(57)【要約】【課題】コードレスデバイスを使用して位置や向きを判定すること。【解決手段】反射器、画像収集システム、及びプロセッサを含む、向き情報を生成するシステム。画像収集システムは、少なくとも２セットの画像データを収集するように構成され、一方のセットの画像データは他方のセットの画像データよりも再帰反射器の強い指示を有する。何らかの向き依存特性を有する少なくとも１つの反射器、又は、何らかの向き依存特性のある構造的特徴を有するデバイスに一体化された反射器を使用して、２セットの画像データを収集する。２セットの画像データを収集した後、それらを使用して、反射器に関する向き情報を生成する。具体的には、２セットの画像データの差をとることにより、反射器に関連する向き情報を生成する。【選択図】図１
2006302279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
向き情報を生成するためのシステムであって、
反射器と、
第１セットの画像データ及び第２セットの画像データを生成するように構成された画像収集システムであって、該第１セットの画像データは該第２セットの画像データよりも前記反射器の強い指示を有するものである、画像収集システムと、
前記第１セットの画像データ及び前記第２セットの画像データを使用して、前記反射器に関連する向き情報を生成するように構成されたプロセッサと
からなるシステム。
【請求項２】
前記反射器は向き依存特性を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
向き依存性構成を成すように配置された複数の反射器を更に含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記反射器は向き依存のある構造的特徴を有するデバイスに一体化される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記向き依存性のある構造的特徴はキャビティであり、該キャビティの中に前記反射器が配置される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
デバイスのキャビティ内に配置された複数の反射器を更に含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記プロセッサは前記第１セットの画像データと前記第２セットの画像データの差をとるように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記プロセッサは前記差分画像を既知の画像情報と比較するように構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記プロセッサは、前記第１セットの画像データ及び前記第２セットの画像データを使用して、前記反射器に関連する位置情報を生成するように更に構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記反射器は再帰反射器である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１セットの画像データは軸上画像データであり、前記第２セットの画像データは軸外画像データである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記画像収集システムは光源及び撮像装置を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記撮像装置の上に複合フィルタが配置される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記画像収集システムは、撮像装置、並びに異なる波長の光を生成する第１の光源及び第２の光源を含み、前記第１の光源と前記第２の光源は似たような照明角を有し、前記光源と前記撮像装置の間に波長選択フィルタが配置され、前記第１セットの画像データは前記第１の光源からの光の反射部分に応答して生成され、前記第２セットの画像データは前記第２の光源からの光の反射部分に応答して生成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記反射器は波長選択フィルタによって覆われている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記反射器と前記画像収集システムの間に波長選択フィルタが配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
向き情報を生成するための方法であって、
反射器を照明するステップと、
第１セットの画像データが第２セットの画像データよりも前記反射器の強い指示を有する、第１セットの画像データ及び第２セットの画像データを生成するステップと、
前記第１セットの画像データ及び前記第２セットの画像データを使用して、前記反射器に関連する向き情報を生成するステップと
からなる方法。
【請求項１８】
前記反射器は向き依存特性を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
向き依存構成を成すように配置された複数の反射器を更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記反射器は向き依存性のある構造的特徴を有するデバイスに一体化される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記向き情報を生成するステップは、前記第１セットの画像データと前記第２セットの画像データの差をとることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記向き情報を生成するステップは、差分画像を既知の画像と比較することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１セットの画像データ及び前記第２セットの画像データを使用して、前記反射器に関連する位置情報を生成するステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１セットの画像データは第１の照明角を有する光に応答して生成され、前記第２セットの画像データは第２の照明角を有する光に応答して生成され、前記第１の照明角と前記第２の照明角は同じような角度である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１セットの画像データ及び前記第２セットの画像データを生成するステップは、複合フィルタを使用して光をフィルタリングすることを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１セットの画像データ及び前記第２セットの画像データを生成するステップの前に、前記反射器を照明する光をフィルタリングするステップを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
位置情報及び向き情報を生成するためのシステムであって、
再帰反射器を有するポインティングデバイスと、
軸上画像データ及び軸外画像データを生成する手段と、
前記軸上画像データ及び前記軸外画像データを使用して、前記再帰反射器に関連する位置情報及び向き情報を生成するように構成されたプロセッサと
からなるシステム。
【請求項２８】
前記再帰反射器は向き依存特性を有する、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
向き依存性構成を成すように配置された複数の再帰反射器を更に含む、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３０】
前記再帰反射器は前記ポインティングデバイスのい向き依存性のある特徴に一体化される、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３１】
前記プロセッサは、前記軸上画像データと前記軸外画像データのい差をとるように構成される、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３２】
前記プロセッサは、差分画像を既知の画像と比較するように構成される、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
位置情報及び向き情報を生成するためのシステムであって、
再帰反射器を有するポインティングデバイスと、
第１セットの画像データ及び第２セットの画像データを生成するように構成された画像収集システムであって、光源及び撮像装置を含み、前記再帰反射器、前記光源、及び前記撮像装置の向きが、前記光源によって生成された光の一部が前記再帰反射器によって反射され、前記撮像装置によって検出されるような向きに互いに配置される、画像収集システムと、
前記第１セットの画像データ及び前記第２セットの画像データを使用して、前記ポインティングデバイスに関連する位置情報及び向き情報を生成するように構成される、プロセッサと
からなるシステム。
【請求項３４】
