CN101339471B - 输入设备、控制设备、控制***以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了输入设备、控制设备、控制***以及控制方法，其中，该输入设备输出用于控制显示在屏幕上的UI的运动的输入信息，包括：角速度输出单元，输出相对于第一轴的第一角速度、相对于第二轴的第二角速度以及相对于第三轴的第三角速度；合成计算单元，计算作为两个角速度的合成结果的第一合成角速度，这两个角速度通过将第二和第三角速度分别乘以预定比率的两个移动系数而获得；以及输出单元，输出用于控制UI在屏幕上与第二轴相对应的轴方向上的运动的第一角速度的信息以及用于控制UI在屏幕上与第一轴相对应的轴方向上的运动的第一合成角速度的信息，作为输入信息。根据本发明，可以根据显示器上屏幕的形状而容易地在预定方向上运动UI。

Description

输入设备、控制设备、控制***以及控制方法

相关申请的交叉参考

本发明包含于2007年7月4日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2007-176757的主题，将其全部内容结合与此作为参考。

技术领域

本发明涉及用于操作GUI(图形用户界面)的用于三维操作的输入设备、用于基于输入设备的操作信息来控制GUI的控制设备、包括输入设备和控制设备的控制***以及其控制方法。

背景技术

指向装置(特别是鼠标和触垫)被用作PC(个人计算机)中普遍使用的GUI的控制器。GUI不仅仅作为相关技术中PC的HI(人性化界面)，而且还开始用作具有例如电视机作为图像媒体的卧室等所使用的AV装置和游戏机的界面。提出了用户能够进行三维操作的各种指向装置作为该类型的GUI的控制器(例如，参见日本专利申请公开第2001-56743号((0030)段和(0031)段，图3；下文称为专利文献1)和日本专利第3,748,483号((0033)段和(0041)段，图1；下文称为专利文献2)。

专利文献1公开了包括两轴的角速度陀螺仪(即，两个角速度传感器)的输入设备。每个角速度传感器均是振动型角速度传感器。例如，一旦相对于以共振频率压电振动的振动体施加角速度，就在与振动体的振动方向垂直的方向上生成科里奥利(Corioris)力。科里奥利力与角速度成比例，从而科里奥利力的检测对应于角速度的检测。专利文献1的输入设备通过角速度传感器检测关于两个正交坐标轴的角速度，基于角速度生成指令信号作为由显示装置所显示的光标等的位置信息，并将该指令信号传送到控制装置。

专利文献2公开了包括三个(三轴)加速度传感器和三个(三轴)角速度传感器(陀螺仪)的笔型输入设备。该笔型输入设备基于由三个加速度传感器和三个角速度传感器获得的信号执行各种类型的操作处理，从而获得笔型输入设备的位置角度。

发明内容

顺便提及，在相关技术中，电视机和PC的显示纵横比为4∶3，近年来水平扩展为16∶9作为水平长显示器。因而，当用户试图使用指向装置在横长屏幕上运动UI时，由于屏幕上的水平方向更长，所以与垂直方向相比在水平方向上更加难以运动UI。

例如，当通过水平轴和垂直轴的至少两轴的角速度传感器检测的角速度值被用于控制UI的运动时，用户通常主要使用手腕作为支点来运动指向装置。然而，当考虑到用户手持指向装置并能够舒适地对其进行操作的手腕可运动范围时，具有纵横比16∶9的屏幕在水平方向上与垂直方向相比而言太长。

期待将来会生产可以实现比一些电影中具有纵横比16∶9的屏幕在水平方向上更长的屏幕的全屏显示的显示器。此外，根据游戏等的内容，也具有纵长屏幕而不是横长屏幕。

考虑到上述情况，需要能够易于在预定方向上运动UI的输入设备、控制设备、控制***及其控制方法。

根据本发明的一个实施例，提供了一种输入设备，被配置为输出用于控制显示在屏幕上的UI(用户界面)的运动的输入信息，并包括角速度输出装置、合成计算装置和输出装置。角速度输出装置输出相对于第一轴的第一角速度、相对于与第一轴不同的第二轴的第二角速度以及相对于与第一轴和第二轴均垂直的第三轴的第三角速度。合成计算装置计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将第二角速度和第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得。输出装置输出用于控制UI在屏幕上对应于第二轴的轴方向上运动的第一角速度的信息以及用于控制UI在屏幕上对应于第一轴的轴方向上运动的第一合成角速度的信息，作为输入信息。

在本发明的实施例中，根据第一合成角速度而不是仅使用第二操作角速度和第三操作角速度中的一个来控制UI在第一轴方向在屏幕上的运动，其中，第一合成角速度作为将两个角速度(即第二运算角速度和第三运算角速度)进行合成的结果而获得，其中，第二运算角速度和第三运算角速度通过分别将第二角速度和第三角速度乘以由预定比率所表示的移动系数而获得。由于第三轴与第一轴和第二轴垂直，所以例如通过使输入设备相对于第三轴旋转的操作以及在第一轴方向上运动输入设备的操作中的至少一种操作来控制UI在第一轴方向上的运动。因此，可以减少用户在第一轴方向上运动输入装置时的运动量，从而容易地在第一轴方向上运动UI。

表述“计算”包括通过逻辑运算计算值的含义，以及读出作为对应表存储在存储器等中的各种将要计算的值的含义。

在包含第一轴和第二轴的平面接近于与屏幕平行的状态下，即，输入装置处于其相对于第三轴没有倾斜的理想初始位置的状态下，对应于第二轴的轴是基本与第二轴平行的轴。这同样适用于对应于第一轴的轴。

在本发明的实施例中，输入设备还包括角度计算装置和旋转校正装置。角度计算装置基于第三角速度计算第三轴与绝对垂直轴的角度。旋转校正装置通过对应于所计算角度的旋转坐标变换来校正由角速度输出装置输出的第一角速度和第二角速度，以获得第一校正角速度和第二校正角速度，并输出关于第一校正角速度和第二校正角速度的信息。在输入设备中，合成计算装置计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的第二合成角速度，其中，这两个角速度通过将第二校正角速度和第三角速度分别乘以两个移动系数而获得。此外，输出装置输出关于第二合成角速度和第一校正角速度的信息作为输入信息。在本发明的实施例中，基于第一角速度和第二角速度控制UI的运动。因此，当输入设备的初始位置从理想初始位置开始相对于第三轴倾斜时，第一轴和第二轴可能偏离分别对应于第一轴和第二轴的轴。然而，可以通过与角度计算装置所计算的角度相对应的旋转坐标变换来校正第一角速度和第二角速度来去除这种问题。

在根据本发明实施例的输入设备中，角度计算装置包括：积分装置，用于通过第三角速度的积分运算来计算角度；以及复位装置，用于对由积分装置获得的积分值进行复位。通过对积分值进行复位可以去除积分误差。复位定时可以由用户确定，也可以由输入装置基于预定的条件来确定。

在根据本发明实施例的输入设备中，第一轴是俯仰轴，第二轴是偏转轴，而第三轴是翻转轴。因此，当使用横长屏幕时，例如，用户能够容易地在水平方向上运动UI。此外，由于用户能够通过使输入设备相对于第三轴进行旋转来水平地运动UI，所以可以进行与用户直觉相匹配的操作。

在根据本发明实施例的输入设备中，角速度输出装置包括被配置为检测第一角速度、第二角速度和第三角速度的角速度传感器。在这种情况下，角速度输出装置包括：角度传感器，被配置为检测相对于第一轴的第一角度和相对于第三轴的第三角度；角速度传感器，被配置为检测第二角速度；以及微分装置，用于通过第一角度和第三角度的微分运算来计算第一角速度和第三角速度。在这种情况下，输入装置还可包括旋转校正装置。旋转校正装置通过对应于第三角度的旋转坐标变换来校正第一角速度和第二角速度，以获得第一校正角速度和第二校正角速度，并输出关于第一校正角速度和第二校正角速度的信息。此外，在输入设备中，合成计算装置可以计算作为对两个角速度进行合成的结果而获得的第二合成角速度，其中，这两个角速度通过分别将第二校正角速度和第三角速度乘以两个移动系数而获得，并且输出装置可以输出关于第二合成角速度和第一校正角速度的信息作为输入信息。

在根据本发明实施例的输入设备中，角速度输出装置包括角度传感器、角速度传感器和微分装置。角度传感器检测相对于第一轴的第一角度和相对于第三轴的第三角度中的一个。当通过角度传感器检测第一角度时，角速度传感器检测第二角速度和第三角速度，并且当通过角度传感器检测第三角度时，角速度传感器检测第一角速度和第二角速度。当通过角度传感器检测第一角度时，微分装置通过第一角度的微分运算来计算第一角速度，并且当通过角度传感器检测第三角度时，微分装置通过第三角度的微分运算来计算第三角速度。在这种情况下，输入设备还可以包括旋转校正装置。当通过角度传感器检测第三角度时，旋转校正装置通过对应于第三角度的旋转坐标变换来校正第一角速度和第二角速度，以获得第一校正角速度和第二校正角速度，并输出关于第一校正角速度和第二校正角速度的信息。此外，在输入设备中，合成计算装置可以计算作为对两个角速度进行合成的结果而获得的第二合成角速度，其中，这两个角速度通过分别将第二校正角速度和第三角速度乘以两个移动系数而获得，并且输出装置可以输出关于第二合成角速度和第一校正角速度的信息作为输入信息。角速度输出装置可以包括用于检测第一角度至第三角度的所有角度的三轴角度传感器。

