JP5392093B2 - 入力装置、制御装置、制御システム、制御方法及びハンドヘルド装置 - Google Patents

入力装置、制御装置、制御システム、制御方法及びハンドヘルド装置 Download PDF

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Description

本発明は、ＧＵＩ（Graphical User Interface）を操作するための、例えば空間操作型の入力装置、その入力装置から出力された情報に応じてＧＵＩを制御する制御装置、これらの装置を含む制御システム、制御方法及びハンドヘルド装置に関する。
ＰＣ（Personal Computer）で普及しているＧＵＩのコントローラとして、主にマウスやタッチパッド等のポインティングデバイスが用いられている。ＧＵＩは、従来のＰＣのＨＩ（Human Interface）にとどまらず、例えばテレビを画像媒体としてリビングルーム等で使用されるＡＶ機器やゲーム機のインターフェースとして使用され始めている。このようなＧＵＩのコントローラとして、ユーザが空間で操作することができるポインティングデバイスが多種提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献１には、２軸の角速度ジャイロスコープ、つまり２つの角速度センサを備えた入力装置が開示されている。この角速度センサは、振動型の角速度センサである。例えば共振周波数で圧電振動する振動体に回転角速度が加えられると、振動体の振動方向に直交する方向にコリオリ力が生じる。このコリオリ力は、角速度に比例するので、コリオリ力が検出されることで、回転角速度が検出される。特許文献１の入力装置は、角速度センサにより直交する２軸の回りの角速度を検出し、その角速度に応じて、表示手段により表示されるカーソル等の位置情報としての信号を生成し、これを制御機器に送信する。
特許文献２には、３つ（３軸）の加速度センサ及び３つ（３軸）の角速度センサ（ジャイロ）を備えたペン型入力装置が開示されている。このペン型入力装置は、それぞれ３つの加速度センサ及び角速度センサにより得られる信号に基いて種々の演算を行い、ペン型入力装置の姿勢角を算出している。
特開２００１−５６７４３号公報（段落[００３０]、[００３１]、図３） 特許第３７４８４８３号公報（段落[００３３]、[００４１]、図１）
しかしながら、ユーザは不安定な空中で入力装置を動かすため、例えば画面上の特定の位置にポインタを位置させるといった精密なポインティング操作が困難という問題がある。
この問題を解決するため、一般的にＰＣ等で用いられる平面操作型のポインティングシステムでは、ポインタの速度または加速度の可変機能が用いられる。この可変機能の例として、Windows（登録商標）では、ポインタの速度や加速度を変更することができる機能が採用されている。ポインタの動きに加速度の機能が適用されることで、ポインティング操作の速度（例えばマウスの速度）が大きいほど、ポインタの速度が大きくなる。したがって、マウスの速度が低い時は、ポインタの速度が低くなるので、精密なポインティング操作が可能となる。
しかしながら、空間操作型の入力装置では、そのような加速度の可変機能がない、つまり入力装置の速度とポインタの速度とがリニアである場合の方が、加速度が付加される場合に比べ、ユーザにとって直感性が高くなる。本発明者は、入力装置及びポインタの両速度がリニアでないことの感じやすさについて、平面操作型のマウスと空間操作型の入力装置とで、複数のユーザを対象として実験を行った。その結果、ほとんどのユーザが、空間操作型の入力装置を用いた場合の方が、平面操作型のマウスに比べ、リニアでないことを感じやすいという結果が得られている。これは、空間操作型の入力装置は、平面操作型の入力装置に比較して、画面に入力装置を向けて、入力装置の動きの情報を直接的に画面に入力するような感覚で、入力装置を操作することに起因すると考えられる。つまり、レーザポインタのような感覚である。
一方で、同様なユーザテストの結果、ほとんどのユーザは極めて低速で入力装置を操作するときには、上記したリニア感は認識されなくなった。この場合、ほとんどのユーザは、定性的な動きの傾向、つまり、速く入力装置を動かせば速くポインタが動く、ゆっくり入力装置を動かせばゆっくりポインタが動く、といった程度の認識しかできなかった。
また、入力装置の速度域に関わらず、テストの対象となったユーザは、急な加減速への追従性に対する認知感度は高く、例えば１０msオーダーの遅延でも認識可能であった。また、操作時の追従性が良いほど良好な操作感が得られる、という結果も得られた。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ユーザにとって入力装置とポインタの動きがリニアに感じられ、かつ、精密なポインティング操作が可能な入力装置、制御装置、これらを含む制御システム及びその制御方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る入力装置は、画面上のポインタの動きを制御する入力装置であって、筐体と、移動信号出力手段と、ゲイン手段と、制御手段と、送信手段とを具備する。
前記移動信号出力手段は、前記筐体の動きを検出し、前記筐体の速度に関連する速度関連値の信号を出力する。
前記ゲイン手段は、前記出力された速度関連値にゲインを乗じることで、前記画面上の前記ポインタを移動させるための速度値であるポインタ速度値を取得する。
前記制御手段は、前記出力された速度関連値のうち、第１の閾値から前記第１の閾値より大きい第２の閾値までの第１の範囲では前記ゲインを可変に制御し、前記出力された速度関連値が前記第２の閾値を超える第２の範囲では前記ゲインを一定に制御する。
前記送信手段は、前記ゲイン手段により取得された前記ポインタ速度値の情報を送信する。
本発明では、筐体の動きが第１の閾値から第２の閾値までの、ユーザがリニア感を認識できない比較的低速な第１の範囲ではゲインが可変に制御される。したがって、ユーザは、筐体の動きが比較的低速な範囲では精密なポインティングが可能となる。また、移動信号出力手段からの速度関連値が第２の閾値を超える比較的高速な第２の範囲では、ゲインが一定に制御される。これにより、筐体の動きが比較的高速な範囲では、入力装置とポインタの動きとがリニアに対応し、ユーザの操作感が向上する。
速度関連値とは、前記筐体の速度値または角速度値である。また、速度関連値は絶対値で考慮される。
移動信号出力手段は、センサを含み、あるいは、センサ及びそのセンサで検出された検出値に基き演算する手段を含む。したがって、センサが加速度を検出する加速度センサである場合、移動信号出力手段は、その検出値である加速度値に基き演算により速度値を算出し、これを出力する手段を含む。センサが角速度を検出する角速度センサである場合、移動信号出力手段は、その検出値である角速度値に基づいて速度値を取得する。検出された角速度値は筐体の速度値として、また、検出された角速度値を時間微分して算出される角加速度値は筐体の加速度値として、それぞれ用いることができる。
第１の閾値は、ゼロに設定されてもよいし、ゼロより大きい値に設定されてもよい。
前記制御手段は、前記第１の範囲では、前記速度関連値が増えるにしたがって前記ゲインが増えるように、前記ゲインを制御する。ゲインが増えるようにとは、ゲインが１次関数で増える場合、２次以上の多次関数で増える場合、ステップ状に増える場合、これらのうち少なくとも２つの組み合わせ、あるいは、その他様々な増え方が考えられる。以下、「ゲインが増える」といった場合、同様の趣旨である。２次以上の多次関数とは、もちろん下に凸には限られず、上に凸の関数であってもよい。
前記制御手段は、前記出力された速度関連値がゼロから前記第１の閾値までの第３の範囲では、前記ゲインを一定に制御する。このように、入力装置の動き始め（入力装置が動き出す瞬間）の動作に応じて、ポインタの動きがリニアになるので、ポインタはスムーズに動き出す。
前記移動信号出力手段は、前記筐体の加速度値を出力し、前記制御手段は、前記第１の範囲では、前記加速度値が増えるにしたがって前記ゲインが増えるように、前記ゲインを制御してもよい。
ユーザが入力装置を動かし始めたり、動いていた入力装置を静止させたりする場合、つまり、入力装置が高加速度で動くとき、精密ポインティングは必要ない。本発明では、入力装置の加速度値が大きいほど、ゲインが一定、つまり、入力装置の動きとポインタの動きとの関係がリニアな関係に近づく。したがって、ユーザが入力装置を高速で動かし始めるときに、ポインタの動き出しがスムーズになり、ポインタの追従性の悪さをユーザに感じさせない。
可変的なゲインの場合、特に加速時において、ユーザによっては追従性の悪さを感じる場合がある。これは、低速範囲においてポインタの速度が遅いため、見かけ上応答が遅いように見えるためである。そこで、このような急激な加速に対する追従性を高めるために、加速度の大きさに応じて上記ゲインが制御されればよい。つまり、筐体の加速度が大きいときにはより直線に近いように速度プロファイルが変更されることが有効である。
