入力装置および入力システム
【課題】筐体を操作した際に使用者へのフィードバックが得られる入力装置および入力システムを提供する。
【解決手段】入力装置１０は、筐体１６と、筐体１６に収容され、回転軸４４に対して軸対称な質量を有する回転体４３が回転することにより応力を発生させるジャイロ２０と、筐体１６の変位速度に基づいて回転体４３の回転軸４４の向きを制御するジャイロ制御部１９とを備える。
【解決手段】入力装置１０は、筐体１６と、筐体１６に収容され、回転軸４４に対して軸対称な質量を有する回転体４３が回転することにより応力を発生させるジャイロ２０と、筐体１６の変位速度に基づいて回転体４３の回転軸４４の向きを制御するジャイロ制御部１９とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筐体内の回転体を回転することにより応力を発生させて使用者が筐体を操作したときに操作感（抵抗感）が感じられるようにした入力装置および入力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ディスプレイ用のリモートコントローラ（以下、「入力装置」という）のなかには、ディスプレイ（表示装置）のメニュー画面を見ながら入力装置の筐体を、例えばスイング移動（スイング操作）や旋回移動（旋回操作）させることで、メニュー画面の入力操作や確認操作などをおこなうものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−６１４８９号公報
【０００３】
特許文献１の入力装置によれば、筐体を振ったり（スイング）旋回させることで、入力操作や確認操作ができるように構成されているので、入力操作用の操作ボタンや確認操作用の操作ボタンを少なくすることができ、使用者による操作性を向上させることができる入力装置である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、例えば、筐体を振ったり旋回させて、メニュー画面に写った対象物の選択や操作等を行うためには、筐体の操作を適正におこなう必要がある。このため、筐体を振ったり旋回させた際に、筐体の操作状況を使用者にフィードバックさせて、筐体の操作状況や操作感を使用者に感覚的に認識させることが求められている。このような操作感を使用者に与えるために、入力装置の筐体内部にバイブレータを設け、使用者の操作に応じてバイブレータを動作させ、使用者に操作状況や操作感を感覚的にフィードバックさせることが考えられる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の入力装置を用いて３次元的な操作により入力を行い、その操作に応じてバイブレータによる操作感のフィードバックを行うのでは、使用者に適切な操作を促すには情報量が足りないという問題があった。また、この入力装置をゲームに使用する場合は、３次元的な操作も可能であるが、ゲームの興趣性は向上するものの、入力装置から得られるフィードバックは振動だけであり、入力装置の操作における方向性がないという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、前述した課題を解決するためになされたもので、その目的は、入力装置を操作した際に、操作に対応した方向性を持ったフィードバックを使用者に与えることができる入力装置および入力システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の入力装置は、筐体と、前記筐体に収容され、回転軸に対して軸対称な質量を有する回転体を備えたジャイロと、前記回転体の回転軸を回動させる回動手段と、前記筐体の変位方向および変位量を検出する変位検出手段と、前記変位検出手段の検出結果に基づいて前記回動手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このように構成することで、入力装置の変位方向や変位量に基づいてジャイロの回転軸の向きを回動制御することにより、ジャイロ効果（後述）を利用したトルクを入力装置の変位方向とは逆向きに発生させることができ、筺体の操作に応じて筐体が初期位置に戻ろうとする抵抗感を使用者に感じさせることができる。これにより、使用者は、筐体の操作に応じた直感的な（感覚的な）フィードバックを与えることができる。
【０００９】
また、本発明は、前記ジャイロの回転体を回転させる回転手段を備え、前記制御手段は、前記変位検出手段の検出結果に基づいて前記回転手段を制御することを特徴とする。
【００１０】
このように構成することで、ジャイロの回転体を回転させるように構成することで、変位検出手段の検出結果に基づいて回転体の速度を制御することで、使用者に直感的なフィードバックを与えることができる。
【００１１】
また、本発明は、前記制御手段が前記回転体の回転速度または前記回転軸の回動速度の少なくとも一方を制御することを特徴とする。
【００１２】
このように構成することで、筺体に設けられたジャイロの回転体の回転速度や回転軸の回動速度の少なくとも一方を制御することで、入力装置の動作に基づいて、使用者に直感的なフィードバックを与えることができる。なお、回転体の速度や回転軸の回動速度は、入力装置の操作に応じて適宜自動的に調整することでジャイロ効果を利用することができ、入力操作の動作に比例した抵抗力（反発力）が使用者にフィードバックされるように構成されている。
ここで、ジャイロ効果とは、回転体の回転速度と回転軸の回動速度との積に比例するトルクが発生させることができる。したがって、例えば、筐体の変位速度が速い場合などには、それに応じて回転体の回転速度または回転軸の回動速度を速くする制御を行うことによって、より強い抵抗感が使用者に感じられる。これにより、使用者は、筐体の操作に応じた直感的な（感覚的な）フィードバックを得ることができる。
【００１３】
さらに、本発明は、前記筺体が、前記変位検出手段からの検出結果を筺体外部に送信する送信手段と、前記筺体の外部からデータを受信する受信手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
このように構成することで、入力された情報の送り先である装置本体と入力装置との間で、変位データや入力装置へのフィードバック情報などをやりとりすることが可能になり、使用者の操作状況やゲームの場面に応じた適切なフィードバックを与えることができる。
【００１５】
また、本発明は、前記変位検出手段が、加速度センサで構成されることを特徴とする。
【００１６】
このように構成することで、入力装置の動作を加速度センサで検出することができ、検出結果を用いて入力装置の利用者にフィードバックさせることができる。
【００１７】
さらに、本発明は、前記ジャイロが、２軸ジャイロまたは３軸ジャイロで構成されることを特徴とする。
【００１８】
このように構成することで、例えば３軸ジャイロで構成した場合は、入力装置に発生させるトルクの方向を３軸方向（ロール、ピッチ、ヨー）に行うことができる。したがって、３次元的な操作が可能な入力装置において、フィードバック情報も３次元的に得られることになるため、使用者に適切な操作を促したり、ゲームの興趣性を向上させることができる。
【００１９】
さらに、本発明は、筐体と、前記筐体に収容され、回動可能な回転軸と、この回転軸に対して軸対称な質量を有する回転体とを備えたジャイロを備え、前記ジャイロは、前記回転体の回転軸に対して直交する線に沿う第１支持軸により前記筐体に対して回動自在に軸支され、前記ジャイロの重心は第１支持軸の下方に設けられていることを特徴とする。
【００２０】
ジャイロ効果によれば、回転体の回転軸方向が変位することにより、回転軸の方向と回転軸の変位方向の双方に直交する方向にトルクが発生する。したがって、筐体と回転体の回転軸とが固定された状態では、使用者の操作方向と直交する方向に筐体を回動させようとするトルクが感じられることになり、使用者にとって直感的な操作感覚とはならない。
【００２１】
そこで、回転体をトルクが発生する方向に対して回動自在となるように軸支することによって、回転体に発生するトルクが使用者に伝達されず、使用者には回転体が回動するのに必要なエネルギーに相当する抵抗感のみが感じられる。なお、回転体は発生したトルクによって第１支持軸回りを所定角度回動するが、その後自重によって元の位置に戻る。これにより、使用者は、筐体の操作に応じた直感的な（感覚的な）フィードバックを得ることができる。
【００２２】
