(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
手の運動を検出する運動検出装置であって、
人の手首の異なる腱の上の異なる位置において組織へと異なる波長を持つ光線を放出するように構成される発光デバイスと、
前記組織を通り進んだ光を前記手首において検出し、前記検出された光に基づき、異なる光検出信号を生成するように構成される光検出デバイスであって、前記異なる光検出信号が、前記個別の光が進行した異なる腱の上の前記組織の異なる領域に対応し、前記発光デバイス及び前記光検出デバイスが、前記手首の異なる位置に配置される少なくとも２対の光源及び光検出器を有し、少なくとも２つの異なる光検出信号を生成し、前記少なくとも２つの異なる光検出信号は、前記個別の光が進む異なる腱の上の前記組織の異なる領域に対応する、光検出デバイスと、
前記少なくとも２つの異なる光検出信号に基づき、前記手の運動を決定する手運動決定ユニットであって、前記手運動決定ユニットは、前記少なくとも２つの光検出器のうち第１の光検出器により生成された第１の光検出信号に基づき、第１の指の運動を決定し、前記少なくとも２つの光検出器のうち第２の光検出器により生成された第２の光検出信号に基づき、第２の指の運動を決定するよう構成され、前記第１の光検出信号は、前記個別の光が進む第１の腱の上の前記組織の第１の領域に対応し、前記第２の光検出信号は、前記個別の光が進む第２の腱の上の前記組織の第２の領域に対応する、当該手運動決定ユニットとを有する、運動検出装置。
【請求項２】
前記発光デバイスが、赤及び緑色光を前記組織へと放出するよう構成される、請求項１に記載の運動検出装置。
【請求項３】
前記運動検出装置が、前記人の手首に配置される運動センサを更に有し、前記運動センサは、手全体の運動を示す運動信号を生成するよう構成され、前記手運動決定ユニットが、前記光検出信号及び前記運動信号に基づき、前記手の運動を決定するよう構成される、請求項１に記載の運動検出装置。
【請求項４】
前記手運動決定ユニットが、光検出信号及び手の運動の間の依存性を提供し、前記提供された依存性及び前記生成された光検出信号に基づき、前記手の運動を決定するよう構成される、請求項１に記載の運動検出装置。
【請求項５】
前記手運動決定ユニットが更に、前記生成された光検出信号から、生理的特性によりもたらされる乱れをフィルタリングするよう構成される、請求項１に記載の運動検出装置。
【請求項６】
前記運動検出装置が、決定される手の運動が学習される学習モードにおいて、及び前記運動検出装置が前記手の運動を検出する通常動作モードにおいて動作可能である、請求項１に記載の運動検出装置。
【請求項７】
前記学習モードにおいて、手の運動が実行される間、前記発光デバイスが、前記人の手首において前記組織へと光を放出し、前記光検出デバイスは、前記組織を通り進む光を前記手首において検出し、前記検出された光に基づき、光検出信号を生成し、前記手の運動及び前記生成された光検出信号の間の依存性が、決定及び格納されるよう、前記運動検出装置が構成される、請求項６に記載の運動検出装置。
【請求項８】
前記運動検出装置が更に、少なくとも前記発光デバイス及び前記光検出デバイスを前記人の手首に付けるための取付要素を有する、請求項１に記載の運動検出装置。
【請求項９】
手の運動により制御されるシステムであって、
請求項１に記載される手の運動を検出する運動検出装置と、
前記検出された手の運動に基づき、前記システムを制御するコントローラとを有する、システム。
【請求項１０】
手の運動を検出する運動検出方法において、
発光デバイスにより、人の手首の異なる腱の上の異なる位置において組織へと異なる波長を持つ光線を放出するステップと、
光検出デバイスにより、前記組織を通り進んだ光を前記手首において検出し、前記検出された光に基づき、異なる光検出信号を生成するステップであって、前記異なる光検出信号が、前記個別の光が進行した異なる腱の上の前記組織の異なる領域に対応し、前記発光デバイス及び前記光検出デバイスが、前記手首の異なる位置に配置される少なくとも２対の光源及び光検出器を有し、少なくとも２つの異なる光検出信号を生成し、前記少なくとも２つの異なる光検出信号は、前記個別の光が進む異なる腱の上の前記組織の異なる領域に対応する、ステップと、
