(57)【要約】【課題】誰に対してもすぐに利用させることができると共に、指先を使った繊細な作業や操作が阻害されることなく、簡易なシステム構成で操作者の手の動作を検出し、その検出結果を利用して解析を行えば操作者の意図した操作入力を的確に把握することを可能となす操作入力装置を提供する。【解決手段】本発明によると、指先のない手袋の甲部分に取り付けられ当該手袋を装着することによって操作者の手の甲位置に装着されて前記操作者の手の甲の動き及び姿勢を検出する手甲検出手段と、前記操作者の指の第１関節より先の指先に指貫または指輪リング状、あるいは指先の爪に接着可能なように取り付けられ前記操作者の指の姿勢を検出する指姿勢検出手段と、を有し、前記手甲検出手段によって手の甲の相対位置と姿勢を検出すると共に前記指姿勢検出手段によって前記手の甲に対する指先の相対位置を決定することにより手のジェスチャを解析し、操作入力コマンド情報データへの変換を可能となしたことを特徴とする操作入力装置が提供される。【選択図】図１
2008065860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指先のない手袋の甲部分に取り付けられ当該手袋を装着することによって操作者の手の甲位置に装着されて前記操作者の手の甲の動き及び姿勢を検出する手甲検出手段と、
前記操作者の指の第１関節より先の指先に指貫または指輪リング状、あるいは指先の爪に接着可能なように取り付けられ前記操作者の指の姿勢を検出する指姿勢検出手段と、
を有し、
前記手甲検出手段によって手の甲の相対位置と姿勢を検出すると共に前記指姿勢検出手段によって前記手の甲に対する指先の相対位置を決定することにより手のジェスチャを解析し、操作入力コマンド情報データへの変換を可能となしたことを特徴とする操作入力装置。
【請求項２】
手の把握操作における少なくとも人差し指に関する人差し指の操作点と手の甲がなす角度に基づいて人差し指の第１、第２、第３関節における各相対角度を定義できるテーブルをさらに有し、
前記手甲検出手段から得られる手甲姿勢情報と前記指姿勢検出手段から得られる指姿勢情報とに基づいて手甲に対する指先の相対角度位置を決定すると共に指の各関節の相対角度を前記テーブルに基づいて推定して指の形状を推定し、
この指の形状に基づいて手の姿勢及び形状を推定することを特徴とする請求項１記載の操作入力装置。
【請求項３】
前記指姿勢検出手段は、操作者の親指を含む複数の指の第１関節より先の指先に装着される前記操作者の指の姿勢を検出する指姿勢検出手段であって、親指の第１関節の曲がり方向の曲げ動作や姿勢を検出する角速度センサからなる第１指姿勢検出手段と、親指の第３関節による手の甲から掌側への曲げ動作や姿勢を検出する角速度センサからなる第２指姿勢検出手段と、親指ではない他の指の第１関節の曲がり方向の曲げ動作や姿勢を検出する角速度センサからなる第３指姿勢検出手段とを含む
ことを特徴とする請求項１記載の操作入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータやマルチメディア、ＴＶゲーム機等で用いられる操作入力装置に係り、特に、操作性の良いマン・マシンインタフェース環境を提供するための空間操作マウス等のような３次元（３Ｄ）入力装置に適用される操作入力装置に関する。
【０００２】
更に、本発明は、操作者の操作パターンや動作パターンによる拡張された入力機能を実現するジェスチャ（空間動作パターン）入力システムに適用される操作入力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、この種の操作入力装置が適用されるコンピュータ入力装置として、従来の２次元マウスに対して、３Ｄマウス、空間操作マウス等のように内部に加速度センサなどを加えることにより、従来の２次元マウスの機能を拡張して３次元入力デバイスとして利用できるようにした操作システムが、例えば、特開平７−２８５９１号公報などに開示されている。
【０００４】
また、グローブに装着した光ファイバや抵抗体によって、各指や手掌の曲げ具合を測定する方式として、データグローブ等が商品として市販されている（ＶＰＬ  Ｒｅｓｅｒｃｈ社のＤａｔａ  Ｇｌｏｖｅ）と共に、下記の特許文献１、２に開示されている。
【０００５】
その他、手の形状や動きなどの検出を画像処理方式により行うものとしては、下記の特許文献３などに開示されている。
【特許文献１】ＵＳＰ４，９３７，４４４号公報
【特許文献２】ＵＳＰ５，０９７，２５２号公報
【特許文献３】特開平９−１０２０４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した３Ｄマウスのような操作システムにおいては、２次元マウスの操作を拡張しているために、操作者がその操作コマンドのための特有の操作方法を新たに学習しなければならず、操作者に新たな負担を強いることになる。
【０００７】
また、上述したデータグローブのようなデバイスの場合には、指関節に光ファイバや感圧抵抗素子を装着して光量の変化や抵抗値の変化で指関節の変化を見るために、多くの指関節を測定する必要があるため、装置や、その制御システムが複雑なものとなる。
【０００８】
さらに、データグローブのようなデバイスの場合には、個人個人の手の形状に対応させるため、装着時のキャリブレーション操作や初期化動作が必要であり、誰に対してでもすぐに利用させることができるというものではないと共に、グローブの大きさと手の大きさがあまりにも違うと利用することもできなくなってしまう。
【０００９】
また、このようなデバイスの場合には、グローブ状のために着用時の拘束感があると共に、指先などが被われているために、指先を使つた繊細な作業や操作が阻害されることによって、常に、指先に装着して使うことができない等の問題がある。
【００１０】
また、上述した画像処理による手の形状や動きなどの検出方式においては、その画像を取り込むためのカメラ位置の問題と、その位置による取り込み画像の制限等があるために、移動性や携帯性に難があると共に、画像処理のための処理装置や処理システムも複雑であるという問題がある。
【００１１】
以上のように従来の各操作システムでは、それぞれ多様な問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、誰に対してもすぐに利用させることができると共に、指先を使った繊細な作業や操作が阻害されることなく、簡易なシステム構成で操作者の手の動作を検出し、その検出結果を利用して解析を行えば操作者の意図した操作入力を的確に把握することを可能となす操作入力装置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】
【００１３】
本発明によると、上記課題を解決するために、
（１）  指先のない手袋の甲部分に取り付けられ当該手袋を装着することによって操作者の手の甲位置に装着されて前記操作者の手の甲の動き及び姿勢を検出する手甲検出手段と、
前記操作者の指の第１関節より先の指先に指貫または指輪リング状、あるいは指先の爪に接着可能なように取り付けられ前記操作者の指の姿勢を検出する指姿勢検出手段と、
を有し、
前記手甲検出手段によって手の甲の相対位置と姿勢を検出すると共に前記指姿勢検出手段によって前記手の甲に対する指先の相対位置を決定することにより手のジェスチャを解析し、操作入力コマンド情報データへの変換を可能となしたことを特徴とする操作入力装置が提供される。
【００１４】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（２）  手の把握操作における少なくとも人差し指に関する人差し指の操作点と手の甲がなす角度に基づいて人差し指の第１、第２、第３関節における各相対角度を定義できるテーブルをさらに有し、
前記手甲検出手段から得られる手甲姿勢情報と前記指姿勢検出手段から得られる指姿勢情報とに基づいて手甲に対する指先の相対角度位置を決定すると共に指の各関節の相対角度を前記テーブルに基づいて推定して指の形状を推定し、
この指の形状に基づいて手の姿勢及び形状を推定することを特徴とする（１）記載の操作入力装置が提供される。
【００１５】
また、本発明によると、上記課題を解決するために、
