JPH06501119A - コンピュータ装置入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 コンピュータ装置人力装置 及咀例宵章 この発明は、オペレータがカーソル位置等を制御するのに使用するコンピュータ 周辺入力装置に間する。特に、この発明は、例えば時間中３次元空間座標によっ てコンピュータに位置、姿勢および運動のデータを入力するための装置および方 法に向けられる。

人間が相互に作用しなければならないほとんどのコンピュータシステムは、コン ピュータ表示装置上に現在位置を示す“カーソル”を含む、カーソルの位置は、 原文情報の場合のようにデータを入力してもよい場合或はコンピュータで図式的 に表され、表示装置上に描写される対象を処理してもよい場合を示すことができ る。また、コンピュータ表示装置上のカーソルの操作は、オペレータがコンピュ ータの動作モードを選択または変更することにより使用できる。

初期のカーソル制御手段は、コンピュータのキーボード上の使用する位置制御キ ーの近くの中心に置かれていた。これらの制御キーは、後でライトベン、図形タ ブレット、ジョイステック、およびトラックボールのような他の装置によって増 大させられた。その他の改善では“マウス”と呼ばれる装置を使用して、オペレ ータに平坦な表面間を小さなハンド保持型装置を動かすことによりカーソル位置 を直接操作させる。

マウスの第１の実施例はカーソル位置を制御するために装置の底部から突き出た ボールの回転を検出した。オペレータが２次元面上でマウスを動かすと。

マウスのセンサは２つの相互に垂直な軸に沿ってボールの回転を検出する。この ような装置の一例が、米国特許第３，５４１．５４１号、第３，８３５，４６４ 号、第３，８９２，９６３号、第３，９８７，６８５号、および第４．３９０， ８７３号に示されている。米国特許第４．４９０．４７９号は、移動部を伴うこ となくマウスの運動を検出するために、光学検出技術を用いた別な改善を開示し ている。

これらのマウスの総ては、２次元内の運動を検出し、伝送する。しかしながら、 ３次元空間によって情報の定義、表示および処理にコンピュータの使用が増加す るにつれて、３次元で位置座標を定義させる技術を考案する試みがなされてさて いる。情報の３次元表示の領域においてコンピュータグラフィック表示を改善す るのに、単に３次元位置情報以上であるがまた３次元運動および姿勢情報を入力 と処理或は制御するためのオペレータの能力が所望されてきた。

これは、特に、２次元または３次元空間のいずれかで表される対象のモデリング 、シミュレーションおよびアニメーションの際に事実となる。

マクレオド（池ｃＬｅｏｄ　）等に許可された米国特許第３，８９８，４４５号 は、多数の光ビームが基準点間をスィーブするのに要する時間を測定し、この時 間とそのビームが基準点およびターケト間をスィーブするのに要する時間を比較 することにより３次元能力のターゲトの位置を決定する手段に関する。

小野等に許可された米国特許第４，７６６．４２３号および海老名等に許可され た米国特許第４．８１２，８２９号は、カーソルの方向や速度を変えるため、あ たかもジョイステックおよびスロットル型装置を用いてカーソルを動かすように カーソルを移動させることにより３次元空間でカーソルを制御する表示および制 御装置と方法を開示する。

フリンクバウフ（Ｆ　ｌ　ｉｎｃｈｂａｕｇｈ　）に許可された米国特許第４， ８３５，５２８号は、３次元空間の平均移動に対してマウスの動きがコンピュー タで判断される論理的に規定された領域を含む２次元面でマウス装置の動きを利 用するカーソル制御システムを示している。

上述した３次元入力装置のどれもマウスが２次元で相互作用する直観的簡易さを 有していない、オルソン（Ｏｌｓｏｎ）に許可された米国特許第４，７８７，０ ５１号に開示された３次元入力装置は、オペレータに３次元空間位置を入力させ るための慣性加速センサを利用している。しかしながら、開示されている装置は 、以後ここでは“姿勢”と称される運動または“方位”のいずれかの入力を考慮 していない。

平面内の位置の変化を決定するために、オルソンの装置は、第１の加速度計から の並進運動を検出する。第１の加速度計と第２の加速度計により検出された並進 運動の加速の差から回転が得られる。この技術は、対をなす加速度計の高精度の 取り付け、並びに回転から並進運動を吸収しかつ回転軸および速度の両方を決定 するための処理を委託する。従って、オルソン等が開示した装置は、末端の計算 装置と調和しない装置を強いるかもしないコンピュータによる広い範囲の処理を 必要とする。さらに、この装置は、低回転速度を得るために高感度の加速度計を 必要とする。

オルソンの装置では、加速度計からの変位を検出するために必要な第１の積分段 用としてアンログ積分回路が使用される。これらの積分回路はダイナミックレン ジに制限があり、周期的にゼロにリセットしてオフセットおよびドリフトの固有 の誤りを除去する必要がある。また、オルソンの装置は、適切な通信をさせるた めに、コンピュータに間違して制限された範囲の方位に遠隔装置の使用を余義な くさせる。さらに、オルソンの装置では、近くのコンピュータワークスティジョ ンを制御する近くの入力装置から発生された信号を妨害しないようになされてい ない。

