(57)【要約】  本発明は、コンピュータシステムに関し、これはデータ処理装置（１）と、自由に移動可能な入力装置（３）と、を含み、入力装置は少なくとも１つの位置変化センサを含み、そこからデータ処理装置（１）に情報を送信することができ、データ処理装置（１）はまた、入力装置（３）の絶対位置に関する情報を捕捉することもできる。入力装置（３）の絶対位置に関する情報は、データ処理装置（１）が感光位置検出入力面（４）とデータ通信し、入力装置（３）が光ビームを発生することによって捕捉可能であり、入力面（４）上のその入射地点は入力面（４）により検出可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ処理システム（１）と、自由に移動可能な入力装置（３）と、を含み、前記入力装置が少なくとも１つの位置変化センサを含み、そこから前記データ処理装置（１）に情報を伝送することができ、前記データ処理装置（１）がまた、前記入力装置（３）の絶対位置に関する情報を取得することもできるコンピュータシステムにおいて、
前記入力装置（３）の絶対位置に関する情報は、前記データ処理装置（１）が感光位置検出入力面（４）とのデータ接続を有し、前記入力装置（３）が光ビームを発生することによって前記データ処理装置（１）によって取得可能であり、前記入力面（４）上のその入射地点が前記入力面（４）により検出可能であることを特徴とするコンピュータシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のコンピュータシステムにおいて、
前記入力装置（３）の位置変化センサが光センサであり、これを使用して、前記入力装置がそれに沿ってスライドする面に関する前記入力装置の位置変化を、前記面のある区画の画像が継続的に記録され、時系列的に記録された画像の中の同一の画素の相対的ずれが評価されることによって、判定できることを特徴とするコンピュータシステム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のコンピュータシステムにおいて、
前記入力装置（３）が１つ又は複数の慣性センサ、すなわち直線移動及び／又は回転加速度のためのセンサを備えることを特徴とするコンピュータシステム。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載のコンピュータシステムにおいて、
前記入力面（４）が有機材料からなる層構造により形成され、この層構造が、吸収された光に基づいて電気信号を生成し、生成された前記信号のための複数のタッピング地点を備え、個々の前記タッピング地点での前記信号の大きさが、前記光が吸収される下部表面からのその距離に依存し、また、それぞれの前記タッピング地点と前記光が吸収されるこれらの下部表面との距離の比が、複数のタッピング地点における前記信号の大きさの比から計算できることを特徴とするコンピュータシステム。
【請求項５】
コンピュータシステムの制御方法において、前記コンピュータシステムはデータ処理システム（１）と、自由に移動可能な入力装置（３）と、を含み、前記入力装置が少なくとも１つの位置変化センサを含み、そこから前記データ処理装置（１）に情報を伝送することができ、前記データ処理装置（１）がまた、前記入力装置（３）の絶対位置に関する情報を取得することもでき、
前記入力装置（３）の絶対位置に関する情報を取得するために、前記入力装置（３）が光ビームを感光位置検出入力面（４）に伝送し、前記入力面（４）が前記光ビームの入射地点を検出し、相対的位置情報を前記データ処理システム（１）に伝送することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、
前記入力装置（３）による前記入力面（４）への書込み又は線描のための移動中に、前記入力装置（３）の両絶対位置座標が前記入力面（４）により、前記入力装置により発せられた前記光ビームを使って判定されて、前記データ処理システム（１）に伝送され、前記入力装置の位置変化に関するデータも、前記入力装置に設置された前記位置変化センサによって取得されて、前記データ処理システム（１）に伝送され、その目的のために前記入力装置がそれに沿ってスライドする前記面の画像が前記位置変化センサによって継続的に記録され、連続して記録された画像の中の同じ画素の相対的ずれが評価されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、
