の装置におけるビストンに連結されたマイクロスイッチを備えたフィンガーグリップの垂直方向断面図；図３１は、図２４の装置における指で操作するフィンガーグリップの垂直方向断面図；図３２は、制御部材としてハンドグリップを使う態様に係る制御装置の垂直方向断面図；図３３Ａ〜３３Ｇは、制御装置の種々の操作態様を示す説明図；以下に、本発明に係る装置における種々の部分のより詳しい説明とその変形に係る態様を記す：図１と図２は、本発明の好ましい態様に係る、コンピュータあるいは装置のシャーシ４に組み込まれたフィンガーグリップ２と円形プレートサポート３を備えた制御装置１の主要部品を示す。プレートサポート３の可視（露出）部分の直径は、フィンガーグリップの可動範囲にほぼ等しい。この可視部分の直径は、０．５cm〜１０cmでなければならず、典型的には１〜４cmである。本発明の他の態様では、プレートサポートの一部または全部を覆い隠し、グリップの可動範囲とプレートサポートの可視部分との関係を上述のものと異ならせるための他の技術を用いてもよい。制御装置は、キーボード（図３）またはコンピュータの上面（図４）における、ハンドル２を掴んであらゆる方向に動かせるような余地をつくる傾斜壁を有する凹部に位置する。ガイドプレート３６（図２）は、凹部４と一緒になって、プレートサポート３を案内によって水平方向に動かせるようにするスロットを形成する。フィンガーグリップは、グリップをプレートに対してあらゆる方向に動かすことを可能にする特別の取付けシステムを使って、プレートサポートに弾性的に取り付けられる。このシステムは、可撓性のカラー５（図５）とともに、フィンガーグリップがいずれかの方向にずれた後、正常位置に確実に戻るようにする。なお。同じような効果を得ることができるならば、他の取付けシステムも用いることができる。フィンガーグリップは、使用時には、親指と人差し指の間で掴むか、あるいは指の先端をグリップの頭に置く。手または指を水平方向に動かすと、プレートサポートがこれに応じて動く。図２に示すように、レーザビームは励起させて、二つのビーム方向付け部材（ビームディレクタ）８１，８２から参照面７に目がけて放出される。（光ファイバを使うと、レーザがコンピュータシャーシ内のどこにでも局所的に入射させることができることに留意されたい。）参照面は、その表面に光検出ユニットのアレーを備え、分析器がレーザビームの衝突点の正確な位置を決定できる出力信号を送る。ビームディレクタ８１はプレートサポートに取り付けられるため、参照面上におけるビームの衝突スポットによって記述される光路は、プレートサポート自身の移動経路と一致する。ビームディレクタ８２は、フィンガーグリップ２に接続されるため、プレートサポートに対して回動運動および横方向の動きをする。また、ディレクタ８２は、スライド可能なピストンを介してフィンガーグリップのキャップに接続されるため、このキャップを操作すると回転させたり垂直方向に動かすことができる。この態様においては、フィンガーグリップの空間方位を記述するのに二つのレーザビームを用いる。これらのビームは、同じ光源から発射させてビームスプリッタ（図７と図８参照）を使って分岐させるか、または最初から二つの別個のレーザ光源から発射させる。プレートサポートは、プレートが回転するのを防ぐ移動方向ガイドを備える。この特別の態様において、このガイドは、プレートサポートにおける二つのスロット３５、プレートガイド３６における同じような二つのスロットを具備し、これらスロットの二つの対は互いに直角に配置され、これら両スロットには二つのガイド部材３４が収まる。他のガイド方法も用いることができるが、それらは当業者にはよく知られていることであろう。図５は、フィンガーグリップ２とビームディレクタ８１，８２，８３をより詳細に示す。フィンガーグリップ２は、取扱いが気持ちよく行えるようゴム状の材料２３で覆われた外側キャップ１６を含む。フィンガーグリップの内側部分には、キャップ１６に取り付けられたピストン１８が設けられ、このピストン１８がシリンダ１７内で垂直方向に移動する。シリンダ１７には、ピストン１８の垂直方向の運動を制限する突起２４が設けられる。