输入装置、 控制装置、 控制系统和控制方法 技术领域 本发明涉及用于操作例如 GUI( 图形用户界面 ) 的三维操作输入装置、 用于根据操 作信息控制 GUI 的控制装置、 包括这些装置的控制系统以及控制方法。
背景技术 指针设备 ( 尤其鼠标和触摸板 ) 被用于广泛用在 PC( 个人计算机 ) 中的 GUI 的 控制器。不仅仅作为现有技术的 PC 的 HI( 人类界面 )， GUI 现在开始被用作在起居室等中 使用的以电视机作为图象媒体的 AV 设备和游戏机的界面。用户能够用来进行三维操作的 各种指针设备被提出， 作为这种类型的 GUI 的控制器 ( 例如， 参见日本专利申请早期公开 No.2001-56743( 第
和
段， 图 3) 和日本专利申请早期公开 No.2005-56409( 第
，
和
段， 图 1 和 2) ； 在下文中， 分别称之为专利文献 1 和 2)。
专利文献 1 公开了一种包括具有双轴的角速度陀螺仪 (gyroscope)， 即两个角速 度传感器， 的输入装置。 当用户手持该输入装置并例如使其垂直且横向摆动时， 角速度传感 器检测关于两个正交轴的角速度， 并根据角速度生成信号， 作为由显示装置显示的光标等 的位置信息。 该信号被发送到控制装置， 并且控制装置控制显示， 以使得光标响应于信号在 画面上移动。
另外， 专利文献 2 公开了一种这样的技术， 其使用两个加速度传感器来检测笔型 输入装置的加速度， 并通过对加速度积分来计算该笔型输入装置的移动量。
发明内容 如上所述， 在专利文献 1 所公开的输入装置中， 显示在画面上的光标的移动是根 据两个角速度传感器检测到的角速度来控制的。换言之， 显示在画面上的光标的移动量取 决于两个角速度传感器检测到的角速度。
因此， 如果用户给予该输入装置一很大角速度， 显示在画面上的光标则据此高速 移动。例如， 当用户使用手的转动来操作输入装置时， 即使在输入装置的实际移动量很小 时， 光标也将高速移动。
但是， 在用户仅给予很小角速度来操作该输入装置时， 即使在输入装置的实际移 动量很大时， 画面上的光标也仅是稍微移动。 例如， 在用户通过以肩膀为轴摆动整个手臂来 操作该输入装置的情况下， 虽然输入装置的实际移动量很大， 光标也仅是稍微移动。 如上所 述， 存在光标的移动与用户的感觉不匹配的情况。
另一方面， 专利文献 2 所描述的笔型输入装置使用加速度传感器来计算笔型输入 装置的移动量。在此情况下， 由于光标的移动量是根据加速度传感器检测到的加速度来计 算的， 因此显示在画面上的光标的移动量与笔型输入装置的移动量成比例地增大。 但是， 由 于在通过对在输入装置中检测到的加速度积分来计算光标的移动量时会导致积分误差， 因 此无法执行精确的控制。因此， 光标的移动成为与用户的感觉不匹配的移动。
鉴于上述情形， 本发明的目的在于提供能够使 UI 在画面上的移动成为与用户的
直觉相匹配的自然移动的输入装置、 控制装置、 控制系统和控制方法。
根据本发明的实施例， 提供了一种输入装置， 包括外壳、 第一加速度检测部件、 第 一角度相关值检测部件、 回转半径计算装置和伪速度计算装置。
第一加速度检测部件检测外壳在第一方向上的第一加速度值。
第一角度相关值检测部件检测外壳的第一角度相关值， 作为与围绕不同于第一方 向的第二方向上的轴的角度相关的值。
回转半径计算装置基于第一加速度值和第一角度相关值来计算外壳围绕在第二 方向上的轴的第一回转半径， 所述第一回转半径是从旋转中心轴到第一加速度检测部件的 距离， 其中所述旋转中心轴的位置随时间改变。
伪速度计算装置生成与计算出的第一回转半径的大小相关的第一伪半径， 并通过 将所生成的第一伪半径与基于第一角度相关值获得的第一角速度值相乘来计算第一伪速 度值， 作为外壳在第一方向上的速度值。
当用户使用肩膀、 手肘、 手腕、 手等中的至少一个的旋转来操作显示在画面上的 UI 时， 在输入装置中一般存在随时间变化的回转半径。 在输入装置中， 输入装置的速度值可以 通过计算例如输入装置围绕在垂直方向上的轴的回转半径并将回转半径与角速度值相乘 来计算输入装置的速度值。通过基于回转半径这样计算速度值， 即使在用户通过使用肩膀 作为轴摆动整个手臂来操作输入装置时， 也可以获得充分的输出 ( 速度值 )。因此， UI 在画 面上的移动成为相对于输入装置的移动的自然移动， 结果用户对输入装置的可操作性得以 提高。 此外， 根据输入装置， 由于速度值是基于第一加速度值和第一角度相关值来计算 的而没有通过简单地对第一加速度值求积分来计算速度值， 因此可以减小积分误差， 并且 因此以高准确度计算外壳的速度值成为可能。
，
和
段， 图 1 和 2) ； 在下文中， 分别称之为专利文献 1 和 2)。
专利文献 1 公开了一种包括具有双轴的角速度陀螺仪 (gyroscope)， 即两个角速 度传感器， 的输入装置。 当用户手持该输入装置并例如使其垂直且横向摆动时， 角速度传感 器检测关于两个正交轴的角速度， 并根据角速度生成信号， 作为由显示装置显示的光标等 的位置信息。 该信号被发送到控制装置， 并且控制装置控制显示， 以使得光标响应于信号在 画面上移动。
另外， 专利文献 2 公开了一种这样的技术， 其使用两个加速度传感器来检测笔型 输入装置的加速度， 并通过对加速度积分来计算该笔型输入装置的移动量。
发明内容 如上所述， 在专利文献 1 所公开的输入装置中， 显示在画面上的光标的移动是根 据两个角速度传感器检测到的角速度来控制的。换言之， 显示在画面上的光标的移动量取 决于两个角速度传感器检测到的角速度。
因此， 如果用户给予该输入装置一很大角速度， 显示在画面上的光标则据此高速 移动。例如， 当用户使用手的转动来操作输入装置时， 即使在输入装置的实际移动量很小 时， 光标也将高速移动。
但是， 在用户仅给予很小角速度来操作该输入装置时， 即使在输入装置的实际移 动量很大时， 画面上的光标也仅是稍微移动。 例如， 在用户通过以肩膀为轴摆动整个手臂来 操作该输入装置的情况下， 虽然输入装置的实际移动量很大， 光标也仅是稍微移动。 如上所 述， 存在光标的移动与用户的感觉不匹配的情况。
另一方面， 专利文献 2 所描述的笔型输入装置使用加速度传感器来计算笔型输入 装置的移动量。在此情况下， 由于光标的移动量是根据加速度传感器检测到的加速度来计 算的， 因此显示在画面上的光标的移动量与笔型输入装置的移动量成比例地增大。 但是， 由 于在通过对在输入装置中检测到的加速度积分来计算光标的移动量时会导致积分误差， 因 此无法执行精确的控制。因此， 光标的移动成为与用户的感觉不匹配的移动。
鉴于上述情形， 本发明的目的在于提供能够使 UI 在画面上的移动成为与用户的
直觉相匹配的自然移动的输入装置、 控制装置、 控制系统和控制方法。
根据本发明的实施例， 提供了一种输入装置， 包括外壳、 第一加速度检测部件、 第 一角度相关值检测部件、 回转半径计算装置和伪速度计算装置。
第一加速度检测部件检测外壳在第一方向上的第一加速度值。
第一角度相关值检测部件检测外壳的第一角度相关值， 作为与围绕不同于第一方 向的第二方向上的轴的角度相关的值。
回转半径计算装置基于第一加速度值和第一角度相关值来计算外壳围绕在第二 方向上的轴的第一回转半径， 所述第一回转半径是从旋转中心轴到第一加速度检测部件的 距离， 其中所述旋转中心轴的位置随时间改变。
伪速度计算装置生成与计算出的第一回转半径的大小相关的第一伪半径， 并通过 将所生成的第一伪半径与基于第一角度相关值获得的第一角速度值相乘来计算第一伪速 度值， 作为外壳在第一方向上的速度值。
