(57)【要約】【課題】長寸の物体の姿勢から得られた姿勢データを処理する装置及び方法を提供する。【解決手段】長寸の物体（例えば、筆記用具、ポインタ、ロボットアーム、又は棒）の先端は、１つ又はそれ以上の不変特性を有する平面と接触する。長寸の物体の姿勢は、該物体内に搭載された光学測定システムにより、不変特性を利用して光学的に測定される。測定された姿勢は、その姿勢に対応する姿勢データを作成するのに使用される。そして、作成された姿勢データの一部が特定され、アプリケーションに（例えば前記姿勢データの一部が命令データ又は入力データとして機能するユーザアプリケーション）に送信される。長寸の物体はその先端が前記表面と接触しながら動くので、長寸の物体の姿勢は、前記動作を所望する時間分解能で測定するために、十分に頻回の測定時間ｔｉで定期的に測定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端を有する長寸の物体の姿勢から得られた姿勢データを処理する方法であって、
（ａ）前記先端を、不変特徴部を有する平面上に置くステップと、
（ｂ）前記姿勢を、前記長寸の物体に搭載された測定器で、前記不変特徴部を利用して光学的に測定するステップと、
（ｃ）前記姿勢に対応する姿勢データを作成するステップと、
（ｄ）前記姿勢データのサブセットを特定するステップと、
（ｅ）前記サブセットをアプリケーションに送信するステップと
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記姿勢データが前記長寸の物体の動作を表すように、前記長寸の物体の動作中は、前記測定は測定時間ｔｉ毎に定期的に行われることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記サブセットは、方位データを含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、
前記サブセットは、傾斜角θを含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法であって、
前記サブセットは、少なくとも１つのオイラー角を含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項３に記載の方法であって、
前記方位データは、制御データ及び入力データから成る群より選択される入力として使用されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項２に記載の方法であって、
前記サブセットは、前記表面上における前記先端の位置データを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
前記位置データは、前記先端の前記不変特徴部に対しての位置を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法であって、
前記位置データは、前記表面上における前記先端の絶対位置を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法であって、
前記位置データは、前記先端の前回の絶対位置に対しての位置を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の方法であって、
前記位置データは、制御データ及び入力データから成る群より選択される入力として使用されることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、
前記表面はメモ面であり、前記長寸の物体はメモ用具であることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、
前記メモ面は、スクリーン、タブレット、メモ帳、及び紙表面から成る群より選択されることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法であって、
前記長寸の物体は、メモ用具、ポインタ、ロボットアーム、及び棒から成る群より選択されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
前記メモ用具は、ペン、鉛筆、及びスタイラスから成る群より選択されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
先端を有する長寸の物体の姿勢から得られた姿勢データを処理する装置であって、
（ａ）前記先端が置かれる、不変特徴部を有する平面と、
（ｂ）前記長寸の物体に搭載され、前記姿勢を、前記不変特徴部を利用して光学的に測定する光学測定手段と、
（ｃ）前記姿勢に対応する姿勢データの作成、及び前記姿勢データのサブセットの特定を行うプロセッサと、
（ｄ）前記サブセットをアプリケーションへ送信する通信リンクと
を備える装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置であって、
前記光学測定手段は、前記姿勢を測定時間ｔｉ毎に定期的に測定するための定期的測定手段を含むことを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１６に記載の装置であって、
前記プロセッサは、前記長寸の物体に搭載されることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１６に記載の装置であって、
前記通信リンクは、無線通信リンクであることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１６に記載の装置であって、
前記長寸の物体は、メモ用具、ポインタ、ロボットアーム、及び棒から成る群より選択されることを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の装置であって、
前記メモ用具は、ペン、鉛筆、及びスタイラスから成る群より選択されることを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項１６に記載の装置であって、
前記アプリケーションはデータファイルを含み、前記サブセットは前記データファイルに入力される入力データを含むことを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項１６に記載の装置であって、
前記アプリケーションは実行ファイルを含み、前記サブセットは前記実行ファイルに入力される制御データを含むことを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項１６に記載の装置であって、
前記アプリケーションは、モーション・キャプチャー・アプリケーションを含むことを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項１６に記載の装置であって、
前記モーション・キャプチャー・アプリケーションは、バイオメトリック・アプリケーションを含むことを特徴とする装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の装置であって、
前記バイオメトリック・アプリケーションは、ユーザ照合アプリケーションを含むことを特徴とする装置。
【請求項２７】
請求項１６に記載の装置であって、
前記アプリケーションは、トレース・キャプチャー・アプリケーションを含むことを特徴とする装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の装置であって、
前記トレース・キャプチャー・アプリケーションは、手書き認識アプリケーションを含むことを特徴とする装置。
【請求項２９】
請求項２７に記載の装置であって、
前記トレース・キャプチャー・アプリケーションは、署名照合アプリケーションを含むことを特徴とする装置。
【請求項３０】
請求項２７に記載の装置であって、