（３）  前記指姿勢検出手段は、操作者の親指を含む複数の指の第１関節より先の指先に装着される前記操作者の指の姿勢を検出する指姿勢検出手段であって、親指の第１関節の曲がり方向の曲げ動作や姿勢を検出する角速度センサからなる第１指姿勢検出手段と、親指の第３関節による手の甲から掌側への曲げ動作や姿勢を検出する角速度センサからなる第２指姿勢検出手段と、親指ではない他の指の第１関節の曲がり方向の曲げ動作や姿勢を検出する角速度センサからなる第３指姿勢検出手段とを含む
ことを特徴とする（１）記載の操作入力装置が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
従って、以上説明したように、本発明によれば、誰に対してもすぐに利用させることができると共に、指先を使った繊細な作業や操作が阻害されることなく、簡易なシステム構成で操作者の手の動作を検出し、その検出結果を利用して解析を行えば操作者の意図した操作入力を的確に把握することを可能となす操作入力装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
「操作入力装置の要部構成」
図１は、本発明の一実施の形態による操作入力装置の要部の構成を示すブロック図である。
【００１９】
すなわち、本発明に係わる操作入力装置は、図１に示すように、指姿勢検出手段１と、この指姿勢検出手段１に接続された指形状推定手段２と、この指形状推定手段２に接続された手形状推定手段３と有している。
【００２０】
また、本発明に係わる操作入力装置は、図１に示すように、手甲検出手段５と、この手甲検出手段５および前記指形状推定手段２に接続された空間座標演算手段６と、この空間座標演算手段６および前記手形状推定手段３に接続された操作入力解析手段４とを有して構成されている。
【００２１】
なお、この操作入力装置において、前記指形状推定手段２、手形状推定手段３、操作入力解析手段４、空間座標演算手段６とは、マイクロコンピュータおよびその周辺回路を含むＣＰＵ１１によって構成されているものとする。
【００２２】
「モデル説明」
図２は、右手を前方に広げた状態の手の甲から見た場合における各指と関節等に座標系等を定義付けしたものを示す。
【００２３】
図２中、ＯＸＹＺは、この測定空間における固定空間座標を示し、Ｚ軸方向が重力方向となる。
【００２４】
通常はシステムが起動したときに初期化された位置が原点となる。
【００２５】
また、ＢＸＹＺは手の甲を原点とする手甲座標系を示し、初期化時は固定空間座標ＯＸＹＺと一致している。
【００２６】
指先方向を＋Ｘ軸、親指方向を＋Ｙ軸、手の甲のＸＹ平面内に対して直交し上に向かう方向を＋Ｚ軸方向とする。
【００２７】
ＸＹＺ軸の各座標軸の進行方向（＋軸方向）に対して右回りの回転方向をそれぞれ＋  （ロール）Ｒｏ１１、＋（ピッチ）Ｐｉｔｃｈ、＋（ヨー）Ｙａｗ方向と定義する。
【００２８】
更に、各指先にもそれぞれ同様に独立の座標系が定義されている。
【００２９】
指先方向を＋Ｘ軸、爪から垂直に上に向かう方向を＋Ｚ軸方向、ＸＺ面に対して左方向を＋Ｙ軸とする。
【００３０】
親指座標系ＴＸＹＺ、人差し指座標系ＩＸＹＺ、中指座標系ＭＸＹＺ、薬指座標系ＤＸＹＺ、小指座標系ＬＸＹＺ（但し、各指先座標系は、手甲座標系ＰＸＹＺに対しての相対座標系）となるよう設定される。
【００３１】
図３は、本発明で想定した手の骨格モデルを示す。
【００３２】
各関節に相当するジョイント部は１軸方向にしか回転しない１自由度のジョイントを示している。
【００３３】
また、指先先端リンクの操作点は、それぞれ親指Ｔｐ、人差し指Ｉｐ、中指Ｍｐ、薬指Ｄｐ、小指Ｌｐとし、図２と同じ座標系が定義付けされると共に、各関節等の記号も対応したものであり、添字のｊｌ．ｊ２、ｊ３は第１、第２、第３関節（ジョイント）を意味する。
【００３４】
このモデルでは、親指以外の各指の関節はＢＸＹＺ座標系におけるＹ軸周りの回転であるＰｉｔｃｈ方向にのみ回転する１自由度を持ち、親指は２自由度、手首は３自由度となっている。
【００３５】
また、図４は、本実施形態における３本指型の操作入力装置の場合の手形状のモデルを示す。
【００３６】
このモデルにおける手の甲の位置と姿勢、及び手の甲に対する各関節の角度を検出するための検出座標を記号で示す。
【００３７】
指先先端角度は、手の甲に対して親指Ｙ軸回転角度（θＴｙ）、親指Ｘ軸回転角度（θＴｘ）、人差し指Ｙ軸回転角度（θＩ）、中指Ｙ軸回転角度（θＭ）とし、各関節情報は手を横から見たときの図５に示すように隣り合う関節間の相対角度情報で定義付けされる。
【００３８】
このときの関節角度は下記の式（１）で対応される。
【００３９】
θＴｙ＝Ｔｊ１＋Ｔｊ２、θＴｘ＝Ｔｊ３、
θＭ＝Ｍｊ１＋Ｍｊ２＋Ｍｊ３、
θＩ＝Ｉｊ１＋Ｉｊ２＋Ｉｊ３                                …（１）
このように指先端の操作点の姿勢情報は第１、第２、第３関節情報の合成値を示している。
【００４０】
また、図６は、指先の姿勢情報である角度情報を角速度センサにより指先座標系ＸＹＺのＹ軸周り（Ｐｉｔｃｈ方向）を検出するように配置し、更に手の甲の位置（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）と傾き（Ｐｉｔｃｈ，Ｒｏｌｌ）を加速度センサ１２と、角速度センサ１４により検出するように配置しているイメージを示す。
【００４１】
この場合、各センサ１２，１４については、具体的には、角速度センサ１４は１軸の回転方向の角速度運動量を検知する振動ジャイロ型のセンサを利用し、図６では長軸方向の軸周りの回転を検出する振動ジャイロ型のセンサを利用した場合の取り付け方向の様子を示すものでぁる。
【００４２】
また、手甲検出手段５としての加速度センサ１２は半導体型加速度センサを３軸組み合わせて設置する。
【００４３】
図６では、２軸型の加速度センサ１２ｘ，１２ｙと１軸型の加速度センサ１２ｚとを組み合わせて配置した様子を示す。
【００４４】
「詳細な回路構成」
図８は、図１の指姿勢検出手段１と、手甲検出手段５との詳細な回路構成を示すブロック図である。
【００４５】
まず、指姿勢検出手段１は操作者の指の先端の姿勢を検出するために、角速度センサ７とアナログ演算回路８と、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部９とから構成されている。
【００４６】
ここで、角速度センサ７は操作者の指先先端に取り付けられ、指先の曲げ伸ばし状態による回転運動により発生する角速度を検知するセンサ素子として機能するものである。
【００４７】
そして、この角速度センサ７で検知された角速度信号は、アナログ演算回路８に加えられる。
【００４８】
このアナログ演算回路８では、角速度センサ７から加えられた角速度信号が、Ａ／Ｄ変換部９の変換レンジに適合するように、角速度センサ７から加えられた角速度信号を増幅してＡ／Ｄ変換部９に送出する。
【００４９】
このＡ／Ｄ変換部９では、アナログ演算回路８からのアナログ信号が、デジタル信号に変換される。
【００５０】
このＡ／Ｄ変換部９による変換後の角速度信号はＣＰＵ１１に加えられる。
【００５１】
なお、同時に、アナログ演算回路８では、角速度信号の低周波域と高周波域の不要な信号をカットするためのバンドパスフィルタ機能も有している。
【００５２】
また、指姿勢検出手段１（Ｉ，Ｍ，Ｔｘ，Ｔｙ）は親指の２軸とその他の指の数分だけ並列に設置される。
【００５３】
次に、手甲検出手段５は、操作者の手の甲の位置と姿勢を検出するために、直交する３軸上に配置された３つの加速度センサ１２と、カウンタ回路１３と、さらに前記加速度センサ１２と同じ軸上に配置された３つの角速度センサ１４とアナログ演算回路１５と、Ａ／Ｄ変換部１６とにより構成されている。
【００５４】
加速度センサ１２は操作者の手の甲に取り付けられ、一つは手の甲の移動方向に対する運動加速度に比例した信号を検知する。
【００５５】
更に、加速度センサ１２は操作者の手の甲の傾きにより変化する重力加速度（１Ｇ）の検知を行う傾きセンサとして機能するものである。
【００５６】
