專利名稱：信息處理裝置、信息處理方法和輸入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及包括具有用于檢測運動的傳感器的操作設(shè)備的輸入裝置，并且還涉及處理由該傳感器獲得的信息的信息處理裝置和信息處理方法。
背景技術(shù)：
近年來，已提出了多種空間操作(三維操作)型操作裝置或輸入裝置。例如，日本未實審專利申請公布No. Hei6-501119中描述的輸入裝置檢測三維空間中的六維鼠標(biāo)的運動。更具體而言，輸入裝置包括檢測沿著三個正交軸的加速度的加速度計和檢測繞著三個正交軸的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度傳感器。包括輸入裝置的系統(tǒng)基于所獲得的加速度和旋轉(zhuǎn)速度來判定其位置、姿態(tài)等等，并且諸如顯示裝置之類的計算機使得GUI (圖形用戶界面)實現(xiàn)與輸入裝置的運動相應(yīng)的運動(參見例如日本未實審專利申請公布No. Hei6-501119)。

發(fā)明內(nèi)容
同時，存在這樣的情況，即二維操作型輸入裝置被用于操作二維顯示的操作對象，并且三維操作型輸入裝置被用于操作三維顯示的操作對象。在此情況下，用戶必須使用不同的輸入裝置，這導(dǎo)致操作復(fù)雜。本公開是鑒于上述情況而做出的，因此希望提供一種使用戶可以容易地執(zhí)行二維操作和三維操作兩者的信息處理裝置和信息處理方法。另外，希望提供了一種在用戶執(zhí)行二維操作和三維操作兩者時都可使用的輸入裝置。根據(jù)本公開的一個實施例，提供了一種用于處理從操作設(shè)備獲得的信息的信息處理裝置，該操作設(shè)備具有能夠檢測該操作設(shè)備的平移和旋轉(zhuǎn)運動的運動傳感器，該信息處理裝置包括計算單元和判定單元。計算單元具有二維計算模式和三維計算模式。二維計算模式被配置為當(dāng)操作設(shè)備被放置在操作面上并且用戶操作該操作設(shè)備時基于與操作設(shè)備的二維運動相對應(yīng)的運動傳感器的檢測值來執(zhí)行計算。三維計算模式被配置為當(dāng)用戶在三維空間中操作該操作設(shè)備時基于與操作設(shè)備的三維運動相對應(yīng)的運動傳感器的檢測值來執(zhí)行計算。判定單元被配置為基于運動傳感器的檢測值并基于除了運動傳感器的檢測值以外的其他信息中的至少一個來判定二維計算模式和三維計算模式中的哪一個被用于計算單元執(zhí)行計算。因為信息處理裝置包括被配置為判定使用二維計算模式和三維計算模式中的哪一個來執(zhí)行計算的判定單元，所以信息處理裝置可以支持用戶的二維操作和三維操作兩者。從而，用戶可以容易地執(zhí)行二維操作和三維操作兩者，而無需使用不同的輸入裝置。計算單元可被配置為利用當(dāng)用戶在操作設(shè)備的曲面狀的外表面與操作面接觸的狀態(tài)中操作該操作設(shè)備時的計算模式作為二維計算模式來執(zhí)行計算。操作設(shè)備可具有包括外表面的表面和被配置為檢測施加到表面的力的壓力傳感器，并且判定單元可被配置為獲取壓力傳感器的檢測值作為所述其他信息。判定單元可被配置為在壓力傳感器檢測到大于或等于操作設(shè)備的加壓力的力被施加到表面時判定計算單元在二維計算模式下執(zhí)行計算。另外，判定單元可被配置為在壓力傳感器未檢測到大于或等于操作設(shè)備的加壓力的力被施加到表面時判定計算單元在三維計算模式下執(zhí)行計算。當(dāng)操作設(shè)備被放置在操作面上時，用戶將他/她的手放在操作設(shè)備上并且壓力傳感器檢測到大于或等于操作設(shè)備的重量的力被施加到表面。在此情況下，計算單元在二維計算模式下執(zhí)行計算。另一方面，當(dāng)用戶握持著操作設(shè)備并將其從表面拿開時，壓力傳感器檢測到小于操作設(shè)備的重量的力被施加到表面。在此情況下，計算單元在三維計算模式下執(zhí)行計算。判定單元可被配置為在運動傳感器的檢測值包括用戶的手顫成分時判定計算單元在三維計算模式下執(zhí)行計算。另外，判定單元可被配置為在運動傳感器的檢測值不包括用戶的手顫成分時判定計算單元在二維計算模式下執(zhí)行計算。當(dāng)用戶在三維空間中握持著操作設(shè)備時，運動傳感器的檢測值包括用戶的手顫成分。在此情況下，計算單元在三維計算 模式下執(zhí)行計算。本公開如下所述也適用于磁傳感器。判定單元可被配置為獲取電容量傳感器、氣壓傳感器、光學(xué)傳感器、超聲傳感器和形變傳感器之一的檢測值作為所述其他信息。判定單元可被配置為獲取設(shè)在包括具有與操作設(shè)備的外表面相對應(yīng)的形狀的操作面的臺架中的傳感器的檢測值作為所述其他信息。信息處理裝置還可包括存儲單元，其被配置為存儲用于依據(jù)用戶的輸入操作在二維計算模式和三維計算模式之間切換的應(yīng)用軟件。從而，信息處理裝置可以可靠地根據(jù)用戶的意圖在計算模式之間切換。操作設(shè)備可以是如下的操作設(shè)備該操作設(shè)備包括在局部坐標(biāo)系中各自具有三個正交的檢測軸的加速度傳感器、角速度傳感器和磁傳感器，并且能夠被用戶在三維空間中以任意姿勢操作。