また、本発明の入力システムは、前記入力装置と、前記入力装置からの入力情報を受ける装置本体で構成された入力操作システムであって、前記装置本体は、前記変位検出手段の検出結果を受信する変位情報受信手段と、前記受信手段で受信した検出結果に基づいて画像を出力する画像出力手段と、前記画像出力手段からの出力結果を前記入力装置に送信する出力結果送信手段とを備え、前記入力装置の操作に基づいて、前記画像出力手段から画像出力すると共に、前記画像出力の出力結果に基づいて前記ジャイロを制御することを特徴とする。
【００２３】
このように構成することで、入力装置の変位情報を基に画像を表示装置に出力し、その出力結果に基づいて、入力装置内のジャイロの制御を行うことにより、使用者が画像を目視で確認しながら、入力装置からフィードバックを得ることができる。したがって、例えば入力装置のスイング操作により、ポインタが画面からはみ出そうとしたときに、入力装置の操作方向と逆向きのトルクを発生させることにより、ポインタを元の位置に戻す方向にフィードバックを与えたり、ゲームの中でボールを打つシーンが登場したときに、使用者にあたかもボールを打ったような手応えが感じられるようにトルクを発生させることができ、使用者が自ら入力した操作が表示される表示装置を見ながら、入力装置から直感的な（感覚的な）フィードバックを得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の入力装置および入力システムによれば、入力装置の変位情報に対応したトルクないし抵抗感（反発力）を発生させることで、入力装置を操作した際に使用者に対して入力装置の操作（動作）に基づいた直感的なフィードバックが与えることができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態に係る入力装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明における第１実施形態の入力システムを示すシステム構成図である。図２は、入力装置の構成を示す構成図である。図３は、入力装置の筺体内部の構成を示す構成図である。
図１に示すように、第１実施形態に係る入力システム１０は、メニュー画面、画像、メニュー画面を選択するポインタ１２を表示する表示部１４を有する表示装置１１と、表示制御部２５、データ送受信部２６を有する装置本体と、画面に表示されているポインタ１２の移動操作や、表示部１４に表示されたメニュー画面から任意の項目を選択操作するための入力装置１５と、一対のマーカ２２Ａ、２２Ｂとで構成されている。
【００２６】
ポインタ１２は、入力装置１５の変位量に応じて、表示装置１１の制御部２５によって、表示部１４上を移動させることができる。ポインタ１２の動作は、制御部２５で検出され、入力装置１５の操作によりメニュー画面に表示された項目が選択されたことも検出することができる。
【００２７】
一対のマーカ２２Ａ，２２Ｂは、一例として、赤外線２１を含む光を表示装置１１の前方に向かって出力するものである。
【００２８】
次に入力装置１５の構成について説明する。
入力装置１５は、図２及び図３に示すように、外形が使用者の手で握りやすいように形成された筐体１６と、筐体１６の内部に収容された変位データ検出部（検出部）２３、データ送受信部（送受信部）１７、ジャイロ制御部（制御部）１９およびジャイロ２０、回路基板３３、ジャイロ駆動用電池３５、回路駆動用電池３６を有し、筐体外部には、決定ボタン３１、キャンセルボタン３２、トリガボタン３４を備えて構成されている。
なお、入力装置１５は、例えば、ＰＣ用マウスのような有線のものや、ＴＶ用リモートコントローラのような無線のものが該当するものであり、第１実施形態においては、ＴＶ用リモートコントローラのような無線通信で行うものとして一例を例示する。
【００２９】
データ送受信部２７は、変位データ検出部２３で検出した変位量を装置本体のデータ送受信部２６に送信することができる。また、装置本体のデータ送受信部２６から送信されたデータを受信することができるように構成されている。
撮像手段１７は、マーカ２２Ａ、２２Ｂを撮像すると共に、撮像結果を変位データ検出部２３に送信するように構成されている。
【００３０】
ジャイロ制御部（制御部）１９は、変位データ検出部２３で検出した変位量に基づいてジャイロ２０の回転体の回転速度や回転軸の回動軸の動作を制御することができるように構成されている。
【００３１】
筐体１６に収容された変位データ検出部（検出部）２３は、一対のマーカ２２Ａ，２２Ｂから出力された赤外線のみを撮像素子１７で撮像して画像データを生成する。さらに、変位データ検出部（検出部）２３は、生成した画像データに基づいて一対のマーカ２２Ａ，２２Ｂの画像の変位から入力装置１５の変位データを算出し、データ送受信部（送受信部）２７に変位データを伝える。
【００３２】
データ送受信部（送受信部）２７は、変位データ検出部（検出部）２３から伝えられた変位データをジャイロ制御部（制御部）１９に伝えると共に、変位データを装置本体に無線送信する。また、使用者が決定ボタン３１、キャンセルボタン３２、トリガボタン３４を押した際には、それらの入力データ（以下、単に「入力データ」という）を装置本体に送信する。
【００３３】
変位データとしては、変位速度や、変位方向、変位量がある。
具体的には、変位データは、以下のデータのうちいずれか１つ、または複数をいう。
・単位時間当たりの入力装置１５の位置Ｐ（入力装置１５の移動方向が判る）
・単位時間当たりの入力装置１５の位置を基に算出した変位速度（入力装置１５を振ったときの移動速度）Ｖ
・単位時間当たりの入力装置１５の位置を基に算出した変位量Ｓ
【００３４】
入力装置１５の位置Ｐ、変位速度Ｖ、変位量Ｓは、筐体１６の内部に設けられたジャイロ制御部（制御部）１９で演算され、後述のようにジャイロ２０の制御に用いられる。
【００３５】
装置本体は、データ送受信部２６により、入力装置１５から送信された変位データや入力データを受信し、受信されたデータは、表示制御部２５に送られる。表示制御部２５は、変位データや入力データに基づいて、メニュー画面やポインタの画像データを生成し、表示部１４に送る。表示部１４に送られたメニュー画面やポインタの画像データは、画像１２として表示される。
【００３６】
ジャイロ制御部１９は、変位データ検出部２３から伝えられた変位データ（位置Ｐ、変位速度Ｖ、変位量Ｓ）に基づいて、回転体４３の回転速度または回転体４３の回転軸４４の向き（傾き）のうちの少なくとも一方を制御する信号をジャイロ２０に伝えるものである。
回転軸４４の向き（傾き）のデータとして、例えば、回転軸４４の回動方向と回動角度、回動速度などが用いられる。
ジャイロ２０は、ジャイロ制御部１９から送られたデータに基づいて制御可能なモータ４０と、モータ４０に連結された回転軸４４と、回転軸４４に連結された回転体４３と、回転体４３およびモータ４０を傾斜可能に支持する支持軸４６と、支持軸４６を軸にして回転体４３およびモータ４０を回動、傾斜させるモータ４１とを備えている。モータ４１もジャイロ制御部１９から送られたデータに基づいて制御可能に構成されている。
このジャイロ２０は、回転体４３の回転軸４４に対して直交する線４５に沿う支持軸４６を介して筐体１６に支持されている。
入力装置１５が変位した際には、ジャイロ制御部１９から送られた信号（データ）に基づいてモータ４１が駆動し、回転体４３および回転軸４４を支持軸４６を軸にして矢印方向（図３（Ｂ）参照）に傾斜させることによりジャイロ効果によるトルクを発生させるものである。
【００３７】
すなわち、ジャイロ２０が回転軸４４の向きを変えることで、ジャイロ効果により、入力装置の筐体の変位方向とは逆向きのトルクが発生し、使用者に変位方向に対する抵抗感として伝達されるため、直感的なフィードバックを与えることができる。
【００３８】
ここで、ジャイロ効果について簡単に説明する。図４において、Ｈをジャイロ回転体の角速度ベクトル、Ωをジャイロ回転軸の角速度ベクトル、Ｔをジャイロに生じるトルクベクトルとすると、Ｈ×Ω＝Ｔ（式１）の関係が成り立つ。例えば、ジャイロ回転軸がＺ軸回りのＡ方向（−Ω方向）に回動すると、ジャイロに生じるトルクは下向き（−Ｔ方向）となり、逆にジャイロがＺ軸回りのＢ方向（Ω方向）に回動すると、ジャイロに生じるトルクは上向き（Ｔ方向）となる。
【００３９】
上記のジャイロを内蔵する入力装置の前方向をＨ方向と一致させ、入力装置の変位方向（Ａ、Ｂ方向）を検知して、変位方向と逆向きのトルクが回転軸に発生するようにＹ軸（Ｔ方向）についてジャイロを所定角度回動させる制御を行えば、使用者には入力装置の変位方向とは逆向きの抵抗感が感じられる。
【００４０】