前記トレース・キャプチャー・アプリケーションは、ブール論理記号再フォーマット機能を含むことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、平面と接触する先端を有する長寸の物体の姿勢から得られた姿勢データを処理する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物体が、地面、定点、線、又は基準面などの静止基準に対して動くとき、前記基準に対する物体の傾斜情報を、前記物体の動作や姿勢の様々なパラメータを導き出すのに使用することができる。長年の間、物体の姿勢を追跡し、その動作をパラメータ化するための数多くの有用な座標系及び方法が開発されてきた。理論的背景に関しては、「Goldstein et al., Classical Mechanics, 3rd Edition, Addison Wesley 2002」などの古典力学の教科書を参照されたい。
【０００３】
ある特定の分野では、物体の先端が平面と接触している間の、前記先端の位置を得るために、前記物体の姿勢を知ることが重要である。様々なタイプの長寸の物体が、その姿勢の情報及び位置、より正確には前記先端が平面と接触している間の前記先端の絶対位置（世界座標系における絶対位置）を利用可能である。これらの物体としては、地面と接触する歩行棒、ディスプレイ又は投影面と接触するポインタ、筆記面と接触する筆記用具、入力スクリーンと接触するスタイラス（スタイラス）がある。
【０００４】
先端又はペン先の絶対位置を測定する必要性は、ペンやスタイラスなどの入力デバイスの分野に深く関わっている。ここでは、先端の絶対位置は、ユーザが筆記面に書いた（又はなぞった）情報を分析するために知る必要がある。先端の相対位置及び絶対位置を提供する、数多くのペン及び入力デバイスの技術が従来技術で議論されている。それらの技術のいくつかは、慣性ナビゲーションデバイス（ジャイロスコープ及び加速度計を含む）を利用しており、米国特許第６，４９２，９８１号、第６，２１２，２９６号、第６，１８１，３２９号、第５，９８１，８８４号、第５，９０２，９６８号に開示されている。他の技術は、慣性ナビゲーションと圧力検出とを組み合わせており、米国特許第６，０８１，２６１号、第５，４３４，３７１号に開示されている。ペン先にかかる圧力の取得及び分析の技術は、米国特許第５，５４８，０９２号に開示されている。別の技術では、１つの受信器と、筆記表面に近接する複数の補助デバイスとを使用した三角測量を利用しており、米国特許第６，１７７，９２７号、第６，１２４，８４７号、第６，１０４，３８７号、第６，１００，８７７号、第５，９７７，９５８号、第５，４８４，９６６号に開示されている。短無線周波（ＲＦ）パルス、赤外線（ＩＲ）パルス、超音波パルスなどを含む様々な形態の放射線が、三角測量及び関連する技術に使用できる。デジタイザ（digitizer）又はタブレット（tablet）を使用する別の方法が、米国特許第６，０５０，４９０号、第５，７５０，９３９号、第４，４７１，１６２号に開示されている。
【０００５】
また、従来技術は、表面上におけるペン又はスタイラスの先端の相対位置（ある場合では絶対位置）の測定を、光学系を使用して行っている。例えば、米国特許第６，１５３，８３６号では、スタイラスから２つの受信器へ２本の光線を放射し、受信器で、平面で規定される２次元座標系に対する角度を測定する技術を開示している。スタイラスの先端位置は、それらの角度及び受信器の位置情報を用いて得られる。米国特許第６，０４４，１６５号は、ペンの先端の圧力検出と、世界座標に位置し、ペン及び紙を撮像するカメラを備えた光学画像化システム（optical imaging system）との統合について開示している。別の技術では、ペンの先端及びその近傍を観察する光学システムを使用している。これらの技術としては、特に、米国特許第６，０３１，９３６号、第５，９６０，１２４号、第５，８５０，０５８号がある。別の方法では、米国特許第５，１０３，４８６号では、ペンに、光学ボールポント（optical ballpoint）を使用することが開示されている。最近では、光源を備え、紙に光を照射する光学システムが、米国特許第６，６５０，３２０号、第６，５９２，０３９号、ＷＯ ００／２１７２２２、米国特許出願第２００３−０１０６９８５号、第２００２−００４８４０４号に開示されている。
【０００６】
ある従来技術では、筆記面には、光学システムが認識可能な特別な記号が書き込まれる。この特別な記号を利用するペンの早い時期の例は、米国特許第５，６６１，５０６号、第５，６５２，４１２号に開示されている。最近の技術は、米国特許出願第２００３−０１０７５５８号及び関連文献に開示されている。さらなる文献としては、米国特許第１０／６４０，９４２号、第１０／７４５，３７１号、及びそれらに引用されている文献を参照されたい。
【０００７】
上記した従来技術の大部分は、筆記面上における前記先端の相対位置を得ることに限定される。タブレット及びデジタイザを用いれば絶対位置を取得できるが、それらは大きくて不便である。タブレットではなくて光学システムを使用して前記先端の絶対位置を得る方法では、筆記面に書かれた記号とペンの先端との関係の観察により大きく依存する。この方法は、準タブレット（quasi-tablet）として機能する、特別に記号のある筆記面を必要するという制限がある。
【０００８】
さらに、面倒なことに、光学系を用いる最新式のペン及びスタイラスは、通常は限定されたデータセットを生成する。つまり、作成されたデータのほとんどは、筆記面上で移動する軌跡に対応している。その一方で、ペン又はスタイラスから得られるデータのリッチストリームを利用可能なアプリケーションは数多く存在する。実際、従来技術では、ユーザが使用するペン又はスタイラスと、コンピュータなどの機械との間の相互作用が限定されている多くの場合を示している。ペン又はスタイラスから得られるデータのリッチストリームを利用可能なアプリケーション及びシステムの例については、米国特許第６，５６５，６１１号、第５，５０２，１１４号、第６，４９３，７３６号、第６，４７４，８８８号、第６，４５４，４８２号、第６，４１５，２５６号、第６，３９６，４８１、米国特許出願第２００３−０１９５８２０号、第２００３−０１６３５２５号、第２００３−０１０７５５８号、第２００３−００３８７９０号、第２００３−００２９９１９号、第２００３−００２５７１３号、第２００３−０００６９７５号、第２００２−０１４８６５５号、第２００２−０１４５５８７号、及び米国特許第６，６６１，９２０号を参照されたい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来技術の欠点を鑑みて、本発明は、長寸の物体（例えば、筆記用具、棒、ポインタ、又はロボットアーム）の姿勢から得られた姿勢データを処理する装置及び方法を提供することを目的とする。特に、本発明は、このような方法で得られた姿勢データの処理、及び、アプリケーションで制御データ又は入力デバイスとして使用するために前記姿勢データのサブセットの特定を行う装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、その先端が、１つ以上の不変特徴部を有する平面と接触している長寸の物体の姿勢から得られた姿勢データを処理する方法を提供する。この方法では、前記先端は表面上に置かれ、前記長寸の物体の物理的な姿勢が、前記不変特徴部を利用して、前記長寸の物体の搭載された測定器によって光学的に測定される。前記姿勢に対応する姿勢データが作成され、その姿勢データのサブセットが特定される。前記サブセットは、例えばユーザアプリケーションなどのアプリケーションに送信され、サブセットは命令データ又は入力データとして機能する。長寸の物体は、その先端を表面に接触させたままで、動かすことができる。したがって、好ましい実施形態では、本方法は、連続的な測定時間ｔｉ毎に得られた姿勢データによって、長寸の物体の動作を目的とする時間分解能で表すことができるように、姿勢データは測定時間ｔｉ毎に定期的に測定される。
【００１１】
サブセットは、長寸の物体の空間での方位を表す方位データの全て又は一部を含む。方位データは、適切な座標（例えば、極座標）における方位を示す傾斜角θ又は任意の角度又は角度の組み合わせを含む。又は、サブセットは、前記表面上における前記先端の位置データの全て又は一部を含む。位置データは、任意の不変特徴部に対しての前記先端の相対位置である。或いは、位置データは、世界座標上における前記先端の絶対位置である。さらに、サブセットは、方位データと位置データの組み合わせを含むことができる。
【００１２】
