(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信をサポートする位置確定の可能な複数のポータブル電子機器へデジタル情報を伝送するシステムにおいて、
前記各ポータブル電子機器の論理アドレスを予め知ることなくその相対的ないし絶対的位置をサブメートル精度で確定するための位置確定モジュールと、
前記位置確定モジュールに接続され、一の前記ポータブル電子機器と、ユーザが限定した場所にある他の前記ポータブル電子機器との間の無線通信を仲介する通信モジュールと、
を有し、
前記位置確定モジュールは、
第一のこま速度で画像を連続して撮影できるよう構成された少なくとも二つのビデオカメラと、
各電子機器に取り付けられ、前記第一のこま速度よりも遅く設定された第二のこま速度で空間的に離れ、前記ビデオカメラで捕らえられる信号群を発生する識別タグと、
一連の画像から前記識別タグの三次元での位置を確定するよう構成された画像処理システムと、
を有することを特徴とする高精度位置確定データ伝送システム。
【請求項２】
位置確定可能な電子機器へのデジタル情報の伝送方法であって、
複数の電子機器の各々につきその相対的ないし絶対的位置をサブメートルの精度で確定をするステップと、
前記複数の電子機器の論理アドレスを予め知ることなく、前記複数の電子機器と通信するための、ユーザが限定した領域を選択するステップと、
第一のポータブル電子機器と前記のユーザが限定した領域内にある複数のポータブル電子機器のメンバーとの間の無線通信を確立するステップと、
を有し、さらに、
少なくとも二つのビデオカメラからの第一のこま速度の連続画像を受信するステップと、
各電子機器に取り付けられた識別タグにより、前記第一のこま速度よりも遅く設定された第二のこま速度で空間的に離れ、前記ビデオカメラで捕らえられる信号群を発生するステップと、
画像処理システムにより一連の画像から前記識別タグの三次元での位置を確定するステップと、
を有することを特徴とする高精度位置確定データ伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、あらかじめ決められた場所にある電子機器への電子データの伝送を可能にするシステム、特に、ポータブル電子機器の位置をサブメートルの精度で決定するシステムに関し、それらの既知の場所に応じてのポータブル電子機器間のデータの伝送を可能にする。
【０００２】
【従来の技術】
現在利用可能なポータブルコンピュータ機器にはラップトップ型、ノート型、サブノート型、ポケットコンピュータ、携帯情報端末、電子手帳、パーソナル通信機器（双方向ポケットベル）またはデジタルスマートカード（メモリカード）などがある。これらのポータブル機器は急速によりパワフルで、精巧になり、高速プロセッサ、付属ハードディスク、ＰＣＭＣＩＡモデム、カーソルコントローラ、小型キーボード、あるいはグラフィック用入力装置（たとえばペン型の携帯情報端末）といったものを備えている。これらの機器の処理能力の向上に伴い、ユーザ側の、アプリケーション限定データを送りたいという要望も高まってきている。たとえば携帯情報端末は（無線や赤外線といった）コードレス接続によって結ばれ、電子アドレス帳の内容をデスクトップ型コンピュータに送ることもできる。スマートカードは送金などの金融業務を可能にすることもでき、また双方向ポケットベルは範囲の限定された既定の応答を送受できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ワイヤレスリンクを持つポータブル電子機器の数が増えるにつれ、潜在的な通信の問題も増加してきた。一例として、データファイルを第一の携帯情報端末（ＰＤＡ）から第二のＰＤＡに送る場合を考える。もし直接の有線通信がこれらのＰＤＡ間で行えるならば、データファイルの受信などについて不確定さが伴うことはない。第一のＰＤＡのユーザは第一のＰＤＡから第二のＰＤＡへデータを送っていることを確信できる。しかしながら、もしネットワークを介したワイヤレス通信リンクが使用されている場合は、第二のＰＤＡのネットワーク上のアドレスが既知でなければならない。加えて、盗用を防ぎ手動起動の特定の機器のみへのデータの伝送を確かなものにするためのハンドシェークプロトコルや暗号のルーチンといったことも既知でなければならない。不運にもこのような手続きは特定の機器を識別できなかったり、またはすぐに使えなかったりするような一般的情報の伝送を限定することになりかねない。
【０００４】