例えば、入力装置がＡ方向（−Ω方向）に変位したときには、ジャイロを下向き（−Ｔ方向）に回動させる制御を行う。また、入力装置がＢ方向（Ω方向）に変位したときには、ジャイロを上向き（Ｔ方向）に回動させる制御を行う。
【００４１】
本実施形態では、使用者が入力装置を横方向にスイング操作した場合に、回転体４３および回転軸４４が支持軸４６を軸にして縦方向（図３（Ｂ）の矢印方向）に回動制御される。ジャイロ効果によって、スイング方向と逆向きのトルクが発生し、使用者に抵抗感として伝達される。
このように、ジャイロ２０の回転体４３および回転軸４４の向きを変動させることで、使用者は感覚的なフィードバックを得ることができる。
【００４２】
なお、本実施形態の回転体４３は、盤状に形成されたもので、モータ４０の回転で回転するものである。
盤状の回転体４３として、例えば、円盤や多角形のように回転軸４４に対して軸対称な質量を有するものが該当する。その他の例としては、回転軸４４に対して軸対称な質量を有していれば星形のようにスリットを有していても使用可能である。
【００４３】
なお、本実施形態では、一対のマーカ２２Ａ，２２Ｂから発される赤外線を撮像し、この撮像画像の変位を基に入力装置の変位データを検出する例について説明したが、これに代えて、あるいはこれとともに加速度センサを筐体１６に内蔵させ、加速度を基に入力装置の変位を検出することも可能である。
筐体１６内部の加速度センサにより得られた加速度情報に基づいて、ジャイロ制御部１９が回転体４３を起動または回転速度を増速または回転軸４４を傾斜させることも可能である。
この変形例によれば、より簡易な構成で、使用者は、筐体の操作に応じた直感的な（感覚的な）フィードバックを得ることができる。
【００４４】
なお、入力装置１５の変位速度や加速度を検知し、この変位速度や加速度に基づいて回転体４３の回転速度または回転軸４４の回動速度を制御してもよい。
入力装置１５の変位速度が速い場合、あるいは加速度が大きい場合には、回転体４３の回転速度または回転軸４４の回動速度を速くする制御を行うことによって、変位速度に応じたより強い抵抗感が使用者に感じられる。
これにより、使用者は、筐体の操作に応じた直感的な（感覚的な）フィードバックを得ることができる。
なお、本実施形態では、入力装置と本体とが無線により変位データを送受信する例を挙げたが、有線により変位データを送受信しても差し支えない。この場合は、データ送受信部は不要となる。また、入力装置１５の電源を装置本体から供給できるというメリットもある。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、表示装置１１に表示された画像１２を見ながら、入力装置１５で入力操作や確認操作などを行い、画像の出力結果に基づいて入力装置内のジャイロを制御する実施形態を図１、図５に基づいて説明する。
図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、使用者が入力装置１５を手４７で握り、表示部１４の画像１２を見ながら、入力装置１５を、スイング移動（スイング操作）や旋回移動（旋回操作）などをさせることにより入力操作を行う。例えば、画像１２がメニュー画面である場合は、入力装置の変位に対し、ポインタが追従する動きをするように画像１２の制御を行い、メニューの選択、決定等を行う。画像１２がゲーム画面（例えばテニスゲーム）である場合は、入力装置の変位に、ゲーム画像中のプレーヤーが持つラケットの動きが追従するように画像１２の制御を行う。
【００４６】
入力装置１５の操作中に、図２に示す筐体１６の変位データ検出部（検出部）２３で、図１に示す一対のマーカ２２Ａ，２２Ｂから出力された赤外線２１のみを撮像素子１７で撮像して画像データを生成する。
生成した画像データに基づいて一対のマーカ２２Ａ，２２Ｂの変位を算出し、送受信部２７に変位データを伝える。送受信部２７から装置本体に送信された変位データは、データ送受信部２６を経由して表示制御部２５に送られる。
【００４７】
表示制御部２５は、変位データに基づいて、表示部１４に表示される画像１２の画像データを生成する。
画像１２がメニュー画面である場合、使用者が入力装置１５を大きく動かすと、画像１２の中のポインタが、入力装置の動きに追従して表示部１４の表示領域外に飛び出してしまう可能性がある。このとき、表示制御部はポインタの位置と変位速度から、ポインタが表示部１４の表示領域外に飛び出す可能性が高いと判断した場合には、ポインタの変位方向（入力装置１５の変位方向）と逆の方向にトルクを発生させる制御データを生成する。例えば、入力装置１５を大きく右側にスイング操作して、ポインタが表示部の右端に切れそうになった場合は、入力装置に左向きのトルクが発生するように、制御データを生成する。
画像１２がテニスゲームの画面である場合、使用者が入力装置１５を前方にスイング操作すると、ゲーム画像中のプレーヤーが持つラケットの動きが追従するように前方にスイングされる。そして、ゲーム画像中のラケットがボールにヒットする瞬間に、表示制御部はラケットの変位方向（入力装置１５の変位方向）と逆の方向（後方）にトルクを発生させる制御データを生成する。
【００４８】
この制御データが、データ送受信部２６、２７を経てジャイロ制御部１９に伝えられる。ジャイロ制御部１９は伝えられた制御データに基づいて、回転体４３の回転軸４４の向きを制御する信号をジャイロ２０に伝える。
【００４９】
ジャイロ２０は、ジャイロ制御部１９から送られたデータに基づいて、モータ４１が駆動し、回転体４３を支持軸４６を軸にして矢印方向（図３（Ｂ）参照）に回動、傾斜させる。
回転体４３を回動、傾斜させることでジャイロ効果により、入力装置１５にトルクが発生する。
【００５０】
ここで、筐体１６を速く・大きく動かす（変位させる）ほど、回転体の回転速度または回転軸の回動速度を大きくする制御を行ってもよい。この場合はジャイロ効果（数式１）によって筐体１６を元に戻そうとするトルクが強く発生し、抵抗感が増す。
【００５１】
このように、入力装置１５の変位データを基に生成された画像を表示装置に出力し、その画像データに基づいて、ジャイロの制御データを生成することにより、使用者が画像を目視で確認しながら、入力装置からフィードバックを得ることができる。したがって、例えば入力装置のスイング操作により、ポインタが表示部からはみ出そうとしたときに、入力装置の操作方向と逆向きのトルクを発生させることにより、ポインタを元に戻す方向にフィードバックを与えたり、ゲームの中でボールを打つシーンが登場したときに、使用者にあたかもボールを打ったような手応えが入力装置１５を通じて感じられるように、入力装置１５にトルクを発生させることができる。
【００５２】
つぎに、第２〜第５の実施形態を図６〜図９に基づいて説明する。なお、第２〜第５の実施形態において、第１実施形態の入力装置１０と同一類似部材については同じ符号を付して説明を省略する。
【００５３】
（第３実施形態）
図６に示す第２実施形態のジャイロ５０は、回転体４３の回転軸４４に対して直交する線に沿う第１支持軸５２により筐体１６に対して矢印Ａ−Ｂ方向に回動自在に軸支され、かつ、ジャイロ５０の重心が第１支持軸５２の下方に設けられたもので、その構成は第１実施形態のジャイロ２０と同じである。
【００５４】
ここで、回転体４３のジャイロ効果によれば、回転体４３の回転軸４４方向が変位することにより、回転軸４４の方向と回転軸４４の変位方向の双方に直交する方向にトルクが発生する。
【００５５】
したがって、筐体１６に回転軸４４が固定された状態では、使用者の操作方向と直交する方向に筐体１６を回動させようとするトルクが感じられ、使用者にとって直感的な操作感覚とはならない。
そこで、第２実施形態において、回転体４３をトルクが発生する方向に対して回動自在となるように第１支持軸５２を軸にして矢印Ａ−Ｂ方向に回動自在に軸支することにした。
【００５６】
よって、例えば、回転体４３を回転させた状態で、入力装置を図６の紙面左方向に移動した際に、回転体４３が第１支持軸５２を軸にして矢印Ａ方向に回動する。
回転体４３が矢印Ａ方向に回動することで、回転体４３に発生する下向きのトルクを使用者に伝達しないようにできる。
これにより、使用者には変位方向と直交する方向のトルクが感じられることなく、回転体４３が回動するのに必要なエネルギーに相当する抵抗感Ｆ１のみが感じられる。
【００５７】
なお、回転体４３は発生したトルクによって第１支持軸５２の回りを矢印Ａ方向に所定角度回動するが、ジャイロ５０の重心位置を第１支持軸５２の真下に設けているので、回動した後、ジャイロ５０の自重によって元の位置に戻る。