前記再帰反射器は向き依存特性を有する、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
向き依存構成を成すように配置された複数の再帰反射器を更に含む、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３６】
前記再帰反射器は、前記ポインティングデバイスの向き依存特性のある特徴に一体化される、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３７】
前記プロセッサは、前記第１セットの画像データと前記第２セットの画像データとの間の差を見付けるように構成される、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３８】
前記プロセッサは、差分画像を既知の画像情報と比較するように構成される、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３９】
位置情報及び向き情報を生成するための方法であって、
再帰反射器を有するポインティングデバイスを照明するステップと、
前記照明に応答して第１セットの画像データを生成するステップと、
前記照明に応答して第２セットの画像データを生成するステップであって、前記第１セットの画像データは該第２セットの画像データよりも前記再帰反射器の強い指示を有するものである、第２セットの画像データを生成するステップと、
前記第１セットの画像データ及び前記第２セットの画像データを使用して、前記再帰反射器に関連する位置情報及び向き情報を生成するステップと
からなる方法。
【請求項４０】
前記再帰反射器は向き依存特性を有する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
向き依存構成を成すように配置された複数の再帰反射器を更に含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記再帰反射器は、前記ポインティングデバイスの向き依存性のある構造的特徴に一体化される、請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
前記位置情報及び前記向き情報を生成するステップは、前記第１セットの画像データと前記第２セットの画像データの差をとることを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４４】
前記向き情報の生成は、差分画像を既知の画像と比較することを含む、請求項４４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコードレスデバイスを使用した向き判定のためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
グラフィック・ユーザ・インタフェース（ＧＵＩ）を利用する大抵の位置トラッキングシステムはマウスを使用して二次元位置情報を生成している。マウスは一般に電気コードによってコンピュータに接続され、電気コードを通じてコンピュータからマウスへ電力が供給され、マウスからコンピュータへ位置情報が送られる。コードレスマウスは充電式電池や交換式電池を電源として使用し、無線周波数（ＲＦ）信号を使用して位置情報をコンピュータに伝送する。従来の位置トラッキングシステムはよく出来ているものの、コード付きマウスは電気コードによりユーザの移動が制限される。また、コードレスマウスは電源を定期的に充電又は交換しなければならない。
【０００３】
上記の制約に加えて、従来のマウスには、二次元位置情報しか生成することができないという制約もある。位置トラッキングの用途によっては、三次元の位置情報や向き情報を必要とするものもある
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
向き情報を生成するシステムは、反射器、画像収集システム、及びプロセッサからなる。画像収集システムは少なくとも２セットの画像データを収集するように構成され、一方のセットの画像データは、他方のセットの画像データよりも反射器の強い指示を有する。これら２セットの画像データは、何らかの向き依存特性を有する少なくも１つの反射器、又は、何らかの向き依存性のある構造的特徴を有するデバイスに一体化された反射器を使用して収集される。２セットの画像データを収集した後、それらを使用して反射器に関連する向き情報が生成される。具体的には、反射器に関連する向き情報は、２セットの画像データの差をとることにより生成される。一方のセットの画像データは他方のセットの画像データよりも反射器の強い指示を有するため、差分画像によれば、反射器の明確な指示が得られる。また、画像データは何らかの向き依存特性を有する反射器、又は、何らかの向き依存性のある構造的特徴を有するデバイスに一体化された反射器を使用して撮影されるため、差分画像は反射器に関連する向きに依存した画像情報を有するものとなる。
【０００５】
反射器及び画像収集システムを使用することにより、電力を何も必要としない受動型ポインティングデバイスを使用して、向き情報を生成することが可能になる。従って、ポインティングデバイスをコンピュータシステムに接続したり、ポインティングデバイスに電池を搭載する必要はない。空きスペースでポインティングデバイスを動かしながら、ポインティングデバイスの位置がトラッキングされる。
【０００６】
本発明の他の態様及び利点は、本発明の原理を例として示す図面を参照し、下記の説明を読むことから、明らかになるであろう。
【０００７】
全図面を通じて、同じ符号は同じ要素を指すのに使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
向き情報を生成するシステムは、反射器、画像収集システム、及びプロセッサからなる。画像収集システムは、少なくとも２セットの画像データを収集するように構成され、一方のセットの画像は、他方のセットの画像データよりも反射器の強い指示を有する。これら２セットの画像データは、何らかの向き依存特性を有する少なくとも１つの反射器、又は、何らかの向き依存性のある構造的特徴を有するデバイスに一体化された反射器を使用して収集される。２セットの画像データを収集された後、それらを使用して反射器に関連する向き情報が生成される。具体的には、反射器に関連する向き情報は、２セットの画像データの差をとることにより生成される。一方のセットの画像データは他方のセットの画像データよりも反射器の強い指示を有するため、差分画像によれば、反射器の明確な指示が得られる。また、画像データは何らかの向き依存特性を有する反射器、又は、何らかの向き依存性のある構造的特徴を有するデバイスに一体化された反射器を使用して撮影されるため、差分画像は反射器に関する向きに依存した画像情報を有するものとなる。
【０００９】
図１は、再帰反射器（リトロリフレクタ）１０２、画像収集システム１０４Ａ、及びプロセッサ１０６を含む、位置情報を生成するシステム１００を示している。図１の実施形態において画像収集システム１０４Ａは、撮像装置１０８、並びに異なる波長の光１１４及び１１６をそれぞれ放出する第１の光源１１０及び第２の光源１１２を含む。第１の光源１１０は第２の光源１１２よりも撮像装置１０８に近い位置に配置され、これら２つの光源と撮像装置は同一平面上に配置される。本明細書において、第１の光源１１０は「軸上光源」と呼ばれ、第２の光源１１２は「軸外光源」と呼ばれる。
【００１０】
本明細書で使用される「軸上光源」及び「軸外光源」という用語について、図２及び図３を参照して説明する。光源からの光が再帰反射器１０２を照らす角度は照明角と呼ばれる。図２に示すように、照明角は撮像装置１０８の主表面の平面（破線１２０で描かれている）に対して測定される。図中、光源１１０の照明角はθｉ１で示され、光源１１２の照明角はθｉ２で示されている。再帰反射器１０２で反射された光１１８が撮像装置１０８に入射する角度は検出角と呼ばれる。図中、検出角はθｄで示されている。検出角θｄは照明角と同じ平面に対して測定される。２つの照明角θｉ１及びθｉ２がある場合、「軸上」という用語は、検出角θｄとの差が小さい方の光源又は光ビームに使用され、「軸外」という用語は、検出角θｄとの差が大きい方の光源又は光ビームに使用される。図２から分かるように、照明角と検出角の関係は、数学的には｜θｉ１−θｄ｜＜｜θｉ２−θｄ｜のように表される。
【００１１】
図３は、再帰反射器１０２を撮像装置１０８及び２つの光源１１０、１１２に対して動かしたときに発生する、照明角及び検出角の変化を示している。再帰反射器を動かすと、照明角及び検出角は変化するが、軸上照明角と検出角の差は、軸外照明角と検出角の差よりも小さいままである。すなわち、｜θｉ１−θｄ｜＜｜θｉ２−θｄ｜である。照明角と検出角の間にはこのような関係があるため、再帰反射器を動かしても、軸上光源や軸外光源のような光源の状態は変化しない。なお、この関係は、再帰反射器を図示の平面に対して垂直な成分を有する方向に動かした場合でも維持される点に注意して欲しい。
【００１２】
