JP3078485U - Tactile feedback interface device and actuator assembly - Google Patents

Tactile feedback interface device and actuator assembly

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JP3078485U
JP3078485U JP2000008994U JP2000008994U JP3078485U JP 3078485 U JP3078485 U JP 3078485U JP 2000008994 U JP2000008994 U JP 2000008994U JP 2000008994 U JP2000008994 U JP 2000008994U JP 3078485 U JP3078485 U JP 3078485U
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JP
Japan
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actuator
interface device
feedback interface
tactile feedback
user
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Expired - Lifetime
Application number
JP2000008994U
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Japanese (ja)
Inventor
エリック・ジェイ・シャホイアン
Original Assignee
イマージョン コーポレイション
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 慣性力や接触力が使用者に供給される低コス
トの触感フィードバックインターフェース装置を提供
す。 【解決手段】 触感フィードバックインターフェース装
置は、使用者に触感的感覚を提供する。使用者はハウジ
ング50に接触し、センサ62が使用者による操作を検
出する。アクチュエータアセンブリ54は、使用者に対
して触感的感覚として力を出力するアクチュエータ66
を備える。アクチュエータ66は回転力を出力し、アク
チュエータ66に連結されているたわみ体68が慣性質
量及び/又は接触部材を駆動する。たわみ体68は、単
一の部材であり、その一部をほぼ直線的に運動させる複
数のたわみ継手を備える。たわみ体68はアクチュエー
タ66が出力する回転力を直線運動に変換し、直線運動
により使用者に力が伝達される。
(57) [Problem] To provide a low-cost tactile feedback interface device in which inertia force and contact force are supplied to a user. A tactile feedback interface device provides a user with a tactile sensation. The user contacts the housing 50, and the sensor 62 detects an operation by the user. The actuator assembly 54 includes an actuator 66 that outputs force as a tactile sensation to the user.
Is provided. The actuator 66 outputs a rotational force, and the flexure 68 connected to the actuator 66 drives the inertial mass and / or the contact member. The flexure 68 is a single member and includes a plurality of flexure joints that move a portion of the flexure 68 substantially linearly. The flexure 68 converts the rotational force output from the actuator 66 into a linear motion, and the force is transmitted to the user by the linear motion.

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[0001]

【考案の属する技術分野】[Technical field to which the invention belongs]

本考案は、人間がコンピュータとインターフェイスできるようにするためのイ ンターフェース装置に関し、特に、使用者がコンピュータシステムに入力を供給 することができると共に、コンピュータスシテムが使用者に触感フィードバック を供給することができる、低コストのコンピュータインターフェース装置に関す る。 The present invention relates to an interface device for enabling a human to interface with a computer, and in particular, a user can provide input to a computer system, and a computer system provides tactile feedback to the user. Low cost computer interface device.

【0002】[0002]

【従来の技術及び考案が解決しようとする課題】[Problems to be solved by conventional techniques and devices]

ゲームのプレー、シミュレーション又は仮想現実環境の体験、コンピュータ支 援設計システムの使用、グラフィカルユーザインターフェース(GUI)の操作 、ウェブページのナビゲート、機能の選択等の、コンピュータないしは装置にお ける機能及びタスクを実行するために、使用者はコンピュータないしは装置と対 話を行うことができる。この種の対話に使用される一般的な人間−コンピュータ 間のインターフェース装置には、表示された環境を制御するコンピュータシステ ムに接続されたマウス、ジョイステック、トラックボール、ゲームパッド、ステ アリングホイール、スタイラス、タブレット、圧力検知ボール、選択機能(sele ct function)等が含まれる。一般的に、コンピュータは、使用者によるジョイ ステック、マウス等の物理的な操作手段(manipulandum)の操作に応答して環境 を更新し、表示ディスプレイ及び音響スピーカを使用してユーザに対して視覚及 び音響フィードバックを供給する。コンピュータシステムは、コンピュータに対 して位置信号を送信するインターフェース装置に設けられたセンサにより、ユー ザオブジェクトに対する使用者の操作を検出する。 Functions and tasks on a computer or device, such as playing a game, experiencing a simulation or virtual reality environment, using a computer-aided design system, manipulating a graphical user interface (GUI), navigating web pages, selecting functions, etc. The user can interact with the computer or device to perform the task. Typical human-computer interface devices used for this type of interaction include mice, joysticks, trackballs, gamepads, steering wheels, connected to computer systems that control the displayed environment. Includes stylus, tablet, pressure sensing ball, select function, etc. Generally, a computer updates an environment in response to a user's operation of a physical operation means (manipulandum) such as a joystick, a mouse, or the like, and provides a visual display to a user using a display and an acoustic speaker. And acoustic feedback. The computer system detects a user operation on a user object by a sensor provided in an interface device that transmits a position signal to the computer.

【0003】 いくつかのインターフェース装置では、さらに運動力のフィードバック及び/ 又は触感フィードバックが使用者に供給される。これらのフィードバックは、「 触感フィードバック(haptic feedback)」と総称される。この種のインターフ ェース装置は、使用者がジョイステックハンドル、マウス、ホイール等のインタ ーフェース装置の使用者用操作手段を操作することにより感知される、物理的な 感覚を供給することができる。1個又はそれ以上のモータ又は他のアクチュエー タが、ジョイステックハンドルやマウスに連結されると共に、制御用のコンピュ ータシステムに接続されている。コンピュータシステムは、表示されたイベント に関連及び対応してジョイスティックやマウスに作用する力を制御し、アクチュ エータに対して制御信号ないしは命令を送信することにより対話を行う。よって 、使用者がインターフェース装置又はインターフェース装置の操作手段を把持又 は接触しているときに、コンピュータシステムは、物理的な力の感覚を、他の供 給されるフィードバックと共にユーザに伝達することができる。例えば、ユーザ が操作可能なオブジェクトを移動させ、表示されたカーソルを他の表示されてい るグラフィカルオブジェクトに相互作用させたときに、コンピュータはアクチュ エータに対して物理的なオブジェクトへ力を出力させる命令を発することが可能 であり、それによって使用者に感覚か゛伝達される。[0003] Some interface devices also provide athletic feedback and / or tactile feedback to the user. These feedbacks are collectively referred to as “haptic feedback”. This type of interface device can provide a physical sensation that can be sensed by the user operating the user operating means of the interface device, such as a joystick handle, mouse, wheel, or the like. One or more motors or other actuators are connected to the joystick handle or mouse and to a controlling computer system. The computer system controls the forces acting on the joystick or mouse in relation to and in response to the displayed event and interacts by sending control signals or commands to the actuator. Thus, when the user is gripping or touching the interface device or the operating means of the interface device, the computer system can convey a sense of physical force to the user along with other supplied feedback. it can. For example, when a user moves an operable object and causes a displayed cursor to interact with another displayed graphical object, the computer instructs the actuator to output a force to the physical object. Can be emitted, whereby the user can feel or be transmitted.

【0004】 家庭消費者市場における現在の触感フィードバックコントローラに関する一つ の問題は、この種の装置の製造コストが高いことである。製造費用の大部分は、 触感フィードバック装置に複数の複雑なアクチュエータと、対応する制御用電子 部品とが含まれることに起因する。また、アクチュエータから使用者の操作手段 に正確に力を伝達し、使用者によるオブジェクトの移動を正確に検出できるよう にするには、リンク及びベアリング等の高品質である機械的な力の伝達部品を備 える必要がある。これらの部品は複雑であり、その製造時には、他の部品よりも 遥かに精密性が要求されるため、インターフェース装置のコストがさらに増大す る。[0004] One problem with current tactile feedback controllers in the home consumer market is the high cost of manufacturing such devices. Most of the manufacturing costs are due to the fact that the tactile feedback device includes multiple complex actuators and corresponding control electronics. In order to accurately transmit the force from the actuator to the user's operation means and to accurately detect the movement of the object by the user, high-quality mechanical force transmission components such as links and bearings are required. Need to be provided. These components are complex and require much more precision in their manufacture than other components, further increasing the cost of the interface device.

【0005】 例えば、ソニー・デュアルショック(Sony DualShock)、ニンテンドー・ラン ブルパッド(Nintendo Rumble Pack)等のコンソールゲームシステムやパーソナ ルコンピュータで使用される振動触感型ゲームパッド等の、低コストの触感フィ ードバック装置がいくつか存在する。これらの装置は、回転シャフトと、この回 転シャフトに対して偏心位置で接続された慣性質量とを有するモータを備えるこ とにより、触覚的感覚を発生する。上記慣性質量は、インターフェース装置に対 して上記モータの回転シャフトの周囲を種々の速度で回転する。この回転により 、モータを流れる電流に応じた種々の周波数の正弦波的な力の信号が発生する。 この種の方法の問題は、所望の周波数出力に対応する回転速度に達するための加 速及び減速に時間がかかるために、反応時間が遅いということである。また、こ の手段では慣性質量の回転面上で連続的に方向が変化する力を印加するので、「 ぐらぐら」した感覚を与えることになる。このことは、低周波数ではユーザにと って特に問題とならないが、多くの例では、力が作用する平面に対して部分的に 重なっている平面で入力を供給するものである、マウスのような装置と共に使用 するのに適さない。[0005] For example, low-cost tactile feedback such as a console game system such as Sony DualShock and Nintendo Rumble Pack, and a vibrating tactile gamepad used in personal computers. There are several devices. These devices generate a tactile sensation by including a motor having a rotating shaft and an inertial mass connected eccentrically to the rotating shaft. The inertial mass rotates at various speeds around the rotating shaft of the motor relative to the interface device. This rotation produces sinusoidal force signals of various frequencies according to the current flowing through the motor. The problem with this type of method is that the response time is slow because of the time required to accelerate and decelerate to reach the rotational speed corresponding to the desired frequency output. In addition, since this means applies a force that changes direction continuously on the rotational plane of the inertial mass, it gives a "wobbly" feeling. This is not particularly problematic for the user at low frequencies, but in many cases the input is supplied in a plane that partially overlaps the plane on which the force acts, such as a mouse. Not suitable for use with sensitive equipment.

【0006】[0006]

【考案の概要】[Outline of the invention]

本考案は、使用者に対して触感的感覚を供給するアセンブリを備えるアクチュ エータアセンブリ及び触感フィードバックインターフェース装置に関するもので ある。低コストのアクチュエータ及び機構により、慣性力及び/又は接触力が使 用者に供給され、これによって低コストの力フィードバック装置を製造すること ができる。 The present invention relates to an actuator assembly having an assembly for providing a tactile sensation to a user, and a tactile feedback interface device. Low cost actuators and mechanisms provide inertial and / or contact forces to the user, which can produce low cost force feedback devices.

【0007】 さらに詳しくは、本考案の触感フィードバックインターフェース装置は使用者 により操作され、ホストアプリケーションプログラムを実行するホストコンピュ ータに接続される。触感フィードバックインターフェース装置は、使用者により 物理的に接触されるハウジングと、使用者による触感フィードバックインターフ ェース装置の操作を検出するセンサと、触感的感覚として力を使用者に供給する アクチュエータアセンブリとを備えている。More specifically, the tactile feedback interface device of the present invention is operated by a user and connected to a host computer that executes a host application program. The tactile feedback interface device includes a housing that is physically touched by a user, a sensor that detects operation of the tactile feedback interface device by the user, and an actuator assembly that supplies force to the user as a tactile sensation. ing.

【0008】 一つの実施形態では、アクチュエータアセンブリは、回転力を出力するアクチ ュエータと、このアクチュエータを触感フィードバックインターフェース装置の ハウジングに連結するたわみ体とを備えている。たわみ体は、単一の部材であり 、このたわみ体の一部をほぼ直線的に運動させる複数のたわみ継手を備えている 。たわみ体はアクチュエータにより出力された回転力を直線運動に変換し、直線 運動により使用者に伝達される力が発生する。直線運動は、使用者により触感フ ィードバックインターフェース装置が移動される平坦作業空間に対して垂直な軸 にほぼ沿っている。アクチュエータにによる回転力の出力時に慣性質量が直線的 に運動するように、たわみ体の一部が慣性質量に連結され、慣性質量による慣性 力が触感フィードバックインターフェース装置のハウジングを介して使用者に伝 達される。In one embodiment, an actuator assembly includes an actuator that outputs rotational force and a flexure that connects the actuator to a housing of a tactile feedback interface device. The flexible body is a single member, and includes a plurality of flexible joints that move a part of the flexible body substantially linearly. The flexure converts the rotational force output by the actuator into a linear motion, and generates a force transmitted to the user by the linear motion. The linear movement is substantially along an axis perpendicular to the flat workspace in which the tactile feedback interface device is moved by the user. A part of the flexure is connected to the inertial mass so that the inertial mass moves linearly when the actuator outputs torque, and the inertial force due to the inertial mass is transmitted to the user through the housing of the tactile feedback interface device. Is reached.

【0009】 他の実施形態では、アクチュエータアセンブリは、力を出力するアクチュエー タと、アクチュエータを触感フィードバックインターフェース装置のハウジング に連結する機構とを備え、この機構はアクチュエータを装置のハウジングに対し て運動させる。運動時には、アクチュエータは使用者に対して伝達される慣性力 を供給する慣性質量として機能する。上記機構はたわみ継手を備えるたわみ体又 はベアリングを備える機構であり、アクチュエータは回転力を出力する。アクチ ュエータは、使用者が触感フィードバックインターフェース装置の操作手段を移 動可能なX−Y平面に対してほぼ垂直であるZ軸方向に直線的に運動する。In another embodiment, an actuator assembly includes an actuator that outputs a force and a mechanism that couples the actuator to a housing of the tactile feedback interface device, the mechanism moving the actuator relative to the housing of the device. . In motion, the actuator functions as an inertial mass that supplies the inertial force transmitted to the user. The above mechanism is a mechanism having a flexible body or a bearing having a flexible joint, and the actuator outputs a rotational force. The actuator moves linearly in a Z-axis direction that is substantially perpendicular to an XY plane in which the user can move the operating means of the tactile feedback interface device.

【0010】 いくつかの実施形態では、上記機構又はたわみ体は、触感フィードバックイン ターフェース装置の通常操作時に使用者が物理的に接触する可動の接触部材に連 結される。例えば、この接触部材は、触感フィードバックインターフェース装置 の上面の少なくとも一部である可動カバー部である。アクチュエータは、使用者 に対するパルス又は振動感覚を発生させる力を供給するために、2方向に作動す る。たわみ体は、アクチュエータの回転シャフトが、最大回転範囲のうちの所定 範囲を超えて回転するのを防止するための、少なくとも1個の止め部を備えてい てもよい。[0010] In some embodiments, the mechanism or flexure is coupled to a movable contact member that is physically contacted by a user during normal operation of the tactile feedback interface device. For example, the contact member is a movable cover portion that is at least a part of the upper surface of the tactile feedback interface device. The actuator operates in two directions to provide a force that generates a pulse or vibration sensation to the user. The flexure may include at least one stop for preventing the rotation shaft of the actuator from rotating beyond a predetermined range of the maximum rotation range.

【0011】 本考案は、他の種類のフィードバックインターフェース装置よりも非常に低コ ストで、家庭消費者に対する適用に非常に適した触感フィードバックインターフ ェース装置を提供する。本考案の1個又はそれ以上のアクチュエータアセンブリ は、支持面に対して垂直なZ軸方向等の特定の自由度に力を印加するように設け ることができる。いくつかの実施形態で使用されるたわみ体は、長く続いて効果 的な触感的感覚を提供し、いくつかの実施形態ではアクチュエータ自体が慣性力 に触感的感覚のための慣性質量として使用され、コスト、空間及び組立時間を節 約することができる。The present invention provides a tactile feedback interface device that is much less costly than other types of feedback interface devices and is well suited for application to home consumers. One or more actuator assemblies of the present invention can be provided to apply a force in a particular degree of freedom, such as in a Z-axis direction perpendicular to the support surface. The flexure used in some embodiments provides a long lasting and effective tactile sensation, and in some embodiments the actuator itself is used as the inertial mass for the tactile sensation in the inertial force, Cost, space and assembly time can be saved.

【0012】 本考案の上記した特徴及び他の特徴は、以下の本考案の説明及び図面から、当 業者にとって明らかである。The above and other features of the present invention will be apparent to those skilled in the art from the following description of the invention and the drawings.

【0013】[0013]

【考案の実施の形態】[Embodiment of the invention]

図1は、本考案の触感フィードバックマウスインターフェースシステム10の 斜視図である。この触感フィードバックマウスインターフェースシステム10は 、使用者のマウス操作に基づいてホストコンピュータへ入力を供給可能であり、 ホストコンピュータにより実行されるプログラムで起こるイベントに基づいて触 感フィードバックマウスインターフェースシステム10の使用者に触感フィード バックを供給可能である。触感フィードバックマウスインターフェースシステム 10は、マウス12とホストコンピュータ14を備えている。本説明において、 「マウス」という語は、使用者が把持又は接触し、ほぼ平坦な作業空間内で移動 する(可能であれば、追加の自由度を有していてもよい。)ように形成されたオ ブジェクトを示す。一般に、マウスは、使用者の手、指及び/又は掌に上手く適 合する滑らかな又は角張った形状の小型のユニットであるが、グリップ、指受け 台(finger cradle)、円筒、球、平坦なオブジェクト等であってもよい。 FIG. 1 is a perspective view of the tactile feedback mouse interface system 10 of the present invention. The tactile feedback mouse interface system 10 can supply an input to a host computer based on a mouse operation of a user, and can provide a user of the tactile feedback mouse interface system 10 based on an event occurring in a program executed by the host computer. Tactile feedback can be supplied to The tactile feedback mouse interface system 10 includes a mouse 12 and a host computer 14. In this description, the term "mouse" is formed so that the user can grip or touch and move in a substantially flat workspace (and possibly have additional degrees of freedom). Indicates the object that was created. In general, a mouse is a small unit with a smooth or angular shape that fits well into the user's hand, fingers and / or palm, but with a grip, finger cradle, cylinder, sphere, flat It may be an object or the like.

【0014】 マウス12は、使用者が把持又は握って操作するオブジェクトである。「把持 」とは、使用者が手や指先でオブジェクトの一部に解放可能に係合することを意 味する。本実施形態では、マウス12は、使用者が指や手で上手く把持し、物理 的空間において与えられた自由度で移動させることができるように形成されてい る。例えば、ホストコンピュータ14により供給されるグラフィカル環境におい てカーソル等のコンピュータが生成するグラフィカルオブジェクトを移動させ、 あるいはゲーム又はシミュレーションにおける仮想の存在を制御するために、使 用者はマウス12を移動させて平面における2次元の入力をコンピュータシステ ムに供給することができる。また、マウス12は、使用者が追加の命令をコンピ ュータシステムに供給できるように、1個又はそれ以上のボタン16a,16b を備えることが好ましい。The mouse 12 is an object that the user grips or grips to operate. "Gripping" means that the user releasably engages a part of the object with his or her hand or fingertip. In the present embodiment, the mouse 12 is formed so that the user can hold it with a finger or a hand, and can move the physical space with a given degree of freedom. For example, in a graphical environment provided by the host computer 14, the user moves the mouse 12 to move a computer-generated graphical object such as a cursor, or to control the virtual presence in a game or simulation. Two-dimensional input in the plane can be provided to the computer system. The mouse 12 also preferably includes one or more buttons 16a, 16b so that the user can provide additional instructions to the computer system.

【0015】 マウス12は、マウス12に作用する力及び使用者に対する触感的感覚を発生 するように作動するアクチュエータアセンブリを備える。異なる手段のアクチュ エータアセンブリを提供するいくつかの実施形態について説明するが、これらに ついては図2から図17(b)を参照して後により詳細に説明する。The mouse 12 includes an actuator assembly that operates to generate a force acting on the mouse 12 and a tactile sensation to the user. Several embodiments providing different means of actuator assemblies will be described, which will be described in more detail below with reference to FIGS. 2 to 17 (b).

【0016】 マウス12は、卓上面又はマウスパッド等の基礎面22に載置される。使用者 はマウス12を把持し、矢印24で示すように基礎面22上の平坦作業空間にお いてマウスを移動させる。いくつかの実施形態では、マウス12の平面上の運動 を電気的位置信号に変換するために、摩擦ボール又はローラ(図示せず。)がマ ウス12の下側に配設されていてもよい。上記電気的位置信号は、当業者にとっ て周知であるように、バス20を介してホストコンピュータ14に送信される。 他の実施形態では、後述するように、マウスの運動をホストコンピュータ14に よって受信される位置又は運動信号に変換するために、異なる機構及び/又は電 子部品を使用してもよい。マウス12は、その位置の変化を相対的に検出する装 置であることが好ましく、この場合、マウス12をあらゆる面のあらゆる位置に 移動させることができる。また、マウス12として、特別の予め決定された作業 空間を参照してその絶対位置を知ることができる、絶対的なマウスを使用するこ ともできる。The mouse 12 is placed on a base surface 22 such as a table top or a mouse pad. The user holds the mouse 12 and moves the mouse in a flat work space on the base surface 22 as shown by the arrow 24. In some embodiments, a friction ball or roller (not shown) may be disposed below mouse 12 to convert the planar movement of mouse 12 into an electrical position signal. . The electrical position signal is transmitted to a host computer 14 via a bus 20, as is well known to those skilled in the art. In other embodiments, different mechanisms and / or electronic components may be used to translate mouse movements into position or movement signals received by host computer 14, as described below. The mouse 12 is preferably a device that relatively detects a change in its position. In this case, the mouse 12 can be moved to any position on any surface. Further, as the mouse 12, an absolute mouse which can know its absolute position with reference to a special predetermined work space can be used.

【0017】 マウス12はバス20によりホストコンピュータ14に連結されており、バス 20はマウス12とホストコンピュータ14間で信号を伝達する。他の好適な実 施形態では、バス20がマウス12に電力を供給してもよい。通常のシリアルポ ートから又はUSB又はファイヤワイヤバス等のインターフェースにより供給可 能な電力を部品が必要としてもよい。他の実施形態では、無線式の送信/受信に よって、マウス12とコンピュータ14との間で信号を送信してもよい。アクチ ュエータアセンブリへの電力供給をマウスに設けた蓄電装置で補助し、又はこの 蓄電装置のみでマウスに電力を供給してもよい。この種の実施形態が本説明に参 照として組み込まれる米国特許第5,691,898号に開示されている。The mouse 12 is connected to a host computer 14 by a bus 20, and the bus 20 transmits signals between the mouse 12 and the host computer 14. In another preferred embodiment, bus 20 may power mouse 12. The components may require power that can be supplied from a normal serial port or through an interface such as a USB or Firewire bus. In other embodiments, signals may be transmitted between the mouse 12 and the computer 14 by wireless transmission / reception. The power supply to the actuator assembly may be assisted by a power storage device provided in the mouse, or power may be supplied to the mouse only by this power storage device. Such an embodiment is disclosed in U.S. Pat. No. 5,691,898, which is incorporated herein by reference.