角度传感器的实例包括加速度传感器、地磁传感器和图像传感器。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种控制设备，被配置为根据从输入设备输出的输入信息来控制显示在屏幕上的UI的运动，该输入信息是关于相对于第一轴的第一角速度、相对于与第一轴不同的第二轴的第二角速度以及相对于与第一轴和第二轴均垂直的第三轴的第三角速度的信息。控制设备包括接收装置、合成计算装置以及坐标信息生成装置。接收装置接收输入信息。合成计算装置计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将所接收的第二角速度和所接收的第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得。坐标信息生成装置生成UI在屏幕上对应于第二轴的轴方向上的第二坐标信息，该第二坐标信息对应于所接收的第一角速度，并生成UI在屏幕上对应于第一轴的轴方向上的第一坐标信息，该第一坐标信息对应于第一合成角速度。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种控制设备，被配置为根据从输入设备输出的输入信息来控制显示在屏幕上的UI的运动，该输入信息是关于相对于第一轴的第一角度、相对于与第一轴不同的第二轴的第二角度以及相对于与第一轴和第二轴均垂直的第三轴的第三角度的信息。控制设备包括接收装置、微分装置、合成计算装置和坐标信息生成装置。接收装置接收输入信息。微分装置分别通过所接收的第一角度、所接收的第二角度和所接收的第三角度的微分运算来计算第一角速度、第二角速度和第三角速度。合成计算装置计算作为对两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将第二角速度和第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得。坐标信息生成装置生成UI在屏幕上对应于第二轴的轴方向上的第二坐标信息，第二坐标信息对应于第一角速度，并生成UI在屏幕上对应于第一轴的轴方向上的第一坐标信息，第一坐标信息对应于第一合成角速度。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种包括输入设备和控制设备的控制***。输入设备包括：角速度输出装置，用于输出相对于第一轴的第一角速度、相对于不同于第一轴的第二轴的第二角速度以及相对于与第一轴和第二轴均垂直的第三轴的第三角速度；合成计算装置，用于计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将第二角速度和第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得；以及输出装置，用于输出关于第一角速度的信息和关于第一合成角速度的信息作为输入信息。控制设备包括：接收装置，用于接收输入信息；以及坐标信息生成装置，用于生成显示在屏幕上的UI在屏幕上对应于第二轴的轴方向的第二坐标信息，第二坐标信息对应于所接收的第一角速度，并生成UI在屏幕上对应于第一轴的轴方向的第一坐标信息，第一坐标信息对应于第一合成角速度。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种包括输入设备和控制设备的控制***。输入设备包括：角速度输出装置，用于输出相对于第一轴的第一角速度、相对于不同于第一轴的第二轴的第二角速度以及相对于与第一轴和第二轴均垂直的第三轴的第三角速度；以及输出装置，用于输出关于第一角速度、第二角速度和第三角速度的信息作为输入信息。控制设备包括：接收装置，用于接收输入信息；合成计算装置，用于计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将所接收的第二角速度和所接收的第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得；以及坐标信息生成装置，用于生成显示在屏幕上的UI在屏幕上对应于第二轴的轴方向上的第二坐标信息，第二坐标信息对应于所接收的第一角速度，并生成UI在屏幕上对应于第一轴的轴方向上的第一坐标信息，第一坐标信息对应于第一合成角速度。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种根据输入设备的运动控制屏幕上的UI的方法。该方法包括：检测输入设备相对于第一轴的第一角速度；检测输入设备相对于与第一轴不同的第二轴的第二角速度；检测输入设备相对于与第一轴和第二轴均垂直的第三轴的第三角速度；计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将第二角速度和第三角速度分别乘以由预定比率表示的两个移动系数而获得；生成UI在屏幕上对应于第二方向的轴方向上的第二坐标信息，第二坐标信息对应于第一角速度；以及生成UI在屏幕上对应于第一轴的轴方向上的第一坐标信息，第一坐标信息对应于第一合成角速度。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种输入设备，被配置为输出用于控制显示在屏幕上的UI的运动的输入信息，包括第一加速度传感器、第二加速度传感器、第一角速度传感器、第二角速度传感器、角度计算装置、角速度计算装置、旋转校正装置、合成计算装置以及输出装置。第一加速度传感器检测沿第一轴的方向上的第一加速度。第二加速度传感器检测沿不同于第一轴的第二轴的方向上的第二加速度。第一角速度传感器检测相对于第一轴的第一角速度。第二角速度传感器检测相对于第二轴的第二角速度。角度计算装置基于第一加速度和第二加速度计算相对于与第一轴和第二轴均垂直的第三轴的角度，该角度是在第一加速度和第二加速度的合成加速度向量与第二轴之间形成的角度。角速度计算装置基于所计算的角度计算相对于第三轴的第三角速度。旋转校正装置通过对应于所计算角度的旋转坐标变换来校正第一角速度和第二角速度，以获得第一校正角速度和第二校正角速度，并输出关于第一校正角速度和第二校正角速度的信息。合成计算装置计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的合成角速度，其中，这两个角速度通过将第二校正角速度和第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得。输出装置输出关于第一校正角速度的信息以及关于合成角速度的信息作为输入信息，其中，关于第一校正角速度的信息用于控制UI在屏幕上对应于第二轴的轴方向上的运动，关于合成角速度的信息用于控制UI在屏幕上对应于第一轴的轴方向上的运动。

例如，通过使输入设备相对于第三轴旋转的用户操作以及在第一轴方向上运动输入设备的操作中的至少一种操作来控制UI在第一轴方向上的运动。因此，可以减小用户在第一轴方向上运动输入设备时的运动量，因此在第一轴方向上容易地运动UI。此外，在本发明的实施例中，双轴加速度传感器(即，第一加速度传感器和第二加速度传感器)以及双轴角速度传感器(即，第一角速度传感器和第二角速度传感器)能够控制UI。通过使用分别通过双轴加速度传感器检测的加速度值，可利用保持在任何位置的输入设备适当地显示UI。

在包含第一轴和第二轴的加速度检测表面接近于平行屏幕的状态下，即，输入设备处于其相对于第三轴没有倾斜的理想初始位置的状态下，对应于第二轴的轴是基本与第二轴平行的轴。这同样适用于对应于第一轴的轴。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种控制设备，被配置为根据由输入设备输出的输入信息来控制显示在屏幕上的UI的运动，输入设备包括：第一加速度传感器，被配置为检测沿第一轴的方向上的第一加速度；第二加速度传感器，被配置为检测沿与第一轴不同的第二轴的方向的第二加速度；第一角速度传感器，被配置为检测相对于第一轴的第一角速度；以及第二角速度传感器，被配置为检测相对于第二轴的第二角速度，该输入信息是关于第一加速度、第二加速度、第一角速度和第二角速度的信息。控制设备包括接收装置、角度计算装置、角速度计算装置、旋转校正装置、合成计算装置以及坐标信息生成装置。接收装置接收输入信息。角度计算装置基于第一加速度和第二加速度来计算相对于与第一轴和第二轴均垂直的第三轴的角度，该角度是在所接收的第一加速度和所接收的第二加速度的合成加速度向量与第二轴之间形成的角度。角速度计算装置基于所计算的角度来计算相对于第三轴的第三角速度。旋转校正装置通过对应于所计算角度的旋转坐标变换来校正所接收的第一角速度和所接收的第二角速度，以获得第一校正角速度和第二校正角速度，并输出关于第一校正角速度和第二校正角速度的信息。合成计算装置计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的合成角速度，其中，这两个角速度通过将第二校正角速度和第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得。坐标信息生成装置生成UI在屏幕上对应于第二轴的轴方向上的第二坐标信息，第二坐标信息对应于所接收的第一校正角速度，并生成UI在屏幕上对应于第一轴的轴方向上的第一坐标信息，第一坐标信息对应于合成角速度。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种根据输入设备的运动来控制屏幕上UI的方法，包括：检测输入设备沿第一轴方向的第一加速度；检测输入设备沿与第一轴不同的第二轴方向的第二加速度；检测输入设备相对于第一轴的第一角速度；检测输入设备相对于第二轴的第二角速度；基于第一加速度和第二加速度计算相对于与第一轴和第二轴均垂直的第三轴的角度，该角度是在第一加速度和第二加速度的合成加速度向量与第二轴之间形成的角度；基于所计算的角度计算相对于第三轴的第三角速度；通过对应于所计算角度的旋转坐标变换来校正第一角速度和第二角速度，以获得第一校正角速度和第二校正角速度；输出关于第一校正角速度和第二校正角速度的信息；计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的合成角速度，其中，这两个角速度通过将第二校正角速度和第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得；生成UI在屏幕上对应于第二轴的轴方向上的第二坐标信息，第二坐标信息对应于第一校正角速度；并生成UI在屏幕上对应于第一轴的轴方向上的第一坐标信息，第一坐标信息对应于合成角速度。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种输入设备，被配置为输出用于控制显示在屏幕上的UI的运动的输入信息，包括角速度输出单元、合成计算单元和输出单元。角速度输出单元输出相对于第一轴的第一角速度、相对于不同于第一轴的第二轴的第二角速度以及相对于与第一轴和第二轴均垂直的第三轴的第三角速度。合成计算单元计算通过将两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将第二角速度和第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得。输出单元输出关于第一角速度的信息和关于第一合成角速度的信息作为输入信息，其中，关于第一角速度的信息用于控制UI在屏幕上对应于第二轴的轴方向上的运动，关于第一合成角速度的信息用于控制UI在屏幕上对应于第一轴的轴方向上的运动。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种控制设备，被配置为根据从输入设备输出的输入信息来控制显示在屏幕上的UI的运动，输入信息是关于相对于第一轴的第一角速度、相对于与第一轴不同的第二轴的第二角速度以及相对于与第一轴和第二轴均垂直的第三轴的第三角速度的信息。控制设备包括接收单元、合成计算单元以及坐标信息生成单元。接收单元接收输入信息。合成计算单元计算通过将两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将接收的第二角速度和接收的第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得。坐标信息生成单元生成UI在屏幕上对应于第二轴的轴方向上的第二坐标信息，第二坐标信息对应于所接收的第一角速度，并生成UI在屏幕上对应于第一轴的轴方向上的第一坐标信息，第一坐标信息对应于第一合成角速度。

根据本发明另一个实施例，提供了一种控制设备，被配置为根据从输入设备输出的输入信息来控制显示在屏幕上的UI的运动，输入信息是关于相对于第一轴的第一角度、相对于与第一轴不同的第二轴的第二角度以及相对于与第一轴和第二轴均垂直的第三轴的第三角度的信息。控制设备包括接收单元、微分单元、合成计算单元和坐标信息生成单元。接收单元接收输入信息。微分单元分别通过所接收的第一角度、所接收的第二角度和所接收的第三角度的微分运算来计算第一角速度、第二角速度和第三角速度。合成计算单元计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将第二角速度和第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得。坐标信息生成单元生成UI在屏幕上对应于第二轴的轴方向上的第二坐标信息，第二坐标信息对应于第一角速度，并生成UI在屏幕上对应于第一轴的轴方向上的第一坐标信息，第一坐标信息对应于第一合成角速度。

根据本发明另一实施例，提供了一种包括输入设备和控制设备的控制***。输入设备包括：角速度输出单元，被配置为输出相对于第一轴的第一角速度、相对于不同于第一轴的第二轴的第二角速度以及相对于与第一轴和第二轴均垂直的第三轴的第三角速度；合成计算单元，被配置为计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将第二角速度和第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得；以及输出单元，被配置为输出关于第一角速度的信息和关于第一合成角速度的信息作为输入信息。控制设备包括：接收单元，被配置为接收输入信息；以及坐标信息生成单元，被配置为生成显示在屏幕上的UI在屏幕上对应于第二轴的轴方向上的第二坐标信息，第二坐标信息对应于所接收的第一角速度，并生成UI在屏幕上对应于第一轴的轴方向上的第一坐标信息，第一坐标信息对应于第一合成角速度。

根据本发明另一个实施例，提供了一种包括输入设备和控制设备的控制***。输入设备包括：角速度输出单元，被配置为输出相对于第一轴的第一角速度、相对于不同于第一轴的第二轴的第二角速度以及相对于与第一轴和第二轴均垂直的第三轴的第三角速度；以及输出单元，被配置为输出关于第一角速度、第二角速度和第三角速度的信息作为输入信息。控制设备包括：接收单元，被配置为接收输入信息；合成计算单元，被配置为计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将所接收的第二角速度和所接收的第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得；以及坐标信息生成单元，被配置为生成显示在屏幕上的UI在屏幕上对应于第二轴的轴方向上的第二坐标信息，第二坐标信息对应于所接收的第一角速度，并生成UI在屏幕上对应于第一轴的轴方向上的第一坐标信息，第一坐标信息对应于第一合成角速度。