図１に戻ると、画像収集システム１０４Ａを使用して、少なくとも２セットの画像データが収集される。第１セットの画像データは、光源１１０により生成された波長λ１の光に応答して収集される。第２セットの画像データは、光源１１２により生成された波長λ２の光に応答して収集される。第１セットの画像データは、本明細書において軸上画像データと呼ばれ、光源１１０によって照らされた再帰反射器１０２及び任意の他の物体から反射された波長λ１の光を表わす。第２セットの画像データは、本明細書において軸外画像データと呼ばれ、光源１１２によって照らされた再帰反射器及び任意の他の物体から反射された波長λ２の光を表わす。軸上照明角は軸外照明角よりも検出角に近いため、軸上画像データは軸外画像データよりも再帰反射器の強い指示を有するものとなる。この場合、再帰反射器１０２から撮像装置１０８へ反射される光の波長λ１における強度は、波長λ２における強度よりも遥かに強いものとなる。従って、軸上画像データにおける再帰反射器に関連するデータ点の強度値は、軸外画像データにおける対応するデータ点の強度値に比べて大きいものとなる。図４は、再帰反射器１０２及び他の物体１２８によって反射され撮像装置１０８に入射する、波長λ１の光１２２及び波長λ２の光１２４を示している。２つの光源によって放射される光の強度がほぼ同じであるものと仮定すれば、再帰反射器１０２から撮像装置１０８へ反射される光１２６の波長λ１における強度は、波長λ２における強度よりも遥かに強くなるが、他の物体により反射される光１２２、１２４の強度はほぼ同じになる。
【００１３】
再帰反射器から反射された光の２つの波長における強度の差は、位置情報の生成に使用される。図１のシステムの基本的動作について、図５を参照して説明する。図５において、再帰反射器１０２は、手に握られたポインティングデバイス１３０に結合されている。手、ポインティングデバイス、及び再帰反射器は、図１に示すように光源１１０及び１１２によって照明される。図５に示すように、軸上画像データ１３６は、手、ポインティングデバイス、及び再帰反射器から反射された光を含む。波長λ１における照明角は検出角に近いので、軸上画像データは、再帰反射器から反射された光の強い指示を有する。光のこの強い指示は、図５において黒いスポットとして描かれている。軸外画像データ１３８も同様に、手、ポインティングデバイス、及び再帰反射器から反射された光を含む。しかしながら、軸外画像データは軸外光に応答して取得されるため、再帰反射器１０２から撮像装置１０８へ向けて反射される軸外光の強度は、再帰反射器１０２から撮像装置１０８へ向けて反射される軸上光の強度に比べて小さい。従って、軸外画像データにおいて、再帰反射器が、他の物体によりも際立って明るく見えることはない。
【００１４】
軸上画像データ１３６を軸外画像データ１３８と比べると、２つのデータセットの間における大きな違いは、再帰反射器１０２の指示だけである（２つのデータセットを同時に、又はほぼ同時に撮影するものと仮定すれば）。そのため、２つのデータセットの差をとって差分画像１４０を生成することにより、再帰反射器の位置を明確に特定することができる。２つのデータセットにおけるほとんどのデータ点は同じであるから、対応するデータ点は除去され、再帰反射器に対応するデータ点が得られる。このように、軸上画像データと軸外画像データの差により、再帰反射器の位置の明確な指示が得られる。図５に示すように、差分画像では他の物体が全て除去され、再帰反射器だけが特定される。図１に戻ると、この差分をとる処理はプロセッサ１０６によって実施される。
【００１５】
差分をとる機能は位置情報の生成に影響するため、効率よく比較することが可能な２セットの画像データを生成することが重要となる。一実施形態において、撮像装置によって検出された光はフィルタリングされ、検出された光の波長帯域幅は照明に使用される波長付近に制限される。例えば、波長λ１と波長λ２の光を照明に使用する場合、波長λ１及び波長λ２において強い透過性を有するバルクフィルタを撮像装置の正面に配置し、他の波長の光（例えば周囲の光）をフィルタによって除去する場合がある。
【００１６】
撮像装置は照明に使用される２つの波長の光を区別することができるように構成される。これは例えば、市松模様のフィルタパターンを撮像装置の正面に配置することによって実現される。２つの強い透過波長を有するバルクフィルタと市松模様のフィルタパターンを備えた、撮像装置用の複合フィルタの一例は、２００３年１２月１８日に出願された米国特許出願第１０／７３９，８３１号、及び、２００４年５月１０日に出願された米国特許出願第１０／８４３，５１７号に記載されている。両者はいずれも、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｉｍａｇｉｎｇ  ａｎｄ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｈｙｂｒｉｄ  ｆｉｌｔｅｒ」という発明の名称を有し、本願と同じ譲受人に譲渡される。図１９Ａは、市松模様のフィルタパターンを有する撮像装置１０８を示す正面図である。図１９Ａの実施形態において、一部の画素（白い正方形で描かれている）は波長λ１の光を透過するフィルタ１１１によって覆われ、残りの画素（黒っぽい正方形で描かれている）は波長λ２の光を透過するフィルタ１１３によって覆われている。図１９Ｂは、撮像装置の正面に配置された複合フィルタ１１５を示す側面図である。複合フィルタ１１５は、バルクフィルタ１１７、並びに波長選択フィルタ１１１及び１１３を含む。他の実施形態では、一方のセットの正方形（例えば明るい正方形又は暗い正方形）だけに波長選択フィルタを設ける場合もある。複合フィルタを使用することで撮像装置は、２つの光源からの反射光で再帰反射器を照明しつつ、２セットの画像データを同時に生成することが可能になる。
【００１７】
あるいは、２セットの画像データは順番に収集してもよい。例えば、第１の光源だけが作動しているときに第１セットの画像データを収集し、第２の光源だけが作動しているときに第２セットの画像データを収集するように、撮像装置と光源を連携動作させてもよい。光源の順次駆動や画像データの収集はプロセッサにより制御することができる。ここでは２セットの画像データを順番に収集する例について説明したが、他の収集方法を採用することも可能である。
【００１８】
２セットの画像データは再帰反射器の部分を除いて互いにほぼ全ての部分が除去されるが、一般的には、再帰反射器以外の部分のデータ点においても、光強度の僅かな違いが存在する。こうした強度差は、再帰反射器に対応するデータ点における強度差に比べて、さほど重要ではない。一実施形態において差分生成処理は、重要でないデータ点を閾値関数を使用して除去することを含む。図６は差分画像データの例を示すグラフである。Ｘ軸は強度差値を、Ｙ軸は各強度差値において収集されたデータ点の数をそれぞれ示している。ただし、負の強度差値を扱えるように、データ点は修正される場合もあることに注意して欲しい。グラフ中にピーク１１４として示されているように、ほとんどのデータ点は互いに集まってクラスタを形成している。これらのデータ点は、２セットの画像データが概ね等しく、実質的に互いに除去されるが、完全には除去されない領域を表している。強度差値の比較的大きいデータ点の小さなクラスタ１４６がもう１つある。データ点のこの小さい方のクラスタは、再帰反射器から反射された光に対応する。軸上対軸外効果により、上記のように、これらのデータ点における強度差値は比較的大きい。
【００１９】
重要な強度差値（即ち、再帰反射器に対応する強度差値）から重要でない強度差値（即ち、再帰反射器に対応しない強度差値）を分離するために、閾差分値を設定する。閾差分値よりも小さい強度差値は重要でないものとみなされ、閾差分値よりも大きい強度差値は重要であるものとみなされる。図６に破線１４８で示すように、閾差分値は２つのデータ点のクラスタ１４４と１４６の間に設定される。他の実施形態において、この閾差分値１４８は生成処理を簡単にするために事前に設定される場合もあり、また、現在又は過去のフレームの特性に基づいて設定される場合もある。具体的には、プロセッサは、閾差分値未満の強度差値を全て破棄するように構成される場合がある。閾差分値未満の強度差値を全て破棄した後、幾つかのアーティファクト１４７が残る場合がある。重要でないデータ点を破棄することによりプロセッサのメモリ要件を低減することができ、高速で遅延の少ない処理が可能となる。一実施形態では、画像のうちの過去に再帰反射器が見付かった位置の近くだけを処理することにより、画像処理時間を短縮する場合がある。
【００２０】
重要であることが判明した強度差値を処理し、再帰反射器を識別する。例えば、全ての重要な強度差値を処理することにより、再帰反射器の中心が特定される。そして、再帰反射器の中心の位置は、例えばＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）インタフェースを使用してコンピュータシステムに転送される。プロセッサは例えば、差分画像における再帰反射器の特徴が既知の再帰反射器の特徴に一致するか否かの確認や、差分画像における再帰反射器の推定位置におけるパターンが既知の位置のパターンに従っているか否かの確認といった、更なる処理を実施する場合がある。例えばプロセッサは、差分画像を既知の画像情報と比較し、差分画像における特徴が再帰反射器（複数の場合もあり）の特徴に一致するか否かを判定する場合がある。
