JP3890237B2

JP3890237B2 - ゲームパッドデバイスのための力フィードバック機構

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Publication number: JP3890237B2
Application number: JP2002020751A
Authority: JP
Inventors: エー．マーザンスキークリス; ティー．ニールセンカート; エル．ゴードンゲイリー
Original assignee: Microsoft Corp
Current assignee: Microsoft Corp
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2022-01-29
Also published as: EP1226852A3; EP1226852A2; JP2002342021A; TWI254874B; US20020103025A1; US7503852B2; US20050009606A1; US20030195042A1; US20050085299A1; US7507158B2; US6641480B2; DE60220558D1; DE60220558T2; US6824468B2; EP1226852B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、ホストコンピューティングデバイスとともに使用されるハンドヘルド（ｈａｎｄ−ｈｅｌｄ）ユーザ入力デバイスにおいて力を発生する機構に関し、より詳細には、ホストコンピューティングデバイスからの信号に応答して、ハンドヘルドユーザ入力デバイスのハウジング（ｈｏｕｓｉｎｇ）上に、指向性触覚フィードバック（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｈａｐｔｉｃｆｅｅｄｂａｃｋ）を付与する機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ホストコンピュータ上で実行されるシミュレーションまたはゲームプレイ中に、ホストコンピュータからの信号に応答して力フィードバックを提供するために、いくつかの触覚ユーザ入力デバイス（ｈａｐｔｉｃｕｓｅｒｉｎｐｕｔｄｅｖｉｃｅ）が開発されている。例えば、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社のＳＩＤＥＷＩＮＤＥＲ（登録商標）ジョイスティックは、ホストコンピュータからジョイスティックに伝達されるコマンドに基づいて、コンピュータゲームにおいて起こるイベントに応答してジョイスティックを把持しているユーザに触覚フィードバックを提供する。例えば、コンピュータゲームの実行中に表示されるシミュレートされるキャラクタに、丸石など、シミュレートされる発射体が当たった場合、ホストコンピュータからの信号により、ジョイスティックハウジング中のアクチュエータが、ジョイスティックをシミュレートされる発射体の経路と同じ方向に急激に動かす。アクチュエータによって制御ハンドル上に生成される力は、ジョイスティック制御ハンドルを把持している、ユーザの手に触覚感覚（ｈａｐｔｉｃｓｅｎｓａｔｉｏｎ）を付与し、キャラクタに発射体が当たったことを示す。別の例では、ユーザが、ジョイスティック制御ハンドルを適切な方向に動かすことによって、シミュレートされるキャラクタにシミュレートされる壁中に動くよう命令した場合、ホストコンピュータからの信号によりアクチュエータが、その方向におけるジョイスティック制御ハンドルのユーザの動きに抵抗する力を生成する。この力は、ジョイスティックを把持しているユーザの手に触覚感覚を付与し、ジョイスティックによって制御されるシミュレートされるキャラクタが壁中に入り込んだことを示す。
【０００３】
同様に、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社のＳＩＤＥＷＩＮＤＥＲ（登録商標）ホイールは、車両シミュレーションがその上で実行されているホストコンピュータからの信号に応答して、ホイールを把持し、かつそれを使用してシミュレートされる車両を制御しているユーザに、触覚フィードバックを提供する。シミュレートされる車両がシミュレートされる壁に当たってそこから跳ね返った場合、シミュレーションからの信号により、ホイールが取り付けられているシャフトに結合されたアクチュエータがシミュレートされる車両が跳ね返るのと同じ方向にホイールを急激に回す。ホイールはまた、車両がその上で進行しているシミュレートされる粗い表面に応答して振動する。
【０００４】
触覚ジョイスティックおよび触覚ホイールとは対照的に、力フィードバックは一般に、ゲームパッド入力デバイスに異なる方式で適用される。ゲームパッド入力デバイスは、通常ユーザの親指によって作動するマルチポジションロッカースイッチを使用して、ホストコンピュータまたはコンピューティングデバイスのスクリーン上のオブジェクトを制御する入力信号を供給する。ゲームパッド入力デバイスは、ユーザによって把持される制御ハンドルまたはホイールを含まないので、触覚フィードバックはユーザによって保持された制御構成要素に直接的に適用できない。代わりに、従来技術の触覚ゲームパッド入力デバイスでは、ホストコンピューティングデバイスからの信号に応答して、ゲームパッドのハウジングに加えられる振動が生成されている。ゲームパッドユーザ入力デバイスのハウジングの振動はしばしば、オフセットカウンタウェイトを回転させるか、または電磁デバイスを付勢および消勢することによって生成される。そのような振動は特定の軸に沿って指向性の力フィードバック（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｆｏｒｃｅｆｅｅｄｂａｃｋ）を提供しない。したがって、ジョイスティック制御ハンドル、ホイール、またはデバイスのハウジングに対して把持および移動が可能な他の制御部材を含まない、いくつかのゲームパッドハンドヘルドデバイスには、無指向性振動が現在使用されている。振動を提供する比較的簡単な機構はゲームパッドに実質的なウェイトを追加せず、したがってユーザの支持がより快適になる。
【０００５】