在此情況下，計算單元可具有獲取單元、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元、初始姿態(tài)角度計算單元、更新單兀和控制單兀。獲取單元被配置為獲取分別由加速度傳感器、角速度傳感器和磁傳感器檢測到的加速度、角速度和磁強度的信息。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元被配置為利用在表示三維空間的全局坐標(biāo)系中操作設(shè)備的姿態(tài)角度的信息來將獲取單元獲取的角速度轉(zhuǎn)換成全局坐標(biāo)系中的全局角速度。初始姿態(tài)角度計算單元被配置為基于在用戶開始操作該操作設(shè)備時獲取單元獲取的加速度和磁強度的信息來計算操作設(shè)備在全局坐標(biāo)系中的初始姿態(tài)角度作為姿態(tài)角度。更新單元被配置為基于由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換來的全局角速度的信息來更新操作設(shè)備在全局坐標(biāo)系中的姿態(tài)角度?？刂茊卧慌渲脼槭沟米鴺?biāo)轉(zhuǎn)換單元利用由初始姿態(tài)角度計算單元計算出的初始姿態(tài)角度的信息將作為當(dāng)用戶開始操作該操作設(shè)備時獲取單元獲取的角速度的第一角速度轉(zhuǎn)換成全局角速度。另外，控制單元被配置為使得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元利用經(jīng)更新的姿態(tài)角度的信息將在第一角速度之后獲取的第二角速度轉(zhuǎn)換成全局角速度。
從而，可以使得由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換獲得并轉(zhuǎn)換的全局角速度的信息對應(yīng)于操作設(shè)備引起的操作對象的運動或者對應(yīng)于操作對象的圖像的變化。計算單元可被配置為以如下方式來實現(xiàn)三維計算模式坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元基于經(jīng)更新單元更新的操作設(shè)備的姿態(tài)角度的信息來將獲取單元獲取的加速度轉(zhuǎn)換成全局坐標(biāo)系中的全局加速度。從而，可以使得與操作設(shè)備在三維空間中的特別是平移運動相對應(yīng)的全局加速度的信息對應(yīng)于操作對象的運動或者對應(yīng)于操作對象的圖像的變化。操作設(shè)備的外形可以是球形的。計算單元可被配置為在二維計算模式中生成用于根據(jù)操作設(shè)備的運動使第一操作對象圖像在畫面上運動的信息，第一操作對象圖像被顯示在畫面上。另外，計算單元可被配置為在三維計算模式中生成用于根據(jù)操作設(shè)備的運動使第二操作對象圖像在畫面上運動的信息，第二操作對象圖像被顯示在畫面上并且不同于第一操作對象圖像。從而，用戶可以操作適合于二維操作的第一操作對象圖像和適合于三維操作的第二操作對象圖像。第一操作對象圖像和第二操作對象圖像的示例包括以下圖像?！?br> 計算單元可被配置為在三維計算模式中生成用于使第二操作對象圖像運動的信息，第二操作對象圖像是由包括視差的多個圖像形成的三維圖像。信息處理裝置還可包括圖像存儲單元，其被配置為存儲第二操作對象圖像作為與第一操作對象圖像在畫面上的預(yù)定坐標(biāo)位置相關(guān)聯(lián)的圖像。計算單元可被配置為在二維計算模式中生成用于根據(jù)在用戶對操作設(shè)備執(zhí)行輸入操作時產(chǎn)生的操作設(shè)備的運動來選擇要在畫面上顯示的圖像的指針圖像。另外，計算單元可被配置為在三維計算模式中生成用于根據(jù)操作設(shè)備的運動使利用指針圖像選擇的圖像在畫面上運動的信息。上述計算單元和判定單元中的至少一個可不設(shè)在操作設(shè)備中，而是可設(shè)在用于接收來自操作設(shè)備的輸出信號的接收器中。根據(jù)本公開的另一實施例，提供了一種用于處理從操作設(shè)備獲得的信息的信息處理方法，該操作設(shè)備具有能夠檢測該操作設(shè)備的平移和旋轉(zhuǎn)運動的運動傳感器。當(dāng)操作設(shè)備被放置在操作面上并且用戶操作該操作設(shè)備時，基于與操作設(shè)備的二維運動相對應(yīng)的運動傳感器的檢測值來執(zhí)行第一計算。當(dāng)用戶在三維空間中操作該操作設(shè)備時，基于與操作設(shè)備的三維運動相對應(yīng)的運動傳感器的檢測值來執(zhí)行第二計算?；谶\動傳感器的檢測值并基于除了運動傳感器的檢測值以外的其他信息中的至少一個來判定執(zhí)行第一計算和第二計算中的哪一個。根據(jù)本公開的另一實施例，提供了一種包括臺架和操作設(shè)備的輸入裝置。該臺架具有操作面。該操作設(shè)備具有當(dāng)操作設(shè)備被放置在操作面上時與操作面接觸的外表面，以及能夠檢測操作設(shè)備的平移和旋轉(zhuǎn)運動的運動傳感器，操作設(shè)備能夠被從臺架拿開。