【００２１】
光の特性は良い画像データが得られるように決定される。図７は、図１Ａに示した画像収集システム１０４Ａの代替実施形態を示している。画像収集システム１０４Ｂは、１つの撮像装置１０８、複数の軸上光源１１０、及び複数の軸外光源１１２を含む。この実施形態では、光源１１０は波長λ１の光を生成し、波長λ２の光を生成する光源１１２よりも撮像装置に近い位置に配置される。複数の光源を使用することにより、図１のシステムに比べて、画像収集システムの照明の範囲が拡大される。軸上データと軸外データを収集し、それらが、図１を参照して上で説明したようにして処理される。光源構成の例を２つ、図１と図７に示したが、他の構成を採用することも可能である。
【００２２】
図１を参照して画像収集システムの一例１０４Ａについて説明したが、画像収集システムには多数の代替実施形態を使用することが可能である。画像収集システムの実施形態は全て、少なくとも２セットの画像データを収集し、一方のセットの画像データは他方のセットの画像データよりも再帰反射器１０２の強い指示を有する。以下の説明から分かるように、２セットの画像データは様々な方法で収集することが可能である。
【００２３】
図８は、２つの撮像装置１０８Ａ及び１０８Ｂ、並びに１つの光源１１０を含む、画像収集システムの一実施形態１０４Ｃを示している。１つの光源は波長λ１の光を生成し、撮像装置１０８Ａに比較的近い位置に配置され、撮像装置１０８Ａにおける照明角と検出角の差が、撮像装置１０８Ｂにおける照明角と検出角の差よりも小さくなるように配置される。２つの撮像装置に対する光源の位置から、軸上画像データは撮像装置１０８Ａで収集され、軸外画像データは撮像装置１０８Ｂで収集される。軸上画像データと軸外画像データを収集した後、それらが上で説明したようにして処理され、位置情報が生成される。
【００２４】
図９は、２つの撮像装置１０８Ａ及び１０８Ｂ、並びに２つの異なる波長の光を生成する光源１５２及び１５４を含む、画像収集システムの代替実施形態１０４Ｄを示している。具体的には、波長λ１の光を生成する２つの光源１５２は、撮像装置１０８Ｂよりも撮像装置Ａに近い位置に配置され、波長λ２の光を生成する２つの光源１５４は、撮像装置１０８Ａよりも撮像装置１０８Ｂに近い位置に配置される。波長λ１の光については、軸上画像データが撮像装置１０８Ａにおいて収集され、軸外画像データが撮像装置１０８Ｂにおいて収集される。波長λ２の光については、軸上画像データが撮像装置１０８Ｂにおいて収集され、軸外画像データが撮像装置１０８Ａにおいて収集される。図９の構成によれば、２つの異なるセットの軸上画像データと、２つの異なるセットの軸外画像データを収集することができる。２つの撮像装置、２つの異なるセットの軸上画像データ、及び２つの異なるセットの軸外画像データを使用し、ステレオ処理又は簡易ステレオ処理を使用することにより、三次元の位置情報を生成することができる。一実施形態において、画像収集システムは、再帰反射器に対してエピポーラ幾何構成をなすように配置される。図１０は、エピポーラ幾何構成をなすように配置された図９の画像収集システム１０４Ｄを示す斜視図である。エピポーラ幾何構成において、位置Ｍにおける再帰反射器１０２のｘ座標、ｙ座標及びｚ座標は、まず、撮像装置１０８Ａ、１０８Ｂ上の再帰反射器１０２の位置ｍ１及びｍ２を判定することにより計算される。
【００２５】
更に他の実施形態において、画像収集システムは、再帰反射器に関連する波長選択フィルタを含む場合がある。例えば、波長選択フィルタによって再帰反射器を覆う場合がある。図１１は、軸上光源及び軸外光源１１０、１１２、並びに再帰反射器１０２を覆う波長選択フィルタ１５８を有する、画像収集システムの一実施形態１０４Ｅを示している。図１１の実施形態において、波長選択フィルタ１５８は波長λ１において透過性であり、波長λ２において遮断性である。波長選択フィルタは、波長λ１において光を透過し、波長λ２において光を遮断するため、再帰反射器１０２に対応するデータ点における強度のコントラストを高めることができる。
【００２６】
再帰反射器に関連する波長選択フィルタにより、光源から放射された光の波長のうちの１つをフィルタリングすることができるため、同じ照明角の２つの光源を使用して、２セットの画像データを生成することが可能になる。図１２は、同じような照明角を有する２つの異なる波長の光源１１０、１１２を備えた、画像収集システムの一実施形態１０４Ｆを示している。図１２の例では、再帰反射器１０２に関連する波長選択フィルタ１５８は波長λ１において高い透過性を有し、波長λ２において遮断性を有する。第１セットの画像データは波長λ１の反射光に応答して収集され、第２セットの画像データは波長λ２の反射光に応答して収集される。再帰反射器１０２に関連する波長選択フィルタが波長λ１において高い透過性を有し、波長λ２において遮断性であるため、第１セットの画像データは、第２セットの画像データよりも再帰反射器の強い指示を有するものとなる。２セットの画像データは上で説明したようにして処理され、位置情報が生成される。
【００２７】
更に他の実施形態において、画像収集システムは、１つの撮像装置及び１つの光源を含む。図１３は、１つの撮像装置１０８及び１つの軸上光源１１０を有する、画像収集システムの一実施形態１０４Ｇを示している。光源１１０は波長λ１の光を生成し、撮像装置１０８は上記のように市松模様のフィルタを有するように構成される。撮像装置において、市松模様をなす正方形のうちの半分は波長λ１の光を透過し、残り半分の正方形は波長λ１の光を遮断する。このような構成によれば、第１セットの画像データが波長λ１の光に応答して生成され、第２セットの画像データが、周囲光から波長λ１の光を差し引いたものに応答して生成される。光源１１０が軸上光源であることから、第１セットの画像データは第２セットの画像データよりも再帰反射器の強い指示を有するものとなる。一実施形態では、再帰反射器と撮像装置の間に波長選択フィルタを配置する場合がある。この波長選択フィルタは波長λ１の光を透過し、それ以外の波長の光を遮断する。図１１及び図１２を参照して上で説明したように、波長選択フィルタによれば、再帰反射器に対応するデータ点における強度のコントラストを高めることができる。
【００２８】
図１４は、単一光源の画像収集システムの他の実施形態１０４Ｈを示している。図１４の画像収集システム１０４Ｈは、２つの個別の撮像装置１０８Ａ及び１０８Ｂを使用して、２セットの画像データを収集する。具体的には、軸上画像データは撮像装置１０８Ａにおいて収集され、軸外画像データは撮像装置１０８Ｂにおいて収集される。この場合も、再帰反射器１０２と撮像装置の間に波長λ１の光を通過させるための波長選択フィルタを配置する場合がある。
【００２９】
上で説明した反射要素は再帰反射器であったが、反射要素には、再帰反射器のかわりに再帰反射器以外の反射器を使用してもよい。図１５は、再帰反射器のかわりにミラー１６０を使用して位置情報を生成するシステムの一実施形態を示している。図１５に示すように、軸外光１１６はミラー１６０によって入射角と同じ角度で反射される。軸外光を入射角と同じ角度で反射させることにより、反射された軸外光が撮像装置１０８に当たらなくなる。一方、ミラー１６０は、軸上光１１４を撮像装置へ向けて反射させる。従って、一方のセットの画像データが他方のセットの画像データよりも再帰反射器の強い指示を有するような、２セットの画像データを生成することが可能になる。この構成の場合、ミラー１６０は、２つの光ビームのうちの一方を撮像装置へ向けて反射させるような向きに配置される。あるいは、光源１１０からの光を撮像装置へ向けて反射させるかわりに、光源１１２からの光を撮像装置へ向けて反射させるようにシステムを構成してもよい。
【００３０】
再帰反射器は、例えばＧＵＩを利用するコンピュータにおけるマウスのような、ポインティングの用途に使用することができる。一実施形態において、再帰反射器は、ポインティングデバイスのうちのユーザが握ったり動かしたりする部分を構成する。ポインティングの用途に使用する場合、システムはポインティングデバイスにより特定のコマンドをエミュレートする機能を有することが望ましい。例えば、システムは、「クリック」、「ドラッグ」、「スクロール」及び持ち上げ動作の検出といった、従来のマウスの機能を有することが望ましい。
【００３１】
従来のマウスの一部の機能は、ユーザの動作に応答して再帰反射器を遮断したり露出したりすることができるように、ポインティングデバイス及び再帰反射器を構成することによりエミュレートすることができる。一実施形態において、再帰反射器は、ユーザによって操作される手段により遮断されたり露出されたりする。図１６Ａ及び図１６Ｂは、再帰反射器を遮断したり露出したりする手段を備えたポインティングデバイスの一実施形態１７０を示している。ポインティングデバイス１７０は、再帰反射器１０２（図１６Ｂ）、カバー１７２、ガイド１７４、指置き部１７６、及び復帰スプリング１７８を含む。図１６Ａにおいて、再帰反射器（図示せず）はカバー１７２によって覆われている。ユーザは、指置き部１７６に指を載せて動かすことにより、カバー１７２を動かすことができる。図１６Ｂは、カバー１７２を動かして再帰反射器１０２を露出させた後のカバー１７２を示している。