入力中に、前記入力面（４）により判定される前記絶対位置が、前記入力装置（３）に設置された前記位置変化センサからの結果から計算される位置と定期的に比較されることと、前記２つの位置が、前記コンピュータシステムによって数学的内挿により両方の位置をまとめて表す第三の位置に割り当てられることと、この第三の位置が先の２つの前記位置から、前記先の２つの位置間の距離より短い距離にあり、入力マークが前記データ処理システム（１）によってこの第三の位置に割り当てられることと、この第三の位置が前記入力装置の、時間的に次の移動を計算するための開始点と想定されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項５に記載の方法において、
空間内の前記入力装置（３）の移動中に、前記入力装置の位置変化に関する情報が前記入力装置（３）に設置された１つ又は複数の慣性センサによって検出されて、前記データ処理システム（１）に伝送されることと、移動経路の形状と大きさが前記データ処理システム（１）の中でそれによって計算されることと、空間内での前記経路の向きが、光ポインタからの光スポットが繰り返し前記入力面に入射するか、前記入力面を横切って妨害されずに移動されるとすぐに前記入力面（４）により提供される前記位置情報を使って計算されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータシステムとその制御方法に関する。本発明によるコンピュータシステムは、データ処理ユニットと、感光位置検出入力面と、移動可能な入力装置と、を有する。
【０００２】
文献、中国実用新案第２０１３６９０２６  Ｙ号明細書、独国特許出願第１０１  ９２  ５７５  Ｔ１号明細書、独国特許出願公開第１０  ２００６  ０５３  ２３９  Ａ１号明細書、欧州特許出願第１  ７７５  ６５６  Ａ１号明細書、日本特開第２００４１０５２８  Ａ号公報、韓国特許出願第２００４  ００６６  ９８６  Ａ号明細書、米国特許出願公開第２００５  １３４５  ５５  Ａ１号明細書は、データ処理システムのための入力装置を提案しており、その中では、レーザポインタと、位置変化センサとしての慣性センサが筐体内に収容されている。慣性センサは、表示面上で操作マークを移動させるために使用される。レーザポインタは、入力装置としてではなく、プレゼンテーション中に表示面の特定の面領域に聴衆の注意を誘導するために使用される。位置変化センサとレーザポインタを１つの装置の中に組み込むことによって、プレゼンテーションを行う人物は２つ目の装置を扱わずに済む。位置変化センサが慣性センサである、すなわち、直線移動又は回転の加速を「直接」測定するという事実により、コンピュータのマウスのように、入力装置を移動させる時に沿わせる必要のある面が不要となる。
【０００３】
欧州特許第１０５００１５  Ｂ１号明細書は、いわゆる「光学式コンピュータマウス」の一般的原理を説明している。この入力装置は、表面上でスライドさせて案内することによって動かされる。これは、その面の小さな面領域を照明し、照明された面領域の画像を記録し、時系列的に記録され、そのように特定された画素ずれを使って、それまでに起こった位置移動を計算する。この装置は、表面上の入力装置の、ある地点からの相対的移動を測定するのに好適である。筐体がペンの形状であれば、手書き中に必要となる移動もまた前記ペンを使って十分に実行でき、したがって、手書きは書込み動作中にすでに検出できる。
【０００４】
国際公開第２００７０４６６０４  Ａ１号パンフレットは、例えば、ペンの形態の入力装置を示している。これは、位置変化を測定するための相互に独立した複数のセンサ装置を含む。１つのセンサ装置は「光学式コンピュータマウス」（前述のとおり）の原理に基づくものであり、別のセンサ装置は慣性センサである。その結果、入力装置は表面から浮き上がっている時にも機能する。接触センサが、装置が面に載っているか否かを検出する。それが面に載っていれば、動作状態の「光学式コンピュータマウス」が自動的に設定され、この場合、手書き又は手描きは、その生成中に非常に有効に読出可能である。
【０００５】
