(57)【要約】参照平面（２４）に対する入力を検出するための入力装置（１０）。この入力装置（１０）は、参照平面（２４）に対して鋭角に光を感知するように配置されて感知光を示す信号を生成する単数又は複数の光センサ（１６、１８）と、この光センサに応答して参照平面（２４）に対する物体の位置を測定する回路（２０）とを有する。
2006509269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不可視スペクトル域の波によって照射された領域の物体を検出するシステムであって、
ビデオ画像が前記領域に投影されるように構成された投影器、
前記領域が実質的に照射されるように構成された前記不可視スペクトル域の波の放出装置、
照射領域を登録するように構成され、波に対応する不可視スペクトル式に対して特定的にバランスされている受取装置、並びに
ファジー論理を利用する認識アルゴリズムを備えて構成され、この認識アルゴリズムを利用して、放出波によって照射された物体を検出するコンピュータ、
を有するシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記不可視スペクトル域の波を放出する装置が少なくとも１つの赤外線光源を有し、前記受取装置が少なくとも１つのカメラであるシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムであって、前記赤外線光源は、赤外線発光ダイオード又は赤外線フィルタ付き白熱灯のいずれかであるシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムであって、前記カメラが赤外線光にのみ透過性を有するフィルタを備えるシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムであって、前記カメラの前記フィルタが前記赤外線発光ダイオード又は赤外線フィルタ付き白熱灯のスペクトル域にのみ透過性を有するシステム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムであって、前記領域が赤外線光によって下方から透照され、投影表面が可視スペクトル域においては反射性を有し、赤外線光域においては透過性を有するように実装されているシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムであって、前記不可視スペクトル域の波の放出装置が紫外線放射用の少なくとも１つの装置を備え、前記受取装置が紫外線放射用の少なくとも１つのレシーバを備えるシステム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムであって、前記放出装置と前記受取装置が１つの光軸上に位置するシステム。
【請求項９】
領域にある物体を検出する方法であって、以下のステップを含む方法、
利用可能な機能を有する少なくとも１つのフィールドを備えたビデオ画像をコンピュータによって前記領域内に生成するステップ、前記ビデオ画像は所定の領域に投影される、
前記物体を前記所定領域内に移動させるステップ、
前記物体を検出するために、不可視スペクトル域にある波長を有する波によって前記領域を照射するステップ、
前記物体を検出するために、前記波に対応する前記不可視スペクトル域に対して特定的にバランスされた受取装置を使用するステップ、並びに
前記物体が前記フィールド内に所定時間存在することを契機に、この物体によってフィールドの機能をトリガーするステップ。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、更に、ユーザの指を移動させることによって、投影された前記領域を横切って、前記物体側のマウスポインタを移動させるステップを有する方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法であって、更に、ユーザの指、ユーザの手又はポインタのいずれかと同様の特性を有する操作を実行するステップを有する方法。
【請求項１２】
物体の移動をデータに変換する非接触式装置であって、以下を有する装置、
単数又は複数の光源、
単数又は複数の光センサ、この光センサは、前記物体が前記単数又は複数の光源によって照射されるとこの物体からの反射光を感知するように位置合わせされている、並びに
感知した前記反射光に基づいて、単数又は複数の参照ポイントに対する前記物体の相対位置を計算するための回路、この回路は、前記物体の前記相対位置を計算するためのアルゴリズムを実行するプロセッサを含み、このアルゴリズムはファジー論理を利用する。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置であって、更に、データ入力装置のテンプレートを有する装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置であって、前記入力テンプレートは物理的テンプレート（physical template）である装置。
