输入装置 相关申请的交叉参考
本 申 请 包 含 与 2010 年 7 月 15 日 向 日 本 专 利 局 提 交 的 日 本 在 先 专 利 申 请 JP 2010-160310 的公开内容相关的主题， 在这里将该在先申请的全部内容以引用的方式并入 本文。
技术领域
本发明涉及一种输入装置， 该输入装置输入有用于对操作目标例如进行二维或三 维操作的输入。 背景技术 例如， 鼠标是一种广泛使用的输入装置， 其用以对显示器上二维显示的图形用户 界面 (Graphical User Interfaces， GUI) 进行操作。近几年来， 除以鼠标为代表的平面操 作型输入装置之外， 还提出了各种三维操作型输入装置 ( 例如， 参见日本专利申请公开公 报 No.Sho 64-28720( 第 2 页， 及图 1 ～ 3)， 下文中称为专利文献 1)。
专利文献 1 公开了一种球形的三维数据输入设备。该三维数据输入设备包括内部 填充有液态或固态物质的球形外壳 11 以及多个设置在球形外壳 11 的内表面上的压力传感 器 13 ～ 15。 用户握住并三维地移动该三维输入设备时， 在球形外壳的内表面上产生与加速 度成比例的压力波动， 并通过压力传感器 13 ～ 15 测量该压力波动。操作部 17 基于压力传 感器 13 ～ 15 的传感器输出执行操作， 从而计算出该三维数据输入设备在空间上的三维移 动量和旋转。
例如， 与如鼠标等平面操作型输入设备不同的是， 当用户使用如专利文献 1 所述 的三维操作型输入装置对操作目标进行操作时， 操作目标可能做出用户不期望的移动。
例如， 当用户握住放在桌子上的输入装置并拿起该输入装置以开始对操作目标进 行操作时， 操作目标以与违背用户意图的操作联动 (interlocking) 的方式移动。
对此， 需要一种使用户能够任意切换是否将输入装置的操作反映到操作目标的操 作的技术。此外， 还需要一种当用户意图开始操作操作目标并向输入装置输入表示该意图 的输入时能够对用户做出快速响应的技术。
发明内容
鉴于上述情况， 本发明提供一种如下输入装置， 即， 该所述装置使用户能够任意切 换是否将输入装置的操作反映到操作目标的操作， 并且当用户向输入装置输入表示开始操 作操作目标的意图的输入时能够对用户做出快速响应。
本发明的实施例提供一种输入装置， 所述输入装置包括 ： 输入装置主体、 握持检测 部、 运动检测部、 控制器和第一响应部。
所述输入装置主体输入有用于对操作目标进行操作的输入。
所述握持检测部用于检测用户以预定力以上的力握持所述输入装置主体。所述运动检测部用于检测所述输入装置主体的移动， 并输出与所述输入装置主体 的所述移动相对应的移动检测值。
所述控制器用于在所述握持力检测部检测到所述输入装置主体上的所述握持的 同时 / 之后基于所述移动检测值执行用于控制所述操作目标的操作。
所述第一响应部用于在所述握持力检测部至少检测到所述输入装置主体上的所 述握持时不受所述控制器控制地将第一响应返回到所述用户。
在所述输入装置中， 在所述握持检测部检测到以所述预定力以上的力握持所述输 入装置主体的同时 / 之后， 基于所述移动检测值控制所述操作目标。因此， 通过以所述预定 力以上的力握住所述输入装置或减小所述握持力， 用户可以任意切换是否将所述输入装置 的操作 ( 三维操作 ) 反映到所述操作目标的操作上。
此外， 在所述输入装置中， 当用户意图开始对所述操作目标进行操作， 并以预定力 以上的力握住所述输入装置主体时， 所述第一响应部将所述第一响应返回到所述用户。此 外， 由于所述第一响应部产生的响应不受所述控制器的控制， 所以能够对用户开始操作操 作目标的意图迅速返回第一响应。
在所述输入装置中， 所述输入装置主体可包括基部和壳状部。
所述基部包括前表面。
所述壳状部包括前表面和内表面， 所述壳状部的所述内表面与所述基部的所述前 表面相对， 并存有间隙， 所述壳状部覆盖所述基部的所述前表面。
在这种情况下， 所述输入装置还可包括开关部， 所述开关部设置在所述基部的所 述前表面与所述壳状部的所述内表面之间。
在这种情况下， 所述握持检测部可以是构成所述开关部一部分的开关机构。
在这种情况下， 所述第一响应部也可以是构成所述开关部一部分的点击触发生成 机构， 并产生作为所述第一响应的点击触发。
在所述输入装置中， 当所述用户以预定力以上的力握住所述输入装置主体时， 设 置在所述基部和所述壳状部之间的所述开关部的所述开关机构检测到所述输入装置上的 所述握持。此时， 所述开关部的所述点击触发生成机构产生所述点击触发。在所述输入装 置中， 用户可以通过所述点击触发生成机构产生的所述点击触发容易识别出操作目标的操 作的开始。
所述输入装置还可包括设置在所述基部的所述前表面和所述开关部之间的握持 力检测部， 所述握持力检测部用于检测所述输入装置上的握持力的大小， 并输出与所述握 持力的所述大小相对应的握持力检测值。
在所述输入装置中， 所述输入装置主体可进一步包括覆盖所述壳状部的所述前表 面的握持部， 所述握持部是由比所述基部和所述壳状部柔软的材料形成。
如上所述， 通过使用比所述基部和所述壳状部更柔软的材料形成所述握持部， 用 户能够对所述输入装置上的所述握持力的所述大小进行微调。
在所述输入装置中， 当所述握持检测部检测到所述输入装置主体上的所述握持时 或不再检测到所述输入装置主体上的所述握持时， 所述第一响应部将所述第一响应返回到 所述用户。
基于这种结构， 不仅当用户意图开始操作所述操作目标时， 而且当用户意图 ( 暂时 ) 停止操作所述操作目标并减小所述输入装置上的所述握持力时， 所述第一响应部均可 返回所述第一响应。 如上所述， 在所述输入装置中， 能够适当地响应用户停止对操作目标进 行操作的意图， 此外， 通过所述第一响应， 用户能够容易地识别出所述操作目标的操作将要 停止。
