(57)【要約】【課題】ユーザが、その入力装置の姿勢変化の前後で同様に画像を操作することができる入力装置、制御装置、ハンドヘルド装置、これらの装置を含む制御システム及び制御方法を提供すること。【解決手段】本実施形態に係る入力装置１は、内蔵されたセンサユニットにより入力装置１の姿勢を検出し、その姿勢の変化に応じて、センサユニットの検出軸を適宜切り替え、画面上の同じ軸に対応させるような制御モードを有する。これにより、入力装置１の姿勢が変化した場合に、例えばその姿勢変化の前後でユーザが同じ方向に入力装置１を動かしても、画像をその姿勢変化の前後で同様に操作することができる。【選択図】図１４
2010157106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
第１の検出軸及び前記第１の検出軸とは異なる方向の第２の検出軸に沿う方向の前記筐体の動きを検出する動き検出手段と、
前記筐体の姿勢を検出する姿勢検出手段と、
前記第１の検出軸に沿う前記筐体の動きに応じて、画面上における所定の方向に前記画面上の画像を移動させるための制御情報を出力する第１の制御モードと、前記第２の検出軸に沿う前記筐体の動きに応じて、前記画面上における前記所定の方向に前記画像を移動させるための制御情報を出力する第２の制御モードとを有し、前記筐体の姿勢の変化に応じて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを選択的に切り替える制御手段と
を具備する入力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記姿勢検出手段は、
前記筐体の角速度値を検出する角速度検出部と、
前記角速度値の積分演算により回転角度値を得る積分手段と
を有する入力装置。
【請求項３】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記姿勢検出手段は、前記筐体の加速度値を検出する加速度検出部を有し、
前記入力装置が、前記積分演算により得られた回転角度値を校正するために適した状態にあるか否かを、前記検出された加速度値及び角速度値のうち少なくとも一方に基づき判定する判定手段と、
前記判定手段により、前記入力装置が、前記回転角度値を校正するために適した状態にあると判定された場合、前記回転角度値を校正するために、前記検出された加速度値に基づき前記入力装置の回転角度値を算出する校正手段と
をさらに具備する入力装置。
【請求項４】
請求項３に記載の入力装置であって、
前記判定手段は、前記入力装置が略等速度の状態にある場合に、前記入力装置が前記適した状態にあると判定する入力装置。
【請求項５】
請求項４に記載の入力装置であって、
前記判定手段は、前記検出された角速度値から演算で求められた角加速度値の絶対値が閾値以下のとき、前記入力装置が略等速度の状態にあると判定する入力装置。
【請求項６】
請求項４に記載の入力装置であって、
前記判定手段は、前記検出された加速度値の絶対値が閾値以下のとき、前記入力装置が略等速度の状態にあると判定する入力装置。
【請求項７】
筐体と、第１の検出軸及び前記第１の検出軸とは異なる方向の第２の検出軸に沿う方向の前記筐体の動きを検出する動き検出手段と、前記筐体の姿勢を検出する姿勢検出手段と、前記検出された、前記筐体の動き及び姿勢の情報を送信する送信手段とを有する入力装置から送信された前記情報に基づき、画面上での画像の動きを制御する制御装置であって、
前記情報を受信する受信手段と、
前記第１の検出軸に沿う前記筐体の動きに応じて、前記画面上における所定の方向に前記画面上の画像を移動させるための制御情報を出力する第１の制御モードと、前記第２の検出軸に沿う前記筐体の動きに応じて、前記画面上における前記所定の方向に前記画像を移動させるための制御情報を出力する第２の制御モードとを有し、前記筐体の姿勢の変化に応じて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを選択的に切り替える制御手段と
を具備する制御装置。
【請求項８】
表示装置の画面上の画像を移動させる情報を出力することが可能なハンドヘルド装置であって、
筐体と、
表示部と、
第１の検出軸及び前記第１の検出軸とは異なる方向の第２の検出軸に沿う方向の前記筐体の動きを検出する動き検出手段と、
前記筐体の姿勢を検出する姿勢検出手段と、
前記第１の検出軸に沿う前記筐体の動きに応じて、前記表示装置の画面上における所定の方向に前記表示装置の画面上の画像を移動させるための制御情報を出力する第１の制御モードと、前記第２の検出軸に沿う前記筐体の動きに応じて、前記表示装置の画面上における前記所定の方向に前記画像を移動させるための制御情報を出力する第２の制御モードとを有し、前記筐体の姿勢の変化に応じて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを切り替える切り替え制御手段と
を具備するハンドヘルド装置。
【請求項９】
請求項８に記載のハンドヘルド装置であって、
前記筐体の姿勢の変化に応じて、前記表示部内での画像の向きを制御する表示部制御手段をさらに具備するハンドヘルド装置。
【請求項１０】
入力装置であって、
筐体と、
第１の検出軸及び前記第１の検出軸とは異なる方向の第２の検出軸に沿う方向の、前記筐体の動きを検出する動き検出手段と、
前記筐体の姿勢を検出する姿勢検出手段と、
前記第１の検出軸に沿う前記筐体の動きに応じて、画面上における所定の方向に前記画面上の画像を移動させるための第１の制御情報を出力する第１の制御モードと、前記第２の検出軸に沿う前記筐体の動きに応じて、前記画面上における前記所定の方向に前記画像を移動させるための第２の制御情報を出力する第２の制御モードとを有し、前記筐体の姿勢の変化に応じて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを選択的に切り替える制御手段と、
前記制御手段の動作に応じて、前記第１の制御情報及び前記第２の制御情報のうちいずれか一方を送信する送信手段とを有する入力装置と、
制御装置であって、
前記送信された情報を受信する受信手段と、
前記受信された情報に基づき、前記画面上の前記画像の動きを制御する画像制御手段とを有する制御装置と
を具備する制御システム。
【請求項１１】
入力装置であって、
筐体と、
第１の検出軸及び前記第１の検出軸とは異なる方向の第２の検出軸に沿う方向の前記筐体の動きを検出する動き検出手段と、
前記筐体の姿勢を検出する姿勢検出手段と、
前記検出された、前記筐体の動き及び姿勢の情報を送信する送信手段とを有する入力装置と、
制御装置であって、
前記送信された情報を受信する受信手段と、
前記第１の検出軸に沿う前記筐体の動きに応じて、前記画面上における所定の方向に前記画面上の画像を移動させるための第１の制御情報を出力する第１の制御モードと、前記第２の検出軸に沿う前記筐体の動きに応じて、前記画面上における前記所定の方向に前記画像を移動させるための第２の制御情報を出力する第２の制御モードとを有し、前記受信された情報のうち前記姿勢の変化に応じて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを選択的に切り替える制御手段と、
前記制御手段の動作により選択された、前記第１の制御情報及び前記第２の制御情報のうちいずれか一方の情報に基づき、前記画面上の前記画像の動きを制御する画像制御手段とを有する制御装置と
を具備する制御システム。
【請求項１２】
第１の検出軸及び前記第１の検出軸とは異なる方向の第２の検出軸に沿う方向の、入力装置の筐体の動きを検出し、
前記筐体の姿勢を検出し、
前記第１の検出軸に沿う前記筐体の動きに応じて、画面上における所定の方向に前記画面上の画像を移動させるための制御情報を出力する第１の制御モードと、前記第２の検出軸に沿う前記筐体の動きに応じて、前記画面上における前記所定の方向に前記画像を移動させるための制御情報を出力する第２の制御モードとを、前記筐体の姿勢の変化に応じて選択的に切り替える
