TWI412960B - An input device, a control device, a control system, a control method, and a handheld device - Google Patents

An input device, a control device, a control system, a control method, and a handheld device Download PDF

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TWI412960B
TWI412960B TW097145534A TW97145534A TWI412960B TW I412960 B TWI412960 B TW I412960B TW 097145534 A TW097145534 A TW 097145534A TW 97145534 A TW97145534 A TW 97145534A TW I412960 B TWI412960 B TW I412960B
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Kazuyuki Yamamoto
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0346—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of the device orientation or free movement in a 3D space, e.g. 3D mice, 6-DOF [six degrees of freedom] pointers using gyroscopes, accelerometers or tilt-sensors

Description

輸入裝置、控制裝置、控制系統、控制方法及手持裝置
本發明係關於一種用以對GUI(Graphical User Interface，圖形使用者介面)進行操作之例如空間操作型之輸入裝置、根據自該輸入裝置輸出之資訊而對GUI進行控制之控制裝置、包含該等裝置之控制系統、控制方法及手持裝置。
作為PC(Personal Computer，個人電腦)中所普及之GUI之控制器，主要係使用滑鼠或觸控板等指向裝置。GUI不僅用作先前之PC之HI(Human Interface，人性化介面)，而且開始用作例如以電視作為圖像媒體而於客廳等內使用之AV(Audio-Visual，視聽)設備或遊戲機之介面。作為此類GUI之控制器，已提出有多種指向裝置，該等指向裝置可供使用者於空間內進行操作(例如，參照專利文獻1、2)。
於專利文獻1中，揭示有包含雙軸之角速度陀螺儀。亦即兩個角速度感測器之輸入裝置。該角速度感測器係振動型角速度感測器。若對例如以共振頻率進行壓電振動之振動體施加旋轉角速度，則於與振動體之振動方向正交之方向上會產生科氏力(Coriolis force)。由於該科氏力與角速度成正比，因此，可藉由檢測科氏力來檢測旋轉角速度。專利文獻1之輸入裝置係藉由角速度感測器而檢測圍繞著正交之雙軸之角速度，並根據該角速度，生成作為藉由顯示機構而顯示之游標(cursor)等之位置資訊之訊號，繼而將其發送至控制設備。
於專利文獻2中，揭示有包含三個(三軸)加速度感測器以及三個(三軸)角速度感測器(陀螺儀)之筆式輸入裝置。該筆式輸入裝置根據分別藉由三個加速度感測器及角速度感測器所得之訊號，進行各種運算，而算出筆式輸入裝置之姿態角。
[專利文獻1]日本專利特開2001-56743號公報(段落[0030]、[0031]、圖3)
[專利文獻2]日本專利第3748483號公報(段落[0033]。[0041]、圖1)
然而，使用者係不穩定地懸空移動輸入裝置，故而存在難以進行例如使指標位於畫面上之特定位置等之精密的指向操作之問題。
為了解決該問題，在通常用於PC等之中之平面操作型指向系統中，會使用指標之速度或加速度之可變功能。作為該可變功能之示例，於Windows(註冊商標)中，係採用可更改指標之速度或加速度之功能。藉由將加速度之功能應用於指標之移動，而使得指向操作之速度(例如滑鼠之速度)越快，指標之速度變得越快。因此，當滑鼠之速度較低時，指標之速度降低，因而使精密之指向操作成為可能。
然而，於空間操作型輸入裝置中不具備上述加速度之可變功能、亦即、輸入裝置之速度與指標之速度為線性之情形時，與附加加速度之情形時相比，對使用者而言直覺性更高。本發明者就對輸入裝置以及指標之兩速度為非線性之感覺難易度，利用平面操作型滑鼠與空間操作型輸入裝置，以複數個使用者為對象進行了實驗。最終，獲得如下結果：大部分使用者於使用空間操作型輸入裝置之情形時，與使用平面操作型之滑鼠時相比，更容易感覺到非線性。其原因可認為在於，與平面操作型輸入裝置相比，空間操作型輸入裝置係使輸入裝置朝向畫面，以將輸入裝置之移動之資訊直接輸入至畫面般之感覺，來操作輸入裝置。亦即，如雷射指示器般之感覺。
另一方面，同樣之使用者測試之結果，大部分使用者於以極低速操作輸入裝置時，則無法識別出上述線性感。於此情形時，大部分使用者僅能識別出定性之移動傾向，亦即，僅能識別至若迅速移動輸入裝置則指標移動迅速，若緩慢移動輸入裝置則指標移動緩慢等之程度。
又，無論輸入裝置之速度區域如何，作為測試對象之使用者，對急遽加減速之追隨性之感知度較高，例如即使10ms級之延遲亦能夠識別。並且，亦獲得操作時之追隨性越好，則獲得越良好之操作感之結果。
鑒於以上情況，本發明之目的在於提供一種讓使用者感覺到輸入裝置與指標之移動為線性，並且能夠進行精密之指向操作之輸入裝置、控制裝置、包含該等裝置之控制系統及其控制方法。
為了達成上述目的，本發明之一形態之輸入裝置係控制畫面上之指標移動，且包含殼體、移動訊號輸出機構、增益機構、控制機構及發送機構。
上述移動訊號輸出機構檢測上述殼體之移動，輸出與上述殼體之速度相關之速度相關值之訊號。
上述增益機構藉由上述所輸出之速度相關值乘以增益，而獲得用以使上述畫面上之上述指標移動之速度值，即指標速度值。
上述控制機構於上述所輸出之速度相關值中第1臨限值至大於上述第1臨限值之第2臨限值之第1範圍內，將上述增益控制為可變，而於上述所輸出之速度相關值超過上述第2臨限值之第2範圍內，將上述增益控制為固定。
上述發送機構發送由上述增益機構所獲得之上述指標速度值之資訊。
於本發明中，於殼體之移動為第1臨限值至第2臨限值之使用者無法識別出線性感之比較低速之第1範圍內，將增益控制為可變。因此，使用者可於殼體之移動為比較低速之範圍內，進行精密之指向操作。又，於來自移動訊號輸出機構之速度相關值超過第2臨限值之比較高速之第2範圍內，將增益控制為固定。藉此，於殼體之移動為比較高速之範圍內，輸入裝置與指標之移動為線性對應，使用者之操作感提高。
所謂速度相關值，係指上述殼體之速度值或者角速度值。又，速度相關值係以絕對值來進行考慮。
移動訊號輸出機構包含感測器，或者包含感測器及根據由該感測器所檢測出之檢測值而進行運算之機構。因此，當感測器為檢測加速度之加速度感測器之情形時，移動訊號輸出機構包含根據作為其檢測值之加速度值，藉由運算而算出速度值，並且輸出其之機構。當感測器為檢測角速度之角速度感測器之情形時，移動訊號輸出機構根據作為其檢測值之角速度值來獲得速度值。所檢測出之角速度值可用作殼體之速度值，又，對所檢測出之角速度值進行時間微分而算出之角加速度值可用作殼體之加速度值。
第1臨限值既可設定為零，亦可設定為大於零之值。
上述控制機構於上述第1範圍內，以上述增益隨著上述速度相關值增加而增加之方式控制上述增益。所謂增益增加，可考慮增益以1次函數增加之情形、以2次以上之多次函數增加之情形、呈步進狀增加之情形、以及該等情形中之至少兩者之組合、或者其他各種增加方式。以下，於言及「增益增加」之情形時，為相同意思。所謂2次以上之多次函數，當然並不限於朝下凸，而亦可為朝上凸之函數。
上述控制機構於上述所輸出之速度相關值為零至上述第1臨限值之第3範圍內，將上述增益控制為固定。如此，根據輸入裝置之開始移動(輸入裝置開始移動之瞬間)之動作，指標之移動相應變為線性，因此指標開始順暢地移動。
