JPH1185387A - 姿勢入力装置、姿勢入力機能を備えるペン型入力装置及びそのペン型入力装置を有するペン型入力システム - Google Patents
姿勢入力装置、姿勢入力機能を備えるペン型入力装置及びそのペン型入力装置を有するペン型入力システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】３次元仮想空間に対する入力ができる小型の入
力装置が望まれている。そこで、ペン型入力装置で３次
元空間に対する入力を行なえるようにする。 【解決手段】姿勢角演算部４３はジャイロ３を用いて検
出した回転角速度を基に重力座標系における装置の姿勢
角を算出する。重力方向ベクトル演算部４４は姿勢角を
基に重力方向ベクトルを算出する。加速度方向ベクトル
演算部４５は加速度センサ２を用いて検出した加速度を
基に加速度方向ベクトルを算出する。回転補正ベクトル
演算部４６は重力方向ベクトルと加速方向ベクトルとを
基に姿勢角の回転補正ベクトルを算出する。姿勢角補正
部４７は姿勢角の回転補正ベクトルを基に姿勢角演算部
４３が算出した姿勢角を補正して、正確な姿勢角を求め
る。
力装置が望まれている。そこで、ペン型入力装置で３次
元空間に対する入力を行なえるようにする。 【解決手段】姿勢角演算部４３はジャイロ３を用いて検
出した回転角速度を基に重力座標系における装置の姿勢
角を算出する。重力方向ベクトル演算部４４は姿勢角を
基に重力方向ベクトルを算出する。加速度方向ベクトル
演算部４５は加速度センサ２を用いて検出した加速度を
基に加速度方向ベクトルを算出する。回転補正ベクトル
演算部４６は重力方向ベクトルと加速方向ベクトルとを
基に姿勢角の回転補正ベクトルを算出する。姿勢角補正
部４７は姿勢角の回転補正ベクトルを基に姿勢角演算部
４３が算出した姿勢角を補正して、正確な姿勢角を求め
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、コンピュータ装
置にカーソルの移動入力等をする姿勢入力装置、姿勢入
力機能を備えるペン型入力装置及びそのペン型入力装置
を有するペン型入力システムに関するものである。
置にカーソルの移動入力等をする姿勢入力装置、姿勢入
力機能を備えるペン型入力装置及びそのペン型入力装置
を有するペン型入力システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ装置等の入力装置として
は、例えばキーボード、マウス、デジタイザ、ライトペ
ン及びタブレット等が用いられている。コンピュータ装
置の小型化に伴い、携帯端末装置のニーズが高まり利用
者も年々増加している。そこで、小型の入力装置が求め
られるようになった。
は、例えばキーボード、マウス、デジタイザ、ライトペ
ン及びタブレット等が用いられている。コンピュータ装
置の小型化に伴い、携帯端末装置のニーズが高まり利用
者も年々増加している。そこで、小型の入力装置が求め
られるようになった。
【０００３】キーボードの小型化にはヒューマンインタ
ーフェイスの点で限界があり、携帯端末装置の入力装置
としては実用性が低い。また、マウスはポインティング
デバイスとしては小型化が可能であるが、図形及び文字
等の入力には適さない。
ーフェイスの点で限界があり、携帯端末装置の入力装置
としては実用性が低い。また、マウスはポインティング
デバイスとしては小型化が可能であるが、図形及び文字
等の入力には適さない。
【０００４】このため、携帯端末装置の入力装置として
はタブレットとペンを用いたペン型の入力装置が多く採
用されている。このタブレットを用いたペン型の入力装
置をさらに小型化しようとした場合にはタブレットの大
きさが問題となる。
はタブレットとペンを用いたペン型の入力装置が多く採
用されている。このタブレットを用いたペン型の入力装
置をさらに小型化しようとした場合にはタブレットの大
きさが問題となる。
【０００５】また、コンピュータ装置の性能向上及び低
価格化並びにコンピュータ装置のネットワークの充実に
より、例えばバーチャルショッピングモールのような３
次元の仮想空間を取り扱うコンピュータ装置が増えてき
ている。上記３次元仮想空間に対する入力には、キーボ
ード又はマウス等が多く用いられていて、その使い勝手
はあまり良くなかった。
価格化並びにコンピュータ装置のネットワークの充実に
より、例えばバーチャルショッピングモールのような３
次元の仮想空間を取り扱うコンピュータ装置が増えてき
ている。上記３次元仮想空間に対する入力には、キーボ
ード又はマウス等が多く用いられていて、その使い勝手
はあまり良くなかった。
【０００６】これに対して、例えば特開平６-44005号公
報に掲載された座標入力装置では、３個の加速度センサ
と３個のジャイロを用いて装置の傾きによる影響を取り
除き正確に装置の座標を検出するようにして、携帯端末
装置などに図形及び文字等を入力できるようにしてい
る。
報に掲載された座標入力装置では、３個の加速度センサ
と３個のジャイロを用いて装置の傾きによる影響を取り
除き正確に装置の座標を検出するようにして、携帯端末
装置などに図形及び文字等を入力できるようにしてい
る。
【０００７】また、例えば特開平８-21732号公報に掲載
された姿勢方位位置計測装置では、３個のジャイロと３
個の加速度センサを備え、３個のジャイロ及び３個の加
速度センサを用いて検出した回転角速度及び加速度を基
に姿勢角、方位各及び位置を演算し、その演算結果を出
力している。姿勢角には重力加速度方向に対する角度で
ある静的姿勢角とジャイロを用いて検出した回転角速度
を基に求めた動的姿勢角とがある。特開平８-21732号公
報に掲載された姿勢方位位置計測装置では、加速度セン
サを用いて検出した加速度から静的姿勢角を求め、ジャ
イロを用いて検出した回転角速度から動的姿勢角を求
め、ジャイロを用いて検出した回転角速度の動きの大き
さを基にノーマライズ処理により、両姿勢角を補完して
いる。
された姿勢方位位置計測装置では、３個のジャイロと３
個の加速度センサを備え、３個のジャイロ及び３個の加
速度センサを用いて検出した回転角速度及び加速度を基
に姿勢角、方位各及び位置を演算し、その演算結果を出
力している。姿勢角には重力加速度方向に対する角度で
ある静的姿勢角とジャイロを用いて検出した回転角速度
を基に求めた動的姿勢角とがある。特開平８-21732号公
報に掲載された姿勢方位位置計測装置では、加速度セン
サを用いて検出した加速度から静的姿勢角を求め、ジャ
イロを用いて検出した回転角速度から動的姿勢角を求
め、ジャイロを用いて検出した回転角速度の動きの大き
さを基にノーマライズ処理により、両姿勢角を補完して
いる。
【０００８】装置の動きが小さいときは、加速度センサ
が検出するのは、ほぼ重力加速度だけなので静的姿勢角
を正しく求めることができる。また、回転角速度の信号
レベルは下がるのでジャイロのＳ／Ｎ比及びオフセット
の問題から正しい動的姿勢角を求めることは困難であ
る。一方、装置の動きが激しいときは、加速度センサは
重力加速度以外に操作に伴う加速度も検出するので静的
姿勢角を算出しようとするとの誤差が大きい。また、回
転角速度の信号レベルは大きくなるので、動的姿勢角を
正確に求めることができる。そこで、特開平８-21732号
公報に掲載された姿勢方位位置計測装置では、上記のよ
うに装置の動きが小さいときには静的姿勢角の比率を大
きくし、装置の動きが大きいときには動的姿勢角の比率
を大きくして両者から姿勢角を補完し、姿勢角を正確に
求めるようにしている。
が検出するのは、ほぼ重力加速度だけなので静的姿勢角
を正しく求めることができる。また、回転角速度の信号
レベルは下がるのでジャイロのＳ／Ｎ比及びオフセット
の問題から正しい動的姿勢角を求めることは困難であ
る。一方、装置の動きが激しいときは、加速度センサは
重力加速度以外に操作に伴う加速度も検出するので静的
姿勢角を算出しようとするとの誤差が大きい。また、回
転角速度の信号レベルは大きくなるので、動的姿勢角を
正確に求めることができる。そこで、特開平８-21732号
公報に掲載された姿勢方位位置計測装置では、上記のよ
うに装置の動きが小さいときには静的姿勢角の比率を大
きくし、装置の動きが大きいときには動的姿勢角の比率
を大きくして両者から姿勢角を補完し、姿勢角を正確に
求めるようにしている。
【０００９】また、特開平９-106322号公報に掲載され
たヘッドマウントディスプレイにおける姿勢角検出装置
では、３個のジャイロと３個の加速度センサを備え、加
速度センサを用いて検出した加速度から静的姿勢角を求
め、ジャイロを用いて検出した回転角速度から動的姿勢
角を求め、使用者の頭部の動きに応じて静的姿勢角と動
的姿勢角を選択して出力している。
たヘッドマウントディスプレイにおける姿勢角検出装置
では、３個のジャイロと３個の加速度センサを備え、加
速度センサを用いて検出した加速度から静的姿勢角を求
め、ジャイロを用いて検出した回転角速度から動的姿勢
角を求め、使用者の頭部の動きに応じて静的姿勢角と動
的姿勢角を選択して出力している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
６-44005号公報に掲載された座標入力装置は、装置の位
置を検出するものであり、装置の姿勢角を出力するもの
でなく、３次元仮想空間に対する入力には、その使い勝
手はあまり良くない。
６-44005号公報に掲載された座標入力装置は、装置の位
置を検出するものであり、装置の姿勢角を出力するもの
でなく、３次元仮想空間に対する入力には、その使い勝
手はあまり良くない。
【００１１】また、特開平８-21732号公報に掲載された
姿勢方位位置計測装置及び特開平９-106322号公報に掲
載されたヘッドマウントディスプレイにおける姿勢角検
出装置では、座標の変化を考慮していないため、正確な
姿勢角を求めることが困難である。
姿勢方位位置計測装置及び特開平９-106322号公報に掲
載されたヘッドマウントディスプレイにおける姿勢角検
出装置では、座標の変化を考慮していないため、正確な
姿勢角を求めることが困難である。
【００１２】また、これらの装置では、加速度センサの
取付位置に関する補正をしていないため、検出した加速
度に回転運動による加速度が含まれていて、検出した加
速度が実際の加速度と異なる。
取付位置に関する補正をしていないため、検出した加速
度に回転運動による加速度が含まれていて、検出した加
速度が実際の加速度と異なる。
【００１３】この発明はかかる短所を解消するためにな
されたものであり、正確な姿勢角の入力を行なうことを
目的とする。
されたものであり、正確な姿勢角の入力を行なうことを
目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明に係る姿勢入力
装置は、３個のジャイロと３個の加速度センサと演算部
を有し、３個のジャイロはそれぞれ姿勢角入力装置を基
準として設けた互いに直交する３軸から成るセンサ座標
系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸周り，Ｙs軸周り及びＺs軸
周りの回転角速度を示す信号を出力し、３個の加速度セ
ンサはそれぞれＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の
加速度を示す信号を出力し、演算部は姿勢角演算部と重
力方向ベクトル演算部と加速度方向ベクトル演算部と回
転補正ベクトル演算部と姿勢角補正部を備え、姿勢角演
算部はジャイロが出力した回転角速度を示す信号を基に
重力加速度方向に伸びる軸をＺg軸にした重力座標系
（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における装置の姿勢角を算出し、重
力方向ベクトル演算部は姿勢角演算部が算出した装置の
姿勢角を基に重力方向ベクトルを算出し、加速度方向ベ
クトル演算部は加速度センサが出力した加速度を示す信
号を基に加速度方向ベクトルを算出し、回転補正ベクト
ル演算部は重力方向ベクトル演算部が算出した重力方向
ベクトルと加速度方向ベクトル演算部が算出した加速方
向ベクトルとを基に姿勢角の回転補正ベクトルを算出
し、姿勢角補正部は回転補正ベクトル演算部が算出した
姿勢角の回転補正ベクトルを基に姿勢角演算部が算出し
た装置の姿勢角を補正して、誤差の累積を防止し、正確
な姿勢角を求める。
装置は、３個のジャイロと３個の加速度センサと演算部
を有し、３個のジャイロはそれぞれ姿勢角入力装置を基
準として設けた互いに直交する３軸から成るセンサ座標
系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸周り，Ｙs軸周り及びＺs軸
周りの回転角速度を示す信号を出力し、３個の加速度セ
ンサはそれぞれＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の
加速度を示す信号を出力し、演算部は姿勢角演算部と重
力方向ベクトル演算部と加速度方向ベクトル演算部と回
転補正ベクトル演算部と姿勢角補正部を備え、姿勢角演
算部はジャイロが出力した回転角速度を示す信号を基に
重力加速度方向に伸びる軸をＺg軸にした重力座標系
（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における装置の姿勢角を算出し、重
力方向ベクトル演算部は姿勢角演算部が算出した装置の
姿勢角を基に重力方向ベクトルを算出し、加速度方向ベ
クトル演算部は加速度センサが出力した加速度を示す信
号を基に加速度方向ベクトルを算出し、回転補正ベクト
ル演算部は重力方向ベクトル演算部が算出した重力方向
ベクトルと加速度方向ベクトル演算部が算出した加速方
向ベクトルとを基に姿勢角の回転補正ベクトルを算出
し、姿勢角補正部は回転補正ベクトル演算部が算出した
姿勢角の回転補正ベクトルを基に姿勢角演算部が算出し
た装置の姿勢角を補正して、誤差の累積を防止し、正確
な姿勢角を求める。
【００１５】さらに、姿勢角補正部は、回転補正ベクト
ル演算部が算出した姿勢角の回転補正ベクトルをサンプ
リング周期で２を割った値からサンプリング周期で30を
割った値までの範囲内の予め定めた利得で縮小し、縮小
した回転補正ベクトルを用いて姿勢角演算部が算出した
装置の姿勢角を補正して、使用者の操作に伴って発生し
た加速度成分を取り除く。
ル演算部が算出した姿勢角の回転補正ベクトルをサンプ
リング周期で２を割った値からサンプリング周期で30を
割った値までの範囲内の予め定めた利得で縮小し、縮小
した回転補正ベクトルを用いて姿勢角演算部が算出した
装置の姿勢角を補正して、使用者の操作に伴って発生し
た加速度成分を取り除く。
【００１６】また、姿勢角補正部は、回転補正ベクトル
演算部が算出した姿勢角の回転補正ベクトルが予め定め
たベクトルより大きい場合には姿勢角の回転補正ベクト
ルを縮小し、回転補正ベクトルを用いて姿勢角演算部が
算出した装置の姿勢角を補正し、突発的なノイズの発生
により姿勢角の誤検出が発生することを防止する。
演算部が算出した姿勢角の回転補正ベクトルが予め定め
たベクトルより大きい場合には姿勢角の回転補正ベクト
ルを縮小し、回転補正ベクトルを用いて姿勢角演算部が
算出した装置の姿勢角を補正し、突発的なノイズの発生
により姿勢角の誤検出が発生することを防止する。
【００１７】さらに、姿勢角補正部は、加速度センサを
用いて検出した加速度の大きさで回転補正ベクトル演算
部が算出した姿勢角の回転補正ベクトルを重み付けし、
重み付けした姿勢角の回転補正ベクトルを基に姿勢角演
算部が算出した装置の姿勢角を補正して、姿勢入力にお
ける安定性及び応答性を向上する。
用いて検出した加速度の大きさで回転補正ベクトル演算
部が算出した姿勢角の回転補正ベクトルを重み付けし、
重み付けした姿勢角の回転補正ベクトルを基に姿勢角演
算部が算出した装置の姿勢角を補正して、姿勢入力にお
ける安定性及び応答性を向上する。
【００１８】さらに、姿勢角出力部は、姿勢角の変化を
算出し、算出した姿勢角の変化が予め定めた基準値を越
える場合は今回のサンプリングにより算出した姿勢角を
出力し、算出した姿勢角の変化が予め定めた基準値以下
の場合は変化する前回のサンプリングにより出力した姿
勢角をそのまま出力して、姿勢入力装置をポインティン
グ等に使用する場合に姿勢角の振動により指示点がぶれ
ることを防止する。
算出し、算出した姿勢角の変化が予め定めた基準値を越
える場合は今回のサンプリングにより算出した姿勢角を
出力し、算出した姿勢角の変化が予め定めた基準値以下
の場合は変化する前回のサンプリングにより出力した姿
勢角をそのまま出力して、姿勢入力装置をポインティン
グ等に使用する場合に姿勢角の振動により指示点がぶれ
ることを防止する。
【００１９】さらに、傾斜角補正部は、各加速度センサ
の取付位置における傾斜運動による加速度成分を算出
し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に各加速度
センサを用いて検出したセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚ
s）の加速度を補正して傾斜運動中心部分におけるセン
サ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を求めて、傾斜運
動と加速度センサの取付位置とによる加速度検出誤差を