制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＵＩ（Graphical User Interface）の操作が可能な、空間操作型の入力装置、制御装置、ハンドヘルド装置、制御システム及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＣ（Personal Computer）で普及しているＧＵＩのコントローラとして、主にマウスやタッチパッド等のポインティングデバイスが用いられている。ＧＵＩは、従来のＰＣのＨＩ（Human Interface）にとどまらず、例えばＴＶを画像媒体としてリビングルーム等で使用されるＡＶ機器やゲーム機のインターフェースとして使用され始めている。このようなＧＵＩのコントローラとして、ユーザが空間で操作することができるポインティングデバイスが多種提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ポインティングデバイスでは、その本体の動きを検出するために一般的に２軸以上の検出軸を持つ加速度センサや角速度センサが用いられる。この加速度センサや角速度センサによる検出値から、例えば２次元である画面上のポインタの速度や移動量に変換される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−５６７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このようなポインティングデバイス内に設けられた加速度センサ等の検出軸は、そのポインティングデバイスの本体内で固定されている。したがって、ユーザがポインティングデバイスを握り、その握り方を変えることにより、ポインティングデバイスの本体の姿勢が大きく変わる場合、本体内の検出軸の方向も変わる。その結果、その姿勢変化の前後の状態で同様なポインティング操作等、画面上での画像の操作を行うことができなくなる。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、携帯型のデバイスが使用される場合に、ユーザが、そのデバイスの姿勢変化の前後で同様に画像を操作することができる入力装置、制御装置、ハンドヘルド装置、これらの装置を含む制御システム及び制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る入力装置は、筐体と、動き検出手段と、姿勢検出手段と、制御手段とを具備する。  
前記動き検出手段は、第１の検出軸及び前記第１の検出軸とは異なる方向の第２の検出軸に沿う方向の前記筐体の動きを検出する。  
前記姿勢検出手段は、前記筐体の姿勢を検出する。  
前記制御手段は、第１の制御モードと、第２の制御モードとを有し、前記筐体の姿勢の変化に応じて、前記第１の制御モードと前記第２の制御モードとを選択的に切り替える。  
前記第１の制御モードは、前記第１の検出軸に沿う前記筐体の動きに応じて、画面上における所定の方向に前記画面上の画像を移動させるための制御情報を出力するモードである。  
前記第２の制御モードは、前記第２の検出軸に沿う前記筐体の動きに応じて、前記画面上における前記所定の方向に前記画像を移動させるための制御情報を出力するモードである。
【０００８】
これにより、筐体の姿勢が変化した場合に、例えばその姿勢変化の前後でユーザが同じ方向に入力装置を動かしても、画面の画像をその姿勢変化の前後で同様に操作することができる。
【０００９】
「画像の移動（画像の操作）」とは、例えば、画面上のポインタの移動、スクロールによる画面上の画像の移動、ズームイン（またはズームアウト）による画面上の画像の移動、画面上の画像の回転による移動等が挙げられる。
【００１０】
動き検出手段と姿勢検出手段は、筐体の動き及び姿勢の両方を検出する共有のセンサを有していてもよい。
【００１１】
前記姿勢検出手段は、前記筐体の角速度値を検出する角速度検出部と、前記角速度値の積分演算により回転角度値を得る積分手段とを有してもよい。
【００１２】
検出された角速度値が積分されることにより回転角度値が算出されるので、複雑な計算が実行されなくても、筐体の回転角度値が得られる。
【００１３】
前記姿勢検出手段は、前記筐体の加速度値を検出する加速度検出部を有してもよい。その場合、前記入力装置は、判定手段と、校正手段とをさらに具備する。
【００１４】
前記判定手段は、前記入力装置が、前記積分演算により得られた回転角度値を校正するために適した状態にあるか否かを、前記検出された加速度値及び角速度値のうち少なくとも一方に基づき判定する。
【００１５】
前記校正手段は、前記判定手段により、前記入力装置が、前記回転角度値を校正するために適した状態にあると判定された場合、前記回転角度値を校正するために、前記検出された加速度値に基づき前記入力装置の回転角度値を算出する。
【００１６】
これにより、積分手段による回転角度値の積分演算の際に生じる積分誤差を除去することができ、高精度に入力装置の姿勢が検出される。
【００１７】
前記判定手段は、前記入力装置が略等速度の状態にある場合に、前記入力装置が前記適した状態にあると判定してもよい。
【００１８】
入力装置が静止状態である場合に限られず、略等速度で動いているときも、入力装置は回転角度値を校正可能であるので、校正の機会が多くなる。これにより、後述するように、回転角度値を用いて画面上の画像の制御情報が算出される場合には、結果的に高精度な制御情報を得ることができる。
【００１９】
略等速度の状態とは、静止状態も含む意味である。
【００２０】
前記判定手段は、前記検出された角速度値から演算で求められた角加速度値の絶対値が閾値以下のとき、前記入力装置が略等速度の状態にあると判定してもよい。
【００２１】
前記判定手段は、前記検出された加速度値の絶対値が閾値以下のとき、前記入力装置が略等速度の状態にあると判定してもよい。
【００２２】
本発明の一形態に係る制御装置は、入力装置から送信された情報に基づき、画面上での画像の動きを制御する制御装置である。入力装置は、筐体と、第１の検出軸及び前記第１の検出軸とは異なる方向の第２の検出軸に沿う方向の前記筐体の動きを検出する動き検出手段と、前記筐体の姿勢を検出する姿勢検出手段と、前記検出された、前記筐体の動き及び姿勢の情報を送信する送信手段とを有する。  
前記制御装置は、前記姿勢の情報を受信する受信手段及び上述の制御手段を具備する。
【００２３】
本発明の一形態に係るハンドヘルド装置は、表示装置の画面上の画像を移動させる情報を出力することが可能なハンドヘルド装置であって、筐体と、表示部と、動き検出手段と、姿勢検出手段と、切り替え制御手段と、表示部制御手段とを具備する。  
前記動き検出手段は、第１の検出軸及び前記第１の検出軸とは異なる方向の第２の検出軸に沿う方向の前記筐体の動きを検出する。  
前記姿勢検出手段は、前記筐体の姿勢を検出する。  
前記切り替え制御手段は、前記筐体の姿勢の変化に応じて、第１の制御モードと第２の制御モードとを切り替える。前記第１の制御モードは、前記第１の検出軸に沿う前記筐体の動きに応じて、前記表示装置の画面上における所定の方向に前記表示装置の画面上の画像を移動させるための制御情報を出力するモードである。前記第２の制御モードは、前記第２の検出軸に沿う前記筐体の動きに応じて、前記表示装置の画面上における前記所定の方向に前記画像を移動させるための制御情報を出力するモードである。
【００２４】
前記ハンドヘルド装置は、前記筐体の姿勢の変化に応じて、前記表示部内での画像の向きを制御する表示部制御手段をさらに具備してもよい。
【００２５】
本発明の一形態に係る制御システムは、入力装置と、制御装置とを具備する。  
前記入力装置は、筐体と、上述の動き検出手段と、上述の姿勢検出手段と、制御手段と、送信手段とを有する。  
前記制御手段は、前記筐体の姿勢の変化に応じて、第１の制御モードと第２の制御モードとを選択的に切り替える。前記第１の制御モードは、前記第１の検出軸に沿う前記筐体の動きに応じて、画面上における所定の方向に前記画面上の画像を移動させるための第１の制御情報を出力するモードである。前記第２の制御モードは、前記第２の検出軸に沿う前記筐体の動きに応じて、前記画面上における前記所定の方向に前記画像を移動させるための第２の制御情報を出力するモードである。  
