(57)【要約】【課題】  ３次元慣性航法システムにおいて、３個の加速度センサと３個の角速度センサを利用せずに、角速度センサなしに単に３個の加速度センサのみを利用して３次元上の動きを復元できる３次元慣性航法システムに基づいた入力システムおよびその軌跡推定方法を提供する。【解決手段】  ３次元慣性航法システムに基づいた入力システムは、動き直前の加速度情報、動きの加速度情報および動き直後の加速度情報を出力する加速度センサ、出力された動き直前の加速度情報および動き直後の加速度情報に基づいて所定の演算過程を通じて動きの回転角情報を推定する回転角情報の推定演算部および推定された動きの回転角情報、出力された動きの加速度情報に基づいて動きの位置情報を算出する変換演算部および動きの位置情報を最適の平面に投影する最適平面演算部を含む。【選択図】      図2
2004280840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力装置の３次元上の動きに基づいて前記動きに対応する動きの位置情報を検出し、検出した前記動きの位置情報をホスト装置に出力する入力システムにおいて、
動き直前の加速度情報、動きの加速度情報および動き直後の加速度情報を出力する加速度センサと、
出力された前記動き直前の加速度情報および前記動き直後の加速度情報に基づいて、所定の演算過程を通じて動きの回転角情報(Φ、θ、Ψ)を推定する回転角情報の推定演算部と、
推定された前記動きの回転角情報および出力された前記動きの加速度情報に基づいて、前記動きの位置情報を算出する変換演算部と、
前記動きの位置情報を最適の平面に投影する最適平面演算部と、
を含むことを特徴とする３次元慣性航法システムに基づいた入力システム。
【請求項２】
前記回転角情報の推定演算部は、
出力された前記動き直前の加速度情報および前記動き直後の加速度情報に基づいて、所定の演算過程を通じて動き直前の回転角情報(Φ1、θ1、Ψ1)および動き直後の回転角情報(Φ2、θ2、Ψ2)を算出する第１演算部と、
算出された前記動き直前の回転角情報および前記動き直後の回転角情報に基づいて、所定の演算過程を通じて前記動きの回転角情報を算出する第２演算部と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元慣性航法システムに基づいた入力システム。
【請求項３】
前記第１演算部において、
前記動き直前の回転角情報Φ1および前記動き直後の回転角情報Φ2は、
【数１】
2004280840.tif 000018
（ここで、ボディフレームの座標軸をX、Y、Zとする場合、Aby1、Aby2は各々Y軸に対する動き直前の加速度情報、動き直後の加速度情報を意味し、Abz1、Abz2は各々Z軸に対する動き直前の加速度情報、動き直後の加速度情報を意味し、航法フレームに対する座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、Ψ1、Ψ2は各々Z0軸に対する動き直前の回転角情報、動き直後の回転角情報を意味し、θ1はΨ1による回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する動き直前の回転角情報を意味し、θ2はΨ2による回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する動き直後の回転角情報を意味し、Φ1はΨ1、θ1各々の回転によりX0軸が回転した後の軸を意味するX2軸に対する動き直前の回転角情報を意味し、Φ2はΨ2、θ2各々の回転によりX0軸が回転した後の軸を意味するX2軸に対する動き直前の回転角情報を意味する）
に基づいて算出されることを特徴とする請求項２に記載の３次元慣性航法システムに基づいた入力システム。
【請求項４】
前記第１演算部において、
前記動き直前の回転角情報θ1および前記動き直後の回転角情報θ2は、
【数２】
2004280840.tif 000019
（ここで、ボディフレームの座標軸をX、Y、Zとする場合、AbX1、AbX2は各々X軸に対する動き直前の加速度情報、動き直後の加速度情報を意味し、Aby1、Aby2は各々Y軸に対する動き直前の加速度情報、動き直後の加速度情報を意味し、Abz1、Abz2は各々Z軸に対する動き直前の加速度情報、動き直後の加速度情報を意味し、航法フレームに対する座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、Ψ1、Ψ2は各々Z0軸に対する動き直前の回転角情報、動き直後の回転角情報を意味し、θ1はΨ1による回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する動き直前の回転角情報を意味し、θ2はΨ2による回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する動き直後の回転角情報を意味する）
に基づいて算出されることを特徴とする請求項２に記載の３次元慣性航法システムに基づいた入力システム。
【請求項５】
前記第２演算部において、
前記動きの回転角情報Φは、
Φ(t)=a*t+b
（ここで、t1は動き直前の時刻を意味し、t2は動き直後の時刻を意味し、aは[Φ(t2)-Φ(t1)]/(t2-t1)を意味し、bは-a*t1+Φ(t1)を意味し、航法フレームに対する座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、ΨはZ0軸に対する回転角情報を意味し、θはΨによる回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する回転角情報を意味し、ΦはΨ、θ各々の回転によりX0軸が回転した後の軸を意味するX2軸に対する回転角情報を意味する）
に基づいて算出されることを特徴とする請求項２に記載の３次元慣性航法システムに基づいた入力システム。
【請求項６】
前記第２演算部において、
前記動きの回転角情報θは、
θ(t)=c*t+d
（ここで、t1は動き直前の時刻を意味し、t2は動き直後の時刻を意味し、cは[θ(t2)-θ(t1)]/(t2-t1)を意味し、dは-c*t1+θ(t1)を意味し、座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、ΨはZ0軸に対する回転角情報を意味し、θはΨによる回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する回転角情報を意味する）
に基づいて算出されることを特徴とする請求項２に記載の３次元慣性航法システムに基づいた入力システム。
【請求項７】
入力装置の３次元上の動きに基づいて前記動きに対応される動きの位置情報を検出し、検出された前記動きの位置情報をホスト装置に出力する入力システムにおいて、
動きの加速度情報を出力する加速度センサと、
出力された前記動きの加速度情報から分離された重力加速度に基づいた加速度情報に基づいて、動きの回転角情報(Φ、θ、Ψ)を推定する回転角情報の推定演算部と、
推定された前記動きの回転角情報および出力された前記動きの加速度情報に基づいて、前記動きの位置情報を算出する変換演算部と、
前記動きの位置情報を最適の平面に投影する最適平面演算部と、
を含むことを特徴とする３次元慣性航法システムに基づいた入力システム。
【請求項８】
前記回転角情報の推定演算部は、
出力された前記動きの加速度情報から前記入力装置の動き自体に基づいた加速度情報および前記重力加速度に基づいた加速度情報を所定の方法に基づいて分離する分離部と、
分離された前記重力加速度に基づいた加速度情報に基づいて、所定の演算過程を通じて前記動きの回転角情報を算出する演算部と、