なくし、正確な加速度を検出する。
の取付位置における傾斜運動による加速度成分を算出
し、算出した傾斜運動による加速度成分を基に各加速度
センサを用いて検出したセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚ
s）の加速度を補正して傾斜運動中心部分におけるセン
サ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を求めて、傾斜運
動と加速度センサの取付位置とによる加速度検出誤差を
なくし、正確な加速度を検出する。
【００２０】また、ペン型入力装置は、３個の加速度セ
ンサと３個のジャイロと演算部を有し、３個の加速度セ
ンサはそれぞれペン型入力装置の長手方向をＺs軸とし
たセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向，Ｙs軸
方向及びＺs軸方向の加速度を示す信号を出力し、３個
のジャイロはそれぞれＸs軸周り，Ｙs軸周り及びＺs軸
周りの回転角速度を示す信号を出力し、演算部はペン姿
勢演算部とペン先軌跡演算部と検出結果切替部を備え、
ペン姿勢演算部は３個のジャイロが出力した回転角速度
を示す信号を基に重力加速度方向に伸びる軸をＺg軸に
した重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン軸の姿
勢角を算出し、ペン先軌跡演算部は３個のジャイロが出
力した回転角速度を示す信号及び３個の加速度センサが
出力した加速度を示す信号を基にペン先部の軌跡を算出
し、検出結果切替部は入力モードに応じてペン姿勢演算
部が算出したペン軸の姿勢角又はペン先軌跡演算部が算
出したペン先部の軌跡を出力して、３次元仮想空間に対
する入力及び筆記形状の入力をする。
ンサと３個のジャイロと演算部を有し、３個の加速度セ
ンサはそれぞれペン型入力装置の長手方向をＺs軸とし
たセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向，Ｙs軸
方向及びＺs軸方向の加速度を示す信号を出力し、３個
のジャイロはそれぞれＸs軸周り，Ｙs軸周り及びＺs軸
周りの回転角速度を示す信号を出力し、演算部はペン姿
勢演算部とペン先軌跡演算部と検出結果切替部を備え、
ペン姿勢演算部は３個のジャイロが出力した回転角速度
を示す信号を基に重力加速度方向に伸びる軸をＺg軸に
した重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン軸の姿
勢角を算出し、ペン先軌跡演算部は３個のジャイロが出
力した回転角速度を示す信号及び３個の加速度センサが
出力した加速度を示す信号を基にペン先部の軌跡を算出
し、検出結果切替部は入力モードに応じてペン姿勢演算
部が算出したペン軸の姿勢角又はペン先軌跡演算部が算
出したペン先部の軌跡を出力して、３次元仮想空間に対
する入力及び筆記形状の入力をする。
【００２１】さらに、ペン姿勢演算部は姿勢角演算部と
重力方向ベクトル演算部と加速度方向ベクトル演算部と
回転補正ベクトル演算部と姿勢角補正部を備え、姿勢角
演算部はジャイロが出力した回転角速度を示す信号を基
に重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペンの姿勢角
を算出し、重力方向ベクトル演算部は姿勢角演算部が算
出したペン軸の姿勢角を基に重力方向ベクトルを算出
し、加速度方向ベクトル演算部は加速度センサが出力し
た加速度を示す信号を基に加速度方向ベクトルを算出
し、回転補正ベクトル演算部は重力方向ベクトル演算部
が算出した重力方向ベクトルと加速度方向ベクトル演算
部が算出した加速度方向ベクトルとを基に姿勢角の回転
補正ベクトルを算出し、姿勢角補正部は回転補正ベクト
ル演算部が算出した姿勢角の回転補正ベクトルを基に姿
勢角演算部が算出したペン軸の姿勢角を補正して、姿勢
角の誤差の累積を防止し、正確な姿勢角を求める。
重力方向ベクトル演算部と加速度方向ベクトル演算部と
回転補正ベクトル演算部と姿勢角補正部を備え、姿勢角
演算部はジャイロが出力した回転角速度を示す信号を基
に重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペンの姿勢角
を算出し、重力方向ベクトル演算部は姿勢角演算部が算
出したペン軸の姿勢角を基に重力方向ベクトルを算出
し、加速度方向ベクトル演算部は加速度センサが出力し
た加速度を示す信号を基に加速度方向ベクトルを算出
し、回転補正ベクトル演算部は重力方向ベクトル演算部
が算出した重力方向ベクトルと加速度方向ベクトル演算
部が算出した加速度方向ベクトルとを基に姿勢角の回転
補正ベクトルを算出し、姿勢角補正部は回転補正ベクト
ル演算部が算出した姿勢角の回転補正ベクトルを基に姿
勢角演算部が算出したペン軸の姿勢角を補正して、姿勢
角の誤差の累積を防止し、正確な姿勢角を求める。
【００２２】また、姿勢角補正部は、回転補正ベクトル
演算部が算出した姿勢角の回転補正ベクトルをサンプリ
ング周期で２を割った値からサンプリング周期で30を割
った値の範囲内の予め定めた利得で縮小し、縮小した回
転補正ベクトルを用いて姿勢角演算部が算出した装置の
姿勢角を補正して、使用者の操作に伴って発生した成分
を取り除く。
演算部が算出した姿勢角の回転補正ベクトルをサンプリ
ング周期で２を割った値からサンプリング周期で30を割
った値の範囲内の予め定めた利得で縮小し、縮小した回
転補正ベクトルを用いて姿勢角演算部が算出した装置の
姿勢角を補正して、使用者の操作に伴って発生した成分
を取り除く。
【００２３】また、姿勢角補正部は、回転補正ベクトル
演算部が算出した姿勢角の回転補正ベクトルが予め定め
たベクトルより大きい場合には姿勢角の回転補正ベクト
ルを縮小し、回転補正ベクトルを用いて姿勢角演算部が
算出した装置の姿勢角を補正し、突発的なノイズの発生
により姿勢角の検出結果に突発的な誤差が発生すること
を防止する。
演算部が算出した姿勢角の回転補正ベクトルが予め定め
たベクトルより大きい場合には姿勢角の回転補正ベクト
ルを縮小し、回転補正ベクトルを用いて姿勢角演算部が
算出した装置の姿勢角を補正し、突発的なノイズの発生
により姿勢角の検出結果に突発的な誤差が発生すること
を防止する。
【００２４】さらに、姿勢角補正部は、加速度センサを
用いて検出した加速度の大きさで回転補正ベクトル演算
部が算出した姿勢角の回転補正ベクトルを重み付けし、
重み付けした姿勢角の回転補正ベクトルを基に姿勢角演
算部が算出した装置の姿勢角を補正して、姿勢入力にお
ける安定性及び応答性を向上する。
用いて検出した加速度の大きさで回転補正ベクトル演算
部が算出した姿勢角の回転補正ベクトルを重み付けし、
重み付けした姿勢角の回転補正ベクトルを基に姿勢角演
算部が算出した装置の姿勢角を補正して、姿勢入力にお
ける安定性及び応答性を向上する。
【００２５】さらに、姿勢角出力部は、姿勢角の変化を
算出し、算出した姿勢角の変化が予め定めた基準値を越
える場合は今回にサンプリングにより算出した姿勢角を
出力し、算出した姿勢角の変化が予め定めた基準値以下
の場合は前回のサンプリングにより出力した姿勢角をそ
のまま出力して、例えばペン型入力装置をポインティン
グ等に使用する場合に姿勢角の振動により指示点がぶれ
ることを防止する。
算出し、算出した姿勢角の変化が予め定めた基準値を越
える場合は今回にサンプリングにより算出した姿勢角を
出力し、算出した姿勢角の変化が予め定めた基準値以下
の場合は前回のサンプリングにより出力した姿勢角をそ
のまま出力して、例えばペン型入力装置をポインティン
グ等に使用する場合に姿勢角の振動により指示点がぶれ
ることを防止する。
【００２６】また、傾斜加速度補正部は、各加速度セン
サの取付位置における傾斜運動による加速度成分を算出
し、ペン先部の軌跡を出力する筆記軌跡モードではペン
先部を回転中心としてペンが回転したとして各加速度セ
ンサを用いて検出したセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）
の加速度を傾斜運動による加速度成分を用いて補正して
ペン先部におけるセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加
速度を求め、ペン軸の姿勢角を出力する姿勢入力モード
ではペン中央部を回転中心としてペン軸が回転したとし
て各加速度センサを用いて検出したセンサ座標系（Ｘ
s，Ｙs，Ｚs）の加速度を傾斜運動による加速度成分を
用いて補正してペン中央部におけるセンサ座標系（Ｘ
s，Ｙs，Ｚs）の加速度を求める。
サの取付位置における傾斜運動による加速度成分を算出
し、ペン先部の軌跡を出力する筆記軌跡モードではペン
先部を回転中心としてペンが回転したとして各加速度セ
ンサを用いて検出したセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）
の加速度を傾斜運動による加速度成分を用いて補正して
ペン先部におけるセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加
速度を求め、ペン軸の姿勢角を出力する姿勢入力モード
ではペン中央部を回転中心としてペン軸が回転したとし
て各加速度センサを用いて検出したセンサ座標系（Ｘ
s，Ｙs，Ｚs）の加速度を傾斜運動による加速度成分を
用いて補正してペン中央部におけるセンサ座標系（Ｘ
s，Ｙs，Ｚs）の加速度を求める。
【００２７】さらに、姿勢入力モードで回転中心とする
ペン中央部にマークを設けて、姿勢入力の中心点を使用
者が容易に認識できるようにする。
ペン中央部にマークを設けて、姿勢入力の中心点を使用
者が容易に認識できるようにする。
【００２８】さらに、ペン姿勢演算部による演算結果を
ホールドする指示又はリセットする指示を入力する指示
入力部或いはペン姿勢演算部による姿勢の算出の指示を
入力する指示入力部を備え、ペン軸の長手方向の向きと
視線方向の対応を任意に再設定できるようにする。
ホールドする指示又はリセットする指示を入力する指示
入力部或いはペン姿勢演算部による姿勢の算出の指示を
入力する指示入力部を備え、ペン軸の長手方向の向きと
視線方向の対応を任意に再設定できるようにする。
【００２９】また、ペン型入力システムは、ペン型入力
装置とコンピュータ装置と表示装置を有し、ペン型入力
装置は３個の加速度センサと３個のジャイロと演算部と
を備え、３個の加速度センサはそれぞれペン軸の長手方
向をＺs軸としたセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs
軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度を示す信号を
出力し、３個のジャイロはそれぞれＸs軸周り，Ｙs軸周
り及びＺs軸周りの回転角速度を示す信号を出力し、演
算部はペン姿勢演算部とペン先軌跡演算部と検出結果切
替部を備え、ペン姿勢演算部は３個のジャイロが出力し
た回転角速度を示す信号を基に重力加速度方向に伸びる
軸をＺg軸にした重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における
ペン軸の姿勢角を算出し、ペン先軌跡演算部は３個のジ
ャイロが出力した回転角速度を示す信号及び３個の加速
度センサが出力した加速度を示す信号を基にペン先部の
軌跡を算出し、検出結果切替部は入力モードに応じて、
ペン姿勢演算部が算出したペン軸の姿勢角又はペン先軌
跡演算部が算出したペン先部の軌跡を出力し、コンピュ
ータ装置はペン型入力装置の姿勢角検出結果に基づいて
視線方向を変更するモード、ペン型入力装置の姿勢角検
出結果に基づいてカーソルを移動するモード又はペン型
入力装置の姿勢角検出結果に基づいて物体の表示角度を
変更するモードのいずれか１つ以上のモードを有し、コ
ンピュータ装置はペン型入力装置の出力結果を入力モー
ドに応じて表示装置から表示する。
装置とコンピュータ装置と表示装置を有し、ペン型入力
装置は３個の加速度センサと３個のジャイロと演算部と
を備え、３個の加速度センサはそれぞれペン軸の長手方
向をＺs軸としたセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs
軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度を示す信号を
出力し、３個のジャイロはそれぞれＸs軸周り，Ｙs軸周
り及びＺs軸周りの回転角速度を示す信号を出力し、演
算部はペン姿勢演算部とペン先軌跡演算部と検出結果切
替部を備え、ペン姿勢演算部は３個のジャイロが出力し
た回転角速度を示す信号を基に重力加速度方向に伸びる
軸をＺg軸にした重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）における
ペン軸の姿勢角を算出し、ペン先軌跡演算部は３個のジ
ャイロが出力した回転角速度を示す信号及び３個の加速
度センサが出力した加速度を示す信号を基にペン先部の
軌跡を算出し、検出結果切替部は入力モードに応じて、
ペン姿勢演算部が算出したペン軸の姿勢角又はペン先軌
跡演算部が算出したペン先部の軌跡を出力し、コンピュ
ータ装置はペン型入力装置の姿勢角検出結果に基づいて
視線方向を変更するモード、ペン型入力装置の姿勢角検
出結果に基づいてカーソルを移動するモード又はペン型
入力装置の姿勢角検出結果に基づいて物体の表示角度を
変更するモードのいずれか１つ以上のモードを有し、コ
ンピュータ装置はペン型入力装置の出力結果を入力モー
ドに応じて表示装置から表示する。
【００３０】さらに、上記コンピュータ装置はペン型入
力装置の姿勢角検出結果に基づいて視線方向を変更する
モードにおいて、ペン型入力装置の長手方向を視線方向
とする。
力装置の姿勢角検出結果に基づいて視線方向を変更する
モードにおいて、ペン型入力装置の長手方向を視線方向
とする。
【００３１】さらに、コンピュータ装置はＺs軸方向の
加速度変化を基に表示装置の画面の奥行き方向の表示範
囲を規制する。
加速度変化を基に表示装置の画面の奥行き方向の表示範
囲を規制する。
【００３２】
【発明の実施の形態】この発明の姿勢入力装置は、装置
の姿勢を検出することにより、コンピュータ装置が取り
扱う３次元仮想空間に対する入力を行なうことができる
ようにしたものである。
の姿勢を検出することにより、コンピュータ装置が取り
扱う３次元仮想空間に対する入力を行なうことができる
ようにしたものである。
【００３３】この発明の姿勢入力装置は、３個のジャイ
ロと３個の加速度センサと演算部を有する。３個のジャ
イロはそれぞれ装置を基準として設けた互いに直交する
３軸から成るセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸周
り，Ｙs軸周り及びＺs軸周りの回転角速度を示す信号を
出力する。３個の加速度センサはそれぞれＸs軸方向，
Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度を示す信号を出力す
る。
ロと３個の加速度センサと演算部を有する。３個のジャ
イロはそれぞれ装置を基準として設けた互いに直交する
３軸から成るセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸周
り，Ｙs軸周り及びＺs軸周りの回転角速度を示す信号を
出力する。３個の加速度センサはそれぞれＸs軸方向，
Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度を示す信号を出力す
る。
【００３４】演算部は、初期姿勢角演算部と姿勢角演算
部と重力方向ベクトル演算部と加速度方向ベクトル演算
部と回転補正ベクトル演算部と姿勢角補正部とを備え
る。
部と重力方向ベクトル演算部と加速度方向ベクトル演算
部と回転補正ベクトル演算部と姿勢角補正部とを備え
る。
【００３５】初期姿勢角演算部は、３個の加速度センサ
を用いて検出したＸs軸方向，Ｙs軸方向，Ｚs軸方向の
加速度を基に姿勢角の初期値を求める。ここで、姿勢角
は、例えば回転角ベクトルを用いて表わす。姿勢角演算
部は初期姿勢角演算部が算出した姿勢角の初期値とジャ
イロが出力した回転角速度を示す信号を基に重力加速度
方向に伸びる軸をＺg軸にした重力座標系（Ｘg，Ｙg，
Ｚg）におけるペン軸の姿勢角を算出する。
を用いて検出したＸs軸方向，Ｙs軸方向，Ｚs軸方向の
加速度を基に姿勢角の初期値を求める。ここで、姿勢角
は、例えば回転角ベクトルを用いて表わす。姿勢角演算
部は初期姿勢角演算部が算出した姿勢角の初期値とジャ
イロが出力した回転角速度を示す信号を基に重力加速度
方向に伸びる軸をＺg軸にした重力座標系（Ｘg，Ｙg，
Ｚg）におけるペン軸の姿勢角を算出する。
【００３６】重力方向ベクトル演算部は姿勢角演算部が
算出したペン軸の姿勢角を正規化して重力方向ベクトル
を算出する。加速度方向ベクトル演算部は加速度センサ
が出力した加速度を示す信号を正規化して加速度方向ベ
クトルを算出する。重力方向ベクトルと加速度方向ベク
トルとは正規化されていて、また、重力方向ベクトルを
加速度方向ベクトルの逆方向に近付けるので、回転補正
ベクトル演算部は重力方向ベクトル演算部が算出した重
力方向ベクトルと加速度方向ベクトル演算部が算出した
