(57)【要約】  画面上でのポインタの動きを、ユーザの直感に合った、自然な動きとすることができる入力装置、制御装置、制御システム及び制御方法を提供すること。  入力装置は、筐体と、加速度センサと、角速度センサとを具備する。加速度センサは、筐体の第１の方向の加速度値を検出する。角速度センサは、第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角速度を検出する。検出された加速度値が単に積分されて筐体の速度値が算出されるのではなく、検出された加速度値及び角速度値に基づき、筐体の第１の方向の速度値が算出される。これにより、高精度な筐体の速度値の算出が可能となり、この速度値に応じた変位で画面上を移動するポインタの動きが、ユーザの感覚にそった自然な動きとなる。
2009035005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体の第１の方向の第１の加速度値を検出する第１の加速度検出部と、
前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出する第１の角度関連値検出部と、
前記検出された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する算出手段と
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、
前記算出手段は、前記検出された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第２の方向の軸回りの、時間ごとに位置が変化する回転の第１の中心軸から前記加速度検出部までの距離である回転半径を算出し、前記第１の角度関連値から得られた第１の角速度値及び前記算出された回転半径に基づき、前記第１の速度値を算出する入力装置。
【請求項３】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記算出手段は、前記第１の加速度値の時間変化率である加速度変化率を算出し、前記検出された第１の角度関連値に基づき、前記第２の方向の軸回りの角加速度の時間変化率である角加速度変化率を算出し、前記算出された、加速度変化率と角加速度変化率との比を前記回転半径として算出する入力装置。
【請求項４】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記算出手段は、前記検出された第１の角度関連値に基づき角加速度値を算出し、前記第１の加速度値と前記角加速度値との比を前記回転半径として算出する入力装置。
【請求項５】
請求項３に記載の入力装置であって、
前記加速度変化率と前記角加速度変化率との比として算出された前記回転半径を記憶する記憶手段と、
前記角加速度変化率が閾値より大きいか否かを判定する判定手段と、
前記角加速度変化率が前記閾値より大きい場合に、前記記憶された前記回転半径を更新する更新手段とをさらに具備し、
前記算出手段は、前記角加速度変化率が前記閾値より小さい場合に、前記記憶手段に記憶された前記回転半径に前記第１の角速度値を乗じて、前記第１の速度値を算出する入力装置。
【請求項６】
請求項４に記載の入力装置であって、
前記第１の加速度値と前記角加速度値との比として算出された前記回転半径を記憶する記憶手段と、
前記角加速度値が閾値より大きいか否かを判定する判定手段と、
前記角加速度値が前記閾値より大きい場合に、前記記憶された前記回転半径を更新する更新手段とをさらに具備し、
前記算出手段は、前記角加速度値が前記閾値より小さい場合に、前記記憶手段に記憶された前記回転半径に前記第１の角速度値を乗じて、前記第１の速度値を算出する入力装置。
【請求項７】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記算出手段は、前記検出された第１の角度関連値に基づき、前記第２の方向の軸回りの角加速度の時間変化率である角加速度変化率を算出し、前記第１の加速度値から、前記第１の加速度検出部に働く重力加速度の前記第１の方向の成分値を少なくとも含む低周波成分が除去された値を算出し、前記低周波成分が除去された値の時間変化率である加速度変化率を算出し、前記算出された加速度変化率と前記角加速度変化率との比を、前記回転半径として算出する入力装置。
【請求項８】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記回転半径の信号の所定の周波数帯域の成分を通過させるローパスフィルタをさらに具備する入力装置。
【請求項９】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記算出手段は、前記検出された第１の角度関連値に基づき角加速度値を算出し、前記第１の加速度値と前記角加速度値との回帰直線の傾きを前記回転半径として算出する入力装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記算出手段は、前記第１の加速度値の時間変化率である加速度変化率を算出し、前記検出された第１の角度関連値に基づき、前記第２の方向の軸回りの角加速度の時間変化率である角加速度変化率を算出し、前記算出された、加速度変化率と角加速度変化率との回帰直線の傾きを前記回転半径として算出する入力装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記筐体の前記第２の方向の第２の加速度値を検出する第２の加速度検出部と、
前記第１の方向の軸回りの角度に関する値である第２の角度関連値を検出する第２の角度関連値検出部とをさらに具備し、
前記算出手段は、前記検出された第２の加速度値及び第２の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第２の方向の第２の速度値を算出する入力装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の入力装置であって、
前記算出手段は、前記検出された第２の加速度値及び第２の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の軸回りの、時間ごとに位置が変化する回転の中心軸から前記第２の加速度検出部までの距離である第２の回転半径を算出し、前記第２の角度関連値から得られた第２の角速度値及び前記算出された第２の回転半径に基づき、前記第２の速度値を算出する入力装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の入力装置であって、
前記筐体の、前記第１及び前記第２の方向の両方とは異なる第３の方向の第３の加速度を検出する第３の加速度検出部をさらに具備する入力装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記第１の角度関連値検出部は、前記第２の方向の軸回りの角速度を検出する角速度センサを有する入力装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記第１の角度関連値検出部は、前記筐体の前記第２の方向の軸回りの角度値を検出する入力装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記算出手段は、前記第１の速度値を算出するための演算処理を行う処理ユニットを有し、
前記入力装置は、
前記処理ユニットが搭載される第１の基板と、
前記第１の加速度検出部が搭載される第２の基板と
をさらに具備する入力装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の入力装置であって、
前記第２の基板を、前記筐体または前記第１の基板に片持ち状態で接続する接続手段をさらに具備する入力装置。
【請求項１８】
請求項１６に記載の入力装置であって、
弾性体と、
前記弾性体を介して前記第２の基板を前記筐体に連結する連結部材と
をさらに具備する入力装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載の入力装置であって、
前記接続手段は、前記第１の基板と前記第２の基板とを電気的に接続する導線を有する入力装置。
【請求項２０】
請求項１６に記載の入力装置であって、
前記第１の角度関連値検出部は、前記筐体の前記第１の角速度値を検出する第１の角速度センサを有し、
前記第２の基板は、
前記第１の加速度検出部が搭載される第１の面と、
前記第１の面とは反対側に設けられ、前記第１の角速度センサが搭載される第２の面と
を有する入力装置。
【請求項２１】
請求項１６に記載の入力装置であって、
前記第２の基板の少なくとも２箇所を前記筐体に接続する接続手段をさらに具備する入力装置。
【請求項２２】
請求項１６に記載の入力装置であって、
前記第２の基板は周縁部を有し、前記周縁部と前記筐体の内面との間にクリアランスが設けられている入力装置。
【請求項２３】
請求項１に記載の入力装置であって、
少なくとも前記第１の加速度検出部を覆う電磁シールド部材をさらに具備する入力装置。
【請求項２４】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記第１の速度値の情報を送信する送信ユニットと、
前記送信ユニットが搭載される第１の基板と、
前記第１の加速度検出部が搭載される第２の基板と
をさらに具備する入力装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の入力装置であって、
前記算出手段は、前記第１の速度値を算出するための演算処理を行う処理ユニットを有し、
前記処理ユニットは、前記第２の基板に搭載されている入力装置。
【請求項２６】
入力装置の筐体の第１の方向の第１の加速度を検出し、
前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出し、
前記検出された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する
制御方法。
【請求項２７】
ユーザが入力装置を空間内で動かすことにより操作情報が入力される入力装置であって、
第１の方向に沿う軸を含む仮想平面内での瞬間中心から、前記入力装置までの距離を算出する距離算出手段と、
前記算出された距離と、前記仮想平面内での前記瞬間中心回りの前記入力装置の角度に関連する値である角度関連値とに基づき、前記入力装置の前記第１の方向の速度値を算出する速度算出手段と
を具備する入力装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の入力装置であって、
前記入力装置の前記第１の方向の加速度値を検出する第１の加速度検出部さらに具備し、
前記距離算出手段は、前記加速度値及び前記角度関連値に基づき、前記瞬間中心から前記第１の加速度検出部までの距離を前記距離として算出する入力装置。
【請求項２９】
請求項２７に記載の入力装置であって、
前記距離算出手段は、所定の距離離れた２箇所での、前記仮想平面内での前記第１の方向の加速度値に基づき、前記距離を算出する入力装置。
【請求項３０】
筐体と、前記筐体の第１の方向の第１の加速度値を検出する第１の加速度検出部と、前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出する第１の角度関連値検出部と、前記第１の加速度値及び前記第１の角度関連値の情報を送信する送信手段を備えた入力装置から送信された前記情報に応じて、画面に表示されるポインタの表示を制御する制御装置であって、
前記送信された第１の加速度値及び第１の角度関連値の情報を受信する受信手段と、
前記受信された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する算出手段と、
前記算出された第１の速度値に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する座標情報生成手段と
を具備する制御装置。
【請求項３１】
筐体と、
前記筐体の第１の方向の第１の加速度値を検出する第１の加速度検出部と、
前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出する第１の角度関連値検出部と、
前記検出された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する算出手段と、
前記算出された第１の速度値の情報を送信する送信手段とを有する入力装置と、
前記送信された第１の速度値の情報を受信する受信手段と、
前記受信された第１の速度値に応じた、ポインタの画面上の座標情報を生成する座標情報生成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３２】
筐体と、
前記筐体の第１の方向の第１の加速度値を検出する第１の加速度検出部と、
前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出する第１の角度関連値検出部と、
前記第１の加速度値及び前記第１の角度関連値の情報を送信する送信手段とを有する入力装置と、
前記送信された第１の加速度値及び第１の角度関連値の情報を受信する受信手段と、
前記受信された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する算出手段と、
前記算出された第１の速度値に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する座標情報生成手段とを有する制御装置と
を具備する制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＵＩ（Graphical User Interface）を操作するための空間操作型の入力装置、その操作情報に応じてＧＵＩを制御する制御装置、これらの装置を含む制御システム、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、例えばテレビ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、２参照）。【０００３】
特許文献１には、２軸の角速度ジャイロスコープ、つまり２つの角速度センサを備えた入力装置が開示されている。ユーザは、この入力装置を手に持って、例えば上下左右に振る。そうすると、角速度センサにより、直交する２軸の回りの角速度が検出され、その角速度に応じて、表示手段により表示されるカーソル等の位置情報としての信号が生成される。この信号は、制御機器に送信され、制御機器は、この信号に応じて、カーソルを画面上で移動させるように制御する。【０００４】
また、特許文献２には、２つの加速度センサを用いて、ペン型の入力装置の加速度を検出し、この加速度を積分することでペン型入力装置の移動量を算出する技術が開示されている。【０００５】
【特許文献１】特開２００１−５６７４３号公報（段落[００３０]、[００３１]、図３）
【特許文献２】特開平２００５−５６４０９号公報(段落［００１８］、［００２１］、［００２２］図１、図２)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、特許文献１に示す入力装置では、２つの角速度センサによって検出された角速度に応じて、画面上に表示されるカーソルの移動が制御される。すなわち、画面上に表示されるカーソルの移動量は、２つの角速度センサによって検出された角速度に依存する。【０００７】
したがって、ユーザが入力装置に大きな角速度を与えれば、それに応じて画面上に表示されるカーソルは、高速で移動する。例えば、ユーザが手指の回転を使って、入力装置を操作する場合、入力装置の実際の移動量が小さくても、カーソルは、高速で移動する。【０００８】
しかし、ユーザがわずかしか角速度を与えずに入力装置を操作する場合、たとえ入力装置の実際の移動量が大きかったとしても、画面上のカーソルは、わずかしか移動しない。例えば、ユーザが、肩を軸として腕全体を振って入力装置を操作した場合、入力装置の実際の移動量に反してカーソルはわずかしか移動しない。このように、カーソルの動きが、ユーザの感覚にそぐわない動きとなる場合がある。【０００９】
一方で、特許文献２に記載のペン型入力装置は、加速度センサを用いてペン型入力装置の移動量を算出している。この場合、加速度センサによって検出された加速度に応じて、カーソルの移動量が算出されるため、ペン型入力装置の移動量に比例して、画面上に表示されるカーソルの移動量が大きくなる。しかし、入力装置で検出された加速度を積分し、カーソルの移動量を算出する際に、積分誤差が生じることから、正確な制御ができない。したがって、カーソルの動きが、ユーザの感覚にそぐわない動きとなる場合がある。【００１０】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、画面上でのＵＩの動きを、ユーザの直感に合った、自然な動きとすることができる入力装置、制御装置、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】
【００１１】
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、第１の加速度検出部と、第１の角度関連値検出部と、算出手段とを具備する。  
前記第１の加速度検出部は、前記筐体の第１の方向の第１の加速度値を検出する。  
前記第１の角度関連値検出部は、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出する。【００１２】
前記算出手段は、前記検出された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する。【００１３】
第１の加速度値が単に積分されて速度値が算出されるのではなく、第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき第１の速度値が算出されることにより積分誤差が無くなり、高精度な筐体の速度値の算出が可能となる。【００１４】
前記算出手段は、前記検出された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第２の方向の軸回りの、時間ごとに位置が変化する回転の第１の中心軸から前記加速度検出部までの距離である回転半径を算出し、前記第１の角度関連値から得られた第１の角速度値及び前記算出された回転半径に基づき、前記第１の速度値を算出する。【００１５】
ユーザが、肩、肘、手首、手指等のうち少なくともいずれか１つの回転を使って、画面上に表示されたＵＩを操作する場合、一般的には、入力装置には時間ごとに変化する回転半径が存在する。本発明に係る入力装置においては、例えば垂直方向の軸回りの入力装置の回転半径を算出し、この回転半径に角速度値を乗じることで、入力装置の速度値を算出することができる。このように回転半径から速度値が算出されることで、たとえばユーザが肩を軸として腕全体を振って入力装置を操作した場合であっても、十分な出力（速度値）を得ることが可能となり、全体として、画面上でのＵＩの動きが、入力装置の動きに対して自然な動きとなるため、ユーザによる入力装置の操作性が向上する。【００１６】
前記算出手段は、前記第１の加速度値の時間変化率である加速度変化率を算出し、前記検出された第１の角度関連値に基づき、前記第２の方向の軸回りの角加速度の時間変化率である角加速度変化率を算出することができる。そして、前記算出手段は、前記算出された、加速度変化率と角加速度変化率との比を前記回転半径として算出してもよい。【００１７】
加速度変化率は、第１の加速度値の時間微分演算により求められる。角加速度変化率も同様に、第１の角度関連値の時間微分演算により求められる。特に、第１の加速度値の検出の際、重力加速度は、一定値または低周波的にバイアスされて検出されるため、第１の加速度値を微分することにより、入力装置の傾きによる重力加速度の分力の変化が生じる場合であっても、適切に回転半径を求めることができ、この回転半径から適切な速度値を算出することができる。【００１８】
前記算出手段は、前記検出された第１の角度関連値に基づき角加速度値を算出し、前記第１の加速度値と前記角加速度値との比を前記回転半径として算出してもよい。これにより、計算量を少なくすることができ、入力装置の消費電力を少なくすることができる。【００１９】
前記入力装置は、記憶手段と、判定手段と、更新手段とをさらに具備してもよい。  
前記記憶手段は、前記加速度変化率と前記角加速度変化率との比として算出された前記回転半径を記憶する。  
前記判定手段は、前記角加速度変化率が閾値より大きいか否かを判定する。  
前記更新手段は、前記角加速度変化率が閾値より大きい場合に、前記記憶された前記回転半径を更新する。  
前記算出手段は、前記角加速度変化率が閾値より小さい場合に、前記記憶手段に記憶された前記回転半径に前記第１の角速度値を乗じて、前記第１の速度値を算出する。【００２０】
例えば、第１の角度関連値検出部により、検出された角速度値の２階微分値として、角加速度変化率が得られる場合、その計算により高周波数のノイズが拡大されてしまう。この結果、角加速度変化率に基づいて算出される回転半径及びこの回転半径に基づいて算出される速度値がノイズに影響され、正確な回転半径及び速度値が算出されない場合がある。角加速度変化率の絶対値が小さくなるに従い、ノイズが速度値に与える影響が相対的に増大する。この問題の対策として、角加速度変化率の絶対値が小さく、ノイズが速度値に与える影響が大きい場合には、記憶手段に記憶された回転半径に基づいて、速度値を算出する。これにより、ノイズが速度値に与える影響を軽減することができる。【００２１】
あるいは、前記判定手段は、角加速度値が閾値より大きいか否かを判定してもよいし、前記更新手段は、前記角加速度値が前記閾値より大きい場合に、前記記憶された前記回転半径を更新してもよい。この場合、算出手段は、前記角加速度値が前記閾値より小さい場合に、前記記憶手段に記憶された前記回転半径に前記第１の角速度値を乗じて、前記第１の速度値を算出する。【００２２】
前記算出手段は、前記検出された第１の角度関連値に基づき、前記第２の方向の軸回りの角加速度の時間変化率である角加速度変化率を算出し、前記第１の加速度値から、前記第１の加速度検出部に働く重力加速度の前記第１の方向の成分値を少なくとも含む低周波成分が除去された値を算出し、前記低周波成分が除去された値の時間変化率である加速度変化率を算出し、前記算出された加速度変化率と前記角加速度変化率との比を、前記回転半径として算出してもよい。【００２３】
これにより、第１の加速度検出部が重力による影響、及び、入力装置の傾きによる重力加速度の分力変化による影響を受ける場合であっても、適切に回転半径を求めることができる。したがって、この回転半径から適切な速度値を算出することができる。【００２４】
前記入力装置は、前記回転半径の信号の所定の周波数帯域の成分を通過させるローパスフィルタをさらに具備してもよい。これにより、ノイズが速度値に与える影響を軽減することができる。【００２５】
前記算出手段は、前記第１の加速度値の時間変化率である加速度変化率を算出し、前記検出された第１の角度関連値に基づき、前記第２の方向の軸回りの角加速度の時間変化率である角加速度変化率を算出し、前記算出された、加速度変化率と角加速度変化率との回帰直線の傾きを前記回転半径として算出してもよい。あるいは、前記算出手段は、前記第１の加速度値と前記角加速度値との回帰直線の傾きを前記第１の回転半径として算出してもよい。これらにより、正確な回転半径を求めることができ、この回転半径から正確な速度値を算出することができる。【００２６】
前記入力装置は、第２の加速度検出部と、第２の角度関連検出部とをさらに具備してもよい。  
前記第２の加速度検出部は、前記筐体の前記第２の方向の第２の加速度値を検出する。  
第２の角度関連値検出部は、前記第１の方向の軸回りの角度に関する値である第２の角度関連値を検出する。【００２７】
この場合、前記算出手段は、前記検出された第２の加速度値及び第２の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第２の方向の第２の速度値を算出することができる。【００２８】
前記算出手段は、前記検出された第２の加速度値及び第２の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の軸回りの、時間ごとに位置が変化する回転の中心軸から前記第２の加速度検出部までの距離である第２の回転半径を算出し、前記第２の角度関連値から得られた第２の角速度値及び前記算出された第２の回転半径に基づき、前記第２の速度値を算出してもよい。【００２９】
