(57)【要約】【課題】簡便な利用環境でユーザの指示を精度良く入力する。【解決手段】ユーザが保持する装置筐体５０上にＸＹＺローカル座標系を定義し、内蔵センサ１０，２０，３０によって、加速度α，角速度ω，磁気ｍの各座標軸成分を検出して検出値格納部４１に格納する。装置筐体５０を静止させて初期設定部４３に初期設定指示を与えると、位置認識部４５は現在位置をグローバル座標系上の初期位置に設定し、姿勢認識部４６は現在姿勢を初期姿勢に設定する。移動判定部４２は、加速度αをモニタして停止／移動の別を判定し、回転判定部４４は、角速度ωをモニタして回転／非回転の別を判定する。姿勢認識部４６は、停止かつ回転状態のときに、加速度αと磁気ｍに基づいて、グローバル座標系上の姿勢を認識し、位置認識部４５は、移動時に、移動直前の姿勢を維持したまま移動したものとして、加速度αに基づいて現在位置を更新する。【選択図】図２
2013250707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
北方向を示すＮ軸、東方向を示すＥ軸、上方向を示すＵ軸という互いに直交する３軸と原点ＯとをもったＮＥＵグローバル座標系上において、任意の空間位置座標を入力する装置であって、
加速度センサと、磁気センサと、信号処理手段と、装置筐体と、を備え、少なくとも前記加速度センサおよび前記磁気センサは、前記装置筐体に組み込まれており、
前記装置筐体上には、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸という互いに直交する３軸と原点ＰとをもったＸＹＺローカル座標系が定義されており、前記ＸＹＺローカル座標系は、前記装置筐体の移動とともに移動し、前記装置筐体の回転とともに回転するように前記装置筐体に対して固定された座標系になっており、
前記加速度センサは、前記装置筐体に作用した加速度のＸ軸方向成分αｘ、Ｙ軸方向成分αｙ、Ｚ軸方向成分αｚを検出する機能を有し、
前記磁気センサは、前記装置筐体に作用した磁力のＸ軸方向成分ｍｘ、Ｙ軸方向成分ｍｙ、Ｚ軸方向成分ｍｚを検出する機能を有し、
前記信号処理手段は、
前記加速度センサの検出値に基づいて、前記装置筐体が移動状態もしくは停止状態のいずれにあるかを判定する移動判定部と、
前記移動判定部が停止状態との判定を行っているときに、前記加速度センサの検出値と前記磁気センサの検出値とに基づいて、前記装置筐体の前記ＮＥＵグローバル座標系上における姿勢を認識する姿勢認識部と、
前記移動判定部の判定結果によって停止状態から移動状態に遷移したことが認識された場合に、移動直前に前記姿勢認識部が認識した姿勢と前記加速度センサの検出値とに基づいて、前記装置筐体の前記ＮＥＵグローバル座標系上における位置を認識し、認識された位置の前記ＮＥＵグローバル座標系上における座標値を、入力対象となる空間位置座標として出力する位置認識部と、
を有することを特徴とする空間位置座標入力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の空間位置座標入力装置において、
移動判定部が、加速度センサの検出値の変動量が所定範囲を超えている場合に移動状態、前記所定範囲内の場合に停止状態と判定することを特徴とする空間位置座標入力装置。
【請求項３】
請求項２に記載の空間位置座標入力装置において、
移動判定部が、加速度センサの検出値αｘの振幅値、加速度センサの検出値αｙの振幅値、加速度センサの検出値αｚの振幅値、の少なくとも１つが、所定の閾値Δを超えた場合には移動状態、それ以外の場合には停止状態と判定することを特徴とする空間位置座標入力装置。
【請求項４】
請求項２に記載の空間位置座標入力装置において、
移動判定部が、所定の参照期間について、加速度センサの検出値αｘの分散値、加速度センサの検出値αｙの分散値、加速度センサの検出値αｚの分散値、の少なくとも１つが、所定の閾値δを超えた場合には移動状態、それ以外の場合には停止状態と判定することを特徴とする空間位置座標入力装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の空間位置座標入力装置において、
移動判定部が、停止状態から移動状態への遷移判定もしくは移動状態から停止状態への遷移判定を行う際に、遷移後の状態としての条件が所定の監視期間にわたって継続して満足された場合に限り、当該遷移判定を行うことを特徴とする空間位置座標入力装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の空間位置座標入力装置において、
装置筐体に作用した角速度のＸ軸まわり成分ωｘ、Ｙ軸まわり成分ωｙ、Ｚ軸まわり成分ωｚを検出する機能をもち、装置筐体に組み込まれた角速度センサを更に備え、
信号処理手段が、前記角速度センサの検出値に基づいて、前記装置筐体が回転状態もしくは非回転状態のいずれにあるかを判定する回転判定部を更に有し、
姿勢認識部が、移動判定部が停止状態との判定を行い、かつ、回転判定部が非回転状態との判定を行っている初期状態において初期姿勢を認識する処理を行い、以後、移動判定部が停止状態との判定を行い、かつ、回転判定部が回転状態との判定を行っているときに姿勢を認識する処理を行うことを特徴とする空間位置座標入力装置。
【請求項７】
請求項６に記載の空間位置座標入力装置において、
回転判定部が、角速度センサの検出値ωｘの振幅値、角速度センサの検出値ωｙの振幅値、角速度センサの検出値ωｚの振幅値、の少なくとも１つが、所定の閾値θを超えた場合には回転状態、それ以外の場合には非回転状態と判定することを特徴とする空間位置座標入力装置。
【請求項８】
請求項７に記載の空間位置座標入力装置において、
回転判定部が、非回転状態から回転状態への遷移判定もしくは回転状態から非回転状態への遷移判定を行う際に、遷移後の状態としての条件が所定の監視期間にわたって継続して満足された場合に限り、当該遷移判定を行うことを特徴とする空間位置座標入力装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の空間位置座標入力装置において、
信号処理手段が、各センサの検出値を所定周期で取り込み、これを時系列データとして逐次格納する機能をもった検出値格納部を更に有し、この検出値格納部に格納されているデータに基づいて、移動判定部、回転判定部、姿勢認識部、もしくは位置認識部による処理が行われることを特徴とする空間位置座標入力装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の空間位置座標入力装置において、
姿勢認識部が、
移動判定部が停止状態との判定を行っているときに得られた加速度センサの検出値αｘ，αｙ，αｚを、それぞれ重力加速度のＸ軸方向成分ｇｘ、Ｙ軸方向成分ｇｙ、Ｚ軸方向成分ｇｚと認識して、重力ベクトルＧ（ｇｘ，ｇｙ，ｇｚ）を求め、この重力ベクトルＧとは逆向きの上方ベクトルＵの方向をＵ軸方向と認識し、
磁気センサの検出値ｍｘ，ｍｙ，ｍｚを各成分とする磁気ベクトルＭ（ｍｘ，ｍｙ，ｍｚ）を定め、重力ベクトルＧと磁気ベクトルＭとの外積として得られる東方ベクトルＥの方向をＥ軸方向と認識し、
東方ベクトルＥと重力ベクトルＧとの外積として得られる北方ベクトルＮの方向をＮ軸方向と認識し、
ＸＹＺローカル座標系を構成するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸と、ＮＥＵグローバル座標系を構成するＮ軸，Ｅ軸，Ｕ軸と、の相互位置関係として、装置筐体の姿勢を認識することを特徴とする空間位置座標入力装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の空間位置座標入力装置において、
姿勢認識部が、Ｘ軸に平行な単位ベクトルＸと、Ｙ軸に平行な単位ベクトルＹと、Ｚ軸に平行な単位ベクトルＺとを、ＮＥＵグローバル座標系の原点Ｏに始点がくるように配置したときの、単位ベクトルＸのＮ軸，Ｅ軸，Ｕ軸方向成分（ｎｘ，ｅｘ，ｕｘ）、単位ベクトルＹのＮ軸，Ｅ軸，Ｕ軸方向成分（ｎｙ，ｅｙ，ｕｙ）、単位ベクトルＺのＮ軸，Ｅ軸，Ｕ軸方向成分（ｎｚ，ｅｚ，ｕｚ）を、姿勢を示すデータとして求めることを特徴とする空間位置座標入力装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の空間位置座標入力装置において、
位置認識部が、姿勢認識部が認識した移動直前の姿勢に基づいて、重力加速度ＧのＸ軸方向成分ｇｘ，Ｙ軸方向成分ｇｙ，Ｚ軸方向成分ｇｚを求め、移動判定部が停止状態から移動状態に遷移してから再び停止状態に遷移したと判定するまでの移動期間中、加速度センサの検出値から前記重力加速度成分を差し引いた移動加速度成分についての二階積分値を求め、前記移動期間中に移動直前の姿勢が維持されているものとして、停止状態の位置から、前記移動加速度成分によって示される方向に、前記二階積分値に相当する距離だけ移動した位置を装置筐体の移動後の位置とする位置更新処理を行うことを特徴とする空間位置座標入力装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の空間位置座標入力装置において、
位置認識部が、加速度センサの検出値αｘ，αｙ，αｚと、重力加速度成分ｇｘ，ｇｙ，ｇｚとに基づいて、
ｄｘ＝∫∫（αｘ−ｇｘ）・ｄｔ２
ｄｙ＝∫∫（αｙ−ｇｙ）・ｄｔ２
ｄｚ＝∫∫（αｚ−ｇｚ）・ｄｔ２
なる二階積分演算を行うことにより、ＸＹＺローカル座標系上の各座標軸方向の変位量（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）を求め、移動直前の姿勢に基づいて前記変位量（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）をＮＥＵグローバル座標系上の各座標軸方向の変位量（ｄｎ，ｄｅ，ｄｕ）に変換し、ＮＥＵグローバル座標系上における移動直前の位置Ｐ（ｎ，ｅ，ｕ）に対して、位置Ｐ′（ｎ＋ｄｎ，ｅ＋ｄｅ，ｕ＋ｄｕ）で与えられる位置を、装置筐体の移動後の位置として認識することを特徴とする空間位置座標入力装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の空間位置座標入力装置において、
信号処理手段が、ユーザから初期設定指示が与えられたときに、姿勢認識部および位置認識部に初期設定信号を与える機能をもった初期設定部を更に有し、
前記姿勢認識部が、前記初期設定信号が与えられた時点で認識された姿勢を初期姿勢として保持し、
前記位置認識部が、前記初期設定信号が与えられた時点の位置を初期位置として保持し、以後、この初期位置を起点として位置の更新を行うことにより、各時点の位置認識を行うことを特徴とする空間位置座標入力装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の空間位置座標入力装置において、
初期設定部が、初期設定指示が与えられた時点で、移動判定部が移動状態との判定を行っていた場合、もしくは、回転判定部が回転状態との判定を行っていた場合に、与えられた初期設定指示を無視し、ユーザに対して初期設定指示の再入力を促す処理を実行することを特徴とする空間位置座標入力装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の空間位置座標入力装置において、
初期設定部が、初期設定指示を入力した時点における加速度センサの検出値αｘ，αｙ，αｚを、それぞれ重力加速度のＸ軸方向成分ｇｘ、Ｙ軸方向成分ｇｙ、Ｚ軸方向成分ｇｚとして認識し、重力加速度Ｇの大きさｇを、ｇ＝√（ｇｘ２＋ｇｙ２＋ｇｚ２）なる演算によって求めて記憶し、
移動判定部が、前記大きさｇを参照することにより、重力加速度成分を考慮した判定を行い、
位置認識部が、前記大きさｇを参照することにより、重力加速度成分を考慮した位置認識を行うことを特徴とする空間位置座標入力装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の空間位置座標入力装置において、
初期設定部が、空間位置座標入力装置が使用されると予想される地域についての重力加速度Ｇの大きさｇを、代表値として予め記憶しており、
移動判定部が、前記代表値ｇを参照することにより得られる重力加速度成分を考慮した判定を行い、
位置認識部が、前記代表値ｇを参照することにより得られる重力加速度成分を考慮した位置認識を行うことを特徴とする空間位置座標入力装置。
【請求項１８】
地理的な東西南北および上下の方向を示すことができるグローバル座標系上において、任意の空間位置座標を入力する装置であって、
加速度センサと、磁気センサと、信号処理手段と、装置筐体と、を備え、少なくとも前記加速度センサおよび前記磁気センサは、前記装置筐体に組み込まれており、
前記装置筐体上には、前記装置筐体の移動とともに移動し、前記装置筐体の回転とともに回転するように前記装置筐体に対して固定されたローカル座標系が定義されており、
前記加速度センサは、前記装置筐体に作用した加速度の前記ローカル座標系上の各座標軸方向成分を検出する機能を有し、
前記磁気センサは、前記装置筐体に作用した磁気の前記ローカル座標系上の各座標軸方向成分を検出する機能を有し、
前記信号処理手段は、
前記加速度センサの検出値に基づいて、前記装置筐体が移動状態もしくは停止状態のいずれにあるかを判定する移動判定部と、
前記移動判定部が停止状態との判定を行っているときに、前記加速度センサの検出値と前記磁気センサの検出値とに基づいて、前記装置筐体の前記グローバル座標系上における姿勢を認識する姿勢認識部と、
前記移動判定部の判定結果によって停止状態から移動状態に遷移したことが認識された場合に、移動直前に前記姿勢認識部が認識した姿勢と前記加速度センサの検出値とに基づいて、前記装置筐体の前記グローバル座標系上における位置を認識し、認識された位置の前記グローバル座標系上における座標値を、入力対象となる空間位置座標として出力する位置認識部と、
を有することを特徴とする空間位置座標入力装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載の空間位置座標入力装置において、
信号処理手段の一部もしくは全部が、装置筐体とは別体として設けられた外部装置内に設けられており、
前記装置筐体内の構成要素と前記外部装置内の構成要素とは、相互に交信する機能を有し、信号処理手段による処理の一部もしくは全部が、前記外部装置内で実行されることを特徴とする空間位置座標入力装置。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれかに記載の空間位置座標入力装置における信号処理手段としてコンピュータを機能させるプログラム。
【請求項２１】
請求項１〜１９のいずれかに記載の空間位置座標入力装置における信号処理手段として機能する半導体集積回路。
【請求項２２】
請求項１〜１９のいずれかに記載の空間位置座標入力装置と、画像投影装置と、を備えたプロジェクタシステムであって、
前記空間位置座標入力装置は、入力した空間位置座標を前記画像投影装置に対して伝達する機能を有し、
前記画像投影装置は、伝達された空間位置座標に基づいて、投影対象となる画像の内容を決定することを特徴とするプロジェクタシステム。
【請求項２３】
北方向を示すＮ軸、東方向を示すＥ軸、上方向を示すＵ軸という互いに直交する３軸と原点ＯとをもったＮＥＵグローバル座標系上において、対象物体の姿勢を認識する姿勢認識装置であって、
加速度センサと、磁気センサと、信号処理手段と、を備え、少なくとも前記加速度センサおよび前記磁気センサは前記対象物体に取り付けられており、
前記対象物体上には、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸という互いに直交する３軸と原点ＰとをもったＸＹＺローカル座標系が定義されており、前記ＸＹＺローカル座標系は、前記対象物体の移動とともに移動し、前記対象物体の回転とともに回転するように前記対象物体に対して固定された座標系になっており、
前記加速度センサは、前記対象物体に作用した加速度のＸ軸方向成分αｘ、Ｙ軸方向成分αｙ、Ｚ軸方向成分αｚを検出する機能を有し、
前記磁気センサは、前記対象物体に作用した磁力のＸ軸方向成分ｍｘ、Ｙ軸方向成分ｍｙ、Ｚ軸方向成分ｍｚを検出する機能を有し、
前記信号処理手段は、
前記加速度センサの検出値に基づいて、前記対象物体が移動状態もしくは停止状態のいずれにあるかを判定する移動判定部と、
前記移動判定部が停止状態との判定を行っているときに、前記加速度センサの検出値と前記磁気センサの検出値とに基づいて、前記対象物体の前記ＮＥＵグローバル座標系上における姿勢を認識する姿勢認識部と、
を有し、
前記姿勢認識部が、
前記移動判定部が停止状態との判定を行っているときに得られた前記加速度センサの検出値αｘ，αｙ，αｚを、それぞれ重力加速度のＸ軸方向成分ｇｘ、Ｙ軸方向成分ｇｙ、Ｚ軸方向成分ｇｚと認識して、重力ベクトルＧ（ｇｘ，ｇｙ，ｇｚ）を求め、この重力ベクトルＧとは逆向きの上方ベクトルＵの方向をＵ軸方向と認識し、
前記磁気センサの検出値ｍｘ，ｍｙ，ｍｚを各成分とする磁気ベクトルＭ（ｍｘ，ｍｙ，ｍｚ）を定め、重力ベクトルＧと磁気ベクトルＭとの外積として得られる東方ベクトルＥの方向をＥ軸方向と認識し、
東方ベクトルＥと重力ベクトルＧとの外積として得られる北方ベクトルＮの方向をＮ軸方向と認識し、
ＸＹＺローカル座標系を構成するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸と、ＮＥＵグローバル座標系を構成するＮ軸，Ｅ軸，Ｕ軸と、の相互位置関係として、前記対象物体の姿勢を認識することを特徴とする姿勢認識装置。
【請求項２４】
地理的な東西南北および上下の方向を示すことができるグローバル座標系上において、任意の空間位置座標を入力する空間位置座標入力方法であって、