用戶可以在操作設(shè)備的外表面與臺架的操作面接觸的狀態(tài)中執(zhí)行操作設(shè)備的二維操作。另外，很方便使用戶可以在操作設(shè)備被從臺架拿開的狀態(tài)中執(zhí)行操作設(shè)備的三維操作。臺架可具有被形成為與操作設(shè)備的外表面的形狀相對應(yīng)的形狀的操作面。從而，用戶可以通過在臺架上旋轉(zhuǎn)操作設(shè)備來執(zhí)行操作設(shè)備的二維操作。臺架可具有能夠檢測臺架的至少平移運動的傳感器。從而，輸入裝置可以使用設(shè)在臺架中的傳感器的檢測值的信息。操作設(shè)備的外形可以是球形的。如上所述，根據(jù)本公開，用戶可以容易地執(zhí)行二維操作和三維操作兩者。根據(jù)以下對在附圖中示出的本公開的最佳模式實施例的詳細(xì)描述，將更清楚本公開的這些和其他目的、特征和優(yōu)點。


圖I是示出根據(jù)本公開的實施例的包括信息處理裝置的信息處理系統(tǒng)的視圖；圖2是示出操作設(shè)備的硬件的配置的示圖； 圖3是示出顯示設(shè)備的硬件的配置的示圖；圖4是用于說明操作設(shè)備的各個傳感器的檢測軸和傳感器之間的相對布置的視圖；圖5是示出局部坐標(biāo)系和全局坐標(biāo)系之間的關(guān)系的視圖；圖6是用于說明利用操作設(shè)備執(zhí)行2D操作的基本操作方法的視圖；圖7是用于說明利用操作設(shè)備執(zhí)行3D操作的基本操作方法的視圖；圖8是示出用戶在2D操作和3D操作之間切換的狀態(tài)的視圖；圖9A至9C是用于說明執(zhí)行2D操作的具體方法的視圖；圖IOA至IOC是用于說明執(zhí)行3D操作的具體方法的視圖；圖11是示出操作設(shè)備的處理的流程圖；圖12是示出2D計算模式下的計算處理的流程圖；圖13是用于說明計算處理的原理的視圖并且示出了傳感器基板在全局坐標(biāo)系中傾斜的狀態(tài)；圖14是與圖13 —樣用于說明圖12中所示的計算處理的原理的視圖；圖15是示出3D計算模式下的計算處理的流程圖；圖16是用于說明信息處理系統(tǒng)的第一應(yīng)用不例的視圖；圖17是用于說明信息處理系統(tǒng)的第二應(yīng)用示例的視圖；圖18是用于說明信息處理系統(tǒng)的第三應(yīng)用示例的視圖；圖19是用于說明信息處理系統(tǒng)的第四應(yīng)用示例的視圖；圖20是示出操作設(shè)備的另一實施例的透視圖；圖21是示出輸入裝置的透視圖；圖22是用于說明操作輸入裝置的方法的視圖；并且圖23是用于說明操作輸入裝置的另一方法的視圖。
具體實施例方式以下，將參考附圖描述本公開的實施例。(信息處理系統(tǒng)的配置)圖I是示出根據(jù)本公開的實施例的包括信息處理裝置的信息處理系統(tǒng)的視圖。
信息處理系統(tǒng)100包括被用戶操作的操作設(shè)備10和接收從操作設(shè)備10發(fā)送來的操作信息并且基于該信息執(zhí)行顯示處理的顯示設(shè)備50。操作設(shè)備10和顯示設(shè)備50相互電連接。更具體而言，根據(jù)此實施例，操作設(shè)備10和顯示設(shè)備50相互連接以在其間利用紅外線、無線電波等等執(zhí)行無線通信。操作設(shè)備10被形成為使人可以用手握持它的大小。操作設(shè)備10具有包括曲面狀的外表面IOa的表面(球的整個表面)并且通常是球形狀的。如下所述，用戶在操作設(shè)備10的表面與操作面30 (參見圖6)接觸的狀態(tài)中執(zhí)行二維操作。操作面30可以是地面、臺面、桌面等等。或者，操作面30可以是用戶的身體的一部分，例如用戶的大腿。當(dāng)用戶對操作設(shè)備10進行操作時，顯示設(shè)備50生成用于改變顯示單元52的畫面中的對象(操作對象圖像)51的圖像的顯示圖像，并且還控制顯示圖像的顯示。例如，改變圖像的示例可包括諸如操作對象的運動(包括旋轉(zhuǎn)和平移中的至少一種)、操作對象的形狀、圖案、顏色等等的變化以及操作對象的數(shù)目的增加之類的任何事。當(dāng)用戶對操作設(shè)備10進行操作時，顯示設(shè)備50根據(jù)操作設(shè)備10的運動改變對象51。 顯示設(shè)備50的典型示例包括諸如能夠顯示三維對象51的3D (三維)TV之類的裝置。操作對象不限于3D圖像，而可包括諸如圖標(biāo)和指針之類的2D(二維)圖像。每個圖標(biāo)和指針可被顯示為3D圖像。圖2是示出操作設(shè)備10的硬件的配置的示圖。操作設(shè)備10包括CPU(中央處理單元)2、RAM(隨機訪問存儲器)3、ROM(只讀存儲器)4和發(fā)送器9。此外，操作設(shè)備10包括三類傳感器作為運動傳感器，即加速度傳感器5、角速度傳感器6和磁傳感器7。另外，操作設(shè)備10包括壓力傳感器8、電源(未示出)、可改寫存儲器(未示出)，等等。取代CPU2，可使用諸如FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)之類的可編程硬件。作為角速度傳感器6，使用利用例如科里奧利力來檢測角速度本身的設(shè)備。這些硬件被布置在球形殼體11內(nèi)、固定到殼體11。