当用户使用肩膀、 手肘、 手腕、 手等中的至少一个的旋转来操作显示在画面上的 UI 时， 在输入装置中一般存在随时间变化的回转半径。 在输入装置中， 输入装置的速度值可以 通过计算例如输入装置围绕在垂直方向上的轴的回转半径并将回转半径与角速度值相乘 来计算输入装置的速度值。通过基于回转半径这样计算速度值， 即使在用户通过使用肩膀 作为轴摆动整个手臂来操作输入装置时， 也可以获得充分的输出 ( 速度值 )。因此， UI 在画 面上的移动成为相对于输入装置的移动的自然移动， 结果用户对输入装置的可操作性得以 提高。 此外， 根据输入装置， 由于速度值是基于第一加速度值和第一角度相关值来计算 的而没有通过简单地对第一加速度值求积分来计算速度值， 因此可以减小积分误差， 并且 因此以高准确度计算外壳的速度值成为可能。
第一伪半径是与第一回转半径的大小相关地生成的。 通常， 第一伪半径被生成， 以 便随着计算出的回转半径的增大而取更大值。 第一伪半径可以具有最小值和最大值。 因此， 即使在计算出的回转半径不适当时， 也可以防止可操作性降低。 可替换地， 可以对回转半径 的大小设置多个阈值， 并基于与阈值的比较结果来选择多个伪半径值之一。 利用这种结构， 可以获得输入装置的合需要的可操作性。
回转半径计算装置可以计算作为第一加速度值的时间变化率的加速度变化率， 并 基于检测到的第一角度相关值计算作为围绕在第二方向上的轴的角加速度的时间变化率 的角加速度变化率。 回转半径计算装置还可以计算计算出的加速度变化率与计算出的角加 速度变化率之比， 作为第一回转半径。
加速度变化率是通过对第一加速度值在时间上微分而获得的。类似地， 角加速度 变化率是通过对第一角度相关值在时间上微分而获得的。尤其在检测第一加速度值时， 重 力加速度被检测为存在一常数值的偏差或在低频方面存在偏差。因此， 通过对第一角速度 值求微分， 即使在重力加速度由于输入装置的倾斜而导致分量力发生改变时， 也可以适当 地计算回转半径， 并且可以从回转半径计算出适当的速度值。
回转半径计算装置可以基于检测出的第一角度相关值来计算角加速度值， 并计算 第一加速度值与角加速度值之比， 作为第一回转半径。 利用这种结构， 可以减小输入装置的 计算量和功耗。
段， 图 1 和 2) ； 在下文中， 分别称之为专利文献 1 和 2)。
专利文献 1 公开了一种包括具有双轴的角速度陀螺仪 (gyroscope)， 即两个角速 度传感器， 的输入装置。 当用户手持该输入装置并例如使其垂直且横向摆动时， 角速度传感 器检测关于两个正交轴的角速度， 并根据角速度生成信号， 作为由显示装置显示的光标等 的位置信息。 该信号被发送到控制装置， 并且控制装置控制显示， 以使得光标响应于信号在 画面上移动。
另外， 专利文献 2 公开了一种这样的技术， 其使用两个加速度传感器来检测笔型 输入装置的加速度， 并通过对加速度积分来计算该笔型输入装置的移动量。
发明内容 如上所述， 在专利文献 1 所公开的输入装置中， 显示在画面上的光标的移动是根 据两个角速度传感器检测到的角速度来控制的。换言之， 显示在画面上的光标的移动量取 决于两个角速度传感器检测到的角速度。
因此， 如果用户给予该输入装置一很大角速度， 显示在画面上的光标则据此高速 移动。例如， 当用户使用手的转动来操作输入装置时， 即使在输入装置的实际移动量很小 时， 光标也将高速移动。
但是， 在用户仅给予很小角速度来操作该输入装置时， 即使在输入装置的实际移 动量很大时， 画面上的光标也仅是稍微移动。 例如， 在用户通过以肩膀为轴摆动整个手臂来 操作该输入装置的情况下， 虽然输入装置的实际移动量很大， 光标也仅是稍微移动。 如上所 述， 存在光标的移动与用户的感觉不匹配的情况。
另一方面， 专利文献 2 所描述的笔型输入装置使用加速度传感器来计算笔型输入 装置的移动量。在此情况下， 由于光标的移动量是根据加速度传感器检测到的加速度来计 算的， 因此显示在画面上的光标的移动量与笔型输入装置的移动量成比例地增大。 但是， 由 于在通过对在输入装置中检测到的加速度积分来计算光标的移动量时会导致积分误差， 因 此无法执行精确的控制。因此， 光标的移动成为与用户的感觉不匹配的移动。
鉴于上述情形， 本发明的目的在于提供能够使 UI 在画面上的移动成为与用户的
直觉相匹配的自然移动的输入装置、 控制装置、 控制系统和控制方法。
根据本发明的实施例， 提供了一种输入装置， 包括外壳、 第一加速度检测部件、 第 一角度相关值检测部件、 回转半径计算装置和伪速度计算装置。
第一加速度检测部件检测外壳在第一方向上的第一加速度值。
第一角度相关值检测部件检测外壳的第一角度相关值， 作为与围绕不同于第一方 向的第二方向上的轴的角度相关的值。
回转半径计算装置基于第一加速度值和第一角度相关值来计算外壳围绕在第二 方向上的轴的第一回转半径， 所述第一回转半径是从旋转中心轴到第一加速度检测部件的 距离， 其中所述旋转中心轴的位置随时间改变。
伪速度计算装置生成与计算出的第一回转半径的大小相关的第一伪半径， 并通过 将所生成的第一伪半径与基于第一角度相关值获得的第一角速度值相乘来计算第一伪速 度值， 作为外壳在第一方向上的速度值。
当用户使用肩膀、 手肘、 手腕、 手等中的至少一个的旋转来操作显示在画面上的 UI 时， 在输入装置中一般存在随时间变化的回转半径。 在输入装置中， 输入装置的速度值可以 通过计算例如输入装置围绕在垂直方向上的轴的回转半径并将回转半径与角速度值相乘 来计算输入装置的速度值。通过基于回转半径这样计算速度值， 即使在用户通过使用肩膀 作为轴摆动整个手臂来操作输入装置时， 也可以获得充分的输出 ( 速度值 )。因此， UI 在画 面上的移动成为相对于输入装置的移动的自然移动， 结果用户对输入装置的可操作性得以 提高。 此外， 根据输入装置， 由于速度值是基于第一加速度值和第一角度相关值来计算 的而没有通过简单地对第一加速度值求积分来计算速度值， 因此可以减小积分误差， 并且 因此以高准确度计算外壳的速度值成为可能。
第一伪半径是与第一回转半径的大小相关地生成的。 通常， 第一伪半径被生成， 以 便随着计算出的回转半径的增大而取更大值。 第一伪半径可以具有最小值和最大值。 因此， 即使在计算出的回转半径不适当时， 也可以防止可操作性降低。 可替换地， 可以对回转半径 的大小设置多个阈值， 并基于与阈值的比较结果来选择多个伪半径值之一。 利用这种结构， 可以获得输入装置的合需要的可操作性。
回转半径计算装置可以计算作为第一加速度值的时间变化率的加速度变化率， 并 基于检测到的第一角度相关值计算作为围绕在第二方向上的轴的角加速度的时间变化率 的角加速度变化率。 回转半径计算装置还可以计算计算出的加速度变化率与计算出的角加 速度变化率之比， 作为第一回转半径。
加速度变化率是通过对第一加速度值在时间上微分而获得的。类似地， 角加速度 变化率是通过对第一角度相关值在时间上微分而获得的。尤其在检测第一加速度值时， 重 力加速度被检测为存在一常数值的偏差或在低频方面存在偏差。因此， 通过对第一角速度 值求微分， 即使在重力加速度由于输入装置的倾斜而导致分量力发生改变时， 也可以适当 地计算回转半径， 并且可以从回转半径计算出适当的速度值。
回转半径计算装置可以基于检测出的第一角度相关值来计算角加速度值， 并计算 第一加速度值与角加速度值之比， 作为第一回转半径。 利用这种结构， 可以减小输入装置的 计算量和功耗。
根据本发明的实施例， 提供了一种控制装置， 其基于从输入装置发送的信息来控 制显示在画面上的指针的显示， 所述控制装置包括接收装置、 回转半径计算装置、 伪速度计 算装置和坐标信息生成装置。
