JP5407863B2 - 入力装置、制御装置、制御システム及び制御方法 - Google Patents
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Description
前記第1の加速度検出部は、前記筐体の第1の方向の第1の加速度値を検出する。
前記第1の角度関連値検出部は、前記第1の方向とは異なる第2の方向の軸回りの角度に関する値である第1の角度関連値を検出する。
前記記憶手段は、前記加速度変化率と前記角加速度変化率との比として算出された前記回転半径を記憶する。
前記判定手段は、前記角加速度変化率が閾値より大きいか否かを判定する。
前記更新手段は、前記角加速度変化率が閾値より大きい場合に、前記記憶された前記回転半径を更新する。
前記算出手段は、前記角加速度変化率が閾値より小さい場合に、前記記憶手段に記憶された前記回転半径に前記第1の角速度値を乗じて、前記第1の速度値を算出する。
前記第2の加速度検出部は、前記筐体の前記第2の方向の第2の加速度値を検出する。
第2の角度関連値検出部は、前記第1の方向の軸回りの角度に関する値である第2の角度関連値を検出する。
あるいは、前記第1の角度関連値検出部は、第1の方向の軸回りの第2の角度値を検出してもよい。
第1の角度関連値検出部は、2軸または3軸の角度検出手段(例えば地磁気センサ)を有してもよい。第2及び第1の方向の軸の回りにおけるそれぞれの角度値を微分演算することで、それぞれの角速度値を算出することができる。上記のように、入力装置に3軸の加速度検出部が備えられる場合、重力方向が認識されるので、2軸の角度値を検出することができる。
これにより、連結部材で連結されるときに第2の基板に加えられる応力を低減できる。
導線は、柔らかいより線であってもよいし、適度な剛性のある導線であってもよい。柔らかいより線等の導線が用いられる場合、その導線が樹脂モールディングされることにより適度な剛性が得られる。
前記筐体の、前記第1の方向とは異なる第2の方向の軸回りの角度に関する値である第1の角度関連値が検出される。
前記検出された第1の加速度値及び第1の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第1の方向の第1の速度値が算出される。
前記距離算出手段は、第1の方向に沿う軸を含む仮想平面内での瞬間中心から、前記入力装置までの距離を算出する。
前記速度算出手段は、前記算出された距離と、前記仮想平面内での前記瞬間中心回りの前記入力装置の角度に関連する値である角度関連値とに基づき、前記入力装置の前記第1の方向の速度値を算出する。
前記入力装置は、筐体と、前記筐体の第1の方向の第1の加速度値を検出する第1の加速度検出部と、前記筐体の、前記第1の方向とは異なる第2の方向の軸回りの角度に関する値である第1の角度関連値を検出する第1の角度関連値検出部と、前記第1の加速度値及び前記第1の角度関連値の情報を送信する送信手段を備える。
前記受信手段は、前記送信された第1の加速度値及び第1の角度関連値の情報を受信する。
前記算出手段は、前記受信された第1の加速度値及び第1の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第1の方向の第1の速度値を算出する。
前記座標情報生成手段は、前記算出された第1の速度値に応じた、前記ポインタの前記画面上の座標情報を生成する。
前記入力装置は、筐体と、第1の加速度検出部と、第1の角度関連値検出部と、算出手段と、送信手段とを有する。
前記第1の加速度検出部は、前記筐体の第1の方向の第1の加速度値を検出する。
前記第1の角度関連値検出部は、前記筐体の、前記第1の方向とは異なる第2の方向の軸回りの角度に関する値である第1の角度関連値を検出する。
前記算出手段は、前記検出された第1の加速度値及び第1の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第1の方向の第1の速度値を算出する。
前記送信手段は、前記算出された第1の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、前記送信された第1の速度値の情報を受信する。
前記座標情報生成手段は、前記受信された第1の速度値に応じた、ポインタの画面上の座標情報を生成する。
前記入力装置は、筐体と、第1の加速度検出部と、第1の角度関連値検出部と、送信手段とを有する。
前記第1の加速度検出部は、前記筐体の第1の方向の第1の加速度値を検出する。
前記第1の角度関連値検出部は、前記筐体の、前記第1の方向とは異なる第2の方向の軸回りの角度に関する値である第1の角度関連値を検出する。
