(57)【要約】実世界オブジェクトには、所定の物理的な配置がなされた２以上のＬＥＤなどの発光部からなる送信機を設置し、各発光部は所定ビット長の送信データを表す点滅パターンで明滅することによりデータ送信する。一方の受信機は、２次元受光面からなる受光部を備え、受光された点滅パターンを基に送信データをデコードするとともに、２次元受光面上での点滅位置を基にオブジェクトの空間情報を認識する。したがって、実世界上のオブジェクトからＩＤなどの情報を入手すると同時にオブジェクトの空間的な位置を同時に認識することができる。
2003036829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信データを生成するデータ処理部と、送信データを符号化した光学信号を発光する発光部とで構成される送信装置と、
前記送信装置からの光学信号を２次元受光面で受光する受光部と、前記２次元受光面上における光学信号の受光位置並びに受光した光学信号から送信データを復号するデータ処理部とで構成される受信装置と、
を具備し、
前記受光部におけるデータのサンプリング周波数は前記送信データの転送周波数より大きい、
ことを特徴とするデータ通信システム。
【請求項２】
前記サンプリング周波数は、前記転送周波数の倍よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項３】
前記受信装置は、シーンを撮影するための画像モードと画像モード以外の時間に行なわれる光学信号を受信処理するためのデコード・モードを含む２以上の動作モードで動作する、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項４】
前記送信データは２種以上の情報を含むビット列を構成する、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項５】
前記送信装置は、実世界オブジェクトの近傍に設置して用いられ、該実世界オブジェクトのＩＤや、ネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、ＵＲＬ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｌｏｃａｔｏｒ）又はＵＲＩ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）などの資源識別子、データ／コンテンツ、プログラム・コードやその他のオブジェクトに関連する情報を含んだ送信データを表した光学信号を発光する、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項６】
前記送信装置にはセンサが接続されており、
前記送信データには少なくとも前記センサの値が含まれる、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項７】
前記送信装置側では送信データに所定の変調処理を施して光の点滅パターン又は光強度の連続的な変化からなる光学信号に符号化し、前記受信装置側では対応する復調処理を行なって元の送信データを取り出す、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項８】
前記受信装置は、前記２次元受光面上における光学信号の受光位置及び受光した光学信号から復号された送信データに対応する処理サービスを実行するアプリケーション部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項９】
各実世界オブジェクトとユーザ端末とを接続する通信媒体をさらに備え、
前記アプリケーション部は、光学信号から復号されたデータを基に実世界オブジェクトの前記通信媒体上のアドレスを取得して、ユーザ端末と実世界オブジェクトとの接続を確立する、
ことを特徴とする請求項８に記載のデータ通信システム。
【請求項１０】
前記受信装置は、外部の情報提供空間にアクセスするための接続手段をさらに備え、
前記アプリケーション部は、光学信号を復号して得られたデータを基に前記情報提供空間を探索して、実世界オブジェクトに関連する情報コンテンツを取り出す、
ことを特徴とする請求項８に記載のデータ通信システム。
【請求項１１】
前記受信装置は、前記２次元受光面において受光された明るさに応じた撮影画像を処理する撮影画像処理手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項１２】
前記受信装置は、前記２次元受光面において受光された明るさに応じた撮影画像を処理する撮影画像処理手段と、画像を表示する画面表示手段とをさらに備え、
前記アプリケーション部は、撮影画像を画面表示させるとともに、撮影画像上で光学信号の受光位置に対応する場所に、光学信号を復号して得られたデータをオーバーレイ表示させる、
ことを特徴とする請求項８に記載のデータ通信システム。
【請求項１３】
前記受信装置側では、前記データ処理部は、前記受光部の受光面を、受光信号が充分強力でデータ再現が不可能な領域と、受光信号が必要充分な強度でありデータ再現が可能な領域と、受光信号が微弱で受信不可能な領域に分割して、データ再現が可能な領域からの受光信号を用いて送信データの復号を行なう、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項１４】
前記データ処理部は、該データ再現が可能な領域の重心位置を求めて、該重心位置を基に送信装置の空間的位置を特定する、
ことを特徴とする請求項１３に記載のデータ通信システム。
【請求項１５】
前記送信装置は複数の発光部を備え、
前記アプリケーション部は、前記２次元受光面上において検出された各発光部からの光学信号の受光位置を基に、前記送信装置の空間的位置を特定する、
ことを特徴とする請求項８に記載のデータ通信システム。
【請求項１６】
実世界上に複数の送信装置が配置され、
前記受信装置側では、前記受光部が２以上の送信装置からの光学信号を同時に受光し、前記データ処理部は前記２次元受光面上の受光位置に応じて光学信号を分離し、前記アプリケーション部は復号された各送信データを前記２次元受光面上の受光位置に応じて分離して検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項１７】
前記受信装置は２以上の２次元受光面を備え、
前記アプリケーション部は、各２次元受光面において検出された光学信号及びその受光位置を基にステレオ・マッチングを行なうことで、前記送信装置の空間的位置を特定する、
ことを特徴とする請求項８に記載のデータ通信システム。
【請求項１８】
送信データを生成するデータ処理部と、
送信データを光学信号に符号化して送出する発光部と、
を具備し、
前記発光部は、光学信号を２次元受光面で受光する受光部と、前記２次元受光面上における光学信号の受光位置並びに受光した光学信号から送信データを復号するデータ処理部とで構成され、前記受光部におけるデータのサンプリング周波数が前記送信データの転送周波数より大きい受信装置に対して、光学信号を送出する、
ことを特徴とするデータ送信装置。
【請求項１９】
前記サンプリング周波数は前記転送周波数の倍よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１８に記載のデータ送信装置。
【請求項２０】
前記送信データは２種以上の情報を含むビット列を構成する、
ことを特徴とする請求項１８に記載のデータ送信装置。
【請求項２１】
実世界オブジェクトの近傍に設置して用いられ、
前記データ処理部は該実世界オブジェクトのＩＤや、ネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、ＵＲＬ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｌｏｃａｔｏｒ）又はＵＲＩ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）などの資源識別子、データ／コンテンツ、プログラム・コードやその他のオブジェクトに関連する情報を含んだ送信データを生成し、前記発光部は該送信データを光学信号に符号化して送出する、
ことを特徴とする請求項１８に記載のデータ送信装置。
【請求項２２】
センサに接続されており、
前記送信データには少なくとも前記センサの値が含まれる、
ことを特徴とする請求項１８に記載のデータ送信装置。
【請求項２３】
前記発光部は、送信データに所定の変調処理を施して光の点滅パターン又は光強度の連続的な変化からなる光学信号に符号化する、
ことを特徴とする請求項１８に記載のデータ送信装置。
【請求項２４】
２以上の発光部を備えて、各発光部間の物理的配置によって実世界における空間情報を表す、
ことを特徴とする請求項１８に記載のデータ送信装置。
【請求項２５】
送信データが符号化された光学信号を２次元受光面で受光する、データのサンプリング周波数が前記送信データの転送周波数より大きい、受光部と、
前記２次元受光面上における光学信号の受光位置並びに受光した光学信号から復号されたデータの組み合わせに基づくデータ処理を実行するデータ処理部と、
を具備することを特徴とするデータ受信装置。
【請求項２６】
前記サンプリング周波数は、前期転送周波数の倍よりも大きい、
ことを特徴とする請求項２５に記載のデータ受信装置。
【請求項２７】
シーンを撮影するための画像モードと画像モード以外の時間に行なわれる光学信号を受信処理するためのデコード・モードを含む２以上の動作モードで動作する、
ことを特徴とする請求項２５に記載のデータ受信装置。
【請求項２８】
送信データは２種以上の情報を含むビット列を構成する、
ことを特徴とする請求項２５に記載のデータ受信装置。
【請求項２９】
送信側では送信データに所定の変調処理を施して光の点滅パターン又は光強度の連続的な変化に符号化した光学信号を送出しており、
前記データ処理部は対応する復調処理を行なって元の送信データを取り出す、
ことを特徴とする請求項２５に記載のデータ受信装置。
【請求項３０】
前記２次元受光面上における光学信号の受光位置及び受光した光学信号から復号された送信データに対応する処理サービスを実行するアプリケーション部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項２５に記載のデータ受信装置。
【請求項３１】
前記アプリケーション部は、復号された送信データを基に、光学信号を発光する光源が設置されている実世界オブジェクトのＩＤや、ネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、ＵＲＬ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｌｏｃａｔｏｒ）又はＵＲＩ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）などの資源識別子、データ／コンテンツ、プログラム・コードやその他のオブジェクトに関連する情報を抽出する、
ことを特徴とする請求項３０に記載のデータ受信装置。
【請求項３２】
前記送信データには少なくとも送信側に接続されたセンサの値が含まれる、
ことを特徴とする請求項２５に記載のデータ受信装置。
【請求項３３】
各実世界オブジェクトとユーザ端末とを接続する通信媒体をさらに備え、
前記アプリケーション部は、光学信号から復号されたデータを基に実世界オブジェクトの通信媒体上のアドレスを取得して、ユーザ端末と実世界オブジェクトとの接続を確立する、
ことを特徴とする請求項３０に記載のデータ受信装置。
【請求項３４】
外部の情報提供空間にアクセスするための接続手段をさらに備え、
前記アプリケーション部は、受光した光学信号を復号して得られたデータを基に前記情報提供空間を探索して、実世界オブジェクトに関連する情報コンテンツを取り出す、
ことを特徴とする請求項３０に記載のデータ受信装置。
【請求項３５】
前記２次元受光面において受光された明るさに応じた撮影画像を処理する撮影画像処理手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項２５に記載のデータ受信装置。
【請求項３６】
前記２次元受光面において受光された明るさに応じた撮影画像を処理する撮影画像処理手段と、画像を表示する画面表示手段とをさらに備え、
前記アプリケーション部は、撮影画像を画面表示させるとともに、撮影画像上で光学信号の受光位置に対応する場所に、受光した光学信号を復号して得られたデータをオーバーレイ表示させる、
ことを特徴とする請求項３０に記載のデータ受信装置。
【請求項３７】
前記データ処理部は、前記受光部の受光面を、受光信号が充分強力でデータ再現が不可能な領域と、受光信号が必要充分な強度でありデータ再現が可能な領域と、受光信号が微弱で受信不可能な領域に分割して、データ再現が可能な領域からの受光信号を用いて送信データの復号を行なう、
ことを特徴とする請求項２５に記載のデータ受信装置。
【請求項３８】
前記データ処理部は、該データ再現が可能な領域の重心位置を求めて、該重心位置を基に送信装置の空間的位置を特定する、
ことを特徴とする請求項３７に記載のデータ受信装置。
【請求項３９】
前記アプリケーション部は、前記２次元受光面上において検出された２以上の光学信号の受光位置を基に、光学信号を発光する送信装置の空間的位置を特定する、
ことを特徴とする請求項３０に記載のデータ受信装置。
【請求項４０】
実世界上に複数の送信装置が配置されており、
前記受光部は２以上の送信装置からの光学信号を同時に受光し、
前記データ処理部は前記２次元受光面上の受光位置に応じて光学信号を分離して復号し、
前記アプリケーション部は復号された各送信データを前記２次元受光面上の受光位置に応じて分離して検出する、
ことを特徴とする請求項３０に記載のデータ受信装置。
【請求項４１】
２以上の２次元受光面を備え、
前記アプリケーション部は、各２次元受光面において検出された光学信号及びその受光位置を基にステレオ・マッチングを行なうことで、光学信号を発光する送信装置の空間的位置を特定する、
ことを特徴とする請求項２５に記載のデータ受信装置。
【発明の詳細な説明】
［技術分野］
本発明は、実空間上でデータを転送するデータ通信システム、データ送信装置、並びにデータ受信装置に係り、特に、機器ＩＤやネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、ＵＲＬなどの実世界上のオブジェクトに関連した情報、あるいはユーザの位置などの実世界状況などを有線又は無線ネットワークなどの通信媒体を用いずにオブジェクトから直接データ転送するデータ通信システム、データ送信装置、並びにデータ受信装置に関する。
さらに詳しくは、本発明は、目の前のオブジェクトから比較的遠くにあるオブジェクトに至るまで距離的にロバストなデータ転送が可能なデータ通信システム、データ送信装置、並びにデータ受信装置に係り、特に、通信媒体では接続されていない実世界上のオブジェクトからＩＤなどの情報を入手すると同時にオブジェクトの空間的な位置や姿勢などの実世界状況を認識するデータ通信システム、データ送信装置、並びにデータ受信装置に関する。
［背景技術］
情報処理技術や情報通信技術が高度に発達した現代においては、パーソナル・コンピュータや携帯情報端末を始めとする情報機器がオフィスや家庭内などの実世界上のいたるところに遍在する。このような環境下では、機器同士を接続して、いつでもどこでも欲しい情報を入手する「ユビキタス（Ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ）・コンピューティング」や、実世界における状況（実世界の事物やユーザの位置など）を積極的に利用した拡張現実システム（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ  Ｒｅａｌｉｔｙ：ＡＲ）の実現が期待される。
ユビキタス・コンピューティングの概念は、人がどこに移動しても利用できるコンピュータの環境が同じであることである。すなわち、「いつでもどこでも」なのだから、究極のユビキタス・コンピューティングは、必ずしもコンピュータやＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）や携帯電話機などの情報端末を必ずしも必要とはしない。
また、拡張現実システムによれば、ユーザの位置などの実世界情報を利用したサービスを提供することができる。この場合、ユーザは携帯端末を保持するだけで、システムはユーザの近傍や視界中にある実世界の事物に応じた情報を提示して、ネットワーク上にある膨大な情報を利用して日常生活のあらゆる局面を支援することができる。例えば、ショッピング・モールでカメラ付き携帯端末をかざしてＣＤショップを訪ねると、お薦めの新譜が端末上で表示される。また、レストランの看板を見ると、料理の感想が表示される。
ところが、ネットワーク上でデータ転送先となるコンピュータや周辺機器（すなわちユーザ端末などのターゲット）を指定したり、あるいはユーザの位置や実世界オブジェクトに関連した情報など実世界状況を入手したりしようとすると、すぐ目の前にある相手であっても、その名前（若しくは、機器固有のＩＤやネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、ＵＲＬ／ＵＲＩなどの資源識別子）を知る必要がある。すなわち、ユーザ操作に関して言えば、間接的な形式でしかコンピュータ間の連携がなされておらず、直感性にやや欠ける。
このような煩雑な手続を省略して、ユーザの識別情報を転送したり、ユーザの位置などの実世界状況を取得したりするための技術として、「サイバーコード（Ｃｙｂｅｒｃｏｄｅ）」などのビジュアル・コードやＲＦタグのような、実世界コンピューティングを利用した手法が提案されている。これらの手法によれば、ユーザは意識してネットワークにアクセスする必要はなく、自動的に拾われたオブジェクトのＩＤなどから、オブジェクトに関連する情報を獲得することができる。
ここで、サイバーコードとは、モザイク状の２次元バーコードであり、ｎ×ｍ（例えば７×７）マトリックスにセルが配列されたコード・パターン表示領域内で各セルを白又は黒の２値表現することで識別情報を付与することができる。サイバーコードの認識手順は、撮像画像を２値化するステップと、２値画像中からガイド・バーの候補を発見するステップと、ガイド・バーの位置や方向に基づいてコーナー・セルを探索するステップと、ガイド・バー及びコーナー・セルを検出したことに応答して画像ビットマップ・パターンを復号化するステップで構成される。
例えば、サイバーコードに対してあらかじめアプリケーションなどの機能や、機器ＩＤ、ネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、ＵＲＬやその他のオブジェクト関連情報を登録しておく。そして、カメラの撮影画像からサイバーコードを認識したことに応答して、コンピュータは、登録されたアプリケーションを実行させたり（例えば「メールを起動する」など）、認識されたＩＤを基に相手のネットワーク・アドレスを探索して自動的に接続を果たしたり、認識されたＵＲＬを基に資源アクセスを行なったりすることができる。
また、ＲＦタグは、固有の識別情報や読み書き可能な記憶領域を含んだデバイスであり、特定周波数の電波を受信したことに応答して識別情報や記憶されている情報に相当する電波を発信する動作特性を持ち、読み取り装置側で無線タグの識別情報や記憶領域に書き込まれている情報を読み出すことができる。したがって、無線タグの識別情報として機器ＩＤやネットワーク・アドレス、ホスト・ネームを持たせたり、記憶領域にＵＲＬやその他のオブジェクトに関連する情報を書き込んでおくことにより、システムでは、登録されたアプリケーションを実行させたり（例えば「メールを起動する」など）、認識されたＩＤを基に相手のネットワーク・アドレスを探索して自動的に接続を果たしたり、認識されたＵＲＬを基に資源アクセスを行なったりすることができる。
しかしながら、ビジュアル・コードのような視認性の識別情報を用いた場合、距離に応じてコードの大きさが変化する。すなわち、オブジェクトが遠く離れるとコードが小さくなるので、遠くのものを認識するには大きなパターンを持つコードを形成する必要がある。言い換えれば、この手法に基づく情報伝達手法は距離に対するロバスト性に欠ける。例えば、遠くにあるビルを認識するためには、ビルに巨大なコードを貼り付ける必要があり、現実的でない。
また、ＲＦタグの場合、ユーザはＲＦタグをタグ読み取り装置に向けたり接触させたりしなければならない。すなわち、至近距離の物体のみ認識が可能であり、遠くのものを認識することはできない。
また、データやコマンドを送信する簡単なシステムとして赤外線リモコンを挙げることができる。この場合、受信機は一般に単画素で構成されるので、送信機からの送信データが存在するか否かを識別するだけであり、受光信号には空間的分解能がなく、送信機のいる方向も検出できない。また、単画素がノイズとデータを混合して受信するので、ノイズとデータの分離が難しく、周波数フィルタや波長フィルタが必要となる。