所述输入装置还可包括第二响应部， 所述第二响应部在所述控制器的控制下将不 同于所述第一响应的第二响应返回到所述用户。
通过所述第二响应， 能够将各种响应返回到所述用户。
所述输入装置还可包括握持力检测部， 所述握持力检测部用于检测所述输入装置 主体上的握持力的大小， 并输出与所述握持力的所述大小相对应的握持力检测值。
在这种情况下， 所述控制器可以基于所述移动检测值和所述握持力检测值中的一 个值控制所述第二响应部所返回的所述第二响应。
在所述输入装置中， 可相对于用户对所述输入装置的操作 ( 三维操作、 基于握持 力的大小的操作 ) 适当地返回所述第二响应。
当所述输入装置还包括用于检测所述输入装置主体上的握持力的大小并输出与 所述握持力的所述大小相对应的握持力检测值的握持力检测部时， 在检测到所述输入装置 主体上的所述握持的同时 / 之后， 所述控制器基于所述移动检测值和所述握持力检测值执 行用于控制所述操作目标的操作。 基于这种结构， 能够对所述操作目标进行各种控制。
在所述输入装置中， 当所述移动检测值接近零时， 所述控制器基于所述握持力检 测值使所述操作目标继续移动。
基于这种结构， 即使例如当手臂完全伸展或弯曲时， 用户也能够通过所述输入装 置上的所述握持力的大小任意控制是否使操作目标继续移动。
本发明的另一实施例提供一种输入装置， 其包括 ： 输入装置主体、 握持检测部、 握 持力检测部、 控制器和第一响应部。
所述输入装置主体输入有用于对操作目标进行操作的输入。
所述握持检测部用于检测用户使用预定力以上的力握持所述输入装置主体。
所述握持力检测部用于检测所述输入装置主体上的握持力的大小， 并输出与所述 握持力的所述大小相对应的握持力检测值。
所述控制器用于在所述握持力检测部检测到所述输入装置主体上的所述握持的 同时 / 之后基于所述握持力检测值执行用于控制操作目标的操作。
当所述握持力检测部至少检测到所述输入装置主体上的所述握持时， 所述第一响 应部不受所述控制器控制地将第一响应返回到所述用户。
在所述输入装置中， 在所述握持检测部检测到以预定力以上的力握持所述输入装 置主体的同时 / 之后， 基于所述握持力检测值控制所述操作目标。由此， 通过以预定力以上 的力握持输入装置主体或减小握持力， 用户能够任意切换是否将输入装置的操作 ( 基于握 持力大小的操作 ) 反映到操作目标的操作上。
此外， 在所述输入装置中， 当用户意图开始操作操作目标并使用预定力以上的力 握住所述输入装置主体时， 所述第一响应部向所述用户返回所述第一响应。 另外， 由于第一 响应部的响应不受控制器控制， 所以能够对用户开始操作操作目标的意图迅速返回第一响
应。 如上所述， 根据本发明的实施例， 可以提供如下一种输入装置， 即， 该输入装置能 够使用户任意切换是否将对输入装置的操作反映到对操作目标的操作上， 并且当用户做出 表现开始操作操作目标的意图的输入时， 能够对用户快速做出响应。
如附图所示， 通过本发明最佳实施例的下述详细说明， 可以更清楚地理解本发明 的这些及其它目的、 特性和优点。
附图说明
图 1 是表示本发明的实施例的包括输入装置的控制系统的示图 ； 图 2 是表示用户握住输入装置时的状态的示图 ； 图 3 是输入装置的部分截面图 ； 图 4 是图 3 所示的截面图的部分放大图 ； 图 5 是输入装置的壳状部的外部视图 ； 图 6 是表示输入装置的电路结构的框图 ； 图 7 是表示本发明的实施例的控制系统的操作的流程图 ；图 8 是表示本发明的另一实施例的输入装置的电路结构的框图 ；
图 9 是表示本发明的另一实施例的输入装置的电路结构的框图 ；
图 10 是表示本发明的另一实施例的输入装置的操作的流程图 ；
图 11 是表示本发明的另一实施例的输入装置的操作的流程图 ；
图 12 是将输入装置的用户所想象的移动与输入装置在用户三维移动输入装置时 的实际移动进行比较的示图 ；
图 13 是将加速度传感器在机械装置匀速移动输入装置的情况下的输出波形 ( 图 13A) 与加速度传感器在用户试图匀速移动输入装置的同时移动输入装置的情况下的输出 波形 ( 图 13B) 进行比较的示图 ； 和
图 14 是表示角速度传感器在用户试图均匀角速度旋转输入装置的同时旋转输入 装置的情况下的输出波形的示图。 具体实施方式
在下文中， 将参考附图说明本发明的实施例。
1. 第一实施例
系统的整体结构和组件的结构
图 1 表示本发明的实施例的包括输入装置 10 的控制系统 100。
如图 1 所示， 控制系统 100 包括输入装置 10、 控制装置 50 和显示装置 60。
输入装置 10 的结构
图 2 表示用户握住输入装置 10 时的状态。
如图 2 所示， 输入装置 10 具有球形形状。输入装置 10 略大于或略小于棒球中所 使用的硬式棒球， 其直径例如约为 50mm ～ 100mm。从而， 输入装置 10 具有用户可以容易握 住的尺寸。注意， 输入装置 10 的直径不限于上述范围， 当然也可以使用其它值。
图 3 是输入装置 10 的部分截面图， 图 4 是图 3 所示的截面图的部分放大图。 此外，图 5 是输入装置 10 的壳状部 22 的外视图。图 5A 表示从斜上方观察壳状部 22 时的状态， 图 5B 表示从图 5A 所示的方向 A 观察壳状部 22 时的状态。
如图 3 ～ 5 所示， 输入装置 10 包括输入装置主体 20， 输入装置主体 20 包括设置在 输入装置 10 的中心处的球形基部 21、 设置成覆盖基部 21 的整个前表面的球形壳状部 22、 和设置成覆盖壳状部 22 的整个前表面的握持部 23。
