CN101632056B - 输入装置、控制装置、控制系统以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了能够使指针在画面上的移动成为与用户的直觉相匹配的自然移动的一种输入装置、控制装置、控制系统以及控制方法。该输入装置包括壳体、加速度传感器、以及角速度传感器。加速度传感器检测壳体在第一方向上的加速度值。角速度传感器检测关于不同于该第一方向的第二方向上的轴的角速度。代替通过对所检测的加速度值进行简单积分来计算壳体的速度值，基于已经检测到的加速度值和角速度值来计算壳体在第一方向上的速度值。因此，壳体速度值的高精度计算变成了可能，并且基于对应于该速度值的位移，指针在画面上的移动变为与用户的感觉相匹配的自然移动。

Description

输入装置、控制装置、控制系统以及控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于操作图形用户界面(GUI)的三维操作输入装置、一种用于根据操作信息控制GUI的控制装置、一种包括这些装置的控制系统、以及一种控制方法。 

背景技术

指向装置，更具体地说，鼠标和触摸板，被用作用于在PC(个人计算机)中广泛使用的GUI的控制器。GUI不仅在现有技术中用作PC的HI(人机界面)，而且现在开始被用作起居室等中所使用的、例如具有电视机作为图像媒体的AV装置和游戏装置的界面。已经提出了用户能够进行三维操作的各种指向装置作为用于这种类型的GUI的控制器(例如，参见专利文献1和2)。 

专利文献1披露了一种输入装置，包括两个轴的角速度陀螺仪仪，即，两个角速度传感器。当用户将输入装置握在手中并且垂直或水平地摆动该输入装置时，例如，角速度传感器检测关于两个正交轴的角速度，并且根据该角速度生成由显示装置所显示的作为光标等的位置信息的信号。该信号被发送到控制装置，并且该控制装置控制显示以使光标响应于该信号而在画面上移动。 

此外，专利文献2披露了一种技术，其中使用两个加速度传感器来检测笔型输入装置的加速度，并通过对该加速度进行积分来计算笔型输入装置的移动量。 

专利文献1：日本专利申请公开第2001-56743号(第[0030]和[0031]段，图3) 

专利文献2：日本专利申请公开第2005-56409号(第[0018]、[0021]和[0022]段，图1和2) 

发明内容

如上所述，在专利文献1中所披露的输入装置中，根据由两个角速度传感器所检测的角速度值来控制在画面上显示的光标的移动。换句话说，在画面上显示的光标的移动量取决于由两个角速度传感器所检测的角速度值。 

因此，如果用户赋予输入装置大的角速度值，则画面上显示的光标根据该角速度值高速移动。例如，当用户利用手的旋转操作输入装置时，即使在该输入装置的实际移动量较小时，光标也高速移动。 

然而，在其中用户操作输入装置同时仅赋予小的角速度的情况下，即使在输入装置的实际移动量大时，画面上的光标仅轻微地移动。例如，在其中用户通过以肩作为轴摆动整个手臂来操作输入装置的情况下，光标仅轻微地移动，而不管输入装置的实际移动量。如上所述，存在许多其中光标的移动与用户的感觉不匹配的情况。 

另一方面，对比文献2中描述的笔型输入装置利用加速度传感器计算该笔型输入装置的移动量。在这种情况下，由于是根据通过加速度传感器所检测的加速度来计算光标的移动量，画面上显示的光标的移动量与笔型输入装置的移动量成比例地增加。然而，由于在通过对输入装置中所检测的加速度求积分以计算光标的移动量时导致积分误差，所以无法执行精确的控制。因此，光标的移动变成一种不能匹配用户感觉的移动。 

鉴于以上描述的情况，本发明的目的是提供能够使画面上UI的移动成为匹配用户直觉的自然移动的一种输入装置、控制装置、控制系统及控制方法。 

为了实现以上目的，根据本发明的一个实施方式，提供了一种输入装置，其包括壳体、第一加速度检测部、第一角度相关值检测部及计算装置。 

第一加速度检测部检测壳体在第一方向上的第一加速度值。 

第一角度相关值检测部检测第一角度相关值，作为与关于不同于第一方向的第二方向上的轴的角度相关的值。 

计算装置基于已经检测出的第一加速度值和第一角度相关值，计算壳体在第一方向上的第一速度值。 

因为第一速度值是基于第一加速度值和第一角度相关值计算，而不是通过简单地对第一加速度值求积分进行计算的，所以消除了积分误差，从而使得可以高度准确地计算壳体的速度值。 

计算装置基于已经检测出的第一加速度值和第一角度相关值，计算壳体关于第二方向上的轴的回转半径，该回转半径为在随时间改变位置的旋转的第一中心轴与第一加速度检测部之间的距离；并且该计算装置基于由第一角度相关值所计算的第一角速度值和所计算的回转半径，计算第一速度值。 

当用户利用肩、肘、腕、手等中的至少一个的旋转来操作画面上显示的UI时，通常在输入装置中存在随时间改变的回转半径。 在根据本发明的输入装置中，可以通过计算例如该输入装置关于垂直方向上的轴的回转半径并将该回转半径与角速度值相乘，而计算该输入装置的回转半径。通过这样基于回转半径计算速度值，即使当用户通过以肩作为轴而摆动整个手臂来操作输入装置时，也能够获得足够的输出(速度值)。整体来看，UI在画面上的移动变为相对于输入装置的移动的自然移动，从而为用户改进了输入装置的可操作性。 

计算装置能够计算作为第一加速度值的时间变化率的加速度变化率，并且基于所检测的第一角度相关值计算角加速度变化率，作为关于第二方向上的轴的角加速度时间变化率。另外，计算装置可以计算所计算出的加速度变化率与所计算出的角加速度变化率的比值作为回转半径。 

通过对第一加速度值求时间微分运算而获得加速度变化率。类似地，通过对第一角度相关值求时间微分运算而获得角加速度变化率。特别地，当检测第一加速度值时，检测重力加速度同时将其偏离恒定值或以低频偏离。因此，即使当通过对第一加速度值求微分导致了由于输入装置倾斜所引起的重力加速度分力的变化时，能够恰当地计算回转半径并且能够由该回转半径计算适当的速度值。 

计算装置可以基于所检测的第一角度相关值计算角加速度值，并且计算第一加速度值与角加速度值的比值作为回转半径。因此，能够减少输入装置的功率消耗以及计算量。 

输入装置还可以包括存储装置、判断装置及更新装置。 

存储装置存储作为加速度变化率与角加速度变化率的比值计算出的回转半径。 

判断装置判断角加速度变化率是否大于阈值。 

更新装置在角加速度变化率大于阈值时更新所存储的回转半径。 

当角加速度变化率小于阈值时，计算装置通过将存储装置中所存储的回转半径乘以第一角速度值来计算第一速度值。 

例如，当能够通过第一角度相关值检测部作为所检测的角速度值的二阶微分值而获得角加速度变化率时，通过计算放大了高频噪声。结果，基于角加速度变化率所计算的回转半径和基于该回转半径所计算的速度值受这些噪声影响，从而可能无法计算准确的回转半径和速度值。噪声对速度值的影响相对地随着角加速度变化率的绝对值减小而增大。作为对于这个问题的对策，当角加速度变化率的绝对值小并且因此噪声对速度值的影响大时，基于存储装置中所存储的回转半径来计算速度值。因此，可以抑制噪声对速度值的影响。 

可选地，判断装置可以判断角加速度值是否大于阈值，并且当角加速度值大于阈值时，更新装置可以更新所存储回转半径。在这种情况下，当角加速度值小于阈值时，计算装置通过将存储装置中所存储的回转半径乘以第一角速度值来计算第一速度值。 

计算装置可以基于所检测的第一角度相关值计算角加速度变化率，作为关于第二方向上的轴的角加速度的时间变化率；计算通过从第一加速度值去除至少包含重力加速度(作用在第一加速度检测部上)在第一方向上的分量值的低频组分所获得的值；计算加速度变化率，作为已经去除了低频组分的该第一加速度值的时间变化率；以及计算所计算出的加速度变化率与所计算出的角加速度变化率的比值作为回转半径。 

因此，即使在第一加速度检测部受到重力以及由于输入装置的倾斜导致的重力加速度的分力变化的影响时，也能够恰当地计算回转半径。因此，能够由回转半径计算适当的速度值。 

输入装置还可以包括回转半径信号内的预定频率带的组分通过的低通滤波器。因此，能够抑制噪声对速度值的影响。 

计算装置可以计算加速度变化率作为第一加速度值的时间变化率，基于所检测的第一角度相关值计算角加速度变化率，作为关于第二方向上的轴的角加速度的时间变化率，以及计算已经计算出的加速度变化率和角加速度变化率的回归线的斜率作为回转半径。可选地，计算装置可以计算第一加速度值和角加速度值的回归线的斜率作为回转半径。因此，能够获得精确的回转半径，从而从该回转半径计算出精确的速度值。 

输入装置还可以包括第二加速度检测部和第二角度相关值检测部。 

第二加速度检测部检测壳体在第二向上的第二加速度值。 

第二角度相关值检测部检测第二角度相关值，作为与关于第一方向上的轴的角度相关的值。 

在这种情况下，计算装置能够基于已经检测的第二加速度值和第二角度相关值，计算壳体在第二方向上的第二速度值。 

计算装置可以基于已经检测出的第二加速度值和第二角度相关值，计算壳体关于第一方向上的轴的第二回转半径，该第二回转半径为在随时间改变位置的旋转的中心轴与第二加速度检测部之间的距离；以及基于由第二角度相关值和所计算的第二回转半径计算的第二角速度值，计算第二速度值。 

输入装置还可以包括第三加速度检测部，用于检测壳体不在同于第一方向和第二方向的第三方向上的第三加速度。 

第一角度相关值检测部可以检测壳体关于第二方向上的轴的第一角度值。通过对该角度值进行时间微分运算能够获得角速度值。 

可选地，第一角度相关值检测部可以检测关于第一方向上的轴的第二角度值。 

第一角度相关值检测部可以包括双轴或三轴角度检测装置(例如，地磁传感器)。通过对关于第二和第一方向上的轴的角度值进行微分，能够计算出角速度值。由于当如上所述输入装置包括三轴加速度检测部时能够识别重力方向，所以可以检测双轴角度值。 

计算装置可以包括处理单元，用于执行计算第一速度值的运算处理。在这种情况下，输入装置还可以包括其上安装处理单元的第一基板和其上安装第一加速度检测部的第二基板。 

例如，与其中处理单元和第一加速度检测部被安装在单个基板上的情况相比，能够使第二基板的尺寸小于一个基板的尺寸。当第二基板的尺寸较小时，硬度增强很多，从而可以抑制在移动输入装置时，由施加在第二基板上的机械应力所导致的变形和由作用在第二基板上的惯性力所导致的变形发生。这是因为，当引起这些变形时，噪声被并入第一加速度检测部的检测值中由此使该检测值劣化。此外，由于分开地设置第一和第二基板，增加了其在壳体内部配置的自由度。 

除第一加速度检测部之外，还可以在第二基板上安装第二加速度检测部、第一角度相关值检测部(例如，角速度传感器)和地磁传感器中的至少一个。可选地，以设置多个第二基板，并且第二加速度检测部、角速度传感器等可以安装在不同的第二基板上。 

处理单元可以包括A/D转换器或者与该A/D转换器分开设置。当A/D转换器与处理单元分开设置时，该A/D转换器可以安装在第二基板上。 

输入装置还可以包括连接装置，用于将第二基板以悬臂状态连接到壳体或第一基板。 

因此，与第二基板的两侧连接到壳体的情况相比，施加在第二基板上的应力可被减小。此外，利用这样的结构，即使在用户紧紧地握住壳体并且壳体因此变形时，也尽可能地防止由该变形所导致的力被转移到第二基板。因此，能够抑制第二基板的发生变形。 

例如，连接装置可以包括设置在壳体中的突出部，用于将第二基板以悬臂状态连接到壳体或第一基板。 

输入装置还可以包括弹性体和用于经由该弹性体将第二基板耦接到壳体的耦接件。 

因此，当通过耦接件进行耦接时，施加到第二基板的应力能够被减小。 

连接装置可以包括导线以电连接第一基板和第二基板。 

导线可以是软绞合线或具有足够刚性的导线。当使用诸如软绞合线的导线时，可以通过对导线进行树脂成型而获得足够的刚性。 

第一角度相关值检测部可以包括第一角速度传感器，以检测壳体的第一角速度值。在这种情况下，第二基板可以包括其上安装第一加速度检测部的第一表面和其上安装第一角速度传感器并与该第一表面相对的第二表面。 

因此，能够使第二基板的尺寸小于在其中第一加速度检测部和第一角度相关值检测部(例如，角速度传感器)(在下文中被称为传感器)两者都被安装在第二基板的一个表面上的情况下的尺寸。此外，利用这样的结构，由周围环境中的温度变化和由传感器生成的热量所导致的变形，即，由于基板和传感器(主要是这些传感器的封装材料)的线性膨胀系数的差异所引起的变形被消除。因为是从该第二基板的两个表面而传递到第二基板，所以传递的热量的平衡变得均匀，结果抑制了由于热膨胀所导致的第二基板的变形。 

代替第一角度相关值检测部(例如，角速度传感器)(或除角速度传感器以外)，还可以在第二表面上安装上述的第二加速度检测部和地磁传感器中的至少一个。可选地，除第一加速度检测部以外，还可以在第一表面上安装第二加速度检测部和地磁传感器中的至少一个。 

输入装置还可以包括连接装置，用于将第二基板的至少两个位置连接到壳体。 

将第二基板的两个位置连接到壳体意味着“不是处于悬臂状态”。在这种情况下，第二基板相对于壳体(壳体和第二基板的整体)的硬度得以增强。因此，由于在输入装置旋转时在第二基板中生成的力矩导致的该第二基板的变形被抑制。 

