(57)【要約】【課題】  三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置を提供する。【解決手段】三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置は主に多数の点光源、多数組の視軸追跡を備える光学定位器、及び制御解析の手順により構成し、多数組の視軸追跡を備える光学定位器を利用し、多数の点光源に対して三次元運動の測定及び分析を行い、一組の物理量をアウトプットすることができ、別に、各組視軸追跡を備える一次元光学定位器はまた視軸追跡と定位の能力を備え、該多数の点光源の群中心座標を自動追跡可能で、また多数の点光源中の任意の点光源の座標を自動追跡可能で、自身の視軸角度をアウトプットし、視軸追跡の目的を達成し、バーチャルインプットとシミュレーターの目的を達成することができる。【選択図】図４３
2009037620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置は主に以下のパーツにより構成し、
多数の点光源の該各点光源は同時に、しかも連続方式で、点状に近似した発散光源をそれぞれ発射し、
多数組の視軸追跡を備える一次元光学定位器の該各組視軸追跡を備える一次元光学定位器は、同期始動信号を受信し、及び同時に該すべての多数の点光源の発散光源を受け取り後、すべての点光源に対して、三次元定位の計測を行い、一組の物理量をアウトプットすることができ、別に、該各組視軸追跡を備える一次元光学定位器はまた視軸追跡と定位の能力を備え、該多数の点光源の群中心座標を自動追跡可能で、また該多数の点光源中の任意の点光源の座標を自動追跡可能で、自身の視軸角度をアウトプットし、視軸追跡の目的を達成し、また視軸角度を受け取り、視軸定位の目的を達成し、
制御解析の手順はソフトウエアの手順で、主にすべての視軸追跡を備える一次元光学定位器に連結及び制御し、同期始動信号をアウトプットし、すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器を同期起動可能で、これにより三次元定位の計測を同期執行し、また一組の視軸角度をアウトプット可能で、該すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器に対して、視軸角度定位の目的を達成し、該すべての物理量、及び一組の視軸角度を受け取り後、実体入力装置のインプットをシミュレート可能で、バーチャルインプットの目的を達成し、実体器物の運動をシミュレートし、シミュレーターのシミュレート目的を達成することを特徴とする三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項２】
前記多数の点光源の各点光源は光強度の唯一性を備え、該各点光源は相同の発光半径を備えるが、異なる発光強度であることが最適であることを特徴とする請求項１記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項３】
前記多数の点光源の各点光源は幾何大きさの唯一性を備え、該各点光源は異なる発光半径を備えるが、相同の発光強度であることが最適であることを特徴とする請求項１記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項４】
前記多数の点光源の各点光源は波長の唯一性を備え、該各点光源は異なる発光波長を備え、しかも該発光波長は相互にオーバーラップしないことが最適であることを特徴とする請求項１記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項５】
前記多数の点光源の個数は三個で、しかもそれぞれ赤、緑、青波長の光源を発射することを特徴とする請求項４記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項６】
前記多数の点光源は光強度唯一性、幾何大きさ唯一性、波長の唯一性を備える点光源が組み合わさり構成することを特徴とする請求項１記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項７】
前記多数の点光源は複数の単一点光源により構成し、しかも該単一の点光源は以下のパーツにより構成し、
光散乱体は入射光を角度上において均一に発散させる物体で、
発光源は可視光、或いは非可視光を発射可能なLED及び半導体レーザーにより構成し、その構成個数は単一、或いは複数で、
電子制御回路は電源スイッチ及び定電流源を含む回路で、電源スイッチ機能を備える他に、定電流源の回路を提供し、これにより該発光源は特定の、しかも輝度が安定した光源を発射可能で、
電池は該発光源及び電子制御回路に電源を提供し、
点光源装置機構は機械機構で、該光散乱体、該発光源、該電子制御回路、該電池を装置固定可能で、
点光源装置固定機構は機械機構で、該点光源装置機構をその他器物上に装置固定可能であることを特徴とする請求項１記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項８】
前記光散乱体は透明導光体と散乱体により構成し、
該透明導光体は任意の形状で、球状物が最適で、その構成材料は任意の透明材料で、ガラス、或いはプラスチック等の透明材料が最適で、
該散乱体は該透明導光体内に装置し、ランダム分布の光反射粉状物、またはランダム分布の透明粉状物、またはランダム分布の微細空気泡、またはより小さい透明球状物が最適で、
別に、該散乱体が備える屈折率は該透明導光体の屈折率より低く、別に、該透明の導光体の適当な位置には、適当な大きさと形状の光入射口を設置し、最適な角度で、該発光源が発射する光源を導入可能であることを特徴とする請求項７記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項９】
前記発光源はさらに光学式バンドパスフィルターを装置可能で、これにより特殊波長の光源を発生することを特徴とする請求項７記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項１０】
前記点光源装置固定機構を装置固定可能なその他器物は手の指、額、足部甲、ラケット状物、棒状物、スティック状物、グローブ状物、球状物、遊戲用玩具、ラジコン玩具、コンピュータのコントロールスティック、家庭用ゲーム機のコントローラー等器物であることを特徴とする請求項７記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項１１】
前記多数組の視軸追跡を備える一次元光学定位器の内の一組は主に以下のパーツにより構成し、
多数の一次元位置探知器の各一次元位置探知器は、受信した同期走査信号及び同時に受け取った該すべての点光源の発散光に基づき、すべての点光源の結像平均位置を計算及びアウトプット可能で、
定位計算制御マイクロプロセッサーは定位計算制御手順を含み、すべての一次元位置探知器、及び二軸角度制御装置に連結し制御可能で、該定位計算制御の手順は主に該同期始動信号、該結像平均位置、視軸角度、二個の角度電気信号を受信し、これにより同期走査信号、一組の物理量、視軸角度、視軸角度駆動制御信号を計算しアウトプットし、
信号伝送インターフェースは有線、或いは無線の伝送装置で、該一組の物理量、該視軸角度及び該同期始動信号を伝送可能で、
一組の定位導光源は多数の点光源により構成し、該一次元光学定位器固定機構上の既に分かっている位置に装置、しかも固定し、該視軸追跡を備える一次元光学定位器の空間位置及び視軸角度定位に用い、
一次元光学定位器固定機構は機械構造で、該多数の一次元位置探知器、該定位計算制御マイクロプロセッサー、該信号伝送インターフェース、及び該一組の定位導光源に装置固定し、該二軸角度制御装置中の二軸回転機構に連結可能で、二軸回転の目的を達成し、
二軸角度制御装置は主に二個のアクチュエーター、二個の角度測定器、及び二軸回転機構により構成し、該二軸角度制御装置は該視軸角度駆動制御信号を受信後、該駆動制御信号の量に基づき、該二個のアクチュエーターを駆動し、該二軸回転機構、及び該二個の角度測定器を連動し回転させ、該二個の角度測定器は実際の回転角度の量に基づき、二個の角度電気信号をフィードバックアウトプット可能で、これにより二軸角度定位制御を行い、該二軸回転機構は該一次元光学定位器固定機構を転動させることができ、これにより該一次元光学定位器視軸の角度を改変することを特徴とする請求項１記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項１２】
前記多数の一次元位置探知器の内の一個は主に以下のパーツにより構成し、
一次元光学パーツユニットはフィルター、線状絞り、一次元光学レンズ等により構成し、
一次元光感知器は一次元光感知アレー、走査読み取り電子回線、アナログデジタル転換器により構成し、該走査読み取り電子回線により、受け取った走査信号に基づき、順番しかも連続に、該一次元光感知アレー上の各感応画素の光感応アナログ電圧をアウトプットし、各感応画素の光感応アナログ電圧は、さらに該アナログデジタル転換器の作用を経た後、デジタル電圧をアウトプットし、該デジタル電圧はすなわち結像重ね合わせ信号で、
信号処理マイクロプロセッサーは該一次元光感知器を連結及び制御し、該同期走査信号を受信後、信号処理手順を執行し、これにより走査信号を発生し、該結像重ね合わせ信号を読み取り、すべての点光源の結像平均位置を計算及びアウトプットし、
一次元位置探知器装置機構は機械構造で、該一次元光学パーツユニット、該一次元光感知器、該信号処理マイクロプロセッサーを装置固定可能で、該一次元光学定位器固定機構内に装置固定することを特徴とする請求項１１記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項１３】
前記一次元光感知器はカラー一次元光感知アレー、走査読み取り電子回線及びアナログデジタル転換器により構成し、該カラー一次元光感知アレーの光感応画素上は単一の光感応画素を単位とすることができ、それぞれ適当な光ろ過カラーフィルタを装置し、赤、緑、青のカラーフィルタが最適であることを特徴とする請求項１２記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項１４】
前記一次元光感知器は多数のカラー一次元光感知アレー、走査読み取り電子回線及びアナログデジタル転換器により構成し、該各カラー一次元光感知アレーの光感応画素上は単一の光感知アレーを単位とすることができ、それぞれ適当な光ろ過カラーフィルタを装置し、赤、緑、青のカラーフィルタが最適であることを特徴とする請求項１２記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項１５】
前記一次元光感知器はカラー二次元光感知アレー、ランダムアクセス電子回線及びアナログデジタル転換器により構成し、該カラー二次元光感知アレーは多数のカラー一次元光感知アレーにより構成し、該各カラー一次元光感知アレーの光感応画素上は単一の一次元光感知アレーを単位とすることができ、それぞれ適当な光ろ過カラーフィルタを装置し、赤、緑、青カラーフィルタが最適で、
別に、単一の一次元光感知アレー上の画素を単位とすることができ、それぞれ適当な光ろ過カラーフィルタを装置し、赤、緑、青カラーフィルタが最適で、該ランダムアクセス電子回線はマイクロプロセッサー、ローデコーダー、及びコラムデコーダーを通して、任意の画素に対して、ランダムデータ読み取りの動作を行うことができることを特徴とする請求項１２記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項１６】
前記信号処理手順は主に以下の手順により構成し、
データ同期読み取りの手順は受信した該同期走査信号のタイミングに基づき、適当な時間後に、走査信号をアウトプットし、結像重ね合わせ信号を取得並びに記録し、該結像重ね合わせ信号はすべての点光源の有効結像信号と動態背景光信号を含み、
動態背景光信号除去の手順は主に時間性環境光干渉信号除去手順及び空間性環境光干渉信号除去手順により構成し、該結像重ね合わせ信号に対して動態背景光除去の処理を行った後、すべての点光源を含む有効結像信号をアウトプットし、
点光源結像信号識別対応の手順は主に該すべての点光源の有効結像信号に対して、しきい値比較手順或いは波形探知の手順を通して、それぞれ点光源の有効結像信号及びその対応の関係を識別解析し、該波形探知の手順は該点光源有効結像信号の分布標準差、中心強度、及び波形変化勾配の特徴に基づき、識別解析及び対応の目的を達成し、別に、幾何変調の点光源使用時には幾何変調の消去法を通してそれぞれ点光源の有効結像信号及びその対応の関係を識別解析し、
点光源結像平均位置計算の手順は該それぞれ既に識別解析された点光源有効結像信号に対して、最大信号画素位置の解析を行い、またGuassian Fittingの解析を行うことができ、また統計の解析が可能で、これによりすべての点光源の結像平均位置を計算及びアウトプットすることを特徴とする請求項１２記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項１７】
前記動態背景光信号除去の手順はハードウエアの方式を通して、該一次元光感知器外に、別の背景ノイズ計測用の一次元光感知器をさらに増設し、該背景ノイズ計測用の一次元光感知器は該一次元光感知器の光感応信号の読み取りと同期処理の方式、及び光感応信号に適当な拡大処理の方式を行い、動態背景光信号を単独で取得後、該結像重ね合わせ信号中から該動態背景光信号を減じ、これにより動態背景光信号除去の目的を達成し、
また、該別のノイズ用一次元光感知器中に装置する一次元光感知アレー上には、適当な光学ろ過器を増設し、該光学ろ過器はすべての点光源をろ過するが、環境光は通過させることを特徴とする請求項１６記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項１８】
前記時間性環境光干渉信号除去手順はソフトウエアの方式を通して、二回連続走査により取得した結像重ね合わせ信号に対し、相減の演算を行い、これにより動態背景光信号除去の目的を達成することを特徴とする請求項１６記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項１９】
前記空間性環境光干渉信号除去手順はフーリエ信号処理の手順で、時間性環境光干渉信号除去手順を行った後、得られたデータをフーリエ転換し、周波数域中において、バンドパスフィルタリング処理を行い、不要な周波数をろ過し、及び拡大の演算後、さらに逆フーリエの演算を行い、空間性環境光干渉除去の目的を達成することを特徴とする請求項１６記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項２０】
前記定位計算制御手順は主に以下の手順により構成し、
同期走査手順は該同期始動信号のタイミングに基づき、周期性の同期走査信号を発生し及びアウトプットし、すべての一次元位置探知器を同期駆動可能で、これにより該信号処理の手順を執行し、
物理量計算手順はすべての一次元位置探知器がアウトプットする点光源の結像平均位置を取得後、一組の物理量を計算及びアウトプットし、該一組の物理量はすべての点光源のそれぞれの物理量、群物理量、相対物理量、及びその他物理量を含むことができ、
視軸制御手順は該それぞれの物理量、或いは群物理量、或いは視軸角度に基づき、視軸角度及び視軸角度駆動制御信号を計算、並びにアウトプットし、同時に受信した該二個の角度電気信号を利用し、角度フィードバックの制御を行い、視軸角度の精確な定位制御を達成することを特徴とする請求項１１記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項２１】
前記一次元光学定位器固定機構は三角状の幾何構造で、等辺三角形の構造が最適で、その頂点角位置、或いは三辺の中央位置には、該一次元位置探知器装置機構をそれぞれ装置し、すなわち該三個の一次元位置探知器の相対装置位置は三角形の幾何構造で、別に、該一次元位置探知器装置機構は該一次元位置探知器の光軸を回転軸とし、任意の角度の回転設定を行い、すなわち該三個の一次元位置探知器内の一次元光感知アレーにおいて、その長軸相互間の方向は任意角度の設定が可能で、
別に、該組定位導光源は該三角状の一次元光学定位器固定機構上の任意の位置に装置可能で、その最適な構成個数は三個の点光源により構成し、その最適な装置位置は三角状の頂点角位置、または三辺の中央位置で、
別に、該三角状の一次元光学定位器固定機構の頂点角位置には連結の構造を装置可能で、該連結の構造は二個の三角辺を連結或いは取外す効果を備え、該二個の三角辺相互間の連結角度を任意に調整可能であることを特徴とする請求項１１記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項２２】
前記一次元光学定位器固定機構は任意の三辺の中央位置に、連結の機構をさらに増設可能で、これにより一個の一次元位置探知器装置機構を加え、また該一次元位置探知器装置機構は該三角状中心点の位置に装置されることを特徴とする請求項２１記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項２３】
前記一次元光学定位器固定機構の幾何構造は請求項２１記載の改善で、その幾何構造は四角状、五角状、及び六角状の幾何構造で、等辺四角形、等辺五角形、及び等辺六角形の構造が最適で、該一次元位置探知器装置機構は該四角状、五角状、及び六角状の頂点角位置に装置し、また各辺の中央位置に装置可能で、すなわちその装置する一次元位置探知器の個数は四個、五個、六個まで増加可能で、
別に、該組定位導光源は該一次元光学定位器固定機構上の任意の位置に装置可能で、その最適な構成個数は三個の点光源により構成し、その最適な装置位置は四角状、五角状、及び六角状の頂点角位置で、また各辺の中央位置にも装置可能であることを特徴とする請求項１１記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項２４】
前記一次元光学定位器固定機構は他の公知装置のケースで、該他の公知装置のケースはノート型コンピュータ、PDA、ゲーム機の本体、携帯電話端末、液晶ディスプレー、プラズマディスプレー、テレビ、プロジェクター、光学カメラ、光学ビデオカメラ、光学望遠鏡、自動車、オートバイ等のケースで、すなわち該多数の一次元位置探知器、該定位計算制御マイクロプロセッサー、該信号伝送インターフェース、該一組の定位導光源は他の公知装置ケースの上に装置可能であることを特徴とする請求項１１記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項２５】
前記それぞれの物理量は各点光源の三次元位置座標、移動量、速度、加速度、及び運動軌跡で、
該群物理量は群中心座標、群平均移動量、群平均速度、群平均加速度、群運動軌跡で、
該相対物理量は各点光源の間、及び各点光源対群中心座標間の相対位置、相対速度、相対加速度、相対角度、相対角速度、相対角加速度、及び点光源相互間により構成する平面ノーマルベクトルで、
該他の物理量は各点光源に作用する力、トルク、求心力、遠心力、運動量、及び運動エネルギーであることを特徴とする請求項２０記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項２６】
前記制御解析の手順は主に以下の手順により構成し、
座標系視準同期校正の手順は該すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器に対して、相互間座標転換の関係、座標転換が引き起こす測定誤差の補償を確定することができ、同期の時間誤差を修正し、
装置シミュレートインプットの手順は実体入力装置に対して、該実体入力装置が必要な手の操作動作を認知及びシミュレートすることで、バーチャルインプットの目的を達成可能で、
シミュレーターのシミュレート手順は他の実体器物上に装置する多数の点光源に対して、即時定位計測を行い、こうして該実体器物の運動軌跡、及び運動物理量を計算することができ、別に、バーチャルリアリティの技術を通して、バーチャル空間中において、バーチャルの器物を定義し、該実体器物の運動状態に直接対応することができ、物理衝突の法則に基づき、該バーチャル器物と該バーチャル空間内の他のバーチャル器物は相互作用し、シミュレートの目的を達成することを特徴とする請求項１記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項２７】
前記座標系視準同期校正の手順は主に以下の手順により構成し、
視軸リセットの手順は該視軸追跡を備える一次元光学定位器の該視軸制御手順を通して、すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器の視軸は、同一の定位点光源に照準後、その視軸をリセットし、
座標系設定と転換の手順は該すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器中において、主定位器と従定位器を設定し、該主定位器により、該定位点光源、及び従定位器の定位導光源に対して、または該従定位器により、該定位点光源に対して、定位の計測を行い、該主定位器と各従定位器の相互間の座標転換関係を算出し、及び定位誤差の補償を行い、
同期時間校正の手順は適当な時間周期で、該同期始動信号をアウトプットし、該すべての定位器を校正し、該定位計算制御手順を同期執行することを特徴とする請求項２６記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項２８】
