JP2003316509A - 回転を検知するための装置及び方法 - Google Patents
回転を検知するための装置及び方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】光学式ポインティングデバイスなどの装置にお
いて当該装置の回転を検知するための手段を提供する。 【解決手段】回転を検出するための装置(300)は、ほぼ
共面配置をなすように構成された複数のモーションセン
サ(16)を備える。複数のモーションセンサの各々は、２
次元におけるセンサの移動を表す増分式移動データを生
成するように構成される。回転データ生成器(302)は、
増分式移動データに基づいて回転データを発生する。回
転データは、モーションセンサのうちの第２のモーショ
ンセンサのまわりにおける第１のモーションセンサの回
転を表す。
いて当該装置の回転を検知するための手段を提供する。 【解決手段】回転を検出するための装置(300)は、ほぼ
共面配置をなすように構成された複数のモーションセン
サ(16)を備える。複数のモーションセンサの各々は、２
次元におけるセンサの移動を表す増分式移動データを生
成するように構成される。回転データ生成器(302)は、
増分式移動データに基づいて回転データを発生する。回
転データは、モーションセンサのうちの第２のモーショ
ンセンサのまわりにおける第１のモーションセンサの回
転を表す。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、モーショ
ン・センサ装置に関するものである。本発明は、特に、
回転を検知するためのモーション・センサ装置に関する
ものである。 【０００２】 【従来の技術】コンピュータ及びそのディスプレイに用
いられる手動操作式ポインティング・デバイスの利用
は、ほとんどどこにでも見受けられるようになった。各
種装置のうち圧倒的に普及しているのが、協働するマウ
ス・パッドと併せて用いられる従来の（機械式）マウス
である。マウス底面内の中央には、ゴム表面を持つ鋼球
の下側部分が突き出る穴が配置されている。マウス内部
には、その赤道において鋼球と接触し、その回転を、マ
ウスの動きの直交成分を表す電気信号に変換するローラ
またはホイールが設けられている。これらの電気信号
は、コンピュータに結合され、ソフトウェアが、信号に
応答し、マウスの移動に従って、ポインタ（カーソル）
の表示位置を△Ｘ及び△Ｙだけ変化させる。 【０００３】従来のマウスのような機械式のポインティ
ング・デバイス以外に、光学式のポインティング・デバ
イスも開発されている。ある形態の光学式ポインティン
グ・デバイスの場合には、従来のマウスにおけるボール
のような移動機械素子を利用するのではなく、指または
デスク・トップのようなイメージング表面と光学式ポイ
ンティング・デバイス内の光検出器との間における移動
が、光学的に検知され、移動情報に変換される。 【０００４】光学式ポインティング・デバイスにおける
光検出器は、一般に、フラットな２次元アレイとして実
施される。光検出器アレイは、２次元の絶対移動を測定
することが可能である。アレイが画像を横切って移動す
るか、または、画像が固定アレイを横切って移動する
際、一連の画像を比較することによってその移動を検出
することができる。検知された移動は、ピクセル・アレ
イ上の画像が移動したピクセル数に置き換えられる。ア
レイは、一般に、結像される表面から一定の距離及び一
定の角度の位置にあるので、検知される移動は（システ
ムのエラー許容差内の）絶対値である。 【０００５】光学ポインティング・デバイスにおいて用
いられるような既存の光センサは、Ｘ及びＹ方向の移動
を検知するが、回転は検知しない。 【０００６】 【特許文献１】米国特許第５，５７８，８１３号明細書 【特許文献２】米国特許第５，６４４，１３９号明細書 【特許文献３】米国特許第５，７８６，８０４号明細書 【特許文献４】米国特許第６，０５７，５４０号明細書 【特許文献５】米国特許第６，１５１，０１５号明細書 【特許文献６】米国特許第６，２８１，８８２号明細書 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、複数
の２次元光検出器アレイを用いて、検知装置自体の回転
を検知する検知装置を提供することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明の形態の１つによ
れば、回転を検知するための装置が得られる。この装置
には、ほぼ共面配列をなすように構成された複数のモー
ション・センサが含まれている。複数のモーション・セ
ンサは、それぞれ、センサの２次元における移動を表す
インクリメンタル移動データ（増分式移動データ）を生
成するように構成されている。回転データ生成器は、イ
ンクリメンタル移動データに基づいて回転データを生成
する。回転データは、モーション・センサのうちの第２
のセンサ周りにおけるモーション・センサのうちの第１
のセンサの回転を表している。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下では、好適な実施態様につい
て、その一部をなし、本発明を実施することが可能な特
定の実施態様を例示的に示す添付の図面を参照して詳細
な説明を行う。もちろん、他の実施態様を利用すること
も可能であり、本発明の範囲を逸脱することなく、構造
上または論理上の変更を加えることが可能である。従っ
て、下記の詳細な説明は、限定の意味にとるべきではな
く、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって画定され
る。 【００１０】Ｉ．単一光モーション・センサによる移動
検知 図１は、本発明の実施態様の１つを組み込むのに適した
光学式マウス１０の平面図である。マウス１０には、プ
ラスチック・ケース１２、左マウス・ボタン（ＬＢ）１
４Ａ、右マウス・ボタン（ＲＢ）１４Ｂ、及び、光モー
ション・センサ・チップ１６が含まれている。センサ・
チップ１６は、プラスチック・ケース１２によって覆わ
れており、従って、図１には点線で示されている。 【００１１】図２は、光学式マウス１０の主要コンポー
ネントを例示した電気ブロック図である。光学式マウス
１０には、光源２、レンズ４及び８、及び、光モーショ
ン・センサ１６が含まれている。光モーション・センサ
１６には、光検出器アレイ１４８、電子シャッター１５
０、複数のセンス・コンデンサ１５４Ａ〜１５４Ｃ（ま
とめてセンス・コンデンサ１５４と称する）、マルチプ
レクサ（MUX）１５６、増幅器（AMP）１５７、アナログ
・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１５８、相関器１６０、
システム・コントローラ１６２、シャッター・コントロ
ーラ１６４、及び、光コントローラ１６６が含まれてい
る。 【００１２】光モーション・センサ１６の動作は、主と
して、マルチプレクサ１５６、Ａ／Ｄ変換器１５８、相
関器１６０、シャッター・コントローラ１６４、及び、
光コントローラ１６６に結合されたシステム・コントロ
ーラ１６２によって制御される。動作時、実施態様の１
つによれば、光源２は、レンズ４によって、デスクトッ
プまたは他の適合する結像表面である、表面６に投射さ
れる光を放出する。光源２は、光コントローラ１６６か
らの信号により制御される。表面６からの反射光は、レ
ンズ８によって光検出器アレイ１４８に送られる。光検
出器アレイ１４８内の各光検出器は、光検出器に入射す
る光の強度に基づいて量の変動する電流を発生する。 【００１３】電子シャッター１５０は、シャッター・コ
ントローラ１６４からのシャッター信号によって制御さ
れる。電子シャッター１５０が「開く」と、センス・コ
ンデンサ１５４に電荷が蓄積され、アレイ１４８内の光
検出器に入射する光の強度に関連した電圧が生じる。電
子シャッター１５０が「閉じる」と、電荷はそれ以上蓄
積されないか、あるいは、センス・コンデンサ１５４か
ら失われる。各センス・コンデンサ１５４は、マルチプ
レクサ１５６によって、さらに、増幅器１５７及びＡ／
Ｄ変換器１５８に接続され、各センス・コンデンサ１５
４からの電圧が増幅されて、ディジタル値に変換され
る。センス・コンデンサ１５４は、次に、電子シャッタ
ー１５０を介して放電し、充電プロセスの反復が可能に
なる。 【００１４】Ａ／Ｄ変換器１５８は、センス・コンデン
サ１５４からの電圧レベルに基づいて、電圧レベルを表
わす適正な分解能のディジタル値（例えば、１〜８ビッ
ト）を発生する。光検出器アレイ１４８に関するディジ
タル値は、光学式マウス１０の下にあるデスクトップま
たは他の結像表面の一部についてのディジタル画像また
はディジタル表現を表わしている。ディジタル値は、相
関器１６０内のメモリ・アレイ内における対応する記憶
位置にフレームとして記憶される。 【００１５】光検出器アレイ１４８の全体サイズは、い
くつかの特徴を有する画像を受け入れるのに十分な大き
さであることが望ましい。光学式マウス１０が表面上を
移動すると、こうした空間的特徴を有する画像によっ
て、ピクセル情報の変換パターンが生じることになる。
アレイ１４８内の光検出器数とフレーム・レート（この
レートでフレームの内容が捕捉されて、ディジタル化さ
れる）とが連係して、ある表面を横切って光学式マウス
１０をどれほど速く移動させて、なおかつ、追跡するこ
とができるかに影響を及ぼす。追跡は、相関器１６０
が、新たに捕捉したサンプル・フレームと前に捕捉した
基準フレーを比較して、移動方向及び量を確認すること
によって実施される。本発明の１形態では、移動の追跡
は、上記特許文献に開示された技法を用いて実施され
る。 【００１６】実施態様の１つでは、フレームの１つの全
内容が、１ピクセルのオフセット試行シフトによって可
能な８方向のそれぞれにおいて、１ピクセルの距離だ
け、相関器１６０によって順次シフトされる（１つ横
に、１つ横の１つ下に、１つ下に、１つ上に、１つ上の
１つ横に、別方向において１つ横に等）。その結果、合
計８回試行されることになる。また、移動がなかった場
合もあり得るので、第９の試行「ゼロ・シフト」も利用
される。各試行シフト後に、互いに重なり合うフレーム
部分は、相関器１６０によってピクセル毎に取り除き、
結果得られる差を二乗し、次に、合計して、重なり合う
領域内における類似性（相関）の測度が得られるように
するのが望ましい。もちろん、さらに大きい試行シフト
も可能であるが（例えば、２つ横の１つ下）、ある時点
で、付随する複雑さのために、その利点が台無しになる
ので、小さな試行シフトで十分な高フレーム・レートを
簡単に得るようにするのが望ましい。最小差（最大相
関）の試行シフトは、２つのフレーム間における移動を
表すものとみなすことが可能である。すなわち、それに
よって、スケーリング及び／または累算を施して、手頃
な精度の移動情報（△Ｘ及び△Ｙ）を適正な情報交換速
度で得ることが可能な、未加工の移動情報が得られる。 【００１７】Ａ／Ｄ変換器１５８は、相関器１６０にデ
ィジタル画像を供給する以外に、さらに、ディジタル画
像データをシャッター・コントローラ１６４に対して出
力する。シャッター・コントローラ１６４は、連続する
画像の露光が同様になることを保証するのに役立ち、ま
た、ディジタル値が飽和してある値になるのを阻止する
のにも役立つ。コントローラ１６４は、ディジタル画像
データの値をチェックして、最小値が多すぎないか、あ
るいは、最大値が多すぎないかを判定する。最小値が多
すぎる場合には、コントローラ１６４は、電子シャッタ
ー１５０の電荷蓄積時間を延長する。最大値が多すぎる
場合には、コントローラ１６４は、電子シャッター１５
０の電荷蓄積時間を短縮する。 【００１８】ＩＩ．回転センサの概要 上述のように、光学式マウス１０は、単一の光モーショ
ン・センサ１６を用いて、△Ｘ及び△Ｙ移動データを生
成する。本発明の実施態様の１つでは、２つの光モーシ
ョン・センサ１６（光モーション・センサＡ及びＢとも
記載し、図３に示されている）によって生成される△Ｘ
及び△Ｙ移動データに基づいて回転データを生成する。
２つのセンサＡ及びＢは、総称して回転センサとも記載
する。 【００１９】２つのセンサＡ及びＢは、既知の距離をあ
けて、既知の配向をなすように配置されている。図３を
参照して後述するように、２つのセンサにはさまざまな
配向の可能性がある。各センサＡ及びＢからの出力は、
前回の位置報告以来の△ｘ及び△ｙカウントである。実
施態様の１つでは、センサＡ及びＢは、任意の定義済み
間隔で発生可能な１フレームにつき１回ずつ、位置を測
定する。現行のナビゲーション・センサの場合、フレー
ム・レートは、一般に、毎秒１５００〜２０００フレー
ムであり、センサは、各フレーム毎に１回、または、Ｉ
／Ｏポートを介して、毎秒１００〜２００回、位置を報
告する。実施態様の１つでは、センサＡ及びＢは、同じ
フレーム・レートで動作し、同時に「再基準化」を行
う。「再基準化」という用語は、センサが、もとの基準
フレームから移動し、現在のフレームと基準フレームと
の重なりが減少しつつあるときに実施が可能な（または
実施されうる）、新たな基準フレームの記憶を表す。再
基準化は、現在の基準フレームが最新のものになるよう
に、移動がなかった場合にも行うことができる。 【００２０】ＩＩＩ．回転センサの配向及びアライメン
ト 図３は、一般的回転センサ配向、３つの特殊回転センサ
配向、及び、鏡映回転センサ配向を示す図である。図３
に示す配向は、４列と４行に分割されている。第１行に
は、一般的配向（第１列）、第１の特殊配向（第２
列）、第２の特殊配向（第３列）、及び、第３の特殊配
向（第４列）が示されている。第２、第３、及び、第４
行には、それぞれ、第１行に示された４つの配向のそれ
ぞれに関する水平鏡映配向、垂直鏡映配向、水平・垂直
組み合わせ鏡映配向が示されている。 【００２１】各配向において、２つのセンサ（Ａ及び
Ｂ）が、既知の距離ｄだけ離して配置される。実施態様
の１つでは、センサＡは、原点座標（０，０）に位置
し、センサＢは、２つのセンサの配向及び配置（アライ
メント）、及び、それらの間の距離によって決まる、異
なる座標に位置している。下記の表Ｉによれば、センサ
ＡとＢの間の距離を「ｄ」と仮定した、図３に例示のそ
れぞれの配向についてのセンサＢの座標が得られる。 【００２２】 【表１】 【００２３】図３に示すように、通常配置における一般
的配向についての配置角（アライメント角）は、θＮで
ある。一般的配向の場合、図３には、水平鏡映アライメ
ント角（θＨ）、垂直鏡映アライメント角（θＶ）、及
び、水平及び垂直鏡映アライメント角（θＨＶ）も示さ
れている。これらのアライメント角は、下記の表ＩＩに
示す関係式によって、通常アライメント角（θＮ）と関
連づけられる。 【００２４】 【表２】 【００２５】ＩＶ．回転センサの移動 図４Ａ〜４Ｅに示すように、センサＡ及びＢの移動に
は、並進、回転、または、その２つの組み合わせを含む
ことが可能である。以下の説明では、回転はセンサＡの
周りで生じるものと仮定する。センサＢの周りにおける
回転は、鏡映によって実現可能である。２つのセンサの
初期位置は、文字Ａ及びＢによって表され、移動後にお
ける２つのセンサの位置は、Ａ’及びＢ’によって表さ
れる。 【００２６】図４Ａは、正のＸ方向におけるセンサＡ及
びＢの並進を例示した図である。図４Ｂは、正のＸ及び
負のＹ方向におけるセンサＡ及びＢの並進を例示した図
である。図４Ｃは、負のＹ方向におけるセンサＡ及びＢ
の並進を例示した図である。図４Ｄは、センサＡの中心