データを特定の場所に直接送ることができれば、アドレス不明の機器に関する問題を最小限にすることができる。たとえば、ＰＤＡが置かれる場所を感知しやすいように作成してあれば、ユーザは場所を特定した他の機器にデータを送ることもできる。この機能は沢山のＰＤＡが動作中であるような混雑している部屋に名刺データを送るといったような情報交換に特に有効であろう。第一のＰＤＡのユーザは近隣の第二のＰＤＡのネットワークアドレス、電子メールアドレス、論理アドレスその他の識別アドレス情報がわかっていなくても、そこへの情報伝送を開始するのにボタンを押すだけでよい。ワイヤレスリンクを通して両方のＰＤＡと交信でき、またＰＤＡの場所に関する情報を記憶できるコンピュータネットワークが第一のＰＤＡからの情報を受け、どのＰＤＡが第一のＰＤＡに近いか判断し、そのＰＤＡに情報を伝送する。このような場所の扱いが可能な機能は、ＰＤＡのユーザが名刺データを特定の場所、特定の半径内やエリア、さらにはビルのなかの特定の部屋にあるすべてのＰＤＡに送ることができるように拡張可能である。
【０００５】
したがって、必要とされているのは他の電子機器の位置を突き止めたり、それらの位置や方向に基づいて特定の電子機器にのみデータを送受信したりできるシステムである。近隣の電子機器への伝送時に場所の範囲を特定することができれば好適である。たとえば部屋のすべての電子機器とか、特定の方向にあるすべての電子機器とか特定の範囲（たとえば２メートル以内などのように）にあるすべての電子機器などのようにである。
【０００６】
本発明は、ユーザインターフェイスの観点からポータブル電子機器のユーザがネットワークアドレスや名前といったもので限定される論理的な場所でなく、物理的、空間的位置に基づいて他のポータブル機器と直観的に交信することを可能にする高精度位置確定データ伝送システム及び方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、無線通信をサポートする位置確定の可能な複数のポータブル電子機器へデジタル情報を伝送するシステムにおいて、前記各ポータブル電子機器の論理アドレスを予め知ることなくその相対的ないし絶対的位置をサブメートル精度で確定するための位置確定モジュールと、前記位置確定モジュールに接続され、一の前記ポータブル電子機器と、ユーザが限定した場所にある他の前記ポータブル電子機器との間の無線通信を仲介する通信モジュールとを有し、前記位置確定モジュールは、第一のこま速度で画像を連続して撮影できるよう構成された少なくとも二つのビデオカメラと、各電子機器に取り付けられ、前記第一のこま速度よりも遅く設定された第二のこま速度で空間的に離れ、前記ビデオカメラで捕らえられる信号群を発生する識別タグと、一連の画像から前記識別タグの三次元での位置を確定するよう構成された画像処理システムとを有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、位置確定可能な電子機器へのデジタル情報の伝送方法であって、複数の電子機器の各々につきその相対的ないし絶対的位置をサブメートルの精度で確定をするステップと、前記複数の電子機器の論理アドレスを予め知ることなく、前記複数の電子機器と通信するための、ユーザが限定した領域を選択するステップと、第一のポータブル電子機器と前記のユーザが限定した領域内にある複数のポータブル電子機器のメンバーとの間の無線通信を確立するステップとを有し、さらに、少なくとも二つのビデオカメラからの第一のこま速度の連続画像を受信するステップと、各電子機器に取り付けられた識別タグにより、前記第一のこま速度よりも遅く設定された第二のこま速度で空間的に離れ、前記ビデオカメラで捕らえられる信号群を発生するステップと、画像処理システムにより一連の画像から前記識別タグの三次元での位置を確定するステップとを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明において、例えば好適な実施形態例としては、ワイヤレス送受信機能を持ったコンピュータネットワークがすべてのポータブル電子機器の位置に関する情報を維持するのに使われる。複数の電子機器の位置をセンチメートルやミリメートルのオーダーの精度で識別することは電子機器に付属もしくは組み込まれた赤外線信号装置（赤外線識別タグ）を使う低価格位置確定システムによって可能である。位置確定システムは、既存の広く商業的に流通しているＣＣＤビデオカメラを少なくとも２つ備え、各ビデオカメラを撮像範囲を重複させて配置する。ビデオカメラは、可視光および赤外線の検出が可能で、所定のこま送り速度の画像が撮れるように作られている。変調赤外線信号を出すための一つ以上の赤外線識別タグは、ビデオカメラの重複する視野におさまる空間または場所に置かれており、画像処理システムが連続する画像の中から変調赤外線信号を取り出し、また、可視光や赤外線の画像で得られる情報を使って赤外線識別タグの位置を識別する。
【００１１】