を含むことを特徴とする請求項７に記載の３次元慣性航法システムに基づいた入力システム。
【請求項９】
前記動きの加速度情報から前記重力加速度に基づいた加速度情報を分離する所定の方法は、
前記動きの加速度情報を低域通過フィルタに通過させることを特徴とする請求項８に記載の３次元慣性航法システムに基づいた入力システム。
【請求項１０】
前記演算部において、
前記動きの回転角情報Φは、
【数３】
2004280840.tif 000020
（ここで、ボディフレームの座標軸をX、Y、Zとする場合、AbyはY軸に対する加速度情報を意味し、AbzはZ軸に対する加速度情報を意味し、航法フレームの座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、ΨはZ0軸に対する回転角情報を意味し、θはΨによる回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する回転角情報を意味し、ΦはΨ、θ各々の回転によりX0軸が回転した後の軸を意味するX2軸に対する回転角情報を意味する）
に基づいて算出されることを特徴とする請求項８に記載の３次元慣性航法システムに基づいた入力システム。
【請求項１１】
前記演算部において、
前記動きの回転角情報θは、
【数４】
2004280840.tif 000021
（ここで、ボディフレームに対する座標軸をX、Y、Zとする場合、AbxはX軸に対する加速度情報を意味し、AbyはY軸に対する加速度情報を意味し、AbzはZ軸に対する加速度情報を意味し、航法フレームに対する座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、ΨはZ0軸に対する回転角情報を意味し、θはΨによる回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する回転角情報を意味する）
に基づいて算出されることを特徴とする請求項８に記載の３次元慣性航法システムに基づいた入力システム。
【請求項１２】
入力装置の３次元上の動きに基づいて前記動きに対応される動きの位置情報を検出し、検出した前記動きの位置情報をホスト装置に出力する入力システムを利用した軌跡推定方法において、
(a)動きの加速度情報、動き直前の加速度情報および動き直後の加速度情報を出力するステップと、
(b)出力された前記動き直前の加速度情報および前記動き直後の加速度情報に基づいて、所定の演算過程を通じて動きの回転角情報(Φ、θ、Ψ)を推定するステップと、
(c)推定された前記動きの回転角情報および出力された前記動きの加速度情報に基づいて、前記動きの位置情報を算出するステップと、
(d)前記動きの位置情報を最適の平面に投影するステップと、
を含むことを特徴とする３次元慣性航法システムに基づいた入力システムの軌跡推定方法。
【請求項１３】
前記(b)ステップは、
(b1)出力された前記動き直前の加速度情報および前記動き直後の加速度情報に基づいて、所定の演算過程を通じて動き直前の回転角情報(Φ1、θ1、Ψ1)および動き直後の回転角情報(Φ2、θ2、Ψ2)を算出するステップと、
(b2)算出された前記動き直前の回転角情報および前記動き直後の回転角情報に基づいて、所定の演算過程を通じて前記動きの回転角情報を算出するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の３次元慣性航法システムに基づいた入力システムの軌跡推定方法。
【請求項１４】
前記(b1)ステップにおいて、
前記動き直前の回転角情報Φ1および前記動き直後の回転角情報Φ2は、
【数５】
2004280840.tif 000022
（ここで、ボディフレームの座標軸をX、Y、Zとする場合、Aby1、Aby2は各々Y軸に対する動き直前の加速度情報、動き直後の加速度情報を意味し、Abz1、Abz2は各々Z軸に対する動き直前の加速度情報、動き直後の加速度情報を意味し、航法フレームに対する座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、Ψ1、Ψ2は各々Z0軸に対する動き直前の回転角情報、動き直後の回転角情報を意味し、θ1はΨ1による回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する動き直前の回転角情報を意味し、θ2はΨ2による回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する動き直後の回転角情報を意味し、Φ1はΨ1、θ1各々の回転によりX0軸が回転した後の軸を意味するX2軸に対する動き直前の回転角情報を意味し、Φ2はΨ2、θ2各々の回転によりX0軸が回転した後の軸を意味するX2軸に対する動き直前の回転角情報を意味する）
に基づいて算出されることを特徴とする請求項１３に記載の３次元慣性航法システムに基づいた入力システムの軌跡推定方法。
【請求項１５】
前記(b1)ステップにおいて、
前記動き直前の回転角情報θ1および前記動き直後の回転角情報θ2は、
【数６】
2004280840.tif 000023
（ここで、ボディフレームの座標軸をX、Y、Zとする場合、Abx1、Abx2は各々X軸に対する動き直前の加速度情報、動き直後の加速度情報を意味し、Aby1、Aby2は各々Y軸に対する動き直前の加速度情報、動き直後の加速度情報を意味し、Abz1、Abz2は各々Z軸に対する動き直前の加速度情報、動き直後の加速度情報を意味し、航法フレームに対する座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、Ψ1、Ψ2は各々Z0軸に対する動き直前の回転角情報、動き直後の回転角情報を意味し、θ1はΨ1による回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する動き直前の回転角情報を意味し、θ2はΨ2による回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する動き直後の回転角情報を意味する）
に基づいて算出されることを特徴とする請求項１３に記載の３次元慣性航法システムに基づいた入力システムの軌跡推定方法。
【請求項１６】
前記(b2)ステップにおいて、
前記動きの回転角情報Φは、
Φ(t)=a*t+b
（ここで、t1は動き直前の時刻を意味し、t2は動き直後の時刻を意味し、aは[Φ(t2)-Φ(t1)]/(t2-t1)を意味し、bは-a*t1+Φ(t1)を意味し、座標軸をX0、Y0、Z0とする時、ΨはZ0軸に対する回転角情報を意味し、θはΨによる回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する回転角情報を意味し、ΦはΨ、θ各々の回転によりX0軸が回転した後の軸を意味するX2軸に対する回転角情報を意味する）
に基づいて算出されることを特徴とする請求項１３に記載の３次元慣性航法システムに基づいた入力システムの軌跡推定方法。
【請求項１７】
前記(b2)ステップにおいて、
前記動きの回転角情報θは、
θ(t)=c*t+d
（ここで、t1は動き直前の時刻を意味し、t2は動き直後の時刻を意味し、cは[θ(t2)-θ(t1)]/(t2-t1)を意味し、dは-c*t1+θ(t1)を意味し、座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、ΨはZ0軸に対する回転角情報を意味し、θはΨによる回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する回転角情報を意味する）