前記入力装置は、前記筐体の、前記第１及び前記第２の方向の両方とは異なる第３の方向の第３の加速度を検出する第３の加速度検出部をさらに具備してもよい。【００３０】
前記第１の角度関連値検出部は、前記筐体の前記第２の方向の軸回りの第１の角度値を検出してもよい。角度値の時間微分演算により角速度値が得られる。  
あるいは、前記第１の角度関連値検出部は、第１の方向の軸回りの第２の角度値を検出してもよい。  
第１の角度関連値検出部は、２軸または３軸の角度検出手段（例えば地磁気センサ）を有してもよい。第２及び第１の方向の軸の回りにおけるそれぞれの角度値を微分演算することで、それぞれの角速度値を算出することができる。上記のように、入力装置に３軸の加速度検出部が備えられる場合、重力方向が認識されるので、２軸の角度値を検出することができる。【００３１】
前記算出手段は、前記第１の速度値を算出するための演算処理を行う処理ユニットを有してもよい。この場合、前記入力装置は、前記処理ユニットが搭載される第１の基板と、前記第１の加速度検出部が搭載される第２の基板とをさらに具備してもよい。【００３２】
例えば、１つの基板に処理ユニットと第１の加速度検出部が搭載される場合に比べ、その１つの基板より、第２の基板のサイズを小さくすることができる。第２の基板のサイズが小さい場合、その分剛性が高くなり、第２の基板に加えられる機械的な応力によるひずみ、または、入力装置が動いたときに第２の基板に働く慣性力によるひずみの発生を抑制することができる。これらのひずみが発生した場合、第１の加速度検出部の検出値にノイズが混入し、検出値が劣化するおそれがあるからである。また、第１及び第２の基板が別体なので、それらの筐体内の配置の自由度が向上する。【００３３】
第１の加速度検出部のほか、上記第２の加速度検出部、第１の角度関連値検出部（例えば角速度センサ）及び地磁気センサのうち少なくとも１つが第２の基板に搭載されていてもよい。あるいは、第２の基板が複数設けられ、第２の加速度検出部、角速度センサ等がそれぞれの第２の基板に搭載されてもよい。【００３４】
処理ユニットは、Ａ／Ｄコンバータを含んでいてもよいし、Ａ／Ｄコンバータと別体でもよい。Ａ／Ｄコンバータが処理ユニットと別体の場合、Ａ／Ｄコンバータは、第２の基板に搭載されていてもよい。【００３５】
上記入力装置は、前記第２の基板を、前記筐体または前記第１の基板に片持ち状態で接続する接続手段をさらに具備してもよい。【００３６】
これにより、第２の基板の両側で筐体に接続される場合に比べ、第２の基板に加えられる応力を低減することができる。また、このような構成によれば、ユーザが筐体を強く握り、筐体が変形したとしても、第２の基板にその変形による力が極力伝わらないようにすることができ、第２の基板のひずみの発生を抑えることができる。【００３７】
例えば、接続手段は、第２の基板を片持ち状態で筐体または第１の基板に接続するための、筐体に設けられた突出部を有していてもよい。【００３８】
前記入力装置は、弾性体と、前記弾性体を介して前記第２の基板を前記筐体に連結する連結部材とをさらに具備してもよい。  
これにより、連結部材で連結されるときに第２の基板に加えられる応力を低減できる。【００３９】
前記接続手段は、前記第１の基板と前記第２の基板とを電気的に接続する導線を有してもよい。  
導線は、柔らかいより線であってもよいし、適度な剛性のある導線であってもよい。柔らかいより線等の導線が用いられる場合、その導線が樹脂モールディングされることにより適度な剛性が得られる。【００４０】
前記第１の角度関連値検出部は、前記筐体の前記第１の角速度値を検出する第１の角速度センサを有してもよい。この場合、前記第２の基板は、前記第１の加速度検出部が搭載される第１の面と、前記第１の面とは反対側に設けられ、前記第１の角速度センサが搭載される第２の面とを有してもよい。【００４１】
これにより、第１の加速度検出部、及び第１の角度関連値検出部（例えば角速度センサ）（以下、センサ類という。）の両方が第２の基板の片面に設けられる場合に比べ、第２の基板のサイズを小さくすることができる。また、このような構成によれば、周囲環境の温度変化やセンサ類が発生する熱によるひずみであって、基板及びセンサ類（主にセンサ類のパッケージ材）の線膨張係数の差に起因するひずみが相殺される。第２の基板の両面から第２の基板に伝達されるので、伝達される熱的なバランスが均一になり、第２の基板の熱膨張による変形が抑制される。【００４２】
前記第１の角度関連値検出部（例えば角速度センサ）の代わりに（または、角速度センサに加えて）、上述の第２の加速度検出部及び地磁気センサのうち少なくとも１つが第２の面に搭載されていてもよい。あるいは、第１の加速度検出部に加えて、第２の加速度検出部及び地磁気センサのうち少なくとも一方が第１の面に搭載されてもよい。【００４３】
前記入力装置は、前記第２の基板の少なくとも２箇所を前記筐体に接続する接続手段をさらに具備してもよい。【００４４】
第２の基板の少なくとも２箇所を筐体に接続する、とは、片持ち状態ではないことを趣旨としている。この場合、筐体に対する第２の基板の剛性（筐体と第２の基板の一体性）が高められる。したがって、入力装置が回転したりしたときの第２の基板にモーメントが発生することによる第２の基板のひずみが抑制される。【００４５】
この場合も、その２箇所において、上記弾性体及び連結部材が設けられていてもよい。この場合、ユーザが筐体を強く握り筐体が変形したときに、その変形を弾性体が吸収する、という効果が特に高められる。【００４６】
前記第２の基板は周縁部を有し、前記周縁部と前記筐体の内面との間にクリアランスが設けられていてもよい。【００４７】
これにより、上記同様に筐体が変形したとしても、第２の基板にその変形による力が極力伝わらないようにすることができる。【００４８】
前記入力装置は、少なくとも前記第１の加速度検出部を覆う電磁シールド部材をさらに具備してもよい。【００４９】
これにより、第１の加速度検出部への電磁波による悪影響を防止することができる。例えば上述の第１の基板に、電磁波により情報を送信する送信ユニットが搭載される場合、送信ユニットが発生する電波や外部の電磁波ノイズによる、第１の加速度検出部への悪影響を防止することができる。例えば、電磁シールド部材は、第２の基板の第１の加速度検出部が搭載される面を覆う形態でもよいし、第２の基板全体を実質的に覆う形態でもよい。【００５０】
前記入力装置は、前記第１の速度値の情報を送信する送信ユニットと、前記送信ユニットが搭載される第１の基板と、前記第１の加速度検出部が搭載される第２の基板とをさらに具備してもよい。【００５１】
第１及び第２の基板が別体なので、送信ユニットが発生する送信用の電波や、その送信ユニットを介して侵入する外部の電磁波ノイズによる、第１の加速度検出部への悪影響を防止することができる。この場合、上記処理ユニット（及び／またはＡ／Ｄコンバータ）が第１の基板に搭載されていてもよいし、あるいは第２の基板に搭載されていてもよい。【００５２】
前記第１の基板は、第２の基板に近い側の第１の端部と、前記送信ユニットが搭載され、前記第２の基板に遠い、前記第１の端部とは反対側の第２の端部とを有してもよい。上記送信用電波や外部の電磁波ノイズの観点から、送信ユニットが第２の基板上で、極力第２の基板から離れていた方がよい。【００５３】
第１の基板は第１の厚さでなり、第２の基板は前記第１の厚さより厚い第２の厚さでなっていてもよい。【００５４】
これにより、第２の基板の剛性が高くなり、上記した問題を解決することができる。【００５５】
以上説明した第２の基板は、接続部材により筐体に接続される接続領域と、第１の加速度検出部が配置される領域とを有し、前記接続領域と前記配置領域との間に設けられた開口を有していてもよい。入力装置が動くことにより、第２の基板に慣性力による応力が加えられる。開口が設けられることにより、その応力が、第２の基板の、接続部材が側からセンサ類が配置される側に極力伝わらないようにすることができる。また、開口が設けられることにより、第２の基板と同じサイズの第２の基板に開口が形成されていない場合に比べ、第２の基板の重量が軽くなる。その分、上記慣性力を抑えることができる。【００５６】
本発明の一形態に係る制御方法は、入力装置の筐体の第１の方向の第１の加速度を検出する。  
前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値が検出される。  
前記検出された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値が算出される。【００５７】
本発明の別の一形態に係る入力装置は、ユーザが入力装置を空間内で動かすことにより操作情報が入力される入力装置であって、距離算出手段と、速度算出手段とを具備する。  
前記距離算出手段は、第１の方向に沿う軸を含む仮想平面内での瞬間中心から、前記入力装置までの距離を算出する。  
前記速度算出手段は、前記算出された距離と、前記仮想平面内での前記瞬間中心回りの前記入力装置の角度に関連する値である角度関連値とに基づき、前記入力装置の前記第１の方向の速度値を算出する。【００５８】
前記入力装置は、前記入力装置の前記第１の方向の加速度値を検出する第１の加速度検出部さらに具備してもよい。この場合、前記距離算出手段は、前記加速度値及び前記角度関連値に基づき、前記瞬間中心から前記第１の加速度検出部までの距離を前記距離として算出してもよい。【００５９】
前記距離算出手段は、所定の距離離れた２箇所での、前記仮想平面内での前記第１の方向の加速度値に基づき、前記距離を算出してもよい。【００６０】
この場合、例えば所定の距離離れて配置された加速度センサが検出して得られる、それぞれ実質的に同じ方向の加速度値と、その所定の距離とに基づき、角加速度値を算出することができる。この角加速度値の積分演算により角速度値を算出することができる。【００６１】
一方、上記各加速度値と所定の距離とに基づき角加速度値が算出されることにより、瞬間中心から入力装置までの距離を算出することができる。例えば、この算出された距離と、上記算出された角速度値とを乗じることで、第１の方向の速度値を算出することができる。【００６２】
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前記情報に応じて、画面に表示されるポインタの表示を制御する制御装置であって、受信手段と、算出手段と、座標情報生成手段とを具備する。  
前記入力装置は、筐体と、前記筐体の第１の方向の第１の加速度値を検出する第１の加速度検出部と、前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出する第１の角度関連値検出部と、前記第１の加速度値及び前記第１の角度関連値の情報を送信する送信手段を備える。  
前記受信手段は、前記送信された第１の加速度値及び第１の角度関連値の情報を受信する。  
前記算出手段は、前記受信された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する。  
前記座標情報生成手段は、前記算出された第１の速度値に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する。【００６３】
なお、請求の範囲における「筐体と、〜制御装置であって、」という前提部分は、本発明の内容を明確化するために記載されたものであり、本発明者等が当該前提部分を公知の技術として意図しているわけではない。以下、同様である。【００６４】
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、第１の加速度検出部と、第１の角度関連値検出部と、算出手段と、送信手段とを有する。  
前記第１の加速度検出部は、前記筐体の第１の方向の第１の加速度値を検出する。  
前記第１の角度関連値検出部は、前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出する。  
前記算出手段は、前記検出された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する。  
前記送信手段は、前記算出された第１の速度値の情報を送信する。  
前記制御装置は、受信手段と、座標情報生成手段とを有する。  
前記受信手段は、前記送信された第１の速度値の情報を受信する。  
前記座標情報生成手段は、前記受信された第１の速度値に応じた、ポインタの画面上の座標情報を生成する。【００６５】
本発明の別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、第１の加速度検出部と、第１の角度関連値検出部と、送信手段とを有する。  
前記第１の加速度検出部は、前記筐体の第１の方向の第１の加速度値を検出する。  
前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出する。  
前記送信手段は、  前記第１の加速度値及び前記第１の角度関連値の情報を送信する。  
前記制御装置は、受信手段と、算出手段と、座標情報生成手段とを有する。  
前記受信手段は、前記送信された第１の加速度値及び第１の角度関連値の情報を受信する。  
前記算出手段は、前記受信された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する。  
前記座標情報生成手段は、前記算出された第１の速度値に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する。
【発明の効果】
【００６６】
以上のように、本発明によれば、画面上でのＵＩの動きを、ユーザの直感に合った、自然な動きとすることができる入力装置、制御装置、制御システム、及び制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
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。【００６８】
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。【００６９】
図２は、入力装置１を示す斜視図である。入力装置１は、ユーザが持つことができる程度の大きさとされている。入力装置１は、筐体１０、筐体１０の上部に設けられた例えば２つのボタン１１、１２、回転式のホイールボタン１３等の操作部を備えている。筐体１０の上部の中央よりに設けられたボタン１１は、例えばＰＣで用いられる入力デバイスとしてのマウスの左ボタンの機能を有し、ボタン１１に隣接するボタン１２は右ボタンの機能を有する。【００７０】
例えば、ボタン１１を長押して入力装置１を移動させることにより「ドラッグアンドドロップ」、ボタン１１のダブルクリックによりファイルを開く操作、ホイールボタン１３により画面３のスクロール操作が行われるようにしてもよい。ボタン１１、１２、ホイールボタン１３の配置、発行されるコマンドの内容等は、適宜変更可能である。【００７１】
図３は、入力装置１の内部の構成を模式的に示す図である。図４は、入力装置１の電気的な構成を示すブロック図である。【００７２】
入力装置１は、センサユニット１７、制御ユニット３０、バッテリー１４を備えている。【００７３】
図８は、センサユニット１７を示す斜視図である。【００７４】
センサユニット１７は、互いに異なる角度、例えば直交する２軸（Ｘ軸及びＹ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軸方向の加速度センサ１６１（第１の加速度センサ、または第２の加速度センサ）、及びＹ軸方向の加速度センサ１６２（第２の加速度センサ、または第１の加速度センサ）の２つセンサを含む。【００７５】
また、センサユニット１７は、その直交する２軸の回りの角加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、及びピッチ方向の角速度センサ１５２の２つのセンサを含む。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上に搭載されている。【００７６】
ヨー方向、ピッチ方向の角速度センサ１５１、１５２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。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の加速度センサ１６１、１６２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。角速度センサ１５１または１５２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。【００７７】
図２及び図３の説明では、便宜上、筐体１０の長手方向をＺ’方向とし、筐体１０の厚さ方向をＸ’方向とし、筐体１０の幅方向をＹ’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’−Ｙ’平面に実質的に平行となるように、筐体１０に内蔵され、上記したように、両センサユニット１６、１５はＸ軸及びＹ軸の２軸に関する物理量を検出する。また、以降の説明では、入力装置１の動きに関し、Ｘ’軸の回りの回転の方向をピッチ方向、Ｙ’軸の回りの回転の方向をヨー方向といい、Ｚ’軸（ロール軸）方向の回りの回転の方向をロール方向という場合もある。【００７８】
制御ユニット３０は、メイン基板１８、メイン基板１８上にマウントされたＭＰＵ１９（Micro Processing Unit）（あるいはＣＰＵ）、水晶発振器２０、送信機２１、メイン基板１８上にプリントされたアンテナ２２を含む。【００７９】
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は、センサユニット１７による検出信号、操作部による操作信号等を入力し、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。【００８０】
典型的には、センサユニット１７が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。【００８１】
ＭＰＵ１９により、または、ＭＰＵ１９及び水晶発振器２０により処理ユニットが構成される。【００８２】
送信機２１（送信手段）は、ＭＰＵ１９で生成された制御信号（入力情報）をＲＦ無線信号として、アンテナ２２を介して制御装置４０に送信する。送信機２１及びアンテナ２２のうち少なくとも一方により送信ユニットが構成される。【００８３】
水晶発振器２０は、クロックを生成し、これをＭＰＵ１９に供給する。バッテリー１４としては、乾電池または充電式電池等が用いられる。【００８４】
制御装置４０はコンピュータであり、ＭＰＵ３５（あるいはＣＰＵ）、表示制御部４２、ＲＡＭ３６、ＲＯＭ３７、ビデオＲＡＭ４１、アンテナ３９及び受信機３８等を含む。【００８５】
受信機３８は、入力装置１から送信された制御信号を、アンテナ３９を介して受信する。ＭＰＵ３５は、その制御信号を解析し、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。【００８６】
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、ＰＣ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。【００８７】
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でもよい。【００８８】
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２等のＵＩ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。以降の説明の理解を容易にするため、特に明示がない限り、入力装置１で操作される対象となるＵＩがポインタ２（いわゆるカーソル）であるとして説明する。【００８９】
図６は、ユーザが入力装置１を握った様子を示す図である。図６に示すように、入力装置１は、上記ボタン１１、１２、１３のほか、例えばテレビ等を操作するリモートコントローラに設けられるような各種の操作ボタンや電源スイッチ等の操作部を備えていてもよい。このようにユーザが入力装置１を握った状態で、入力装置１を空中で移動させ、あるいは操作部を操作することにより、その入力情報が制御装置４０に出力され、制御装置４０によりＵＩが制御される。【００９０】
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。図７はその説明図である。【００９１】
図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ユーザが入力装置１を握った状態で、入力装置１のボタン１１、１２が配置されている側を表示装置５側に向ける。ユーザは、親指を上にし子指を下にした状態、いわば握手する状態で入力装置１を握る。この状態で、センサユニット１７の回路基板２５（図８参照）は、表示装置５の画面３に対して平行に近くなり、センサユニット１７の検出軸である２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７（Ａ）、（Ｂ）に示す入力装置１の姿勢を基本姿勢という。【００９２】
以降の説明では、地球上で静止した座標系、つまり慣性座標系をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸で表す。一方、入力装置１と一体的に動く座標系（入力装置１の座標系）をＸ’軸、Ｙ’軸及びＺ’軸で表す。【００９３】
図７（Ａ）に示すように、基本姿勢の状態で、ユーザが手指や腕を左右方向、つまりヨー方向に振る。このとき、Ｘ’軸方向の加速度センサ１６１は、Ｘ’軸方向の加速度ax（第１の加速度値、または第２の加速度値）を検出し、ヨー方向の角速度センサ１５１は、Ｙ’軸の回りの角速度ωψ（第１の角速度値、または第２の角速度値）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。【００９４】
一方、図７（Ｂ）に示すように、基本姿勢の状態で、ユーザが手指や腕を上下方向、つまりピッチ方向に振る。このとき、Ｙ’軸方向の加速度センサ１６２は、Ｙ’軸方向の加速度（第２の加速度値、または第１の加速度値）を検出し、ピッチ方向の角速度センサ１５２は、Ｘ’軸の回りの角速度ωθ（第２の角速度、または第１の角速度）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。【００９５】
後で詳述するが、一実施の形態では、入力装置１のＭＰＵ１９が、内部の不揮発性メモリに格納されたプログラムに従い、センサユニット１７で検出された各検出値に基きＸ及びＹ軸方向の速度値を算出する。入力装置１は、この速度値を制御装置４０に送信する。【００９６】
制御装置４０は、単位時間当りのＸ軸方向の変位を、画面３上のＸ軸上でのポインタ２の変位量に変換し、単位時間当りのＹ軸方向の変位を、画面３上のＹ軸上でのポインタ２の変位量に変換することにより、ポインタ２を移動させる。【００９７】
典型的には、制御装置４０のＭＰＵ１９は、所定のクロック数ごとに供給されてくる速度値について、（ｎ−１）回目に供給された速度値に、ｎ回目に供給された速度値を加算する。これにより、当該ｎ回目に供給された速度値が、ポインタ２の変位量に相当し、ポインタ２の画面３上の座標情報が生成される。【００９８】
他の実施の形態では、入力装置１は、センサユニット１７で検出された物理量を制御装置４０に送信する。この場合、制御装置４０のＭＰＵ３５は、ＲＯＭ３７に格納されたプログラムに従い、受信した入力情報に基きＸ及びＹ軸方向の速度値を算出し、この速度値に応じてポインタ２を移動させるように表示する（図１７、図２３参照）。【００９９】
以上のように構成された制御システム１００の動作を説明する。図１１は、その動作を示すフローチャートである。図１２は、そのフローチャートにおいて、入力装置１に入力される筐体１０の速度値の算出方法の基本的な考え方を説明するための図である。
なお、図１１等では、角速度センサユニットにより角速度信号を取得した後に加速度センサユニットにより加速度信号を取得する態様とされているが、本発明はこの順番に限定されるものではなく、加速度信号を取得した後に角速度信号を取得する態様とすることも可能であり、加速度信号と角速度信号を並列に（同時に）取得する態様とすることも可能である。（以下、図１７、図１９、図２１、図２３、図２４において同様。）【０１００】