根据本发明另一个实施例，提供了一种控制设备，被配置为根据由输入设备输出的输入信息来控制显示在屏幕上的UI的运动，输入设备包括：第一加速度传感器，被配置为检测沿第一轴方向的第一加速度；第二加速度传感器，被配置为检测沿与第一轴不同的第二轴方向的第二加速度；第一角速度传感器，被配置为检测相对于第一轴的第一角速度；以及第二角速度传感器，被配置为检测相对于第二轴的第二角速度，输入信息是关于第一加速度、第二加速度、第一角速度和第二角速度的信息。控制设备包括接收单元、角度计算单元、角速度计算单元、旋转校正单元、合成计算单元以及坐标信息生成单元。接收单元接收输入信息。角度计算单元基于第一加速度和第二加速度计算相对于与第一轴和第二轴均垂直的第三轴的角度，该角度是在所接收的第一加速度和所接收的第二加速度的合成加速度向量与第二轴之间形成的角度。角速度计算单元基于所计算的角度计算相对于第三轴的第三角速度。旋转校正单元通过对应于所计算角度的旋转坐标变换来校正所接收的第一角速度和所接收的第二角速度，以获得第一校正角速度和第二校正角速度，并输出关于第一校正角速度和第二校正角速度的信息。合成计算单元计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的合成角速度，其中，这两个角速度通过将第二校正角速度和第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得。坐标信息生成单元生成UI在屏幕上对应于第二轴的轴方向上的第二坐标信息，第二坐标信息对应于所接收的第一校正角速度，并生成UI在屏幕上对应于第一轴的轴方向上的第一坐标信息，第一坐标信息对应于合成角速度。

如上所述，根据本发明的实施例，可以根据显示器上屏幕的形状而容易地在预定方向上运动UI。

在以上的描述中，被描述为“装置”的元件可以通过硬件或者软件与硬件来实现。当通过软件和硬件实现这些元件时，硬件至少包括用于存储软件程序的存储装置。

典型地，硬件通过选择性地使用以下至少一种元件来构成：CPU(中央处理单元)、MPU(微处理单元)、RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、DSP(数字式信号处理器)、FPGA(现场可编程门阵列)、ASIC(专用集成电路)、NIC(网络接口卡)、WNIC(无线NIC)、调制解调器、光盘、磁盘和闪存。

参照附图根据以下对最佳实施例的具体说明，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明实施例的控制***的示图；

图2是示出输入设备的透视图；

图3是示意性示出输入设备的内部结构的示图；

图4是示出输入设备的电结构的框图；

图5是示出显示在显示设备上的屏幕实例的示图；

图6是示出用户手持输入设备的状态下的示图；

图7是示出运动输入设备的方式的典型实例的示意图；

图8是示出传感器单元的透视图；

图9是示出控制***操作的流程图；

图10是示出根据本发明另一个实施例的控制***的操作流程图；

图11是用于示出对加速度传感器单元的重力效应的示图；

图12是示出包括为了尽可能抑制对加速度传感器的重力效应在翻转方向使用旋转坐标变换的校正处理的控制***的操作流程图；

图13示出了用在旋转坐标变换中的等式及其示意图；

图14是示出在输入设备的检测面相对于垂直面倾斜的同时操作输入设备的情况下控制***的操作流程图；

图15A是示出在输入设备在其检测表面相对于垂直面倾斜的位置保持静止且还在翻转方向上倾斜的状态下加速度传感器单元的示图，以及图15B是示出从绝对X-Z平面看的图15A所示状态下的加速度传感器单元的示图；

图16A是示出停止计算翻转角度的瞬间的加速度传感器单元的位置的示图，以及图16B是示出重新开始计算翻转角度的瞬间的加速度传感器单元的位置的示图；

图17是示出用于减小图16中翻转角度计算误差的处理操作流程图；

图18是示出根据本发明另一个实施例的用于减少翻转角度计算误差的处理操作流程图；

图19是示出根据本发明另一个实施例的输入设备的电结构的框图；

图20是示出包括图19所示输入设备的控制***的操作流程图；

图21是示出根据本发明另一个实施例的包括输入设备的控制***的操作流程图；

图22是示出根据本发明另一个实施例的包括图2所示输入设备的控制***的操作流程图；

图23是示出根据本发明第一实施例的用于在去除由于输入设备在翻转方向上的倾斜而生成的重力加速度分量的影响之后抑制用户通过实际运动输入设备来操作UI时所引起的翻转角度的波动的输入设备的框图；

图24A是示出还没有通过低通滤波器(LPF)的X′或Y′轴方向的加速度信号的示图，以及图24B是示出通过LPF后的加速度信号的示图；

图25是示出根据翻转角度的波动被抑制的、本发明第二实施例的用于在计算翻转角度时监控角加速度值的操作流程图；

图26是示出根据本发明另一个实施例的输入设备的结构的示意图；

图27是示出根据本发明另一个实施例的输入设备的透视图；

图28是从旋转按钮侧看的图27所示输入设备的侧视图；

图29是示出用于在输入设备的下部曲面与用户膝盖接触的同时操作输入设备的状态下的示图；

图30是示出根据本发明另一个实施例的输入设备的透视图；

图31是示出根据本发明另一个实施例的输入设备的正视图；

图32是示出图31所示输入设备的侧视图；

图33是示出根据本发明另一个实施例的输入设备的正视图；以及

图34是用于示出角度传感器的原理的示图。

具体实施方式

下文中，将参照附图描述本发明的实施例。

图1是示出根据本发明实施例的控制***的示图。控制***100包括显示设备5、控制设备40以及输入设备1。

图2是输入设备1的透视图。输入设备1具有用户能够手持的大小。输入设备1包括外壳10和操作部。例如，操作部是设置在外壳10上部的两个按钮11和12以及旋转式滚轮按钮13。按钮11比按钮12更接近外壳10的上部中心。按钮11起到鼠标(即，PC的输入设备)的左按钮的功能。按钮12与按钮11相邻，并起到鼠标右按钮的功能。

例如，“拖放”操作可通过在按下按钮11的同时运动输入设备1来执行。通过双击按钮11打开文件。此外，屏幕3可以随着滚轮按钮13而翻滚。可以任意改变按钮11和12以及滚轮按钮13的位置、所发布指令的内容等。

图3是示意性示出输入设备1的内部结构的示图。图4是示出输入设备1的电结构的框图。

输入设备1包括传感器单元17、控制单元30和电池14。

图8是示出传感器单元17的透视图。传感器单元17包括加速度传感器单元16。例如，加速度传感器单元16检测沿两个正交坐标轴(X轴和Y轴)的不同角度的加速度。即，加速度传感器单元16包括两个传感器，即，第一加速度传感器161和第二加速度传感器162。传感器单元17还包括角速度传感器单元15。角速度传感器单元15检测相对于两个正交坐标轴的角加速度。即，角速度传感器单元15包括两个传感器，即，第一角速度传感器151和第二角速度传感器152。加速度传感器单元16和角速度传感器单元15分别封装并安装在电路板25。

作为第一角速度传感器151和第二角速度传感器152的每一个，使用用于检测与角速度成比例的科里奥利力的振动陀螺仪传感器。作为第一加速度传感器161和第二加速度传感器162的每一个，可以使用诸如压阻传感器、压电传感器或电容传感器的任何传感器。

为了方便，在参照图2和图3的描述中，外壳10的纵向称为Z′方向，外壳10的厚度方向称为X′方向，以及外壳10的宽度方向称为Y′方向。在这种情况下，将传感器单元17装入外壳10内，使得安装有加速度传感器单元16和角速度传感器单元15的电路板25的表面基本与X′-Y′平面平行。如上所述，加速度传感器单元16和角速度传感器单元15分别检测相对于两个轴(即，X轴和Y轴)的物理量。另外，包括X′轴(俯仰轴)和Y′轴(偏转轴)的平面，即，基本与电路板25的主表面平行的平面被称为加速度检测面(下文简称为检测面)。注意，在以下的描述中，随输入设备1运动的坐标系(即，对输入设备1固定的坐标系)称为X′轴、Y′轴和Z′轴。另一方面，在以下的描述中，地球上的对地坐标系(即，惯性坐标系)称为X轴、Y轴和Z轴。在以下的描述中，对于输入设备1的运动，相对于X’轴的旋转方向有时被称为俯仰(pitch)方向，相对于Y′轴的旋转方向有时被称为偏转(yaw)方向，以及相对于Z′轴(翻转轴)的旋转方向有时被称为翻转(roll)方向。

控制单元30包括主基板18、安装在主基板18上的MPU(微处理单元)19(或CPU)、晶体振荡器20、传送装置21以及印刷在主基板18上的天线22。

MPU 19包括其必需的嵌入式易失性存储器或非易失性存储器。从传感器单元17输出检测信号，从操作部输出操作信号，并将其它信号输入到MPU 19。MPU 19执行各种类型的操作处理，以响应于上述输入信号生成预定的控制信号。

传送装置21将在MPU 19中生成的控制信号(输入信息)作为RF无线电信号经由天线22传送给控制设备40。

晶体振荡器20生成时钟，并将时钟提供给MPU 19。作为电池14，使用干电池、充电电池等。

控制设备40是计算机，并包括MPU 35(或CPU)、RAM 36、ROM 37、视频RAM 41、天线39和接收装置38。

接收装置38接收经由天线39从输入设备1传送的控制信号(输入信息)。MPU 35分析控制信号，并执行各种类型的操作处理。结果，生成用于控制显示在显示设备5的屏幕3上的UI的显示控制信号。视频RAM 41存储响应于显示控制信号所生成的显示设备5上显示的屏幕数据。

控制设备40可以是专用于输入设备1的设备，也可以是PC等。控制设备40不限于PC，也可以是与显示设备5集成的计算机、视觉/音频装置、投影仪、游戏机、汽车导航装置等。

显示设备5的实例包括液晶显示器和EL(电致发光)显示器，但不仅限于这些。可选地，显示设备5可以是与显示器集成并且能够接收电视广播等的装置。

图5是示出显示在显示设备5上的屏幕3的实例的示图。在屏幕3上，显示了诸如图标4和指针2的UI。图标是屏幕3上表示计算机的程序、执行命令、文件内容等功能的图像。注意，在屏幕3中，水平方向被称为X轴方向，垂直方向被称为Y轴方向。在以下的描述中，为了容易理解，除非另有说明，将由输入设备1操作的操作目标UI假定为指针2(所谓的光标)。

图6是示出用户手持输入设备1的状态的示图。如图6所示，输入设备1可包括操作部，操作部除按钮11和12以及滚轮按钮13以外还包括各种操作按钮，例如，诸如对远程控制器设置用于操作电视机等的各种操作按钮以及电源开关。如图所示，当用户在手持输入设备1的同时在空中运动输入设备1或操作操作部时，输入信息被输入至控制设备40，然后控制设备40控制UI。

随后，将描述运动输入设备1的方式以及响应于此屏幕3上指针2的运动的典型实例。图7A和图7B是其示意图。

如图7A和图7B所示，用户手持输入设备1，以使输入设备1的按钮11和12侧指向显示设备5侧。用户手持输入设备1，使得如握手一样大拇指位于上侧，而小手指位于下侧。在这种状态下，传感器单元17的电路板25(参见图8)基本与显示设备5的屏幕3平行。这里，作为传感器单元17检测轴的两个轴分别对应于屏幕3上的水平轴(X轴)(俯仰轴)和垂直轴(Y轴)(偏转轴)。下文中，如图7A和图7B所示的输入设备1的位置称为基准位置。

如图7A所示，当输入设备1处于基准位置时，用户在垂直方向上摆动手腕或手臂，或者使输入设备1相对于X轴旋转。此时，第二加速度传感器162检测Y轴方向上的加速度(第二加速度)，并且第一角速度传感器151检测相对于X轴的角速度(第一角速度)ω_θ。基于检测值，控制设备40控制指针2的显示，使得指针2在Y轴方向上运动。

同时，如图7B所示，当输入设备1处于基准位置时，用户在水平方向上摆动手腕或手臂，或者使输入设备1相对于Y轴旋转。此时，第一加速度传感器161检测X轴方向上的加速度(第一加速度)，并且第二角速度传感器152检测相对于Y轴的角速度(第二角速度)ω_ψ。基于检测值，控制设备40控制指针2的显示，使得指针2在X轴方向上运动。