キャップ１６は垂直方向に押したり引いたりでき、変形の後でもその当初の形状を保持することができる耐久性のある弾性材料でできた二つの可撓性リング８５、またはばねもしくは空気圧装置によって、「正常」位置に戻すことができる。ビームディレクタ８２は、細径のピストン８７を介してピストン１８に連結される。ピストン８７は、ボールヒンジ２５の中心にある穴の内部でスライド昇降したり回転することができ、このため、グリップ２のキャップ１６の垂直運動や回転運動を光検出の部分に伝達することができる。このボールヒンジは、さらに、フィンガーグリップがプレートサポートに対して回動可能とし、同時にクランプ３７セットを介してフィンガーグリップ２をプレートに強固に取り付ける。フィンガーグリップ２にはまた、ある程度曲がるが、外力を緩和した後グリップ２を正常位置に再配置することのできる耐久性のある弾性材料でできた可撓性のカラー５が設置される。このように、フィンガーグリップが曲がると、ビームディレクタ８２から発射されたビームの方向が変わる。ビームディレクタ８１は、プレートサポートの位置決定に用いる。この態様では、フィンガーグリップのプレートサポートに対する横方向の動きを検出するため、第３のビームディレクタ８３を使う。このビームディレクタ８３は、クランプ３７に直接取り付けるが、グリップとクランプがプレートサポートに対して位置を変えない限り、ディレクタ８１に対して動くことはない。この位置の変化は、プレートとクランプの間に可撓性リング２９があるためにおこり、位置が変化すると、横方向に力が緩和された後に、クランプとフィンガーグリップを正常位置に戻させる。この横方向の移動は、例えばプレートを一本の指で押さえ、もう一本の指で可撓性カラー５を横方向に押しやったりすると起こる。好ましくは、この移動は、プレートとグリップがその可動範囲の限界近くに位置するときに行うのがよい。可動範囲の限界近傍では、リング形のストッパ８４がさらに外側に動こうとするのを抑え、このときカラーとフィンガーグリップが特定の方向にさらに外側に押し出されるからである。弾性を有するリング状ストッパ８４を使うと、プレートサポートは、その可動範囲を超えて、どの方向にでも強制的に変位させることができる。このように正常で拘束のない範囲外となるアドレスは、位置の代わりにベクトルを表す。この方法は、制御モードとしては、フィンガーグリップをプレートサポートに対して横方向に動かす方法と等価である。図６と図７は、二つのビームディレクタを示す。これらのビームディレクタは互いに、所望の収斂、発散、ビームの偏向およびスプリット（分岐）を得るために用いられるレーザ、焦点合わせコイルおよび反射体の組み合わせが異なる。レーザ９０、焦点合わせコイル８８、反射体８９およびビームスプリッタ９４は、必ずしも実物と尺度を一致させて描いたものではなく、単に装置の中でのその役割を示す記号としてとらえてもらえばよい。レンズ、焦点合わせコイル、鏡および他のビーム修正部材は、特に断らなくても他の部材に替えることができる。そのような修正や特別に要求される事項は、当業者にはよく知られていることであろう。図６に示すビームディレクタは、レーザ９０と、レーザビームを絞り、反射ミラー８９を介して参照面に向ける焦点合わせコイル８８を具備する。図７においては、コイル８８は、ビームを、半透過性で表面の半分を銀メッキしたビームスプリッタ９４に向けている。この配置によれば、図８に示すように、二本の発散するビームが得られる。上述のように二つの異なるビームディレクタを用いたことの効果は、図９に示してある。ビームディレクタ８１と８３は、センサアレー１０４に垂直な単一の光線をつくり出すことを目的としているのに対し、ビームディレクタ８２は、中心軸Ａから発散するビームと中心軸Ａに従って参照面に向かうビームとの二つのビームを生成する。３個のディレクタから得られるビームが光検出装置９９を備えたセンサアレー１０４に当ったときに生ずる光のスポットのパターンは、図１０に示す。スポット９５はプレートに接続したディレクタから生じ、スポット９８はグリップとクランプに接続したディレクタから生じ、そしてスポット９６と９７はグリップとピストンに接続したディレクタから生じる。これらディレクタ８２からの二つのビームが参照面に当ったときに生ずる衝突スポット間の距離は、ビームディレクタの参照面からの距離によって左右される。