【手続補正書】
【提出日】平成14年4月1日(2002.4.1)
【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】
３Ｄナビゲーションシステムにおいて、相補的な対の照射器／検出器ユニットを有し、その１つ（１０）は使用者によって動かされる可動な入力部分に装着されており、他の１つ（２０）は使用者に面する静止位置に取付けられており、相補的な対の各照射器      ／検出器ユニットは他のユニットに向いた方向にユニットの基準軸上に中心がある光ビームを照射するための照射器素子（１０ａ，２０ａ）と、検出表面上で他のユニットからの光ビームを受信してそれぞれの検出表面上で他のユニットから受信したビームの光強度を表すそれぞれの出力信号の出力を与えるようにユニットの規準軸から外方に面する検出表面を持つ、照射器素子の周囲に配置された光検出器（１０ｂ、２０ｂ）のアレーと、可動ユニットの光検出器アレーからの出力信号と静止ユニットの光検出器アレーからの出力信号を受信して組み合わせた入力として出力信号を用いて静止ユニットに対する可動ユニットの位置と方位角を表す位置および角方位値を計算するプロセッシングユニット（３０、コンピュータ）と、を有することを特徴とする３Ｄナビゲーションシステム。
【請求項２】
請求項１記載の３Ｄナビゲーションシステムにおいて、可動ユニット１０は使用者の身体の一部に装着されており、使用者の手によって操作を必要とせずに静止ユニットの前方の３Ｄスペース内で身体のその部分を動かすことによって制御されることを特徴とする３Ｄナビゲーションシステム。
【請求項３】
請求項２記載の３Ｄナビゲーションシステムにおいて、可動ユニットは使用者の額の中心に装着されており、静止ユニットは使用者が位置した前方のディスプレーモニターの頂部に取付けられていることを特徴とする３Ｄナビゲーションシステム。
【請求項４】
請求項１記載の３Ｄナビゲーションシステムにおいて、相補的な対の照射器／検出器ユニットは同一構成を有し、同一特性で動作することを特徴とする３Ｄナビゲーションシステム。
【請求項５】
請求項４記載の３Ｄナビゲーションシステムにおいて、各照射器／検出器ユニットは光検出器としてＸ構造で配列された４つの光電池（ＰＶ）セルとＸ構造の中心に配置された照射器素子としての赤外線ダイオード（ＩＲＥＤ）を有することを特徴とする３Ｄナビゲーションシステム。
【請求項６】
請求項５記載の３Ｄナビゲーションシステムにおいて、各ＰＶセルはユニットの基準軸に対して３０度乃至４５度の角度に向けられた平らな検出表面を有し、ＩＲＥＤはユニットの基準軸に対して３０度乃至４５度の角度に延びる円錐形状の光ビームを照射することを特徴とする３Ｄナビゲーションシステム。
【請求項７】
請求項５記載の３Ｄナビゲーションシステムにおいて、ＰＶセルは約９００ｎｍの範囲のピークスペクトル応答を持つ共通のシリコンＰＶセルであり、ＩＲＥＤは約９００ｎｍの範囲のピークスペクトル出力を持つＧａＡｓダイオードであることを特徴とする３Ｄナビゲーションシステム。
【請求項８】
請求項５記載の３Ｄナビゲーションシステムにおいて、２つのユニットのＩＲＥＤは背景光を減じる、ＰＶセル応答値の差信号を取り出すためにオンとオフにパルス化されていることを特徴とする３Ｄナビゲーションシステム。
【請求項９】
請求項１記載の３Ｄナビゲーションシステムにおいて、各照射器／検出器ユニットは光検出器アレーからの電流応答信号を出力電圧信号に変換するためのボード上のオペアンプを有し、出力電圧信号をバイナリ−ディバイス出力値に変換する共通のプロセッサモジュールに出力電圧信号を電気的に結合することを特徴とする３Ｄナビゲーションシステム。
【請求項１０】
