(57)【要約】【課題】  ユーザによる入力装置の本体部（筐体）の持ち方にかかわらず、検出軸周りの回転を、高精度に検出することが可能にする。【解決手段】入力装置１００は、モーションセンサ部５０２を含み、モーションセンサ部５０２は、Ｙ軸ジャイロセンサ１０２と、Ｚ軸ジャイロセンサ１０４と、Ｙ軸加速度センサ１０６と、Ｚ軸加速度センサ１０８と、を含み、また、座標変換処理部５３２は、Ｙ軸ジャイロセンサ１０２によって検出されるＹ軸角速度ωｙおよびＺ軸ジャイロセンサ１０４によって検出されるＺ軸角速度ωｚの各々を、指示方向に一致するＸ軸に垂直な第１面における水平軸であるＵ軸と、第１面においてＵ軸に垂直な軸であるＶ軸と、によって定まる２次元の第２直交座標系におけるＵ軸角速度ωｕおよびＶ軸角速度ωｖの各々に変換する。【選択図】  図８
2010146230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部の指示方向に一致するＸ軸に垂直な第１面において互いに直交するＹ軸およびＺ軸によって定まる２次元の第１直交座標系における、前記本体部の動きに対応する物理量信号を生成するモーションセンサ部を含む入力装置であって、
前記モーションセンサ部は、
前記Ｙ軸についての角速度を検出するＹ軸ジャイロセンサと、
前記Ｚ軸についての角速度を検出するＺ軸ジャイロセンサと、
前記Ｙ軸についての加速度を検出するＹ軸加速度センサと、
前記Ｚ軸についての加速度を検出するＺ軸加速度センサと、を含み、
さらに、前記Ｙ軸加速度センサにより検出されるＹ軸加速度と、前記Ｚ軸加速度センサにより検出されるＺ軸加速度と、に基づいて座標変換を行う座標変換処理部と、を含み、
前記座標変換処理部は、前記Ｙ軸ジャイロセンサによって検出されるＹ軸角速度および前記Ｚ軸ジャイロセンサによって検出されるＺ軸角速度の各々を、前記Ｘ軸に垂直な第１面における水平軸であるＵ軸と、前記第１面において前記Ｕ軸に垂直な軸であるＶ軸と、によって定まる２次元の第２直交座標系におけるＵ軸角速度およびＶ軸角速度の各々に変換することを特徴とする入力装置。
【請求項２】
請求項１記載の入力装置であって、
前記Ｙ軸加速度をγyとし、前記Ｚ軸加速度をγzとし、前記Ｙ軸角速度をωyとし、前記Ｚ軸加速度をωzとしたとき、前記座標変換処理部は、下記（１）式および（２）式の演算によって、前記Ｙ軸角速度ωyおよびＺ軸角速度ωzの各々を、前記Ｕ軸角速度ωuおよびωvの各々に変換することを特徴とする入力装置。
【数１】
2010146230.tif 000009
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の入力装置であって、
前記入力装置は、制御対象の変位方向および変位量を決定するための情報をデータ処理装置に入力するために用いられ、
前記入力装置は、さらに、前記座標変換処理部から出力される角速度信号を、前記制御対象の変位量を特定するための変位量信号に変換する物理量／変位量変換部を有することを特徴とする入力装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の入力装置であって、
前記本体部の指示方向が鉛直上向き近傍、あるいは鉛直下向き近傍であるときは、前記入力装置からの信号出力を禁止することを特徴とする入力装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の入力装置であって、
前記本体部の指示方向が鉛直上向き近傍、あるいは鉛直下向き近傍であるときは、前記座標変換処理部による座標変換処理を中止して、座標変換処理前のＹ軸角速度信号およびＺ軸角速度信号の各々を出力することを特徴とする入力装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の入力装置であって、
前記入力装置からの信号出力の許可／不許可を切り換えるための操作部を有することを特徴とする入力装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずかれに記載の入力装置であって、
外部装置と通信するための通信部を有することを特徴とする入力装置。
【請求項８】
請求項７記載の入力装置と、
前記入力装置の送信信号を受信し、受信信号に基づいて所与のデータ処理を実行するデータ処理装置と、
を含むことを特徴とするデータ処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力装置およびデータ処理システム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、空間中における本体（筐体）の動き（本体の姿勢（回転を含む）、本体の移動（並進移動を含む）の少なくとも一つを含む）に応じた物理量信号を生成して出力する入力装置（３次元マウス等）を用いたシステムのニーズが高まっている。
【０００３】
３次元の空間内で携帯型機器を動かすことにより、画像表示装置上でカーソルポインタを移動させ、ボタンにより操作を行う機器（３次元マウス）を用いた技術は、例えば、下記の特許文献１に記載されている。
【０００４】
特許文献１には、ジャイロセンサ(角速度センサ)を二つ使って、二軸(Ｙ軸,Ｚ軸)の回転運動を検出し、検出信号を、そのまま操作情報として制御機器に送る入力装置（ポインティングデバイス）が示されている。この入力装置は、指示棒あるいはレーザーポインタの代わりに使用することができる。例えば、ユーザが、入力装置を手に持った状態で、入力装置の本体部（筐体）の先端部を左右に振ると、その動きに対応して、例えば、表示部上のカーソルの位置が左右に移動する。
【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】
特許文献１に記載される入力装置（ポインティングデバイス）では、筐体が、指示方向軸（ポイント方向軸）を中心として回転することに関しては、何ら考慮されていない。例えば、入力装置が円筒形の外観を有しており、入力装置がレーザーポインタの代わりに使用される場合を想定する。
【０００６】
例えば、ユーザが、入力装置を使用して、ディスプレイやスクリーン上の文字や図形を指示しながら説明を行っているとき、ユーザが、無意識で、手に持っている円筒形の入力装置（本体部）を、指示方向軸（ポイント方向軸：ここではＸ軸とする）を中心に若干量回転させてしまう場合があり得る。
【０００７】