手運動決定ユニットにより、前記少なくとも２つの異なる光検出信号に基づき、前記手の運動を決定するステップであって、前記手運動決定ユニットは、前記少なくとも２つの光検出器のうち第１の光検出器により生成された第１の光検出信号に基づき、第１の指の運動を決定し、前記少なくとも２つの光検出器のうち第２の光検出器により生成された第２の光検出信号に基づき、第２の指の運動を決定し、前記第１の光検出信号は、前記個別の光が進む第１の腱の上の前記組織の第１の領域に対応し、前記第２の光検出信号は、前記個別の光が進む第２の腱の上の前記組織の第２の領域に対応する、ステップとを有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手の運動を検出する運動検出装置、方法及びコンピュータプログラムに関する。本発明は更に、手の運動により制御されるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
Kevin R. Wheelerらによる記事「Device Control Using Gestures Sensed from EMG」、IEEE International Workshop on Soft Computing in Industrial Applications (2003)は、ハンドジェスチャを実行するために用いられる筋肉の筋電図記録の（ＥＭＧ）信号を測定するデバイスを開示する。これらの信号は、解釈され、ハンドジェスチャに基づきコンピュータを制御するため、コンピュータコマンドに変換される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
指に関する筋肉は、肘の近くの前腕における位置に構成される。その結果、測定デバイスの電極が、ＥＭＧ信号を測定するため、この位置での前腕に接続されることを必要とする。しかしながら、単に人がコンピュータを制御することを可能にするため、人の前腕における筋肉に測定デバイスを電気的に接続することは、人にとって非常に不都合である。
【０００４】
従って、本発明の目的は、人にとってより都合のよい、手の運動の検出を可能にする手運動検出装置、方法及びコンピュータプログラムを提供することである。本発明の更なる目的は、この運動検出装置を有する、手の運動により制御される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】
【０００５】
本発明の第１の側面において、手の運動を検出する運動検出装置が与えられる。この運動検出装置は、
人の手首の異なる位置において組織へと異なる波長を持つ異なる光線を放出する発光デバイスと、
上記組織を通り進んだ光を上記手首において検出し、上記検出された光に基づき、異なる光検出信号を生成する光検出デバイスであって、上記異なる光検出信号が、上記個別の光が進行した上記組織の異なる領域に対応する、光検出デバイスと、
上記異なる光検出信号に基づき、上記手の運動を決定する手運動決定ユニットとを有する。
【０００６】
手の運動は、手の回転といった手全体の運動とすることができる。しかしながら、手の運動は、指運動といった手の部分の手の別の部分に対する運動でもありえる。手が動くとき、即ち、例えば、それが回転する又は指が動くとき、手首での組織構成は変化し、これは生成された光検出信号における変化をもたらす。光検出信号におけるこの変化は、手の個別の運動を確実に決定するために手運動決定ユニットにより用いられることができる。この決定は人の手首での光測定に基づかれるので、それは、人にとってより都合の良い態様で実行されることができる。
【０００７】
発光デバイスが異なる一定の波長を持つ異なる光線を放出することはこのましくは、複数の光源を含むことができる発光デバイスが、個別の波長の変更を可能にする修正可能な発光デバイスではなく、例えば異なる波長を放出する異なる光源を有し、個別の光源により放出される個別の波長が固定されることを意味する。
【０００８】
発光デバイスは好ましくは、手首の腱の上の手首の上部側を通り皮膚組織へと光を放出するよう構成され、光検出デバイスは好ましくは、腱の上の手首の上部側における皮膚からの光に基づき、光検出信号を生成するよう構成される。発光デバイスは、赤色光を組織へと放出するよう構成されることができる。赤色光は、血液及び皮膚組織によってそれほど吸収されるものではないので、赤色光を使用することは、光検出信号の品質、及び従って手の運動の決定の品質を改善することができる。更に、発光デバイスは、緑色光を組織に放出するよう構成されることができる。緑色光は例えば約３ｍｍの浸透深さを持ち、赤色光は例えば約１ｃｍまでの浸透深さを持つと想定されることができるので、緑及び赤色光を使用することにより、組織における比較的大きな深さ領域が、カバーされることができる、即ち、皮膚に対する個別の腱の深さにかかわりなく、手の運動が確実に決定されることができる。
