专利名称：输入装置及数据处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及输入装置及数据处理系统等。
背景技术：
近年来，使用了生成与空间中的主体(壳体)的动作(至少包括主体的姿态(包 括旋转)、主体的移动(包括并进移动)中的一种)相应的物理量信号来进行输出的输入装 置(三维鼠标等)的系统的需求正在提高。 例如，在专利文献1中记载有使用了通过在三维空间内移动便携型设备，在图像 显示装置上使光标指针移动，并通过按钮进行操作的设备(三维鼠标)的技术。
在专利文献l中，表示了使用两个陀螺仪传感器(角速度传感器)，来检测两轴(Y 轴、Z轴)的旋转运动，并将检测信号保持原样地作为操作信息发送给控制设备的输入装置 (定点(pointing)设备)。该输入装置可代替指示棒或激光笔来使用。例如，若用户在手中 拿着输入装置的状态下，左右晃动输入装置的主体部(壳体)的前端部，则对应于该动作， 例如，显示部上的光标的位置向左右移动。[专利文献1] JP特开2001-56743号公报
例如，在主要的定点设备即鼠标中，设置有滚动轮(滚动拨盘)等。由此，不仅是光 标指针等的移动，还能够简单地执行画面的滚动。通过在鼠标中追加滚动操作功能，例如， 当在纵向显示长的文件时，能够上下简单地滚动其画面，因此，用户的便利性提高。
对此，通过搭载以往的运动传感器的输入装置(三维定点设备等)来滚动画面时， 用户例如需要使光标指针位于画面的滚动条上，进行拖动操作。因此，对用户要求非常细致 的操作。 此外，还可考虑在输入装置中设置具有滚动轮等的操作部，并通过拨盘或开关的
操作，能够进行画面的滚动或画面的縮放(调整倍率)。但是，输入装置由于在空间中是在
通过用户的手所保持的状态下而被使用的，所以稳定地操作拨盘或开关是困难的。 此外，对输入装置要求小型并且轻量，以便能用手简单地操作。因此，能够设置在
输入装置主体部(壳体)的拨盘或开关的个数实际上是一个左右。这就妨碍了例如三维输
入装置的多功能化。
发明内容
根据本发明的至少一个实施方式，能够实现可简单地进行画面的滚动等的输入装 置。此外，例如，对输入装置，能够容易地赋予使光标指针上下左右地移动的功能和使画面 滚动等的功能。因此，能够实现例如具有与鼠标相近的操作性的定点设备，或者具有与指示 棒或激光笔相近的操作性并且还能简单地进行画面的滚动等的、使用方便并且多功能的定 点设备。 (1)本发明的输入装置的一个方式，包括主体部，其具有较长方向轴；和运动传感 器部，其检测针对所述主体部的较长方向轴的旋转。
运动传感器部，对具有较长方向 (长轴)的输入装置的主体部(壳体)的绕较长方向轴(长轴)的旋转进行检测。主体部(壳体)的"较长方向"一般是主体部(壳体) 的延伸的方向(直线地长度伸展方向)，"较长方向轴"，例如是"与较长方向一致的轴"。
主体部(壳体)的旋转，例如，能够通过由陀螺仪传感器检测旋转角速度来进行检 测，此外，也能够通过由加速度传感器检测绕较长方向轴的主体部的倾斜来检测。从运动传 感器部所输出的物理量信号，能够利用于控制对象的移动控制和其它的控制。例如，根据 物理量信号，能够对显示画面的滚动方向和滚动量进行控制，此外，例如也能够对显示画面 (或者显示画面中的指定地点)的縮放倍率进行控制。 如上所述，输入装置由于在空间中是在由用户的手所把持的状态下被使用的，所 以用户稳定地操作拨盘或开关是困难的，但用户将较长方向轴作为中心轴，顺时针或逆时 针使主体部(壳体)旋转是容易的。因此，根据本方式，用户使用输入装置，例如，能够简单 地进行画面的滚动或縮放等，输入装置的便利性得到很大提高。此外，由于在壳体中不需要 设置拨盘或开关等，所以能够谋求输入装置的用户界面的简化。 而且，在本说明书中，还使用空间的主体部(壳体)的前端指示的方向(指示方向 或指针方向)的表现。指示方向(指针方向)是由空间中的主体部(壳体)的姿态来决定 的，概念上区别于较长方向轴(由壳体的形状决定的轴)。但是，若将空间坐标为基准，即， 决定空间中的壳体的姿态，结果上，可认为"主体部(壳体)的较长方向"与"主体部(壳 体)的指针方向"一致。因此，在本说明书中，当与输入装置的主体部(壳体)的空间中的 姿态无关时，以使用"较长方向，较长方向轴"等术语作为原则，当与空间中的姿态有关时， 使用"指示方向或指针方向，X轴(与指针方向一致的三维空间的轴)"等术语。如上所述， "较长方向轴、指针方向轴、X轴"，结果上可作为一致的轴来使用。 (2)在本发明的输入装置的其它方式中，所述运动传感器部具有对三维的第一 正交坐标系中的针对所述X轴的角速度进行检测的X轴陀螺仪传感器，所述三维的第一正 交坐标系由与所述主体部的较长方向轴一致的X轴、在与所述X轴垂直的第一面内相互正 交的Y轴及Z轴来决定。 在本方式中，对由X轴、Y轴及Z轴定义的三维正交坐标系进行定义。在输入装置 中，设置了对绕X轴的旋转角速度进行检测的X轴陀螺仪传感器。从X轴陀螺仪传感器所 输出的角速度信号，能够利用于控制对象的移动控制和其它的控制。例如，根据物理量信 号，能够对显示画面的滚动方向和滚动量进行控制，此外，也能够对显示画面(或者显示画 面中的指定地点)的縮放倍率进行控制。 (3)在本发明的输入装置的其它方式中，所述输入装置用来决定与控制对象相关 的控制量，所述输入装置还具有物理量/控制量变换部，该物理量/控制量变换部将来自所 述运动传感器部的物理量信号变换为表示所述控制量的控制量信号。 由设置于输入装置的活动传感器部所检测出的角速度信号等，能够保持原样作为 控制信号等，发送给例如数据处理装置。但此时，数据处理装置根据接收到的角速度信号， 需要对显示部中的控制对象物的控制量(例如，光标指针的变位量、被远距离操纵的照相 机的摇头量、画面的滚动量、画面的縮放倍率等)进行运算，由此，将增加数据处理装置的 负担。 在此，在本方式中，在输入装置中设置物理量/控制量变换部，在输入装置侧将角 速度信号等变换为显示部中的控制对象物的控制量。然后，将所得到的控制量的信息(控制量信号)发送给数据处理装置等。由此，减轻接收侧(数据处理装置等)的处理负担。
(4)在本发明的输入装置的其它方式中，所述运动传感器部，还具有Y轴陀螺仪 传感器，其检测针对所述Y轴的角速度；和Z轴陀螺仪传感器，其检测针对所述Z轴的角速 度，并且，具有第一信号处理部，其执行基于针对所述X轴的角速度信号的第一信号处理；
和第二信号处理部，其执行基于针对所述Y轴的角速度信号及针对所述Z轴的角速度信号
的第二信号处理。 为了检测由X轴、Y轴及Z轴所确定的三维正交坐标系的主体部(壳体)的三维 动作，输入装置必须分别独立地检测绕Y轴及绕Z轴的旋转和绕X轴的旋转。为此，需要用 于检测绕Y轴及Z轴的旋转的信号处理系统，和检测绕X轴的旋转的信号处理系统。在此， 在本方式中，在输入装置中设置了执行基于针对X轴的角速度信号的第一信号处理的第一 信号处理部、和执行基于针对Y轴及Z轴的角速度信号的第二信号处理的第二信号处理部。
例如，第一信号处理部及第二信号处理部，可分别由第一硬件和第二硬件(即，不 同的硬件)来实现。此外，例如，在由软件对共同的硬件进行控制时(例如，使用CPU时)， 通过准备每个信号处理部的信号处理程序，能够分别实现第一信号处理部及第二信号处理 部。 (5)在本发明的输入装置的其它方式中，所述输入装置还具有优先选择部，该优先 选择部具有优先处理决定部，其决定所述第一信号处理及所述第二信号处理的哪一个应 该优先；和选择部，其基于所述优先处理决定部的决定，选择性地输出从所述第一信号处理 部所输出的第一处理信号及从第二信号处理部所输出的第二处理信号中的任一信号。