此外，在该实施例中，也可通过用户从基准位置开始相对于Z轴扭动手腕来旋转输入设备1，即，使输入设备1在翻转方向上旋转，可以控制控制指针2的显示，以在X轴方向上运动指针2。典型地，在该实施例中，通过水平地运动输入设备1的操作以及使输入设备1相对于Z轴旋转的操作中的至少一种操作，控制指针2的显示，以在X轴方向上运动指针2。

下文中，将给出关于控制***100的操作的描述。图9是示出该操作的流程图。

首先，接通输入设备1的电源。例如，由用户接通输入设备1或控制设备40所设置的电源开关等，从而接通输入设备1的电源。一旦接通电源，加速度传感器单元16就输出双轴加速度信号(第一和第二加速度值a_x和a_y)(步骤701a)，然后将信号提供给MPU19。加速度信号是接通输入设备1的电源时对应于输入设备1的位置(下文称为初始位置)的信号。这里，假定初始位置为基准位置，其是指a_x＝0且a_y＝重力加速度。用户通过从该状态运动输入设备1来控制指针2的显示。

MPU 19基于重力加速度分量值(ax，ay)，使用以下的等式(1)计算翻转角

(步骤702)(角度计算装置)，并将该值存储在存储器中。

这里所使用的翻转角是指在相对于X′和Y′轴方向的合成加速度向量与Y′轴之间形成的角度(参见图11B)。X′轴、Y′轴和Z′轴的坐标系是根据输入设备的运动而运动的坐标系。换句话说，该坐标系相对于传感器单元17是静止的。这里，因为初始位置是基准位置，所以初始位置的

为0。

此外，一旦接通输入设备1的电源，就从角速度传感器单元15输出双轴角速度信号(第一和第二角速度值ω_θ和ω_ψ)(步骤701b)，然后将其提供给MPU 19。

MPU 19基于在步骤702中计算的翻转角

来计算翻转方向上的角速度(翻转角速度)值

(步骤703)(角速度计算装置)，并将该值存储在存储器中。通过翻转角

的时间微分获得翻转方向上的角速度值

仅需要MPU 19对多个翻转角度

进行采样以执行微分，或者输出在每个预定量的时钟(即，每单元时间)计算的翻转角

作为角速度值

MPU 19将偏转角速度值(第二角速度值)ω_ψ和翻转角速度值

分别乘以由预定比率所表示的移动系数α和β。α和β的值是任意设置的实数或函数，仅需要存储在ROM或其它存储装置中。输入设备1或控制设备40可以包括用户可以设置α和β的程序。MPU19计算作为将两个角速度值ω_ψ′和

进行合成的结果而获得的合成角速度(第一合成角速度)值ω_γ，其中，ω_ψ′和

通过将角速度值ω_ψ和

分别乘以移动系数α和β而获得(步骤704)(合成计算装置)。

用于合成的计算方法的典型实例是等式(2)中使用的加法。

用于合成的计算方法不限于等式(2)，也可采用

或者任何其它计算方法。

合成角速度值ω_γ变成指针2在屏幕3上的X轴方向上的位移量，而俯仰方向上的角速度值ω_θ变成指针2在屏幕3上的Y轴方向上的位移量。换句话说，指针2在X轴和Y轴上的位移量(dX，dY)可以通过以下的等式(3)和(4)表达。

dY＝ω_θ                              ...(4)

MPU 19将关于角速度值(ω_γ，ω_θ)的信息作为输入信息输出至控制设备40(步骤705)(输出装置)。

控制设备40的MPU 35接收关于角速度值(ω_γ，ω_θ)的信息(步骤706)。因为输入设备1在每个预定量时间(即，每单位时间)输出角速度值(ω_γ，ω_θ)，所以控制设备40在接收角速度值(ω_γ，ω_θ)之后，可以获得每单位时间的偏转角和俯仰角的变化量。MPU 35生成指针2在屏幕3上的坐标值，其对应于所获得的每单位时间的偏转角ψ(t)和俯仰角θ(t)的变化量(步骤707)(坐标信息生成装置)。此后，MPU 35控制显示，使得指针2在屏幕3上运动(步骤708)。

在步骤707中，MPU 35通过计算或通过使用预先存储在ROM37中的参照表来计算每单位时间指针2在屏幕上的位移量，该位移量对应于每单位时间偏转角和俯仰角的位移量。可选地，MPU 35可以通过对角速度值(ω_γ，ω_θ)的信号应用低通滤波器(可以是数字的或模拟的)来输出角速度值(ω_γ，ω_θ)。MPU 35可以生成上述指针2的坐标值。

由此，例如，通过用户使输入设备1相对于Z轴旋转的操作和在X轴方向上运动输入设备1的操作中的至少一种操作，控制UI在X轴方向上的运动。因此，当用户在X轴方向上运动输入设备时可以减少运动量，由此很容易地在X轴方向上运动UI。

特别地，当使用横长屏幕时，例如，用户能够容易地在水平方向上运动指针2。此外，符合用户直觉的操作成为可能，这是因为用户能够通过使输入设备1相对于Z轴旋转来水平地运动UI。

图10是根据本发明另一个实施例的控制***100的操作流程图。

图10的流程图与图9的流程图的不同之处在于：在图9中，输入设备1通过使用移动系数来计算合成角速度，而在图10中，控制设备40计算运算角速度值，由此计算合成角速度。

例如，输入设备1的MPU 19输出由加速度传感器单元16获得的关于重力加速度分量值(a_x，a_y)的信息以及由角速度传感器单元15获得的关于角速度值(ω_ψ，ω_θ)的信息，作为输入信息(步骤202)。

控制设备40的MPU 35接收关于重力加速度分量值(a_x，a_y)的信息和关于角速度值(ω_ψ，ω_θ)的信息(步骤203)。然后，MPU35基于重力加速度分量值(a_x，a_y)计算翻转角

(步骤204)。类似于步骤703，MPU 35基于翻转角计算翻转方向上的角速度值

(步骤205)。然后，MPU 35通过使用等式(2)将偏转角速度值ω_ψ和翻转角速度值

分别乘以移动系数α和β来获得两个角速度值ω_ψ′和

从而计算通过将角速度值ω_ψ′和

进行合成的结果而获得的合成角速度值ω_γ(步骤206)。此后，MPU 35执行类似于图9所示步骤707和708的处理(步骤207和208)。

如上所述，还可以进行以下处理：输入设备1传送关于控制设备40的检测信号中所包含的检测值的信息以执行运算处理。

接下来，将给出对加速度传感器单元16的重力影响的说明。图11是用于示出重力影响的示意图。在该图中，从Z轴方向看输入设备1。

在图11A中，输入设备1在基准位置保持静止。此时，第一加速度传感器161的输出基本为0，第二加速度传感器162的输出对应于重力加速度G的量。然而，当输入设备1如图11B所示在翻转方向上倾斜时，例如，第一加速度传感器161和第二加速度传感器162检测各个方向上重力加速度G的倾斜分量的加速度值。

在这种情况下，特别地，即使输入设备1在偏转方向上实际没有运动，第一加速度传感器161也检测X轴方向上的加速度。图11B中所示的状态相当于当输入设备1处于图11C所示的基准位置时，加速度传感器单元16已经接收到分别由带箭头的虚线所表示的惯性力I_x和I_y的状态，加速度传感器单元16不能区分图11B和图11C所示的状态。结果，加速度传感器单元16判定箭头F所表示的左下方向的加速度被施加给输入设备1并输出与输入设备1的实际运动不同的检测信号。另外，因为重力加速度G持续作用于加速度传感器单元16，所以积分值增大，并且指针在斜下方的运动量以加速步调增大。当状态从图11A所示的状态变为图11B所示的状态时，认为指针2在屏幕3上运动的抑制是本质符合用户直觉的操作。

为了尽可能减少上述对加速度传感器单元16的重力影响，在随后的实施例中，输入设备1计算翻转方向上的角速度，并使用所计算的角速度来校正第一和第二角速度。图12是示出上述控制***100的操作的流程图。

一旦接通输入设备1的电源，双轴加速度信号(第一和第二加速度值a_x和a_y)从加速度传感器单元16输出(步骤1001a)，然后被提供给MPU 19。在上述实施例中，初始位置是基准位置。然而，在该实施例中，初始位置是如图11B所示朝向翻转方向倾斜的位置。

MPU 19基于重力加速度分量值(a_x，a_y)使用等式(1)来计算翻转角

(步骤1002)，并将该值存储在存储器中。

此外，一旦接通输入设备1的电源，双轴角速度信号(第一和第二角速度值ω_θ和ω_ψ)就从角速度传感器单元15输出(步骤1001b)，然后被提供给MPU 19。MPU 19基于在步骤1002中计算的翻转角以与步骤703相同的方式计算翻转方向上的角速度值(翻转角速度值)(步骤1003)，并且将该值存储在存储器中。

这里，为了去除参考图11所描述的重力影响，例如，MPU 19通过对应于翻转角

的旋转坐标变换(在图13所示的等式(5)中表示)来校正偏转角速度值ω_ψ和俯仰角速度值ω_θ(步骤1004)(旋转校正装置)。因此，MPU 19通过校正获得角速度值(ω_ψ′，ω_θ′)，并将该值存储在存储器中。

MPU 19将在步骤1003中计算的翻转方向上的校正角速度值ω_ψ′和角速度值

分别乘以由预定比率所表示的移动系数α和β。然后，MPU 19计算作为对两个角速度值ω_ψ″和

(通过使用移动系数α和β的乘法而获得)进行合成的结果而获得的合成角速度(第二合成角速度)值ω_γ(步骤1005)。

MPU 19输出关于合成角速度值ω_γ的信息以及关于在步骤1004中计算的俯仰方向上的校正角速度值ω_θ′的信息，作为输入信息(步骤1006)。然后，控制设备40执行类似于步骤706～步骤708的处理(步骤1007～步骤1009)。

如上所述，在该实施例中，即使当用户相对于Z轴运动处于相对于重力方向上的轴(下文称为垂直轴)而倾斜的位置的输入设备1时，也可以去除由于倾斜所导致的在X′和Y′轴上生成的重力加速度分量的影响。

注意，在第二次的步骤1001a、1001b之后的处理中，仅需要基于在初始位置在第一轮中计算并存储在存储器中的翻转角

来执行步骤1004的处理。这是因为：一旦确定了初始位置，除用户故意使输入设备1在翻转方向上旋转的情况之外，可以假设翻转角

的波动基本为0。这在随后所述的图14、图17和图18也同样适用。

图12的步骤1002～1005的处理可由如图10中的控制设备40来执行。

以上描述示出了用户在传感器单元17基本平行于包括垂直轴的绝对垂直面的状态下操作在翻转方向上倾斜的输入设备1。然而，存在当其检测面从垂直面倾斜的同时操作输入设备1的情况。下文中，将给出这种情况下控制***100的操作的描述。图14是示出该操作的流程图。

图15A是示出在其检测面从垂直面倾斜并且还在翻转方向上倾斜的状态下静止的加速度传感器单元16的示图。加速度传感器单元16检测这种状态下在X′和Y′轴方向上的重力加速度分量值(a_x，a_y)。

在图15A中，基本平行于垂直面的屏幕3在翻转方向上倾斜，并且图中的粗白箭头表示重力加速度G。由箭头G1表示的向量是通过合成由速度传感器单元16检测的X′和Y′轴方向上的重力加速度向量(GX′，GY′)所获得的合成加速度向量G1。因此，合成重力加速度向量G1是在俯仰方向(θ方向)旋转的重力加速度向量G的分量的向量。图15B是示出从绝对X-Z平面看的图15A所示状态下的加速度传感器单元16的示图。