加速度方向ベクトルとを基に姿勢角の回転補正ベクトル
を算出する。
算出したペン軸の姿勢角を正規化して重力方向ベクトル
を算出する。加速度方向ベクトル演算部は加速度センサ
が出力した加速度を示す信号を正規化して加速度方向ベ
クトルを算出する。重力方向ベクトルと加速度方向ベク
トルとは正規化されていて、また、重力方向ベクトルを
加速度方向ベクトルの逆方向に近付けるので、回転補正
ベクトル演算部は重力方向ベクトル演算部が算出した重
力方向ベクトルと加速度方向ベクトル演算部が算出した
加速度方向ベクトルとを基に姿勢角の回転補正ベクトル
を算出する。
【００３７】姿勢角補正部は回転補正ベクトル演算部が
算出した姿勢角の回転補正ベクトルに予め定めた利得を
かけて回転補正ベクトルを縮小し、縮小した後の回転補
正ベクトルを基に姿勢角演算部が算出したペン軸の姿勢
角を補正する。ここで、上記予め定めた利得とは、例え
ば２／（サンプリング周期）の値から30／（サンプリン
グ周期）の値までの範囲内の予め定めた利得である。こ
れは、使用者による操作に伴って発生した加速度成分は
上が数10Hzの周波数において存在し、また、下が１Hz以
下の周波数においても存在し、ローパスフィルタ等を用
いて取り除こうとしても周波数範囲が低すぎて、取り除
くことが困難だからである。このように、一旦算出した
姿勢角に対して補正を行なうので、ジャイロのオフセッ
トなどの溜めに姿勢角が時間の経過と共にずれていくこ
とを防止できる。
算出した姿勢角の回転補正ベクトルに予め定めた利得を
かけて回転補正ベクトルを縮小し、縮小した後の回転補
正ベクトルを基に姿勢角演算部が算出したペン軸の姿勢
角を補正する。ここで、上記予め定めた利得とは、例え
ば２／（サンプリング周期）の値から30／（サンプリン
グ周期）の値までの範囲内の予め定めた利得である。こ
れは、使用者による操作に伴って発生した加速度成分は
上が数10Hzの周波数において存在し、また、下が１Hz以
下の周波数においても存在し、ローパスフィルタ等を用
いて取り除こうとしても周波数範囲が低すぎて、取り除
くことが困難だからである。このように、一旦算出した
姿勢角に対して補正を行なうので、ジャイロのオフセッ
トなどの溜めに姿勢角が時間の経過と共にずれていくこ
とを防止できる。
【００３８】また、この発明のペン型入力装置は、ペン
軸の姿勢角及びペン先部の軌跡を算出し、入力モードに
応じて、算出したペン軸の姿勢角又は算出したペン先部
の軌跡を出力するものである。
軸の姿勢角及びペン先部の軌跡を算出し、入力モードに
応じて、算出したペン軸の姿勢角又は算出したペン先部
の軌跡を出力するものである。
【００３９】また、この発明のペン型入力装置は、３個
の加速度センサと３個のジャイロと演算部を有する。３
個の加速度センサはそれぞれＸs軸方向，Ｙs軸方向及び
Ｚs軸方向の加速度を示す信号を出力し、３個のジャイ
ロはそれぞれＸs軸周り，Ｙs軸周り及びＺs軸周りの回
転角速度を示す信号を出力する。演算部はペン姿勢演算
部とペン先軌跡演算部と検出結果切替部を備える。ペン
姿勢演算部は、上記姿勢入力装置の演算部と同様な構成
を備え、３個のジャイロが出力した回転角速度を示す信
号を基に重力加速度方向に伸びる軸をＺg軸にした重力
座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン軸の姿勢角を算
出する。ペン先軌跡演算部は３個のジャイロが出力した
回転角速度を示す信号及び３個の加速度センサが出力し
た加速度を示す信号を基にペン先部の軌跡を算出する。
検出結果切替部は入力モードに応じて、ペン姿勢演算部
が算出したペン軸の姿勢角又はペン先軌跡演算部が算出
したペン先部の軌跡を出力する。
の加速度センサと３個のジャイロと演算部を有する。３
個の加速度センサはそれぞれＸs軸方向，Ｙs軸方向及び
Ｚs軸方向の加速度を示す信号を出力し、３個のジャイ
ロはそれぞれＸs軸周り，Ｙs軸周り及びＺs軸周りの回
転角速度を示す信号を出力する。演算部はペン姿勢演算
部とペン先軌跡演算部と検出結果切替部を備える。ペン
姿勢演算部は、上記姿勢入力装置の演算部と同様な構成
を備え、３個のジャイロが出力した回転角速度を示す信
号を基に重力加速度方向に伸びる軸をＺg軸にした重力
座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン軸の姿勢角を算
出する。ペン先軌跡演算部は３個のジャイロが出力した
回転角速度を示す信号及び３個の加速度センサが出力し
た加速度を示す信号を基にペン先部の軌跡を算出する。
検出結果切替部は入力モードに応じて、ペン姿勢演算部
が算出したペン軸の姿勢角又はペン先軌跡演算部が算出
したペン先部の軌跡を出力する。
【００４０】また、この発明のペン型入力システムは、
上記のように構成されたペン型入力装置を有する。ペン
型入力システムのコンピュータ装置は、ペン型入力装置
の姿勢角検出結果に基づいて視線方向を変更するモー
ド、ペン型入力装置の姿勢角検出結果に基づいてカーソ
ルを移動するモード又はペン型入力装置の姿勢角検出結
果に基づいて物体の表示角度を変更するモードのいずれ
か１つ以上のモードを有し、表示した３次元仮想空間に
対する入力を行なう。
上記のように構成されたペン型入力装置を有する。ペン
型入力システムのコンピュータ装置は、ペン型入力装置
の姿勢角検出結果に基づいて視線方向を変更するモー
ド、ペン型入力装置の姿勢角検出結果に基づいてカーソ
ルを移動するモード又はペン型入力装置の姿勢角検出結
果に基づいて物体の表示角度を変更するモードのいずれ
か１つ以上のモードを有し、表示した３次元仮想空間に
対する入力を行なう。
【００４１】
【実施例】図１はこの発明の一実施例の姿勢入力装置に
おける加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３
ａ，３ｂ，３ｃの配置図である。以下の説明では、姿勢
入力装置を基準として設けた互いに直交する３軸から成
る座標系をセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）という。ま
た、重力加速度方向に伸びる軸をＺg軸とする座標系を
重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）という。
おける加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３
ａ，３ｂ，３ｃの配置図である。以下の説明では、姿勢
入力装置を基準として設けた互いに直交する３軸から成
る座標系をセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）という。ま
た、重力加速度方向に伸びる軸をＺg軸とする座標系を
重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）という。
【００４２】図に示すように、加速度センサ２ａ，２
ｂ，２ｃはそれぞれ姿勢入力装置を基準として設けた互
いに直交する３軸から成るセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚ
s）のＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度を示
す信号を出力する。加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃは、
小型で高感度であり、且つ、加速度に対する直線性が良
好なものであれば良く、ピエゾ抵抗方式の加速度センサ
であっても、静電容量方式の加速度センサであっても良
い。ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃは、それぞれセンサ座標
系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸周り，Ｙs軸周り及びＺs軸
周りの回転角速度を示す信号を出力する。ジャイロ３
ａ，３ｂ，３ｃはスケールファクタ（回転運動検出の正
確さ）及びドリフトレート（出力オフセットの安定度）
が良好であり、且つ、小型なものであれば良く、回転ジ
ャイロ、振動ジャイロ及び光学式ジャイロ等のいずれの
方式のジャイロでも良い。
ｂ，２ｃはそれぞれ姿勢入力装置を基準として設けた互
いに直交する３軸から成るセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚ
s）のＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度を示
す信号を出力する。加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃは、
小型で高感度であり、且つ、加速度に対する直線性が良
好なものであれば良く、ピエゾ抵抗方式の加速度センサ
であっても、静電容量方式の加速度センサであっても良
い。ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃは、それぞれセンサ座標
系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸周り，Ｙs軸周り及びＺs軸
周りの回転角速度を示す信号を出力する。ジャイロ３
ａ，３ｂ，３ｃはスケールファクタ（回転運動検出の正
確さ）及びドリフトレート（出力オフセットの安定度）
が良好であり、且つ、小型なものであれば良く、回転ジ
ャイロ、振動ジャイロ及び光学式ジャイロ等のいずれの
方式のジャイロでも良い。
【００４３】姿勢入力装置に加わる加速度のベクトルve
ctorＡs（以後、ベクトルは変数の前にvectorを付けて
表わす。）は、図２に示すように重力加速度ベクトルve
ctorｇと使用者の操作に伴って発生した加速度である操
作加速度ベクトルの合成から成る。各加速度センサ２
ａ，２ｂ，２ｃの取り付け位置が近いとすると、各加速
度センサ２ａ，２ｂ，２ｃの出力信号を基にセンサ座標
系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度ベクトルＡsを表現でき
る。
ctorＡs（以後、ベクトルは変数の前にvectorを付けて
表わす。）は、図２に示すように重力加速度ベクトルve
ctorｇと使用者の操作に伴って発生した加速度である操
作加速度ベクトルの合成から成る。各加速度センサ２
ａ，２ｂ，２ｃの取り付け位置が近いとすると、各加速
度センサ２ａ，２ｂ，２ｃの出力信号を基にセンサ座標
系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度ベクトルＡsを表現でき
る。
【００４４】ここで、重力加速度ベクトルvectorｇは一
定であり、操作加速度ベクトルは操作空間が限られてい
ることから交流成分と考えることができる。また、操作
加速度の大きさは重力加速度の大きさに比べてそれほど
大きなものではない。したがって、加速度センサ２ａ，
２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度のベクトルvectorＡ
sは、重力加速度ベクトルvectorｇの周りを振動してお
り、時間的に平均してみれば、加速度センサ２ａ，２
ｂ，２ｃを用いて検出した加速度のベクトルvectorＡs
はほぼ重力加速度ベクトルvectorｇと同じ方向を向いて
いる。
定であり、操作加速度ベクトルは操作空間が限られてい
ることから交流成分と考えることができる。また、操作
加速度の大きさは重力加速度の大きさに比べてそれほど
大きなものではない。したがって、加速度センサ２ａ，
２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度のベクトルvectorＡ
sは、重力加速度ベクトルvectorｇの周りを振動してお
り、時間的に平均してみれば、加速度センサ２ａ，２
ｂ，２ｃを用いて検出した加速度のベクトルvectorＡs
はほぼ重力加速度ベクトルvectorｇと同じ方向を向いて
いる。
【００４５】また、姿勢入力装置は、図３に示すように
演算部４を有する。演算部４は、例えばＡＤ変換器４１
ａ〜４１ｆ、初期姿勢角演算部４２、姿勢角演算部４
３、重力方向ベクトル演算部４４、加速度方向ベクトル
演算部４５、回転補正ベクトル演算部４６、姿勢角補正
部４７及び姿勢角出力部４８を備える。各ＡＤ変換器４
１ａ〜４１ｆはそれぞれ加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ
からの加速度信号及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの
回転角速度信号をデジタル変換する。
演算部４を有する。演算部４は、例えばＡＤ変換器４１
ａ〜４１ｆ、初期姿勢角演算部４２、姿勢角演算部４
３、重力方向ベクトル演算部４４、加速度方向ベクトル
演算部４５、回転補正ベクトル演算部４６、姿勢角補正
部４７及び姿勢角出力部４８を備える。各ＡＤ変換器４
１ａ〜４１ｆはそれぞれ加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ
からの加速度信号及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの
回転角速度信号をデジタル変換する。
【００４６】初期姿勢角演算部４２は３個の加速度セン
サ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａxso，
Ａyso，Ａzso）から回転角ベクトルvectorφ{＝（φx，
φy，φz）｝の初期値vectorφo｛＝（φxo，φyo，φz
o）｝を求める。ここで、回転角ベクトルvectorφの初
期値vectorφoは、姿勢入力装置１が静止している際の
回転角ベクトルである。
サ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａxso，
Ａyso，Ａzso）から回転角ベクトルvectorφ{＝（φx，
φy，φz）｝の初期値vectorφo｛＝（φxo，φyo，φz
o）｝を求める。ここで、回転角ベクトルvectorφの初
期値vectorφoは、姿勢入力装置１が静止している際の
回転角ベクトルである。
【００４７】姿勢角の初期値vectorφoの算出において
は、Ｚs軸周りの回転をリセットしてφzo＝０として、
Ｘg軸をＸs軸方向の加速度センサ２ａの傾斜方向に一致
させる。このとき、各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃに
加わる加速度が重力加速度ｇだけであるとすると、加速
度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａ
xso，Ａyso，Ａzso）と回転角ベクトルvectorφの初期
値vectorφo｛＝（φxo，φyo，φzo）｝との間には、
次ぎの関係が成り立つ。
は、Ｚs軸周りの回転をリセットしてφzo＝０として、
Ｘg軸をＸs軸方向の加速度センサ２ａの傾斜方向に一致
させる。このとき、各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃに
加わる加速度が重力加速度ｇだけであるとすると、加速
度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａ
xso，Ａyso，Ａzso）と回転角ベクトルvectorφの初期
値vectorφo｛＝（φxo，φyo，φzo）｝との間には、
次ぎの関係が成り立つ。
【００４８】
【数１】
【００４９】上記式から回転角ベクトルvectorφの初期
値vecrtorφoの絶対値が求まる。ここで、（ｅxo，ｅy
o，０）は回転軸方向の単位ベクトルの初期値を示し、
φoは回転軸周りの角度の初期値を示す。
値vecrtorφoの絶対値が求まる。ここで、（ｅxo，ｅy
o，０）は回転軸方向の単位ベクトルの初期値を示し、
φoは回転軸周りの角度の初期値を示す。
【００５０】姿勢角入力の場合は姿勢角の初期値に誤差
があっても、後に説明するように徐々に補正がかかるの
で、特に静止状態である必要はないが、上記式は各加速
度センサ２ａ，２ｂ，２ｃに加わる加速度が重力加速度
ｇだけであるとした式なので静止状態又は準静的な状態
で姿勢角の初期値を求めることが好ましい。
があっても、後に説明するように徐々に補正がかかるの
で、特に静止状態である必要はないが、上記式は各加速
度センサ２ａ，２ｂ，２ｃに加わる加速度が重力加速度
ｇだけであるとした式なので静止状態又は準静的な状態
で姿勢角の初期値を求めることが好ましい。
【００５１】上記のように二つの未知数φxo，φyoに対
して三本の方程式が成り立つので、重力加速度ｇも未知
数として取り扱うことができる。この式を用いれば、重
力加速度ｇの値を定義しなくともφxo，φyoの絶対値を
算出できる。
して三本の方程式が成り立つので、重力加速度ｇも未知
数として取り扱うことができる。この式を用いれば、重
力加速度ｇの値を定義しなくともφxo，φyoの絶対値を
算出できる。
【００５２】ここでは、初期姿勢角演算部４２は、重力
加速度ｇを未知数として、以下の式を用いて回転角ベク
トルの初期値（姿勢角の初期値）vectorφoを求める。
加速度ｇを未知数として、以下の式を用いて回転角ベク