この効果は、図１１と図１２に示すように、フィンガーグリップの参照面からの垂直位置を決定するのに用いられる。ここでは、衝突スポット９６と９７の間の距離ｄ１は、グリップを後退させた後はｄ２に増加し、ビストン８７を、ビームディレクタをセンサアレー１０４から遠ざけるように動かす。これとは異なる各制御モードを図１３Ａ〜１３Ｃ、図１４Ａ〜１４Ｃ、および図１５Ａ〜１５Ｃに示す。ここで、図１３Ａ〜１３Ｃは、フィンガーグリップ２をＰの方向に引き上げ、曲げたときの効果を示す。この図で、スポットＢ−Ｃ間の距離は、曲げによって垂直方向に引き上げられたときの位置と比べると、わずかに増加する。この効果は３角法によって算出されるが、これは制御装置に連動する分析器／プロセッサまたは装置の駆動装置によって行われる位置算出法の一部である。図１４Ａ〜１４Ｃは、フィンガーグリップを角度α（約３０度）だけ反時計方向に回転させたときの効果を示す。グリップはそれ以外は正常位置を保つ。図１５Ａ〜１５Ｃは、３個の制御モードを利用して、フインガーグリップを複合操作したときの効果を示す。グリップはＰの方向に曲げられ、角度αだけ反時計方向に回転され、Ｔの方向へ横方向に押される。図１６Ａと１６Ｂは、ビーム衝突スポット９５の大きさに対する光検出装置９９の大きさが、各光検出装置を照らした光が、閾値と比較して１または０を与えることを条件として、位置決定の精度に影響することを示す。図１７は、異なる制御モードに関連するアドレス情報がどのようにしてカーソルあるいは対象の動きの制御に用いられるかを示す。一般に、スポットＰのアドレスはＸ−Ｙ平面における対象の位置を決定するのに用いられる；すなわち、プレートサポートの位置の変化を意味するアドレスがシフトすると、対象をも同じようにシフトさせる。プレートの動きと対象の動きは、正常ならば一致する。スポットＣのアドレスは、フィンガーグリップの傾き角と曲げの方向を記述する。この傾き角は、ベクトルＶＣの大きさを区画する。この大きさは、直線ＯＣの長さに等しいが、点Ｏから反対方向に延びる。直線ＯＣは、フィンガーグリップの曲げの方向βを区画するが、このβは∠ＰＯＣ−１８０°に等しい。ＶＣと βの大きさは、対象の動き（Ｘ−Ｙ平面における軸の回りあるいは横方向のもの）の速度と方向を制御する上で、かぎとなるパラメータである。もしスポットＧがその正常位置から移動するならば、スポットＣも同じようにして移動し、スポットＣのアドレスは、あらゆる計算によって修正されなければならなくなることに留意されたい。スポットＢのアドレスは、スポットとともに、フィンガーグリップの回転と上昇を記述する。この回転は、直線ＰＯとＣＢの交角に等しい角度αによって決定される。フィンガーグリップの「中間」（正常）位置からのずれば、距離ＢＣに等しい距離Ｒによって記述される。３角法を使い、グリップの中間位置に対応する正常な距離Ｒの値は、すべての傾き角とグリップの回転角について決定される。この正常値からのずれは、−Ｚあるいは＋Ｚ方向におけるずれとその値を意味する。パラメータαは、通常は、対象の速度とＺ軸の回りでの回転方向を制御するのに用いられるが、所望により同じ対象の回転位置を区画すること、およびこれと一致するように回転を制御するにも用いられる。パラメータＲは、Ｚ軸に沿った動きの速度と方向を制御するのに用いられる。スポットＧのアドレスは、グリップとこれに関連するクランプのプレートサポートに対する横方向の動きを意味する。ベクトルＶＧの大きさと方向は、「正常」なアドレス（スポットＰに対して決定される）によって区画される。パラメータＶＧは、Ｘ−Ｙ平面での連続的な動きを制御するためや、スクロールのために用いられる。この運動の方向と速度は、ベクトルＶＧの方向と大きさによって決定される。隣接するアドレスは、正常ならば、参照面のあらやる部分において等距離であり、制御部材の位置にかかわらず均一な応答を喚起するはずである。しかし、位置のアドレスを使うと、例えば制御部材の可動範囲の境界近くのアドレスに異なる値や機能を割り当てられるという他にはない利点が得られる。例えば、境界近くのアドレスをベクトル（連続的な指向性の動きの基礎となる）を区画するのに使い、他方でこれらの境界内のアドレスは、制御部材の動きに応答した対象物の一致する動きを誘い出す値と機能を有する。