コンピュータが、加速度センサと磁気センサとを内蔵した入力用装置から、前記入力用装置の移動とともに移動し、前記入力用装置の回転とともに回転するように前記入力用装置に対して固定されたローカル座標系について、前記入力用装置に作用した加速度および磁気の各座標軸成分を入力するデータ入力段階と、
コンピュータが、前記加速度の各座標軸成分に基づいて、前記入力用装置が移動状態もしくは停止状態のいずれにあるかを判定する移動判定段階と、
コンピュータが、前記移動判定段階において停止状態との判定が行われたときに、前記加速度の各座標軸成分と前記磁気の各座標軸成分とに基づいて、前記入力用装置の前記グローバル座標系上における姿勢を認識する姿勢認識段階と、
コンピュータが、前記移動判定段階の判定結果によって停止状態から移動状態に遷移したことが認識された場合に、移動直前に行われた前記姿勢認識段階で認識された姿勢と、加速度の各座標軸成分と、に基づいて、前記入力用装置の前記グローバル座標系上における位置を認識する位置認識段階と、
を有することを特徴とする空間位置座標入力方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間位置座標入力装置に関し、特に、ユーザが手に持って操作することにより、三次元のポインタとして機能することができる入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーザからの指示に基づいて動作する電子機器には、ユーザの指示を入力するために何らかの入力装置が必要である。このような入力装置のひとつとして、位置座標入力装置が普及している。たとえば、マウスやタッチパネルは、直感的な操作が可能な位置座標入力装置として、パソコン等の電子機器用入力装置として広く利用されている。
【０００３】
現在普及しているマウスやタッチパネルは二次元の位置座標を入力するための装置であり、たとえば、二次元ＸＹ座標系における座標値（ｘ，ｙ）を電子機器に入力する機能を果たす。これまでは、二次元ディスプレイ上での位置指定などの一般的な用途であれば、二次元の位置座標を入力することができれば十分であると考えられていた。しかしながら、最近では、三次元画像を取り扱う電子機器も普及し始めており、電子機器が行う処理内容も多岐に広がっているため、ユーザからの指示を三次元の位置座標、すなわち、空間位置座標として入力可能な装置の需要が高まってきている。
【０００４】
近年では、スマートフォンなどの小型電子機器にもＧＰＳが組み込まれるようになってきたため、このＧＰＳのデータを利用することにより、地理的な位置を認識することはできる。しかしながら、電子機器に対するユーザの指示を入力するためには、現在のＧＰＳの位置精度では不十分であり、ＧＰＳ内蔵の装置を指示入力装置として利用することは困難である。
【０００５】
そこで、いわゆる三次元マウスとして、実用上の精度を備えた装置がいくつか提案されている。たとえば、下記の特許文献１には、マウスパッド上に描かれたパターン模様を、その上方の任意位置から撮像することにより、マウスパッド上の三次元空間内の任意の位置を三次元座標値（ｘ，ｙ，ｚ）として入力することができる三次元マウスが開示されている。また、特許文献２には、コンピュータ上に形成された三次元仮想空間内の任意の点を指示できるように、ユーザの周囲にアンテナを配置して、実空間内に配置された三次元マウスの空間位置座標を入力する装置が開示されている。更に、特許文献３では、三次元加速度センサが検出した加速度データに基づいて、移動距離を算出する万歩計（登録商標）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３０２１０１号公報
【特許文献２】特開平１０−３９９９７号公報
【特許文献３】特開２００６−３２０５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１，２に開示されている三次元マウスは、電子機器に対するユーザの指示を入力する上では実用的な精度を有している。しかしながら、特許文献１に示された三次元マウスは、利用時に専用のマウスパッドが必要になる。また、特許文献２に示された三次元マウスは、利用時に専用のアンテナ設備が必要になる。このように、専用の付帯設備を必要とする装置は、一般的な電子機器用の入力装置としては使い勝手が悪く、簡便な利用環境を提供することができない。
【０００８】
一方、上述した特許文献３に開示されている装置のように、三次元加速度センサを内蔵したタイプの装置は、利用時に特別な付帯設備を必要とせず、簡便な利用環境を提供することは可能であるが、あくまでも万歩計（登録商標）として提案された装置であり、電子機器に対するユーザの指示を入力する上で実用的な位置精度を確保することは困難である。万歩計（登録商標）としての利用であれば、ＧＰＳと同程度の位置精度が確保されれば十分であるが、三次元マウスとして利用するには、より高い位置精度が必要である。しかしながら、加速度センサが検出する加速度には重力加速度も含まれており、また、ユーザが、保持している装置の姿勢を変えた場合にも対応する必要があり、特許文献３に開示されている装置を、そのまま電子機器用の空間位置座標入力装置に転用することはできない。
【０００９】
そこで本発明は、簡便な利用環境を提供することができ、しかも電子機器に対するユーザの指示を入力する上で実用的な精度を確保することができる空間位置座標入力装置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】
【００１０】
(1)   本発明の第１の態様は、北方向を示すＮ軸、東方向を示すＥ軸、上方向を示すＵ軸という互いに直交する３軸と原点ＯとをもったＮＥＵグローバル座標系上において、任意の空間位置座標を入力する空間位置座標入力装置において、
加速度センサと、磁気センサと、信号処理手段と、装置筐体と、を設け、少なくとも加速度センサおよび磁気センサは、装置筐体に組み込まれるようにし、
装置筐体上には、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸という互いに直交する３軸と原点ＰとをもったＸＹＺローカル座標系が定義されており、このＸＹＺローカル座標系は、装置筐体の移動とともに移動し、装置筐体の回転とともに回転するように装置筐体に対して固定された座標系になっており、
加速度センサは、装置筐体に作用した加速度のＸ軸方向成分αｘ、Ｙ軸方向成分αｙ、Ｚ軸方向成分αｚを検出する機能を有し、
磁気センサは、装置筐体に作用した磁力のＸ軸方向成分ｍｘ、Ｙ軸方向成分ｍｙ、Ｚ軸方向成分ｍｚを検出する機能を有し、
信号処理手段は、
加速度センサの検出値に基づいて、装置筐体が移動状態もしくは停止状態のいずれにあるかを判定する移動判定部と、
移動判定部が停止状態との判定を行っているときに、加速度センサの検出値と磁気センサの検出値とに基づいて、装置筐体のＮＥＵグローバル座標系上における姿勢を認識する姿勢認識部と、
移動判定部の判定結果によって停止状態から移動状態に遷移したことが認識された場合に、移動直前に姿勢認識部が認識した姿勢と加速度センサの検出値とに基づいて、装置筐体のＮＥＵグローバル座標系上における位置を認識し、認識された位置のＮＥＵグローバル座標系上における座標値を、入力対象となる空間位置座標として出力する位置認識部と、
を有するようにしたものである。
【００１１】
(2)   本発明の第２の態様は、上述した第１の態様に係る空間位置座標入力装置において、
移動判定部が、加速度センサの検出値の変動量が所定範囲を超えている場合に移動状態、所定範囲内の場合に停止状態と判定するようにしたものである。
【００１２】
(3)   本発明の第３の態様は、上述した第２の態様に係る空間位置座標入力装置において、
移動判定部が、加速度センサの検出値αｘの振幅値、加速度センサの検出値αｙの振幅値、加速度センサの検出値αｚの振幅値、の少なくとも１つが、所定の閾値Δを超えた場合には移動状態、それ以外の場合には停止状態と判定するようにしたものである。
【００１３】
(4)   本発明の第４の態様は、上述した第２の態様に係る空間位置座標入力装置において、
移動判定部が、所定の参照期間について、加速度センサの検出値αｘの分散値、加速度センサの検出値αｙの分散値、加速度センサの検出値αｚの分散値、の少なくとも１つが、所定の閾値δを超えた場合には移動状態、それ以外の場合には停止状態と判定するようにしたものである。
【００１４】
(5)   本発明の第５の態様は、上述した第３または第４の態様に係る空間位置座標入力装置において、
移動判定部が、停止状態から移動状態への遷移判定もしくは移動状態から停止状態への遷移判定を行う際に、遷移後の状態としての条件が所定の監視期間にわたって継続して満足された場合に限り、当該遷移判定を行うようにしたものである。
【００１５】
(6)   本発明の第６の態様は、上述した第１〜第５の態様に係る空間位置座標入力装置において、
装置筐体に作用した角速度のＸ軸まわり成分ωｘ、Ｙ軸まわり成分ωｙ、Ｚ軸まわり成分ωｚを検出する機能をもち、装置筐体に組み込まれた角速度センサを更に設け、
信号処理手段には、角速度センサの検出値に基づいて、装置筐体が回転状態もしくは非回転状態のいずれにあるかを判定する回転判定部を更に設け、
姿勢認識部が、移動判定部が停止状態との判定を行い、かつ、回転判定部が非回転状態との判定を行っている初期状態において初期姿勢を認識する処理を行い、以後、移動判定部が停止状態との判定を行い、かつ、回転判定部が回転状態との判定を行っているときに姿勢を認識する処理を行うようにしたものである。
【００１６】
(7)   本発明の第７の態様は、上述した第６の態様に係る空間位置座標入力装置において、
回転判定部が、角速度センサの検出値ωｘの振幅値、角速度センサの検出値ωｙの振幅値、角速度センサの検出値ωｚの振幅値、の少なくとも１つが、所定の閾値θを超えた場合には回転状態、それ以外の場合には非回転状態と判定するようにしたものである。
【００１７】
(8)   本発明の第８の態様は、上述した第７の態様に係る空間位置座標入力装置において、
回転判定部が、非回転状態から回転状態への遷移判定もしくは回転状態から非回転状態への遷移判定を行う際に、遷移後の状態としての条件が所定の監視期間にわたって継続して満足された場合に限り、当該遷移判定を行うようにしたものである。
【００１８】
(9)   本発明の第９の態様は、上述した第１〜第８の態様に係る空間位置座標入力装置において、
信号処理手段が、各センサの検出値を所定周期で取り込み、これを時系列データとして逐次格納する機能をもった検出値格納部を更に有し、この検出値格納部に格納されているデータに基づいて、移動判定部、回転判定部、姿勢認識部、もしくは位置認識部による処理が行われるようにしたものである。
【００１９】
(10)  本発明の第１０の態様は、上述した第１〜第９の態様に係る空間位置座標入力装置において、
姿勢認識部が、
移動判定部が停止状態との判定を行っているときに得られた加速度センサの検出値αｘ，αｙ，αｚを、それぞれ重力加速度のＸ軸方向成分ｇｘ、Ｙ軸方向成分ｇｙ、Ｚ軸方向成分ｇｚと認識して、重力ベクトルＧ（ｇｘ，ｇｙ，ｇｚ）を求め、この重力ベクトルＧとは逆向きの上方ベクトルＵの方向をＵ軸方向と認識し、
磁気センサの検出値ｍｘ，ｍｙ，ｍｚを各成分とする磁気ベクトルＭ（ｍｘ，ｍｙ，ｍｚ）を定め、重力ベクトルＧと磁気ベクトルＭとの外積として得られる東方ベクトルＥの方向をＥ軸方向と認識し、
東方ベクトルＥと重力ベクトルＧとの外積として得られる北方ベクトルＮの方向をＮ軸方向と認識し、
ＸＹＺローカル座標系を構成するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸と、ＮＥＵグローバル座標系を構成するＮ軸，Ｅ軸，Ｕ軸と、の相互位置関係として、装置筐体の姿勢を認識するようにしたものである。
【００２０】
(11)  本発明の第１１の態様は、上述した第１０の態様に係る空間位置座標入力装置において、
姿勢認識部が、Ｘ軸に平行な単位ベクトルＸと、Ｙ軸に平行な単位ベクトルＹと、Ｚ軸に平行な単位ベクトルＺとを、ＮＥＵグローバル座標系の原点Ｏに始点がくるように配置したときの、単位ベクトルＸのＮ軸，Ｅ軸，Ｕ軸方向成分（ｎｘ，ｅｘ，ｕｘ）、単位ベクトルＹのＮ軸，Ｅ軸，Ｕ軸方向成分（ｎｙ，ｅｙ，ｕｙ）、単位ベクトルＺのＮ軸，Ｅ軸，Ｕ軸方向成分（ｎｚ，ｅｚ，ｕｚ）を、姿勢を示すデータとして求めるようにしたものである。
【００２１】
(12)  本発明の第１２の態様は、上述した第１〜第１１の態様に係る空間位置座標入力装置において、
位置認識部が、姿勢認識部が認識した移動直前の姿勢に基づいて、重力加速度ＧのＸ軸方向成分ｇｘ，Ｙ軸方向成分ｇｙ，Ｚ軸方向成分ｇｚを求め、移動判定部が停止状態から移動状態に遷移してから再び停止状態に遷移したと判定するまでの移動期間中、加速度センサの検出値から重力加速度成分を差し引いた移動加速度成分についての二階積分値を求め、移動期間中に移動直前の姿勢が維持されているものとして、停止状態の位置から、移動加速度成分によって示される方向に、二階積分値に相当する距離だけ移動した位置を装置筐体の移動後の位置とする位置更新処理を行うようにしたものである。
【００２２】
(13)  本発明の第１３の態様は、上述した第１２の態様に係る空間位置座標入力装置において、
位置認識部が、加速度センサの検出値αｘ，αｙ，αｚと、重力加速度成分ｇｘ，ｇｙ，ｇｚとに基づいて、
ｄｘ＝∫∫（αｘ−ｇｘ）・ｄｔ２
ｄｙ＝∫∫（αｙ−ｇｙ）・ｄｔ２
ｄｚ＝∫∫（αｚ−ｇｚ）・ｄｔ２
なる二階積分演算を行うことにより、ＸＹＺローカル座標系上の各座標軸方向の変位量（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）を求め、移動直前の姿勢に基づいて変位量（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）をＮＥＵグローバル座標系上の各座標軸方向の変位量（ｄｎ，ｄｅ，ｄｕ）に変換し、ＮＥＵグローバル座標系上における移動直前の位置Ｐ（ｎ，ｅ，ｕ）に対して、位置Ｐ′（ｎ＋ｄｎ，ｅ＋ｄｅ，ｕ＋ｄｕ）で与えられる位置を、装置筐体の移動後の位置として認識するようにしたものである。
【００２３】
(14)  本発明の第１４の態様は、上述した第１〜第１３の態様に係る空間位置座標入力装置において、
信号処理手段が、ユーザから初期設定指示が与えられたときに、姿勢認識部および位置認識部に初期設定信号を与える機能をもった初期設定部を更に有し、
姿勢認識部が、初期設定信号が与えられた時点で認識された姿勢を初期姿勢として保持し、
位置認識部が、初期設定信号が与えられた時点の位置を初期位置として保持し、以後、この初期位置を起点として位置の更新を行うことにより、各時点の位置認識を行うようにしたものである。
【００２４】
(15)  本発明の第１５の態様は、上述した第１４の態様に係る空間位置座標入力装置において、
初期設定部が、初期設定指示が与えられた時点で、移動判定部が移動状態との判定を行っていた場合、もしくは、回転判定部が回転状態との判定を行っていた場合に、与えられた初期設定指示を無視し、ユーザに対して初期設定指示の再入力を促す処理を実行するようにしたものである。
【００２５】
(16)  本発明の第１６の態様は、上述した第１５の態様に係る空間位置座標入力装置において、
初期設定部が、初期設定指示を入力した時点における加速度センサの検出値αｘ，αｙ，αｚを、それぞれ重力加速度のＸ軸方向成分ｇｘ、Ｙ軸方向成分ｇｙ、Ｚ軸方向成分ｇｚとして認識し、重力加速度Ｇの大きさｇを、ｇ＝√（ｇｘ２＋ｇｙ２＋ｇｚ２）なる演算によって求めて記憶し、
移動判定部が、大きさｇを参照することにより、重力加速度成分を考慮した判定を行い、
位置認識部が、大きさｇを参照することにより、重力加速度成分を考慮した位置認識を行うようにしたものである。
【００２６】
(17)  本発明の第１７の態様は、上述した第１５の態様に係る空間位置座標入力装置において、
初期設定部が、空間位置座標入力装置が使用されると予想される地域についての重力加速度Ｇの大きさｇを、代表値として予め記憶しており、
移動判定部が、この代表値ｇを参照することにより得られる重力加速度成分を考慮した判定を行い、
位置認識部が、この代表値ｇを参照することにより得られる重力加速度成分を考慮した位置認識を行うようにしたものである。
【００２７】
(18)  本発明の第１８の態様は、地理的な東西南北および上下の方向を示すことができるグローバル座標系上において、任意の空間位置座標を入力する空間位置座標入力装置において、
加速度センサと、磁気センサと、信号処理手段と、装置筐体と、を設け、少なくとも加速度センサおよび磁気センサは、装置筐体に組み込まれるようにし、
装置筐体上には、装置筐体の移動とともに移動し、装置筐体の回転とともに回転するように装置筐体に対して固定されたローカル座標系が定義されており、
加速度センサは、装置筐体に作用した加速度のローカル座標系上の各座標軸方向成分を検出する機能を有し、
磁気センサは、装置筐体に作用した磁気のローカル座標系上の各座標軸方向成分を検出する機能を有し、
信号処理手段は、
加速度センサの検出値に基づいて、装置筐体が移動状態もしくは停止状態のいずれにあるかを判定する移動判定部と、
移動判定部が停止状態との判定を行っているときに、加速度センサの検出値と磁気センサの検出値とに基づいて、装置筐体のグローバル座標系上における姿勢を認識する姿勢認識部と、
移動判定部の判定結果によって停止状態から移動状態に遷移したことが認識された場合に、移動直前に姿勢認識部が認識した姿勢と加速度センサの検出値とに基づいて、装置筐体のグローバル座標系上における位置を認識し、認識された位置のグローバル座標系上における座標値を、入力対象となる空間位置座標として出力する位置認識部と、
を有するようにしたものである。
【００２８】
(19)  本発明の第１９の態様は、上述した第１〜第１８の態様に係る空間位置座標入力装置において、