前記送信手段は、 前記第1の加速度値及び前記第1の角度関連値の情報を送信する。
前記制御装置は、受信手段と、算出手段と、座標情報生成手段とを有する。
前記受信手段は、前記送信された第1の加速度値及び第1の角度関連値の情報を受信する。
前記算出手段は、前記受信された第1の加速度値及び第1の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第1の方向の第1の速度値を算出する。
前記座標情報生成手段は、前記算出された第1の速度値に応じた、ポインタの画面上の座標情報を生成する。
なお、図11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が、本発明は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17、図19、図21、図23、図24において同様。)
2.入力装置1のX軸方向の速度値Vxは、肩、肘、及び手指等の角速度に、肩と入力装置1との距離、肘と入力装置1との距離、及び、手指と入力装置1との距離等をそれぞれ乗じた値の合成値である。
このように合成された回転中心、つまり瞬間中心Kの位置は時間ごとに変化し、その仮想平面Dに含まれる回転半径Rも時間ごとに変化する。
Rψ(t)=Vx/ωψ・・・(2)。
Rψ(t)=ax/Δωψ・・・(4)
Rψ(t)=Δax/Δ(Δωψ)・・・(5)。
前記の如く、ユーザが入力装置を操作するとき、装置の回転中心はユーザの各回転運動が合成された位置となり時間毎に変化するもの(瞬間中心)となるので、例えば肩を軸として腕全体を振って入力装置を操作した場合には、検出される角速度は比較的小さい値となる。本発明によれば、回転半径Rψ(t)と角速度値ωψを乗じて速度値Vxを求めているので、上記の例の場合(肩を軸として腕全体を振って入力装置を操作した場合)であっても、回転半径Rψ(t)が比較的大きな値として検出されるので、結果としてユーザの操作量に見合った十分な速度値Vxを得ることが可能となる。そして、この速度値Vxを用いてポインタ2の動きを制御することで、ポインタの動きが入力装置を操作するユーザの直感に合致したものとなる。因みに従来方式の回転センサの出力値でポインタを制御する方式では、上記の例の場合(肩を軸として腕全体を振って入力装置を操作した場合)には、ポインタの動きはユーザの操作に応じた十分なものとならず(操作量に応じて移動せず)、ポインタの動きが、ユーザの感覚にそぐわないものとなっていたが、本発明によれば、かかる問題を解決することが可能となる。また、加速度センサの出力値を積分して速度値を求めなくても良いので、加速度センサの出力値の積分誤差の発生を抑えて正確な制御を行うことが可能となる。
したがって、ポインタ2の動きが入力装置1の動きに対して自然な動きとなるため、ユーザによる入力装置1の操作性が向上する。
図16は、ユーザが第1の方向に、入力装置を所定の角速度で動かした瞬間の状態を想定し、速度値の算出原理を示した原理図である。
図16に示すように、夫々加速度センサの設置位置である所定距離L離れた2つの点P1及びP2における、所定の方向(第1の方向)の平行な加速度ベクトルa1及びa2を考える。そして、加速度ベクトルa1及びa2の方向と直交する、2点P1及びP2を結ぶ直線を考え、その直線と、加速度ベクトルa1及びa2の先端を結ぶ直線との交点をKとし、この交点Kと点P1との距離をRとする。
実際に入力装置1がユーザにより操作されるとき、瞬間中心Kの位置は上記延長線上にくるとは限らないが、上述の如く、2個の加速度センサはユーザが入力装置を手に持った状態で略腕の延長線となる方向において所定の距離離れた位置に設置されているため、誤差は許容範囲となり、本実施形態で実用上問題はない。
なお、第2の方向と垂直で第1の方向とは異なる第3の方向の加速度を検知する加速度センサを用いれば、瞬間中心が加速度センサの延長線上になくても、合成ベクトルを求めることにより、より正確な速度値を求められることは言うまでもない。
Rψ(t)=ax/Δωψ・・・(4)
Rθ(t)=ay/Δωθ・・・(4’)。
Vy=Rθ(t)・ωθ・・・(1’)。
Y(t) =Y(t-1)+Vy・・・(7)。
A2=Rψ(t)=[{Σ(Δ(Δωψj))2・Σ(Δaxj)2}−{ΣΔ(Δωψj)・ΣΔ(Δωψj)・Δaxj}]/[n・Σ(Δ(Δωψj))2−{ΣΔ(Δωψj)}2]・・・(9)
B1=[{n・ΣΔ(Δωθj)・Δayj}−{ΣΔ(Δωθj)・ΣΔayj}]/[n・Σ(Δ(Δωθj))2−{ΣΔ(Δωθj)}2]・・・(10)