図１２では、入力装置１を例えば左右方向（ヨー方向）へ振って操作するユーザを上から見た図である。図１２に示すように、ユーザが自然に入力装置１を操作する場合、手首（または手指）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。【０１０１】
具体的には、腕の付け根（肩）中心の回転（図１３（Ａ）参照）、肘中心の回転（図１３（Ｂ）参照）、手指（あるいは手首）中心の回転（図１３（Ｃ）参照）の３つの回転に、さらにユーザの身体全体の動きが加わった回転運動により、入力装置１が操作される。つまり、手指、肘及び肩等がそれぞれ回転軸となり、それぞれの回転軸が順次または同時に動く。すなわち、ある瞬間の入力装置１の回転運動は、肩、肘及び手指等の各回転運動が合成されて得られるものであり、このように合成された回転の中心軸の位置は、時間ごとに変化し、回転半径Ｒも時間ごとに変化する。【０１０２】
したがって、入力装置１の動きと、この肩、肘及び手指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。【０１０３】
１．入力装置１のＹ’軸回りの角速度値ωψは、肩の回転による角速度、肘の回転による角速度、手首の回転による角速度、及び、手指の回転等による角速度の合成値である。  
２．入力装置１のＸ軸方向の速度値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。【０１０４】
図１４は、このような考え方を利用した速度値の算出方法の原理を示す図である。【０１０５】
この図１４では、例えばユーザが第１の方向を接線方向とする方向に入力装置１を所定の角速度で動かした瞬間の状態を示している。入力装置１は、この瞬間における、加速度センサユニット１６から得られる第１の方向の加速度値ａと、中心軸Ｃを中心とした入力装置１の角度関連値（例えば角速度値ω）に基づき、中心軸Ｃから入力装置１までの距離である回転半径Ｒを算出することができる。そして、入力装置１は、算出された回転半径Ｒに基づき筐体１０の第１の方向の速度値Ｖを算出することができる。【０１０６】
上記のように、回転の中心軸Ｃの位置及び回転半径Ｒは、それぞれ時間ごとに変化する。また、上記角速度値ωは、上記第１の方向に直交する第２の方向回り、つまり中心軸Ｃの回りの角速度値であり、第１の方向をＸ’軸方向とすると、典型的には、筐体１０内に設けられた角速度センサユニット１５から得られるＹ’軸方向回りの角速度値である。【０１０７】
具体的には、Ｃ軸回りの回転半径をＲψ(ｔ)とすると、入力装置１の速度値Vxと、中心軸Ｃの方向回りの角速度値ωψとの関係は、以下の式（１）で表される。すなわち、Ｘ軸方向の速度値Vxは、Ｙ’軸方向回りの角速度値ωψに、中心軸Ｃと入力装置１との距離Ｒψ(ｔ)を乗じた値となる。【０１０８】
Vx＝Ｒψ(ｔ)・ωψ・・・（１）。【０１０９】
図１５は、図１４で示した速度値の算出方法の原理を別の観点から示した原理図である。【０１１０】
所定の方向（例えば第１の方向）に沿う軸を含み、かつ、その第１の方向を接線方向として入力装置１が回転するときの瞬間中心Ｋを含む仮想平面Ｄを考える。入力装置１は、仮想平面Ｄに垂直な軸（例えば第２の方向に沿う軸）回りの回転運動を行う。すなわち、この瞬間中心Ｋ回りの入力装置１の回転運動は、ユーザの肩、肘及び手指等の各回転運動が合成されて得られるものである。
このように合成された回転中心、つまり瞬間中心Ｋの位置は時間ごとに変化し、その仮想平面Ｄに含まれる回転半径Ｒも時間ごとに変化する。【０１１１】
入力装置１は、この回転半径Ｒを算出し、算出された回転半径Ｒと、仮想平面Ｄに垂直な軸回りの角速度値ωとに基づき、入力装置１の第１の方向の速度値Ｖを算出する。ここで、第１の方向をＸ’軸方向とし、第２の方向をＹ’軸方向とすることができ、この図１５で示す原理においても、上記式（１）によりＸ’軸方向の速度値Vxを求めることができる。【０１１２】
なお、本実施の形態では、センサユニット１７の回路基板２５上に、加速度センサユニット１６及び角速度センサユニット１５が一体的に配置されている。したがって、形式的には、回転半径Ｒ(ｔ)は中心軸Ｃからセンサユニット１７までの距離となる。しかし、加速度センサユニット１６と角速度センサユニット１５とが、筐体１０内で離れて配置される場合には、中心軸Ｃから、入力装置１の加速度センサユニット１６が配置される部分（以下、センサ配置部という。）までの距離が回転半径Ｒ(ｔ)となる。【０１１３】
式（１）に示すように、入力装置１のセンサ配置部の速度値と、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。【０１１４】
上記式（１）を変形して（２）式を得る。  
Ｒψ(ｔ)＝Vx/ωψ・・・（２）。【０１１５】
式（２）の右辺のVx、ωψは、速度のディメンジョンである。この式（２）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。【０１１６】
したがって、式（２）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（３）、（４）、（５）が得られる。【０１１７】
Ｒψ(ｔ)＝ｘ／ψ・・・（３）
Ｒψ(ｔ)＝ax／Δωψ・・・（４）
Ｒψ(ｔ)＝Δax／Δ（Δωψ）・・・（５）。【０１１８】
上記式（２）、（３）、（４）、（５）のうち、例えば式（４）に注目すると、加速度値axと、角加速度値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。上述のように、第１の加速度センサ１６１は、Ｘ’軸方向の加速度値axを検出し、第１の角速度センサ１５１は、Ｙ’軸の回りの角速度値ωψを検出する。したがって、Ｙ’軸回りの角速度値ωψが微分され、Ｙ’軸回りの角加速度値Δωψが算出されれば、Ｙ’軸回りの回転半径Ｒψ(ｔ)が求められる。【０１１９】
Ｙ’軸回りの回転半径Ｒψ(ｔ)が既知であれば、この回転半径Ｒψ(ｔ)に、第１の角速度センサ１５１によって検出されたＹ’軸の回りの角速度値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（１）参照）。すなわち、ユーザの身体の回転部位の回転量がＸ’軸方向の線速度値に変換される。  
前記の如く、ユーザが入力装置を操作するとき、装置の回転中心はユーザの各回転運動が合成された位置となり時間毎に変化するもの（瞬間中心）となるので、例えば肩を軸として腕全体を振って入力装置を操作した場合には、検出される角速度は比較的小さい値となる。本発明によれば、回転半径Ｒψ(ｔ)と角速度値ωψを乗じて速度値Vxを求めているので、上記の例の場合（肩を軸として腕全体を振って入力装置を操作した場合）であっても、回転半径Ｒψ(ｔ)が比較的大きな値として検出されるので、結果としてユーザの操作量に見合った十分な速度値Vxを得ることが可能となる。そして、この速度値Vxを用いてポインタ２の動きを制御することで、ポインタの動きが入力装置を操作するユーザの直感に合致したものとなる。因みに従来方式の回転センサの出力値でポインタを制御する方式では、上記の例の場合（肩を軸として腕全体を振って入力装置を操作した場合）には、ポインタの動きはユーザの操作に応じた十分なものとならず（操作量に応じて移動せず）、ポインタの動きが、ユーザの感覚にそぐわないものとなっていたが、本発明によれば、かかる問題を解決することが可能となる。また、加速度センサの出力値を積分して速度値を求めなくても良いので、加速度センサの出力値の積分誤差の発生を抑えて正確な制御を行うことが可能となる。  
したがって、ポインタ２の動きが入力装置１の動きに対して自然な動きとなるため、ユーザによる入力装置１の操作性が向上する。【０１２０】
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。【０１２１】
なお、センサユニット１７について、角速度センサユニット１５のＸ’及びＹ’の検出軸と、加速度センサユニット１６のＸ’及びＹ’軸の検出軸がそれぞれ一致している形態を典型的なものとして説明した。つまり、例えば、第１の方向（例えばＸ’軸方向）の加速度値axは、Ｘ’軸検出用の加速度センサ１６１で検出され、Ｘ’軸に直交する、加速度センサ１６２の検出軸であるＹ’軸方向と一致した検出軸を持つヨー方向検出用の角速度センサ１５２により、角速度値ωψが検出される。【０１２２】
しかし、角速度センサユニット１５の各検出軸と、加速度センサユニット１６の各検出軸とは、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。【０１２３】
また、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、上述のＸ’軸及びＹ’軸のように必ずしも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回りのそれぞれの角速度を得ることができる。【０１２４】
図１６は、入力装置の速度値の算出方法について、他の実施形態を説明するための原理図である。図１４及び図１５では、加速度センサ及び角速度センサにより得られる検出値に基づいて速度値が求められる形態を説明した。しかし、図１６で示す方法では、所定の距離離れた２つの加速度センサにより得られる検出値に基づいて速度値が算出される。【０１２５】
入力装置の筐体内に、ユーザが入力装置を手に持って操作する状態で略ユーザの腕の延長線となる方向において所定の距離離れた位置に、第１の方向の加速度を検出する加速度センサを２個配置した例を図１６に示す。  
図１６は、ユーザが第１の方向に、入力装置を所定の角速度で動かした瞬間の状態を想定し、速度値の算出原理を示した原理図である。  
図１６に示すように、夫々加速度センサの設置位置である所定距離Ｌ離れた２つの点Ｐ１及びＰ２における、所定の方向（第１の方向）の平行な加速度ベクトルa1及びa2を考える。そして、加速度ベクトルa1及びa2の方向と直交する、２点Ｐ１及びＰ２を結ぶ直線を考え、その直線と、加速度ベクトルa1及びa2の先端を結ぶ直線との交点をＫとし、この交点Ｋと点Ｐ１との距離をＲとする。【０１２６】
このような条件の下では、入力装置１は、交点Ｋを瞬間中心とした回転運動をしていることになり、瞬間中心Ｋと点Ｐ１との距離を回転半径Ｒと考えることができる。また、加速度ベクトルa1及びa2を含む平面を、上記した仮想平面Ｄと考えることができる。【０１２７】
この仮想平面Ｄ内の三角形の相似の関係から、（|a1|／Ｒ）＝（|a2|／（Ｒ−Ｌ））が成り立つので、回転半径Ｒ＝Ｌ／（１−（|a2|／|a1|））を求めることができる。また、瞬間中心Ｋを中心とした回転の角加速度Δω＝|a1|／Ｒ、またはΔω＝|a2|／（Ｒ−Ｌ）であり、角加速度Δωも求めることができる。角加速度Δωが求められれば、その積分演算により角速度ωが求められる。したがって、上記式（１）から、点Ｐ１における速度値ＶP1を求めることができる。【０１２８】
上記計算では、瞬間中心ＫがＰ１、Ｐ２の延長線上にあるものとして求めた。  
実際に入力装置１がユーザにより操作されるとき、瞬間中心Ｋの位置は上記延長線上にくるとは限らないが、上述の如く、２個の加速度センサはユーザが入力装置を手に持った状態で略腕の延長線となる方向において所定の距離離れた位置に設置されているため、誤差は許容範囲となり、本実施形態で実用上問題はない。  
なお、第２の方向と垂直で第１の方向とは異なる第３の方向の加速度を検知する加速度センサを用いれば、瞬間中心が加速度センサの延長線上になくても、合成ベクトルを求めることにより、より正確な速度値を求められることは言うまでもない。【０１２９】
なお、入力装置１の速度値を算出する上では、回転半径は、距離Ｒではなく、瞬間中心Ｋと点Ｐ２との距離（Ｒ−Ｌ）であってもよい。この場合、点Ｐ２における速度値ＶP2が算出される。ポインタ２の動きを決定するための入力装置１の速度値として、上記速度値ＶP1及びＶP2のうち、いずれか一方の速度値が採用されてもよい。あるいは、両速度値ＶP1及びＶP2の平均値、あるいは、両方のうちいずれか大きい値（または小さい値）が採用されてもよいし、その他両速度値ＶP1及びＶP2の演算値に基づき求められた速度値が採用されてもよい。【０１３０】
以上の速度値の算出方法を利用する制御システム１００の動作を、図１１を参照しながら説明する。図１１では、例えば上記式（４）が用いられる場合について説明する。【０１３１】
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。【０１３２】
ここで、ユーザは図１２及び図１３に示すように、肩、肘及び手指等の回転のうち少なくとも１つを利用して入力装置１を動かす。上記したように、ある瞬間の入力装置１の回転運動は、肩、肘及び手指等の各回転運動が合成されて得られるものであり、このように合成された回転の中心軸の位置は、時間ごとに変化し、回転半径Ｒも時間ごとに変化する。以降は、その瞬間の動作を説明するものである。【０１３３】
ユーザが入力装置１をそのように動かすと、角速度センサユニット１５から２軸の角速度信号が出力される。ＭＰＵ１９は、この２軸の角速度信号による第１の角速度値ωψ及び第２の角速度値ωθを取得する（ステップ１０１）。【０１３４】
また、入力装置１に電源が投入されると、加速度センサユニット１６から２軸の加速度信号が出力される。ＭＰＵ１９は、この２軸の加速度信号による第１の加速度値ax及び第２の加速度値ayを取得する（ステップ１０２）。この加速度値の信号は、電源が投入された時点での入力装置１の姿勢に対応する信号である。【０１３５】
なお、ＭＰＵ１９は、典型的にはステップ１０１及び１０２を同期して行う。【０１３６】
ＭＰＵ１９は、ステップ１０１で取得した角速度値（ωψ、ωθ）を微分演算することで、角度関連値として角加速度値（Δωψ、Δωθ）を算出する（ステップ１０３）。微分演算には、例えば微分フィルタ、ハイパスフィルタが用いられる。【０１３７】
ＭＰＵ１９は、ステップ１０２で取得した加速度値（ax、ay）と、角加速度値（Δωψ、Δωθ）とを用いて、式（４）、（４’）により、それぞれＹ’軸回り及びＸ’軸回り、つまり瞬間中心の回りの回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）を算出する（ステップ１０４）。  
Ｒψ(ｔ)＝ax／Δωψ・・・（４）
Ｒθ(ｔ)＝ay／Δωθ・・・（４’）。【０１３８】
回転半径が算出されれば、式（１）、（１’）により、ＭＰＵ１９は、速度値（Vx、Vy）を算出する（ステップ１０５）。【０１３９】
Vx＝Ｒψ(ｔ)・ωψ・・・（１）
Vy＝Ｒθ(ｔ)・ωθ・・・（１’）。【０１４０】
ここでの角速度値（ωψ、ωθ）は、典型的には、ステップ１０３で微分演算の対象とされた角速度値（ωψ、ωθ）である。しかし、ステップ１０５での用いられる角速度値ωψは、その微分演算の対象とされた角速度値の、時間的に近傍においてＭＰＵ１９が取得した角速度値であってもよい。【０１４１】
このように、ユーザが入力装置１を操作するときのユーザの身体の回転部位の回転量が、Ｘ軸及びＹ軸方向の線速度値に変換されるので、実際のユーザの操作量に見合った十分な線速度値を得ることが可能となり、その結果、得た速度値が、ユーザの直感に合致したものとなる。【０１４２】
ＭＰＵ１９は、加速度センサユニット１６から所定のクロックごとに（ax、ay）を取得し、例えば、それに同期するように速度値（Vx、Vy）を算出すればよい。あるいは、ＭＰＵ１９は、複数の加速度値（ax、ay）のサンプルごとに、速度値（Vx、Vy）を１回算出してもよい。【０１４３】
ＭＰＵ１９は、算出した速度値（Vx、Vy）を送信機２１により、制御装置４０に送信する（ステップ１０６）。【０１４４】
制御装置４０のＭＰＵ３５は、速度値（Vx、Vy）の情報を受信する（ステップ１０７）。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。ＭＰＵ３５は、下の式（６）、（７）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)）を生成する（ステップ１０８）。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１１０）（座標情報生成手段）。【０１４５】
X(t) =X(t-1)＋Vx・・・（６）
Y(t) =Y(t-1)＋Vy・・・（７）。【０１４６】
以上のように、本実施形態に係る入力装置１は、加速度値及び角速度値に基づいて速度値（Vx、Vy）を算出する。典型的には、入力装置１は、図１４に示した中心軸Ｃ、あるいは図１５に示した瞬間中心Ｋの回りの回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）を算出し、その回転半径Ｒ(ｔ)に基づいて速度値（Vx、Vy）を算出する。このように、回転半径に基づいて速度値が算出されるため、本実施形態に係る入力装置１は、入力装置１（のセンサ配置部）正確な線速度を算出することができる。さらに、入力装置１は、積分演算を行わないため、積分誤差が生じることもない。これにより、この速度値に応じた変位で画面３上を移動するポインタ２の動きが、ユーザの感覚にそった自然な動きとなる。【０１４７】
なお、速度センサであるピトー管を入力装置１に用いることが想定され得るが、ピトー管は、入力装置１に不向きであるため、加速度センサユニット１６が用いられている。【０１４８】
図１１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。【０１４９】
入力装置１が、例えばセンサユニット１７から出力された２軸の加速度値及び２軸の角速度値を入力情報として制御装置４０に送信する（ステップ２０３）。制御装置４０のＭＰＵ３５は、この入力情報を受信し（ステップ２０４）、ステップ１０３〜１０５、１０８、１０９と同様の処理行う（ステップ２０５〜２０９）。【０１５０】
次に、加速度センサユニット１６への重力の影響について説明する。図９及び図１０は、その説明のための図である。図９は、入力装置１をＺ方向で見た図であり、図１０は、入力装置１をＸ方向で見た図である。【０１５１】
図９（Ａ）では、入力装置１が基本姿勢とされ、静止しているとする。このとき、第１の加速度センサ１６１の出力は実質的に０であり、第２の加速度センサ１６２の出力は、重力加速度Ｇ分の出力とされている。しかし、例えば図９（Ｂ）に示すように、入力装置１がロール方向に傾いた状態では、第１、第２の加速度センサ１６１、１６２は、重力加速度Ｇのそれぞれの傾き成分の加速度値を検出する。【０１５２】
この場合、特に、入力装置１が実際にＸ軸方向には動いていないにも関わらず、第１の加速度センサ１６１はＸ軸方向の加速度を検出することになる。この図９（Ｂ）に示す状態は、図９（Ｃ）のように入力装置１が基本姿勢にあるときに、加速度センサユニット１６が破線の矢印で示すような慣性力Ix、Iyを受けた状態と等価であり、加速度センサユニット１６にとって区別が付かない。その結果、加速度センサユニット１６は、矢印Ｆで示すような左に斜め下方向の加速度が入力装置１に加わったと判断し、入力装置１の実際の動きとは違った検出信号を出力する。しかも、重力加速度Ｇは常に加速度センサユニット１６に作用するため、積分値は増大し、ポインタ２を斜め下方に変位させる量は指数関数的に増大してしまう。図９（Ａ）から図９（Ｂ）に状態が移行した場合、本来、画面３上のポインタ２が動かないようにすることが、ユーザの直感に合った操作と言える。【０１５３】
例えば、図１０（Ａ）に示すような入力装置１の基本姿勢の状態から、図１０（Ｂ）に示すような、入力装置１がピッチ方向で回転して傾いたときも、上記と同様のことが言える。このような場合、入力装置１が基本姿勢にあるときの第２の加速度センサ１６２が検出する重力加速度Ｇが減少するので、図１０（Ｃ）に示すように、入力装置１は、上のＹ軸方向の慣性力Iと区別が付かない。【０１５４】
以上のような加速度センサユニット１６への重力の影響を極力減らすため、また、ユーザが入力装置１を動かすときに発生する加速度による慣性成分（以下、移動慣性成分という。）を減らすために、制御システム１００は、図１９に示すような処理を実行する。図１９では、式（５）が用いられる例について説明する。図１８は、この制御システム１００の動作を実現するための入力装置１の機能的なブロック図である。【０１５５】
図１８に示すように、ハイパスフィルタ４５は、センサユニット１７からの検出信号のうち、高周波数の検出信号を通過させ、低周波数の検出信号を減衰させる。このハイパスフィルタ４５は、ハイパス特性を有するフィルタであれば、何が用いられてもよいが、典型的には微分フィルタが用いられる。以降の説明では、ハイパスフィルタ４５は、微分フィルタ４５であるとして説明する。【０１５６】
ローパスフィルタ４７は、制御部４６により演算された信号のうち、所定の周波数成分である低周波数の信号を通過させ、高周波数の信号を減衰させる。また、メモリ（記憶手段）４８は、制御部４６の各種の演算処理に必要な揮発性及び不揮発性メモリである。このハイパスフィルタ４５、制御部４６、ローパスフィルタ４７及びメモリ４８は、例えばＭＰＵ１９が有している機能である。これらの機能は、ＭＰＵ１９に限られず、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等により実現されてもよい。【０１５７】
入力装置１に電源が投入され、ＭＰＵ１９は、角速度値（ωψ、ωθ）を取得し（ステップ４０１）、加速度値（ax、ay）を取得する（ステップ４０２）。【０１５８】
入力装置１のＭＰＵ１９は、所定のクロック数ごとに加速度センサユニット１６からの加速度信号（ax、ay）を取得し、微分フィルタ４５を通過させることでこの加速度信号の微分演算を行う。この微分演算により、加速度の変化率（Δax、Δay）を算出する（ステップ４０３）。【０１５９】
ステップ４０３は、後述するように重力の影響を軽減するため、すなわち加速度値から重力加速度のＸ’及びＹ’軸方向での成分の信号である、一定値または低周波成分の信号を除去するため、また、式（５）を利用するために実行される。同様に、ＭＰＵ１９は、角速度センサ１５から所定のクロック数ごとに供給される角速度信号（ωψ、ωθ）を取得し、微分フィルタ４５を通過させることで、２階の微分演算を行い、角加速度の時間変化率（Δ(Δωψ)）、Δ(Δωθ)）を算出する（ステップ４０４）。【０１６０】
角加速度変化率（Δ(Δωψ)）、Δ(Δωθ)）が算出される理由は、上記実施の形態と同様に、ステップ４０６及び４１２において、回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）を求めるためである。【０１６１】
ステップ４０３において、加速度の変化率（Δax、Δay）が算出される理由は、上記したように以下の２つの理由による。１つは、上記実施の形態と同様に、ステップ４０６及び４１２において、回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）を求めるためである。【０１６２】
２つ目の理由としては、図９及び図１０で説明したように、加速度センサユニット１６への重力の影響を低減するためである。したがって、ユーザが入力装置１をヨー方向、あるいはピッチ方向へ操作した場合、加速度センサユニット１６が出力する加速度値は、重力加速度のＸ軸及びＹ軸方向の成分値（以下、傾き成分の加速度値）と、ユーザが入力装置１に力を加えることにより発生する、慣性力Ｉの加速度値との合成値である。【０１６３】
図２０は、このことを説明するための図であり、ユーザがピッチ方向へ入力装置１を操作した場合の、入力装置１の動作と、それぞれの加速度値との関係を示す図である。なお、ユーザは、腕を上げた状態から、腕を振り下ろすことで入力装置１をピッチ方向へ操作している。【０１６４】
図２０（Ａ）は、ユーザが入力装置１を操作したことによる慣性力Ｉの加速度値aixを考慮せずに、入力装置１の傾きと、傾き成分の加速度値agxとの関係を比較した図である。図２０（Ｂ）は、傾き成分の加速度値agxを考慮せずに、ユーザが腕を振り下げた際に発生する、入力装置１の慣性力Ｉの加速度値aixを示す図である。また、図２０（Ｃ）は、入力装置１が出力する加速度値ax、傾き成分の加速度値agx、及び慣性力Ｉの加速度値aixの関係を示す図である。【０１６５】
ここで、図２０（Ａ）と、図２０（Ｂ）とを比較すると、傾き成分の加速度値agxが変化する割合は、慣性力Ｉの加速度値aixが変化する割合に比して小さい。実際には、傾き成分の加速度値agxの変化率は、慣性力Ｉの加速度値agxの変化率の１／１０程度であることが多い。ユーザが入力装置１をヨー方向へ操作した場合も同様のことが言える。【０１６６】