【０００９】
発光デバイス及び光検出デバイスは、人の手首において組織へと光を放出し、組織を通り進む光を検出するよう構成される。その結果、個別の光が進む組織の異なる領域に対応する、少なくとも２つの異なる光検出信号が生成される。手運動決定ユニットは、この少なくとも２つの異なる光検出信号に基づき、手の運動を決定するよう構成される。特に、個別の光が進む組織の異なる領域が異なる指に接続される異なる腱を含むよう、発光デバイス及び光検出デバイスは構成されることができる。
【００１０】
発光デバイスは、手首の異なる位置で組織へと光を放出するよう構成される。更に、光検出デバイスは、異なる光検出信号を生成するため、手首の異なる位置で光を検出するよう構成されることができる。この信号は、個別の光が進む組織の異なる領域に対応する。これらの異なる位置は、異なる指の運動を別々に検出するため、個別の筋肉と異なる指とを接続する異なる腱の上とすることができる。特に、上記発光デバイス及び上記光検出デバイスが、少なくとも２つの異なる光検出信号を生成するため、上記手首の異なる位置に配置される少なくとも２対の光源及び光検出器を有し、上記少なくとも２つの異なる光検出信号は、上記個別の光が進む上記組織の異なる領域に対応する。上記手運動決定ユニットが、上記個別の光が進む上記組織の第１の領域に対応する第１の光検出信号に基づき、第１の指の運動を決定し、上記個別の光が進む上記組織の第２の領域に対応する第２の光検出信号に基づき、第２の指の運動を決定するよう構成される。
【００１１】
ある実施形態において、上記運動検出装置が更に、少なくとも上記発光デバイス及び上記光検出デバイスを上記人の手首に付けるための取付要素を有する。取付要素は好ましくは、リストバンドである。こうして、運動検出装置は、手の運動を検出するよう構成される腕時計状デバイスでありえる。
【００１２】
発光デバイスは、異なる光検出信号を生成するため、異なる浸透深さを持ち、異なる波長を持つ異なる光線を組織に放出するよう構成される。この信号は、個別の光が進む組織の異なる領域に対応する。更に、上記運動検出装置が、上記人の手首に配置される運動センサを更に有し、上記運動センサは、手全体の運動を示す運動信号を生成するよう構成され、上記手運動決定ユニットが、上記光検出信号及び上記運動信号に基づき、上記手の運動を決定するよう構成される。運動センサは好ましくは、加速度計及び／又はジャイロスコープ及び／又は磁力計を含む。手の運動を決定するのに運動信号を更に用いることは、手の運動検出の品質を更に改善することができる。
【００１３】
手運動決定ユニットは、光検出信号及び運動信号に基づき、手の運動が指運動か、又は手全体の運動であるかを決定するよう構成されることができる。例えば、手運動決定ユニットは、光検出信号を光検出信号閾値と比較し、運動信号を運動信号閾値と比較することにより、手の運動が指運動か又は手全体の運動であるかを決定するよう構成されることができる。ここで、少なくとも１つの光検出信号、特にすべての光検出信号が光検出信号閾値より大きく、かつ運動信号が運動信号閾値より小さい場合、手運動決定ユニットは、手の運動が指運動であると決定するよう構成されることができる。これは、指運動をより確実に決定することを可能にする。
【００１４】
手運動決定ユニットは、ａ）光検出信号及びオプションの運動信号と、ｂ）手の運動との間の依存性を提供し、提供された依存性、生成された光検出信号、及びオプションの生成された運動信号に基づき、手の運動を決定するよう構成されることができる。依存性は、１つ又は複数の生成された光検出信号及びオプションの１つ又は複数の運動信号に基づき、手の運動を定める関数、アサインメント、ニューラルネットワーク等として提供されることができる。
【００１５】
ある実施形態において、手運動決定ユニットが、現在生成された１つ又は複数の光検出信号に最も類似する格納された１つ又は複数の光検出信号を決定するため、ａ）１つ又は複数の現在生成された光検出信号に対して、及びｂ）手運動決定ユニットに格納された光検出信号に対して、類似性尺度を適用するよう構成されることができる。手運動決定ユニットは、最も類似する格納された１つ又は複数の光検出信号に割り当てられる手の運動を決定するよう構成されることができる。更に、手運動決定ユニットは、現在生成された１つ又は複数の光検出信号及び１つ又は複数の運動信号に対して最も類似する格納された１つ又は複数の光検出信号及び１つ又は複数の格納された運動信号を決定するため、ａ）１つ又は複数の現在生成された光検出信号及び１つ又は複数の現在生成された運動信号に対して、及びｂ）手運動決定ユニットに格納された光検出信号及び運動信号に対して、類似性尺度を適用するよう構成されることができる。手運動決定ユニットは、手の運動を決定するよう構成されることができる。これは、最も類似する格納された１つ又は複数の光検出信号及び１つ又は複数の運動信号に割り当てられる。
