CN101359263B - 输入装置、控制装置、控制系统、控制方法 - Google Patents

输入装置、控制装置、控制系统、控制方法 Download PDF

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Abstract

一种输入装置包括第一加速度传感器、第二加速度传感器、第一角速度传感器、第二角速度传感器和速度信息输出装置。该第一加速度传感器检测第一方向的第一加速度值。该第二加速度传感器检测在不同于第一方向的第二方向的第二加速度值。该第一角速度传感器检测关于第一方向上的第一轴的第一角速度值。该第二角速度传感器检测关于第二方向上的第二轴的第二角速度值。该速度信息输出装置基于第一和第二加速度值、以及第一和第二角速度值，计算第一方向的第一速度值和第二方向的第二速度值，并输出关于第一速度值和第二速度值的信息。

Description

输入装置、控制装置、控制系统、控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于操作GUI(图形用户界面)的3维操作类型的输入装置、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、控制方法及其程序。
背景技术
指示(pointing)设备，尤其是鼠标和触板用作PC(个人计算机)中广泛使用的GUI控制器。不仅仅如相关领域中PC的HI(人机界面)，GUI现在开始用作在具有例如电视作为图像媒介的起居室等中使用的AV设备和游戏机的界面。用户能够3维操作的各种指示设备被提出作为该类型GUI的控制器(参见，例如日本专利申请公开No.2001-56743((0030)和(0031)段、图3；下文称为专利文献1)以及日本专利No.3,748,483的((0033)和(0041)段、图1，下文称为专利文献2))。
专利文献1公开了一种输入装置，包括二轴的角速度回转仪，即两个角速度传感器。每个角速度传感器是震动型角速度传感器。例如，在关于以谐振频率压电振动的振动体的角速度的应用上，在与振动体的振动方向相垂直的方向上产生科里奥利(Colioris)力。科里奥利力与角速度成比例，因此检测科里奥利力导致检测角速度。专利文献1的输入装置通过角速度传感器检测关于两个正交轴的角速度，基于角速度生成显示装置显示的光标等的位置信息的命令信号，并将命令信号传送到控制装置。
专利文献2公开了一种包括(三个轴的)三个加速度传感器和(三个轴的)(回转仪)三个角速度传感器的笔形输入装置。笔形输入装置基于由三个加速度传感器和三个角速度传感器获得的信号执行各种计算，以获取笔形输入装置的姿态角度。
每个加速度传感器不仅检测由用户操作的输入装置的加速度，还检测重力加速度。输入装置不能区分关于输入装置的重力和运动的输入装置的惯性力，因为它们的物理量是相同的。例如，当用户在水平方向迅速移动输入装置的情况下，惯性力和重力的合力被错误的识别为在重力方向(向下方向)。根据专利文献2的笔形输入装置检测关于三个轴的角速度以及三个轴方向的加速度，即检测所有六个自由角度的量。因此解决了关于惯性力和重力的问题。
发明内容
因为专利文献2的笔形输入装置使用三个加速度传感器和三个角速度传感器，其配置复杂并且计算量增加，这导致了可能出现时间延迟的担心。结果，用户的操作定时和屏幕上GUI的移动定时不同步，这使得用户感到他的操作和移动不匹配。此外，增加的计算量增加了功耗。例如，对于并入电池在其中的输入装置，增加的功耗是严重问题。
包括加速度传感器的输入装置执行从加速度传感器输出的信号的积分，从而获得速度信息。因为原则上出现积分误差，所以GUI不同于由用户操作的输入装置移动，这是有问题的。
根据上述情况，需要能够减少计算量的输入装置、控制装置、控制系统、控制方法及其程序。
而且，需要能够减少上述计算量的技术，并解决当基于从加速度传感器的输出计算速度时产生的积分误差的问题或重力影响的问题。
根据本发明的实施例，一种输入装置包括：第一加速度传感器、第二加速度传感器、第一角速度传感器、第二角速度传感器和速度信息输出装置。第一加速度传感器检测第一方向的第一加速度值。第二加速度传感器检测在不同于第一方向的第二方向的第二加速度值。第一角速度传感器检测关于第一方向上的第一轴的第一角速度值。第二角速度传感器检测关于第二方向上的第二轴的第二角速度值。速度信息输出装置基于第一加速度值、第二加速度值、第一角速度值、以及第二角速度值计算第一方向的第一速度值和第二方向的第二速度值，并输出关于第一速度值和第二速度值的信息，其中速度信息输出装置计算第一加速度值和第一参考加速度值之间的差，以获得第一校正加速度值，并且基于第一校正加速度值计算第一速度值，所述第一参考加速度值是第一方向的重力加速度的分量值，还包括：速度校正装置，用于基于第二角速度值校正第一速度值，其中在第二角速度值的绝对值小于阈值的情况下，速度校正装置将第一速度值设置为零。
人们操作输入装置的常规方式是使用关于臂端的旋转、肘的弯曲和手腕的转动的至少一种。因此，可以认为，当产生加速度时，从而在相同方向上产生角加速度。同理可应用到速度。当产生速度时，从而在相同方向上产生角速度。换句话说，加速度和角加速度之间存在相关性，并且速度和角速度之间也存在相关性。也就是说，根据本实施例，加速度传感器和角速度传感器之一可以用作另一方的辅助传感器。结果，本发明的实施例只需要总共四个传感器，即，两个不同轴的加速度传感器和两个不同轴的角速度传感器。也就是说，与提供三个轴的加速度传感器和三个轴的角速度传感器的过去情况相比，可以减少传感器的数量。此外，由于上面的相关性可以减少计算量，从而避免发生延迟。而且，因为减少了计算量，所以功耗也减少。
原则上，速度值可以通过执行加速度值的积分来获得。然而，根据本实施例，因为角速度值用于计算速度值，所以通过用于执行合适的计算处理的速度信息输出装置，积分误差、重力影响等都能减少。具体地，速度信息输出装置执行如本发明的如下实施例的处理。
在本实施例中，速度信息输出装置计算第一加速度值和第一参考加速度值之间的差，以获得第一校正加速度值，并且基于该第一校正加速度值计算第一速度值，所述第一参考加速度值是第一方向的重力加速度的合成值。因此可以抑制关于第一加速度传感器的重力影响。
类似地，速度信息输出装置可以计算第二加速度值和第二参考加速度值之间的差，以获得第二校正加速度值，并且基于该第二校正加速度值计算第二速度值，所述第二参考加速度值是第二方向的重力加速度的合成值。
在本实施例中，输入装置还包括速度校正装置，用于基于第二角速度值校正第一速度值。假设输入装置实际上由用户使用的情况，可以认为速度(第一速度)取决于在与该速度方向相同的方向上的角速度(第二角速度)。也就是说，在用户操作输入装置的情况下，在一定方向产生角速度可以视为在相同方向上产生速度。鉴于以上，可以基于第二角速度值校正第一速度值。因此可以抑制积分误差。
类似地，输入装置可以还包括用于基于第一角速度值校正第二速度值的装置。
