(57)【要約】【課題】ユーザにとって簡単に操作することができ、疲労を誘発しない入力装置及び制御方法を提供すること。【解決手段】入力装置１の筐体１０は、その筐体１０の表面の所定の位置に設けられた球面の一部または二次曲面以上の多次曲面の一部１０ａを有する。下部曲面１０ａが配置される位置は、例えば、筐体１０の最も長い長さ方向の端部である。また、ボタン１１、１２等の操作部は、筐体１０の、下部曲面１０ａが設けられる下半分部分とは反対側の上半分部分に配置されている。このような入力装置１の筐体１０の形状により、ユーザは、入力装置１の下部曲面１０ａを、テーブル等の当接対象物４９に当てた状態で、下部曲面１０ａを支点として入力装置１を操作することができる。これにより、ユーザにとって入力装置１の操作が容易となる。また、下部曲面１０ａを中心とした回転モーメントの半径が長くなるので、筐体１０の移動範囲が大きくなる。【選択図】図２
2009140107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画面上のポインタの動きを制御する入力装置であって、
最も長い長さ方向における第１の端部であって曲面または鋭利な形状の表面を有する第１の端部を有する本体と、
前記本体に設けられた操作部と、
前記第１の端部が前記入力装置の外部にある当接対象物に当接した状態での前記本体の動きを検出可能であり、前記検出された検出値に基き、前記ポインタを前記画面上で移動させるための移動値を生成する生成手段と、
前記生成された前記移動値の情報を送信する送信手段と
を具備する入力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記生成手段は、
第１の軸に沿う方向の第１の加速度を検出する第１の加速度センサと、
前記第１の軸に沿う方向とは異なる第２の軸の周りの前記本体の回転角度に関する値である第１の角度関連値を出力する第１の出力手段と、
前記第１の加速度値及び前記第１の角度関連値に基づき、前記本体の第１の軸に沿う方向の第１の速度値を、前記移動値として算出する第１の算出手段と
を有する入力装置。
【請求項３】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記本体は、前記長さ方向での長さの中央位置を中心として前記第１の端部とは反対側の半分部分を有し、
前記操作部は、前記半分部分に配置されている入力装置。
【請求項４】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記本体は、ペン型の形状であり、前記長さ方向での長さの中央位置を中心とした、前記第１の端部を含む半分部分を有し、
前記操作部は、半分部分に配置されている入力装置。
【請求項５】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記生成手段は、
前記生成手段が、前記検出値が増えるにしたがって増える関数により前記移動値を生成する場合、前記検出値と前記移動値との比である感度比が０．７７〜１となるように前記本体内に配置された、前記検出値を出力する検出ユニットを有する入力装置。
【請求項６】
請求項５に記載の入力装置であって、
前記検出ユニットは、前記感度比が０．８７〜１となるように、本体内に配置されている入力装置。
【請求項７】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記生成手段は、
前記画面上の第１の軸の方向に対応する方向における前記本体の動きを検出する第１のセンサと、
前記第１の軸の方向とは異なる前記画面上の第２の軸の方向に対応する方向における前記本体の動きを検出する第２のセンサとを有する検出ユニットを有し、
前記検出ユニットは、前記第１の軸及び前記第２の軸を含む面である検出面に垂直な方向と、前記長さ方向とがなす角度が０〜４０degとなるように、前記本体内に配置されている入力装置。
【請求項８】
請求項１に記載の入力装置であって、
前記生成手段は、
前記画面上の第１の軸の方向に対応する方向における前記本体の動きを検出する第１のセンサと、
前記第１の軸の方向とは異なる前記画面上の第２の軸の方向に対応する方向における前記本体の動きを検出する第２のセンサとを有する検出ユニットを有し、
前記第１の端部の表面が球面の一部である場合に、前記球面の中心から前記長さ方向で延びる仮想的な第１の直線と、前記球面の中心から前記検出ユニットの前記第１の軸及び前記第２の軸を含む検出面の中心まで延びる仮想的な第２の直線とのなす角度が０〜４０degとなるように、前記検出ユニットが前記本体内に配置されている入力装置。
【請求項９】
請求項７に記載の入力装置であって、
前記検出ユニットは、前記角度ずれが０〜３０degとなるように、前記本体内に配置されている入力装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記第１の算出手段は、
前記第２の軸を中心軸として、前記第１の加速度値及び前記第１の角度関連値に基いて、前記中心軸から前記第１の加速度センサまでの距離である、前記中心軸周りの回転半径を算出し、前記第１の角度関連値から得られる、または、前記第１の角度関連値としての角速度値を前記回転半径に乗じることで、前記第１の速度値を算出する入力装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の入力装置であって、
前記第１の算出手段は、
前記加速度値の時間変化率である加速度変化率を算出し、前記出力された第１の角度関連値に基き、角加速度の時間変化率である角加速度変化率を算出し、前記算出した加速度変化率と角加速度変化率との比を、前記回転半径として算出する入力装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の入力装置であって、
前記第１の算出手段は、
前記加速度値の時間変化率である加速度変化率を算出し、前記出力された第１の角度関連値に基き、角加速度の時間変化率である角加速度変化率を算出し、前記算出した加速度変化率と角加速度変化率との回帰直線の傾きを、前記回転半径として算出する入力装置。
【請求項１３】
請求項２に記載の入力装置であって、
前記第１の算出手段は、前記第１の加速度値と、重力加速度の前記第１の軸に沿う方向の成分値である基準加速度値との差を補正加速度値として算出し、前記補正加速度値を積分演算することで、前記第１の速度値を算出する入力装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の入力装置であって、
前記本体の、前記第１の軸に沿う方向とは異なる第２の軸の周りの角速度値を出力する出力手段と、
前記出力された角速度値が閾値より小さいか否かを判定する判定手段と、
前記角速度値が閾値より小さい場合に、前記第１の算出手段により算出された前記第１の速度値をゼロとするリセット手段と
をさらに具備する入力装置。
【請求項１５】
画面上のポインタの動きを制御する制御システムであって、
最も長い長さ方向における第１の端部であって曲面または鋭利な形状の表面を有する第１の端部を有する本体と、
前記本体に設けられた操作部と、
前記第１の端部が前記入力装置の外部にある当接対象物に当接した状態での前記本体の動きを検出可能であり、前記検出された検出値に基き、前記ポインタを前記画面上で移動させるための移動値を生成する生成手段と、
前記生成された前記移動値の情報を送信する送信手段とを有する入力装置と、
前記送信された前記移動値の情報を受信する受信手段と、
前記受信された前記移動値に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する座標情報生成手段とを有する制御装置と
を具備する制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＵＩ（Graphical User Interface）を操作するための、例えば空間操作型の入力装置及び制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＣ（Personal Computer）で普及しているＧＵＩのコントローラとして、主にマウスやタッチパッド等のポインティングデバイスが用いられている。机上等の平面に入力装置を設置させて操作される入力装置のうち、２次曲面状または３次曲面状の底面を有する入力装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１の入力デバイス（１）は、２つの（２軸の）角速度センサ（３）及び（４）を備えている。その図１に示されるように、その底面２ｂが曲面状に形成されている。ユーザは、その底面（２ｂ）を、机上の平面にほぼ点接触させながら、入力デバイス（１）をＺ軸の周りで回転させるように動かすことで、カーソル（Ｃ）が画面上で水平方向に移動する。また、ユーザは、その底面（２ｂ）を、机上の平面にほぼ点接触させながら、入力デバイス（１）をＸ軸の周りで回転させるように動かすことで、カーソル（Ｃ）が画面上で垂直方向に移動する。
【０００４】
ＧＵＩは、従来のＰＣのＨＩ（Human Interface）にとどまらず、例えばテレビを画像媒体としてリビングルーム等で使用されるＡＶ機器やゲーム機のインターフェースとして使用され始めている。このようなＧＵＩのコントローラとして、ユーザが空間で操作することができる入力デバイスが提案されている（例えば、特許文献２参照）。上記特許文献１の入力デバイス（１）は、空間で操作されることも可能であることが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２４０４３３号公報（段落[００２３]、[００３９]、図１）
【特許文献２】特開２００１−５６７４３号公報（段落[００３０]、[００３１]、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の入力デバイス（１）をユーザが握って使用する場合、ユーザの手の甲が上に向くように、つまり、ユーザは、入力デバイス（１）を手のひらで覆い被せるように握る。したがって、ユーザが右手で入力デバイス（１）を握る場合、ユーザは、手首が半時計回りにほぼ９０°捩れた状態で入力デバイス（１）を操作しなければならない。このような状態でユーザが入力デバイス（１）の操作を続けると、腕や手首の疲労度が大きくなる。
【０００７】
また、底面（２ｂ）の一点を中心とした入力デバイス（１）の回転量が小さく、その入力デバイス（１）の動く範囲が小さい。そのような小さな範囲の動きが、画面内のすべての範囲内でのカーソルの動きに変換されなければならない。つまり、ユーザが入力デバイス（１）をほんのわずかに動かしただけで、カーソルの移動距離が、ユーザの考えているものより大きくなる、といった事態が起こり得る。そのため、操作性が悪く、画面内での精密なポインティング操作が困難になり、ユーザの疲労が誘発されるおそれがある。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ユーザにとって簡単に操作することができ、疲労を誘発しない入力装置及び制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る入力装置は、画面上のポインタの動きを制御する入力装置であって、最も長い長さ方向における第１の端部であって曲面または鋭利な形状の表面を有する第１の端部を有する本体と、前記本体に設けられた操作部と、前記第１の端部が前記入力装置の外部にある当接対象物に当接した状態での前記本体の動きを検出可能であり、前記検出された検出値に基き、前記ポインタを前記画面上で移動させるための移動値を生成する生成手段と、前記生成された前記移動値の情報を送信する送信手段とを具備する。