国際公開第２０１０００６３４８  Ａ１号パンフレットと国際公開第２０１０１１８４５０  Ａ１号パンフレットは、感光位置検出入力面によって制御可能なコンピュータシステムを示している。入力面は平板型導波管であり、移動可能な入力装置は光ビームを発する指示装置である。指示装置から入力面への光の入射により、発光の結果として導波路モードの中により長い波長の光が発生し、その光の強度はもとになる光の入射地点からの距離に応じて減少する。小型光電子センサが入力面の複数の地点に設置され、ここで電気信号が発生され、その信号強度は導波路モードの光の局所的強度に依存し、それからもとになる光の入射地点が推測される。入力面がまた、データ処理ユニットにより出力される画像情報のための出力面でもありうるという事実によって、指示装置はまた、距離から処理マーク（「カーソル」）の絶対位置を有効に判定できる。例えば、ペンの形態でもありうる指示装置を利用して入力面に「手書き」された時に起こるような処理マークの小さな移動は、計測学を使って有効に検出できるが、入力面が非常に高い位置分解能を有する場合に限られる。これは特に、入力面が比較的大きな聴衆の前でプレゼンテーションを行うためのデータ処理ユニットの出力面として使用するのに十分な大きさである場合に、破壊的に複雑となる。そのために入力装置によって発せられた光ビームが入力面に向けられていないような入力装置の移動は、データ処理ユニットによって測定できない。
【０００６】
欧州特許出願第１８３２９６６  Ａ２号明細書は、自由に移動可能な指示装置を利用したデータ処理ユニットの制御の実際を示している。２つの「選択的な」赤外線光源が、データ処理ユニットの表示面の縁辺の所定の位置に設置される。指示装置は、これらの光源を感知するカメラを有する。カメラの位置、したがって指示装置の位置は、カメラによって光スポットの画像の位置から推測される。カメラに加え、指示装置はまた慣性センサ（＝回転及び／又は直線移動加速度センサ）を有し、これは指示装置の絶対位置に関係なく、指示装置の位置変化を検出でき、前記変化をデータ処理システムに知らせることができる。その結果、指示装置は、そのカメラが赤外線光スポットに向いていない時にも使用できる。このように装備されたコンピュータシステムは、スポーツ活動が対話的に模擬されるゲームに容易に使用され、この場合、プレイヤは指示装置を１つのスポーツ用具、例えばテニスラケットのように動かす。この制御方法は、多くの一般的なゲーム以外のコンピュータ応用にとって、粗すぎ、故障が多すぎる。良好な機能性が得られるのは、指示装置が表示面に関して、比較的狭い距離範囲内で近すぎず、かつ遠すぎない時に限られる。
【０００７】
発明者は、欧州特許第１８３２９６６  Ａ２号明細書によるものと同様に、データ処理ユニットと、聴衆の前でプレゼンテーションを行うのに十分な大きさの出力面と、移動可能な入力装置と、を含み、そこから、その絶対位置に関するデータとその位置変化に関するデータがデータ処理ユニットの制御に使用されるコンピュータシステムを、故障しやすさを改善し、高い可能性のために入力装置を位置付けなければならない位置範囲が広がるように改良する課題に対応するものである。
【０００８】
この課題を解決するために、第一の手段として、コンピュータシステムに、上記の国際公開第２０１０００６３４８  Ａ１号パンフレットから知られる特徴を持たせること、すなわち、位置検出光入力面でもある投影式ディスプレイを設け、さらに、可視光ビーム（「指示ビーム」とも呼ばれる）を発する自由に移動可能な入力装置を使用することが提案され、そこから、これが適用可能であれば、入力面への入射地点の座標を入力面によって検出でき、データ処理ユニットに伝送できる。
【０００９】
別の絶対的に必要な手段として、入力装置に１つ又は複数の位置変化センサを設けることが提案され、これは、入力面に関する位置に関係なく、入力装置の位置変化を検出して、データ接続を通じてこれをデータ処理ユニットに送信できる。
【００１０】
入力面が感光位置検出器の形態であるという事実により、その上の入力マークの位置を即座に判定及び検出でき、入力マークをまず、コンピュータのマウスのように、ディスプレイの縁辺から適当な方法で向き付ける必要がない。
【００１１】
入力装置が位置変化センサを有するという事実により、入力装置がまったく入力面に向いていない位置変化及び／又はその感知型入力面の位置分解能にとって小さすぎる位置変化も有効に検出できる。
【００１２】
何れの場合も、光ポインタを利用する、入力面を用いた制御の原理は、指示装置と入力面の間の大きな距離まで、故障を起こさずに実行でき、同時にデータ処理システムの表示面でもある入力面上に表示された、ボタン等の細部を目で確認できる。
【００１３】
最も好ましい実施形態において、入力装置の位置変化センサは、入力装置がそれに沿ってスライドする面に関する位置変化のための光センサである。（関連するセンサの原理は、例えば冒頭に挙げた欧州特許第１０５００１５  Ｂ１号明細書に記載されている。）
【００１４】