請求項９記載の３Ｄナビゲーションシステムにおいて、プロセッサモジュールは３Ｄナビゲーションシステムを用いるアプリケーションプログラムを実行するコンピュータの通信ポートに接続されており、バイナリ−ディバイス出力値はアプリケーションプログラム用のナビゲーション制御入力としてのバイナリ−ディバイス出力値を用いるためにコンピュータにインストールされたソフトウエアディバイスドライバにプロセッサモジュールから提供されることを特徴とする３Ｄナビゲーションシステム。
【請求項１１】
３Ｄナビゲーション方法において、その１つ（１０）は使用者によって動かされる可動な入力部分に装着されており、他の１つ（２０）は使用者に面する静止位置に取付けられている相補的な対の照射器／検出器ユニットを用意し、各照射器／検出器ユニットは他のユニットに向いた方向に光ビームを照射するための照射器素子（１０ａ，２０ａ）と、検出表面上で他のユニットからの光ビームを受信してそれぞれの検出表面上で他のユニットから受信したビームの光強度を表すそれぞれの出力信号の出力を与える光検出器のアレー（１０ｂ、２０ｂ）を有し、可動ユニットの光検出器アレーからの出力信号と静止ユニットの光検出器アレーからの出力信号を処理し、静止ユニットに対する可動ユニットの位置と方位角を表す位置および角方位値を計算するために受信して組み合わせた入力として出力信号を用いることを特徴とする３Ｄナビゲーション方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の３Ｄナビゲーション方法において、可動ユニット１０は使用者の身体の一部に装着されており、使用者の手によって操作を必要とせずに静止ユニットの前方の３Ｄスペース内で身体のその部分を動かすことによって制御されることを特徴とする３Ｄナビゲーション方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の３Ｄナビゲーション方法において、相補的なユニットの光検出器素子は他のユニットの光ビームの相対的方位における変化に起因して「ランプ−入射角」（ＬＡＯＩ）、即ち「オフセット」効果で、光検出器素子の検出面上の光ビームの入射角における変化に起因する「入射角」（ＡＯＩ）効果で、光検出器素子からの光ビーム源の相対距離における変化に起因する距離の逆２乗（距離）効果で予想可能な態様で変化する応答特性を持つことを特徴とする３Ｄナビゲーション方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の３Ｄナビゲーション方法において、光検出器の各検出器素子からの出力信号は以下のように与えられることを特徴とする３Ｄナビゲーション方法
セル出力＝距離効果×入射角効果×オフセット効果。
【請求項１５】
請求項１１記載の３Ｄナビゲーション方法において、各ユニットの光検出器アレー（可動ユニットを「Ｈ」ユニットと呼び、静止ユニットを「Ｍ」と呼ぶ）は時計方向に符号「Ｍ１」乃至「Ｍ４」および「Ｈ１」乃至「Ｈ４」と付した同一のＸ構造における４つの光検出器セルを持ち、各アレーの４つのセルの出力信号は、解答を出すために入力値と解答式の以下の定義に従って、それぞれのユニットに対する垂直角および水平角が処理され、
（ａ）Ｍ垂直角入力変数：
ＭＶＡｘ（１）＝（Ｍ１−Ｍ３）／（（Ｍ１＋Ｍ３）＋０．０００００１）
ＭＶＡｘ（２）＝（Ｈ１−Ｈ３）／（（Ｈ１＋Ｈ３）＋０．０００００１）
ＭＶＡｘ（３）＝（Ｍ１−Ｍ２）／（（Ｍ１＋Ｍ２）＋０．０００００１）
ＭＶＡｘ（４）＝（Ｍ２−Ｍ３）／（（Ｍ２＋Ｍ３）＋０．０００００１）
ＡＣＴ＿ＭＶＡ＝ｆｕｎｃＭＶＡ（ｘ）
（ｂ）Ｍ水平角入力変数：
ＭＨＡｘ（１）＝（Ｍ２−Ｍ４）／（（Ｍ２＋Ｍ４）＋０．０００００１）
ＭＨＡｘ（２）＝（Ｈ２−Ｈ４）／（（Ｈ２＋Ｈ４）＋０．０００００１）
ＭＨＡｘ（３）＝（Ｍ１−Ｍ２）／（（Ｍ１＋Ｍ２）＋０．０００００１）
ＭＨＡｘ（４）＝（Ｍ２−Ｍ３）／（（Ｍ２＋Ｍ３）＋０．０００００１）
ＡＣＴ＿ＭＨＡ＝ｆｕｎｃＭＨＡ（ｘ）
（ｃ）Ｈ垂直角（基準軸に対する）入力変数：
ＭＶＮＡｘ（１）＝（Ｈ１−Ｈ３）／（（Ｈ１＋Ｈ３）＋０．０００００１）
ＭＶＮＡｘ（２）＝（Ｍ１−Ｍ３）／（（Ｍ１＋Ｍ３）＋０．０００００１）