【００３２】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、複数の再帰反射器１０２を遮断又は露出させる手段を備えたポインティングデバイスの一実施形態１８０を示している。このポインティングデバイスは、カバー１８２、複数の再帰反射器１０２、及び直線回転変換手段１８４を含む。直線回転変換手段１８４は、軸１８６、旋回ジョイント１８８、スライダ１７３、ガイド１７４、及び指置き部１７６を含む。図１７Ａにおいて、再帰反射器１０２はカバー１８２によって遮断されている。ユーザは、直線回転変換手段１８４を使用してカバー１８２を回転させ、再帰反射器１０２を露出させることができる。図１７Ｂは、直線回転変換手段１８４を使用してカバー１８２を回転させ、カバー１８２のスルーホールを通して再帰反射器１０２を露出させた状態を示している。
【００３３】
他の実施形態において、再帰反射器は、ポインティングデバイスの構造と向きの組み合わせを使用して、遮断又は露出される場合がある。例えば、少なくとも１つの再帰反射器をポインティングデバイスに画定されたキャビティの底部に配置し、ポインティングデバイスが照明光に対して或る向きにあるときに、キャビティの壁によって再帰反射器が照明光から遮断され、ポインティングデバイスが照明光に対して或る向きにあるときに、再帰反射器が照明光に対して露出されるようにする場合がある。図１８Ａ及び図１８Ｂは、ポインティングデバイスのキャビティ１９２の底部に再帰反射器１０２が配置された、ポインティングデバイスの一実施形態１９０を示している。キャビティ１９２が照明光の方を向いていないとき、再帰反射器１０２は、キャビティ１９２の壁によって遮断され、照明されない。キャビティ１９２が照明光の方を向いているとき、再帰反射器１０２は照明される。図１８Ａは、照明光１９４が再帰反射器１０２に入射しないような向きにおけるポインティングデバイスを示し、図１８Ｂは、照明光１９４が再帰反射器１０２に入射するような向きにおけるポインティングデバイスを示している。
【００３４】
図１６Ａ〜図１８Ｂを参照し、再帰反射器を遮断又は露出させるいくつかの方法について説明してきたが、他にも多数の構成が可能である。他の実施形態では、再帰反射器（複数の場合もあり）の一部の特性を変更することにより、従来のマウスの機能を実現し、マウスの機能をエミュレートする場合がある。例えば、再帰反射器（複数の場合もあり）の形、サイズ、及び／又は、パターンを変更することにより、マウスの機能をエミュレートする場合がある。更に他の実施形態では、再帰反射器を徐々に遮断又は露出させることにより、幾つかの機能を実現する場合がある。例えば、再帰反射器の露出面積の増加に応じてスクロール速度を増加させ、再帰反射器の露出面積の減少に応じてスクロール速度を低下させる場合がある。
【００３５】
位置情報を生成するための上記の技術は、ＧＵＩを利用したコンピュータ向けの位置トラッキングシステムに組み込むこともできる。図２０〜図２３は、コンピュータシステムに一体化された画像収集システム及びポインティングデバイスの種々の例を示している。図２０は、画像収集システムを有するように構成された携帯型コンピュータ又は「ラップトップ」コンピュータ２００を示している。この画像収集システムは、コンピュータのハウジング内に取り付けられた２つの光源１１０及び１１２並びに撮像装置１０８を含む。第１の光源１１０は波長λ１の光を生成する軸上光源であり、第２の光源１１２は波長λ２の光を生成する軸外光源である。この画像収集システムの構成は図１に示したものより小型であり、コンピュータは内部にプロセッサ１０６を備えている。再帰反射器１０２を含むポインティングデバイス１３０は、ＧＵＩを利用するオペレーティングシステムにおいて位置を指し示すために使用される。ポインティングデバイスの位置は上で説明したようにして判定される。
【００３６】
図２１は、画像収集システムを有するように構成された携帯型コンピュータを示している。この画像収集システムは、コンピュータのハウジング内に取り付けられた２つの光源１５２及び１５４並びに２つの撮像装置１０８Ａ及び１０８Ｂを含む。この画像収集システムの構成は、図９のものに似ている。この構成では、ステレオ処理を使用して、ポインティングデバイスの三次元位置を判定することができる。
【００３７】
図２２Ａ及び図２２Ｂは、撮像装置１０８並びに光源１１０及び１１２が自立ハウジング２０２の中に組み込まれた、画像収集システムの一実施形態を示す正面図及び側面図である。図２２Ａにおいて、光源１１０は波長λ１の光を放出し、光源１１２は波長λ２の光を放出する。図２２Ｂにおいて、再帰反射器は波長選択フィルタによって覆われている。波長選択フィルタは、波長λ１の光を透過し、波長λ２の光を遮断する。この構成の動作は、図１２を参照して上で説明した構成に似ている。具体的には、第１セットの画像データは波長λ１の反射光に応答して収集され、第２セットの画像データは波長λ２の反射光に応答して収集される。再帰反射器に関連する波長選択フィルタが波長λ１において透過性であり、波長λ２において遮断性であるため、第１セットの画像データは第２セットの画像データよりも再帰反射器の強い指示を有するものとなる。２セットの画像データは上で説明したようにして処理され、位置情報が生成される。図２２Ａ及び図２２Ｂに示す画像収集システムは、コンピュータと連携して使用することもできる。例えば、画像収集システムは、有線のＵＳＢ接続や無線接続によりコンピュータに接続することができる。一実施形態において、ハウジングのヘッド部分２０３は回転させることができ、光源や撮像装置の視野を変更することができる。例えば、ヘッド部分２０３を下向きに回転させることにより、マウス操作に使用される机上面を視野の中にもってくることができる。
【００３８】
図２３は、位置情報を生成する方法を示すフロー図である。ブロック２２０において、反射器を照明する。ブロック２２２において、第１セットの画像データ及び第２セットの画像データを生成する。第１セットの画像データは、第２セットの画像データよりも再帰反射器の強い指示を有する。ブロック２２４において、第１セットの画像データ及び第２セットの画像データを使用して、反射器に関連する位置情報を生成する。
【００３９】
図２４は、位置情報を生成する他の方法を示すフロー図である。ブロック２３０において、再帰反射器を含むポインティングデバイスを照明する。ブロック２３２において、照明に応じて軸上画像データを生成する。ブロック２３４において、照明に応じて軸外画像データを生成する。ブロック２３６において、軸上画像データ及び軸外画像データを使用して、再帰反射器に関連する位置情報を生成する。
【００４０】
画像収集システムは従来の光学マウスのように机上面からの反射を利用しないため、ポインティングデバイスを反射性を持たない表面に置いた場合や、ガラスのように非常に滑らかな表面上に置いた場合であっても、ポインティングデバイスの位置をトラッキングすることが可能である。
【００４１】
ＧＵＩを利用するコンピュータオペレーティングシステム向けのポインティング用途に関連して、位置情報を生成するシステムについて説明してきたが、位置情報を生成するための上記の技術は、物体の位置を判定する他の用途にも使用することが可能である。そのような用途の１つは、例えば、モーションキャプチャやゲーム等に使用される人体の一部の動きのトラッキングである。
【００４２】
上で説明した二重画像位置トラッキング技術の他の利点は、反射器や再帰反射器を使用することにより、従来のデジタル写真による露出時間に比べて短い時間で画像データを収集することが可能である点である。
【００４３】
なお、再帰反射器はポインティングデバイスに取り付けるものとして説明したが、再帰反射器は何らかの他の物体に一体化させてもよい。例えば、再帰反射器は、衣服や人体の一部に取り付けることもでき、位置や向きを知りたい任意の物体に取り付けることができる。
【００４４】
空きスペースに置かれた物体は、直線移動における３つの自由度（例えば、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）と回転移動における３つの自由度（例えば、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を中心とした回転）を含む６つの自由度の項によって特徴付けることができる。物体の位置は、例えば、ｚ軸、ｙ軸、ｚ軸の項によって特徴付けることができる。物体の向きは、例えば、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を中心とした回転の項によって特徴付けることができる。
【００４５】
図１〜図２４を参照して行った上記の技術は主として、物体に関連する位置情報の生成を目的としたものであり、例えば、ｘ軸及びｙ軸における物体の二次元位置や、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸における物体の三次元位置の生成を目的としている。用途によっては、物体の位置でなく、物体の向きを判定することが望ましい場合もあり、両方を判定することが望ましい場合もある。本発明によれば、向き情報の判定は、向き依存特性を有する少なくとも１つの反射器、又は、向き依存性のある何らかの構造的特徴を有するデバイスに組み込まれた反射器を使用して、２セットの画像データを収集することを含む。そして、それら２セットの画像データを使用して向き情報が生成される。具体的には、それら２セットの画像データの差分をとる。画像データは向き依存特性を有する反射器、又は、向き依存特性のある構造的特徴を有するデバイスに組み込まれた反射器を使用して撮影されるため、得られる差分画像は、反射器の向きに関連する向き依存画像情報を含む。