このようにしてアドレスの使用方法を変えると、装置のもつ制御能力をさらに拡大することができる。上述の算出を支援する手段として、装置は、レーザビームが参照面に当ったときに形成される形状ないしパターンを記述する幾何学的なパラメータ（面積、幾何学中心の位置、軸の長さ、半径、焦点、平面の原点からの距離、回転角、衝突の角度と方向など）を、各光検出器からの出力に基づいて決定するのに、ユーティリティーを組み込むかまたはソフトウエアを利用する。いくつかの参照面が必要となり、位置決定のため各制御モードが採用するレーザビームの本数は異なる他の態様にあっても、これまで説明したのと同じ一般原則が当てはまる。図１８Ａ〜１８Ｃは、３個のビームディレクタ８１，８２，８３から発せられるビームによって形成される光スポットのパターンについて異なる制御モードを利用する効果を示す。図１８Ａは、「正常」位置を示す。ここでプレート３は、対応するビーム衝突スポットＰの区画により、Ｘ−Ｙ平面における任意の位置に置かれる。他の衝突スポットＣ、ＢおよびＧの位置は、その絶対的なアドレスと参照面のアドレスＰに対する相対位置の両方で記述される。この図の例においては、これらスポットの相対的な位置は、Ｐ／Ｃ（Ｘ）、Ｐ／Ｇ（Ｘ）およびＲによって記述される。衝突スポットＣの位置は、フィンガーグリップがその「正常」位置に置かれたときに、グリップ／ディレクタの中心軸Ｘが参照面を横切る点Ｏに一致する。図１８Ｂにおいては、グリップが引き上げられ、スポットＢとＣの間の距離Ｒが増大する。そして、同時に、制御部材は時計方向へ４時３０分の方向へ曲げられ、ビームはその反対側である１０時３０分の方向へ向けられる。検出されたビーム衝突スポットのアドレスＰ、Ｂ、ＣおよびＧに基づいて、パラメータＰ／Ｃ（Ｘ）、Ｐ／Ｇ（Ｘ）およびＲは、分析器によって容易に算出され、グリップの傾き角と正確な曲げの方向を記述するベクトルＯＣや、グリップの垂直方向のずれ（Ｚ軸上の位置；ＲとＯＣおよび３角法の関係に基づいて算出される）などの情報も導出される。一方、スポットＰに対するスポットＧの距離と位置は変わらないため、グリップがプレートサポートに対して横方向に動くことはない。図１８Ｃは、より複雑な態様を示す。ここでは、５個の制御モードのうち４個を利用し、光のスポットの複合的な位置の変化を引き起こしている。そして、プレートサポートがＸ−Ｙ平面においてスポットＰで区画される任意の位置を占める外に、フィンガーグリップが、時計方向に３０°回転し、またスポットＢとＣの位置によって区画されるように、１０時３０分の方角（時計方向）に曲げられる。同時に、グリップは、スポットＧの位置によって示されるように、プレートサポートに対して４時３０分の方角に横方向に動かされる。すべてのパラメータは、検出されたスポットのアドレスを基にして算出され、制御部材の空間方位を明確に区画する。フィンガーグリップの空間方位を決定するには、二本のビームを用いる代わりに、他のビーム形状とパターンも用いることができる。これらのビームのいくつかは、図１９Ａ〜１９Ｈに示す。ここで、図１９Ａは、ビーム（またはビームの束）は、ビームディレクタから離れる方向において発散すべきことを示す。これは、レンズ、ビームスプリッタ、スクリーンおよび開口部（９３，１００）を適当に組み合わせれば実現することができる。図１９Ｂに示す円形パターン（これはグリップが正常位置にあるときは回転角を測定するのには適当でない）を除き、すべてのパターンは、これまでに説明したすべての制御モードにおいて、位置決定に利用することができる。図２０〜図２４は、本発明に係る第２のタイプの態様を示す。この態様においては、参照面は制御部材に接続され、ビームの道筋は固定される。このため、制御部材の方位の変化は、参照面、つまりビームの衝突スポットの位置の変化に連動する。この装置グループは、いくつかの参照面を使うことが必要であり、構成は上で述べたタイプの態様におけるより複雑になる。主な違いは、ビームの伝達システムと参照面の位置合わせに用いるユーティリティーに関係する。５個の制御モードの操作は、上述の操作と同じである。参照面の表面上でアドレスの指定が可能な光検知装置を使用するのも、すでに述べたセンサアレーを同じである。