様々な赤外線信号モードの操作が考えられる。ある好適な実施形態例では、赤外線識別タグは位置を知らせるための赤外線検出信号を断続的にビデオカメラのこま送り速度よりも遅く発信している。複数のビデオカメラを通して比べられた赤外線信号の点滅パターンは赤外線識別タグを明確に識別し、識別信号や他のデータを送るのに使われる。好都合なことに赤外線識別タグは、空間的には同じビデオカメラの同一撮像範囲であってかつ離れているので、複数のタグの識別や追跡が同時に可能である。一部屋からのデータ補足のために物体に付けられる識別用赤外線タグを利用することも実用的である。つまり、電子機器といった物体に加えて赤外線タグは、特定の位置、場所、一部屋内のどこにあるかといった空間的な位置を表す指標を提供するよう配置できる。
【００１２】
ある種の実施の形態の例では、移動体に取り付けられた複数のタグがその物体の方向や場所をきめたり追跡したりするのに使われる。これは電子機器の所在方向を限定したデータの伝送を可能にする。たとえば、ある特定のユーザの電子機器の左側にある他の電子機器にデータを送るという指令が可能となる。また、他の利点として、二つ以上の付随タグの使用で物体の回転の方向を認識することができる。複数のタグの使用は物体や電子機器の所在の曖昧さに伴う問題を軽減し、また位置確定の精度を向上させる。さらに複数の識別タグによってデータ伝送率を増やすことができる。
【００１３】
赤外線の代わりの可視光の使用や様々な赤外線信号用のデータ符号化方法、赤外線信号の配置といった他の変形例も本発明の範囲内で実施可能である。たとえば赤外線タグの位置を確定するために用いられる赤外線検出信号と実質的に同時に発せられる赤外線識別信号の受信のための別な赤外線通信回線受信機を使用することもできる。同時伝送方法を用いれば、単独のビデオカメラによる複数の画像を使用して比較的ゆっくりしたデータの伝送率よりずっと速く識別データを送ることができる。加えて要求される電力を減らすため、受動赤外線反射機をタグ（別個に部屋に備え付けられ、必要に応じて赤外線を発する赤外線フラッシュ）として使うことも可能である。また、識別要求にのみ応じて動作する赤外線識別タグも使用可能である。
【００１４】
好都合なことには、識別タグのついた電子機器の位置を高精度に決めるために本発明では比較的安価で入手しやすい赤外線送信機やＣＣＤビデオカメラといった部品を利用することが可能である。適切な高品質ＣＣＤビデオカメラは、消費者セキュリティシステムに広く使われている。そのようなＣＣＤビデオカメラは、まったく安価であり、そのような経済的観点からこの応用に理想的である。
【００１５】
赤外線信号は、ＣＣＤビデオカメラでは容易に見えるが肉眼では見えないため赤外線信号システムは本質的にユーザには見えない。一方で赤外線信号システムは、手のこんだ画像処理技術を用いずに位置を確定したり、解釈したりする自動システムに簡単に使える。本発明は、ビデオカメラに接続されたコンピュータネットワークが設置されれば簡単に実現でき、複雑な設定や初期化も必要としない。安価なビデオカメラを個数を限定して使うことで本発明は識別タグのついた多数の電子機器の位置を追跡し、適切に構成されたコンピュータネットワークを使ってサブメートル精度で特定の場所にある適切な電子機器間でデータを転送することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１７】
図１に位置のわかっている電子機器への電子データの伝送を可能にするシステム１００を示す。システム１００は特定の電子機器の位置を検出する機能を持つ位置確定モジュール１９０，１９２を含む。位置確定モジュール１９０，１９２は電子機器の位置を追跡し、コンピュータネットワーク１８０とともに電子データの伝送をするためのメカニズムを提供する。このような技術に熟達した者には位置確定モジュール１９０，１９２の位置、大きさ、数は代表的なものとしてあげられており、本発明を限定するものではないことが理解されるであろう。同様にコンピュータネットワーク１８０は、多数のコンピュータ、ワークステーション、画像処理ハードウェア、サーバその他の情報処理および接続用ハードウェアを含んでもよい。コンピュータネットワーク１８０につながれた複数の位置確定モジュール１９０，１９２が使用可能であり、位置確定のための多様なメカニズム、たとえば画像に基づく技術や超音波、他の音響技術、ひいては差動ＧＰＳなどのような無線に基づく技術を含むメカニズムが採用できる。
【００１８】
図１において、位置確定モジュール１９０，１９２は、円で図示される複数の電子機器１７０〜１７８を追跡する。それらの電子機器１７０〜１７８は、ビルディング１５０の二つの部屋１５２，１５４に配置されている。各部屋１５２，１５４には、位置確定モジュール１９０，１９２がそれぞれ配置されている。なお、図１には、１メートルの長さを示す標示１０１がスケールとして示されている。ビルディング１５０内の電子機器１７０〜１７８は、たとえば携帯情報端末、双方向ポケットベル、ラップトップやノートブックコンピュータ、ポケットコンピュータなどの無線、赤外線、音波その他の伝送リンクを介したワイヤレス通信のできるどのような電子機器でもよい。また、位置確定モジュール１９０，１９２には、各電子機器１７０〜１７８間の無線通信を仲介する通信モジュールが設けられている。図１では、データ伝送のための通信リンクを波線１６１，１６３，１６５，１６７，１８１，１８３，１８５，１８７で示している。