これにより、使用者は、筐体１６の操作に応じた直感的な（感覚的な）フィードバックＦ１を得ることができる。
【００５８】
一方、入力装置を図６の紙面右方向に移動した際に、回転体４３が第１支持軸５２を軸にして矢印Ｂ方向に回動する。
回転体４３が矢印Ｂ方向に回動することで、回転体４３に発生する上向きのトルクを使用者に伝達しないようにできる。
これにより、使用者には変位方向と直交する方向のトルクが感じられることなく、回転体４３が回動するのに必要なエネルギーに相当する抵抗感Ｆ２のみが感じられる。
【００５９】
なお、回転体４３は発生したトルクによって第１支持軸５２の回りを所定角度回動するが、ジャイロ５０の重心位置を第１支持軸５２の下方に設けているので、回動した後、ジャイロ５０の自重によって元の位置に戻る。
これにより、使用者は、筐体１６の操作に応じた直感的な（感覚的な）フィードバックＦ２を得ることができる。
【００６０】
本実施形態によれば、第１実施形態と異なり、回転体４３および回転軸４４の向きを制御することはしないため、使用者に感じられる抵抗感は第１実施形態と比較すると小さなものとなる。しかし、回転軸４４を回動するモータが不要となることから入力装置を小型化、軽量化することができ、消費電力も抑えられるというメリットがある。
【００６１】
（第４実施形態）
図７に示す第４実施形態のジャイロ６０は、筐体に１個のジャイロを二軸支持としたもので、二つの支持軸について各々ジャイロを回動させるモータを有している。その他の構成は第１実施形態のジャイロ２０と同じである。
【００６２】
すなわち、ジャイロ６０は、回転体６１の回転軸６２に対して直交する線６３に沿う第１支持軸６５と、第１支持軸６５を支持する枠部６６と、枠部６６と筐体１６（図２参照）との間に介装され、回転軸６２と第１支持軸６３に対して直交する線６７に沿う第２支持軸６８とを有する。
【００６３】
よって、第３実施形態のジャイロ６０によれば、第１支持軸６６および第２支持軸６８に連結されたモータによって回転体６１および回転軸６２の方向を回動制御することにより、使用者がコントローラのスイング操作を上下方向、左右方向いずれに行っても、スイング方向と逆向きのトルクを発生させ、使用者に抵抗感を与えることができる。したがって、使用者に直感的なフィードバックを与えることができる。
【００６４】
（第５実施形態）
図８に示す第５実施形態のジャイロ７０は、回転軸４４および支持軸４６の向きが直交する複数（２個）のジャイロを備えたもので、その他の構成は第１実施形態と同じである。
【００６５】
ジャイロ７０は、通常、２個のジャイロの回転体４３は停止または低速回転に保たれている。筐体１６を移動させたときに特定のジャイロの回転体４３を起動または高速回転に変える。
なお、２個のジャイロの支持軸４６の向きは変わらない。
【００６６】
よって、第５実施形態のジャイロ７０によれば、２つのジャイロを使い分けることや、併用することが可能である。
なお、２個のジャイロに備えた各回転体４３の回転速度の制御も併用することが可能である。
【００６７】
（第６実施形態）
図９に示す第６実施形態のジャイロ８０は、回転軸８１の向きが３軸方向に直交する３つのモータ８２で球状のジャイロ８３を回転駆動可能に構成したもので、その構成は第１実施形態と同じである。
【００６８】
球状の回転体８３は、支持リング８４に等間隔に配置された３個の回転体８５に支えられている。回転体８５は回転軸８１に連結されている。また、ジャイロ８３は半球状のカバー８７で保持されている。
【００６９】
ジャイロ８０は、通常、ジャイロ８３は停止または低速回転に保たれている。そして、筐体１６を移動させたときに特定のモータ８２（最大２個、３個は不可）を起動または高速回転に変えることにより、回転体８３を３軸方向に任意速度で回転させることができる。
なお、ジャイロ８３の回転速度の制御も併用することが可能である。
【００７０】
よって、第５実施形態のジャイロ８０によれば、前述した各実施形態と同様な効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、筐体内の回転体を回転することにより応力を発生させて使用者に抵抗感が感じられるようにした入力装置および入力システムへの適用に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る第１実施形態の入力システムを示す概略図である。
【図２】第１実施形態の入力装置を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）は第１実施形態の入力装置を示す平面図、（Ｂ）は第１実施形態の入力装置を示す側面図である。
【図４】ジャイロ効果について説明する図である。
【図５】（Ａ）は第１実施形態の入力装置の先端を回すことによりアイコンを選択する例を説明する図、（Ｂ）は第１実施形態の入力装置の先端を上下左右に振ることによりアイコンを選択する例を説明する図である。
【図６】本発明に係る第２実施形態のジャイロを説明する図である。
【図７】本発明に係る第３実施形態のジャイロを示す斜視図である。
【図８】（Ａ）は本発明に係る第４実施形態の入力装置を示す平面図、（Ｂ）は本発明に係る第４実施形態の入力装置を示す側面図である。
【図９】本発明に係る第５実施形態のジャイロを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０ 入力システム
１１ 表示装置
１５ 入力装置
１６ 筐体
１９ ジャイロ制御部（制御部）
２０，５０，６０，７０，８０ ジャイロ
２２ データ送受信部（送受信部）
２３ 変位データ検出部（検出部）
２７ データ送受信部（送受信部）
４３，６１ 回転体
４４，６２ 回転軸
４５，６３ 回転軸に対して直交する線
４６ 支持軸
５２，６５ 第１支持軸
６６ 枠部
６７ 第１支持軸に対して直交する線
６８ 第２支持軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筐体内の回転体を回転することにより応力を発生させて使用者が筐体を操作したときに操作感（抵抗感）が感じられるようにした入力装置および入力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ディスプレイ用のリモートコントローラ（以下、「入力装置」という）のなかには、ディスプレイ（表示装置）のメニュー画面を見ながら入力装置の筐体を、例えばスイング移動（スイング操作）や旋回移動（旋回操作）させることで、メニュー画面の入力操作や確認操作などをおこなうものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−６１４８９号公報
【０００３】
特許文献１の入力装置によれば、筐体を振ったり（スイング）旋回させることで、入力操作や確認操作ができるように構成されているので、入力操作用の操作ボタンや確認操作用の操作ボタンを少なくすることができ、使用者による操作性を向上させることができる入力装置である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、例えば、筐体を振ったり旋回させて、メニュー画面に写った対象物の選択や操作等を行うためには、筐体の操作を適正におこなう必要がある。このため、筐体を振ったり旋回させた際に、筐体の操作状況を使用者にフィードバックさせて、筐体の操作状況や操作感を使用者に感覚的に認識させることが求められている。このような操作感を使用者に与えるために、入力装置の筐体内部にバイブレータを設け、使用者の操作に応じてバイブレータを動作させ、使用者に操作状況や操作感を感覚的にフィードバックさせることが考えられる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の入力装置を用いて３次元的な操作により入力を行い、その操作に応じてバイブレータによる操作感のフィードバックを行うのでは、使用者に適切な操作を促すには情報量が足りないという問題があった。また、この入力装置をゲームに使用する場合は、３次元的な操作も可能であるが、ゲームの興趣性は向上するものの、入力装置から得られるフィードバックは振動だけであり、入力装置の操作における方向性がないという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、前述した課題を解決するためになされたもので、その目的は、入力装置を操作した際に、操作に対応した方向性を持ったフィードバックを使用者に与えることができる入力装置および入力システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の入力装置は、筐体と、前記筐体に収容され、回転軸に対して軸対称な質量を有する回転体を備えたジャイロと、前記回転体の回転軸を回動させる回動手段と、前記筐体の変位方向および変位量を検出する変位検出手段と、前記変位検出手段の検出結果に基づいて前記回動手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このように構成することで、入力装置の変位方向や変位量に基づいてジャイロの回転軸の向きを回動制御することにより、ジャイロ効果（後述）を利用したトルクを入力装置の変位方向とは逆向きに発生させることができ、筺体の操作に応じて筐体が初期位置に戻ろうとする抵抗感を使用者に感じさせることができる。これにより、使用者は、筐体の操作に応じた直感的な（感覚的な）フィードバックを与えることができる。