しかしながら、ユーザに指向性触覚フィードバックを提供することによって、ゲームパッドなどのハンドヘルド入力デバイスについてのユーザの経験を高めることが望ましいであろう。米国特許第５６４３０８７号に１つの手法が開示されており、ユーザの手の親指または他の指を抱える移動可能な部材を持つハンドヘルド入力デバイスが記載されている。したがって、移動可能な部材は、把持可能でない小型ジョイスティック制御ハンドルに匹敵するが、ユーザの指の周りで少なくとも部分的に回ることによって、ユーザとのより効果的な接触を提供する。移動可能な部材は、２つの直交する軸に対して移動可能であり、これらの直交する軸の一方または両方に沿って指向された触覚力を受ける。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の手法は効果的であるが、指向性触覚フィードバックが主としてユーザの単一の指に制限される。したがって、現在、触覚デバイスの制御ハンドルまたはホイールを把持することによって提供されているように、ただし入力デバイス上に大きい把持可能な制御部材を必要とせずに、ユーザの手の少なくとも片方に指向性触覚フィードバックを提供することが望ましいであろう。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ホストコンピューティングデバイスとともに使用されるハンドヘルドユーザ入力デバイスにおいて力を発生するための、ゲームパッドデバイスのための力フィードバック機構を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、デバイスを保持しているユーザに方向を持った力のフィードバック感覚（ｄｉｒｅｃｔｅｄｆｏｒｃｅｆｅｅｄｂａｃｋｓｅｎｓａｔｉｏｎ）を提供する入力デバイスが規定される。入力デバイスは、手持ちされるように、すなわちオペレータの手に支持されるのに十分小さく、適合されたハウジングを備えている。ハウジング内には原動機（ｐｒｉｍｅｍｏｖｅｒ）が配設され、マス（ｍａｓｓ）に動作可能に結合されている。原動機は、ホストデバイスから受信した制御信号に応答してマスを動かす。マスの動きの変化によるマスの動きの開始および停止時に、指向性の力がハウジングに付与され、ハウジングを通して指向された触覚感覚が、ハウジングを保持しているユーザに提供される。
【０００９】
原動機は、好適には、マスを動かすためにモータシャフトを回転させる電気モータを含む。入力デバイスは、シャフトの回転角を監視することなどによって、直接的に、または間接的に、マスの位置、速度および／または加速度を決定するためのセンサを含むこともできる。
【００１０】
入力デバイスは、好ましくは、原動機をマスに結合するために伝動装置（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）を使用してマスを動かす。また、伝動装置は、好ましくは、シャフトの端部上の第１の歯車が第２の歯車に結合されている歯車駆動装置（ｇｅａｒｄｒｉｖｅ）である。第２の歯車はハウジングに旋回式に結合されている。第２の歯車には、第２の歯車の回転軸に対して直角な、外側に延びるアームが接続されている。マスは、第１の歯車が第２の歯車を駆動してピボット点を中心として回転させるときに、マスが弧中を動くように、アームの遠心端に取り付けられている。
【００１１】
したがって、マスは、弧の少なくとも一部分中に駆動され、急激に停止したとき、マスの弧に概ね接する直線方向において反力（ｒｅａｃｔｉｖｅｆｏｒｃｅ）をハウジングに付与する。この反力の方向は、弧の配設および弧に沿ったマスの停止点を変えることによって、選択的に変更できる。あるいは、またはさらに、マスまたはアームが機械式停止装置（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｏｐ）に接触したときに、マスは停止する。
【００１２】
別の実施形態では、マスは、機械式リンク装置アームによって弧中を動く。この実施形態の伝動装置は、アクチュエータによって回転するねじ付きシャフト（ｔｈｒｅａｄｅｄｓｈａｆｔ）を含む。アクチュエータは、直接的に、または１対のかさ歯車（ｂｅｖｅｌｇｅａｒ）を介して、シャフトを駆動する。シャフトのねじ山は、シャフトが回転したときに、シャフトの長さの少なくとも一部分に沿って動くリードナット（ｌｅａｄｎｕｔ）のめねじと噛み合う。ナットは、シャフトの軸に対して直角に延び、かつリンク装置アーム（ｌｉｎｋａｇｅａｒｍ）の近位端に配設されたスロット中に入る、ピンを有する。ナットがシャフトの長さに沿って動くと、ピンはアーム中のスロットのエッジに作用し、アームをピボット点を中心として旋回させる。マスが取り付けられているアームの遠心端は、アームの近位端と同じ回転方向にピボット点を中心として旋回する。ナットが停止したとき、ピンはアーム中のスロットの反対側のエッジに接触し、アームおよびマスを弧に沿った点において停止させる。あるいは、またはさらに、マス、リンク装置アーム、またはナットが機械式停止装置に接触したとき、マスが停止してもよい。
【００１３】
また別の実施形態では単にマスとしてナットを使用する。ナットは、シャフトとともに回転するのを妨げられ、代わりにねじ付きシャフトが回転したときシャフトに沿って動く。マスは、終点において、またはシャフトが停止したときに停止する。
【００１４】
本発明はさらに好ましくは、入力デバイスが結合されている、コンピュータ、セットトップボックス、ビデオゲームコントローラ、電子ゲーム、または玩具などのホストデバイスから、受信した制御信号に応答して、原動機を付勢して、原動機にマスを移動させる、コントローラを含む。さらに、力信号（force signal）は、入力デバイス中に含まれるメモリ中に記憶されたコマンドのスケジュールに応答してもよい。
【００１５】
本発明の別の態様は、入力デバイスのハウジング上に指向性触覚力を発生させる方法である。この方法は、上述の装置の構成要素によって実施される機能と、概して一致するステップを含む。
【００１６】
上記の態様および本発明の付随する利点の多くは、添付の図面に関して行う以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解されるにつれ、より容易に理解されるようになるであろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、本発明は、最初に、パーソナルコンピュータ、ビデオゲームコンソール、または他のホストコンピューティングデバイス１２上で実行しているコンピュータゲームからの、結線１１上の信号に応答して、触覚フィードバックを提供するゲームパッド１０として構成された、ハンドヘルドユーザ入力デバイスにおいて実施されている。例えば、ゲームパッド１０が、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社のＸ−ＢＯＸ（登録商標）ビデオゲームコンソールとともに使用できることが、意図されている。ゲームパッド１０は、ユーザがコンピュータゲームに入力信号を供給できるようにし、触覚フィードバックの結果として、ユーザが指向性触覚感覚（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｔａｃｔｉｌｅｓｅｎｓａｔｉｏｎ）を知覚できるように適合されていることが好ましい。ゲームパッド１０は一般に、ユーザの手の一方または両方によって保持されるように、寸法決定され成形される。ゲームパッドは一般に、それをその通常動作位置に保持しているユーザによって見られるように、逆「Ｕ」字形の形態に成形されることが好ましい。ユーザは一般に、Ｕ字形ゲームパッドの閉じた端部１６がユーザから離れた向きに向けられた状態で、一方または両方の手を使用して、概してまっすぐな左側ローブ（lobe）１４ａと右側ローブ１４ｂの一方または両方を把持する。
【００１８】