前記送信手段は、前記制御手段の動作に応じて、前記第１の制御情報及び前記第２の制御情報のうちいずれか一方を送信する。  
前記制御装置は、前記送信された情報を受信する受信手段と、前記受信された情報に基づき、前記画面上の前記画像の動きを制御する画像制御手段とを有する。
【００２６】
本発明の一形態に係る制御システムは、入力装置と、制御装置とを具備する。  
前記入力装置は、筐体と、上述の動き検出手段と、上述の姿勢検出手段と、送信手段とを有する。前記送信手段は、前記検出された、前記筐体の動き及び姿勢の情報を送信する。  
前記制御装置は、上述の受信手段と、上述の制御手段と、画像制御手段とを有する。  
前記画像制御手段は、前記制御手段の動作により選択された、前記第１の制御情報及び前記第２の制御情報のうちいずれか一方の情報に基づき、前記画面上の前記画像の動きを制御する。
【００２７】
本発明の一形態に係る制御方法は、第１の検出軸及び前記第１の検出軸とは異なる方向の第２の検出軸を用いて、入力装置の姿勢を検出することを含む。  
前記筐体の姿勢が検出される。  
前記第１の検出軸に沿う前記筐体の動きに応じて、画面上における所定の方向に前記画面上の画像を移動させるための制御情報を出力する第１の制御モードと、前記第２の検出軸に沿う前記筐体の動きに応じて、前記画面上における前記所定の方向に前記画像を移動させるための制御情報を出力する第２の制御モードとが、前記筐体の姿勢の変化に応じて選択的に切り替えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２９】
図１は、本発明の一実施の形態に係る制御システムを示す図である。制御システム１００は、表示装置５、制御装置４０及び入力装置１を含む。
【００３０】
図２は、入力装置１を示す斜視図である。入力装置１は、本体（筐体）１０と、本体１０に設けられた操作部１４とを備えている。入力装置１は、例えばＴＶのリモートコントローラのような機能を有し、操作部１４は、例えばチャンネルの選択やボリュームの調整のためのボタン１４ｂを含む。また、操作部１４は、電源ボタンやその他の操作ボタン１４ａを含む。入力装置１は、本体１０上に設けられた図示しない表示部を有していてもよい。
【００３１】
また、入力装置１は、後述するように表示装置５の画面上に表示されたアイコンやポインタを操作することが可能な、ＰＣで用いられる入力装置としてのマウスのような機能をも有する。この場合、操作ボタン１４ａがマウスの左ボタンの機能を有していればよい。
【００３２】
図３は、入力装置１の電気的な構成を示すブロック図である。
【００３３】
入力装置１は、ＭＰＵ１９、センサユニット１７、水晶発振器２０、上述の操作部１４を有する。
【００３４】
ＭＰＵ１９は、必要な揮発性及び不揮発性メモリを内蔵している。ＭＰＵ１９には、センサユニット１７による検出信号、操作部１４による操作信号等が入力され、これらの入力信号に応じた所定の制御信号を生成するため、各種の演算処理等を行う。上記メモリは、ＭＰＵ１９とは別体で設けられていてもよい。ＭＰＵ１９に限られず、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等が用いられてもよい。
【００３５】
水晶発振器２０は、クロックを生成し、これをＭＰＵ１９に供給する。
【００３６】
送受信機２１は、ＭＰＵ１９で生成された制御信号（入力情報または所定のコマンド）を、例えばＲＦ無線信号または赤外線信号として、アンテナ２２を介して制御装置４０に送信する。また、送受信機２１は、制御装置４０から送信された各種の信号を受信することも可能となっている。
【００３７】
なお、入力装置１は、例えばメールの送受信やウェブに接続したりするための通信機能を有していてもよい。
【００３８】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、センサユニット１７を示す斜視図である。
【００３９】
図４（Ａ）に示すように、センサユニット１７は、互いに異なる角度、例えば直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）に沿った加速度を検出する加速度センサユニット１６を有する。すなわち、加速度センサユニット１６は、Ｘ’、Ｙ’及びＺ’軸方向に沿った加速度を検出する加速度センサ１６１、１６２及び１６３の３つセンサを含む。
【００４０】
また、センサユニット１７は、図４（Ｂ）に示すように、その直交する３軸の周りの角速度を検出する角速度センサユニット１５を有する。すなわち、角速度センサユニット１５は、ヨー方向の角速度センサ１５１、ピッチ方向の角速度センサ１５２及びロール方向の角速度センサ１５３の、３つのセンサを含む。
【００４１】
これらの加速度センサユニット１６及び角速度センサユニット１５はパッケージングされ、回路基板２５上の第１の面及びそれとは反対側の第２の面に搭載されている。このように、回路基板２５の第１の面及び第２の面の両面に、加速度センサユニット１６及び角速度センサユニット１５がそれぞれ配置されることで、回路基板２５の主面の面積を小さくすることができる。したがって、センサユニット１７の小型化を実現することができる。
【００４２】
角速度センサ１５１〜１５３としては、角速度に比例したコリオリ力を検出する振動型のジャイロセンサが用いられる。角速度センサ１５１〜１５３としては、振動型ジャイロセンサに限られず、回転コマジャイロセンサ、レーザリングジャイロセンサ、あるいはガスレートジャイロセンサ等が用いられてもよい。加速度センサ１６１〜１６３としては、ピエゾ抵抗型、圧電型、静電容量型等、どのようなタイプのセンサであってもよい。
【００４３】
典型的には、センサユニット１７はアナログ信号を出力するものである。この場合、ＭＰＵ１９は、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）コンバータを含む。しかし、センサユニット１７がＡ／Ｄコンバータを含むユニットであってもよい。
【００４４】
図２〜図４の説明では、便宜上、本体１０の長手方向をＺ’方向とし、例えば操作部１４が設けられている表面（以下、主面１０ａという。）に垂直な方向をＹ’軸とする。また、本体１０の幅方向をＸ’方向とする。この場合、上記センサユニット１７は、回路基板２５の、加速度センサユニット１６及び角速度センサユニット１５を搭載する面がＸ’−Ｚ’平面に実質的に平行となるように、本体１０に内蔵される。
【００４５】
なお、図４（Ａ）及び（Ｂ）では、入力装置１が、本体１０の主面１０ａが、表示装置５の画面３に実質的に垂直となるような姿勢を取った状態の、センサユニット１７と画面３との状態を示している。特に、図４（Ａ）は、入力装置１の主面１０ａ側（斜め上）から見た図であり、図４（Ｂ）は、その逆（斜め下）から見た図である。
【００４６】
説明の便宜上、以降では、入力装置１とともに動く座標系、つまり、入力装置１に固定された座標系をＸ’軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸で表す。また、地球上で静止した座標系、つまり慣性座標系をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸で表す。また、入力装置１の動きに関し、Ｘ’軸回りの方向をピッチ方向、Ｙ’軸回りの方向をヨー方向といい、Ｚ’軸（ロール軸）回りの方向をロール方向という場合もある。
【００４７】
制御装置４０は、ＭＰＵ３５（あるいはＣＰＵ）、表示制御部４２、ＲＡＭ３６、ＲＯＭ３７、ビデオＲＡＭ４１、アンテナ３９及び送受信機３８等を含む。
【００４８】
送受信機３８は、入力装置１から送信された情報を、アンテナ３９を介して受信する。また、送受信機３８は、入力装置１へ所定の各種の情報を送信することも可能となっている。ＭＰＵ３５は、受信された情報を解析し、各種の演算処理を行う。表示制御部４２は、ＭＰＵ３５の制御に応じて、主に、表示装置５の画面３上に表示するための画面データを生成する。ビデオＲＡＭ４１は、表示制御部４２の作業領域となり、生成された画面データを一時的に格納する。