【０００９】
また、本発明は、前記ジャイロの回転体を回転させる回転手段を備え、前記制御手段は、前記変位検出手段の検出結果に基づいて前記回転手段を制御することを特徴とする。
【００１０】
このように構成することで、ジャイロの回転体を回転させるように構成することで、変位検出手段の検出結果に基づいて回転体の速度を制御することで、使用者に直感的なフィードバックを与えることができる。
【００１１】
また、本発明は、前記制御手段が前記回転体の回転速度または前記回転軸の回動速度の少なくとも一方を制御することを特徴とする。
【００１２】
このように構成することで、筺体に設けられたジャイロの回転体の回転速度や回転軸の回動速度の少なくとも一方を制御することで、入力装置の動作に基づいて、使用者に直感的なフィードバックを与えることができる。なお、回転体の速度や回転軸の回動速度は、入力装置の操作に応じて適宜自動的に調整することでジャイロ効果を利用することができ、入力操作の動作に比例した抵抗力（反発力）が使用者にフィードバックされるように構成されている。
ここで、ジャイロ効果とは、回転体の回転速度と回転軸の回動速度との積に比例するトルクが発生させることができる。したがって、例えば、筐体の変位速度が速い場合などには、それに応じて回転体の回転速度または回転軸の回動速度を速くする制御を行うことによって、より強い抵抗感が使用者に感じられる。これにより、使用者は、筐体の操作に応じた直感的な（感覚的な）フィードバックを得ることができる。
【００１３】
さらに、本発明は、前記筺体が、前記変位検出手段からの検出結果を筺体外部に送信する送信手段と、前記筺体の外部からデータを受信する受信手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
このように構成することで、入力された情報の送り先である装置本体と入力装置との間で、変位データや入力装置へのフィードバック情報などをやりとりすることが可能になり、使用者の操作状況やゲームの場面に応じた適切なフィードバックを与えることができる。
【００１５】
また、本発明は、前記変位検出手段が、加速度センサで構成されることを特徴とする。
【００１６】
このように構成することで、入力装置の動作を加速度センサで検出することができ、検出結果を用いて入力装置の利用者にフィードバックさせることができる。
【００１７】
さらに、本発明は、前記ジャイロが、２軸ジャイロまたは３軸ジャイロで構成されることを特徴とする。
【００１８】
このように構成することで、例えば３軸ジャイロで構成した場合は、入力装置に発生させるトルクの方向を３軸方向（ロール、ピッチ、ヨー）に行うことができる。したがって、３次元的な操作が可能な入力装置において、フィードバック情報も３次元的に得られることになるため、使用者に適切な操作を促したり、ゲームの興趣性を向上させることができる。
【００１９】
さらに、本発明は、筐体と、前記筐体に収容され、回動可能な回転軸と、この回転軸に対して軸対称な質量を有する回転体とを備えたジャイロを備え、前記ジャイロは、前記回転体の回転軸に対して直交する線に沿う第１支持軸により前記筐体に対して回動自在に軸支され、前記ジャイロの重心は第１支持軸の下方に設けられていることを特徴とする。
【００２０】
ジャイロ効果によれば、回転体の回転軸方向が変位することにより、回転軸の方向と回転軸の変位方向の双方に直交する方向にトルクが発生する。したがって、筐体と回転体の回転軸とが固定された状態では、使用者の操作方向と直交する方向に筐体を回動させようとするトルクが感じられることになり、使用者にとって直感的な操作感覚とはならない。
【００２１】
そこで、回転体をトルクが発生する方向に対して回動自在となるように軸支することによって、回転体に発生するトルクが使用者に伝達されず、使用者には回転体が回動するのに必要なエネルギーに相当する抵抗感のみが感じられる。なお、回転体は発生したトルクによって第１支持軸回りを所定角度回動するが、その後自重によって元の位置に戻る。これにより、使用者は、筐体の操作に応じた直感的な（感覚的な）フィードバックを得ることができる。
【００２２】
また、本発明の入力システムは、前記入力装置と、前記入力装置からの入力情報を受ける装置本体で構成された入力操作システムであって、前記装置本体は、前記変位検出手段の検出結果を受信する変位情報受信手段と、前記受信手段で受信した検出結果に基づいて画像を出力する画像出力手段と、前記画像出力手段からの出力結果を前記入力装置に送信する出力結果送信手段とを備え、前記入力装置の操作に基づいて、前記画像出力手段から画像出力すると共に、前記画像出力の出力結果に基づいて前記ジャイロを制御することを特徴とする。
【００２３】
このように構成することで、入力装置の変位情報を基に画像を表示装置に出力し、その出力結果に基づいて、入力装置内のジャイロの制御を行うことにより、使用者が画像を目視で確認しながら、入力装置からフィードバックを得ることができる。したがって、例えば入力装置のスイング操作により、ポインタが画面からはみ出そうとしたときに、入力装置の操作方向と逆向きのトルクを発生させることにより、ポインタを元の位置に戻す方向にフィードバックを与えたり、ゲームの中でボールを打つシーンが登場したときに、使用者にあたかもボールを打ったような手応えが感じられるようにトルクを発生させることができ、使用者が自ら入力した操作が表示される表示装置を見ながら、入力装置から直感的な（感覚的な）フィードバックを得ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の入力装置および入力システムによれば、入力装置の変位情報に対応したトルクないし抵抗感（反発力）を発生させることで、入力装置を操作した際に使用者に対して入力装置の操作（動作）に基づいた直感的なフィードバックが与えることができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態に係る入力装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明における第１実施形態の入力システムを示すシステム構成図である。図２は、入力装置の構成を示す構成図である。図３は、入力装置の筺体内部の構成を示す構成図である。
図１に示すように、第１実施形態に係る入力システム１０は、メニュー画面、画像、メニュー画面を選択するポインタ１２を表示する表示部１４を有する表示装置１１と、表示制御部２５、データ送受信部２６を有する装置本体と、画面に表示されているポインタ１２の移動操作や、表示部１４に表示されたメニュー画面から任意の項目を選択操作するための入力装置１５と、一対のマーカ２２Ａ、２２Ｂとで構成されている。
【００２６】
ポインタ１２は、入力装置１５の変位量に応じて、表示装置１１の制御部２５によって、表示部１４上を移動させることができる。ポインタ１２の動作は、制御部２５で検出され、入力装置１５の操作によりメニュー画面に表示された項目が選択されたことも検出することができる。
【００２７】
一対のマーカ２２Ａ，２２Ｂは、一例として、赤外線２１を含む光を表示装置１１の前方に向かって出力するものである。
【００２８】
次に入力装置１５の構成について説明する。
入力装置１５は、図２及び図３に示すように、外形が使用者の手で握りやすいように形成された筐体１６と、筐体１６の内部に収容された変位データ検出部（検出部）２３、データ送受信部（送受信部）１７、ジャイロ制御部（制御部）１９およびジャイロ２０、回路基板３３、ジャイロ駆動用電池３５、回路駆動用電池３６を有し、筐体外部には、決定ボタン３１、キャンセルボタン３２、トリガボタン３４を備えて構成されている。