B2=[{n・ΣΔ(Δωψj)・Δaxj}−{ΣΔ(Δωψj)・ΣΔaxj}]/[n・Σ(Δ(Δωψj))2−{ΣΔ(Δωψj)}2]・・・(11)。
パターン1は、加速度を検出する手段として1軸の加速度センサが用いられ、角速度を取得するための手段として1軸のジャイロセンサが用いられるパターンである。この場合、入力装置の動きは、画面3上のポインタ2の1次元のみの動きに変換される。1次元のみの動きが応用される例としては、例えばポインタの動きが1次元に拘束される場合や、例えばGUIによるボリューム調整(音量に限られず、あらゆるGUIによるレベル調整)等が挙げられる。
パターン2は、図8に示した典型的な例であり、加速度を検出する手段として2軸の加速度センサが用いられ、角速度を取得するための手段として2軸の角速度センサが用いられるパターンである。パターン2については、上記実施の形態で説明したのでここでは説明を省略する。
パターン3は、加速度を検出する手段として1軸の加速度センサが用いられ、角速度を取得するための手段として2軸の加速度センサが用いられるパターンである。この場合、ジャイロセンサは用いられず、角速度を検出する手段として用いられる2軸の加速度センサのうち1軸の加速度センサが、加速度を検出する手段として用いられる。また、この場合において、ピッチ方向の入力装置の動きのみが検出され、パターン1と同様に、入力装置の動きは、画面3上のポインタ2の1次元のみ動きに変換される。
θ=arctan(az/ay)・・・(12)。
パターン4は、加速度を検出する手段として2軸の加速度センサが用いられ、角速度を取得するための手段として1軸のジャイロセンサ及び上記2軸の加速度センサが用いられるパターンである。
パターン5は、加速度を検出する手段として、例えば同じ軸の2つの加速度センサが用いられ、角速度を取得するための手段としても同様に同じ軸の2つの加速度センサが用いられるパターンである。
パターン6は、上記パターン5をX’及びX"軸方向だけでなく、Y’及びY"軸方向でも応用したパターンである。すなわち、図31に示すように、2軸の加速度センサ(加速度センサユニット)223及び224が距離L’だけ離れて配置されている。これにより、入力装置の動きは、画面3上のポインタ2のX軸及びY軸方向の2次元の動きに変換される。
ロール角φが求められることにより、式(15)、(16)による回転行列による座標変換により補正速度値(Vx’、Vy’)を求めることができ、傾きによる重力の影響を除去することができる。
Vy’=sinφ・Vx+cosφ・Vy・・・(16)。
パターン7は、加速度を検出する手段として2軸の加速度センサが用いられ、角速度を取得するための手段として3軸の地磁気センサが用いられる。
その他のパターンとして、加速度を検出する手段として2軸(X’及びY’軸)の加速度センサが用いられ、角速度を検出する手段として1軸(Y’またはX’軸の回り)のジャイロセンサが用いられるパターンがある。あるいは、加速度を検出する手段として1軸(X’またはY’軸)の加速度センサが用いられ、角速度を検出する手段として2軸(Y’及びX’軸の回り)のジャイロセンサが用いられるパターンがある。
このように、角速度センサユニット15及び加速度センサユニット16の両方が、回路基板125の片面に設けられる場合に比べ、回路基板125のサイズを小さくすることができる。その結果、回路基板125の剛性を高めることができる。
ωψ、ωθ…角速度値
ax、ay…加速度値
Δωψ、Δωθ…角加速度値
Δax、Δay…加速度変化率
Δ(Δωψ )、Δ(Δωθ)…角加速度変化率
Rψ(t)、Rθ(t)…回転半径
Th1…閾値
X(t)、Y(t)…座標値
1、51、61、71、81、501…入力装置
2…ポインタ(UI)
3…画面
10、50、60、70、80、110、510…筐体
15、115…角速度センサユニット
16、116、216、221、222、223、224…加速度センサユニット
17,117、217、317、417、517、617…センサユニット
18…メイン基板
19、35…MPU
21…送信機
25、125、126、127、225、325、425、525、625…回路基板
40…制御装置
45…ハイパスフィルタ
46…制御部
47…ローパスフィルタ
48…メモリ
100…制御システム
101…導線
102…接続部材
103…クリアランス
104…A/Dコンバータ
105…電磁シールド部材
106…弾性体
107…送信ユニット
151…ヨー方向の角速度センサ
152…ピッチ方向の角速度センサ
161…X’軸方向の加速度センサ
162…Y’軸方向の加速度センサ
226…地磁気センサ
518…メイン基板
Claims (16)
- 筐体と、