このタイプの態様では、ビームをレーザ源から参照面へ伝達するのに光ファイバを利用するが、これは多くの場合に好ましいことである。しかし、本発明が他のビームガイド手段を利用できることを示すために、以下に、ビームガイドとして、反射鏡とレンズを利用した例を紹介する。図２０は、装置の断面図であり、フィンガーグリップ２、レーザ１１、ビームスプリッタ１２、ビームガイド１３、信号分析器／プロセッサ１５および一枚の参照面７を示す。参照面７は、装置のハウジング６に取り付けられ、制御部材のハウジングに対する横方向の位置を決定する。図２１は、ビームガイドの詳細断面図であり、ボールヒンジ２５と、ばねを乗せたプランジャを頂面にある凹部に位置させた参照照面９の間の接続の模様を示す。この参照面の詳細は、図２４に示す。図２１はさらに、ビームガイドがビーム反射鏡（４３，４４，４５，４６）を取り囲み、レーザビームを種々の参照面に向けていることを示している。この図はまた、レーザビームをグリップの参照面に伝達する光ファイバ３８が、同時に、クランプにある穴の中を垂直方向に移動できる位置に保持されていることを示す。ビームガイド１３の水平断面は、図２２に示す。ここで符号１１は、レーザ源を、符号１２はビームスプリッタを、符号５０はガイドハウジングを、符号４３〜４６は反射鏡を、符号８と９は円形参照面の位置を、そして符号１５は分析器／プロセッサをそれぞれ表す。図２３は、４本の平行なビームをつくり出す全反射鏡と半銀メッキミラーを組み入れたビームスプリッタの詳細を示す。図２５は、本発明に係る第３のタイプの態様における変更部分を示す。この態様においては、アドレス携帯画素を備えた参照面を利用し、反射ビームを分析するユーティリティーが必要となる。技術的には、この態様は、この装置が反射鏡４２と、画素アドレスにおける反射領域と非反射領域のパターンもしくは光パルスを分析することができる光センサまたは光センサアレー１４を備えたことを除いては、図２０〜２４に記載した態様に似ている。参照面へ向かうビームと参照面で反射されたビームの両方のビームの光路は図２６に示す。光パルスは、パターンよりも分析的に取扱うのが容易であるため、装置は、好ましくは、走査（スキャン）ユーティリティ、例えばタイミング装置との組み合わせで、レーザビームを用いて参照面の区画領域を走査するようなものを具備するのがよい。連続的なスキャンの場合は、分析器の使用は、単一の光センサに限られるであろう。他の類似または等価な解決方法は、当業者にはよく知られているであろう。図２７は、アドレス携帯画素６６の一例を示す。ここで、Ｘ座標とＹ座標は、非反射領域７０で分離して、二進法で示してある。画素はまた、自身を隣接する画素から離隔するための何も無い反射ボーダー６９を有する。アドレスは、反射サブユニット６７と非反射サブユニットの配列からなる。パターン（ここではかなり理想化している）は、レーザで溝を掘るか、磁気極性化するか、または反射表面の上に非反射性の材料の付着させることによって作成する。図２８は、画素６６のアレーを示す。反射サブセクションは１の値を、非反射サブセクションは０の値をとる；またはサブセクションの幅、間隔および組み合わせによって他の値をとるようにしてもよい。図２９は、デジタル化したアドレスの左側に配置され、反射ストライプと非反射ストライプからなる特別のグループのＸ座標とＹ座標を識別する「一次元」のアドレスパターンを示したものである。このアドレスを読み取るには、一次元レーザスキャン７２が用いられる。図３０と３１は、二つのスイッチオプションを示す。図３１においては、スイッチ機能が、グリップピストンのマイクロスイッチ２１への連結を介して、グリップキャップの押圧または後退に連動されている。他方図３２においては、スイッチ機能は、ボタン７４を押すことによって実行される。ボタンは、どの垂直位置にあっても押すことができる。図３２は、本発明が、ハンドグリップ式の装置のベースとしてどのように使用されるかを示す。図３３Ａ〜図３３Ｇは、装置の新たな操作モードを示す。図３１Ａは、正常位置にある装置を示す。コンピュータモニタ７７は、三次元直交座標系７９に位置する六角形のピラミッド７８を示す。このピラミッドにおいては、フィンガーグリップがＸ方向に横（ＸＹ）に動くと、図３３Ｂに示すように、ピラミッドは右に動く。図３１Ｃは、ピラミッドをＺ軸の回りで回す回転（Ｒ）の効果を示す。図３１Ｄに示すように、フィンガーグリップをＺ軸の正の方向に引き上げると、ピラミッドも上方に動く。また、図３１Ｅに示すように、１時の方向に回動運動（Ｐ）させると、ピラミッドも同じように傾く。そしてさらに３時の方向まで傾き運動を続けると、ピラミッドも同様に傾く。最後に、フィンガーグリップをプレートサポートに対して横（Ｌ）方向に動かすと、スクロールが起こり、直交系が（他の選択されていない対象とともに）スクリーンの左側に転置される。