２個のジャイロセンサ（角速度センサ）は、Ｙ軸およびＺ軸（すなわち検出軸）についての回転角速度を検出する。各ジャイロセンサは、例えば、入力装置の本体部に設けられる平面（例えば、筐体の内壁面）に固定されているため、入力装置の本体部（筐体）が、検出軸（Ｙ軸，Ｚ軸）以外の軸（Ｘ軸）について回転すれば、Ｙ軸，Ｚ軸も同様に回転し、結果的に、各ジャイロセンサ（角速度センサ）の位置が変動する。
【０００８】
したがって、入力装置の本体部の先端部に同一の動きが生じたとしても、Ｘ軸周りの回転が生じない状態において検出される角速度と、Ｘ軸周りの回転が生じた状態において検出される角速度には差が生じる。すなわち、検出軸（Ｙ軸，Ｚ軸）以外の軸（Ｘ軸）についての本体部（筐体）の回転によって、検出誤差が生じる。
【０００９】
本来、検出軸（Ｙ軸，Ｚ軸）以外の軸（Ｘ軸）について本体部（筐体）の回転は、生じないのが好ましく、そのような回転を防止するためには、ユーザが、入力装置の本体部を回転させないように、常に意識して操作を行う必要がある。この場合、入力装置の操作性が低下する。特に、入力装置の本体部に、操作に必要なボタンや、タッチセンサ等を装備した場合には、ユーザは、上記の制約によって、その操作を行いやすい持ち方ができず、利便性の低い持ち方を強要されることになる。このことは、ユーザの負担となる。
【００１０】
また、ユーザが、入力装置の本体部を手に持って操作する以上、現実には、本体部の不要かつ若干の回転が、ユーザの意図に反して生じてしまうのは、やむを得ないことである。したがって、３次元入力装置の操作性を改善することが望まれる。
【００１１】
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、ユーザによる本体部（筐体）の持ち方にかかわらず、検出軸周りの回転を、高精度に検出することが可能になる。したがって、例えば、指示棒やレーザーポインタに、より近い操作性をもつ入力装置（例えば３次元ポインティングデバイスや３次元マウス等）を実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）本発明の入力装置の一態様は、本体部の指示方向に一致するＸ軸に垂直な第１面において互いに直交するＹ軸およびＺ軸によって定まる２次元の第１直交座標系における、前記本体部の動きに対応する物理量信号を生成するモーションセンサ部を含む入力装置であって、前記モーションセンサ部は、前記Ｙ軸についての角速度を検出するＹ軸ジャイロセンサと、前記Ｚ軸についての角速度を検出するＺ軸ジャイロセンサと、前記Ｙ軸についての加速度を検出するＹ軸加速度センサと、前記Ｚ軸についての加速度を検出するＺ軸加速度センサと、を含み、さらに、前記Ｙ軸加速度センサにより検出されるＹ軸加速度と、前記Ｚ軸加速度センサにより検出されるＺ軸加速度と、に基づいて座標変換を行う座標変換処理部と、を含み、前記座標変換処理部は、前記Ｙ軸ジャイロセンサによって検出されるＹ軸角速度および前記Ｚ軸ジャイロセンサによって検出されるＺ軸角速度の各々を、前記Ｘ軸に垂直な第１面における水平軸であるＵ軸と、前記第１面において前記Ｕ軸に垂直な軸であるＶ軸と、によって定まる２次元の第２直交座標系におけるＵ軸角速度およびＶ軸角速度の各々に変換する。
【００１３】
本態様では、入力装置の本体部の指示方向（ポイント方向）に一致するＸ軸を定義し、そのＸ軸に垂直な第１面において互いに直交するＹ軸およびＺ軸によって定まる２次元の第１直交座標系を定義する。入力装置に設けられるモーションセンサ部は、第１直交座標系に基づいて、入力装置（の本体部）の３次元空間における動きを検出する。
【００１４】
すなわち、Ｙ軸角速度センサは、検出軸であるＹ軸についての回転角速度を検出する。Ｚ軸角速度センサは、検出軸であるＺ軸についての回転角速度を検出する。各角速度センサは、例えば、入力装置の本体部に設けられる平面（例えば、筐体の内壁面）に固定されており、入力装置の本体部（筐体）が、検出軸（Ｙ軸，Ｚ軸）以外の軸（Ｘ軸）について回転すれば、Ｙ軸，Ｚ軸も同様に回転する。上述のとおり、Ｘ軸についての不要な回転が生じた状態で、各角速度センサによって検出された角速度には誤差が含まれる。
【００１５】
また、本態様では、本体部の指示方向に一致するＸ軸に垂直な第１面における水平軸であるＵ軸と、第１面においてＵ軸に垂直な軸であるＶ軸と、によって定まる２次元の第２直交座標系を定義する。Ｕ軸は、第１面内における水平軸であり、また、Ｖ軸は、第１面内においてＵ軸に直交する垂直軸である。Ｕ軸およびＶ軸の各々は、本体部の指示方向（ポイント方向）が特定されることによって一義的に定まり、入力装置のＸ軸についての回転に影響されない。
【００１６】
そして、本態様では、座標変換処理部が、第１直交座標系から第２直交座標系への座標変換（回転座標変換）を実行して、Ｙ軸ジャイロセンサによって検出されるＹ軸角速度およびＺ軸ジャイロセンサによって検出されるＺ軸角速度の各々を、Ｕ軸角速度およびＶ軸角速度の各々に変換する。これによって、検出された角速度（Ｘ軸についての回転が生じた場合には回転に伴う誤差が含まれている）の各々が、本体部のＸ軸についての回転が無い状態における角速度に補正される。
【００１７】
座標軸変換（回転座標変換）を実行するためには、Ｘ軸に直交する第１面内における、Ｘ軸（Ｙ軸）と、Ｕ軸（Ｖ軸）との間の回転角を検出する必要がある。そこで、本態様では、検出軸であるＹ軸についての物理量測定装置として、Ｙ軸角速度センサの他に、Ｙ軸加速度センサが設けられ、検出軸であるＺについての物理量測定装置として、Ｚ軸加速度センサの他に、Ｚ軸角速度センサが設けられる。入力装置の本体部（筐体）が指示方向軸であるＸ軸について回転した場合、Ｙ軸について検出される加速度およびＺ軸について検出される加速度の各々は、回転角に応じて変動する。すなわち、Ｙ軸加速度ならびにＺ軸加速度は、第１面内における回転角をパラメータ（変数）に含む式で表現される。よって、Ｙ軸加速度およびＺ軸加速度を検出することができれば、回転角の情報を得ることができる。得られた回転角の情報に基づき、回転座標変換を実行することによって、Ｙ軸加速度およびＺ軸加速度を、Ｕ軸加速度ならびにＺ軸加速度に変換することができる。
【００１８】
よって、本態様によれば、ユーザによる本体部（筐体）の持ち方にかかわらず、検出軸周りの回転を、高精度に検出することが可能になる。したがって、例えば、指示棒やレーザーポインタに、より近い操作性をもつ入力装置（例えば３次元ポインティングデバイスや３次元マウス等）を実現することができる。
【００１９】
（２）本発明の入力装置の他の態様では、前記Ｙ軸加速度をγyとし、前記Ｚ軸加速度をγzとし、前記Ｙ軸角速度をωyとし、前記Ｚ軸加速度をωzとしたとき、前記座標変換処理部は、下記（１）式および（２）式の演算によって、前記Ｙ軸角速度ωyおよびＺ軸角速度ωzの各々を、前記Ｕ軸角速度ωuおよびωvの各々に変換する。
