(57)【要約】      （修正有）【課題】装着時において操作者に圧迫感や不快感を与えることなく、操作者の意図を高精度に反映した操作を実現する。【解決手段】操作装置１００は、操作者の手首に装着されるベルト本体１０５と、操作者の手の甲３側へ所定の照射光を発光するＬＥＤ１０１と、照射光の反射光又は散乱光を手の甲３側より受光する受光素子１０６ａ〜ｄとを有し、無線通信制御部が、これら受光素子１０６ａ〜ｄにおける反射光又は散乱光の受光結果の組み合わせに基づき、操作者の動作状態に対応した操作信号を出力する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者の手首に装着される装着部材と、
この装着部材に設けられ、前記操作者の手の甲側へ所定の照射光を発光する少なくとも１つの発光手段と、
前記装着部材に設けられ、前記照射光の反射光又は散乱光を前記手の甲側より受光する複数の受光手段と、
これら複数の受光手段における前記反射光又は前記散乱光の受光結果の組み合わせに基づき、操作者の動作状態に対応した操作信号を出力する信号出力手段と
を有することを特徴とする操作装置。
【請求項２】
請求項１記載の操作装置において、
前記受光手段は、
少なくとも前記操作者の手のひらにおける前記照射光の反射光又は散乱光を受光可能に配置されている
ことを特徴とする操作装置。
【請求項３】
請求項２記載の操作装置において、
前記受光手段は、
その焦点位置が前記操作者の手のひら位置近傍となるように、配置されていることを特徴とする操作装置。
【請求項４】
請求項１記載の操作装置において、
前記受光手段は、
少なくとも前記操作者の指部における前記照射光の反射光又は散乱光を受光可能に配置されている
ことを特徴とする操作装置。
【請求項５】
請求項４記載の操作装置において、
前記受光手段は、
前記操作者の指に備えられた反射体で反射された前記照射光の反射光を受光可能に配置されている
ことを特徴とする操作装置。
【請求項６】
請求項４記載の操作装置において、
前記発光手段と、この発光手段からの前記照射光の反射光又は散乱光を受光した少なくとも１つの前記受光手段とを、受光パターンとして検出するパターン検出手段を有し、
前記信号出力手段は、
前記パターン検出手段で検出した受光パターンに基づき、前記操作信号を出力することを特徴とする操作装置。
【請求項７】
請求項６記載の操作装置において、
前記パターン検出手段は、
前記発光手段の非発光時における前記複数の受光手段における受光結果と、前記発光手段の発光時における前記複数の受光手段における受光結果との差分信号から、前記受光パターンを取得することを特徴とする操作装置。
【請求項８】
請求項６又は７記載の操作装置において、
前記受光手段及び前記パターン検出手段は、
前記操作者の少なくとも１本の指の動きを前記受光パターンとして検出可能となるように、構成されていることを特徴とする操作装置。
【請求項９】
請求項８記載の操作装置において、
前記受光手段及び前記パターン検出手段は、
前記操作者の５本の指の動きを前記受光パターンとして検出可能となるように、構成されていることを特徴とする操作装置。
【請求項１０】
請求項６又は７記載の操作装置において、
前記パターン検出手段で検出した受光パターンに基づき、前記操作者の指部の姿勢又はその姿勢の変化態様を算出する姿勢算出手段を有し、
前記信号出力手段は、
前記姿勢算出手段で算出された前記姿勢又は前記姿勢の変化態様を前記操作信号として出力することを特徴とする操作装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の操作装置において、
前記操作者の指部の所定の基準姿勢に対応した生体情報分布に応じて設定された基準姿勢受光パターンと、前記パターン検出手段で検出された受光パターンとを比較する姿勢検出用比較手段を有し、
前記姿勢算出手段は、前記姿勢検出用比較手段での比較結果に応じて前記姿勢又は前記姿勢の変化態様を算出することを特徴とする操作装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の操作装置において、
前記姿勢検出用比較手段は、
前記検出した受光パターンと前記基準姿勢受光パターンとの一致不一致を照合するか、又は、前記検出した受光パターンと前記基準姿勢受光パターンとの類似性を所定の関数で数値化し所定値以上の場合を選択するか、若しくは、重み付け繰り返し演算を用いたニューラルネットの手法により、前記比較を行う
ことを特徴とする操作装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の操作装置において、
教師信号に基づき判定のために必要なパラメータを取得する学習モード、及び、当該パラメータと取得データとから判定を行う判定モードを備え、前記パラメータを保存するメモリ部を有する判定比較手段
を設けたことを特徴とする操作装置。
【請求項１４】
請求項６乃至１３のいずれか１項記載の操作装置において、
前記操作信号に基づく操作者の指部の姿勢認識に関して設定された複数のモードを選択するための選択指示が入力されたかどうかを判定する第１選択指示判定手段を有することを特徴とする操作装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の操作装置において、
前記第１選択指示判定手段は、
前記モードとして、マウスと同等の操作入力に対応したマウスモード、キーボードと同等の操作入力に対応したキー別文字入力モード、携帯電話と同等の操作入力に対応したかなめくり入力モードのいずれかを選択する前記選択指示がなされたかどうかを判定する
ことを特徴とする操作装置。
【請求項１６】
請求項１４又は１５記載の操作装置において、
前記第１選択指示判定手段は、
前記パターン検出手段で検出された前記受光パターンを予め定められたモード指示用受光パターンと比較する第１モード指示用比較手段を備え、
この第１モード指示用比較手段の比較結果に応じて、前記選択指示が入力されたかどうかの判定を行う
ことを特徴とする操作装置。
【請求項１７】
請求項６乃至１６のいずれか１項記載の操作装置において、
前記信号出力手段による前記操作信号の出力を開始するための開始指示が入力されたかどうかを判定する開始指示判定手段を有し、
前記信号出力手段は、前記開始指示判定手段の判定が満たされたときに、前記前記操作信号の出力を行う
ことを特徴とする操作装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の操作装置において、
前記開始指示判定手段は、
前記パターン検出手段で検出された前記受光パターンを予め定められた開始指示用受光パターンと比較する開始指示検出用比較手段を備え、
この開始指示検出用比較手段の比較結果に応じて、前記開始指示が入力されたかどうかの判定を行う
ことを特徴とする操作装置。
【請求項１９】
請求項６乃至１８のいずれか１項記載の操作装置において、
前記信号出力手段による前記操作信号の出力を停止するための停止指示が入力されたかどうかを判定する停止指示判定手段を有し、
前記信号出力手段は、前記停止指示判定手段の判定が満たされたときに、前記前記操作信号の出力を停止する
ことを特徴とする操作装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の操作装置において、
前記停止指示判定手段は、
前記パターン検出手段で検出された前記受光パターンを予め定められた停止指示用受光パターンと比較する停止指示検出用比較手段を備え、
この停止指示検出用比較手段の比較結果に応じて、前記停止指示が入力されたかどうかの判定を行う
ことを特徴とする操作装置。
【請求項２１】
請求項１乃至２０のいずれか１項記載の操作装置において、
前記発光手段は、波長が可視光帯域より近赤外光帯域までに含まれる前記照射光を発光することを特徴とする操作装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の操作装置において、
波長が可視光帯域に含まれる前記照射光を受光する前記受光手段は、
その焦点位置が前記操作者の手の甲近傍となるように配置されていることを特徴とする操作装置。
【請求項２３】
請求項１乃至２１のいずれか１項記載の操作装置において、
前記発光手段は複数備えられており、
それら複数の発光手段は、近赤外光帯域に含まれる同一の照射光をそれぞれ発光することを特徴とする操作装置。
【請求項２４】
請求項１乃至２２のいずれか１項記載の操作装置において、
前記発光手段は複数備えられており、
それら複数の発光手段は、少なくとも１つの波長が近赤外光帯域に含まれる複数波長の照射光を発光することを特徴とする操作装置。
【請求項２５】
請求項２３又は２４記載の操作装置において、
前記複数の発光手段を、時間差をもって順次発光させる時間差発光制御手段を有することを特徴とする操作装置。
【請求項２６】
請求項２４記載の操作装置において、
前記複数の発光手段を、同時に発光させる同時発光制御手段と、
この同時発光制御手段の制御に基づき前記複数の発光手段から同時に発光され前記複数の受光手段で受光された前記照射光を、所定の波長帯域ごとに分離するためのフィルタ手段と
を有することを特徴とする操作装置。
【請求項２７】
請求項１乃至１９のいずれか１項記載の操作装置において、
前記発光手段は、
レーザ光を１次元又は２次元に走査可能なレーザ走査手段を備えることを特徴とする操作装置。
【請求項２８】
操作者の手首に装着される装着部材、この装着部材に設けられ、前記操作者の手の甲側へ所定の照射光を発光する少なくとも１つの発光手段、装着部材に設けられ、少なくとも前記操作者の指部における前記照射光の反射光又は散乱光を前記手の甲側より受光する複数の受光手段、前記発光手段とこの発光手段からの前記照射光の反射光又は散乱光を受光した少なくとも１つの前記受光手段とを受光パターンとして検出するパターン検出手段、及び、このパターン検出手段で検出した受光パターンに基づき前記操作者の指部の動作状態に対応した操作信号を出力する信号出力手段を有する操作装置と、
前記信号出力手段から入力された前記操作信号より取得した前記受光パターンに基づき、前記操作者の指部の姿勢又はその姿勢の変化態様を算出する姿勢演算手段を備えた制御装置と
を有することを特徴とする操作システム。
【請求項２９】
請求項２８記載の操作システムにおいて、
前記制御装置は、
前記操作者の指部の所定の姿勢に対応した生体情報分布に応じて設定された基準姿勢受光パターンと、前記取得した受光パターンとを比較する演算用比較手段を有し、
前記姿勢演算手段は、前記演算用比較手段での比較結果に応じて前記姿勢又は前記姿勢の変化態様を算出することを特徴とする操作システム。
【請求項３０】
請求項２８又は２９記載の操作システムにおいて、
前記制御装置は、
前記操作信号に基づく操作者の指部の姿勢認識に関して設定された複数のモードを選択するための選択指示が、前記操作装置より入力されたかどうかを判定する第２選択指示判定手段を備える
ことを特徴とする操作システム。
【請求項３１】
請求項３０記載の操作システムにおいて、
前記制御装置の前記第２選択指示判定手段は、
前記モードとして、マウスと同等の操作入力に対応したマウスモード、キーボードと同等の操作入力に対応したキー別文字入力モード、携帯電話と同等の操作入力に対応したかなめくり入力モードのいずれかを選択する前記選択指示が、前記操作装置より入力されたかどうかを判定する
ことを特徴とする操作システム。
【請求項３２】
請求項３０又は３１記載の操作システムにおいて、
前記制御装置の前記第２選択指示判定手段は、
前記パターン検出手段で検出された前記受光パターンを予め定められたモード指示用受光パターンと比較する第２モード指示用比較手段を備え、
この第２モード指示用比較手段の比較結果に応じて、前記選択指示が入力されたかどうかの判定を行う