加速度値は、加速度センサで検出された加速度値でもよいし、重力成分等が除去された、計算により求められた加速度値であってもよい。以下の各発明においても同様である。
前記移動信号出力手段は、前記筐体の加速度値を出力し、前記制御手段は、前記加速度値の変化に応じて、前記第１の範囲での前記ゲインの変化率を変化させる。変化率とは、ゲインが直線の場合、その傾きである。ゲインが多次曲線の場合、ゲインの微分値である。第１の閾値及び第２の閾値のうち少なくとも一方が変化させられてもよい。また、本発明の結果、入力装置の動きとポインタの動きとの関係がリニアな関係に近づくように、ゲインの変化率が変化させられてもよい。
前記入力装置は、前記第１の範囲における時間順に連続する複数の前記速度関連値の情報を記憶する記憶手段と、前記記憶された複数の速度関連値の符号が同じであるか否かを判定する符号判定手段とをさらに具備してもよい。前記制御手段は、前記第１の範囲における前記ゲインの値を記憶するゲイン値記憶手段を有し、前記複数の速度関連値の符号が同じである場合、前記記憶されたゲイン値に定数値を加算又は乗算することにより得られる値を用いて前記ゲインを制御する。記憶された複数の速度値の符号が同じである場合、その期間中は速度の向きが変わっていない。したがって、この場合、ユーザは画面上のある位置から比較的遠い別の位置までポインタを動かしている途中であると考えられ、精密なポインティングが行われていない粗動操作であると考えられる。粗動操作である場合、定数値が加えられる又は乗ぜられることにより、入力装置の動きとポインタの動きとの関係がリニアな関係に近づくので、ユーザの操作感を向上させることができる。
あるいは、制御手段は、前記複数の速度関連値の符号が同じである場合、前記記憶されたゲイン値と、前記筐体の加速度値を用いて前記ゲインを制御してもよい。つまり、粗動操作である場合、加速度値が増えるほど、入力装置の動きとポインタの動きとの関係がリニアな関係に近づくような制御が行われることにより、ユーザの操作感を向上させることができる。
前記制御手段は、増加した前記ゲインの値が、前記一定のゲインを超える場合には、前記ゲインの値を前記一定としてもよい。
前記入力装置は、前記第１の範囲での前記ゲインの変化率、前記第１の閾値、前記第２の閾値、及び、前記第２の範囲での前記ゲインの値のうち少なくとも１つを調整する調整手段をさらに具備してもよい。調整手段としては、メカニカルなスイッチ、あるいは、例えば静電式スイッチ等が入力装置に設けられていればよい。あるいは、入力装置が、ＧＵＩを持つソフトウェアを調整手段として有していればよい。入力装置がそのようなソフトウェアを有している場合、入力装置と通信する制御装置へそのＧＵＩの画像情報等を送信すればよい。
前記移動信号出力手段は、所定の軸に沿う方向の前記筐体の加速度を検出する加速度センサと、前記検出された加速度値を積分演算することで、前記筐体の前記所定の軸に沿う方向の前記筐体の速度値、前記速度関連値として算出する速度算出手段とを有する。
あるいは、移動信号出力手段は、第１の軸に沿う方向の第１の加速度を検出する第１の加速度センサと、前記第１の軸に沿う方向とは異なる第２の軸に沿う方向の第２の加速度を検出する第２の加速度センサと、前記第１の加速度及び前記第２の加速度に基く積分演算により、前記筐体の、前記第１の軸に沿う方向の第１の速度値及び前記第２の軸に沿う方向の第２の速度値をそれぞれ算出する速度算出手段とを有していてもよい。
あるいは、前記移動信号出力手段は、前記所定の軸の周りの前記筐体の角速度値を出力する出力手段と、前記出力された角速度値に基づいて算出された速度値を、前記速度関連値として取得する取得手段とを有する。出力手段が、角度センサを有する場合、角速度センサを有する場合、または、角加速度センサを有する場合が挙げられる。角度センサとしては、地磁気センサが用いられ、その検出値である角度値を微分演算することで角速度値が得られ、出力手段は、その角速度値を出力すればよい。角加速度センサとしては、複数の加速度センサの組み合わせにより構成される。出力手段が角加速度センサを有する場合、その検出値である角加速度値を積分演算することで角速度値を出力する。
前記移動信号出力手段は、第１の軸に沿う方向の第１の加速度を検出する第１の加速度センサと、前記第１の軸に沿う方向とは異なる第２の軸の周りの前記筐体の回転角度に関する値である第１の角度関連値を出力する第１の出力手段と、前記第１の加速度値及び前記第１の角度関連値に基づき、前記筐体の第１の軸に沿う方向の第１の速度値を、前記速度関連値として算出する第１の算出手段とを有する。
人間が自然に入力装置を操作する場合、腕の付け根の回転、肘の回転及び手首の回転のうち少なくとも１つによって操作する。したがって、加速度が発生すれば、その加速度と同じ方向の角加速度も必然的に発生すると考える。また、速度についても同様であり、速度が発生すれば、必然的にそれと同じ方向の角速度が発生する。すなわち、加速度と角加速度には相関関係があり、また、速度と角速度には相関関係がある。本発明では、加速度値及び角度関連値のうちいずれか一方の情報が、他方の情報の補助として用いられる。これにより、速度値の計算の精度を高めることができる。本発明では、第１の軸に関する第１の速度値が算出されたが、次の発明のように、第２の軸に関する第２の速度値が算出されてもよい。
その場合、前記移動信号出力手段は、前記第２の軸に沿う方向の第２の加速度を検出する第２の加速度センサと、前記第１の軸の周りの前記筐体の回転角度に関する値である第２の角度関連値を出力する第２の出力手段と、前記第２の加速度値及び前記第２の角度関連値に基づき、前記筐体の第２の軸に沿う方向の第２の速度値を、前記速度関連値として算出する第２の算出手段とを有していてもよい。第１の軸及び第２の軸は、直交する場合に限られない。第１及び第２の軸が直交しない場合、三角関数による演算により、第１及び第２の加速度値を直交する２軸に変換可能である。
角度関連値（第１または第２の角度関連値）とは、典型的には角速度値であるが、角度値または角加速度値であってもよい。
本発明の場合、制御手段が、上記第１及び第２の速度値に関して、それぞれ独立して、同じ（または異なる）ゲインプロファイルにより制御すればよい。あるいは、次のような形態も考えられる。
前記制御手段は、前記算出された第１の速度値及び第２の速度値に基き得られる演算値が、第３の閾値から前記第３の閾値より大きい第４の閾値までの範囲では前記ゲインを可変に制御し、前記第４の閾値を超える範囲では前記ゲインを一定に制御する。
上記演算値は、第１及び第２の速度値を用いた所定の演算式により求められた値である。その演算式は適宜変更可能である。
前記入力装置は、前記算出された第１の速度値と第２の速度値とを比較する比較手段をさらに具備し、前記制御手段は、前記比較により前記第１の速度値及び前記第２の速度値のうち大きい値について前記ゲインを制御する。これにより、例えば上述のように演算値が用いられる場合、または、第１及び第２の速度値について独立してゲインが制御される場合に比べ、計算量を減らすことができる。
本発明の一形態に係る制御装置は、筐体と、前記筐体の動きを検出する検出手段と、前記検出手段による検出値の情報を送信する送信手段とを備える入力装置から送信された前記検出値の情報に基き、画面上のポインタの動きを制御する制御装置であって、受信手段と、移動信号出力手段と、ゲイン手段と、制御手段と、座標情報生成手段とを具備する。
前記受信手段は、前記検出値の情報を受信する。
前記移動信号出力手段は、前記筐体の速度に関連する速度関連値に応じた信号を出力する。
前記ゲイン手段は、前記出力された速度関連値にゲインを乗じることで、前記画面上の前記ポインタを移動させるための速度値であるポインタ速度値を取得する。
前記制御手段は、前記出力された速度関連値のうち、第１の閾値から前記第１の閾値より大きい第２の閾値までの第１の範囲では前記ゲインを可変に制御し、前記出力された速度関連値が前記第２の閾値を超える第２の範囲では前記ゲインを一定に制御する。
前記座標情報生成手段は、前記ゲイン手段により取得された前記ポインタ速度値に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する。
前記制御装置は、前記画面上のアイコンのサイズを決定するための決定手段と、前記決定手段により決定された前記アイコンのサイズに応じて、前記第１の範囲での前記ゲインの変化率、前記第１の閾値、前記第２の閾値、及び、前記第２の範囲での前記ゲインの値のうち少なくとも１つを調整する調整手段とをさらに具備してもよい。ここでいうアイコンとは、コンピュータ上のプログラムの機能、プログラムの内容、実行コマンド、またはファイルの内容等が画面３上で画像化されたものである。この場合、調整手段の機能は、制御装置のプロセッサが主に担う。
本発明の一形態に係る制御システムは、画面上のポインタの動きを制御する制御システムであって、入力装置と、制御装置とを備える。