在这种情况下，还可以将弹性体和耦接件设置在两个位置上。在这种情况下，当用户紧紧地握住壳体并且壳体因此变形时，能够特别地增强弹性体吸该收变形的效果。 

第二基板可以包括周边部，并且可以在该周边部与壳体的内表面之间设置间隙。 

因此，即使在壳体发生类似变形时，也可以尽可能地防止该变形的力被传递到第二基板。 

输入装置还可以包括电磁屏蔽构件，用于至少覆盖第一加速度检测部。 

因此，可以防止第一加速度检测部受到电磁波的不利影响。例如，当在上述第一基板上安装利用电磁波发送信息的发送单元时，可以防止第一加速度检测部受到由发送单元所生成的电磁波或外部电磁波噪声的不利影响。例如，电磁屏蔽构件可以具有覆盖其上安装有第一加速度检测部的第二基板表面的结构或具有实质上覆盖整个第二基板的结构。 

输入装置还可以包括：用于发送关于第一速度值的信息的发送单元、其上安装有发送单元的第一基板和其上安装有第一加速度检测部的第二基板。 

由于第一基板和第二基板被分开设置，所以可以防止第一加速度检测受到由发送单元生成的发送无线电波或经由发送单元进入的外部电磁波噪声的不利影响。在这种情况下，处理单元(和/或A/D转换器)可以被安装在第一基板上，或者可以被安装在第二基板上。 

第一基板可以包括：在更靠近第二基板的一侧上的第一端部和与该第一端部相对的第二端部，该第二端部更为远离第二基板并且安装有发送单元。从发送无线电波和外部电磁波噪声的角度看，发送单元在第一基板的上方最好尽可能地远离第二基板。 

第一基板可以形成具有第一厚度，并且第二基板可以形成具有大于该第一厚度的第二厚度。 

因此，第二基板的刚性被增强，由此可以解决上述问题。 

此前所描述的第二基板可以包括利用连接装置与壳体连接的连接区域、配置第一加速度检测部的区域及设置在连接区域与配置区域之间的开口。当输入装置被移动时，由惯性力所导致的应力被施加在第二基板上。开口的设置能够尽可能地防止该应力从第二基板的连接装置侧传递到其上配置有传感器的一侧。另外，由于设置了该开口，第二基板的重量变得比在具有与该第二基板相同尺寸的第二基板上没有形成开口的情况下的重量更轻。因此，能够大大抑制惯性力。 

在根据本发明的一个实施方式的控制方法中，检测输入装置的壳体在第一方向上的第一加速度。 

检测第一角度相关值，作为与壳体关于在不同于第一方向的第二方向上的轴的角度相关的值。 

基于已经检测的第一加速度值和第一角相关值，计算壳体在第一方向上的第一速度值。 

根据本发明的另一个实施方式，提供了一种输入装置，在用户三维地移动该输入装置时操作信息被输入该输入装置，该输入装置包括：距离计算装置和速度计算装置。 

距离计算装置计算从包括沿第一方向的轴的虚拟平面内的瞬心(instant center)到输入装置的距离。 

速度计算装置基于所计算的距离和作为与输入装置关于虚拟平面内的瞬心的角度相关的值的角度相关值，计算输入装置在第一方向上的速度值。 

输入装置还可以包括第一加速度检测部以检测输入装置在第一方向上的加速度值。在这种情况下，距离计算装置可以基于加速度值和角度相关值，计算从瞬心到该第一加速度检测部的距离作为该距离。 

距离计算装置可以基于虚拟平面内第一方向上的加速度值，计算通过预定距离彼此分开的两个位置之间的距离。 

在这种情况下，可以基于在大致相同方向上的加速度值以及预定距离计算角加速度值，该加速度值是由通过预定距离彼此分开设置的加速度传感器的检测而获得的。通过对角加速度值求积分可以计算出角速度值。 

另一方面，通过基于加速度值和预定距离计算角加速度值，能计算到从瞬心到输入装置的距离。例如，通过将所计算出的距离乘以所计算出的角速度值，可以计算出第一方向上的速度值。 

根据本发明的一个实施方式，提供了一种根据从输入装置发送的信息控制画面上所显示的指针的显示的控制装置，该控制装置包括：接收装置、计算装置及坐标信息生成装置。 

输入装置包括：壳体；第一加速度检测部，用于检测壳体在第一方向上的第一加速度值；第一角度相关值检测部，用于检测第一角度相关值，作为与壳体关于第二方向上的轴的角度相关的值；以及发送装置，用于发送与第一加速度值和第一角度相关值相关的信息。 

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。 

计算装置基于已经接收的第一加速度值和第一角度相关值，计算壳体在第一方向上的第一速度值。 

坐标信息生成装置生成画面上指针的坐标信息，该坐标信息对应于所计算出的第一速度值。 

应注意的是，在权利要求的范围中的前序部分“控制装置...壳体...”是提供用于说明本发明的内容，并且本发明的发明人无意将前序部分提供作为现有技术。这在以下的描述中同样适用。 

根据本发明的一个实施方式，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：壳体、第一加速度检测部、第一角度相关值检测部、计算装置及发送装置。 

第一加速度检测部检测壳体在第一方向上的第一加速度值。 

第一角度相关值检测部检测第一角度相关值，作为与壳体关于不同于第一方向的第二方向上的轴的角度相关的值。 

计算装置基于已经检测的第一加速度值和第一角度相关值，计算壳体在第一方向上的第一速度值。 

发送装置发送关于所计算出的第一速度值的信息。 

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速度值的信息。 

坐标信息生成装置生成画面上指针的坐标信息，该坐标信息对应于所计算的第一速度值。 

根据本发明的另一个实施方式，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：壳体、第一加速度检测部、第一角度相关值检测部及发送装置。 

第一加速度检测部检测壳体在第一方向上的第一加速度。 

第一角度相关值检测部检测第一角度相关值，作为与壳体关于不同于第一方向的第二方向上的轴的角度所相关的值。 

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、计算装置及坐标信息生成装置。 

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。 

计算装置基于已经接收的第一加速度值和第一角度相关值，计算壳体在第一方向上的第一速度值。 

坐标信息生成装置生成画面上指针的坐标信息，该坐标信息对应于所计算的第一速度值。 

如上所述，根据本发明，提供了能够使UI在画面上的移动成为匹配用户直觉的自然移动的一种输入装置、控制装置、控制系统以及控制方法。 

附图说明

图1]示出了根据本发明的一个实施方式的控制系统的示图。 

图2]示出了输入装置的透视图。 

[图3]示意性地示出了该输入装置的内部结构的示图。 

[图4]示出了该输入装置的电结构的框图。 

[图5]示出了在显示装置上显示的画面实例的示图。 

[图6]示出了用户握住输入装置1的状态的示图。 

[图7]示出了移动输入装置的方式以及指针在画面上相应地移动的方式的典型实例的说明图。 

[图8]示出了传感器单元的透视图。 

[图9]用于示出相对于加速度传感器单元的重力作用的示图。 

[图10]用于示出相对于加速度传感器单元的重力作用的其他示图。 

[图11]示出了控制系统的操作的流程图。 

[图12]用于示出回转半径的示图，该示图示出了用户通过在水平方向(偏转方向)上摆动输入装置来操作它的顶视图。 

[图13]用于更详细示出图12中示出的用户操作的示图。 

[图14]示出了速度值计算方法的原理的示图。 

[图15]从不同角度示出了图14中所示的速度值计算方法的原理的原理图。 

[图16]用于示出输入装置的速度值计算方法的另一实施方式的原理图。 

[图17]示出了在控制装置执行主要操作的情况下对应于图11的操作的流程图。 

[图18]用于实现图19所示操作的输入装置的功能框图。 

[图19]示出了根据另一个实施方式的控制系统的操作的流程图。 

[图20]示出了在其中用户在俯仰方向上操作输入装置的情况下，输入装置的操作及其加速度值之间的关系示图。 

[图21]示出了根据又一实施方式的控制系统的操作的流程图。 

[图22]通过在不同条件下由输入装置计算的模拟速度值以及在输入装置的传感器配置部处的实际速度而获得的曲线图。 

[图23]示出了与图17所示的处理一样，在控制装置执行在图19的全部处理中的主要计算的情况下，控制系统的操作的流程图。 

[图24]示出了在使用回归线的情况下控制系统的操作的流程图。 

[图25]示出了对于推导回转半径所需的传感器的组合模式的若干实例的表。 

[图26]示出了根据图25的模式3的传感器单元的透视图。 

[图27]示出了用于计算在模式3中关于X′轴的角(俯仰角θ)的原理的示图。 

[图28]示出了根据图25的模式4的传感器单元的透视图。 

[图29]示出了根据图25的模式5的传感器单元的透视图。 

[图30]示出了图29所示的传感器单元的修改例的示图。 

[图31]示出了根据图25的模式6的传感器单元的透视图。 

[图32]示出了用于计算在模式6中当输入装置关于Z′轴倾斜时所获得的滚转角 的原理的示图。 

[图33]示出了根据图25中模式7的传感器单元的透视图。 

[图34]示出了根据本发明的一个实施方式的传感器单元的配置和固定方法的透视图。 

[图35]图34中示出的传感器单元、壳体等的截面图。 

[图36]示出了根据另一个实施方式的传感器单元的前视图。示出了加速度传感器单元和角速度传感器单元分别被设置在电路板的前表面和背表面的结构的示图。 

[图37]示出了根据又一实施方式的传感器单元的示图，示出了除传感器外还在电路板上安装A/D转换器和MPU的结构的示图。 

[图38]示出了根据又一实施方式的传感器单元的示图，示出了除传感器外还在电路板上安装A/D转换器的结构的示图。 

[图39]示出了根据又一实施方式的传感器单元的截面图，示出了图36示出的传感器单元被电磁屏蔽构件覆盖的结构的示图。 

[图40]示出了根据又一实施方式的传感器单元的前视图，示出了传感器单元的两个或多个位置连接到壳体的结构的示图。 

[图41]图40中示出的传感器单元以及壳体的截面图。 

[图42]示出了根据又一实施方式的传感器和主基板的示图。 

[图43]示出了根据又一实施方式的传感器单元的前视图，示出了将开口设置到电路板上的结构的示图。 

[图44]示出了开口的形状与图43中示出的形状不同的结构的示图。 

[图45]示出了图34～图44的若干特征被组合的结构的示图。 

[图46]示出了根据另一个实施方式的输入装置的示意图，该输入装置是笔型输入装置。 

[图47]示出了根据图29所示的模式5的传感器单元的另一实施方式的透视图。 

[图48]示出了根据另一个实施方式的输入装置的主要部分的截面图。 

[图49]示出了由A/D转换传感器输出得到的数字信号的波形的示图。 

[图50]示出了能够调整传感器的DC偏移值的电路结构的若干实例的示图。 

符号说明 

V_x、V_y速度值 

ω_ψ、ω_θ角速度值 

a_x、a_y加速度值 

Δω_ψ、Δω_θ角加速度值 

Δa_x、Δa_y加速度变化率 

Δ(Δω_ψ)，Δ(Δω_θ)角加速度变化率 

R_ψ(t)，R_θ(t)回转半径 

Th1阈值 

X(t)，Y(t)坐标值 

1，51，61，71，81，501输入装置 

2指针(UI) 

3画面 

10，50，60，70，80，110，510壳体 

15，115角速度传感器单元 

16，116，216，221，222，223，224加速度传感器单元 

17，117，217，317，417，517，617传感器单元 

18主基板 

19，35MPU 

21发送装置 

25，125，126，127，225，325，425，525，625电路板 

40控制装置 

45高通滤波器 

46控制部 

47低通滤波器 

48存储器 

100控制系统 

101导线 

102连接构件 

103间隙 

104A/D转换器 

105电磁屏蔽构件 

106弹性体 

107发送单元 

151  用于偏转方向的角速度传感器 

152  用于俯仰方向的角速度传感器 

161  用于X′轴方向的加速度传感器 

162  用于Y′轴方向的加速度传感器 

226  地磁传感器 

518  主基板 

具体实施方式

下文将参照附图描述本发明的实施方式。 

图1是示出了根据本发明一个实施方式的控制系统的示图。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是示出了输入装置1的透视图。输入装置1具有用户能够握持的尺寸。例如，输入装置1包括壳体10和操作部，该操作部包括设置在壳体10上部的两个按钮11和12、滚轮按钮13等。设置在靠近壳体10的上部的中心的按钮11例如用作鼠标(作为用于PC的输入装置)的左按钮，并且与按钮11相邻的按钮12用作鼠标的右按钮。 

例如，通过在按下按钮11的同时移动输入装置1可以执行“拖曳和放下”的操作，通过双击按钮11可以打开文件并且通过滚轮按钮13可以使画面3卷动。可以任意地改变按钮11和12与滚轮按钮13的位置、所发布的命令的内容等。 

图3是示意性示出了输入装置1的内部结构的示图。图4是示出了输入装置1的电结构的框图。 

输入装置1包括传感器单元17、控制单元30和电池14。 

图8是示出了传感器单元17的透视图。 

传感器单元17包括加速传感器单元16，用于检测以诸如沿着两个正交轴(X轴和Y轴)的不同角度的加速度。具体地，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(第一加速度传感器或第二加速度传感器)和用于Y轴方向的加速度传感器162(第二加速度传感器或第一加速度传感器)。 

传感器单元17还包括角速度传感器单元15，用于检测关于两条正交轴的角加速度。具体地，角速度传感器单元15包括两个传感器，即，用于偏转方向的角速度传感器151和用于俯仰方向的角速度传感器152。加速度传感器单元16以及角速度传感器单元15被封装并安装在电路板25上。 

作为分别用于偏转方向和俯仰方向的角速度传感器151和152中的每一个，使用用于检测与角速度成比例的科里奥利力(Coriolisforce)的振动陀螺仪传感器。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，可以使用任何传感器，例如压阻传感器、压电传感器或电容传感器。角速度传感器151或152不限于振动陀螺仪传感器，并且还可以使用顶部旋转陀螺仪传感器(rotary top gyro sensor)、环形激光陀螺仪传感器、气体比率陀螺仪传感器(gas rate gyro sensor)等。 