【００１６】
手運動決定ユニットは、生成された光検出信号から、心拍といった生理的特性により生じる乱れをフィルタリングするよう構成されることができる。例えば、心拍を含むことが知られる所定の周波数範囲が、生成された光検出信号からフィルタリングされることができ、又は、生理的特性によりもたらされる周波数又は周波数範囲が、既知の標準的な方法を使用することにより、生成された光検出信号に基づき決定されることができる。この標準的な方法は、周期的心臓に信号を見つけるフーリエ解析、相関技術等に基づかれることができる。決定された周波数又は周波数範囲は、生成された光検出信号からフィルタリングされることができる。手運動決定ユニットは、フィルタリングされた光検出信号に基づき、手の運動を決定するよう構成されることができる。
【００１７】
好ましい実施形態において、上記運動検出装置が、決定される手の運動が学習される学習モードにおいて、及び上記運動検出装置が上記手の運動を検出する通常動作モードにおいて動作可能である。特に、検光出デバイスは、手の運動が知られている間、学習モードにおいて、１つ又は複数の光検出信号及びオプションの１つ又は複数の運動信号を生成するよう構成され、手運動決定ユニットは、学習モードにおいて、生成された１つ又は複数の光検出信号に基づき、オプションで１つ又は複数の運動信号に基づき及び既知の手の運動に基づき、ａ）１つ又は複数の光検出信号及びオプションの１つ又は複数の運動信号と、ｂ）手の運動との間の依存性を決定するよう構成されることができる。特定の手の運動、即ち特定のジェスチャが行われる間に生成される光検出信号は、人の手首の生理的構成、並びに手首における発光デバイス及び光検出デバイスの正確な位置に依存することができる。依存性が、個別の人によって学習モードにおいて学習される場合、これらのユーザ特有の状態は、容易に考慮されることができる。
【００１８】
運動検出装置は、生成された光検出信号の少なくとも１つに基づき、人の生理的特性を決定する生理的特性決定ユニットを更に有することができる。生理的特性決定ユニットは、生理的特性として心拍を決定するよう構成されることができる。従って、運動検出装置は、手の運動を検出するためだけに用いられるのではなく、例えば、心拍を検出するために用いられることもできる。例えば、ハンドジェスチャともみなされる手の運動及びオプションの心拍又は別の生理的特性が、人の手首に着用されるよう構成される腕時計状デバイスにより決定されることができる。
【００１９】
ある実施形態において、運動検出装置は、決定された手の運動に基づき制御されるデバイスに、決定された手の運動を示す信号を送信する送信ユニットを更に有する。このデバイスは、信号が無線で送信されることができる遠隔デバイスでもよい。
【００２０】
本発明の別の側面において、手の運動により制御されるシステムが与えられる。このシステムは、請求項１に記載される手の運動を検出する手運動検出装置及び検出された手の運動に基づき、システムを制御するコントローラを有する。こうして、例えばコンピュータシステムであるこのシステムは人にとって非常に都合の良い態様で、手の運動、即ちハンドジェスチャにより制御されることができる。
【００２１】
本発明の更なる側面において、手の運動を検出する運動検出方法が与えられる。この方法は、
発光デバイスにより、人の手首の異なる位置において組織へと異なる波長を持つ異なる光線を放出するステップと、
光検出デバイスにより、上記組織を通り進んだ光を上記手首において検出し、上記検出された光に基づき、異なる光検出信号を生成するステップであって、上記異なる光検出信号が、上記個別の光が進行した上記組織の異なる領域に対応する、ステップと、
手運動決定ユニットにより、上記異なる光検出信号に基づき、上記手の運動を決定するステップとを有する。
【００２２】
更なる側面において、運動検出装置を訓練する訓練方法が与えられる。この訓練方法を実行する間、特定の手の運動が実行され、この訓練方法は、
発光デバイスにより、人の手首において組織へと光を放出するステップと、
特定の手の運動が実行される間、光検出デバイスにより、組織を通り進む光を手首において検出し、検出された光に基づき、光検出信号を生成するステップと、
