TWI378367B - - Google Patents

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1378367 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種操作GUI(圖形使用者介面）用之空間 操作型的輸入裝置’依其操作資訊控制⑽之控制裝置， 包含此等裝置之控制系統及控制方法。 【先前技術】 以pc(個人電腦）而普及之GUI的控制器，主要使用滑鼠 及觸摸塾等的指示器件不僅用作先前之pc^m(人 工介面），也開始使用作為如將電視作為圖像媒體，而在 起居室等使用的AV機器及遊戲機之介面。此種Gm之控制 器，提出多種使用者可在空間操作之指示器件（如參照專 利文獻1、2)。 專利文獻1中揭示有包含2軸角速度回轉儀，換言之係2 個角速度感測器之輸入裝置。使用者手持該輸入裝置如 上下左右地振動。如此，藉由角速度感測器檢測正交之2 軸周圍的角速度，依其角速度產生作為藉由顯示機構顯示 之游標等的位置資訊之訊號。該訊號傳送至控制機器，控 制機器依該訊號’以使游標在畫面上移動之方式作控制。 此外，專利文獻2中揭示有使用2個加速度感測器，檢測 筆型之輸入裝置的加速度’藉由將該加速度予以積分，而 算出筆型輸入裝置之移動量的技術。 [專利文獻1]曰本特開2001 _56743號公報（段落[〇〇3〇]、 [0031]、圖 3) [專利文獻2]曰本特開平2005-56409號公報（段落[〇〇18]、 131052.doc 1378367 [0021] 、 [0022]圖 1 、圖 2) 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] 如上述’專利文獻1所示之輸入裝置，係依藉由2個角速 度感測β檢測之角速度’控制顯不於晝面上之游標的移 動。亦即，顯示於晝面上之游標的移動量，.依存於藉由2 個角速度感測器檢測出的角速度。

因此’使用者在輸入裝置中賦予大的角速度時，依其而 顯示於畫面上的游標以高速移動。如使用者使用手指之旋 轉操作輸入裝置時，即使輸入裝置之實際移動量小，游標 仍以南速移動。 但是，使用者僅賦予微小角速度而操作輪入裝置時

使輸入裝置之實際移動量大’晝面上之游標仍僅微小移 動。如使用者將肩膀為轴振動整個手臂而操作輸入裝置 時，與輸入裝置之實際移動量相反，游標僅微小移動。如 此’有時游標之運動成為不切合使用者之感覺的運動。 另外’記載於專利文獻2之筆型輸入裝置，係使用加速 又感則器算出筆型輸入裝置之移動量。此時，因為係依藉 由加速度感測器檢測出的加速度來算出游標的移動量所 =:與筆型輸入襄置之移動量成正比地，顯示於晝面上的 標移動#變大。但是，將輸人裝置所檢測之加速度予以 1=出游標之移動量時，由於產生積分誤差而無法正 覺料動。。因A，有時游標之運動成為不切合使用者之感 131052.doc [S] 1378367 鍟於以上之情形，本發明之目 知73之目的為提供一種可將⑴在畫 面上之運動作為配合使用者 石疋直覺的自然運動之輸入裝 置'控制裝置、控制系統及控制方法。 [解決問題之技術機構] 種形態之輪入裝置包含： 角度相關值檢測部、及算 為了達成上述目的，本發明一 框體、第一加速度檢測部、第一 出機構。

前述第一加速度檢測部檢測 加速度值。 前述框體之第一方向的第一 前述第-角度相關值檢測部檢測關於與前述第一方向不 同之第二方向的軸周圍角度之值的第_角度相關值。 前述計算機構依據前述檢測出<第—加速度值及第一角 度相關值，算出前述框體在前述第一方向之第一速度值。 並非僅將第-加速度值予以積分而算出速度值，藉由依 據第一加速度值及第一角度相關值算出第一速度值無積 • 分誤差，而可算出高精度之框體的速度值。 前述算出機構依據前述檢測出之第一加速度值及第一角 i相關值’算出前述框體在前述第二方向之轴周圍的從各 _間位置變化而旋轉之第一中心軸至前述加速度檢測部的 距離之旋轉半徑，並依據從前述第一角度相關值獲得之第 一角速度值及前述算出之旋轉半徑，算出前述第一速度 值。 手指等中至少任何1個 ’一般而言，在輸入裝 使用者使用肩膀、手肘、手腕、 旋轉’而操作顯示於畫面上之切時 • 8 - 131052.doc /OJO/ :存在各時間變化之旋轉半徑。本發明之輸人裝置中， 出垂直方向之轴周圍的輸人裝置旋轉半徑，藉由該旋 :半徑乘以角速度值’可算出輸入裝置之速度值β如此， 藉由從旋轉m出速度值，即使如錢者將肩膀為轴而 振動整個手臂來操作輸入裝置時，仍可獲得充分之輸出 (度值)，因為全體而言，财晝面上之運動對輸入裝置 :運動成為自然之運動，所以使用者對輸入裝置之操作性 提高。 前述算出機構算出前述第-加速度值之時間變化率的加 速度變化率，依據前述檢測出之第一角度相關值，可算出 前述第二方向之抽周圍的角加逮度之時間變化率的角加速 度變化率。而後，前述算出機構亦可算出前述算出之加速 度變化率與角加速度變化率之比，作為前述旋轉半徑。 加速度變化率藉由第一加速度值之時間微分運算而求 出。角加速度變化率亦同樣地，藉由第一角度相關值之時 間微分運算而求出。特別是檢測第—加速度值時，因為重 力加速度被檢測為一定值或是低頻地偏置，所以藉由將第 一加速度值予以微分，即❹輸人裝置傾斜而重力加速度 之分力產生變化，仍可適切地求出旋轉半徑，並 轉半徑算出適切之速度值。 ° 前述算出機構亦可依據前述檢測出之第一角度相關值算 出角加速度值，並算出前述第一加速度值與前述角加速度 值之比，作為前述旋轉半#。藉此，可減少計算量，並可 減少輸入裝置之耗電。 I31052.doc 1378367 引述輪入裝置亦可進一步包含：記憶機構、判定機構及 更新機構。 刖述c憶機構記憶作為前述加速度變化率與前述角加速 度變化率之t卜 千ι比而算出的前述旋轉半徑。 述判疋機構判定前述角加速度變化率是否比臨限值 大。 別迚更新機構於前述角加速度變化率比臨限值大時，更 新别述記憶之前述旋轉半徑。 刖述算出機構於前述角加速度變化率比臨限值小時，將 己隐於則述δ己憶機構之前述旋轉半徑乘以前述第一角速度 值，算出前述第一速度值。 又 如作為藉由第-角度相關值檢測部檢測出之角速度值的 2階古微分值’而獲得角加速度變化率時，藉由其計算而擴 门頻之雜訊。結果，藉由角加速度變化率而算出之旋轉 半徑及依據該旋轉半徑而算出之速度值被雜訊影響有時 無法算出正確之旋轉半徑及速度值。隨著角加速度變化率 之絕對值變小，雜訊對速度值m目對地增大。作為該 問題之對策，力角加速度變化率之絕對值小，且雜訊對： 度，之⑺響大情況下，係依據記憶於記憶機構之旋轉半經 來算出速度值。藉此，可減輕雜訊對速度值之影變。 或前述判定機構亦可判定角加速度值是否：臨限值 大’刖述更新機構於前述角加速度值比前述臨限值大 ::更新前述記憶之前述旋轉半徑。此時，算出機構於前 述角加速度值比前述臨限值小時，將記憶於前述記憶機構 ⑶ 052.doc 1378367 之前述旋轉半徑乘以前述第一角速度值，來算出前述第一 速度值。 刚述舁出機構依據則述檢測出之第一角度相關值，算出 前述第二方向之軸周圍的角加速度之時間變化率的角加速 度變化率，從前述第一加速度值算出除去了至少包含起作 用於前述第一加速度檢測部之重力加速度的前述第一方向 之成分值的低頻成分之值，並算出除去了前述低頻成分之

值的時間變化率之加速度變化率，亦可算出前述所算出之 加速度變化率與前述角加速度變化率之比，作為前述旋轉 半徑。 藉此，即使第一加速度檢測部受到重力之影響，及受到 因輸入裝置傾斜而重力加速度分力變化的影響時，仍可適 切地求出旋轉半徑。因此，可從該旋轉半徑算出適切 度值。 料掏人裝置亦可進-步包含使前述旋轉半#之訊號的

指定頻帶成分通過的低通濾波器。藉此，可減輕雜訊對速 度值之影響p 引述异出機構算出前述第—加速度值之時間變化率的加 =化率，並依據前述檢測出之第-角度相關值，算出 二化：方向之軸周圍的角加速度之時間變化率的角加速 :變化Γ亦可算出前述所算出之加速度變化率與角加速 前歸直線的傾斜，作為前述旋轉半獲。或是， 值之回出前述第一加速度值與前述角加速度 歸直線的傾斜’作為前述第-旋轉半徑。藉此，可 131052.doc

• 1U f S] 1378367 求出正確之旋轉半徑 值。 並可從該旋轉半徑算出正確之速度 前述輸入裝置亦可進一步包含 二角度相關檢測部。 第二加逮度檢測部及第 前述第二加速度檢測部檢測前述框體在前述第 第二加速度值。 二方向之

第二角度相關值檢測部檢測關於前述第一 的角度之值的第二角度相關值。 方向之轴周圍 此時，前述算出機構可依據前述檢測出之第二加速度值 及第二角度相關值’算出前述框體在前述第二方向之二 速度值。 ~~ 前述算出機構亦可依據前述檢測出之第二加速度值及第 二角度相關值’算出前述框體在前述第一方向之軸周圍的 從各時間位置變化之旋轉中心轴至前述第二加速度檢測部 的距離之第二旋轉半徑，並依據從前述第二角度相關值獲 得之第二角迷度值及前述算出之第二旋轉半徑，算出前 第二速度值。 前述輸入裝置亦可進—步包含第三加速度檢測部，其係 檢測前述框體之與前述第一及前述第二方向兩者不同^第 二方向之第三加速度。 刖述第一角度相關值檢測部亦可檢測前述框體在前述第 二方向之軸周圍的第-角度值。藉由角度值之時間微分 算而獲得角速度值。 或是，前述第一角度相關值檢測部亦可檢測第_方向之 131052.doc -12· 1378367 軸周圍的第二角度值β 第-角度相關值檢測部亦可含有2轴或3軸之角度檢測機 構（如地磁感測器）。藉由微分運算在第二及第-方向之轴 周圍的各個角度值，可算出各個角速度值。如上述，輪入 裝置中包含3軸之加速度檢測部肖，由於認識重力方向， 因此可檢測2軸之角度值。

前述算出機構亦可含有處理單元’其係進行算出前述第 一速度值用之運算處理。此時，前述輸人裝置亦可進一步 匕3·第基板’其係、搭載前述處理單t及第二基板， 其係搭載前述第一加速度檢測部。

如與在1個基板上搭載處理單元與第一加速度檢測部之 情況比較，可比其!個基板縮小第二基板之尺寸。第二基 板之尺寸小時，其部分的剛性高，可抑制因施加於第二： 板之機械性應力而發生翹曲，或是輸入裝置運動時因起二 用於第二基板之慣性力而發线曲。此因，發生此等趣曲 時’第—加速度檢測部之檢測值中混人雜訊，可能檢測值 不佳。此外，由於第—及第二基板為不同元件，因此此 等在框體内之配置自由度提高。 除了第-加速度檢測部之外’上述第二加速度檢測部、 第一角度相關值檢測部（如角速度感測器）及地磁感測器中 之至v 1個亦可搭載於第二基板。或是，，亦可設置數個第 二基板，而第二加速度檢測部、角速度感測器等搭載於 個第二基板。 處理單元亦可包含A/D轉換器。亦可與A/D轉換器為不 131052.doc -13- 丄现367 5 一件A/D轉換器與處理單元為不同元件時，A/D轉換 器亦可搭載於第二基板。 上述輸入裝置亦可進一步包含連接機構，其係在一邊保 • _狀態下’將前述第二基板連接於前述框體或前述第一基 板0 藉此，與在第二基板兩側連接於框體時比較，可減低施 加於第二基板之應力。此外，採用此種結構時，即使使用 • 者強力握住樞體，而框體變形，仍可極力避免其變形之力 傳導至第二基板，而可抑制第二基板發生翹曲。 如連接機搆亦可含有突出部，其係設於框體，用於在一 邊保持狀態T將第二基板連接於框體或第一基板。 前述輸入裝置亦可進一步包含：彈性體；及連結構件， 其係經由前述彈性體而將前述第二基板連結於前述框體。 藉此，以連結構件連結時，可減低施加於第二基板之應 力。 • 前述連接機構亦可含有導線，其係電性連接前述第一基 板與前述第二基板。 - 導線亦可為柔軟之捻線，亦可為有適度剛性之導線。使 用柔軟之抡線等的導線時，藉由樹脂模塑其導線，可獲得 適度之剛性。 前述第一角度相關值檢測部亦可含有第一角速度感測 器，其係檢測前述框體之前述第一角速度值。此時，前述 第二基板亦可含有：第一面，其係搭載前述第一加速度檢 測部；及第二面，其係設於與前述第一面相反側，而搭載 131052.doc •14- 1378367 前述第一角速度感測器。 藉此，與第一加速度檢測部及第一角度相關值檢測部 (如角速度感測器）（以下稱為感測器類）兩者設於第二基板 之一面時比較’可縮小第二基板之尺寸。此外，採用此種 結構時’抵銷因周圍環境之溫度變化或感測器類發生之熱 造成的翹曲，且係因基板及感測器類（主要為感測器類之 封裝材料）的線膨脹係數之差而引起的翹曲。由於從第二 基板之兩面傳達至第二基板，因此傳達之熱性平衡均一， 而抑制因第二基板之熱膨脹造成的變形。 亦可取代前述第一角度相關值檢測部（如角速度感測 器）（或是除了角速度感測器之外），而將上述第二加速度檢 測部及地磁感測器中之至少丨個搭載於第二面。或是除 了第一加速度檢測部之外，亦可將第二加速度檢測部及地 磁感測器中之至少一方搭載於第一面β 前述輸入裝置亦可進一步包含連接機構，其係將前述第 二基板之至少2處連接於前述框體。 所謂將第二基板之至少2處連接於框體，係以並非一邊 保持狀態作為宗旨。此時，提高第二基板對框體之剛性 (框體與第二基板之一體性）。因此，抑制輸入裝置旋轉 時，因在第二基板上發生力矩而造成第二基板之翹曲。 此時，亦可在其2處設有上述彈性體及連結構件。此 時於使用者強力握住框體而框體變形時，特別提高彈性 體吸收其變形之效果。 則述第一基板含有周緣部，亦可在前述周緣部與前述框 13l052.doc 1378367 體之内面之間設有游隙（clearance)。 藉此，與上述同樣地，即使框體變形，仍可極力避免其 變形之力傳導至第二基板。

前述輸入裝置亦可進一步包含電磁屏蔽構件，其係至少 覆蓋前述第一加速度檢測部。

藉此，可防止電磁波對第一加速度檢測部之不良影響。 如在上述第一基板上搭載藉由電磁波而傳送資訊之傳送單 元時’可防止因傳送單元發生之電波及外部電磁波雜訊對 第一加速度檢測部的不良影響。如電磁屏蔽構件亦可為覆 蓋搭載第二基板之第一加速度檢測部之面的形態，亦可為 實質地覆蓋第二基板全體之形態。 …