【００１９】
動作時にはシステム１００はサブメートルの精度で電子機器の相対的および絶対的位置を決めることができる。また、それらの相対的および絶対的位置に基づいて電子機器１７０〜１７８のうちの特定の電子機器のみへのデータ伝送および受信を仲介する。図２を用いて後に述べられる特定の好適な実施の形態においては、センチメートルやミリメートルのスケールでの位置確定が可能である。しかし、多くの場合にはサブメートルの精度が適切である。確定位置をもとにした電子機器のまたは電子機器間のデータ伝送には多数の形態がある。たとえば、電子機器１７０のユーザは近隣に位置する電子機器１７２にしかデータを伝送したくないかもしれない。ユーザは電子機器１７２へのデータ伝送を開始するのに適切なボタンを押すだけでよく、メニューの中の「近隣へ伝送」など適切な開始動作の指令をクリックするのにマウスを使用したりできる。サブメートルの精度で動作するシステム１００は、周りの電子機器１７４，１７６が電子機器１７２ほど電子機器１７０に近くにないことを判定することができ、したがって、これらの電子機器１７４，１７６にはデータを送らないことを決めることができる。
【００２０】
近接する電子機器のみへの伝送のかわりに、ある半径以内にある電子機器への伝送という位置確定データ伝送モードも可能である。たとえば、電子機器１７０のユーザは、半径５メートル以内にあるすべての機器にデータを送ることができる。電子機器１７２，１７４，１７６は、その半径内（点線１９５で示される）にあり、伝送されたデータを受け取ることができる。しかし、点線１９５の外にある電子機器１７８は、伝送されたデータを受け取ることはできない。このデータ伝送モードは、大部屋の中で人々がグループごとに独立して行動している時に特に有効である。部屋内伝送は、ビルディング１５０内に備えられたシステム１００によって行われるデータ伝送の他のモードである。たとえば、ユーザは部屋１５４にあるすべての電子機器１７１，１７３，１７５，１７７にだけデータを送り、部屋１５２にある他の電子機器にはいっさい送らないこともできる。場所に基づくデータ伝送の他のモードとしては図１に示すような概略図を表示できるグラフィックインターフェイスを持つ電子機器によるものがある。マウス、 ポインタ、カーソルその他の適切なメカニズムによってユーザは電子機器の相対的および絶対的位置を調べることができ、データを受信する（または受信しない）電子機器をグラフィックに選ぶことができる。好都合なことには、本発明はポータブル電子機器のユーザがどのような場所の限定方法をとろうとも選択的データ伝送が可能であるので、ユーザが物理的所在に基づき、他のポータブル電子機器ともっと直観的に交信することを可能にする。電子機器のユーザは、他の電子機器と交信するためのネットワークアドレスや他の不明瞭な記述などで限定される論理上の所在を知っている必要はない。ただ、サブメートルからビルディング大までのどのような空間的なスケールの場所かという認識が必要なだけである。
【００２１】
技術に通じた者には本発明の主な観点はサブメートルのスケールの精度での電子機器の所在を速く、しかも効果的に決めるメカニズムの使用にあることが理解されるであろう。最善の結果を得るため、ミリメートルのスケールの位置確定システムが使用可能であるが、多くのデータ伝送アプリケーションにはセンチメートル精度の絶対的な位置がわかればたいていは十分である。図２はセンチメートルまたはそれ以下の精度での赤外線信号源（赤外線タグ）４５の位置を精密に決めるシステム１０の例である。システム１０は、部屋１２にある複数のＣＣＤビデオカメラ群２５を含む。これらのＣＣＤビデオカメラ群２５は、ＣＣＤビデオカメラ２０，２１，２２，６２のように撮像範囲を固定的にしてもよいし、移動可能なビデオカメラ２４によって移動可能な撮像範囲を持たせるようにしてもよい。位置確定に適した赤外線信号源４５は、空間の境界や領域を限定するために壁（タグ５１，４０，４１，４２）机（タグ４４）といった静的もしくは移動可能な物体の上に配置することができる。赤外線信号源４５はまた、いつでも移動可能な物体、たとえばポータブル電子機器７０（タグ７２）や電子機器７４（タグ７６）などの上に配置するようにしてもよい。この例では、位置確定やデータのための画像処理を行う手段としてコンピュータシステム６０を利用する。位置確定モジュールとして、また画像処理システムとしてのコンピュータシステム６０は、部屋１２の外部にあってもよく、そのローカルなコンピュータとしてプロセス制御をするための特別な必要条件もない。コンピュータシステム６０は、ワイヤレスもしくはケーブルでＣＣＤビデオカメラ群２５に接続しており、スタンドアロン型であってもよいし、または高速データ伝送を可能にし、画像処理作業を分配できるようなコンピュータネットワークに接続したものでもよい。
