(57)【要約】【課題】部品点数を増やすことなく、平面操作が可能な空間操作型の入力装置、制御装置、制御システム、及び制御方法及びハンドヘルド装置を提供する。【解決手段】  入力装置１は、角速度センサユニット１５と、加速度センサ１６とを備え、角速度センサユニット１５で検出された角速度値（ωx ，ωy）に閾値Th３が設定され、角速度値（ωx ，ωy）が閾値Th３より小さいか否か（ＳＴ１５０５）かつ加速度値（ax 、az）のうち少なくとも一方の加速度値が閾値Th４より大きいか否か（ＳＴ１５０６）に応じて、平面操作モードと空間操作モードとを切り替えることができる。従って、加速度センサ１６及び角速度センサ１５以外のセンサを用いることなく（部品点数を増やすことなく）、平面操作モードと空間操作モードとを切り替えることができる。【選択図】図１５
2009072583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画面上のポインタの動きを制御する入力装置であって、
筐体と、
前記筐体の動きを検出する慣性センサと、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値を算出する平面対応値算出手段と、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値を算出する空間対応値算出手段と
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、
前記慣性センサの検出値に基き、前記筐体の動きが平面上か空間内かを判定する判定手段と、
前記判定手段の判定に基き、前記平面対応値算出手段による前記平面対応値の算出と、前記空間対応値算出手段による前記空間対応値との算出とを切り替える切り替え手段とをさらに具備する入力装置。
【請求項３】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記判定手段は、前記慣性センサの手振れ検出値に基き、前記筐体の動きが平面上か空間内かを判定する入力装置。
【請求項４】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記判定手段は、前記慣性センサが検出する前記筐体の平面に直交する方向の動き検出値が所定値以下か否かで、前記筐体の動きが平面上か空間内かを判定する入力装置。
【請求項５】
請求項３に記載の入力装置であって、
前記判定手段が所定時間以上連続して同じ判定をしたとき、前記切り替え手段は、前記平面対応値算出手段による前記平面対応値の算出と、前記空間対応値算出手段による前記空間対応値の算出とを切り替える入力装置。
【請求項６】
請求項４に記載の入力装置であって、
前記判定手段が所定時間以上連続して同じ判定をしたとき、前記切り替え手段は、前記平面対応値算出手段による前記平面対応値の算出と、前記空間対応値算出手段による前記空間対応値の算出とを切り替える入力装置。
【請求項７】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記筐体の、第１の軸に沿う方向の動きを検出する第１の慣性センサと、
前記筐体の、前記第１の軸に直交する第２の軸に沿う方向の動きを検出する第２の慣性センサと、
前記筐体の、前記第１及び第２の軸に直交する第３の軸に沿う方向の動きを検出する第３の慣性センサとを有し、
前記空間対応値算出手段は、前記第１の慣性センサの検出値に基き、前記画面上の第１の方向の前記ポインタの変位量に対応する対応値を算出し、前記第２の慣性センサの検出値に基き、前記画面上の第２の方向の前記ポインタの変位量に対応する対応値を算出し、
前記平面対応値算出手段は、前記第１の慣性センサの検出値に基き、前記画面上の第１の方向の前記ポインタの変位量に対応する対応値を算出し、前記第３の慣性センサの検出値に基き、前記画面上の第２の方向の前記ポインタの変位量に対応する対応値を算出する入力装置。
【請求項８】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記慣性センサは、加速度センサと角速度センサを含む入力装置。
【請求項９】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記慣性センサの検出値から、前記筐体の前記平面上での移動により生じる振動周波数成分を除去するフィルタをさらに具備する入力装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記慣性センサは、前記筐体の加速度を検出する加速度センサと、前記筐体の角速度を検出する角速度センサとを含み、
前記判定手段は、前記角速度センサで検出される角速度値が第１の閾値より小さいか否かを判定し、
前記切り替え手段は、前記角速度値が前記第１の閾値より小さいか否かに応じて、前記平面対応値算出手段による前記平面対応値の算出と、前記空間対応値算出手段による前記空間対応値の算出とを切り替える入力装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の入力装置であって、
前記判定手段は、前記加速度センサで検出される加速度値が第２の閾値より大きいか否かをさらに判定し、
前記切り替え手段は、前記角速度値が前記第１の閾値より小さいときに、前記加速度値が前記第２の閾値より大きいか否かに応じて、前記平面対応値算出手段による前記平面対応値の算出と、前記空間対応値算出手段による空間対応値の算出とを切り替える入力装置。
【請求項１２】
筐体と、前記筐体の動きを検出する慣性センサとを有する入力装置から出力された、前記慣性センサの検出値に基いて、画面上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、
前記入力装置から出力された前記慣性センサの検出値を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信された前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値を算出する平面対応値算出手段と、
前記受信手段により受信された前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量の対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値を算出する空間対応値算出手段と、
前記平面速度値又は前記空間速度値の情報に応じた、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】
検出値の情報を出力する入力装置と、前記入力装置から出力された検出値の情報に応じて、画面上に表示されるポインタの移動を制御する制御装置とを備える制御システムであって、
前記入力装置は、
筐体と、
前記筐体の動きを検出する慣性センサと、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値を算出する平面対応値算出手段と、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量の対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値を算出する空間対応値算出手段とを有し、
前記制御装置は、
前記平面対応値又は前記空間対応値の情報を受信する受信手段と、
前記平面対応値又は前記空間対応値の情報に応じた、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システム。
【請求項１４】
検出値の情報を出力する入力装置と、前記入力装置から出力された検出値の情報に応じて、画面上に表示されるポインタの移動を制御する制御装置とを備える制御システムであって、
前記入力装置は、
筐体と、
前記筐体の動きを検出する慣性センサと、
前記慣性センサの検出値を出力する出力手段とを有し、
前記制御装置は、
前記出力手段により出力された前記慣性センサの検出値の情報を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信された前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値を算出する平面対応値算出手段と、
前記受信手段により受信された前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値を算出する空間対応値算出手段と、
前記平面対応値又は前記空間対応値の情報に応じた、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システム。
【請求項１５】
筐体を有する入力装置の動きに応じて、画面上に表示されるポインタの移動を制御する制御方法であって、
慣性センサで前記筐体の動きを検出し、
前記慣性センサの検出値に基き、前記筐体の動きが平面上か空間内かを判定し、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値の算出と、前記画面上の前記ポインタの変位量の対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値の算出とを切り替える制御方法。
【請求項１６】
画面上のポインタの動きを制御するハンドヘルド装置であって、
筐体と、
前記画面を表示する表示部と、
前記筐体の動きを検出する慣性センサと、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値を算出する平面対応値算出手段と、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値を算出する空間対応値算出手段と
を具備するハンドヘルド装置。
【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、その制御方法及びハンドヘルド装置に関する。
【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。この角速度センサは、振動型の角速度センサである。例えば共振周波数で圧電振動する振動体に回転角速度が加えられると、振動体の振動方向に直交する方向にコリオリ力が生じる。このコリオリ力は、角速度に比例するので、コリオリ力が検出されることで、回転角速度が検出される。特許文献１の入力装置は、角速度センサにより直交する２軸の回りの角速度を検出し、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を生成し、これを制御機器に送信する。【０００４】
特許文献２には、３つ（３軸）の加速度センサ及び３つ（３軸）の角速度センサ（ジャイロ）を備えたペン型入力装置が開示されている。このペン型入力装置は、それぞれ３つの加速度センサ及び角速度センサにより得られる信号に基いて種々の演算を行い、ペン型入力装置の姿勢角を算出している。【０００５】
加速度センサは、ユーザの入力装置の操作時の加速度だけでなく、重力加速度を検出する。入力装置に働く重力と、入力装置が動くときの入力装置の慣性力とは同じ物理量であるので、入力装置にはその区別が付かない。例えばユーザが入力装置を勢いよく水平に動かした時、その慣性力と重力との合成力が重力方向（下方向）であると誤認識される。上記特許文献２のペン型入力装置では、３軸の回転角速度、３軸方向の加速度が検出され、すなわち、６自由度すべての量が検出されるので、このような慣性力と重力の問題が解決される。【０００６】
なお、現在では一般的に用いられている平面操作型のマウスが加速度センサを備えている場合もある（例えば、特許文献３参照。）。このマウスを用いた装置は、加速度センサにより検出されるマウスの加速度に基いて、表示部に表示データを出力する。  
【特許文献１】特開２００１−５６７４３号公報（段落[００３０]、[００３１]、図３）
【特許文献２】特許第３７４８４８３号公報（段落[００３３]、[００４１]、図１）
【特許文献３】実開昭６１−８９９４０号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記した空間操作型の入力装置を、一般的なマウスのように平面操作型として用いるためには、その入力装置が平面上に置かれたことを検出する光センサ等が入力装置に設けられる必要がある。【０００８】
しかしながら、光センサが設けられる場合、部品点数が増え、余分なコストが必要になる。また、入力装置の空間での動きを検出するための角速度センサ等のほかに、別途光センサが設けられる場合、その光センサを配置するためのスペースが問題となり、結果的に入力装置のデザインも制約される。【０００９】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、部品点数を増やすことなく、平面操作が可能な空間操作型の入力装置、制御装置、制御システム、制御方法及びハンドヘルド装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一形態に係る入力装置は、画面上のポインタの動きを制御する入力装置であって、筐体と、慣性センサと、平面対応値算出手段と、空間対応値算出手段とを具備する。
前記慣性センサは、前記筐体の動きを検出する。前記平面対応値算出手段は、前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値を算出する。前記空間対応値算出手段は、前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値を算出する。【００１１】
上記入力装置は、平面上で入力装置を操作するときも空間内で入力装置を操作するときも慣性センサの検出値を用いて画面上のポインタの動きを制御する。これにより、平面上か空間内かの操作態様に応じてセンサを使い分ける構成と比較して、部品点数を増やすことなく、平面操作が可能な空間操作型の入力装置を提供することが可能となる。
平面対応値及び空間対応値としては、平面速度、空間速度、平面加速度、空間加速度などが含まれ、いずれの対応値も慣性センサの検出値から直接または演算により得ることができる。【００１２】
上記入力装置は、判定手段と、切り替え手段とをさらに具備する。
前記判定手段は、前記慣性センサの検出値に基き、前記筐体の動きが平面上か空間内かを判定する。前記切り替え手段は、前記判定手段の判定に基き、前記平面対応値算出手段による前記平面対応値の算出と、前記空間対応値算出手段による前記空間対応値との算出とを切り替える。【００１３】
前記判定手段は、前記慣性センサの手振れ検出値に基き、前記筐体の動きが平面上か空間内かを判定してもよい。筐体が平面上で操作されているとき、手振れに相当する検出値は出力されないため、この手振れ検出値の有無によって筐体の平面上の動きと空間内の動きを容易に区別することができる。【００１４】