前述輸入裝置亦可進-步包含：傳送單元，其係傳以 述第-速度值之資訊；第一基板，其係搭載前述傳送單 元；及第二基板，其係搭載前述第一加速度檢測部。 —由於第-及第二基板為不同元件’因此，可防止傳送單 元發生之傳送用電波，或是經由其傳送單元而侵入之 電磁波雜訊對第一加速度檢測部的不良影響。此時，亦； 將上述處理單元（及/或A/D轉換器）搭載於第一基板， 亦可搭載於第二基板。 土 疋 刖迅弟 暴板亦可含有 %部 第1板 。 傳送單元，且遠離前域 ::基板’而與前述第一端部相反側。從上述傳 或外部電磁波雜訊之觀點，傳送單元宜在第二 極力遠離第二基板。 土板上，且 131052.doc •16· 1378367 第基板以第一厚度構成，第二基板亦可以比前述第一 厚度厚之第二厚度構成。 藉此，第二基板之剛性提高，可解決上述之問題。 • 上說月之第一基板含有：藉由連接構件而連接於框體 ;2連接區域’及配置第一加速度檢測部之區域，亦可含有 $於前述連接區域與前述配置區域之間的開口。藉由輸入 《置運動’而在第二基板上施加慣性力之應力。藉由設置 • ^ 可極力避免其應力從第二基板之連接構件側傳導至 配置感測器類之側。此外，藉由設置開口，與在與第二基 板相同尺寸之第二基板上未形成開口時比較，第二基板之 重畺減輕。其部分可抑制上述慣性力。 ’ 本發明一種形態之控制方法，檢測輸入裝置之框體在第 一方向的第一加速度。 檢測關於前述框體之與前述第一方向不同之第二方向的 軸周圍角度之值的第一角度相關值。 •依據前述檢測出之第-加速度值及第-角度相關值，而 算出前述框體在前述第一方向之第一速度值。 本發明另外-種形態之輸人裝置，係藉由使用者在空間 ㈣動輸入裝置，而輸人操作資訊，且包含：距離算出機 構、及速度算出機構。 前述距離算出機構算出在包含沿著第—方向之抽的假設 平面内，從瞬間中心至前述輸入裝置的距離。 前述速度算出機構依據前述算出之距離，與在前述假設 平面内前述瞬間中心周圍之前述輸入裝置的角度相關之值 131052.doc '17- [ S] 1378367 的角度相關值，算出前述輸入装置在前述第一方向之速度 值。 前述輸入裝置亦可進一步包含第一加速度檢測部，其係 檢測前述輸入裝置在前述第一方向之加速度值。此時，前 述距離算出機構亦可依據前述加速度值及前述角度相關 值箅出從則述瞬間中心至前述第一加速度檢測部之距 離，作為前述距離。 前述距離算出機構亦可依據在離開指定距離之2處的在 前述假設平面内之前述第一方向的加速度值，算出前述距 此時，可依據如離開指定距離而配置之加速度感測器檢 測而獲得之各個實質相同方向的加速度值，及其指定距 離，算出角加速度值。藉由該角加速度值之積分運算可算 出角速度值。 另外’藉由依據上述各加速度值與指定距離算出角加速 度值’可算出從瞬間中心至輸入裝置的距離。如藉由將該 算出之距離與上述算出之角速度值相乘，可算出第一方向 之速度值。 本發明一種形態之控制裝置，係依從輸入裝置傳送之前 述資訊’控制顯示於畫面之指標的顯示，且包含：接收機 構、算出機構及座標資訊產生機構。 前述輸入裝置包含：框體；第一加速度檢測部，其係檢 測前述框體在第一方向之第一加速度值；第一角度相關值 檢測部’其係檢測前述框體關於與前述第一方向不同之第 131052.doc -18- [S3 1378367 二方向的轴周圍角度之值的第一角度相關值；及傳送機 構’其係傳送前述第一加速度值及前述第一角度相關值的 資訊。 别述接收機構接收前述傳送之第一加速度值及第一角度 相關值的資訊。 前述算出機構依據前述接收之第一加速度值及第一角度 相關值’算出前述框體在前述第—方向之第—速度值。

剛述座標貧訊產生機構產生前述指標依前述算出之第一 速度值而在前述晝面上的座標資訊。 义另外’申請專利範圍中之「係框體、與〜控制裝置」之 刖提部分’係為了明確本發明之内容而記載者，並非本發 明人等有意將該前提部分作為熟知之技術。以下同樣。 本發明-種形態之控制系統包含：輸入裝置及控制裝 置。

前述輸人裝置含有：框體、第—加速度檢測部、第一角 度相關值檢測部、算出機構及傳送機構。 前述第一加速度檢測部檢測前述框體在第一方向之第一 加速度值。 前述第-角度相關值檢測部檢測前述框體關於與前述第 方向不同之第二方向的轴周图自痄夕伯从够 门固角度之值的第一角度相關 值0 刖逑算出機構依據前述檢測出之第—加速度值及第一 度：關值’算出前述框體在前述第一方向之第一速度值 則述傳送機構傳送前述算出之第一速度值的資訊。 I31052.doc 1378367 前述控制裝置含有：接收機構、及座標資訊產生機構。 2述接收機構接收前述傳送之第-速度值的資訊。 則述f標貝訊產生機構產生指標依前述接收之第一速度 值而在前述畫面上的座標資訊。 輸入裝置及控制 本發明另外一種形態之控制系統包含 裝置。 前述輸入裝置含有：框贈、曾 ^ 很體第一加速度檢測部、第一角

度相關值檢測部、及傳送機構。 前述第一加速度檢測部檢測前述框體在第一方向之第一 加速度值。 檢測前述框體關於與前述第一方向不同之第二方向的軸 周圍角度之值的第一角度相關值。 前述傳送機構傳送前述第—加速度值及前述第一角度相 關值的資訊。 前述控制裝置含有··接收機構、算出機構、及座標資訊 產生機構》 ° 前述接收機構接收前述傳送之第一加速度值及第一角度 相關值的資訊。 & 前述算出機構依據前述接收之第一加速度值及第一角度 相關值，算出前述框體在前述第一方向之第一速度值。 前述座標資訊產生機構產生前述指標依前述算出之第一 速度值而在前述畫面上的座標資訊。 【實施方式】 [發明之效果] 131052.doc 【S3 •20· 1378367 如以上所述，採用本發明可提供一種可將仍在畫面上之 運動作為配合使用者之直覺的自然運動之輸入裝置、控制 裝置、控制系統及控制方法。 [實施例] 以下，參照圖式說明本發明之實施形態。 圖1係顯示本發明一種實施形態之控制系統圖。控制系 統100包含··顯示裝置5、控制裝置40及輸入裝置1。 圖2係顯示輸入裝置丨之立體圖。輸入裝置丨形成使用者 可握持程度之大小。輸入裝置1包含：框體10,設於框體 10上部之如2個按鈕u、12、及旋轉式之滾輪按鈕13等的 操作部。靠近框體10上部中央而設之按鈕11含有如PC使用 之作為輸入器件的滑鼠之左按紐的功能，鄰接於按鈕η之 按紐12含有右按紐之功能。 如亦可進行藉由持續按住按鈕丨丨使輸入裝置1移動，而 「拖曳及放下」；藉由按兩下按鈕^打開檔案之操作；及 藉由滾輪按鈕13執行畫面3之捲動操作。按鈕u、12及滚 輪按鈕13之配置，以及發行之命令的内容等可適宜變更。 圖3係模式顯示輸入裝置1之内部的結構圖。圖4係顯示 輸入裝置1之電性結構的區塊圖。 輸入裝置1包含：感測器單元17、控制單元3〇及電池 14 〇 圖8係顯示感測器單元π之立體圖。 感測器單元17含有檢測沿著彼此不同之角度如正交之 2轴（X軸及Y軸）的加速度之加速度感測器單元“。亦即， 131052.doc -21 · 1378367 加速度感測器單元16包含：χ軸方向之加速度感測器 161(第一加速度感測器或第二加速度感測器）及γ軸方向之 加速度感測器162(第二加速度感測器或第一加速度感測器） 之2個感測器。 此外，感測器單元1 7含有檢測其正交之2軸周圍的角加 速度的角速度感測器單元丨5。亦即，角速度感測器單元i 5 包含：偏轉方向之角速度感測器151及間距方向之角速度 感測器152之2個感測器。此等加速度感測器單元16及角速 度感測器單元15被封裝而搭載於電路基板25上。 偏轉方向、間距方向之角速度感測器151、152使用檢測 與角速度成正比之哥氏力的振動型之回轉感測器。χ轴方 向、Y軸方向之加速度感測器161、162亦可係壓電電阻 型、壓電型、靜電電容型等任何類型之感測器。角速度感 測器151或152不限於振動型回轉感測器，亦可使用旋轉慧 形回轉感測器、雷射環回轉感測器、或是氣體速率回轉感 測器等。 圖2及圖3之說明，權宜上將框體1〇之長度方向作為乙，方 向，將框體10之厚度方向作為X，方向，將框體1〇之寬度方 向作為γ，方向。此時，上述感測器單元17以電路基板25之 搭載加速度感測器單元16及角速度感測器單元〗5的面實質 地平行於X’-Y'平面之方式，而内藏於框體1〇，如上述，兩 感測器單元16、15檢測關於X軸及γ軸之2軸的物理量。此 外，以後之說明中，關於輸入裝置〗之運動，亦有時將X， 軸周圍之旋轉方向稱為間距方向，將Υ,轴方向周圍之旋轉 i3l052.doc •22- [S3 1378367 方向稱為偏轉方向，並將z，軸（轉動轴）之方向周圍的旋轉 方向稱為轉動方向。 控制單元30包含：主機板18、安裝於主機板18上的 MPU19(微處理單元）（或是cpu)、水晶振盪器2〇、傳送機 21及印刷於主機板18上的天線22。 MPU19内藏必要之揮發性及非揮發性記憶體。Mpu 19為 了輸入感測器單元17之檢測訊號及操作部之操作訊號等， 產生依此等輸入訊號之指定的控制訊號，而進行各種運算 處理等。上述記憶體亦可為與MPU19不同之元件而設置。 典型而言’感測器單元17係輸出類比訊號者。此時， MPU19包含A/D(類比/數位）轉換器。但是，感測器單元17 亦可係包含A/D轉換器之單元。 藉由MPU19，或是藉由MPU19及水晶振盪器2〇而構成處 理單元。 傳送機21(傳送機構）將MPU19產生之控制訊號（輸入資 訊）作為RF無線訊號，經由天線22而傳送至控制裝置4〇。 藉由傳送機21及天線22中至少一方構成傳送單元。 水晶振盪器20產生脈衝’並將其供給至mpu 19。電池14 使用乾電池或充電式電池等。 控制裝置40係電腦，且包含：MPU35(或是CPU)、顯示 控制部42、RAM30、ROM37、視頻RAM41、天線39及接 收機38等❶ 接收機38經由天線39而接收從輸入裝置！傳送之控制訊 號。MPU3 5分析其控制訊號，而進行各種運算處理。顯示 I3I052.doc •23· [S] 1378367 控制。P42依MPU35之控制，主要產生顯示於顯示裝置5之 畫面3上用的畫面資料。視頻RAM41為顯示控制部42之作 業區域，暫時儲存所產生之畫面資料。 • 控制裝置40亦可係專用於輸入裝置1之機器，不過亦可 : 為1^等。控制裝置40不限於pC ’亦可為與顯示裝置5成為 體之電腦，亦可為聲頻/視覺機器、投影機遊戲機器 或是汽車導航機器等。 Φ 顯不裝置5如為液晶顯示器、EL(電致發光）顯示器等， 不過不限於此等。或是顯示裝置5亦可為與可接收電視播 放等之顯示器成為一體的裝置。 圖5係顯示顯示於顯示裝置5之晝面3的例圖。在晝面3上 顯不有圖符4及指標2等之m。所謂圖符，係將電腦上之程 式的功能、執行命令或檔案之内容等圖像化於晝面3上 者。另外，將畫面3上之水平方向作為χ轴方向，將垂直方 向作為Y軸方向。為了容易理解以後之說明，只要未特別 • 明不，係說明輸入裝置！操作對象之叨係指標2(亦即游 標）。 圖6係顯示使用者握住輸入裝置丨之情形圖。如圖6所 示輸入裝置1除了上述按鈕11、12、13之外，亦可包含 如設=操作電視等之遙控器上的各種操作按叙及電源開關 等之操作部。如此，在使用者握住輸入裝置丨之狀態下， 藉由使輸入裝置1懸空而移動，或是藉由操作操作部，而 將其輸入資訊輸出至控制裝置4〇，並藉由控制裝置4〇控制 UI 〇 ^ 131052.doc -24- 【S] 1378367 其次，說明輸入裝置1之驅動方式及藉此指標2在晝面3 上之運動的典型例。圖7係其說明圖。 如圖7(A)、（B)所示，在使用者握住輸入裝置1之狀態 下，將配置有輸入裝置1之按鈕U、12之側朝向顯示裝置5 側。使用者以拇指在上小指在下之狀態，也就是在握手之 狀態下握住输入裝置1。在該狀態下，感測器單元17之電 路基板25(參照圖8)對顯示裝置5之畫面3平行地接近，感測 器單元17之檢測轴的2軸，對應於晝面3上之水平軸（χ軸） 及垂直軸（Υ軸）。以下，將此種顯示於圖7(Α)、之輸入 裝置1的姿勢稱為基本姿勢。 以後之說明中，將在地球上靜止的座標系，換言之將慣 性座標系，以X軸、γ軸、ζ軸來表示。另外，將與輸入裝 置1一體地運動之座標系（輸入裝置丨之座標系），以χ,軸、 Υ抽及Ζ1轴來表示。 如圖7(A)所不，在基本姿勢之狀態下，使用者在左右方 向，換s之在偏轉方向振動手指或手臂。此時，X,軸方向 之加速度感測器1 6 1檢測X'軸方向之加速度〜（第一加速度 值或第二加速度值），偏轉方向之角速度感測器151檢測 軸周圍之角速度①*(第一角速度值或第二角速度值）。控制 裝置40依據此等檢測值，以指標2移動於χ軸方向的方式來 控制其指標2之顯示。 另外，如圖7(B)所不，在基本姿勢之狀態下，使用者在 上下方向，換言之在間距方向振動手指或手臂。此時，γ, 軸方向之加速度感測器162檢測γ，軸方向之加速度（第二加 131052.doc •25- 1378367 速度值或第一加速度值），間距方向之角速度感測器152檢 測X·轴周圍之角速度〇^(第二角速度或第一角速度控制 裝置40依據此等檢測值，以指標2移動於γ轴方向的方式來 控制其指標2之顯示。 一種實施形態係輸入裝置1之MPU19按照儲存於内部之 非揮發性記憶體的程式，依據感測器單元17檢測出之各檢 測值’算出X及Y軸方向的速度值，其詳述於後。輸入裝 置1將該速度值傳送至控制裝置4〇。 控制裝置40藉由將每單位時間之χ轴方向的變位變換成 在畫面3上之X轴上的指標2的變位量，並將每單位時間之 Y轴方向的變位變換成在畫面3上之γ軸上的指標2之變位 量，而使指標2移動。 典型而言，控制裝置40之MPU19就指定之各時脈數所供 給之速度值，係在第（η-1)次供給之速度值中加上第n次供 給的速度值。藉此，該第η次供給之速度值相當於指標2之 變位量’而產生指標2在畫面3上之座標資訊。 其他實施形態，係輸入裝置〗將感測器單元17檢測出之 物理量傳送至控制裝置40〇此時，控制裝置4〇之1^1>1；35按 照儲存於ROM3 7之程式，依據接收之輸入資訊算出χ及γ 軸方向的速度值，依該速度值使指標2移動而顯示（參照圖 17 、圖 23) 〇 說明如以上構成之控制系統100的動作。圖丨丨係顯示其 動作之流程圖。圖12係其流程圖中’輸入輸入裝置丨之框 體10的速度值之算出方法的基本構想之說明圖。 131052.doc -26- ί S3 ^/δ367 另外，圖丨1等係藉由角速度感測器單元取得角速度訊號 後，再藉由加速度感測器單元取得加速度訊號之態樣不 過，本發明並非限定於該順序者，亦可為取得加速度訊號 後再取得角速度訊號之態樣，亦可為並列地（同時地）取得 加逮度訊號與角速度訊號之態樣。（以下，在圖17、圖 、圖21、圖23及圖24中同樣） 圖12係從上方觀察如將輸入裝置1向左右方向（偏轉方 向）振動而操作之使用者的圖。如圖12所示，使用者自然 地操作輸入裝置1時，係藉由手腕（或手指）之旋轉、手肘之 旋轉及手臂根部之旋轉中的至少丨個而操作。 具體而言，藉由在手臂根部（肩膀）中心之旋轉（參照圖 13(A))、手肘中心之旋轉（參照圖13(B))、手指（或手腕）中 心之旋轉（參照圖l3(c))的3個旋轉中，進一步施加使用者 身體全體之運動的旋轉運動，而操作輸入裝置丨。換言 之手心手肘及肩膀等成為各個旋轉軸，且各個旋轉軸 依序或同時運動。亦即，輸入裝置1在某個瞬間之旋轉運 動，係合成肩膀、手肘及手指等各旋轉運動而獲得者，如 此合成之旋轉的中心軸之位置於各時間變化，旋轉半徑R 亦各時間變化。 因此，比較輸入裝置1之運動與該肩膀、手肘及手指之 旋轉時，瞭解含有以下所示之12的關係。 1·輸入裝置1之Y，軸周圍的角速度值％，係肩膀旋轉之 角速度、手肘旋轉之角速度、手腕旋轉之角速度及手指旋 轉等之角速度的合成值。 131052.doc •27- (S3 1378367 x即碉膀、手肘及 2.輸入裝置1在X軸