に基づいて算出されることを特徴とする請求項１３に記載の３次元慣性航法システムに基づいた入力システムの軌跡推定方法。
【請求項１８】
入力装置の３次元上の動きに基づいて前記動きに対応される動きの位置情報を検出し、検出された前記動きの位置情報をホスト装置に投影させる入力システムを利用した軌跡推定方法において、
(a)動きの加速度情報を出力するステップと、
(b)出力された前記動きの加速度情報から分離された重力加速度に基づいた加速度情報に基づいて、動きの回転角情報(Φ、θ、Ψ)を推定するステップと、
(c)推定された前記動きの回転角情報および出力された前記動きの加速度情報に基づいて、前記動きの位置情報を算出するステップと、
(d)前記動きの位置情報を最適の平面に投影するステップと、
を含むことを特徴とする3次元慣性航法システムに基づいた入力システムの軌跡推定方法。
【請求項１９】
前記(b)ステップは、
(b1)出力された前記動きの加速度情報から前記入力装置の動き自体に基づいた加速度情報と前記重力加速度に基づいた加速度情報とを所定の方法に基づいて分離するステップと、
(b2)分離された前記重力加速度に基づいた加速度情報に基づいて、所定の演算過程を通じて前記動きの回転角情報を算出するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１８に記載の３次元慣性航法システムに基づいた入力システムの軌跡推定方法。
【請求項２０】
前記(b1)ステップにおける所定の方法は、
前記動きの加速度情報を低域通過フィルタに通過させることを特徴とする請求項１９に記載の３次元慣性航法システムに基づいた入力システムの軌跡推定方法。
【請求項２１】
前記(b2)ステップにおいて、
前記動きの回転角情報Φは、
【数７】
2004280840.tif 000024
（ここで、ボディフレームの座標軸をX、Y、Zとする場合、AbyはY軸に対する加速度情報を意味し、AbzはZ軸に対する加速度情報を意味し、航法フレームの座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、ΨはZ0軸に対する回転角情報を意味し、θはΨによる回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する回転角情報を意味し、ΦはΨ、θ各々の回転によりX0軸が回転した後の軸を意味するX2軸に対する回転角情報を意味する）
に基づいて算出されることを特徴とする請求項１９に記載の３次元慣性航法システムに基づいた入力システムの軌跡推定方法。
【請求項２２】
前記(b2)ステップにおいて、
前記動きの回転角情報θは、
【数８】
2004280840.tif 000025
（ここで、ボディフレームに対する座標軸をX、Y、Zとする場合、AbXはX軸に対する加速度情報を意味し、AbyはY軸に対する加速度情報を意味し、AbZはZ軸に対する加速度情報を意味し、航法フレームに対する座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、ΨはZ0軸に対する回転角情報を意味し、θはΨによる回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する回転角情報を意味する）
に基づいて算出されることを特徴とする請求項１９に記載の３次元慣性航法システムに基づいた入力システムの軌跡推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元慣性航法システムに基づいた入力システムおよびその軌跡推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報化時代に発展しつつコンピュータが備えられている環境といった特定の空間だけでなく、いつどこででも情報を接続し生産することがより一層頻繁に要求されている。個人携帯機器などの発展と普及の拡大はこのような要求を充足させているが、個人携帯機器に適切な入力装置に関しては相変らず多くの研究が必要な状況である。個人携帯機器の入力装置に要求される事項は携帯性と入力の容易性であるため、個人携帯機器より小型であり所持が容易な入力装置の開発が要求される。また、個人携帯機器の特性上いつどこでも新しい資料を入力しなければならないので、あたかも文字を書くように自然に入力できる入力装置が要求される。特に、一般平面や自由空間、または紙上での自然な筆記動作を復元でき、文字、図形、ジェスチャーなどに対する入力が可能な入力装置であれば、汎用性が高くなり特別な学習過程を必要としないことから非常に有用な入力装置として活用できる。
【０００３】
したがって、上述したような入力装置に対する要求に対応して、３次元慣性航法システム概念を利用して空間上でも筆記が可能な入力システムが提案されている。
３次元慣性航法システム(INS: Inertial Navigation System)とは、３次元空間上で動く物体の位置と姿勢を推定するため、３軸加速度情報と３軸角速度情報を検出し、検出された情報を動いている物体に適用するシステムを言う。３次元慣性航法システムでは、角速度情報測定値の積分値を用いて物体の姿勢を計算し、これにより加速度情報を補正して、補正された加速度情報を１回積分して速度情報が計算され、２重積分して位置情報が計算できる。
【０００４】
図１は、従来の慣性航法システムを利用した入力システムのブロック図である。
従来の慣性航法システムを利用した入力システムは、ホスト装置20および入力装置10を含む。
ホスト装置20は、入力装置10からの動きに基づいて動きに対応するイメージをディスプレイする。
【０００５】
入力装置10は、加速度センサ11、角速度センサ12、回転角情報演算部13、変換演算部14および送信部15を含む。
加速度センサ11は、入力装置10の動きに基づいて動きに対応する加速度情報Ab(Abx，Aby，Abz)を生成して変換演算部14に出力する。加速度情報において、小添字bはボディフレームでの加速度情報であることを意味し、小添字x、yおよびzはx軸、y軸およびz軸に対する情報であることを意味する。
【０００６】
角速度センサ12は、入力装置10の動きに基づいて動きに対応する角速度情報Wb(Wbx，Wby，Wbz)を生成して回転角情報演算部13に出力する。角速度情報において、小添字bはボディフレームでの加速度情報であることを意味し、小添字x、yおよびzはx軸、y軸およびz軸に対する情報であることを意味する。
回転角情報演算部13は、角速度センサ12からの角速度情報を受け付ける。入力された角速度情報は、所定の演算過程を経て回転角情報χ(Φ、θ、Ψ）に変換される。回転角情報に変換されるための所定の演算過程は公知の技術に属するので、本明細書ではそれに対する詳細な説明は省略する。
【０００７】
変換演算部14は、加速度情報および回転角情報を受け付ける。変換演算部14は、回転角情報に基づいて入力装置10の姿勢を計算し、回転角情報に基づいて加速度情報が補正され、補正された加速度情報を１回積分して速度情報を求め、２重積分して位置情報を計算する。これは下記の数式１、数式２および数式３により可能である。
下記の数式を説明する前に数式に利用される用語の定義を以下に説明する。
【０００８】
●ボディフレーム(body flame）は、実際の入力装置10の動きに対応して加速度情報および角速度情報を検出し得るフレームである。
●航法フレーム(navigation flame）は、ボディフレームでの検出結果に基づいて所定の演算行列を適用することによって、ホスト装置300に適用され得る情報を算出するための基準フレームである。ここで、航法フレームの座標軸をX0、Y0、Z0と称する。