如上述(4)的方式所述，需要分别独立地检测绕Y轴及Z轴的旋转和绕X轴的旋 转，在上述(4)的方式中，设置了第一信号处理部和第二信号处理部。但是，实际上，有时 绕Y轴及Z轴的旋转，与绕X轴的旋转同时发生。即，用户在用手把持着输入装置的主体部 (壳体)的状态下，左右上下细微地晃动主体部(壳体)的前端部(即，针对Y轴和Z轴发 生细微旋转)，或使主体部(壳体)在绕X轴旋转时，绕Y轴及Z轴的旋转与绕X轴的旋转 会存在同时发生的情况。用户既然用手拿着操作输入装置的主体部，实际上，无用的少许旋 转，会违背用户的意图而发生，这是不可避免的。 例如，用户为了进行画面的滚动，使主体部(壳体)绕X轴旋转时，会违背用户的 意图而产生绕Y轴或绕Z轴的旋转，由此，若在显示画面上产生光标指针意外的移动的情 况，则输入装置101的操作精度或可靠性降低。 因此，输入装置，当发生了第一信号处理部与第二信号处理部同时并行地进行动 作的情况时，更希望能够对应该优先哪一个信号处理部的处理进行判定，并对输出信号进 行选择。在此，在本方式中，在输入装置中设置优先选择部。优先选择部具有优先处理决定 部和选择部，该选择部基于优先处理决定部的决定，对从第一信号处理部所输出的第一处 理信号和从第二信号处理部所输出的第二处理信号中的任意一个进行选择性地输出。由 此，可靠地防止非用户意图的操作，防止输入装置的操作精度或可靠性的降低。
(6)在本发明的输入装置的其它方式中，所述运动传感器部，还具有Y轴加速度 传感器，其检测针对所述Y轴的加速度；和Z轴加速度传感器，其检测针对所述Z轴的加速 度，并且，所述第二信号处理部具有坐标变换处理部，该坐标变换处理部根据由所述Y轴加 速度传感器所检测出的Y轴加速度、和由所述Z轴加速度传感器所检测出的Z轴加速度来
6进行坐标变换，所述坐标变换处理部，将由所述Y轴陀螺仪传感器所检测出的Y轴角速度及 由所述Z轴陀螺仪传感器所检测出的Z轴角速度分别变换为二维的第二正交坐标系中的U 轴角速度及V轴角速度，所述二维的第二正交坐标系由与所述X轴垂直的第一面中的水平 轴即U轴、和在所述第一面中与所述U轴垂直的轴即V轴来决定。 如上述(4)的方式所述，需要分别独立地检测绕Y轴及Z轴的旋转和绕X轴的旋 转，在上述(4)的方式中，设置了第一信号处理部和第二信号处理部，在上述(5)的方式中， 还设置了优先选择部。但是，为了确保检测绕Y轴及Z轴的旋转，与检测绕X轴的旋转的独 立性，希望绕X轴的主体部(壳体)的旋转不影响绕Y轴及Z轴的旋转的检测。
例如，与各轴对应的角速度传感器分别固定于输入装置101的主体部中所设置的 平面(例如，壳体的内壁面)。因此，若输入装置的主体部(壳体)针对X轴旋转，则Y轴、 Z轴也同样地旋转，Y轴陀螺仪传感器或Z轴陀螺仪传感器的空间中的位置也发生改变。在 发生了针对X轴的旋转的状态下分别由Y轴角速度传感器及Z轴角速度传感器所检测出的 角速度，与在未发生旋转的状态下所检测出的角速度之间存在差值(误差)。
在此，在本方式中，进行旋转补偿处理，通过对检测信号进行修正来抑制检测误 差。在本方式中，对由与主体部的指示方向一致的X轴垂直的第一面上的Y轴及Z轴确定 的二维的YZ正交坐标系进行定义，此外，对由与主体部的指示方向一致的X轴垂直的第一 面上的水平轴即U轴和第一面上与U轴垂直的轴即V轴确定的二维的第二正交坐标系(UV 正交坐标系)进行定义。U轴是第一面内的水平轴，此外，V轴是第一面内与U轴正交的垂 直轴。U轴及V轴分别通过对主体部的指示方向(指针方向)进行指定而唯一确定，不影响 输入装置针对X轴的旋转。 而且，在本方式中，坐标变换处理部，执行从YZ正交坐标系向第二正交坐标系(UV 正交坐标系)的坐标变换(旋转坐标变换)，将由Y轴陀螺仪传感器所检测出的Y轴角速 度及由Z轴陀螺仪传感器所检测出的Z轴角速度分别变换成U轴角速度及V轴角速度。由 此，分别针对Y轴及Z轴所检测出的角速度(在发生针对X轴的旋转时包括伴随旋转的误 差)修正为针对主体部的X轴未旋转的状态的正确的角速度。 为了执行坐标轴变换(旋转坐标变换)，需要检测出与X轴垂直的第一面内的X轴 (Y轴)与U轴(V轴)之间的旋转角。在此，在本方式中，作为针对检测轴即Y轴的物理量 测定装置，除了 Y轴角速度传感器，还设置了 Y轴加速度传感器，作为针对检测轴即Z轴的 物理量测定装置，除了 Z轴角速度传感器，还设置了 Z轴加速度传感器。针对输入装置的主 体部(壳体)指示方向轴即X轴旋转时，针对Y轴所检测出的加速度及针对Z轴所检测出 的加速度，分别根据旋转角进行变动。即Y轴加速度及Z轴加速度，以在参数(变数)中包 括第一面内的旋转角的算式来表现。因此，若能够检测出Y轴加速度及Z轴加速度，则能够 获取旋转角的信息。根据所获取的旋转角的信息，通过执行旋转坐标变换，能够将Y轴角速 度及Z轴角速度变换为U轴角速度及V轴角速度。 因此，根据本方式，绕X轴的主体部(壳体)的旋转，不会对绕Y轴及Z轴的旋转 的检测产生影响。因此，根据本方式，能够确保绕Y轴及Z轴的旋转的检测与绕X轴的旋转 的检测完全的独立性。 (7)在本发明的输入装置的其它方式中，具有操作部，该操作部具有输出允许开 关，该输出允许开关用于切换来自所述输入装置的信号输出的许可/禁止。
在本方式中，在输入装置中，设置了用于切换来自输入装置的信号输出的许可/ 禁止的操作部(例如，按下式或滑动式的输出允许开关)。操作部的结构可考虑各种变形。 例如，在输入装置具有光标指针的移动控制功能(第一控制功能)及画面的滚动功能(第 二控制功能)时，能够按照每个功能设置输出允许开关，此外，也可设置共同控制各功能的 允许/禁止的共同输出允许开关。输出允许开关的操作，可与主体部(壳体)的空间的姿 态无关地进行，所以对于用户而言，容易进行输出允许开关的操作。 用户只在对操作部进行操作时(例如，只在按下输出允许开关时)从输入装置输 出信号。因此，在未进行操作部的操作期间(例如，未按下输出允许开关的期间)中，即使 移动主体部(壳体)，也不发生例如控制对象(例如光标指针)的位置变位等。因此，根据 本方式，能够可靠地防止控制对象的非用户意图的动作，更加提高输入装置的使用方便性。
(8)在本发明的输入装置的其它方式中，具有操作部，该操作部具有切换开关，该 切换开关用于强制地切换是执行所述第一信号处理部的所述第一处理，还是执行所述第二 信号处理部的所述第二信号处理。 例如，虽然输入装置具有光标指针的移动控制功能(第一控制功能)及画面的滚 动功能(第二控制功能)，但有可能用户只希望利用第一控制功能。在此，在本方式中，在输 入装置中设置了对功能(信号处理的种类)进行切换的切换开关，以使能够从输入装置具 有的多个功能之中选择任何一个。由此，用户能够从输入装置具有的多个功能之中对希望 使用的一个功能进行选择利用。因此，进一步提高了用户的便利性。 (9)在本发明的输入装置的其它方式中，从所述第一信号处理部所输出的所述第 一处理信号，是显示画面的滚动量或显示图像的縮放倍率的控制量信号，从所述第二信号 处理部所输出的所述第二处理信号，是与显示画面的光标指针的变位相关的控制量信号。