なお、入力装置１５は、例えば、ＰＣ用マウスのような有線のものや、ＴＶ用リモートコントローラのような無線のものが該当するものであり、第１実施形態においては、ＴＶ用リモートコントローラのような無線通信で行うものとして一例を例示する。
【００２９】
データ送受信部２７は、変位データ検出部２３で検出した変位量を装置本体のデータ送受信部２６に送信することができる。また、装置本体のデータ送受信部２６から送信されたデータを受信することができるように構成されている。
撮像手段１７は、マーカ２２Ａ、２２Ｂを撮像すると共に、撮像結果を変位データ検出部２３に送信するように構成されている。
【００３０】
ジャイロ制御部（制御部）１９は、変位データ検出部２３で検出した変位量に基づいてジャイロ２０の回転体の回転速度や回転軸の回動軸の動作を制御することができるように構成されている。
【００３１】
筐体１６に収容された変位データ検出部（検出部）２３は、一対のマーカ２２Ａ，２２Ｂから出力された赤外線のみを撮像素子１７で撮像して画像データを生成する。さらに、変位データ検出部（検出部）２３は、生成した画像データに基づいて一対のマーカ２２Ａ，２２Ｂの画像の変位から入力装置１５の変位データを算出し、データ送受信部（送受信部）２７に変位データを伝える。
【００３２】
データ送受信部（送受信部）２７は、変位データ検出部（検出部）２３から伝えられた変位データをジャイロ制御部（制御部）１９に伝えると共に、変位データを装置本体に無線送信する。また、使用者が決定ボタン３１、キャンセルボタン３２、トリガボタン３４を押した際には、それらの入力データ（以下、単に「入力データ」という）を装置本体に送信する。
【００３３】
変位データとしては、変位速度や、変位方向、変位量がある。
具体的には、変位データは、以下のデータのうちいずれか１つ、または複数をいう。
・単位時間当たりの入力装置１５の位置Ｐ（入力装置１５の移動方向が判る）
・単位時間当たりの入力装置１５の位置を基に算出した変位速度（入力装置１５を振ったときの移動速度）Ｖ
・単位時間当たりの入力装置１５の位置を基に算出した変位量Ｓ
【００３４】
入力装置１５の位置Ｐ、変位速度Ｖ、変位量Ｓは、筐体１６の内部に設けられたジャイロ制御部（制御部）１９で演算され、後述のようにジャイロ２０の制御に用いられる。
【００３５】
装置本体は、データ送受信部２６により、入力装置１５から送信された変位データや入力データを受信し、受信されたデータは、表示制御部２５に送られる。表示制御部２５は、変位データや入力データに基づいて、メニュー画面やポインタの画像データを生成し、表示部１４に送る。表示部１４に送られたメニュー画面やポインタの画像データは、画像１２として表示される。
【００３６】
ジャイロ制御部１９は、変位データ検出部２３から伝えられた変位データ（位置Ｐ、変位速度Ｖ、変位量Ｓ）に基づいて、回転体４３の回転速度または回転体４３の回転軸４４の向き（傾き）のうちの少なくとも一方を制御する信号をジャイロ２０に伝えるものである。
回転軸４４の向き（傾き）のデータとして、例えば、回転軸４４の回動方向と回動角度、回動速度などが用いられる。
ジャイロ２０は、ジャイロ制御部１９から送られたデータに基づいて制御可能なモータ４０と、モータ４０に連結された回転軸４４と、回転軸４４に連結された回転体４３と、回転体４３およびモータ４０を傾斜可能に支持する支持軸４６と、支持軸４６を軸にして回転体４３およびモータ４０を回動、傾斜させるモータ４１とを備えている。モータ４１もジャイロ制御部１９から送られたデータに基づいて制御可能に構成されている。
このジャイロ２０は、回転体４３の回転軸４４に対して直交する線４５に沿う支持軸４６を介して筐体１６に支持されている。
入力装置１５が変位した際には、ジャイロ制御部１９から送られた信号（データ）に基づいてモータ４１が駆動し、回転体４３および回転軸４４を支持軸４６を軸にして矢印方向（図３（Ｂ）参照）に傾斜させることによりジャイロ効果によるトルクを発生させるものである。
【００３７】
すなわち、ジャイロ２０が回転軸４４の向きを変えることで、ジャイロ効果により、入力装置の筐体の変位方向とは逆向きのトルクが発生し、使用者に変位方向に対する抵抗感として伝達されるため、直感的なフィードバックを与えることができる。
【００３８】
ここで、ジャイロ効果について簡単に説明する。図４において、Ｈをジャイロ回転体の角速度ベクトル、Ωをジャイロ回転軸の角速度ベクトル、Ｔをジャイロに生じるトルクベクトルとすると、Ｈ×Ω＝Ｔ（式１）の関係が成り立つ。例えば、ジャイロ回転軸がＺ軸回りのＡ方向（−Ω方向）に回動すると、ジャイロに生じるトルクは下向き（−Ｔ方向）となり、逆にジャイロがＺ軸回りのＢ方向（Ω方向）に回動すると、ジャイロに生じるトルクは上向き（Ｔ方向）となる。
【００３９】
上記のジャイロを内蔵する入力装置の前方向をＨ方向と一致させ、入力装置の変位方向（Ａ、Ｂ方向）を検知して、変位方向と逆向きのトルクが回転軸に発生するようにＹ軸（Ｔ方向）についてジャイロを所定角度回動させる制御を行えば、使用者には入力装置の変位方向とは逆向きの抵抗感が感じられる。
【００４０】
例えば、入力装置がＡ方向（−Ω方向）に変位したときには、ジャイロを下向き（−Ｔ方向）に回動させる制御を行う。また、入力装置がＢ方向（Ω方向）に変位したときには、ジャイロを上向き（Ｔ方向）に回動させる制御を行う。
【００４１】
本実施形態では、使用者が入力装置を横方向にスイング操作した場合に、回転体４３および回転軸４４が支持軸４６を軸にして縦方向（図３（Ｂ）の矢印方向）に回動制御される。ジャイロ効果によって、スイング方向と逆向きのトルクが発生し、使用者に抵抗感として伝達される。
このように、ジャイロ２０の回転体４３および回転軸４４の向きを変動させることで、使用者は感覚的なフィードバックを得ることができる。
【００４２】
なお、本実施形態の回転体４３は、盤状に形成されたもので、モータ４０の回転で回転するものである。
盤状の回転体４３として、例えば、円盤や多角形のように回転軸４４に対して軸対称な質量を有するものが該当する。その他の例としては、回転軸４４に対して軸対称な質量を有していれば星形のようにスリットを有していても使用可能である。
【００４３】
なお、本実施形態では、一対のマーカ２２Ａ，２２Ｂから発される赤外線を撮像し、この撮像画像の変位を基に入力装置の変位データを検出する例について説明したが、これに代えて、あるいはこれとともに加速度センサを筐体１６に内蔵させ、加速度を基に入力装置の変位を検出することも可能である。
筐体１６内部の加速度センサにより得られた加速度情報に基づいて、ジャイロ制御部１９が回転体４３を起動または回転速度を増速または回転軸４４を傾斜させることも可能である。
この変形例によれば、より簡易な構成で、使用者は、筐体の操作に応じた直感的な（感覚的な）フィードバックを得ることができる。
【００４４】
なお、入力装置１５の変位速度や加速度を検知し、この変位速度や加速度に基づいて回転体４３の回転速度または回転軸４４の回動速度を制御してもよい。
入力装置１５の変位速度が速い場合、あるいは加速度が大きい場合には、回転体４３の回転速度または回転軸４４の回動速度を速くする制御を行うことによって、変位速度に応じたより強い抵抗感が使用者に感じられる。
これにより、使用者は、筐体の操作に応じた直感的な（感覚的な）フィードバックを得ることができる。
なお、本実施形態では、入力装置と本体とが無線により変位データを送受信する例を挙げたが、有線により変位データを送受信しても差し支えない。この場合は、データ送受信部は不要となる。また、入力装置１５の電源を装置本体から供給できるというメリットもある。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、表示装置１１に表示された画像１２を見ながら、入力装置１５で入力操作や確認操作などを行い、画像の出力結果に基づいて入力装置内のジャイロを制御する実施形態を図１、図５に基づいて説明する。
図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、使用者が入力装置１５を手４７で握り、表示部１４の画像１２を見ながら、入力装置１５を、スイング移動（スイング操作）や旋回移動（旋回操作）などをさせることにより入力操作を行う。例えば、画像１２がメニュー画面である場合は、入力装置の変位に対し、ポインタが追従する動きをするように画像１２の制御を行い、メニューの選択、決定等を行う。画像１２がゲーム画面（例えばテニスゲーム）である場合は、入力装置の変位に、ゲーム画像中のプレーヤーが持つラケットの動きが追従するように画像１２の制御を行う。