此外， 输入装置 10 包括轻触开关 12( 开关部 )， 在以预定力以上的力握住检测到 输入装置 10 时， 轻触开关 12 产生点击触发 ( 第一响应 )。输入装置 10 还包括压力传感器 13( 握持力检测部 )， 压力传感器 13 检测用户握住输入装置 10 时所使用的握持力的大小。
基部 21 内部是中空的。在位于基部 21 内部的中空部分中， 设置电路板， 该电路板 上安装有如 CPU 11( 见图 6) 等电子元件。
参考图 5， 壳状部 22 是由 8 个形状相同的板块 25 构成。各板块 25 的形状近乎为 等边三角形。8 个板块 25 中的 4 个相邻板块 25 的角顶点汇集在一点， 从而总共形成有 6 个 这样的汇集点。轻触开关 12 和压力传感器 13 设置在与这 6 个点相对应的位置处。也就是 说， 本实施例的输入装置 10 包括 6 个轻触开关 12 和 6 个压力传感器 13。
参考图 3 和图 4， 轻触开关 12 和压力传感器 13 设置在基部 21 的前表面与壳状部 22( 板块 25) 的内表面之间。 压力传感器 13 设置在基部 21 的前表面上， 轻触开关 12 设置在压力传感器 13 上。 第一压力扩散板 7 介于轻触开关 12 与压力传感器 13 之间， 第二压力扩散板 8 介于轻触开 关 12 与壳状部 22( 板块 25) 的内表面之间。通过第一压力扩散板 7 和第二压力扩散板 8， 用户握住握持部 23 时所使用的力可一致地传送到压力传感器 13。
轻触开关 12 包括开关主体 5 和可相对开关主体 5 移动的可移动部 6。轻触开关 12 还包括电开关机构 ( 握持检测部 )( 未示图 )， 该电开关机构根据可移动部 6 的移动进行 开 / 关 (ON/OFF) 切换。轻触开关 12 还包括点击触发生成机构 ( 第一响应部 )( 未示图 )， 该点击触发生成机构使用如板簧 (plate spring) 等弹性体， 以便根据可移动部 6 的移动来 产生点击触发。
这里， 将说明压力传感器 13 与板块 25 上所施加力的大小之间的关系等。
当基于压力传感器 13 所检测的压力值计算一个板块 25 上所施加力的大小以及计 算该力所施加位置时， 一个板块 25 需要至少三个压力传感器 13。
在本实施例中， 在一个板块 25 上设置有 3 个用于检测该板块 25 上所施加力的压 力传感器 13( 与其它板块 25 共用 )。因此， 通过基于压力传感器 13 所检测的压力值执行矢 量计算等操作， 从而能够精确计算板块 25 上所施加力的大小和该力所施加的位置。
此外， 当 8 个板块 25 中的每一个板块均使用 3 个压力传感器 13 时， 则需要 8×3 ＝ 24 个压力传感器 13。然而， 在本实施例中， 每个压力传感器 13 布置在 4 个相邻的板块 25 的角顶点所汇集的点处， 从而 4 个相邻的板块 25 共用一个压力传感器 13。由此， 压力传 感器 13 的总数可限制为 6， 从而降低了输入装置 10 的成本。
如上所述， 在本实施例中， 能够使用最小必要数目的压力传感器 13 来精确计算板 块 25 上所施加力的大小和该力所施加位置。
然而， 并不总是需要以上述方式布置压力传感器 13。
例如， 单个板块 25 所使用的压力传感器的数量可以是 1 或者 2， 或者是 4 以上。此
外， 除与其它板块 25 共用的情况之外， 每个板块 25 上还可单独设置压力传感器 13。
典型地， 只要用户能够检测到握住输入装置 10 时所施加到板块 25( 壳状部 22) 上 的力， 压力传感器 13 可以采用任何形式。板块 25 的数量 ( 壳状部 22 的分割数 ) 也并不限 于 8 个。例如， 板块 25 的数量可以是 2 或 4 等。
例如， 基部 21 和壳状部 22 是由金属或树脂形成。另一方面， 握持部 23 是由比基 部 21 和壳状部 22 更柔软的材料形成。例如， 用于形成握持部 23 的材料是通过发泡 (foam) 如聚亚安酯 (polyurethane) 等合成树脂而形成的海绵。
通过使用海绵作为握持部 23 的材料， 能够改善触感 (tactile impression)， 从而 使用户能够微调输入装置 10 上的握持力的大小。
图 6 是表示输入装置 10 的电路结构的框图。
如图 6 所示， 除轻触开关 12 和压力传感器 13 之外， 输入装置 10 还包括 CPU 11、 三 轴加速度传感器 14、 三轴角速度传感器 15、 存储器 16、 收发器 17 和电池 18。
三轴加速度传感器 14、 三轴角速度传感器 15、 CPU 11、 收发器 17 和存储器 16 安装 在电路板 ( 未示图 ) 上。电池 18 和其上安装有如 CPU 11 等电子元件的电路板设置在基部 21 的内部所形成的中空部中。
三轴加速度传感器 14 和三轴角速度传感器 15( 运动检测部 ) 是检测输入装置 10 的三维运动的传感器。三轴加速度传感器 14 检测彼此垂直相交的三轴方向上的加速度， 并 将与被检测的加速度相对应的加速度值 ( 移动检测值 ) 输出到 CPU 11。三轴角速度传感 器 15 检测彼此垂直相交的三轴方向上的角速度， 并将与被检测的角速度相对应的角速度 值 ( 移动检测值 ) 输出到 CPU 11。
存储器 16 包括如只读存储器 (Read Only Memory， ROM) 等用于存储 CPU 11 的操 作所需的各种程序的非易失性存储器和如随机存取存储器 (Random Access Memory， RAM) 等用作 CPU 11 的工作区的易失性存储器。