ある実施形態では、長寸の物体の方位データはオイラー角で表され、姿勢データのサブセットは少なくとも１つのオイラー角を含む。実際には、本実施形態では、傾斜角θは、単純に第２のオイラー角である。また、サブセットは、ロール角ψ（第３のオイラー角）と回転角φ（第１のオイラー角）を含むことができる。方位データに含まれるものは、任意の種類の入力として使用することができる。例えば、方位データは、アプリケーションで命令コマンドとして使用される制御データや、アプリケーションに入力される又は単にアプリケーション・フォーマットとして保存される入力データとして使用可能である。当然、位置データは、任意の入力（制御データ及び入力データを含む）として使用可能である。例えば、前記アプリケーションがモーション・キャプチャー・アプリケーションの場合は、サブセットは姿勢データの全てを含むことができる。
【００１３】
不変特徴部（invariant feature）は、恒久的又は一時的なものであり得、空間的又は経時的なものであり得る。平面は、例えば、スクリーン、タブレット（tablet）、メモ帳、又はユーザが手書きできるその他の種類の表面であり得る。この実施形態では、長寸の物体は、例えば、ペン、鉛筆、又はスタイラス（stylus）などの手書き用具であることが好ましい。また一般的に、長寸の物体は、ポインタ、ロボットアーム、又は棒である。つまり、長寸の物体は、その姿勢が、入力データの生成に使用できる任意の物体である。
【００１４】
本発明は、その先端が表面と接触している長寸の物体の動作を表す姿勢データを処理するための装置をさらに提供する。この装置は、前記姿勢を光学的に測定する光学測定手段を備えている。前記光学測定手段は、前記長寸の物体に搭載される。測定は、測定時間ｔｉ毎に定期的に行われる。測定周期は、前記アプリケーションと、姿勢及び要求される姿勢データの分解能（例えば、時間分解能）とに応じて選択される。この装置は、姿勢に対応する姿勢データの作成、及び姿勢データのサブセットの特定を行うためのプロセッサを備えている。また、この装置は、サブセットをアプリケーションに送信するための通信リンクを備えている。
【００１５】
プロセッサは、長寸の物体に搭載されることが好ましい。プロセッサで大量のデータ処理を行う場合は、プロセッサは長寸の物体の外部に遠隔的に配置する。通信リンクは、無線通信リンクであることが好ましい。
【００１６】
プロセッサによって姿勢データから分離されたサブセットは、サブセットのさらなる処理のために、例えば、サブセットを力データとして使用するユーザアプリケーションを実行するホスト（サブセットが入力データとして使用されるホスト）の位置に応じて、入同一又は異なる通信リンクを介してアプリケーションに送信される。例えば、ホストはコンピュータであり、アプリケーションはデータファイルである。この場合、サブセットは、データファイルに入力される入力データを含む。又は、ホストはデジタルデバイスであり、ユーザアプリケーションは命令を実行する実行ファイルである。この場合は、サブセットは制御データを含む。アプリケーションは、長寸の物体の動作を捕捉するためのモーション・キャプチャー・アプリケーションであり得る。又は、アプリケーションは、長寸の物体の動作中における、前記表面上における前記先端の軌跡を捕捉するためのトレース・キャプチャー・アプリケーションであり得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、長寸の物体（elongated object）１４の姿勢から得られた姿勢データ（pose data）１２を処理するための装置１０を示す図である。長寸の物体１４は、その先端１６を平面１８と接触させながら移動する。装置１０は、測定時間毎に、長寸の物体１４の姿勢を表す姿勢データ１２を処理する。したがって、姿勢データ１２は、先端１６を平面１８と接触させながら行われる（ユーザによって動かされる）長寸の物体１４の動作を表す。先端１６が平面１８と接触していることは、センサ２０（例えば、圧電素子又は他の適切なセンサ）によって確認することができる。
【００１８】
長寸の物体１４は、任意の種類の一般的な長寸の物体であり、その静止中又は動作中の姿勢から有用な姿勢データ１２が生成される。例えば、長寸の物体１４は、歩行の補助に使用される棒である。又は、長寸の物体１４はロボットアームであり、表面１８は加工物の表面である。また他の場合では、長寸の物体１４はポインタであり、表面１８はスクリーンである。或いは、長寸の物体１４は、ペン、鉛筆又はスタイラス（stylus）などのメモ用具であり、表面１８はメモ面である。本実施形態では、長寸の物体１４はポインタであり、表面１８はスクリーン又はトレース面である。
【００１９】
長寸の物体１４には、表面１８上に存在する１つ又はそれ以上の不変特徴部（invariant feature）３２、３４、３６を用いて、物体１４の姿勢を光学的に測定する測定器２２が搭載されている。本実施形態では、全ての不変特徴部３２、３４、３６は、表面１８上に存在する。しかし、表面１８上に十分な数の特徴が存在する場合は、表面１８以外に存在する特徴を使用することも可能である。
【００２０】
本実施形態では、不変特徴部は、縁３２、基準点３４、及び表面構造体３６である。これらの不変特徴部は、ただ単に、表面１８と一時的又は恒久的に関連付けられ、物体１４の姿勢の測定に使用される特徴の典型例にすぎない。不変特徴部３２、３４、３６は、表面１８上における先端１６の相対的又は絶対的な位置を導出するのに使用される。また、不変特徴部３２、３４、３６は、ポインタ１４の姿勢の残存部分、すなわち、ポインタ１４の方向を測定するのに使用される。不変特徴部３２、３４、３６の位置は、世界座標（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）で定義することが望ましい。さらに、もし可能であれば、不変特徴部３２、３４、３６の位置は、物体１４が取り得る全ての姿勢において、少なくとも前記不変特徴部の一部が測定器２２から見える位置であることが好ましい。
【００２１】
物体１４に搭載された測定器２２を使用して物体１４の姿勢を取得する、様々な光学測定方法を用いることができる。それらのどの方法でも、測定器２２は、任意の周知の姿勢取得技術（pose recovery technique）を用いて、搭載素子によって姿勢データを取得する。前記姿勢取得技術としては、幾何学的不変性（geometric invariance）、三角測量（triangulation）、測距（ranging）、経路積分（path integration）、動作分析（motion analysis）などがある。好ましい実施形態では、測定器２２は、画像化システム（imaging system）や走査システムなどの光学測定器であり、ポインタ１４に搭載されて、表面１８上に存在する１つ又は複数の不変特徴部３２，３４，３６を参照して前記物体１４の姿勢を測定する。
【００２２】
装置１０は、ポインタ１４の姿勢に対応した姿勢データ１２の作成、及び、アプリケーション２８から要求される姿勢データ１２のサブセット４８の特定を行うためのプロセッサ２６を備えている。特に、アプリケーション２８は、姿勢データ１２の全部又は一部を含んでいるサブセット４８を使用する。なお、本実施形態ではプロセッサ２６はポインタ１４の外部に遠隔的に配置しているが、プロセッサ２６をポインタ１４に搭載することもできる。
【００２３】
通信リンク２４は、姿勢データ１２をアプリケーション２８に送信するために設けられる。通信リンク２４は、ポインタ１４に搭載された無線送信器３０を使用して通信を行う無線通信リンクであることが望ましい。ある実施形態では、プロセッサ２６とアプリケーション２８はポインタ１４に搭載され、通信リンク２４は電気的に接続される。他の実施形態では、通信リンク２４として、有線遠隔リンクを用いることができる。
【００２４】
操作中は、ユーザ３８は、ポインタ１４を手に持つ。ユーザ３８は、ポインタ１４の先端１６を、不変特徴部３２、３４、３６を有する表面１８上に置き、ポインタ１４が動作４０を行うように、ポインタ１４を動かす。見やすくするために、動作４０は点線４２、４４で示した。点線４２、４４は、ポインタ１４の先端１６と後端４６とから推測した、ポインタ１４の動作４０中の位置を示している。本発明では、線４２は先端１６の軌跡と見なされる。また本発明では、動作４０は、先端１６と表面１８との接触が無くなった時点で終了すると定義される。
【００２５】