前記入力装置は、筐体と、移動信号出力手段と、ゲイン手段と、制御手段と、送信手段とを有する。前記移動信号出力手段は、前記筐体の速度に関連する速度関連値に応じた信号を出力する。前記ゲイン手段は、前記出力された速度関連値にゲインを乗じることで、前記ポインタを移動させるための速度値であるポインタ速度値を取得する。前記制御手段は、前記出力された速度関連値のうち、第１の閾値から前記第１の閾値より大きい第２の閾値までの第１の範囲では前記ゲインを可変に制御し、前記出力された速度関連値が前記第２の閾値を超える第２の範囲では前記ゲインを一定に制御する。前記送信手段は、前記ゲイン手段により取得された前記ポインタ速度値の情報を送信する。
前記制御装置は、受信手段と、座標情報生成手段とを有する。前記受信手段は、前記送信された前記ポインタ速度値の情報を受信する。前記座標情報生成手段は、前記受信された前記ポインタ速度値に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する。
本発明の他の形態に係る制御システムでは、入力装置が、筐体と、前記筐体の動きを検出する検出手段と、前記検出手段による検出値の情報を送信する送信手段とを有する。制御装置は、前記送信された検出値の情報を受信する受信手段と、前記受信された検出値の情報に基き、前記筐体の速度に関連する速度関連値に応じた信号を出力する移動信号出力手段と、前記出力された速度関連値にゲインを乗じることで、前記ポインタを移動させるための速度値であるポインタ速度値を取得するゲイン手段と、前記出力された速度関連値のうち、第１の閾値から前記第１の閾値より大きい第２の閾値までの第１の範囲では前記ゲインを可変に制御し、前記出力された速度関連値が前記第２の閾値を超える第２の範囲では前記ゲインを一定に制御する制御手段と、前記ゲイン手段により取得された前記ポインタ速度値に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する座標情報生成手段とを有する。
本発明の一形態に係る制御方法は、入力装置の動きを検出し、前記入力装置の速度に関連する速度関連値に応じた信号を出力し、前記出力された速度関連値のうち、第１の閾値から前記第１の閾値より大きい第２の閾値までの第１の範囲では、画面上のポインタを移動させるための速度値であるポインタ速度値を決定するためのゲインを可変に制御し、前記出力された速度関連値が前記第２の閾値を超える第２の範囲では、前記ゲインを一定に制御し、前記出力された速度関連値に前記制御されたゲインを乗じることで、前記ポインタ速度値を出力し、前記ポインタ速度値に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する。
本発明の一形態に係るハンドヘルド装置は、画面上のポインタの動きを制御するハンドヘルド装置であって、筐体と、表示部と、移動信号出力手段と、ゲイン手段と、制御手段とを具備する。
前記表示部は、前記画面を表示する。前記移動信号出力手段は、前記筐体の動きを検出し、前記筐体の速度に関連する速度関連値の信号を出力する。前記ゲイン手段は、前記出力された速度関連値にゲインを乗じることで、前記画面上の前記ポインタを移動させるための速度値であるポインタ速度値を取得する。前記制御手段は、前記出力された速度関連値のうち、第１の閾値から前記第１の閾値より大きい第２の閾値までの第１の範囲では前記ゲインを可変に制御し、前記出力された速度関連値が前記第２の閾値を超える第２の範囲では前記ゲインを一定に制御する。
以上のように、本発明によれば、ユーザにとって入力装置とポインタの動きがリニアに感じられ、かつ、精密なポインティング操作が可能となる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る制御システムを示す図である。制御システム１００は、表示装置５、制御装置４０及び入力装置１を含む。
図２は、入力装置１を示す斜視図である。入力装置１は、ユーザが持つことができる程度の大きさとされている。入力装置１は、筐体１０、筐体１０の上部に設けられた例えば２つのボタン１１、１２、回転式のホイールボタン１３等の操作部を備えている。筐体１０の上部の中央よりに設けられたボタン１１は、例えばＰＣで用いられる入力デバイスとしてのマウスの左ボタンの機能を有し、ボタン１１に隣接するボタン１２は右ボタンの機能を有する。
例えば、ボタン１１を長押して入力装置１を移動させることにより「ドラッグアンドドロップ」、ボタン１１のダブルクリックによりファイルを開く操作、ホイールボタン１３により画面３のスクロール操作が行われるようにしてもよい。ボタン１１、１２、ホイールボタン１３の配置、発行されるコマンドの内容等は、適宜変更可能である。
図３は、入力装置１の内部の構成を模式的に示す図である。図４は、入力装置１の電気的な構成を示すブロック図である。
入力装置１は、センサユニット１７、制御ユニット３０、バッテリー１４を備えている。
図８は、センサユニット１７を示す斜視図である。
センサユニット１７は、互いに異なる角度、例えば直交する２軸（Ｘ’軸及びＹ’軸）に沿った加速度を検出する加速度センサユニット１６を有する。すなわち、加速度センサユニット１６は、ヨー方向の加速度センサ１６、及びピッチ方向の加速度センサ１６２の２つセンサを含む。
また、センサユニット１７は、その直交する２軸の周りの角加速度を検出する角速度センサユニット１５を有する。すなわち、角速度センサユニット１５は、ヨー方向の角速度センサ１５１、及びピッチ方向の角速度センサ１５２の２つのセンサを含む。これらの加速度センサユニット１６及び角速度センサユニット１５はパッケージングされ、回路基板２５上に搭載されている。
ヨー方向、ピッチ方向の角速度センサ１５１、１５２としては、角速度に比例したコリオリ力を検出する振動型のジャイロセンサが用いられる。Ｘ軸方向、Ｙ方向の加速度センサ１６１、１６２としては、ピエゾ抵抗型、圧電型、静電容量型等、どのようなタイプのセンサであってもよい。角速度センサ１５１または１５２としては、振動型ジャイロセンサに限られず、回転コマジャイロセンサ、レーザリングジャイロセンサ、あるいはガスレートジャイロセンサ等が用いられてもよい。
図２及び図３の説明では、便宜上、筐体１０の長手方向をＺ’方向とし、筐体１０の厚さ方向をＸ’方向とし、筐体１０の幅方向をＹ’方向とする。この場合、上記センサユニット１７は、回路基板２５の、加速度センサユニット１６及び角速度センサユニット１５を搭載する面がＸ’−Ｙ’平面に実質的に平行となるように、筐体１０に内蔵され、上記したように、両センサユニット１６、１５はＸ軸及びＹ軸の２軸に関する物理量を検出する。本明細書中では、入力装置１とともに動く座標系、つまり、入力装置１に固定された座標系をＸ’軸、Ｙ’軸、Ｚ’軸で表す。一方、地球上で静止した座標系、つまり慣性座標系をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸で表す。また、以降の説明では、入力装置１の動きに関し、Ｘ’軸の周りの回転の方向をピッチ方向、Ｙ’軸の周りの回転の方向をヨー方向といい、Ｚ’軸（ロール軸）方向の周りの回転の方向をロール方向という場合もある。
制御ユニット３０は、メイン基板１８、メイン基板１８上にマウントされたＭＰＵ１９（Micro Processing Unit）（あるいはＣＰＵ）、水晶発振器２０、送受信機２１、メイン基板１８上にプリントされたアンテナ２２を含む。
ＭＰＵ１９は、必要な揮発性及び不揮発性メモリを内蔵している。ＭＰＵ１９は、センサユニット１７による検出信号、操作部による操作信号等を入力し、これらの入力信号に応じた所定の制御信号を生成するため、各種の演算処理等を行う。上記メモリは、ＭＰＵ１９とは別体で設けられていてもよい。
典型的には、センサユニット１７はアナログ信号を出力するものである。この場合、ＭＰＵ１９は、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）コンバータを含む。しかし、センサユニット１７がＡ／Ｄコンバータを含むユニットであってもよい。
ＭＰＵ１９により、または、ＭＰＵ１９及び水晶発振器２０により処理ユニットが構成される。
送受信機２１（送信手段）は、ＭＰＵ１９で生成された制御信号をＲＦ無線信号として、アンテナ２２を介して制御装置４０に送信する。また、送受信機２１は、制御装置４０から送信された各種の信号を受信することも可能となっている。
水晶発振器２０は、クロックを生成し、これをＭＰＵ１９に供給する。バッテリー１４としては、乾電池または充電式電池等が用いられる。
制御装置４０は、ＭＰＵ３５（あるいはＣＰＵ）、ＲＡＭ３６、ＲＯＭ３７、ビデオＲＡＭ４１、表示制御部４２、アンテナ３９及び送受信機３８等を含む。
送受信機３８は、入力装置１から送信された制御信号を、アンテナ３９を介して受信する（受信手段）。また、送受信機３８は、入力装置１へ所定の各種の信号を送信することも可能となっている。ＭＰＵ３５は、その制御信号を解析し、各種の演算処理を行う。表示制御部４２は、ＭＰＵ３５の制御に応じて、主に、表示装置５の画面３上に表示するための画面データを生成する。ビデオＲＡＭ４１は、表示制御部４２の作業領域となり、生成された画面データを一時的に格納する。
制御装置４０は、入力装置１に専用の機器であってもよいが、ＰＣ等であってもよい。制御装置４０は、入力装置１に専用の機器に限られず、表示装置５と一体となったコンピュータであってもよいし、オーディオ／ビジュアル機器、プロジェクタ、ゲーム機器、またはカーナビゲーション機器等であってもよい。