【００４９】
制御装置４０は、入力装置１に専用の機器であってもよいが、ＰＣ等であってもよい。制御装置４０は、入力装置１に専用の機器に限られず、表示装置５と一体となったコンピュータであってもよいし、オーディオ／ビジュアル機器、プロジェクタ、ゲーム機器、またはカーナビゲーション機器等であってもよい。
【００５０】
表示装置５は、例えば液晶ディスプレイ、ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイ等が挙げられるが、これらに限られない。あるいは、表示装置５は、テレビジョン放送等を受信できるディスプレイと一体となった装置、すなわちＴＶでもよいし、このようなディスプレイと上記制御装置４０とが一体となった装置でもよい。
【００５１】
図５は、表示装置５に表示される画面３の例を示す図である。画面３上には、アイコン４やポインタ（カーソル）２等の画像が表示されている。アイコンとは、コンピュータ上のプログラムの機能、実行コマンド、またはファイルの内容等が画面３上で画像化されたものである。なお、画面３上の水平方向をＸ軸方向とし、垂直方向をＹ軸方向とする。
【００５２】
次に、入力装置１の動かし方及びこれによる画面３上のポインタ２の動きの典型的な例を説明する。
【００５３】
図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ユーザは、入力装置１の主面１０ａが鉛直上向きになるように入力装置１を握る。今、鉛直上向きは、Ｙ軸方向に相当する。この状態で、センサユニット１７の回路基板２５（図４参照）の面は、表示装置５の画面３に対して垂直に近くなり、センサユニット１７の検出軸であるＸ’及びＹ’軸が、画面３上の水平軸（Ｘ軸）及び垂直軸（Ｙ軸）に対応するようになる。以下、このような図６（Ａ）、（Ｂ）に示す入力装置１の姿勢を基本姿勢という。
【００５４】
図６（Ａ）に示すように、基本姿勢の状態で、ユーザが手首や腕を左右方向、つまりヨー方向に振る。このとき、加速度センサ１６１は、Ｘ’軸方向の加速度axを検出し、角速度センサ１５１は、Ｙ’軸の周りの角速度ωψを検出する。これらの検出値に基き、制御装置４０は、ポインタ２がＸ軸方向に移動するようにそのポインタ２の表示を制御する。
【００５５】
一方、図６（Ｂ）に示すように、基本姿勢の状態で、ユーザが手首や腕を上下方向、つまりピッチ方向に振る。このとき、加速度センサ１６２は、Ｙ’軸方向の加速度ayを検出し、角速度センサ１５２は、Ｘ’軸の周りの角速度ωθを検出する。これらの検出値に基き、制御装置４０は、ポインタ２がＹ軸方向に移動するようにそのポインタ２の表示を制御する。
【００５６】
[入力装置の動作]
次に、以上のように構成された入力装置１の動作を説明する。図７、図８、図９は、その処理内容を示すフローチャートである。
【００５７】
入力装置１に電源が投入される。例えば、ユーザが入力装置１または制御装置４０に設けられた電源スイッチ等を入れることにより、入力装置１に電源が投入される。電源が投入されると、センサユニット１７から３軸の角速度値（ωψ、ωθ、ωφ）及び３軸の加速度値（ax、ay、az）が出力される。ＭＰＵ１９は、これら角速度値及び加速度値を取得する（図７のステップ１０１、１０２）。
【００５８】
なお、図７では、ＭＰＵ１９は、角速度値を取得した後、加速度値を取得している。しかし、ＭＰＵ１９は、ステップ１０１及び１０２を同期して実行してもよいし、加速度値の取得後、角速度値を取得してもよい。
【００５９】
ＭＰＵ１９は、Ｘ’及びＺ’軸方向の加速度値（ax、az）の両方が閾値th1以下であるか否かを判定する（ステップ１０３）。それら両方が閾値th1以下である場合、ＭＰＵ１９は、主面１０ａが上向きであると判定し（ステップ１０４）、図９に示す処理へ進み、そうでない場合（ステップ１０５）、図８に示す処理へ進む。閾値th1としては、適宜設定可能であり、例えば主面１０ａが縦向きの状態にあるとき、またはそれに近い状態にあるときの加速度の検出値が基準とされてもよい。その場合、例えば入力装置１が水平から斜め３０度以上起きているときの加速度の検出値が基準とされてもよい。
【００６０】
例えば、ステップ１０３でＮＯの場合、ステップ１０５の後に図８のステップ２０１に進んで、ＭＰＵ１９は、入力装置１が略等速状態にあるか否かを判定する。具体的には、ＭＰＵ１９は、まず検出された角速度値(ωψ、ωθ、ωφ)をそれぞれ微分することで、角加速度値(Δωψ、Δωθ、Δωφ)を取得する（ステップ２０１）。そして、ＭＰＵ１９は、これらすべての角速度値の絶対値が閾値th2以下であるか否かを判定する（ステップ２０２）。閾値th2は、ゼロに近い値が設定されるが、適宜設定可能である。ＭＰＵ１９は、これら２つのステップ２０１、２０２により、入力装置１が略等速状態にあるか否かを判定することができる。
【００６１】
略等速状態を判定する理由は、入力装置１が略等速状態にあるときは、加速度センサユニット１６の検出値に慣性加速度が含まれておらず、その検出値から実質的に重力加速度を抽出することができるからである。ここでいう慣性加速度とは、実質的に入力装置１の動きのみにより発生する加速度であり、加速度センサユニット１６の検出値から重力加速度値が除去されたものである。入力装置１が略等速状態にある場合、入力装置１が、後述する傾き角ψを校正するために適した状態にある、と言える。
【００６２】
ここでの略等速状態とは、正確な傾き角の算出に支障があるような慣性加速度が働かない状態を意味し、入力装置１が静止している状態も含む。この「略等速状態」は、上記閾値th2の設定範囲によってその範囲が定められる。この閾値th2の設定の際に考慮される事項は、主に、センサユニット１７（特に角速度センサユニット１５）からの出力信号のドリフトがある。
【００６３】
ここでいうドリフトとは、温度ドリフト、ＤＣドリフト、回路遅延によるドリフト、ストレス（応力）によるドリフト等である。ストレスによるドリフトとは、例えば、ユーザが筐体１０を握るときに筐体１０を介してセンサユニット１７に係る応力により発生するドリフトである。このドリフトが大きい場合において、閾値th2の設定が低すぎると、入力装置１が略等速状態となる機会が少なくなり、傾き角ψを校正しきれない場合がある。したがって、ドリフト値は閾値th2が設定される上で重要なパラメータとなる。
【００６４】
この閾値th2の設定の際に考慮される他の事項として、次のようなものがある。例えばステップ２０２及び３０２の処理が、加速度センサユニット１６の出力信号で判定される場合、入力装置１の筐体１０内で、センサユニット１７（特に加速度センサユニット１６）が配置される位置が重要なパラメータとなる。ユーザが入力装置１を同じように動かしても、その配置によっては加速度センサユニット１６の出力値が異なるからである。
【００６５】
以上のように、入力装置１の設計者は、このような各種ドリフトや加速度センサユニット１６の筐体１０内での配置を総合的に考慮した上で閾値th2を設定すればよい。
【００６６】
加速度センサユニット１６の検出値から重力加速度が抽出される理由は、後述する式（２）で示すように、ＭＰＵ１９が入力装置１のヨー角（ヨー方向の回転角度値）、すなわちＹ’軸を回る向きでの傾き角ψを正確に算出するためである。つまり、後述する式（２）によるＹ’軸を回る向きでの傾き角の算出時に、加速度センサユニット１６の検出値に慣性加速度が含まれていると、正確な傾き角が算出されないからである。逆に言えば、加速度センサユニット１６の検出値に慣性加速度が含まれていないときは、加速度値から正確な傾き角が算出できることになる。図１０（Ａ）は、入力装置１の主面１０ａが上向きでない状態、一例として、主面１０ａが鉛直方向に平行な状態で、入力装置１がＹ’（Ｚ）軸を回る向きに傾いた状態を示す図である。
【００６７】
角速度センサユニット１５は重力加速度の影響を受けない。したがって、ステップ２０２の処理のように角加速度値が判定対象とされることで、重力加速度の影響を受けずに正確な判定処理が可能となる。
【００６８】