【００４６】
この向き依存画像情報の生成には、例えば、向き依存形状を有する再帰反射器、向き依存構成になるように配置された１以上の再帰反射器、又は、ある特定の向きでしか再帰反射器が照明されないように、ポインティングデバイスの各キャビティの底部に配置された１以上の再帰反射器などが使用される。以下では、図２５Ａ〜図３６を参照し、向き依存画像情報を生成する方法の種々の例について説明する。具体的には、図２５Ａ〜図２７Ｂは、向き依存特性を有する再帰反射器（複数の場合もあり）の例を示し、図２８Ａ〜図３２Ｂは、何らかの向き依存性のある構造的特徴を有するポインティングデバイスに組み込まれた再帰反射器（複数の場合もあり）の例を示し、図３３Ａ及び図３３Ｂは、再帰反射器の向き依存パターンと、向き依存性のある構造的特徴を有するポインティングデバイスに組み込まれた再帰反射器のパターンの組み合わせを有する、ポインティングデバイスを示している。
【００４７】
図２５Ａ及び図２５Ｂは、向きに依存する特徴（この例では、矢印）を有する再帰反射器３００の一例を示している。ｚ軸を中心とした再帰反射器のあらゆる向きにおいて、再帰反射器に応答して形成される差分画像は一意に定まる。すなわち、この再帰反射器は回転対称形である。図２５Ａにおいて矢印は真っ直ぐ上を指し、図２５Ｂにおいて矢印は約４５°だけ時計方向に回転されている。２セットの画像データを撮影し、それらの画像データの差をとることにより、矢印の画像が特定される。再帰反射器の向きは、その差分画像を既知の画像情報と比較することにより判定することができる。たとえば、この既知の画像情報には、既知の向きの矢印の画像が使用される。既知の画像と差分画像を一致させることにより、向きを判定することができる。例えば、差分画像を既知の画像に一致させるために必要とされる回転から、再帰反射器の向きを知ることができる。図２５Ａ及び図２５Ｂの実施形態において、再帰反射器は、ポインティングデバイス３０２の表面上に配置される。
【００４８】
図２６Ａ及び図２６Ｂは、ポインティングデバイス３０２の表面上において向き依存構成を成すように配置された、複数の同じ形の再帰反射器の例を示している。具体的には、このパターンは３つの再帰反射器を含み、１つはパターンの上部に配置され、２つは互いに近接した状態でパターンの底部に配置される。再帰反射器のこのパターンに応答して形成される差分画像は、ｚ軸を中心としたこの構成のあらゆる位置において一意に決まる。例えば、図２６Ａの向きでは、１つの再帰反射器がパターンの上部に位置し、互いに近接する２つの再帰反射器がパターンの底部に位置している。図２６Ｂの向きでは、ｚ軸を中心として約９０度だけ時計方向にパターンが回転され、１つの再帰反射器がパターンの右側に位置し、互いに近接する２つの再帰反射器がパターンの左側に位置している。
【００４９】
図２７Ａ及び図２７Ｂは、向き依存構成を成すように配置された、複数の異なる形の再帰反射器３００の例を示している。図２７Ａ及び図２７Ｂの例において、再帰反射器は、正方形、三角形、及びひし形の形を有する。再帰反射器のこのパターンに応答して形成される様々な画像は、ｚ軸を中心としたあらゆる向きにおいて一意に決まる。なぜなら、あらゆる位置において、異なる形が異なる位置にくるからである。
【００５０】
図２８Ａ〜図２８Ｃは、向き依存のある構造的特徴を有するデバイス３０２に一体化された再帰反射器３１０の例を示している。図２８Ａ〜図２８Ｃの例において、デバイスはポインティングデバイスであり、向き依存のある構造的特徴は、ポインティングデバイスの表面のうちの１つからポインティングデバイスの中へ延びるキャビティ３０４である。キャビティ３０４は、キャビティ壁３１２によって画定され、再帰反射器３１０はキャビティの底部に配置される。図２８Ａは、ポインティングデバイスの側面図であり、この図から、再帰反射器３１０はキャビティの底部に配置されることが分かる。図２８Ｂは、光ビーム３０８に対する、ポインティングデバイス、キャビティ、及び再帰反射器を示す側面斜視図である。図２８Ｂにおいて、キャビティと再帰反射器は光ビームに対して、再帰反射器が光ビームによって照らされるような向きに配置されている。再帰反射器を照らす光は、受光した方向と同じ方向に反射される。光ビームに対するキャビティと再帰反射器の向きを十分に変更すると、ポインティングデバイスの一部によって光ビームが遮断され、再帰反射器に光が当たらなくなる。この向き依存性のある構造は、図２８Ｂに示す向き以外の向きでは、再帰反射器の少なくとも一部が光ビームから遮断される。図２８Ｃは、キャビティと再帰反射器の光ビームに対する向きが、再帰反射器に光が当たらないような向きにおける、ポインティングデバイスを示す側面斜視図である。図２８Ａ〜図２８Ｃに示す構成に関し、図２８Ｂに示すようにキャビティと再帰反射器が光ビームに対して一直線上になっているときに生成される差分画像における再帰反射器の指示は、図２８Ｃに示すようにキャビティと再帰反射器が光ビームに対して一直線上になっていないときに生成される差分画像における再帰反射器の指示に比べて強い。ｘ軸及びｙ軸を中心とした再帰反射器及びポインティングデバイスの回転方向の向きは、差分画像における再帰反射器の存在に基づいて判定される。
【００５１】
図２８Ａ〜図２８Ｃの実施形態において、ポインティングデバイスの位置合わせは、二者択一的に判定される。つまり、差分画像において再帰反射器の強い指示が現れた場合、ポインティングデバイスは光ビームに対して一直線上にあるものとして判定され、差分画像において再帰反射器の強い指示が現れない場合は、ポインティングデバイスが光ビームに対して一直線上にないものとして判定される。他の実施形態において、キャビティ、再帰反射器、光ビーム間の向きは、差分画像における再帰反射器の形から判定してもよいし、差分画像における再帰反射器に対応するデータ点の強度値から判定してもよい。例えば、一実施形態では、再帰反射器の部分的画像を使用して、向きを判定することができる。他の実施形態では、再帰反射器からの検出光の強度を使用して、向きを判定することができる。ポインティングデバイスの向きが変化したとき、再帰反射器からの検出光の強度は、再帰反射器と撮像装置の間の距離に従って、及び／又は、向き依存特性のある構造的特徴が再帰反射器を露出させているかそれとも遮断しているかに応じて変化する。ただし、向きの判定は、距離に関係なく再帰反射器の形に基づいて行うこともでき、画像の幅に対する高さの比を比較することにより判定することもできる。
【００５２】
図２８Ａ〜図２８Ｃの例において、ポインティングデバイス３０２の向きは、ｘ軸及びｙ軸を中心とした回転について判定される。上記のように、ポインティングデバイスが再帰反射器が照明されない位置まで傾けられると、差分画像において再帰反射器３１０は検出されなくなる。用途によっては、ポインティングデバイスの位置と向きの両方をトラッキングすることが望ましい場合がある。再帰反射器が照明されていなければ、図２８Ａ〜図２８Ｃにおけるポインティングデバイスの位置は、上記の二重画像技術を使用して判定することができない。
【００５３】
一実施形態では、ポインティングデバイスの向き依存特性のある構造的特徴の影響を受けない再帰反射器を更にポインティングデバイスの表面上に配置し、位置トラッキングを可能にする場合がある。図２９Ａ〜図２９Ｃは、図２８Ａ〜図２８Ｃを参照して説明したポインティングデバイスに似たポインティングデバイスの一実施形態３０２を示している。ただし、ポインティングデバイス３０２は、ポインティングデバイスの向き依存のある構造的特徴の影響を受けない再帰反射器３００を有している点が異なる。図２９Ａに示すように、ポインティングデバイスの外面に更に他の再帰反射器を配置する。ポインティングデバイスが図２９Ｂに示すような向きにあるとき、ポインティングデバイスの外面上の再帰反射器と、ポインティングデバイスのキャビティ３０４内の再帰反射器３００との両方が、光ビーム３０８によって照らされる。両方の再帰反射器が照らされるため、それら両方が差分画像に現れる。ポインティングデバイスが図２９Ｃに示すような向きにあるとき、ポインティングデバイスの外面上の再帰反射器３１０は照明されるが、キャビティ内の再帰反射器３１０は照明されない。これはポインティングデバイスの構造的特徴によって光ビームが遮断されるからである。ポインティングデバイスが図２９Ｃに示すような向きにあるとき、キャビティ内の再帰反射器３１０は照明されないが、ポインティングデバイスの外面上の再帰反射器３００は依然として照明されているため、再帰反射器３００を位置のトラッキングに使用することができる。キャビティの寸法や壁の角度によって、再帰反射器の視野を設定することができる。
【００５４】