それ故に、この発明の目的の１つは、上述した従来のコンピュータ入力技術の欠 点を克服した新規でかつ改善された装置を提供することである。

さらに、この発明の主要な目的は、コンピュータに３次元空間座標によって入力 装置の位置、運動および姿勢を直接探求させるコンピュータ情報を入力するオペ レータ用手段を提供することである。

この発明の他の目的は、３次元空間座標によってコンピュータ表示装置上に表さ れているカーソルの動きを制譚する新規でかつ改善された装置および方法を提供 することである。

また、この発明の他の目的は、特定の場合には位置または姿勢の変化を或は一般 的の場合は変数の状店の変化を伝送するために、人の固有運動により動作するよ うに直観的に簡単な装置で位置、運動および姿勢をコンピュータへ入力させる装 置および方法を提供することである。

及盟Ω盟豹 この発明の一実施例によれば、コンピュータ入力装置は、６次の運動以内の位１ 情報即ちデカルト座標系の３つの相互に垂直な軸の各々に沿った線形並進運動、 およびその各回転を検出し、コンピュータ装置に伝送する。この発明の好適実施 例は、３つの加速度計を含み、各々３つの直角に配向されるかまたは相互に垂直 な軸の１つに配向されたその１次軸で装荷されている。この方法では、各加速度 計は個別に３次元のデカルト座標系の１次軸の１つに沿った並進運動加速を検出 する。各加速度計は、その各１次軸に沿って分与された加速に直接比例した信号 を発生する。

・さらに、好適実施例は、３つの直角に配向された速度センサを含み、各速度セ ンサは各１次軸がそれぞれ上述した加速度計の１次軸の各々と並列にまたは同一 直線上に配向されるような方法で装荷される。各速度センサは個別にデカルト座 標系の独自の軸について角回転速度を検出し、角運動量または速度センサがその それぞれの１次軸の廻りを回転すると検出される角回転変位速度に直接比例した 信号を発生する。

この発明の好適実施例の付加的見地は、入力装置の速度および位置ベクトルを発 生する技術を含む、これらのベクトルは、各々３次元のデカルト座標系によって スカラー量および方向からなり、任意の安定した初期位置および姿勢に関して瞬 時入力装置速度並びにその位１および姿勢を反映するように連続的に更新される 。

速度ベクトルは、３つの加速度計により発生された信号で示されるような、時間 中１回積分された加速の幾何和から決定される。速度ベクトルは、入力装置が動 いている速度および運動の方向によって表してもよい、運動の方向は、装置が入 力装置座標系に対して動いている方向を示す２つの角度で規定できる、　相対位 置ベクトルは、３つの加速度計により発生された信号で示されるような、時間中 ２回積分された加速の幾何和から決定される。相対位置ベクトルは、入力装置の 任意の初期原点“ゼロ座標“および２つの角度で規定され、初期位置に対する装 置の位置を示す方向から線形変位によって表してもよい。

相対姿勢は、３つの速度センナによって発生される信号で示されるような、化さ れ、初期姿勢に対する装置の姿勢を示す任意の初期姿勢“ゼロ角度２から置に含 む、動作状態変化の例は、新しい入力装置初期位置または姿勢を提供し、または 新しいコンピュータのカーソル位置を示し、或はコンピュータおよび７′または 入力装置の動作のモードを変化することを含む。

この発明の好適実施例の付加的見地は、入力装置とコンピュータとの闇のワイア レスインタフェースを含む、ワイアレスインタフェースは、運動が取り付けたケ ーブルで妨害されないような方法で入力装置運動およびブツシュボタン付勢の属 性をコンピュータに通信させる。好ましくは、ワイアレスインタフェースは、双 方向型であり、コンピュータに入力装置のある様相を制御させる。

入力装置の付加的実施例では、装置およびコンピュータ間のインタフェースはケ ーブルでもよい。

置皿Ω囚単ス説朋 この発明の上述のその他の目的、特徴および利点は、添付図面に照らして読むと き以下の詳細な説明から当業者には明らかになろう、ここで、図１（ａ）はこの 発明による入力装置の頂面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の入力装置の前面図、図 １（Ｃ）は図１（ａ）の入力装置の側面図、図１（ｄ）は図１（ａ）の入力装置 の透視図、図２（ａ）〜（ｃ）は入力装置の運動検出組立体および補助構成要素 領域を示す図１の入力装置のそれぞれ一部切断頂面図、前面図および側面図、図 ３はコンピュータへのワイアレスインタフェースを含むこの発明の好適実施例の 主要な機能要素のブロック図、 図４はこの発明の好適実施例の主要な処理要素の付加的詳細を示すブロック図、 図５は入力装置運動、ブツシュボタン状態を処理する際に好適実施例で使用され る機能および外部コンピュータインタフェースを示すプロセスフロー図、図６は 運動検出組立体インタフェース機能を示し、さらに図５のセンサインタフェース およびデータ変換方法の詳細を示すプロセスフロー図、図７は速度および位置計 算機能を示し、さらに図５の３次元計算方法の詳細を示すプロセスフロー図。