また、オブジェクトの位置を検出するためにＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を利用することも考えられるが、この場合は、緯度・経度からなる位置情報しか取得することができないので、方角を知るにはさらに別の手段を装備しなければならない。また、衛星から電波を受信する必要があるので、都市部や屋内では利用が困難である。また、遠くからビルを指定する場合などのように、ユーザの位置が情報のリンク場所となる物体の位置と相違する場合に対応することができない。
さらに、特開２００１−２０８５１１号公報には、位置測定用の発光部とデータを送信するための発光部とを別波長で光らせて通信を行う構成が記載されている。また、特開２００１−５９７０６号公報には、同期信号と同期して発光する発光源の位置を計測する構成が記載されている。しかしながら、これらの先行技術の構成では、送信器−受信器間の同期や送信器の波長分割などが必要であり、しすてむ構成の簡素化、小型化、省電力化が制限されると思料される。
［発明の開示］
本発明の目的は、通信媒体では接続されていない実世界上のオブジェクトから情報を直接転送することができる、優れたデータ通信システム、データ送信装置、並びにデータ受信装置を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、機器ＩＤやネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、ＵＲＬなどの実世界上のオブジェクトに関連した情報、あるいはユーザの位置などの実世界状況などを有線又は無線ネットワークなどの通信媒体を用いずにオブジェクトから直接データ転送することができる、優れたデータ通信システム、データ送信装置、並びにデータ受信装置を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、目の前のオブジェクトから比較的遠くにあるオブジェクトに至るまで距離的にロバストなデータ転送が可能な、優れたデータ通信システム、データ送信装置、並びにデータ受信装置を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、通信媒体では接続されていない実世界上のオブジェクトからＩＤなどの情報を入手すると同時にオブジェクトの空間的な位置や姿勢などの実世界状況を認識することができる、優れたデータ通信システム、データ送信装置、並びにデータ受信装置を提供することにある。
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、実世界上において、
送信データを生成するデータ処理部と、送信データを符号化した光学信号を発光する発光部とで構成される送信装置と、
前記送信装置からの光学信号を２次元受光面で受光する受光部と、前記２次元受光面上における光学信号の受光位置並びに受光した光学信号から送信データを復号するデータ処理部とで構成される受信装置と、
を具備し、
前記受光部におけるデータのサンプリング周波数は前記送信データの転送周波数より大きい、
ことを特徴とするデータ通信システムである。
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
例えば、ユーザに対して情報やメッセージを送信したい実世界オブジェクトの近傍に送信装置を設置しておく。送信装置は、送信データを符号化した光学信号を発光する１以上の発光部を備えている。これに対し、ユーザは、関心のある実世界オブジェクトに対して受信装置の２次元受光面を向ける。すると、受光された光学信号を復号化して送信データを取得するとともに、２次元受光面上で光学信号を検出した受光面上の位置情報を基にして、送信装置を取り付けた実世界オブジェクトの空間情報などの実世界状況を併せて認識することができる。
本発明の第１の側面に係るデータ通信システムでは、受光部のデータのサンプリング周波数が送信データの転送周波数の倍よりも大きくすると、サンプリング定理により、送信機と受信機とで非同期通信が可能となる。なお、本発明では、例えば受光部に高速動作の可能なＣＭＯＳセンサを用いる。あるいは、例えば、シーンを撮影するための画像モードと画像モード以外の時間に行なわれる光学信号を受信処理するためのデコード・モードを含む２以上の動作モードで受光部を動作させるなどの各種の方法により、前記受光部でのサンプリング周波数と送信データの転送周波数の関係を実現することができる。ここで、これら送信器と受信器の動作速度を調整するための構成は、ここで例示したものに限定されるものではなく、システム・アプリケーションの要求に応じて適切なものを適用することが可能である。
本発明の第１の側面に係るデータ通信システムは、基本的には「見る」というワイドレンジな行為を利用した伝送方式であることから、目の前のオブジェクトから比較的遠くにあるオブジェクトに至るまで距離的にロバストなデータ転送が可能である。
ここで、前記送信装置は、実世界オブジェクトの近傍に設置して用いられ、該実世界オブジェクトのＩＤや、ネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、ＵＲＬ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｌｏｃａｔｏｒ）又はＵＲＩ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）などの資源識別子、データ／コンテンツ、プログラム・コードやその他のオブジェクトに関連する情報を含んだ送信データを表した光学信号を発光することができる。
送信装置側では、送信されるデジタル・データを所定の変調方式により変調し、最終的に光源の明るさの変化のパターンからなる光学信号として送信する。その際に採用する変調方式により、光源の明るさの変化パターンは異なる。
例えば、キャリアの振幅のオン／オフによりビットを表現する振幅変調方式（ＡＳＫ：Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）では、光源は点灯と消灯を繰り返し、点滅パターンとなる。また、ＡＭ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調では光源は点灯したまま明るさの強弱がパターンとなる。他にも、ＦＭ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調や、キャリアの周波数の変化によりビットを表現するＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）、送りたいデジタル・データのビット列をそのまま点滅パターンで表現したベースバンド方式など、さまざまな変調方式を採用可能である。
あるいは、前記送信装置側ではノイズ耐性などの観点から、ベースバンド信号に強度、周波数などの変調処理を適用して、点滅パターンとしてではなく、光強度信号、光周波数信号として送出するようにしてもよい。
また、前記受信装置は、前記２次元受光面上における光学信号の受光位置及び受光した光学信号から復号された送信データに対応する処理サービスを実行するアプリケーション部をさらに備えていてもよい。
例えば、各実世界オブジェクトとユーザ端末とを接続する通信媒体が敷設されているような場合、実世界オブジェクトの近傍に設置した送信装置は、実世界オブジェクトのネットワーク・アドレスなどのアクセス手段を光学信号という形態で発信することができる。また、前記アプリケーション部は、光学信号から復号されたデータを基に実世界オブジェクトの前記通信媒体上のアドレスを取得して、ユーザ端末と実世界オブジェクトとの接続を確立させることができる。すなわち、ユーザは、関心のある実世界オブジェクトに受信装置を向けるという直感的な作業だけで実世界オブジェクトとの接続を果たすという”ｇａｚｅ−ｌｉｎｋ”メタファ（後述）を実現することができる。
また、前記受信装置は、インターネット上に構築されたＷＷＷ（Ｗｏｒｌｄ  Ｗｉｄｅ  Ｗｅｂ）などのような外部の情報提供空間にアクセスするための接続手段をさらに備えていてもよい。このような場合、前記アプリケーション部は、光学信号を復号して得られたデータを基に前記情報提供空間を探索して、実世界オブジェクトに関連する情報コンテンツを取り出すことができる。
また、前記受信装置は、前記２次元受光面において受光された明るさに応じた撮影画像を処理する撮影画像処理手段をさらに備えていてもよい。また、前記受信装置は、画像を表示する画面表示手段をさらに備えていてもよい。
このような場合、前記アプリケーション部は、撮影画像を画面表示させるとともに、撮影画像上で点滅パターンの受光位置に対応する場所に、点滅パターンを復号して得られたデータをオーバーレイ表示させることによって、”ＮａｖｉＣａｍ”（後述）のような拡張現実感システムを実現することができる。
また、送信装置側では、発光部における出力を上げることにより長距離での光学信号の伝送を実現することができる。しかし、出力の強い光学信号を受信装置が近距離で受信した場合には、受光強度が強過ぎて受光部ではサチュレーション（受光素子の飽和）などの障害を起してしまい、有効なデータの再現が不可能となる。このような場合、受信装置側では、受光部の受光面を、受光信号が充分強力で受光素子のサチュレーションなどによりデータ再現が不可能な領域と、受光信号が必要充分な強度でありデータ再現が可能な領域と、受光信号が微弱で受信不可能な領域に分割して、データ再現が可能な領域からの受光信号のみを用いて送信データのデコードを行なうようにすればよい。また、このデータ再現が可能な領域の重心位置を求めて、これを基に送信装置の空間的位置を特定するようにしてもよい。
また、前記送信装置は複数の発光部を備えていてもよい。このような場合、前記アプリケーション部は、前記２次元受光面上において検出された各発光部からの光学信号を受光した画素位置を基に、前記送信装置の姿勢やその他の空間的位置を実世界状況として特定することができる。
実世界上に複数の送信装置を配置して、１つの受信装置に向かって同時に光学信号の送信を行なうようにしてもよい。このような場合、前記受信装置側では、前記受光部が２以上の送信装置からの光学信号を同時に受光し、前記データ処理部は前記２次元受光面上の受光位置に応じて光学信号を分離し、前記アプリケーション部はデコードされた各送信データを前記２次元受光面上の受光位置に応じて分離して検出することができる。言い換えれば、本発明の第１の側面に係るデータ通信システムによれば、ロバストなマルチチャネル伝送を実現することができる。
また、前記受信装置は２以上の２次元受光面を備えていてもよい。このような場合、前記アプリケーション部は、各２次元受光面において検出された光学信号及びその受光位置を基にステレオ・マッチングを行なうことで、前記送信装置の距離情報などの空間的位置を特定することができる。
また、本発明の第２の側面は、
送信データを生成するデータ処理部と、
送信データを光学信号に符号化して送出する発光部と、
を具備し、
前記発光部は、光学信号を２次元受光面で受光する受光部と、前記２次元受光面上における光学信号の受光位置並びに受光した光学信号から送信データを復号するデータ処理部とで構成され、前記受光部におけるデータのサンプリング周波数が前記送信データの転送周波数より大きい受信装置に対して、光学信号を送出する、
ことを特徴とするデータ送信装置である。
本発明の第２の側面に係るデータ送信装置は、指向性の強い光学信号を使ってデータを搬送することから、目の前のオブジェクトから比較的遠くにあるオブジェクトに至るまで距離的にロバストなデータ転送が可能である。
本発明の第２の側面に係るデータ送信装置は、例えば、実世界オブジェクトの近傍に設置して用いられる。このような場合、前記データ処理部は、該実世界オブジェクトのＩＤや、ネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、ＵＲＬ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｌｏｃａｔｏｒ）又はＵＲＩ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）などの資源識別子、データ／コンテンツ、プログラム・コードやその他のオブジェクトに関連する情報を含んだ送信データを表した光学信号を発信することによって、距離的にロバストなデータ転送が可能となる。
また、前記発光部では、送信されるデジタル・データを所定の変調方式により変調し、最終的に光源の明るさの変化のパターンからなる光学信号として送信する。その際に採用する変調方式により、光源の明るさの変化パターンは異なる。例えば、キャリアの振幅のオン／オフによりビットを表現するＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）変調では、光源は点灯と消灯を繰り返した点滅パターンとなる。また、ＡＭ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調では光源は点灯したまま明るさの強弱がパターンとなる。他にも、ＦＭ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調や、キャリアの周波数の変化によりビットを表現するＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）変調、送りたいデジタル・データのビット列をそのまま点滅パターンで表現したベースバンド方式など、さまざまな変調方式を採用することが可能である。また、前記発光部は、光学信号のノイズ耐性などの観点から、ベースバンド信号に強度、周波数などの変調処理を適用して、点滅パターンとしてではなく、光強度信号、光周被数信号として送出するようにしてもよい。
また、本発明の第２の側面に係るデータ送信装置は、２以上の発光部を備えて、各発光部間の物理的配置によって実世界における姿勢などの空間情報を表すようにしてもよい。
また、本発明の第３の側面は、
送信データが符号化された光学信号を２次元受光面で受光する、データのサンプリング周波数が前記送信データの転送周波数より大きい、受光部と、
前記２次元受光面上における光学信号の受光位置並びに受光した光学信号から復号されたデータの組み合わせに基づくデータ処理を実行するデータ処理部と、
を具備することを特徴とするデータ受信装置である。
本発明の第３の側面に係るデータ受信装置は、指向性の強い光学信号をキャリアとしたデータを受信することから、目の前のオブジェクトから比較的遠くにあるオブジェクトに至るまで距離的にロバストなデータ受信が可能である。
ここで、送信装置側では、送信されるデジタル・データを所定の変調方式により変調し、最終的に光源の明るさの変化のパターンからなる光学信号として送信する。例えば、キャリアの振幅のオン／オフによりビットを表現するＡＳＫ変調を用いて、光源は点灯と消灯を繰り返した点滅パターンからなる光学信号として、あるいはＡＭ変調により光源の明るさの強弱からなる光学信号としてデータを送信している。これら以外にも、ＦＭ変調や、キャリアの周波数の変化によりビットを表現するＦＳＫ変調、送りたいデジタル・データのビット列をそのまま点滅パターンで表現したベースバンド方式など、さまざまな変調方式を採用することが可能である。また、前記送信装置側ではノイズ耐性などの観点から、ベースバンド信号に強度、周波数などの変調処理を適用して、点滅パターンとしてではなく、光強度信号、光周波数信号として送出していることもある。このような場合、受信装置側では、送信側の変調方式に対応した復調処理を適用することにより、送信データを再現することができる。
本発明の第３の側面に係るデータ受信装置は、前記２次元受光面上における光学信号の受光位置及び受光した光学信号から復号された送信データに対応する処理サービスを実行するアプリケーション部をさらに備えていてもよい。
前記アプリケーション部は、復号された送信データを基に、光学信号を発光する光源が設置されている実世界オブジェクトのＩＤや、ネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、ＵＲＬ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｌｏｃａｔｏｒ）又はＵＲＩ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）などの資源識別子、データ／コンテンツ、プログラム・コードやその他のオブジェクトに関連する情報を抽出することができる。
また、本発明の第３の側面に係るデータ受信装置は、各実世界オブジェクトとユーザ端末とを接続する通信媒体をさらに備えていてもよい。そして、実世界オブジェクトの近傍に、光学信号によってデータ送信を行なうデータ送信装置を設置しておく。このような場合、前記アプリケーション部は、光学信号から復号されたデータを基に実世界オブジェクトの通信媒体上のアドレスを取得して、ユーザ端末と実世界オブジェクトとの接続を確立して、ｇａｚｅ−ｌｉｎｌメタファ（後述）を実現することができる。
また、本発明の第３の側面に係るデータ受信装置は、ＷＷＷのような外部の情報提供空間にアクセスするための接続手段をさらに備えていてもよい。このような場合、前記アプリケーション部は、光学信号を復号して得られたデータを基に前記情報提供空間を探索して、実世界オブジェクトに関連する情報コンテンツを取り出すことができる。
また、本発明の第３の側面に係るデータ受信装置は、光学信号を受信する以外に、前記２次元受光面において受光された明るさ（濃淡）に応じた周囲画像を撮影処理する撮影画像処理手段をさらに備えていてもよい。また、本発明の第３の側面に係るデータ受信装置は、このような撮影画像を表示する画面表示手段をさらに備えていていもよい。
このような場合、前記アプリケーション部は、撮影画像を画面表示させるとともに、撮影画像上で光学信号の受光位置に対応する場所に、光学信号を復号して得られたデータをオーバーレイ表示させることにより、ＮａｖｉＣａｍのような拡張現実感システムを実現することができる。
また、送信装置側では、発光部における出力を上げることにより長距離での光学信号の伝送を実現することができる。しかし、出力の強い光学信号を受信装置が近距離で受信した場合には、受光強度が強過ぎて受光部ではサチュレーション（受光素子の飽和）などの障害を起してしまい、有効なデータの再現が不可能となる。このような場合、受信装置側では、受光部の受光面を、受光信号が充分強力で、受光素子のサチュレーションなどによりデータ再現が不可能な領域と、受光信号が必要充分な強度でありデータ再現が可能な領域と、受光信号が微弱で受信不可能な領域に分割して、データ再現が可能な領域からの受光信号を用いて送信データのデコードを行なうようにすればよい。また、このデータ再現が可能な領域の重心位置を求めて、これを基に送信装置の空間的位置を特定するようにしてもよい。
また、前記アプリケーション部は、前記２次元受光面上において検出された２以上の光学信号の位置関係を基に、光学信号を発光する送信装置の空間的位置や姿勢などの実世界状況を特定することができる。
実世界上に複数の送信装置を配置して、１つの受信装置に向かって同時に光学信号の送信を行なうようにしてもよい。このような場合であっても、本発明の第３の側面に係る受信装置側は、前記受光部が２以上の送信装置からの光学信号を同時に受光し、前記データ処理部は前記２次元受光面上での受光位置に応じて光学信号を分離し、前記アプリケーション部は復号された各送信データを前記２次元受光面上の受光位置に応じて分離して検出することができる。言い換えれば、本発明の第３の側面に係る受信装置側によれば、ロバストなマルチチャネル伝送を実現することができる。
また、本発明の第３の側面に係るデータ受信装置は、２以上の２次元受光面を備えていてもよい。このような場合、前記アプリケーション部は、各２次元受光面において検出された光学信号及びその受光位置を基にステレオ・マッチングを行うことにより、光学信号を発光する送信装置の空間的位置を特定することができる。
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
［発明を実施するための最良の形態］
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
Ａ．光学信号を利用したデータ通信システム
本発明は、有線又は無線ネットワークなどの通信媒体では接続されていないオブジェクトからデータを取得したり、あるいは、ネットワークなどの通信媒体を経由せずにオブジェクトからデータを直接取得したりすることができるデータ通信システムを提供するものである。
本発明に係るデータ通信システムは、光学的な形式で識別情報やその他のデータを担持又は伝送する光学信号と、これを捕捉する高速な２次元イメージ・センサを利用することで、空間解像度を持つとともに、遠距離でも利用可能なデータ伝送を実現する。
例えば、ＬＥＤのような点滅する光源を光学信号とする。したがって、ビジュアル・コードのように色の空間パターンに符号化するのではなく、距離に応じてデータが変化しない点滅パターンなどの時系列の光学信号に符号化してデータを送信することができる。