【００４６】
入力装置１５の操作中に、図２に示す筐体１６の変位データ検出部（検出部）２３で、図１に示す一対のマーカ２２Ａ，２２Ｂから出力された赤外線２１のみを撮像素子１７で撮像して画像データを生成する。
生成した画像データに基づいて一対のマーカ２２Ａ，２２Ｂの変位を算出し、送受信部２７に変位データを伝える。送受信部２７から装置本体に送信された変位データは、データ送受信部２６を経由して表示制御部２５に送られる。
【００４７】
表示制御部２５は、変位データに基づいて、表示部１４に表示される画像１２の画像データを生成する。
画像１２がメニュー画面である場合、使用者が入力装置１５を大きく動かすと、画像１２の中のポインタが、入力装置の動きに追従して表示部１４の表示領域外に飛び出してしまう可能性がある。このとき、表示制御部はポインタの位置と変位速度から、ポインタが表示部１４の表示領域外に飛び出す可能性が高いと判断した場合には、ポインタの変位方向（入力装置１５の変位方向）と逆の方向にトルクを発生させる制御データを生成する。例えば、入力装置１５を大きく右側にスイング操作して、ポインタが表示部の右端に切れそうになった場合は、入力装置に左向きのトルクが発生するように、制御データを生成する。
画像１２がテニスゲームの画面である場合、使用者が入力装置１５を前方にスイング操作すると、ゲーム画像中のプレーヤーが持つラケットの動きが追従するように前方にスイングされる。そして、ゲーム画像中のラケットがボールにヒットする瞬間に、表示制御部はラケットの変位方向（入力装置１５の変位方向）と逆の方向（後方）にトルクを発生させる制御データを生成する。
【００４８】
この制御データが、データ送受信部２６、２７を経てジャイロ制御部１９に伝えられる。ジャイロ制御部１９は伝えられた制御データに基づいて、回転体４３の回転軸４４の向きを制御する信号をジャイロ２０に伝える。
【００４９】
ジャイロ２０は、ジャイロ制御部１９から送られたデータに基づいて、モータ４１が駆動し、回転体４３を支持軸４６を軸にして矢印方向（図３（Ｂ）参照）に回動、傾斜させる。
回転体４３を回動、傾斜させることでジャイロ効果により、入力装置１５にトルクが発生する。
【００５０】
ここで、筐体１６を速く・大きく動かす（変位させる）ほど、回転体の回転速度または回転軸の回動速度を大きくする制御を行ってもよい。この場合はジャイロ効果（数式１）によって筐体１６を元に戻そうとするトルクが強く発生し、抵抗感が増す。
【００５１】
このように、入力装置１５の変位データを基に生成された画像を表示装置に出力し、その画像データに基づいて、ジャイロの制御データを生成することにより、使用者が画像を目視で確認しながら、入力装置からフィードバックを得ることができる。したがって、例えば入力装置のスイング操作により、ポインタが表示部からはみ出そうとしたときに、入力装置の操作方向と逆向きのトルクを発生させることにより、ポインタを元に戻す方向にフィードバックを与えたり、ゲームの中でボールを打つシーンが登場したときに、使用者にあたかもボールを打ったような手応えが入力装置１５を通じて感じられるように、入力装置１５にトルクを発生させることができる。
【００５２】
つぎに、第２〜第５の実施形態を図６〜図９に基づいて説明する。なお、第２〜第５の実施形態において、第１実施形態の入力装置１０と同一類似部材については同じ符号を付して説明を省略する。
【００５３】
（第３実施形態）
図６に示す第２実施形態のジャイロ５０は、回転体４３の回転軸４４に対して直交する線に沿う第１支持軸５２により筐体１６に対して矢印Ａ−Ｂ方向に回動自在に軸支され、かつ、ジャイロ５０の重心が第１支持軸５２の下方に設けられたもので、その構成は第１実施形態のジャイロ２０と同じである。
【００５４】
ここで、回転体４３のジャイロ効果によれば、回転体４３の回転軸４４方向が変位することにより、回転軸４４の方向と回転軸４４の変位方向の双方に直交する方向にトルクが発生する。
【００５５】
したがって、筐体１６に回転軸４４が固定された状態では、使用者の操作方向と直交する方向に筐体１６を回動させようとするトルクが感じられ、使用者にとって直感的な操作感覚とはならない。
そこで、第２実施形態において、回転体４３をトルクが発生する方向に対して回動自在となるように第１支持軸５２を軸にして矢印Ａ−Ｂ方向に回動自在に軸支することにした。
【００５６】
よって、例えば、回転体４３を回転させた状態で、入力装置を図６の紙面左方向に移動した際に、回転体４３が第１支持軸５２を軸にして矢印Ａ方向に回動する。
回転体４３が矢印Ａ方向に回動することで、回転体４３に発生する下向きのトルクを使用者に伝達しないようにできる。
これにより、使用者には変位方向と直交する方向のトルクが感じられることなく、回転体４３が回動するのに必要なエネルギーに相当する抵抗感Ｆ１のみが感じられる。
【００５７】
なお、回転体４３は発生したトルクによって第１支持軸５２の回りを矢印Ａ方向に所定角度回動するが、ジャイロ５０の重心位置を第１支持軸５２の真下に設けているので、回動した後、ジャイロ５０の自重によって元の位置に戻る。
これにより、使用者は、筐体１６の操作に応じた直感的な（感覚的な）フィードバックＦ１を得ることができる。
【００５８】
一方、入力装置を図６の紙面右方向に移動した際に、回転体４３が第１支持軸５２を軸にして矢印Ｂ方向に回動する。
回転体４３が矢印Ｂ方向に回動することで、回転体４３に発生する上向きのトルクを使用者に伝達しないようにできる。
これにより、使用者には変位方向と直交する方向のトルクが感じられることなく、回転体４３が回動するのに必要なエネルギーに相当する抵抗感Ｆ２のみが感じられる。
【００５９】
なお、回転体４３は発生したトルクによって第１支持軸５２の回りを所定角度回動するが、ジャイロ５０の重心位置を第１支持軸５２の下方に設けているので、回動した後、ジャイロ５０の自重によって元の位置に戻る。
これにより、使用者は、筐体１６の操作に応じた直感的な（感覚的な）フィードバックＦ２を得ることができる。
【００６０】
本実施形態によれば、第１実施形態と異なり、回転体４３および回転軸４４の向きを制御することはしないため、使用者に感じられる抵抗感は第１実施形態と比較すると小さなものとなる。しかし、回転軸４４を回動するモータが不要となることから入力装置を小型化、軽量化することができ、消費電力も抑えられるというメリットがある。
【００６１】
（第４実施形態）
図７に示す第４実施形態のジャイロ６０は、筐体に１個のジャイロを二軸支持としたもので、二つの支持軸について各々ジャイロを回動させるモータを有している。その他の構成は第１実施形態のジャイロ２０と同じである。
【００６２】
すなわち、ジャイロ６０は、回転体６１の回転軸６２に対して直交する線６３に沿う第１支持軸６５と、第１支持軸６５を支持する枠部６６と、枠部６６と筐体１６（図２参照）との間に介装され、回転軸６２と第１支持軸６３に対して直交する線６７に沿う第２支持軸６８とを有する。
【００６３】
よって、第３実施形態のジャイロ６０によれば、第１支持軸６６および第２支持軸６８に連結されたモータによって回転体６１および回転軸６２の方向を回動制御することにより、使用者がコントローラのスイング操作を上下方向、左右方向いずれに行っても、スイング方向と逆向きのトルクを発生させ、使用者に抵抗感を与えることができる。したがって、使用者に直感的なフィードバックを与えることができる。
【００６４】
（第５実施形態）
図８に示す第５実施形態のジャイロ７０は、回転軸４４および支持軸４６の向きが直交する複数（２個）のジャイロを備えたもので、その他の構成は第１実施形態と同じである。
【００６５】
ジャイロ７０は、通常、２個のジャイロの回転体４３は停止または低速回転に保たれている。筐体１６を移動させたときに特定のジャイロの回転体４３を起動または高速回転に変える。
なお、２個のジャイロの支持軸４６の向きは変わらない。
【００６６】
よって、第５実施形態のジャイロ７０によれば、２つのジャイロを使い分けることや、併用することが可能である。
なお、２個のジャイロに備えた各回転体４３の回転速度の制御も併用することが可能である。
【００６７】
（第６実施形態）
図９に示す第６実施形態のジャイロ８０は、回転軸８１の向きが３軸方向に直交する３つのモータ８２で球状のジャイロ８３を回転駆動可能に構成したもので、その構成は第１実施形態と同じである。
【００６８】