ことを特徴とする操作システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作者が所定の部位に装着して動かすことで対応する操作信号を操作対象に対して出力できる操作装置及び操作システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
操作者の人体に装着し、その操作者の動作状態に対応した操作信号を出力する装置としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
この従来技術では、操作者の手首に装着した装着部材（バンド）の内面に複数の加速度センサを設けて操作者の手の指先の打指動作による衝撃や加速度を検出し、その検出結果に基づきその打指動作に対応するコマンドや文字を認識して出力するようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３３８５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術では、操作者の指先の動作を手首内側の加速度センサで検出しているため、加速度を正確に検出するためには操作者の当該部位にセンサを密着させる必要があり、操作者に圧迫感や不快感を与えるという問題があった。
【０００６】
また、加速度検出ではなく、装着部位における操作者の筋電位を測定する手法もあるが、この場合も、測定用の電極を操作者の装着部位に密着させる必要があり、同様の問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、装着時において操作者に圧迫感や不快感を与えることなく、操作者の意図を高精度に反映した操作を実現することができる操作装置及び操作システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、第１の発明は、操作者の手首に装着される装着部材と、この装着部材に設けられ、前記操作者の手の甲側へ所定の照射光を発光する少なくとも１つの発光手段と、前記装着部材に設けられ、前記照射光の反射光又は散乱光を前記手の甲側より受光する複数の受光手段と、これら複数の受光手段における前記反射光又は前記散乱光の受光結果の組み合わせに基づき、操作者の動作状態に対応した操作信号を出力する信号出力手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
本願第１発明においては、操作者が手首に操作装置を装着し、その装着状態で何らかの操作を意図し手や指を動かすと、発光手段において手の甲側へ発光された照射光は、手の甲側を貫通するようにして手のひらや指においてその姿勢や姿勢の変化に対応した反射光や散乱光を生じた後、それらの光は再び手の甲を貫通するようにして戻り、それぞれ対応する位置の受光手段で受光される。このようにして、上記手や指の姿勢等に対応し複数の受光手段において種々の受光結果が生じるため、その受光結果の組み合わせに基づき、信号出力手段より上記操作者の手や指の動作状態に対応した操作信号を出力する。
【００１０】
以上のように、操作者の手や指の姿勢等を光学的な手法で検出し操作信号を出力することにより、操作者の意図を高精度に反映した操作を実現することができる。また非接触の光学的手法であることから、筋電位や加速度検出による手法のように操作者の体に電極等を密着させる必要はないため、操作者に圧迫感や不快感を与えることなく、快適な操作を行うことができる。
【００１１】
第２発明は、上記第１発明において、前記受光手段は、少なくとも前記操作者の手のひらにおける前記照射光の反射光又は散乱光を受光可能に配置されている
ことを特徴とする。
【００１２】
これにより、装着状態で何らかの操作を意図し手のひらを動かしたり、指を手の平に押し付けると、照射光が手のひらにおいてその姿勢や姿勢の変化に対応した反射光や散乱光を生じた後、それらの光がそれぞれ対応する位置の受光手段で受光されることで、操作者の手のひらの姿勢等を光学的な手法で検出し、操作者の意図を高精度に反映した操作を実現することができる。
【００１３】
第３発明は、上記第２発明において、前記受光手段は、その焦点位置が前記操作者の手のひら位置近傍となるように、配置されていることを特徴とする。
【００１４】
これにより、確実に操作者の手のひらの姿勢や手のひらにおける指の位置等を高精度に検出することができる。
【００１５】
第４発明は、上記第１発明において、前記受光手段は、少なくとも前記操作者の指部における前記照射光の反射光又は散乱光を受光可能に配置されている
ことを特徴とする。
【００１６】
これにより、装着状態で何らかの操作を意図し指を動かすと、照射光がその指部においてその姿勢や姿勢の変化に対応した反射光や散乱光を生じた後、それらの光がそれぞれ対応する位置の受光手段で受光されることで、操作者の指部の姿勢等を光学的な手法で検出し、操作者の意図を高精度に反映した操作を実現することができる。また指部による操作が可能となるので、マウスやキーボードと同等の入力手法、あるいは携帯電話と同等のかなめくり入力のような操作も可能となる。
【００１７】
第５発明は、上記第４発明において、前記受光手段は、前記操作者の指に備えられた反射体で反射された前記照射光の反射光を受光可能に配置されている
ことを特徴とする。
【００１８】
これにより、照射光の指部における反射光や散乱光の強度が増大するので、操作者の指部の姿勢等をより高精度に検出することができる。
【００１９】
第６発明は、上記第４発明において、前記発光手段と、この発光手段からの前記照射光の反射光又は散乱光を受光した少なくとも１つの前記受光手段とを、受光パターンとして検出するパターン検出手段を有し、前記信号出力手段は、前記パターン検出手段で検出した受光パターンに基づき、前記操作信号を出力することを特徴とする。
【００２０】
照射光を発光する発光手段と、そのときに受光した受光手段との組み合わせを、受光パターンとしてパターン検出手段で検出することで、信号出力手段ではその受光パターンに応じて、操作者の指部の動作状態に対応した操作信号を出力することができる。
【００２１】
第７発明は、上記第６発明において、前記パターン検出手段は、前記発光手段の非発光時における前記複数の受光手段における受光結果と、前記発光手段の発光時における前記複数の受光手段における受光結果との差分信号から、前記受光パターンを取得することを特徴とする。
【００２２】
これにより、検出時の外乱となる外光による受光値の影響を除去し、より精度の高い検出を行うことができる。
【００２３】
第８発明は、上記第６又は第７発明において、前記受光手段及び前記パターン検出手段は、前記操作者の少なくとも１本の指の動きを前記受光パターンとして検出可能となるように、構成されていることを特徴とする。
【００２４】
これにより、操作者が少なくともある１本の指を動かすことでこれを受光パターンとして検出し、その動作状態に対応した操作信号を出力することができる。
【００２５】
第９発明は、上記第８発明において、前記受光手段及び前記パターン検出手段は、前記操作者の５本の指の動きを前記受光パターンとして検出可能となるように、構成されていることを特徴とする。
【００２６】
これにより、操作者が少なくとも５本の指を動かすことでこれを受光パターンとして検出し、その動作状態に対応した操作信号を出力することができる。また５本の指の動きを検出できることにより、１本や２本の指のみの場合より多種多様な動作を認識することが可能となる。
【００２７】
第１０発明は、上記第６又は第７発明において、前記パターン検出手段で検出した受光パターンに基づき、前記操作者の指部の姿勢又はその姿勢の変化態様を算出する姿勢算出手段を有し、前記信号出力手段は、前記姿勢算出手段で算出された前記姿勢又は前記姿勢の変化態様を前記操作信号として出力することを特徴とする。
【００２８】
姿勢によって決定される受光パターンに基づき、姿勢算出手段で操作者の指部の姿勢（又はその姿勢の変化態様）を算出することで、信号出力手段はその算出結果に応じた形で操作信号を出力することができる。
【００２９】
第１１発明は、上記第１０発明において、前記操作者の指部の所定の基準姿勢に対応した生体情報分布に応じて設定された基準姿勢受光パターンと、前記パターン検出手段で検出された受光パターンとを比較する姿勢検出用比較手段を有し、
前記姿勢算出手段は、前記姿勢検出用比較手段での比較結果に応じて前記姿勢又は前記姿勢の変化態様を算出することを特徴とする。
【００３０】
操作者が指部の姿勢を変化させると、血管分布・筋肉分布・体温分布等の生体情報の分布が変化するため、これによって発光手段からの照射光の反射光や散乱光の挙動が変化し、受光手段の受光パターンも変化することとなる。この性質を利用して、予めある所定の基準姿勢にて取得した受光パターンを基準姿勢受光パターンとして保持しておき、この基準姿勢受光パターンと、現在、パターン検出手段で検出された受光パターンとを姿勢検出用比較手段で比較する。この比較に基づき、基準姿勢での受光パターンに対する現在の受光パターンの差がわかるので、姿勢算出手段でその差に応じた形で姿勢又は姿勢の変化態様を算出することができる。
【００３１】
第１２発明は、上記第１１発明において、前記姿勢検出用比較手段は、前記検出した受光パターンと前記基準姿勢受光パターンとの一致不一致を照合するか、又は、前記検出した受光パターンと前記基準姿勢受光パターンとの類似性を所定の関数で数値化し所定値以上の場合を選択するか、若しくは、重み付け繰り返し演算を用いたニューラルネットの手法により、前記比較を行うことを特徴とする。
【００３２】
パターン同士の一致不一致の照合か、関数数値化による選択か、ニューラルネットの手法で比較を行うことで、基準姿勢受光パターンと、パターン検出手段で検出された受光パターンとを比較することができ、これによって姿勢算出手段で姿勢又は姿勢の変化態様を算出することができる。
【００３３】
第１３発明は、上記第１２発明において、教師信号に基づき判定のために必要なパラメータを取得する学習モード、及び、当該パラメータと取得データとから判定を行う判定モードを備え、前記パラメータを保存するメモリ部を有する判定比較手段を設けたことを特徴とする。
【００３４】
判定比較手段が、学習モードにおいて教師信号に基づきパラメータを取得し、判定モードで当該パラメータと取得データとにより判定を行い、これを繰り返すことで、いわゆるニューラルネットの手法により基準姿勢受光パターンとパターン検出手段で検出した受光パターンとを比較することができる。
【００３５】
第１４発明は、上記第６乃至第１３発明のいずれかにおいて、前記操作信号に基づく操作者の指部の姿勢認識に関して設定された複数のモードを選択するための選択指示が入力されたかどうかを判定する第１選択指示判定手段を有することを特徴とする。
【００３６】
指部操作に関するモードを予め複数設定しておき、そのうちのいずれかのモードを選択指示で選択可能とすることで、操作者の意図する最も便利なモードにて操作することができ、利便性を向上することができる。
【００３７】
第１５発明は、上記第１４発明において、前記第１選択指示判定手段は、前記モードとして、マウスと同等の操作入力に対応したマウスモード、キーボードと同等の操作入力に対応したキー別文字入力モード、携帯電話と同等の操作入力に対応したかなめくり入力モードのいずれかを選択する前記選択指示がなされたかどうかを判定することを特徴とする。
【００３８】
これにより、操作者は、マウスモードか、キー別文字入力モード、かなめくり入力モードのうちもっとも便利と考えるものを選択して操作することができ、利便性を向上することができる。
【００３９】
第１６発明は、上記第１４又は第１５発明において、前記第１選択指示判定手段は、前記パターン検出手段で検出された前記受光パターンを予め定められたモード指示用受光パターンと比較する第１モード指示用比較手段を備え、この第１モード指示用比較手段の比較結果に応じて、前記選択指示が入力されたかどうかの判定を行うことを特徴とする。