【００２２】
本システム１０は人間には見えないが、ＣＣＤビデオカメラ群２５では見ることのできる赤外線信号発光を効果的に利用している。適切な画像処理のあと、複数の赤外線タグから発せられた赤外線信号はそれらのタグの一つ一つの三次元的な位置を示す。発せられる赤外線信号は、典型的にはＣＣＤビデオカメラのこまに可視光画像とともに現れる赤外線の断続的なフラッシュである。ＣＣＤビデオカメラ群２５は、典型的には画像を１秒間に１０乃至３０こま撮れるので、他のものと間違えることなく赤外線の画像を確実にカメラに補足するために、ＣＣＤビデオカメラ群２５の第一のこま速度よりも遅く設定された第二のこま速度、例えば１秒間に５乃至１５こま以下の発光間隔を選択する。近接する画像のこまどうしの間での減算的な画像処理や、他の適切な画像処理技術が、画像の背景から赤外線信号を分離し、また強めるのに用いられ、画像処理された個々のこまの中の赤外線の点滅の二次元的なパターンを決めることができる。好都合なことには、本システムの動作に必要な、ほとんどが可視光で撮られている画像の中から赤外線の点滅を区別し、強調するための画像処理技術は相対的にあまり複雑なものでなく、画像を理解するための熟考されたアルゴリズムを必要としない。
【００２３】
二次元での赤外線源の検出が完了したら、ＣＣＤビデオカメラ群２５の複数のこまは、部屋１２の各赤外線信号源の三次元での位置を求めるための画像処理技術を用いて空間的に重ね合わされる。ここで利用する画像処理技術は、従来からある手法でよい。最大限の範囲をカバーし、三次元での位置確定を確かなものにするために、ＣＣＤビデオカメラ群２５は、部屋１２の各部を最低二つ以上のカメラで撮像できるように配置されている。ＣＣＤビデオカメラ群２５の各カメラは、カメラ台の調整や基準となる物体を使うなどして位置確定用に調整されている。たとえば、固定された焦点距離を持つＣＣＤビデオカメラ２０は、画像中の二点の位置に基づいて、そのレンズに入ってくる二つの光の角度を計算できるよう調整されている。技術に熟達した者は、この角度が既知のレンズの焦点距離から求められることを理解するであろう。必要ならば、焦点距離の違いやレンズの歪みを補正する正確なマッピングをきめるための実験を限定して行うこともできる。調整は光の角度の計算を可能にするための永久もしくは半永久的基準源として使われるカメラからある既知の距離だけ離れた赤外線信号源を用いることによって続けられる。典型的にはこれらの基準源は、部屋の交わるところ（たとえばタグ４０，４２が使える）に配置される。新しい物体（たとえば赤外線タグ４１など）は、もし少なくとも一つのカメラがその新しい物体と二つの基準源の画像を撮り、一方で第二のカメラがその新しい物体と少なくとも一つの基準源を撮ることができれば位置を確定できる。複数のカメラで更に多くの赤外線源が検出されれば、基準源に対するカメラの位置を初めに知らなくてもよいように、この方法を応用できる。
【００２４】
様々な赤外線信号源４５がカメラの調整や位置の確定、識別、データ伝送などに使用可能である。本実施の形態で使用する赤外線信号源４５は、概念的に、内部で赤外線５２（たとえばポータブル電子機器７０に取り付けられたタグ７２）を生成する能動赤外線タグ５０と、赤外線源３０から発せられる投射赤外線３２に応じて投射赤外線５４を制御的に反射する受動赤外線タグ５１とに分けられる。能動赤外線タグ５０は、一般的には受動赤外線タグ５１よりもより大型で、高価で、電池その他の電源、赤外線ＬＥＤなどのような赤外線発光器、適切なデジタル制御器を要する。たとえば図７に示されるように能動赤外線タグ１１０は、従来から広く使用されている四つのモジュールを接続することによって構成されている。それらは赤外線発信器ＬＥＤ１２２を含むバッファ１１２、赤外線検出器１２４を含む増幅器１１４、マイクロ制御器１１６、そしてトリガー回路１１８を含む。リチウム電池光電セル、他の長寿命電源１２０は、モジュールを駆動するために低電圧電源を供給する。デフォルトとしてモジュール１１２，１１４，１１６は、節電モードにされている。第四のモジュールであるトリガー回路１１８は常時動作するが、低電力消費ですむように設計されている。赤外線または光パルスなどの外部からの信号１３０によってトリガー回路１１８が始動する時、モジュール１１２，１１４，１１６に電力が供給される。アドレス信号１３１は、モジュール１１４で受信されてモジュール１１６によって復号され、その後モジュール１１２から発信器ＬＥＤ１２２を用いて応答信号１３２が返送されてもよい。マイクロ制御器１１６は、時間の記録を保持し、何ミリ秒後か、または受信活動のないときにモジュール１１２，１１４とともに節電モードに戻る。応答信号１３２（赤外線パルス）は、活動中の赤外線タグの識別情報やその他の必要なデータを含む。