根据本方式，用户通过使输入装置的主体部(壳体)绕X轴(较长方向轴)旋转， 可简单地进行画面的滚动操作或縮放操作，此外，例如用户通过左右上下细微地晃动主体 部(壳体)的前端部，能够使光标指针在画面上，左右上下地移动。因此，能够实现例如具 有与鼠标相近的操作性的定点设备，或具有与指示棒或激光笔相近的操作性且也可简单地 进行画面的滚动等的、使用便利性好且多功能的定点设备。 (10)在本发明的数据处理系统的一个方式中，包括上述任一个的输入装置；和 数据处理装置，该数据处理装置接收所述输入装置的发送信号，并根据接收信号执行给予 的数据处理。 通过使用本发明的上述方式的至少一种，三维输入装置的使用便利性得到提高。 当前，在计算机上使用三维空间的情况很多，伴随于此，更增加了使用可输入三维动作的三 维输入设备的便利性高的系统的必要性。根据本发明，能够实现一种使用了在操作性上出 色、多功能并且小型的三维输入装置的数据处理系统。
图l是表示利用了输入装 置的数据处理系统的一个示例的结构的图。图2是表示对绕X轴的旋转进行检测的输入装 置的内部结构的一个示例的图。图3是用于说明对X轴、Y轴及Z轴的绕各轴的旋转进行检 测的输入装置的利用例的图。图4(A) 图4(C)是用于对主体部(壳体)100的前端部的 Y轴方向或Z轴方向的微小变位的检测进行说明的图。图5(A)、图5(B)是表示对绕X轴、 Y轴、Z轴的旋转进行检测的输入装置的内部结构的一个示例的图。图6(A) 图6(C)是对 用于确保绕X轴的旋转检测与绕Y轴及Z轴的旋转检测的独立性的结构进行说明的图。图7是表示使用了对X轴、Y轴、Z轴各轴的旋转进行检测的三维输入装置的数据处理系统的 具体的结构的一个示例的图。图8是表示优先选择部的处理步骤的流程图。图9(A) 图 9(C)是用于说明由与输入装置的X轴相关的旋转所引起的角速度的检测误差的图。图10 是用于说明坐标变换(旋转坐标变换)的内容的图。图11(A) 图11(E)是用于说明坐标 变换中所需要的信息等的图。图12是用于说明坐标变换中所需要的信息等的图。图13是 表示用于旋转补偿的坐标变换处理的处理顺序示例的流程图。图14是表示对绕X轴的旋 转、绕Y轴的旋转、绕Z轴的旋转进行检测的输入装置的其它示例(设置输出允许开关的示 例)的外观结构的示例的图。图15是表示对绕X轴的旋转、绕Y轴的旋转、绕Z轴的旋转进 行检测的输入装置的其它示例(设置允许开关的示例)的外观结构的示例的图。图16是 表示对绕X轴的旋转、绕Y轴的旋转、绕Z轴的旋转进行检测的输入装置的其它示例(设置 多个允许开关的示例)的外观结构的示例的图。图17是表示对绕X轴的旋转、绕Y轴的旋 转、绕Z轴的旋转进行检测的输入装置的其它示例(设置功能切换开关的示例)的外观结 构的示例的图。图中101-输入装置(例如，定点设备等的三维输入装置)，100-输入装置 的主体部(壳体)，102-Y轴陀螺仪传感器(Y轴角速度传感器)，104-Z轴陀螺仪传感器(Z 轴角速度传感器)，106-Y轴加速度传感器，108-Z轴加速度传感器，110-X轴陀螺仪传感器 (X轴角速度传感器)，111-运动传感器部，400-屏幕，502-三维运动传感器部，512 518、 519-放大器，520 526、528-A/D转换器，530-变换处理部(例如CPU) ， 531-第-信号处理 部，532-坐标变换处理部，533-第二信号处理部，534-系数运算部(物理量/控制量变换 部)，536-无线发送部，AN1， AN2-天线，600-数据处理装置，610-接收部，620-数据处理部 (CPU等)，630-R0M， 640-RAM， 650-显示控制部，660-显示部，662-显示屏。
具体实施例方式
接着，针对本发明的实施方式，参照附图进行说明。而且，以下说明的本实施方式， 不是对技术方案的范围中所记载的本发明的内容进行不当的限定，而是在本实施方式中所 说明的全部结构，不局限于必须作为本发明的解决方法。(第一实施方式)(三维输入装置的利用例)图l是表示利用了输入装置(三维输 入装置在此，例如是可代替鼠标或激光笔而使用的定点设备)的数据处理系统的一个示 例的结构图。 在图1中，由输入装置101 、数据处理装置200 (具有无线天线AN2)及显示装置300
构成数据处理系统。输入装置101与数据处理装置200，能通过通信(在此是无线通信。但
是，不局限于此，也可以是有线通信或光通信等)进行信号(信息)的发送接收。 输入装置101具有较长方向轴(长轴)SX1，还具有运动传感器部(图1中未图
示)。运动传感器部，例如，具有陀螺仪传感器或加速度传感器等，并能够检测出绕较长方
向轴(长轴)SX1的输入装置101主体部(壳体)100的旋转。通过绕较长方向轴(长轴)
SX1的旋转产生的物理量(旋转角速度或加速度等)，能够在控制显示画面的滚动量，或控
制显示画面(或者，显示画面中的指定区域)的縮放倍率的变更等中进行使用。 图1的上侧以虚线包围所示的示例中，由显示装置300，例如在屏幕上或显示屏上
显示了东京都区内的地图。用户在手中拿着输入装置101的主体部(壳体)100，绕较长方
向轴sxi，向图中的箭头方向将主体部(壳体)ioo旋转e (在此，图中的箭头方向设为正方
9向)。 于是，例如，显示画面PT1被滚动到上侧。若用户将主体部(壳体)100向负方向 旋转，则显示画面PT1被滚动到下侧。此外，例如，若将主体部(壳体)100向负方向旋转， 则针对显示画面PT2中的指定区域M的縮放倍率变小，画像被縮小。 如上所述，输入装置101的主体部(壳体)100，在空间中，由于在通过用户的手所 保持的状态下被使用，所以虽然用户难以稳定地操作拨盘或开关，但用户将较长方向轴SX1 作为中心轴，顺时针或逆时针旋转主体部(壳体)100是容易的。因此，在图l所示的数据处 理系统中，用户使用输入装置101，例如，能简单地进行画面的滚动或縮放等，输入装置101 的便利性得到很大提高。此外，由于不需要在壳体中设置拨盘或开关等，所以能够谋求输入 装置的用户界面的简化。 图1的输入装置101，例如，具有圆柱形状的外观。输入装置101的主体部(壳 体)100具有较长方向轴(长轴)SX1和短轴SX2(与较长方向轴SX1正交，并比较长方向轴 短的轴)。"较长方向"是例如"主体部(壳体)100直线地延长的方向(直线地长延伸的方 向)"。 在图1中，假设连结圆柱形状的主体部(壳体)100的上面A的中心点C1与底面 C2的中心点C2的线段，并将与该线段一致的轴作为较长方向轴SX1 。上面A或底面B，可看 作壳体的垂直截面，例如，可将"与壳体的垂直截面的中心点的法线一致并且与较长方向一 致的轴"作为较长方向轴SX1。 较长方向轴SX1与空间中所设定的X轴(指针方向轴) 一致。指针方向(指示方 向)，是"位于空间的主体部(壳体)的前端指示的方向"。"指针方向"由空间中的主体部 (壳体)的姿态决定，概念上区别于较长方向轴(由壳体的形状确定的轴)。但是，若以空 间坐标为基准，则结果上可认为"主体部(壳体)的较长方向"与"主体部(壳体)的指针 方向"是一致的。由此，在本说明书中，当与输入装置的主体部(壳体)的空间中的姿态无 关时，作为原则使用"较长方向，较长方向轴"等的术语，当与空间中的姿态有关时，使用"指 示方向或指针方向，X轴(与指针方向一致的三维空间的轴)"等的术语。如上所述，"较长 方向轴、指针方向轴、X轴"，结果上可作为一致的轴来使用。