前記装置シミュレートインプットの手順は主に以下の手順により構成し、
バーチャル操作画面対応の手順は実際サイズを備える実体操作画面に対して、空間中の任意の位置において、バーチャル操作画面を定義し、該バーチャル操作画面は実体操作画面に対して空間の対応を行い、その幾何対応の関係は一対一の対応関係で、並びに拡大、イコール、或いは縮小の対応関係を備え、別に、該バーチャル操作画面はバーチャルリアリティの技術を通して、バーチャルな立体影像を発生し、
バーチャル装置幾何構造の定義と操作指対応の手順はシミュレートしようとする実体入力装置に対して、バーチャル装置の幾何構造、及びファンクションキーの物理位置と大きさ、及びファンクションキーの物理動作を定義し、指とファンクションキーの間に操作対応の連結を行い、別に、該バーチャル装置幾何構造、及び該操作指はバーチャルリアリティの技術を通して、バーチャルな立体影像を発生し、
操作手の動きの定義と認知の手順は該バーチャル装置ファンクションキーの物理動作に基づき、指操作動作の物理運動量を定義し、該物理運動量は一連の時間性を備える物理量により構成する物理量集合で、該物理量集合は該すべての点光源の物理量、群物理量、相対物理量、及び他の物理量により構成し、よって、これら事前に定義した物理運動量に基づき、指に装着する点光源に対して計測及び比較対照分析を行い、こうして該指の手の動きを認知可能で、装置シミュレートインプットの目的を達成することを特徴とする請求項２６記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項２９】
前記実体操作画面はパーソナルコンピュータ、PDAの表示画面で、または携帯電話端末の操作画面で、またはテレビの操作画面で、またはゲーム機の操作画面であることを特徴とする請求項２８記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項３０】
前記制御解析の手順は一般のパーソナルコンピュータ、ノート型コンピュータ、PDA、携帯電話端末、ゲーム機の本体、影像信号再生及び転換器材の内部に統合装置可能であることを特徴とする請求項１記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項３１】
前記実体入力装置はマウス、キーボード、リモコン、タッチスクリーンであることを特徴とする請求項１記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項３２】
三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置は主に以下のパーツにより構成し、
多数の点光源を備えるモジュールは多数の点光源により構成するモジュールで、該多数の点光源はそれぞれ発光時間の唯一性を備え、すなわち該多数の点光源発光の方式は連続性、交代性、しかもそれぞれ点灯の方式で、これにより該多数の点光源はそれぞれ異なる時間に、点状に近似した発散光源を発射し、
多数組の視軸追跡を備える一次元光学定位器の該各組視軸追跡を備える一次元光学定位器は、同期始動信号を受信し、及び連続し交代で、しかもそれぞれ該多数の点光源の発散光源を受け取り後、すべての点光源に対して、三次元定位の計測を行い、一組の物理量をアウトプットすることができ、別に、該各組視軸追跡を備える一次元光学定位器も視軸追跡と定位の能力を備え、該多数の点光源の群中心座標を自動追跡可能で、また該多数の点光源中の任意の点光源の座標を自動追跡可能で、自身の視軸角度をアウトプットし、視軸追跡の目的を達成し、また視軸角度を受け取り、視軸定位の目的を達成し、
制御解析の手順はソフトウエアの手順で、主にすべての視軸追跡を備える一次元光学定位器に連結及び制御し、同期始動信号をアウトプットし、すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器を同期起動可能で、これにより三次元定位の計測を同期執行し、また一組の視軸角度をアウトプット可能で、該すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器に対して、視軸角度定位の目的を達成し、該すべての物理量、及び一組の視軸角度を受け取り後、実体入力装置のインプットをシミュレート可能で、バーチャルインプットの目的を達成し、実体器物の運動をシミュレートし、シミュレーターのシミュレート目的を達成することを特徴とする三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項３３】
前記多数の点光源を備えるモジュールは主に以下のパーツにより構成し、
RFレシーバーはRF受信端子、復調器、及びデコーダーにより構成し、コードを備えるRF同期信号を受信し、該コードを備えるRF同期信号内に含まれるコード信号、及び同期信号のタイミングを解析し、
切換器は電子切換回路で、該コード信号、同期信号のタイミングを受信し、連続性、交代性で、しかもそれぞれ点灯する該多数の点光源の駆動信号を発生し、
多数の点光源内の各点光源は、それぞれ該駆動信号を受信し、該点光源の発光状態を切り換えることを特徴とする請求項３２記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項３４】
前記多数組の視軸追跡を備える一次元光学定位器の内の一つの内部にはRFトランシーバーを装置し、該コードを備えるRF同期信号を発射し、或いは受信し、
該コードを備えるRF同期信号はマイクロプロセッサーにより発生され、
該コード信号の構成は一組のデジタルコード、或いは特定の時間の長さを備えるスクエアウェーブ、或いは特定の個数を備えるパルスで、
もし該一次元光学定位器を主定位器とするなら、該RFトランシーバーは該コードを備えるRF同期信号を発射し、
もし該一次元光学定位器を従定位器とするなら、該RFトランシーバーは該コードを備えるRF同期信号を受信後、同期走査信号を発生し、すべての該一次元位置探知器を同期駆動し、該唯一点灯される点光源の結像信号を走査し取得することを特徴とする請求項３２記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項３５】
三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置は主に以下のパーツにより構成し、
多数組の点光源モジュール中の該各点光源モジュール内は多数の点光源により構成し、その点光源唯一性の構成はモジュールを単位とし、それぞれ発光時間の唯一性を備え、単一の点光源モジュール内の多数の点光源に対して、それぞれ光強度の唯一性、或いは幾何大きさの唯一性、或いは波長の唯一性を備え、すなわち該多数組の点光源モジュール発光の方式はモジュールの単位で、それぞれの点光源モジュールの発光時間を交代し、これにより点灯された該単一モジュールは多数の点状に近似した発散光源を同時に発射し、
多数組の視軸追跡を備える一次元光学定位器の該各組視軸追跡を備える一次元光学定位器は、同期始動信号を受信し、及びモジュールを単位とすることができ、単一モジュール発光を交代で、しかもそれぞれ受け取り、すなわち異なる時間点において、該単一点光源モジュール内のすべての点光源が発射する発散光源を同時に受け取り後、すべての点光源に対して、三次元定位の計測を行い、一組の物理量をアウトプットすることができ、別に、該各組視軸追跡を備える一次元光学定位器も視軸追跡と定位の能力を備え、該多数の点光源の群中心座標を自動追跡可能で、また該多数の点光源中の任意の点光源の座標を自動追跡可能で、自身の視軸角度をアウトプットし、視軸追跡の目的を達成し、また視軸角度を受け取り、視軸定位の目的を達成し、
制御解析の手順はソフトウエアの手順で、主にすべての視軸追跡を備える一次元光学定位器に連結及び制御し、同期始動信号をアウトプットし、すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器を同期起動可能で、これにより三次元定位の計測を同期執行し、また一組の視軸角度をアウトプット可能で、該すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器に対して、視軸角度定位の目的を達成し、該すべての物理量、及び一組の視軸角度を受け取り後、実体入力装置のインプットをシミュレート可能で、バーチャルインプットの目的を達成し、実体器物の運動をシミュレートし、シミュレーターのシミュレート目的を達成することを特徴とする三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項３６】
三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置は主に以下のパーツにより構成し、
多数組の点光源モジュールの該各点光源モジュールは多数の点光源により構成し、その点光源唯一性の構成はモジュールを単位とし、それぞれ光波長の唯一性を備え、単一の点光源モジュール内の多数の点光源に対して、発光時間の唯一性を備え、すなわち同一点光源モジュール内の該多数の点光源はみな相同の発光波長を備え、異なる点光源モジュールの点光源は異なる発光波長を備え、別に、該多数組の点光源モジュール発光の方式は同期にすべての点光源モジュール内の多数の点光源に対して、単一の点光源を単位とし、交代にそれぞれ点灯し単一点光源を発光させ、点状に近似した発散光源を発射し、
多数組の視軸追跡を備える一次元光学定位器の該各組視軸追跡を備える一次元光学定位器は、同期始動信号を受信し、及びすべての点光源モジュール内の単一点光源発光を同期に受け取り、すなわち異なる時間点において、該すべての点光源モジュール内の単一点光源が発射する発散光源を同時に受け取り、すべての点光源に対して、三次元定位の計測を行い、一組の物理量をアウトプット可能で、別に、該各組視軸追跡を備える一次元光学定位器も視軸追跡と定位の能力を備え、該多数の点光源の群中心座標を自動追跡可能で、また該多数の点光源中の任意の点光源の座標を自動追跡可能で、自身の視軸角度をアウトプットし、視軸追跡の目的を達成し、また視軸角度を受け取り、視軸定位の目的を達成し、
制御解析の手順はソフトウエアの手順で、主にすべての視軸追跡を備える一次元光学定位器に連結及び制御し、同期始動信号をアウトプットし、すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器を同期起動可能で、これにより三次元定位の計測を同期執行し、また一組の視軸角度をアウトプット可能で、該すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器に対して、視軸角度定位の目的を達成し、該すべての物理量、及び一組の視軸角度を受け取り後、実体入力装置のインプットをシミュレート可能で、バーチャルインプットの目的を達成し、実体器物の運動をシミュレートし、シミュレーターのシミュレート目的を達成することを特徴とする三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項３７】
三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置は主に以下のパーツにより構成し、
多数の点光源を備えるモジュールは切換器及び多数の点光源により構成し、該切換器は固定周期で、連続しかも交代の方式で、該多数の点光源をそれぞれ点灯可能で、こうして該点光源は点状に近似した発散光源を発射し、
多数組の視軸追跡を備える一次元光学定位器の該各組視軸追跡を備える一次元光学定位器は、同期始動信号を受信し、及び連続でかつ交代に、しかもそれぞれ点光源の発散光源を受け取り後、すべての点光源に対して、三次元定位の測定を行い、一組の物理量をアウトプットすることができ、別に、該各組視軸追跡を備える一次元光学定位器も視軸追跡と定位の能力を備え、該多数の点光源の群中心座標を自動追跡可能で、また該多数の点光源中の任意の点光源の座標を自動追跡可能で、自身の視軸角度をアウトプットし、視軸追跡の目的を達成し、また視軸角度を受け取り、視軸定位の目的を達成し、
制御解析の手順はソフトウエアの手順で、主にすべての視軸追跡を備える一次元光学定位器に連結及び制御し、同期始動信号をアウトプットし、すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器を同期起動可能で、これにより三次元定位の測定を同期執行し、また一組の視軸角度をアウトプット可能で、該すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器に対して、視軸角度定位の目的を達成し、該すべての物理量、及び一組の視軸角度を受け取り後、実体入力装置のインプットをシミュレート可能で、バーチャルインプットの目的を達成し、実体器物の運動をシミュレートし、シミュレーターのシミュレート目的を達成することを特徴とする三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項３８】
前記多数の点光源の発光タイミングの計測は光レシーバーを通して、該すべての点光源が発射する発散光源を受け取り、点光源の発光タイミングをアウトプットし、またさらにマイクロプロセッサーを利用し、適当な時間において、該点光源の発光タイミングの周期を計測することで、相同の周期で、同期走査信号を同期に発生することを特徴とする請求項３７記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項３９】
三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置は主に以下のパーツにより構成し、
多数の点光源の該各点光源は同時に、しかも連続方式で、点状に近似した発散光源をそれぞれ発射し、
多数組の視軸追跡を備える二次元光学定位器の該各組視軸追跡を備える二次元光学定位器は同期始動信号を受信し、及び同時に該すべての多数の点光源の発散光源を受け取り後、すべての点光源に対して、三次元定位の計測を行い、一組の物理量をアウトプットすることができ、別に、該各組視軸追跡を備える二次元光学定位器も視軸追跡と定位の能力を備え、該多数の点光源の群中心座標を自動追跡可能で、また該多数の点光源中の任意の点光源の座標を自動追跡可能で、自身の視軸角度をアウトプットし、視軸追跡の目的を達成し、また視軸角度を受け取り、視軸定位の目的を達成し、
制御解析の手順はソフトウエアの手順で、主にすべての視軸追跡を備える二次元光学定位器に連結及び制御し、同期始動信号をアウトプットし、すべての視軸追跡を備える二次元光学定位器を同期起動可能で、これにより三次元定位の測定を同期執行し、また一組の視軸角度をアウトプット可能で、こうして該すべての視軸追跡を備える二次元光学定位器は視軸角度定位の目的を達成し、該すべての物理量、及び一組の視軸角度を受け取り後、実体入力装置のインプットをシミュレート可能で、バーチャルインプットの目的を達成し、実体器物の運動をシミュレートし、シミュレーターのシミュレート目的を達成することを特徴とする三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項４０】
前記多数の点光源の各点光源は光強度の唯一性を備え、該各点光源は相同の発光半径を備えるが、発光強度は異なることが最適であることを特徴とする請求項３９記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項４１】
前記多数の点光源の各点光源は幾何大きさの唯一性を備え、該各点光源は異なる発光半径を備えるが、発光強度は相同であることが最適であることを特徴とする請求項３９記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項４２】
前記多数の点光源の各点光源は波長の唯一性を備え、該各点光源は異なる発光波長を備え、しかも該発光波長は相互にオーバーラップしないことが最適であることを特徴とする請求項３９記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項４３】
前記多数の点光源の個数は三個で、しかもそれぞれ赤、緑、青波長の光源を発射することを特徴とする請求項４２記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項４４】
前記多数の点光源は光強度唯一性、幾何大きさ唯一性、波長の唯一性を備える点光源が組み合わさり構成することを特徴とする請求項３９記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項４５】
前記多数組の視軸追跡を備える二次元光学定位器の内の一組は主に以下のパーツにより構成し、
多数の二次元位置探知器の各二次元位置探知器は、同期走査信号を受け取り、及び同時に該すべての点光源の発散光を受け取り、それに基づき、すべての点光源の二次元結像平均位置を計算及びアウトプット可能で、
定位計算制御マイクロプロセッサーは定位計算制御の手順を含み、すべての二次元位置探知器、及び二軸角度制御装置を連結及び制御可能で、該定位計算制御の手順は主に、該同期始動信号、該二次元結像平均位置、視軸角度、及び二個の角度電気信号を受け取り、これにより同期走査信号、一組の物理量、視軸角度、視軸角度駆動制御信号を計算しアウトプットし、
信号伝送インターフェースは有線、或いは無線の伝送装置で、該一組の物理量、該視軸角度及び該同期始動信号を伝送可能で、
一組の定位導光源は多数の点光源により構成し、該二次元光学定位器固定機構上の既に分かっている位置に装置しかも固定し、該組視軸追跡を備える二次元光学定位器の空間位置及び視軸角度定位に用い、
二次元光学定位器固定機構は機械構造で、該多数の二次元位置探知器、該定位計算制御マイクロプロセッサー、該信号伝送インターフェース、及び該一組の定位導光源を装置固定し、該二軸角度制御装置中の二軸回転機構に連結可能で、二軸回転の目的を達成し、
二軸角度制御装置は主に二個のアクチュエーター、二個の角度測定器、及び二軸回転機構により構成し、該二軸角度制御装置は該視軸角度駆動制御信号を受信後、該駆動制御信号の量に基づき、該二個のアクチュエーターを駆動し、該二軸回転機構、及び該二個の角度測定器を連動し回転させ、該二個の角度測定器は実際の回転角度の量に基づき、二個の角度電気信号をフィードバックアウトプット可能で、これにより二軸角度定位制御を行い、該二軸回転機構は該二次元光学定位器固定機構を転動させ、該二次元光学定位器視軸の角度を改変することを特徴とする請求項３９記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項４６】
前記多数の二次元位置探知器の内の一個は主に以下のパーツにより構成し、
二次元光学パーツユニットはフィルター、円孔状絞り、及び二次元光学レンズ等により構成し、
二次元光感知器は二次元光感知アレー、走査読み取り電子回線及びアナログデジタル転換器により構成し、該走査読み取り電子回線により、走査信号に基づき、順番しかも連続に、該二次元光感知アレーの各感応画素の光感応アナログ電圧をアウトプットし、各感応画素の光感応アナログ電圧は、さらに該アナログデジタル転換器の作用を経た後、デジタル電圧をアウトプットし、該デジタル電圧は二次元結像重ね合わせ信号で、
信号処理マイクロプロセッサーは該二次元光感知器に連結及び制御し、該同期走査信号を受信後、信号処理手順を執行し、これにより走査信号を発生し、該二次元結像重ね合わせ信号を読み取り、すべての点光源の二次元結像平均位置を計算及びアウトプットし、
二次元位置探知器装置機構は機械構造で、該二次元光学パーツユニット、該二次元光感知器、及び該信号処理マイクロプロセッサーを装置固定可能で、該二次元光学定位器固定機構内に装置固定することを特徴とする請求項４５記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項４７】
前記二次元光感知器は二次元光感知アレー、ランダムアクセス電子回線及びアナログデジタル転換器により構成し、該ランダムアクセス電子回線はマイクロプロセッサー、ローデコーダー、及びコラムデコーダーを通して、任意の画素に対して、ランダムデータ読み取りの動作を行うことができることを特徴とする請求項４６記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項４８】
前記信号処理手順は主に以下の手順により構成し、
データ同期読み取りの手順は受信した該同期走査信号のタイミングに基づき、適当な時間後に、走査信号をアウトプットし、該二次元結像重ね合わせ信号を取得並びに記録し、該二次元結像重ね合わせ信号はすべての点光源の二次元有効結像信号と二次元動態背景光信号を含み、
二次元動態背景光信号除去の手順は主に時間性二次元環境光干渉信号除去手順、及び空間性二次元環境光干渉信号除去手順により構成し、該二次元結像重ね合わせ信号に対して、二次元動態背景光除去の処理を行った後、すべての点光源を含む二次元有効結像信号をアウトプットし、
点光源二次元結像信号識別対応の手順は主に、該すべての点光源の二次元有効結像信号に対して、二次元しきい値比較手順、或いは二次元波形探知の手順を通して、それぞれ点光源の二次元有効結像信号及びその二次元対応の関係を識別解析し、該二次元波形探知手順は該点光源二次元有効結像信号の二次元分布標準差、中心強度、及び波形変化勾配の特徴に基づき、識別解析及び対応の目的を達成し、