特定の手の運動及び生成された光検出信号の間の依存性を決定及び格納するステップとを有する。
【００２３】
本発明の別の側面において、手の運動を検出するコンピュータプログラムは与えられる。このコンピュータプログラムは、コンピュータに、請求項１２に記載の運動検出方法のステップを実行させる。
【００２４】
更なる側面において、請求項１に記載の運動検出装置を訓練するコンピュータプログラムが与えられる。このコンピュータプログラムは、コンピュータに、上記訓練方法のステップを実行させる。
【００２５】
請求項１の運動検出装置、請求項１１のシステム、請求項１２の運動検出方法、訓練方法、請求項１３のコンピュータプログラム及び運動検出装置を訓練するコンピュータプログラムが、特に従属項に記載されるのと類似する及び／又は同一の好ましい実施形態を持つ点を理解されたい。
【００２６】
本発明の好ましい実施形態は、従属項又は上記実施形態と個別の独立請求項との任意の組み合わせとすることもできる点を理解されたい。
【００２７】
本発明のこれら及び他の側面が、以下に説明される実施形態から明らかとなり、これらの実施形態を参照して説明されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】手の運動を検出する運動検出装置と、検出された手の運動により制御されるコンピュータとを有するシステムの実施形態を概略的及び例示的に示す図である。
【図２】より詳細に手運動検出装置を概略的及び例示的に示す図である。
【図３】運動検出装置により生成される２つの光検出信号を示す図である。
【図４】手の運動を検出する運動検出方法の実施形態を例示的に説明するフローチャートを示す図である。
【図５】手の運動を学習することにより運動検出装置を訓練する訓練方法の実施形態を例示的に説明するフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明は、コンピュータ又は別のデバイスを制御するために使用されることができる、ハンドジェスチャといった手の運動を検出する運動検出装置に関する。発光デバイスが、人の手首において組織へと光を放出する。光検出デバイスは、組織を通り進んだ光を手首において検出し、検出された光に基づき、光検出信号を生成する。手運動決定ユニットは、光検出信号に基づき手の運動を決定する。手が動くとき、即ち、例えば、手が回転する又は指が動くとき、光が進む組織の構成、及び従って光検出信号は変化する。光検出信号におけるこの変化は、人にとって非常に都合のよい態様で手の個別の運動を確実に決定するために用いられることができる。
【００３０】
図１は、手の運動により、即ちハンドジェスチャにより制御されるシステムの実施形態を概略的及び例示的に示す。システム２０は、人の手首５に着用されるリストバンド３とケース４とを備える腕時計のような運動検出装置１を有する。個別の検出された手の運動を示す信号は、コンピュータ２のコントローラ２１に送信される。コントローラ２１は、受信された信号に基づきコンピュータ２を制御するよう構成される。運動検出装置１は従って、コンピュータ２にコンピュータコマンドを入力する入力デバイスであると考えられることができる。この入力デバイスは、コンピュータマウス、キーボード、タッチパッド等といった他の入力デバイスを少なくとも部分的に置き換えることができる。
【００３１】
運動検出装置１は、人の手首５において組織へと光を放出する発光デバイスと、組織を通り進んだ光を手首５において検出し、検出された光に基づき光検出信号を生成する光検出デバイスと、光検出信号に基づき、手の運動を決定する手運動決定ユニットとを有する。発光デバイス及び光検出デバイスは、人の手首において組織へと光を放出し、組織を通り進行した光を検出するよう構成される。その結果、複数の光検出信号が生成される。これは個別の光が進む組織の異なる領域に対応する。手運動決定ユニットは、複数の光検出信号に基づき、手の運動を決定するよう構成される。この実施形態において、発光デバイス及び光検出デバイスは、異なる光検出信号を生成するため、手首５の異なる位置において組織へと光を放出し、手首５の異なる位置において光を検出するよう構成される。異なる光検出信号は、個別の光が進む組織の異なる領域に対応する。運動検出装置１は、図２においてより詳細に概略的及び例示的に示される。
【００３２】