表示装置５は、例えば液晶ディスプレイ、ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイ等が挙げられるが、これらに限られない。あるいは、表示装置５は、テレビジョン放送等を受信できるディスプレイと一体となった装置でもよいし、このようなディスプレイと上記制御装置４０とが一体となった装置でもよい。
図５は、表示装置５に表示される画面３の例を示す図である。画面３上には、アイコン４やポインタ２等のＵＩが表示されている。コンピュータ上のプログラムの機能、プログラムの内容、実行コマンド、またはファイルの内容等が画面３上で画像化されたものである。なお、画面３上の水平方向をＸ軸方向とし、垂直方向をＹ軸方向とする。
図６は、ユーザが入力装置１を握った様子を示す図である。図６に示すように、入力装置１は、上記ボタン１１、１２、１３のほか、例えばテレビ等を操作するリモートコントローラに設けられるような各種の操作ボタンや電源スイッチ等の操作部を備えていてもよい。このようにユーザが入力装置１を握った状態で、入力装置１を空中で移動させ、あるいは操作部を操作することにより、その入力情報が制御装置４０に出力され、制御装置４０によりＵＩが制御される。
次に、入力装置１の動かし方及びこれによる画面３上のポインタ２の動きの典型的な例を説明する。図７はその説明図である。
図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ユーザが入力装置１を握った状態で、入力装置１のボタン１１、１２が配置されている側を表示装置５側に向ける。ユーザは、親指を上にし子指を下にした状態、いわば握手する状態で入力装置１を握る。この状態で、センサユニット１７の回路基板２５（図８参照）は、表示装置５の画面３に対して平行に近くなり、センサユニット１７の検出軸である２軸が、画面３上の水平軸（Ｘ軸）及び垂直軸（Ｙ軸）に対応するようになる。以下、このような図７（Ａ）、（Ｂ）に示す入力装置１の姿勢を基本姿勢という。
図７（Ａ）に示すように、基本姿勢の状態で、ユーザが手首や腕を上下方向、つまりピッチ方向に振る。このとき、Ｙ’軸方向の加速度センサ１６２は、Ｙ’軸方向の加速度ayを検出し、ピッチ方向の角速度センサ１５２は、Ｘ’軸の周りの角速度ωθを検出する。これらの検出値に基き、制御装置４０は、ポインタ２がＹ軸方向に移動するようにそのポインタ２の表示を制御する。
一方、図７（Ｂ）に示すように、基本姿勢の状態で、ユーザが手首や腕を左右方向、つまりヨー方向に振る。このとき、Ｘ’軸方向の加速度センサ１６１は、Ｘ’軸方向の加速度axを検出し、ヨー方向の角速度センサ１５１は、Ｙ’軸の周りの角速度ωψを検出する。これらの検出値に基き、制御装置４０は、ポインタ２がＸ軸方向に移動するようにそのポインタ２の表示を制御する。
次に、以上のように構成された制御システム１００の動作を説明する。図９は、その動作を示すフローチャートである。
入力装置１に電源が投入される。例えば、ユーザが入力装置１または制御装置４０に設けられた電源スイッチ等を入れることにより、入力装置１に電源が投入される。電源が投入されると、角速度センサユニット１５から２軸の角速度信号が出力される。ＭＰＵ１９は、この２軸の角速度信号による第１の角速度値ωψ及び第２の角速度値ωθを取得する（ステップ１０１）。
また、入力装置１に電源が投入されると、加速度センサユニット１６から２軸の加速度信号が出力される。ＭＰＵ１９は、この２軸の加速度信号による第１の加速度値ax及び第２の加速度値ayを取得する（ステップ１０２）。この加速度値の信号は、電源が投入された時点での入力装置１の姿勢（以下、初期姿勢という）に対応する信号である。以下、初期姿勢は、後述するような例外的な説明がない限り、上記基本姿勢であるとして説明する。なお、ＭＰＵ１９は、典型的にはステップ１０１及び１０２を所定のクロック周期ごとに同期して行う。
なお、図９等では、角速度センサユニットにより角速度信号を取得した後に加速度センサユニットにより加速度信号を取得する態様とされている。しかし、この順番に限定されるものではなく、加速度信号を取得した後に角速度信号を取得する態様とすることも可能であり、加速度信号と角速度信号を並列に（同時に）取得する態様とすることも可能である。（以下、図１５、図１６、図１７において同様。）
ＭＰＵ１９は、加速度値（ax、ay）及び角速度値（ωψ、ωθ）に基いて、所定の演算により速度値（第１の速度値Vx、第２の速度値Vy）を算出する（ステップ１０３）。第１の速度値VxはＸ軸に沿う方向の速度値であり、第２の速度値VyはＹ軸に沿う方向の速度値である。この速度値の算出方法については、後に詳述する。この点において、少なくともセンサユニット１７、または、ＭＰＵ１９及びセンサユニット１７は、入力装置１の移動信号である速度関連値を出力する移動信号出力手段として機能する。速度関連値として、本実施の形態では、速度値を例に挙げて説明する。
速度値（Vx、Vy）の算出方法として、本実施形態では、ＭＰＵ１９は、加速度値（ax、ay）を、角加速度値（Δωψ、Δωθ）で割ることで入力装置１の動きの回転半径（Ｒψ、Ｒθ）を求める。この場合、その回転半径（Ｒψ、Ｒθ）に角速度値（ωψ、ωθ）が乗じられることにより速度値（Vx、Vy）を得ることができる。回転半径（Ｒψ、Ｒθ）は、加速度の変化率（Δax、Δay）を、角加速度の変化率（Δ（Δωψ）、Δ（Δωθ））で割ることで求められてもよい。
上記算出方法により、速度値が算出されることで、ユーザの直感に合致した入力装置１の操作感が得られ、また、画面３上のポインタ２の動きも入力装置１の動きに正確に合致する。
なお、速度値（Vx、Vy）は、必ずしも上記算出方法により、算出されなくてもよい。例えば、ＭＰＵ１９は、例えば加速度値（ax、ay）を積分して速度値を求め、かつ、角速度値（ωψ、ωθ）をその積分演算の補助して用いる方法が採用されてもよい。あるいは、加速度値（ax、ay）が単純に積分されて速度値（Vx、Vy）が算出されても構わない。あるいは、検出された角速度値（ωψ、ωθ）をそのまま筐体の速度値（Vx、Vy）として用いてもよい。検出された角速度値（ωψ、ωθ）は時間微分することで角加速度値（Δωψ、Δωθ）を求めることができ、これを筐体の加速度値として用いることも可能である。
ＭＰＵ１９は、下記の式（１）、（２）に示すように、算出した速度値（Vx、Vy）に所定のゲイン値（Kx、Ky）をそれぞれ乗じることで、画面上のポインタを移動させるための速度値（Vx’、Vy’）（ポインタ速度値）を得る（ステップ１０４）。
Vx’= Kx・Vx・・・（１）
Vy’= Ky・Vy・・・（２）。
ＭＰＵ１９は、求めたポインタ速度値（Vx’、Vy’）の情報を、送受信機２１及びアンテナ２２を介して制御装置４０に送信する（ステップ１０５）。
制御装置４０のＭＰＵ３５は、アンテナ３９及び送受信機３８を介して、ポインタ速度値（Vx’、Vy’）の情報を受信する（ステップ１０６）。入力装置１は、所定のクロックごとに、つまり単位時間ごとにポインタ速度値（Vx’、Vy’）を送信するので、制御装置４０は、これを受信し、単位時間ごとのＸ軸及びＹ軸方向の変位量を取得することができる。
ＭＰＵ３５は、下の式（３）、（４）より、取得した単位時間当りのＸ軸及びＹ軸方向の変位量に応じた、ポインタ２の画面３上における座標値（X(t)、Y(t)）を生成する（ステップ１０７）。この座標値の生成により、ＭＰＵ３５は、ポインタ２が画面３上で移動するように表示を制御する（ステップ１０８）（座標情報生成手段）。
X(t) =X(t-1)＋Vx’・・・（３）
Y(t) =Y(t-1)＋Vy’・・・（４）。
図１０（Ａ）は、上記式（１）または（２）のゲイン値Kx及び／またはKyのプロファイルを示すグラフである。図１０（Ａ）において、横軸がステップ１０３で得られた、入力装置１の速度値Vx及び／またはVyであり、縦軸がゲイン値Kx及び／またはKyである。つまり、ゲイン値Kx及び／またはKyは、速度値Vx及び／またはVyのそれぞれの関数である。
以下の説明では、他に限定的な説明がない限り、図１０（Ａ）のようなゲインプロファイルについて、横軸が速度値Vx及びVyのうち一方を示し、縦軸もそれらの速度値Vx及びVyのうちの一方についてのゲイン値Kとして説明する。
図１０（Ａ）に示す例では、ＭＰＵ１９は、入力装置１が低速度の範囲である閾値v1（第１の閾値）から閾値v2（第２の閾値）までの範囲（第１の範囲）では、ゲイン値Kを可変に制御し、第２の閾値v2を超える範囲（第２の範囲）では、ゲイン値Kを一定に制御する制御手段として機能する。
横軸の速度値の分解能を±１２８（８ビット）の絶対値で表した場合、閾値v1は、４〜１２、あるいは６〜１０とされ、典型的には８とされる。また、閾値v2は、１０〜２０、あるいは１２〜１６、典型的には１４とされる。しかし、閾値v1及びv2は上記の範囲に限られず、適宜変更可能である。横軸の速度値の分解能は８ビット以下でもよいし、８ビットより大きくてもよい。