このことから、入力装置１の傾き成分の加速度値agxと、入力装置１の慣性力Ｉの加速度値aixとは、その信号の周波数成分が異なることが分かる。【０１６７】
この周波数成分が異なる加速度値を分離し、重力の影響を軽減するため、ＭＰＵ１９は、加速度センサからの加速度信号を微分演算し、加速度変化率（Δax、Δay）を算出する。【０１６８】
詳しく説明すると、ステップ４０３において、それぞれ周波数成分が異なる加速度値の信号は、微分フィルタを通過することで、加速度の変化率の信号とされる。この微分フィルタは、ハイパス特性を有するため、カットオフ周波数よりも周波数が大きい加速度値の信号、つまり、慣性力Ｉの加速度値aixの信号は、微分フィルタを通過する。一方で、カットオフ周波数よりも周波数が小さい加速度の信号、つまり傾き成分の加速度値agxの信号は、減衰される。このようにして、重力加速度の成分値を少なくとも含む低周波成分が加速度センサユニット１６に与える影響が軽減される。【０１６９】
この結果、回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）が算出される際に、入力装置１の姿勢変化による傾き成分の加速度値agxが反映されない。したがって、この回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）に基づいて算出される速度値も、入力装置１の姿勢変化による傾き成分の加速度値agxの影響を受けない。これにより、入力装置１の姿勢変化による重力の影響が軽減される。【０１７０】
なお、上記カットオフ周波数は、入力装置１の傾き成分の加速度値agxの周波数、及び入力装置１の慣性力Ｉの加速度値aixの周波数を考慮して、適宜設定される。また、このカットオフ周波数は、加速度センサユニット１６の温度ドリフトによる低周波成分やＤＣオフセット値が考慮されて設定されてもよい。つまり、重力加速度の成分値を少なくとも含む低周波成分とは、重力加速度の成分値のほか、例えばの温度ドリフトによる低周波成分やＤＣオフセット成分が含まれる場合もある。【０１７１】
角加速度変化率（Δ(Δωψ)）、Δ(Δωθ)）が算出されると、ＭＰＵ１９は、Ｙ’軸回りの角加速度変化率の絶対値｜Δ(Δωψ)｜が、閾値Ｔｈ１を超えるか否かを判定する（ステップ４０５）。【０１７２】
このように閾値判定が行われるのは、角加速度変化率（Δ(Δωψ)）、Δ(Δωθ)）は、角速度値（ωψ、ωψ）の２階微分演算により算出されるからである。つまり、角速度値（ωψ、ωψ）にノイズが生じていると、高周波数のノイズが、２階の微分演算により拡大してしまい、高周波数のノイズが拡大された状態で、角加速度変化率が算出される。この結果、角加速度変化率に基づいて算出される回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）、及びこの回転半径に基づいて算出される速度値（Vx、Vy）がノイズに影響され、正確な回転半径、及び速度値が算出されない。特に、角加速度変化率の絶対値（｜Δ(Δωψ)｜、｜Δ(Δωθ)｜）が小さいほど、回転半径及び速度値の信号へのノイズの影響が相対的に増大する。【０１７３】
このノイズの影響を軽減するため、ＭＰＵ１９は、角加速度変化率（Δ(Δωψ)）、Δ(Δωθ)）が閾値Ｔｈ１よりも大きい場合に、この角加速度変化率に基づいて回転半径を算出し（ステップ４０６）、この回転半径を更新してメモリ４８に記憶した後（ステップ４０８）、回転半径に基づいて速度値を算出する（ステップ４１０）。【０１７４】
一方で、角加速度変化率が閾値以下の場合、つまり、ノイズの影響が大きい場合は、この閾値以下の小さな角加速度変化率は用いられず、ステップ４０９において前回に記憶された回転半径に基づいて、速度値が算出される。これにより、ノイズが速度値に与える影響を軽減することができる。人間の動作の特徴上、回転半径は、急激に変化することがないため、有効な手段といえる。【０１７５】
また、回転半径の信号（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）は、ローパスフィルタ４７を通過する（ステップ４０７）。これにより、高周波数のノイズによる影響をさらに軽減することができる。ローパスフィルタ４７は、信号の遅延を発生させるが、回転半径は急激に変化することがないため、このようにノイズの影響を軽減することも有効な手段である。【０１７６】
ローパスフィルタ４７のカットオフ周波数は、上記したようにステップ４０４で行われる演算により、高周波数のノイズが発生する可能性があるため、そのノイズが減衰あるいは除去されるような周波数に適宜設定される。また、ローパスフィルタ４７は、回転半径の信号が通過する際の応答遅れが最小となるように設計される。【０１７７】
同様に、ＭＰＵ１９は、Ｘ’軸回りの角加速度の変化率の絶対値｜Δ(Δωθ)｜が、閾値Ｔｈ１を超えるか否かを判定し（ステップ４１１）、閾値を超える場合には、（ステップ４１１のＹＥＳ）、この角加速度の変化率を用いてＸ’軸回りの回転半径Ｒθ(ｔ)を算出する（ステップ４１２）。この回転半径Ｒθ(ｔ)の信号は、ローパスフィルタ４７を通過した後（ステップ４１３）、メモリ４８に記憶される（ステップ４１４）。閾値Ｔｈ１以下である場合には（ステップ４１１のＮＯ）、メモリ４８に記憶された回転半径Ｒθ(ｔ)が読み出され（ステップ４１５）、この回転半径Ｒθ(ｔ)に基づいてＹ’軸方向の速度値Vyが算出される（ステップ１１６）。【０１７８】
なお、本実施の形態では、ヨー方向及びピッチ方向の両方向について閾値を同じ値Ｔｈ１としたが、両方向で異なる閾値が用いられてもよい。【０１７９】
図１１に示した処理では、式（４）が用いられ、図１９に示した処理では、式（５）が用いられる形態について説明した。しかし、回転半径の算出のためには、上記式（２）または（３）が用いられてもよい。したがって、変位と角度との比、速度と角速度との比、または加速度と角加速度との比を回転半径として算出してもよい。【０１８０】
図２１は、制御システム１００のさらに別の実施の形態に係る動作を示すフローチャートである。本実施形態は、式（４）が用いられ、角加速度値（Δωψ、Δωθ）の閾値判定される例を示している。【０１８１】
ＭＰＵ１９は、角速度センサユニット１５からの角速度値（ωψ、ωθ）の微分演算を行い、角加速度値（Δωψ、Δωθ）を算出する（ステップ５０３）。ステップ５０４及び５１０では、この角加速度値（Δωψ、Δωθ）が閾値判定される。ＭＰＵ１９は、これら角加速度値（Δωψ、Δωθ）が閾値Ｔｈ１より大きい場合、回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）を算出し（ステップ５０５及び５１１）、算出された回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）を更新してメモリ４８に記憶する（ステップ５０７及び５１３）。そして、ＭＰＵ１９は、これら記憶された回転半径に基づいて速度値を算出する（ステップ５０９及び５１５）。【０１８２】
一方で、角加速度値（Δωψ、Δωθ）が閾値Ｔｈ１以下の場合、つまり、ノイズの影響が大きい場合は、この閾値Ｔｈ１以下の小さな角加速度値は用いられず、ステップ５０８及び５１４において前回に記憶された回転半径に基づいて、速度値が算出される。【０１８３】
図２１において、その他の詳細は、図１１及び図１９と同様であるので説明を省略する。【０１８４】
図２１に示すように、加速度のディメンジョンで、回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）を算出する場合、加速度センサユニット１６から出力された加速度値（ax、ay）をそのまま用いて回転半径を算出することができる。角加速度値（Δωψ、Δωθ）の算出についても、角速度センサ１５からの角速度値（ωψ、ωθ）を１階の微分演算により算出することができる。したがって、回転半径を算出するまでの計算量を少なくすることができ、結果として入力装置１の消費電力を少なくすることができる。このことは図１１の処理についても同様である。【０１８５】
図１７に示した処理の趣旨と同様に、図２１に示したステップ５０３〜５１５の処理を制御装置４０が実行してもよい。【０１８６】
図２２は、異なった条件下で、入力装置１が算出する速度値と、入力装置１のセンサ配置部の実際の速度とをそれぞれシミュレーションし、グラフ化した図である。図２２中、実線は、入力装置１が算出する速度値を表し、破線は、入力装置１のセンサ配置部の実際の速度を表している。【０１８７】
図２２（Ａ）は、例えばステップ４０４の微分演算によるノイズ（以下、単にノイズという。）の影響がなく、入力装置１の傾きによる重力の影響もない場合のシミュレーションを示す図である。回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）は、加速度値と、角加速度値との比とされ、角速度の閾値判定、及びローパスフィルタ４７は用いられないとされた。【０１８８】
図２２（Ａ）に示すように、ノイズがなく、入力装置１の傾きによる重力の影響もない場合には、それぞれのグラフは一致する。すなわち、ノイズ、及び重力の影響がない場合には、入力装置１は、入力装置１の実際の速度を、速度値として算出することができる。【０１８９】
図２２（Ｂ）は、ノイズの影響はあるが、入力装置１の傾きによる重力の影響はない場合のシミュレーションを示す図である。回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）は、加速度値と、角加速度値との比とされ、角加速度の閾値判定及びローパスフィルタ４７は用いられないとされた。【０１９０】
図２２（Ｂ）に示すように、角加速度値の信号にノイズが発生する場合、入力装置１が算出する速度値は、大きく乱れる。これは、角加速度にノイズが発生すると、角加速度に基づいて算出される回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）、及びこの回転半径に基づいて算出される速度値（Vx、Vy）がノイズの影響を受けるためである。【０１９１】
図２２（Ｃ）は、ノイズの影響はあるが、入力装置１の傾きによる重力の影響はない場合のシミュレーションを示す図である。回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）は、加速度値と、角加速度値との比とされ、角加速度の閾値判定、及びローパスフィルタ４７が用いられた。【０１９２】
図２２（Ｃ）に示すように、閾値判定及びローパスフィルタにより、ノイズの影響が無視できる程度にまで減少している。【０１９３】
なお、入力装置１が算出する速度値は、入力装置１の実際の速度よりも遅れて算出される。これは、回転半径の信号が、ローパスフィルタ４７を通過する際に、応答遅れが生じるためである。この遅れの影響を軽減するために、ローパスフィルタ４７は、回転半径の信号が通過する際の応答遅れが最小となるように設計される。【０１９４】
図２２（Ｄ）は、ノイズの影響、及び入力装置１の傾きによる重力の影響がともに生じる場合のシミュレーションを示す図である。回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）は、加速度値と、角加速度値との比とされ、角加速度の閾値判定及びローパスフィルタ４７が用いられた。【０１９５】
なお、図２０に示すような、ユーザが腕を上げた状態から、腕を振り下ろし、入力装置１をピッチ方向へ操作することで、加速度センサユニット１６が重力の影響を受ける場合が想定されている。【０１９６】
このようにユーザが腕を上げた状態から、腕を振り下ろして入力装置１を操作する場合、加速度センサユニット１６は、慣性力Ｉの加速度値aixの他、傾き成分の加速度値agxを検出する。この傾き成分の加速度値agxが、余計な加速度として検出されるため、入力装置１が算出する速度値は、実際の速度よりも大きくなる。したがって、図２２（Ｄ）に示すように、入力装置１が算出する速度値のグラフは、実際の速度のグラフよりも上にシフトする。【０１９７】
一方で、例えば、ユーザが腕を下ろした状態から、腕を振り上げることで入力装置を操作した場合、入力装置１が算出する速度値のグラフは、実際の速度のグラフよりも下にシフトする（図示せず）。【０１９８】
図２２（Ｅ）は、ノイズの影響、及び入力装置１の傾きによる重力の影響がともに生じる場合のシミュレーションを示す図である。回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）は、加速度値の変化率と、角加速度値の変化率との比とされ、角加速度の閾値判定、及びローパスフィルタ４７が用いられた。また、ユーザが、腕を上げた状態から、腕を振り下ろし、入力装置１をピッチ方向へ操作する場合が想定された。【０１９９】
図２２（Ｅ）に示すように、入力装置１が算出する速度値のグラフは、実際の速度のグラフと略一致している。これは、回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）が加速度値の変化率と、角加速度値の変化率との比とされることで、余計な加速度として検出される傾き成分の加速度値ａgxの信号が、微分フィルタ４５により減衰されたためである。【０２００】
図２３は、上記した他の実施の形態の動作を示すフローチャートである。このフローチャートで示す処理では、図１９の全体の処理を、図１７に示した処理と同様に、制御装置４０が主要な計算を行う。すなわち、入力装置１がセンサユニット１７から出力された２軸の加速度信号及び２軸の角速度信号を入力情報として制御装置４０に送信する。制御装置４０のＭＰＵ３５は、ステップ３０５〜３１８において、図１９で示したステップ４０３〜４１６を実行する。詳細は、図１１と同様であるので説明を省略する。【０２０１】
次に、本発明のさらに別の実施の形態について説明する。【０２０２】
本実施形態では、回帰直線の傾きを利用して、回転半径を算出する。上述のように、回転半径は、加速度変化率と、角加速度変化率との比である。本実施形態は、この加速度変化率と、角加速度変化率との比を算出するために、回帰直線の傾きを利用する。【０２０３】
図２４は、本実施形態に係る制御システムの動作を示すフローチャートである。なお、図１９のフローチャートと異なる点を中心に説明する。【０２０４】
ＭＰＵ１９は、加速度センサユニット１６、及び角速度センサユニット１５から、所定のクロック数ごとに供給される加速度値（ax、ay）、及び角速度値（ωψ、ωθ）をそれぞれ、１階微分、２階微分し、加速度変化率（Δax、Δay）、及び角加速度変化率（Δ(Δωψ)）、Δ(Δωθ)）を算出する（ステップ６０１〜６０４）。この加速度変化率（Δax、Δay）、及び角加速度変化率（Δ(Δωψ)）、Δ(Δωθ)）のｎ回分の履歴が、例えばメモリ４８に記憶され、以下の式（８）、（９）により、回帰直線の傾き（Ａ１、Ａ２）が算出される（ステップ６０５）。この回帰直線の傾きは、加速度変化率と、角加速度変化率との比、つまり、回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）である。なお、参考として、回帰直線の切片（Ｂ１、Ｂ２）の算出方法を式（１０）、（１１）に示す。【０２０５】
Ａ１＝Ｒθ(ｔ)＝[{Σ(Δ(Δωθj))２・Σ(Δayj)２}−{ΣΔ(Δωθj)・ΣΔ(Δωθj)・Δayj}]／[ｎ・Σ(Δ(Δωθj))２−{ΣΔ(Δωθj)}２]・・・（８）
Ａ２＝Ｒψ(ｔ)＝[{Σ(Δ(Δωψj))２・Σ(Δaxj)２}−{ΣΔ(Δωψj)・ΣΔ(Δωψj)・Δaxj}]／[ｎ・Σ(Δ(Δωψj))２−{ΣΔ(Δωψj)}２]・・・（９）
Ｂ１＝[{ｎ・ΣΔ(Δωθj)・Δayj}−{ΣΔ(Δωθj)・ΣΔayj}]／[ｎ・Σ(Δ(Δωθj))２−{ΣΔ(Δωθj)}２]・・・（１０）
Ｂ２＝[{ｎ・ΣΔ(Δωψj)・Δaxj}−{ΣΔ(Δωψj)・ΣΔaxj}]／[ｎ・Σ(Δ(Δωψj))２−{ΣΔ(Δωψj)}２]・・・（１１）。【０２０６】
上記式（８）〜（１１）中のｎは、加速度値（Δax、Δay）、及び角加速度変化率（Δ(Δωψ)）、Δ(Δωθ)）のサンプリング数を示す。このサンプリング数ｎは、演算誤差が最小となるように適宜設定される。【０２０７】
回転半径が算出されると、回転半径に基づいて速度値が算出され、この速度値に応じた変位量でポインタ２が画面３上を移動するように表示が制御される（ステップ６０６〜６１０）。なお、回転半径の信号、または速度値の信号がローパスフィルタ４７にかけられることで、高周波数のノイズによる影響を軽減してもよい。【０２０８】
本実施形態では、回帰直線の傾きを回転半径として算出することで、より正確な回転半径、及び速度値（Vx、Vy）を算出することができる。したがって、画面３上に表示されるポインタ２の動きを、より自然な動きとすることができる。【０２０９】
以上の説明では、加速度の変化率のディメンジョンでの回帰直線の傾きの算出方法について説明したが、これに限られず、式（２）、（３）または（４）のように、変位、速度、加速度のディメンジョンで、回帰直線の傾きが算出されてもよい。【０２１０】
図１７に示した処理の趣旨と同様に、ステップ６０３〜ステップ６０６を制御装置４０のＭＰＵ３５が実行してもよい。【０２１１】
次に、上記回転半径Ｒ(ｔ)を導出するために必要なセンサ及びその計算方法について説明する。【０２１２】
図２５は、そのセンサの組み合わせのパターンの例をいくつか示した表である。センサの組み合わせのパターンとして、代表的には７種類がパターンが考えられる。以下の７種類のパターンにおいて、加速度センサとしては、ピエゾ抵抗型、圧電型、静電容量型、または液体加熱による気泡型等が挙げられる。角速度センサ（ジャイロセンサ）としては、振動型、回転コマ型、レーザ型、またはガスレート型等の挙げられる。【０２１３】
[パターン１]
パターン１は、加速度を検出する手段として１軸の加速度センサが用いられ、角速度を取得するための手段として１軸のジャイロセンサが用いられるパターンである。この場合、入力装置の動きは、画面３上のポインタ２の１次元のみ動きに変換される。１次元のみの動きが応用される例としては、例えばポインタの動きが１次元に拘束される場合や、例えばＧＵＩによるボリューム調整（音量に限られず、あらゆるＧＵＩによるレベル調整）等が挙げられる。【０２１４】
パターン１において、典型的には、Ｘ’軸方向の加速度センサ及びＹ’軸回りのジャイロが用いられる。あるいは、Ｙ’軸方向の加速度センサ及びＸ’軸回りのジャイロセンサが用いられる。【０２１５】
あるいは、加速度センサの検出方向の軸と、ジャイロセンサの軸とが直交していなくてもよく、三角関数を用いて互いに直交する方向の、加速度成分値及び／または角速度成分値が演算により求めることも可能である。このことは、下記のパターン２〜７についても同様である。【０２１６】
[パターン２]
パターン２は、図８に示した典型的な例であり、加速度を検出する手段として２軸の加速度センサが用いられ、角速度を取得するための手段として２軸の角速度センサが用いられるパターンである。パターン２については、上記実施の形態で説明したのでここでは説明を省略する。【０２１７】
[パターン３]
パターン３は、加速度を検出する手段として１軸の加速度センサが用いられ、角速度を取得するための手段として２軸の加速度センサが用いられるパターンである。この場合、ジャイロセンサは用いられず、角速度を検出する手段として用いられる２軸の加速度センサのうち１軸の加速度センサが、加速度を検出する手段として用いられる。また、この場合において、ピッチ方向の入力装置の動きのみが検出され、パターン１と同様に、入力装置の動きは、画面３上のポインタ２の１次元のみ動きに変換される。【０２１８】
図２６は、パターン３に係るセンサユニットを示す図である。このセンサユニット５１７の回路基板１２８に搭載された２軸の加速度センサ（加速度センサユニット）１１６は、Ｚ’及びＹ’軸方向の加速度を検出する。ユーザが基本姿勢から入力装置をピッチ方向に傾けると、図２７に示すように、Ｚ’及びＹ’軸方向の重力加速度の成分値が検出される。したがって、Ｘ’軸回りの角度（ピッチ角θ）が、式（１２）により角度関連値として求められる。  
θ＝arctan(az/ay)・・・（１２）。【０２１９】
ＭＰＵ１９は、このピッチ角θを１階の微分演算によりピッチ方向の角速度値ωθを算出することができる。したがって、ＭＰＵ１９は、Ｙ’軸方向の加速度値ay及びピッチ方向の角速度値ωθに基く回転半径Ｒθ(ｔ)から、Ｙ軸方向の速度値Vyを算出することができる。【０２２０】
パターン３のメリットとして、ハード構成が単純であるので、低コスト化を実現することができる。また、ピッチ角θという絶対角度を求めることができるため、角速度センサにより角速度を検出する場合のように、温度ドリフトによる低周波成分やＤＣオフセットが検出信号に混入する、といった問題を解決することができる。【０２２１】
[パターン４]
パターン４は、加速度を検出する手段として２軸の加速度センサが用いられ、角速度を取得するための手段として１軸のジャイロセンサ及び上記２軸の加速度センサが用いられるパターンである。【０２２２】
図２８は、パターン４に係るセンサユニットを示す図である。このセンサユニットのハード構成は、Ｘ’、Ｙ’及びＺ’軸方向である３軸の加速度センサ（加速度センサユニット）２１６と、Ｙ’軸回りである１軸のジャイロセンサ１１５とで構成される。【０２２３】
入力装置のＸ軸方向の速度値Vxは、３軸加速度センサ２１６のうちのＸ’軸方向の加速度センサと、ジャイロセンサ１１５とに基く回転半径Ｒψ(ｔ)から算出される。入力装置のＹ軸方向の速度値Vyは、３軸加速度センサ２１６のうちのＹ’及びＺ’軸方向の加速度センサを用いて、パターン３と同様に算出される。【０２２４】
パターン４のメリットとして、安価な３軸加速度センサ２１６及び１軸ジャイロセンサ１１５で構成されるので、低コスト化を実現することができる。【０２２５】
[パターン５]
パターン５は、加速度を検出する手段として、例えば同じ軸の２つの加速度センサが用いられ、角速度を取得するための手段としても同様に同じ軸の２つの加速度センサが用いられるパターンである。【０２２６】
図２９は、パターン５に係るセンサユニットを示す図である。例えばＸ’軸方向の加速度を検出する１軸加速度センサ２２１及び２２２が設けられている。ここで、説明の便宜上、１軸加速度センサ２２２に固定の直交座標系をＸ"、Ｙ"及びＺ"軸で表している。これらＸ’軸とＸ"軸との方向は同じであり、Ｙ’軸とＹ"軸との方向は同じであり、また、Ｚ’軸とＺ"軸との方向は同じである。【０２２７】
２つの１軸加速度センサ２２１及び２２２は、距離Ｌだけ離れており、求めるべき回転半径Ｒψ(ｔ)上に配置されている。この場合、入力装置の動きは、画面３上のポインタ２の１次元のみ動き（例えばＸ軸方向）に変換される。１軸加速度センサ２２１及び２２２の検出軸は、それぞれＹ’及びＹ"軸であってもよい。【０２２８】
このパターン５においては、回転半径Ｒ及び角速度値ωは、図１６で説明した原理により求められる。上記したように、仮想平面Ｄ内に含まれる瞬間中心Ｋを１つの頂点とする三角形の相似の関係から、（|ax1|／Ｒ）＝（|ax2|／（Ｒ−Ｌ））が成り立つので、回転半径Ｒ＝Ｌ／（１−（|ax2|／|ax1|））を求める、ことができる。また、瞬間中心Ｋを中心とするヨー方向の角加速度Δωψ＝|ax1|／Ｒ、またはΔωψ＝|ax2|／（Ｒ−Ｌ）であり、角加速度Δωψも求めることができる。角加速度Δωψが求められれば、その積分演算により角速度ωψが求められる。したがって、上記式（１）から、点Ｐ１における速度値を求めることができる。【０２２９】
一方、２つの加速度の差を、２つの１軸加速度センサの距離Ｌで除することによっても、ヨー方向の角加速度値（Ｙ’軸回りの角加速度値）Δωψが、角度関連値として求められる。ＭＰＵ１９は、その角加速度値Δωψを積分演算することで角速度値ωψを算出することができる。また、ＭＰＵ１９は、その角加速度値Δωψを微分演算することで、角加速度変化率Δ(Δωψ)を算出することができる。【０２３０】
パターン５のメリットとして、ωψ、Δωψ、Δ(Δωψ)が、２つの加速度値の差分に基き求められるので、重力の影響を除去することができる。また、安価な１軸加速度センサ２２１及び２２２のみで構成されるので、低コスト化を実現することができる。【０２３１】