亦可上述移動訊號輸出機構輸出上述殼體之加速度值，上述控制機構於上述第1範圍內，以上述增益隨著上述加速度值增加而增加之方式控制上述增益。
於使用者開始移動輸入裝置，或者使移動之輸入裝置靜止之情形時，亦即，於輸入裝置以高加速度移動時，無需精密指向。本發明中，輸入裝置之加速度值越大，增益越固定，亦即，輸入裝置之移動與指標之移動之關係越接近線性關係。因此，當使用者開始以高速移動輸入裝置時，指標之移動將變得順暢，而不會令使用者感到指標之追隨性欠佳。
於可變增益之情形時，特別是於加速時，有時有的使用者會感到追隨性欠佳。其原因在於，於低速範圍內指標之速度較慢，故而表面上看起來響應較慢。因此，為了提高對如此急遽加速之追隨性，根據加速度之大小來控制上述增益即可。亦即，當殼體之加速度較大時，以更接近直線之方式來改變速度分布較為有效。
加速度值既可為由加速度感測器所檢測出之加速度值，亦可為去除重力成分等之後藉由計算而求出之加速度值。以下各發明中亦係同樣。
上述移動訊號輸出機構輸出上述殼體之加速度值，上述控制機構根據上述加速度值之變化，而改變上述第1範圍內之上述增益之變化率。所謂變化率，於增益為直線之情形時，係指其傾斜率，而於增益為多次曲線之情形時，係指增益之微分值。亦可改變第1臨限值與第2臨限值中之至少一方。又，本發明之結果，亦可以輸入裝置之移動與指標之移動之關係接近於線性關係之方式改變增益之變化率。
上述輸入裝置亦可更包含：記憶機構，其係記憶上述第1範圍內之以時間順序連續之複數個上述速度相關值之資訊；及符號判定機構，其係判定上述所記憶之複數個速度相關值之符號是否相同。上述控制機構包含記憶上述第1範圍內之上述增益值之增益值記憶機構，當上述複數個速度相關值之符號相同時，使用由將上述所記憶之增益值加或乘以常數值所得之值控制上述增益。當所記憶之複數個速度值之符號相同時，此期間內速度之方向並無變化。因此，於此情形時，可認為使用者正處於將指標自畫面上之某一位置移動至比較遠之另一位置之過程中，並可認為係未進行精密指向之粗調操作。於粗調操作之情形時，藉由加上或乘以常數值，而使輸入裝置之移動與指標之移動之關係接近於線性關係，因此可提高使用者之操作感。
或者，控制機構於上述複數個速度相關值之符號相同之情形時，亦可使用上述所記憶之增益值與上述殼體之加速度值，來控制上述增益。亦即，於粗調操作之情形時，藉由加速度值越增大，輸入裝置之移動與指標之移動之關係越接近於線性關係之控制，可提高使用者之操作感。
上述控制機構於所增加之上述增益值超過上述固定增益之情形時，亦可將上述增益值設為上述固定。
上述輸入裝置亦可更包含調節機構，該調節機構調節上述第1範圍內之上述增益之變化率、上述第1臨限值、上述第2臨限值及上述第2範圍內之上述增益值中之至少一者。於輸入裝置中設置機械開關、或者例如靜電式開關等作為調節機構即可。或者，輸入裝置包含具有GUI之軟體作為調節機構即可。於輸入裝置包含此種軟體之情形時，對與輸入裝置進行通訊之控制裝置發送該GUI之圖像資訊等即可。
上述移動訊號輸出機構包含：加速度感測器，其係檢測沿著特定軸之方向之上述殼體之加速度；及速度計算機構，其係藉由對上述檢測出之加速度值進行積分運算，而算出作為上述殼體之沿著上述特定軸之方向之上述殼體之速度值、上述速度相關值。
或者，移動訊號輸出機構亦可包含：第1加速度感測器，其係檢測沿著第1軸之方向之第1加速度；第2加速度感測器，其係檢測沿著與沿上述第1軸之方向不同的第2軸之方向之第2加速度；及速度計算機構，其係藉由根據上述第1加速度以及上述第2加速度之積分運算，分別算出上述殼體之沿著上述第1軸之方向之第1速度值以及沿著上述第2軸之方向之第2速度值。
或者，上述移動訊號輸出機構包含：輸出機構，其係輸出上述特定軸周圍之上述殼體之角速度值；及獲取機構，其係獲取根據上述所輸出之角速度值而算出之速度值作為上述速度相關值。輸出機構可列舉包含角度感測器之情形、包含角速度感測器之情形、或者包含角加速度感測器之情形。作為角度感測器，可使用地磁感測器，藉由對作為其檢測值之角度值進行微分運算而獲得角速度值，輸出機構輸出該角速度值即可。作為角加速度感測器，包含複數個加速度感測器之組合。於輸出機構包含角加速度感測器之情形時，藉由對作為其檢測值之角加速度值進行積分運算來輸出角速度值。
上述移動訊號輸出機構包含：第1加速度感測器，其係檢測沿著第1軸之方向之第1加速度；第1輸出機構，其係輸出與沿著上述第1軸之方向不同之第2軸周圍之上述殼體的旋轉角度相關值，即第1角度相關值；及第1計算機構，其係根據上述第1加速度值以及上述第1角度相關值，算出上述殼體之沿著第1軸之方向之第1速度值作為上述速度相關值。
當人自然地操作輸入裝置時，藉由臂關節之旋轉、肘之旋轉以及手腕之旋轉中之至少一者來進行操作。因此，可認為若產生加速度，則必然亦會產生與該加速度相同方向之角加速度。又，對於速度亦係同樣，若產生速度，則必然會產生與其相同方向之角速度。亦即，加速度與角加速度存在關聯關係，又，速度與角速度存在關聯關係。本發明係將加速度值與角度相關值中之任一方之資訊用作另一方之資訊輔助。藉此，可提高速度值之計算精度。本發明中，係算出與第1軸相關之第1速度值，但亦可如以下之發明，算出與第2軸相關之第2速度值。
於此情形時，上述移動訊號輸出機構亦可包含：第2加速度感測器，其係檢測沿著上述第2軸之方向之第2加速度；第2輸出機構，其係輸出上述第1軸周圍之上述殼體之旋轉角度相關值，即第2角度相關值；及第2計算機構，其係根據上述第2加速度值以及上述第2角度相關值，算出上述殼體之沿著第2軸之方向之第2速度值作為上述速度相關值。第1軸與第2軸並不限於正交之情形。於第1軸與第2軸未正交之情形時，可藉由利用三角函數之運算，而將第1加速度值及第2加速度值轉換於正交之雙軸上。
所謂角度相關值(第1或者第2角度相關值)，典型而言係指角速度值，但亦可指角度值或角加速度值。
於本發明之情形時，控制機構藉由相同(或者不同)之增益分布，對上述第1以及第2速度值分別單獨進行控制即可。或者，亦可考慮如下之形態。
上述控制機構於根據上述所算出之第1速度值及第2速度值而獲得之運算值為第3臨限值至大於上述第3臨限值之第4臨限值之範圍內，將上述增益控制為可變，而於超過上述第4臨限值之範圍內，將上述增益控制為固定。
上述運算值係藉由使用第1及第2速度值之特定運算式而求出之值。該運算式可進行適當變更。
上述輸入裝置更包含比較機構，其係比較上述所算出之第1速度值與第2速度值，上述控制機構根據上述比較，而對上述第1速度值及上述第2速度值中之較大值控制上述增益。藉此，與例如如上所述使用運算值之情形、或者對第1及第2速度值單獨地控制增益之情形相比，可減少計算量。
本發明之一形態之控制裝置係根據自輸入裝置所發送之下述檢測值之資訊，來控制畫面上之指標移動，上述輸入裝置係包含殼體、檢測上述殼體移動之檢測機構、以及發送上述檢測機構之檢測值資訊的發送機構；且上述控制裝置包含接收機構、移動訊號輸出機構、增益機構、控制機構及座標資訊生成機構。
上述接收機構接收上述檢測值之資訊。
上述移動訊號輸出機構輸出對應於與上述殼體速度相關之速度相關值之訊號。
上述增益機構藉由上述所輸出之速度相關值乘以增益，來獲得用以使上述畫面上之上述指標移動之速度值，即指標速度值。
上述控制機構於上述所輸出之速度相關值中第1臨限值至大於上述第1臨限值之第2臨限值之第1範圍內，將上述增益控制為可變，而於上述所輸出之速度相關值超過上述第2臨限值之第2範圍內，將上述增益控制為固定。
上述座標資訊生成機構生成與由上述增益機構所獲得之上述指標速度值相對應之上述指標之上述畫面上的座標資訊。
上述控制裝置亦可更包含：決定機構，其係用以決定上述畫面上之圖符尺寸；及調節機構，其係根據由上述決定機構所決定之上述圖符尺寸，而調節上述第1範圍內之上述增益之變化率、上述第1臨限值、上述第2臨限值及上述第2範圍內之上述增益值中之至少一者。此處所謂之圖符，係指將電腦上之程式功能、程式之內容、執行命令或者檔案之內容等在畫面3上加以圖像化者。於此情形時，調節機構之功能主要係由控制裝置之處理器來負責。
本發明之一形態之控制系統係控制畫面上之指標移動，且包含輸入裝置以及控制裝置。