図８は入力装置の回転で起こる接線速度を示す図、図９は入力装置で中心点を決 定する座標系の初期座標からの並進運動および回転を示す図、 図１０はブツシュボタンの状態の変化を処理しがっコンピュータへ外部インタフ ェースを提供する際に使用される機能を示し、さらに図５の外部インタフェース 方法の詳細を示すプロセスフロー図である。

の：　を− 図１（ａ）〜図１（ｄ）を参照すると、ハンド保持型コンピュータ入力装置即ち ”マウス”１が示されており、これは複数のインタフェースポート７〜１２を含 む０図に示すように、マウス１の各外面はインタフェースポートを備えている。

これらのインタフェースポートの各々は、赤外線技術または無線技術のような周 知のワイアレス通信技術を介してコンピュータと通信できる。従って、コンピュ ータワークステーションに関連するマウス１の方位に拘わらず、少なくとも１つ のインタフェースポートはコンピュータに全体に向けられる９　動作中、インタ フェースポートは同時に信号を送信または受信するように動作する。インタフェ ースポートの少なくとも１つは全体に常にコンピュータを向いているので、コン ピュータとの通信は、マウスの方位に拘わらず可能である。以下により詳細に説 明するように、システムは比較的込み合った環境で動作するとき近くの装置から の妨害を避けるための装置を含む、また、コンピュータとの通信は、インタフェ ースケーブル１３を介して確立してもよい。

マウス１は、またホストコンピュータシステムとオペレータの付加的相互作用の ために複数のブツシュボタン４，５および６を含む、ブツシュボタンは例えば特 別な命令信号をコンピュータに供給するように使用してもよい。

好ましくは、ブツシュボタンは、マウス１の斜めの面に位置決めされ、オペレー タがマウス装置の少なくとも２つの異なる方位から容易に付勢出来るようにする 。また、ブツシュボタンの多数のセットを容易に付勢出来るように設けてもよい ０個々のブツシュボタンのセットは、例えばマウス１の対向する面に配列し、多 数のブツシュボタンセットの任意のものから命令信号を付勢させるように並列に 接続してもよい、さらに、それらに付加される押圧の範囲を検出し、伝送するブ ツシュボタンは、２つのセット間の変化を単に伝送するのに対立するものとして 、他の実施例で設けてもよい。

ブツシュボタンは、多数の機能を出来るように動作できる。例えば、ブツシュボ タンの付勢により、システムにマウス１の相対位置および姿勢が測定されるゼロ 基準点をリセットするように命令できる。さらに、マウス１の位置および姿勢の 属性は、ブツシュボタンが押されている問動きに拘わらず一定に保持してもよい 、また、ブツシュボタンは、空間のある点、ライン、表面、容積または運動を示 したり、或はメニュ項目、カーソル位置または特定の姿勢を選択するようにオペ レータによる要求を示すよう機能できる。

ブツシュボタン４，５および６の多数のその他の機能の例を与えることができ、 ここで付加的例を注目しないけれども、ブツシュボタンの付加的機能は当業者に は明らかであろう、さらに、マウス１の付加的実施例は、３つより多いか或はそ れより少ないブツシュボタンを含むことができる。運動検出組立体２および補助 構成要素領域３を図１（ａ）〜図４（ｃ）に重心破線で示す、この発明の他の実 施例では、ここで述べるように、補助構成要素領域３内に含まれる構成要素はマ ウス１から遠隔の分離したシャーシ内に設けてもよい、このような実施例では、 マウス１は運動検出組立体２のみを含む。

次に、図２（ａ）〜図２（ｃ）において、運動検出組立体２は、３つの直行軸に 配列された慣用の回転速度センサ１４，１５および１６と加速度計１７゜１８お よび１９を含む１回転速度センサ１４および加速度計１７は第１軸上に配列され 、回転速度センサ１５および加速度計１８は第１軸に垂直な第２軸上に配列され 、回転速度センサ１６および加速度計１９は第１軸および第２軸両方に垂直な第 ３軸上に配列される。上述の方法で回転速度センサ１４，１５お組立体２はデカ ルト座標系の３つの相互に垂直な軸に沿った並進運動およびこれに関する回転の ６次の運動の総てを同時に検出する。並進運動加速は、それぞれＸ、ＹおよびＺ 軸に沿った加速を検出し、この加速を表すアナログ信号を発生する加速度計１７ ．１８および１９によって検出される。同様に、回転角速度は、それぞれＸ、Ｙ およびＺ軸に関する回転速度を検出し、この回転速度を表すアナログ信号を発生 する回転速度センサ１４．１５および１６によって検出される。

運動検出組立体２は以下に多数回言及される。簡略化のため、ここでは、一般名 辞“センサ”は運動検出組立体２または上述したその個ｑの構成要素を説明する のに使用される。

