(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地磁気の各々直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の３成分の角度変化を検出し、その角度信号を入力する入力装置において、前記３成分の初期状態の値を検出する磁気センサと、前記３成分のうちの一方向に対する傾斜角を検出する傾斜センサと、前記３成分の初期状態の値及び前記３成分のうちの一方向に対する傾斜角を示す値をデータ信号に変換する手段と、前記３成分の角度変化として、前記３成分の初期状態の値及び前記一方向に対する傾斜角の値から他の２方向に対する傾斜角を演算する手段を備えたことを特徴とする方位・傾斜センサによる入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、パーソナルコンピュータ、テレビゲーム、バーチャルリアリティ等の入力装置として使用される方位・傾斜センサによる入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータ、テレビゲーム、あるいはバーチャルリアリティ等  の位置、あるいは方位角情報の入力装置として、例えば、マウスあるいは傾斜センサを使用した入力装置が使われている。
広く使用されているマウスは、卓上に接して回転するボールにＸ軸、Ｙ軸の直交する２つのエンコーダを付属させたものである。平面座標の位置情報は容易に得られるが、ボールの回転を引き起こす媒体が必要であり、塵の巻き込み、回転部の摩耗等により信頼性が低い。又、平面座標のＸ軸、Ｙ軸方向の平面的位置が入力できるだけである。
一方、空間的に使用し、位置情報が得られる入力装置としては、例えば、２軸方向の傾斜センサから構成されたものがある。この傾斜センサは重力を感知する重錘が使用されており、重錘による垂直線との傾斜角度をエンコーダ、又は可変抵抗等の手段により、電気信号に変換するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の入力装置として汎用的に使用されている、マウスは、Ｘ軸、Ｙ軸の平面的位置情報だけである。そして、マウス内部のボールを回転させるための接触媒体として、卓上の広いスペースが必要であり。又、ボールを回転させる時、塵の巻き込み、回転部の摩耗等により信頼性が低い。
又、空間的に使用でき、立体的位置情報を得るための、例えば２軸方向の傾斜センサを組み込んだ入力装置は、水平方位角を検知し入力できない欠点がある。上記した問題点を解決し、空間的な一点にて、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の位置変化を容易に入力できる入力装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の問題点を解決するため、地磁気の各々直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の３成分の角度変化を検出し、その角度信号を入力する入力装置において、前記３成分の初期状態の値を検出する磁気センサと、前記３成分のうちの一方向に対する傾斜角を検出する傾斜センサと、前記３成分の初期状態の値及び前記３成分のうちの一方向に対する傾斜角を示す値をデータ信号に変換する手段と、前記３成分の角度変化として、前記３成分の初期状態の値及び前記一方向に対する傾斜角の値から他の２方向に対する傾斜角を演算する手段を備えたことを特徴とする方位・傾斜センサによる入力装置を提供する。
【０００５】
【作用】
本発明は、上記した構成により、地磁気のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の３成分を測定する磁気センサと、地磁気と直交する方向の傾斜センサを組み合わすことにより、空間的な点でのＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の位置変化情報を容易に入力が可能となる。又、方位角変化を地磁気を検出して行うので、座標基準が容易に決定できる。
従来のマウスのような回転部がないので、信頼性の優れた入力装置を構成することが可能である。
【０００６】
【実施例】
本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【０００７】
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸３方向の位置情報とらえるために、先ず、磁気センサにより方位角を検出する原理、その方位角に傾斜センサによる傾斜角を用いて３軸方向の方位角度を検出する理論を、図１から図５の図面を用いて説明する。
原点Ｏで直交する３軸をＸ，Ｙ，Ｚとし、Ｘ軸を中心として回転する角度をφ、Ｙ軸を中心として回転する角度をθ、Ｚ軸を中心として回転する角度をψとする。
ここで、図１に示すように、磁気センサによって初期時の地磁気の成分が（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が得られ、図２に示すように、磁気センサが回転及び傾斜することによって得られた地磁気の成分が（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）とすると、（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）を−φ回転すると、図３の状態となり、次に、−θ回転すると、図４の状態となり、次に、−ψ回転させると、図５の状態となり、図１の（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に一致する。
従って、（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）から（Ｘ，Ｙ，Ｚ）への座標変換は数１、数２、数３に示すようになる。
【０００８】
【数１】
0003544387.tif 000002
【０００９】
【数２】
0003544387.tif 000003
【００１０】
【数３】
0003544387.tif 000004
【００１１】
従って、地磁気の各々直交する３成分と一方の傾斜角度φが既知であれば、他方の傾斜角度θ及び方位角度ψを求めることができる。
【００１２】
図６は、本発明の一実施例の方位・傾斜センサによる入力装置の外観斜視図である。図７は、本発明の一実施例のブロック図を示す。磁気センサ８は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３方向を検出する磁気センサ素子３組から構成されており、非磁性材料からなる、ほぼ正方形のケースに格納されている。磁気センサ８の出力信号２，３，４は、出力ケーブル９にて導出され、出力信号はアナログ信号であるので、マイクロコンピュータ５のＡ／Ｄコンバータにてディジタル信号に変換される。
傾斜センサは重錘による垂直線との傾斜角度を、例えば抵抗値に変換し、アナログ信号に変換、その出力１を同じくマイクロコンピュータ５のＡ／Ｄコンバータにディジタル信号に変換する。コンピュータ５内に前記した原理の算式をプログラムしてあり、上記の各センサのＡ／Ｄコンバータしたディジタル信号を演算する。その結果を出力ケーブル６にて出力する。
なお、上記の一実施例は、傾斜センサ７、磁気センサ８とマイクロコンピュータ５とは別構成で分かれているが、入力装置が若干大形になるが、一体の装置に組み込むことも可能である。
【００１３】
【発明の効果】
以上、説明したように、空間の位置において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３方向に傾斜させることで、容易にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３方向の位置変化信号を作ることができ、安価で小形の信頼性の高い入力装置の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】初期状態での地磁気センサの座標系を示す図。
【図２】初期状態より回転・傾斜した時の座標系を示す図。
【図３】図２を−φ角回転した時の座標系を示す図。
【図４】図３を−θ角回転した時の座標系を示す図。
【図５】図４を−ψ角回転した時の座標系を示す図。
【図６】本発明の一実施例によるによる入力装置の斜視図。
【図７】本発明の一実施例のブロック図。
【符号の説明】
１    φ角傾斜検出センサ出力
２        Ｘ軸磁気センサ出力
３        Ｙ軸磁気センサ出力
４    Ｚ軸磁気センサ出力
５    Ａ／Ｄコンバータ内蔵マイクロコンピュータ
６        データ出力用信号ケーブル
７        傾斜センサ
８        磁気センサ
９        出力ケーブル
【図１】
0003544387.tif 000005
【図２】
0003544387.tif 000006
【図３】
0003544387.tif 000007
【図４】
0003544387.tif 000008
【図５】
0003544387.tif 000009
【図６】
0003544387.tif 000010
【図７】
0003544387.tif 000011