上述輸入裝置包含殼體、移動訊號輸出機構、增益機構、控制機構及發送機構。上述移動訊號輸出機構輸出對應於與上述殼體之速度相關速度相關值之訊號。上述增益機構藉由上述所輸出之速度相關值乘以增益，而獲得用以使上述指標移動之速度值，即指標速度值。上述控制機構於上述所輸出之速度相關值中第1臨限值至大於上述第1臨限值之第2臨限值之第1範圍內，將上述增益控制為可變，而於上述所輸出之速度相關值超過上述第2臨限值之第2範圍內，將上述增益控制為固定。上述發送機構發送由上述增益機構所獲取之上述指標速度值之資訊。
上述控制裝置包含接收機構以及座標資訊生成機構。上述接收機構接收上述所發送之上述指標速度值之資訊。上述座標資訊生成機構生成與上述所接收之上述指標速度值相對應之、上述指標之上述畫面上之座標資訊。
本發明之其他形態之控制系統中，輸入裝置包含殼體、檢測上述殼體之移動之檢測機構、以及發送上述檢測機構之檢測值資訊之發送機構。控制裝置包含：接收機構，其係接收上述所發送之檢測值資訊；移動訊號輸出機構，其係根據上述所接收之檢測值資訊，輸出對應於與上述殼體速度相關之速度相關值之訊號；增益機構，其係藉由上述所輸出之速度相關值乘以增益，而獲得用以使上述指標移動之速度值，即指標速度值；控制機構，其係於上述所輸出之速度相關值中第1臨限值至大於上述第1臨限值之第2臨限值之第1範圍內，將上述增益控制為可變，而於上述所輸出之速度相關值超過上述第2臨限值之第2範圍內，將上述增益控制為固定；及座標資訊生成機構，其係生成與上述增益機構所獲得之上述指標速度值相對應之上述指標之上述畫面上之座標資訊。
本發明之一形態之控制方法係檢測輸入裝置之移動，輸出對應於與上述輸入裝置速度相關之速度相關值之訊號，於上述所輸出之速度相關值中第1臨限值至大於上述第1臨限值之第2臨限值之第1範圍內，將用以決定用於使畫面上之指標移動之速度值即指標速度值之增益控制為可變，於上述所輸出之速度相關值超過上述第2臨限值之第2範圍內，將上述增益控制為固定，藉由上述所輸出之速度相關值乘以上述所控制之增益，而輸出上述指標速度值，生成與上述指標速度值相對應之上述指標之上述畫面上的座標資訊。
本發明之一形態之手持裝置係控制畫面上之指標移動，且包含殼體、顯示部、移動訊號輸出機構、增益機構及控制機構。
上述顯示部顯示上述畫面。上述移動訊號輸出機構檢測上述殼體之移動，輸出與上述殼體速度相關之速度相關值之訊號。上述增益機構藉由上述所輸出之速度相關值乘以增益，而獲得用以使上述畫面上之上述指標移動之速度值，即指標速度值。上述控制機構於上述所輸出之速度相關值中第1臨限值至大於上述第1臨限值之第2臨限值之第1範圍內，將上述增益控制為可變，而於上述所輸出之速度相關值超過上述第2臨限值之第2範圍內，將上述增益控制為固定。
如上所述，藉由本發明，對使用者線性地感覺到輸入裝置與指標之移動，並且能夠進行精密之指向操作。
以下，一面參照圖式，一面說明本發明之實施形態。
圖1係表示本發明之一實施形態之控制系統之圖。控制系統100包括顯示裝置5、控制裝置40及輸入裝置1。
圖2係表示輸入裝置1之立體圖。輸入裝置1設為使用者能夠握持之程度之大小。輸入裝置1包含殼體10、設於殼體10之上部之例如兩個按鍵11及12、旋轉式滾輪按鍵13等操作部。設於殼體10之上部之靠近中央的按鍵11具有例如作為PC中所使用之輸入裝置之滑鼠的左按鍵之功能，與按鍵11鄰接之按鍵12則具有右按鍵之功能。
例如，可藉由長按按鍵11，使輸入裝置1移動，來進行「拖放」，藉由雙擊按鍵11來進行打開檔案之操作，且藉由滾輪按鍵13來進行畫面3之捲動操作。對按鍵11與12以及滾輪按鍵13之配置、發布之命令內容等可進行適當更改。
圖3係模式性地表示輸入裝置1之內部構成之圖。圖4係表示輸入裝置1之電性構成之方塊圖。
輸入裝置1包含感測器單元17、控制單元30及電池14。
圖8係表示感測器單元17之立體圖。
感測器單元17包含加速度感測器單元16，該加速度感測器單元16檢測沿著相互不同之角度、例如正交之雙軸(X'軸及Y'軸)之加速度。亦即，加速度感測器單元16包含偏轉(yaw)方向之加速度感測器16、以及俯仰(pitch)方向之加速度感測器162此兩個感測器。
又，感測器單元17包含檢測圍繞著其正交之雙軸之角加速度的角速度感測器單元15。亦即，角速度感測器單元15包括偏轉方向之角速度感測器151、以及俯仰方向之角速度感測器152此兩個感測器。該等加速度感測器單元16以及角速度感測器單元15經封裝後，搭載於電路基板25上。
作為偏轉方向、俯仰方向之角速度感測器151、152，係使用對與角速度成正比之科氏力進行檢測之振動型陀螺儀感測器。作為X軸方向、Y方向之加速度感測器161、162，亦可為壓電電阻型、壓電型、靜電電容型等任意類型之感測器。作為角速度感測器151或152，並不限於振動型陀螺儀感測器，亦可使用旋轉陀螺(top)式陀螺儀感測器、雷射陀螺儀感測器、或者氣體比陀螺儀感測器等。
於圖2及圖3中，為了便於說明，將殼體10之長度方向設為Z'方向，將殼體10之厚度方向設為X'方向，並將殼體10之寬度方向設為Y'方向。於此情形時，上述感測器單元17以使電路基板25之搭載加速度感測器單元16及角速度感測器單元15之面實質上平行於X'-Y'平面之方式，而內置於殼體10中，並且如上所述，兩感測器單元16與15檢測與X軸及Y軸此雙軸相關之物理量。於本說明書中，與輸入裝置1一併移動之座標系、亦即、固定於輸入裝置1中之座標系以X'軸、Y'軸、Z'軸來表示。另一方面，地球上靜止之座標系、亦即、慣性座標系係以X軸、Y軸、Z軸來表示。又，於以下說明中，關於輸入裝置1之移動，有時亦將圍繞著X'軸旋轉之方向稱作俯仰方向，將圍繞著Y'軸旋轉之方向稱作偏轉方向，並將圍繞著Z'軸(滾轉軸)方向旋轉之方向稱作滾轉(roll)方向。
控制單元30包括主基板18、安裝於主基板18上之MPU19(Micro Processing Unit，微處理單元)(或者CPU(Central Processing Unit，中央處理單元))、晶體振盪器20、收發器21、以及印刷於主基板18上之天線22。
MPU19內置有必需之揮發性以及非揮發性記憶體。MPU19輸入感測器單元17之檢測訊號、操作部之操作訊號等，並且為了生成與該等輸入訊號對應之特定之控制訊號，而進行各種運算處理等。上述記憶體亦可與MPU19分開單獨設置。
典型而言，感測器單元17係輸出類比訊號者。於此情形時，MPU19包括A/D(Analog/Digital，類比/數位)轉換器。然而，感測器單元17亦可為包含A/D轉換器之單元。
藉由MPU19或者藉由MPU19及晶體振盪器20而構成處理單元。
收發器21(發送機構)將MPU19中所生成之控制訊號作為RF(Radio Frequency，射頻)無線訊號，經由天線22而發送至控制裝置40。又，收發器21亦可接收自控制裝置40所發送之各種訊號。
晶體振盪器20生成時脈，並將其供給至MPU19。作為電池14，係使用乾電池或者充電式電池等。
控制裝置40包含MPU35(或者CPU)、RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)36、ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)37、視訊RAM41、顯示控制部42、天線39以及收發器38等。
收發器38經由天線39接收自輸入裝置1所發送之控制訊號(接收機構)。又，收發器38亦可對輸入裝置1發送特定之各種訊號。MPU35對該控制訊號進行分析，並進行各種運算處理。顯示控制部42根據MPU35之控制，而主要生成用以顯示於顯示裝置5之畫面3上之畫面資料。視訊RAM41為顯示控制部42之作業區域，暫時存儲所生成之畫面資料。
控制裝置40可為輸入裝置1中所專用之設備，亦可為PC等。控制裝置40並不限於輸入裝置1中所專用之設備，而亦可為與顯示裝置5一體化之電腦，且亦可為音頻/視頻設備、投影儀、遊戲設備或者汽車導航設備等。
顯示裝置5可列舉例如液晶顯示器、EL(Electro-Luminescence，電激發光)顯示器等，但並不限於該等。或者，顯示裝置5亦可為與能夠接收電視播放等之顯示器一體化之裝置，且亦可為此種顯示器與上述控制裝置40一體化之裝置。
圖5係表示顯示於顯示裝置5之畫面3之示例之圖。於畫面3上，顯示有圖符4或指標2等之UI(User Interface，使用者介面)。電腦上之程式功能、程式內容、執行命令或者檔案內容等係於畫面3上經圖像化處理者。再者，將畫面3上之水平方向設為X軸方向，將垂直方向設為Y軸方向。