【請求項１５】
請求項１２に記載の装置であって、更に投影器を有し、かつ前記入力テンプレートが投影画像である装置。
【請求項１６】
請求項１２に記載の装置であって、前記入力テンプレートがホログラム画像である装置。
【請求項１７】
請求項１２に記載の装置であって、前記入力テンプレートが球状映像（spherical reflection）である装置。
【請求項１８】
請求項１２に記載の装置であって、前記単数又は複数の光源が可視光、コヒーレント光、紫外線光又は赤外線光のいずれかから選択されるタイプの光を提供する装置。
【請求項１９】
請求項１２に記載の装置であって、前記アルゴリズムが三角測量法を利用する装置。
【請求項２０】
請求項１２に記載の装置であって、前記アルゴリズムが両眼視差法（binocular disparity）を利用する装置。
【請求項２１】
請求項１２に記載の装置であって、前記アルゴリズムが数学的な射程測定法（rangefinding）を利用する装置。
【請求項２２】
請求項１２に記載の装置であって、前記単数又は複数の光センサが二次元マトリクス式光センサである装置。
【請求項２３】
請求項１２に記載の装置であって、前記単数又は複数の光センサが一次元アレイ式光センサである装置。
【請求項２４】
請求項１２に記載の装置であって、更に、この装置をコンピュータに接続するためのインターフェースを有し、このインターフェースを介して、前記物体の前記相対位置を表すデータを当該装置から前記コンピュータに送ることができる装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の装置であって、前記インターフェースは有線式（hard wired）のものである装置。
【請求項２６】
請求項２４に記載の装置であって、前記インターフェースは無線式（wireless）のものである装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の装置であって、無線式のインターフェースが赤外線、ＲＦ又はマイクロ波のいずれかから選択される装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、一般的にはデータを入力するための装置及び方法に関する。より具体的には、本発明は、感知光を利用して物体の位置を検出する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
入力装置は、コンピュータキーボードやマウス、ＡＴＭ、車両操作装置及び無数のその他の用途を含めて、日常生活のほとんど全ての局面に使用されている。入力装置は、他の大半のものと同様、通常多数の可動部分を有する。例えば、従来からあるキーボードは、電気コンタクトを開閉する可動キーを有する。残念ながら、可動部分は他のコンポーネントよりも、特にソリッドステート・デバイスよりも先に故障又は誤作動する可能性が高い。このような誤作動又は故障は、汚れた又は埃の多い条件下では更に発生する可能性が高くなる。更に、入力装置は、ラップトップ・コンピュータや電子手帳（personal organizer）等の小型電子装置のサイズに於ける制限要因となっている。例えば、効率良くするためには、キーボード式の入力装置は、少なくともユーザの指先のサイズと同じだけ互いに離間しているキーを備えるものでなければならない。このような大きなキーボードは、電子装置の小型化が進むにつれて制限要因となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の装置の中には、上述した問題の１つ又は２以上を解決しようと試みているものがある。例えば、タッチスクリーンは、ユーザがモニタ上の画像にタッチしたことを感知することができる。しかし、このような装置は通常、モニタの内、上又はその周囲に、センサその他の装置を必要とする。更に、このような入力装置のサイズ減少はモニタのサイズに限られたものである。
【０００４】
他の従来装置の中には、光センサを利用してユーザの指の位置を感知するものもある。しかし、このような装置では、キーボードその他の入力装置に対し上方又は直交に、光センサを配置することが必要になる場合が多い。その結果、それらは、装置が嵩張る傾向があり、小型のハンドヘルド装置用には適さない。
【０００５】