当开关机构处于 ON 状态时， 轻触开关 12 向 CPU 11 输出信号。
压力传感器 13 将与用户握住输入装置 10 时所使用的握持力的大小相对应的压力 值输出到 CPU 11。
CPU 11( 控制器 ) 基于三轴加速度传感器 14、 三轴角速度传感器 15 和压力传感器 13 输出的角速度值、 加速度值和压力值执行各种操作， 从而控制操作目标。例如， CPU 11 基 于加速度值和角速度值等计算输入装置 10 的三维移动量。 CPU 11 还基于压力传感器 13 输 出的压力值计算输入装置 10 上的握持力大小、 该力的施加位置等。
注意， CPU 11 在通过轻触开关 12 输入有开关机构所产生的信号的同时 / 之后执 行上述各种操作。稍后将说明 CPU 11 的操作。
收发器 17 包括天线， 其在 CPU 11 的控制下向控制装置 50 传输各类信息。例如， 收发器 17 将输入装置 10 的三维移动量和旋转量的有关信息和握持力大小以及该力所施加 的位置的有关信息传输到控制装置 50。注意， 收发器 17 还能够接收传输自控制装置 50 的 信息。
例如， 可将充电电池用作电池 18。
控制装置 50 和显示装置 60
再次参考图 1， 控制装置 50 包括 CPU 51、 存储器 53、 收发器 52 和指令部 54。控制装置 50 可以是输入装置 10 的专用装置， 或者可以是 PC 等。
收发器 52 包括天线， 其接收传输自输入装置 10 的各类信息。收发器 52 还能够将 信号传输到输入装置 10。
存储器 53 包括如 ROM 等用于存储 CPU 51 的控制所需的各种程序的非易失性存储 器和如 RAM 等用作 CPU 51 的工作区的易失性存储器。
例如， 指令部 54 是键盘， 用户通过指令部 54 进行初始设定、 特定设定等。指令部 54 接收来自用户的指令， 并将输入信号输出到 CPU 51。
CPU 51 基于收发器 17 所接收的各类信息来控制显示装置 60 上所显示的操作目 标。
例如， 显示装置 60 是由液晶显示器或电致发光 (Electro-Luminescence， EL) 显示 器构成。显示装置 60 可显示二维图像或三维图像。显示装置 60 二维或三维地显示输入装 置 10 所操作的操作目标。
二维显示的操作目标可以是如指针、 图标和窗口等 GUI。 三维显示的操作目标包括 三维显示的人和动物形式的角色映像。 注意， 上述例子仅是示例， 只要是二维或三维显示的 图像， 操作目标可以是任何图像。 显示装置 60 可以是能够接收电视广播等的电视装置。或者， 当显示装置 60 三维 地显示操作目标时， 显示装置 60 可以是如下三维图像显示装置， 即， 用户能够用裸眼直观 地识别该三维图像显示装置所显示的三维图像。尽管图 1 分开示出了控制装置 50 和显示 装置 60， 但控制装置 50 和显示装置 60 也可集成在一起。
操作说明
接下来， 将说明本实施例的控制系统 100 的操作。
图 7 是表示本实施例的控制系统 100 的操作的流程图。
首先， 用户拿起输入装置 10， 并将其移动到用户可以轻易操作该输入装置 10 的位 置。注意， 此时， 显示部上所显示的操作目标不移动 ( 见步骤 101 中的 “否” )。用户意图开 始操作输入装置 10， 并以预定力以上的力握住输入装置主体 20 的握持部 23。因此， 输入装 置主体 20 的壳状部 22( 板块 25) 和轻触开关 12 的可移动部 6 在趋近输入装置 10 中心的 方向上移动。当轻触开关 12 的可移动部 6 在趋近输入装置 10 中心的方向上移动时， 点击 触发生成机构产生点击触发。
通过利用点击触发所实现的响应 ( 第一响应 )， 输入装置 10 能够适当地对用户的 开始操作操作目标的意图做出响应。 由此， 通过该点击触发， 用户能够容易意识到操作目标 的操作将要开始。此外， 由于利用点击触发生成机构产生的点击触发所实现的响应不是在 控制器的控制下做出的响应， 所以点击触发的响应能够迅速地返回到用户。
当轻触开关 12 的可移动部 6 在趋近输入装置 10 中心的方向上移动时， 产生点击 触发， 轻触开关 12 的开关机构导通。由此， 信号从开关机构输入到 CPU 11( 步骤 101 中的 “是” )。
当输入有来自轻触开关 12 的信号时， CPU 11 从三轴加速度传感器 14 和三轴角速 度传感器 15 获得加速度值和角速度值， 并从压力传感器 13 获得压力值 ( 步骤 102)。
接下来， 基于加速度值和角速度值， CPU 11 执行操作以计算输入装置 10 的 ( 每预 定时间的 ) 移动量和转动量 ( 步骤 103)。CPU 11 还基于压力值使用矢量计算等进行操作，
从而计算握住输入装置 10 时所使用的握持力的大小 ( 施加到板块 25 的力的大小 ) 和该力 所施加的位置。
接下来， CPU 11 通过收发器 17 将计算信息 ( 输入装置 10 的移动量和旋转量、 握 住输入装置 10 时所使用的握持力的大小和该力所施加的位置 ) 传输到控制装置 50( 步骤 104)。
控制装置 50 的 CPU 51 判断是否从输入装置 10 接收了上述各条信息 ( 步骤 201)。 当判断从输入装置 10 接收了上述各条信息时， 控制装置 50 的 CPU 51 基于所接收的上述各 条信息来控制操作目标 ( 步骤 202)。
注意， 在步骤 202 中， 控制装置 50 的 CPU 51 可额外地对所接收的各条信息进行操 作， 并执行用于提高操作目标的控制精度的操作。