【0018】 ホストコンピュータ14は、PC互換コンピュータ、マッキントッシュ(Maci ntosh)のパーソナルコンピュータ、サン(Sun)又はシリコングラフィックス( Silicon Graphics)のワークステーション等のパーソナルコンピュータ又はワー クステーションであることが好ましい。例えば、ホストコンピュータ14は、ウ ィンドウズ(登録商標)、マックOS、ユニックス又はMS−DOS等のオペレ ーティングシステムで動作する。また、ホストコンピュータ14は、任天堂、セ ガ又はソニー等から購入可能な一般にテレビ受像機セット又は他のディスプレイ に接続される種々の家庭用ビデオゲームコンソールシステムであってもよい。他 の実施形態としては、ホストコンピュータ14は、例えば使用者にインタラクテ ィブテレビジョン機能を提供する「セットトップボックス(set top box)」や 、インターネット及びワールドワイドウェーブにおける標準の接続及びプロトコ ルを使用するローカルネットワーク又はグローバルネットワークと使用者が対話 するための「ネットワークコンピュータ(network-computer)」ないしは「イン ターネットコンピュータ(internet computer)」や、ラップトップコンピュー タや携帯情報端末(PDA)等の携帯型コンピュータ装置であってもよい。ホス トコンピュータ14は、ホストマイクロプロセッサ、ランダムアクセスメモリ( RAM)、リードオンリーメモリ(ROM)、入出力(I/O)回路及び当業者に周知で あるコンピュータの他の構成要素を備えている。The host computer 14 is preferably a personal computer or workstation such as a PC-compatible computer, a Macintosh personal computer, a Sun or Silicon Graphics workstation. For example, the host computer 14 operates on an operating system such as Windows (registered trademark), Mac OS, Unix, or MS-DOS. The host computer 14 may also be any home video game console system generally connected to a television set or other display that can be purchased from Nintendo, Sega, Sony or the like. In other embodiments, the host computer 14 may provide, for example, a "set top box" that provides the user with interactive television capabilities, or standard connections and protocols on the Internet and World Wide Wave. A "network-computer" or "internet computer" for the user to interact with the local or global network to be used, a laptop computer, a personal digital assistant (PDA), etc. May be a portable computer device. The host computer 14 includes a host microprocessor, random access memory (RAM), read only memory (ROM), input / output (I / O) circuits, and other components of a computer that are well known to those skilled in the art.

【0019】 ホストコンピュータ14は、マウス12及び他の周辺機器により使用者が対話 するホストアプリケーションプログラムを実行する。このホストアプリケーショ ンプログラムが力フードバック機能を備えていてもよい。例えば、上記ホストア プリケーションプログラムには、ビデオゲーム、ワードプロセッサ、HTML( ハイパーテキストマークアップランゲージ)やVRML(バーチャリアリティモ デリングランゲージ)の指令を実行するウェッブページないしはブラウザー、科 学分析プログラム、仮想現実トレーニングプログラムないしはアプリケーション 、又はマウス12からの入力とマウス12に対する力フードバック命令の出力を 利用する他のアプリケーションプログラムがある。ここでは簡単のために、ウィ ンドウズ(登録商標)、マックOS、リナックス、ビー(Be)等のオペレーテ ィングシステムも「アプリケーションプログラム」と呼ぶ。一つの好適な実施の 形態では、アプリケーションプログラムは、オプションを使用者に示したり、使 用者からの入力を受信するためにGUIを使用する。この場合、ホストコンピュ ータ14は、グラフィカルユーザインターフェース、ゲーム、シミュレーション 又は他の視覚環境である、「グラフィカル環境」を提供している。当業者にとっ て周知であるように、データ及び/又は手順の論理ソフトウエアユニットの集合 体である「グラフィカルオブジェクト」をホストコンピュータ14が表示装置2 6に画像として表示する。表示されるカーソルやシミュレートされる航空機のコ クピットもグラフィカルオブジェクトとみなされる。ホストアプリケーションプ ログラムは、マウス12の電子部品及びセンサから受信した入力信号を確認し、 マウス12に対して力の値及び/又は力の出力に変換される命令を出力する。The host computer 14 executes a host application program with which the user interacts with the mouse 12 and other peripheral devices. This host application program may have a force feedback function. For example, the host application program includes a video game, a word processor, a web page or browser for executing commands of HTML (hypertext markup language) and VRML (virtuality modeling language), a science analysis program, a virtual reality training program. There are programs or applications or other application programs that utilize input from the mouse 12 and output of force feedback commands to the mouse 12. Here, for simplicity, operating systems such as Windows (registered trademark), Mac OS, Linux, and Be are also referred to as “application programs”. In one preferred embodiment, the application program uses a GUI to indicate options to the user and to receive input from the user. In this case, host computer 14 provides a "graphical environment", which is a graphical user interface, game, simulation, or other visual environment. As is well known to those skilled in the art, the host computer 14 displays a "graphical object", which is a collection of logical software units of data and / or procedures, on the display device 26 as an image. Displayed cursors and simulated aircraft cockpits are also considered graphical objects. The host application program checks input signals received from the electronic components and sensors of the mouse 12 and outputs commands to the mouse 12 that are converted to force values and / or force outputs.

【0020】 表示装置26はホストコンピュータ14に含まれていてもよく、標準的な表示 装置(LCD,CRT,フラット・パネル等)、3−Dゴーグル、映写装置、ヘ ッドアップディスプレイ(HUD)又は他の視覚的な出力装置である。一般に、 ホストアプリケーションプログラムは表示装置26に表示される画像及び/又は 音響信号等の他のフィードバックを供給する。例えば、表示装置26はGUIか らの画像を表示することができる。Display 26 may be included in host computer 14 and may be a standard display (LCD, CRT, flat panel, etc.), 3-D goggles, projection device, head-up display (HUD) or Another visual output device. Generally, the host application program provides other feedback such as images and / or audio signals displayed on the display device 26. For example, the display device 26 can display an image from the GUI.

【0021】 他の変形例では、マウス12は異なるインターフェース装置又は制御装置であ ってもよい。例えば、手持ち式装置がここで説明するアクチュエータアセンブリ に非常に適している。例えば、テレビ、ビデオカセットレコーダ、オーディオス テレオ、インターネットないしはネットワークコンピュータ(例えばWeb-TV(登 録商標))における機能の選択に使用される手持ち式遠隔制御装置、又はビデオ ゲームやコンピュータゲームのゲームパッドコントローラをここで説明する触覚 フィードバック部品と共に使用することができる。手持ち式装置は、マウスのよ うに平坦な作業空間に拘束されないが、ここで説明する慣性感覚及び接触力の方 向付けという利点が得られる。例えば、慣性感覚及び接触力は手持ち式装置のハ ウジング表面に対してほぼ垂直に出力することができる。他のインターフェース 装置もここで説明するアクチュエータアセンブリを利用することができる。例え ば、ジョイスティックハンドルがアクチュエータアセンブリを備えていてもよい 。この場合、触感的感覚は、唯一の触感フィードバックとして又はジョイステッ クハンドルの自由度における補助的な運動感覚性の力フィードバックとして出力 される。トラックボール、ステアリングホイール、回転ノブ、リニアスライダ、 銃型の照準装置、医療装置、グリップ等が触感的感覚を供給するためのアクチュ エータアセンブリを利用することができる。In another variation, mouse 12 may be a different interface device or controller. For example, hand-held devices are well suited for the actuator assemblies described herein. For example, televisions, video cassette recorders, audio stereos, hand-held remote controls used to select functions on the Internet or network computers (eg Web-TV®), or game pads for video and computer games. A controller can be used with the haptic feedback components described herein. The hand-held device is not confined to a flat workspace like a mouse, but offers the advantages of orientation and contact force orientation described herein. For example, inertial sensation and contact force can be output substantially perpendicular to the housing surface of a hand-held device. Other interface devices may utilize the actuator assemblies described herein. For example, a joystick handle may include an actuator assembly. In this case, the tactile sensations are output as sole tactile feedback or as auxiliary kinesthetic force feedback in the joystick handle degrees of freedom. Trackballs, steering wheels, rotary knobs, linear sliders, gun-shaped aiming devices, medical devices, grips, etc. can utilize actuator assemblies to provide tactile sensations.

【0022】 図2は、図1のマウス12の第1実施形態にかかるマウス40の側方断面図で ある。マウス40は、マウス40の使用者に対して、触覚的感覚等の触感フィー ドバックを伝達するための1個又はそれ以上のアクチュエータアセンブリを備え ている。アクチュエータアセンブリはマウス40に対して使用者が感じることが できる力を出力する。他の実施形態では、2個又はそれ以上のアクチュエータア センブリが慣性力又は接触力を供給してもよい。FIG. 2 is a side sectional view of the mouse 40 according to the first embodiment of the mouse 12 of FIG. The mouse 40 includes one or more actuator assemblies for transmitting tactile feedback, such as tactile sensations, to a user of the mouse 40. The actuator assembly outputs a force to the mouse 40 that can be felt by the user. In other embodiments, two or more actuator assemblies may provide inertial or contact forces.

【0023】 マウス40は、ハウジング50、検出システム52及びアクチュエータアセン ブリ54を備えている。ハウジング50は、使用者が平面の自由度においてマウ ス40を移動させ、ボタン16を操作している時に、標準的なマウスと同様に使 用者の手に適合するように形成されている。The mouse 40 includes a housing 50, a detection system 52, and an actuator assembly 54. The housing 50 is shaped so that when the user moves the mouse 40 in a planar degree of freedom and operates the button 16, it fits in the user's hand, similar to a standard mouse.

【0024】 検出システム52は、平面の自由度におけるマウス40の位置、例えばX軸及 びY軸方向のマウス40の位置を検出する。この実施形態では、検出システム5 2は、コンピュータシステムへの方向入力を供給するためのマウスボール654 を備えている。トラックボールすなわちマウスボール654はマウス40の底面 から部分的に突出した球であり、平坦面である基礎面22上でのマウス40に移 動に対応した方向に回転する。例えば、例えば、マウス40が矢印56で示す方 向(Y方向)に移動すると、マウスボール654は矢印58で示すように回転す る。マウスボール654の運動は、マウス40の移動を検出するためのセンサ6 2に連結された円筒ローラ60が追従する。同様のローラ及びセンサ28で、Y 軸に対して垂直であるX方向の移動を検出することができる。The detection system 52 detects the position of the mouse 40 in the degree of freedom in a plane, for example, the position of the mouse 40 in the X-axis and Y-axis directions. In this embodiment, the detection system 52 includes a mouse ball 654 for providing directional input to the computer system. The trackball or mouse ball 654 is a sphere partially projecting from the bottom surface of the mouse 40, and rotates in a direction corresponding to the movement of the mouse 40 on the base surface 22, which is a flat surface. For example, when the mouse 40 moves in the direction indicated by the arrow 56 (Y direction), the mouse ball 654 rotates as indicated by the arrow 58. The movement of the mouse ball 654 is followed by a cylindrical roller 60 connected to a sensor 62 for detecting the movement of the mouse 40. A similar roller and sensor 28 can detect movement in the X direction, which is perpendicular to the Y axis.

【0025】 他の実施形態では、他のタイプの機構及び/又は電子部品をマウス40の平面 移動を検出するために使用することができる。例えば、光学センサを使用するこ とができる。好適な光学マウス技術はカルフォルニア州、パロアルトのヒューレ ッドパッカードから提供されている。この光学マウス技術では、多数の表面の画 像を光学的に取得及び蓄積し、光学マウスが移動したか否かを決定するためにこ れらの画像を時間に関して比較する。例えば、マイクロソフト社から提供されて いる、インテリアイ(登録商標)マウス装置を備えるインテリマウス(登録商標 )エクスプローラ、すなわちインテリマウス(登録商標)がこの種のセンサを使 用している。ローカルマイクロプロセッサを使用する場合(図19参照)、光学 センサ技術を制御するローカルマイクロプロセッサと同じローカルマイクロプロ セッサで触覚要素の制御を実行することができる。他のセンサ装置を使用するこ とも可能である。In other embodiments, other types of mechanisms and / or electronics can be used to detect planar movement of mouse 40. For example, an optical sensor can be used. Suitable optical mouse technology is provided by Hewlett-Packard of Palo Alto, California. In this optical mouse technique, images of multiple surfaces are optically acquired and stored, and these images are compared over time to determine whether the optical mouse has moved. For example, an IntelliMouse (R) Explorer with an Interior (R) mouse device, or IntelliMouse (R), provided by Microsoft Corporation, uses this type of sensor. If a local microprocessor is used (see FIG. 19), control of the haptic elements can be performed on the same local microprocessor that controls the optical sensor technology. Other sensor devices can be used.

【0026】 ホストコンピュータ14に命令信号を入力することを望む場合には、使用者は ボタン16を「コマンドジェスチャ(command gesture)」として選択すること ができる。使用者はボタン16を(ほぼZ軸方向である自由度の方向に)押し下 げて、コンピュータに命令を供給する。ホストコンピュータ14により受信され る命令信号は、種々の方法で、グラフィカル環境を操作する。いくつかの実施形 態では、1個又はそれ以上のボタン16がフィードバック力を備えていてもよい 。If the user desires to input a command signal to the host computer 14, the user can select the button 16 as a “command gesture”. The user depresses the button 16 (in the direction of the degree of freedom, which is approximately the Z-axis direction) to provide instructions to the computer. The command signals received by host computer 14 manipulate the graphical environment in various ways. In some embodiments, one or more buttons 16 may provide feedback.

【0027】 マウス40は、アクチュエータアセンブリ54を備えている。アクチュエータ アセンブリ54は、アクチュエータ66、たわみ機構(たわみ体)68、及びた わみ体68によりアクチュエータ66に連結された慣性質量70を備えている。 後述するように、好適な実施形態の一つでは、アクチュエータ66が慣性質量と して機能し、別体の慣性質量70は必要でない。慣性質量70は、アクチュエー タ66により直線方向に運動し、好適にはX軸及びY軸方向の平坦な作業空間に 対してほぼ垂直であるZ軸51の方向に運動し、マウス40の位置ないしは移動 はX−Y平面において検出される。アクチュエータ66はマウス40のハウジン グ50に連結されており、慣性質量70の運動により生じる慣性力がマウス40 のハウジング50に印加されるようになっている。そのため、触感的感覚等の触 覚フィードバックが、ハウジング50に接触しているマウス40の使用者に供給 される。The mouse 40 has an actuator assembly 54. The actuator assembly 54 includes an actuator 66, a flexure mechanism (flexure) 68, and an inertial mass 70 connected to the actuator 66 by the flexure 68. As described below, in one preferred embodiment, the actuator 66 functions as an inertial mass and a separate inertial mass 70 is not required. The inertial mass 70 is moved in a linear direction by the actuator 66, preferably in the direction of the Z-axis 51, which is substantially perpendicular to the flat working space in the X-axis and Y-axis directions, and the position of the mouse 40 or Movement is detected in the XY plane. The actuator 66 is connected to the housing 50 of the mouse 40, and an inertial force generated by the movement of the inertial mass 70 is applied to the housing 50 of the mouse 40. Therefore, tactile feedback such as tactile sensation is supplied to the user of the mouse 40 in contact with the housing 50.

【0028】 一般に、慣性グランド(inertial ground)を介して大きな力を印加すること はできないため、高帯域のアクチュエータ、すなわち力の強度の出力レベルを急 激に変化させることができるアクチュエータで補償することが好ましい。好適な 実施形態では、実質的に単一の特定の自由度に向いた慣性力、すなわち特定の軸 方向の慣性力が生成される。本考案のマウス装置は、マウスが制御される平坦な X軸及びY軸に対して直交するZ軸方向に慣性力を印加するため、使用者が正確 にカーソルを位置決めすることを妨げない。また、Z軸方向の衝撃ないしは振動 は、あたかも三次元の隆起や芝生のように使用者には感じられ、触感的感覚の現 実味が増大し、より魅力的な対話となる。あるいは、装置の平坦な作業空間にお けるX軸及びY軸方向に慣性力を出力し、使用者による装置の制御との干渉を防 止ないしは低減することが可能である。In general, since a large force cannot be applied via an inertial ground, it is necessary to compensate with a high-bandwidth actuator, that is, an actuator capable of rapidly changing the output level of the force intensity. Is preferred. In a preferred embodiment, an inertial force is generated that is substantially directed to a single specific degree of freedom, ie, a specific axial inertial force. The mouse device of the present invention applies an inertial force in the Z-axis direction orthogonal to the flat X-axis and Y-axis on which the mouse is controlled, so that it does not prevent the user from accurately positioning the cursor. In addition, a shock or vibration in the Z-axis direction is perceived by the user as if it were a three-dimensional bump or lawn. Alternatively, it is possible to output or output inertial forces in the X-axis and Y-axis directions in a flat work space of the device, thereby preventing or reducing interference with user control of the device.

【0029】 本考案の一側面は、回転アクチュエータ、すなわち回転力(トルク)を出力す るアクチュエータを使用して直線の力が出力されるようにしていることである。 現在のアクチュエータの市場では、直流回転モータ等の回転アクチュエータは、 最も廉価ではあるが、広帯域で作動可能な(例えば、H型アンプを介した信号で 駆動する。)タイプのアクチュエータに含まれる。また、この種のモータは非常 に小型に製造することができ、寸法のわりに大きな力を出力することができる。 従って、直流モータがアクチュエータ66として適しているが、他の実施形態で は他のタイプの回転アクチュエータであってもよい。例えば、DCアクチュエー タに代えて、回転型の磁気アクチュエータを使用することができる。また、供給 電圧のパルス幅変調により制御されるステッピングモータ、気圧/水圧アクチュ エータ、トルカー(torquer:回転範囲が制限されたモータ)、形状記憶合金(ワ イヤ、プレート等)及び圧電アクチュエータ等の、他のタイプのアクチュエータ を使用することができる。One aspect of the present invention is to use a rotary actuator, that is, an actuator that outputs torque (torque) to output a linear force. In the current actuator market, rotary actuators such as DC rotary motors are among the most inexpensive but are included in actuators of the type that can operate over a wide band (for example, driven by a signal through an H-type amplifier). Also, this type of motor can be manufactured very small and can output a large force for its dimensions. Therefore, although a DC motor is suitable as the actuator 66, other embodiments may be other types of rotary actuators. For example, a rotary magnetic actuator can be used in place of the DC actuator. In addition, such as stepping motors controlled by pulse width modulation of supply voltage, pneumatic / hydraulic actuators, torquers (torquers: motors with limited rotation range), shape memory alloys (wires, plates, etc.), and piezoelectric actuators Other types of actuators can be used.

【0030】 本考案では、回転アクチュエータの力を慣性質量の運動に使用される直線力に 変換し、この直線力が触覚的感覚を補うための機械的な伝動装置として、低コス トのたわみ体が使用される。以下、図3から図18(b)を参照してたわみ体6 8の種々の実施形態についてより詳細に説明する。[0030] In the present invention, the force of the rotary actuator is converted into a linear force used for the movement of the inertial mass, and the linear force is used as a mechanical transmission device to supplement a tactile sensation. Is used. Hereinafter, various embodiments of the flexure 68 will be described in more detail with reference to FIGS. 3 to 18B.

【0031】 図2に図示された実施形態では、アクチュエータアセンブリ54はハウジング 50の一部に連結された静止部分(従ってこの静止部分はハウジング50の一部 に対してのみ静止している。)を備えている。アクチュエータ66の回転シャフ トは、慣性質量70を含むアクチュエータアセンブリ54の可動部分(又は慣性 質量としてアクチュエータ)に連結されると共に、たわみ体68の少なくとも一 部に連結されており、このたわみ体68により慣性質量70はほぼZ軸方向に移 動する。慣性質量70(いくつかの実施形態ではアクチュエータ66自体)を、 Z軸に対してほぼ垂直である軸Cに沿って迅速に振動させるように、アクチュエ ータ66が作動する。よって、慣性質量70により発生する力がアクチュエータ 66を介してハウジング50に伝達され、使用者により感知される。これらの力 はほぼZ軸方向であり、マウス40のX軸及びY軸方向の移動と干渉しない。In the embodiment illustrated in FIG. 2, the actuator assembly 54 has a stationary portion connected to a portion of the housing 50 (therefore, the stationary portion is stationary only with respect to a portion of the housing 50). Have. The rotational shaft of the actuator 66 is connected to a movable portion (or actuator as an inertial mass) of the actuator assembly 54 that includes an inertial mass 70 and is connected to at least a portion of a flexure 68, which The inertial mass 70 moves substantially in the Z-axis direction. The actuator 66 is actuated to cause the inertial mass 70 (in some embodiments, the actuator 66 itself) to rapidly vibrate along an axis C that is substantially perpendicular to the Z axis. Therefore, the force generated by the inertial mass 70 is transmitted to the housing 50 via the actuator 66, and is sensed by the user. These forces are substantially in the Z-axis direction and do not interfere with the movement of the mouse 40 in the X-axis and Y-axis directions.

【0032】 アクチュエータアセンブリ54は、ハウジング50内の種々の位置に配置する ことができる。例えば、一つの実施形態では、アクチュエータ66が作動したと きのマウス40のぐらつきを可能な限り低減するために、ハウジング50の底部 におけるマウス40のX軸及びY軸方向の中央にできる限り近接して、アクチュ エータ66が配置される。他の実施形態では、アクチュエータアセンブリ54を ハウジング50の他の部分又は側部に配置することができる。使用者に対して種 々の触感的感覚を出力することが可能であり、これらの多くについて図20を参 照して後により詳細に説明する。The actuator assembly 54 can be located at various locations within the housing 50. For example, in one embodiment, to minimize wobble of the mouse 40 when the actuator 66 is actuated, the mouse 40 is located as close as possible to the center of the mouse 40 in the X-axis and Y-axis directions at the bottom of the housing 50. Thus, the actuator 66 is arranged. In other embodiments, the actuator assembly 54 can be located on other parts or sides of the housing 50. Various tactile sensations can be output to the user, many of which are described in more detail below with reference to FIG.

【0033】 触感的感覚をハウジング50に供給する付加的な試みとしては、マウス40が テーブル又は基礎面22上に載置され、Z軸方向に物理的に接触していることが ある。言い換えるならば、慣性質量70に対してアクチュエータアセンブリ54 によりZ軸方向に供給される力は、卓上面からハウジング50に印加される垂直 力により打ち消されないしは低減される。これらの反作用力を調整する一つの方 法としては、ハウジング50と基礎面22との間に配置される標準的なマウスパ ッド等の可撓性又は半可撓性の面を使用することである。この種の可撓性の面に より、アクチュエータ66からハウジング50への慣性力の伝達効率が高められ る。例えば、マウスパッドにより付加的な柔軟性が与えられて2次倍音振動系が 減衰され、図5を参照して後に説明するように、出力される力の振動ないしはパ ルスがこの2次倍音振動系の増幅周波数の範囲内であれば出力される力が増幅さ れる。ほとんどのマウスパッドは、マウスと卓上面等の慣性力を増幅する硬質面 との間に柔軟性と減衰を与える。いくつかの実施形態では、所望範囲に力を増幅 するように調整された柔軟性を有する特別なマウスパッドを設けることができる 。他の実施形態では、表面が滑らかな柔軟層をハウジング50の底部に結合し、 あるいはアクチュエータ66の静止部をハウジング50の基部すなわち底部66 8以外の一部(例えばハウジング50の側部)に結合し、ハウジング50のアク チュエータ66への結合部と基礎面22に接触する底部668との間に十分なた わみ性を持たせる。例えば、たわみヒンジ又はたわみ性のある接続部材で2つの 部分を結合することができる。この点は、より力の伝達性を高めるために、マウ スパッドとの接続に使用することができる。An additional attempt to provide a tactile sensation to the housing 50 is when the mouse 40 is mounted on a table or base surface 22 and makes physical contact in the Z-axis direction. In other words, the force applied to the inertial mass 70 in the Z-axis direction by the actuator assembly 54 is counteracted or reduced by the vertical force applied to the housing 50 from the tabletop. One way to adjust these reaction forces is to use a flexible or semi-flexible surface such as a standard mouse pad located between the housing 50 and the base surface 22. is there. Such a flexible surface enhances the efficiency of transmitting the inertial force from the actuator 66 to the housing 50. For example, the mouse pad provides additional flexibility to attenuate the second harmonic vibration system, and as will be described later with reference to FIG. The output power is amplified within the range of the system amplification frequency. Most mouse pads provide flexibility and damping between the mouse and a hard surface that amplifies inertia, such as a tabletop. In some embodiments, a special mouse pad can be provided with flexibility tailored to amplify the force to a desired range. In other embodiments, a smooth surfaced flexible layer is bonded to the bottom of the housing 50, or the stationary portion of the actuator 66 is bonded to a portion of the housing 50 other than the base or bottom 668 (eg, a side of the housing 50). In addition, sufficient flexibility is provided between the connection of the housing 50 to the actuator 66 and the bottom 668 that contacts the base surface 22. For example, the two parts can be joined by a flexible hinge or a flexible connecting member. This point can be used to connect with the mouse pad for better force transmission.