他の従来装置の中には、モニタ対象表面上に配置された光センサによってユーザの指の位置を感知するものもある。例えばキーボードの場合、このような装置では通常、センサをキーボードのコーナーその他の境界部に配置することが必要になる。その結果、これらセンサを少なくともキーボードと同じサイズにまで広幅に配置せねばならないことから、装置が嵩張る傾向がある。このような装置は、小型のハンドヘルド装置用にも、フルサイズのキーボードその他の入力装置を構成するのにも適さない。
【０００６】
以上の結果、効率的に使用可能に大きなものでありながら、ラップトップ・コンピュータや電子手帳等の電子装置等の小型パッケージ内に収納可能な入力装置が求められている。更に、泥や埃等の粒状物質によって引き起こされる故障が起こりにくい入力装置も求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の要旨
本発明は、参照平面に対する入力を検出するための入力装置を含む。この入力装置は、参照平面に対して鋭角に光を感知するように配置されて感知光を示す信号を生成する光センサと、この光センサに応答して参照平面に対する物体の相対位置を測定する回路とを有する。これにより、参照平面に関する物体の一部分を使用して、今日機械式装置によって作り出されているタイプの入力信号を生成する。この入力信号は、ポータブルコンピュータや電子手帳等の電子装置に対して入力される。
【０００８】
本発明は、又、入力を決定する方法も含む。この方法は、光源を提供するステップと、参照平面に対して鋭角に光を感知するステップと、参照平面に対する物体の位置を示す少なくとも１つの信号を生成するステップとを有する。
【０００９】
本発明は、コンパクトで、フルサイズのキーボードその他の入力手段を構成可能にする入力装置を提供することによって、従来技術の欠点を克服するものである。センサを感知される領域の真上に又は感知対象領域の境界部に配置することを必要とする従来の装置と異なり、本発明は、入力装置をそれ自身の内部に、感知領域から離間して配置することを可能とする。
【００１０】
本発明のこれら及びその他の利点及び効果は、下記の好適実施例の説明から明らかになう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を明確に理解し容易に実施するために、図面を参照しながら本発明を説明する。
【００１２】
発明の詳細な説明
本発明の図面及び説明は単純化されているが、これは本発明の理解の明確に関連した部材を示すためであり、同時に明瞭目的のために他の多くの部材を省略したためと理解されたい。当業者ならば、本発明を実施するためには他の部材もあることが望ましいか又は必要であることは分かるだろう。但し、このような部材は当業周知であり、かつ本発明のより良い理解を容易にするものではないことから、それら部材の説明はここでは提供されない。
【００１３】
図１は、本発明によって構成された入力装置１０を示すブロック図である。この入力装置１０は、入力テンプレート１２、光源１４、第１光センサ１６、第２光センサ１８及び回路２０を有する。
【００１４】
前記入力テンプレート１２は入力装置１０を使い易くするものであり、キーボード又はポインタ等の入力装置の画像とすることができる。入力テンプレート１２は、その上に入力装置の画像がプリントされた表面等の物理的テンプレート（physical template）とすることができる。例えば、入力テンプレート１２は、その上にキーボードの画像がプリントされた紙片又はプラスチック片とすることができる。入力テンプレート１２は、又、固体表面上に投影された光から形成することも可能である。例えば、入力テンプレート１２の画像を投影器２２によって、机上等の固体表面上に投影することができる。投影器２２は、例えば、スライド投影器又はレーザ投影器とすることができる。投影器２２は、複数の異なる入力テンプレート１２を、同時に又は別々に形成することも可能である。例えば、最初はキーボードとポインタとを同時に提供するが、他の機能の間は、入力テンプレート１２がボタンパネル、キーパッド、ＣＡＤテンプレート等のその他の形態をとることも可能である。更に、投影器２２は、特注の（custom）入力テンプレート１２を形成してもかまわない。入力テンプレート１２は、又、ホログラム画像や球状映像（spherical reflection）から形成する等、投影器２２以外からも形成可能である。又、後述するように入力テンプレート１２は省略することさえ可能である。
【００１５】
前記入力テンプレート１２は、参照平面２４に配置される。参照平面２４は前記入力装置１０によって形成され、ユーザからの入力を決定するための参照として利用される。例えば入力装置１２がキーボードとして作用する場合には、参照平面２４は仮想キーボードと見なすことができる。参照平面２４に対するユーザの動きをモニタして、キーボード上のどのキーが選択されているかを決定する。参照平面２４は、更にキーボード上のキーに形成されるものと考えることができ、各キーは参照平面２４上に１つの位置を有し、これにより、ユーザからの動きをキーボードから選択された文字に変換することが可能である。