なお、パターン５では、２つの１軸加速度センサ２２１及び２２２は、必ずしも、求めるべき回転半径Ｒψ(ｔ)の直線上に配置されていなくてもよい。すなわち、例えば、図３０に示すように、２つの１軸加速度センサ２２１及び２２２の距離Ｒ１が、回転半径Ｒ上になくてもよい。この場合、中心軸に対する１軸加速度センサ２２１及び２２２の配置角度α、βが既知であれば、角加速度値Δωψ、その積分演算による角速度値ωψが得られる。距離Ｒ１の、回転半径Ｒに沿う直線上への投影距離Ｒ２、及び、加速度センサ２２１によるベクトルa1に平行な線への、加速度センサ２２２によるベクトルa2の投影ベクトルa2’が求められることにより、Δωψ＝（|a1|−|a2|）／Ｒ２により、角加速度値Δωψが得られる。加速度値|a1|（または、|a2|）、距離Ｒ２及び角速度値ωψが求められれば、図１６で説明した原理から、回転半径Ｒを求めることができる。【０２３２】
[パターン６]
パターン６は、上記パターン５をＸ’及びＸ"軸方向だけでなく、Ｙ’及びＹ"軸方向でも応用したパターンである。すなわち、図３１に示すように、２軸の加速度センサ（加速度センサユニット）２２３及び２２４が距離Ｌ’だけ離れて配置されている。これにより、入力装置の動きは、画面３上のポインタ２のＸ軸及びＹ軸方向の２次元の動きに変換される。【０２３３】
パターン６のメリットとしては、安価な２軸加速度センサ２２３及び２２４が用いられるので低コスト化を実現することができる。【０２３４】
また、図３２に示すように、入力装置がＺ’軸回りで傾いたときに、下の式（１３）または（１４）よりロール角φを求めることができる。【０２３５】
φ＝arctan(ax1/ay1)・・・（１３）、または、φ＝arctan(ax2/ay2)・・・（１４）。
ロール角φが求められることにより、式（１５）、（１６）による回転行列による座標変換により補正速度値（Vx’、Vy’）を求めることができ、傾きによる重力の影響を除去することができる。【０２３６】
Vx’=cosφ・Vx−sinφ・Vy・・・（１５）
Vy’=sinφ・Vx＋cosφ・Vy・・・（１６）。【０２３７】
ロール角φを求め、回転行列による座標変換により補正速度値（Vx’、Vy’）を求めることは、上記第２、パターン４、または下記のパターン７でも応用することができる。【０２３８】
[パターン７]
パターン７は、加速度を検出する手段として２軸の加速度センサが用いられ、角速度を取得するための手段として３軸の地磁気センサが用いられる。【０２３９】
図３３は、パターン７に係るセンサユニットを示す図である。２軸の加速度センサ（加速度センサユニット）１６は、Ｘ’及びＹ’軸方向の加速度を検出し、３軸の地磁気センサ２２６は、Ｙ’軸回りの角度（ヨー角）ψ及びＸ’軸回りの角度（ピッチ角）θを検出する。ＭＰＵ１９は、ヨー角ψ及びピッチ角θをそれぞれ微分演算することで、それぞれの角速度値（ωψ、ωθ）を算出することができる。これにより、回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）から、Ｘ及びＹ軸方向の速度値（Vx、Vy）を算出することができる。【０２４０】
あるいは、パターン７において、２軸の加速度センサ１６に代えて、Ｚ’軸も含む３軸の加速度センサが用いられてもよい。この場合、３軸加速度センサにより重力方向（つまり、絶対的な垂直方向）の検出が可能となるので、その重力方向に対する地磁気のベクトル方向から、入力装置の絶対角度（方位）が検出される。【０２４１】
[その他のパターン]
その他のパターンとして、加速度を検出する手段として２軸（Ｘ’及びＹ’軸）の加速度センサが用いられ、角速度を検出する手段として１軸（Ｙ’またはＸ’軸の回り）のジャイロセンサが用いられるパターンがある。あるいは、加速度を検出する手段として１軸（Ｘ’またはＹ’軸）の加速度センサが用いられ、角速度を検出する手段として２軸（Ｙ’及びＸ’軸の回り）のジャイロセンサが用いられるパターンがある。【０２４２】
次に、センサユニット１７の筐体１０内の配置または固定方法の実施形態について説明する。【０２４３】
図３４は、本発明の一実施の形態に係るセンサユニット１７の配置及び固定方法を示す斜視図である。図３５は、図３４に示したセンサユニット１７及び筐体１０等の断面図である。【０２４４】
図３４に示すように、例えば入力装置１が基本姿勢（図７（Ａ）、（Ｂ）参照）にある状態で、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Ｘ軸方向に並ぶようにそれぞれ配置されている。センサユニット６１７は、筐体１０内に突出するように筐体１０の内面１０ａに設けられた突出部１０ｂに片持ち状態で接続されている。典型的には、センサユニット６１７の回路基板２５（第２の基板）に設けられた穴２５ｂを介して、ネジ、ピン、その他の接続部材１０２によりセンサユニット６１７が突出部１０ｂに片持ち状態で固定されている。片持ちであれば、ネジ、ピン等は、複数用いられてもよい。【０２４５】
ＭＰＵ１９等の演算処理ユニットを搭載するメイン基板１８（第１の基板）（図３参照）は、実質的にはＺ−Ｘ平面内に配置され、つまり、センサユニット６１７の回路基板２５と垂直になるように配置されている。メイン基板１８と回路基板２５は、フレキシブルな導線１０１により電気的に接続されている。フレキシブルな導線１０１としては、ＦＦＣ（Flexible Flat Cable）、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）、より線等が挙げられる。【０２４６】
このように、例えば１つの基板にＭＰＵ１９、角速度センサユニット１５及び加速度センサユニット１６が搭載される場合に比べ、その１つの基板のサイズより、センサユニット６１７の回路基板２５のサイズを小さくすることができる。回路基板２５のサイズが小さい場合、その分剛性が高くなり、回路基板２５に加えられる機械的な応力によるひずみ、または、入力装置１が動いたときに回路基板２５に働く慣性力によるひずみの発生を抑制することができる。回路基板２５に発生するひずみとは、回路基板２５のそり、または撓み等の変形を意味する。これらのひずみが発生した場合、角速度センサユニット１５及び加速度センサユニット１６の検出値にノイズが混入し、検出値が劣化するおそれがあるからである。【０２４７】
また、メイン基板１８及び回路基板２５が別体なので、それらの筐体１０内の配置の自由度が向上する。また、メイン基板１８及び回路基板が別体なので、メイン基板１８に搭載された送信機２１及びアンテナ２２のうち少なくとも一方を含む送信ユニットと、回路基板２５とが遠く離れるように両者を配置することができる。これにより、その送信ユニットが発生する送信用の電波や、その送信ユニットを介して侵入する外部の電磁波ノイズによる、センサユニット６１７への悪影響を防止することができる。【０２４８】
本実施の形態では、回路基板２５が片持ち状態で筐体１０に接続されることにより、回路基板２５の両側で（両持ち状態で）筐体１０に接続される場合に比べ、回路基板２５に加えられる応力を低減することができる。また、このような構成によれば、ユーザが筐体１０を強く握り、筐体１０が変形したとしても、回路基板２５にその変形による力が極力伝わらないようにすることができる。その結果、回路基板２５のひずみの発生を抑えることができる。【０２４９】
本実施の形態では、回路基板２５及びメイン基板１８がフレキシブルな導線１０１により接続されているので、応力によりメイン基板１８がひずんだとしても、その力が回路基板２５に伝わらない。【０２５０】
また、本実施の形態では、回路基板２５の周縁部２５ａと、筐体の内面１０ａとの間にクリアランス１０３が形成されている。これにより、ユーザが筐体１０を握ることで筐体１０が変形したとしても、回路基板２５にその力が伝わらないようにすることができる。【０２５１】
以下、角速度センサユニット１５及び加速度センサユニット１６のうち少なくとも一方をセンサ類という場合もある。【０２５２】
図３６（Ａ）は、本発明の他の実施の形態に係るセンサユニットを示す正面図である。図３６（Ｂ）は、そのセンサユニット１１７の断面図であり、図３６（Ｃ）は、その背面図である。【０２５３】
センサユニット１１７では、回路基板１２５の第１の面１２５ａに加速度センサユニット１６が搭載され、その反対側の第２の面１２５ｂに角速度センサユニット１５が搭載されている。また、回路基板の一側には、接続部材１０２による接続用の穴１２５ｃが形成されている。
このように、角速度センサユニット１５及び加速度センサユニット１６の両方が、回路基板１２５の片面に設けられる場合に比べ、回路基板１２５のサイズを小さくすることができる。その結果、回路基板１２５の剛性を高めることができる。【０２５４】
また、このような構成によれば、周囲環境の温度変化や、センサ類が発生する熱によるひずみであって、基板及びセンサ類（主にセンサ類のパッケージ材）の熱膨張係数の差に起因するひずみが相殺される。また、その熱は回路基板１２５の両面から回路基板１２５に伝達されるので、伝達される熱的なバランスが均一になり、回路基板１２５の熱膨張による変形が抑制される。特に、角速度センサユニット１５と加速度センサユニット１６の中心同士が、回路基板１２５の主面に垂直な方向で一致しているときに、回路基板１２５の変形が最小となる。【０２５５】
図３７（Ａ）〜（Ｃ）は、さらに別の実施の形態に係る回路基板を示す図である。回路基板２２５の第１の面２２５ａに、ＭＰＵ１９、Ａ／Ｄコンバータ１０４及び加速度センサユニット１６が搭載されている。第１の面２２５ａの反対側の第２の面２２５ｂに、角速度センサユニット１５が搭載されている。この場合、Ａ／Ｄコンバータ１０４は、ＭＰＵ１９に内蔵されていてもよい。【０２５６】
本実施の形態では、アナログ処理を行うＡ／Ｄコンバータ１０４が回路基板２２５搭載されることにより、センサ類からＭＰＵ１９に供給される微小な出力信号が、外部の電磁波ノイズ等により侵されるといった事態を避けることができる。【０２５７】
なお、Ａ／ＤコンバータがＭＰＵ１９に内蔵される場合も、そのＭＰＵ１９が第１の面２２５ａまたは第２の面２２５ｂに搭載されればよい。この場合、センサ類及びＭＰＵ１９（Ａ／Ｄコンバータ１０４、または図示しないメモリ等）（以下、処理ユニット類という。）が重量のバランスが均一になるように、センサ類及び処理ユニット類が第１の面２２５ａ及び第２の面２２５ｂに配置されてもよい。【０２５８】
図３８（Ａ）〜（Ｃ）は、さらに別の実施の形態に係るセンサユニットを示す図である。このセンサユニット３１７の回路基板３２５の第１の面３２５ａには加速度センサユニット１６及びＡ／Ｄコンバータ１０４が搭載されている。第２の面３２５ｂには、角速度センサユニット１５が搭載されている。この場合、ＭＰＵ１９は、メイン基板１８に搭載される。このような構成によっても、センサ類からＭＰＵ１９に供給される微小な出力信号が、外部の電磁波ノイズ等により侵される可能性を減らすことができる。【０２５９】
図３９は、図３６及び図３７に示したセンサユニット１１７が電磁シールド部材１０５により覆われた形態を示している。電磁シールド部材１０５は、接続部材１０２や半田等により、例えばセンサユニット１１７のグランド部に接続されている。電磁シールド部材１０５の材料としては、導電性の部材、例えばアルミニウム、ブリキ、導電性樹脂等が挙げられるが、これらに限られない。【０２６０】
このような構成によれば、例えばメイン基板１８に搭載された送信機２１及びアンテナ２２のうち少なくとも一方を含む送信ユニットが発生する送信用の電波や、外部の電磁波ノイズによる、センサ類への悪影響を防止することができる。センサ類への悪影響とは例えばＤＣオフセットの変動等が挙げられる。【０２６１】
なお、電磁シールド部材１０５は、第１の面１２５ａのみを覆う形態、加速度センサユニット１６のみを覆う形態、第２の面１２５ｂのみを覆う形態、または、角速度センサユニット１５のみを覆う形態でもよい。【０２６２】
電磁シールド部材１０５は、図３６及び図３７に示したセンサユニット１１７に限らず、図３４及び図３５に示したセンサユニット６１７、図３７（Ａ）〜（Ｃ）に示した回路基板２２５、または、図３８（Ａ）〜（Ｃ）に示した回路基板３２５に適用されてもよい。あるいは、電磁シールド部材１０５は、下記の図４０及び図４１に示す形態に適用されてもよい。【０２６３】
図４０は、さらに別の実施の形態に係るセンサユニットを示す正面図である。図４１は、そのセンサユニット及び筐体の断面図である。【０２６４】
本実施の形態では、回路基板４２５は、接続用の穴４２５ｃを両側に有している。その両側の２箇所で接続部材１０２により筐体の突出部１１０ａ及び１１０ｂに接続されている。突出部１１０ａ及び１１０ｂは、上下２つに分離して設けられていてもよいし、筐体１１０の内面の全周にわたって、つまり、回路基板４２５の周縁部の全周にわたって形成されていてもよい。典型的には、２つの穴４２５ｃの中心を結ぶ直線は、センサユニット２１７の重心を通るが、必ずしも２つの穴４２５ｃの位置はその配置に限られない。【０２６５】
また、本実施の形態では、接続部材１０２は、弾性体１０６を介して回路基板４２５及び筐体１０を接続する。弾性体１０６としては、典型的には、ゴム製、樹脂製のワッシャーである。この弾性体１０６のワッシャーは、典型的には厚さ０．３〜１mm、外径３〜８mm、内径１〜５mmに形成されたものが用いられるが、これらのサイズに限られない。【０２６６】
ここでいう弾性体とは、ゲル体や粘性体も含む意味である。ゴム材としては、ＥＰＤＭ（Ethylene Propylene Diene Monomer）、ブチルゴム、ニトリルゴム等が挙げられるが、これらに限られない。【０２６７】
本実施の形態では、筐体１１０に対する回路基板４２５の剛性（筐体１１０と回路基板４２５との一体性）が高められる。したがって、入力装置が回転したりしたときの回路基板４２５のモーメントによる回路基板４２５のひずみが抑制される。また、このように、２箇所で回路基板４２５が筐体１１０に固定されても、その固定の際に回路基板４２５に加えられる応力を弾性体１０６により吸収することができる。あるいは、ユーザが筐体１１０を強く握り筐体１１０が変形したときに、その変形を弾性体１０６が吸収することができる。【０２６８】
また、弾性体１０６が、外乱加速度を緩和する働きもあるので、耐衝撃性が向上するという副次的な効果も得られる。【０２６９】
回路基板４２５は、２箇所だけでなく、３箇所以上で筐体１１０に接続されてもよい。【０２７０】
なお、本実施の形態では、角速度センサユニット１５と加速度センサユニット１６とが、それぞれ回路基板４２５の第１の面４２５ａ及び第２の面４２５ｂに搭載される形態を説明した。しかし、図３４及び図３５で示した回路基板２５、図３７（Ａ）〜（Ｃ）で示した回路基板２２５、または、図３８（Ａ）〜（Ｃ）で示した回路基板３２５が、少なくとも２箇所で筐体１１０に接続されてもよい。【０２７１】
あるいは、図３４及び図３５で示した回路基板２５の接続部材１０２が、上記弾性体１０６を介して、１箇所で筐体１０に接続されていてもよい。このことは、図３６及び図３７で示した回路基板１２５、図３７（Ａ）〜（Ｃ）で示した回路基板２２５、または、図３８（Ａ）〜（Ｃ）で示した回路基板３２５も同様である。【０２７２】
図４２は、さらに別の実施の形態に係るセンサユニット及びメイン基板を示す図である。【０２７３】
センサユニット７１７とメイン基板１８とは、これら２つの基板を電気的に接続するための導線により固定されている。すなわち、センサユニット７１７の回路基板５２５は、メイン基板１８に導線１０９を利用して片持ち状態で接続されている。この導線１０９は、適切な剛性のある導線が用いられる。適切な剛性のある導線１０９とは、例えばすずめっき線、銅線、チタン等が用いられるが、これらに限られない。あるいは、導線１０９に代えて、柔軟なより線等の導線が用いられ、その導線が剛性のある樹脂でモールディングされてもよい。【０２７４】
このように、センサユニット７１７が筐体に接続されてないので、センサユニット７１７は、ユーザが筐体を強く握ることで生じる筐体の変形の影響を受けない。【０２７５】
本実施の形態では、センサユニット７１７の回路基板５２５は、メイン基板１８に比べ、その厚さが厚く形成されている。これにより、回路基板５２５の剛性を高めることができる。典型的には、回路基板５２５の厚さが１．２mmであり、メイン基板１８の厚さが０．８mmであるが、これらの値に限られない。【０２７６】
メイン基板１８の一端部（第１の端部）１８ａに回路基板５２５が接続され、回路基板５２５から遠い側である反対側の他端部（第２の端部）１８ｂに、送信機２１及びアンテナ２２のうち少なくとも一方を含む送信ユニット１０７が配置されている。すなわち、送信ユニット１０７が、極力センサユニット７１７から遠い位置に配置される。これにより、送信ユニット１０７が発生する送信用の電波や、その送信ユニット１０７を介して侵入する外部の電磁波ノイズによる、センサユニット７１７への悪影響を防止することができる。【０２７７】
図４２で説明した特徴のうち、回路基板７２５がメイン基板１８よりも厚い、または、送信ユニット１０７が、メイン基板１８の他端部１８ｂに配置される、という特徴は、上記した図３４〜図４１の各実施の形態にも適用可能である。【０２７８】
図４３は、さらに別の実施の形態に係るセンサユニットを示す正面図である。【０２７９】
センサユニット４１７の回路基板１２６は、筐体（図４３では図示を省略）に対するセンサユニット４１７の片持ち状態を実現するための接続部材１０２（図４３では図示を省略）を通す穴１２６ａのほか、別の開口１２６ｂを有する。開口１２６ｂは、穴１２６ａと、角速度センサユニット１５のようなセンサ類との間に形成されている。この例では、この回路基板１２６の図示しない裏面側であって、角速度センサユニット１５の反対側の位置に加速度センサユニット１６が配置される。【０２８０】
センサユニット４１７が、穴１２６ａを介して接続部材１０２により筐体に接続された状態において、入力装置が動くことにより、回路基板１２６に慣性力による応力が加えられる。開口１２６ｂが設けられることにより、その応力が、回路基板１２６の、接続部材１０２による接続側からセンサ類が配置される側に極力伝わらないようにすることができる。また、開口１２６ｂが設けられることにより、回路基板１２６と同じサイズの回路基板に開口１２６ｂが形成されていない場合に比べ、回路基板１２６の重量が軽くなる。その分、上記慣性力を抑えることができる。【０２８１】
開口１２６ｂの形状は、円弧状に形成されているが、この形状に限られない。図４４に示す回路基板１２７の開口１２７ｂのように、横長に形成されていてもよい。そのほか、様々な形状が考えられ、その開口の数も複数あってもよい。【０２８２】
図４３（または図４４）に示した、開口１２６ｂ（または１２７ｂ）が形成される、という特徴は、図３４、図３５、図３７〜図４２で説明した各実施の形態に適用可能である。例えば、図４１で示したように、センサユニット２１７が複数箇所（３箇所以上も含む）で筐体１１０に接続される形態について、開口が形成される、という特徴が適用される場合、開口の配置の形態としては、次のようなものが考えられる。例えば、接続部材１０２が通る上部の穴４２５ｃとセンサ類との間、及び、接続部材１０２が通る下部の穴４２５ｃとセンサ類との間のうち少なくとも一方に、開口が形成される形態である。【０２８３】
なお、図４３及び図４４に示した回路基板１２６及び１２７の上部は、筐体の内面の形状に合わせて曲線状に形成されているが、その形状は何でもよい。【０２８４】
図４５は、図３４〜図４４のうちいくつかの特徴を組み合わせた形態を示す図である。【０２８５】
筐体１０には、電磁シールド部材１０５に覆われたセンサユニット３１７が、片持ち状態で、接続部材１０２により接続されている。接続部材１０２と回路基板３２５（または磁気シールド部材１０５）との間には、弾性体１０６が設けられている。センサユニット３１７は、例えば図３８（Ａ）〜（Ｃ）で示したものである。【０２８６】
メイン基板１８には、ＭＰＵ１９及び送信ユニット１０７が搭載され、送信ユニット１０７は、センサユニット３１７から遠い側の端部１８ｂに配置されている。メイン基板１８と、センサユニット３１７の回路基板３２５とは、フレキシブルな導線１０１により電気的に接続されている。また、回路基板３２５の筐体１０への接続部分と、センサ類との間には、応力の伝達を抑制する開口３２５ｃが形成されている。【０２８７】
なお、図４５に示す形態において、電磁シールド部材１０５がない形態、または、弾性体１０６がないが考えられる。あるいは、センサユニット３１７に代えて図３６及び図３７に示したセンサユニット１１７が用いられる形態が考えられる。【０２８８】
以上、図３４〜図４４で説明したセンサユニットにおいて、角速度センサユニット１５に代えて、図２８で説明したような１軸の角速度センサが用いられてもよい。あるいは、加速度センサユニット１６に代えて、図２７、図３０、図３３等で説明したような１軸または３軸の加速度センサが用いられてもよい。あるいは、図３３で説明したような磁気センサ２２６が、図３４〜図４４で説明したセンサユニットに含まれてもよい。【０２８９】
図４７は、例えば図２９に示した２つの１軸加速度センサ２２１及び２２２が共通の回路基板２２０に搭載されているセンサの形態を示す斜視図である。２つの１軸加速度センサ２２１及び２２２は、それぞれ専用の支持基板２２１Ａ及び２２２Ａに実装されており、これらの支持基板２２１Ａ及び２２２Ａを介して回路基板２２０に搭載されている。２つの１軸加速度センサ２２１及び２２２は、距離Ｌだけ離れている。この場合、入力装置の動きは、画面３上のポインタ２の１次元のみ動き（例えばＸ軸方向）に変換される。１軸加速度センサ２２１及び２２２の検出軸は、Ｙ’軸であってもよい。【０２９０】
図４８は、別の実施の形態に係る入力装置８００の要部断面図である。筺体１０の内部には、角速度センサユニット１５及び加速度センサユニット１６を搭載したセンサモジュール８１７を収容する収容部８０１が形成されている。このセンサモジュール８１７は、支持基板としてのメイン基板１８に、接続手段としてのフレキシブル配線基板８２６を介して電気的かつ機械的に接続されている。【０２９１】
収容部８０１は、センサモジュール８１７の全体を収容でき、かつ、センサモジュール８１７を収容したときにセンサモジュール８１７と収容部８０１の内壁面との間に一定以上の間隔が形成される大きさで形成されている。本実施の形態において、収容部８０１は、筺体１０の内壁に立設された複数のリブ８０２及び８０３で区画されている。これらリブ８０２及び８０３の間には、収容部８０１の内部へセンサモジュール８１７を組み入れるための開口８０５が形成されている。なお、図４８においてリブ８０３の上端部には、フレキシブル配線基板８２６を支持する屈曲部８０４が形成されている。【０２９２】
収容部８０１の内部には、緩衝材８３０が配置されている。緩衝材８３０は、筺体１０に作用する外力（衝撃、応力など）がセンサモジュール８１７に伝達するのを防止するほか、筺体１０に生じた歪みを吸収してセンサモジュール８１７の変形を防止する。なお、緩衝材８３０には、センサモジュール８１７の各センサユニット１５及び１６を収容する開口（ニゲ部）８３０Ａ及び８３０Ｂがそれぞれ設けられている。緩衝材８３０には、ウレタン樹脂等のフォームラバーやスポンジ、ガラスウールなどを用いることができる。【０２９３】
本実施形態によれば、筺体１０又はメイン基板１８に作用した外力を緩衝材８３０又はフレキシブル配線基板８２６によって効果的に吸収して、上記外力がセンサモジュール８１７へ伝達することを抑制することが可能となる。これにより、センサモジュール８１７は、あたかも筺体１０の内部で浮遊した状態になるため、外部からの影響を排除して安定した加速度検出及び角速度検出が可能となる。【０２９４】
なお、図４８に示したセンサモジュール８１７の構成は単なる一例であって、当該センサモジュール８１７として、上述の各実施の形態において説明したセンサモジュールの構成を採用してもよい。【０２９５】
次に、本発明の他の実施形態に係るセンサモジュールについて説明する。【０２９６】
例えば図１〜図８に示した制御システム１００に用いられるセンサモジュール１７においては、角速度センサユニット１５及び加速度センサユニット１６からのアナログ出力信号は、図示しないＡ／Ｄコンバータを介してＭＰＵ１９へ入力される。外乱ノイズ対策のため、センサユニット１５，１６の出力には、ＤＣ（直流）オフセット電位が印加されている。ＤＣオフセット値は、センサユニットの感度特性やこれを内蔵した機器の電気的特性等に応じて適宜設定される。典型的には、ＤＣオフセット値は、センサユニットの出力電圧がＡ／Ｄコンバータの処理可能電圧範囲内に収まる値に設定されている。【０２９７】