周りにおけるセンサＡ及びＢの回転を例示した図であ
る。図４Ｅは、センサＡ及びＢの回転及び並進の３つの
異なる組み合わせを例示した図である。 【００２７】図５は、Ｘ−Ｙ軸の正の回転角を例示した
図である。図５に示すように、回転角（α）は、反時計
廻りの回転が正と定義される。時計廻りの回転に関する
回転角は、負である。代替実施態様の場合、回転角は、
反時計廻りの回転が負で、時計廻りの回転が正と定義す
ることができる。 【００２８】図６Ａ〜１３Ａ及び１６Ａ〜３１Ａは、図
３に示すさまざまな配向及び配置におけるセンサＡ及び
Ｂのさまざまな並進及び回転を例示した図である。これ
らの図のそれぞれには、３列×３行の移動図が含まれて
いる。第１列には、負のＸ方向における並進を含む移動
が例示されている。第２列には、Ｘ方向における並進の
ない移動が例示されている。第３列には、正のＸ方向に
おける並進を含む移動が例示されている。第１行には、
正のＹ方向における並進を含む移動が例示されている。
第２行には、Ｙ方向における並進のない移動が例示され
ている。第３行には、負のＹ方向における並進を含む移
動が例示されている。以下では、これらの図のそれぞれ
について、さらに詳述する。 【００２９】Ａ．一般的配向 図６Ａは、一般的配向におけるセンサＡ及びＢのさまざ
まな並進及び正の回転を例示した図である。一般的配向
の場合、センサＡ及びＢは、両センサからの「ｘ」及び
「ｙ」移動報告が、同じ方向になるように、配向が施さ
れる。センサＢは、センサＡから任意の角度をなすよう
に配置されているが、センサＡから既知の距離ｄだけ離
れている。通常の配置を鏡映すると、センサＡ及びＢの
配向が変化して、通常の配置と同じ方向になる。実施態
様の１つでは、Ｘ及びＹ移動報告は、必ず、同じ方向に
おいて報告される。 【００３０】図６Ｂは、図６Ａに示す並進を除去した後
の、回転センサの回転を例示した図である。図６Ａに示
す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ△ｘ、
Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、Ａ△
ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可能で
ある。図６Ｂには、回転角αと共に、センサＡとＢの間
の距離ｄも示されている。 【００３１】図７Ａは、一般的配向におけるセンサＡ及
びＢのさまざまな並進及び負の回転を例示した図であ
る。図７Ｂは、図７Ａに示された並進を除去した後の、
回転センサの回転を例示した図である。図７Ａに示す並
進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ△ｘ、Ｂ△
ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、Ａ△ｘ、Ａ
△ｙ）を引くことによって除去することが可能である。
図７Ｂには、回転角αと共に、センサＡとＢの間の距離
ｄも示されている。 【００３２】図８Ａは、一般的配向を水平鏡映した場合
の、センサＡ及びＢのさまざまな並進及び正の回転を例
示した図である。図８Ｂは、図８Ａに示す並進を除去し
た後の、回転センサの回転を例示した図である。図８Ａ
に示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ△
ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、Ａ
△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可能
である。図８Ｂには、回転角αと共に、センサＡとＢの
間の距離ｄも示されている。 【００３３】図９Ａは、一般的配向を水平鏡映した場合
の、センサＡ及びＢのさまざまな並進及び負の回転を例
示した図である。図９Ｂは、図９Ａに示す並進を除去し
た後の、回転センサの回転を例示した図である。図９Ａ
に示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ△
ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、Ａ
△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可能
である。図９Ｂには、回転角αと共に、センサＡとＢの
間の距離ｄも示されている。 【００３４】図１０Ａは、一般的配向を垂直鏡映した場
合の、センサＡ及びＢのさまざまな並進及び正の回転を
例示した図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示す並進を
除去した後の、回転センサの回転を例示した図である。
図１０Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわ
ち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すな
わち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去するこ
とが可能である。図１０Ｂには、回転角αと共に、セン
サＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００３５】図１１Ａは、一般的配向を垂直鏡映した場
合の、センサＡ及びＢのさまざまな並進及び負の回転を
例示した図である。図１１Ｂは、図１１Ａに示す並進を
除去した後の、回転センサの回転を例示した図である。
図１１Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわ
ち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すな
わち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去するこ
とが可能である。図１１Ｂには、回転角αと共に、セン
サＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００３６】図１２Ａは、一般的配向を水平及び垂直鏡
映した場合の、センサＡ及びＢのさまざまな並進及び正
の回転を例示した図である。図１２Ｂは、図１２Ａに示
す並進を除去した後の、回転センサの回転を例示した図
である。図１２Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動
（すなわち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移
動（すなわち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除
去することが可能である。図１２Ｂには、回転角αと共
に、センサＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００３７】図１３Ａは、一般的配向を水平及び垂直鏡
映した場合の、センサＡ及びＢのさまざまな並進及び負
の回転を例示した図である。図１３Ｂは、図１３Ａに示
す並進を除去した後の、回転センサの回転を例示した図
である。図１３Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動
（すなわち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移
動（すなわち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除
去することが可能である。図１３Ｂには、回転角αと共
に、センサＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００３８】１．回転角の決定 一般的配向の場合、センサＡの並進が取り除かれると、
結果得られる図は、二等辺三角形になる。図１４は、並
進を除去した後の、一般的配向におけるセンサＡ及びＢ
の回転を表した二等辺三角形の図である。図１４に示す
ように、辺のうち２つは、長さが「ｄ」であり、第３の
辺の長さは［（Ｂ△ｘ−Ａ△ｘ）２＋（Ｂ△ｙ−Ａ△
ｙ）２］（１／２）であり、回転角は、αによって表わ
される。 【００３９】辺と角度αを関連づける一般的な三角形に
関する公式は、下記の式Ｉによって与えられる。 式Ｉ ｃｏｓα＝（ｂ２＋ｃ２−ａ２）／２ｂｃ ここで、 ｂ＝ｄ、 ｃ＝ｄ、 【数１】 である。 【００４０】ａ、ｂ、及び、ｃについてのこれらの値を
式Ｉに代入し、回転角αの解を求めると、下記の式IIが
得られる。 式II 【数２】 【００４１】式IIでは、必ず、回転角に関して正の値が
得られる。回転方向を特定するために、以下に述べるよ
うに、αの符号が求められる。 【００４２】２．αの符号の決定 αの符号を求めるため、一般的配向が、座標変換を施さ
れて、初期位置が回転し、Ｙ軸の方に戻されると、回転
符号の決定が容易に行えるようになる。図１５Ａは、座
標変換前の、一般的配向におけるセンサＡ及びＢの回転
を例示した図である。センサＢの初期位置は、（−ｄｓ
ｉｎθ、ｄｃｏｓθ）であり、センサＢの回転後の位置
は、（−ｄｓｉｎθ＋△ｘ、ｄｃｏｓθ＋△ｙ）になる
が、ここで、△ｘは（Ｂ△ｘ−Ａ△ｘ）であり、△ｙは
（Ｂ△ｙ−Ａ△ｙ）である。 【００４３】図１５Ｂは、−θの座標変換後の一般的配
向におけるセンサＡ及びＢの回転を例示した図である。
座標変換に関する公式は、下記の式IIIで与えられる。 【００４４】式III 【数３】 【００４５】ここで、（ｘ、ｙ）は、回転後で、座標変
換前のセンサＢの位置であり、（ｘ’、ｙ’）は、回転
後で、かつ、座標変換後のセンサＢの位置である。 【００４６】式IIIにおける行列乗算を実施すると、下
記の式IV及びVが得られる。 式IV ｘ’＝ｘｃｏｓα−ｙｓｉｎα 式V ｙ’＝ｘｓｉｎα＋ｙｃｏｓα 【００４７】α＝−θを式ＩＶ及びＶに代入すると、下
記の式VI及びVIIが得られる。 式VI ｘ’＝ｘｃｏｓ（−θ）−ｙｓｉｎ（−θ） 式VII ｙ’＝ｘｓｉｎ（−θ）＋ｙｃｏｓ（−θ） 【００４８】式VI及びVIIにｃｏｓ（−θ）＝ｃｏｓθ
及びｓｉｎ（−θ）＝−ｓｉｎθを代入すると、下記の
式VIII及びIXが得られる。 式VIII ｘ’＝ｘｃｏｓθ＋ｙｓｉｎθ 式IX ｙ’＝−ｘｓｉｎθ＋ｙｃｏｓθ 【００４９】式VIII及びIXにｘ＝（−ｄｓｉｎθ＋△
ｘ）及びｙ＝（ｄｃｏｓθ＋△ｙ）を代入すると、下記
の式X及びXIが得られる。 式X ｘ’＝（−ｄｓｉｎθ＋△ｘ）ｃｏｓθ＋（ｄｃｏｓθ
＋△ｙ）ｓｉｎθ 式XI ｙ’＝−（−ｄｓｉｎθ＋△ｘ）ｓｉｎθ＋（ｄｃｏｓ
θ＋△ｙ）ｃｏｓθ 【００５０】式X及びXIにおける項を配列し直すと、下
記の式XII及びXIIIが得られる。 式XII ｘ’＝△ｘｃｏｓθ−ｄｓｉｎθｃｏｓθ＋ｄｓｉｎθ
ｃｏｓθ＋△ｙｓｉｎθ 式XIII ｙ’＝ｄｓｉｎ２θ−△ｘｓｉｎθ＋ｄｃｏｓ２θ＋△
ｙｃｏｓθ 【００５１】式XII及びXIIIの項を組み合わせると、下
記の式XIV及びXVが得られる。 式XIV ｘ’＝△ｘｃｏｓθ＋△ｙｓｉｎθ 式XV ｙ’＝ｄ（ｓｉｎ２θ＋ｃｏｓ２θ）−△ｘｓｉｎθ＋
△ｙｃｏｓθ 【００５２】ピタゴラスの恒等式ｓｉｎ２θ＋ｃｏｓ２
θ＝１を式XVに適用すると、下記の式XVIが得られる。 式XVI ｙ’＝ｄ−△ｘｓｉｎθ＋△ｙｃｏｓθ 【００５３】上掲の表ＩＩからの適切なθを用いてｘ’
について式XIVを解くと、αの符号が求められるが、そ
れは、ｘ’の符号の逆である。代替実施態様の場合、式
ＸＶＩからのｙ’を用いて、αの符号を求めることが可
能である。 【００５４】Ｂ．第１の特殊配向 図１６Ａは、第１の特殊配向におけるセンサＡ及びＢの
さまざまな並進及び正の回転を例示した図である。第１
の特殊配向の場合、センサＡ及びＢは、両センサからの
「ｘ」及び「ｙ」移動報告が、同じ方向になるように、
配向が施される。センサＢは、Ｙ方向において距離
「ｄ」だけセンサＡの上方に配置されている。第１の特
殊配向には水平鏡映の効果がないので、垂直鏡映につい
てのみ論考することにする。通常配置における第１の特
殊配向は、アライメント角θＮが０度に等しい通常配置
における一般的配向と同じである。 【００５５】図１６Ｂは、図１６Ａに示す並進を除去し
た後の、回転センサの回転を例示した図である。図１６
Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ
△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、
Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可
能である。図１６Ｂには、回転角αと共に、センサＡと
Ｂの間の距離ｄも示されている。 【００５６】図１７Ａは、第１の特殊配向におけるセン
サＡ及びＢのさまざまな並進及び負の回転を例示した図
である。図１７Ｂは、図１７Ａに示す並進を除去した後
の、回転センサの回転を例示した図である。図１７Ａに
示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ△
ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、Ａ
△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可能
である。図１７Ｂには、回転角αと共に、センサＡとＢ
の間の距離ｄも示されている。 【００５７】図１８Ａは、第１の特殊配向の垂直鏡映に
おけるセンサＡ及びＢのさまざまな並進及び正の回転を
例示した図である。垂直鏡映配置における第１の特殊配
向は、アライメント角θＮが１８０度に等しい通常配置
における一般的配向と同じである。図１８Ｂは、図１８
Ａに示す並進を除去した後の、回転センサの回転を例示
した図である。図１８Ａに示す並進は、センサＢのデル
タ移動（すなわち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデ
ルタ移動（すなわち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによ
って除去することが可能である。図１８Ｂには、回転角
αと共に、センサＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００５８】図１９Ａは、第１の特殊配向の垂直鏡映に
おけるセンサＡ及びＢのさまざまな並進及び負の回転を
例示した図である。図１９Ｂは、図１９Ａに示す並進を
除去した後の、回転センサの回転を例示した図である。
図１９Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわ
ち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すな
わち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去するこ
とが可能である。図１９Ｂには、回転角αと共に、セン
サＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００５９】１．回転角の決定 センサＡとセンサＢの間の開始軸は、第１の特殊配向に
おいて垂直であるため、回転角αに関して式IIで与えら
れる一般公式を単純化することが可能である。距離（Ｂ
△ｘ−Ａ△ｘ）は、センサＡとＢの間の軸に対して垂直
