(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スティック状の操作子であって、
当該操作子の長手方向の軸上の夫々異なる位置に設けられ、所定範囲の加速度を検出する複数の加速度センサと、
前記複数の加速度センサのうちの１の加速度センサの設置位置に生じた加速度を算出する加速度算出手段と、を備え、
前記加速度算出手段は、
前記設置位置に生じた加速度が前記所定範囲内の加速度である場合に、前記１の加速度センサが検出した加速度と他の加速度センサが検出した加速度との比率を算出する比率算出手段と、
前記設置位置に生じた加速度が前記所定範囲を超える加速度である場合に、前記他の加速度センサが検出した加速度に前記比率を乗じることで、前記設置位置に生じた加速度を算出する加速度演算手段と、
を備えることを特徴とする操作子。
【請求項２】
前記加速度算出手段は、前記１の加速度センサにおいて前記所定範囲内の加速度が検出される場合に、当該加速度を前記設置位置に生じた加速度と算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の操作子。
【請求項３】
前記１の加速度センサは、前記軸上の先端部に設けられ、前記他の加速度センサは、前記先端部とユーザに保持される位置との間に設けられる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の操作子。
【請求項４】
長手方向の軸上の異なる位置に所定範囲の加速度を検出する複数の加速度センサを設けたスティック状の操作子において、前記複数の加速度センサのうちの１の加速度センサの設置位置に生じた加速度を算出する方法であって、前記操作子の制御部が実行する、
前記複数の加速度センサが検出した前記加速度を取得するステップと、
取得した前記加速度に基づいて、前記設置位置に生じた加速度が前記所定範囲内の加速度であるか否かを判定するステップと、
前記判定の結果、前記所定範囲内の加速度である場合に、前記１の加速度センサが検出した加速度と他の加速度センサが検出した加速度との比率を算出するステップと、
前記判定の結果、前記所定範囲を超える加速度である場合に、前記他の加速度センサが検出した加速度に前記比率を乗じることで、前記設置位置に生じた加速度を算出するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザが保持するスティック状の操作子及び方法に関し、ユーザの動作により生じた加速度を検出する操作子及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、演奏者の演奏動作を検知すると、演奏動作に応じた電子音を発音する演奏装置が提案されている。例えば、スティック上の操作子のみで打楽器音を発音する演奏装置（エアドラム）が知られており、この演奏装置では、スティック状の操作子にセンサを設け、演奏者が操作子を手で保持して振ることで、センサが演奏動作を検知し、打楽器音を発音する。
このような演奏装置によれば、現実の楽器を必要とせずに当該楽器の楽音を発音することができるため、演奏場所や演奏スペースに制約を受けずに演奏を楽しむことができる。
【０００３】
上述の演奏装置について、例えば、特許文献１には、スティック状の操作子に加速度センサを設けることで、演奏者の演奏動作を検知する演奏装置が提案されている。この演奏装置では、加速度センサからの出力（加速度）が所定の閾値に達した場合に演奏動作を検知し、楽音を発音する。
【０００４】
また、加速度センサを用いて操作者の動作を用いる他の提案として、特許文献２に記載されたリモコンシステムも知られている。このリモコンシステムでは、操作子の異なる場所に２以上の加速度センサを設置し、当該２以上の加速度センサからの出力（加速度）に基づいて、操作者の動作がどの部位で行われているか判別する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５６７３６号公報
【特許文献２】特開２００９−２１８７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、加速度センサには、検出可能な加速度の検出範囲（ダイナミックレンジ）が設定されており、ユーザが操作する操作子では、一般的に検出範囲「±２Ｇ」〜検出範囲「±８Ｇ」程度の加速度センサが用いられている。このような加速度センサを備える操作子では、ユーザの操作によっては、検出範囲を超える加速度が生じる可能性が有り、加速度センサが加速度を適切に検出できない場合がある。
【０００７】
