JP2012508417A - 動き感知に基づく力強度および回転強度を入力する方法およびデバイス - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
のような関数である。図9および図10においてx軸はデバイス100の動きのサイズを示し、y軸は式7での加重値すなわち、αnを意味する。図9および図10の関数は共通に中央でピーク分を有し、左右に行くほど0に近接する形態を有する。
形態を有するフロアー(floor)関数を示し、図19は
形態を有するシーリング(ceiling)関数を示す。このようなマッピング関数は簡単な関係によって入力力強度(F)を出力力強度(F')に対応させることができる。このとき、前記k値の変化に応じて関数の入力値は縮小または除去されることができ、一定以上の入力値は比例する出力値に変換されることもできる。しかし、図18および図19のようなマッピング関数は特定値以上の過度な入力値に対して出力値を適切に制限できないという短所がある。すなわち、図18および図19のマッピング関数は後述する図20のマッピング関数に含まれる低下領域、スケーリング領域および限定領域の機能のうち、限定領域の機能が欠如している。
のようなシグモイド関数が使用されてもよい。ここで、力の方向は陽と陰がいずれも存在するため、前記シグモイド関数は座標の原点を中心に対称する。すなわち、図20のマッピング関数は同一の二つのシグモイド関数の結合で成されている。
本発明による入力デバイス100は式7のような加重平均の概念と、動き推定関数、マッピング関数などを使用することができる。したがって、モデル基盤のフィルタリング、例えば、線形フィルタリング(linear filtering)、カルマンフィルタリング(Kalman filtering)、カルマンスムージング(Kalman smoothing)、拡張カルマンフィルタリング(extended Kalman filtering)、状態−空間推定(state−space estimation)、期待値最大化(Expectation−Maximization)などに必要なデータのサンプリングのため複雑な演算とそれにともなう初期化に所要される時間は必要としない。
入力デバイス100は筐体フレームの回転および加速度を測定して航法フレームの姿勢情報を求める。このように求めた航法フレームの姿勢情報により位置情報(例:ポインタの動き)を制御するため、筐体フレームの傾きに関係なく前記位置情報が実現され得る。またこのような航法フレームにおけるロール、ピッチ、ヨー情報(姿勢角情報)を利用して前述したようにユーザパターンに合わせた動きの実現、直観的な動きの実現、ディスプレイ装置の状態制御などの多様な応用が可能である。そして製品デザインにおいても筐体フレームの回転方向に対する制限がないため、ユーザ命令入力デバイス100の外観に関する多様なデザインが可能になる。
既存技術では単純停止のみを判断することに比べ、ユーザ命令入力デバイス100では動き測定関数により停止、微細動き、遅い動き、速い動きなどの多様な動き検出が可能であり、このような多様な形態の動き検出により、さらに改善された動きを実現することができる基礎を提供する。また、動き検出に使用する動き推定関数は入力と出力が1:1に対応して多くのリソースを占めない。
低下領域、スケーリング領域および限定領域で構成されたマッピング関数はユーザにより細密で直観的な動きを提供する。低下領域を介して手の震えのような動きが除去され、スケーリング領域を介して微細な動きを実現することができ、限定領域を介して過度な動きの制限が可能になる。このようなマッピング機能は必要に応じて所望する領域の値のみを有することも可能である。
ユーザ命令入力デバイス100では、角速度計出力と加速度計出力で実現した各情報に基づいて加重平均を求めるため、より安定かつ正確な動きの実現が可能である。角速度計のみを利用する場合、角速度を積分して角度を実現する過程でバイアス変化による累積誤差が発生し、これは結局角度の発散を起こすが、このような問題を解決するための多様な従来の技術が知られている。このような従来の技術としては、カルマンフィルタによりバイアスを推定する方法、周波数分析によりデジタルフィルタを使用する方法、与えられた時間および臨界値などを分析してバイアスを推定する方法などがある。しかし、このような従来の技術はいずれもシステムのリソースを過度に消耗し、多くの演算量を必要とする短所がある。