ＭＶＮＡｘ（３）＝（Ｈ２−Ｈ３）／（（Ｈ２＋Ｈ３）＋０．０００００１）
ＭＶＮＡｘ（４）＝（Ｈ１−Ｈ２）／（（Ｈ１＋Ｈ２）＋０．０００００１）
ＡＣＴ＿ＭＶＮＡ＝ｆｕｎｃＭＶＮＡ（ｘ）
（ｄ）Ｈ水平角（基準軸に対する）入力変数：
ＨＨＮＡｘ（１）＝（Ｈ２−Ｈ４）／（（Ｈ２＋Ｈ４）＋０．０００００１）
ＨＨＮＡｘ（２）＝（Ｍ２−Ｍ４）／（（Ｍ２＋Ｍ４）＋０．０００００１）
ＨＨＮＡｘ（３）＝（Ｈ２−Ｈ３）／（（Ｈ２＋Ｈ３）＋０．０００００１）
ＨＨＮＡｘ（４）＝（Ｈ１−Ｈ２）／（（Ｈ１＋Ｈ２）＋０．０００００１）
ＡＣＴ＿ＨＨＮＡ＝ｆｕｎｃＨＨＮＡ（ｘ）
ここで、前述のＡＣＴ関数は下記式１の多項拡張式に曲線適合することによって解答が求められる
【式１】2003529817.tif 000001
ことを特徴とする３Ｄナビゲーション方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の３Ｄナビゲーション方法において、２つのユニットの４つのセルは入力値および解答するために用いられる以下の解答式に従って距離値ＤＩＳＴに処理される
ＤＩＳＴ×（１）＝ ＳｕｍＨａｏ
ＤＩＳＴ×（２）＝ ＳｕｍＭａｏ
ＤＩＳＴ×（３）＝ ＨＬＡＯｅｆｆｅｃｔ
ＤＩＳＴ×（４）＝ ＭＬＡＯｅｆｆｅｃｔ
ＡＣＴ＿ＤＩＳＴ＝ｆｕｎｃＤＩＳＴ（ＤＩＳＴｘ）
ここで、これらの入力ファクタは以下の式２（前半）によって計算され、並びに前述のＡＣＴ関数は以下の多項拡張式２（後半）によって求められる
【式２】2003529817.tif 000002
ことを特徴とする３Ｄナビゲーション方法。
【請求項１７】
３Ｄナビゲーション解答方法において、その１つは使用者によって動かされる可動な入力部分に装着されており、他の１つは使用者に面する静止位置に取付けられている相補的な対の照射器／検出器ユニットからの出力信号を受信し、各照射器／検出器ユニットは他のユニットに向いた方向に光ビームを照射するための照射器素子と、検出表面上で他のユニットからの光ビームをして受信したビームの光強度を表す出力信号を与える光検出器のアレーを有し、可動ユニットの光検出器アレーからの出力信号と静止ユニットの光検出器アレーからの出力信号を処理し、静止ユニットに対する可動ユニットの位置と方位角を表す位置および角方位値を計算するために受信して組み合わせた入力として出力信号を用いることを特徴とする３Ｄナビゲーション解答方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の３Ｄナビゲーション解答方法において、
（ｉ）他のユニット上の光検出器アレーに当たる１つユニットの光ビームの応答出力信号の「ランプ−入射角」（ＬＡＯＩ）効果、「入射角」（ＡＯＩ）効果、距離の逆２乗（距離）効果のソフトウエアモデルまたはシミュレーションを作り、
（ｉｉ）多項式係数の「最も適合」する解答の組合せを導き出すためにモデル化した応答出力を未処理のセル信号出力の校正の組合せに曲線適合させることによって「最も適合した解答多項式を見出す、
ことを特徴とする３Ｄナビゲーション解答方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の３Ｄナビゲーション解答方法において、光検出器アレーの出力の処理は、
（ｉｉｉ）光アレーが動作できる解答スペースを複数の解答セグメントに分割し、
（ｉｖ）解答スペースのセグメントの各々に対する多項式係数の「最も適合する」解答の組合せを求め、
（ｖ）解答スペースのそれぞれのセグメントにおける所望の値を求めるために曲線適合多項式に係数の組合せを適用することによって各解答セグメントにたいする多項式係数の解答の組合せを用いる、