この点、特許文献１，２には、検出範囲を超えた加速度の検出について、何ら提案されておらず、検出範囲を超えた加速度についても適切に検出する工夫が求められる。このとき、検出範囲の広い加速度センサを利用する工夫も考えられるが、費用が高額になり、また、操作子の大型化及び重量化につながるおそれがある。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、加速度センサの検出範囲を超える加速度であっても、適切に検出可能な操作子及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一態様の操作子は、スティック状の操作子であって、当該操作子の長手方向の軸上の夫々異なる位置に設けられ、所定範囲の加速度を検出する複数の加速度センサと、前記複数の加速度センサのうちの１の加速度センサの設置位置に生じた加速度を算出する加速度算出手段と、を備え、前記加速度算出手段は、前記設置位置に生じた加速度が前記所定範囲内の加速度である場合に、前記１の加速度センサが検出した加速度と他の加速度センサが検出した加速度との比率を算出する比率算出手段と、前記設置位置に生じた加速度が前記所定範囲を超える加速度である場合に、前記他の加速度センサが検出した加速度に前記比率を乗じることで、前記設置位置に生じた加速度を算出する加速度演算手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、加速度センサの検出範囲を超える加速度であっても、適切に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る操作子のハードウェアの構成を示すブロック図。
【図２】先端を打面に打ち付けた際に操作子に生じた加速度を示す図。
【図３】第１加速度センサ及び第２加速度センサの出力値を示す図。
【図４】第１加速度センサ及び第２加速度センサの出力値を示す図。
【図５】第２加速度センサに基づく加速度の算出方法を示す図。
【図６】操作子のＣＰＵによる加速度取得処理の流れを説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１３】
［操作子１の構成］
初めに、図１を参照して、本発明の一実施形態としての操作子１の構成について説明する。図１（１）は、本発明の操作子１の機能構成を示すブロック図であり、図１（２）は、本発明の操作子１の外観を示す図である。
【００１４】
図１（２）に示すように、本発明の操作子１は、長手方向に延びるスティック状の部材であり、長手方向の軸１００上の任意の位置（支点Ｍ）でユーザに保持される。ユーザは、支点Ｍで操作子を保持しつつ、手首などを中心とした振り上げ振り下ろし動作を行うことで、操作子１を用いた所定の動作を行う。
図１（１）を参照して、操作子１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１１と、第１加速度センサ１２と、第２加速度センサ１３と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１４と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１５と、データ通信部１６と、を含んで構成される。なお、以下において第１加速度センサ１２と第２加速度センサ１３とを区別しない場合には、「加速度センサ１２，１３」と呼ぶ。
【００１５】
ＣＰＵ１１は、操作子１の全体を制御し、例えば、加速度センサ１２，１３から出力された加速度に基づいて、当該加速度センサ１２，１３が設置された位置に生じた加速度を取得する制御を行う。このとき、ＣＰＵ１１は、後述するように、第２加速度センサ１３から出力された加速度を用いて、第１加速度センサ１２の設置位置に生じた加速度を算出する場合がある。すなわち、ＣＰＵ１１は、操作子１の所定の位置に生じた加速度を、当該位置とは異なる位置に設置された加速度センサから出力された加速度に基づいて、算出する場合がある。また、ＣＰＵ１１は、データ通信部１６を介して後述のメインユニット２との間の通信制御を行う。
【００１６】
加速度センサ１２，１３は、軸１００上の任意の位置に設置され、ユーザの動作に応じて当該設置位置に生じた加速度を検出し、ＣＰＵ１１に対して出力する。加速度センサ１２，１３は、設置位置に生じる任意の方向の加速度を検出することができ、例えば、操作子１の３軸方向の夫々に生じる加速度を検出する３軸加速度センサであってもよい。ここで、加速度センサ１２，１３には、検出可能な加速度の検出範囲（ダイナミックレンジ）が設定されており、本実施形態では、一例として、夫々「±５Ｇ」の検出範囲が設定されているものとする。また、加速度センサ１２，１３には、加速度を検出するサンプリング周期が設定されており、本実施形態では、一例として、夫々「２０Ｈｚ」のサンプリング周期が設定され、加速度センサ１２，１３では、同一のタイミングで加速度を検出することとする。