トルの初期値（姿勢角の初期値）vectorφoを求める。
【００５３】
【数２】
【００５４】姿勢角演算部４３は、前のサンプリングの
際の回転角ベクトルvectorφn-1とジャイロ３ａ，３
ｂ，３ｃを用いて検出した回転角速度ベクトルvectorω
（ωxs，ωys，ωzs）から現在の回転角ベクトルvector
φn（姿勢角）を求める。ここで、ｎ−１は前回のサン
プリング回数を示し、ｎは今回のサンプリング回数を示
す。１回目のサンプリングの際にはｎ−１はゼロなの
で、前のサンプリングの際の回転角ベクトルvectorφn-
1として、姿勢角の初期値vecrtorφoを用いる。
際の回転角ベクトルvectorφn-1とジャイロ３ａ，３
ｂ，３ｃを用いて検出した回転角速度ベクトルvectorω
（ωxs，ωys，ωzs）から現在の回転角ベクトルvector
φn（姿勢角）を求める。ここで、ｎ−１は前回のサン
プリング回数を示し、ｎは今回のサンプリング回数を示
す。１回目のサンプリングの際にはｎ−１はゼロなの
で、前のサンプリングの際の回転角ベクトルvectorφn-
1として、姿勢角の初期値vecrtorφoを用いる。
【００５５】回転角ベクトルvectorφnの微分方程式は
次式で表わすことができる。
次式で表わすことができる。
【００５６】
【数３】
【００５７】したがって、離散系で上式を積分し、次式
を得ることができる。ここで、ｔoはサンプリング周期
を示す。
を得ることができる。ここで、ｔoはサンプリング周期
を示す。
【００５８】
【数４】
【００５９】上式の第３項を計算することにより、姿勢
角の誤差が累積することを防止できる。
角の誤差が累積することを防止できる。
【００６０】重力方向ベクトル演算部４４は、回転角ベ
クトルvectorφn（姿勢角）を基に重力方向（Ｚg軸方
向）を示す重力方向ベクトル（ｋg)sを算出する。ここ
で、重力方向ベクトル（ｋg)sとは、Ｚg軸方向の単位ベ
クトルをセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）で表現したベ
クトルをいう。
クトルvectorφn（姿勢角）を基に重力方向（Ｚg軸方
向）を示す重力方向ベクトル（ｋg)sを算出する。ここ
で、重力方向ベクトル（ｋg)sとは、Ｚg軸方向の単位ベ
クトルをセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）で表現したベ
クトルをいう。
【００６１】回転角ベクトルvectorφnから重力方向ベ
クトル（ｋg)sを算出するには、回転角ベクトルvector
φnを次式に示すように一度パラメータ（χ，ρx，ρ
y，ρz）に変換し、パラメータ（χ，ρx，ρy，ρz）
を基に重力方向ベクトル（ｋg)sを求める。
クトル（ｋg)sを算出するには、回転角ベクトルvector
φnを次式に示すように一度パラメータ（χ，ρx，ρ
y，ρz）に変換し、パラメータ（χ，ρx，ρy，ρz）
を基に重力方向ベクトル（ｋg)sを求める。
【００６２】
【数５】
【００６３】加速度方向ベクトル演算部４５は加速度セ
ンサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度ベクトル
vectorＡs（Ａxs，Ａys，Ａza）を以下の式を用いて正
規化して加速度方向ベクトルvectorａを求める。
ンサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度ベクトル
vectorＡs（Ａxs，Ａys，Ａza）を以下の式を用いて正
規化して加速度方向ベクトルvectorａを求める。
【００６４】
【数６】
【００６５】回転補正ベクトル演算部４６は、加速度方
向ベクトルvectorａと重力方向ベクトルvector（ｋg)s
から回転補正ベクトルΔvectorφを求める。
向ベクトルvectorａと重力方向ベクトルvector（ｋg)s
から回転補正ベクトルΔvectorφを求める。
【００６６】加速度方向ベクトルvectorａと重力方向ベ
クトルvector（ｋg)sが正規化されていること、及び、
重力方向ベクトルvector（ｋg)sを加速度方向ベクトルv
ectorａの逆方向のベクトル−vectorａに近付けるよう
に回転することから、次式を用いて回転補正ベクトルΔ
vectorφを算出する。
クトルvector（ｋg)sが正規化されていること、及び、
重力方向ベクトルvector（ｋg)sを加速度方向ベクトルv
ectorａの逆方向のベクトル−vectorａに近付けるよう
に回転することから、次式を用いて回転補正ベクトルΔ
vectorφを算出する。
【００６７】
【数７】
【００６８】加速度方向ベクトルvectorａの逆方向のベ
クトル−vecotorａは使用者の操作による加速度を含ん
でいるので、完全にＺg軸上にあるわけではないが使用
者の操作による加速度が交流成分によるものであるこ
と、及び重力加速度に比べてそれほど大きくないことか
ら、時間平均でみればＺg軸方向を向いていると考える
ことができる。
クトル−vecotorａは使用者の操作による加速度を含ん
でいるので、完全にＺg軸上にあるわけではないが使用
者の操作による加速度が交流成分によるものであるこ
と、及び重力加速度に比べてそれほど大きくないことか
ら、時間平均でみればＺg軸方向を向いていると考える
ことができる。
【００６９】姿勢角補正部４７は、次式に示すように回
転補正ベクトル演算部４６が算出した回転補正ベクトル
Δvectorφを適宜な利得Ｋで縮小し、縮小した後の回転
補正ベクトルを用いて姿勢角演算部４３が算出した回転
角ベクトルvectorφn（姿勢角）を補正して補正後の姿
勢角vectorφ補正を求める。
転補正ベクトル演算部４６が算出した回転補正ベクトル
Δvectorφを適宜な利得Ｋで縮小し、縮小した後の回転
補正ベクトルを用いて姿勢角演算部４３が算出した回転
角ベクトルvectorφn（姿勢角）を補正して補正後の姿
勢角vectorφ補正を求める。
【００７０】
【数８】
【００７１】姿勢角出力部４８は、姿勢角補正部４７が
補正した後の姿勢角vectorφ補正又は、装置１の姿勢を
示す座標変換行列を出力する。
補正した後の姿勢角vectorφ補正又は、装置１の姿勢を
示す座標変換行列を出力する。
【００７２】上記構成の姿勢入力装置１の動作につい
て、図４のフローチャートを参照して説明する。
て、図４のフローチャートを参照して説明する。
【００７３】初期姿勢角演算部４２は、例えば静止状態
において加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３
ａ，３ｂ，３ｃを用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys，
Ａzs）及び回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）を読み出
し、姿勢角の初期値vectorφoを算出する（ステップＳ
２）。
において加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３
ａ，３ｂ，３ｃを用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys，
Ａzs）及び回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）を読み出
し、姿勢角の初期値vectorφoを算出する（ステップＳ
２）。
【００７４】その後、姿勢入力を開始し（ステップＳ
３）、サンプリングタイミングになると（ステップＳ
４）、姿勢角演算部４３は加速度センサ２ａ，２ｂ，２
ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用いて検出した加速
度（Ａxs，Ａys，Ａzs）及び回転角速度（ωxs，ωys，
ωzs）を読み出し、姿勢角vectorφnを算出する（ステ
ップＳ５）。ここで、姿勢角演算部４３は、既に説明し
たように累積誤差の発生を防止しているので、広いレン
ジで姿勢角vectorφnを算出することができる。
３）、サンプリングタイミングになると（ステップＳ
４）、姿勢角演算部４３は加速度センサ２ａ，２ｂ，２
ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用いて検出した加速
度（Ａxs，Ａys，Ａzs）及び回転角速度（ωxs，ωys，
ωzs）を読み出し、姿勢角vectorφnを算出する（ステ
ップＳ５）。ここで、姿勢角演算部４３は、既に説明し
たように累積誤差の発生を防止しているので、広いレン
ジで姿勢角vectorφnを算出することができる。
【００７５】加速度方向ベクトル演算部４５は、加速度
センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａx
s，Ａys，Ａza）を基に既に説明したようにして加速度
方向ベクトルvectorａを算出する（ステップＳ６）。ま
た、重力方向ベクトル演算部４４は姿勢角演算部４３が
算出した姿勢角vectorφnを基にＺg軸方向を示す重力方
向ベクトルvector（ｋg)sを算出する（ステップＳ
７）。回転補正ベクトル演算部４６は加速度方向ベクト
ル演算部４５が算出した加速度方向ベクトルvectorａ及
び重力方向ベクトル演算部４４が算出した重力方向ベク
トルvector（ｋg)sを基に回転補正ベクトルΔvectorφ
を算出する（ステップＳ９）。姿勢角補正部４７は適宜
な利得Ｋで縮小し、縮小した後の回転補正ベクトルを用
いて姿勢角演算部４３が算出した回転角ベクトルvector
φn（姿勢角）を補正して補正後の姿勢角vectorφ補正
を求める（ステップＳ１０）。このように、姿勢角演算
部４３が算出した姿勢角vectorφnに対して重力方向に
関する補正を行なっているので、ジャイロ３ａ，３ｂ，
３ｃのオフセット等による積分誤差が累積し、姿勢角が
時間と共にずれていくことを防止することができる。
センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａx
s，Ａys，Ａza）を基に既に説明したようにして加速度
方向ベクトルvectorａを算出する（ステップＳ６）。ま
た、重力方向ベクトル演算部４４は姿勢角演算部４３が
算出した姿勢角vectorφnを基にＺg軸方向を示す重力方
向ベクトルvector（ｋg)sを算出する（ステップＳ
７）。回転補正ベクトル演算部４６は加速度方向ベクト
ル演算部４５が算出した加速度方向ベクトルvectorａ及
び重力方向ベクトル演算部４４が算出した重力方向ベク
トルvector（ｋg)sを基に回転補正ベクトルΔvectorφ
を算出する（ステップＳ９）。姿勢角補正部４７は適宜
な利得Ｋで縮小し、縮小した後の回転補正ベクトルを用
いて姿勢角演算部４３が算出した回転角ベクトルvector
φn（姿勢角）を補正して補正後の姿勢角vectorφ補正
を求める（ステップＳ１０）。このように、姿勢角演算
部４３が算出した姿勢角vectorφnに対して重力方向に
関する補正を行なっているので、ジャイロ３ａ，３ｂ，
３ｃのオフセット等による積分誤差が累積し、姿勢角が
時間と共にずれていくことを防止することができる。
【００７６】姿勢角出力部４８は、このようにして求め
た姿勢角vectorφ補正又は姿勢を示す座標変換行列を出
力し（ステップＳ１１）、演算部４は姿勢入力が終了す
るまで、上記姿勢入力処理（ステップＳ４〜Ｓ１１）を
繰り返す（ステップＳ１２）。このように、予め定めた
サンプリング周期で装置の姿勢角を検出し、例えばコン
ピュータ装置等のホスト装置に出力するので、ホスト装
置で３次元空間等を扱っている場合の入力を容易に行な
うことができる。
た姿勢角vectorφ補正又は姿勢を示す座標変換行列を出
力し（ステップＳ１１）、演算部４は姿勢入力が終了す
るまで、上記姿勢入力処理（ステップＳ４〜Ｓ１１）を
繰り返す（ステップＳ１２）。このように、予め定めた
サンプリング周期で装置の姿勢角を検出し、例えばコン
ピュータ装置等のホスト装置に出力するので、ホスト装
置で３次元空間等を扱っている場合の入力を容易に行な
うことができる。
【００７７】ここで、姿勢角補正部４７は回転補正ベク
トル演算部４６が算出した回転補正ベクトルΔvectorφ
を適宜な利得Ｋで縮小しているが、この利得の値を２／
(サンプリング周波数）の値から30／(サンプリング周波
数）の値の範囲内で予め定めるようにしても良い。例え
ばサンプリング周波数が１kHzの場合は利得は0.002から
0.03となる。
トル演算部４６が算出した回転補正ベクトルΔvectorφ
を適宜な利得Ｋで縮小しているが、この利得の値を２／
(サンプリング周波数）の値から30／(サンプリング周波
数）の値の範囲内で予め定めるようにしても良い。例え
ばサンプリング周波数が１kHzの場合は利得は0.002から
0.03となる。
【００７８】検出精度を高めるためには加速度方向ベク
トルvectorａから使用者の操作に伴う成分を取り除くこ
と好ましい。使用者の操作に伴って発生した加速度成分
の周波数は上が数10Hzあり、下が１Hz以下になってい
る。したがって、加速度方向ベクトルvectorａから使用
者の操作に伴う成分を、ローパスフィルタ等を用いて取
り除こうとしても周波数が低くすぎて重力加速度と分離
することが困難である。また、フィルタのカットオフ周
波数をあまり低くすると、位相遅れの問題が発生する。
そこで、上記のように利得の値を２／(サンプリング周
波数）の値から30／(サンプリング周波数）の値の範囲
内に抑えることにより、使用者の操作に伴う加速度成分
の周期より早い周期で平均化して、補正後の姿勢角vect
orφ補正が振動することを防止できる。
トルvectorａから使用者の操作に伴う成分を取り除くこ
と好ましい。使用者の操作に伴って発生した加速度成分
の周波数は上が数10Hzあり、下が１Hz以下になってい
る。したがって、加速度方向ベクトルvectorａから使用
者の操作に伴う成分を、ローパスフィルタ等を用いて取
り除こうとしても周波数が低くすぎて重力加速度と分離
することが困難である。また、フィルタのカットオフ周
波数をあまり低くすると、位相遅れの問題が発生する。
そこで、上記のように利得の値を２／(サンプリング周
波数）の値から30／(サンプリング周波数）の値の範囲
内に抑えることにより、使用者の操作に伴う加速度成分
の周期より早い周期で平均化して、補正後の姿勢角vect
orφ補正が振動することを防止できる。
【００７９】さらに、姿勢角補正部４７は予め設定した
補正角度の上限Δφlimitと補正角度の大きさΔφとを
比較して、補正角度の大きさΔφが予め設定した補正角
度の上限Δφlimitより大きい場合には、次式を用いて
回転補正ベクトルΔvectorφを制限するようにしても良
い。
補正角度の上限Δφlimitと補正角度の大きさΔφとを
比較して、補正角度の大きさΔφが予め設定した補正角
度の上限Δφlimitより大きい場合には、次式を用いて
回転補正ベクトルΔvectorφを制限するようにしても良
い。
【００８０】
【数９】
【００８１】このように、回転補正ベクトル演算部４６
が算出した姿勢角の回転補正ベクトルΔvectorφが予め
定めたベクトルΔφlimitより大きい場合には姿勢角の
回転補正ベクトルΔvectorφを縮小することにより、突
発的なノイズによる影響を小さくでき、突発的ノイズの
影響で検出した姿勢が乱れることを防止できる。また、
上式においては回転角度を制限するが、補正の回転軸は
変えていない。空間の回転を各成分ごとに制限すると回
転軸の方向が変わり、補正処理で誤動作する場合があっ
たが、このように回転軸を変えないようにすることによ
り、誤動作を防止できる。
が算出した姿勢角の回転補正ベクトルΔvectorφが予め
定めたベクトルΔφlimitより大きい場合には姿勢角の
回転補正ベクトルΔvectorφを縮小することにより、突
発的なノイズによる影響を小さくでき、突発的ノイズの
影響で検出した姿勢が乱れることを防止できる。また、
上式においては回転角度を制限するが、補正の回転軸は
変えていない。空間の回転を各成分ごとに制限すると回
転軸の方向が変わり、補正処理で誤動作する場合があっ
たが、このように回転軸を変えないようにすることによ
り、誤動作を防止できる。
【００８２】また、姿勢角補正部４７は加速度センサ２
ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys，
Ａzs）の大きさを基に回転補正ベクトル演算部４６が算
出した姿勢角の回転補正ベクトルΔvectorφを重み付け
し、重み付けした後の回転補正ベクトルを用いて姿勢角
演算部４３が算出した姿勢角vectorφnを補正するよう
にしても良い。これまで説明したように、加速度方向ベ
クトルvectorａの逆方向のベクトル−vectorａが示す方
向を重力方向とみなして補正処理を行なっている。これ
は姿勢入力装置１が静止していて検出する加速度が重力
加速度だけの場合は理想的に働く。これに対して使用者
の操作に伴う加速度が大きい場合は、速度方向ベクトル
vectorａの逆方向のベクトル−vectorａを重力方向と一
致するように補正することは困難である。そこで、加速