である。ＡとＢの間の距離はｄであることが分っている
ので、角度αは、下記の式XVIIから求められる。 式XVII 【数４】 【００６０】式IIで与えられる一般公式を利用して、第
１の特殊配向についての回転角を求めることも可能であ
る。 【００６１】２．αの符合の決定 下記の表IIIから、通常配置または垂直鏡映配置におけ
る第１の特殊配向について、αの適正な符号を求めるこ
とが可能である。 【００６２】 【表３】 【００６３】Ｃ．第２の特殊配向 図２０Ａは、第２の特殊配向におけるセンサＡ及びＢの
さまざまな並進及び正の回転を例示した図である。第２
の特殊配向の場合、センサＡ及びＢは、両センサからの
「ｘ」及び「ｙ」移動報告が、同じ方向になるように、
配向が施される。センサＢは、Ｘ方向の距離「ｄ」だけ
センサＡの右に配置されている。第２の特殊配向には垂
直鏡映の効果がないので、水平鏡映についてのみ論考す
ることにする。通常位置における第２の特殊配向は、ア
ライメント角θＮが２７０度に等しい通常位置における
一般的配向と同じである。 【００６４】図２０Ｂは、図２０Ａに示す並進を除去し
た後の、回転センサの回転を例示した図である。図２０
Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ
△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、
Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可
能である。図２０Ｂには、回転角αと共に、センサＡと
Ｂの間の距離ｄも示されている。 【００６５】図２１Ａは、第２の特殊配向におけるセン
サＡ及びＢのさまざまな並進及び負の回転を例示した図
である。図２１Ｂは、図２１Ａに示す並進を除去した後
の、回転センサの回転を例示した図である。図２１Ａに
示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ△
ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、Ａ
△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可能
である。図２１Ｂには、回転角αと共に、センサＡとＢ
の間の距離ｄも示されている。 【００６６】図２２Ａは、第２の特殊配向の水平鏡映に
おけるセンサＡ及びＢのさまざまな並進及び正の回転を
例示した図である。水平鏡映配置における第２の特殊配
向は、アライメント角θＮが９０度に等しい通常配置に
おける一般的配向と同じである。図２２Ｂは、図２２Ａ
に示す並進を除去した後の、回転センサの回転を例示し
た図である。図２２Ａに示す並進は、センサＢのデルタ
移動（すなわち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデル
タ移動（すなわち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによっ
て除去することが可能である。図２２Ｂには、回転角α
と共に、センサＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００６７】図２３Ａは、第２の特殊配向の水平鏡映に
おけるセンサＡ及びＢのさまざまな並進及び負の回転を
例示した図である。図２３Ｂは、図２３Ａに示す並進を
除去した後の、回転センサの回転を例示した図である。
図２３Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわ
ち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すな
わち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去するこ
とが可能である。図２３Ｂには、回転角αと共に、セン
サＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００６８】１．回転角の決定 センサＡとセンサＢの間の開始軸は、第２の特殊配向に
おいて水平であるため、回転角に関して式IIで与えられ
る一般公式は、単純化することが可能である。距離（Ｂ
△ｙ−Ａ△ｙ）は、センサＡとＢの間の軸に対して垂直
である。ＡとＢの間の距離はｄであることが分っている
ので、角度αは、下記の式XVIIIから求めることができ
る。 式XVIII 【数５】 【００６９】式IIで与えられる一般公式を利用して、第
２の特殊配向に関する回転角を求めることも可能であ
る。 【００７０】２．αの符合の決定 下記の表ＩＶから、通常配置または水平鏡映配置におけ
る第２の特殊配向について、αの適正な符号を求めるこ
とが可能である。 【００７１】 【表４】 【００７２】Ｄ．第３の特殊配向 図２４Ａは、第３の特殊配向におけるセンサＡ及びＢの
さまざまな並進及び正の回転を例示した図である。第３
の特殊配向の場合、センサＡ及びＢは、両センサからの
「ｘ」及び「ｙ」移動報告が、同じ方向になるように、
配向が施される。センサＢは、Ｘ方向の距離−ｄ／
（２）（１／２）だけセンサＡの左に、及び、Ｙ方向の
距離ｄ／（２）（１／２）だけセンサＡから上方に配置
されている。通常配置における第３の特殊配向は、アラ
イメント角θＮが４５度に等しい通常配置における一般
的配向と同じである。 【００７３】図２４Ｂは、図２４Ａに示す並進を除去し
た後の、回転センサの回転を例示した図である。図２４
Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ
△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、
Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可
能である。図２４Ｂには、回転角αと共に、センサＡと
Ｂの間の距離ｄも示されている。 【００７４】図２５Ａは、第３の特殊配向におけるセン
サＡ及びＢのさまざまな並進及び負の回転を例示した図
である。図２５Ｂは、図２５Ａに示す並進を除去した後
の、回転センサの回転を例示した図である。図２５Ａに
示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ△
ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、Ａ
△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可能
である。図２５Ｂには、回転角αと共に、センサＡとＢ
の間の距離ｄも示されている。 【００７５】図２６Ａは、第３の特殊配向の水平鏡映に
おけるセンサＡ及びＢのさまざまな並進及び正の回転を
例示した図である。水平鏡映配置における第３の特殊配
向は、アライメント角θＮが３１５度に等しい通常配置
における一般的配向と同じである。 【００７６】図２６Ｂは、図２６Ａに示す並進を除去し
た後の、回転センサの回転を例示した図である。図２６
Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ
△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、
Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可
能である。図２６Ｂには、回転角αと共に、センサＡと
Ｂの間の距離ｄも示されている。 【００７７】図２７Ａは、第３の特殊配向の水平鏡映に
おけるセンサＡ及びＢのさまざまな並進及び負の回転を
例示した図である。図２７Ｂは、図２７Ａに示す並進を
除去した後の、回転センサの回転を例示した図である。
図２７Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわ
ち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すな
わち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去するこ
とが可能である。図２７Ｂには、回転角αと共に、セン
サＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００７８】図２８Ａは、第３の特殊配向の垂直鏡映に
おけるセンサＡ及びＢのさまざまな並進及び正の回転を
例示した図である。垂直鏡映配置における第３の特殊配
向は、アライメント角θＮが１３５度に等しい通常配置
における一般的配向と同じである。 【００７９】図２８Ｂは、図２８Ａに示す並進を除去し
た後の、回転センサの回転を例示した図である。図２８
Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ
△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、
Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可
能である。図２８Ｂには、回転角αと共に、センサＡと
Ｂの間の距離ｄも示されている。 【００８０】図２９Ａは、第３の特殊配向の垂直鏡映に
おけるセンサＡ及びＢのさまざまな並進及び負の回転を
例示した図である。図２９Ｂは、図２９Ａに示す並進を
除去した後の、回転センサの回転を例示した図である。
図２９Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわ
ち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すな
わち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去するこ
とが可能である。図２９Ｂには、回転角αと共に、セン
サＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００８１】図３０Ａは、第３の特殊配向の水平及び垂
直鏡映におけるセンサＡ及びＢのさまざまな並進及び正
の回転を例示した図である。水平及び垂直鏡映配置にお
ける第３の特殊配向は、アライメント角θＮが２２５度
に等しい通常配置における一般的配向と同じである。 【００８２】図３０Ｂは、図３０Ａに示す並進を除去し
た後の、回転センサの回転を例示した図である。図３０
Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ
△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、
Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可
能である。図３０Ｂには、回転角αと共に、センサＡと
Ｂの間の距離ｄも示されている。 【００８３】図３１Ａは、第３の特殊配向の水平及び垂
直鏡映におけるセンサＡ及びＢのさまざまな並進及び負
の回転を例示した図である。図３１Ｂは、図３１Ａに示
す並進を除去した後の、回転センサの回転を例示した図
である。図３１Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動
（すなわち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移
動（すなわち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除
去することが可能である。図３１Ｂには、回転角αと共
に、センサＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００８４】１．回転角の決定 式IIによって与えられる一般公式を利用して、第３の特
殊配向に関する回転角を求めることが可能である。 【００８５】２．αの符合の決定 下記の表Ｖから、通常配置、水平鏡映配置、垂直鏡映配
置、及び、水平及び垂直鏡映配置における第３の特殊配
向について、αの適正な符号を求めることが可能であ
る。 【００８６】 【表５】 【００８７】Ｖ．回転の中心 回転角と、センサＡ及びＢの開始位置及び最終位置を利
用して、センサＡ及びＢの回転の中心を求めることが可
能である。下記の式XIXによって、任意の回転中心点
（ｘ０，ｙ０）周りに新しい位置（ｘ’，ｙ’）まで角
度αだけ回転させられる開始位置（ｘ，ｙ）について、
１組のデカルト座標の回転及び並進に関する関係が与え
られる。 【００８８】式XIX 【数６】 【００８９】式Ｘの項を展開すると、ｘ’及びｙ’につ
いてそれぞれ、下記の式XX及びXXIが得られるが、これ
が、最終位置である。 式XX ｘ’＝ｘ０＋ｘｃｏｓα−ｘ０ｃｏｓα−ｙｓｉｎα＋
ｙ０ｓｉｎα 式XXI ｙ’＝ｙ０＋ｘｓｉｎα−ｘ０ｓｉｎα＋ｙｃｏｓα−
ｙ０ｃｏｓα 【００９０】開始位置（ｘ，ｙ）、最終位置（ｘ’，
ｙ’）、及び、角度αは、分っているので、式XX及びXX
Iを整理して下記の式XXII及びXXIIIにすることにより、
回転点（ｘ０，ｙ０）を求めることが可能になる。 式XXII 【数７】【００９１】式XXIII 【数８】 【００９２】センサＡのもとの位置（ｘ，ｙ）は原点
（０，０）のため、式XXII及びXXIIIは、それぞれ、下
記の式XXIV及びXXVに単純化することが可能である。 式XXIV 【数９】 式XXV 【数１０】 【００９３】ＶＩ．回転センサ実施例 ２つのナビゲーション・センサＡ及びＢは、センサのパ
ッケージ・サイズ以上の距離だけ離隔した、同じ方向に
配向が施された２つの個別のセンサとして実施可能であ
る。センサＡとＢの間の距離を増すと、システム・セン
サがより大きくなるが、低速回転に対する感度が高くな
る。第１及び第２の特殊配向の実施が最も容易である。 【００９４】２つのセンサＡ及びＢを１つのセンサ・ダ
イに組み込んで、センサＡ及びＢがセンサ全体のサブセ
ットをなすようにすることも可能である。例えば、図３
２は、本発明のさまざまな実施態様を実施するのに適し
た４つのサブアレイに分割されたセンサ・アレイ２００
の図である。図３２に示すように、センサ・アレイ２０
０は、長さ及び幅の値が「ｍ」であり、１、２、３、及
び、４の番号が付いた４つのサブアレイに分割される。
サブアレイの中心間の距離ｄは、１−２、１−３、２−
４、及び、３−４のサブアレイ組み合わせの場合、ｍ／
２になる。距離ｄは、１−４及び３−２の組み合わせの
場合、１．４１４＊（ｍ／２）になる。従って、サブア
レイ１及び４、または、サブアレイ２及び３を利用する
第３の特殊配向によって、この実施態様におけるセンサ
間の最大離隔距離が得られることになる。 【００９５】下記の表ＶＩには、センサＡ及びＢの対応
する特殊配向及び配置と共に、センサ・アレイ２００の
可能性のある２つのサブアレイ組み合わせの全てが示さ
れている。 【００９６】 【表６】 【００９７】図３３は、本発明の実施態様の１つによる
回転センサ３００のブロック図である。回転センサ３０
０には、２つの光モーション・センサ１６（上述の）
と、回転データ生成器３０２が含まれている。２つの光
モーション・センサ１６は、センサＡ及びＢに対応して
おり、図３に示すさまざまな配向及び配置の任意のもの
をなすように配置することが可能である。 【００９８】２つの光モーション・センサ１６は、それ
ぞれ、回転データ生成器３０２に対して△ｘ及び△ｙデ
ータを出力する。２つのセンサ１６から受信した△ｘ及
び△ｙデータ、及び、２つのセンサ１６の特定の配向、