输入装置包括外壳、 检测外壳在第一方向上的第一加速度值的第一加速度检测部 件、 检测作为与围绕在不同于第一方向的第二方向上的轴的角度相关的值的外壳的第一角 度相关值的第一角度相关值检测部件， 以及用于发送关于第一加速度值和第一角度相关值 的信息的发送装置。
接收装置接收所发送的关于第一加速度值和第一角度相关值的信息。
回转半径计算装置基于已经接收到的第一加速度值和第一角度相关值来计算外 壳围绕在第二方向上的轴的第一回转半径， 所述第一回转半径是从旋转中心轴到第一加速 度检测部件的距离， 其中所述旋转中心轴的位置随时间改变。
伪速度计算装置生成与计算出的第一回转半径的大小相关的第一伪半径， 并且通 过将生成的第一伪半径与基于第一角度相关值获得的第一角速度值相乘来计算第一伪速 度值， 作为外壳在第一方向上的速度值。
坐标信息生成装置生成与计算出的第一伪速度值相对应的、 指针在画面上的坐标 信息。 应该注意， 在权利要求书的范围内， 前序部分 “控制装置…外壳…” 是为了澄清本 发明的内容而提供的， 并且本发明的发明人不希望将前序部分作为公知技术。
根据本发明的实施例， 提出一种包括输入装置和控制装置的控制系统。
和
段， 图 3) 和日本专利申请早期公开 No.2005-56409( 第
，
和
段， 图 1 和 2) ； 在下文中， 分别称之为专利文献 1 和 2)。
专利文献 1 公开了一种包括具有双轴的角速度陀螺仪 (gyroscope)， 即两个角速 度传感器， 的输入装置。 当用户手持该输入装置并例如使其垂直且横向摆动时， 角速度传感 器检测关于两个正交轴的角速度， 并根据角速度生成信号， 作为由显示装置显示的光标等 的位置信息。 该信号被发送到控制装置， 并且控制装置控制显示， 以使得光标响应于信号在 画面上移动。
另外， 专利文献 2 公开了一种这样的技术， 其使用两个加速度传感器来检测笔型 输入装置的加速度， 并通过对加速度积分来计算该笔型输入装置的移动量。
发明内容 如上所述， 在专利文献 1 所公开的输入装置中， 显示在画面上的光标的移动是根 据两个角速度传感器检测到的角速度来控制的。换言之， 显示在画面上的光标的移动量取 决于两个角速度传感器检测到的角速度。
因此， 如果用户给予该输入装置一很大角速度， 显示在画面上的光标则据此高速 移动。例如， 当用户使用手的转动来操作输入装置时， 即使在输入装置的实际移动量很小 时， 光标也将高速移动。
但是， 在用户仅给予很小角速度来操作该输入装置时， 即使在输入装置的实际移 动量很大时， 画面上的光标也仅是稍微移动。 例如， 在用户通过以肩膀为轴摆动整个手臂来 操作该输入装置的情况下， 虽然输入装置的实际移动量很大， 光标也仅是稍微移动。 如上所 述， 存在光标的移动与用户的感觉不匹配的情况。
另一方面， 专利文献 2 所描述的笔型输入装置使用加速度传感器来计算笔型输入 装置的移动量。在此情况下， 由于光标的移动量是根据加速度传感器检测到的加速度来计 算的， 因此显示在画面上的光标的移动量与笔型输入装置的移动量成比例地增大。 但是， 由 于在通过对在输入装置中检测到的加速度积分来计算光标的移动量时会导致积分误差， 因 此无法执行精确的控制。因此， 光标的移动成为与用户的感觉不匹配的移动。
鉴于上述情形， 本发明的目的在于提供能够使 UI 在画面上的移动成为与用户的
直觉相匹配的自然移动的输入装置、 控制装置、 控制系统和控制方法。
根据本发明的实施例， 提供了一种输入装置， 包括外壳、 第一加速度检测部件、 第 一角度相关值检测部件、 回转半径计算装置和伪速度计算装置。
第一加速度检测部件检测外壳在第一方向上的第一加速度值。
第一角度相关值检测部件检测外壳的第一角度相关值， 作为与围绕不同于第一方 向的第二方向上的轴的角度相关的值。
回转半径计算装置基于第一加速度值和第一角度相关值来计算外壳围绕在第二 方向上的轴的第一回转半径， 所述第一回转半径是从旋转中心轴到第一加速度检测部件的 距离， 其中所述旋转中心轴的位置随时间改变。
伪速度计算装置生成与计算出的第一回转半径的大小相关的第一伪半径， 并通过 将所生成的第一伪半径与基于第一角度相关值获得的第一角速度值相乘来计算第一伪速 度值， 作为外壳在第一方向上的速度值。
当用户使用肩膀、 手肘、 手腕、 手等中的至少一个的旋转来操作显示在画面上的 UI 时， 在输入装置中一般存在随时间变化的回转半径。 在输入装置中， 输入装置的速度值可以 通过计算例如输入装置围绕在垂直方向上的轴的回转半径并将回转半径与角速度值相乘 来计算输入装置的速度值。通过基于回转半径这样计算速度值， 即使在用户通过使用肩膀 作为轴摆动整个手臂来操作输入装置时， 也可以获得充分的输出 ( 速度值 )。因此， UI 在画 面上的移动成为相对于输入装置的移动的自然移动， 结果用户对输入装置的可操作性得以 提高。 此外， 根据输入装置， 由于速度值是基于第一加速度值和第一角度相关值来计算 的而没有通过简单地对第一加速度值求积分来计算速度值， 因此可以减小积分误差， 并且 因此以高准确度计算外壳的速度值成为可能。
第一伪半径是与第一回转半径的大小相关地生成的。 通常， 第一伪半径被生成， 以 便随着计算出的回转半径的增大而取更大值。 第一伪半径可以具有最小值和最大值。 因此， 即使在计算出的回转半径不适当时， 也可以防止可操作性降低。 可替换地， 可以对回转半径 的大小设置多个阈值， 并基于与阈值的比较结果来选择多个伪半径值之一。 利用这种结构， 可以获得输入装置的合需要的可操作性。
回转半径计算装置可以计算作为第一加速度值的时间变化率的加速度变化率， 并 基于检测到的第一角度相关值计算作为围绕在第二方向上的轴的角加速度的时间变化率 的角加速度变化率。 回转半径计算装置还可以计算计算出的加速度变化率与计算出的角加 速度变化率之比， 作为第一回转半径。
加速度变化率是通过对第一加速度值在时间上微分而获得的。类似地， 角加速度 变化率是通过对第一角度相关值在时间上微分而获得的。尤其在检测第一加速度值时， 重 力加速度被检测为存在一常数值的偏差或在低频方面存在偏差。因此， 通过对第一角速度 值求微分， 即使在重力加速度由于输入装置的倾斜而导致分量力发生改变时， 也可以适当 地计算回转半径， 并且可以从回转半径计算出适当的速度值。
回转半径计算装置可以基于检测出的第一角度相关值来计算角加速度值， 并计算 第一加速度值与角加速度值之比， 作为第一回转半径。 利用这种结构， 可以减小输入装置的 计算量和功耗。
根据本发明的实施例， 提供了一种控制装置， 其基于从输入装置发送的信息来控 制显示在画面上的指针的显示， 所述控制装置包括接收装置、 回转半径计算装置、 伪速度计 算装置和坐标信息生成装置。
输入装置包括外壳、 检测外壳在第一方向上的第一加速度值的第一加速度检测部 件、 检测作为与围绕在不同于第一方向的第二方向上的轴的角度相关的值的外壳的第一角 度相关值的第一角度相关值检测部件， 以及用于发送关于第一加速度值和第一角度相关值 的信息的发送装置。
接收装置接收所发送的关于第一加速度值和第一角度相关值的信息。
回转半径计算装置基于已经接收到的第一加速度值和第一角度相关值来计算外 壳围绕在第二方向上的轴的第一回转半径， 所述第一回转半径是从旋转中心轴到第一加速 度检测部件的距离， 其中所述旋转中心轴的位置随时间改变。
伪速度计算装置生成与计算出的第一回转半径的大小相关的第一伪半径， 并且通 过将生成的第一伪半径与基于第一角度相关值获得的第一角速度值相乘来计算第一伪速 度值， 作为外壳在第一方向上的速度值。