在关于图2和图3的描述中，为方便起见，将壳体10的纵向称为Z′方向，将壳体10的厚度方向称为X′方向，以及将壳体10的宽度方向称为Y′方向。在这种情况下，传感器单元17被集成入壳体10中，以使其上安装有加速传感器单元16和角速度传感器单元15的电路板25的表面基本上平行于X′-Y′面。如上所述，传感器单元16和15每一个都检测相对于两个轴(即，X轴与Y轴)的物理量。在以下的描述中，对于输入装置1的移动，关于X′轴的旋转方向往往被称为俯仰方向，关于Y′轴的旋转方向往往被称为偏转方向，以及关于Z′轴(滚转轴)的旋转方向往往被称为滚转方向。

控制单元30包括主基板18、安装在该主基板18上的微处理单元19(MPU)(或CPU)、晶体振荡器20、发送装置21和印制在该主基板18上的天线22。 

MPU 19包括其所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、来自操作部的操作信号等，并且响应于这些输入信号来执行各种操作处理，以生成预定控制信号。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。在这种情况下，MPU 19包括A/D(模拟/数字)转换器。可选地，传感器单元17可以是包括A/D转换器的单元。 

MPU 19单独构成处理单元，或者MPU 19与晶体振荡器20构成处理单元。 

发送装置21(发送装置)将MPU 19中所生成的控制信号(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。发送装置21和天线22中的至少一个构成了发送单元。 

晶体振荡器20生成时钟并将这些时钟提供给MPU 19。作为电池14，使用干电池、可充电电池等。 

控制装置40是计算机，并包括MPU 35(或CPU)、显示控制部42、RAM 36、ROM 37、视频RAM 41、天线39和接收器装置38。 

接收器装置38接收从输入装置1经由天线39发送的控制信号。MPU 35分析该控制信号并执行各种运算处理。显示控制部42在MPU 35的控制下主要生成要在显示装置5的画面3上显示的画面数据。作为显示控制部42的工作区的视频RAM 41暂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。控制装置40并不限于PC，并且可以是与显示装置5、视听装置、投影仪、游戏装置、车辆导航系统等一体化形成的计算机。 

显示装置5的实例包括液晶显示器和EL(电致发光)显示器，但不限于此。可选地，显示装置5可以是与显示器一体化形成并能够接收电视广播等的装置。 

图5是示出了显示在显示装置5上的画面3的一个实例的示图。在画面3上显示例如图标4和指针2的UI。这些图标是画面3上表示计算机的程序的功能、运行命令、文件内容等的图像。应当注意，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。除非进行其他声明，为帮助理解以下的描述，作为输入装置1的操作目标的UI将被描述成指针2(所谓的光标)。 

图6是示出了用户握住输入装置1的状态的示图。如图6所示，除按钮11、12和13之外，输入装置1例如可以包括操作部，该操作部包括诸如那些为用于对电视机等进行操作的遥控器所设置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或者如图所示在握住输入装置1的同时操作这些操作部时，其输入信息被输出至控制装置40，并且控制装置40控制UI。

接下来，将给出关于移动输入装置1的方式以及指针2在画面上3相应地移动的方式的典型实例的描述。图7是用于其的解释图。 

如图7A和图7B所示，用户握住输入装置1以便将输入装置1的按钮11和12侧瞄准显示装置5侧。用户握住输入装置1，使得就如握手一样拇指位于上侧而小手指位于下侧。在这种状态下，传感器单元17的电路板25(见图8)接近于平行于显示装置5的画面3，并且作为传感器单元17的检测轴的两条轴分别对应于画面3上的水平轴(X轴)和垂直轴(Y轴)。下文，如图7A和图7B所示的输入装置1的位置将被称为基准位置。 

在以下描述中，使用X轴、Y轴、Z轴表示地球上静止的坐标系(即，惯性坐标系)，而使用X′轴、Y′轴、Z′轴表示与输入装置1一起整体移动的坐标系(输入装置1的坐标系)。 

如图7A所示，在该基准位置中，用户在水平方向(即，偏转方向)上摆动手腕或手臂。与此同时，用于X′轴方向的加速度传感器161检测X′轴方向上的加速度a_x(第一加速度值或第二加速度值)，而用于偏转方向的角速度传感器151检测关于Y′轴的角速度ω_ψ(第一角速度值或第二角速度值)。基于这些检测值，控制装置40控制指针2的显示，使得指针2在X轴方向上移动。 

同时，如图7B所示，在基准位置中，用户在垂直方向(即，俯仰方向)上摆动手腕或手臂。与此同时，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a_y(第二加速度值或第一加速度值)，而用于俯仰方向的角速度传感器152检测关于X′轴的角 速度ω_θ(第二角速度或第一角速度)。基于这些检测值，控制装置40控制指针2的显示，使得指针2在Y轴方向上移动。 

虽然稍后将给出描述，但在一个实施方式中，根据在内置非易失性存储器中所存储的程序，输入装置1的MPU 19基于由传感器单元17检测的检测值，计算在X轴方向和Y轴方向上的速度值。输入装置1将速度值发送到控制装置40。 

控制装置40将每单位时间内X轴方向上的位移转换为在画面3上指针2在X轴上的位移量，并且将每单位时间内Y轴方向上的位移转换为画面3上指针2在Y轴上的位移量，由此移动指针2。 

通常，关于每预定数目的时钟所提供的速度值，控制装置40的MPU 35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个速度值对应于指针2的位移量，并且生成指针2在画面3上的坐标信息。 

在另一个实施方式中，输入装置1将由传感器单元17检测的物理量发送到控制装置40。在这种情况下，控制装置40的MPU 35根据ROM 37中所存储的程序，基于接收的输入信息，计算X轴方向和Y轴方向上的速度值，并且控制显示，使得指针2根据该速度值移动(见图17和图23)。 

将对上述构造的控制系统100的操作进行描述。图11是示出了该操作的流程图。图12是用于示出在该流程图中计算输入到输入装置1的壳体10的速度值的方法的基本思想的示图。 

应当注意，在图11等中，示出了在通过角速度传感器单元获得角速度信号之后、通过加速度传感器单元获得加速度信号的形式。然而，本发明并不限于这种顺序，在加速度信号之后获得角速度信号的形式或者并行地(同时地)获得加速度信号和角速度信号的形式也是可以的(在下文中，这这同样适用于图17、19、21、23和24)。 

图12是用户通过例如在水平方向(偏转方向)上摆动输入装置1而对其进行操作的顶视图。如图12所示，当用户自然地操作输入装置1时，通过利用手腕(或者手)的旋转、肘部的弯曲及从手臂基部的旋转中的至少一个来进行操作。 

具体地，通过旋转移动来操作输入装置1，其中，用户的整个身体的移动被加入到三种旋转中，这三种旋转包括关于手臂基部(肩膀)的旋转(见图13A)、关于肘部的旋转(见图13B)及关于手(或手腕)的旋转(见图13C)。换句话说，手、肘部、肩膀等均成为旋转轴，并且这些旋转轴连续或同时移动。具体地，通过将肩膀、肘部和手等的旋转移动组合而获得输入装置1在一个瞬时的旋转移动，而以此方式所组合的旋转的中心轴的位置随时间发生改变，并且回转半径R也随时间发生改变。 

因此，输入装置1的移动与肩膀、肘部和手的旋转之间的比较表明，存在以下1和2的关系。 

1.输入装置1关于Y′轴的角速度值ω_ψ是通过关于肩膀的旋转所获得的角速度、通过肘部弯曲所获得的角速度、通过手腕旋转所获得的角速度以及通过手的旋转所获得角速度等的组合值。 

2.输入装置1在X轴方向上的速度值V_x是通过将肩膀、肘部以及手等的角速度分别乘以肩膀与输入装置1之间的距离、肘部与输入装置之1间的距离以及手与输入装置1之间的距离等所获得的多个值的组合值。 

图14是示出了利用这样的思想的速度值计算方法的原理的示图。 

例如，图14示出了当用户在例如第一方向为切线方向的方向上以预定角速度移动输入装置1时的瞬时的状态。基于通过加速度传感器单元16所获得的在第一方向上的加速度值与在该瞬时输入装置1关于中心轴C的角度相关值(例如，角速度值ω)，该输入装置1能够计算作为从中心轴C到输入装置1的距离的回转半径R。另外，输入装置1能够基于所计算的回转半径R，计算壳体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随时间发生改变。而且，角速度值ω是关于与第一方向垂直的第二方向(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通常是由设置在壳体10内部的角速度传感器单元15获得的关于Y′轴方向的角速度值。 

具体地，当通过R_ψ(t)表示关于中心轴C的回转半径时，输入装置1的速度值V_x与关于中心轴C方向的角速度值ω_ψ之间的关系可以通过以下的方程(1)来表示。换句话说，X轴方向上的速度值V_x变为这样的一个值，该值是通过将关于Y′轴方向的角速度速度值ω_ψ乘以中心轴C和输入装置1之间的距离R_ψ(t)所获得的。 

V_x＝R_ψ(t)*ω_ψ...(1) 

图15是从不同角度示出了图14中所示的速度值计算方法的原理的原理示图。 

将对虚拟平面D进行讨论，该虚拟平面D包括沿预定方向(例如，第一方向)的轴和瞬心K，输入装置1以第一方向作为切线方 向绕该瞬心旋转。输入装置1关于垂直于虚拟平面D的轴(例如，沿第二方向的轴)旋转地移动。具体地，输入装置1关于瞬心K的的旋转移动通过将用户的肩膀、肘部、手等的旋转移动进行组合而获得。 

以此方式组合的旋转的中心的位置，即，瞬心K随时间发生改变，并且包括在虚拟平面D内的回转半径R也随时间发生改变。 

输入装置1计算回转半径R，并且基于所计算出的回转半径R和关于垂直于虚拟平面D的轴的角速度值ω，计算输入装置1在第一方向上的速度值V。此处，第一方向可以被设置为X′轴方向并且第二方向可以被设置为Y′轴方向，并且也可以利用图15中所示原理中的方程(1)计算在X′轴方向上的速度值V_x。 

应当注意，在此实施方式中，加速度传感器单元16和角速度传感器单元15被一体化地设置在传感器单元17的电路板25上。因此，在形式上，回转半径R(t)变为从中心轴C到传感器单元17之间的距离。然而，在加速度传感器单元16与角速度传感器单元15彼此分开地设在壳体10内部的情况下，从中心轴C到输入装置1设置有该加速度传感器单元16的部分(在下文中，被称为传感器配置部)的距离变为回转半径R(t)。 

如方程(1)中所示，在输入装置1的传感器配置部处的速度值与角速度值之间的关系为成比例关系，即，与作为比例常数R(t)的相关性。 

修改上文的方程(1)以获得方程(2)。 

R_ψ(t)＝V_x/ω_ψ...(2) 

方程(2)右侧的V_x和ω_ψ是速度大小。即使在对方程(2)右侧出现的速度值和角速度值求微分以获得加速度或加速度时间变化率的大小时，也不会失去相关性。类似地，即使在对速度值和角速度值进行积分以获得位移大小时，不会失去相关性。 

因此，利用作为位移、加速度以及加速度时间变化率的大小的在方程(2)右侧出现的速度和角速度，可以获得以下的方程(3)、(4)和(5)。 

R_ψ(t)＝x/ψ...       (3) 

R_ψ(t)＝a_x/Δω_ψ...  (4) 

R_ψ(t)＝Δa_x/Δ(Δω_ψ)...       (5) 

例如，注意以上的方程(2)、(3)、(4)和(5)中的方程(4)，可以看出，如果加速度值a_x和角加速度值Δω_ψ是已知的，则可以获得回转半径R_ψ(t)。如上所述，加速度传感器161检测X′轴方向上的加速度值a_x，而角速度传感器151检测关于Y′轴的角速度值ω_ψ。因此，如果对关于Y′轴的角速度值ω_ψ进行积分并且由此来计算关于Y′轴的角加速度值Δω_ψ，则可以获得关于Y′轴的回转半径R_ψ(t)。 

如果关于Y′轴的回转半径R_ψ(t)是已知的，则通过将回转半径R_ψ(t)乘以关于Y′轴的角速度值ω_ψ(其由角速度传感器151所检测)，能够获得输入装置1在X′轴方向上的速度值V_x(见方程(1))。具体地，用户身体旋转部分的旋转量被转换为在X′轴方向上的线性速度值。 

如上所述，当用户操作输入装置时，该装置的旋转中心对应于通过组合用户的旋转移动所获得的位置并且随时间发生改变(瞬心)。因此，当整个手臂以肩膀作为轴而摆动并且由此操作输入装置时，要检测的角速度变为相对较小的值。根据本发明(其中通过将回转半径R_ψ(t)乘以角速度值ω_ψ而获得速度值V_x)，因为即使在以上实例的情况下(整个手臂以肩膀作为轴而摆动并且由此操作输入装置)回转半径R_ψ(t)也被检测出作为相对较大的值，所以有可能获得对应于用户的操作量的足够速度值V_x。通过利用速度值V_x控制指针2的移动，该指针的移动变成匹配于操作该输入装置的用户直觉的移动。实际上，在利用现有技术的旋转传感器的输出值来控制指针的方法中，在以上实例(整个手臂以肩膀作为轴而摆动并且由此操作输入装置)的情况下，指针的移动相对于用户的操作不能令人满意(不根据操作量进行移动)，并且指针的移动没有匹配用户的感觉。然而，根据本发明，可以解决这样的问题。此外，由于不必通过对加速度传感器的输出值进行积分以计算速度值，所以能够抑制加速度传感器的输出值的积分误差，从而使得有可以执行精确的控制。 