しかし、使用するセンサの種類によっては、共通基板への実装前後でセンサの出力特性が変動する場合がある。また、センサの動作環境（温度など）によってもセンサの出力特性が変動する。この場合の具体例を図４９（Ａ）に示す。図４９（Ａ）は、センサの出力電圧の波形例とＡ／Ｄコンバートされた電圧の波形例を示している。この例では、センサのＤＣオフセット値を２Ｖ、出力レンジを±０．８Ｖとし、Ａ／Ｄコンバータの入力レンジを０〜２．４Ｖ（センター値１．２Ｖ）とした。【０２９８】
図４９（Ａ）に示した例の場合、Ａ／Ｄコンバート後のデジタル化された電圧信号は、＋側と−側で非対称となっている。そのため、センサからの出力を活かしきれないという問題が生じる。例えば、ポインティングデバイスに使用される場合、例えば、右側への動作には高速まで追随するが、左側への動作には追随できないということになる。【０２９９】
この問題を解決するためにセンサのレンジを減らす（例えばセンサ出力レンジを±０．８Ｖから±０．４Ｖに減らす）ことで、センサ出力をＡ／Ｄコンバータの処理可能電圧範囲に収め、Ａ／Ｄコンバート後の電圧信号の非対称化を防ぐことは可能である。しかし、Ａ／Ｄ変換の分解能が１／２に減少してしまい、十分な解像度が得られなくなるため、好ましくない。【０３００】
そこで、本実施形態では、センサの出力電圧がＡ／Ｄコンバータの処理可能電圧範囲内に収まるように、センサのＤＣオフセット値を制御することで、上記問題を解決する。具体的には、センサの出力レンジが、設定されたＡ／Ｄコンバータの基準値（入力レンジのセンター値）に合うように、センサに印加されるＤＣオフセット値を調整する。なお、上記の例とは逆に、Ａ／Ｄコンバータの入力レンジのセンター値をセンサのＤＣオフセット値に合うように調整することも可能である。【０３０１】
図４９（Ｂ）は、図５０に示す回路構成を備えるセンサモジュールのセンサ出力波形とＡ／Ｄコンバートされた電圧波形を示す。この例では、センサのＤＣオフセット値を、Ａ／Ｄコンバータの入力レンジのセンター値（１．２Ｖ）に合わせている。なお、センサの出力レンジは±０．８Ｖ、Ａ／Ｄコンバータの入力レンジは０〜２．４Ｖである。【０３０２】
以上のように、ＤＣオフセット値の調整を行うことにより、センサユニット及びＡ／Ｄコンバータを含む信号検出系のダイナミックレンジの最大化を行うことが可能となる。また、出力オフセット値のばらつきを調整することができるので、入力信号と出力波形の対象性を最大限確保し、人間の感覚とカーソルの動きとの相関をとることができる。さらには、ＤＣオフセット値を任意のレベル（Ａ／Ｄコンバータの基準電圧（オフセット値））に調整することでセンサ出力のキャリブレーションが可能となる。さらには、電源投入時のカーソルの動きを規制することも可能となる。【０３０３】
次に、センサのＤＣオフセット値をＡ／Ｄコンバータの入力レンジセンター値に合わせ込む具体的な回路構成について説明する。【０３０４】
図５０（Ａ）に示した回路構成は、センサユニット（加速度センサユニット及び／又は角速度センサユニット）の駆動ＩＣ９０１と、この駆動ＩＣ９０１へＤＣオフセット電位を印加するバイアス回路（印加手段）９１１と、駆動ＩＣ９０１に内蔵されたオペアンプ（調整手段）９１２とを有している。オペアンプ９１２は、駆動ＩＣの出力電圧に基づいて、駆動ＩＣ９０１の出力電圧が、後段のＡ／Ｄコンバータの処理可能電圧範囲に収まるように、駆動ＩＣ９０１へ印加されるＤＣオフセット値を調整する。調整ポイントは、例えば、Ａ／Ｄコンバータの入力レンジのセンター値である。この構成は、ゲイン調整用の入力端子９１３を有する駆動ＩＣ９０１でセンサユニットが構成される場合に、特に好適である。【０３０５】
図５０（Ｂ）に示した回路構成は、センサユニット（加速度センサユニット及び／又は角速度センサユニット）の駆動ＩＣ９０２と、この駆動ＩＣ９０２へＤＣオフセット電位を印加するバイアス回路（印加手段）９２１と、駆動ＩＣ９０２の外部に構成されたオペアンプ（調整手段）９２２とを有している。オペアンプ９１２は、駆動ＩＣの出力電圧に基づいて、駆動ＩＣ９０１の出力電圧が、後段のＡ／Ｄコンバータの処理可能電圧範囲に収まるように、駆動ＩＣ９０１へ印加されるＤＣオフセット値を調整する。調整ポイントは、例えば、Ａ／Ｄコンバータの入力レンジのセンター値である。【０３０６】
図５０（Ｃ）に示した回路構成は、センサユニット（加速度センサユニット及び／又は角速度センサユニット）の駆動ＩＣ９０３と、この駆動ＩＣ９０３へＤＣオフセット電位を調整して印加する調整ユニット（印加手段、調整手段）９１８とを有している。この調整ユニット９１８は、駆動ＩＣ９０３のアナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ９１４と、コンバートされたデジタル出力信号のＤＣセンター値と、Ａ／Ｄコンバータ９１４の入力レンジセンター値（設定値）とを比較する比較器９１５と、比較器９１５で得られた差分の補正値を算出する演算器９１６と、演算器９１６で演算された補正値をＤ／Ａ変換して駆動ＩＣのゲイン調整用入力端子９１３へ入力するＤ／Ａコンバータ９１７とを有する。【０３０７】
入力装置が運動停止状態にあるとき、Ａ／Ｄコンバータ９１３を介してＭＰＵ（図３におけるＭＰＵ１９に相当。以下同じ。）へ入力される入力装置の移動量に応じた値は、基準値（例えば０Ｖに相当する値）となっていなければならないが、実際には温度ドリフトの影響でゼロにならないことがある。このとき、比較器９１５と演算器９１６とにより生成された補正電圧をＤ／Ａコンバータ９１７を介して出力していき、これをセンサ出力に重畳させていくと、ある時点でＡ／Ｄ変換器９１４からの値が基準となる。すなわち、Ａ／Ｄコンバータ３２からの値が基準値となったときのＤ／Ａコンバータ９１７を介して出力されている値は、ドリフトの補正値となり、以降、この補正値を印加することによりドリフトの影響を解消することができる。【０３０８】
なお、図５０（Ａ）〜（Ｃ）に示した回路構成以外にも、他の回路を適用することができる。概略的に説明すれば、出力されたオフセット値とＡ／Ｄコンバータの基準値との差分を予めＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリへ格納しておき、それを読み出してＤＣオフセット値の補正値をつくりだす。また、あらかじめセンサの温度ドリフトを測定しておき、その係数をＥＥＰＲＯＭ等に格納しておくと、サーミスタ等の温度検出部品を追加するだけで、温度ドリフトを含めた補正を行うことができる。【０３０９】
以上説明した制御システムは、上記各実施形態に限られず、種々の変形が可能である。【０３１０】
角速度値を検出する角速度センサユニット１５の代わりに、上記したように、地磁気センサ２２６などの角度センサが用いられてもよい。この場合、角度センサが検出する角度値と、加速度センサが検出する加速度値とのディメンジョンが合わせられ、回転半径が算出される。例えば、角度値が３階の微分演算をされ、加速度値が１階の微分演算をされることで、角加速度の変化率と加速度の変化率とが算出され、この角加速度の変化率と加速度の変化率の比が回転半径として算出される。【０３１１】
なお、加速度センサユニット１６及び角速度センサユニット１５のうち少なくとも一方がＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどのイメージセンサで構成されてもよい。【０３１２】
図１１、１９、２１、または２３に示したフローチャートにおいて、入力装置１及び制御装置４０が互いに通信しながら、入力装置１の処理の一部を制御装置４０が行ってもよいし、制御装置４０の処理の一部を入力装置１が行ってもよい。【０３１３】
上記各実施の形態に係る入力装置は、無線で入力情報を制御装置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。【０３１４】
上記各実施の形態では、入力装置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。
【図面の簡単な説明】
【０３１５】
【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】入力装置の内部の構成を模式的に示す図である。
【図４】入力装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図５】表示装置に表示される画面の例を示す図である。
【図６】ユーザが入力装置１を握った様子を示す図である。
【図７】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８】センサユニットを示す斜視図である。
【図９】加速度センサユニットへの重力の影響を説明するための図である。
【図１０】加速度センサユニットへの重力の影響を説明するための他の図である。
【図１１】制御システムの動作を示すフローチャートである。
【図１２】回転半径を説明するための図であり、入力装置を左右方向（ヨー方向）へ振って操作するユーザを上から見た図である。
【図１３】図１２で示したユーザの操作をさらに具体的に説明するための図である。
【図１４】速度値の算出方法の原理を示す図である。
【図１５】図１４で示した速度値の算出方法の原理を別の観点から示した原理図である。
【図１６】入力装置の速度値の算出方法について、他の実施形態を説明するための原理図である。
【図１７】制御装置が主要な演算を行う場合の、図１１に対応する動作を示すフローチャートである。
【図１８】図１９に示す動作を実現するための入力装置の機能的なブロック図である。
【図１９】制御システムの他の実施形態に係る動作を示すフローチャートである。
【図２０】ユーザがピッチ方向へ入力装置を操作した場合の、入力装置の動作と、それぞれの加速度値との関係を示す図である。
【図２１】制御システムのさらに別の実施の形態に係る動作を示すフローチャートである。
【図２２】異なった条件下で、入力装置が算出する速度値と、入力装置のセンサ配置部の実際の速度とをそれぞれシミュレーションし、グラフ化した図である。
【図２３】図１９の全体の処理を、図１７に示した処理と同様に、制御装置４０が主要な計算を行う場合の制御システムの動作を示すフローチャートである。
【図２４】回帰直線を利用する場合の、制御システムの動作を示すフローチャートである。
【図２５】回転半径を導出するために必要なセンサの組み合わせのパターンの例をいくつか示した表である。
【図２６】図２５のパターン３に係るセンサユニットを示す斜視図である。
【図２７】パターン３において、Ｘ’軸回りの角度（ピッチ角θ）の算出原理を示す図である。
【図２８】図２５のパターン４に係るセンサユニットを示す斜視図である。
【図２９】図２５のパターン５に係るセンサユニットを示す斜視図である。
【図３０】図２９に示すセンサユニットの変形例を示す図である。
【図３１】図２５のパターン６に係るセンサユニットを示す斜視図である。
【図３２】パターン６において、入力装置がＺ’軸回りで傾いたときのロール角φの算出原理示す図である。
【図３３】図２５においてパターン７に係るセンサユニットを示す斜視図である。
【図３４】本発明の一実施の形態に係るセンサユニットの配置及び固定方法を示す斜視図である。
【図３５】図３４に示すセンサユニット及び筐体等の断面図である。
【図３６】他の実施の形態に係るセンサユニットを示す正面図である。加速度センサユニットと角速度センサユニットとが回路基板の表面及び裏面にそれぞれ配置された形態を示す図である。
【図３７】さらに別の実施の形態に係るセンサユニットを示す図であり、センサ類のほか、Ａ／Ｄコンバータ及びＭＰＵが回路基板に搭載された形態を示す図である。
【図３８】さらに別の実施の形態に係るセンサユニットを示す図であり、センサ類のほか、Ａ／Ｄコンバータが回路基板に搭載された形態を示す図である。
【図３９】さらに別の実施の形態に係るセンサユニットを示す断面図であり、図３６及び図３７に示したセンサユニットが電磁シールド部材により覆われた形態を示している。
【図４０】さらに別の実施の形態に係るセンサユニットを示す正面図であり、２箇所以上で、センサユニットが筐体に接続される形態を示す図である。
【図４１】図４０に示すセンサユニット及び筐体の断面図である。
【図４２】さらに別の実施の形態に係るセンサユニット及びメイン基板を示す図である。
【図４３】さらに別の実施の形態に係るセンサユニットを示す正面図であり、回路基板に開口が設けられる形態を示す図である。
【図４４】図４３に示す形態と比べ、開口の形状が異なる形態を示す図である。
【図４５】図３４〜図４４のうちいくつかの特徴を組み合わせた形態を示す図である。
【図４６】他の実施の形態に係る入力装置を示す模式図であり、ペン型の入力装置を示す図である。
【図４７】図２９に示したパターン５に係るセンサユニットの別の実施形態を示す斜視図である。
【図４８】他の実施の形態に係る入力装置の要部断面図である。
【図４９】センサ出力をＡ／Ｄ変換したデジタル信号の波形を示す図である。
【図５０】センサのＤＣオフセット値を調整可能ないくつかの回路構成例を示す図である。
【符号の説明】
【０３１６】
Vx、Vy…速度値
ωψ、ωθ…角速度値
ax、ay…加速度値
Δωψ、Δωθ…角加速度値
Δax、Δay…加速度変化率
Δ(Δωψ)）、Δ(Δωθ)…角加速度変化率
Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)…回転半径
Ｔｈ１…閾値
Ｘ(ｔ)、Ｙ(ｔ)…座標値
１、５１、６１、７１、８１、５０１…入力装置
２…ポインタ（ＵＩ）
３…画面
１０、５０、６０、７０、８０、１１０、５１０…筐体
１５、１１５…角速度センサユニット
１６、１１６、２１６、２２１、２２２、２２３、２２４…加速度センサユニット
１７，１１７、２１７、３１７、４１７、５１７、６１７…センサユニット
１８…メイン基板
１９、３５…ＭＰＵ
２１…送信機
２５、１２５、１２６、１２７、２２５、３２５、４２５、５２５、６２５…回路基板
４０…制御装置
４５…パスフィルタ
４６…制御部
４７…ローパスフィルタ
４８…メモリ
１００…制御システム
１０１…導線
１０２…接続部材
１０３…クリアランス
１０４…Ａ／Ｄコンバータ
１０５…電磁シールド部材
１０６…弾性体
１０７…送信ユニット
１５１…ヨー方向の角速度センサ
１５２…ピッチ方向の角速度センサ
１６１…Ｘ’軸方向の加速度センサ
１６２…Ｙ’軸方向の加速度センサ
２２６…地磁気センサ
５１８…メイン基板
【図１】
2009035005.tif 000003
【図２】
2009035005.tif 000004
【図３】
2009035005.tif 000005
【図４】
2009035005.tif 000006
【図５】
2009035005.tif 000007
【図６】
2009035005.tif 000008
【図７】
2009035005.tif 000009
【図８】
2009035005.tif 000010
【図９】
2009035005.tif 000011
【図１０】
2009035005.tif 000012
【図１１】
2009035005.tif 000013
【図１２】
2009035005.tif 000014
【図１３】
2009035005.tif 000015
【図１４】
2009035005.tif 000016
【図１５】
2009035005.tif 000017
【図１６】
2009035005.tif 000018
【図１７】
2009035005.tif 000019
【図１８】
2009035005.tif 000020
【図１９】
2009035005.tif 000021
【図２０】
2009035005.tif 000022
【図２１】
2009035005.tif 000023
【図２２】
2009035005.tif 000024
【図２３】
2009035005.tif 000025
【図２４】
2009035005.tif 000026
【図２５】
2009035005.tif 000027
【図２６】
2009035005.tif 000028
【図２７】
2009035005.tif 000029
【図２８】
2009035005.tif 000030
【図２９】
2009035005.tif 000031
【図３０】
2009035005.tif 000032
【図３１】
2009035005.tif 000033
【図３２】
2009035005.tif 000034
【図３３】
2009035005.tif 000035
【図３４】
2009035005.tif 000036
【図３５】
2009035005.tif 000037
【図３６】
2009035005.tif 000038
【図３７】
2009035005.tif 000039
【図３８】
2009035005.tif 000040
【図３９】
2009035005.tif 000041
【図４０】
2009035005.tif 000042
【図４１】
2009035005.tif 000043
【図４２】
2009035005.tif 000044
【図４３】
2009035005.tif 000045
【図４４】
2009035005.tif 000046
【図４５】
2009035005.tif 000047
【図４６】
2009035005.tif 000048
【図４７】
2009035005.tif 000049
【図４８】
2009035005.tif 000050
【図４９】
2009035005.tif 000051
【図５０】
2009035005.tif 000052
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月16日(2009.2.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体の第１の方向の第１の加速度値を検出する第１の加速度検出部と、
前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出する第１の角度関連値検出部と、
前記検出された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する算出手段と
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、
前記算出手段は、前記検出された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第２の方向の軸回りの、時間ごとに位置が変化する回転の第１の中心軸から前記加速度検出部までの距離である回転半径を算出し、前記第１の角度関連値から得られた第１の角速度値及び前記算出された回転半径に基づき、前記第１の速度値を算出する入力装置。
【請求項３】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記算出手段は、前記第１の加速度値の時間変化率である加速度変化率を算出し、前記検出された第１の角度関連値に基づき、前記第２の方向の軸回りの角加速度の時間変化率である角加速度変化率を算出し、前記算出された、加速度変化率と角加速度変化率との比を前記回転半径として算出する入力装置。
【請求項４】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記算出手段は、前記検出された第１の角度関連値に基づき角加速度値を算出し、前記第１の加速度値と前記角加速度値との比を前記回転半径として算出する入力装置。
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記算出手段は、前記検出された第１の角度関連値に基づき、前記第２の方向の軸回りの角加速度の時間変化率である角加速度変化率を算出し、前記第１の加速度値から、前記第１の加速度検出部に働く重力加速度の前記第１の方向の成分値を少なくとも含む低周波成分が除去された値を算出し、前記低周波成分が除去された値の時間変化率である加速度変化率を算出し、前記算出された加速度変化率と前記角加速度変化率との比を、前記回転半径として算出する入力装置。
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
（削除）
【請求項１１】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記筐体の前記第２の方向の第２の加速度値を検出する第２の加速度検出部と、
前記第１の方向の軸回りの角度に関する値である第２の角度関連値を検出する第２の角度関連値検出部とをさらに具備し、
前記算出手段は、前記検出された第２の加速度値及び第２の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第２の方向の第２の速度値を算出する入力装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の入力装置であって、
前記算出手段は、前記検出された第２の加速度値及び第２の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の軸回りの、時間ごとに位置が変化する回転の中心軸から前記第２の加速度検出部までの距離である第２の回転半径を算出し、前記第２の角度関連値から得られた第２の角速度値及び前記算出された第２の回転半径に基づき、前記第２の速度値を算出する入力装置。
【請求項１３】
（削除）
【請求項１４】
（削除）
【請求項１５】
（削除）
【請求項１６】
（削除）
【請求項１７】
（削除）
【請求項１８】
（削除）
【請求項１９】
（削除）
【請求項２０】
（削除）
【請求項２１】
（削除）
【請求項２２】
（削除）
【請求項２３】
（削除）
【請求項２４】
（削除）
【請求項２５】
（削除）
【請求項２６】
入力装置の筐体の第１の方向の第１の加速度を検出し、
前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出し、
前記検出された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する
制御方法。
【請求項２７】
ユーザが入力装置を空間内で動かすことにより操作情報が入力される入力装置であって、
第１の方向に沿う軸を含む仮想平面内での瞬間中心から、前記入力装置までの距離を算出する距離算出手段と、
前記算出された距離と、前記仮想平面内での前記瞬間中心回りの前記入力装置の角度に関連する値である角度関連値とに基づき、前記入力装置の前記第１の方向の速度値を算出する速度算出手段と
を具備する入力装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の入力装置であって、
前記入力装置の前記第１の方向の加速度値を検出する第１の加速度検出部さらに具備し、
前記距離算出手段は、前記加速度値及び前記角度関連値に基づき、前記瞬間中心から前記第１の加速度検出部までの距離を前記距離として算出する入力装置。
【請求項２９】
請求項２７に記載の入力装置であって、
前記距離算出手段は、所定の距離離れた２箇所での、前記仮想平面内での前記第１の方向の加速度値に基づき、前記距離を算出する入力装置。
【請求項３０】
筐体と、前記筐体の第１の方向の第１の加速度値を検出する第１の加速度検出部と、前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出する第１の角度関連値検出部と、前記第１の加速度値及び前記第１の角度関連値の情報を送信する送信手段を備えた入力装置から送信された前記情報に応じて、画面に表示されるポインタの表示を制御する制御装置であって、
前記送信された第１の加速度値及び第１の角度関連値の情報を受信する受信手段と、
前記受信された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する算出手段と、
前記算出された第１の速度値に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する座標情報生成手段と
を具備する制御装置。
【請求項３１】
筐体と、
前記筐体の第１の方向の第１の加速度値を検出する第１の加速度検出部と、
前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出する第１の角度関連値検出部と、
前記検出された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する算出手段と、
前記算出された第１の速度値の情報を送信する送信手段とを有する入力装置と、
前記送信された第１の速度値の情報を受信する受信手段と、