(对绕X轴的旋转进行检测的输入装置的内部结构例)图2是表示对绕X轴的旋 转进行检测的输入装置的内部结构的一个示例的图。图2的输入装置101具有运动传感器 部111 ，运动传感器部111具有在三维正交坐标系中的对绕X轴的旋转角速度进行检测的X 轴陀螺仪传感器110，所述三维正交坐标系是由与主体部(壳体)100的较长方向轴SX1 — 致的X轴、在与X轴垂直的面内互相正交的Y轴及Z轴来确定的。 输入装置101还具有放大器519、 A/D转换器528、变换处理部(CPU等)534、发送 部(通信部)536和天线AN1。在变换处理部(CPU等)101中，设置了作为物理量/控制量 变换部的系数运算部534。系数运算部534，例如通过对角速度信号乘以变换系数，将角速 度信号变换为变位量信号。 在图2中，在空间中，定义了由X轴、Y轴及Z轴定义的三维正交坐标系，在输入装 置101中，设置了用于检测绕X轴的旋转角速度的X轴陀螺仪传感器llO。由X轴陀螺仪传 感器110所输出的角速度信号"x，可被利用于控制对象(例如，光标指针)的移动控制、其 它的控制(控制对象即画面的滚动控制、或控制对象即画面或特定区域的縮放倍率变更控制)中。即，例如，根据物理量信号，能够对显示画面的滚动方向和滚动量进行控制，此外， 例如，还能够对显示画面(或者显示画面中的特定处)的縮放倍率进行控制。
由运动传感器部111 (X轴陀螺仪传感器110)所检测出的角速度信号"x，可保持 其原样地作为控制信号等发送给例如数据处理装置200(参照图1)。但是，此时，数据处理 装置200根据接收到的角速度信号，需要对显示装置300(参照图1)中的控制对象物的控 制量(例如，光标指针的变位量、被远距离操纵的照相机的摇头量、画面的滚动量、画面的 縮放倍率等)进行运算，由此，将增加数据处理装置的负担。 在此，在图2中，在输入装置101中，设置了作为物理量/控制量变换部的系数运 算部534，在输入装置101侧，将角速度"x变换为显示装置300中的控制对象物的控制量。 然后，将所得到的控制量的信息(控制量信号)发送给数据处理装置200。由此，将减轻接 收侧(数据处理装置200)的处理负担。(对绕X轴、Y轴、Z轴的旋转进行检测的输入装置的利用例或内部结构等)在图2 的输入装置中，只对绕X轴的旋转进行检测。若输入装置不仅检测绕X轴的旋转，而且还能 够检测绕Y轴的旋转和绕Z轴的旋转，则可输入更多的信息。以下，针对检测绕X轴、Y轴、 Z轴的旋转的输入装置进行说明。 图3是用于说明对绕X轴、Y轴及Z轴的各轴的旋转进行检测的输入装置的利用例 的图。在图3中，定义了由与主体部(壳体)100的较长轴SX1 —致的X轴、在与X轴垂直 的面内互相正交的Y轴及Z轴确定的三维正交坐标系。而且，输入装置IOI对本体部(壳 体)100的三轴各自的旋转进行检测。 在图3中，代替激光笔而使用输入装置101。在屏幕400上，显示画面410。画面 410能够上下滚动。此外，在画面410上，上下左右地移动光标指针CP。在图3中，光标指 针CP的上下左右的移动，是通过用户在Y轴方向或者Z轴方向上使主体部(壳体)100的 前端细微地变位来控制的。此外，通过主体部(壳体)100的绕X轴的旋转来控制画面410 的上下滚动。 图4(A) 图4(C)是用于对主体部(壳体)IOO的前端部的Y轴方向或Z轴方向 的细微变位的检测进行说明的图。 如图4(A)所示，由与输入装置101的主体部(壳体)100的指示方向(指针方向) 一致的X轴、在与X轴垂直的第一面即Q面内互相正交的Y轴及Z轴来定义三维空间中的 第一正交坐标系。X轴是第一检测轴，Y轴是第二检测轴，Z轴是第三检测轴。
输入装置101的主体部(壳体)100的空间上的姿态若被确定，则第一正交坐标系 唯一确定。第一正交坐标系不是被固定的坐标系，而是如图4(A)中的虚线所示，若输入装
置ioi的主体部(壳体)针对x轴旋转e (x)，则伴随于此，y轴及z轴也旋转e (x)。而 且，e (x)表示将x轴作为旋转轴的旋转的旋转角。 如图4(B)所示，输入装置101的主体部(壳体)100的上下(垂直方向)的细微的 动作，能够作为以Y轴为旋转轴的旋转(旋转角e (Y))来进行检测。而且，在图4(B)中， 输入装置IOI的主体部(壳体)100为了方便，描画成长方体形状。该长方体形状，例如，能 够看作表示安装有活动传感器(角速度传感器等)的壳体的内壁面。因此，若由Y轴角速 度传感器检测出针对Y轴的旋转角速度，并用时间将角速度进行积分，则能够得到与Y轴相
关的旋转角e (Y)的信息。S卩，能够检测出输入装置ioi的主体部(壳体)ioo的上下的动作。 此外，如图4(C)所示，输入装置101的主体部(壳体)100的左右(水平方向)的
细微的动作，能够作为以z轴为旋转轴的旋转(旋转角e (z))来进行检测。因此，若由z轴 角速度传感器检测出针对z轴的旋转角速度，并用时间将角速度进行积分，则能够得到与z 轴相关的旋转角e (z)的信息。S卩，能够检测出输入装置ioi的主体部(壳体)ioo的左右
的动作。 图5(A)、图5(B)是表示对绕X轴、Y轴、Z轴的旋转进行检测的输入装置的内部结 构的一个示例的图。而且，图5(A)表示绕X轴没有壳体的旋转的状态，图5(B)表示绕X轴 发生了壳体的旋转(旋转角9 2)的状态。 输入装置101具有检测绕X轴的旋转角速度"x的X轴陀螺仪传感器110、检测 绕Y轴的旋转角速度"y的Y轴陀螺仪传感器102、检测绕Z轴的旋转角速度"z的Z轴陀 螺仪传感器104、检测Y轴方向的加速度的Y轴加速度传感器106、和检测Z轴方向的加速 度的Z轴加速度传感器108。 X轴陀螺仪传感器110、 Y轴陀螺仪传感器102及Z轴陀螺仪 传感器104分别对于各轴的箭头方向(图5(A)、图5(B)中是逆时针方向)的角速度输出正 的值，Y轴加速度传感器106及Z轴加速度传感器108对于各轴的箭头方向的加速度输出 正的值。 而且，在图5(B)中，在与X轴垂直的第一面即Q面内，由水平轴即U轴和与U轴垂 直的V轴(垂直轴)来定义二维的第二正交坐标系。此点与用于旋转补偿的坐标变换处理 相关。在后面，针对此点进行描述。(绕X轴的旋转检测与绕Y轴及Z轴的旋转检测的独立性的说明)为对由X轴、Y 轴及Z轴确定的三维的正交坐标系中的、输入装置101的主体部(壳体)IOO的三维的动作 进行检测，输入装置101必须能够分别独立地检测绕Y轴及Z轴的旋转和绕X轴的旋转。
为此，作为信号处理部的结构，优选采用例如图6(A) 图6(C)所示的结构。
图6 (A) 图6 (C)是用于对确保绕X轴的旋转检测与绕Y轴及Z轴的旋转检测的 独立性的结构进行说明的图。 在图6(A)中，在输入装置101中，设置了执行基于针对X轴的加速度信号"x的第
一信号处理的第一信号处理部531、和执行基于针对Y轴及Z轴的加速度信号"y、"z(以
及加速度信号Yy、 Yz)的第二信号处理的第二信号处理部533。而且，第一信号处理部531
输出第一处理信号SGa，此外，第二信号处理部533输出第二处理信号SGb。 S卩，为了确保第一信号处理与第二信号处理的独立性，需要设置用于检测绕Y轴
及Z轴的旋转的信号处理系统和用于检测绕X轴的旋转的信号处理系统。 例如，第一信号处理部531及第二信号处理部533分别能够通过第一硬件和第二
硬件(即，不同的硬件)来实现。此外，例如，当由软件对共同的硬件进行控制时(例如，使