前記判定手段は、前記慣性センサが検出する前記筐体の平面に直交する方向の動き検出値が所定値以下か否かで、前記筐体の動きが平面上か空間内かを判定してもよい。筐体が平面上で操作されているとき、当該平面と直交する方向へ筐体が大きく動かされることはほとんどない。そこで、この平面と直交する方向への筐体の動きが検出されたとき、筐体が空間内で操作されているものと判定することができる。【００１５】
前記判定手段が所定時間以上連続して同じ判定をしたとき、前記切り替え手段は、前記平面対応値算出手段による前記平面対応値の算出と、前記空間対応値算出手段による前記空間対応値の算出とを切り替えてもよい。これにより、判定手段による判定結果の信頼性を高めることが可能となる。【００１６】
前記入力装置は、第１の慣性センサと、第２の慣性センサと、第３の慣性センサとを有してもよい。前記第１の慣性センサは、前記筐体の、第１の軸に沿う方向の動きを検出する。前記第２の慣性センサは、前記筐体の、前記第１の軸に直交する第２の軸に沿う方向の動きを検出する。前記第３の慣性センサは、前記筐体の、前記第１及び第２の軸に直交する第３の軸に沿う方向の動きを検出する。この場合、前記空間対応値算出手段は、前記第１の慣性センサの検出値に基き、前記画面上の第１の方向の前記ポインタの変位量に対応する対応値を算出し、前記第２の慣性センサの検出値に基き、前記画面上の第２の方向の前記ポインタの変位量に対応する対応値を算出する。一方、前記平面対応値算出手段は、前記第１の慣性センサの検出値に基き、前記画面上の第１の方向の前記ポインタの変位量に対応する対応値を算出し、前記第３の慣性センサの検出値に基き、前記画面上の第２の方向の前記ポインタの変位量に対応する対応値を算出する。【００１７】
前記入力装置は、前記慣性センサの検出値から、前記筐体の前記平面上での移動により生じる振動周波数成分を除去するフィルタをさらに具備してもよい。これにより、入力装置を平面上で動かすときに、平面上の例えば凹凸や段差等を通過するときに慣性センサの検出値に含まれるノイズの周波数成分を除去することができる。【００１８】
前記慣性センサは、前記筐体の加速度を検出する加速度センサと、前記筐体の角速度を検出する角速度センサとを含んでもよい。前記判定手段は、前記角速度センサで検出される角速度値が第１の閾値より小さいか否かを判定し、前記切り替え手段は、前記角速度値が前記第１の閾値より小さいか否かに応じて、前記平面対応値算出手段による前記平面対応値の算出と、前記空間対応値算出手段による前記空間対応値の算出とを切り替えることができる。【００１９】
ユーザが空間で入力装置を動かすときの角速度の方が、平面で入力装置を動かすときの角速度に比べ、十分に大きくなる。人間が入力装置を自然に動かすとき、手首、肘及び肩のうち少なくとも１つを中心軸として入力装置を回転させるように動かすからである。本発明では、このような事実を利用し、角速度値に第１の閾値が設定され、その第１の閾値判定に応じて、平面対応値の算出と空間対応値の算出とが切り替えられる。これにより、例えば、加速度センサ及び角速度センサ以外のセンサが用いられることなく、入力装置の平面操作及び空間操作によるそれぞれの対応値の算出モードを切り替えることができる。【００２０】
前記判定手段は、前記加速度センサで検出される加速度値が第２の閾値より大きいか否かをさらに判定してもよい。前記切り替え手段は、前記角速度値が前記第１の閾値より小さいときに、前記加速度値が前記第２の閾値より大きいか否かに応じて、前記平面対応値算出手段による前記平面対応値の算出と、前記空間対応値算出手段による空間対応値の算出とを切り替える。これにより、入力装置の角速度値が第１の閾値より小さく、かつ加速度値が第２の閾値より大きいときに、入力装置が平面上で操作されていると確実に判断することができる。【００２１】
本発明において、「筐体と、〜制御する制御装置であって、」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。【００２２】
本発明では、平面対応値の算出、空間対応値の算出などを制御装置側で演算するので、入力装置側の負荷を低減することができる。【００２３】
本発明の一形態に係る制御システムは、検出値の情報を出力する入力装置と、前記入力装置から出力された検出値の情報に応じて、画面上に表示されるポインタの移動を制御する制御装置とを備える。
前記入力装置は、筐体と、慣性センサと、平面対応値算出手段と、空間対応値算出手段とを有する。前記慣性センサは、前記筐体の動きを検出する。前記平面対応値算出手段は、前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値を算出する。前記空間対応値算出手段は、前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量の対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値を算出する。
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、前記平面対応値又は前記空間対応値の情報を受信する。前記座標情報生成手段は、前記平面対応値又は前記空間対応値の情報に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する。【００２４】
本発明の他の形態に係る制御システムは、検出値の情報を出力する入力装置と、前記入力装置から出力された検出値の情報に応じて、画面上に表示されるポインタの移動を制御する制御装置とを備える。
前記入力装置は、筐体と、慣性センサと、出力手段とを有する。前記慣性センサは、前記筐体の動きを検出する。前記出力手段は、前記慣性センサの検出値を出力する。
前記制御装置は、受信手段と、平面対応値算出手段と、空間対応値算出手段と、座標情報生成手段とを有する。前記受信手段は、前記出力手段により出力された前記慣性センサの検出値の情報を受信する。前記平面対応値算出手段は、前記受信手段により受信された前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値を算出する。前記空間対応値算出手段は、前記受信手段により受信された前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値を算出する。前記座標情報生成手段は、前記平面対応値又は前記空間対応値の情報に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する。【００２５】
本発明の一形態に係る制御方法は、筐体を有する入力装置の動きに応じて、画面上に表示されるポインタの移動を制御する制御方法であって、慣性センサで前記筐体の動きを検出することを含む。前記慣性センサの検出値に基き、前記筐体の動きが平面上か空間内かが判定される。前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値の算出と、前記画面上の前記ポインタの変位量の対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値の算出とが切り替えられる。【００２６】
本発明の一形態に係るハンドヘルド装置は、画面上のポインタの動きを制御するハンドヘルド装置であって、筐体と、表示部と、慣性センサと、平面対応値算出手段と、空間対応値算出手段とを具備する。
前記表示部は、前記画面を表示する。前記慣性センサは、前記筐体の動きを検出する。前記平面対応値算出手段は、前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値を算出する。前記空間対応値算出手段は、前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値を算出する。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本発明によれば、部品点数を増やすことなく、平面操作が可能な空間操作型の入力装置、制御装置、制御システム、制御方法及びハンドヘルド装置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】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。  
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。  
図１に示すように、制御装置４０は、ＭＰＵ３５（あるいはＣＰＵ）、ＲＡＭ３６、ＲＯＭ３７、送受信機３８、アンテナ３９、ビデオＲＡＭ４１及び表示制御部４２等を含む。【００２９】
送受信機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。また、送受信機３８は、入力装置１へ所定の各種の信号を送信することも可能となっている。【００３０】
ＭＰＵ３５は、制御信号に基づいて、表示装置５の画面３に表示されるポインタ（カーソル）２の移動を制御するための演算をしたりアイコン４の実行を制御するための演算をしたりする。これにより、表示装置５の画面３上に表示されたＵＩを制御する表示制御信号が生成される。【００３１】
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。【００３２】
制御装置４０は、入力装置１に専用の機器であってもよいが、ＰＣ等であってもよい。制御装置４０は、入力装置１に専用の機器に限られず、表示装置５と一体となったコンピュータであってもよいし、オーディオ／ビジュアル機器、プロジェクタ、ゲーム機器、テレビ、またはカーナビゲーション機器等であってもよい。【００３３】
図２は、入力装置１を示す斜視図である。【００３４】
入力装置１は、表示装置５に情報を入力するために用いられる空間ポインティングデバイスである。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。図２に示すように、入力装置１は、筐体１０、筐体１０の上部に設けられた例えば３つのボタン１１、１２、１３等の操作部を備えている。【００３５】
ボタン１１は、筐体１０の上部の中央よりに設けられ、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ている。ボタン１１のダブルクリックによりファイルが実行される。またボタン１１を長押しして入力装置を移動することにより、「ドラッグアンドドロップ」操作を行うことができる。【００３６】
ボタン１２は、ボタン１１に隣接し、マウスの右ボタンの機能を有する。例えば、様々なオプション操作を行うことができる。【００３７】
ボタン１３は、入力装置１の傾きなどを認識する機能の有効／無効を切り替えるときに用いるボタンである。また、ボタン１３は、回転可能なボタンであり、回転させることで、画面をスクロールさせることができる。ボタン１１、１２及び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。【００３８】
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。【００３９】
図３に示すように、入力装置１は、制御ユニット３０、センサユニット１７、バッテリー１４を備えている。【００４０】
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、送受信機２１、メイン基板１８上にプリントされたアンテナ２２を含む。【００４１】
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。【００４２】
センサユニット１７（慣性センサ）は、その直交する２軸の周りの角速度を検出する角速度センサユニット（ジャイロセンサユニット）１５を有する。また、センサユニット１７は、互いに異なる角度、例えば直交する３軸（Ｘ’軸、Ｙ’軸及びＺ’軸）に沿った加速度を検出する加速度センサユニット１６を有する。【００４３】
ＭＰＵ１９は、図４に示すように、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の入力を受け、これらの入力信号に応じて、制御信号を生成するため、各種の演算処理等を行う。すなわち、ＭＰＵ１９は、後述するように、画面３上のポインタ２の変位量に対応する、筐体１０の平面上での動きに対応する平面速度値（平面対応値）を算出する機能（平面対応値算出手段）と、筐体１０の空間内での動きに対応する空間速度値（空間対応値）を算出する機能（空間対応値算出手段）とを有する。【００４４】
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。【００４５】
送受信機２１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。【００４６】
電源はＤＣ／ＤＣコンバータ２６経由し、電源電圧を安定化したのち、センサユニット１７やＭＰＵ１９に電源を供給する。【００４７】
図５は、センサユニット１７を示す斜視図である。  
センサユニット１７の加速度センサユニット１６は、第１の加速度センサ１６１、第２の加速度センサ１６２及び加速度センサ１６３の３つセンサを含む。また、センサユニット１７の角速度センサユニット１５は、第１の角速度センサ１５１及び第２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。【００４８】
第１、第２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。第１、第２及び第３の加速度センサ１６１、１６２、１６３としては、ピエゾ抵抗型、圧電型、静電容量型等、どのようなタイプのセンサであってもよい。【００４９】
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（加速度検出面）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、加速度センサユニット１６はＸ’軸、Ｙ’軸及びＺ’軸の３軸に関する物理量を検出し、角速度センサユニット１５はＸ’軸及びＹ’軸の２軸に関する物理量を検出する。本明細書中では、入力装置１とともに動く座標系、つまり、入力装置１に固定された座標系をＸ’軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸で表す。一方、地球上で静止した座標系、つまり慣性座標系をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸で表す。また、以降の説明では、入力装置１の動きに関し、Ｘ’軸方向の周りの回転をヨー方向、Ｙ’軸方向の周りの回転をピッチ方向といい、Ｚ’軸方向の周りの回転をロール方向という場合もある。【００５０】
図６は、表示装置５に表示される画面３の例を示す図である。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し、このようなディスプレイと上記制御装置４０とが一体となった装置でもよい。【００５１】
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。【００５２】