在本实施例中，在第二角速度值的绝对值小于阈值的情况下，速度校正装置将第一速度值设置为0。或者，在第一角速度值的绝对值小于阈值的情况下，速度校正装置可以设置第二速度值为0。因为如上所述个别地校正第一速度值和第二速度值，所以在例如关于第一轴和第二轴之一的角速度值小于预定阈值的情况下，只校正有关的角速度值。因此，速度校正装置可以在实际上足够短的时间间隔将第一或第二速度值复位为零。结果，输入装置几乎不受积分误差、关于第一(第二)加速度传感器的重力、以及由于温度漂移的DC偏移的影响。
在本实施例中，输入装置还包括角加速度计算装置和判断装置。角加速度计算装置基于第二角速度值计算关于第二轴的第二角加速度值。判断装置基于第二角加速度值判断是否更新第一参考加速度值。假设输入装置实际由用户使用的情况，可以认为加速度(第一加速度)取决于在与该加速度方向相同的方向上的角加速度(第二角加速度)。因此，可以基于第二角加速度值校准第一加速度。也就是说，在此情况下，可以通过更新第一参考加速度值校准第一加速度值。因此可以抑制重力影响和DC偏移。
同理可应用于第一角速度值。也就是说，可以计算第一角加速度值，并且可以基于该第一角加速度值更新第二参考加速度值。
在本实施例中，输入装置还包括更新装置，用于在第二角加速度值的绝对值小于阈值的情况下更新第一参考加速度值。
类似地，在第一角加速度值的绝对值小于阈值的情况下，更新装置可以更新第二参考加速度值。因为如在上面情况下个别地更新第一参考加速度值和第二参考加速度值，所以更新装置能够在实际上足够短的时间间隔校正第一或第二参考加速度值。因此，输入装置几乎不受到重力和DC偏移的影响。
在本实施例中，输入装置还包括角加速度计算装置，用于基于第二角速度值计算关于第二轴的第二角加速度值。此外，速度信息输出装置通过使用表示第一加速度值和第二角加速度值之间相关性的相关性特征计算第一速度值。在用户实际操作输入装置的情况下，第一加速度信号和第二角加速度信号具有类似轮廓(profile)。随着加速度信号更多的受到重力影响，轮廓之间的差别变得更大。速度信息输出装置通过使用上面的相关性特征计算第一(或第二)速度值，所以输入装置能获得不受重力影响的实际速度值。
类似地，输入装置还可以包括角加速度计算装置，用于基于第一角速度值计算关于第一轴的第一角加速度值。此外，速度信息输出装置通过使用表示第二加速度值和第一角加速度值之间相关性的相关性特征，可以计算第二速度值。
或者，速度信息输出装置能通过使用表示第一(第二)校正加速度值和第二(第一)角加速度值之间相关性的相关性特征，计算第一(第二)速度值。同理可以应用于下文。
在本实施例中，使用第一角速度值和第二角加速度值之间的相关性特征。或者，可以使用第一(第二)速度值和第二(第一)角速度值之间的相关性特征。同理可以应用于下文。
在本实施例中，相关性特征是使用第一加速度值和第二角加速度值的相关性系数和相关性函数之一。此外，速度信息输出装置通过将第一加速度值乘以分别作为权重系数和权重函数的相关性系数和相关性函数之一，计算第一速度值。同理可以应用于第二加速度值和第一角速度值。
在本实施例中，或者，相关性特征是第一加速度值和第二角加速度值之间的比率。速度信息输出装置通过使用该比率计算第一速度值。因此可以减少计算量。同理可以应用于第二加速度值和第一角加速度值。例如，速度信息输出装置可以使用(第一加速度值/第二角加速度值)的绝对值是否等于或大于作为参考的阈值的判断结果，从而确定是否更新第一速度值。因此可以进一步减少计算量。或者，在如上所述更新第一参考加速度值的情况下，当(第一加速度值/第二角加速度值)的绝对值等于或大于阈值时，速度信息输出装置可以照原样使用之前的第一速度值，并设置之前第一速度值为现在的第一速度值。
在本实施例中，速度信息输出装置包括更新装置，用于记录和更新至少已计算的第一速度值。此外，速度信息输出装置判断第一加速度值和第二角加速度值的符号是否互相一致。此外，在符号未能互相一致的情况下，更新装置避免更新第一加速度值。也就是说，之前的第一速度值被设置为现在的第一速度值。在例如输入装置的姿态突然改变或输入装置以恒定速度移动期间的时间段极短的情况下，存在在相对于输入装置的惯性力(加速度)相反的方向上输出加速度的担心。在此情况下，如在本实施例中互相比较符号，从而解决上述问题。同理可以应用于第二加速度值和第一角加速度值。
根据本发明的另一实施例，一种控制装置基于从输入装置输出的输入信息控制在屏幕上显示的用户界面，所述输入装置包括检测第一方向的第一加速度值的第一加速度传感器，检测在不同于第一方向的第二方向的第二加速度值的第二加速度传感器，检测关于第一方向上的第一轴的第一角速度值的第一角速度传感器，检测关于第二方向上的第二轴的第二角速度值的第二角速度传感器，该控制装置包括接收装置和坐标信息产生装置。接收装置接收关于第一加速度值、第二加速度值、第一角速度值和第二角速度值的信息作为输入信息。坐标信息产生装置基于接收的输入信息计算第一方向的第一速度值和第二方向的第二速度值，并且产生关于屏幕上的用户界面的坐标信息，其中坐标信息产生装置计算第一加速度值和第一参考加速度值之间的差，以获得第一校正加速度值，并且基于第一校正加速度值计算第一速度值，所述第一参考加速度值是第一方向的重力加速度的分量值，还包括：速度校正装置，用于基于第二角速度值校正第一速度值，其中在第二角速度值的绝对值小于阈值的情况下，速度校正装置将第一速度值设置为零。
在本实施例中，前序部分“控制用户界面的控制装置…在第二方向”是用于指定本实施例的内容的描述。同样，本发明的发明人不意在将前序部分表示为公知技术。同理可应用于下文。
根据本发明的另一实施例，一种控制系统包括输入装置和控制装置。输入装置包括第一加速度传感器、第二加速度传感器、第一角速度传感器、第二角速度传感器和速度信息输出装置。第一加速度传感器检测第一方向的第一加速度值。第二加速度传感器检测在不同于第一方向的第二方向的第二加速度值。第一角速度传感器检测关于第一方向上的第一轴的第一角速度值。第二角速度传感器检测关于第二方向上的第二轴的第二角速度值。速度信息输出装置基于第一加速度值、第二加速度值、第一角速度值、和第二角速度值，计算第一方向的第一速度值和第二方向的第二速度值，并且输出关于第一速度值和第二速度值的信息作为输入信息。控制装置包括接收装置和坐标信息产生装置。接收装置接收输入信息。坐标信息产生装置基于所接收的输入信息产生关于屏幕上用户界面的坐标信息，其中速度信息输出装置计算第一加速度值和第一参考加速度值之间的差，以获得第一校正加速度值，并且基于第一校正加速度值计算第一速度值，所述第一参考加速度值是第一方向的重力加速度的分量值，所述输入装置还包括：速度校正装置，用于基于第二角速度值校正第一速度值，其中在第二角速度值的绝对值小于阈值的情况下，速度校正装置将第一速度值设置为零。