【００１０】
本発明では、本体の最も長い長さ方向の第１の端部の表面が曲面または鋭利な形状でなるので、その第１の端部の表面が、当接対象物に当接した状態で、ユーザはその本体を握って入力装置を操作することができる。この場合、ユーザは、５本の指のうち小指が本体の第１の端部に最も近くなるように、あるは、ペンを握るように、本体を握ることができる。したがって、上記特許文献１のように、ユーザは、右利きの場合に手首が半時計回りにほぼ９０°捩らなくてもよく、握手するような自然な状態で本体を握ることができる。その結果、入力装置の操作がユーザの疲労を誘発することがない。
【００１１】
また、本体の最も長い長さ方向の第１の端部が当接対象物に接触した状態で、その第１の端部を中心してユーザにより入力装置が動かされる場合、特許文献１の入力デバイスの移動量より、本発明の入力装置の本体の移動量の方が大きくなる。その理由は、本発明では、本体が動くときの本体の回転モーメントの半径が、特許文献１の入力デバイスのそれより長いからである。これにより、本発明では精密なポインティングが可能となる。
【００１２】
また、ユーザが特許文献１の入力デバイスを動かす場合、その回転モーメントの半径が短いので、力量が必要になる。すなわち、本発明では、特許文献１の入力デバイスに比べ、その回転モーメントの半径が長いので、ユーザが入力装置を動かすときの力量を減らすことができる。
【００１３】
鋭利な形状とは、例えば一般的なボールペンの先端部の形状、あるいは、一般的なタブレット型のＰＣで用いられるペン型の入力デバイスの先端部の形状のようなものである。
【００１４】
操作部としては、プッシュ式のボタン、回転式の操作部、静電式または圧電式等の原理を応用した操作部、あるいは、ゲーム用の操作コントローラに見られる十字キーまたはジョイスティック等の操作原理を採用した操作部等が挙げられる。
【００１５】
「検出値に基き」とは、生成手段が検出値に応じた移動値を演算により求めることを意味する。検出値に応じた移動値とは、検出値に比例する関数により得られる値でもよいし、重力等の影響を考慮して補正演算された移動値であってもよい。移動値とは、典型的には速度値であるが、加速度値や変位量であってもよい。
【００１６】
前記生成手段は、第１の軸に沿う方向の第１の加速度を検出する第１の加速度センサと、前記第１の軸に沿う方向とは異なる第２の軸の周りの前記本体の回転角度に関する値である第１の角度関連値を出力する第１の出力手段と、前記第１の加速度値及び前記第１の角度関連値に基づき、前記本体の第１の軸に沿う方向の第１の速度値を、前記移動値として算出する第１の算出手段とを有する。人間が自然に入力装置を操作する場合、腕の付け根の回転、肘の回転及び手首の回転のうち少なくとも１つによって操作する。したがって、加速度が発生すれば、その加速度と同じ方向の角加速度も必然的に発生すると考える。また、速度についても同様であり、速度が発生すれば、必然的にそれと同じ方向の角速度が発生する。すなわち、加速度と角加速度には相関関係があり、また、速度と角速度には相関関係がある。本発明では、加速度値及び角度関連値のうちいずれか一方の情報が、他方の情報の補助として用いられる。これにより、速度値の計算の精度を高めることができる。
【００１７】
角度関連値とは、角度、角速度、または角加速度である。以下の記載で登場する発明でも同様である。
【００１８】
上記のように、第１の軸に関する第１の速度値が算出されたが、次の発明のように、第２の軸に関する第２の速度値が算出されてもよい。
【００１９】
前記生成手段は、前記第２の軸に沿う方向の第２の加速度を検出する第２の加速度センサと、前記第１の軸の周りの前記本体の回転角度に関する値である第２の角度関連値を出力する第２の出力手段と、前記第２の加速度値及び前記第２の角度関連値に基づき、前記本体の第２の軸に沿う方向の第２の速度値を、前記移動値として算出する第２の算出手段とを有していてもよい。第１の軸及び第２の軸は、直交する場合に限られない。第１及び第２の軸が直交しない場合、三角関数による演算により、第１及び第２の加速度値を直交する２軸に変換可能である。
【００２０】
前記本体は、前記長さ方向での長さの中央位置を中心として前記第１の端部とは反対側の半分部分を有し、前記操作部は、前記半分部分に配置されている。例えば、本体の長さ方向の長さが、それに直交する本体の幅方向の長さより極端に長い場合（本体の形状が例えばペン型形状の場合）を除き、「半分部分」は、ユーザの本体の長さ方向での長さの中央位置を中心とした第１の端部の反対側のすべてまたはその一部である。本発明によれば、ユーザは、握手するように本体を自然に握った状態で、操作部を操作することができ、疲労することはない。前記本体の前記反対側の部分は、第１の端部とは反対側の第２の端部を有し、前記操作部は、その第２の端部に設けられていてもよい。
【００２１】
あるいは、前記本体は、ペン型の形状であり、前記長さ方向での長さの中央位置を中心とした、前記第１の端部を含む半分部分を有し、前記操作部は、半分部分に配置されている。これにより、ユーザは、ペンを握るように本体を握った状態で、ポインタを動かし、かつ、指で操作部を操作することができる。
【００２２】
前記生成手段は、前記生成手段が、前記検出値が増えるにしたがって増える関数により前記移動値を生成する場合、前記検出値と前記移動値との比である感度比が０．７７〜１となるように、前記本体内に配置された、前記検出値を出力する検出ユニットを有する。検出ユニットは、感度比が１となるように配置される場合、画面上の所定の軸（例えば垂直軸または水平軸）の方向が、検出ユニットの検出軸の方向と実質的に一致している場合である。しかしながら、必ずしも感度比が１とならなくてもよく、０．７７以上であればよい。複数のユーザによるユーザテストの結果、感度比が０．７７より小さい場合に、ほとんどのユーザが操作性が悪いと感じるからである。
【００２３】
あるいは、後述するように、統計学的に３σの範囲にあるユーザの操作感を満足させるために、感度比が０．８７〜１となるように、検出ユニットが本体内に配置されていてもよい。
【００２４】
検出値が増えるにしたがって増える関数とは、比例関数等、検出値に対して単調性を示す関数である。
【００２５】
前記検出ユニットは、前記感度比が０．８７〜１となるように、本体内に配置されていてもよい。
【００２６】
前記生成手段は、前記画面上の第１の軸の方向に対応する方向における前記本体の動きを検出する第１のセンサと、前記第１の軸の方向とは異なる前記画面上の第２の軸の方向に対応する方向における前記本体の動きを検出する第２のセンサとを有する検出ユニットを有し、前記検出ユニットは、前記第１の軸及び前記第２の軸を含む面である検出面に垂直な方向と、前記長さ方向とがなす角度が０〜４０degとなるように、前記本体内に配置されている。上記したように、感度比が０．７７になる場合とは、角度ずれが４０deg（＝arccos0.77）になる場合である。ユーザテストにおいて、検出ユニットの傾き（角度ずれ）が０degから大きくしていったときの、操作性が悪いと感じ始める角度ずれの平均が４６deg（感度比では０．６９）であった。また、標準偏差が、感度比で表すと０．０５８となった。したがって、統計学的に３σの範囲にあるユーザが操作性が悪く感じないようにするには、０．６９＋３・０．０５８＝０．８７となる。０．８７を検出ユニットの傾きに換算すると、arccos0.87=30degとなるので、角度ずれが０〜３０degに設定されることで、３σの範囲にあるユーザがこの入力装置の操作性が悪くないと感じる。
【００２７】
あるいは、前記生成手段は、前記画面上の第１の軸の方向に対応する方向における前記本体の動きを検出する第１のセンサと、前記第１の軸の方向とは異なる前記画面上の第２の軸の方向に対応する方向における前記本体の動きを検出する第２のセンサとを有する検出ユニットを有し、前記第１の端部の表面が球面の一部である場合に、前記球面の中心から前記長さ方向で延びる仮想的な第１の直線と、前記球面の中心から前記検出ユニットの前記第１の軸及び前記第２の軸を含む検出面の中心まで延びる仮想的な第２の直線とのなす角度が０〜４０degとなるように、前記検出ユニットが前記本体内に配置されている。
【００２８】
第１のセンサ（または第２のセンサ）は、本体の動きとして、本体の加速度を検出するものであってもよいし、本体の角度に関連する角度関連値を検出するものであってもよい。
【００２９】
前記第１の算出手段は、前記第２の軸を中心軸として、前記第１の加速度値及び前記第１の角度関連値に基いて、前記中心軸から前記第１の加速度センサまでの距離である、前記中心軸周りの回転半径を算出し、前記第１の角度関連値から得られる、または、前記第１の角度関連値としての角速度値を前記回転半径に乗じることで、前記第１の速度値を算出する。上記したように、ユーザは、肩、肘、手首のうち少なくとも１つの回転を使って、画面上に表示されたポインタを操作するのが一般的である。すなわち、このように操作される入力装置には、時間ごとに変化する回転半径が存在する。本発明に係る入力装置においては、例えば垂直方向の軸周りの入力装置の回転半径を算出し、この回転半径に角速度値を乗じることで、入力装置の速度値を算出することができる。このように回転半径から速度値が算出されることで、画面上でのポインタの動きが、入力装置の動きに対して自然な動きとなるため、ユーザによる入力装置の操作性が向上する。
【００３０】
前記生成手段は、前記本体の、前記第２の軸に沿う方向の第２の加速度を検出する第２の加速度センサと、前記本体の、前記第１の軸の周りの回転角度に関する値である第２の角度関連値を出力する第２の出力手段と、前記第１の軸を第２の中心軸として、前記第２の加速度値及び前記第２の角度関連値に基いて、前記第２の中心軸から前記第２の加速度センサまでの距離である、前記第２の中心軸周りの第２の回転半径を算出し、前記第２の角度関連値から得られる、または、前記第２の角度関連値としての第２の角速度値を前記第２の回転半径に乗じることで、前記第１の軸に沿う方向の速度値を算出する第２の算出手段とを有していてもよい。
【００３１】
例えば、前記第１の算出手段は、前記加速度値の時間変化率である加速度変化率を算出し、前記出力された第１の角度関連値に基き、角加速度の時間変化率である角加速度変化率を算出し、前記算出した加速度変化率と角加速度変化率との比を、前記回転半径として算出する。その場合、前記第１の算出手段は、前記加速度値の時間変化率である加速度変化率を算出し、前記出力された第１の角度関連値に基き、角加速度の時間変化率である角加速度変化率を算出し、前記算出した加速度変化率と角加速度変化率との比を、前記回転半径として算出することができる。
【００３２】
あるいは、前記第１の算出手段は、前記加速度値の時間変化率である加速度変化率を算出し、前記出力された第１の角度関連値に基き、角加速度の時間変化率である角加速度変化率を算出し、前記算出した加速度変化率と角加速度変化率との回帰直線の傾きを、前記回転半径として算出してもよい。