圖6係表示使用者握持著輸入裝置1之狀態之圖。如圖6所示，輸入裝置1除了包含上述按鍵11、12、13以外，亦可包含例如設於操作電視等之遙控器上之各種操作按鍵或電源開關等之操作部。於如此般由使用者握持著輸入裝置1之狀態下，使輸入裝置1懸空移動，或者對操作部進行操作，藉此將其輸入資訊輸出至控制裝置40，並藉由控制裝置40來控制UI。
其次，說明輸入裝置1之移動方法以及藉此而產生之畫面3上之指標2移動之典型示例。圖7係其說明圖。
如圖7(A)、(B)所示，於使用者握持著輸入裝置1之狀態下，使輸入裝置1之配置有按鍵11、12之側朝向顯示裝置5側。使用者以拇指朝上，小指朝下之狀態、可謂是握手之狀態來握持輸入裝置1。於此狀態下，感測器單元17之電路基板25(參照圖8)，相對於顯示裝置5之畫面3接近於平行，作為感測器單元17之檢測軸之雙軸，則與畫面3上之水平軸(X軸)以及垂直軸(Y軸)對應。以下，將上述圖7(A)、(B)所示之輸入裝置1之姿態稱作基本姿態。
如圖7(A)所示，於基本姿態之狀態下，使用者朝上下方向、亦即俯仰方向擺動手腕或手臂。此時，Y'軸方向之加速度感測器162檢測Y'軸方向之加速度ay ，俯仰方向之角速度感測器152檢測圍繞著X'軸之角速度ωθ 。根據該等檢測值，控制裝置40以使指標2於Y軸方向上移動之方式來控制該指標2之顯示。
另一方面，如圖7(B)所示，於基本姿態之狀態下，使用者朝左右方向、亦即偏轉方向擺動手腕或手臂。此時，X'軸方向之加速度感測器161檢測X'軸方向之加速度ax ，偏轉方向之角速度感測器151檢測圍繞著Y'軸之角速度ωψ 。根據該等檢測值，控制裝置40以使指標2於X軸方向上移動之方式來控制該指標2之顯示。
其次，說明如上所述而構成之控制系統100之動作。圖9係表示其動作之流程圖。
使輸入裝置1接通電源。例如，藉由使用者接通設於輸入裝置1或者控制裝置40中之電源開關等，而使輸入裝置1接通電源。若接通電源，則將自角速度感測器單元15輸出雙軸之角速度訊號。MPU19獲取該雙軸之角速度訊號之第1角速度值ωψ 以及第2角速度值ωθ (步驟101)。
又，若使輸入裝置1接通電源，則將自加速度感測器單元16輸出雙軸之加速度訊號。MPU19獲取該雙軸之加速度訊號之第1加速度值ax 以及第2加速度值ay (步驟102)。該加速度值之訊號係與於電源接通之時點之輸入裝置1之姿態(以下，稱作初始姿態)對應之訊號。以下，若無如下述般之例外說明，則初始姿態係作為上述基本姿態而進行說明。再者，典型而言，MPU19於每個特定之時脈週期同步實施步驟101及步驟102。
再者，於圖9等之中，設為於藉由角速度感測器單元而獲取角速度訊號之後，藉由加速度感測器單元而獲取加速度訊號之態樣。然而，並不限定於該順序，而亦可設為於獲取加速度訊號之後獲取角速度訊號之態樣，且亦可設為並列(同時)地獲取加速度訊號與角速度訊號之態樣。(以下，於圖15、圖16、圖17中亦相同)。
MPU19根據加速度值(ax 、ay )及角速度值(ωψ 、ωθ )，藉由特定之運算，而算出速度值(第1速度值Vx 、第2速度值Vy )(步驟103)。第1速度值Vx 係沿著X軸之方向之速度值， 第2速度值Vy 係沿著Y軸之方向之速度值。關於該速度值之計算方法將於後文詳述。於此方面，至少感測器單元17或者MPU19及感測器單元17係作為輸出輸入裝置1之移動訊號即速度相關值之移動訊號輸出機構而發揮作用。作為速度相關值，於本實施形態中，係以速度值為例加以說明。
作為速度值(Vx 、Vy )之計算方法，於本實施形態中，係由MPU19藉由將加速度值(ax 、ay )除以角加速度值(Δωψ 、Δωθ )，而求出輸入裝置1之移動之旋轉半徑(RΦ 。Rθ )。於此情形時，可藉由將該旋轉半徑(Rψ 、Rθ )乘以角速度值(ωΦ 、ωθ )而求出速度值(Vx 、Vy )。旋轉半徑(Rψ 、Rθ )亦可藉由將加速度之變化率(Δax 、Δay )除以角加速度之變化率(Δ(ΔωΦ )、Δ(Δωθ ))而求出。
利用上述計算方法而算出速度值，藉此獲得與使用者之直覺相一致之輸入裝置1之操作感，又，畫面3上之指標2之移動亦準確地與輸入裝置1之移動相一致。
再者，速度值(Vx 、Vy )亦可不必藉由上述計算方法來計算。例如，亦可採用如下方法，即，MPU19對例如加速度值(ax 、ay )進行積分而求出速度值，且將角速度值(ωψ 、ωθ )用作該積分運算之輔助。或者，亦可對加速度值(ax 、ay )單純地進行積分而算出速度值(Vx 、Vy )。或者，亦可將所檢測出之角速度值(ωΦ 、ωθ )直接用作殼體之速度值(Vx 、Vy )。可藉由對所檢測出之角速度值(ωψ 、ωθ )進行時間微分而求出角加速度值(Δωψ 、Δωθ )，亦可將其用作殼體之加速度值。
MPU19如下述式(1)、(2)所示，藉由將所算出之速度值(Vx 、Vy )分別乘以特定之增益值(Kx 。Ky )，來獲得用以使畫面上之指標移動之速度值(Vx '、Vy ')(指標速度值)(步驟104)。
Vx '=Kx ‧Vx 　(1)
Vy '=Ky ‧Vy 　(2)。
MPU19將所求出之指標速度值(Vx '、Vy ')之資訊，經由收發器21以及天線22而發送至控制裝置40(步驟105)。
控制裝置40之MPU35經由天線39以及收發器38而接收指標速度值(Vx '、Vy ')之資訊(步驟106)。輸入裝置1於每特定之時脈，亦即於每單位時間，發送指標速度值(Vx '、Vy ')，因此控制裝置40可接收該指標速度值(Vx '、Vy ')，而獲得每單位時間之X軸以及Y軸方向之位移量。
MPU35根據下式(3)、(4)，而生成與所獲取之每單位時間之X軸以及Y軸方向上之位移量相對應的、指標2之畫面3上之座標值(X(t)、Y(t))(步驟107)。藉由生成該座標值，MPU35以使指標2於畫面3上移動之方式，對顯示進行控制(步驟108)(座標資訊生成機構)。
X(t)=X(t-1)+Vx '　(3)
Y(t)=Y(t-1)+Vy'　(4)。
圖10(A)係表示上述式(1)或(2)之增益值Kx 及/或Ky 之分布的圖表。於圖10(A)中，橫軸為步驟103中所得之輸入裝置1之速度值Vx 及/或Vy ，縱軸為增益值Kx 及/或Ky 。亦即，增益值Kx 及/或Ky 分別係速度值Vx 及/或Vy 之函數。
於以下說明中，只要未另作限定性說明，則對如圖10(A)所示之增益分布，以橫軸表示速度值Vx 及Vy 中之一者，縱軸亦設為該等速度值Vx 及Vy 中之一者之相關增益值K來進行說明。
於圖10(A)所示之例中，MPU19作為如下控制機構而發揮作用，即，於輸入裝置1為低速之範圍，即臨限值v1(第1臨限值)至臨限值v2(第2臨限值)之範圍(第1範圍)內，對增益值K進行可變控制，而於超過第2臨限值v2之範圍(第2範圍)內，對增益值K進行固定控制。
當以±128(8位元)之絕對值表示橫軸之速度值之解析度之情形時，臨限值v1設為4~12或者6~10，典型而言設為8。又，臨限值v2設為10~20或者12~16，典型而言設為14。然而，臨限值v1以及v2並不限於上述範圍，而可進行適當變更。橫軸之速度值之解析度既可為8位元以下，亦可大於8位元。
關於臨限值v2以下之速度，若換算為實際之輸入裝置1之速度，則典型而言為5cm/s以下，但可適當將設定變更為10cm/s以下、3cm/s以下或者其他範圍(例如，2~4cm/s)等。作為輸入裝置1為比較高速之範圍，例如為超過10cm/s之情形或者超過20cm/s之情形等，但其亦可進行適當設定變更。
圖10(B)係表示藉由圖10(A)所示之增益分布所得之、用以使畫面3上之指標2移動之速度值之分布(以下，稱作速度分布)的圖表。橫軸與圖10(A)相同，係步驟103中所得之輸入裝置1之速度值Vx 及/或Vy 。將圖10(B)之速度分布加以時間微分後之圖表，便成為圖10(A)之增益分布之圖表。增益係將輸入裝置1之速度值Vx 或者Vy 作為輸入，而將指標速度值(Vx '、Vy ')作為輸出之值。
如圖10(B)所示，輸入裝置1之速度值Vx 或者Vy 為0時之增益值K1，係設定於例如0.2~0.4之間，亦即，輸出/輸入係設定於0.2~0.4之間，但並不限於此範圍。固定之增益值K2係設為1，但亦可為其他值。其原因在於，若增益值K2為固定值，則輸入裝置1之速度值與指標速度值呈線性對應。