因此，由于指针2的移动变为相对于输入装置1的移动的自然移动，所以对于用户来说输入装置1的可操作性得到改进。 

速度值计算方法还可以用于其中用户通过在垂直方向(俯仰方向)上摆动输入装置1而对其进行操作的情况。 

应注意的是，关于传感器单元17，其中角速度传感器单元15的X′轴和Y′轴的检测轴与加速度传感器单元16的X′轴和Y′轴的检测轴分别互相匹配的情况已经作为典型实例被描述。换句话说，第一方向上(例如，X′轴方向)的加速度值a_x是通过用于X′轴方向的加速度传感器161检测的，而角速度值ω_ψ是通过用于偏转方向检测 的角速度传感器151所检测的，该角速度传感器具有检测轴，该检测轴与垂直于X′轴的Y′轴的方向匹配并且是加速度传感器162的检测轴。 

然而，角速度传感器单元15的检测轴与加速度传感器单元16的检测轴不是必需匹配。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，可以安装角速度传感器单元15和加速度传感器单元16同时使它们在基板的主表面内偏离预定的旋转角度，以使角速度传感器15与加速度传感器单元16的检测轴不匹配。在这种情况下，可以通过使用三角函数的计算获得相对各个轴的加速度和角速度。 

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并不一定需要如上述的X′轴和Y′轴一样相互正交。在这种情况下，可以通过使用三角函数的计算获得分别投射在相互正交的轴方向上的加速度。类似地，可以通过使用三角函数的计算获得关于相互正交的轴的角速度。 

图16是用于示出计算输入装置的速度值的方法的另一实施方式的原理图。图14和图15已经示出了其中基于通过加速度传感器和角速度传感器获得的检测值来计算速度值的情况。然而，在图16中所示的方法中，速度值是基于通过以预定距离彼此分开设置的两个加速度传感器获得检测值而计算的。 

图16示出了这样一个实例，其中，在用户操作该输入装置同时将其握在手中的状态下，用于检测在第一方向上的加速度的两个加速度传感器被设置在该输入装置的壳体内部的实际上沿着从使用者手臂的延长线的方向以预定距离分开的位置。 

图16是示出了用于计算速度值的原理的原理图，该原理图假设在用户以预定角速度在第一方向上移动输入装置时的瞬时的状态。 

将讨论平行于预定方向(第一方向)的加速度矢量a1和a2，它们在作为如图16所示的以预定距离L分开的各个加速度传感器的配置位置的两个点P1和P2处。而且，将讨论连接两个点P1和P2并且与加速度矢量a1和a2正交的直线。上述直线与连接加速度矢量a1和a2末端的直线的交叉点被表示为K，并且该交叉点K与点P1之间的距离被表示为R。 

在这样的情况下，认为输入装置1以交叉点K为瞬心而旋转地移动，因而该瞬心K与点P1之间的距离可以被看作是回转半径R。此外，包括加速度矢量a1和a2的平面可以被看作是上述的虚拟平面D。 

基于虚拟平面D内的三角形的相似性关系，建立(|a1|/R)＝(|a2|/(R-L))，从而从R＝L/(1-(|a2|/|a1|)可以计算回转半径R。而且，由于关于瞬心K的旋转的角加速度是Δω＝|a1|/R或者Δω＝|a2|/(R-L)，还可以获得角加速度Δω。如果获得角加速度Δω，通过对其求积分可以获得角速度ω。因此，从以上方程(1)中可以获得点P1处的速度值V_P1。 

以上计算是假设瞬心K在P1和P2的延长线上而执行的。 

当用户实际操作输入装置1时，瞬心K的位置并不总是在延长线上。然而，由于如上所述两个加速度传感器在用户握持输入装置的状态下被设置在实际上沿着手臂的延长线的方向上以预定距离分开的位置处，所以误差落入一个可允许的范围内，因而从实用角度来看这在本实施方式中不是一个问题。 

显而易见，当使用了用于检测在第三方向(不同于第一方向并且与第二方向正交)上的加速度的加速度传感器时，即使在瞬心不在该加速度传感器的延长线上时，也可以通过计算组合的矢量而获得更加精确的速度值。 

应当注意，在计算输入装置1的速度值中，回转半径可以是瞬心K与点P2之间的距离(R-L)，代替距离R。在这种情况下，计算在P2点的速度值V_P2。速度值V_P1和V_P2中的任何一个都可被用作输入装置1的速度值，用于确定指针2的移动。可选地，可以使用速度值V_P1和V_P2的平均值或者这些值中较大(或较小)的一个值，或者可以使用基于速度值V_P1和V_P2的运算值计算的速度值。 

将在参考图11的同时对使用上述速度值计算方法的控制系统100的操作进行描述。在图11中，将给出对其中使用例如以上方程(4)的情况的描述。 

输入装置1的电源被接通。例如，用户接通设置给输入装置1或控制装置40的电源开关等，以接通该输入装置1的电源。 

这里，如图12和图13中所述，用户使用肩膀、肘部和手等的旋转中的至少一个来移动输入装置1。如上所述，通过组合肩膀、肘部及手等的旋转的移动，获得了输入装置1在一个瞬时的旋转移动。以此方式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。将对在该瞬间的操作进行描述。 

当用户如上所述移动输入装置1时，从角速度传感器单元15输出双轴角速度信号。MPU 19从该双轴角速度信号获得第一角速度值ω_ψ和第二角速度值ω_θ(步骤101)。 

在接通输入装置的电源后，从加速度传感器单元16输出双轴加速度信号。MPU 19从这些双轴加速度信号获得第一加速度值a_x和第二加速度值a_y(步骤102)。这些加速度信号是与输入装置1在电源接通的时间点的位置相对应的信号。 

应当注意，MPU 19通常同步执行步骤101和步骤102。 

通过对步骤101中所获得的角速度值(ω_ψ，ω_θ)求微分，MPU19计算角加速度(Δω_ψ，Δω_θ)作为角度相关值(步骤103)。例如，使用微分滤波器或高通滤波器来进行微分运算。 

MPU 19利用步骤102中所获得的加速度值(a_x，a_y)与角加速度值(Δω_ψ，Δω_θ)以分别计算关于Y′轴和X′轴(即，使用方程(4)和(4′)的瞬心)的回转半径(R_ψ(t)，R_θ(t))(步骤104)。 

R_ψ(t)＝a_x/Δω_ψ...     (4) 

R_θ(t)＝a_y/Δω_θ...(4′) 

在计算回转半径时，MPU 19利用方程(1)和(1′)，计算速度值(V_x，V_y)(步骤105)。 

V_x＝R_ψ(t)*ω_ψ...   (1) 

V_y＝R_θ(t)*ω_θ...  (1′) 

在本文中所使用的角速度值(ω_ψ，ω_θ)通常是已经在步骤103中进行微分运算的角速度值(ω_ψ，ω_θ)。然而，步骤105中所用的角速度值ω_ψ和ω_θ可以是通过MPU 19获得的角速度值，其暂时接近于已经经过微分运算的角速度值。 

因此，由于在用户操作输入装置1时所获得的用户身体的旋转部分的旋转量被转换为X轴方向和Y轴方向上的线性速度值，所以可以获得与用户的实际操作量对应的令人满意的线性速度值。结果，获得的速度值与用户的直觉相匹配。 

例如，MPU 19只需要每预定时钟从加速度传感器单元16获得(a_x，a_y)，并且计算与此同步的速度值(V_x，V_y)。可选地，每次采样多个加速度值(a_x，a_y)，MPU 19就计算速度值(V_x，V_y)一次。 

MPU 19将所计算出的速度值(V_x，V_y)经由发送装置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(V_x，V_y)的信息(步骤107)。输入装置1每预定时钟(即，每单位时间)输出速度值(V_x，V_y)，所以控制装置40可以接收该速度值并且每单位时间获得在X轴方向和Y轴方向上的位移量。利用以下方程(6)和(7)，MPU 35生成指针2在画面3上的坐标值(X(t)，Y(t))，该坐标值对应于获得的每单位时间在X轴方向和Y轴方向上的位移量(步骤108)。基于所生成的坐标值，MPU 35控制显示，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)+V_x...  (6) 

Y(t)＝Y(t-1)+V_y...  (7) 

如上所述，根据本实施方式，输入装置1基于加速度值和角速度值而计算速度值(V_x，V_y)。通常，输入装置1计算关于中心轴C(图14中所示)或瞬心K(图15中所示)的回转半径(R_ψ(t)，R_θ(t))，并且基于该回转半径R(t)计算速度值(V_x，V_y)。因为速度值是基 于回转半径以此方式计算的，所以本实施方式的输入装置1可以计算输入装置1的精确的线性速度值(在传感器配置部)。此外，由于输入装置1不执行积分运算，因而不会引起积分误差。因此，根据对应于速度值的位移在画面3上移动的指针2的移动变为匹配用户的感觉的自然移动。 

应当注意，可以在输入装置1中使用皮托管(pitot tube)作为速度传感器，但是由于该皮托管不适于输入装置1，因而使用加速度传感器单元16。 

在图11中，输入装置1已经执行了主要运算，以计算速度值(V_x，V_y)。在图17中所示的实施方式中，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输出的双轴加速度值和双轴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)并且执行与步骤103～105、108及109相同的处理(步骤205～步骤209)。 

接下来，将对相对于加速度传感器单元16的重力作用进行描述。图9和图10是对其的解释示图。图9是示出了从Z方向所观看的输入装置1的示图。图10是示出了从X方向所观看的输入装置1的示图。 

在图9A中，输入装置1位于基准位置并且被握住不动。这时，加速度传感器161的输出基本上是0，而加速度传感器162的输出是对应于重力加速度G的输出。然而，如图9B所示，例如在其中输入装置1在滚转方向上被倾斜的状态下，加速度传感器161和162分别检测重力加速度G的倾斜分量的加速度值。 

在这种情况下，尤其是即使输入装置1在X轴方向上实际上没有移动时，加速度传感器161检测到了X轴方向上的加速度。图9B中所示的状态等同于当输入装置1位于图9C中所示的基准位置时、加速度传感器单元16接收到惯性力Ix和Iy(分别通过具有虚线的箭头指示)、因此无法通过加速度传感器单元16区分的状态。结果，加速度传感器单元16判断如箭头F指示的左下方方向的加速度被施加到输入装置1，并且输出不同于输入装置1的实际移动的检测信号。另外，由于重力加速度G恒定地作用在加速度传感器16上，所以积分值增加，并且指针2在斜下方方向上移动的量成指数性地增加。当状态从图9A所示的状态转变为图9B所示的状态时，认为指针2在画面3上的移动的抑制是本质上匹配于用户直觉的操作。 

例如，当输入装置1在俯仰方向上从图10A中所示的基准位置旋转以如图10B中所示倾斜时，这也同样适用。在这样的情况下，由于在输入装置1位于基准位置时通过加速度传感器162所检测的重力加速度G减小，所以输入装置1很难区分图10C中所示的在Y轴方向上的惯性力I。 

为了尽可能地减少相对于加速度传感器单元16的重力作用并且减少在用户移动输入装置1时生成的加速度所导致的惯性分量(在下文中被称为移动惯性分量)，控制系统100执行图19中所示的处理。图19描述了利用方程(5)的实例。图18是用于实现控制系统100的操作的输入装置1的功能框图。 

如图18所示，在来自传感器单元17的检测信号中，高通滤波器45使高频检测信号通过，并且减弱低频检测信号。作为高通滤波器45，可以使用任何滤波器，只要其具有高通性能。然而，通常使用微分滤波器。在以下描述中，高通滤波器45将被描述为微分滤波器45。 

在经过控制部46运算的信号中，低通滤波器47使作为预定频率组分的低频信号通过，并且减弱高频信号。而且，存储器(存储装置)48是控制部46的各种类型运算处理所必需的易失性或非易失性存储器。例如，高通滤波器45、控制部46、低通滤波器47及存储器48是MPU 19的功能。代替MPU 19，可以通过DSP(数字信号处理器)、FPGA(现场可编程门阵列)等来实现这些功能。 

当输入装置1的电源被接通时，MPU 19获得角速度值(ω_ψ，ω_θ)(步骤401)和加速度值(a_x，a_y)(步骤402)。 

输入装置1的MPU 19每预定数量的时钟从加速度传感器单元16获得加速度值(a_x，，a_y)并且使这些信号通过微分滤波器45，由此对这些加速度信号进行微分。加速度变化率(Δa_x，Δa_y)是通过微分运算所计算的(步骤403)。 

执行步骤403以用于稍后将描述的减少重力作用，即，用于从这些加速度值中移除作为X轴方向和Y轴方向上的重力加速度分量信号的特定值的信号或低频组分的信号，以及用于利用方程(5)。类似地，通过获得每预定数量的时钟从角速度传感器单元15提供的角速度信号(ω_ψ，ω_θ)，并且使这些信号通过微分滤波器45，MPU19执行二阶微分运算，由此计算角加速度时间变化率(Δ(Δω_ψ)，Δ(Δω_θ))(步骤404)。 

计算角加速度变化率(Δ(Δω_ψ)，Δ(Δω_θ))的原因是为了获得如以上实施方式的步骤406和步骤412中的回转半径(R_ψ(t)，R_θ(t))。 

如上所述在步骤403中计算加速度变化率(Δa_x，Δa_y)是因为以下两个原因。一个原因是为了获得如上述实施方式的步骤406和步骤412中的回转半径(R_ψ(t)，R_θ(t))。 

第二个原因是为了抑制对如参考图9和图10所描述的加速度传感16的重力作用。因此，当用户在偏转方向或俯仰方向上操作输入装置1时，加速度传感器单元16输出的加速度值变为通过将X轴方向和Y轴方向上的重力加速度分量值(在下文中，被称为倾斜分量的加速度值)分别与惯性力I的加速度(用户对输入装置1施加力时所生成的)组合所获得的值。 

图20是对其的多个说明示图，并且是示出了用户在俯仰方向上操作输入装置1的情况下，输入装置1的操作与它的加速度值之间关系的示图。应当注意的是，用户通过从抬高的位置向下摆动手臂，在俯仰方向上操作输入装置1。 