用CPU时)，通过准备每个信号处理部的信号处理程序，能够分别实现第一信号处理部531
及第二信号处理部533。 在图6(B)中，还设置了优先选择部543。在优先选择部543中，设置了对第一信号 处理及所述第二信号处理的哪一个应该优先进行决定的优先处理决定部E1、和根据基于优 先处理决定部El的决定，选择性地输出由第一信号处理部531所输出的第一处理信号及由 第二信号处理部533所输出的第二处理信号的任一个信号的选择部E2。
输入装置101既然通过用户的手在空间中被保持，实际上，会存在可同时发生绕Y 轴及Z轴的旋转与绕X轴的旋转的情况。S卩，在用户用手把持输入装置的主体部(壳体) 的状态下，左右上下细微地晃动主体部(壳体)100的前端部(即，针对Y轴和Z轴发生细 微旋转)，或使主体部(壳体)100在绕X轴旋转时，绕Y轴及Z轴的旋转和绕X轴的旋转 会存在同时发生的情况。用户既然用手拿着操作输入装置的主体部，实际上，无用的少许旋 转，会违背用户的意图而发生，这是不可避免的。 例如，用户为了进行画面的滚动，使主体部(壳体)绕X轴旋转时，会违背用户的 意图而发生绕Y轴或绕Z轴的旋转，由此，若在显示画面上发生光标指针意外的移动的情 况，则输入装置101的操作精度或可靠性降低。 因此，输入装置101，当发生了第一信号处理部531与第二信号处理部533同时并 行地进行动作的情况时，更希望能够判定应该优先是哪个信号处理部的处理并选择输出信 号。 在此，在图6(B)中，在输入装置101中设置了优先选择部543。优先选择部543具 有优先处理决定部E1、和根据基于优先处理决定部的决定，选择性地输出由第一信号处理 部所输出的第一处理信号及由第二信号处理部所输出的第二处理信号中的任一方的选择 部E2。由此，可靠地防止非用户意图的操作，防止输入装置的操作精度或可靠性的降低。
在图6(C)中，还设置了旋转补偿部(坐标变换处理部)532。为了确保绕Y轴及绕 Z轴的旋转的检测与绕X轴的旋转的检测的独立性，希望绕X轴的主体部(壳体)100的旋 转不对绕Y轴及绕Z轴的旋转的检测产生影响。 例如，与各轴对应的角速度传感器102、104、110分别固定于设置在输入装置101 的主体部(壳体)100中的平面(例如，壳体的内壁面)上。因此，若输入装置101的主体 部(壳体)100针对X轴旋转，则Y轴、Z轴也同样地旋转，Y轴陀螺仪传感器或Z轴陀螺仪 传感器的空间中的位置也发生改变。在发生了针对X轴的旋转的状态下分别由Y轴角速度 传感器102及Z轴角速度传感器104所检测出的角速度与在未发生旋转的状态下所检测出 的角速度之间存在差值(误差)。 在此，在图6 (C)中，进行旋转补偿处理，通过对检测信号进行修正来抑制检测误 差。即，如前面图5(B)所示，对由与主体部(壳体)100的指针方向一致的X轴垂直的第一 面内的Y轴及Z轴确定的二维的YZ正交坐标系进行定义，此外，对由与主体部(壳体)100 的指针方向一致的X轴垂直的第一面内的水平轴即U轴和第一面上与U轴垂直的轴即V轴 确定的二维的第二正交坐标系(UV正交坐标系)进行定义。U轴是第一面内的水平轴，此 外，V轴是第一面内与U轴正交的垂直轴。U轴及V轴分别通过确定主体部(壳体)的指示 方向(指针方向)而唯一确定，不影响针对输入装置101的X轴的旋转。而且，通过从YZ 正交坐标系向第二正交坐标系(UV正交坐标系)的坐标变换(旋转坐标变换)，将由Y轴陀 螺仪传感器102所检测出的Y轴角速度"y及Z轴陀螺仪传感器104所检测出的Z轴角速 度"z分别变换成U轴角速度"u及V轴角速度"v。由此，针对各个Y轴及Z轴所检测出 的角速度(产生了针对X轴的旋转时包括伴随旋转的误差)修正为针对主体部(壳体)IOO 的X轴的未旋转的状态的正确的角速度。因此，根据图6(C)的结构，绕X轴的主体部(壳 体)的旋转不对绕Y轴及绕Z轴的旋转的检测产生影响。因此，根据图6(C)的结构，可确 保绕Y轴及绕Z轴的旋转的检测与绕X轴的旋转的检测的完全的独立性。针对旋转补偿处
13理(旋转坐标变换)的详细情况，参照图9 图13在后面进行描述。(使用了针对X轴、Y轴、Z轴的各轴的旋转进行检测的三维输入装置的系统的具 体结构示例)图7是表示使用了对X轴、Y轴、Z轴各轴的旋转进行检测的三维输入装置的 数据处理系统的具体的结构的一个示例的图。在图7的输入装置中，采用图6(C)表示的结 构。 输入装置101(在此，是三维定点设备)具有运动传感器部(三维运动传感器
部)502。运动传感器部502具有X轴陀螺仪传感器110、Y轴陀螺仪传感器102、Z轴陀螺
仪传感器104、 Y轴加速度传感器106和Z轴加速度传感器108。 Y轴加速度传感器106及
Z轴加速度传感器108，为了旋转补偿处理(旋转坐标变换)而被设置。 输入装置(定点设备)101，还具有对各传感器102 110的输出信号进行放大的
放大器512 518及519、 A/D转换器520 526及528、变换处理部(例如CPU) 530、比较
判定部540、选择信号生成部541、选择器535、无线发送部536和天线AN1。 比较判定部540及选择信号生成部541，构成图6(B)中的优先处理决定部E1。此
外，选择器535相当于图6(B)中的选择部E2。 此外，变换处理部530具有坐标变换处理部532、系数运算部(物理量/控制量变 换部)534a、534b。系数运算部(物理量/控制量变换部)534a、534b也可不被设置。此时， 输出坐标变换后的角速度信号("u(或"y)、"v(或"z)、"x)。 此外，数据处理装置600具有天线AN2、接收部610、数据处理部(例如CPU) 620、 R0M630、 RAM640、显示控制部650和显示部660。显示部660，有时具有显示屏662。此外， 当显示部660是投影型的显示装置时，例如在屏幕400上显示图像。 为了将用于决定控制对象(例如光标指针CP)的变位方向及变位量的信息输入给 数据处理装置600，可以使用图7的输入装置101。作为设置在输入装置101中的物理量/ 控制量变换部的系数运算部534，对由坐标变换处理部532所输出的角速度信号乘以系数 (变换系数)，例如，将控制对象(光标指针CP)的变位量(广义上是控制量)变换为用于 指定的变位量信号(广义上是控制量信号)。即，例如，坐标变换后的角速度信号ou、 cov 分别变换为变位量信号Mh、Mv(Mh是水平方向的变位量，Mv是垂直方向的变位量)。此夕卜， 坐标变换后的角速度信号"x变换为表示画面的滚动量的变位量Ms。而且，坐标变换处理 的详细在后面进行描述。 由设置在输入装置101中的运动传感器部502所检测出的针对各轴的角速度信 号，可保持原样地作为控制信号发送给数据处理装置。但是，此时，数据处理装置600根据 接收到的角速度信号，需要对显示部660中的控制对象物(例如光标指针CP)的变位量进 行运算，由此，将增加数据处理装置600的负担。在此，在图7中，在输入装置101中，设置 作为物理量/控制量变换部的系数运算部534，并在输入装置101侧，将角速度信号变换为 显示部660中的控制对象物(例如光标指针CP或显示画面)的控制量(光标的移动量或 画面的滚动量)。然后，通过无线通信(不局限于此，也可以是光通信或有线通信)将所得 到的变控制量的信息(控制量信号)Mh、 Mv、 Ms分别发送给数据处理装置600。由此，将减 轻数据处理装置600的处理负担。 此外，坐标变换处理部532，当主体部(壳体)的前端的指示方向(指针方向)为 正上方或正下方附近时，禁止输出与主体部的动作对应的信号，或者，终止坐标变换处理，