【００３３】
あるいは、前記第１の算出手段は、前記第１の加速度値と、重力加速度の前記第１の軸に沿う方向の成分値である基準加速度値との差を補正加速度値として算出し、前記補正加速度値を積分演算することで、前記第１の速度値を算出する。上記のように、ユーザが自然に入力装置を操作する場合、本体に加速度が発生すれば、その加速度と同じ方向の角加速度も必然的に発生する。また、速度についても同様であり、速度が発生すれば、必然的にそれと同じ方向の角速度が発生する。本発明では、第１の軸に沿う方向の重力加速度の成分値が検出の第１の加速度値から除去されるので、第１の加速度センサへの重力の影響を抑えることができる。
【００３４】
同様に、生成手段は、前記本体の、前記第１の軸とは異なる第２の軸に沿う方向の第２の加速度を検出する第２の加速度センサと、前記第２の加速度値と、重力加速度の前記第２の軸に沿う方向の成分値である第２の基準加速度値との差を第２の補正加速度値として算出し、前記第２の補正加速度値を積分演算することで、前記本体の前記第２の軸に沿う方向の第２の速度値を、前記移動値として算出する第２の算出手段とを有していてもよい。
【００３５】
入力装置は、前記本体の、前記第１の軸に沿う方向とは異なる第２の軸の周りの角速度値を出力する出力手段と、前記出力された角速度値が閾値より小さいか否かを判定する判定手段と、前記角速度値が閾値より小さい場合に、前記第１の算出手段により算出された前記第１の速度値をゼロとするリセット手段とをさらに具備する。速度（または加速度）と角速度（または角加速度）には相関関係があるので、例えば角速度が監視されることにより、その角速度値に応じてその角速度の方向に発生する速度値が補正される。本発明では、角速度値が閾値より小さい場合、第１の速度値がゼロにリセットされることにより、補正加速度値に基き積分により第１の速度値が算出されるときの積分誤差を抑えることができる。
【００３６】
本発明に係る制御システムは、画面上のポインタの動きを制御する制御システムであって、最も長い長さ方向における第１の端部であって曲面または鋭利な形状の表面を有する第１の端部を有する本体と、前記本体に設けられた操作部と、前記第１の端部が前記入力装置の外部にある当接対象物に当接した状態での前記本体の動きを検出可能であり、前記検出された検出値に基き、前記ポインタを前記画面上で移動させるための移動値を生成する生成手段と、前記生成された前記移動値の情報を送信する送信手段とを有する入力装置と、前記送信された前記移動値の情報を受信する受信手段と、前記受信された前記移動値に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する座標情報生成手段とを有する制御装置とを具備する。
【発明の効果】
【００３７】
以上のように、本発明によれば、ユーザにとって簡単に操作することができ、疲労を誘発しない入力装置及び制御システムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００３９】
図１は、本発明の一実施の形態に係る制御システムを示す図である。制御システム１００は、表示装置５、制御装置４０及び入力装置１を含む。
【００４０】
図２は、入力装置１を示す斜視図である。入力装置１は、ユーザが持つことができる程度の大きさとされている。入力装置１は、筐体（または本体）１０、筐体１０の上部に設けられた例えば２つのボタン１１、１２、回転式のホイールボタン１３等の操作部を備えている。筐体１０の上部の中央よりに設けられたボタン１１は、例えばＰＣで用いられる入力デバイスとしてのマウスの左ボタンの機能を有し、ボタン１１に隣接するボタン１２は右ボタンの機能を有する。
【００４１】
操作部としては、プッシュ式のボタン１１、１２、回転式のボタン１３に限られない。例えば、静電式または圧電式等の原理を応用した操作部、あるいは、ゲーム用の操作コントローラに見られる十字キーまたはジョイスティック等の操作原理を採用した操作部等が設けられていてもよい。
【００４２】
例えば、ボタン１１を長押して入力装置１を移動させることにより「ドラッグアンドドロップ」、ボタン１１のダブルクリックによりファイルを開く操作、ホイールボタン１３により画面３のスクロール操作が行われるようにしてもよい。ボタン１１、１２、ホイールボタン１３の配置、発行されるコマンドの内容等は、適宜変更可能である。
【００４３】
図３は、入力装置１の内部の構成を模式的に示す図である。図４は、入力装置１の電気的な構成を示すブロック図である。
【００４４】
入力装置１は、センサユニット１７、制御ユニット３０、バッテリー１４を備えている。
【００４５】
図８は、センサユニット１７を示す斜視図である。
【００４６】
センサユニット１７は、互いに異なる角度、例えば直交する２軸（Ｘ軸及びＹ軸）に沿った加速度を検出する加速度センサユニット１６を有する。すなわち、加速度センサユニット１６は、ヨー方向の加速度センサ１６１（第１の加速度センサ、または第２の加速度センサ）、及びピッチ方向の加速度センサ１６２（第２の加速度センサ、または第１の加速度センサ）の２つセンサを含む。
【００４７】
また、センサユニット１７は、その直交する２軸の周りの角加速度を検出する角速度センサユニット１５を有する。すなわち、角速度センサユニット１５は、ヨー方向の角速度センサ１５１（第１の角速度センサ、または第２の角速度センサ）、及びピッチ方向の角速度センサ１５２（第２の角速度センサ、または第１の角速度センサ）の２つのセンサを含む。これらの加速度センサユニット１６及び角速度センサユニット１５はパッケージングされ、回路基板２５上に搭載されている。
【００４８】
ヨー方向、ピッチ方向の角速度センサ１５１、１５２としては、角速度に比例したコリオリ力を検出する振動型のジャイロセンサが用いられる。Ｘ軸方向、Ｙ方向の加速度センサ１６１、１６２としては、ピエゾ抵抗型、圧電型、静電容量型等、どのようなタイプのセンサであってもよい。角速度センサ１５１または１５２としては、振動型ジャイロセンサに限られず、回転コマジャイロセンサ、レーザリングジャイロセンサ、あるいはガスレートジャイロセンサ等が用いられてもよい。
【００４９】
図２及び図３の説明では、便宜上、筐体１０の長手方向をＺ’方向とし、筐体１０の厚さ方向をＸ’方向とし、筐体１０の幅方向をＹ’方向とする。この場合、上記センサユニット１７は、回路基板２５の、加速度センサユニット１６及び角速度センサユニット１５を搭載する面がＸ’−Ｙ’平面に実質的に平行となるように、筐体１０に内蔵され、上記したように、両センサユニット１６、１５はＸ軸及びＹ軸の２軸に関する物理量を検出する。また、以降の説明では、入力装置１の動きに関し、Ｘ’軸の周りの回転の方向をピッチ方向、Ｙ’軸の周りの回転の方向をヨー方向といい、Ｚ’軸（ロール軸）方向の周りの回転の方向をロール方向という場合もある。
【００５０】
制御ユニット３０は、メイン基板１８、メイン基板１８上にマウントされたＭＰＵ１９（Micro Processing Unit）（あるいはＣＰＵ）、水晶発振器２０、送信機２１、メイン基板１８上にプリントされたアンテナ２２を含む。
【００５１】
ＭＰＵ１９は、必要な揮発性及び不揮発性メモリを内蔵している。ＭＰＵ１９は、センサユニット１７による検出信号、操作部による操作信号等を入力し、これらの入力信号に応じた所定の制御信号を生成するため、各種の演算処理等を行う。上記メモリは、ＭＰＵ１９とは別体で設けられていてもよい。
【００５２】
典型的には、センサユニット１７はアナログ信号を出力するものである。この場合、ＭＰＵ１９は、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）コンバータを含む。しかし、センサユニット１７がＡ／Ｄコンバータを含むユニットであってもよい。
【００５３】
ＭＰＵ１９により、または、ＭＰＵ１９及び水晶発振器２０により処理ユニットが構成される。
【００５４】
送信機２１（送信手段）は、ＭＰＵ１９で生成された制御信号をＲＦ無線信号として、アンテナ２２を介して制御装置４０に送信する。送信機２１及びアンテナ２２のうち少なくとも一方により送信ユニットが構成される。
【００５５】
水晶発振器２０は、クロックを生成し、これをＭＰＵ１９に供給する。バッテリー１４としては、乾電池または充電式電池等が用いられる。
【００５６】
制御装置４０はコンピュータであり、ＭＰＵ３５（あるいはＣＰＵ）、ＲＡＭ３６、ＲＯＭ３７、ビデオＲＡＭ４１、アンテナ３９及び受信機３８等を含む。
【００５７】
受信機３８は、入力装置１から送信された制御信号を、アンテナ３９を介して受信する（受信手段）。ＭＰＵ３５は、その制御信号を解析し、各種の演算処理を行う。これにより、表示装置５の画面３上に表示されたＵＩを制御する表示制御信号が生成される。ビデオＲＡＭ４１は、その表示制御信号に応じて生成される、表示装置５に表示される画面データを格納する。
【００５８】
制御装置４０は、入力装置１に専用の機器であってもよいが、ＰＣ等であってもよい。制御装置４０は、ＰＣに限られず、表示装置５と一体となったコンピュータであってもよいし、オーディオ／ビジュアル機器、プロジェクタ、ゲーム機器、またはカーナビゲーション機器等であってもよい。
【００５９】
表示装置５は、例えば液晶ディスプレイ、ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイ等が挙げられるが、これらに限られない。あるいは、表示装置５は、テレビジョン放送等を受信できるディスプレイと一体となった装置でもよい。
【００６０】
図５は、表示装置５に表示される画面３の例を示す図である。画面３上には、アイコン４やポインタ２等のＵＩが表示されている。コンピュータ上のプログラムの機能、プログラムの内容、実行コマンド、またはファイルの内容等が画面３上で画像化されたものである。なお、画面３上の水平方向をＸ軸方向とし、垂直方向をＹ軸方向とする。以降の説明の理解を容易にするため、特に明示がない限り、入力装置１で操作される対象となるＵＩがポインタ２（いわゆるカーソル）であるとして説明する。
【００６１】
図６は、ユーザが入力装置１を握った様子を示す図である。図６に示すように、入力装置１は、上記ボタン１１、１２、１３のほか、例えばテレビ等を操作するリモートコントローラに設けられるような各種の操作ボタンや電源スイッチ等の操作部を備えていてもよい。このようにユーザが入力装置１を握った状態で、入力装置１を空中で移動させ、あるいは操作部を操作することにより、その入力情報が制御装置４０に出力され、制御装置４０によりＵＩが制御される。
【００６２】
次に、入力装置１の動かし方及びこれによる画面３上のポインタ２の動きの典型的な例を説明する。図７はその説明図である。
【００６３】
図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ユーザが入力装置１を握った状態で、入力装置１のボタン１１、１２が配置されている側を表示装置５側に向ける。ユーザは、親指を上にし小指を下にした状態、いわば握手する状態で入力装置１を握る。この状態で、センサユニット１７の回路基板２５（図８参照）は、表示装置５の画面３に対して平行に近くなり、センサユニット１７の検出軸である２軸が、画面３上の水平軸（Ｘ軸）及び垂直軸（Ｙ軸）に対応するようになる。以下、このような図７（Ａ）、（Ｂ）に示す入力装置１の姿勢を基本姿勢という。