坐标信息生成装置生成与计算出的第一伪速度值相对应的、 指针在画面上的坐标 信息。 应该注意， 在权利要求书的范围内， 前序部分 “控制装置…外壳…” 是为了澄清本 发明的内容而提供的， 并且本发明的发明人不希望将前序部分作为公知技术。
根据本发明的实施例， 提出一种包括输入装置和控制装置的控制系统。
输入装置包括外壳、 第一加速度检测部件、 第一角度相关值检测部件、 回转半径计 算装置、 伪速度计算装置和发送装置。
第一加速度检测部件检测外壳在第一方向上的第一加速度值。 第一角度相关值检 测部件检测外壳的第一角度相关值， 作为与围绕不同于第一方向的第二方向上的轴的角度 相关的值。 回转半径计算装置基于第一加速度值和第一角度相关值来计算外壳围绕在第二 方向上的轴的第一回转半径， 所述第一回转半径是从旋转中心轴到第一加速度检测部件的 距离， 其中所述旋转中心轴的位置随时间改变。伪速度计算装置生成与计算出的第一回转 半径的大小相关的第一伪半径， 并通过将所生成的第一伪半径与基于第一角度相关值获得 的第一角速度值相乘来计算第一伪速度值， 作为外壳在第一方向上的速度值。发送装置发 送关于计算出的第一伪速度值的信息。
控制装置包括接收装置和坐标信息生成装置。
接收装置接收所发送的关于第一伪速度值的信息。 坐标信息生成装置生成与接收 到的第一伪速度值相对应的、 指针在画面上的坐标信息。
根据本发明的另一实施例， 提供了一种包括输入装置和控制装置的控制系统。
输入装置包括外壳、 第一加速度检测部件、 第一角度相关值检测部件和发送装置。
第一加速度检测部件检测外壳在第一方向上的第一加速度值。 第一角度相关值检 测部件检测外壳的第一角度相关值， 作为与围绕不同于第一方向的第二方向上的轴的角度 相关的值。发送装置发送关于第一加速度值和第一角度相关值的信息。
控制装置包括接收装置、 回转半径计算装置、 伪速度计算装置和坐标信息生成装 置。
接收装置接收所发送的关于第一加速度值和第一角度相关值的信息。 回转半径计 算装置基于已经接收到的第一加速度值和第一角度相关值来计算外壳围绕在第二方向上 的轴的第一回转半径， 所述第一回转半径是从旋转中心轴到第一加速度检测部件的距离， 其中所述旋转中心轴的位置随时间改变。 伪速度计算装置生成与计算出的第一回转半径的 大小相关的第一伪半径， 并且通过将生成的第一伪半径与基于第一角度相关值获得的第一 角速度值相乘来计算第一伪速度值， 作为外壳在第一方向上的速度值。坐标信息生成装置 生成与计算出的第一伪速度值相对应的、 指针在画面上的坐标信息。
根据本发明的实施例， 提供了一种控制方法， 包括检测输入装置的外壳在第一方 向上的第一加速度值。
外壳的第一角度相关值被检测， 作为与围绕不同于第一方向的第二方向上的轴的 角度相关的值。
基于已经检测到的第一加速度值和第一角度相关值来计算外壳围绕在第二方向 上的轴的第一回转半径， 所述第一回转半径是从旋转中心轴到第一加速度值的检测位置的 距离， 其中所述旋转中心轴的位置随时间改变 ； 。
生成与计算出的第一回转半径的大小相关的第一伪半径。
基于所生成的第一伪半径和基于第一角度相关值获得的第一角速度值来计算第 一伪速度值， 作为外壳在第一方向上的速度值。
根据本发明的另一实施例， 提供了一种控制装置， 其基于从输入装置发送的信息 来控制显示在画面上的指针的显示， 所述输入装置包括外壳、 检测外壳在第一方向上的第 一加速度值的第一加速度检测部件、 检测作为与围绕在不同于第一方向的第二方向上的轴 的角度相关的值的外壳的第一角度相关值的第一角度相关值检测部件， 以及用于发送关于 第一加速度值和第一角度相关值的信息的发送装置。 所述控制装置包括 ： 接收部件， 用于接 收所发送的关于第一加速度值和第一角度相关值的信息 ； 回转半径计算部件， 用于基于已 经接收到的第一加速度值和第一角度相关值来计算外壳围绕在第二方向上的轴的第一回 转半径， 所述第一回转半径是从旋转中心轴到第一加速度检测部件的距离， 其中所述旋转 中心轴的位置随时间改变 ； 伪速度计算部件， 用于生成与计算出的第一回转半径的大小相 关的第一伪半径， 并且通过将生成的第一伪半径与基于第一角度相关值获得的第一角速度 值相乘来计算第一伪速度值， 作为外壳在第一方向上的速度值 ； 以及坐标信息生成部件， 用 于生成与计算出的第一伪速度值相对应的、 指针在画面上的坐标信息。
如上所述， 根据本发明的实施例， 可以提供能够使得 UI 在画面上的移动成为与用 户直觉相匹配的自然移动的输入装置、 控制装置、 控制系统和控制方法。
本发明的这些和其他目的、 特征和优点将通过以下对附图所示的最佳实施方式的 详细描述而变得更加明显。 附图说明
图 1 是示出根据本发明实施例的控制系统的图示 ； 图 2 是示出输入装置的透视图 ； 图 3 是示出输入装置的内容结构的示意图 ； 图 4 是示出输入装置的电气结构的框图 ；图 5 是示出在显示装置上显示的画面示例的图示 ；
图 6 是示出用户手持输入装置的状态的图示 ；
图 7A 和 7B 是示出移动输入装置的方式和指针据此在画面上的移动方式的典型示 例的说明图 ：
图 8 是示出传感器单元的透视图 ；
图 9 是用户通过在横向方向 ( 偏航方向， yaw direction) 上摆动输入装置来对其 进行操作的俯视图， 用于说明回转半径 (radius gyration) ；
图 10A、 10B 和 10C 是用于更详细地说明图 9 所示的用户操作的图示 ；
图 11 是示出计算速度值的方法的原理的图示 ；
图 12 是示出从不同视点 (viewpoint) 计算图 11 所示的速度值的方法原理的原理 图；
图 13 是示出回转半径和伪半径 (pseudo radius) 之间的关系示例的图示 ；
图 14 是示出控制系统的操作的流程图 ；
图 15 是示出在控制装置执行主要运算的情况下与图 14 相对应的操作的流程图 ； 以及
图 16A 和 16B 是示出回转半径和伪半径之间的关系的若干其他示例的图示。具体实施方式
在下文中， 将参考附图来描述本发明的实施例。
( 控制系统 )
图 1 是示出根据本发明实施例的控制系统的图示。 控制系统 100 包括显示装置 5、 控制装置 40 和输入装置 1。
图 2 是示出输入装置 1 的透视图。输入装置 1 具有用户能够手持的大小。输入装 置 1 包括外壳 10 和操作部件， 所述操作部件例如包括设置在外壳 10 上部的两个按钮 11 和 12、 转轮按钮 13 等等。被布置得更靠近外壳 10 的上部中心的按钮 11 充当例如作为 PC 的 输入设备的鼠标的左按钮， 并且与按钮 11 相邻的按钮 12 充当鼠标的右按钮。
例如， 通过在按下并按住按钮 11 的同时移动输入装置 1， 可以执行 “拖放” 操作， 通 过双击按钮 11 可以打开文件， 并且通过转轮按钮 13 可以滚动画面 3。按钮 11 和 12 以及转 轮按钮 13 的位置、 所发布的命令的内容等可以适当地改变。
图 3 是示出输入装置 1 的内容结构的示意图。图 4 是示出输入装置 1 的电气结构 的框图。
输入装置 1 包括传感器单元 17、 控制单元 30 和电池 14。
图 8 是示出传感器单元 17 的透视图。
传感器单元 17 包括加速度传感器单元 16( 加速度检测部件 )， 用于检测在不同角 度上的加速度， 例如沿两个正交轴 (X 轴和 Y 轴 )。具体而言， 加速度传感器单元 16 包括两 个传感器， 即， 用于 X 轴方向的加速度传感器 161 和用于 Y 轴方向的加速度传感器 162。