ゲームパッド１０は、ねじ部品（図示せず）を使用して一緒に固定された下部ハウジング２０および上部ハウジング９０を含むことが好ましい。ハウジングは、図２および図４の分解組立図に示される実施形態に関連して、以下で論じるゲームパッドの内部に取り付けられた構成要素を含め、他の構成要素を支持する。「Ｕ」字形ハウジングの内部中心には、その点で下部ハウジング２０および上部ハウジング９０の形状において明らかなように、モータシャフト３２とともにモータ３０が配設される。ユーザによって操作される構成要素は、ゲームパッド１０でのホストコンピューティングデバイス１２上のグラフィックオブジェクトのユーザ制御を容易にするために、上部ハウジング９０中に広がるように、取り付けられる。ユーザによって操作される構成要素の中には、制御ボタン７４、マルチ指向性Ｄパッド７８および親指スティック８０が含まれる。図面には詳細が示されていないが、マルチ指向性Ｄ−パッド７８は、４つのスイッチ接点を含むロッカースイッチであり、ユーザがＤパッドを８つの角度的に離間した方向のうちの１つにロックしたときに、スイッチ接点または隣接するスイッチ接点の組合せが作動していることを示す、デジタル信号を生成する。親指スティック８０は、直交するＸ軸とＹ軸に対して、ホストコンピューティングデバイス上のグラフィックオブジェクトを動かすために使用される、親指作動ジョイスティック制御ハンドルに類似している。ゲームパッド上に設けられた制御装置のさらなる詳細は、特に本発明に関係がないので、不要であり図示する必要はない。
【００１９】
図２にゲームパッド１０の分解組立図を示す。上部ハウジング９０および下部ハウジング２０は、成型プラスチックで製作され、ユーザの手によって把持されるゲームパッドの左側ローブ１４ａと右側ローブ１４ｂを容易にするように外郭形成されることが好ましい。下部ハウジング２０の内部には、ゲームパッドの他の構成要素を下部ハウジングに取り付ける留め具（図示せず）と結合するように、複数の内部ねじ山付きポスト２２ａが配設される。下部ハウジングの中央位置の近くには、ピボットマウント２４およびモータマウント２６がある。ピボットマウントおよびモータマウントは、下部ハウジング２０のプラスチック中に成型され、インタフェースシートおよび支持面を提供するように外郭形成されることが好ましい。
【００２０】
モータマウント２６の外郭にはモータ３０が着座する。この第１の好適実施形態では、モータ３０は、ＪｏｈｎｓｏｎＥｌｅｃｒｔｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社から販売されているＭｏｄｅｌＮＦ２２３Ｇ電気モータであることが好ましい。電気モータの他の同様のタイプおよびモデルを代替的に使用できる。モータ３０は、約３．２５×１０^−３ニュートンメートルのトルクをモータシャフト３２上に生成するときに、約４００ｍａの電流を引き出す定格である。内部に向かって延びるモータシャフト３２の端部には、かさ歯車であることが好ましい駆動歯車３４が取り付けられる。
【００２１】
駆動歯車３４は、駆動歯車３４の回転軸に対して直角な回転軸を有するかさ歯車４０に係合する。歯車４０は、ハブ４２と、ハブから半径方向外側に延びるアーム４４とを含む。歯（図示せず）は、アーム４４の片側から反対側まで、歯車４０の円周の周りに半径方向に延びる。アーム４４は、振り子かさ歯車の回転軸に対して直角な方向に、歯車４０の中心から外側に延びる。アーム４４の遠心端には、締め具取付補強材４６がアーム４４中に穴を通して固定される。
【００２２】
マス５０は、マス５０内の開口部５３を通して、ねじ付き締め具取付補強材４６中に挿入される留め具５２で、アーム４４の遠心端に固定される。マス５０は、アーム４４上に着座し、かつアーム４４およびマス５０が制限された弧中を通るときに下部ハウジング２０と干渉するのを防ぐように外郭決定される、溝を含むことが好ましい。マス５０は、その体積寸法を最小限に抑えることを可能にする鉛などの濃密材料または金属から加工されることが好ましい。この実施形態では、マス５０は約２０グラムである。
【００２３】
組み立てられたアーム４４とマス５０は、ハブ４２の中心にある対応するＤ字形開口をＤシャフト上に着座させることによって、回転位置センサ６２のＤシャフト６０に取り付けられる。回転位置センサ６２は、Ｄシャフトの回転位置に比例する可変電気抵抗を有するポテンショメータであることが好ましい。回転位置センサはピボットマウント２４内に取り付けられる。組み立てられたアーム４４とマス５０は、アームとマスが弧中を回転できるようにピボットマウント２４に回転可能に取り付けられる。アームが下部ハウジングに対して弧中を動くときに回転位置センサ６２のＤシャフト６０が回転するので、アームの回転運動は監視される。
【００２４】
また、下部ハウジング２０には、モータ３０の電力管理および制御を提供するための回路を含む、プリント基板７０が取り付けられる。プリント基板７０は、ゲームパッド１０から受信した入力信号に応答して、ゲームパッドに供給される触覚フィードバック制御信号を生成するソフトウェアを実行する、コンピュータ１２などのホストデバイスと通信するための回路を含む。そのような通信はワイヤレスでもよいが、現在ではユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポートに接続されたケーブルを介して実施されている。特に、フルスピードＵＳＢが好ましいが、ロースピードＵＳＢも可能である。コンピュータゲームなどのソフトウェアプログラムからの制御信号に応答して、回路基板７０上のコントローラ（図示せず）がモータ３０を付勢する。コントローラはまた、対応するボタン７４がユーザによって押されたときに作動する、スイッチ７２のいずれかからのユーザ入力信号に基づいて、モータ３０を付勢することができる。同様に、Ｄパッド７８が８つの方向のうちの１つにおいて押されたときにスイッチ（その詳細は図示せず）を作動させる、Ｄパッドスイッチアセンブリ７６の操作によって入力信号が得られる。モータ３０がコントローラによって付勢されるようにする入力信号はまた、ユーザによって操作される親指スティック８０に応答して発生させることができる。
【００２５】
スイッチ７２、ボタン７４、Ｄパッドスイッチアセンブリ７６および親指スティック８０は、下部ハウジング２０に固定されかつ上部ハウジング９０によって覆われたプリント基板７０に結合される。上部ハウジング９０は、ボタン７４、Ｄパッド７８および親指スティック８０が、上部ハウジング９０中の対応する開口部９０ａ、９０ｂおよび９０ｃ中に突き出るように、下部ハウジング２０に取り付けられる。
【００２６】
図３に、下部ハウジング２０中の主要な触覚フィードバック構成要素の配設を示す。下部ハウジング２０は、（ともに図２の）プリント基板７０と上部ハウジング９０を固定するための留め具を案内するための、ポスト２２ｂなど、複数のポストを含む。下部ハウジング２０はまた、上部ハウジング９０がモータ上に着座しかつ下部ハウジング２０に取り付けられたときにモータを所定の位置に保持するために、モータ３０の外郭に一致するように成型されたモータマウントセクション２６を含む。
【００２７】