Claims

【特許請求の範囲】１．コンピュータのカーソルと他の仮想あるいは現実の対象物について二次元または三次元で位置設定と制御を行う装置であって、二つの位置制御モジュールである、プレートサポート（３）とフィンガーまたはハンドグリップ部材（２）を備え、後者のフィンガーまたはハンドグリップ部材（２）は、前記プレートサポート（３）に対して垂直に取り付けられ、前記プレートサポート（３）は前記グリップ部材（２）を使って直交座標（Ｘ −Ｙ）平面内であらゆる方向に動かすことができ、前記グリップ部材は前記直交座標平面に対して垂直方向に（Ｚ軸に沿って）動かし、また（Ｚ軸の回りに）回転させることができ、前記装置はさらに、前記グリップ部材（２）またはこれ以外の箇所に設置されるスイッチ手段、プレートサポート（３）の位置とグリップ部材（２）の空間方位を決定する検出手段、ならびにこの位置およびスイッチ情報をこれを伝える電気信号に変換する手段を備え、この信号は、前記カーソルまたは対象物の位置、方位、動きの方向、速度その他の特性を制御するのに使われる、装置において、前記プレートサポート（２）とグリップ部材（３）の位置と空間方位は、前記位置制御モジュール（２，３）に接続した光源から放出される不連続な光ビームで区画され、前記ビームは−またはそれ以上の参照面（７，８，９，１０）に一定の光スポットの形で衝突し、このスポットの参照面上における位置は制御モジュール（２，３）の位置および方位の変化に応じて変化し、前記光スポットの位置は、前記参照面に対するアドレスまたは直交座標位置を明瞭に識別することができるセンサ手段によって検出され、前記アドレスまたは直交座標位置は、前記制御モジュールの位置と空間方位を区画するのに用いられることを特徴とする装置。２．前記グリップ部材（２）は、前記プレートサポートに弾性的に取り付けられてこのプレートサポート（３）に対してあらゆる方向に傾けられ、かつ前記プレートサポートは同時に前記直交座標系平面においてあらゆる方向に移動でき、このとき前記プレートサポートの位置と前記グリップ部材のプレートサポートに対する方位は、同時にカーソルまたは対象物の制御に用いられる請求の範囲第１項記載の装置。３．前記グリップ部材（２）は、前記プレートサポートに弾性的に取り付けられてこのプレートサポート（３）に対して横方向に、かつ前記直交座標平面に対して平行に移動でき、このとき前記プレートサポートの位置と前記グリップ部材のプレートサポートに対する方位は、同時にカーソルまたは対象物の制御に用いられる請求の範囲第１項または第２項記載の装置。４．前記プレートサポート（３）がＸ−Ｙ平面内で支障なく移動するのを制限する物理的な境界は弾性的で、このためプレートサポートは、水平方向においては前記境界を越えて強制的に変位させることができ、このとき前記プレートサポートの位置と前記グリップ部材のプレートサポートに対する方位は、同時にカーソルまたは対象物の制御に用いられる請求の範囲第１項または第２項記載の装置。５．前記光源は、レーザ源である請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか一項記載の装置。６．前記各参照面はその表面に、光検出ユニットのアレーを含み、これら各光検出ユニットは、特定のアドレスによって識別され、このため光ビームの衝突点を特定するのに適している請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか一項記載の装置。７．前記光検出ユニットのアレーはフォトダイオード、電化結合素子またはアクティブピクセルセンサのアレーを含む請求の範囲第６項記載の装置。８．