度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａ
xs，Ａys，Ａzs）の大きさが重力加速度の大きさにほぼ
等しい場合には回転補正ベクトルΔvectorφに対する利
得を大きくし、加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて
検出した加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）の大きさと重力加
速度の大きさとに差がある場合には、その差の大きさに
応じて回転補正ベクトルΔvectorφに対する利得を小さ
くした。これにより、誤差の発生を抑え、姿勢入力の安
定性を向上することができる。
ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys，
Ａzs）の大きさを基に回転補正ベクトル演算部４６が算
出した姿勢角の回転補正ベクトルΔvectorφを重み付け
し、重み付けした後の回転補正ベクトルを用いて姿勢角
演算部４３が算出した姿勢角vectorφnを補正するよう
にしても良い。これまで説明したように、加速度方向ベ
クトルvectorａの逆方向のベクトル−vectorａが示す方
向を重力方向とみなして補正処理を行なっている。これ
は姿勢入力装置１が静止していて検出する加速度が重力
加速度だけの場合は理想的に働く。これに対して使用者
の操作に伴う加速度が大きい場合は、速度方向ベクトル
vectorａの逆方向のベクトル−vectorａを重力方向と一
致するように補正することは困難である。そこで、加速
度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａ
xs，Ａys，Ａzs）の大きさが重力加速度の大きさにほぼ
等しい場合には回転補正ベクトルΔvectorφに対する利
得を大きくし、加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて
検出した加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）の大きさと重力加
速度の大きさとに差がある場合には、その差の大きさに
応じて回転補正ベクトルΔvectorφに対する利得を小さ
くした。これにより、誤差の発生を抑え、姿勢入力の安
定性を向上することができる。
【００８３】さらに、姿勢角出力部４８は、姿勢角補正
部４７が補正した後の姿勢角vectorφ補正の変化に応じ
て、前回のサンプリングの際に姿勢角補正部４７が補正
した後の姿勢角(vectorφ補正)n-1と今回姿勢角補正部
４７が補正した後の姿勢角(vectorφ補正)nと選択して
出力するようにしても良い。ここで、(vectorφ補正)n-
1はｎ−１回目のサンプリングの際に算出した姿勢角を
示し、(vectorφ補正)nはｎ回目のサンプリングの際に
算出した姿勢角を示す。
部４７が補正した後の姿勢角vectorφ補正の変化に応じ
て、前回のサンプリングの際に姿勢角補正部４７が補正
した後の姿勢角(vectorφ補正)n-1と今回姿勢角補正部
４７が補正した後の姿勢角(vectorφ補正)nと選択して
出力するようにしても良い。ここで、(vectorφ補正)n-
1はｎ−１回目のサンプリングの際に算出した姿勢角を
示し、(vectorφ補正)nはｎ回目のサンプリングの際に
算出した姿勢角を示す。
【００８４】姿勢角出力部４８は、例えば前回のサンプ
リングの際に姿勢角補正部４７が補正した後の姿勢角(v
ectorφ補正)n-1と今回姿勢角補正部４７が補正した後
の姿勢角(vectorφ補正)nとを比較し、その差が予め定
めた姿勢角の差の閾値Δφth以下｛Δφth≧｜(vector
φ補正)n−(vectorφ補正)n-1｜｝の場合には、前回の
サンプリングにより出力した姿勢角(vectorφ補正)n-1
を出力し、その差が予め定めた姿勢角の差の閾値Δφth
を越える｛Δφth＜｜(vectorφ補正)n−(vector
φ補正)n-1｜｝まで、同じ姿勢角を出力する。姿勢角出
力部４８は、前回のサンプリングの際の姿勢角(vector
φ補正)n-1との差が予め定めた姿勢角の差の閾値Δφth
を越えると、今回サンプリングした際に算出した姿勢角
(vectorφ補正)nを出力する。これにより、手ぶれによ
る影響を除去し、一定の姿勢を保持することができる。
ここで、前回のサンプリングの際に姿勢角補正部４７が
補正した後の姿勢角(vectorφ補正)n-1と今回姿勢角補
正部４７が補正した後の姿勢角(vectorφ補正)nとを比
較する代わりに、前回のサンプリングにより出力した姿
勢角と今回姿勢角補正部４７が補正した後の姿勢角(vec
torφ補正)nとを比較するようにしても良い。姿勢角が
予め定めた姿勢角の差の閾値Δφthの範囲内で徐々に変
化した場合、上記のように、前回のサンプリングの際に
姿勢角補正部４７が補正した後の姿勢角(vectorφ補正)
n-1と今回姿勢角補正部４７が補正した後の姿勢角(vect
orφ補正)nとを比較するとその差が累積し、急激な変化
を起こすことになるが、前回のサンプリングにより出力
した姿勢角と今回姿勢角補正部４７が補正した後の姿勢
角(vectorφ補正)nとを比較することにより、このよう
に出力した姿勢角が急激に変化することを防止できる。
リングの際に姿勢角補正部４７が補正した後の姿勢角(v
ectorφ補正)n-1と今回姿勢角補正部４７が補正した後
の姿勢角(vectorφ補正)nとを比較し、その差が予め定
めた姿勢角の差の閾値Δφth以下｛Δφth≧｜(vector
φ補正)n−(vectorφ補正)n-1｜｝の場合には、前回の
サンプリングにより出力した姿勢角(vectorφ補正)n-1
を出力し、その差が予め定めた姿勢角の差の閾値Δφth
を越える｛Δφth＜｜(vectorφ補正)n−(vector
φ補正)n-1｜｝まで、同じ姿勢角を出力する。姿勢角出
力部４８は、前回のサンプリングの際の姿勢角(vector
φ補正)n-1との差が予め定めた姿勢角の差の閾値Δφth
を越えると、今回サンプリングした際に算出した姿勢角
(vectorφ補正)nを出力する。これにより、手ぶれによ
る影響を除去し、一定の姿勢を保持することができる。
ここで、前回のサンプリングの際に姿勢角補正部４７が
補正した後の姿勢角(vectorφ補正)n-1と今回姿勢角補
正部４７が補正した後の姿勢角(vectorφ補正)nとを比
較する代わりに、前回のサンプリングにより出力した姿
勢角と今回姿勢角補正部４７が補正した後の姿勢角(vec
torφ補正)nとを比較するようにしても良い。姿勢角が
予め定めた姿勢角の差の閾値Δφthの範囲内で徐々に変
化した場合、上記のように、前回のサンプリングの際に
姿勢角補正部４７が補正した後の姿勢角(vectorφ補正)
n-1と今回姿勢角補正部４７が補正した後の姿勢角(vect
orφ補正)nとを比較するとその差が累積し、急激な変化
を起こすことになるが、前回のサンプリングにより出力
した姿勢角と今回姿勢角補正部４７が補正した後の姿勢
角(vectorφ補正)nとを比較することにより、このよう
に出力した姿勢角が急激に変化することを防止できる。
【００８５】さらに、図５に示すように姿勢入力装置１
の大きさ及びレイアウトの制約から各加速度センサ２
ａ，２ｂ，２ｃの軸の原点位置がずれる場合がある。こ
のとき、姿勢入力装置１がセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚ
s）の原点を中心とした回転運動をすると、加速度セン
サ２ａ，２ｂ，２ｃは回転中心から離れていることで、
遠心力及び慣性力から生じる加速度を拾ってしまう。そ
こで、ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用いて検出した回転
角速度（ωxs，ωys，ωzs）を基に回転角加速度（ｄω
xs／ｄｔ，ｄωys／ｄｔ，ｄωzs／ｄｔ）を算出し、算
出した回転角加速度（ｄωxs／ｄｔ，ｄωys／ｄｔ，ｄ
ωzs／ｄｔ）と回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）と加速
度センサ２ａ，２ｂ，２ｃの取付位置を基に次式を用い
て加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃが検出した加速度（Ａ
xs，Ａys，Ａzs）を補正して補正後の加速度（Ａx
s補正，Ａys補正，Ａzs補正）を求めても良い。
の大きさ及びレイアウトの制約から各加速度センサ２
ａ，２ｂ，２ｃの軸の原点位置がずれる場合がある。こ
のとき、姿勢入力装置１がセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚ
s）の原点を中心とした回転運動をすると、加速度セン
サ２ａ，２ｂ，２ｃは回転中心から離れていることで、
遠心力及び慣性力から生じる加速度を拾ってしまう。そ
こで、ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用いて検出した回転
角速度（ωxs，ωys，ωzs）を基に回転角加速度（ｄω
xs／ｄｔ，ｄωys／ｄｔ，ｄωzs／ｄｔ）を算出し、算
出した回転角加速度（ｄωxs／ｄｔ，ｄωys／ｄｔ，ｄ
ωzs／ｄｔ）と回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）と加速
度センサ２ａ，２ｂ，２ｃの取付位置を基に次式を用い
て加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃが検出した加速度（Ａ
xs，Ａys，Ａzs）を補正して補正後の加速度（Ａx
s補正，Ａys補正，Ａzs補正）を求めても良い。
【００８６】
【数１０】
【００８７】ここで、上記式において各加速度センサ２
ａ，２ｂ，２ｃの取付座標をそれぞれ（Ｘas，Ｙas，Ｚ
as），（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs），（Ｘcs，Ｙcs，Ｚcs）と
している。上記式の第２項は慣性力による加速度成分を
表わし、第３項は遠心力による加速度成分を表わしてい
る。姿勢入力は完全な回転動作だけで行なわれるもので
はないので、加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検
出した加速度を完全に重力加速度だけに補正することは
できないが、上記のように補正することにより、使用者
の操作に伴う成分を大幅に減らすことができる。
ａ，２ｂ，２ｃの取付座標をそれぞれ（Ｘas，Ｙas，Ｚ
as），（Ｘbs，Ｙbs，Ｚbs），（Ｘcs，Ｙcs，Ｚcs）と
している。上記式の第２項は慣性力による加速度成分を
表わし、第３項は遠心力による加速度成分を表わしてい
る。姿勢入力は完全な回転動作だけで行なわれるもので
はないので、加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検
出した加速度を完全に重力加速度だけに補正することは
できないが、上記のように補正することにより、使用者
の操作に伴う成分を大幅に減らすことができる。
【００８８】また、センサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の
原点は、使用者による操作の回転中心であることが好ま
しいので、その部分にマークを設け、使用者が回転中心
とすべき場所を容易に認識できるようにすると良い。
原点は、使用者による操作の回転中心であることが好ま
しいので、その部分にマークを設け、使用者が回転中心
とすべき場所を容易に認識できるようにすると良い。
【００８９】次ぎに、この発明のペン型入力装置につい
て、図６の配置図及び図７の構成図を用いて説明する。
て、図６の配置図及び図７の構成図を用いて説明する。
【００９０】ペン型入力装置５は、加速度センサ２ａ，
２ｂ，２ｃ、ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃ及び演算部６を
有する。加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３
ａ，３ｂ，３ｃは、姿勢入力装置１の場合と同様にペン
の長手方向をＺs軸としたセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚ
s）におけるＸs軸方向、Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速
度を示す信号並びにＸs軸周り、Ｙs軸周り及びＺs軸周
りの回転角速度を示す信号を出力する。
２ｂ，２ｃ、ジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃ及び演算部６を
有する。加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３
ａ，３ｂ，３ｃは、姿勢入力装置１の場合と同様にペン
の長手方向をＺs軸としたセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚ
s）におけるＸs軸方向、Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速
度を示す信号並びにＸs軸周り、Ｙs軸周り及びＺs軸周
りの回転角速度を示す信号を出力する。
【００９１】演算部６は、ＡＤ変換器６１ａ〜６１ｆ、
ローパスフィルタ（以後「ＬＰＦ」という。）６２ａ〜
６２ｆ、静止判別部６３、初期回転ベクトル演算部６
４、傾斜加速度補正部６５、ペン姿勢演算部６６、ペン
先軌跡演算部６７及び検出結果切替部６８を備える。Ａ
Ｄ変換器６１ａ〜６１ｆは、それぞれ加速度センサ２
ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの加
速度信号及び回転角速度信号をデジタル変換する。ＬＰ
Ｆ６２ａ〜６２ｆはそれぞれペン先部７と筆記面との摩
擦力により生じる加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジ
ャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの信号から高周波成分を遮
断する。これは、ペン先部７と筆記面との摩擦により加
速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，
３ｃからの信号に高周波成分が発生するからである。
ローパスフィルタ（以後「ＬＰＦ」という。）６２ａ〜
６２ｆ、静止判別部６３、初期回転ベクトル演算部６
４、傾斜加速度補正部６５、ペン姿勢演算部６６、ペン
先軌跡演算部６７及び検出結果切替部６８を備える。Ａ
Ｄ変換器６１ａ〜６１ｆは、それぞれ加速度センサ２
ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの加
速度信号及び回転角速度信号をデジタル変換する。ＬＰ
Ｆ６２ａ〜６２ｆはそれぞれペン先部７と筆記面との摩
擦力により生じる加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジ
ャイロ３ａ，３ｂ，３ｃからの信号から高周波成分を遮
断する。これは、ペン先部７と筆記面との摩擦により加
速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，
３ｃからの信号に高周波成分が発生するからである。
【００９２】静止判別部６３はデジタル変換後の加速度
センサ２ａ，２ｂ，２ｃからの信号及びジャイロ３ａ，
３ｂ，３ｃからの信号の時間変化を監視して、ペン先部
７が静止状態か否かを判別する。初期回転ベクトル演算
部６４は静止判別部６３がペン先部７が静止状態である
と判別すると、姿勢入力装置１の初期姿勢角演算部４２
と同様に数２で示す式を用いて回転角ベクトルの初期値
vectorφoを求める。傾斜加速度補正部６５は角加速度
演算部６５１と加速度補正部６５２を有する。角加速度
演算部６５１は、既に説明したようにジャイロ３ａ，３
ｂ，３ｃを用いて検出した回転角速度（ωxs，ωys，ω
zs）を基に回転角加速度（ｄωxs／ｄｔ，ｄωys／ｄ
ｔ，ｄωzs／ｄｔ）を算出する。加速度補正部６５２
は、角加速度演算部６５１が算出した回転角加速度（ｄ
ωxs／ｄｔ，ｄωys／ｄｔ，ｄωzs／ｄｔ）と回転角速
度（ωxs，ωys，ωzs）と加速度センサ２ａ，２ｂ，２
ｃの取付位置を基に数１０で示した式を用いて加速度セ
ンサ２ａ，２ｂ，２ｃが検出した加速度（Ａxs，Ａys，
Ａzs）を補正して補正後の加速度（Ａxs補正，Ａy
s補正，Ａzs補正）を求める。
センサ２ａ，２ｂ，２ｃからの信号及びジャイロ３ａ，
３ｂ，３ｃからの信号の時間変化を監視して、ペン先部
７が静止状態か否かを判別する。初期回転ベクトル演算
部６４は静止判別部６３がペン先部７が静止状態である
と判別すると、姿勢入力装置１の初期姿勢角演算部４２
と同様に数２で示す式を用いて回転角ベクトルの初期値
vectorφoを求める。傾斜加速度補正部６５は角加速度
演算部６５１と加速度補正部６５２を有する。角加速度
演算部６５１は、既に説明したようにジャイロ３ａ，３
ｂ，３ｃを用いて検出した回転角速度（ωxs，ωys，ω