ことを特徴とする３Ｄナビゲーション解答方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の３Ｄナビゲーション解答方法において、各解答セグメントは静止ユニットに対する可動ユニットの垂直角、水平角および距離に解答スペースを区分することによってアドレスが付けられることを特徴とする３Ｄナビゲーション解答方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
次に、標準の曲線適合ソフトウエアが、モニター垂直角（ＭＶＡ）に対する解答とこれらの４つの比との間の高い相関関係を発生するのに、用いられる。そのようなソフトウエアの例は、米国ペンシルバニア州オークデイル所在のオークデイル  エンジニアリング  コーポレーション（Ｏａｋｄａｌｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｏｒｐ．）によって製品名データフィット（Ｄａｔａｆｉｔ）７．０で市販されている。この製品は可能な曲線適合解答に対する１７７の標準の多項拡張式を提供する。標準のセットの試行錯誤のテストによって、以下の多項拡張式（２つの変数に対する標準のセットにわたる４つの入力変数に対して二重にされた）がＭＶＡと４つの比との間に極めて高い相関関係を発生することが認識された。ＭＶＡを以下の式３で示す。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
【式３】
2003529817.tif 000003
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
同様なアプローチが入力としての高い相関関係比を見出し、モニター水平角（ＭＨＡ）、ヘッドセット垂直基準角（ＨＶＮＡ）、ヘッドセット水平基準角（ＨＨＮＡ）に対する多項拡張式の係数を解答するのになされる。モニター水平角（ＭＨＡ）、ヘッドセット垂直基準角（ＨＶＮＡ）、ヘッドセット水平基準角（ＨＨＮＡ）を以下の式４で示す。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
【式４】
2003529817.tif 000004
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
これらの入力ファクタは以下の式５に従って計算される。
【式５】
2003529817.tif 000005
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
距離値に対する前述の計算の誘導は複雑であり、さらに詳細には付録１（式７〜１１）として付けられている「位置／角度解答用ソースコード」を参照されたい。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
モニターユニットに対するヘッドセットユニットの方位角度と距離を解答した後、これらは、モニターに対する真の前方に向く角度とＸ，Ｙ，Ｚ座標に三角法で変換されねばならない。角度とＸ，Ｙ，Ｚ座標はアプリケーションプログラムに対する周辺機器の最終出力としてソフトウエアディバイスドライバによって用いられる標準のフォーマットである。Ｘ，Ｙ，Ｚ座標への距離の変換は周知の三角法を用いて以下の式６で表すように計算される。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
【式６】
2003529817.tif 000006
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
付録１
「位置／角度解答用ソースコード」は以下の式７から式１１に記載の通りである。


【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
【式７】
2003529817.tif 000007
【式８】
2003529817.tif 000008
【式９】
2003529817.tif 000009
【式１０】
2003529817.tif 000010
【式１１】
2003529817.tif 000011