なお、ステップ２０２において、Ｙ’軸周りの角加速度値Δωψは、閾値判定の対象とされなくてもよい。ステップ２０２では、入力装置１が、画面３上のポインタ２をＸ軸及びＹ軸上、つまりＸ’−Ｚ’平面である２次元で動かす上で入力装置１の略等速状態が判定対象とされるからである。
【００６９】
入力装置１が略等速状態にないとき（ステップ２０２のＹＥＳ）、ＭＰＵ１９は、下記式（１）により、つまり角速度値ωψの積分演算により、Ｙ’軸回りの傾き角ψを算出する（ステップ２０３）。
【００７０】
ψ(t) =ψ(t-1)＋ωψ(t)・・・（１）。
【００７１】
式（１）中、(t)は現在の値を意味し、(t-1)は、例えばメモリに格納された、現在より１つ前の値を示している。
【００７２】
入力装置１が略等速状態にあるとき（ステップ２０２のＮＯ）、ＭＰＵ１９は、加速度センサユニット１６により得られた加速度値（ax、az）のそれぞれ両方の絶対値が閾値th3以下であるか否かを判定する（ステップ２０４）。閾値th3は、ゼロに近い値が設定されるが、適宜設定可能である。ＭＰＵ１９は、ステップ２０４でＹＥＳの場合、ステップ２０３に処理を進め、ＮＯの場合、加速度値（ax、az）に基づき、例えば下記式（２）を用いてＹ’軸回りの傾き角ψを算出する（ステップ２０５）。
【００７３】
ψ(t)＝arctan(ax(t)/az(t))・・・（２）。
【００７４】
加速度値（ax、az）のそれぞれ両方の絶対値がゼロに近い値である場合、入力装置１は、その主面１０ａが実質的に水平状態になるような姿勢を取る。このような状態では、加速度センサの検出軸が重力加速度の方向に直交する方向に近くなって加速度値（ax、az）が小さくなるので、ノイズが相対的に大きくなり、加速度センサ１６１及び１６３の出力値のＳ／Ｎが小さくなる。Ｓ／Ｎが小さいと、ＭＰＵ１９は、式（２）を用いてＹ’軸回りの傾き角ψを算出する場合に、正確にそれを算出できない。したがって、ステップ２０４でＹＥＳの場合、ＭＰＵ１９は、式（２）でなく、式（１）を用いてＹ’軸回りの傾き角ψを算出する。ステップ２０４でＮＯの場合、入力装置１が傾き角ψを校正するために適した状態にある、と言える。
【００７５】
傾き角ψの計算方法が式（１）及び（２）の２通り用意されている理由は、式（１）及び（２）のそれぞれが相補的に用いられるようにするためである。例えば式（２）による方法では、入力装置１に慣性加速度が働いているときは、正確な傾き角ψが計算できないので、所定条件下で式（１）が用いられる。一方、式（１）による方法では、積分誤差が発生するので、所定条件下で式（２）が用いられ、式（１）により得られた傾き角ψの校正が行われる。
【００７６】
このように、入力装置１が略等速状態にあるときに、傾き角ψの校正が実行されることにより、入力装置１が静止状態である場合に限られず、等速度で動いているときも、入力装置１は傾き角ψを校正可能であり、校正の機会が多くなる。これにより、高精度にポインタ２の位置を制御することができる。ユーザが実際に入力装置１を使う場合、校正の機会は、少なくとも数秒に１回程度ある。具体的には、ユーザが入力装置１を動かして止める間に、必ず加速度がゼロとなる瞬間があるので、その瞬間またはその直前等に校正が実行され得る。
【００７７】
ＭＰＵ１９は、式（１）または（２）により算出されたＹ’軸回りの傾き角ψに応じて、入力装置１の姿勢を判定する（ステップ２０６〜２０９）。
【００７８】
ステップ２１０では、ＭＰＵ１９は、画面３上でポインタ２を移動させるための制御情報として例えば、以下に説明するように速度情報を算出する。
【００７９】
図１１（Ａ）〜（Ｄ）は、入力装置１の姿勢（１）〜（４）を説明するための図（表示装置５の画面３を正面から見た図）である。図１２は、入力装置１が、図１１（Ａ）〜（Ｄ）のうち、例えば図１１（Ｄ）に示す姿勢にある状態を示す図であり、入力装置１の本体１０の主面１０ａが上向きでない入力装置１の姿勢の一例を示すものである。図１１及び図１２に示す例では、本体１０の主面１０ａとユーザとが向かい合っている状態を例に挙げる。図１２（Ａ）は上から見た図、（Ｂ）は正面から見た図、（Ｃ）は（Ｂ）を横から見た図である。
【００８０】
図１１（Ａ）に示した姿勢（１）は、入力装置１のＹ’軸回りの傾き角ψが、ψ＜４５°、３１５°＜ψにある。例えば、ＭＰＵ１９は、加速度センサユニット１６のＸ’及びＺ’軸の検出軸でそれぞれ検出された入力装置１の加速度値（ax、az）を積分することにより、表示装置５の画面３上におけるＸ−Ｙ軸上でポインタ２を移動させるための速度値（Vx、Vy）を算出する。図１４は、図８のステップ２１０の速度値が算出される場合に、加速度センサユニット１６及び角速度センサユニット１５の検出軸が切り替えられる工程を説明するためのフローチャートである。
【００８１】
加速度センサユニット１６については、姿勢（１）では、Ｘ’軸の検出軸の出力axが、画面３上でのＸ軸でのポインタ２の動きに対応するように、また、Ｚ’軸の検出軸の出力azが、画面３上でのＹ軸でのポインタ２の動きに対応するように、ＭＰＵ１９がその速度情報の出力のための制御モードを切り替える。
【００８２】
角速度センサユニット１５については、姿勢（１）では、Ｚ’軸の検出軸周りの出力ωφが、画面３上でのＸ軸でのポインタ２の動きに対応するように、また、Ｘ’軸の検出軸周りの出力ωθが、画面３上でのＹ軸でのポインタ２の動きに対応するように、ＭＰＵ１９がその速度情報の出力のための制御モードを切り替える。
【００８３】
なお、速度情報の出力には、加速度センサユニット１６の出力が用いられても、角速度センサユニット１５の出力が用いられても、どちらでもよい。このことは、以下に説明する姿勢（２）〜（８）についても同様である。
【００８４】
あるいは、図１４に示すように、加速度センサユニット１６及び角速度センサユニット１５の両方の出力に基づき、速度値が算出されてもよい。図１４では、ＭＰＵ１９は、加速度値（ax、az）及び角速度値（ωφ、ωθ）に基いて、所定の演算によりポインタ２を画面３上で動かすための速度値（Vx、Vy）を算出する。この算出方法については後述する。このように、加速度値及び角速度値の両方の値が用いられることにより、ユーザの直感に合った、正確なポインタ２の動きを実現することができる。
【００８５】
図１１（Ｂ）に示した姿勢（２）は、入力装置１のＹ’軸回りの傾き角ψが、４５°＜ψ＜３１５°にある。  
加速度センサユニット１６については、姿勢（２）では、Ｚ’軸の検出軸の出力azが、画面３上でのＸ軸でのポインタ２の動きに対応するように、また、Ｘ’軸の検出軸の出力axが、画面３上でのＹ軸でのポインタ２の動きに対応するように、ＭＰＵ１９がその速度情報の出力のための制御モードを切り替える。
【００８６】
角速度センサユニット１５については、姿勢（２）では、Ｘ’軸の検出軸周りの出力ωθが、画面３上でのＸ軸でのポインタ２の動きに対応するように、また、Ｚ’軸の検出軸周りの出力ωφが、画面３上でのＹ軸でのポインタ２の動きに対応するように、ＭＰＵ１９がその速度情報の出力のための制御モードを切り替える。
【００８７】
なお、姿勢（２）では、画面３上におけるＹ軸の出力に対応する、センサユニット１５及び１６の検出軸（Ｘ’軸）の出力の符号は反転される。
【００８８】
図１１（Ｃ）に示した姿勢（３）は、入力装置１のＹ’軸回りの傾き角ψが、１３５°＜ψ＜２２５°にある。  
加速度センサユニット１６については、姿勢（３）では、Ｘ’軸の検出軸の出力axが、画面３上でのＸ軸でのポインタ２の動きに対応するように、また、Ｚ’軸の検出軸の出力azが、画面３上でのＹ軸でのポインタ２の動きに対応するように、ＭＰＵ１９がその速度情報の出力のための制御モードを切り替える。
【００８９】
角速度センサユニット１５については、姿勢（３）では、Ｚ’軸の検出軸周りの出力ωφが、画面３上でのＸ軸でのポインタ２の動きに対応するように、また、Ｘ’軸の検出軸周りの出力ωθが、画面３上でのＹ軸でのポインタ２の動きに対応するように、ＭＰＵ１９がその速度情報の出力のための制御モードを切り替える。
【００９０】
なお、姿勢（３）では、画面３上におけるＸ及びＹ軸両方の出力に対応する、センサユニット１５及び１６の検出軸（Ｘ’及びＺ’軸）の出力の符号は反転される。