【０００９】
●回転角情報は次の通りである。初期にいかなる回転もない場合、航法フレームとボディフレームとの座標軸は一致する。初期に航法フレームとボディフレームとが一致してボディフレームの座標軸をX0、Y0、Z0と言う場合、ΨはZ0軸に対する回転角情報を意味する。また、θはΨによる回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する回転角情報を意味する。ΦはΨ、θ各々による回転によりX0軸が回転した後の軸を意味するX2軸に対する回転角情報を意味する。
【００１０】
●ボディフレームでのベクトルを航法フレームでのベクトルに変換するための3×3行列は次の通りである。
【００１１】
【数１】
2004280840.tif 000003
ここで、小添字s、cおよびtは各々sine、cosineおよびtangentを意味し、χは3×1行列であって、回転角情報を意味する。
●ボディフレームでの角速度情報に基づいて回転角情報を算出するための行列は次の通りである。
【００１２】
【数２】
2004280840.tif 000004
ここで、小添字s、cおよびtは各々sine、cosineおよびtangentを意味し、χは3×1行列であって、回転角情報を意味する。
ボディフレームでの加速度情報をAbで、ボディフレームでの角速度情報をWbで、ボディフレームでの角速度情報に基づいて回転角情報を算出するための行列をRで、重力加速度をGで、ボディフレームでのベクトルを航法フレームでのベクトルに変換するための行列を〜で表す場合、航法フレームでの位置情報であるPn、航法フレームでの速度情報であるVnおよび回転角情報であるχは、数式１、数式２および数式３により次のように表すことができる。
【００１３】
【数３】
2004280840.tif 000005
【００１４】
【数４】
2004280840.tif 000006
【００１５】
【数５】
2004280840.tif 000007
ここで、Pn、Vn、Ab、G、Wbは各々3×1行列であり、Gは〔0，0，g〕Tで、dPn、dVnおよび、dχは、Pn、Vnおよびχを各々時間に対して微分したことを意味する。
したがって、加速度センサおよび角速度センサから各々出力されたボディフレームでの加速度情報および角速度情報は、各々航法フレームでの速度情報および位置情報に変換演算され、変換演算された位置情報は３次元上の動きに対応する動きのイメージは、最適投影平面に投影された後送信部15に出力される。
【００１６】
送信部15は、投影された位置情報をホスト装置20に出力する。
このような方式により入力装置10の動きは、ホスト装置20にディスプレイされる。
しかし、上述したように加速度センサと角速度センサとを全て使用する場合、入力装置の重さが全体的に増加して携帯性に適合しないという短所がある。角速度センサのコストも高価であるため、これを利用する入力装置も高価になるという短所がある。角速度センサおよび加速度センサを全て駆動する必要があるので、電力の消費量が多いという短所がある。また、角速度センサを使用する場合、初期の校正作業が必ず必要であるため、角速度センサを具備する場合、校正作業を行わなければならないという面倒さがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、前記の従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、３次元慣性航法システムにおいて、３個の加速度センサと３個の角速度センサを利用せず、かつ、角速度センサなしに単に３個の加速度センサだけを利用して３次元上の動きを復元できる３次元慣性航法システムに基づいた入力システムおよびその軌跡推定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の技術的課題を解決するための、本発明に係る３次元慣性航法システムに基づいた入力システムは、入力装置の３次元上の動きに基づいて前記動きに対応する動きの位置情報を検出し、検出された前記動きの位置情報をホスト装置に出力する入力システムにおいて、動き直前の加速度情報、動きの加速度情報および動き直後の加速度情報を出力する加速度センサと、出力された前記動き直前の加速度情報および前記動き直後の加速度情報に基づいて、所定の演算過程を通じて動きの回転角情報(Φ、θ、Ψ)を推定する回転角情報の推定演算部と、推定された前記動きの回転角情報および出力された前記動きの加速度情報に基づいて、前記動きの位置情報を算出する変換演算部と、前記動きの位置情報を最適の平面に投影する最適平面演算部とを含む。
【００１９】
前記回転角情報の推定演算部は、出力された前記動き直前の加速度情報および前記動き直後の加速度情報に基づいて、所定の演算過程を通じて動き直前の回転角情報(Φ1、θ1、Ψ1)および動き直後の回転角情報(Φ2、θ2、Ψ2)を算出する第１演算部と、算出された前記動き直前の回転角情報および前記動き直後の回転角情報に基づいて、所定の演算過程を通じて前記動きの回転角情報を算出する第２演算部とを含む。
【００２０】
前記第１演算部において、前記動き直前の回転角情報Φ1および前記動き直後の回転角情報Φ2は、
【００２１】
【数６】
2004280840.tif 000008
であることが好ましい。
ここで、ボディフレームの座標軸をX、Y、Zとする場合、Aby1、Aby2は各々Y軸に対する動き直前の加速度情報、動き直後の加速度情報を意味し、Abz1、Abz2は各々Z軸に対する動き直前の加速度情報、動き直後の加速度情報を意味し、航法フレームに対する座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、Ψ1、Ψ2は各々Z0軸に対する動き直前の回転角情報、動き直後の回転角情報を意味し、θ1はΨ1による回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する動き直前の回転角情報を意味し、θ2はΨ2による回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する動き直後の回転角情報を意味し、Φ1はΨ1、θ1各々の回転によりX0軸が回転した後の軸を意味するX2軸に対する動き直前の回転角情報を意味し、Φ2はΨ2、θ2各々の回転によりX0軸が回転した後の軸を意味するX2軸に対する動き直前の回転角情報を意味する。
【００２２】
前記第１演算部において、前記動き直前の回転角情報θ1および前記動き直後の回転角情報θ2は、
【００２３】
【数７】
2004280840.tif 000009
であることが好ましい。
ここで、ボディフレームの座標軸をX、Y、Zとする場合、AbX1、AbX2は各々X軸に対する動き直前の加速度情報、動き直後の加速度情報を意味し、Aby1、Aby2は各々Y軸に対する動き直前の加速度情報、動き直後の加速度情報を意味し、Abz1、Abz2は各々Z軸に対する動き直前の加速度情報、動き直後の加速度情報を意味し、航法フレームに対する座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、Ψ1、Ψ2は各々Z0軸に対する動き直前の回転角情報、動き直後の回転角情報を意味し、θ1はΨ1による回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する動き直前の回転角情報を意味し、θ2はΨ2による回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する動き直後の回転角情報を意味する。