また、イメージ・センサは、例えばＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：相補性金属酸化膜半導体）センサやＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）センサなどのように、無数の受光素子すなわち画素が２次元アレイ上に配置された構成であり、光学信号並びにその空間的情報を全画素でデコードする。イメージ・センサは、普通のカメラとしてシーンを撮影するとともに、そのイメージ・センサの視界中に配置された光学信号を長距離から受信することができる。
本発明に係るデータ通信システムを赤外線リモコンに例えるならば、送信装置は赤外線リモコンの送信機であり、受信装置はリモコン受信機をアレイ状に配置したアレイ・センサである。受信装置は、普通のカメラとしてシーンを撮影するだけでなく、光学信号を撮影したシーン画像上の座標と光学信号をデコードして取得されたデータを組にして（重畳して）出力することができる。例えば、ネットワーク型携帯端末にカメラを兼ねた受信装置を搭載して、作業環境としての実世界上の任意のオブジェクトに送信装置を設置しておけば、視界中にあるオブジェクトに応じて提示する拡張現実システムを構築することが可能となる（後述）。
実世界上のオブジェクトには、所定の物理的な配置がなされた１以上の発光部からなる送信機を設置することができる。送信機が出力する送信データとして、例えば、オブジェクトのＩＤやそのネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、ＵＲＬやＵＲＩなどの資源識別子、その他のオブジェクト関連情報などが挙げられる。
勿論、１つの実世界オブジェクトに対して複数の発光部を搭載した送信機を構成してもよいし、あるいは、実世界上に複数の送信機を設置して、所定の受信機を目掛けて同時に光学信号を発してマルチチャネル伝送を行うこともできる（後述）。
送信機は、所定ビット長のデジタル形式の送信データを所定の変調方式により変調して、最終的に光源の明るさの変化のパターンからなる光学信号に符号化して送信する。その際に採用する変調方式により、光源の明るさの変化パターンは異なる。
例えば、キャリアの振幅のオン／オフによりビットを表現する振幅変調方式（ＡＳＫ：Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）では、光源は点灯と消灯を繰り返し、点滅パターンとなる。また、ＡＭ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調では光源は点灯したまま明るさの強弱がパターンとなる。他にも、ＦＭ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調や、キャリアの周波数の変化によりビットを表現するＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）、送りたいデジタル・データのビット列をそのまま点滅パターンで表現したベースバンド方式など、さまざまな変調方式を採用可能である。
あるいは、ノイズ耐性などの観点から、ベースバンド信号に強度、周波数などの変調処理を適用して、点滅パターンとしてではなく、光強度信号、光周波数信号として送出するようにしてもよい。
このような送信機の最低限の構成は、ＬＥＤのように点滅し又は強度調整が可能な光源である。光学信号を発信するために、受信機側のカメラと同期している必要はない。それぞれの独立した動作クロックに基づき一定の周期で点滅パターンなどの信号波形を表した光学信号を生成することかできればよい。ＬＡＮなどネットワークのインフラを必要とせず、送信機を実世界上でユビキタスに配置することができる。
現在でも、屋内には、マイコンなどで制御されているさまざまなＬＥＤがあり、これらを実世界オブジェクトの実世界状況を発信する送信機として利用することができる。例えば、パイロット・ランプは、ビデオ・デッキやファクシミリ、テレビジョン、パーソナル・コンピュータ、洗濯機など大抵の家電製品に搭載されている。パイロット・ランプはデバイスの状態をユーザに示すためにデバイスの状態を色などでインジケートすることができる。このようなＬＥＤを機器搭載のマイコンで制御して光学信号を発信することがコストの増大を招くことはほとんどないであろう。
また、次世代の照明は蛍光灯や白熱灯ではなく、エネルギ効率が高く寿命が半永久的であるＬＥＤになると考えられる。ＬＥＤは周波数応答性がよいため、高速に点滅させても人の目には点灯している照明として映ることから、すべての照明が異なる光学信号を発信する送信機として併用することも可能である。さらに、パソコンや携帯電話などディスプレイが液晶から有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ）素子に移行すると、その表示駆動の周波数応答の高さを利用して、ユーザに画面表示を提供しつつ、高速に点滅して光学信号としても利用することが可能である。
屋外においても、看板の照明や信号機、巨大ディスプレイ、ビルの警告灯などを送信機の発光源として使用することが可能である。例えば、駅前にある巨大ディスプレイにコマーシャルなどの広告情報を表示しながら、その場でカメラ付き携帯端末を向けるとクーポンが発行されるといった、ユーザの実世界状況に応じたロケーション・マイレージなどのサービスが可能である。
本実施形態に係るデータ通信システムで使用される光学信号は、例えば、送信データを時系列の点滅パターンとして表したものである。この場合、遠距離からでも認識可能であるが、遠距離から認識されるためには近距離で認識される場合に比べて大出力でなければならない。元来、パイロット・ランプや照明は屋内で利用されるものに比べて、屋外で利用されるものの方が、出力が大きくなっている。例えば、屋内のパイロット・ランプはＬＥＤ１つで構成することができるが、屋外の看板の照明は多数のＬＥＤをマトリックス状に配置しなければ不充分である。このように、室外や遠距離から利用する光学信号の出力を大きくすることは、理に適っており、現実的である。また、既存のインフラを利用して屋内外を問わずユビキタスに光学信号の送信機を設置することが可能である。
一方の受信機は、２次元アレイ式のイメージ・センサのような２次元受光面からなる受光部を備えており、送信機側の発光部からの光学信号を受光して、データ処理を行う。ここで言うデータ処理は、光学信号が表している送信データの復調・復号処理と、２次元受光面上での点滅位置に基づく空間情報の復号処理に大別される。
前者の送信データの処理では、各発光部からの光学信号をそれぞれ所定ビット長のデータに置き換えて、このような受信データを基に、オブジェクトのＩＤやそのネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、ＵＲＬ又はＵＲＩなどの資源識別子、あるいはその他のオブジェクト関連情報をデコードしたりアクセスしたりすることができる。
点滅パターンなどの光学信号からオブジェクトを認識することにより、その送信機が持つ各発光部の物理的な配置を知ることができる。例えば、オブジェクトが２以上の発光部を備えている場合には、これらの点滅パターンの組み合わせにより送信データを表現することができるので、データ転送レートが大幅に増大する。
また、後者の空間情報の処理では、２次元受光面上での各点滅を検出した受光位置（又は点滅を検出した受光素子の場所）を抽出して、これを基に発光源としてのオブジェクトの空間的な位置を認識することができる。例えば、空間上でオブジェクトが存在する平面が既知であるならば、１つの発光部を検出することによりその３次元位置を特定することができる。また、平面上に４以上の発光部が配置され且つそれらの相対位置が既知であるならば、その３次元位置・姿勢を計測することができる。
受信機側では、ＬＥＤの点滅パターンなどの光学信号から得られた情報を基に、オブジェクトとのネットワーク接続、関連するリソースへのアクセス、プログラムの実行などを行うことができる。また、実世界オブジェクトの空間的な位置や姿勢などの実世界状況を高精度に認識して、伝送データのデコード結果と捕捉された実世界状況の組み合わせを利用することによって、より充実した拡張現実サービス（後述）を提供することが可能となる。
本実施形態に係るデータ通信システムでは、デジタル・カメラのようにシーンを撮影するイメージ・センサに受信機としての機能を付加的に装備することができる。送られてくる光学信号が高周波数で点滅を繰り返す点滅パターンであることを考慮すると、受信機の受光部として使用されるイメージ・センサは、高速にサンプリング可能なデバイスであることが好ましい。本発明者等は、イメージ・センサの付加機能として受信機を構成することは合理的であると思料するが、この点について以下に説明する。
イメージ・センサは、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）からＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージ・センサへと移行してきており、ＣＭＯＳの特性を活かして高画素化、高速化が進んでいる。一般的なカメラは３０ｆｐｓ（ｆｒａｍｅ  ｐｅｒ  ｓｅｃｏｎｄ）で撮影しているが、これ以上高速化しても人の動画認識能力を越えてしまうことから、高速カメラは画像処理など用途が限定されている。そこで、３０ｆｐｓで撮像している時間以外の余った時間に新たな処理を行なうことにより、ＣＭＯＳイメージ・センサに付加価値を与えることができる。画像を撮像する以外の時間で点滅パターンなどの光学信号を受光しデコードすることで、本実施形態に係るデータ通信システムの受信機として、ＣＭＯＳイメージ・センサの進化形を見出すことができる。
本実施形態に係るデータ通信システムの受信機としてＣＭＯＳイメージ・センサを適用した場合、イメージ・センサの各画素単位で光学信号を認識することができるので、外乱光などのノイズに影響され難い特性を持つ。もしある画素がノイズにより光学信号を認識できなくとも、他の画素が光学信号を認識することができればよい。
例えば、赤外線リモコンでは１画素の受光機が一定のエリアから到来する光をすべて受信しているため、周波数フィルタや波長フィルタなどを用いてノイズとデータとを分離する必要がある。これに対し、本実施形態に係るデータ通信システムの受信機としてＣＭＯＳイメージ・センサを適用した場合、光の直進性、並びに２次元アレイ状に配設されている個々の画素の視野角は狭いことから、ノイズ源と光学信号とが重なって受光される画素のみがノイズの影響を受け、影響を受けないそれ以外の画素からのセンサ出力を基に送信データを復元することができる。
デジタル・カメラは一般に光学レンズを搭載したイメージ・センサとして構成されているため、離れた光学信号を認識できる距離には限界がある。光学信号が１画素以上の大きさで撮像される距離にあれば、光学信号の点滅パターンをデコードすることが可能である。しかし、受信機としてのデジタル・カメラと発光源との距離が光学信号を１画素で撮像される限界の距離よりも長くなると、イメージ・センサに届く光学信号の光強度は微弱なものとなり、デコード・認識することが困難となる。
また、レンズの選択がカメラの認識距離や範囲の特性を左右する。例えば、ワイド・レンズを使用すると画角が広くなり広範囲で光学信号を撮影することが可能であるが、光学信号が小さく結像されるので信号を認識する画素数が減少して、長距離での認識が困難になる。一方、ズーム・レンズを使用すると画角が狭くなるが、遠距離から到来する光学信号をより多くの画素数で認識することができる。さらに、オクルージョンの影響を受け、物陰にある光学信号は認識されない。このような画像に撮像されている光学信号は認識できるが、遠過ぎて撮像されない光学信号は認識できないという特徴は、人が事物を認識するときと同様であるから、自然で望ましいであろう。
デジタル・カメラとして利用されているイメージ・センサは、本実施形態に係るデータ通信システムにおける受信機としての特徴を備えることができる。現在広く使われているＣＭＯＳイメージ・センサは、消費電力が小さいことやコストの面から、携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの携帯端末用の組込みカメラとして利用されている。これらのイメージ・センサが、画像を撮像する以外に光学信号の認識機能を装備していれば、その携帯端末が拡張現実システムの構成要素の一部として動作することができる。例えば、デジタル・カメラを搭載した携帯端末をかざすと画面上に実画像とコンピュータの仮想情報が重畳して表示されるビデオオーバーレイ型の拡張現実システムなどが、ヘッドマウント・ディスプレイや磁気３次元位置装置などを使用せずに、実現可能となる。
なお、本発明に係るデータ通信システム１０は光によってデータを伝達するので、距離的にロバストなデータ転送を行うことができる反面、方向やオクルージョンの影響を受けるという点を運用上充分に留意する必要がある。
Ｂ．データ通信システムの実装
図１には、本発明の一実施形態に係るデータ通信システム１０の構成を模式的に示している。同図に示すように、このデータ通信システム１０は、実空間に散在する各オブジェクト毎に設置された送信機２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…と、ユーザが携行して用いる受信機５０とで構成される。
各送信機２０Ａ…は、それぞれオブジェクト表面の見え易い場所に設置されており、１又はそれ以上の発光部を備えている。発光部は、例えばマイコン制御のＬＥＤで構成される。そして、ＬＥＤの点灯でビット１を表すとともに消灯でビット０を表すという表示形式により、所定ビット（仮にＮビットとする）長の送信データに相当する点滅パターンあるいは明るさの変化パターンからなる光学信号を生成することによって、距離に対してロバストなデータ転送を行うことができる。変調方式により、光源の明るさの変化パターンは異なる（前述）。
各送信機２０Ａ…が送出する送信データとしては、オブジェクトのＩＤやそのネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、ＵＲＬやＵＲＩなどの資源識別子、その他のオブジェクト関連情報などが挙げられる。
一方の受信機５０は、複数（Ｍ個）の受光ブロック５１−１，５１−２，…，５１−Ｍと、各受光ブロック５１−１…の出力を統合処理するデータ収集部６０と、データ収集結果に従って所定のサービスを実行するアプリケーション部７０とで構成される。
受光ブロック５１−１，５１−２…は、実際には、図２に示すように、ｎ×ｍ（＝Ｍ）の２次元マトリックス状に配置されており、全体として２次元的な受光面からなる受光部をなしている。このような受光部は、例えばＣＭＯＳイメージ・センサを用いて構成することができ、１つの画素が１つの受光ブロックに相当する。ＣＭＯＳイメージ・センサは、一般に、ＣＣＤセンサに比し駆動速度が速いので、送信機側でＬＥＤを比較的高い周波数で駆動させても、その点滅パターンを読み取ることができる。
送信機２０側からのＬＥＤの点滅データは、図示しない集光レンズ系を介して受光部の２次元受光面上に結像され、２次元受光面上でＬＥＤの光軸に対応する位置にある受光ブロックがその点滅パターンを検出することができる。また、ＣＭＯＳイメージ・センサからなる受光部は、各画素すなわち受光ブロック毎に単にＬＥＤの点滅信号を検出するだけでなく、受光面に結像された画像を撮影するカメラとしても機能する。
データ収集部６０は、各受光ブロック５１−１…の出力を統合的に処理する。その処理内容は、各画素すなわち受光ブロック毎に検出されたＬＥＤの点滅信号の処理と、２次元マトリックス状に配設された各受光ブロック５１−１，…，１５１−Ｍにより撮像された画像フレームの処理の２種類に大別される。
アプリケーション部７０は、データ収集部６０によるデータ収集結果に従って所定のサービスを実行する。例えば、アプリケーション部７０は、カメラとして機能する受光部から得られた撮影画像に対して画像処理や画像認識を行なう以外に、データ収集結果を基に復号された送信機２０からの送信データに対応する処理サービスを実行する。
送信機２０からの送信データは、機器ＩＤ、ネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、ＵＲＬやＵＲＩなどの資源識別子、その他のオブジェクト関連情報などであり、アプリケーション部７０は、オブジェクトに関連した処理を行うことができる。例えば、受信した光学信号から復号されたＵＲＬを基にオブジェクトに関連する情報をＷＷＷ（Ｗｏｒｌｄ  Ｗｉｄｅ  Ｗｅｂ）情報提供空間で探索したり、探索結果を表示したり、さらにカメラとして撮影した画像の上に探索結果をオーバーレイ表示させたりすることができる（ＮａｖｉＣａｍ：後述）。また、デコードされたオブジェクトの機器ＩＤやネットワーク・アドレスを基に、オブジェクトとユーザ端末とのネットワーク接続を確立させたりすることができる（ｇａｚｅ−ｌｉｎｋ：後述）。
受信機５０は、例えば、ＣＭＯＳイメージ・センサを使用するデジタル・カメラをＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）などのインターフェース経由でコンピュータに接続することによって構成される。このような場合、アプリケーション部７０は、コンピュータ上で実行されるアプリケーションに相当し、デジタル・カメラから入力される撮影（シーン）画像に、光学信号から復号されたデジタル・データに基づくコンピュータ画像を重畳した合成画像を表示したりすることができる。
なお、図１には示していないが、イメージ・センサを構成する各受光素子においてより好適に光学信号を受信するために、以下に示すような光学部品を使用してもよい。これら光学部品は、電気通信における信号処理用の回路部品の相当する働きを持つことを充分理解されたい。
（１）光学レンズ、望遠／広角レンズ
信号増幅器として集光レンズなどの光学レンズを利用してもよい。また、信号指向性制御部品として望遠（テレ）、広角レンズを使用してもよい。ズームインすると受信できる画素が増えることで冗長性が増える。また、範囲を絞るので指向性を制御することができる。
ワイド（ズームアウト）にすると指向性が広くなり、広範囲で送信機からの信号を受信することができる。但し、１つの信号は小さく撮像されるので、長距離からは認識し難くなる。
また、光学系を操作することで、送信機の位置を探索することができる。例えば、ピントがきちんと合っていると、各画素に入射する信号強度は最大となり，ロバストな通信が行なわれる。ピントを少しだけずらすと、光学信号がぼやけた画像としてさらに多くの画素により撮像され、結果として受信する画素数が増える分だけ通信がロバストになる。但し、ピントをずらし過ぎると、信号の受光強度が減少してしまい、受信できる画素数も減少する。
また、あおり角を付けてレンズを移動すると、受信機の受信指向性を制御することができる。首振りで受信機全体を回転させる必要がなくなる。
（２）絞り、ＮＤフィルタ
信号アッテネータ（減衰器）として絞りを利用することができる。
送信機が送信する光学信号が強力過ぎて、イメージ・センサの画素がサチュレーションを起してしまう場合、絞りやＮＤフィルタなどで受光信号を減衰させることで、受信可能な信号強度にレベル調整して、通信を可能にすることができる。
（３）カラー・フィルタ、プリズム
帯域分離部品としてカラー・フィルタを用いることができる。受光部における２次元受光面のそれぞれの画素に例えば格子状のパターンでＲＧＢの色フィルタを設けると、それぞれの画素がフィルタ色に対応した波長の信号のみを受信することになる。例えば、送信機側でＲＧＢ各発光色のＬＥＤを持ち、各発光色毎に独立に駆動して異なる光学信号を送出している場合、受信機側ではカラー・フィルタを介して信号を分離して受信することができる。ＲＧＢの各信号成分を重ね合わせると白色であるが、３チャネル伝送が行なわれていることになる。
（４）レンズフード、偏向フィルタ、レンズ・カバー
レンズフードや偏向フィルタにより、光学レンズに信号源と関係のない外乱光が入射するのを防ぐことができる。
また、レンズ・カバーでレンズを遮蔽することにより、不必要な通信を遮断することができる。例えば、レンズの右半分だけをレンズ・カバーで覆うことにより，左半分の視野にある送信機からの光学信号のみを受信することができる。
（５）鏡、プリズム、光ファイバー
鏡で通信路を曲げることができる。例えば、鏡、レンズ、２次元受光面の順で配置する場合、鏡の位置や角度を変更することで受信機５０の受信エリアを容易に切り替えることができる。
また、光ファイバー束を用いて、受信（受光）部の先端の小さな受信機５０を作ることができる。
Ｂ−１．送信機
図３には、送信機２０の内部構成を模式的に示している。同図に示すように、送信機２０は、ビット１及び０を表現するためのＬＥＤ２１と、このＬＥＤ２１の点滅動作を送信データの内容に応じて制御するデータ処理部２２と、Ｎビットの送信データ（ペイロード）を一時的に保存する送信データ保存用メモリ２３と、Ｎビットからなる送信データのうち１ビット分のデータをビット位置をずらしながら逐次的に書き込むための作業メモリ２４とを備えており、例えばデジタル・データをベースバンド伝送することができる。