【００９１】
図１１（Ｄ）に示した姿勢（４）は、入力装置１のＹ’軸回りの傾き角ψが、２２５°＜ψ＜３１５°にある。  
加速度センサユニット１６については、姿勢（４）では、Ｚ’軸の検出軸の出力azが、画面３上でのＸ軸でのポインタ２の動きに対応するように、また、Ｘ’軸の検出軸の出力axが、画面３上でのＹ軸でのポインタ２の動きに対応するように、ＭＰＵ１９がその速度情報の出力のための制御モードを切り替える。
【００９２】
角速度センサユニット１５については、姿勢（４）では、Ｘ’軸の検出軸周りの出力ωθが、画面３上でのＸ軸でのポインタ２の動きに対応するように、また、Ｚ’軸の検出軸周りの出力ωφが、画面３上でのＹ軸でのポインタ２の動きに対応するように、ＭＰＵ１９がその速度情報の出力のための制御モードを切り替える。
【００９３】
なお、姿勢（４）では、画面３上におけるＸ軸の出力に対応する、センサユニット１５及び１６の検出軸（Ｚ’軸）の出力の符号は反転される。
【００９４】
これまでは、図７に示すステップ１０５を経るフローについて説明してきたが、次では、ステップ１０４を経るフローについて説明する。図１０（Ｂ）は、図７に示すステップ１０５を経るフローを説明するための図である。図１０（Ｂ）では、入力装置１の本体１０の主面１０ａが上向きの状態、一例として、その主面１０ａが鉛直方向に垂直な状態で、入力装置１がＹ’軸（Ｙ軸）を回る方向に傾いた状態が示されている。
【００９５】
図７においてステップ１０４を経た後、図９に示すように、ＭＰＵ１９は図８に示した処理とほぼ同様の処理を実行する。
【００９６】
図１３及び図１５は、図１１及び図１４にそれぞれ対応する図であって、図９のステップ３１０の速度値が算出される場合に、加速度センサユニット１６及び角速度センサユニット１５の検出軸が切り替えられる工程を説明するための図である。
【００９７】
図１３（Ａ）に示した姿勢（５）は、入力装置１のＹ’軸回りの傾き角ψが、ψ＜４５°、３１５°＜ψにある。加速度センサユニット１６については、姿勢（５）では、Ｘ’軸の検出軸の出力axが、画面３上でのＸ軸でのポインタ２の動きに対応するように、また、Ｙ’軸の検出軸の出力ayが、画面３上でのＹ軸でのポインタ２の動きに対応するように、ＭＰＵ１９がその制御モードを切り替える。
【００９８】
角速度センサユニット１５については、姿勢（５）では、Ｙ’軸の検出軸周りの出力ωψが、画面３上でのＸ軸でのポインタ２の動きに対応するように、また、Ｘ’軸の検出軸周りの出力ωθが、画面３上でのＹ軸でのポインタ２の動きに対応するように、ＭＰＵ１９がその速度情報の出力のための制御モードを切り替える。
【００９９】
図１３（Ｂ）に示した姿勢（６）は、入力装置１のＹ’軸回りの傾き角ψが、４５°＜ψ＜３１５°にある。  
加速度センサユニット１６については、姿勢（６）では、Ｚ’軸の検出軸の出力azが、画面３上でのＸ軸でのポインタ２の動きに対応するように、また、Ｙ’軸の検出軸の出力が、画面３上でのＹ軸でのポインタ２の動きに対応するように、ＭＰＵ１９がその速度情報の出力のための制御モードを切り替える。
【０１００】
角速度センサユニット１５については、姿勢（６）では、Ｙ’軸の検出軸周りの出力ωψが、画面３上でのＸ軸でのポインタ２の動きに対応するように、また、Ｚ’軸の検出軸周りの出力ωφが、画面３上でのＹ軸でのポインタ２の動きに対応するように、ＭＰＵ１９がその速度情報の出力のための制御モードを切り替える。
【０１０１】
図１３（Ｃ）に示した姿勢（７）は、入力装置１のＹ’軸回りの傾き角ψが、１３５°＜ψ＜２２５°にある。  
加速度センサユニット１６については、姿勢（７）では、Ｘ’軸の検出軸の出力axが、画面３上でのＸ軸でのポインタ２の動きに対応するように、また、Ｙ’軸の検出軸の出力ayが、画面３上でのＹ軸でのポインタ２の動きに対応するように、ＭＰＵ１９がその速度情報の出力のための制御モードを切り替える。
【０１０２】
角速度センサユニット１５については、姿勢（７）では、Ｙ’軸の検出軸周りの出力ωψが、画面３上でのＸ軸でのポインタ２の動きに対応するように、また、Ｘ’軸の検出軸周りの出力ωθが、画面３上でのＹ軸でのポインタ２の動きに対応するように、ＭＰＵ１９がその速度情報の出力のための制御モードを切り替える。
【０１０３】
なお、姿勢（３）では、画面３上におけるＸの出力に対応する、センサユニット１５及び１６の検出軸（Ｚ’軸）の出力の符号は反転される。
【０１０４】
図１３（Ｄ）に示した姿勢（８）は、入力装置１のＹ’軸回りの傾き角ψが、２２５°＜ψ＜３１５°にある。  
加速度センサユニット１６については、姿勢（８）では、Ｚ’軸の検出軸の出力azが、画面３上でのＸ軸でのポインタ２の動きに対応するように、また、Ｙ’軸の検出軸の出力ayが、画面３上でのＹ軸でのポインタ２の動きに対応するように、ＭＰＵ１９がその速度情報の出力のための制御モードを切り替える。
【０１０５】
角速度センサユニット１５については、姿勢（８）では、Ｙ’軸の検出軸周りの出力ωψが、画面３上でのＸ軸でのポインタ２の動きに対応するように、また、Ｚ’軸の検出軸周りの出力ωφが、画面３上でのＹ軸でのポインタ２の動きに対応するように、ＭＰＵ１９がその速度情報の出力のための制御モードを切り替える。
【０１０６】
なお、姿勢（８）では、画面３上におけるＸ軸の出力に対応する、センサユニット１５及び１６の検出軸（Ｚ’軸）の出力の符号は反転される。
【０１０７】
ＭＰＵ１９は、以上のように算出した速度値（Vx、Vy）を含む情報を、送受信機２１及びアンテナ２２を介して制御装置４０に送信する。
【０１０８】
[制御装置の動作]
図１６は、送信された速度値（Vx、Vy）を含む情報を用いて処理を実行するときの制御装置４０の処理を示すフローチャートである。
【０１０９】
制御装置４０のＭＰＵ３５は、アンテナ３９及び送受信機３８を介して、速度値（Vx、Vy）の情報を受信する（ステップ４０１）。入力装置１は、所定のクロックごとに、つまり単位時間ごとに速度値（Vx、Vy）を送信するので、制御装置４０は、これを受信し、単位時間ごとのＸ軸及びＹ軸方向の変位量を取得することができる。
【０１１０】
ＭＰＵ３５は、下の式（３）、（４）より、取得した単位時間当りのＸ軸及びＹ軸方向の変位量に応じた、ポインタ２の画面３上における座標値（X(t)、Y(t)）（座標情報）を生成する（ステップ４０２）。この座標値の生成により、ＭＰＵ３５は、ポインタ２が画面３上で移動するように表示を制御する（ステップ４０３）。
【０１１１】
X(t) =X(t-1)＋Vx(t)・・・（３）
Y(t) =Y(t-1)＋Vy(t)・・・（４）。
【０１１２】
[ポインタを移動させるための速度値の算出方法]
次に、ステップ２１０及び３１０における速度値（Vx、Vy）の算出方法について説明する。ステップ２１０及び３１０において、実質的な速度値の算出方法は異なるわけではなく、センサユニット１７の検出軸が異なるだけである。ここでは、入力装置１の本体１０の主面１０ａが上向き状態になったときについて、つまりステップ３１０における速度値の算出方法を例に挙げる。
【０１１３】
例えば、ユーザが入力装置１を左右方向（ヨー方向）へ振って操作する場合において、ユーザが自然に入力装置１を操作する場合、手首（あるいは手指）の回転、肘の回転及び腕の付け根の回転のうち少なくとも１つによって操作する。したがって、入力装置１の動きと、この手首（あるいは手指）、肘及び腕の付け根の回転とを比較すると、以下に示す１．２．の関係があることが分かる。
【０１１４】
１．入力装置１のＹ’軸周りの角速度値ωψは、肩の回転による角速度、肘の回転による角速度、及び、手指（あるいは手首）の回転等による角速度の合成値である。  
２．入力装置１のヨー方向の速度値Vxは、肩、肘、及び手指等の角速度に、肩と入力装置１との距離、肘と入力装置１との距離、及び、手指と入力装置１との距離等をそれぞれ乗じた値の合成値である。
【０１１５】