図３は運動検出組立体２に含まれる主要な機能要素、図１のマウス１の補助構成 要素領域３およびマウストランシーバ７〜１２とコンピュータ２３と関連するト ランシーバ２２の間のワイアレスインタフェース２１を示すシステムブロック図 である。運動検出組立体２の個々の構成要素からのセンサ信号は、センサ信号の 処理を行う補助構成要素領域３内の回路に供給される。センナ信号に間する情報 は、その後コンピュータトランシーバ２２への通信用マウストランシーバ７〜１ ２に供給される。アナログ−ディジタル信号処理、数値処理およびベクトル処理 と呼ばれる補助構成要素領域３内で行われる機能をさらに以下に述べる。

図４は図１のマウス１の好適実施例のブロック図である。センサインタフェース 回路３１は運動検出組立体２の構成要素とバイアスおよび制御回路に電力を供給 し、センナ構成要素の適切な動作を確実にする。さらに、センサインタフェース 回路３１は、好ましくは運動検出組立体２からのセンサ信号を増幅する増幅回路 を含む。

増幅されたセンサ信号は、アナログ−ディジタル変換器３２に供給され、このア ナログ−ディジタル変換器３２は増幅されたアナログセンサ信号を対応する量子 化されたディジタル信号に変換する。アナログ−ディジタル変換器３２は、好ま しくはそれぞれのセンサ信号を通して逐次多重送信する信号チャンネルを含む、 また、アナログ−ディジタル変換器は個々のセンサ信号に専用の個々のチャンネ ルを持つ６個のチャンネルを含む。

アナログ−ディジタル変換器３２からのディジタル化されたセンサ信号は、ファ ーストイン−ファーストアウト（ＦＩＦＯ）バッファメモリ３３に記憶され、さ らに処理要素３４で処理される。ＦＩＦ○バッファメモリ３３は、好ましくはデ ィジタル化されたセンナ信号の各々が連続した順番で記憶される単一のメモリス タックとしてＭａｌ化される。ＦＩＦＯバッファメモリ３３は、また６個のセン サ信号に対応する６個の個別のメモリ領域で組織化してもよい、換言すれば、個 別のＦＩＦＯスタックは運動検出組立体２の６個の運動検出構成要素の各々から ディジタル化されたセンサ信号用に設けられる。ＦＩＦＯバッファメモリ３３を 設けることによって、処理要素３４の変動する処理速度を補償し、“フロントエ ンド”センサインタフェース３１およびアナログ−ディジタル変換器３２閏と“ バックエンド”処理要素３４およびコンピュータインタフェース制御部３６間の 動作を制御する精巧な同期回路の必要性を除去する。

処理要素３４は、好ましくは適当にプログラムされたリードオンリーメモリを有 する慣用のマイクロプロセッサである。処理要素３４は、また適当にプログラム された慣用のディジタル信号の処理器でもよい、簡単に言えば、処理要素３４は ＦＩＦＯバッファメモリ３３からディジタルセンサ信号を周期的に読み出し、数 値的に積分する。３次元運動、位置および姿勢の値は、センサデータの数値積分 の最新の結果、現在のゼロ位１および姿勢情報、およびブツシュボタンまたはコ ンピュータ命令により確立された現在の処理構成に基づく周知の方法で連続的に 計算される。処理要素３４で処理された情報は、直接メモリアクセスのような周 知の技術での処理完了時デュアルポートメモリ３５に記憶される。この情報は、 その後インタフェースポート７〜１２を介してコンピュータインタフェース制御 部３６によりコンピュータに送ってもよい。

数値積分はセンサによって供給されたディジタル加速および速度値で連続的に行 われる。ディジタル値の数値積分によりメモリ量およびタスクに割り当てられた 処理時間によってのみ制限されるダインミックレンジを許容する。

数値積分に加えて、処理要素３４は、線形センナの重力の作用および回転の並進 運動作用即ち重力加速および接線速度を補償する訂正値を計算して発生する、さ らに、信号がマウス１のオペレータの運動に起因する運動信号に対してスレッシ ョルドレベルを確立することによって、処理要素３４は、センサドリフトにより 誘起されるかもしれない誤り、地回転作用およびオペレータがマウスを動かさを い時に現れるかもしれない低レベルノイズ信号を効果的に減少または除去する。

処理要素３４は計算処理の処理構成を変えることによって外部命令に応答する１ 例えば、１つの処理モードにおいて、任意の軸または複数の軸に対するセンサの 値は、３次元運動および位置値の計算の際に無視される。これらの外部命令は、 通常３つのブツシュボタンスイッチ４，５．または６の内の１つをオペレータが 押すことにより開始される。コンピュータインタフェース制御部３６はブツシュ ボタンスイッチ４〜６の押圧を検出し、対応する命令データをコンピュータに送 る。命令データを受けると、コンピュータは命令データをコンピュータインタフ ェース制御部３６に戻し、次いでこのコンピュータインタフェース制御部３６は 命令データを処理要素３４に供給して処理構成を変える。

ブツシュボタンスイッチから発生されたその他の外部命令は処理要素３４に数値 積分アキュミュレータを総てクリアさせ、かつ初期状態レジスタをゼロに設定さ せ、それにより将来の位置および姿勢計算をマウスの新しい物理的場所および姿 勢に関係ずける。