動作４０は、終端４６又は先端１６の動きを生成しない、即ち軌跡４２を生成しない。つまり、動作４０は、先端１６が表面１８と接触し続ける必要があるということ以外は、他のパラメータには制限されない。したがって、ポインタ１４の方向の変化は、ただ単に、表面１８上での先端１６の位置の変化（ｘ及びｙ座標の変化）として、動作４０と見なされる。この場合では、ポインタ１４の方向は、ポインタ１４の中心軸Ｃ.Ａ.（Center Axis）に対しての、傾斜角θ、回転角φ、及びロール角ψによって表される。前記３つの角度の内、少なくとも１つの角度の変化は動作４０に相当する。
【００２６】
この場合では、先端１６は、点４２で表面１８に接地する。接地時、ポインタ１４の中心軸Ｃ.Ａ.は、表面法線Ｚ´に対して傾斜し、傾斜角θはθ０となる。さらに、回転角φはφ０となり、ロール角ψはψ０となる。便宜上、本実施形態では、角θ、φ、ψはオイラー角（Euler angles）とする。もちろん、ポインタ１４の方向を表すのに、他の角度を用いることもできる。つまり、当業者なら容易に理解できるであろうが、ポインタ１４の回転を表すのに、他の従来の方法を用いることもできる。例えば、４つのカーライル・クライン角（four Caylyle-Klein angles）又は四元数（quaternion）を用いることができる。
【００２７】
図２Ａ〜２Ｃは、オイラー角を用いたポインタ１４の方向の表し方を示している。図２Ａに示すように、未回転の物体座標（Ｘ´，Ｙ´，Ｚ´）の起点に位置する先端１６から測定したポインタ１４の長さはｌ（Ｌ）である。ポインタ１４の中心軸Ｃ.Ａ.は、Ｚ´軸と同一直線上にあり、先端１６と未回転の物体座標（Ｘ´，Ｙ´，Ｚ´）の起点を通る。ここで慣習的に用いられる受動的な回転では、ポインタ１４が最初の直立位置から回転する間は、物体座標はポインタ１４に付随する。
【００２８】
図２Ａは、物体座標（Ｘ´，Ｙ´，Ｚ´）のＺ´軸に対して行われた、第１のオイラー角φでの第１の反時計方向の回転を示している。物体座標の回転はＺ´軸に影響を与えないので、一度回転させたＺ´´軸は未回転のＺ´軸と同一直線上にある（Ｚ´´＝Ｚ´）。他方では、軸Ｘ´及び軸Ｙ´は第１のオイラー角φで回転し、一度回転した軸Ｘ´´及び軸Ｙ´´となる。
【００２９】
図２Ｂは、一度回転した物体座標（Ｘ´´，Ｙ´´，Ｚ´´）に対して行われた、第２のオイラー角θでの第２の反時計方向の回転を示している。この第２の回転は、一度回転したＸ´´軸に対して行われる。そのため、Ｘ´´軸には影響を与えない（Ｘ´´´＝Ｘ´´）。他方では、軸Ｙ´´及び軸Ｚ´´は、第２のオイラー角θで回転し、二度回転した軸Ｙ´´´及び軸Ｚ´´´となる。この第２の回転は、一度回転した軸Ｙ´´及び軸Ｚ´´、並びに、二度回転した軸Ｙ´´´及び軸Ｚ´´´が存在する平面Π上で行われる。ポインタ１４の軸Ｃ.Ａ.は、平面Π上で第２のオイラー角θで反時計方向に回転する。軸Ｃ.Ａ.は依然として二度回転した軸Ｚ´´´と同一直線上にある。
【００３０】
図２Ｃは、二度回転させた物体座標（Ｘ´´，Ｙ´´，Ｚ´´）に対して行われた、第３のオイラー角ψでの第３の反時計方向の回転を示している。角ψでの回転は、二度回転した軸Ｚ´´´に対して行われる。Ｚ´´´は、３つのオイラー角全てで回転させた物体軸Ｚと同一直線状になる。その一方で、二度回転した軸Ｘ´´´、Ｙ´´´は、角ψで回転し、３つのオイラー角全てで回転させた軸Ｙ、Ｚとなる。３つのオイラー角φ、θ及びψの全てで回転させた物体軸Ｘ、Ｙ、Ｚは、オイラー回転させた物体座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を規定する。オイラー回転中、ポインタ１４の先端１６は、全ての物体座標における基点のままである。
【００３１】
図１に戻って、ポインタ１４の姿勢は、ポインタ１４の方向、すなわちオイラー角（φ、θ、ψ）と、先端１６の位置、すなわち先端１６が表面１８と接触している点の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を含んでいる。便宜上、ポインタ１４の方向と、先端１６の位置は、世界座標（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）で表す。世界座標（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）は世界基点（０，０，０）を有しており、その世界基点は表面１８上での先端１６の絶対位置を表すのに使用される。つまり、世界座標（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）は、ポインタ１４の姿勢における任意のパラメータの絶対尺度として使用することができる。また、ポインタ１４の姿勢における任意のパラメータは、例えば、非静止又は相対座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）を参照して、又は単に以前の姿勢に対して、相対的に表すことができる。
【００３２】
ポインタ１４の絶対的な姿勢は、世界座標（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）に対するポインタ１４の方向を表すオイラー回転した物体座標を用いると便利である。そのためには、３つのオイラー回転を行う前の、世界座標（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）における物体軸Ｚ´の方向は、平面（Ｘｏ，Ｙｏ）に対して垂直である。第２のオイラー角θは、Ｚ軸（Ｚ´、Ｚ´´、Ｚ´´´）に対してではなく、Ｘ軸（Ｘ´´＝Ｘ´´´）に対する物体座標の反時計方向の回転のみを規定する。したがって、オイラー角θは、完全にオイラー回転させた物体軸Ｚ又は軸Ｃ.Ａ.と、元の物体軸Ｚ´との間の傾斜角θであり、先端１６が接触する点において平面（Ｘ０，Ｙ０）に対して垂直である。
【００３３】
光学測定器２２は、ポインタ１４の動作４０中の姿勢を、測定時間ｔｉ毎に測定し、プロセッサ２６は、対応する姿勢データ１２を作成する。姿勢データ１２は、測定時間ｔｉにおける、パラメータ（φ，θ，ψ，ｘ，ｙ，ｚ）の測定値から構成される。それらの位置が世界座標（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）で規定された不変特徴部３２，３４，３６は、姿勢データ１２を世界座標（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）で表すために、光学測定器２２に使用される。定期的な測定間隔は、姿勢データ１２の使用及び目的とする性能（例えば、時間分解能）によって異なる。測定間隔は、規定時間又は頻度スケジュールに限定されない。言い換えれば、姿勢の任意の２つの連続的な測定の間では、時間は自由である。しかし、測定器２２は、動作４０を表す姿勢データ１２をアプリケーション２８で必要とされる時間分解能で取得するのに十分に高い頻度で、姿勢を測定することが好ましい。
【００３４】
通信リンク２４の無線送信器３０は、測定時間ｔｉに取得した姿勢データ１２又はパラメータ（φ，θ，ψ，ｘ，ｙ，ｚ）をプロセッサ２６へ送信する。姿勢データ１２は、バーストモードで、分割モードで、任意の若しくはプリセットされた時間に、又は他の所望する方法で連続的に送信することができる。プロセッサ２６は、姿勢データ１２のサブセット４８（例えば、先端１６の絶対位置（ｘ，ｙ））を作成し、作成したサブセット４８をアプリケーション２８へ送信する。アプリケーション２８は、測定時間ｔｉでの先端１６の絶対位置（ｘ，ｙ）を使用して、ポインタ１４が行った動作４０として、表面１８上における先端１６の軌跡４２をチャートする。言い換えれば、ユニット２８は、先端１６の動きに対応する軌跡４２を取得する。ユニット２８が取得した軌跡４２の分解能は、姿勢測定の回数又は測定時間ｔｉの頻度を増やすことによって向上させることができる。また、姿勢データ１２は、送信機３０、プロセッサ２６及びアプリケーション２８の間での適切な通信のためにフォーマットされる。任意の適切な、通信及びフォーマットの標準規格、例えば、ＩＥＥＥインターフェース規格を利用することができる。フォーマット規格の具体的な例については、「Rick Poyner, LGC/Telegraphics,"Wintab(TM) Interface Specification: 16-bit and 32-bit API Reference", revision of May 9,1996; Universal Serial Bus(USB), "Device Class Definition for Human Interface Devices(HID)", Firmware Specification, USB Implementers' Forum, June 27, 2001 and six-degree of freedom interface by Ulrica Larsson and Johanna Pettersson, "Development and evaluation of a 6DOF interface to be used in a medical application", Thesis, Linkopings University, Department of Science and Technology, Sweden, June 5, 2002」を参照されたい。