【００４０】
予め所定の姿勢で取得した複数の受光パターンを各モードに対応したモード指示用受光パターンとして保持しておき、このモード指示用受光パターンと、現在、パターン検出手段で検出した受光パターンとを第１モード指示用比較手段で比較し、この比較に基づき、第１選択指示判定手段がどのモードが選択されたかどうかの判定を行う。これにより、操作者は、モード選択時には、各モードに対応した所定の姿勢をとるだけで足り、それ以外の特別な操作を行う必要がなくなる。この結果、操作労力の低減を図れる。
【００４１】
第１７発明は、上記第６乃至第１６発明のいずれかにおいて、前記信号出力手段による前記操作信号の出力を開始するための開始指示が入力されたかどうかを判定する開始指示判定手段を有し、前記信号出力手段は、前記開始指示判定手段の判定が満たされたときに、前記前記操作信号の出力を行うことを特徴とする。
【００４２】
信号出力手段から常時信号出力を行うのではなく、所定の開始指示が入力されたかどうかを開始指示判定手段で判定しその判定が満たされたときに出力を行うようにすることで、操作者の意図しない非操作時検出信号の出力等、操作信号出力装置の無駄な作動を無くし、電源消費を節約することができる。
【００４３】
第１８発明は、上記第１７発明において、前記開始指示判定手段は、前記パターン検出手段で検出された前記受光パターンを予め定められた開始指示用受光パターンと比較する開始指示検出用比較手段を備え、この開始指示検出用比較手段の比較結果に応じて、前記開始指示が入力されたかどうかの判定を行うことを特徴とする。
【００４４】
予めある所定の開始指示姿勢にて取得した受光パターンを開始指示用受光パターンとして保持しておき、この開始指示用受光パターンと、現在、パターン検出手段で検出した受光パターンとを開始指示検出用比較手段で比較し、この比較に基づき、開始指示判定手段が開始指示が入力されたかどうかの判定を行う。これにより、操作者は、信号出力手段による操作信号の出力を開始したい場合には、上記所定の開始指示姿勢をとるだけで足り、それ以外の特別な操作を行う必要がなくなる。この結果、操作労力を増大することなく、無駄な電源消費の防止を図れる。
【００４５】
第１９発明は、上記第６乃至第１８発明のいずれか１項発明において、前記信号出力手段による前記操作信号の出力を停止するための停止指示が入力されたかどうかを判定する停止指示判定手段を有し、前記信号出力手段は、前記停止指示判定手段の判定が満たされたときに、前記前記操作信号の出力を停止することを特徴とする。
【００４６】
信号出力手段から信号出力開始後、所定の停止指示が入力されたかどうかを停止指示判定手段で判定しその判定が満たされたときに出力を停止することで、操作者の意図しない非操作時検出信号の出力等、操作信号出力装置の無駄な作動を無くし、電源消費を節約することができる。
【００４７】
第２０発明は、上記第１９発明において、前記停止指示判定手段は、前記パターン検出手段で検出された前記受光パターンを予め定められた停止指示用受光パターンと比較する停止指示検出用比較手段を備え、この停止指示検出用比較手段の比較結果に応じて、前記停止指示が入力されたかどうかの判定を行うことを特徴とする。
【００４８】
予めある所定の停止指示姿勢にて取得した受光パターンを停止指示用受光パターンとして保持しておき、この停止指示用受光パターンと、現在、パターン検出手段で検出した受光パターンとを停止指示検出用比較手段で比較し、この比較に基づき、停止指示判定手段が停止指示が入力されたかどうかの判定を行う。これにより、操作者は、信号出力手段による操作信号の出力を停止したい場合には、上記所定の停止指示姿勢をとるだけで足り、それ以外の特別な操作を行う必要がなくなる。この結果、操作労力を増大することなく、無駄な電源消費の防止を図れる。
【００４９】
第２１発明は、上記第１乃至第２０発明のいずれかにおいて、前記発光手段は、波長が可視光帯域より近赤外光帯域までに含まれる前記照射光を発光することを特徴とする。
【００５０】
近赤外光は、生体組織に対して比較的高い透過性をもつ一方、生体組織内のヘモグロビンは近赤外光域で特徴的な吸収スペクトルを有している。したがって、発光手段から近赤外光域の照射光を発光することにより、操作者の動作に伴う操作部位の組織での（例えば指や手のひらでの）散乱の変化や血流分布の変化を受光手段での近赤外光の受光挙動により検出することができる。
【００５１】
また、近赤外光から離れた可視光のうち緑や青色の波長は、皮膚で反射・散乱する性質を備えていることから、発光手段から緑や青色波長の照射光を発光することにより、操作者の動作に伴う操作部位の皮膚表面の形状変化を受光手段でのそれら可視光の受光挙動（受光感度変化）により検出することができる。
【００５２】
第２２発明は、上記第２１発明において、波長が可視光帯域に含まれる前記照射光を受光する前記受光手段は、その焦点位置が前記操作者の手の甲近傍となるように配置されていることを特徴とする。
【００５３】
可視光の場合はあまり人体を透過しない性質を備えているが、受光手段の焦点位置を手の甲近傍とすることで、手の甲近傍における皮膚表面形状の変化を確実に検出することができる。
【００５４】
第２３発明は、上記第１乃至第２１発明のいずれかにおいて、前記発光手段は複数備えられており、それら複数の発光手段は、近赤外光帯域に含まれる同一の照射光をそれぞれ発光することを特徴とする。
【００５５】
単一波長の照射光を用いることにより、発光手段を複数種類用いる必要が無くなり、製造コストの低減や制御の簡素化を図ることができる。
【００５６】
第２４発明は、上記第１乃至２２発明のいずれかにおいて、前記発光手段は複数備えられており、それら複数の発光手段は、少なくとも１つの波長が近赤外光帯域に含まれる複数波長の照射光を発光することを特徴とする。
【００５７】
複数波長の照射光を用いることにより、主として生体組織の透過性を利用した検出や、主として皮膚での反射・散乱を利用した検出を併せて用いることができるので、さらに精度の高い受光検出を行うことができる。
【００５８】
第２５発明は、上記第２３又は第２４発明において、前記複数の発光手段を、時間差をもって順次発光させる時間差発光制御手段を有することを特徴とする。
【００５９】
同一発光を行わず時間差をもって順次発光させることにより、受光手段で受光した照射光の分離処理等が不要となり、処理・制御の簡素化や製造コストの低減等を図ることができる。
【００６０】
第２６発明は、上記第２４発明において、前記複数の発光手段を、同時に発光させる同時発光制御手段と、この同時発光制御手段の制御に基づき前記複数の発光手段から同時に発光され前記複数の受光手段で受光された前記照射光を、所定の波長帯域ごとに分離するためのフィルタ手段とを有することを特徴とする。
【００６１】
時間差発光を行わず同時発光させて受光することにより、時間差で順次発光させる場合に比べて発光及び受光に必要な時間を短縮し、効率のよい検出を行うことができる。このとき、同時に発光する複数の発光手段をそれぞれ異なる波長とし、同時発光の後に受光した照射光をフィルタ手段で分離処理することで、各発光手段の照射光ごとに別々の検出処理を行うことができる。
【００６２】
第２７発明は、上記第１乃至第１９発明のいずれかにおいて、前記発光手段は、レーザ光を１次元又は２次元に走査可能なレーザ走査手段を備えることを特徴とする。
【００６３】
レーザ操作手段でレーザ光を走査しつつ発光し、そのレーザ光の手のひらや指における反射光や散乱光を対応する位置の受光手段で受光することで、信号出力手段より操作者の手や指の動作状態に対応した操作信号を出力することができる。
【００６４】
上記目的を達成するために、第２８の発明は、操作者の手首に装着される装着部材、この装着部材に設けられ、前記操作者の手の甲側へ所定の照射光を発光する少なくとも１つの発光手段、装着部材に設けられ、少なくとも前記操作者の指部における前記照射光の反射光又は散乱光を前記手の甲側より受光する複数の受光手段、前記発光手段とこの発光手段からの前記照射光の反射光又は散乱光を受光した少なくとも１つの前記受光手段とを受光パターンとして検出するパターン検出手段、及び、このパターン検出手段で検出した受光パターンに基づき前記操作者の指部の動作状態に対応した操作信号を出力する信号出力手段を有する操作装置と、前記信号出力手段から入力された前記操作信号より取得した前記受光パターンに基づき、前記操作者の指部の姿勢又はその姿勢の変化態様を算出する姿勢演算手段を備えた制御装置とを有することを特徴とする。
【００６５】
本願第２８発明においては、操作者が手首に操作装置を装着し、その装着状態で何らかの操作を意図し手や指を動かすと、発光手段において手の甲側へ発光された照射光は、手の甲側を貫通するようにして手のひらや指においてその姿勢や姿勢の変化に対応した反射光や散乱光を生じた後、それらの光は再び手の甲を貫通するようにして戻り、それぞれ対応する位置の受光手段で受光される。このときの照射光を発光する発光手段と、そのときに受光した受光手段との組み合わせを、受光パターンとしてパターン検出手段で検出することで、信号出力手段ではその受光パターンに応じて、少なくとも操作者の指部の動作状態に対応した操作信号を出力する。この出力された操作信号は制御装置に入力され、この操作信号に基づいて姿勢演算手段で操作者の指部等の姿勢（又はその姿勢の変化態様）が演算される。
【００６６】
以上のように、操作者の指部等の姿勢等を光学的な手法で検出して操作信号としこれに基づき姿勢を演算することにより、操作者の意図を高精度に反映した操作を実現することができる。また非接触の光学的手法であることから、筋電位や加速度検出による手法のように操作者の体に電極等を密着させる必要はないため、操作者に圧迫感や不快感を与えることなく、快適な操作を行うことができる。
【００６７】
第２９発明は、上記第２８発明において、前記制御装置は、前記操作者の指部の所定の姿勢に対応した生体情報分布に応じて設定された基準姿勢受光パターンと、前記取得した受光パターンとを比較する演算用比較手段を有し、前記姿勢演算手段は、前記演算用比較手段での比較結果に応じて前記姿勢又は前記姿勢の変化態様を算出することを特徴とする。
【００６８】
操作者が指部の姿勢を変化させると、血管分布・筋肉分布表面皮膚形状分布等の生体情報の分布が変化するため、これによって操作装置の発光手段からの照射光の反射光や散乱光の挙動が変化し、受光手段の受光パターンも変化することとなる。この性質を利用して、制御装置側において予めある所定の基準姿勢にて取得した受光パターンを基準姿勢受光パターンとして保持しておき、この基準姿勢受光パターンと、現在、パターン検出手段で検出された受光パターンとを演算用比較手段で比較する。この比較に基づき、基準姿勢での受光パターンに対する現在の受光パターンの差がわかるので、姿勢演算手段でその差に応じた形で姿勢又は姿勢の変化態様を算出することができる。
【００６９】
第３０発明は、上記第２８又は第２９発明において、前記制御装置は、前記操作信号に基づく操作者の指部の姿勢認識に関して設定された複数のモードを選択するための選択指示が、前記操作装置より入力されたかどうかを判定する第２選択指示判定手段を備えることを特徴とする。
【００７０】
指部操作に関するモードを予め複数設定しておき、そのうちのいずれかのモードを選択指示で選択可能とすることで、操作者の意図する最も便利なモードにて操作することができ、利便性を向上することができる。
【００７１】
第３１発明は、上記第３０発明において、前記制御装置の前記第２選択指示判定手段は、前記モードとして、マウスと同等の操作入力に対応したマウスモード、キーボードと同等の操作入力に対応したキー別文字入力モード、携帯電話と同等の操作入力に対応したかなめくり入力モードのいずれかを選択する前記選択指示が、前記操作装置より入力されたかどうかを判定することを特徴とする。
【００７２】