デュアルポートメモリ３５を用いると、処理要素３４がメモリに同時のアクセス を供給するので、外部コンピュータは殆ど時間中に位置更新を行う、この方法で 、処理要素３４は、新しい計算が終了するとすぐに、外部コンピュータに現在の 位置、姿勢および運動値を利用させる。現在の相対位置、姿勢および運動が連続 的に計算されるので、要求時の計算と対立するものとして、この方法は殆どの最 新のデータが常に外部コンピュータに利用できることを確実にする。

幾つかのコンピュータは、しばしば相互に比較的近似して動作する。このような 環境下では、マウスによりワイアレス通信チャンネルを通して送信された信号は 関連しないコンピュータによって受信してもよいことを可能にする。同様に、コ ンピュータにより送信された信号は、関連しないマウスで受信してもよい、この ようなインタフェースは、マウスが事実上全方向に配向されたトランシーバを含 むので、図１のマウスの使用に丁度適当である。

この発明のその′他の特徴によれば、独特のアドレスレジ友夕３７が補助構成要 素領域３内に含まれ、隣接のコンピュータワークステーションによる妨害の防止 を援助する。独特のアドレスレジスタ３７は、妨害を受けることなく多数のマウ ス装置に相互に近似した範囲内で作動させる。ブツシュボタン命令と運動、姿勢 および位置データがマウスにより送信される前に、それらにマウスへの単一アド レスが付加される。これらの情報は、周知のシリアルデータ通信プロトコルによ って達成してもよい、コンピュータはこのアドレスをコンピュータに記憶された アドレスと比較し、受信した信号が適当なマウスからであることを確保する。同 様に、マウスによって受信した総ての命令は、コンピュータインタフェース制御 部３６により遮断され、その命令が単一アドレスにより規定された特定のマウス に対して定められる。単一アドレスレジスタ３７に含まれるそのアドレスより異 なるアドレスでマウスをアドレスする命令は無視される。単一アドレスレジスタ ３７に含まれるアドレスと整合するアドレスを含むリセットまたは保持命令は処 理要素３４に転送され、その後メモリをリセットしまたはこれに一定の適当な値 を保持する。

図５は３次元データを計算装置に入力するため好適実施例で使用される方法を示 すプロセスフロー図である。好適実施例において、これらの方法は、図１〜図４ と関連して述べるハードウェア内で主に行われる。しかしながら、当業者が認め るように、ある方法のソフトウェアによる実施がまた可能である。

２５〜図１０において、外部装置または作用を矩形のボックスとして示す。

例えば、図５において、データのソースまたは使用者或は人間オペレータまたは ホストコンビュ、−夕のような制御部は矩形のボックスで示される。

さらに、実線の円は機能性の論理的集合を表し、破線の円は制御の論理的集合を 示すのに使用され、実線はデータの流れを示し、破線は制御の流れを示し、そし て無制限の矩形は“データの記憶”と呼ばれるデータの一時的保存３表す。　図 ５において、人聞オペレータが手順１でセンサで検出されるマウスに力を加え、 その結果生じた３次元運動信号が手順２に送られる。そこで、信号は瞬時値に変 換され、記憶される。これらの記憶された瞬時値は逐次手順３に通され、ここで 計算がなされて外部インタフェースを介してコンピュータ２３に通される３次元 運動および位１データを発生する９手ｌｌｌＩ４では双方向リンク２１を介して マウス１およびコンピュータ２３間の総ての通信を扱う。手順４ては、また人間 オペレータのブツシュボタンスイッチ４，５および６の付勢および解放を検出し 、この情報をコンピュータ２３に通す、ゼロへのリセットまたは一定の初期状態 を保持する命令は、また手ｌ１ｔ４で受信されそして処理される。この発明の付 加的実施例では、手順４では感圧ブツシュボタンに加えられる圧力の大きさを検 出し、この情報をコンピュータに通す。

図５に関連して上述した手順は、この発明の好適実施例の主要な機能要素を表す 、これらの手順は、図６〜図１０でより低いレベルの図式に分解され、好適発明 の各手順は基本的側手順を示すために後段で述べている０手順１は上述の運動検 出組立体２で実施される。従って、手順１はさらに論じない。

図５の手順２の分解を図６に示す１手ｊｌ［２，１ではセンサに同期を取り、そ のセンナから時間の変動する３次元運動信号の瞬時値を取り込む、この発明の好 適実施例では、取り込んだ運動信号はアナログであり、センサ出力は周期的にサ ンプリングされ、量子化される０手順２．２では、３次元の６次の運動の総てに 対する量子化された信号は、瞬時的３次元情報を表すディジタル値にフォーマッ トされ、そしてさらに処理するために記憶される。再び上述の図３および図４に おいて、アナログ−ディジタル変換器３２は、好ましくはアナログセンサ信号間 を多重送信され、バッファメモリ３３に記憶される量子化されたディジタル信号 を発生する。基準電力、同期、タイミング、およびセンサ動作中に使用される制 御信号、同期化、および較正は、手［２，３で与えられる。データ取り込み機能 と同期を取るのをセンサが要求するならば、付加的基準信号をまた手順２，１に 供給してもよい。