图20A是比较在输入装置1的倾斜与倾斜分量的加速度值a_gx之间的关系(没有考虑用户操作该输入装置1时所导致的惯性力I的加速度值a_ix)的示图。图20B是示出了用户向下摆动手臂时生成的输入装置1的惯性力I的加速度值a_ix的示图，没有考虑倾斜分量的加速度值a_gx。另外，图20C是示出了输入装置1输出的加速度值a_x、倾斜分量的加速度值a_gx以及惯性力I的加速度值a_ix之间关系的示图。 

此处，将图20A与图20B比较，倾斜分量的加速度值a_gx变化率小于惯性力I的加速度值a_ix变化率。实际上，在许多情况下，倾斜分量的加速度值a_gx的变化率是惯性力I的加速度值a_ix的变化率的约1/10。这对于当用户在偏转方向上操作输入装置1时也同样适用。 

考虑到上述，可以看出输出装置1的倾斜分量的加速度值a_gx与输入装置1的惯性力I的加速度值a_ix的信号具有不同的频率组分。 

为了将具有不同频率组分的加速度值分开，由此减少重力作用，MPU19对来自加速度传感器的加速度信号进行微分，由此计算加速度变化率(Δa_x，Δa_y)。 

具体地，具有不同频率分量的加速度值的信号在步骤403中通过微分滤波器，由此作为角速度变化率的信号结束。微分滤波器具有高通滤波性能，所以具有比截止频率更大的频率的加速度值的信号(即，惯性力I的加速度值a_ix的信号)通过该微分滤波器。另一方面，具有比截止频率更小的频率的加速度信号(即，倾斜分量的加速度值a_gx的信号)被减弱。因此，至少包含重力加速度分量值的低频组分对加速度传感器单元16的作用被抑制。 

结果，在计算回转半径(R_ψ(t)，R_θ(t))时，没有反映由输入装置1的位置变化所导致的倾斜分量的加速度值a_gx。因此，基于回转半径(R_ψ(t)，R_θ(t))所计算的速度值也不会受输入装置1的位置变化导致的倾斜分量的加速度值a_gx的影响。因此，抑制了归因于输入装置1位置变化的重力作用。 

应当注意的是，在考虑输入装置1的倾斜分量的加速度值a_gx的频率与输入装置1的惯性力I的加速度值a_ix的同时，适当地设置截止频率。此外，还可以在考虑低频组分或归因于加速度传感器单元16的温度漂移的DC偏移值的同时，设置截止频率。换句话说，除重力加速度分量值外，至少包含重力加速度分量值的低频组分还可以包括例如低频组分或归因于温度漂移的DC偏移分量。 

在计算角加速度变化率(Δ(Δω_ψ)，Δ(Δω_θ))时，MPU 19判断关于Y′轴的角加速度变化率的绝对值|Δ(Δω_ψ)|是否超过阈值Th1(步骤405)。 

以此方式执行阈值判断，这是因为通过使角速度值(ω_ψ，ω_θ)进行二阶微分运算而计算了角加速度变化率(Δ(Δω_ψ)，Δ(Δω_θ))。换句话说，当角速度值(ω_ψ，ω_θ)中引起噪声时，由于二阶微分运算使高频噪声被放大，由此在高频噪声被放大的状态下计算角加速度变化率。结果，基于角加速度变化率所计算的回转半径(R_ψ(t)，R_θ(t))与基于回转半径计算的速度值(V_x，V_y)受噪声影响，从而无法计算精确的回转半径和速度值。噪声对回转半径信号和速度值信号的影响随着角加速度变化率的绝对值(|Δ(Δω_ψ)|，|Δ(Δω_θ)|)变小而增加。 

为了减少噪声的影响，当角加速度变化率(Δ(Δω_ψ))的绝对值大于阈值Th1时，MPU 19基于该角加速度变化率计算回转半径(步骤406)，并且在存储器48中更新和存储该回转半径(步骤408)。在那之后，MPU 19基于该回转半径计算速度值(步骤410)。 

另一方面，当角加速度变化率的绝对值等于或小于阈值时，即，当噪声的影响较大时，基于步骤409中读出的在先存储的回转半径(代替等于或小于阈值的较小角加速度变化率)而计算速度值。因此，可以抑制噪声对速度值的影响。考虑到人们的操作特点，由于回转半径不会急剧地变化，所以这可以被认为是有效的方式。 

而且，回转半径信号(R_ψ(t)，R_θ(t))通过低通滤波器47(步骤407)。因此，可以额外地抑制高频噪声的影响。虽然低通滤波器47导致了信号的延迟，但由于回转半径不会急剧地改变，所以如以上所述的噪声影响的抑制也是有效的方式。 

由于通过如上所述的步骤404中执行的运算可以导致高频噪声，所以低通滤波器47的截止频率被设置为减弱或消除噪声的恰当频率。此外，如此设计低通滤波器47，以使回转半径信号通过该低通滤波器时的响应延迟变得最小。 

类似地，MPU 19判断关于X′轴的角加速度变化率的绝对值|Δ(Δω_ψ)|是否超过阈值Th1(步骤411)，并且当超过阈值时(步骤411中为是)，利用角加速度变化率计算关于X′轴的回转半径R_θ(t)(步骤412)。在通过低通滤波器47之后(步骤413)，回转半径R_θ(t)的信号被存储在存储器48中(步骤414)。当等于或小于阈值Th1时(步骤411中为否)，从存储器48中读出所存储的回转半径R_θ(t)(步骤415)，并且基于该回转半径R_θ(t)计算在Y′轴方向上的速度值V_y(步骤416)。 

应当注意的是，尽管在本实施方式中，在偏转方向和俯仰方向上使用了相同的阈值Th1，但是对于这些方向可以使用不同的阈值。 

已经对将方程(4)用于图11中所示的处理并且将方程(5)用于图19中所示的处理的情形进行了描述。然而，也可以使用上述方程(2)或(3)来计算回转半径。因此，可以计算位移与角度的比值、速度与角速度的比值或加速度与角加速度的比值作为回转半径。 

图21是示出了根据又一实施方式的控制系统100的操作的流程图。这个实施方式示出了其中使用方程(4)并且对角加速度值(Δω_ψ，Δω_θ)进行阈值判断的一个实例。 

MPU 19对来自角速度传感器单元15的角速度值(ω_ψ，ω_θ)进行微分从而计算角加速度值(Δω_ψ，Δω_θ)(步骤503)。在步骤504和步骤510中，对角加速度值(Δω_ψ，Δω_θ)做出阈值判断。当角加速度值(Δω_ψ，Δω_θ)的绝对值大于阈值Th1时，MPU 19计算回转半径(R_ψ(t)，R_θ(t))(步骤505和步骤511)并且在存储器48中更新和存储该计算的回转半径(R_ψ(t)，R_θ(t))(步骤507和步骤513)。然后，MPU 19根据存储的回转半径计算速度值(步骤509和步骤515)。 

另一方面，当角加速度值(Δω_ψ，Δω_θ)的绝对值等于或小于阈值Th1时，即，当噪声影响大时，在步骤508和步骤514中读出的根据先前存储的回转半径代替等于或小于阈值Th1的较小角加速度值来计算速度值。 

由于图21的其他细节与图11和图19的那些相同，因此其说明被省略。 

如图21所示，当利用加速度大小计算回转半径(R_ψ(t)，R_θ(t))时，可以照原样使用从加速度传感器单元16输出的加速度值(a_x，a_y)来计算回转半径。也可以通过使来自角速度传感器单元15的角速度值(ω_ψ，ω_θ)进行一阶微分运算来计算角加速度值(Δω_ψ，Δω_θ)。因此，减少了用于计算回转半径的计算量，并且最终减少了输入装置1的功率消耗。这同样适用于图11的处理。 

为了如图17所示的处理中相同的目的，图21所示的步骤503和步骤515的处理可以由控制装置40执行。 

图22是不同情况下通过由输入装置1计算的模拟速度值以及在输入装置1的传感器配置部处的实际速度而获得的曲线图。在图22中，实线均表示由输入装置1计算的速度值，而虚线均表示在输入装置1的传感器配置部处的实际速度。 

图22A是示出了例如没有由于步骤404中的微分运算而噪声影响(以下简称噪声)并且没有由于输入装置1的倾斜重力作用的情况下的模拟的曲线图。回转半径(R_ψ(t)，R_θ(t))是加速度值与角加速度值的比值，并且没有使用对角速度的阈值判断和低通滤波器47。 

如图22A所示，当没有噪声以及由于输入装置1的倾斜导致的重力作用时，这些曲线图匹配。换言之，当不存在噪声和重力作用时，输入装置1可以计算输入装置1的实际速度作为速度值。 

图22B是示出了其中存在噪声影响但是不存在由于输入装置1的倾斜导致的重力作用的情况下的模拟的曲线图。回转半径(R_ψ(t)，R_θ(t))是加速度值与角加速度值的比值，并且未使用对角加速度的阈值判断以及低通滤波器47。 

如图22B所示，当在角加速度值的信号中生成噪声时，由输入装置1计算的速度值很大地波动。这是因为，当在角加速度中生成噪声时，基于角加速度计算的回转半径(R_ψ(t)，R_θ(t))和基于这些回转半径计算的速度值(V_x，V_y)受到噪声影响。 

图22C是示出了存在噪声影响但是不存在由于输入装置1的倾斜导致的重力作用的情况下的模拟的曲线图。回转半径(R_ψ(t)，R_θ(t))是加速度值与角加速度值的比值，并且使用对角加速度的阈值判断以及低通滤波器47。 

如图22C所示，由于阈值判断和低通滤波器，噪声影响被抑制到可忽略的水平。 

应注意，通过输入装置1计算的速度值的计算晚于输入装置1的实际速度。这是因为，当回转半径信号通过低通滤波器47时导致了响应延迟。为了抑制该延迟的影响，低通滤波器47被设计成使得当回转半径信号通过其时响应延迟变得最小。 

图22D是示出了导致了噪声影响和由于输入装置1的倾斜导致的重力作用的情况下的模拟的曲线图。回转半径(R_ψ(t)，R_θ(t))是 加速度值与角加速度值的比值，并且使用了对角加速度的阈值判断以及低通过滤器47。 

应注意，假设了当用户通过从如图20中抬高的位置向下摆动手臂而在俯仰方向上操作输入装置1时、加速度传感器单元16接收重力作用的情况。 

当用户通过从抬高的位置向下摆动手臂来操作输入装置1时，加速度传感器单元16除惯性力I的加速度值a_ix之外，还检测倾斜分量的加速度值a_gx。因为倾斜分量的加速度值a_gx作为非必需的加速度而被检测到，所以由输入装置1计算的速度值变得比实际速度值大。因此，如图22D所示，由输入装置1计算的速度值的曲线从实际速度值的曲线向上移动。 

另一方面，当用户通过从较低的位置向上摆动手臂来操作该输入装置时，由输入装置1计算的速度值的曲线从实际速度的曲线向下移动(未示出)。 

图22E是示出了导致了噪声影响以及由于输入装置1的倾斜引起重力作用的情况下的模拟的曲线图。回转半径(R_ψ(t)，R_θ(t))是加速度值变化率与角加速度值变化率的比值，并且使用了对角加速度的阈值判断以及低通滤波器47。此外，假设了用户通过从抬高的位置向下摆动手臂而在俯仰方向上操作输入装置1的情况。 

如图22E所示，由输入装置1计算的速度值的曲线几乎与实际速度的曲线匹配。这是因为，通过作为加速度值变化率与角加速度值变化率的比值而计算回转半径(R_ψ(t)，R_θ(t))，作为非必需加速度而被检测到的倾斜分量的加速度值a_gx的信号被微分滤波器45减弱。 

图23是示出了上述另一个实施方式的操作的流程图。在该流程图所示的处理中，与图17所示的处理一样，在图19的全部处理中的主要操作通过控制装置40实施。换言之，输入装置1将从传感器单元17输出的双轴加速度信号和双轴角速度信号作为输入信息发送到控制装置40。在步骤305～步骤318中，控制装置40的MPU 35执行图19示出的步骤403～步骤416。由于详细情况与图11的那些相同，所以将省略其说明。 

接着，将描述本发明的又一实施方式。 

在这个实施方式中，使用回归线的斜率来计算回转半径。如上所述，回转半径是加速度变化率与角加速度变化率的比值。为了计算加速度变化率与角加速度变化率的比值，这个实施方式利用了回归线的斜率。 

图24是示出了根据这个实施方式的控制系统的操作的流程图。应注意，将主要描述不同于图19中示出的流程图的点。 

MPU 19使每预定数量的时钟分别从加速度传感器单元16和角速度传感器单元15提供的加速度值(a_x，a_y)和角速度值(ω_ψ，ω_θ)进行一阶微分和二阶微分，从而计算加速度变化率(Δa_x，Δa_y)和角加速度变化率(Δ(Δω_ψ)，Δ(Δω_θ))(步骤601～步骤604)。例如n对加速度变化率(Δa_x，Δa_y)和角加速度变化率(Δ(Δω_ψ)，Δ(Δω_θ))的历史被存储在存储器48中，并且利用下面的方程(8)和(9)分别对回归线斜率(A₁，A₂)进行计算(步骤605)。回归线斜率是加速度变化率与角加速度变化率的比值，即，回转半径(R_ψ(t)，R_θ(t))。应注意，作为参考，计算回归线段(B₁，B₂)的方法分别由方程(10)和(11)表示。 

A₁＝R_θ(t)＝[{∑(Δ(Δωθ_j))²}*∑(Δa_yj)²}-{∑Δ(Δωθ_j)*∑Δ(Δω_θj)*Δa_yj}]/[n*∑(Δ(Δωθ_j))²-{∑Δ(Δω_θj)}²]...(8) 

A₂＝R_ψ(t)＝[{∑(Δ(Δω_ψj))²*∑(Δa_xj)²}-{∑Δ(Δω_ψj)*∑Δ(Δω_ψj)*Δa_xj}]/[n*∑(Δ(Δω_ψj))²-{∑Δ(Δω_ψj)}²]...(9) 