例如， 在步骤 202 中， 当操作目标是三维显示的角色映像时， CPU 11 基于输入装 置 10 的移动量和旋转量的有关信息对角色映像进行三维移动或旋转。CPU 11 还根据握持 力大小的有关信息和该力所施加位置的有关信息执行操作以便使角色映像做出特定运动 ( 例如跳、 蹲、 笑或发怒 )。注意， 基于移动量、 旋转量、 握持力大小和该力所施加位置对操作 目标所进行的控制并没有具体限定。 根据图 7 所示的操作， 用户能够在以预定力以上的力握住输入装置 10 的同时 / 之 后移动或旋转输入装置 10， 或者能够通过更有力地握住输入装置 10 或用力按压输入装置 10 的特定位置来使操作目标做出任意移动。
另一方面， 当 ( 临时性地 ) 停止操作目标的操作时， 用户减小输入装置 10 上的握 持力。当用户减小输入装置 10 上的握持力， 且握持力低于预定力时， 轻触开关 12 的可移动 部 6 和输入装置主体 20 的壳状部 22( 板块 25) 在远离输入装置 10 中心的方向上移动。
在轻触开关 12 的可移动部 6 在远离输入装置 10 中心的方向上移动时， 点击触发 生成机构产生点击触发。
通过利用该点击触发所实现的响应， 输入装置 10 能够适当地对用户的停止操作 操作目标的意图做出响应。 由此， 通过该点击触发， 用户能够容易意识到操作目标的操作将 要停止。
当轻触开关 12 的可移动部 6 在远离输入装置 10 中心的方向上移动时， 产生点击 触发， 轻触开关 12 的开关机构停止输出信号。因此， 轻触开关 12 停止向 CPU 11 输入信号 ( 步骤 101 中的 “否” )， 操作目标也停止移动。
如上所述， 在本实施例中， 通过以预定力以上的力握住输入装置 10 或减小握住输 入装置 10 时所使用的握持力， 用户可任意切换是否将输入装置 10 的操作 ( 三维移动和基 于握持力大小的操作 ) 反映到操作目标的操作。
此外， 在本实施例中， 能够通过轻触开关 12 的点击触发生成机构， 输入装置 10 适 当地对用户的开始操作操作目标的意图做出响应。由此， 用户能够通过点击触发容易意识 到操作目标的操作将要开始。此外， 由于利用点击触发生成机构产生的点击触发所实现的 响应不在 CPU 11 的控制下进行， 所以利用点击触发的所实现响应能够迅速地返回到用户。
此外， 在本实施例中， 通过利用点击触发所实现的响应， 能够迅速地对用户的停止 操作操作目标的意图做出响应。由此， 用户能够通过点击触发容易意识到操作目标的操作 将要停止。
2. 第二实施例
接下来， 说明本发明的第二实施例。注意， 在第二实施例及后续实施例说明中， 使 用相同的附图标记来表示与第一实施例中的组件具有相同结构和功能的组件， 并省略或简 化其说明。
输入装置 10 的结构
图 8 是说明根据第二实施例的输入装置 10 的电路结构的框图。
如图 8 所示， 第二实施例和上述第一实施例 ( 见图 6) 的不同之处在于 ： 设置代替 轻触开关 12 的开关 31， 并设置电连接到开关 31 的发光部 32。
开关 31 与轻触开关 12 的不同之处在于开关 31 内部未设有点击触发发生机构， 但 开关 31 的其它结构与轻触开关 12 相同。具体地， 开关 31 包括开关主体 5、 可相对开关主体 5 移动的可移动部 6 和电开关机构 ( 握持检测部 )( 未示图 )， 该电开关机构根据可移动部 6 的移动进行开 / 关 (ON/OFF) 切换。
例如， 发光部 32 是由灯泡或发光二极管 (Light Emitting Diode， LED) 构成。根 据开关 31 的开关机构的 ON/OFF 切换， 发光部 32 发光或不发光。发光部 32 设置在基部 21 内部所形成的中空部中。 注意， 在第二实施例中， 基部 21、 壳状部 22 和握持部 23 是由透明材料或半透明材 料形成。
操作说明
当用户意图开始操作输入装置 10， 并以预定力以上的力握住输入装置主体 20 的 握持部 23 时， 开关 31 的可移动部 6 在趋近输入装置 10 中心的方向上移动。当开关 31 的 可移动部 6 在趋近输入装置 10 中心的方向上移动时， 开关 31 的开关机构变为 ON 状态， 发 光部 32 发光。
在第二实施例中， 通过利用发光部 32 的发光所实现的响应 ( 第一响应 )， 能够适当 地对用户的开始操作操作目标的意图做出响应。此外， 如同第一实施例， 在第二实施例中， 由于利用发光部 32 发光所实现的响应不在控制器的控制下进行， 所以能够使响应迅速返 回到用户。
当开关 31 的开关机构变为 ON 状态时， 信号输入到 CPU 11。当输入有信号时， CPU 11 基于各种传感器的检测值执行各种操作， 并将操作结果传输到控制装置 50。因此， 用户 在以预定力以上的力握住输入装置 10 的同时 / 之后操作输入装置 10( 三维操作和基于输 入装置 10 上的握持力大小的操作 )， 由此控制了操作目标的移动。
注意， 在以预定力以上的力握住输入装置 10 的同时 / 之后， 发光部 32 继续发光。
另一方面， 当用户减小输入装置 10 上的握持力， 且握持力低于预定力时， 开关 31 的可移动部 6 在远离输入装置 10 中心的方向上移动。由此， 开关 31 的开关机构变为 OFF 状态， 发光部 32 不发光。能够通过使发光部 32 不发光， 用户容易意识到操作目标的操作停 止。
第二实施例的变形例
上面说明了使用根据开关机构的切换进行发光的发光部 32 的情况。然而， 也可以 使用根据开关机构的切换产生声音 ( 声响 ) 的声音 ( 声响 ) 生成部或产生振动的振动部， 以代替发光部 32。或者， 也可使用上述部件的组合或上述部件与轻触开关 12( 点击触发生