【００２４】
前記第２演算部において、前記動きの回転角情報Φは、Φ(t)=a*t+bであることが好ましい。ここで、t1は動き直前の時刻を意味し、t2は動き直後の時刻を意味し、aは[Φ(t2)-Φ(t1)]/(t2-t1）を意味し、bは-a*t1+Φ(t1)を意味し、航法フレームに対する座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、ΨはZ0軸に対する回転角情報を意味し、θはΨによる回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する回転角情報を意味し、ΦはΨ、θ各々の回転によりX0軸が回転した後の軸を意味するX2軸に対する回転角情報を意味する。
【００２５】
前記第２演算部において、前記動きの回転角情報θは、θ(t)=c*t+dであることが好ましい。ここで、t1は動き直前の時刻を意味し、t2は動き直後の時刻を意味し、cは[θ(t2)-θ(t1)]/(t2-t1）を意味し、dは-c*t1+θ(t1)を意味し、座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、ΨはZ0軸に対する回転角情報を意味し、θはΨによる回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する回転角情報を意味する。
【００２６】
また、前記の技術的課題を解決するための、本発明に係る３次元慣性航法システムに基づいた入力システムは、入力装置の３次元上の動きに基づいて前記動きに対応する動きの位置情報を検出し、検出された前記動きの位置情報をホスト装置に出力する入力システムにおいて、動きの加速度情報を出力する加速度センサと、出力された前記動きの加速度情報から分離された重力加速度に基づいた加速度情報に基づいて、動きの回転角情報(Φ、θ、Ψ)を推定する回転角情報の推定演算部と、推定された前記動きの回転角情報および出力された前記動きの加速度情報に基づいて、前記動きの位置情報を算出する変換演算部と、前記動きの位置情報を最適の平面に投影する最適平面演算部とを含む。
【００２７】
前記回転角情報の推定演算部は、出力された前記動きの加速度情報から前記入力装置の動き自体に基づいた加速度情報および前記重力加速度に基づいた加速度情報を所定の方法に基づいて分離する分離部と、分離された前記重力加速度に基づいた加速度情報に基づいて、所定の演算過程を通じて前記動きの回転角情報を算出する演算部とを含む。
前記動きの加速度情報から前記重力加速度に基づいた加速度情報を分離する所定の方法は、前記動きの加速度情報を低域通過フィルタに通過させることが好ましい。
【００２８】
前記演算部において、前記動きの回転角情報Φは、
【００２９】
【数８】
2004280840.tif 000010
であることが好ましい。ここで、ボディフレームの座標軸をX、Y、Zとする場合、AbyはY軸に対する加速度情報を意味し、AbzはZ軸に対する加速度情報を意味し、航法フレームの座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、ΨはZ0軸に対する回転角情報を意味し、θはΨによる回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する回転角情報を意味し、ΦはΨ、θ各々の回転によりX0軸が回転した後の軸を意味するX2軸に対する回転角情報を意味する。
【００３０】
前記演算部において、前記動きの回転角情報θは、
【００３１】
【数９】
2004280840.tif 000011
であることが好ましい。ここで、ボディフレームに対する座標軸をX、Y、Zとする場合、AbxはX軸に対する加速度情報を意味し、AbyはY軸に対する加速度情報を意味し、AbzはZ軸に対する加速度情報を意味し、航法フレームに対する座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、ΨはZ0軸に対する回転角情報を意味し、θはΨによる回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する回転角情報を意味する。
【００３２】
また、前記の技術的課題を解決するための本発明に係る３次元慣性航法システムに基づいた入力システムの軌跡推定方法は、入力装置の３次元上の動きに基づいて前記動きに対応される動きの位置情報を検出し、検出された前記動きの位置情報をホスト装置に出力する入力システムを利用した軌跡推定方法において、(a)動きの加速度情報、動き直前の加速度情報および動き直後の加速度情報を出力するステップと、(b)出力された前記動き直前の加速度情報および前記動き直後の加速度情報に基づいて、所定の演算過程を通じて動きの回転角情報(Φ、θ、Ψ)を推定するステップと、(c)推定された前記動きの回転角情報および出力された前記動きの加速度情報に基づいて、前記動きの位置情報を算出するステップと、(d)前記動きの位置情報を最適の平面に投影するステップとを含む。
【００３３】
前記(b)ステップは、(b1)出力された前記動き直前の加速度情報および前記動き直後の加速度情報に基づいて、所定の演算過程を通じて動き直前の回転角情報(Φ1、θ1、Ψ1)および動き直後の回転角情報(Φ2、θ2、Ψ2)を算出するステップと、(b2)算出された前記動き直前の回転角情報および前記動き直後の回転角情報に基づいて、所定の演算過程を通じて前記動きの回転角情報を算出するステップとを含む。
【００３４】
前記(b1)ステップにおいて、前記動き直前の回転角情報Φ1および前記動き直後の回転角情報Φ2は、
【００３５】
【数１０】
2004280840.tif 000012
であることが好ましい。ここで、ボディフレームの座標軸をX、Y、Zとする場合、Aby1、Aby2は各々Y軸に対する動き直前の加速度情報、動き直後の加速度情報を意味し、Abz1、Abz2は各々Z軸に対する動き直前の加速度情報、動き直後の加速度情報を意味し、航法フレームに対する座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、Ψ1、Ψ2は各々Z0軸に対する動き直前の回転角情報、動き直後の回転角情報を意味し、θ1はΨ1による回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する動き直前の回転角情報を意味し、θ2はΨ2による回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する動き直後の回転角情報を意味し、Φ1はΨ1、θ1各々の回転によりX0軸が回転した後の軸を意味するX2軸に対する動き直前の回転角情報を意味し、Φ2はΨ2、θ2各々の回転によりX0軸が回転した後の軸を意味するX2軸に対する動き直前の回転角情報を意味する。
【００３６】
前記(b1)ステップにおいて、前記動き直前の回転角情報θ1および前記動き直後の回転角情報θ2は、
【００３７】
【数１１】
2004280840.tif 000013
であることが好ましい。ここで、ボディフレームの座標軸をX、Y、Zとする場合、Abx1、Abx2は各々X軸に対する動き直前の加速度情報、動き直後の加速度情報を意味し、Aby1、Aby2は各々Y軸に対する動き直前の加速度情報、動き直後の加速度情報を意味し、Abz1、Abz2は各々Z軸に対する動き直前の加速度情報、動き直後の加速度情報を意味し、航法フレームに対する座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、Ψ1、Ψ2は各々Z0軸に対する動き直前の回転角情報、動き直後の回転角情報を意味し、θ1はΨ1による回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する動き直前の回転角情報を意味し、θ2はΨ2による回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する動き直後の回転角情報を意味する。