この加速度センサ１２で検知された信号は、ＰＷＤ（パルス幅）変調されて出力されるので、これをカウンタ回路１３によりデューティ比（パルス幅のＨ／Ｌの比率）をカウントすることで、その検知された加速度情報を変換することができる。
【００５７】
このカウンタ回路１３で変換後の加速度信号はＣＰＵ１１に加えられる。
【００５８】
また、角速度センサ１４からアナログ演算回路１５、Ａ／Ｄ変換部１６までの機能は前記指姿勢検出手段１とほぼ同じ回路構成及び動作である。
【００５９】
しかし、角速度センサ１４は操作者の手の甲に取り付けられ、操作者の手の甲の傾きよる回転運動により発生する角速度を検知するセンサ素子として機能するものである。
【００６０】
そして、この角速度情報の一つは、前記加速度センサ１２から得られる傾斜情報と運動加速度情報を分離するために利用される。
【００６１】
手甲検出手段５は、内部回路構成としては、前述したように、３次元空間の加速度信号と角速度信号を検知するために直交する３軸を検知する３つの加速度センサ１２ｘ、１２ｙ、１２ｚと、３つのカウンタ１３ｘ、１３ｙ、１３ｚと、３つの角速度センサ１４ｘ、１４ｙ、１４ｚと、３つのアナログ演算回路１５ｘ、１５ｙ、１５ｚと、３つのＡ／Ｄ変換部１６ｘ、１６ｙ、１６ｚにより構成されている。
【００６２】
但し、Ａ／Ｄ変換部１６ｘ、１６ｙ、１６ｚなどはマルチプレクス機能により一つの変換器の入力を切り換えながら変換する構成としても良いし、前記指姿勢検出手段１で使用されているＡ／Ｄ変換部１６と共用して利用することも可能である。
【００６３】
なお、ＣＰＵ１１には、メモリ１０と、インタフェース部１７とが接続されている。
【００６４】
「手甲姿勢検出」
次に、ＣＰＵ１１内部では、空間座標演算手段６が前記手甲検出手段５からの情報であるそれぞれ３つの加速度信号と角速度信号とに基づいて、操作者の手の甲の位置・姿勢を求めるための演算処理が行われる。
【００６５】
この加速度信号は、運動加速度成分と重力加速度成分とが合成されている情報である。
【００６６】
操作者の手の甲に取り付けられたＸ軸方向検出用の加速度センサ１２ｘが、図９に示すような傾きθ、運動加速度（ｅ）でＸ軸の方向へ進行した状態のとき、地球の重力加速度（ｇ）による加速度成分はａ＝ｇ−ｓｉｎθ（図９の（ａ））となり、更に運動加速度成分はｂ＝ｅ−ｃｏｓθ（図９の（ｂ））となり、加速度センサ１２ｘではａ＋ｂの加速度信号が合成される。
【００６７】
よって、加速度センサ１２の傾き成分である重力加速度成分を分離する演算のために、角速度センサ１４により得られる角速度情報を時間積分することで得られる角度変位情報を利用する。
【００６８】
Ｘ軸方向の傾きに対しては、Ｙ軸周りの回転運動を計測する角速度センサ１４ｙの角速度信号を時間積分することにより、回転角度の変位を得る。
【００６９】
一般に、角速度センサ１４は、温度や振動などによる影響で、出力信号にオフセット値によるドリフトが発生する。
【００７０】
よって、この信号を時間積分することで得られる角度情報には、誤差が蓄積されてしまうことになる。
【００７１】
これに対して、加速度センサ１２の加速度情報はＤＣ成分である傾き情報とＡＣ成分である運動加速度情報との合成値であるため、前述したように、加速度センサ１２の信号の低域周波数をローパスすることで得られる傾斜角度情報には、誤差が蓄積されることはない。
【００７２】
この加速度センサ１２の傾斜角度情報と角速度センサ１４の角度変位情報とを比較参照することにより、精度良く傾斜角度を求めることが可能となる。
【００７３】
また、上述したように、加速度センサ１２の傾斜角度情報である重力加速度成分を分離することができることにより、運動加速度情報も分離することが可能となる。
【００７４】
よって、この運動加速度情報は、それを時間積分することで３軸上での変位を表す速度情報として利用でき、更に、時間積分することで並進位置情報に変換することができる。
【００７５】
「指姿勢角」
次に、指形状推定手段２では、前記指姿勢検出手段１からの情報である角速度信号を時間積分して角度情報に変換する。
【００７６】
しかし、このときに操作者の指先に取り付けた角速度センサ１４の角速度情報には、取り付け回転検出方向と同じ方向に動作する操作者の手首の回転運動による情報も合成される場合もある。
【００７７】
従って、指形状推定手段２では、空間座標演算手段６から求められる傾き情報を、この角度情報より減算することにより、操作者の指先先端の手の甲に対する角度情報のみを求めることができる。
【００７８】
これによって、指形状推定手段２では、操作者の各指の手の甲に対する姿勢角度を求めることが可能となる。
【００７９】
但し、これは操作者の手の甲を上か下に向けた状態での指の動きであり、手の甲を外に向けた状態や親指の状態でもう少し処理が必要になるが、このことについては後で述べる。
【００８０】
次に、手形状推定手段３では、指形状推定手段２から得られるそれぞれの指の角度情報と手の甲の位置関係とにより、操作者の手形状を推定する。
【００８１】
更に、操作入力解析手段４では、この手形状推定手段３から得られる手形状情報と空間座標演算手段６からの手の空間姿勢や動き情報をもとに、操作者の手のジェスチャなどを解析して操作入力コマンド情報データを図８に示すインタフェース部１７へ転送する。
【００８２】
「親指モデル」
前記指姿勢検出手段１が操作者の親指に適用される場合、他の指と取り付け方法が変わる。
【００８３】
それは親指に関しては第１、第２関節による指の折り曲げ機能の他に、第３関節による掌に対する対向動作機能があるために、前記指姿勢検出手段１において、それぞれの動作を検出するために２つの姿勢検出手段が設けられる。
【００８４】
すなわち、第１、第２関節の姿勢検出（θＴｙ）は親指第１姿勢検出手段で検知し、第３関節の姿勢検出（θＴｘ）は親指第２姿勢検出手段により検知する構成がなされている。
【００８５】
この場合、角速度センサの取り付け位置と方向が多少違うだけで、内部的な構成や機能は指姿勢検出手段１と全く同じである。
【００８６】
図７は、手の先から手首側に見た場合の、指先の位置関係を図示している。
【００８７】
この図７では、特に、親指の座標系ＴＸＹＺとその他の指との位置関係を示している。
【００８８】
Ｔｐは親指と他の指が同じ向きの状態（これを同向状態と定義する）つまり掌を開いている状態で、Ｔｐ´は親指と他の指が対向した状態（これを対向状態と定義する）つまり物を掴むときの状態を示している。
【００８９】
よって、親指が親指座標系ＴＸＹＺのＸ軸周りの回転（θＴｘ）をした場合の最小値と最大値の様子を示している。
【００９０】
このときの親指の座標系ＴＸＹＺのＹ軸方向は、図７に示すように、Ｔｐのときには手甲座標系ＢＸＹＺの−Ｚ軸方向とほぼ一致し、Ｔｐ´のときには手甲座標系ＢＸＹＺの−Ｙ軸方向とほぼ一致するように配置されている。
【００９１】
つまり、この親指座標系ＴＸＹＺのＹ軸周りの回転を検知するように角速度センサを配置している。
【００９２】
これは親指が対向状態（Ｔｐ´）になったとき、他の指の角速度信号との比較がし易い配置としている。
【００９３】
しかし、逆に、この第１、第２関節による親指の曲げ方向に対して、指姿勢検出手段１の角速度センサ７の検出軸と軸ずれしてしまう。
【００９４】
これについては、そのずれ分の角度を補正演算することで処理している。
【００９５】
「手形状推定」
前記でも述べたが、手形状推定手段３では手の姿勢と親指の状態とによりＣＰＵ１１内部の演算処理方法が異なる。
【００９６】
手甲検出手段５より検知された加速度情報と角速度情報をもとに空間座標演算手段６では手の甲の位置と姿勢が求められるが、加速度センサ１２からの傾き情報は、固定空間座標系ＯＸＹＺに対するＲｏｌｌとＰｉｔｃｈとしか検知することができない。
【００９７】
すなわち、Ｙａｗ方向に関しては、角速度センサ１４による角速度情報しか検出することができないために、完全に誤差を取り除いたＹａｗ方向の回転角度を求めることができない。
【００９８】
従って、手甲座標系ＢＸＹＺにおけるその手の姿勢により、加速度センサでは検知することができない回転軸が変わることになる。
【００９９】
図１０は手形状処理における手甲状態と親指状態、そしてそのときの手首の動きと指の動きにより、取り扱うセンサの組み合わせとそのフローを示す。
【０１００】