14将坐标变换处理前的Y轴角速度信号"y及Z轴角速度信号"z分别保持原样地进行输出。
而且，针对由图7的比较判定部540、选择信号生成部541及选择器535构成的优 先选择部(图6(C)的参照符号543)的动作在后面进行描述。 此外，数据处理装置600的数据处理部620，根据由接收部610所接收到的信号，进 行给予的数据处理，例如，生成图像显示用的数据或时间控制信号。显示控制部650，对显示 部660中的图像显示进行控制。 在图7的数据处理系统中，在输入装置中设置发送部536，可通过无线通信(包括 光通信)，从输入装置IOI自由地将物理量信号发送给数据处理装置等。因此，输入装置的 使用方便性得到提高。而且，输入装置101也可通过有线通信输出信号。
根据本实施方式，能够实现使用操作性优良的小型三维输入装置的数据处理系 统。接着，针对由图7的比较判定部540、选择信号生成部541及选择器535构成的优先选 择部(图6(C)的参照符号543)的处理步骤进行说明。(优先选择部的处理步骤)图8是表示优先选择部的处理步骤的流程图。优先选 择部(图6(C)的参照符号543)由图7中的比较判定部540、选择信号生成部541及选择器 535构成。优先选择部543，当绕X轴的旋转与绕Y轴或绕Z轴的旋转同时并行发生时，对 哪个是基于用户意图的旋转进行判定，并优先地选择任一个的处理。 首先，图7的比较判定部540获取针对X轴、Y轴及Z轴的各个角速度数据"x、 coy、 "z(步骤S150)。 接着，为了防止由壳体的细微的晃动等产生的噪声的检测，比较判定部540执行 阈值判定(步骤S151)。 g卩，如图8所示，判定绕X轴的角速度"x的绝对值，是否大于针对绕X轴的旋转 的阈值Cx，只有大于时，才采用"x作为处理对象的信号，并将所采用的信号作为J(x)来进 行保存，当小于时，废弃获取到的"x。 此外，判定"y的二次方与"z的二次方之和的平方根，是否大于针对绕Y轴或绕 Z轴的旋转的阈值Cyz，只有大于时，才采用"y、 " z作为处理对象的信号，并将上述平方根 的信号作为J(yz)来进行保存，当小于时，废弃获取到的"y、 "z。 接着，比较判定部540执行修正系数的乘法运算处理(步骤S152) 。 g卩，基于主体 部(壳体)100的绕X轴的旋转(扭转)的通常的角速度，例如在数十度/秒左右，相对于 此，通过在Y轴或Z轴方向上细微的晃动主体部(壳体)100的前端部而产生的绕Y轴或绕 Z轴的通常的角速度，例如在数度/秒左右。即，本来，由于旋转量的标度不同，若直接比较 J(x)与J(yz)，则一定是J(x) > J(yz)，不能进行恰当的比较处理。在此，对J(x)乘以给予 的修正系数Kx，使J(x)的值按规定的比例减小，此夕卜，对(yz)乘以给予的修正系数Kyz，使 J(yz)的值按规定的比例增大。 接着，比较判定部540对Kx J(x)与Kyz J(yz)进行比较(步骤S153)。若Kx J(x) >Kyz J(yz)，则图7的选择信号生成部541将选择信号SEL作为第一电平，由此，选 择器535选择绕X轴的角速度ox或与其对应的控制量(例如画面的滚动量Ms)来进行输 出(步骤S154)。 此外，若Kx J(x) <Kyz J(yz)，则图7的选择信号生成部541将选择信号SEL作 为第二电平，由此，选择器535选择绕Y轴或Z轴的角速度"y、 "z，或与此对应的控制量(光标的水平变位量Mh，垂直变位量Mv)来进行输出(步骤S155)。 由此，即使针对X轴的旋转与针对Y轴或Z轴的旋转同时发生时，也可靠地防止非 用户意图的操作，防止输入装置101的操作精度或可靠性的降低。(针对用于旋转补偿的坐标变换的说明)以下，针对基于图7的坐标变换处理部 532的用于旋转补偿的坐标变换处理进行说明。 图9(A) 图9(C)是用于说明由与输入装置的X轴相关的旋转所引起的角速度的 检测误差的图。如图9(A)所示，假设输入装置101的主体部(壳体)100的右前端是朝向 (指示着)右斜上方的状态。图9 (B)表示输入装置101的主体部(壳体)100针对X轴未 旋转状态的图9(A)的S-S'的截面。图9(C)表示输入装置101的主体部(壳体)100针对 X轴旋转了 9 2的状态的图9(A)的S-S'的截面。 如图9 (B)、图9 (C)所示，输入装置101的主体部(壳体)100的内壁面的截面呈大 致正方形。将构成内壁面的四个面(或构成内壁面的截面形状的各边)设为P1 P4。两 个陀螺仪传感器(角速度传感器)102、104分别检测针对Y轴及Z轴(即检测轴)的旋转角 速度。各陀螺仪传感器102、104分别固定于输入装置101的主体部(壳体)100的内壁面 P3及P2。因此，如图9(C)所示，输入装置IOI的主体部(壳体)100若针对检测轴(Y轴、 Z轴)以外的轴(X轴)旋转9 2，则Y轴、Z轴也同样旋转，结果是，各陀螺仪传感器(角速 度传感器)的位置发生变动。 因此，即使产生与输入装置101的主体部(壳体)100的前端部相同的动作(在此， 左右的动作设为QR、 QU，在绕X轴未发生旋转的状态(图9(B)的状态)下所检测出的角 速度与在绕X轴发生旋转的状态下(图9(C)的状态)所检测出的角速度将产生差值。艮卩， 由于针对检测轴(Y轴、Z轴)以外的轴(X轴)的输入装置101的主体部(壳体)100的旋 转，而产生检测误差。 因此，在本实施方式中，通过执行所检测出的角速度(针对Y轴及Z轴的角速度)
的修正(具体而言是坐标变换)，不受绕X轴的壳体的旋转的影响，总能够检测正确的角速
度。由此，不受用户拿着主体部(壳体)方式的制约，而改善三维输入装置的操作性。为了
执行坐标变换，需要获取针对绕X轴的旋转角的信息，为此，在本实施方式的输入装置中，
设置了对绕Y轴的加速度及绕Z轴的加速度进行检测的加速度传感器。(坐标变换处理)在输入装置101中，设置了坐标变换处理部532，坐标变换处理
部532执行坐标变换处理。以下，使用图10 图13针对坐标变换处理进行说明。 图IO是用于说明坐标变换(旋转坐标变换)的内容的图。此外，图11(A) 图
11(E)及图12是用于说明坐标变换中所需要的信息等的图。坐标变换一般通过平行移动和
旋转的组合来实现。在本实施方式中，可只考虑针对X轴的旋转。旋转坐标变换能通过使
用旋转行列的行列式运算来实现。 在此，将Y轴加速度设为Yy，Z轴加速度设为Yz，Y轴角速度设为"y，Z轴角速度 设为"，时，坐标变换处理部532通过下述(1)式及(2)式的运算，将Y轴角速度"y及Z 轴角速度"，分别变换为U轴角速度" 及"v。以下，按顺序进行说明。将在X轴垂直的 Q面(参照图4(A))上的Y轴(Z轴)与U轴(V轴)形成的角设为9 2时，为了将Y轴角 速度"y及Z轴角速度"，分别变换为U轴角速度" 及"v，可进行下述(3)式的行列式—w少；-z 一必zy 运算。因此，下述(4)式及(5)式成立。算式1——<formula>formula see original document page 17</formula>