ここで、微小時間での入力装置１の回転運動について、入力装置１は、Ｙ’軸に平行な、時間ごとに位置が変化する中心軸を中心に回転していると考えることができる。この時間ごとに位置が変化する中心軸（つまり瞬間中心を通る軸）と、入力装置１との距離を、Ｙ’軸周りの回転半径Ｒψ(ｔ)とすると、入力装置１の速度値Vxと、角速度値ωψとの関係は、以下の式（a）で表される。すなわち、ヨー方向の速度値Vxは、Ｙ’軸周りの角速度値ωψに、中心軸と入力装置１との距離Ｒψ(ｔ)を乗じた値となる。
【０１１６】
Vx＝Ｒψ(ｔ)・ωψ・・・（a）。
【０１１７】
式（a）に示すように、入力装置１の速度値と、角速度値との関係は、比例定数をＲ(ｔ)とした比例関係、つまり、相関関係にある。
【０１１８】
上記式（a）を変形して式（a-1）を得る。  
Ｒψ(ｔ)＝Vx/ωψ・・・（a-1）。
【０１１９】
式（a-1）の右辺は、速度のディメンジョンである。この式（a-1）の右辺に表されている速度値と角速度値とがそれぞれ微分され、加速度、あるいは加速度の時間変化率のディメンジョンとされても相関関係は失われない。同様に、速度値と角速度値とがそれぞれ積分され、変位のディメンジョンとされても相関関係は失われない。
【０１２０】
したがって、式（a-1）の右辺に表されている速度及び角速度をそれぞれ変位、加速度、加速度の時間変化率のディメンジョンとして、以下の式（a-2）、（a-3）、（a-4）が得られる。
【０１２１】
Ｒψ(ｔ)＝ｘ／ψ・・・（a-2）
Ｒψ(ｔ)＝a x／Δωψ・・・（a-3）
Ｒψ(ｔ)＝Δa x／Δ（Δωψ）・・・（a-4）。
【０１２２】
上記式（a-1）、（a-2）、（a-3）、（a-4）のうち、例えば式（a-3）に注目すると、加速度値a xと、角速度値Δωψが既知であれば、回転半径Ｒψ(ｔ)が求められることが分かる。
【０１２３】
上述のように、加速度センサ１６１は、ヨー方向の加速度値axを検出し、角速度センサ１５１は、Ｙ’軸の周りの角速度値ωψを検出する。したがって、Ｙ’軸周りの角速度値ωψが微分され、Ｙ’軸周りの角加速度値Δωψが算出されれば、Ｙ’軸周りの回転半径Ｒψ(ｔ)が求められる。
【０１２４】
Ｙ’軸周りの回転半径Ｒψ(ｔ)が既知であれば、この回転半径Ｒψ(ｔ)に、角速度センサ１５１によって検出されたＹ’軸の周りの角速度値ωψを乗じることで、入力装置１のＸ’軸方向の速度値Vxが求められる（式（a）参照）。すなわち、ユーザの回転の操作量そのものがＸ’軸方向の線速度値に変換され、ユーザの直感に合致した速度値となる。
【０１２５】
この速度値の算出方法については、ユーザが入力装置１を上下方向（ピッチ方向）へ振って操作する場合にも適用することができる。
【０１２６】
以上のように、本実施形態に係る入力装置１は、センサユニット１７により入力装置１の姿勢（１）〜（８）を検出し、その姿勢（１）〜（８）の変化に応じて、センサユニット１７の検出軸を適宜切り替え、画面３上の同じ軸に対応させるような制御モードを有する。つまり、入力装置１は、姿勢（１）〜（８）ごとに、画像（上記の例ではポインタ２）を制御するための制御モードをそれぞれ有する。
【０１２７】
したがって、入力装置１の姿勢が変化した場合に、例えばその姿勢変化の前後でユーザが同じ方向に入力装置１を動かしても、ポインタ２をその姿勢変化の前後で同様に操作することができる。
【０１２８】
また、本実施形態では、例えば図８のステップ２０３に示すように、検出された角速度値が積分されることにより傾き角が算出されるので、複雑な計算が実行されなくても、入力装置１の傾き角が得られる。
【０１２９】
以上の実施形態では、入力装置１の姿勢について４つの姿勢（１）〜（４）ごと（回転角９０°ごと）に異なる制御モードが設けられる形態を示したが、例えば１８０°ずつの２つ、あるいは、６０°ずつの６つ等、その数は限られない。その数が多くなる場合、例えば入力装置１は、表示部１３の画像を滑らかに回転させることも可能となる。
【０１３０】
[制御装置が主要な動作を実行する場合の実施形態]
これまでの説明では、入力装置１が主要な演算を行って速度値（Vx、Vy）を算出していた。図１７に示す実施の形態では、制御装置４０が主要な演算を行う。
【０１３１】
入力装置１が、例えばセンサユニット１７から出力された３軸の加速度値及び３軸の角速度値の情報を入力装置１の姿勢の情報として制御装置４０に送信する（ステップ５０１）。制御装置４０は、送信された情報を受信し（ステップ５０２）、上述したステップ１０３〜１０５、２０２〜２１０、３０２〜３１０、４０２、４０３の処理を実行する。
【０１３２】
[ハンドヘルド装置について実施形態]
図１８は、本発明の一実施形態に係るハンドヘルド装置５０を示す斜視図である。これ以降の説明では、上記で示した実施形態に係る入力装置１が含む部材や機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
【０１３３】
このハンドヘルド装置は、本体１０の表面に表示部１３を備えている。表示部１３は、例えばタッチパネル型の表示部であり、その方式として抵抗膜型、静電容量型のものが用いられる。しかし、表示部１３はタッチパネル型でなくてもよい。ハンドヘルド装置５０は、上記実施形態でも説明したセンサユニット１７を本体１０内に備えている
図１９は、図１８に示したハンドヘルド装置５０の電気的な構成を示すブロック図である。ハンドヘルド装置５０は、表示部１３の表示を制御する表示制御部１２を備えている。操作部１４は、操作ボタン１４ａや、その他上記タッチパネル用の操作部を含む。
【０１３４】
このハンドヘルド装置５０は、上記入力装置１と同様の機能を有する。すなわち、ユーザがこのハンドヘルド装置５０を使ってポインタ２を表示装置５の画面３上で動かす場合に、ハンドヘルド装置５０の本体１０が、例えば図１１及び図１３で説明したように様々な姿勢に変化しても、その姿勢の変化の前後で同様の操作でポインタ２を動かすことが可能である。
【０１３５】
つまり、ハンドヘルド装置５０は、センサユニット１７により本体１０の姿勢（１）〜（８）を検出し、その姿勢（１）〜（８）の変化に応じて、センサユニット１７の検出軸を適宜切り替え、画面３上の同じ軸に対応させるような制御モードを有する。
【０１３６】
図２０（Ａ）及び（Ｂ）は、図６（Ａ）及び（Ｂ）に対応する図であり、表示部１３が例えば鉛直上向きになるような姿勢でユーザが本体１０を握った様子を示す図である。図２０（Ｃ）〜（Ｅ）は、図１２（Ａ）〜（Ｃ）に対応する図であり、表示部１３が水平方向に向くような姿勢でユーザが本体１０を握った様子を示す図である。図２０（Ａ）及び（Ｂ）と、図２０（Ｃ）〜（Ｅ）とにおいて、ハンドヘルド装置５０は、上記入力装置１の機能と同様に、その本体１０の姿勢によらず表示装置５の画面３上のポインタ２を動かす機能を有する。特に、図２０（Ｃ）〜（Ｅ）のような両手による握り方の場合、ハンドヘルド装置５０は、表示装置５の画面３上のポインタ２を動かす機能に限らず、ゲーム用のコントローラの機能を備えていてもよい。その場合、ハンドヘルド装置５０は、自身が持つ表示部１３にそのゲーム画面を表示することも可能である。
【０１３７】
以下に説明する実施形態は、このようなハンドヘルド装置５０が、表示装置５の画面３上のポインタ２を動かす機能だけでなく、その姿勢変化に応じて表示部１３内での画像の向きを制御する、というものである。
【０１３８】
図２１（Ａ）〜（Ｄ）は、例えば、図１１（Ａ）〜（Ｄ）に対応する図である。つまり、図２１は、例えばユーザが表示部１３の画面を、鉛直またはそれに近い向きにして本体１０をＹ’軸回りで回転させたときの様子を示す図である。姿勢（１）〜（４）は、図１１の姿勢（１）〜（４）に対応する。
【０１３９】
図２２は、このハンドヘルド装置５０のＭＰＵ１９の処理フローを示し、図１４に対応するものである。ハンドヘルド装置５０のＭＰＵ１９は、図８における上記入力装置１のフローと同じフローを経て、ステップ４１０を実行する。ステップ４１０では、ＭＰＵ１９は、典型的には、姿勢（１）〜（４）ごとに、その画像の下の位置（例えば図２１では画面の下の方のエッジ側１３ａ）が重力方向に最も近くなるように、表示部１３内での画像の向きを制御する。
【０１４０】