送信機２０のデータ転送レートは、ＬＥＤ２１を点滅させる駆動速度によって決まる。例えば、現在市販されている一般的な発光ダイオード製品であれば、４ｋＨｚ程度の周波数で点滅駆動させることができる。但し、これは、受信機５０側の受光ブロック５１が持つ応答速度の制限を受ける。
例えば、受光ブロック５１が２次元マトリックス状に配設された受光部として、ＣＣＤイメージ・センサを用いた場合、その応答速度は６０Ｈｚ程度であり、ＬＥＤ２１の点滅データを送受信するには遅すぎる。他方、前述したＣＭＯＳイメージ・センサであれば、１２ｋＨｚ又はそれ以上の応答速度を持つので、送信機２０側でＬＥＤ２１を最高速で駆動させても、受信機５０側では充分にその点滅パターンを検出することができるであろう。
送信データを８ビット長とした場合、２５５通りのデータを１回で送信することが可能である。８ビット長の送信データを４ｋＨｚのキャリアでマンチェスター符号化して２２ビット長のパケットとして送信する。これにより、光学信号が障害物などによってパケット送信中に隠れても、パケット単位でデータを送ることができる。
なお、近距離や屋内用に１つのＬＥＤを点滅させる小型の送信機と、遠距離用に複数のＬＥＤをマトリックス状に配設した大型の送信機を用意してもよい。
図４には、送信機２０からＬＥＤの点滅パターンとして送出されるデータ・フレームの構造を模式的に示している。同図に示すように、１つのデータ・フレームは、Ｎビット長の送信データ（ペイロード）を、ビット１の「スタート・ビット」と、ビット０の「ストップ・ビット」で挟み込んで構成されている。既に述べたように、本実施形態に係る送信機１は、ビット１を光の点灯で表すとともに、ビット０を光の消灯で表すようになっている。
図５には、図３に示した送信機２０において、ＬＥＤの点滅によりデータ・フレームを送出するための処理手順をフローチャートの形式で示している。この処理手順は、データ処理部２２において所定のプログラム・コードを実行するという形態で実現される。以下、このフローチャートを参照しながら、データの送信手順について説明する。
まず、スタート・ビットを送信するために、ＬＥＤ２１を点灯させる（ステップＳ１）。
次いで、データのキャリア周波数に応じて、スタート・ビットの時間だけウェイトするとともに（ステップＳ２）、送信データ保存用メモリ２３のアドレス（ビット位置）ｉを０に初期化する（ステップＳ３）。
そして、Ｎビット長の送信データ保存用メモリ２３からｉ番目のビット位置のデータを読み出して、作業用メモリ２４に一旦保存する（ステップＳ４）。
データ処理部２２は、作業用メモリ２４の値（すなわち、Ｎビット長の送信データのｉビット目の値）が１であるか否かを判別する（ステップＳ５）。
送信データのｉ番目のビット位置に書き込まれた値が１であればＬＥＤ２１を点灯して、ビット１を表現し（ステップＳ６）、そうでなければＬＥＤ２１を消灯して、ビット０を表現する（ステップＳ７）。
次いで、データのキャリア周波数に応じた一定時間だけウェイトして（ステップＳ８）、送信データ保存用メモリ２３のメモリ・アドレスすなわちビット位置ｉを１だけインクリメントして（ステップＳ９）、ビット位置ｉがＮに到達したか否かを判別する（ステップＳ１０）。
ビット位置ｉが未だＮに到達していなければ、ステップＳ４に戻って、送信データ保存用メモリ２３から次のビット位置のデータを読み出して、上述と同様の該当ビットの送信処理を繰り返し行なう。
また、ビット位置ｉがＮに到達した場合には、Ｎビット長の送信データ（ペイロード）の送信処理を完了したことになるので、ストップ・ビットを送信するためにＬＥＤを消灯してから（ステップＳ１１）、データのキャリア周波数に応じてストップ・ビットの時間だけウェイトする（ステップＳ１２）。
データ送信を継続して行う場合には、ステップＳ１に戻って、上述と同じ動作を繰り返し行なう（ステップＳ１３）。
このようにして、デジタル・データを光源の点滅パターンに符号化したベースバンド伝送することができる。勿論、点滅パターンではなく明るさの片かパターンからなる光学信号に符号化してデータ送信してもよい。また、本発明に係るデータ通信方式は、各種の変調方式を採用することができる。キャリアの振幅のオン／オフによりビットを表現するＡＳＫ変調により、光源は点灯と消灯を繰り返し、点滅パターンとなる。また、ＡＭ変調では光源は点灯したまま明るさの強弱がパターンとなる。他にも、ＦＭ変調や、キャリアの周波数の変化によりビットを表現するＦＳＫ変調方式などを採用可能である。また、ノイズ耐性などの観点から、ベースバンド信号に強度、周波数などの変調処理を適用して、点滅パターンとしてではなく、光強度信号、光周波数信号として送出するようにしてもよい。
図３に示した送信機２０の構成例では、点滅データの形式でデータを送出する発光ダイオード２１を１つしか含んでいないが、２以上の発光ダイオードを備えていてもよい。このような場合、点滅パターンの組み合わせにより送信データを表現することができるので、データ転送レートが大幅に増大する。また、通信路が複数できることからバンド幅の拡大にもなる。この場合、送信機と受信機の間では、ＬＥＤの個数だけ（あるいは、受信機側の受光した画素数だけ）コネクションが貼られることになる。
図６には、１台の送信機２０が２個の発光ダイオードを装備したときのデータ通信システム１０の動作例を示している。但し、同図に示す例では、送信データは、光源の点滅パターンからなる光学信号に符号化して伝送されるものとする。
この場合、各発光ダイオードの点滅パターンは、集光レンズ系（図６には図示しない）によって受信機５０側の２次元受光面上に結像されて、実空間上における各発光ダイオードの物理的な位置に応じた位置の受光ブロックで検出される。
例えば、一方の発光ダイオードの点灯光が結像される受光ブロックの位置を（１０，１０）とし、他方の発光ダイオードの点灯光が結像される受光ブロックの位置を（９０，９０）とすると、各受光ブロック（画素）位置では対応する発光ダイオードの点滅パターンが受光強度（明るさ）の時間的変化として検出される。受光強度を所定の閾値で２値化処理することにより、元の送信データに相当する１／０のビット列を復元することができる。
このように複数の発光ダイオード２１を備えて、複数の光学信号を同時に送信しても、受信機５０側では２次元的な受光面を持ち、各光学信号を空間的に分離して検出することができる。したがって、複数の送信信号の組み合わせにより送信データを表現することができるので、データ転送レートが大幅に増大する。また、同時に発信した光学信号の空間的な位置や姿勢なども利用して送信データを表現することができる。
送信機２０は、所定ビット長の送信データを表した光学信号を発光部２１から送出する。例えば、バイナリ形式の送信データをベースバンド信号として、送りたいデジタル・データのビット値をそのまま忠実に表現した点滅パターンを発光部３２が明滅することによりデータ送信することができる。また、ノイズ耐性などの観点から送信データを一旦、スクランブル若しくはインターリーブ処理したものを点滅パターンとして表現した光学信号を送出するようにしてもよい。勿論、その他さまざまの変調方式を適用することができる（後述）。
送信機２０は、例えば送信データを、低速と高速とではデータの意味が異なるという周波数フラクタル信号に変調して送出してもよい。例えば、１ｋＨｚでサンプリングするとＡだか、２０ｋＨｚでサンプリングするとＢという信号になっている。
また、受信機５０側では２次元受光面の各画素が独立駆動して受光するので、送信機は信号のキャリア周波数を変調してもよい。例えば、遠隔データ伝送時において、霧のときはゆっくり点滅するようにしてもよい。
また、送信機２０は、信号のキャリア波長を変調してもよい。キャリアとなる光学信号の波長を変えても、受信機側の構成を特に変更する必要はない。例えば、ＡというデータをＲＧＢそれぞれの色成分毎に順次送出することで、データを変化させずに照明としては色を変化させることができる。キャリアの波長をダイナミックに変更しても、受信機側では同じ画素で受信することができる。また、通信環境に応じて波長を切り替えてもよい。例えば、霧や雨のときには光学信号が減衰し易いが、フォグランプなど透過性に優れた波長成分の光に切り替えてデータ伝送することにより、遠くからでも無事にデータを送信することができる。
また、送信機２０側では、鏡や集光レンズ、あるいは複数のＬＥＤを切り替えて用いることにより、送出する光学信号の指向性を制御することができる。例えば，通信環境に複数の受信機５０が散在する場合であっても、指向性の制御により特定の受信機５０にのみデータを送信することができる。
他方、光の直進性により、送信機２０を直接見ることができる受信機５０しか光学信号を受信することができない。このため、送信機２０が送出する間接光は他の送信機にとってノイズとはならない。そこで、送信機２０を無指向性にして、どこからでも受信できるようにしてもよい。
また、室外や遠距離で利用するときに、光学信号の出力を大きくするために、送信機は、多数のＬＥＤをマトリックス状に配置して発光部２１を構成することができる（前述）。
この場合、個々のＬＥＤの発光強度が均一である必要はない。同じ信号（同じ点滅パターン）を区々の発光強度で送信した場合、受信機側では、ちょうどよい強度で（サチュレーションを起さずに）受光できた受光素子の検出信号を利用して受信処理すればよい。
また、多数のＬＥＤをマトリックス状に組み合わせて光学信号を送信する場合、遠くの受信機５０では大きな１つのデータとして受信されるが、ズームして受信すると複数の異なるデータに分離することができる。例えば、遠くから見るとＣという単一の送信信号であるが、近くから見るとＡとＢという異なる信号に分離して見える（すなわち、Ａ＋Ｂ＝Ｃという信号）。このような場合、遠くから見るためにはＣはエネルギが必要である。また、近くから見るときには、バンド幅や受信機の分解能が必要である。
Ｂ−２．受信機
図７には、受信機５０における１つの受光ブロック５１の内部構成を模式的に示している。同図に示すように、１つの受光ブロック５１は、受光量に応じた電気信号を生成する受光素子８１と、バンド・パス・フィルタ（ＢＰＦ）８２と、フェーズ・ロック・ループ（ＰＬＬ）８３と、Ａ／Ｄ変換器８４と、撮像データ保存用メモリ８５と、２値化データ保存用メモリ８６と、転送データ保存用メモリ８７と、受光ブロック５１内を統括的にコントロールして同期駆動させるための制御部８８とで構成される。
受光素子８１は、例えばＣＭＯＳセンサ素子で構成される。また、それ以外の受光素子駆動用、デコード用の処理モジュールをＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などのＩＣチップで構成することができる。撮像データ保存用メモリ８５は、受信機５０がカメラとして動作しているとき（後述）に、受光素子８１による撮像データのデジタル値（Ｔビットの解像度を持つものとする）を一時的に保存するために使用される。
既に述べたように、デジタル・カメラのようにシーンを撮影するイメージ・センサに受信機５０としての機能を付加的に装備することができる。例えば高速な点滅パターンとして光学信号を送信する場合、高速にサンプリング可能なデバイスであるＣＭＯＳイメージ・センサを適用する。一般的なデジタル・カメラは３０ｆｐｓで撮影しているが、これ以上高速化しても人の動画認識能力を越えてしまうことから、３０ｆｐｓでシーンを撮像する時間以外の余った時間を利用して光学信号を受信処理することにより、ＣＭＯＳイメージ・センサに付加価値を与えることができる。以下では、受信機５０が一般的なカメラとしてシーンを撮影する動作モードを「画像モード」と呼び、それ以外の余った時間を利用して光学信号を受信処理する動作モードを「デコード・モード」と呼ぶ。
デコード・モードでは、例えば１２ｋＨｚのサンプリングを２００回繰り返し、送信機２０側で送出するキャリア周波数４ｋＨｚの８ビットの光学信号をイメージ・センサのすべての受光ブロックでデコードして、１５ｆｐｓで光学信号の受信・認識画像を作成することができる（後述）。この認識画像は、画像の各画素の値がデコードした結果であり、光学信号が表現する送信データと、光学信号を発する送信機の空間的情報（すなわち実世界オブジェクトが持つ実世界状況）の双方を含んである。
なお、画像モードとデコード・モードを使い、画像とＩＤをともにセンシングするためには、例えば、以下のような構成により実現することができる。
（１）画像モードとデコード・モードを別の時間に動作させる（例えば図８を参照のこと）。この構成では、画像モードとデコード・モードを別の時間で駆動するため、メモリなどのハードウェア・リソースを両モードで時分割により共用することが可能である。駆動の順番は交互である必要はない。例えば、デコード、デコード、画像、デコード、デコード、画像などのように、ランダムな順序で駆動させたり、あるパターンを以って駆動させる、あるいは、さらに他のモードも別の時間に駆動させるなど、さまざまな変形が可能である。
（２）画像モードとデコード・モードを時間的に独自／独立に動作させる（例えば、図９を参照のこと）。この構成では、画像モードとデコード・モードを互いに独立に駆動させることが可能であるため、画像のフレーム・レートとＩＤのフレーム・レートを互いに独立に変更することもできる。勿論、両フレーム・レートを同期して駆動させることも可能である。この構成では、例えば、１つの受光素子を、画像モード・ブロックとデコード・モード・ブロックの両方に結線し、画像モード・ブロックとデコード・モード・ブロックをまったく独立に動作させることにより、実現することができる。
（３）デコード・モードで動作するイメージ・センサと画像モードで動作するイメージ・センサを、別々に備える（例えば図１０を参照のこと）。この構成では、２つの情報を容易に合成することができる。また、デコード・モード用のイメージ・センサとは別に、イメージ・センサ（カメラなど）を別途用意することにより、撮影画像の解像度、クオリティを容易に変更することができる。例えば、デコード・モードのみで動作するイメージ・センサ（例えば、ＩＤＣａｍ）に２００×１００画素のものを用いるのに対し、画像モードで動作するイメージ・センサ画像はハイビジョン用のものを用いるといった組み合わせも可能である。なお、デコード・モードのみで動作するイメージ・センサと画像を撮影するイメージ・センサとは、必ずしも同期している必要はない。また、デコード・モードで動作するイメージ・センサと画像モードで動作するイメージ・センサは、デコード・モード／画像モード以外のモードを適宜含んで動作するものであってもよい。
以下、画像モードとデコード・モードを別の時間に動作させる構成の一例を用いて説明する。
図１１には、図７に示したような構成を持つ受光ブロック５１において画像モードとデコード・モードを交互に動作させてデータを受信するための処理手順をフローチャートの形式で示している。同図に示す処理手順は、例えば、制御部８８が所定のプログラム・コードを実行するという形態で実現される。但し、送信機２０側からは、例えばベースバンド伝送方式などによりデジタル・データが光源の点滅パターンに符号化された光学信号が送られているものとする。以下、このフローチャートを参照しながら、１つの受光ブロック５１におけるデータの受信処理について説明する。
まず、Ｎビット長の送信データのビット位置を指定するための変数ｉに初期値０を設定する（ステップＳ２１）。
次いで、サンプリング周波数に応じた一定時間だけ、受光素子５１で蓄光させた後（ステップＳ２２）、受光素子５１を制御して、その受光量に応じたアナログ・データを持つ電気信号を出力する（ステップＳ２３）。
バンド・パス・フィルタ（ＢＰＦ）８２は、この電気信号のキャリア周波数成分のみを通過させる（ステップＳ２４）。また、フェーズ・ロック・ループ（ＰＬＬ）８３は、ＢＰＦを通過した信号をデータの位相にロックする（ステップＳ２５）。
Ａ／Ｄ変換器８４は、位相ロックされたアナログ・データを、Ｔビットの解像度からなるデジタル・データ（画素値データ）に変換する。このＴビットのデジタル・データは、撮像データ保存用メモリ８５に一旦保存される（ステップＳ２６）。
さらに、撮像データ保存用メモリ８５に格納されているＴビットのデジタル・データを所定の閾値で２値化して、この２値化データを２値化データ保存用メモリ８６に一時記憶させる（ステップＳ２７）。
この２値化データは、当該受光ブロック５１においてＬＥＤの照射光を受光したか否かを表すものである。ステップＳ２８では、２値化データ保存用メモリ８６のデータがビット１か否か、すなわち、受光ブロック５１がＬＥＤの照射光を受光したか否かを判断する。
２値化データ保存用メモリ８６のデータがビット１でない、すなわち、受光ブロック５１がＬＥＤの照射光を受光していない場合には、ステップＳ２２に戻って、上記と同様の処理を繰り返し実行する。他方、２値化データ保存用メモリ８６のデータがビット１、すなわち、受光ブロック５１がＬＥＤの照射光を受光した場合には、次ステップＳ２９に進んで、キャリア周波数に応じた一定時間だけウェイトした後、サンプリング周波数に応じた一定時間だけ、受光素子５１で蓄光させる（ステップＳ３０）。
そして、受光素子５１を制御して、その受光量に応じたアナログ・データを持つ電気信号を出力し（ステップＳ３１）、バンド・パス・フィルタ８２、フェーズ・ロック・ループ８３、及びＡ／Ｄ変換器８４を通過したデータを撮像データ保存用メモリ８５に一旦保存する（ステップＳ３２）。
さらに、撮像データ保存用メモリ８５に格納されているＴビットのデジタル・データを所定の閾値で２値化して、この２値化データを転送データ保存用メモリ８７のアドレスｉ番地に一時記憶させる（ステップＳ３３）。すなわち、送信機２０からＬＥＤの点滅パターンとして送られてきたＮビット長の送信データにおけるｉ番目のビット位置のデータが、転送データ保存用メモリ８７の対応ビット位置に格納される。
次いで、メモリ・アドレスｉを１だけインクリメントして（ステップＳ３４）、ｉがＮに到達したか否かを判断する（ステップＳ３５）。
メモリ・アドレスｉが未だＮに到達していなければ、ステップＳ２９に戻って、送信機２０からの送信データの次のビット位置に進んで、ビット・データの受信処理を繰り返し実行する。
また、メモリ・アドレスｉがＮに到達した場合には、Ｎビット長の送信データ（ペイロード）の受信処理が完了し、受光ブロック５１内の転送データ保存用メモリに保存されたことになるので（ステップＳ３６）、本処理ルーチン全体を終了する。
上述したように、本実施形態に係る受信機５０は、一般的なカメラとしてシーンを撮影する画像モードと、それ以外の余った時間を利用して光学信号を受信処理するデコード・モードとを備えている。したがって、例えば図８〜図１０に示すように、送信データをデコードする「デコード・モード」と、画像を撮像する「画像モード」とを交互に繰り返すことで、一般的なビデオ・カメラとして動作しながら、その画像フレームに含まれるオブジェクトからＬＥＤの点滅によって送られてくるデータを受信することもできる。
画像モードで取得したシーン画像とデコード・モードで取得した認識画像の両方を出力する場合、例えば１５ｆｐｓで画像モードとデコード・モードを交互に繰り返すようにすればよい。
デコード・モード時の受光ブロック５１の動作については図１１を参照しながら既に説明したので、次いで、画像モード時の受光ブロック５１の動作について、図１２に示したフローチャートを参照しながら以下に説明する。但し、同図に示す処理手順は、制御部８８が所定のプログラム・コードを実行するという形態で実現される。
まず、シャッター速度に応じた一定時間だけ、受光素子８１で蓄光させる（ステップＳ４１）。そして、受光素子８１は、受光量に応じたアナログ・データを持つ電気信号を出力する（ステップＳ４２）。
アナログ・データは、バンド・パス・フィルタ（ＢＰＦ）８２、フェーズ・ロック・ループ（ＰＬＬ）８３、及びＡ／Ｄ変換器８４を経てＴビットのデジタル・データに変換された後、撮像データ保存用メモリ８５に書き込まれる（ステップＳ４３）。
すなわち、明るさに応じたデータが受光ブロック５１により保存されたことになるので（ステップＳ４４）、本処理ルーチン全体を終了する。
データ収集部６０は、２次元受光面を構成する各受光ブロック５１−１，５１−２，…，５１−Ｍからの出力を統合的に処理する機能モジュールである。その処理内容は、デコード・モード下における各画素すなわち受光ブロック毎に検出されたＬＥＤの点滅信号の処理と、画像モード下における２次元マトリックス状に配設された各受光ブロック５１−１…により撮像された画像フレームの処理の２種類に大別される。
デコード・モードでは、例えば１２ｋＨｚのサンプリングを２００回繰り返し、送信機２０側で送出するキャリア周波数４ｋＨｚの８ビットの光学信号をイメージ・センサのすべての受光ブロックでデコードして、１５ｆｐｓで光学信号の受信・認識画像を作成する。この認識画像は、画像の各画素の値がデコードした結果であり、光学信号が表現する送信データと、光学信号を発する送信機の空間的情報（すなわち実世界オブジェクトが持つ実世界状況）の双方を含んである。画像モードで捕捉されたシーン画像と認識画像とを組にして利用することで、シーン画像上の光学信号の位置とそのデコード結果とを合成表示することが可能である（後述）。