【００６４】
図７（Ａ）に示すように、基本姿勢の状態で、ユーザが手首や腕を左右方向、つまりヨー方向に振る。このとき、Ｘ’軸方向の加速度センサ１６１は、Ｘ’軸方向の加速度axを検出し、ヨー方向の角速度センサ１５１は、Ｙ’軸の周りの角速度ωψを検出する。これらの検出値に基き、制御装置４０は、ポインタ２がＸ軸方向に移動するようにそのポインタ２の表示を制御する。
【００６５】
一方、図７（Ｂ）に示すように、基本姿勢の状態で、ユーザが手首や腕を上下方向、つまりピッチ方向に振る。このとき、Ｙ’軸方向の加速度センサ１６２は、Ｙ’軸方向の加速度ayを検出し、ピッチ方向の角速度センサ１５２は、Ｘ’軸の周りの角速度ωθを検出する。これらの検出値に基き、制御装置４０は、ポインタ２がＹ軸方向に移動するようにそのポインタ２の表示を制御する。
【００６６】
以降の説明では、絶対的な座標系をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸で表す。一方、入力装置１と一体的に動く座標系（入力装置１の座標系）をＸ’軸、Ｙ’軸及びＺ’軸で表す。
【００６７】
図９は、図１に示した入力装置１のホイールボタン１３側から見た側面図である。
【００６８】
入力装置１の筐体１０は、その筐体１０の表面の所定の位置に設けられた球面の一部または二次曲面以上の多次曲面の一部１０ａを有する。以下、球面の一部、または二次以上の多次曲面の一部（１０ａ）を便宜的に「下部曲面」（１０ａ）という。
【００６９】
下部曲面１０ａが配置される位置は、例えば、筐体１０の最も長い長さ方向（図２及び図３の例では、Ｚ’軸方向）の端部（第１の端部）である。下部曲面１０ａが配置される位置は、ユーザが入力装置１を握ったときに、小指が他の指より最もその下部曲面１０ａの位置に近くなるような位置である。ボタン１１、１２は、その端部とは反対側の端部（第２の端部）に配置される。あるいは、ある一方向（Ｚ’軸方向とする。）に長い筐体１０において、筐体１０のそのＺ’軸方向の長さの中心からＺ’軸の正の側にセンサユニット１７が配置される場合、下部曲面１０ａはＺ’軸の負の側に配置された位置となる。
【００７０】
球面の一部とは、典型的には、実質的に半球面が挙げられるが必ずしも半分である必要はない。多次曲面とは、二次以上の多次曲面である。二次曲面として、例えば楕円面、楕円放物面、または双曲面等がある。下部曲面１０ａが半球面の場合、典型的にはその曲率半径が５〜１５mm程度である。しかしこの範囲に限られない。
【００７１】
このような入力装置１の筐体１０の形状により、ユーザは、入力装置１の下部曲面１０ａを、テーブル、椅子、床、ユーザの膝や太もも等の当接対象物４９に当てた状態で、下部曲面１０ａを支点として入力装置１を操作することができる。これにより、ユーザにとって入力装置１の操作が容易となる。つまり、入力装置１の下部曲面１０ａを当接対象物４９に当てた状態でも、ユーザは入力装置１をあらゆる角度に傾けることを容易に行うことができるので、ポインタ２をアイコン４に合わせる等の細かい操作を行うことができるようになる。図１０は、ユーザが入力装置１の下部曲面１０ａを膝に当てて操作する様子を示す図である。
【００７２】
また、下部曲面１０ａが当接対象物４９に接触した状態で入力装置１が操作されるので、手ぶれ補正回路では抑制できない手の震え等による誤操作を防止したり、ユーザが入力装置１を空中で持ち上げ続けて操作する場合のユーザの疲労を予防することができる。
【００７３】
なお、もちろん、ユーザは、図７（Ａ）及び（Ｂ）で示したように、入力装置１を空間で操作することも可能である。
【００７４】
ボタン１１、１２等の操作部は、上記したように下部曲面１０ａとは反対側の端部の位置に限られない。操作部は、筐体１０の最も長い長さの中央位置を中心として下部曲面１０ａが設けられる端部とは反対側の部分である上半分部分に配置されていればよい。すなわち、図９に示すように、筐体１０のその長さをＬとすると、実質的に上半分（上の２／Ｌの長さの部分）の部分に操作部が配置されればよい。図６のような各種の操作ボタンも筐体１０の上半分部分に配置されている。
【００７５】
これらのような構成により、ユーザは、下部曲面１０ａを当接対象物に当接させ、握手するように筐体１０を自然に握った状態で、操作部を操作することができ、疲労することはない。
【００７６】
図１１及び図１２は、入力装置１の他の握り方をそれぞれ示す図である。
【００７７】
図１１は、上記下部曲面１０ａが当接対象物４９に当接した状態で、ユーザが入力装置１を握る例を示す。ユーザは、下部曲面１０ａを支点として、角度Ａ１で３次元的に入力装置１を動かすことができる。この場合の入力装置１の回転モーメントの半径は、ｒ１となる。
【００７８】
図１２は、下部曲面１０ａが当接対象物４９に当接した状態で、ユーザが入力装置１の上端部を握る例を示す。この例では、図１１に示した握り方に比べ、回転モーメントの半径がｒ２（＞ｒ１）となる。すなわち、図１２の例では、筐体１０の移動範囲を表す角度Ａ２が、図１１の例で示した角度Ａ１に比べ広くなる。
【００７９】
以下、図１１及び図１２のように、入力装置１が握られたときの入力装置１の姿勢を、便宜的にスタンド姿勢という。
【００８０】
図１３は、図１１及び図１２で示されるようなスタンド姿勢で操作される場合の操作の軸と、画面３上の軸の対応を説明するための図である。
【００８１】
図１３に示すように、入力装置１がスタンド姿勢で握られる場合であっても、センサユニット１７の検出軸は、図８と同様であり、変わらない。つまり、図１３において、Ｘ’及びＹ’軸方向に沿った筐体１０の加速度（ax、ay）が、加速度センサユニット１６により検出される。Ｘ’及びＹ’軸のそれぞれの周りの角速度（ωψ、ωθ）が、角速度センサユニット１５により検出される。後述するように、ＭＰＵ１９は、Ｘ’軸方向の加速度値ax及びＹ’軸周りの角速度値ωψに基き、画面３上のＸ軸方向でポインタ２を移動させるための移動値（速度値）を算出する。また、ＭＰＵ１９は、Ｙ’軸方向の加速度値ay及びＸ’軸周りの角速度値ωθに基き、画面３上のＹ軸方向でポインタ２を移動させるための移動値（速度値）を算出する。
筐体１０の最大長さの方向（Ｚ’軸方向）に垂直な平面であって、下部曲面１０ａに接する平面（以下、便宜的に下端平面（当接対象物）４９という。）は、角速度センサユニット１５（または加速度センサユニット１６）の検出軸であるＸ軸及びＹ軸が作る平面と実質的に平行な平面となっている。このような入力装置６１の構成により、ユーザが下部曲面１０ａを下端平面４９に当てて操作する場合に、入力装置１に加えられる角速度（または加速度）がそのまま角速度センサユニット１５に入力される。したがって、角速度センサユニット１５（加速度センサユニット１６）からの検出信号から検出値を得る過程での計算量を減らすことができる。
【００８２】
また、このような本実施の形態におけるスタンド姿勢での入力装置１の操作によれば、上記特許文献１のように、ユーザが右利きの場合に手首が、半時計回りにほぼ９０°捩らなくてもよい。すなわち、本実施の形態では、ユーザは、握手するような自然な状態で筐体１０を握ることができる。その結果、入力装置１の操作がユーザの疲労を誘発することがない。
【００８３】
図１１及び図１２のように、筐体１０の最も長い長さ方向の端部である下部曲面１０ａが当接対象物４９に接触した状態で、その下部曲面１０ａを中心してユーザにより入力装置１が動かされる。したがって、特許文献１の入力デバイスの移動量に比べ、入力装置１の筐体１０の移動量の方が大きくなる。これは、本実施の形態では、筐体１０が動くときの筐体１０の回転モーメントの半径（ｒ１及びｒ２）が、特許文献１の入力デバイスのそれより長いからである。これにより、精密なポインティングが可能となる。
【００８４】
ユーザが特許文献１の入力デバイスを動かす場合、その回転モーメントの半径が短いので、力量が必要になる。すなわち、本実施の形態では、特許文献１の入力デバイスに比べ、その回転モーメントの半径（ｒ１及びｒ２）が長いので、ユーザが入力装置１を動かすときの力量を減らすことができる。
【００８５】
本実施の形態では、ボタン１１、１２が、下部曲面１０ａとは反対側である上端部に配置されている。これにより、例えば図１１に示したように、ユーザは筐体１０を自然に握った状態で、例えば人指し指等によりボタン１１及び１２を操作することができ、疲労することはない。
【００８６】
次に、以上のように構成された制御システム１００の動作を説明する。図１４は、その動作を示すフローチャートである。
【００８７】
入力装置１に電源が投入される。例えば、ユーザが入力装置１または制御装置４０に設けられた電源スイッチ等を入れることにより、入力装置１に電源が投入される。電源が投入されると、角速度センサユニット１５から２軸の角速度信号が出力される。ＭＰＵ１９は、この２軸の角速度信号による第１の角速度値ωψ及び第２の角速度値ωθを取得する（ステップ１０１）。
【００８８】
また、入力装置１に電源が投入されると、加速度センサユニット１６から２軸の加速度信号が出力される。ＭＰＵ１９は、この２軸の加速度信号による第１の加速度値ax及び第２の加速度値ayを取得する（ステップ１０２）。この加速度値の信号は、電源が投入された時点での入力装置１の姿勢（以下、初期姿勢という）に対応する信号である。初期姿勢は、図７に示した基本姿勢である場合もあるし、あるいは、図１１または図１２に示したように、スタンド姿勢の場合もある。
【００８９】
なお、ＭＰＵ１９は、典型的にはステップ１０１及び１０２を所定のクロック周期ごとに同期して行う。
【００９０】
ＭＰＵ１９は、加速度値（ax、ay）及び角速度値（ωψ、ωθ）に基いて、所定の演算により速度値（第１の速度値Vx、第２の速度値Vy）を算出する（ステップ１０３）。第１の速度値VxはＸ軸に沿う方向の速度値であり、第２の速度値VyはＹ軸に沿う方向の速度値である。この速度値の算出方法については、後に詳述する。この点において、少なくともセンサユニット１７、または、ＭＰＵ１９及びセンサユニット１７は、ポインタ２を画面３上で移動させるための移動値を生成する生成手段として機能する。移動値としては、以降、ポインタ２の画面３上での速度に対応する速度値（Vx、Vy）として説明する。しかし、移動値は、ポインタ２の画面３上での加速度値または変位量に対応する値であってもよい。
【００９１】
このように、本実施の形態では、加速度値（ax、ay）が単純に積分されて速度値（Vx、Vy）が算出されるのではなく、加速度値（ax、ay）及び角速度値（ωψ、ωθ）に基き、速度値が（Vx、Vy）される。これにより、後述するように、ユーザの直感に合致した入力装置１の操作感が得られ、また、画面３上のポインタ２の動きも入力装置１の動きに正確に合致する。しかしながら、必ずしも加速度値（ax、ay）及び角速度値（ωψ、ωθ）に基き速度値（Vx、Vy）が得られなくてもよく、加速度値（ax、ay）が単純に積分されて速度値（Vx、Vy）が算出されてもよい。
【００９２】
ＭＰＵ１９は、求めた速度値（Vx、Vy）の情報を、送信機２１及びアンテナ２２を介して制御装置４０に送信する（ステップ１０４）。
【００９３】
制御装置４０のＭＰＵ３５は、アンテナ３９及び受信機３８を介して、速度値（Vx、Vy）の情報を受信する（ステップ１０５）。入力装置１は、所定のクロックごとに、つまり単位時間ごとに速度値（Vx、Vy）を送信するので、制御装置４０は、これを受信し、単位時間ごとのＸ軸及びＹ軸方向の変位量を取得することができる。