これにより、操作者は、マウスモードか、キー別文字入力モード、かなめくり入力モードのうちもっとも便利と考えるものを選択して操作することができ、利便性を向上することができる。
【００７３】
第３２発明は、上記第３０又は第３１発明において、前記制御装置の前記第２選択指示判定手段は、前記パターン検出手段で検出された前記受光パターンを予め定められたモード指示用受光パターンと比較する第２モード指示用比較手段を備え、この第２モード指示用比較手段の比較結果に応じて、前記選択指示が入力されたかどうかの判定を行うことを特徴とする。
【００７４】
予め所定の姿勢で取得した複数の受光パターンを各モードに対応したモード指示用受光パターンとして保持しておき、このモード指示用受光パターンと、現在、パターン検出手段で検出した受光パターンとを第２モード指示用比較手段で比較し、この比較に基づき、第２選択指示判定手段がどのモードが選択されたかどうかの判定を行う。これにより、操作者は、モード選択時には、各モードに対応した所定の姿勢をとるだけで足り、それ以外の特別な操作を行う必要がなくなる。この結果、操作労力の低減を図れる。
【発明の効果】
【００７５】
本発明によれば、装着時において操作者に圧迫感や不快感を与えることなく、操作者の意図を高精度に反映した操作を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７６】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００７７】
図１は、本実施形態による操作装置を含む操作システムの全体構成を表す説明図である。
【００７８】
図１において、このシステムは、操作者Ｍの身体の所定の装着部位（この例では手首２）に装着して用いられる操作装置１００と、この例では操作者Ｍの腰３にベルト４を介し保持され、例えばＣＰＵ等の演算装置を備えた制御装置２００と、眼鏡のように操作者Ｍの耳５から鼻６にかけて装着される表示装置３００（ヘッドマウントディスプレイ）とを有している。
【００７９】
図２は、上記操作装置１００の詳細構造を表す正面図であり、図３は、上記操作装置１００が操作者Ｍの手首２に装着されている様子を表す図である。
【００８０】
これら図２及び図３において、操作装置１００は、略円環状の形状を備え、操作者Ｍの手首２に装着されるベルト本体１０５（装着部材）を有している。このベルト本体１０５には、所定の照射光を発光する少なくとも１つ（この例では２個）のＬＥＤ（発光手段）１０１,１０２と、これに対応した少なくとも１組（この例では２組）の受光素子（受光手段。例えばフォトダイオード、フォトトランジスタ、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等）１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄとが設けられ、さらにベルト本体１０５には上記ＬＥＤ１０１，１０２及び受光素子１０６〜１０７を制御するとともに所定の検出処理（詳細は後述）を行う、例えばＣＰＵ等の演算装置で構成される検出コントローラ１１０と、操作者Ｍの体格差による手首２の太さの違いに対応するために例えば伸縮構造としたサイズ調整部１１１とが設けられている。
【００８１】
ＬＥＤ１０１,１０２からの照射光としては、例えば、波長が可視光帯域より近赤外光帯域までに含まれる光を発光するようにすることができる。近赤外光は、生体組織に対して比較的高い透過性をもつ一方、生体組織内のヘモグロビンは近赤外光域で特徴的な吸収スペクトルを有している。したがって、ＬＥＤ１０１，１０２から近赤外光域の照射光を発光することにより、操作者Ｍの動作に伴う操作部位の組織（例えば指や手のひら）での散乱の変化や血流分布の変化を受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄでの近赤外光の受光挙動により検出することができる。
【００８２】
また、近赤外光から離れた可視光のうち緑や青色の波長は、皮膚で反射・散乱する性質を備えていることから、ＬＥＤ１０１，１０２から緑や青色波長の照射光を発光することにより、操作者Ｍの動作に伴う操作部位すなわち、手の甲近傍の皮膚表面の形状変化を受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄでのそれら可視光の受光挙動（受光感度変化）により検出することができる。
【００８３】
またこのときのＬＥＤ１０１，１０２の発光挙動としては、各ＬＥＤで、近赤外光帯域に含まれる同一の照射光をそれぞれ発光するようにしてもよい。この場合、単一波長の照射光を用いることにより、ＬＥＤを複数種類用意する必要が無くなり、製造コストの低減や制御の簡素化を図ることができる。あるいは、それらＬＥＤ１０１，１０２のうち少なくとも１つを近赤外光帯域に含まれる波長としつつ、それら全体としては複数波長の照射光を発光するようにしてもよい。このように複数波長の照射光を用いることにより、主として生体組織の透過性を利用した検出や、主として皮膚での反射・散乱を利用した検出を併せて用いることができるので、さらに精度の高い受光検出を行うことができる。
【００８４】
また、複数の波長を発光するＬＥＤ、すなわち、近赤外光発光ＬＥＤと可視光発光ＬＥＤを一つのＬＥＤパッケージに納めたＬＥＤを複数用いても良い。また、ＬＥＤに代えて、レーザーダイオード（ＬＤ）を用いても良い。
【００８５】
ベルト本体１０５は、上記２個のＬＥＤ１０１，１０２を左右に（この例では等間隔に）配設しており、これによってそれらＬＥＤ１０１，１０２から発光された照射光を操作者Ｍの人体の一部（この例では手の甲３あるいは手の甲３を貫通して手のひら３０や指３３）に照射するように、装着される。すなわち、ＬＥＤ１０１，１０２及び受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄは、ベルト本体１０５を手首に装着した際に操作者Ｍの手の甲３に対面して配置されている（図３参照）。そして、受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄは図２に示すように上記ＬＥＤ１０１,１０２の配置に対応して設けられ、操作者Ｍの人体の一部（この例では手の甲３あるいは手の甲３を貫通して手のひら３０や指３３）に対しＬＥＤ１０１，１０２から照射された照射光の照射部位における反射光又は散乱光を受光するようになっている。特に、発光側ＬＥＤ１０１から照射された照射光の照射部位における反射光又は散乱光を受光素子１０６ａ〜１０６ｄにおいて受光するよう、同様に発光側ＬＥＤ１０２から照射された照射光は受光素子１０７ａ〜ｄで受光するように配置されている。
【００８６】
また、この例では、各受光素子１０６ａ〜ｄ、１０７ａ〜ｄはその焦点位置が操作者Ｍの手のひら３０の近傍となるよう配置されている。これにより、確実に操作者の手のひらの姿勢等を高精度に検出することができる。
【００８７】
図４（ａ）及び図４（ｂ）はこのような照射光の受光挙動の一例を表す図である。図４（ａ）に示す例では、ＬＥＤ１０１から手の甲３を表側から裏側へ貫通するように照射された照射光の手のひら３０や指３３における透過散乱光が、再び手の甲３を裏側から表側へ貫通して受光素子１０６ａ〜ｄで受光される様子を表している（主として手のひら３０や指３３の姿勢や姿勢の変化を検出）。図４（ｂ）に示す例では、ＬＥＤ１０１から照射された照射光の手の甲３における反射散乱光が、受光素子１０６ａ〜ｄで受光される様子を表している（主として手の甲３の皮膚表面の動きにより手のひら３０の姿勢や姿勢の変化を検出）。
【００８８】
上記図４（ａ）及び図４（ｂ）に例を示したように、本実施形態では、ＬＥＤ１０１，１０２の少なくとも１つから照射された照射光の手の甲３あるいは手のひら３０や指３３における透過散乱光又は反射散乱光を対応する受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄで受光し、その受光結果のパターンによって操作者Ｍの手のひらや指の姿勢やその姿勢の変化を検出するものである。
【００８９】
図５は、上記手のひらや指の姿勢変化の検出手法を概念的に表した図であり、横軸に時間、縦軸に概念的な検出受光強度をとって表している。図５において、この例では、理解の容易化のために、操作者Ｍが手でジャンケンの「グー」「チョキ」「パー」の３つの姿勢をとったときの受光挙動を概念的に表している。
【００９０】
すなわち、図中「Ｏ」の時間においては操作者Ｍは特に何の操作もしていない自然な状態を表しており、図中「Ａ」の時間においては５指をすべて伸長させたいわゆる「パー」の状態を表しており、図中「Ｂ」の時間においては上記「パー」の状態から親指、薬指、小指を手のひら側に折り畳んだいわゆる「チョキ」の状態を表しており、図中「Ｃ」の時間においては上記「チョキ」の状態からさらに人差し指、中指も手のひら側に折り畳んだいわゆる「グー」の状態を表している。このような各指の動きにより操作者Ｍの手のひら３０や指３３の筋肉や血管等の位置や状態が連動して変化することで、前述した透過散乱光や反射散乱光の挙動が変化し、この結果、受光素子ア〜エ（受光素子１０６ａ〜ｄまたは１０７ａ〜ｄ）における各受光強度が図示のように時間的に変化し、この変化パターンを所定の手法で解析することにより、上記操作者Ｍの手のひら３０や指３３の姿勢又はその変化を検出することができる。なお、上記受光強度の大きさを見る代わりに、例えばパルス光を照射してその減衰値を検出するようにしてもよい。
【００９１】
図６（ａ）〜（ｄ）は、上記検出手法により検出されたパターンの一例を表す図である。なお、この例では操作者Ｍの手のひら３０側から見たパターンを表している。また、受光素子としてはより高密度な、８×８個の受光素子で受光した例を表している。図６（ａ）の例は、４つの指３３（人指し指、中指、薬指、小指）を手のひら３０に押し当てた状態の検出パターンを表している。また図６（ｂ）の例では、中指を手のひら３０に押し当てた状態、図６（ｃ）の例では、人指し指と薬指を手のひら３０から（やや）離した状態（あるいは徐々に手のひら３０から離していく状態）、図６（ｄ）の例では、人指し指と薬指を手のひら３０に押し当てた状態の検出パターンをそれぞれ表している。
【００９２】
このように操作者Ｍの指３３や手のひら３０の姿勢等を検出することにより、操作者Ｍの意図を高精度に反映した操作を実現し、操作者Ｍが少なくとも１本（片手であれば１本〜５本）の指３３を動かすことでこれを受光パターンとして検出することができる。また、こうして指３３による操作が可能となると、マウスやキーボードと同等の入力方法、あるいは携帯電話と同等のかなめくり入力のような操作も可能となる。上記の例でいえば、図６（ａ）に示すパターンを操作装置１００の開始操作とすることや、図６（ｂ）〜（ｄ）に示すパターンをマウスでの入力方法に見立てて図６（ｂ）に示すパターンを右クリック、図６（ｃ）に示すパターンを上スクロール、図６（ｄ）に示すパターンを下スクロールに対応する操作とすることなどである。また後述する表示装置３００においてキーボード表示等を行うものとすれば、キーボードと同等の入力も可能となる（仮想キーボードでの入力、ブラインドタッチ）。携帯電話等のかなめくり入力も同様に可能となる。
【００９３】
またこのとき、操作者３３の指３３に、照射光の当該指３３におけるに反射光や散乱光の強度を増すための反射体を設ける（例えば反射塗料を爪に塗布する、指３３に反射体材料を備えたキャップをかぶせる等）ようにすれば、操作者Ｍの指３３の姿勢等をより高精度に検出することができる。
【００９４】
図７は、上記手法を実現するために操作装置１００に備えられる上記検出コントローラ１１０を含む制御系を表す機能ブロック図である。
【００９５】