【数２】
2010146230.tif 000003
【００２０】
座標変換は、一般に平行移動と回転の組み合わせで実現される。本態様では、Ｘ軸についての回転のみを考慮すればよい。回転座標変換は、回転行列を用いた行列演算によって実現することができる。Ｙ軸加速度をγyとし、Ｚ軸加速度をγzとし、Ｙ軸角速度をωyとし、Ｚ軸加速度をωzとし、また、第１面内におけるＹ軸（Ｚ軸）とＵ軸（Ｖ軸）とがなす角をθ２としたとき、Ｙ軸角速度ωyおよびＺ軸角速度ωzの各々をＵ軸角速度ωuおよびωvの各々に変換するためには、下記（３）式の行列演算を行えばよい。したがって、下記（４）式および（５）式が成立する。
【数３】
2010146230.tif 000004
【００２１】
また、重力加速度（鉛直方向）をＧとする。すなわち、無重量状態（例えば、物体が宇宙空間などに置かれた状態）では、加速度センサの出力はゼロである。同様に、自由落下している物体内も無重量状態であるため、加速度センサの出力はゼロである。一方、地球上の自由落下とはその物体が下向きに１Ｇ(上向きに−１Ｇ)で加速している状態である。また、（加速度センサ出力）＝(物体の加速状態)−(下向きの１Ｇ)という関係が成立する。したがって、物体が静止している状態では、加速度センサの出力＝０−(下向きの１Ｇ)＝（上向きの１Ｇ）が成立する。ここで、鉛直軸（Ｇ軸）と第１面とがθ１をなしている場合、重力加速度（鉛直上向き）Ｇを、第１面内の垂直軸であるＶ軸（Ｘ軸についての回転がない状態におけるＺ軸に一致する）に投影した成分をＧ１（＝Ｇｃｏｓθ１）とする。また、本体部がＸ軸についてθ２だけ回転した結果、Ｚ軸（Ｙ軸）とＶ軸（Ｕ軸）とが第１面内において、回転角θ２をなす場合を想定する。
【００２２】
このとき、重力加速度Ｇを、第１面内のＺ軸に投影した成分（すなわちＺ軸加速度γz）はＧ１cosθ２であり、同様に、重力加速度（鉛直上向き）Ｇを、第１面内のＹ軸に投影した成分（すなわちＹ軸加速度γy）はＧ１sinθ２である。明らかなように、Ｙ軸加速度γy，Ｚ軸加速度γzは、Ｘ軸周りの回転角θ２の情報を含んでいる。したがって、Ｚ軸加速度γzおよびＹ軸加速度γyを検出することによって、上述の（４）式および（５）式の演算を実行することができる。すなわち、（４）式および（５）式は、下記の（６）式および（７）式のように変形することができる。また、Ｇ１は、下記（８）式のように表すことができる。
【数４】
2010146230.tif 000005
【００２３】
（８）式を、（６）式および（７）式の分母に代入し、また、（６）式および（７）式において、γy＝Ｇ１sinθ２，γz＝Ｇ１cosθ２と置くことによって、上記の（１）式および（２）式を得ることができる。すなわち、座標変換処理部が、（１）式および（２）式の演算を実行することによって、Ｙ軸角速度ωyおよびＺ軸角速度ωzの各々を、Ｕ軸角速度ωuおよびωvの各々に変換することができる。
【００２４】
（３）本発明の入力装置の他の態様では、前記入力装置は、制御対象の変位方向および変位量を決定するための情報をデータ処理装置に入力するために用いられ、前記入力装置は、さらに、前記座標変換処理部から出力される角速度信号の各々を、前記制御対象の変位量を特定するための変位量信号に変換する物理量／変位量変換部を有する。
【００２５】
入力装置に設けられるモーションセンサ部によって検出された角速度信号は、そのまま制御信号等としてデータ処理装置に送信することができる。但し、この場合は、データ処理装置が、受信した角速度信号に基づいて、表示部における制御対象物（例えばカーソルポインタ）の変位量を演算する必要があり、その分、データ処理装置の負担が増大する。
【００２６】
そこで、本態様では、入力装置に、物理量／変位量変換部を設け、入力装置側で、角速度信号を、表示部における制御対象物（例えばカーソルポインタ）の変位量に変換する。そして、得られた変位量の情報（変位量信号）を、データ処理装置に送信する。これによって、データ処理装置の処理負担が軽減される。
【００２７】
（４）本発明の入力装置の他の態様では、前記本体部の指示方向が鉛直上向き近傍、あるいは鉛直下向き近傍であるときは、前記入力装置からの信号出力を禁止する。
【００２８】
入力装置の本体部（筐体）が鉛直上向きあるいは鉛直下向き付近である場合、鉛直軸（Ｇ軸）と第１面とがなす角θ１は略９０°となる。したがって、重力加速度（鉛直上向き）Ｇを、第１面内の垂直軸であるＶ軸に投影した成分Ｇ１（＝Ｇｃｏｓθ１）は、ｃｏｓ９０＝０であることから、略０になる。よって、Ｙ軸加速度（γy＝Ｇ１sinθ２）ならびにＺ軸加速度（γz＝Ｇ１cosθ２）も、略０となる。よって、上記の（１）式および（２）式における分母が略０となり、座標変換のための演算が不能となる。
【００２９】
現実的には、本体部（筐体）の指示方向（ポイント方向）は画面やスクリーンを向いており、かなり水平に近い状態なので問題はないと考えられるが、稀なケースとして、本体部の指示方向が鉛直上向き近傍、あるいは鉛直下向き近傍になる場合も想定され得る以上、何らかの対策を施すことが望ましい。
【００３０】
そこで、本態様では、本体部（筐体）の先端の指示方向（ポイント方向）が真上や真下付近になる場合には、入力装置からの信号出力をゼロに抑制する(すなわち、本体部の動きに応じた信号の出力を禁止する)方法を採用する。これによって、データ処理装置における処理負担（対策処理に伴う負担）が軽減される。
【００３１】
（５）本発明の入力装置の他の態様では、前記本体部の指示方向が鉛直上向き近傍、あるいは鉛直下向き近傍であるときは、前記座標変換処理部による座標変換処理を中止して、座標変換処理前のＹ軸角速度信号およびＺ軸角速度信号の各々を出力する。
【００３２】
本態様では、本体部の指示方向が鉛直上向き近傍、あるいは鉛直下向き近傍になる場合には、座標変換処理部は座標変換処理を実行せず、座標変換処理前のＹ軸角速度信号およびＺ軸角速度信号の各々がそのまま出力される。本態様では、例えば、データ処理装置は、受信したＹ軸角速度信号およびＺ軸角速度信号に基づいて、表示部における制御対象（例えば、カーソルポインタ）の位置を制御することができる。
【００３３】
（６）本発明の入力装置の他の態様では、前記入力装置からの信号出力の許可／不許可を切り換えるための操作部を有する。
【００３４】