この目的のために、入力装置は好ましくはペンの形態であり、この場合、入力装置がそれに沿ってスライドする面に関する位置変化のための光センサはペンの先端に配置される。したがって、入力装置をペンのように面の上で案内でき、手描きと手書きは、入力面の位置分解能に関係なく、入力面に（又はその他の面に）対して行っている間にすでにデータ処理ユニットの中に有効に書き込むことができる。
【００１５】
入力装置がそれに沿ってスライドする面に関する位置変化のための光センサを使って、感光式の位置検出器の形態の入力面上で作業を行う場合、２つの位置検出方法の組み合わせから特別な利点が得られる。入力装置の中に配置された位置変化のための光センサはごく小さな動きを追跡できるが、入力面上の相互作用点の絶対位置は検出できない。これは、そのための位置検出入力面と相互作用する入力装置の光ポインタを利用して実行される。入力面上の入力装置の絶対位置座標はしたがって、入力装置のための位置変化センサの相対的移動座標に追加できる。
【００１６】
したがって、入力マークの位置を非常に高い絶対位置精度で判定することと、同時に、入力マークの小さく素早い移動を素早く、あらゆる細部まで正確に検出することの両方が初めて可能となる。この利点は、比較的複雑でないシステムで実現でき、また非常に大きな入力面の場合も確実に得られる。
【００１７】
他の有利な実施形態において、入力装置に、１つ又は複数の慣性センサ、すなわち、直線又は回転加速度を測定するセンサを設ける。したがって入力装置が発した指示ビームが入力面に入射するか否か、又は入力装置が面上に載っているか否か（これは、入力装置がそれに沿ってスライドする面に関する位置変化のための光センサがある場合、それが動作するのに必要となる）に関係なく、データ処理ユニットに情報を入力できる。
【００１８】
非常に有利な効果はまた、この場合、入力装置の位置変化を判定するセンサと、少なくとも入力装置の実際の位置から入力装置が入力面上のどの位置に向けられているかを判定するセンサの原理との組み合わせからも得られる。慣性センサだけでは、参照とするものがなく、すなわち、慣性センサだけでは、入力装置で実際にどの地点が指示されたかを判断することはできず、相対的移動しか検出できない。しかしながら、光ポインタが入力面を指示した途端に、これを参照できる。離間された複数の参照地点が判定されると（これは、光ポインタの光スポットが繰り返し入力面に入射するか、後者を横切って中断せずに移動する場合は容易に行われる）、入力面に関する入力装置の絶対位置と向きは、慣性センサによりその間に判定される角度変化と共に判定できる。その結果、組み込まれた入力装置の使用者は、新しい直感的な多数の入力オプションを利用できる。
【００１９】
位置変化のためのセンサに関して、入力装置が、入力装置がそれに沿ってスライドする面に関する位置変化のための光センサと慣性センサの両方を含む場合、それによって１つの筐体内に以下の機能が複合的に含められることになる。
・聴衆の注意をプレゼンテーション画面の中の特定の領域に向けるために使用される指示装置
・データ処理ユニットの位置マークを入力面の特定の領域に設定するために使用される指示装置。この場合、入力面は好ましくは、同時にデータ処理ユニットの出力面、及びしたがって、プレゼンテーション面でもある。
・データ処理ユニットに入力されるべき手書き及び／又は手描きのための書込み及び線描装置。この場合、「被書込み面」は、光位置検出器の形態の入力面と他の面、例えば通常の家具の面のどちらであってもよい。
・したがって入力面とは独立した比較的大きな移動のダイナミクスを検出するための「自由な」移動のためのモーションセンサ。模擬中に１つのスポーツ用具の代わりとなる入力装置の移動は、それによって、例えばスポーツの模擬中に有効に検出できる。宇宙での遠隔操作ロボットアームの運動もまた、同様にそれによって有効に制御できる。
【００２０】
略図を使って本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明によるコンピュータシステムの必須装置を示す。好ましくは無線接続によって実施されるデータ接続が破線で示されている。
【００２２】
図１に示されるコンピュータシステムはデータ処理ユニット１を有し、これはプロジェクタ２を介して画像情報を投影面に出力する。入力装置３と、好ましくは投影面の層として配置される感光位置検出入力面４がシステムの制御に使用される。
【００２３】