， J /3、J 手指等之角速度分別乘以肩膀與輸入裝置1之Μ 〜雕、手肘 與輸入裝置1之距離及手指與輸入裝置i之距離等之值的人 • 成值。 圖14係顯示利用此種構想算出速度值之方法的原理圖。 ' 該圖14係顯示如使用者在將第一方向作為切線方向之方 向，以指定之角速度驅動輸入裝置丨的瞬間狀態。輸入裝 φ 置1可依據在該瞬間從加速度感測器單元16獲得之第—方 向的加速度值a，與將中心軸c作為中心之輸入裝置丨的角 速度相關值（如角速度值ω)，冑出從中心轴c至輸入裝置^ 之距離的旋轉半徑R。而後，輸入裝置】可依據算出之旋轉 半徑R而算出框體1〇之第一方向的速度值V。 如上述’旋轉之中心軸C的位置及旋轉半徑㈣各時間 變化。此外，上述角速度值①係與上述第一方向正交之第 二方向周圍，換言之係中心軸C周圍之角速度值，且係將 _ 第一方向作為X’轴方向時’典型而言，從設於框體1〇内之 角速度單元15獲得之γ，轴方向關㈣速度值。 署Γ夕體’將c轴周圍之旋轉半徑設為〜⑴時’輸入裝 置1之速度值VefeA·!· ^ X'、中心軸C之方向周園的备技许描 係，由以T八〇·、 Π π固的角迷度值％之關 為γ·軸方向周圍…☆ 速度值、成 距離⑴的值。 φ乘以中心轴c與輸入裝置1之 Ί“)· ％ · · ·⑴。 圖15係從另外觀點顯示圖14所示之速度值的算出方法之 13I052.doc IS] -28- 原理的原理圖。 :慮包含沿著指定方向(如第一方向)之軸 方向作為切線方向而包含輪 將/、第一 # 旋轉時之瞬間中心_ 甘又0又十面D。輸入裝置1推j 第_方^^ 假設平面D之轴（如沿著 弟一方向之軸）周圍的旋轉 百 „ ^ 運動亦即，輸入裝置1在該睡 間中心κ周圍之旋轉運動係 。成使用者之肩膀、手肘及手 才曰等各紅轉運動而獲得者。 σ成之旋轉中心，換言之瞬間中心κ的位置於各時 β變化’包含於其假設平面D之旋轉半徑r亦各時間變 化。 輸入裝置！算出該旋轉半㈣，並依據算出之旋轉半徑r 與垂直於假設平面D之軸周圍的角速度值ω，巾算出輸入 裝置1在第一方向之速度值ν。在此，可將第一方向作為X, 軸方向，將第二方向作為γ,軸方向，該圖15所示之原理 中，亦可藉由上述公式（丨）而求出χι軸方向之速度值 另外’本實施形態係在感測器單元17之電路基板25上一 體地配置加速度感測器單元16及角速度感測器單元15。因 此’在形式上’旋轉半徑R⑴成為從中心軸C至感測器單 元17的距離。但是，在框體1〇内分離而配置加速度感測器 單元16與角速度感測器單元丨5情況下，從中心軸c至配置 輸入裝置1之加速度感測器單元16的部分（以下稱為感測器 配置部）之距離成為旋轉半徑R(t)。. 如公式（1)所示，輸入裝置1之感測器配置部的速度值與 角速度值之關係’為正比常數設為R⑴之正比關係，換言 131052.doc -29· 之為相關關係。 將上述公式（1)變形而獲得公式（2)。 Κφ⑴=νχ/(〇φ · · · (2)。 公式（2)右邊之νχ、％係速度之維數。即使將表示於該公 式（2)右邊之速度值與角速度值分別予以微分，作為加速^ 或加速度之時間變化率的維數，仍不失相關關係。同^ 地，即使將速度值與角速度值分別予以積分，作為變位之 維數’仍不失相關關係。 因此，將表示於公式（2)右邊之速度及角速度分別作為 變位、加速度、加速度之時間變化率的維數，而獲得以下 之公式（3)、（4)、（5)。 Κψ(ΐ)=χ/φ · · · (3) R·⑴=αχΜωφ · · · (4) ^φ(0~Δ3χ/Δ(Δο〇φ) · · · (5) 〇 上述公式（2)、（3)、（4)、（5)令，如專注於公式（4)時，瞭 解加速度值ax與角加速度值已知時，可求出旋轉半徑 R^(t)。如上述，第一加速度感測器161檢測χ，軸方向之加 速度值ax，第一角速度感測器151檢測γ,軸周圍之角速度值 c^。因此，將Y，轴周圍之角速度值％予以微分，而算出γ， 軸周圍之角加速度值時，可求出γ，軸周圍之旋轉半徑 Κφ⑴。 Υ·軸周圍之旋轉半徑R0)已知時，藉由該旋轉半徑r“） 乘以藉由第一角速度感測器151檢測之γ，軸周圍的角速度 值》Φ，而求出輸入裝置1在X，軸方向之速度值ν χ (參照公式 131052.doc •30· 1378367 (l)) °亦即，使用者之套 知轉部位的旋轉量變換成χι轴 方向之線速度值。 如前述，使用者操作輸入裝置時，裝置之旋轉中心成為 合成使用者之各旋轉運動的位置，且成為每時間變化者 (瞬間中外如將肩膀為轴_整個手臂而操作輸入裝置 清況下檢别之角速度成為較小之值。採用本發明，由於 係將旋轉半徑〜⑴與角速度值ωΦ相乘而求出速度值Vx，因 此即使在上述例之情況（將肩膀為轴振動整個手臂而操作 輸入裝置時)’由於旋轉半徑h⑴被檢測為較大之值，社 果可獲得與使用者之操作量相稱的充分之速度值νχβ而 後，鞛由使用該速度值％控制指標2之運自，指標之運動 成為：操作輪入裝置之使用者的直覺一致者。附帶說明， 以先則方式之旋轉中心的輸出值控制指標的方式，在上述 之例的情況下（以肩膀為轴振動整個手臂而操作輸入裝置 時指標之運動不成為充分因應使用者之操作者（不依操 作里而移動）’指標之運動不切合於使用者的感覺，而採 用本發明則可解決該問題。此外，由於亦可將加速度感測 器之輸出值予以積分而求出速度值，因此可抑制發生加迷 度感測器之輸出值的積分誤差，而進行正確之控制。 因此，因為指標2之運動成為對輸入裝置丨之動作的自然 動作，所以使用者對輸入裝置丨之操作性提高。 μ 就該速度值之算出方法，即使於使用者向上下方向(間 距方向）振動而操作輸入裝置〗時亦可適用。 另外，就感測器單元丨7，係將角速度感測器單元b之X, 13I052.doc •31 · 1378367 及γ·抽的檢測軸與加速度感測器單元16之乂，及γ，軸的檢測 軸分別一致之形態作為典型者來說明。換言之，如第一方 向（如X’軸方向）之加速度值^被X,轴檢測用之加速度感測 器161檢測，並藉由與χ，軸正交，含有與加速度感測器162 之檢測軸的Υ’軸方向一致之檢測轴的偏轉方向檢測用之角 速度感測器152檢測角速度值％。 但是，角速度感測器單元15之各檢測轴與加速度感測器 早凡16之各檢測軸亦可無須一致。如將角速度感測器單元 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之檢測軸各個不一致 之方式，在其基板之主面内偏差指定之旋轉角度程度而搭 載角速度感測器單元1 5及加速度感測器單元丨6。此時，藉 由使用三角函數之計算，可獲得各軸之加速度及角速度。 此外，感測器單元丨7之角速度感測器單元15及加速度感 測器單元16的檢測軸，亦可並非如上述X，軸及γ，軸地彼此 正交。此時，#由使用三角函數之計算，可獲得投影於彼 此正交之軸方向的各個加速度。此外，同樣地藉由使用 三角函數之計算，可獲得彼此正交之轴周圍的各個角速 度。 圖16係就輸入裝S之速度值的算出方&，說明其他實施 形態用的原理圖。圖14及圖15係說明依據藉由加速度感測 器及角速度感測器而獲得之檢測值’求出速度值的形態。 但是’圖16所示之方法係依據藉由離開指定距離之⑽加 速度感測器而獲得之檢測值來算出速度值。 I31052.doc -32- 1378367 圖16顯示於輸入裝置之框體内，在使用者手持輸入裝置 而操作之狀態下，於概略成為使用者之手臂延長線的方向 離開指定距離之位置，配置2個檢測第一方向之加速度的 加速度感測器之例。 圖16係設定使用者在第一方向以指定之角速度驅動輸入 裝置的瞬間狀態，而顯示速度值之算出原理的原理圖。 如圖16所示’考慮在各個加速度感測器之設定位置的離 開指定距離L之2個點P1及P2，指定方向（第一方向）之平行 的加速度向量al及a2。而後，考慮與加速度向量&1及32之 方向正交的連結2點P1及P2之直線，將其直線與連結加速 度向量al及a2之頂端的直線之交點設為κ，將該交點κ與 點P 1之距離設為R。 在此種條件下’輸入裝置1係進行將交點κ作為瞬間令心 之旋轉運動，可將瞬間中心κ與點P1之距離視為旋轉半徑 R。此外，可將包含加速度向量&1及&2之平面視為上述之 假設平面D。 由於從該假設平面D内之三角形的相似關係， 〇1丨/11)=(卜2丨/(11-[))成立，因此可求出旋轉半徑11=[/(1_ (|a2|)/|al|))。此外，係將瞬間中心κ作為中心之旋轉的角 加速度Δω叫ai|/R，或是|a2|/(R_L)，亦可求出角加速 度Δω。求出角加速度△(〇時，藉由其積分運算而求出角速 度ω。因此’可從上述公式（丨）求出在點卩丨之速度值 上述计算係瞬間中心〖在Ρ1、Ρ2之延長線上者而求出。 實際上藉由使用者操作輸入裝置1時，瞬間中心κ之位置 131052.doc -33· (S1 1378367 不限於在上述延長線上，不過如上述，因為2個加速度感 測器設置於在使用者手持輸入裝置之狀態下，在概略成為 手孑之延長線的方向離開指定距離之位置，所以誤差為容 ； 許範圍，本實施形態在實用上無問題。 另外，使用檢測與第二方向垂直，且與第一方向不同之 第三方向的加速度之加速度感測器時，即使瞬間中心不在 加速度感測器的延長線上，藉由求出合成向量，當然可求 出更正域之速度值。 另外，在算出輸入裝置1之速度值時，旋轉半徑亦可係 瞬間令心K與點P2之距離（R_L)，而並非距離R。此時，算 出在點P2之速度值Vp2。決定指標2之運動用的輸入裝置j 之速度值，亦可採用上述速度值Vpi及VP?中任何一方之速 度值。或是，亦可為兩速度值Vpi&Vf>2之平均值，或是亦 可為兩者中任何一個大之值（或是小之值），此外亦可採 用藉由依據兩速度值Vpi及Yu之運算值而求出的速度值。 • 參照圖11說明利用以上速度值之算出方法的控制系統 100的動作。圖u如就使用上述公式（4)之情況作說明。 在輸入裝置1中投入電源。如藉由使用者按下設於輸入 裝置1或控制裝置40之電源開關等，而在輸入裝置！中投入 電源。 又 在此，如圖12及圖13所示，使用者係利用肩膀、手肘及 手指等之旋轉中至少丨個來驅動輸入裝置】。如上述，某個 瞬間之輸入裝置丨的旋轉運動係合成肩膀、手肘及手指等 之各旋轉運動而獲得者，如此合成之旋轉的中心轴之位置 131052.doc •34· 丄378367 在各時間變化’旋轉半徑R亦在各時間變化。以後，說明 其瞬間之動作者。 使用者如此驅動輸入裝置1時，從角速度感測器單元15 輸出2軸之角速度訊號。MPU19取得該2軸之角速度訊號的 第一角速度值ωψ及第二角速度值(〇0(步驟1〇1)。 此外’在輸入裝置丨中投入電源時，從加速度感測器單 元16輸出2軸之加速度訊號^ MPU19取得該2軸之加速度訊 號的第一加速度值^及第二加速度值~(步驟1〇2)❶該加速 度值之訊號，係在投入電源之時點對應於輸入裝置1之姿 勢的訊號。 另外，MPU19典型而言係同步進行步驟1〇1及1〇2。 MPU19藉由微分運算在步驟1〇1取得之角速度值（①厂 叫）’作為角度相關值而算出角加速度值（△%、△%)(步驟 103)。微分運算時如使用微分濾波器、高通濾波器。 MPm9使用在步驟102取得之加速度值㈤、^與角加速 度值（Δωφ、Δωθ)，藉由公式（4)、（4，）而分別算出γ,軸周圍 及X·轴周圍’換言之算出瞬間中心周圍之旋轉半徑⑻⑴、 Re⑴)（步驟104)。 ^φ(0= ax/Δωψ · · · (4)