配置、及び、離隔距離に関して記憶されている情報に基
づいて、回転データ生成器３０２は、上述の回転データ
及び回転中心データを計算し、このデータを出力する。
実施態様の１つにおいて、回転データは、センサＡに対
応するセンサ１６の周りにおける回転を表わし（正の回
転を反時計廻りと定義する）、回転中心データは、原点
に対する２つのセンサ１６の回転中心の（ｘ，ｙ）座標
を表わすが、ここで、原点は、センサＡに対応するセン
サ１６のもとの位置である。 【００９９】本発明の形態の１つでは、基準フレーム
は、△ｘ及び△ｙの移動を決定するのに良好な相関関係
が得られるように、フレーム間において約１０度を超え
る回転をすべきではない。実施態様の１つでは、上に示
した式は、±９０度または０〜１８０度の範囲に対して
有効であるが、フレーム間の最大回転は、１０度未満が
望ましい。 【０１００】現在の光ナビゲーション・センサ１６は、
一般に、毎秒１５００〜２０００フレームの範囲内で動
作する。コンピュータまたは他の装置に対する実際の報
告速度（レポートレート）は、一般に、毎秒１００〜２
００報告（レポート）である。測定速度（測定レート）
と報告速度が異なるため、△ｘと△ｙ情報は、蓄積され
て、それから出力される。 【０１０１】回転センサ３００の最高回転速度は、フレ
ーム間の相関関係が劣化して、良好な（Ｘ，Ｙ）ナビゲ
ーションが機能しなくなり始めるポイントに達する前
に、センサ３００を回転させることが可能な角度によっ
て決まる。フレーム・レートが毎秒１５００フレームの
場合に、フレーム間で１０度の回転が生じるものと仮定
すると、最高回転は、毎秒４１．６回転、すなわち、２
５００ｒｐｍになる。 【０１０２】最低回転速度は、センサ１６間の△ｘ及び
△ｙのカウントが最小になる速度である。これは、フレ
ーム・レート、及び、センサ１６間の距離によって決ま
る。センサ１６間の距離が増すと、認識可能な最低回転
速度が低下する。ナビゲーション・センサ１６は、一般
に、毎秒１００〜２００回のデータ報告しか行わないの
で、△ｘ及び△ｙのカウントは、いくつかのフレームに
わたって蓄積しなければならない。 【０１０３】実施態様の１つでは、回転データが△ｘ及
び△ｙ値から求められ、△ｘ及び△ｙ値が、一般にノイ
ズを含んでいるという事実のため、本発明の形態の１つ
では、回転データにフィルタリング（すなわち、平均
化、平滑化、重み付きフィルタリング）を施して、回転
データの変化を抑え、ノイズ性能を改善する。 【０１０４】当業者には明らかなように、回転センサ３
００によって実施される機能は、ハードウェア、ソフト
ウェア、ファームウェア、または、それらの任意の組み
合わせで実施することが可能である。その実施は、マイ
クロプロセッサ、プログラマブル論理デバイス、また
は、状態マシンを利用して可能になる。本発明のコンポ
ーネントは、１つ以上のコンピュータ読み取り可能媒体
にソフトウェアの形で保持することが可能である。本明
細において用いられるコンピュータ読み取り可能媒体と
いう用語は、フロッピ・ディスク、ハード・ディスク、
ＣＤ−ＲＯＭ、フラッシュ・メモリ、読み取り専用メモ
リ（ＲＯＭ）、及び、ランダム・アクセス・メモリとい
った、揮発性または不揮発性の任意の種類のメモリを含
むものと定義される。 【０１０５】２つのセンサ１６及び回転データ生成器３
０２は、単一集積回路パッケージまたは個別パッケージ
として実施することが可能である。代替実施態様の場
合、回転データ生成器３０２は、コンピュータまたは他
の電子装置のような外部装置に組み込むことが可能であ
る。 【０１０６】光モーション・センサ１６を光学式マウス
に関して説明したが、もちろん、本発明の実施態様は、
光学式マウスに制限されるものではなく、本明細書で説
明した技法は、ゲーム・コントローラ、ジェスチャ・コ
ントローラ（gestural controller）、携帯端末（ＰＤ
Ａ）装置、セルラ電話、または、他の装置といった、回
転検知が所望される他の装置に適用することも可能であ
る。 【０１０７】好適な実施態様を説明するために、本明細
書及び図面では、特定の実施態様について図示し説明し
たが、当業者には明らかなように、本発明の範囲を逸脱
することなく、図示し説明した特定の実施態様の代え
て、多種多様な代替の及び／または等価な実施態様を採
用することが可能である。化学、機械、電子機械、電
気、及び、コンピュータの分野の技術者には明らかなよ
うに、極めて多種多様な実施態様において本発明を実施
することが可能である。本出願は、本明細書及び図面に
おいて説明した好適な実施態様に対するいかなる改変ま
たは変更をも包含することを意図したものである。従っ
て、本発明は、特許請求の範囲及びその等価物による制
限しか受けないということが明確に意図されている。 【０１０８】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。 １．回転を検知するための装置（３００）において、ほ
ぼ共面配置をなすように構成された複数のモーション・
センサ（１６）であって、各センサが、２次元における
前記センサの移動を表すインクリメンタル（増分式）移
動データを生成するように構成されることからなる、複
数のモーション・センサと、前記インクリメンタル移動
データに基づいて回転データを生成する回転データ生成
器（３０２）を備え、前記回転データが、前記モーショ
ン・センサのうち第２のセンサのまわりにおける第１の
センサの回転を表すことからなる、装置。 ２．前記回転データに、回転角の値が含まれており、前
記回転角の値の符号が、前記第２のセンサのまわりにお
ける前記第１のセンサの回転方向を表すことからなる、
上項１に記載の装置。 ３．前記回転データに、回転中心の値が含まれる、上項
１に記載の装置。 ４．前記複数のモーション・センサの各々が、単一モー
ション・センサのサブセットである、上項１に記載の装
置。 ５．前記モーション・センサが光学モーション・センサ
である、上項１に記載の装置。 ６．回転運動を検知する方法であって、第１及び第２の
２次元アレイをなす光検出器を設けるステップ（１６）
と、前記第１及び第２のアレイをなす光検出器に画像を
送るステップ（８）と、前記第１及び第２のアレイをな
す前記光検出器の出力をデジタル化し、それにより、前
記画像のディジタル表現を生成するステップ（１５８）
と、前記画像の前記ディジタル表現の相関をとるステッ
プ（１６０）と、前記相関に基づいて、前記第１及び第
２のアレイの２次元における並進を表す並進データを生
成するステップと、前記並進データに基づいて、前記第
２のアレイのまわりにおける前記第１のアレイの回転を
表す回転データを生成するステップ（３０２）を含む、
方法。 ７．アレイ構成データを記憶するステップをさらに含
み、前記回転データ生成器が、前記並進データ及び前記
記憶されたアレイ構成データに基づいて、前記回転デー
タを生成することからなる、上項６に記載の方法。 ８．前記アレイ構成データに、前記第１及び第２のアレ
イの配向を表す配向データが含まれ、前記アレイ構成デ
ータに、前記第１のアレイと前記第２のアレイとの間の
距離を表す離隔距離情報が含まれる、上項７に記載の方
法。 ９．前記並進データが、インクリメンタル（すなわち、
増分式の）Ｘ及びＹ並進データである、上項６に記載の
方法。 １０．回転を検知するための装置（３００）において、
共面配置をなすように構成された第１及び第２の２次元
アレイをなす光検出器（１４８）を備える可動モーショ
ン・センサ（１６）であって、前記第１及び第２のアレ
イに送り込まれた画像のディジタル表現を生成し、前記
画像の前記ディジタル表現に基づいて、前記第１及び第
２のアレイのそれぞれの動きを表す２次元移動データを
生成するように構成される、可動モーション・センサ
と、前記移動データを処理して、前記モーション・セン
サの回転を表す回転情報を決定するコントローラ（３０
２）を備える、装置。 【０１０９】本発明による回転検出装置(300)は、ほぼ
共面配置をなすように構成された複数のモーションセン
サ(16)を備える。複数のモーションセンサの各々は、２
次元におけるセンサの移動を表す増分式移動データを生
成するように構成される。回転データ生成器(302)は、
増分式移動データに基づいて回転データを発生する。回
転データは、モーションセンサのうちの第２のモーショ
ンセンサのまわりにおける第１のモーションセンサの回
転を表す。 【０１１０】 【発明の効果】本発明によれば、光学式ポインティング
デバイスなどの装置において装置の回転を検知すること
ができる。
ン・センサ装置に関するものである。本発明は、特に、
回転を検知するためのモーション・センサ装置に関する
ものである。 【０００２】 【従来の技術】コンピュータ及びそのディスプレイに用
いられる手動操作式ポインティング・デバイスの利用
は、ほとんどどこにでも見受けられるようになった。各
種装置のうち圧倒的に普及しているのが、協働するマウ
ス・パッドと併せて用いられる従来の（機械式）マウス
である。マウス底面内の中央には、ゴム表面を持つ鋼球
の下側部分が突き出る穴が配置されている。マウス内部
には、その赤道において鋼球と接触し、その回転を、マ
ウスの動きの直交成分を表す電気信号に変換するローラ
またはホイールが設けられている。これらの電気信号
は、コンピュータに結合され、ソフトウェアが、信号に
応答し、マウスの移動に従って、ポインタ（カーソル）
の表示位置を△Ｘ及び△Ｙだけ変化させる。 【０００３】従来のマウスのような機械式のポインティ
ング・デバイス以外に、光学式のポインティング・デバ
イスも開発されている。ある形態の光学式ポインティン
グ・デバイスの場合には、従来のマウスにおけるボール
のような移動機械素子を利用するのではなく、指または
デスク・トップのようなイメージング表面と光学式ポイ
ンティング・デバイス内の光検出器との間における移動
が、光学的に検知され、移動情報に変換される。 【０００４】光学式ポインティング・デバイスにおける
光検出器は、一般に、フラットな２次元アレイとして実
施される。光検出器アレイは、２次元の絶対移動を測定
することが可能である。アレイが画像を横切って移動す
るか、または、画像が固定アレイを横切って移動する
際、一連の画像を比較することによってその移動を検出
することができる。検知された移動は、ピクセル・アレ
イ上の画像が移動したピクセル数に置き換えられる。ア
レイは、一般に、結像される表面から一定の距離及び一
定の角度の位置にあるので、検知される移動は（システ
ムのエラー許容差内の）絶対値である。 【０００５】光学ポインティング・デバイスにおいて用
いられるような既存の光センサは、Ｘ及びＹ方向の移動
を検知するが、回転は検知しない。 【０００６】 【特許文献１】米国特許第５，５７８，８１３号明細書 【特許文献２】米国特許第５，６４４，１３９号明細書 【特許文献３】米国特許第５，７８６，８０４号明細書 【特許文献４】米国特許第６，０５７，５４０号明細書 【特許文献５】米国特許第６，１５１，０１５号明細書 【特許文献６】米国特許第６，２８１，８８２号明細書 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、複数
の２次元光検出器アレイを用いて、検知装置自体の回転
を検知する検知装置を提供することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明の形態の１つによ
れば、回転を検知するための装置が得られる。この装置
には、ほぼ共面配列をなすように構成された複数のモー
ション・センサが含まれている。複数のモーション・セ
ンサは、それぞれ、センサの２次元における移動を表す
インクリメンタル移動データ（増分式移動データ）を生
成するように構成されている。回転データ生成器は、イ
ンクリメンタル移動データに基づいて回転データを生成
する。回転データは、モーション・センサのうちの第２
のセンサ周りにおけるモーション・センサのうちの第１
のセンサの回転を表している。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下では、好適な実施態様につい
て、その一部をなし、本発明を実施することが可能な特
定の実施態様を例示的に示す添付の図面を参照して詳細
な説明を行う。もちろん、他の実施態様を利用すること
も可能であり、本発明の範囲を逸脱することなく、構造
上または論理上の変更を加えることが可能である。従っ
て、下記の詳細な説明は、限定の意味にとるべきではな
く、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって画定され
る。 【００１０】Ｉ．単一光モーション・センサによる移動
検知 図１は、本発明の実施態様の１つを組み込むのに適した
光学式マウス１０の平面図である。マウス１０には、プ
ラスチック・ケース１２、左マウス・ボタン（ＬＢ）１
４Ａ、右マウス・ボタン（ＲＢ）１４Ｂ、及び、光モー
ション・センサ・チップ１６が含まれている。センサ・
チップ１６は、プラスチック・ケース１２によって覆わ
れており、従って、図１には点線で示されている。 【００１１】図２は、光学式マウス１０の主要コンポー
ネントを例示した電気ブロック図である。光学式マウス
１０には、光源２、レンズ４及び８、及び、光モーショ
ン・センサ１６が含まれている。光モーション・センサ
１６には、光検出器アレイ１４８、電子シャッター１５
０、複数のセンス・コンデンサ１５４Ａ〜１５４Ｃ（ま
とめてセンス・コンデンサ１５４と称する）、マルチプ
レクサ（MUX）１５６、増幅器（AMP）１５７、アナログ
・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１５８、相関器１６０、
システム・コントローラ１６２、シャッター・コントロ
ーラ１６４、及び、光コントローラ１６６が含まれてい
る。 【００１２】光モーション・センサ１６の動作は、主と
して、マルチプレクサ１５６、Ａ／Ｄ変換器１５８、相
関器１６０、シャッター・コントローラ１６４、及び、
光コントローラ１６６に結合されたシステム・コントロ
ーラ１６２によって制御される。動作時、実施態様の１
つによれば、光源２は、レンズ４によって、デスクトッ
プまたは他の適合する結像表面である、表面６に投射さ
れる光を放出する。光源２は、光コントローラ１６６か
らの信号により制御される。表面６からの反射光は、レ
ンズ８によって光検出器アレイ１４８に送られる。光検
出器アレイ１４８内の各光検出器は、光検出器に入射す
る光の強度に基づいて量の変動する電流を発生する。 【００１３】電子シャッター１５０は、シャッター・コ
ントローラ１６４からのシャッター信号によって制御さ
れる。電子シャッター１５０が「開く」と、センス・コ
ンデンサ１５４に電荷が蓄積され、アレイ１４８内の光
検出器に入射する光の強度に関連した電圧が生じる。電
子シャッター１５０が「閉じる」と、電荷はそれ以上蓄
積されないか、あるいは、センス・コンデンサ１５４か
ら失われる。各センス・コンデンサ１５４は、マルチプ
レクサ１５６によって、さらに、増幅器１５７及びＡ／
Ｄ変換器１５８に接続され、各センス・コンデンサ１５
４からの電圧が増幅されて、ディジタル値に変換され
る。センス・コンデンサ１５４は、次に、電子シャッタ
ー１５０を介して放電し、充電プロセスの反復が可能に
なる。 【００１４】Ａ／Ｄ変換器１５８は、センス・コンデン
サ１５４からの電圧レベルに基づいて、電圧レベルを表
わす適正な分解能のディジタル値（例えば、１〜８ビッ
ト）を発生する。光検出器アレイ１４８に関するディジ