【0034】 原点から範囲限界までの距離がより大きい方向に最初に慣性質量70を移動さ せることにより、多くの実施形態において初期の触感的感覚をより大きくするこ とができる。この初期の触感的感覚の増大を確実にするために、例えば重力に抗 した「上昇」であることが多いより距離の長い方向に向けて最初に慣性質量を駆 動するように、アクチュエータ66に適切な極性を持たせてもよい。By initially moving the proof mass 70 in a direction that has a greater distance from the origin to the range limit, the initial tactile sensation can be increased in many embodiments. To ensure this initial increase in tactile sensation, the actuator 66 is initially driven, for example, in a direction of a longer distance, which is often a "rise" against gravity, to drive the inertial mass. An appropriate polarity may be provided.

【0035】 図3及び図4は、それぞれアクチュエータ54で使用される本考案のたわみ体 68の第1実施形態80の斜視図と側面図である。たわみ体80は、ポリプロピ レン樹脂(「一体型のヒンジ」材料)又は他のたわみ性を有する材料等からなる 単一で一体のピースからなることが好ましい。この種の材料は耐久性があり、た わみ体80の一つのたわみ継手(ヒンジ)を小さく形成することによりたわみ性 を持たせることができるが、大きさの異なる部分では剛性があり、厚みに応じて たわみ性と共に構造的一体性が得られる。FIGS. 3 and 4 are a perspective view and a side view, respectively, of a first embodiment 80 of the flexure 68 of the present invention used in the actuator 54. Preferably, the flexure 80 comprises a single, unitary piece of material such as polypropylene resin ("integral hinge" material) or other flexible material. This type of material is durable, and can be made flexible by making one flexible joint (hinge) of the flexible body 80 small, but it has rigidity in portions having different sizes and has a thickness. Depending on the structure, structural integrity as well as flexibility can be obtained.

【0036】 たわみ体80に結合されたアクチュエータ66が示されており、ここでアクチ ュエータ66は点線で示されている。アクチュエータ66のハウジングは、たわ み体80の基部86に連結されている。この基部86は、マウス40のハウジン グ50側部や底部に連結されていてもよい。図の形態では、たわみ体80の可動 部分88(矢印89の右側の部分)は、ほぼ直線的に運動するので、マウス40 の底部に連結されない。An actuator 66 is shown coupled to the flexure 80, where the actuator 66 is shown in dashed lines. The housing of the actuator 66 is connected to the base 86 of the flexure 80. The base 86 may be connected to the side of the housing 50 or the bottom of the mouse 40. In the embodiment shown, the movable portion 88 of the flexure 80 (the portion to the right of the arrow 89) moves substantially linearly and is not connected to the bottom of the mouse 40.

【0037】 アクチュエータ66の回転シャフト82はたわみ体80の孔84においてたわ み体80に連結されており、中央回転部材90に強固に結合されている。アクチ ュエータ66の回転シャフト82は軸線A回りに回転し、中央回転部材90を軸 線A回りに回転させる。中央回転部材90はたわみ継手94により直線運動部9 2に結合されている。可動部分88が基部86に対して運動するとたわみ継手9 4が曲がるように、たわみ継手94は厚み寸法、すなわちX軸又はY軸方向の寸 法のうち一方を非常に薄くしている(図3ではY軸方向の寸法が薄いが、X軸方 向の寸法を薄くしてもよい。)。直線運動部92は矢印96で示すようにZ軸方 向に直線的に運動する。実際には、直線運動部92は動程に対して小さい弧を描 くので、直線運動部92は単にほぼ直線的に運動するのであるが、この弧は力の 出力という目的では無視できる程度に十分小さい。直線運動部92は、たわみ継 手98a,98bによりたわみ体80の基部86に連結されている。中間部材1 00a,100bの一端がたわみ継手98a,98bにそれぞれ連結され、これ らの中間部材100a,100bの他端がそれぞれ他のたわみ継手102a,1 02bに連結されている。たわみ継手102a,102bは基部86にそれぞれ 連結されている。たわみ継手94と同様に、たわみ継手98a,98b,102 a,102bはX軸方向とY軸方向の一方の厚み寸法(たわみ継手94とは異な るX軸方向とY軸方向の一方の厚み寸法)が小さく、各たわみ継手により連結さ れる2つの部材の運動が可能となっている。よって、各中間部材100a,10 0bにあるたわみ継手98a,98bとたわみ継手102a,102bとが「S 」字状に湾曲し、直線運動部92が直線運動できるようになっている。The rotary shaft 82 of the actuator 66 is connected to the flexible body 80 at the hole 84 of the flexible body 80 and is firmly connected to the central rotating member 90. The rotating shaft 82 of the actuator 66 rotates around the axis A, and rotates the central rotating member 90 around the axis A. The center rotating member 90 is connected to the linear motion part 92 by a flexible joint 94. Flexure joint 94 has a very thin thickness dimension, i.e., one of the dimensions in the X or Y axis direction, such that flexure joint 94 bends as movable portion 88 moves relative to base 86 (FIG. 3). Although the dimension in the Y-axis direction is thin, the dimension in the X-axis direction may be reduced.) The linear motion part 92 linearly moves in the Z-axis direction as shown by an arrow 96. In practice, the linear motion section 92 draws a small arc with respect to its travel, so the linear motion section 92 simply moves almost linearly, but this arc is negligible for the purpose of force output. Small enough. The linear motion part 92 is connected to the base 86 of the flexible body 80 by flexible joints 98a and 98b. One ends of the intermediate members 100a and 100b are connected to flexible joints 98a and 98b, respectively, and the other ends of these intermediate members 100a and 100b are connected to other flexible joints 102a and 102b, respectively. The flexible joints 102a and 102b are connected to the base 86, respectively. Like the flexible joint 94, the flexible joints 98a, 98b, 102a, and 102b have one thickness dimension in the X-axis direction and the Y-axis direction (one thickness dimension in the X-axis direction and the Y-axis direction different from the flexible joint 94). ) Is small, and the movement of the two members connected by each flexible joint is possible. Therefore, the flexible joints 98a and 98b and the flexible joints 102a and 102b of the respective intermediate members 100a and 100b are curved in an "S" shape so that the linear motion section 92 can linearly move.

【0038】 いくつかの実施形態では、たわみ体80の直線運動部92はアクチュエータア センブリ54の慣性質量70として機能するのに十分な質量を有している。直線 運動部92をZ軸方向に上下に駆動し、慣性力を発生させることができる。他の 実施形態では、点線で示す追加の慣性質量97を直線運動部92に連結してもよ い。例えば金属(鉄等)、質量ないしは重量の大きい他の材料からなるピースを 慣性質量97とすることができる。慣性質量97の質量が大きいので、マウス4 0の使用者により感知される大きな力が発生する。In some embodiments, the linear motion portion 92 of the flexure 80 has a mass sufficient to function as the proof mass 70 of the actuator assembly 54. The linear motion part 92 can be driven up and down in the Z-axis direction to generate an inertial force. In other embodiments, an additional proof mass 97 shown by a dotted line may be connected to the linear motion section 92. For example, a piece made of metal (such as iron), or other material having a large mass or weight can be used as the inertial mass 97. The large mass of the inertial mass 97 generates a large force that is perceived by the user of the mouse 40.

【0039】 たわみ体80の可能な運動の例が図5に示されている。この例では、アクチュ エータ66は、矢印104で示すように時計方向に回転している。アクチュエー タ66の回転シャフト82の回転により、中央回転部材90が時計方向に回転し 、直線運動部92が矢印106方向にほぼ直線的に移動する。たわみ継手94が 直線運動部92をこの矢印106方向に引っ張り、継手によって回転運動が直線 運動となる。たわみ継手94は、直線運動部92がZ軸方向に移動する際に矢印 107で示すように直線運動部92をわずかにY方向に移動可能としている点で 重要である。このようなY方向の柔軟性がないと、直線運動部92をZ方向に十 分な範囲で移動させることができない。また、たわみ継手102a,102bが 基部86に対してたわみ、たわみ継手98a,98bもそれらが接続されている 部材に対してたわむため、直線運動部92が基部86に対して直線運動する。An example of a possible movement of the flexure 80 is shown in FIG. In this example, actuator 66 is rotating clockwise, as indicated by arrow 104. The rotation of the rotating shaft 82 of the actuator 66 causes the central rotating member 90 to rotate clockwise, and the linear motion part 92 to move almost linearly in the direction of the arrow 106. The flexible joint 94 pulls the linear motion part 92 in the direction of the arrow 106, and the rotational motion is linearized by the joint. The flexible joint 94 is important in that the linear motion part 92 can be slightly moved in the Y direction as indicated by an arrow 107 when the linear motion part 92 moves in the Z-axis direction. Without such flexibility in the Y direction, the linear motion section 92 cannot be moved in a sufficient range in the Z direction. Further, the flexible joints 102a and 102b bend with respect to the base 86, and the flexible joints 98a and 98b also bend with respect to the members to which they are connected.

【0040】 また、たわみ体80は中央回転部材90の周囲に配置された2個の止め部10 8a,108bを備えている。図5において、中央回転部材90が止め部108 bに衝突し、中央回転部材90がこの方向にそれ以上回転するのを防止し、直線 運動部92の直線運動を制限している。同様に、止め部108bも反時計方向の 回転を制限している。いくつかの実施形態では、止め部材として機能する中央回 転部材90ではなく又はこれに加えて、中間部材100aが止め部108aに衝 突して止め部材として機能し、反対方向の回転では中間部材100bが止め部1 08に衝突してもよい。いくつかの実施形態では、例えばアクチュエータが出力 する荒っぽい「ガタガタした」衝撃を最大限に緩和し、使用者が感じる止め部と の衝突の「感触」を改善するために、止め部108a,108aにある程度の柔 軟性を持たせてもよい。The flexible body 80 includes two stoppers 108 a and 108 b arranged around the central rotating member 90. In FIG. 5, the central rotating member 90 collides with the stop 108b to prevent the central rotating member 90 from rotating further in this direction, thereby restricting the linear motion of the linear motion portion 92. Similarly, the stop 108b also restricts the counterclockwise rotation. In some embodiments, instead of or in addition to the central rotation member 90, which functions as a stop member, the intermediate member 100a can act as a stop member against the stop 108a, and the intermediate member 100a can rotate in the opposite direction. 100b may collide with stop 108. In some embodiments, the stops 108a, 108a may be provided with a stop 108a, 108a, for example, to maximize mitigation of rough "jumping" impacts output by the actuator and to improve the "feel" of a collision with the stop felt by the user. Some flexibility may be provided.

【0041】 たわみ体80は、非常に低コストで製造が容易であるが、慣性力として広帯域 の力を伝達することができる点が、本考案における利点である。たわみ体80は 一体の部材であるので、単一の金型(又は少数の金型)から形成することができ 、組立時間及びコストを大幅に削減することができる。また、たわみ体80はマ ウスのハウジングに対して強い振動を供給することができ、相当の耐久性が得ら れる程度の剛性を有している。さらに、たわみ体80はバックラッシュが殆どな く、時間経過による磨耗もほとんどなく、製品寿命が長い。Although the flexure 80 is very low cost and easy to manufacture, it is an advantage of the present invention that it can transmit broadband forces as inertial forces. Since the flexible body 80 is an integral member, it can be formed from a single mold (or a small number of molds), and the assembling time and cost can be significantly reduced. In addition, the flexible body 80 can supply strong vibration to the mouse housing, and has rigidity enough to obtain considerable durability. Further, the flexible body 80 has almost no backlash, hardly wears over time, and has a long product life.

【0042】 また、たわみ体80に含まれるたわみ継手は、直線運動部材92に対して、た わみ体80を図4に示すたわみの休止位置(原点位置)へ向かわせる復元力を供 給するばね部材として機能する。例えば、たわみ継手102a,98aが直線運 動部材92に対する第1のばね定数(k)を供給し、たわみ継手102b,98 bが直線運動部材92に対する第2のばね定数(k)を供給し、たわみ継手94 が直線運動部材92に対する第3のばね定数を供給する。直線運動部材92の中 央位置がばねでバイアスされていることが、入力された制御信号を正確に再現し 、非直線の作動よりもより好ましいものである、直線で調和的な作動を供給する 上で非常に重要である。直線運動部材92とマウスのハウジングとの間に弾性的 な柔軟性を備えることにより、2次倍音振動系が構成される。アクチュエータに より出力される力の増幅が最も効果的なレベル、例えば系の固有振動数付近で機 能するように、この2次倍音振動系を調整することができる。図6を参照して説 明する接触力を供給するシステムも調整することができる。例えば、たわみ体8 0では、たわみ継手102a,102b,98a,98b及び/又はたわみ継手 94の厚み(これらが薄くなつている方向の寸法)を調整することにより、ばね 定数を調整することができる。いくつかの実施形態では、必要な場合には、追加 のセンタリング力を供給するために、板ばね等の機械ばねを追加のばねを設けて もよい。The flexure joint included in the flexure body 80 supplies the linear motion member 92 with a restoring force for moving the flexure body 80 to the flexure rest position (origin position) shown in FIG. Functions as a spring member. For example, the flex joints 102a, 98a provide a first spring constant (k) for the linear motion member 92, the flex joints 102b, 98b provide a second spring constant (k) for the linear motion member 92, Flexible joint 94 provides a third spring constant for linear motion member 92. The fact that the center position of the linear motion member 92 is biased by a spring accurately reproduces the input control signal and provides a linear and harmonic operation that is more preferable than a non-linear operation. Very important on. By providing elastic flexibility between the linear motion member 92 and the mouse housing, a second harmonic vibration system is formed. This second harmonic vibration system can be adjusted so that the amplification of the force output by the actuator functions at the most effective level, for example, near the natural frequency of the system. The system for providing the contact force described with reference to FIG. 6 can also be adjusted. For example, in the flexible body 80, the spring constant can be adjusted by adjusting the thickness of the flexible joints 102a, 102b, 98a, 98b and / or the thickness of the flexible joint 94 (the dimension in the direction in which they are thinned). . In some embodiments, if necessary, an additional spring may be provided with a mechanical spring, such as a leaf spring, to provide additional centering force.

【0043】 図6は、図3から図5に示すたわみ体80を使用する第2実施形態のマウス1 20の側面図である。図6において、アクチュエータアセンブリ54(たわみ体 80を含む。)により供給される直線運動は、使用者の手(指、掌等)と直接接 触するハウジングの一部(又は他の部材)を駆動するために使用される。FIG. 6 is a side view of the mouse 120 according to the second embodiment using the flexible body 80 shown in FIGS. 6, the linear motion provided by the actuator assembly 54 (including the flexure 80) drives a portion (or other member) of the housing that is in direct contact with the user's hand (finger, palm, etc.). Used to

【0044】 マウス120は、図2のマウス40について説明したものと同様の検出システ ム52及びボタン16を備えている。アクチュエータアセンブリ54は、図2の マウス40と同様に、アクチュエータ66と、たわみ体68(たわみ体80と同 様である。)とを備えている。(図6ではアクチュエータ66とたわみ体68が 図2に足してほぼ90度回転している点か゛異なる。)The mouse 120 has a detection system 52 and buttons 16 similar to those described for the mouse 40 in FIG. Actuator assembly 54 includes an actuator 66 and a flexure 68 (similar to flexure 80), similar to mouse 40 of FIG. (FIG. 6 differs from FIG. 6 in that the actuator 66 and the flexure 68 are rotated by approximately 90 degrees as compared to FIG. 2.)

【0045】 マウス120は、ハウジング50の一部である可動カバー部122を備えてい る。この可動カバー部122は、基部124に対して、機械的なヒンジ、たわみ 体、ゴムベローズ又は他のタイプのヒンジからなり、これらを相対運動可能とす るヒンジにより連結されている。よって、可動カバー部122は、基部124に 対してこのヒンジの軸線B回りに回転する。他の実施形態では、ヒンジは、可動 カバー部122と基部124との間で、回転運動ではなく、直線運動又はスライ ド運動をさせるものであってもよい。図示の実施形態では、可動カバー部122 はマウス120のほぼ中央からマウス120の後端側へY軸方向に延びている。 他の実施形態では、可動カバー部122は、これよりも広い又は狭い面積を覆っ ていてもよい。例えば、可動カバー部122がマウス120のハウジング50の 上面全体を覆っていもてよく、可動カバー部122がマウス120のハウジング 50の側部を含んでいてもよく、側部のみに可動カバー部122が配置されてい もよい。The mouse 120 has a movable cover 122 that is a part of the housing 50. The movable cover part 122 is composed of a mechanical hinge, a flexible body, a rubber bellows, or another type of hinge, and is connected to the base part 124 by a hinge that enables relative movement thereof. Therefore, the movable cover 122 rotates around the axis B of the hinge with respect to the base 124. In other embodiments, the hinge may cause a linear or sliding motion between the movable cover 122 and the base 124 instead of a rotary motion. In the illustrated embodiment, the movable cover 122 extends in the Y-axis direction from substantially the center of the mouse 120 to the rear end of the mouse 120. In other embodiments, the movable cover 122 may cover a larger or smaller area. For example, the movable cover part 122 may cover the entire upper surface of the housing 50 of the mouse 120, the movable cover part 122 may include the side part of the housing 50 of the mouse 120, or the movable cover part 122 is provided only on the side part. May be arranged.

【0046】 可動カバー部122はリンク126に回転可能に連結され、リンク126の他 端はたわみ体80の直線運動部92に回転可能に連結されている(図3から図4 参照)。よって、たわみ体80の直線運動部92がZ軸方向に運動すると、この 運動はリンク126を介して可動カバー部122に伝達される。この際、リンク 126を回転可能に連結しているため、可動カバー部122は、基部124に対 して、ヒンジの軸線Bに回りに回転する。アクチュエータ66は直線運動部92 をZ軸上で上昇させることができ、それによって例えば図において点線で示すよ うに、可動カバー部122が上昇する。いくつかの実施形態では、可動カバー部 122は休止位置から降下してもよく、この場合には休止位置は可動カバー部1 22の移動範囲の中央に設定される。例えば、たわみ体80の本来のばね性によ り可動カバー部122を休止位置にバイアスし、及び/又はこの機能を実行する ための他の機械的なばねを追加する。The movable cover part 122 is rotatably connected to the link 126, and the other end of the link 126 is rotatably connected to the linear motion part 92 of the flexible body 80 (see FIGS. 3 to 4). Therefore, when the linear motion part 92 of the flexible body 80 moves in the Z-axis direction, this movement is transmitted to the movable cover part 122 via the link 126. At this time, since the link 126 is rotatably connected, the movable cover portion 122 rotates around the hinge axis B with respect to the base portion 124. The actuator 66 can raise the linear motion portion 92 on the Z axis, thereby raising the movable cover portion 122, for example, as shown by the dotted line in the figure. In some embodiments, the movable cover 122 may be lowered from a rest position, in which case the rest position is set at the center of the range of movement of the movable cover 122. For example, the inherent springiness of the flexure 80 biases the movable cover 122 to the rest position and / or adds another mechanical spring to perform this function.

【0047】 可動カバー部122がアクチュエータ66によりローカルグランド(ハウジン グ50)に対して運動すると、使用者はその手(例えば掌)に対する可動カバー 部122の力を「接触力」として感じる。可動カバー部122が振動すると、使 用者は振動力のような力を感知することができる。また、可動カバー部122を グラフィカル環境における三次元の隆起を表すために使用することができる。い くつかの実施形態では、接触部に加えて上記慣性質量が移動することにより、既 に説明した構成によって接触力と共に慣性力を供給することができる。他の実施 形態では、可動カバー部122に代えて、他の「接触部材(例えば、ユーザと物 理的に接触する部材)」が、可動カバー部122と同様の態様で運動してもよい 。この種の接触部材としては、マウスのボタン16又は他のボタン、タブ、マウ スホイール、ダイアル等がある。さらに、可動カバー部122、1個又はそれ以 上のボタン又はマウス120が備える他の制御要素を駆動するために、複数のア クチュエータアセンブリ54を使用することができる。さらにまた、いくつかの 実施形態では、可動カバー部122又は他の部材を運動させるために1個のアク チュエータアセンブリ54を使用し、図2に示した実施形態のマウス40のよう な慣性力を供給するために他のアクチュエータアセンブリを使用し、必要な場合 には接触力と慣性力とを連動して作動させてもよい。When the movable cover 122 moves with respect to the local ground (the housing 50) by the actuator 66, the user feels the force of the movable cover 122 on his / her hand (for example, palm) as “contact force”. When the movable cover part 122 vibrates, the user can sense a force such as a vibration force. Also, the movable cover 122 can be used to represent a three-dimensional bump in a graphical environment. In some embodiments, the inertial mass can be supplied together with the contact force by the configuration described above by moving the inertial mass in addition to the contact portion. In another embodiment, instead of the movable cover unit 122, another “contact member (for example, a member that physically contacts the user)” may move in the same manner as the movable cover unit 122. Such contact members include mouse buttons 16 or other buttons, tabs, mouse wheels, dials, and the like. In addition, multiple actuator assemblies 54 can be used to drive the movable cover 122, one or more buttons or other control elements provided with the mouse 120. Furthermore, in some embodiments, a single actuator assembly 54 is used to move the movable cover 122 or other member, providing an inertial force like the mouse 40 of the embodiment shown in FIG. Other actuator assemblies may be used to provide and, if necessary, actuate the contact force and the inertia force in conjunction.

【0048】 図7は、触感フィードバックインターフェース装置であるマウス12で使用す るための、本考案に係るアクチュエータアセンブリ54の実施形態200の概略 図である。この実施形態の主たる特徴は、アクチュエータアセンブリ200にお いて運動する慣性質量として、非接地すなわち基部に固定されないアクチュエー タを使用していることである。このアクチュエータアセンブリ200はマウス又 は他の装置のハウジング50内に配置することができる。FIG. 7 is a schematic diagram of an embodiment 200 of the actuator assembly 54 according to the present invention for use with the mouse 12 which is a tactile feedback interface device. A key feature of this embodiment is the use of a non-grounded or non-base secured actuator as the proof mass moving in the actuator assembly 200. The actuator assembly 200 can be located within the housing 50 of a mouse or other device.