【００３５】
残りの姿勢データ１２、すなわち、（φ，θ，ψ，ｚ）も、本発明で使用することができる。特に、プロセッサ２６は、さらなるサブセットを作成すること、又は、残りの姿勢データを単一サブセットとしてアプリケーション２８（又は別の機能を提供する他のデバイス）へ送信することを行うことができる。姿勢データ１２から得られた方向及び位置の任意の組み合わせを、サブセット４８に使用することができる。つまり、ある実施形態では、プロセッサ２６は、アプリケーション２８で全ての姿勢データ１２を使用することができるように、サブセット４８内に全ての姿勢データ１２を保持する。このことは、アプリケーション２８が、表面１８上における先端１６の軌跡だけではなく、全ての動作４０を復元する場合に行われる。例えば、このことは、アプリケーション２８が、モーション・キャプチャー・アプリケーション（motion-capture application）を備えている場合に行われる。今一度説明すると、動作４０の時間分解能は、測定時間ｔｉの頻度を増やすことによって向上させることができる。この場合は、ゆっくりと変化する姿勢データ１２のパラメータがオーバーサンプリングされることに留意されたい。
【００３６】
なお、表面１８は平面であるため、パラメータｚの値が変化しないことに注意されたい。したがって、ｚは定値として決定され（ｚ＝０）、送信機３００から送信すべきデータ量を減らすために、姿勢データ１２から外される。
【００３７】
図３は、プロセッサ２６による姿勢データ１２の処理と、処理されたデータのアプリケーション２８での使用を示すブロック図である。第１のステップ５０では、姿勢データ１２は、通信リンク２４を介してプロセッサ２６に受け取られる。第２のステップ５２では、プロセッサ２６は、姿勢データ１２のどの部分又はサブセット４８が必要であるかを判断する。この選択は、アプリケーション２８に基づいて行われる。例えば、アプリケーション２８が軌跡４２をチャートするトレース・キャプチャ・アプリケーション（trace-capture application）である場合は、先端１６の位置データ、すなわち（ｘ，ｙ）だけがサブセット４８に含まれればよい。他方では、アプリケーション２８がモーション・キャプチャ・アプリケーションである場合は、サブセット４８に、全ての姿勢データ１２が含まれる必要がある。
【００３８】
ステップ５８では、全ての姿勢データ１２が選択され、サブセットのフォーマット又は作成ステップ６０Ａに送られる。ステップ６０Ａでは、アプリケーション２８で必要とされるサブセット４８Ａの形態で、姿勢データ１２が作成される。例えば、姿勢データ１２は、特定の順序で配置され、適切なフッター、ヘッダー及び冗長ビット（図示せず）が与えられる、又は、例えば、Rick Poyner、LGC/Telegraphics（op. cit.）などの、別のデータポーティング規格で表される。
【００３９】
ステップ６２、姿勢データ１２の一部のみが選択される。部分的に選択する際の、３つの例示的な場合を示す。第１の場合は、アプリケーション２８が位置データのみを必要とする。従って、ステップ５９Ｂでは、位置データ（ｘ，ｙ，ｚ）のみが選択され、残りの姿勢データ１２は廃棄される。次のステップ６０Ｂでは、位置データ（ｘ，ｙ，ｚ）が、アプリケーション２８で必要とされるサブセット４８Ｂの形態で作成される、及び／又は、データポーティング規格で表される。第２の場合は、ステップ５９Ｃでは、方向データ（φ，θ，ψ）のみが選択され、残りの姿勢データ１２は廃棄される。その後、ステップ６０Ｃは、方向データ（φ，θ，ψ）が、アプリケーション２８で使用されるサブセット４８Ｃの形態で作成される。第３の場合は、ステップ５９Ｄでは、ある位置データとある方向データとを組み合わせた姿勢データ１２が選択され、ステップ６０Ｄで同様に処理されて、サブセット４８Ｄが作成される。
【００４０】
上述した機能は、プロセッサ２６とアプリケーション２８との間で共有することが可能なことは（例えば、システム構成及びデータポーティング規格で定めるところにより）、当業者なら容易に理解できるであろう。例えば、サブセット４８のある処理は、アプリケーション２８で受け取り次第行われる。また、ある実施形態では、任意の適切なアルゴリズムに従って、姿勢データ１２は送信器で前処理される、又は、対応するサブセットの作成前又は作成後の任意の時点で後処理される。例えば、異なる測定時間ｔｉで取得された姿勢データ１２、又は連続的なサブセット４８に対して、統計的アルゴリズム（例えば、最小二乗近似）を適用することができる。さらに、姿勢データ１２のパラメータの一部又は全部の時間微分、すなわち
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などの数量を計算することができる。また、様々なサンプリング技術、例えば、オーバーサンプリングを使用することもできる。
【００４１】
サブセット４８は、通信チャンネル７２を介して、アプリケーション２８に送信される。アプリケーション２８は、入力として、その使用目的に従って処理又は送られたサブセット４８を受信する。例えば、ステップ６４では、サブセット４８は制御データとして使用される。したがって、サブセット４８は、実行命令６６として、又は実行命令の一部として用いられる。他方では、ステップ６８では、サブセット４８は、入力データとして使用され、データファイル７０に保存される。
【００４２】
ある実施形態では、アプリケーション２８はプロセッサ２６に情報を送り、サブセット４８の選択基準を変更する。そのような情報は、通信チャンネル７２又は他のリンク（例えば、フィードバック・リンク７４）を介して送られる。例えば、アプリケーション２８は、サブセット４８Ａが送信されることを要求し、サブセット４８Ａをデータファイル７０の入力データとして使用する。また、別の場合では、アプリケーション２８は、サブセット４８Ｃが送信されることを要求し、サブセット４８Ｃを実行命令６６のための命令データとして使用する。他の実施形態では、プロセッサ２６は、任意のサブセット４８を、入力データ又は命令データとして処理できるように、優先順位を指示することができる。別の実施形態では、ユーザ３８は、別の装置（例えば、ポインタ１４に搭載された図示しないスイッチ）を用いて、サブセット４８の用途（命令データとして用いるか、入力データとして用いるか）を指示することができる。サブセット４８として送信されたデータを、プロセッサ２６及びアプリケーション２８の両方で判断及び処理する、様々な能動的又は受動的方法が存在することを当業者なら容易に理解できるであろう。
【００４３】
一般に、ポインタ１４内に搭載された光学測定器によって行われる光学的測定は、様々な方法により実行される。例えば、図４は、その先端１０２が、不変特徴部１０６を有する平面１０４と接触している長寸の物体１００を示している。不変特徴部１０６は、方向、サイズ、及び平面１０４上の位置が分かっている多角形である。見やすくするために、物体１００の一部だけを示している。物体１００は、軸Ｚに沿って一直線である。軸Ｚは、世界座標（図示せず）を参照するのに使用される中心軸Ｃ．Ａ．と同一直線上にある。
【００４４】
光学測定システム１０８は物体１００に搭載され、姿勢の光学測定を行う。つまり、システム１０８は、不変特徴部１０６を使用して、物体１００の姿勢を光学的に測定するための、画像化システム又は画像キャプチャ・システム（image capturing system）である。画像システム１０８は、レンズ１１０と画像キャプチャ・デバイス（image capturing device）１１２（電子光学センサ、又はレンズ１１０によって規定される像平面（image surface）１１４上に位置するピクセル・アレイの形式の）を備えている。レンズ１１０は、近隣の環境の３Ｄ投影情報を保存するために、広角Θと、実質的に単一の視点とを有していることが好ましい。レンズ１１０としては、ミラー、アパーチュア（aperture）、フィールド・フラットナー（field flattener）、イメージ・ガイド（image guide）などの光リレーを伴う、屈折系、反射系及び／又は反射屈折系のなどの様々な光学系がある。実際には、レンズ１１０は、結像面（imaging surface）１０４に適したものが選択される。