手首の動作がなく指先端のみが動作するときには、角速度センサ７の角速度情報の時間積分処理により算出される角度情報による処理（Ｓ２９、Ｓ３０）となる。
【０１０１】
但し、このとき親指が対向状態の場合（Ｓ２１、Ｓ２７）には、親指の親指第１姿勢検出手段の角速度センサ７（Ｔｙ）と指先の角速度センサ７（Ｉ，Ｍ）との比較処理（Ｓ３０）が可能である。
【０１０２】
次に、手首の左右に動かすＹａｗ軸の動作で、
手の甲を上に向けた状態あるいは掌を上に向けた状態（これを水平状態と定義する）  （Ｓｌｌ）では、手甲座標系ＢＸＹＺのＺ軸周りがこのＹａｗ軸の動き（Ｓ１９、Ｓ２２）になり、
また、手の甲を外に向けた状態（これを垂直状態と定義する）（Ｓ１２）では、手甲座標系ＢＸＹＺのＹ軸周りがこのＹａｗ方向の動き（Ｓ２５、Ｓ２８）になる。
【０１０３】
このＹａｗ軸の動作は加速度センサ１２では感知することができないため、空間座標演算手段６からのＹａｗ角度情報は誤差を含む可能性がある。
【０１０４】
従って、このとき指先の角速度センサ７（Ｔｘ）と手甲検出手段５のＹａｗ軸回転を検出する角速度センサ（１４ｙ、１４ｚ）の情報を方向を考慮して比較することで精度をあげることができる（Ｓ３１）。
【０１０５】
例えば、水平状態で親指が同向状態（Ｓ１３）では、この場合、手首の左右の動き（Ｓ１９）により親指の親指第１姿勢検出手段が手甲座標系ＢＸＹＺ軸のＺ軸と一致しているため、角速度センサ７（Ｔｙ）の角速度情報の変化が発生し、よって親指の第１、第２関節の姿勢変化を検出したことになる。
【０１０６】
つまり、手首を動かしたのか、親指を曲げたのか、どちらであるのかを区別することができなくなる。
【０１０７】
この場合には、手甲検出手段５のＺ軸回転を検出する角速度センサ１４ｚの情報と比較することにより、手首の動きならば逆相の角速度が発生するために、その角速度を差し引くことができる。
【０１０８】
次に、手首が上下の動作をするとき、水平状態（Ｓ１７、Ｓ２０）、垂直状態（Ｓ２３、Ｓ２６）に係わらず、手甲検出手段５からの情報を空間姿勢演算手段６で正しく演算された傾斜角度情報により、指先姿勢を正しく演算することが可能である（Ｓ３２）。
【０１０９】
例えば、水平状態で親指が対向状態（Ｓ１４）では、親指第１姿勢検出手段と指姿勢検出手段１のそれぞれの角速度センサ７に手首の回転運動による角速度情報が逆相の角速度信号として検出されることになる（Ｓ２０）。
【０１１０】
また、人差し指と中指の指姿勢検出手段１の角速度センサ７では、手首の回転運動による角速度情報が同相の角速度信号として検出されることになる。
【０１１１】
それぞれの指姿勢角度を相対的にとらえることにより、各指の関係が変わらないことになり、手首の動きに係わらず手形状を認識することができるので、より精度を上げることが可能となる（Ｓ３２）。
【０１１２】
「操作入力解析」
次に、操作入力解析手段３では操作入力処理モードがいくつかあり、その動作モードに応じて、この中での処理動作とそのときの転送データ情報とが選択される。
【０１１３】
通常、本発明の操作入力装置は、コンピュータ等の操作のために、そのホストとなるパーソナルコンピュータ（ホストＰＣ）の入力デバイスとして接続される形態で利用される。
【０１１４】
また、ある操作入力処理モードでの処理動作の途中でもモード変更が可能である。
【０１１５】
以下のデータ処理モード毎の転送データフォーマットを図１５に示す。
【０１１６】
まず、一つ目は（１）手形状生データ処理モードがある。
【０１１７】
転送データは、手の甲の空間姿勢である速度情報（Ｖｂｘ．Ｖｂｙ．Ｖｂｚ）と姿勢情報（θｂｘ、θｂｙ、θｂｚ）と、手の甲に対する各指先端の姿勢角度情報（θＴｘ、θＴｙ、θＩ、θＭ）である。
【０１１８】
操作入力解析手段４では、単に手形状推定手段３からの情報と空間座標演算手段６の情報を転送データフォーマットに変換し、転送する。
【０１１９】
ホストＰＣ側では、この操作入力装置からの情報を受信し、内部で手形状を推定したりバーチャルリアリティ（ＶＲ）的な手の３Ｄモデルコンピュータグラフィックス（ＣＧ）表示を行ったりすることが可能となる。
【０１２０】
手のＣＧ処理においては、手の多関節３Ｄモデルをインバースキネマティックス処理などを利用することで、手の甲と手先の角度情報を知ることだけで表示することが可能となる。
【０１２１】
次は、（２）手形状予測データ処理モードがある。
【０１２２】
転送データは、手の甲の空間姿勢である速度情報（Ｖｂｘ．Ｖｂｙ．Ｖｂｚ）と姿勢情報（θｂｘ、θｂｙ、θｂｚ）と、手の甲から各指関節の相対角度情報（親指：θＴ３、θＴ２、θＴ１．人差し指：θＩ３、θＩ２、θＩ１．中指：θＭ３、θＭ２、θＭ１）である。
【０１２３】
操作入力解析手段４では、単に手形状推定手段３からの情報よりそれぞれの指の関節の相対角度を推定する。
【０１２４】
この推定に関しては、操作入力解析手段４により内部の指角度変換テーブルによりそれぞれの指毎の指姿勢情報に対して各関節毎の角度情報が選択され、この情報を転送する。
【０１２５】
図１１は、手の把握操作における人差し指と親指の操作点（ＩＰ、Ｔｐ）に対するそれぞれの関節点の軌跡を示す。
【０１２６】
この人差し指の操作点（Ｉｐ）と手の甲がなす角度（指姿勢角度情報：θＩ）に対する人差し指の第１、第２、第３関節のそれそれの相対角度（θＩ１．θＩ２、θＩ３）を表にしたものが図１２である。
【０１２７】
よって、この図１２の表をもとに、前記指角度変換テーブル処理が行われている。
【０１２８】
また、求められた指姿勢角度情報が、このデータ値の間のときには、補間処理により中間データを求め、指関節の角度情報を推定する。
【０１２９】
また、変換の手法はこの限りではなく、前記ＣＧ処理で行っているインバースキネマティックスの手法を用いることも可能である。
【０１３０】
また、前記角度データと指姿勢角度情報との関係をｎ次元関数化し、その関数に代入して推定することも可能である。
【０１３１】
ホストＰＣ側で、この操作入力装置からの情報を受信し、ＰＣ内部で手形状を推定することなく、ＶＲ的な手法の３ＤモデルＣＧ表示を行ったりすることが可能となる。
【０１３２】
ＣＧ処理の際、多関節３Ｄモデルのインバースキネマディックス処理などを利用することができないＰＣシステムでも、操作者の指１本毎の角度情報を知ることができるので、それをＣＧ表示することが可能となる。
【０１３３】
前記２つのモードはＶＲ的なＣＧ表示などに利用したり、更に、手のジェスチャーなどをホスト側で解析したい場合等に利用することができる。
【０１３４】
しかし、ＰＣへのコマンド操作入力装置としては、このような手形状情報を知る必要はなく、より抽象化されたデータにより、処理を行いたい場合がある。
【０１３５】
次は、（３）３指関連情報データモードがある。
【０１３６】
転送データの手の甲の空間姿勢である速度情報（Ｖｂｘ．Ｖｂｙ．ＶｂＺ）と姿勢情報（θｂｘ、θｂｙ、θｂｚ）とは、前記モードと同じであるが、各指の姿勢角度情報ではなく各指毎のステータス情報（Ｔｓｔａｔ、Ｉｓｔａｔ、Ｍｓｔａｔ）が添付される。
【０１３７】
これは、各指がどの指に対してどの点に接触しているか、あるいは何処にも接触していない等の情報である。
【０１３８】
各指毎のコード情報は図３のリンク記号を用いる。
【０１３９】
また、そのときの手形状と転送ステータスの例を図１３に示す。
【０１４０】
図１３の（ａ）では親指と中指の先端リンク部が接触している状態を示す。
【０１４１】
このとき、ステータス情報は（Ｔ−Ｍ１，Ｉ−Ｏ，Ｍ−Ｔ１）となる。
【０１４２】
図１３の（ｂ）は親指と人差し指の先端リンク部が接触していて、中指は親指の第３リンク部に接触している状態を示す。
【０１４３】
よって、このときのステータス情報は（Ｔ−Ｉ１、Ｉ−Ｔ１．Ｍ−Ｔ３）となる。
【０１４４】
ホストＰＣ側では、この操作入力装置からの情報を受信する場合、各指毎のステータス情報の組み合わせに対する作業コマンドを予めテーブル化しておき、その組み合わせ情報が入力されたときに内部処理を実行することができる。
【０１４５】
また、更には、その情報が入力されたとき、ある位置でのある姿勢で行われた等の情報を組み合わせることも可能となる。
【０１４６】