タル値は、光学式マウス１０の下にあるデスクトップま
たは他の結像表面の一部についてのディジタル画像また
はディジタル表現を表わしている。ディジタル値は、相
関器１６０内のメモリ・アレイ内における対応する記憶
位置にフレームとして記憶される。 【００１５】光検出器アレイ１４８の全体サイズは、い
くつかの特徴を有する画像を受け入れるのに十分な大き
さであることが望ましい。光学式マウス１０が表面上を
移動すると、こうした空間的特徴を有する画像によっ
て、ピクセル情報の変換パターンが生じることになる。
アレイ１４８内の光検出器数とフレーム・レート（この
レートでフレームの内容が捕捉されて、ディジタル化さ
れる）とが連係して、ある表面を横切って光学式マウス
１０をどれほど速く移動させて、なおかつ、追跡するこ
とができるかに影響を及ぼす。追跡は、相関器１６０
が、新たに捕捉したサンプル・フレームと前に捕捉した
基準フレーを比較して、移動方向及び量を確認すること
によって実施される。本発明の１形態では、移動の追跡
は、上記特許文献に開示された技法を用いて実施され
る。 【００１６】実施態様の１つでは、フレームの１つの全
内容が、１ピクセルのオフセット試行シフトによって可
能な８方向のそれぞれにおいて、１ピクセルの距離だ
け、相関器１６０によって順次シフトされる（１つ横
に、１つ横の１つ下に、１つ下に、１つ上に、１つ上の
１つ横に、別方向において１つ横に等）。その結果、合
計８回試行されることになる。また、移動がなかった場
合もあり得るので、第９の試行「ゼロ・シフト」も利用
される。各試行シフト後に、互いに重なり合うフレーム
部分は、相関器１６０によってピクセル毎に取り除き、
結果得られる差を二乗し、次に、合計して、重なり合う
領域内における類似性（相関）の測度が得られるように
するのが望ましい。もちろん、さらに大きい試行シフト
も可能であるが（例えば、２つ横の１つ下）、ある時点
で、付随する複雑さのために、その利点が台無しになる
ので、小さな試行シフトで十分な高フレーム・レートを
簡単に得るようにするのが望ましい。最小差（最大相
関）の試行シフトは、２つのフレーム間における移動を
表すものとみなすことが可能である。すなわち、それに
よって、スケーリング及び／または累算を施して、手頃
な精度の移動情報（△Ｘ及び△Ｙ）を適正な情報交換速
度で得ることが可能な、未加工の移動情報が得られる。 【００１７】Ａ／Ｄ変換器１５８は、相関器１６０にデ
ィジタル画像を供給する以外に、さらに、ディジタル画
像データをシャッター・コントローラ１６４に対して出
力する。シャッター・コントローラ１６４は、連続する
画像の露光が同様になることを保証するのに役立ち、ま
た、ディジタル値が飽和してある値になるのを阻止する
のにも役立つ。コントローラ１６４は、ディジタル画像
データの値をチェックして、最小値が多すぎないか、あ
るいは、最大値が多すぎないかを判定する。最小値が多
すぎる場合には、コントローラ１６４は、電子シャッタ
ー１５０の電荷蓄積時間を延長する。最大値が多すぎる
場合には、コントローラ１６４は、電子シャッター１５
０の電荷蓄積時間を短縮する。 【００１８】ＩＩ．回転センサの概要 上述のように、光学式マウス１０は、単一の光モーショ
ン・センサ１６を用いて、△Ｘ及び△Ｙ移動データを生
成する。本発明の実施態様の１つでは、２つの光モーシ
ョン・センサ１６（光モーション・センサＡ及びＢとも
記載し、図３に示されている）によって生成される△Ｘ
及び△Ｙ移動データに基づいて回転データを生成する。
２つのセンサＡ及びＢは、総称して回転センサとも記載
する。 【００１９】２つのセンサＡ及びＢは、既知の距離をあ
けて、既知の配向をなすように配置されている。図３を
参照して後述するように、２つのセンサにはさまざまな
配向の可能性がある。各センサＡ及びＢからの出力は、
前回の位置報告以来の△ｘ及び△ｙカウントである。実
施態様の１つでは、センサＡ及びＢは、任意の定義済み
間隔で発生可能な１フレームにつき１回ずつ、位置を測
定する。現行のナビゲーション・センサの場合、フレー
ム・レートは、一般に、毎秒１５００〜２０００フレー
ムであり、センサは、各フレーム毎に１回、または、Ｉ
／Ｏポートを介して、毎秒１００〜２００回、位置を報
告する。実施態様の１つでは、センサＡ及びＢは、同じ
フレーム・レートで動作し、同時に「再基準化」を行
う。「再基準化」という用語は、センサが、もとの基準
フレームから移動し、現在のフレームと基準フレームと
の重なりが減少しつつあるときに実施が可能な（または
実施されうる）、新たな基準フレームの記憶を表す。再
基準化は、現在の基準フレームが最新のものになるよう
に、移動がなかった場合にも行うことができる。 【００２０】ＩＩＩ．回転センサの配向及びアライメン
ト 図３は、一般的回転センサ配向、３つの特殊回転センサ
配向、及び、鏡映回転センサ配向を示す図である。図３
に示す配向は、４列と４行に分割されている。第１行に
は、一般的配向（第１列）、第１の特殊配向（第２
列）、第２の特殊配向（第３列）、及び、第３の特殊配
向（第４列）が示されている。第２、第３、及び、第４
行には、それぞれ、第１行に示された４つの配向のそれ
ぞれに関する水平鏡映配向、垂直鏡映配向、水平・垂直
組み合わせ鏡映配向が示されている。 【００２１】各配向において、２つのセンサ（Ａ及び
Ｂ）が、既知の距離ｄだけ離して配置される。実施態様
の１つでは、センサＡは、原点座標（０，０）に位置
し、センサＢは、２つのセンサの配向及び配置（アライ
メント）、及び、それらの間の距離によって決まる、異
なる座標に位置している。下記の表Ｉによれば、センサ
ＡとＢの間の距離を「ｄ」と仮定した、図３に例示のそ
れぞれの配向についてのセンサＢの座標が得られる。 【００２２】 【表１】 【００２３】図３に示すように、通常配置における一般
的配向についての配置角（アライメント角）は、θＮで
ある。一般的配向の場合、図３には、水平鏡映アライメ
ント角（θＨ）、垂直鏡映アライメント角（θＶ）、及
び、水平及び垂直鏡映アライメント角（θＨＶ）も示さ
れている。これらのアライメント角は、下記の表ＩＩに
示す関係式によって、通常アライメント角（θＮ）と関
連づけられる。 【００２４】 【表２】 【００２５】ＩＶ．回転センサの移動 図４Ａ〜４Ｅに示すように、センサＡ及びＢの移動に
は、並進、回転、または、その２つの組み合わせを含む
ことが可能である。以下の説明では、回転はセンサＡの
周りで生じるものと仮定する。センサＢの周りにおける
回転は、鏡映によって実現可能である。２つのセンサの
初期位置は、文字Ａ及びＢによって表され、移動後にお
ける２つのセンサの位置は、Ａ’及びＢ’によって表さ
れる。 【００２６】図４Ａは、正のＸ方向におけるセンサＡ及
びＢの並進を例示した図である。図４Ｂは、正のＸ及び
負のＹ方向におけるセンサＡ及びＢの並進を例示した図
である。図４Ｃは、負のＹ方向におけるセンサＡ及びＢ
の並進を例示した図である。図４Ｄは、センサＡの中心
周りにおけるセンサＡ及びＢの回転を例示した図であ
る。図４Ｅは、センサＡ及びＢの回転及び並進の３つの
異なる組み合わせを例示した図である。 【００２７】図５は、Ｘ−Ｙ軸の正の回転角を例示した
図である。図５に示すように、回転角（α）は、反時計
廻りの回転が正と定義される。時計廻りの回転に関する
回転角は、負である。代替実施態様の場合、回転角は、
反時計廻りの回転が負で、時計廻りの回転が正と定義す
ることができる。 【００２８】図６Ａ〜１３Ａ及び１６Ａ〜３１Ａは、図
３に示すさまざまな配向及び配置におけるセンサＡ及び
Ｂのさまざまな並進及び回転を例示した図である。これ
らの図のそれぞれには、３列×３行の移動図が含まれて
いる。第１列には、負のＸ方向における並進を含む移動
が例示されている。第２列には、Ｘ方向における並進の
ない移動が例示されている。第３列には、正のＸ方向に
おける並進を含む移動が例示されている。第１行には、
正のＹ方向における並進を含む移動が例示されている。
第２行には、Ｙ方向における並進のない移動が例示され
ている。第３行には、負のＹ方向における並進を含む移
動が例示されている。以下では、これらの図のそれぞれ
について、さらに詳述する。 【００２９】Ａ．一般的配向 図６Ａは、一般的配向におけるセンサＡ及びＢのさまざ
まな並進及び正の回転を例示した図である。一般的配向
の場合、センサＡ及びＢは、両センサからの「ｘ」及び
「ｙ」移動報告が、同じ方向になるように、配向が施さ
れる。センサＢは、センサＡから任意の角度をなすよう
に配置されているが、センサＡから既知の距離ｄだけ離
れている。通常の配置を鏡映すると、センサＡ及びＢの
配向が変化して、通常の配置と同じ方向になる。実施態
様の１つでは、Ｘ及びＹ移動報告は、必ず、同じ方向に
おいて報告される。 【００３０】図６Ｂは、図６Ａに示す並進を除去した後
の、回転センサの回転を例示した図である。図６Ａに示
す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ△ｘ、
Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、Ａ△
ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可能で
ある。図６Ｂには、回転角αと共に、センサＡとＢの間
の距離ｄも示されている。 【００３１】図７Ａは、一般的配向におけるセンサＡ及
びＢのさまざまな並進及び負の回転を例示した図であ
る。図７Ｂは、図７Ａに示された並進を除去した後の、
回転センサの回転を例示した図である。図７Ａに示す並
進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ△ｘ、Ｂ△
ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、Ａ△ｘ、Ａ
△ｙ）を引くことによって除去することが可能である。
図７Ｂには、回転角αと共に、センサＡとＢの間の距離
ｄも示されている。 【００３２】図８Ａは、一般的配向を水平鏡映した場合
の、センサＡ及びＢのさまざまな並進及び正の回転を例
示した図である。図８Ｂは、図８Ａに示す並進を除去し
た後の、回転センサの回転を例示した図である。図８Ａ
に示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ△
ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、Ａ
△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可能
である。図８Ｂには、回転角αと共に、センサＡとＢの
間の距離ｄも示されている。 【００３３】図９Ａは、一般的配向を水平鏡映した場合
の、センサＡ及びＢのさまざまな並進及び負の回転を例
示した図である。図９Ｂは、図９Ａに示す並進を除去し
た後の、回転センサの回転を例示した図である。図９Ａ
に示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ△
ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、Ａ
△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可能
である。図９Ｂには、回転角αと共に、センサＡとＢの
間の距離ｄも示されている。 【００３４】図１０Ａは、一般的配向を垂直鏡映した場
合の、センサＡ及びＢのさまざまな並進及び正の回転を
例示した図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示す並進を
除去した後の、回転センサの回転を例示した図である。
図１０Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわ
ち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すな
わち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去するこ
とが可能である。図１０Ｂには、回転角αと共に、セン
サＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００３５】図１１Ａは、一般的配向を垂直鏡映した場
合の、センサＡ及びＢのさまざまな並進及び負の回転を
例示した図である。図１１Ｂは、図１１Ａに示す並進を
除去した後の、回転センサの回転を例示した図である。
図１１Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわ
ち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すな
わち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去するこ
とが可能である。図１１Ｂには、回転角αと共に、セン
サＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００３６】図１２Ａは、一般的配向を水平及び垂直鏡
映した場合の、センサＡ及びＢのさまざまな並進及び正
の回転を例示した図である。図１２Ｂは、図１２Ａに示
す並進を除去した後の、回転センサの回転を例示した図
である。図１２Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動
（すなわち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移
動（すなわち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除
去することが可能である。図１２Ｂには、回転角αと共
に、センサＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００３７】図１３Ａは、一般的配向を水平及び垂直鏡
映した場合の、センサＡ及びＢのさまざまな並進及び負
の回転を例示した図である。図１３Ｂは、図１３Ａに示
す並進を除去した後の、回転センサの回転を例示した図
である。図１３Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動
（すなわち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移
動（すなわち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除
去することが可能である。図１３Ｂには、回転角αと共
に、センサＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００３８】１．回転角の決定 一般的配向の場合、センサＡの並進が取り除かれると、
結果得られる図は、二等辺三角形になる。図１４は、並
進を除去した後の、一般的配向におけるセンサＡ及びＢ
の回転を表した二等辺三角形の図である。図１４に示す
ように、辺のうち２つは、長さが「ｄ」であり、第３の
辺の長さは［（Ｂ△ｘ−Ａ△ｘ）２＋（Ｂ△ｙ−Ａ△
ｙ）２］（１／２）であり、回転角は、αによって表わ
される。 【００３９】辺と角度αを関連づける一般的な三角形に
関する公式は、下記の式Ｉによって与えられる。 式Ｉ ｃｏｓα＝（ｂ２＋ｃ２−ａ２）／２ｂｃ ここで、 ｂ＝ｄ、 ｃ＝ｄ、 【数１】 である。 【００４０】ａ、ｂ、及び、ｃについてのこれらの値を