zs）を基に回転角加速度（ｄωxs／ｄｔ，ｄωys／ｄ
ｔ，ｄωzs／ｄｔ）を算出する。加速度補正部６５２
は、角加速度演算部６５１が算出した回転角加速度（ｄ
ωxs／ｄｔ，ｄωys／ｄｔ，ｄωzs／ｄｔ）と回転角速
度（ωxs，ωys，ωzs）と加速度センサ２ａ，２ｂ，２
ｃの取付位置を基に数１０で示した式を用いて加速度セ
ンサ２ａ，２ｂ，２ｃが検出した加速度（Ａxs，Ａys，
Ａzs）を補正して補正後の加速度（Ａxs補正，Ａy
s補正，Ａzs補正）を求める。
【００９３】ペン姿勢演算部６６は回転ベクトル演算部
６６１を有する。回転ベクトル演算部６６１は、姿勢入
力装置１の姿勢角演算部４３と同じく、数４で示す式を
用いて初期回転ベクトル演算部６４が算出した回転角ベ
クトルの初期値vectorφo又は前回サンプリングした際
に回転ベクトル演算部６６１が演算した回転角ベクトル
vectorφn-1と３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用い
て検出した回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）を基に今回
サンプリングの際の回転角ベクトルvectorφnを算出す
る。
６６１を有する。回転ベクトル演算部６６１は、姿勢入
力装置１の姿勢角演算部４３と同じく、数４で示す式を
用いて初期回転ベクトル演算部６４が算出した回転角ベ
クトルの初期値vectorφo又は前回サンプリングした際
に回転ベクトル演算部６６１が演算した回転角ベクトル
vectorφn-1と３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用い
て検出した回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）を基に今回
サンプリングの際の回転角ベクトルvectorφnを算出す
る。
【００９４】ペン先軌跡演算部６７は座標変換演算部６
７１と重力加速度除去部６７２と移動量演算部６７３を
有する。座標変換演算部６７１は、例えば数６で示した
式を用いて座標変換行列を求め、求めた座標変換行列と
次式を用いてセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度
（Ａxs，Ａys，Ａzs）を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）
の加速度（Ａxg，Ａyg，Ａzg）に変換する。
７１と重力加速度除去部６７２と移動量演算部６７３を
有する。座標変換演算部６７１は、例えば数６で示した
式を用いて座標変換行列を求め、求めた座標変換行列と
次式を用いてセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度
（Ａxs，Ａys，Ａzs）を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）
の加速度（Ａxg，Ａyg，Ａzg）に変換する。
【００９５】
【数１１】
【００９６】重力加速度除去部６７２は座標変換演算部
６７１が変換した重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速
度（Ａxg，Ａyg，Ａzg）から重力加速度成分を除去す
る。移動量演算部６７３は重力加速度性分除去部６７２
で重力加速度成分を除去した後の重力座標系（Ｘg，Ｙ
g，Ｚg）の加速度（Ａxg，Ａyg，Ａzg）を２回積分し
て、ペン先部７の移動方向及び移動量を算出する。
６７１が変換した重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速
度（Ａxg，Ａyg，Ａzg）から重力加速度成分を除去す
る。移動量演算部６７３は重力加速度性分除去部６７２
で重力加速度成分を除去した後の重力座標系（Ｘg，Ｙ
g，Ｚg）の加速度（Ａxg，Ａyg，Ａzg）を２回積分し
て、ペン先部７の移動方向及び移動量を算出する。
【００９７】検出結果切替部６８は入力モードに応じて
ペン姿勢演算部６６が算出したペンの姿勢角又はペン先
軌跡演算部６７が算出したペン先部７の軌跡を出力す
る。例えば入力モードが装置の姿勢で仮想空間のカーソ
ル位置を制御している姿勢入力モードである場合には、
上記のようにペン姿勢演算部６６が算出したペンの姿勢
角を出力する。
ペン姿勢演算部６６が算出したペンの姿勢角又はペン先
軌跡演算部６７が算出したペン先部７の軌跡を出力す
る。例えば入力モードが装置の姿勢で仮想空間のカーソ
ル位置を制御している姿勢入力モードである場合には、
上記のようにペン姿勢演算部６６が算出したペンの姿勢
角を出力する。
【００９８】上記構成のペン型入力装置５の動作につい
て、図８のフローチャートを参照して説明する。
て、図８のフローチャートを参照して説明する。
【００９９】演算部６は加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ
及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃから加速度信号及び回転
角速度信号を入力し（ステップＳ２１）、入力した信号
を基に静止判別部６３がペン先部７の静止状態を判別す
ると（ステップＳ２２）、初期回転ベクトル演算部６４
は、加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出したセ
ンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を基に回転角ベ
クトルの初期値vectorφoを求める（ステップＳ２
３）。
及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃから加速度信号及び回転
角速度信号を入力し（ステップＳ２１）、入力した信号
を基に静止判別部６３がペン先部７の静止状態を判別す
ると（ステップＳ２２）、初期回転ベクトル演算部６４
は、加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出したセ
ンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を基に回転角ベ
クトルの初期値vectorφoを求める（ステップＳ２
３）。
【０１００】次ぎに、静止判別部６３がペン先部７の静
止状態を判別すると（ステップＳ２２）、再び加速度セ
ンサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃか
ら加速度信号及び回転角速度信号を入力する（ステップ
Ｓ２４）。傾斜加速度補正部６５は、既に説明したよう
にジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用いて検出した回転角速
度（ωxs，ωys，ωzs）を基に回転角加速度（ｄωxs／
ｄｔ，ｄωys／ｄｔ，ｄωzs／ｄｔ）を算出し、角加速
度演算部６５１が算出した回転角加速度（ｄωxs／ｄ
ｔ，ｄωys／ｄｔ，ｄωzs／ｄｔ）と回転角速度（ωx
s，ωys，ωzs）と加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃの取
付位置を基に加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃが検出した
加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）を補正して補正後の加速度
（Ａxs補正，Ａys補正，Ａzs補正）を求める（ステップ
Ｓ２５）。
止状態を判別すると（ステップＳ２２）、再び加速度セ
ンサ２ａ，２ｂ，２ｃ及びジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃか
ら加速度信号及び回転角速度信号を入力する（ステップ
Ｓ２４）。傾斜加速度補正部６５は、既に説明したよう
にジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用いて検出した回転角速
度（ωxs，ωys，ωzs）を基に回転角加速度（ｄωxs／
ｄｔ，ｄωys／ｄｔ，ｄωzs／ｄｔ）を算出し、角加速
度演算部６５１が算出した回転角加速度（ｄωxs／ｄ
ｔ，ｄωys／ｄｔ，ｄωzs／ｄｔ）と回転角速度（ωx
s，ωys，ωzs）と加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃの取
付位置を基に加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃが検出した
加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）を補正して補正後の加速度
（Ａxs補正，Ａys補正，Ａzs補正）を求める（ステップ
Ｓ２５）。
【０１０１】ペン姿勢演算部６６は、既に説明したよう
に初期回転ベクトル演算部６４が算出した回転角ベクト
ルの初期値vectorφo又は前回サンプリングした際に回
転ベクトル演算部６６１が演算した回転角ベクトルvect
orφn-1と３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用いて検
出した回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）を基に今回サン
プリングの際の回転角ベクトルvectorφnを算出する
（ステップＳ２６）。
に初期回転ベクトル演算部６４が算出した回転角ベクト
ルの初期値vectorφo又は前回サンプリングした際に回
転ベクトル演算部６６１が演算した回転角ベクトルvect
orφn-1と３個のジャイロ３ａ，３ｂ，３ｃを用いて検
出した回転角速度（ωxs，ωys，ωzs）を基に今回サン
プリングの際の回転角ベクトルvectorφnを算出する
（ステップＳ２６）。
【０１０２】ここで、姿勢入力モードが設定されている
と、検出結果切替部６８はペン姿勢演算部６６が算出し
た回転角ベクトルvectorφnを姿勢角としてホスト装置
（不図示）に出力する（ステップＳ２７，Ｓ２８）。こ
のように、姿勢角vectorφnを出力することにより仮想
空間の大きさ、表示範囲及び装置の移動範囲等の制約を
なくすことができる。また、例えばペンを垂直な状態か
ら傾けることでジョイスティックと同様な操作を行なう
ことができ、装置の実空間の姿勢と仮想空間の姿勢の対
応が直間的に判り易く使い勝手を良くできる。さらに、
姿勢入力モードにおいて移動量などの演算を行なう必要
が無くなるので、演算量を少なくでき、処理を迅速に行
なうころができるようになる。
と、検出結果切替部６８はペン姿勢演算部６６が算出し
た回転角ベクトルvectorφnを姿勢角としてホスト装置
（不図示）に出力する（ステップＳ２７，Ｓ２８）。こ
のように、姿勢角vectorφnを出力することにより仮想
空間の大きさ、表示範囲及び装置の移動範囲等の制約を
なくすことができる。また、例えばペンを垂直な状態か
ら傾けることでジョイスティックと同様な操作を行なう
ことができ、装置の実空間の姿勢と仮想空間の姿勢の対
応が直間的に判り易く使い勝手を良くできる。さらに、
姿勢入力モードにおいて移動量などの演算を行なう必要
が無くなるので、演算量を少なくでき、処理を迅速に行
なうころができるようになる。
【０１０３】姿勢入力モードが設定されていない場合に
は、座標変換演算部６７１は、既に説明したようにセン
サ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度（Ａxs補正，Ａys
補正，Ａzs補正）を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加
速度（Ａxg，Ａyg，Ａzg）に変換する（ステップＳ２
９）。重力加速度除去部６７２は座標変換演算部６７１
が変換した重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度（Ａx
g，Ａyg，Ａzg）から重力加速度成分を除去する（ステ
ップＳ３０）。移動量演算部６７３は重力加速度性分除
去部６７２で重力加速度成分を除去した後の重力座標系
（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度（Ａxg，Ａyg，Ａzg）を２
回積分して、ペン先部７の移動方向及び移動量を算出す
る（ステップＳ３１）。検出結果切替部６８は姿勢入力
モードが設定されていないので、移動量演算部６７３が
算出したペン先部７の移動方向及び移動量を出力する
（ステップＳ３２）。このように、ペン型入力装置５の
ペン先部７の移動方向及び移動量を出力するので、ホス
ト装置（不図示）では、文字及び図形等を容易に入力す
ることができる。
は、座標変換演算部６７１は、既に説明したようにセン
サ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度（Ａxs補正，Ａys
補正，Ａzs補正）を重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加
速度（Ａxg，Ａyg，Ａzg）に変換する（ステップＳ２
９）。重力加速度除去部６７２は座標変換演算部６７１
が変換した重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度（Ａx
g，Ａyg，Ａzg）から重力加速度成分を除去する（ステ
ップＳ３０）。移動量演算部６７３は重力加速度性分除
去部６７２で重力加速度成分を除去した後の重力座標系
（Ｘg，Ｙg，Ｚg）の加速度（Ａxg，Ａyg，Ａzg）を２
回積分して、ペン先部７の移動方向及び移動量を算出す
る（ステップＳ３１）。検出結果切替部６８は姿勢入力
モードが設定されていないので、移動量演算部６７３が
算出したペン先部７の移動方向及び移動量を出力する
（ステップＳ３２）。このように、ペン型入力装置５の
ペン先部７の移動方向及び移動量を出力するので、ホス
ト装置（不図示）では、文字及び図形等を容易に入力す
ることができる。
【０１０４】ペン型入力装置５は、上記動作（ステップ
Ｓ２４〜Ｓ３２）を入力が終了するまで繰り返す（ステ
ップＳ３３）。
Ｓ２４〜Ｓ３２）を入力が終了するまで繰り返す（ステ
ップＳ３３）。
【０１０５】ここで、上記実施例では加速度補正部６５
２はペン先部７を回転中心としてペンが回転したとして
角加速度演算部６５１が算出した回転角加速度（ｄωxs
／ｄｔ，ｄωys／ｄｔ，ｄωzs／ｄｔ）と回転角速度
（ωxs，ωys，ωzs）と加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ
の取付位置を基に数１０で示した式を用いて加速度セン
サ２ａ，２ｂ，２ｃが検出した加速度（Ａxs，Ａys，Ａ
zs）を補正して補正後の加速度（Ａxs補正，Ａys補正，
Ａzs補正）を求めたが、姿勢入力の場合は手の位置を中
心に回転運動すると、操作がし易い。したがって、加速
度補正部６５２は筆記軌跡モードではペン先部７を回転
中心としてペンが回転したとして各加速度センサ２ａ，
２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys，Ａz
s）を傾斜運動による加速度成分を用いて補正してペン
先部７における加速度（Ａxs補正，Ａys補正，Ａz
s補正）を求め、ペン軸の姿勢角を出力する姿勢入力モ
ードではペン中央部を回転中心としてペンが回転したと
して各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した
加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）を傾斜運動による加速度成
分を用いて補正してペン中央部における加速度（Ａxs
補正，Ａys補正，Ａzs補正）を求めるようにしても良
い。
２はペン先部７を回転中心としてペンが回転したとして
角加速度演算部６５１が算出した回転角加速度（ｄωxs
／ｄｔ，ｄωys／ｄｔ，ｄωzs／ｄｔ）と回転角速度
（ωxs，ωys，ωzs）と加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃ
の取付位置を基に数１０で示した式を用いて加速度セン
サ２ａ，２ｂ，２ｃが検出した加速度（Ａxs，Ａys，Ａ
zs）を補正して補正後の加速度（Ａxs補正，Ａys補正，
Ａzs補正）を求めたが、姿勢入力の場合は手の位置を中
心に回転運動すると、操作がし易い。したがって、加速
度補正部６５２は筆記軌跡モードではペン先部７を回転
中心としてペンが回転したとして各加速度センサ２ａ，
２ｂ，２ｃを用いて検出した加速度（Ａxs，Ａys，Ａz
s）を傾斜運動による加速度成分を用いて補正してペン
先部７における加速度（Ａxs補正，Ａys補正，Ａz
s補正）を求め、ペン軸の姿勢角を出力する姿勢入力モ
ードではペン中央部を回転中心としてペンが回転したと
して各加速度センサ２ａ，２ｂ，２ｃを用いて検出した
加速度（Ａxs，Ａys，Ａzs）を傾斜運動による加速度成
分を用いて補正してペン中央部における加速度（Ａxs
補正，Ａys補正，Ａzs補正）を求めるようにしても良
い。