ユーザ命令入力デバイス100の単純化されたシステムによれば、デバイスの初期化時間を短縮させることができる。その代表的な例として、前述した加重平均の概念を挙げることができる。角速度計のみで角度を実現する場合、累積誤差を最小化するため、カルマンフィルタリングのような別途のフィルタリング技法が要求される。前記カルマンフィルタリングの場合、初期バイアス推定、あるいはバイアスセットのための初期化ステップが必須に要求される。
ユーザ命令入力デバイス100の単純化されたシステムによれば、初期化時間を短縮および演算量減少に基づいて消費電力の減少を追求することができる。システムの初期化時間が短縮されることによって大きくは動作モード、低電力モード(power down mode)、パワーオフモード(power off mode)などの単純化された作動モードを有することができる。
入力デバイス100は姿勢角と共に加速度と関連する情報として力強度を提供する。加速度と関連する情報として加速度計の出力値をそのまま使用する場合、重力成分が含まれることによって動くのによる正確な情報の実現が難しい。また加速度計出力に対する単なるスケーリングを使用するとノイズの増加をもたらす。
入力デバイス100は以上の姿勢角、力強度とともに回転強度という情報も提供することができる。力強度が線形の動きに対する情報を意味するとしたら、回転強度は回転の動きに対する情報を意味する。
110 角速度センサ
120 加速度センサ
130 フィルタ部
140 第1演算部
150 第2演算部
160 姿勢角測定部
170 強度計算部
180 強度マッピング部
190 処理ユニット
195 伝送部
Claims (20)
- 3次元空間上で動作してユーザ命令を入力するための入力デバイスであって、
第1センサの出力値から、前記デバイスの姿勢に対して独立的な座標系における第1回転角を演算する第1演算部と、
第2センサの出力値から、前記独立的な座標系における第2回転角を演算する第2演算部と、
前記第1回転角と前記第2回転角を組合せて前記入力デバイスの姿勢角を求める姿勢角測定部、および
前記入力デバイスの加速度と、前記姿勢角測定部から求めた入力デバイスの姿勢角を利用して前記独立的な座標系における力強度を計算する強度計算部を含む入力デバイス。 - マッピング関数によって前記計算された力強度を最終的に出力される力強度にマッピングする強度マッピング部をさらに含む請求項1に記載の入力デバイス。
- 前記マッピング関数は、
関数の入力値を縮小または除去して出力する低下領域と、関数の入力値をほぼ比例する出力値にマッピングするスケーリング領域と、一定値以上の入力値に対してその出力値を制限する限定領域のうち少なくとも2つ以上の領域を含む請求項2に記載の入力デバイス。 - 前記強度計算部は、
前記加速度から筐体フレームにおける力強度を計算し、前記計算された力強度を前記独立的な座標系における力強度に変換する請求項1に記載の入力デバイス。 - 前記独立的な座標系は航法フレーム(navigation frame)またはヨードリフトフレーム(yaw drift frame)である請求項4に記載の入力デバイス。
- 前記演算された第1回転角と前記第2回転角は、
加重平均によって組合せわせられる請求項1に記載の入力デバイス。 - 前記加重平均に使用される加重値は、
所定の動き推定関数によって推定されるが、前記動き推定関数は前記デバイスの動きがない場合には前記姿勢角に第2回転角のみが反映されるように前記加重値を設定し、前記デバイスの動きが最大である場合には前記姿勢角に第1回転角のみが反映されるように前記加重値を設定し、前記デバイスの動きがその間の場合には停止と最大動きの間の値で前記加重値を設定する請求項6に記載の入力デバイス。 - 前記第1回転角は、
前記第1センサの出力値および前記第1回転角を変数とする微分方程式から演算される請求項1に記載の入力デバイス。 - 前記第2回転角のうちヨー(yaw)は、前記第2回転角のうちロール(roll)およびピッチ(pitch)の組合せから演算される請求項1に記載の入力デバイス。
