(57)【要約】【課題】３次元情報の入力方法を容易にし、しかも、小形、低価格化した姿勢角度および位置情報の入力装置およびその入力方法を提供する。【解決手段】移動体の３軸周りの角速度検出を行うジャイロ１０２と２軸の加速度センサ１０３と２軸の磁気センサ１０４から構成されていて移動体の３軸の姿勢角を検出する姿勢角検出装置１０１と、移動体に設置されたマーカー用永久磁石１０８と少なくとも計６軸分のマーカー用磁気センサ１０７を３ヶ所以上に設置して構成されている位置検出装置１０６を組み合わせることにより姿勢角度と位置が検出される姿勢角度および位置情報の入力装置とする。【選択図】  図１
2004326242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
姿勢角度検出装置と位置検出装置とで構成される姿勢角度および位置情報の入力装置であって、前記姿勢角度検出装置は、移動体の３軸周りの角速度検出を行うジャイロと、２軸の加速度センサと、２軸の磁気センサから構成されており、前記位置検出装置は、移動体に設置されたマーカー用永久磁石と、少なくとも計６軸分のマーカー用磁気センサを３ヶ所以上に設置して構成されたことを特徴とする姿勢角度および位置情報の入力装置。
【請求項２】
前記姿勢角度検出装置は、ｘ、ｙ軸方向の磁界を検出する磁気センサの中心の垂直方向の延長線上に、前記マーカー用永久磁石が、その最大磁束の向きになるように配置され、地磁気を検出する磁気センサのオフセットずれがなくなることを特徴とする請求項１に記載の姿勢角度および位置情報の入力装置。
【請求項３】
前記マーカー用磁気センサは、非対称でかつ一直線上に並ばないように配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の姿勢角度および位置情報の入力装置。
【請求項４】
姿勢角度および位置情報の入力方法であって、前記姿勢角度の入力は、移動体の３軸周りの角速度検出を行うジャイロと、２軸の加速度センサと、２軸の磁気センサからのデータの演算手段によって行い、前記位置情報の入力は、移動体に設置されたマーカー用永久磁石と、少なくとも計６軸分のマーカー用磁気センサを３ヶ所以上に設置して前記磁気センサのデータ演算手段によって行うことを特徴とする姿勢角度および位置情報の入力方法。
【請求項５】
前記２軸の磁気センサに含まれるｘ、ｙ軸方向の磁界を検出する磁気センサの中心の垂直方向の延長線上に、前記マーカー用永久磁石の最大磁束の向きになるように配置することで、地磁気を検出する磁気センサのオフセットずれをなくすことを特徴とする請求項４に記載の姿勢角度および位置情報の入力方法。
【請求項６】
前記マーカー用磁気センサは、非対称でかつ一直線上に並ばないように配置されることを特徴とする請求項４または５に記載の姿勢角度および位置情報の入力方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体の姿勢検出や姿勢制御や位置検出、すなわちマウスなどのパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと称す）用入力機器、バーチャルリアリティなどの姿勢角度および位置情報の入力に好適な姿勢角度および位置情報の入力装置およびその入力方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、情報入力装置であるマウスは、平面上で２方向に動かすことにより２軸方向の動きを入力することができた。現状のマウスは、２軸方向の動きを入力するための装置で、入力できる情報としては平面状の位置ｘ、ｙの入力のみが可能であった。
【０００３】
従来の情報入力装置であるマウスについては、特許文献１あるいは特許文献２に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０５−０２７９００号公報
【特許文献２】