成机构 ) 的组合。
3. 第三实施例
接下来， 将说明本发明的第三实施例。
上述实施例说明了如下情况 ： 当用户意图开始或停止操作操作目标， 并以预定力 以上的力握住输入装置 10 或减小握持力时， 输入装置 10 将利用点击触发等所实现的响应 返回。
第三实施例与上述实施例的不同之处在于 ： 当用户对输入装置 10 进行三维操作 时， 除利用点击触发等所实现的响应之外， 输入装置 10 还返回与利用点击触发等所实现的 响应不同的响应。因此， 下文将主要说明这一点。
注意， 在本说明书中， 例如， 利用输入装置 10 在用户以预定力以上的力握住输入 装置 10( 或减小握持力 ) 时产生的点击触发所实现的响应称为第一响应， 所述第一响应是 对用户的开始 ( 和停止 ) 操作操作目标的意图做出的响应。另一方面， 输入装置 10 在用户 对输入装置 10 进行三维操作等时产生的响应称为第二响应。
此外， 产生第一响应 ( 不受 CPU 11 的控制 ) 的部件称为第一响应部， 产生第二响 应 ( 在 CPU 11 控制下 ) 的部件称为第二响应部。
输入装置 10 的结构
图 9 是说明根据本发明第三实施例的输入装置的电路结构的框图。
如图 9 所示， 虽然第三实施例中设有电连接到 CPU 11 的发光部 33， 但其它结构与 上述第一实施例 ( 见图 6) 中相同。
例如， 发光部 33( 第二响应部 ) 是由灯泡或发光二极管 (Light Emitting Diode， LED) 构成。发光部 33 是如下部件， 即， 其在 CPU 11 的控制下将光学响应作为不同于点击 触发的响应返回到用户。例如， 发光部 33 在 CPU 11 的控制下发光 ( 单色或彩色 ) 或闪烁 ( 单色或彩色 )。发光部 33 设置在基部 21 内部所形成的中空部中。
注意， 在第三实施例中， 基部 21、 壳状部 22 和握持部 23 是由透明材料或半透明材 料形成。
操作说明
当用户以预定力以上的力握住输入装置 10 时， 轻触开关 12 的点击触发生成机构 产生点击触发， 轻触开关 12 的开关机构变为 ON 状态。当轻触开关 12 的开关机构变为 ON 状态时， 将信号输入到 CPU 11。
当输入有来自开关机构的信号时， CPU 11 从传感器获得加速度值、 角速度值和压 力值， 以便计算输入装置 10 的移动量和旋转量、 输入装置 10 上的握持力大小、 该力所施加 的位置等。接着， 将操作结果传输到控制装置 50。
此外， CPU 11 基于操作结果使发光部 33 发光 ( 单色或彩色 ) 或闪烁 ( 单色或彩 色 )。例如， 当输入装置 10 的移动量或旋转量大于预定值时， CPU 11 使发光部 33 发光 ( 单 色或多色 ) 或闪烁 ( 单色或多色 )。例如， 当握住输入装置 10 时所使用的握持力的大小大 于预定值或该力所施加的位置是特定位置时， CPU 11 也使发光部 33 发光 ( 单色或彩色 ) 或 闪烁 ( 单色或彩色 )。
注意， 对于发光部 33 的基于输入装置 10 的移动量和旋转量、 输入装置 10 上的握 持力大小和该力所施加的位置的发光或闪烁， 可以对发光颜色、 闪烁模式等进行区分， 以至于用户不会产生混淆。
或者， CPU 11 可基于输入装置 10 的移动量和旋转量以及握持力的大小执行操作， 以使发光部 33 以不同的发光颜色和闪烁图案分阶段地发光。或者， CPU 11 可基于握持力 所施加的位置执行操作， 以使发光部 33 以不同的发光颜色或闪烁图案发光。
通过上述操作， 输入装置 10 能够适当地将响应于用户对输入装置 10 的操作 ( 三 维操作、 基于握持力大小的操作 ) 的光学响应 ( 第二响应 ) 返回。
此外， 在第三实施例的输入装置 10 中， 由于第二响应 ( 光 ) 不同于第一响应 ( 点 击触发 )， 所以能够防止用户产生混淆。
第三实施例的变形例
在上述说明中， 对于在 CPU 11 的控制下产生第二响应的第二响应部， 示例说明了 用于发光的发光部 33。然而， 第二响应部并不限于发光部 33。发光部 33 的另一示例包括 在 CPU 11 的控制下产生声音 ( 声响 ) 的声音 ( 声响 ) 生成部、 产生振动的振动部和放射热 量的发热部。 或者， 例如， 可将在控制器的控制下产生伪加速度的伪加速度生成部用作第二 响应部。或者， 第二响应部可以是上述部件的组合。
在第三实施例中， 对于第一响应部， 示例说明了轻触开关 12( 点击触发生成机 构 )。 然而， 第一响应部也可以是声音 ( 声响 ) 生成部、 振动部、 第二实施例中所述的发光部 32 等。或者， 第一响应部也可以是上述部件的组合。
只要第一响应不同于第二响应， 第一响应部和第二响应部的组合可以是任何组 合。注意， 第一响应部和第二响应部也可能都是振动部。在这种情况下， 仅需要区分第一响 应部和第二响应部的振动模式。
注意， 第二响应可与操作目标的移动的响应相同。例如， 当操作目标振动时， 可使 振动部振动。
4. 第四实施例
接下来， 说明本发明的第四实施例。
这里， 将说明下述情况 ： 在用户以预定力以上的力握住输入装置 10 的同时 / 之后 向前或向后移动输入装置 10 时， 将显示装置 60 所三维显示的操作目标放大或缩小。
在这种情况下， 当用户的手臂完全伸展或完全弯曲时， 用户无法放大或缩小操作 目标。
对此， 在第四实施例的输入装置 10 中， 即使在输入装置 10 几乎不动的情况下， 当 以某一大小的力握住输入装置 10 时， 仍能执行操作以继续使进行操作目标移动 ( 放大或缩 小 )。