【００１６】
前記光源１４は、前記入力テンプレート１２の近傍に光を提供する。この光源１４は、可視光、コヒーレント光、紫外線光、赤外線光を含む種々の任意の光を提供することができる。光源１４は、白熱灯、蛍光灯又はレーザとすることができる。光源１４は、入力装置１０の機械的部分である必要はなく、なぜなら入力装置１０は周囲からの周囲光、又は人体によって作り出される赤外光を利用することも可能だからである。入力装置１０が平坦な表面の上で使用される場合、光源１４は通常、入力テンプレート１２の上方に光を提供するものとなる。但し、入力装置１０は多くの利用可能性を有し、それは、必ずしも平坦な表面の上で使用される必要はない。例えば入力装置１０は、ＡＴＭや、操作パネルその他の入力装置のように、壁に縦向きに取り付けることができる。このような実施例においては、光源１４は入力テンプレート１２の近傍に光を提供し、かつ、ユーザの視点からの光源１４は、入力テンプレート１２の前方に光を提供する。或いは、入力装置１０をユーザの上方に、例えば自動車や飛行機の屋根に取り付ける場合には、光源１４は入力テンプレート１４の下方近傍に光を提供するものとなる。但し、これら実施例のそれぞれにおいて、光は、入力テンプレート１２の近傍に提供される。
【００１７】
前記第１光センサ１６及び第２光センサ１８は、入力テンプレート１２に対し鋭角に光を感知し、感知した光を示す信号を生成するように配置される。第１光センサ１６及び第２光センサ１８は多くのタイプの光センサのうちいずれでもよく、合焦・記録装置（即ちカメラ）を備えることができる。例えば、第１光センサ１６及び第２光センサ１８は、二次元マトリクス式光センサとすることができ、又、一次元アレイ式光センサとすることも可能である。更に、第１光センサ１６及び第２光センサ１８は、可視光、コヒーレント光、紫外線光又は赤外線光等の多くのタイプの光のうちいずれかを感知するものにできる。第１光センサ１６及び第２光センサ１８は、又、特定のタイプの光、例えば、光源１４によって作り出される特定周波数の光、或いは人の指によって作り出される赤外線光等の所定タイプの光に対し特定的に感度を有するように選択又はチューニングすることができる。後述するように、入力装置１０は更に、第１光センサ１６又は第２光センサ１８のうちいずれか一方のみを利用することも、或いは三つ以上の光センサを利用することも可能である。
【００１８】
前記回路２０は、第１光センサ１６及び第２光センサ１８に応答して、参照平面２４に対する物体の位置を測定する。回路２０は、第１光センサ１６及び第２光センサ１８からのアナログ信号をプロセッサ３２によって使用されるデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ２８、３０を備えることができる。参照平面に対する単数又は複数の物体の位置は、三次元で測定しなければならない。即ち、仮に二次元画像を利用して真上からキーボードを見た場合、指がどのキーの上にあるかは分かるかも知れないが、これではその指がその特定のキーを押すために上下に移動したか否かまでは分からないだろう。テーブルに平行な平面からキーボードを見れば、指の上下移動と、一平面におけるその位置（ｘ位置及びｙ位置）とは見えるが、ｚ方向（離間方向）におけるその位置は見えないであろう。従って、必要な情報の測定のためには複数の方法が存在する。プロセッサ３２は、これらの技術のうち単数又は複数を利用して、入力テンプレート１２の近傍において物体の位置を測定することができる。プロセッサ３２は、又、データを入力するために使用される物体とバックグランド物体とを区別するための画像認識技術も利用することができる。物体の位置検出及び画像認識のためのソフトウエアは市販されており、ペンシルベニア州アリソンパークのミレニアムスリー社（Millennia 3、Inc.）から入手可能である。回路２０は、ポータブルコンピュータや電子手帳等の電子装置３３に対して出力信号を提供することができる。この出力信号は、ユーザによって選択された入力を示す。
【００１９】
物体の位置を測定可能にするための処理方法は複数ある。これらの中には、構造光（structured light）を使用する三角測量法、両眼視差法（binocular disparity）、射程測定法（rangefinding）、ファジー論理の利用がある。
【００２０】