点光源二次元結像平均位置計算の手順は、該それぞれ既に識別解析された点光源二次元有効結像信号に対して、最大信号画素位置の解析を行い、また二次元Guassian Fittingの解析を行い、また二次元統計の解析により、すべての点光源の二次元結像平均位置を計算及びアウトプットすることを特徴とする請求項４６記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項４９】
前記二次元動態背景光信号除去の手順はハードウエアの方式を通して、該二次元光感知器外に、別の背景ノイズ計測用の二次元光感知器をさらに増設し、該背景ノイズ計測用の二次元光感知器は該二次元光感知器の光感応信号の読み取りと同期処理の方式、及び光感応信号に適当な拡大処理の方式を行い、二次元動態背景光信号を単独で取得後、該二次元結像重ね合わせ信号中から、該二次元動態背景光信号を減じ、二次元動態背景光信号除去の目的を達成し、別に、該背景ノイズ測定用の二次元光感知アレー上に、適当な光学ろ過器を増設し、該光学ろ過器はすべての点光源をろ過するが、環境光は通過させることを特徴とする請求項４８記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項５０】
前記時間性二次元環境光干渉信号除去の手順はソフトウエアの方式を通して、二回連続走査により取得した結像重ね合わせ信号に対し、相減の演算を行い、二次元動態背景光信号除去の目的を達成することを特徴とする請求項４８記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項５１】
前記空間性二次元環境光干渉信号除去手順は、二次元フーリエ信号処理の手順で、時間性二次元環境光干渉信号除去手順を行った後、得られたデータを二次元フーリエ転換し、周波数域中において、二次元バンドパスフィルタリングの処理を行い、不要な周波数をろ過し、及び拡大の演算後、さらに逆二次元フーリエの演算を行い、空間性二次元環境光干渉除去の目的を達成することを特徴とする請求項４８記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項５２】
前記定位計算制御の手順は主に以下の手順により構成し、
同期走査手順は該同期始動信号のタイミングに基づき、周期性の同期走査信号を発生し及びアウトプットし、すべての二次元位置探知を同期駆動可能で、これにより該信号処理の手順を執行し、 
物理量計算手順はすべての二次元位置探知器がアウトプットする点光源の二次元結像平均位置を取得後、一組の物理量を計算及びアウトプットし、該一組の物理量はすべての点光源のそれぞれの物理量、群物理量、相対物理量、及びその他物理量を含むことができ、
視軸制御手順は該それぞれの物理量、或いは群物理量、或いは視軸角度に基づき、視軸角度及び視軸角度駆動制御信号を計算、並びにアウトプットし、同時に受信した該二個の角度電気信号を利用し、角度フィードバックの制御を行い、視軸角度の精確な定位制御を達成することを特徴とする請求項４５記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項５３】
前記制御解析の手順は一般のパーソナルコンピュータ、ノート型コンピュータ、PDA、携帯電話端末、ゲーム機の本体、影像信号再生及び転換器材の内部に統合装置可能であることを特徴とする請求項３９記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項５４】
前記シミュレート可能な実体入力装置はマウス、キーボード、リモコン、タッチスクリーンであることを特徴とする請求項３９記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【請求項５５】
前記二次元光学定位器固定機構は他の公知装置のケースで、該他の公知装置のケースはノート型コンピュータ、PDA、ゲーム機の本体、携帯電話端末、液晶ディスプレー、プラズマディスプレー、テレビ、プロジェクター、光学カメラ、光学ビデオカメラ、光学望遠鏡、自動車、オートバイ等のケースで、すなわち該多数の二次元位置探知器、該定位計算制御マイクロプロセッサー、該信号伝送インターフェース、該一組の定位導光源は他の公知装置ケースの上に装置可能であることを特徴とする請求項４５記載の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置に関する。特に多数の点光源、多数組の視軸追跡を備える光学定位器、制御解析の手順により構成し、該多数組の視軸追跡を備える光学定位器を利用し、該多数の点光源に対して三次元運動の計測及び分析を行い、バーチャルインプットとシミュレーターの目的を達成する三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
日常的に使われるマンマシーンインターフェースとしては、キーボード、マウス、リモコン、タッチスクリーン等がある。その最も主要な特徴は、手及び指により機械構造に直接接触し操作しなければ、文字、グラフィック、機能操作等情報を機器にインプットし、マンマシーンインタラクティブの目的を達成することはできない点である。
本発明中において、バーチャル入力装置に対して規定する最も基本的な定義は、三次元手運動量をインプットの方式とし、文字、グラフィック、機能操作等情報インプットの目的を達成することである。簡単に言えば、三次元手運動量をマンマシーンインタラクティブのインターフェースとすることである。
【０００３】
バーチャルリアリティ中で用いるグローブの指示図である図１に示すように、バーチャルリアリティ(Virtual Reality、以下VRと略称)中で用いるグローブ１(以下VRグローブと略称)は、典型的な三次元手運動量認知の装置である。指先の細部動作を追及するため、一般的なVRグローブ上には、指２にはすべてストレーンゲージセンサー(Strain Gage Sensor)、或いはフレックスセンサー(Flex Sensor)(図示なし)等を装置し、指湾曲の物理量を計測することができる。
別に、フォースフィードバック(Force Feedback)を追求するため、一般的には各種の小型のアクチュエーター(Actuator)(図示なし)を装置する。
最後に、VRグローブ上には定位器(Positioning Device)３を装置し、グローブ上の単一位置の三次元座標及び角度を計測可能とする。
その詳細に関しては、以下の関連特許を参照されたい。
U.S.Pat. No.4414537(Gray J. Grimes,1983)
U.S.Pat. No.5047952(James P. Kramer,1991)
U.S.Pat. No.4988981(Tomas G. Zimmerman,1991)
【０００４】
該VRグローブはマンマシーンインターフェースの効果を達成することはできるが、構造及び制御が複雑に過ぎ、簡単なインターフェース操作だけが必要な一般のパーソナルコンピュータ、ゲーム機、PDA、携帯電話端末、ホームシアター等器材に適用することはできない。しかも、その製造コストは一般の使用者が負担できるようなものではないため、今に至るもVRグローブは民生用市場に普及、流通していない。
また、技術面から言えば、手運動の干渉を受けないよう、VRグローブが採用する定位装置は、一般には電磁式、或いは超音波式である。その最大の欠点は反応速度が不十分で、実際の操作において、明らかな遅延効果(Latentency)を生じることである。しかも環境の干渉を受け易く、正確な定位ができない。
その詳細については、以下の関連研究報告を参照されたい。
Christine Youngblut, etc., Review of Virtual Environment Interface Technology, Chapter 3 and 5, INSTITUTE FOR DEFENSE ANALYSES, 1996
【０００５】
よって、あらゆるバーチャル入力装置では、手上の複数点運動量を迅速に認知可能な定位器は、バーチャルインプットの目的を達成するための最重要条件となる。上記理由に基づき、実用と普及の目的を達成するため、該定位器は以下の特徴を具備することが求められる。
１．手複数点の三次元運動物理量(例えば空間座標、移動量、速度、加速度等)を提供することができる。
２．広範囲計測の特徴を備え、すなわち使用者はより広い操作範囲内において、手の任意運動を行うことができる。
３．視点追跡の能力を備え、すなわち使用者の操作位置を自動追跡可能で、より広い使用範囲を提供することができる。
４．高空間分解能の能力を備え、すなわち使用者の手の三次元運動に対して、空間上において、計測できる最小の移動量がミリ(mm)レベルを達成する必要がある。
５．高速反応の能力を備え、すなわち使用者の手の三次元運動に対して、時間上において、計測できる必要な最短時間がmsレベルを達成する必要がある。
６．低製造コスト、すなわち一般のコンピュータ周辺装置と同等の価格を実現する必要がある。
【０００６】
上記必要条件に基づき、以下に公知技術の達成度を検証する。
公知の単点三次元運動物理量を計測可能な技術には、静電場式、静磁場式、超音波式、電磁波式、三角測定式等方式がある。
以下関連の特許を参照されたい。
静電場式：
U.S.Pat. No. 6025726 (Neil Gershenfeld, 2000)
静磁場式：
U.S.Pat. No. 4945305 (Ernest B. Blood, 1990)
超音波式：
U.S.Pat. No. 5214615 (Will Bauer, 1993)
電磁波式：
U.S.Pat. No. 4613866 (Ernest B. Blood, 1986)
U.S.Pat. No. 5739812 (Takayasu Mochizuki, 1998)
三角測定式-影像処理(2D Camera) ：
U.S.Pat. No. 4928175 (Henrik Haggren, 1990)
U.S.Pat. No. 6810142 (Nobuo Kochi, 2004)
三角測定式-2D光学式：
U.S.Pat. No. 5319387 (Kouhei Yoshikawa, 1994)
【０００７】
以上の技術は多かれ少なかれ、高空間分解能、高速反応、広範囲使用、低製造コストの要求を同時に満たすことはできない。よって、本発明が比較討論すべき対象ではない。
本発明が検討しようとする技術は、一次元光学を基礎とする定位計測技術である。上記その他多種の技術とは異なり、一次元光学の定位技術は高空間分解能、高速反応、広範囲使用、低製造コストの要求を完全に満たすことができる。一次元光学の定位技術に関する、過去に公開された関連技術特許は以下の通りである。
U.S.Pat. No. 3084261 (Donald K. Wilson, 1963)
U.S.Pat. No. 4092072 (Stafford Malcolm Ellis, 1978)
U.S.Pat. No. 4193689 (Jean-Claude Reymond, 1980)
U.S.Pat. No. 4209254 (Jean-Claude Reymond, 1980)
U.S.Pat. No. 4419012 (Michael D. Stephenson, 1983)
U.S.Pat. No. 4973156 (Andrew Dainis, 1990)
U.S.Pat. No. 5198877 (Waldean A. Schuiz, 1993)
U.S.Pat. No. 5640241 (Yasuji Ogawa, 1997)
U.S.Pat. No. 5642164 (Yasuji Ogawa, 1997)
U.S.Pat. No. 5907395 (Waldean A. Schuiz, 1999)
U.S.Pat. No. 5920395 (Waldean A. Schuiz, 1999)
U.S.Pat. No. 6584339 B2 (Robert L. Galloway, 2003)
U.S.Pat. No. 6587809 B2 (Dennis Majoe, 2003)
U.S.Pat. No. 6801637 B2 (Nestor Voronka, 2004)
U.S.Pat. No. 7072707 B2 (Robert L. Galloway, 2006)
【０００８】
一次元光学を基礎とする定位計測技術は、U.S.Pat. No. 3084261 (Donald K. Wilson, 1963)に最も早く見られる。Wilsonは直角に交わる二個の一次元円柱状レンズ(Cylindrical Lens、以下一次元レンズと略称)、二個の三角状光電感応装置、及び二個の方型光電感応装置(silicon photovoltaic cell)を利用し、太陽の方位角(azimuth及びelevation)を計測し、太陽移動自動追跡の目的を達成した。
1978年、EllisはV字型の光絞り(V-shaped aperture)、及び一次元光感知アレー(linear array of light sensitive elements)を利用し、同様に角度測定の目的を達成した。
【０００９】
1980年、Reymondは初めて一次元光学を基礎とする三次元座標定位技術を提出した。該技術の主要な特徴は以下の通りである。
１．光学システムの構成
主に一次元レンズ、フィルター(Filter)、一次元光感知アレー(Linear array of photosensitive elements)、一次元光感知アレー信号読み取り回路等パーツにより構成する三組の線性位置探知器(Linear Positioning Sensor)、及び空間座標の計算方法(以下説明の便のため、線性に関する用語はすべて一次元に変える)を含む。該三組の一次元位置探知器の空間排列方式において、その一次元光感知アレー長軸方向は共平面で、しかも第一組と第二組の一次元光感知アレー長軸の排列方向は平行である。但し、第一組(第二組)と第三組の一次元位置検査測定器の排列方向は垂直である。
２．三次元座標の理論計算
一次元光感知アレー長軸方向が共平面であるという条件において、三次元座標の理論計算を提出する。その方法は、測定しようとする点光源の位置、一次元レンズ光軸中心の位置、及び一次元光感知アレー結像の位置により構成する三個の幾何平面に基づき、該三個の平面の交差点を計算し、これによりその点光源の位置座標を算出することができる。
３．多数点の定位を達成する効果
連続で、しかも周期的に多数の点光源の発光時間を切り替えることで、多数の点光源はそれぞれ異なる時間に点発光し、像オーバーラップの現象を回避可能で、各一次元光感知アレー間における各点光源結像の正確な対応関係(説明の便のため、本公知の技術を、以下では時間変調の技術と略称)を得ることができ、三個の点光源に対する定位の目的を達成することができる。
４．計測データの処理
一次元光感知アレー信号読み取りのハードウエア回路中に、しきい値比較(threshold comparison)の回路を加え、不要な背景光源を除去する。
【００１０】
別に、Reymondは、その提出した特許において、その技術の可能な拡張性について、以下の通り言及している(但し、深く論じてはおらず、特許範囲にも列記してはいない)。
５．より多数の点計測の拡張性
より多数の点の定位計測に対しては、一次元位置探知器の個数を増やし、より多数の点定位に対する計測の目的を達成する。  
６．空間排列方式の拡張性
一次元光感知アレー相互間の排列位置に対しては、共平面式の排列が必ずしも必要な訳ではない。
【００１１】
上記二項の拡充性に対して、Reymondは一切の具体的な理論計算を提出しておらず、また計測しようとする点空間座標を取得する目的をいかにして達成するかを説明していない。
Reymondの特許は、三次元点座標の定位に対して、一次元光学定位システムの原理、構造、基本技術を明確に掲示している。
続くStephenson (1983)以降Galloway(2006)に至る多くの特許において、技術面ではほとんどがReymondの原理と構造を引用している。応用面では、特殊計測の領域に留まっており、特に斬新な点はない。以下の通り説明する。
【００１２】
U.S.Pat. No. 4419012 (Michael D. Stephenson, 1983)
基本的には、この特許は主にReymond特許部分の改良で、その最大の特徴は同期方式に対する改善である。つまり、Reymondは有線の方式により、複数の点光源点灯と一次元光感知アレーデータ走査間の時間同期を達成したが、StephensonはPIN DIODEを利用し、複数の点光源がそれぞれに点灯される時間を監督し、これに基づき一次元光感知アレーのデータ走査を同期起動する。よって、Stephensonは光学式の無線方式により、同期の効果を達成している。
【００１３】
U.S.Pat. No. 4973156 (Andrew Dainis, 1990)
この特許はReymondのすべての概念をほとんど踏襲している。三組の一次元位置探知器の空間排列に対して、共平面で、しかも120°の空間排列方式を提出しており、別に、四組の一次元位置探知器に対して、共平面で、しかも45°の空間排列方式を提出してはいる。しかし、この二種の空間排列方式に対して、具体的な理論計算を提出できず、計測しようとする点空間座標を取得する目的をいかにして達成するかを説明できてない。さらに、多数の点の計測に対して、計測しようとする光源を同時に点灯(a plurality of simultaneously illuminated optical targets)することに言及してはいるが、一切の具体的な実施方法を提出していない。この他、像オーバーラップの現象に対して(中華民国特許申請案号：096113579参照)、一切の検討がない。
【００１４】
U.S.Pat. No. 5198877 (Waldean A. Schuiz, 1993)
基本的に、この特許は主にReymond特許の応用例である。Schuizが構想した応用は、ハンドヘルド式(hand-held)の一次元レーザー走査器により、計測の対象物に対してレーザー光点の線性走査を行い、つまりレーザー光点を計測の対象物の表面に投射するものである。二組の一次元位置探知器を利用し、先に該計測の対象物が反射するレーザー光点の相対座標を得ることができる。この後、Reymondの三組の一次元位置探知器を利用し、レーザー走査器上に設置する三個の導光源(pilot light emitter)を計測し、最後に計測の対象物が反射するレーザー光点の?対座標を算出する。ここでSchuizが用いる三個の導光源の点灯発光の方法は、Reymondの連続で、しかも周期的に多数の点光源を切り替える技術を踏襲しており、新発明ではない。別に、三個の導光源を点灯させる発光方法に対して、Schuizは異なる波長(つまり、異なる色)の光源、及び異なる周波数変調(modulation)を備える光源の使用について言及してはいる(但し、深く論じてはおらず、特許範囲にも列記してはいない)が、具体的実施に関する記載は全くない。
【００１５】
U.S.Pat. No. 5640241 (Yasuji Ogawa, 1997)
U.S.Pat. No. 5642164 (Yasuji Ogawa, 1997)
基本的に、この二項の特許は主に、Reymond特許部分の改良である。その最大の特徴は、二次元光感知アレーと複合式一次元レンズを使用することにあり、その長所は機構がシンプルなことであるが、一切の計測の分解能を向上させることはできず(注：分解能の良否は一次元、或いは二次元光感知アレーの使用には関係がなく、光感知アレー上の単一の画素大きさ、点光源の処理、他の光学パラメーターの設定による)、また速度を上げることもできない(注：二次元光感知アレーの使用は速度を低下させるだけである)。しかも製造コストを低下させることもできず(注：主に複合式一次元レンズの製造における)、計測データに対して処理の説明が全くなく、多数の点に対する計測については全く無策である。
【００１６】
U.S.Pat. No. 5907395 (Waldean A. Schuiz, 1999)
U.S.Pat. No. 5920395 (Waldean A. Schuiz, 1999)
基本的に、この二特許は主にReymond特許の応用例と一部の補充である。その補充部分は、点光源の処理についてで、すなわち球状、平面状の発散体(diffuser)を通して、発散角度がより大きな点光源を得ることができる。背景光の処理に対しては、ソフトウエアの方式を使用する。すなわち先ず背景光の信号をメモリー中に記録し、実際の計測時には、さらに計測信号から背景光の信号を減じ、こうして原信号を得ることができる。多数の点光源の点灯発光の方法に対しては、Reymondの連続で、しかも周期的に多数の点光源を切り替える技術を踏襲しており、新発明ではない。
【００１７】
U.S.Pat. No. 6584339 B2 (Robert L. Galloway, 2003)
U.S.Pat. No. 6801637 B2 (Nestor Voronka, 2004)
U.S.Pat. No. 7072707 B2 (Robert L. Galloway, 2006)
基本的に、この三特許はすべてReymond特許の応用例で、定位技術において一切の新規創造はない。
【００１８】
上記特許に関する記述により、以下の結論を得ることができる。
(1) 理論計算
点光源三次元座標の理論計算については、Reymondが提出した簡単な理論計算の他には、新理論は提示されていない。理論計算については、学術領域において以下の論文がある。
Yasuo Yamashita, Three-dimensional Stereometeric
Measurement System Using Optical Scanners, Cylindrical Lenses, & Line Sensors, SPIE 361, Aug. 1982.