この実施形態において、発光デバイス及び光検出デバイスは、複数の光検出信号を生成するため、手首５の異なる位置に構成される光源８及び光検出器９の複数の対４０により形成される。複数の光検出信号は、個別の光が進む組織の異なる領域に対応する。光源８は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。ここで、光源８の少なくとも２つは、異なる波長、即ち緑及び赤色光といった異なる色を持つ光を放出する。光源８及び光検出器９の対４０は、腕７に含まれる腱２２の上に配置される。
【００３３】
光源８は、手首５の腱２２の上の手首５の上部側を通り皮膚に光を放出するよう構成される。光検出器９は、腱２２の上の手首５の上部側の皮膚において後方散乱された及び／又は反射された光を検出するよう構成される。運動検出装置１は従って、特に後述される加速度計又は別の追加運動センサを用いて検出されることができる手全体の運動に加えて、腱の運動をピックアップするのに用いられることができる。
【００３４】
運動検出装置１は、手首５及び従って手全体６が移動される場合、加速度信号を生成する加速度計１３を更に有する。手運動決定ユニット１２は、生成された光検出信号及び生成された加速度信号に基づき、手の運動を決定するよう構成される。特に、手運動決定ユニット１２は、光検出信号を光検出信号閾値と、加速度信号を加速度信号閾値と比較し、生成された光検出信号の少なくとも１つが光検出信号閾値より大きく、かつ加速度信号が加速度信号閾値より小さい場合、手の運動が指運動であると決定するよう構成されることができる。手の運動が指運動であると手運動決定ユニット１２が決定した場合、指運動は、生成された光検出信号に基づき、より特異的に決定されることができる。例えば、手運動決定ユニット１２は、光検出信号及び指運動の間の依存性を提供し、提供された依存性及び生成された光検出信号に基づき、指運動を決定するよう構成されることができる。依存性は、１つ又は複数の生成された光検出信号に基づき、指運動を定める関数、アサインメント、ニューラルネットワーク等として提供されることができる。ある実施形態において、手運動決定ユニット１２が、現在生成された光検出信号に最も類似する格納された光検出信号を決定するため、ａ）現在生成された光検出信号に対して、及びｂ）手運動決定ユニット１２に格納された光検出信号に対して、類似性尺度を適用するよう構成されることができる。手運動決定ユニット１２は、最も類似する格納された光検出信号に割り当てられる指運動に基づき、個別の指運動を決定するよう構成されることができる。運動決定装置１は更に、運動検出装置１の異なる要素を制御するコントローラ１０を有する。
【００３５】
図３は、第１の光検出信号３０及び第２の光検出信号３１を概略的及び例示的に示す。そこでは、振幅Ｓが、秒における時間ｔに基づき、任意の単位で示される。時間間隔ｔ１において、第１の指は動いており、時間間隔ｔ２において、第２の指が動いている。第１の指の運動が、第２の光検出信号３１における時間間隔ｔ１において見え、第２の指の運動が、第１の光検出信号３０における時間間隔ｔ２において見える。図３に示される例では、手全体が動いているものではない。即ち、２つの指だけが動いていた。
【００３６】
運動検出装置１は、運動検出装置１を訓練するため、決定される手の運動が学習される学習モードにおいて、及び運動検出装置が手の運動を検出する通常動作モードにおいて動作可能である。例えば、光源８及び光検出器９の対４０は、手の運動、特に指運動が知られている間、学習モードにおいて光検出信号を生成するよう構成されることができる。この場合、手運動決定ユニット１２は、学習モードにおいて、生成された光検出信号及び既知の手の運動に基づき、例えばニューラルネットワークを訓練することで、光検出信号及び手の運動の間の依存性を決定するよう構成されることができる。運動検出装置１は、人が所望の作動モードを選択することを可能にするスイッチ又は別の手段を有することができる。更に、それは、学習モードにおいて実行される所定の、及び手運動決定ユニット１２に格納されることができる手の運動を表示するディスプレイを有することができ、及び／又は、運動検出装置１は、学習モードにおいてどの手の運動が実行されるかを人が入力することを可能にする入力ユニットを有することができる。
【００３７】
運動検出装置１は、加速度計信号及び／又は別の運動センサの運動信号を使用するよう構成されることもできる。この信号は、運動検出装置１を訓練するため、手全体の運動を示す。例えば、手の運動、特に指運動が知られている間、学習モードにおいて、光源８及び光検出器９の対４０は、光検出信号を生成するよう構成されることができ、加速度計１３は、加速度計信号を生成するよう構成されることができる。この場合、運動決定ユニット１２は、学習モードにおいて、ａ）生成された光検出信号及び生成された加速度計信号に基づき、及びｂ）既知の手の運動に基づき、例えば、ニューラルネットワークを訓練することでａ）光検出信号及び加速度計信号とｂ）手の運動との間の依存性を決定するよう構成されることができる。