これにより、ホストＰＣ側での処理の負荷が非常に軽くなり、また操作する側も簡単な手形状やジェスチャによりＰＣを操作することが可能となる。
【０１４７】
次は、（４）手形状コード化転送モードがある。
【０１４８】
転送データは、手の甲の空間姿勢である速度情報（Ｖｂｘ．Ｖｂｙ．Ｖｂｚ）と、姿勢情報（θｂｘ、θｂｙ、θｂｚ）とは、前記モードと同じであるが、その他は手形状コード番号（Ｈｃｏｄｅ）が添付される。
【０１４９】
これは予め登録されている手形状に対し、その中で最も近いと判断した手形状コード番号を転送する。
【０１５０】
更に、手形状を操作者自身で登録することも可能である。
【０１５１】
例えば、じゃんけんのグーは１、チョキは２、パーは３等とコード化しておくことができる。
【０１５２】
ホストＰＣ側では、この操作入力装置からの情報を受信し、ＰＣの内部処理で必要な手形状コード番号が入力されたとき、更にはそれがある位置でのある姿勢で行われたとき等を判断するだけで内部処理を行うことができるようになる。
【０１５３】
これにより、ホストＰＣ側での処理の負荷が非常に軽くなり、また操作する側でも簡単な手形状やジェスチャーによりＰＣを操作することが可能となる。
【０１５４】
次は、（５）疑似２Ｄマウスモードがある。
【０１５５】
転送データは、手の甲の並進移動情報である速度情報を内部で時間積分したＸＹ軸の位置情報（Ｐｂｘ．Ｐｂｙ）と、マウスのボタンに相当するスイッチ情報（Ｂ１、Ｂ２）とが添付される。
【０１５６】
但し、位置情報ではなく、速度情報（Ｖｂｘ．Ｖｂｙ）を転送することもできる。
【０１５７】
これは手の甲の位置情報と指の操作により、マウスのポインタとボタンとを操作する機能を疑似的に行う疑似２Ｄマウスモードである。
【０１５８】
ポインタ操作は、手を固定座標空間ＯＸＹＺの中で、実行時に登録されたある一定の高さ（Ｐｂｚ）の２次元平面内（ＸＹ平面）を移動操作することで、その２次元平面内での移動情報を位置情報（Ｐｂｘ、Ｐｂｙ）として演算し、転送する。
【０１５９】
このときに、手をその平面内からＺ軸方向へ移動して、そこでの同様のＸＹ移動操作では、この位置情報（Ｐｂｘ、Ｐｂｙ）は更新されない。
【０１６０】
つまり、これは２Ｄマウスでポインタの移動を行わずマウスの位置を変えたいときに行う操作に相当し、マウスを浮かせながら移動を行う場合の操作と同じになる。
【０１６１】
この操作モードでは、空間内で仮想的な平面を想定しそこで操作を行うこともできるが、実際の机や膝などを利用して、そこに手を置いてマウスと同様の操作方法によりポインタを動かすこともできる。
【０１６２】
「ボタン動作」
ボタン操作に関してはマウスの左ボタン（Ｂ１）が親指と人差し指、右ボタン（Ｂ２）が親指と中指の接触状態を検知することにより行われる。
【０１６３】
また、机や膝などを利用している場合には、人差し指あるいは中指によるそれらへの衝突動作により同様にボタン操作として認識される。
【０１６４】
これらのボタン操作の検知に関しては後で述べる。
【０１６５】
つまり、親指に対して各指が接触している状態、あるいは各指が机などに接触している状態のときに、スイッチ情報（Ｂ１、Ｂ２）は「１」となり、それ以外のときには「０」となる。
【０１６６】
以上のように、ホストＰＣ側では、この操作入力装置からの情報を受信し、それを２Ｄマウスデータとして処理することで、２Ｄマウスにより操作していた従来からあるアプリケーションなどそのまま利用することができる。
【０１６７】
そのようなアプリケーションを操作するときも、新たに２Ｄマウスに持ち換える必要もなく利用することが可能となる。
【０１６８】
更に、従来のマウスのように常に机の上などでの操作に限定されることもなく、操作環境を選ぶことなく利用することができる。
【０１６９】
次は、（６）疑似ジョイスティックモードがある。
【０１７０】
転送データは、手の甲の空間姿勢である傾き情報を内部でフルスケール調整された位置情報（Ｐｉｔｃｈ．Ｒｏｌｌ．Ｙａｗ）とボタンに相当するスイッチ情報（Ｂ１）とが添付される。
【０１７１】
これは、手の甲の傾き情報と指の操作により、ジョイスティックのスティック操作とボタンを操作を擬似的に行う疑似ジョイスティックモードである。
【０１７２】
この操作時の手形状とその操作の様子を図１４に示す。
【０１７３】
これは、手甲姿勢を垂直状態（固定座標系ＯＸＹＺのＺ軸と手甲座標系ＢＸＹＺのＹ軸が同じ方向）で行っている様子である。
【０１７４】
手首による左右の傾き（手甲座標系ＢＸＹＺのＸ軸回転）あるいはその傾き量に応じた情報がジョイスティックの左右操作情報とし、また手首による前後の傾き（手甲座標系ＢＸＹＺのＺ軸回転）或いはその傾き量に応じた情報がジョイスティックの前後操作情報とし、また手首による左右の回転（手甲座標系ＢＸＹＺのＹ軸回転）あるいはその回転量に応じた情報がジョイスティックの回転操作情報として検出される。
【０１７５】
また、親指を立てた状態と前に倒した状態で、ボタン操作を擬似的に発生するようにしている。
【０１７６】
つまり、親指が人差し指の第３リンク部（Ｉ３）に接触しているか否かの状態で、スイッチ情報（Ｂ１）が「１」または「Ｏ」となる。
【０１７７】
以上のように、ホストＰＣ側では、この操作入力装置からの情報を受信し、それをジョイスティックデータとして処理することで、ジョイスティックにより操作していた従来からあるアプリケーションなどを、そのまま利用することができる。
【０１７８】
そのようなアプリケーションを操作するときも、新たにジョイスティックに持ち換える必要もなく利用することが可能となる。
【０１７９】
更に、従来のジョイスティックのように、常に、机などの上での操作に限定されることもなく、操作環境を選ぶことなく利用することができる。
【０１８０】
尚、以上（１）から（４）の処理モードにおける転送データの速度情報（Ｖｂｘ．Ｖｂｙ．Ｖｂｚ）は、内部で時間積分した位置情報（Ｐｂｘ、Ｐｂｙ、Ｐｂｚ）として転送することも可能である。
【０１８１】
「角度センサ衝突検出」
前記疑似２Ｄマウスモードにおいて、ボタン操作の処理における指姿勢検出手段１の角度センサの「衝突検出手段」について述べる。
【０１８２】
指先先端を何かに衝突させるとき、あるいは衝突させるような動作をしたとき、角速度センサ７からの角速度信号は、特徴的な動き信号として検出することができる。
【０１８３】
一つは指を持ち上げて直ぐに打ち下ろす動作、そしてこの打ち下ろすときには、通常の角速度に比べて速い角速度の後、次の瞬間、角速度がゼロとなる。
【０１８４】
図１７は、このときの角速度信号（ω）と角加速度信号（ω´）とのグラフを示す。
【０１８５】
この図１７に示すグラフは連続した２度のボタン操作が入力された様子を示している。
【０１８６】
また、この衝突検出手段の処理のフローを図１６に示す。
【０１８７】
指形状推定手段２では、角速度センサ７の角速度情報（ω）を微分して角加速度情報  （ω´）を求め、この値がある閾値（Ｔｈ１）を越えるのを常に監視している。
【０１８８】
そして、この指形状推定手段２では、閾値を越えるのを検出する（Ｓ１）と、ｔ１秒待ち（Ｓ２）、次に角速度（ω）がある閾値（±Ｔｈ０）の範囲内にあることを確認（Ｓ３）する。
【０１８９】
更に、この指形状推定手段２では、確認できたらその状態がｔ２秒間続くのを待ち（Ｓ４）、再度確認できたら、そのときに、その角速度センサ７での衝突を検知したこと（Ｓ５）を知らせる。
【０１９０】
操作入力解析手段４では、この指の振り上げ振り下ろし動作のジェスチャ解析と同時に衝突検知情報によりボタン入力操作の判定を行うことができる。
【０１９１】
これらの現象を各指毎に捕らえることで、指を何かに衝突させたときのような動作パターンを検出することが可能となる。
【０１９２】
また、更に、各指との関連で捕らえておけば、親指と中指とか親指と人差し指などの接触関係も知ることができる。
【０１９３】
よって、指先端にスイッチなどのデバイスを装着することもなく、机や膝などを利用したスイッチ入力や、親指を利用した仮想的なスイッチ操作等を行うことができる。
【０１９４】
「全衝突検出」
また、指だけでなく、手甲検出手段５に使われている角速度センサ１４についても前記同様の信号処理による「全衝突検出手段」を説明する。
【０１９５】