【００２５】
後に明らかになろうが、多様なタイプのトリガー回路が使用可能である。単純なトリガー回路は（繰り返しタグ信号の衝突を避けるために）、長周期で、少しランダムな周期の低電力非安定オシレータを含むものである。トリガー回路１１８は、特に強烈な赤外線フラッシュによって始動するよう設計されてもよいし、受信動作によって、または特定の無線周波数といった媒体を使用して始動してもよい。ある熟考された実施の形態では、赤外線検出／増幅モジュール１１４が不要なようにトリガー回路を設計することもできる。
【００２６】
受動赤外線タグ５１は、能動赤外線タグ５０の安価な代替品である。受動赤外線タグ５１は、赤外線源３０から発せられる赤外線３２を制御的に反射する。赤外線源３０は、必要に応じて継続的に、断続的に、もしくは周期的に動作できる。本実施の形態における受動赤外線タグ５１は、それぞれ透光性もしくは吸光性のシャッターによって覆われた赤外線反射材を含んでいる。典型的にはそのシャッターは、電子的に制御された液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）で、通常はあまり赤外線を発しない。低電力の電子信号がこのシャッターを赤外線を透過させない状態から透過させる状態に変えるのに使用されている。透過状態と非透過状態を適宜切り替えることによって、ＣＣＤビデオカメラ群２５によって検出される赤外線タグ５１からの反射赤外線５４のパターンとして情報を符号化できる。
【００２７】
情報伝達と節電の信頼性を高めるため、赤外線源３０と受動赤外線タグ５１の両方への様々な始動方法、データ伝送、タイミングの修正が可能であることが、この技術に通じた者には理解されるであろう。受動赤外線タグ５１と能動赤外線タグ５０についてすでに論じてきた技術と類似した技術を用いることで、受動赤外線タグ５１は赤外線トリガー信号に反応して識別コードやその他のデータを送るよう始動できる。これはＬＣＤシャッター機構の連続動作の必要性をなくし、長期的電力消費を大幅に削減する。能動赤外線タグ５０とともに複数の受動タグが同時に操作できる。なぜなら本発明の位置確定カメラシステムは同じ始動信号に反応した情報を送る複数のタグ５１の存在を区別するからである。
【００２８】
本実施の形態には、様々な情報伝送や信号化機構が使用可能である。図３および図４に示した一形態によれば、能動赤外線タグ５０または受動赤外線タグ５１によって随意に使用できる。図３は赤外線パルス検出と時間との関係を示すグラフで、パルス操作の３つの異なるモードが示されている。位置確定または初期化モードの赤外線タグ５０または赤外線タグ５１の操作は、括弧１０６で示される検出された周期的赤外線パルス１０４によって表される。節電のため、これらのパルス１０４は、それぞれのパルス１０４をカメラによって明らかに継続して検出できるようにする速度で発せられる複数の短時間の赤外線パルスもしくはスパイクから構成するようにしてもよい。もちろん、もし電力が限られていなければ、各パルス１０４の持続中は赤外線強度は脈動ではなく継続して保持されていてもよい。
【００２９】
周期的に検出される赤外線パルス１０４はＣＣＤビデオカメラ群２５と連続パルス１０４間でのパルス間隔１０３を決めることによって、タグのついた物体（たとえば電子機器７０又は電子機器７４）を三次元で位置確定することを可能にする。後に明らかになるが、信号の変質エラーを防ぎ、パルスの間隔を精密にするために、カメラのこま速度１０２は、パルス間隔１０３よりもずっと速く、その２、３倍にしてカメラを操作する。
【００３０】
短時間（１秒より短い）の後に周期的発光がとまり、識別情報とデータの伝送が始まる。タグ５０やタグ５１の発光を介してのデータ伝送は、括弧１０８で示される。パルス１０４がないことはバイナリの０を示し、あれば１を示す。後に明らかになるが、これはどのような符号化体制を用いての情報の符号化も可能にする。最良の結果のためには、一つ以上のエラー修正符号化の使用が好ましい。識別情報とデータが送られた後（何度か再送することもあろうが）、タグ５０またはタグ５１からの赤外線パルス１０４は、括弧１１０に示すように節電のため停止することもできる。タグはもちろん必要に応じてあらかじめ決められた時間、任意の時間、または始動信号に反応して再始動するようにしてもよい。
【００３１】
ＣＣＤビデオカメラ群２５による赤外線の検出は図４に概略的に示す位置確定や情報の伝送を可能にする。二つの画像処理済み画像の一連のこま１２２（カメラ１）とこま１２４（カメラ２）が図示されている。二つのカメラは三つの潜在的赤外線パルス源を含む、部分的に重なる視野を持つ。一連のこま１２２，１２４のそれぞれのこまは、複数のこまの合成であり、赤外線パルスを分離するために非赤外線の背景は除いてある。