【００３８】
手運動決定ユニット１２は更に、生成された光検出信号から心拍によりもたらされる乱れをフィルタリングするよう構成されることができる。例えば、心拍を含むことが知られる所定の周波数範囲が、生成された光検出信号からフィルタリングされることができる。手運動決定ユニット１２は、フィルタリングされた光検出信号に基づき、手の運動を決定するよう構成されることができる。
【００３９】
運動検出装置１は更に、決定された手の運動を示す信号をコンピュータ２のコントローラ２１に送信する送信ユニット１１を有する。コントローラ２１は、対応する受信ユニットを有し、その結果、コントローラ２１及び運動検出装置１は、互いに無線で通信することができる。更に、運動検出装置１は、生成された光検出信号に基づき、人の生理的特性を決定する生理的特性決定ユニット１４を有することができる。決定された生理的特性は、コンピュータ２若しくは別の遠隔手段に送信されることができ、及び／又は、それは、運動検出装置のディスプレイに示されることができる。好ましくは、生理的特性決定ユニット１４は、生理的特性として心拍を決定するよう構成される。ある実施形態において、光源８の少なくとも１つは、青又は緑色光を放出する。生理的特性決定ユニット１４は、青又は緑色光に基づき生成される１つ又は複数の光検出信号に基づき、生理的特性を決定するよう構成される。更に、ある実施形態において、手の運動を決定し、生理的特性を決定するのに、同じ波長が使用されることができる。この場合、好ましくは、手の運動を決定する前に、生理的特性の、特に心拍の影響が、光検出信号からフィルタリングされる。生成された光検出信号に基づき生理的特性を決定するため、既知の標準的な方法が使用されることができる。これは周期的心臓信号を見つけるためのフーリエ解析、相関技術等に基づかれることができる。
【００４０】
以下に、手の運動を検出する運動検出方法の実施形態が、図４に示されるフローチャートを参照して例示的に説明される。
【００４１】
ステップ１０１において、運動検出装置が初期化され、ステップ１０２において、光検出信号及び加速度信号が測定される。ステップ１０３において、手の運動、即ち手全体の運動又は指のような手の部分の手の別の部分に対する運動が、光検出信号及び加速度信号に基づき決定される。ステップ１０４において、決定された手の運動を示す信号が、手の運動により、即ちハンドジェスチャにより制御されるコンピュータのコントローラに送信される。ステップ１０５において、中止基準が満たされるかどうかが決定される。中止基準は例えば、ユーザがコンピュータ２及び／又は運動検出装置１のスイッチをオフにしたかどうかとすることができる。中止基準が満たされる場合、運動検出方法はステップ１０６において終わる。そうでなければ、この方法は、ステップ１０２へと続く。ステップ１０２〜１０５はループにおいて実行される。その結果、光検出信号及び加速度信号は連続的に生成され、現在の手の運動を決定するために用いられる。ここで、個別の現在の手の運動を示す対応する信号が、コンピュータのコントローラに送信される。
【００４２】
以下に、手の運動を学習することにより運動検出装置を訓練する訓練方法の実施形態が、図６に示されるフローチャートを参照して例示的に説明される。
【００４３】
ステップ２０１において、人は特定の手の運動を実行し、この手の運動のインジケーションが、運動検出装置１に、特に手運動決定ユニット１２に入力される。更に、ステップ２０１において、手の運動が実行される間、光検出信号及び加速度計信号が生成される。ステップ２０２において、ａ）手の運動及びｂ）生成された光検出信号及び生成された加速度信号の間の依存性が、手運動決定ユニット１２において決定及び格納される。
【００４４】
発光デバイスは、異なる波長を持つ異なる光線を組織へと放出するよう構成される。これは、異なる光検出信号を生成するため、異なる浸透深さを持つ。この異なる光検出信号は、個別の光が進む組織の異なる領域に対応する。対４０の少なくとも２つの光源８が、上述したように異なる色を持つ光を放出することができる。しかしながら、別の実施形態では、対４０の光源８は、同じ色を持つ光を放出することができ、光源及び光検出器の各対４０に対して、更なる第２の光源が加えられることができる。これは他の、第１の光源により放出される光の波長と異なる波長を持つ光を放出する。運動検出装置は、腱の上の上部側の手首位置において皮膚に配置される多色センサと考えられることができる。