本態様では、入力装置に、入力装置からの信号出力の許可／不許可を切り換えるための操作部（例えば、押下式の出力イネーブルスイッチ）を、さらに設ける。ユーザが、操作部を操作しているときのみ（例えば、出力イネーブルスイッチを押下しているときにのみ）、入力装置から信号が出力される。したがって、操作部の操作がなされない期間（例えば、出力イネーブルスイッチが押下されない期間）においては、本体部（筐体）を動かしても、表示部における制御対象の位置変位は生じない。よって、本態様によれば、表示部における制御対象の、ユーザが意図しない動きを防止することができ、３次元入力装置の使い勝手がさらに向上する。
【００３５】
（７）本発明の入力装置の他の態様では、外部装置と通信するための通信部を有する。
【００３６】
入力装置に通信部が設けられることによって、無線通信（光通信を含む）や有線通信によって、入力装置から信号を、データ処理装置等に自在に送信することが可能となる。
【００３７】
（８）本発明のデータ処理システムの一態様は、上記いずれかの入力装置と、前記入力装置の送信信号を受信し、受信信号に基づいて所与のデータ処理を実行するデータ処理装置と、を含む。
【００３８】
本発明の上述の態様の少なくとも一つを使用することによって、３次元入力装置の使い勝手が向上する。現在、コンピュータ上で３次元ＣＡＤやゲーム等で、３次元空間を扱うことが多くなり、それにともない３次元運動を入力できる３次元入力デバイスを用いた、利便性の高いシステムの必要性が高まっている。本態様によれば、操作性に優れた小型の３次元入力装置を用いたデータ処理システムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成のすべてが、本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００４０】
（第１の実施形態）
（３次元入力装置の利用例）
図１（Ａ），図１（Ｂ）は、入力装置（３次元入力装置：ここでは、例えば、レーザーポインタの代わりに使用されるポインティングデバイスとする）を用いたデータ処理システムの一例の構成を示す図である。図１（Ａ）に示されるように、ユーザ１０は、入力装置１００を右手に持っており、入力装置１００の本体部（筐体）の先端部は、スクリーン４００上に表示されているカーソルポインタ（以下、単にポインタということがある）ＣＰを指している。以下の説明では、入力装置１００の本体部（筐体）が指示する方向を、「指示方向」あるいは「ポイント方向」と記載する。ポイント方向（指示方向）は、「空間に位置する入力装置１００の本体部（筐体）の先端が指し示す方向」であり、ポイント方向（指示方向）は、空間において定義されるＸ軸方向に一致する。また、入力装置１００が実際に使用されているときは、ポイント方向（指示方向，Ｘ軸方向）は、便宜上、入力装置１００の本体部（筐体）の長手方向と一致するものとして、取り扱うことが可能である。
【００４１】
すなわち、図１（Ｂ）に示されるように、入力装置１００は、例えば、円柱形状（円筒形状）の外観を有する。入力装置１００の本体部（筐体）は長手方向軸（長軸）ＳＸ１と、短軸ＳＸ２（長手方向軸ＳＸ１に直交し、長手方向軸に比べて長さが短い軸）を有する。「長手方向」は、例えば、「本体部（筐体）１００が直線的に延在する方向（直線的に長く伸びる方向）」である。図１（Ｂ）では、円柱形状の本体部（筐体）１００の上面Ａの中心点Ｃ１と、底面Ｃ２の中心点Ｃ２を結ぶ線分を想定し、この線分に一致する軸を長手方向軸ＳＸ１としている。上面Ａや底面Ｂは、筐体の垂直断面とみることもでき、例えば、「筐体の垂直断面の中心点の法線に一致し、かつ長手方向に一致する軸」を長手方向軸ＳＸ１とすることができる。「ポイント方向」は、空間における本体部（筐体）の姿勢によって定まり、概念上は、長手方向軸（入力装置１００の本体部（筐体）の形状によって定まる軸）と区別される。但し、空間座標を基準とすれば、結果的に、「本体部（筐体）の長手方向」と「本体部（筐体）のポイント方向（指示方向）」は一致すると考えられる。したがって、「ポイント方向軸（指示方向軸）、Ｘ軸、長手方向軸」は、結果的に、一致するものとして取り扱うことが可能である。
【００４２】
また、入力装置１００は、例えば、無線通信部（有線通信部であってもよい）を内蔵しており、図１（Ａ）に示すように、入力装置１００の３次元空間における動きに対応した信号を、無線通信（あるいは有線通信）によって、データ処理装置２００に送信することができる。データ処理装置２００は、アンテナＡＮ２によって、入力装置１００から送信されてくる信号を受信し、所与のデータ処理を実行する。表示装置（表示部）３００は、データ処理結果に基づいて、例えば、スクリーン４００上に、画像や文字（参照符号４２０）ならびにカーソルポインタＣＰを表示する。なお、スクリーンではなく、ディスプレイに、画像や文字、カーソルポインタ等を表示することも可能である。ユーザ１０によって、入力装置１００の本体部（筐体）の先端が、例えば上下左右に振れると、スクリーン４００上に表示されているカーソルＣＰが、本体部（例えば筐体）の動きに対応して上下左右に移動する。したがって、図１の入力装置１００は、例えば、レーザーポインタの代替品として利用することができる。
【００４３】
（３次元空間で定義される直交座標系と動き検出）
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、３次元空間において定義される直交座標系、ならびに直交座標系における動き検出について説明するための図である。図２（Ａ）に示されるように、入力装置１００の本体部（筐体）の指示方向（ポイント方向）に一致するＸ軸が定義され、Ｘ軸に垂直な第１面であるＱ面内において互いに直交するＹ軸およびＺ軸によって２次元の第１直交座標系が定義される。Ｘ軸は第１検出軸であり、Ｙ軸は第２検出軸である。したがって、入力装置１００は、本体部（筐体）の３次元空間における動きを、Ｙ軸およびＺ軸によって定まる２次元の第１直交座標系に基づいて検出する。入力装置１００の本体部（筐体）の空間上における姿勢が特定されれば、第１直交座標系は一義的に定まる。第１直交座標系は、固定された座標系ではなく、図２（Ａ）において点線で示されるように、入力装置１００の本体部（筐体）がＸ軸についてθ（Ｘ）だけ回転されると、これに伴って、Ｙ軸およびＺ軸もθ（Ｘ）だけ回転する。なお、θ（Ｘ）は、Ｘ軸を回転軸とする回転の回転角であることを表す。
【００４４】
図２（Ｂ）に示されるように、入力装置１００の本体部（筐体）の上下（垂直方向）の微小な動きは、Ｙ軸を回転軸とする回転（回転角θ（Ｙ））として検出することができる。なお、図２（Ｂ）では、入力装置１００の本体部（筐体）は、便宜上、直方体形状に描かれている。この直方体形状は、例えば、モーションセンサ（角速度センサ等）が取り付けられる筐体の内壁面を示していると見ることができる。したがって、Ｙ軸角速度センサによってＹ軸についての回転角速度を検出し、角速度を時間で積分すれば、Ｙ軸に関する回転角θ（Ｙ）の情報を得ることができる。つまり、入力装置１００の本体部（筐体）の上下の動きを検出することができる。