信号処理手段の一部もしくは全部が、装置筐体とは別体として設けられた外部装置内に設けられており、
装置筐体内の構成要素と外部装置内の構成要素とは、相互に交信する機能を有し、信号処理手段による処理の一部もしくは全部が、外部装置内で実行されるようにしたものである。
【００２９】
(20)  本発明の第２０の態様は、上述した第１〜第１９の態様に係る空間位置座標入力装置における信号処理手段を、コンピュータに専用のプログラムを組み込むことにより構成したものである。
【００３０】
(21)  本発明の第２１の態様は、上述した第１〜第１９の態様に係る空間位置座標入力装置における信号処理手段を、半導体集積回路により構成したものである。
【００３１】
(22)  本発明の第２２の態様は、上述した第１〜第１９の態様に係る空間位置座標入力装置と、画像投影装置と、によってプロジェクタシステムを構成し
空間位置座標入力装置は、入力した空間位置座標を画像投影装置に対して伝達する機能を有し、
画像投影装置は、伝達された空間位置座標に基づいて、投影対象となる画像の内容を決定するようにしたものである。
【００３２】
(23)  本発明の第２３の態様は、北方向を示すＮ軸、東方向を示すＥ軸、上方向を示すＵ軸という互いに直交する３軸と原点ＯとをもったＮＥＵグローバル座標系上において、対象物体の姿勢を認識する姿勢認識装置において、
加速度センサと、磁気センサと、信号処理手段と、を設け、少なくとも加速度センサおよび磁気センサは対象物体に取り付けられているようにし、
対象物体上には、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸という互いに直交する３軸と原点ＰとをもったＸＹＺローカル座標系が定義されており、ＸＹＺローカル座標系は、対象物体の移動とともに移動し、対象物体の回転とともに回転するように対象物体に対して固定された座標系になっており、
加速度センサは、対象物体に作用した加速度のＸ軸方向成分αｘ、Ｙ軸方向成分αｙ、Ｚ軸方向成分αｚを検出する機能を有し、
磁気センサは、対象物体に作用した磁力のＸ軸方向成分ｍｘ、Ｙ軸方向成分ｍｙ、Ｚ軸方向成分ｍｚを検出する機能を有し、
信号処理手段は、
加速度センサの検出値に基づいて、対象物体が移動状態もしくは停止状態のいずれにあるかを判定する移動判定部と、
移動判定部が停止状態との判定を行っているときに、加速度センサの検出値と磁気センサの検出値とに基づいて、対象物体のＮＥＵグローバル座標系上における姿勢を認識する姿勢認識部と、
を有し、
姿勢認識部が、
移動判定部が停止状態との判定を行っているときに得られた加速度センサの検出値αｘ，αｙ，αｚを、それぞれ重力加速度のＸ軸方向成分ｇｘ、Ｙ軸方向成分ｇｙ、Ｚ軸方向成分ｇｚと認識して、重力ベクトルＧ（ｇｘ，ｇｙ，ｇｚ）を求め、この重力ベクトルＧとは逆向きの上方ベクトルＵの方向をＵ軸方向と認識し、
磁気センサの検出値ｍｘ，ｍｙ，ｍｚを各成分とする磁気ベクトルＭ（ｍｘ，ｍｙ，ｍｚ）を定め、重力ベクトルＧと磁気ベクトルＭとの外積として得られる東方ベクトルＥの方向をＥ軸方向と認識し、
東方ベクトルＥと重力ベクトルＧとの外積として得られる北方ベクトルＮの方向をＮ軸方向と認識し、
ＸＹＺローカル座標系を構成するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸と、ＮＥＵグローバル座標系を構成するＮ軸，Ｅ軸，Ｕ軸と、の相互位置関係として、対象物体の姿勢を認識するようにしたものである。
【００３３】
(24)  本発明の第２４の態様は、地理的な東西南北および上下の方向を示すことができるグローバル座標系上において、任意の空間位置座標を入力する空間位置座標入力方法において、
コンピュータが、加速度センサと磁気センサとを内蔵した入力用装置から、入力用装置の移動とともに移動し、入力用装置の回転とともに回転するように入力用装置に対して固定されたローカル座標系について、入力用装置に作用した加速度および磁気の各座標軸成分を入力するデータ入力段階と、
コンピュータが、加速度の各座標軸成分に基づいて、入力用装置が移動状態もしくは停止状態のいずれにあるかを判定する移動判定段階と、
コンピュータが、移動判定段階において停止状態との判定が行われたときに、加速度の各座標軸成分と磁気の各座標軸成分とに基づいて、入力用装置のグローバル座標系上における姿勢を認識する姿勢認識段階と、
コンピュータが、移動判定段階の判定結果によって停止状態から移動状態に遷移したことが認識された場合に、移動直前に行われた姿勢認識段階で認識された姿勢と、加速度の各座標軸成分と、に基づいて、入力用装置のグローバル座標系上における位置を認識する位置認識段階と、
を行うようにしたものである。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係る空間位置座標入力装置および入力方法では、装置筐体に固定されたローカル座標系についての加速度および磁気が検出される。そして、加速度の検出値に基づいて、装置筐体が停止状態であることを認識し、そのとき作用している加速度を重力加速度として認識することができる。また、停止状態では、磁気の検出値も利用することにより、グローバル座標系における装置筐体の姿勢も認識することができる。更に、装置筐体が移動状態になった場合、移動直前の姿勢がそのまま維持されているものとして、装置筐体の運動が把握されるので、加速度の検出値に基づいて、装置筐体の移動方向および移動距離を認識することができる。かくして、本発明によれば、簡便な利用環境を提供することができ、しかも電子機器に対するユーザの指示を入力する上で実用的な精度を確保することができる空間位置座標入力装置が実現できる。
【００３５】
また、角速度センサを付加した実施形態では、装置筐体の回転判定を行うことができるようになるので、回転時にのみ姿勢を更新する処理を行えば足りるようになり、演算処理負担を軽減することができるようになる。
【００３６】
更に、初期設定部を付加した実施形態では、装置筐体を静止状態にした時点で初期姿勢および初期位置を設定することができるようになるので、より実用的な利用形態を提供できるようになる。
【００３７】
一方、本発明に係る姿勢認識装置では、対象物体が停止状態にあるときに作用している加速度を重力加速度と認識して重力ベクトルＧを求め、重力ベクトルＧと磁気ベクトルＭとの外積として得られる東方ベクトルＥの方向、およびこの東方ベクトルＥと重力ベクトルＧとの外積として得られる北方ベクトルＮの方向を求めるようにしたため、グローバル座標系とローカル座標系との位置関係を正確に認識できるようになる。このような姿勢認識装置は、簡便な利用環境を提供することができ、しかも電子機器に対するユーザの指示を入力する上で実用的な精度を確保することができる空間位置座標入力装置を実現する上で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る空間位置座標入力装置１００が配置されたＮＥＵグローバル座標系と、当該入力装置１００上に定義されたＸＹＺローカル座標系との関係を示す斜視図である。
【図２】本発明の基本的実施形態に係る空間位置座標入力装置１００の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す加速度センサ１０によって検出された加速度ベクトルαの斜視図である。
【図４】物体に作用した加速度αの二階積分によって当該物体の移動距離ｄを求める一般的な原理を示すグラフである。
【図５】図２に示す姿勢認識部４６によって認識された姿勢Ａの実データ構成を示す斜視図である。
【図６】地球上の所定位置において、地磁気に基づいて検出される磁気ベクトルＭを示す図である。
【図７】重力ベクトルＧと図２に示す磁気センサ３０によって検出された磁気ベクトルＭとを示す斜視図である。
【図８】図２に示す姿勢認識部４６による姿勢認識の基本原理を示す斜視図である。
【図９】図２に示す初期設定部４３によって実行される初期設定処理の手順を示す流れ図である。
【図１０】図２に示す移動判定部４２による移動判定処理の具体的な方法を示すグラフである。
【図１１】図２に示す回転判定部４４による回転判定処理の具体的な方法を示すグラフである。
【図１２】図２に示す姿勢認識部４６によって姿勢認識処理が行われる時点を示すタイミングチャートである。
【図１３】図１２のタイミングチャートに示す移動および回転操作が行われたときの位置認識部４５による位置更新処理の基本原理を示す平面図である。
【図１４】図１０に示すグラフの時間軸方向に関する部分拡大図である。
【図１５】図２に示す装置筐体５０を移動させたときの加速度センサ１０による加速度の検出値αｘの分散状態を示すグラフである。
【図１６】図２に示す装置筐体５０を定位置で回転させたときの角速度センサ１０による加速度の検出値αｘ，αｙ，αｚの分散状態を示すグラフである。
【図１７】図２に示す移動判定部４２による移動判定処理を、加速度の分散値に基づいて行う変形例を示すグラフである。
【図１８】本発明に係る空間位置座標入力装置１００を利用して構成されたプロジェクタシステムを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。
【００４０】
＜＜＜  §１．  本発明の基本的な実施形態の構成  ＞＞＞
図１は、本発明に係る空間位置座標入力装置１００が配置されたＮＥＵグローバル座標系と、当該入力装置１００上に定義されたＸＹＺローカル座標系との関係を示す斜視図である。両座標系は、いずれも３つの座標軸を有する三次元直交座標系であるが、前者が地理的な東西南北および上下の方向を示すことができるように、地球上に固定された座標系であるのに対して、後者は、空間位置座標入力装置１００に対して固定された座標系である。
【００４１】
すなわち、ＮＥＵグローバル座標系は、北方向を示すＮ軸、東方向を示すＥ軸、上方向を示すＵ軸という互いに直交する３軸と原点Ｏとをもった三次元直交座標系であり、地球上での利用を前提とする本発明に係る空間位置座標入力装置１００の動作を考える上では、位置や向きに変化が生じない普遍的な座標系として取り扱うことができる。ここで、Ｎ軸は「North（北）」の頭文字、Ｅ軸は「East（東）」の頭文字、Ｕ軸は「Up（上）」の頭文字をとったものである。図に示す鉛直方向Ｄ（下方向）は重力が作用する方向であり、Ｕ軸負方向に対応し、ＮＥ平面は水平面を構成する。また、図に破線で示す南方向はＮ軸負方向に対応し、図に破線で示す西方向はＥ軸負方向に対応する。
【００４２】
もちろん、Ｎ軸の代わりに南方向を示すＳ軸を用いたり、Ｅ軸の代わりに西方向を示すＷ軸を用いたり、Ｕ軸の代わりに下方向を示すＤ軸を用いたりすることも可能である。これらのバリエーションは、座標軸の正方向をどちら側に取るかの問題であり、どのような座標軸をとったとしても、グローバル座標系の本質には代わりはない。したがって、以下の説明では、上述したように、Ｎ軸，Ｅ軸，Ｕ軸を定義したＮＥＵグローバル座標系を用いた例を述べることにする。
【００４３】
このＮＥＵグローバル座標系で示される三次元座標空間は、地球上の実空間に対応するものであり、原点Ｏを実空間上の任意の位置に定めてやれば、この実空間上の任意の位置Ｐは、ＮＥＵグローバル座標系上の座標点Ｐ（ｎ，ｅ，ｕ）として示すことができる。ここで、ｎ，ｅ，ｕは、それぞれＮ軸，Ｅ軸，Ｕ軸上の座標値である。
【００４４】
一方、ＸＹＺローカル座標系も、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸という互いに直交する３軸と原点Ｐとをもった三次元直交座標系であるが、空間位置座標入力装置１００の装置筐体に固定されているため、過渡的な座標系ということになる。すなわち、ユーザが、空間位置座標入力装置１００を移動させたり、回転させたりすると、ＸＹＺローカル座標系も、一緒に移動したり回転したりすることになる。図示の例の場合、空間位置座標入力装置１００の装置筐体は直方体の形状をしており、その中心点にＸＹＺローカル座標系の原点Ｐが設定されている。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、それぞれこの直方体の各辺に沿った方向に定義されている。
【００４５】
もちろん、装置筐体の形状は必ずしも直方体に限定されるものではなく、原点Ｐの位置は必ずしも装置筐体の中心点に限定されるものではなく、各座標軸の方向も図示の方向に限定されるものではない。本発明を実施する上で、ＸＹＺローカル座標系は、空間位置座標入力装置１００の装置筐体の移動とともに移動し、装置筐体の回転とともに回転するように装置筐体に対して固定された座標系として定義されていればよい。
【００４６】
ここでは、ユーザが、この空間位置座標入力装置１００を片手に保持しながら、任意の方向に動かすことにより、ＮＥＵグローバル座標系上における任意の点の位置を空間位置座標として入力する操作を行うものとする。ユーザは、この空間位置座標入力装置１００を、いわゆる三次元マウスとして利用して、図示されていない何らかの電子機器（たとえば、パソコン）に対して、点Ｐ（ｎ，ｅ，ｕ）の位置を示す三次元座標値（ｎ，ｅ，ｕ）を入力することができる。
【００４７】
空間位置座標入力装置１００は、後に詳述するように、ＮＥＵグローバル座標系上における自分自身の現在位置Ｐ（ｎ，ｅ，ｕ）を認識する機能を有しており、認識した位置座標（ｎ，ｅ，ｕ）をパソコンなどの電子機器に対して通知する機能を有している。したがって、ユーザは、この空間位置座標入力装置１００を空間上で動かすことにより、電子機器に対して所望の空間位置座標を精度良く入力することができ、所望の指示を与えることができる。
【００４８】
続いて、本発明の基本的実施形態に係る空間位置座標入力装置１００の構成を、図２に示すブロック図を参照しながら説明する。この空間位置座標入力装置１００は、上述したとおり、北方向を示すＮ軸、東方向を示すＥ軸、上方向を示すＵ軸という互いに直交する３軸と原点ＯとをもったＮＥＵグローバル座標系上において、任意の空間位置座標を入力する機能を果たす装置であり、図示のとおり、加速度センサ１０、角速度センサ２０、磁気センサ３０、信号処理手段４０、装置筐体５０、を備えている。
【００４９】
図に一点鎖線で囲って示すように、この基本的実施形態の場合、加速度センサ１０、角速度センサ２０、磁気センサ３０、信号処理手段４０は、いずれも装置筐体５０（図１に直方体として示す部材）の内部に組み込まれている。後述するように、信号処理手段４０は、必ずしも装置筐体５０内に組み込む必要はなく、外部の装置に設けておくことも可能であるが、各センサ１０，２０，３０は、装置筐体５０内に組み込んでおく必要がある。これは、センサ１０，２０，３０が、それぞれ装置筐体５０に作用する加速度α，角速度ω，磁気ｍを検出する役割を果たすためである。
【００５０】
図１で説明したとおり、装置筐体５０上には、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸という互いに直交する３軸と原点ＰとをもったＸＹＺローカル座標系が定義されており、このＸＹＺローカル座標系は、装置筐体５０の移動とともに移動し、装置筐体５０の回転とともに回転するように装置筐体５０に対して固定された座標系になっている。ここで、加速度センサ１０は、この装置筐体５０に作用した加速度のＸ軸方向成分αｘ、Ｙ軸方向成分αｙ、Ｚ軸方向成分αｚをそれぞれ検出する機能を有する。また、角速度センサ２０は、装置筐体５０に作用した角速度のＸ軸まわり成分ωｘ、Ｙ軸まわり成分ωｙ、Ｚ軸まわり成分ωｚを検出する機能を有する。更に、磁気センサ３０は、装置筐体５０に作用した磁力（地磁気）のＸ軸方向成分ｍｘ、Ｙ軸方向成分ｍｙ、Ｚ軸方向成分ｍｚを検出する機能を有する。
【００５１】
いずれのセンサ１０，２０，３０も、検出値を電気信号（たとえば、電圧値）として出力する機能を有している。このような機能をもった三次元の加速度センサ１０、角速度センサ２０、磁気センサ３０としては、様々なタイプのものが市販されているため、ここでは各センサの具体的な構成についての説明は省略する。
【００５２】
信号処理手段４０は、これらセンサ１０，２０，３０から電気信号として出力されてきた検出値をデジタルデータとして取り込み、後述する姿勢認識処理や位置認識処理を実行する機能をもった構成要素である。図示のとおり、この信号処理手段４０には、検出値格納部４１、移動判定部４２、初期設定部４３、回転判定部４４、位置認識部４５、姿勢認識部４６が設けられている。ここでは、発明の原理を説明する便宜上、これら各構成要素を個々のブロックとして示してあるが、実際には、信号処理手段４０は、後述する処理機能を実行するための専用のプログラムをコンピュータに組み込むことによって構成することができる。あるいは、同等の機能を半導体集積回路によって実現することも可能である。
【００５３】
結局、本発明に係る空間位置座標入力装置１００は、装置筐体５０内に、加速度センサ１０、角速度センサ２０、磁気センサ３０を組み込むとともに、これらセンサ１０，２０，３０の検出値を処理するための信号処理手段４０として機能するコンピュータもしくは半導体集積回路を組み込むことによって構成することができる。ここでは、この信号処理手段４０を、図にブロックで示す個々の構成要素の集合体として捉え、その機能を個別に説明することにする。
【００５４】
まず、検出値格納部４１は、各センサ１０，２０，３０の検出値を所定周期で取り込み、これを時系列データとして逐次格納する機能をもった構成要素であり、実際には、メモリやレジスタによって構成される。なお、各センサ１０，２０，３０が電圧値などのアナログ信号として検出値を出力するタイプのものである場合には、検出値格納部４１の入力段に、アナログ信号をデジタル信号に変換して取り込むためのＡ／Ｄ変換器を設けておくようにする。
【００５５】