画像モードで取得したシーン画像とデコード・モードで取得した認識画像の両方を出力する場合、例えば１５ｆｐｓで画像モードとデコード・モードを交互に繰り返すようにする。データ収集部６０は、シーン画像と８ビット光学信号の認識画像とを組にして、７．５ｆｐｓで動作する。
図１３には、データ収集部６０の内部構成を模式的に示している。図示の通り、データ収集部６０は、制御部６１と、転送データ保存用メモリ６２と、転送データ処理用メモリ６３と、フレーム・メモリ６４を備えている。これらの処理モジュールは、例えばＦＰＧＡ形式のＩＣチップを用いて実装することができる。
制御部６１は、各受光ブロック５１−１…に保存されているデータの取り出し、並びに、データ収集部６０内の動作の統括的なコントロールを行なう。
各受光ブロック５１−１…は、デコード・モード下では送信機２０から送られてきたＮビット長の送信データを保存し、画像モード下ではＴビットの画素データを保存する（前述）。制御部６１は、各受光ブロック５１−１…から読み出したＮビット送信データを転送データ保存用メモリ６２に書き込んで、転送データ処理用メモリ６３を作業領域として用いて送信データを処理する。また、制御部６１は、各受光ブロック５１−１…から読み出した画素データをフレーム・メモリ６４中の対応画素位置に逐次書き込んでいき、撮像画像フレームを形成する。
図１４には、デコード・モード下においてデータ収集部６０が実行する処理手順をフローチャートの形式で示している。この処理手順は、例えば、制御部６１が所定のプログラム・コードを実行するという形態で実現される。但し、送信機２０側からは、例えばベースバンド伝送方式などによりデジタル・データが光源の点滅パターンに符号化された光学信号が送られているものとする。以下、このフローチャートを参照しながら、デコード・モード下における２次元受光面からのデータ収集処理について説明する。
まず、Ｍ個すべての受光ブロック５１−１，５１−２，…，５１−Ｍが、デコード・モード下で、図１１に示したようなＮビット長の送信データの受信処理を実行する（ステップＳ５１）。この結果、２次元受光面上で送信機２０からのＬＥＤ点灯光が結像される位置（アドレス）にある受光ブロック５１の転送データ保存用メモリ８７には、Ｎビット長の送信データが保存される。
次いで、処理対象となる受光ブロック５１−１…をアドレスするための変数ｊを０番地に初期化するとともに（ステップＳ５２）、転送データ処理用メモリ６３のアドレスを指定するための変数ｋを０番地に初期化する（ステップＳ５３）。
次いで、ｊ番目の受光ブロック５１−ｊ内の転送データ保存用メモリ８７から受信処理されたＮビット長の送信データを読み込んで（ステップＳ５４）、所定の誤り検出符号アルゴリズムによりＮビット・データの正誤をチェックする（ステップＳ５５）。
ｊ番目の受光ブロック５１−ｊから読み出されたＮビット送信データが正しい場合には（ステップＳ５６）、転送データ処理用メモリ６３のアドレスｋ番地に、受光ブロック５１−ｊの受光位置に相当するアドレスｊとそのＮビット送信データを組にして保存するとともに（ステップＳ５７）、メモリ・アドレスｋを１だけインクリメントする（ステップＳ５８）。他方、Ｎビット送信データに誤りがある場合には、後続のステップＳ５７およびＳ５８をスキップして、Ｎビット送信データの保存を行なわない。
次いで、受光ブロック５１−ｊのアドレスｊを１だけインクリメントする（ステップＳ５９）。ｊがＭに到達していない、すなわちすべての受光ブロック５１−１…について処理を終了していない場合には、ステップＳ５４に戻って、次のアドレスの受光ブロック５１−ｊについてのＮビット送信データのチェック並びに保存処理を繰り返し実行する。
また、ｊがＭに到達した場合には、Ｍ個すべての受光ブロック５１−１，…，５１−Ｍのうち有効な送信データを受信したｋ個の各受光ブロックについて、成功裏に受信したＮビット送信データとそのブロック・アドレス（すなわち２次元受光面上の位置）の組が転送データ処理用メモリ６３に保存されている（ステップＳ６１）。
後続のアプリケーション部７０では、各受光ブロック５１−１…で受信したＮビット送信データとその受光位置の組を基に、対応する各種の処理サービスを実行する（ステップＳ６２）。但し、アプリケーション部７０が提供する処理サービスの内容に関しては、後述に譲る。
受信機５０は、受光部を構成するＣＭＯＳイメージ・センサの画素数（すなわち受光ブロック５１の個数）や集光に使用する光学レンズに応じた解像度で送信機２０側の光源を撮影する。図１５に示すように、２次元受光面上で送信機２０の光源が撮影される画素（受光ブロック）の場所は、送信機２０の空間的位置に応じて変化する。したがって、受信機５０は、どの画素（すなわち受光ブロック）でどの送信データを受信したかを判別することによって、送信データのデコードと同時に、送信機２０の空間的位置や方向、すなわち送信機２０を搭載した実世界オブジェクトの実世界状況を測定することができる。
また、図１６には、画像モード下（すなわち、受信機５０が一般的なデジタル・カメラやビデオ・カメラとして動作しているとき）においてデータ収集部６０が実行する処理手順をフローチャートの形式で示している。この処理手順は、例えば、制御部６１が所定のプログラム・コードを実行するという形態で実現される。以下、このフローチャートを参照しながら、画像モード下における２次元受光面からのデータ収集処理について説明する。
まず、Ｍ個すべての受光ブロック５１−１，５１−２，…，５１−Ｍが、画像モード下で、図１２に示したような処理手順に従って、受光した明るさに応じた画素データを撮影データ保存用メモリ８５に保存する（ステップＳ７１）。画素データはＴビットの解像度を持つ。
次いで、処理対象となる受光ブロック５１−１…をアドレスするための変数ｊを０番地に初期化するとともに（ステップＳ７２）、フレーム・メモリ６４のアドレスを指定するための変数ｋを０番地に初期化する（ステップＳ７３）。
次いで、ｊ番目の受光ブロック５１−ｊ内の撮像データ保存用メモリ８５から撮影されたＴビット解像度の画素データを読み込む（ステップＳ７４）。
次いで、フレーム・メモリ６４をアドレス指定するための変数ｋを１だけインクリメントするとともに（ステップＳ７５）、受光ブロック５１−１…をアドレス指定するための変数ｊを１だけインクリメントする（ステップＳ７６）。そして、ステップＳ７７では、ｊがＭに到達したか否かをチェックする。
ｊがＭに到達していない、すなわちすべての受光ブロック５１−１…について画素データを読み出していない場合には、ステップＳ７４に戻って、次のアドレスの受光ブロック５１−ｊについての画素データの読み出し並びにフレーム・メモリ６４への保存を繰り返し実行する。
また、ｊがＭに到達した場合には、Ｍ個すべての受光ブロック５１−１，…，５１−ＭからＴビット解像度の画素データを読み出して、フレーム・メモリ６４に保存された（すなわち、Ｔビット解像度のｎ×ｍ（＝Ｍ）の画像フレームが形成された）ことになる（ステップＳ７８）。
後続のアプリケーション部７０では、この画像フレームを用いて各種の処理サービスを実行する（ステップＳ７９）。例えば、デコード・モードで取得された送信データを基に、画像フレームに含まれているオブジェクトの映像に対する画像処理を加えたりすることができる。
アプリケーション部７０は、データ収集部６０によるデータ収集結果に従って所定のサービスを実行する。例えば、アプリケーション部７０は、カメラとして機能する受光部から得られた撮影画像に対して画像処理や画像認識を行う以外に、データ収集結果を基にデコードされた送信機２０からの送信データに対応する処理サービスを実行する。
送信機２０からの送信データは、機器ＩＤ、ネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、ＵＲＬやＵＲＩなどの資源識別子、その他のオブジェクト関連情報などであり、アプリケーション部７０は、オブジェクトに関連した処理を行うことができる。例えば、デコードされたＵＲＬを基にオブジェクトに関連する情報をＷＷＷ情報提供空間で探索したり、探索結果を表示したり、さらに撮影画像の上に探索結果をオーバーレイ表示させたりすることができる（Ｎａｖｉ−ｃａｍ）。また、デコードされたオブジェクトの機器ＩＤやネットワーク・アドレスを基に、オブジェクトとユーザ端末とのネットワーク接続を確立させたりすることができる（ｇａｚｅ−ｌｉｎｋ）。
受信機５０は、例えば、ＣＭＯＳイメージ・センサを使用するデジタル・カメラをＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）などのインターフェース経由で、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）やＰＤＡ、携帯電話などの情報処理端末に接続することによって構成されている。
このような場合、アプリケーション部７０は、コンピュータ上で実行されるアプリケーションに相当する。また、情報処理端末は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やメモリ、ハード・ディスク装置（ＨＤＤ）のような外部記憶装置、ディスプレイやキーボード／マウスなどのユーザ・インターフェースを備えている。そして、情報処理端末は、オペレーティング・システム（ＯＳ）が用意する実行環境下で、さまざまなアプリケーション・プログラムを実行して、ユーザに処理サービスを提供することができる。アプリケーションによる処理結果は、例えば、ディスプレイ上で画面表示される。
また、情報処理端末は、ネットワーク・インターフェース（ＮＩＣ）を装備してＬＡＮやインターネットなどの外部ネットワークに接続することができる。あるいは、携帯電話機を接続することによって、電話網を介してネットワークに接続することができる。アプリケーション部７０として動作する情報処理端末は、情報提供サーバ（ＷＷＷサーバ）やデータベース・サーバなど、ネットワーク上の各種の情報資源にアクセスすることができる。
このような場合、アプリケーション部７０は、デジタル・カメラから入力される撮影（シーン）画像に対して、光学信号から復号されたデータを基に取得されたコンピュータ画像を重畳した合成画像を表示したりすることができる。例えば、送信機２０を搭載した実世界オブジェクトに関連した情報をネットワーク経由でダウンロードして、シーン画像上の光学信号の検出位置にダウンロード情報を７．５ｆｐｓで合成表示することにより、実世界オブジェクトの実世界状況に応じたサービスを提供することができる。例えば、室内の家具や電化製品、インテリア、あるいは建物やその他の屋外の事物を撮影したシーン映像の上に、製品仕様や取扱い説明、納期、広告コンテンツなどを重畳するという現実空間を拡張した仮想画像を提供することができる。
このようなアプリケーション部７０の機能は、空間解像度を持つ光学信号を受信する受信機側において、光学信号によって伝送されるデータと、光学信号から得られる空間的位置や姿勢などの送信元の実世界状況に応じたサービスを行なうコンピュータ処理によって実現される。アプリケーション部７０によって提供されるデータ通信システム１０の応用例については後述に譲る。
Ｃ．データ通信システムの特性
ここでは、本実施形態に係るデータ通信システム１００のデータ伝送特性について評価してみる。
（１）距離特性
近距離や屋内用に１つのＬＥＤを点滅させる小型の送信機と、遠距離用に１２個のＬＥＤをマトリックス状に配設した大型の送信機を利用した場合の距離特性について考察してみる。
普通の明るさの照明環境の屋内では、受信機は、小型の送信機を５メートルの距離では充分に認識することができる。また、１０メートルの距離でも、ＬＥＤの指向性を考慮して小型の送信機を受信機に向ければ、光学信号を認識することができる。１５メートル程度離れると、ＬＥＤが１画素でしか撮像されないため認識が困難となり、１画素で撮像された場合は認識できるが、２画素以上にまたがって撮像されると認識されなくなる。一方、大型の送信機は、光量が強いだけでなく光源が大きくなるので、２０メートルの距離でも受信機は問題なく光学信号を認識することができる。
また、晴天の障害物のない屋外では，カメラ・モードの映像が受光素子のサチュレーションを起こすほど明るいというケースもあり得るが、小型の送信機を５メートル、大型の送信機を１０メートルの距離だけ離しても、受信機は光学信号を充分に認識することができる。
このように、送信機が送出する光量は、人の目で点灯と消灯が判断可能な程度であれば受信機は認識することができる。送信機からの光学信号を遠距離で認識するためには光量を強くする必要があるが、それよりも光源を大きくして長距離からでも複数画素で撮像できるようにすることが重要である。
以上より、屋内ではパイロット・ランプやＬＥＤ照明が、屋外ではさらに看板の照明や信号機といったものが光学信号の送信機として機能することができる、という点を理解されたい。
（２）対外乱光特性
次いで、本実施形態に係るデータ通信システム１０による光学信号のデータ伝送が外乱光によりどの程度の影響を受けるかについて考察してみる。
ロバストなデータ伝送を行なうためには、受信機５０側の受光部の視界に存在するノイズとなる光の影響を排除する必要がある。実世界では、赤外線リモコンや蛍光灯、太陽光など、点灯や点滅するさまざまなノイズ源がある。例えば赤外線リモコンがインバータ蛍光灯で誤動作することは有名である。
光通信を行なう場合、受信機側では、ある一定のエリアから到来する光をすべて受光してデータを復調する（図１７）。受信機の受光センサは視界にあるすべての信号とノイズとを重畳させた信号を受信する。そして、ノイズ源による影響を防ぐために、波長フィルタ、周波数フィルタなどが受光素子に接続されている。受光センサの視界に送信機以外のノイズ源が存在する場合、これらのフィルタを用いてノイズを取り除き、送信機からの希望信号のみを受信する。
しかしながら、この手法だけでは、波長や周波数などをあらかじめ決定しておく必要があり、柔軟な通信が阻害されてしまう。変更可能なフィルタ回路を内蔵すると回路規模が大きくなってしまう。また、送信機２０と同じ波長、周波数のノイズや他の送信機からの干渉信号が存在した場合には、受信機５０は通信ができなくなってしまう。さらに、イメージ・センサの視界に複数の送信機がある場合、それぞれのデータを分離することが難しく、送信機がお互いにノイズとして働く場合もある。また、ノイズ源が非常に強力な光を発する場合、送信機２０からの信号とノイズとのＳ／Ｎが非常に悪くなり、正しくデータを受信することができなくなる。
受信機５０の受光センサとして１画素のフォトダイオードを利用する手法では、環境に存在するノイズに対してロバストな通信が行なえない。これに対し、本実施形態に係るデータ通信システム１０は、高速に点滅する光源である送信機２０と、送信機の点滅パターンを全画素でデコードするイメージ・センサを持つ受信機５０から構成されており（図１を参照のこと）、ノイズに対してロバストな光通信を行なうことができる。赤外線リモコンに喩えてみれば、送信機２０は赤外線リモコンの送信機であるが、受信機５０はリモコン受信機をアレイ状に配置したアレイ・センサである。
受信機５０では、アレイ状のイメージ・センサ各画素で独立にデータを受信するため、ノイズ影響されにくい特性を持つ。具体的には、以下に示す２つの特徴を持つ。
▲１▼２次元受光面の全画素で独立に信号を受光するので、信号源とノイズ源とを異なる画素で受光することができ、受光位置に応じて希望信号をノイズから分離して正しく受信可能となる。
▲２▼次元受光面の全画素で独立に信号を受光するので、１つの信号源を受信する際に、近接した複数の画素で受信することができる。したがって、ノイズによりある画素が影響を受けても、残りの画素で希望信号を正しく受信し復号することができる。
例えば、受信機５０の視界に送信機２０の光源Ｓと、２つのノイズ源Ｎ１並びにＮ２が存在したとする（図１８を参照のこと）。３次元空間に配置されたこれらの光源Ｓ、Ｎ１、Ｎ２は、それぞれ受信機５０の２次元受光面へ射影され、２次元受光面上では空間上の位置に応じた受光位置ｓ、ｎ１、ｎ２にそれぞれ結像されるとする。このとき、３つの光源Ｓ、Ｎ１、Ｎ２が受信機５０の同じ視線方向上に並んでいない場合、２次元受光面上ではそれぞれ異なる点ｓ、ｎ１、ｎ２に結像される（図１９を参照のこと）。すなわち、各光源Ｓ、Ｎ１、Ｎ２は、２次元受光面上のそれぞれ異なる点ｓ、ｎ１、ｎ２をそれぞれ中心とした受光素子群によって受光される。
送信機２０の発信する情報Ｓを受信する２次元受光面上の点ｓの周囲にある画素では、ノイズ源Ｎ１及びＮ２による影響がほとんどなく、Ｓ／Ｎは高い。これは、送信機２０からの信号を受信する点ｓと、ノイズ源Ｎ１及びＮ２からのノイズを受信する点ｎ１及びｎ２が、２次元受光面では離間しており、互いに影響を与えないからである。点ｓにおいて、送信機２０の光源Ｓからの直接光とノイズ源Ｎ１及びＮ２からの間接光とを比較した場合、Ｓからの直接光の方が強力であり、より高いＳ／Ｎで受信することができる。
２次元受光面上における希望信号並びに千渉信号の結像点ｓ、ｎ１、ｎ２は、それぞれ異なる画素で受光することができればよく、まったく重なるのでなければ非常に近接していてもよい（図２０を参照のこと）。受信機２０で用いられるＣＭＯＳなどのイメージ・センサは、各画素がすべて独立に駆動して光学信号を受信することができるので、希望信号の結像点ｓを中心としたその周辺の複数の画素によって送信機２０からの光学信号Ｓを受信する。このとき、希望信号の結像点ｓとその他の干渉信号の結像点ｎ１、ｎ２が近接していたとしても、点ｓの周囲のすべての画素がノイズの影響を受けるのではなく、影響を受けない画素からの出力を用いることにより、送信機２０からの希望信号Ｓを正しく受信可能である。
一般に、アレイ状に配置されたイメージ・センサ各画素の視野角は小さい。送信機２０からの光学信号を受光した画素のうち、ノイズ源と重なって受光したもののみがノイズの影響を受け、他の画素は影響を受けず正しく受信することが可能である。したがって、本実施形態に係るデータ通信システム１０によれば、受信機５０はノイズに強く、さまざまな外乱のある実環境でも十分実用に耐え得ると思料される。
図１８〜図２０では、説明の便宜上、送信機とノイズ源の個数を限定したが、任意の数で成立することは言うまでもない。また、各光源の空間的な位置関係も、さまざまな組み合わせで成立する。
なお、通信を妨害する意図のある光源のみがノイズ源となるのではなく、例えば、ある受信機宛てにデータ送信する送信機からの光学信号は、他の受信機にとってはノイズ源として働く。このためノイズ源を他の送信機と読み替えても、同様に空間分解能を持ったロバストなデータ伝送を実現することができる。
ここで、ノイズ源として、点滅光を照射する赤外線リモコンと、点灯光を照射するレーザ・ポインタを例にとって、本実施形態に係るデータ通信システム１０の耐外乱光特性について考察してみる。
１つのＬＥＤからなる小型の送信機２０と受信機５０を２メートル離して設置し、この送信機２０の後方からノイズ源としての赤外線リモコンを受信機に向かって照射してみた。この結果、受光部であるイメージ・センサでは、送信機からの光学信号を認識可能な画素数は若干減少するものの、送信データの認識自体は充分可能である。
また、１つのＬＥＤからなる小型の送信機２０と受信機５０を２メートル離して設置し、この送信機２０の後方からノイズ源としてのレーザ・ポインタを受信機に向かって照射してみた。この場合、受光部であるイメージ・センサでは、レーザ光の影響を受けずに送信データの認識自体は充分可能である。
受信機５０は、イメージ・センサの各画素が送信機２０から送信される光学信号を受信しているので、ノイズ源と光学信号が重なった画素のみがノイズの影響を受け、他の画素は影響を受けずに認識可能である。また、各画素の明るさの変化を検出しているので、ノイズ源によって明度が全体的に変化しても、点滅パターンは変化しないことからノイズと分離して検出することができる。
さらに、送信機２０から受信機５０に到来する直接光と、ノイズ源が光学信号を照らす間接光とでは、直接光である光学信号の方が強力であり、光学信号の点滅パターンのみを分離して認識することができる。すなわち、本実施形態に係るデータ通信システム１０は、ノイズに強いデータ伝送が可能であり、さまざまな外乱のある実環境でも実用に耐え得る。
Ｄ．データ通信システムの応用
Ｄ−１．ワイドレンジな光通信
本実施形態に係るデータ通信システム１０は、基本的には「見る」というワイドレンジな行為を利用した伝送方式である。また、光を媒体として情報通信を行う際に、ダイナミックレンジを大きくすることが好ましい。
例えば光通信を行う従来手法である赤外線リモコンでは、送信機は赤外を発光する赤外光ＬＥＤをあるデータ列に対応したパターンで点滅させることで情報を発信する。また、受信機は、１画素のフォトダイオードがセンサとして働き、ある一定のエリアからくる光をすべて積算して受光し、データを復調する。