Yamashitaが論文中で記載する理論は、一次元光感知アレー長軸方向が共平面で、一次元レンズ光軸が共平面の特殊条件にのみ適合され、広義の計算理論ではない。一次元位置探知器に対して任意の位置、任意の角度設置が可能な広義の理論計算は、以下の特許に見られる。
中華民国特許申請案号：096108692
中華民国特許申請案号：096113579
中華民国特許申請案号：096116210
(2) 技術
技術面では、それが使用する技術は、Reymond(1980年)が提出した特許範囲を超えていない。特に像オーバーラップ現象の解決については、Stephenson(1983年)以降、改善及び刷新はない。
(3) 応用
応用面では、すべての特許は三次元位置定位計測の用途に留まっており、バーチャルインプットの応用に言及する特許はない。一次元光学定位技術を利用しバーチャルインプットを行う応用は、中華民国特許申請案号：096116210に見られる。該特許中において、手の動きは初めてマンマシーンインターフェースの三次元マウス(3D Mouse)とされた。
【特許文献１】U.S.P：4414537
【特許文献２】U.S.P：5047952
【特許文献３】U.S.P：4988981
【特許文献４】U.S.P：6025726
【特許文献５】U.S.P：4945305
【特許文献６】U.S.P：5214615
【特許文献７】U.S.P：4613866
【特許文献８】U.S.P：5739812
【特許文献９】U.S.P：4928175
【特許文献１０】U.S.P：5319387
【特許文献１１】U.S.P：3084261
【特許文献１２】U.S.P：4092072
【特許文献１３】U.S.P：4193689
【特許文献１４】U.S.P：4209254
【特許文献１５】U.S.P：4419012
【特許文献１６】U.S.P：4973156
【特許文献１７】U.S.P：5198877
【特許文献１８】U.S.P：5640241
【特許文献１９】U.S.P：5642164
【特許文献２０】U.S.P：5907395
【特許文献２１】U.S.P：5920395
【特許文献２２】U.S.P：6584339 B2
【特許文献２３】U.S.P：6587809 B2
【特許文献２４】U.S.P：6801637 B2
【特許文献２５】U.S.P：7072707 B2
【特許文献２６】中華民国特許申請案号：096108692
【特許文献２７】中華民国特許申請案号：096113579
【特許文献２８】中華民国特許申請案号：096116210
【非特許文献１】Christine Youngblut, etc., Review of Virtual Environment Interface Technology, Chapter 3 and 5, INSTITUTE FOR DEFENSE ANALYSES, 1996
【非特許文献２】Yasuo Yamashita, Three-dimensional Stereometeric  Measurement System Using Optical Scanners, Cylindrical Lenses, & Line Sensors, SPIE 361, Aug. 1982.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明が解決しようとする課題は、上記公知技術の欠点に対して、以下の方案を提出する三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置を提供するものである。
１．点光源唯一性の処理  
２．背景光の処理
３．データの処理
４．システム構造の拡張
５．システム応用の拡張
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するため、本発明は下記の三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置を提供する。
すなわち、主に以下のパーツにより構成し、多数の点光源の該各点光源は同時に、しかも連続方式で、点状に近似した発散光源をそれぞれ発射し、多数組の視軸追跡を備える一次元光学定位器の該各組視軸追跡を備える一次元光学定位器は、同期始動信号を受信し、及び同時に該すべての多数の点光源の発散光源を受け取り後、すべての点光源に対して、三次元定位の計測を行い、一組の物理量をアウトプットすることができ、別に、該各組視軸追跡を備える一次元光学定位器はまた視軸追跡と定位の能力を備え、該多数の点光源の群中心座標を自動追跡可能で、また該多数の点光源中の任意の点光源の座標を自動追跡可能で、自身の視軸角度をアウトプットし、視軸追跡の目的を達成し、また視軸角度を受け取り、視軸定位の目的を達成し、制御解析の手順はソフトウエアの手順で、主にすべての視軸追跡を備える一次元光学定位器に連結及び制御し、同期始動信号をアウトプットし、すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器を同期起動可能で、これにより三次元定位の計測を同期執行し、また一組の視軸角度をアウトプット可能で、該すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器に対して、視軸角度定位の目的を達成し、該すべての物理量、及び一組の視軸角度を受け取り後、実体入力装置のインプットをシミュレート可能で、バーチャルインプットの目的を達成し、実体器物の運動をシミュレートし、シミュレーターのシミュレート目的を達成することを特徴とする三次元バーチャルインプットとシミュレートの装置である。
【発明の効果】
【００２１】
上記のように、本発明は多数の点光源、多数組の視軸追跡を備える光学定位器、制御解析の手順により構成し、該多数組の視軸追跡を備える光学定位器を利用し、該多数の点光源に対して三次元運動の測定及び分析を行い、バーチャルインプットとシミュレーターの目的を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
１．点光源唯一性の処理
一次元光学システムにおいて、その長所は像点位置を迅速に読み取り可能なことで(一次元光感知アレーを使用するため)、その欠点は像オーバーラップの現象が発生し易いことである。
一次元光学システム像オーバーラップ現象の指示図である図２に示すように、焦点距離がｆである一次元レンズ５に対して、そのフォーカス方向をY軸と平行(本文では以下すべて、双方向矢印の短線により一次元レンズを示し、その矢印の方向はフォーカス可能な方向を表す)、その長軸方向(非フォーカス方向)をX軸と平行、その光軸方向をZ軸と定義する。その光軸Zの延長上、しかも該光軸Zと垂直な平面上には、Y軸に垂直な直線
2009037620.tif 000003
が存在する。これにより該直線
2009037620.tif 000004
上の任意の位置に在る点光源οの結像点はすべてο(χ1, y1, z1)となる。これがすなわち像オーバーラップの現象で、以下直線
2009037620.tif 000005
を像オーバーラップ線と呼ぶ。すなわち、直線
2009037620.tif 000006
に位置するあらゆる点光源の結像位置はみな相同である。よって、一次元光学システムを基礎とする定位システムにおいて、複数の点光源に対して定位計測を行う時には、像オーバーラップ現象の解決がやはり最重要課題となる。この他、この技術は少なくとも三個の一次元光感知アレーを使用する必要があるため、複数点光源に対して同時に複数の一次元光感知アレー上の結像において、識別の手順を通して、一次元光感知アレー間の正確な結像対応関係を迅速に探し出さなければ、複数の点光源に対して正確な定位計測を行うことはできない。
【００２３】
各点光源に唯一性(Unique Characteristics)を備えさせるのは、像オーバーラップ現象を解決し、結像対応関係を正確にするための最も基本的な原則である。前記のUS特許に掲示するように、複数点光源に対して時間変調、或いは波長変調、或いは周波数変調を行い、各点光源に唯一性を備えさせる。
いわゆる時間変調では、連続交代の方式で点光源を点灯し、すなわち各点光源は異なる時間点において点灯され発光する。よって、感応計測端において、一回の走査毎に、一個だけ、しかも唯一点灯される点光源の結像位置だけを読み取ることができる。
時間変調の方法の欠点は、非同期測定が引き起こす位置誤差で、その位置誤差と点光源移動速度、点光源個数は正比例する。
いわゆる波長変調では、各点光源に異なる発光波長を備えさせるが、その  欠点は製造コストが拡大し、処理が必要なデータ量が増えることである。
いわゆる周波数変調では、各点光源の発光強度を異なる周波数で震動させるが、その欠点は復調(demodulation)の技術を使用する必要があることである。
別に、上記の処理方式とは別に、中華民国特許申請案号：096113579中では、像オーバーラップの現象を解決する一次元位置探知器の個数及び光軸回転の方式を増やし方法を掲示している。
本発明中では、手の動き認知の応用に対して、さらに以下の(1)強度変調法、(2)幾何変調法、(3)Stephensonの改良法、(4)主従式無線同期法、(5)波長変調法等方法を提示し、像オーバーラップの現象を解決する。
【００２４】
点光源光強度と幾何構造の唯一性
点光源の一次元光学レンズ作用に対する結像の指示図である図３に示すように、一般の点光源10は一次元光学レンズの作用を経由後、線状の結像11を得ることができる。一次元光感知アレー12を経て該線状の結像11を読み取り後、その横方向上において、強度がガウス分布に近似した結像信号I(χ)を以下の通りに得ることができる。
2009037620.tif 000007
(1)
内、I0は中心の強度、σは分布の標準差、μは平均位置である。一般に、χが平均位置μから離れ、約三個の分布標準差がσである時、結像信号I(χ)はほぼゼロとなる。よって、｜χ-μ｜＜3σ位置の信号を有効結像信号と定義することができる。別に、点光源10の発光強度Pは中心の強度I0を決定し、点光源の発光半径rは分布の標準差σを決定する。よって、点光源の中心の強度I0と分布の標準差σを唯一性のパラメーターとして利用することができる。すなわち、複数点の点光源に対して、異なる中心の強度I0、分布の標準差σを点光源の識別に用いることができる。よって、中心の強度I0を利用し点光源識別を行う方法は強度変調と呼ばれる。分布の標準差σを利用し点光源識別を行う方法は、幾何変調と呼ばれる。
【００２５】
以下に三個の点光源を例とし、強度変調と幾何変調について説明する。
(1)強度変調法
強度変調の指示図である図４〜図７に示すように、像オーバーラップ現象がない時、三個の異なる光強度I10、I20、I30を備えるが、相同σを備える点光源は、一次元光感知アレー上の結像信号15、16、17において、中心強度の唯一性を備えるため、しきい値比較法、或いは波形探知法(後述の説明参照)を通して、該三個有効結像信号を識別することができ、これに基づき中心強度の位置、つまり平均位置μを算出することができる。
該三個の点光源が像オーバーラップ線に接近すると、図５に示すように、三個の結像信号15、16、17は既に重なり、重なり結像信号18となる。この状況下では、しきい値比較法は効力を失うが、波形探知法はなお明確にその平均位置を識別することができる。
該三個の点光源がほぼ像オーバーラップ線にくっつこうとする時、図６〜図７に示すように、既にその平均位置を識別することはできない。この時、該三個の点光源の平均位置は一致とみなすが、いくらかの計測誤差の現象を生じる。もし点光源の発光半径rを非常に小さくし、しかも十分な発光強度により感応結像を行うなら、結像信号I(χ)の分布の標準差σは、一次元光感知アレー12上の単一画素の幅に接近或いはそれ以下とすることができ、こうして上記測定誤差を改善し、像オーバーラップ現象の解決を達成することができる。
【００２６】
(2)幾何変調法
幾何変調の指示図である図８〜図１１に示すように、三個の相同の中心の強度I0を備えるが、異なるσ1、σ2、σ3である点光源の一次元光感知アレー上での結像信号15、16、17はそれぞれI1(χ)、I2(χ)、I3(χ)で、重なり結像信号18はI(χ)である。以下の通り表示する。
2009037620.tif 000008
(2)
2009037620.tif 000009
(3)
2009037620.tif 000010
(4)
2009037620.tif 000011
(5)
内、σ1,σ2,σ3は既に分かっており、しかもσ3＞σ2＞σ1である。
図８では、三個の点光源は同時に像オーバーラップ線上に排列するため、完全像オーバーラップの現象を呈する。
図９〜１０では、三個の点光源は像オーバーラップ線上に非常に接近しているため、大部分が像オーバーラップの現象を呈する。
図１１では、三個の点光源は像オーバーラップ線上にほぼ接触するため、一部像オーバーラップの現象を呈する。
よって、像オーバーラップ現象発生時に、計測された重なり結像信号18を利用し、いかにしてμ1,μ2,μ3を解析するかが、幾何変調技術の課題である。
【００２７】
図１２ に示すように、像オーバーラップ現象の発生時には、消去法(Method of Deduction)及びGuassian Fittingを利用し、μ1,μ2,μ3を求める。いわゆる消去法とは、原則的には、重なり結像信号18中の最大点光源から最小点光源の順序で、順番に結像信号を分離するものである。つまり、結像信号I(χ)中から先ず一部のI3（χ）を探し出し、それに対してGaussian Fittingを行った後、I3（χ）及びμ3を得る。その後、I(χ)中からI3(χ)を分離し、I′(χ)＝I(χ)- I3(χ)を得る。同様のステップに基づき、さらにI′(χ)中からI2(χ)を分離し、I1(χ)を得る。
幾何変調の長所は像オーバーラップ現象の影響を受けずに、すべての点光源結像信号の平均位置μを解くことができる点で、その欠点は数学計算が多く、しかも各点光源の大きさを明確に区分する必要がある点である。
【００２８】
時間変調の改良法
前記Stephensonの特許では、Stephensonは感応計測端において、DIODEを利用し、複数の点光源が点灯される時間を監督し、一次元光感知アレー同期走査の効果を達成し、これによりReymond有線の方式を改善している。
その各信号のタイミングは、Stephenson時間調整法タイミングの指示図である図１３に示す。該図は複数の点光源点灯と一次元光感知アレーデータ走査読み取り間の同期タイミングを表示する。Emitter1〜Emitter3(すなわち点光源)は固定周期で、連続的にしかも交代に点灯され、Diode回路はこれら光信号を受信後、同期走査信号SYNCを発生する。これによりすべての一次元光感知アレーを同期駆動し走査を開始する。
【００２９】
しかし、図１４に示すように、実際の手の動き操作中において、Emitter2等の手或いは指上に装置する点光源は、手或いは指の任意運動により、隨時手により遮蔽される可能性があり、同期失調の現象が起こり易く、これにより一次元光感知アレーはエラーのデータを取得する。これに対して、Stephenson特許中では、何の解決方案も提出していない。この同期失調の現象に対して、本発明は以下二種の解決方法を提出する。
(3)Stephensonの改良法
Stephenson時間調整改良法タイミングの指示図である図１５に示すように、Emitter1〜Emitter3が発生する光信号に対して、適当な時間(使用前、或いはある固定の時間毎等)に、マイクロプロセッサー(μP)を利用し、Diodeの信号を受信後、Emitter1〜Emitter3連続交代点灯の周期を測定し、相同の周期で、同期走査信号SYNCを同期発生し、同期失調の現象を克服することができる。
【００３０】
(4)主従式無線同期法
Reymond、Stephensonの方法とは異なり、いわゆる主従式無線同期法はRFの方式により、発射端(主端)はコードを備える同期信号を発射する。該コードの同期信号内には、点灯しようとする点光源のコード、及び点灯する必要がある点光源時間の信号を含む。よって、受信端(従端)は該コードの同期信号を受信後、該コードの同期信号内の情報をデコーダー解析後、正確な同期制御を行い、時間調整の目的を達成することができる。
【００３１】
主従式無線同期法の指示図である図１６に示すように、一次元位置探知器20端に装置するRFエミッター21は、コードを備えるRF同期信号22を発射する。該コードを備える同期信号22は、コード信号24と同期信号25を含む。該コード信号24は点灯しようとする点光源のコードを表し、同期信号25は点灯しようとする点光源の時間を表す。
該コード信号24は、一組のデジタルコード(binary code)、或いは特定の時間の長さを備えるスクエアウェーブ、或いは特定の個数を備えるパルスにより構成する。別に、手で装置するRFレシーバー26は、即時に該コードを備えるRF同期信号22を受信後、該信号をデコーダー27にアウトプットする。該デコーダー27はコード信号24、及び同期信号25を分離後、該二信号を点光源スイッチ切換器28にアウトプットする。該点光源スイッチ切換器28は点光源のコードに基づき、正確な時間点において、それぞれしかも正確に点光源29を点灯する。