图 10 是说明根据第四实施例的输入装置的操作的流程图。
输入装置 10 的 CPU 11 判断输入装置 10 是否向前或向后 ( 纵深方向和用户的前 向方向 ) 移动了一定量以上的移动量 ( 步骤 301)。
当输入装置 10 向前或向后移动了一定量以上的移动量时 ( 步骤 301 中的 “是” )， CPU 11 接着判断输入装置 10 的移动量是否接近零 ( 步骤 302)。
当输入装置 10 的移动量接近零 ( 步骤 302 中的 “是” ) 时， CPU 11 判断握住输入 装置 10 所使用的力的大小是否等于或大于阈值 ( 步骤 303)。当握持力的大小等于或大于 阈值 ( 步骤 303 中的 “是” ) 时， 输入装置 10 的 CPU 11 通过收发器 17 将预定大小的移动量的有关信息输出到控制装置 50( 步骤 304)。
具体地， 即使输入装置 10 几乎不移动， 当用力握住输入装置 10 时， 输入装置 10 的 CPU 11 在假定输入装置 10 移动的情况下也将预定大小的移动量的有关信息传输到控制装 置 50。注意， 当然地， 当输入装置 10 向前或向后移动时， 输入装置 10 仍将移动量的有关信 息传输到控制装置 50。
例如， 一旦接收了移动量的有关信息， 控制装置 50 的 CPU 51 基于移动量的有关信 息执行操作， 以放大或缩小三维显示的操作目标。
根据图 10 所示的操作， 即使当用户的手臂完全伸展或弯曲时， 用户也能够通过用 力地握住输入装置 10 而继续放大或缩小操作目标。注意， 当停止放大或缩小操作目标时， 用户仅需减小输入装置 10 上的握持力。
在上述示例中， 说明了基于输入装置 10 在前后方向上的移动来放大和缩小操作 目标的情况。 然而， 输入装置 10 的移动方向也可以是垂直方向或横向， 并没有具体限定。 另 外， 虽然在上述示例中说明了基于输入装置 10 的移动来放大和缩小操作目标的情况， 但也 可基于输入装置 10 的旋转来放大和缩小操作目标。输入装置 10 的旋转方向也没有具体限 定。这也同样适用于下述第五实施例。 上面说明了操作目标的放大和缩小， 但该说明并不限于此。例如， 在第四实施例 所说明的操作也适用于操作目标的二维和三维移动， 而且当操作目标是屏幕上显示的窗口 时， 也适用于滚屏 (scroll)。这也同样适用于下述第五实施例。
5. 第五实施例
上述第四实施例说明了通过加强输入装置 10 上的握持力使操作目标继续移动的 情况。然而， 在第五实施例中， 通过减小输入装置 10 上的握持力使操作目标继续移动。
注意， 与第四实施例中相同， 在第五实施例中， 将说明了下述情况 ： 在用户以预定 力以上的力握住输入装置 10 的同时向前或向后移动输入装置 10 的同时 / 之后， 将三维显 示的操作目标放大或缩小。
图 11 是说明根据的第五实施例的输入装置 10 的操作的流程图。
输入装置 10 的 CPU 11 判断输入装置 10 是否向前或向后 ( 纵深方向和用户的前 向方向 ) 移动了一定量以上的移动量 ( 步骤 401)。
当输入装置 10 向前或向后移动了一定量以上的移动量 ( 步骤 401 中的 “是” ) 时， CPU 11 接着判断输入装置 10 的移动量是否接近零 ( 步骤 402)。
当输入装置 10 的移动量接近零 ( 步骤 402 中的 “是” ) 时， CPU 11 判断握住输入 装置 10 时所使用的力的大小是否等于或小于阈值 ( 步骤 403)。当握持力的大小等于或小 于阈值 ( 步骤 403 中的 “是” ) 时， 输入装置 10 的 CPU 11 通过收发器 17 将预定大小的移动 量的有关信息输出到控制装置 50( 步骤 404)。
具体地， 与第四实施例不同的是， 当输入装置 10 上的握持力为小 ( 但大于用于产 生点击触发的力 ) 时， 第五实施例中的输入装置 10 的 CPU 11 在假定输入装置 10 移动的情 况下也将预定大小的移动量的有关信息传输到控制装置 50。注意， 当然地， 当输入装置 10 向前或向后移动时， 输入装置 10 仍将移动量的有关信息传输到控制装置 50。
根据图 11 所示的操作， 即使当用户的手臂完全伸展或弯曲时， 用户也能够通过减 小输入装置 10 上的握持力来继续放大或缩小操作目标。注意， 当停止放大或缩小操作目标
时， 用户仅需增强输入装置 10 上的握持力。
6. 第六实施例
接下来， 将说明本发明的第六实施例。
注意， 在第六实施例中， 将说明用户对输入装置 10 的三维操作的修正。
用于将输入装置 10 的曲线运动变为直线运动的修正
图 12 是在用户三维移动输入装置 10 时将输入装置 10 的用户所想象的移动与输 入装置 10 的实际移动进行比较的示图。
如图 12 所示， 在用户握住并移动输入装置 10 的情况下， 虽然当用户打算沿着直线 移动输入装置 10 时， 但在多数情况下输入装置 10 实际上并不沿直线移动。在这种情况下， 输入装置 10 实际上在曲线移动的同时发生了旋转， 因此， 该旋转引起错误。
对此， 输入装置 10 的 CPU 11 可在基于加速度传感器 14 的输出 ( 加速度值 ) 计算 输入装置 10 的移动量时使用输出自角速度传感器 15 的输出 ( 角速度值 ) 来执行用于修正 移动量的操作。具体地， 在计算移动量时， 输入装置 10 的 CPU 11 使用角速度传感器 15 的 输出将输入装置 10 的曲线移动量修正为直线移动量。