構造光を使用する三角測量法で物体の位置属性を感知するには、指のＸ位置及びＺ位置を、単数又は複数の指から反射した光について三角測量を利用して計算する。指のＹ位置（即ち、上下位置）（キーが押されているか否か）は、光の平面がクロスされているか否かによって判断する。この方法は、必要とされる特定の角度及び解像度に応じて、単数又は複数の光センサ又はカメラによって実行される。
【００２１】
両眼視差法は、各光センサ又はカメラからの全ての画像ポイントを関連つける必要がある場合に一般的に用いる三角測量法である。関連付けが完了すると、各センサ上におけるポイントの対応位置が比較される。次に、数学的に、これらの位置の差を利用して距離を三角関数によって計算することができる。実際には、この方法は、画像ポイントの関連付けという複雑な問題のために困難である。多くの場合には、例えば、規定された参照ポイント、コーナー、エッジ等の目立つ参照が代わりに使用される。規定までには、二つのセンサ（又は１つのセンサにおける二つの領域）が必要とされる。
【００２２】
射程測定法は、センサからの物体の距離を測定する方法である。伝統的に二つの方法が使用されている。第１の方法では焦点を利用する。画像のシャープネスをテストしながらレンズを調節する。第２の方法では、光が物体から反射されてセンサに戻る際の光の「飛行時間」を利用する。その関係は、距離＝１／２（光速×時間）である。これら両方の方法からの結果によって、対象領域の三次元マップを得ることができ、従って、いつ、どのキーが押されているかが分かる。一般には、これらの方法は１つのセンサを使用する。
【００２３】
新世代のハードウエア（及びソフトウエアの実装）が、情報処理が困難なオペレーションに使用され始めている。特にファジー論理は情報（この場合には画像）を、直接的に比較すること、又は統計的に推論された相関関係を利用して比較することが可能な技術である。これが利用されるのは、例えば、複数画像の複数の選択領域を互いに連続的に比較することによって両眼視差法を実行するためにかもしれない。比較結果がピーク値に達した時、距離が測定される。関連技術として、自動相関法（autocorrelation）、人工知能、及びニューラル・ネットワークが挙げられる。
【００２４】
図２は、第１光センサ１６及び第２光センサ１８の配置を示す入力装置１０の略平面図である。いくつかの従来装置と異なり、本発明におけるセンサ１６、１８は感知対象領域から離間して配置可能であり、ほぼ同じ向きに臨ませることができる。第１光センサ１６及び第２光センサ１８を感知対象領域から離間配置可能なことから、入力装置１０は、電子手帳やラップトップ・コンピュータ等の用途において理想的な、小さなコンパクトな装置とすることができる。例えば、本発明は、キーボードよりも遥かに小さいが、ユーザにフルサイズのキーボードとマウスを提供するラップトップ・コンピュータに利用することができる。
【００２５】
図３は、本発明によって構成された、入力装置１０内の投影器２２及び光源１４の略図である。入力装置１０は、ソリッドな表面３４上に配置することができる。投影器２２は、入力装置１０内の高い位置に配置して、この投影器が入力テンプレート１２を表面３４上に投影する角度を増大させるように構成することができる。光源１４は、入力装置１０内の低い位置に配置して、表面３４の近くで入力テンプレート１２近傍に光を提供するとともに、表面３４に入射する光の量を減少させることで投影された入力テンプレート１２の「ウォッシュアウト」（washout）を減少させるように構成することができる。
【００２６】
図４は、ユーザの指３６からの入力を感知する入力装置１０の斜視図である。ユーザの指３６が入力テンプレート１２に近づくと、その一部分３８が光源１４によって照射される。光は、照射された当該一部分３８から反射され、（図１及び図２に示す）第１光センサ１６及び第２光センサ１８によって感知される。（図１及び図２に示す）光センサ１６、１８は、入力テンプレート１２に対して鋭角に光を感知するように配置されている。ユーザの指３６からの光の正確な角度は、入力装置１０内における（図１及び図２に示す）第１光センサ１６及び第２光センサ１８の位置と、ユーザの指３６からの入力装置１０の距離とに依存する。
【００２７】
図５及び図６は、第１光センサ１６及び第２光センサ１８に使用可能なもの等の、二つの二次元マトリクス式センサによって感知される光のグラフ表現図である。二次元マトリクス式センサはビデオカメラに使用されるタイプの光センサであって、複数の光センサの二次元格子としてグラフに表現することができる。二次元マトリクスセンサによって感知された光は、画素の二次元格子として表すことができる。図５及び図６において暗く示された画素は、それぞれ、図４に示すユーザの指３６からの、第１光センサ１６及び第２光センサ１８によって感知された反射光を表している。ユーザの指３６の位置は、第１光センサ１６及び第２光センサ１８からのデータに両眼視差法、三角測量法又は両者を適用することによって測定することができる。