图10所示的坐标变换处理部532，执行上述(4)式及(5)式所示的运算。但是，为 了执行(4)式及(5)式的运算，需要知道sin9 2及cose2，因此，在本实施方式中，设置了 Y轴加速度传感器106及Z轴加速度传感器108。 在此，参照图11(A) 图11(E)针对重力加速度进行说明。如图11(A)所示，将重 力加速度(垂直向上的方向)设为G。 S卩，在无重量状态(例如，物体置于宇宙空间等的状 态)下，加速度传感器的输出是零。同样地，由于自由落下的物体内也是无重量状态，所以 加速度传感器的输出是零。另一方面，地球上的自由落下是指该物体以1G向下(-1G向上) 进行加速的状态。此外，(加速度传感器输出)=(物体的加速状态)-(向下的lG)的关 系成立。因此，在物体静止的状态下，加速度传感器的输出=0-(向下的16)=(向上的 1G)成立。此外，垂直轴(G轴)与第一面呈e 1时，将针对重力加速度(垂直向上)G的第 一面内的垂直轴即V轴(与没有针对X轴的旋转的状态下的Z轴一致)的分量设为61(= G cos e 1)。 如图11(B)所示，在主体部(壳体)100的内壁面P4上设置Y轴加速度线传感器 106，在主体部(壳体)100的内壁面P1上设置Z轴加速度线传感器108。图11(B)表示与 主体部(壳体)100的X轴相关的旋转未发生的状态。图11(C)与图11(B)相对应的表示 针对向量G1的各坐标轴的分量。在此，假设输入装置101的主体部(壳体)100针对X轴 旋转9 2的情况。 图11(D)表示发生与主体部(壳体)100的X轴相关的旋转(旋转角92)的状态。
图11(E)与图11(D)相对应，表示针对向量G1的各坐标轴的分量。在图11(E)中，向量G1
可分解为Z轴分量和Y轴分量(一同在图中以粗的虚线表示)。即，重力加速度G的Z轴
分量(即Z轴加速度yz)是Glcose2，同样地，重力加速度(垂直向上)G的Y轴分量(即
Y轴加速度Yy)是Glsin9 2。可见，Y轴加速度Yy、Z轴加速度Y,包含绕X轴的旋转角
9 2的信息。因此，通过对Z轴加速度Y z及Y轴加速度Y y进行检测，可执行上述(4)式
及(5)式的运算。S卩，(4)式及(5)式可以按下述(6)式及(7)式的方式进行变形。此外，
".,丄，卞、卜，、j上l、 __■ ,a^j ， <yvGlcosS2-fl)7Glsine2 ,、
Gl可以按下述(8)式的万式表不。算式2<formula>formula see original document page 17</formula>
将(8)式代入(6)式及(7)式的分母，并且，在(6)式及(7)式中，通过设置为<formula>formula see original document page 17</formula>可得到上述(1)式及(2)式。S卩，坐标变换处理部532通过 执行(1)式及(2)式的运算，可将Y轴角速度"y及Z轴角速度"，分别变换为U轴角速度
"u及Wv。 图12是表示"v、 "z、 "u、 "v、 Yv、 Yz的相互关系的图。如上所述，由Y轴陀螺仪传感器102及Z轴陀螺仪传感器104分别检测Y轴角速度"y及Z轴角速度"z。此外，由 Y轴加速度传感器106及Z轴加速度传感器108分别检测Y轴加速度Y y， Z轴加速度Y z。 U轴角速度"u及V轴角速度"v由上述坐标变换求出。(指示方向是垂直向上附近或垂直向下的方向附近时的对策)在输入装置101的 主体部(壳体)100是垂直向上或者垂直向下附近时，垂直轴(G轴)与Q面(参照图4(A)) 形成的角9 1呈大致90° 。因此，重力加速度(垂直向上)G的与X轴垂直的Q面内的垂 直轴即V轴的分量Gl(二Gcosei)是cos90 = O，所以约为0。因此，Y轴加速度(Yy = Glsin e 2)禾P Z轴加速度(Y z = Glcos 9 2)也约为0。因此，上述(1)式及(2)式中的分 母约为O，无法进行用于坐标变换的运算。 实际上，由于主体部(壳体)的指示方向(定点方向)朝向画面或屏幕，相当接近
水平的状态，所以认为没问题，但作为个案，可以假设输入装置101的主体部(壳体)100的
指示方向是垂直向上附近或垂直向下附近的情况，因此希望实施某些对策。 在此，例如，当主体部(壳体)100的前端的指示方向(指针方向)是正上或正下
附近时，采用将来自输入装置101的信号输出抑制(S卩，禁止输出与主体部的动作相应的信
号)为0的方法。由此，减轻数据处理装置(接收来自输入装置101的信号一侧)的处理
负担(伴随对策处理的负担)。 此外，例如，当主体部(壳体)100的指示方向是垂直向上附近或垂直向下附近时， 终止基于坐标变换处理部532的坐标变换处理，可分别将坐标变换处理前的Y轴角速度信 号及Z轴角速度信号保持原样地进行输出。此时，数据处理装置(接收来自输入装置101 的信号一侧)根据接收到的Y轴角速度信号及Z轴角速度信号，例如，有能够对显示部的控 制对象(例如，光标指针)的位置进行控制的优点。 而且，主体部(壳体)IOO的前端的指示方向(指针方向)为正上或正下附近，例 如，可通过将上述(1)式、(2)式中的分母与规定的阈值进行比较，进行检测。即，当分母小 于阈值时，可判定指针方向为正上附近或正下附近。 图13是表示用于旋转补偿的坐标变换处理的处理顺序示例的流程图。设置于输 入装置101的坐标变换处理部532获取加速度数据Yy、 Y,(步骤S700)，并且获取角速度 数据"y、、(步骤S701)。 接着，将Yy"y-Yy"z设置为SU(步骤S702)，将Yy"y+Yy"z设置为SV(步骤
S703)，将上述(1)式及(2)式的分母设置为k(步骤S704)，将kSu设置为" ，将kSv设置 为"v(步骤S705)。由此，得到与U轴相关的旋转角速度"u和与V轴相关的旋转角速度 接着，物理量/变位量变换部(系数运算部)534，对"v乘以系数Pyv，计算出横 向变位量MH(步骤S706)，并将"u乘以系数^u，计算出纵向变位量MV(步骤S707)，由整 数化处理计算出Mh、 Mv (步骤S708)。 此外，当输入装置101的主体部(壳体)100的指针方向是正上附近或正下附近 时，横向变位量及纵向变位量都为0。因此，当Mh = 0并且Mv = 0时，不从输入装置101输 出信号而结束处理(步骤S709)，只有在步骤S709中判定为"否"时，才将水平变位量Mh及 纵向变位量Mv向数据处理装置600进行发送(步骤S710)。(第二实施方式)图14 图16是表示对绕X轴的旋转、绕Y轴的旋转、绕Z轴的旋转进行检测的输入装置的其它示例(设置输出允许开关的示例)的外观结构的示例的图。 在图14中，在输入装置101的主体部(壳体)100中，设置了具有用于切换信号输出的许可/禁止的输出允许开关SW1 (例如按下式或滑动式的开关)的操作部700。
在此，例如，假设输入装置101是具有光标指针的移动控制功能(第一控制输入功能)及画面的滚动功能(第二控制输入功能)的情况。图14所表示的输出允许开关SW1，是对各功能的允许/禁止进行共同控制的共同输出允许开关。输出允许开关SW1的操作，可与主体部(壳体)100的空间的姿态无关地进行，所以对于用户而言，容易进行输出允许开关SW1的操作。 通过设置输出允许开关SW1，用户只在对操作部700进行操作时(例如，只在按下输出允许开关SW1时)从输入装置101输出信号。因此，在未进行操作部700的操作期间(例如，未按下输出允许开关SW1的期间)中，即使移动主体部(壳体)100，例如，也不发生控制对象(例如光标指针)的位置变位等。因此，根据图14的输入装置101，能够可靠地防止控制对象的非用户意图的动作，将进一步提高输入装置的使用方便性。