たとえば、２０Ｈｚで検出値のサンプリングを行うことにすれば、５０ｍｓごとに各検出値がデジタルデータとして取り込まれ、検出値格納部４１内に時系列データとして順番に格納されてゆくことになる。図には、検出値格納部４１内に、加速度αの各座標軸成分αｘ（ｔ），αｙ（ｔ），αｚ（ｔ）、角速度ωの各座標軸成分ωｘ（ｔ），ωｙ（ｔ），ωｚ（ｔ）、磁気ｍの各座標軸成分ｍｘ（ｔ），ｍｙ（ｔ），ｍｚ（ｔ）が格納されている状態が示されている。ここで、ｔは時間を示すパラメータであり、たとえば、時刻ｔ＝０ｍｓから、２０Ｈｚでサンプリングを行った場合、加速度のＸ軸方向成分は、αｘ（０ｍｓ），αｘ（５０ｍｓ），αｘ（１００ｍｓ），... という具合に逐次格納されてゆくことになる。
【００５６】
もちろん、検出値格納部４１のデータ格納容量には制限があるため、実用上は、古いサンプルから順次消去してゆくようにし、常に、最新の一定期間内の検出値のみが格納されている状態になるようにする。移動判定部４２、初期設定部４３、回転判定部４４、位置認識部４５、姿勢認識部４６は、この検出値格納部４１に格納されているデータに基づいて、後述する種々の処理を行うことになる。
【００５７】
まず、移動判定部４２は、加速度センサ１０の検出値αに基づいて、装置筐体５０が移動状態もしくは停止状態のいずれにあるかを判定する移動判定処理を実行する。判定結果は、移動状態／停止状態のいずれかを示す二値情報として、初期設定部４３、位置認識部４５、姿勢認識部４６に与えられる。移動判定処理の具体的な方法については後述する。なお、本願において「停止状態」とは、装置筐体５０の位置基準点Ｐ（ＸＹＺローカル座標系の原点）のＮＥＵグローバル座標系上の座標値（ｎ，ｅ，ｕ）が変化していない状態を指すので、位置基準点Ｐを中心に装置筐体５０が回転している場合も「停止状態」ということになる。
【００５８】
一方、回転判定部４４は、角速度センサ２０の検出値ωに基づいて、装置筐体５０が回転状態もしくは非回転状態のいずれにあるかを判定する回転判定処理を実行する。ここで「回転状態」とは、装置筐体５０が、位置基準点Ｐを中心に回転するように姿勢を変化させている状態を指し、判定結果は、回転状態／非回転状態のいずれかを示す二値情報として、初期設定部４３および姿勢認識部４６に与えられる。このように、本願において、移動状態か停止状態かという判定と、回転状態か非回転状態かという判定とは、全く異なる事象に対する判定であり、それぞれ別個独立して行われることになる。
【００５９】
姿勢認識部４６は、移動判定部４２が停止状態との判定を行っているときに、加速度センサ１０の検出値αと磁気センサ３０の検出値ｍとに基づいて、装置筐体５０のＮＥＵグローバル座標系上における姿勢Ａを認識する姿勢認識処理を行う。ここで、装置筐体５０の姿勢Ａとは、図１に示す例の場合、空間位置座標入力装置１００（装置筐体５０）として示す直方体のＮＥＵグローバル座標系上の向きを意味するものであり、ＸＹＺローカル座標系を構成するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸と、ＮＥＵグローバル座標系を構成するＮ軸，Ｅ軸，Ｕ軸と、の相互位置関係を示す情報ということになる。
【００６０】
具体的には、この姿勢Ａは、後述するように、ＮＥＵグローバル座標系上に定義した単位ベクトルＸ→，Ｙ→，Ｚ→の集合体として求められる。そこで、ここでは、姿勢認識部４６が認識した姿勢を、Ａ（Ｘ→，Ｙ→，Ｚ→）と表すことにする。認識された姿勢Ａ（Ｘ→，Ｙ→，Ｚ→）は、位置認識部４５および移動判定部４２に与えられる。また、必要があれば、図示のように、姿勢Ａ（Ｘ→，Ｙ→，Ｚ→）を外部（図示されていない所定の電子機器）に出力することも可能である。姿勢認識処理の具体的な方法については後述する。
【００６１】
なお、電子出願の制約上、図面以外では、記号の上にベクトル符号（矢印）を付記することができないため、たとえば、「ベクトルＸ」については、必要な場合には「ベクトルＸ→」のように、記号の右脇にベクトル符号（矢印）を付記することとし、特に誤解が生じない場合には、ベクトル符号「→」を省略して、単に「ベクトルＸ」のように標記することにする。
【００６２】
位置認識部４５は、移動判定部４２の判定結果によって停止状態から移動状態に遷移したことが認識された場合に、移動直前に姿勢認識部４６が認識した姿勢Ａと加速度センサ１０の検出値αとに基づいて、装置筐体５０のＮＥＵグローバル座標系上における位置Ｐの変化を逐時認識し、認識された位置ＰのＮＥＵグローバル座標系上における座標値Ｐ（ｎ，ｅ，ｕ）を、入力対象となる空間位置座標として、図示されていない所定の電子機器に対して出力する。たとえば、この空間位置座標入力装置１００を、パソコン用の三次元マウスとして利用する場合であれば、座標値Ｐ（ｎ，ｅ，ｕ）は、マウスポインタの三次元位置を示すデータとしてパソコンに取り込まれることになる。
【００６３】
初期設定部４３は、ユーザからの初期設定指示を入力し、この初期設定指示が入力された時点で姿勢認識部４６および位置認識部４５に初期設定信号を与える役割を果たす。たとえば、初期設定部４３を装置筐体５０に設けられた初期設定ボタンとして用意した場合、ユーザは、この空間位置座標入力装置１００の利用を開始する際に、まず、この初期設定ボタンを押すことにより、初期設定部４３に対して初期設定指示を与える操作を行えばよい。
【００６４】
初期設定ボタンが押されると、初期設定部４３から、姿勢認識部４６および位置認識部４５に初期設定信号が与えられる。姿勢認識部４６は、初期設定信号が与えられた時点で認識された姿勢を初期姿勢Ａ０として保持し、位置認識部４５は、初期設定信号が与えられた時点の位置を初期位置Ｐ０として保持する。位置認識部４５は、この初期位置Ａ０を起点として、以後、位置の更新を逐次行っていくことになる。
【００６５】
ここに示す実施形態の場合、移動判定部４２から初期設定部４３に対して判定結果が与えられるとともに、回転判定部４４から初期設定部４３に対して判定結果が与えられる。そして、初期設定部４３は、停止状態かつ非回転状態の場合（以後、静止状態という）に、初期設定信号を与える処理を実行するとともに、加速度センサ１０の検出値αに基づいて、当該静止状態において得られた加速度の大きさを重力加速度の大きさｇとして求め、これを移動判定部４２および位置認識部４５に与える処理を行う。この初期設定部４３によって行われる具体的な初期設定処理については後述する。
【００６６】
＜＜＜  §２．  基本的な実施形態の動作原理  ＞＞＞
続いて、図２に示す空間位置座標入力装置１００の動作原理を説明する。図３は、図２に示す加速度センサ１０によって検出された加速度ベクトルαの斜視図である。§１で述べたとおり、加速度センサ１０は、装置筐体５０に作用した加速度αのＸ軸方向成分αｘ、Ｙ軸方向成分αｙ、Ｚ軸方向成分αｚをそれぞれ検出する機能を有している。そこで、図３に示すように、ＸＹＺローカル座標系上に点Ｑ（αｘ，αｙ，αｚ）をとり、原点Ｐを始点、点Ｑを終点とするベクトルを定義すれば、当該ベクトルは、作用した加速度αの方向と大きさを示す加速度ベクトルαということになる。
【００６７】
図４は、物体に作用した加速度αの二階積分によって当該物体の移動距離ｄを求める一般的な原理を示すグラフである。いま、図４(a) に示すように、時刻ｔ０〜ｔ１まで静止状態を維持していた物体に対して、時刻ｔ１〜ｔ２の期間、図示のような加速度α（すなわち、当該加速度αに対応する力）が作用したものとしよう。この場合、当該物体は、図４(b) に示すような速度Ｖで加速度αの方向に移動することになり、図４(c) に示す距離ｄだけ移動することになる。
【００６８】
この場合、物理法則によれば、速度Ｖは、Ｖ＝∫αｄｔなる式により加速度αを時間積分することにより求まり、距離ｄは、ｄ＝∫Ｖｄｔなる式により速度Ｖを時間積分することにより求まる。結局、距離ｄは、ｄ＝∫∫αｄｔ２なる式により、加速度αに対する二階積分演算を行うことにより得られることになる。すなわち、加速度センサ１０によって検出された加速度αの値を時間ｔによって二階積分すれば、移動距離ｄを求めることができる。しかも、移動方向は、加速度ベクトルαの示す方向であるから、移動前の位置を、加速度ベクトルαの示す移動方向に沿って移動距離ｄだけ移動することにより移動後の位置を求めることができる。これが、空間位置座標入力装置１００が自己の現在位置Ｐ（ＸＹＺローカル座標系の原点）を認識する原理である。
【００６９】
もっとも、ＸＹＺローカル座標系は、ＮＥＵグローバル座標系に対して移動するとともに回転もするため、その向きを変えることができる。§１で述べたとおり、ＸＹＺローカル座標系のＮＥＵグローバル座標系に対する向きは、装置筐体５０の姿勢Ａ（Ｘ→，Ｙ→，Ｚ→）として、姿勢認識部４６によって認識される。したがって、認識した姿勢Ａ（Ｘ→，Ｙ→，Ｚ→）を考慮に入れれば、図３に示すＸＹＺローカル座標系上に定義された加速度ベクトルαの向きを、ＮＥＵグローバル座標系上での向きに変換することができ、ＮＥＵグローバル座標系上での移動方向を把握することができる。
【００７０】
図５は、姿勢認識部４６によって認識された姿勢Ａの実データ構成を示す斜視図である。ＮＥＵグローバル座標系上の１点Ｐ（ｎ，ｅ，ｕ）は、空間位置座標入力装置１００の現在位置（たとえば、装置筐体５０の中心点）を示す点であり、当該点Ｐ（ｎ，ｅ，ｕ）を原点として、空間位置座標入力装置１００に固定されたＸＹＺローカル座標系が定義されることは、既に§１で述べたとおりである。ここで、原点Ｐから下方に向かうベクトルＧは、重力の作用を示す重力ベクトルである。このＸＹＺローカル座標系は、ユーザが空間位置座標入力装置１００の装置筐体５０を手にもって移動させると、装置筐体５０とともに移動し、回転させると（姿勢を変化させると）、装置筐体５０とともに回転することになる。
【００７１】
なお、重力ベクトルＧの方向は、常に鉛直方向Ｄを向くことになり、ＮＥＵグローバル座標系上では、常に−Ｕ軸方向に固定されている。したがって、装置筐体５０の姿勢を変化させてＸＹＺローカル座標系を回転させたとしても、重力ベクトルＧの方向は変化しない。
【００７２】
図５には、Ｘ軸に平行な単位ベクトルＸと、Ｙ軸に平行な単位ベクトルＹと、Ｚ軸に平行な単位ベクトルＺとを、ＮＥＵグローバル座標系の原点Ｏに始点がくるように配置した状態が示されている。ここで、点Ｑｘ（ｎｘ，ｅｘ，ｕｘ），点Ｑｙ（ｎｙ，ｅｙ，ｕｙ），点Ｑｚ（ｎｚ，ｅｚ，ｕｚ）は、それぞれ単位ベクトルＸ，Ｙ，Ｚの終点である。結局、装置筐体５０の姿勢Ａ（Ｘ→，Ｙ→，Ｚ→）は、単位ベクトルＸのＮ軸，Ｅ軸，Ｕ軸方向成分（ｎｘ，ｅｘ，ｕｘ）、単位ベクトルＹのＮ軸，Ｅ軸，Ｕ軸方向成分（ｎｙ，ｅｙ，ｕｙ）、単位ベクトルＺのＮ軸，Ｅ軸，Ｕ軸方向成分（ｎｚ，ｅｚ，ｕｚ）を示すデータとして求めることができる。もちろん、姿勢Ａ（Ｘ→，Ｙ→，Ｚ→）は、この他にも様々な方法（たとえば、各単位ベクトルの向きを方位角φおよび仰角θで示す方法など）で表現することが可能であり、図５に示す表現方法に限定されるものではない。
【００７３】
さて、図２に示す空間位置座標入力装置１００には、加速度センサ１０とともに角速度センサ２０が備わっているため、加速度αの検出値と角速度ωの検出値とを用いれば、位置および姿勢の時間的な変遷を辿ることが可能である。図４を用いて説明したとおり、加速度αの二階積分値として移動距離ｄを求めることができるので、姿勢Ａの情報が得られれば、ＮＥＵグローバル座標系上での位置の時間的変遷を辿ることができる。また、角速度ωの積分値として角度の変位量を求めることができるので、姿勢Ａの時間的変遷を辿ることもできる。
【００７４】
したがって、たとえば、ユーザが、装置筐体５０を、テーブルの上面などの水平面上に所定方向が北を向くように載置し、初期設定部４３を構成する初期設定ボタンを押す操作を行った時点で、装置筐体５０の中心点位置を初期位置Ｐ０に設定し、装置筐体５０の姿勢を初期姿勢Ａ０に設定するようにすれば、理論的には、以後、加速度センサ１０が検出した加速度αと角速度センサ２０が検出した角速度ωとに基づく演算処理により、位置Ｐおよび姿勢Ａの時間的変遷を辿ることができる。
【００７５】
しかしながら、本願発明者が行った実験によると、ユーザが手に保持した装置筐体５０について、上記方法により位置Ｐおよび姿勢Ａの時間的変遷を正確に辿ることは困難であった。その原因は、現在、量産タイプとして市販されている商用の角速度センサでは、ユーザが手に保持した装置筐体５０に作用する角速度ωを十分な応答性および十分な精度をもって検出することが困難であるためと考えられる。
【００７６】
たとえば、大気中を漂う気球のような物体であれば、一般的な商用センサによって検出した加速度αおよび角速度ωに基づいて、当該物体の位置Ｐおよび姿勢Ａの時間的変遷を、ある程度正確に把握することが可能と思われる。しかしながら、本発明に係る空間位置座標入力装置は、ユーザが装置筐体５０を手に持って動かすことを前提とした装置であり、そのような利用環境下では、一般的な商用センサを用いた加速度αおよび角速度ωの検出値に基づいて、その動きを正確に把握することは困難である。
【００７７】
これは、人間が手で移動させている物体に作用する加速度αや角速度ωには、後に波形図を示すように、振動成分が含まれているため、特にジャイロを利用した一般的な商用角速度センサでは、十分な応答性および精度をもって角速度ωを検出することが困難であるためと考えられる。このような観点から、本願発明者は、装置筐体５０の姿勢Ａを認識する方法として、初期姿勢Ａ０に対して角速度ωの積分値に基づく向きの変動分を加えてゆく方法は好ましくないと考えている。
【００７８】
そこで、本発明では、装置筐体５０が停止している状態において、加速度センサ１０の検出値αと磁気センサ３０の検出値ｍとに基づいて、装置筐体５０の姿勢Ａを認識する方法を採用することにした。この方法によれば、装置筐体５０を人間が手で保持している状態においても、その姿勢Ａを実用上十分な精度で認識することが可能になる。以下、この姿勢認識方法の原理を説明する。
【００７９】
図６は、地球上の所定位置において、地磁気に基づいて検出される磁気ベクトルＭを示す図である。地球の磁北極Ｎと磁南極Ｓとの間には、図に破線で示すような磁力線を描くことができ、地球上の任意の位置では、この磁力線の接線方向を向いた磁気ベクトルＭとして磁力の向きと大きさが検出できる。したがって、空間位置座標入力装置１００を地球上の任意の位置に配置すると、磁気センサ３０によって、図示の磁気ベクトルＭの各座標軸方向成分ｍｘ，ｍｙ，ｍｚが検出される（もちろん、磁気的な干渉を及ぼすおそれのあるマグネットなどは遠ざけておく必要がある）。
【００８０】
図７は、このようにして検出された磁気ベクトルＭと重力ベクトルＧとを示す斜視図である。前述したように、本発明における姿勢認識は、装置筐体５０が停止している状態においてのみ行われる。装置筐体５０が停止していれば、装置筐体５０に作用する加速度αは重力加速度Ｇのみであり、図７に示す重力ベクトルＧは、加速度ベクトルαに一致する。したがって、重力ベクトルＧの各座標軸成分ｇｘ，ｇｙ，ｇｚは、それぞれ加速度センサ１０の検出値αｘ，αｙ，αｚとして得られることになる。一方、磁気ベクトルＭの各座標軸成分は、磁気センサ３０の検出値ｍｘ，ｍｙ，ｍｚとして得られる。
【００８１】
図７は、ＸＹＺローカル座標系上における重力ベクトルＧおよび磁気ベクトルＭの方向を示すものであるが、この重力ベクトルＧおよび磁気ベクトルＭの方向に基づいて、ＮＥＵグローバル座標系の各座標軸Ｎ，Ｅ，Ｕの方向を決定することができる。すなわち、ＸＹＺローカル座標系を構成するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸と、ＮＥＵグローバル座標系を構成するＮ軸，Ｅ軸，Ｕ軸と、の相互位置関係として、装置筐体の姿勢Ａを認識することができる。以下、この姿勢認識の具体的な方法を図８を参照しながら説明する。
【００８２】
図８の上段の図は、図２に示す姿勢認識部４６による姿勢認識の基本原理を示す斜視図である。この図には、ＮＥＵグローバル座標系を構成するＮ軸（北），Ｅ軸（東），Ｕ軸（上）が既に描かれているが、ここでは、姿勢認識の基本原理を説明する都合上、装置筐体５０の現在位置Ｐ（たとえば、中心点位置）を原点とするＸＹＺローカル座標系上において、図７に示すように、重力ベクトルＧと磁気ベクトルＭの方向のみが与えられているものとしよう。
【００８３】
まず、重力ベクトルＧは、重力の作用する方向を向いたベクトルであるので、図８に示すとおり、鉛直方向Ｄを向いたベクトルになる。したがって、この重力ベクトルＧとは逆向きの方向に上方ベクトルＵを定義すれば、Ｕ軸方向は、この上方ベクトルＵの方向として決定することができる。
【００８４】
上述したとおり、装置筐体５０が停止していれば、装置筐体５０に作用する加速度αは重力加速度Ｇのみであるから、移動判定部４２が停止状態との判定を行っているときに得られた加速度センサ１０の検出値αｘ，αｙ，αｚは、それぞれ重力加速度ＧのＸ軸方向成分ｇｘ、Ｙ軸方向成分ｇｙ、Ｚ軸方向成分ｇｚになる。そこで、これら検出値に基づいて重力ベクトルＧ（ｇｘ，ｇｙ，ｇｚ）を求め、この重力ベクトルＧとは逆向きの上方ベクトルＵを定義すれば、当該上方ベクトルＵの方向としてＵ軸方向を認識することができる。
【００８５】
一方、磁気センサ３０の検出値ｍｘ，ｍｙ，ｍｚを各成分とする磁気ベクトルＭ（ｍｘ，ｍｙ，ｍｚ）を定め、重力ベクトルＧと磁気ベクトルＭとの双方を含む平面ξを求めれば、当該平面ξは南北方向を向いた鉛直面を構成する。これは、磁気ベクトルＭが、図６に示すような磁力線に沿った方向を向いているためである。したがって、重力ベクトルＧと磁気ベクトルＭとの双方に直交するベクトル（別言すれば、鉛直面ξに直交するベクトル）として、東方ベクトルＥを求めることができ、この東方ベクトルＥの方向をＥ軸方向と認識することができる。
【００８６】