式Ｉに代入し、回転角αの解を求めると、下記の式IIが
得られる。 式II 【数２】 【００４１】式IIでは、必ず、回転角に関して正の値が
得られる。回転方向を特定するために、以下に述べるよ
うに、αの符号が求められる。 【００４２】２．αの符号の決定 αの符号を求めるため、一般的配向が、座標変換を施さ
れて、初期位置が回転し、Ｙ軸の方に戻されると、回転
符号の決定が容易に行えるようになる。図１５Ａは、座
標変換前の、一般的配向におけるセンサＡ及びＢの回転
を例示した図である。センサＢの初期位置は、（−ｄｓ
ｉｎθ、ｄｃｏｓθ）であり、センサＢの回転後の位置
は、（−ｄｓｉｎθ＋△ｘ、ｄｃｏｓθ＋△ｙ）になる
が、ここで、△ｘは（Ｂ△ｘ−Ａ△ｘ）であり、△ｙは
（Ｂ△ｙ−Ａ△ｙ）である。 【００４３】図１５Ｂは、−θの座標変換後の一般的配
向におけるセンサＡ及びＢの回転を例示した図である。
座標変換に関する公式は、下記の式IIIで与えられる。 【００４４】式III 【数３】 【００４５】ここで、（ｘ、ｙ）は、回転後で、座標変
換前のセンサＢの位置であり、（ｘ’、ｙ’）は、回転
後で、かつ、座標変換後のセンサＢの位置である。 【００４６】式IIIにおける行列乗算を実施すると、下
記の式IV及びVが得られる。 式IV ｘ’＝ｘｃｏｓα−ｙｓｉｎα 式V ｙ’＝ｘｓｉｎα＋ｙｃｏｓα 【００４７】α＝−θを式ＩＶ及びＶに代入すると、下
記の式VI及びVIIが得られる。 式VI ｘ’＝ｘｃｏｓ（−θ）−ｙｓｉｎ（−θ） 式VII ｙ’＝ｘｓｉｎ（−θ）＋ｙｃｏｓ（−θ） 【００４８】式VI及びVIIにｃｏｓ（−θ）＝ｃｏｓθ
及びｓｉｎ（−θ）＝−ｓｉｎθを代入すると、下記の
式VIII及びIXが得られる。 式VIII ｘ’＝ｘｃｏｓθ＋ｙｓｉｎθ 式IX ｙ’＝−ｘｓｉｎθ＋ｙｃｏｓθ 【００４９】式VIII及びIXにｘ＝（−ｄｓｉｎθ＋△
ｘ）及びｙ＝（ｄｃｏｓθ＋△ｙ）を代入すると、下記
の式X及びXIが得られる。 式X ｘ’＝（−ｄｓｉｎθ＋△ｘ）ｃｏｓθ＋（ｄｃｏｓθ
＋△ｙ）ｓｉｎθ 式XI ｙ’＝−（−ｄｓｉｎθ＋△ｘ）ｓｉｎθ＋（ｄｃｏｓ
θ＋△ｙ）ｃｏｓθ 【００５０】式X及びXIにおける項を配列し直すと、下
記の式XII及びXIIIが得られる。 式XII ｘ’＝△ｘｃｏｓθ−ｄｓｉｎθｃｏｓθ＋ｄｓｉｎθ
ｃｏｓθ＋△ｙｓｉｎθ 式XIII ｙ’＝ｄｓｉｎ２θ−△ｘｓｉｎθ＋ｄｃｏｓ２θ＋△
ｙｃｏｓθ 【００５１】式XII及びXIIIの項を組み合わせると、下
記の式XIV及びXVが得られる。 式XIV ｘ’＝△ｘｃｏｓθ＋△ｙｓｉｎθ 式XV ｙ’＝ｄ（ｓｉｎ２θ＋ｃｏｓ２θ）−△ｘｓｉｎθ＋
△ｙｃｏｓθ 【００５２】ピタゴラスの恒等式ｓｉｎ２θ＋ｃｏｓ２
θ＝１を式XVに適用すると、下記の式XVIが得られる。 式XVI ｙ’＝ｄ−△ｘｓｉｎθ＋△ｙｃｏｓθ 【００５３】上掲の表ＩＩからの適切なθを用いてｘ’
について式XIVを解くと、αの符号が求められるが、そ
れは、ｘ’の符号の逆である。代替実施態様の場合、式
ＸＶＩからのｙ’を用いて、αの符号を求めることが可
能である。 【００５４】Ｂ．第１の特殊配向 図１６Ａは、第１の特殊配向におけるセンサＡ及びＢの
さまざまな並進及び正の回転を例示した図である。第１
の特殊配向の場合、センサＡ及びＢは、両センサからの
「ｘ」及び「ｙ」移動報告が、同じ方向になるように、
配向が施される。センサＢは、Ｙ方向において距離
「ｄ」だけセンサＡの上方に配置されている。第１の特
殊配向には水平鏡映の効果がないので、垂直鏡映につい
てのみ論考することにする。通常配置における第１の特
殊配向は、アライメント角θＮが０度に等しい通常配置
における一般的配向と同じである。 【００５５】図１６Ｂは、図１６Ａに示す並進を除去し
た後の、回転センサの回転を例示した図である。図１６
Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ
△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、
Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可
能である。図１６Ｂには、回転角αと共に、センサＡと
Ｂの間の距離ｄも示されている。 【００５６】図１７Ａは、第１の特殊配向におけるセン
サＡ及びＢのさまざまな並進及び負の回転を例示した図
である。図１７Ｂは、図１７Ａに示す並進を除去した後
の、回転センサの回転を例示した図である。図１７Ａに
示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ△
ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、Ａ
△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可能
である。図１７Ｂには、回転角αと共に、センサＡとＢ
の間の距離ｄも示されている。 【００５７】図１８Ａは、第１の特殊配向の垂直鏡映に
おけるセンサＡ及びＢのさまざまな並進及び正の回転を
例示した図である。垂直鏡映配置における第１の特殊配
向は、アライメント角θＮが１８０度に等しい通常配置
における一般的配向と同じである。図１８Ｂは、図１８
Ａに示す並進を除去した後の、回転センサの回転を例示
した図である。図１８Ａに示す並進は、センサＢのデル
タ移動（すなわち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデ
ルタ移動（すなわち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによ
って除去することが可能である。図１８Ｂには、回転角
αと共に、センサＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００５８】図１９Ａは、第１の特殊配向の垂直鏡映に
おけるセンサＡ及びＢのさまざまな並進及び負の回転を
例示した図である。図１９Ｂは、図１９Ａに示す並進を
除去した後の、回転センサの回転を例示した図である。
図１９Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわ
ち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すな
わち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去するこ
とが可能である。図１９Ｂには、回転角αと共に、セン
サＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００５９】１．回転角の決定 センサＡとセンサＢの間の開始軸は、第１の特殊配向に
おいて垂直であるため、回転角αに関して式IIで与えら
れる一般公式を単純化することが可能である。距離（Ｂ
△ｘ−Ａ△ｘ）は、センサＡとＢの間の軸に対して垂直
である。ＡとＢの間の距離はｄであることが分っている
ので、角度αは、下記の式XVIIから求められる。 式XVII 【数４】 【００６０】式IIで与えられる一般公式を利用して、第
１の特殊配向についての回転角を求めることも可能であ
る。 【００６１】２．αの符合の決定 下記の表IIIから、通常配置または垂直鏡映配置におけ
る第１の特殊配向について、αの適正な符号を求めるこ
とが可能である。 【００６２】 【表３】 【００６３】Ｃ．第２の特殊配向 図２０Ａは、第２の特殊配向におけるセンサＡ及びＢの
さまざまな並進及び正の回転を例示した図である。第２
の特殊配向の場合、センサＡ及びＢは、両センサからの
「ｘ」及び「ｙ」移動報告が、同じ方向になるように、
配向が施される。センサＢは、Ｘ方向の距離「ｄ」だけ
センサＡの右に配置されている。第２の特殊配向には垂
直鏡映の効果がないので、水平鏡映についてのみ論考す
ることにする。通常位置における第２の特殊配向は、ア
ライメント角θＮが２７０度に等しい通常位置における
一般的配向と同じである。 【００６４】図２０Ｂは、図２０Ａに示す並進を除去し
た後の、回転センサの回転を例示した図である。図２０
Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ
△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、
Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可
能である。図２０Ｂには、回転角αと共に、センサＡと
Ｂの間の距離ｄも示されている。 【００６５】図２１Ａは、第２の特殊配向におけるセン
サＡ及びＢのさまざまな並進及び負の回転を例示した図
である。図２１Ｂは、図２１Ａに示す並進を除去した後
の、回転センサの回転を例示した図である。図２１Ａに
示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ△
ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、Ａ
△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可能
である。図２１Ｂには、回転角αと共に、センサＡとＢ
の間の距離ｄも示されている。 【００６６】図２２Ａは、第２の特殊配向の水平鏡映に
おけるセンサＡ及びＢのさまざまな並進及び正の回転を
例示した図である。水平鏡映配置における第２の特殊配
向は、アライメント角θＮが９０度に等しい通常配置に
おける一般的配向と同じである。図２２Ｂは、図２２Ａ
に示す並進を除去した後の、回転センサの回転を例示し
た図である。図２２Ａに示す並進は、センサＢのデルタ
移動（すなわち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデル
タ移動（すなわち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによっ
て除去することが可能である。図２２Ｂには、回転角α
と共に、センサＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００６７】図２３Ａは、第２の特殊配向の水平鏡映に
おけるセンサＡ及びＢのさまざまな並進及び負の回転を
例示した図である。図２３Ｂは、図２３Ａに示す並進を
除去した後の、回転センサの回転を例示した図である。
図２３Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわ
ち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すな
わち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去するこ
とが可能である。図２３Ｂには、回転角αと共に、セン
サＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００６８】１．回転角の決定 センサＡとセンサＢの間の開始軸は、第２の特殊配向に
おいて水平であるため、回転角に関して式IIで与えられ
る一般公式は、単純化することが可能である。距離（Ｂ
△ｙ−Ａ△ｙ）は、センサＡとＢの間の軸に対して垂直
である。ＡとＢの間の距離はｄであることが分っている
ので、角度αは、下記の式XVIIIから求めることができ
る。 式XVIII 【数５】 【００６９】式IIで与えられる一般公式を利用して、第
２の特殊配向に関する回転角を求めることも可能であ
る。 【００７０】２．αの符合の決定 下記の表ＩＶから、通常配置または水平鏡映配置におけ
る第２の特殊配向について、αの適正な符号を求めるこ
とが可能である。 【００７１】 【表４】 【００７２】Ｄ．第３の特殊配向 図２４Ａは、第３の特殊配向におけるセンサＡ及びＢの
さまざまな並進及び正の回転を例示した図である。第３
の特殊配向の場合、センサＡ及びＢは、両センサからの
「ｘ」及び「ｙ」移動報告が、同じ方向になるように、
配向が施される。センサＢは、Ｘ方向の距離−ｄ／
（２）（１／２）だけセンサＡの左に、及び、Ｙ方向の
距離ｄ／（２）（１／２）だけセンサＡから上方に配置
されている。通常配置における第３の特殊配向は、アラ
イメント角θＮが４５度に等しい通常配置における一般
的配向と同じである。 【００７３】図２４Ｂは、図２４Ａに示す並進を除去し
た後の、回転センサの回転を例示した図である。図２４
Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ
△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、
Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可
能である。図２４Ｂには、回転角αと共に、センサＡと
Ｂの間の距離ｄも示されている。 【００７４】図２５Ａは、第３の特殊配向におけるセン
サＡ及びＢのさまざまな並進及び負の回転を例示した図
である。図２５Ｂは、図２５Ａに示す並進を除去した後
の、回転センサの回転を例示した図である。図２５Ａに
示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ△
ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、Ａ
△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可能
である。図２５Ｂには、回転角αと共に、センサＡとＢ
の間の距離ｄも示されている。 【００７５】図２６Ａは、第３の特殊配向の水平鏡映に
おけるセンサＡ及びＢのさまざまな並進及び正の回転を
例示した図である。水平鏡映配置における第３の特殊配
向は、アライメント角θＮが３１５度に等しい通常配置
における一般的配向と同じである。 【００７６】図２６Ｂは、図２６Ａに示す並進を除去し
た後の、回転センサの回転を例示した図である。図２６
Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ
△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、
Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可
能である。図２６Ｂには、回転角αと共に、センサＡと
Ｂの間の距離ｄも示されている。 【００７７】図２７Ａは、第３の特殊配向の水平鏡映に
おけるセンサＡ及びＢのさまざまな並進及び負の回転を
例示した図である。図２７Ｂは、図２７Ａに示す並進を
除去した後の、回転センサの回転を例示した図である。
図２７Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわ
ち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すな
わち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去するこ
とが可能である。図２７Ｂには、回転角αと共に、セン
サＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００７８】図２８Ａは、第３の特殊配向の垂直鏡映に
おけるセンサＡ及びＢのさまざまな並進及び正の回転を
例示した図である。垂直鏡映配置における第３の特殊配