【００３８】
前記(b2)ステップにおいて、前記動きの回転角情報Φは、Φ(t)=a*t+bであることが好ましい。ここで、t1は動き直前の時刻を意味し、t2は動き直後の時刻を意味し、aは[Φ(t2)-Φ(t1)]/(t2-t1）を意味し、bは-a*t1+Φ(t1)を意味し、座標軸をX0、Y0、Z0とする時、ΨはZ0軸に対する回転角情報を意味し、θはΨによる回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する回転角情報を意味し、ΦはΨ、θ各々の回転によりX0軸が回転した後の軸を意味するX2軸に対する回転角情報を意味する。
【００３９】
前記(b2)ステップにおいて、前記動きの回転角情報θは、θ(t)=c*t+dであることが好ましい。ここで、t1は動き直前の時刻を意味し、t2は動き直後の時刻を意味し、cは[θ(t2)-θ(t1)]/(t2-t1）を意味し、dは-c*t1+θ(t1)を意味し、座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、ΨはZ0軸に対する回転角情報を意味し、θはΨによる回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する回転角情報を意味する。
【００４０】
また、前記の技術的課題を解決するための本発明に係る3次元慣性航法システムに基づいた入力システムの軌跡推定方法は、入力装置の３次元上の動きに基づいて前記動きに対応される動きの位置情報を検出し、検出された前記動きの位置情報をホスト装置に投影させる入力システムを利用した軌跡推定方法において、(a)動きの加速度情報を出力するステップと、(b)出力された前記動きの加速度情報から分離された重力加速度に基づいた加速度情報に基づいて、動きの回転角情報(Φ、θ、Ψ)を推定するステップと、(c)推定された前記動きの回転角情報および出力された前記動きの加速度情報に基づいて、前記動きの位置情報を算出するステップと、(d)前記動きの位置情報を最適の平面に投影するステップとを含む。
【００４１】
前記(b)ステップは、(b1)出力された前記動きの加速度情報から前記入力装置の動き自体に基づいた加速度情報と前記重力加速度に基づいた加速度情報とを所定の方法に基づいて分離するステップと、(b2)分離された前記重力加速度に基づいた加速度情報に基づいて、所定の演算過程を通じて前記動きの回転角情報を算出するステップとを含む。
前記(b1)ステップにおける所定の方法は、前記動きの加速度情報を低域通過フィルタに通過させることが好ましい。
【００４２】
前記(b2)ステップにおいて、前記動きの回転角情報Φは、
【００４３】
【数１２】
2004280840.tif 000014
であることが好ましい。ここで、ボディフレームの座標軸をX、Y、Zとする場合、AbyはY軸に対する加速度情報を意味し、AbzはZ軸に対する加速度情報を意味し、航法フレームの座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、ΨはZ0軸に対する回転角情報を意味し、θはΨによる回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する回転角情報を意味し、ΦはΨ、θ各々の回転によりX0軸が回転した後の軸を意味するX2軸に対する回転角情報を意味する。
【００４４】
前記(b2)ステップにおいて、前記動きの回転角情報θは、
【００４５】
【数１３】
2004280840.tif 000015
であることが好ましい。ここで、ボディフレームに対する座標軸をX、Y、Zとする場合、AbXはX軸に対する加速度情報を意味し、AbyはY軸に対する加速度情報を意味し、AbZはZ軸に対する加速度情報を意味し、航法フレームに対する座標軸をX0、Y0、Z0とする場合、ΨはZ0軸に対する回転角情報を意味し、θはΨによる回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する回転角情報を意味する。
【発明の効果】
【００４６】
本発明の３次元慣性航法システムに基づいた入力システムおよびその軌跡推定方法によると、３次元慣性航法システムにおいて、３個の加速度センサと３個の角速度センサを利用せず、かつ、角速度センサなしに単に３個の加速度センサだけを利用して３次元上の動きを復元できる。また、時間と場所に拘らずにユーザが入力しようとする入力対象を入力できる。３個の加速度センサだけを利用するので、入力装置の製作コストが低コストであり、携帯が便利になるよう軽量に作成することができ、消費電力量を削減するとともに、初期校正作業の煩雑さがなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、添付した図面を参照して、本発明に係る最も好ましい実施形態を詳細に説明する。
図２は、本発明の１実施形態に係る回転角情報の推定演算部120を備えた入力装置100を含む入力システムのブロック図である。
本発明に係る入力システムは、入力装置100およびホスト装置300を具備する。
【００４８】
入力装置100は、加速度センサ110、回転角情報の推定演算部120、変換演算部130および送信部140を含む。
加速度センサ110は、入力装置100の動きに基づいてx、y、zの３つの軸に基づいてボディフレームのX、Y、Zの３つの軸に対応するように設けられる。加速度センサ110は、入力装置100の動きに基づいて動きの加速度情報、動き直前の加速度情報および動き直後の加速度情報を検出した後各々出力する。入力装置内に３個の加速度センサが設けられることが好ましいが、２軸加速度情報を検出できる加速度センサを２個設けることも可能である。
【００４９】
動きの加速度情報、動き直前の加速度情報および動き直後の加速度情報に対する定義は次の通りである。
図２の実施形態によると、入力装置100の動きに対する軌跡推定をするためには、入力装置100により表現しようとする動き直前と動き直後に入力装置100を動かしてはならないという仮定が必要である。これによって、本発明に係る加速度センサ110は、入力装置100により表現しようとする動き直前の加速度情報および動き直後の加速度情報を検出できる。動き直前の加速度情報は、表現しようとする動きのまさに直前の加速度情報を意味する。また、動き直後の加速度情報は、表現しようとする動きのまさに直後の加速度情報を意味する。動きの加速度情報は、ユーザにより表現しようとする動きに基づいた加速度情報を意味する。
【００５０】
回転角情報の推定演算部120は、加速度センサ110から出力された動き直前および動き直後の加速度情報に基づいて回転角情報を推定演算する。
本実施形態において、回転角情報の推定演算部120は、第1演算部121および第２演算部122を含む。
第１演算部121は、加速度センサ110から入力装置100の動き直前の加速度情報および動き直後の加速度情報を受ける。
【００５１】
第１演算部121は、動き直前の加速度情報に基づいて所定の演算過程を通じて動き直前の回転角情報のうち、Φおよびθを各々演算する。ここで動き直前の回転角情報は、動き直前の加速度情報に対応する回転角情報である。