根据本发明的另一实施例，一种控制系统包括输入装置和控制装置。输入装置包括第一加速度传感器、第二加速度传感器、第一角速度传感器、第二角速度传感器和输出装置。第一加速度传感器检测第一方向的第一加速度值。第二加速度传感器检测在不同于第一方向的第二方向的第二加速度值。第一角速度传感器检测关于第一方向上的第一轴的第一角速度值。第二角速度传感器检测关于第二方向上的第二轴的第二角速度值。输出装置输出关于第一加速度值、第二加速度值、第一角速度值、以及第二角速度值的信息作为输入信息。控制装置包括接收装置和坐标信息产生装置。包括接收装置的控制装置接收输入信息。坐标信息产生装置基于所接收的输入信息计算第一方向的第一速度值和第二方向的第二速度值，并且基于第一速度值和第二速度值产生关于屏幕上用户界面的坐标信息，其中坐标信息产生装置计算第一加速度值和第一参考加速度值之间的差，以获得第一校正加速度值，并且基于第一校正加速度值计算第一速度值，所述第一参考加速度值是第一方向的重力加速度的分量值，所述控制装置还包括：速度校正装置，用于基于第二角速度值校正第一速度值，其中在第二角速度值的绝对值小于阈值的情况下，速度校正装置将第一速度值设置为零。
根据本发明的另一实施例，一种控制屏幕上的用户界面的控制方法包括检测在第一方向输入装置的第一加速度值，检测在不同于第一方向的第二方向输入装置的第二加速度值，检测关于第一方向上的第一轴的输入装置的第一角速度值，检测关于第二方向上的第二轴的输入装置的第二角速度值，基于第一加速度值、第二加速度值、第一角速度值和第二角速度值计算第一方向的第一速度值和第二方向的第二速度值，其中，计算第一加速度值和第一参考加速度值之间的差，以获得第一校正加速度值，并且基于第一校正加速度值计算第一速度值，所述第一参考加速度值是第一方向的重力加速度的分量值，并且基于第二角速度值校正第一速度值，其中在第二角速度值的绝对值小于阈值的情况下，速度校正装置将第一速度值设置为零；并且基于第一速度值和第二速度值产生关于屏幕上用户界面的坐标信息。
根据本发明的另一实施例，一种控制装置，基于从输入装置输出的输入信息控制在屏幕上显示的用户界面，该输入装置包括检测第一方向的第一加速度值的第一加速度传感器、检测在不同于第一方向的第二方向的第二加速度值的第二加速度传感器、检测关于第一方向上的第一轴的第一角速度值的第一角速度传感器、检测关于第二方向上的第二轴的第二角速度值的第二角速度传感器，该控制装置包括接收单元和坐标信息产生单元。接收单元接收关于第一加速度值、第二加速度值、第一角速度值和第二角速度值的信息作为输入信息。坐标信息产生单元基于所接收的输入信息计算第一方向的第一速度值和第二方向的第二速度值，并且产生关于屏幕上用户界面的坐标信息。
如上所述，根据本发明的实施例，可以减少计算量并抑制功耗。此外，可以减少加速度传感器的积分误差或重力影响。
如在附图中所示，根据以下本发明的最佳实施例的详细描述，本发明的这些和其他目的、特征和优点将变的更加明显。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的控制系统的图；
图2是示出输入装置的透视图；
图3是示意性地示出输入装置的内部结构的图；
图4是示出输入装置的电配置的方块图；
图5是示出显示装置上显示的屏幕的示例的图；
图6是示出用户正持有输入装置的状态的图；
图7A-7B是示出用户如何移动输入装置以移动屏幕上指针的典型示例的解释性视图；
图8是示出传感器单元的透视图；
图9A-9C是用于图示关于加速度传感器单元的重力影响的图；
图10A-10C是用于图示关于加速度传感器单元的重力影响的另一示例的图；
图11是示出当基于由角速度传感器单元检测的角速度值计算输入装置的速度值时执行的操作的流程图；
图12是操作输入装置的用户的俯视图；
图13是示出在由X轴和Y轴形成的平面上输入装置的轨道的示例的图；
图14是示出本发明的另一实施例的流程图；
图15A-15D是分别示出角速度信号(图15A)、角加速度信号(图15B)、加速度信号(图15C)和速度信号(图15D)的模拟的曲线图；
图16A-16F每个是示出在不同角速度或不同加速度下指针的速度模拟的曲线图；
图17A-17D每个是示出在不同角速度或不同加速度下指针的速度模拟的曲线图；
图18是示出根据使用相关性特征的第一实施例的输入装置的操作的流程图；
图19是示出根据使用相关性特征的第二实施例的输入装置的操作的流程图；
图20是示出根据使用相关性特征的第三实施例的输入装置的操作的流程图；
图21是示出根据使用相关性特征的第四实施例的输入装置的操作的流程图；
图22A显示当指针逐渐减速时、正好在速度到达零之前指针的速度下降到负速度的情况下速度的模拟，以及图22B显示其中校正上述现象的模拟；
图23显示图示其中几乎不存在恒定速度部分的示例(即，示出输入装置的短距离移动的示例)的速度模拟；
图24是示出根据本发明的另一实施例的输入装置的透视图；
图25是从旋转按钮侧看到的图24中示出的输入装置的侧视图；
图26是示出其中当输入装置的较低曲面接触如用户膝盖的对象时用户操作输入装置的状态的视图；
图27是示出根据本发明的另一实施例的输入装置的透视图；
图28是示出根据本发明的另一实施例的输入装置的正视图；
图29是示出图28中示出的输入装置的侧视图；以及
图30是根据本发明的另一实施例的输入装置的正视图。
具体实施方式
以下将参照各附图详细描述本发明的各实施例。
图1是示出根据本发明实施例的控制系统的图。由参考标号100表示的控制系统包括：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具有用户能持有的尺寸。输入装置1包括外壳10和操作部分。操作部分例如是在外壳的上部提供的两个按钮11和12和旋转轮按钮13。布置按钮11比按钮12更接近于外壳10的上部的中心。按钮11用作鼠标(即PC的输入设备)的左键。按钮12邻近按钮11，并用作鼠标的右键。
例如，可以通过在按压按钮11的同时移动输入装置1执行“拖放”操作。可以通过双击按钮11打开文件。此外，可以用滚动按钮13滚动屏幕3。可以任意地改变按钮11和12以及滚动按钮13的位置、发出的命令内容等。
图3是示意性显示输入装置1的内部配置的示意图。图4是示出输入装置1的电配置的方块图。
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。加速度传感器单元16检测在不同角度(例如，沿着两个正交轴(X轴和Y轴))的加速度。也就是说，加速度传感器单元16包括两个传感器，即第一加速度传感器161和第二加速度传感器162。传感器单元17还包括角速度传感器单元15。角速度传感器单元15检测关于两个正交轴的角加速度。也就是说，角速度传感器单元15包括两个传感器，即第一角速度传感器151和第二角速度传感器152。加速度传感器单元16和角速度传感器单元15被分别封装并安装在电路板25上。
检测与角速度成比例的科里奥利力的振动回转仪传感器被用作每个第一角速度传感器151和第二角速度传感器152。如压阻传感器、压电传感器或电容传感器的任何传感器可以用作每个第一加速度传感器161和第二加速度传感器162。
在参照图2和3进行的描述中，为简便起见，外壳10的纵向被称为Z’方向，外壳10的厚度方向被称为X’方向，以及外壳10的宽度方向被标为Y’方向。在此情况下，传感器单元17被并入外壳10，使得其上安装加速度传感器单元16和角速度传感器单元15的电路板25的表面基本与X’-Y’平面平行。如上所述，加速度传感器单元16和角速度传感器单元15每个检测相对于两个轴(即，X轴和Y轴)的物理量。应该注意，在下面描述中，与输入装置1一起移动的坐标系统，即固定到输入装置1的坐标系统被称为X’轴、Y’轴和Z’轴。应该注意，在下面的描述中，地球上对地同步的坐标系统，即惯性坐标系统被称为X轴、Y轴和Z轴。