手首の回転により角速度信号を発生する手甲検出手段５および指姿勢検出手段１の全ての角速度センサが同時に前記衝突検知手段と同様の処理で、この衝突動作パターンを検知すると、その情報が送られる。
【０１９６】
つまり、これによると、手を全開に開いた（パー）状態と手を握った（グー）状態とで手を打つ動作などを検出することが可能となる。
【０１９７】
よって、指だけでなく、手全体の衝突検出を利用することで、そのときの手形状との組み合わせによる仮想的なスイッチを利用することが可能となる。
【０１９８】
「初期リセット動作」
次に、「初期リセット手段」について述べる。
【０１９９】
前記でも述べたが角速度センサによる角度測定では、ドリフト等による誤差が蓄積される。
【０２００】
従って、通常では、何らかのドリフト対策をしておかなければ長い間使うことができない。
【０２０１】
また、振動型ジャイロにおいては衝撃などの振動により誤差が発生し易いため、「衝突検知手段」による動作で誤差が発生する可能性が高くなる。
【０２０２】
手を全開に開いた（パー）状態と手を握った（グー）状態との初期手形状である手形状情報を予め記憶しておく。
【０２０３】
一つ目の方式では、グーあるいはパーなどの手形状のまま衝突動作を行うと、前記「全衝突検出手段」の検知情報により手形状データを現在の手形状に近い方の初期手形状に強制的に角度情報を変更する手段である。
【０２０４】
更に、もうーつの方法は、前記手形状の組み合わせを、手形状椎定手段３が連続して検知した場合、現在の手形状に近い方の初期手形状に強制的に角度情報を変更する手法である。
【０２０５】
つまりグー・パーと連続に手形状を入力すると、「初期リセット手段」の検知により、手形状データがパーの角度情報に変更される。
【０２０６】
よって、ドリフト等による手形状の誤差データを簡単に補正することができ、角速度センサのドリフトを補正するための特別なセンサなどのデバイスを設置することなく利用することが可能となる。
【０２０７】
更に、個人個人の手の形状に対応させるための装着時のキャリブレーション操作や初期化動作などする必要がなく、誰でもすぐに初期化をし、利用を開始することができる。
【０２０８】
また、予め記憶しておくリセット手形状はこのパターンに限ったものではなく、他の通常操作に影響を及ぼし難い形状で対応することができる。
【０２０９】
「内部手形状適応リセット手段」
次に内部手形状の「適応リセット手段」について説明する。
【０２１０】
この機能は、前記「初期リセット手段」をより発展させた機能である。
【０２１１】
前記「初期リセット手段」では初期状態の手形状に対し、「全衝突検出手段」による信号を検知したときのみ、その機能により動作するが、本機能は初期手形状の他に、各想定されるボタン操作の手形状も予め記憶されている。
【０２１２】
例えば、人差し指で机を叩いた瞬間の手形状や、親指と人差し指を打ち合わせた瞬間の手形状等、想定されるボタン操作やリセット操作の瞬間の手形状が記憶されている。
【０２１３】
次に、ボタン操作やリセット操作がなされたとき、現在の手形状に最も近い内部記憶手形状値に強制的に角度情報を設定する。
【０２１４】
よって、操作者の意識あるいは無意識の行為により内部情報のリセット操作を行うことが可能であるため、前記角速度センサのドリフト等の問題に対してより多くのタイミングで補正操作を行うことが可能となる。
【０２１５】
また、この操作は、前記データ処理モード（３）〜（６）に対しては、本操作入力装置内部での閉じた処理であるため、その操作により外部のホストＰＣ等への影響もなく動作させ続けることが可能である。
【０２１６】
「角速度センサの取付」
図１８は、指姿勢検出手段１の角速度センサ７をそれぞれの指の先端に取り付けた様子を示す。
【０２１７】
図１８の（ａ）は親指以外の指に取り付けた状態の表側から見た様子を示し、図１８の（ｂ）は裏側から見た様子を示している。
【０２１８】
図１８のようにリングの一部が切れた指輪（指貫形状）の上面に角速度センサが固定されており、これを指先にはめることができる。
【０２１９】
また、親指においては、図１８の（ｃ）と図１８の（ｄ）とに示す２種類の取付状態を示している。
【０２２０】
親指については、親指第１姿勢検出手段の角速度センサ７（Ｔｙ）と親指第２姿勢検出手段の角速度センサ７（Ｔｘ）とが、やはり前記の指貫上面に２個固定されたものを装着することができる。
【０２２１】
よって、指先の姿勢情報を検出するためのセンサを指先先端に装着するだけでよいため、個人個人の手の大きさが違っていても利用することもできる。
【０２２２】
また、グロープ状のように、指先などが被われていないために、指先を使った繊細な作業や操作が阻害されることなく、常に、装着した状態で使うことも可能である。
【０２２３】
また、この指輪や指貫のように装着する方法に対して、指先の爪に直接接着することも可能である。
【０２２４】
その場合には、更に指先を被う物がなくなり、指先を使ったより繊細な作業や操作ができ、常に、装着した状態で使うことも可能である。
【０２２５】
「手甲検出手段の取付」
図１９は本操作入力装置を取り付けた全体の様子を示す。
【０２２６】
また、図１９は、特に、手甲検出手段５の各種センサの固定具と前記角速度センサをそれぞれの指の先端に取り付けた状態を示す。
【０２２７】
図１９の（ａ）では、指なし手袋２０の手の甲に手甲検出手段５の各種センサ２１とその他の制御手段２２とが固定されている。
【０２２８】
この指なし手袋２０は、これらを手の甲に固定するために利用されているため、手の数カ所で固定すればよく、そのための固定具や調整機能を付けることもでき、フリーサイズとすることが可能である。
【０２２９】
また、図１９の（ｂ）では別の方式の固定具を示している。
【０２３０】
手甲固定部２３の手の甲に手甲検出手段５の各種センサ２１が固定されており、更にその手甲固定部２３よりつながったリストバンド部２４にはその他の制御手段２２が固定されており、手首にも固定されている。
【０２３１】
前記リストバンド部２４から手甲固定部２３までの間は、弾性変形体による部材２５で連結されている。
【０２３２】
この弾性変形体による部材２５は、通常手首内側へ曲がるように造られており、手首が動いても、常に手の甲に密着した方向に変形しようとする。
【０２３３】
更に、手甲固定部２３は手の両側まで延びて掌側に密着しているので、手首の左右の動きに対しても常に固定された状態を保つことができる。
【０２３４】
また、指姿勢検出手段１の角速度センサ７とこれらの制御手段２２を固定している固定具とは図示のように信号線２８で接続されている。
【０２３５】
よつて、指先の姿勢情報を検出するためのセンサと手甲検出手段５の各種センサとを分離して装着することができるため、個人個人の手の大きさが違っても利用することができる。
【０２３６】
また、グローブ状のように指先などが被われていないために、指先を使った繊細な作業や操作が阻害されることなく、常に装着して使うことも可能である。
【０２３７】
「その他の検出センサの組み合わせ」
本実施の形態では、手甲検出手段５による手の甲の位置と３本指による操作入力装置の説明をしたが、本実施の形態に限らず、例えば、手の甲の位置と人差し指による１本指型の操作入力装置、または手の甲の位置と人差し指と親指の２本指による操作入力装置、または手の甲の位置と５本の指の全てを利用した操作入力装置、更には、これらの組み合わせによる左右両手を利用した操作入力装置などが考えられる。
【０２３８】
また、各種センサ素子についても本実施の形態に限らず、種々のセンサ素子を用いることができる。
【０２３９】
また、インタフェース部１７については、詳細には述べていないが、種々の形態で構成することが可能である。
【０２４０】
すなわち、インタフェース部１７については、一般的なＲＳ２３２Ｃ規格の通信ポートとしたり、あるいはＵＳＢのようなより高速インタフェース規格で構成し、ホストＰＣとの通信を行うことが可能である。
【０２４１】
また、インタフェース部１７については、無線やＩｒＤＡ等の光によるワイヤレス方式にすることも可能である。
【０２４２】