【００９４】
ＭＰＵ３５は、下の式（１）、（２）より、取得した単位時間当りのＸ軸及びＹ軸方向の変位量に応じた、ポインタ２の画面３上における座標値（X(t)、Y(t)）を生成する（ステップ１０６）。この座標値の生成により、ＭＰＵ３５は、ポインタ２が画面３上で移動するように表示を制御する（ステップ１０７）（座標情報生成手段）。
【００９５】
X(t) =X(t-1)＋Vx・・・（１）
Y(t) =Y(t-1)＋Vy・・・（２）。
【００９６】
図１５は、筐体１０内でのセンサユニット１７の配置のずれを説明するための図である。入力装置１の製造時に、センサユニット１７の筐体１０への取付け工程において、所期のセンサユニット１７の位置からずれてセンサユニット１７が筐体１０に取り付けられ、取付け誤差が発生する場合が考えられる。
【００９７】
例えば、図１５（Ａ）において、例えば入力装置１の筐体１０の下部曲面１０ａの頂点に接する平面３１（当接対象物４９の平面）の垂線３２を考える。センサユニット１７Ａで示すように、その回路基板２５の主面がその垂線３２に垂直にならずに、筐体１０内に配置される場合も考えられる。あるいは、回路基板２５の主面が垂線３２に垂直であっても、角速度センサユニット１５の主面または加速度センサユニット１６の主面（検出面）が垂直にならずに、それらのセンサユニット１５または１６が回路基板２５に実装される場合も考えられる。
【００９８】
なお、図１５（Ａ）において、センサユニット１７Ａは、本説明の理解を容易にするため、極端に大きく傾けて描いている。
【００９９】
あるいは、図１５（Ｂ）に示すような例が考えられる。例えば筐体１０の下部曲面１０ａが球面の一部である場合、その球の中心Ｃ１から延びる複数の線のうち上記垂線３２が、センサユニット１７の検出軸（２軸）を含む検出面の中心を通ることが理想の形態である。しかし、中心Ｃ１から延びる仮想的な複数の線のうち、その垂線３２（第１の直線）とは異なる線３３（第２の直線）が、そのセンサユニット１７Ｂの検出面の中心に通るように、センサユニット１７Ｂが筐体１０内に配置される場合も考えられる。あるいは、センサユニット１７Ｃで示すように、図１５（Ａ）で示したセンサユニット１７Ａと、図１５（Ｂ）で示したセンサユニット１７Ｂとを合わせた複合的なずれも考えられる。
【０１００】
なお、図１５（Ｂ）において、センサユニット１７Ｂ及び１７Ｃの配置のずれは、本説明の理解を容易にするために大きく描いている。
【０１０１】
以降の説明では、図１５（Ａ）に示したようなセンサユニット１７Ａ（角速度センサユニット１５または加速度センサユニット１６）の主面の、垂直面（平面３１）からのずれを角度ずれという。また、その角度ずれの角度をαとする。また、図１５（Ｂ）に示したようなセンサユニット１７Ｂ（角速度センサユニット１５または加速度センサユニット１６）の垂線３２上からの配置のずれを位置ずれという。また、垂線ではない線３３の、垂線３２からの角度をβとする。
【０１０２】
図１５（Ａ）では、センサユニット１７Ａの角度ずれが、Ｘ軸周り、つまりピッチ方向で発生している例を示したが、Ｙ軸周りであるヨー方向で発生する場合も考えられる。同様に、図１５（Ｂ）では、センサユニット１７Ｂ（または１７Ｃ）の位置ずれが、ピッチ方向で発生している例を示したが、ヨー方向で発生する場合も考えられる。したがって、角度ずれαのヨー及びピッチ方向の成分値として（αψ、αθ）を定義することができる。また、位置ずれβの成分値のヨー及びピッチ方向の成分値として（βψ、βθ）を定義することができる。
【０１０３】
したがって、その角度ずれによるセンサユニット１７による感度ずれは、以下の式（３）〜（６）によって表すことができる。また、位置ずれによるセンサユニット１７の感度ずれは、式（７）〜（１０）によって表すことができる。
【０１０４】
acx=ax・cosαψ・・・（３）
acy=ay・cosαθ・・・（４）
ωcψ=ωψ・cosαψ・・・（５）
ωcθ=ωθ・cosαθ・・・（６）
acx=ax・cosβψ・・・（７）
acy=ay・cosβθ・・・（８）
ωcψ=ωψ・cosβψ・・・（９）
ωcθ=ωθ・cosβθ・・・（１０）。
【０１０５】
上記感度ずれとは、感度比１からのずれに相当し、例えば式（３）では、acx /ax（＝cosαψ）であり、１より小さい感度比となる。例えば検出値（ax、ay）に対して比例関数等の単調性を示す関数により速度値（Vx、Vy）が算出される場合、感度比は、速度値／検出値により表すことができる。
【０１０６】
本発明者らは、ユーザにとって、これらの感度ずれがどの程度まで許容できるかについて、入力装置１の操作感に基いて実験した。
【０１０７】
本発明者らは、５degごとに、αθ、βθをそれぞれ変えてセンサユニット１７を筐体内に配置し、それらの各配置について、複数の被験者に入力装置１のＸ及びＹ軸方向で操作してもらった。そして、本発明者らは、彼らに、操作上の違和感を感じる（操作しづらい）角度αθ、βθを明示してもらった。被験者の人数（サンプル数）は１０とした。αψ及びβψについては、αθ及びβθと同様であると考えられるので、実験が行われていない。
【０１０８】
図１６は、その実験結果を示すグラフである。横軸は、αθ及びβθである。αθ及びβθで実質的に同じ結果が得られたので、図１６で１つのグラフで示している。つまり、角度ずれαと、位置ずれβとでは、感度ずれで見ると等価とみなすことができる。縦軸は、その角度ずれに対応するセンサユニット１７の感度ずれであり、上記感度比を表す。
【０１０９】
このグラフから分かるように、角度ずれα及び位置ずれβが４０degを超えると急激に操作性が悪化する。この４０degを上記感度比で表すと、cos（４０deg）＝０．７７である。すなわち、感度比が０．７７〜１となるように、センサユニット１７が筐体１０内に配置されればよい。
【０１１０】
ここで、サンプル数＝１０としているが、これでは実験が不十分な可能性がある。そこで、本発者らは、標本検出によって母集団を求めるように、以下に示したように演算した。
【０１１１】
感度比の平均＝０．６９（４６deg）である。また、標準偏差は感度比で０．０５８となるので、統計学的に３σの範囲にあるユーザが操作性が悪いと感じないようにするには、平均±３σの上限値＝０．６９＋３×０．０５８＝０．８７となる。arccos0.87＝30degとなるので、角度ずれα及び位置ずれβは、３０degとなる。したがって、角度ずれαまたは位置ずれβが０〜３０degとなるように、センサユニット１７が筐体１０内に配置されればよい。
【０１１２】
図１７は、本発明の他の実施の形態に係る入力装置であって、ペン型の入力装置を示す図である。このペン型の入力装置５１は、筐体５０の最も長い長さ方向における下端部の表面には曲面５１ａが形成されている。この下部曲面５１ａは、上記入力装置１と同様に、球面の一部、あるいは二次曲面以上の多次曲面の一部でなる。
【０１１３】
その筐体５０内であって、下部曲面５１ａの近傍には、センサユニット１１７が配置されている。センサユニット１１７は、実質的にはセンサユニット１７と同様の構成でなっていればよい。しかし、図１７に示すように、例えば回路基板１２５を挟むように加速度センサユニット１１６及び角速度センサユニット１１５が、回路基板１２５に搭載されるように、センサユニット１１７が構成されていてもよい。
【０１１４】
このようなペン型の入力装置５１には、例えばタブレットＰＣにおけるペンのような使い方が適用されればよい。
【０１１５】
図１８は、本発明のさらに別の実施の形態に係るペン型の入力装置を示す図である。この入力装置６１の筐体６０の最も長い長さ方向における下端部６０ａは鋭利な形状でなる。鋭利な形状とは、例えば一般的なボールペンの先端部の形状、あるいは、一般的なタブレット型のＰＣで用いられるペン型の入力デバイスの先端部の形状のようなものである。典型的には、下端部６０ａは、半球状であり、その球の曲率半径が５mm以下の半径を有するものである。しかし、下端部６０ａの形状及びサイズは、これに限られない。
【０１１６】
このペン型の入力装置６１も、上記入力装置５１と同様に下端部６０ａの近傍にセンサユニット１１７が配置されている。
【０１１７】
以上のように、ペン型の入力装置５１（または６１）によれば、特許文献１のような右利きの場合に、９０°捩らなくてもよいので、入力装置５１（または６１）の操作がユーザの疲労を誘発することがない。
【０１１８】
また、入力装置５１（または６１）の回転モーメントの半径を長くすることができるので、精密なポインティングが可能となる。また、回転モーメントの半径が長いので、ユーザが入力装置５１（または６１）を動かすときの力量を減らすことができる。
【０１１９】
図２８は、さらに別の実施の形態に係るペン型入力装置の全体を示す概略的な断面図である。
【０１２０】
ペン型入力装置５０１の筐体５１０内には、センサユニット１１７（図１７及び図１８のものと同様）、メイン基板５１８、バッテリー１４が設けられている。メイン基板５１８は、例えば２つのボタン５１１、５１２を有する操作部５１５が搭載されている。このボタン５１１、５１２は、例えば図２に示すボタン１１、１２の機能に相当する機能を有する。
【０１２１】
ユーザは、センサユニット１１７が設けられた側の筐体５１０の端部５１０ａを下にし、その反対側の端部５１０ｂを上にして、ペンを握るように、このペン型入力装置５０１を握る。例えばこのようなペン型入力装置５０１は、画面３に文字入力したり、絵を描いたりするアプリケーションに適用可能である。
【０１２２】
ボタン５１１、５１２は、筐体５０１の長さ方向での長さ（Ｌ）の中央位置を中心とした、実質的に下半分（下の２／Ｌの長さの部分）にそれぞれ配置される。下半分部分は、下部曲面５１０ａが設けられる端部を含む部分である。このような構成により、ユーザは、ペンを握るように筐体５０１を握った状態で、ポインタ２を動かし、かつ、その状態で指で操作部５１５を操作することができる。
【０１２３】
操作部５１５及び／または図示しない別の操作部が、図１７または図１８に示したペン型入力装置５１または６１に設けられていてもよい。
【０１２４】
図１４では、入力装置１が主要な演算を行って速度値（Vx、Vy）を算出していた。図１９に示す実施の形態では、制御装置４０が主要な演算を行う。
【０１２５】
図１９に示すように、ステップ２０１及び２０２は、ステップ１０１及び１０２と同様の処理である。入力装置１が、例えばセンサユニット１７から出力された２軸の加速度値及び２軸の角速度値である検出値の情報を制御装置４０に送信する（ステップ２０３）。制御装置４０のＭＰＵ３５は、この検出値の情報を受信し（ステップ２０４）、ステップ１０３、１０６及び１０７と同様の処理を実行する（ステップ２０５〜２０７）。
【０１２６】
以降では、図１４のステップ１０３、図１９のステップ２０５における速度値（Vx、Vy）の算出方法について説明する。図２０は、その入力装置１（図１９においては制御装置４０）の動作を示すフローチャートである。図２１は、この速度値の算出方法の基本的な考え方を説明するための図である。
【０１２７】
図２１では、入力装置１を例えば左右方向（ヨー方向）へ振って操作するユーザを上から見た図である。図２１に示すように、ユーザが自然に入力装置１を操作する場合、手首の回転、肘の回転及び腕の付け根の回転のうち少なくとも１つによって操作する。したがって、入力装置１の動きと、この手首、肘及び腕の付け根の回転とを比較すると、以下に示す１．２．の関係があることが分かる。