【００４５】
また、図２（Ｃ）に示されるように、入力装置１００の本体部（筐体）の左右（水平方向）の微小な動きは、Ｚ軸を回転軸とする回転（回転角θ（Ｚ））として検出することができる。したがって、Ｚ軸角速度センサによってＺ軸についての回転角速度を検出し、角速度を時間で積分すれば、Ｚ軸に関する回転角θ（Ｚ）の情報を得ることができる。つまり、入力装置１００の本体部（筐体）の左右の動きを検出することができる。
【００４６】
図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、入力装置のＸ軸に関する回転による、角速度の検出誤差について説明するための図である。図３（Ａ）に示すように、入力装置１００の本体部（筐体）の右先端が、右斜め上方を向いている（ポイントしている）状態を想定する。図３（Ｂ）は、入力装置１００の本体部（筐体）が、Ｘ軸に関して回転していない状態における、図３（Ａ）のＳ−Ｓ’の断面を示している。図３（Ｃ）は、入力装置１００の本体部（筐体）が、Ｘ軸に関してθ２だけ回転した状態における、図３（Ａ）のＳ−Ｓ’の断面を示している。
【００４７】
図３（Ｂ），図３（Ｃ）に示されるように、入力装置１００の本体部（筐体）の内壁面の断面は略正方形である。内壁面を構成する４つの面（あるいは内壁面の断面形状を構成する各辺）をＰ１〜Ｐ４とする。２個のジャイロセンサ（角速度センサ）１０２，１０４は各々、Ｙ軸およびＺ軸（すなわち検出軸）についての回転角速度を検出する。各ジャイロセンサ１０２，１０４は各々、入力装置１００の本体部（筐体）の内壁面Ｐ３およびＰ２に固定されている。よって、図３（Ｃ）に示すように、入力装置１００の本体部（筐体）が、検出軸（Ｙ軸，Ｚ軸）以外の軸（Ｘ軸）についてθ２だけ回転すれば、Ｙ軸，Ｚ軸も同様に回転し、結果的に、各ジャイロセンサ（角速度センサ）の位置が変動する。
【００４８】
したがって、入力装置１００の本体部（筐体）の先端部に同一の動き（ここでは、左右の動きＱＲ，ＱＬとする）が生じたとしても、Ｘ軸周りの回転が生じない状態（図３（Ｂ）の状態）において検出される角速度と、Ｘ軸周りの回転が生じた状態（図３（Ｃ）の状態）において検出される角速度には差が生じる。すなわち、検出軸（Ｙ軸，Ｚ軸）以外の軸（Ｘ軸）についての入力装置１００の本体部（筐体）の回転によって、検出誤差が生じる。
【００４９】
本来、検出軸（Ｙ軸，Ｚ軸）以外の軸（Ｘ軸）について本体部（筐体）の回転は、生じないのが好ましく、そのような回転を防止するためには、ユーザが、入力装置１００の本体部を回転させないように、常に意識して操作を行う必要がある。この場合、入力装置の操作性が低下する。特に、入力装置１００の本体部に、操作に必要なボタンや、タッチセンサ等を装備した場合（図３では不図示）には、ユーザは、上記の制約によって、その操作を行いやすい持ち方ができず、利便性の低い持ち方を強要されることになる。このことは、ユーザの負担となる。また、ユーザが、入力装置１００の本体部を手に持って操作する以上、現実には、本体部の不要かつ若干の回転が、ユーザの意図に反して生じてしまうのは、やむを得ないことである。
【００５０】
したがって、本実施形態では、検出された角速度（Ｙ軸およびＺ軸についての角速度）の補正（具体的には座標変換）を実行することによって、Ｘ軸周りの筐体の回転に影響されることなく、常に、正確な角速度を検出できるようにする。これによって、ユーザの、本体部（筐体）の持ち方の制約がなくなり、３次元入力装置の操作性が改善される。座標変換を実行するためには、Ｘ軸周りの回転角についての情報を得る必要があり、そのために、本実施形態の入力装置には、Ｙ軸周りの加速度およびＺ軸周りの加速度を検出する加速度センサが設けられる。
【００５１】
（３次元入力装置に搭載される物理量測定装置）
図４（Ａ），図４（Ｂ）は、入力装置に搭載される物理量測定装置を示す図である。図４（Ａ）は、Ｘ軸周りの筐体の回転がない状態を示し、図４（Ｂ）は、Ｘ軸周りの筐体の回転（回転角θ２）が生じた状態を示す。
【００５２】
入力装置１００は、Ｙ軸を回転軸とする回転角速度ωｙを検出するＹ軸ジャイロセンサ１０２と、Ｚ軸を回転軸とする回転角速度ωｚを検出するＺ軸ジャイロセンサ１０４と、Ｙ軸方向の加速度を検出するＹ軸加速度センサ１０６と、Ｚ軸方向の加速度を検出するＺ軸加速度センサ１０８と、を有する。Ｙ軸ジャイロセンサ１０２およびＺ軸ジャイロセンサ１０４の各々は、各軸の矢印の方向（図４（Ａ）,図４（Ｂ）においては左回りの方向）の角速度に対して正の値を出力し、Ｙ軸加速度センサ１０６およびＺ軸加速度センサ１０８は、各軸の矢印の方向の加速度に対して正の値を出力するものとする。
【００５３】
図４（Ｂ）では、ユーザが、入力装置１００の本体部（筐体）の持ち方を変えたために、Ｙ軸およびＺ軸は、Ｘ軸を中心としてθ２だけ回転した状態となっている。なお、ユーザの本体部（筐体）の持ち方は異なっても、ユーザが指示したい方向(ポイント方向：Ｘ軸方向)には変化がないため、Ｘ軸の位置は変化しない。
【００５４】
図４（Ｂ）の状態で検出されるＹ軸角速度およびＺ軸角速度には誤差が含まれる。そこで、本実施形態では、検出された各角速度を、図４（Ａ）の状態における角速度に変換する（補正する）処理を実行する。具体的には、座標変換処理が実行される。座標変換のためには、図４（Ａ）の状態（Ｘ軸周りの回転がない状態）を示す第２の直交座標系を定義する必要がある。
【００５５】
そこで、入力装置１００の本体部（筐体）の指示方向に一致するＸ軸と、Ｘ軸に垂直なＱ面における水平軸であるＵ軸と、Ｑ面内においてＵ軸に垂直な軸であるＶ軸と、によって定まる３次元空間の第２直交座標系を定義する。Ｕ軸は、第１面内における水平軸であり、また、Ｖ軸は、第１面内においてＵ軸に直交する垂直軸である。Ｕ軸およびＶ軸の各々は、入力装置１００の本体部（筐体）の指示方向（ポイント方向）が特定されることによって一義的に定まり、入力装置１００のＸ軸についての回転に影響されない。
【００５６】
そして、本実施形態では、座標変換処理部（図５，図８の参照符号５３２）が、第１直交座標系から第２直交座標系への座標変換（回転座標変換）を実行して、Ｙ軸ジャイロセンサ１０２によって検出されるＹ軸角速度ωｙおよびＺ軸ジャイロセンサ１０４によって検出されるＺ軸角速度ωｚの各々を、Ｕ軸角速度ωｕおよびＶ軸角速度ωｖの各々に変換する。これによって、検出された角速度（Ｘ軸についての回転が生じた場合には回転に伴う誤差が含まれている）の各々が、入力装置１００の本体部（筐体）のＸ軸についての回転が無い状態における角速度に変換される。