図７は図５の手順３の分解を示す、３軸の各々に対して並進運動加速値および回 転速度値からなる瞬時３次元情報が図５の手順２によりディジタルフォーマット で供給される。並進運動加速データは手順３．１に通され、回転速度データは手 順３．１．３．２および３．３に通される０手１１［３，１では、時間中速Ｙお よびＺ軸の各々に対して瞬時回転速度値を数値的に積分し、その結果、運動検出 組立体の姿勢を表す各軸に対する回転変位値が得られる０手［３，１はこの姿勢 情報を使用して並進運動加速センサにおける地雷力作用を補償する。この作用を 説明するための一例として、Ｚ軸が地表面に垂直であるような姿勢に運動検出組 立体が配向されるならば、そのときＺ軸はオペレータにより与えられた力がなく ても即ちマウスがリセット状態にあるときでさえ、重力に全力に等しい力を検出 するであろう、一般に、並進運動加速センサ軸が局部的重力の垂線に対してゼロ でない角度に配向されているとき、その力のある部分はセンサによって検出され る。センサの計算された姿勢に基づいて、手順３．１では重力に起因する各並進 運動加速センサによって検出された加速のその部分を計算し、そして補償する。

それから、手順３，１ではＸ、ＹおよびＺ軸の各々に対するこれらの補償された 並進運動加速値を慣用の方法で数値的に積分し、３次元の各々に対する並進運動 速度値を得る６図３および図４の実施例では、これらの機能は処理要素３４で実 施され、この処理要素３４は上述のごとくさらに処理のためバッファメモリ３３ からセンサ値を読み出す０手順３．２では回転に起因する並進運動速度作用を計 算しかつ補償する。これらの作用はそれらの１次軸が単一の物理点に存在するよ うに異なるセンナを装荷することができないことに原因する。この作用は図８に 示され、ここで、Ｘｓ軸並進運動を検出する加速度計の主軸は、運動検出組立体 ２により使用されるデカルト座標系の原点から距離ｄ転置された点ｐにある。３ 次元マウスがセンサ軸Ｚｓに関して回転速度の変化を受けるので、Ｘｓ軸軸道速 度計並進運動を検出する８手順３．１では回転速度ベクトルＲｚｓおよび次に手 順３．２で補償される距離ｄの積に関連して得られたセンナ速度Ｖｘｓを計算す る。各センナの物理的装荷構造、検出された回転速度および手順３．１で与えら れた並進運動速度が得られると、゛手ｊ［３，２ではＸ、ＹおよびＺ軸並進運動 センサの並進運動速度に対するセンサデータを補償する。この補償されたデータ を使用して手順３．２では速度ベクトルと呼ばれる３次元速度を計算し、速度ベ クトルを表す情報が手順３．３に通される。特に、速度ベクトルは、装置が速度 振幅およびマウス座標系に関連して動いている方向を示す２つの角度によって規 定される方向により表されることが好ましい。

手順３．３では、手順３．２から速度ベクトルを取り、それを時間中数値的に積 分し、各軸に対する並進運動変位を計算する０手［３，１から通されたこれらの 並進運動値および回転変位値を用いて、手順３．３では、初期状態データメモリ に規定される初期位置および姿勢に間する新しい位置および姿勢を計算する。

コンピュータから受けた外部指令による開始時１手順３．３では初期状態データ メモリに含まれ、３次元マウスの初期値１および姿勢を表す値をゼロにリセット または一定値に保持する。コンピュータ２３からの指令で、位置および姿勢デー タの数値積分のため使用される内部アキュムレータはゼロにリセットされる。こ れはマウスの現在の位置および姿勢と一致する初期値１を作るのに効果がある０ 手順３．３における連続した位置計算は、この新しい初期位置および姿勢に関連 している。同様に、初期状態を一定値に設定でき、上述のアキュムレータはこれ らの定数に保持される。これにより、自由な所定の角度または角度群のマウス運 動を手順３．３により無視することができ、オペレータは例えば２次元空間に対 するコンピュータ２３への運動の伝達を制限することができる、最後に、手順３ ．４では運動および位置データをフォーマット化し、そして記憶する。

図９は計算されたスカラー値および位置ベクトルＰに対する付属角度ｐおよびΩ ｐの一例を示す、初期値ｆｉＸｉ、Ｙｉ、およびＺｉ軸に沿ってそれぞれＸ、ｙ 、およびＺ値だけセンサが変位していることが示されている。また、Ｙｉｓおよ びＺｓｉ軸の初期センサ姿勢に対してセンサデータのβｓｘの回転後のセンサ姿 勢が示されている。速度ベクトルの一例は、それがＸｓ、　ＹｓおよびＺｉ軸の 座標系の中心に置かれたセンサに関連している以外は位置ベクトルと同じと見ら れるが図９には示していない。