【０１２８】
１．入力装置１の加速度センサユニット１６が配置された部分（以下、先端部）のＹ軸周りの角速度値ωψは、手首の回転による角速度、肘の回転による角速度、及び腕の付け根の回転による角速度の合成値である。  
２．入力装置１の先端部のヨー方向の速度値Vxは、手首、肘、及び腕の付け根の角速度に、それぞれ、手首と先端部との距離、肘と先端部との距離、腕の付け根と先端部との距離を乗じた値の合成値である。
【０１２９】
ここで、微小時間での入力装置１の回転運動について、入力装置１は、Ｙ軸に平行であり、時間ごとに位置が変化する中心軸（第１の中心軸、または第２の中心軸）を中心に回転していると考えることができる。この時間ごとに位置が変化する中心軸と、入力装置１の先端部との距離を、Ｙ軸周りの回転半径Ｒψ(ｔ)（第１の回転半径、または第２の回転半径）とすると、入力装置１の先端部の速度値Vxと、角速度値ωψとの関係は、以下の式（１１）で表される。すなわち、ヨー方向の速度値Vxは、Ｙ軸周りの角速度値ωψに、中心軸と先端部との距離Ｒψ(ｔ)を乗じた値となる。なお、本実施の形態では、センサユニット１７の回路基板２５上に、加速度センサユニット１６及び角速度センサユニット１５が一体的に配置されている。したがって、回転半径Ｒ(ｔ)は中心軸からセンサユニット１７までの距離となる。しかし、加速度センサユニット１６と角速度センサユニット１５とが、筐体１０内で離れて配置される場合には、上記したように、中心軸から加速度センサユニット１６までの距離が回転半径Ｒ(ｔ)となる。
【０１３０】
Vx＝Ｒψ(ｔ)・ωψ・・・（１１）。
【０１３１】
式（１１）に示すように、入力装置１の先端部の速度値と、角速度値との関係は、比例定数をＲ(ｔ)とした比例関係、つまり、相関関係にある。
【０１３２】
上記式（１１）を変形して（１２）式を得る。  
Ｒψ(ｔ)＝Vx/ωψ・・・（１２）。
【０１３３】
式（１２）の右辺は、速度のディメンジョンである。この式（１２）の右辺に表されている速度値と角速度値とがそれぞれ微分され、加速度、あるいは加速度の時間変化率のディメンジョンとされても相関関係は失われない。同様に、速度値と角速度値とがそれぞれ積分され、変位のディメンジョンとされても相関関係は失われない。
【０１３４】
したがって、式（１２）の右辺に表されている速度及び角速度をそれぞれ変位、加速度、加速度の時間変化率のディメンジョンとして、以下の式（１３）、（１４）、（１５）が得られる。
【０１３５】
Ｒψ(ｔ)＝ｘ／ψ・・・（１３）
Ｒψ(ｔ)＝ａx／Δωψ・・・（１４）
Ｒψ(ｔ)＝Δａx／Δ（Δωψ）・・・（１５）。
【０１３６】
上記式（１２）、（１３）、（１４）、（１５）のうち、例えば式（１４）に注目すると、加速度値ａxと、角速度値Δωψが既知であれば、回転半径Ｒψ(ｔ)が求められることが分かる。上述のように、第１の加速度センサ１６１は、ヨー方向の加速度値ａxを検出し、第１の角速度センサ１５１は、Ｙ軸の周りの角速度値ωψを検出する。したがって、Ｙ軸周りの角速度値ωψが微分され、Ｙ軸周りの角加速度値Δωψが算出されれば、Ｙ軸周りの回転半径Ｒψ(ｔ)が求められる。
【０１３７】
Ｙ軸周りの回転半径Ｒψ(ｔ)が既知であれば、この回転半径Ｒψ(ｔ)に、第１の角速度センサ１５１によって検出されたＹ軸の周りの角速度値ωψを乗じることで、入力装置１のＸ軸方向の速度値Vxが求められる（式（１１）参照）。すなわち、ユーザの回転の操作量そのものがＸ軸方向の線速度値に変換され、ユーザの直感に合致した速度値となる。したがって、ポインタ２の動きが入力装置１の動きに対して自然な動きとなるため、ユーザによる入力装置の操作性が向上する。
【０１３８】
この速度値の算出方法については、ユーザが入力装置１を上下方向（ピッチ方向）へ振って操作する場合にも適用することができる。
【０１３９】
図２０では、式（１４）が用いられる例について説明する。図２０を参照して、入力装置１のＭＰＵ１９は、ステップ１０１で取得した角速度値（ωψ、ωθ）を微分演算することで、角加速度値（Δωψ、Δωθ）を算出する（ステップ７０１）。
【０１４０】
ＭＰＵ１９は、ステップ１０２で取得した加速度値（ax、ay）と、角加速度値（Δωψ、Δωθ）とを用いて、式（１４）、（１６）により、それぞれＹ軸周り及びＸ軸周りの回転半径（Ｒψ(ｔ)、Ｒθ(ｔ)）を算出する（ステップ７０２）。  
Ｒψ(ｔ)＝ａx／Δωψ・・・（１４）
Ｒθ(ｔ)＝ａy／Δωθ・・・（１６）。
【０１４１】
回転半径が算出されれば、式（１１）、（１７）により、速度値（Vx、Vy）が算出される（ステップ７０３）。
【０１４２】
Vx＝Ｒψ(ｔ)・ωψ・・・（１１）
Vy＝Ｒθ(ｔ)・ωθ・・・（１７）
このように、ユーザによる入力装置１の回転の操作量そのものがＸ軸及びＹ軸方向の線速度値に変換され、ユーザの直感に合致した速度値となる。
【０１４３】
また、加速度センサユニット１６で検出された加速度値（ax、ay）が、そのまま用いられることにより、計算量が少なくなり、入力装置１の消費電力を減らすことができる。
【０１４４】
ＭＰＵ１９は、加速度センサユニット１６から所定のクロックごとに（ax、ay）を取得し、例えば、それに同期するように速度値（Vx、Vy）を算出すればよい。あるいは、ＭＰＵ１９は、複数の加速度値（ax、ay）のサンプルごとに、速度値（Vx、Vy）を１回算出してもよい。
【０１４５】
次に、図２０と同様に、回転半径を利用して速度値（Vx、Vy）を算出する他の実施形態について説明する。図２２は、その入力装置１の動作を示すフローチャートである。図２２では、上記式（１５）が用いられる例について説明する。
【０１４６】
図２２を参照して、入力装置１のＭＰＵ１９は、取得した加速度値（ax、ay）の微分演算を行う。これにより、加速度の時間変化率（Δax、Δay）が算出される（ステップ８０１）。同様に、ＭＰＵ１９は、取得した角加速度値（ωψ、ωθ）の２階の微分演算を行うことで、角加速度の時間変化率（Δ(Δωψ)）、Δ(Δωθ)）を算出する（ステップ８０２）。
【０１４７】
角速度の時間変化率が算出されると、ＭＰＵ１９は、Ｙ軸周りの角加速度の時間変化率の絶対値｜Δ(Δωθ)｜が、閾値th1を超えるか否かを判定する（ステップ８０３）。上記｜Δ(Δωθ)｜が閾値th1を超える場合には、ＭＰＵ１９は、Ｘ軸方向の加速度の時間変化率Δaxを、Ｙ軸周りの角速度の時間変化率Δ(Δωθ)で除することで、Ｙ軸周りの回転半径Ｒψ(ｔ)を算出する（ステップ８０４）。すなわち、Ｘ軸方向の加速度の時間変化率Δaxと、Ｙ軸周りの角速度の時間変化率Δ(Δωθ)との比を回転半径Ｒψ(ｔ)として算出する（式（１５））。｜Δ(Δωθ)｜の閾値th1は適宜設定可能である。
【０１４８】
この回転半径Ｒψ(ｔ)の信号は、例えばローパスフィルタに通される（ステップ８０５）。ローパスフィルタで高周波数域のノイズが除去された回転半径Ｒψ(ｔ)の情報はメモリに記憶される（ステップ８０６）。このメモリには、回転半径Ｒψ(ｔ)の信号が所定のクロックごとに更新して記憶される。
【０１４９】
入力装置１のＭＰＵ１９は、この回転半径Ｒψ(ｔ)に、Ｙ軸周りの角速度値ωθを乗じることで、Ｘ軸方向の速度値Vxを算出する（ステップ８０８）。
【０１５０】
一方で、ＭＰＵ１９は、上記｜Δ(Δωθ)｜が、閾値th1以下である場合には、メモリに記憶された回転半径Ｒψ(ｔ)を読み出す（ステップ８０７）。この読み出された回転半径Ｒψ(ｔ)に、Ｙ軸周りの角速度値ωθを乗じることで、Ｘ軸方向の速度値Vxを算出する（ステップ８０８）。
【０１５１】
上記ステップ８０１〜８０８の処理が行われる理由として、以下の２つの理由がある。
【０１５２】
１つは、上記式（１５）の回転半径Ｒψ(ｔ)を求めて、ユーザの直感に合致した線速度を求めるためである。
【０１５３】
２つ目は、この速度値（Vx、Vy）が算出される過程において、重力の影響を除去するためである。入力装置１が基本姿勢から、ロール方向またはピッチ方向に傾いた場合、重力の影響によって、入力装置１の実際の動きとは違った検出信号を出力してしまう。例えば入力装置１がピッチ方向に傾いた場合、加速度センサ１６２からそれぞれ重力加速度の成分値が出力される。したがって、この重力加速度の各成分値の影響を除去しない場合には、ポインタ２の動きがユーザの感覚にそぐわない動きとなってしまう。
【０１５４】
図２３は、加速度センサユニット１６への重力の影響を説明するための図である。図２３は、入力装置１をＺ方向で見た図である。
【０１５５】
図２３（Ａ）では、入力装置１が基本姿勢とされ、静止しているとする。このとき、第１の加速度センサ１６１の出力は実質的に０であり、第２の加速度センサ１６２の出力は、重力加速度Ｇ分の出力とされている。しかし、例えば図２３（Ｂ）に示すように、入力装置１がロール方向に傾いた状態では、第１、第２の加速度センサ１６１、１６２は、重力加速度Ｇのそれぞれの傾き成分の加速度値を検出する。
【０１５６】
この場合、特に、入力装置１が実際にＸ軸方向には動いていないにも関わらず、第１の加速度センサ１６１はＸ軸方向の加速度を検出することになる。この図２３（Ｂ）に示す状態は、図２３（Ｃ）のように入力装置１が基本姿勢にあるときに、加速度センサユニット１６が破線の矢印で示すような慣性力Ix、Iyを受けた状態と等価であり、加速度センサユニット１６にとって区別が付かない。その結果、加速度センサユニット１６は、矢印で示すような左に斜め下方向の加速度が入力装置１に加わったと判断し、入力装置１の実際の動きとは違った検出信号を出力する。しかも、重力加速度Ｇは常に加速度センサユニット１６に作用するため、加速度から速度を求めるための加速度の積分値は増大し、ポインタ２を斜め下方に変位させる量は加速度的に増大してしまう。図２３（Ａ）から図２３（Ｂ）に状態が移行した場合、本来、画面３上のポインタ２が動かないようにすることが、ユーザの直感に合った操作と言える。
【０１５７】
図２４は、入力装置１がピッチ方向に振られたときにおける重力加速度の影響を説明するための図であり、入力装置１をＸ方向で見た図である。
【０１５８】
例えば、図２４（Ａ）に示すような入力装置１の基本姿勢の状態から、図２４（Ｂ）に示すような、入力装置１がピッチ方向で回転して傾いたとき、入力装置１が基本姿勢にあるときの第２の加速度センサ１６２が検出する重力加速度Ｇが減少する。図２４（Ｃ）に示すように、入力装置１は、上のピッチ方向の慣性力Iと区別が付かない。
【０１５９】
そこで、ユーザの操作による入力装置１の移動慣性成分（動きのみ）に着目した加速度値の時間変化率に比べ、その入力装置１の動きにより発生する重力加速度の成分値の時間変化率の方が小さいことを利用する。その重力加速度の成分値の時間変化率は、ユーザの操作による移動慣性成分値の時間変化率の１／１０のオーダーである。加速度センサユニット１６から出力される値は、その両者が合成された値である、すなわち、加速度センサユニット１６から出力される信号は、ユーザの操作による移動慣性成分値の時間変化率に、重力加速度の成分値である低周波成分値が重畳された信号となる。
【０１６０】