図７は、ユーザが入力装置１を握った様子を示す図である。図７に示すように、入力装置１は、上記ボタン１１、１２及び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を空中で移動させたり、机等の上を移動させたり、あるいは操作部を操作したりすることにより、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。【００５３】
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８はその説明図である。【００５４】
図８（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５参照）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８（Ａ）、（Ｂ）に示す入力装置１の姿勢を基本姿勢という。【００５５】
図８（Ａ）に示すように、基本姿勢の状態で、ユーザが手首や腕を上下方向、つまりピッチ方向に振る。このとき、第２の加速度センサ１６２は、ピッチ方向の加速度（ay）を検出し、第１の角速度センサ１５１は、Ｘ’軸の周りの角速度（ωx）を検出する（図５参照）。これらの検出値に基き、制御装置４０は、ポインタ２がＹ軸方向に移動するようにそのポインタ２の表示を制御する。【００５６】
一方、図８（Ｂ）に示すように、基本姿勢の状態で、ユーザが手首や腕を左右方向、つまりヨー方向に振る。このとき、第１の加速度センサ１６１は、ヨー方向の加速度（ax）を検出し、第２の角速度センサ１５２は、Ｙ軸の周りの角速度（ωy）を検出する（図５参照）。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。【００５７】
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ヨー及びピッチ方向の速度値を算出する。この場合、主として入力装置１のＭＰＵ１９が、速度情報を算出する。ここで、ポインタ２の移動の制御のためには、加速度センサユニット１６が検出する３軸の加速度値の積分値（速度）のディメンジョンが用いられる。そして、この速度のディメンジョンの入力情報が制御装置４０に送られる。【００５８】
他の実施の形態では、入力装置１は、角速度センサユニット１５などで検出された物理量が入力情報として制御装置４０に送られる。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ヨー及びピッチ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１４参照）。【００５９】
制御装置４０は、後述する空間操作モード時には、単位時間当りのヨー方向の変位を、画面３上のＸ軸上でのポインタ２の変位量に変換し、単位時間当りのピッチ方向の変位を、画面３上のＹ軸上でのポインタ２の変位量に変換する。制御装置４０は、後述する平面操作モード時には、単位時間当りのヨー方向の変位を、画面３上のＸ軸上でのポインタ２の変位量に変換し、単位時間当りのロール方向の変位を、画面３上のＹ軸上でのポインタ２の変位量に変換する。これにより、ポインタ２を移動させる。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。この場合、主として制御装置４０のＭＰＵ３５が、座標情報を算出する。【００６０】
上記速度値を算出するときの、加速度値の積分についても、この変位量の算出方法と同様とすればよい。【００６１】
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。【００６２】
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。【００６３】
この場合、特に、入力装置１が実際にヨー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はヨー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加速度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。【００６４】
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、上のピッチ方向の慣性力Iと区別が付かない。【００６５】
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に、本実施の形態に係る入力装置１は、角速度センサユニット１５で検出された角速度値を用いて、入力装置１の速度値を算出する。以下、この動作について説明する。図１１は、その動作を示すフローチャートである。【００６６】
入力装置１に電源が投入される。例えば、ユーザが入力装置１または制御装置４０に設けられた電源スイッチ等を入れることにより、入力装置１に電源が投入される。電源が投入されると、加速度センサユニット１６から加速度信号（第１、第２の加速度値ax 、ay）が出力され（ステップ１０１ａ）、これがＭＰＵ１９に供給される。この加速度信号は、電源が投入された時点での入力装置１の姿勢（以下、初期姿勢という）に対応する信号である。【００６７】
初期姿勢は、上記基本姿勢になることも考えられる。しかし、Ｘ軸方向に重力加速度のすべての量が検出される姿勢、すなわち第１の加速度センサ１６１の出力が重力加速度分の加速度値を検出し、第２の加速度センサ１６２の出力が０である場合もある。もちろん初期姿勢は、図９（Ｂ）に示したように傾いた姿勢であることも考えられる。【００６８】
入力装置１のＭＰＵ１９は、所定のクロック数ごとにこの加速度センサユニット１６からの加速度信号（ax 、ay）を取得する。ＭＰＵ１９は、２回目以降の加速度信号（ax 、ay）を取得すると、重力の影響を除去するために、次のような演算を行う。すなわちＭＰＵ１９は、下記の式（１）、（２）のように、今回の加速度値ax 、ayから、前回のそれぞれＸ軸、Ｙ軸方向で検出された重力加速度成分（１回目のax(=arefx)、ay(=arefy)）を差し引き、それぞれ第１の補正加速度値acorx、第２の補正加速度値acoryを生成する（ステップ１０２ａ）。【００６９】
acorx =ax−arefx・・・（１）
acory =ay−arefy・・・（２）
arefx、arefyを、以降、それぞれＸ軸、Ｙ軸の基準加速度値（第１の基準加速度値、第２の基準加速度値）という。電源が投入されてから最初にステップ１０２ａの計算をするとき、arefx、arefyは電源投入直後に検出された加速度信号ax 、ayとなる。【００７０】
ＭＰＵ１９は、式（３）、（４）に示すように、第１、第２の補正加速度値acorx、acoryを加算していく、つまり積分演算により、それぞれ第１の速度値Vx、第２の速度値Vyを算出する（ステップ１１５）。【００７１】
Vx(t) =Vx(t-1)＋acorx・・・（３）
Vy(t) =Vy(t-1)＋acory・・・（４）
Vx(t)、Vy(t)は今回の速度値を表し、Vx(t-1)、Vy(t-1)は前回の速度値を表している。【００７２】
一方、上記したように、入力装置１に電源が投入されると、角速度センサユニット１５から２軸の角速度信号（第１及び第２の角速度値ωx 、ωy）が出力され（ステップ１０１ｂ）、これがＭＰＵ１９に供給される。ＭＰＵ１９は、これを取得すると、微分演算により、それぞれの角加速度値（第１の角加速度値Δωx 、第２の角加速度値Δωy）を算出する（ステップ１０２ｂ）。【００７３】
ＭＰＵ１９は、上記Δωx 、Δωyの絶対値|Δωy|、|Δωx|がそれぞれ閾値Th１より小さいか否かを判定する（ステップ１０３、ステップ１０６）。|Δωy|≧Th１の場合、ＭＰＵ１９は、第１の基準加速度値arefxをそのまま用い、これを更新しない（ステップ１０４）。同様に、|Δωx|≧Th１の場合、ＭＰＵ１９は、第２の基準加速度値arefyをそのまま用い、これを更新しない（ステップ１０７）。【００７４】
閾値Th１は、０に近い値が設定される。閾値Th１は、ユーザが意識的に入力装置１を静止させているにも関わらず、ユーザの手ぶれやＤＣオフセット等により検出されてしまう角速度値が考慮される。こうすることで、ユーザが意識的に入力装置１を静止させた場合に、当該手ぶれやＤＣオフセットによりポインタ２が動いて表示されてしまうことを防止できる。【００７５】
以上のように処理するのは以下の理由による。  
図１２は、入力装置１を操作するユーザを上から見た図である。ユーザが自然に入力装置１を操作する場合、腕の付け根の回転、肘の回転及び手首の回転のうち少なくとも１つによって操作する。したがって、加速度が発生すれば、角加速度も発生すると考える。すなわち、加速度は、その加速度の方向と同じ方向の角加速度に従属するものとみなすことができる。したがって、ＭＰＵ１９は、第２の角加速度値|Δωy|を監視することで、それと同じ方向である第１の基準加速度値arefxを更新するか否かを判定し、式（１）から結果的に第１の補正加速度値acorxを校正するか否かを判定することができる。第１の角加速度値|Δωx|についても同様である。【００７６】
さらに詳しく説明すると、第２の角加速度値|Δωy|が閾値Th１以上であるときは、ＭＰＵ１９は、入力装置１がヨー方向に動いていると判定する。この場合、ＭＰＵ１９は、第１の基準加速度値arefxを更新せず、結果的に、第１の補正加速度値acorxを校正せず、そのacorxに基き、式（３）の積分演算を続ける。【００７７】
また、第１の角加速度値|Δωx|が閾値Th１以上であるときは、ＭＰＵ１９は、入力装置１がピッチ方向に動いていると判定する。この場合、ＭＰＵ１９は、第２の基準加速度値arefyを更新せず、結果的に、第２の補正加速度値acoryを校正せず、そのacoryに基き、式（４）の積分演算を続ける。【００７８】
一方、ステップ１０３において、第２の角加速度値|Δωy|が閾値Th１より小さいときは、ＭＰＵ１９は、入力装置１がヨー方向では静止していると判定する。この場合、ＭＰＵ１９は、第１の基準加速度値arefxを今回の（最新の）検出値axに更新することで、式（１）により、第１の補正加速度値acorxを校正する（ステップ１０５）。最新の検出値axとは、つまり、入力装置１がほぼ静止している状態での検出値であるので、これは重力加速度による成分値となる。【００７９】
同様に、ステップ１０６において、第１の角加速度値|Δωx|が閾値Th１より小さいときは、ＭＰＵ１９は、入力装置１がピッチ方向では静止していると判定する。この場合、ＭＰＵ１９は、第２の基準加速度値arefyを今回の（最新の）検出値ayに更新することで、式（２）により、第２の補正加速度値acoryを校正する（ステップ１０８）。【００８０】
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閾値Th１としたが、両方向で異なる閾値が用いられてもよい。【００８１】
上記では、角加速度値Δωx 、Δωyが監視されたが、さらにＭＰＵ１９は、角速度値ωx 、ωyを監視することで、式（３）、（４）で算出された速度値を補正することも可能である。図１２の考え方により、速度が発生すれば、角速度も発生すると考え、速度は、その速度の方向と同じ方向の角速度に従属するものとみなすことができる。【００８２】
詳しくは、第２の角速度値の絶対値|ωy|が閾値Th２以上であるときは（ステップ１０９のＮＯ）、ＭＰＵ１９は、入力装置１がヨー方向に動いていると判定する。この場合、ＭＰＵ１９は、第１の速度値Vxを補正しない（ステップ１１０）。第１の角速度値の絶対値|ωx|についても同様である（ステップ１１２のＮＯ、ステップ１１３）。【００８３】
閾値Th２も、上記閾値Th１の設定とどうような趣旨で設定されればよい。【００８４】
一方、第２の角速度値の絶対値|ωy|が閾値Th２より小さいときは（ステップ１０９のＹＥＳ）、ＭＰＵ１９は、入力装置１がヨー方向では静止していると判定する。この場合、ＭＰＵ１９は、第１の速度値Vxを補正し、例えばゼロにリセットされる（ステップ１１１）。第１の角速度値の絶対値|ωx|についても同様である（ステップ１１２のＹＥＳ、ステップ１１４）。【００８５】
以上のようにＭＰＵ１９は、両方向の速度値Vx、Vy（空間速度値）を出力し、送受信機２１はこの速度値に関する入力情報を制御装置４０に出力する（ステップ１１６）。【００８６】
制御装置４０のＭＰＵ３５は、入力情報である速度値Vx、Vyを入力する（ステップ１１７）。ＭＰＵ３５は、下記の式（５）、（６）に示す、速度値Vx、Vyに応じた、ポインタ２の座標値X、Yを生成し（ステップ１１８）、画面３上のポインタ２が移動するように表示を制御する（ステップ１１９）。【００８７】
X(t) =X(t-1)＋Vx・・・（５）
Y(t) =Y(t-1)＋Vy・・・（６）
以上のように、入力装置１がほぼ静止したときには基準加速度値arefx、arefyが更新され、補正加速度値acorx、acoryが校正されるので、加速度センサユニット１６への重力の影響を抑えることができる。また、基準加速度値arefx、arefyが更新されると、式（１）、（２）より加速度値acorx、acoryが補正されるため、ＤＣレベルも補正され、ＤＣオフセットの問題も解決される。さらに、入力装置１がほぼ静止したときには速度値もゼロリセットされるように補正されるので、積分誤差も抑えることができる。積分誤差が発生すると、ユーザが入力装置１の移動を停止させたにも関わらず、ポインタ２が画面３上で動く現象が起こる。【００８８】
また、本実施の形態では、第１の基準加速度値arefx及び第２の基準加速度値arefyの更新が個別に行われることにより、例えばヨー及びピッチ方向のうち一方の角加速度値のみが閾値より小さくなれば、その校正が行われることになる。したがって、実用的に十分短い時間間隔で、第１の基準加速度値arefxまたは第２の基準加速度値arefyを更新することができる。第１の速度値Vx及び第２の速度値Vyの補正が個別に行われることについても同様のことが言える。図１３は、このことをわかりやすく説明するための図である。【００８９】
図１３では、Ｘ’軸及びＹ’軸の平面で見た入力装置１の軌跡を示している。ヨー方向での角速度値ωyがほぼゼロ（閾値Th２より小さい）であれば、Vxがゼロリセットされる。ピッチ方向での角速度値ωxがほぼゼロ（閾値Th２より小さい）であれば、Vyがゼロリセットされる。【００９０】
従来から、重力の影響を抑えるために、６つのセンサが設けられる入力装置１のほか、３軸の加速度センサにより重力ベクトルの単位時間当りの変化を検出することで、ロール及びピッチの角速度を認識し、これをＸＹの変位量とする装置もある。この装置は、Ｙ軸方向は問題ないが、ユーザがロール方向に手首をひねる、あるいはねじることのみで、Ｘ軸方向でポインタ２を移動させる、といったタイプであるので、ユーザの直感にそぐわない。【００９１】