よって、点光源が遮蔽されようがしまいが、一次元位置探知器20端において、明確にしかも正確に、点灯された点光源のシリアルナンバーとタイミングを知ることができる。こうして前記のStephensonがぶつかった遮蔽問題を完全に解決することができる。
別に、コードの方式を加えるため、任意の順序及び時間で、点光源29を点灯することができる。
当然、RFエミッターを手端に設置し、RFレシーバーを一次元位置探知器端に設置しても、同様の効果を達成することができる。
一般のRF技術において、発射端では通常調整(modulation)の動作が必要で、受信端では復調(de-modulation)の動作が必要であるが、これは公知の技術であるため、詳述しない。
【００３２】
図１７に示すように、RFエミッターはまた別の異なるコードを備えるRF同期信号22を発射することができる。該コードの目的は同時にすべての点光源を点灯することである。よって、前記の強度変調、幾何変調、波長変調の方法、と主従式無線同期法を統合し、点光源唯一性の制御に対して、さらなる効果を発揮することができる。
(5)波長変調法
前記Schuiz特許中では、波長調整を利用し、光オーバーラップ現象を克服する概念は提出されているが、詳細な、かつ具体的な説明は一切ない。
図１８〜 図２０は現在既に大量に普及している影像感応技術を示す。
光感応スペクトラム(SONY/CCD/ILX526A参照)の指示図である図１８に示すように、一般のCCD或いはCMOS光感知アレーの感応光波長は、通常400nm〜1000nmの間で、その単一光感応画素の大きさは、数ミクロンから数十ミクロン(μm)の間である。
光通過スペクトラム(SONY/CCD/ILX516K参照)の指示図である図１９に示すように、一般にすべてのCCD或いはCMOS光感知アレー上に、RGBカラーフィルタ(RGB color filter)を加え、異なる波長光ろ過の作用を利用し、カラー取像の目的を達成する。
図２０は、一般の二次元CCD或いはCMOS光感知アレー上に、RGB画素に対応し、RGBカラーフィルタを排列する方式を示す。
以下に、上記既存の影像感応技術を利用し、像オーバーラップ現象を解決する波長変調の方法を提出する。
【００３３】
波長変調の指示図である図２１、図２２に示すように、複数点光源が引き起こす結像オーバーラップの現象に対して、点光源数が多くない状況(三個以下等)では、波長変調はこの像オーバーラップの問題解決に有効である。そのキーは、複数の異なる波長を備える点光源使用において、異なる波長のカラーフィルタを利用し、該異なる波長を備える点光源をろ過し分離後、該複数の点光源を、同時にそれぞれ同一の一次元光感知アレーで、しかも異なる画素位置の上に結像させ、或いは同時にしかもそれぞれ異なる一次元光感知陣アレーにおいて結像させる。
異なる波長を備える３個の点光源構成の指示図である図２１に示すように、手或いは指上に装置する点光源Emitter1〜 Emitter3において、該Emitter1〜 Emitter3は白色光LED、或いは適当な波長を備えるLED、或いは半導体レーザーである。該Emitter1〜 Emitter3が発する光は、それぞれ適当な光学式バンドパスフィルター(Bandpass Filter)による処理後、それぞれλ1±Δλ1、λ2±Δλ2、λ3±Δλ3波長の光源を発射する。内、λ1、λ2、λ3はバンドパスフィルターの中心波長で、2Δλ1、2Δλ2、2Δλ3は半値全幅( FWHM , Full Width at Half Maximum)である。該中心波長と半値全幅の選択は、RGBカラーフィルタ光通過スペクトラムの特徴に基づき決定する必要がある。
例えば、図１９に示す光通過スペクトラムは、中心波長と半値全幅をλ1〜450nm (青色光)、λ2〜550nm (緑色光)、λ3〜630nm (赤色光)；2Δλ1〜20nm、2Δλ2〜20nm、2Δλ3〜20nmと設定することができる。Δλ1、Δλ2、Δλ3値が大き過ぎる時、一般のRGBカラーフィルタは正確な光ろ過の作用を失い、よって像オーバーラップの問題を解決することはできない。別に、λ1、λ2、λ3の選択は、可視光の波長内において設定しなければならない訳ではなく、赤外線波長の内に設定することができるが、適当な赤外線光源と適当な赤外線フィルタ或いは赤外線のバンドパスフィルターを対応させなければならない。
【００３４】
一次元光感知アレー上RGBカラーフィルタ排列の指示図である図２２に示すように、一次元光感知アレー12において、RGBカラーフィルタの排列方式は画素を単位とし、R、G、Bの順序で交代に排列する。よって、前記で選定したλ1〜450nm (青色光)、λ2〜550nm (緑色光)、λ3〜630nm (赤色光)の点光源において、該交代排列のRGB色板は、該三個の点光源を分離し、それぞれR、G、B画素の上に結像させる(本図は赤色光だけを例とし、光分離と結像の作用を示す)。
その長所は一個の一次元光感知アレー12だけを用い、同時に三個の点光源の結像を処理できる点で、その欠点は計測可能な点光源の空間分解能が、三分の一に落ちる点である。
空間分解能を向上させるため、図２３に示すように、三色の一次元光感知アレーを使用し(SONY/CCD/ILX516K参照)、すなわち前記のように、λ1〜450nm (青色光)、λ2〜550nm (緑色光)、λ3〜630nm (赤色光)の三個の点光源に対して、三個の並列の一次元光感知アレーを提供し、その上にそれぞれ三種の異なる波長のRGBカラーフィルタを接着し、波長変調の目的を達成する。
【００３５】
既存のカラー二次元CCD或いはCMOS光感知アレーは、デジタルカメラに既に大量に応用されているため、コストを考慮し、既存のカラー二次元CCD或いはCMOS光感知アレーを採用し、前記一次元CCD或いはCMOS光感知アレーに置換することができる。すなわち既存カラー二次元CCD或いはCMOS光感知アレーの製造工程を利用し、RGB色板の排列、及び画素映像走査の方式だけを改変するだけで、既存のカラー二次元CCD或いはCMOS光感知アレーを利用し、波長変調の目的を達成することができる。
図２４はカラー二次元CCD或いはCMOS光感知アレーにおけるそのRGBカラーフィルタ排列の方式を示す。該RGBカラーフィルタの排列は行(Row)を単位とすることができ、R、G、Bの順序で、RGBカラーフィルタを交代に排列する。
図２５はカラー二次元CCD或いはCMOS光感知アレーの別にRGBカラーフィルタ排列の方式を示す。
図２６はカラー二次元CCD或いはCMOS光感知アレーにおけるその画素映像走査読み取りの方式を示す。該映像の走査は、マイクロプロセッサーμP、ローデコーダー(Row Decoder)、及びコラムデコーダー(Column Decoder)により、任意の画素#ij(すなわち第i行、第j列)に対して、ランダムアクセス(Random Access)操作の目的を達成する。
【００３６】
２．背景光の処理
前掲のUS特許中において、ReymondとSchuizの特許だけが、計測データの処理について提示しているが、背景光源に対する除去に留まっている。前記のように、その処理の方法は電子、或いはソフトウエアの方式を利用し、しきい値比較(threshold comparison)の処理を通して、背景光除去の効果を達成する。一般に、しきい値比較を行う時の前提は、背景光信号が時間変化を備えず、しかもは固定のDC値であることである。しかし、空間及び時間変化特徴を備える背景光に対して、しきい値比較の方法は完全に効力を失う。別に、後続データの処理に対して、ReymondとSchuizの特許は、一切の詳細な説明がない。
【００３７】
動態背景光の除去
一般の室内使用環境において、通常背景光源の出所は蛍光灯、及びハロゲンランプ(或いはタングステンフィラメントランプ)である。
図２９、図３０は、通常の蛍光灯、及びハロゲンランプの発光スペクトラムを示す。基本的に、これら光源は光感知アレー端結像信号の不安定、被覆蓋、飽和の現象を引き起こす。よって、この現象を環境光干渉現象と総称する。それは光感知アレー上において、環境光干渉ノイズを引き起こす。環境光干渉ノイズに対しては、公知の簡単なしきい値比較法は完全に効力を失い、正確な結像信号を取得することはできない。
【００３８】
以下に環境光干渉ノイズ除去の方法について記載する。
時間tkにおいて、一次元光感知アレー計測により取得した結像信号I(χ,tk)は点光源の結像信号S(χ,tk)と環境光干渉ノイズ信号N(χ,tk)が重なり構成する。式は以下の通りである。
2009037620.tif 000012
(6)
2009037620.tif 000013
(7)
2009037620.tif 000014
(8)
内、S(χ,tk)は数個の点光源により構成する有効結像信号で、Mは該一次元光感知アレーの総画素で、その値は2a (例えば、a=10,M=210=1024)で、χmは第m個の画素の位置である。
【００３９】
一般に、環境光干渉ノイズ信号N(χ,tk)のほとんどは、室内環境中で使用するライト、及びライトが他の器物に反射した光で、一部は光感知アレー自身の暗電流、及び回路上の他の電子ノイズである。
(1)ライトが使用する電源は交流電源で、その発光強度は当然交流の特性を備え、(2)使用者は隨時ライトの強度を調整し、さらにはライトを切り替える可能性があり、(3)ライトの位置は光感知アレーと同じ高さで、しかも使用者の背後に設置する時、使用者の身体運動はライトが発する光と直接干渉等の現象を生じる恐れがある。
よって、時間上、環境光干渉ノイズ信号N(χ,tk)は安定した定数ではなく、時間に従い変化する関数である。特に(3)の干渉は、さらに重大にN(χ,tk)の安定性に影響を及ぼす。これこそが、公知のしきい値比較法が効力を失う原因である。
よって、これら干渉を時間性環境光干渉信号と定義する。
別に、ライト及びそのシェードは特殊な幾何構造を備える可能性があり、さらには環境中に高反射の器物(鏡面、衣服上の金属ボタン等)が存在する可能性もある。これら幾何構造を備える光源は、一次元レンズの結像を経ると、その結像信号の特徴と大きさは、点光源の結像信号と類似する可能性があり、さらに悪いことには、これら干渉信号と点光源の結像信号はオーバーラップし得ることである。これも公知のしきい値比較法が効力を失うもう一つの原因である。
よって、このタイプの干渉を空間性環境光干渉信号と定義する。ここでは、時間性と空間性を備える環境光を動態背景光と総称し、それは光感知アレーにおける結像信号で、動態背景光信号と呼ばれる。
以下に、即時時間性環境光干渉信号除去法とフーリエ信号処理(すなわち空間性環境光干渉信号除去法)の方法を提出し、さらにしきい値比較法、或いは波形探知法を組合せ、動態背景光の干渉問題を効果的に解決し、点光源の有効結像信号を解析する。
以下では、上記即時時間性環境光干渉信号除去法とフーリエ信号処理法を、動態背景光信号除去法と総称する。
【００４０】
(1)即時時間性環境光干渉信号除去法
光感知アレーは光感応に対して線性重ね合わせ(Linear Superposition)の特性を備え、しかも一次元光学レンズは直線結像の特徴を備えるため、図２７〜図２８に示すように、もう一つの一次元光感知アレー13を利用し、同時に動態背景光信号N′(χ,tk)を取得後、式(6)の原信号I(χ,tk)からN′(χ,tk)を除去し、以下を得ることができる。
2009037620.tif 000015
(9)
式(6)を式(9)に代入し、以下を得ることができる。
2009037620.tif 000016
(10)
内、
2009037620.tif 000017
(11)
である。
ここでは、ハードウエアの方式を通して、もう一つの一次元光感知アレー13を利用し、N′(χm,tk)信号を取得する。以下、ノイズ用一次元光感知アレー13と呼称し、元の一次元光感知アレー12を計測用一次元光感知アレー12と呼称する。
該ノイズ用一次元光感知アレー13の上には、適当な光学ろ過器(図示なし)を設置し、すべての点光源をろ過しなければならないが、環境光は通過させる。その設置の位置は、計測用一次元光感知アレーにできるだけ接近し、しかも平行でなければならない。別に、ノイズ用一次元光感知アレー13結像信号の走査読み取りは該計測用一次元光感知アレー12結像信号の走査読み取りと同期で、該ノイズ用一次元光感知アレー13の信号読み取り電子回路上において、電子アンプを通して、動態背景光の信号を適当に拡大し、ΔN(χ,tk)を得る。
2009037620.tif 000018
(12)
よって、式(10)は以下のようになる。
2009037620.tif 000019
(13)
内、DCは直流に近似した低周波信号で、δn(χ,tk)はより高い周波数を備えた幾何構造の空間性環境光干渉信号である。別に、点光源の発光強度を適当に拡大し、これにより該点光源の結像信号は以下の条件を満たす。
2009037620.tif 000020
(14)
【００４１】
さらにしきい値比較法を組合せ、有効結像信号S(χ,tk)を得ることができる。いわゆるしきい値比較法とは、式(13)中のDC及びδn(χ,tk)値に対して、該DC+δn(χ,tk)値より大きい適当な値を設定し、さらに比較の方法を利用し、有効結像信号S(χ,tk)を探し出すものである。別に、強度変調中で使用する点光源に対して、波形探知法(Method of Profile Detection)を通して、有効結像信号S(χ,tk)を取得する。いわゆる波形探知法とは、点光源結像波形の特徴を通して、S(χ,tk)を取得するものである。環境干渉の背景光源に比べ、本発明中で使用する点光源の単位面積の発光強度は背景光源よりはるかに大きく、しかもその発光面積は背景光源より極めて小さいため、その結像信号の波形は鋭鋒(sharp peak)の特徴を備える。すなわち、背景光源の結像信号に比べ、本発明点光源の結像信号の分布の標準差σは、20〜30μm等の相対的に小さい値を備え、中心の強度I0は相対的に大きい値を備える。この他、有効結像信号中においてその波形変化の勾配は相対的に大きい値を備える。よって、分布の標準差σ、中心の強度I0、及び波形変化勾配等特徴に基づき、点光源有効結像信号S(χ,tk)を探し出すことができる。
【００４２】
通常、点光源は一般の電池をその電源として使用する。前記のように、点光源の発光強度を高め、S/N比を高めると、電池の消耗電力も増加し、電池の使用可能時間を短縮してしまう。よって、点光源発光強度を高めずに、さらに信号処理の方法を通して、ΔN(χ,tk)を消去しなければ、S/N比を高める目的を達成することはできない。
(2)空間性環境光干渉信号除去法(フーリエ信号処理法)
公知のフーリエ光学の目的は、空間域(Spatial Domain)中の幾何信号に対して、必要のない幾何構造、或いはノイズをろ過除去し、必要な幾何構造を取得するものである。その基本的な方法は周波数域(Frequency Domain)中において、除去しようとする幾何構造、或いはノイズが備える特徴周波数に対して、ろ過の動作を行い、フーリエ光学の目的を達成する。よって、フーリエ光学の技術を利用し、ΔN(χ,tk)を消去可能で、より高いS/N比を得ることができる。式(10)に対して、フーリエ転換を行い以下を得ることができる。
2009037620.tif 000021
(15)
内、
2009037620.tif 000022
(16)
2009037620.tif 000023
(17)
である。
【００４３】
前記フーリエの方法は、周波数域中において、バンドパスフィルタリング函数BPF(ωn)の処理を加え、DC信号が発生する低周波数とδn(χ,tk)信号が発生する高周波数に対して、フィルタリングの動作を行った後、さらに逆フーリエの演算を行い、クリアで、しかも原点光源に近似した結像信号を得ることができる。よって、式(15)に対してバンドパスフィルタリング、及び逆フーリエの演算を行い、以下を得ることができる。
2009037620.tif 000024
(18)
式(18)を単純化し以下の通り表示する。
2009037620.tif 000025
(19)
内、
2009037620.tif 000026
(20)
2009037620.tif 000027
(21)
で、バンドパスフィルタリング函数BPF(ωn)は以下のようになる。
2009037620.tif 000028
(22)
すなわち、周波数域中において、周波数がωLより低い周波係数、及び周波数がωHより高い高周波係数をフィルタリングし、こうしてΔN(ωn,tk)が備える大部分の周波数をフィルタリングし、他の係数には実数Aの値を掛ける。A＞1.0である時、元の点光源の結像信号S′(χm,tk)を拡大可能で、δ′n(χm,tk) ≪ S′(χm,tk)を得ることができ、すなわちより高いS/N比を取得することができる。よって、 
2009037620.tif 000029
(23)
である。
最後に、さらにしきい値比較法、或いは波形探知法に対応し、有効結像信号S(χ,tk)を取得する。前記の動態背景光除去法は主に、別のノイズ用光感知アレーを使用し、動態背景光を取得する。しかし、この方法はハードウエアのコストと複雑さを増加させてしまう。
【００４４】
以下に、さらに別のソフトウエア方式による近似即時時間性環境光干渉信号除去法を提出する。
(3)近似即時時間性環境光干渉信号除去法