前記各参照面は画素に分割され、これら各画素は、参照面におけるその画素の位置についての情報をコード化するパターンを含み、この位置情報は、アドレス読み取り手段によって解釈される請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか一項記載の装置。９．前記各画素上でコード化された位置情報は、レーザによる溝つけ、磁気極性化、光吸収材料の付着あるいは、ドット、線、矩形、正方形、円、扇形その他の形状への光反射面の変形によって生成された光反射領域と非光反射領域からなる特定のパターンを含み、この各画素上のパターンは、画素のアドレスを、参照面における画素の位置を明瞭に区画する二進コード、十進コード、バーコードまたは他のコードパターンにコード化し、前記アドレス読み取り手段は、前記参照面から反射されたレーザビームに含まれるアドレス情報を解釈できる単一の光センサまたはセンサのアレーを具備する請求の範囲第８項記載の装置。１０．前記グリップ部材（２）の位置と方位を区画するのに用いられるビームは、円、正方形その他の幾何学形状を有する一個またはそれ以上のスポットとして参照面に衝突し、単一のビームまたはビーム群はビーム源から離れる方向において発散ないし収斂させられて、参照面におけるビームの衝突パターンを、グリップ部材の方位が変化したときはいつでも変化させ、さらに前記装置は、前記衝突パターンをグリップ部材の空間方位に換算して変換するための算出手段を備える請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか一項記載の装置。１１．前記制御モジュール（２，３）の位置と空間方位を区画するため、装置の固定部分に対するプレートサポート（３）とグリップ部材（２）の位置を区画するのに、単一の光ビームが用いられる請求の範囲第１項ないし第１０項のいずれか一項記載の装置。１２．前記制御モジュール（２，３）の位置と空間方位を区画するため、装置の固定部分に対するプレートサポート（３）の位置を区画するのには単一の光ビームが用いられ、プレートサポート（３）に対するグリップ部材（２）の方位を区画するのには一本またはそれ以上の光ビームが用いられる請求の範囲第１項ないし第１０項のいずれか一項記載の装置。１３．前記制御モジュールの位置と空間方位を区画するために用いられる光ビームは、連続的に放出される請求の範囲第１項ないし第１２項のいずれか一項記載の装置。１４．前記プレートサポートの変位は、カーソルまたは対象物のＸ−Ｙ平面における同一または類似の変位または移動を生起させ、一方プレートサポートに対するグリップ部材の変位は、一またはそれ以上の制御目的に使用され、グリップ部材のプレートサポートに対する垂直方向の変位は、カーソルまたは対象物の三次元直交座標形におけるＺ軸に沿った動きを制御するのに用いられ、前記グリップ部材の回転は、対象をＺ軸の回りで回転させるのに用いられる中で、前記装置は、前記一またはそれ以上の制御モードとともに使用されたとき、ａ）前記グリップ部材の曲げは、カーソルまたは対象物をＸ−Ｙ平面における軸の回りで回転させるか、代わりにＸ−Ｙ平面で連続的な横方向の動きをさせるかし、このプレートサポートに対する曲げの方向と傾き角が動きの方向と速度を決定し、ｂ）前記プレートサポートに対するグリップ部材の横方向の動き、またはプレートサポートの横方向における支障のない移動境界を越えた強制的な変位がＸ−Ｙ平面におけるカーソルまたは対象物の連続的な動きを引き起こし、グリップまたはプレートのその正常位置からの横方向変位の方向と大きさがその動きの方向と速度を決定し、ｃ）曲げまたは横方向の変位が画面スクロールのために使用され、ｄ）前記プレートサポートに対するグリップ部材の垂直方向の変位がグリップ部材に接続されたスイッチの起動に利用され、グリップのその正常位置からの後退が信号変換を中断するかあるいは右マウスボタとに同じような効果をもたらし、グリップの押圧が、左マウスボタンと同じような効果をもたらしたり、あるいはグリップを引き上げかつ押圧することが、Ｚ軸方向の移動とスイッチ切替目的を組み合わせる為に使用されたりすることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第１３項のいずれか一項記載の装置。