多個壓力傳感器8被安附在例如殼體11的內(nèi)面?zhèn)炔⑶易鳛閴毫鞲衅魅航M檢測用戶的加壓位置和加壓力。壓力傳感器8被布置在操作設(shè)備10的表面附近、均勻散布。圖3是示出顯示設(shè)備50的硬件的配置的示圖。與一般計算機一樣，顯示設(shè)備50包括CPU53、R0M54和RAM55，并且還包括顯示單元52、通信單元56和存儲單元57。這里，通信單元56主要充當(dāng)接收器。存儲單元57通常是R0M54和RAM55的輔助(次)存儲單元。注意，顯示設(shè)備50具有這樣一種配置，即用于接收從操作設(shè)備10發(fā)送來的信息并控制對象51的顯示的控制部分與顯示單元52相集成。然而，控制部分和顯示單元52也可以是分開的物體并且相互連接以在其間執(zhí)行有線或無線通信。圖4是用于說明操作設(shè)備10的各個傳感器的檢測軸和傳感器之間的相對布置的視圖。加速度傳感器5、角速度傳感器6和磁傳感器7分別具有三個正交的檢測軸。換言之，加速度傳感器5具有與三個檢測軸相對應(yīng)的傳感器(5a、5b和5c)。類似地，角速度傳感器6和磁傳感器7具有相應(yīng)的傳感器(6a、6b和6c) (7a、7b和7c)。例如，所有傳感器5、6和7都被包含到共同的封裝中?；蛘?，傳感器5、6和7被包含到各自的封裝中并且被搭載在共同的傳感器基板上。在操作設(shè)備10的R0M4和存儲器(未示出)和/或顯示設(shè)備50的R0M54和存儲單元57中，存儲了實現(xiàn)如下所述的圖6中所示的處理的軟件等等。圖6中所示的處理的目的是識別操作設(shè)備10的姿態(tài)和運動。在下述實施例中，CPU2和上述軟件主要充當(dāng)控制單
J Li ο圖5是示出局部坐標(biāo)系與全局坐標(biāo)系之間的關(guān)系的視圖。顯示設(shè)備50被放置在地面上。這里，相對于地面或顯示設(shè)備50固定的坐標(biāo)系被稱為全局坐標(biāo)系。另外，相對于全局坐標(biāo)系能夠自由運動并且相對于操作設(shè)備10的傳感器基板20固定的坐標(biāo)系被稱為局部坐標(biāo)系。如上所述，傳感器基板20是其上搭載了加速度傳感器5、角速度傳感器6和磁傳感器7的共同基板。在以下描述中，為了方便起見，將用大寫字母(乂、￥和幻來表述全局坐標(biāo)系，并且將用小寫字母(x、y和z)來表述局部坐標(biāo)系。然而，為了使得語句易于理解，將盡量使用表述“局部”和“全局”來進行描述。在全局坐標(biāo)系中，地面是X-Y平面。另外，在局部坐標(biāo)系中，與基板的主面平行的面是χ-y平面。(利用操作設(shè)備執(zhí)行操作的基本操作方法)·圖6和7是用于說明利用操作設(shè)備10執(zhí)行操作的基本操作方法的視圖。圖6示出了二維操作的示例，并且圖7示出了三維操作的示例。如圖6中所示，用戶在操作設(shè)備10的外表面IOa與操作面30接觸的狀態(tài)中對操作設(shè)備10進行操作，即用戶對操作設(shè)備10進行操作以使其在二維面中在任意方向上旋轉(zhuǎn)。對操作設(shè)備10的這種操作被稱為二維操作(以下稱為2D操作)。在2D操作中，在顯示設(shè)備50上二維顯示的對象51通常是操作對象。如圖7中所示，用戶在操作設(shè)備10與操作面30分開的狀態(tài)中對操作設(shè)備10進行操作，即用戶對操作設(shè)備10進行操作以使之在三維空間中在任意方向上平移和旋轉(zhuǎn)。對操作設(shè)備10的這種操作被稱為三維操作(以下稱為3D操作)。在3D操作中，3D圖像，即在顯示設(shè)備50上三維顯示的對象51，通常是操作對象。這里，3D圖像是由包括視差的多個圖像形成的并且是利用人眼的錯覺形成的。在以下描述中，3D圖像和2D圖像將被相互區(qū)分。如圖8中所示，用戶被允許通過在2D操作和3D操作之間適當(dāng)切換來對操作設(shè)備10進行操作。存在用戶利用3D操作容易地操作2D圖像的情況。因此，根據(jù)本公開的此實施例，用戶可利用3D操作實現(xiàn)2D圖像的變化。相反，也假定用戶可利用2D操作實現(xiàn)3D圖像的變化。(對操作設(shè)備進行操作的具體方法)(2D 操作)圖9A至9C是用于說明執(zhí)行2D操作的具體方法的視圖。在圖9A中，用戶握持操作設(shè)備10以使之被夾在用戶的手與操作面30之間，并且繞著包括X軸和Y軸的成分之中的至少一個的軸來旋轉(zhuǎn)操作設(shè)備10。當(dāng)然，旋轉(zhuǎn)的概念包括傾斜的概念。用戶握持操作設(shè)備10的方法不限于如圖9A中所示的抓握方法，而是用戶可以例如從上方輕輕地向下壓著操作設(shè)備10，而不是抓握住它。在此情況下，用戶以撫摸操作設(shè)備10的方式對操作設(shè)備10進行操作。在圖9B中，用戶握持操作設(shè)備10以使之被夾在用戶的手與操作面30之間，并且繞著Z軸旋轉(zhuǎn)操作設(shè)備10。在此情況下，用戶以扭動其手腕的方式對操作設(shè)備10進行操作。