参考图14，输入设备1的MPU 19获得在步骤301a和301b中输出的重力加速度分量值(a_x，a_y)以及角速度值(ω_ψ，ω_θ)。MPU19基于重力加速度分量值(a_x，a_y)计算合成加速度向量的量|a|(步骤302)。合成加速度向量的量|a|可通过[(a_x)²+(a_y)²]^1/2来计算。MPU19判断所计算的合成加速度向量的量|a|是否等于或者小于阈值Th1(步骤303)，并且当|a|超过阈值Th1时，计算翻转角

(步骤304)。

当检测面相对于垂直面的倾斜较大时，即，当俯仰角θ较大时，重力加速度分量值(a_x，a_y)变小，并且翻转角的计算结果的精度降低。因此，在该实施例中，由于基于重力加速度分量值(a_x，a_y)计算的翻转角

更多地埋没在噪声中，当俯仰角θ增加时变得难以精确地计算翻转角

因此，当|a|等于或小于阈值Th1时，MPU19不计算翻转角，或者如果持续翻转角

的计算直到|a|变为等于或小于阈值Th1，则停止计算(步骤306)。在这种情况下，MPU 19通过对应于先前翻转角的旋转坐标变换来校正角速度值(ω_ψ，ω_θ)，并获得校正角速度值(ω_ψ′，ω_θ′)或者先前的校正角速度值(步骤307)。关于先前翻转角

和先前校正角速度值的信息仅需要存储在RAM等中。此后，仅需要MPU 19基于先前翻转角

计算翻转方向上的角速度值

或者使用先前计算的最新角速度值

可考虑到噪声等任意地设置阈值Th1。

当MPU 19在步骤304中计算翻转角

时，MPU 19如图12的处理基于翻转角

计算翻转方向上的角速度值

(步骤305)，并通过对应于翻转角

的旋转坐标变换来获得校正角速度值(ω_ψ′，ω_θ′)(步骤309)。步骤310～步骤314的处理与图12的步骤1005～步骤1009的处理相同。

当MPU 19在步骤306中停止计算翻转角

之后，基于所提供的重力加速度分量值(a_x，a_y)计算的合成加速度向量的量|a|超过阈值Th1时，MPU 19重新开始计算翻转角

并执行步骤305、309以及随后的步骤。

根据该实施例，因为即使当俯仰角θ较大时MPU 19也停止更新翻转角

所以可精确地计算翻转角

图14所示步骤302～步骤310的处理可由图10中的控制设备40来执行。

注意，存在例如在步骤306中MPU 19停止计算翻转角

之后的期间内在Y′轴方向上检测的第二加速度值a_y的正/负被转换以重新开始计算的情况。

图16A和图16B是示出上述情况的示图。图16A是示出停止计算翻转角

的瞬间加速度传感器单元16的位置的示图。图16B是示出重新开始计算翻转角

的瞬间加速度传感器单元16的位置的示图。在这种情况下，Y′轴方向上的重力加速度向量GY′的加速度值a_y的正/负被转换。这并不限于Y′轴方向上的加速度，而同样适用于X′轴方向。图16A和图16B假设了这样一种情况：例如，输入设备1是笔型设备，而传感器单元17设置在笔的末端部。当用户像手持笔一样手持笔型输入设备1时，如图16A和图16B所示，定位加速度传感器单元16使其检测面朝下。

如果重力加速度向量GY′的加速度值a_y的正/负被转换且照原样使用加速度值a_y，则在翻转角

的计算中还发生误差。图17是示出用于避免发生这种现象的由输入设备1执行的处理的操作的流程图。

参考图17，当在步骤303中判断为是的时候(参见图14)，MPU 19停止计算翻转角

(步骤401)。然后，MPU 19通过对应于先前翻转角

的旋转坐标变换来校正角速度值(ω_ψ，ω_θ)，从而获得校正角速度值(ω_ψ′，ω_θ′)或先前的校正角速度值，并输出这些值(步骤402)。当所提供的合成加速度向量的量|a|超过阈值Th1时(步骤403中为否)，MPU 19基于所提供的重力加速度分量值(a_x，a_y)来计算翻转角。

然后，MPU 19计算在停止计算翻转角

时所获得的翻转角(即，在停止计算之前刚刚计算的翻转角)(第一翻转角)和在重新开始计算之后即刻获得的(在步骤404中计算的)翻转角(第二翻转角)之间的差值(步骤405)。

当差值

等于或大于阈值Th2时(步骤406中为是)，MPU 19向作为最新翻转角的第二翻转角增加180度(deg)。然后，MPU 19通过对应于第三翻转角(通过向第二翻转角增加180度而获得)的旋转坐标变换来获得校正角速度值(ω_ψ′，ω_θ′)(步骤408)。当差值

小于阈值Th2时(步骤406中为否)，MPU 19通过对应于第二翻转角的旋转坐标变换来获得校正角速度值(ω_ψ′，ω_θ′)(步骤407)。此后，执行图14中的步骤310以及随后的步骤的处理。

如上所述，在该实施例中，提高了输入设备1识别该输入设备1自身位置的精度，从而能够进行显示，使得指针2在适当的方向上运动。

例如，可在60度(＝±30度)至90度(＝±45度)的范围内设置阈值Th2，但并不限于此。

图17的处理可由如图10中的控制设备40来执行。

图18是示出根据本发明另一个实施例的用于避免发生上述误差的由输入设备1执行的处理的操作的流程图。

步骤501～步骤504的处理与图17中步骤401～步骤404的处理相同。MPU 19判断停止计算翻转角

之前刚刚获得的俯仰方向上的角速度ω_θ的方向是否与在重新开始计算之后即刻获得的俯仰方向上的角速度ω_θ的方向相同(步骤505)。换句话说，MPU 19判断从停止计算翻转角

之前到重新开始计算之后ω_θ的正/负是否一致。代替俯仰方向上的角速度或者除俯仰方向上的角速度之外，可判断关于偏转方向上的角速度ω_ψ的正/负的一致性。

当在步骤505中判断为是的时候，由于俯仰方向上的角速度的方向是连续的，所以可判断GY′的方向如图16A和图16B所示发生改变。在这种情况下，MPU 19通过对应于第三翻转角(通过向第二翻转角增加180度而获得)的旋转坐标变换来获得校正角速度值(ω_ψ′，ω_θ′)(步骤507)。余下的处理与图17中的相同。

如上所述，通过确认俯仰方向上的角速度ω_θ(或偏转方向上的角速度ω_ψ)的连续性，输入设备1识别该输入设备1自身位置的精度进一步得到提高。

图18的处理可由图10中的控制设备40来执行。

作为图17和图18所示的另一个实施例，可作出以下判断：作为在停止计算翻转角时所获得的第一和第二角速度的合成的合成角速度向量的量(第一合成角速度向量的量)与在重新开始计算翻转角时所获得的合成角速度向量的量(第二合成角速度向量的量)的差值是否等于或大于阈值。例如，合成角速度向量的量可通过[(ω_ψ)²+(ω_θ)²]^1/2来计算。当第一合成角速度向量的量和第二合成角速度向量的量的差值较大时，判断位置改变较大。当判断差值等于或大于阈值时，MPU 19执行类似于步骤408和步骤507的处理。

上述输入设备1的处理也可由控制设备40来执行。

图19是示出根据本发明另一个实施例的输入设备的电结构的框图。输入设备201与输入设备1的不同之处在于输入设备201包括三轴角速度传感器单元215来代替传感器单元17。

三轴角速度传感器单元215包括用于检测相对于X′轴的角速度ω_ψ(第一角速度)的第一角速度传感器、用于检测相对于Y′轴的角速度ω_θ(第二角速度)的第二角速度传感器以及用于检测相对于Z′轴的角速度

(第三角速度)的第三角速度传感器。这些角速度传感器分别输出角速度值(ω_θ，ω_ψ，

)的信号。

图20是示出包括输入设备201的控制***的操作的流程图。可以将用在上述实施例中的控制设备40作为控制设备。

从角速度传感器单元215输出三轴角速度信号(步骤901)，并且MPU 19获得角速度值(ω_θ，ω_ψ，

)。然后，MPU 19使用以下等式(6)通过积分运算来计算翻转角

(步骤902)。

其中，表示翻转角的初始值。

在上述实施例中，通过旋转坐标变换来校正输入设备1在翻转方向上的倾斜。然而，在该实施例中，当在输入设备201的初始位置生成初始值

时不进行任何测量时，引起积分误差。

以下举例说明去除等式(6)中积分误差的简单而实用的方法。

例如，对输入设备201设置复位按钮(未示出)。复位按钮典型地是独立于按钮12和13以及滚轮按钮13而设置的按钮。在用户按下复位按钮的同时，控制设备40控制显示，使得指针2根据输入设备201的操作在屏幕上运动。可选地，从用户按下复位按钮的时刻到用户重新按下复位按钮之前，控制设备40控制显示，使得指针2根据输入设备201的操作在屏幕上运动。具体地，复位按钮的按压被设置为用于开始减小积分误差的操作的触发。

这里，紧接着触发的生效，MPU 19或控制设备40的MPU 35将和

重置为0(复位装置)。可选地，等式(6)不需要在第一位置上包括

项。

在上述方法中，实际上，因为每次使用输入设备201进行操作时(用户按下复位按钮的时间段或者从按下复位按钮之后到再次按下按钮的时间段)都将

重置为0，所以差分误差并不扩大。

在这种情况下，用户需要在按下复位按钮时小心地握着输入设备201使其在基准位置附近，但其难度较低且易于掌握。

注意，代替设置复位按钮，输入设备201的MPU 19或者控制设备40的MPU 35可以在预定条件下执行复位。预定条件的实例是输入设备201处于基准位置的情况。仅需要设置加速度传感器单元16等来检测输入设备210处于基准位置。

在步骤902之后，MPU 19计算作为将两个角速度值ω_ψ′和

(通过将偏转角速度值ω_ψ和翻转角速度值

分别乘以由预定比率所表示的移动系数α和β而获得)进行合成的结果而获得的合成角速度值ω_γ(步骤903)。然后，MPU 19输出关于所计算合成角速度值ω_γ的信息和由角速度传感器单元215所获得的关于俯仰角速度值ω_θ的信息，作为输入信息(步骤904)。

控制设备40接收输入信息(步骤905)，根据输入信息生成指针2的坐标值(步骤906)，并控制指针2的显示(步骤907)。

图20中步骤902～步骤904的处理可由图10中的控制设备40来执行。

图21是示出包括根据本发明另一个实施例的输入设备201的控制***的操作的流程图。

从角速度传感器单元215输出三轴角速度信号(步骤801)，并且MPU 19获得角速度值(ω_θ，ω_ψ，)。然后MPU 19使用以下等式(7)来计算翻转角

(步骤802)。

MPU 19执行与图12中步骤1004～步骤1006相同的处理(步骤803～步骤805)，并且控制设备40的MPU 35执行与图12中的步骤1007～步骤1009相同的处理(步骤806～步骤808)。

由于在步骤803中执行了对应于翻转角的旋转坐标变换，所以在等式(7)中生成的积分误差没有问题。此外，等式(6)中的翻转角的初始值

也通过旋转坐标变换而去除。

图21中步骤802～步骤805的处理可由如图10中的控制设备40来执行。

接下来，将描述本发明的另一个实施例。

在上述实施例中，通过合成翻转方向上的输入设备1的角速度及其相对于X轴的角速度所获得的合成角速度被转换为指针2在X轴方向上的位移量。在该实施例中，输入设备1在翻转方向上的角速度被转换为指针2在X轴方向上的位移量，仅输入设备1相对于X轴的角速度被转换为指针2的位移量。图22是示出包括上述处理的控制***100的操作的流程图。