いわゆる近似即時時間性環境光干渉信号除去法は、別のノイズ用一次元光感知アレー使用を増やさない前提において、ソフトウエアの方式だけを利用し、時間性環境光干渉信号除去の目的を達成する方法である。前記のように、時間性の環境光干渉は、使用者身体の運動とライトが直接干渉を発生する時、背景光信号の大幅変形と揺れを招き、ひどい場合には、点光源信号の正確取得に影響を及ぼす。既存の一次元光感知アレー走査取得の速度(10-3sec/scan等)に比べ、使用者身体運動の速度はゆっくりである。よって、連続二回走査取得した結像信号I(χ,tk)、I(χ,tk-1)に対して、
2009037620.tif 000030
(24)
2009037620.tif 000031
(25)
である。
内、含まれる動態背景光信号N(χ,tk)、N(χ,tk-1)の時間Δt=tk-tk-1上の変化量は点光源結像信号S(χ,tk)より小さい。よって、式(25)から式(24)を減じ、以下を得ることができる。
2009037620.tif 000032
(26)
2009037620.tif 000033
(27)
2009037620.tif 000034
(28)
内、
2009037620.tif 000035
(29)
2009037620.tif 000036
(30)
式(29)の中、点光源が移動状態である時、点光源結像信号は
ΔS(χ,tk)=G(μk)-G(μk-1)、点光源が静止状態である時、点光源結像信号はΔS(χ,tk)=0の関係を呈する。
近似即時時間性環境光干渉信号除去法において、式(29)、(30)は点光源結像信号と動態背景光信号の特徴を表現している。点光源が移動の状態にある時、点光源結像信号は二個の異なる位置のガウス信号G(μk)、G(μk-1)相減後の信号を呈する。点光源が静止状態にある時、点光源結像信号はゼロを呈する。
別に、動態背景光信号のδn(χ,tk)は式(12)と相同の特徴を備える。よって、さらに前記のフーリエ信号処理法を利用し、空間性環境光干渉信号δn(χ,tk)を除去することができる。点光源が静止状態にある時、式(29)はフーリエ信号処理を経由後、点光源結像信号はまたゼロの状態を呈し、すなわち元の点光源の結像信号を取得することはできない。この現象に対する解決として、追跡の方法(Tracking)を利用し、前記データに基づき、既存点光源の結像位置を推測取得する。
【００４５】
３．データの処理(空間分解能と平均位置の計算)
Reymondが採用する光学システムの指示図である図３１に示すように、世界座標系O(X,Y,Z)中に三組の一次元光感知アレーS1、S2、S3を設置し、内心点は(-h,0,0)、(0,0,0)、(h,0,0)に設置し、その長軸方向は図示の通りである。
別に、等焦点距離ｆを備える三組の一次元レンズL1、L2、L3を設置し、その光軸はそれぞれZ1、Z2、Z3で、そのフォーカス方向は図示の通りである。点光源ο(χ1,y1,z1)において、そのS1、S2、S3における結像平均位置は、それぞれys1、ys2、ys3である。
別に、該世界座標系O(X,Y,Z)中のZ軸は、この光学システムの視軸である。よって、該点光源ο (χ1,y1,z1)の空間位置は、以下の定位計算公式により得ることができる(計算の詳細は、前記三件の中華民国の特許を参照)。
2009037620.tif 000037
(31)
2009037620.tif 000038
(32)
2009037620.tif 000039
(33)
内、ｆ、hは既に分かり、ys1、ys2、ys3は測定値である。
この光学システム定位の誤差は、以下の公式により求めることができる。
2009037620.tif 000040
(34)
2009037620.tif 000041
(35)
2009037620.tif 000042
(36)
式(34)〜式(36)が明確に示すように、各方向上での点光源位置の誤差Δχ1、Δy1、Δz1の大きさは光学パラメーターｆ、h、距離z1、及び測定誤差Δys 1、Δys 2、Δys 3により決まる。よって、最小のΔys 1、Δys 2、Δys 3において得られるΔχ1、Δy1、Δz1は、該光学システムの空間分解能と定義することができる。
【００４６】
前記のように、動態背景光干渉がない条件では、点光は一次元光学レンズ作用を経ると、一次元光感知アレー上における、その有効結像信号I(χ)の強度は近似ガウスの分布となる。公式(1)を参照されたし。一次元光感知アレーは、一列の多数の幅と間隙を備え、非連続の感応画素により構成する(図３参照)ため、実際に測定される結像信号I(χ)は以下の通りである。 
2009037620.tif 000043
(37)
内、
2009037620.tif 000044
は第i個感応画素の単位長さ感応平均値で、その値は感応画素の大きいサイズ、光電転換効率、入射光の強度と波長の分布、環境温度等パラメーターと関連がある。Δwは感応画素の平均幅である。もし、最大値
2009037620.tif 000045
を備える位置χi (すなわち、最も明るい感応画素の位置)だけを取り、ys1、ys2、ys3の測定値とするなら、その最小測定誤差Δys1、Δys2、Δys3は単一感応画素の幅Δwである。以下に、実際例により、空間分解能の評価について説明する。
各既に分かっている各パラメーターを以下のように仮定する。
2009037620.tif 000046
2009037620.tif 000047
式(34)〜式(36)を代入し、空間分解能を以下のように得ることができる。
2009037620.tif 000048
【００４７】
最も明るい感応画素位置を結像の位置として利用し、感応画素の平均幅Δwは、空間分解能を決定する。移動量が空間分解能より小さい点光源の移動は、図３２に示す(上図は移動前の結像信号、下図は移動後の結像信号)。一次元光感知アレー上において、その結像信号の移動量は感応画素の幅Δwより小さい。よって、最も明るい感応画素の位置は不変で、最終的に空間分解能より小さい移動を解析不能としてしまう。よって、結像信号の画素間における微量変化に対して、Guassian Fitting、或いは以下の統計計算公式を利用し、その平均位置μを取得する必要がある。
2009037620.tif 000049
(38)
内、Mは一次元光感知アレー上の感応総画素である。一般に、ADC(Analogue to Digital Converter)により、感応画素のアナログ電圧値
2009037620.tif 000050
を転換後、デジタルの値を得ることができる。十ビット(bit)のADCを使用すれば、インプットされたアナログ電圧値に対して、1024階調の微量変化を簡単に識別することができる。よって、上記二種の平均位置μを計算する方法を利用し、三次元位置測定の解析度をミクロン(μm)レベルまで高めることができる。もしさらに測定の距離(即Z1)を低下させるなら、その解析度はナノ(nm)レベルまで高められる。よって、本発明は非接触式超精密測定器定位に応用することができる。
【００４８】
４．システム構造の拡張(死角補償、視野角拡大、視軸追跡)
周知のように、あらゆる光学システムには有限視野角と死角の現象があり、一次元光学定位システムにおいても同様の問題がある。しかし前記内外の特許には、具体的な解決法は一切提示されていない。
図３３に示すように、一次元光学定位システム50において、その最大視野角51は、点光源52の活動可能範囲(以下の説明では、一次元によってのみ、水平視野角を例とする)を制限している。
死角発生と解決の指示図である図３４に示すように、点光源52が障害物53(使用者の身体等)により遮蔽されると、空間中の適当な位置に、別の一個或いは多数の一次元光学定位システム50'を増設し、死角の問題を補償する。
視野角拡大方法の指示図である図３５に示すように、空間中の適当な位置に、別の一個或いは多数の一次元光学定位システム50'を増設し、視野角51'を拡大する。
視軸追跡方法の指示図である図３６に示すように、点光源52'が元の可視野角51範囲の外に移動すると、一次元光学定位システム50は、点光源52の移動変化の予測に基づき、自身の視軸54を適当な角度54'まで回転させ、これにより点光源52'は視野角51'範囲内に存在することとなる。
よって、図３４〜図３６に示す死角補償、視野角拡大、視軸追跡の目的を達成するためには、図３７に示すように、該一次元光学定位システム50は、視軸回転と被定位可能な機能を具備する必要がある。該視軸回転の機能は、一般の回転機構、モーター、角度測定等公知の技術により、視軸54に対して、水平回転(Y軸に対する回転で、その角度はΘにより示す)と垂直回転(X軸に対する回転で、その角度はΦにより示す)の効果を達成する。該被定位可能な機能は、該一次元光学定位システム50機構外殼上に固定する数個の点光源55(以下、定位導光源を略称)により、多数の一次元光学定位システム50は相互間の定位を行う。すなわち、死角補償、視野角を拡大する時、任意の空間位置に、多数の一次元光学定位システム50を置く必要がある時には、該定位導光源55を計測することにより、該多数の一次元光学定位システム50に対して位置と視軸角度定位の目的を達成することができる。
【００４９】
５．システム応用の拡張
(1)バーチャル入力装置の応用
本発明中のいわゆるバーチャル入力装置とは、公知のコンピュータ、PDA、手携帯電話端末、ゲーム機、テレビに対して、マウス、キーボード、リモコン、タッチスクリーン等実体の機械装置を使用しない条件下で、装置シミュレートインプットの方法で、完全に或いは一部分実体の入力装置に取って代わる。以下に、上記の実体入力装置について、バーチャルインプットの方法を説明する。
【００５０】
一般のマウス使用の指示図である図３８に示すように、一般のWindows（登録商標）等の作業環境下では、その表示画面上60 (以下、実体操作画面と略称)はマウス61の移動、ボタンをクリック、ボタンを放す、シングルクリック、或いはダブルクリック等機械操作を通して、Windows（登録商標）に対する操作を行う。別に、実体操作画面60上では、マウスのカーソル61'によりマウス61の位置を標示し、対応する。これらマウスの操作の、手の動きによりインプットを行う方式については、中華民国特許申請案号：096116210を参照されたし。該特許中では単一の点光源を使用し、マウスの操作をシミュレートする。
【００５１】
いわゆる装置シミュレートインプットの方法は主に、バーチャルの入力装置により、実体の入力装置に対応し、該実体入力装置の指の操作動作をシミュレート、及び認知し、バーチャルインプットの目的を達成する。その方法は主にバーチャル操作画面対応の手順、バーチャル装置幾何構造の定義と操作指対応の手順、操作手の動きの定義と認知の手順を提供する。
以下に、先ず左ボタン、中央ボタン、右ボタン、スクロールボタンを備えるマウス、しかも三本の指先を使用し操作するマウスを例とし、該装置シミュレートインプット法について説明する。その後、さらにその他実体入力装置について、補充説明を行う。
【００５２】
図３９はマウスシミュレートインプット法の指示図である。
バーチャル操作画面対応の手順
実際L(長)xH(幅)サイズを備える実体操作画面60に対して、空間中の任意の位置において、L'xH'を備えるバーチャル操作画面60'を定義し、該バーチャル操作画面60'は該実体操作画面60に対して空間の対応を行う。その幾何対応の関係は一対一で、しかも等比の関係で、すなわちL′=m×L、H′=n×Hである。内、m、nは1以上で、1に等しく、或いは1以下の実数である。よって、指上の点光源を該バーチャル操作画面60'上に移動させさえすれば、実体操作画面60上において、一対一の対応を見つけることができる。別に、該バーチャル操作画面60'は空気中、或いは任意の固定面上(デスク面、或いは壁面等、指先の操作に便利な場所)に設置することができる。
【００５３】
バーチャル装置幾何構造の定義と操作指対応の手順
次に、バーチャル装置幾何の構造を定義する。すなわち、該バーチャル装置幾何上のファンクションキーに対して、その物理位置、大きさとファンクションキーの物理動作を定義し、及び指とファンクションキー間の対応関係を定義する。該バーチャル装置上のファンクションキーの物理位置、大きさとファンクションキーの物理動作により、指とファンクションキー間の物理相互作用の関係、つまり指がファンクションキー上にあり、ボタンを押す操作を行っているかどうかを判別する。
該指とファンクションキー間の対応は指が操作しようとするファンクションキーを定義する。例えば、右手の人差し指62が左ボタン62'に対応し、右手の中指63が中央ボタン及びスクロールボタン63’に対応し、右手の薬指64が右ボタン64'に対応する。よって、実際のバーチャルインプット操作中では、使用者の手は、実体構造及び大きさが一致するバーチャルマウスを握持するのと同様に、該バーチャルマウスをバーチャル操作画面60'上で操作する。
さらに、該指とファンクションキーの対応は、使用者の習慣に応じて変更することができる。
また、指とファンクションキーの対応関係も、一対多数の対応関係が可能で、同一の指により多数のファンクションキーを操作することができる。
【００５４】
操作手の動きの定義と認知の手順
装置シミュレートインプット法により、マウス移動、ボタンを押す、ボタンを放す、シングルクリック、或いはダブルクリック等操作する手の動きとする、その基本の方法は、例えば中華民国特許申請案号：096116210では、多数の連続発生の手の動きユニットにより、人差し指62、中指63、薬指64の手の動きをそれ定義する。
該手の動きユニットは一時停止の状態一、特殊運動の状態二、及びもう一つの一時停止の状態三等の三個の連続発生的な物理状態により構成する。
例えば、左ボタンを押す手の動きは、人差し指62の一時停止の状態一、上から下へ短直線に近似する運動の状態二、及び一時停止の状態三の三個の連続発生的な物理状態により構成すると定義される。左ボタンを放す手の動きは、人差し指62の一時停止の状態一、下から上へ短直線に近似する運動の状態二、及び一時停止の状態三の三個の連続発生的な物理状態により構成すると定義される。左ボタンを一回クリックする手の動きは、人差し指62の連続して左ボタンを押す手の動き、左ボタンを放す手の動きにより構成すると定義される。左ボタンをダブルクリックする手の動きは、人差し指62の連続二回左ボタンをクリックする手の動きにより構成すると定義される。別に、中、右ボタン操作の手の動きの定義は、左ボタンと相同である。
スクロールボタンを転がす手の動きは、中指63の一時停止の状態一、前方へ或いは後方への短直線に近似する運動の状態二、及び一時停止の状態三の三個の連続発生的な物理状態により構成すると定義する。カーソル61′の位置は、三本の指先の運動状態が相対静止時に群中心座標(後述を参照)にあると定義される。
以上マウス操作の手の動き定義は、2Dマウス操作のシミュレートで、一般使用者の習慣に合っているが、いわゆる広義の手の動きについては、中華民国特許申請案号：096116210に基づき、別に定義する。
【００５５】
リモコンシミュレートインプットの指示図である図４０に示すように、リモコンの操作は簡単で、普通は一個のボタンを単一の指を用いて操作可能で、マウス動作に類似の操作を行う。
よって、リモコンに対しては、バーチャル操作画面60'だけを提供し、バーチャル装置幾何構造の定義75を行うだけで良い。こうして単一の指74によりすべてのファンクションキーに対応し、実体操作画面60上にリモコンの輔助グラフィック影像76を表示し、単一の指カーソル74'に対応する輔助を通して、指74をファンクションキー上へと移動させ、ボタンを押す、ボタンを放す動作を行い、バーチャルリモコンインプットの目的を達成することができる。
別に、該バーチャル装置幾何構造75は、視覚上において、既存のバーチャルリアリティの技術により、バーチャルの立体影像を提供し、該単一の指74に該バーチャル立体装置幾何構造75を直接操作させることができる。
また、該単一の指74を立体バーチャル化し、バーチャル立体指により、該バーチャル立体装置幾何構造75を操作し、バーチャル操作の利便性を向上させることができる。
【００５６】
図４１は、タッチスクリーンシミュレートインプットの指示図である。
実体タッチスクリーンの操作は、一般的には極く単純で、すなわち実体操作画面60上において単一の指を用い、マウス動作に類似の操作を行う。よって、タッチスクリーンシミュレートインプットの方法は、バーチャル操作画面60'を定義し、及び単一の指74を用い、単一の指カーソル74’に対応する輔助を通すだけで、実体操作画面60に対して、シミュレートインプットの操作を行うことができる。
また、該バーチャル操作画面60'に対して、視覚上において、既存のバーチャルリアリティの技術により、バーチャルの立体影像を提供し、該単一の指74に該バーチャル立体操作画面60を直接操作させることができる。
また、該単一の指74を立体バーチャル化し、バーチャル立体指により、該バーチャル立体操作画面60'を操作し、バーチャル操作の利便性を向上させることができる。
【００５７】
図４２は、キーボードシミュレートインプットの指示図である。
一般のキーボードのボタン数は多く、しかも数個を同時に押す操作があるが、その装置シミュレートインプットの方法は、基本的にはリモコンの操作に類似しており、バーチャル操作画面60'を提供し、バーチャル装置幾何構造の定義80を行うだけで良い。さらに数個(三個等)の単一の指74はすべてのファンクションキーに対応し、及び実体操作画面60上にキーボードの輔助グラフィック影像85を表示し、多数のカーソル74'の輔助を通して、該カーソル74'はそれぞれ操作の指74に対応し、指74をファンクションキー上に移動させることができる。こうしてボタンを押す、ボタンを放す動作を行い、キーボードバーチャルインプットの目的を達成する。