传感器单元 17 还包括角速度传感器单元 15( 角度相关值检测部件 )， 用于检测关 于两个正交轴的角加速度。具体而言， 角速度传感器单元 15 包括两个传感器， 即， 用于偏航 方向的角速度传感器 151 和用于俯仰方向 (pitch direction) 的角速度传感器 152。加速度传感器单元 16 和角速度传感器单元 15 被封装并安装在电路板 25 上。
作为分别用于偏航方向和俯仰方向的角速度传感器 151 和 152 中的每一个， 用 于检测与角速度成比例的科氏力 (Coriolis force) 的振动陀螺传感器 (vibration gyro sensor) 被使用。作为分别用于 X 轴方向和 Y 轴方向的加速度传感器 161 和 162 中的每 一个， 诸如压阻传感器、 压电传感器和电容传感器之类的任意传感器都可被使用。角速度 传感器 151 和 152 并不局限于振动陀螺传感器， 并且旋转顶部陀螺传感器 (rotary top gyrosensor)、 环激光陀螺传感器 (ring laser gyro sensor)、 气体速率陀螺传感器 (gas rate gyro sensor) 等都可被替换使用。
在图 2 和 3 的描述中， 为了方便， 外壳 10 的纵长方向被称为 Z′方向， 外壳 10 的 厚度方向被称为 X′方向， 并且外壳 10 的宽度方向被称为 Y′方向。在此情况下， 传感器单 元 17 被并入到外壳 10 中， 以使得加速度传感器单元 16 和角速度传感器单元 15 被安装在 其上的电路板 25 的表面与 X′ -Y′平面基本平行。如上所述， 传感器单元 16 和 15 分别检 测相对于两个轴 ( 即， X 轴和 Y 轴 ) 的物理量。在以下描述中， 关于输入装置 1 的移动， 围 绕 X′轴的旋转方向通常称为俯仰方向， 围绕 Y′轴的旋转方向通常称为偏航方向， 并且围 绕 Z′轴 ( 滚动轴 ) 的旋转方向通常称为滚动方向 (roll direction)。 控制单元 30 包括主基板 18、 安装在主基板 18 上的 MPU( 微处理单元 )( 或 CPU)19、 晶体振荡器 20、 发射器件 21 和印制在主基板 18 上的天线 22。
MPU 19 包括其必需的内置易失性或非易失性存储器。MPU 19 被输入来自传感器 单元 17 的检测信号、 来自操作部件的操作信号等等， 并且执行各种操作处理， 以便响应于 这些输入信号来生成预定控制信号。存储器可以与 MPU 19 分开设置。
通常， 传感器单元 17 输出模拟信号。在此情况下， MPU 19 包括 A/D( 模拟 / 数字 ) 转换器。可替换地， 传感器单元 17 可以是包括 A/D 转换器的单元。
MPU 19 单独或 MPU 19 与晶体振荡器 20 一起构成处理单元。
发射器件 21( 发送装置 ) 将在 MPU 19 中生成的控制信号 ( 输入信息 ) 作为 RF 无 线电信号、 经由天线 22 发送到控制装置 40。发射器件 21 和天线 22 中的至少一个构成发射 单元。
晶体振荡器 20 生成时钟并将其提供到 MPU 19。作为电池 14， 干电池、 可充电电池 等等被使用。
控制装置 40 包括 MPU 35( 或 CPU)、 显示控制部件 42、 RAM 36、 ROM 37、 视频 RAM 41、 天线 39 和接收器件 38。
接收器件 38 经由天线 39 接收从输入装置 1 发送的控制信号。MPU35 分析控制信 号并执行各种操作处理。显示控制部件 42 主要在 MPU 35 的控制下生成将显示在显示装置 5 的画面 3 上的画面数据。视频 RAM 41 作为显示控制部件 42 的工作区域临时存储所生成 的画面数据。
控制装置 40 可以是专用于输入装置 1 的装置， 或者可以是 PC 等等。控制装置 40 并不局限于 PC， 并且可以是与显示装置 5、 视听设备、 投影仪、 游戏设备、 车载导航系统等集 成形成的计算机。
显示装置 5 的示例包括液晶显示器和 EL( 电致发光 ) 显示器， 但是并不局限于此。 可替换地， 显示装置 5 可以是与显示器集成形成并能够接收电视广播等的装置。
图 5 是示出显示在显示装置 5 上的画面 3 的示例的图示。诸如图标 4 和指针 2 之 类的 UI 被显示在画面 3 上。图标是画面 3 上的代表计算机的程序功能、 执行命令、 文件内 容等的图像。应该注意， 在画面 3 上， 水平方向被称为 X 轴方向， 而垂直方向被称为 Y 轴方 向。除非特别明确地说明， 否则为了帮助下面的理解， 作为输入装置 1 的操作目标的 UI 将 被描述为指针 2( 所谓的光标 )。
图 6 是示出用户手持输入装置 1 的状态的图示。如图 6 所示， 输入装置 1 除了按 钮 11、 12 和 13 之外， 还可以包括其他操作部件， 例如包括诸如设置在用于操作电视等的遥 控器上的各种操作按钮以及电源开关。当用户在空气中移动输入装置 1 或如图所示那样在 手持输入装置 1 的同时操作操作部件时， 其输入信息被输出到控制装置 40， 并且控制装置 40 控制 UI。
( 输入装置的典型操作 )
接下来， 将描述移动输入装置 1 的方式以及指针 2 据此在画面 3 上的移动方式的 典型示例。图 7 是其说明图。
如图 7A 和 7B 所示， 用户手持输入装置 1， 以将输入装置 1 的按钮 11 和 12 一侧瞄 准显示装置 5 一侧。用户手持输入装置 1， 以使得拇指位于上侧而小指位于下侧， 如同握手 时一样。在这种状态下， 传感器单元 17 的电路板 25( 参见图 8) 接近于与显示装置 5 的画 面 3 平行， 并且作为传感器单元 17 的检测轴的两个轴分别对应于画面 3 上的水平轴 (X 轴 ) 和垂直轴 (Y 轴 )。在下文中， 图 7A 和 7B 所示的输入装置 1 的位置将被称为参考位置。 在以下描述中， 地面上静止的坐标系统 ( 即， 惯性坐标系统 ) 使用 X 轴、 Y 轴和 Z 轴 来表示， 而随输入装置 1 整体移动的坐标系统 ( 输入装置 1 的坐标系统 ) 使用 X′轴、 Y′ 轴和 Z′轴来表示。
如图 7A 所示， 在参考位置上， 用户在横向方向上 ( 即， 偏航方向上 ) 摆动手或手 臂。此时， 用于 X′轴方向的加速度传感器 161 检测在 X′轴方向上的加速度 ax， 并且用于 偏航方向的角速度传感器 151 检测围绕 Y′轴的角速度 ωψ。 。基于这些检测值， 控制装置 40 控制指针 2 的显示， 以使得指针 2 在 X 轴方向上移动。
同时， 如图 7B 所示， 在参考位置上， 用户在垂直方向上 ( 即， 俯仰方向上 ) 摆动手 或手臂。此时， 用于 Y′轴方向的加速度传感器 162 检测在 Y′轴方向上的加速度 ay， 并且 用于俯仰方向的角速度传感器 152 检测围绕 X′轴的角速度 ωθ。基于这些检测值， 控制装 置 40 控制指针 2 的显示， 以使得指针 2 在 Y 轴方向上移动。
虽然随后将详细描述， 但是在一个实施例中， 输入装置 1 的 MPU 19 根据存储在内 置非易失性存储器中的程序、 基于由传感器单元 17 检测到的检测值来计算在 X 和 Y 轴方向 上的速度值。输入装置 1 将该速度值发送到控制装置 40。
控制装置 40 将在 X 方向上的每单位时间的位移转换成指针 2 在画面 3 上、 在X轴 上的位移量， 并且将在 Y 方向上的每单位时间的位移转换成指针 2 在画面 3 上、 在 Y 轴上的 位移量， 并因此移动指针 2。
通常， 关于每隔预定数目个时钟提供的速度值， 控制装置 40 的 MPU35 将已经提供 的第 n 个速度值与已经提供的第 (n-1) 个速度值相加。因此， 已经提供的第 n 个速度值与 指针 2 的位移量相对应， 并且指针 2 在画面 3 上的坐标信息被生成 ( 坐标信息生成装置 )。