最後に、この東方ベクトルＥと重力ベクトルＧとの双方に直交するベクトルとして、北方ベクトルＮを求めることができ、この北方ベクトルＮの方向をＮ軸方向と認識することができる。かくして、ＸＹＺローカル座標系上において、ＮＥＵグローバル座標系を構成するＵ軸（上），Ｅ軸（東），Ｎ軸（北）の各方向を認識することができる。ここで、ＮＥ平面ηは水平面に対応し、北方ベクトルＮおよび東方ベクトルＥは、この水平面ηに平行な方向を向いたベクトル、上方ベクトルＵは、この水平面ηに直交する方向を向いたベクトルということになる。要するに、ＸＹＺローカル座標系を構成するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸と、ＮＥＵグローバル座標系を構成するＮ軸，Ｅ軸，Ｕ軸と、の相互位置関係として、装置筐体５０の姿勢Ａが認識できたことになる。
【００８７】
図８の中段には、上述した原理に基づいて、ＸＹＺローカル座標系上におけるＵ，Ｅ，Ｎ軸の方向をベクトルとして求める方法が数式で示されている。まず、Ｕ軸の方向を示す上方ベクトルＵが、「Ｕ→＝−Ｇ→」、すなわち、重力ベクトルＧに対して逆向きのベクトルとして求められる。続いて、Ｅ軸の方向を示す東方ベクトルＥが、「Ｅ→＝Ｇ→×Ｍ→」なる式、すなわち、重力ベクトルＧと磁気ベクトルＭとの外積として求められ、最後に、Ｎ軸の方向を示す北方ベクトルＮが、「Ｎ→＝Ｅ→×Ｇ→」なる式、すなわち、東方ベクトルＥと重力ベクトルＧとの外積として求められる。
【００８８】
数学上、ベクトルＡとベクトルＢの外積「Ｃ→＝Ａ→×Ｂ→」として得られるベクトルＣは、ベクトルＡをベクトルＢに向けて１８０°より小さい方の角の方向に回転させたときに右ネジの進む方向に定義されるベクトルである。したがって、上記式に基づく外積として、東方ベクトルＥおよび北方ベクトルＮを求めれば、それぞれ正しい方向にＥ軸およびＮ軸が定義されることになる。
【００８９】
こうして、ＸＹＺローカル座標系上におけるＵ，Ｅ，Ｎ軸の方向が定義できれば、逆に、ＮＥＵグローバル座標系上におけるＸ，Ｙ，Ｚ軸の方向を定義することができる。すなわち、図８の後段に示すとおり、ＮＥＵグローバル座標系上におけるＸ，Ｙ，Ｚ軸の方向は、単位ベクトルＸ，Ｙ，Ｚを用いて、姿勢Ａ（Ｘ→，Ｙ→，Ｚ→）という形式で求めることができる。
【００９０】
結局、姿勢認識部４６は、装置筐体５０が停止している状態であれば、加速度センサ１０の検出値αと磁気センサ３０の検出値ｍとに基づいて、装置筐体５０の姿勢Ａを認識することが可能であるが、装置筐体５０が移動している状態では、姿勢認識処理を行うことができない。これは、装置筐体５０の移動中は、加速度センサ１０の検出値αに、重力加速度Ｇの成分とともに、移動によって生じる加速度成分（以下、移動加速度成分という）も含まれてしまうため、図８に示す原理における重力加速度Ｇを決定することができないためである。
【００９１】
そこで、図２に示す姿勢認識部４６は、移動判定部４２から停止状態との判定結果が与えられたときにだけ、上記方法により装置筐体５０の姿勢Ａを認識する処理を実行し、移動状態との判定結果が与えられたときには、姿勢認識処理を休止する。なお、姿勢認識処理の休止中（すなわち、装置筐体５０の移動中）、姿勢認識部４６は、移動直前に認識した姿勢Ａを移動判定部４２および位置認識部４５に与えることになる。
【００９２】
結局、ここに示す実施形態の場合、移動判定部４２および位置認識部４５は、移動中は姿勢の変化がなかったものと想定し、移動直前の姿勢Ａがそのまま維持されているものとして、後に詳述する移動判定処理や位置認識処理を行うことになる。もちろん、実際には、ユーザが装置筐体５０を手に持って移動させると、位置だけでなく姿勢も変化することになるので、移動直前の姿勢Ａが移動中も維持されていると仮定した処理を行うと、移動判定処理や位置認識処理に誤差が生じることになるが、ユーザに、できるだけ移動と回転とを同時に行わないような操作を心がけてもらえば、当該誤差は、実用上、大きな支障を生じさせるものにはならない。
【００９３】
このように、本発明では、「装置筐体５０は移動中は姿勢を変化させない」という前提で位置の認識が行われるため、移動中の姿勢変化が生じた場合には、誤差の混入が避けられないが、そのような誤差の混入は、一般的な三次元マウスのような利用形態を行う上では、重大な障害を生じさせるものではない。「装置筐体５０は移動中は姿勢を変化させない」という前提を採用すれば、上述したように、装置筐体５０が停止状態にあるときにのみ姿勢認識を行えばよいことになり、加速度センサ１０の検出値αと磁気センサ３０の検出値ｍを用いた姿勢認識が可能になるというメリットが得られる。
【００９４】
前述したとおり、商用の角速度センサでは、ユーザが手に保持した装置筐体５０に作用する角速度ωを十分な応答性および十分な精度をもって検出することが困難であり、角速度ωの検出値を利用して正確な姿勢認識を行うことは困難である。これに対して、加速度αと磁気ｍの検出値を用いた姿勢認識では、実用上、十分な精度を確保することができる。
【００９５】
なお、図２に示す空間位置座標入力装置１００には、角速度センサ２０が設けられており、装置筐体５０に作用した角速度ωの検出が行われるが、これは、回転判定部４４における回転判定処理に利用するためである。この回転判定部４４の役割については、§３において詳述する。
【００９６】
＜＜＜  §３．  基本的な実施形態の具体的な動作  ＞＞＞
さて、§２では、図２に示す空間位置座標入力装置１００の動作原理を述べたが、ここでは、ユーザが、この装置１００を利用して、パソコンなどの電子機器に対して空間位置座標を入力する操作を行う場合を例にとって、この装置の具体的な動作を説明する。ユーザは、電子機器の画面を見ながら、手に保持した装置筐体５０を空中で三次元マウスとして動かし、ＮＥＵグローバル座標系の三次元座標値（ｎ，ｅ，ｕ）を当該電子機器に対して入力する操作を行うことになる。
【００９７】
＜３−１．初期設定部４３の動作＞
はじめに、初期設定部４３の動作を説明する。ユーザは、この空間位置座標入力装置１００を利用する際に、まず、初期設定の作業を行う。§１で述べたとおり、初期設定処理は、ユーザが初期設定部４３に対して初期設定指示を入力することによって実行される。但し、この初期設定処理は、装置筐体５０が静止状態（停止状態かつ非回転状態）の場合に行われることが前提となっている。そこで、実際には、ユーザは、装置筐体５０をテーブルの上面など、静止状態を維持するのに適した場所に載置して、初期設定部４３に対して初期設定指示を入力する。載置場所は必ずしも水平面である必要はなく、載置時の東西南北の方向も任意でかまわない。
【００９８】
図９は、初期設定部４３によって実行される初期設定処理の手順を示す流れ図である。実際には、ステップＳ１〜Ｓ５までが初期設定部４３自身によって実行される手順であり、ステップＳ６は姿勢認識部４６によって実行され、ステップＳ７は位置認識部４５によって実行される。
【００９９】
まず、ステップＳ１において、初期設定指示の入力の有無が検知される。ここに示す実施例では、初期設定部４３は、装置筐体５０に設けられた初期設定ボタンを有しており、ユーザからの初期設定指示は、この初期設定ボタンを押すことにより与えられる。ユーザが、装置筐体５０をテーブルなどに載置した状態で初期設定ボタンを押すと、初期設定部４３は、初期設定指示が入力されたことを検知し、処理はステップＳ１からステップＳ２へと進むことになる。
【０１００】
このステップＳ２では、装置筐体５０が静止状態にあるか否かが判定され、静止状態ではなかった場合には、ステップＳ３を経て、ステップＳ１へと戻ることになる。図２に示すとおり、初期設定部４３には、移動判定部４２から移動状態／停止状態を示す判定結果が与えられ、回転判定部４４から回転状態／非回転状態を示す判定結果が与えられている。そこで、初期設定部４３は、停止状態かつ非回転状態との判定結果が与えられている場合にのみ、装置筐体５０が静止状態にあるものと判断し、ステップＳ２からステップＳ４の処理へと進む。
【０１０１】
一方、静止状態でなかった場合には、ステップＳ３において、ユーザに対して初期設定指示の再入力を促す処理が実行され、ステップＳ１における初期設定指示の入力待ち状態へ戻ることになる。再入力を促す処理は、たとえば、初期設定部４３内に設けた小型のスピーカからエラー警告音を発生させたり、赤色ＬＥＤランプを点灯させたり、小型のディスプレイ上に「テーブルなどの上に静止させた状態で初期設定を行ってください」といったメッセージを表示させたり、様々な方法で行うことができる。
【０１０２】
要するに、初期設定部４３は、ユーザから初期設定指示が与えられた時点で、移動判定部４２が移動状態との判定を行っていた場合、もしくは、回転判定部４４が回転状態との判定を行っていた場合に、与えられた初期設定指示を無視し、ユーザに対して初期設定指示の再入力を促す処理を実行することになる。
【０１０３】
再入力を促されたユーザは、装置筐体５０が静止状態にあることを確認した上で、再び初期設定ボタンを押す操作を行う。ユーザが、必ず装置筐体５０を静止状態にして初期設定ボタンを押すよう心がけてくれれば、このステップＳ２の処理は省略することができるが、実際には、ユーザが装置筐体５０を手に保持したまま初期設定ボタンを押すケースもあり得るので、実用上は、ステップＳ２による静止状態の確認処理を行うようにするのが好ましい。
【０１０４】
続くステップＳ４では、重力加速度Ｇの大きさｇを演算によって求め、これを記憶する処理が行われる。前述したように、この初期設定処理は、装置筐体５０が静止状態にあることを前提として行われる処理であるため、初期設定部４３は、初期設定指示を入力した時点における加速度センサ１０の検出値αｘ，αｙ，αｚを、それぞれ重力加速度ＧのＸ軸方向成分ｇｘ、Ｙ軸方向成分ｇｙ、Ｚ軸方向成分ｇｚとして認識し、重力加速度Ｇの大きさｇを、ｇ＝√（ｇｘ２＋ｇｙ２＋ｇｚ２）なる演算によって求めることができる。そこでステップＳ４では、ｇ＝√（αｘ２＋αｙ２＋αｚ２）なる演算によってｇが算出される。
【０１０５】
図２に示す検出値格納部４１から初期設定部４３へ向かう矢印は、このｇを求める演算のために加速度の検出値αが初期設定部４３に与えられることを示している。初期設定部４３は、こうして求めたｇを記憶し、移動判定部４２および位置認識部４５に与える。後述するように、移動判定部４２は、この大きさｇを参照することにより、重力加速度成分を考慮した判定を行い、位置認識部４５は、この大きさｇを参照することにより、重力加速度成分を考慮した位置認識を行うことになる。
【０１０６】
続くステップＳ５では、初期設定部４３から、姿勢認識部４６および位置認識部４５に対して初期設定信号が与えられる。図２において、初期設定部４３から姿勢認識部４６および位置認識部４５へ向かう矢印は、この初期設定信号が与えられることを示している（前述したとおり、位置認識部４５に対しては、大きさｇも与えられる）。
【０１０７】
このように、初期設定部４３が、ユーザから初期設定指示が与えられたときに、姿勢認識部４６および位置認識部４５に対して初期設定信号を与える処理を行うと、姿勢認識部４６は、ステップＳ６に示すように、この初期設定信号が与えられた時点で認識された姿勢を初期姿勢Ａ０（Ｘ→，Ｙ→，Ｚ→）として保持し、位置認識部４５は、ステップＳ７に示すように、この初期設定信号が与えられた時点の位置を初期位置Ｐ０（ｎ０，ｅ０，ｕ０）として保持する（ステップＳ６，Ｓ７は、必ずしもこの順番で行う必要はなく、逆順で行っても、同時に並行処理として行ってもよい）。
【０１０８】
初期位置Ｐ０（ｎ０，ｅ０，ｕ０）を示す座標値（ｎ０，ｅ０，ｕ０）は、任意の値に設定してかまわないが、位置認識部４５は、以後、この初期位置Ｐ０（ｎ０，ｅ０，ｕ０）を起点として位置の更新を行うことにより、各時点の位置認識を行うことになる。したがって、実用上は、たとえば、ｎ０＝０、ｅ０＝０、ｕ０＝０に設定し、初期位置Ｐ０（０，０，０）を設定すればよい。当該設定は、結局、ＮＥＵグローバル座標系の原点Ｏの位置を初期位置とする設定に他ならない。この場合、位置認識部４５は、原点Ｏを起点として装置筐体５０の位置を更新してゆくことになる。
【０１０９】
＜３−２．移動判定部４２の動作＞
続いて、移動判定部４２の動作を説明する。既に述べたとおり、移動判定部４２は、加速度センサ１０の検出値αに基づいて、装置筐体５０が移動状態もしくは停止状態のいずれにあるかを判定する機能を果たす。基本的に、装置筐体５０は、ユーザが手に保持して操作するものである。したがって、手で持っている以上、空間上の位置には微小な変動が生じており、厳密な意味では停止することがない。ただ、本発明における移動判定は、ユーザが意図的に移動させたのか否かを、ある程度の精度をもって判定することができれば十分である。
【０１１０】
そこで、ここに示す基本的な実施形態の場合、移動判定部４２は、加速度センサ１０の検出値αの変動量が所定範囲を超えている場合に移動状態、当該所定範囲内の場合に停止状態と判定するようにしている。より具体的には、加速度センサ１０の検出値αｘの振幅値、検出値αｙの振幅値、検出値αｚの振幅値、の少なくとも１つが、所定の閾値Δを超えた場合には移動状態、それ以外の場合には停止状態と判定するようにしている。
【０１１１】
図２に示す例の場合、検出値格納部４１内には、たとえば、２０Ｈｚのサンプリング周期で取り込んだ加速度の検出値αｘ（ｔ），αｙ（ｔ），αｚ（ｔ）が逐次格納されているので、これらの検出値について、時間に関する変動量が所定範囲を超えているか否かを判定することができる。参照期間を０.５秒に設定した場合、２０Ｈｚで直前までにサンプリングした１０組の検出値（αｘ，αｙ，αｚ）に基づいて移動判定処理を行うことが可能である。
【０１１２】
図１０は、上述の方針に基づいて、移動判定部４２によって行われる移動判定処理の具体的な方法を示すグラフである。グラフの横軸は時間ｔ、縦軸は加速度センサ１０によって検出された加速度αｘを示している。図示のとおり、加速度センサ１０の検出値αｘには、重力加速度成分ｇｘと移動加速度成分（移動によって生じる加速度成分）とが混在している。ここで、重力加速度成分ｇｘはバイアス成分となり、移動加速度成分は振動成分となる。図１０に示すグラフは、ユーザが装置筐体５０を手に持って、停止状態から所定方向に移動させ、再び停止させる操作を行ったときに得られたグラフである。加速度αｘの値を２０Ｈｚ程度のサンプリングレートで採取すると、この例のように、重力加速度成分ｇｘを中心とする振動波形グラフが得られる。
【０１１３】
ここで、本願発明者が行った実験によると、ユーザが装置筐体５０を停止状態に維持するように意図して保持している間は、この振動波形の振幅値は所定の閾値Δ以内に収まっているが、装置筐体５０を意図的に移動させると、振幅値は当該閾値Δを超える現象が認められた。そこで、予め適切な閾値Δを設定しておけば、検出値αｘの振幅値が閾値Δを超えた場合には移動状態、それ以外の場合には停止状態と判定することができる。
【０１１４】
図示の例の場合、時刻ｔ０〜ｔ１までの振幅値は閾値Δ以内に収まっているが、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は振幅値が閾値Δを超え、時刻ｔ２以降は振幅値が再び閾値Δ以内に収まっている。したがって、加速度のＸ軸方向成分αｘの判定に関しては、時刻ｔ０〜ｔ１の期間は停止、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は移動、時刻ｔ２〜の期間は停止と判定することができる。
【０１１５】
なお、一般に、時間的な変動を生じる物理量について、その変動量が所定範囲を超えているか否かを判定するには、所定の参照期間を設定して当該物理量の時間的な変動を解析する必要がある。たとえば、過去０.５秒間を参照期間と設定し、検出値格納部４１に格納されていたこの参照期間内のサンプルを解析すれば、この期間中の振幅値を求めることができる。
【０１１６】
ただ、図１０に示すとおり、加速度αｘの振幅は、重力加速度成分ｇｘの値を中心とする振動波形になるので、ここに示す実施例の場合、図に一点鎖線で示すように、上限値をｇｘ＋Δ／２、下限値をｇｘ−Δ／２と定め、加速度αｘの値が上限値を上まわるか、下限値を下まわる場合に、振幅値が閾値Δを超えたものとする判定方法を採用している。このような判定方法を採用すれば、加速度αｘについて、１つのサンプル値のみに基づいて判定を行うことが可能になる。
【０１１７】
ここで、重力加速度成分ｇｘの値は、装置筐体５０の姿勢Ａの変化に伴って変化する値になるが、姿勢認識部４６から与えられる姿勢Ａと、初期設定部４３から与えられる重力ベクトルＧの大きさｇに基づいて、最新値を算出することができる。すなわち、姿勢Ａ（Ｘ→，Ｙ→，Ｚ→）は、図５に示すとおり、ＮＥＵグローバル座標系上におけるＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各方向を示す情報であるから、重力ベクトルＧの大きさｇが既知であれば、その各軸方向成分ｇｘ，ｇｙ，ｇｚの値を算出することができる。
【０１１８】
以上、図１０に示す加速度αｘについて、停止／移動を判定する具体的な方法を説明したが、移動判定部４２による実際の移動判定処理は、３つの軸方向成分αｘ，αｙ，αｚのすべてについて、それぞれ同様の判定を行い、少なくとも１つの成分に関して移動と判定された場合は移動状態との判定を行い、３つの成分すべてに関して停止と判定された場合は停止状態との最終判定を行うことになる。したがって、図示する時刻ｔ０〜ｔ１の期間や時刻ｔ２〜の期間であっても、他軸成分について移動との判定がなされた場合には、最終的には、移動状態と判定されることになる。
【０１１９】
なお、実際には、加速度センサ１０は、様々な要因によってイレギュラーな検出値を出力することがある。このようなイレギュラーな検出値によって、停止状態から移動状態への遷移判定もしくは移動状態から停止状態への遷移判定が行われてしまうことは好ましくない。そこで、実用上は、移動判定部４２が、停止状態から移動状態への遷移判定もしくは移動状態から停止状態への遷移判定を行う際に、遷移後の状態としての条件が所定の監視期間にわたって継続して満足された場合に限り、当該遷移判定を行うようにするのが好ましい。