在如下描述中，关于输入装置1的移动，关于X’轴的旋转方向有时被称为倾斜方向，关于Y’轴的旋转方向有时被称为偏航方向，以及关于Z’轴的旋转方向有时被称为滚动方向。
控制单元30包括：主基片18、安装在主基片18上的MPU(微处理单元)19(或CPU)、晶体振荡器20、发送设备21、以及印于主基片18上的天线22。
MPU 19包括其必需的内置的易失性或非易失性存储器。检测信号从传感器单元17输入到MPU 19，操作信号从操作部分输入到MPU 19，并输入其他信号。MPU 19执行各种计算，以便响应上面的输入信号产生预定的控制信号。
发送设备21经由天线22将MPU 19中产生的控制信号(输入信息)作为RF射频信号发送到控制装置40。
晶体振荡器20产生时钟并将时钟提供给MPU 19。干电池、可充电电池等被用作电池14。
控制装置40是计算机，并包括MPU 35(或CPU)、RAM 36、ROM 37、视频RAM 41，天线39和接收设备38。
接收设备38经由天线39接收从输入装置1发送的控制信号。MPU 35分析该控制信号并执行各种计算。结果，产生了控制在显示装置5的屏幕3上显示的UI的显示控制信号。视频RAM 41存储响应于显示控制信号产生的在显示装置5上显示的屏幕数据。
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。控制装置40不限于PC，并且可以是由显示装置5、音频/可视设备、放映机、游戏设备、车辆导航设备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，但不限于此。显示装置5或者可以是由显示器集成形成的装置并能接收电视广播等。
图5是示出显示装置5上显示的屏幕3的示例的图。在屏幕3上，显示如图标4和指针2的UI。图标是屏幕3上表示计算机的程序功能、执行命令、文件内容等的图像。应该注意，在屏幕3中，水平方向被称为X轴方向，垂直方向被称为Y轴方向。在下面的描述中，为了便于理解，除非当特别说明时，由输入装置1操作的操作目标UI被假设为指针2(所谓的光标)。
图6是示出用户正持有输入装置1的状态的图。如图6所示，输入装置1包括操作部分，所述操作部分除了按钮11和12以及滚动按钮13，例如还包括如提供给远程控制器的、用于操作电视等的各种操作按钮和电源开关。当用户在如图所示持有输入装置1时在空中移动输入装置1或操作操作部分时，输入信息被输出到控制装置40，并且控制装置40控制UI。
随后，描述输入装置1的移动及响应于此的屏幕3上指针2的移动的典型示例。图7A和7B是其解释性图。
如图7A和7B所示，用户持有输入装置1以便将输入装置1的按钮11和12侧对准显示装置5侧。用户持有输入装置1，使得拇指位于上部而小指位于下部，如握手一样。在该状态中，传感器单元17的电路板25(参见图8)基本与显示装置5的屏幕3平行。这里，作为传感器单元17的检测轴的两轴分别对应于屏幕3的水平轴(X轴)和垂直轴(Y轴)。此后，如图7A和7B所示的输入装置1的姿态被称为参考姿态。
如图7A所示，当输入装置1处于参考姿态时，用户在垂直方向(即倾斜方向)摆动手腕或手臂。在此情况下，第二加速度传感器162检测Y轴方向的加速度值(第二加速度值)。第一角速度传感器151检测关于X轴的角速度值(第一角速度值)。控制装置40基于检测值控制指针2的显示，使得指针2在Y轴方向移动。
同时，如图7B所示，当输入装置1处于参考姿态时，用户在水平方向(即偏航方向)摆动手腕或手臂。在此情况下，第一加速度传感器161检测X轴方向的加速度值(第一加速度值)。第二角速度传感器152检测关于Y轴的角速度值(第二角速度值)。控制装置40基于检测值控制指针2的显示，使得指针2在X轴移动。
在一个实施例中，输入装置1的MPU 19基于由传感器单元17检测的检测值，根据内置的非易失存储器中存储的程序计算偏航方向和倾斜方向的速度值，将在下文详细描述。在此情况下，输入装置1的MPU 19主要用作速度信息输出装置。这里，为了控制指针2的移动，一般使用由加速度传感器单元16检测的二轴加速度值的积分值(速度)的维数。此外，速度维数的输入信息被发送到控制装置40。
在另一实施例中，由输入装置1的传感器单元17检测的物理量被作为输入信息发送到控制装置40。在此情况下，控制装置40的MPU 35基于接收的输入信息，根据ROM 37中存储的程序计算偏航方向和倾斜方向的速度值。MPU 35显示指针2使得指针2根据该速度值移动(参见图14)。
控制装置40将每单位时间在偏航方向的位移转换为屏幕3上X轴方向的指针2的位移量，并将每单元时间倾斜方向的位移转换为屏幕3上Y轴方向的指针2的位移量，从而移动指针2。典型地，关于每个预定时钟数提供的速度值，控制装置40的MPU 35将第n个提供的速度值添加到第(n-1)个提供的速度值。也就是说，第n个提供的速度值对应指针2的位移值，并产生屏幕3上指针2的坐标信息。在此情况下，控制装置40的MPU 35主要用作坐标信息产生装置。
当计算速度值时，类似于位移量计算方法执行加速度值的积分。
随后，将描述关于加速度传感器单元16的重力影响。图9和10是其解释性图。图9A至9C每个是示出在Z方向所示的输入装置1的图。图10A至10C每个是示出在X方向所示的输入装置1的示意图。
图9A显示处于参考姿态的静止持有的输入装置1。在此情况下，第一加速度传感器161的输出基本为零。第二加速度传感器162的输出对应重力加速度G。然而，例如在输入装置1如图9B所示在滚动方向倾斜时，第一加速度传感器161和第二加速度传感器162分别检测重力加速度G的倾斜分量的加速度值。
具体地，在此情况下，即使输入装置1实际并不在X轴方向移动，第一加速度传感器161也检测X轴方向的加速度。图9B的状态被认为与图9C的状态相同，其中当输入装置1处于参考姿态时，如虚线所示的惯性力Ix和Iy被施加到加速度传感器单元16。加速度传感器单元16不能区分图9B的状态和图9C的状态。结果，加速度传感器单元16确定由箭头F所示的较低左手方向的加速度被施加到输入装置1，从而输出并不对应输入装置1的实际移动的检测信号。此外，重力加速度G恒定地施加到加速度传感器单元16，从而增加积分值并使得在较低左手方向的指针2的位移量加速增加。当处于图9A的状态的输入装置1被移动到图9B的状态时，指针2应该仍静止位于屏幕3上，这是用户的直观操作。
同理可应用于以下情况：例如，其中处于如图10A所示的参考姿态的输入装置1如图10B所示在偏航方向旋转并倾斜。在此情况下，当输入装置1处于参考姿态时由第二加速度传感器162检测的重力加速度G减少，因此看上去上部倾斜方向的惯性力I被施加到如图10C所示的输入装置。
为了尽可能地减小关于加速度传感器单元16的上述重力影响，在根据本实施例的输入装置1中，通过使用由角速度传感器单元15检测的角速度值计算输入装置1的速度值。下文将描述其操作。图11是示出该操作的流程图。