【００４５】
手が動くとき、即ち手全体が動く、例えば回転するとき、又は、１つ若しくは複数の指が動くときにそうであるように、手の第１の部分が手の第２の部分に対して動くとき、運動検出装置の下の皮膚構成は変化する。これは検出された光学的信号における、即ち光検出信号における変化をもたらす。この変化は、光の浸透深度、運動検出装置の光源及び光検出器の構成、並びに人の手首の生理的構成に依存する。光検出信号は、手の運動に応答する。これは手の運動を決定するために用いられることができる。
【００４６】
学習モードにおいて、運動検出装置は好ましくは、基本的なジェスチャを学習するよう構成される。基本的なジェスチャは例えば、指さしジェスチャ又は手全体の回転である。これらのジェスチャが学習された後、手の運動、例えば手全体の及び／又は指の運動が、運動検出装置により認識され、ジェスチャ入力として解釈されることができる。
【００４７】
上記実施形態においては運動検出装置が、光源及び光検出器の特定の構成を有するが、他の実施形態では、運動検出装置は、光源及び光検出器の別の構成を有することができる。例えば、それは、より多くの又はより少ない光源及び光検出器の対を有することができる。例えば、それは、各指に関して１つずつ、５つの対を有することができる。更に、異なる浸透深さに対応する光検出信号を生成するため、光源及び光検出器の間の距離は異なってもよい。
【００４８】
加速度計は好ましくは、手の回転運動といった手全体の運動を指運動といった他の運動から区別するために用いられる。例えば、加速度計が、小さい運動を検出する場合、即ち、加速度計信号が、比較的小さいが、光検出信号が比較的大きい場合、ジェスチャが、皮膚における腱変位を生じさせる指運動であると想定されることができる。
【００４９】
上記実施形態において、検出された手の運動は、コンピュータを制御するために用いられが、他の実施形態では、手の運動は、動いている機械、製造装置等といった他のデバイスを制御するのに使用されることができる。更に、個別の検出された手の運動を示す信号を遠隔デバイスに送信することに加えて、又は、この代わりに、検出された手の運動が、運動検出装置自体を制御するために用いられることもできる。例えば、運動検出装置が、生理的特性決定ユニット及び／又はクロックといった他のユニットを有する腕時計状装置である場合、検出された手の運動が、これらのユニットを制御するために用いられることができる。
【００５０】
図１及び図２を参照して説明された実施形態において、複数の特定の要素が、ケース４において配置されるが、他の実施形態では、要素のいくつかはケース４に配置されず、遠隔デバイスに配置されることもできる。例えば、手運動決定ユニット１２は、生成された光検出信号が送信ユニットにより送信されることができる遠隔デバイスに構成されることができる。
【００５１】
請求項において、単語「有する」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数性を除外するものではない。
【００５２】
単一のユニット又はデバイスが、請求項において列挙される複数のアイテムの機能を満たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを意味するものではない。
【００５３】
光検出信号及びオプションで加速度信号に基づかれる手の運動の決定、運動検出装置の訓練、光検出信号に基づかれる生理的特性の決定といった１つ又は複数のユニット又はデバイスにより実行される手順は、他の任意の数のユニット又はデバイスにより実行されることができる。運動検出方法及び／又は学習方法による、これらの手順及び／又は運動検出装置の制御は、コンピュータプログラムのプログラムコード手段として及び／又は専用ハードウェアとして実現されることができる。
【００５４】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される光学的記憶媒体又は固体媒体といった適切な媒体に格納又は配布されることができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介してといった他の形式で配布されることもできる。
【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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