ユーザの指３６の相対的な左側位置と右側位置は、画素マトリクス中の感知光の位置から決定することができる。例えば、物体がセンサ１６、１８の左側に現れるならば、その物体はセンサ１６、１８の左側にある。物体がセンサ１６の右側において感知されるならば、その物体は右側にある。ユーザの指３６の距離は、両センサによって感知された画像間の差から決定することができる。例えば、ユーザの指３６が両センサから遠ければ遠いほど、第１光センサ１６及び第２光センサ１８からの画像はより類似したものとなる。反対に、ユーザの指３６が第１光センサ１６及び第２光センサ１８に近づくにつれて、両画像は段々類似しないものとなる。例えば、ユーザの指３６が第１光センサ１６及び第２光センサ１８に近く、かつ入力テンプレート１２の中心のほぼ近傍にある場合には、図７及び図８にそれぞれ示すように、一方のセンサの右側に１つの画像が現れ、他方のセンサの左側に別の画像が現れる。
【００２８】
前記入力装置１０は、ユーザが入力テンプレート１２から項目を選択しようとしている場合としていない場合とを、ユーザの指３６と入力テンプレート１２との間の距離から区別して判断することができる。例えば、ユーザの指３６が入力テンプレート１２から１インチ未満の場合、入力装置１０は、ユーザは指下方の項目を選択したいという結論を出すことができる。この入力装置１０は、ユーザの指３６と入力テンプレート１２との間の距離を測定するための較正が可能になっている。
【００２９】
図９は、本発明の別実施例を示す側方平面図とブロック図の合成図であって、光源１４が入力テンプレート１２に隣接する光平面を作り出すのを示す図である。この実施例においては、光平面が入力テンプレート１２の上方に距離を形成することから、ここに物体を置いて入力テンプレート１２上の項目を選択しなければならない。これは、ユーザの指３６が光平面の上方にあると、指３６が第１光センサ１６及び第２光センサ１８に向けて光を反射しないからである。これに対し、指３６が光平面を破ると直ちに、光は第１光センサ１６及び第２光センサ１８に反射される。
【００３０】
光源１４の位置は、光平面が傾斜し、その高さが入力テンプレート１２の上方において一定にはならないように配置される。図９に示すように、光平面は、光源１４の近傍のポイントにおいてはテンプレート１２の上方から一定距離のものにすることができ、光源１４から離間すると、入力テンプレート１２からの上方距離がより小さく変わるものにすることができる。もちろん、 逆の構成も実施可能である。このような光平面の不均一な高さを利用して、距離感知を容易にすることができる。例えば、ユーザの指３６が光源１４の近傍にある場合には、指３６から光が二次元マトリクス式センサの上部に向けて反射される。反対に、ユーザの指３６が光源１４から遠く離れている場合には、指３６から光が二次元マトリクス式センサの底面に向けて反射される。
【００３１】
図１０は、二次元マトリクス式センサのグラフ表現図であって、単一の二次元マトリクス式センサからの画像を、入力テンプレート近傍にある物体の位置測定に利用可能にする方法を示す図である。物体の位置は、二次元マトリクス式センサのうち反射光を検出する部分から決定することができる。例えば、前述した実施例と同様、物体のセンサに対する方向は、その物体から反射した光の水平位置から決定することができる。例えば、センサの左側に位置する物体は、光をセンサの左側に向けて反射する。センサの右側に位置する物体は、光をセンサの右側に向けて反射する。センサから物体までの距離は、物体から反射した光の上下位置から決定することができる。例えば、図９に示す実施例においては、物体がセンサの近傍にある場合には、センサの上部に向けて光が反射される。反対に、物体がセンサから離間するほど、センサのより下部近くに光が反射される。光平面の傾斜とセンサの解像度とは、入力装置１の深さの感度に影響する。もちろん、図９に示す光平面の傾斜を逆にすれば、センサの深さの認識も逆になる。
【００３２】
図１１及び図１２は、図１０に示した二次元マトリクス式センサの代わりに使用可能な一次元アレイ式センサを示す図である。一次元アレイ式センサは二次元マトリクス式センサに類似しているが、一次元においてしか光を感知することができない。従って、一次元アレイ式センサは感知光の水平位置測定には使用できるが、上下位置測定には使用できない。一対の一次元アレイ式センサを互いに直交に配置すれば、協働で、図１０に記載したものと類似の方法によって、ユーザの指３６等の物体の位置を測定するために使用可能になる。例えば図１１は、ユーザの指３６の位置の深さ成分を測定するために使用可能な上下向きの一次元アレイ式センサを示す。図１２は、ユーザの指３６の左右位置を測定するために使用可能な水平向きの一次元センサを示す。