在圖9C中，用戶在操作面30上旋轉(zhuǎn)操作設(shè)備10。在此情況下，在用戶松開操作設(shè)備10之后，操作設(shè)備10基于用戶所給出的力和勢能，由于其慣性力而旋轉(zhuǎn)。(3D 操作)圖IOA至IOC是用于說明執(zhí)行3D操作的具體方法的視圖。3D操作主要被執(zhí)行來操作3D圖像。然而，如上所述，可按圖IOA中所示的方式執(zhí)行3D操作來操作2D圖像。在圖IOA中，用戶在任意方向上旋轉(zhuǎn)2D對象51。 在圖IOB和IOC中，用戶在任意方向上旋轉(zhuǎn)3D對象51并且在任意方向上平移它。從而，用戶可以有就好像其正在觸摸和操作3D對象51那樣的感覺。(操作設(shè)備的處理)圖11是示出操作設(shè)備10的處理的流程圖。該處理是由操作設(shè)備10的存儲設(shè)備(ROM和RAM)中存儲的軟件資源和諸如CPU之類的硬件資源之間的合作實現(xiàn)的。在以下描述中，為了方便起見，CPU2將充當(dāng)處理的主體。從加速度傳感器5、角速度傳感器6、磁傳感器7和壓力傳感器8獲得的模擬檢測值的信號被A/D (模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換器(未示出)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。CPU2獲取從A/D轉(zhuǎn)換器輸出的各個檢測值的數(shù)字信號(獲取單元)并且基于該信息執(zhí)行開始判定處理(步驟101)。開始判定處理判定用戶是否已握持操作設(shè)備10并且是否已開始對操作設(shè)備10進行操作。CPU2利用從例如加速度傳感器5、角速度傳感器6、磁傳感器7和壓力傳感器8中的至少一個獲取的信息來執(zhí)行開始判定處理。例如，當(dāng)傳感器5a、5b、5c、6a、6b、6c、7a、7b、7c和8中的至少一個的檢測值變化了時，CPU2可判定用戶已開始對操作設(shè)備10進行操作?；蛘撸_始判定處理可根據(jù)設(shè)在操作設(shè)備10中的諸如按鈕之類的機械開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)來執(zhí)行?；蛘撸珻PU2可在信息處理系統(tǒng)啟動一應(yīng)用時判定用戶已開始對操作設(shè)備10進行操作。當(dāng)判定用戶已開始對操作設(shè)備10進行操作時，CPU2判定用戶正執(zhí)行2D操作和3D操作中的哪一個，即CPU2判定使用2D計算模式和3D計算模式中的哪一個來執(zhí)行計算(用于生成用來改變對象51的信息的計算)(步驟102)。在此情況下，CPU2充當(dāng)判定單元。然后，當(dāng)判定用戶現(xiàn)在正執(zhí)行2D操作時，CPU2執(zhí)行2D計算模式下的計算(步驟103)。另一方面，當(dāng)判定用戶現(xiàn)在正執(zhí)行3D操作時，CPU2執(zhí)行3D計算模式下的計算(步驟104)。在此情況下，CPU2充當(dāng)計算單元。(用于判定2D/3D操作的判定處理)以下，將描述在步驟102中用于判定2D操作和3D操作的判定處理。CPU2可利用傳感器5至8的檢測值來執(zhí)行判定處理。將針對每類傳感器描述判定處理。(壓力傳感器)壓力傳感器8被均勻地散布在操作設(shè)備10的表面(外表面IOa)附近。當(dāng)操作設(shè)備10被放置在操作面30上時，多個壓力傳感器8中的至少一個檢測由操作設(shè)備10的自重生成的實質(zhì)上恒定的加壓力。在2D操作中，當(dāng)用戶如圖9A和9B中所示將其手從上方放在操作設(shè)備10上時，該加壓力進一步增大。即，當(dāng)多個壓力傳感器8中的至少一個檢測到大于或等于由操作設(shè)備10的自重生成的加壓力的力被施加到操作設(shè)備10的表面時，CPU2判定用戶現(xiàn)在正執(zhí)行2D操作。
另一方面，在3D操作中，操作設(shè)備10存在于空中(用戶在空中對操作設(shè)備10進行操作)。因此，未檢測到如上所述的加壓力。而是，CPU2檢測到小于如上所述的當(dāng)用戶向下壓著操作設(shè)備10時生成的加壓力。在此情況下，CPU2判定用戶現(xiàn)在正執(zhí)行3D操作。注意，壓力傳感器8的檢測值是除運動傳感器(加速度傳感器5、角速度傳感器6和磁傳感器7)的檢測值以外的信息。(加速度傳感器、角速度傳感器和磁傳感器)在2D操作中，用戶將操作設(shè)備10放置在操作面30上并且操作它。因此，加速度傳感器5、角速度傳感器6和磁傳感器7的檢測值實質(zhì)上不包括在用戶的手顫動時導(dǎo)致的成分(微小振動)