図１４は、上記した他の実施の形態を示すフローチャートである。このフローチャートでは、入力装置１がセンサユニット１７から出力された加速度信号及び角速度信号を入力情報として制御装置４０に出力する。制御装置４０のＭＰＵ３５は、ステップ２０４〜２１８において、図１１で示したステップ１０２ａ及び１０２ｂ〜１１５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（以下同様）。【００９２】
入力装置１は、例えばテレビなどの遠隔操作に用いられるリモートコントローラやゲーム機用の入力装置であってもよい。【００９３】
次に、入力装置１のモード（空間操作モード、平面操作モード）切り替え動作について説明する。  
図１５は、入力装置１の入力操作モード（空間操作モード、平面操作モード）切り替え動作のフローチャート、図１６は入力装置１が平面上に載置された状態を示す図である。入力装置１は、図１６に示すように、例えばその底部１０Ａ、１０Ｂ及び１０ＣをＸ’Ｚ’平面に接触させた状態で平面操作される。底部１０Ｃは、入力装置１の図１６では図示しない部分の底部である。【００９４】
図１５に示すように、まず、図示を省略したスイッチ（電源）をＯＮ状態とし（ＳＴ１５０１）、ＭＰＵ１９に内蔵する不揮発性メモリに記録されている基準ゼロ電圧をレファレンス値として読み込む（ＳＴ１５０２）。これは加速度センサ及び角速度センサに加速度０又は角速度０の時の出力電圧値に個体差があるため、工場の生産調整工程にてキャリブレーションした基準０電圧をレファレンスとするものである。【００９５】
次に、図１１のステップ１０１ａに示したように加速度センサユニット１６から加速度信号を取得し加速度値（ax 、ay 、az）を算出する（ＳＴ１５０３）。【００９６】
次に、図１１のステップ１０１ｂに示したように角速度センサユニット１５から角速度信号を取得し角速度値（ωx 、ωy）を算出する（ＳＴ１５０４）。【００９７】
次に、入力装置１が図１６に示すように平面上に配置されて操作されているか否かを判断するために、ＭＰＵ１９は、ステップ１５０４で求めた角速度値（ωx 、ωy）のうちの両方が閾値Th３より小さいか否かを判断する（ＳＴ１５０５）（判定手段）。平面においても比較的小さい角速度は発生するので、閾値Th３は０に近い値とする。【００９８】
ステップ１５０５で、角速度値（ωx 、ωy）のうち少なくとも一方が閾値Th３以上のとき（ＳＴ１５０５で否定判断のとき）には、入力装置１が空間内で操作されていると判断し、図１１で示した空間操作モード（ＳＴ１０３〜ＳＴ１１５）を実行する。【００９９】
一方、ステップ１５０５で、角速度値（ωx 、ωy）のうちの両方が閾値Th３より小さいとき（ＳＴ１５０５で肯定判断のとき）には、入力装置１がＸ’軸、Ｙ’軸の周りに回転していないと判断される。【０１００】
ＳＴ１５０５で肯定判断のときには、ＭＰＵ１９は、ステップ１５０６で加速度値（ax 、az）のうち少なくとも一方の加速度値が閾値Th４より大きいか否かを判断する（判定手段）。【０１０１】
ステップ１５０６で、加速度値（ax、az）のうち少なくとも一方の加速度値が閾値Th４より大きいとき（ＳＴ１５０６で肯定判断のとき）には、図１６に示すＸ’Ｚ’平面上でＸ’軸及びＺ’軸方向のうち少なくとも一方に加速度運動をしていると判断できる。したがって、ＭＰＵ１９は、入力装置１が図１６に示すＸ’Ｚ’平面上で操作されていると判断し、ステップ１５０７以降の平面操作モードを実行する（切り替え手段）。【０１０２】
ステップ１５０６で、加速度値（ax、az）のうち両方の加速度値が閾値Th４以下のときには、ＭＰＵ１９は、入力装置１が図１６に示すＸ’Ｚ’平面上を移動していないと判断し、平面操作モードに移行せずに空間操作モードを実行する（ＳＴ１０３〜ＳＴ１１５）（切り替え手段）。
ステップ１５０５（の肯定判断）及びステップ１５０６（の肯定判断）により、入力装置１が平面操作モードであると判断された場合には、図１５で点線で示す以下の処理を実行する。【０１０３】
ＭＰＵ１９は、まず、ステップ１５０７で、平面操作時の入力装置１の加速度値（ax 、ay 、az）を取得し、上述したように（図１１のＳＴ１０１ａ〜ＳＴ１１４）、加速度値（ax 、ay 、az）を演算する。【０１０４】
次に、ＭＰＵ１９は、図１１に示したようにこの加速度値を積分して速度値（Vx ，Vz）（平面速度値）を演算する（ＳＴ１５０８）。【０１０５】
ＭＰＵ１９は、図１６のＸ’Ｚ’平面上での入力装置１のＸ’方向の速度値Vxに基づいて図６に示す画面３上でのポインタ２のＸ軸方向の速度値Vxを求める（対応させる）と共に、図１６のＸ’Ｚ’平面上での入力装置１のＺ’方向の速度値Vzに基づいて図６に示す画面３のポインタ２のＹ軸方向の速度値Vyを求める（対応させる）（ＳＴ１５０９）。【０１０６】
これにより、図１６のＸ’Ｚ’平面上での入力装置１のＸ’方向の移動が画面３上でのポインタ２のＸ方向の移動に対応し、図１６のＸ’Ｚ’平面上での入力装置１のＺ’方向の移動が画面３上でのポインタ２のＹ方向の移動に対応するようになる。【０１０７】
ＭＰＵ１９は、変換後の速度値Vx ，速度値Vyを制御装置４０に出力する（ＳＴ１５１０）。【０１０８】
本実施の形態では、図１６のＸ’Ｚ’平面上での入力装置１の速度値Vxに基づいて画面３上でのポインタ２のＸ軸方向の速度値Vxを求めると共に、図１６のＸ’Ｚ’平面上での入力装置１の速度値Vzに基づいて画面３のポインタ２のＹ軸方向の速度値Vyを求める（ＳＴ１５０９）例を示した。しかし、図１６のＸ’Ｚ’平面上での入力装置１の加速度値axに基づいて画面３上でのポインタ２のＸ軸方向の加速度値を求めると共に、平面上での入力装置１の加速度値azに基づいて画面３のポインタ２のＹ軸方向の加速度値を求めてもよい。【０１０９】
ユーザが空間内で入力装置１を動かすときの角速度の方が、平面上で入力装置１を動かすときの角速度に比べ、十分に大きくなる。人間が入力装置１を自然に動かすとき、図１２に示すように、手首、肘及び肩のうち少なくとも１つを中心軸として入力装置を回転させるように動かすからである。【０１１０】
このように本実施形態によれば、入力装置１は、角速度センサユニット１５と、加速度センサユニット１６とを備え、角速度センサユニット１５で検出された角速度値（ωx 、ωy）に閾値Th３（ＳＴ１５０５の閾値Th３）が設定され、角速度値（ωx 、ωy）が閾値Th３より小さいか否か（ＳＴ１５０５）（かつ加速度値（ax 、az）のうち少なくとも一方の加速度値が閾値Th４より大きいか否か（ＳＴ１５０６））に応じて、平面操作モードと空間操作モードとを切り替えることができる。従って、加速度センサユニット１６及び角速度センサユニット１５以外のセンサを用いることなく（部品点数を増やすことなく）、平面操作モードと空間操作モードとを切り替えることができる。【０１１１】
平面操作モードと空間操作モードとを切り替えるために、加速度センサユニット１６及び角速度センサユニット１５以外の光学マウス用の光学デバイスやボール型機械式エンコーダ等を用いる必要がないので、入力装置１のデザインの自由度を向上させることができると共に、低コスト化を図ることができる。また、部品数の増加を抑えることができるので、入力装置１の平均故障率を低下させることができる。【０１１２】
図１６のＸ’Ｚ’平面上での入力装置１のＸ’方向の速度値Vxに基づいて画面３上でのポインタ２のＸ軸方向の速度値Vxを求めると共に、図１６のＸ’Ｚ’平面上での入力装置１の速度値Vzに基づいて図６の画面３のポインタ２のＹ軸方向の速度値Vyを求めている（ＳＴ１５０９）。これにより、図１６のＸ’Ｚ’平面上でＸ’軸方向に入力装置１を移動させることで、図６の画面３上でポインタ２を左右方向に移動させることができる。図１６のＸ’Ｚ’平面上でＺ’軸方向（奥行き方向）に入力装置１を移動させることで、図６の画面３上でポインタ２を上下動させることができる。【０１１３】
入力装置１の第１の加速度センサ１６１、第２の加速度センサ１６２及び第３の加速度センサ１６３は互いに直交するＸ’、Ｙ’及びＺ’軸方向の加速度を検出する。これにより、空間操作モード時に、Ｘ’、Ｙ’及びＺ’軸方向の加速度をそれぞれ正確に検出することができる。従って、ステップ１５０６での判断を正確に実行し、平面操作モードと空間操作モードとの切り替えを正確に実行することができる。【０１１４】
入力装置１が空間内で操作されているか否かの判定に際しては、ステップ１５０２からステップ１５０６の処理を所定回数繰り返し、所定時間以上連続して同一の判定結果となったとき、当該判定結果に対応する操作モードに切り替えてもよい。例えば、平面操作中に入力装置が操作平面上の端部に至った場合、入力装置１を持ち上げて当該操作平面の中央付近に移動させることがある。この場合、図１５のフローに基いて入力装置１が空間内で操作されていると誤判定されるおそれがある。そこで、上述のように、同一の判定結果が所定時間連続して得られた場合に限って操作モードを切り替えるようにすることで、上記誤判定を回避することが可能となる。これにより、信頼性の高い操作モードの切り替えを実現できる。【０１１５】
ＭＰＵ１９は、ステップ１５０５で肯定判断のときに、例えば入力装置１が平面上に載置されていると判断して、平面操作モードに移行するようにしてもよい。【０１１６】
次に、入力装置の他の実施の形態について説明する。【０１１７】
図１７は入力装置１が平面操作モードのときに生じるノイズを除去するフローチャートである。【０１１８】
本実施形態では、図１５に示す実施形態に比べて、図１７に示すように、ステップ１５０７と、ステップ１５０８との間に、更に平面操作モード時に発生するノイズを除去するステップ１７０１及びステップ１７０２を備える以外は図１５と同様なので、異なる箇所を中心に説明する。【０１１９】
上記実施形態と同様に、平面操作モードのときには、ステップ１５０７で、入力装置１の加速度（ax 、ay 、az）を取得し、上述したように加速度値（ax 、ay 、az）を演算する。【０１２０】
次いで、この加速度値ayが閾値Th５より大きいか否かを判断する（ＳＴ１７０１）。この加速度値ayは、入力装置１が平坦な平面上を移動するときには０に近い値が得られ、例えば平面上の凹凸や段差等を移動するときには閾値Th５を超える値が得られる。この閾値Th５は、例えば表面粗さに応じて適宜変更可能である０に近い値である。【０１２１】
図１８は加速度センサユニット１６により検出される加速度信号の周波数と、出力値との関係を示す図である。図１８は加速度センサユニット１６により検出される加速度信号をフーリエ変換等の周波数分析を行ったときの測定例であり、実線はＸ’またはＺ’軸方向の加速度の出力、破線はＹ’軸方向の加速度の出力を示す。図１８に示すように、入力装置１が平面上を移動するときに段差を乗り越えた場合、Ｙ’方向の加速度の出力変動は入力装置１の移動方向（Ｘ’Ｚ’面内に平行な方向）に関しての加速度の出力変動よりも大きい。【０１２２】
そこで本実施の形態では、加速度値ayが閾値Th５より大きい（ＳＴ１７０１で肯定判断）ときには、ステップ１５０７で演算された各加速度値（ax、az）をフィルタリングすることで、上記段差の通過の際に発生した加速度値の変動成分（ノイズ）を除去する。上記フィルタとしては、例えば、ローパスフィルタを用いることができる。【０１２３】
一方、加速度値ayが閾値Th５以下（ＳＴ１７０１で否定判断）のときには、ノイズが発生していないと判断し、ノイズを除去することなく、ステップ１５０８に進む。【０１２４】
本実施形態によれば、入力装置１が図１６に示すＸ’Ｚ’平面の平坦でない凹凸や段差上で動かされるときに加速度センサユニット１６により検出される周波数成分を除去するフィルタ（ＳＴ１７０２）を備えている。これにより、入力装置１が図１６に示すＸ’Ｚ’平面上の例えば凹凸や段差等を通過するときに加速度センサユニット１６により検出される周波数成分を除去することができる。従って、ノイズ成分を含まない加速度値を積分し、より正確な速度値を演算することができる。この結果、ポインタ２の動きを滑らかにすることができる。【０１２５】
なお、以上の説明では、加速度値ayの値を基準とし、この値が閾値Ｔh５以下の場合に加速度値ax及びazをフィルタリングする例を説明した。しかしこれに限れられず、加速度値ayの値に関係なく、算出された加速度値値ax及びazを常にフィルタリングするようにしてもよい。
また、上述の処理例は、平面上の凹凸や段差など、局所的に表面性状が変化する操作平面上を入力装置１が移動する場合を説明した。これに限らず、表面性状が一様な操作平面上を入力装置１が移動するときに生じる、摺動抵抗に起因するノイズの除去を目的として、上述した処理を実行してもよい。この場合の摺動ノイズの周波数は、手振れ周波数よりも高い場合が多いため（例えば、１５Ｈｚ以上）、当該周波数帯域をカットオフ帯域にもつローパスフィルタを採用することができる。さらに、上記摺動ノイズの検出の有無を基準として、入力装置１の空間操作と平面操作を判定してもよい。【０１２６】
次に、入力装置の別の実施の形態について説明する。【０１２７】
図１９は別の実施の形態の入力装置が平面に載置された状態の断面図である。【０１２８】
本実施形態の入力装置１’は、図１６に示す入力装置１に比べて、加速度センサユニット１６の代わりに、回路基板２５’上に搭載された加速度センサユニット１６’を備える点が異なるので、異なる箇所を中心的に説明する。【０１２９】
加速度センサユニット１６’は、図１９に示すようにＸ’軸方向の加速度を検出する第１の加速度センサ１６１と、Ｙ２軸方向の加速度を検出する第２の加速度センサ１６２とを備えている。Ｙ２軸はＺ’軸に対して角度α（例えば実質的に４５度（４５度±１、あるいは４５度±２度））傾いている。Ｘ’軸及びＹ２を含む加速度検出面Ｈは、Ｘ’Ｚ’平面に対して角度α（例えば４５度）傾斜して設けられている。つまり、入力装置１’が図１９に示すようにＸ’Ｚ’平面上に載置された状態で動かされるときに、加速度検出面ＨがＸ’Ｚ’平面に対して角度α傾くように、加速度センサユニット１６’が筐体１０内に設けられている。なお、加速度センサユニット１６’の傾き角は、４５度に限られず、適宜変更可能である。その傾き角αが何度であれ、後述するように、三角関数を用いた計算により、平面操作での奥行き方向の加速度値ay2を求めることができる。【０１３０】
上述したように、平面操作モードでのＺ’軸方向（奥行き方向）の入力装置１’の速度値に基づいて、画面３上でのポインタ２のＹ軸方向（縦方向）の速度値を求めている。平面操作モードでのＸ’軸方向の入力装置１’の速度値に基づいて、画面３上でのポインタ２のＸ軸方向（横方向）の速度値を求めている。【０１３１】
図２０は、入力装置１’の入力操作モード（空間操作モード、平面操作モード）切り替え動作のフローチャート、図２１は加速度値ay2のＹ’軸及びＺ’方向の成分を説明するための図である。なお、本実施形態では、図１５に比べて、ステップ２００３、ステップ２００６−ステップ２００９などが異なるので、異なる箇所を中心に説明する。【０１３２】
ステップ２００３では、加速度センサユニット１６’から加速度信号を取得し図２１（Ａ）に示すように加速度値（ax 、az（＝ay2・cosα））を算出する（ＳＴ２００３）。図２１（Ａ）に示すように、加速度値axはＸ’軸方向の加速度値、加速度値ay2はＹ２軸方向の加速度値、加速度値az（＝ay2・cosα）はＺ’軸方向の加速度値である。【０１３３】