向は、アライメント角θＮが１３５度に等しい通常配置
における一般的配向と同じである。 【００７９】図２８Ｂは、図２８Ａに示す並進を除去し
た後の、回転センサの回転を例示した図である。図２８
Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ
△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、
Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可
能である。図２８Ｂには、回転角αと共に、センサＡと
Ｂの間の距離ｄも示されている。 【００８０】図２９Ａは、第３の特殊配向の垂直鏡映に
おけるセンサＡ及びＢのさまざまな並進及び負の回転を
例示した図である。図２９Ｂは、図２９Ａに示す並進を
除去した後の、回転センサの回転を例示した図である。
図２９Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわ
ち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すな
わち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去するこ
とが可能である。図２９Ｂには、回転角αと共に、セン
サＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００８１】図３０Ａは、第３の特殊配向の水平及び垂
直鏡映におけるセンサＡ及びＢのさまざまな並進及び正
の回転を例示した図である。水平及び垂直鏡映配置にお
ける第３の特殊配向は、アライメント角θＮが２２５度
に等しい通常配置における一般的配向と同じである。 【００８２】図３０Ｂは、図３０Ａに示す並進を除去し
た後の、回転センサの回転を例示した図である。図３０
Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動（すなわち、Ｂ
△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移動（すなわち、
Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除去することが可
能である。図３０Ｂには、回転角αと共に、センサＡと
Ｂの間の距離ｄも示されている。 【００８３】図３１Ａは、第３の特殊配向の水平及び垂
直鏡映におけるセンサＡ及びＢのさまざまな並進及び負
の回転を例示した図である。図３１Ｂは、図３１Ａに示
す並進を除去した後の、回転センサの回転を例示した図
である。図３１Ａに示す並進は、センサＢのデルタ移動
（すなわち、Ｂ△ｘ、Ｂ△ｙ）からセンサＡのデルタ移
動（すなわち、Ａ△ｘ、Ａ△ｙ）を引くことによって除
去することが可能である。図３１Ｂには、回転角αと共
に、センサＡとＢの間の距離ｄも示されている。 【００８４】１．回転角の決定 式IIによって与えられる一般公式を利用して、第３の特
殊配向に関する回転角を求めることが可能である。 【００８５】２．αの符合の決定 下記の表Ｖから、通常配置、水平鏡映配置、垂直鏡映配
置、及び、水平及び垂直鏡映配置における第３の特殊配
向について、αの適正な符号を求めることが可能であ
る。 【００８６】 【表５】 【００８７】Ｖ．回転の中心 回転角と、センサＡ及びＢの開始位置及び最終位置を利
用して、センサＡ及びＢの回転の中心を求めることが可
能である。下記の式XIXによって、任意の回転中心点
（ｘ０，ｙ０）周りに新しい位置（ｘ’，ｙ’）まで角
度αだけ回転させられる開始位置（ｘ，ｙ）について、
１組のデカルト座標の回転及び並進に関する関係が与え
られる。 【００８８】式XIX 【数６】 【００８９】式Ｘの項を展開すると、ｘ’及びｙ’につ
いてそれぞれ、下記の式XX及びXXIが得られるが、これ
が、最終位置である。 式XX ｘ’＝ｘ０＋ｘｃｏｓα−ｘ０ｃｏｓα−ｙｓｉｎα＋
ｙ０ｓｉｎα 式XXI ｙ’＝ｙ０＋ｘｓｉｎα−ｘ０ｓｉｎα＋ｙｃｏｓα−
ｙ０ｃｏｓα 【００９０】開始位置（ｘ，ｙ）、最終位置（ｘ’，
ｙ’）、及び、角度αは、分っているので、式XX及びXX
Iを整理して下記の式XXII及びXXIIIにすることにより、
回転点（ｘ０，ｙ０）を求めることが可能になる。 式XXII 【数７】【００９１】式XXIII 【数８】 【００９２】センサＡのもとの位置（ｘ，ｙ）は原点
（０，０）のため、式XXII及びXXIIIは、それぞれ、下
記の式XXIV及びXXVに単純化することが可能である。 式XXIV 【数９】 式XXV 【数１０】 【００９３】ＶＩ．回転センサ実施例 ２つのナビゲーション・センサＡ及びＢは、センサのパ
ッケージ・サイズ以上の距離だけ離隔した、同じ方向に
配向が施された２つの個別のセンサとして実施可能であ
る。センサＡとＢの間の距離を増すと、システム・セン
サがより大きくなるが、低速回転に対する感度が高くな
る。第１及び第２の特殊配向の実施が最も容易である。 【００９４】２つのセンサＡ及びＢを１つのセンサ・ダ
イに組み込んで、センサＡ及びＢがセンサ全体のサブセ
ットをなすようにすることも可能である。例えば、図３
２は、本発明のさまざまな実施態様を実施するのに適し
た４つのサブアレイに分割されたセンサ・アレイ２００
の図である。図３２に示すように、センサ・アレイ２０
０は、長さ及び幅の値が「ｍ」であり、１、２、３、及
び、４の番号が付いた４つのサブアレイに分割される。
サブアレイの中心間の距離ｄは、１−２、１−３、２−
４、及び、３−４のサブアレイ組み合わせの場合、ｍ／
２になる。距離ｄは、１−４及び３−２の組み合わせの
場合、１．４１４＊（ｍ／２）になる。従って、サブア
レイ１及び４、または、サブアレイ２及び３を利用する
第３の特殊配向によって、この実施態様におけるセンサ
間の最大離隔距離が得られることになる。 【００９５】下記の表ＶＩには、センサＡ及びＢの対応
する特殊配向及び配置と共に、センサ・アレイ２００の
可能性のある２つのサブアレイ組み合わせの全てが示さ
れている。 【００９６】 【表６】 【００９７】図３３は、本発明の実施態様の１つによる
回転センサ３００のブロック図である。回転センサ３０
０には、２つの光モーション・センサ１６（上述の）
と、回転データ生成器３０２が含まれている。２つの光
モーション・センサ１６は、センサＡ及びＢに対応して
おり、図３に示すさまざまな配向及び配置の任意のもの
をなすように配置することが可能である。 【００９８】２つの光モーション・センサ１６は、それ
ぞれ、回転データ生成器３０２に対して△ｘ及び△ｙデ
ータを出力する。２つのセンサ１６から受信した△ｘ及
び△ｙデータ、及び、２つのセンサ１６の特定の配向、
配置、及び、離隔距離に関して記憶されている情報に基
づいて、回転データ生成器３０２は、上述の回転データ
及び回転中心データを計算し、このデータを出力する。
実施態様の１つにおいて、回転データは、センサＡに対
応するセンサ１６の周りにおける回転を表わし（正の回
転を反時計廻りと定義する）、回転中心データは、原点
に対する２つのセンサ１６の回転中心の（ｘ，ｙ）座標
を表わすが、ここで、原点は、センサＡに対応するセン
サ１６のもとの位置である。 【００９９】本発明の形態の１つでは、基準フレーム
は、△ｘ及び△ｙの移動を決定するのに良好な相関関係
が得られるように、フレーム間において約１０度を超え
る回転をすべきではない。実施態様の１つでは、上に示
した式は、±９０度または０〜１８０度の範囲に対して
有効であるが、フレーム間の最大回転は、１０度未満が
望ましい。 【０１００】現在の光ナビゲーション・センサ１６は、
一般に、毎秒１５００〜２０００フレームの範囲内で動
作する。コンピュータまたは他の装置に対する実際の報
告速度（レポートレート）は、一般に、毎秒１００〜２
００報告（レポート）である。測定速度（測定レート）
と報告速度が異なるため、△ｘと△ｙ情報は、蓄積され
て、それから出力される。 【０１０１】回転センサ３００の最高回転速度は、フレ
ーム間の相関関係が劣化して、良好な（Ｘ，Ｙ）ナビゲ
ーションが機能しなくなり始めるポイントに達する前
に、センサ３００を回転させることが可能な角度によっ
て決まる。フレーム・レートが毎秒１５００フレームの
場合に、フレーム間で１０度の回転が生じるものと仮定
すると、最高回転は、毎秒４１．６回転、すなわち、２
５００ｒｐｍになる。 【０１０２】最低回転速度は、センサ１６間の△ｘ及び
△ｙのカウントが最小になる速度である。これは、フレ
ーム・レート、及び、センサ１６間の距離によって決ま
る。センサ１６間の距離が増すと、認識可能な最低回転
速度が低下する。ナビゲーション・センサ１６は、一般
に、毎秒１００〜２００回のデータ報告しか行わないの
で、△ｘ及び△ｙのカウントは、いくつかのフレームに
わたって蓄積しなければならない。 【０１０３】実施態様の１つでは、回転データが△ｘ及
び△ｙ値から求められ、△ｘ及び△ｙ値が、一般にノイ
ズを含んでいるという事実のため、本発明の形態の１つ
では、回転データにフィルタリング（すなわち、平均
化、平滑化、重み付きフィルタリング）を施して、回転
データの変化を抑え、ノイズ性能を改善する。 【０１０４】当業者には明らかなように、回転センサ３
００によって実施される機能は、ハードウェア、ソフト
ウェア、ファームウェア、または、それらの任意の組み
合わせで実施することが可能である。その実施は、マイ
クロプロセッサ、プログラマブル論理デバイス、また
は、状態マシンを利用して可能になる。本発明のコンポ
ーネントは、１つ以上のコンピュータ読み取り可能媒体
にソフトウェアの形で保持することが可能である。本明
細において用いられるコンピュータ読み取り可能媒体と
いう用語は、フロッピ・ディスク、ハード・ディスク、
ＣＤ−ＲＯＭ、フラッシュ・メモリ、読み取り専用メモ
リ（ＲＯＭ）、及び、ランダム・アクセス・メモリとい
った、揮発性または不揮発性の任意の種類のメモリを含
むものと定義される。 【０１０５】２つのセンサ１６及び回転データ生成器３
０２は、単一集積回路パッケージまたは個別パッケージ
として実施することが可能である。代替実施態様の場
合、回転データ生成器３０２は、コンピュータまたは他
の電子装置のような外部装置に組み込むことが可能であ
る。 【０１０６】光モーション・センサ１６を光学式マウス
に関して説明したが、もちろん、本発明の実施態様は、
光学式マウスに制限されるものではなく、本明細書で説
明した技法は、ゲーム・コントローラ、ジェスチャ・コ
ントローラ（gestural controller）、携帯端末（ＰＤ
Ａ）装置、セルラ電話、または、他の装置といった、回
転検知が所望される他の装置に適用することも可能であ
る。 【０１０７】好適な実施態様を説明するために、本明細
書及び図面では、特定の実施態様について図示し説明し
たが、当業者には明らかなように、本発明の範囲を逸脱
することなく、図示し説明した特定の実施態様の代え
て、多種多様な代替の及び／または等価な実施態様を採
用することが可能である。化学、機械、電子機械、電
気、及び、コンピュータの分野の技術者には明らかなよ
うに、極めて多種多様な実施態様において本発明を実施
することが可能である。本出願は、本明細書及び図面に
おいて説明した好適な実施態様に対するいかなる改変ま
たは変更をも包含することを意図したものである。従っ
て、本発明は、特許請求の範囲及びその等価物による制
限しか受けないということが明確に意図されている。 【０１０８】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。 １．回転を検知するための装置（３００）において、ほ
ぼ共面配置をなすように構成された複数のモーション・
センサ（１６）であって、各センサが、２次元における
前記センサの移動を表すインクリメンタル（増分式）移
動データを生成するように構成されることからなる、複
数のモーション・センサと、前記インクリメンタル移動
データに基づいて回転データを生成する回転データ生成
器（３０２）を備え、前記回転データが、前記モーショ
ン・センサのうち第２のセンサのまわりにおける第１の
センサの回転を表すことからなる、装置。 ２．前記回転データに、回転角の値が含まれており、前
記回転角の値の符号が、前記第２のセンサのまわりにお
ける前記第１のセンサの回転方向を表すことからなる、
上項１に記載の装置。 ３．前記回転データに、回転中心の値が含まれる、上項
１に記載の装置。 ４．前記複数のモーション・センサの各々が、単一モー
ション・センサのサブセットである、上項１に記載の装
置。 ５．前記モーション・センサが光学モーション・センサ
である、上項１に記載の装置。 ６．回転運動を検知する方法であって、第１及び第２の
２次元アレイをなす光検出器を設けるステップ（１６）
と、前記第１及び第２のアレイをなす光検出器に画像を
送るステップ（８）と、前記第１及び第２のアレイをな
す前記光検出器の出力をデジタル化し、それにより、前
記画像のディジタル表現を生成するステップ（１５８）
と、前記画像の前記ディジタル表現の相関をとるステッ
プ（１６０）と、前記相関に基づいて、前記第１及び第
２のアレイの２次元における並進を表す並進データを生
成するステップと、前記並進データに基づいて、前記第
２のアレイのまわりにおける前記第１のアレイの回転を
表す回転データを生成するステップ（３０２）を含む、
方法。 ７．アレイ構成データを記憶するステップをさらに含
み、前記回転データ生成器が、前記並進データ及び前記
記憶されたアレイ構成データに基づいて、前記回転デー
タを生成することからなる、上項６に記載の方法。 ８．前記アレイ構成データに、前記第１及び第２のアレ
イの配向を表す配向データが含まれ、前記アレイ構成デ
ータに、前記第１のアレイと前記第２のアレイとの間の
距離を表す離隔距離情報が含まれる、上項７に記載の方
法。 ９．前記並進データが、インクリメンタル（すなわち、
増分式の）Ｘ及びＹ並進データである、上項６に記載の
方法。 １０．回転を検知するための装置（３００）において、
共面配置をなすように構成された第１及び第２の２次元
アレイをなす光検出器（１４８）を備える可動モーショ
ン・センサ（１６）であって、前記第１及び第２のアレ
イに送り込まれた画像のディジタル表現を生成し、前記
画像の前記ディジタル表現に基づいて、前記第１及び第
２のアレイのそれぞれの動きを表す２次元移動データを
生成するように構成される、可動モーション・センサ
と、前記移動データを処理して、前記モーション・セン
サの回転を表す回転情報を決定するコントローラ（３０
２）を備える、装置。 【０１０９】本発明による回転検出装置(300)は、ほぼ
共面配置をなすように構成された複数のモーションセン
サ(16)を備える。複数のモーションセンサの各々は、２
次元におけるセンサの移動を表す増分式移動データを生
成するように構成される。回転データ生成器(302)は、
増分式移動データに基づいて回転データを発生する。回
転データは、モーションセンサのうちの第２のモーショ
ンセンサのまわりにおける第１のモーションセンサの回
転を表す。 【０１１０】 【発明の効果】本発明によれば、光学式ポインティング
デバイスなどの装置において装置の回転を検知すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施態様を組み込むのに適した光学
式マウスの平面図である。 【図２】図１に示す光学式マウスの主要コンポーネント
を例示した電気ブロック図である。 【図３】回転センサの一般的配向、回転センサの３つの