このように、インタフェース部１７をワイヤレス方式にした場合、転送手段側では指姿勢検出手段１と手甲検出手段５の情報のみを転送し、ホスト側の受信手段の中でＣＰＵ１１の中の各種演算・推定手段による演算・推定を行ったりすることで、手に装着する側の構成をより小さく、少なくすることも可能となる。
【０２４３】
そして、上述したような実施の形態で示した本発明には、特許請求の範囲に示した請求項１乃至３以外に、以下の付記（１）乃至（２０）として示すような発明が含まれている。
【０２４４】
付記（１）
操作者の手の形や空間位置、姿勢および動作によって入力を行う操作入力装置にあって、
前記操作者の手の甲に対する指先先端部の姿勢を検出することで、指全体の（第１、第２、第３関節による）曲げ状態である形状を推定する指形状入力手段を備えたことを特徴とする操作入力装置。
【０２４５】
付記（２）
操作者の手の形や空間位置、姿勢および動作によって入力を行う操作入力装置にあって、
前記操作者の手の甲に対するそれそれの指先先端部の姿勢を検出することで、指の曲げ状態を推定し、それぞれの推定された指形状の相対関係より手形状を推定する手形状入力手段を備えたことを特徴とする操作入力装置。
【０２４６】
そして、このような付記（１），（２）の発明によれば、人が手と指を使って行う動作は指先先端を作用点として動作していることより、手の甲に対する指先先端の姿勢を検出することで、手による多くの操作形状を検知することが可能となるので、非常に少ない測定点で指形状、更には手形状を推定することができると共に、その装置の構成も簡単化することが可能となる。
【０２４７】
付記（３）
操作者の手の形や空間位置、姿勢および動作によって入力を行う操作入力装置にあって、
前記操作者の手の甲の空間的な動きや姿勢を検出する手甲検出手段と、
前記手甲検出手段の情報より３次元空間での位置や姿勢を求める空間座標演算手段と、
それぞれの指の第１関節の先の先端部の曲げ動作や姿勢を検出する指姿勢検出手段と、
前記空間座標演算手段と前記指姿勢検出手段とにより検出された情報より、手の甲に対する指先端部の曲がり角度を推定することにより、その指全体の形状を推定する指形状推定手段と、
前記指形状推定手段からのそれぞれの指全体の形状の情報により手の形状を推定する手形状推定手段と、
前記空間座標演算手段と前記手形状推定手段との情報より操作入力情報を解析し、入力のためのコマンドを決定する操作入力解析手段とにより構成されたことを特徴とする操作入力装置。
【０２４８】
そして、このような付記（３）の発明によれば、手の形や空間位置・姿勢及び動作による入力を行う操作入力装置を提供することが可能となるので、操作者に新たに操作方法を学習したりする負担を強いることなく、手や指による日常の操作行動や振る舞いをそのまま操作コマンドとして利用することができる。
【０２４９】
付記（４）
前記指姿勢検出手段は、
親指の第１、第２関節の曲がり方向の曲げ動作や姿勢を検出する親指第１姿勢検出手段と、
親指の第３間接による手の甲から掌側への曲げ動作や姿勢を検出する親指第２姿勢検出手段とにより構成されていることを特徴とする付記（３）の操作入力装置。
【０２５０】
そして、このような付記（４）の発明によれば、親指の動きを前記指姿勢検出手段の構成と同じものを２個装着することで、新たな手段を追加することなく簡単な構成で検知することが可能となる。
【０２５１】
付記（５）
前記指姿勢検出手段における検出手段として角速度センサにより構成したことを特徴とする付記（３）の操作入力装置。
【０２５２】
付記（６）
前記手甲検出手段における検出手段として直交する３軸上にそれぞれ配置された３つの加速度センサと、３つの角速度センサとにより、手の甲の空間的な並進運動と回転姿勢を検出することを特徴とする付記（３）の操作入力装置。
【０２５３】
そして、このような付記（５），（６）の発明によれば、角速度センサおよび加速度センサ等の小型の素子を利用することで装置の小型化が図れる。
【０２５４】
付記（７）
前記指姿勢検出手段を
親指以外の１本指のみ、親指と他の１本指、親指と他の２本指、親指と他の複数本の指のいずれかに装着したことを特徴とする付記（３），（４）の操作入力装置。
【０２５５】
そして、このような付記（７）の発明によれば、使用する指に応じていくつもの組み合わせが可能であり、その取り付け位置を変更したり、取り付け構成数を変えたりするだけで、操作入力装置としての構成を簡単に変更することが可能である。
【０２５６】
付記（８）
手の甲に対する指先端部の曲がり角度の検出のみにより、その指の第１、第２、第３関節のそれぞれの相対的な関節の曲がり角度状態を推定する関節角度推定手段を備えたことを特徴とする付記（４）の操作入力装置。
【０２５７】
そして、このような付記（８）の発明によれば、各指関節角度を変換する変換テーブルとテーブル補間を用いた簡単な処理により、指先先端角度に対する各指関節を推定することができる。
【０２５８】
付記（９）
前記指姿勢検出手段を第１関節より先の指先に装着した指貫状または指輪状リングの上面に取り付けたことを特徴とする付記（３），（４）の操作入力装置。
【０２５９】
付記（１０）
前記指姿勢検出手段を指先の爪に接着可能なように取り付けることを特徴とする付記  （３），（４）の操作入力装置。
【０２６０】
付記（１１）
前記手甲検出手段を指先のない手袋の甲に取り付けたことを特徴とする付記（３），  （４）の操作入力装置。
【０２６１】
そして、このような付記（９），（１０），（１１）の発明によれば、指先の姿勢情報を検出するためのセンサと手甲検出手段の各種センサを分離して装着することができるため、個人個人の手の大きさが違っていても利用することもできると共に、グローブ状のように指先などが被われていないために、指先を使った繊細な作業や操作を行うことが阻害されないので、常に、装着して使うことも可能である。
【０２６２】
付記（１２）
前記操作入力解析手段は、
前記指姿勢検出手段を装着した指に机や膝あるいは指同士などに対する衝突操作パターンを解析し判定する衝突検出手段を備えたことを特徴とする付記（３），（４）の操作入力装置。
【０２６３】
付記（１３）
前記操作入力解析手段は、
指および手の全てが同時に机や床あるいは膝などに対する衝突操作パターンを解析し判定する全衝突検出手段を備えたことを特徴とする付記（３），（４）の操作入力装置。
【０２６４】
そして、このような付記（１２），（１３）の発明によれば、新たにスイッチなどの素子を取り付ける必要がなく、机や膝等を利用したどんな場所でも使える仮想スイッチを構成し、スイッチ入力操作を行うことが可能となる。
【０２６５】
付記（１４）
手を全開に開いた（パー）状態と手を握った（グー）状態との初期手形状情報を予め記憶しておき、前記全衝突検出手段による検知が行われたとき、
手形状データを現在の手形状に近い初期手形状に強制的に角度情報を変更する初期リセット手段を備えたことを特徴とする付記（１３）の操作入力装置。
【０２６６】
付記（１５）
いくつかの初期手形状情報を予め記憶し、前記衝突検出手段による検知が行われたとき、
最も近い手形状に現在の手形状情報を変更させる適応リセット手段を備えたことを特徴とする付記（１４）の操作入力装置。
【０２６７】
付記（１６）
手を全開に開いた（パー）状態と手を握った（グー）状態との初期手形状情報を予め記憶しておき、この２つの手形状データを連続して検知した場合、現在の手形状に近い初期手形状に強制的に角度情報を変更する初期リセット手段を備えたことを特徴とする付記  （１３）の操作入力装置。
【０２６８】
そして、このような付記（１４），（１５），（１６）の発明によれば、ドリフト等による手形状の誤差データを簡単に補正することができ、角速度センサのドリフトを補正するための特別なセンサなどのデバイスを設置することなく利用することが可能となると共に、個人個人の手の形状に対応させるための装着時のキャリブレーション操作や初期化動作などの特別な操作をする必要がなく、誰でもすぐに初期化をし、利用を開始することができ、操作者の意識あるいは無意識の行為により内部情報の補正操作を行うことが可能であるため、前記角速度センサのドリフト等の問題に対してより多くのタイミンダで補正操作を行うことが可能となる。
【０２６９】
付記（１７）
空間内での擬似的な２次元マウス操作の手の動きにおいて、