ステップ２００６では、加速度値（ax 、az（＝ay2・cosα））のうち少なくとも一方の加速度値が閾値Th４より大きいか否かを判断する。【０１３４】
ステップ２００６で、加速度値（ax 、az（＝ay2・cosα））のうち少なくとも一方の加速度値が閾値Th４より大きい（ＳＴ２００６で肯定判断のとき）には、平面上でＸ’軸及びＺ’軸方向のうち少なくとも一方に加速度運動をしていると判断できるので、入力装置１’が図１９に示すＸ’Ｚ’平面上で操作されていると判断し、ステップ２００７以降の平面操作モードを実行する。【０１３５】
ステップ２００６で、加速度値（ax 、az（＝ay2・cosα））のうち両方の加速度値が閾値Th４以下のときには、入力装置１’が平面上を移動していないと判断し、平面操作モードに移行せずに空間操作モードを実行する（ＳＴ１０３〜ＳＴ１１５）。
（平面操作モード）
ステップ２００５（の肯定判断）及びステップ２００６（の肯定判断）により、入力装置１’が平面操作モードであると判断された場合には、ステップ２００７で、平面操作時の入力装置１’の加速度値（ax 、ay2）を取得し、上述したように（図１１のＳＴ１０１ａ〜ＳＴ１１４）、加速度値（ax 、az（＝ay2・cosα））を算出する。【０１３６】
次に、上記実施形態と同様にこの加速度値（ax 、az（＝ay2・cosα））を積分して速度値（Vx 、Vz）を演算する（ＳＴ２００８）。【０１３７】
次いで、図１９のＸ’Ｚ’平面上での入力装置１’のＸ’方向の速度値Vxに基づいて図６に示す画面３上でのポインタ２のＸ軸方向の速度値Vxを求めると共に、図１９のＸ’Ｚ’平面上での入力装置１’のＺ’方向の速度値Vzに基づいて画面３のポインタ２のＹ軸方向の速度値を求めている（ＳＴ２００９）。【０１３８】
これにより、図１９のＸ’Ｚ’平面上での入力装置１’のＸ’方向の移動が画面３上でのポインタ２のＸ方向の移動に対応し、図１９のＸ’Ｚ’平面上での入力装置１’のＺ’方向の移動が画面３上でのポインタ２のＹ方向の移動に対応する。【０１３９】
空間操作モードのときには、例えば図１１に示すステップ１０１ａで、図２１（Ｂ）に示すようにＹ’方向の加速度値ayをay2・sinαにより算出する。図２１（Ｂ）に示すように、加速度値axはＸ’軸方向の加速度値、加速度値ay2はＹ２軸方向の加速度値、加速度値ay（＝ay2・sinα）はＹ’軸方向の加速度値である。加速度値ay（＝ay2・sinα）を積分することで、空間でのＹ’方向の速度値Vyが得られる。空間でのＹ’方向の速度値Vyに基づいて画面３でのＹ方向のポインタ２の速度値Vyを求めている。【０１４０】
本実施形態によれば、入力装置１’が図１９に示すＸ’Ｚ’平面上で動かされるときに、加速度検出面Ｈが図１９に示すＸ’Ｚ’平面に対して角度α（例えば４５度）傾くように、加速度センサユニット１６’が筐体１０内に設けられている。これにより、例えば入力装置１’がＸ’Ｚ’平面上で動かされたときに、図２１（Ａ）に示すようにＹ２軸方向で検出された加速度値ay2を用いて、ay2・cosαからＺ’方向の加速度値azを演算することができる。Ｚ’方向の加速度値azを積分してＺ’方向の速度値Vzを算出することができる。この平面操作モードでのＺ’軸方向（奥行き方向）の速度値Vzに基づいて、画面３上でのポインタ２のＹ軸方向（縦方向）の速度値Vyを求めている（ＳＴ２００９）。これにより、図１９に示すＸ’Ｚ’平面上でＺ’軸方向（奥行き方向）に入力装置１’を移動させることで、画面３上でポインタ２を上下動させることができる。【０１４１】
空間操作モードのときには、図２１（Ｂ）に示すようにＹ２軸方向で検出された加速度値ay2を用いて、ay2・sinαからＹ’方向の加速度値ayを演算することができる。Ｙ’方向の加速度値ayを積分してＹ’方向の速度値Vyを算出することができる。空間でのＹ’方向の速度値Vyに基づいて画面３でのＹ方向のポインタ２の速度値Vyを求めている。これにより、図１９に示す空間でＹ’軸方向に入力装置１’を移動させることで、画面３上でポインタ２を上下動させることができる。【０１４２】
図１９のＹ２軸方向の加速度値ay2から算出されたＹ２軸方向の速度値のＺ’軸方向の速度成分に基づいて画面３のポインタ２のＹ軸方向の速度値を求めるようにしてもよい。この場合には、このＺ’軸方向の速度成分は、Ｙ２軸方向の速度値より小さくなるので、例えばＺ’軸方向の速度成分が大きくなるようにゲインを高めればよい。これにより、画面３のＹ軸方向の操作をよりスムーズに行うことができる。【０１４３】
次に、入力装置の他の実施の形態について説明する。【０１４４】
図２２は入力装置１’が平面操作モードのときに生じるノイズを除去するフローチャート、図２３は加速度センサユニット１６’により検出される加速度信号の周波数と、出力値との関係を示す図である。図２３は加速度センサユニット１６’により検出される加速度信号をフーリエ変換等の周波数分析を行った結果である。【０１４５】
本実施形態では、図２０に示す実施形態に比べて、ステップ２００７の代わりにステップ２２０７を備える点や、図２２に示すようにＳＴ２２０７とＳＴ２００８との間に更に平面操作モード時に発生するノイズを除去するＳＴ２２０１及びＳＴ２２０２を備える点以外は図２０と同様なので、異なる箇所を中心に説明する。【０１４６】
上記実施形態と同様に、平面操作モードのときには、ステップ２２０７で、入力装置１’の加速度（ax ( i ) 、ay2 ( i ) ）を所定時間内に所定回数取得し（ｉは取得回数）、上述したように（図１１のＳＴ１０１ａ〜ＳＴ１１４）、加速度値（ax ( i ) 、ay2 ( i )）を演算する。【０１４７】
次いで、例えば所定時間Δｔ間隔での加速度値の変化率Δ｜ay2 ( i ) − ay2 ( i + 1 )｜／Δｔが閾値Th６より大きいか否かを判断する（ＳＴ２２０１）。この変化率Δ｜ay2 ( i ) −ay2 ( i + 1 )｜／Δｔは、入力装置１’が平坦な平面上を移動するときには閾値Th６以下の値が得られ、例えば平面上の凹凸や段差等を移動するときには閾値Th６を超える値が得られる。例えば入力装置１が平面上の凹凸や段差等を移動させられるときには、図２３に示すようにＸ’方向及びＹ２方向に同様にノイズ成分が加えられる。【０１４８】
変化率Δ｜ay2 ( i ) − ay2 ( i + 1 )｜／Δｔが閾値Th６より大きい（ＳＴ２２０１で肯定判断）のときには、フィルタによりノイズを除去する（ＳＴ２２０２）。例えば、Ｘ’方向の加速度値a xからノイズ成分を除去する。例えば加速度値a x＝a x ( i )とすることで、ステップ２００８でノイズ成分を含む大きい加速度値a x ( i + 1 )に基づいて速度値が演算されることを防止し、ノイズ成分を含まない小さい加速度値a x ( i )に基づいて速度値を演算する。【０１４９】
変化率Δ｜ay2 ( i ) − ay2 ( i + 1 )｜／Δｔが閾値Th６以下（ＳＴ２２０１で否定判断）のときには、ノイズが発生していないと判断し、ステップ２００８に進む。【０１５０】
本実施形態によれば、所定時間内での加速度値の変化率Δ｜ay2 ( i ) − ay2 ( i + 1 )｜／Δｔが閾値Th６を超えるか否かを判定し（ＳＴ２２０１）、閾値Th６を超えるときに、加速度値a x＝a x ( i )とすることで、ステップ２００８でノイズ成分を含まないa x ( i )に基づいて速度値を演算する。これにより、ノイズ成分を含む大きい加速度値a x ( i + 1 )に基づいて速度値が演算されることを防止（速度値を減衰）することができる。従って、例えば所定時間内での加速度値の変化率Δ｜ay2 ( i ) − ay2 ( i + 1 )｜／Δｔを１０回サンプリングするときにある急激な変化が変化率にあった場合は、ＭＰＵ１９の負荷を低減してリアルタイムで速度値を適正な値に補正することができる。【０１５１】
所定時間内での加速度値の変化率Δ｜ay2 ( i ) − ay2 ( i + 1 )｜／Δｔが閾値Th６を超えるか否かを判定する（ＳＴ２２０１）代わりに、｜ay2 ( i ) − ay2 ( i + 1 )｜が閾値を超えるか否かを判定してもよい。【０１５２】
図２４は、本発明の他の実施形態に係る入力装置１の入力操作モード（空間操作モード、平面操作モード）切り替え動作のフローチャートである。図２４において、図１５に示したフローチャートと同一のステップについてはそれらと同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。【０１５３】
本実施の形態は、入力装置１が平面上で操作されているか空間内で操作されているかを判定するに際して、角速度値ωxの大きさと加速度値ayの大きさを基準とする点で、図１５に示した実施の形態と異なる（ステップ１５０５’、１５０６’）。角速度値ωxは、ステップ１５０４で算出された、Ｘ’軸まわりの筐体１０の角速度値であり、加速度値ayは、ステップ１５０３で算出された、Ｙ’軸方向の筐体１０の加速度値である。【０１５４】
ステップ１５０５’で、角速度値ωxの絶対値が閾値Th３’以上のとき、入力装置１が空間内で操作されていると判断し、図１１で示した空間操作モード（ＳＴ１０３〜ＳＴ１１５）を実行する。これに対して、角速度値ωxの絶対値が閾値Th３’より小さいときは、ステップ１５０６’へ移行する。【０１５５】
一方、ステップ１５０６’で、加速度値ayの絶対値が閾値Th４’以上のとき、入力装置１が空間内で操作されていると判断し、図１１で示した空間操作モード（ＳＴ１０３〜ＳＴ１１５）を実行する。これに対して、加速度値ayの絶対値が閾値Th４’より小さいときは、入力装置１が平面上で操作されていると判断し、ステップ１５０７’以降の平面操作モードを実行する。【０１５６】
角速度値ωxは、入力装置１が平面上で操作されているときは、基本的にゼロである。角速度値ωyは、入力装置１が平面上で操作されているときでもＹ’軸まわりへの回転運動を伴えば、ゼロにはならない。同様に、加速度値ayは、入力装置１が平面上で操作されているときは基本的にゼロであることから、入力装置１が平面上で操作されているか空間内で操作されているかの判定には、加速度値ayの大きさを参照すれば足りる。したがって、本実施の形態によれば、入力装置１が平面上で操作されているか空間内で操作されているかについての操作態様をより簡易的に、かつ高精度に判定することが可能となる。【０１５７】
なお、閾値Ｔh３’、Ｔh４’の値は特に制限されず、適宜の値に設定することが可能である。また、本例においても、入力装置１が空間内で操作されているか否かの判定に際して、所定時間以上連続して同一の判定結果となったとき、当該判定結果に対応する操作モードに切り替えてもよい。【０１５８】
本実施の形態において、平面操作モードの実行に際して参照される加速度値は、Ｘ’軸方向の加速度値axとＺ’軸方向の加速度値azとされる（ステップ１５０７’）。平面上における入力装置１の操作に際しては、Ｙ’軸方向の加速度値ayを参照せずとも、ポインタ２の移動を制御することは可能だからである。【０１５９】
また、本実施の形態では、入力装置１の平面操作の際、図２５に示すフローを実行することによって、平面上を移動させるときに発生し得るノイズ成分を除去することができる。すなわち、図１７に示した処理例では、入力装置１のＹ’方向の加速度aｙの値を基準としたが、本実施の形態では、Ｘ’方向の加速度及びＺ’方向の加速度の大きさ（絶対値）を基準としている点で異なる（ステップ１７０１’）。このような処理を実行することによっても、ポインタ２の滑らかな移動を実現することができる。【０１６０】
図２６は、本発明の他の実施の形態に係る入力装置１の入力操作モード（空間操作モード、平面操作モード）切り替え動作のフローチャートである。図２６において、図１５及び図２４のフローチャートと対応するステップについてはそれらと同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。【０１６１】
本実施の形態は、入力装置１が平面上で操作されているか空間内で操作されているかを判定するに際して、入力装置１の手振れ検出値を参照する点で、図１５及び図２４に示した実施の形態と異なる（ステップ１５０５"）。【０１６２】
センサユニット１７は、入力装置１が空間内で操作されるときに、筐体１０の空間動作ととともに筐体１０に作用する手振れ成分をも検出する。一方、入力装置１が平面上で操作されるとき、筐体１０には通常、手振れは作用せず、したがって、手振れ成分に相当する動きは検出されない。そこで、本実施の形態では、センサユニット１７の検出値に基いて、手振れ成分の有無を判定することで、あるいは、手振れ成分が所定以下であるか否かを判定することで、入力装置１の平面操作と空間操作を判定する。【０１６３】
手振れの大きさは、角速度センサユニット１５で検出される角速度値（ωx、ωy）の変化あるいは加速度値（ax、ay）の変化を参照することで検出することができる。空間内で操作されるときの筐体１０の動作周波数は、例えば０．０３〜１０Ｈｚであり、手振れ周波数はそれ以上（例えば１０〜２０Ｈｚ）である。したがって、センサユニット１７の検出信号を周波数分析することで、手振れ成分の有無を検出することが可能である。手振れの検出は上記以外の方法が採用されてもよい。【０１６４】
ステップ１５０５"で、手振れ検出値が閾値Th７以上のとき、入力装置１が空間内で操作されていると判断し、図１１で示した空間操作モード（ＳＴ１０３〜ＳＴ１１５）を実行する。これに対して、手振れ検出値が閾値Th７より小さいときは、入力装置１が平面上で操作されていると判断し、ステップ１５０７’以降の平面操作モードを実行する。【０１６５】
以上のように、本実施の形態においても、入力装置１が平面上で操作されているか空間内で操作されているかについての操作態様をより簡易的に、かつ高精度に判定することが可能である。なお、入力装置１の操作態様の判定基準として、上述の手振れ検出値のほか、入力装置１の平面操作時に検出され得る摺動ノイズの大きさを用いてもよい。また、本例においても、入力装置１が空間内で操作されているか否かの判定に際して、所定時間以上連続して同一の判定結果となったとき、当該判定結果に対応する操作モードに切り替えてもよい。【０１６６】
図２７は、本発明の他の実施形態に係る入力装置１の入力操作モード（空間操作モード、平面操作モード）切り替え動作のフローチャートである。図２７において、図２０に示しフローチャートと同一のステップについてはそれらと同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。【０１６７】
本実施の形態は、入力装置１が平面上で操作されているか空間内で操作されているかを判定するに際して、角速度値ωxの大きさと加速度値ay2・sinαの大きさを基準とする点で、図２０に示した実施の形態と異なる（ステップ２００５’、２００６’）。角速度値ωxは、ステップ２００４で算出された、Ｘ’軸まわりの筐体１０の角速度値であり、加速度値ay2は、ステップ２００３で算出された、Ｙ’軸方向の筐体１０の加速度値である。【０１６８】