Re⑴=ayMc〇0 · · · (4丨）。 算出旋轉半徑時，MPU19藉由公式⑴、(1，)算出速度值 (Vx、Vy)(步驟 1〇5)。 νχ = Κφ(ί) · ωφ · · · (1 )

Vy == Re(t) · ω0 · · · (1') 〇 I31052.doc •35· 1378367 在此之角速度值（C^、典型而言，係在步驟1〇3作為微 刀運算之對象的角速度值（ωφ、ωβ)。但是，在步驟105使用 之角速度值ωφ亦可係作為其微分運算對象之角速度值的在 時間性近旁由MPU19取得之角速度值。 如此，由於將使用者操作輸入裝置丨時使用者身體之旋 轉部位的旋轉量變換成X軸及γ轴方向的線速度值，因此 可獲得與實際使用者之操作量相稱的充分之線速度值結 果，獲得之速度值與成為使用者之直覺一致者。 MPU1 9從加速度感測器單元丨6在各指定時脈取得（心、 ay)，如可與其同步地算出速度值、γ》。或是，9 亦可數個加速度值（ax、ay)之各抽樣算出i次速度值（νχ、 Vy)。 MPU19藉由傳送機21將算出之速度值（γ〆傳送至控 制裝置40(步驟1〇6)。 控制裝置40之MPU35接收速度值（νχ、、）之資訊（步驟 1〇7)。由於輸入裝置各指定的時脈，換言之各單位時 間傳送速度值（vx、Vy)，因此，控制裝置4()可接收其而取 得各單位時間之乂軸及γ軸方向的變位量。Mpu35按照以 下A式（6)、（7) ’依取得之每單位時間的χ軸及γ軸方向的 良位里，而產生指標2在畫面3上之座標值（X⑴、γ⑴）（步 驟刚）。藉由產生該座標值，Μρυ35以指標2在畫面3上移 動之方式控制顯示（步驟11〇)(座標f訊產生機構）。 X⑴=x(t-i)+vx· · .(6) Y(t)=Y(t-i)+vy · · ·⑺。 J31052.doc * 36 - 1378367 如以上所述，本實施形態之輸入裝置1依據加速度值及 角速度值而算出速度值（Vx、Vy)。典型而言，輸入裝置1 算出圖14所示之中心軸C，或是圖15所示之瞬間中心κ周 圍的旋轉半徑（ΙΙφ(ί)、R0(t))，並依據其旋轉半徑r⑴算出 速度值（Vx、Vy)。如此’因為依據旋轉半徑算出速度值， 所以本貫施形態之輸入裝置1可算出輸入裝置1(之感測器 配置部）正確的線速度。再者，因為輸入裝置1不進行積分 運算’所以亦不產生積分誤差。藉此，以依該速度值之變 位而在晝面3上移動之指標2的運動成為按照使用者之感覺 的自然運動。 另外’可設定將速度感測器之空速管（Pit〇t管）使用於輸 入裝置1 ’不過，因為空速管不適於輸入裝置1，所以使用 加速度感測器單元1 6。 圖π係輸入裝置！進行主要之運算而算出速度值（νχ、

Vy)。圖1 7所示之實施形態係控制裝置4〇進行主要之運 算。 輸入裝置1如將從感測器單元17輸出之2軸的加速度值及 2轴的角速度值作為輸入資訊，而傳送至控制裝置4〇(步驟 2〇3)。控制裝置40之MPU35接收該輸入資訊（步驟2〇4)’而 進行與步驟1〇3〜105、108、109同樣之處理（步驟 205〜209)° 其次，就重力對加速度感測器單元1 6之影響作說明。圖 9及圖10係其說明圖。圖9係在z方向觀察輸入裝置^之圖， 圖10係在X方向觀察輸入裝置1之圖。 131052.doc [S3 •37· 圖9(A)係輸入裝置1採基本姿勢且靜止。此時，第一加 速度感測器161之輪出實質上係〇 ’第二加速度感測器162 之輸出為重力加速度G部分的輸出。但是如圖9(B)所示， 輸入裝置1傾斜於轉動方向之狀態下，第一、第二加速度 感測器1 61、162係檢測重力加速度G之各個傾斜成分的加 速度值。 此時’特別是’儘管輸入裝置1實際上並未在X轴方向移 動’第一加速度感測器161仍檢測X軸方向之加速度。該圖 9(B)所示之狀態’與圖9(c)所示地輸入裝置1在基本姿勢 時’加速度感測器單元16受到以虛線箭頭表示之慣性力

Ix、iy的狀態等價，對加速度感測器單元丨6而言並無區 別。結果加速度感測器單元16判斷為箭頭f所示之左斜下 方向之加速度施加於輸入裝置丨，而輸出與輸入裝置丨實際 運動不同的檢測訊號。且因為重力加速度G始終作用於加 速度感測器單元16，所以積分值增大，使指標2斜下方地 變位之量指數函數性地增大。從圖9(a)轉移狀態至圖9(B) 時，原本晝面3上之指標2不運動，而可說是符合使用者之 直覺的操作。 如從圖10(A)所示之輸入裝置1的基本姿勢之狀態，如圖 10(B)所示地輸入裝置i在間距方向旋轉而傾斜時亦可說 與上述相同。此種情況，由於輸入裝置1在基本姿勢時之 第一加速度感測器162檢測的重力加速度G減少，因此如圖 io(c)所示，輸入裝置i不與上方之γ軸方向的慣性力I作區 別。 131052.doc •38· { S] 1378367 為了儘量減少以上之重力對加速度感測器單元16的影 響，此外，為了減少使用者驅動輸入裝置〗時發生之加速 度的慣性成分(以下稱為移動慣性成分)，控制系統ι〇〇執行 圖19所不之處理。圖19係就使用公式⑺之例作說明。_ 係實現該控制系統100之動作用的輸入裝置丨之功能性的區 塊圖。 如圖18所不，高通濾波器45使來自感測器單元17之檢測 訊號中的高頻檢測訊號通㊣，而使低頻之檢測訊號衰減。 該高通濾波器45只要含有高通特性之濾波器，任何均可使 用’不過典型而言，係使用微分渡波器。以後之說明係高 通遽波器4 5作為微分;慮波器4 5作說明。 低通濾波器47使藉由控制部46所運算之訊號中的指定頻 率成分之低頻訊號通過，而使高頻訊號衰減。此外，記憶 體（記憶機構）48係控制部46實施各種運算處理時需要之揮 發性及非揮發性記憶體。該高通濾波器45、控制部邾、低 通濾波器47及記憶體48如係MPU19含有之功能。此等功能 不限於MPU19，亦可藉由DSP(數位訊號處理器）、 FPGA(場可程式化閘極陣列;)等來實現。 在輸入裝置1中投入電源，MPU19取得角速度值（ωφ、 ωθ)(步驟401) ’並取得加速度值（ax、ay)(步驟4〇2)。 輸入裝置1之MPU19就各指定時脈數取得來自加速度感 測器單元16之加速度訊號（ax、ay)，藉由使微分濾波器45 通過，進行該加速度訊號之微分運算。藉由該微分運算而 算出加速度之變化率（△、、Aay)。 I31052.doc -39- { S] 1378367 步驟403如後述，係為了減輕重力之影響，亦即為了從 加速度值除去重力加速度在X·及Y'軸方向的成分之訊號之 一定值或低頻成分的訊號，此外為了利用公式（5)而執行。 同樣地，MPU19從角速度感測器單元15取得就各指定時脈 數供給之角速度訊號（ωφ、ω0)，藉由使微分濾波器45通 過’進行2階之微分運鼻’來异出角加速度之時間變化率 (△(△ωφ)、Δ(Δω0))(步驟 404)。 异出角加速度變化率（Δ(Δωφ)、△(△Μ))之理由，與上述 實施形態同樣地’係為了在步驟406及412中求出旋轉半徑 ⑻⑴、Re(t))。 在步驟403中算出加速度變化率（△、、之理由，如上 述係基於以下的2個理由。1個與上述實施形態同樣地，係 為了在步驟406及412中求出旋轉半徑（R+(t)、r0⑴）。 第2個理由如圖9及圖10之說明，係為了減低重力對加速 度感測器單元】6之影響。因此，使用者向偏轉方向或是間 距方向操作輸入裝置丨時，加速度感測器單元16輸出之加 速度值係重力加速度在X轴及γ軸方向之成分值（以下稱為 傾斜成分之加速度值），與藉由使用者在輸入裝置〗上施加 力而發生之慣性力I的加速度值之合成值。 圖20係用於說明其之圖，且係顯示使用者向間距方向操 作輸入裝置1時之輸入裝置丨的動作與各個加速度值之關係 圖另外使用者係從抬起手臂之狀態，藉由將手臂向下 擺動而向間距方向操作輸入裝置1。 圖2〇(A)係不考慮因使用者操作輸入裝置1而發生之慣性 I31052.doc 1378367 力I的加速度值aix，而比較輸入裝置丨之傾斜與傾斜成分之 加速度值agx的關係圖。圖20(B)係不考慮傾斜成分之加速 度值agx，而顯示使用者向下擺動手臂時發生之輸入裝置】 的慣性力I之加速度值aix之圖。此外，_(c)係顯示輸入 裝置1輸出之加速度值〜、傾斜成分之加速度值〜及慣性 力I之加速度值aix的關係圖。

在此，比較圖20(A)與圖20(B)時，傾斜成分之加速度值 agx變化的比率’比慣性力！之加速度值〜變化之比率小。 實際上，傾斜成分之加速度值^的變化率多為慣性力丁之 加速度值aix的變化率之1/1〇程度。可以說，使用者向偏轉 方向操作輸入裝置1時亦係同樣者。 從此瞭解輸入裝置〖之傾斜成分之加速度值與輸入裳 置1之慣性力I之加速度值ajx，其訊號之頻率成分不同。 為了分離該頻率成分不同之加速度值，減輕重力之影 響，MPU19微分運算來自加速度感測器之加速度訊號，而 算出加速度變化率（Δ&χ、△&)。 ，詳細說明時，係在步驟4〇3中，各個頻率成分不同之加 速度值的訊號通過微分濾波器而作為加速度之變化率的訊 號。因為該微分壚波器含有高通特性’所以比截止頻率大 之頻率的加速度值之訊號，換言之慣性力！之加速度值^ 的訊號通過微分據波器。另夕卜，比截止頻率小之頻率的加Χ 速度之訊號，換t\ 。之彳員斜成为之加速度值agx的訊號被衰