したがって、ステップ８０１では、加速度値が微分演算されることで、加速度の時間変化率が求められ、これにより、重力加速度の成分値の時間変化率が除去される。これにより、入力装置１の傾きによる重力加速度の分力の変化が生じる場合であっても、適切に回転半径を求めることができ、この回転半径から適切な速度値を算出することができる。
【０１６１】
なお、上記低周波成分値には、重力加速度の成分値のほか、例えば加速度センサユニット１６の温度ドリフト、あるいは、ＤＣオフセット値が含まれる場合もある。
【０１６２】
また、本実施の形態では、式（１５）が用いられるので、ステップ８０２では、角速度値ωθが２階微分され、高周波数域のノイズがその角速度の演算値に乗ってしまう。この｜Δ(Δωθ)｜が大きい場合問題ないが、小さい場合Ｓ／Ｎが悪化する。Ｓ／Ｎの悪化した｜Δ(Δωθ)｜が、ステップ８０８でのＲψ(ｔ)の算出に用いられると、Ｒψ(ｔ)や速度値Vxの精度が劣化する。
【０１６３】
そこで、ステップ８０３では、ステップ８０２で算出されたＹ軸周りの角速度の時間変化率Δ(Δωθ)が利用される。Δ(Δωθ)が閾値th1以下の場合、以前にメモリに記憶されたノイズの少ない回転半径Ｒψ(ｔ)が読み出され（ステップ８０７）、読み出された回転半径Ｒψ(ｔ)がステップ８０８における速度値Vxの算出に用いられる。
【０１６４】
ステップ８０９〜８１４では、以上のステップ８０３〜８０８までの処理と同様に、ＭＰＵ１９は、Ｙ軸方向の速度値Vyを算出する。つまり、ＭＰＵ１９は、Ｘ軸周りの角速度の時間変化率の絶対値｜Δ(Δωθ)｜が、閾値th1を超えるか否かを判定し（ステップ８０９）、閾値th1を超える場合には、この角速度の時間変化率を用いてＸ軸周りの回転半径Ｒθ(ｔ)を算出する（ステップ８１０）。
【０１６５】
回転半径Ｒθ(ｔ)の信号は、ローパスフィルタに通され（ステップ８１１）、メモリに記憶される（ステップ８１２）。閾値th1以下である場合には、メモリに記憶された回転半径Ｒθ(ｔ)が読み出され（ステップ８１３）、この回転半径Ｒθ(ｔ)に基いてピッチ方向の速度値Vyが算出される（ステップ８１４）。
【０１６６】
なお、本実施の形態では、ヨー方向及びピッチ方向の両方向について閾値を同じ値th1としたが、両方向で異なる閾値が用いられてもよい。
【０１６７】
ステップ８０３において、Δ(Δωθ)に代えて、角加速度値(Δωθ)が閾値に基き判定されてもよい。ステップ８０９についても同様に、Δ(Δωψ)に代えて、角加速度値(Δωψ)が閾値に基き判定されてもよい。図２２に示したフローチャートでは、回転半径Ｒ(ｔ)を算出するために式（１５）が用いられたが、式（１４）が用いられる場合、角加速度値（Δωψ、Δωθ）が算出されるので、角加速度値（Δωψ、Δωθ）が閾値に基き判定されてもよい。
【０１６８】
次に、ステップ８０４または８１０で説明した回転半径（Ｒθ(ｔ)、Ｒψ(ｔ)）の算出方法についての他の実施の形態を説明する。図２５は、そのときの入力装置１の動作を示すフローチャートである。
【０１６９】
本実施形態では、回帰直線の傾きを利用して、回転半径を算出する。上述のように、回転半径は、加速度変化率と角加速度変化率との比である。本実施形態は、この加速度変化率と角加速度変化率との比を算出するために、回帰直線の傾きを利用する。
【０１７０】
ＭＰＵ１９は、加速度値（ax、ay）及び角速度値（ωψ、ωθ）をそれぞれ、１階微分、２階微分し、加速度変化率（Δax、Δay）及び角加速度変化率（Δ(Δωψ)）、Δ(Δωθ)）を算出する（ステップ９０１、９０２）。この加速度変化率（Δax、Δay）、及び角加速度変化率（Δ(Δωψ)）、Δ(Δωθ)）のｎ回分の履歴が、例えばメモリに記憶され、以下の式（１６）、（１７）により、回帰直線の傾き（Ａ１、Ａ２）が算出される（ステップ９０３）。この回帰直線の傾きは、加速度変化率と角加速度変化率との比、つまり、回転半径（Ｒθ(ｔ)、Ｒψ(ｔ)）である。なお、参考として、回帰直線の切片（Ｂ１、Ｂ２）の算出方法を式（１８）、（１９）に示す。
【０１７１】
Ａ１＝Ｒθ(ｔ)＝[{Σ(Δ(Δωψj))２・Σ(Δａyj)２}−{ΣΔ(Δωψj)・ΣΔ(Δωψj)・Δａyj}]／[ｎ・Σ(Δ(Δωψj))２−{ΣΔ(Δωψj)}２]・・・（１６）
Ａ２＝Ｒψ(ｔ)＝[{Σ(Δ(Δωθωθj))２・Σ(Δａxj)２}−{ΣΔ(Δωθj)・ΣΔ(Δωθj)・Δａxj}]／[ｎ・Σ(Δ(Δωθj))２−{ΣΔ(Δωθj)}２]・・・（１７）
Ｂ１＝[{ｎ・ΣΔ(Δωψj)・Δａyj}−{ΣΔ(Δωψj)・ΣΔａyj}]／[ｎ・Σ(Δ(Δωψj))２−{ΣΔ(Δωψj)}２]・・・（１８）
Ｂ２＝[{ｎ・ΣΔ(Δωθj)・Δａxj}−{ΣΔ(Δωθj)・ΣΔａxj}]／[ｎ・Σ(Δ(Δωθj))２−{ΣΔ(Δωθj)}２]・・・（１９）。
【０１７２】
上記式（１６）〜（１９）中のｎは、加速度値（Δax、Δay）、及び角加速度変化率（Δ(Δωψ)）、Δ(Δωθ)）のサンプリング数を示す。このサンプリング数ｎは、演算誤差が最小となるように適宜設定される。
【０１７３】
回転半径が算出されると、図２２のステップ８０４及び８１０と同様に、回転半径に基づいて速度値が算出される（ステップ９０４）。
【０１７４】
なお、回転半径の信号、または速度値の信号がローパスフィルタ４７にかけられることで、高周波数のノイズによる影響を軽減してもよい。
【０１７５】
図２５に示した実施の形態では、回帰直線の傾きを回転半径として算出することで、より正確な回転半径及び速度値（Vx、Vy）を算出することができる。したがって、画面３上に表示されるポインタ２の動きを、ユーザの直感に合致した自然な動きとすることができる。
【０１７６】
以上の説明では、加速度変化率及び角加速度変化率のディメンジョンでの回帰直線の傾きの算出方法について説明した。しかし、これに限られず、変位及び角度、速度及び角速度、または、加速度及び角加速度のディメンジョンで、回帰直線の傾きが算出されてもよい。
【０１７７】
次に、速度値（Vx、Vy）の算出方法の他の実施の形態について説明する。図２６は、そのときの入力装置１の動作を示すフローチャートである。
【０１７８】
ＭＰＵ１９は、センサユニット１７から加速度値（ax、ay）及び角速度値（ωψ、ωθ）をそれぞれ取得すると、重力の影響を除去するために、次のような演算を行う。すなわちＭＰＵ１９は、下記の式（２０）、（２１）のように、今回の加速度値ax、ayから、前回のそれぞれＸ軸及びＹ軸方向で検出された重力加速度成分（１回目のax(=arefx)、ay(=arefy)）を差し引き、それぞれ第１の補正加速度値acorx、第２の補正加速度値acoryを生成する（ステップ１００１）。
【０１７９】
acorx =ax−arefx・・・（２０）
acory =ay−arefy・・・（２１）。
【０１８０】
arefx、arefyを、以降、それぞれＸ軸及びＹ軸の基準加速度値（第１の基準加速度値、第２の基準加速度値）という。電源が投入されてから最初にステップ１００１の計算をするとき、arefx、arefyは電源投入直後に検出された加速度信号ax、ayとなる。
【０１８１】
ＭＰＵ１９は、式（２２）、（２３）に示すように、第１、第２の補正加速度値acorx、acoryを加算していく、つまり積分演算により、それぞれ第１の速度値Vx、第２の速度値Vyを算出する（ステップ１０１５）。
【０１８２】
Vx(t) =Vx(t-1)＋acorx・・・（２２）
Vy(t) =Vy(t-1)＋acory・・・（２３）
Vx(t)、Vy(t)は今回の速度値を表し、Vx(t-1)、Vy(t-1)は前回の速度値を表している。
【０１８３】
一方、ＭＰＵ１９は、取得した角速度値（ωψ、ωθ）を微分演算し、それぞれの角加速度値（Δωψ、Δωθ）を算出する（ステップ１００２）。
【０１８４】
ＭＰＵ１９は、上記Δωψ、Δωθの絶対値|Δωθ|、|Δωψ|がそれぞれ閾値th2より小さいか否かを判定する（ステップ１００３、ステップ１００６）。|Δωψ|≧th2の場合、ＭＰＵ１９は、第１の基準加速度値arefxをそのまま用い、これを更新しない（ステップ１００４）。同様に、|Δωθ|≧th2の場合、ＭＰＵ１９は、第２の基準加速度値arefyをそのまま用い、これを更新しない（ステップ１００７）。
【０１８５】
閾値th2は、０に近い値が設定される。閾値th2は、ユーザが意識的に入力装置１を静止させているにも関わらず、ＤＣオフセット等により検出されてしまう角速度値が考慮される。こうすることで、ユーザが意識的に入力装置１を静止させた場合に、ＤＣオフセットによりポインタ２が動いて表示されてしまうことを防止できる。
【０１８６】
以上のように処理するのは以下の理由による。
【０１８７】
図２３に示したように、ユーザが自然に入力装置１を操作する場合、腕の付け根の回転、肘の回転及び手首の回転のうち少なくとも１つによって操作する。したがって、加速度が発生すれば、角加速度も発生すると考える。すなわち、加速度は、その加速度の方向と同じ方向の角加速度に従属するものとみなすことができる。したがって、ＭＰＵ１９は、角加速度値|Δωψ|を監視することで、それと同じ方向である第１の基準加速度値arefxを更新するか否かを判定し、式（２０）から結果的に第１の補正加速度値acorxを校正するか否かを判定することができる。角加速度値|Δωθ|についても同様である。
【０１８８】
さらに詳しく説明すると、角加速度値|Δωψ|が閾値th2以上であるときは、ＭＰＵ１９は、入力装置１がヨー方向に動いていると判定する。この場合、ＭＰＵ１９は、第１の基準加速度値arefxを更新せず、結果的に、第１の補正加速度値acorxを校正せず、そのacorxに基き、式（２２）の積分演算を続ける。
【０１８９】
また、角加速度値|Δωθ|が閾値th2以上であるときは、ＭＰＵ１９は、入力装置１がピッチ方向に動いていると判定する。この場合、ＭＰＵ１９は、第２の基準加速度値arefyを更新せず、結果的に、第２の補正加速度値acoryを校正せず、そのacoryに基き、式（２３）の積分演算を続ける。
【０１９０】
一方、ステップ１００３において、角加速度値|Δωψ|が閾値th2より小さいときは、ＭＰＵ１９は、入力装置１がヨー方向では静止していると判定する。この場合、ＭＰＵ１９は、基準加速度値arefxを今回の（最新の）検出値axに更新することで、第１の補正加速度値acorxを校正する（ステップ１００５）。最新の検出値axとは、つまり、入力装置１がほぼ静止している状態での検出値であるので、これは重力加速度による成分値となる。
【０１９１】
同様に、ステップ１００６において、角加速度値|Δωθ|が閾値th2より小さいときは、ＭＰＵ１９は、入力装置１がピッチ方向では静止していると判定する。この場合、ＭＰＵ１９は、第２の基準加速度値arefyを今回の（最新の）検出値ayに更新することで、第２の補正加速度値acoryを校正する（ステップ１００８）。
【０１９２】
なお、本実施の形態では、ヨー方向及びピッチ方向の両方向について閾値を同じ値th2としたが、両方向で異なる閾値が用いられてもよい。
【０１９３】
上記では、角加速度値Δωψ、Δωθが監視されたが、さらにＭＰＵ１９は、角速度値ωψ、ωθを監視することで、式（２２）、（２３）で算出された速度値を補正することも可能である。図２３の考え方により、速度が発生すれば、角速度も発生すると考え、速度は、その速度の方向と同じ方向の角速度に従属するものとみなすことができる。
【０１９４】