B₁＝[{n*∑Δ(Δω_θj)*Δa_yj}-{∑Δ(Δω_θj)*∑Δa_yj}]/[n*∑(Δ(Δω_θj))²-{∑Δ(Δω_θj)}²]... (10) 

B₂＝[{n*∑Δ(Δω_ψj)*Δa_xj}-{∑Δ(Δω_ψj)*∑Δa_xj}]/[n*∑(Δ(Δω_ψj))²-{∑Δ(Δω_ψj)}²]...(11) 

在上面的方程(8)～(11)中，n表示加速度变化率(Δa_x，Δa_y)和角加速度变化率(Δ(Δω_ψ)，Δ(Δω_θ))的采样数。采样数n被合理设置以将运算误差最小化。 

在计算回转半径时，基于该回转半径来计算速度值，并且对显示进行控制以使指针2基于与速度值相应的移动量在画面3上移动(步骤606～步骤610)。应注意，也可以通过使回转半径信号或速度值的信号经过低通滤波器47来抑制高频噪声的影响。 

在这个实施方式中，通过计算回归线斜率作为回转半径，可以计算出更精确的回转半径和速度值(V_x，V_y)。因此，可以使得显示在画面3上的指针2的移动成为更自然的移动。 

在以上的描述中，已经描述了以加速度变化率的大小计算回归线斜率的方法。然而，本发明并不限于此，并且回归线斜率可以以如方程(2)、(3)和(4)中的位移、速度以及加速度的大小来进行计算。 

为了如在图17中所示的处理中的相同目的，控制装置40的MPU 35可以执行步骤603～步骤606。 

接着，将给出对推导回转半径R(t)所必需的传感器以及其计算方法的描述。 

图25是示出了这些传感器的组合模式的若干实例的表。典型地，作为传感器的组合模式，可以有7类模式。在下面7类模式中的加速度传感器的实例包括压阻型、压电型、电容型、以及使用液体加热的泡沫型，并且角速度传感器(陀螺仪传感器)的实例包括振动型、顶部旋转型、激光型以及气体比率型。 

[模式1] 

模式1是使用单轴加速度传感器作为用于检测加速度的装置和使用单轴陀螺仪传感器作为用于获得角速度的装置的模式。在这种情况下，输入装置的移动仅被转换为指针2在画面3上的一维移动。作为其中仅应用一维移动的实例，存在这样一种情况，其中，指针的移动例如被限制在单一维度之内，或者为使用GUI的音量调整(不仅是音量调整，还有使用GUI的各种水平调整)。 

在模式1中，典型地，使用用于X′轴方向的加速度传感器以及关于Y′轴的陀螺仪传感器。可选地，使用用于Y′轴方向的加速度传感器以及关于X′轴的陀螺仪传感器。 

可选地，在加速度传感器的检测方向上的轴和陀螺仪传感器的轴不必是正交的，并且还可以通过使用三角函数的运算获得在相互正交的方向上的加速度分量值和/或角速度分量值。这对于下面的模式2～7同样适用。 

[模式2] 

模式2是图8示出的一个典型实例，并且是这样一种模式：使用双轴加速度传感器作为用于检测加速度的装置并且使用双轴角速度传感器作为用于获得角速度的装置。由于模式2已经在上述的实施方式中被说明，所以其说明将被省略。 

[模式3] 

模式3是使用单轴加速度传感器作为用于检测加速度的装置并且使用双轴陀螺仪传感器作为用于获得角速度的装置的模式。在这种情况下，替代使用陀螺仪传感器，用作检测角速度的装置的双轴加速度传感器中的单轴加速度传感器被用作检测加速度的装置。同样在这种情况下，仅该输入装置在俯仰方向上的移动被检测到，并且输入装置的移动如模式1一样仅被转换为指针2在画面3上的一维移动。 

图26是示出了根据模式3的传感器单元的示图。安装在传感器单元517的电路板128上的双轴加速度传感器(加速度传感器单元)116检测在Z′和Y′轴方向上的加速度。如图27所示，当用户在俯仰方向上从基准位置倾斜输入装置时，在Z′和Y′轴方向上重力加速度分量值被检测到。因此，利用方程(12)获得了关于X′轴的角度(俯仰角θ)作为角度相关值。 

θ＝arctan(a_z/a_y)...(12) 

MPU 19可以通过对俯仰角θ进行一阶微分运算来计算在俯仰方向上的角速度值ω_θ。因此，MPU 19可以由回转半径R_θ(t)计算在Y轴方向上的速度值V_y，其中该回转半径R_θ(t)是基于在Y′轴方向上的加速度值a_y和在俯仰方向上的角速度值ω_θ。 

作为模式3的优点，因为硬件结构简单，所以可以实现低成本。由于可以获得被称作俯仰角θ的绝对角度，所以可以解决由于温度漂移导致的低频组分或DC偏移被混在检测信号中(与通过角速度传感器检测角速度的情况一样)的问题。 

[模式4] 

模式4是使用双轴加速度传感器作为用于检测加速度的装置并且使用单轴陀螺仪传感器以及双轴加速度传感器作为用于获得角速度的装置的模式。 

图28是示出了根据模式4的传感器单元的示图。该传感器单元的硬件结构由用于X′轴、Y′轴和Z′轴方向的三轴加速度传感器(加速度传感单元)216以及关于Y′轴的单轴陀螺仪传感器115构成。 

输入装置在X轴方向上的速度值V_x由回转半径R_ψ(t)计算，该回转半径是基于三轴加速度传感器216中在X′轴方向上的加速度传感器、以及陀螺仪传感器115。与使用三轴加速度传感器216中在Y′轴和Z′轴方向上的加速度传感器的模式3类似，计算输入装置在Y轴方向上的速度值V_y。 

作为模式4的优点，由于包括廉价的三轴加速度传感器216以及单轴陀螺仪传感器115的结构，所以可以实现低成本。 

[模式5] 

模式5是使用两个同轴加速度传感器作为用于检测加速度的装置并且也使用两个同轴陀螺仪传感器作为用于获得角速度的装置的模式。 

图29是示出了根据模式5的传感器单元的示图。例如，设置了单轴加速度传感器221和222用于检测在X′轴方向上的加速度。这里，为了方便，分别使用X″轴、Y″轴、以及Z″轴来表示固定至单轴加速度传感器222上的正交坐标系。X′轴和X″轴的方向相同，Y′轴和Y″轴的方向相同，并且Z′轴和Z″轴的方向相同。 

两个单轴加速度传感器221和222仅通过距离L分开，并且被设置在要获得的回转半径R_ψ(t)上。在这种情况下，输入装置的移动仅被转换为指针2在画面3上的一维移动(例如，X轴方向)。单轴加速度传感器221和222的检测轴可以分别是Y′轴和Y″轴。 

在模式5中，回转半径R和角速度值ω通过图16中描述的原理获得。如上所述，因为(|a_x1|/R)＝(|a_x2|/(R-L))是基于具有包括在平面D中的瞬心K作为顶点的三角形的相似性关系而建立的，所以回转半径R可以由R＝L/(1-(|a_x2|/|a_x1|))进行计算。而且，由于关于瞬心K在偏转方向上的角加速度Δω_ψ为Δω_ψ＝|a_x1|/R或Δω_ψ＝|a_x2|/(R-L)，所以也可以获得角加速度Δω_ψ。如果获得了角加速度Δω_ψ，那么可以通过对它求积分而得到角速度ω_ψ。因此，在点P1处的速度值可以由上面的方程(1)来计算。 

另一方面，也是通过将两个加速度间的差除以两个单轴加速度传感器之间的距离L，可以获得在偏转方向上的角加速度值(关于Y′轴的角加速度值)Δω_ψ作为角度相关值。MPU 19可以通过对角加速度值Δω_ψ积分来计算角速度值ω_ψ。而且，MPU 19可以通过对角加速度值Δω_ψ微分来计算角加速度变化率Δ(Δω_ψ)。 

作为模式5的优点，由于ω_ψ、Δω_ψ和Δ(Δω_ψ)可以基于两个加速度值间的差来获得，所以可以消除重力作用。此外，由于只包括廉价的单轴加速度传感器221和222的结构，所以可以实现低成本。 

应注意，在模式5中，两个单轴加速度传感器221和222不总是必须设置在待获得的回转半径R_ψ(t)的直线上。具体地，如图30所示，例如，在两个单轴加速度传感器221和222之间的距离R1不是必须在回转半径R上。在这种情况下，如果已知单轴加速度传感器221和222相对于中心轴的配置角α和β，则可以得到角加速度值Δω_ψ并且通过对角加速度值Δω_ψ积分而获得角速度值ω_ψ。通过获得距离R1相对于沿着回转半径R的直线的投影距离R2以及加速度传感器222的向量a2相对于与加速度传感器221的向量a1平行的线的投影向量a2′，角加速度值Δω_ψ可以由Δω_ψ＝(|a1|-|a2|)/R2获得。如果获得了速度值|a1|(或|a2|)、距离R2、以及角速度值ω_ψ，则回转半径R可以基于图16中描述的原理而获得。 

[模式6] 

模式6不仅在X′和X″轴方向上而且在Y′和Y″轴方向上都应用上面的模式5的一种模式。具体地，如图31所示，双轴加速度传感器(加速度传感器单元)223和224仅通过间距L′彼此分开设置。因此，输入装置的移动被转换为指针2在画面3上的在X和Y轴方向上的二维移动。 

作为模式6的优点，由于使用廉价的双轴加速度传感器223和224，所以可以实现低成本。 

而且，如图32所示，当输入装置关于Z′轴倾斜时，从下面的方程(13)或(14)可以获得滚转角 

或 

通过获得滚转角 

可以通过使用旋转矩阵(利用方程(15)和(16))的坐标变换而获得校正速度值(V_x′，V_y′)，因此使得可以消除由于倾斜引起的重力作用。 

通过使用旋转矩阵的坐标变换获得滚转角 和获得校正速度值(V_x′，V_y′)还可以应用于上面的模式2、模式4和下面的模式7。 

[模式7] 

模式7利用双轴加速度传感器作为用于检测加速度的装置以及利用三轴地磁传感器作为用于获得角速度的装置。 

图33是示出了根据模式7的传感器单元的示图。双轴加速度传感器(加速度传感器单元)16检测在X′和Y′轴方向上的加速度，并且三轴地磁传感器226检测关于Y′轴的角(偏转角)ψ以及关于X′轴的角(俯仰角)θ。通过对偏转角ψ和俯仰角θ进行微分，MPU 19可以计算角速度值(ω_ψ，ω_θ)。因此，在X和Y轴方向上的速度值(V_x，V_y)可以基于回转半径(R_ψ(t)，R_θ(t))计算。 

可选地，在模式7中，可以使用包括Z′轴的三轴加速度传感器来代替双轴加速度传感器16。在这种情况下，因为在重力方向(即，绝对垂直方向)上的检测通过该三轴加速度传感器变得可行，所以输入装置的绝对角度(取向)基于地磁相对于重力方向的向量的方向而被检测到。 

[其他模式] 

作为其他模式，存在使用双轴(X′轴和Y′轴)加速度传感器作为用于检测加速度的装置并且使用单轴(关于Y′或X′轴)陀螺仪传感器作为用于检测角速度的装置的模式。可选地，存在使用单轴(X′或Y′轴)加速度传感器作为用于检测加速度的装置并且使用双轴(关于Y′轴和X′轴)陀螺仪传感器作为用于检测角速度的装置的模式。 

接着，将描述传感器单元在壳体10内部的配置以及固定方法的一个实施方式。 

图34是示出了根据本发明的该实施方式的传感器单元617的配置以及固定方法的透视图。图35是图34中示出的传感器单元617、壳体10等的截面图。 

如图34所示，例如，当输入装置1在基准位置时(见图7A和图7B)，角速度传感器单元15和加速度传感器单元16在X轴方向上是对齐的。传感器单元617以悬臂状态被连接到设置在壳体10的内表面10a上的突出部10b，以便在壳体10内突出。典型地，经由形成在传感器单元617的电路板25(第二基板)上的孔25b，传感器单元617通过螺钉、销钉或其他连接构件102以悬臂状态被固定到突出部10b上。只要保持了悬臂状态，可以使用多个螺钉、销钉等。 

主基板18(第一个基板)(见图3)(在该基板上安装有运算处理单元如MPU 19)实际上被设置在Z-X面内以垂直于传感器单元617的电路板25。主基板18和电路板25是经由柔性导线101电连接的。柔性导线101的实例包括FFC(柔性扁平电缆)、FPC(柔性印刷电路)、以及铰合线。 

因此，可以使传感器电路617的电路板25的尺寸小于单一基板(在其上例如安装了MPU 19、角速度传感器单元15、以及加速度传感器单元16)的尺寸。当电路板25的尺寸小时，刚性增强了很多，因此在输入装置被移动时，可以抑制由施加到电路板25的机械应力引起的变形或由作用在电路板25上的惯性力引起的变形的发生。在电路板25中引起的变形指的是电路板25的翘曲或包括其挠曲的变形。这是因为，当引起这些变形时，担心噪声被混入到角速度传感器单元15和加速度传感器单元16的检测值中，从而劣化检测值。 

此外，因为主基板18和电路板25分离设置，所以它们在壳体10内部的配置的自由度增加。而且，因为主基板18和电路板分离设置，所以至少包括安装在主基板18上的发送装置21和天线22的发送单元、以及电路板25可以彼此远离地设置。因此，可以防止传感器单元617受到由发送单元生成的发送无线电波以及经由该发送单元进入的外部电磁波噪声的不利影响。 

在这个实施方式中，与其中电路板25的两侧连接到壳体10上的情况(中心叶轮状态，center impeller state)相比，由于电路板25以悬臂状态被连接到壳体10，所以施加到电路板25的应力可以被减小。利用这样的结构，即使当用户紧紧握住壳体10并且因此壳体10变形时，尽可能多地防止由该变形导致的力传递到电路板25上。因此，可以抑制在电路板25中的发生的变形。 