閾値v2以下の速度は、実際の入力装置１の速度に換算すると、典型的には５cm/s以下となるが、１０cm/s以下、３cm/s以下、あるいはその他の範囲（例えば、２〜４cm/s）等、適宜設定の変更が可能である。入力装置１が比較的高速な範囲としては、例えば１０cm/sを超える場合、あるいは、２０cm/sを超える場合等であるが、これも適宜設定の変更が可能である。
図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示したゲインプロファイルによって得られる、画面３上のポインタ２を移動させるための速度値のプロファイル（以下、速度プロファイルという。）を示すグラフである。横軸は、図１０（Ａ）と同様に、ステップ１０３で得られた、入力装置１の速度値Vx及び／またはVyである。図１０（Ｂ）の速度プロファイルを時間微分したグラフが、図１０（Ａ）のゲインプロファイルのグラフになる。ゲインは、入力装置１の速度値VxまたはVyを入力とし、ポインタ速度値（Vx’、Vy’）を出力とした値である。
図１０（Ｂ）に示すように、入力装置１の速度値VxまたはVyが０のときのゲイン値K1は、例えば０．２〜０．４の間、つまり出力／入力が０．２〜０．４の間に設定されているが、この範囲に限られない。一定のゲイン値K2は、１とされるがこれ以外の値であってもよい。ゲイン値K2が一定値であれば、入力装置１の速度値とポインタ速度値とがリニアな対応になるからである。
ＭＰＵ１９は、ゲインプロファイルを表す関数をメモリに記憶し、その関数を用いて動的にポインタ速度値を算出すればよい。あるいは、入力装置１の速度値VxまたはVyと、ポインタ速度値との対応を示した、ゲインプロファイルに基き生成されたルックアップテーブルが、予めメモリに記憶されていてもよい。このことは、後述する他のゲインプロファイル（図１１（Ａ）及び１２（Ａ））についても同様の趣旨である。
以上のように、入力装置１の速度値VxまたはVyが閾値v2以下の比較的低速な範囲ではゲイン値Kが可変に制御される。例えば、本実施の形態では、入力装置１の速度値v1〜v2の範囲において、入力装置１の速度値VxまたはVyが増えるほど、ゲイン値Kが増えるように設定されている。したがって、ユーザは、入力装置１の動きが比較的低速な範囲では精密なポインティングが可能となる。また、入力装置１の速度値VxまたはVyが、閾値v2を超える比較的高速な範囲では、ゲイン値Kが一定に制御される。したがって、入力装置１の速度値VxまたはVyが比較的高速な範囲では、入力装置１とポインタ２の動きとがリニアに対応し、ユーザの操作感が向上する。
逆に言うと、入力装置１の速度値VxまたはVyが比較的低速な範囲は、速度プロファイルがリニアでなくても、ユーザはそれがリニアであるか否かをほとんど判別することができない範囲である。つまり、その範囲は、上記したように、典型的には５cm/s以下である。
また、ＭＰＵ１９は、入力装置１の速度値が０から閾値v1までの範囲（第３の範囲）では、ゲインを一定に制御している。このように、入力装置１の動き始め（入力装置が動き出す瞬間）の動作に応じて、ポインタ２の動きがリニアになるので、ポインタ２はスムーズに動き出す。
ここで、閾値v1〜v2におけるゲイン値Kの増え方について、図１０（Ａ）の典型例では、１次関数的に増えている。これに限られず、２次以上の多次関数で増える場合、ステップ状に増える場合、これらのうち少なくとも２つの組み合わせ、あるいは、その他様々な増え方が考えられる。２次以上の多次関数とは、もちろん下に凸には限られず、上に凸の関数、あるいはこれらの組み合わせであってもよい。以下、２次以上の多次関数といった場合、このような趣旨である。
図１１（Ａ）は、他の実施の形態に係るゲインプロファイルを示すグラフである。このゲインプロファイルでは、図１０（Ａ）で示した閾値v1が０に設定されている。このようなゲインプロファイルにより、図１１（Ｂ）に示す速度プロファイルは、入力装置１の速度値０から滑らかに上昇する。これにより、ユーザは低速範囲においてストレスを感じることもない。
また、図１１（Ａ）に示すこのゲインプロファイルでは、v1（＝０）からv2までの関数が２次以上の多次関数となっている。しかし、図１０（Ａ）に示すように、この部分は直線であってもよい。
図１２（Ａ）は、さらに別の実施の形態に係るゲインプロファイルを示すグラフである。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）に示したゲインプロファイルによって得られる速度プロファイルを示すグラフである。
この例では、ゲインプロファイルは、その入力装置１の加速度値に基いて設定されており、閾値v1（＝０）〜v2までの範囲では、入力装置の加速度値が増えるほど、最も下に位置する太線Ｆのゲインプロファイルから、破線で示すようにゲインプロファイルが離れて１（または１付近）に近づく。すなわち、加速度値が大きいほど、閾値v2が低速側にシフトしていく。
閾値v1は０以外の値であってもよい。閾値v1（＝０）からv2までの範囲におけるゲインが２次以上の多次関数となっているが、直線であってもよい。
ＭＰＵ１９は、速度値（Vx、Vy）に応じたゲイン値K（前回のゲイン値K）（第１のゲイン値）と、速度値Vx、Vyを微分演算することにより得られる加速度値（axi、ayi）の関数（f(axi)、f(ayi)）とに基き得られる演算値を、上記前回のゲイン値Kに代わる新たなゲイン値K（第２のゲイン値）とする。
以降、加速度値axiまたはayiを、単に加速度値aiといい、関数f(axi)またはf(ayi)を、単にf(ai)という場合もある。
関数f(ai)は、加速度値aiが増えるにしたがって増える関数とすることができる。その増え方は、１次関数、２次以上の多次関数、ステップ状、あるいはこれらのうち少なくとも２つの組み合わせ、その他様々な増え方が考えられる。関数f(ai)は、ユーザテストにより、例えば入力装置１の高加速時での操作のユーザが感じる違和感と、精密ポインティング操作の容易性とのバランスが図られながら設定されればよい。
上記演算値とは、前回のゲイン値Kに、上記関数f(ai)を加算する、または、乗じることにより得られる値である。図１２（Ａ）では、演算値は、前回のゲイン値Kに、上記関数f(ai)を加算する場合を示した。これにより、図１２（Ａ）に示すようなゲインプロファイルが得られる。つまり、加速度値aiが大きいほど、太線Ｆで示したゲイン値から、破線で示すようにゲイン値Kが１（または１付近）に近づく。すなわち、加速度値aiが大きいほど、閾値v2が低速側にシフトしていく。
関数f(ai)は、加速度値aiが増えるにしたがって減少する関数であってもよい。この場合、上記演算値は、前回のゲイン値Ｋを上記関数f(ai)で除算することで、得ることができる。
また、速度値及び加速度値とゲイン値との関係をテーブル化しておき、検出された速度値及び加速度値から対応するゲイン値を取得する方法を採ってもよい。
図１５は、図１２（Ａ）に示すゲインプロファイルが用いられる場合の制御システム１００の動作を示すフローチャートである。
ステップ２０１〜２０３ａは、図９のステップ１０１〜１０３と同様の処理である。ステップ２０３ｂでは、ＭＰＵ１９は、ステップ２０３ａで算出された速度値（Vx、Vy）に応じたゲイン値（Kx、Ky）を取得する。
ステップ２０４では、ＭＰＵ１９は、速度値（Vx、Vy）を微分演算することで、入力装置１のＸ及びＹ軸方向のそれぞれの加速度値（axi、ayi）を取得する。微分演算された加速度値（axi、ayi）が用いられることにより、加速度センサユニット１６の検出値（ax、ay）が用いられる場合に比べ、制御システム１００は、高精度な入力装置１の動きを認識することができる。つまり、前述したように加速度値（ax、ay）及び角速度値（ωψ、ωθ）に基き、その速度値（Vx、Vy）が微分演算されるからである。
ＭＰＵ１９は、取得した加速度値ai（＝（axi、ayi））から関数f(ai)（＝（f(axi)、f(ayi)））を算出する（ステップ２０５）。関数f(ai)が算出されると、ＭＰＵ１９は、ゲインKと関数f(ai)とに基き、新たなゲイン値（演算値）を算出する（ステップ２０６）。ここでは、上記したように新たなゲイン値K’は、K’= K+f(ai)である。あるいは、K’= K・f(ai)でもよい。
ここで、上記演算により求められたゲイン値K（＝K’）が、一定のゲイン値K2を超える場合、ＭＰＵ１９は、ゲイン値Kの最大値をK2に設定すればよい。
ユーザが入力装置１を動かし始めたり、動いていた入力装置１を静止させたりする場合、つまり、入力装置１が高加速度で動くとき、精密ポインティングは必要ない。図１２（Ａ）のようなゲインプロファイルによれば、入力装置の加速度値aiが大きいほど、ゲイン値Kが一定、つまり、入力装置１の動きとポインタ２の動きとの関係がリニアな関係に近づく。例えば加速度値aiがある値以上となったときは、閾値v1及びv2は存在しなくなり、ゲインプロファイルは、ゲイン値K2のリニアなものとなる。したがって、ユーザが入力装置１を高速で動かし始めるときに、ポインタ２の動き出しがスムーズになり、ポインタの追従性の悪さをユーザに感じさせない。