第１演算部121は、動き直後の加速度情報に基づいて所定の演算過程を通じて動き直後の回転角情報のうち、Φおよびθを各々演算する。ここで動き直後の回転角情報は、動き直後の加速度情報に対応する回転角情報である。
【００５２】
ボディフレームの座標軸をX、Y、Zとする場合、ボディフレームでのX軸に対する加速度情報をAbxで、ボディフレームでのY軸に対する加速度情報をAbyで、ボディフレームでのZ軸に対する加速度情報をAbzで、Z0軸に対する回転角情報をΨで、Ψによる回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する回転角情報をθで表す場合、Ψ、θ各々の回転によりX0軸が回転した後の軸を意味するX2軸に対する回転角情報Φは次の数式４により表すことができる。
【００５３】
【数１４】
2004280840.tif 000016
ボディフレームの座標軸をX、Y、Zとする場合、ボディフレームでのX軸に対する加速度情報をAbxで、ボディフレームでのY軸に対する加速度情報をAbyで、ボディフレームでのZ軸に対する加速度情報をAbzで、Z0軸に対する回転角情報をΨで表す場合、Ψによる回転によりY0が回転した後の軸を意味するY1軸に対する回転角情報θは、次の数式５により表すことができる。
【００５４】
【数１５】
2004280840.tif 000017
数式４および数式５は、各々動きを止めた状態での加速度情報から回転角情報のうち、Φおよびθを各々算出できる公式である。
第２演算部122は、第１演算部121から算出された動き直前の回転角情報のうち、Φとθを受け付ける。
【００５５】
第２演算部122は、第１演算部121から算出された動き直後の回転角情報のうち、Φとθを受け付ける。
第２演算部122は、入力された動き直前の回転角情報のうちΦおよび動き直後の回転角情報のうちΦに基づいて、所定の演算過程を通じて動きの回転角情報Φを演算する。
第２演算部122は、入力された動き直前の回転角情報のうちθおよび動き直後の回転角情報のうちθに基づいて、所定の演算過程を通じて動きの回転角情報θを演算する。
【００５６】
動き直前の時刻をt1で、動き直後の時刻をt2で、[Φ(t2)-Φ(t1)]/(t2-t1）をaで、-a*t1+Φ(t1)をbで表す場合、動きの回転角情報のうちΦ(t）は次の数式６により表すことができる。
Φ(t)=a*t+b    ・・・（数式６）
また、動き直前の時刻をt1で、動き直後の時刻をt2で、[θ(t2)-θ(t1)]/(t2-t1）をcで、-c*t1+θ(t1)をdで表す場合、動きの回転角情報のうちθ(t）は次の数式7により表すことができる。
【００５７】
θ(t)=c*t+d    ・・・（数式７）
変換演算部130は、加速度センサ110から動きの加速度情報を受け付け、回転角情報の推定演算部120から推定された動きの回転角情報を受け付ける。入力された動きの加速度情報および動きの回転角情報に基づいて、図１での変換演算部のように航法フレームでの動きの速度情報(Vn)および動きの位置情報(Pn)を算出する。
【００５８】
最適平面演算部135は、変換演算部130から出力された動きの位置情報を仮想の２次元最適平面に投影して座標値を得る。
送信部140は、最適平面演算部135から出力された投影された位置情報をホスト装置300に出力する。送信部140は有線通信モジュールから構成できるが、ブルートゥース(bluetooth)のような無線通信モジュールであることが好ましい。
【００５９】
ホスト装置300は、入力装置100からの動きに基づいて、動きに対応される位置情報をホスト装置300にディスプレイする。ホスト装置300は個人携帯機器であることが好ましい。
図３は、本発明の他の実施形態に係る回転角情報の推定演算部120を備える入力装置200が含まれた入力システムのブロック図である。
図２で説明したように、本発明に係る入力システムは、ホスト装置300および入力装置200を含む。
【００６０】
入力装置200は、加速度センサ210、回転角情報の推定演算部220、変換演算部230および送信部240を含む。
変換演算部230および送信部240は図２における説明と同じであるため、ここでは加速度センサ210および回転角情報の推定演算部220に対してのみ説明する。
本実施形態に係る加速度センサ210は、動きの加速度情報を検出した後出力する。図２の実施形態とは異なり、動き直前の加速度情報および動き直後の加速度情報は検出する必要がない。
【００６１】
本実施形態に係る回転角情報の推定演算部220は、分離部221および演算部222を含む。
分離部221は、出力された動きの加速度情報を受け付ける。次いで、入力された動きの加速度情報から入力装置200の動き自体に基づいた加速度情報と重力加速度に基づいた加速度情報を所定の方法により分離する。
所定の方法は、分離部221が低域通過フィルタ(LPF: Low Pass Filter)を備えることが好ましい。
【００６２】
通常、動き自体に基づいた加速度情報に比べて重力加速度に基づいた加速度情報がより低い周波数帯に存在する。したがって、分離部221に低域通過フィルタが備えられる場合、重力加速度に基づいた加速度情報は分離部221によりフィルタリングされる。
演算部222は、重力加速度に基づいた加速度情報を入力される。
演算部222は、入力された重力加速度に基づいた加速度情報に基づいて数式４および数式５を通して動きの回転角情報を算出する。
【００６３】
通常、物体が停止した状態では動きがなく重力によってのみ影響を受けるので、動きの加速度情報のうち、重力加速度に基づいた加速度情報は停止している状態に該当する。
また、上述したように、数式４および数式５は停止した状態でのみ適用可能である。したがって、重力加速度に基づいた加速度情報に対して数式４および数式５を適用できる。演算部222は、重力加速度に基づいた加速度情報を受け付け、数式４および数式５の適用によって動きの回転角情報を算出する。
【００６４】
算出された動きの回転角情報および加速度センサ210から出力された動きの加速度情報は変換演算部230に伝送され、変換演算部230から算出された航法フレームでの動きの位置情報は最適平面演算部135を通じて仮想の２次元最適平面に投影された座標値がホスト装置300に伝送される。
但し、本明細書ではΨに対しては推定しなかった。その理由はΨ自体が入力装置に対する軌跡復元に大きい影響を及ぼさないためである。したがって、前記２つの実施形態ではΨに対した値を０にセッティングする。
【００６５】
図4Aは、加速度センサ110から出力された動きの加速度情報を示すグラフである。
通常、加速度センサから出力された動きの加速度情報は、重力加速度に基づいた加速度情報および動き自体に基づいた加速度情報が合成されて出力される。図面に示しているように、一般に動き自体に基づいた加速度情報は１Hzから20Hzの間の周波数帯に存在し、重力加速度に基づいた加速度情報は０Hz近くの周波数帯に存在する。
【００６６】
図4Bは、分離部221が低域通過フィルタを具備して図4Aの加速度情報から重力加速度に基づいた加速度情報のみが分離された場合の加速度情報を示すグラフである。
分離部221に低域通過フィルタを備えた場合、高周波数帯の加速度情報はフィルタリングされて出力されずに低周波数帯の加速度情報のみが出力される。したがって、図面に示しているように、重力加速度に基づいた加速度情報のみが出力される。
【００６７】
図５は、図２の実施形態に係る入力システムに基づいた軌跡推定方法に対するフローチャートである。
図２および図５を参照して説明する。まず、ユーザにより入力装置100が所定の動きをなしながら動く。入力装置100内の加速度センサ110は、入力装置100の動きに基づいて動きの加速度情報を検出した後に出力する(S400)。