特開平０８−０３０３８７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ゲーム機やコンピュータの発達に伴い、３Ｄキャドソフトやゲームソフトにおいて立体的に表現された商品などが発売されている。３次元の場合、立体的な表現が可能で、３次元情報は、移動による位置ｘ、ｙ、ｚと移動体の姿勢角α、β、γなどがある。３次元情報を入力する場合は、ｘ、ｙ以外の高さ方向と姿勢角の表現にはキーボードなどによる操作が必要となる。以上のように、従来の技術では、入手する情報が足りないために、操作が煩雑になってしまい、直感的に３次元情報を入力することができないという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、３次元情報の入力方法を容易にし、しかも、小形、低価格化した姿勢角度および位置情報入力装置およびその入力方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、姿勢角度検出装置と位置検出装置とで構成される姿勢角度および位置情報の入力装置であって、前記姿勢角度検出装置は、移動体の３軸周りの角速度検出を行うジャイロと、２軸の加速度センサと、２軸の磁気センサから構成されており、前記位置検出装置は、移動体に設置されたマーカー用永久磁石と、少なくとも計６軸分のマーカー用磁気センサを３ヶ所以上設置して構成されている姿勢角度および位置情報の入力装置である。
【０００８】
また、本発明は、姿勢角度検出装置は、ｘ、ｙ軸方向の磁界を検出する磁気センサの中心の垂直方向の延長線上に、前記マーカー用永久磁石が、その最大磁束の向きになるように配置することで、地磁気を検出する磁気センサのオフセットずれをなくす姿勢角度および位置情報の入力装置である。
【０００９】
また、本発明は、前記マーカー用磁気センサは、非対称でかつ一直線上に並ばないように配置される姿勢角度および位置情報の入力装置である。
【００１０】
また、本発明は、姿勢角度および位置情報の入力方法であって、移動体の３軸周りの角速度検出を行うジャイロと、２軸の加速度センサと、２軸の磁気センサからのデータ演算手段によって行い、前記位置情報の入力は、移動体に設置されたマーカー用永久磁石と、少なくとも計６軸分のマーカー用磁気センサを３ヶ所以上に設置して前記磁気センサのデータ演算手段によって行う姿勢角度および位置情報の入力方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態による姿勢角度および位置の入力装置およびその入力方法について、以下に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態による姿勢角度および位置情報の入力装置のブロック図である。図１の姿勢角度および位置情報の入力装置は、姿勢角度検出装置１０１と位置検出装置１０６と演算装置としてのＰＣ１１０を使用した場合の構成例を示した。姿勢角度検出装置１０１では、移動体の姿勢角度を検出するための３軸のジャイロ１０２、２軸の加速度センサ１０３、２軸の磁気センサ１０４が含まれており、各センサ出力値Ｇｘ、Ｇｙ、Ｇｚ、Ａｃｃｘ、Ａｃｃｙ、Ｍａｇｘ、Ｍａｇｙの値を１０ｂｉｔＡ／Ｄコンバーター１１４ａにて取得する。ここで、Ａ／Ｄ値は、ＵＳＢコントローラ１０９ａ、１０９ｃを介してＰＣ１１０に送信され、姿勢角度演算手段１１１にて演算が行なわれ、移動体の姿勢角度として算出される。
【００１３】
位置検出装置１０６には、マーカー用永久磁石１０８の磁束を検出するためのマーカー用磁気センサ１０７が計６軸ふくまれている。そして、位置演算手段１１２にて演算を行ない移動体の位置を算出する際に収束性の悪い特異点が発生しないように非対称で、かつ一直線上にならばないようにマーカー用磁気センサ１０７を配置した。マーカー用磁気センサ１０７からの出力値Ｍａｇ１〜Ｍａｇ６は、１０ｂｉｔＡ／Ｄコンバータ１１４ａにて検出する。前記にて取得したＡ／Ｄ値は、ＵＳＢコントローラ１０９ｂ、１０９ｄを介してＰＣ１１０に送信され、位置演算手段１１２にて演算が行なわれ、移動体の位置として算出される。
【００１４】
図２は、姿勢角度および位置情報の入力方法の説明図である。姿勢角度検出装置２０１ａと位置検出装置本体２０２は、ＰＣ２０３に接続される。本実施の形態では、移動体を手２０４ａとして姿勢角度検出装置２０１ａを前記手２０４ａに固定した。位置検出装置本体２０２は、机などの一定の場所に固定する。姿勢角度検出装置２０１ａは、ジャイロ、加速度センサ、磁気センサの出力から姿勢角度を検出する。
【００１５】
手２０４ａを傾けると取り付けられた姿勢角度検出装置２０１ａによりその姿勢角と姿勢角度検出装置２０１ａ内に取り付けられたマーカー用永久磁石２０５ａの磁束を位置検出装置で検出することにより手２０４ａの位置を検出することができる。また、姿勢角度検出装置２０１ａは、位置検出装置本体２０２の検出範囲内において動作させることで位置を検出することができるが、姿勢角の動作範囲は限定されない。
【００１６】
たとえば、手を手２０４ａから手２０４ｂに移動するとき、姿勢角度検出装置は２０１ａから２０１ｂへ移動する。前記姿勢角度検出装置２０１ａにより姿勢角と姿勢角度検出装置２０１ａ内部に取り付けたマーカー用永久磁石２０５ａの位置をリアルタイムに検出することができる。