【００５７】
（座標変換処理）
入力装置１００には、座標変換処理部（図５，図８の参照符号５３２）が設けられ、座標変換処理部５３２が、座標変換処理を実行する。以下、図５〜図７を用いて、座標変換処理について説明する。
【００５８】
図５は、座標変換（回転座標変換）の内容を説明するための図である。また、図６（Ａ）〜図６（Ｅ）および図７は、座標変換に必要な情報について説明するための図である。  座標変換は、一般に平行移動と回転の組み合わせで実現される。本実施形態では、Ｘ軸についての回転のみを考慮すればよい。回転座標変換は、回転行列を用いた行列演算によって実現することができる。
【００５９】
ここで、Ｙ軸加速度をγyとし、Ｚ軸加速度をγzとし、Ｙ軸角速度をωyとし、Ｚ軸加速度をωzとしたとき、座標変換処理部５３２は、下記（１）式および（２）式の演算によって、Ｙ軸角速度ωyおよびＺ軸角速度ωzの各々を、Ｕ軸角速度ωuおよびωvの各々に変換する。
【数５】
2010146230.tif 000006
以下、順をおって説明する。ここで、Ｘ軸に垂直なＱ面（図２（Ａ）参照）におけるＹ軸（Ｚ軸）とＵ軸（Ｖ軸）とがなす角をθ２としたとき、Ｙ軸角速度ωyおよびＺ軸角速度ωzの各々をＵ軸角速度ωuおよびωvの各々に変換するためには、下記（３）式の行列演算を行えばよい。したがって、下記（４）式および（５）式が成立する。
【数６】
2010146230.tif 000007
【００６０】
図５に示される座標変換処理部５３２は、上記（４）式および（５）式に示される演算を実行する。但し、（４）式および（５）式の演算を実行するためには、ｓｉｎθ２ならびにｃｏｓθ２を知る必要があり、このために、本実施形態では、Ｙ軸加速度センサ１０６およびＺ軸加速度センサ１０８が設けられている。
【００６１】
ここで、図６（Ａ）〜図６（Ｅ）を参照する。図６（Ａ）に示すように、重力加速度（鉛直方向）をＧとする。鉛直軸（Ｇ軸）と第１面とがθ１をなしている場合、重力加速度（鉛直上向き）Ｇを、第１面内の垂直軸であるＶ軸（Ｘ軸についての回転がない状態におけるＺ軸に一致する）に投影した成分をＧ１（＝Ｇｃｏｓθ１）とする。
【００６２】
図６（Ｂ）に示されるように、本体部（筐体）の内壁面Ｐ４にＹ軸加速度線センサ１０６が設けられ、本体部（筐体）の内壁面Ｐ１にＺ軸加速度線センサ１０８が設けられる。図６（Ｂ）は、本体部（筐体）のＸ軸に関する回転が生じていない状態を示している。図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）に対応する、ベクトルＧ１のＶＵ平面における位置を示している。ここで、入力装置１００の本体部（筐体）がＸ軸についてθ２だけ回転した結果、Ｚ軸（Ｙ軸）とＶ軸（Ｕ軸）とが、Ｘ軸に直交する第１面であるＱ面内において、回転角θ２をなす場合を想定する。
【００６３】
図６（Ｄ）は、本体部（筐体）のＸ軸に関する回転（回転角θ２）が生じた状態を示している。図６（Ｅ）は、図６（Ｄ）に対応する、ベクトルＧ１のＸＹ平面における位置を示している。図６（Ｅ）において、ベクトルＧ１は、Ｚ軸成分とＹ軸成分（共に、図中、太い点線で示されている）に分解することができる。すなわち、重力加速度ＧのＺ軸成分（すなわちＺ軸加速度γz）はＧ１cosθ２であり、同様に、重力加速度（鉛直上向き）ＧのＹ軸成分（すなわちＹ軸加速度γy）はＧ１sinθ２である。明らかなように、Ｙ軸加速度γy，Ｚ軸加速度γzは、Ｘ軸周りの回転角θ２の情報を含んでいる。したがって、Ｚ軸加速度γzおよびＹ軸加速度γyを検出することによって、上述の（４）式および（５）式の演算を実行することができる。すなわち、（４）式および（５）式は、下記の（６）式および（７）式のように変形することができる。また、Ｇ１は、下記（８）式のように表すことができる。
【数７】
2010146230.tif 000008
【００６４】
上記（８）式を、（６）式および（７）式の分母に代入し、また、（６）式および（７）式において、γy＝Ｇ１sinθ２，γz＝Ｇ１cosθ２と置くことによって、上記の（１）式および（２）式を得ることができる。すなわち、座標変換処理部５３２が、（１）式および（２）式の演算を実行することによって、Ｙ軸角速度ωyおよびＺ軸角速度ωzの各々を、Ｕ軸角速度ωuおよびωvの各々に変換することができる。
【００６５】
図７は、ωｙ，ωｚ，ωｕ，ωｖ，γｙ，γｚの相互関係を示す図である。上述のとおり、Ｙ軸角速度ωｙ，Ｚ軸角速度ωｚの各々は、Ｙ軸ジャイロセンサ１０２およびＺ軸ジャイロセンサ１０４によって検出される。また、Ｙ軸加速度γｙ，Ｚ軸加速度γｚの各々は、Ｙ軸加速度センサ１０６およびＺ軸加速度センサ１０８によって検出される。Ｕ軸角速度ωｕおよびＶ軸角速度ωｖは、上記の座標変換によって求められる。
【００６６】
本実施形態によれば、ユーザによる入力装置１００の本体部（筐体）の持ち方にかかわらず、検出軸（すなわちＹ軸，Ｚ軸）周りの回転を、高精度に検出することが可能になる。したがって、例えば、指示棒やレーザーポインタに、より近い操作性をもつ入力装置（例えば３次元ポインティングデバイスや３次元マウス等）を実現することができる。
【００６７】
（ポイント方向が鉛直上向き近傍、あるいは鉛直下向き方向近傍である場合の対策）
入力装置１００の本体部（筐体）が鉛直上向きあるいは鉛直下向き付近である場合、鉛直軸（Ｇ軸）とＱ面（図２（Ａ）参照）とがなす角θ１は略９０°となる。したがって、重力加速度（鉛直上向き）Ｇの、Ｘ軸に垂直なＱ面内における垂直軸であるＶ軸の成分Ｇ１（＝Ｇｃｏｓθ１）は、ｃｏｓ９０＝０であることから、略０になる。よって、Ｙ軸加速度（γy＝Ｇ１sinθ２）ならびにＺ軸加速度（γz＝Ｇ１cosθ２）も、略０となる。よって、上記の（１）式および（２）式における分母が略０となり、座標変換のための演算が不能となる。
【００６８】
現実的には、本体部（筐体）の指示方向（ポイント方向）は画面やスクリーンを向いており、かなり水平に近い状態なので問題はないと考えられるが、稀なケースとして、入力装置１００の本体部の指示方向が鉛直上向き近傍、あるいは鉛直下向き近傍になる場合も想定され得る以上、何らかの対策を施すことが望ましい。
【００６９】
そこで、例えば、本体部（筐体）の先端の指示方向（ポイント方向）が真上や真下付近になる場合には、入力装置１００からの信号出力をゼロに抑制する(すなわち、本体部の動きに応じた信号の出力を禁止する)方法を採用する。これによって、データ処理装置（入力装置１００からの信号を受ける側）における処理負担（対策処理に伴う負担）が軽減される。