ステップ２００５’で、角速度値ωxの絶対値が閾値Th３"以上のとき、入力装置１が空間内で操作されていると判断し、図１１で示した空間操作モード（ＳＴ１０３〜ＳＴ１１５）を実行する。これに対して、角速度値ωxの絶対値が閾値Th３"より小さいときは、ステップ２００６’へ移行する。【０１６９】
一方、ステップ２００６’で、加速度値ay2・sinαの絶対値が閾値Th４"以上のとき、入力装置１が空間内で操作されていると判断し、図１１で示した空間操作モード（ＳＴ１０３〜ＳＴ１１５）を実行する。これに対して、加速度値ay2・sinαの絶対値が閾値Th４"より小さいときは、入力装置１が平面上で操作されていると判断し、ステップ２００７以降の平面操作モードを実行する。【０１７０】
角速度値ωxは、入力装置１が平面上で操作されているときは、基本的にゼロである。角速度値ωyは、入力装置１が平面上で操作されているときでもＹ’軸まわりへの回転運動を伴えば、ゼロにはならない。同様に、加速度値ay2・sinαは、入力装置１が平面上で操作されているときは基本的にゼロであることから、入力装置１が平面上で操作されているか空間内で操作されているかの判定には、加速度値ay2・sinαの大きさを参照すれば足りる。したがって、本実施の形態によれば、入力装置１が平面上で操作されているか空間内で操作されているかについての操作態様をより簡易的に、かつ高精度に判定することが可能となる。【０１７１】
本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。【０１７２】
上記実施形態では、図１５に示すように、入力装置１側で、ステップ１５０７、１５０８で入力装置１の加速度値や速度値を算出したり、ステップ１５０９で図１６のＸ’Ｚ’平面上での入力装置１のＺ’方向の速度値Vzに基づいて図６に示す画面３のポインタ２のＹ軸方向の速度値Vyを求めたりしている。しかし、これらの処理を制御装置４０側で行うようにしてもよい。これにより、入力装置１での演算の負荷を低減することができる。【０１７３】
上記実施形態では、図１５のステップ１５０９に示すように、座標変換を行った後に、速度値（Vx ，Vy）を制御装置４０に出力する例を示した。しかし、図１５のステップ１５０８の後にステップ１５０９を行わずに、速度値（Vx ，Vz）を制御装置４０に出力し、制御装置４０側で、ステップ１５０９に示した座標変換を行うようにしてもよい。【０１７４】
上記実施形態では、図１５に示すように、角速度値（ωx 、ωy）が閾値Th３より小さいか否か（ＳＴ１５０５）かつ加速度値（ax ，az）のうち少なくとも一方の加速度値が閾値Th４より大きいか否か（ＳＴ１５０６）に応じて、平面操作モードと空間操作モードとを切り替える例を示した。しかし、例えば図１６に示すＸ’Ｚ’平面に垂直なＹ’方向の加速度値ayが閾値以下であり、かつＸ’方向の加速度値ax及びＺ’方向の加速度値azのうち少なくとも一方の加速度値が閾値Th４以上であるときに、平面操作モードに移行するようにしてもよい。【０１７５】
上記実施形態では、図１５に示すように、ステップ１５０５で、角速度値（ωx 、ωy）が閾値Th３より小さく（ＳＴ１５０５で肯定判断のとき）かつ加速度値（ax ，az）のうち少なくとも一方の加速度値が閾値Th４より大きいときに、入力装置１が平面で操作されていると判断する例を示した。しかし、ステップ１５０５で、角速度値（ωx 、ωy）のうちいずれか一方が閾値Th３より小さくかつ加速度値（ax ，az）のうち少なくとも一方の加速度値が閾値Th４より大きいときに、入力装置１が平面で操作されていると判断してもよい。【０１７６】
上記実施形態では、図１６に示すように、入力装置１が角速度センサ１５１、１５２を備える例を示した。しかし、この場合には、Ｚ’軸の周りに角速度を検出することができない。このときには、第１の加速度センサ１６１、第２の加速度センサ１６２の変化量を算出し、所定の演算処理後に得られた値をＺ’軸の周りの角速度値としてもよい。例えばこのＺ’軸の周りの角速度値が閾値より小さいか否かという判断条件を、平面操作モードへの切り替えを行うときの判断条件に追加するようにしてもよい。【０１７７】
上記実施形態では、図１６に示すように入力装置１の筐体１０の底部１０Ａ、１０Ｂ及び１０ＣでＸ’Ｚ’平面に接触する例を示した。しかし、入力装置１のデザインの自由度を増加させる意味で、入力装置１の筐体１０の形状を、例えばＸ’Ｚ’平面と入力装置１との接点が２点となるようにしてもよい。この場合にも、上述したモード切替を適用することができる。【０１７８】
このとき、例えばＺ’軸の周りに回転し易くなるが、図１１のステップ１０１ａ〜ステップ１１４に示したようにＸ’軸方向の加速度値と、重力によるＸ’軸方向の成分とを切り分け（図９（Ｂ）参照）、加速度センサユニット１６への重力の影響を抑えているので、平面操作モードと空間操作モードとの切り替えを正確に実行することができる。【０１７９】
上記実施形態では、図１５のステップ１５０７に示すように、平面操作系に移った後に加速度センサユニット１６で検出した加速度値に基づいて速度値が演算された。しかし、平面操作系に移った後に、角速度センサユニット１５で検出された角速度値に基づき、加速度値が補正演算されてもよい。【０１８０】
上記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。【０１８１】
本発明は、例えば、表示部を備えるハンドヘルド型の情報処理装置（ハンドヘルド装置）に適用されてもよい。この場合、ユーザがハンドヘルド装置の本体を動かすことで、その表示部に表示されたポインタが動く。ハンドヘルド装置として、例えば、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、携帯電話機、携帯音楽プレイヤー、デジタルカメラ等が挙げられる。【０１８２】
上記各実施の形態では、入力装置１の動きに応じて画面上で動くポインタ２を、矢印の画像として表した。しかし、ポインタ２の画像は矢印に限られず、単純な円形、角形等でもよいし、キャラクタ画像、またはその他の画像であってもよい。【０１８３】
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周りのそれぞれの角速度を得ることができる。【０１８４】
以上の各実施の形態で説明したセンサユニット１７について、角速度センサユニット１５の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説明した。しかし、それら各軸は、必ずしも一致していなくてもよい。例えば、角速度センサユニット１５及び加速度センサユニット１６が基板上に搭載される場合、角速度センサユニット１５及び加速度センサユニット１６の検出軸のそれぞれが一致しないように、角速度センサユニット１５及び加速度センサユニット１６がその基板の主面内で所定の回転角度だけずれて搭載されていてもよい。その場合、三角関数を用いた計算によって、各軸の加速度及び角速度を得ることができる。【０１８５】
速度値（Vx、Vy）（平面速度値、空間速度値）の算出方法として、本実施形態では、ＭＰＵ１９は、加速度値（ax、ay）を積分して速度値を求め、かつ、角速度値（ωψ、ωθ）をその積分演算の補助して用いる方法が採用されたが、これに限られない。例えば、加速度値（ax、ay）を、角加速度値（Δωψ、Δωθ）で割ることで入力装置１の動きの回転半径（Ｒψ、Ｒθ）を求めてもよい。この場合、その回転半径（Ｒψ、Ｒθ）に角速度値（ωψ、ωθ）が乗じられることにより速度値（Vx、Vy）を得ることができる。回転半径（Ｒψ、Ｒθ）は、加速度の変化率（Δax、Δay）を、角加速度の変化率（Δ（Δωψ）、Δ（Δωθ））で割ることで求められてもよい。上記算出方法により、速度値が算出されることで、ユーザの直感に合致した入力装置１の操作感が得られ、また、画面３上のポインタ２の動きも入力装置１の動きに正確に合致する。また、速度値（Vx、Vy）の算出方法として、検出された角速度値（ωψ、ωθ）をそのまま筐体の速度値（Vx、Vy）として用いてもよい。検出された角速度値（ωψ、ωθ）を時間微分することで角加速度値（Δωψ、Δωθ）を求めることができ、これを筐体の加速度値として用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１８６】
【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】センサユニットを示す斜視図である。
【図６】表示装置に表示される画面の例を示す図である。
【図７】ユーザが入力装置を握った様子を示す図である。
【図８】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説明図である。
【図９】加速度センサユニットへの重力の影響について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について説明するための図である。
【図１１】角速度センサユニットで検出された角速度値を用いて入力装置の速度値を算出する動作を示すフローチャートである。
【図１２】入力装置を操作するユーザを上から見た図である。
【図１３】Ｘ軸及びＹ軸の平面で見た入力装置の軌跡を示している。
【図１４】他の実施の形態を示すフローチャートである。
【図１５】入力装置の入力操作モード（空間操作モード、平面操作モード）切り替え動作のフローチャートである。
【図１６】入力装置が平面上に配置された状態を示す図である。
【図１７】入力装置が平面操作モードのときに生じるノイズを除去するフローチャートである。
【図１８】加速度センサにより検出される加速度信号の周波数と、出力値との関係を示す図である。
【図１９】別の実施の形態の入力装置が平面に載置された状態の平面上に配置された状態を示す図である。
【図２０】図１９に示す入力装置の入力操作モード（空間操作モード、平面操作モード）切り替え動作のフローチャートである。
【図２１】加速度値ay2のＹ’軸及びＺ’方向の成分を説明するための図である。
【図２２】入力装置が平面操作モードのときに生じるノイズを除去するフローチャートである。
【図２３】加速度センサユニットにより検出される加速度信号の周波数と、出力値との関係を示す図である。
【図２４】本発明の他の実施の形態に係る入力装置の入力操作モードの切り替え動作を説明するフローチャートである。
【図２５】図２４に示すフローチャートにおける要部の詳細を説明するフローチャートである。
【図２６】本発明の他の実施の形態に係る入力装置の入力操作モードの切り替え動作を説明するフローチャートである。
【図２７】本発明の他の実施の形態に係る入力装置の入力操作モードの切り替え動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【０１８７】
１、１’  入力装置
２  ポインタ
３  画面
１０  筐体
５  表示装置
１１、１２、１３  ボタン
１５  角速度センサユニット
１６、１６’  加速度センサユニット
１９  ＭＰＵ
２５、２５’  回路基板
４０  制御装置
１００  制御システム
１５１  第１の角速度センサ
１５２  第２の角速度センサ
１６１  第１の加速度センサ
１６２  第２の加速度センサ
１６３  第３の加速度センサ
Ｈ  加速度検出面
【図１】
2009072583.tif 000003
【図２】
2009072583.tif 000004
【図３】
2009072583.tif 000005
【図４】
2009072583.tif 000006
【図５】
2009072583.tif 000007
【図６】
2009072583.tif 000008
【図７】
2009072583.tif 000009
【図８】
2009072583.tif 000010
【図９】
2009072583.tif 000011
【図１０】
2009072583.tif 000012
【図１１】
2009072583.tif 000013
【図１２】
2009072583.tif 000014
【図１３】
2009072583.tif 000015
【図１４】
2009072583.tif 000016
【図１５】
2009072583.tif 000017
【図１６】
2009072583.tif 000018
【図１７】
2009072583.tif 000019
【図１８】
2009072583.tif 000020
【図１９】
2009072583.tif 000021
【図２０】
2009072583.tif 000022
【図２１】
2009072583.tif 000023
【図２２】
2009072583.tif 000024
【図２３】
2009072583.tif 000025
【図２４】
2009072583.tif 000026
【図２５】
2009072583.tif 000027
【図２６】
2009072583.tif 000028
【図２７】
2009072583.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月13日(2009.3.13)
【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】
画面上のポインタの動きを制御する入力装置であって、
筐体と、
前記筐体の動きを検出する慣性センサと、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値を算出する平面対応値算出手段と、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値を算出する空間対応値算出手段と、
前記慣性センサの検出値に基き、前記筐体の動きが平面上か空間内かを判定する判定手段と、
前記判定手段の判定に基き、前記平面対応値算出手段による前記平面対応値の算出と、前記空間対応値算出手段による前記空間対応値との算出とを切り替える切り替え手段と
を具備する入力装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記判定手段は、前記慣性センサの手振れ検出値に基き、前記筐体の動きが平面上か空間内かを判定する入力装置。
【請求項４】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記判定手段は、前記慣性センサが検出する前記筐体の平面に直交する方向の動き検出値が所定値以下か否かで、前記筐体の動きが平面上か空間内かを判定する入力装置。
【請求項５】
請求項３に記載の入力装置であって、
前記判定手段が所定時間以上連続して同じ判定をしたとき、前記切り替え手段は、前記平面対応値算出手段による前記平面対応値の算出と、前記空間対応値算出手段による前記空間対応値の算出とを切り替える入力装置。
【請求項６】
請求項４に記載の入力装置であって、
前記判定手段が所定時間以上連続して同じ判定をしたとき、前記切り替え手段は、前記平面対応値算出手段による前記平面対応値の算出と、前記空間対応値算出手段による前記空間対応値の算出とを切り替える入力装置。