また、もちろんハンドヘルド装置５０は、表示部１３の表示面の向きを鉛直上向きに近い、つまり図２０（Ａ）及び（Ｂ）の状態で、図１３（Ａ）〜（Ｄ）に示すような姿勢（５）〜（８）ごとに、その表示部１３内での画像の向きを制御することも可能である。その処理フローは、図９及び図１５と同様のものである。その場合、ハンドヘルド装置５０に電源が投入された後に、ハンドヘルド装置５０は、画像を、所定のプログラムによりデフォルトの向きで表示部１３に表示させ、その後、姿勢（５）〜（８）に応じてその画像の向きを制御してもよい。
【０１４１】
図２３（Ａ）〜（Ｄ）は、ハンドヘルド装置５０が、表示部１３にキーボードの画像を表示させ、上記の処理により、姿勢の変化に応じてそのキーボードの向きを制御する様子を示す図である。この図２３では、表示部１３の表示面が鉛直方向にほぼ平行な向きになっている例を示した。
【０１４２】
[その他の実施形態]
本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が考えられる。
【０１４３】
上記実施形態では、入力装置として、表示部１３を備える入力装置１を例に挙げた。しかし、入力装置１の代わりとして、表示部１３を備えていないポインティングデバイスが用いられてもよい。
【０１４４】
上記では、入力装置１が表示装置５の画面３上のポインタ２を移動させる機能を有する形態を説明した。しかし、入力装置１は、そのような機能を有さない、例えばPersonal Digital Assistance）、携帯電話機、携帯音楽プレイヤー、デジタルカメラ等のデバイスであってもよい。その場合、入力装置１は、角速度センサユニット１５を備えず、２軸または３軸の加速度センサユニット１６のみから、自身の姿勢を検出し、画像の向きを制御するようにしてもよい。
【０１４５】
入力装置１は、加速度センサユニット１６を備えていたが、これに代えて、ロータリエンコーダ及び錘を含む傾斜センサを備えていてもよい。傾斜センサは、ロータリエンコーダを利用する場合に限られず、ポテンショメータまたは静電容量を利用してもよい。このように、傾斜センサが用いられる場合も、加速度センサユニット１６が用いられる場合と同様に、典型的には、角加速度値(Δωψ、Δωθ、Δωφ)の微分値により入力装置１の略等速状態が判定され得る。
【０１４６】
上記実施形態では、略等速状態の判定のために、角加速度値の絶対値が用いられたが、加速度値（例えば３軸のうち少なくとも２軸の加速度出力値）の絶対値が用いられてもよい。
【０１４７】
上記角速度センサユニット１５の代わりとして、角度センサあるいは角加速度センサが用いられてもよい。角度センサとしては、地磁気センサまたはイメージセンサ等が挙げられる。例えば３軸地磁気センサが用いられる場合、角度値の変化量が検出されるので、その場合、角度値が微分演算されることで角速度値が得られる。角加速度センサは、複数の加速度センサの組み合わせにより構成され、角加速度センサにより得られる角加速度値が積分演算されることで、角速度値が得られる。
【０１４８】
速度値（Vx、Vy）の算出方法としては、ＭＰＵ１９が、角速度値（ωψ、ωθ）を用いず、例えば加速度値（ax、ay）を単に積分して速度値を求める方法がある。この場合、角速度センサユニット１５はなくてもよい。
【０１４９】
上記実施の形態に係るハンドヘルド装置１は、無線で入力情報を制御装置４０に送信する形態を示したが、有線により入力情報が送信されてもよい。
【０１５０】
上記実施の形態では、ハンドヘルド装置１の動きに応じて画面上で動くポインタ２を、矢印の画像として表した。しかし、ポインタ２の画像は矢印に限られず、単純な円形、角形等でもよいし、キャラクタ画像、またはその他の画像であってもよい。
【０１５１】
センサユニット１７の、角速度センサユニット１５及び加速度センサユニット１６の検出軸は、互いに直交していなくてもよい。その場合、三角関数を用いた計算によって、互いに直交する軸方向に投影されたそれぞれの加速度が得られる。また同様に、三角関数を用いた計算によって、互いに直交する軸の周りのそれぞれの角速度を得ることができる。
【０１５２】
以上の各実施の形態で説明したセンサユニット１７について、角速度センサユニット１５の３つの検出軸と、加速度センサユニット１６の３つの検出軸がそれぞれ一致している形態を説明した。しかし、それら各軸は、必ずしも一致していなくてもよい。例えば、角速度センサユニット１５及び加速度センサユニット１６が基板上に搭載される場合、角速度センサユニット１５及び加速度センサユニット１６の検出軸のそれぞれが一致しないように、角速度センサユニット１５及び加速度センサユニット１６がその基板の主面内で所定の回転角度だけずれて搭載されていてもよい。その場合、三角関数を用いた計算によって、各軸の加速度及び角速度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る制御システムを示す図である。
【図２】入力装置を示す斜視図である。
【図３】入力装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）は、センサユニットを示すそれぞれ斜視図である。
【図５】図５は、表示装置に表示される画面の例を示す図である。
【図６】入力装置の動かし方及びこれによる画面上のポインタの動きの典型的な例を説明するための図である。
【図７】入力装置の処理を示すフローチャートである。
【図８】入力装置の処理であって、図７に続く処理を示すフローチャートである。
【図９】入力装置の処理であって、図７に続く処理を示すフローチャートである。
【図１０】（Ａ）は、入力装置の本体の主面が上向きでない状態、一例として、その主面が鉛直方向に平行な状態で、入力装置がＹ’（Ｚ）軸回りに傾いた状態を示す図である。（Ｂ）は、その主面が上向きの状態、一例として鉛直方向に垂直な状態で、入力装置がＹ’（Ｚ）軸回りに傾いた状態を示す図である。
【図１１】（Ａ）〜（Ｄ）は、入力装置の姿勢（１）〜（４）を説明するための図である。
【図１２】入力装置が、図１１（Ａ）〜（Ｄ）のうち、例えば図１１（Ｄ）に示す姿勢にある状態を示す図であり、入力装置１の本体の主面が上向きでない入力装置１の姿勢の一例を示すものである。
【図１３】（Ａ）〜（Ｄ）は、入力装置の姿勢（５）〜（８）を説明するための図である。
【図１４】ステップ２１０において速度情報が算出されるときの入力装置の処理を示すフローチャートである。
【図１５】ステップ３１０において速度情報が算出されるときの入力装置の処理を示すフローチャートである。
【図１６】入力装置から送信された速度値を含む情報を用いて処理を実行するときの制御装置の処理を示すフローチャートである。
【図１７】制御装置が主要な演算を行うときの制御システムの処理を示すフローチャートである。
【図１８】本発明の一実施形態に係るハンドヘルド装置を示す斜視図である。
【図１９】図１８に示したハンドヘルド装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図２０】（Ａ）及び（Ｂ）は、図６（Ａ）及び（Ｂ）に対応する図であり、表示部１３が例えば鉛直上向きになるような姿勢でユーザが本体を握った様子を示す図である。（Ｃ）〜（Ｅ）は、図１２（Ａ）〜（Ｃ）に対応する図であり、表示部が水平方向に向くような姿勢でユーザが本体を握った様子を示す図である。
【図２１】（Ａ）〜（Ｄ）は、例えば、図１１（Ａ）〜（Ｄ）にそれぞれ対応する図である。
【図２２】このハンドヘルド装置のＭＰＵの処理フローを示し、図１４に対応するものである。
【図２３】（Ａ）〜（Ｄ）は、ハンドヘルド装置が、表示部にキーボードの画像を表示させ、上記の処理により、姿勢の変化に応じてそのキーボードの向きを制御する様子を示す図である。
【符号の説明】
【０１５４】
１…入力装置
２…ポインタ
３…画面
５…表示装置
１３…表示部
１５…角速度センサユニット
１６…加速度センサユニット
１７…センサユニット
１９、３５…ＭＰＵ
２１、３８…送受信機
４０…制御装置
５０…ハンドヘルド装置
１００…制御システム
１５１〜１５３…角速度センサ
１６１〜１６３…加速度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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