【０１０６】さらに、図９（ａ）に示すように姿勢入力
モードにおいて回転中心とするペン中央部の外周部にマ
ーク付けをしたり、図９（ｂ）に示すように姿勢入力モ
ードにおいて回転中心とするペン中央部の外周部とＸs
軸，Ｙs軸，Ｚs軸の各軸とが交わる部分にマーク付けを
して、使用者が回転中心を容易に認識できるようにして
も良い。
モードにおいて回転中心とするペン中央部の外周部にマ
ーク付けをしたり、図９（ｂ）に示すように姿勢入力モ
ードにおいて回転中心とするペン中央部の外周部とＸs
軸，Ｙs軸，Ｚs軸の各軸とが交わる部分にマーク付けを
して、使用者が回転中心を容易に認識できるようにして
も良い。
【０１０７】また、ペン姿勢演算部６６が、図１０に示
すように回転ベクトル演算部６６１、重力方向ベクトル
演算部４４、加速度方向ベクトル演算部４５、回転補正
ベクトル演算部４６、姿勢角補正部４７及び姿勢角出力
部４８を有するようにしても良い。これにより、姿勢入
力装置１の演算部４のように回転ベクトル演算部６６１
が算出した回転角ベクトルvectorφn（姿勢角）を補正
して正しい回転角ベクトルvectorφn補正（姿勢角）を
得ることができる。ここで、姿勢角補正部４７は既に姿
勢入力装置１の場合に説明した姿勢入力部４７のいずれ
の動作を行なうようにしても良い。また、姿勢角出力部
４８の動作も姿勢入力装置１の場合に説明した姿勢角出
力部４８のいずれの動作を行なうようにしても良い。
すように回転ベクトル演算部６６１、重力方向ベクトル
演算部４４、加速度方向ベクトル演算部４５、回転補正
ベクトル演算部４６、姿勢角補正部４７及び姿勢角出力
部４８を有するようにしても良い。これにより、姿勢入
力装置１の演算部４のように回転ベクトル演算部６６１
が算出した回転角ベクトルvectorφn（姿勢角）を補正
して正しい回転角ベクトルvectorφn補正（姿勢角）を
得ることができる。ここで、姿勢角補正部４７は既に姿
勢入力装置１の場合に説明した姿勢入力部４７のいずれ
の動作を行なうようにしても良い。また、姿勢角出力部
４８の動作も姿勢入力装置１の場合に説明した姿勢角出
力部４８のいずれの動作を行なうようにしても良い。
【０１０８】ペン姿勢演算部６６による演算結果をホー
ルドする指示又はリセットする指示を入力する指示入力
部（不図示）或いはペン姿勢演算部６６による姿勢の算
出の指示を入力する指示入力部（不図示）を備えるよう
にしても良い。指示入力部は、例えばペン姿勢演算部６
６による演算結果をホールドする指示を入力する姿勢角
ホールドスイッチ（不図示）、ペン姿勢演算部６６によ
る演算結果をリセットする指示を入力する姿勢角リセッ
トスイッチ（不図示）又はペン姿勢演算部６６による姿
勢の算出の指示を入力する姿勢角入力スイッチ（不図
示）のいずれか少なくとも一つ以上を備える。
ルドする指示又はリセットする指示を入力する指示入力
部（不図示）或いはペン姿勢演算部６６による姿勢の算
出の指示を入力する指示入力部（不図示）を備えるよう
にしても良い。指示入力部は、例えばペン姿勢演算部６
６による演算結果をホールドする指示を入力する姿勢角
ホールドスイッチ（不図示）、ペン姿勢演算部６６によ
る演算結果をリセットする指示を入力する姿勢角リセッ
トスイッチ（不図示）又はペン姿勢演算部６６による姿
勢の算出の指示を入力する姿勢角入力スイッチ（不図
示）のいずれか少なくとも一つ以上を備える。
【０１０９】姿勢角ホールドスイッチをオンにしている
間は、ペン姿勢演算部６６による演算結果をホールドす
るので、ペン型入力装置６の姿勢を変えても仮想空間の
視線等が変わらない。例えば仮想空間で右90°方向を向
きたい場合には実空間でも表示装置を正面としてペン先
部７を右90°方向に差し示せば向くことができるが、手
首の角度が窮屈になる。このため、この方向を中心にし
て他の方向を指し示したい場合には使い勝手が良くな
い。そこで、このような場合に姿勢ホールドスイッチを
オンにして手首を元に戻せは仮想空間を変えずに手首を
元に戻すことができる。
間は、ペン姿勢演算部６６による演算結果をホールドす
るので、ペン型入力装置６の姿勢を変えても仮想空間の
視線等が変わらない。例えば仮想空間で右90°方向を向
きたい場合には実空間でも表示装置を正面としてペン先
部７を右90°方向に差し示せば向くことができるが、手
首の角度が窮屈になる。このため、この方向を中心にし
て他の方向を指し示したい場合には使い勝手が良くな
い。そこで、このような場合に姿勢ホールドスイッチを
オンにして手首を元に戻せは仮想空間を変えずに手首を
元に戻すことができる。
【０１１０】姿勢入力スイッチの場合は、姿勢角ホール
ドスイッチと全く逆で、上記のような場合は姿勢入力ス
イッチをオフにして手首を元に戻せは仮想空間を変えず
に手首を元に戻すことができる。
ドスイッチと全く逆で、上記のような場合は姿勢入力ス
イッチをオフにして手首を元に戻せは仮想空間を変えず
に手首を元に戻すことができる。
【０１１１】次ぎに、上記ペン型入力装置５を有するペ
ン型入力システムについて説明する。ペン型入力システ
ムはペン型入力装置５とコンピュータ装置（不図示）と
表示装置（不図示）を有する。コンピュータ装置はペン
型入力装置５の出力結果を入力モードに応じて表示装置
から表示する。コンピュータ装置は、例えばペン型入力
装置５の姿勢角検出結果に基づいて視線方向を変更する
モード（以後「視線モード」という。）、ペン型入力装
置５の姿勢角検出結果に基づいてカーソルを移動するモ
ード（以後「カーソルモード」という。）又はペン型入
力装置５の姿勢角検出結果に基づいて物体の表示角度を
変更するモードのいずれか１つ以上のモードを有する。
ン型入力システムについて説明する。ペン型入力システ
ムはペン型入力装置５とコンピュータ装置（不図示）と
表示装置（不図示）を有する。コンピュータ装置はペン
型入力装置５の出力結果を入力モードに応じて表示装置
から表示する。コンピュータ装置は、例えばペン型入力
装置５の姿勢角検出結果に基づいて視線方向を変更する
モード（以後「視線モード」という。）、ペン型入力装
置５の姿勢角検出結果に基づいてカーソルを移動するモ
ード（以後「カーソルモード」という。）又はペン型入
力装置５の姿勢角検出結果に基づいて物体の表示角度を
変更するモードのいずれか１つ以上のモードを有する。
【０１１２】例えば図１１に示すように視線モードにお
いては、ペン型入力装置５の角度を点線で示す角度から
実線で示す角度に変えると、仮想空間の表示範囲Ａを点
線で示す範囲から実際の角度だけ移動して実線で示す範
囲に変えて表示装置に表示する。ここで、図ではほぼ水
平に視線を振っているが、ペンの姿勢により上下左右の
どの方向を向くこともでき、また、首を傾けてみるよう
にフレームを回転することもできる。
いては、ペン型入力装置５の角度を点線で示す角度から
実線で示す角度に変えると、仮想空間の表示範囲Ａを点
線で示す範囲から実際の角度だけ移動して実線で示す範
囲に変えて表示装置に表示する。ここで、図ではほぼ水
平に視線を振っているが、ペンの姿勢により上下左右の
どの方向を向くこともでき、また、首を傾けてみるよう
にフレームを回転することもできる。
【０１１３】また、図１２に示すようにカーソルモード
においては、仮想空間の表示範囲Ａは変えずに、ペン型
入力装置５の角度を点線で示す角度から実線で示す角度
に変えると予め設定した距離（仮想空間での操作者から
カーソルまでの距離）からカーソルがどのように移動す
るかを算出し（角度×設定距離＝移動距離）、例えばカ
ーソルの位置を図中Ｂで示す位置から図中Ｃで示す位置
に移動する。
においては、仮想空間の表示範囲Ａは変えずに、ペン型
入力装置５の角度を点線で示す角度から実線で示す角度
に変えると予め設定した距離（仮想空間での操作者から
カーソルまでの距離）からカーソルがどのように移動す
るかを算出し（角度×設定距離＝移動距離）、例えばカ
ーソルの位置を図中Ｂで示す位置から図中Ｃで示す位置
に移動する。
【０１１４】また、ペン型入力装置５の姿勢角検出結果
に基づいて物体の表示角度を変更するモードにおいて
は、ペン型入力装置５に姿勢に対応して仮想空間内のオ
ブジェクトを回転する。これにより、仮想空間内のオブ
ジェクトを容易に操作することができる。
に基づいて物体の表示角度を変更するモードにおいて
は、ペン型入力装置５に姿勢に対応して仮想空間内のオ
ブジェクトを回転する。これにより、仮想空間内のオブ
ジェクトを容易に操作することができる。
【０１１５】さらに、上記コンピュータ装置は視線モー
ドにおいてペンの長手方向を視線方向とすると操作性が
良い。
ドにおいてペンの長手方向を視線方向とすると操作性が
良い。
【０１１６】さらに、上記コンピュータ装置はＺs軸方
向の加速度変化を基に表示装置の画面の奥行き方向の表
示範囲を制御するようにしても良い。姿勢変化の際には
重力加速度の軸方向の成分が変わるので、Ｚs軸方向の
検出加速度も変化するが、このときは画面の奥行き方向
の制御は行なわないようにする。姿勢がほぼ一定の状態
で、Ｚs軸方向の加速度変化を検出した場合はその加速
度方向に向かって画面の奥行きを制御する。例えばペン
先部７の方向にペン型入力装置５を動かした場合は仮想
空間内で操作者の位置を視線方向に移動する。逆にペン
型入力装置５を後方に移動した場合は、仮想空間内で操
作者の位置を視線方向の逆方向に移動する。
向の加速度変化を基に表示装置の画面の奥行き方向の表
示範囲を制御するようにしても良い。姿勢変化の際には
重力加速度の軸方向の成分が変わるので、Ｚs軸方向の
検出加速度も変化するが、このときは画面の奥行き方向
の制御は行なわないようにする。姿勢がほぼ一定の状態
で、Ｚs軸方向の加速度変化を検出した場合はその加速
度方向に向かって画面の奥行きを制御する。例えばペン
先部７の方向にペン型入力装置５を動かした場合は仮想
空間内で操作者の位置を視線方向に移動する。逆にペン
型入力装置５を後方に移動した場合は、仮想空間内で操
作者の位置を視線方向の逆方向に移動する。
【０１１７】また、上記Ｚs軸方向の加速度変化を基に
した分類を増やして、例えば「速く前進、前進、停止、
後退、速く後退」のようにすれば表示範囲のコントロー
ルに柔軟性を持たせることができる。あるいは、ペン軸
方向に振動を加えると、仮想空間内を操作者が歩くよう
にステップ状に操作者の位置（表示範囲）を進めること
もできる。
した分類を増やして、例えば「速く前進、前進、停止、
後退、速く後退」のようにすれば表示範囲のコントロー
ルに柔軟性を持たせることができる。あるいは、ペン軸
方向に振動を加えると、仮想空間内を操作者が歩くよう
にステップ状に操作者の位置（表示範囲）を進めること
もできる。
【０１１８】
【発明の効果】この発明は以上説明したように、Ｘs軸
周り，Ｙs軸周り及びＺs軸周りの回転角速度を基に装置
の姿勢角を算出し、算出した装置の姿勢角を基に重力方
向ベクトルを算出し、Ｘs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸
方向の加速度を基に加速度方向ベクトルを算出し、算出
した重力方向ベクトルと加速方向ベクトルとを基に姿勢
角の回転補正ベクトルを算出し、算出した姿勢角の回転
補正ベクトルを基に装置の姿勢角を補正するので、誤差
の累積を防止し、正確な姿勢角を求めることができる。
周り，Ｙs軸周り及びＺs軸周りの回転角速度を基に装置
の姿勢角を算出し、算出した装置の姿勢角を基に重力方
向ベクトルを算出し、Ｘs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸
方向の加速度を基に加速度方向ベクトルを算出し、算出
した重力方向ベクトルと加速方向ベクトルとを基に姿勢
角の回転補正ベクトルを算出し、算出した姿勢角の回転
補正ベクトルを基に装置の姿勢角を補正するので、誤差
の累積を防止し、正確な姿勢角を求めることができる。
【０１１９】さらに、算出した姿勢角の回転補正ベクト
ルをサンプリング周期で２を割った値からサンプリング
周期で30を割った値までの範囲内の予め定めた利得で縮
小し、縮小した回転補正ベクトルを用いて装置の姿勢角
を補正するので、使用者の操作に伴って発生した加速度
成分を取り除くことができる。
ルをサンプリング周期で２を割った値からサンプリング
周期で30を割った値までの範囲内の予め定めた利得で縮
小し、縮小した回転補正ベクトルを用いて装置の姿勢角
を補正するので、使用者の操作に伴って発生した加速度
成分を取り除くことができる。
【０１２０】また、算出した姿勢角の回転補正ベクトル
が予め定めたベクトルより大きい場合には姿勢角の回転
補正ベクトルを縮小するので、突発的なノイズの発生に
より姿勢角の検出結果が乱れることを防止することがで
きる。
が予め定めたベクトルより大きい場合には姿勢角の回転
補正ベクトルを縮小するので、突発的なノイズの発生に
より姿勢角の検出結果が乱れることを防止することがで
きる。
【０１２１】さらに、検出した加速度の大きさで姿勢角
の回転補正ベクトルを重み付けし、重み付けした姿勢角
の回転補正ベクトルを基に装置の姿勢角を補正するの
で、姿勢入力における安定性及び応答性を向上すること
ができる。
の回転補正ベクトルを重み付けし、重み付けした姿勢角
の回転補正ベクトルを基に装置の姿勢角を補正するの
で、姿勢入力における安定性及び応答性を向上すること
ができる。
【０１２２】さらに、姿勢角の変化を算出し、算出した
姿勢角の変化が予め定めた基準値を越える場合は今回の
サンプリングにより算出した姿勢角を出力し、算出した
姿勢角の変化が予め定めた基準値以下の場合は変化する
前回のサンプリングにより出力した姿勢角をそのまま出
力するので、ポインティング等に使用する場合に姿勢角
の振動により指示点がぶれることを防止することができ
る。
姿勢角の変化が予め定めた基準値を越える場合は今回の
サンプリングにより算出した姿勢角を出力し、算出した
姿勢角の変化が予め定めた基準値以下の場合は変化する
前回のサンプリングにより出力した姿勢角をそのまま出
力するので、ポインティング等に使用する場合に姿勢角
の振動により指示点がぶれることを防止することができ
る。
【０１２３】さらに、各加速度センサの取付位置におけ
る傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運
動による加速度成分を基に各加速度センサを用いて検出
した加速度を補正して、正確な加速度を検出することが
できる。
る傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運
動による加速度成分を基に各加速度センサを用いて検出
した加速度を補正して、正確な加速度を検出することが
できる。
【０１２４】また、ペン型入力装置は、Ｘs軸方向，Ｙs
軸方向及びＺs軸方向の加速度及びＸs軸周り，Ｙs軸周
り及びＺs軸周りの回転角速度を基にペンの姿勢角及び
ペン先部の軌跡を算出し、入力モードに応じてペンの姿
勢角又はペン先部の軌跡を出力するので、３次元仮想空
間に対する入力及び筆記形状の入力をすることができ
る。
軸方向及びＺs軸方向の加速度及びＸs軸周り，Ｙs軸周
り及びＺs軸周りの回転角速度を基にペンの姿勢角及び
ペン先部の軌跡を算出し、入力モードに応じてペンの姿
勢角又はペン先部の軌跡を出力するので、３次元仮想空
間に対する入力及び筆記形状の入力をすることができ
る。
【０１２５】さらに、Ｘs軸周り，Ｙs軸周り及びＺs軸
周りの回転角速度を基にペンの姿勢角を算出し、算出し
たペンの姿勢角を基に重力方向ベクトルを算出し、Ｘs
軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度を基に加速度
方向ベクトルを算出し、算出した重力方向ベクトルと加
速度方向ベクトルとを基に姿勢角の回転補正ベクトルを
算出し、算出した姿勢角の回転補正ベクトルを基に姿勢
角演算部が算出したペンの姿勢角を補正するので、ペン
型入力装置において姿勢角の誤差の累積を防止し、正確
な姿勢角を求めることができる。
周りの回転角速度を基にペンの姿勢角を算出し、算出し
たペンの姿勢角を基に重力方向ベクトルを算出し、Ｘs
軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速度を基に加速度
方向ベクトルを算出し、算出した重力方向ベクトルと加
速度方向ベクトルとを基に姿勢角の回転補正ベクトルを
算出し、算出した姿勢角の回転補正ベクトルを基に姿勢
角演算部が算出したペンの姿勢角を補正するので、ペン
型入力装置において姿勢角の誤差の累積を防止し、正確
な姿勢角を求めることができる。
【０１２６】また、ペン先部の軌跡を出力する筆記軌跡
モードではペン先部を回転中心としてペンが回転したと
して検出した加速度を傾斜運動による加速度成分を用い
て補正してペン先部における加速度を求め、ペンの姿勢
角を出力する姿勢入力モードではペン中央部を回転中心
としてペンが回転したとして各加速度センサを用いて検
出した加速度を傾斜運動による加速度成分を用いて補正
してペンの中央部における加速度を求めるので、筆記軌
跡モード及び姿勢入力モードの双方の操作性を向上する
ことができる。
モードではペン先部を回転中心としてペンが回転したと
して検出した加速度を傾斜運動による加速度成分を用い
て補正してペン先部における加速度を求め、ペンの姿勢
角を出力する姿勢入力モードではペン中央部を回転中心
としてペンが回転したとして各加速度センサを用いて検