为输入装置1供电。例如，打开向输入装置1或控制装置40提供的电源开关等，从而为输入装置1供电。一旦供电，加速度传感器单元16输出两轴的加速度信号(第一和第二加速值ax、ay)(步骤101a)，并且信号被提供给MPU 19。当为输入装置1供电时，加速度信号是对应输入装置1的姿态(初始姿态)的信号。
初始姿态可以是上述的参考姿态。然而，初始姿态可以是其中只在X方向检测重力加速度的姿态，即，第一加速度传感器161的输出对应所检测的重力加速度的加速度值，以及第二加速度传感器162的输出是零的状态。自然，初始姿态可以是如图9B所示的倾斜姿态。
输入装置1的MPU 19每个预定时钟数从加速度传感器单元16获得加速度信号(ax、ay)。当接收第二加速度信号(ax、ay)以及此后的加速度信号时，MPU 19执行以下计算以便移除重力影响。也就是说，如下面等式(1)和(2)所示，MPU 19分别从现在的加速度值(ax、ay)减去在X和Y轴方向检测的之前重力加速度分量(第一ax(＝arefx)，第一ay(＝arefy))，以产生第一校正加速度值acorx和第二校正加速度值acory(步骤102a)。
acorx＝ax-arefx    …(1)
acory＝ay-arefy    …(2)
下文中，arefx和arefy将被分别称为X轴方向的参考加速度值(第一参考加速度值)和Y轴方向的参考加速度值(第二参考加速度值)。在供电后第一次执行步骤102a的计算的情况下，在刚供电后检测的加速度信号ax、ay被用作arefx、arefy。
如等式(3)和(4)所示，MPU 19重复地分别添加第一和第二校正加速度值acorx、acory，即执行积分操作，从而计算第一速度值vx和第二速度值vy(步骤115)。
Vx(t)＝Vx(t-1)+acorx    …(3)
Vy(t)＝Vy(t-1)+acory    …(4)
其中Vx(t)、Vy(t)代表当前速度值，而Vx(t-1)、Vy(t-1)代表之前的速度值。
同时，如上所述，当为输入装置1供电时，角速度传感器单元15输出关于两轴的角速度信号(第一和第二角速度值ωx、ωy)(步骤101b)，然后该角速度信号被提供给MPU 19。当MPU 19获得这些角速度信号时，MPU 19执行微分计算以计算其角加速度值(第一角加速度值Δωx和第二角加速度值Δωy)(步骤102b)。
MPU 19判断Δωy、Δωx的绝对值|Δωy|、|Δωx|是否小于阈值Th1(步骤103、步骤106)。在|Δωy|≥Th1成立的情况下，MPU 19照原样使用第一参考加速度值arefx而不执行更新(步骤104)。类似地，在|Δωx|≥Th1成立的情况下，MPU19照原样使用第二参考加速度值arefy而不执行更新(步骤107)。
将接近零的数值设置为阈值Th1。当用户有意识地静止持有输入装置1时，根据由于用户手的晃动、DC偏移等无意地检测的角速度值提供阈值Th1。使用该设置，当用户有意识地静止持有输入装置1时，可以避免由于用户手的晃动或DC偏移而移动地显示指针2。
上述处理因为以下原因被执行。
图12是用户操作输入装置1的俯视图。以常规方式，用户至少使用关于臂端的旋转、肘的弯曲和手腕转动之一操作输入装置1。因此，认为当产生加速度时，也产生角加速度。也就是说，可以理解加速度取决于同一方向的角加速度。因此，MPU 19能通过监控第二角加速度值的绝对值|Δωy|判断是否更新相同方向的第一参考加速度值arefx，并能相应地判断是否从等式(1)校准第一校正加速度值acorx。以相同方式处理第一角加速度值的绝对值|Δωx|。
更具体地，在第二角加速度值的绝对值|Δωy|等于或大于阈值Th1的情况下，MPU 19判断在偏航方向移动输入装置1。在此情况下，MPU 19不更新第一参考加速度值arefx，并最终不校准第一校正加速度值acorx，并基于上面的acorx继续等式(3)的积分操作。
此外，在第一角加速度值的绝对值|Δωx|等于或大于阈值Th1的情况下，MPU 19判断在倾斜方向移动输入装置1。在此情况下，MPU 19不更新第二参考加速度值arefy，并最终不校准第一校正加速度值acory，并基于上面的acory继续等式(4)的积分操作。
同时，当在步骤103判断第二角加速值的绝对值|Δωy|小于阈值Th1时，MPU 19判断没有在偏航方向移动输入装置1。在此情况下，MPU 19将第一参考加速度值arefx更新为现在(最近)的检测值ax，从而基于等式(1)校准第一校正加速度值acorx(步骤105)。最近检测值ax是输入装置1基本保持静止的状态中获得的检测值，因此该值是重力加速度的分量值。
类似地，当在步骤106判断第一角加速度值的绝对值|Δωx|小于阈值Th1时，MPU 19判断没有在倾斜方向移动输入装置1。在此情况下，MPU 19将第二参考加速度值arefy更新为现在(最近)的检测值ay，从而基于等式(2)校准第二校正加速度值acory(步骤108)。
应该注意，在本实施例中，在偏航方向和倾斜方向都使用相同的阈值Th1。或者，可以在这两个方向使用不同阈值。
在上面描述中，角加速度值Δωx、Δωy被监控。MPU 19可以进一步监控角速度值ωx、ωy以校正基于等式(3)和(4)计算的速度值。当产生速度时，能理解根据图12的上面想法也产生角速度。此外，认为速度取决于相同方向的角速度。
具体地，在第二加速度值的绝对值|ωy|等于或大于阈值Th2的情况下(步骤109为否)，MPU 19判断在偏航方向移动输入装置1。在此情况下，MPU 19不校正第一速度值Vx(步骤110)。以相同方式处理第一角速度值的绝对值|ωx|(步骤112为否，步骤113)。
类似于阈值Th1的设置可以设置阈值Th2。
同时，在第二角速度值的绝对值|ωy|小于阈值Th2的情况下(步骤109为是)，MPU 19判断没在偏航方向移动输入装置1。在此情况下，MPU 19校正第一速度值，例如复位第一速度值Vx为零(步骤111)。以相同方式处理第一角速度值的绝对值|ωx|(步骤112为是，步骤114)。
如上所述，MPU 19输出两个方向的速度值Vx、Vy，并且发送设备21将关于这些速度值的输入信息输出到控制装置40(步骤116)。
控制装置40的MPU 35输入速度值Vx、Vy作为输入信息(步骤117)。MPU 35如下面等式(5)和(6)所示基于速度值Vx、Vy产生指针2的坐标值X、Y(步骤118)，并执行控制以移动在屏幕3上显示的指针2(步骤119)。
X(t)＝X(t-1)+Vx    …(5)
Y(t)＝Y(t-1)+Vy    …(6)
如上所述，当输入装置1基本保持静止时，更新参考加速度值arefx、arefy并校准校正加速度值acorx、acory。因此可以减少关于加速度传感器单元16的重力影响。此外，当更新参考加速值arefx、arefy时，基于等式(1)和(2)校准校正加速度值acorx、acory，因此校正DC水平(level)并解决DC偏移的问题。此外，当输入装置1基本保持静止时，执行校正使得速度值被复位为零，因此可以减少积分误差。在产生积分误差的情况下，即使用户已经停止移动输入装置1，指针2也在屏幕3上移动。
此外，在本实施例中，单独更新第一参考加速度值arefx和第二参考加速度值arefy。因此在只有偏航方向和倾斜方向之一的角加速度值小于阈值的情况下，校准有关的角加速度值。因此，可以从实际足够短的时间间隔更新第一参考加速度值arefx和第二参考加速度值arefy。此外，单独更新第一速度值Vx和第二速度值Vy，，提供和上述相同的效果。图13是为了清楚理解而用于解释上面的图。