【請求項７】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記筐体の、第１の軸に沿う方向の動きを検出する第１の慣性センサと、
前記筐体の、前記第１の軸に直交する第２の軸に沿う方向の動きを検出する第２の慣性センサと、
前記筐体の、前記第１及び第２の軸に直交する第３の軸に沿う方向の動きを検出する第３の慣性センサとを有し、
前記空間対応値算出手段は、前記第１の慣性センサの検出値に基き、前記画面上の第１の方向の前記ポインタの変位量に対応する対応値を算出し、前記第２の慣性センサの検出値に基き、前記画面上の第２の方向の前記ポインタの変位量に対応する対応値を算出し、
前記平面対応値算出手段は、前記第１の慣性センサの検出値に基き、前記画面上の第１の方向の前記ポインタの変位量に対応する対応値を算出し、前記第３の慣性センサの検出値に基き、前記画面上の第２の方向の前記ポインタの変位量に対応する対応値を算出する入力装置。
【請求項８】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記慣性センサは、加速度センサと角速度センサを含む入力装置。
【請求項９】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記慣性センサの検出値から、前記筐体の前記平面上での移動により生じる振動周波数成分を除去するフィルタをさらに具備する入力装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記慣性センサは、前記筐体の加速度を検出する加速度センサと、前記筐体の角速度を検出する角速度センサとを含み、
前記判定手段は、前記角速度センサで検出される角速度値が第１の閾値より小さいか否かを判定し、
前記切り替え手段は、前記角速度値が前記第１の閾値より小さいか否かに応じて、前記平面対応値算出手段による前記平面対応値の算出と、前記空間対応値算出手段による前記空間対応値の算出とを切り替える入力装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の入力装置であって、
前記判定手段は、前記加速度センサで検出される加速度値が第２の閾値より大きいか否かをさらに判定し、
前記切り替え手段は、前記角速度値が前記第１の閾値より小さいときに、前記加速度値が前記第２の閾値より大きいか否かに応じて、前記平面対応値算出手段による前記平面対応値の算出と、前記空間対応値算出手段による空間対応値の算出とを切り替える入力装置。
【請求項１２】
筐体と、前記筐体の動きを検出する慣性センサとを有する入力装置から出力された、前記慣性センサの検出値に基いて、画面上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、
前記入力装置から出力された前記慣性センサの検出値を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信された前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値を算出する平面対応値算出手段と、
前記受信手段により受信された前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量の対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値を算出する空間対応値算出手段と、
前記平面速度値又は前記空間速度値の情報に応じた、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】
検出値の情報を出力する入力装置と、前記入力装置から出力された検出値の情報に応じて、画面上に表示されるポインタの移動を制御する制御装置とを備える制御システムであって、
前記入力装置は、
筐体と、
前記筐体の動きを検出する慣性センサと、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値を算出する平面対応値算出手段と、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量の対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値を算出する空間対応値算出手段とを有し、
前記制御装置は、
前記平面対応値又は前記空間対応値の情報を受信する受信手段と、
前記平面対応値又は前記空間対応値の情報に応じた、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システム。
【請求項１４】
検出値の情報を出力する入力装置と、前記入力装置から出力された検出値の情報に応じて、画面上に表示されるポインタの移動を制御する制御装置とを備える制御システムであって、
前記入力装置は、
筐体と、
前記筐体の動きを検出する慣性センサと、
前記慣性センサの検出値を出力する出力手段とを有し、
前記制御装置は、
前記出力手段により出力された前記慣性センサの検出値の情報を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信された前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値を算出する平面対応値算出手段と、
前記受信手段により受信された前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値を算出する空間対応値算出手段と、
前記平面対応値又は前記空間対応値の情報に応じた、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システム。
【請求項１５】
筐体を有する入力装置の動きに応じて、画面上に表示されるポインタの移動を制御する制御方法であって、
慣性センサで前記筐体の動きを検出し、
前記慣性センサの検出値に基き、前記筐体の動きが平面上か空間内かを判定し、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値の算出と、前記画面上の前記ポインタの変位量の対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値の算出とを切り替える制御方法。
【請求項１６】
画面上のポインタの動きを制御するハンドヘルド装置であって、
筐体と、
前記画面を表示する表示部と、
前記筐体の動きを検出する慣性センサと、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値を算出する平面対応値算出手段と、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値を算出する空間対応値算出手段と
を具備するハンドヘルド装置。
【手続補正書】
【提出日】平成21年7月15日(2009.7.15)
【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】
画面上のポインタの動きを制御する入力装置であって、
筐体と、
前記筐体の動きを検出する慣性センサと、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値を算出する平面対応値算出手段と、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値を算出する空間対応値算出手段と、
前記慣性センサの検出値に基き、前記筐体の動きが平面上か空間内かを判定する判定手段と、
前記判定手段の判定に基き、前記平面対応値算出手段による前記平面対応値の算出と、前記空間対応値算出手段による前記空間対応値との算出とを切り替える切り替え手段と
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、
前記判定手段は、前記慣性センサの手振れ検出値に基き、前記筐体の動きが平面上か空間内かを判定する入力装置。
【請求項３】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記判定手段は、前記慣性センサが検出する前記筐体の平面に直交する方向の動き検出値が所定値以下か否かで、前記筐体の動きが平面上か空間内かを判定する入力装置。
【請求項４】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記判定手段が所定時間以上連続して同じ判定をしたとき、前記切り替え手段は、前記平面対応値算出手段による前記平面対応値の算出と、前記空間対応値算出手段による前記空間対応値の算出とを切り替える入力装置。
【請求項５】
請求項３に記載の入力装置であって、
前記判定手段が所定時間以上連続して同じ判定をしたとき、前記切り替え手段は、前記平面対応値算出手段による前記平面対応値の算出と、前記空間対応値算出手段による前記空間対応値の算出とを切り替える入力装置。
【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、第１の軸に沿う方向の動きを検出する第１の慣性センサと、
前記筐体の、前記第１の軸に直交する第２の軸に沿う方向の動きを検出する第２の慣性センサと、
前記筐体の、前記第１及び第２の軸に直交する第３の軸に沿う方向の動きを検出する第３の慣性センサとを有し、
前記空間対応値算出手段は、前記第１の慣性センサの検出値に基き、前記画面上の第１の方向の前記ポインタの変位量に対応する対応値を算出し、前記第２の慣性センサの検出値に基き、前記画面上の第２の方向の前記ポインタの変位量に対応する対応値を算出し、
前記平面対応値算出手段は、前記第１の慣性センサの検出値に基き、前記画面上の第１の方向の前記ポインタの変位量に対応する対応値を算出し、前記第３の慣性センサの検出値に基き、前記画面上の第２の方向の前記ポインタの変位量に対応する対応値を算出する入力装置。
【請求項７】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記慣性センサは、加速度センサと角速度センサを含む入力装置。
【請求項８】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記慣性センサの検出値から、前記筐体の前記平面上での移動により生じる振動周波数成分を除去するフィルタをさらに具備する入力装置。
【請求項９】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記慣性センサは、前記筐体の加速度を検出する加速度センサと、前記筐体の角速度を検出する角速度センサとを含み、
前記判定手段は、前記角速度センサで検出される角速度値が第１の閾値より小さいか否かを判定し、
前記切り替え手段は、前記角速度値が前記第１の閾値より小さいか否かに応じて、前記平面対応値算出手段による前記平面対応値の算出と、前記空間対応値算出手段による前記空間対応値の算出とを切り替える入力装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の入力装置であって、
前記判定手段は、前記加速度センサで検出される加速度値が第２の閾値より大きいか否かをさらに判定し、
前記切り替え手段は、前記角速度値が前記第１の閾値より小さいときに、前記加速度値が前記第２の閾値より大きいか否かに応じて、前記平面対応値算出手段による前記平面対応値の算出と、前記空間対応値算出手段による空間対応値の算出とを切り替える入力装置。
【請求項１１】
筐体と、前記筐体の動きを検出する慣性センサとを有する入力装置から出力された、前記慣性センサの検出値に基いて、画面上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、
前記入力装置から出力された前記慣性センサの検出値を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信された前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値を算出する平面対応値算出手段と、
前記受信手段により受信された前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量の対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値を算出する空間対応値算出手段と、
前記平面対応値又は前記空間対応値の情報に応じた、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１２】
検出値の情報を出力する入力装置と、前記入力装置から出力された検出値の情報に応じて、画面上に表示されるポインタの移動を制御する制御装置とを備える制御システムであって、
前記入力装置は、
筐体と、
前記筐体の動きを検出する慣性センサと、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値を算出する平面対応値算出手段と、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量の対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値を算出する空間対応値算出手段とを有し、
前記制御装置は、
前記平面対応値又は前記空間対応値の情報を受信する受信手段と、
前記平面対応値又は前記空間対応値の情報に応じた、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システム。
【請求項１３】
検出値の情報を出力する入力装置と、前記入力装置から出力された検出値の情報に応じて、画面上に表示されるポインタの移動を制御する制御装置とを備える制御システムであって、
前記入力装置は、
筐体と、
前記筐体の動きを検出する慣性センサと、
前記慣性センサの検出値を出力する出力手段とを有し、
前記制御装置は、
前記出力手段により出力された前記慣性センサの検出値の情報を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信された前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値を算出する平面対応値算出手段と、
前記受信手段により受信された前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値を算出する空間対応値算出手段と、
前記平面対応値又は前記空間対応値の情報に応じた、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システム。
【請求項１４】
筐体を有する入力装置の動きに応じて、画面上に表示されるポインタの移動を制御する制御方法であって、
慣性センサで前記筐体の動きを検出し、