減。如此，減輕$小—人& L 项•丰主^包含重力加速度之成分值的低頻成分 對加速度感測器單元16的影響。 131052.doc /OJO / 果算出旋轉半控叫⑴、Re⑴）時不反映因輸入裝 置1之姿勢變化而發生的傾斜成分之加速度值a〆因此， 依據該旋轉羊徑(_鳴⑴)而算出之速度值，亦不受因 ，入裝置1之姿勢變化而發生的傾斜成分之加速度值agx的 影響》藉此’減輕因輸入裝们之姿勢變化發生之重 影響。 另外，上述截止頻率考慮輸入裝置1之傾斜成分之加速 度值agX的頻率及輸入裝置1之慣性力I之加速度值aix的頻率 2適宜設定。此外，該截止頻率亦可考慮因加速度感測器 早/0 16之溫度漂移產生之低頻成分*Dc偏壓值來設定。 換言之’所謂至少包含重力加速度之成分值的低頻成分， 除了重力加速度之成分值之外，有時亦包含如因溫度漂移 而產生之低頻成分或DC偏壓成分的情況。 算出角加速度變化率（△(△%)、△(△%))時，Mpui9判定 γ’抽周圍之角加速度變化率的絕對值丨△(△%)丨是否超過臨 限值Thl(步驟405)。 如此進行臨限值判定，係因藉由角速度值Μ。〇〇6)之2階 微分運算而算出角加速度變化率（△(△%)、△(△%))。換言 之，角速度值（ωφ、coe)中產生雜訊時，高頻之雜訊藉由2階 之微分運算而擴大，係在擴大高頻雜訊之狀態下算出角加 速度變化率。結果，依據角加速度變化率而算出之旋轉半 徑（ΙΙφ(ί)、Re(t))及依據該旋轉半徑而算出之速度值、 Vy)受到雜訊影響，而無法算出正確之旋轉半徑及速度 值。特別是，角加速度變化率之絕對值（丨△(“_)丨、 131052.doc -42- { S3 1378367 |Δ(Δωβ)|)愈小，雜訊對旋轉半徑及速度值之訊號的影響相 對地增大》 為了減輕該雜訊之影響，MPU19於角加速度變化率 (△(△%)、△(△〜)）比臨限值Thl大時，依據該角加速度變化 率算出旋轉半徑（步驟406)，更新該旋轉半徑，並記憶於記 憶體48後（步驟4〇8)，依據旋轉半徑算出速度值（步驟 410)。 另外，角加速度變化率小於臨限值時，換言之，雜訊之 影響大時，不使用小於該臨限值之小的角加速度變化率， 而依據在步驟409中於前次所記憶之旋轉半徑算出速度 值。藉此，可減輕雜訊對速度值之影響。人體動作之特徵 上’因為旋轉半徑不致急遽地變化，所以可說是有效之機 構β 此外’旋轉半徑之訊號（R(Kt)、Re(t))通過低通濾波器 47(步驟407)。藉此，可進一步減輕高頻雜訊之影響。低通 濾波器47雖然使訊號之延遲發生，不過因為旋轉半徑不致 急遽地變化，所以，如此減輕雜訊之影響亦係有效之機 構。 低通;慮波器47之截止頻率’如上述，因為藉由在步驟 404進行之運算，而可能發生高頻之雜訊，所以適宜設定 成可衰減或除去其雜訊的頻率。此外，低通濾波器以旋 轉半徑之訊號通過時應答延遲為最小的方式作設計。 同樣地，MPU19判定X'轴周圍之角加速度的變化率之絕 對值丨6(^000)1是否超過臨限值Thl(步驟411)，超過臨限值情 131052.doc -43 - [S] 況下（步驟411為YES)，使用該角加速度之變化率算出χ軸 周圍的旋轉半徑尺0(〇(步驟412)。該旋轉半徑之訊號 通過低通濾波器47後（步驟413)，記憶於記憶體48(步驟 414)。小於臨限值Thl情況下（步驟411為NO)，讀取記憶於 記憶體48之旋轉半徑Re(t)(步驟415)，並依據該旋轉半徑 Re(t)算出Y'枯方向之速度值Vy(步驟116)。 另外’本實施形態就偏轉方向及間距方向兩方向，係將 臨限值作為相同值Thl，不過亦可使用在兩方向不同之臨 限值。 就圖11所示之處理係使用公式（4) ’而顯示於圖19之處理 係使用公式（5)之形態作說明。但是，為了算出旋轉半徑， 亦可使用上述公式（2)或（3)。因此’亦可算出變位與角度 之比、速度與角速度之比、或是加速度與角加速度之比， 作為旋轉半徑。 圖2 1係顯示控制系統1 〇〇之又另外實施形態的動作之流 程圖。本實施形態顯示使用公式（4)，進行角加速度值 (△ωφ、Δω0)的臨限值判定之例。 MPU19進行來自角速度感測器單元15之角速度值（ϋΗ、 ωθ)的微分運算’而算出角加速度值（△%、Δωθ)(步驟 503)。步驟504及510係臨限值判定該角加速度值（Δωψ、 △ coe)。MPU19於此等角加速度值（Δωφ、ΔωΟ比臨限值Thl 大時，算出旋轉半徑（以⑴、Re(t))(步驟505及511)，更新 算出之旋轉半徑（R/t)、R0(t))並記憶於記憶體48(步驟507 及513)。而後，MPU19依據此等記憶之旋轉半徑算出速度 131052.doc -44· [S] 1378367 值（步驟509及515)。 另外’角加速度值（△…、△(^)小於臨限值Thl時，換言 之’雜訊之影響大時，不使用小於該臨限值Thl之小的角 加速度值，而在步驟5〇8及514中，依據前次所記憶之旋轉 半徑算出速度值。 圖21中’由於其他詳細内容與圖U及圖19同樣，因此省 略說明。 如圖21所示，以加速度之維數算出旋轉半徑（以⑴、 R0(t))時’可照樣使用從加速度感測器單元16輸出之加速 度值（ax、ay)來算出旋轉半徑。就角加速度值广Δ(〇θ)之 算出’亦可藉由將來自角速度感測器丨5之角速度值（ωφ、 ωθ)實施1階之微分運算而算出。因此，可減少算出旋轉半 徑刚之計算量，結果可減少輸入裝置j之耗電。其就圖i工 之處理亦同樣。 與圖17所示之處理的旨趣同樣地，控制裝置4〇亦可執行 圖21所示之步驟5〇3〜515的處理。 圖22係在不同之條件下，分別模擬輸入裝置1算出之速 度值與輸入裝置1之感測器配置部的實際速度而圖形化之 圖。圖22中，實線表示輸入裝置磷出之速度值虛線表 示輸入裝置1之感測器配置部的實際迷度。 圖22(A)係顯示如並無因步驟4〇4之微分運算的雜訊（以 下簡稱為雜訊）之影響，亦無因輸入裝置丨之傾斜的重力之 影響時的模擬圖。旋轉半徑（RA)、Re⑴）作為加速度值與 角加速度值之比，而不使用角速度之臨限值判定及低通遽 131052.doc ·45· • [S] 1378367 波器47。 如圖22⑷所示，無雜訊亦無因輸入裝置！傾斜之重力的 影響情況下，各個圖形一较。介B , 圆办致亦即，在無雜訊及重力的影 響情況下，輸入裝置1可|屮齡λ # 』异出翰入裝置1之實際速度作為速 度值。 圖22(B)係顯示雖有雜訊之影響，不過並無因輸入裝置^ 之傾斜的重力之影響時的模擬圖。旋轉半徑⑻⑴鳴⑴) 作為加速度值與角加速度值之比，而不使用角加速度之臨 限值判定及低通濾波器47。 如圖22(B)所示’角加速度值之訊號中發生雜訊時，輸 入裝置1算出之速度值大為混亂。此因，角加速度中發生 雜訊時’依據角加速度而算出之旋轉半徑⑻⑴、〜⑴)及 依據該旋轉半徑而算出之速度值（Vx、V》受到雜訊的影 響。 ’不過並無因輸入裝置1 。旋轉半徑（RA)、Re⑴) 而使用角加速度之臨限 圖22(C)係顯示雖有雜訊之影響 之傾斜的重力之影響時的模擬圖 作為加速度值與角加速度值之比， 值判定及低通濾波器47。 如圖22(C)所示，藉由臨限值判定及低通濾波器，而減 少至雜訊之影響可忽略的程度。 另外，輸入裝置1算出之速度值，係比輸入裝置1實際速 度慢地算出。此因旋轉半徑之訊號通過低通濾波器以時， 產生應答延遲。為了減輕該延遲之影響，低通濾波器47以 旋轉半徑之訊號通過時應答延遲為最小之方式作設計。 131052.doc -46 - [S] 1378367 圖22(D)係顯示雜訊之影響及因輸入裝置1傾斜之重力的 影響均產生時的模擬圖。旋轉半徑（R/t)'心⑴）作為加速 度值與角加速度值之比，而使用角加速度之臨限值判定及 低通濾波器47。 另外，設定圖20所示之從使用者抬起手臂之狀態向下擺 動手臂，而向間距方向操作輸入裝置丨，加速度感測器單 元16受到重力影響之情況。 如此’從使用者抬起手臂之狀態，向下擺動手臂而操作 輸入裝置1時，加速度感測器單元〗6除了慣性力I之加速度 值aix之外’還檢測傾斜成分之加速度值agx。因為該傾斜成 分之加速度值agx作為多餘之加速度被檢測，所以輸入裝置 1算出之速度值比實際之速度大。因此，如圖22(D)所示， 輸入裝置1算出之速度值的圖形比實際速度之圖形向上移 位〇 另外’如從使用者下降手臂之狀態向上擺動手臂而操作 輸入裝置時，輸入裝置1算出之速度值的圖形比實際速度 之圖形向下移位（無圖示）。 圖22(E)係顯示雜訊之影響及因輸入裝置1傾斜之重力的 影響均產生時的模擬圖。旋轉半徑（R#)、R0(t))作為加速 度值之變化率與角加速度值之變化率之比，而使用角加速 度之臨限值判定及低通濾波器47。此外，設定使用者從抬 起手臂之狀態向下擺動手臂，而向間距方向操作輸入裝置 1的情況。 如圖22(E)所示’輸入裝置1算出之速度值的圖形與實際 131052.doc -47- 1378367

之速度圖形概格一致《>丨士田，松P 此因紅轉丰徑、Re(t))作為 加速度值之變化率與角加速度值之變化率之比，作為多餘 之加速度被檢測之傾斜成分之加速度值〜的訊號藉由微分 濾波器45而衰減。 圖23係顯力上述其他實施形態之動作的流程圖。該流程 圖所示之處理係將圖丨9之全部處理，與圖17所示之處理同 樣地，由控制裝置40進行主要之計算。亦即，輸入裝置t 將從感測器單tl 17輸出之2軸的加速度訊號及2軸之角速度 訊號，作為輸入資訊而傳送至控制裝置4〇。控制裝置4〇之 MPU35在步驟305〜318中，執行圖19所示之步驟4〇3〜416。 由於詳細内容與圖11同樣，因此省略說明。 其次’就本發明之又另外實施形態作說明。 本實施形態係利用回歸直線之傾斜算出旋轉半徑。如上 述’旋轉半徑係加速度變化率與角加速度變化率之比。本 實施形態為了算出該加速度變化率與角加速度變化率之 比，而利用回歸直線之傾斜。 圖24係顯示本實施形態之控制系統的動作之流程圖。另 外，主要說明與圖1 9之流程圖不同之處。 MPU19將從加速度感測器單元丨6及角速度感測器單元15 就各指定之時脈數而供給的加速度值（ax、ay)及角速度值 (ωΦ、（〇e)分別予以i階微分及2階微分，而算出加速度變化 率（Aa,、△〜）及角加速度變化率（△(△%)、△(△%))(步驟 601〜604) ^該加速度變化率（△〜、△〜）及角加速度變化率 (Δ(Δωφ)、△(△〇〇0))之11次部分的履歷如記憶於記憶體48，並 131052.doc -48· 1378367 藉由以下之公式（8)、（9)而算出回歸直線之傾斜（A,、 AO(步驟605)。該回歸直線之傾斜係加速度變化率與角加 速度變化率之比，換言之係旋轉半徑（R/t)、R0(t))。另 外，作為參考’而將回歸直線之切片（Βι、B2)的算出方法 顯示於公式（1〇)、（11)。

Ai=Re⑴=[{Σ(Δ(Δο^))2 · Σ(Ό2}-{ΣΔ(Δω$) · ΣΔ(Δα^) · Aayj}]/ [η · Σ(Δ(Δωθϋ))2-{ΣΔ(Δωθ])}2] · · · (8) Α2-Κφ(〇=[{Σ(Δ(Δω^))2 · I(Aaxj)2}-{IA(AW^) · ΣΔ(Δω^) · Aaxj}]/ [η · Σ(Δ(Δωφ]))2.{ΣΔ(Δωφ])}2] ---(9) Β,=[{η - ΣΔ(Δωθ]) · Aayj}-{ZA(AWej) · IAayj}]/[n · Σ(Δ(Δω^))2-(ΣΔ(Δωθ])}2] . . . (ΐ〇) Β2=[{η - ΣΔ(Δω^) · ΔΕχ]}-{ΣΔ(Δωφ^) · IAaxj}]/[n · Σ(Δ(Δω^))2-. {ΣΔ(Δωφ^}2] . . .(11) 上述公式（8)〜（U)中之η表示加速度值（△、、Δ~)及角加 速度變化率（Δ(Δωφ)、△(△〜)）之抽樣數。該抽樣數〇以運算 誤差為最小之方式而適宜設定。 算出旋轉半徑時，依據旋轉半徑算出速度值，並以指標 2依該速度值之變位量而在晝面3上移動之方式控制心 (步驟祕〜㈣卜另外，亦可藉由將旋轉半徑之訊號或是

速度值之訊號施加於低通錢器47咸輕高頻 Z 響。 βΤΙ <衫 本實施形態藉由算出回歸直線之傾斜作為旋轉半經，。 算出更正確之旋轉半徑及速度值％、、）。因此；: 不於晝面3上之指標2的運動，成為更自然之運動。 131052.doc • 49· 1378367 以上之說明，係就以加速度變化率之維數算出回歸直線 的傾斜之方法作說明。但是，不限於此，如公式（2)、（3) 或（4)所示，亦可以變位、速度、加速度之維數算出回歸直 線之傾斜。 與圖17所示之處理的旨趣同樣地，控制裝置4〇2Mpu35 亦可執行步驟603〜步驟606。 其次，就為了導出上述旋轉半徑R⑴而需要之感測器及 其計算方法作說明。 圖25係顯示幾個其感測器之組合型式之例的表。感測器 組合之型式，代表性地考慮7種型式^以下之7種型式中， 加速度感測器如有壓電電阻型、壓電型、靜電電容型、或 疋液體加熱之氣泡型等。角速度感測器（回轉感測器）如有 振動型、旋轉慧形型、雷射型或是氣體速率型等。 [型式Π 型式1係檢測加速度之機構使用1軸之加速度感測器，取 得角速度用之機構使用1轴之回轉感測器的型式。此時， 輸入裝置之運動變換成指標2在晝面3上僅作直線（一維）之 運動。應用僅直線之運動之例，如指標之運動被拘束在直 線上時，或是如藉由GUI之音量調整（不限於音量，而為所 有GUI之位準調整）等。 型式1中，典型而言，使用X，軸方向之加速度感測器及 Y1軸周圍之回轉感測器。或是，使用γ，軸方向之加速度感 測器及X'軸周圍之回轉感測器。 或是，加速度感測器之檢測方向的轴與回轉感測器的軸 131052.doc -50- IS1 1378367 不正交，亦可使用三角函數藉由運算而求出彼此正交之方 向的加速度成分值及/或角速度成分值。此就下述之型式 2〜7亦同樣。 [型式2] 型式2係圖8所示之典型例，且係檢測加速度之機構使用 2軸之加速度感測器，取得角速度用之機構使用2轴之角速 度感測器的型式。就型式2由於已在上述實施形態中說 明，因此，在此省略說明。 [型式3] 型式3係檢測加速度之機構使用1軸之加速度感測器，取 得角速度用之機構使用2軸之加速度感測器的型式。此 時’不使用回轉感測器’而使用作為檢測角速度之機構所 使用之2軸加速度感測器中的1軸之加速度感測器，作為檢 測加速度之機構。此外’此時，僅檢測輸入裝置在間距方 向之運動，與型式1同樣地，輸入裝置之運動變換成指標2 在畫面3上僅直線之運動。 圖26係顯示關於型式3之感測器單元的圖。搭載於該感 測器單元517之電路基板128的2軸加速度感測器（加速度感 測器單元）11 6檢測Z’及Y'轴方向的加速度。使用者從基本 姿勢將輸入裝置傾斜於間距方向時，如圖27所示，檢測z, 及Y軸方向之重力加速度的成分值。因此，X’軸周圍之角 度（間距角Θ)藉由公式（12)求出作為角度相關值。 B=arctan(az/ay) · · · (12) MPU19藉由1階之微分運算該間距角^可算出間距方向之 131052.doc 1378367 角速度值ω0。因此，MPU19可從依據¥，軸方向之加速度值 ~及間距方向之角速度值叫的旋轉半徑Re⑴，算出γ軸方 向之速度值Vy。 由於型式3之優點係硬體結構單純，因此可實現低成本 化。此外，因為可求出間距角θ之絕對角度，所以可解決 如藉由角速度感測器檢測角速度時，溫度漂移之低頻成分 或DC偏壓混入檢測訊號的問題。 [型式4] 型式4係檢測加速度之機構使用2軸之加速度感測器，取 得角速度用之機構使用1軸之回轉感測器及上述2軸之加速 度感測器的型式。 圖28係顯示關於型式4之感測器單元的圖。該感測器單 元之硬體結構由X，、Y，及Z’軸方向的3軸之加速度感測器 (加速度感測器單元）2 16，與Υ'軸周圍之1軸的回轉感測器 115而構成。 輸入裝置之X軸方向的速度值\從依據3軸加速度感測 器216中之X’軸方向的加速度感測器與回轉感測器η 5的旋 轉半徑R/t)而算出。輸入裝置之γ軸方向的速度值Vy使用3 抽加速度感測器21 6中之Y·及Z·軸方向的加速度感測器， 而與型式3同樣地算出。 由於型式4之優點係由廉價之3軸加速度感測器2丨6及！軸 回轉感測器115而構成’因此可實現低成本化。 [型式5] 型式5係檢測加速度之機構如使用相同軸之2個加速度感 131052.doc 52· [S] 1378367 測器，取得角速度用之機構亦同樣地使用相同軸之2個加 速度感測器的型式。 圖29係顯示關於型式5之感測器單元的圖。如設有檢測 X'轴方向之加速度的1軸加速度感測器221及222 ^在此， 為了方便說明’在1軸加速度感測器222中，以χ"、Y"及Z" 軸表示固定之正交座標系。此等X，軸與χ"軸的方向相同， Υ轴與γ"軸之方向相同，此外，ζ’轴與ζ”軸之方向相同。

2個1軸加速度感測器221及222分離距離[程度，並配置 於須求出之旋轉半徑R0)上❶此時，輸入裝置之運動變換 成指標2在晝面3上之僅直線的運動（如χ軸方向）。丨軸加速 度感測器221及222的檢測轴，亦可分別係γ，及γ"轴。