【0049】 このアクチュエータアセンブリ200では、回転シャフト204を有する回転 アクチュエータ202が設けられている。機械的な伝動機構205が回転アクチ ュエータ202を基準面に連結している。すなわち、アクチュエータ202のハ ウジングが、伝動機構205により触感フィードバックインターフェース装置で あるマウス12のハウジング50に連結されている。回転部材206が回転シャ フト204に連結され、回転シャフト206の他端は部材208に回転可能に連 結されている。部材208の他端は、マウスのハウジング50等である基準面2 10に回転可能に連結されている。また、アクチュエータ202のハウジングの 一端がアーム部材211aに回転可能に連結され、アクチュエータ202のハウ ジングの他端がアーム部材211bに回転可能に連結されている。各アーム部材 211a,211bは、ハウジング50等の基準面210に回転可能に連結され ている。In this actuator assembly 200, a rotary actuator 202 having a rotary shaft 204 is provided. A mechanical transmission mechanism 205 connects the rotary actuator 202 to the reference plane. That is, the housing of the actuator 202 is connected to the housing 50 of the mouse 12, which is a tactile feedback interface device, by the transmission mechanism 205. The rotating member 206 is connected to the rotating shaft 204, and the other end of the rotating shaft 206 is rotatably connected to the member 208. The other end of the member 208 is rotatably connected to a reference surface 210 such as a mouse housing 50 or the like. One end of the housing of the actuator 202 is rotatably connected to the arm member 211a, and the other end of the housing of the actuator 202 is rotatably connected to the arm member 211b. Each of the arm members 211a and 211b is rotatably connected to a reference surface 210 such as the housing 50.

【0050】 アクチュエータアセンブリ200は、回転シャフト204の回転により、アク チュエータ202(アクチュエータのハウジングと回転シャフト204の両方を 含む。)が、ほぼ一つの軸、すなわちZ軸方向(他の実施形態では他の軸方向) に運動するように作動する。例えば、回転シャフト204が時計方向に回転する と、回転部材206が時計方向に回転する。この回転により部材208に作用す る上向きの力が発生するが、部材208は基準面210に連結されているので、 この上向の力は回転アクチュエータ202に対する下向きの力に変換される。回 転アクチュエータ202はアーム部材211a,211bに回転可能に連結され 、かつアーム部材211a,211b,208は基準面210に対して回転可能 に連結されているため、回転アクチュエータ202は下方へ自由に移動すること ができる。回転シャフト204が反時計方向に回転した場合には、同様の結果と なり、回転アクチュエータ202が上方に移動する。The rotation of the rotating shaft 204 causes the actuator 202 (including both the actuator housing and the rotating shaft 204) to move in substantially one axis, the Z-axis (in other embodiments, the other axis). (Axial direction). For example, when the rotating shaft 204 rotates clockwise, the rotating member 206 rotates clockwise. This rotation generates an upward force acting on the member 208, but since the member 208 is connected to the reference surface 210, this upward force is converted into a downward force on the rotary actuator 202. Since the rotary actuator 202 is rotatably connected to the arm members 211a, 211b, and the arm members 211a, 211b, 208 are rotatably connected to the reference plane 210, the rotary actuator 202 is free to move downward. can do. A similar result occurs when the rotating shaft 204 rotates counterclockwise, with the rotating actuator 202 moving upward.

【0051】 よって、回転シャフト204の回転を制御することにより、回転アクチュエー タ202自体が直線の自由度で運動するのを制御することができる。回転シャフ ト204を振動させると、回転アクチュエータ202はZ軸方向の慣性質量とし て機能し、Z軸方向の自由度における触感フィードバックを提供する。よって、 この実施形態では、別体の慣性質量を設けるためのコストを節約し、装置の空間 及び総重量を低減することができ、これらは家庭消費者市場において重要である 。回転アクチュエータ202は、直流モータ、可動マグネットアクチュエータ、 音声コイルアクチュエータ(voice coil actuator)等を含む種々の回転アクチ ュエータのいずれであってもよい。Therefore, by controlling the rotation of the rotary shaft 204, it is possible to control that the rotary actuator 202 itself moves with a linear degree of freedom. When the rotary shaft 204 is vibrated, the rotary actuator 202 functions as a Z-axis inertial mass, providing tactile feedback in the Z-axis degrees of freedom. Thus, in this embodiment, the cost of providing a separate inertial mass can be saved and the space and total weight of the device reduced, which are important in the home consumer market. Rotary actuator 202 may be any of a variety of rotary actuators, including DC motors, moving magnet actuators, voice coil actuators, and the like.

【0052】 図7に概略的に示す本質的な要素は、広範な種類の部品で実施することができ る。例えば、ベアリング、ピン、継手等の機械的な連結を使用して部材を回転可 能に連結することができる。他の実施形態では、図8から図11及び図17(a )から図18(b)を参照して後に説明する好適な実施形態のように、たわみ継 手により連結を行ってもよい。他の実施形態では、アクチュエータアセンブリ中 のいくつかの連結を機械的なベアリングで行い、アクチュエータアセンブリ中の 他の連結をたわみ継手で行ってもよい。アクチュエータ202はX−Z平面又は Y−Z平面内でX軸又はY軸回りに回転シャフト204を回転させるが、図17 (a),(b)を参照して後に説明するように、回転シャフト204がZ軸回り に回転し、X−Y平面内で回転が生じるように回転アクチュエータ202を配置 してもよい。The essential elements shown schematically in FIG. 7 can be implemented with a wide variety of components. For example, the members can be rotatably connected using mechanical connections such as bearings, pins, joints, and the like. In other embodiments, the coupling may be performed by a flex joint as in the preferred embodiment described below with reference to FIGS. 8-11 and 17 (a) -18 (b). In other embodiments, some connections in the actuator assembly may be made with mechanical bearings and other connections in the actuator assembly may be made with flexible joints. The actuator 202 rotates the rotating shaft 204 about the X axis or the Y axis in the XZ plane or the YZ plane. As will be described later with reference to FIGS. The rotation actuator 202 may be arranged so that the 204 rotates about the Z-axis and rotation occurs in the XY plane.

【0053】 アクチュエータアセンブリ200がばね要素212a,212bを備え、これ らのばね要素212a,212bが各アーム部材211a,211bと接地面2 10との間を連結してもよい。ばね要素212a,212bは機構に復元力を与 え、力を出力しないときには図7に示す休止位置に復帰するように回転アクチュ エータ202にバイアスする。これによって上述のように、力を増幅するように 、系の固有周波数に応じて調整可能な2次倍音振動系が得られる。ばね要素21 2a,212bは別個の物理的なばね(例えば板ばね、コイルばね等)であって もよく、たわみ継手を備える場合のように部材間の連結自体によるものでもよい 。The actuator assembly 200 may include spring elements 212 a, 212 b, and these spring elements 212 a, 212 b may connect between each arm member 211 a, 211 b and the ground plane 210. The spring elements 212a and 212b apply a restoring force to the mechanism, and when the force is not output, bias the rotary actuator 202 to return to the rest position shown in FIG. This results in a second harmonic vibration system that can be adjusted according to the natural frequency of the system to amplify the force, as described above. The spring elements 212a, 212b may be separate physical springs (e.g., leaf springs, coil springs, etc.) or may be by the connection between the members themselves, such as with a flexible joint.

【0054】 いくつかの実施形態では、例えば、図6を参照して説明したように可動カバー 部122や他の可動部材を駆動することにより接触力を供給するために、アクチ ュエータアセンブリ200を使用することができる。この種の実施形態では、リ ンク部材216の一端がアクチュエータ202のハウジングに回転可能に連結さ れ、その他端が可動カバー部122又は他の可動部材に回転可能に連結される。 この実施形態では、慣性力(回転アクチュエータ202の運動から得られる。) と接触力(可動カバー部122の運動から得られる。)との両方があるという利 点がある。よって、可動カバー部122を感知するような態様でマウスを把持す ることを好まない使用者であっても、マウスのハウジング50の全体から伝達さ れる慣性力により触感フィードバックを体験することができる。In some embodiments, the actuator assembly 200 is provided to provide a contact force by, for example, driving the movable cover 122 and other movable members as described with reference to FIG. Can be used. In this type of embodiment, one end of the link member 216 is rotatably connected to the housing of the actuator 202, and the other end is rotatably connected to the movable cover 122 or another movable member. This embodiment has the advantage that there are both inertial forces (obtained from the movement of the rotary actuator 202) and contact forces (obtained from the movement of the movable cover 122). Therefore, even a user who does not like to hold the mouse in such a manner as to sense the movable cover portion 122 can experience tactile feedback by the inertial force transmitted from the entire mouse housing 50. .

【0055】 図8から図12は、図7に示す本考案のアクチュエータアセンブリ200にお けるたわみ体の実施形態220の斜視図である。この実施形態では、機械的な伝 動機構は一体の部材であり、図3から図5及び図7の実施形態におけるたわみ性 の連結と同様のたわみ継手により、部材間が連結されている。8 to 12 are perspective views of the flexure embodiment 220 of the actuator assembly 200 of the present invention shown in FIG. In this embodiment, the mechanical transmission mechanism is an integral member, and the members are connected by a flexible joint similar to the flexible connection in the embodiments of FIGS. 3 to 5 and 7.

【0056】 たわみ体220は回転アクチュエータ202(この回転アクチュエータ202 はすべての図に図示されているわけではない。)に連結された単一で一体の部材 である。たわみ体220は、基準面(例えばマウスのハウジング50)に連結され た基部222と、可動部224とを備えている。可動部224はたわみ継手22 6,228,230(すべての図で図示されているわけではない。)により、基 部222に可撓性をもって接続されている。可動部224は(図10及び図11 に最もよく示されているように)、孔233により回転アクチュエータ202の 回転シャフト204に連結された回転部材232を備えている。回転部材232 は、ほぼ図7の回転部材206に対応している。回転部材232はたわみ継手2 36により部材234に可撓性をもって連結されており、部材234はほぼ部材 208に対応している。部材234はたわみ継手230により基部222に連結 されている。The flexure 220 is a single, unitary member connected to a rotary actuator 202 (the rotary actuator 202 is not shown in all figures). The flexible body 220 includes a base 222 connected to a reference surface (for example, the mouse housing 50), and a movable part 224. The movable part 224 is flexibly connected to the base 222 by flexible joints 226, 228, 230 (not shown in all figures). The movable part 224 (as best shown in FIGS. 10 and 11) comprises a rotating member 232 connected by a hole 233 to the rotating shaft 204 of the rotating actuator 202. The rotation member 232 substantially corresponds to the rotation member 206 in FIG. The rotating member 232 is flexibly connected to the member 234 by a flexible joint 236, and the member 234 substantially corresponds to the member 208. Member 234 is connected to base 222 by flexible joint 230.

【0057】 アクチュエータ202のハウジングは、中央可動部材240に強固に固定され ており、中央可動部材240がほぼZ軸方向に移動すると、アクチュエータ20 2も移動する。中央可動部材240は一端がたわみ継手242に連結され、他端 がたわみ継手244に連結されている。アーム部材246aがたわみ継手242 に連結され、アーム部材246bがたわみ継手244に連結されており、これら のアーム部材246a,246bは図7におけるアーム部材211a,211b に対応している。アーム部材246a,246bは、それぞれたわみ継手228 ,226により基部222に連結されている。The housing of the actuator 202 is firmly fixed to the central movable member 240. When the central movable member 240 moves substantially in the Z-axis direction, the actuator 202 also moves. The center movable member 240 has one end connected to the flexible joint 242 and the other end connected to the flexible joint 244. The arm member 246a is connected to the flexible joint 242, and the arm member 246b is connected to the flexible joint 244. These arm members 246a and 246b correspond to the arm members 211a and 211b in FIG. The arm members 246a and 246b are connected to the base 222 by flexible joints 228 and 226, respectively.

【0058】 たわみ体220は、図5のアクチュエータアセンブリ200の場合と同様に作 動する。回転アクチュエータ202がその回転シャフト204を回転させ、回転 部材232を回転させるように制御されると、回転アクチュエータ202と中央 可動部材240がほぼZ軸方向に運動する。直線運動に変換される回転運動を可 能とするたわみ継手236,230と共に、たわみ継手228,242,244 ,246のすべてが回転アクチュエータ202を直線運動させるためにたわむ。 マウスのハウジング50の表面又は部分との衝突は使用者に対して出力される触 覚的感覚の質を低下させるので、このような衝突が生じることなく移動範囲が得 られるように、回転アクチュエータ202の上方及び下方に十分な空間が設けら れる。The flexure 220 operates similarly to the actuator assembly 200 of FIG. When the rotary actuator 202 is controlled to rotate its rotary shaft 204 and rotate the rotary member 232, the rotary actuator 202 and the central movable member 240 move substantially in the Z-axis direction. All of the flex joints 228, 242, 244, 246 flex to cause the rotary actuator 202 to move linearly, with the flex joints 236, 230 allowing rotational movement to be converted to linear movement. Collisions with the surface or portion of the mouse housing 50 degrade the quality of the tactile sensation output to the user, so that a rotary actuator 202 is provided to provide a range of motion without such collisions. There will be sufficient space above and below.

【0059】 ここで説明するすべてのたわみ体と同様に、一体型のたわみ体220は、単一 の樹脂金型で全体を成形することができるという、触感フィードバック装置にお ける低コスト化の基本的な解決手段として好ましい利点を有する。回転アクチュ エータ202を慣性質量とすれば、より一層の小型化とコストの低減を図ること ができる。たわみ継手はそれ自体がばねを含み、たわみ継手のたわみ性を調整す ることにより、力を増幅することができる。この設計の小型化により、アクチュ エータアセンブリは、電子装置及び電子機器で使用される遠隔制御装置、ゲーム パッドコントローラ又は他の手持ち式のコントローラ等のインターフェース装置 における使用に理想的である。As with all the flexures described here, the integral flexure 220 can be molded entirely in a single resin mold, which is the basis for cost reduction in tactile feedback devices. It has the advantage of a favorable solution. If the rotary actuator 202 is made to have an inertial mass, further downsizing and cost reduction can be achieved. The flex joint itself includes a spring and can amplify the force by adjusting the flexibility of the flex joint. This miniaturization of the design makes the actuator assembly ideal for use in electronic devices and interface devices such as remote controls, game pad controllers or other hand-held controllers used in electronics.

【0060】 いくつかの実施形態では、回転アクチュエータ202は、慣性モータとしての 機能に加え、図6に示すように可動カバー部122を駆動するために使用するこ とができる。アクチュエータ202とマウスの可動カバー部122ないしは可動 部材との間に、図7に示したようなリンク部材を回転可能に連結してもよい。こ のリンク部材は、たわみ体220の中央可動部材240又はアーム部材246a ,246bのいかなる位置に連結してもよい。一つの例では、図12に示すよう に、中央可動部材240とマウスのハウジング50の可動カバー部122との間 がリンク部材250により連結されている。リンク部材250は機械的なベアリ ング252により中央回転部材240に連結され、ベアリング252は図8及び 図9に示す延長部251に連結されている。同様に、リンク部材250は、ベア リング254により可動カバー部122に連結されている。ベアリングに代えて 、たわみ継手等の他の種類の連結を使用することができる。In some embodiments, in addition to functioning as an inertial motor, the rotary actuator 202 can be used to drive the movable cover 122 as shown in FIG. A link member as shown in FIG. 7 may be rotatably connected between the actuator 202 and the movable cover 122 or the movable member of the mouse. This link member may be connected to any position of the central movable member 240 of the flexible body 220 or the arm members 246a and 246b. In one example, as shown in FIG. 12, a center movable member 240 and a movable cover 122 of a mouse housing 50 are connected by a link member 250. The link member 250 is connected to the central rotating member 240 by a mechanical bearing 252, and the bearing 252 is connected to the extension 251 shown in FIGS. Similarly, the link member 250 is connected to the movable cover 122 by a bearing 254. Instead of bearings, other types of connections such as flexible joints can be used.

【0061】 図13は、本考案のアクチュエータアセンブリ54の他の実施形態300を含 むマウス12を示している。アクチュエータアセンブリ300は、アクチュエー タが慣性質量又は可動要素としても機能し、アクチュエータがX−Y平面内でZ 軸回りに回転するようにシャフトを駆動する点を除いて、図8から図11のアク チュエータ及びたわみ体と同様である。これにより、アクチュエータをより低い 位置に配置して小型化を図ることができる。FIG. 13 shows a mouse 12 including another embodiment 300 of the actuator assembly 54 of the present invention. The actuator assembly 300 is similar to the actuator of FIGS. 8-11 except that the actuator also functions as an inertial mass or a movable element and drives the shaft to rotate about the Z axis in the XY plane. Similar to tutors and flexures. Thereby, the actuator can be arranged at a lower position to achieve downsizing.

【0062】 図13に示すように、アクチュエータアセンブリ300をマウスのハウジング 50の底部67に配置し、ハウジング50に衝突することなくアクチュエータ6 6がZ軸方向に移動する空間302を設けてもよい。他の実施形態では、アクチ ュエータアセンブリ300を、上面又は側面等のハウジング50の他面に配置し てもよい。図示のアクチュエータアセンブリは慣性力を供給するために設けられ ているが、図12を参照して説明したように、接触力を供給するためにアクチュ エータ66をハウジング50の表面の可動部材に連結してもよい。As shown in FIG. 13, the actuator assembly 300 may be disposed on the bottom 67 of the mouse housing 50, and a space 302 may be provided in which the actuator 66 moves in the Z-axis direction without colliding with the housing 50. In other embodiments, the actuator assembly 300 may be located on another surface of the housing 50, such as on the top or side. Although the illustrated actuator assembly is provided to provide inertial force, the actuator 66 is coupled to a movable member on the surface of the housing 50 to provide contact force, as described with reference to FIG. You may.

【0063】 図14、図15及び図16は、本考案のアクチュエータアセンブリ54の第1 実施形態310を示す斜視図と平面図である。アクチュエータアセンブリ310 は、接地すなわち基準面に連結されているたわみ体320と、このたわみ体32 0に連結されたアクチュエータ66とを備えている。たわみ体320は、ポリプ ロピレン樹脂(「一体型のヒンジ」材料)又は他のたわみ性を有する材料等から なる単一で一体のピースからなる。この種の材料は耐久性があり、たわみ体32 0のたわみ継手(ヒンジ)の一つを小さく形成することによりたわみ性を持たせ ることができるが、大きさの異なる部分では剛性があり、厚みに応じてたわみ性 と共に構造的一体性が得られる。たわみ体320は、例えば部分321がマウス のハウジング50に連結されている。FIGS. 14, 15 and 16 are a perspective view and a plan view showing the first embodiment 310 of the actuator assembly 54 of the present invention. Actuator assembly 310 includes a flexure 320 connected to a ground or reference plane, and an actuator 66 coupled to flexure 320. The flexure 320 comprises a single, unitary piece of material such as polypropylene resin ("integral hinge" material) or other flexible material. This type of material is durable and can be made flexible by making one of the flexible joints (hinges) of the flexible body 320 smaller, but it has rigidity in different size parts, Depending on the thickness, structural integrity as well as flexibility can be obtained. The flexible body 320 has, for example, a portion 321 connected to the mouse housing 50.

【0064】 図示のように、アクチュエータ66はたわみ体320に連結されている。アク チュエータ66のハウジングはたわみ体320の受け部322に連結され、この 受け部322が図示のようにアクチュエータ66を収容する。好適には、アクチ ュエータ66がZ軸方向に運動できるように、アクチュエータ及び受け部322 の上方及び下方に空間を設けることが好ましい。As shown, the actuator 66 is connected to the flexure 320. The housing of the actuator 66 is coupled to a receiving portion 322 of the flexure 320, which receives the actuator 66 as shown. Preferably, a space is provided above and below the actuator and receiving portion 322 so that the actuator 66 can move in the Z-axis direction.

【0065】 アクチュエータ66の回転シャフト324はたわみ体329の孔325に連結 され、中央回転部材330に強固に連結されている。アクチュエータ66の回転 シャフト324が軸線B回りに回転すると、中央回転部材330も軸線B回りに 回転する。中央回転部材330は、たわみ継手334により折れ曲がり部材33 1の第1部分332aに連結されている。中央回転部材330が第1部分332 aをほぼ直線的に移動させた場合にたわみ継手334が曲がるようにするために 、たわみ継手334は厚みが非常に薄く、すなわちX軸方向又はY軸方向のうち の一方に薄くたわみ性を有するよう(図14から図16ではY軸方向に薄いが、 X軸方向に薄くてもよい)。第1部分332aはたわみ継手338により基部3 40に連結され、たわみ継手342により折れ曲がり部材331の第2部分33 2bに連結されている。一方、第2部分332bの他端は、たわみ継手344に よりたわみ体320の受け部322に連結されている。よって、図示の形態では 、折れ曲がり部材331は、異なる3箇所で基準面(ハウジング)、受け部32 2及びアクチュエータ66の回転シャフト324にそれぞれ連結されている。The rotation shaft 324 of the actuator 66 is connected to the hole 325 of the flexible body 329, and is firmly connected to the central rotation member 330. When the rotation shaft 324 of the actuator 66 rotates around the axis B, the center rotating member 330 also rotates around the axis B. The center rotating member 330 is connected to the first portion 332a of the bending member 331 by a flexible joint 334. In order for the flexible joint 334 to bend when the central rotating member 330 moves the first portion 332a substantially linearly, the flexible joint 334 has a very small thickness, that is, in the X-axis direction or the Y-axis direction. One of them has a thin flexibility (though it is thin in the Y-axis direction in FIGS. 14 to 16, it may be thin in the X-axis direction). The first portion 332a is connected to the base 340 by a flexible joint 338, and is connected to the second portion 332b of the bending member 331 by a flexible joint 342. On the other hand, the other end of the second portion 332b is connected to the receiving portion 322 of the flexible body 320 by a flexible joint 344. Therefore, in the illustrated embodiment, the bending member 331 is connected to the reference surface (housing), the receiving portion 322, and the rotating shaft 324 of the actuator 66 at three different positions.