MPU19可將表示增益分布之函數記憶於記憶體中，並利用該函數而動態算出指標速度值。或者，亦可將表示輸入裝置1之速度值Vx 或Vy 與指標速度值的對應之、根據增益分布而生成之查找表，預先記憶於記憶體中。此情況就下述其他增益分布(圖11(A)及12(A))而言亦為同樣之意思。
如上所述，於輸入裝置1之速度值Vx 或者Vy 為臨限值v2以下之比較低速之範圍內，對增益值K進行可變控制。例如，於本實施形態中，係設定為於輸入裝置1之速度值v1~v2之範圍內，輸入裝置1之速度值Vx 或者Vy 越增大，則增益值K越增大。因此，使用者於輸入裝置1之移動為比較低速之範圍內進行精密之指向操作成為可能。又，於輸入裝置1之速度值Vx 或者Vy 超過臨限值v2之比較高速之範圍內，對增益值K進行固定控制。因此，於輸入裝置1之速度值Vx 或者Vy 為比較高速之範圍內，輸入裝置1與指標2之移動呈線性對應，從而使得使用者之操作感得到提高。
反而言之，輸入裝置1之速度值Vx 或者Vy 為比較低速之範圍則係即使速度分布並非線性，使用者亦幾乎無法辨別其是否為線性之範圍。亦即，如上所述，該範圍典型而言為5cm/s以下。
又，MPU19於輸入裝置1之速度值為0至臨限值v1之範圍(第3範圍)內，對增益進行固定控制。如此，根據輸入裝置1之開始移動(輸入裝置開始移動之瞬間)之動作，指標2之移動相應變為線性，故而指標2開始順暢移動。
此處，關於臨限值v1~v2中之增益值K之增加方法，於圖10(A)之典型例中，係以1次函數方式增加。但不限於此，亦可考慮以2次以上之多次函數方式增加之情形、呈步進狀增加之情形、該等情形中之至少兩者之組合或者其他各種增加方法。所謂2次以上之多次函數，當然並不限於朝下凸，而亦可為朝上凸之函數、或者該等之組合。以下，於言及2次以上之多次函數之情形時，即為上述意思。
圖11(A)係表示其他實施形態之增益分布之圖表。於該增益分布中，圖10(A)中所示之臨限值v1設定為0。藉由如此之增益分布，圖11(B)所示之速度分布自輸入裝置1之速度值0平滑地上升。藉此，使用者亦不會於低速範圍內感覺到緊張。
又，於圖11(A)所示之該增益分布中，自v1(=0)至v2之函數為2次以上之多次函數。然而，如圖10(A)所示，該部分亦可為直線。
圖12(A)係表示另一其他實施形態之增益分布之圖表。
圖12(B)係表示藉由圖12(A)所示之增益分布而獲得之速度分布之圖表。
於該示例中，增益分布係根據該輸入裝置1之加速度值來設定，且於臨限值v1(=0)~v2之範圍內，輸入裝置之加速度值越增大，如虛線所示，增益分布越是遠離位於最下方之粗線F之增益分布而接近1(或1之附近)。亦即，加速度值越大，則臨限值v2越是不斷朝低速側偏移。
臨限值v1亦可為0以外之值。臨限值v1(=0)至v2之範圍內之增益為2次以上之多次函數，但亦可為直線。
MPU19將根據與速度值(Vx 、Vy )相對應之增益值K(上一次之增益值K)(第1增益值)、以及藉由對速度值Vx 、Vy 進行微分運算而得之加速度值(axi 、ayi )之函數(f(axi )、f(ayi ))而獲得之運算值，設為代替上述上一次之增益值K的新的增益值K(第2增益值)。
以下，有時亦將加速度值axi 或者ayi 簡稱為加速度值ai ，並將函數f(axi )或者f(ayi )簡稱為f(ai )。
函數f(ai )可設為隨著加速度值ai 增加而增加之函數。關於其增加方式，可考慮1次函數、2次以上之多次函數、步進狀、或者該等中之至少兩者之組合、及其他各種增加方式。對於函數f(ai )，一方面藉由使用者測試，而實現例如於輸入裝置1之高加速時之操作之使用者所感覺到的不適感與精密指向操作之容易度之平衡，一方面進行設定即可。
所謂上述運算值，係指藉由將上一次之增益值K與上述函數f(ai )相加或相乘所得之值。於圖12(A)中，運算值表示上一次之增益值K與上述函數f(ai )相加之情形。藉此，獲得圖12(A)所示之增益分布。亦即，加速度值ai 越大，如虛線所示，增益值K越是遠離粗線F所示之增益值而接近1(或1之附近)。亦即，加速度值ai 越大，臨限值v2越是不斷朝低速側偏移。
函數f(ai )亦可為隨著加速度值ai 增加而減少之函數。於此情形時，上述運算值可藉由將上一次之增益值K除以上述函數f(ai )而獲得。
又，亦可採用如下方法，即，預先將速度值及加速度值與增益值之關係製成表格，根據所檢測出之速度值以及加速度值，而獲得對應之增益值。
圖15係表示利用圖12(A)所示之增益分布之情形時控制系統100之動作的流程圖。
步驟201~203a係與圖9之步驟101~103相同之處理。於步驟203b中，MPU19獲得與步驟203a中所算出之速度值(Vx 、Vy )相對應之增益值(Kx 、Ky )。
於步驟204中，MPU19藉由對速度值(Vx 、Vy )進行微分運算，而獲得輸入裝置1之X及Y軸方向各自之加速度值(axi 、ayi )。藉由利用經微分運算之加速度值(axi 、ayi )，控制系統100可與利用加速度感測器單元16之檢測值(ax 、ay )之情形時相比，識別出高精度之輸入裝置1之移動。亦即，其原因在於，如上所述，根據加速度值(ax 、ay )以及角速度值(ωψ 、ωθ )，而對該速度值(Vx 、Vy )進行微分運算。
MPU19根據所獲得之加速度值ai (=(axi 、ayi ))而算出函數f(ai )(=(f(axi )、f(ayi )))(步驟205)。當算出函數f(ai )時，MPU19根據增益K與函數f(ai )，算出新的增益值(運算值)(步驟206)。此處，如上所述，新的增益值K'為K'=K＋f(ai )。或者，K'=K‧f(ai )。
此處，當藉由上述運算而求出之增益值K(=K')超過固定之增益值K2時，MPU19可將增益值K之最大值設為K2。
當使用者開始移動輸入裝置1，或者使曾在移動之輸入裝置1靜止之情形時，亦即，當輸入裝置1以高加速度移動時，無需進行精密指向。根據如圖12(A)之增益分布，輸入裝置之加速度值ai 越大，增益值K越固定，亦即，輸入裝置1之移動與指標2之移動之關係越接近於線性關係。例如加速度值ai 達到某值以上時，臨限值v1及v2將不復存在，增益分布將變為增益值K2呈線性者。因此，當使用者開始以高速移動輸入裝置1時，指標2之移動將變得順暢，而不會令使用者感到指標之追隨性欠佳。
於如圖10(A)、圖11(A)之增益分布之情形時，尤其於加速時，有時有的使用者會感到追隨性欠佳。其原因在於，於低速區域內指標2之速度較慢，因此表面上看起來響應較慢。因此，為了提高對如此急遽之加速之追隨性，可根據加速度之大小來控制上述增益。亦即，當殼體之加速度較大時，以更接近於直線之方式來改變速度分布較為有效。
步驟207~211係與圖9之步驟104~108相同之處理。
作為以上所說明之各增益分布之其他實施形態，可考慮如下形態。
例如，於圖10(A)、圖11(A)或者圖12(A)中，MPU19亦可根據加速度值ai ，來改變臨限值v1~v2之範圍內之增益值K之變化率。所謂變化率，於增益為直線之情形時，係指增益之傾斜率，而於增益為多次曲線之情形時，係指增益之微分值。亦可改變臨限值v1及v2中之至少一者。藉由改變臨限值v1及v2中之至少一者，可以使輸入裝置1之移動與指標之移動之關係接近於線性關係之方式，來改變增益之變化率。
或者，MPU19亦可根據加速度值ai ，來改變輸入裝置1之速度值為臨限值v2以上之範圍內之固定之增益值K。例如，可使增益值K，隨著加速度值ai 增加，而遠離固定值之第1值而接近於大於該第1值之固定值即第2值。第1值及第2值既可為1，亦可為1以外之值。
此處，關於圖10(A)、圖11(A)或者圖12(A)所示之增益分布，MPU19可根據增益分布，分別對X及Y軸方向之速度值(Vx 、Vy )控制增益。於此情形時，於X及Y軸方向上，增益分布亦可各不相同。例如，可將關於X軸之增益分布設為圖10(A)~圖12(A)中之任一者，而將關於Y軸之增益分布設為圖10(A)~圖12(A)中之與關於X軸之增益分布不同之增益分布。