【００６８】
出力された加速度情報は、動き直前の加速度情報、動きの加速度情報および動き直後の加速度情報である。出力された動き直前および動き直後の加速度情報は、回転角情報の推定演算部120に入力される。回転角情報の推定演算部120内の第１演算部121は、動き直前の加速度情報および動き直後の加速度情報に対して数式４および数式５を適用する。これにより動き直前の加速度情報に対応される動き直前の回転角情報が算出され、動き直後の加速度情報に対応される動き直後の回転角情報が算出される(S410)。
【００６９】
算出された動き直前の回転角情報および動き直後の回転角情報は、第2演算部122に出力される。第2演算部122は、動き直前の回転角情報および動き直後の回転角情報に対して数式６および数式７を適用する。これにより動きの回転角情報が算出される(S420)。
算出された動きの回転角情報は、変換演算部130に出力される。また、加速度センサ110から出力された加速度情報も変換演算部130に出力される。変換演算部130は、入力された加速度情報および角速度情報に基づいて航法フレームに対する動きの位置情報を算出する(S430)。
【００７０】
算出された航法フレームに対する動きの位置情報は、最適平面演算部135から最適平面へ投影される(S440)。最適平面に投影された位置情報は、送信部140を通じてホスト装置300に出力される(S450)。
図６は、図３の実施形態に係る入力システムの軌跡推定方法に対するフローチャートである。
【００７１】
図３および図６を参照して説明する。まず、ユーザにより入力装置が所定の動きをなしながら動く。入力装置200内の加速度センサ210では、入力装置200の動きに基づいて動きの加速度情報を出力する(S500)。
出力された動きの加速度情報には、動き自体に基づいた加速度情報および重力加速度に基づいた加速度情報が含まれる。出力された動きの加速度情報は、回転角情報の推定演算部220に入力される。回転角情報の推定演算部220内の分離部221は、入力された動きの加速度情報から動き自体に基づいた加速度情報および重力加速度に基づいた加速度情報を各々分離する(S510)。
【００７２】
分離された重力加速度に基づいた加速度情報は、回転角情報の推定演算部220に入力される。回転角情報の推定演算部220内の演算部222では、分離された加速度情報のうち、重力加速度に基づいた加速度情報に対して数式４および数式５を適用する。これによって動きの回転角情報が算出される(S520)。
算出された動きの回転角情報は変換演算部230に出力される。また、加速度センサ210から出力された加速度情報も変換演算部230に出力される。変換演算部230は、入力された加速度情報および角速度情報に基づいて航法フレームに対する動きの位置情報を算出する(S530)。
【００７３】
算出された航法フレームに対する動きの位置情報は、最適平面演算部235から最適平面へ投影される(S540)。最適平面に投影された位置情報は、送信部240を通しホスト装置300に出力される(S550)。
図7Aは、本発明を適用した入力装置に基づいた所定の数字に対する結果を示す図面である。
【００７４】
数字０〜３に対して実験した結果である。
図面の赤点線は図２にともなう実施形態によって角速度センサがない入力装置により文字を書いた場合の数字である。図面の青点線は図３にともなう実施形態によって角速度センサがない入力装置により文字を書いた場合の数字である。図面の赤実線はスタイラス(stylus)ペンを利用してタブレット(tablet)上に直接文字を書いた場合の数字である。図面において青実線は角速度センサがある入力装置により文字を書いた場合の数字である。
【００７５】
図7Bは、本発明を適用した入力装置に基づいたもう１つの所定の数字に対する結果を示す図面であり、図7Cは、本発明を適用した入力装置に基づいた所定の文字に対する結果を示す図面である。
図7Bは、数字６〜９に対して実験した結果であり、図7Cは英文字G、H、IおよびJに対して実験した結果である。
【００７６】
青点線、赤点線、青実線および赤実線に対する説明は図7Aと同じである。
図7A、図7Bおよび図7Cに示しているように、角速度センサがある状態およびタブレットに直接文字を書いた状態と本発明に係る各々の実施形態にともなう文字の状態はほぼ同一であり、文字を認識できる水準もほぼ同一であることが分かる。
但し、図２に示している実施形態および図３に示している実施形態は、入力装置で所定の演算過程が行われ、それにともなう最終的な結果値である位置情報のみホスト装置に伝送されるように構成されている。
【００７７】
しかし、これは１実施形態であり、実施形態によっては入力装置では加速度センサから出力された加速度情報のみ検出され、検出された加速度情報が送信部を通じてホスト装置に伝送され、回転角情報の推定演算部による演算過程および変換演算部による演算過程、および最適平面の演算部過程は、ホスト装置で行われるように構成を別にすることができる。
【００７８】
また、他の実施形態によっては入力装置では、加速度センサから出力された加速度情報が検出され、検出された加速度情報は回転角情報の推定演算部により回転角情報が算出され、算出された回転角情報が送信部を通じてホスト装置に伝送され、変換演算部による演算過程および最適平面演算部過程は、ホスト装置で行われるように構成を別にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の３次元慣性航法システムに基づいた入力システムおよびその軌跡推定方法によると、３次元慣性航法システムにおいて３個の加速度センサと３個の角速度センサを利用せずに、角速度センサなしに単に３個の加速度センサのみを利用して３次元上の動きを復元できる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】従来の慣性航法システムを利用した入力システムのブロック図である。
【図２】本発明の１実施形態に係る回転角情報の推定演算部を備えた入力装置を含む入力システムのブロック図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る回転角情報の推定演算部を備えた入力装置が含まれた入力システムのブロック図である。
【図４Ａ】加速度センサから出力された動きの加速度情報を示すグラフである。
【図４Ｂ】分離部に低域通過フィルタを具備して、図4Aの加速度情報から重力加速度に基づいた加速度情報のみが分離された場合の加速度情報を示すグラフである。
【図５】図２の実施形態に係る入力システムに基づいた軌跡推定方法に対するフローチャートである。
【図６】図３の実施形態に係る入力システムの軌跡推定方法に対するフローチャートである。
【図７Ａ】本発明を適用した入力装置による所定の数字結果を示す図面である。
【図７Ｂ】本発明を適用した入力装置によるもう１つの所定の数字結果を示す図面である。
【図７Ｃ】本発明を適用した入力装置による所定の文字結果を示す図面である。
【符号の説明】
【００８１】
100、200      入力装置
110、210      加速度センサ
120、220      回転角情報の推定演算部
121      第1演算部
122      第2演算部
221      分離部
222      演算部
130、230      変換演算部
140、240      送信部
300      ホスト装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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