( 计算速度值的原理 )
图 9 和 10 是用于示出计算输入到输入装置 1 的外壳 10 的速度值的方法基本思想。
应该注意， 在图 14 等中， 示出的是加速度传感器单元在角速度传感器单元获得角 速度信号之后再获得加速度信号的情况。 但是， 本发明并不局限于这种顺序， 角速度信号在 加速度信号之后获得或者加速度信号和角速度信号并行 ( 同时 ) 获得情况也是可能的 ( 对 图 15 也是如此 )。
图 9 和 10 分别是用户通过在例如横向方向 ( 偏航方向 ) 上摆动输入装置 1 来对 其进行操作的俯视图。如图 9 所示， 当用户自然地操作输入装置 1 时， 操作是通过使用手腕 ( 或手 ) 的旋转、 手肘的弯曲以及从手臂根部的旋转中的至少一种来进行的。
具体而言， 输入装置 1 是通过旋转移动来操作的， 在所述旋转移动中， 用户整个身 体的移动被添加到三种旋转， 包括围绕手臂根部 ( 肩膀 ) 的旋转 ( 参见图 10A)、 围绕手肘的 旋转 ( 参见图 10B) 和围绕手 ( 或手腕 ) 的旋转 ( 参见图 10C)。换言之， 手、 手肘、 肩膀等分 别成为旋转轴， 并且这些旋转轴相继或同时移动。具体而言， 输入装置 1 在一瞬间的旋转移 动是通过组合肩膀、 手轴、 手等的旋转移动来获得的。 这样组合的旋转的中心轴的位置随时 间改变， 并且回转半径 R 也随时间改变。
因此， 输入装置 1 的移动与肩膀、 手轴和手的旋转之间的比较显示存在下述的 1 和 2 两种关系。
1. 输入装置 1 围绕 Y′轴的角速度值 ωψ 是通过围绕肩膀的旋转获得的角速度、 通过手肘弯曲获得的角速度、 通过手腕旋转获得的角速度和通过手等的旋转获得的角速度 的组合值。
2. 输入装置 1 在 X 轴方向上的速度值 Vx 是通过将肩膀、 手肘、 手等的角速度分别 乘以肩膀和输入装置 1 之间的距离、 手肘和输入装置 1 之间的距离、 手和输入装置 1 之间的 距离等而获得的值的组合值。
图 11 是示出使用这种思想的速度值计算方法的原理的图示。
图 11 示出用户在一方向上以预定角速度移动输入装置 1 的一瞬间的状态， 在该方 向上， 第一方向例如是切线方向。基于这一时刻加速度传感器单元 16 获得的在第一方向上 的加速度值以及输入装置 1 围绕中心轴 C 的角度相关值 ( 例如角速度值 ω)， 输入装置 1 可 以计算从中心轴 C 到输入装置 1 的距离， 作为回转半径 R。另外， 输入装置 1 可以基于计算 出的回转半径 R 计算外壳 10 在第一方向上的速度值 V。
如上所述， 旋转中心轴 C 的位置和回转半径 R 随时间改变。此外， 角速度值 ω 是 围绕与第一方向正交的第二方向 ( 即， 中心轴 C) 的角速度值。 以第一方向作为 X′轴方向， 角速度值 ω 通常是由设置在外壳 10 内部的角速度传感器单元 15 所获得的围绕 Y′轴方向 的角速度值。
具体而言， 当围绕中心轴 C 的回转半径被表示为 Rψ(t) 时， 输入装置 1 的速度值 Vx 与围绕中心轴 C 的方向的角速度值 ωψ 之间的关系可以由以下等式 (1) 表示。换言之， 在 X 轴方向上的速度值 Vx 成为通过将围绕 Y′轴方向的角速度值 ωψ 与中心轴 C 和输入装置 1 之间的距离 Rψ(t) 相乘而获得的值。
Vx ＝ Rψ(t)*ωψ… (1)
图 12 是从一不同视点示出图 11 所示的速度值计算方法的原理的原理图。
将讨论虚拟平面 D， 其包括沿预定方向 ( 例如， 第一方向 ) 的轴和即时中心 K， 其中输入装置 1 以第一方向作为切线方向围绕即时中心 K 旋转。输入装置 1 围绕垂直于虚拟平 面 D 的轴 ( 例如， 沿第二方向的轴 ) 旋转移动。具体而言， 输入装置 1 围绕即时中心 K 的旋 转移动是通过组合用户的肩膀、 手肘、 手等的旋转移动来获得的。 这样组合的旋转的中心位 置 ( 即， 即时中心 K) 随时间改变， 并且包括在虚拟平面 D 中的回转半径 R 也随时间改变。
这里， 第一方向可以被设置为 X′轴方向， 第二方向可以被设置为 Y′轴方向， 并 且在 X′轴方向上的速度值 Vx 可以使用上述等式 (1) 按图 12 所示的原理来计算。
应该注意， 在本实施例中， 加速度传感器单元 16 和角速度传感器单元 15 被集成设 置在传感器单元 17 的电路板 25 上。 因此， 形式上， 回转半径 R(t) 成为从中心轴 C 到传感器 单元 17 的距离。但是， 在加速度传感器单元 16 和角速度传感器单元 15 被彼此分离地设置 在外壳 10 内的情况下， 从中心轴 C 到输入装置 1 中布置加速度传感器单元 16 的部分 ( 在 下文中， 称之为传感器布置部分 ) 的距离成为回转半径 R(t)。
如等式 (1) 所表示的， 在输入装置 1 的传感器布置部分处的速度值和角速度值之 间的关系是比例关系， 即， 以 R(t) 为比例常数的相关性。
上述等式 (1) 被修改以获得等式 (2)。
Rψ(t) ＝ Vx/ωψ… (2)
在等式 (2) 右侧的 Vx 和 ωψ 是速度维度。即使在等式 (2) 右侧所表示的速度值 和角速度值被微分并因此获得加速度或加速度时间变化率的维度时， 这种相关性也不会丢 失。 类似地， 即使在速度值和角速度值被积分并因此获得位移维度时， 这种相关件也不会丢 失。
因此， 以等式 (2) 右侧所表示的速度和角速度作为位移、 加速度和加速度时间变 化率的维度， 可以获得等式 (3)、 (4) 和 (5) 如下。
Rψ(t) ＝ x/ψ… (3)
Rψ(t) ＝ ax/Δωψ… (4)
Rψ(t) ＝ Δax/Δ(Δωψ)… (5)
关于上述等式 (2)、 (3)、 (4) 和 (5) 中的等式 (4)， 例如， 可以看出， 回转半径 Rψ(t) 可以在加速度值 ax 和角加速度值 Δωψ 已知的情况下获得。如上所述， 加速度传感器 161 检测在 X′轴方向上的角速度值 ax， 并且角速度传感器 151 检测围绕 Y′轴的角速度值 ωψ。 因此， 如果围绕 Y′轴的角速度值 ωψ 被微分并因此计算围绕 Y′轴的角加速度值 Δωψ， 则可以获得围绕 Y′轴的回转半径 Rψ(t)。Rψ(t) 是由例如输入装置 1 的 MPU19( 回转半径 计算装置 ) 计算出的。
如果围绕 Y′轴的回转半径 Rψ(t) 已知， 则可以通过将回转半径 Rψ(t) 与角速度 传感器 151 检测到的围绕 Y′轴的角速度值 ωψ 相乘来获得输入装置 1 在 X′轴方向上的 速度值 Vx( 参见等式 (1))。具体而言， 用户身体的旋转部分的旋转量被转换成 X′轴方向 上的线速度值。
如上所述， 当用户操作输入装置时， 装置的旋转中心与通过组合用户的旋转移动 获得的位置相对应， 并且该位置随时间改变 ( 即时中心 )。因此， 当输入装置通过围绕肩膀 摆动整个手臂而被操作时， 将检测的角速度成为相对较小的值。 鉴于此， 即使在上述示例的 情况下 ( 在通过以肩膀为轴摆动整个手臂来操作输入装置 )， 也通过将回转半径 Rψ(t) 与 角速度值 ωψ 相乘来获得速度值 Vx， 从而回转半径 Rψ(t) 被检测为相对较大的值。 结果， 获得与用户的操作量相对应的足够的速度值 Vx 成为可能。另外， 由于不需要通过对加速度传 感器的输出值积分来计算速度值， 因此可以抑制加速度传感器的输出值的积分误差， 从而 可以执行精确的控制。