モータ歯車３４は、モータ歯車がモータシャフト３２と同じ速度で回転するようにモータシャフト３２に固定される。モータ歯車３４は、歯車４０の歯に係合する歯を含むかさ歯車であることが好ましい。使用する歯車比は、歯車４０の１回転に対してモータ歯車３４の６回転が起こるようなもの（すなわち６対１の比）であることが好ましい。歯車４０のハブ４２は、位置センサ６２のＤシャフト６０に取り付けられる。力信号がモータ３０に供給されたとき、モータ歯車３４が回転して、歯車４０がＤシャフト６０の軸を中心として回転し、アーム４４がＤシャフトの中心軸を中心として旋回する。
【００２８】
アーム４４は、ねじ付き締め具取付補強材４６に係合する留め具５２（図２に示される）でアーム４４に固定されたマス５０を担持する。マス５０は、Ｄシャフト６０の軸上の点を中心とした弧９２を描く。弧９２は、図に破線で示される想像位置９４など、第１の位置から、図に実線で示される第２の位置までのアーム４４の進行を表す。力信号が取り除かれると、モータ３０への電流が遮断され、モータがモータ歯車３４の駆動を停止させ、それにより歯車４０およびマス５０の動きが停止する。マス５０が突然動きを停止すると、マスの運動量の変化に対応する反力が、アーム４４および歯車４０のハブ４２を介して、Ｄシャフトおよび位置センサ６２のハウジングに、したがって下部ハウジング２０に付与される。反力の大きさは、モータ３０を付勢するために供給される電流によって決まる。例えば、モータ３０を付勢するために供給される電流を４００ｍａとすると、マス５０を動かすときに加えられる約０．１２ポンド（０．５４Ｎｍ）の力が生じる。反力は、マス５０が突然停止する外接弧９２上の点９８に対する接線である、線９６に沿った方向となる。マス５０は、非常に短い時間間隔で、例えば約１０ミリ秒内で動きを停止する。周知のように、この時間はマス、歯車比、速度などによって決まる。すべてのパラメータはシステムに影響を及ぼす。また、マスが機械式停止装置に対して停止した場合、その時間は非常に短く、最も大きい力を生じることに留意されたい。
【００２９】
上記のように、マス５０が減速して停止する点、したがって弧に接する線の方向は、所望の方向において下部ハウジング２０上に力を付与するように制御することができる。多くの場合、（停止時にマス５０が動いていた方向に応じて）左から右へ指向されるＸ軸に沿って力を付与するか、または上から下へ指向されるＹ軸に沿って（すなわち、この場合も突然の停止時にマス５０が動いていた方向に応じて、ユーザから離れるかまたはユーザに向かって）力を付与することが望ましいことがある。また、この場合もモータ３０を付勢することによって加速が最初に加えられたときにマスがどこに位置していたかに応じて、マスが最初に休止位置から迅速に加速したときに反力が発生する。あるいは、またはさらに、反力は、マス５０が任意選択の機械式停止装置９９ａおよび９９ｂに衝撃を加えるようにすることによって発生させることができる。
【００３０】
図４に、ゲームパッドの別の実施形態の展開図を示す。上述の第１の実施形態のように、第２の実施形態は、ユーザが、左側ローブ１１４ａおよび／または右側ローブ１１４ｂを、ユーザの一方または両方の手で容易に保持できるようにする寸法および外郭をもつ、好ましくは成型プラスチックで製作される、下部ハウジング１２０を含む。下部ハウジング１２０は、構成要素を上部ハウジングに取り付け接続するための（典型的な）留め具ガイド１２２ａおよび１２２ｂを含む。下部ハウジング１２０内にはリンク装置マウント１２４、モータマウント１２６およびシャフトマウント１２８が配設される。これらのマウントは、下部ハウジング１２０中に成型され、それらが支持している構成要素の外郭に合うように成形されることが好ましい。例えば、モータマウント１２６は、右側ローブ１１４ｂ内に着座したモータ１３０の外郭に一致する。
【００３１】
モータ１３０は、ＪｏｈｎｓｏｎＥｌｅｃｒｔｉｃＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＭａｎｕｆａｃｔｏｒｙ社から販売されているＭｏｄｅｌＨＣ３１３Ｇ電気モータであることが好ましいが、他の販売元から販売されている同様のモータが代替的に使用できることを理解されたい。このモータは、約４００ｍａの電流で付勢したときに、約５．７０×１０^−３ニュートンメートルのトルクをモータシャフト１３２上に生成することが好ましい。モータシャフト１３２には、かさ歯車１３６が固定される。モータシャフト１３２およびかさ歯車１３６は、留め具１３９で下部ハウジング１２０に固定されたモータプレート１３８中に穴を通して挿入される。
【００３２】
かさ歯車１３６は、ベアリング１４４ａに回転式に取り付けられたシャフトかさ歯車１４０に係合する。ベアリング１４４ａはシャフトマウント１２８上に着座し、ねじ付きシャフト１４６を支持して、シャフトを自由に回転させる。かさ歯車１４０は、かさ歯車１３６がかさ歯車１４０を駆動したときにねじ付きシャフト１４６が回転するように、ねじ付きシャフト１４６上に取り付けられる。ねじ付きシャフト１４６はまた、ベアリング１４４ａによって回転可能に支持される端部からねじ付きシャフト１４６の反対側の端部に配設された、ベアリング１４４ｂによって回転可能に支持される。
【００３３】
ヘリカルねじ山１４８は、ねじ付きシャフト１４６の実質的な長さに沿って延びる。ねじ山１４８にはめねじリードナット１５０が係合する。ねじ付きシャフト１４６が回転すると、ヘリカルねじ山１４８は、ねじ付きシャフト１４６に沿ってリードナット１５０を駆動する。リードナット１５０は、ねじ付きシャフト１４６の軸に対して直交し、外側に延び、かつスロット１５３の縁部と摺動接触して配設されるピン１５２を含む。スロット１５３はリンク装置アーム１５４の近位端に形成される。ピン１５２は留め具１５５ａおよびワッシャ１５７ａによってスロット１５３内に摺動式に保持される。リンク装置アーム１５４は、リンク装置マウント１２４に旋回式に接続され、かつ留め具１５５ｂおよびワッシャ１５７ｂでそこに旋回式に保持される。
【００３４】
リンク装置アーム１５４の遠心端、すなわち、スロット１５３が配設されている場所とは反対側の端部には、マス１５８をリンク装置アーム１５４に取り付けるために少なくとも１つの締め具取付補強材１５６が使用される。マス１５８は、リンク装置アーム１５４が着座される溝１５９を含むことが好ましい。また、マス１５８は、下部ハウジング１２０との干渉を回避する形状に構成されることが好ましい。第１の実施形態において使用したマスがそうであったように、マス１５８は、約８０グラムであり、金属または他の濃密材料から製作され、そのサイズが最小限に抑えられることが好ましい。
【００３５】