赤外線リモコンを長距離から利用する場合、送信機側の発信出力を上げればよい。しかしながら、出力の強い光源を受信機に対して近距離からデータを発信した場合、受信機に届く信号の強度が強過ぎるとサチレーション（フォトダイオードの飽和状態）を起こしてしまい、正しく受信できないため、データ通信が不可能となる。このように、従来では強度の強い信号を近距離で受信するのは困難である。
これに対し、本実施形態に係るデータ通信システム１０は、高速に点滅する光源である送信機２０と、この送信機５０の点滅パターンを全画素でデコードする受信機５０から構成される。赤外線リモコンに例えてみれば、送信機２０は赤外線リモコンの送信機であり、受信機５０はリモコン受信機をアレイ状に配置したアレイ・センサである。
受信機５０は、アレイ状に構成されたイメージ・センサの各画素で独立にデータを受信し、空間的分解能を持つという特徴を利用して、ダイナミックレンジの大きな光通信を実現することができる。
例えば図２１に示すように、受信機５０の視界に送信機Ｓが存在したとする。３次元空間に配置された光源Ｓは、受信機５０が持つ２次元受光面へ射影されて、点ｓで結像される。仮に、送信機Ｓの光源がある半径を持つ球形であったとすると、図２２に示すように送信機Ｓは２次元受光面上で点ｓを中心とした複数の受光画素群によって同時に受光される。
このように２次元受光面上で光源Ｓの像が面積を持つ場合には、送信機２０の空間的位置を割り出すためには、受光エリアの中から特定の点を決定する必要がある。例えば、複数の受光ブロックで受信したエリアの重心などを求めて、これを２次元受光面上で送信機２０を認識した座標に決定することができる。
図２３には、複数の受光ブロックで受信したエリアから重心を求めるための処理手順をフローチャートの形式で示している。
まず、デコード・モード下でデータ収集部６０が２次元受光面の全画素からのデータ収集処理を行なう（ステップＳ８１）。
次いで、Ｍ画素の受光ブロックによって受信されたデータ（ＩＤ）とその座標の組（ｎ組）をメモリに保存する（ステップＳ８２）。
次いで、ｎ組のペアを、それぞれ同じＩＤのグループに振り分ける（ステップＳ８３）。この結果、ｍ個のグループができたとする。
次いで、このｍ個のグループのそれぞれに対し、２次元受光面における座標の平均を計算して、重心を求める（ステップＳ８４）。そして、このｍ個のＩＤと重心の組をメモリに保存する（ステップＳ８５）。
ここで、送信機２０の光源Ｓの信号出力は、遠隔通信を想定した充分強力な出力であるとする。このような場合、近隣でこの光学信号を受信する受信機５０の２次元受光面では少なくとも一部の受光画素がサチレーションを起こすことになる。
本実施形態では、受信機５０は、２次元受光面上の全画素で独立にデータを受信可能であり、空間的分解能を持つ。したがって、図２２に示したように強力な光源Ｓから光学信号を受信したときには、その２次元受光面上の受光画素を、以下に示す３種類の領域に分割することができる（図２４を参照のこと）。
（１）送信機からの受光信号が強力過ぎて、受光画素がサチレーションを起こしてしまう領域。
（２）送信機からの信号強度が受光画素に対して必要十分な強度であり、信号受信が可能な領域。
（３）送信機からの信号が微弱で、受光画素が信号を受信できない領域。
このように３つの領域に分割される理由を以下に説明する。
領域（１）でサチレーションを起こしてしまうのは、信号強度が強力だからである。また、領域（３）で信号を受信できないのは、その領域にある受光画素が送信機からの信号を十分な強度で受信できないためである。
例えば球形をなす光源Ｓは、球の内部だけが光り、その外部は光っていない。つまり送信機２０はあるエッジを持った発光体であるとみなすことができる。このエッジは、２次元受光面上では領域（２）として射影される。この領域（２）は、図示の通り領域（１）と領域（３）の間、すなわち、明る過ぎる領域と暗過ぎる領域の間に位置する。すなわち、領域（２）にある受光画素は受信にちょうどよい強度の信号を受光していることになる。
サチレーションを起している受光素子からの出力データは信頼性がない。したがって、受信機５０側では、２次元受光面において図２４に示すような現象が発生した場合には、サチレーションを起こしている受光ブロックをデータ収集の対象から除きデータ処理を行なう。また、送信機２０の光源の出力が強すぎてサチレーションを起こしてしまう場合であっても、信号強度が受信に丁度よいエリアにある受光ブロックは正しく受信可能であるから。このエリアの重心を求めることで、２次元受光面上で送信機を認識した座標を決定できる。この結果、ワイドレンジなデータ通信が可能となる。
図２５には、受信機５０側において、２次元受光面の中から受光信号の強度が丁度よいエリアを抽出して、そのエリアの重心を決定するための処理手順をフローチャートの形式で示している。
まず、デコード・モード下でデータ収集部６０が２次元受光面の全画素からのデータ収集処理を行なう（ステップＳ９１）。
次いで、Ｍ画素の受光ブロックによって受信されたデータ（ＩＤ）とその座標の組（ｎ組）をメモリに保存する（ステップＳ９２）。そして、メモリに保存されているデータの中から、サチレーションを起している受光ブロックからのデータを取り除く（ステップＳ９３）
次いで、ｎ組のペアを、それぞれ同じＩＤのグループに振り分ける（ステップＳ９４）。この結果、ｍ個のグループができたとする。
次いで、このｍ個のグループのそれぞれに対し、２次元受光面における座標の平均を計算して、重心を求める（ステップＳ９５）。そして、このｍ個のＩＤと重心の組をメモリに保存する（ステップＳ９６）。
このように、受信機５０は２次元受光面上の全画素で独立にデータを受信可能であるので、非常に強力な光を発光する送信機２０から発信される情報を受信可能であり、非常にダイナミックレンジの大きな光通信が可能である。
なお、上記では説明の便宜上、送信機２０の形状と個数などを限定したが、任意の値でよい。また、送信機２０と受信機５０間の幾何学的な関係も、さまざまな組み合わせで上述と同様の効果を得ることができる。
Ｄ−２．マルチチャネル伝送
勿論、１つの実世界オブジェクトに対して複数の発光部を搭載した送信機を構成してもよいし、あるいは、実世界上に複数の送信機を設置して、所定の受信機を目掛けて同時に光学信号を発してマルチチャネル伝送を行なうこともできる（後述）。
実世界上に複数の送信装置を配置して、１つの受信装置に向かって同時に光学信号の送信を行なうようにしてもよい。このような場合、前記受信装置側では、前記受光部が２以上の送信装置からの光学信号を同時に受光し、前記データ処理部は前記２次元受光面上の受光位置に応じて光学信号を分離し、前記アプリケーション部はデコードされた各送信データを前記２次元受光面上の受光位置に応じて分離して検出することができる。
すなわち、本実施形態に係るデータ通信システム１０によれば、受信機５０が受信した光学信号に対して空間的分解能を持つことから、複数の通信路を同時に確立して、ロバストなマルチチャネル伝送を実現することができる。
複数の通信路を同時に確立する手法として、例えば周波数分割方式が挙げられる。有線や電波、光通信などにおいて、各チャンネルに異なる周波数帯を割り当てることにより、物理的に１つの通信路に対して、理論的に複数の通信路を確立することができる。周波数分割方式の他にも、波長分割方式や時分割方式など、さまざまな方式が存在する。
これらの方式では、複数の送信機が存在したとき、互いに信号干渉が生じないように考慮しながら通信する必要がある。例えば、まったく同じ方式を用いて同時にデータを送信する２つの送信機は、受信機において１つに混同されてしまう。物理的に一つの通信路しか同時に確立できないという問題から起因する。
物理的に同時に複数の通信路を確立することができれば、複雑なアルゴリズムを用いて理論的に複数の通信路を確立する必要がなくなる。本実施形態に係るデータ通信システム１０では、受信機５０が持つ受信信号の空間分解能を利用して個の問題を解決する。この受信機５０によれば、アレイ状のイメージ・センサ各画素で独立にデータを受信するため、複数の送信機と通信するための通信路を同時に確立することができる。
図２６に示すように、受信機の視界に２台の送信機Ｓ１及びＳ２と、１つのノイズ源Ｎ１が存在したとする。３次元空間に配置された各光源Ｓ１、Ｓ２、及びＮ１は、受信機５０の２次元受光面へ射影され、２次元受光面上の点ｓ１、ｓ２、及びｎ１にそれぞれ結像される。各光源Ｓ１、Ｓ２、Ｎ１が受信機５０のある視線上に並んでいない場合には、図２７に示すように、これらの光源は２次元受光面上ではそれぞれ異なる点ｓ１、ｓ２、ｎ１に結像される。すなわち、光源Ｓ１、Ｓ２、及びＮ１はそれぞれ、２次元受光面上の点ｓ１、ｓ２、ｎ１を中心とした複数の受光素子によって受光される。したがって、各光源Ｓ１、Ｓ２、Ｎ１からの信号について受信エリア毎に重心を求めて、各エリア毎に受信信号をデコードすることによって、ロバストなマルチチャネル伝送を実現することができる。
図２８には、受信機５０側において、２次元受光面の中から複数の受光信号の受信エリアの重心を決定して、マルチチャネル伝送を行なうための処理手順をフローチャートの形式で示している。
まず、デコード・モード下でデータ収集部６０が２次元受光面の全画素からのデータ収集処理を行なう（ステップＳ１０１）。
次いで、Ｍ画素の受光ブロックによって受信されたデータ（ＩＤ）とその座標の組（ｎ組）をメモリに保存する（ステップＳ１０２）。
次いで、ｎ組のペアを、それぞれ同じＩＤのグループに振り分ける（ステップＳ１０３）。この結果、ｍ個のグループができたとする。
次いで、このｍ個のグループのそれぞれに対し、２次元受光面における座標の平均を計算して、重心を求める（ステップＳ１０４）。そして、このｍ個のＩＤと重心の組をメモリに保存する（ステップＳ１０５）。
そして、ｍ個の送信機から送られてきた各データを、それぞれ独立に受信処理して、ｍ個のデータと座標の組［ＩＤ，重心］として認識する（ステップＳ１０６）。この結果、ｍチャネルの通信路が確立できたことになる。
送信機Ｓ１の発信する情報を受信する２次元受光面上の点ｓ１の周囲にある画素では、他の送信機Ｓ２とノイズ源Ｎ１による影響がほとんどなく、Ｓ／Ｎは高い。これは、受信機Ｓ１からの信号を受信する点ｓ１と、送信機Ｓ２とノイズ源Ｎ１からの光を受信する点ｓ２並びにｎ１が、２次元受光面では離間しており、互いに影響を与えないからである。点ｓ１において、送信機Ｓ１からの直接光と他の光源Ｓ２、Ｎ１からの間接光とを比較した場合、Ｓ１からの直接光の方が強力であり、Ｓ１からの信号を高いＳ／Ｎで受信することが可能である。
２次元受光面上の点ｓ１、ｓ２、ｎ１は、それぞれ異なる画素であればよい。したがって、まったく重なるのでなければ、図２９に示すように非常に近接していても正しく受信することができる。本実施形態に係る受信機５０は、２次元受光面の各画素がすべて独立にデータを受信することができるので、点ｓ１周辺の複数の画素が送信機Ｓ１からの信号を受信する。また、点ｓ１と点ｓ２並びにｎ１が近接していても、点ｓ１の周囲の画素全てが影響を受けるのではなく（これらを取り除いて）、影響を受けない画素からの出力を基に送信機Ｓ１からの信号を正しく受信することができる。
また、送信機Ｓ１と同様に、他の送信機Ｓ２に関しても同じことが言える。すなわち、２次元受光面で受信することにより、受信機５０は、２つの送信機Ｓ１とＳ２の両方と同時に通信路を確立することができる。これは、アレイ状に配置されたセンサ各画素の視野角は小さく、高い空間分解能を持つことから、複数の送信機が存在しても、お互いに影響を与えることなくそれぞれの光学信号を取り出すことができることに依拠する。
複数の送信機と同時に送信機と同数の通信路を確立した後、周波数分割方式など他の方式と組み合わせることで、それぞれに対して理論的に複数の通信路を確立してもよい。
また、図２６に示す２台の送信機Ｓ１、Ｓ２が物理的に違う装置である必要はない。例えば、受信機５０から見て十分識別可能に空間的位置をずらした複数の光源を配置した物理的に単一の送信機との間で、同時に複数の通信路を確立するようにしてもよい。
なお、上記では、説明の便宜上、送信機とノイズ源の個数を限定したが、任意の数でも同様の効果が得られることは言うまでもない。また、受信機と各光源との幾何学的な関係も、上述した以外のさまざまな組み合わせでも同様の効果が得られる。
Ｄ−３．双方向通信
図１に示したような送信機２０及び受信機５０の双方の機能を搭載したデータ通信装置同士は、点滅パターンなどに符号化された光学信号を用いた双方向通信を行なうことができる（図３０を参照のこと）。
双方向通信は、光通信に限らず通信では必要不可欠な基本機能である。例えばユニットがデータを受信したことをデータ送信元のユニットに示す「ＡＣＫ（確認応答）を返す」ことが可能となり、パケットの再送といったことが可能となる。これ以外にも、さまざまな用途が考えられるが、双方向通信により可能となる既存の通信技術はすべて適用可能である。
Ｅ．拡張現実システムへの適用例
本実施形態に係るデータ通信システム１００によれば、送信機からのＬＥＤの点滅パターンの発光など光学信号を利用した距離にロバストなデータ伝送方式を提供することができる。さらに、受信機側では２次元イメージ・センサを利用して光学信号を受信処理することから、単に光学信号を受信して送信データを取得できるだけでなく、２次元受光面上での光学信号の受光位置を検出することにより送信機を搭載した実世界オブジェクトの空間的位置や姿勢などの実世界状況を得ることができる。したがって、受信機側のアプリケーション部７０においては、実世界状況に基づくさまざまな拡張現実サービスを提供することができる。以下では、本実施形態に係るデータ通信システム１００の拡張現実システムへの幾つかの適用例について説明する。
Ｅ−１．応用例１（ビデオ・オーバーレイ）拡張現実システム
ＬＥＤを光源とする送信機２０が、実空間上の看板や照明、ビルのランプ、信号機などに設置されている。ユーザは、受信機５０が搭載された（あるいは接続された）ＰＤＡなどの情報端末でレストランの看板を見ると、送信機２０から発信されるレストランのオブジェクトＩＤを取得することができる。さらに、このオブジェクトＩＤをデータベースで検索することにより、レストランのメニューなどの情報を取り出して、ＰＤＡの画面上に表示することができる。
また、カメラ付きＰＤＡで目の前の映画のポスターを眺めると、ポスターの近傍に設置されている送信機２０から映画のＩＤ情報を取得し、このＩＤ情報に基づいてデータベース検索することにより、映画の予告編動画を取り出して、ＰＤＡの画面に表示出力する。あるいは、ＰＤＡがスタンドアロンで動作しているときには、ＩＤ情報をそのまま画面に表示するようにしてもよい。
また、カメラ付きＰＤＡで遠くのビルや架橋などの建造物を眺めると、これら建造物に取り付けられたランプの点滅によって建造物のＩＤ情報を抽出して、このＩＤ情報に基づいてデータベースを検索することにより、建造物又はその近所で催されるイベント情報を取り出して、ＰＤＡの画面に表示出力する。あるいは、ＰＤＡがスタンドアロンで動作しているときには、ＩＤ情報をそのまま画面に表示するようにしてもよい。
画像を出力する形態としては、デコード・モードで取得したＩＤ情報やＩＤ情報を基に取り出された情報コンテンツだけを画面表示してもよいし、あるいは、画像モードで撮影したオブジェクト（看板やポスター、建造物など）の画像にこの種のオブジェクト関連情報をオーバーレイ表示させるようにしてもよい。
カメラから得られた映像の上に、認識したＩＤ情報に従って生成されたメッセージ（テキストやグラフィックス）を重ねた画像を合成する拡張現実感システムとして、例えば”ＮａｖｉＣａｍ”が知られている（ＮａｖｉＣａｍに関しては、例えば、Ｊｕｎ  Ｒｅｋｉｍｏｔｏ及びＫａｔａｓｈｉ  Ｎａｇａｏ共著の論文”Ｔｈｅ  ｗｏｒｌｄ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｔｈｅ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ａｕｇｍｅｎｔｅｄ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ｒｅａｌ  ｗｏｒｌｄ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ”（Ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＡＣＭ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｏｆｔｗａｒｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＵＩＳＴ’９５），ｐｐ．２９−３６，１９９５）を参照のこと）。
例えば、壁にかけられたカレンダーの前にＮａｖｉＣａｍを差し出すと、ディスプレイにはカレンダーの映像の上にデータベースから得られたスケジュール情報がスーパーインポーズされる。これは、虫めがねのメタファーを利用した情報アクセスと言える。ＮａｖｉＣａｍは実世界の対象を「情報的に」拡大して表示することができる。
本実施形態に係るデータ通信システム１０をＮａｖｉＣａｍに適用するためには、受信機５０がデコード・モード以外に画像モードで動作することが可能であるとともに、受信機５０がＰＤＡなどの表示画面（又はビューファインダ）を装備した情報機器に搭載され又は接続されている必要がある。また、受信機５０内のアプリケーション部７０は、デコード・モードで取得したオブジェクトのＩＤ情報からオブジェクトに関連する情報コンテンツを取り出すために、データベースを備えているか、又は、外部データベースにアクセスするためにネットワーク接続機能を備えていることが好ましい。
図３１には、本実施形態に係るデータ通信システム１０をＮａｖｉＣａｍに適用した様子を示している。同図に示すように、受信機５０が画像モード下で撮影した実写映像の上に、デコード・モード下で取得されたオブジェクトのＩＤ情報、あるいはこのＩＤ情報を基に検索された情報がオーバーレイ表示される、
この場合、オブジェクトの絶対位置が不明であっても、カメラの光学系と位置戦さの視野が一致していれば、見えている映像のＩＤ（すなわち送信機２０）の位置に情報をオーバーレイ表示することができる。図３１に示したように、現実の映像に、仮想的な情報（例えば広告や掲示板など）を重ねて表示させることができる。
点滅パターンなどの光学信号を発する送信機２０の光源として、前述したＬＥＤ以外にも、ビルのパイロット・ランプや看板のネオンサイン、信号灯、車のランプ、街角の照明灯などを利用することができる。
受信機５０がＮａｖｉＣａｍとして動作するとき、デコード・モード下では、送信機２０からの点滅パターンをデコードして、オブジェクトのＩＤ情報を取得するとともに、２次元受光面で点滅パターンを検出した画素の位置情報を取得する。
まず、ＩＤ情報を基にデータベースを検索する。データベースは、受信機５０内に装備されていても、無線などのネットワーク経由でアクセスされる外部データベースであってもよい。
さらに、２次元受光面での点滅パターンの位置情報を基に、データベース検索されたデータを、カメラ・モード下で撮影された画像フレーム内で点滅パターンを検出した場所にオーバーレイ表示する。
図３２には、受信機５０がＮａｖｉＣａｍとして動作するための処理手順をフローチャートの形式で示している。この処理手順は、例えば、アプリケーション部７０が所定のプログラム・コードを実行するという形態で実現される。以下、このフローチャートを参照しながら、ＮａｖｉＣａｍとしての動作について説明する。
まず、受信機５０は、画像モードで動作する。すなわち、各受光ブロック５１−１，…，５１−Ｍが図１２に示す処理手順に従い、画像モードで明るさに応じた受光データを取得するとともに、データ処理部６０は図１６に示したような処理手順に従い、実写映像を取得する（ステップＳ１１１）。この結果、データ収集部６０内のフレームメモリ６４には、Ｍ×Ｔビットの画像フレームからなる静止画像（又は動画像）が蓄積される。
アプリケーション部７０では、まず、Ｍ（＝ｎ×ｍ）画素の受光ブロック５１−１，…，５１−Ｍによって生成された明るさに応じた画像をディスプレイ上に表示する（ステップＳ１１２）。
次いで、受信機５０は、デコード・モードで動作する。すなわち、各受光ブロック５１−１，…，５１−Ｍが図１１に示す処理手順に従って動作して、オブジェクトの近傍に設置された送信機２０から発された点滅パターン（光ビーコン）が結像された位置にある受光ブロックにおいて、検出された点滅パターンに相当する送信データが蓄積される。また、データ処理部６０は、図１４に示したような処理手順に従って動作して、受信したＮビット送信データと受光ブロックのアドレス（すなわち２次元受光面上の位置）の組を取得する（ステップＳ１１３）。この結果、データ収集部６０内の転送データ処理用メモリ６３には、送信機２０から送られてきたＮビット長の送信データ（ペイロード）が蓄積される。
アプリケーション部７０では、データ収集部６０によって収集されたＮビット送信データと受光ブロックのアドレス（すなわち２次元受光面上の位置）の組合せを、自分の作業メモリに一旦保存する（ステップＳ１１４）。