图13显示在由X轴和Y轴形成的平面上输入装置1的轨道。在偏航方向的角速度值ωy基本为零(小于阈值Th2)的情况下，复位Vx为零。在倾斜方向的角速度值ωx基本为零(小于阈值Th2)的情况下，复位Vy为零。
过去，为了减少重力影响，已经提供包括六个传感器的输入设备，以及使用双轴加速度传感器在每单位时间检测重力向量变化的装置以识别滚动和倾斜方向的角速度为XY位移量。该装置在解决Y方向的移动方面没问题。然而，X方向的指针的移动仅取决于用户手腕在滚动方向的转动或扭动，这并不符合用户的直观操作。
图14是示出本发明的另一实施例的流程图。在本流程图中，输入装置1向控制装置40输出作为输入信息的双轴加速度信号和从传感器单元17输出的关于双轴的角速度信号。控制装置40的MPU 35执行图11所示的步骤102a和102b至115作为步骤204至218。因为类似于图11的处理，所以将省略本实施例处理的详细描述。
类似地，在下面图18至21所示的处理中，控制装置可以替代地执行直到计算速度值的处理。
随后，将描述本发明的其他实施例。在下述实施例中，加速度和角加速度的校准特征用于减少关于输入装置的由于其倾斜和滚动旋转的重力加速度的影响。
图15A是示出角速度信号的模拟的曲线图。图15B是示出角加速度信号的模拟的曲线图。图15C是示出加速度信号的模拟的曲线图。图15D是示出速度信号的模拟的曲线图。在每个曲线图中，横坐标轴表示时间。图15A和图15D的曲线图互相类似并互相相关。类似地，图15B和图15C的曲线图互相类似并互相相关。在下面的实施例中，使用该相关性。
除了执行图11的步骤104至116的流程以外，还可以执行利用相关性特征的每个实施例，或可以执行每个实施例不执行该流程。在如下的实施例中，将假设后者的情况进行描述。
(利用相关性特征的第一实施例)
根据利用相关性特征的第一实施例，校正加速度值(acorx、acory)(或加速度值(ax、ay))和角加速度值(Δωx、Δωy)的相关性系数R2用于计算速度值。(acorx、acory)和(ax、ay)具有相同的物理量，因此在以下实施例中，使用(acorx、acory)。此外，关于X轴的计算与关于Y轴的计算相同，因此下文将进行关于X轴的校正加速度值acorx的描述。
图18是使用相关性系数R2的输入装置的操作的流程图。应该注意，将主要进行与图11的流程不同的操作的描述。
图16A、16C、16E、17A和17C的每一个是示出在输入装置以恒定的线性速度和不恒定的角速度移动的情况下指针速度的模拟的曲线图。横坐标轴代表时间。参数是角速度。在每个图16A、16C、16E、17A和17C中，实线代表目标速度。目标速度指速度和角速度之间能获得最高相关性的理想速度线。
如图16A所示，即使用户以恒定速度移动输入装置，随着速度和角速度之间的相关性减弱，信号也偏离目标线a，并且用户获取非直观操作感受。在图16A中，线b主要是通过手腕的转动获得，并检测到大于目标速度的角速度。线c主要通过关于臂端旋转获得，并检测到小于目标速度的角速度。
此外，图16B、16D、16F、17B和17D的每个是表示在输入装置受到各种重力分量影响的情况下指针速度的模拟的曲线图。参数是加速度。在图16B中，由于输入装置更多地受到重力影响，acorx和Δωy之间的相关性减弱，并且每个信号偏离目标线(实线，目标速度)d。目标线代表加速度具有和角加速度最高相关性的理想线，而不受到重力任何影响。
在第一实施例中，例如，下面的等式(7)用于获得R2(步骤303)。
R2＝[∑(Δωyi-mΔωy·Δωy)(acorxi-macorx)]2/[∑(Δωyi-mΔωy·Δωy)2·∑(acorxi-macorx)2](7)
其中mΔωy、macorx分别是Δωy、acorx的平均量。等式(7)中带入的Δωy、acorx是过去样本的几倍至几十倍，当前点是原点。
随后，如下面等式(8)和(9)表示的，MPU将权重系数(相关性系数)R2或对应R2的权重函数f(R2)乘以acorx，从而计算Vx(步骤304)。
Vx(t)＝Vx(t-1)+Q·R2·acorx    …(8)
Q：常数
或
Vx(t)＝Vx(t-1)+f(R2)·acorx    …(9)
其中f(R2)基本是单调增长函数。
图16C和16D是表示当使用等式(7)时指针速度的模拟的曲线图。所有的线基本是理想的。
或者，在另一方法中，在R2小于阈值的情况下，MPU
(1)忽略积分操作并且
(2)设置那时获取的加速值ax为参考加速值arefx(即，arefx→ax)。
应该注意，在图15A至15D中，关于acorx、Δωy，应用R2＝0.87，并且关于Vx、ωy，应用R2＝0.99。
在第一实施例中，已根据加速度值(校正加速度值)进行说明。同样，如图15A和15D所示，因为角速度类似于速度，所以MPU可以通过使用关于角速度和速度的类似相关性系数计算速度值。
(利用相关性特征的第二实施例)
图19是示出根据第二实施例的输入装置的操作的流程图。
在认为使用R2的计算繁重的情况下，MPU使用利用acorx、Δωy的权重函数为校准特征。例如，MPU使用|acorx/Δωy|以利用等式(10)计算权重函数M(x)(步骤403)。如等式(11)所示，MPU使用权重函数M(x)计算速度值(步骤404)。
M(x)＝(N-|acorx/Δωy|)/P    …(10)
N、P：常数
Vx(t)＝Vx(t-1)+M(x)·acorx    …(11)
图16E和16F是在使用等式(10)的情况下指针的速度模拟的曲线图。
在第二实施例中，已根据加速度值(校正加速度值)进行描述。同样，如图15A和5D中所示，因为角速度类似于速度，所以MPU通过使用角速度和速度的比率|Vx/ωy|计算速度值。
(使用相关性特征的第三实施例)
图20是示出根据第三实施例的输入装置的操作的流程图。
在感测微小加速度的加速度传感器单元在受到重力影响的倾斜和滚动方向上移动的情况下，acorx关于|Δωy|的比率增加，该比率是不受到重力影响的测量的惯性力值。这里，当上述|acorx/Δωy|超过MAX值时(这可能由正常的手臂摆动产生)，MPU判断检测的acorx具有太大的错误信号，并且不关于测量的acorx计算等式(11)并设置之前的值为现有值。
例如，MPU可以执行如下的处理。在|acorx/Δωy|＜Th3(其中Th3是常数)成立的情况下(步骤503为是)，则在等式(11)中应用M(x)＝1(步骤504)。在其他情况下，应用M(x)＝0(步骤505)。
图17A和17B是在使用等式(11)的情况下指针的速度的模拟的曲线图。应该注意，在图17A中，如果角速度极小，则指针的速度小并且不校正速度值。在此情况下，判断其为由晃动等引起的噪声，并由另外提供给输入装置的晃动校正电路去除噪声，这不引起问题。
在第三实施例中，已经根据加速度值(校准加速度值)进行描述。同样，如图15A和15D中所述，因为角速度类似于速度，所以根据角速度和速度并基于类似想法，MPU可以执行处理以判断是否|Vx/ωy|＜Th4成立，从而计算速度值。