【０１２０】
たとえば、これまで停止状態が維持されていたときに、たまたま、加速度成分αｘについて、何らかのイレギュラー要因により、上限値ｇｘ＋Δ／２を上まわるサンプル値が１つだけ得られたような場合でも、３サンプル分の監視期間を設定しておくようにすれば、上限値ｇｘ＋Δ／２を上まわるサンプル値が３つ連続して得られなければ、移動状態へ遷移する判定が行われることはないので、イレギュラーな検出値の発生により無用な遷移判定が行われるのを防ぐことができる。
【０１２１】
＜３−３．回転判定部４４の動作＞
続いて、回転判定部４４の動作を説明する。既に述べたとおり、回転判定部４４は、角速度センサ２０の検出値ωに基づいて、装置筐体５０が回転状態もしくは非回転状態のいずれにあるかを判定する機能を果たす。ただ、本発明における回転判定も、ユーザが意図的に回転させたのか否かを、ある程度の精度をもって判定することができれば十分であり、上述した移動判定部４２における判定方法とほぼ同様の判定方法を採用することができる。
【０１２２】
ここに示す基本的な実施形態の場合、回転判定部４４は、角速度センサ２０の検出値ωの変動量が所定範囲を超えている場合に回転状態、当該所定範囲内の場合に非回転状態と判定するようにしている。より具体的には、角速度センサ２０の検出値ωｘの振幅値、検出値ωｙの振幅値、検出値ωｚの振幅値、の少なくとも１つが、所定の閾値θを超えた場合には回転状態、それ以外の場合には非回転状態と判定するようにしている。
【０１２３】
図２に示す例の場合、検出値格納部４１内には、たとえば、２０Ｈｚのサンプリング周期で取り込んだ角速度の検出値ωｘ（ｔ），ωｙ（ｔ），ωｚ（ｔ）が逐次格納されているので、これらの検出値について、時間に関する変動量が所定範囲を超えているか否かを判定することができる。参照期間を０.５秒に設定した場合、２０Ｈｚで直前までにサンプリングした１０組の検出値（ωｘ，ωｙ，ωｚ）に基づいて回転判定処理を行うことが可能である。
【０１２４】
図１１は、上述の方針に基づいて、回転判定部４４によって行われる回転判定処理の具体的な方法を示すグラフである。グラフの横軸は時間ｔ、縦軸は角速度センサ２０によって検出された角速度ωｘを示している。ユーザが装置筐体５０を手に持って、非回転状態から回転を開始し、再び回転をやめる操作を行ったときに、作用する角速度ωｘの値を２０Ｈｚ程度のサンプリングレートで採取すると、図示のように、０を中心とする振動波形グラフが得られる。
【０１２５】
本願発明者が行った実験によると、ユーザが装置筐体５０を非回転状態に維持するように意図して保持している間は、この振動波形の振幅値は所定の閾値θ以内に収まっているが、装置筐体５０を意図的に回転させると、振幅値は当該閾値θを超える現象が認められた。そこで、予め適切な閾値θを設定しておけば、検出値ωｘの振幅値が閾値θを超えた場合には回転状態、それ以外の場合には非回転状態と判定することができる。
【０１２６】
図示の例の場合、時刻ｔ０〜ｔ１までの振幅値は閾値θ以内に収まっているが、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は振幅値が閾値θを超え、時刻ｔ２以降は振幅値が再び閾値θ以内に収まっている。したがって、角速度のＸ軸まわり成分ωｘの判定に関しては、時刻ｔ０〜ｔ１の期間は非回転、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は回転、時刻ｔ２〜の期間は非回転と判定することができる。この角速度ωｘについても、その変動量が所定範囲を超えているか否かを判定するには、所定の参照期間を設定して時間的な変動を解析する必要がある。たとえば、過去０.５秒間を参照期間と設定し、検出値格納部４１に格納されていたこの参照期間内のサンプルを解析すれば、この期間中の振幅値を求めることができる。
【０１２７】
ただ、図１１に示すとおり、角速度ωｘの振幅は、０を中心とする振動波形になるので、ここに示す実施例の場合、図に一点鎖線で示すように、上限値を＋θ／２、下限値を−θ／２と定め、角速度ωｘの値が上限値を上まわるか、下限値を下まわる場合に、振幅値が閾値θを超えたものとする判定方法を採用している。このような判定方法を採用すれば、角速度ωｘについて、１つのサンプル値のみに基づいて判定を行うことが可能になる。
【０１２８】
以上、図１１に示す角速度ωｘについて、非回転／回転を判定する具体的な方法を説明したが、回転判定部４４による実際の回転判定処理は、３つの軸まわり成分ωｘ，ωｙ，ωｚのすべてについて、それぞれ同様の判定を行い、少なくとも１つの成分に関して回転と判定された場合は回転状態との判定を行い、３つの成分すべてに関して非回転と判定された場合は非回転状態との最終判定を行うことになる。したがって、図示する時刻ｔ０〜ｔ１の期間や時刻ｔ２〜の期間であっても、他軸成分について回転との判定がなされた場合には、最終的には、回転状態と判定されることになる。
【０１２９】
なお、実際には、加速度センサ１０と同様に角速度センサ２０も、様々な要因によってイレギュラーな検出値を出力することがある。このようなイレギュラーな検出値によって、非回転状態から回転状態への遷移判定もしくは回転状態から非回転状態への遷移判定が行われてしまうことは好ましくない。そこで、実用上は、回転判定部４４が、非回転状態から回転状態への遷移判定もしくは回転状態から非回転状態への遷移判定を行う際に、遷移後の状態としての条件が所定の監視期間にわたって継続して満足された場合に限り、当該遷移判定を行うようにするのが好ましい。
【０１３０】
たとえば、これまで非回転状態が維持されていたときに、たまたま、角速度成分ωｘについて、何らかのイレギュラー要因により、上限値＋θ／２を上まわるサンプル値が１つだけ得られたような場合でも、３サンプル分の監視期間を設定しておくようにすれば、上限値＋θ／２を上まわるサンプル値が３つ連続して得られなければ、回転状態へ遷移する判定が行われることはないので、イレギュラーな検出値の発生により無用な遷移判定が行われるのを防ぐことができる。
【０１３１】
＜３−４．姿勢認識部４６の動作＞
次に、姿勢認識部４６の動作を説明する。姿勢認識部４６は、移動判定部４２が停止状態との判定を行っているときに、加速度センサ１０の検出値αと磁気センサ３０の検出値ｍとに基づいて、装置筐体５０のＮＥＵグローバル座標系上における姿勢Ａを認識する処理を行う。姿勢Ａを認識する具体的な方法は、図８を参照しながら§２で詳述したとおりである。そこで、ここでは、姿勢認識部４６の動作の補足説明として、姿勢認識処理が行われるタイミングを述べておく。
【０１３２】
本発明における姿勢認識処理は、移動判定部４２が停止状態との判定を行っているときにのみ実行される。これは、図８に示す原理に基づいて姿勢認識を行う場合に、加速度センサ１０の検出値（αｘ，αｙ，αｚ）を重力ベクトルＧの各軸成分（ｇｘ，ｇｙ，ｇｚ）とみなす取り扱いを行う必要があるためである。
【０１３３】
ただ、ここで述べる基本的実施形態の場合、演算負担を軽減するために、姿勢認識部４６が姿勢認識処理を実行するタイミングを、次の２通りの場合のみに制限する運用を採っている。
【０１３４】
第１の場合は、初期設定部４３から初期設定信号が与えられたときである。初期設定部４３からの初期設定信号は、装置筐体５０が静止状態にあるとき、すなわち、移動判定部４２が停止状態との判定を行い、かつ、回転判定部４４が非回転状態との判定を行っている初期状態において与えられることになるので、姿勢認識部４６は、まず、この初期状態において初期姿勢Ａ０（Ｘ→，Ｙ→，Ｚ→）を認識する処理を行うことになる。
【０１３５】
そして、第２の場合は、この初期状態の後に、移動判定部４２が停止状態との判定を行い、かつ、回転判定部４４が回転状態との判定を行っているときである。別言すれば、移動判定部４２が停止状態との判定を行っていても、回転判定部４４が非回転状態との判定を行っているときには、姿勢認識処理は実行されないことになる。このような運用を採るのは、回転判定部４４が非回転状態との判定を行っている場合には、姿勢Ａに変化は生じていないと考えられ、姿勢Ａの更新は不要と考えられるためである。この場合、最後に認識した姿勢Ａがそのまま現在の姿勢Ａとして流用されることになる。
【０１３６】
図１２は、上記運用を採用した場合に、姿勢認識部４６によって姿勢認識処理が行われる時点を示すタイミングチャートである。図の横軸は時間ｔを示しており、時間軸ｔは、図のチャート(a) の右端からチャート(b) の左端へと繋がっている。各チャートの上段のバーは移動判定部４２による移動判定処理の判定結果（停止状態／移動状態）を示し、下段のバーは回転判定部４４による回転判定処理の判定結果（非回転状態／回転状態）を示している。また、この下段のバーの更に下方に示されたＡ０〜Ａ７７なる矢印は、姿勢認識部４６による姿勢認識処理が行われた時点および認識された姿勢を示している。
【０１３７】
このタイミングチャートでは、まず、時刻ｔ０において、ユーザによる初期設定指示が与えられ、初期設定処理が実行される。前述したとおり、この時点で、姿勢認識部４６は、初期姿勢Ａ０を認識する処理を行うことになる。続いて、時刻ｔ１において、ユーザは、装置筐体５０を持ち上げ、そのまま水平移動させたため、時刻ｔ１〜ｔ２の期間が移動状態として検知される。そして、時刻ｔ２〜ｔ３の期間は停止かつ非回転状態となり、続く時刻ｔ３〜ｔ４の期間は、装置筐体５０の位置をそのままに保持して姿勢を変える回転操作が行われ、更に、時刻ｔ４〜ｔ５の期間は、装置筐体５０の姿勢をそのまま維持させながら平行移動する操作が行われ、時刻ｔ５〜ｔ６の期間は、移動とともに、姿勢を変える回転操作が行われている。
【０１３８】
続く時刻ｔ６になると、移動操作は中止するが、回転操作はそのまま続行し、やがて時刻ｔ７において、回転操作も中止した状態になる。したがって、時刻ｔ７〜ｔ８の期間は、停止かつ非回転状態になる。更に、時刻ｔ８になると平行移動操作が行われ、時刻ｔ９〜ｔ１０の期間は、移動状態のまま回転操作も加えられる。そして、時刻ｔ１０〜ｔ１１の期間は、移動状態かつ非回転状態になり、最後の時刻ｔ１１において、停止状態かつ非回転状態になる。
【０１３９】
装置筐体５０に対して、このような操作が行われた場合に、上述した運用を採ると、初期姿勢Ａ０が認識された後は、時刻ｔ３〜ｔ４の期間（停止状態かつ回転状態の期間）に所定周期で姿勢認識処理が行われ、初期姿勢Ａ０が、Ａ１〜Ａ３４に更新されることになる。また、時刻ｔ６〜ｔ７の期間（停止状態かつ回転状態の期間）に所定周期で姿勢認識処理が行われ、姿勢がＡ３５〜Ａ７７に更新されることになる。このように、初期姿勢Ａ０が認識された後は、「停止状態かつ回転状態の期間」にのみ、所定周期（たとえば、サンプリング周期と同じ２０Ｈｚ周期）で姿勢の更新処理が行われる。
【０１４０】
このような運用を採れば、姿勢認識部４６は、初期設定後、姿勢に変化が生じたと考えられる期間についてのみ、新たな姿勢認識処理を行って姿勢の更新を行えばよいので、演算負担を低減させることができる。図２に示すように、姿勢認識部４６から移動判定部４２および位置認識部４５に対しては、各時点の姿勢Ａが与えられることになるが、姿勢Ａの更新が行われていない場合には、最後に認識された姿勢Ａが最新の姿勢として与えられることになる。たとえば、図１２のタイミングチャートにおいて、期間ｔ０〜ｔ３は、時刻ｔ０で得られた初期姿勢Ａ０（移動直前の姿勢）が与えられ、期間ｔ４〜ｔ６は、時刻ｔ４で得られた姿勢Ａ３４（移動直前の姿勢）が与えられ、期間ｔ７〜ｔ１１は、時刻ｔ７で得られた姿勢Ａ７７（移動直前の姿勢）が与えられる。
【０１４１】
このタイミングチャートにおいて、上段のバーにおける「移動（Ａ０）」，「移動（Ａ３４）」，「移動（Ａ７７）」なる表記は、それぞれ姿勢Ａ０，Ａ３４，Ａ７７を維持した状態で移動したものとして取り扱われることを示している。ここで、時刻ｔ９〜ｔ１０の期間は、移動しながら回転している状態となっているので、本来は、この期間中にも姿勢認識処理を実行して、姿勢を更新する処理を行う必要があるが、本発明の基本原理により、移動中は姿勢認識処理を行うことができないので、時刻ｔ１１に至るまで、移動直前の姿勢Ａ７７が維持されたものとする取り扱いが行われることになる。
【０１４２】
したがって、本発明では、移動中に回転操作が加わると、姿勢認識部４６によって認識された姿勢Ａに誤差が生じることになり、この姿勢Ａを利用して行われる移動判定部４２による移動判定処理や位置認識部４５による位置認識処理にも影響が及ぶことになる。しかしながら、本願発明者が行った実験によると、移動中に行われる回転操作の操作量は比較的小さく、しかも停止中の回転操作が行われた時点で、姿勢Ａは正しい値に更新されることになるので、空間位置座標を入力する処理を行う上では、実用上、重大な支障にはならない。
【０１４３】
＜３−５．位置認識部４５の動作＞
最後に、位置認識部４５の動作を説明する。位置認識部４５は、移動判定部４２の判定結果によって停止状態から移動状態に遷移したことが認識された場合に、移動直前に姿勢認識部４６が認識した姿勢と加速度センサ１０の検出値とに基づいて、装置筐体５０のＮＥＵグローバル座標系上における位置を逐次認識してゆき、認識された位置のＮＥＵグローバル座標系上における座標値Ｐ（ｎ，ｅ，ｕ）を、コンピュータなどの電子機器への入力対象となる空間位置座標として出力する機能を果たす。
【０１４４】
ここでは、装置筐体５０に対して、図１２のタイミングチャートに示すような移動および回転操作が行われた場合について、位置認識部４５によって実行される具体的な位置認識処理を説明しよう。図１３は、このような移動および回転操作が行われたときの位置更新処理の基本原理を示す平面図である。図の点Ｐ０は、時刻ｔ０において行われた初期設定処理により設定された初期位置である。この初期設定処理では、前述したように、初期姿勢Ａ０も認識される。
【０１４５】
図１２に示すように、時刻ｔ１になると、移動判定部４２から与えられる判定結果により停止状態から移動状態に遷移したことが認識される。そこで、位置認識部４５は、移動直前の姿勢Ａ０と加速度センサ１０の検出値α（時刻ｔ１以降の検出値）とに基づいて、現在位置を逐次更新する処理を実行する。具体的には、ＮＥＵグローバル座標系上において、装置筐体５０が姿勢Ａ０を維持しつつ、加速度αが示す移動方向に、加速度αが示す移動距離だけ、初期位置Ｐ０から変位したものとして、現在位置の更新を行うことになる。その結果、時刻ｔ２において、現在位置は点Ｐ０から点Ｐ１に更新されることになる。
【０１４６】
続く時刻ｔ２〜ｔ４の期間は停止状態であるため、現在位置は点Ｐ１の位置に留まることになるが、時刻ｔ４〜ｔ６の期間には再び移動を開始する。そこで、位置認識部４５は、移動直前の姿勢Ａ３４と加速度センサ１０の検出値α（時刻ｔ４以降の検出値）とに基づいて、現在位置を逐次更新する処理を実行する。すなわち、装置筐体が姿勢Ａ３４を維持しつつ、加速度αが示す移動方向に、加速度αが示す移動距離だけ、位置Ｐ１から変位したものとして、現在位置の更新を行うことになる。その結果、時刻ｔ６において、現在位置は点Ｐ１から点Ｐ２に更新される。
【０１４７】
次の時刻ｔ６〜ｔ８の期間は停止状態であるため、現在位置は点Ｐ２の位置に留まることになるが、時刻ｔ８〜ｔ１１の期間には再び移動を開始する。そこで、位置認識部４５は、移動直前の姿勢Ａ７７と加速度センサ１０の検出値α（時刻ｔ８以降の検出値）とに基づいて、現在位置を逐次更新する処理を実行する。すなわち、装置筐体が姿勢Ａ７７を維持しつつ、加速度αが示す移動方向に、加速度αが示す移動距離だけ、位置Ｐ２から変位したものとして、現在位置の更新を行うことになる。その結果、時刻ｔ１１において、現在位置は点Ｐ２から点Ｐ３に更新される。
【０１４８】
結局、図１３に示すとおり、点Ｐ０〜Ｐ１への移動中は姿勢Ａ０が維持されたものとした取り扱いがなされ、点Ｐ１〜Ｐ２への移動中は姿勢Ａ３４が維持されたものとした取り扱いがなされ、点Ｐ２〜Ｐ３への移動中は姿勢Ａ７７が維持されたものとした取り扱いがなされる。実際には、姿勢は必ずしも移動中に一定に維持されるものではなく、移動中に回転操作が加わると、姿勢が変化することになるので、図示の点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の位置は誤差を含むものになる。ただ、前述したとおり、三次元マウスのように、電子機器に対してユーザの操作指示を空間位置座標として入力する用途に利用する上では、実用上、大きな支障は生じない。
【０１４９】
なお、図１３では、説明の便宜上、点Ｐ０から点Ｐ１への移動経路、点Ｐ１から点Ｐ２への移動経路、点Ｐ２から点Ｐ３への移動経路を、すべて直線で描いているが、実際には、移動方向は各時点の加速度αが示す移動方向として求まる。たとえば、ユーザが装置筐体５０を円弧に沿って移動させた場合、加速度αが示す移動方向はこの円弧の接線方向に沿うように逐次変化することになるので、位置認識部４５によって認識される移動経路も円弧状になる。また、点Ｐの移動距離ｄは、図４のグラフを用いて説明したとおり、加速度の二階積分値として演算によって求めることができる。
【０１５０】
以上、位置認識部４５による現在位置更新処理の基本手順を説明したが、このような処理を行う際には、実際には、重力加速度成分を除外した取り扱いが必要になる。これは、図１０に例示したとおり、加速度センサ１０によって検出される加速度αには、移動加速度成分とともに重力加速度成分が含まれているためである。図１４は、図１０に示すグラフの部分拡大図であり、加速度αｘの時間的変化を示している。既に述べたとおり、装置筐体５０をユーザが手に保持している場合、加速度αｘのグラフは図示のように、重力加速度成分ｇｘを中心とした振動波形になる。
【０１５１】