一旦接通输入设备1的电源，就从加速度传感器单元16输出双轴加速度信号(第一和第二加速度值a_x和a_y)(步骤101a)，然后被提供给MPU 19。这些加速度信号是在初始位置中获得的信号。这里，假设初始位置从基准位置开始倾斜。

MPU 19基于重力加速度分量值(a_x，a_y)，使用等式(1)来计算翻转角

(步骤102)。

此外，一旦接通输入设备1的电源，就从角速度传感器单元15输出双轴角速度信号(第一和第二角速度值ω_ψ和ω_θ)(步骤101b)，然后被提供给MPU 19。

MPU 19通过对应于所计算翻转角的旋转坐标变换来校正角速度值(ω_ψ，ω_θ)，由此获得校正角速度值(第二和第一校正角速度值(ω_ψ′，ω_θ′))作为校正值(步骤103)。然后，MPU 19将关于校正角速度值(ω_ψ′，ω_θ′)的信息输出至控制设备40(步骤104)。

控制设备40的MPU 35接收关于校正角速度值(ω_ψ′，ω_θ′)的信息(步骤105)。因为输入设备1每预定数量时钟(即，每单位时间)就输出校正角速度值(ω_ψ′，ω_θ′)，所以控制设备40在接收校正角速度值(ω_ψ′，ω_θ′)之后可获得每单位时间偏转角和俯仰角的改变量。MPU 35在屏幕3上生成指针2的坐标值，其对应于所获得的每单位时间的偏转角ψ(t)和俯仰角θ(t)的改变量(步骤106)。此后，MPU 35控制显示，使得指针2在屏幕3上运动(步骤107)。

注意，在如上所述去除了由于输入设备1在翻转方向上的倾斜而生成的重力加速度分量的影响之后，当用户通过实际上运动输入设备1来操作输入设备1时，在输入设备1中生成加速度。加速度传感器单元16检测该加速度。因此，考虑到在步骤102中计算的翻转角

发生波动。下文中，将描述用于抑制上述翻转角的波动的三个实施例。

图23是示出根据三个实施例中的一个(即，用于抑制翻转角

波动的第一实施例)的输入设备的框图。输入设备101包括低通滤波器(LPF)102，向其输入由加速度传感器单元16获得的X′和Y′轴方向上的加速度信号中的至少一个。LPF 102去除了加速度信号内的脉冲状分量。

图24A是示出在通过LPF 102之前获得的X′或Y′轴方向上的加速度信号，而图24B是示出在通过LPF 102之后获得的加速度信号。脉冲状分量是用户运动输入设备101时所检测到的加速度信号。图中的DC偏移分量是通过LPF 102的重力加速度分量值。

典型地，脉冲波形为十到几十Hz。因此，LPF 102具有几Hz的截止频率。如果截止频率过低，则由相位延迟所引起的

的延迟会作为操作的不舒服而传送给用户。因此，仅需要限定实际的下限。如上所述，通过LPF 102去除脉冲状分量，在计算翻转角时可以去除用户运动输入设备101时所生成的加速度的影响。作为用于抑制翻转角

的波动的第二实施例，采用了在计算翻转角时监控角加速度值的方法。图25是示出该方法的操作的流程图。

步骤601a、步骤601b和步骤602a与图14的步骤301a、301b和302相同。MPU 19基于所提供的角速度值(ω_ψ，ω_θ)通过微分运算来计算角加速度值(Δω_ψ，Δω_θ)(步骤602b)。注意，步骤602a和602b并不是同时执行的，以这种方式表示只是为了简化说明。

MPU 19判断例如在两个方向上计算的角速度值中的偏转方向上的角速度值|Δω_ψ|是否等于或大于阈值Th3(步骤603)。当|Δω_ψ|等于或大于阈值Th3时，MPU 19停止计算翻转角(步骤606)。执行上述处理的原因如下。

当用户自然地操作输入设备1时，在输入设备1中生成角加速度。使用等式(1)来计算翻转角

此外，使用稍后描述的等式(9)，基于加速度值(a_x，a_y)来计算相对于X或Y轴的角速度值(ω_θ，ω_ψ)。即使当用户运动输入设备1时在输入设备1中生成加速度时，可以通过使用等式(3)计算用于将翻转角

的计算误差抑制在容许范围内的期望的第一或第二加速度值。换句话说，可以通过设置角加速度的阈值Th3将翻转角

的计算误差抑制在容许范围内。

下文中，将描述角加速度的阈值Th3。

例如，将在以下情况下来描述阈值Th3，即使当用户运动输入设备1时输入设备1在俯仰方向上倾斜θ₁＝60度时，也希望由倾斜生成的惯性力所引起的重力方向上MPU 19的错误识别所导致的翻转角的误差被抑制在10度以下。

在输入设备1在俯仰方向上倾斜60度的状态下，

a_y＝1G*cos60°＝0.5G

成立。因此，利用

度，等式(1)表示为

10°＝arctan(a_x/0.5G)

获得a_x＝0.09G的结果。因此，仅需要计算最小|Δω_ψ|，从而使a_x变为0.09G。

因此，考虑到用户摆动手臂时所生成的加速度和角加速度之间的关系，用户摆动输入设备1的半径越大，每一加速度a_x的角加速度|Δω_ψ|就越小。假设当用户绕肩关节摆动整个手臂时可以获得最大半径并且这种情况下手臂的长度为L_arm，Δω_ψ可由等式(9)表示。

|Δω_ψ|＝a_x/L_arm    ...(9)

通过在半径为r的圆中具有中心角θ的弧的长度l为rθ的典型实例，等式(9)成立。

当将a_x＝0.09G＝0.09*9.8(m/s)和L_arm＝0.8m(假设用户具有较长的手臂)代入等式(9)中时，

Δωx＝1.1rad/s²＝63deg/s²

成立。具体地，通过当检测|Δω_ψ|＞63°/s²时MPU 19停止

的更新，即使当用户将输入设备1在俯仰方向上最大倾斜60度时，也可以将翻转角

的计算误差抑制在10度以下。翻转角

的计算误差的设置范围并不限于10度以下，而是可以适当地进行设置。

当用户使用肘的弯曲或腕的转动来操作输入设备1时，在检测角加速度时所获得的a_x进一步变为更小的值。因此，由惯性力的影响所引起的重力方向上的角度误差不大于10°，意味着误差减小。

步骤604～步骤611的处理类似于图14中的步骤304、306、307、309以及311～314的处理。

尽管在以上描述中对偏转方向上的角速度制定了基准，但这同样适用于俯仰方向上的角速度。因此，在步骤603之后可以增加判断|Δω_θ|是否等于或大于阈值的步骤，并且当|Δω_θ|等于或大于阈值时，可以停止翻转角

的更新。

顺便提及，可以执行操作，使得当偏转方向和俯仰方向上的角速度中的至少一个等于或大于阈值时，MPU 19停止计算翻转角，以执行步骤604和步骤607的处理。从实验得知，当用户以相当高的速度(以较高的角速度)操作指针2时，例如，当将指针2在0.1～0.2秒内从屏幕3的一端运动至另一端时，不计算翻转角会给用户带来较少的不舒适感。当用户没有上述任何精细操作而是粗暴地在屏幕上操作指针2时，可以通过将翻转角设置为固定值来匹配用户直觉的操作。例如，在输出范围设置为-512～+512的情况下，当角速度传感器151或152的输出值为-200以下或+200以上的时候，仅需要停止翻转角的计算，以上这些数值不限于此。

作为用于抑制翻转角

的波动的第三实施例，采用了对由加速度传感器单元16检测的加速度设置阈值的方法。例如，当在X′和Y′轴方向上检测的加速度值(a_x，a_y)中的至少一个等于或大于阈值时，MPU 19停止更新翻转角

并且在翻转角

下降至阈值以下时重新开始更新。可选地，处理可以是：仅因为当加速度值变为特定值以上时检测电压饱和，所以此时自动停止

的更新。

图25中的步骤602a、602b以及603～607的处理可通过图10中的控制设备40来执行。

图26是示出根据本发明另一个实施例的输入设备的结构的示意图。

输入设备151的控制单元130包括设置在主基板18下部的加速度传感器单元116。加速度传感器单元116可以是用于检测双轴加速度(X′轴和Y′轴)的传感器或者可以是用于检测三轴加速度(X′轴、Y′轴和Z′轴)的传感器。

当由用户手持时，加速度传感器单元116设置在输入设备141中的位置与输入设备1相比更接近手腕。通过将加速度传感器单元116设置在上述位置，可以使由用户的手腕摆动所生成的加速度的影响最小。

此外，通过使用三轴加速度传感器单元作为加速度传感器单元116，例如，尽管稍微增加了计算量，但是可以不管安装加速度传感器单元116的封装面来提取X′-Y′平面内的加速度分量。结果，可以增加基板布局的自由度。

接下来，将描述根据本发明另一个实施例的输入设备。

图27是示出根据该实施例的输入设备51的透视图。图28是从滚轮13侧看的输入设备51的侧视图。接下来，将简化或省略与根据参考图2和其他附图所描述的实施例的输入设备1类似的组件、功能等的描述，而将主要描述与其的不同点。

输入设备51的壳体50包括壳体50表面上预定位置的部分球体或部分二次曲面50a。下文中，为了简便，将部分球体或二次曲面50a称为“下部曲面50a”。

下部曲面50a形成在与按钮11和12几乎相对的位置中，即，当用户手持输入设备51时，小指与其他手指相比与下部曲面50a更为接近的位置。可选地，在一个方向(Z′轴方向)拉长的壳体50中，相对于Z′轴方向上壳体50的中心将传感器单元17设置在Z′轴的正侧的情况下，将下部曲面50a设置在Z′轴的负侧上。

典型地，部分球体基本为半球，但是不需要是精确的半球。二次曲面是通过将二维圆锥曲线(二次曲线)扩展为三维二次曲线所得到的曲面。二次曲面的实例包括椭圆面、椭圆抛物面和双曲面。

利用上述输入设备51的壳体50的构造，用户可以在使输入设备51的下部曲面50a作为支点支托在诸如桌子、椅子、地板或者用户的膝盖或大腿的支柱目标物49上的同时容易地操作输入设备51。即，即使在输入设备51的下部曲面50a支托在支柱目标物49上的状态下，用户也可以容易地将输入设备51倾斜各种角度，从而能够进行诸如将指针置于图标4上的精细操作。图29是示出当用户使操作输入设备51的下部曲面50a支托在膝盖上的同时对其进行操作状态的示图。

可选地，在该实施例中，可以防止发生由于震动所引起的、无法通过震动校正电路来抑制的错误操作。此外，因为用户不是在空中手持并操作输入设备51，所以可以防止用户变得疲劳。

图30是根据本发明另一个实施例的输入设备的透视图。

类似于图27和图28所示的输入设备51，输入设备61的壳体60包括由部分球体构成的下部曲面60a。垂直于输入设备61的壳体60的最大长度方向(Z′轴方向)并与下部曲面60a相接触的平面(下文中，为了方便称为“下端平面55”)基本与由作为角速度传感器单元15的检测轴的X轴和Y轴形成的平面(X-Y平面)平行。