或者，MPU19亦可於根據步驟103或203中所算出之速度值(Vx 、Vy )而獲得之運算值中、第3臨限值至大於第3臨限值之第4臨限值之範圍內，對增益進行可變控制，而於該運算值超過第4臨限值之範圍內，對增益進行固定控制。於此情形時，第3臨限值既可為v1(第1臨限值)，亦可與v1不同。又，第4臨限值既可為v2(第2臨限值)，亦可與v2不同。
所謂根據速度值(Vx 、Vy )而獲得之運算值，係例如藉由Vx ＋Vy 或者(Vx 2 ＋Vy 2 )1/2 等而算出之值。或者，運算值亦可為藉由該等運算式以外之式子所求出之值。
或者，MPU19亦可對步驟103或203中所算出之速度值Vx 與Vy (各自之絕對值)進行比較(比較機構)，而將該等中之任一較大者作為代表值。藉此，與使用上述運算值之情形、或者對X及Y軸單獨地進行增益控制之情形相比，可減少計算量。
於圖9中，係由輸入裝置1執行主要之運算而算出指標速度值(Vx '、Vy ')。於圖16所示之實施形態中，則係由控制裝置40執行主要之運算。
如圖16所示，步驟301及302係與步驟101及102相同之處理。輸入裝置1將例如自感測器單元17所輸出之雙軸之加速度值以及雙軸之角速度值即檢測值之資訊發送至控制裝置40(步驟303)。控制裝置40之MPU35接收該檢測值之資訊(步驟304)，並執行與步驟103、104、107及108相同之處理(步驟305~308)。
於圖15所示之流程圖中，亦係以與圖16之處理相同之方式，而由控制裝置40執行主要之計算。於此情形時，於圖16中，由輸入裝置1執行步驟201~202，且由控制裝置40執行步驟203~207、210及211即可。
圖17係表示控制系統100之其他實施形態之動作之流程圖。
步驟401、402、403a、403b及404係與步驟201、 202、 203a、204b及204相同之處理。
於步驟405中，MPU19將以時間順序連續之複數個速度值(Vx 、Vy )記憶於記憶體中。於此情形時，作為記憶體，可使用環形緩衝區(ring buffer)或FIFO(First In First Out，先進先出)方式者，但並不限於此。作為該速度值(Vx 、Vy )之樣本數，典型而言為5~10左右即可，但由於亦取決於MPU19之時脈頻率，故加以適當設定即可。
步驟406及407係與步驟205及206相同之處理。
於步驟408中，MPU19判定記憶於記憶體中之連續之複數個速度值(Vx 、Vy )是否為相同符號(符號判定機構)。於該等為相同符號之情形時，於該期間內，輸入裝置1之速度方向並未發生變化。於此情形時，可認為使用者正處於將指標2自畫面3上之某一位置移動至比較遠之另一位置之過程中，亦即，可認為此係未進行精密指向之粗調操作。因此，於此情形時，為了使指標速度值接近於線性對應，MPU19藉由將步驟407中所算出之增益值K(=(Kx 、Ky ))與常數C相加，來算出新的增益值K(步驟409)。常數C可適當設定。
根據上述處理，藉由加上常數值，而使輸入裝置之移動與指標之移動之關係接近於線性關係，故而可提高使用者之操作感。
然而，為使增益值K即使與常數C相加亦不會超過K2，MPU19對增益值K是否超過K2進行監視(步驟410、412)。當增益值K超過K2時，將最新之增益值K設為固定值，即K2(步驟411、413)。
另一方面，於步驟408中，於連續之速度值(Vx 、Vy )中之至少一者與其他速度值為不同符號之情形時，可認為於該期間內，實施的是進行精密指向之微調操作。於此情形時，不將常數C與增益值K相加。
步驟414~418係與步驟207~211相同之處理。
再者，於步驟408之判定處理中，MPU19典型而言於Vx 及Vy 此兩者為相同符號之情形時，進入至步驟409。然而，於Vx 及Vy 中之其中任一者為相同符號之情形時，MPU19僅對X及Y軸之速度中符號相同者之速度值，應用步驟409。
又，於步驟409中，亦可藉由對步驟407中所算出之增益值K(=(Kx 、Ky ))乘以某常數，來算出新的增益值K。於如此之處理中，亦可獲得與上述相同之效果。
MPU19亦可於步驟406之後，不執行步驟407，而執行步驟408之判定處理。於此情形時，MPU19亦可於步驟408中判定為YES(是)時執行步驟407，而於判定為NO(否)時，利用圖10(A)或者圖11(A)中所示之固定之增益分布。藉此，於粗調操作之情形時，加速度值越增大，輸入裝置1之移動與指標2之移動之關係越接近於線性關係，故而可提高使用者之操作感。
亦可與圖16所示之處理之方式相同，由控制裝置40來執行例如圖17所示之步驟403~414、417、418之處理。
圖13及圖14表示增益分布之參考例。
圖13(A)所示之增益分布係於輸入裝置之速度值0至高速之範圍以一次函數方式遞增之分布。圖13(B)係根據圖13(A)之增益分布的指標之速度值。於此情形時，由於輸入裝置之速度值與指標之速度值並未呈線性，故而當使用空間操作型之輸入裝置時，使用者會感到不適。
圖14(A)所示之增益分布中，於輸入裝置之速度值0至高速之範圍設為固定。於此情形時，圖14(B)表示根據圖14(A)之增益分布的指標之速度值。於此情形時，於所有範圍內速度分布均呈線性，故而難以實現低速範圍內之精密指向。
輸入裝置1亦可具有對上述圖10(A)、圖11(A)或圖12(A)中所說明之增益分布，調節增益之變化率(傾斜率等)臨限值v1、v2及固定之增益值K2中之至少一者之功能(調節機構)。例如，可將複數個不同之增益分布之資訊記憶於輸入裝置1之記憶體等之中，藉由機械開關或者例如靜電式開關等，來切換增益分布。或者，亦可於控制裝置40中，設置上述機械開關或靜電式開關等。
或者，輸入裝置1或控制裝置40可包含具有GUI之軟體作為調節機構。
本發明之實施形態並不限定於以上所說明之實施形態，而亦可考慮其他各種實施形態。
亦可考慮輸入裝置1例如包含加速度感測器單元16，而不包含角速度感測器單元15之形態。於此情形時，於步驟103中，速度值(Vx 、Vy )可藉由對利用加速度感測器單元16而檢測出之加速度值(ax 、ay )進行積分運算而求出(其中，於此情形時，無法求出圍繞著Y及X軸之角速度(ωψ 、ωθ ))。亦可不使用加速度感測器單元16，而使用影像感測器來算出加速度。
亦可不使用上述角速度感測器單元15，而使用角度感測器或者角加速度感測器。作為角度感測器，可列舉地磁感測器或者影像感測器等。當使用地磁感測器之情形時，對角度值進行檢測，因此此時，藉由對角度值進行微分運算來獲得角速度值。角加速度感測器包含複數個加速度感測器之組合，藉由對利用角加速度感測器所得之角加速度值進行積分運算，來獲得角速度值。
例如，於如上所述計算旋轉半徑R(t)之情形時，亦可使用對圍繞著Y及X軸之角加速度進行檢測之上述角加速度感測器、或者對角度進行檢測之感測器。於此情形時，藉由對利用角加速度感測器而檢測出之角加速度值進行積分運算來求出角速度值(ωΦ 、ωθ )。或者+，藉由對利用角度感測器而檢測出之角度值進行微分運算來求出角速度值(ωΦ 、ωθ )。
作為上述角加速度感測器，作為單軸角加速度感測器，典型而言可使用配置於旋轉半徑R(t)上之兩個單軸加速度感測器。將藉由兩個加速度感測器而分別獲得之兩個加速度值之差除以該兩個加速度感測器間之距離，藉此算出輸入裝置1等之角速度值。作為雙軸角加速度感測器，與上述兩個單軸加速度感測器之檢測原理相同，使用兩個雙軸加速度感測器即可。於此情形時，作為角度感測器，除了上述地磁感測器及影像感測器以外，亦可使用雙軸加速度感測器，以例如實現求出滾轉角Φ(圖8中圍繞著Z軸之角度)之原理。因此，為了檢測圍繞著Y及X軸此雙軸之角度，使用兩個雙軸加速度感測器即可。
上述控制裝置40亦可預先將用以決定顯示於畫面3上之圖符4之尺寸之軟體(決定機構)記憶於ROM37或其他記憶裝置中。關於圖符4之尺寸，亦可以使用者能夠自設定之方式而構成其軟體。於此情形時，控制裝置40之MPU35亦可根據所決定之圖符4之尺寸，來調節上述臨限值v1~v2中之增益之變化率或傾斜率、增益值K1、臨限值v1、v2以及增益值K2中之至少一者(調節機構)。
有時亦會例如圖符4之尺寸越大，越不需要進行精密指向，因此，使用輸入裝置1等之速度值與指標速度值接近於線性之增益分布即可。於此情形時，MPU35亦可預先記憶複數個增益分布，繼而根據所決定之圖符4之尺寸，而抽取出複數個增益分布，並使用該複數個增益分布。或者，MPU35亦可根據所決定之圖符4之尺寸，藉由運算而生成增益分布，並使用該增益分布。