ここで、移動距離ｄを算出するために必要な移動加速度成分は、加速度センサ１０によって検出された加速度αｘから重力加速度成分ｇｘを差し引いたものになる。すなわち、このグラフにおいて、斜線によるハッチングを施した部分（正の移動加速度成分）についての二階積分値と、ドットによるハッチングを施した部分（負の移動加速度成分）についての二階積分値との符号を考慮した和（前者を正、後者を負とした和）が、Ｘ軸方向についての移動距離ｄｘということになる。式で記述すると、Ｘ軸方向についての移動距離ｄｘは、ｄｘ＝∫∫（αｘ−ｇｘ）・ｄｔ２なる演算によって求まる。
【０１５２】
結局、位置認識部４５は、姿勢認識部４６が認識した移動直前の姿勢Ａに基づいて、重力加速度ＧのＸ軸方向成分ｇｘ，Ｙ軸方向成分ｇｙ，Ｚ軸方向成分ｇｚを求め、移動判定部４２が停止状態から移動状態に遷移してから再び停止状態に遷移したと判定するまでの移動期間中、加速度センサ１０の検出値αから重力加速度成分を差し引いた移動加速度成分についての二階積分値を求め、当該移動期間中に移動直前の姿勢Ａが維持されているものとして、停止状態の位置から、移動加速度成分によって示される方向に、得られた二階積分値に相当する距離だけ移動した位置を装置筐体５０の移動後の位置とする位置更新処理を行うことになる。
【０１５３】
ここで、重力加速度成分ｇｘ，ｇｙ，ｇｚは、装置筐体５０の姿勢Ａの変化に伴って変化する値になるが、姿勢認識部４６から与えられる姿勢Ａと、初期設定部４３から与えられる重力ベクトルＧの大きさｇに基づいて、最新値を算出することができる。すなわち、姿勢Ａ（Ｘ→，Ｙ→，Ｚ→）は、図５に示すとおり、ＮＥＵグローバル座標系上におけるＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各方向を示す情報であるから、重力ベクトルＧの大きさｇが既知であれば、その各軸方向成分ｇｘ，ｇｙ，ｇｚの値を算出することができる。
【０１５４】
したがって、位置認識部４５は、加速度センサ１０の検出値αｘ，αｙ，αｚと、重力加速度成分ｇｘ，ｇｙ，ｇｚとに基づいて、
ｄｘ＝∫∫（αｘ−ｇｘ）・ｄｔ２
ｄｙ＝∫∫（αｙ−ｇｙ）・ｄｔ２
ｄｚ＝∫∫（αｚ−ｇｚ）・ｄｔ２
なる二階積分演算を行うことにより、ＸＹＺローカル座標系上の各座標軸方向の変位量（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）を求め、移動直前の姿勢に基づいてこの変位量（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ）をＮＥＵグローバル座標系上の各座標軸方向の変位量（ｄｎ，ｄｅ，ｄｕ）に変換し、ＮＥＵグローバル座標系上における移動直前の位置Ｐ（ｎ，ｅ，ｕ）に対して、位置Ｐ′（ｎ＋ｄｎ，ｅ＋ｄｅ，ｕ＋ｄｕ）で与えられる位置を、装置筐体５０の移動後の位置として認識することができる。
【０１５５】
＜＜＜  §４．  種々の変形例  ＞＞＞
これまで、本発明の基本的な実施形態に係る空間位置座標入力装置１００について、その構成、動作原理、具体的な動作を述べてきた。ここでは、この基本的な実施形態に対するいくつかの変形例を述べておく。
【０１５６】
＜４−１．分散値を用いた移動判定＞
§３−２では、移動判定部４２の具体的な動作を、図１０の振動波形図を参照しながら説明した。すなわち、加速度センサ１０の検出値αの変動量が所定範囲を超えているか否かを判定するために、検出値αの振幅値が閾値Δを超えているか否かを判定する方法を述べた。ただ、移動判定処理は、必ずしも検出値αの振幅値に基づいて行う必要はない。本願発明者は、本発明における移動判定処理の方法として、検出値αの分散値を用いた方法が非常に有効であることを発見した。以下、この方法を、移動判定部４２が行う移動判定処理の変形例として述べておく。
【０１５７】
図１５は、図２に示す装置筐体５０を移動させたときの加速度センサ１０による加速度の検出値αｘの分散状態を示すグラフである。すなわち、このグラフの横軸は時間ｔ、縦軸は加速度αｘであり、装置筐体５０を手に持ったまま時刻ｔ０〜ｔ１の期間は静止状態を保ち、時刻ｔ１〜ｔ２の期間に１ｍの距離を平行移動させ、時刻ｔ２に再び静止させた場合の検出値αｘの時間変化を示している。より具体的には、２０Ｈｚの周期で加速度αｘをサンプリングし、個々のサンプル値を黒点としてプロットしたグラフになっている。
【０１５８】
ここで、時刻ｔ０〜ｔ１および時刻ｔ２〜の期間は停止状態、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は移動状態ということになるが、停止状態／移動状態の別は、プロットした個々の黒点の散らばり具合の差として、グラフ上に明瞭に表現されている。いずれの期間中も、装置筐体５０が手によって保持されている点は変わらないので、加速度αｘは常に変動を生じており、個々の黒点は常に散らばってプロットされているが、停止状態に比べて、移動状態における散らばり具合が激しいことは明白である。
【０１５９】
一方、図１６は、図２に示す装置筐体５０を定位置で回転させたときの加速度センサ１０による加速度の検出値αｘ，αｙ，αｚの分散状態を示すグラフである。具体的には、装置筐体５０を手に持ったまま時刻ｔ０〜ｔ１の期間は静止状態を保ち、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は定位置で姿勢を変化させ、時刻ｔ２に静止させた場合の検出値αｘ，αｙ，αｚのサンプル値（サンプリング周期２０Ｈｚ）を黒点としてプロットしたグラフである。
【０１６０】
このグラフに示す例の場合、回転操作のみで移動操作は加えられていないため、加速度の検出値は、基本的には、重力加速度成分のみになる。ここで、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は、回転により姿勢が変化するため、ＸＹＺローカル座標系における重力加速度Ｇの向きが変化することになる。時刻ｔ１〜ｔ２の回転期間において、検出値αｘ，αｙ，αｚがゆっくりと変化しているのは、姿勢変化によって重力加速度成分が変化したためである。このように、回転期間中は、検出値αｘ，αｙ，αｚは姿勢変化に応じて徐々に変化はするものの、その分散は小さく抑えられている。別言すれば、非回転状態であっても、回転状態であっても、検出値αｘ，αｙ，αｚの分散に大きな変化は生じていない。
【０１６１】
このことから、加速度の検出値αｘ，αｙ，αｚの分散値を逐次モニタすることにすれば、分散値が所定の閾値δを超えた場合には移動状態と判定することができ、しかも、当該移動判定には、回転のファクターは影響しないことがわかる。すなわち、回転操作が移動操作として誤検出されることはない。
【０１６２】
したがって、移動判定部４２は、ある時刻ｔにおいて移動判定を行う場合、所定の参照期間ｔｒを設定し、時刻ｔ−ｔｒから時刻ｔまでの期間の加速度αｘの合計ｎ個のサンプル値を検出値格納部４１から読み出し、このｎ個のサンプル値の分散値ｓ２を、
ｓ２＝１／ｎ・Σｉ＝１〜ｎ  αｘｉ２−αｘｍ２
なる式で求め（αｘｍは、ｎ個のサンプル値の平均値）、この分散値ｓ２が所定の閾値δを超えた場合には移動状態と判定することができる。
【０１６３】
たとえば、任意の時刻ｔにおける移動判定を行う場合、直前の０．５秒を参照期間ｔｒに設定すれば、加速度の各座標軸成分について、それぞれ２０Ｈｚの周期でサンプリングされた１０個のサンプルについての分散値に基づいて移動状態の判定が行われることになる。図１７は、こうして求められた加速度αｘについての分散値ｓ２の時間的変化の一例を示すグラフであり、横軸は時間ｔ、縦軸（対数尺度）は分散値ｓ２を示している。この例の場合、図示のような閾値δ（一点鎖線で示すレベル）を設定しておけば、分散値ｓ２が閾値δを超えた時刻ｔ１〜ｔ２の期間中を移動状態と判定することができる。
【０１６４】
実際には、加速度は、各軸方向成分αｘ，αｙ，αｚの検出値として得られるので、移動判定部４２は、所定の参照期間について、加速度センサ１０の検出値αｘの分散値、検出値αｙの分散値、検出値αｚの分散値、の少なくとも１つが、所定の閾値δを超えた場合には移動状態、それ以外の場合には停止状態と判定するようにすればよい。なお、この分散値を用いて移動判定処理を行う場合、重力加速度成分ｇｘ，ｇｙ，ｇｚの値は必要ないので、初期設定部４３から移動判定部４２に対して、重力加速度の大きさｇを与える必要はなく、また、姿勢認識部４６から移動判定部４２に対して、姿勢Ａの情報を与える必要もない。
【０１６５】
もちろん、この分散値を用いた移動判定処理を行う場合も、イレギュラーな加速度検出値によって、停止状態から移動状態への遷移判定もしくは移動状態から停止状態への遷移判定が行われてしまうことを防ぐため、停止状態から移動状態への遷移判定もしくは移動状態から停止状態への遷移判定を行う際に、遷移後の状態としての条件が所定の監視期間にわたって継続して満足された場合に限り、当該遷移判定を行うようにするのが好ましい。
【０１６６】
＜４−２．初期設定部の変形例＞
§３−１では、図９の流れ図を参照しながら、初期設定部４３によって実行される初期設定処理の動作を説明した。ここでは、この初期設定部４３の動作の変形例を述べておく。
【０１６７】
まず、図９の流れ図に示す初期設定処理におけるステップＳ２では、静止状態か否かの判定が行われる。図２に示すとおり、初期設定部４３には、移動判定部４２による判定結果と回転判定部４４による判定結果とが与えられている。そこで、前述の説明では、移動判定部４２から停止状態との判定結果が与えられており、かつ、回転判定部４４から非回転状態との判定結果が与えられている場合に、装置筐体５０が静止状態にあるものと判断し、ステップＳ２からステップＳ４の処理へと進むことを述べた。
【０１６８】
このように、ステップＳ２における静止状態の判定を、移動判定部４２および回転判定部４４による判定結果を利用して行うことは、簡便な方法であり、極めて合理的な方法でもある。ただ、ステップＳ２の判定は、必ずしも移動判定部４２および回転判定部４４による判定結果を利用して行う必要はなく、初期設定部４３自身が、検出値格納部４１に格納されている検出値αやωを利用して独自に行うようにしてもかまわない。
【０１６９】
初期設定部４３が独自に静止状態の判定を行う場合でも、その判定手法の基本原理は同じである。すなわち、移動判定部４２において行われる移動判定処理と同等の手法により停止状態／移動状態の判定を行い、回転判定部４４において行われる回転判定処理と同等の手法により回転状態／非回転状態の判定を行い、停止状態かつ非回転状態との判定が行われた場合に、静止状態との判定を行うようにすればよい。ただ、停止状態／移動状態の判定基準（たとえば、これまで述べた例における振幅値の閾値Δや分散値の閾値δの値）や、回転状態／非回転状態の判定基準（たとえば、これまで述べた例における振幅値の閾値θの値）は、別個の値に設定することが可能になる。
【０１７０】
前述したとおり、初期設定処理は、ユーザが装置筐体５０をテーブルの上面などに載置して完全に静止した状態で行われることを前提としているため、ステップＳ２における静止状態の基準は、移動判定部４２の判定基準や回転判定部４４の判定基準よりも厳しく設定（閾値を、より小さく設定）した方が好ましい。初期設定部４３が独自に静止状態の判定を行う変形例を採用すれば、より厳しい基準で静止状態の判定を行うことが可能になる。
【０１７１】
続いて、図９の流れ図に示すステップＳ４の処理についての変形例を述べる。このステップＳ４では、重力加速度の大きさｇが求められる。この大きさｇは、初期設定部４３に記憶され、必要に応じて、移動判定部４２における移動判定処理や位置認識部４５における位置認識処理に利用される。
【０１７２】
一般に、重力加速度の大きさｇは、地理的な位置が変わると変化する。たとえば、北極点と赤道上とでは、重力加速度の大きさｇは異なる。したがって、本発明に係る空間位置座標入力装置１００を使用する際には、初期設定処理によって、毎回、重力加速度の大きさｇを設定するのが好ましい。
【０１７３】
しかしながら、たとえば、国内向けの製品として提供される空間位置座標入力装置の場合、使用が予想される地域は、たかだか北海道から沖縄の緯度分布に収まる地域にすぎないので、たとえば、東京で測定した重力加速度の大きさｇを用いるようにしても大きな誤差は生じない。したがって、初期設定部４３内に、空間位置座標入力装置１００が使用されると予想される地域についての重力加速度Ｇの大きさｇを代表値（たとえば、東京での測定値）として、製品の工場出荷時に予め記憶しておくようにすれば、図９のステップＳ４の処理は省略することができる。
【０１７４】
この場合、移動判定部４２は、必要な場合には、この代表値ｇを参照することにより得られる重力加速度成分を考慮した判定を行うことになり、位置認識部４５も、この代表値ｇを参照することにより得られる重力加速度成分を考慮した位置認識を行うことになる。
【０１７５】
ところで、基本的な実施形態として述べた初期設定部４３は、ユーザから初期設定指示が与えられたときに、図９に示す初期設定処理を実行し、姿勢認識部４６および位置認識部４５に対して初期設定信号を与える役割を果たす構成要素であるが、本発明の実施に必須の構成要素ではなく、初期設定部４３を省略した実施形態も可能である。
【０１７６】
もちろん、初期設定部４３を省略すると、ユーザから初期設定指示を入力することができなくなり、この初期設定指示が与えられた時点での姿勢を初期姿勢Ａ０と認識したり、位置を初期位置Ｐ０と認識したりすることができなくなる。しかしながら、姿勢認識部４６は、移動判定部４２が停止状態である判定を行っているときに、随時、姿勢認識処理を行うことができるので、たとえば、ユーザに装置筐体５０をテーブルの上などに載置した状態で装置１００の電源を投入してもらうようにすれば、電源投入時に認識した姿勢を初期姿勢Ａ０として代用することが可能である。また、位置認識部４５も、電源投入時の位置を初期位置Ｐ０に設定することが可能である。
【０１７７】
もっとも、実用上は、初期設定部４３を設けて図９に示す初期設定処理を実行し、ステップＳ２において確実に静止状態と判定されたときの姿勢および位置を、初期姿勢Ａ０および初期位置Ｐ０に設定するのが好ましい。
【０１７８】
＜４−３．角速度センサおよび回転判定部の省略＞
これまで述べたとおり、基本的な実施形態で用いられている角速度センサ２０および回転判定部４４は、姿勢Ａの認識処理に直接利用されるわけではなく、姿勢認識処理が行われるタイミングを決定するためにのみ利用されている。
【０１７９】
すなわち、前述した基本的な実施形態では、角速度センサ２０の検出値ωに基づいて、回転判定部４４による回転判定処理が行われ、初期設定処理が行われた後は、移動判定部４２が停止状態との判定を行い、かつ、回転判定部４４が回転状態との判定を行っているときにのみ姿勢認識処理が行われることになる。その結果、図１２に示す例の場合、時刻ｔ３〜ｔ４の期間および時刻ｔ６〜ｔ７の期間についてのみ、姿勢Ａの認識処理が行われることになる。
【０１８０】
このような運用を採れば、回転判定部４４が非回転状態との判定を行っている場合、すなわち、姿勢Ａに変化が生じていない場合には、無用な姿勢認識処理を省くことができ、演算負担を軽減することができる。ただ、本発明の原理上、姿勢認識処理は、停止状態であれば実行可能であるので、移動判定部４２が停止状態との判定を行っているときは、常に、姿勢認識部４６における姿勢認識処理が実行されるような運用を行ってもかまわない。このような運用を採った場合、図１２に示すタイミングチャートにおいて、「停止」と記載された期間中は、常に姿勢認識処理が実行され、姿勢Ａの更新が行われることになる。そして、このような運用を採る場合は、回転状態／非回転状態の判定を行う必要がないので、角速度センサ２０および回転判定部４４は設ける必要がなくなり、これらを省略することができる。
【０１８１】
＜４−４．検出値格納部の省略＞
これまで述べた基本的な実施形態では、信号処理手段４０内に、各センサの検出値を所定周期で取り込み、これを時系列データとして逐次格納する機能をもった検出値格納部４１が設けられており、移動判定部４２、初期設定部４３、回転判定部４４、位置認識部４５、姿勢認識部４６は、この検出値格納部４１の中から必要なデータを読み出して、それぞれ必要な処理を実行していたが、本発明の実施にあたり、検出値格納部４１は必須の構成要素ではなく、省略することも可能である。
【０１８２】
検出値格納部４１を省略した場合、各センサ１０，２０，３０からの検出値を、移動判定部４２、初期設定部４３、回転判定部４４、位置認識部４５、姿勢認識部４６に直接与えるようにすればよい。移動判定処理や回転判定処理を行う際に、過去のサンプル値を必要とする場合には、移動判定部４２や回転判定部４４内にバッファを設けて一時的にサンプル値を蓄積しておくようにすればよい。
【０１８３】
＜４−５．本発明に係る空間位置座標入力装置の必須構成＞
結局、本発明に係る空間位置座標入力装置は、地理的な東西南北および上下の方向を示すことができるグローバル座標系上において、任意の空間位置座標を入力する装置であり、その必須構成要素は、加速度センサ１０、磁気センサ３０、信号処理手段４０、装置筐体５０ということになる。
【０１８４】
そして、装置筐体５０上には、この装置筐体５０の移動とともに移動し、装置筐体５０の回転とともに回転するように、装置筐体５０に対して固定されたローカル座標系が定義され、加速度センサ１０は、装置筐体５０に作用した加速度αのローカル座標系上の各座標軸方向成分αｘ，αｙ，αｚを検出する機能を有し、磁気センサ３０は、装置筐体５０に作用した磁気ｍのローカル座標系上の各座標軸方向成分ｍｘ，ｍｙ，ｍｚを検出する機能を有している。
【０１８５】
また、信号処理手段４０の必須構成要素は、加速度センサ１０の検出値αに基づいて、装置筐体５０が移動状態もしくは停止状態のいずれにあるかを判定する移動判定部４２と、移動判定部４２が停止状態との判定を行っているときに、加速度センサ１０の検出値αと磁気センサ３０の検出値ｍとに基づいて、装置筐体５０のグローバル座標系上における姿勢Ａを認識する姿勢認識部４６と、移動判定部４２の判定結果によって停止状態から移動状態に遷移したことが認識された場合に、移動直前に姿勢認識部４６が認識した姿勢Ａと加速度センサ１０の検出値αとに基づいて、装置筐体５０のグローバル座標系上における位置Ｐを認識し、認識された位置Ｐのグローバル座標系上における座標値を、入力対象となる空間位置座標として出力する位置認識部４５と、いうことになる。