該型式5中，旋轉半徑R及角速度值ω，藉由在圖16說明 之原理而求出。如上述’從將假設平面〇内包含之瞬間中 心Κ作為i個頂點的三角形之相似關係，（丨^丨仅户 (|ax2|/(R-L))成立’因此可求出旋轉半徑r = (|ax2|/|axl|))。此外’將瞬間中心尺作為中心之偏轉方向的 角加速度Δωφ=μχ1|/Ιΐ，或是△(〇疒丨ax2|/(R_L)，亦可求出角 加速度Δωφ。求出角加速度Δωφ時，藉由其積分運算而求出 角速度ωφ。因此，可從上述公式（1)求出在點卩丨之速度值。 另外，即使藉由2個1轴加速度感須j器之距離二除以2個加 速度之差仍可求出偏轉方向之角加速度值（γι轴周圍之 角加速度值）Δωφ，作為角度相關值。⑽⑽可藉由積分運 算其角加速度值Δω<^算出角速度值％。此外，卿啊 131052.doc '53' [ S] 1378367 藉由微分運算其角加速度值，而算出角加速度變化率 △ (Δωφ) ° 由於型式5之優點為依據2個加速度值之差分求出ωφ、 △ωφ、△(△(〇〇，因此可除去重力之影響。此外，由於僅由 廉價之1軸加速度感測器221及222而構成，因此可實現低 成本化。 另外，型式5之2個1軸加速度感測器221及222亦可不配 置於須求出之旋轉半徑RA)的直線上。亦即，如圖3〇所 不’ 2個1軸加速度感測器221及222的距離R1亦可不在旋轉 半徑R上。此時，1轴加速度感測器22 i及222對中心軸之配 置角度α、β已知時，可獲得角加速度值及其積分運算 之角逮度值ωφ。藉由求出距離R1之對沿著旋轉半徑r的直 線上之投影距離R2，及加速度感測器222之向量a2對平行 於加速度感測器221之向量ai之線的投影向量a2,，藉由 △ωφ=〇1|-|&2|)/Ι12 ’而獲得角加速度值0求出加速度值 lall(或是|a2|)、距離R2及角速度值ωφ時，可從圖16說明之 原理求出旋轉半徑R。 [型式6] 型式6係除了 X’及X”軸方向之外，亦將上述型式5應用於 Υ及Υ"軸方向的型式。亦即如圖31所示，2轴之加速度感 測ι§ (加速度感測器單元）223及224分離距離[，程度而配 置。藉此，輸入裝置之運動變換成指標2在畫面3上之乂軸 及Υ轴方向的平面（二維）運動。 由於型式6之優點使用廉價之2軸加速度感測器223及 131052.doc -54- [S3 1378367 224，因此可實現低成本化。 此外，如圖32所示，將輸入裝置在2，軸周圍傾斜時可 從下述公式（13)或（14)求出轉動角φ。 卜_如(〜〜）· · .（13)，或是^_an(ax2/ay2)· . ·(14) 藉由求出轉動角φ ,可藉由公式（15)、⑽之旋轉行列的 座標變換求出修正速度值（Vxi、ν/)，並可除去傾斜產生 之重力的影響。