なお、操作子１の加速度を用いるシステムに応じて、加速度センサ１２，１３に各軸の合成ベクトルの利用や、重心方向のキャンセル処理、各種キャリブレーションなどを適宜行わせることとしてもよい。
【００１７】
第１加速度センサ１２は、操作子１の一端（先端側）、すなわち、軸１００上のユーザが保持する支点Ｍから最も離れた位置に設置される。また、第２加速度センサ１３は、軸１００上の第１加速度センサ１２の設置位置と支点Ｍとの間に設置される。このとき、第２加速度センサ１３は、第１加速度センサ１２の基板（図示せず）と並行かつ同じ向きに設置される。なお、第２加速度センサ１３は、任意の位置に設置することとしてよく、支点Ｍの位置や操作子１の利用態様などにより効果的な位置に設置することができる。
【００１８】
このように、第１加速度センサ１２と第２加速度センサ１３とは、同軸上に設置される一方で、支点Ｍからの距離が夫々異なるため、ユーザが操作子１に対して振り上げ振り下ろし動作を行った場合には、夫々異なる加速度を検出することになる。例えば、図２を参照して、ユーザが支点Ｍを中心に操作子１を振り下ろした場合、当該支点Ｍからの距離が長い第１加速度センサ１２は、大きな加速度を検出し、当該支点Ｍからの距離が短い第２加速度センサ１３は、小さな加速度を検出する。
【００１９】
図１に戻り、ＲＯＭ１４は、ＣＰＵ１１の実行する各種処理の処理プログラムを格納する。また、ＲＡＭ１５は、加速度センサ１２，１３が検出した加速度や、ＣＰＵ１１が算出した加速度など、処理において取得され又は生成された値を格納する。
【００２０】
データ通信部１６は、メインユニット２に設けられたデータ通信部２１との間で所定の通信を行う。所定の通信は、任意の方法で行うこととしてよく、本実施形態では、赤外線通信によりメインユニット２との間での通信を行う。
メインユニット２についての詳細は省略するが、メインユニット２は、データ通信部１６から送られたデータに基づいて所定の処理を行う。ここで、データ通信部１６から送られたデータには、操作子１に生じた加速度が含まれる。また、データ通信部１６から送られたデータに基づく所定の処理としては、特に規定するものではないが、上述した特許文献１に記載されたように加速度からユーザの演奏動作を検知し、当該演奏動作に応じた楽音を発音する処理（例えば、エアドラム）を一例としてあげることができる。
【００２１】
［検出範囲を超える加速度の算出方法］
このとき、加速度センサ１２，１３には、加速度の検出範囲が設定されているため、当該検出範囲を超える加速度が生じた場合には、正確な加速度を検出することができず、メインユニット２において適切な処理を行うことができない。
図２を参照して、例えば、操作子１の先端（第１加速度センサ１２が設置）を打面に打ち付けた場合、操作子１の先端には第１加速度センサ１２の検出範囲を超える加速度が生じる可能性がある。このような場合に、ＣＰＵ１１は、第２加速度センサ１３の加速度から操作子１の先端に生じた加速度を算出することとしている。
【００２２】
初めに、図３を算出して操作子１の先端に検出範囲内の加速度が生じた場合の加速度センサ１２，１３の出力値及びＣＰＵ１１が算出する加速度について説明する。図３（１）は、操作子１に対する所定の動作が行われた場合における第１加速度センサ１２の出力値（加速度）を示すグラフであり、図３（２）は、当該場合における第２加速度センサ１３の出力値（加速度）を示すグラフである。
図３（１）（２）に示すように、第１加速度センサ１２及び第２加速度センサ１３の夫々は、設定された検出範囲内の加速度を出力している。このとき、第１加速度センサ１２は、操作子１の先端に生じた加速度を正確に検出できているため、ＣＰＵ１１は、第１加速度センサ１２の出力値を、操作子１の先端部に生じた加速度として算出する。
【００２３】
続いて、図４を算出して操作子１の先端に検出範囲を超える加速度が生じた場合の加速度センサ１２，１３の出力値及びＣＰＵ１１が算出する加速度について説明する。図４（１）は、操作子１に対する所定の動作が行われた場合における第１加速度センサ１２の出力値（加速度）を示すグラフであり、図４（２）は、当該場合における第２加速度センサ１３の出力値（加速度）を示すグラフである。
操作子１の先端に検出範囲を超える加速度がかかっているため、図４（１）に示すように第１加速度センサ１２の出力値は、飽和してしまい、第１加速度センサ１２は、検出範囲を超えた分の加速度を検出することができない。他方、第２加速度センサ１３は、支点Ｍからの距離や打面との打撃点Ｎ（図２参照）からの距離が第１加速度センサ１２とは異なるため、操作子１の先端に検出範囲を超える加速度がかかっている場合であっても、設定された検出範囲内で加速度を出力することができる。このとき、第２加速度センサ１３は、操作子１の先端（第１加速度センサ１２の設置位置）とは異なる位置に設置されているため、第２加速度センサ１３の出力値は、操作子１の先端に生じた加速度を検出したものではない。