【0066】 第1部分332aと第2部分332bとを備える折れ曲がり部材311は、矢 印336で示すように、X軸方向に直線的に運動する。実際には、動程に対して 小さい弧を描くので、第1部分332a及び第2部分332bは単にほぼ直線的 に運動するのであるが、この弧は無視できる程度に十分小さい。たわみ体320 が原点位置(休止位置)にあるときには、第1及び第2部分332a,332b は、図示のように、それらの長手方向軸線に対して角度をなすことが好ましい。 これによって、矢印336で示すように、いずれかの方向に中央回転部材330 が折れ曲がり部材331を押し又は引っ張ることが可能となる。この構造により 、アクチュエータ66により出力された力が増幅され、可動の受け部322及び インターフェース装置の可動要素(慣性質量、可動カバー部、マウスボタン等) へ伝達される。実際に出力される力は、長手方向(又はY軸)に対する第1及び 第2部分332a,332bの角度に依存する。アクチュエータ66が矢印34 6a方向に折れ曲がり部材311を押すと、第1及び第2部分332a,332 b間の角度が増加し、大きな力が出力される。アクチュエータ66が矢印346 b方向に折れ曲がり部材311を引っ張ると、小さい力か゛出力される。図3か ら図5の実施形態と同様に、このような力の拡大があるために、出力の小さいポ ケットベル用モータ(pager motor)等を使用して大きな接触力を供給すること ができる。このような力の拡大が一方向でのみ起こることは、現実には、好まし くないシステムの非直線性を増大させるものではない。The bending member 311 including the first portion 332a and the second portion 332b moves linearly in the X-axis direction as indicated by an arrow 336. In practice, the first portion 332a and the second portion 332b simply move almost linearly because they draw a small arc with respect to the stroke, but this arc is small enough to be ignored. When the flexure 320 is in the home position (rest position), the first and second portions 332a, 332b are preferably angled with respect to their longitudinal axis, as shown. This allows the central rotating member 330 to push or pull the bending member 331 in either direction, as indicated by arrow 336. With this structure, the force output by the actuator 66 is amplified and transmitted to the movable receiving portion 322 and the movable elements (the inertial mass, the movable cover portion, the mouse button, etc.) of the interface device. The actual output force depends on the angle of the first and second portions 332a, 332b with respect to the longitudinal direction (or the Y axis). When the actuator 66 pushes the bending member 311 in the direction of the arrow 346a, the angle between the first and second portions 332a and 332b increases, and a large force is output. When the actuator 66 pulls the bending member 311 in the direction of the arrow 346b, a small force is output. Similar to the embodiment of FIGS. 3 to 5, such an increase in force allows a large contact force to be supplied using a low power pager motor or the like. The fact that such force expansion only occurs in one direction does not actually increase the nonlinearity of the undesirable system.

【0067】 アクチュエータ66は、中央回転部材330を2方向に駆動するときに、その 回転範囲の一部でのみ作動するため、広帯域作動及び高周波数のパルスないしは 振動の出力が可能である。折れ曲がり部材331の運動により、たわみ体320 は部分321に対して圧縮又は伸長される。このたわみ体320の圧縮又は伸長 を所望のZ軸方向に向けるために、たわみ体320の受け部320と基部340 との間にたわみ継手352が設けられている。たわみ継手352は、X−Y平面 上でたわむようになっているたわみ継手334,338,342,344とは異 なり、Z軸方向に方向付けされている。第1及び第2部分332a,332bの 運動に対応して、たわみ継手352は受け部322(アクチュエータ66、中央 回転部材330及び第2部分332bも同様である。)をZ軸方向に直線的に運 動させる。実際には、動程に対して小さい弧を描くので、受け部322及びアク チュエータ66は単にほぼ直線的に運動するのであるが、この弧は実用上無視で きる程度に十分小さい。よって、中央回転部材330の回転により、折れ曲がり 部材331の両端がより離反する方向(矢印346aの方向)に移動すると、受 け部322がたわみ継手352回りにZ軸に沿って下方へたわむ(図14参照) 。これはたわみ継手352の上方の平面でアクチュエータ66と基部340との 間で圧縮が生じ、たわみ継手352が下方にたわむことによる。同様に、折れ曲 がり部材331の両端が互いに接近すると(矢印346bの方向)、受け部32 2及びアクチュエータ66がZ軸に沿って上方に移動し、アクチュエータ66が 効果的に上方に持ち上げられる。このZ軸方向のたわみがより容易に生じるよう に、折り曲げ部材311の第1部分332aにたわみ継手350が設けられてい る。When driving the central rotating member 330 in two directions, the actuator 66 operates only in a part of its rotation range, so that it is possible to operate in a wide band and to output a high frequency pulse or vibration. The movement of the bending member 331 causes the flexible body 320 to be compressed or expanded with respect to the portion 321. In order to direct the compression or expansion of the flexible body 320 in a desired Z-axis direction, a flexible joint 352 is provided between the receiving portion 320 and the base 340 of the flexible body 320. The flexible joint 352 is different from the flexible joints 334, 338, 342, and 344 that are configured to bend on the XY plane, and is oriented in the Z-axis direction. In response to the movement of the first and second portions 332a, 332b, the flexible joint 352 linearly moves the receiving portion 322 (the same applies to the actuator 66, the central rotating member 330, and the second portion 332b) in the Z-axis direction. Operate. In practice, the receiving portion 322 and the actuator 66 simply move almost linearly because they draw a small arc with respect to the stroke, but this arc is small enough to be practically negligible. Therefore, when the both ends of the bending member 331 move in the direction in which the both ends of the bending member 331 move away from each other (in the direction of the arrow 346a) due to the rotation of the central rotating member 330, the receiving portion 322 bends downward along the Z-axis around the flexible joint 352 (FIG. 14). This is due to compression occurring between the actuator 66 and the base 340 in the plane above the flexible joint 352, causing the flexible joint 352 to flex downward. Similarly, when both ends of the bending member 331 approach each other (in the direction of the arrow 346b), the receiving portion 322 and the actuator 66 move upward along the Z axis, and the actuator 66 is effectively lifted upward. A bending joint 350 is provided on the first portion 332a of the bending member 311 so that the bending in the Z-axis direction occurs more easily.

【0068】 アクチュエータ66の回転シャフト324の回転方向を迅速に変更することに より、アクチュエータ/受け部がZ軸方向に振動し、アクチュエータ66が慣性 質量となってマウスのハウジングに振動が発生する。マウスのハウジング50の 表面又は部分との衝突は使用者に対して出力されるパルス、振動等の触覚的感覚 の質を低下させるので、このような衝突が生じることなく移動範囲が得られるよ うに、アクチュエータ66の上方及び下方に十分な空間が設けられる。例えば、 小型の装置の場合には、1.5mmの自由空間をアクチュエータ/受け部の上方 及び下方に設けることができる。By rapidly changing the rotation direction of the rotation shaft 324 of the actuator 66, the actuator / receiving portion vibrates in the Z-axis direction, and the actuator 66 becomes an inertial mass, and the mouse housing vibrates. Collisions with the surface or portion of the mouse housing 50 reduce the quality of the tactile sensation, such as pulses and vibrations output to the user, so that the range of movement can be obtained without such collisions. , Sufficient space is provided above and below the actuator 66. For example, for small devices, 1.5 mm of free space can be provided above and below the actuator / receiver.

【0069】 また、たわみ継手352等のたわみ体320が備えるたわみ継手は、アクチュ エータ66及び受け部332を原点位置(休止位置)に付勢する復元力を供給す るためのばね手段として機能する。この中央位置へのばねによるバイアスによっ て、アクチュエータ66がピークないしは動程における他の位置に到達すればア クチュエータ66が力を出力する必要がなくなり、アクチュエータ66がそれ自 体を移動させるために要する仕事を低減することができる。ばねによるバイアス によってアクチュエータ66が力を出力することなく、アクチュエータ66がそ の休止位置に戻される。また、中央位置にばねバイアスされていることは、入力 された制御信号を正確に再現し、非直線の作動よりもより好ましいものである、 直線で調和的な作動を供給する上で非常に重要である。可動部材とマウスのハウ ジングとの間に含まれる弾性的な柔軟性を備えることにより、2次倍音振動系が 構成される。アクチュエータにより出力される力の増幅が最も効果的なレベル、 例えば系の固有振動数付近で機能するように、この2次倍音振動系を調整するこ とができる。このような慣性力と可動質量のコンプラインアンスを有する懸架を 利用する2次倍音振動系の調整については既に説明している。接触力を供給する システムも同様に調整することができる。例えば、たわみ体320では、たわみ 継手334,342,338,344及び/又は352の厚み(これらが薄い方 向の寸法)を調整することにより、ばね定数を調整することができる。いくつか の実施形態では、必要な場合には、追加のセンタリング力を供給するために、板 ばね等の機械ばねを追加のばねを設けてもよい。Further, the flexure joint provided in the flexure body 320 such as the flexure joint 352 functions as a spring means for supplying a restoring force for urging the actuator 66 and the receiving portion 332 to the home position (rest position). . The spring bias to this center position eliminates the need for the actuator 66 to output a force once the actuator 66 reaches another position in the peak or travel range, so that the actuator 66 can move itself to move. The required work can be reduced. The spring bias returns actuator 66 to its rest position without actuator 66 outputting any force. Also, being spring-biased in the center position is very important to accurately reproduce the input control signal and to provide a linear and harmonic operation, which is preferable to non-linear operation. It is. By providing elastic flexibility included between the movable member and the housing of the mouse, a second harmonic vibration system is configured. This second harmonic vibration system can be adjusted so that the amplification of the force output by the actuator functions at the most effective level, for example, near the natural frequency of the system. The adjustment of the second harmonic vibration system using the suspension having such inertial force and movable mass compliance has already been described. The system that provides the contact force can be adjusted as well. For example, in the flexible body 320, the spring constant can be adjusted by adjusting the thickness (dimensions in the thinner direction) of the flexible joints 334, 342, 338, 344 and / or 352. In some embodiments, additional springs, such as leaf springs, may be provided to provide additional centering force if needed.

【0070】 また、リンク部材によりアクチュエータ66(又は受け部322)をカバー部 、ボタン又は他のマウスのハウジングの可動要素に連結し、使用者に接触力を供 給していもよい。ほぼ直線状であるアクチュエータ66の運動は、カバー部、ボ タン又は他のマウスのハウジングの可動要素を駆動するために使用することがで きる。例えば、アクチュエータ66とマウスの可動要素の間にリンク部材を回転 可能に連結することができる。このリンク部材はアクチュエータ66と受け部3 22のどらちにも接続することができる。リンク部材は、機械的なベアリング又 はたわみ継手等の他の種類の連結により、アクチュエータ66又は部材及び可動 要素に連結することができる。The link member may connect the actuator 66 (or the receiving portion 322) to a cover, a button, or another movable element of a mouse housing to supply a contact force to the user. The movement of the actuator 66, which is substantially linear, can be used to drive a cover, button or other movable element of the mouse housing. For example, a link member can be rotatably connected between the actuator 66 and the movable element of the mouse. This link member can be connected to either the actuator 66 or the receiving part 322. The link members can be connected to the actuator 66 or members and moving elements by other types of connections such as mechanical bearings or flexible joints.

【0071】 いくつかの実施形態では、受け部322及びアクチュエータ66のZ軸方向の 運動を制限するために、たわみ体320に止め部を設けてもよい。他の実施形態 では、使用者が感知する衝撃の感覚を向上するために止め部に柔軟性を持たせて もよい。In some embodiments, a flexure 320 may be provided with a stop to limit movement of the receiver 322 and the actuator 66 in the Z-axis direction. In other embodiments, the stop may be flexible to enhance the perceived impact of the user.

【0072】 たわみ体320は、非常に低コストで製造が容易であり、慣性力として広帯域 の力を伝達することができ、単一の金型から製造することができ、非常に高い耐 久性を有し、バックラッシュが殆ど無く、寿命が長い。慣性質量としてアクチュ エータ66を使用すれば、別体の慣性質量を設けるコストを節約し、装置の配置 空間と総重量を低減することができ、Z軸方向の外形を非常に小さくすることが できる。The flexure 320 is very low cost, easy to manufacture, can transmit a wide range of forces as inertia, can be manufactured from a single mold, and has very high durability With almost no backlash and a long life. If the actuator 66 is used as the inertial mass, the cost of providing a separate inertial mass can be saved, the arrangement space and the total weight of the device can be reduced, and the outer shape in the Z-axis direction can be made very small. .

【0073】 図14から図16に概略的に示す本質的な要素は、広範な種類の部品で実施す ることができる。例えば、たわみ継手以外のベアリング、ピン、継手等の機械的 な連結を使用していくつかの又はすべての部材を回転可能に連結することができ る。回転シャフトがX軸又はY軸回り又は他の方向で回転するように、アクチュ エータを配置してもよい。さらに、設計の小型化により、アクチュエータアセン ブリは、電子装置及び電子機器で使用される遠隔制御装置、ゲームパッドコント ローラ又は他の手持ち式のコントローラ等のインターフェース装置における使用 に理想的である。The essential elements shown schematically in FIGS. 14 to 16 can be implemented with a wide variety of components. For example, some or all members may be rotatably connected using mechanical connections other than flexible joints, such as bearings, pins, joints, and the like. The actuator may be arranged such that the rotating shaft rotates about the X or Y axis or in other directions. Furthermore, due to the small size of the design, the actuator assembly is ideal for use in interface devices such as electronic devices and remote controls, game pad controllers or other hand-held controllers used in electronics.

【0074】 図17(a),(b)は、上記アクチュエータアセンブリ310の複数ピース 型の実施形態450である。この実施形態では、たわみ体は2ピース型の構造で あり、装置内面の基部ないしは底部(上記のように他の面でもよい。)に連結す ることができる。たわみ体は、上記たわみ継手と同様にたわむ、たわみ継手を備 えている。図17(a),(b)はアクチュエータアセンブリの組立を容易にす るために複数ピースを設けたものの一例に過ぎず、他の実施形態では他の構造及 びピースを使用することができる。FIGS. 17A and 17B show a multi-piece embodiment 450 of the actuator assembly 310. In this embodiment, the flexure has a two-piece construction and can be connected to the base or bottom of the inner surface of the device (other surfaces may be as described above). The flexure has a flexure joint that flexes in the same manner as the flexure joint described above. FIGS. 17A and 17B are merely an example in which a plurality of pieces are provided for facilitating assembly of an actuator assembly, and other structures and pieces can be used in other embodiments.

【0075】 アクチュエータアセンブリ450の例が図17(a),(b)に示されている 。図示のアクチュエータアセンブリは7個の構成要素を備えている。アクチュエ ータリンク452はポリプロピレンの射出成形により製造したピースである。た わみ体及びアクチュエータマウント454も同様にポリプロピレンからなる。図 示のアクチュエータ66は、マブチRF300−CA又はジョンソンHC203 G等の直流モータであるが、上述のように他の実施形態では他の種類のアクチュ エータを使用することができる。アクチュエータマウント454へアクチュエー タ66を接続するために、3本のねじ456が使用されている。アクチュエータ リンク452及びアクチュエータマウント454を、インターフェース装置のハ ウジングの底部等の基準面部材に接続するために、樹脂ねじ458を使用する。 アセンブリを組み立てる際には、まず、アクチュエータリンク452、アクチュ エータマウント454、アクチュエータ66及びねじ456が最初に組み立てら れる。次に、アセンブリがマウス(又は他の装置)の基部にねじ458により組 み付けられる。アクチュエータリンク452の連結部460がアクチュエータ6 6の回転シャフト462に圧入され、回転シャフト462は密に嵌合するために キー溝又はきざみ(knurl)を設けることが好ましい。An example of the actuator assembly 450 is shown in FIGS. 17A and 17B. The actuator assembly shown has seven components. The actuator link 452 is a piece manufactured by injection molding of polypropylene. The flexure and actuator mount 454 are also made of polypropylene. The illustrated actuator 66 is a DC motor, such as the Mabuchi RF300-CA or Johnson HC 203G, although other types of actuators may be used in other embodiments as described above. Three screws 456 are used to connect the actuator 66 to the actuator mount 454. A resin screw 458 is used to connect the actuator link 452 and the actuator mount 454 to a reference surface member, such as the bottom of the housing of the interface device. When assembling the assembly, first, the actuator link 452, the actuator mount 454, the actuator 66, and the screw 456 are first assembled. Next, the assembly is assembled with the screw 458 to the base of the mouse (or other device). Preferably, the coupling 460 of the actuator link 452 is press-fitted into the rotating shaft 462 of the actuator 66, and the rotating shaft 462 is provided with a keyway or knurl for a tight fit.

【0076】 図18(a),(b)は組立型のアクチュエータアセンブリ450の斜視図と 断面図である。アクチュエータアセンブリ450は、マウス又は他の装置の基部 470に取り付けられる。多くの実施形態では、アクチュエータアセンブリ45 0は、マウスのセンサ機構(例えば、ボール/エンコーダアセンブリ、光学セン サ等の)の後方又は前方に配置することができる。FIGS. 18A and 18B are a perspective view and a sectional view of an assembled actuator assembly 450. The actuator assembly 450 is attached to the base 470 of a mouse or other device. In many embodiments, the actuator assembly 450 can be located behind or in front of a mouse sensor mechanism (eg, a ball / encoder assembly, optical sensor, etc.).

【0077】 マウスの基部は、アクチュエータモジュールを配置及び保持するために、2個 の特徴を備えることが好ましい。ねじのねじ溝を受容する取付ボス472が設け られ。この取付ボス472は、その長さと同じ深さの孔を備えていもよい。製品 内での角度位置を位置決めするために、ねじ付きの取付ボス472のねじ孔の径 方向に位置決めボス474を設けてもよい。この実施形態のアクチュエータアセ ンブリ310では、アクチュエータ66自体が回転力を出力し、アクチュエータ のハウジング(及びたわみ体の一部)が慣性質量としてほぼZ軸方向に運動する 。この慣性質量がコンピュータにより表示されるグラフィカル環境におけるカー ソルのイベント及び相互作用に関連して制御されると、図20を参照して説明す るように、使用者に対して魅力的な触感フィードバック感覚が提供される。The base of the mouse preferably has two features for positioning and holding the actuator module. A mounting boss 472 is provided for receiving the thread of the screw. The mounting boss 472 may include a hole having the same depth as its length. A positioning boss 474 may be provided in the radial direction of the screw hole of the threaded mounting boss 472 to position the angular position in the product. In the actuator assembly 310 of this embodiment, the actuator 66 itself outputs a rotational force, and the housing (and a part of the flexure) of the actuator moves substantially in the Z-axis direction as an inertial mass. When this inertial mass is controlled in connection with cursor events and interactions in a computer-displayed graphical environment, an attractive tactile feedback to the user, as described with reference to FIG. A sense is provided.

【0078】 たわみ体とアクチュエータアセンブリ450は、上記した実施形態と同様に作 動する。アクチュエータ66がその回転シャフト462を回転させると、回転シ ャフト462の回転軸回りに中央回転部材480が回転する。この中央回転部材 480の運動によって、たわみ継手484により中央回転部材480に連結され 、他のたわみ継手488により基部486に連結されたアーム部材482が伸長 又は圧縮される。アーム部材482における張力又は引張により、アクチュエー タキャリッジ490とアクチュエータ66(アクチュエータキャリッジ490に 固定されている。)とが、アクチュエータキャリッジ490を基部486に接続 しているたわみ継手490回りに回転する(上記した2つのアセンブリパーツが マウスのハウジングに固定された後は、基部486がこれらの両方の部分を備え ている。)。アクチュエータキャリッジ490及びアクチュエータ66のたわみ 継手494回りの回転は小さい弧の範囲に限定され、アクチュエータキャリッジ 490及びアクチュエータ66は、マウスが移動するX−Y平面に対して垂直な Z軸等の軸方向にほぼ直線的に運動する。アクチュエータキャリッジ49とアク チュエータ66が運動している間、この運動に適合するようにたわみ継手484 ,488がたわむ。The flexure and actuator assembly 450 operates similarly to the embodiments described above. When the actuator 66 rotates the rotation shaft 462, the central rotation member 480 rotates about the rotation axis of the rotation shaft 462. The movement of the central rotating member 480 causes the arm member 482 connected to the central rotating member 480 by the flexible joint 484 and the arm member 482 connected to the base 486 by the other flexible joint 488 to be extended or compressed. The actuator carriage 490 and the actuator 66 (fixed to the actuator carriage 490) rotate around the flexible joint 490 connecting the actuator carriage 490 to the base 486 due to the tension or tension in the arm member 482 (see above). After the two assembly parts have been secured to the mouse housing, the base 486 has both of these parts.) Rotation of the actuator carriage 490 and the actuator 66 around the joint 494 is limited to a small arc range, and the actuator carriage 490 and the actuator 66 move in the axial direction such as the Z axis perpendicular to the XY plane on which the mouse moves. Move almost linearly. While the actuator carriage 49 and the actuator 66 are moving, the flex joints 484, 488 flex to accommodate this movement.

【0079】 アクチュエータアセンブリ450は、移動制限が組み込まれていることが好ま しい。この移動制限は、アクチュエータリンク452(及び基部486)に連結 された部材498とアクチュエータマウント454(及びアクチュエータキャリ ッジ490)の部分496a,496bにより形成される。アクチュエータキャ リッジ490が上下に回転すると、このアクチュエータキャリッジ490の部分 496a,496bが基部486の部材498に衝突し、その方向でのそれ以上 の移動を防止する。この部分498は所定範囲にアクチュエータ66の動程を制 限して直線運動に近付けると共に、マウス又は他の装置のハウジングにアクチュ エータ66やアクチュエータキャリッジ490が衝突するのを防止する。一つの 実施形態では、この制限により原点(休止)位置に対して約2mmの上昇と約2 mmの降下に動程が制限される。よって、ピークからピークへ移動は約4mmで ある。この移動を静止時の高さに加えると、マウスのハウジングにアクチュエー タアセンブリ450を収容するために必要な高さの合計である、「動的高さ」が 得られる。アクチュエータ/キャリッジのハウジングないしは容器との衝突を防 止するために、許容差を追加することが好ましい。The actuator assembly 450 preferably incorporates movement restrictions. This travel restriction is formed by a member 498 connected to the actuator link 452 (and base 486) and portions 496a, 496b of the actuator mount 454 (and actuator carriage 490). As the actuator carriage 490 rotates up and down, portions 496a and 496b of the actuator carriage 490 collide with the member 498 of the base 486 and prevent further movement in that direction. This portion 498 limits the range of movement of the actuator 66 to a predetermined range, approaching linear motion, and also prevents the actuator 66 or actuator carriage 490 from colliding with the housing of a mouse or other device. In one embodiment, this limit limits travel to about 2 mm rise and about 2 mm drop relative to the origin (rest) position. Therefore, the movement from peak to peak is about 4 mm. Adding this movement to the resting height provides a "dynamic height" which is the sum of the heights required to accommodate the actuator assembly 450 in the mouse housing. Additional tolerances are preferably added to prevent collisions of the actuator / carriage with the housing or container.

【0080】 この動程の制限には、ユーザが感じる力の感触を質的に改良するという追加の 利点がある。アクチュエータが動程制限に到達したときに動程制限が衝撃を好適 に緩和するので、動程制限においてアクチュエータが装置に衝突するときと比較 して、高周波数の力がほとんど発生せず、ユーザに対して歯切れよくほとんど迷 惑でない感覚が供給される。また、動程制限はより弾力的すなわち「跳ね返る」 ので、動程制限に到達した後の逆方向へのアクチュエータの動作を補助する。This limitation of travel has the additional advantage of qualitatively improving the feel of the force felt by the user. When the actuator reaches the travel limit, the travel limit preferably mitigates the impact, so that compared to when the actuator collides with the device at the travel limit, little high-frequency force is generated, and the user is not affected. On the other hand, it provides a crisp, almost annoying sensation. Also, the travel limit is more resilient or "bounces", thus assisting the actuator in the opposite direction after reaching the travel limit.

【0081】 図19はローカルマイクロプロセッサ510及びホストコンピュータ14を備 える本考案の触感フィードバックシステムの実施形態を示している。FIG. 19 shows an embodiment of the tactile feedback system of the present invention including the local microprocessor 510 and the host computer 14.