図１０（Ａ）、図１１（Ａ）のようなゲインプロファイルの場合、特に加速時において、ユーザによっては、追従性の悪さを感じる場合がある。これは、低速域においてポインタ２の速度が遅いため、見かけ上応答が遅いように見えるためである。そこで、このような急激な加速に対する追従性を高めるために、加速度の大きさに応じて上記ゲインが制御されればよい。つまり、筐体の加速度が大きいときにはより直線に近いように速度プロファイルが変更されることが有効である。
ステップ２０７〜２１１は、図９のステップ１０４〜１０８と同様の処理である。
以上説明した各ゲインプロファイルの他の実施の形態として、以下のような形態が考えられる。
例えば、図１０（Ａ）、図１１（Ａ）または図１２（Ａ）において、ＭＰＵ１９は、加速度値aiに応じて、閾値v1〜v2の範囲でのゲイン値Kの変化率を変えてもよい。変化率とは、ゲインが直線の場合、その傾きである。ゲインが多次曲線の場合、ゲインの微分値である。閾値v1及びv2のうち少なくとも一方が変化させられてもよい。閾値v1及びv2のうち少なくとも一方が変化させられることで、入力装置１の動きとポインタの動きとの関係がリニアな関係に近づくように、ゲインの変化率が変化させられてもよい。
あるいは、ＭＰＵ１９は、加速度値aiに応じて、入力装置１の速度値が閾値v2以降の範囲における一定のゲイン値Kを変化させてもよい。例えば、加速度値aiが増えるにしたがって、ゲイン値Kが、一定値である第１の値から、その第１の値より大きい一定値である第２の値に近づくようにしてもよい。第１及び第２の値は、１であってもよいし、１以外の値であってもよい。
ここで、図１０（Ａ）、図１１（Ａ）または図１２（Ａ）に示したゲインプロファイルに関し、ＭＰＵ１９は、Ｘ及びＹ軸方向の速度値（Vx、Vy）のそれぞれについて、ゲインプロファイルに基いて、ゲインを制御すればよい。この場合、X及びY軸方向で、ゲインプロファイルが異なっていてもよい。例えば、Ｘ軸に関する方が、図１０（Ａ）〜図１２（Ａ）のうちいずれか１つで、Ｙ軸に関する方が図１０（Ａ）〜図１２（Ａ）のうちの、Ｘ軸に関する方とは異なるゲインプロファイルとしてもよい。
あるいは、ＭＰＵ１９は、ステップ１０３または２０３で算出した速度値（Vx、Vy）に基き得られる演算値のうち、第３の閾値から、それより大きい第４の閾値の範囲では、ゲインを可変に制御し、その演算値が第４の閾値を超える範囲では、ゲインを一定に制御してもよい。この場合、第３の閾値がv1（第１の閾値）であってもよいし、v1とは異なっていてもよい。また、第４の閾値がv2（第２の閾値）であってもよいし、v2とは異なっていてもよい。
速度値（Vx、Vy）に基き得られる演算値とは、例えば、Vx＋Vy、または(Vx 2＋Vy 2)1/2等により算出された値である。あるいは、演算値は、これらの演算式以外の式により求められた値でもよい。
あるいは、ＭＰＵ１９は、ステップ１０３または２０３で算出した速度値VxとVy（のそれぞれの絶対値）を比較し（比較手段）、それらのうちいずれか大きい方を代表値としてもよい。これにより、上記のような演算値が用いられる場合、または、Ｘ及びＹ軸に関して独立してゲインが制御される場合に比べ、計算量を減らすことができる。
図９では、入力装置１が主要な演算を行ってポインタ速度値（Vx’、Vy’）を算出していた。図１６に示す実施の形態では、制御装置４０が主要な演算を行う。
図１６に示すように、ステップ３０１及び３０２は、ステップ１０１及び１０２と同様の処理である。入力装置１が、例えばセンサユニット１７から出力された２軸の加速度値及び２軸の角速度値である検出値の情報を制御装置４０に送信する（ステップ３０３）。制御装置４０のＭＰＵ３５は、この検出値の情報を受信し（ステップ３０４）、ステップ１０３、１０４、１０７及び１０８と同様の処理を実行する（ステップ３０５〜３０８）。
図１５で示したフローチャートにおいても、図１６の処理と同様の趣旨で、制御装置４０が主要な計算を行うようにしてもよい。その場合、図１６において、入力装置１がステップ２０１〜２０２を実行し、制御装置４０がステップ２０３〜２０７、２１０、２１１を実行すればよい。
図１７は、制御システム１００の他の実施の形態に係る動作を示すフローチャートである。
ステップ４０１、４０２、４０３ａ、４０３ｂ及び４０４は、ステップ２０１、２０２、２０３ａ、２０４ｂ及び２０４と同様の処理である。
ステップ４０５では、ＭＰＵ１９は、時間順に連続する複数の速度値（Vx、Vy）をメモリに記憶する。この場合、メモリとして、リングバッファやＦＩＦＯ（First In First Out）が用いられるが、これに限られない。その速度値（Vx、Vy）のサンプル数としては、典型的には５〜１０程度でよいが、ＭＰＵ１９のクロック周波数にもよるので、適宜設定されればよい。
ステップ４０６及び４０７は、ステップ２０５及び２０６と同様の処理である。
ステップ４０８では、ＭＰＵ１９は、メモリに記憶された、連続する複数の速度値（Vx、Vy）は同符号であるか否かを判定する（符号判定手段）。それらが同符号である場合、その期間中は入力装置１の速度の向きが変わっていない。その場合、ユーザは画面３上のある位置から比較的遠い別の位置までポインタ２を動かしている途中であると考えられ、つまり、精密なポインティングが行われていない粗動操作であると考えられる。したがって、その場合、ポインタ速度値をリニアな対応に近づけるために、ＭＰＵ１９は、ステップ４０７で算出されたゲイン値K（＝（Kx、Ky））に、定数Ｃを加えることにより、新たなゲイン値Kを算出する（ステップ４０９）。定数Ｃは、適宜設定可能である。
このような処理により、定数値が加えられることにより、入力装置の動きとポインタの動きとの関係がリニアな関係に近づくので、ユーザの操作感を向上させることができる。
しかし、定数Ｃが加えられてもゲイン値KがK2を超えないようにするために、ＭＰＵ１９は、ゲイン値KがK2を超えるか否かを監視する（ステップ４１０、４１２）。ゲイン値KがK2を超える場合、最新のゲイン値Kは、一定値であるK2とされる（ステップ４１１、４１３）。
一方、ステップ４０８で、連続する速度値（Vx、Vy）のうち少なくとも１つが、他の速度値の符号と同符号でない場合、その期間中は、精密ポインティングが行われている微動操作であると考えられる。この場合、定数Cはゲイン値Kに加えられない。
ステップ４１４〜４１８は、ステップ２０７〜２１１と同様の処理である。
なお、ステップ４０８の判定処理においては、ＭＰＵ１９は、典型的にはVx及びVyの両方が同符号である場合に、ステップ４０９へ進む。しかし、Vx及びVyのうちのいずれか一方が同符号である場合に、ＭＰＵ１９は、X及びY軸の速度うち、同符号である方の速度値に対してのみ、ステップ４０９が適用されてもよい。
また、ステップ４０９においては、ステップ４０７で算出されたゲイン値K（＝（Kx、Ky））に、ある定数を乗じることにより、新たなゲイン値Kを算出するようにしてもよい。このような処理においても、上述と同様の効果を得ることができる。
ＭＰＵ１９は、ステップ４０６の後、ステップ４０７を実行せず、ステップ４０８の判定処理を実行してもよい。その場合、ＭＰＵ１９は、ステップ４０８でＹＥＳ判定の場合にステップ４０７を実行し、ＮＯ判定の場合に、図１０（Ａ）または図１１（Ａ）で示す固定のゲインプロファイルを用いてもよい。これにより、粗動操作である場合、加速度値が増えるほど、入力装置１の動きとポインタ２の動きとの関係がリニアな関係に近くので、ユーザの操作感を向上させることができる。
図１６に示した処理の趣旨と同様に、例えば図１７に示したステップ４０３〜４１４、４１７、４１８の処理を制御装置４０が実行してもよい。
図１３及び図１４にゲインプロファイルの参考例を示す。
図１３（Ａ）に示すゲインプロファイルは、入力装置の速度値０から高速の範囲まで、一次関数で増えていくプロファイルである。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）のゲインプロファイルによるポインタの速度値である。この場合、入力装置の速度値とポインタの速度値とがリニアにならないので、空間操作型の入力装置を用いる場合、ユーザは違和感を感じる。
図１４（Ａ）に示すゲインプロファイルは、入力装置の速度値０から高速の範囲まで一定とされている。この場合、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のゲインプロファイルによるポインタの速度値である。この場合、すべての範囲で速度プロファイルがリニアになるので、低速範囲での精密なポインティングが難しくなる。
上述の図１０（Ａ）、図１１（Ａ）または図１２（Ａ）で説明したゲインプロファイルについて、ゲインの変化率（傾き等）閾値v1、v2、及び一定のゲイン値K2のうち、少なくとも１つを調整する機能（調整手段）を、入力装置１が有していてもよい。例えば、複数の異なるゲインプロファイルの情報が入力装置１のメモリ等に記憶され、メカニカルなスイッチ、あるいは、例えば静電式スイッチ等により、ゲインプロファイルが切り替えられるようにすればよい。あるいは、制御装置４０に、上記メカニカルなスイッチまたは静電式スイッチ等が設けられていてもよい。
あるいは、入力装置１または制御装置４０が、ＧＵＩを持つソフトウェアを調整手段として有していればよい。
本発明に係る実施の形態は、以上説明した実施の形態に限定されず、他の種々の実施形態が考えられる。