また、前記のように、バーチャル操作画面60'を、固定実物面上(デスク面等)に定義し、該実物面上にキーボードの印刷物(キーボードを印刷した紙)を置けば、該輔助グラフィック影像85は不要となる。こうして使用者は実体キーボード操作の方式により近付き、バーチャルキーボードインプットの目的を達成することができる。
さらに、該バーチャル装置幾何構造80に対して、視覚上において、既存のバーチャルリアリティの技術により、バーチャルの立体影像を提供し、該単一の指74に該バーチャル立体装置幾何構造80を直接操作させることができる。
また、該単一の指74を立体バーチャル化し、バーチャル立体指により、該バーチャル立体装置幾何構造80を操作し、バーチャル操作の利便性を向上させることができる。
【００５８】
(2) シミュレーターの応用
以上、バーチャルインプットの応用について説明した。前記のように、本発明中の一次元光学定位器は多数の点光源の定位計測に対して、高演算速度、高空間分解能、低製造コストの特徴を備える他に、同時に多数組の一次元光学定位器を使用し、点光源に対する測定範囲を拡大し、及び死角の補償を行うことができる。よって、これら特性を利用し、本発明をシミュレーターの領域に応用することができる。
【００５９】
その方法は、以下の通りである。
適当な個数、及び固定の方法により、本発明中で使用する多数の点光源(三個等)を実体のラケット状物(テニス、バドミントン、卓球、ラケットボール等用のラケット等)、実体の棒状物(野球、ソフトボール等用の棒状物)、実体のスティック状物(ゴルフ、ホッケー、ビリヤード、ダーツ、フェンシング等用のスティック状物等)、実体のグローブ状物(野球、ソフトボール、ボクシング等用のグローブ等)、実体の球状物(野球、ソフトボール、バスケットボール、サッカー、バレーボール、ボーリング等用のボール等)、実体の玩具(おもちゃのピストル等遊戯用玩具等)、実体のラジコン玩具(ラジコンカー、ラジコン飛行機、ラジコンヘリコプター等ラジコン玩具等)、実体のリモコン(家庭用ゲーム機のリモコン等)等器物の上に装置する。
本発明の一次元光学定位器を利用し、該器物上に装置する多数の点光源に対して、即時定位測定を行い、該器物の運動軌跡、及び運動物理量を算出することができる。
さらに、バーチャルリアリティの技術を通して、バーチャル空間中において、バーチャルの器物を定義し、これにより該実体の器物(前記のラケット等)の運動状態に直接対応し、物理法則に基づき、該バーチャル器物と該バーチャル空間内の他のバーチャル器物(ボール等)に生き生きと、しかも自然な相互作用(ボールを打つ等)を行わせ、各運動、射撃、運転、飛行等シミュレートの目的を達成する。
【００６０】
第一実施例
本発明第一実施例構成の指示図である図４３に示すように、本発明第一実施例の装置100は主に、点光源の唯一性に対して、強度変調、或いは幾何変調の方法を利用し、多数の点光源に対して、三次元運動の計測及び分析を行い、バーチャルインプットとシミュレーターの目的を達成する。
主に、多数の唯一性を備える点光源110、多数組の視軸追跡を備える一次元光学定位器130、及び制御解析の手順190により構成する。該多数の唯一性を備える点光源110の各点光源111は同時にしかも連続発光の方式で、それぞれ唯一の光学特性を備え、しかも点状に近似した発散光源112を発射する。該多数組の視軸追跡を備える一次元光学定位器130の各組視軸追跡を備える一次元光学定位器131は主に、同期始動信号150を受信し、及び同時に該すべての多数の点光源の発散光源112を受け取った後、すべての点光源111に対して、三次元定位の計測を行い、一組の物理量150をアウトプットする。
また、該各組視軸追跡を備える一次元光学定位器131は、視軸追跡と定位の機能も備え、該多数の点光源の群中心座標を自動追跡可能で、該多数の点光源中の任意の点光源の座標を追跡することができ(後述参照)、自身の視軸角度150をアウトプットし、視軸追跡の目的を達成し、また視軸角度を受け取り、視軸定位の目的を達成する。
【００６１】
該制御解析の手順190はソフトウエアの手順で、すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器131に連結及び制御し、主に同期始動信号150をアウトプットし、すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器130を同期起動する。これにより三次元定位の計測を同期執行し、また一組の視軸角度150をアウトプット可能で、該すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器に対して、視軸角度定位の目的を達成する。並びに、該すべての物理量、及び視軸角度150を受け取った後、実体入力装置のインプットをシミュレート可能で、バーチャルインプットの目的を達成し、実体器物の運動をシミュレートし、シミュレーターのシミュレートの目的を達成する。
【００６２】
多数の唯一性を備える点光源構成の指示図である図４４に示すように、該多数の唯一性を備える点光源110の各点光源111は、相同の発光半径を備えるが、その発光強度は異なる。すなわち各点光源光強度の唯一性を備え、しかもすべての点光源は同時にしかも連続発光する。後述の説明の便のため、各点光源に唯一のシリアルナンバー#kを付与する。
多数の唯一性を備える点光源の別種構成の指示図である図４５に示すように、該多数の唯一性を備える点光源110の各点光源111は、異なる発光半径を備えるが、発光強度は相同である。つまり、各点光源は幾何大きさの唯一性を備え、しかもすべての点光源は同時にしかも連続発光する。後述の説明の便のため、各点光源に唯一のシリアルナンバー#kを付与する。
単一の点光源構成の指示図である図４６に示すように、該点光源111は光散乱体113、発光源116、電子制御回路117、電池118、点光源装置機構119、及び点光源装置固定機構120により構成しする。
該光散乱体113は入射光を角度上において均一に発散させる物体で、該発光源116は単一の或いは多数の可視光、或いは非可視光を発射可能なLED及び半導体レーザーにより構成する。
該電子制御回路117は電源スイッチ及び定電流源を含む回路で、電源スイッチ機能を備える他に、一定の電流源を提供し、これにより該発光源116は特定のしかも輝度が安定した光源を発射することができる。
該点光源装置機構119は機械機構で、該光散乱体113、該発光源116、該電子制御回路117、該電池118に装置固定することができる。
【００６３】
該点光源装置固定機構120は該点光源装置機構119を図４８〜図５７に示す器物の上に固定する。
これら器物は手の指、額、或いは足の甲の上(図４８参照)、またはテニス、バドミントン、卓球、ラケットボール等用のラケット状物(図４９参照)、または野球、ソフトボール等用の棒状物(図５０参照)、またはゴルフ、ホッケー、ビリヤード、刀、剣、ダーツ等用のスティック状物(図５１参照)、または野球、ソフトボール、ボクシング等用のグローブ状物(図５２参照)、または野球、ソフトボール、バスケットボール、サッカー、バレーボール、ボーリング等用の球状物(図５３参照)、またはおもちゃのピストル等遊戲用玩具(図５４参照)、またはラジコンカー、ラジコン飛行機、ラジコンヘリコプター等ラジコン玩具等(図５５参照)、またはコンピュータのコントロールスティック(図５６参照)、家庭用ゲーム機のコントローラー(図５７参照)である。
【００６４】
該光散乱体構成の指示図である図４７に示すように、該光散乱体113は透明の導光体123、散乱体124により構成する。
該透明の導光体123は任意の形状で、球状物が最適で、その構成材料は任意の透明材料で、ガラス、或いはプラスチック等の透明材料が最適である。
該散乱体124は該透明導光体123内に装置し、ランダム分布の光反射粉状物、またはランダム分布の透明粉状物、またはランダム分布の微細空気泡、またはより小さい透明球状物が最適である。
該散乱体124が備える屈折率は、該透明導光体123の屈折率より小さい。該透明の導光体123の適当な位置には、適当な大きさと形状の光入射口115を設置し、最適な角度で、該発光源116が発射する光源を導入することができる。
【００６５】
単一組の視軸追跡を備える一次元光学定位器構成の指示図である図５８に示すように、該単一組の視軸追跡を備える一次元光学定位器131は多数の一次元位置探知器132、定位計算制御マイクロプロセッサー145、信号伝送インターフェース146、一組の定位導光源160、一次元光学定位器固定機構170、及び二軸角度制御装置180により構成する。後述の説明の便のため、単一組の一次元光学定位器131は唯一のシリアルナンバー#iを備え、しかも単一の一次元位置探知器133は唯一のシリアルナンバー#jを備える。
【００６６】
該各一次元位置探知器133(#j)は同時に該すべての点光源111(#k)の発散光源112を受け取り、及び同期走査信号SYNCを受け取り後、すべての点光源結像平均位置139(その値はμijkにより示す)を計算及びアウトプットする。
より明確に定義すれば、該点光源結像平均位置139(μijk)はすべての点光源111(#k)が該一組の一次元光学定位器131(#i)中の一次元位置探知器133(#j)に対して、発生する結像平均位置μijkである。
該定位計算制御マイクロプロセッサー145は定位計算制御の手順を含み、すべての該一次元位置探知器133(#j)、及び該二軸角度制御装置180に連結及び制御する。該定位計算制御の手順は主に、該信号伝送インターフェース146を通して、該制御解析の手順190がアウトプットする同期始動信号ENABLEを受け取り後、周期性の同期走査信号SYNCをアウトプットし、すべての点光源結像平均位置139(μijk)を取得後、すべての点光源111(#k)の物理量Pi、群物理量
2009037620.tif 000051
、相対物理量Ri、及びその他物理量Fiを計算、及びアウトプットする。
また、該定位計算制御マイクロプロセッサー145の定位計算制御の手順は、自身の視軸角度(Θi,Φi)を改変する能力を備え、すなわち新視軸角度(Θi,Φi)を受け取り、或いは物理量Piに基づき、或いは群物理量
2009037620.tif 000052
に基づき、新視軸角度(Θi,Φi)を計算、並びにアウトプット後、さらに角度駆動制御信号(Θia,Φia)を計算、及びアウトプットする。同時に角度電気信号(Θis,Φis)受信を利用し、角度フィードバックの制御を行い、視軸追跡と精確定位の目的を達成する。
よって、外部発生の新視軸角度(Θi,Φi)を受け取ることで、視軸角度を改変し、すなわち視軸定位の機能である。また群物理量
2009037620.tif 000053
が発生する新視軸角度(Θi,Φi)を利用し、視軸角度を改変し、すなわち視軸追跡の機能である。
上記のように、各点光源111(#k)の物理量Piは該点光源111(#k)の三次元位置座標(χik,yik,zik)、移動量(Δχik,Δyik,Δzik)、速度(νxik,νyik,νzik)、加速度(a xik,a yik,azik)等物理量を含み、群物理量
2009037620.tif 000054
は群中心座標
2009037620.tif 000055
、
群平均移動量
2009037620.tif 000056
、
群平均速度
2009037620.tif 000057
、
群平均加速度
2009037620.tif 000058
を含む。その定義は以下の通りである。
群中心座標     
2009037620.tif 000059
(39)
群平均移動量   
2009037620.tif 000060
(40)
群平均速度      
2009037620.tif 000061
(41)
群平均加速度   
2009037620.tif 000062
(42)
内、Nはすべての点光源の個数である。
【００６７】
別に、各点光源111(#k)の物理量Piと群物理量
2009037620.tif 000063
に基づき、相対位置、相対速度、相対加速度、相対角度、相対角速度、相対角加速度、点光源相互間により構成する平面ノーマルベクトル等の各点光源の間、或いは各点光源対群中心座標の相対物理量Riを算出することができる。もし、各点光源に質量を付与するなら、出力、トルク、求心力、遠心力、運動量、運動エネルギー等他の物理量Fiを計算することができる。
該信号伝送インターフェース146は有線、或いは無線の伝送装置で、該定位計算制御マイクロプロセッサー145と該制御解析手順190に連結し、Pi、
2009037620.tif 000064
、
Ri、Fi等物理量、視軸角度(Θi,Φi)及び同期始動信号Enableの伝送を行う。
該一組の定位導光源160は多数の点光源により構成し、該一次元光学定位器固定機構170上の既に分かっている位置に装置しかも固定し、該一組の一次元光学定位器131(#i)空間位置及び視軸角度定位に用いる。
【００６８】
図５９に示すように、各組一次元光学定位器131(#i)に対して、その機構内の適当な位置には、該定位器の参考座標系
2009037620.tif 000065
を虚設し、該座標系原点の座標を(Xi0,Yi0,Zi0)とする。内、
2009037620.tif 000066
軸は視軸である。該一組の定位導光源160は該一次元光学定位器固定機構170上の既に分かっている位置に装置固定するため、該一組の定位導光源160の位置座標を測定し、該原点の位置座標(Xi0,Yi0,Zi0)、及び視軸の角度(Θi,Φi)を算出することができる。 
【００６９】
図６０に示すように、同時に多数の一次元光学定位器131(#0、#1、#2等)を使用する時、実際操作の前に、該制御解析手順190では、先ず内一組の一次元光学定位器131(#0)を選定し、主定位器と定義する必要があり、
2009037620.tif 000067
をその世界座標系とし、その原点は(0,0,0)である。他の一次元光学定位器131(#1、#2)は従定位器と定義する。
この後、該主定位器131(#0)により、その他従定位器131(#1、#2)の定位導光源160に対して定位計測を行い、その従定位器131(#1、#2)座標系原点の座標(X10，Y10，Z10)、(X20，Y20，Z20)及び視軸の角度(Θ1,Φ1)、(Θ2,Φ2)を算出する。
【００７０】
図５８に示すように、該二軸角度制御装置180は主に二個のアクチュエーター181(Actuator)、二個の角度測定器182(Angular Sensor)、及び二軸回転機構(図示なし)により構成する。
該二軸角度制御装置180は該角度駆動制御信号(Θia,Φia)を受信後、該角度駆動制御信号(Θia,Φia)の量に基づき、該二個のアクチュエーター181を駆動し、該二軸回転機構、及び該二個の角度測定器182を連動し回転させる。
該二個の角度測定器182は実際の回転角度の量に基づき、二個の角度電気信号(Θis,Φis)をフィードバックアウトプットし、これにより二軸角度定位制御を行い、該二軸回転機構は該一次元光学定位器131(#i)固定機構170を転動させ、これにより該一次元光学定位器視軸の角度(Θi,Φi)を改変する。
【００７１】
図５８に示すように、該一次元光学定位器固定機構170は機械機構で、該多数の一次元位置探知器132、該定位計算制御マイクロプロセッサー145、該信号伝送インターフェース146、及び該一組の定位導光源160を装置固定し、該二軸角度制御装置180中の二軸回転機構に連結可能で、二軸回転の目的を達成する。
【００７２】
図６１は該一次元位置探知器133(#j)構成の指示図である。
該一次元位置探知器133(#j)は主に一次元光学パーツユニット134、一次元光感知器135、信号処理マイクロプロセッサー回路136、及び一次元位置探知器装置機構137により構成する。
該一次元光学パーツユニット134はフィルター、線状絞り、及び一次元光学レンズ等により構成し(図示なし)、該点状の光源112を線状に結像させる。
該一次元光感知器135は一次元光感知アレー、走査読み取り電子回線及びアナログデジタル転換器(ADC)により構成(図示なし)し、走査読み取り電子回線は、受信した走査信号SCANに基づき、順番にしかも連続に、該一次元光感知アレー上の各感応画素(Pixel)の光感応アナログ電圧をアウトプットし、各感応画素(Pixel)の光感応アナログ電圧は、さらに該アナログデジタル転換器(ADC)の作用を経た後、デジタル電圧をアウトプットする。前記のように、該デジタル電圧は結像重ね合わせ信号Iij(χ)で、内、下付き文字のiとjは前記#i,#jのように定義する。
該信号処理マイクロプロセッサー回路136は該一次元光感知器135に連結及び制御し、該同期走査信号SYNCを受信後、信号処理の手順を執行し、これにより走査信号SCANを発生し、並びに該結像重ね合わせ信号Iij(χ)を読み取り、及びすべての点光源の結像平均位置μijkを計算及びアウトプットする。
【００７３】
該信号処理手順は主にデータ同期読み取りの手順、動態背景光信号除去の手順、及び点光源結像信号識別対応の手順により構成する。