図７において、検出コントローラ１１０は、検出制御部１２０と、この検出制御部１２０からの制御信号に基づき、上記ＬＥＤ１０１，１０２をそれぞれ駆動するためのＬＥＤ駆動回路１２１，１２４と、受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄにおけるそれぞれの出力信号（受光信号）を選択的に入力するための切り換えスイッチ１２３，１２６と、それら切り換えスイッチ１２３，１２６で選択した入力信号をそれぞれデジタル変換して検出制御部１２０へ出力するＡ／Ｄ変換器１２２，１２５と、手首２に対し前後（奥行き方向）の平行移動及び手首２に対し相対回転可能なベルト本体１０５の装着位置を特定する（詳細は後述）ために用いる装着位置パターンメモリ１４０と、検出開始又は終了のトリガー信号を認識する（詳細は後述）ために用いる開始パターンメモリ１５０及び停止パターンメモリ１６０と、公知のアンテナや通信回路等を備えた、制御装置２００への無線通信を行うための無線通信制御部１９０と、電源供給用の電池ＢＴと、タイマＴＭとを備えている。
【００９６】
ＬＥＤ１０１，１０２は、互いに異なる波長のもの、この例では可視光ＬＥＤであるＬＥＤ１Ａ、ＬＥＤ２Ａと、近赤外光ＬＥＤであるＬＥＤ１Ｂ，ＬＥＤ２Ｂとが、それぞれ１つのパッケージに納められている。これら可視光ＬＥＤ及び赤外光ＬＥＤは、それぞれ駆動回路１２１，１２４により、後述するように可視光発光と近赤外光発光が切り換えられる（なお後述の変形例のようにフィルタで分離できる場合は同時発光するようにしてもよい）。
【００９７】
図８は、検出制御部１２０が実行する制御手順の一例を表すフローチャートである。図８において、まず、ステップＳ５で、タイマＴＭのカウントを開始する。
【００９８】
その後、ステップＳ１０に移り、モードフラグ（操作モードであるか装着ずれ検出モードであるかを表すフラグ。詳細は後述）ＦＰ＝０に初期化し、また操作フラグ（操作モードにおいて操作入力中であるか操作開始指示待ちであるかを表すフラグ。詳細は後述）ＦＩ＝０に初期化する
【００９９】
その後、ステップＳ１５に移り、ＬＥＤ１０１，１０２に対応するＬＥＤ駆動回路１２１，１２４に制御信号を出力し、当該ＬＥＤ１０１，１０２を発光開始させる。このとき、この例では先の図７に示したように、各ＬＥＤ１０１，１０２は互いに波長が異なるもの２個（前述の例では可視光ＬＥＤと近赤外光ＬＥＤ）が１組として、第１ＬＥＤ１０１ａ（図７中「ＬＥＤ１Ａ」で表す）、第２ＬＥＤ１０１ｂ（図７中「ＬＥＤ１Ｂ」で表す）、第１ＬＥＤ１０２ａ（図７中「ＬＥＤ２Ａ」で表す），第２ＬＥＤ１０２ｂ（図７中「ＬＥＤ２Ｂ」で表す）が備えられている。このステップＳ１５では、それぞれ第１ＬＥＤ１０１ａ、第１ＬＥＤ１０２ａを発光させる。
【０１００】
その後、ステップＳ２０に移り、上記ステップＳ１５の第１ＬＥＤ１０１ａ，１０２ａの発光による各受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄでの受光結果信号ＳｐｏｓＡを取り込む（そして適宜の記憶手段に一時的に保存する）。すなわち、切り換えスイッチ１２３を切り替えながら受光素子１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄにおける受光信号をＡ／Ｄ変換器１２２を介し順次取り込み、切り換えスイッチ１２６を切り替えながら受光素子１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄにおける受光信号をＡ／Ｄ変換器１２５を介し順次取り込む（したがってこの例では１つの第１ＬＥＤ１０１ａ，１０２ａの発光に対し８個の受光信号を取り込むこととなる）。
【０１０１】
その後、ステップＳ２５に移り、上記ステップＳ１５で発光開始させたＬＥＤ１０１，１０２に対応するＬＥＤ駆動回路１２１，１２４に制御信号を出力し、当該第１ＬＥＤ１０１ａ，１０２ａの発光を停止させる。
【０１０２】
その後、ステップＳ３０に移り、上記ステップＳ１５と同様、ＬＥＤ駆動回路１２１，１２４に制御信号を出力し、それぞれ第２ＬＥＤ１０１ｂ，１０２ｂを発光開始させる。
【０１０３】
そして、ステップＳ３５において、上記ステップＳ２０と同様、上記ステップＳ３０の第２ＬＥＤ１０１ｂ，１０２ｂの発光による各受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄでの受光結果信号ＳｐｏｓＢを、切り換えスイッチ１２３，１２６を順次切り替えながらＡ／Ｄ変換器１２２，１２５を介し順次取り込む（前述と同様１つの第２ＬＥＤ１０１ｂ，１０２ｂの発光に対し８個の受光信号を取り込み、適宜の記憶手段に一時的に保存する）。
【０１０４】
その後、ステップＳ４０に移り、上記ステップＳ３０で発光開始させたＬＥＤ１０１，１０２に対応するＬＥＤ駆動回路１２１，１２５に制御信号を出力し、当該第２ＬＥＤ１０１ｂ，１０２ｂの発光を停止させる。
【０１０５】
そして、ステップＳ４５において、上記モードフラグＦＰ＝０であるかどうかを判定する。最初は上記ステップＳ１０においてＦＰ＝０となっているから判定が満たされ、ステップＳ２００に移る。
【０１０６】
ステップＳ２００では、上記のようにしてステップＳ１５〜ステップＳ４０で取り込んだ受光パターンと、上記装着位置パターンメモリ１４０に記憶されたパターンとの照合に基づき（詳細は後述）、手首２に装着されたベルト本体１０５の相対位置（手首２に対し前後（奥行き）方向位置及び手首２まわりの回転方向位置）を検出する装着ずれ検出処理を実行し、奥行き方向及び回転方向における装着位置（装着距離ｚｍo、装着角度θｋo、ともに詳細は後述）を決定する。
【０１０７】
ステップＳ２００でベルト本体１０５の装着ずれの検出処理が完了したら、ステップＳ６０でモードフラグＦＰを操作モードであるＦＰ＝１にし、ステップＳ１５へ戻る。そして、前述と同様にして再びステップＳ１５〜ステップＳ４０を繰り返すことで受光結果を取り込んだ後、ＦＰ＝１であるからステップＳ４５での判定が満たされなくなり、ステップＳ６５に移る。
【０１０８】
ステップＳ６５では、上記操作フラグＦＩ＝０であるかどうかを判定する。最初は先のステップＳ１０で初期化された状態のままＦＩ＝０であるから判定が満たされ、ステップＳ３００へ移る。
【０１０９】
ステップＳ３００では、上記のようにしてステップＳ１５〜ステップＳ４５で取り込んだ受光パターンと、上記開始パターンメモリ１５０に記憶されたパターンとの照合に基づき（詳細は後述）、操作者Ｍによる（この例では指３３の）操作が、操作開始を意図するものであるかどうかを検出する操作開始指示検出処理を実行する。
【０１１０】
その後、ステップＳ７０に移り、指示の認識・未認識を表すフラグＧが１であるかどうかを判定する。ステップＳ３００において操作開始指示を認識していればＧ＝１となっている（後述の図１０のステップＳ３３０参照）ことから判定が満たされ、ステップＳ７５で操作フラグＦＩを操作入力中であることを表す１とし、ステップＳ１０５へ移る。ステップＳ３００において操作開始指示が未認識であればＧ＝０となっている（後述の図１０のステップＳ３２５参照）ことから判定が満たされず、そのままステップＳ１０５へ移る。
【０１１１】
ステップＳ１０５では、上記ステップＳ５でのタイマＴＭでの計時開始後、予め定められた所定時間（例えばこの時間が経過したらそれまでのすべての受光結果をリセットして装着ずれの検出からやり直すべきものとする時間）を経過したかどうかを判定する。当該時間が経過するまでは判定が満たされず、ステップＳ１５に戻って同様の手順を繰り返す。ステップＳ３００における操作開始指示が未認識でありＧ＝０のままである場合、このステップＳ１０５→ステップＳ１５に戻り以降のステップを繰り返し、ステップＳ６５を経てステップＳ３００において再び操作開始指示の検出を行い、上記所定の時間が経過しない間は操作開始指示が認識されＧ＝１となるまでこれらの手順を繰り返す。
【０１１２】
操作開始指示の認識によりＧ＝１となった場合はステップＳ７５でＦＩ＝１となっていることから、上記のようにしてステップＳ１５に戻りステップＳ１５〜ステップＳ４５を経てステップＳ６５の判定が満たされず、ステップＳ４００に移る。
【０１１３】
ステップＳ４００では、上記のようにしてステップＳ１５〜ステップＳ４０で取り込んだ受光パターンと、上記停止パターンメモリ１６０に記憶されたパターンとの照合に基づき（詳細は後述）、操作者Ｍによる（この例では指３３の）操作が、操作停止を意図するものであるかどうかを検出する操作停止指示検出処理を実行する。
【０１１４】
その後、ステップＳ８０に移り、指示の認識・未認識を表すフラグＧが１であるかどうかを判定する。ステップＳ４００において操作停止指示が未認識であればＧ＝０となっている（後述の図１１のステップＳ４２５参照）ことから判定が満たされず、ステップＳ９０へ移る。
【０１１５】
ステップＳ９０では、操作開始指示後操作停止指示前に上記ステップＳ１５〜ステップＳ４０で取得した受光結果信号ＳｐｏｓＡ及びＳｐｏｓＢを、操作者Ｍの操作意図に対応した本来の操作動作であるとみなして、上記ステップＳ２００で検出した装着距離ｚｍoだけ奥行き方向の前又は後ろに平行移動させるように補正し、また装着角度θｋoだけ回転させるように補正し、受光補正信号を生成する。
【０１１６】
その後、ステップＳ９５において、無線通信制御部１９０に制御信号を出力し、上記ステップＳ９０で生成した受光補正信号を無線通信により制御装置２００へと送信し、ステップＳ１０５へと移る。
【０１１７】
一方、前述のステップＳ８０において、ステップＳ４００で操作停止指示を認識していればＧ＝１となっている（後述の図１１のステップＳ４３０参照）ことから判定が満たされ、ステップＳ８５で操作フラグＦＩを操作開始指示待ちであることを表す０に戻し、ステップＳ１０５へ移る。
【０１１８】
ステップＳ１０５では、前述の所定の時間が経過するまでは判定が満たされず、ステップＳ１５に戻って同様の手順を繰り返す。そして、ステップＳ１０５→ステップＳ１５〜ステップＳ４５を経て、ステップＳ６５の判定が満たされてステップＳ３００において再び操作開始指示の検出を行い、上記所定の時間が経過しない間は再び操作開始指示が認識されるまでこれらの手順を繰り返す。
【０１１９】
なお、以上のようなステップＳ１５〜ステップＳ１０５の手順を繰り返すうち、タイマＴＭによる前述の計時が上記所定の時間となったら、ステップＳ１０５の判定が満たされ（＝タイムオーバー）、ステップＳ１１０に移ってタイマＴＭへ制御信号を出力して計時をリセット（初期化）した後、装着ずれの検出からやり直すためにステップＳ１１５でモードフラグＦＰ＝０に戻し、ステップＳ１５に戻って同様の手順を繰り返す。
【０１２０】
次に、上記ステップＳ２００における装着ずれ検出処理について説明する。本実施形態では、操作者Ｍの手首２の所定の状態（例えば手のひら３０の力を抜いて最も自然にしたときの状態）においてＬＥＤ１０１，１０２からの照射光の受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄでの受光信号の分布（受光パターン）を１つの指標とし、手首２まわりのベルト本体１０５の回転により上記受光信号分布がどれだけ回転した状態にあるかを、装着位置パターンメモリ１４０に記憶した受光パターンテーブルと照合して検出する。また、このとき同時に手首２まわりのベルト本体１０５の奥行き方向の位置により上記受光信号分布がどれだけ前後に移動した状態にあるかについても、装着位置パターンメモリ１４０に記憶した受光パターンテーブルと照合して検出する。
【０１２１】
すなわち、詳細な図示を省略するが、上記受光パターンテーブルには、ある状態（例えば操作者Ｍから見て手の甲３を手前側にしてその手の甲３の幅方向中央部に対してＬＥＤ１０１及びＬＥＤ１０２が等間隔に位置している状態）を回転方向の基準位置（θ＝０°）として、この基準位置における受光パターン（基準位置受光パターン）を格納している。そして検出制御部１２０は、上記基準位置の受光パターンを元に、所定角度間隔（例えば９０°範囲を１６分割した５．６２５°刻み）をもって、当該角度間隔ごとに上記受光パターンを回転させたものを生成し、これを図示しない適宜のメモリに一時的に記憶する。このとき、所定角度間隔ごとに上記基準位置からの回転方向のずれ位置をカウントする変数ｋ（回転ずれ位置カウント変数）に（上記１６分割の例でいうと）−８〜８の各値を対応させる。ｋ＝−８〜８の各値は、ｋ＝０が角度位置θ＝０°（基準位置そのもの）に対応し、ｋ＝−８が角度位置θ＝−４５°に対応し、以下同様に、ｋ＝８が角度位置θ＝４５°に対応している。