【００１７】
本装置の位置検出装置本体２０２は磁気式であり、マーカー用永久磁石の磁束がゆがむ可能性があるので、本来は磁性体を含む金属製の机や棚などが近くにない状態で使用が理想的だが、マーカー用永久磁石を近づける前の初期の磁束値をオフセットとして引いているため場所を選ばずに使用できる。位置検出装置本体２０２の検出範囲は、マーカー用永久磁石２０５ａの磁束密度と、それに適した磁気センサにて位置検出装置本体を構成すれば変更することができる。
【００１８】
図３に、姿勢角度検出装置３０１内のマーカー用永久磁石３０３とセンサなどの位置関係について示した。該姿勢角度検出装置３０１は、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸の角度を計算し、姿勢角度を演算する。ジャイロ３０４ａによって動的な姿勢角度を検出し、磁気センサ３０２によって検出される地磁気と加速度センサ３０５により検出される重力にて絶対的な角度を検出している。動的な角度と絶対的な角度をあわせることによってさまざまな動きによって変わる姿勢角度をリアルタイムに検出している。
【００１９】
Ｘ−Ｙ平面方向の磁界を検出するように配置された磁気センサ３０２直上に、Ｚ軸方向に磁束が最も強くなるようにマーカー用永久磁石２０５ａを配置する。磁気センサ３０２は、ｘ−ｙ平面の磁気を検出するように配置されているため、前記マーカー用永久磁石２０５ａによる磁束を検出しにくい。これにより、姿勢角度入力装置３０１に含まれる磁気センサ３０２は、地磁気のみを検出する。
【００２０】
図４は、位置検出装置の構造の説明図である。２軸のマーカー用磁気センサ４０３ａ，４０３ｂ，４０３ｃを３箇所に一直線上に並ばず、非対称になるように設置する。位置検出装置本体４０１は、マーカー用永久磁石の磁束を６軸分のマーカー用磁気センサ４０３ａ，４０３ｂ，４０３にて測定し、その値をマイコン４０２を用いて演算することでマーカー用永久磁石の位置を検出するものである。
【００２１】
位置検出演算手段にて磁石を近づけない状態で検知している磁気を、オフセットとして検出値から常に引くようにすることによって、マーカー用磁気センサ４０３は地磁気や外乱の影響を受けにくくなり、マーカーから出る磁束の変化だけを精度よく検知することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、姿勢角度検出装置内にマーカー用永久磁石を配置することにより、これまで大掛かりであった姿勢角度および位置情報の入力装置を小型、低価格化し、３次元情報の入力方法を容易にした姿勢角度および位置情報の入力装置およびに方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による姿勢角度および位置情報の入力装置のブロック図。
【図２】本発明の実施の形態による姿勢角度および位置情報の入力方法の説明図。
【図３】姿勢角度検出装置の構造の説明図。
【図４】位置検出装置の構造の説明図。
【符号の説明】
１０１    姿勢角度検出装置
１０２    ジャイロ
１０３    加速度センサ
１０４    磁気センサ
１０５ａ，１０５ｂ    マイコン
１０６    位置検出装置
１０７    マーカー用磁気センサ
１０８    マーカー用永久磁石
１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄ    ＵＳＢコントローラ
１１０    ＰＣ（パーソナルコンピュータ）
１１１    姿勢角度演算手段
１１２    位置演算手段
１１３    アプリケーション
１１４ａ    Ａ／Ｄコンバーター
２０１，２０１ａ，２０１ｂ    姿勢角度検出装置
２０２    位置検出装置本体
２０３    ＰＣ（パーソナルコンピュータ）
２０４ａ，２０４ｂ    手（移動体）
２０５ａ，２０５ｂ    マーカー用永久磁石
３０１    姿勢角度検出装置
３０２    磁気センサ
３０３    マーカー用永久磁石
３０４ａ    ジャイロＸ
３０４ｂ    ジャイロＹ
３０４ｃ    ジャイロＺ
３０５    加速度センサ
４０１    位置検出装置本体
４０２    マイコン
４０３ａ，４０３ｂ，４０３ｃ    マーカー用磁気センサ
【図１】
2004326242.tif 000003
【図２】
2004326242.tif 000004
【図３】
2004326242.tif 000005
【図４】
2004326242.tif 000006