【００４５】
アレイ１１２は、直交する軸ＸＩ，ＹＩによって表される像平面１１４上に位置する結像ピクセル１１６を有している。軸ＸＩ，ＹＩは、回転した物体座標の軸Ｘ，Ｙと平行である。未回転の物体座標から、回転した物体座標までのオイラー角は図示したとおりである。
【００４６】
動作中は、日光や人工照明などの放射線１１８が、表面１０４上に入射する。放射線１１８の散乱部分１１８´は、中心軸Ｃ．Ａ．に対して傾斜角θｉで長寸の物体１１０へ至る。より正確に言えば、不変特徴部１０６の角の点Ｐｐから経路１２０に沿って伝搬される散乱部分１１８´は、立体角Θで到着し、画像化システム１０８によって像平面１１４上の結像点ＰＩに結像される。点Ｐｐ、不変特徴部１０６及び平面１０４の残りの部分、又はそれらの一部からの散乱部分１１８´は、画像情報を伝達する。この空間強度変化及び画像情報は、アレイ１１２の結像ピクセル１１６上に生成された表面１０４及び不変特徴部１０６の画像から位置を復元する任意の方法に従って、物体１００の姿勢を決定するのに使用される。透視画像化（perspective imaging）がこの目的に適切であることを、当業者なら容易に理解できるであろう。適切な結像光学系及び方法の詳細については、米国特許出願第１０／６４０，９４２号を参照されたい。
【００４７】
図５は、他のオンボード光学測定器の実施形態を示す図である。長寸の物体１３０の先端１３２は、不変特徴部１３６を有する平面１３４と接触している。長寸の物体１３０は、オンボード光学測定器として、走査システム１３８を備えている。未回転の物体座標から、回転した物体座標までのオイラー角が示されている。不変特徴部１３６は、四角形１３６Ａと線１３６Ｂとを含み、両方のサイズと、世界座標（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）における方向及び位置は分かっている。
【００４８】
走査システム１３８は、プローブ放射線１４２の線源１４０、アーム１４４、及び、プローブ放射線１４２を表面１３４へ導く走査ミラー１４６を備えている。走査システム１３８は、表面１３４と不変特徴部１３６を走査するために、走査ミラー１４６を駆動させるためのドライバを有している。例えば、走査ミラー１４６は、２軸ドライバによって駆動される２軸走査ミラーである。ミラー１４６は、放射線１４６を、ミラー軸Ｍ．Ａ．（mirror axis）に対して走査角σで方向づける。本実施形態では、ミラー軸Ｍ．Ａ．は、物体１３０の中心軸Ｃ．Ａ．と平行である。ドライバは、走査パターン１４８に従って、走査角σを変化させて、表面１３４及び特徴１３６の走査を達成する。特定の走査角にすると、放射線１４２は、平面１３４の点Ｐ０に、平面１３４に対して入射角（傾斜角）δで入射する。点Ｐ０は、ドライバと物体１３０の姿勢とによって決定される走査パターン１４８に従って、平面１３４及び特徴１３６上を移動する。
【００４９】
プローブ放射線１４２は、表面１３４に対するプローブ放射線１４２の入射方向、プローブ放射線１４２の周波数ｆ、並びに、平面１３４及び不変特徴部１３６の物理的特性に基づいて、点Ｐ０で散乱する。プローブ放射線１４２の、平面１３４及び特徴１３６に対しての後方散乱波１４２´は、走査時における後方散乱波１４２´の強度の経時的変化によって表すことができる。一般に、平面１３４及び特徴１３６に対しての後方散乱波１４２´の反応は、強度の変化だけでなく、偏向に基づく反応も含んでいる。プローブ放射線１４２の平面１３４及び不変特徴部１３６に対しての後方散乱波１４２´の反応は、物体１３０の姿勢を測定するのに使用される。不変特徴部は、プローブ放射線１４２に対する検出可能な反応を生成し、その世界座標における位置が固定されている任意の不変特徴部を使用することができる。
【００５０】
３Ｄ空間における物体１３０の姿勢は、平面１３４上における先端１３２の位置と、三次元空間における物体１３０の方向とを含む。この実施形態では、世界座標（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）における先端１３２の位置はベクトルＤ０によって表され、方向はオイラー角（φ，θ，ψ）で表される。このことは、長寸の物体１３０の平面１３４に対する傾きは、物体１３０の軸（この実施形態では中心軸Ｃ．Ａ．）と平面１３４の法線（すなわち軸Ｚ´）との間の傾斜角θで表され、第２のオイラー角θと同値なので、特に都合が良い。
【００５１】
平面１３４並びに不変特徴部１３６Ａ及び１３６Ｂによって、プローブ放射線１４２の走査点Ｐ０に対応する後方散乱波１４２´の強度は、経時的に変化する。後方散乱波１４２´の強度の経時的変化は、検出器１５０で測定される。本実施形態では、検出器１５０と光学素子１５２（例えばビーム・スプリッター）は物体１３０上に設けられ、光学素子１５２によってプローブ放射線１４２の後方散乱波１４２´を検出器１５０に導き、検出器１５０で強度変化を測定する。物体１３０の姿勢は、任意の適切な時空間的走査技術（spatio-temporal scanning technique）に従って、走査パターン１４８、平面１３４及び不変特徴部１３６の情報から得られる。傾斜角（第２のオイラー角）θ及び第３のオイラー角ψなどのさらなる情報によって、先端１３２の絶対位置を導き出すことができる。角度θ及びψは、傾斜計（図示しない）又は他の適切な機器及び／又は方法から得ることができる。物体１３０の姿勢を測定するのに使用できる走査技術の具体例は、米国特許出願第１０／７４５，３７１号に開示されている。
【００５２】
他の実施形態では、オンボード光学測定器は、画像化及び走査素子を組み合わせた混成システムであり得る。例えば、画像化及び走査混成素子を形成するのに、受動結像ピクセル及び能動照明ピクセルを備えているピクセル・アレイを使用することができる。さらに、異なる複点を有するシステムを使用すれば、ステレオ・画像化及び走査技術を使用することができる。別の実施形態では、イメージ・モードではなく投影モードで作動するピクセル・アレイを備えた光学システムを使用することができる。すなわち、そのシステムの光学素子は、画像化だけではなく、ピクセル・アレイからの放射線の投影も行う。当業者なら、光学測定器は様々なものが存在することを容易に理解できるであろう。
【００５３】
図６は、長寸の物体２００がメモ用具（例えば、ペン、鉛筆、スタイラス）である場合の好適な実施形態の立体図である。とりわけ、メモ用具２００はペンであり、その先端（ペン先）２０２は、テーブル表面２０８において、一枚の紙２０６の平面２０４と接触している。ペン２００の中心軸Ｃ．Ａ．は、オイラー回転されたペン座標軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＺ軸と一直線上にある。第２のオイラー角に相当する、Ｚ´軸（表面法線）に対する傾斜角θが示されている。
【００５４】
ペン２００の上端２１２に、ハウジング２１０が取り付けられている。ハウジング２１０は、ペン２００の姿勢を光学的に測定するための光学測定器２１４を備えている。光学測定器２１４は、画像化システム、走査システム、又はそれらの複合システムである。紙２０６の表面２０４は、ペーパーエッジ形態の不変特徴部２１６Ａ、２１６Ｂ、２１６Ｃ、及び２１６Ｄを有している。特徴２１６は、光学測定器２１４が、ペン２００の姿勢を測定するのに使用される。
【００５５】
ハウジング２１０は、光学測定器２１４で測定された姿勢に対応する姿勢データの作成、及び、姿勢データのサブセット２２０の特定を行うプロセッサ２１８を備えている。また、ハウジング２１０は、サブセット２２０をアプリケーション２２４へ無線通信リンク２２６を介して送信するための送信器２２２を備えている。ハウジング２１０内の要素とそれら動作については上述した通りなので、この実施形態では、その詳細な説明を省略する。
【００５６】