図４０は好適実施例用の外部インタフェースとして働く図５の手Ｒ４の分解を示 す、ブツシュボタンスイッチ４，５．または６のいずれの付勢または解放も手順 ４．１で検出される。この発明の他の実施例において、ブツシュボタンに加えら れる圧力は手順４．１で検出される。この状態変化情報は、命令の形でコンピュ ータに送るために手順４．３に通される。適当な制御の指示があると、手＠４． ２では、前に記憶した３次元運動および位置データを抽出し、それをコンピュー タに送るために手順４．３に通おす０手ＭＩ４．３では、命令をコンピュータか ら受けると、コンピュータへ命令を送信し、そしてフォーマット化された運動お よび位置データを送る０手順４．３からの送信用の総ての命令およびフォーマッ ト化されたデータは、単一アドレス情報を含み、コンピュータに受信範囲ないで 動作している他のマウス装置から関連したマウスを区別させる。同様に、手順４ ．３で受信された総ての命令はマウスによって単一アドレスと比較されるアドレ ス情報を含み、マウスに極めて接近している範囲ないで動作している他のコンピ ュータに対立するものとして、マウスが正しいコンピュータから命令を受信して いることを確かめることによりその命令を有効とする。これらの有効とされた命 令は手順４．３に通されてデコードされる１次にデコードされた命令に対応する 制御信号は、手順４．２に供給されて手順４，３に運動および位置データを転送 する。さらに、手順４，４ではデコードし、そして命令を手順３に転送して初期 状態をリセットまたは保持する。

好適実施例ではハンド保持型装置を用いて説明したけれでも、他の変形例も可能 である１例えば、コンピュータ入力装置をヘルメットに装荷して手の動きを検出 できる１足および／または脚に装荷された入力装置からの入力を受けるコンピュ ータによって脚の動きをモニタしてもよい、他の構成がまた当業者には明らかで ある。

さらに、３次元に沿ったマウスの運動は、３次元空間以内の動き以外を意味する ようにコンピュータにより判断してもよい０例えば、上向き（Ｚ軸）方向内のマ ウスの動きは、時間またはその池の基準の変化を反映するのに使用できる。−例 として、オペレータはＺ軸の入力装置の動きに基づく暦年中の財務データベース 内から情報を選択できる。同様に、２次元カラーグラフィックを現像するために 、オペレータは、Ｚ軸の入力装置を移動することによりカラー、またはパレット の異なる組み合わせの選択を指示できる。

多数の付加的例は各軸に沿ったマウスの動きにより制御される変数で作られ、こ こには付加的例は何も引用していないけれでも、マウスの運動による変数の制御 に対する付加的機能は総てこの発明の精神のより広い見地内に属する。

好適実施例は３次元デカルト座標系内の動きとして表示のためコンピュータへの ６次の運動の伝達に向けられているけれども、より一般化されたステートメント では、入力装置の運動と関連する各自由度は３次元空間の運動を含む任意の方法 の変数の状態の変化を表すのに使用できる。

この発明の動作の原理、好適実施例およびモードは、上記明細書内に記述されて いる。しかしながら、ここで保護しようとする発明は、開示した特定の形態に限 定されるものとして解釈されるべきでなく、それは、これらが限定するというよ りむしろ実例と見なされるからである０種々の変形および変更がこの発明の精神 から逸脱することなく当業者により為しうる。

ＦＩＧ、　１（ａ）　日Ｇ、１（ｄ） ＦＩＧ、　２（ａ） ＦＩＧ、６ ム ＦＩＧ、８ ｍ１ ＦＩＧ、９ 国際調査報告 １＃′１１ｍ＾−””””ＰＣＴＩＵＳ９１１０６９３３