前記受信された第１の速度値に応じた、ポインタの画面上の座標情報を生成する座標情報生成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３２】
筐体と、
前記筐体の第１の方向の第１の加速度値を検出する第１の加速度検出部と、
前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出する第１の角度関連値検出部と、
前記第１の加速度値及び前記第１の角度関連値の情報を送信する送信手段とを有する入力装置と、
前記送信された第１の加速度値及び第１の角度関連値の情報を受信する受信手段と、
前記受信された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する算出手段と、
前記算出された第１の速度値に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する座標情報生成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３３】
第１の加速度検出部によって検出された第１の方向の第１の加速度値と、第１の角度関連値検出部によって検出された、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関連する値である角度関連値とに基づき、前記第１の方向の第１の速度値を算出する回路。
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月31日(2009.8.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体の第１の方向の第１の加速度値を検出する第１の加速度検出部と、
前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出する第１の角度関連値検出部と、
前記検出された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する算出手段と
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、
前記算出手段は、前記検出された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第２の方向の軸回りの、時間ごとに位置が変化する回転の第１の中心軸から前記第１の加速度検出部までの距離である回転半径を算出し、前記第１の角度関連値から得られた第１の角速度値及び前記算出された回転半径に基づき、前記第１の速度値を算出する入力装置。
【請求項３】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記算出手段は、前記第１の加速度値の時間変化率である加速度変化率を算出し、前記検出された第１の角度関連値に基づき、前記第２の方向の軸回りの角加速度の時間変化率である角加速度変化率を算出し、前記算出された、加速度変化率と角加速度変化率との比を前記回転半径として算出する入力装置。
【請求項４】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記算出手段は、前記検出された第１の角度関連値に基づき角加速度値を算出し、前記第１の加速度値と前記角加速度値との比を前記回転半径として算出する入力装置。
【請求項５】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記算出手段は、前記検出された第１の角度関連値に基づき、前記第２の方向の軸回りの角加速度の時間変化率である角加速度変化率を算出し、前記第１の加速度値から、前記第１の加速度検出部に働く重力加速度の前記第１の方向の成分値を少なくとも含む低周波成分が除去された値を算出し、前記低周波成分が除去された値の時間変化率である加速度変化率を算出し、前記算出された加速度変化率と前記角加速度変化率との比を、前記回転半径として算出する入力装置。
【請求項６】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記筐体の前記第２の方向の第２の加速度値を検出する第２の加速度検出部と、
前記第１の方向の軸回りの角度に関する値である第２の角度関連値を検出する第２の角度関連値検出部とをさらに具備し、
前記算出手段は、前記検出された第２の加速度値及び第２の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第２の方向の第２の速度値を算出する入力装置。
【請求項７】
請求項６に記載の入力装置であって、
前記算出手段は、前記検出された第２の加速度値及び第２の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の軸回りの、時間ごとに位置が変化する回転の中心軸から前記第２の加速度検出部までの距離である第２の回転半径を算出し、前記第２の角度関連値から得られた第２の角速度値及び前記算出された第２の回転半径に基づき、前記第２の速度値を算出する入力装置。
【請求項８】
入力装置の筐体の第１の方向の第１の加速度を検出し、
前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出し、
前記検出された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する
制御方法。
【請求項９】
ユーザが入力装置を空間内で動かすことにより操作情報が入力される入力装置であって、
第１の方向に沿う軸を含む仮想平面内での瞬間中心から、前記入力装置までの距離を算出する距離算出手段と、
前記算出された距離と、前記仮想平面内での前記瞬間中心回りの前記入力装置の角度に関連する値である角度関連値とに基づき、前記入力装置の前記第１の方向の速度値を算出する速度算出手段と
を具備する入力装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の入力装置であって、
前記入力装置の前記第１の方向の加速度値を検出する第１の加速度検出部さらに具備し、
前記距離算出手段は、前記加速度値及び前記角度関連値に基づき、前記瞬間中心から前記第１の加速度検出部までの距離を前記距離として算出する入力装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の入力装置であって、
前記距離算出手段は、所定の距離離れた２箇所での、前記仮想平面内での前記第１の方向の加速度値に基づき、前記距離を算出する入力装置。
【請求項１２】
筐体と、前記筐体の第１の方向の第１の加速度値を検出する第１の加速度検出部と、前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出する第１の角度関連値検出部と、前記第１の加速度値及び前記第１の角度関連値の情報を送信する送信手段を備えた入力装置から送信された前記情報に応じて、画面に表示されるポインタの表示を制御する制御装置であって、
前記送信された第１の加速度値及び第１の角度関連値の情報を受信する受信手段と、
前記受信された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する算出手段と、
前記算出された第１の速度値に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する座標情報生成手段と
を具備する制御装置。
【請求項１３】
筐体と、
前記筐体の第１の方向の第１の加速度値を検出する第１の加速度検出部と、
前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出する第１の角度関連値検出部と、
前記検出された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する算出手段と、
前記算出された第１の速度値の情報を送信する送信手段とを有する入力装置と、
前記送信された第１の速度値の情報を受信する受信手段と、
前記受信された第１の速度値に応じた、ポインタの画面上の座標情報を生成する座標情報生成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１４】
筐体と、
前記筐体の第１の方向の第１の加速度値を検出する第１の加速度検出部と、
前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出する第１の角度関連値検出部と、
前記第１の加速度値及び前記第１の角度関連値の情報を送信する送信手段とを有する入力装置と、
前記送信された第１の加速度値及び第１の角度関連値の情報を受信する受信手段と、
前記受信された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する算出手段と、
前記算出された第１の速度値に応じた、ポインタの画面上の座標情報を生成する座標情報生成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１５】
第１の加速度検出部によって検出された第１の方向の第１の加速度値と、第１の角度関連値検出部によって検出された、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関連する値である角度関連値とに基づき、前記第１の方向の第１の速度値を算出する回路。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
前記算出手段は、前記検出された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第２の方向の軸回りの、時間ごとに位置が変化する回転の第１の中心軸から前記第１の加速度検出部までの距離である回転半径を算出し、前記第１の角度関連値から得られた第１の角速度値及び前記算出された回転半径に基づき、前記第１の速度値を算出する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
前記算出手段は、前記第１の加速度値の時間変化率である加速度変化率を算出し、前記検出された第１の角度関連値に基づき、前記第２の方向の軸回りの角加速度の時間変化率である角加速度変化率を算出し、前記算出された、加速度変化率と角加速度変化率との回帰直線の傾きを前記回転半径として算出してもよい。あるいは、前記算出手段は、前記第１の加速度値と前記角加速度値との回帰直線の傾きを前記回転半径として算出してもよい。これらにより、正確な回転半径を求めることができ、この回転半径から正確な速度値を算出することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
前記第１の角度関連値検出部は、前記筐体の第１の角速度値を検出する第１の角速度センサを有してもよい。この場合、前記第２の基板は、前記第１の加速度検出部が搭載される第１の面と、前記第１の面とは反対側に設けられ、前記第１の角速度センサが搭載される第２の面とを有してもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
前記第１の基板は、第２の基板に近い側の第１の端部と、前記送信ユニットが搭載され、前記第２の基板に遠い、前記第１の端部とは反対側の第２の端部とを有してもよい。上記送信用電波や外部の電磁波ノイズの観点から、送信ユニットが第１の基板上で、極力第２の基板から離れていた方がよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
以上説明した第２の基板は、接続手段により筐体に接続される接続領域と、第１の加速度検出部が配置される領域とを有し、前記接続領域と前記配置領域との間に設けられた開口を有していてもよい。入力装置が動くことにより、第２の基板に慣性力による応力が加えられる。開口が設けられることにより、その応力が、第２の基板の、接続手段側からセンサ類が配置される側に極力伝わらないようにすることができる。また、開口が設けられることにより、第２の基板と同じサイズの第２の基板に開口が形成されていない場合に比べ、第２の基板の重量が軽くなる。その分、上記慣性力を抑えることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
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応じて、画面に表示されるポインタの表示を制御する制御装置であって、受信手段と、算出手段と、座標情報生成手段とを具備する。  
前記入力装置は、筐体と、前記筐体の第１の方向の第１の加速度値を検出する第１の加速度検出部と、前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出する第１の角度関連値検出部と、前記第１の加速度値及び前記第１の角度関連値の情報を送信する送信手段を備える。  
前記受信手段は、前記送信された第１の加速度値及び第１の角度関連値の情報を受信する。  
前記算出手段は、前記受信された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する。  
前記座標情報生成手段は、前記算出された第１の速度値に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６５】
本発明の別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、第１の加速度検出部と、第１の角度関連値検出部と、送信手段とを有する。  
前記第１の加速度検出部は、前記筐体の第１の方向の第１の加速度値を検出する。  
前記第１の角度関連値検出部は、前記筐体の、前記第１の方向とは異なる第２の方向の軸回りの角度に関する値である第１の角度関連値を検出する。  
前記送信手段は、  前記第１の加速度値及び前記第１の角度関連値の情報を送信する。  
前記制御装置は、受信手段と、算出手段と、座標情報生成手段とを有する。  
前記受信手段は、前記送信された第１の加速度値及び第１の角度関連値の情報を受信する。  
前記算出手段は、前記受信された第１の加速度値及び第１の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第１の方向の第１の速度値を算出する。  
前記座標情報生成手段は、前記算出された第１の速度値に応じた、ポインタの画面上の座標情報を生成する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
図２及び図３の説明では、便宜上、筐体１０の長手方向をＺ’方向とし、筐体１０の厚さ方向をＸ’方向とし、筐体１０の幅方向をＹ’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’−Ｙ’平面に実質的に平行となるように、筐体１０に内蔵され、上記したように、両センサユニット１６、１５はＸ軸及びＹ軸の２軸に関する物理量を検出する。また、以降の説明では、入力装置１の動きに関し、Ｘ’軸の回りの回転の方向をピッチ方向、Ｙ’軸の回りの回転の方向をヨー方向といい、Ｚ’軸（ロール軸）の回りの回転の方向をロール方向という場合もある。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９４】
一方、図７（Ｂ）に示すように、基本姿勢の状態で、ユーザが手指や腕を上下方向、つまりピッチ方向に振る。このとき、Ｙ’軸方向の加速度センサ１６２は、Ｙ’軸方向の加速度ay（第２の加速度値、または第１の加速度値）を検出し、ピッチ方向の角速度センサ１５２は、Ｘ’軸の回りの角速度ωθ（第２の角速度、または第１の角速度）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。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
典型的には、制御装置４０のＭＰＵ３５は、所定のクロック数ごとに供給されてくる速度値について、（ｎ−１）回目に供給された速度値に、ｎ回目に供給された速度値を加算する。これにより、当該ｎ回目に供給された速度値が、ポインタ２の変位量に相当し、ポインタ２の画面３上の座標情報が生成される。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０７】
具体的には、中心軸Ｃ回りの回転半径をＲψ(ｔ)とすると、入力装置１の速度値Vxと、中心軸Ｃの方向回りの角速度値ωψとの関係は、以下の式（１）で表される。すなわち、Ｘ軸方向の速度値Vxは、Ｙ’軸方向回りの角速度値ωψに、中心軸Ｃと入力装置１との距離Ｒψ(ｔ)を乗じた値となる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１８】
上記式（２）、（３）、（４）、（５）のうち、例えば式（４）に注目すると、加速度値axと、角加速度値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。上述のように、加速度センサ１６１は、Ｘ’軸方向の加速度値axを検出し、角速度センサ１５１は、Ｙ’軸の回りの角速度値ωψを検出する。したがって、Ｙ’軸回りの角速度値ωψが微分され、Ｙ’軸回りの角加速度値Δωψが算出されれば、Ｙ’軸回りの回転半径Ｒψ(ｔ)が求められる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１９】
Ｙ’軸回りの回転半径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’軸の回りの角速度値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（１）参照）。すなわち、ユーザの身体の回転部位の回転量がＸ’軸方向の線速度値に変換される。  
前記の如く、ユーザが入力装置を操作するとき、装置の回転中心はユーザの各回転運動が合成された位置となり時間毎に変化するもの（瞬間中心）となるので、例えば肩を軸として腕全体を振って入力装置を操作した場合には、検出される角速度は比較的小さい値となる。本発明によれば、回転半径Ｒψ(ｔ)と角速度値ωψを乗じて速度値Vxを求めているので、上記の例の場合（肩を軸として腕全体を振って入力装置を操作した場合）であっても、回転半径Ｒψ(ｔ)が比較的大きな値として検出されるので、結果としてユーザの操作量に見合った十分な速度値Vxを得ることが可能となる。そして、この速度値Vxを用いてポインタ２の動きを制御することで、ポインタの動きが入力装置を操作するユーザの直感に合致したものとなる。因みに従来方式の回転センサの出力値でポインタを制御する方式では、上記の例の場合（肩を軸として腕全体を振って入力装置を操作した場合）には、ポインタの動きはユーザの操作に応じた十分なものとならず（操作量に応じて移動せず）、ポインタの動きが、ユーザの感覚にそぐわないものとなっていたが、本発明によれば、かかる問題を解決することが可能となる。また、加速度センサの出力値を積分して速度値を求めなくても良いので、加速度センサの出力値の積分誤差の発生を抑えて正確な制御を行うことが可能となる。  
したがって、ポインタ２の動きが入力装置１の動きに対して自然な動きとなるため、ユーザによる入力装置１の操作性が向上する。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２１】
なお、センサユニット１７について、角速度センサユニット１５のＸ’及びＹ’軸の検出軸と、加速度センサユニット１６のＸ’及びＹ’軸の検出軸がそれぞれ一致している形態を典型的なものとして説明した。つまり、例えば、第１の方向（例えばＸ’軸方向）の加速度値axは、Ｘ’軸検出用の加速度センサ１６１で検出され、Ｘ’軸に直交する、加速度センサ１６２の検出軸であるＹ’軸方向と一致した検出軸を持つヨー方向検出用の角速度センサ１５１により、角速度値ωψが検出される。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４０】
ここでの角速度値（ωψ、ωθ）は、典型的には、ステップ１０３で微分演算の対象とされた角速度値（ωψ、ωθ）である。しかし、ステップ１０５で用いられる角速度値ωψ、ωθは、その微分演算の対象とされた角速度値の、時間的に近傍においてＭＰＵ１９が取得した角速度値であってもよい。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４４】
制御装置４０のＭＰＵ３５は、速度値（Vx、Vy）の情報を受信する（ステップ１０７）。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。ＭＰＵ３５は、下の式（６）、（７）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)）を生成する（ステップ１０８）。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１０９）（座標情報生成手段）。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５１】
図９（Ａ）では、入力装置１が基本姿勢とされ、静止しているとする。このとき、加速度センサ１６１の出力は実質的に０であり、加速度センサ１６２の出力は、重力加速度Ｇ分の出力とされている。しかし、例えば図９（Ｂ）に示すように、入力装置１がロール方向に傾いた状態では、加速度センサ１６１、１６２は、重力加速度Ｇのそれぞれの傾き成分の加速度値を検出する。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５２】
この場合、特に、入力装置１が実際にＸ軸方向には動いていないにも関わらず、加速度センサ１６１はＸ軸方向の加速度を検出することになる。この図９（Ｂ）に示す状態は、図９（Ｃ）のように入力装置１が基本姿勢にあるときに、加速度センサユニット１６が破線の矢印で示すような慣性力Ix、Iyを受けた状態と等価であり、加速度センサユニット１６にとって区別が付かない。その結果、加速度センサユニット１６は、矢印Ｆで示すような左に斜め下方向の加速度が入力装置１に加わったと判断し、入力装置１の実際の動きとは違った検出信号を出力する。しかも、重力加速度Ｇは常に加速度センサユニット１６に作用するため、積分値は増大し、ポインタ２を斜め下方に変位させる量は指数関数的に増大してしまう。図９（Ａ）から図９（Ｂ）に状態が移行した場合、本来、画面３上のポインタ２が動かないようにすることが、ユーザの直感に合った操作と言える。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５３】
例えば、図１０（Ａ）に示すような入力装置１の基本姿勢の状態から、図１０（Ｂ）に示すような、入力装置１がピッチ方向で回転して傾いたときも、上記と同様のことが言える。このような場合、入力装置１が基本姿勢にあるときの加速度センサ１６２が検出する重力加速度Ｇが減少するので、図１０（Ｃ）に示すように、入力装置１は、上のＹ軸方向の慣性力Iと区別が付かない。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５９】
ステップ４０３は、後述するように重力の影響を軽減するため、すなわち加速度値から重力加速度のＸ’及びＹ’軸方向での成分の信号である、一定値または低周波成分の信号を除去するため、また、式（５）を利用するために実行される。同様に、ＭＰＵ１９は、角速度センサユニット１５から所定のクロック数ごとに供給される角速度信号（ωψ、ωθ）を取得し、微分フィルタ４５を通過させることで、２階の微分演算を行い、角加速度の時間変化率（Δ(Δωψ)、Δ(Δωθ)）を算出する（ステップ４０４）。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６０】
角加速度変化率（Δ(Δωψ)、Δ(Δωθ)）が算出される理由は、上記実施の形態と同様に、ステップ４０６及び４１２において、回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）を求めるためである。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６５】
ここで、図２０（Ａ）と、図２０（Ｂ）とを比較すると、傾き成分の加速度値agxが変化する割合は、慣性力Ｉの加速度値aixが変化する割合に比して小さい。実際には、傾き成分の加速度値agxの変化率は、慣性力Ｉの加速度値aixの変化率の１／１０程度であることが多い。ユーザが入力装置１をヨー方向へ操作した場合も同様のことが言える。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７１】