ユーザは、手２２８にペン２００を保持し、表面２０４と接触させたままで動かして、例えば、手書きのマークを描く。見やすくするために、手２２８は破線で表している。圧力センサ又は他のデバイス（図示せず）は、ペン先２０２と表面２０４との間の接触を確認する。ユーザが筆記している間、光学測定器はペン２００の姿勢を定期的に測定する。特に、ペン２００が筆記に対応する動作をしている間は、姿勢データがペン２００の動作をアプリケーション２２４で使用するのに十分に詳細に表すように、光学測定器２１４は、ペンの姿勢を測定時間ｔｉ毎に定期的に測定する。
【００５７】
例えば、アプリケーション２２４が一般的なモーション・キャプチャ・アプリケーションである場合は、測定時間ｔｉの周期は、約７５Ｈｚである。あるモーション・キャプチャ・アプリケーション（例えば、バイオメトリック・アプリケーション）では、例えば、手２２８の生体測定を得るために、ペン２００の動作の正確な情報を必要とし、測定時間ｔｉの周期はより短い間隔（例えば、１００Ｈｚ以上）に設定される。特に、バイオメトリック・アプリケーションがユーザ照合アプリケーションである場合は、このような正確な情報が必要とされる。他の実施形態では、アプリケーション２２４は、ペン２２０で紙２０６上に書かれた軌跡２３０Ａ、２３０Ｂ及び２３０Ｃを捕捉するためのトレース・キャプチャ・アプリケーションである。より正確に言えば、アプリケーション２２４は、オンライン又はオフラインの手書き認識アプリケーションであり、手書きを正確に認識するためには、約１００Ｈｚ（Δｔ＝１／１００ｓ）の測定時間ｔｉを必要とする。別のアプリケーション２２４では、連続的な測定の間に、紙表面２０４上で移動するペン先２０２の距離Δｓは、約１／２００インチ又は約１２ｍｍである必要がある。さらに別の実施形態では、トレース・キャプチャ・アプリケーションは、手書き認識よりも高精度な、署名照合アプリケーションである。生体測定アプリケーションは、ユーザ識別及び/又は署名照合としても実行できることに注意されたい。本実施形態では、アプリケーション２２４は、オンラインの手書き認識アプリケーションであり、測定時間ｔｉは約１００Ｈｚの周期で繰り返される。
【００５８】
操作中、ペン２００の動きに変換すべく、ユーザは手２２８を動かす。その結果、紙２０６の表面２０４上に、インクの軌跡２３０が形成される。軌跡２３０は、動作中、ペン先２０４が表面２０４と接触しているときに、書き込み点（writing point）で形成される。光学測定器２１４は、軌跡２３０が作成されている間、測定時間ｔｉ毎に定期的に、不変特徴部２１６を利用してペン２００の姿勢を測定する。
【００５９】
第１の書き込み点ＰＷｄｎは、ある場合では、ペンダウンと言われ、書き込み点の最後Ｐｕｐは、ペンアップと言われる。それらは、ペン２００の動作中２３２にペン先２０２によって形成された軌跡２３０Ａに示される。ペン先２０２が特定の測定時間ｔｍのときに位置する中間書き込み点ＰＷｍが示される。また、それらの間の時間間隔Δｔを図示する目的で、連続的な測定時間ｔｎとｔｎ＋１での２つの書き込み点も示されている。軌跡２３０Ｂは、ユーザが書いている過程を示している。軌跡２３０Ｃは、既に書かれたものを示しており、連続的な測定時間ｔｎとｔｎ＋１での２つの書き込み点は、距離Δｓで離れている。
【００６０】
アプリケーション２２４は、オンラインの手書き認識アプリケーションであり、各軌跡２３０Ａ、２３０Ｂ及び２３０Ｃにおける、ペンダウン点とペンアップ点との間での測定時間ｔｉの周期は約１００Ｈｚである。つまり、時間間隔Δｔは約１／１００秒となる。したがって、測定器２１４で測定されたペン２００の姿勢の時間分解能は、約１／１００秒である。
【００６１】
プロセッサ２１８は、ペンダウンとペンアップとの間の動作中にペン２００が取る一連の姿勢に対応する姿勢データを作成する。また、プロセッサ２１８は、アプリケーション２２４を実行するためのサブセットに必要な姿勢データを特定する。ある手書き認識アプリケーションでは、サブセット２２０は、書き込み点ＰＷｉに対応する測定時間ｔｉでのペン先２０２の絶対位置のみを含んでいる。言い換えれば、サブセット２２０は、ペン２００の方向データではなく、表面２０４におけるペン先２０２の位置データのみを含んでいる。さらに、書き込み点ＰＷｉの位置は、紙２０６の右上隅を起点とするグローバル座標（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）における対応するベクトルＤｉで表される。
【００６２】
他の実施形態では、手書き認識アプリケーション２２４は、サブセット２２０の方向データを必要とする。例えば、オンライン手書き認識アプリケーション２２４は、サブセット２２０に傾斜角θが含まれることを必要とする。傾斜角θは、第２のオイラー角であることに注意されたい。別の手書き認識アプリケーション２２４は、サブセット２２０にそれ以上又は全てのデータ、すなわち、３つのオイラー角が含まれることを必要とする。実際は、プロセッサ２１８は、例えば、通信リンク２２６を介して、任意の時間に、アプリケーション２２４からサブセット２２０に関する特定の要求を知らされる。サブセット２２０がさらなる情報、例えば、それらの全ての位置及び方向データの任意の組み合わせの一次又は高次微分（例えば、二次微分）
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を含んでいる場合は、それらはプロセッサによって計算されサブセットに含められる。又は、アプリケーション２２４によって計算される。
【００６３】
別の実施形態では、ペン２００は軌跡２３０を残さないスタイラスである。言い換えれば、ペン先は、印を作らない点である。この実施形態では、表面２０４は、紙面である必要はなく、筆記ができる他の平面を代わりに使用することができる。その他の点では、この方法は上述した実施形態と同じである。
【００６４】
図７は、先端２５２を有する長寸の物体２５０の姿勢から取得した姿勢データを処理する装置２４８の他の実施形態を示す。物体２５０は、先端２５２が軌跡を作らないスタイラスである。物体２５０は、光学測定器及びプロセッサ（図示せず）を有するハウジング２５４を備えている。また、物体２５０は、通信を行うための無線通信器２６２を備えている。
【００６５】
先端２５２は、不変特徴部２５８Ａ、２５８Ｂ、２５８Ｃ及び２５８Ｄを有する平面２５６に置かれる。測定器は、先端２５２が表面２５６と接触している間、特徴２５８を使用して、測定時間ｔｉ毎に、スタイラス２５０の姿勢を定期的に測定する。プロセッサは、姿勢に対応する姿勢データを作成し、送信するサブセット２６０を特定する。この場合は、サブセット２６０は全ての姿勢データを含んでおり、各測定時間ｔｉの後にタイムスタンプ（ｔｉ）と共に送信される。位置データは、光学測定器によって選択される世界座標（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）のベクトルＤｉの形式で表される。方向データは、オイラー角で表される。
【００６６】
送信器２６２は、通信リンク２６４Ａ、２６４Ｂ、２６４Ｃ及び２６４Ｄを介して、サブセット２６０を要求する常駐アプリケーションを備えた様々なデバイスに、サブセット２６０を送信する。具体的には、リンク２６４Ａは、ネットワーク２６６と接続しており、ネットワーク２６６は、サブセット２６０を要求するアプリケーション２７０を実行するコンピュータ（パーソナル・コンピュータなど）２６８と接続している。ネットワーク２６６は、どんな種類のネットワークでもよく、インターネット、ローカルエリア・ネットワーク（Local Area Network：LAN）、電話ネットワーク、又はサブセット２６０を送信できる任意のネットワークで有り得る。リンク２６４Ｂは、ウエブ２７４を介してコンピュータ２６８と通信するローカル・ホスト（ホスト・コンピュータなど）２７２と接続する。アプリケーション２７０は、コンピュータ２６８とローカル・ホスト２７２との間で共有することができる。又は、コンピュータ２６８とローカル・ホスト２７２は、それぞれ固有のアプリケーションを用いることができる。また、ローカル・ホスト２７２は、中継コンピュータとしてのみ機能することもできる。リンク２６４Ｃは、コンピュータ２６８と直接的に接続している。リンク２６４Ｃは、例えば、スタイラス２５０がコンピュータ２６８に近接して操作中にのみ使用可能な短距離リンクであり得る。リンク２６４Ｄは、他のアプリケーションを実行するデバイス２７６と接続している。例えば、デバイス２７６は、パーソナル・デジタル・アシスタント（Personal Digital Assistant：PDA）又は携帯電話である。実際は、リンク２６４Ｄは、赤外線リンクであり得る。この場合、無線リンク２６２の代わりに赤外線送信器が使用される。スタイラス２５０は、リンク２６４の任意の組み合わせを介して、通信する必要がある任意のデバイスといつでも通信することができる。デバイスは、リンク２６４を使用して、スタイラス２５０といつでも通信することができる。