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．コンピュータ入力装置であって、 第１の軸に沿った加速度を検出する第１の加速度センサと、この第１の加速度セ ンサに垂直に配置され、上記第１の軸に垂直な第２の軸に沿った加速度を検出す る第２の加速度センサと、上記第１および第２の加速度センサに垂直に配置され 、上記第１および第２の軸に垂直な第３の軸に沿った加速度を検出する第３の加 速度センサと、上記第１の軸の回転を検出する第１の回転速度センサと、上記第 ２の軸の回転を検出する第２の回転速度センサと、上記第３の軸の回転を検出す る第３の回転速度センサと、上記コンピュータ入力装置および関連する計算装置 間の通信を行う手段とを備えたコンピュータ入力装置。
2. ２．上記加速度センサは検出された加速度に比例する値を有する電気信号を発生 し、さらに、時間中上記加速度信号を積分し、第１、第２および第３の軸に沿っ た線形並進運動用の速度信号を発生する積分手段を含む請求項１記載のコンピュ ータ入力装置。
3. ３．上記加速度センサはアナログ信号を発生し、さらに、上記アナログ加速度セ ンサ信号を量子化してディジタル加速度センサ値を発生するアナログーディジタ ル変換器を含む請求項２記載のコンピュータ入力装置。
4. ４．重力加速カに起因する上記加速度センサにより検出された加速度を補償する 処理手段を含む請求項３記載のコンピュータ入力装置。
5. ５．上記積分手段は上記ディジタル加速度センサ信号を数値的に積分する請求項 ３記載のコンピュータ入力装置。
6. ６．さらに、上記速度信号および上記回転速度信号に応答し、３次元速度ベクト ルを規定する運動ベクトル計算手段を含む請求項５記載のコンピュータ入力装置 。
7. ７．上記運動ベクトル計算手段は上記コンピュータ入力装置の回転に起因する上 記加速度センサにより検出された並進運動加速度を補償する請求項６記載のコン ピュータ入力装置。
8. ８．上記運動ベクトル計算手段は上記重カ加速力に起因する上記加速度センサに より検出された加速度を補償する請求項６記載のコンピュータ入力装置。
9. ９．さらに、上記速度信号および上記回転速度信号に応答し、３次元速度ベクト ルを規定する運動ベクトル計算手段を含む請求項２記載のコンピュータ入力装置 。
10. １０．上記運動ベクトル計算手段は上記コンピュータ入力装置の回転に起因する 上記加速度センサにより検出された並進運動加速度を補償する請求項９記載のコ ンピュータ入力装置。
11. １１．上記通信手段はワイアレスであり、上記コンピュータ入力装置は上記計算 装置に関する上記コンピュータ入力装置の配向に拘わらず上記関連した計算装置 と通信できるように配列された複数の通信インタフェースポートを含む請求項９ 記載のコンピュータ入力装置。
12. １２．上記コンピュータ入力装置および上記計算装置間の通信は関連する入力装 置および計算装置と通信させる単一アドレス指示を含む請求項１１記載のコンピ ュータ入力装置。
13. １３．関連する計算装置に３次元運動情報を入力する装置であって、第１の軸に 沿った上記入力装置の並進運動加速度を検出し、上記第１の軸に沿って検出され た加速度に比例する第１の信号を発生する第１の加速度計と、第２の軸に沿った 上記入力装置の並進運動加速度を検出し、上記第２の軸に沿って検出された加速 度に比例する第２の信号を発生する第２の加速度計と、第３の軸に沿った上記入 力装置の並進運動加速度を検出し、上記第３の軸に沿って検出された加速度に比 例する第３の信号を発生し、上記第１、第２および第３の軸が３次元デカルト座 標系を規定するように相互に垂直になされた第３の加速度計と、 上記第１の軸について上記入力装置の回転速度を検出し、上記第１の軸について 検出された回転速度に比例する第４の信号を発生する第１の回転速度センサと、 上記第２の軸について上記入力装置の回転速度を検出し、上記第２の軸について 検出された回転速度に比例する第５の信号を発生する第１の回転速度センサと、 上記第３の軸について上記入力装置の回転速度を検出し、上記第３の軸について 検出された回転速度に比例する第６の信号を発生する第１の回転速度センサと、 上記第１、第２および第３の信号を積分し、上記デカルト座標系の上記第１第２ および第３の各々に対して並進運動速度信号を発生する積分手段を含む処理手段 と、 上記関連する計算装置と通信を行うインタフェース手段とを備え、上記処理手段 はさらに上記積分手段からの並進運動速度信号、上記第４、第５および第６の信 号に応答し、上記入力装置の位置および姿勢の変化を表す３次元速度ベクトルを 計算するベクトル計算手段を含む３次元運動情報入力装置。
14. １４．上記処理手段はさらに上記入力装置の初期位置および配向を規定する情報 を記憶する初期状態データメモリを含む請求項１３記載の３次元運動情報入力装 置。
15. １５．上記コンピュータに命令を発生させて上記入力装置の初期状態データメモ リ内の初期位置および配向情報をリセットするように働くプッシュボタンを含む 請求項１４記載の３次元運動情報入力装置。
16. １６．移動型コンピュータ入力装置を有するコンピュータに情報を入力する方法 であって、 上記コンピュータ入力装置の第１の軸に沿った加速度を検出するステップと上記 コンピュータ入力装置の、上記第１の軸に垂直な第２の軸に沿った加速度を検出 するステップと、 上記コンピュータ入力装置の、上記第１および第２の軸に垂直な第３の軸に沿っ た加速度を検出するステップと、 上記第１の軸の回転速度を検出するステップと、上記第２の軸の回転速度を検出 するステップと、上記第３の軸の回転速度を検出するステップとを含み、上記検 出された回転速度は速度ベクトル、相対位置ベクトル、および上記コンピュータ 入力装置の相対位置、姿勢および運動を表す相対姿勢値であり、 さらに、上記コンピュータに上記速度ベクトル、上記相対位置ベクトルおよび上 記相対位置値を入力するステップと含むコンピュータヘの情報入力方法。
17. １７．遠隔コンピュータに情報を入力する移動型の入力装置であって、全体に六 面体のハウジングと、 ３次元座標系に関連する上記移動型の入力装置の位置、姿勢および運動を検出し 、上記位置、姿勢および運動を表す情報を発生する手段と、上記遠隔コンピュー タに情報を通信するワイアレス手段とを備え、上記ワイアレス通信手段は並列に 動作しかつ上記ハウジング上に設けられた複数のインタフェースポートを含み、 この複数のインタフェースポートんの各々は上記コンピュータに関する上記入力 装置の配向に拘わらず上記コンピュータと通信できるように上記ハウジングの個 別面に配列されている移動型情報入力装置。
18. １８．上記通信手段は関連するコンピュータと適切に通信させるための単一アド レス指示器を含む請求項１７記載の移動型情報入力装置。
19. １９．上記ワイアレス通信手段は赤外線トランシーバを含む請求項１７記載の移 動型情報入力装置。