考えうる複数の動作方法の１つにおいて、入力装置３は光ビームを入力面４に伝送する。それが入力面４上に発生させる光スポットにより、入力面から１つ又は複数の信号が生成され、これが入力面上の光スポットの座標をデータ処理ユニット１に知らせるために使用される。データ処理ユニットは、処理マーク（＝カーソル位置）を、入力装置からの光ビームによって入力面４上に生成される光スポットの入射地点に指定することができる。
【００２４】
入力面４は好ましくは、有機材料からなる層構造により形成され、この層構造は、吸収された光に基づいて電気信号を生成し、生成された信号のための複数のタッピング地点を備え、個々のタッピング地点での信号の大きさは、光が吸収される下部表面からのその距離に依存し、また、それぞれのタッピング地点と光が吸収されるこれらの下部表面との距離の比は、複数のタッピング地点における信号の大きさの比から計算できる。このようなタイプの入力面は、これまでに公知となっている先行技術である。これらは、投影スクリーンの前又はすぐ後ろの層としても使用できるという特別な利点を有し、それは、これらがほとんど無彩色で設計でき、特に大型の設計においては比較的かなり費用対効果が高い。検出面の他の有利な設計は、表示面の周囲のフレームの形態であり、光学システムは、この場合には入力装置の上流に接続され、入力装置からの光を発散型の十字形で入力面の上に投影する。信号は、投影された十字形の光とフレームの形態の検出面の間の交差点で生成される。少なくとも３つの交差点が検出されるかぎり、入力装置の指示方向は交差点の位置から推測できる。このフレームは、その画像再現に影響を与えることなく、どのような形態の表示面の周囲にも取り付けることができる。
【００２５】
このような入力面は、特に好ましくは、発光導波路の形態であり、タッピング地点は小さな光電子素子であり、これが発光導波路内の導波路モードから光を出力し、電気信号を生成し、その強度は出力光の強度に依存する。この機能原理は、速い応答と外光からの妨害の受けにくさにより特に有効に実施できる。
【００２６】
前述の動作方法と平行して相補的に実行可能な他の動作方法では、入力装置３はその移動状態に関する情報をデータ処理ユニット１に伝送するが、この移動状態は入力装置３の中に取り付けられた慣性センサ、すなわち直線又は回転加速度センサによって判定される。ある機能、例えば「選択確認」はしたがって、例えば、データ処理ユニットの中で実行されるプログラムにより、軸となる、入力装置により発せられた光ビームの周囲での入力装置の旋回移動に割り当てることができる。１つのスポーツ用具、工具又はロボットアームの同じ運動も同様に、プログラムによって、入力装置３の経路に沿った移動と旋回移動に割り当てられてもよい。
【００２７】
第三の重要な動作方法において、入力装置３は静止面上に載り、先行技術を使って上述の光学式マウスの機能原理に従ってその静止面上で動作し、このマウスは静止面に関するその位置変化に関するデータをデータ処理ユニット１に伝送する。問題の表面が、データ処理ユニット１がプロジェクタ２を用いて出力情報を投影する投影面でもあり、入力装置３がこの目的のためにペンの形態であり、そのセンサ領域が静止面に関する相対的移動のためにペン先端に配置されている場合、ある線の形状はデータ処理ユニット１により、投影面上でのペン先端の移動に割り当てられてもよく、この線は、再びプロジェクタ２を介して、手書き又は手描き時に読み込むことができ、また、入力装置自体が色の発生をまったく必要としなくても、可視的に出力することができる。
【００２８】
このコンピュータシステムの、おそらく最も有利な動作方法において、投影面は同時に入力面４でもある。入力装置３を使って入力面４上に書き込むために、入力面に関する入力装置３の絶対位置が、入力面のセンサ機能によって判定される。これに対して、書込み中の入力装置の小さく、素早い移動は、入力装置３自体の「光学式マウス」の機能によって判定され、入力面のセンサ機能を迂回してデータ処理ユニット１に伝送される。
【００２９】
入力中、入力面により判定される絶対位置は、有利には、相対的移動の座標により判定され、入力マークが設定される位置と定期的に比較され、相対的移動の座標により判定される位置は、数学の内挿法を利用して、入力面により判定される位置へと調整される。入力マークはしたがって、長い連続的な入力動作の場合であっても、入力装置の先端付近に留まる。
【図１】
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【国際調査報告】
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