出した加速度を傾斜運動による加速度成分を用いて補正
してペンの中央部における加速度を求めるので、筆記軌
跡モード及び姿勢入力モードの双方の操作性を向上する
ことができる。
【０１２７】さらに、姿勢入力モードで回転中心とする
ペンの中央部にマークを設けたので、姿勢入力の中心点
を使用者が容易に認識できる。
ペンの中央部にマークを設けたので、姿勢入力の中心点
を使用者が容易に認識できる。
【０１２８】さらに、ペン姿勢演算結果をホールドする
指示又はリセットする指示或いは姿勢の算出の指示を入
力するので、ペンの長手方向の向きと視線方向の対応を
再設定できる。
指示又はリセットする指示或いは姿勢の算出の指示を入
力するので、ペンの長手方向の向きと視線方向の対応を
再設定できる。
【０１２９】また、ペン型入力装置の姿勢角検出結果に
基づいて視線方向を変更するモード、ペン型入力装置の
姿勢角検出結果に基づいてカーソルを移動するモード又
はペン型入力装置の姿勢角検出結果に基づいて物体の表
示角度を変更するモードのいずれか１つ以上のモードを
有し、容易に仮想空間を操作できるようにする。
基づいて視線方向を変更するモード、ペン型入力装置の
姿勢角検出結果に基づいてカーソルを移動するモード又
はペン型入力装置の姿勢角検出結果に基づいて物体の表
示角度を変更するモードのいずれか１つ以上のモードを
有し、容易に仮想空間を操作できるようにする。
【０１３０】さらに、視線モードにおいてペンの長手方
向を視線方向とするので、操作勝手がよい。
向を視線方向とするので、操作勝手がよい。
【０１３１】さらに、Ｚs軸方向の加速度変化を基に表
示装置の画面の奥行き方向の表示範囲を規制するので、
仮想空間での移動を容易にすることができる。
示装置の画面の奥行き方向の表示範囲を規制するので、
仮想空間での移動を容易にすることができる。
【図１】姿勢入力装置における加速度センサ及びジャイ
ロの配置図である。
ロの配置図である。
【図２】各加速度ベクトルの関係を表わす説明図であ
る。
る。
【図３】姿勢入力装置の演算部の構成図である。
【図４】姿勢入力装置の動作を示すフローチャートであ
る。
る。
【図５】他の姿勢入力装置の加速度センサ及びジャイロ
の配置図である。
の配置図である。
【図６】ペン型入力装置における加速度センサ及びジャ
イロの配置図である。
イロの配置図である。
【図７】ペン型入力装置の演算部の構成図である。
【図８】ペン型入力装置の動作を示すフローチャートで
ある。
ある。
【図９】ペン型入力装置の回転中心を示すマーク設けた
場合の斜視図である。
場合の斜視図である。
【図１０】他のペン姿勢演算部の構成図である。
【図１１】視線モードにおける変化を示す斜視図であ
る。
る。
【図１２】カーソルモードにおける変化を示す斜視図で
ある。
ある。
１ 姿勢入力装置 ２ 加速度センサ ３ ジャイロ ４ 演算部 ４２ 初期姿勢角演算部 ４３ 姿勢角演算部 ４４ 重力方向ベクトル演算部 ４５ 加速度方向ベクトル演算部 ４６ 回転補正ベクトル演算部 ４７ 姿勢角補正部 ４８ 姿勢角出力部 ５ ペン型入力装置 ６ 演算部 ６３ 静止判別部 ６４ 初期回転ベクトル演算部 ６５ 傾斜加速度補正部 ６５１ 角加速度演算部 ６５２ 加速度補正部 ６６ ペン姿勢演算部 ６６１ 回転ベクトル演算部 ６７ ペン先軌跡演算部 ６７１ 座標変換演算部 ６７２ 重力加速度除去部 ６７３ 移動量演算部 ６８ 検出結果切替部
Claims (18)
- 【請求項１】 ３個のジャイロと３個の加速度センサと
演算部を有し、３個のジャイロはそれぞれ姿勢入力装置
を基準とした互いに直交する３軸から成るセンサ座標系
（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸周り，Ｙs軸周り及びＺs軸周
りの回転角速度を示す信号を出力し、３個の加速度セン
サはそれぞれＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加
速度を示す信号を出力し、演算部は姿勢角演算部と重力
方向ベクトル演算部と加速度方向ベクトル演算部と回転
補正ベクトル演算部と姿勢角補正部を備え、姿勢角演算
部はジャイロが出力した回転角速度を示す信号を基に重
力加速度方向に伸びる軸をＺg軸にした重力座標系（Ｘ
g，Ｙg，Ｚg）における姿勢入力装置の姿勢角を算出
し、重力方向ベクトル演算部は姿勢角演算部が算出した
姿勢入力装置の姿勢角を基に重力加速度の方向の単位ベ
クトルである重力方向ベクトルを算出し、加速度方向ベ
クトル演算部は加速度センサが出力した加速度を示す信
号を基に加速度センサを用いて検出した加速度の方向の
単位ベクトルである加速度方向ベクトルを算出し、回転
補正ベクトル演算部は重力方向ベクトル演算部が算出し
た重力方向ベクトルと加速度方向ベクトル演算部が算出
した加速度方向ベクトルとを基に姿勢角の回転補正ベク
トルを算出し、姿勢角補正部は回転補正ベクトル演算部
が算出した姿勢角の回転補正ベクトルを基に姿勢角演算
部が算出した装置の姿勢角を補正することを特徴とする
姿勢入力装置。 - 【請求項２】 上記姿勢角補正部は、サンプリング周期
で２を割った値からサンプリング周期で30を割った値ま
での範囲内の予め定めた利得で、回転補正ベクトル演算
部が算出した姿勢角の回転補正ベクトルを縮小し、縮小
した回転補正ベクトルを用いて姿勢角演算部が算出した
姿勢角を補正する請求項１記載の姿勢入力装置。 - 【請求項３】 上記姿勢角補正部は、回転補正ベクトル
演算部が算出した姿勢角の回転補正ベクトルが予め定め
たベクトルより大きい場合には姿勢角の回転補正ベクト
ルを縮小し、回転補正ベクトルを用いて姿勢角演算部が
算出した姿勢角を補正する請求項１記載の姿勢入力装
置。 - 【請求項４】 上記姿勢角補正部は、加速度センサを用
いて検出した加速度の大きさで回転補正ベクトル演算部
が算出した姿勢角の回転補正ベクトルを重み付けし、重
み付けした後の回転補正ベクトルを用いて姿勢角演算部
が算出した装置の姿勢角を補正する請求項１記載の姿勢
入力装置。 - 【請求項５】 上記姿勢角の変化を算出し、算出した姿
勢角の変化が予め定めた基準値を越える場合は今回サン
プリングにより算出した姿勢角を出力し、算出した姿勢
角の変化が予め定めた基準値以下の場合は前回のサンプ
リングにより出力した姿勢角をそのまま出力する姿勢角
出力部を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の姿勢
入力装置。 - 【請求項６】 上記各加速度センサの取付位置における
傾斜運動による加速度成分を算出し、算出した傾斜運動
による加速度成分を基に各加速度センサを用いて検出し
たセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を補正して
傾斜運動中心部におけるセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚ
s）の加速度を求める傾斜加速度補正部を有する請求項
１乃至５のいずれかに記載の姿勢入力装置。 - 【請求項７】 ３個の加速度センサと３個のジャイロと
演算部を有し、３個の加速度センサはそれぞれペン型入
力装置の長手方向をＺs軸としたセンサ座標系（Ｘs，Ｙ
s，Ｚs）のＸs軸方向，Ｙs軸方向及びＺs軸方向の加速
度を示す信号を出力し、３個のジャイロはそれぞれＸs
軸周り，Ｙs軸周り及びＺs軸周りの回転角速度を示す信
号を出力し、演算部はペン姿勢演算部とペン先軌跡演算
部と検出結果切替部を備え、ペン姿勢演算部は３個のジ
ャイロが出力した回転角速度を示す信号を基に重力加速
度方向に伸びる軸をＺg軸にした重力座標系（Ｘg，Ｙ
g，Ｚg）におけるペン軸の姿勢角を算出し、ペン先軌跡
演算部は３個のジャイロが出力した回転角速度を示す信
号及び３個の加速度センサが出力した加速度を示す信号
を基にペン先部の軌跡を算出し、検出結果切替部は入力
モードに応じて、ペン姿勢演算部が算出したペン軸の姿
勢角又はペン先軌跡演算部が算出したペン先部の軌跡を
出力することを特徴とするペン型入力装置。 - 【請求項８】 上記ペン姿勢演算部は、姿勢角演算部と
重力方向ベクトル演算部と加速度方向ベクトル演算部と
回転補正ベクトル演算部と姿勢角補正部を備え、姿勢角
演算部はジャイロが出力した回転角速度を示す信号を基
に重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン軸の姿勢
角を算出し、重力方向ベクトル演算部は姿勢角演算部が
算出した装置の姿勢角を基に重力加速度の方向の単位ベ
クトルである重力方向ベクトルを算出し、加速度方向ベ
クトル演算部は加速度センサが出力した加速度を示す信
号を基に加速度センサを用いて検出した加速度の方向の
単位ベクトルである加速度方向ベクトルを算出し、回転
補正ベクトル演算部は重力方向ベクトル演算部が算出し
た重力方向ベクトルと加速度方向ベクトル演算部が算出
した加速度方向ベクトルとを基に姿勢角の回転補正ベク
トルを算出し、姿勢角補正部は回転補正ベクトル演算部
が算出した姿勢角の回転補正ベクトルを基に姿勢角演算
部が算出したペン軸の姿勢角を補正する請求項７記載の
ペン型入力装置。 - 【請求項９】 上記姿勢角補正部は回転補正ベクトル演
算部が算出した姿勢角の回転補正ベクトルをサンプリン
グ周期で２を割った値からサンプリング周期で30を割っ
た値の範囲内の利得で縮小し、姿勢角演算部が算出した
装置の姿勢角を補正する請求項８記載のペン型入力装
置。 - 【請求項１０】 上記姿勢角補正部は回転補正ベクトル
演算部が算出した姿勢角の回転補正ベクトルが予め定め
たベクトルより大きい場合には姿勢角の回転補正ベクト
ルを縮小し、姿勢角演算部が算出したペン軸の姿勢角を
補正する請求項８記載のペン型入力装置。 - 【請求項１１】 上記姿勢角補正部は、加速度センサを
用いて検出した加速度の大きさで回転補正ベクトル演算
部が算出した姿勢角の回転補正ベクトルを重み付けし、
重み付けした姿勢角の回転補正ベクトルを基に姿勢角演
算部が算出したペン軸の姿勢角を補正する請求項８記載
のペン型入力装置。 - 【請求項１２】 上記姿勢角の変化を算出し、算出した
姿勢角の変化が予め定めた基準値を越える場合は今回の
サンプリングの際に算出した姿勢角を出力し、算出した
姿勢角の変化が予め定めた基準値以下の場合は前回のサ
ンプリングにより出力した姿勢角をそのまま出力する姿
勢角出力部を有する請求項８記載のペン型入力装置。 - 【請求項１３】 上記各加速度センサの取付位置におけ
る傾斜運動による加速度成分を算出し、ペン先部の軌跡
を出力する筆記軌跡モードではペン先部を回転中心とし
てペン型入力装置が回転したとして各加速度センサを用
いて検出したセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度
を傾斜運動による加速度成分を用いて補正してペン先部
におけるセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）の加速度を求
め、ペン軸の姿勢角を出力する姿勢入力モードではペン
中央部を回転中心としてペン軸が回転したとして各加速
度センサを用いて検出したセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚ
s）の加速度を傾斜運動による加速度成分を用いて補正
してペン中央部におけるセンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚ
s）の加速度を求める傾斜加速度補正部を備える請求項
７乃至１２のいずれかに記載のペン型入力装置。 - 【請求項１４】 上記姿勢入力モードで回転中心とする
ペン中央部にマークを設けた請求項１３記載のペン型入
力装置。 - 【請求項１５】 上記ペン姿勢演算部による演算結果を
ホールドする指示又はリセットする指示を入力する指示
入力部或いはペン姿勢演算部に対する姿勢角の算出の指
示を入力する指示入力部を備える請求項７乃至１４のい
ずれかに記載のペン型入力装置。 - 【請求項１６】 ペン型入力装置とコンピュータ装置と
表示装置を有し、ペン型入力装置は３個の加速度センサ
と３個のジャイロと演算部を備え、３個の加速度センサ
はそれぞれペン型入力装置の長手方向をＺs軸としたセ
ンサ座標系（Ｘs，Ｙs，Ｚs）のＸs軸方向，Ｙs軸方向
及びＺs軸方向の加速度を示す信号を出力し、３個のジ
ャイロはそれぞれＸs軸周り，Ｙs軸周り及びＺs軸周り
の回転角速度を示す信号を出力し、演算部はペン姿勢演
算部とペン先軌跡演算部と検出結果切替部とを備え、ペ
ン姿勢演算部は３個のジャイロが出力した回転角速度を
示す信号を基に重力加速度方向に伸びる軸をＺg軸にし
た重力座標系（Ｘg，Ｙg，Ｚg）におけるペン軸の姿勢
角を算出し、ペン先軌跡演算部は３個のジャイロが出力
した回転角速度を示す信号及び３個の加速度センサが出
力した加速度を示す信号を基にペン先部の軌跡を算出
し、検出結果切替部は入力モードに応じて、ペン姿勢演
算部が算出したペン軸の姿勢角又はペン先軌跡演算部が
算出したペン先部の軌跡を出力し、コンピュータ装置は
ペン型入力装置の出力結果を入力モードに応じて表示装
置から表示するペン型入力システムであって、コンピュ
ータ装置はペン型入力装置の姿勢角検出結果に基づいて
視線方向を変更するモード、ペン型入力装置の姿勢角検
出結果に基づいてカーソルを移動するモード又はペン型
入力装置の姿勢角検出結果に基づいて物体の表示角度を
変更するモードのいずれか１つ以上のモードを有するこ
とを特徴とするペン型入力システム。 - 【請求項１７】 上記コンピュータ装置はペン型入力装
置の姿勢角検出結果に基づいて視線方向を変更するモー
ドにおいてペン型入力装置の長手方向を視線方向とする
請求項１６記載のペン型入力システム。 - 【請求項１８】 上記コンピュータ装置はＺs軸方向の
加速度変化を基に表示装置が表示する画面の奥行き方向
の表示範囲を制御する請求項１６又は１７記載のペン型
入力システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26517397A JP3748483B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | 姿勢入力装置、姿勢入力機能を備えるペン型入力装置及びそのペン型入力装置を有するペン型入力システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26517397A JP3748483B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | 姿勢入力装置、姿勢入力機能を備えるペン型入力装置及びそのペン型入力装置を有するペン型入力システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1185387A true JPH1185387A (ja) | 1999-03-30 |
| JP3748483B2 JP3748483B2 (ja) | 2006-02-22 |
Family
ID=17413606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26517397A Expired - Fee Related JP3748483B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | 姿勢入力装置、姿勢入力機能を備えるペン型入力装置及びそのペン型入力装置を有するペン型入力システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3748483B2 (ja) |
Cited By (38)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR100408518B1 (ko) * | 2001-04-12 | 2003-12-06 | 삼성전자주식회사 | 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력장치 및 좌표 측정 방법 |
| KR100636094B1 (ko) * | 1999-08-06 | 2006-10-18 | 삼성전자주식회사 | 3차원 사용자 입력 장치 및 그 입력 처리 방법 |
| KR100643304B1 (ko) | 2005-02-15 | 2006-11-10 | 삼성전자주식회사 | 관성 센서 보정 장치 및 방법, 그리고, 상기 방법을 기록한기록 매체 |
| KR100744902B1 (ko) | 2006-05-24 | 2007-08-01 | 삼성전기주식회사 | 휴대 무선 조작기 |
| KR100750504B1 (ko) | 2005-11-01 | 2007-08-20 | 한국전자통신연구원 | 가속도 신호를 이용한 동작 입력 장치, 호스트 정합 장치 및 동작 인식 방법 |
| JP2007535776A (ja) * | 2004-04-30 | 2007-12-06 | ヒルクレスト・ラボラトリーズ・インコーポレイテッド | 傾き補償および向上した使いやすさを備えた自由空間ポインティングデバイス |
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