手顫成分大約是I至20Hz。因此，即使在該情況下，也可經(jīng)由低通濾波器等從檢測值中提取手顫成分。從而，在提取出手顫成分的情況下，CPU2判定用戶現(xiàn)在正執(zhí)行3D操作。否則，CPU2判定用戶現(xiàn)在正執(zhí)行2D操作。以下各種傳感器在圖2中未示出。然而，在操作設(shè)備10具有以下傳感器的情況下，下述處理也是有效的。以下傳感器的檢測值也是除運動傳感器的檢測值以外的信息。(電容量傳感器)電容量傳感器可以對檢測區(qū)域中的電氣容量進行檢測。因為操作設(shè)備10在2D操作中是接地的，所以檢測到的電氣容量較小。在3D操作中，檢測到具有比當(dāng)操作設(shè)備10接地時生成的電容量更大的值的電容量。從而，電容量傳感器可以執(zhí)行用于判定2D/3D操作的判定處理。(氣壓傳感器)當(dāng)比較用戶將操作設(shè)備10放置在操作面30上并對其進行操作的2D操作與用戶在空中對操作設(shè)備10進行操作的3D操作時，發(fā)現(xiàn)操作設(shè)備10的定位高度在2D操作和3D操作之間是不同的。氣壓傳感器可檢測高度的變化。因為現(xiàn)有的氣壓傳感器可檢測每幾厘米高度的氣壓變化，所以此原理可應(yīng)用到用于判定2D/3D判定的判定處理。(光學(xué)傳感器)例如，反射型光學(xué)傳感器可通過發(fā)射一定波長的光并檢測該光的返回光來測量物體與光學(xué)傳感器之間的距離。在2D操作中，操作設(shè)備10被夾在用戶的手與操作面30之間，從而光學(xué)傳感器檢測到更大量的來自操作面30的返回光或者更長時間地檢測到返回光。另一方面，在3D操作中，光學(xué)傳感器更短時間地檢測到返回光或者檢測到更少量的返回光。從而，光學(xué)傳感器可以執(zhí)行用于判定2D/3D操作的判定處理。(超聲傳感器)與光學(xué)傳感器一樣，超聲傳感器可以通過振蕩出超聲波并檢測從物體彈回的超聲波來測量超聲傳感器與物體之間的距離。因為超聲傳感器可按與上述光學(xué)傳感器相同的方式檢測操作設(shè)備10的周邊環(huán)境，所以超聲傳感器可以執(zhí)行用于判定2D/3D操作的判定處理。(形變傳感器)形變傳感器通過檢測布線的電阻變化而具有足以檢測幾μ m的形變的精度。在2D操作中，操作設(shè)備10被夾在用戶的手與操作面30之間，這導(dǎo)致操作設(shè)備10的形變。形變傳感器檢測此形變。在3D操作中，這種形變幾乎不發(fā)生，或者只是略微地發(fā)生。從而，形變傳感器可以執(zhí)行用于判定2D/3D操作的判定處理。如果上述每種傳感器具有低精度，則可以組合使用至少兩種傳感器的檢測來執(zhí)行用于判定2D/3D操作的判定處理。結(jié)果，可以實現(xiàn)判定處理的精度的改善。用于判定2D/3D操作的判定處理的方法不限于上述使用傳感器的檢測值的方式。例如，可通過設(shè)在操作設(shè)備10中的諸如機械按鈕之類的開關(guān)來切換2D/3D計算模式或者可通過應(yīng)用軟件上的切換功能來切換2D/3D計算模式。按鈕開關(guān)和應(yīng)用軟件上的開關(guān)由用戶的操作來切換。或者，在用戶握持操作設(shè)備10并故意向操作設(shè)備10施加力并且壓力傳感器檢測到超過閾值的加壓力的情況下，可以切換2D/3D操作。利用這種配置，根據(jù)用戶的意圖來切換計算模式。(2D/3D計算模式下的計算處理)接下來，將描述在2D計算模式和3D計算模式下的計算處理。 (2D計算模式)圖12是示出2D計算模式下的計算處理的流程圖。操作設(shè)備10的外形是球形的。因此，因為操作設(shè)備10的垂直和水平方向是未指定的，所以CPU2必須識別操作設(shè)備10在當(dāng)前時刻的姿態(tài)。在步驟201中，當(dāng)用戶開始對操作設(shè)備10進行操作時，基于由加速度傳感器5檢測到的加速度(特別是在X和y軸的方向上的加速度(\和\))的信息來計算繞著全局X和Y軸(全局坐標(biāo)系中的X和Y軸)的操作設(shè)備10的初始姿態(tài)角度。圖13是用于說明該計算處理的原理的視圖并且示出了傳感器基板20 (的姿態(tài))在全局坐標(biāo)系中傾斜的狀態(tài)。例如，操作設(shè)備10的繞著全局Y軸的初始姿態(tài)角度，即傳感器基板20相對于X軸的角度θχ，是基于加速度^的信息根據(jù)以下公式I來計算的。在公式I中，如圖14中所示，Axg表示例如X軸的加速度傳感器5a檢測到的重力加速度IG的值，并且ax表示在傳感器基板20傾斜的狀態(tài)中(在加速度傳感器5 (5a)傾斜的狀態(tài)中)加速度傳感器5a的值。類似地，操作設(shè)備10的繞著全局X軸的初始姿態(tài)角度，即傳感器基板20相對于Y軸的角度Qy，是基于加速度\的信息根據(jù)以下公式2來計算的。Aye表示對于重力加速度1G，y軸的加速度傳感器5b的值。
當(dāng) ax<0，az>0 ’、
0x = -asin (ax/AXG)
當(dāng) 3χ<0，， θχ — 180 + 3Sin (3χ/Axq))>公式 I
當(dāng) ax>0，az<0’f
θχ = 180 + 3sin (3χ/Axg)
由 3χ>0，3ζ>0，
θχ — 360 - 3sin (3χ/Axg) ^
權(quán)利要求