入力装置１が、例えば加速度センサユニット１６を備え、角速度センサユニット１５を備えない形態も考えられる。この場合、ステップ１０３で速度値（Vx、Vy）は、加速度センサユニット１６により検出される加速度値（ax、ay）を積分演算することで求められる（ただし、この場合、Ｙ及びＸ軸周りの角速度（ωψ、ωθ）は求めることができない。）。加速度センサユニット１６の代わりに、イメージセンサにより加速度が算出されてもよい。
上記角速度センサユニット１５の代わりとして、角度センサあるいは角加速度センサが用いられてもよい。角度センサとしては、地磁気センサまたはイメージセンサ等が挙げられる。地磁気センサが用いられる場合、角度値が検出されるので、その場合、角度値が微分演算されることで角速度値が得られる。角加速度センサは、複数の加速度センサの組み合わせにより構成され、角加速度センサにより得られる角加速度値が積分演算されることで、角速度値が得られる。
例えば、上記のように回転半径Ｒ(ｔ)を算出する場合において、Ｙ及びＸ軸周りの角加速度を検出する上記角加速度センサ、または角度を検出するセンサが用いられてもよい。この場合、角加速度センサにより検出された角加速度値が積分演算されることで角速度値（ωψ、ωθ）が求められる。あるいは、角度センサにより検出された角度値が微分演算されることで角速度値（ωψ、ωθ）が求められる。
上記角加速度センサとして、１軸の角加速度センサとしては、典型的には回転半径上Ｒ(ｔ)上に配置された２つの１軸加速度センサが用いられる。２つの加速度センサによりそれぞれ得られる２つの加速度値の差を、その２つの加速度センサ間の距離で除することで、入力装置１等の角速度値が算出される。２軸の角加速度センサとしては、上記２つの１軸加速度センサの検出原理と同様に、２つの２軸加速度センサが用いられればよい。この場合、角度センサとして、上記地磁気センサ及びイメージセンサのほか、例えばロール角φ（図８におけるＺ軸周りの角度）を求めるような原理を実現するように、２軸の加速度センサが用いられればよい。したがって、Ｙ及びＸ軸周りの２軸の角度を検出するためには、２つの２軸加速度センサが用いられればよい。
上記制御装置４０が、画面３上に表示されるアイコン４のサイズを決定するためのソフトウェア（決定手段）をＲＯＭ３７や他の記憶デバイスに記憶しておいてもよい。アイコン４のサイズは、ユーザがカスタマイズできるようにそのソフトウェアが構成されていてもよい。この場合、制御装置４０のＭＰＵ３５は、決定されたアイコン４のサイズに応じて、上記した、閾値v1〜v2におけるゲインの変化率や傾き、ゲイン値K1、閾値v1、v2、及びゲイン値K2のうち少なくとも１つを調整してもよい（調整手段）。
例えばアイコン４のサイズが大きいほど、精密ポインティングが必要ない場合もあるので、入力装置１等の速度値とポインタ速度値とがリニアに近づくようなゲインプロファイルが用いられればよい。この場合、ＭＰＵ３５は、複数のゲインプロファイルを記憶しておき、決定されたアイコン４のサイズに応じて、複数のゲインプロファイルを抽出して、これを用いてもよい。あるいはＭＰＵ３５は、決定されたアイコン４のサイズに応じて、演算によりゲインプロファイルを作成し、これを用いてもよい。
図１０（Ａ）、図１１（Ａ）及び図１２（Ａ）で示したゲインプロファイルのほか、入力装置１の加速時と減速時とで、ゲインプロファイルが異なる（ヒステリシスを持つ）形態も考えられる。
上記実施の形態に係る入力装置は、無線で入力情報を制御装置に送信する形態を示したが、有線により入力情報が送信されてもよい。
本発明は、例えば、表示部を備えるハンドヘルド型の情報処理装置（ハンドヘルド装置）に適用されてもよい。この場合、ユーザがハンドヘルド装置の本体を動かすことで、その表示部に表示されたポインタが動く。ハンドヘルド装置として、例えば、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、携帯電話機、携帯音楽プレイヤー、デジタルカメラ等が挙げられる。
上記各実施の形態では、入力装置１の動きに応じて画面上で動くポインタ２を、矢印の画像として表した。しかし、ポインタ２の画像は矢印に限られず、単純な円形、角形等でもよいし、キャラクタ画像、またはその他の画像であってもよい。
センサユニット１７の、角速度センサユニット１５及び加速度センサユニット１６の検出軸は、上述のＸ’軸及びＹ’軸のように必ずしも互いに直交していなくてもよい。その場合、三角関数を用いた計算によって、互いに直交する軸方向に投影されたそれぞれの加速度が得られる。また同様に、三角関数を用いた計算によって、互いに直交する軸の周りのそれぞれの角速度を得ることができる。
以上の各実施の形態で説明したセンサユニット１７について、角速度センサユニット１５のＸ’及びＹ’の検出軸と、加速度センサユニット１６のＸ’及びＹ’軸の検出軸がそれぞれ一致している形態を説明した。しかし、それら各軸は、必ずしも一致していなくてもよい。例えば、角速度センサユニット１５及び加速度センサユニット１６が基板上に搭載される場合、角速度センサユニット１５及び加速度センサユニット１６の検出軸のそれぞれが一致しないように、角速度センサユニット１５及び加速度センサユニット１６がその基板の主面内で所定の回転角度だけずれて搭載されていてもよい。その場合、三角関数を用いた計算によって、各軸の加速度及び角速度を得ることができる。
本発明の一実施の形態に係る制御システムを示す図である。 入力装置を示す斜視図である。 入力装置の内部の構成を模式的に示す図である。 入力装置の電気的な構成を示すブロック図である。 表示装置に表示される画面の例を示す図である。 ユーザが入力装置１を握った様子を示す図である。 入力装置の動かし方及びこれによる画面上のポインタの動きの典型的な例を説明するための図である。 センサユニットを示す斜視図である。 一実施の形態に係る制御システムの動作を示すフローチャートである。 式（１）または（２）のゲイン値Kx及び／またはKyのプロファイルを示すグラフである。 （Ａ）は、他の実施の形態に係るゲインプロファイルを示すグラフである。（Ｂ）（Ａ）に示したゲインプロファイルによって得られる速度プロファイルを示すグラフである。 （Ａ）は、さらに別の実施の形態に係るゲインプロファイルを示すグラフである。（Ｂ）は、（Ａ）に示したゲインプロファイルによって得られる速度プロファイルを示すグラフである。 （Ａ）は、入力装置の速度値０から高速の範囲まで、一次関数で増えていくゲインプロファイルである。（Ｂ）は、（Ａ）のゲインプロファイルによるポインタの速度プロファイルである。 （Ａ）は、入力装置の速度値０から高速の範囲まで一定とされているゲインプロファイルを示すグラフである。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のゲインプロファイルによるポインタの速度プロファイルである。 図１２（Ａ）に示すゲインプロファイルが用いられる場合の制御システムの動作を示すフローチャートである。 制御装置が主要な演算を行う場合の制御システムの動作を示すフローチャートである。 制御システムの他の実施の形態に係る動作を示すフローチャートである。
符号の説明
１…入力装置
２…ポインタ
３…画面
４…アイコン
５…表示装置
１０…筐体
１５…角速度センサユニット
１６…加速度センサユニット
１７…センサユニット
１９…ＭＰＵ
２１…送信機
３０…制御ユニット
３８…受信機
４０…制御装置
１００…制御システム
１５１、１５２…角速度センサ
１６１、１６２…加速度センサ

Claims (19)

  1. 画面上のポインタの動きを制御する入力装置であって、
    筐体と、
    前記筐体の空間内での動きを検出し、前記筐体の速度に関連する速度関連値の信号を出力する移動信号出力手段と、
    前記出力された速度関連値にゲインを乗じることで、前記画面上の前記ポインタを移動させるための速度値であるポインタ速度値を取得するゲイン手段と、
    前記出力された速度関連値のうち、第１の閾値から前記第１の閾値より大きい第２の閾値までの第１の範囲では、前記速度関連値が増えるにしたがって前記ゲインが増えるように、前記ゲインを可変に制御し、前記出力された速度関連値が前記第２の閾値を超える第２の範囲では前記ゲインを一定に制御する制御手段と、
    前記ゲイン手段により取得された前記ポインタ速度値の情報を送信する送信手段と
    を具備する入力装置。
  2. 請求項１に記載の入力装置であって、
    前記制御手段は、前記出力された速度関連値がゼロから前記第１の閾値までの第３の範囲では、前記ゲインを一定に制御する入力装置。
  3. 請求項１に記載の入力装置であって、
    前記移動信号出力手段は、前記筐体の加速度値を出力し、
    前記制御手段は、前記第１の範囲では、前記加速度値が増えるにしたがって前記ゲインが増えるように、前記ゲインを制御する入力装置。
  4. 請求項１に記載の入力装置であって、
    前記移動信号出力手段は、前記筐体の加速度値を出力し、
    前記制御手段は、前記加速度値の変化に応じて、前記第１の範囲での前記ゲインの変化率を変化させる入力装置。