前記慣性センサの検出値に基き、前記筐体の動きが平面上か空間内かを判定し、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値の算出と、前記画面上の前記ポインタの変位量の対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値の算出とを切り替える制御方法。
【請求項１５】
画面上のポインタの動きを制御するハンドヘルド装置であって、
筐体と、
前記画面を表示する表示部と、
前記筐体の動きを検出する慣性センサと、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値を算出する平面対応値算出手段と、
前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値を算出する空間対応値算出手段と
を具備するハンドヘルド装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明の一形態に係る制御装置は、筐体と、前記筐体の動きを検出する慣性センサとを有する入力装置から出力された、前記慣性センサの検出値に基いて、画面上に表示されるポインタの表示を制御する制御装置である。
前記制御装置は、
前記入力装置から出力された前記慣性センサの検出値を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信された前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量に対応する、前記筐体の平面上での動きに対応する平面対応値を算出する平面対応値算出手段と、
前記受信手段により受信された前記慣性センサの検出値に基き、前記画面上の前記ポインタの変位量の対応する、前記筐体の空間内での動きに対応する空間対応値を算出する空間対応値算出手段と、
前記平面対応値又は前記空間対応値の情報に応じた、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。
本発明において、「筐体と、〜制御する制御装置であって、」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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
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（加速度検出面）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、加速度センサユニット１６はＸ’軸、Ｙ’軸及びＺ’軸の３軸に関する物理量を検出し、角速度センサユニット１５はＸ’軸及びＹ’軸の２軸に関する物理量を検出する。本明細書中では、入力装置１とともに動く座標系、つまり、入力装置１に固定された座標系をＸ’軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸で表す。一方、地球上で静止した座標系、つまり慣性座標系をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸で表す。また、以降の説明では、入力装置１の動きに関し、Ｘ’軸方向の周りの回転方向をピッチ方向、Ｙ’軸方向の周りの回転方向をヨー方向といい、Ｚ’軸方向の周りの回転方向をロール方向という場合もある。
【手続補正４】
【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】
図８（Ａ）に示すように、基本姿勢の状態で、ユーザが手首や腕を上下方向、つまりピッチ方向に振る。このとき、第２の加速度センサ１６２は、Ｙ’軸方向の加速度（ay）を検出し、第１の角速度センサ１５１は、Ｘ’軸の周りの角速度（ωx）を検出する（図５参照）。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５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
一方、図８（Ｂ）に示すように、基本姿勢の状態で、ユーザが手首や腕を左右方向、つまりヨー方向に振る。このとき、第１の加速度センサ１６１は、Ｘ’軸方向の加速度（ax）を検出し、第２の角速度センサ１５２は、Ｙ’軸の周りの角速度（ωy）を検出する（図５参照）。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。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
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。この場合、主として入力装置１のＭＰＵ１９が、速度情報を算出する。ここで、ポインタ２の移動の制御のためには、加速度センサユニット１６が検出する３軸の加速度値の積分値（速度）のディメンジョンが用いられる。そして、この速度のディメンジョンの入力情報が制御装置４０に送られる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
他の実施の形態では、入力装置１は、角速度センサユニット１５などで検出された物理量が入力情報として制御装置４０に送られる。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１４参照）。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
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加速度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９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
ＭＰＵ１９は、上記Δωx 、Δωyの絶対値|Δωx|、|Δωy|がそれぞれ閾値Th１より小さいか否かを判定する（ステップ１０３、ステップ１０６）。|Δωy|≧Th１の場合、ＭＰＵ１９は、第１の基準加速度値arefxをそのまま用い、これを更新しない（ステップ１０４）。同様に、|Δωx|≧Th１の場合、ＭＰＵ１９は、第２の基準加速度値arefyをそのまま用い、これを更新しない（ステップ１０７）。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
X(t) =X(t-1)＋Vx・・・（５）
Y(t) =Y(t-1)＋Vy・・・（６）
以上のように、入力装置１がほぼ静止したときには基準加速度値arefx、arefyが更新され、補正加速度値acorx、acoryが校正されるので、加速度センサユニット１６への重力の影響を抑えることができる。また、基準加速度値arefx、arefyが更新されると、式（１）、（２）より補正加速度値acorx、acoryが補正されるため、ＤＣレベルも補正され、ＤＣオフセットの問題も解決される。さらに、入力装置１がほぼ静止したときには速度値もゼロリセットされるように補正されるので、積分誤差も抑えることができる。積分誤差が発生すると、ユーザが入力装置１の移動を停止させたにも関わらず、ポインタ２が画面３上で動く現象が起こる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２９】
加速度センサユニット１６’は、図１９に示すようにＸ’軸方向の加速度を検出する第１の加速度センサ１６１と、Ｙ２軸方向の加速度を検出する第２の加速度センサ１６２とを備えている。Ｙ２軸はＺ’軸に対して角度α（例えば実質的に４５度（４５度±１、あるいは４５度±２度））傾いている。Ｘ’軸及びＹ２軸を含む加速度検出面Ｈは、Ｘ’Ｚ’平面に対して角度α（例えば４５度）傾斜して設けられている。つまり、入力装置１’が図１９に示すようにＸ’Ｚ’平面上に載置された状態で動かされるときに、加速度検出面ＨがＸ’Ｚ’平面に対して角度α傾くように、加速度センサユニット１６’が筐体１０内に設けられている。なお、加速度センサユニット１６’の傾き角は、４５度に限られず、適宜変更可能である。その傾き角αが何度であれ、後述するように、三角関数を用いた計算により、平面操作での奥行き方向の加速度値ay2を求めることができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３１】
図２０は、入力装置１’の入力操作モード（空間操作モード、平面操作モード）切り替え動作のフローチャート、図２１は加速度値ay2のＹ’及びＺ’軸方向の成分を説明するための図である。なお、本実施形態では、図１５に比べて、ステップ２００３、ステップ２００６−ステップ２００９などが異なるので、異なる箇所を中心に説明する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４５】
本実施形態では、図２０に示す実施形態に比べて、ステップ２００７の代わりにステップ２２００を備える点や、図２２に示すようにＳＴ２２００とＳＴ２００８との間に更に平面操作モード時に発生するノイズを除去するＳＴ２２０１及びＳＴ２２０２を備える点以外は図２０と同様なので、異なる箇所を中心に説明する。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４６】
上記実施形態と同様に、平面操作モードのときには、ステップ２２００で、入力装置１’の加速度（ax ( i ) 、ay2 ( i ) ）を所定時間内に所定回数取得し（ｉは取得回数）、上述したように、加速度値（ax ( i ) 、ay2 ( i )）を演算する。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４７】
次いで、例えば所定時間Δｔ間隔での加速度値の変化率Δ｜ay2 ( i ) − ay2 ( i + 1 )｜／Δｔが閾値Th６より大きいか否かを判断する（ＳＴ２２０１）。この変化率Δ｜ay2 ( i ) −ay2 ( i + 1 )｜／Δｔは、入力装置１’が平坦な平面上を移動するときには閾値Th６以下の値が得られ、例えば平面上の凹凸や段差等を移動するときには閾値Th６を超える値が得られる。例えば入力装置１’が平面上の凹凸や段差等を移動させられるときには、図２３に示すようにＸ’方向及びＹ２方向に同様にノイズ成分が加えられる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８５】
速度値（Vx、Vy）（平面速度値、空間速度値）の算出方法として、上記実施形態では、ＭＰＵ１９は、加速度値（ax、ay）を積分して速度値を求め、かつ、角速度値（ωx、ωy）をその積分演算の補助して用いる方法が採用されたが、これに限られない。例えば、加速度値（ax、ay）を、角加速度値（Δωx、Δωy）で割ることで入力装置１の動きの回転半径（Ｒx、Ｒy）を求めてもよい。この場合、その回転半径（Ｒx、Ｒy）に角速度値（ωx、ωy）が乗じられることにより速度値（Vx、Vy）を得ることができる。回転半径（Ｒx、Ｒy）は、加速度の変化率（Δax、Δay）を、角加速度の変化率（Δ（Δωx）、Δ（Δωy））で割ることで求められてもよい。上記算出方法により、速度値が算出されることで、ユーザの直感に合致した入力装置１の操作感が得られ、また、画面３上のポインタ２の動きも入力装置１の動きに正確に合致する。また、速度値（Vx、Vy）の算出方法として、検出された角速度値（ωx、ωy）をそのまま筐体の速度値（Vx、Vy）として用いてもよい。検出された角速度値（ωx、ωy）を時間微分することで角加速度値（Δωx、Δωy）を求めることができ、これを筐体の加速度値として用いることも可能である。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８６】
【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】センサユニットを示す斜視図である。
【図６】表示装置に表示される画面の例を示す図である。
【図７】ユーザが入力装置を握った様子を示す図である。
【図８】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説明図である。
【図９】加速度センサユニットへの重力の影響について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について説明するための図である。
【図１１】角速度センサユニットで検出された角速度値を用いて入力装置の速度値を算出する動作を示すフローチャートである。
【図１２】入力装置を操作するユーザを上から見た図である。
【図１３】Ｘ軸及びＹ軸の平面で見た入力装置の軌跡を示している。
【図１４】他の実施の形態を示すフローチャートである。
【図１５】入力装置の入力操作モード（空間操作モード、平面操作モード）切り替え動作のフローチャートである。
【図１６】入力装置が平面上に配置された状態を示す図である。
【図１７】入力装置が平面操作モードのときに生じるノイズを除去するフローチャートである。
【図１８】加速度センサにより検出される加速度信号の周波数と、出力値との関係を示す図である。
【図１９】別の実施の形態の入力装置が平面上に載置された状態を示す図である。
【図２０】図１９に示す入力装置の入力操作モード（空間操作モード、平面操作モード）切り替え動作のフローチャートである。
【図２１】加速度値ay2のＹ’及びＺ’軸方向の成分を説明するための図である。
【図２２】入力装置が平面操作モードのときに生じるノイズを除去するフローチャートである。
【図２３】加速度センサユニットにより検出される加速度信号の周波数と、出力値との関係を示す図である。
【図２４】本発明の他の実施の形態に係る入力装置の入力操作モードの切り替え動作を説明するフローチャートである。
【図２５】図２４に示すフローチャートにおける要部の詳細を説明するフローチャートである。
【図２６】本発明の他の実施の形態に係る入力装置の入力操作モードの切り替え動作を説明するフローチャートである。
【図２７】本発明の他の実施の形態に係る入力装置の入力操作モードの切り替え動作を説明するフローチャートである。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2009072583.tif 000030
【手続補正１９】
【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】
2009072583.tif 000031
【手続補正２０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２２】
2009072583.tif 000032
【手続補正２１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２５】
2009072583.tif 000033
【国際調査報告】
2009072583.tif 000034
2009072583.tif 000035
2009072583.tif 000036
2009072583.tif 000037