Ｎビットの送信データは、例えば、撮影したオブジェクトのＩＤ情報などである。また、収集された送信データの個数ｋは、画像フレーム内で撮影された送信機すなわちオブジェクトの個数に相当し、その受光ブロックのアドレスは、２次元受光面すなわち画像フレーム内においてオブジェクトが映し出された場所に相当する。
次いで、このｋ組のデータを、それぞれ同じＩＤのグループに分ける（ステップＳ１１５）。ここでは、仮にｐ個のグループに分けられたとする。
これらｐ個の各グループについて、２次元受光面すなわち画像フレーム内における座標の平均を計算して、それぞれの重心位置を求めて（ステップＳ１１６）、ＩＤと計算された重心座標とを組にして、作業メモリに一旦保存する（ステップＳ１１７）。
次いで、データ組を指定するためのインデックス変数ｉを０に初期化した後（ステップＳ１１８）、ｐ組のうちｉ番目のデータ組のＩＤをデータベースで検索して、ｉ番目のＩＤに相当するオブジェクトのために表示すべきデータを取り出して、作業メモリに一旦保存する（ステップＳ１１９）。
次いで、このｉ番目のオブジェクトのために表示すべきデータを取り出して、ディスプレイ画面上のその重心座標に表示する（ステップＳ１２０）。
次いで、インデックスｉを１だけインクリメントして（ステップＳ１２１）、ｉがｐに到達したか否かをチェックする（ステップＳ１２２）。
ｉがｐに未だ到達していない場合には、未処理のオブジェクトが残っていることになるので、ステップＳ１１９に戻って、上述したような表示データの検索並びに重心位置への表示処理を繰り返し実行する。
また、ｉがｐに到達した場合には、送信データを受信したすべてのオブジェクトについて表示処理が終了したことになる。したがって、ディスプレイ画面上には、画像モードで撮影したカメラ映像と、その中に含まれるオブジェクトから送信されたＩＤとその受光位置に応じた映像とがオーバーレイ表示されている（ステップＳ１２３）。
処理を未だ継続する場合には（ステップＳ１２４）、ステップＳ１１１に復帰して、上述と同じ処理を繰り返し実行する。
本実施形態に係るデータ通信システム１０によれば、受信機５０は、屋内外を問わずユビキタスに設置された光学信号を長距離から認識することができるので、実験室や美術館など特定の理想環境や記憶距離に限らず、さまざまな実環境でこのようなビデオ・オーバレイ型拡張現実システムを利用することができる。
本実施形態に係るデータ通信システム１０をこのような拡張現実感システムに応用する場合、光学信号に符号化して送信するデータを対応する電子情報へのＵＲＬなどに変換する必要があるが、例えばすべての送信データが１２８ビット程度のユニークＩＤを送信して、このユニークＩＤからＵＲＬに変換するサーバがネットワーク上で稼働しているという構成でもよい。
Ｅ−２．応用例２
自律移動ロボットや自動車の車庫入れ制御などの用途においては、移動する機体の位置を高精度に測定する必要がある。
本実施形態に係るデータ通信システムを適用すれば、作業空間上で位置が既知となっている複数の点に点滅パターン（光ビーコン）を発生する送信機を配置する。そして、ロボットや自動車などの機体上に受信機を搭載して、作業空間を撮影する。画像フレーム上の座標と作業空間上の点の組合せが一定数以上同時に分かる場合には、受信機すなわち機体の作業空間上の位置と傾き又は姿勢を計算することができる。
また、卓上など所定の作業平面上で小型ロボット同士がサッカーをするという大会がある（例えば、「ロボカップ（ＲｏｂｏＣｕｐ）」など）。このような場合、各ロボットの頭部や背中の上面に送信機を設置して点滅パターン（光ビーコン）によってロボット自身のＩＤ情報を送信するとともに、ゲームが行なわれるフィールド上空に受信機を設置することによって、システム側では各ロボットの位置や方向を簡単且つ高精度に認識することができる。例えば、各ロボットの位置やゲームのスコアや進捗状況を総合的に解析して、作戦（すなわち各ロボットに対するコマンド）を練ることができる。
勿論、ロボットや自動車などの機体上には、１台だけではなく複数台の受信機を装備してもよい。このような場合、ロボットは、広い視野で送信機を探索して自分の位置や傾きを測定することができる。すなわち、各送信機はランドマークとして作用する。
Ｅ−３応用例３
本実施形態に係るデータ通信システムの受信機をジャイロなどの回転センサと組み合わせて用いてもよい。
このような場合、まず、受信機で絶対座標と方向を決めた後、ジャイロで相対的な回転方向を追跡していくことで、受信機の画面から送信器がはみ出していても、回転運動に追従して送信機を捉えることができる。
Ｅ−４．応用例４
一般的なコンピュータにおいては、マウスやキーボードなどのユーザ入力装置と、ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ディスプレイ画面とからなるユーザ・インターフェースを基調とする。これに対し、”Ａｕｇｍｅｎｔａｂｌｅ  Ｒｅａｌｉｔｙ”とも呼ばれる実世界指向インターフェースにおいては、コンピュータの作業環境であるデスクトップが実世界に拡張され、室内の机や本、鉛筆、ビデオ・カセットなど実空間上のさまざまなオブジェクトをコンピュータへの入力手段として用いることができる。
このＡｕｇｍｅｎｔａｂｌｅ  Ｒｅａｌｉｔｙの手法の１つとして、”Ｄｉｇｉｔａｌ  ＰｏｓｔＩＴ”と呼ばれるものが挙げられる。通常のＰｏｓｉＩＴはペンで描いたメモを関係したオブジェクトに貼り付けることによって、後からオブジェクトを見たときに記憶をよみがえらせるために使用する。これに対し、Ｄｉｇｉｔａｌ  ＰｏｓｔＩＴは、紙のような物理的な媒体を利用せず、実世界上のオブジェクトとこれに関連するメモ書きなどのデータをデジタル的にリンクさせるとともに、デジタル的に再現させるものである。
本実施形態に係るデータ通信システムを、このＤｉｇｉｔａｌ  ＰｏｓｔＩＴに適用することができる。すなわち、受信機を使用することにより、各物理オブジェクトをさらに高精度で空間位置を測定することができるので、より細かい粒度で実世界上にデータを配置することができる。
Ｅ−５．応用例５
また、Ａｕｇｍｅｂｔａｂｌｅ  Ｒｅａｌｉｔｙの他の手法として、カメラで見ているものとのネットワーク接続を確立するというメタファーを与える”ｇａｚａ−ｌｉｎｋ”を挙げることができる。例えば、接続の対象物にＩＤに相当するビジュアル・マーカを貼設して置くことにより、カメラで撮像するだけで、対象物を識別して、接続を確立することができる。また、識別された機器との間で持続的な接続を実現する結果として、多くの機器が相互接続されたネットワーク環境下において、ユーザは各機器の名前などを気にすることなく、操作の対象を直感的に又は直接的に指定することができる。
本実施形態に係るデータ通信システムをｇａｚｅ−ｌｉｎｋに適用することにより、作業空間上に散在するオブジェクトをさらに高精度に測定して、対象となる機器を正確に特定することができる。また、ＬＥＤの点滅パターン（光ビーコン）を所定ビット長のデータとしてデコードするたけでオブジェクトを認識することができ、サイバーコードのようなビジュアル・マーカを識別する場合のような画像認識などの負荷の高い処理を必要としない。
なお、Ｇａｚｅ−ｌｉｎｋテクノロジに関しては、例えば本出願人に既に譲渡されている特開２００１−１４２８２５号公報に開示されている。
Ｅ−６．応用例６
ネットワークで接続された複数の受信機が、空間的位置が分かっている場所に設置した場合、ステレオ・マッチングを行うことで２台以上の受信機に撮像された送信機の空間的位置を計算することができる。
ステレオ処理を行なう場合、複数の受信機間で時間的な同期をとる必要がある。送信機から送信されるＩＤ情報などの点滅パターン（光ビーコン）を、時間とともにインクリメンタルに変化させることで、送信データ中にタイムコードを含ませることができる。同じＩＤ情報をデコードした瞬間は同じ時間であることが言える。これにより、受信機間で容易に同期をとることができる。
作業環境に受信機と送信機をそれぞれ複数設置することにより、ステレオ処理や射影変換による座標推定を用いて、送信機及び受信機間の相対位置を３次元的に測定することが可能である。
例えば、会議室の天井に受信機を設置することで、ＩｎｆｏＲｏｏｍなどの複合型情報環境での実世界オブジェクトの認識や位置認識検出を行なうことができる。（ＩｎｆｏＲｏｏｍに関しては、例えば暦本純一著の論文『ＩｎｆｏＲｏｏｍ：実世界に拡張された直接操作環境』（インタラクション２０００，ｐｐ．９−１６，２０００）などを参照されたい。）また、屋内外の自律移動ロボットや自動車車庫入れシステムなどでの位置認識システムとして利用可能である。
点滅する光源の位置を認識する研究として、例えば、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）や、高速カメラを用いてビーコンを識別する位置認識システム（例えば、Ｍ．Ｂａｊｕｒａ、Ｕ．Ｎｅｕｍａｎｎ共著の論文”Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  ｉｎ  Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ  Ｒｅａｌｉｔｙ  Ｓｙｓｔｅｍ”（ＶＲＡＩＳ’９５，ｐｐ．１８９−１９６，１９９５）やＰｈｏｅｎｉＸ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社の”Ｔｈｅ  Ｖｉｓｕａｌ  Ｅｙｅｓ  Ｓｙｓｔｅｍ”（ｈｔｔｐ：／／ｐｔｉｐｈｏｅｎｉｘ．ｃｏｍ）を参照されたい）などが知られている。しかしながら、これらの既存のシステムでは、ビーコンの点滅タイミングなどがシステム全体で同期している必要があり、ビーコンの設置に制限があるため、用途が限定されてしまう。また、システムと同期せずに点滅するビーコンを普通のカメラを用いて認識するシステム（例えば、Ｄ．Ｊ．Ｍｏｏｒｅ、Ｒ．Ｗａｎｔ、Ｂ．Ｌ．Ｈａｒｒｉｓｏｎ、Ａ．Ｇｕｊａｒ及びＫ．Ｆｉｓｈｋｉｎ共著の論文”Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ  Ｐｈｉｃｏｎｓ：Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｖｉｓｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ＩｎｆｒａＲｅｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｉｃｏｎｓ”（ＵＩＳＴ’９９，ｐｐ．６７−６８，１９９９）や、青木恒著の論文『カメラで読み取る赤外線タグとその応用』（インタラクティブシステムとソフトウェアＶＩＩＩ，ｐｐ．１３１−１３６，２０００）を参照されたい）では、３０Ｈｚという低速なサンプリングしか行なえず、認識速度が非常に低速で、移動体での利用ができない。
これに対し、本実施形態に係るデータ通信システム１０では、光学信号の点滅パターンと同期せずに独自のクロックで動作可能である。これにより、独立な複数の光学信号が１つの環境に同時に存在することが可能である。例えば、動作クロックを光学信号の点滅パターンと受信機の両方で倍にすることで、最高６０ｆｐｓで動作することができる。この程度の速度であれば、モーション・キャプチャなどの時間精度を必要とするタスクにも応用することができる。
送信機が移動している場合、受信機側では、イメージ・センサ上でその光学信号を受光する画素位置が移動する。隣接する複数の画素で受光したデータを統合することにより、移動中の送信機からの送信データを受信しデコードすることが可能となる。
Ｆ．送信側に接続されるセンサの値を伝送するシステムへの応用
送信側に接続されるセンサの検出値を伝送するシステムは、例えば、ユーザとコンピュータのインタラクションを行なう場合などに適用することができる。マウスなどのポインティング・デバイスを使ったコンピュータの入力システムなどがその代表例である。この種のシステムでは、例えば、手に保持するデバイスにセンサを搭載し、システムがそのセンサの位置と値の両方を認識することができれば、システム設計の自由度やシステムの使い勝手を向上させることができる。
この種のシステムにおいて、上述したような光源の点滅パターンなどからなる光学信号を利用してセンサの位置を認識する方法を適用すると、センサの値を電波などの別経路を使って伝送する必要がある。しかしながら、センサ値情報の伝送路と位置情報の伝送路というように複数の伝送路を設けることは、とりわけ小型のデバイスの設計上は好ましくない。
本発明によれば、小型の送信機を使用し、例えばデバイスのＩＤとセンサの値を組み合わせた信号を送信し、受信側でこの伝送情報を基にセンサの値とデバイスの位置の両方を認識することができる。このため、本発明を適用することにより、送信側に小型のデバイスを用いたとしても、容易にシステムを構築することができる。
以下では、送信側に接続されるセンサの検出値を伝送するシステムに本発明を適用した場合の構成例並びに応用例について説明する。
Ｆ−１．構成例１
図３３には、送信側に接続されるセンサの検出値を伝送するシステムの構成例を模式的に示している。同図に示す例では、送信機において、センサの値が制御部に読み込まれ、センサの値と送信機のＩＤを含むフォーマットのデータがエンコーダによりエンコードされ、光源からセンサの値と送信機のＩＤの情報を含む光学信号が受信機に向けて送信される。
ここで、送信機は、例えば光ビーコンとして構成することができる。この場合、例えば、光源に点滅するＬＥＤを用い、光源から出力される光学信号にセンサの値と送信機のＩＤを時系列の点滅パターンにエンコードしたものを用いることができる。
受信機では、送信機から送られてきた光学信号を、レンズで集光した後、受光素子で受光する。受光素子の動作は制御部によって制御されており、デコーダに受光データを送るようになっている。デコーダは、デコード処理により得られたセンサの値と送信機のＩＤのデータを外部接続されているパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）に転送する。ＰＣでは、デコーダからの入力データに基づき、センサの値と送信機の位置を求めることができる。
ここで、受信機には、２次元の受光面を持つもの、例えば、一般のデジタル・カメラなどで用いられている画像センサのように数百万画素の受光素子がアレイ状に並んだものなどを用いる。なお、受光素子に高速撮像が可能なＣＭＯＳイメージ・センサなどを用いて、受信機の時間解像度を高め、送信機の位置の検出精度を高めることが好ましい。
Ｆ−２．構成例２
図３４には、送信側に接続されるセンサの検出値を伝送するシステムについて他の構成例を模式的に示している。同図に示す例は、受信側の構成において、デコーダでの処理が図３３に構成例とは主に相違している（場合によっては、外部接続されているＰＣ側での処理も相違する）。
図３４に示す構成例において、送信機では、送信機自体のＩＤについての光学信号を送出する光源と、センサの値についての光学信号を送出する光源が別個に配設されている。一方の光源１は、制御部からエンコーダ１に送られエンコーダ１でエンコードされる送信機のＩＤに対応して光学信号を送出し、他方の光源２はこれとは同時並行して独立して駆動することが可能である。また、エンコーダ１とエンコーダ２における変調方式は、同じであってもよいが別々のものを適用することも可能である。
受信機において、レンズ、受光素子、制御部は、図３３において対応する各機能モジュールと同様の構成のものを適用することができる。デコーダについては、送信機側におけるエンコーダ１及びエンコーダ２においてそれぞれ採用されている変調方式の双方に対応可能であるものが用いられる。
なお、エンコーダ１とエンコーダ２に同一の変調方式を適用すれば、デコーダは単一の変調方式を装備するだけで十分であり、コスト並びに装置の小型化の面で有利である。また、これらが別々の変調方式を適用すれば、送信機のＩＤとセンサの値との識別が容易になる。
Ｆ−３．構成例３
図３５には、送信側に接続されるセンサの検出値を伝送するシステムについてのさらに他の構成例を模式的に示している。同図に示す例では、送信機側では、送信機自体のＩＤは伝送せず、センサの値のみを伝送する構成となっている。基本的に、図３３並びに図３４に示したシステム構成において、送信機のＩＤを伝送するための機能モジュールを取り除くことによって構成することができるので、ここではこれ以上説明しない。
Ｆ−４．具体的応用例
以下では、送信側に接続されるセンサの検出値を伝送するシステムについての具体的な応用例について説明する。
図３６には、送信側に接続されるセンサの検出値を伝送するシステムをマウス・ボタンに適用した応用例を模式的に示している。同図に示す応用例では、図３３〜図３５を参照しながら説明したシステム構成のいずれかに基づいて実装することができる。送信機側の送信データは、マウス・ボタン（左右）のオン／オフとマウスの固有ＩＤとを含んでいる。例えば、マウスＩＤが”１００”で、右ボタンがオフ（センサの値が０）、左ボタンがオン（センサの値が１）のとき、送信データはこれらをビット連結させて１０００１とすることができる。
また、送信側に接続されるセンサの検出値を伝送するシステムをジョグダイヤル搭載機器へ応用することもできる。この応用例も、図３３〜図３５を参照しながら説明したシステム構成のいずれかに基づいて実装することができる。この応用例（図示しない）では、例えば、ジョグの回転角度や相対回転方向をセンサの値とすることが可能であり、ジョグダイヤルの固有ＩＤとともに送出することができる。
さらに、送信側に接続されるセンサの検出値を伝送するシステムは、残量通知の可能なバッテリへ応用することも可能である。この応用例も、図３３〜図３５を参照しながら説明したシステム構成のいずれかに基づいて実装することができる。この応用例（図示しない）では、例えば、バッテリ残量を検出するセンサの値とバッテリ固有のＩＤを組み合わせて送信する構成である。例えば、バッテリＩＤが”１００”でバッテリ残量の指示値が１２０の場合には、送信データとしてこれらを連結した１００１２０として構成することが考えられる。また、この応用例では、バッテリ残量に応じて送信機のＩＤを変更することも可能である。例えば、バッテリが満充電状態でＩＤ＝１００とし、バッテリ残量がない状態でＩＤ＝１１０のようにしてもよい。
さらに、送信側に接続されるセンサの検出値を伝送するシステムを、認証デバイスを用いたシステムへ応用することができる。この応用例も、図３３〜図３５を参照しながら説明したシステム構成のいずれかに基づいて実装することができる。図３７には、この応用例の１つとして、個人認証型のワイヤレス・マウスを示している。同図に示す例では、ウェアラブル・キー（ＷｅａｒａｂｌｅＫｅｙ）を用いた認証が行なわれる。但し、図示しない認証センサがマウス側に配設されている。ウェアラブル・キーは、生態を伝送路に用いて個人ＩＤなどを通信することができる。図３７に示す例では、例えば、ウェアラブル・キーに格納された個人ＩＤが１００（すなわち、認証センサで検出される値）で、マウスＩＤが１２０であれば、これらを連結したものが送信データとして構成され、１００１２０に対応する光学信号がマウスの光源から発信されることになる。なお、この種のシステム応用例では、ウェアラブル・キーの認証センサ以外にも、ＲＦタグ、指紋や声紋などの生体情報、メモリカードなどの認証媒体を用いることができる。
さらに、送信側に接続されるセンサの検出値を伝送するシステムは、図３８に示すように、筋電位センサと組み合わせたシステムへも応用することができる。この応用例も、図３３〜図３５を参照しながら説明したシステム構成のいずれかに基づいて実装することができる。筋電位センサは、筋肉の作動で発生する筋電位を皮膚表面から抽出して計測することができ、これを用いると、被測定者がどれだけの力を出したいのかを計測することができる。送信側に接続されるセンサの検出値を伝送するシステムを筋電位センサと組み合わせることによって、例えば、手の握り具合などのジェスチャと送信デバイスの位置により、ＩＤＣａｍなどに接続された機器の制御を行なうことができる。
さらに、送信側に接続されるセンサの検出値を伝送するシステムを、図３９に示すように、動きセンサと組み合わせたシステムへも応用することができる。この応用例も、図３３〜図３５を参照しながら説明したシステム構成のいずれかに基づいて実装することができる。同図に示す例では、人の手の動きの検出によって得られる動きセンサの値を含む光学信号が光源から発信され、ＩＤＣａｍで受信する構成が採用されている。すなわち、大まかな位置をＩＤＣａｍで計測する一方、微小な動きを動きセンサで計測することにより、ＩＤＣａｍの解像度よりも細かいあるいは素早い動きを認識することができる。このため、ＩＤＣａｍの解像度を向上させたことと実質的に同様の効果を得ることができる。また、ＩＤＣａｍの撮像情報を基に、物を叩いたタイミングを認識することができる。また、ＩＤＣａｍの撮像情報から、動きセンサあるいは検出対象物の同じ位置での回転が判る。なお、動きセンサとしては、そのシステムの特性や用途に応じて、例えば、傾きセンサ、加速度センサ、速度センサ、磁気センサ、衝撃センサなどを用いることができる。
以上のように、本発明によれば、システム設計の自由度やシステムの使い勝手を維持したまま、送信側に接続されるセンサの値を受信機に容易に伝送可能なシステムを構築することができる。