エンコーダホイール１６０は、ねじ付きシャフト１４６による回転に応じてマス１５８の位置を決定するために含まれる。エンコーダホイールのシャフト１６１は、ベアリング１４４ｂ中に挿入され、ねじ付きシャフト１４６に固定される。複数のタブ１６３はエンコーダホイール１６０の中心から半径方向外側に延びて、タブ間にスロットを画定する。ねじ付きシャフト１４６が回転すると、タブ１６３は、発光ダイオード（ＬＥＤ）によって放出された光ビームを通過して、センサ１６２によって受け取られる光を遮断する。センサ１６２は、フォトトランジスタまたは他の光感知構成要素であることが好ましい。当技術分野において周知のように、タブが回転してＬＥＤによって放出された光を阻止すると、フォトトランジスタによって生成された信号の状態が変化する。状態の変化をカウントしてねじ付きシャフト１４６の回転の数を判定し、それによりリードナット１５０の動きおよび位置を間接的に測定して、リンク装置アーム１５４およびマス１５８の位置を決定する。
【００３６】
プリント基板１７０上の回路は、センサ１６２から出力される状態変化信号を処理し、ゲームパッド上のユーザ入力制御装置から受信した入力信号およびホストコンピューティングデバイスから受信した触覚フィードバック信号に応答して、モータ１３０への電流の供給を制御する力信号を生成する。第１の実施形態のように、プリント基板１７０は、ホストデバイスまたはコンピュータに入力信号を伝達し、かつモータが付勢されるようにする触覚フィードバック制御信号を受信する構成要素を含む。プリント基板１７０は、ユーザ押下げボタンまたは解放ボタン１７４に応答してボタンスイッチ１７２が作動したときに発生する入力信号を処理する構成要素（別個に図示せず）を含む。同様に、ユーザがＤパッド１７８の外側エッジを押し下げた結果としてＤパッドスイッチアセンブリ１７６の接点が作動すると、入力信号が供給される。さらに、ユーザが親指スティック１８０を動かすと、入力信号が供給される。また、プリント基板１７０上の回路構成要素は電力管理機能を提供する。
【００３７】
ボタンスイッチ１７２、ボタン１７４、Ｄパッドスイッチアセンブリ１７６、Ｄパッド１７８および親指スティック１８０は、下部ハウジング１２０に固定され、かつ上部ハウジング１９０によって覆われたプリント基板１７０に接続される。上部ハウジング１９０は適切な留め具（図示せず）で下部ハウジング１２０に取り付けられ、ゲームパッドの構成要素を囲む。ボタン１７４、Ｄパッド１７８および親指スティック１８０は、それぞれ上部ハウジング１９０中の開口部１９０ａ、１９０ｂおよび１９０ｃを通って延びる。
【００３８】
図５に下部ハウジング１２０および主要な触覚フィードバック構成要素の平面図を示す。下部ハウジング１２０は留め具ガイド１２２ｃなどの複数の留め具ガイドを含む。モータマウント１２６は下部ハウジング１２０の右側ローブ１１４ｂ中にモータ１３０を支持する。同様に、シャフトマウント１２８は、ねじ付きシャフト１４６の両端にベアリング１４４ａおよび１４４ｂを支持する。モータ１３０はモータプレート１３８によって所定の位置に固定される。モータシャフト（図示せず）はモータプレート１３８の穴を通して延び、かさ歯車１３６に固定される。
【００３９】
かさ歯車１３６は、シャフトかさ歯車１４０に係合して、モータ１３０がねじ付きシャフト１４６を駆動するようにする。歯車比はまた、実際に使用するモータトルク、電流、マス（ｍａｓｓ）などに応じて約６対１であることが好ましい。上記のように、ねじ山１４８は、ねじ付きシャフト１４６の長さの実質的な部分に沿って延び、リードナット１５０のめねじ（図示せず）に係合する。このリードスクリューアセンブリは、ねじ付きシャフト１４６が回転したときにリードナット１５０がねじ付きシャフトの長さに沿って動くことができるようにする。
【００４０】
ねじ付きシャフト１４６の軸に対して直角に、ピン１５２（図示せず）が、リードナット１５０の中心からリンク装置アーム１５４のスロット１５３を通って上方に延びる。ピン１５２はスロット１５３の縁部に摺動接触し、留め具１５５ａでスロット１５３内に保持される。リードナット１５０がねじ付きシャフト１４６の長さに沿って動くと、ピン１５２は、スロット１５３に沿って摺動して、リンク装置アーム１５４を留め具１５５ｂおよびリンク装置マウント１２４の中心軸を中心として回転させる。
【００４１】
リンク装置アーム１５４の遠心端には、マス１５８が、締め具取付補強材１５６に接続された留め具（図示せず）によってリンク装置アームに取り付けられている。ピン１５２がリンク装置アーム１５４を回転させると、リードナット１５０が動かなくなるまでマス１５８は弧１９２を描く。好ましくは、弧１９２の角度限界は、最大約１００°であり、点線で想像図１９４として示されるような第１の位置から、図に実線で示される第２の位置までの、リンク装置アーム１５４の動きを表す。前の実施形態のように、マス１５８が休止状態から迅速に加速するか、または急速に停止すると、反力がリンク装置アーム１５４、留め具１５５ｂおよびリンク装置マウント１２４を介して、下部ハウジング１２０中に付与される。反力はまた、リンク装置アーム１５４、留め具１５５ａ、ピン１５２（この図には図示せず）、リードナット１５０、ねじ付きシャフト１４６、ベアリング１４４ａおよび１４４ｂ、シャフトマウント１２８を介して、下部ハウジング１２０中に付与される。前の実施形態のように、マスを加速することによって生成される反力の大きさは、モータ１３０を付勢するために供給される電流に比例する。例えば、４００ｍａの電流で付勢すると、モータ１３０は約０．１３ポンド（０．５９Ｎｍ）の力をマスに加える。この力は、加速が加えられたときに、マス１５８が配設されている点１９８で弧１９２に接する線１９６に沿った方向となる。
【００４２】
上記のように、反力はまた、下部ハウジング１２０に取り付けられた機械式停止装置（図示せず）中にマス１５８を駆動することによって下部ハウジング１２０上に付与することもできる。あるいは、アーム自体が唯一のマスを提供し、モータが、アームを機械式停止装置に駆動して、単にそれを動かすのを停止させるか、またはそれを休止位置からパルス運動に迅速に加速するようにできる。また別の実施形態では、リードナット１５０をねじ付きシャフト１４６に沿った所望の点に配置できる任意選択の機械式停止装置１９９ａおよび１９９ｂに駆動して、マス１５８がシャフトマウント１２８およびリンク装置マウント１２４を介して下部ハウジング１２０上に反力を付与するようにし、かつリードナット１５０がねじ山１４８、ねじ付きシャフト１４６、ベアリング１４４ａおよび１４４ｂ、およびシャフトマウント１２８上に若干の力を付与するようにすることができる。
【００４３】
また、本発明のどの実施形態に対してもゲームパッドのハウジングに反力が付与されるのを防ぐために、モータを付勢するために加えられる電流を、マスが休止位置から突然加速されないように、数１０分の１秒にわたって延びるランプ波（ｒａｍｐｗａｖｅ）として、時間とともにゆっくりと増大させることができることに留意されたい。マスに加えられる加速を遅くすると、マスの動きの変化がゲームパッドを把持しているユーザにはあまり明らかでなくなる。一般に、マスを進行距離にわたってより遅く動かすか、またはマスをより短い距離動かすと、力効果が小さくなる。
【００４４】