1.一種用于處理從操作設(shè)備獲得的信息的信息處理裝置，該操作設(shè)備具有能夠檢測該操作設(shè)備的平移和旋轉(zhuǎn)運動的運動傳感器，該裝置包括 計算單元，具有 二維計算模式，被配置為當(dāng)所述操作設(shè)備被放置在操作面上并且用戶操作所述操作設(shè)備時，基于與所述操作設(shè)備的二維運動相對應(yīng)的所述運動傳感器的檢測值來執(zhí)行計算，以及 三維計算模式，被配置為當(dāng)用戶在三維空間中操作所述操作設(shè)備時基于與所述操作設(shè)備的三維運動相對應(yīng)的所述運動傳感器的檢測值來執(zhí)行計算；以及 判定單元，被配置為基于所述運動傳感器的檢測值并基于除了所述運動傳感器的檢測值以外的其他信息中的至少一個來判定所述二維計算模式和所述三維計算模式中的哪一個被用于所述計算單元執(zhí)行計算。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的信息處理裝置，其中 所述計算單元被配置為利用當(dāng)用戶在所述操作設(shè)備的曲面狀的外表面與所述操作面接觸的狀態(tài)中操作所述操作設(shè)備時的計算模式作為所述二維計算模式來執(zhí)行計算。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信息處理裝置，其中 所述操作設(shè)備具有包括所述外表面的表面和被配置為檢測施加到所述表面的力的壓力傳感器，并且 所述判定單元被配置為獲取所述壓力傳感器的檢測值作為所述其他信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信息處理裝置，其中 所述判定單元被配置為 在所述壓力傳感器檢測到大于或等于所述操作設(shè)備的加壓力的力被施加到所述表面時判定所述計算單元在所述二維計算模式下執(zhí)行計算，并且 在所述壓力傳感器未檢測到大于或等于所述操作設(shè)備的加壓力的力被施加到所述表面時判定所述計算單元在所述三維計算模式下執(zhí)行計算。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的信息處理裝置，其中 所述判定單元被配置為 在所述運動傳感器的檢測值包括用戶的手顫成分時判定所述計算單元在所述三維計算模式下執(zhí)行計算，并且 在所述運動傳感器的檢測值不包括用戶的手顫成分時判定所述計算單元在所述二維計算模式下執(zhí)行計算。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的信息處理裝置，其中 所述判定單元被配置為獲取電容量傳感器、氣壓傳感器、光學(xué)傳感器、超聲傳感器和形變傳感器之一的檢測值作為所述其他信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的信息處理裝置，其中 所述判定單元被配置為獲取設(shè)在包括具有與所述操作設(shè)備的外表面相對應(yīng)的形狀的所述操作面的臺架中的傳感器的檢測值作為所述其他信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的信息處理裝置，還包括 存儲單元，被配置為存儲用于依據(jù)用戶的輸入操作在所述二維計算模式和所述三維計算模式之間切換的應(yīng)用軟件。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的信息處理裝置，其中 所述操作設(shè)備是這樣的操作設(shè)備 該操作設(shè)備包括在局部坐標(biāo)系中各自具有三個正交的檢測軸的加速度傳感器、角速度傳感器和磁傳感器，并且 該操作設(shè)備能夠被用戶在三維空間中以任意姿勢操作，并且 所述計算單元被配置為利用以下單元來實現(xiàn)所述二維計算模式 獲取單元，被配置為獲取分別由所述加速度傳感器、所述角速度傳感器和所述磁傳感器檢測到的加速度、角速度和磁強度的信息， 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元，被配置為利用在表示所述三維空間的全局坐標(biāo)系中所述操作設(shè)備的姿態(tài)角度的信息來將所述獲取單元獲取的角速度轉(zhuǎn)換成所述全局坐標(biāo)系中的全局角速度， 初始姿態(tài)角度計算單元，被配置為基于在用戶開始操作所述操作設(shè)備時所述獲取單元獲取的加速度和磁強度的信息來計算所述操作設(shè)備在所述全局坐標(biāo)系中的初始姿態(tài)角度作為所述姿態(tài)角度， 更新單元，被配置為基于由所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換來的全局角速度的信息來更新所述操作設(shè)備在所述全局坐標(biāo)系中的姿態(tài)角度，以及控制單元，被配置為 使得所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元利用由所述初始姿態(tài)角度計算單元計算出的初始姿態(tài)角度的信息將作為當(dāng)用戶開始操作所述操作設(shè)備時所述獲取單元獲取的角速度的第一角速度轉(zhuǎn)換成所述全局角速度，并且 使得所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元利用經(jīng)更新的姿態(tài)角度的信息將在所述第一角速度之后獲取的第二角速度轉(zhuǎn)換成所述全局角速度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的信息處理裝置，其中 所述計算單元被配置為以如下方式來實現(xiàn)所述三維計算模式所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元基于經(jīng)所述更新單元更新的所述操作設(shè)備的姿態(tài)角度的信息來將所述獲取單元獲取的加速度轉(zhuǎn)換成所述全局坐標(biāo)系中的全局加速度。