【０１２２】
また、上記基準位置の受光パターンを元に、所定距離間隔（この例では１ｍｍ）ごとに上記基準位置からの奥行き方向のずれ位置をカウントする変数ｍ（奥行きずれ位置カウント変数）についても０〜１５等の各値を対応させる。なお、この例では奥行き方向のずれ位置については上記基準位置の前後のずれを検出するため、ｍ＝７を基準位置に対応させるものとしている。
【０１２３】
図９は、上記ステップＳ２００の詳細手順を表すフローチャートである。
【０１２４】
まずステップＳ２０５で、回転ずれ位置カウント変数ｋ及び奥行きずれ位置カウント変数ｍの値を、それぞれその初期値ｋstart（この例ではｋ＝−４５°）、ｍstart（この例ではｍ＝０ｍｍ）とする。このｋstart、ｍstartの値は固定的に設定されていても良いし、その都度操作者により操作（又は選択）入力するようにしてもよい。
【０１２５】
そして、ステップＳ２１０で、上記ｋstart（この例では−４５°）、上記ｍstart（この例ではｍ＝０ｍｍ）に相当する基本受光パターンを装着位置パターンメモリ１４０から読み出し、適宜のメモリに一時的に記憶する。
【０１２６】
その後、ステップＳ２１１に移り、前述の所定距離間隔ｄｚ（この例では１ｍｍ）を用いて、各奥行きずれ位置変数ｚに対応した距離位置ｚｍ＝ｋ×ｄｚを定義する。
【０１２７】
そして、ステップＳ２１２において、上記ステップＳ２１０で取得しメモリに記憶されている基本受光パターン（ｍ＝ｍstartに対応）を、上記ステップＳ２１１で求めた装着距離ｚだけ平行移動（ずらし）た分布とし、ステップＳ２１３でこれをメモリに記憶させる。
【０１２８】
その後、ステップＳ２１５に移り、前述の所定角度間隔ｄθ（この例では５．６２５°）を用いて、各回転ずれ位置変数ｋに対応した角度位置θｋ＝ｋ×ｄθを定義する。
【０１２９】
そして、ステップＳ２２０において、上記ステップＳ２１０で取得しメモリに記憶されている基本受光パターン（ｋ＝ｋstartに対応）を、上記ステップＳ２１５で求めた装着角度θｋだけ回転させ（ずらし）た分布とし、ステップＳ２２５でこれをメモリに記憶させる。
【０１３０】
その後、ステップＳ２３０で、ｋが予め定められた所定の回転完了値ｋendに達したかどうかを判定する。このｋendの値は固定的に設定されていても良いし、その都度操作者により操作（又は選択）入力するようにしてもよい。ｋ＜ｋendの場合は判定が満たされず、ステップＳ２３５でｋに１を加え、ステップＳ２１５に戻り、同様の手順を繰り返す。
【０１３１】
ｋ＝ｋendになった場合は、ステップＳ２３０の判定が満たされ、ステップＳ２３６へ移る。
【０１３２】
そして、ステップＳ２３６において、ｍが予め定められた所定の平行移動完了値ｍendに達したかどうかを判定する。このｍendの値は固定的に設定されていても良いし、その都度操作者により操作（又は選択）入力するようにしてもよい。ｍ＜ｍendの場合は判定が満たされず、ステップＳ２３７でｍに１を加え、ステップＳ２１１に戻り、同様の手順を繰り返す。
【０１３３】
ｍ＝ｍendになった場合は、ステップＳ２３６の判定が満たされ、ステップＳ２４０へ移る。
【０１３４】
ステップＳ２４０では、この時点で前述の図８のステップＳ１５〜ステップＳ４０で取得した全受光結果信号Ｓｐｏｓ（なおＬＥＤ１０１，１０２のどれについての受光信号でもよく、また第１ＬＥＤ、第２ＬＥＤのいずれか一方でよい）の分布と、上記ステップＳ２１３及びＳ２２５でメモリに格納蓄積されたｍ＝ｍstart〜ｍend及びｋ＝ｋstart〜ｋendまでの各受光パターンの各値とを乗算することで、各ずれ位置変数ｍ及びｋごとに相関係数Ｒｍ，Ｒｋを算出する。
【０１３５】
その後、ステップＳ２４５において、ステップＳ２４０の結果に基づき、相関関数Ｒｋ，Ｒｍがそれぞれ最も大きくなるずれ位置変数ｋ及びｚを、現在の実際のベルト本体１０５の位置に対応したずれ位置ｋo，ｍoとする。
【０１３６】
そして、ステップＳ２５０において、実際のベルト本体１０５の装着角度θｋo及び装着距離ｚｍoを、上記ステップＳ２４５で算出したｋo，ｍoと前述のｄθ，ｄｚを用いて、θｋo＝ｋo×ｄθ及びｚｍo＝ｍo×ｄｚにより算出し、このフローを終了する。
【０１３７】
図１０は、上記ステップＳ３００の詳細手順を表すフローチャートである。
【０１３８】
図１０において、まずステップＳ３１０で、この時点で前述の図８のステップＳ１５〜ステップＳ４０で取得した全受光結果信号Ｓｐｏｓ（なおＬＥＤ１０１，１０２のどれについての受光信号でもよく、また第１ＬＥＤ、第２ＬＥＤのいずれか一方でよい）を、先のステップＳ２００で算出したベルト本体１０５の装着角度θｋoだけ回転させ、回転位置補正を行う。また、装着距離ｚｍoだけ平行移動させ、奥行き位置補正も行う。
【０１３９】
その後、ステップＳ３１５に移り、操作者Ｍによる操作動作の検出開始の合図（トリガー信号）として予め定められ、開始パターンメモリ１５０に記憶された
指３３の開始指示動作（例えば人差し指、中指、薬指の三本を手のひらにつける、等）に対応する受光パターンを当該開始パターンメモリ１５０より読み出す。そして、この読み出した開始パターンと、上記ステップＳ３１０で補正した受光パターンとの相関係数Ｒを所定の手法で算出する。
【０１４０】
そして、ステップＳ３２０において、上記ステップＳ３１０で算出した相関係数Ｒの値が、パターン認識上相当の確率でほぼ同一と見なせる、予め定められる所定値Ｒｓより大きいかどうかを判定する。Ｒ＞Ｒｓであれば判定が満たされ、ステップＳ３３０に移って指示の認識・未認識を表すフラグＧを１（認識）とする。Ｒ≦Ｒｓであれば判定が満たされず、ステップＳ３２５に移って上記フラグＧを０（未認識）とする。ステップＳ３３０又はステップＳ３２５が完了したらこのフローを終了する。
【０１４１】
図１１は、上記ステップＳ４００の詳細手順を表すフローチャートである。
【０１４２】
図１１において、まずステップＳ４１０で、この時点で前述の図８のステップＳ１５〜ステップＳ４０で取得した全受光結果信号Ｓｐｏｓ（なおＬＥＤ１０１，１０２のどれについての受光信号でもよく、また第１ＬＥＤ、第２ＬＥＤのいずれか一方でよい）を、先のステップＳ２００で算出したベルト本体１０５の装着角度θｋoだけ回転させ、回転位置補正を行う。また、装着距離ｚｍoだけ平行移動させ、奥行き位置補正も行う。
【０１４３】
その後、ステップＳ４１５に移り、操作者Ｍによる操作動作の検出停止の合図（トリガー信号）として予め定められ、停止パターンメモリ１６０に記憶された
指３３の停止指示動作（例えば親指を一本だけ手のひらにつける、等）に対応する受光パターンを当該停止パターンメモリ１６０より読み出す。そして、この読み出した停止パターンと、上記ステップＳ４１０で補正した受光パターンとの相関係数Ｒを所定の手法で算出する。
【０１４４】
そして、ステップＳ４２０において、上記ステップＳ４１０で算出した相関係数Ｒの値が、パターン認識上相当の確率でほぼ同一と見なせる、予め定められる所定値Ｒｅより大きいかどうかを判定する。Ｒ＞Ｒｓであれば判定が満たされ、ステップＳ４３０に移って指示の認識・未認識を表すフラグＧを１（認識）とする。Ｒ≦Ｒｅであれば判定が満たされず、ステップＳ４２５に移って上記フラグＧを０（未認識）とする。ステップＳ４３０又はステップＳ４２５が完了したらこのフローを終了する。
【０１４５】
図１２は、前述の制御装置２００の機能的構成を表す機能ブロック図である。
【０１４６】
図１２において、制御装置２００は、入力信号生成制御部２１０と、各操作態様における操作者Ｍの操作部位（この例では指３３等）の姿勢に対応した血管、筋肉等の生体情報分布として予め設定されている受光パターン（＝基準姿勢受光パターン）を格納保持した受光パターンメモリ２２０と、操作者の操作態様（意図）を解析する（詳細は後述）受光パターン解析部２３０と、受光パターン解析部２３０に備えられた学習処理部２３１（詳細は後述）と、公知のアンテナや通信回路等を備え、操作装置１００への無線通信を行うための無線通信制御部２４０と、同様に公知のアンテナや通信回路等を備え、操作装置１００以外の外部機器（この例では上記表示装置３００）へ無線通信を行うための外部入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）２５０と、電源供給用の電池ＢＴとを備えている。
【０１４７】
図１３は、制御装置２００全体が実行する制御手順の一例を表すフローチャートである。図１３において、まず、ステップＳ５０５において、入力信号生成制御部２１０で、無線通信制御部２４０を介し、操作装置１００に備えられた無線通信制御部１９０からの無線信号データの伝送があったかどうかを判定する。データ伝送があった場合には判定が満たされ、ステップＳ５１０に移る。
【０１４８】
ステップＳ５１０では、入力信号生成制御部２１０で、操作者Ｍの操作意図に対応した、操作開始指示後操作停止指示前に前述のステップＳ１５〜ステップＳ４０で取得され（＝ＳｐｏｓＡ及びＳｐｏｓＢ）さらに装着角度θｋoの補正及び装着距離ｚｍoの補正を施された受光補正信号を、上記ステップＳ５０５で受信した操作装置１００からの無線信号データの中から抽出取得し、適宜のメモリに格納蓄積する。
【０１４９】
その後ステップＳ５１５に移り、入力信号生成制御部２１０で、上記ステップＳ５１０で取得したデータが所定数（例えば操作者Ｍの手による１操作態様を構成するのに十分な姿勢の数）だけ蓄積されたかどうかを判定する。蓄積データ数が当該所定数未満である場合には判定が満たされず、ステップＳ５０５に戻って同様の手順を繰り返す。蓄積データが所定数に達した場合にはステップＳ５１５の判定が満たされ、ステップＳ５２０へ移る。
【０１５０】
ステップＳ５２０では、受光パターン解析部２３０で、操作者の手のひら３０や指３３の姿勢を特定するための上記受光パターンメモリ２２０に格納された受光パターン（基準姿勢受光パターン）を参照しつつ、その基準姿勢受光パターンと、操作装置１００から入力した操作信号に基づく受光パターンとを比較することにより、操作者Ｍの手のひら３０や指３３の姿勢（例えば「グー」、「チョキ」、「パー」のいずれかである等）を解析する。さらに、その操作者Ｍの手のひら３０や指３３の姿勢の複数の解析結果を用いて、その連続性に基づき、操作者Ｍの操作態様（操作意図「グー→チョキ→パー」等）を解析する。
【０１５１】
その後、ステップＳ５２５に移り、入力信号生成制御部２１０で、上記ステップＳ５２０で解析した操作者Ｍの操作態様を元に、対応する操作信号（例えば「ファイル開く」「次ページ表示」等）を生成する。
【０１５２】
そして、ステップＳ５３０において、外部入出力インターフェイス２５０で、上記ステップＳ５２５で生成した操作信号を表示装置３００（ヘッドマウントディスプレイ）へ無線通信により出力し、ステップＳ５０５へ戻って同様の手順を繰り返す。
【０１５３】
図１４は、上記表示装置３００の詳細外観構造を表す斜視図である。図１４において、表示装置３００は、操作者Ｍの鼻６に載置保持される鼻保持部３０１と、操作者Ｍの両側の耳５にそれぞれ載置保持される耳保持部３０２と、装着時に操作者Ｍの両目の前方にそれぞれ位置し所定の表示を行う表示部３０３と、それら表示部３０３を指示するための支持部３０４と、ケーブル３０５を介し表示部３０３に接続された制御部（図示せず）とを有している。
【０１５４】
上記制御部は、上記制御装置２００より無線通信を介し操作信号を受信するとともに、この操作信号に基づき２つの表示部３０３への制御信号を生成してケーブル３０５を介し出力し、表示部３０３において対応する表示を行わせる。