【００２４】
そこで、ＣＰＵ１１は、図５に示す方法を用いて、第２加速度センサ１３の加速度から操作子１の先端に生じた加速度を算出することとしている。
具体的には、図５（Ａ）を参照して、初めに、ＣＰＵ１１は、第１加速度センサ１２の出力値が飽和する前に、第１加速度センサ１２の出力値と第２加速度センサ１３の出力値との比率を算出する。例えば、時間「ｔ１」において、第１加速度センサ１２が加速度「２Ｇ」を出力し、第２加速度センサ１３が加速度「１Ｇ」を出力している場合、ＣＰＵ１１は、第１加速度センサ１２の出力値と第２加速度センサ１３の出力値との比率「２」を算出する。
図５（Ｂ）を参照して、その後、ＣＰＵ１１は、第１加速度センサ１２の出力値が飽和した後、算出した比率と第２加速度センサ１３の出力値とから、操作子１の先端に生じた加速度を算出する。例えば、時間「ｔ２」では、第１加速度センサ１２の出力値は飽和している一方で、第２加速度センサ１３は検出範囲内の加速度「４Ｇ」を出力している。このとき、ＣＰＵ１１は、第２加速度センサ１３が出力した加速度「４Ｇ」に比率「２」を乗じることで、操作子１の先端に生じた加速度「８Ｇ」を算出する。
【００２５】
このような方法により、ＣＰＵ１１は、第１加速度センサ１２の出力値が飽和した後であっても、操作子１の先端に生じた加速度を適切に算出することができ、加速度センサ１２，１３の検出範囲（ダイナミックレンジ）を広げることができる。
【００２６】
ところで、第１加速度センサ１２の出力値と第２加速度センサ１３の出力値との比率は、支点Ｍや打撃点Ｎの位置により異なる。そのため、ＣＰＵ１１は、第１加速度センサ１２が飽和する直前に検出された出力値から算出した比率を用いることが好ましい。なお、第１加速度センサ１２が飽和する直前に検出された出力値とは、第１加速度センサ１２が検出範囲の上限となる加速度を検出した直前のサンプリング周期で検出された出力値を意味する。
一般的に、操作子１が打面に打撃された場合の加速度の変化は急峻であり、短期間であるため、その期間中に支点Ｍが大きく移動してしまうことは考えられない。そのため、飽和する直前の比率を用いることで、ＣＰＵ１１は、支点Ｍや打撃点Ｎの位置に関わらず、一定の精度で検出範囲を超えた加速度を算出することができる。
【００２７】
［操作子１先端の加速度算出処理］
続いて、図６を参照して、加速度センサ１２，１３が所定のサンプリング周期で検出した加速度に基づいて、ＣＰＵ１１が操作子１の先端に生じた加速度を算出する処理について説明する。
【００２８】
初めに、ＣＰＵ１１は、第１加速度センサ１２が出力した加速度をＲＡＭ１５に格納するとともに（ステップＳ１）、第２加速度センサ１３が出力した加速度もＲＡＭ１５に格納し（ステップＳ２）、ステップＳ３の処理に移る。ステップＳ３では、ＣＰＵ１１は、第１加速度センサ１２が飽和しているか否かを判定、すなわち、第１加速度センサ１２から取得した加速度が、検出範囲の上限の加速度（本実施形態では、「±５Ｇ」）であるか否かを判定する。このとき、検出範囲の上限の加速度である場合には、ＣＰＵ１１は、ステップＳ６の処理に移り、検出範囲の上限未満の加速度である場合には、ＣＰＵ１１は、ステップＳ４の処理に移る。
【００２９】
ステップＳ４では、ＣＰＵ１１は、第１加速度センサ１２から取得した加速度と第２加速度センサ１３から取得した加速度との比率を算出し、ＲＡＭ１５に格納する。具体的には、ＣＰＵ１１は、第１加速度センサ１２から取得した加速度を第２加速度センサ１３から取得した加速度で除算することで、比率を算出する。続いて、ＣＰＵ１１は、第１加速度センサ１２から取得した加速度を有効とし（ステップＳ５）、処理を終了する。
また、ステップＳ６では、ＣＰＵ１１は、ＲＡＭ１５に格納された比率を読み出し、第２加速度センサ１３から取得した加速度に当該比率を乗じて有効とし、処理を終了する。
【００３０】
このように、ＣＰＵ１１は、検出範囲内の加速度については、操作子１の先端に設置された第１加速度センサ１２を用いて、操作子１の先端に生じた加速度を算出し（ステップＳ５）、検出範囲を超える加速度については、第２加速度センサ１３を用いて、操作子１の先端に生じた加速度を算出する（ステップＳ６）。
このとき、図６に示す処理を加速度センサ１２，１３のサンプリング周期で繰り返し実行することで、ＣＰＵ１１は、第１加速度センサ１２が飽和する直前の比率を用いて、操作子１の先端に生じた加速度を算出することができる。
【００３１】