在操作部700的结构中可考虑各种变化。在图15中，分别设置了与输入装置101具有的上述两个功能对应的输出允许开关SW2、 SW3。此时，用户能够选择性地使光标移动控制功能、画面的滚动控制功能的任一个处于"开启"，从而将提高用户的便利性。
此外，在图16中，在操作部700中，设置了切换开关SW4。例如，虽然输入装置具有光标指针的移动控制功能(第一控制功能)及画面的滚动功能(第二控制功能)，但用户有时可能只希望利用第一控制功能。在此，图16在主体部(壳体)100的操作部700中设置了对功能(信号处理的种类)进行切换的切换开关(滚动/光标移动切换开关)SW4，以便能从输入装置101具有的多个功能之中选择任何一个功能。由此，用户能够从输入装置101具有的多个功能之中选择希望使用的一个功能来利用。因此，将进一步提高用户的便利性。
图17是表示对绕X轴的旋转、绕Y轴的旋转、绕Z轴的旋转进行检测的输入装置的其它示例(设置允许开关等的示例)的内部结构的图。 图17的输入装置101，在图7的结构中还追加了操作部700(至少具有图14 图16所示的开关SW1 SW4之中的一种)和输入接口 702。操作部700，例如作为用于切换来自输入装置101的信号输出模式的模式切换开关来发挥功能。 此外，例如为了实现与鼠标相同的功能，除了图17的结构，还可以追加具有与鼠标的左/右单击按钮相同功能的按钮等。此时，将进一步提高输入装置101的使用性。
如以上所说明，根据本发明的至少一种实施方式，能够实现可简单地进行画面的滚动等的输入装置。此外，例如，在输入装置中，可容易地赋予使光标指针上下左右移动的功能和滚动画面等的功能。因此，例如，能够实现具有与多功能鼠标相近的操作性的定点设备、或具有与指示棒或激光笔相近的操作性且也可简单地进行画面的滚动等的使用方便且多功能的定点设备。 本实施方式的输入装置，虽然在使用鼠标或指示棒、或者激光笔等进行讲演等的场面时特别有用，但不限于此。例如，作为计算机等的输入装置，即作为用户接口而被使用时，能够利用于输入在此动作的所有应用。此外，本实施方式的输入装置能够在基于远距离操纵的照相机的摇头系统或自动控制系统等多种系统中应用。此外，本实施方式的输入装置可普遍适用于搭载了基于鼠标的滚动轮等的可输入信息的应用程序的装置或系统。以往，绕指示方向旋转(扭，拧)主体部(壳体)的动作完全没有被有效地利用。本实施方式的输入装置是具有完全新的用户界面的多功能输入装置，将期待其更多的应用。
而且，虽然针对本发明的实施方式进行了详细叙述，但在不脱离本发明的新的事项及效果的范围内，很多的变形是可能的，对本领域的技术人员而言应该能够容易理解。因此，这样的变形例全部包含于本发明。此外，所谓输入装置的术语，作为更广义的解释，是指广泛包括能够输入与空间的变位相对应的信号的输入装置。此外，三维活动传感器的结构并不局限于前述的实施方式，也可采用其它的结构(例如，除了陀螺仪传感器和角速度传感器，还有磁传感器的结构等)。此外，空间的变位包括输入装置的姿态、旋转，还包括并进。而且，输入装置的并进(水平移动或垂直移动等)能够通过用时间对加速度传感器的输出的变动进行积分来进行计算。
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权利要求
一种输入装置，包括主体部，其具有较长方向轴；和运动传感器部，其检测针对所述主体部的较长方向轴的旋转，所述运动传感器部具有对三维的第一正交坐标系中的针对所述X轴的角速度进行检测的X轴陀螺仪传感器，所述三维的第一正交坐标系由与所述主体部的较长方向轴一致的X轴、在与所述X轴垂直的第一面内相互正交的Y轴及Z轴来决定。
2. 根据权利要求l所述的输入装置，其特征在于， 所述输入装置用来决定与控制对象相关的控制量，所述输入装置还具有物理量/控制量变换部，该物理量/控制量变换部将来自所述运 动传感器部的物理量信号变换为表示所述控制量的控制量信号。
3. 根据权利要求1或2所述的输入装置，其特征在于， 所述运动传感器部，还具有Y轴陀螺仪传感器，其检测针对所述Y轴的角速度；禾口Z轴陀螺仪传感器，其检测针对所述Z轴的角速度，并且，具有第一信号处理部，其执行基于针对所述X轴的角速度信号的第一信号处理；禾口第二信号处理部，其执行基于针对所述Y轴的角速度信号及针对所述Z轴的角速度信号的第二信号处理。
4. 根据权利要求3所述的输入装置，其特征在于， 所述输入装置还具有优先选择部，该优先选择部具有优先处理决定部，其决定所述第一信号处理及所述第二信号处理的哪一个应该优先；和选择部，其基于所述优先处理决定部的决定，选择性地输出从所述第一信号处理部所 输出的第一处理信号和从第二信号处理部所输出的第二处理信号中的任意一个。
5. 根据权利要求3或4所述的输入装置，其特征在于， 所述运动传感器部，还具有Y轴加速度传感器，其检测针对所述Y轴的加速度；禾口z轴加速度传感器，其检测针对所述z轴的加速度，并且，所述第二信号处理部具有坐标变换处理部，该坐标变换处理部根据由所述Y轴加速度 传感器所检测出的Y轴加速度、和由所述Z轴加速度传感器所检测出的Z轴加速度来进行 坐标变换，所述坐标变换处理部，将由所述Y轴陀螺仪传感器所检测出的Y轴角速度及由所述Z 轴陀螺仪传感器所检测出的Z轴角速度分别变换为二维的第二正交坐标系中的U轴角速度 及V轴角速度，所述二维的第二正交坐标系由与所述X轴垂直的第一面中的水平轴即U轴、 和在所述第一面中与所述U轴垂直的轴即V轴来决定。
6. 根据权利要求1 5的任一项所述的输入装置，其特征在于，具有操作部，该操作部具有输出允许开关，该输出允许开关用于切换来自所述输入装 置的信号输出的许可/禁止。
7. 根据权利要求4所述的输入装置，其特征在于，具有操作部，该操作部具有切换开关，该切换开关用于强制地切换是执行所述第一信 号处理部的所述第一处理，还是执行所述第二信号处理部的所述第二信号处理。
8. 根据权利要求4所述的输入装置，其特征在于，从所述第一信号处理部所输出的所述第一处理信号，是显示画面的滚动量或显示图像 的縮放倍率的控制量信号，从所述第二信号处理部所输出的所述第二处理信号，是与显示 画面的光标指针的变位相关的控制量信号。
9. 一种数据处理系统，包括权利要求1 8的任一项中所述的输入装置；禾口数据处理装置，其接收所述输入装置的发送信号，并根据接收信号执行给予的数据处
全文摘要
本发明是提供一种输入装置及数据处理系统，该输入装置实现能够简单地进行画面的滚动等。此外，该数据处理系统容易地实现一种具有使光标指针上下左右移动的功能和对画面进行滚动等的功能的输入装置。输入装置(101)包括具有较长方向轴(SX1X轴)的主体部(100)；和检测针对主体部(100)的较长方向轴的旋转的运动传感器部(111)(具有X轴陀螺仪传感器(110))。还能够设置分别对在与X轴垂直的面内互相正交的Y轴及Z轴的旋转进行检测的Y轴陀螺仪传感器及Z轴陀螺仪传感器。
文档编号G06F3/033GK101751162SQ20091025837
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月14日 优先权日2008年12月18日
发明者中冈康 申请人:精工爱普生株式会社