【０１５５】
図１５は、上記のような操作システムを実際に活用した一例を表す説明図である。図１５において、この例では操作者Ｍは自動車ＣＲの整備を行っており、ジャッキアップした自動車ＣＲの床下に図示のように体を寝かせて潜り込んだ状態で、適宜の工具を手にして作業を行っている。その際、制御装置２００の表示制御（詳細な説明は省略）により整備マニュアルの表示制御信号が表示装置３００の上記制御部へと無線通信を介して送信され、これによって表示装置３００の表示部に当該整備マニュアルが（操作者Ｍが両眼にて視認可能に）表示される。そしてこのとき、操作者Ｍが手の平３や指３３を適宜に操作（例えば前述の「グー」「チョキ」「パー」等）することにより、その操作態様に応じた受光パターンが操作装置１００から制御装置２００へと送信され、制御装置２００の受光パターン解析部２３０で当該操作態様に基づき操作者による当該整備マニュアルのページめくりの意図を解析し、対応するページ移行処理を実行させることができる。これによって、操作者Ｍは、紙でできた刊行物としてのマニュアルをいちいち床下に持ち込んだりページをめくったりすることなく、手に工具をもったままで整備マニュアルの所望のページを参照し、最適な自動車整備作業を行うことができる。
【０１５６】
以上において、図８に示した検出制御部１２０が実行するフローのステップＳ１５〜ステップＳ４０が、各請求項記載の、発光手段とこの発光手段からの照射光の反射光又は散乱光をを受光した少なくとも１つの受光手段とを受光パターンとして検出するパターン検出手段を構成する。また、ステップＳ９５及び無線通信制御部１９０が、パターン検出手段で検出した受光パターンに基づき前記操作者の指部の動作状態に対応した操作信号を出力する信号出力手段を構成する。
【０１５７】
また、制御装置２００の入力信号生成制御部２１０が実行する図１３のフローのステップＳ５２５が、信号出力手段から入力された操作信号より取得した受光パターンに基づき、操作者の指部の姿勢又はその姿勢の変化態様を算出する姿勢演算手段を構成する。
【０１５８】
以上のように構成した本実施形態の操作システムにおいては、操作者Ｍが手首２に操作装置１００をベルト本体１０５を介して装着し、その装着状態で何らかの操作を意図し手のひら３３や指３０を動かすと、ＬＥＤ１０１，１０２から発光された照射光は、手の甲を表側から裏側に貫通するようにして手のひら３３や指３０においてその姿勢や姿勢の変化に対応した反射光や散乱光を生じた後、それらの光は再び手の甲を裏側から表側に貫通するようにして戻り、それぞれ対応する位置の受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄで受光される。このようにして、上記操作者Ｍの指３３の動きに対応し複数の受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄにおいて種々の受光結果が生じるため、その受光結果の組み合わせに基づき、上記操作者Ｍの指３３の動作状態に対応した操作信号を出力することができる。
【０１５９】
以上のように、操作者Ｍの指３３や手のひら３０の姿勢等を光学的な手法を介して検出し操作信号としこれに基づき姿勢を演算することにより、操作者の意図を高精度に反映した操作を実現することができる。また非接触の光学的手法であることから、筋電位や加速度検出による手法のように操作者Ｍの体に電極等を密着させる必要はないため、操作者Ｍに圧迫感や不快感を与えることなく、快適な操作を行うことができる。
【０１６０】
本実施形態では特に、操作者Ｍが指３３の姿勢を変化させることで変化する、手のひら３０や指３３の血管分布・筋肉分布・皮膚表面形状分布等の生体情報の分布の変化を、ＬＥＤ１０１，１０２の照射光の透過光や散乱光の挙動の変化、すなわち受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄの受光パターンの変化として検出する。具体的には、予めある所定の基準姿勢にて取得した受光パターンを基準姿勢受光パターンとして制御装置２００の受光パターンメモリ２２０に保持しておき、この基準姿勢受光パターンと、現在、操作装置１００で検出された受光パターンとを制御装置２００にて比較する。この比較に基づき、基準姿勢での受光パターンに対する現在の受光パターンの差がわかるので、その差に応じた形で操作者Ｍの指３３や手のひら３０の姿勢又は姿勢の変化態様を算出することができる。
【０１６１】
また、本実施形態では特に、ＬＥＤ１０１，１０２と受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄとを、ベルト本体１０５に対し略円環状に配置していることにより、上記したように操作者Ｍの手首、あるいはその他例えば、胴、首、足首、腕、頭などにも容易に装着可能な構造とすることができる。なお、操作者Ｍの身体以外に取り付け可能な構造（例えば、天井や表示パネルに取り付け可能とする）としてもよい。
【０１６２】
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で、種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を説明する。
【０１６３】
（１）複数のモードを設定する場合
上記実施形態では、操作装置１００から常時信号出力を行うのではなく、所定の開始指示又は所定の停止指示がなされたときに信号出力を行うようにするものとしているが、このとき、指３３の操作に関するモードを予め複数設定しておき、そのうちのいずれかのモードを選択指示で選択可能とするものとしてもよい。このようなモードとしては、マウスと同等の操作入力に対応したマウスモード（前述の図６（ｂ）〜（ｄ）参照）、キーボードと同等の操作入力に対応したキー別文字入力モード、携帯電話と同等の操作入力に対応したかなめくり入力モードを予め設定しておけばよい。このようにすることで、操作者がマウスモード、キー別文字入力モード、かなめくり入力モードのいずれか操作者の意図する便利なモードを選択して操作することができ、利便性を向上することができる。
【０１６４】
また、予め所定の姿勢で取得した複数の受光パターンを上記の各モードに対応したモード指示用受光パターンとして保持しておき、このモード指示用受光パターンと、現在、パターン検出手段で検出した受光パターンとを比較し、この比較に基づき、どのモードが選択されたかどうかの判定を行うものとしてもよい。これにより、操作者は、モード選択時には、各モードに対応した所定の姿勢をとるだけで足り、それ以外の特別な操作を行う必要がなくなる。この結果、操作労力の低減を図れる。
【０１６５】
（２）フィルタ手段を用いて同時発光する場合
上記実施形態では、ＬＥＤ１０１，１０２を（所定の時間差をもって）順次発光させたが、これに限られず、それらを同時発光させるとともに、受光側でフィルタ手段を用いて所定波長帯域毎に分離するようにしてもよい。
【０１６６】
図１６は、そのような変形例の１つを表している（図示の煩雑化を防止するために一部省略して表す）。この例では、ＬＥＤ１０１，１０２を、対応する上記ＬＥＤ駆動回路１２１，１２４により互いに異なる変調周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４によりそれぞれ変調して照射するようになっている。そして、これに対応し、各受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄそれぞれで受光した信号を増幅する増幅器１９５と、この増幅器１９５で増幅した信号がそれぞれ入力され、上記変調周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４ごとに抽出分離する電気的なフィルタ１９１，１９２，１９３，１９４（フィルタ手段）と、それらフィルタ１９１，１９２，１９３，１９４からの出力を選択的に上記切り換えスイッチ１２３，１２６のいずれかに入力するための切り換えスイッチ１９６とを備えている。
【０１６７】
この場合、同時発光制御される（＝同時発光制御手段）ＬＥＤ１０１，１０２から発光され受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄで同時に受光された照射光を、各フィルタ１９１，１９２，１９３，１９４で所定の変調周波数帯域（この例では変調周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４）ごとに分離した後、切り換えスイッチ１９６及び切り換えスイッチ１２３，１２６を介して検出制御部１２０へ入力することで、各ＬＥＤ１０１，１０２の照射光ごとに別々の検出処理を行うことができる。そして、このように時間差発光を行わず同時発光させて受光することにより、上記実施形態のように順次発光させる場合に比べて、発光及び受光に必要な時間を短縮し、効率のよい検出を行うことができる。
【０１６８】
図１７は、フィルタ手段を用いる別の変形例を表している（図示の煩雑化を防止するために一部省略して表す）。上記と同様、ＬＥＤ１０１，１０２はＬＥＤ１Ａ，ＬＥＤ１Ｂに対応する互いに異なる波長λ１，λ２，λ３，λ４が照射されている。そして、これに対応し、各受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄそれぞれは、上記波長λ１，λ２に対応した数（この例では２つ）ずつ（例えば受光素子１０６ａについては、波長λ１に対応した受光素子１０６ａａ，１０６ａｃ、波長λ２に対応した受光素子１０６ａｂ，１０６ａｄが）設けられている。さらに、受光した光成分を上記波長ごとに抽出分離してそれら４つの受光素子に対して供給するフィルタ手段として物理的な分光フィルタ（λ１）１８１、分光フィルタ（λ２）１８２、分光フィルタ（λ１）１８３、分光フィルタ（λ２）１８４が設けられている。この分光フィルタの例としては、例えば赤外透過フィルタや赤色、緑色、青色の、可視透過フィルタなどを用いることができる。
【０１６９】
この場合、同時発光制御される（＝同時発光制御手段）ＬＥＤ１０１ａ，１０１ｂから発光された照射光を、各フィルタ１８１，１８２，１８３，１８４で所定の波長帯域（この例では波長λ１，λ２）ごとに同時に分離して受光した後、受光素子１０６ａａ，１０６ａｂ，１０６ａｃ，１０６ａｄ、受光素子１０６ｂａ，１０６ｂｂ，１０６ｂｃ，１０６ｂｄへ供給し、さらに切り換えスイッチ１９６及び切り換えスイッチ１２３，１２６を介して検出制御部１２０へ入力することで、各ＬＥＤ１０１ａ，１０１ｂの照射光ごとに別々の検出処理を行うことができる。そして、このように発光波長ごとの時間差発光を行わず同時発光させて受光することにより、上記実施形態のように順次発光させる場合に比べて、発光及び受光に必要な時間を短縮し、効率のよい検出を行うことができる。
【０１７０】
（３）ニューラルネットの手法を用いる場合
上記実施形態においては、ベルト本体１０５の回転方向及び奥行き方向ずれ補正において、当該補正を行うのに、検出した受光パターンと基準位置受光パターンとの一致不一致を照合したり、それら２つの受光パターンの類似性を所定の関数で数値化し所定値以上の場合を選択するようにしたが、これに限られない。すなわち例えば、重み付け繰り返し演算を用いたニューラルネットの手法を用いて現在の受光パターンが回転方向にどれだけずれているかを検出するようにしてもよい。
【０１７１】
図１８は、このニューラルネットの手法原理を示すための概念的説明図である。ニューラルネットとは、出力の正解（教師信号）を提示し、結合荷重を変化させてやることで種々の入力に対して正解を提示できるようにシステムを学習させる方式である。図１８において、数値的な入力を行うことで、入力層ＩＮＴ、中間層ＭＩＤ、出力層ＯＵＴで数値計算を行い、数値的な出力が行われる。入力に対する出力の正解（教師信号）が既知の場合、この教師信号を教えて各層におけるユニットの結合荷重の値を少しずつ変化させることで、種々の入力に対する数値出力と上記教師信号との誤差を最小にする（学習させる）ようにすることができる。