【００３３】
本発明は、更に、下記の較正方法を含むことができる。この較正方法は、例えば、入力装置の紙画像又はプラスチック画像等の物理的テンプレート（physical template）が用いられる場合に使用することができる。このような実施例においては、入力装置１０はユーザにサンプル入力を促す。例えば、キーボード入力テンプレート１２の場合、入力装置１０はユーザに複数のキーをタイプすることを促すことができる。入力装置１０によって感知された入力が、入力テンプレート１２の位置決定に使用される。例えば入力装置１０は、ユーザが入力テンプレート１２を置いた場所を決定するために、ユーザに対して“the quick brown fox（すばしっこい茶色の狐）”という語をタイプするように促すことができる。或いは、マウス等のようなポインタの場合には、入力装置１０は、ユーザに対してポインタの移動範囲の境界を示すように促すことができる。このような情報から、入力装置１０は、入力テンプレート１２からの入力を正規化することができる。
【００３４】
別の実施例においては、入力装置１０は、入力テンプレート１２を省略することができる。例えば、良いタイピストであればデータ入力にはキーボードの画像を必要としないかもしれない。このような場合、入力装置１０はユーザに対して、仮にそのユーザが入力テンプレート１２を利用するとしたらその入力テンプレート１２が位置する場所を決定するために、サンプル入力を促すことができる。更に、少数の入力しかない入力テンプレート１２等のサンプル入力テンプレートの場合には、どのようなユーザにとっても入力テンプレート１２は不要かもしれない。例えば、二つの入力しかない入力テンプレート１２は、ほとんどの状況において入力テンプレートがなくてもユーザは確実に使用可能である。この例においては、一方の入力は入力装置１０の概ね左側に置かれたユーザの指３６によって選択され、他方の入力は入力装置１０の概ね右側に置かれたユーザの指３６によって選択されるものとすることができる。入力テンプレート１２が省略される場合であっても、参照平面２２は存在する。例えば、たとえユーザが入力テンプレート１２を利用していない場合でも、単数又は複数の光センサ１６、１８は、参照平面２２に対して鋭角に反射された光を感知するように配置される。
【００３５】
図１３は、本発明の別実施例を示すブロック図であって、ユーザに入力テンプレート１２の画像を提供するために、例えばバーチャル・リアリティ用途において利用可能なもののような投影ガラス４２を含む例の図である。この実施例は、入力テンプレート１２を省略したものである。ガラス４２は、プロセッサ３２によって制御することができる。これらガラス４２には位置検出性を備えさせ、プロセッサ３２がガラス４２の場所及び角度を認識するように構成されており、これにより、たとえユーザの頭部が移動した時でも、ガラス４２が作り出す画像をユーザに対し同一相対位置のままにすることが可能になる。これらガラス４２によって、ユーザは周囲の現実も、入力テンプレート１２の画像も見ることができる。この実施例においては、たとえユーザの頭部が移動した時でも、入力テンプレート１２は、そのユーザの視野においては同じ位置に留まることができる。或いは、ガラス４２が位置検出性を備える場合、たとえユーザの頭部が移動した時でも、入力テンプレート１２を現実においては机上等の同一位置のままにすることもできる。図１３に示す実施例は、１つのセンサ１６しか使用せず、又、光源１４や投影器２２は使用しない。但し、上述したように、より多数のセンサを使用することも、光源１４及び投影器２２を使用することも可能である。
【００３６】
図１４に示す別実施例では、インデックス光源４４が提供される。このインデックス光源４４は、前記表面３４上に単数又は複数のインデックスマーク４６を形成するために使用される。これらのインデックスマーク４６は、ユーザが物理的入力テンプレート１２を正しく位置合わせするために使用することができる。この実施例において、物理的入力テンプレート１２の正確な位置を決定するための較正ステップは不要とすることができる。
【００３７】
図１５は、参照平面と相対的に入力を検出する方法を示すブロック図である。この方法は、光源を提供するステップ５０と、参照平面に対し鋭角に光を感知するステップ５２と、感知光を示す少なくとも１つの信号を生成するステップ５４と、感知光を示す前記少なくとも１つの信号から参照平面に対する物体の位置を決定するステップ５６と、参照平面に対する物体の相対位置から入力を決定するステップ５８とを含む。この方法は、上述した装置の説明においてと同様、参照平面に入力テンプレートを形成するステップを含むことができる。
【００３８】