図３０Ａ及び図３０Ｂは、複数の再帰反射器３１０を向き依存のある構造的特徴３２４と共に使用して向き情報を生成することが可能な、ポインティングデバイスの一実施形態３０２を示している。図３０Ａ及び図３０Ｂの実施形態では、複数のキャビティ３２４のそれぞれの中に再帰反射器３１０が配置される。キャビティ３２４は円形３２５に配置される。各キャビティ３２４はそれぞれ向き依存性のある感度を有し、差分画像に表れた再帰反射器３１０の位置から、ポインティングデバイス３０２の向きを判定することができる。図３０Ｂに示すように、キャビティ３２４の向き依存性のある感度は、キャビティの壁３２６と３２８を異なる角度に形成することによって実現することができる。図３０Ｂに示すように、円の中心に近い方にあるキャビティの壁３２８は、円の中心から遠い方にある壁３２６に比べて、ポインティングデバイスの表面３１４に対する垂直なラインに対して、大きい角度を成すように形成される。
【００５５】
図３１Ａは、光ビーム３０８に対するキャビティ３２４及び再帰反射器３１０の向きが、全ての再帰反射器が照明されるような向きにおける、図３０Ａ及び図３０Ｂのポインティングデバイス３０２を示す側面図である。図３０Ｂは、図３１Ａのポインティングデバイスの正面図であり、図中、全ての再帰反射器が、黒く塗り潰された円で描かれている。図３１Ｂの照明パターンから、全てのキャビティ３２４及び再帰反射器３１０が、光ビーム３０８と一直線上に位置合わせされていることが推測される。図３２Ａは、光ビーム３０８に対するキャビティ３２４及び再帰反射器３１０の向きが、一部の再帰反射器３１０だけが照明されるような向きにおける、図３０Ａ及び図３０Ｂのポインティングデバイス３０２を示す側面図である。図３２Ｂは、図３２Ａのポインティングデバイスの正面図であり、図中、照明されている再帰反射器３１０は黒く塗りつぶされた円で描かれ、照明されていない再帰反射器３１０は塗りつぶされていない円で描かれている。ポインティングデバイス３０２の向きは、照明されている再帰反射器３１０を特定することにより判定することができる。この実施形態において、照明されていない再帰反射器３１０は、ポインティングデバイスの向きが、画像収集システムの方へ回転された向きであることを示している。再帰反射器はポインティングデバイス上に配置され、円３２５の周りで回転されるため、ｘ軸及びｙ軸に対するポインティングデバイスの向きを判定することができる。実施形態によっては、再帰反射器は部分的に照明される場合もある。更なる向き情報を得ることもでき、例えば、部分的に照明された再帰反射器に関連する画像情報の形、及び／又は、強度値から、更なる向き情報を得ることができる。
【００５６】
他の実施形態において、向き依存性のある構造的特徴は、ポインティングデバイスのようなデバイスの中に延びるスロットである。再帰反射器はそのスロットの中に配置される。スロットの形から、ある方向における再帰反射器の視野は、他の方向における視野よりも広くなる。具体的には、スロットに対して平行な方向における視野は、スロットに対して垂直な方向における視野よりも広くなる。視野の違いにより、平行な方向においては広い範囲にわたって再帰反射器が照明され、垂直な方向においては狭い範囲にわたって再帰反射器が照明されることになる。垂直な方向における向きの変化は、差分画像において再帰反射器が部分的又は完全に見えなくなることにより現れる。スロット内の再帰反射器の視野の特性は、スロットの幅及び深さの関数となる。向き依存性のある構造的特徴の寸法及び構成は、所望の応答が得られるように設定することができる。
【００５７】
向き情報を生成するための複数の技術を組み合わせることで、さらに詳細な向き情報を生成することも可能である。図３３Ａ及び図３３Ｂは、図２６Ａ及び図２６Ｂを参照して説明したような再帰反射器３００の向き依存性パターンを、図３０Ａ〜図３２Ｂを参照して説明したようなポインティングデバイスの向き依存性のある構造的特徴３２４に一体化された再帰反射器３１０のパターンと組み合わせて使用するポインティングデバイス３０２の例を示している。図３３Ａ及び図３３Ｂの構成によれば、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を中心とした回転に関する向き情報の生成が可能となる。具体的には、ポインティングデバイスの表面３１４上の再帰反射器３００の向き依存性パターンにより、ｚ軸を中心とした回転に関する向き情報の生成が可能となり、ポインティングデバイスのキャビティ内に配置された再帰反射器のパターンにより、ｘ軸及びｙ軸を中心とした回転に関する向き情報の生成が可能となる。
【００５８】
図３４は、ポインティングデバイス３０２のキャビティ、及び該キャビティの底部に配置された再帰反射器３１０の一実施形態を示している。キャビティは、ポインティングデバイス３０２の表面３１４に対して垂直な軸３３０に対して異なる角度を有する、少なくとも２つの壁３２６及び３２８を有する。具体的には、キャビティの一方の壁３２６は、軸３３０に対して平行に近い角度を有し、キャビティの他方の壁３２８は、軸３３０に対して平行でない角度を有する。壁の角度とキャビティの深さにより、再帰反射器の視野が決まる。壁の角度が異なるため、再帰反射器は様々な向きおいて異なる視野を有する。このような異なる視野は、上で述べたように、向きを知るために使用される。図３４は、キャビティの一例を描いたものに過ぎず、他の構成のキャビティを採用することも可能である。
【００５９】
図３０Ａ〜図３３Ｂに示したキャビティは概ね円形に、対称形に配置されていたが、キャビティは他のパターンをなすように配置してもよい。キャビティの視野を変更してもよく、例えば、もっと無作為な配置にしてもよい。
【００６０】
図３５は、向き情報を生成するための方法を示すフロー図である。ブロック４２０において、再帰反射器を照明する。ブロック４２２において、第１セットの画像データ及び第２セットの画像データを生成する。第１セットの画像データは、第２セットの画像データよりも再帰反射器の強い指示を有する。ブロック４２４において、第１セットの画像データ及び第２セットの画像データを使用して、再帰反射器に関連する向き情報を生成する。
【００６１】
図３６は、位置情報及び向き情報を生成するための方法を示すフロー図である。ブロック４３０において、再帰反射器を有するポインティングデバイスを照明する。ブロック４３２において、照明に応じて第１セットの画像データを生成する。ブロック４３４において、照明に応じて第２セットの画像データを生成する。ブロック４３６において、第１セットの画像データ及び第２セットの画像データを使用して、再帰反射器に関連する位置情報及び向き情報を生成する。
【００６２】
上で例として示した一部の再帰反射器の向き依存性形状及びパターンは、向き依存性のある特徴の例として示したものに過ぎず、他の向き依存性構成を採用することも可能である。例えば、ライン上に配置された複数の再帰反射器、複数ラインのパターンを成すように配置された再帰反射器、又は、再帰反射器のサイズを使用して、向き依存性のある特徴を実現することができる。また、向き依存性のある構造的特徴を上で例示したが、他の向き依存性のある構造的特徴を採用することも可能である。
【００６３】
再帰反射器はポインティングデバイスに取り付けるものとして説明したが、再帰反射器は何らかの他の物体に一体化させてもよい。例えば、再帰反射器は、衣服や人体の一部に取り付けることもでき、位置及び／又は向きを知りたい任意の他の物体に取り付けることができる。
【００６４】
本発明の種々の具体的実施形態について図示説明したが、本発明が図示説明した特定の形態や部品構成に限定されることはない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等により規定される。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】再帰反射器、画像収集システム、及びプロセッサを含む、位置情報を生成するシステムを示す図である。
【図２】図１の画像収集システムにおける検出角、軸上照明角、及び軸外照明角を示す図である。
【図３】図１の画像収集システムにおける検出角、軸上照明角、及び軸外照明角を示す図である。
【図４】再帰反射器及びその他任意の物体で反射された後、撮像装置に入射する、波長λ１及び波長λ２の光を示す図である。
【図５】図１のシステムの基本動作を示す図である。
【図６】差分画像データのグラフの例であり、ｘ軸は強度差値を示し、ｙ軸は各強度差において収集されたデータ点の数を示す。
【図７】１つの撮像装置と複数の軸上光源及び軸外光源を有する、図１の画像収集システムの代替実施形態を示す図である。
【図８】２つの撮像装置と１つの光源を有する画像収集システムの一実施形態を示す図である。
【図９】２つの撮像装置と、異なる波長の光を生成する２つの光源を有する、画像収集システムの一実施形態を示す図である。
【図１０】エピポーラ幾何構成を成すように配置された、図９の画像収集システムを示す斜視図である。
【図１１】軸上光源及び軸外光源、並びに再帰反射装置の上に形成された波長選択フィルタを有する、画像収集システムの一実施形態を示す図である。
【図１２】２つの異なる波長を有し、同じ又はほぼ同じ照明角を有する２つの光源を有し、再帰反射装置の上に波長選択フィルタが形成された、画像収集システムの一実施形態を示す図である。