另一方面， 当在加速度或角速度的变化由于传感器检测限制或采样限制 ( 可归 因于采样间隔或分辨率 ) 而很小的状态下连续输入上述计算出的速度值 Vx 时， 回转半径 Rψ(t) 可能不落在适当的范围内并且变得太大或太小。具体讲， 当回转半径 Rψ(t) 是通过 微分运算获得的时， 这种计算的可能性增大。结果， 存在将被计算速度值 Vx 变得极大或变 为 0 的担忧。此外， 即使在运算中没有问题， 当回转半径 Rψ(t) 被计算为极小值时， 将要计 算的速度值 Vx 也成为很小值， 从而用户可能感觉移动不足够。在此情况下， 难以在画面上 平滑地移动指针， 从而导致可操作性的下降。
鉴于此， 为了消除由于上述运算误差所导致的可操作性的下降， 在本实施例中， 速 度值 Vx 被校正如下。具体而言， 在本实施例中， 输入装置 1 的 MPU 19 首先从计算出的回转 半径 Rψ(t) 生成与回转半径 Rψ(t) 的大小相关的伪半径 Raψ(t)。然后， 通过将生成的伪半 径 Raψ(t) 与围绕 Y′轴的角速度值 ωψ 相乘， 来计算伪速度值 Vax， 作为输入装置 1 在 X′ 轴方向上的速度值 Vx( 伪速度计算装置 )。 Vax ＝ Raψ*ωψ… (6)
伪半径 Raψ(t) 的生成方法可以适当地设置。图 13 示出计算出的回转半径 Rψ(t) 与生成的伪半径 Raψ(t) 之间的关系示例。
如图 13 所示， 为伪半径 Raψ(t) 设置最小值 Ra1 和最大值 Ra2。在该示例中， 当回 转半径 Rψ(t) 在从第一阈值 R1 到第二阈值 R2( ＞ R1) 的范围内时， 伪半径 Raψ(t) 随回转半 径 Rψ(t) 的增大而增大。另一方面， 当回转半径 Rψ(t) 超过第二阈值 R2 时， 伪半径 Raψ(t) 被固定为在回转半径 Rψ(t) 处在第二阈值 R2 上时获得的伪半径值 (Ra2)， 并且当回转半径 Rψ(t) 低于第一阈值 R1 时， 伪半径 Raψ(t) 被固定为在回转半径 Rψ(t) 处在第一阈值 R1 上 时获得的伪半径值 (Ra1)。
通过这样为伪半径 Raψ(t) 设置最小值 Ra1 和最大值 Ra2， 即使在回转半径 Rψ(t) 极大或极小时， 也可以确保将要计算的速度值的可靠性。此外， 可以防止输入装置 1 的可操 作性下降。伪半径的最小值 Ra1 和最大值 Ra2 没有具体限制， 而是可以在由于心理操作感 受和实际操作量之间的偏差所引起的不便可忽略的范围内适当地设置。
通过使用上述计算的伪速度值 Vax 来控制指针 2 的移动， 指针的移动与操作输入 装置的用户的直觉相匹配。此外， 可以使得指针 2 的移动成为相对于输入装置 1 的移动的 自然移动， 并且可以提高用户对输入装置 1 的可操作性。
伪速度值的计算方法也可被应用到用户通过在垂直方向 ( 俯仰方向 ) 上摆动输入 装置 1 来对其进行操作的情况。具体而言， 当通过在垂直方向上摆动输入装置 1 来对其进 行操作时， MPU 19 利用与上述示例类似的方法来计算回转半径 Rθ(t)、 伪半径 Raθ(t) 和伪 速度值 Vay( 回转半径计算装置、 伪速度计算装置 )。
应该注意， 关于传感器单元 17， 角速度传感器单元 15 的检测轴 X′轴和 Y′轴与加 速度传感器单元 16 的检测轴 X′轴和 Y′轴分别彼此匹配的情况已被描述作为典型示例。 具体而言， 在第一方向 ( 例如 X′轴方向 ) 上的加速度值 ax 由用于 X′轴检测的加速度传感 器 161 来检测， 并且角速度值 ωψ 由用于偏航方向检测的角速度传感器 151 来检测， 角速度
传感器 151 的检测轴与 Y′轴方向相匹配， Y′轴与 X′轴正交并且是加速度传感器 162 的 检测轴。
但是， 角速度传感器单元 15 的检测轴不一定需要与加速度传感器单元 16 的检测 轴匹配。例如， 在角速度传感器单元 15 和加速度传感器单元 16 被安装在基板上的情况下， 角速度传感器单元 15 和加速度传感器单元 16 可以被安装得在基板的主表面内偏离预定旋 转角度， 从而角速度传感器单元 15 和加速度传感器单元 16 的检测轴不匹配。在此情况下， 相对于各个轴的加速度和角速度可以通过使用三角函数的计算来获得。
此外， 传感器单元 17 的角速度传感器单元 15 和加速度传感器单元 16 中的每一个 的检测轴不一定需要像上述 X′轴和 Y′轴那样相互正交。在此情况下， 可以通过使用三角 函数的计算来获得分别在相互正交的轴方向上投射的加速度。类似地， 可以通过使用三角 函数的计算来获得围绕相互正交的轴的角速度。
( 控制系统的操作 )
下面将参考图 14 来描述使用上述速度值计算方法的控制系统 100 的操作。图 14 示出例如上述等式 (4) 被用于计算回转半径 (Rψ(t)， Rθ(t)) 的情况。
输入装置 1 的电力被接通。例如， 用户接通提供给输入装置 1 或控制装置 40 的电 源开关等， 以接通输入装置 1 的电力。 这里， 如图 9 和 10 所示， 用户使用肩膀、 手肘、 手等中的至少一个的旋转来移动输 入装置 1。输入装置 1 在一时刻的旋转移动是通过组合上述肩膀、 手肘、 手等的旋转移动来 获得的。这样组合的旋转的中心轴的位置随时间改变， 并且回转半径 R 也随时间改变。在 以下描述中， 在这一时刻执行的操作将被描述。
当用户按上述方式移动输入装置 1 时， 两轴的角速度信号被从角速度传感器单元 15 输出。MPU 19 从该双轴角速度信号获得第一角速度值 ωψ 和第二角速度值 ωθ( 步骤 101)。
在接通输入装置 1 的电力之后， 两轴的加速度信号被从加速度传感器单元 16 输 出。MPU 19 从该两轴的加速度信号获得第一加速度值 ax 和第二加速度值 ay( 步骤 102)。 加速度信号是在接通电力时与输入装置 1 的位置相对应的信号。
应该注意， MPU 19 通常同步执行步骤 101 和 102。
通过对在步骤 101 获得的角速度值 (ωψ， ωθ) 求微分， MPU 19 计算出角加速度值 (Δωψ， Δωθ) 作为角度相关值 ( 步骤 103)。微分滤波器或高通滤波器例如被用于微分 运算。
MPU 19 使用在步骤 102 获得的加速度值 (ax， ay) 和角加速度值 (Δωψ， Δωθ) 来 使用等式 (4) 和 (4′ ) 分别计算围绕 Y′轴和 X′轴的回转半径 (Rψ(t)， Rθ(t))， 即， 即时 中心 ( 步骤 104)。
Rψ(t) ＝ ax/Δωψ… (4)
Rθ(t) ＝ ay/Δωθ… (4′ )
接下来， MPU 19 基于在步骤 104 获得的回转半径 (Rψ(t)， Rθ(t)) 生成伪半径 (Raψ(t)， Raθ(t))( 步骤 104′ )。如图 13 所示， 伪半径 (Raψ(t)， Raθ(t)) 是与回转半径 (Rψ(t)， Rθ(t)) 的大小相关地生成的。伪半径 (Raψ(t)， Raθ(t)) 例如通过运算生成。具 体运算如下所述。
当 Rψ(t) ＜ R1 时， Raψ(t) ＝ Ra1… (7)
当 R1 ≤ Rψ(t) ≤ R2 时， Raψ(t) ＝ k*Rψ(t)… (8)
当 R2 ＜ Rψ(t) 时， Raψ(t) ＝ Ra2… (9)
当 Rθ(t) ＜ R1 时， Raθ(t) ＝ Ra1… (7′ )
当 R1 ≤ Rθ(t) ≤ R2 时， Raθ(t) ＝ k′ *Rθ(t)… (8′ )
当 R2 ＜ Rθ(t) 时， Raθ(t) ＝ Ra2… (9′ )
( 其中， k 和 k′是常数 )
在计算出伪回转半径之后， MPU 19 通过上述等式 (6) 和 (6′ ) 来计算伪速度值 (Vax， Vay)， 作为速度值 (Vx， Vy)( 步骤 105)。