Vx’=c〇s<J) . Vx-sin<|) · Vy · · · (15) Vy'=sin(j).Vx+cos(i).Vy...(i6) 求出轉動角φ，並藉由旋轉行列之座標變換求出修正速 度值（Vx'、Vy’），亦可應用在上述第二、型式4或是下述之 型式7。 [型式7] 型式7之檢測加速度的機構係使用2軸之加速度感測器， 取得角速度用之機構係使用3軸之地磁感測器。 圖33係顯示關於型式7之感測器單元的圖。2軸之加速度 感測器（加速度感測器單元）16檢測χι及Y，軸方向的加速 度，3轴之地磁感測器226檢測γ，軸周圍之角度（偏轉角> 及X'軸周圍的角度（間距角）θ。Mpul 9藉由分別微分運算偏 轉角Φ及間距角Θ，可算出各個角速度值（％、叫）。藉此， 可從旋轉半徑（R«t»(t)、Re(t))算出X及Υ軸方向之速度值 (Vx、Vy)。 或是’在型式7中，亦可取代2軸之加速度感測器16，而 使用亦包含Z轴之3轴的加速度感測器。此時，由於可藉 131052.doc [S] -55· 1378367 由3軸加速度感測器檢測重力方向（換言之，絕對之垂直方 向）’因此’可從地磁對其重力方向之向量方向檢測輸入 裝置之絕對角度（方位）。 [其他之型式] 其他之型式有檢測加速度之機構係使用2轴（X，及γ，軸）的 加速度感測器，檢測角速度之機構係使用i — R，或X，軸周 圍）之回轉感測器的型式。或是，有檢測加速度之機構係 籲 使用1軸（X'或γ|轴）的加速度感測器，檢測角速度之機構係 使用2轴（Υ·及X·轴周圍）的回轉感測器的型式。 其次’就感測器單元17在框體10内之配置或固定方法的 實施形態作說明。 圖34係顯示本發明一種實施形態之感測器單元17的配置 及固疋方法的立體圖。圖35係圖34所示之感測器單元17及 框體1 0等的剖面圖。 如圖34所示，如輸入裝置1在基本姿勢（參照圖7(Α)、 • (Β))之狀態下，以並列於X軸方向之方式分別配置角速度 感測器單元15及加速度感測器單元16。感測器單元6ι 7以 突出於框體10内之方式，在一邊保持之狀態下，連接於設 - 於框體10之内面的突出部101)。典型而言，係經由設於 感測器單元61 7之電路基板25(第二基板）的孔25b，藉由螺 絲、插銷或其他連接構件102,而在一邊保持於突出^i〇b 之狀態下固定感測器單元617。係一邊保持時，亦可使用 數個螺絲、插銷等。 搭載mPU19等之運算處理單元的主機板18(第一基板）(參 131052.doc [S3 -56- 1378367 照圖3) ’實質地配置於Ζ_χ平面内，換言之 。。„ 係以與感測 器早元617之電路基板25垂直之方式而配置。主機板a與 電路基板25藉由軟式導線ιοί而電性連接。軟式導線"I如 ： 有由FFC(軟式扁平電纜）、FPC(軟式印刷電路）構成之線 '等。 — 如此，與如在1個基板上搭載MPU19'角迷度感測器單 元15及加速度感測器單元16之情況比較，可比其1個美板 鲁 之尺寸’縮小感測器單元617之電路基板25的尺寸β電路 基板25之尺寸小時，其部分的剛性高，可抑制因施加於電 路基板25之機械性的應力而發生翹曲，或是在輸入裝置i 運動時，因起作用於電路基板25之慣性力而發生輕曲。所 謂發生於電珞基板25之翹曲，係指電路基板25之弯曲，或 是撓曲等之變形。此因發生此等翹曲時，可能角速度感測 器單元1 5及加速度感測器單元16之檢測值中混入雜訊，而 檢測值不佳。 • 此外，由於主機板18及電路基板25為不同元件，因此， 此等在框體10内之配置自由度提高。此外，由於主機板18 及電路基板為不同元件，因此可以包含搭載於主機板18之 傳送機21及天線22中至少一方的傳送單元與電路基板25遠 離之方式配置兩者。藉此，可防止其傳送單元發生之傳送 用電波’或疋經由其傳送單元而侵入之外部電磁波雜訊對 感測器單元6 1 7產生不良影響。 本實施形態藉由電路基板25在一邊保持狀態下連接於框 體1 〇，比在電路基板25之兩側（兩邊保持狀態下）連接於框 131052.doc -57- [S] 體10的情况，可減低施加於電路基板2 5之應力。此外，採 用此種結構時，即使使用者強力握住框體1〇而框體1〇變形 時，仍可極力避免其變形之力傳導至電路基板25。結果， 可抑制電路基板25發生翹曲。 本實施形態由於電路基板25及主機板18係藉由軟式導線 101而連接’因此，即使主機板18藉由應力而翹曲，其力 仍不致傳導至電路基板25。 此外’本實施形態在電路基板25之周緣部25a與框體之 内面l〇a之間形成有游隙1〇3 ^藉此，即使使用者握住框體 10而框體10變形’仍可避免其力傳導至電路基板25» 以下’亦有時將角速度感測器單元丨5及加速度感測器單 元16中之至少一方稱為感測器類的情況。 圖36(A)係顯示本發明其他實施形態之感測器單元的前 視圖。圖36(B)係其感測器單元117之剖面圖，圖36(C)係其 後視圖。 感測器單元117係在電路基板125之第一面125a上搭載加 速度感測器單元16 ’在其相反側之第二面125b上搭載角速 度感測器單元15。此外’在電路基板之一側形成有藉由連 接構件102之連接用孔125c。 如此’比角速度感測器單元15及加速度感測器單元16兩 者設於電路基板125之一面的情況，可縮小電路基板125之 尺寸。結果可提南電路基板125之剛性。 此外，採用此種結構時，抵銷因周圍環境之溫度變化或 是感測器類發生之熱產生的翹曲，且係因基板及感測器類 131052.doc •58· 1378367 (主要為感測器類之封裝材料）之熱膨脹係數的差而造成的 翹曲》此外，由於其熱從電路基板125之兩面傳達至電路 基板125，因此傳達之熱性平衡均一，而抑制電路基板丨25 因熱膨脹造成之變形。特別是角速度感測器單元15與加速 度感測器單元16之各中心在與電路基板125之主面垂直的 方向一致時，電路基板125之變形最小。 圖3 7(A)〜(C)係顯示又另外實施形態之電路基板圖。在 電路基板225之第一面225a上搭載有MPU19 ' A/D轉換器 104及加速度感測器單元16。在第一面225a相反側之第二 面225b上搭載有角速度感測器單元丨5。此時，a/d轉換器 104亦可内藏於MPU19。 本實施形態藉由將進行類比處理之A/D轉換器104搭載於 電路基板225 ’可避免從感測器類供給至MPU1 9之微小輸 出訊號被外部之電磁波雜訊等入侵的情況。 另外，將A/D轉換器内藏於MPU19之情況，其MPU19亦 可搭載於第一面225a或是第二面225b。此時，亦可以感測 器類及MPU19(A/D轉換器104或無圖示之記憶體等）（以下 稱為處理單元類），其重量之平衡均一的方式，而將感測 器類及處理單元類配置於第一面225a及第二面225b。 圖38(A)〜(C)係顯示又另外實施形態之感測器單元圖》 在該感測器單元317之電路基板325的第一面325a上搭載有 加速度感測器單元16及A/D轉換器104。在第二面325b上搭 載有角速度感測器單元15。此時，MPU19搭載於主機板 1 8。即使藉由此種結構，仍可減少從感測器類供給至 131052.doc -59- [S] 1378367 MPU19之微小輸出訊號被外部之電磁波雜訊等入侵 处 性。 此 圖39顯示藉由電磁屏蔽構件105而覆蓋圖36及圖37所示 之感測器單元117的形態。電磁屏蔽構件1〇5藉由連接構件 102或焊錫等如連接於感測器單元117之接地部。電磁屏蔽 構件105之材料為導電性之構件，如有鋁、鍍錫鐵皮、導 電性樹脂等’不過不限於此等。 採用此種結構時，可防止如包含搭載於主機板18之傳送 機21及天線22中至少一方的傳送單元發生之傳送用電波， 或是外部電磁波之雜訊對感測器類造成不良影響。所謂對 感測器類之不良影響如有DC偏壓之變動等。 另外’電磁屏蔽構件105亦可係僅覆蓋第一面125a之形 態，僅覆蓋加速度感測器單元丨6之形態，僅覆蓋第二面 125b之形態’或是僅覆蓋角速度感測器單元15之形態。 電磁屏蔽構件1〇5不限於圖36及圖37所示之感測器單元 117，亦可適用於圖34及圖35所示之感測器單元η?、圖 37(A)〜（C)所示之電路基板225 ,或是圖38(A)〜(c)所示之電 路基板325。或是，電磁屏蔽構件105亦可適用於下述圖4〇 及圖41所示之形態。 圖40係顯示又另外實施形態之感測器單元的前視圖。圖 W係其感測器單元及框體的剖面圖。 本實施形態之電路基板425在兩側含有連接用之孔 425c在其兩側之2處’藉由連接構件1〇2而連接於框體之 突出部110&及110b。突出部110a及110b亦可分離成上下2 131052.doc •60· [ 1378367 個而設置’亦可包含框體uo之内面全周，換言之，包含 電路基板425之周緣部的全周而形成。典型而言，連結2個 孔425c之中心的直線係通過感測器單元217之重心，不過2 個孔42 5c之位置不限於其配置。 此外，本實施形態之連接構件1〇2係經由彈性體1〇6而連 接電路基板425及框體1〇。典型而言’彈性體ι〇6係橡膠 製、樹脂製之塾片。該彈性體1〇6之塾片，典型而言係使 用形成厚度為〇_3〜1 mm，外徑為3〜8 mm，内徑為1〜5 mm 者，不過不限於此等尺寸。 在此’所謂彈性體，係指亦包含凝膠或黏性體。橡膠材 料如有 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)、丁基 橡膠、丁腈橡膠等，不過不限於此等。 本實施形態提高電路基板425對框體110之剛性（框體110 與電路基板425之一體性）。因此，抑制輸入裝置旋轉時因 電路基板425之力矩造成電路基板425之翹曲。此外，如 此’即使在2處將電路基板425固定於框體110，仍可藉由 彈性體1 06吸收其固定時施加於電路基板425的應力。或 是，於使用者強力握住框體110而框體110變形時，彈性體 106可吸收其變形。 此外，由於彈性體106亦有緩和干擾加速度之作用，因 此亦可獲得耐撞擊性提高之附屬性效果。 電路基板425不僅在2處，亦可在3處以上連接於框體 110。 另外，本實施形態係說明將角速度感測器單元1 5與加速 131052.doc • 61 · [S] 1378367 度感測器單元16分別搭載於電路基板425之第一面425a及 第二面425b的形態。但是，圖34及圖35所示之電路基板 25、圖37(A)〜（C)所示之電路基板225或是圖38(A)〜（c)所示 之電路基板325亦可至少在2處連接於框體11〇。 或是圖3 4及圖35所示之電路基板25的連接構件1〇2，亦 可經由上述彈性體1〇6而在1處連接於框體1〇。此就圖36及 圖37所示之電路基板125、圖37(A)〜(c)所示之電路基板 225或是圖38(A)〜(C)所示之電路基板325亦同樣。 圖42係顯示又另外實施形態之感測器單元及主機板的 圖。 感測器單元71 7與主機板ι8藉由電性連接此等2個基板用 之導線而固定。亦即，感測器單元71 7之電路基板525利用 導線1 09而在一邊保持狀態下連接於主機板丨8。該導線！ 〇9 使用含有適切之剛性的導線。所謂含有適切之剛性的導線 109，如使用鍍錫線、銅線、鈦等，不過不限於此等。或 是亦可取代導線1 09 ’而使用柔軟之捻線等導線，其導線 以含有剛性之樹脂模塑。 如此由於感測器單元717連接於框體，因此感測器單元 717不受使用者強力握住框體而產生之框體變形的影響。 本實施形態之感測器單元717的電路基板525之厚度形成 比主機板1 8厚。藉此，可提高電路基板525之剛性。典型 而言’電路基板525之厚度係丨.2 mm，而主機板18之厚度 係0‘8 mm ’不過不限於此等之值。 在主機板18之一端部（第一端部）18a上連接電路基板 131052.doc -62 - [S] 1378367 525 ’在從電路基板525遠離之側的相反側之另一端部（第 二端部）18b上，配置有包含傳送機21及天線22中至少一方 的傳送單元107 »亦即’傳送單元1〇7配置於從感測器單元 717極力遠離之位置。藉此，可防止傳送單元1〇7發生之傳 送用電波’或是經由其傳送單元1〇7而侵入之外部電磁波 雜訊對感測器單元71 7的不良影響。 在圖42說明之特徵中，電路基板725比主機板18厚，此 外’傳送單元107配置於主機板18之另一端部的特徵， 亦可適用於上述圖34〜圖41之各種實施形態。 圖43係顯示又另外實施形態之感測器單元的前視圖。 感測器單元417之電路基板126除了通過實現感測器單元 417對框體（在圖43中省略圖示）之一邊保持狀態用的連接構 件1〇2(在圖43中省略圖示）之孔126a之外，還含有另外之開 口 126b。開口 126b形成於孔126a與角速度感測器單元15等 感測器類之間。該例係在該電路基板126之無圖示的背面 侧’且在角速度感測器單元15之相反側的位置配置加速度 感測器單元16。 感測器單元41 7在經由孔126a而藉由連接構件1〇2連接於 框體的狀態下，藉由輸入裝置運動，而在電路基板126上 施加慣性力之應力。藉由設置開〇126b，可極力避免其應 力從電路基板126之連接構件102的連接側傳導至配置感測 器類之側。此外，藉由設置開口 126b，與在與電路基板 相同尺寸之電路基板上未形成開口 126b之情況比較， 電路基板126之重量輕。其部分可抑制上述慣性力。 I31052.doc -63- 1378367 開口 126b之形狀係形成圓弧狀，不過不限於該形狀如 ^所示之電路基板127之開Dl27b所示，亦可橫長地形 、。除此之外，考慮各種形狀，其開口數量亦可為數個。 : 圖43(或圖44)所示之形成開口 126b(或127b)的特徵，可 •，用於在圖34、圖35、圖37〜圖42中說明之各種實施形 。如圖41所示，就感測器單元217在數處（亦包含3處以 上）連接於框體110之形態，適用形成開口之特徵時，配置 φ % 口之形態考慮下述者。如係在連接構件102通過之上部 孔425c與感測器類之間，及連接構件丨〇2通過之下部孔 425c與感測器類之間的至少一方形成開口之形態。 另外，圖43及圖44所示之電路基板126及127的上部，係 配合框體内面之形狀而形成曲線狀，不過其形狀不拘/、 圖45係顯不組合圖34〜圖44中數個特徵之形態圖。 在框體时，被電磁屏蔽構件1〇5覆蓋之感測器單元317 在一邊保持狀態下藉由連接構件1〇2而連接。在連接構件 • 1〇2與電路基板325(或是電磁屏蔽構件105)之間設有彈性體 106。感測器單元3 17如係圖38(A)〜(〇所示者。 在主機板18上搭載MPU19及傳送單元1〇7，傳送單元1〇7 配置於從感測n單元317遠離之側的端部18b。主機板_ 感測器單元3 17之電路基板325藉由軟式導線ι〇ι而電性連 接《此外，在電路基板325對框體1〇之連接部分與感測器 類之間’形成有抑制應力之傳達的開口 325〇。 另外，在圖45所示之形態中，係考慮並無電磁屏蔽構件 1〇5之形態，或是並無彈性體106。或是，考慮取代感測器 131052.doc • 64 · 1378367 單元317，而使用圖36及圖37所示之感測器單元117的形 態。 以上’在圖34〜圖44中說明之感測器單元中，亦可取代 角速度感測器單元15而使用圖28中說明之1軸的角速度感 測器。或是’亦可取代加速度感測器單元〗6，而使用在圖 27、圖30、圖33等說明之1軸或3軸的加速度感測器。或是 亦可將圖33說明之磁性感測器226包含於圖34〜圖44說明之 感測器單元中。 圖47係顯禾如將圖29所示之2個1轴加速度感測器221及 222搭載於共同之電路基板22〇的感測器之形態立體圖。2 個1轴加速度感測器22 1及222分別安裝於專用之支撐基板 221A及222A，並經由此等支撐基板221A及222A而搭載於 電路基板220上。2個1軸加速度感測器221及222分離距離L 程度。此時’輸入裝置之運動變換成指標2在畫面3上僅直 線之運動（如在X轴方向）。1轴加速度感測器221及222之檢 測轴亦可係Y’軸。 圖48係另外實施形態之輸入裝置8〇0的重要部分剖面 圖。在框體10之内部形成有收容部8〇1，其係收容搭載了 角速度感測器單元1 5及加速度感測器單元16之感測器模組 817。該感測器模組817在作為支撐基板之主機板18上經 由作為連接機構之軟式佈線基板826而電性且機械性連 接。 收容部801可收容感測器模組817之全體，且在收容感測 器模組817時，在感測器模組817與收容部8〇1之内壁面之 131052.doc [S] •65- 1378367 間’以形成一定以上之間隔的大小而形成。本實施形態 中，收容部801被立設於框體1〇之内壁的數個肋條802及 803劃分。在此等肋條802及803之間形成有對收容部801之 内部編入感測器模組817用的開口 805。另外，圖48中，在 肋條803之上端部形成有支撐軟式佈線基板826之曲折部 804 〇 在收容部801之内部配置有缓衝材料830。緩衝材料830 除了防止作用於框體10之外力（撞擊、應力等）傳達至感測 器模組8 1 7之外，還吸收產生於框體1 〇之畸變，防止感測 器模組817之變形。另外，在緩衝材料830中分別設有收容 感測器模組817之各感測器單元15及16的開口（退出 部）83 0A及830B。緩衝材料830可使用氨基曱酸乙酯樹脂等 的泡沫橡膠或海綿、玻璃纖維等。 採用本實施形態，可藉由緩衝材料830或軟式佈線基板 826有效地吸收作用於框體1〇或主機板18之外力，抑制上 述外力傳達至感測器模組817。藉此，因為感測器模組817 恰似在框體10内部浮遊之狀態，所以排除來自外部之影 響，而可穩定地實施加速度檢測及角速度檢測。 另外’圖48所示之感測器模組817的結構僅係一例，該 感測器模組817亦可採用在上述各種實施形態中說明的感 測器模組之結構。 其次，就本發明其他實施形態之感測器模組作說明。 如在用於圖1〜圖8所示之控制系統100的感測器模組j 7 中’來自角速度感測器單元15及加速度感測器單元16之類 131052.doc •66- m 1378367 比輸出訊號經由無圖示之A/D轉換器而輸入MPU19。為了 採取干擾雜訊對策’而在感測器單幻5，16之輸出中施加 DC(直流）偏壓電位。DC偏壓值依感測器單元之靈敏度特 性或内藏其之機器的電特性等而適宜設定。典型而言， DC偏壓值設定成感測器單元之輸出電壓收在A/D轉換器可 處理之電壓範圍内的值。 但是，有時依使用之感測器的種類，在對共同基板安裝 前後，感測器之輸出特性變動。此外，感測器之輸出特性 亦依感測器之動作環境（溫度等）而變動。將此時之具體例 顯示於圖49(A)。圖49(A)顯示感測器之輸出電壓的波形例 與A/D轉換後之電壓的波形例。該例係將感測器之^^偏壓 值設為2 V,將輸出範圍設為士〇8 v，將A/D轉換器之輸入 範圍設定為0〜2.4 V(中心值為1.2 V)。 圖49(A)所示之例的情況，A/D轉換後被數位化之電壓訊 號於+側與-側不對稱。因而，產生無法活用來自感測器 之輸出的問題。例如使用於指示器件時，如向右側之動作 時追隨至向速’不過向左侧之動作時無法追隨。 為了解決該問題，藉由減少感測器之範圍（例如將感測 器輸出範圍從±G.8 少成进4 v)，可將感測器輸出收在 A/D轉換器可處理之電壓範圍，防止a/d轉換後之電壓訊 號不對稱化。但是，因為A/D變換之分解度減少至1/2，而 無法獲得充分之解像度，所以不適合。 因此，本實施形態係藉由以感測器之輸出電壓收在A/D 轉換器可處理電壓範圍内之方式，控制感測器之〇(：偏壓 131052.doc i S] -67- 值，來解決上述問題。具體而言，以感測器之輸出範圍配 合所設定之㈣轉換器的基準值(輪入範圍之中心值)之方 式’來調整施加於感測器之Dc偏壓值。另外，與上述之 例相反地’亦可以將A，D轉換器之輸入範圍的中心值配合 感測器之DC偏壓值的方式作調整。 圖49(B)顯$包含圖50所示之電路結構的感⑽器模組之 感測器輸出波形與A/D轉換後之電壓波形。該例係將感測 器之DC偏壓值配合a/d轉換器之輸入範圍的中心值（12 v)。另外，感測器之輸出範圍係±〇 8 v，A/D轉換器之輸 入範圍係0〜2.4 V。 如以上所述，藉由進行DC偏壓值之調整，可進行包含 感測器單元及A/D轉換器之訊號檢測系統的動態範圍之最 大化。此外，由於可調整輸出偏壓值之偏差，因此，可最 大限度確保輸入訊號與輸出波形之對象性，而取得人之感 覺與游標之運動的相關性❶再者，藉由將DC偏壓值調整 成任意位準（A/D轉換器之基準電壓（偏壓值）），可實施感測 器輸出之校準。再者，亦可限制投入電源時之游標的運 動。 其次’就將感測器之DC偏壓值配合A/D轉換器之輸入範 圍中心值的具體電路結構作說明。 圖50(A)所示之電路結構含有：感測器單元（加速度感測 器單元及/或角速度感測器單元）之驅動IC9〇i，對該驅動 IC901施加DC偏壓電位之偏壓電路（施加機構）911，及内藏 於驅動IC901之運算放大器（調整機構）912。運算放大器912 i31052.doc -68- { S1 1378367 依據驅動1C之輸出電壓，以驅動IC901之輸出電壓收在後 階之A/D轉換器可處理電壓範圍的方式，調整對驅動IC9〇1 施加之DC偏壓值。調整點如係a/D轉換器之輸入範圍的中 心值。該結構特別適合於以含有增益調整用之輸入端子 9 13之驅動IC901構成感測器單元的情況。 圖50(B)所示之電路結構含有：感測器單元（加速度感測 器單元及/或角速度感測器單元）之驅動IC9〇2，對該驅動 IC902施加DC偏壓電位之偏壓電路（施加機構）921，及構成 於驅動IC901之外部的運算放大器（調整機構）922。運算放 大器912依據驅動1C之輸出電壓，以驅動IC901之輸出電壓 收在後階之A/D轉換器可處理電壓範圍的方式，調整對驅 動IC901施加之DC偏壓值。調整點如係A/D轉換器之輸入 範圍的中心值。 圖5 0 ( C )所示之電路結構含有：感測器單元（加速度感測 器單元及/或角速度感測器單元）之驅動IC903，及對該驅動 IC903調整DC偏壓電位而施加之調整單元（施加機構、調整 機構）918。該調整單元918含有：將驅動IC903之類比輸出 訊號變換成敫位訊號之A/D轉換器914 ;比較轉換後之數位 輸出訊號的DC中心值，與A/D轉換器914之輸入範圍中心 值（設定值）的比較器915;算出以比較器915獲得之差分的 修正值之運算器916;及D/A變換以運算器916運算之修正 值，而對驅動1C之增益調整用輸入端子91 3輸入的D/A轉換 器 917。 輸入裝置在運動停止狀態時，依經由A/D轉換器913而向 13I052,doc -69- [S] 1378367 MPU(相當於圖3中之MPU19,以下相同）輸入之輸入裝置 的移動量之值’須成為基準值（如相當於之值），不過， 實際上因溫度漂移之影響而並非零。此時，經由D/a轉換 ； 器輸出藉由比較器915與運算器916所產生之修正電壓，並 . 將其重疊於感測器輸出時，在某個時點，來自a/D變換器 914之值成為基準。亦即，經由來自A/D轉換器32之值成為 基準值時的D/A轉換器91 7而輸出之值成為漂移之修正值， ^ 以後’可藉由施加該修正值而消除漂移之影響。 另外’除了圖50(A)〜(C)所示之電路結構之外，亦可適 用其他電路。概略作說明如下，預先將輸出之偏壓值與 A/D轉換器之基準值的差分儲存至EEpR〇M等之非揮發性 記憶體，讀取其而製作DC偏壓值之修正值。此外，預先 測定感測器之温度漂移，將其係數儲存於EEpR〇M等時， 只須追加熱敏電阻等溫度檢測零件，即可進行包含溫度漂 移之修正。 • 以上說明之控制系統不限於上述各種實施形態，還可有 各種變形。 亦可取代檢測角速度值之角速度感測器單元1 5，而如上 述地使用地磁感測器226等之角度感測器。此時，合併角 度感測器檢測之角度值，與加速度感測器檢測之加速度值 的維數异出旋轉半徑。如藉由3階微分運算角度值，並1階 微二運算加速度值’算出角加速度之變化率與加速度之變 率並算出該角加速度之變化率與加速度變化率之比 為旋轉半徑。 131052.doc [S】 -70- 1378367 另外，亦可由CCD感測器或CMOS感測器等之影像感測 裔構成加速度感測器單元1 6及角速度感測器單元丨5中之至 少一方。 - 在圖11、19、21或23所示之流程圖中，亦可輸入裝置i 及控制裝置40彼此實施通訊，而控制裝置40進行輸入裝置 - 1之處理的一部分，亦可輸入裝置1進行控制裝置4〇之處理 的一部分。 ^ 上述各種實施形態之輸入裝置，係顯示以無線將輸入資 訊傳送至控制裝置的形態，不過，亦可藉由有線傳送輸入 資訊。 上述各種實施形態係將依輸入裝置之運動而在晝面上運 動的4曰:2作為箭頭之圖像來表示。但是，指標2之圖像不 限於箭頭，亦可為單純之圓形、方形等，亦可為字元圖像 或是其他圖像。 【圖式簡單說明】 φ 圖1係顯示本發明一種實施形態之控制系統圖。 圖2係顯示輸入裝置之立體圖。 • 圖3係模式顯示輸入裝置之内部結構圖。 圖4係顯示輸入裝置之電性結構的區塊圖。 圖5係顯示顯示於顯示裝置之畫面的例圖。 圖ό係顯示使用者握住輸入裝置1之情形圖。 圖7(Α)、（Β)係輸入裝置之驅動方法及指標藉此在畫面 上運動之典型例的說明圖。 圖8係顯示感測器單元之立體圖。 131052.doc -71 - { S3 1378367