【0082】 ホストコンピュータ14は、ホストマイクロプロセッサ500、システムクロ ック502、表示装置26及び音響出力装置504を備える。また、ホストコン ピュータ14は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリーメモリ(ROM )及び入出力(I/O)電子部品(図示せず。)等の公知である他の構成要素を備 えている。表示装置26は、ゲーム環境、オペレーティングシステムのアプリケ ーション、シミュレーションの画像等を表示する。音響出力装置504は、スピ ーカ等であり、増幅器、フィルタ等の当業者にとって周知である他の回路要素を 介してホストマイクロプロセッサ500に接続されており、ホストアプリケーシ ョンプログラムの実行中に「音響イベント」が生じると使用者に対して音響出力 を供給する。記憶装置(ハードディスクドライブ、CD−ROMドライブ、フロ ッピーディスクドライブ等)、プリンタ、他の入力装置、出力装置等のその他の 周辺機器がホストマイクロプロセッサ500に接続されていてもよい。The host computer 14 includes a host microprocessor 500, a system clock 502, a display device 26, and a sound output device 504. The host computer 14 includes other known components such as a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), and input / output (I / O) electronic components (not shown). The display device 26 displays a game environment, operating system applications, simulation images, and the like. The sound output device 504 is a speaker or the like, and is connected to the host microprocessor 500 via other circuit elements known to those skilled in the art such as an amplifier and a filter. When an “event” occurs, an acoustic output is provided to the user. Other peripheral devices such as storage devices (hard disk drives, CD-ROM drives, floppy disk drives, etc.), printers, other input devices, output devices, and the like may be connected to the host microprocessor 500.

【0083】 インターフェース装置であるマウス12は双方向型のバス20によりホストコ ンピュータシステム14に接続されている。この双方向型のバス20は、ホスト コンピュータシステム14とインターフェース装置間で双方向に信号を送信する 。双方向型のバス20には、RS232シリアルインターフェース、RS−42 2、USB、ミュージカルインストゥルメントデジタルインターフエース(MI DI)、パラレルバス、無線接続等を使用することができる。The mouse 12 as an interface device is connected to a host computer system 14 via a bidirectional bus 20. The bidirectional bus 20 transmits signals bidirectionally between the host computer system 14 and the interface device. For the bidirectional bus 20, an RS232 serial interface, RS-422, USB, musical instrument digital interface (MIDI), parallel bus, wireless connection, or the like can be used.

【0084】 マウス12はローカルマイクロプロセッサ510を備えている。ローカルマイ クロプロセッサ510は、マウス12の他の部品と効率的に通信できるように、 マウス12のハウジング内に収容されている。ローカルマイクロプロセッサ51 0はマウス12について「ローカル」であり、「ローカル」とはローカルマイク ロプロセッサ510がホストコンピュータ14のどのプロセッサからも分離した プロセッサであることを意味する。また、「ローカル」とはローカルマイクロプ ロセッサ510が触感フードバック及びマウス12のセンサ入出力に使用される ことを意味する。ローカルマイクロプロセッサ510は、ホストコンピュータ1 4からの命令又は要求を待ち、これらの命令又は要求を復調し、命令又は要求に 応じた入力及び出力信号を処理/制御するソウトウエア命令を備えている。また 、ローカルマイクロプロセッサ510は、ホストコンピュータ14から独立して 動作し、センサ信号を読み取り、それらセンサ信号、時間信号及びホスト命令に 応じて選択される記憶又は中継された指令から適切な力を計算する。ローカルマ イクロプロセッサ510として使用するのに適したマイクロプロセッサとしては 、例えば、モトローラ(Motorola)のMC68HC711E9、インテル(Inte l Corp.)の82930AXあるいはイマージョン・タッチセンス・プロセッサ (Immersion Touchsense Processor)等がある。ローカルマイクロプロセッサ5 10は、1つのマイクロプロセッサチップ、複数のプロセッサ及び/又は共同処 理を行う複数のチップ、及び/又はデジタル信号プロセッサ(DSP)ケイパビ リティにより構成することができる。The mouse 12 has a local microprocessor 510. The local microprocessor 510 is housed in a housing of the mouse 12 so that it can efficiently communicate with other parts of the mouse 12. The local microprocessor 510 is "local" with respect to the mouse 12, and "local" means that the local microprocessor 510 is a processor separate from any processor of the host computer 14. Further, “local” means that the local microprocessor 510 is used for a tactile feedback and a sensor input / output of the mouse 12. The local microprocessor 510 includes software instructions that wait for instructions or requests from the host computer 14, demodulate these instructions or requests, and process / control input and output signals in response to the instructions or requests. Also, the local microprocessor 510 operates independently of the host computer 14 to read sensor signals and calculate an appropriate force from the sensor signals, the time signal, and a stored or relayed command selected according to the host command. I do. Microprocessors suitable for use as local microprocessor 510 include, for example, Motorola MC68HC711E9, Intel Corp.'s 82930AX or Immersion Touchsense Processor. The local microprocessor 510 may comprise a single microprocessor chip, multiple processors and / or multiple chips for co-processing, and / or digital signal processor (DSP) capabilities.

【0085】 ローカルマイクロプロセッサ510は、複数のセンサ112からの信号を受信 し、バス20を介してホストコンピュータ54より供給される命令に応じてアク チュエータ66に信号を供給する。例えば、ローカル制御の1つの実施形態では 、ホストコンピュータ14がバス20を介してローカルマイクロプロセッサ51 0にハイレベルの監視命令を供給し、ローカルマイクロプロセッサ510が、こ のハイレベルの命令に基づいてホストコンピュータ14とは独立に、センサ51 2及びアクチュエータ66に対するローレベルの力制御ループを監視する。ホス ト制御ループでは、力命令がホストコンピュータ14からローカルマイクロプロ セッサ510に出力され、この力命令はローカルマイクロプロセッサ510に力 ないしは特定の特性を有する力感覚の出力を指令する。ローカルマイクロプロセ ッサ510は、1又は複数の自由度におけるマウス12の位置を示す位置データ 等のデータをホストコンピュータ14に伝達する。このデータはボタン16及び 安全スイッチ532の状態を示していてもよい。ホストコンピュータ14は、実 行されているプログラムを更新するためにデータを使用する。ローカル制御ルー プでは、ローカルマイクロプロセッサ510からアクチュエータ18へアクチュ エータ信号が供給され、センサ512及び他の入力装置518からローカルマイ クロプロセッサ510へセンサ信号が供給される。ここで、「触感的感覚」ない いし「触覚的感覚」という用語はアクチュエータ18により出力され、使用者に 感覚を供給する単発の力及び連続する複数の力の両方が含まれる。例えば、振動 、単発の衝撃又手触り的感覚のすべてが含まれる。ローカルマイクロプロセッサ 510は、記憶された指令に従って、入力されたセンサ信号を適当なアクチュエ ータ出力信号を決定するために使用する。ローカルマイクロプロセッサ510は 、センサ信号をユーザーオブジェクトに出力される適切な力の決定に使用すると 共に、センサ信号から得られた位置データをホストコンピュータ14に伝達する 。The local microprocessor 510 receives signals from the plurality of sensors 112 and supplies signals to the actuator 66 in accordance with a command supplied from the host computer 54 via the bus 20. For example, in one embodiment of local control, the host computer 14 provides a high level monitoring instruction to the local microprocessor 510 via the bus 20 and the local microprocessor 510 generates a high level monitoring instruction based on the high level instruction. Independent of the host computer 14, it monitors the low level force control loop for the sensor 512 and the actuator 66. In the host control loop, force commands are output from the host computer 14 to the local microprocessor 510, which commands the local microprocessor 510 to output a force or a force sensation having particular characteristics. The local microprocessor 510 transmits data such as position data indicating the position of the mouse 12 in one or more degrees of freedom to the host computer 14. This data may indicate the status of button 16 and safety switch 532. The host computer 14 uses the data to update the running program. In the local control loop, an actuator signal is supplied from the local microprocessor 510 to the actuator 18, and a sensor signal is supplied from the sensor 512 and another input device 518 to the local microprocessor 510. Here, the term “tactile sensation” or “tactile sensation” is output by the actuator 18 and includes both a single force and a plurality of continuous forces that provide a sensation to the user. For example, vibration, a single impact or a tactile sensation are all included. The local microprocessor 510 uses the input sensor signal to determine the appropriate actuator output signal according to the stored instructions. The local microprocessor 510 uses the sensor signals to determine the appropriate force output to the user object, and communicates position data obtained from the sensor signals to the host computer 14.

【0086】 他の実施形態では、ローカルマイクロプロセッサ510と同様の機能を提供す る他のハードウェアをマウス12に設けてもよい。予め定められたシーケンス、 アルゴリズム又はプロセスに従って、アクチュエータアセンブリ54に信号を供 給し、センサ512からの信号を受け取り、さらに力信号を出力するために一定 のロジックが組み込まれたハードウェア装置を使用することができる。ハードウ ェアで所望の機能を有するロジックを実行するための技術は、当業者にとって周 知である。In other embodiments, other hardware that provides similar functions as the local microprocessor 510 may be provided in the mouse 12. According to a predetermined sequence, algorithm or process, a hardware device incorporating certain logic is used to provide signals to the actuator assembly 54, receive signals from the sensors 512, and output force signals. be able to. Techniques for executing logic having a desired function in hardware are well known to those skilled in the art.

【0087】 ホスト制御の異なる実施の形態では、ホストコンピュータ14は、バス20を 介してローレベルの力命令を供給し、この命令はマイクロプロセッサ510又は 他の(より単純な)回路によりアクチュエータアセンブリ54に直接伝達される 。従って、ホストコンピュータ14がマウス12へ送信する信号及びマウス12 から送信される信号のすべてを直接制御及び処理する。例えば、ホストコンピュ ータ14は、アクチュエータアセンブリ54により出力される力を直接制御し、 センサ512及び入力装置518からの信号を直接受信する。この実施の形態の 場合、マウス12に複雑なローカルマイクロプロセッサ110や他の処理回路を 設ける必要がなくなるため、触感フィードバック装置のコストを一層低減する上 で好ましい。さらに、感知された力の自由で供給されない力を出力するようにア クチュエータが使用され、より簡易化されるため、所望の特質の力を供給するた めにローカルマイクロプロセッサ510による力のローカル制御を行う必要がな くなる。In a different embodiment of the host control, the host computer 14 provides a low level force command via the bus 20, which command is transmitted by the microprocessor 510 or other (simpler) circuit to the actuator assembly 54. Is communicated directly to. Therefore, the host computer 14 directly controls and processes all signals transmitted to and from the mouse 12. For example, host computer 14 directly controls the force output by actuator assembly 54 and directly receives signals from sensors 512 and input devices 518. In the case of this embodiment, it is not necessary to provide a complicated local microprocessor 110 and other processing circuits in the mouse 12, which is preferable for further reducing the cost of the tactile feedback device. In addition, the actuator is used to output a free, unsupplied force of the sensed force, and is more simplified, so that the local control of the force by the local microprocessor 510 to provide the desired quality of force. You do not need to do this.

【0088】 最も単純なホスト制御の実施形態では、ホストコンピュータ14からマウス1 2に送信される信号は、予め定められた周波数及び大きさでアクチュエータを振 動させるか否かを示す1ビットの信号である。より複雑な実施形態では、ホスト コンピュータ14からの信号は所望のパルスの強度を与える大きさを含んでいる 。より複雑な実施形態では、この信号は大きさとパルスの検出の両方を与える指 示を含んでいる。さらに複雑な実施形態では、ローカルマイクロプロセッサ51 0は長時間にわたって供給される力の値を示すホストコンピュータ14からの単 純なコマンドを受信するためにローカルマイクロプロセッサ510を使用するこ とができる。次に、ローカルマイクロプロセッサ510が所定時間だけ力の値を 出力し、それによってホストコンピュータ14とマウス12の間の通信負担が軽 減される。さらに複雑な実施形態では、触覚的感覚のパラメータを有する高レベ ルの命令をマウス12のローカルマイクロプロセッサ510に送信し、ホストコ ンピュータ14の介入から独立して完全な感覚を供給することができる。この実 施形態では最も通信負担が軽減される。一つのマウス12に上記した複数の方法 を組合わせて使用することができる。In the simplest embodiment of the host control, a signal transmitted from the host computer 14 to the mouse 12 is a one-bit signal indicating whether or not to vibrate the actuator at a predetermined frequency and magnitude. It is. In more complex embodiments, the signal from host computer 14 includes a magnitude that provides the desired pulse intensity. In a more complex embodiment, this signal includes instructions that provide both magnitude and pulse detection. In a more complex embodiment, the local microprocessor 510 can use the local microprocessor 510 to receive a simple command from the host computer 14 indicating a force value to be provided over time. Next, the local microprocessor 510 outputs the force value for a predetermined time, thereby reducing the communication burden between the host computer 14 and the mouse 12. In a more complex embodiment, high-level instructions having tactile sensation parameters can be sent to the local microprocessor 510 of the mouse 12 to provide a complete sensation independent of host computer 14 intervention. In this embodiment, the communication load is reduced most. A plurality of the above methods can be used in combination for one mouse 12.

【0089】 ローカルマイクロプロセッサ510への命令を記憶し、一時的データ及び他の データを記憶するために、マウス12のローカルマイクロプロセッサ510に、 RAM及び/又はROM等のローカルメモリ522を接続することが好ましい。 例えば、ローカルマイクロプロセッサ510により出力される一連の記憶された 力の値や、ユーザーオブジェクトの現在の位置に基づいて出力される力の値の索 引テーブル等の力のプロファイルがローカルメモリ522に記憶される。また、 ホストコンピュータ14のシステムクロック502と同様に、タイミングデータ を供給するためのローカルクロック524をローカルマイクロプロセッサ110 に接続してもよい。ローカルマイクロプロセッサ510のタイミングデータはU SB信号又は他のバスから取り出すことができる。Connecting a local memory 522 such as RAM and / or ROM to the local microprocessor 510 of the mouse 12 for storing instructions to the local microprocessor 510 and for storing temporary data and other data. Is preferred. For example, a series of stored force values output by the local microprocessor 510 and a force profile such as a lookup table of force values output based on the current position of the user object are stored in the local memory 522. Is done. Further, similarly to the system clock 502 of the host computer 14, a local clock 524 for supplying timing data may be connected to the local microprocessor 110. The timing data for the local microprocessor 510 can be derived from the USB signal or other bus.

【0090】 一つの実施形態では、ホストコンピュータ14は、例えば、「空間表示(spat ial representation)」をローカルマイクロプロセッサ110に出力することが できる。この空間表示はGUIや他のグラフィカル環境に表示されたグラフィカ ルオブジェクトの一部又は全部の位置を示すデータであり、これらの位置は力及 びグラフィカルオブジェクトの種類/特質に関連する。ローカルマイクロプロセ ッサ510はそのような空間表示をローカルメモリ522に記憶することができ 、それによってホストコンピュータ14とは独立して操作手段と固定された面等 のグラフィカルオブジェクトとの相互作用を決定することができる。また、ホス トコンピュータ14とは独立して、センサの読み取り、カーソル及び目標位置の 決定及び出力される力の決定を確認するために、ローカルマイクロプロセッサ5 10に必要な命令ないしはデータを供給してもよい。ホストコンピュータ14は 適宜プログラム機能(画像の表示等)を実行することができ、ローカルマイクロ プロセッサ510及びホストコンピュータ14のプロセスを修正するために、ロ ーカルマイクロプロセッサ510とホストコンピュータ14間で同期命令を通信 することができる。また、ローカルメモリ522はローカルマイクロプロセッサ 510のためにグラフィカルオブジェクトの種類と関連する予め定められた力感 覚を記憶することができる。あるいは、ホストコンピュータ14が直接マウス1 2に力フードバック信号を送信して触覚的感覚を発生させてもよい。In one embodiment, host computer 14 can output, for example, a “spatial representation” to local microprocessor 110. This spatial representation is data that indicates the location of some or all of the graphical objects displayed in a GUI or other graphical environment, and these locations are related to power and the type / characteristics of the graphical object. The local microprocessor 510 can store such a spatial representation in the local memory 522, thereby determining the interaction of the operating means with graphical objects such as fixed surfaces independently of the host computer 14. can do. Independently of the host computer 14, the local microprocessor 510 supplies necessary instructions or data to the local microprocessor 510 to confirm the reading of the sensor, the determination of the cursor and the target position, and the determination of the output force. Is also good. The host computer 14 can appropriately execute program functions (display of images, etc.), and execute a synchronization command between the local microprocessor 510 and the host computer 14 to modify the processes of the local microprocessor 510 and the host computer 14. Can be communicated. Also, the local memory 522 may store a predetermined force sensation associated with the type of graphical object for the local microprocessor 510. Alternatively, the host computer 14 may directly transmit a force feedback signal to the mouse 12 to generate a tactile sensation.

【0091】 センサ512は、平面の自由度におけるマウス12の位置又は移動を検出し、 この位置又は移動を示す情報を含む信号をローカルマイクロプロセッサ110( 又はホストコンピュータ14)に供給する。マウス12の平面での移動を検出す るのに適したセンサには図2について説明した検出システム52、例えば当業者 に周知である回転するボール又は円柱に摩擦的に連結されたデジタル光学エンコ ーダが適している。光学センサシステム、直線光学エンコーダ、光学センサ、速 度センサ、加速度センサ、ひずみゲージ又は他の種々のセンサを使用することが でき、絶対的なセンサと相対的なセンサのいずれも使用することができる。当業 者にとって周知であるように、ローカルマイクロプロセッサ110及び/又はホ ストコンピュータ14が機械語へ翻訳可能な信号にセンサ信号を変換するための 光学センサ用のインターフェース514を設けてもよい。The sensor 512 detects the position or movement of the mouse 12 in the degree of freedom of the plane, and supplies a signal including information indicating the position or movement to the local microprocessor 110 (or the host computer 14). Sensors suitable for detecting movement of the mouse 12 in the plane include the detection system 52 described with reference to FIG. 2, for example, a digital optical encoder frictionally coupled to a rotating ball or cylinder known to those skilled in the art. Da is suitable. Optical sensor systems, linear optical encoders, optical sensors, speed sensors, acceleration sensors, strain gauges or various other sensors can be used, both absolute and relative sensors can be used . As is well known to those skilled in the art, an interface 514 for an optical sensor for converting the sensor signal into a signal that can be translated into a machine language by the local microprocessor 110 and / or the host computer 14 may be provided.

【0092】 アクチュエータアセンブリ54は、ローカルマイクロプロセッサ510及び/ 又はホストコンピュータ14から受信した信号に応答して、図2を参照して説明 したように、マウス12のハウジング50に力を伝達する。アクチュエータアセ ンブリ54は、慣性質量を運動させることにより慣性力を発生させ、及び/又は 可動カバー部122等の接触部材を運動させることにより接触力を発生する。好 適な実施形態では、たわみ体又は他の機械的な伝動機構を使用することにより、 マウス12の移動の平坦な自由度に対してほぼ垂直に慣性質量が運動し、アクチ ュエータアセンブリ54はマウス12の移動の主たる自由度には力を発生しない 。The actuator assembly 54 transmits a force to the housing 50 of the mouse 12, as described with reference to FIG. 2, in response to signals received from the local microprocessor 510 and / or the host computer 14. The actuator assembly 54 generates an inertial force by moving an inertial mass, and / or generates a contact force by moving a contact member such as the movable cover 122. In a preferred embodiment, the use of a flexure or other mechanical transmission mechanism causes the inertial mass to move approximately perpendicular to the flat degree of freedom of movement of the mouse 12 and the actuator assembly 54 No force is generated in the main degree of freedom of the movement of the mouse 12.

【0093】 アクチュエータアセンブリ54は、慣性質量と比較して、継続時間の短い力感 覚をマウス12のハンドル又はハウジング50に供給することができる。この継 続時間の短い力感覚を本説明では「パルス」として説明している。理想的には、 このパルスは、マウス12の移動のX−Y平面に対して直交するZ軸方向にほぼ 向いている。発展的な実施形態では、この「パルス」の大きさを制御することが できる。「パルス」の感覚は正又は負のバイアスにより制御することができる。 慣性質量について「周期的力感覚」をマウス12のハンドルに供給することがで き、この場合には周期的力感覚は例えば正弦波のように大きさ及び周波数を有し てもよい。周期的力感覚は、正弦波、矩形波、鋸刃状上昇波、鋸刃状降下波予備 三角波から選択することができる。周期的力感覚に包絡線を適用して、長時間に 大きさが変化させてもよい。米国特許第5,959,613号に記載されている ように、得られる力信号は「パルス波成形」されてもよい。周期的力感覚をホス トコンピュータ14からマウス12に通信する方法は2種類ある。米国特許第5 ,959,613号に記載されているように、波形を「ストリーム(stream)」 することができる。あるいは、米国特許第5,734,373号に記載されてい るように、強さ、周波数及び継続時間等のパラメータを含む高レベルの命令によ り波形を伝達してもよい。これらの制御機構は、可動部材に接触力を供給する場 合に使用することができる。慣性力と接触力の両方を出力する実施形態で、パル ス命令信号を使用し、同時にパルス感覚を供給するために慣性質量と接触部材の 両方を駆動することができる。あるいは、異なる感覚を出力するために異なる命 令信号で慣性質量と接触部材を同時に制御することができる。The actuator assembly 54 can provide a short duration force sensation to the handle or housing 50 of the mouse 12 as compared to the proof mass. This short-time force sensation is described as a "pulse" in this description. Ideally, this pulse would be substantially oriented in the Z-axis direction orthogonal to the XY plane of mouse 12 movement. In an advanced embodiment, the magnitude of this "pulse" can be controlled. The "pulse" sensation can be controlled by a positive or negative bias. A “periodic force sensation” for the inertial mass can be provided to the handle of the mouse 12, where the periodic force sensation may have a magnitude and frequency, for example, a sine wave. The periodic force sensation can be selected from sine wave, square wave, sawtooth rising wave, sawtooth falling wave preliminary triangular wave. An envelope may be applied to the periodic force sensation to change the magnitude over time. The resulting force signal may be "pulse-shaped", as described in U.S. Patent No. 5,959,613. There are two methods for communicating the periodic force sensation from the host computer 14 to the mouse 12. Waveforms can be "streamed" as described in U.S. Pat. No. 5,959,613. Alternatively, the waveform may be transmitted by high-level instructions including parameters such as strength, frequency and duration, as described in US Pat. No. 5,734,373. These control mechanisms can be used when supplying a contact force to the movable member. In embodiments that output both inertial and contact forces, the pulse command signal can be used to simultaneously drive both the inertial mass and the contact member to provide a pulse sensation. Alternatively, the inertial mass and the contact member can be controlled simultaneously with different command signals to output different sensations.