前記筐体の第1の方向の第1の加速度値を検出する第1の加速度検出部と、
前記筐体の、前記第1の方向とは異なる第2の方向の軸回りの角度に関する値である第1の角度関連値を検出する第1の角度関連値検出部と、
前記検出された第1の加速度値及び第1の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第2の方向の軸回りの、時間ごとに位置が変化する回転の第1の中心軸から前記第1の加速度検出部までの距離である回転半径を算出し、前記第1の角度関連値から得られた第1の角速度値及び前記算出された回転半径に基づき、前記筐体の前記第1の方向の第1の速度値を算出する算出手段と
を具備する入力装置。 - 請求項1に記載の入力装置であって、
前記算出手段は、前記第1の加速度値の時間変化率である加速度変化率を算出し、前記検出された第1の角度関連値に基づき、前記第2の方向の軸回りの角加速度の時間変化率である角加速度変化率を算出し、前記算出された、加速度変化率と角加速度変化率との比を前記回転半径として算出する
入力装置。 - 請求項1に記載の入力装置であって、
前記算出手段は、前記検出された第1の角度関連値に基づき角加速度値を算出し、前記第1の加速度値と前記角加速度値との比を前記回転半径として算出する
入力装置。 - 請求項1に記載の入力装置であって、
前記算出手段は、前記検出された第1の角度関連値に基づき、前記第2の方向の軸回りの角加速度の時間変化率である角加速度変化率を算出し、前記第1の加速度値から、前記第1の加速度検出部に働く重力加速度の前記第1の方向の成分値を少なくとも含む低周波成分が除去された値を算出し、前記低周波成分が除去された値の時間変化率である加速度変化率を算出し、前記算出された加速度変化率と前記角加速度変化率との比を、前記回転半径として算出する
入力装置。 - 請求項1に記載の入力装置であって、
前記筐体の前記第2の方向の第2の加速度値を検出する第2の加速度検出部と、
前記第1の方向の軸回りの角度に関する値である第2の角度関連値を検出する第2の角度関連値検出部とをさらに具備し、
前記算出手段は、前記検出された第2の加速度値及び第2の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第2の方向の第2の速度値を算出する
入力装置。 - 請求項5に記載の入力装置であって、
前記算出手段は、前記検出された第2の加速度値及び第2の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第1の方向の軸回りの、時間ごとに位置が変化する回転の中心軸から前記第2の加速度検出部までの距離である第2の回転半径を算出し、前記第2の角度関連値から得られた第2の角速度値及び前記算出された第2の回転半径に基づき、前記第2の速度値を算出する
入力装置。 - 入力装置の筐体内に設けられた第1の加速度検出部により、前記筐体の第1の方向の第1の加速度を検出し、
前記筐体内に設けられた第1の角度関連値検出部により、前記筐体の、前記第1の方向とは異なる第2の方向の軸回りの角度に関する値である第1の角度関連値を検出し、
演算回路により、前記検出された第1の加速度値及び第1の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第2の方向の軸回りの、時間ごとに位置が変化する回転の第1の中心軸から前記第1の加速度検出部までの距離である回転半径を算出し、前記第1の角度関連値から得られた第1の角速度値及び前記算出された回転半径に基づき、前記筐体の前記第1の方向の第1の速度値を算出する
制御方法。 - ユーザが入力装置を空間内で動かすことにより操作情報が入力される入力装置であって、
第1の方向に沿う軸を含む仮想平面内での瞬間中心から、前記入力装置までの距離を算出する距離算出手段と、
前記算出された距離と、前記仮想平面内での前記瞬間中心回りの前記入力装置の角度に関連する値である角度関連値とに基づき、前記入力装置の前記第1の方向の速度値を算出する速度算出手段と
を具備する入力装置。 - 請求項8に記載の入力装置であって、
前記入力装置の前記第1の方向の加速度値を検出する第1の加速度検出部さらに具備し、
前記距離算出手段は、前記加速度値及び前記角度関連値に基づき、前記瞬間中心から前記第1の加速度検出部までの距離を前記距離として算出する
入力装置。 - 請求項8に記載の入力装置であって、
前記距離算出手段は、所定の距離離れた2箇所での、前記仮想平面内での前記第1の方向の加速度値に基づき、前記距離を算出する
入力装置。 - ユーザが入力装置を空間内で動かすことにより操作情報が入力される入力装置による制御方法であって、