利用上述输入设备61的构造，在用户使下部曲面60a支托在下端平面55上的同时操作输入设备61的情况下，施加给输入设备61的角速度被直接输入至角速度传感器单元15。因此，可以减小从角速度传感器单元15获得包含在检测信号中的检测值所需的计算量。

图31是示出根据本发明另一个实施例的输入设备的前视图。图32是示出输入设备的侧视图。

例如，输入设备71的壳体70的下部曲面70a是部分球体。与图27和图30分别示出的输入设备51和61的下部曲面50a和60a相比，下部曲面70a具有更大的曲率半径。将角速度传感器单元15设置在包含在X-Y平面(由作为角速度传感器单元15的检测轴的X轴和Y轴形成)内的直线对应于虚拟圆56的切线(当从X和Y轴方向看时其通过部分球体)的位置。只要满足上述条件，就可将角速度传感器单元15设置在壳体70中，使其X-Y平面相对于输入设备71的纵向倾斜(参见图31)。

因此，因为在将下部曲面70a支托在支柱目标物49上的同时用户操作输入设备71时生成的角速度的向量的方向和角速度传感器单元15的检测方向相匹配，所以能够进行线性输入。

图33是根据本发明另一个实施例的输入设备的前视图。

作为输入设备81的壳体80的部分球体的下部曲面80a具有与图30所示相同或接近的曲率半径。关于角速度传感器单元15的设置，通过X轴与Y轴之间的交叉点(角速度传感器单元15的中心点)并垂直于X轴和Y轴的虚拟直线通过包括下部曲面80a的第一球体62的中心点O。利用上述构造，同心地设置包括下部曲面80a的第一球体62以及角速度传感器单元15的X-Y平面内包含的直线对应于其切线的第二球体63。因此，输入设备81具有与图31所示输入设备71相同的效果。

注意，包括上述部分球体或部分二次曲面的输入设备51、61、71或81并不必须在其下部曲面50a、60a、70a或80a支托在支柱目标物49上的时候才能进行操作，输入设备当然可以在空中进行操作。

图27～图33所示的输入设备51、61、71或81可应用于图19所示的输入设备201以及由输入设备201执行的处理，或者可应用于图23所示的输入设备101以及由输入设备101执行的处理。

本发明的实施例并不限于上述实施例，而是当然可以作出各种修改。

在图9、图10、图12、图14、图20～图22以及图25所示的流程图中，在输入设备和控制设备相互通信的同时，输入设备的一部分处理可通过控制设备来执行，或者控制设备的一部分处理可以由输入设备来执行。

上述输入设备1装备有加速度传感器单元16和角速度传感器单元15。然而，输入设备可包括角度传感器。例如，角度传感器是双轴角度传感器，用于检测图34A所示相对于X′轴(第一轴)的角度(第一角度)θ以及图34B所示相对于Z′轴的角度(第三角度)θ是形成在垂直轴和X′-Y′平面之间的角度。自然，输入设备可包括三轴角度传感器，还用于检测相对于Y′轴(第二轴)的角度(第二角度)ψ。

双轴角度传感器由加速度传感器单元16组成。如图34A所示，作为重力加速度G在Y′方向上的分量的G*sinθ是Y′方向上的加速度值a_y，其用于获得θ。此外，如图34B所示，可以利用作为

或

(X′方向上的加速度分量的值)的Z′轴方向上的角度来获得

因此，通过计算角度θ和

可通过微分运算(微分装置)来计算ω_θ和在这种情况下，可直接从角速度传感器获得相对于Y′轴的角速度(第二角速度)ψ。

可选地，通过计算角度θ和

中的一个，例如，可由角度传感器仅得到角度θ(或仅角度

)，可通过微分运算来计算ω_θ(或

)。在这种情况下，可直接从角速度传感器获得

(或ω_θ)和ω_ψ。

即使当输入设备包括上述角度传感器时，输入设备或控制设备也可以执行对应于翻转角

的旋转坐标变换处理、使用移动系数α和β的乘法处理以及合成通过乘法获得的两个角速度的合成运算处理。

代替加速度传感器或除加速度传感器之外还设置的上述角度传感器可以是地磁传感器(单轴或双轴)或者图像传感器。

本领域的技术人员应该理解，根据设计要求和其他因素，可以有多种修改、组合、再组合和改进，均应包含在本发明的权利要求或等同物的范围之内。

Claims (25)

1.一种输入设备，用于输出用于控制显示在屏幕上的用户界面的运动的输入信息，包括：

角速度输出装置，用于输出相对于第一轴的第一角速度、相对于与所述第一轴不同的第二轴的第二角速度以及相对于与所述第一轴和所述第二轴均垂直的第三轴的第三角速度；

合成计算装置，用于计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将所述第二角速度和所述第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得；以及

输出装置，用于输出关于所述第一角速度的信息和关于所述第一合成角速度的信息，作为所述输入信息，其中，关于所述第一角速度的信息用于控制所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第二轴的轴方向上的运动，关于所述第一合成角速度的信息用于控制所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第一轴的轴方向上的运动。

2.根据权利要求1所述的输入设备，还包括：

角度计算装置，用于基于所述第三角速度计算所述第三轴与绝对垂直轴的角度；以及

旋转校正装置，用于通过对应于所计算角度的旋转坐标变换来校正由所述角速度输出装置输出的所述第一角速度和所述第二角速度，以获得第一校正角速度和第二校正角速度，并输出关于所述第一校正角速度和所述第二校正角速度的信息，

其中，所述合成计算装置计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的第二合成角速度，其中，这两个角速度通过将所述第二校正角速度和所述第三角速度分别乘以两个移动系数而获得，以及

其中，所述输出装置输出关于所述第二合成角速度和所述第一校正角速度的信息，作为所述输入信息。

3.根据权利要求2所述的输入设备，

其中，所述角度计算装置包括：积分装置，用于执行所述第三角速度的积分运算，以计算作为所述角度的积分值；以及复位装置，用于对所述积分值进行复位。

4.根据权利要求1所述的输入设备，

其中，所述第一轴是俯仰轴，所述第二轴是偏转轴，以及所述第三轴是翻转轴。

5.根据权利要求1所述的输入设备，

其中，所述角速度输出装置包括角速度传感器，被配置为检测所述第一角速度、所述第二角速度和所述第三角速度。

6.根据权利要求1所述的输入设备，

其中，所述角速度输出装置包括：

角度传感器，被配置为检测相对于所述第一轴的第一角度以及相对于所述第三轴的第三角度，

角速度传感器，被配置为检测所述第二角速度，以及

微分装置，用于分别通过所述第一角度和所述第三角度的微分运算来计算所述第一角速度和所述第三角速度。

7.根据权利要求6所述的输入设备，还包括旋转校正装置，用于通过对应于所述第三角度的旋转坐标变换来校正所述第一角速度和所述第二角速度，以获得第一校正角速度和第二校正角速度，并输出关于所述第一校正角速度和所述第二校正角速度的信息，

其中，所述合成计算装置计算作为对两个角速度进行合成的结果而获得的第二合成角速度，其中，这两个角速度通过将所述第二校正角速度和所述第三角速度分别乘以两个移动系数而获得，以及

其中，所述输出装置输出关于所述第二合成角速度和所述第一校正角速度的信息，作为所述输入信息。

8.根据权利要求1所述的输入设备，

其中，所述角速度输出装置包括：

角度传感器，被配置为检测相对于所述第一轴的第一角度和相对于所述第三轴的第三角度中的一个，

角速度传感器，被配置为当通过所述角度传感器检测所述第一角度时，检测所述第二角速度和所述第三角速度，而当通过所述角度传感器检测所述第三角度时，检测所述第一角速度和所述第二角速度，以及

微分装置，用于当通过所述角度传感器检测所述第一角度时，通过所述第一角度的微分运算来计算所述第一角速度，而当通过所述角度传感器检测所述第三角度时，通过所述第三角度的微分运算来计算所述第三角速度。

9.根据权利要求8所述的输入设备，还包括旋转校正装置，用于当通过所述角度传感器检测所述第三角度时，通过对应于所述第三角度的旋转坐标变换来校正所述第一角速度和所述第二角速度，以获得第一校正角速度和第二校正角速度，并输出关于所述第一校正角速度和所述第二校正角速度的信息，

其中，所述合成计算装置计算作为对两个角速度进行合成的结果而获得的第二合成角速度，其中，这两个角速度通过将所述第二校正角速度和所述第三角速度分别乘以两个移动系数而获得，以及

其中，所述输出装置输出关于所述第二合成角速度和所述第一校正角速度的信息，作为所述输入信息。

10.根据权利要求1所述的输入设备，

其中，所述角速度输出装置包括：

角度传感器，被配置为检测相对于所述第一轴的第一角度、相对于所述第二轴的第二角度以及相对于所述第三轴的第三角度，以及

微分装置，用于通过所述第一角度、第二角度和第三角度的微分运算来分别计算所述第一角速度、所述第二角速度和所述第三角速度。

11.根据权利要求6、8和10中任一项所述的输入设备，

其中，所述角度传感器是加速度传感器、地磁传感器和图像传感器中的一种。

12.一种控制设备，用于根据从输入设备输出的输入信息来控制显示在屏幕上的用户界面的运动，所述输入信息是关于相对于第一轴的第一角速度、相对于与所述第一轴不同的第二轴的第二角速度以及相对于与所述第一轴和所述第二轴均垂直的第三轴的第三角速度的信息，所述控制设备包括：

接收装置，用于接收所述输入信息；

合成计算装置，用于计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将所接收的第二角速度和所接收的第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得；以及

坐标信息生成装置，用于生成所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第二轴的轴方向上的第二坐标信息，所述第二坐标信息对应于所接收的第一角速度，并生成所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第一轴的轴方向上的第一坐标信息，所述第一坐标信息对应于所述第一合成角速度。

13.一种控制设备，用于根据从输入设备输出的输入信息来控制显示在屏幕上的用户界面的运动，所述输入信息是关于相对于第一轴的第一角度、相对于与所述第一轴不同的第二轴的第二角度以及相对于与所述第一轴和所述第二轴均垂直的第三轴的第三角度的信息，所述控制设备包括：

接收装置，用于接收所述输入信息；

微分装置，用于执行所接收的第一角度、所接收的第二角度和所接收的第三角度的微分运算，以分别计算第一角速度、第二角速度和第三角速度；

合成计算装置，用于计算作为对两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将所述第二角速度和所述第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得；以及

坐标信息生成装置，用于生成所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第二轴的轴方向上的第二坐标信息，所述第二坐标信息对应于所述第一角速度，并生成所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第一轴的轴方向上的第一坐标信息，所述第一坐标信息对应于所述第一合成角速度。

14.一种控制***，包括：

输入设备，包括：

角速度输出装置，用于输出相对于第一轴的第一角速度、相对于与所述第一轴不同的第二轴的第二角速度以及相对于与所述第一轴和所述第二轴均垂直的第三轴的第三角速度，

合成计算装置，用于计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将所述第二角速度和所述第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得，以及

输出装置，用于输出关于所述第一角速度的信息和关于所述第一合成角速度的信息，作为输入信息；以及控制设备，包括：

接收装置，用于接收所述输入信息，以及

坐标信息生成装置，用于生成显示在屏幕上的用户界面在所述屏幕上对应于所述第二轴的轴方向上的第二坐标信息，所述第二坐标信息对应于所接收的第一角速度，并生成所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第一轴的轴方向上的第一坐标信息，所述第一坐标信息对应于所述第一合成角速度。