(使用相关性特征的第四实施例)
图21是示出根据第四实施例的输入装置的操作的流程图。
在使用相关性特征的第三实施例中，在|acorx/Δωy|＜Th3成立的情况下(步骤603为是)，则照原样使用计算的速度值(步骤604)。在其他情况下，此时获得的加速度值ax被设置为参考加速度值arefx(步骤605)，从而计算速度值。
图17C和17D是在图21所示的处理中指针的速度的模拟的曲线图。
在第四实施例中，已经根据加速度值(校正加速度值)进行了描述。同样，如图15A和15D所示，因为角速度类似于速度，所以根据角速度和速度并基于类似想法，在|Vx/ωy|＜Th4成立的情况下，MPU可以按原样使用计算的速度值，并在可以其他情况下设置之前的速度值为现在的速度值。
如在使用相关性特征的第一至第四实施例中，通过使用加速度值和角加速度值的相关性特征，可以减少图16B所示的重力影响。在这些中，第二至第四实施例能减少计算量，这是有用的。然而，如果改进硬件性能，则第一实施例被更有效地使用，它能最大地减少误差。
此外，通过使用速度值和角速度值之间的相关性特征，可能抑制操作输入装置的用户的关于X轴或Y轴角速度和指针移动的速度之间的关系的令人不快的操作感受。
(使用相关性特征的第五实施例)
在输入装置的姿态突然变化或输入装置的速度轮廓具有较少的恒定速度区域的情况下(参见图23)，可以输出与施加到输入装置的惯性力(加速度)相反的方向上的加速度。在此情况下，即使在第一至第四实施例中，少量的加速度也不可以完全被校正。例如，如图16F、17D和22A所述，担心在于当指针正减速时，刚刚在指针的速度变为零之前，指针被认为具有负速度，结果指针在相反方向上移动。
图23的模拟显示几乎不包括恒定速度部分的示例，即输入装置的短距离移动。在速度轮廓的转折点(凹面至凸面)，加速度的符号改变。然而，由于重力的影响，目标线(实线)上的转折点在时间上不同于线b上的转折点，也就是说，线b上的转折点在时间上较晚。结果，没有比较Δωy和acorx的符号的示例轮廓(线d)被非均匀地扰动。
为了解决上面的问题，MPU比较Δωy和acorx的符号。在符号相反的情况下，不使用相关的acorx，并设置之前的速度值为现在的速度值。也就是说，因为MPU 19在存储器等中记录计算的速度值，并且根据需要更新速度值，所以在符号互相不一致的情况下，MPU 19不更新速度值并且只输出之前的速度值。结果，如图22B所示，刚刚在速度值接近零之前速度值变为零，因此能获得符合用户直观的操作感受。在图23的示例中，线c代表比较Δωy和acorx的符号的情况。线c比线d更接近目标线。
在第五实施例中，已经根据加速度值(校正加速度值)进行描述。同样，如图15A和15D所示，因为角速度类似于速度，所以根据角速度和速度并基于类似的想法，MPU可以比较Vx和ωy的符号。在符号相同的情况下，可以照原样使用计算的速度值，并在其他情况下，可以将速度值复位为零。
随后，将描述根据本发明另一实施例的输入装置。
图24是根据该实施例示出由参考标号51表示的输入装置的透视图。图25是从旋转按钮13侧看到的输入装置51的测试图。下面，根据参照图2和其他附图描述的实施例将简化或省略类似于输入装置1的组件、功能等的描述，并且将主要描述不同点。
输入装置51的外壳50包括在外壳50的表面的预定位置提供的部分球面或部分二次曲面50a。下文为了方便起见将部分球面或部分二次曲面50a称为“下方曲面50a”。
下方曲面50a位于与按钮11和12基本相反的位置，即当用户持有输入装置51时，小指比其他手指位于更接近下方曲面50a的位置。换句话说，假设外壳50沿着一个方向延长(Z’轴方向)，传感器单元17提供在关于Z’轴方向外壳50的中心的Z’轴的正侧，下方曲面50a提供在Z’轴的负侧。
典型地，部分球面基本是半球面，但不必是精确的半球面。二次曲面是通过将2维圆锥曲线(二次曲线)延展至3维圆锥曲线获得曲面。二次曲面的示例包括椭圆体面、椭圆抛物面以及双曲面。
使用上述的输入装置51的外壳50的配置，用户可以容易地操作输入装置51，同时使得输入装置51的下方曲面50a作为支点以邻接如桌、椅、地面、或用户的膝盖或大腿等的邻接目标对象49。也就是说，即使在输入装置51的下方曲面50a邻接邻接目标对象49的情况下，用户也能轻松地在不同方向倾斜输入装置51，从而启用如将指针放在图标上的精细操作。图26是示出这种状态的视图，其中在使得输入装置51的下方曲面50a邻接如膝盖的邻接目标对象49时用户操作输入装置51。
此外，根据该实施例，可以避免发生由于手的移动引起的错误操作，而这是不能由晃动校正电路校正。而且，因为用户没有在空中持有并操作输入装置51，所以可以减少用户的疲劳度。
图27是示出根据本发明的另一实施例的输入装置的透视图。
类似于如图24和25所示的输入装置51，用参考标号61表示的输入装置的外壳60包括部分球面，即下方曲面60a。垂直于输入装置61的外壳60的最大长度方向(Z’方向)并接触下方曲面60a的平面(下文为了方便称为“下端面55”)基本与由X轴和Y轴(参见图8)形成的平面平行，该X轴和Y轴是角速度传感器单元15(X-Y平面)的检测轴。
使用上述的输入装置61的配置，在使得下方曲面60a邻接下端面55时用户操作输入装置61的情况下，施加到输入装置61的角速度被直接输入到角速度传感器单元15。因此，可以减少从来自角速度传感器单元15的检测信号获得检测值所需的计算量。
图28是示出根据本发明的另一实施例的输入装置的正视图。图29是示出输入装置的侧视图。
由参考标记71表示的输入装置的外壳70的下方曲面70a是例如部分球面。下方曲面70a具有比图24和27所示的输入装置51和61的下方曲面50a和60a更大的曲率半径。角速度传感器单元15提供在这样的位置，在该位置在由作为角速度传感器单元15的检测轴的X轴和Y轴形成的X-Y平面上的线对应于当在每个X轴和Y轴方向看时通过部分球面的虚拟圆环的切线。只要满足上述条件，角速度传感器单元15就可以安排在外壳70中，使得其X-Y平面关于输入装置71的纵向倾斜(参见图28)。
因此，当用户操作输入装置71并在邻接目标对象49上邻接下方曲面70a时产生的角速度的向量方向与角速度传感器单元15的检测方向匹配，所以允许线性输入。
图30是根据本发明的另一实施例的输入装置的正视图。
由参考标号81表示的、作为输入装置的外壳80的部分球面的下方曲面80a具有图27中示出的相同或接近的曲率半径。关于角速度传感器单元15的安排，经过X轴和Y轴之间的横截面的虚拟实线是角速度传感器单元15的中心点并垂直于X轴和Y轴，通过包括下方曲面80a的第一球面62的中心点O。使用上述配置，共中心地排列包括下方曲面80a的第一球面62和其切线对应角速度传感器单元15的X-Y平面的直线的第二球面63。因此，输入装置81具有与图28所示的输入装置71相同的效果。
应该注意，当下方曲面50a、60a、70a或80a与邻接目标对象49邻接时，并不必然需要操作包括上述部分球面或部分二次曲面的输入装置51、61、71或81，并且当然可以在空中操作。
本发明并不限于上述实施例，并且可以进行各种修改。