球状の回転体８３は、支持リング８４に等間隔に配置された３個の回転体８５に支えられている。回転体８５は回転軸８１に連結されている。また、ジャイロ８３は半球状のカバー８７で保持されている。
【００６９】
ジャイロ８０は、通常、ジャイロ８３は停止または低速回転に保たれている。そして、筐体１６を移動させたときに特定のモータ８２（最大２個、３個は不可）を起動または高速回転に変えることにより、回転体８３を３軸方向に任意速度で回転させることができる。
なお、ジャイロ８３の回転速度の制御も併用することが可能である。
【００７０】
よって、第５実施形態のジャイロ８０によれば、前述した各実施形態と同様な効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、筐体内の回転体を回転することにより応力を発生させて使用者に抵抗感が感じられるようにした入力装置および入力システムへの適用に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る第１実施形態の入力システムを示す概略図である。
【図２】第１実施形態の入力装置を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）は第１実施形態の入力装置を示す平面図、（Ｂ）は第１実施形態の入力装置を示す側面図である。
【図４】ジャイロ効果について説明する図である。
【図５】（Ａ）は第１実施形態の入力装置の先端を回すことによりアイコンを選択する例を説明する図、（Ｂ）は第１実施形態の入力装置の先端を上下左右に振ることによりアイコンを選択する例を説明する図である。
【図６】本発明に係る第２実施形態のジャイロを説明する図である。
【図７】本発明に係る第３実施形態のジャイロを示す斜視図である。
【図８】（Ａ）は本発明に係る第４実施形態の入力装置を示す平面図、（Ｂ）は本発明に係る第４実施形態の入力装置を示す側面図である。
【図９】本発明に係る第５実施形態のジャイロを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０ 入力システム
１１ 表示装置
１５ 入力装置
１６ 筐体
１９ ジャイロ制御部（制御部）
２０，５０，６０，７０，８０ ジャイロ
２２ データ送受信部（送受信部）
２３ 変位データ検出部（検出部）
２７ データ送受信部（送受信部）
４３，６１ 回転体
４４，６２ 回転軸
４５，６３ 回転軸に対して直交する線
４６ 支持軸
５２，６５ 第１支持軸
６６ 枠部
６７ 第１支持軸に対して直交する線
６８ 第２支持軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
前記筐体に収容され、回転軸に対して軸対称な質量を有する回転体を備えたジャイロと、
前記回転体の回転軸を回動させる回動手段と、
前記筐体の変位方向および変位量を検出する変位検出手段と、
前記変位検出手段の検出結果に基づいて前記回動手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記ジャイロは、前記回転体を回転させる回転手段を備え、前記制御手段は、前記変位検出手段の検出結果に基づいて前記回転手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記回転体の回転速度または前記回転軸の回動速度の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１または２記載の入力装置。
【請求項４】
前記筺体は、前記変位検出手段からの検出結果を筺体外部に送信する送信手段と、前記筺体の外部からデータを受信する受信手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項５】
前記変位検出手段は、加速度センサで構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の入力装置。
【請求項６】
前記ジャイロは、２軸ジャイロまたは３軸ジャイロで構成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項７】
筐体と、
前記筐体に収容され、回動可能な回転軸と、この回転軸に対して軸対称な質量を有する回転体とを備えたジャイロを備え、
前記ジャイロは、前記回転体の回転軸に対して直交する線に沿う第１支持軸により前記筐体に対して回動自在に軸支され、前記ジャイロの重心は第１支持軸の下方に設けられていることを特徴とする入力装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載した入力装置と、前記入力装置からの入力情報を受ける装置本体で構成された入力操作システムであって、
前記装置本体は、
前記変位検出手段の検出結果を受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した検出結果に基づいて画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段からの出力結果を前記入力装置に送信する送信手段とを備え、前記入力装置の操作に基づいて、前記画像出力手段から画像出力すると共に、前記画像出力の出力結果に基づいて前記ジャイロを制御することを特徴とする入力操作システム。
【請求項１】
筐体と、
前記筐体に収容され、回転軸に対して軸対称な質量を有する回転体を備えたジャイロと、
前記回転体の回転軸を回動させる回動手段と、
前記筐体の変位方向および変位量を検出する変位検出手段と、
前記変位検出手段の検出結果に基づいて前記回動手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記ジャイロは、前記回転体を回転させる回転手段を備え、前記制御手段は、前記変位検出手段の検出結果に基づいて前記回転手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記回転体の回転速度または前記回転軸の回動速度の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１または２記載の入力装置。
【請求項４】
前記筺体は、前記変位検出手段からの検出結果を筺体外部に送信する送信手段と、前記筺体の外部からデータを受信する受信手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項５】
前記変位検出手段は、加速度センサで構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の入力装置。
【請求項６】
前記ジャイロは、２軸ジャイロまたは３軸ジャイロで構成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の入力装置。
【請求項７】
筐体と、
前記筐体に収容され、回動可能な回転軸と、この回転軸に対して軸対称な質量を有する回転体とを備えたジャイロを備え、
前記ジャイロは、前記回転体の回転軸に対して直交する線に沿う第１支持軸により前記筐体に対して回動自在に軸支され、前記ジャイロの重心は第１支持軸の下方に設けられていることを特徴とする入力装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載した入力装置と、前記入力装置からの入力情報を受ける装置本体で構成された入力操作システムであって、
前記装置本体は、
前記変位検出手段の検出結果を受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した検出結果に基づいて画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段からの出力結果を前記入力装置に送信する送信手段とを備え、前記入力装置の操作に基づいて、前記画像出力手段から画像出力すると共に、前記画像出力の出力結果に基づいて前記ジャイロを制御することを特徴とする入力操作システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−７５８６１（Ｐ２００９−７５８６１Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４４２００（Ｐ２００７−２４４２００）
【出願日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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