第1の方向に沿う軸を含む仮想平面内での瞬間中心から、前記入力装置までの距離を算出し、
前記算出された距離と、前記仮想平面内での前記瞬間中心回りの前記入力装置の角度に関連する値である角度関連値とに基づき、前記入力装置の前記第1の方向の速度値を算出する
制御方法。 - 筐体と、前記筐体の第1の方向の第1の加速度値を検出する第1の加速度検出部と、前記筐体の、前記第1の方向とは異なる第2の方向の軸回りの角度に関する値である第1の角度関連値を検出する第1の角度関連値検出部と、前記第1の加速度値及び前記第1の角度関連値の情報を送信する送信手段を備えた入力装置から送信された前記情報に応じて、画面に表示されるポインタの表示を制御する制御装置であって、
前記送信された第1の加速度値及び第1の角度関連値の情報を受信する受信手段と、
前記受信された第1の加速度値及び第1の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第2の方向の軸回りの、時間ごとに位置が変化する回転の第1の中心軸から前記第1の加速度検出部までの距離である回転半径を算出し、前記第1の角度関連値から得られた第1の角速度値及び前記算出された回転半径に基づき、前記筐体の前記第1の方向の第1の速度値を算出する算出手段と、
前記算出された第1の速度値に応じた、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。 - 筐体と、
前記筐体の第1の方向の第1の加速度値を検出する第1の加速度検出部と、
前記筐体の、前記第1の方向とは異なる第2の方向の軸回りの角度に関する値である第1の角度関連値を検出する第1の角度関連値検出部と、
前記検出された第1の加速度値及び第1の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第2の方向の軸回りの、時間ごとに位置が変化する回転の第1の中心軸から前記第1の加速度検出部までの距離である回転半径を算出し、前記第1の角度関連値から得られた第1の角速度値及び前記算出された回転半径に基づき、前記筐体の前記第1の方向の第1の速度値を算出する算出手段と、
前記算出された第1の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、
前記送信された第1の速度値の情報を受信する受信手段と、
前記受信された第1の速度値に応じた、ポインタの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。 - 筐体と、
前記筐体の第1の方向の第1の加速度値を検出する第1の加速度検出部と、
前記筐体の、前記第1の方向とは異なる第2の方向の軸回りの角度に関する値である第1の角度関連値を検出する第1の角度関連値検出部と、
前記第1の加速度値及び前記第1の角度関連値の情報を送信する送信手段とを有する入力装置と、
前記送信された第1の加速度値及び第1の角度関連値の情報を受信する受信手段と、
前記受信された第1の加速度値及び第1の角度関連値に基づき、前記筐体の前記第2の方向の軸回りの、時間ごとに位置が変化する回転の第1の中心軸から前記第1の加速度検出部までの距離である回転半径を算出し、前記第1の角度関連値から得られた第1の角速度値及び前記算出された回転半径に基づき、前記筐体の前記第1の方向の第1の速度値を算出する算出手段と、
前記算出された第1の速度値に応じた、ポインタの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。 - 第1の加速度検出部によって検出された第1の方向の第1の加速度値と、第1の角度関連値検出部によって検出された、前記第1の方向とは異なる第2の方向の軸回りの角度に関連する値である角度関連値とに基づき、前記第1の加速度検出部の前記第2の方向の軸回りの、時間ごとに位置が変化する回転の第1の中心軸から前記第1の加速度検出部までの距離である回転半径を算出し、前記角度関連値から得られた角速度値及び前記算出された回転半径に基づき、前記第1の加速度検出部の前記第1の方向の第1の速度値を算出する回路。
- 第1の加速度検出部の第1の方向の速度値を算出する回路であって、
前記第1の方向に沿う軸を含む仮想平面内での瞬間中心から、前記第1の加速度検出部までの距離を算出し、前記算出された距離と、前記仮想平面内での前記瞬間中心回りの前記第1の加速度検出部の角度に関連する値である角度関連値とに基づき、前記加速度検出部の前記第1の方向の速度値を算出する回路。
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