詳しくは、角速度値ωψの絶対値|ωψ|が閾値th3以上であるときは（ステップ１００９のＮＯ）、ＭＰＵ１９は、入力装置１がヨー方向に動いていると判定する。この場合、ＭＰＵ１９は、第１の速度値Vxを補正しない（ステップ１０１０）。角速度値ωθの絶対値|ωθ|についても同様である（ステップ１０１２のＮＯ、ステップ１０１３）。
【０１９５】
閾値th3も、上記閾値th2の設定と同様な趣旨で設定されればよい。
【０１９６】
一方、|ωψ|が閾値th3より小さいときは（ステップ１００９のＹＥＳ）、ＭＰＵ１９は、入力装置１がヨー方向では静止していると判定する。この場合、ＭＰＵ１９は、第１の速度値Vxを補正し、例えばゼロにリセットされる（ステップ１０１１）。|ωθ|についても同様である（ステップ１０１２のＹＥＳ、ステップ１０１４）。
【０１９７】
以上のように、入力装置１がほぼ静止したときには基準加速度値arefx、arefyが更新され、補正加速度値acorx、acoryが校正されるので、加速度センサユニット１６への重力の影響を抑えることができる。また、基準加速度値arefx、arefyが更新されると、式（２０）、（２１）より加速度値acorx、acoryが補正されるため、ＤＣレベルも補正され、ＤＣオフセットの問題も解決される。さらに、入力装置１がほぼ静止したときには速度値もゼロリセットされるように補正されるので、積分誤差も抑えることができる。積分誤差が発生すると、ユーザが入力装置１の移動を停止させたにも関わらず、ポインタ２が画面３上で動く現象が起こる。
【０１９８】
このように、速度値（Vx、Vy）が算出される過程においても、重力加速度の影響が除去されることにより、より正確な速度値が算出される。
【０１９９】
また、本実施の形態では、第１の基準加速度値arefx及び第２の基準加速度値arefyの更新が個別に行われることにより、例えばヨー及びピッチ方向のうち一方の角加速度値のみが閾値より小さくなれば、その校正が行われることになる。したがって、実用的に十分短い時間間隔で、第１の基準加速度値arefxまたは第２の基準加速度値arefyを更新することができる。第１の速度値Vx及び第２の速度値Vyの補正が個別に行われることについても同様のことが言える。図２７は、このことをわかりやすく説明するための図である。
【０２００】
図２７では、Ｘ軸及びＹ軸の平面で見た入力装置１の軌跡を示している。ヨー方向での角速度値ωψがほぼゼロ（閾値th3より小さい）であれば、Vxがゼロリセットされる。ピッチ方向での角速度値ωθがほぼゼロ（閾値th3より小さい）であれば、Vxがゼロリセットされる。
【０２０１】
以上、図２０、図２２または図２６で説明した速度値（Vx、Vy）の算出方法は、もちろん、図１７及び図１８に示したペン型の入力装置５１及び６１にも適用可能である。ユーザが入力装置５１または６１を自然に操作するとき、入力装置５１または６１に速度（加速度）が発生すると、角速度（角加速度）が発生するからである。
【０２０２】
本発明に係る実施の形態は、以上説明した実施の形態に限定されず、他の種々の実施形態が考えられる。
【０２０３】
上記各実施の形態では、筐体の端部が曲面または鋭利な形状の表面を有していた。しかし、必ずしも「筐体」が端部を有する構成に限られず、入力装置の外観の形状を構成する「本体」の端部が、曲面または鋭利な形状の表面を有していてもよい。例えば、筐体の材料とは別の材料で構成される端部があってもよい。あるいは、端部が筐体の機能を発揮しない形態でもよい。
【０２０４】
上記センサユニット１７の感度比が０．８７または０．７７を下回った場合には、ＭＰＵ１９は、速度値（Vx、Vy）を補正して送信すればよい。例えば、ユーザが入力装置１を実際に使う前に、入力装置１を基本姿勢またはスタンド姿勢で握り、入力装置１を動かして画面３上でポインタ２をX軸またはY軸で動かすようなテストを、制御システム１００が行えばよい。そのテストにおいて、感度比が０．８７または０．７７を下回った場合、つまり、ユーザが操作感が悪いと感じた場合に、制御システム１００は、Ｘ軸及びＹ軸のうち少なくとも一方のゲインを調整する。このゲイン調整により、補正速度値（Ｇx・Vx、Ｇy・Vy）が得られる。この補正速度値（Ｇx・Vx、Ｇy・Vy）に基き、制御装置４０によりポインタ２の座標値が生成される。
【０２０５】
そのゲイン（Ｇx、Ｇy）の調整は、ユーザがカスタマイズできるようになっていればよい。その調整手段としては、例えば入力装置１の筐体１０や、制御装置４０の筐体に設けられたメカニカルなスイッチ（ディップスイッチ、ボタン式スイッチ、回転摘み式のスイッチ等）、静電式のスイッチ、あるいはその他のスイッチが挙げられる。あるいは、別の調整機能としては、ＧＵＩを用いたソフトウェアが考えられる。
【０２０６】
入力装置１（または、その他各実施の形態で示した入力装置５１、６１。以下、入力装置１等という。）が、例えば加速度センサユニット１６を備え、角速度センサユニット１５を備えない形態も考えられる。この場合、ステップ１０３で速度値（Vx、Vy）は、加速度センサユニット１６により検出される加速度値（ax、ay）を積分演算することで求められる（ただし、この場合、Ｙ及びＸ軸周りの角速度（ωψ、ωθ）は求めることができない。）。加速度センサユニット１６の代わりに、イメージセンサにより加速度が算出されてもよい。
【０２０７】
図２０、図２２または図２６において、速度値（Vx、Vy）の算出方法が示された。これらの方法に限られず、ＭＰＵ１９は、角速度センサユニット１５により検出される角速度値に応じた速度値（Vx、Vy）を算出してもよい。例えば、角速度値に応じた速度値とは、所定の演算式（角速度値と速度値との関数）により算出される速度値、または、ルックアップテーブルを用いてメモリから読み出される速度値である。この場合、加速度センサユニット１６により得られる加速度値（ax、ay）は使われなくてもよい。
【０２０８】
上記角速度センサユニット１５の代わりとして、角度センサあるいは角加速度センサが用いられてもよい。角度センサとしては、地磁気センサまたはイメージセンサ等が挙げられる。例えば３軸地磁気センサが用いられる場合、角度値の変化量が検出されるので、その場合、角度値が微分演算されることで角速度値が得られる。角加速度センサは、複数の加速度センサの組み合わせにより構成され、角加速度センサにより得られる角加速度値が積分演算されることで、角速度値が得られる。これらのような実施形態の意味において、主にＭＰＵ１９または３５は、角度に関連する値としての角度関連値を出力する算出手段として機能する。
【０２０９】
例えば、上記のように回転半径Ｒ(ｔ)を算出する場合において、Ｙ及びＸ軸周りの角加速度を検出する上記角加速度センサ、または角度を検出するセンサが用いられてもよい。この場合、角加速度センサにより検出された角加速度値が積分演算されることで角速度値（ωψ、ωθ）が求められる。あるいは、角度センサにより検出された角度値が微分演算されることで角速度値（ωψ、ωθ）が求められる。
【０２１０】
上記角加速度センサとして、１軸の角加速度センサとしては、典型的には回転半径上Ｒ(ｔ)上に配置された２つの１軸加速度センサが用いられる。２つの加速度センサによりそれぞれ得られる２つの加速度値の差を、その２つの加速度センサ間の距離で除することで、入力装置１等の角速度値が算出される。２軸の角加速度センサとしては、上記２つの１軸加速度センサの検出原理と同様に、２つの２軸加速度センサが用いられればよい。この場合、角度センサとして、上記地磁気センサ及びイメージセンサのほか、例えばロール角φ（図８におけるＺ軸周りの角度）を求めるような原理を実現するように、２軸の加速度センサが用いられればよい。したがって、Ｙ及びＸ軸周りの２軸の角度を検出するためには、２つの２軸加速度センサが用いられればよい。
【図面の簡単な説明】
【０２１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る制御システムを示す図である。
【図２】入力装置を示す斜視図である。
【図３】入力装置の内部の構成を模式的に示す図である。
【図４】入力装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図５】表示装置に表示される画面の例を示す図である。
【図６】ユーザが入力装置を握った様子を示す図である。
【図７】入力装置の動かし方及びこれによる画面上のポインタの動きの典型的な例を説明するための図である。
【図８】センサユニットを示す斜視図である。
【図９】図１に示した入力装置１のホイールボタン側から見た側面図である。
【図１０】ユーザが入力装置の下部曲面を膝に当てて操作する様子を示す図である。
【図１１】上記下部曲面が当接対象物に当接した状態で、ユーザが入力装置を握る例を示す。
【図１２】下部曲面が当接対象物に当接した状態で、ユーザが入力装置１の上端部を握る例を示す。
【図１３】図１１及び図１２で示されるようなスタンド姿勢で操作される場合の操作の軸と、画面上の軸の対応を説明するための図である。
【図１４】本発明の一実施の形態に係る、制御システムの動作を示すフローチャートである。
【図１５】筐体内でのセンサユニットの配置のずれを説明するための図である。
【図１６】複数の被験者が、入力装置を用いて操作しづらいと感じる角度αθ、βθ（図１５参照）を明示した実験結果を示すグラフである。
【図１７】本発明の他の実施の形態に係る入力装置であって、ペン型の入力装置を示す図である。
【図１８】本発明のさらに別の実施の形態に係るペン型の入力装置を示す図である。
【図１９】制御装置が主要な計算を行う場合の制御システムの動作を示すフローチャートである。
【図２０】速度値の算出方法の一実施の形態についての入力装置の動作を示すフローチャートである。
【図２１】速度値の算出方法の基本的な考え方を説明するための図である。
【図２２】回転半径を利用して速度値を算出する他の実施形態についての入力装置の動作を示すフローチャートである。
【図２３】加速度センサユニットへの重力の影響を説明するための図である。
【図２４】入力装置がピッチ方向に振られたときにおける重力加速度の影響を説明するための図であり、入力装置をＸ方向で見た図である。
【図２５】回転半径の算出方法についての他の実施形態についての入力装置の動作を示すフローチャートである。
【図２６】速度値の算出方法の他の実施の形態についての入力装置の動作を示すフローチャートである。
【図２７】Ｘ軸及びＹ軸の平面で見た入力装置の軌跡の例を示す図である。
【図２８】さらに別の実施の形態に係るペン型入力装置の全体を示す概略的な断面図である。
【符号の説明】
【０２１２】
１、５１、６１、５０１…入力装置
２…ポインタ
３…画面
１０、５０、６０、５１０…筐体
１０ａ、５０ａ、６０ａ、５１０ａ…曲面
１１、１２、５１１、５１２…ボタン（操作ボタン）
１３…ホイールボタン
１５、１１５…角速度センサユニット
１６、１１６…加速度センサユニット
１７、１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１１７…センサユニット
１９…ＭＰＵ
２１…送信機
２２…アンテナ
３２…垂線
３３…線
３５…ＭＰＵ
３８…受信機
３９…アンテナ
４０…制御装置
１００…制御システム
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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