さらなる実施形態ではリンク装置アーム１５４およびマス１５８をなくす。代わりに、リードナット１５０をハウジングに反力を付与するマスとして使用する。ナットは、ねじ付きシャフトが回転するときねじ付きシャフトに沿って動き、端点で停止するか、ねじ付きシャフトが回転を停止したときに停止する。ねじ付きシャフト１４６に対して概ね平行な、下部ハウジング１２０または上部ハウジング１９０に沿って延びる溝またはスロット（図示せず）中に、ピン１５２を挿入することにより、ナットは、ねじ付きシャフトとともに回転しなくなる。ただし、そのような実施形態では、反力の方向は、ねじ付きシャフト１４６の軸に沿った方向のみ可能である。
【００４５】
エンコーダホイール１６０の回転を監視するセンサ１６２によって生成される信号により、ゲームパッド中の制御回路がリードナット１５０、リンク装置アーム１５４および／またはマス１５８の位置、速度、加速度を決定することができ、それにより反力の大きさおよび方向を、少なくとも１つの軸に沿って制御することができる。また、ホストコンピューティングデバイスから受信した対応する制御信号に応答して、本発明によって反力の所定のシーケンスを発生させる力効果のスケジュールが記憶されているメモリ（図示せず）を、制御回路が含むことが意図されている。反力のシーケンスは大きさおよび方向を含む１つまたは複数のパラメータとして定義できる。例えば、ゲームまたはシミュレーションの一部である航空機における振動制御の感覚をシミュレートする、様々な大きさおよび方向の一連の指向される反力を、ゲームパッド１０が、それに結合されているパーソナルコンピュータからのシーケンスを開始する制御信号を受信したことに応答して、本発明によって生成することができる。
【００４６】
図示していない、またさらなる実施形態では、ゲームパッドは、異なる軸に沿って所望の反力を選択的に生成するように構成された２つ以上のモータを含む。この２つ以上のモータは、モータに動作可能に結合されたマスが、停止装置から加速するか、または特定の軸に沿って動くのを停止したときに、所望の軸に沿って反力を生成するように選択的に付勢される。
【００４７】
図６は、入力デバイスのハウジングに触覚フィードバックを提供する、入力デバイスを制御するためのシステムのブロック図である。このシステムは、電子回路で実施され、適切なプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、または縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサである、コントローラ２００を含むことが好ましい。さらに、このシステムは入出力ハードウェアとは無関係に、アップグレード可能なプロセッサコアを使用するように設計できる。加えて、このシステムは、ホストデバイスから受信したコマンドに応答してそれが実施する、実行可能なコードを変更できることが意図されている。このフレキシビリティは、特定のホストアプリケーションのために入力デバイスの動作をカスタマイズする機会を広げる。コントローラ２００は、紫外線消去可能ＰＲＯＭ（ＵＶＥＰＲＯＭ）２０８のような内蔵の不揮発性メモリからデフォルトのオペレーティングファームウェアをロードする始動時に、ブートコードを実行し、ホストコマンドが、実行を開始するかまたはオペレーテョナルソフトウェアをダウンロードするのを待つ。デフォルトのオペレーションコードは、全体的なフィードバック、位置制御、および本発明に直接関係がない他の機能を提供する。ホストからコントローラ２００にダウンロードされるコードは、特定の機能および／または特性に対して調整できる。ダウンロードされるコードは、内蔵のインタプリタのための、ネイティブ実行可能バイナリまたは擬似コードとすることができる。
【００４８】
コントローラ２００は、ホストデバイスから制御命令を受信するため、またはコードをダウンロードするために、ホストインタフェース２０２を使用して通信する。ホストインタフェース２０２はまた、触覚フィードバックを起動するホストデバイスに入力信号を中継し、そのホストデバイスから制御信号を受信する。内部的に、コントローラ２００は、アドレス線２０４を介して各構成要素をアドレス指定することによって、システムの他の構成要素と通信する。入力信号、コマンド信号および他のデータ信号は、データ線２０６を介して通信される。２つの線として図示されているが、これらは、バスなどを含め、適切な内部構成で実施できる。
【００４９】
これらの線を介してコントローラ２００と通信する構成要素は、コードおよびデータの不揮発性記憶を実施するＵＶＥＰＲＯＭ２０８、および命令およびデータの揮発性記憶を実施するスタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）２１０を含む。このシステムはまた、ボタン２１４、Ｄパッド２１６および親指スティック２１８などの、ユーザによって操作されるエレメントからの入力を、コントローラ２００にルーティングするために、マルチ溝スイッチ２１２を含む。
【００５０】
コントローラ２００はホストデバイスからの触覚フィードバックコマンドを解釈し、アクチュエータコマンドをデジタルアナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ２２０に送出する。Ｄ／Ａコンバータ２２０は力信号をモータ増幅器２２２に供給し、モータ増幅器２２２は力信号を増幅して、モータ２２４を付勢する電流を供給する。増幅器２２２はまた、モータ２２４が付勢されたときに反作用の運動量力が望まれない場合、モータを付勢するために供給される電流をよりゆっくりと立ち上げるために、電力管理回路構成を含んでもよい。モータ２２４を付勢するために加えられる電流の大きさを使用して、モータによって生成されるトルクを決定することができる。モータ２２４は、入力デバイスのハウジングに運動量力または衝撃力を付与するためにマスを駆動し停止させ、上記のいくつかの実施形態では、その力は選択された軸に沿って生成される。
【００５１】
ポテンショメータである位置センサ２２６は、マスの位置を間接的に判定するためにモータ２２４の位置を検出することが好ましい。位置センサからのセンサ信号は、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ２２８によってデジタルデータに変換され、コントローラ２００に中継される。このデジタルデータは、コントローラ２００がマスの位置、速度および加速度を間接的に判定できるようにする。
【００５２】
以上、本発明を実行する好適な形態とともに本発明について説明したが、当業者ならば、首記の特許請求の範囲内で多数の変形をそれに加えることができることを理解されよう。例えば、装置の実施形態は、遠隔的に制御される玩具、機械、または車両によって検出される、物理的力に応答して、入力デバイスのハウジング上に指向性の力を付与するために、遠隔的に制御される玩具、機械、または車両に入力を提供し、そこから力フィードバック制御信号を受信することができるであろう。したがって、本発明の範囲は、何かしら、上記の説明によって制限されるものではなく、首記の特許請求の範囲を参照することにより、もっぱら決定される。