【００７０】
また、例えば、本体部の指示方向が鉛直上向き近傍、あるいは鉛直下向き近傍であるときは、座標変換処理部５３２による座標変換処理を中止して、座標変換処理前のＹ軸角速度信号およびＺ軸角速度信号の各々をそのまま出力するようにしてもよい。この場合、データ処理装置（入力装置１００からの信号を受ける側）は、受信したＹ軸角速度信号およびＺ軸角速度信号に基づいて、例えば、表示部における制御対象（例えば、カーソルポインタ）の位置を制御することができるという利点がある。
【００７１】
（３次元入力装置を使用したシステムの構成例）
図８は、３次元入力装置を使用したデータ処理システムの構成の一例を示す図である。３次元入力装置１００（ここでは、ポインティングデバイスとする）は、モーションセンサ部（３次元モーションセンサ部）５０２を有する。モーションセンサ部５０２は、Ｙ軸ジャイロセンサ１０２と、Ｚ軸ジャイロセンサ１０４と、Ｙ軸加速度センサ１０６と、Ｚ軸加速度センサ１０８と、を有する。
【００７２】
３次元入力装置（ポインティングデバイス）１００は、さらに、各センサ１０２〜１０８の出力信号を増幅する増幅器５１２〜５１８と、Ａ／Ｄ変換器５２０〜５２６と、変換処理部（例えばＣＰＵ）５３０と、無線送信部５３６と、アンテナＡＮ１と、を有する。また、変換処理部５３０は、座標変換処理部５３２と、係数演算部（物理量／変位量変換部）５３４と、を有する。係数演算部（物理量／変位量変換部）５３４は、設けられないこともあり得る。この場合には、座標変換後の角速度信号（ωｕ，ωｖ）が出力されることになる。
【００７３】
また、データ処理装置６００は、アンテナＡＮ２と、受信部６１０と、データ処理部（例えばＣＰＵ）６２０と、ＲＯＭ６３０と、ＲＡＭ６４０と、表示制御部６５０と、表示部６６０と、を有する。表示部６６０は、ディスプレイ６６２を有する場合がある。また、表示部６６０が投射型の表示装置である場合には、例えばスクリーン４００上に画像を表示する。
【００７４】
図８の３次元入力装置（ポインティングデバイス）１００は、制御対象（例えばカーソルポインタ）の変位方向および変位量を決定するための情報をデータ処理装置６００に入力するために用いることができる。入力装置１００に設けられる物理量／変位量変換部としての係数演算部５３４は、座標変換処理部５３２から出力される角速度信号に対して係数（変換係数）を乗算し、制御対象（カーソルポインタＣＰ等）の変位量を特定するための変位量信号に変換する。すなわち、座標変換後の角速度信号ωｕ，ωｖの各々が、変位量信号Ｍｈ，Ｍｖ（Ｍｈは水平方向の変位量、Ｍｖは垂直方向の変位量）の各々に変換される。
【００７５】
入力装置１００に設けられるモーションセンサ部５０２によって検出された角速度信号は、そのまま制御信号等としてデータ処理装置に送信することができる。但し、この場合は、データ処理装置６００が、受信した角速度信号に基づいて、表示部６６０における制御対象物（例えばカーソルポインタＣＰ）の変位量を演算する必要があり、その分、データ処理装置６００の負担が増大する。そこで、図８では、入力装置１００に、物理量／変位量変換部としての係数演算部５３４を設け、入力装置１００側で、角速度信号を、表示部６６０における制御対象物（例えばカーソルポインタＣＰ）の変位量に変換している。そして、得られた変位量の情報（変位量信号）Ｍｈ，Ｍｖを、無線通信（これに限定されず、光通信や有線通信であってもよい）によってデータ処理装置６００に送信する。これによって、データ処理装置６００の処理負担が軽減される。
【００７６】
また、座標変換処理部５３２は、上述のように、本体部（筐体）の先端の指示方向（ポイント方向）が真上や真下付近になる場合には、本体部の動きに応じた信号の出力を禁止し、あるいは、座標変換処理を中止して、座標変換処理前のＹ軸角速度信号ωｙおよびＺ軸角速度信号ωｚの各々をそのまま出力する。なお、本体部（筐体）の先端の指示方向（ポイント方向）が真上や真下付近になっていることは、例えば、上記の（１）式，（２）式における分母を所定の閾値と比較することによって、検出することができる。すなわち、分母が閾値よりも小さいときに、ポイント方向が真上付近あるいは真下付近になっていると判定することができる。
【００７７】
また、データ処理装置６００のデータ処理部６２０は、受信部６１０によって受信された信号に基づいて、所与のデータ処理を行い、例えば、画像表示用のデータやタイミング制御信号を生成する。表示制御部６５０は、表示部６６０における画像表示を制御する。
【００７８】
図８のデータ処理システムでは、入力装置に送信部５３６が設けられ、無線通信（光通信を含む）によって、入力装置１００から、データ処理装置等に物理量信号を自在に送信することができる。よって、入力装置の使い勝手が向上する。なお、入力装置１００が、有線通信によって信号を出力することもできる。
【００７９】
本実施形態によれば、操作性に優れた小型の３次元入力装置を用いたデータ処理システムを実現することができる。
【００８０】
図９は、図８に示される３次元入力装置の動作手順例を示すフロー図である。座標変換処理部５３２は、加速度データγｙ，γｚを取り込み（ステップＳ７００）、また、角速度データωｙ，ωｚを取り込む（ステップＳ７０１）。
【００８１】
次に、γｙωｙ−γｙωｚをＳｕとおき（ステップＳ７０２）、γｙωｙ+γｚωｚをＳｖとおき（ステップＳ７０３）、上記（１）式および（２）式の分母をｋとおき（ステップＳ７０４）、ｋＳｕをωｕ，ｋＳｖをωｖとおく（ステップＳ７０５）。これによって、Ｕ軸に関する回転角速度ωｕと、Ｖ軸に関する回転角速度ωｖが得られる。
【００８２】
次に、物理量／変位量変換部（係数演算部）５３４は、ωｖに係数βｙｖを乗算して、横変位量ＭＨを算出し（ステップＳ７０６）、ωｕに係数βｚｕを乗算して、縦変位量ＭＶを算出し（ステップＳ７０７）、整数化処理によってＭｈ，Ｍｖを算出する（ステップＳ７０８）。
【００８３】
また、入力装置１００の本体部（筐体）のポイント方向が真上付近あるいは真下付近である場合には、横変位量および縦変位量が共に０となる。よって、Ｍｈ＝０かつＭｖ＝０である場合には、入力装置１００から信号を出力することなく処理を終了し（ステップＳ７０９）、ステップＳ７０９でＮｏと判定されたときのみ、水平変位量Ｍｈおよび縦変位量Ｍｖを、データ処理装置６００に向けて送信する（ステップＳ７１０）。
【００８４】
（第２の実施形態）