15.一种控制***，包括：

输入设备，包括：

角速度输出装置，用于输出相对于第一轴的第一角速度、相对于与所述第一轴不同的第二轴的第二角速度以及相对于与所述第一轴和所述第二轴均垂直的第三轴的第三角速度，以及

输出装置，用于输出关于所述第一角速度、所述第二角速度和所述第三角速度的信息，作为输入信息；控制设备，包括：

接收装置，用于接收所述输入信息；

合成计算装置，用于计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将所接收的第二角速度和所接收的第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得，以及

坐标信息生成装置，用于生成显示在屏幕上的用户界面在所述屏幕上对应于所述第二轴的轴方向上的第二坐标信息，所述第二坐标信息对应于所接收的第一角速度，并生成所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第一轴的轴方向上的第一坐标信息，所述第一坐标信息对应于所述第一合成角速度。

16.一种根据输入设备的运动来控制屏幕上的用户界面的方法，包括：

检测所述输入设备相对于第一轴的第一角速度；

检测所述输入设备相对于与所述第一轴不同的第二轴的第二角速度；

检测所述输入设备相对于与所述第一轴和所述第二轴均垂直的第三轴的第三角速度；

计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将所述第二角速度和所述第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得；

生成所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第二轴的轴方向上的第二坐标信息，所述第二坐标信息对应于所述第一角速度；以及

生成所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第一轴的轴方向上的第一坐标信息，所述第一坐标信息对应于所述第一合成角速度。

17.一种输入设备，被配置为输出用于控制显示在屏幕上的用户界面的运动的输入信息，包括：

第一加速度传感器，被配置为检测沿第一轴的方向上的第一加速度；

第二加速度传感器，被配置为检测沿不同于所述第一轴的第二轴的方向上的第二加速度；

第一角速度传感器，被配置为检测相对于所述第一轴的第一角速度；

第二角速度传感器，被配置为检测相对于所述第二轴的第二角速度；

角度计算装置，用于基于所述第一加速度和所述第二加速度计算相对于与所述第一轴和所述第二轴均垂直的第三轴的角度，所述角度是在所述第一加速度和所述第二加速度的合成加速度向量与所述第二轴之间形成的角度；

角速度计算装置，用于基于所计算的角度来计算相对于所述第三轴的第三角速度；

旋转校正装置，用于通过对应于所计算角度的旋转坐标变换来校正所述第一角速度和所述第二角速度，以获得第一校正角速度和第二校正角速度，并输出关于所述第一校正角速度和所述第二校正角速度的信息；

合成计算装置，用于计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的合成角速度，其中，这两个角速度通过将所述第二校正角速度和所述第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得；以及

输出装置，用于输出关于所述第一校正角速度的信息和关于所述合成角速度的信息，作为所述输入信息，其中，关于所述第一校正角速度的信息用于控制所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第二轴的轴方向上的运动，关于所述合成角速度的信息用于控制所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第一轴的轴方向上的运动。

18.一种控制设备，被配置为根据由输入设备输出的输入信息来控制显示在屏幕上的用户界面的运动，所述输入设备包括：第一加速度传感器，被配置为检测沿第一轴的方向上的第一加速度；第二加速度传感器，被配置为检测沿与所述第一轴不同的第二轴的方向上的第二加速度；第一角速度传感器，被配置为检测相对于所述第一轴的第一角速度；以及第二角速度传感器，被配置为检测相对于所述第二轴的第二角速度，所述输入信息是关于所述第一加速度、所述第二加速度、所述第一角速度和所述第二角速度的信息，所述控制设备包括

接收装置，用于接收所述输入信息；

角度计算装置，用于基于所述第一加速度和所述第二加速度来计算相对于与所述第一轴和所述第二轴均垂直的第三轴的角度，所述角度是在所接收的第一加速度和所接收的第二加速度的合成加速度向量与所述第二轴之间形成的角度；

角速度计算装置，用于基于所计算的角度来计算相对于所述第三轴的第三角速度；

旋转校正装置，用于通过对应于所计算角度的旋转坐标变换来校正所接收的第一角速度和所接收的第二角速度，以获得第一校正角速度和第二校正角速度，并输出关于所述第一校正角速度和所述第二校正角速度的信息；

合成计算装置，用于计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的合成角速度，其中，这两个角速度通过将所述第二校正角速度和所述第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得；以及

坐标信息生成装置，用于生成所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第二轴的轴方向上的第二坐标信息，所述第二坐标信息对应于所述第一校正角速度，并生成所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第一轴的轴方向上的第一坐标信息，所述第一坐标信息对应于所述合成角速度。

19.一种根据输入设备的运动来控制屏幕上的用户界面的方法，包括：

检测所述输入设备沿第一轴的方向上的第一加速度；

检测所述输入设备沿与所述第一轴不同的第二轴的方向上的第二加速度；

检测所述输入设备相对于所述第一轴的第一角速度；

检测所述输入设备相对于所述第二轴的第二角速度；

基于所述第一加速度和所述第二加速度计算相对于与所述第一轴和所述第二轴均垂直的第三轴的角度，所述角度是在所述第一加速度和所述第二加速度的合成加速度向量与所述第二轴之间形成的角度；

基于所计算的角度来计算相对于所述第三轴的第三角速度；

通过对应于所计算角度的旋转坐标变换来校正所述第一角速度和所述第二角速度，以获得第一校正角速度和第二校正角速度；

输出关于所述第一校正角速度和所述第二校正角速度的信息；

计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的合成角速度，其中，这两个角速度通过将所述第二校正角速度和所述第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得；

生成所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第二轴的轴方向上的第二坐标信息，所述第二坐标信息对应于所述第一校正角速度；并生成所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第一轴的轴方向上的第一坐标信息，所述第一坐标信息对应于所述合成角速度。

20.一种输入设备，被配置为输出用于控制显示在屏幕上的用户界面的运动的输入信息，包括：

角速度输出单元，被配置为输出相对于第一轴的第一角速度、相对于与所述第一轴不同的第二轴的第二角速度以及相对于与所述第一轴和所述第二轴均垂直的第三轴的第三角速度；

合成计算单元，被配置为计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将所述第二角速度和所述第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得；以及

输出单元，被配置为输出关于第一角速度的信息以及关于所述第一合成角速度信息的信息，作为所述输入信息，其中，关于所述第一角速度的信息用于控制所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第二轴的轴方向上的运动，关于所述第一合成角速度的信息用于控制所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第一轴的轴方向上的运动。

21.一种控制设备，被配置为根据从输入设备输出的输入信息来控制显示在屏幕上的用户界面的运动，所述输入信息是关于相对于第一轴的第一角速度、相对于与所述第一轴不同的第二轴的第二角速度以及相对于与所述第一轴和所述第二轴均垂直的第三轴的第三角速度的信息，所述控制设备包括：

接收单元，被配置为接收所述输入信息；

合成计算单元，被配置为计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将所接收的第二角速度和所接收的第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得；以及

坐标信息生成单元，被配置为生成所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第二轴的轴方向上的第二坐标信息，所述第二坐标信息对应于所接收的第一角速度，并生成所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第一轴的轴方向上的第一坐标信息，所述第一坐标信息对应于所述第一合成角速度。

22.一种控制设备，被配置为根据从输入设备输出的输入信息来控制显示在屏幕上的用户界面的运动，所述输入信息是关于相对于第一轴的第一角度、相对于与所述第一轴不同的第二轴的第二角度以及相对于与所述第一轴和所述第二轴均垂直的第三轴的第三角度的信息，所述控制设备包括：

接收单元，被配置为接收所述输入信息；

微分单元，被配置为通过所接收的第一角度、所接收的第二角度和所接收的第三角度的微分运算来分别计算第一角速度、第二角速度和第三角速度；

合成计算单元，被配置为计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将所述第二角速度和所述第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得；

坐标信息生成单元，被配置为生成所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第二轴的轴方向上的第二坐标信息，所述第二坐标信息对应于所述第一角速度，并生成所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第一轴的轴方向上的第一坐标信息，所述第一坐标信息对应于所述第一合成角速度。

23.一种控制***，包括：

输入设备，包括：

角速度输出单元，被配置为输出相对于第一轴的第一角速度、相对于与所述第一轴不同的第二轴的第二角速度以及相对于与所述第一轴和所述第二轴均垂直的第三轴的第三角速度，

合成计算单元，被配置为计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将所述第二角速度和所述第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得，以及

输出单元，被配置为输出关于所述第一角速度的信息和关于所述第一合成角速度的信息，作为所述输入信息；以及

控制设备，包括：

接收单元，被配置为接收所述输入信息，以及

坐标信息生成单元，被配置为生成显示在屏幕上的用户界面在所述屏幕上对应于所述第二轴的轴方向上的第二坐标信息，所述第二坐标信息对应于所接收的第一角速度，并生成所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第一轴的轴方向上的第一坐标信息，所述第一坐标信息对应于所述第一合成角速度。

24.一种控制***，包括：

输入设备，包括：

角速度输出单元，被配置为输出相对于第一轴的第一角速度、相对于与所述第一轴不同的第二轴的第二角速度以及相对于与所述第一轴和所述第二轴均垂直的第三轴的第三角速度，以及

输出单元，被配置为输出关于所述第一角速度、所述第二角速度和所述第三角速度的信息，作为输入信息；以及

控制设备，包括：

接收单元，被配置为接收所述输入信息，

合成计算单元，被配置为计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的第一合成角速度，其中，这两个角速度通过将所接收的第二角速度和所接收的第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得，以及

坐标信息生成单元，被配置为生成显示在屏幕上的用户界面在所述屏幕上对应于所述第二轴的轴方向上的第二坐标信息，所述第二坐标信息对应于所接收的第一角速度，并生成所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第一轴的轴方向上的第一坐标信息，所述第一坐标信息对应于所述第一合成角速度。

25.一种控制设备，被配置为根据由输入设备输出的输入信息来控制显示在屏幕上的用户界面的运动，所述输入设备包括：第一加速度传感器，被配置为检测沿第一轴的方向上的第一加速度；第二加速度传感器，被配置为检测沿与所述第一轴不同的第二轴的方向上的第二加速度；第一角速度传感器，被配置为检测相对于所述第一轴的第一角速度；以及第二角速度传感器，被配置为检测相对于所述第二轴的第二角速度，所述输入信息是关于所述第一加速度、所述第二加速度、所述第一角速度和所述第二角速度的信息，所述控制设备包括：

接收单元，被配置为接收所述输入信息；

角度计算单元，被配置为基于所述第一加速度和所述第二加速度计算相对于与所述第一轴和所述第二轴均垂直的第三轴的角度，所述角度是在所接收的第一加速度和所接收的第二加速度的合成加速度向量与所述第二轴之间形成的角度；

角速度计算单元，被配置为基于所计算的角度来计算相对于所述第三轴的第三角速度；

旋转校正单元，被配置为通过对应于所计算角度的旋转坐标变换来校正所接收的第一角速度和所接收的第二角速度，以获得第一校正角速度和第二校正角速度，并输出关于所述第一校正角速度和所述第二校正角速度的信息；

合成计算单元，被配置为计算作为将两个角速度进行合成的结果而获得的合成角速度，其中，这两个角速度通过将所述第二校正角速度和所述第三角速度分别乘以由预定比率所表示的两个移动系数而获得；以及

坐标信息生成单元，被配置为生成所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第二轴的轴方向上的第二坐标信息，所述第二坐标信息对应于所接收的第一校正角速度，并生成所述用户界面在所述屏幕上对应于所述第一轴的轴方向上的第一坐标信息，所述第一坐标信息对应于所述合成角速度。

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