【００５３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、入力デバイスは、手持ちされるように適合されたハウジングを備え、ハウジング内にはマスに動作可能に結合されている原動機が配設され、原動機は、ホストデバイスから受信した制御信号に応答してマスを動かし、マスの動きの開始および停止時に、指向性の力がハウジングに付与され、ハウジングを通して指向された触覚感覚が、ハウジングを保持しているユーザに提供される。
【００５４】
このため、指向性触覚フィードバックがユーザの単一の指に制限されることなく、また、入力デバイス上に大きい把持可能な制御部材を必要とせずに、ユーザの手の少なくとも片方に指向性触覚フィードバックを提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の、入力デバイスの外部から見える構成要素を示す等角図である。
【図２】本発明の実施形態の、入力デバイスの第１の好適な実施形態の分解組立図である。
【図３】本発明の実施形態の、入力デバイスの第１の好適な実施形態の内部構成要素の平面図である。
【図４】本発明の実施形態の、入力デバイスの第２の好適な実施形態の分解組立図である。
【図５】本発明の実施形態の、入力デバイスの第２の好適な実施形態の内部構成要素の平面図である。
【図６】本発明の実施形態の、入力デバイスのハウジングに触覚フィードバックを提供する、入力デバイスを制御するためのシステムのブロック図である。
【符号の説明】
１０ゲームパッド
１１結線
１２ホストコンピューティングデバイス
１４ａ左側ローブ
１４ｂ右側ローブ
１６端部
２０下部ハウジング
２２ａポスト
２２ｂポスト
２４ピボットマウント
２６モータマウント
３０モータ
３２モータシャフト
３４駆動歯車
４０かさ歯車
４２ハブ
４４アーム
４６締め具取付補強材
５０マス
５２留め具
５３開口部
６０Ｄシャフト
６２回転位置センサ
７４制御ボタン
７８マルチ指向Ｄパッド
８０親指スティック
９０上部ハウジング
７０プリント基板
７２スイッチ
７６Ｄパッドスイッチアセンブリ
９０ａ開口部
９０ｂ開口部
９０ｃ開口部
９２弧
９４想像位置
９６線
９８点
９９ａ機械式停止装置
９９ｂ機械式停止装置
１１４ａ左側ローブ
１１４ｂ右側ローブ
１２０下部ハウジング
１２２ａ留め具ガイド
１２２ｂ留め具ガイド
１２４リンク装置マウント
１２６モータマウント
１２８シャフトマウント
１３０モータ
１３２モータシャフト
１３６かさ歯車
１３８モータプレート
１３９留め具
１４０シャフトかさ歯車
１４４ａベアリング
１４４ｂベアリング
１４６ねじ付きシャフト
１４８ヘリカルねじ山
１５０めねじリードナット
１５２ピン
１５３スロット
１５４リンク装置アーム
１５５ａ留め具
１５５ｂ留め具
１５６締め具取付補強材
１５７ａワッシャ
１５７ｂワッシャ
１５８マス
１５９溝
１６０エンコーダホイール
１６１シャフト
１６２センサ
１６３タブ
１７０プリント基板
１７２ボタンスイッチ
１７４解放ボタン
１７６Ｄパッドスイッチアセンブリ
１７８Ｄパッド
１８０親指スティック
１９０上部ハウジング
１９０ａ開口部
１９０ｂ開口部
１９０ｃ開口部
１９２弧
１９４想像図
１９６線
１９８点
１９９ａ機械式停止装置
１９９ｂ機械式停止装置
２００コントローラ
２０２ホストインタフェース
２０４アドレス線
２０６データ線
２０８ＵＶＥＰＲＯＭ
２１０ＳＲＡＭ
２１２マルチ溝スイッチ
２１４ボタン
２１６Ｄパッド
２１８親指スティック
２２０Ｄ／Ａコンバータ
２２２モータ増幅器
２２４モータ
２２６位置センサ
２２８Ａ／Ｄコンバータ

Claims

ホストデバイスにつなげるように適合され、保持しているオペレータに、内部のマスが動いている方向によって決まる軸に沿った方向の力フィードバック感覚を提供することができる入力デバイスであって、
（ａ）手持ちされるように適合されたハウジングと、
（ｂ）該ハウジング中に配設された原動機と、
（ｃ）該原動機に動作可能に結合されたマスであって、前記原動機が前記ホストデバイスから受信した制御信号に応答して前記マスを動かし、前記マスの運動量の変化により前記ハウジングに指向性の力が付与され、該指向性の力が触覚感覚としてハウジングを通じて伝達されるマスと、
（ｄ）前記原動機を前記マスに駆動式に結合して、前記原動機が付勢されたときに前記マスが機械的に結合されている前記原動機のモータシャフトを回転させることによって、前記マスを動かす伝動装置とを備え、
前記伝動装置は歯車駆動装置を備え、
前記歯車駆動装置は、前記原動機によって回転可能に駆動される第１の歯車と、前記ハウジング上に回転可能に取り付けられ、前記第１の歯車によって駆動式に係合される第２の歯車とを含み、前記第２の歯車は、前記マスに接続された遠心端を有するアームを含み、それにより前記第１の歯車が前記第２の歯車を回転可能に駆動し、前記アームと前記マスとは前記マスの運動量の変化を生じさせる変化する速度で、弧中を駆動式に動き、
前記入力デバイスは、前記ハウジングに固定式に接続された、機械式停止装置をさらに備えており、該機械式停止装置は前記マスの動きを制限し、前記停止装置に対する前記マスの衝撃が前記ハウジングに前記指向性の力を付与する
ことを特徴とする入力デバイス。
前記第１の歯車と前記第２の歯車の両方は、かさ歯車であることを特徴とする請求項１に記載の入力デバイス。
前記マスが弧中を動くように駆動されるときに、前記マスの速度変化により、該速度変化が起こる前記弧に沿った点で、前記弧に実質的に接する方向においてハウジングに反力が付与され、
前記マスが前記原動機によって加速され、前記マスの速度を変化しそれによってその運動量を変化する
ことを特徴とする請求項１に記載の入力デバイス。
ホストデバイスにつなげるように適合され、保持しているオペレータに、内部のマスが動いている方向によって決まる軸に沿った方向の力フィードバック感覚を提供することができる入力デバイスであって、
（ａ）手持ちされるように適合されたハウジングと、
（ｂ）該ハウジング中に配設された原動機と、
（ｃ）該原動機に動作可能に結合されたマスであって、前記原動機が前記ホストデバイスから受信した制御信号に応答して前記マスを動かし、前記マスの運動量の変化により前記ハウジングに指向性の力が付与され、該指向性の力が触覚感覚としてハウジングを通じて伝達されるマスと、
（ｄ）前記原動機を前記マスに駆動式に結合して、前記原動機が付勢されたときに前記マスが機械的に結合されている前記原動機のモータシャフトを回転させることによって、前記マスを動かす伝動装置とを備え、
前記伝動装置は、前記原動機によって回転し、長さの実質的な部分にわたって延びるヘリカルねじ山を有する、ねじ付きシャフトを備えており、該ねじ付きシャフトが前記原動機によって回転するときに、前記マスの運動量の変化を生じさせる変化する速度で、前記マスが前記ねじ付きシャフトの長さに沿って動くように、前記マスは前記ヘリカルねじ山上にねじ付けされており、
前記入力デバイスは、前記ハウジングに固定式に接続された、機械式停止装置をさらに備えており、該機械式停止装置は前記マスの動きを制限し、前記停止装置に対する前記マスの衝撃が前記ハウジングに前記指向性の力を付与する
ことを特徴とする入力デバイス。