在这个实施方式中，由于电路板25和主基板18经由柔性导线101连接，所以即使当主基板18由于应力而变形时，它的力也没有被传递到电路板25。 

而且，在这个实施方式中，在电路板25的周边部25a与壳体的内表面10a之间设置间隙103。因此，即使当用户握住壳体10并且因此壳体10变形时，可以防止它的力传递到电路板25。 

以下，可以将角速度传感器单元15和加速度传感器单元16中的至少之一称作传感器。 

图36A是根据本发明另一个实施方式的传感器单元的前视图。图36B是传感器单元117的截面图，而图36C是它的背视图。 

在传感器单元117中，加速度传感器单元16安装在电路板125的第一表面125a上，并且角速度传感器单元15安装在与它相对的第二表面125b上。此外，用于利用连接构件102的进行连接的孔125c形成在该电路板的一侧上。 

因此，可以使电路板125的尺寸小于在角速度传感器单元15和加速度传感器单元16都被安装在电路板125的一个表面上的情况下的尺寸。因此，电路板125的刚性可得以增强。 

而且，利用这样的结构，由周围环境中的温度变化以及由传感器生成的热量导致的变形，即，由于基板与传感器(主要是传感器的封装材料)的热膨胀系数不同导致的变形被消除。因为热从电路板125的两个表面被传递到其上，所以传递热量的平衡变得均匀，因此抑制了由于热膨胀导致的电路板125的变形。特别是当角速度传感器单元15和加速度传感器单元16的中心在垂直于电路板125的主表面的方向上匹配时，电路板125的变形变得最小。 

图37A～图37C是示出了根据又一个实施方式的电路板的示图。MPU 19、A/D转换器104、以及加速度传感器单元16安装在电路板225的第一表面225a上。角速度传感器单元15安装在与第一表面225a相对的第二表面225b上。在这种情况下，A/D转换器104可以集成到MPU 19中。 

在这个实施方式中，执行模拟处理的A/D转换器104安装在电路板225上。因此，可以避免从传感器供给MPU 19的微小输出信号受到外部电磁波噪声等影响的情况。 

应注意，还是当A/D转换器集成到MPU 19中时，只需要将MPU 19安装在第一表面225a或第二表面225b上。在这种情况下，可以将传感器和MPU 19(例如，A/D转换器104和存储器(未示出))(以下，被称作处理单元)设置在第一表面225a和第二表面225b上，以使传感器和处理单元的重量平衡变得均匀。 

图38A～图38C是示出了根据又一个实施方式的传感器单元的示图。加速度传感器单元16和A/D转换器104安装在传感器单元317的电路板325的第一表面325a上。角速度传感器单元15安装在第二表面325b上。在这种情况下，MPU 19安装在主基板18上。还是利用这样的结构，可以降低从传感器供给MPU 19的微小输出信号受到外部电磁波噪声等的影响的可能性。 

图39示出了这样一种结构，其中图36示出的传感器单元117被电磁屏蔽构件105覆盖。电磁屏蔽构件105通过连接构件102、焊锡等连接到例如传感器117的接地部。电磁屏蔽构件105的材料的实例有导电构件，例如铝、锡以及导电树脂，但是不局限于此。 

利用这样的结构，例如，可以防止由发送单元(至少包括安装在主基板18上的传输装置21和天线22之一)生成的发送无线电波以及外部电磁波噪声不利地影响传感器。对传感器的不利影响指的是例如DC偏移的波动。 

应注意，电磁屏蔽构件105可以具有仅覆盖第一表面125a的结构、仅覆盖加速度传感器单元16的结构、仅覆盖第二表面125b的结构、或仅覆盖角速度传感器单元15的结构。 

不局限于图36中示出的传感器单元117，电磁屏蔽构件105还可以应用于图34和图35中示出的传感器单元617、图37A～图37C中示出的电路板225、或图38A～图38C中示出的电路板325。可选地，电磁屏蔽构件105可以应用于图40和图41中示出的以下结构。 

图40是根据又一实施方式的传感器单元的前视图。图41是该传感器单元和壳体的截面图。 

在这个实施方式中，电路板425包括在两侧上的连接孔425c。在两侧上的两个位置处，经由连接构件102利用壳体的突出部110a和110b形成连接。突出部110a和110b可以彼此分离地设置在上侧和下侧，或者可以被设置在壳体110的内表面的整个周面、即电路板425的外周部的整个周面上。典型地，虽然连接两个孔425c的中心的直线穿过传感器单元217的重心，但是两个孔425c的位置不必须局限于这种配置。 

此外，在这个实施方式中，连接构件102经由弹性体106连接电路板425和壳体110。典型地，弹性体106是由橡胶或树脂形成的一个垫圈。作为弹性体106的垫圈通常被形成具有0.3mm到1mm的厚度、3mm到8mm的外径、以及1mm到5mm的内径，然而不局限于这些尺寸。 

本文中使用的弹性体指的是凝胶体或粘性体。橡胶材料的实例包括EPDM(三元乙丙橡胶)、丁基橡胶、以及丁腈橡胶，但是不局限于此。 

在这个实施方式中，电路板425相对于壳体110(壳体110和电路板425的整体)的刚性可得以增强。因此，抑制了由于当输入装置旋转时导致的在电路板425中的力矩引起的电路板425的变形。此外，即使当电路板425如上所述在其两个位置处被固定到壳体110上时，弹性体106也可以吸收在固定期间施加至电路板425的应力。可选地，当用户紧紧握住壳体110并且壳体110因此发生变形时，弹性体106可以吸收该变形。 

而且，由于弹性体106还具有缓解扰乱加速度的功能，所以可以获得改善耐冲击性的辅助作用。 

代替在两个位置处，电路板425可以在三个以上的位置处连接到壳体110上。 

应注意，在这个实施方式中，已经描述了其中加速度传感器单元16和角速度传感器单元15被分别安装在电路板425的第一表面425a上和第二表面425b上的情况。然而，图34和图35中示出的电路板25、图37A～图37C中示出的电路板225、或图38A～图38C中示出的电路板325也可以在至少两个位置处连接到壳体110上。 

可选地，图34和图35中示出的电路板25的连接构件102可以经由弹性体106在一个位置处连接到壳体10上。这同样适用于图36中示出的电路板125、图37A～图37C中示出的电路板225、以及图38A～图38C中示出的电路板325。 

图42是示出了根据又一实施方式的传感器单元和主基板的示图。 

传感器单元717和主基板18通过用于电连接两个基板的导线固定。换言之，传感器单元717的电路板525利用导线109以悬臂 状态连接到主基板18上。作为导线109，使用具有合适刚性的导线。具有合适刚性的导线109例如是镀锡线、铜线以及钛线，但是并不局限于此。可选地，可以使用诸如软铰合线的导线代替导线109，并且该导线可以通过具有刚性的树脂模制成型。 

如上所述，由于传感器单元717没有被连接到壳体上，所以传感器单元717不受当用户紧握壳体时引起的壳体变形的影响。 

在这个实施方式中，传感器单元717的电路板525形成为比主基板18更厚。因此，电路板525的刚性可以被增强。典型地，电路板525的厚度为1.2mm而主基板18的厚度为0.8mm，但是这些厚度不限制于这些值。 

电路板525连接到主基板18的一个端部(第一端部)18a，并且至少包括发送装置21和天线22之一的发送单元107设置在远离电路板525的相对侧上的另一个端部(第二端部)18b上。换言之，发送单元107设置在尽可能远离传感器单元717的位置处。因此，可以防止传感器单元717受到由发送单元107生成的发送无线电波或者经由传输单元107进入的外部电磁波噪声的不利影响。 

在图42所描述的特征中，厚于主基板18或者发送单元107的电路板525设置在主基板18的另一个端部18b上的特征也可以应用于图34～图41的上述实施方式。 

图43是根据又一实施方式的传感器单元的前视图。 

除了孔126a(通过该孔用于实现传感器单元417相对于壳体(图43中未示出)的悬臂状态的连接构件102(图43中未示出)被插入)，传感器单元417的电路板126还包括另一个开口126b。开口126b形成在孔126a与传感器(如角速度传感器单元15)之间。 在这个实例中，加速度传感器单元16设置在电路板126的背表面侧(未示出)上与角速度传感器单元15相对的位置处。 

由于处于其中传感器单元417经由孔126a通过连接构件102连接到壳体上的状态的输入装置的移动，所以由惯性力引起的应力施加到电路板126上。通过设置开口126b，可以尽可能多地防止应力从其上连接电路板126的一侧传递到其上设置有传感器的一侧。此外，通过设置开口126b，电路板126的重量变得比在具有与电路板126相同尺寸的电路板上未形成开口126b的情况下的重量更轻，因此惯性力可以被抑制很多。 

开口126b形成为具有一个弧形，但是不局限于此。就像图44中示出的电路板127的开口127b一样，开口126b可以形成为横长形。各种其他形状也是可行的，并且开口的数目可以是多个。 

图43(或图44)示出的形成开口126b(或127b)的特征还可以应用于图34、图35、以及图37～图42中描述的上面的实施方式中。例如，当形成开口的特征应用于如图41所示传感器单元217在多个位置(包括三个以上的位置)连接到壳体110上的结构中时，以下配置可以作为开口的配置，例如，其是这样一种结构，其中开口形成在上部孔425c(通过该孔连接构件102被插入)的至少一个与传感器之间，以及下部孔425c(通过该孔连接件102被插入)与传感器之间。 

应注意，分别在图43和图44示出的电路板126和127的每一个的上部形成有基于壳体内表面形状的曲线。然而，该形状可以是任意形状。 

图45是示出了其中图34～图44的若干特征被组合的结构的示图。 

被电磁屏蔽构件105遮盖的传感器单元317通过连接构件102以悬臂状态连接到壳体10上。弹性体106被设置在连接构件102与电路板325(或电磁屏蔽构件105)之间。例如，使用图38A～图38C示出的传感器单元317。 

MPU 19和发送单元107安装在主基板18上，并且发送单元107设置在远离传感器单元317的端部18b上。主基板18和传感器单元317的电路板325通过柔性导线101电连接。而且，在电路板325与壳体10相连的部分与传感器之间形成用于抑制应力传递的开口325c。 

应注意，如图45所示的结构，不具有电磁屏蔽构件105或弹性体106的结构是可以的。可选地，使用图36中示出的传感器单元117代替传感器317的结构也是可以的。 

上述图34～图44中的传感器单元中，可以使用如图28所述的单轴角速度传感器来替代角速度传感器单元15。可选地，可以使用如图27、图30、图33等所描述的单轴传感器或三轴加速度传感器来替代加速度传感器单元16。可选地，如图33所描述的地磁传感器226可以被包括在图34～图44描述的传感器单元中。 

图47是示出了例如图29中所示的两个单轴加速度传感器221和222安装在公共电路板220上的传感器结构的透视图。两个单轴加速度传感器221和222分别安装在专用的支撑基板221A和222A上，并且经由支撑基板221A和222A而安装在电路板220上。两个单轴加速度传感器221和222仅以距离L分开。在这种情况下，输入装置的移动仅被转换为指针2在画面3上的一维移动(例如，X轴方向)。单轴加速度传感器221和222的检测轴可以是Y′轴。 

图48是示出了根据另一个实施方式的输入装置800的主要部分的截面图。在壳体10内部，形成用于容纳传感器模块817的容纳部801，在该传感器模块上安装有角速度传感器单元15和加速度传感器单元16。传感器模块817经由作为连接装置的柔性配线基板826而电和机械地连接至作为支撑基板的主基板18。 

容纳部801能够容纳整个传感器模块817并且具有这样一个尺寸，当传感器模块817被容纳在其中时，在传感器模块817与容纳部801内壁表面之间形成一定尺寸以上的间隙。在这个实施方式中，容纳部801通过直立在壳体10的内壁上的多个肋802和803限定。用于将传感器模块817整合到容纳部801内部的开口805形成在肋802与803之间。应注意，在图48中的肋803的上端部，形成用于支撑柔性配线基板826的弯曲部804。 

在容纳部801内部设置缓冲材料830。除了防止作用在壳体10上的外部力(即，冲击和应力)传递到传感器模块817之外，缓冲材料830还吸收在壳体10中引起的扭曲，从而防止了传感器模块817的变形。应注意，对缓冲材料830设置用于分别容纳传感器模块817的传感器单元15和16的开口(槽部，relief portion)830A和830B。作为缓冲材料830，可以使用聚氨酯树脂等的泡沫橡胶、海绵、玻璃棉等。 

根据这个实施方式，通过缓冲材料830或柔性布线基板826可以有效吸收作用在壳体10上或主基板18上的外部力并且抑制外部力传递到传感器模块817。因此，因为就像传感器模块817在壳体10内部漂浮一样，稳定的加速度检测和角速度检测变得可能，同时消除了来自外部的影响。 

应注意，图48示出的传感器模块817的结构仅是一个实例，并且在上面的实施方式中描述的那些传感器模块的结构可以被应用于传感器模块817。 

接着，将描述根据本发明的另一个实施方式的传感器模块。 

例如，在图1～图8示出的控制系统100中使用的传感器模块17中，来自角速度传感器单元15和加速度传感器单元16的模拟输出信号经由A/D转换器(未示出)被输入到MPU 19。作为针对扰乱噪声的对策，传感器单元15和16的输出施加有DC(直流)偏移电位。根据这些传感器单元的灵敏度特性、集成了传感器单元的装置的电特性等，适当地设置DC偏移值。典型地，DC偏移值被设置为这样一个值，根据这个值这些传感器单元的输出电压落在A/D转换器的可处理电压范围内。 

然而，取决于所使用的传感器类型，这些传感器的输出特性可以在安装到公共基板上之前和之后发生波动。此外，这些传感器的输出特性还由于这些传感器的操作环境(如，温度)而波动。这种情况的具体实例在图49A中示出。图49A示出了传感器输出电压的波形实例以及A/D转换器电压的波形实例。在这个实例中，传感器的DC偏移值被设置为2V，输出范围被设置为±0.8V，并且A/D转换器的输入范围被设置为0至2.4V(中值为1.2V)。 