圖9(A)-(C)係重力對加速度感測器單元之影響的說明 圖。 圖10(AHC)係重力對加速度感測器單元之影響的其他說 明圖。 圖11係顯示控制系統之動作的流程圖。 圖12係旋轉半徑之說明圖，且係從上方觀察向左右方向 (偏轉方向）振動輸入裝置而操作之使用者的圖。 圖13(A)-(C)係更具體說明圖12所示之使用者的操作之 圖。 圖14係顯示速度值之算出方法的原理圖。 圖15係從另外觀點顯示圖14所示之速度值的算出方法之 原理的原理圖。 圖16係就輸人裝置之速度值的算出方法，說明其他實施 形態用之原理圖。 圖！7係顯示控制裝置進行主要之運算時對應於_之動 作的流程圖。 圖18係實現圖19所示之動作用沾仏壯 1心助作用的輸入裝置之功能性區塊 圖。 圖⑼系顯示控制系統之其他實施形態的動作之流程圖。 圖尋HO係顯示使用者向間距方向操作輸入裝置時， 輸入裝置之動作與各個加速度值之關係圖。 圖21係顯示控制系統 圖。 另外實施形態的動作之流程 圖22(Α)·⑻係在不同條件下，分別模擬輸人裝置算出之 131052. doc -72- 、：、輪入裝置之感測器配置部的實際速度予以圖形化 之圖。 u 圖23係顯示將圖19之全部處理班岡17ώί__ |來枝興圏17所不之處理同檨 控制裝置進行要 %彳丁 土女< °Τ舁時的控制系統之動作流程 圖0 圖24係顯示利用回歸直線時之控制系統的動作流程圖。 圖25係顯示數個為了導出旋轉半徑而需要之感測器的組 合之型式例的表。 圖26係顯示圖25之型式3的感測器單元之立體圖。 圖係顯示在型式3中X'軸周圍之角度（間距角0)的算出 原理圖。 圖28係顯示圖25之型式4的感測器單元之立體圖。 圖29係顯示圖25之型式5的感測器單元之立體圖。 圖3〇係顯示圖29所示之感測器單元的變形例圖。 圖31係顯示圖25之型式6的感測器單元之立體圖。 圖32係顯示在型式6中輸入裝置在ζ,軸周圍傾斜時之轉 動角φ的算出原理圖。 圖33係顯示在圖25中型式7的感測器單元之立體圖。 圖34係顯示本發明一種實施形態之感測器單元的配置及 固定方法之立體圖。 圖35係圖34所示之感測器單元及框體等的剖面圖。 圖36(A)-(c)係顯示其他實施形態之感測器單元的前視 圖。且係顯示將加速度感測器單元與角速度感測器單元分 別配置於電路基板之表面及背面的形態圖。 131052.doc •73· 圖37(A)-(C)係顯示又另外實施形態之感測器單元的圖， 且係顯示除了感測器類之外’ A/D轉換器及Mpu亦搭載於 電路基板之形態圖。 圖8(A) (C)係顯不又另外實施形態之感測器單元的圖， 且係顯示除了感測器類之外，A/D轉換器亦搭載於電路基 板之形態圖。 圖39係顯示又另外實施形態之感測器單元的剖面圖且 顯示圖邮圖37所示之感測器單元藉由電磁 蓋的形態。 復 圖⑽係顯示又另外實施形態之感測器單㈣前視圖，且 顯示在2處以上’感測II單^連接於框體的形態圖。 圖4 1係圖4G所示之感測器單元及框體的剖面圖。 圖圖42係顯示又另外實施形態之感測器單元及主機板的 =43係、料又另外實施形態之感測器單元的前視圖 係顯示在電路基板上設置開口之形態圖。 且 圖44係顯禾與圖43所示之形態比較開 形態圖。 $狀不同的 圖45係顯示組合圖34〜圖44中數個特徵之形熊圖。 圖4 6係顯示其他實施形態之輸入裝置的楔 示筆型之輪入裝置圖。 ，且係顯 圖47係顯示圖29所示之型式5的感測器 形態的立體圖。 之另外實施 圖料係其他實施形態之輸入裝置的重要部分剖面圖。 J3l052.doc •74- 1378367 圖49(A)、（B)係顯示將感測器輸出予以A/D轉換後之數 位訊號的波形圖。 圖50(A)-(C)係顯示可調整感測器之DC偏壓值的數個電 路結構例圖。 【主要元件符號說明】

Vx ' Vy 速度值 ωφ ' ωθ 角速度值 加速度值 Δωφ ' Δωθ 角加速度值 Aax ' Aay 加速度變化率 Δ(Δωφ) ' Δ(Δωθ) 角加速度變化率 R(t>⑴、Re⑴ 旋轉半徑 Thl 臨限值 X(t) ' Y(t) 座標值 1、51、6卜 71、81 501 、輸入裝置 2 指標（UI) 3 畫面 10 、 50 、 60 、 70 80、110、510 、框體 15 、 115 角速度感測器單元 16、116、216、221 222、223、224 、加速度感測器單元 17、117、217、317 、感測器單元 131052.doc -75· [S] 1378367

417、517、617 18 主機板 19'35 MPU 21 傳送機 25、125、126、127、 電路基板 225、325、425、 525 ' 625 40 控制裝置 45 尚通滤波45 46 控制部 47 低通濾波器 48 記憶體 100 控制系統 101 導線 102 連接構件 103 游隙 104 A/D轉換器 105 電磁屏蔽構件 106 彈性體 107 傳送單元 151 偏轉方向之角速度感測器 152 間距方向之角速度感測器 161 X'軸方向之加速度感測器 162 Y·軸方向之加速度感測器 131052.doc -76- t S3 1378367 226 地磁感測器 518 主機板

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Claims (1)

1378367 第097135216號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(101年7月） 1. 2. 3. 4. 年月日修正本 、申請專利範 一種輸入裝置，係包含： 框體； 加速度檢剛部，其係檢測前述框體之第一方向 弟—加速度值； 2 —角度相關值檢測部，其係檢測關於前述框體之與 則述第一方向不同之第二 、 第一方向的軸周圍角度之值，即第 一角度相關值；及 一機構，其係依據前述檢測出之第-加速度值及第 角度相關值’算出前述框體在前述 度值。 乐疋 =求^之輸人裝置’其中前述算出機構依據前述檢 加速度值及第-角度相關值，算出前述框體 :述第—方向之軸周圍的從各時間位置變化而旋轉之 第-中心袖至前述加速度檢測部的距離即旋轉半徑，並 =從前述第一角度相關值獲得之第一角速度值及前述 "'出之旋轉半徑，算出前述第一速度值。 ㈣未項2之輸人裝置，其t前述算出機構算出前述第 :力:速度值之時間變化率即加速度變化率，依據前述檢 測出之第-角度相關值，算出前述第二方向之轴周園的 角加速度之時間變化率即角加速度變化率，並算出前述 异出之加逮度變化率與角加速度變化率之比，述 旋轉半徑。 · 如請求項2之輸入裝置，其中前述算出機構依據前述檢 131052-1010720.doc 1378367 :出之第一角度相關值算出角加速度值，並算出前述第 Γ加速度值與前述角加速度值之比，作為前述旋轉半 裡。 「 5. 6. 如請求項3之輸入裝置，其中進一步包含： 、叫機#其係5己憶作為前述加速度變化率與前述角 加逮度變化率之比而算出的前述旋轉半徑； 判定機構’其係判定前述角加速度變化率是否比臨限 值大；及. 更新機構’其係於前述角加速度變化率比前述臨限值 大時’更新前述記憶之前述旋轉半徑； 前述算出機構於前述角加速度變化率比前述臨限值小 時’將記憶於前述記憶機構之前述旋轉半徑乘以前述第 一角速度值，而算出前述第一速度值。 如請求項4之輪入裝置，其中進_步包含： …記憶機構，其係、記憶作為前述前述第-加速度值與前 述角加速度值之比而算出的前述旋轉半徑； 判定機構，里将刹佘‘、Α . ，、係判疋刖述角加速度值是否比臨限值 大；及 更新機其係於前述角加速度值比前述臨限值大 時，更新前it記憶之前述旋轉半徑； 前述算出機構於前述角加速度值比前述臨限值小時’ 將5己憶於心記憶機構之前述旋轉半徑乘以前述第-角 速度值，而算出前述第一迷度值。 如^求項2之輪人裝置’其中前述算出機構依據前述檢 131052-1010720.doc 1378367 d出之第一角度相關值，算出前述第二方向之軸周圍的 角加速度之時間變化率即角加速度變化率，從前述第一 加速度值算出除去了低頻成分之值，該低頻成份至少包 3起作用於前述第一加速度檢測部之重力加速度的前述 第方向之成分值，並算出除去了前述低頻成分之值的 時間變化率即加速度變化率’並算出前述所算出之加速 度變化率與前述角加速度變化率之比，作為前述旋轉半 徑。 8_如π求項2之輸人裝置’其中進—步包含使前述旋轉半 徑之訊號的指定頻帶成分通過的低通濾波器。 9. 如請求項2之輪入裝置，其中前述算出機構依據前述檢 出之第角度相關值鼻出角加速度值，並算出.前述第 一加速度值與前述角加速度值之回歸直線的傾斜，作為 前述旋轉半徑。· 10. 如請求項2之輸入t置，其中前述算出機構算出前述第 一加速度值之時間變化率即加速度變化率，並依據前述 檢測出之第一角度相關值，算出前述第二方向之軸周圍 的角加速度之時間變化率即角加速度變化率，並算出前 述所算出之加速度變化率與角加速度變化率之回歸直線 的傾斜，作為前述旋轉半徑。 u·如請求項1之輸入裝置，其中進—步包含： 第二加速度檢測部，其係檢測前述框體在前述第二方 向之第二加速度值；及 第二角度相關值檢測部，其係檢測關於前述第一方向 131052-lGl0720.doc uo/ 之軸周圍的角度之值’即第二角度相闕值； 前述算出機構依據前述檢測出之第二加速度值及第二 角度相關值，算出前述框體在前述第二方向 值。 又 m請求項n之輸入裝置，其中前述算出機構依據前述檢 :出之第一加速度值及第二角度相關值，算出前述框體 在：述第-方向之轴周圍的從各時間位置變化之旋轉中 心軸至前述第二加速度檢測部的距離即第二旋轉半徑， =從前述第二角度相關值獲得之第二角速度值及前 述二出之第二旋轉半徑，算出前述第二速度值。 13.如請求項〗〗之輸入裝置， 測π，m斗 其中進—步包含第三加速度檢 兩者不门檢測前述框體之與前述第-及前述第二方向 兩者不同的第三方向之第三加速度。 14·如請求項1之輸入裝置，其 部含有角速度感測器，其係檢二：角度相關值檢測. 的角速度。 “系檢測刚述第二方向之轴周圍 15.如凊求項丨之輸入裝置， 部檢測前述框體之前述第：：=-角度相關值檢測 %如請求-之輪入裝置:圍之角度值。 元，复传逸―#山 ，、中前述异出機構含有處理單 〜订异出前述第一速度值用之運算處理， 前述輪入裝置進—步包含：之運舁處理， ::板’其係搭载前述處理單元；及 17‘如請求-之輸入部。 、Τ進一步包含連接機構，其 131052-1010720.doc 1378367 係在一邊保持狀態下’將前述第_ 乐一基板連接於前述框體 或前述第一基板》 % is.如請求項16之輸入裝置，其中進一步包含： 彈性體；及 連結構件，其係經由前述彈性體而將前述第二基 結於前述框體。 19.如請求項17之輸入裝置’其中前述連接機構含有導線， 其係電性連接前述第一基板與前述第二基板。 2二請求項16之輸入裝置，其中前述第一角度相關值檢測 4含有第-角速度感測器’其係檢測前述框體之前述第 一角速度值，（ 前述第二基板含有： 第一面，其係搭載前述第一加速度檢測部；及 第面，其係6又於與前述第一面相反側，搭載前述第 角速度感測器。 A如請^16之輸人裝置，其中進一步包含連接機構，其 係將别述第二基板之至少2處連接於前述框體。 22. 如咕求項16之輸入裝置，其中前述第二基板含有周緣 ^在别述周緣部與前述框體之内面之間設有游隙 (clearance) ° 23. 如g奢求項1之輪入哄里 頡之輸入裝置，其中進一步包含電磁屏蔽構 件’其係至少覆蓋前述第-加速度檢測部。 24·如請求項1之輸入裝置，其中進-步包含·· 傳送單疋’其係傳送前述第-速度值之資訊； I31052-I010720.doc -5- 第H 述傳送單元，·及 第—基板，其係搭裁前述第 25.如請求項24之輸入裝置1 加^度檢測部。 元，其係進行算出前述第二冑述算出機構含有處理單 前述處理單元與都、度值用之運鼻處理， 乂-㈣方：載於前迷第二基板。 —加速度， 輸入裝置之框體在第一方向的第 檢測關於前述樞體之與 的轴周圍角度之值，即C向不同之第二方向 依據則述檢測出之第一加速 — 而算出前述框體在前述第；角度相關值， 27. 一種輸入裝置，係藉 ^第一速度值》 而輸入操作資訊，且包^者在空間内移動輸入裝置， 距離算出機構，其係算出 假設平面内，從瞬間中心至前述第一方向之轴的 速度算出機Μ # 輸入裝置的距離；及 疋一出機構，其係依據前述 假設平面内之前述睡pqdj 之距離，與在前述 相關之值即角度相關值.，算出“輪^ 度 方向之速度值。 裝置在剛述第一 28.如請求項27之輸入裝置，其 測部，其係檢測前述輪入裝置在前二==檢 值， 4罘方向之加速度 前述距離算出機構依據前述 值，笪ψ你a、+、< 疋及值及刖达角度相關 —間中心至前述第-加.迷度檢测部= 131052-1010720.doc 離’作為前述距離。 29 2ί:27之輸公裝置，其中前述距離算出機構依據在 汗^疋距離之2處的在前述假設平面内之前述第一方 向的加速度值，算出前述距離。 3〇. Γ種控制裝置，其係依從輸入裝置傳送之資訊，控制顯 不於畫面之指標的顯示，前述輸入裝置包含.：框體；第 加速度檢測部，其係檢測前述框體在第一方向之第一 加速度值；第一角度相關值檢測部，其係檢測前述框體 關於與前述第一方向不同之第二方向的軸周圍角度之值 即第-角度相關值；及傳送機構’其係傳送前述第一加 速度值及前述第-角度相關值的前述資訊；且包含： 接收機構，其係接收前述傳送之第一加速度值及第一 角度相關值的資訊； 算出機構，其係依據前述接收之第一加速度值及第一 角度相關值，算出前述框體在前述第一方向之第一速度 值；及 & 座標資訊產生機構’其係產生前述指標在前述畫面上 之對應前述算出之第一速度值的座標資訊。 3 1. —種控制系統，係包含： . 輸入裝置’其係含有： 框體； 第加速度檢測部，其係檢測前述框體在第一方向之 第一加速度值； 第一角度相關值檢測部，並#w丄 1 ，、係檢測前述框體關於與前 I3l052-I010720.doc 述第-方向不同之第二方向的軸 角度相關值； 目角度之值，即第一 —算出機構，其係依據前述檢测出之第一加速度 -角度相關值’算出前述框體在 度值；及 门之弟一速 傳送機構’其係傳送前述算出 I异出之第-速度值的資訊；及 控制裝置，其係含有： 久 接收機構，其係接收前述傳送之第一速度值的資 座標資訊產生機構’其係產生指標在前述晝面 應前述接收之第一速度值的座標資訊。 32. 一種控制系統，係包含： 輸入裝置’其係含有： 框體； 第一加速度檢測部，其係檢測前述框體在第一方 第一加速度值； 、第一角度相關值檢測部’其係檢測前述框體關於與前 述第t向不同之第二方向的軸周圍角度之值，即第〜 角度相關值；及 傳送機構，其係傳送前述第一加速度值及前述第 度相關值的資訊；及 控制裝置’其係含有： 接收機構，其係接收前述傳送之第一加速度值及第〜 角度相關值的資訊； 异出機構，其係依據前述接收之第一加速度值及第〜 131052-1010720.doc 1378367 角度相關值，算出前述框體在前述第一方向之第一速度 值；及 座標資訊產生機構，其係產生前述指標在前述畫面上 之對應前述算出之第一速度值的座標資訊。 131052-1010720.doc 9-