  5. 請求項１に記載の入力装置であって、
    前記第１の範囲における時間順に連続する複数の前記速度関連値の情報を記憶する記憶手段と、
    前記記憶された複数の速度関連値の符号が同じであるか否かを判定する符号判定手段とをさらに具備し、
    前記制御手段は、
    前記第１の範囲における前記ゲインの値を記憶するゲイン値記憶手段を有し、前記複数の速度関連値の符号が同じである場合、前記記憶されたゲイン値に定数値を加算又は乗算することにより得られる値を用いて前記ゲインを制御する入力装置。
  6. 請求項１に記載の入力装置であって、
    前記制御手段は、増加した前記ゲインの値が、一定のゲインを超える場合には、前記ゲインの値を前記一定とする入力装置。
  7. 請求項１に記載の入力装置であって、
    前記第１の範囲での前記ゲインの変化率、前記第１の閾値、前記第２の閾値、及び、前記第２の範囲での前記ゲインの値のうち少なくとも１つを調整する調整手段をさらに具備する入力装置。
  8. 請求項１に記載の入力装置であって、
    前記移動信号出力手段は、
    所定の軸に沿う方向の前記筐体の加速度を検出する加速度センサと、
    前記検出された加速度値を積分演算することで、前記筐体の前記所定の軸に沿う方向の前記筐体の速度値、前記速度関連値として算出する速度算出手段と
    を有する入力装置。
  9. 請求項１に記載の入力装置であって、
    前記移動信号出力手段は、
    前記所定の軸の周りの前記筐体の角速度値を出力する出力手段と、
    前記出力された角速度値に基づいて算出された速度値を、前記速度関連値として取得する取得手段と
    を有する入力装置。
  10. 請求項１に記載の入力装置であって、
    前記移動信号出力手段は、
    第１の軸に沿う方向の第１の加速度を検出する第１の加速度センサと、
    前記第１の軸に沿う方向とは異なる第２の軸の周りの前記筐体の回転角度に関する値である第１の角度関連値を出力する第１の出力手段と、
    前記第１の加速度値及び前記第１の角度関連値に基づき、前記筐体の第１の軸に沿う方向の第１の速度値を、前記速度関連値として算出する第１の算出手段と
    を有する入力装置。
  11. 請求項１０に記載の入力装置であって、
    前記移動信号出力手段は、
    前記第２の軸に沿う方向の第２の加速度を検出する第２の加速度センサと、
    前記第１の軸の周りの前記筐体の回転角度に関する値である第２の角度関連値を出力する第２の出力手段と、
    前記第２の加速度値及び前記第２の角度関連値に基づき、前記筐体の第２の軸に沿う方向の第２の速度値を、前記速度関連値として算出する第２の算出手段と
    を有する入力装置。
  12. 請求項１１に記載の入力装置であって、
    前記制御手段は、前記算出された第１の速度値及び第２の速度値に基き得られる演算値が、第３の閾値から前記第３の閾値より大きい第４の閾値までの範囲では前記ゲインを可変に制御し、前記第４の閾値を超える範囲では前記ゲインを一定に制御する入力装置。
  13. 請求項１１に記載の入力装置であって、
    前記算出された第１の速度値と第２の速度値とを比較する比較手段をさらに具備し、
    前記制御手段は、前記比較により前記第１の速度値及び前記第２の速度値のうち大きい値について前記ゲインを制御する入力装置。
  14. 筐体と、前記筐体の空間内での動きを検出する検出手段と、前記検出手段による検出値の情報を送信する送信手段とを備える入力装置から送信された前記検出値の情報に基き、画面上のポインタの動きを制御する制御装置であって、
    前記検出値の情報を受信する受信手段と、
    前記受信された検出値の情報に基き、前記筐体の速度に関連する速度関連値に応じた信号を出力する移動信号出力手段と、
    前記出力された速度関連値にゲインを乗じることで、前記画面上の前記ポインタを移動させるための速度値であるポインタ速度値を取得するゲイン手段と、
    前記出力された速度関連値のうち、第１の閾値から前記第１の閾値より大きい第２の閾値までの第１の範囲では、前記速度関連値が増えるにしたがって前記ゲインが増えるように、前記ゲインを可変に制御し、前記出力された速度関連値が前記第２の閾値を超える第２の範囲では前記ゲインを一定に制御する制御手段と、
    前記ゲイン手段により取得された前記ポインタ速度値に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する座標情報生成手段と
    を具備する制御装置。
  15. 請求項１４に記載の制御装置であって、
    前記画面上のアイコンのサイズを決定するための決定手段と、
    前記決定手段により決定された前記アイコンのサイズに応じて、前記第１の範囲での前記ゲインの変化率、前記第１の閾値、前記第２の閾値、及び、前記第２の範囲での前記ゲインの値のうち少なくとも１つを調整する調整手段と
    をさらに具備する制御装置。
  16. 画面上のポインタの動きを制御する制御システムであって、
    筐体と、
    前記筐体の空間内での動きを検出し、前記筐体の速度に関連する速度関連値に応じた信号を出力する移動信号出力手段と、
    前記出力された速度関連値にゲインを乗じることで、前記ポインタを移動させるための速度値であるポインタ速度値を取得するゲイン手段と、
    前記出力された速度関連値のうち、第１の閾値から前記第１の閾値より大きい第２の閾値までの第１の範囲では、前記速度関連値が増えるにしたがって前記ゲインが増えるように、前記ゲインを可変に制御し、前記出力された速度関連値が前記第２の閾値を超える第２の範囲では前記ゲインを一定に制御する制御手段と、
    前記ゲイン手段により取得された前記ポインタ速度値の情報を送信する送信手段とを有する入力装置と、
    前記送信された前記ポインタ速度値の情報を受信する受信手段と、
    前記受信された前記ポインタ速度値に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する座標情報生成手段とを有する制御装置と
    を具備する制御システム。
  17. 画面上のポインタの動きを制御する制御システムであって、
    筐体と、
    前記筐体の空間内での動きを検出する検出手段と、
    前記検出手段による検出値の情報を送信する送信手段とを有する入力装置と、
    前記送信された検出値の情報を受信する受信手段と、
    前記受信された検出値の情報に基き、前記筐体の速度に関連する速度関連値に応じた信号を出力する移動信号出力手段と、
    前記出力された速度関連値にゲインを乗じることで、前記ポインタを移動させるための速度値であるポインタ速度値を取得するゲイン手段と、
    前記出力された速度関連値のうち、第１の閾値から前記第１の閾値より大きい第２の閾値までの第１の範囲では、前記速度関連値が増えるにしたがって前記ゲインが増えるように、前記ゲインを可変に制御し、前記出力された速度関連値が前記第２の閾値を超える第２の範囲では前記ゲインを一定に制御する制御手段と、
    前記ゲイン手段により取得された前記ポインタ速度値に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する座標情報生成手段とを有する制御装置と
    を具備する制御システム。
  18. 入力装置の空間内での動きを検出し、
    前記入力装置の速度に関連する速度関連値に応じた信号を出力し、
    前記出力された速度関連値のうち、第１の閾値から前記第１の閾値より大きい第２の閾値までの第１の範囲では、画面上のポインタを移動させるための速度値であるポインタ速度値を決定するためのゲインを、前記速度関連値が増えるにしたがって前記ゲインが増えるように可変に制御し、
    前記出力された速度関連値が前記第２の閾値を超える第２の範囲では、前記ゲインを一定に制御し、
    前記出力された速度関連値に前記制御されたゲインを乗じることで、前記ポインタ速度値を出力し、
    前記ポインタ速度値に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する制御方法。
  19. 画面上のポインタの動きを制御するハンドヘルド装置であって、
    筐体と、
    前記画面を表示する表示部と、
    前記筐体の空間内での動きを検出し、前記筐体の速度に関連する速度関連値の信号を出力する移動信号出力手段と、
    前記出力された速度関連値にゲインを乗じることで、前記画面上の前記ポインタを移動させるための速度値であるポインタ速度値を取得するゲイン手段と、
    前記出力された速度関連値のうち、第１の閾値から前記第１の閾値より大きい第２の閾値までの第１の範囲では、前記速度関連値が増えるにしたがって前記ゲインが増えるように、前記ゲインを可変に制御し、前記出力された速度関連値が前記第２の閾値を超える第２の範囲では前記ゲインを一定に制御する制御手段と
    を具備するハンドヘルド装置。
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