特殊配向、及び、回転センサの鏡映配向を示す図であ
る。 【図４】Ａは、Ｘ方向における回転センサの並進を例示
した図である。Ｂは、Ｘ及びＹ方向における回転センサ
の並進を例示した図である。Ｃは、Ｙ方向における回転
センサの並進を例示した図である。Ｄは、回転センサの
回転を例示した図である。Ｅは、回転センサの回転及び
並進を例示した図である。 【図５】Ｘ−Ｙ軸における正の回転角を例示した図であ
る。 【図６Ａ】一般的配向における回転センサのさまざまな
並進及び正の回転を例示した図である。 【図６Ｂ】図６Ａに示す並進を除去した後の、回転セン
サの回転を例示した図である。 【図７Ａ】一般的配向における回転センサのさまざまな
並進及び負の回転を例示した図である。 【図７Ｂ】図７Ａに示す並進を除去した後の、回転セン
サの回転を例示した図である。 【図８Ａ】一般的配向の水平鏡映における回転センサの
さまざまな並進及び正の回転を例示した図である。 【図８Ｂ】図８Ａに示す並進を除去した後の、回転セン
サの回転を例示した図である。 【図９Ａ】一般的配向の水平鏡映における回転センサの
さまざまな並進及び負の回転を例示した図である。 【図９Ｂ】図９Ａに示す並進を除去した後の、回転セン
サの回転を例示した図である。 【図１０Ａ】一般的配向の垂直鏡映における回転センサ
のさまざまな並進及び正の回転を例示した図である。 【図１０Ｂ】図１０Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図１１Ａ】一般的配向の垂直鏡映における回転センサ
のさまざまな並進及び負の回転を例示した図である。 【図１１Ｂ】図１１Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図１２Ａ】一般的配向の水平及び垂直鏡映における回
転センサのさまざまな並進及び正の回転を例示した図で
ある。 【図１２Ｂ】図１２Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図１３Ａ】一般的配向の水平及び垂直鏡映における回
転センサのさまざまな並進及び負の回転を例示した図で
ある。 【図１３Ｂ】図１３Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図１４】並進を除去した後の、一般配向における回転
センサの回転を表す二等辺三角形の図である。 【図１５Ａ】座標変換前の、一般的配向における回転セ
ンサの回転を例示した図である。 【図１５Ｂ】座標変換後の、一般的配向における回転セ
ンサの回転を例示した図である。 【図１６Ａ】第１の特殊配向における回転センサのさま
ざまな並進及び正の回転を例示した図である。 【図１６Ｂ】図１６Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図１７Ａ】第１の特殊配向における回転センサのさま
ざまな並進及び負の回転を例示した図である。 【図１７Ｂ】図１７Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図１８Ａ】第１の特殊配向の垂直鏡映における回転セ
ンサのさまざまな並進及び正の回転を例示した図であ
る。 【図１８Ｂ】図１８Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図１９Ａ】第１の特殊配向の垂直鏡映における回転セ
ンサのさまざまな並進及び負の回転を例示した図であ
る。 【図１９Ｂ】図１９Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図２０Ａ】第２の特殊配向における回転センサのさま
ざまな並進及び正の回転を例示した図である。 【図２０Ｂ】図２０Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図２１Ａ】第２の特殊配向における回転センサのさま
ざまな並進及び負の回転を例示した図である。 【図２１Ｂ】図２１Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図２２Ａ】第２の特殊配向の水平鏡映における回転セ
ンサのさまざまな並進及び正の回転を例示した図であ
る。 【図２２Ｂ】図２２Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図２３Ａ】第２の特殊配向の水平鏡映における回転セ
ンサのさまざまな並進及び負の回転を例示した図であ
る。 【図２３Ｂ】図２３Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図２４Ａ】第３の特殊配向における回転センサのさま
ざまな並進及び正の回転を例示した図である。 【図２４Ｂ】図２４Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図２５Ａ】第３の特殊配向における回転センサのさま
ざまな並進及び負の回転を例示した図である。 【図２５Ｂ】図２５Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図２６Ａ】第３の特殊配向の水平鏡映における回転セ
ンサのさまざまな並進及び正の回転を例示した図であ
る。 【図２６Ｂ】図２６Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図２７Ａ】第３の特殊配向の水平鏡映における回転セ
ンサのさまざまな並進及び負の回転を例示した図であ
る。 【図２７Ｂ】図２７Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図２８Ａ】第３の特殊配向の垂直鏡映における回転セ
ンサのさまざまな並進及び正の回転を例示した図であ
る。 【図２８Ｂ】図２８Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図２９Ａ】第３の特殊配向の垂直鏡映における回転セ
ンサのさまざまな並進及び負の回転を例示した図であ
る。 【図２９Ｂ】図２９Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図３０Ａ】第３の特殊配向の水平及び垂直鏡映におけ
る回転センサのさまざまな並進及び正の回転を例示した
図である。 【図３０Ｂ】図３０Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図３１Ａ】第３の特殊配向の水平及び垂直鏡映におけ
る回転センサのさまざまな並進及び負の回転を例示した
図である。 【図３１Ｂ】図３１Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図３２】本発明のさまざまな実施態様の実施に適し
た、４つのサブアレイに分割されたセンサ・アレイの図
である。 【図３３】本発明の１実施態様による回転センサのブロ
ック図である。 【符号の説明】 １６ モーション・センサ １４８ 光検出器アレイ ３００ 回転検知装置 ３０２ 回転データ生成器
式マウスの平面図である。 【図２】図１に示す光学式マウスの主要コンポーネント
を例示した電気ブロック図である。 【図３】回転センサの一般的配向、回転センサの３つの
特殊配向、及び、回転センサの鏡映配向を示す図であ
る。 【図４】Ａは、Ｘ方向における回転センサの並進を例示
した図である。Ｂは、Ｘ及びＹ方向における回転センサ
の並進を例示した図である。Ｃは、Ｙ方向における回転
センサの並進を例示した図である。Ｄは、回転センサの
回転を例示した図である。Ｅは、回転センサの回転及び
並進を例示した図である。 【図５】Ｘ−Ｙ軸における正の回転角を例示した図であ
る。 【図６Ａ】一般的配向における回転センサのさまざまな
並進及び正の回転を例示した図である。 【図６Ｂ】図６Ａに示す並進を除去した後の、回転セン
サの回転を例示した図である。 【図７Ａ】一般的配向における回転センサのさまざまな
並進及び負の回転を例示した図である。 【図７Ｂ】図７Ａに示す並進を除去した後の、回転セン
サの回転を例示した図である。 【図８Ａ】一般的配向の水平鏡映における回転センサの
さまざまな並進及び正の回転を例示した図である。 【図８Ｂ】図８Ａに示す並進を除去した後の、回転セン
サの回転を例示した図である。 【図９Ａ】一般的配向の水平鏡映における回転センサの
さまざまな並進及び負の回転を例示した図である。 【図９Ｂ】図９Ａに示す並進を除去した後の、回転セン
サの回転を例示した図である。 【図１０Ａ】一般的配向の垂直鏡映における回転センサ
のさまざまな並進及び正の回転を例示した図である。 【図１０Ｂ】図１０Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図１１Ａ】一般的配向の垂直鏡映における回転センサ
のさまざまな並進及び負の回転を例示した図である。 【図１１Ｂ】図１１Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図１２Ａ】一般的配向の水平及び垂直鏡映における回
転センサのさまざまな並進及び正の回転を例示した図で
ある。 【図１２Ｂ】図１２Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図１３Ａ】一般的配向の水平及び垂直鏡映における回
転センサのさまざまな並進及び負の回転を例示した図で
ある。 【図１３Ｂ】図１３Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図１４】並進を除去した後の、一般配向における回転
センサの回転を表す二等辺三角形の図である。 【図１５Ａ】座標変換前の、一般的配向における回転セ
ンサの回転を例示した図である。 【図１５Ｂ】座標変換後の、一般的配向における回転セ
ンサの回転を例示した図である。 【図１６Ａ】第１の特殊配向における回転センサのさま
ざまな並進及び正の回転を例示した図である。 【図１６Ｂ】図１６Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図１７Ａ】第１の特殊配向における回転センサのさま
ざまな並進及び負の回転を例示した図である。 【図１７Ｂ】図１７Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図１８Ａ】第１の特殊配向の垂直鏡映における回転セ
ンサのさまざまな並進及び正の回転を例示した図であ
る。 【図１８Ｂ】図１８Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図１９Ａ】第１の特殊配向の垂直鏡映における回転セ
ンサのさまざまな並進及び負の回転を例示した図であ
る。 【図１９Ｂ】図１９Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図２０Ａ】第２の特殊配向における回転センサのさま
ざまな並進及び正の回転を例示した図である。 【図２０Ｂ】図２０Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図２１Ａ】第２の特殊配向における回転センサのさま
ざまな並進及び負の回転を例示した図である。 【図２１Ｂ】図２１Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図２２Ａ】第２の特殊配向の水平鏡映における回転セ
ンサのさまざまな並進及び正の回転を例示した図であ
る。 【図２２Ｂ】図２２Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図２３Ａ】第２の特殊配向の水平鏡映における回転セ
ンサのさまざまな並進及び負の回転を例示した図であ
る。 【図２３Ｂ】図２３Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図２４Ａ】第３の特殊配向における回転センサのさま
ざまな並進及び正の回転を例示した図である。 【図２４Ｂ】図２４Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図２５Ａ】第３の特殊配向における回転センサのさま
ざまな並進及び負の回転を例示した図である。 【図２５Ｂ】図２５Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図２６Ａ】第３の特殊配向の水平鏡映における回転セ
ンサのさまざまな並進及び正の回転を例示した図であ
る。 【図２６Ｂ】図２６Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図２７Ａ】第３の特殊配向の水平鏡映における回転セ
ンサのさまざまな並進及び負の回転を例示した図であ
る。 【図２７Ｂ】図２７Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図２８Ａ】第３の特殊配向の垂直鏡映における回転セ
ンサのさまざまな並進及び正の回転を例示した図であ
る。 【図２８Ｂ】図２８Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図２９Ａ】第３の特殊配向の垂直鏡映における回転セ
ンサのさまざまな並進及び負の回転を例示した図であ
る。 【図２９Ｂ】図２９Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図３０Ａ】第３の特殊配向の水平及び垂直鏡映におけ
る回転センサのさまざまな並進及び正の回転を例示した
図である。 【図３０Ｂ】図３０Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図３１Ａ】第３の特殊配向の水平及び垂直鏡映におけ
る回転センサのさまざまな並進及び負の回転を例示した
図である。 【図３１Ｂ】図３１Ａに示す並進を除去した後の、回転
センサの回転を例示した図である。 【図３２】本発明のさまざまな実施態様の実施に適し
た、４つのサブアレイに分割されたセンサ・アレイの図
である。 【図３３】本発明の１実施態様による回転センサのブロ
ック図である。 【符号の説明】 １６ モーション・センサ １４８ 光検出器アレイ ３００ 回転検知装置 ３０２ 回転データ生成器
フロントページの続き
(72)発明者 ロバート・エイ・ブラック
アメリカ合衆国カリフォルニア州95035,
ミルピタス，マウント・シャスタ・アベニ
ュー・1397
(72)発明者 マイケル・ジェイ・ブロスナン
アメリカ合衆国カリフォルニア州94536,
フレモント，ネボ・ドライブ・38360
(72)発明者 ローピンダー・サイ・グレウォル
アメリカ合衆国カリフォルニア州95120,
サンノゼ，ワラス・970
Ｆターム(参考） 5B087 BB08 BB16
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】回転を検知するための装置（３００）にお
いて、 ほぼ共面配置をなすように構成された複数のモーション
・センサ（１６）であって、各センサが、２次元におけ
る前記センサの移動を表すインクリメンタル（増分式）
移動データを生成するように構成されることからなる、
複数のモーション・センサと、 前記インクリメンタル移動データに基づいて回転データ
を生成する回転データ生成器（３０２）を備え、 前記回転データが、前記モーション・センサのうち第２
のセンサのまわりにおける第１のセンサの回転を表すこ
とからなる、装置。
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