注意， 由于输入装置 10 的旋转在多数情况下是微小旋转， 所以修正需要考虑到这 类微小旋转。 通过上述修正， 能够修正输入装置 10 的移动， 以便能够使输入装置 10 的移动接近 于输入装置 10 的用户所想象的移动。因此， 能够使操作目标的移动更接近用户所想象的移 动。由此， 用户能够使用输入装置 10 顺利地对操作目标进行操作。
用于固定速度的修正
在用户握住并移动输入装置 10 的情况下， 虽然用户希望匀速移动输入装置 10， 但 在多数情况下输入装置 10 实际上并不匀速移动。
图 13 是加速度传感器 14 在机械装置匀速移动输入装置 10 的情况下的输出波形 ( 图 13A) 与加速度传感器 14 在用户试图匀速移动输入装置 10 时移动输入装置 10 的情况 下的输出波形 ( 图 13B) 进行比较的示图。
如图 13A 所示， 当通过机械装置移动输入装置 10 时， 输入装置 10 迅速加速以开始 移动， 并在短时间内到达匀速状态。此后， 输入装置 10 迅速减速并停止。另一方面， 如图 13B 所示， 当用户移动输入装置 10， 输入装置 10 逐渐加速以开始移动， 并逐渐减速至停止。 此外， 如图 13B 所示， 虽然当用户希望匀速移动输入装置 10， 但输入装置 10 并不匀速移动。
对此， 输入装置 10 的 CPU 11 可以修正加速度传感器 14 的输出， 从而将输入装置 10 的速度 ( 移动量 ) 修正成常数。
因此， 由于能够将输入装置 10 的速度 ( 移动量 ) 修正成接近输入装置 10 的用户 所想象的速度， 所以用户能够使用输入装置 10 顺利地对操作目标进行操作。
用于固定角速度的修正
图 14 表示当用户在试图以均匀角速度旋转输入装置 10 的情况下旋转输入装置 10 时角速度传感器 15 的输出波形。
在用户握住并旋转输入装置 10 的情况下， 虽然用户希望以均匀角速度旋转输入 装置 10， 在多数情况下输入装置 10 实际上并不以均匀角速度旋转。
对此， 输入装置 10 的 CPU 11 可以修正角速度传感器 15 的输出， 从而将输入装置
10 的角速度 ( 旋转量 ) 修正成常数。
所以， 由于可将输入装置 10 的角速度 ( 旋转量 ) 修正成接近输入装置 10 的用户 所想象的角速度， 所以用户能够使用输入装置 10 顺利地对操作目标进行操作。
7. 变形例
例如， 还能够使输入装置 10 与电视装置的遥控器上所设置的箭头键 (arrow key) 产生相同的输入。在这种情况下， 当用户在垂直和横向方向上移动输入装置 10 时， 执行 与按下箭头键中的向上键 (up-key)、 向下键 (down-key)、 向左键 (left-key) 和向右键 (right-key) 相对应的操作。
此外， 在用户在用力握住输入装置 10 的同时在垂直和横向方向上移动输入装置 10 的同时 / 之后， 执行与连续按下箭头键中的向上键、 向下键、 向左键和向右键相对应的操 作。 或者， 当用户在垂直和横向方向上移动输入装置 10、 随后减小握持力并再次握住输入装 置 10 时， 执行与连续按下箭头键的向上键、 向下键、 向左键和向右键相对应的操作。注意， 在这种情况下， 在减小输入装置 10 上的握持力时产生点击触发， 在再次握住输入装置 10 时 也产生点击触发。
尽管上面说明了输入装置 10 是无线的情况， 但也可以使用有线输入装置 10 来代 替无线输入装置 10。
尽管上面说明了基部 21、 壳状部 22 和握持部 23 是球形的情况， 但这些部件也可以 采用多角形。
尽管上面示例说明了采用压力传感器 13 的情况， 但也可以采用静电传感器 (static sensor) 来代替压力传感器 13。
例如， 静电传感器能够根据距离来读取电容的变化。静电传感器能够通过检测在 用户握住输入装置 10 时所获得的手接近量 (hand proximity amount) 来检测输入装置 10 上的握持力的大小。 例如， 静电传感器是球形或者多角形。 静电传感器不与握持部 23 接触。 基于这种结构， 例如能够防止由于手动操作引起的磨损而导致的劣化。
注意， 也可以同时压力传感器 13 和静电传感器。在这种情况下， 例如， 通过使用静 电传感器检测压力传感器 13 所无法检测到的额外微小力， 实现了具有更高灵敏度 ( 宽检测 范围 ) 的传感器结构。
输入装置 10 可以装配有发电设备 ( 未示图 )， 在用户移动并旋转输入装置 10 时， 该发电设备能够基于上述移动和旋转进行发电。或者， 输入装置 10 可装配有环形线圈等， 所述环形线圈等通过外部电磁波产生电力。 发电设备和环形线圈所产生的电力存储在电池 18 中。因此， 用户不再需要更换电池 18。
在上述示例中， 说明了三轴加速度传感器 14 和三轴角速度传感器 15 用作运动检 测部以及压力传感器 13 和 / 或静电传感器用作握持力检测部的情况。这里， 运动检测部 并不限于三轴加速度传感器 14 和三轴角速度传感器 15。运动检测部的其它示例包括速 度传感器 ( 例如， 皮托管 (pitot tube))、 角度传感器 ( 例如， 地磁传感器 (geomagnetic sensor)) 和角加速度传感器。此外， 虽然上述示例说明了使用运动检测部和握持力检测部 的情况， 但也可以仅使用它们中的一个部件 ( 除了第四和第五实施例 )。
在上述说明中， 操作目标是显示部上所二维或三维显示的图像。 然而， 该操作目标 并不限于此。例如， 该操作目标可以是如搬运机器人和人形机器人等现实物体。本领域技术人员应当理解， 依据设计要求和其它因素， 可以在本发明所附的权利 要求或其等同物的范围内进行各种修改、 组合、 次组合及改变。