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的信息處理裝置，其中 所述操作設(shè)備的外形是球形的。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的信息處理裝置，其中 所述計算單元被配置為 在所述二維計算模式中生成用于根據(jù)所述操作設(shè)備的運動使第一操作對象圖像在畫面上運動的信息，所述第一操作對象圖像被顯示在所述畫面上，并且 在所述三維計算模式中生成用于根據(jù)所述操作設(shè)備的運動使第二操作對象圖像在所述畫面上運動的信息，所述第二操作對象圖像被顯示在所述畫面上并且不同于所述第一操作對象圖像。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的信息處理裝置，其中 所述計算單元被配置為在所述三維計算模式中生成用于使所述第二操作對象圖像運動的信息，所述第二操作對象圖像是由包括視差的多個圖像形成的三維圖像。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的信息處理裝置，還包括 圖像存儲單元，被配置為存儲所述第二操作對象圖像作為與所述第一操作對象圖像在所述畫面上的預(yù)定坐標(biāo)位置相關(guān)聯(lián)的圖像。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的信息處理裝置，其中 所述計算單元被配置為在所述二維計算模式中生成用于根據(jù)在用戶對所述操作設(shè)備執(zhí)行輸入操作時產(chǎn)生的所述操作設(shè)備的運動來選擇要在所述畫面上顯示的圖像的指針圖像。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的信息處理裝置，其中 所述計算單元被配置為在所述三維計算模式中生成用于根據(jù)所述操作設(shè)備的運動使利用所述指針圖像選擇的圖像在所述畫面上運動的信息。
17.一種用于處理從操作設(shè)備獲得的信息的信息處理方法，該操作設(shè)備具有能夠檢測該操作設(shè)備的平移和旋轉(zhuǎn)運動的運動傳感器，該方法包括 當(dāng)所述操作設(shè)備被放置在操作面上并且用戶操作所述操作設(shè)備時，基于與所述操作設(shè)備的二維運動相對應(yīng)的所述運動傳感器的檢測值來執(zhí)行第一計算； 當(dāng)用戶在三維空間中操作所述操作設(shè)備時，基于與所述操作設(shè)備的三維運動相對應(yīng)的所述運動傳感器的檢測值來執(zhí)行第二計算；以及 基于所述運動傳感器的檢測值并基于除了所述運動傳感器的檢測值以外的其他信息中的至少一個來判定執(zhí)行所述第一計算和所述第二計算中的哪一個。
18.一種輸入裝置，包括 具有操作面的臺架；以及 操作設(shè)備，具有 當(dāng)所述操作設(shè)備被放置在所述操作面上時與所述操作面接觸的外表面，以及 能夠檢測所述操作設(shè)備的平移和旋轉(zhuǎn)運動的運動傳感器， 所述操作設(shè)備能夠被從所述臺架拿開。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的輸入裝置，其中 所述臺架具有被形成為與所述操作設(shè)備的外表面的形狀相對應(yīng)的形狀的所述操作面。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的輸入裝置，其中 所述臺架具有能夠檢測所述臺架的至少平移運動的傳感器。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的輸入裝置，其中 所述操作設(shè)備的外形是球形的。
全文摘要
公開了信息處理裝置、信息處理方法和輸入裝置。信息處理裝置包括計算單元和判定單元。計算單元具有被配置為當(dāng)操作設(shè)備被放置在操作面上并且用戶操作該操作設(shè)備時基于與操作設(shè)備的二維運動相對應(yīng)的運動傳感器的檢測值來執(zhí)行計算的二維計算模式，并且具有被配置為當(dāng)用戶在三維空間中操作該操作設(shè)備時基于與操作設(shè)備的三維運動相對應(yīng)的運動傳感器的檢測值來執(zhí)行計算的三維計算模式。判定單元被配置為基于運動傳感器的檢測值并基于除了運動傳感器的檢測值以外的其他信息中的至少一個來判定二維計算模式和三維計算模式中的哪一個被用于計算單元執(zhí)行計算。
文檔編號G06F3/0346GK102902372SQ20121025441
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者塚原翼, 上野正俊, 樺澤憲一, 栗屋志伸, 后藤哲郎, 中川俊之 申請人:索尼公司