ある設定された高さとその範囲を設定することで、
この高さ範囲内での、
手の前後の移動速度、あるいは移動量に応じた情報を１軸のマウス移動情報とし更新し、
また、左右の移動速度、或いは移動量に応じた情報をもう１軸のマウス移動情報とし更新し、
前記高さ範囲外での、
手の動きにはマウス移動情報は更新しないことと、更に人差し指と中指の前記衝突検知手段による検知情報を２つのボタン情報とすることにより２次元マウス操作を擬似的に行える疑似２Ｄマウス操作手段を備えたことを特徴とする付記（１）乃至（４）の操作入力装置。
【０２７０】
付記（１８）
空間内での擬似的なジョイスティック操作の手の動きにおいて、
手首による左右の傾き、あるいはその傾き量に応じた情報をジョイスティック左右操作情報とし、
手首による前後の傾き、あるいはその傾き量に応じた情報をジョイスティック前後操作情報とし、
手首による左右の回転、あるいはその回転量に応じた情報をジョイスティック回転操作情報とし、
擬似的にジョイスティック操作を行う疑似ジョイスティック操作手段を備えたことを特徴とする付記（１）乃至（４）の操作入力装置。
【０２７１】
そして、このような付記（１７），（１８）の発明によれば、２Ｄマウスやジョイスティック等のデバイスにより操作されていた従来からあるアプリケーションなどをそのまま利用することができるため、アプリケーションを操作するときも新たにデバイスを接続し直したり、持ち換える必要もなく利用することが可能となると共に、更に、従来のマウスやジョイスティック等のように、常に、机などの上での操作に限定されることもなく、操作環境を選ぶことなく利用することができる。
【０２７２】
付記（１９）
前記操作入力解析手段において、いくつかの手形状情報とその手形状コードを予め記憶しておき、その記憶しておいた手形状情報と同じ手形状を検知したときに、
その手形状コード情報を転送する手形状コード処理手段を備えたことを特徴とする付記（３），（４）の操作入力装置。
【０２７３】
付記（２０）
前記操作入力解祈手段において、各指が他の指の何処に接触しているか、またはいないかの各指同士の接触関連情報として指の識別コード情報とリンク部コード情報を転送する３指関連コード処理を備えたことを特徴とする付記（３），（４）の操作入力装置。
【０２７４】
そして、このような付記（１９），（２０）の発明によれば、操作入力装置としては手形状入力装置のような指関節などの角度情報は本来不要なデータであり、手や指による日常の操作行動や振る舞いを、より抽象化されたコードで処理できるためそのまま操作コマンドとして利用することが可能となると共に、ホストＰＣ側での処理の負荷が非常に軽くなり、また操作する側も簡単な手形状やジェスチャによりＰＣを操作することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０２７５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態による操作入力装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、右手を前方に広げた状態の手の甲から見た場合における各指と関節等に座標系等を定義付けしたものを示す図である。
【図３】図３は、本発明で想定した手の骨格モデルを示す図である。
【図４】図４は、本実施形態における３本指型の操作入力装置の場合の手形状のモデルを示す図である。
【図５】図５は、指先先端角度を、手の甲に対して親指Ｙ軸回転角度（θＴｙ）、親指Ｘ軸回転角度（θＴｘ）、人差し指Ｙ軸回転角度（θＩ）、中指Ｙ軸回転角度（θＭ）とし、各関節情報が手を横から見たときに隣り合う関節間の相対角度情報で定義付けされることを示す図である。
【図６】図６は、指先の姿勢情報である角度情報を角速度センサにより指先座標系ＸＹＺのＹ軸周り（Ｐｉｔｃｈ方向）を検出するように配置し、更に、手の甲の位置（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）と、傾き（Ｐｉｔｃｈ，Ｒｏｌｌ）とを加速度センサ１２と、角速度センサ１４とにより検出するように配置しているイメージを示す図である。
【図７】図７は、手の先から手首側に見た場合の、指先の位置関係を示す図である。
【図８】図８は、図１の指姿勢検出手段１と、手甲検出手段５との詳細な回路構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、操作者の手の甲に取り付けられたＸ軸方向検出用の加速度センサ１２ｘが、傾きθ、運動加速度（ｅ）でＸ軸の方向へ進行した状態のとき、地球の重力加速度（ｇ）による加速度成分はａ＝ｇ−ｓｉｎθ（図９の（ａ））となり、更に運動加速度成分はｂ＝ｅ−ｃｏｓθ（図９の（ｂ））となり、加速度センサ１２ｘではａ＋ｂの加速度信号が合成されることを示す図である。
【図１０】図１０は、手形状処理における手甲状態と親指状態、そしてそのときの手首の動きと指の動きにより、取り扱うセンサの組み合わせとそのフローを示す図である。
【図１１】図１１は、手の把握操作における人差し指と親指の操作点（ＩＰ、Ｔｐ）に対するそれぞれの関節点の軌跡を示す図である。
【図１２】図１２は、人差し指の操作点（Ｉｐ）と手の甲がなす角度（指姿勢角度情報：θＩ）に対する人差し指の第１、第２、第３関節のそれそれの相対角度（θＩ１．θＩ２、θＩ３）をテーブル化して示す図である。
【図１３】図１３は、手形状と転送ステータスの例を示すもので、図１３の（ａ）は親指と中指の先端リンク部が接触している状態を示し、図１３の（ｂ）は親指と人差し指の先端リンク部が接触していて、中指は親指の第３リンク部に接触している状態を示す図である。
【図１４】図１４は、手の甲の傾き情報と指の操作により、ジョイスティックのスティック操作とボタンを操作を擬似的に行う疑似ジョイスティックモードにおいて、その操作時の手形状とその操作の様子を示す図である。
【図１５】図１５は、データ処理モード毎の転送データフォーマットを示す図である。
【図１６】図１６は、衝突検出手段の処理のフローを示す図である。
【図１７】図１７は、指を持ち上げて直ぐに打ち下ろす動作、そしてこの打ち下ろすときには通常の角速度に比べて速い角速度の後、次の瞬間、角速度がゼロとなるときの角速度信号（ω）と角加速度信号（ω´）とのグラフを示す図である。
【図１８】図１８は、指姿勢検出手段１の角速度センサ７をそれぞれの指の先端に取り付けた様子を示すもので、図１８の（ａ）は親指以外の指に取り付けた状態の表側から見た様子を示し、図１８の（ｂ）は裏側から見た様子を示し、図１８の（ｃ）と図１８の（ｄ）とは親指において２種類の取付状態を示す図である。
【図１９】図１９は本操作入力装置を取り付けた全体の様子を示すために、特に、手甲検出手段５の各種センサの固定具と前記角速度センサをそれぞれの指の先端に取り付けた状態を示すもので、図１９の（ａ）では、指なし手袋２０の手の甲に手甲検出手段５の各種センサ２１とその他の制御手段２２とが固定されている様子を示し、図１９の（ｂ）では別の方式の固定具として手甲固定部２３の手の甲に手甲検出手段５の各種センサ２１が固定されており、更にその手甲固定部２３よりつながったリストバンド部２４にはその他の制御手段２２が固定されており、手首にも固定されている様子を示す図である。
【符号の説明】
【０２７６】
１…指姿勢検出手段、
２…指形状推定手段、
３…手形状推定手段、
４…操作入力解析手段、
５…手甲検出手段、
６…空間座標演算手段、
７…角速度センサ、
８…アナログ演算回路、
９…アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部、
１０…メモリ、
１１…ＣＰＵ、
１２（１２ｘ、１２ｙ、１２ｚ）…加速度センサ、
１３（１３ｘ、１３ｙ、１３ｚ）…カウンタ回路、
１４（１４ｘ、１４ｙ、１４ｚ）…角速度センサ、
１５（１５ｘ、１５ｙ、１５ｚ）…アナログ演算回路、
１６（１６ｘ、１６ｙ、１６ｚ）…Ａ／Ｄ変換部、
１７…インタフェース部。
【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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