除了圖10(A)、圖11(A)及圖12(A)中所示之增益分布以外，亦可考慮於輸入裝置1之加速時與減速時，增益分布各不相同之(具有滯後現象)形態。
關於上述實施形態之輸入裝置，已揭示了藉由無線方式將輸入資訊發送至控制裝置之形態，但亦可藉由有線方式發送輸入資訊。
本發明亦可應用於例如包含顯示部之手持型資訊處理裝置(手持裝置)。於此情形時，藉由使用者移動手持裝置之本體，來使顯示於其顯示部之指標移動。作為手持裝置，可列舉例如PDA(Personal Digital Assistance，個人數位助理)、行動電話、行動音樂播放器、數位相機等。
於上述各實施形態中，將根據輸入裝置1之移動而於畫面上移動之指標2，表示為箭頭圖像。然而，指標2之圖像並不限於箭頭，而亦可為單純之圓形、方形等，且亦可為字元圖像或其他圖像。
感測器單元17之角速度感測器單元15及加速度感測器單元16之檢測軸，亦可不必如上述X'軸及Y'軸般相互正交。於此情形時，藉由利用三角函數之計算，而獲得投影至相互正交之軸向上之各個加速度。又，同樣地，可藉由利用三角函數之計算，而獲得圍繞著相互正交之軸之各個角速度。
關於以上各實施形態中所說明之感測器單元17，已說明了角速度感測器單元15之X'及Y'之檢測軸、與加速度感測器單元16之X'及Y'軸之檢測軸分別相一致之形態。然而，該等各軸亦可不必相一致。例如，於角速度感測器單元15及加速度感測器單元16搭載於基板上之情形時，亦可以角速度感測器單元15及加速度感測器單元16之檢測軸分別不相一致之方式，而將角速度感測器單元15及加速度感測器單元16偏移特定之旋轉角度而搭載於該基板之主面內。於此情形時，可藉由利用三角函數之計算，來求出各軸之加速度以及角速度。
1．．．輸入裝置
2．．．指標
3．．．畫面
4．．．圖符
5．．．顯示裝置
10．．．殼體
15．．．角速度感測器單元
16．．．加速度感測器單元
17．．．感測器單元
19．．．MPU
21．．．發送器
30．．．控制單元
38．．．接收器
40．．．控制裝置
100．．．控制系統
151、152．．．角速度感測器
161、162．．．加速度感測器
圖1係表示本發明之一實施形態之控制系統之圖。
圖2係表示輸入裝置之立體圖。
圖3係模式性地表示輸入裝置之內部構成之圖。
圖4係表示輸入裝置之電性構成之方塊圖。
圖5係表示顯示裝置中所顯示之畫面之示例之圖。
圖6係表示使用者手持輸入裝置1之狀態之圖。
圖7(A)、圖7(B)係用以說明輸入裝置之移動方式以及藉此而產生之畫面上之指標移動之典型示例之圖。
圖8係表示感測器單元之立體圖。
圖9係表示一實施形態之控制系統之動作的流程圖。
圖10(A)、圖10(B)係表示式(1)或式(2)之增益值Kx 及/或Ky 之分布的圖表。
圖11(A)係表示其他實施形態之增益分布之圖表，圖11(B)係表示藉由圖11(A)所示之增益分布而獲得之速度分布之圖表。
圖12(A)係表示另一其他實施形態之增益分布之圖表，圖12(B)係表示藉由圖12(A)所示之增益分布而獲得之速度分布之圖表。
圖13(A)表示於輸入裝置之速度值0至高速之範圍以一次函數方式遞增之增益分布，圖13(B)表示根據圖13(A)之增益分布的指標之速度分布。
圖14(A)係表示於輸入裝置之速度值0至高速之範圍設為固定之增益分布之圖表，圖14(B)表示根據圖14(A)之增益分布的指標之速度分布。
圖15係表示使用圖12(A)所示之增益分布之情形時控制系統之動作的流程圖。
圖16係表示控制裝置進行主要運算之情形時控制系統之動作的流程圖。
圖17係表示控制系統之其他實施形態之動作的流程圖。
(無元件符號說明)

Claims (20)

  1. 一種輸入裝置，其係控制畫面上之指標移動，且包含：殼體；移動訊號輸出機構，其係檢測上述殼體之3D移動，輸出與上述殼體之速度相關之速度相關值之訊號；其中上述移動訊號輸出機構包含：第1加速度感測器，其係檢測沿著第1軸之方向之第1加速度；第1輸出機構，其係輸出與沿著上述第1軸之方向不同之第2軸周圍之上述殼體的旋轉角度相關值，即第1角度相關值；第1計算機構，其係根據上述第1加速度值以及上述第1角度相關值，算出上述殼體之沿著第1軸之方向之第1速度值作為上述速度相關值；第2加速度感測器，其係檢測沿著上述第2軸之方向之第2加速度；第2輸出機構，其係輸出上述第1軸周圍之上述殼體之旋轉角度相關值，即第2角度相關值；及第2計算機構，其係根據上述第2加速度值以及上述第2角度相關值，算出上述殼體之沿著第2軸之方向之第2速度值作為上述速度相關值；比較機構，其係比較上述所算出之第1速度值與第2速度值；增益機構，其係藉由上述所輸出之速度相關值乘以增 益，而獲得用以使上述畫面上之上述指標移動之速度值，即指標速度值；控制機構，其係於上述所輸出之速度相關值中第1臨限值至大於上述第1臨限值之第2臨限值之第1範圍內，將上述增益控制為可變，而於上述所輸出之速度相關值超過上述第2臨限值之第2範圍內，將上述增益控制為固定；其中上述控制機構根據上述比較，而對上述第1速度值與上述第2速度值中之較大值控制上述增益；及發送機構，其係發送由上述增益機構所獲得之上述指標速度值之資訊。
  2. 如請求項1之輸入裝置，其中上述控制機構於上述第1範圍內，以上述增益隨著上述速度相關值增加而增加之方式控制上述增益。
  3. 如請求項2之輸入裝置，其中上述移動訊號輸出機構輸出上述殼體之加速度值；上述控制機構於上述第1範圍內，以上述增益隨著上述加速度值增加而增加之方式控制上述增益。
  4. 如請求項2之輸入裝置，其中上述移動訊號輸出機構輸出上述殼體之加速度值；上述控制機構根據上述加速度值之變化，而改變上述第1範圍內之上述增益之變化率。
  5. 如請求項2之輸入裝置，其中更包含：記憶機構，其係記憶上述第1範圍內之以時間順序連續之複數個上述速度相關值之資訊；及 符號判定機構，其係判定上述所記憶之複數個速度相關值之符號是否相同；且上述控制機構包含記憶上述第1範圍內之上述增益值之增益值記憶機構，當上述複數個速度相關值之符號相同時，使用由上述所記憶之增益值加或乘以常數值所得之值控制上述增益。
  6. 如請求項2之輸入裝置，其中上述控制機構於所增加之上述增益值超過固定之增益之情形時，將上述增益值設為上述固定之增益。
  7. 如請求項1之輸入裝置，其中上述控制機構於上述所輸出之速度相關值為零至上述第1臨限值之第3範圍內，將上述增益控制為固定。
  8. 如請求項1之輸入裝置，其中更包含調節機構，其係調節上述第1範圍內之上述增益之變化率、上述第1臨限值、上述第2臨限值及上述第2範圍內之上述增益值中之至少一者。
  9. 如請求項1之輸入裝置，其中上述移動訊號輸出機構包含：加速度感測器，其係檢測沿著特定軸之方向之上述殼體之加速度；及速度計算機構，其係藉由對上述所檢測出之加速度值進行積分運算，而算出作為沿著上述特定軸之方向之上述殼體之速度值、上述速度相關值。
  10. 如請求項1之輸入裝置，其中 上述移動訊號輸出機構包含：輸出機構，其係輸出上述特定軸周圍之上述殼體之角速度值；及獲取機構，其係獲取根據上述所輸出之角速度值而算出之速度值作為上述速度相關值。
  11. 如請求項1之輸入裝置，其中上述控制機構於根據上述所算出之第1速度值及第2速度值而獲得之運算值為第3臨限值至大於上述第3臨限值之第4臨限值之範圍內，將上述增益控制為可變，而於超過上述第4臨限值之範圍內，將上述增益控制為固定。
  12. 一種控制裝置，其係根據自輸入裝置所發送之檢測值之資訊，控制畫面上之指標移動，上述輸入裝置係包含殼體、檢測上述殼體移動之檢測機構、以及發送上述檢測機構之上述檢測值資訊之發送機構；且包含：接收機構，其係接收上述檢測值之資訊；移動訊號輸出機構，其係根據上述所接收之檢測值資訊，輸出對應於與上述殼體速度相關之速度相關值之訊號；增益機構，其係藉由上述所輸出之速度相關值乘以增益，來獲取用以使上述畫面上之上述指標移動之速度值，即指標速度值；控制機構，其係於上述所輸出之速度相關值中第1臨限值至大於上述第1臨限值之第2臨限值之第1範圍內， 將上述增益控制為可變，而於上述所輸出之速度相關值超過上述第2臨限值之第2範圍內，將上述增益控制為固定；座標資訊生成機構，其係生成與由上述增益機構所獲得之上述指標速度值相對應之上述指標之上述畫面上之座標資訊；決定機構，其係用以決定上述畫面上之圖符尺寸；及調節機構，其係根據由上述決定機構所決定之上述圖符尺寸，來調節上述第1範圍內之上述增益之變化率、上述第1臨限值、上述第2臨限值及上述第2範圍內之上述增益值中之至少一者。