在图49A示出的实例的情况中，已进行A/D转换的数字化电压信号关于+侧和-侧是不对称的。因此，出现了传感器输出无法被完全利用的问题。例如，当在指示装置中使用时，对右手侧的操作可以以高速度跟随，但是对左手侧的操作则无法跟随。 

通过使传感器的范围变窄(如，将传感器的输出范围从±0.8V窄化到±0.4V)以解决以上问题，可以使传感器输出落在A/D转换 器的可处理电压范围内，从而使得可以防止经A/D转换的电压信号变得不对称。然而，A/D转换的分辨率性能被降至1/2并且因此无法获得足够的分辨率，这是不利的。 

在这个实施方式中，在这个方面，传感器的DC偏移值被控制为使该传感器输出电压落在A/D转换器的可处理电压范围之内，从而解决以上问题。具体地，要施加至传感器的DC偏移值被调整为使传感器的输出范围与A/D转换器的所设置的参考值(输入范围的中值)相匹配。应注意，与上面的实例相反，还可以调整A/D转换器的输入范围的中值以使其与传感器的DC偏移值相匹配。 

图49B示出了包括图50中示出的电路结构的传感器模块的传感器输出波形以及A/D转换的电压波形。在这个实例中，传感器的DC偏移值被设置为A/D转换器的输入范围的中值(1.2V)。应注意，传感器的输出范围是±0.8V，并且A/D转换器的输入范围是0至2.4V。 

通过如上所述调整DC偏移值，包括传感器单元和A/D转换器的信号检测系统的动态范围可以被最大化。此外，由于输出偏移值的变量可以被调整，所以可以最大限度地确保输入信号和输出波形的对称性，并且获得人类感觉与光标移动之间的关联性。此外，传感器输出可以通过将DC偏移值调整至任意电平(A/D转换器的基准电压(偏移值))而进行校准。另外，还可以在接通电源时限制光标的移动。 

接着，将描述用于将传感器的DC偏移值调调整至A/D转换器的输入范围的中值的具体电路结构。 

图50A中示出的电路结构包括用于传感器单元(加速度传感器单元和/或角速度传感器单元)的驱动IC 901、用于对驱动IC 901 施加DC偏移电位的偏压电路(施加装置)911、以及集成到驱动IC 901中的运算放大器(调整装置)912。基于驱动IC的输出电压，运算放大器912对施加至驱动IC 901的DC偏移值进行调整，以使驱动IC 901的输出电压落在随后的A/D转换器的可处理电压范围内。调整点例如是A/D转换器的输入范围的中值。这个结构在传感器单元由驱动IC 901(包括增益调整输入终端913)组成的情况下是特别有利的。 

图50B中示出的电路结构包括用于传感器单元(加速度传感器单元和/或角速度传感器单元)的驱动IC 902、用于对驱动IC 902施加DC偏移电位的偏压电路(施加装置)921、以及设置在驱动IC 902外部的运算放大器(调整装置)922。基于驱动IC的输出电压，运算放大器922对施加至驱动IC 902的DC偏移值进行调整，以使驱动IC 902的输出电压落在随后的A/D转换器的可处理电压范围内。调整点例如是A/D转换器的输入范围的中值。 

图50C中示出的电路结构包括用于传感器单元(加速度传感器单元和/或角速度传感器单元)的驱动IC 903以及调整单元(施加装置、调整装置)918，该调整单元用于对DC偏移值进行调整并且将它施加到驱动IC 903。调整单元918包括A/D转换器914(用于将驱动IC 903的模拟输出信号转换成数字信号)、比较器915(用于将通过转换得到的数字输出信号的DC中值与A/D转换器914的输入范围中值(设置值)进行比较)、计算单元916(用于计算通过比较器915得到的差的校正值)、以及D/A转换器917(用于对计算单元916中计算的校正值进行D/A转换并且将它输入到驱动IC的增益调整输入端913)。 

当输入装置处于操作停止状态时，与经由A/D转换器914被输入到MPU(与图3的MPU 19相对应；下文同样适用)的该输入装置的移动量相对应的值必须是一个基准值(例如，对应于0V的值)。 然而，实际上，该值由于温度漂移作用而可能不为0。在这时，通过经由D/A转换器917输出由比较器915和计算单元916生成的校正电压并且将它们叠加在传感器输出上，在特定时间点来自A/D转换器914的值变为基准。具体地，当来自A/D转换器914的值变为基准值时，经由D/A转换器917输出的值变为漂移校正值，并且之后可以通过施加该校正值而消除漂移的影响。 

应注意，也可应用不同于图50A～图50C中示出的电路结构的电路。示意地描述为，在输出偏移值与A/D转换器的基准值之间的差被预先存储在诸如EEPROM的非易失性存储器中，并且该差被读出从而生成DC偏移值的校正值。此外，如果该传感器的温度漂移被预先测量并且其系数被存储在EEPROM等中，则包括该温度漂移的校准可以通过仅增加诸如热敏电阻的温度检测组件而执行。 

到此为止所描述的控制系统并不限于上述实施方式，并且可以进行各种修改。 

如上所述，可以使用角度传感器如地磁传感器226代替角速度传感器单元15来检测角速度值。在这种情况下，由角度传感器检测的角度值的大小以及由加速度传感器检测的加速度值的大小被组合，从而计算回转半径。例如，通过对角度值进行三阶微分运算并且对加速度值进行一阶微分运算，计算角加速度变化率以及加速度变化率，并且计算加速度变化率与角加速度变化率的比值作为回转半径。 

应注意，加速度传感器单元16和角速度传感器单元15中的至少一个可以由诸如CCD传感器和CMOS传感器的图像传感器构成。 

图11、19、21或23示出的流程图中，输入装置1的一部分处理由控制装置40执行，或控制装置40的一部分处理可以由输入装置1执行，同时输入装置1以及控制装置40彼此通信。 

根据以上实施方式的输入装置将输入信息无线发送到控制装置。然而，还可以通过有线方式发送输入信息。 

在以上实施方式中，根据输入装置的移动而在画面上移动的指针2被表示为箭头的图像。然而，指针2的图像并不限于箭头，并可以是简单的圆形、方形等，或者是字符图像或任何其他图像。 

Claims (13)

1.一种输入装置，包括：

壳体；

第一加速度检测部，用于检测所述壳体在第一方向上的第一加速度值；

第一角度相关值检测部，用于检测第一角度相关值，作为与所述壳体关于不同于所述第一方向的第二方向上的轴的角度相关的值；以及

计算装置，用于基于检测到的所述第一加速度值和所述第一角度相关值，计算所述壳体在所述第一方向上的第一速度值，

其中，基于检测到的所述第一加速度值和所述第一角度相关值，所述计算装置计算所述壳体关于所述第二方向上的轴的回转半径，所述回转半径是位置随时间发生改变的旋转的第一中心轴与所述第一加速度检测部之间的距离，并且所述计算装置基于由所述第一角度相关值计算的第一角速度值和计算出的所述回转半径来计算所述第一速度值。

2.根据权利要求1所述的输入装置，

其中，所述计算装置计算加速度变化率作为所述第一加速度值的时间变化率，基于检测到的所述第一角度相关值计算角加速度变化率，作为关于所述第二方向上的轴的角加速度的时间变化率，并且计算所计算出的所述加速度变化率与所计算出的所述角加速度变化率的比值作为所述回转半径。

3.根据权利要求1所述的输入装置，

其中，所述计算装置基于检测到的所述第一角度相关值计算角加速度值，并且计算所述第一加速度值与所述角加速度值的比值作为所述回转半径。

4.根据权利要求1所述的输入装置，

其中，所述计算装置基于检测到的所述第一角度相关值来计算角加速度变化率，作为关于所述第二方向上的轴的角加速度的时间变化率；计算通过从所述第一加速度值去除低频组分所获得的值，所述低频组分至少包含作用在所述第一加速度检测部上的重力加速度在所述第一方向上的分量值；计算加速度变化率，作为已经移除了所述低频组分的所述值的时间变化率，并且计算所计算出的所述加速度变化率与所计算出的所述角加速度变化率的比值作为所述回转半径。

5.根据权利要求1所述的输入装置，还包括：

第二加速度检测部，用于检测所述壳体在所述第二方向上的第二加速度值；以及

第二角度相关值检测部，用于检测第二角度相关值，作为与关于所述第一方向上的轴的角度相关的值，

其中，所述计算装置基于已经检测到的所述第二加速度值和所述第二角度相关值来计算所述壳体在所述第二方向上的第二速度值。

6.根据权利要求5所述的输入装置，

其中，所述计算装置基于已经检测到的所述第二加速度值和所述第二角度相关值来计算所述壳体关于所述第一方向上的轴的第二回转半径，所述第二回转半径是位置随时间变化的旋转的中心轴与所述第二加速度检测部之间的距离，并且基于由所述第二角度相关值计算的第二角速度值和所计算出的所述第二回转半径来计算所述第二速度值。

7.一种控制方法，包括：

检测输入装置的壳体在第一方向上的第一加速度；

检测第一角度相关值，作为与所述壳体关于不同于所述第一方向的第二方向上的轴的角度相关的值；以及

基于已经检测到的所述第一加速度值和所述第一角度相关值计算所述壳体在所述第一方向上的第一速度值，

其中，基于检测到的所述第一加速度和所述第一角度相关值，计算所述壳体关于所述第二方向上的轴的回转半径，所述回转半径是位置随时间发生改变的旋转的第一中心轴与所述输入装置之间的距离，并且基于由所述第一角度相关值计算的第一角速度值和计算出的所述回转半径来计算所述第一速度值。

8.一种输入装置，当用户三维地移动所述输入装置时，运算信息被输入到所述输入装置中，所述输入装置包括：

距离计算装置，用于计算从包括沿第一方向的轴的虚拟平面内的瞬心到所述输入装置的距离；以及

速度计算装置，用于基于计算出的所述距离和角度相关值计算所述输入装置在所述第一方向上的速度值，其中所述角度相关值是作为与所述输入装置关于所述虚拟平面内的所述瞬心的角度相关的值。

9.根据权利要求8所述的输入装置，还包括

第一加速度检测部，用于检测所述输入装置在所述第一方向上的加速度值，

其中，所述距离计算装置基于所述加速度值和所述角度相关值计算从所述瞬心到所述第一加速度检测部的距离作为所述距离。

10.根据权利要求8所述的输入装置，

其中，所述距离计算装置在通过预定距离彼此分开的两个位置处，基于所述虚拟平面内在所述第一方向上的加速度值来计算所述距离。

11.一种控制装置，其根据从输入装置发送的信息控制在画面上显示的指针的显示，所述输入装置包括：壳体；第一加速度检测部，用于检测所述壳体在第一方向上的第一加速度值；第一角度相关值检测部，用于检测第一角度相关值，作为与所述壳体关于不同于所述第一方向的第二方向上的轴的角度相关的值；以及发送装置，用于发送关于所述第一加速度值和所述第一角度相关值的信息，所述控制装置包括：

接收装置，用于接收所发送的所述关于所述第一加速度值和所述第一角度相关值的信息；

计算装置，用于基于已经接收到的所述第一加速度值和所述第一角度相关值计算所述壳体在所述第一方向上的第一速度值；以及

坐标信息生成装置，用于生成所述指针在所述画面上的坐标信息，所述坐标信息对应于计算出的所述第一速度值，

其中，基于检测到的所述第一加速度值和所述第一角度相关值，所述计算装置计算所述壳体关于所述第二方向上的轴的回转半径，所述回转半径是位置随时间发生改变的旋转的第一中心轴与所述第一加速度检测部之间的距离，并且所述计算装置基于由所述第一角度相关值计算的第一角速度值和计算出的所述回转半径来计算所述第一速度值。

12.一种控制系统，包括：

输入装置，其包括：

壳体，

第一加速度检测部，用于检测壳体在第一方向上的第一加速度值，

第一角度相关值检测部，用于检测第一角度相关值，作为与所述壳体关于不同于所述第一方向的第二方向上的轴的角度相关的值，

计算装置，用于基于已经检测到的所述第一加速度值和所述第一角度相关值计算所述壳体在所述第一方向上的第一速度值，以及

发送装置，用于发送关于计算出的所述第一速度值的信息，

其中，基于检测到的所述第一加速度值和所述第一角度相关值，所述计算装置计算所述壳体关于所述第二方向上的轴的回转半径，所述回转半径是位置随时间发生改变的旋转的第一中心轴与所述第一加速度检测部之间的距离，并且所述计算装置基于由所述第一角度相关值计算的第一角速度值和计算出的所述回转半径来计算所述第一速度值；以及

控制装置，其包括：

接收装置，用于接收所发送的所述关于所述第一速度值的信息，以及

坐标信息生成装置，用于生成指针在画面上的坐标信息，所述坐标信息对应于所接收的所述第一速度值。

13.一种控制系统，包括：

输入装置，其包括：

壳体，

第一加速度检测部，用于检测所述壳体在第一方向上的第一加速度值，

第一角度相关值检测部，用于检测第一角度相关值，作为与所述壳体关于不同于所述第一方向的第二方向上的轴的角度相关的值，以及

发送装置，用于发送关于所述第一加速度值和所述第一角度相关值的信息；以及

控制装置，其包括：

接收装置，用于接收所发送的所述关于所述第一加速度值和所述第一角度相关值的信息，

计算装置，用于根据接收的所述第一加速度值和所述第一角度相关值计算所述壳体在所述第一方向上的第一速度值，以及

坐标信息生成装置，用于生成指针在画面上的坐标信息，所述坐标信息对应于所计算出的所述第一速度值，

其中，基于检测到的所述第一加速度值和所述第一角度相关值，所述计算装置计算所述壳体关于所述第二方向上的轴的回转半径，所述回转半径是位置随时间发生改变的旋转的第一中心轴与所述第一加速度检测部之间的距离，并且所述计算装置基于由所述第一角度相关值计算的第一角速度值和计算出的所述回转半径来计算所述第一速度值。

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