図１０は、入力装置の他の例の構成を示す図である。図１０の入力装置１００は、図８の構成に、操作部（出力イネーブルスイッチ）７００と、入力インタフェース７０２が追加されている。操作部（出力イネーブルスイッチ）７００は、入力装置１００からの信号出力の許可／不許可（イネーブル／ディスエーブル）を切り換えるためのモード切り換えスイッチとして機能する。
【００８５】
本実施形態では、ユーザが、操作部７００を操作しているときのみ（例えば、出力イネーブルスイッチを押下しているときにのみ）、イネーブル信号ＥＮがアクティブレベルになって入力装置１００から信号が出力される。したがって、操作部７００の操作がなされない期間（例えば、出力イネーブルスイッチが押下されない期間）においては、ユーザが、入力装置１００の本体部（筐体）を動かしても、データ処理装置６００の表示部６６０における制御対象（例えばカーソルポインタＣＰ）の位置の変化は生じない。
【００８６】
よって、本実施形態によれば、表示部における制御対象の、ユーザが意図しない動きを防止することができ、３次元入力装置の使い勝手がさらに向上する。また、例えば、マウスと同等の機能を実現するために、マウスの左/右クリックボタンと同じ機能を持つボタン等を追加することもできる。この場合、入力装置１００の使い勝手がさらに向上する。
【００８７】
このように、従来は、ユーザの本体部（筐体）の持ち方が限定されていたが、本実施形態によれば、入力装置は、ユーザの本体部（筐体）の持ち方に関係なく、ポイント方向に対して正しく上下／左右の動き（回転）を検出して出力することができる。したがって、ユーザに、支持棒やレーザーポインタといった使い慣れた器具により近い操作感を提供することができる。また、ユーザは、付随するボタン等の操作が行いやすいように、自由な持ち方をすることができる。
【００８８】
以上説明したように、本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、ユーザによる本体部（筐体）の持ち方にかかわらず、検出軸周りの回転を、高精度に検出することが可能になる。したがって、例えば、指示棒やレーザーポインタに、より近い操作性をもつ入力装置（例えば３次元ポインティングデバイスや３次元マウス等）を実現することができる。また、高精度の３次元入力デバイスを実現することができる。
【００８９】
現在、コンピュータ上での３次元ＣＡＤやゲーム等で、３次元空間を扱うことが多くなり、これに伴って、３次元運動を入力できるデバイスの必要性が高まっている。本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、高精度のモーション検出が可能であり、操作性に優れた小型の３次元入力装置を用いたシステムを実現することができる。
【００９０】
本実施形態の入力装置は、従来、支持棒やレーザーポインタ等が使われてきたプレゼンテーション等の場面で特に有用であるが、それにとどまるものではない。例えば、コンピュータ等の入力装置、すなわちユーザーインターフェースとして使われる場合、そこで動作するあらゆるアプリケーションの入力のために利用することができる。また、本実施形態の入力装置は、遠隔操作によるカメラの首振りシステムや、ロボット制御システム等、多様なシステムに応用することができる。
【００９１】
なお、本発明の実施形態について詳述したが、本発明の新規事項および効果から逸脱しない範囲で、多くの変形が可能であることは、当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例は、すべて本発明に含まれるものとする。また、入力装置という用語は、最も広義に解釈するものとし、空間的変位に対応する信号を入力できる入力装置を広く含むものとする。また、３次元モーションセンサの構成は、前掲の実施形態に限定されるものでではなく、その他の構成（例えば、ジャイロセンサと加速度センサに加えて、さらに磁気センサを有する構成）も採用することができる。また、空間的変位には、入力装置の姿勢、回転が含まれ、また、並進も含まれる。なお、入力装置の並進（水平移動や垂直移動等）は、加速度センサの出力の変動を時間で積分することによって算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、入力装置を用いたデータ処理システムの一例の構成を示す図
【図２】図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、３次元空間において定義される直交座標系、ならびに直交座標系における動き検出について説明するための図
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、入力装置のＸ軸に関する回転による、角速度の検出誤差について説明するための図
【図４】図４（Ａ），図４（Ｂ）は、入力装置に搭載される物理量測定装置を示す図
【図５】座標変換（回転座標変換）の内容を説明するための図
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｅ）は、座標変換に必要な情報等について説明するための図
【図７】座標変換に必要な情報等について説明するための図
【図８】３次元入力装置を使用したデータ処理システムの構成の一例を示す図
【図９】図８に示される３次元入力装置の動作手順例を示すフロー図
【図１０】入力装置の他の例の構成を示す図
【符号の説明】
【００９３】
１００  入力装置（例えば、ポインティングデバイス等の３次元入力装置）、
１０２  Ｙ軸ジャイロセンサ、１０４  Ｚ軸ジャイロセンサ、
１０６  Ｙ軸加速度センサ、１０８  Ｚ軸加速度センサ、
４００  スクリーン、５０２  ３次元モーションセンサ部、５１２〜５１８  増幅器、
５２０〜５２６  Ａ／Ｄ変換器、５３０  変換処理部（例えばＣＰＵ）、
５３２  座標変換処理部、５３４  係数演算部（物理量／変位量変換部）、
５３６  無線送信部、ＡＮ１，ＡＮ２  アンテナ、６００  データ処理装置、
６１０  受信部、６２０  データ処理部（ＣＰＵ等）、６３０  ＲＯＭ，
６４０  ＲＡＭ、６５０  表示制御部、６６０  表示部、６６２  ディスプレイ
【図１】
2010146230.tif 000010
【図２】
2010146230.tif 000011
【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】
2010146230.tif 000016
【図８】
2010146230.tif 000017
【図９】
2010146230.tif 000018
【図１０】
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