Vx ＝ Vax ＝ Raψ(t)*ωψ… (6)
Vy ＝ Vay ＝ Raθ(t)*ωθ… (6′ )
这里使用的角速度值 (ωψ， ωθ) 通常是已经经过步骤 103 中的微分运算的角速 度值 (ωψ， ωθ)。但是， 可替换地， 在步骤 105 中使用的角速度值 (ωψ， ωθ) 可以是由 MPU 19 获得的角速度值， 其在时间上接近已经经过微分运算的角速度值。
如上所述， 由于用户在操作输入装置 1 时其身体的旋转部分的旋转量被转换成 X 轴和 Y 轴方向上的线速度值， 因此可以获得与用户的实际操作量相对应的充足的线速度 值。结果， 所获得的速度值与用户的直觉相匹配。
例如， MPU 19 仅需要每隔预定数目个时钟获得 (ax， ay)， 并与之同步地计算速度值 (Vx， Vy)。 可替换地， MPU 19 可以在每次多个加速度值 (ax， ay) 被采样时计算一次速度值 (Vx， Vy)。
MPU 19 将计算出的速度值 (Vx， Vy) 经由发射器件 21 发送到控制装置 40( 步骤 106)。
控制装置 40 的 MPU 35 接收关于速度值 (Vx， Vy)( 伪速度值 (Vax， Vay) ； 在以下描述 中也是如此 ) 的信息 ( 步骤 107)。输入装置 1 每隔预定数目个时钟 ( 即， 每单位时间 ) 发 送速度值 (Vx， Vy)， 以使得控制装置 40 每单位时间接收它们并获得在 X 轴和 Y 轴方向上的 位移量。MPU35 使用以下等式 (10) 和 (10′ ) 生成与所获得的每单位时间在 X 轴和 Y 轴方 向上的位移量相对应的指针 2 在画面 3 上的坐标值 (X(t)， Y(t))( 步骤 108)。基于所生成 的坐标值， MPU 35 控制显示， 以使得指针 2 在画面 3 上移动 ( 步骤 109)( 坐标信息生成装 置 )。
X(t) ＝ X(t-1)+Vx… (10)
Y(t) ＝ Y(t-1)+Vy… (10′ )
如上所述， 本实施例的输入装置 1 基于加速度值和角速度值来计算速度值 (Vx， Vy)。通常， 输入装置 1 计算围绕如图 11 所示的中心轴 C 或如图 12 所示的即时中心 K 的回 转半径 (Rψ(t)， Rθ(t)) 和伪半径 (Raψ(t)， Raθ(t))， 并基于这些值计算速度值 (Vx， Vy)( 伪 速度值 (Vax， Vay))。由于速度值是基于上述回转半径计算的， 因此本实施例的输入装置 1 可以计算输入装置 1 的准确线速度 ( 在传感器布置部分 )。此外， 由于输入装置 1 没有执行 积分运算， 因此不会导致积分误差。因此， 根据与速度值相对应的位置在画面 3 上移动的指 针 2 的移动成为与用户的感觉匹配的自然移动。
在图 14 中， 输入装置 1 已经执行了用于计算速度值 (Vx， Vy) 的主要运算。在图 15所示实施例中， 控制装置 40 执行主要运算。
例如， 输入装置 1 将从传感器单元 17 输出的两轴的加速值和两轴的角速度值作为 输入信息发送到控制装置 40( 步骤 203)。控制装置 40 的 MPU 35 接收该输入信息 ( 步骤 204) 并执行与步骤 103 到 105、 108 和 109 相同的处理 ( 步骤 205 到 209)。因此， 控制装置 40 的 MPU 35 计算在 X 轴和 Y 轴方向上的速度值 ( 伪速度值 ) 并控制显示， 从而使得指针 2 根据计算出的速度值移动 ( 图 15)。
( 修改示例 )
前面已经描述了本发明的实施例。 但是， 本发明并不局限于这些实施例， 并且基于 本发明的技术思想可以执行各种修改。
例如， 加速度变化率与角加速度变化率之比可以用于计算回转半径 (Rψ(t)， Rθ(t))， 如等式 (5) 所述。因此， 可以从检测到的加速度值中去除重力加速度的影响。具体 而言， 存在如下情况 ： 在检测加速度值时， 由于检测到重力加速度而存在一常数值的偏差或 在低频率方面存在偏差。 在此情况下， 通过对加速度值进行微分， 即使在由于输入装置的倾 斜而导致重力加速度的分量力发生改变时， 也可以适当地计算回转半径， 并且可以从回转 半径计算出适当的速度值。
此外， 伪半径 (Raψ(t)， Raθ(t)) 的生成方法并不局限于图 13 所示示例。例如， 也 可以针对图 13 所示的伪半径值仅设置最小值 Ra1 和最大值 Ra2 之一。
此外， 如图 16A 所示， 也可以在 MPU 19(35) 的存储器中预先存储根据回转半径的 大小分段的多个伪半径值， 并选择多个伪半径值中与计算出的回转半径相对应的一个。将 被选择的伪半径值的数目没有特别限制， 仅需要其至少为 2 个 ( 例如， 最小和最大值 )。因 此， 可以减小运算量， 并且 MPU 19(35) 可以低成本构造。
另一方面， 虽然如图 13 所示， 当回转半径在从 R1 到 R2 的范围内时伪半径与回转 半径成比例地增大， 但是可以适当地设置比例因子。 可替换地， 可以随回转半径的增大呈指 数或对数地增大伪半径。图 16B 示出回转半径与伪半径之间的关系的若干示例。在图中， K0 和 K3 是生成与回转半径的大小成比例的伪半径的示例， K1 和 K2 是生成随着回转半径的 增大以二次曲线增大的伪半径的示例。
伪半径的枚举函数 (enumeration function) 可以适当地设置。为了定义该函数， 例如， 通过以各种函数摆动输入装置而准备的输入装置的多个用户所执行的评价是有用 的。具体而言， 伪半径的枚举函数是基于测试项的运算时间、 运算准确度、 用户的使用印象 等来确定的。
在上述实施例中， 已经单独地获得伪半径 (Raψ(t)， Raθ(t))。但是， 速度值 (Vx， Vy)( 伪速度值 (Vax， Vay)) 可以通过使用伪半径 (Raψ(t)， Raθ(t)) 之一作为代表值来计算。 可替换地， 速度值 (Vx， Vy)( 伪速度值 (Vax， Vay)) 可以通过使用伪半径 (Raψ(t)， Raθ(t)) 的 平均值来计算。
在以上实施例中， 发射器件 21 被用作输入装置 1 的发射装置并且接收器件 38 被 用作控制装置 40 的接收装置。但是， 发射装置和接收装置可以被构造为具有发射功能和接 收功能两者的收发器。
在以上实施例中所描述的输入装置将输入信息无线地发送到控制装置。但是， 输 入信息可以被有线地发送。本发明可例如应用到包括显示部件的手持型电子装置或信息处理装置 ( 手持装 置 )。换言之， 手持装置可以具有在其中集成了输入装置 1 和控制装置 40 的结构。在此情 况下， 通过用户移动手持装置的主体， 显示在显示部件的画面上的指针被移动或者执行画 面的滚动和缩放控制。 手持装置的示例包括 PDA( 个人数字助理 )、 蜂窝电话、 便携式音乐播 放器和数字相机。
角度传感器或角加速度传感器可被使用以替代角速度传感器单元 15。 角度传感器 的示例包括地磁传感器和图像传感器。 角度值的改变量在使用例如三轴的地磁传感器时被 检测。因此， 在此情况下， 角度值被微分， 从而获得角速度值。角加速度传感器被构造为多 个加速度传感器的组合， 并且角速度值是通过对由角加速度传感器所获得的角加速度值求 积分而获得的。
本 发 明 包 含 与 2009 年 3 月 17 日 递 交 到 日 本 特 许 厅 的 日 本 在 先 专 利 申 请 JP 2009-064730 中所公开的内容相关的主题， 该在先申请的全部内容通过引用被结合于此。
本领域技术人员应该理解， 取决于设计需求和其他因素可能发生各种修改、 组合、 子组合和替换， 只要它们落在所附权利要求书或其等同物的范围内即可。