【図１３】１つの撮像装置と１つの光源とを有する画像収集システムの一実施形態を示す図である。
【図１４】１つの光源を有する画像収集システムの一実施形態を示す図である。
【図１５】再帰反射器以外の反射器を使用して位置情報を生成するシステムの一実施形態を示す図である。
【図１６Ａ】再帰反射器を遮断又は露出する手段が組み込まれたポインティングデバイスの一実施形態を示す図である。
【図１６Ｂ】再帰反射器を遮断又は露出する手段が組み込まれたポインティングデバイスの一実施形態を示す図である。
【図１７Ａ】再帰反射器を遮断又は露出する手段が組み込まれたポインティングデバイスの他の実施形態を示す図である。
【図１７Ｂ】再帰反射器を遮断又は露出する手段が組み込まれたポインティングデバイスの他の実施形態を示す図である。
【図１８Ａ】ポインティングデバイスのキャビティ内に組み込まれた再帰反射器を有するポインティングデバイスの一実施形態を示す図である。
【図１８Ｂ】ポインティングデバイスのキャビティ内に組み込まれた再帰反射器を有するポインティングデバイスの一実施形態を示す図である。
【図１９Ａ】市松模様のフィルタパターンを有する撮像装置を示す平面図である。
【図１９Ｂ】撮像装置上に複合フィルタを備えた図１９Ａの撮像装置の側面図である。
【図２０】２つの光源及びコンピュータのハウジング内に組み込まれた１つの撮像装置を有する画像収集システムを有するように構成された携帯型コンピュータを示す図である。
【図２１】２つの光源及びコンピュータのハウジング内に組み込まれた２つの撮像装置を有する画像収集システムを有するように構成された携帯型コンピュータを示す図である。
【図２２Ａ】撮像装置及び光源が自立ハウジング内に組み込まれた画像収集システムを示す正面図である。
【図２２Ｂ】図２２Ａの画像収集システムの側面図である。
【図２３】位置情報を生成する方法を示すフロー図である。
【図２４】位置情報を生成する他の方法を示すフロー図である。
【図２５Ａ】向き依存形状を有する再帰反射器の一例を示す図である。
【図２５Ｂ】向き依存形状を有する再帰反射器の一例を示す図である。
【図２６Ａ】ポインティングデバイスの表面上に向き依存パターンをなすように配置された複数の再帰反射器の例を示す図である。
【図２６Ｂ】ポインティングデバイスの表面上に向き依存パターンをなすように配置された複数の再帰反射器の例を示す図である。
【図２７Ａ】異なる形状を有する複数の再帰反射器の例を示す図である。
【図２７Ｂ】異なる形状を有する複数の再帰反射器の例を示す図である。
【図２８Ａ】向き依存性のある構造的特徴を有するデバイスに一体化された再帰反射器の例を示す図である。
【図２８Ｂ】向き依存性のある構造的特徴を有するデバイスに一体化された再帰反射器の例を示す図である。
【図２８Ｃ】向き依存性のある構造的特徴を有するデバイスに一体化された再帰反射器の例を示す図である。
【図２９Ａ】図２８Ａ〜図２８Ｃを参照して説明したポインティングデバイスに似たポインティングデバイスの一実施形態を示す図である。ただし、このポインティングデバイスは、ポインティングデバイスの向き依存性のある構造的特徴の影響を受けない再帰反射器を有している点が異なる。
【図２９Ｂ】図２８Ａ〜図２８Ｃを参照して説明したポインティングデバイスに似たポインティングデバイスの一実施形態を示す図である。ただし、このポインティングデバイスは、ポインティングデバイスの向き依存性のある構造的特徴の影響を受けない再帰反射器を有している点が異なる。
【図２９Ｃ】図２８Ａ〜図２８Ｃを参照して説明したポインティングデバイスに似たポインティングデバイスの一実施形態を示す図である。ただし、このポインティングデバイスは、ポインティングデバイスの向き依存性のある構造的特徴の影響を受けない再帰反射器を有している点が異なる。
【図３０Ａ】複数の再帰反射器を向き依存性のある構造的特徴と共に使用して、さらに詳細な向き情報を生成する、ポインティングデバイスの一実施形態を示す図である。
【図３０Ｂ】複数の再帰反射器を向き依存性のある構造的特徴と共に使用して、さらに詳細な向き情報を生成する、ポインティングデバイスの一実施形態を示す図である。
【図３１Ａ】光ビームに対するキャビティ及び再帰反射器の向きを、全ての再帰反射器が照明されるような向きにしたときの、図３０Ａ及び図３０Ｂに示すポインティングデバイスを示す側面図である。
【図３１Ｂ】図３１Ａの向きにあるポインティングデバイスを示す正面図である。図中、照明されている全ての再帰反射器が黒く塗りつぶされた円で描かれている。
【図３２Ａ】光ビームに対するキャビティ及び再帰反射器の向きを、一部の再帰反射器だけが照明されるような向きにしたときの、図３０Ａ及び図３０Ｂに示すポインティングデバイスを示す側面図である。
【図３２Ｂ】図３２Ａの向きにおけるポインティングデバイスを示す正面図である。図中、照明されている再帰反射器は黒く塗りつぶされた円で描かれ、照明されていない再帰反射器は塗りつぶされていない円で描かれている。
【図３３Ａ】図２６Ａ及び図２６Ｂを参照して説明したような再帰反射器の向き依存性パターンを、図３０Ａ〜図３２Ｂを参照して説明したようなポインティングデバイスの向き依存性のある構造的特徴に一体化された再帰反射器のパターンと組み合わせて使用する、ポインティングデバイスの一例を示す図である。
【図３３Ｂ】図２６Ａ及び図２６Ｂを参照して説明したような再帰反射器の向き依存性パターンを、図３０Ａ〜図３２Ｂを参照して説明したようなポインティングデバイスの向き依存性のある構造的特徴に一体化された再帰反射器のパターンと組み合わせて使用する、ポインティングデバイスの一例を示す図である。
【図３４】ポインティングデバイスのキャビティ、及び該キャビティの底部に取り付けられた再帰反射器の一実施形態を示す図である。
【図３５】向き情報を生成する方法を示すフロー図である。
【図３６】位置情報及び向き情報を生成する方法を示すフロー図である。
【図１】
2006302279.tif 000003
【図２】
2006302279.tif 000004
【図３】
2006302279.tif 000005
【図４】
2006302279.tif 000006
【図５】
2006302279.tif 000007
【図６】
2006302279.tif 000008
【図７】
2006302279.tif 000009
【図８】
2006302279.tif 000010
【図９】
2006302279.tif 000011
【図１０】
2006302279.tif 000012
【図１１】
2006302279.tif 000013
【図１２】
2006302279.tif 000014
【図１３】
2006302279.tif 000015
【図１４】
2006302279.tif 000016
【図１５】
2006302279.tif 000017
【図１６Ａ】
2006302279.tif 000018
【図１６Ｂ】
2006302279.tif 000019
【図１７Ａ】
2006302279.tif 000020
【図１７Ｂ】
2006302279.tif 000021
【図１８Ａ】
2006302279.tif 000022
【図１８Ｂ】
2006302279.tif 000023
【図１９Ａ】
2006302279.tif 000024
【図１９Ｂ】
2006302279.tif 000025
【図２０】
2006302279.tif 000026
【図２１】
2006302279.tif 000027
【図２２Ａ】
2006302279.tif 000028
【図２２Ｂ】
2006302279.tif 000029
【図２３】
2006302279.tif 000030
【図２４】
2006302279.tif 000031
【図２５Ａ】
2006302279.tif 000032
【図２５Ｂ】
2006302279.tif 000033
【図２６Ａ】
2006302279.tif 000034
【図２６Ｂ】
2006302279.tif 000035
【図２７Ａ】
2006302279.tif 000036
【図２７Ｂ】
2006302279.tif 000037
【図２８Ａ】
2006302279.tif 000038
【図２８Ｂ】
2006302279.tif 000039
【図２８Ｃ】
2006302279.tif 000040
【図２９Ａ】
2006302279.tif 000041
【図２９Ｂ】
2006302279.tif 000042
【図２９Ｃ】
2006302279.tif 000043
【図３０Ａ】
2006302279.tif 000044
【図３０Ｂ】
2006302279.tif 000045
【図３１Ａ】
2006302279.tif 000046
【図３１Ｂ】
2006302279.tif 000047
【図３２Ａ】
2006302279.tif 000048
【図３２Ｂ】
2006302279.tif 000049
【図３３Ａ】
2006302279.tif 000050
【図３３Ｂ】
2006302279.tif 000051
【図３４】
2006302279.tif 000052
【図３５】
2006302279.tif 000053
【図３６】
2006302279.tif 000054