【００３２】
カメラ１のこま１３０において、赤外線パルス１５０，１５１，１５２の潜在的位置が点線で示されている。これらの位置はカメラ１とは異なった場所に置かれたカメラ２のこま１７０の中の１６０，１６１，１６２の位置に対応する。前述のような画像処理技術を用いて、カメラ１とカメラ２のこま１２２，１２４の中で赤外線パルスが隔離され、基準位置として使われる。各カメラからの二次元の情報が得られ、赤外線パルスの三次元の位置を確定するための調整時の情報と照らし合わされる。
【００３３】
こま１２２，１２４には、三つの違うモードのパルスの動作が示されている。位置確定モードもしくは始動モードのタグ５０またはタグ５１の動作が位置１５０にある周期的赤外線パルスによって示されている。合成され画像処理された各々のこま１３０〜１３８は、単一のパルス間隔を示し（図３に示すパルス間隔１０３に対応）、赤外線パルスは一連のこま１２２の各こま１３０〜１３８の中の位置１５０に見出される。対応する赤外線パルスは、もちろんカメラ２の一連のこま１２４の位置１６０にも見られる。これは図３に示す括弧１０６で示された周期的赤外線パルス１０４の連続したものと同じである。
【００３４】
他の赤外線タグからの情報伝送は、一連のこま１２２のこま１３０〜１３８の位置１５１（そして一連のこま１２４ではそれらに対応する１６１）にある非周期的赤外線の発光で示される。こま内の赤外線パルスの欠落は、バイナリーの０と解釈され（つまり、こま１３１，１３２，１３７）、パルスがある場合にはバイナリーの１と解釈される（こま１３０，１３３，１３５，１３６，１３８）。したがって図４に示すようにバイナリの数字の連続したもの（１００１．．．１１０１）が決定される。この数字の連続は、タグ５０または５１から発せられるヘッダ情報、データ、識別情報、パケット制御情報、エラー補正情報その他のどんな必要な情報でもよい。
【００３５】
前述のように適切な識別情報とデータが送られた後、赤外線パルスを節電のため停止することができる。タグはもちろん、タグの位置の再認識や識別情報およびその他のデータの伝送のために再始動できる。図４では一連のこま１２２の位置１５２（そしてそれに対応する一連のこま１２４内での位置１６２）の赤外線パルスのパターンとして描かれている。節電のため、こま１３０〜１３６の間、赤外線パルスは発光されていない。始動信号に反応して周期的赤外線パルスの連続がこま１３７，１３８に示すように位置確定や初期化の目的で発光される。
【００３６】
本システムは、複数のポータブル物体（たとえば識別タグ７２，７６をつけた電子機器７０，７４）の追跡を可能にする。好都合なことに多数のポータブル物体を高精度にしかもタグ識別用の複雑な追跡技術を必要とせずに追跡できる。
【００３７】
しかしながら、高速カメラの使用をしないと、先の実施の形態には相対的にデータ伝送率が低いという限界がある。ビット伝送はカメラのこま速度に緊密に結びついているので、広く使用されている低価格カメラの相対的に低いこま速度では論理的データ伝送率は１０乃至２０ビット毎秒ぐらいが限度である。実際には、エラー制御にともなう必要な制限によってビット伝送率はもっと低くなるであろう。この問題を解決する一つの方法は、データ伝送用の二次的高速データ通信回線を使用し、かつ赤外線パルス／カメラ検出システムのデータ伝送率を低くして使用することである。二重の通信回線システムの一例が図５と図６に示されている。
【００３８】
図５は二つの異なる赤外線通信回線に対する時間と赤外線の検出を表すグラフを示した図である。通信回線１の赤外線パルス２０４は、図３と図４を使って説明された前述の処理をしながらこま速度２０２で動作するカメラによって検出される。通信回線１と別の、より高速でパルス間隔がもっと短い赤外線通信回線２が異なる（カメラを用いない）赤外線通信システムによって検出される。好適な実施の形態では、応用可能なＩＲＤＡ（赤外線データ通信）基準による赤外線パルスが通信回線２を使ったデータ伝送に用いられる。しかし、無線や光通信を含むどんな高速通信回線でも使用可能である。動作中、通信回線１の赤外線パルスは、赤外線タグの位置確定に使用できる。一方、通信回線２の同時進行の通信は、高速データ伝送を供する。たとえば、図１および２において、１９．２キロビット毎秒程度で動作する高速赤外線通信システムは、赤外線タグ５７とコンピュータ６０に付随した赤外線検出器６４を含む。位置確定は低速赤外線パルスを検出するＣＣＤビデオカメラ群２５を使って行われる。一方、同時進行のデータはその位置におけるタグとともに高速回線上で受信される。もちろん、同時進行通信の使用は統計的に起こりうるデータの衝突（二つ以上のタグが同時にデータを送ってしまい、データの重複でデータが壊される時）によっていささかデータのスループットが減少してしまうという結果になる。しかし、ほとんどの状況では同時進行通信の使用は適切である。