追補
以上、特定の実施例を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈されるべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
［産業上の利用可能性］
本発明によれば、通信媒体では接続されていない実世界上のオブジェクトから情報を直接転送することができる、優れたデータ通信システム、データ送信装置、並びにデータ受信装置を提供することができる。
また、本発明によれば、機器ＩＤやネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、ＵＲＬなどの実世界上のオブジェクトに関連した情報、あるいはユーザの位置などの実世界状況などを有線又は無線ネットワークなどの通信媒体を用いずにオブジェクトから直接データ転送することができる、優れたデータ通信システム、データ送信装置、並びにデータ受信装置を提供することができる。
また、本発明によれば、目の前のオブジェクトから比較的遠くにあるオブジェクトに至るまで距離的にロバストなデータ転送が可能な、優れたデータ通信システム、データ送信装置、並びにデータ受信装置を提供することができる。
また、本発明によれば、通信媒体では接続されていない実世界上のオブジェクトからＩＤなどの情報を入手すると同時にオブジェクトの空間的な位置や姿勢などの実世界状況を認識することができる、優れたデータ通信システム、データ送信装置、並びにデータ受信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施形態に係るデータ通信システム１０の構成を模式的に示した図である。
図２は、受光ブロック５１−１，５１−２…が２次元マトリックス状に配置されて２次元受光面が構成される様子を示した図である。
図３は、送信機２０の内部構成を模式的に示した図である。
図４は、送信機２０からＬＥＤの点滅パターンとして送出されるデータ・フレームの構造を模式的に示した図である。
図５は、図３に示した送信機２０において、ＬＥＤの点滅によりデータ・フレームを送出するための処理手順を示したフローチャートである。
図６は、送信機２０が２個の発光ダイオードを装備したときのデータ通信システム１０の動作例を示した図である。
図７は、受信機５０における１つの受光ブロック５１の内部構成を模式的に示した図である。
図８は、画像モードとデコード・モードを使い、画像とＩＤをともにセンシングするためのシステム構成例を示した図である。
図９は、画像モードとデコード・モードを使い、画像とＩＤをともにセンシングするためのシステム構成例を示した図である。
図１０は、画像モードとデコード・モードを使い、画像とＩＤをともにセンシングするためのシステム構成例を示した図である。
図１１は、図７に示したような構成を持つ受光ブロック５１において画像モードとデコード・モードを交互に動作させてデータを受信するための処理手順を示したフローチャートである。
図１２は、画像モード時の受光ブロックの動作手順を示したフローチャートである。
図１３は、データ収集部６０の内部構成を模式的に示した図である。
図１４は、デコード・モード下においてデータ収集部６０が実行する処理手順を示したフローチャートである。
図１５は、送信機２０の空間的位置に応じて２次元受光面上で送信機２０の光源が撮影される画素（受光ブロック）の場所が変化する様子を示した図である。
図１６は、画像モード下においてデータ収集部６０が実行する処理手順を示したフローチャートである。
図１７は、本発明の一実施形態に係るデータ通信システム１０の対外乱光特性を説明するための図である。
図１８は、本発明の一実施形態に係るデータ通信システム１０の対外乱光特性を説明するための図である。
図１９は、本発明の一実施形態に係るデータ通信システム１０の対外乱光特性を説明するための図である。
図２０は、本発明の一実施形態に係るデータ通信システム１０の対外乱光特性を説明するための図である。
図２１は、本発明の一実施形態に係るデータ通信システム１０によるワイド・レンジなデータ通信動作を説明するための図である。
図２２は、本発明の一実施形態に係るデータ通信システム１０によるワイド・レンジなデータ通信動作を説明するための図である。
図２３は、本発明の一実施形態に係るデータ通信システム１０によるワイド・レンジなデータ通信動作を説明するための図である。
図２４は、本発明の一実施形態に係るデータ通信システム１０によるワイド・レンジなデータ通信動作を説明するための図である。
図２５は、本発明の一実施形態に係るデータ通信システム１０によるワイド・レンジなデータ通信動作を説明するための図である。
図２６は、本発明の一実施形態に係るデータ通信システム１０によるマルチチャネル伝送を説明するための図である。
図２７は、本発明の一実施形態に係るデータ通信システム１０によるマルチチャネル伝送を説明するための図である。
図２８は、本発明の一実施形態に係るデータ通信システム１０によるマルチチャネル伝送を説明するための図である。
図２９は、本発明の一実施形態に係るデータ通信システム１０によるマルチチャネル伝送を説明するための図である。
図３０は、本発明の一実施形態に係るデータ通信方式を利用した双方向通信を説明するための図である。
図３１は、本発明の一実施形態に係るデータ通信システム１０をＮａｖｉＣａｍに適用した様子を示した図である。
図３２は、受信機５０がＮａｖｉＣａｍとして動作するための処理手順を示したフローチャートである。
図３３は、送信側に接続されるセンサの検出値を伝送するシステムの構成例を示した図である。
図３４は、送信側に接続されるセンサの検出値を伝送するシステムについての他の構成例を示した図である。
図３５は、送信側に接続されるセンサの検出値を伝送するシステムについてのさらに他の構成例を模式的に示した図である。
図３６は、送信側に接続されるセンサの検出値を伝送するシステムをマウス・ボタンに適用した応用例を模式的に示した図である。
図３７は、送信側に接続されるセンサの検出値を伝送するシステムを、認証デバイスを用いたシステムへ応用した例を模式的に示した図である。
図３８は、送信側に接続されるセンサの検出値を伝送するシステムを筋電位センサと組み合わせたシステムに応用した例を模式的に示した図である。
図３９は、送信側に接続されるセンサの検出値を伝送するシステムを動きセンサと組み合わせたシステムに応用した例を模式的に示した図である。
【図１】
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【図２】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
2003036829.tif 000037
【図３６】
2003036829.tif 000038
【図３７】
2003036829.tif 000039
【図３８】
2003036829.tif 000040
【図３９】
2003036829.tif 000041
【手続補正書】
【提出日】平成14年11月14日(2002.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（補正後）送信データを生成するデータ処理部と、送信データを符号化した光学信号を発光する発光部とで構成される送信装置と、
前記送信装置からの光学信号を２次元受光面で受光する受光部と、前記２次元受光面上における光学信号の受光位置並びに受光した光学信号から送信データを復号するデータ処理部とで構成される受信装置と、
を具備し、
前記受光部におけるデータのサンプリング周波数は前記送信データの転送周波数より大きく、
前記送信データは、前記送信装置のＩＤ又は前記送信装置に関連する実世界オブジェクトのＩＤを含む、
ことを特徴とするデータ通信システム。
【請求項２】
前記サンプリング周波数は、前記転送周波数の倍よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項３】
前記受信装置は、シーンを撮影するための画像モードと画像モード以外の時間に行なわれる光学信号を受信処理するためのデコード・モードを含む２以上の動作モードで動作する、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項４】
前記送信データは２種以上の情報を含むビット列を構成する、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項５】
前記送信装置は、実世界オブジェクトの近傍に設置して用いられ、該実世界オブジェクトのＩＤや、ネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、ＵＲＬ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｌｏｃａｔｏｒ）又はＵＲＩ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）などの資源識別子、データ／コンテンツ、プログラム・コードやその他のオブジェクトに関連する情報を含んだ送信データを表した光学信号を発光する、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項６】
前記送信装置にはセンサが接続されており、
前記送信データには少なくとも前記センサの値が含まれる、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項７】
前記送信装置側では送信データに所定の変調処理を施して光の点滅パターン又は光強度の連続的な変化からなる光学信号に符号化し、前記受信装置側では対応する復調処理を行なって元の送信データを取り出す、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項８】
前記受信装置は、前記２次元受光面上における光学信号の受光位置及び受光した光学信号から復号された送信データに対応する処理サービスを実行するアプリケーション部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項９】
各実世界オブジェクトとユーザ端末とを接続する通信媒体をさらに備え、
前記アプリケーション部は、光学信号から復号されたデータを基に実世界オブジェクトの前記通信媒体上のアドレスを取得して、ユーザ端末と実世界オブジェクトとの接続を確立する、
ことを特徴とする請求項８に記載のデータ通信システム。
【請求項１０】
前記受信装置は、外部の情報提供空間にアクセスするための接続手段をさらに備え、
前記アプリケーション部は、光学信号を復号して得られたデータを基に前記情報提供空間を探索して、実世界オブジェクトに関連する情報コンテンツを取り出す、
ことを特徴とする請求項８に記載のデータ通信システム。
【請求項１１】
前記受信装置は、前記２次元受光面において受光された明るさに応じた撮影画像を処理する撮影画像処理手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項１２】
前記受信装置は、前記２次元受光面において受光された明るさに応じた撮影画像を処理する撮影画像処理手段と、画像を表示する画面表示手段とをさらに備え、
前記アプリケーション部は、撮影画像を画面表示させるとともに、撮影画像上で光学信号の受光位置に対応する場所に、光学信号を復号して得られたデータをオーバーレイ表示させる、
ことを特徴とする請求項８に記載のデータ通信システム。
【請求項１３】
前記受信装置側では、前記データ処理部は、前記受光部の受光面を、受光信号が充分強力でデータ再現が不可能な領域と、受光信号が必要充分な強度でありデータ再現が可能な領域と、受光信号が微弱で受信不可能な領域に分割して、データ再現が可能な領域からの受光信号を用いて送信データの復号を行なう、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項１４】
前記データ処理部は、該データ再現が可能な領域の重心位置を求めて、該重心位置を基に送信装置の空間的位置を特定する、
ことを特徴とする請求項１３に記載のデータ通信システム。
【請求項１５】
前記送信装置は複数の発光部を備え、
前記アプリケーション部は、前記２次元受光面上において検出された各発光部からの光学信号の受光位置を基に、前記送信装置の空間的位置を特定する、
ことを特徴とする請求項８に記載のデータ通信システム。
【請求項１６】
実世界上に複数の送信装置が配置され、
前記受信装置側では、前記受光部が２以上の送信装置からの光学信号を同時に受光し、前記データ処理部は前記２次元受光面上の受光位置に応じて光学信号を分離し、前記アプリケーション部は復号された各送信データを前記２次元受光面上の受光位置に応じて分離して検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
【請求項１７】
前記受信装置は２以上の２次元受光面を備え、
前記アプリケーション部は、各２次元受光面において検出された光学信号及びその受光位置を基にステレオ・マッチングを行なうことで、前記送信装置の空間的位置を特定する、
ことを特徴とする請求項８に記載のデータ通信システム。
【請求項１８】
（補正後）送信データを生成するデータ処理部と、
送信データを光学信号に符号化して送出する発光部と、
を具備し、
前記発光部は、光学信号を２次元受光面で受光する受光部と、前記２次元受光面上における光学信号の受光位置並びに受光した光学信号から送信データを復号するデータ処理部とで構成され、前記受光部におけるデータのサンプリング周波数が前記送信データの転送周波数より大きい受信装置に対して、前記送信装置のＩＤ又は前記送信装置に関連する実世界オブジェクトのＩＤを含む光学信号を送出する、
ことを特徴とするデータ送信装置。
【請求項１９】
前記サンプリング周波数は前記転送周波数の倍よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１８に記載のデータ送信装置。
【請求項２０】
前記送信データは２種以上の情報を含むビット列を構成する、
ことを特徴とする請求項１８に記載のデータ送信装置。
【請求項２１】
実世界オブジェクトの近傍に設置して用いられ、
前記データ処理部は該実世界オブジェクトのＩＤや、ネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、ＵＲＬ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｌｏｃａｔｏｒ）又はＵＲＩ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）などの資源識別子、データ／コンテンツ、プログラム・コードやその他のオブジェクトに関連する情報を含んだ送信データを生成し、前記発光部は該送信データを光学信号に符号化して送出する、
ことを特徴とする請求項１８に記載のデータ送信装置。
【請求項２２】
センサに接続されており、
前記送信データには少なくとも前記センサの値が含まれる、
ことを特徴とする請求項１８に記載のデータ送信装置。
【請求項２３】
前記発光部は、送信データに所定の変調処理を施して光の点滅パターン又は光強度の連続的な変化からなる光学信号に符号化する、
ことを特徴とする請求項１８に記載のデータ送信装置。
【請求項２４】
２以上の発光部を備えて、各発光部間の物理的配置によって実世界における空間情報を表す、
ことを特徴とする請求項１８に記載のデータ送信装置。
【請求項２５】
送信データが符号化された光学信号を２次元受光面で受光する、データのサンプリング周波数が前記送信データの転送周波数より大きい、受光部と、
前記２次元受光面上における光学信号の受光位置並びに受光した光学信号から復号されたデータの組み合わせに基づくデータ処理を実行するデータ処理部と、
を具備することを特徴とするデータ受信装置。
【請求項２６】
前記サンプリング周波数は、前期転送周波数の倍よりも大きい、
ことを特徴とする請求項２５に記載のデータ受信装置。
【請求項２７】
シーンを撮影するための画像モードと画像モード以外の時間に行なわれる光学信号を受信処理するためのデコード・モードを含む２以上の動作モードで動作する、
ことを特徴とする請求項２５に記載のデータ受信装置。
【請求項２８】
送信データは２種以上の情報を含むビット列を構成する、
ことを特徴とする請求項２５に記載のデータ受信装置。
【請求項２９】
送信側では送信データに所定の変調処理を施して光の点滅パターン又は光強度の連続的な変化に符号化した光学信号を送出しており、
前記データ処理部は対応する復調処理を行なって元の送信データを取り出す、
ことを特徴とする請求項２５に記載のデータ受信装置。
【請求項３０】
前記２次元受光面上における光学信号の受光位置及び受光した光学信号から復号された送信データに対応する処理サービスを実行するアプリケーション部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項２５に記載のデータ受信装置。
【請求項３１】
前記アプリケーション部は、復号された送信データを基に、光学信号を発光する光源が設置されている実世界オブジェクトのＩＤや、ネットワーク・アドレス、ホスト・ネーム、ＵＲＬ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｌｏｃａｔｏｒ）又はＵＲＩ（Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒｅｓｏｕｒｃｅ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）などの資源識別子、データ／コンテンツ、プログラム・コードやその他のオブジェクトに関連する情報を抽出する、
ことを特徴とする請求項３０に記載のデータ受信装置。
【請求項３２】
前記送信データには少なくとも送信側に接続されたセンサの値が含まれる、
ことを特徴とする請求項２５に記載のデータ受信装置。
【請求項３３】
各実世界オブジェクトとユーザ端末とを接続する通信媒体をさらに備え、
前記アプリケーション部は、光学信号から復号されたデータを基に実世界オブジェクトの通信媒体上のアドレスを取得して、ユーザ端末と実世界オブジェクトとの接続を確立する、
ことを特徴とする請求項３０に記載のデータ受信装置。
【請求項３４】
外部の情報提供空間にアクセスするための接続手段をさらに備え、
前記アプリケーション部は、受光した光学信号を復号して得られたデータを基に前記情報提供空間を探索して、実世界オブジェクトに関連する情報コンテンツを取り出す、
ことを特徴とする請求項３０に記載のデータ受信装置。
【請求項３５】
前記２次元受光面において受光された明るさに応じた撮影画像を処理する撮影画像処理手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項２５に記載のデータ受信装置。
【請求項３６】
前記２次元受光面において受光された明るさに応じた撮影画像を処理する撮影画像処理手段と、画像を表示する画面表示手段とをさらに備え、
前記アプリケーション部は、撮影画像を画面表示させるとともに、撮影画像上で光学信号の受光位置に対応する場所に、受光した光学信号を復号して得られたデータをオーバーレイ表示させる、
ことを特徴とする請求項３０に記載のデータ受信装置。
【請求項３７】
前記データ処理部は、前記受光部の受光面を、受光信号が充分強力でデータ再現が不可能な領域と、受光信号が必要充分な強度でありデータ再現が可能な領域と、受光信号が微弱で受信不可能な領域に分割して、データ再現が可能な領域からの受光信号を用いて送信データの復号を行なう、
ことを特徴とする請求項２５に記載のデータ受信装置。
【請求項３８】
前記データ処理部は、該データ再現が可能な領域の重心位置を求めて、該重心位置を基に送信装置の空間的位置を特定する、
ことを特徴とする請求項３７に記載のデータ受信装置。
【請求項３９】
前記アプリケーション部は、前記２次元受光面上において検出された２以上の光学信号の受光位置を基に、光学信号を発光する送信装置の空間的位置を特定する、
ことを特徴とする請求項３０に記載のデータ受信装置。
【請求項４０】
実世界上に複数の送信装置が配置されており、
前記受光部は２以上の送信装置からの光学信号を同時に受光し、
前記データ処理部は前記２次元受光面上の受光位置に応じて光学信号を分離して復号し、
前記アプリケーション部は復号された各送信データを前記２次元受光面上の受光位置に応じて分離して検出する、
ことを特徴とする請求項３０に記載のデータ受信装置。
【請求項４１】
２以上の２次元受光面を備え、
前記アプリケーション部は、各２次元受光面において検出された光学信号及びその受光位置を基にステレオ・マッチングを行なうことで、光学信号を発光する送信装置の空間的位置を特定する、
ことを特徴とする請求項２５に記載のデータ受信装置。
【国際調査報告】
2003036829.tif 000042
2003036829.tif 000043
2003036829.tif 000044