- 3次元空間上で動作してユーザ命令を入力するための入力デバイスであって、
少なくとも一つの方向に対する前記入力デバイスの加速度を感知するセンサと、
前記感知された加速度から筐体フレームにおける力強度を計算する強度計算部、および
マッピング関数によって前記計算された力強度を最終的に出力される力強度にマッピングする強度マッピング部を含む入力デバイス。 - 前記マッピング関数は、
関数の入力値を縮小または除去して出力する低下領域と、関数の入力値をほぼ比例する出力値にマッピングするスケーリング領域と、一定値以上の入力値に対してその出力値を制限する限定領域のうち少なくとも2つ以上の領域を含む請求項10に記載の入力デバイス。 - 3次元空間上で動作してユーザ命令を入力するための入力デバイスであって、
第1センサの出力値から、前記デバイスの姿勢に対して独立的な座標系における第1回転角を演算する第1演算部と、
第2センサの出力値から、前記独立的な座標系における第2回転角を演算する第2演算部と、
前記第1回転角と前記第2回転角を組合せて前記入力デバイスの姿勢角を求める姿勢角測定部、および
前記入力デバイスの角速度と、前記姿勢角測定部から求めた入力デバイスの姿勢角を利用して前記独立的な座標系における回転強度を計算する強度計算部を含む入力デバイス。 - マッピング関数によって前記計算された回転強度を最終的に出力される回転強度にマッピングする強度マッピング部をさらに含む請求項12に記載の入力デバイス。
- 前記マッピング関数は、
関数の入力値を縮小または除去して出力する低下領域と、関数の入力値をほぼ比例する出力値にマッピングするスケーリング領域と、一定値以上の入力値に対してその出力値を制限する限定領域のうち少なくとも2つ以上の領域を含む請求項13に記載の入力デバイス。 - 前記強度計算部は、
前記加速度から筐体フレームにおける回転強度を計算し、前記計算された回転強度を前記独立的な座標系における回転強度に変換する請求項12に記載の入力デバイス。 - 前記独立的な座標系は、航法フレーム(navigation frame)またはヨードリフトフレーム(yaw drift frame)である請求項15に記載の入力デバイス。
- 3次元空間上で動作してユーザ命令を入力するための入力デバイスであって、
少なくとも一つの方向に対する前記入力デバイスの角速度を感知するセンサと、
前記感知された角速度から筐体フレームにおける回転強度を計算する強度計算部、および
マッピング関数によって前記計算された回転強度を最終的に出力される回転強度にマッピングする強度マッピング部を含む入力デバイス。 - 前記マッピング関数は、
関数の入力値を縮小または除去して出力する低下領域と、関数の入力値をほぼ比例する出力値にマッピングするスケーリング領域と、一定値以上の入力値に対してその出力値を制限する限定領域のうち少なくとも2つ以上の領域を含む請求項17に記載の入力デバイス。 - 3次元空間上で動作する入力デバイスを利用してユーザ命令を入力する方法であって、
第1センサの出力値から、前記デバイスの姿勢に対して独立的な座標系における第1回転角を演算するステップと、
第2センサの出力値から、前記独立的な座標系における第2回転角を演算するステップと、
前記第1回転角と前記第2回転角を組合せて前記入力デバイスの姿勢角を求めるステップ、および
前記入力デバイスの加速度と、前記姿勢角測定部から求めた入力デバイスの姿勢角を利用して前記独立的な座標系における力強度を計算するステップを含む方法。 - 3次元空間上で動作する入力デバイスを利用して、ユーザ命令を入力する方法であって、
第1センサの出力値から、前記デバイスの姿勢に対して独立的な座標系における第1回転角を演算するステップと、
第2センサの出力値から、前記独立的な座標系における第2回転角を演算するステップと、
前記第1回転角と前記第2回転角を組合せて前記入力デバイスの姿勢角を求めるステップ、および
前記デバイスの角速度と前記入力デバイスの姿勢角を利用して前記独立的な座標系における回転強度を計算するステップを含む方法。
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