図１６は、入力装置を較正する方法を示すブロック図である。この方法は、参照平面上の１つの位置に入力を行うようにユーザに促すステップ６０と、ユーザが行った入力位置状態を決定するステップ６２と、ユーザが促された入力位置が、ユーザが行った入力位置に対応するように参照平面を配向するステップ６４とを含む。入力テンプレートは、これを参照平面に置き較正方法を実行することによって使用することができる。入力テンプレートが使用されるか否かに拘わらず、参照平面は入力装置として形成される。参照平面は、キーボードやポインタ等の多数の入力装置のうち任意のものとして形成することができる。例えば、参照平面がキーボードとして形成される場合には、較正方法は、キーボード上の１つの文字を入力するようにユーザに促すステップと、ユーザが促された文字の位置が、ユーザが行った入力位置に対応するように参照平面を配向するステップとを含むことができる。較正方法は、ユーザからの２以上の入力によって実行されるようにすることも可能であり、その場合にはこの方法は、ユーザに（それぞれが参照平面上の１つの位置を有する）複数の入力を促すステップと、ユーザが行った各入力位置を決定するステップと、ユーザが促された各入力位置が、ユーザが行った各入力位置に対応するように参照平面を配向するステップとを含む。ユーザが行った単数又は複数の入力位置の決定は、１つの入力が通常の作業で決定されるのと同様の方法で実行することができる。換言すると、この決定は、光源を提供するステップと、参照平面に対して鋭角に光を感知するステップと、感知光を表す少なくとも１つの信号を生成するステップと、感知光を表す少なくとも１つの信号から参照平面に対する物体の位置を決定するステップとを含むことができる。
【００３９】
当業者は、本発明について多くの改変及び変形が可能なことは分かるであろう。例えば、本発明は、入力テンプレート１２上の項目を選択するためにユーザの指３６を使用するものとして説明したが、鉛筆やペン等のその他のものも入力テンプレート１２上の項目選択に利用可能である。別の例として、光源１４は省略することもできる。物体の深さは、その物体のサイズによって決定することもできる。センサに近い物体は、センサから遠い物体よりも大きく見えることになる。上述したような入力装置１０の較正は、物体のサイズを様々な位置において測定するために使用することができる。例えば、データを入力する前には、ユーザに対して入力テンプレート１２の上部近くの入力を選択するように促し、次に、入力テンプレート１２の本体部近くの項目を選択するように促すことができる。その情報から、入力装置１０は、複数の位置を互いに補間することができる。上記説明及び特許請求の範囲は、これらのような改変例及び変形例のすべてをカバーすることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明により構成された入力装置を示すブロック図
【図２】入力装置の略平面図であって、第１及び第２センサの向きを示す図
【図３】本発明によって構成された入力装置内に配設された投影器と光源の略図
【図４】ユーザの指を感知する入力装置の斜視図
【図５】二次元マトリックス式センサによって感知される光を示すグラフ表現図
【図６】二次元マトリックス式センサによって感知される光を示すグラフ表現図
【図７】二次元マトリックス式センサによって感知される光を示すグラフ表現図
【図８】二次元マトリックス式センサによって感知される光を示すグラフ表現図
【図９】本発明の別実施例を示す側方平面図とブロック図の合成図であって、光源が入力テンプレートに隣接する光平面を作り出すのを示す図
【図１０】二次元マトリクス式センサのグラフ表現図であって、単一の二次元マトリクス式センサからの画像を、入力テンプレート近傍にある物体の位置測定に利用可能にする方法を示す図
【図１１】図１０に示す二次元マトリクス式センサの代わりに使用可能な一次元アレイ式センサを示す図
【図１２】図１０に示す二次元マトリクス式センサの代わりに使用可能な一次元アレイ式センサを示す図
【図１３】本発明の別実施例を示すブロック図であって、ユーザに入力テンプレートの画像を提供するために、例えばバーチャル・リアリティ用途において利用可能なもののような投影ガラスを含む例の図
【図１４】インデックス光源が入力テンプレート位置合わせ用のインデックスマークを形成する別実施例を示す図
【図１５】参照平面に対する入力を検出する方法を示すブロック図
【図１６】入力装置を較正する方法を示すブロック図
【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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【国際調査報告】
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