  13. 一種控制系統，其係控制畫面上之指標移動，且包含輸入裝置及控制裝置；上述輸入裝置包含：殼體；移動訊號輸出機構，其係檢測上述殼體之3D移動，輸出對應於與上述殼體速度相關之速度相關值之訊號；其中上述移動訊號輸出機構包含：第1加速度感測器，其係檢測沿著第1軸之方向之第1加速度；第1輸出機構，其係輸出與沿著上述第1軸之方向不同之第2軸周圍之上述殼體的旋轉角度相關值，即第1角度相關值；第1計算機構，其係根據上述第1加速度值以及上 述第1角度相關值，算出上述殼體之沿著第1軸之方向之第1速度值作為上述速度相關值；第2加速度感測器，其係檢測沿著上述第2軸之方向之第2加速度；第2輸出機構，其係輸出上述第1軸周圍之上述殼體之旋轉角度相關值，即第2角度相關值；及第2計算機構，其係根據上述第2加速度值以及上述第2角度相關值，算出上述殼體之沿著第2軸之方向之第2速度值作為上述速度相關值；比較機構，其係比較上述所算出之第1速度值與第2速度值；增益機構，其係藉由上述所輸出之速度相關值乘以增益，而獲得用以使上述指標移動之速度值，即指標速度值；控制機構，其係於上述所輸出之速度相關值中第1臨限值至大於上述第1臨限值之第2臨限值的第1範圍內，將上述增益控制為可變，而於上述所輸出之速度相關值超過上述第2臨限值之第2範圍內，將上述增益控制為固定；其中上述控制機構根據上述比較，而對上述第1速度值與上述第2速度值中之較大值控制上述增益；及發送機構，其係發送由上述增益機構所獲得之上述指標速度值之資訊；上述控制裝置包含： 接收機構，其係接收上述所發送之上述指標速度值之資訊；及座標資訊生成機構，其係生成與上述所接收之上述指標速度值相對應的上述指標之上述畫面上之座標資訊。
  14. 如請求項13之控制系統，其中上述控制裝置更包含：決定機構，其係用以決定上述畫面上之圖符尺寸；及調節機構，其係根據由上述決定機構所決定之上述圖符尺寸，來調節上述第1範圍內之上述增益之變化率、上述第1臨限值、上述第2臨限值及上述第2範圍內之上述增益值中之至少一者。
  15. 一種控制系統，其係控制畫面上之指標移動，且包含輸入裝置及控制裝置；上述輸入裝置包含：殼體；檢測機構，其係檢測上述殼體之移動；及發送機構，其係發送上述檢測機構之檢測值資訊；上述控制裝置包含：接收機構，其係接收上述所發送之檢測值資訊；移動訊號輸出機構，其係根據上述所接收之檢測值資訊，輸出對應於與上述殼體速度相關之速度相關值之訊號； 增益機構，其係藉由上述所輸出之速度相關值乘以增益，而獲得用以使上述指標移動之速度值，即指標速度值；控制機構，其係於上述所輸出之速度相關值中第1臨限值至大於上述第1臨限值之第2臨限值之第1範圍內，將上述增益控制為可變，而於上述所輸出之速度相關值超過上述第2臨限值之第2範圍內，將上述增益控制為固定；座標資訊生成機構，其係生成與由上述增益機構所獲得之上述指標速度值相對應之上述指標之上述畫面上之座標資訊；決定機構，其係用以決定上述畫面上之圖符尺寸；及調節機構，其係根據由上述決定機構所決定之上述圖符尺寸，來調節上述第1範圍內之上述增益之變化率、上述第1臨限值、上述第2臨限值及上述第2範圍內之上述增益值中之至少一者。
  16. 一種控制方法，其包含：檢測輸入裝置之3D移動；輸出對應於與上述輸入裝置速度相關之速度相關值之訊號；其中上述信號係由以下步驟算出：檢測沿著第1軸之方向之第1加速度；輸出與沿著上述第1軸之方向不同之第2軸周圍之上述殼體的旋轉角度相關值，即第1角度相關值； 根據上述第1加速度值以及上述第1角度相關值，算出上述殼體之沿著第1軸之方向之第1速度值作為上述速度相關值；檢測沿著上述第2軸之方向之第2加速度；輸出上述第1軸周圍之上述殼體之旋轉角度相關值，即第2角度相關值；及根據上述第2加速度值以及上述第2角度相關值，算出上述殼體之沿著第2軸之方向之第2速度值作為上述速度相關值；比較上述所算出之第1速度值與第2速度值；於上述所輸出之速度相關值中第1臨限值至大於上述第1臨限值之第2臨限值之第1範圍內，將對用以決定用於使畫面上之指標移動之速度值即指標速度值之增益控制為可變；於上述所輸出之速度相關值超過上述第2臨限值之第2範圍內，將上述增益控制為固定；其中根據上述比較，而對上述第1速度值與上述第2速度值中之較大值控制上述增益；藉由上述所輸出之速度相關值乘以上述所控制之增益，而輸出上述指標速度值；及生成與上述指標速度值相對應的上述指標之上述畫面上之座標資訊。
  17. 如請求項16之控制方法，其中更包含決定上述畫面上之圖符尺寸；及 根據上述圖符尺寸，來調節上述第1範圍內之上述增益之變化率、上述第1臨限值、上述第2臨限值及上述第2範圍內之上述增益值中之至少一者。
  18. 一種手持裝置，其係控制畫面上之指標移動，且包含：殼體；顯示部，其係顯示上述畫面；移動訊號輸出機構，其係檢測上述殼體之移動，輸出與上述殼體速度相關之速度相關值之訊號；其中上述移動訊號輸出機構包含：第1加速度感測器，其係檢測沿著第1軸之方向之第1加速度；第1輸出機構，其係輸出與沿著上述第1軸之方向不同之第2軸周圍之上述殼體的旋轉角度相關值，即第1角度相關值；第1計算機構，其係根據上述第1加速度值以及上述第1角度相關值，算出上述殼體之沿著第1軸之方向之第1速度值作為上述速度相關值；第2加速度感測器，其係檢測沿著上述第2軸之方向之第2加速度；第2輸出機構，其係輸出上述第1軸周圍之上述殼體之旋轉角度相關值，即第2角度相關值；及第2計算機構，其係根據上述第2加速度值以及上述第2角度相關值，算出上述殼體之沿著第2軸之方向之第2速度值作為上述速度相關值； 比較機構，其係比較上述所算出之第1速度值與第2速度值；增益機構，其係藉由上述所輸出之速度相關值乘以增益，而獲得用以使上述畫面上之上述指標移動之速度值，即指標速度值；及控制機構，其係於上述所輸出之速度相關值中第1臨限值至大於上述第1臨限值之第2臨限值之第1範圍內，將上述增益控制為可變，而於上述所輸出之速度相關值超過上述第2臨限值之第2範圍內，將上述增益控制為固定；其中上述控制機構根據上述比較，而對上述第1速度值與上述第2速度值中之較大值控制上述增益。
  19. 一種控制系統，其係控制畫面上之指標移動，且包含輸入裝置及控制裝置；上述輸入裝置包含：殼體；移動訊號輸出機構，其係檢測上述殼體之3D移動，輸出對應於與上述殼體速度相關之速度相關值之訊號；增益機構，其係藉由上述所輸出之速度相關值乘以增益，而獲得用以使上述指標移動之速度值，即指標速度值；控制機構，其係於上述所輸出之速度相關值中第1臨限值至大於上述第1臨限值之第2臨限值的第1範圍內，將上述增益控制為可變，而於上述所輸出之速度 相關值超過上述第2臨限值之第2範圍內，將上述增益控制為固定；及發送機構，其係發送由上述增益機構所獲得之上述指標速度值之資訊；上述控制裝置包含：接收機構，其係接收上述所發送之上述指標速度值之資訊；及座標資訊生成機構，其係生成與上述所接收之上述指標速度值相對應的上述指標之上述畫面上之座標資訊；決定機構，其係用以決定上述畫面上之圖符尺寸；及調節機構，其係根據由上述決定機構所決定之上述圖符尺寸，來調節上述第1範圍內之上述增益之變化率、上述第1臨限值、上述第2臨限值及上述第2範圍內之上述增益值中之至少一者。
  20. 一種控制方法，其包含：檢測輸入裝置之3D移動；輸出對應於與上述輸入裝置速度相關之速度相關值之訊號；於上述所輸出之速度相關值中第1臨限值至大於上述第1臨限值之第2臨限值之第1範圍內，將對用以決定用於使畫面上之指標移動之速度值即指標速度值之增益控制為可變； 於上述所輸出之速度相關值超過上述第2臨限值之第2範圍內，將上述增益控制為固定；藉由上述所輸出之速度相關值乘以上述所控制之增益，而輸出上述指標速度值；生成與上述指標速度值相對應的上述指標之上述畫面上之座標資訊；決定上述畫面上之圖符尺寸；及根據上述圖符尺寸，來調節上述第1範圍內之上述增益之變化率、上述第1臨限值、上述第2臨限值及上述第2範圍內之上述增益值中之至少一者。
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