以上、本実施形態の操作子１の構成及び処理について説明した。このような操作子１によれば、第１加速度センサ１２の検出範囲を超える加速度についても、同軸上の異なる位置に設置された第２加速度センサ１３の出力値を用いて算出することができるため、第１加速度センサ１２の検出範囲（ダイナミックレンジ）を広げることができる。
このとき、操作子１では、第１加速度センサ１２が飽和する直前の比率を用いることとしているため、支点Ｍや打撃点Ｎの位置に関わらず、一定の精度で検出範囲を超えた加速度を算出することができる。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例示に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明はその他の様々な実施形態を取ることが可能であり、さらに、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略や置換など種々の変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本明細書などに記載された発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００３３】
例えば、上記実施形態では、操作子１の先端に第１加速度センサ１２の検出範囲を超える加速度が生じる場合を例にとっているが、これに限られるものではない。打撃点Ｎが操作子１の先端ではなく操作子１の中腹となった場合には、第２加速度センサ１３の設置位置に検出範囲を超える加速度が生じ、第１加速度センサ１２の先端位置には検出範囲内の加速度が生じることも考えられる。このような場合であっても、加速度センサ１２，１３の出力値の比率を用いて、検出範囲を超えた加速度を算出することができる。
【００３４】
また、上記実施形態では、操作子１に２つの加速度センサ１２，１３を設けることとしているが、これに限られるものではなく、３つ以上の加速度センサを設けることとしてもよい。この場合においても、検出範囲を超えた加速度を、他の加速度センサの出力値及び比率を用いることで算出することができる。
【００３５】
以下に、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［付記１］
スティック状の操作子であって、
当該操作子の長手方向の軸上の夫々異なる位置に設けられ、所定範囲の加速度を検出する複数の加速度センサと、
前記複数の加速度センサのうちの１の加速度センサの設置位置に生じた加速度を算出する加速度算出手段と、を備え、
前記加速度算出手段は、
前記設置位置に生じた加速度が前記所定範囲内の加速度である場合に、前記１の加速度センサが検出した加速度と他の加速度センサが検出した加速度との比率を算出する比率算出手段と、
前記設置位置に生じた加速度が前記所定範囲を超える加速度である場合に、前記他の加速度センサが検出した加速度に前記比率を乗じることで、前記設置位置に生じた加速度を算出する加速度演算手段と、
を備えることを特徴とする操作子。
［付記２］
前記加速度算出手段は、前記１の加速度センサにおいて前記所定範囲内の加速度が検出される場合に、当該加速度を前記設置位置に生じた加速度と算出する、
ことを特徴とする付記１に記載の操作子。
［付記３］
前記１の加速度センサは、前記軸上の先端部に設けられ、前記他の加速度センサは、前記先端部とユーザに保持される位置との間に設けられる、
ことを特徴とする付記１又は２に記載の操作子。
［付記４］
長手方向の軸上の異なる位置に所定範囲の加速度を検出する複数の加速度センサを設けたスティック状の操作子において、前記複数の加速度センサのうちの１の加速度センサの設置位置に生じた加速度を算出する方法であって、前記操作子の制御部が実行する、
前記複数の加速度センサが検出した前記加速度を取得するステップと、
取得した前記加速度に基づいて、前記設置位置に生じた加速度が前記所定範囲内の加速度であるか否かを判定するステップと、
前記判定の結果、前記所定範囲内の加速度である場合に、前記１の加速度センサが検出した加速度と他の加速度センサが検出した加速度との比率を算出するステップと、
前記判定の結果、前記所定範囲を超える加速度である場合に、前記他の加速度センサが検出した加速度に前記比率を乗じることで、前記設置位置に生じた加速度を算出するステップと、
を含む方法。
【符号の説明】
【００３６】
１・・・操作子、１１・・・ＣＰＵ（加速度算出手段、比率算出手段、加速度演算手段）、１２・・・第１加速度センサ、１３・・・第２加速度センサ、１４・・・ＲＯＭ、１５・・・ＲＡＭ、１６・・・データ通信部、２・・・メインユニット、２１・・・データ通信部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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