【0094】 他の実施形態では、Z軸方向及び/又はマウス12の自由度方向に触感的感覚 を供給するための追加のアクチュエータを使用することができる。一つの実施形 態では、力をより大きくし、複数の自由度に力を出力し、及び/又は異なる触感 的感覚を同時に出力するために、マウス12が複数のアクチュエータアセンブリ 54を備えていもよい。他の実施形態では、ここで説明したアクチュエータアセ ンブリに加えて、二次的な異なるタイプのアクチュエータを設けることによりマ ウス12を改良してもよい。いくつかの実施形態では、力の強制のため、この二 次的なアクチュエータはパッシブなもの(すなわち力を減衰させるもの)であっ てもよい。パッシブなアクチュエータは、磁気流動学的流体等の物質を使用した 非常に低出力のブレーキ等のブレーキであってもよい。あるいは、パッシブなア クチュエータは一般的な磁気ブレーキであってもよい。マウス12のハウジング と基礎面22との間の摩擦結合を介してパッシブなブレーキ手段を使用すること ができる。例えば、マウス12のハウジングの基部にある摩擦ローラが基礎面2 2に係合してもよい。この摩擦ローラは、パッシブなブレーキがかけられない限 り、使用者がマウスを移動させると自由に回転する。ブレーキがかけられると、 使用者はマウス12を移動させるとパッシブな抵抗(マウス12における平面の 自由度のうち1自由度又は2自由での抵抗)を感じる。このパッシブな抵抗によ り、「パルス」感覚及び「振動」感覚を補う追加の感覚を付与することができる 。ジョイステック、ステアリングホイール、トラックボール等の他の種類の装置 の場合も追加のアクチュエータを備えていてもよい。In other embodiments, additional actuators may be used to provide a tactile sensation in the Z-axis and / or the degrees of freedom of the mouse 12. In one embodiment, mouse 12 may include a plurality of actuator assemblies 54 to provide greater force, output force in multiple degrees of freedom, and / or output different tactile sensations simultaneously. . In other embodiments, the mouse 12 may be improved by providing a secondary, different type of actuator in addition to the actuator assembly described herein. In some embodiments, due to force forcing, this secondary actuator may be passive (ie, force damping). The passive actuator may be a brake, such as a very low power brake using a substance such as a magnetorheological fluid. Alternatively, the passive actuator may be a conventional magnetic brake. Passive braking means can be used via a frictional connection between the housing of the mouse 12 and the base surface 22. For example, a friction roller at the base of the housing of the mouse 12 may engage the base surface 22. This friction roller rotates freely when the user moves the mouse, unless a passive brake is applied. When the brake is applied, when the user moves the mouse 12, the user feels passive resistance (resistance in one or two degrees of freedom of the plane of the mouse 12). This passive resistance can provide an additional sensation that complements the "pulse" sensation and the "vibration" sensation. Other types of devices, such as joysticks, steering wheels, trackballs, etc., may also have additional actuators.

【0095】 ローカルマイクロプロセッサ510からの信号をアクチュエータアセンブリ5 4の駆動に適した信号に変換するために、アクチュエータアセンブリ54とロー カルマイクロプロセッサ510との間にアクチュエータ用のインターフェース5 16を接続してもよい。このアクチュエータ用のインターフェース516は、当 業者に周知であるように、電力増幅器、スイッチ、デジタル−アナログ制御器( DAC)、アナログ−デジタル制御器(DAC)及び他の構成要素を備えている 。2方向にアクチュエータを駆動するように回路構成する必要がある。この種の 2方向(周波)の作動のための回路構成は当業者において周知である。他の出力 装置518がマウス12に設けられており、使用者が操作すると、これらの他の 出力装置518はローカルマイクロプロセッサ510又はホストコンピュータシ ステム14に入力信号を送信する。これらの出力装置518はボタン16を備え 、他のボタン、ダイアル、スイッチ、スクロールホイール又は他のコントロール 手段や機構を備えていてもよい。An actuator interface 516 is connected between the actuator assembly 54 and the local microprocessor 510 to convert signals from the local microprocessor 510 into signals suitable for driving the actuator assembly 54. Is also good. The interface 516 for the actuator comprises power amplifiers, switches, digital-to-analog controllers (DACs), analog-to-digital controllers (DACs), and other components, as is well known to those skilled in the art. It is necessary to configure a circuit to drive the actuator in two directions. Circuit configurations for such two-way (frequency) operation are well known to those skilled in the art. Other output devices 518 are provided on the mouse 12 and, when operated by a user, these other output devices 518 send input signals to the local microprocessor 510 or the host computer system 14. These output devices 518 include buttons 16 and may include other buttons, dials, switches, scroll wheels, or other control means or mechanisms.

【0096】 アクチュエータ18に電力を供給するために、アクチュエータ用のインターフ ェース516及び/又はアクチュエータアセンブリ54に接続される電源520 をマウス12内に設けてもよい。あるいは、マウス12と分離して設けられた電 源により電力を供給してもよく、USB又は他のバスを介して電力を供給しても よい。また、供給された電力をマウス12で蓄電及び調整し、アクチュエータア センブリ54を駆動する必要があるときに使用し、あるいは例えばマウス12の 電源と共に補助的態様で使用してもよい。あるいは、この技術を電池の電力が触 覚アクチュエータの駆動に使用される、無線式のマウス12に使用することがで きる。一つの実施形態では、電池はマウスに搭載された発電機により充電され、 この発電機はマウス12を使用者が移動させることにより駆動される。例えば、 マウスボール又は円筒が発電機に連結された摩擦ローラやシャフトを回転させ、 電池を充電する。安全上の理由で使用者がアクチュエータアセンブリ54を非作 動とするための安全スイッチ532を設けてもよい。In order to supply power to the actuator 18, a power supply 520 connected to the interface 516 for the actuator and / or the actuator assembly 54 may be provided in the mouse 12. Alternatively, power may be supplied by a power source provided separately from the mouse 12, or power may be supplied via a USB or other bus. Further, the supplied power may be stored and adjusted by the mouse 12 and used when the actuator assembly 54 needs to be driven, or may be used in an auxiliary manner together with the power supply of the mouse 12, for example. Alternatively, this technique can be used for a wireless mouse 12 where battery power is used to drive a haptic actuator. In one embodiment, the battery is charged by a generator mounted on the mouse, which is driven by moving the mouse 12 by the user. For example, a mouse ball or cylinder rotates a friction roller or shaft connected to a generator to charge a battery. A safety switch 532 may be provided for the user to deactivate the actuator assembly 54 for safety reasons.

【0097】 図20は、本考案で使用されるGUIを表示したホストコンピュータ15の表 示装置26における画面の概略図であり、本考案の装置を使用してユーザが対話 可能なグラフィカル環境の一例である。本考案の触感フィードバック装置は、グ ラフィカルオブジェクトとの対話をより興味深く、かつ、より直感的なものとす る触覚的感覚を供給する。マウスの実施形態では、一般に、使用者はGUI上の グラフィカルオブジェクト及び情報を選択するためにカーソル546を制御する 。ウィンド550,552は、ホストコンピュータ14で実行中のアプリケーシ ョンプログラムからの情報を表示する。スタートボタン555等のメニュー頭だ しボタンを選択した後、使用者はメニュー554のメニュー要素556を選択す ることができる。アイコン556,560,561及びウェブリンク562も選 択可能な要素とし表示されている。これらのグラフィカルオブジェクトに関連す る触覚的感覚は、ローカルマイクロプロセッサ510又はホストコンピュータ1 4から出力された信号に基づいてアクチュエータアセンブリ54を使用すること により出力することができる。本考案のアクチュエータアセンブリは動作帯域の 範囲が広い。また、アクチュエータの観点からすると、本考案のアクチュエータ アセンブリは、入力信号が周期的波形を有するか、非周期的な信号であるパルス 等であるか否かにかかわらず、適切な信号により発生する制御可能あらゆる力感 覚を生成することができる。FIG. 20 is a schematic view of a screen on the display device 26 of the host computer 15 displaying the GUI used in the present invention, and is an example of a graphical environment in which a user can interact using the device of the present invention. It is. The tactile feedback device of the present invention provides a tactile sensation that makes interaction with graphical objects more interesting and more intuitive. In a mouse embodiment, the user typically controls a cursor 546 to select graphical objects and information on the GUI. The windows 550 and 552 display information from the application program running on the host computer 14. After selecting a menu heading button, such as start button 555, the user can select menu element 556 of menu 554. Icons 556, 560, 561 and web link 562 are also displayed as selectable elements. The haptic sensations associated with these graphical objects can be output by using actuator assembly 54 based on signals output from local microprocessor 510 or host computer 14. The actuator assembly of the present invention has a wide operating band. Also, from the actuator point of view, the actuator assembly of the present invention provides a control signal generated by an appropriate signal regardless of whether the input signal has a periodic waveform or a pulse that is an aperiodic signal. All possible force sensations can be generated.

【0098】 以下の場合に出力されるパルス(又は衝撃)感覚がここで説明したマウス装置 に要求される基本的な触覚的機能である。(a)カーソル546がメニュー55 4のメニュー要素556間を移動する場合。(b)カーソル546がアイコン5 556、ボタン、ハイパーリンク562又は他のグラフィカルターゲット上を移 動する場合。(c)ウィンド550,552の境界を横切る場合。(d)フロー チャートにおけるノード、図面の点又はスプレッドシートのセル等のソフトウェ アアプリケーションにおけるアプリケーション特有の要素上を通過する場合。こ の単純なカーソルの相互作用に適した感覚は、迅速で急な「パルス」又は「ポップ (pop)」である。この感覚は、例えば、慣性質量をわずかな振動回数だけ運動さ せることにより、慣性質量とマウスのハウジングとの間にはっきりした短時間の 力を印加することにより得られる。例えば、パルスには、所定の大きさまで速や かに上昇した後、消失又は迅速にゼロ又は小さい値まで減衰する単一の力のパル スが含まれる。これと同時に又はこれに代えて、可動カバー部等の接触部材の昇 降運動としてパルスを出力してもよい。The sense of pulse (or shock) output in the following cases is a basic tactile function required for the mouse device described here. (A) When the cursor 546 moves between the menu elements 556 of the menu 554. (B) The cursor 546 moves over an icon 5556, a button, a hyperlink 562, or other graphical target. (C) When crossing the boundaries of windows 550 and 552. (D) When passing over an application-specific element in a software application, such as a node in a flow chart, a point in a drawing, or a cell in a spreadsheet. A suitable sensation for this simple cursor interaction is a quick and steep “pulse” or “pop”. This sensation can be obtained, for example, by moving the inertial mass a small number of oscillations and applying a sharp, brief force between the inertial mass and the housing of the mouse. For example, a pulse includes a single force pulse that rises rapidly to a predetermined magnitude, then disappears or rapidly decays to zero or a small value. At the same time or alternatively, a pulse may be output as the vertical movement of the contact member such as the movable cover.

【0099】 一連のパルスを特定の周波数で特定の期間だけ周期的に印加するものである振 動を出力してもよい。力と時間による波形が正弦波、三角波、鋸刃状波又は他の 波形である時間変化する力を出力してもよい。振動は慣性質量又は接触部材の前 後振動により生じる。A vibration may be output in which a series of pulses are periodically applied at a specific frequency for a specific period. A time-varying force may be output in which the waveform according to force and time is a sine wave, a triangular wave, a sawtooth wave, or another waveform. The vibration is caused by the inertial mass or the back and forth vibration of the contact member.

【0100】 パルス及び/又は振動と、グラフィカルオブジェクト又はグラフィカルエリア 上のカーソルとを相関させることにより、「空間的織地(spatial texture)」の 感覚を出力してもよい。この力の感覚は平坦な作業空間におけるマウスの位置( 又はグラフィカルユーザインターフェースにおけるカーソルの位置)に依存する ものであってもよい。例えば、図形格子上でカーソルを引っ張り、パルスを格子 の開口の間隔と相関させればよい。例えば、カーソルがグラフィックオブジェク トのバンプの位置上を移動しているか否かに応じて織地バンプ(texture bump) が出力される。マウスが織地の「バンプ」の間に位置しているときは力が出力され ず、マウスがバンプ上を移動するときに力が出力される。これはホスト制御で実 行さてもよいし(例えば、カーソルが格子上で引っ張られるとホストコンピュー タがパルスを送信する。)、ローカル制御で実行されてもよい(例えば、ホスト は織地のパラメータに応じてハイレベルの命令を送信し、感覚は装置により直接 制御される。)。他の場合には、使用者に振動を与えることにより織地感覚を供 給してもよく、振動は平坦な作業空間上でのマウスの現在の速度に依存する。マ ウスが静止しているときには振動はなく、マウスが速く移動するほど、振動の周 波数及び大きさが増大する。織地感覚以外の他の空間的な力の感覚を出力するこ ともできる。また、必要に応じて、あらゆる所望の力の感覚をアクチュエータ1 8により同時に出力することができる。By correlating the pulses and / or vibrations with a cursor on a graphical object or graphical area, a sense of “spatial texture” may be output. This force sensation may depend on the position of the mouse in a flat workspace (or the position of the cursor in a graphical user interface). For example, the cursor may be dragged on the graphic grid and the pulse may be correlated with the spacing between the openings in the grid. For example, a texture bump is output depending on whether the cursor is moving over the bump location of the graphic object. No force is output when the mouse is positioned between the "bumps" of the fabric, but is output when the mouse moves over the bump. This may be performed under host control (eg, when the cursor is pulled over the grid, the host computer will send a pulse) or may be performed under local control (eg, the host may not be able to control the fabric parameters). In response, it sends a high-level command and the sensation is controlled directly by the device.) In other cases, the user may be provided with a texture sensation by applying vibration, which depends on the current speed of the mouse on a flat workspace. There is no vibration when the mouse is at rest, and the faster the mouse moves, the higher the frequency and magnitude of the vibration. It is also possible to output other spatial force sensations other than the texture sensation. In addition, any desired force sensation can be simultaneously output by the actuator 18 as needed.

【0101】 ホストコンピュータ14は、触感感覚をホストアプリケーションで生じる相互 作用やイベントと調和させることができる。メニュー554の個別のメニュー5 56を力と関連つけることができる。重要度すなわち使用頻度を示すために、あ る種のメニューの選択に対する感覚を他のメニューの選択に対する感覚よりも強 くしてもよい。すなわち、最も使用されるメニューの選択は、殆ど使用されない メニューの選択と比較して、より大きい(強い)パルスと関連付けられる。さら に、サブメニューが表示されたときに、パルス感覚を出力してもよい。The host computer 14 can coordinate tactile sensations with interactions and events that occur in the host application. An individual menu 556 of menu 554 can be associated with a force. To indicate importance, or frequency of use, the sensation of selecting certain menus may be stronger than the sensation of selecting other menus. That is, the most used menu selection is associated with a larger (stronger) pulse compared to the least used menu selection. Furthermore, when a submenu is displayed, a pulse feeling may be output.

【0102】 カーソル546とウィンドの相互作用に基づいて、パルス感覚を出力してもよ い。例えば、カーソル546がウィンド550又はウィンド552の境界を越え て移動したときにパルスが出力され、カーソル546がウィンドの境界内にある ときには織地感覚を出力すればよい。また、表示されたウェブページのリンク5 54、アイコン556等の選択可能なオブジェクト上に移動したときに、パルス を出力してもよい。また、カーソルが現在位置しているアイコンを表示するため に振動を出力してもよい。さらに、ウィンド550又はウィンド552に表示さ れている文書の特徴を力感覚と関連付けてもよい。A pulse feeling may be output based on the interaction between the cursor 546 and the window. For example, a pulse may be output when the cursor 546 moves beyond the boundary of the window 550 or 552, and a texture may be output when the cursor 546 is within the window boundary. Further, when the user moves on a selectable object such as the link 554 or the icon 556 of the displayed web page, a pulse may be output. Also, vibration may be output to display the icon where the cursor is currently located. Further, the characteristics of the document displayed in the window 550 or 552 may be associated with the force sensation.

【0103】 他の相互作用では、カーソルがアイコン556、フォルダ、ハイパーリンク5 62又は他のグラフィックターゲット上を移動するときに、パルス感覚を供給し てもよい。重要性又は単に他の要素と区別するために、いくつかの要素と関連す る感覚を、他の種類又は段階の要素よりも強くしてもよい。また、パルスの強さ をグラフィカル要素の表示寸法と関連付けてもよい。バックグランド状態のウィ ンドとは区別されるアクティブなウィンド、使用者により設定された優先順位の 異なるフォルダアイコン、ビジネスアプリケーションとは区別されるゲームのア イコン、ドロップダウンメニューに含まれるメニューの相違等を含む他のグラフ ィカルオブジェクトの特徴にパルスの大きさが依存してもよい。In other interactions, a pulse sensation may be provided as the cursor moves over icons 556, folders, hyperlinks 562, or other graphic targets. The sensations associated with some elements may be stronger than those of other types or stages, simply to distinguish them from significance or other elements. Also, the pulse strength may be associated with the display size of the graphical element. Active windows that are distinguished from windows in the background, folder icons with different priorities set by the user, game icons that are distinct from business applications, differences in menus included in drop-down menus, etc. The magnitude of the pulse may depend on the characteristics of other graphical objects, including.

【0104】 他の相互作用では、文書をスクロールしているときに、ページの境目又は他の 境界を表示するために、パルス感覚を使用することができる。例えば、スクロー ルされているページの特定の領域がウインドの特定の領域を通過するときに、パ ルス感覚を出力する。スクロールの速度を示すために、振動の周波数を使用する ことができる。他のスクロールに関連する相互作用では、スクロールバーの下向 きの矢印が押されたときに、振動を装置に供給してスクロール処理中であること を示してもよい。グラフィックのスライダがその動程の終端に達したときに、動 程の終端に達したことを表示するためにパルスを使用することができる。「ティ ックマーク(tick mark)」を備えるスライドバーを使用する場合には、「ティ ック」の位置を示すためにパルス感覚を使用することができる。スライダが中央 に達したことを使用者に知らせるためにパルスを出力してもよい。寸法の異なる ティックには異なる強さのパルスを使用することができる。音量調節にパルスを 使用することもできる。他の相互作用では、現在の音量を使用者に知らせるため に、振動の大きさ及び/又は周波数を音量調節の調整と関連付けることもできる 。In another interaction, a pulse sensation can be used to display page boundaries or other boundaries when scrolling through a document. For example, when a specific area of a scrolled page passes through a specific area of a window, a pulse sensation is output. The frequency of the vibration can be used to indicate the speed of the scroll. In other scroll related interactions, when the down arrow of the scroll bar is pressed, vibration may be provided to the device to indicate that the scrolling process is in progress. When the graphic slider reaches the end of its travel, a pulse can be used to indicate that the end of the travel has been reached. When using a slide bar with a "tick mark", a pulse sensation can be used to indicate the position of the "tick". A pulse may be output to inform the user that the slider has reached the center. Different strength pulses can be used for ticks of different dimensions. Pulses can be used for volume control. In other interactions, the magnitude and / or frequency of the vibration may be associated with adjusting the volume control to inform the user of the current volume.

【0105】 他の相互作用では、アイコン等のグラフィカルユーザーインターフェース中の グラフィカルオブジェクトをドラッグしているとき、又はライン等の要素を引き 延ばしているときに、その機能がアクティブであることを使用者に示すために振 動感覚を使用することができる。使用者がある機能を実行している場合に、その 機能(例えば、カット又はペースト)が実行されていることを示すために、パル ス感覚を使用することができる。Another interaction is when the user is dragging a graphical object in a graphical user interface, such as an icon, or stretching an element, such as a line, to inform the user that the function is active. Vibration sensation can be used to indicate. If the user is performing a function, the pulse sensation can be used to indicate that the function (eg, cut or paste) is being performed.

【0106】 使用者が終了させた又は終了させていない特定のイベントと、触感的感覚を関 連付けてもよい。例えば、電子メールが到着したり、アポイントメントリマイン ダが表示されてり、ゲームイベントが生じたときに、使用者にそのイベントを通 知するためにパルス又は振動を出力することができる。エラーメッセージ又は他 のシステムイベントがホストコンピュータのダイアログボックスに表示されたと きに、使用者の注意を喚起するために、パルス又は振動を使用してもよい。ホス トシステムが処理中で、使用者に待機を要求しているときに、処理終了を示すた めにパルス感覚を送信してもよい。異なる種類のイベント又は同種の異なるイベ ントを表すために、触感的感覚を変更することができる。例えば、特定の使用者 による電子メールの送信、イベントの優先順位、又は特定のタスク(例えばネッ トワークを介しての文書やデータのダウンロード)の開始ないしは終了等の、異 なるイベント又は異なる特徴のイベントを区別するために、異なる周波数及び/ 又は大きさの振動をそれぞれに使用することができる。A particular event that has been or has not been terminated by the user may be associated with a tactile sensation. For example, when an email arrives, an appointment reminder is displayed, and a game event occurs, a pulse or vibration can be output to notify the user of the event. Pulses or vibrations may be used to alert the user when an error message or other system event is displayed in a dialog box on the host computer. When the host system is processing and requesting the user to wait, a pulse sensation may be sent to indicate the end of the processing. The tactile sensations can be modified to represent different types of events or different events of the same type. Different events or events with different characteristics, such as the sending of an e-mail by a particular user, the priority of an event, or the start or end of a particular task (eg downloading a document or data over a network). , Different frequencies and / or magnitudes of vibration can be used for each.

【0107】 多くの触感的感覚を特定のアプリケーション内で生じる対話及びイベントに関 連付けることができる。例えば、ゲームアプリケーションでは、エンジン振動、 武器の発砲、破壊及び衝突、悪路、爆発等のゲームにおける種々のアクション及 びイベントを向上するために、広範な種類の周期的な感覚を使用することができ る。これらの感覚は、米国特許第5,691,898号に記載されているように 、ボタンの反射作用としても実行することができる。Many tactile sensations can be associated with interactions and events that occur within a particular application. For example, gaming applications may use a wide variety of periodic sensations to enhance various actions and events in the game, such as engine vibration, weapon firing, destruction and collision, rough roads, explosions, etc. it can. These sensations can also be performed as a button reflex, as described in US Pat. No. 5,691,898.

【0108】 スプレッドシート系のアプリケーションでは、カーソルが一つの要素すなわち セルから他のセルに移動したことを示すために、パルス感覚を使用することがで きる。特定の又は予め定めた行、列又はセルに達したことを示すために、より強 いパルスを使用することができる。ワードプロセッサでは、単語間の境界、単語 間のスペース、行間、パンクチュエーション、ハイライト、太字、又は他の注目 される要素をユーザが感知するように、パルス感覚を出力することができる。「 スプレー缶」のメタファーを使用して使用者が色付きのピクセルを設けることが てきるドロー系のアプリケーションでは、スプレー缶のメタファーが使用者にと ってより魅力的なものとなるように、「スプレー」処理中に振動を出力してもよ い。また、ドロー系やCADのプログラムは、表示された(又は不可視)のグリ ッドラインやドット、描いているオブジェクトの制御ポイン、オブジェクトの輪 郭や縁等の、パルス又は他の感覚と関連付けることができる多くの特徴がある。 ウェブページでは、ウェブページのリンク、エントリーテキストボックス、グラ フィカルボタン及びイメージ等のウェブにおけるオブジェクトについて使用者の 体験を向上するために、パルス又は振動を使用することができる。In a spreadsheet-based application, a pulse sensation can be used to indicate that the cursor has moved from one element, ie, cell, to another cell. Stronger pulses can be used to indicate that a particular or predetermined row, column or cell has been reached. In word processors, pulse sensations can be output so that the user senses boundaries between words, spaces between words, line spacing, punctuation, highlights, bold, or other elements of interest. In draw-based applications where the user can use the “spray can” metaphor to provide colored pixels, the “spray can” metaphor should be made more attractive to the user. Vibration may be output during the “spray” process. Draw or CAD programs can also be associated with pulses or other sensations, such as displayed (or invisible) grid lines and dots, control points for the object being drawn, contours and edges of the object, etc. There are many features. In web pages, pulses or vibrations can be used to enhance the user's experience with objects on the web such as web page links, entry text boxes, graphical buttons and images.