【０１７２】
すなわち、ネットワークの出力をｏ、教師信号をｙとすると、出力層ＯＵＴのユニットのインデックスをｊとして、損失関数Ｒを、
Ｒ＝Σｊ（ｏｊ−ｙｊ）２
とおくことができる。
【０１７３】
ここで、このネットワークＮＷによるニューラルネットの学習は上記のように結合荷重を修正することで達成されるが、中間層ＭＩＤと出力層ＯＵＴとの結合荷重の修正量ｗは、上記損失関数Ｒを用いて、
△ｗｉｊ＝−ε（∂Ｒ／∂ｗｉｊ）
で表すことができる（但しｉ：中間層ＭＩＤのインデックス、ε：学習係数）。
【０１７４】
さらに入力層ＩＮＴと中間層ＭＩＤとの結合荷重の修正量は、中間層ＭＩＤと出力層ＯＵＴとの結合荷重の修正量を利用することで算出することができる（後ろの層から前の層へ向かって、ネットワークの誤差を伝搬させ、ネットワーク全体を学習させる）。
【０１７５】
上記のようなニューラルネットの手法で比較を行うことで、基準姿勢受光パターンと、パターン検出手段で検出された受光パターンとを比較することができ、これによって姿勢算出手段で姿勢又は姿勢の変化態様を算出することができる。
【０１７６】
（４）姿勢解析も操作装置１００側で行う場合
以上においては、操作装置１００側では、操作開始指示及び操作停止指示の検出と受光信号のずれ補正のみを行い、操作者Ｍの操作意図に対応した手のひら３０や指３３における透過散乱光や反射散乱光の挙動を反映した受光信号に基づく、操作者Ｍの指３３や手のひら３０の姿勢解析は制御装置２００側で行うようにした。しかしながら、このような姿勢解析機能その他についても、制御装置２００側でなく操作装置１００で行うようにしても良い。
【０１７７】
図１９は、この変形例における制御系を表す機能ブロック図であり、上述の図７や図１２に対応する図である。図７及び図１２と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略又は簡略化する。図１９に示す検出コントローラ１１０には、上記実施形態において制御装置２００側に備えられていた、各操作態様における操作者Ｍの操作部位（指３や手のひら３０等）の姿勢に対応した基準姿勢受光パターンを格納保持した上記受光パターンメモリ２２０と、操作者の操作態様（意図）を解析する受光パターン解析部２３０（学習処理部２３１は図示省略）と、操作装置１００以外の外部機器（表示装置３００等）へ無線通信を行うための上記外部入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）２５０とが設けられている。
【０１７８】
本変形例では、制御装置２００の入力信号生成制御部２１０の機能を兼ねる検出コントローラ１１０の検出制御部１２０及びその他各部が、図１３に示すフローチャートと同等の制御手順を実行する。すなわち、ステップＳ５０５と同等の手順（以下、単にステップＳ５０５のように示す）において、検出制御部１２０で受光信号データの入力（又は蓄積）があったかどうかを判定する。データ入力又は蓄積があった場合には判定が満たされ、ステップＳ５１０で、検出制御部１２０で、操作者Ｍの操作意図に対応した、操作開始指示後操作停止指示前に前述のステップＳ１５〜ステップＳ４０で取得され（＝ＳｐｏｓＡ及びＳｐｏｓＢ）さらに装着距離ｚｍo及び装着角度θｋo補正を施された受光補正信号を、上記ステップＳ５０５で識別した信号データの中から抽出取得し、適宜のメモリに格納蓄積する。
【０１７９】
その後ステップＳ５１５に移り、検出制御部１２０で、上記ステップＳ５１０で取得したデータが所定数（例えば操作者Ｍの手による１操作態様を構成するのに十分な指３３や手のひら３０の姿勢の数）だけ蓄積されたかどうかを判定し、蓄積データが所定数に達した場合にはステップＳ５２０へ移り、受光パターン解析部２３０で、操作者の指３３や手のひら３０の姿勢を特定するための上記受光パターンメモリ２２０に格納された受光パターン（基準姿勢受光パターン）を参照しつつ、その基準姿勢受光パターンと、上記蓄積された操作信号に基づく受光パターンとを比較することにより、操作者Ｍの指３３や手のひら３０の姿勢（例えば「グー」、「チョキ」、「パー」のいずれかである等）を解析する。さらに、その操作者Ｍの指３３や手のひら３０の姿勢の複数の解析結果を用いて、その連続性に基づき、操作者Ｍの操作態様（操作意図「グー→チョキ→パー」等）を解析する。
【０１８０】
その後、ステップＳ５２５に移り、検出制御部１２０で、上記ステップＳ５２０で解析した操作者Ｍの操作態様を元に、対応する操作信号（例えば「ファイル開く」「次ページ表示」等）を生成し、ステップＳ５３０において、外部入出力インターフェイス２５０で、上記ステップＳ５２５で生成した操作信号を表示装置３００（ヘッドマウントディスプレイ）へ無線通信により出力し、ステップＳ５０５へ戻って同様の手順を繰り返す。
【０１８１】
以上において、検出制御部１２０が実行する図１３のフローのステップＳ５２５が、信号出力手段から入力された操作信号より取得した受光パターンに基づき、操作者の指部の姿勢又はその姿勢の変化態様を算出する姿勢算出手段を構成する。また、ステップＳ５２０が、操作者の指部の所定の基準姿勢に対応した生体情報分布に応じて設定された基準姿勢受光パターンと、前記パターン検出手段で検出された受光パターンとを比較する姿勢検出用比較手段を構成する。
【０１８２】
本変形例によっても、上記実施形態と同様の効果を得る。また、制御装置２００の機能を操作装置１００側に兼ね備えることにより、制御装置２００が不要となり、操作者Ｍの装着負担や操作労力を低減することができる。
【０１８３】
（５）その他
（５−１）加速度センサを用いる場合
以上は、上記図８に詳細を示すステップＳ３００の操作開始指示検出処理や、ステップＳ４００の操作停止検出処理において、操作者Ｍが手のひら３０や指３３の姿勢を変化させて所定の開始指示用受光パターンや停止指示用受光パターンと合致させることで、開始指示や停止指示を行ったが、これに限られない。すなわちこのような光学的な検出を介した開始指示・停止指示ではなく、例えばベルト本体１０５に加速度センサ１８０を設け（図３、図４、図７等参照）、操作者Ｍが手首２を強く振る等により所定値以上の加速度を与えることを持って上記開始指示・停止指示を与えるようにしても良い。さらには、開始指示や停止指示については、ベルと本体１０５やその他の箇所に設けた通常の操作スイッチ等によって行っても良い。これらの場合も、操作者Ｍに圧迫感や不快感を与えることなく、快適な操作を行えるという効果を得ることができる。
【０１８４】
（５−２）レーザ光を用いる場合
すなわち、ＬＥＤ１０１、１０２を用いる代わりにレーザダイオードＬＤを用い、１次元又は２次元にレーザ光を走査しつつ発光させるようにしてもよい。そのレーザ光の手のひら３０や指３３における反射光や散乱光を対応する位置の受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄで受光することで信号出力手段より操作者の手や指の動作状態に対応した操作信号を出力することができる。レーザ光源として赤外発光レーザダイオードと赤や青色の可視光発光レーザダイオードを用いればよい。また、２次元に走査する場合は、受光素子は一つでもよく。走査タイミングに応じた時系列信号を用いればよい。
【０１８５】
（５−３）操作者個人のクセ等への対応
以上述べた受光パターンの認識等において、操作者Ｍ個人個人のクセやあるいは特定の操作部位の操作頻度等を学習させる機能を設けてもよい。例えば図１２中に想像線で示すように、制御装置２００に上記個人のクセや個人固有の操作頻度情報等を記憶するデータベース２６０を設け、受光パターン解析部２３０に設けた学習処理部２３１で所定頻度ごとにデータベース２６０内に特定の操作や動作態様を記憶する（あるいは操作者Ｍごと、又は一般的なものとして初期設定してもよい）。そして、受光パターン解析部２３０で受光パターンに基づき操作者Ｍの操作部位（手指等）の解析を行うときに、上記データベース２６０内の情報を参照して解析を行うようにすればよい。
【０１８６】
（５−４）他のサービス用途への適用
以上は、本発明を自動車の整備において整備マニュアル参照時に適用した場合を例にとって説明したが、その他点検簿への入力操作等にも適用できる。またこのような整備業務関係に限られるものでもなく、オフィス・店舗その他の建造物や各種会場等における受付・案内業務（会議室の手配、アポイントメントの確認、プロジェクタスクリーンや大型ディスプレイの各種入力・操作等）その他サービス業など、操作者がマニュアルや書類等を参照する又は電子ファイルを使用する場合がある全般において適用可能である。また、通常の操作機器やパソコン等で行うすべての操作（ファイル操作、編集操作、表示操作等）、パソコンやモバイル機器のキーボード操作の代わりに数字・文字入力（かなめくり操作を含む）、メール送受信も可能である（前述の複数のモード設定により）。さらには、遊戯機器（ゲーム機等）や遊戯設備（バーチャルスポーツ設備等）等の娯楽への適用や、この場合も同様の効果を得る。
【０１８７】
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。
【０１８８】
その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１８９】
【図１】本発明の一実施形態の操作装置を含む操作システムの全体構成を表す説明図である。
【図２】操作装置の詳細構造を表す正面図である。
【図３】操作装置が操作者の手首に装着されている様子を表す図である。
【図４】操作装置における照射光の受光挙動の一例を表す図である。
【図５】手のひらや指の姿勢変化の検出手法を概念的に表した図である。
【図６】受光素子により検出された反射光、散乱光のパターンの一例を表す図である。
【図７】検出コントローラを含む制御系を表す機能ブロック図である。
【図８】検出制御部が実行する制御手順の一例を表すフローチャートである。
【図９】図８におけるステップＳ２００の詳細手順を表すフローチャートである。
【図１０】図８におけるステップＳ３００の詳細手順を表すフローチャートである。
【図１１】図８におけるステップＳ４００の詳細手順を表すフローチャートである。
【図１２】制御装置の機能的構成を表す機能ブロック図である。
【図１３】制御装置全体が実行する制御手順の一例を表すフローチャートである。
【図１４】表示装置の詳細外観構造を表す斜視図である。
【図１５】操作システムを実際に活用した一例を表す説明図である。
【図１６】フィルタ手段を用いて同時発行する変形例に備えられる検出コントローラを含む制御系を表す機能ブロック図である。
【図１７】フィルタ手段を用いて同時発行する別の変形例に備えられる検出コントローラを含む制御系を表す機能ブロック図である。
【図１８】ニューラルネットの手法原理を示すための概念的説明図である。
【図１９】姿勢解析も操作装置で行う変形例における制御系を表す機能ブロック図である。
【符号の説明】
【０１９０】
１００          操作装置
１０１          ＬＥＤ（発光手段）
１０２          ＬＥＤ（発光手段）
１０５          ベルト本体（装着部材）
１０６ａ〜ｄ    受光素子（受光手段）
１０７ａ〜ｄ    受光素子（受光手段）
１１０          検出コントローラ
１２０          検出制御部
１９０          無線通信制御部（信号出力手段）
２００          制御装置
３００          表示装置
【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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