【００３９】
本実施の形態における同時進行データ伝送方法は、図６を参照すればよりよく理解できる。異なるカメラで撮影され、画像処理された一連のこま２２２，２２４と、指示されたこまと同時に受信された高速データ（四角の中に図示したデータ２７０，２７２，２７４，２７６）とが図示されている。データは三つの異なる場所に置かれている三つの異なるタグによって受信可能である（一連のこま２２２内の２５０，２５１，２５２と一連のこま２２４内の２６０，２６１，２６２）。前述の技術を用いて赤外線パルス（星印で示される）は、二次元の一連のこま２２２，２２４から三次元で位置確定できる。もし可能ならば、位置確定データはポータブル電子機器および他の物体に付けられた特別の識別タグの位置を示す高速データに対比される。
【００４０】
また、図６は本実施の形態における同時進行の位置確定方法のいくつかの考えられうる結果を図示している。こま２３０は、位置２５０にある位置確定可能な赤外線パルスを示す。同時進行データ２７０は、データの衝突がないと仮定して、位置２５０で赤外線パルスを発するタグに起因するものである。データの衝突は、二つ以上のデータパケットが同時に受信された時もしくは位置確定の赤外線パルスが重なった時に発生する。こま２３１は、データ衝突のない状態を示しており、位置２５２の赤外線パルスは識別データ２７２に対応している。しかしながら、こま２３２に見られるように、同じ期間に二つ以上のタグが始動されると、受信された信号２７４は、図示したようにデータパケットの衝突による歪んだ信号になり、その結果、その信号は無視される。事前にプログラムしたランダムな遅延を発生させたり（こま２３３参照）、再送の要求をすることによって、タグは、単一に識別できるよう重なりのないデータを伝送しながら再始動する。ある場合の赤外線パルスの重なりにおいては、データの衝突は必ずしも発生せず、以前に受信された赤外線の位置を考慮することで位置とデータを結び付けることも可能であろう。
【００４１】
前述の赤外線タグやＣＣＤカメラの組み合わせは、ポータブル電子機器の位置確定のための好ましい低価格システムであるが、センチメートル単位の精度の位置確定ための代替技術も使用可能である。たとえば差動ＧＰＳに基づくシステム、超音波による捜索、慣性追跡、マルチステーション、低電力無線受信などに適用可能である。しかしながら、これらの代替システムは概して調整、制御、センチメートル精度の維持がＣＣＤビデオカメラを用いる前述の赤外線タグ追跡システムより難しい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施の形態における高精度位置確定データ伝送システムの概略図である。
【図２】  本実施の形態における赤外線識別タグのついた電子機器の位置を精密に確定するためのＣＣＤビデオカメラシステムの概略図である。
【図３】  本実施の形態における赤外線強度と時間との関係をグラフで示した図であり、位置確定のための周期的パルスのあとに、情報を伝送するためのデータパルスが続いたものを示した図である。
【図４】  本実施の形態において使用する二つのビデオカメラの画像処理されたこまの一部であって位置確定のために対比される赤外線データ信号の点滅を示した図である。
【図５】  本実施の形態において位置確定をし、データ伝送をするための同時通信回線を二つ用いた別のパルス信号を示した図である。
【図６】  図５のパルス信号に合わせて動作する二つのビデオカメラの選択画像処理したこまの一部を示した図であって、第一の通信回線上で位置確定用に対比できる赤外線データ信号が点滅し、データは実質上同時に第二の通信回線上にあることを示した図である。
【図７】  本実施の形態における動作中の赤外線タグの構成の概要図である。
【符号の説明】
１０，１００  システム、２０，２１，２２，２４，６２  ＣＣＤビデオカメラ、２５  ＣＣＤビデオカメラ群、３０  赤外線源、３２，５４  投射赤外線、４０，４１，４２，４４，５１，７２，７６  （赤外線）タグ、４５  赤外線信号源（赤外線タグ）、６０  コンピュータシステム、７０，７４，１７０〜１７８  （ポータブル）電子機器、１１０  能動赤外線タグ、１１２  バッファ、１１４  増幅器、１１６  マイクロ制御器、１１８  トリガー回路、１２０  長寿命電源、１２２  赤外線発信器ＬＥＤ、１２４  赤外線検出器、１８０  コンピュータネットワーク、１９０，１９２  位置確定モジュール。
【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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