ホストデバイスにつなげるように適合され、保持しているオペレータに、内部のマスが動いている方向によって決まる軸に沿った方向の力フィードバック感覚を提供することができる入力デバイスであって、
（ａ）手持ちされるように適合されたハウジングと、
（ｂ）該ハウジング中に配設された原動機と、
（ｃ）該原動機に動作可能に結合されたマスであって、前記原動機が前記ホストデバイスから受信した制御信号に応答して前記マスを動かし、前記マスの運動量の変化により前記ハウジングに指向性の力が付与され、該指向性の力が触覚感覚としてハウジングを通じて伝達されるマスと、
（ｄ）前記原動機を前記マスに駆動式に結合して、前記原動機が付勢されたときに前記マスが機械的に結合されている前記原動機のモータシャフトを回転させることによって、前記マスを動かす伝動装置とを備え、
前記伝動装置は、
（i）長さの実質的な部分に沿って延びるヘリカルねじ山を有し、前記原動機によって回転するねじ付きシャフトと、
（ii）前記原動機が前記ねじ付きシャフトを回転させるときに、前記ねじ付きシャフトの長さに沿って動くように、ヘリカルねじ山上にねじ付けされたリードナットと、
（iii）前記ハウジング上に回転可能に取り付けられ、近位端および遠心端を含むリンク装置アームであって、前記近位端は前記リードナットに係合するスロットを含み、前記遠心端は前記マスに結合され、それにより前記ねじ付きシャフトの長さに沿った前記リードナットの動きが、前記リンク装置アームを回転させ、前記マスを前記マスの運動量の変化を生じさせる変化する速度で、弧中で動かすリンク装置アームと
を備え、
前記入力デバイスは、前記ハウジングに固定式に接続された、機械式停止装置をさらに備えており、該機械式停止装置は前記マスの動きを制限し、前記停止装置に対する前記マスの衝撃が前記ハウジングに前記指向性の力を付与する
ことを特徴とする入力デバイス。
前記原動機から前記ねじ付きシャフトに、回転運動を伝達する１対の歯車をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の入力デバイス。
制御される方向において加えられる触覚力を選択的に生成する装置であって、
（ａ）手持ちされるように適合されたハウジングと、
（ｂ）該ハウジング中に取り付けられた原動機と、
（ｃ）該原動機に動作可能に接続されたマスであって、前記原動機が前記マスを前記ハウジング内の第１の点から第２の点まで動かし、それにより内部のマスが動いている方向によって決まる軸に沿った前記マスの運動量の変化を生じさせ、マスの運動量における前記変化が触覚感覚として前記ハウジングを通して中に伝達されるマスと、
（ｄ）前記原動機を前記マスに駆動式に結合して、前記原動が付勢されるときに前記マスが機械的に結合されている前記原動機のモータシャフトを回転させることによって、前記マスを動かす伝動装置とを備え、前記伝動装置は、
（i）前記原動機によって回転可能に駆動される第１の歯車と、
（ii）前記ハウジングに回転可能に取り付けられ、前記第１の歯車によって付勢される第２の歯車であって、該第２の歯車は前記マスに接続された遠心端を有するアームを含み、それにより前記第１の歯車が前記第２の歯車を回転可能に駆動したときに、前記アームと前記マスとが前記マスの運動量の変化を生じさせる変化する速度で、弧中を動く第２の歯車と
を備え、
前記入力デバイスは、前記ハウジングに固定式に接続された、機械式停止装置をさらに備えており、該機械式停止装置は前記マスの動きを制限し、前記停止装置に対する前記マスの衝撃が前記ハウジングに前記指向性の力を付与する
ことを特徴とする装置。
前記第２の歯車は速度を変化させるように前記マスを駆動し、前記ハウジングを保持しているオペレータによって検出可能な反力を前記ハウジングに付与するために十分に短い時間内で、前記マスが前記原動機によって加速され、前記マスの速度を変化しそれによってその運動量を変化し、前記反力は、速度における前記変化が起こる点で、前記弧に実質的に接する方向にあることを特徴とする請求項７に記載の装置。
制御される方向において加えられる触覚力を選択的に生成する装置であって、
（ａ）手持ちされるように適合されたハウジングと、
（ｂ）該ハウジング中に取り付けられた原動機と、
（ｃ）該原動機に動作可能に接続されたマスであって、前記原動機が前記マスを前記ハウジング内の第１の点から第２の点まで動かし、それにより内部のマスが動いている方向によって決まる］軸に沿った前記マスの運動量の変化を生じさせ、マスの運動量における前記変化が触覚感覚として前記ハウジングを通して中に伝達されるマスと、
（ｄ）前記原動機を前記マスに駆動式に結合して、前記原動が付勢されるときに前記マスが機械的に結合されている前記原動機のモータシャフトを回転させることによって、前記マスを動かす伝動装置とを備え、
前記伝動装置は、
（i）長さの実質的な部分に沿ってヘリカルねじ山が延び、前記原動機に結合され、それによって回転するねじ付きシャフトと、
（ii）前記原動機が前記ねじ付きシャフトを回転させるときに、前記ねじ付きシャフトの長さに沿って動くように、ヘリカルねじ山上にねじ付けされたリードナットと、
（iii）前記ハウジング上に回転可能に取り付けられ、近位端および遠心端を含むリンク装置アームであって、前記近位端は前記リードナットに係合するスロットを含み、前記遠心端は前記マスに接続され、それにより前記ねじ付きシャフトの長さに沿った前記リードナットの動きが前記リンク装置アームを回転させ、前記マスを前記マスの運動量の変化を生じさせる変化する速度で、弧中で動かすリンク装置アームと
を備え、
前記入力デバイスは、前記ハウジングに固定式に接続された、機械式停止装置をさらに備えており、該機械式停止装置は前記マスの動きを制限し、前記停止装置に対する前記マスの衝撃が前記ハウジングに前記指向性の力を付与する
ことを特徴とする装置。
オペレータによって保持された入力デバイス上のハウジングを介して、前記オペレータに加えられる指向性の触覚力を発生させる方法であって、
（ａ）ホストデバイスから受信した制御信号に応答して、変化する速度で、マスを前記入力デバイス中で動かすステップと、
（ｂ）前記入力デバイスのハウジングに反力を付与するために、前記変化する速度が、前記マスの運動量に変化を生じさせるステップと、
（ｃ）内部のマスが動いている方向によって決まる方向軸に沿って前記ハウジングに前記反力を加えるステップであって、触覚感覚として前記ハウジングを通して前記反力が伝達されるステップと
を備え、
前記反力を加えるステップは、前記マスに結合されたリンク装置アームを介して、前記ハウジングに運動量における変化を伝えるステップを備えており、前記リンク装置アームは、前記ハウジングに結合され、前記マスを弧中で旋回させ、前記反力は、前記運動量における変化が起こる点で、前記弧に接する線に沿って向けられ、
前記運動量に変化を生じさせるステップは、前記マスを停止させるステップを備えており、該マスを停止させるステップは、前記マスを動かすために加えられる駆動力を遮断するステップと、前記マスを機械式停止装置に衝突させるステップのうちの、少なくとも１つを備えた
ことを特徴とする方法。