在图11所示的实施例中，计算主要由输入装置1执行。在图14所示的实施例中，计算主要由控制装置40执行。然而，计算也可以适当地由输入装置1和控制装置40划分来执行。同理应用于图18至21所示的实施例。
或者，图18(或图19、20或21)所示的处理和图11所示的部分处理能组合来执行。例如，在执行图18的步骤303之后，可以执行图11的步骤109至114。
本领域技术人员应当理解，取决于设计需要和其他因素，可以出现各种修改、组合、子组合和改变，只要它们在由权利要求或其等价的范围内。
相关申请的交叉引用
本申请包含涉及于2007年6月6日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2007-149964的主题，在此通过引用并入其全部内容。

Claims (10)

1.一种输入装置，包括：
第一加速度传感器，检测第一方向的第一加速度值；
第二加速度传感器，检测在不同于第一方向的第二方向的第二加速度值；
第一角速度传感器，检测关于第一方向上的第一轴的第一角速度值；
第二角速度传感器，检测关于第二方向上的第二轴的第二角速度值；以及
速度信息输出装置，用于基于第一加速度值、第二加速度值、第一角速度值和第二角速度值，计算第一方向的第一速度值和第二方向的第二速度值，并且输出关于第一速度值和第二速度值的信息，
其中速度信息输出装置计算第一加速度值和第一参考加速度值之间的差，以获得第一校正加速度值，并且基于第一校正加速度值计算第一速度值，所述第一参考加速度值是第一方向的重力加速度的分量值，
还包括：
速度校正装置，用于基于第二角速度值校正第一速度值，
其中在第二角速度值的绝对值小于阈值的情况下，速度校正装置将第一速度值设置为零。
2.根据权利要求1所述的输入装置，还包括：
角加速度计算装置，用于基于第二角速度值计算关于第二轴的第二角加速度值；以及
判断装置，用于基于第二角加速度值判断是否更新第一参考加速度值，
其中，在第二角加速值的绝对值小于阈值时，将第一参考加速度值更新为现在的检测值。
3.根据权利要求1所述的输入装置，还包括：
角加速度计算装置，用于基于第二角速度值计算关于第二轴的第二角加速度值，
其中速度信息输出装置通过使用表示第一加速度值和第二角加速度值之间相关性的相关性特征计算第一速度值。
4.根据权利要求3所述的输入装置，
其中相关性特征是使用第一加速度值和第二角加速度值的相关性函数和相关性系数之一，以及
其中速度信息输出装置通过将第一加速度值乘以分别作为权重系数和权重函数的相关性系数和相关性函数之一，计算第一速度值。
5.根据权利要求3所述的输入装置，
其中相关性特征是第一加速度值和第二角加速度值之间的比率，以及
其中速度信息输出装置通过使用该比率计算第一速度值。
6.根据权利要求2所述的输入装置，
其中速度信息输出装置包括更新装置，用于记录和更新至少已计算的第一速度值，
其中速度信息输出装置判断第一加速度值和第二角加速度值的符号是否互相一致，以及
其中更新装置在符号未能互相一致的情况下避免更新第一加速度值。
7.一种控制装置，基于从输入装置输出的输入信息控制在屏幕上显示的用户界面，所述输入装置包括检测第一方向的第一加速度值的第一加速度传感器，检测在不同于第一方向的第二方向的第二加速度值的第二加速度传感器，检测关于第一方向上的第一轴的第一角速度值的第一角速度传感器，检测关于第二方向上的第二轴的第二角速度值的第二角速度传感器，所述控制装置包括：
接收装置，用于接收第一加速度值、第二加速度值、第一角速度值和第二角速度值的信息作为输入信息；以及
坐标信息产生装置，用于基于所接收的输入信息计算第一方向的第一速度值和第二方向的第二速度值，并产生屏幕上用户界面的坐标信息，
其中坐标信息产生装置计算第一加速度值和第一参考加速度值之间的差，以获得第一校正加速度值，并且基于第一校正加速度值计算第一速度值，所述第一参考加速度值是第一方向的重力加速度的分量值，
还包括：
速度校正装置，用于基于第二角速度值校正第一速度值，
其中在第二角速度值的绝对值小于阈值的情况下，速度校正装置将第一速度值设置为零。
8.一种控制系统，包括：
输入装置，包括检测第一方向的第一加速度值的第一加速度传感器，检测在不同于第一方向的第二方向的第二加速度值的第二加速度传感器，检测关于第一方向上的第一轴的第一角速度值的第一角速度传感器，检测关于第二方向上的第二轴的第二角速度值的第二角速度传感器，以及速度信息输出装置，用于基于第一加速度值、第二加速度值、第一角速度值和第二角速度值计算第一方向的第一速度值和第二方向的第二速度值，并输出关于第一速度值和第二速度值的信息作为输入信息；以及
控制装置，包括用于接收输入信息的接收装置和用于基于所接收的输入信息产生屏幕上用户界面的坐标信息的坐标信息产生装置，
其中速度信息输出装置计算第一加速度值和第一参考加速度值之间的差，以获得第一校正加速度值，并且基于第一校正加速度值计算第一速度值，所述第一参考加速度值是第一方向的重力加速度的分量值，
所述输入装置还包括：
速度校正装置，用于基于第二角速度值校正第一速度值，
其中在第二角速度值的绝对值小于阈值的情况下，速度校正装置将第一速度值设置为零。
9.一种控制系统，包括：
输入装置，包括检测第一方向的第一加速度值的第一加速度传感器，检测在不同于第一方向的第二方向的第二加速度值的第二加速度传感器，检测关于第一方向上的第一轴的第一角速度值的第一角速度传感器，以及检测关于第二方向上的第二轴的第二角速度值的第二角速度传感器，以及输出装置，用于输出关于第一加速度值、第二加速度值、第一角速度值和第二角速度值的信息作为输入信息；以及
控制装置，包括用于接收输入信息的接收装置，以及用于基于所接收的输入信息计算第一方向的第一速度值和第二方向的第二速度值，并基于第一速度值和第二速度值产生屏幕上用户界面的坐标信息的坐标信息产生装置，
其中坐标信息产生装置计算第一加速度值和第一参考加速度值之间的差，以获得第一校正加速度值，并且基于第一校正加速度值计算第一速度值，所述第一参考加速度值是第一方向的重力加速度的分量值，
所述控制装置还包括：
速度校正装置，用于基于第二角速度值校正第一速度值，
其中在第二角速度值的绝对值小于阈值的情况下，速度校正装置将第一速度值设置为零。
10.一种控制方法，响应输入装置的移动，控制屏幕上的用户界面，包括：
检测输入装置在第一方向的第一加速度值；
检测输入装置在不同于第一方向的第二方向的第二加速度值；
检测关于第一方向上的第一轴的输入装置的第一角速度值；
检测关于第二方向上的第二轴的输入装置的第二角速度值；
基于第一加速度值、第二加速度值、第一角速度值和第二角速度值计算第一方向的第一速度值和第二方向的第二速度值，其中，计算第一加速度值和第一参考加速度值之间的差，以获得第一校正加速度值，并且基于第一校正加速度值计算第一速度值，所述第一参考加速度值是第一方向的重力加速度的分量值，并且基于第二角速度值校正第一速度值，其中在第二角速度值的绝对值小于阈值的情况下，速度校正装置将第一速度值设置为零；以及
基于第一速度值和第二速度值产生屏幕上用户界面的坐标信息。
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