【0109】 特定の特徴については使用者がパルスフィードバックをオン又はオフすること を望む場合もあり得る。フィードバック感覚は、チェックボックス等のソフトウ ェア上の選択、及び/又はマウスの押しボタン等のハードウェアにより、作動又 は非作動とできることが好ましい。他の例ないしは実施形態では、マウスの移動 速度に応じて、ある特徴についてフィードバック感覚を作動又は非作動としても よい。例えば、使用者が表示されたデスクトップを非常に迅速に横切るようにカ ーソルを移動させた場合、使用者はカーソルの経路上にあるグラフィカルオブジ ェクトの選択しようとはしていないものとみなせる。そこで、ホストソフトウェ ア(又はローカルマイクロプロセッサにより実行されるソフトウェア/ファーム ウエア)は閾値速度より高速でカーソルが移動している場合、パルスを減弱又は 消失させる。これとは逆に、使用者がカーソルを緩やかに移動させた場合には、 パルスがアクティブとされるか、大きなパルスで強調がなされる。[0109] For certain features, the user may wish to turn pulse feedback on or off. Preferably, the feedback sensation can be activated or deactivated by software selections, such as check boxes, and / or hardware, such as mouse push buttons. In other examples or embodiments, the feedback sensation for a feature may be activated or deactivated, depending on the speed of the mouse movement. For example, if the user moves the cursor very quickly across the displayed desktop, the user can be deemed not to try to select a graphical object on the path of the cursor. Thus, the host software (or software / firmware executed by the local microprocessor) attenuates or eliminates the pulse if the cursor is moving faster than the threshold speed. Conversely, if the user moves the cursor slowly, the pulse is activated or emphasized with a large pulse.

【0110】 ソフトウェアの設計者は、スクリーンのある領域上にカーソルを位置させると ソフトウェアの機能に使用者がアクセスでき、マウスのボタンを押す動作を不要 とすることを望む場合がある(通常「クリック」と呼ばれる動作で機能を実行す るのが一般的である。)。使用者はボタンを押すことで物理的に実行を確認して いるので、現状では「クリックレス」での機能を実行させるのは問題がある。本 考案の触感フィードバック型マウスに送信されるパルスは、使用者がボタンを押 す必要のない物理的な確認として機能し得る。例えば、使用者がウェブページ上 にカーソルを配置し、所定時間だけカーソルが所定領域内に留まると、関連する 機能が実行され、触感的感覚により使用者に通知される。Software designers may wish that hovering the cursor over an area of the screen would allow the user to access software functionality and eliminate the need to press a mouse button (usually a “click”). In general, a function is executed by an operation called ".).) At present, there is a problem in executing “clickless” functions, because the user physically confirms execution by pressing a button. The pulse sent to the tactile feedback mouse of the present invention can serve as a physical confirmation without the user having to press a button. For example, when a user places a cursor on a web page and the cursor stays within a predetermined area for a predetermined time, a related function is executed, and the user is notified with a tactile sensation.

【0111】 図19を参照して説明したように、主たるアクチュエータ54を補助するため に低出力のブレーキ等の二次的なアクチュエータを使用する場合、パッシブな抵 抗を上記した「パルス」及び「振動」感覚を補う追加の感覚とすることができる 。例えば、使用者がアイコンをドラッグしたり、イメージを引き延ばしたときに 、パッシブな抵抗が使用者にドラッグ(制動)感覚を与える。アクティブな触感 的感覚とパッシブな触感的感覚は相互依存的に使用することができる。例えば、 パッシブな抵抗はメニューアイテムの選択時にマウスの移動を減速させるために 有用であるが、パッシブなフィードバックは使用者がマウスを移動させた場合に のみ出力されるので、マウスは停止又は低速移動時にはアクティブなフィードバ ックの出力が有用である。As described with reference to FIG. 19, when a secondary actuator such as a low-power brake is used to assist the main actuator 54, the passive resistance is changed to “pulse” and “pulse” as described above. It can be an additional sensation that complements the "vibration" sensation. For example, when the user drags the icon or stretches the image, the passive resistance gives the user a drag (braking) sensation. Active and tactile sensations can be used interdependently. For example, passive resistance is useful to slow down the mouse movement when selecting a menu item, but passive feedback is only output when the user moves the mouse, so the mouse stops or moves slowly. Sometimes an active feedback output is useful.

【0112】 本考案を種々の実施形態に基づいて説明したが、変更、置換及び均等物は、明 細書及び図面から当業者にとって明らかである。例えば、本考案のアクチュエー タアセンブリに種々の異なる触感的感覚を供給することができ、アクチュエータ アセンブリに種々の異なる回転アクチュエータを使用することができる。慣性質 量又は接触部材に必要な自由度を与えることができる異なる構成のたわみ体を使 用することができる。また、説明を明確にするために使用している用語は、本考 案を限定するためのものではない。従って、実用新案登録請求の範囲の請求項は 、変更、置換及び均等物を本考案の真の精神及び範囲に含んでいる。While the invention has been described with reference to various embodiments, modifications, substitutions and equivalents will be apparent to those skilled in the art from the description and drawings. For example, a variety of different tactile sensations can be provided to the actuator assembly of the present invention, and a variety of different rotary actuators can be used for the actuator assembly. Different configurations of flexures can be used that can provide the required degree of freedom for the amount of inertia or the contact members. The terms used to clarify the description are not intended to limit the present invention. Therefore, the claims of the utility model registration include changes, substitutions and equivalents in the true spirit and scope of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 ホストコンピュータに接続された本考案の触
感フィードバックインターフェース装置を備えるシステ
ムの斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a system including a tactile feedback interface device of the present invention connected to a host computer.

【図2】 使用者に慣性力を供給する図1の触感フィー
ドバックインターフェース装置の実施形態であるマウス
の側方断面図である。
2 is a side cross-sectional view of a mouse that is an embodiment of the tactile feedback interface device of FIG. 1 that supplies inertial force to a user.

【図3】 本考案での使用に適したアクチュエータアセ
ンブリの実施形態を側方から見た斜視図である。
FIG. 3 is a side perspective view of an embodiment of an actuator assembly suitable for use with the present invention.

【図4】 本考案での使用に適したアクチュエータアセ
ンブリの実施形態の側面図である。
FIG. 4 is a side view of an embodiment of an actuator assembly suitable for use with the present invention.

【図5】 図3及び図4のアクチュエータアセンブリの
たわみ位置での側面図である。
FIG. 5 is a side view of the actuator assembly of FIGS. 3 and 4 in a flexed position.

【図6】 使用者に付加的な接触力を供給する図2の触
感フィードバックインターフェース装置のマウスの側方
断面図である。
FIG. 6 is a side cross-sectional view of a mouse of the tactile feedback interface device of FIG. 2 for providing additional contact force to a user.

【図7】 慣性質量として運動する本考案のアクチュエ
ータアセンブリの実施形態の概略図である。
FIG. 7 is a schematic view of an embodiment of the actuator assembly of the present invention moving as an inertial mass.

【図8】 図7のアクチュエータアセンブリの実施形態
の斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view of an embodiment of the actuator assembly of FIG. 7;

【図9】 図7のアクチュエータアセンブリの実施形態
の斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view of an embodiment of the actuator assembly of FIG. 7;

【図10】 図7のアクチュエータアセンブリの実施形
態の斜視図である。
FIG. 10 is a perspective view of an embodiment of the actuator assembly of FIG. 7;

【図11】 図7のアクチュエータアセンブリの実施形
態の斜視図である。
FIG. 11 is a perspective view of an embodiment of the actuator assembly of FIG. 7;

【図12】 図7のアクチュエータアセンブリの実施形
態の斜視図である。
FIG. 12 is a perspective view of an embodiment of the actuator assembly of FIG. 7;

【図13】 図7のアクチュエータアセンブリの実施形
態を含む、図2の触感フィードバックインターフェース
装置のマウスの実施形態の側方断面図である。
FIG. 13 is a side cross-sectional view of a mouse embodiment of the tactile feedback interface device of FIG. 2, including an embodiment of the actuator assembly of FIG. 7;

【図14】 図11の触感フィードバックインターフェ
ース装置で使用されるアクチュエータアセンブリの斜視
図である。
FIG. 14 is a perspective view of an actuator assembly used in the haptic feedback interface device of FIG. 11;

【図15】 図11の触感フィードバックインターフェ
ース装置で使用されるアクチュエータアセンブリの斜視
図である。
FIG. 15 is a perspective view of an actuator assembly used in the tactile feedback interface device of FIG. 11;

【図16】 図11の触感フィードバックインターフェ
ース装置で使用されるアクチュエータアセンブリの平面
図である。
FIG. 16 is a plan view of an actuator assembly used in the tactile feedback interface device of FIG. 11;

【図17】 (a)及び(b)は、図7のアクチュエー
タアセンブリの実施形態の分解斜視図である。
17 (a) and (b) are exploded perspective views of the embodiment of the actuator assembly of FIG. 7;

【図18】 (a)及び(b)は、図17(a),
(b)のアクチュエータアセンブリを示す図である。
18 (a) and (b) show FIGS. 17 (a),
It is a figure showing the actuator assembly of (b).

【図19】 触感フィードバックインターフェース装置
と、本考案で使用されるホストコンピュータの実施形態
を示すブロック図である。
FIG. 19 is a block diagram showing an embodiment of a tactile feedback interface device and a host computer used in the present invention.

【図20】 本考案により実行される触感フィードバッ
クインターフェースを供給する要素を備えるグラフィカ
ルユーザインターフェースを示す図である。
FIG. 20 is a diagram illustrating a graphical user interface including elements for providing a tactile feedback interface implemented according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12,40,120 マウス 14 ホストコンピュータ 50 ハウジング 54,200,300,450 アクチュエータアセン
ブリ 62 センサ 66 アクチュエータ 68,80,320 たわみ体 70,97 慣性質量 122 可動カバー部 202 回転アクチュエータ 205 伝動機構 206 回転部材
12, 40, 120 Mouse 14 Host computer 50 Housing 54, 200, 300, 450 Actuator assembly 62 Sensor 66 Actuator 68, 80, 320 Flexure 70, 97 Inertial mass 122 Movable cover 202 Rotary actuator 205 Transmission mechanism 206 Rotating member

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成13年2月20日(2001.2.2
0)
[Submission date] February 20, 2001 (2001.2.2)
0)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】全図[Correction target item name] All figures

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図1】 FIG.

【図3】 FIG. 3

【図2】 FIG. 2

【図4】 FIG. 4

【図5】 FIG. 5

【図6】 FIG. 6

【図7】 FIG. 7

【図8】 FIG. 8

【図9】 FIG. 9

【図10】 FIG. 10

【図11】 FIG. 11

【図13】 FIG. 13

【図12】 FIG.

【図14】 FIG. 14

【図15】 FIG.

【図16】 FIG. 16

【図17】 FIG.

【図18】 FIG.

【図20】 FIG.

【図19】 FIG.

Claims (21)

【実用新案登録請求の範囲】[Utility model registration claims] 【請求項1】 ホストアプリケーションプログラムを実
行するホストコンピュータに接続され、使用者により操
作される、触感フィードバックインターフェース装置で
あって、 使用者により物理的に接触される、ハウジングと、 上記使用者による上記触感フィードバックインターフェ
ース装置の操作を検出し、上記操作を示す検出信号を出
力する、センサと、 上記ハウジングに連結され、回転力を出力するために作
動する、アクチュエータと、 上記アクチュエータを上記ハウジングに連結するたわみ
体とを備え、 上記たわみ体は、単一の部材であり、このたわみ体の一
部をほぼ直線的に運動をさせる複数のたわみ継手を備
え、上記アクチュエータにより出力された回転力が直線
運動に変換され、この直線運動により使用者へ伝達され
る力が発生する、触感フィードバックインターフェース
装置。
1. A tactile feedback interface device connected to a host computer executing a host application program and operated by a user, wherein the housing is physically contacted by a user; A sensor for detecting an operation of the tactile feedback interface device and outputting a detection signal indicating the operation, an actuator coupled to the housing, and operating to output a rotational force; and coupling the actuator to the housing. The flexible body is a single member, and includes a plurality of flexible joints for moving a part of the flexible body substantially linearly, and the rotational force output by the actuator is linearly moved. And the force transmitted to the user by this linear motion is Raw to, tactile feedback interface device.
【請求項2】 上記直線運動は、上記使用者により上記
触感フィードバックインターフェース装置が移動される
平坦作業空間に対して垂直な軸にほぼ沿っている、請求
項1に記載の触感フィードバックインターフェース装
置。
2. The haptic feedback interface device according to claim 1, wherein the linear movement is substantially along an axis perpendicular to a flat work space in which the haptic feedback interface device is moved by the user.
【請求項3】 上記アクチュエータによる上記回転力の
出力時に慣性質量が直線的に運動するように、上記たわ
み体の一部が慣性質量に連結され、 上記慣性質量による慣性力が上記ハウジングを介して上
記使用者に伝達される、請求項1又は請求項2に記載の
触感フィードバックインターフェース装置。
3. A part of the flexure is connected to an inertial mass so that the inertial mass moves linearly when the actuator outputs the rotational force. The inertial force by the inertial mass is transmitted through the housing. The tactile feedback interface device according to claim 1 or 2, which is transmitted to the user.
【請求項4】 上記慣性質量は上記アクチュエータであ
る、請求項3に記載の触感フィードバックインターフェ
ース装置。
4. The tactile feedback interface device according to claim 3, wherein the inertial mass is the actuator.
【請求項5】 少なくとも上記触感フィードバックイン
ターフェース装置と、上記触感フィードバックインター
フェース装置を支持する硬質面との間に、柔軟層が配置
されている、請求項3又は請求項4のいずれか1項に記
載の触感フィードバックインターフェース装置。
5. The flexible layer according to claim 3, wherein a flexible layer is arranged at least between the tactile feedback interface device and a hard surface supporting the tactile feedback interface device. Tactile feedback interface device.
【請求項6】 上記アクチュエータの回転シャフトが上
記触感フィードバックインターフェース装置が載置され
ている面に対してほぼ垂直な軸回りに回転するように、
上記アクチュエータが配置されている、請求項1から請
求項5のいずれか1項に記載の触感フィードバックイン
ターフェース装置。
6. The actuator according to claim 1, wherein the rotation shaft of the actuator rotates about an axis substantially perpendicular to a surface on which the tactile feedback interface device is mounted.
The tactile feedback interface device according to any one of claims 1 to 5, wherein the actuator is arranged.
【請求項7】 上記直線運動が上記ホストコンピュータ
により表示されるグラフィック表示と相関し、上記平坦
作業空間における上記触感フィードバックインターフェ
ース装置の位置が上記グラフィックス表示に表示される
カーソルの位置と対応している、請求項1から請求項6
のいずれか1項に記載の触感フィードバックインターフ
ェース装置。
7. The linear motion correlates with a graphic display displayed by the host computer, and a position of the tactile feedback interface device in the flat workspace corresponds to a position of a cursor displayed on the graphic display. Claims 1 to 6
The tactile feedback interface device according to claim 1.
【請求項8】 ホストアプリケーションプログラムを実
行するホストコンピュータに接続され、使用者により操
作される、触感フィードバックインターフェース装置で
あって、 使用者により物理的に接触される、触感フィードバック
インターフェース装置のハウジングと、 上記使用者による上記触感フィードバックインターフェ
ース装置の操作を検出し、上記操作を示す検出信号を出
力する、センサと、 上記ハウジングに連結され、力を出力するために作動す
る、アクチュエータと、 上記アクチュエータを上記ハウジングに連結し、上記ハ
ウジングに対して上記アクチュエータを運動させる機構
とを備え、 上記アクチュエータは、上記使用者に対して慣性力を供
給するための動作時に、慣性質量として機能する、触感
フィードバックインターフェース装置。
8. A tactile feedback interface device connected to a host computer executing a host application program and operated by a user, the housing of the tactile feedback interface device being physically contacted by a user; A sensor for detecting an operation of the tactile feedback interface device by the user and outputting a detection signal indicating the operation; an actuator coupled to the housing and operating to output a force; A mechanism coupled to a housing for moving the actuator relative to the housing, wherein the actuator functions as an inertial mass during operation to supply inertial force to the user, Face equipment.
【請求項9】 上記アクチュエータは上記デバイスハウ
ジングに対してほぼ直線的に運動し、この運動は上記ア
クチュエータにより出力される力により生じるものであ
る、請求項8に記載の触感フィードバックインターフェ
ース装置。
9. The haptic feedback interface device according to claim 8, wherein the actuator moves substantially linearly with respect to the device housing, the movement being caused by a force output by the actuator.
【請求項10】 上記アクチュエータにより出力される
力は回転力である、請求項8又は請求項9に記載の触感
フィードバックインターフェース装置。
10. The tactile feedback interface device according to claim 8, wherein the force output by the actuator is a rotational force.
【請求項11】 上記使用者が上記触感フィードバック
インターフェース装置の操作手段を移動させることがで
きるX−Y平面に対してほぼ垂直であるZ軸方向に、上
記アクチュエータがほぼ直線的に運動する、請求項8か
ら請求項10のいずれか1項に記載の触感フィードバッ
クインターフェース装置。
11. The actuator moves substantially linearly in a Z-axis direction substantially perpendicular to an XY plane on which the user can move operating means of the tactile feedback interface device. The tactile feedback interface device according to any one of items 8 to 10.
【請求項12】 上記アクチュエータは接触部材に連結
され、上記アクチュエータの運動時に、上記接触部材が
運動し、上記触感フィードバックインターフェース装置
の通常操作時には上記使用者は上記接触部材に物理的に
接触し、上記使用者への上記慣性力の伝達中は、上記接
触部材が接触力を使用者に伝達する、請求項8から請求
項11のいずれか1項に記載の触感フィードバックイン
ターフェース装置。
12. The actuator is connected to a contact member, the contact member moves when the actuator moves, and the user physically contacts the contact member during normal operation of the tactile feedback interface device. The tactile feedback interface device according to any one of claims 8 to 11, wherein the contact member transmits the contact force to the user during the transmission of the inertial force to the user.
【請求項13】 上記機構は少なくとも2個のたわみ継
手を有するたわみ体を備える、請求項8から請求項12
のいずれか1項に記載の触感フィードバックインターフ
ェース装置。
13. The apparatus of claim 8, wherein the mechanism comprises a flexible body having at least two flexible joints.
The tactile feedback interface device according to claim 1.
【請求項14】 上記直線運動が上記ホストコンピュー
タにより表示されるグラフィック表示と相関し、上記平
坦作業空間における上記触感フィードバックインターフ
ェース装置の位置が上記グラフィックス表示に表示され
るカーソルの位置と対応している、請求項8から請求項
13のいずれか1項に記載の触感フィードバックインタ
ーフェース装置。
14. The linear motion correlates with a graphic display displayed by the host computer, and a position of the tactile feedback interface device in the flat workspace corresponds to a position of a cursor displayed on the graphic display. The tactile feedback interface device according to any one of claims 8 to 13.
【請求項15】 上記アクチュエータの回転シャフトが
上記触感フィードバックインターフェース装置が載置さ
れている面に対してほぼ垂直な軸回りに回転するよう
に、上記アクチュエータが配置されている、請求項8か
ら請求項14のいずれか1項に記載の触感フィードバッ
クインターフェース装置。
15. The actuator according to claim 8, wherein the actuator is arranged such that a rotary shaft of the actuator rotates about an axis substantially perpendicular to a plane on which the tactile feedback interface device is mounted. Item 15. The tactile feedback interface device according to any one of items 14.
【請求項16】 少なくとも上記触感フィードバックイ
ンターフェース装置と、上記触感フィードバックインタ
ーフェース装置を支持する硬質面との間に、柔軟層が配
置され、この柔軟層は上記慣性力を増大させる、請求項
8から請求項15のいずれか1項に記載の触感フィード
バックインターフェース装置。
16. A flexible layer is disposed between at least the tactile feedback interface device and a hard surface supporting the tactile feedback interface device, the flexible layer increasing the inertial force. Item 16. The tactile feedback interface device according to any one of items 15.
【請求項17】 上記たわみ体は、上記アクチュエータ
のシャフトが最大回転のうちの所定回転範囲を超えて回
転するのを防止するための、少なくとも1個の止め部を
備える、請求項8から請求項16のいずれか1項に記載
の触感フィードバックインターフェース装置。
17. The flexible body according to claim 8, wherein the flexible body has at least one stop for preventing the shaft of the actuator from rotating beyond a predetermined rotation range of the maximum rotation. The haptic feedback interface device according to any one of Claims 16 to 16.
【請求項18】 ホストアプリケーションプログラムを
実行するホストコンピュータに接続されて使用者により
操作される触感フィードバックインターフェース装置に
おいて使用される、アクチュエータアセンブリであつ
て、 ハウジングと回転シャフトとを備え、上記触感フィード
バックインターフェース装置のハウジングに接続され、
力を出力するために作動する、アクチュエータと、上記
アクチュエータを上記触感フィードバックインターフェ
ース装置のハウジングに連結し、上記アクチュエータの
ハウジングと上記回転シャフトを上記触感フィードバッ
クインターフェース装置のハウジングに対して運動さ
せ、この運動は上記出力された力により引き起こされる
ものである、機構とを備え、 上記アクチュエータは、上記触感フィードバックインタ
ーフェースの使用者に伝達される慣性力を供給するため
の動作時に、慣性質量として機能する、アクチュエータ
アセンブリ。
18. An actuator assembly for use in a haptic feedback interface device operated by a user connected to a host computer executing a host application program, the actuator assembly comprising a housing and a rotating shaft, wherein the haptic feedback interface is provided. Connected to the housing of the device,
An actuator operable to output a force, coupling the actuator to the housing of the tactile feedback interface device, and moving the housing of the actuator and the rotating shaft relative to the housing of the tactile feedback interface device; Wherein the actuator is actuated as an inertial mass during operation to supply an inertial force transmitted to a user of the haptic feedback interface. assembly.
【請求項19】 上記アクチュエータはほぼ直線的に運
動し、上記アクチュエータにより出力される力は回転力
である、請求項18に記載のアクチュエータアセンブ
リ。
19. The actuator assembly according to claim 18, wherein the actuator moves substantially linearly, and the force output by the actuator is a rotational force.
【請求項20】 上記アクチュエータを運動させる機構
は、少なくとも1個のたわみ継手を備えるたわみ体であ
る、請求項18又は請求項19に記載のアクチュエータ
アセンブリ。
20. The actuator assembly according to claim 18, wherein the mechanism for moving the actuator is a flexible body including at least one flexible joint.
【請求項21】 上記アクチュエータの回転シャフトは
上記少なくとも1個のたわみ継手を備えるたわみアーム
に連結され、このたわみアームはキャリッジに弾性的に
連結された基部に連結され、上記キャリッジは上記アク
チュエータのハウジングを保持している、請求項20に
記載のアクチュエータアセンブリ。
21. A rotary shaft of the actuator is connected to a flexible arm comprising the at least one flexible coupling, the flexible arm being connected to a base resiliently connected to a carriage, wherein the carriage is connected to a housing of the actuator. 21. The actuator assembly according to claim 20, wherein
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Cited By (4)

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JP2011181111A (en) * 2001-07-16 2011-09-15 Immersion Corp Pivotable computer interface
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CN112650400A (en) * 2019-10-09 2021-04-13 东友科技股份有限公司 Mouse and shell with flexible curved surface
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