【０１８６】
図２に示す基本的な実施形態は、上記必須構成要素に、更に、角速度センサ２０，検出値格納部４１，初期設定部４３，回転判定部４４を付加することにより、実用性を高めたものである。この図２に示す実施形態では、すべての構成要素が装置筐体５０内に組み込まれているため、装置筐体５０を手に保持することは、空間位置座標入力装置１００を手に保持することと同じことである。したがって、この実施形態の場合、装置筐体５０を移動させたり、回転させたりすることは、空間位置座標入力装置１００自身を移動させたり、回転させたりすることと同じである。
【０１８７】
もっとも、本発明を実施するにあたっては、必ずしもすべての構成要素を装置筐体５０内に組み込む必要はなく、原理的には、少なくとも加速度センサ１０および磁気センサ３０（回転判定処理を行う場合は、更に角速度センサ２０）を装置筐体５０内に組み込んでおくようにすれば足りる。別言すれば、図２に示す構成において、各センサ１０，２０，３０は、ユーザが保持した装置筐体５０に作用した物理量を検出する必要があるため、装置筐体５０内に組み込んでおく必要があるが、信号処理手段４０は、必ずしも装置筐体５０内に組み込む必要はない。
【０１８８】
したがって、信号処理手段４０の一部もしくは全部を、装置筐体５０とは別体として設けられた外部装置内に設けるようにしてもかまわない。この場合、装置筐体５０内の構成要素と外部装置内の構成要素との間に、無線あるいは有線で相互交信する機能をもたせておくようにし、信号処理手段４０による処理の一部もしくは全部が、当該外部装置内で実行されるようにすればよい。
【０１８９】
たとえば、図２に示す信号処理手段４０をそっくり外部装置（たとえば、コンピュータ）内に設けるようにした場合、装置筐体５０内には、加速度センサ１０，角速度センサ２０，磁気センサ３０のみが組み込まれた状態になる。この場合、装置筐体５０内には、各センサの検出値α，ω，ｍを無線もしくは有線接続された外部装置に送信する送信装置を組み込んでおくようにし、外部装置には、送信されてきた検出値α，ω，ｍを受信する受信装置を組み込んでおくようにすればよい。そうすれば、外部装置に組み込まれた信号処理手段４０は、受信した検出値α，ω，ｍに基づいて種々の処理を実行することができる。
【０１９０】
＜４−６．姿勢認識装置としての把握＞
これまで、本発明を空間位置座標入力装置として把握した実施形態を述べてきた。これは、図２に示す実施形態において、位置認識部４５から出力される位置Ｐ（ｎ，ｅ，ｕ）を、最終目的とするデータとして捉えたためである。この位置Ｐ（ｎ，ｅ，ｕ）を示すデータを、無線もしくは有線接続された電子機器（たとえば、パソコン）にユーザからの操作指示として与えれば、この装置１００は、当該電子機器に対して位置座標を入力する空間位置座標入力装置（いわゆる、三次元マウス）として機能することになる。
【０１９１】
ただ、図２に示す実施形態では、姿勢認識部４６から姿勢Ａ（Ｘ→，Ｙ→，Ｚ→）も出力される。この姿勢認識部４６から出力される姿勢Ａ（Ｘ→，Ｙ→，Ｚ→）を、最終目的とするデータとして捉えれば、この装置１００は、当該装置１００が取り付けられた対象物体（たとえば、これまで述べてきた実施形態における装置筐体５０）の姿勢を示す情報を認識する姿勢認識装置として機能することになる。すなわち、本発明は、北方向を示すＮ軸、東方向を示すＥ軸、上方向を示すＵ軸という互いに直交する３軸と原点ＯとをもったＮＥＵグローバル座標系上において、対象物体の姿勢を認識する姿勢認識装置に係る発明でもある。
【０１９２】
この姿勢認識装置は、加速度センサ１０と、磁気センサ３０と、信号処理手段４０と、を備え、少なくとも加速度センサ１０および磁気センサ３０は当該対象物体に取り付けられている必要がある。ここで、当該対象物体上には、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸という互いに直交する３軸と原点ＰとをもったＸＹＺローカル座標系が定義されており、このＸＹＺローカル座標系は、当該対象物体の移動とともに移動し、当該対象物体の回転とともに回転するように当該対象物体に対して固定された座標系になっている。そして、加速度センサ１０は、当該対象物体に作用した加速度のＸ軸方向成分αｘ、Ｙ軸方向成分αｙ、Ｚ軸方向成分αｚを検出する機能を有し、磁気センサ３０は、当該対象物体に作用した磁力のＸ軸方向成分ｍｘ、Ｙ軸方向成分ｍｙ、Ｚ軸方向成分ｍｚを検出する機能を有している。
【０１９３】
また、信号処理手段４０は、加速度センサ１０の検出値αに基づいて、対象物体が移動状態もしくは停止状態のいずれにあるかを判定する移動判定部４２と、この移動判定部４２が停止状態との判定を行っているときに、加速度センサ１０の検出値αと磁気センサ３０の検出値ｍとに基づいて、対象物体のＮＥＵグローバル座標系上における姿勢を認識する姿勢認識部４６と、を有している。
【０１９４】
そして、この姿勢認識部４６は、移動判定部４２が停止状態との判定を行っているときに得られた加速度センサ１０の検出値αｘ，αｙ，αｚを、それぞれ重力加速度のＸ軸方向成分ｇｘ、Ｙ軸方向成分ｇｙ、Ｚ軸方向成分ｇｚと認識して、重力ベクトルＧ（ｇｘ，ｇｙ，ｇｚ）を求め、この重力ベクトルＧとは逆向きの上方ベクトルＵの方向をＵ軸方向と認識し、磁気センサ３０の検出値ｍｘ，ｍｙ，ｍｚを各成分とする磁気ベクトルＭ（ｍｘ，ｍｙ，ｍｚ）を定め、重力ベクトルＧと磁気ベクトルＭとの外積として得られる東方ベクトルＥの方向をＥ軸方向と認識し、この東方ベクトルＥと重力ベクトルＧとの外積として得られる北方ベクトルＮの方向をＮ軸方向と認識し、ＸＹＺローカル座標系を構成するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸と、ＮＥＵグローバル座標系を構成するＮ軸，Ｅ軸，Ｕ軸と、の相互位置関係として、対象物体の姿勢を認識する処理を行うことになる。
【０１９５】
＜４−７．方法発明としての把握＞
本発明は、地理的な東西南北および上下の方向を示すことができるグローバル座標系上において、コンピュータが、任意の空間位置座標を入力する空間位置座標入力方法として把握することも可能である。
【０１９６】
このように、本発明を方法発明として認識した場合、本発明に係る空間位置座標入力方法は、次の各段階によって構成される。
【０１９７】
(1) コンピュータが、加速度センサと磁気センサとを内蔵した入力用装置から、当該入力用装置の移動とともに移動し、当該入力用装置の回転とともに回転するように当該入力用装置に対して固定されたローカル座標系について、当該入力用装置に作用した加速度および磁気の各座標軸成分を入力するデータ入力段階。
【０１９８】
(2) コンピュータが、入力した加速度の各座標軸成分に基づいて、入力用装置が移動状態もしくは停止状態のいずれにあるかを判定する移動判定段階。
【０１９９】
(3) コンピュータが、移動判定段階において停止状態との判定が行われたときに、入力した加速度の各座標軸成分と入力した磁気の各座標軸成分とに基づいて、入力用装置のグローバル座標系上における姿勢を認識する姿勢認識段階。
【０２００】
(4) コンピュータが、移動判定段階の判定結果によって停止状態から移動状態に遷移したことが認識された場合に、移動直前に行われた姿勢認識段階で認識された姿勢と、入力した加速度の各座標軸成分と、に基づいて、入力用装置のグローバル座標系上における位置を認識する位置認識段階。
【０２０１】
＜４−８．プロジェクタシステムへの応用＞
最後に、本発明に係る空間位置座標入力装置の具体的な応用例として、プロジェクタシステムへの応用例を簡単に述べておく。図１８は、本発明に係る空間位置座標入力装置１００を利用して構成されたプロジェクタシステムを示す斜視図である。このプロジェクタシステムは、本発明に係る空間位置座標入力装置１００（図２に示す基本的な実施形態に係る装置）に、画像投影装置２００を加えることによって構成され、スクリーン３００上に所望の画像を投影して表示する機能を有している。
【０２０２】
空間位置座標入力装置１００と画像投影装置２００との間には、有線もしくは無線による信号伝達路が形成されており、空間位置座標入力装置１００は、入力した空間位置座標Ｐ（ｎ，ｅ，ｕ）を画像投影装置２００に対して伝達する機能を有している。要するに、このシステムの場合、画像投影装置２００が、空間位置座標入力装置１００を利用して空間位置座標を入力する対象となる電子機器ということになる。
【０２０３】
ここで、画像投影装置２００は、伝達された空間位置座標Ｐ（ｎ，ｅ，ｕ）に基づいて、投影対象となる画像の内容を決定する機能を有する。たとえば、図示の例では、スクリーン３００上にポインタ３１０を含む画像が提示されているが、このポインタ３１０の表示位置は、空間位置座標入力装置１００が入力した空間位置座標Ｐ（ｎ，ｅ，ｕ）によって決定される。
【０２０４】
このプロジェクタシステムでは、ユーザが空間位置座標入力装置１００を手に保持して、三次元マウスとして操作することにより、三次元の座標値Ｐ（ｎ，ｅ，ｕ）を入力することができるので、通常の二次元マウスを用いた場合に比べて、よりバリエーションに富んだ入力操作が可能になる。たとえば、座標値（ｅ，ｕ）に応じて、スクリーン３００上におけるポインタ３１０の二次元的な位置を決定し、座標値ｎに応じて、スクリーン３００上に表示されている画像の倍率を決定する、というような制御を行えば、三次元マウスとして機能する空間位置座標入力装置１００によって、ポインタ３１０の表示位置を自由に動かす操作入力を行うとともに、表示画像の倍率を自由に変化させる操作入力を行うことができるようになる。
【０２０５】
もちろん、ここに示したプロジェクタシステムは、本発明に係る空間位置座標入力装置１００の応用例の１つを示すものであり、本発明はこの他にも様々な電子機器用の入力装置として利用可能である。
【符号の説明】
【０２０６】
１０：加速度センサ
２０：角速度センサ
３０：磁気センサ
４０：信号処理手段
４１：検出値格納部
４２：移動判定部
４３：初期設定部
４４：回転判定部
４５：位置認識部
４６：姿勢認識部
５０：装置筐体
１００：空間位置座標入力装置
２００：画像投影装置
３００：スクリーン
３１０：ポインタ
Ａ：装置筐体５０のＮＥＵグローバル座標系上での姿勢
Ａ（Ｘ→，Ｙ→，Ｚ→）：装置筐体５０の姿勢
Ａ０（Ｘ→，Ｙ→，Ｚ→）：装置筐体５０の初期姿勢
Ａ０〜Ａ７８：装置筐体５０の各時点の姿勢
Ｄ：鉛直方向（Down）
ｄ：距離
ｄｘ：Ｘ軸方向の移動距離
ｄｙ：Ｙ軸方向の移動距離
ｄｚ：Ｚ軸方向の移動距離
Ｅ：ＮＥＵグローバル座標系上の東方向（East）を示す座標軸
Ｅ→：東方ベクトル
ｅ：座標軸Ｅ上の座標値
Ｇ→：重力ベクトル
ｇ：重力ベクトルＧの大きさ
ｇｘ：重力のＸ軸方向成分
ｇｙ：重力のＹ軸方向成分
ｇｚ：重力のＺ軸方向成分
Ｍ→：磁気ベクトル
ｍ：加速度
ｍｘ，ｍｘ（ｔ）：磁気のＸ軸方向成分
ｍｙ，ｍｙ（ｔ）：磁気のＹ軸方向成分
ｍｚ，ｍｚ（ｔ）：磁気のＺ軸方向成分
Ｎ：ＮＥＵグローバル座標系上の北方向（North）を示す座標軸／磁北極
Ｎ→：北方ベクトル
ｎ：座標軸Ｎ上の座標値
Ｏ：ＮＥＵグローバル座標系の原点
Ｐ：ＸＹＺローカル座標系の原点
Ｐ（ｎ，ｅ，ｕ）：実空間上の任意の位置
Ｐ０（ｎ０，ｅ０，ｕ０）：空間位置座標入力装置１００の初期位置
Ｐ０〜Ｐ３：空間位置座標入力装置１００の各位置
Ｑ：ベクトルの終点
Ｑｘ（ｎｘ，ｅｘ，ｕｘ）：単位ベクトルＸの終点
Ｑｙ（ｎｙ，ｅｙ，ｕｙ）：単位ベクトルＹの終点
Ｑｚ（ｎｚ，ｅｚ，ｕｚ）：単位ベクトルＺの終点
Ｓ：磁南極
Ｓ１〜Ｓ７：流れ図の各ステップ
ｔ：時間
ｔ０〜ｔ１１：時間軸上の各時点（時刻）
Ｕ：ＮＥＵグローバル座標系上の上方向（Up）を示す座標軸
Ｕ→：上方ベクトル
ｕ：座標軸Ｕ上の座標値
Ｖ：速度
Ｘ：ＸＹＺローカル座標系の第１の座標軸
Ｘ→：Ｘ軸方向を向いた単位ベクトル
Ｙ：ＸＹＺローカル座標系の第２の座標軸
Ｙ→：Ｙ軸方向を向いた単位ベクトル
Ｚ：ＸＹＺローカル座標系の第３の座標軸
Ｚ→：Ｚ軸方向を向いた単位ベクトル
α：加速度
α→：加速度ベクトル
αｘ，αｘ（ｔ）：加速度のＸ軸方向成分
αｙ，αｙ（ｔ）：加速度のＹ軸方向成分
αｚ，αｚ（ｔ）：加速度のＺ軸方向成分
Δ：加速度の振幅の閾値
δ：加速度の分散の閾値
θ：角速度の振幅の閾値
η：水平面
ξ：鉛直面
ω：角速度
ωｘ，ωｘ（ｔ）：角速度のＸ軸まわり成分
ωｙ，ωｙ（ｔ）：角速度のＹ軸まわり成分
ωｚ，ωｚ（ｔ）：角速度のＺ軸まわり成分
【図１】
2013250707.tif 000003
【図２】
2013250707.tif 000004
【図３】
2013250707.tif 000005
【図４】
2013250707.tif 000006
【図５】
2013250707.tif 000007
【図６】
2013250707.tif 000008
【図７】
2013250707.tif 000009
【図８】
2013250707.tif 000010
【図９】
2013250707.tif 000011
【図１０】
2013250707.tif 000012
【図１１】
2013250707.tif 000013
【図１２】
2013250707.tif 000014
【図１３】
2013250707.tif 000015
【図１４】
2013250707.tif 000016
【図１５】
2013250707.tif 000017
【図１６】
2013250707.tif 000018
【図１７】
2013250707.tif 000019
【図１８】
2013250707.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成24年10月30日(2012.10.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
初期設定ボタンが押されると、初期設定部４３から、姿勢認識部４６および位置認識部４５に初期設定信号が与えられる。姿勢認識部４６は、初期設定信号が与えられた時点で認識された姿勢を初期姿勢Ａ０として保持し、位置認識部４５は、初期設定信号が与えられた時点の位置を初期位置Ｐ０として保持する。位置認識部４５は、この初期位置Ｐ０を起点として、以後、位置の更新を逐次行っていくことになる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
こうして、ＸＹＺローカル座標系上におけるＵ，Ｅ，Ｎ軸の方向が定義できれば、逆に、ＮＥＵグローバル座標系上におけるＸ，Ｙ，Ｚ軸の方向を定義することができる。すなわち、図８の下段に示すとおり、ＮＥＵグローバル座標系上におけるＸ，Ｙ，Ｚ軸の方向は、単位ベクトルＸ，Ｙ，Ｚを用いて、姿勢Ａ（Ｘ→，Ｙ→，Ｚ→）という形式で求めることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２０６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２０６】
１０：加速度センサ
２０：角速度センサ
３０：磁気センサ
４０：信号処理手段
４１：検出値格納部
４２：移動判定部
４３：初期設定部
４４：回転判定部
４５：位置認識部
４６：姿勢認識部
５０：装置筐体
１００：空間位置座標入力装置
２００：画像投影装置
３００：スクリーン
３１０：ポインタ
Ａ：装置筐体５０のＮＥＵグローバル座標系上での姿勢
Ａ（Ｘ→，Ｙ→，Ｚ→）：装置筐体５０の姿勢
Ａ０（Ｘ→，Ｙ→，Ｚ→）：装置筐体５０の初期姿勢
Ａ０〜Ａ７８：装置筐体５０の各時点の姿勢
Ｄ：鉛直方向（Down）
ｄ：距離
ｄｘ：Ｘ軸方向の移動距離
ｄｙ：Ｙ軸方向の移動距離
ｄｚ：Ｚ軸方向の移動距離
Ｅ：ＮＥＵグローバル座標系上の東方向（East）を示す座標軸
Ｅ→：東方ベクトル
ｅ：座標軸Ｅ上の座標値
Ｇ→：重力ベクトル
ｇ：重力ベクトルＧの大きさ
ｇｘ：重力のＸ軸方向成分
ｇｙ：重力のＹ軸方向成分
ｇｚ：重力のＺ軸方向成分
Ｍ→：磁気ベクトル
ｍ：磁気
ｍｘ，ｍｘ（ｔ）：磁気のＸ軸方向成分
ｍｙ，ｍｙ（ｔ）：磁気のＹ軸方向成分
ｍｚ，ｍｚ（ｔ）：磁気のＺ軸方向成分
Ｎ：ＮＥＵグローバル座標系上の北方向（North）を示す座標軸／磁北極
Ｎ→：北方ベクトル
ｎ：座標軸Ｎ上の座標値
Ｏ：ＮＥＵグローバル座標系の原点
Ｐ：ＸＹＺローカル座標系の原点
Ｐ（ｎ，ｅ，ｕ）：実空間上の任意の位置
Ｐ０（ｎ０，ｅ０，ｕ０）：空間位置座標入力装置１００の初期位置
Ｐ０〜Ｐ３：空間位置座標入力装置１００の各位置
Ｑ：ベクトルの終点
Ｑｘ（ｎｘ，ｅｘ，ｕｘ）：単位ベクトルＸの終点
Ｑｙ（ｎｙ，ｅｙ，ｕｙ）：単位ベクトルＹの終点
Ｑｚ（ｎｚ，ｅｚ，ｕｚ）：単位ベクトルＺの終点
Ｓ：磁南極
Ｓ１〜Ｓ７：流れ図の各ステップ
ｔ：時間
ｔ０〜ｔ１１：時間軸上の各時点（時刻）
Ｕ：ＮＥＵグローバル座標系上の上方向（Up）を示す座標軸
Ｕ→：上方ベクトル
ｕ：座標軸Ｕ上の座標値
Ｖ：速度
Ｘ：ＸＹＺローカル座標系の第１の座標軸
Ｘ→：Ｘ軸方向を向いた単位ベクトル
Ｙ：ＸＹＺローカル座標系の第２の座標軸
Ｙ→：Ｙ軸方向を向いた単位ベクトル
Ｚ：ＸＹＺローカル座標系の第３の座標軸
Ｚ→：Ｚ軸方向を向いた単位ベクトル
α：加速度
α→：加速度ベクトル
αｘ，αｘ（ｔ）：加速度のＸ軸方向成分
αｙ，αｙ（ｔ）：加速度のＹ軸方向成分
αｚ，αｚ（ｔ）：加速度のＺ軸方向成分
Δ：加速度の振幅の閾値
δ：加速度の分散の閾値
θ：角速度の振幅の閾値
η：水平面
ξ：鉛直面
ω：角速度
ωｘ，ωｘ（ｔ）：角速度のＸ軸まわり成分
ωｙ，ωｙ（ｔ）：角速度のＹ軸まわり成分
ωｚ，ωｚ（ｔ）：角速度のＺ軸まわり成分