【００６７】
操作中は、スタイラス２５０は、サブセット２６０内に、世界座標で表される絶対位置又はベクトルＤｉを含むことができる。又は、スタイラス２５０は、サブセット２６０内に、相対位置データ又は相対座標（Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ）におけるベクトルＤｒｉを含むことができる。別の実施形態では、サブセット２６０は、前回の位置に対する相対位置データ、すなわち、ベクトルΔＤ＝Ｄｒｉ−Ｄｒｉ−１を含むことができる。これは、あるアプリケーションでは、先端２５２の相対位置の情報のみを必要とするからである。姿勢データの作成及びサブセット２６０の特定は、ペン２５０と他のデバイスとの間で共有できるタスクであることに留意されたい。実際は、姿勢データを導出するための姿勢の処理、及びサブセット２６０の特定に必要なプロセッサは、別のデバイス（例えば、コンピュータ２６８）に設けることができる。
【００６８】
図８は、メモ用具５２０のサブセット２６０からの命令及び入力データのいくつかの例示的な使用を示すブロック図である。第１のステップ５０では、サブセット２６０が、通信リンク２６４を介して、ローカル・ホスト又はネットワークに受け取られる。サブセット２６０がリモート・ホストを対象としたものであれば、ステップ２８２でサブセット２６０はリモート・ホストへ送られる。
【００６９】
第２のステップ２８４では、目的とするホスト（ローカル・ホスト又はリモート・ホスト）のプロセッサは、サブセット２６０の要求を判断する。この選択は、目的とするアプリケーション３００に基づいて行われる。例えば、アプリケーション３００がサブセット２６０に既に含まれているパラメータだけを必要とする場合、サブセット２６０は処理又は直接的な使用のために、ステップ２８６に送られる。または、アプリケーション３００がさらなるパラメータを必要とする場合、サブセット２６０は、さらなるパラメータを導出するために、ステップ２８８へ送られる。
【００７０】
例えば、さらなるパラメータは、サブセット２６０に含まれる１つ又は複数のパラメータの導関数である。したがって、サブセット２６０は、微分モジュール２９０に送られ、その後、サブセット２６０に導関数を追加する追加モジュール２９２へ送られる。この例では、オイラー角φ及びθの時間微分が要求される。したがって、作成されたサブセット２６０´には、オイラー角φ及びθの時間微分が含まれる。又は、サブセット１６０に含まれる１つ又は複数のパラメータの統計情報が要求される。この場合、サブセット２６０は、統計モジュール２９４に送られ、その後、サブセット２６０に統計情報を追加する追加モジュール２９６に送られる。この例では、統計情報は、第２のオイラー角θの標準偏差である。したがって、作成されたサブセット２６０´´には、サブセット２６０のパラメータとオイラー角θの標準偏差が含まれる。
【００７１】
当業者なら、上記した機能は、ローカル・ホストとリモート・ホストとの間、同様にアプリケーション３００との間で共有できることを容易に理解できるであろう（例えば、システム構成やデータポーティング規格で定められたところにより）。例えば、サブセット２６０の作成及び追加は、アプリケーション３００で受信次第行うこともできる。
【００７２】
サブセット２６０は、入力データとして使用するために、アプリケーション３００へ送信される。前記入力データは、その使用に応じて送信又は処理される。例えば、ステップ３０２では、サブセット２６０´は、制御データとして使用される。したがって、サブセット２６０´は、実行命令又は実行命令の一部と見なされ、実行ファイル３１０で使用される。他方では、ステップ３０６では、サブセット２６０´´は、入力データとして使用され、データファイル３０８に保存される。
【００７３】
ある特定の用途では、アプリケーション３００は、トレース・キャプチャ・アプリケーションであり、サブセット２６０´は、標準的なブール論理に従って、制御データとして使用される。具体的には、アプリケーションは、命令データをブール論理命令（例えば、 ＯＲ、ＡＮＤ、ＸＯＲ）へ変換するために、関数を再フォーマットするブール論理記号を含んでいる。
【００７４】
図９は、本発明に係る装置の別な実施形態を示す図である。この実施形態では、長寸の物体３２０は、不変特徴部３２４Ａ及び３２４Ｂを有するメモ表面３２２上で使用されるメモ用具である。メモ表面３２２は、メモ用具３２０が搭載された光学測定器によって姿勢を測定できる、スクリーン、パッド、紙面、又は任意の都合の良い面であり得る。メモ用具３２０は、ペン、鉛筆、又はスタイラス（stylus）である。
【００７５】
ユーザ３２６は、先端３２８を表面３２２上に置き、姿勢データを生成すべく動作を行うことによりメモ用具３２０を使用する。姿勢データは、サブセットに加工され、様々なユーザデバイスに送信される。前記デバイスとしては、例えば、メインフレーム・コンピュータ３３０、ジョイスティック３３２、携帯電話３３４、パーソナル・コンピュータ３３６、携帯情報端末（ＰＤＦ）が挙げられる（ただし、これらに限定されるものではない）。各デバイスは、サブセットの適切な部分を使用する。例えば、ジョイスティック３３２は、オイラー角φ，θ以外のパラメータはすべて削除し、オイラー角φ，θを制御データとして使用する。又は、ジョイスティック３３２は、オイラー角ψを残し、オイラー角ψをボタン機能を有効にするための制御データとして使用する。他方では、携帯電話３３４は、オイラー角を電話番号の選択に使用し、位置データを、電話をかける命令を実行する制御データとして使用する。
【００７６】
長寸の物体は、その物理的な姿勢が有用なデータを生成することができる、任意の細長いデバイスで有り得ることに留意されたい。したがって、上記した例では、長寸の物体がメモ用具、ポインタ、棒又はロボットアームの場合を示しているが、他の長寸の物体を使用することも可能である。また、姿勢データから特定されるサブセットに、長寸の物体に搭載されている又は搭載されていない他のデバイスで生成された様々な付加的なデータを追加することもできる。さらに、姿勢データ及び／又はサブセット内のデータは、必要に応じて、ユーザ保護又は他の理由のために暗号化することもできる。
【００７７】
以上、本発明の様々な実施形態を説明したが、これらの実施形態は例示的なものであり、本発明を限定するものではない。本発明の細部の実施にあたっては、当業者は、開示された実施例に様々な改良を加えることが可能である。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に係る装置を三次元的に表した図であり、その先端が表面と接触している長寸の物体の動作を示している。
【図２Ａ】ここで用いられるオイラー回転の規定を示す図であり、第１のオイラー角φでの第１の回転を示している。
【図２Ｂ】ここで用いられるオイラー回転の規定を示す図であり、第２のオイラー角θでの第２の回転を示している
【図２Ｃ】ここで用いられるオイラー回転の規定を示す図であり、第３のオイラー角ψでの第３の回転を示している。
【図３】姿勢データをサブセットヘフォーマット又は処理する方法を説明するブロック図である。
【図４】姿勢を測定するための画像化システムを備えた長寸の物体を三次元的に表した図である。
【図５】姿勢を測定するための走査システムを備えた長寸の物体を三次元的に表した図である。
【図６】長寸の物体が平面にメモ書きするためのメモ用具である場合の、好ましい用途を三次元的に表す図である。
【図７】姿勢データを、通信リンクを介してリモート・デバイスに通信するメモ用具を示す図である。
【図８】図７のメモ用具の姿勢データから得られた命令及び入力データの使用を示すブロック図である。
【図９】本発明に係る装置の別の実施形態を示す図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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