角加速度変化率（Δ(Δωψ)、Δ(Δωθ)）が算出されると、ＭＰＵ１９は、Ｙ’軸回りの角加速度変化率の絶対値｜Δ(Δωψ)｜が、閾値Ｔｈ１を超えるか否かを判定する（ステップ４０５）。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７２】
このように閾値判定が行われるのは、角加速度変化率（Δ(Δωψ)、Δ(Δωθ)）は、角速度値（ωψ、ωψ）の２階微分演算により算出されるからである。つまり、角速度値（ωψ、ωψ）にノイズが生じていると、高周波数のノイズが、２階の微分演算により拡大してしまい、高周波数のノイズが拡大された状態で、角加速度変化率が算出される。この結果、角加速度変化率に基づいて算出される回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）、及びこの回転半径に基づいて算出される速度値（Vx、Vy）がノイズに影響され、正確な回転半径、及び速度値が算出されない。特に、角加速度変化率の絶対値（｜Δ(Δωψ)｜、｜Δ(Δωθ)｜）が小さいほど、回転半径及び速度値の信号へのノイズの影響が相対的に増大する。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７３】
このノイズの影響を軽減するため、ＭＰＵ１９は、角加速度変化率（Δ(Δωψ)）の絶対値が閾値Ｔｈ１よりも大きい場合に、この角加速度変化率に基づいて回転半径を算出し（ステップ４０６）、この回転半径を更新してメモリ４８に記憶した後（ステップ４０８）、回転半径に基づいて速度値を算出する（ステップ４１０）。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７４】
一方で、角加速度変化率の絶対値が閾値以下の場合、つまり、ノイズの影響が大きい場合は、この閾値以下の小さな角加速度変化率は用いられず、ステップ４０９において読み出された前回に記憶された回転半径に基づいて、速度値が算出される。これにより、ノイズが速度値に与える影響を軽減することができる。人間の動作の特徴上、回転半径は、急激に変化することがないため、有効な手段といえる。
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７７】
同様に、ＭＰＵ１９は、Ｘ’軸回りの角加速度の変化率の絶対値｜Δ(Δωθ)｜が、閾値Ｔｈ１を超えるか否かを判定し（ステップ４１１）、閾値を超える場合には、（ステップ４１１のＹＥＳ）、この角加速度の変化率を用いてＸ’軸回りの回転半径Ｒθ(ｔ)を算出する（ステップ４１２）。この回転半径Ｒθ(ｔ)の信号は、ローパスフィルタ４７を通過した後（ステップ４１３）、メモリ４８に記憶される（ステップ４１４）。閾値Ｔｈ１以下である場合には（ステップ４１１のＮＯ）、メモリ４８に記憶された回転半径Ｒθ(ｔ)が読み出され（ステップ４１５）、この回転半径Ｒθ(ｔ)に基づいてＹ’軸方向の速度値Vyが算出される（ステップ４１６）。
【手続補正２９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８１】
ＭＰＵ１９は、角速度センサユニット１５からの角速度値（ωψ、ωθ）の微分演算を行い、角加速度値（Δωψ、Δωθ）を算出する（ステップ５０３）。ステップ５０４及び５１０では、この角加速度値（Δωψ、Δωθ）が閾値判定される。ＭＰＵ１９は、これら角加速度値（Δωψ、Δωθ）の絶対値が閾値Ｔｈ１より大きい場合、回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）を算出し（ステップ５０５及び５１１）、算出された回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）を更新してメモリ４８に記憶する（ステップ５０７及び５１３）。そして、ＭＰＵ１９は、これら記憶された回転半径に基づいて速度値を算出する（ステップ５０９及び５１５）。
【手続補正３０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８２】
一方で、角加速度値（Δωψ、Δωθ）の絶対値が閾値Ｔｈ１以下の場合、つまり、ノイズの影響が大きい場合は、この閾値Ｔｈ１以下の小さな角加速度値は用いられず、ステップ５０８及び５１４において読み出された前回に記憶された回転半径に基づいて、速度値が算出される。
【手続補正３１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８４】
図２１に示すように、加速度のディメンジョンで、回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）を算出する場合、加速度センサユニット１６から出力された加速度値（ax、ay）をそのまま用いて回転半径を算出することができる。角加速度値（Δωψ、Δωθ）の算出についても、角速度センサユニット１５からの角速度値（ωψ、ωθ）を１階の微分演算により算出することができる。したがって、回転半径を算出するまでの計算量を少なくすることができ、結果として入力装置１の消費電力を少なくすることができる。このことは図１１の処理についても同様である。
【手続補正３２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２０４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２０４】
ＭＰＵ１９は、加速度センサユニット１６、及び角速度センサユニット１５から、所定のクロック数ごとに供給される加速度値（ax、ay）、及び角速度値（ωψ、ωθ）をそれぞれ、１階微分、２階微分し、加速度変化率（Δax、Δay）、及び角加速度変化率（Δ(Δωψ)、Δ(Δωθ)）を算出する（ステップ６０１〜６０４）。この加速度変化率（Δax、Δay）、及び角加速度変化率（Δ(Δωψ)、Δ(Δωθ)）のｎ回分の履歴が、例えばメモリ４８に記憶され、以下の式（８）、（９）により、回帰直線の傾き（Ａ１、Ａ２）が算出される（ステップ６０５）。この回帰直線の傾きは、加速度変化率と、角加速度変化率との比、つまり、回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）である。なお、参考として、回帰直線の切片（Ｂ１、Ｂ２）の算出方法を式（１０）、（１１）に示す。
【手続補正３３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２０６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２０６】
上記式（８）〜（１１）中のｎは、加速度変化率（Δax、Δay）、及び角加速度変化率（Δ(Δωψ)、Δ(Δωθ)）のサンプリング数を示す。このサンプリング数ｎは、演算誤差が最小となるように適宜設定される。
【手続補正３４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１２】
図２５は、そのセンサの組み合わせのパターンの例をいくつか示した表である。センサの組み合わせのパターンとして、代表的には７種類のパターンが考えられる。以下の７種類のパターンにおいて、加速度センサとしては、ピエゾ抵抗型、圧電型、静電容量型、または液体加熱による気泡型等が挙げられる。角速度センサ（ジャイロセンサ）としては、振動型、回転コマ型、レーザ型、またはガスレート型等の挙げられる。
【手続補正３５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２１３】
[パターン１]
パターン１は、加速度を検出する手段として１軸の加速度センサが用いられ、角速度を取得するための手段として１軸のジャイロセンサが用いられるパターンである。この場合、入力装置の動きは、画面３上のポインタ２の１次元のみの動きに変換される。１次元のみの動きが応用される例としては、例えばポインタの動きが１次元に拘束される場合や、例えばＧＵＩによるボリューム調整（音量に限られず、あらゆるＧＵＩによるレベル調整）等が挙げられる。
【手続補正３６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２３７】
ロール角φを求め、回転行列による座標変換により補正速度値（Vx’、Vy’）を求めることは、上記パターン２、パターン４、または下記のパターン７でも応用することができる。
【手続補正３７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２４２】
次に、センサユニットの筐体１０内の配置または固定方法の実施形態について説明する。
【手続補正３８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２４３】
図３４は、本発明の一実施の形態に係るセンサユニット６１７の配置及び固定方法を示す斜視図である。図３５は、図３４に示したセンサユニット６１７及び筐体１０等の断面図である。
【手続補正３９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２５９】
図３９は、図３６に示したセンサユニット１１７が電磁シールド部材１０５により覆われた形態を示している。電磁シールド部材１０５は、接続部材１０２や半田等により、例えばセンサユニット１１７のグランド部に接続されている。電磁シールド部材１０５の材料としては、導電性の部材、例えばアルミニウム、ブリキ、導電性樹脂等が挙げられるが、これらに限られない。
【手続補正４０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２６２】
電磁シールド部材１０５は、図３６に示したセンサユニット１１７に限らず、図３４及び図３５に示したセンサユニット６１７、図３７（Ａ）〜（Ｃ）に示した回路基板２２５、または、図３８（Ａ）〜（Ｃ）に示した回路基板３２５に適用されてもよい。あるいは、電磁シールド部材１０５は、下記の図４０及び図４１に示す形態に適用されてもよい。
【手続補正４１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２６５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２６５】
また、本実施の形態では、接続部材１０２は、弾性体１０６を介して回路基板４２５及び筐体１１０を接続する。弾性体１０６としては、典型的には、ゴム製、樹脂製のワッシャーである。この弾性体１０６のワッシャーは、典型的には厚さ０．３〜１mm、外径３〜８mm、内径１〜５mmに形成されたものが用いられるが、これらのサイズに限られない。
【手続補正４２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２７０】
なお、本実施の形態では、加速度センサユニット１６と角速度センサユニット１５とが、それぞれ回路基板４２５の第１の面４２５ａ及び第２の面４２５ｂに搭載される形態を説明した。しかし、図３４及び図３５で示した回路基板２５、図３７（Ａ）〜（Ｃ）で示した回路基板２２５、または、図３８（Ａ）〜（Ｃ）で示した回路基板３２５が、少なくとも２箇所で筐体１１０に接続されてもよい。
【手続補正４３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２７１】
あるいは、図３４及び図３５で示した回路基板２５の接続部材１０２が、上記弾性体１０６を介して、１箇所で筐体１０に接続されていてもよい。このことは、図３６で示した回路基板１２５、図３７（Ａ）〜（Ｃ）で示した回路基板２２５、または、図３８（Ａ）〜（Ｃ）で示した回路基板３２５も同様である。
【手続補正４４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２７３】
センサユニット７１７とメイン基板１８とは、これら２つの基板を電気的に接続するための導線により固定されている。すなわち、センサユニット７１７の回路基板５２５は、メイン基板１８に導線１０９を利用して片持ち状態で接続されている。この導線１０９は、適切な剛性のある導線が用いられる。適切な剛性のある導線１０９とは、例えばすずめっき線、銅線、チタン線等が用いられるが、これらに限られない。あるいは、導線１０９に代えて、柔軟なより線等の導線が用いられ、その導線が剛性のある樹脂でモールディングされてもよい。
【手続補正４５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２７７】
図４２で説明した特徴のうち、回路基板５２５がメイン基板１８よりも厚い、または、送信ユニット１０７が、メイン基板１８の他端部１８ｂに配置される、という特徴は、上記した図３４〜図４１の各実施の形態にも適用可能である。
【手続補正４６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２８７】
なお、図４５に示す形態において、電磁シールド部材１０５がない形態、または、弾性体１０６がないが考えられる。あるいは、センサユニット３１７に代えて図３６に示したセンサユニット１１７が用いられる形態が考えられる。
【手続補正４７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２９８】
図４９（Ａ）に示した例の場合、Ａ／Ｄコンバート後のデジタル化された電圧信号は、＋側と−側で非対称となっている。そのため、センサからの出力を活かしきれないという問題が生じる。例えば、ポインティングデバイスに使用される場合、右側への動作には高速まで追随するが、左側への動作には追随できないということになる。
【手続補正４８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３０２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３０２】
以上のように、ＤＣオフセット値の調整を行うことにより、センサユニット及びＡ／Ｄコンバータを含む信号検出系のダイナミックレンジの最大化を行うことが可能となる。また、出力オフセット値のばらつきを調整することができるので、入力信号と出力波形の対称性を最大限確保し、人間の感覚とカーソルの動きとの相関をとることができる。さらには、ＤＣオフセット値を任意のレベル（Ａ／Ｄコンバータの基準電圧（オフセット値））に調整することでセンサ出力のキャリブレーションが可能となる。さらには、電源投入時のカーソルの動きを規制することも可能となる。
【手続補正４９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３０５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３０５】
図５０（Ｂ）に示した回路構成は、センサユニット（加速度センサユニット及び／又は角速度センサユニット）の駆動ＩＣ９０２と、この駆動ＩＣ９０２へＤＣオフセット電位を印加するバイアス回路（印加手段）９２１と、駆動ＩＣ９０２の外部に構成されたオペアンプ（調整手段）９２２とを有している。オペアンプ９２２は、駆動ＩＣの出力電圧に基づいて、駆動ＩＣ９０２の出力電圧が、後段のＡ／Ｄコンバータの処理可能電圧範囲に収まるように、駆動ＩＣ９０２へ印加されるＤＣオフセット値を調整する。調整ポイントは、例えば、Ａ／Ｄコンバータの入力レンジのセンター値である。
【手続補正５０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３０７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３０７】
入力装置が運動停止状態にあるとき、Ａ／Ｄコンバータ９１４を介してＭＰＵ（図３におけるＭＰＵ１９に相当。以下同じ。）へ入力される入力装置の移動量に応じた値は、基準値（例えば０Ｖに相当する値）となっていなければならないが、実際には温度ドリフトの影響でゼロにならないことがある。このとき、比較器９１５と演算器９１６とにより生成された補正電圧をＤ／Ａコンバータ９１７を介して出力していき、これをセンサ出力に重畳させていくと、ある時点でＡ／Ｄコンバータ９１４からの値が基準となる。すなわち、Ａ／Ｄコンバータ９１４からの値が基準値となったときのＤ／Ａコンバータ９１７を介して出力されている値は、ドリフトの補正値となり、以降、この補正値を印加することによりドリフトの影響を解消することができる。
【手続補正５１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３１５】
【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】入力装置の内部の構成を模式的に示す図である。
【図４】入力装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図５】表示装置に表示される画面の例を示す図である。
【図６】ユーザが入力装置を握った様子を示す図である。
【図７】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８】センサユニットを示す斜視図である。
【図９】加速度センサユニットへの重力の影響を説明するための図である。
【図１０】加速度センサユニットへの重力の影響を説明するための他の図である。
【図１１】制御システムの動作を示すフローチャートである。
【図１２】回転半径を説明するための図であり、入力装置を左右方向（ヨー方向）へ振って操作するユーザを上から見た図である。
【図１３】図１２で示したユーザの操作をさらに具体的に説明するための図である。
【図１４】速度値の算出方法の原理を示す図である。
【図１５】図１４で示した速度値の算出方法の原理を別の観点から示した原理図である。
【図１６】入力装置の速度値の算出方法について、他の実施形態を説明するための原理図である。
【図１７】制御装置が主要な演算を行う場合の、図１１に対応する動作を示すフローチャートである。
【図１８】図１９に示す動作を実現するための入力装置の機能的なブロック図である。
【図１９】制御システムの他の実施形態に係る動作を示すフローチャートである。
【図２０】ユーザがピッチ方向へ入力装置を操作した場合の、入力装置の動作と、それぞれの加速度値との関係を示す図である。
【図２１】制御システムのさらに別の実施の形態に係る動作を示すフローチャートである。
【図２２】異なった条件下で、入力装置が算出する速度値と、入力装置のセンサ配置部の実際の速度とをそれぞれシミュレーションし、グラフ化した図である。
【図２３】図１９の全体の処理を、図１７に示した処理と同様に、制御装置が主要な計算を行う場合の制御システムの動作を示すフローチャートである。
【図２４】回帰直線を利用する場合の、制御システムの動作を示すフローチャートである。
【図２５】回転半径を導出するために必要なセンサの組み合わせのパターンの例をいくつか示した表である。
【図２６】図２５のパターン３に係るセンサユニットを示す斜視図である。
【図２７】パターン３において、Ｘ’軸回りの角度（ピッチ角θ）の算出原理を示す図である。
【図２８】図２５のパターン４に係るセンサユニットを示す斜視図である。
【図２９】図２５のパターン５に係るセンサユニットを示す斜視図である。
【図３０】図２９に示すセンサユニットの変形例を示す図である。
【図３１】図２５のパターン６に係るセンサユニットを示す斜視図である。
【図３２】パターン６において、入力装置がＺ’軸回りで傾いたときのロール角φの算出原理示す図である。
【図３３】図２５においてパターン７に係るセンサユニットを示す斜視図である。
【図３４】本発明の一実施の形態に係るセンサユニットの配置及び固定方法を示す斜視図である。
【図３５】図３４に示すセンサユニット及び筐体等の断面図である。
【図３６】他の実施の形態に係るセンサユニットを示す正面図である。加速度センサユニットと角速度センサユニットとが回路基板の表面及び裏面にそれぞれ配置された形態を示す図である。
【図３７】さらに別の実施の形態に係るセンサユニットを示す図であり、センサ類のほか、Ａ／Ｄコンバータ及びＭＰＵが回路基板に搭載された形態を示す図である。
【図３８】さらに別の実施の形態に係るセンサユニットを示す図であり、センサ類のほか、Ａ／Ｄコンバータが回路基板に搭載された形態を示す図である。
【図３９】さらに別の実施の形態に係るセンサユニットを示す断面図であり、図３６に示したセンサユニットが電磁シールド部材により覆われた形態を示している。
【図４０】さらに別の実施の形態に係るセンサユニットを示す正面図であり、２箇所以上で、センサユニットが筐体に接続される形態を示す図である。
【図４１】図４０に示すセンサユニット及び筐体の断面図である。
【図４２】さらに別の実施の形態に係るセンサユニット及びメイン基板を示す図である。
【図４３】さらに別の実施の形態に係るセンサユニットを示す正面図であり、回路基板に開口が設けられる形態を示す図である。
【図４４】図４３に示す形態と比べ、開口の形状が異なる形態を示す図である。
【図４５】図３４〜図４４のうちいくつかの特徴を組み合わせた形態を示す図である。
【図４６】他の実施の形態に係る入力装置を示す模式図であり、ペン型の入力装置を示す図である。
【図４７】図２９に示したパターン５に係るセンサユニットの別の実施形態を示す斜視図である。
【図４８】他の実施の形態に係る入力装置の要部断面図である。
【図４９】センサ出力をＡ／Ｄ変換したデジタル信号の波形を示す図である。
【図５０】センサのＤＣオフセット値を調整可能ないくつかの回路構成例を示す図である。
【手続補正５２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３１６】
Vx、Vy…速度値
ωψ、ωθ…角速度値
ax、ay…加速度値
Δωψ、Δωθ…角加速度値
Δax、Δay…加速度変化率
Δ(Δωψ)、Δ(Δωθ)…角加速度変化率
Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)…回転半径
Ｔｈ１…閾値
Ｘ(ｔ)、Ｙ(ｔ)…座標値
１、５１、６１、７１、８１、５０１…入力装置
２…ポインタ（ＵＩ）
３…画面
１０、５０、６０、７０、８０、１１０、５１０…筐体
１５、１１５…角速度センサユニット
１６、１１６、２１６、２２１、２２２、２２３、２２４…加速度センサユニット
１７，１１７、２１７、３１７、４１７、５１７、６１７…センサユニット
１８…メイン基板
１９、３５…ＭＰＵ
２１…送信機
２５、１２５、１２６、１２７、２２５、３２５、４２５、５２５、６２５…回路基板
４０…制御装置
４５…ハイパスフィルタ
４６…制御部
４７…ローパスフィルタ
４８…メモリ
１００…制御システム
１０１…導線
１０２…接続部材
１０３…クリアランス
１０４…Ａ／Ｄコンバータ
１０５…電磁シールド部材
１０６…弾性体
１０７…送信ユニット
１５１…ヨー方向の角速度センサ
１５２…ピッチ方向の角速度センサ
１６１…Ｘ’軸方向の加速度センサ
１６２…Ｙ’軸方向の加速度センサ
２２６…地磁気センサ
５１８…メイン基板
【手続補正５３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2009035005.tif 000053
【手続補正５４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2009035005.tif 000054
【手続補正５５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2009035005.tif 000055
【手続補正５６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１７】
2009035005.tif 000056
【手続補正５７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１９】
2009035005.tif 000057
【手続補正５８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５０】
2009035005.tif 000058
【国際調査報告】
2009035005.tif 000059
2009035005.tif 000060
2009035005.tif 000061