該データ同期読み取りの手順は受信した該同期走査信号SYNCのタイミングに基づき、適当な時間後に、走査信号SCANをアウトプットし、該結像重ね合わせ信号Iij(χ)を取得、記録する。該結像重ね合わせ信号はすべての点光源の有効結像信号と動態背景光信号を含む。
該動態背景光信号除去の手順は主に時間性環境光干渉信号除去手順、及び空間性環境光干渉信号除去手順により構成し、該結像重ね合わせ信号Iij(χ)に対して動態背景光除去の処理を行った後、すべての点光源を含む有効結像信号をアウトプットする。
該点光源結像信号識別対応の手順は主に該すべての点光源の有効結像信号に対して、しきい値比較手順或いは波形探知の手順を通して、それぞれ点光源の有効結像信号及びその対応の関係を識別解析する。該波形探知手順は該点光源有効結像信号の分布標準差、中心強度、及び波形変化勾配の特徴に基づき、識別解析及び対応の目的を達成する。別に、幾何変調の点光源使用時には幾何変調の消去法を通してそれぞれ点光源の有効結像信号及びその対応の関係を識別解析する。
該点光源結像平均位置計算の手順は該それぞれ既に識別解析された点光源有効結像信号に対して、最大信号画素位置の解析を行い、またGuassian Fittingの解析を行うことができ、また統計の解析が可能で、以すべての点光源の結像平均位置μijkを計算及びアウトプットする。
別に、該一次元位置探知器装置機構137は機械機構で、該一組の一次元光学パーツユニット134、該一次元光感知器135、及び該信号処理マイクロプロセッサー回路136を装置固定し、該一次元光学定位器固定機構170内に装置固定する。
【００７４】
図６２〜図６６は、該一次元光学定位器固定機構170、該一次元位置探知器装置機構137、該定位導光源160間の相互連結装置の幾何構造関係の指示図である。
図６２に示すように、該一次元光学定位器固定機構170は三角状の幾何構造で、等辺三角形の構造が最適である。その頂点角位置、或いは三辺の中央位置には、該一次元位置探知器装置機構137をそれぞれ装置する。すなわち該三個の一次元位置探知器133の相対装置位置は、三角形幾何の関係である。該一次元位置探知器133(#j)はその光軸を回転軸とし、任意の角度回転の設定を行うことができる。すなわち該三個の一次元位置探知器133内の一次元光感知アレーの長軸相互間の方向は、任意に角度設定を行うことができる。
別に、多数の点光源により構成する該定位導光源160は、該三角状の一次元光学定位器固定機構170上の任意の位置に装置し、三個の点光源による構成が最適で、三角状の頂点角位置、或いは三辺の中央位置が最適な装置位置である。
別に、該三角状の一次元光学定位器固定機構170の頂点角位置には連結の構造171を装置することができる。該連結の構造171は二個の三角辺を連結或いは取り外す(すなわち、連結しない)機能を備える構造で、該二個の三角辺連結相互間の角度を任意に調整することができ、例えば、三角状の幾何構造は線状の構造に変換される。
【００７５】
図６３は上記例の変化例で、該三角状の一次元光学定位器固定機構170の任意の三辺の中央位置には、さらに連結の機構を増設し、該一次元位置探知器装置機構137を多く装置する。すなわち、一個の一次元位置探知器を増設し、こうして該一次元位置探知器は三角状の中心点に装置される。
図６４は上記例の別の変化例で、三角状の幾何構造を四角状の幾何構造とし、等辺四角形の構造が最適で、それが装置する一次元位置探知器の個数を四個まで増やすことができる。
図６５は上記例の別の変化例で、三角状の幾何構造を五角状の幾何構造とし、等辺五角形の構造が最適で、それが装置する一次元位置探知器の個数を五個まで増やすことができる。
図６６は上記例の別の変化例で、三角状の幾何構造を六角状の幾何構造とし、等辺六角形の構造が最適で、それが装置する一次元位置探知器の個数を六個まで増やすことができる。
当然、このような構造は、より多辺の幾何構造に拡充することができる。
【００７６】
図６７に示すように、該一次元光学定位器固定機構170はノート型コンピュータ、液晶ディスプレー、PDA、携帯電話端末、プラズマディスプレー、テレビ、プロジェクター、光学カメラ、光学ビデオカメラ、光学望遠鏡、自動車、オートバイ等のケース(ノート型コンピュータ、液晶ディスプレーのみ図示する)等の他の公知装置のケースである。
すなわち、本発明中で記載する該多数の一次元位置探知器132、定位計算制御マイクロプロセッサー145、信号伝送インターフェース146、一組の定位導光源160等は上記公知装置のケース上に独立装置可能で、三次元定位測定、バーチャルインプット、或いはシミュレーターの効果を達成することができる。
【００７７】
図６８は制御解析手順構成の指示図である。
該制御解析手順190はソフトウエアの手順で、主に座標系視準同期校正の手順191、インプット装置シミュレートの手順192、及びシミュレーターのシミュレートの手順193により構成する。該制御解析の手順190は、パーソナルコンピュータ、ノート型コンピュータ、PDA、携帯電話端末、ゲーム機の本体、影像信号再生及び転換器材(如DVD、Setup Box、)等その他装置内194に統合装置可能で、該その他装置内194のマイクロプロセッサー等電子システムを利用し、上記三手順を執行することができる。
【００７８】
図６９は、該座標系視準校正手順の指示図である。
該座標系視準校正の手順191は主に視軸リセットの手順、座標系設定と転換の手順、及び同期時間校正の手順により構成し、該すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器、相互間座標転換の関係、及び座標転換により引き起こした測定誤差の補償を確定可能で、同期の時間誤差を修正することができる。
該視軸リセットの手順は、該視軸追跡を備える一次元光学定位器131の該視軸制御手順を通して、すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器131の視軸を、すべて同一個定位点光源111にフォーカス後、その視軸をリセット、すなわち(Θi=0,Φi=0)とする。
該座標系設定と転換の手順は、該すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器中において、主定位器131(#0)と従定位器131(#i)を設定し、該主定位器により、該定位点光源、及び従定位器の定位導光源に対して、定位の計測を行い、または該従定位器により、該定位点光源に対して、定位の計測を行い、該主定位器と各従定位器の相互間の座標転換関係を算出し、及び定位誤差の補償を行う。
該同期時間校正の手順は適当な時間周期で、該同期始動信号ENABLEをアウトプットし、該すべての定位器を校正し、該定位計算制御手順を同期執行する。
【００７９】
図６８に示すように、該インプット装置シミュレート手順192は主にバーチャル操作画面対応の手順、バーチャル装置幾何構造の定義と操作指対応の手順、及び操作手の動きの定義と認知の手順により構成し、実体入力装置に対して該実体入力装置が必要な手の操作動作を認知及びシミュレートすることで、バーチャルインプットの目的を達成する。
該バーチャル操作画面対応の手順は、実際サイズを備える実体操作画面に対して、空間中の任意の位置において、バーチャル操作画面を定義する。該バーチャル操作画面は実体操作画面に対して空間の対応を行い、その幾何対応の関係は一対一の対応関係で、拡大、イコール、或いは縮小の対応関係を備える。
該バーチャル操作画面はバーチャルリアリティの技術を通して、バーチャルな立体影像を発生する。
【００８０】
該バーチャル装置幾何構造の定義と操作指対応の手順はシミュレートしようとする実体入力装置に対して、バーチャル装置の幾何構造、及びファンクションキーの物理位置と大きさ、及びファンクションキーの物理動作を定義し、指とファンクションキーの間を連結し操作対応可能とする。
該バーチャル装置幾何構造、及び該操作する指はバーチャルリアリティの技術を通して、バーチャルな立体影像を発生する。
該操作手の動きの定義と認知の手順は、該バーチャル装置ファンクションキーの物理動作に基づき、指操作動作の物理運動量を定義する。該物理運動量は一連の時間性を備える物理量により構成する物理量集合である。該物理量集合は該すべての点光源の物理量、群物理量、相対物理量、及び他の物理量により構成する。よって、これら事前に定義した物理運動量に基づき、指に装着する点光源に対して即時定位計測及び比較対照分析を行い、こうして該指の手の動きを認知可能で、装置シミュレートインプットの目的を達成する。
【００８１】
図６８に示すように、該シミュレーターのシミュレートの手順193は、他のシミュレーター物上に装置する多数の点光源に対して、即時定位計測を行い、該シミュレーター物の運動軌跡、及び運動物理量を算出する。また、バーチャル影像、物理法則を対応させ、実体のシミュレーター物(ラケット等)と該バーチャル影像(ボール等)に、より生き生きと、しかも自然な相互作用(ボールを打つ等)を行わせ、各運動、射撃、運転、飛行等シミュレートの目的を達成する。
さらに、他の実体器物上に装置する多数の点光源に対して、即時定位計測を行い、該実体器物(ラケット等)の運動軌跡、及び運動物理量を算出することができる。また、バーチャルリアリティの技術を通して、バーチャル空間中において、バーチャルの器物を定義し、該実体器物の運動状態に直接対応することができ、物理衝突の法則に基づき、該バーチャル器物と該バーチャル空間内の他のバーチャル器物(ボール等)に、より生き生きと、しかも自然な相互作用(ボールを打つ等)を行わせ、各運動、射撃、運転、飛行等シミュレートの目的を達成する。
【００８２】
第二実施例
本発明第二実施例構成の指示図である図７０に示すように、本発明第二実施例の装置200は主に点光源の唯一性に対して、波長変調の方法を提供し、第一実施例と相同の構造を備える。以下では、相違点に対してのみ説明する。
本第二実施例200は主に多数の唯一性を備える点光源210、多数組の視軸追跡を備える一次元光学定位器230、及び制御解析の手順290により構成する。図示では、R、G、Bを例とし、該点光源211波長の唯一性を標示する。
本実施例の第一実施例との差異は、主に以下の通りである。
(1)該多数の点光源211はそれぞれ異なる発光波長を備え、しかも同時に連続発光の点光源により構成する(図２１と前記関連の説明を参照)。
(2)該視軸追跡を備える一次元光学定位器231の一次元位置探知器により構成する一次元光感知器(図示なし)は、一個、或いは多数の線性カラー光感知器、或いは一個の二次元カラー光感知器により代用可能である。該一個、或いは多数の線性カラー光感知器、及び二次元カラー光感知器の感応画素上に、光ろ過カラーフィルタを装置し、該異なる波長を備える点光源に対応し、光フィルタリング及び通過の処理を行う。すなわち該光ろ過カラーフィルタは、その対応する点光源の光だけを通過させ、非対応点光源の光をフィルタリングする(図２２、２３、２４と前記関連の説明を参照)。
【００８３】
または点光源の唯一性の特徴により、多数個点光源の構成に対して、多数の点光源は光強度唯一性、幾何大きさ唯一性、波長の唯一性を備える点光源が組み合わさり構成し、言い換えれば、第一実施例と第二実施例を統合した応用である。例えば、三組の点光源中、各点光源組内は多数の点光源により構成し、その点光源唯一性の構成は組を単位とし、それぞれ波長の唯一性（例えばR、G、B波長）を備え、単一の点光源組内の多数の点光源に対して、その点光源唯一性の構成は点光源を単位とし、それぞれ光強度の唯一性、或いは幾何大きさの唯一性を備える。その関連の基本原理や達成効果は前述のように既に掲載され、再び述べる必要はない。
【００８４】
第三実施例
本発明第三実施例構成の指示図である図７１に示すように、本第三実施例は主に点光源の唯一性に対して、時間変調改良の方法を提供し、前記の主従式無線同期法のように、第一実施例と相同の構造を備える。以下では、相違点に対してのみ説明する。
本第三実施例300は主に多数の点光源を備えるモジュール装置311、多数組の視軸追跡を備える一次元光学定位器330、及び制御解析手順390により構成する。明確に図示するため、白色の円で、該点光源312発光時間の唯一性を示す。
本実施例の第一実施例との差異は、主に以下の通りである。
(1)該多数の点光源を備えるモジュール装置311が装置する点光源312は、コードを備えるRF同期信号320を受信後、それぞれ異なる時間点において、時間唯一性を備え、しかも点状に近似した発散光源313を交代に発射する。
(2)該多数組の視軸追跡を備える一次元光学定位器330の各組視軸追跡を備える一次元光学定位器331は主に、該コードを備えるRF同期信号320を発射或いは受信可能で、該点光源の発散光源313を同期受け取り後、すべての点光源312の運動物理量350を計算解析し、アウトプットする。 
【００８５】
単一組の多数の点光源を備えるモジュールの指示図である図７２に示すように、該点光源モジュール311内にはRFレシーバー314、切換器315、及び多数の点光源312を装置する。該RFレシーバー314はRF受信端子、復調器、及びデコーダーにより構成し(図示なし)、該コードを備えるRF同期信号320を受信し、該コードを備えるRF同期信号320内に含まれるコード信号24、及び同期信号25のタイミングを解析する(図１６参照)。該切換器315は、該コード信号24、同期信号25のタイミングに基づき、連続で交代に、しかもそれぞれ該多数の点光源312を点灯し、時間変調の効果を達成する。
単一組の視軸追跡を備える一次元光学定位器構成の指示図である図７３に示すように、第一実施例の構成とは異なり、該一組の視軸追跡を備える一次元光学定位器331中には、RFトランシーバー332を装置し、該コードを備えるRF同期信号320を発射し、或いは受信する。該コードを備えるRF同期信号320は、該定位計算制御マイクロプロセッサー345により発生される。該コード信号は、一組のデジタルコード(binary code)、或いは特定の時間の長さを備えるスクエアウェーブ、或いは特定の個数を備えるパルスにより構成する。もし該一次元光学定位器331を主定位器とするなら、該RFトランシーバー332は該コードを備えるRF同期信号320を発射する。もし該一次元光学定位器331を従定位器とするなら、該RFトランシーバー332は該コードを備えるRF同期信号320を受信後、同期走査信号SYNCを発生し、すべての該一次元位置探知器333を同期駆動し、該唯一点灯される点光源の結像信号を走査し取得する。
【００８６】
第四実施例
本発明第四実施例構成の指示図である図７４に示すように、本第四実施例は第一、二、三実施例を組み合わせ改良した方法である。すなわち光強度、或いは幾何大きさ唯一性、或いは波長の唯一性と時間唯一性の組み合わせ応用で、第一実施例と相同の構造を備える。
以下では、相違点に対してのみ説明する。明確に図示するため、白色円により、該点光源モジュール装置411発光時間の唯一性を示す。
本第四実施例400は主に多数組の多数の点光源を備えるモジュール装置410、多数組の視軸追跡を備える一次元光学定位器430、及び制御解析手順490により構成する。
本実施例の上記実施例との差異は、主に以下の通りである。
(1)該多数組の多数の点光源を備えるモジュール装置410中の各組多数の点光源を備えるモジュール装置411は、RFレシーバー414、切換器(図示なし)、及び多数の点光源412により構成する。該すべての点光源412は、光強度唯一性、或いは幾何大きさ唯一性、或いは波長の唯一性を備える点光源により構成し、RFレシーバー414がコードを備えるRF同期信号420を受信した後、該多数の点光源412は唯一性を備え、しかも点状に近似した発散光源413を同時に発射する。別に、該コードを備えるRF同期信号420は、コード信号、及び同期信号により構成し(図示なし)、該コード信号は各組多数の点光源を備えるモジュール装置411のシリアルナンバーを定義し、該同期信号は該多数の点光源412の発光時間を定義する。すなわち各点光源モジュール装置411は、時間の唯一性を備える。よって、該RFレシーバー414を通して、該コード信号、及び該同期信号を解析し、異なる時間により、該各組多数の点光源を備えるモジュール装置411の発光の時間を交代で制御する。
(2)該多数組の視軸追跡を備える一次元光学定位器430の各組視軸追跡を備える一次元光学定位器431は主に、該コードを備えるRF同期信号420を発射或いは受信可能で、及び該点光源の発散光源413を同期受信後、すべての点光源412の運動物理量450を計算解析、及びアウトプットする。なお、符号432は、第三実施例と同じ仕組みであるので説明は省略する。
【００８７】
第五実施例
本発明第五実施例構成の指示図である図７５に示すように、本第五実施例は第二、三実施例組み合わせ改良の方法で、すなわち波長唯一性と時間唯一性の組み合わせ応用で、第四実施例と相同の構造を備える。
以下では、相違点に対してのみ説明する。
本第五実施例500は主に多数組の多数の点光源を備えるモジュール装置510、多数組の視軸追跡を備える一次元光学定位器530、及び制御解析手順590により構成する。明確に図示するため、白色円により、該点光源512発光時間の唯一性を表示する。R、Bを例とし、該点光源モジュール装置511波長の唯一性を表示する。
本実施例の第四実施例との差異は、主に以下の通りである。
(1)該各組多数の点光源を備えるモジュール装置511はRFレシーバー514、切換器(図示なし)、及び多数の点光源512により構成する。該すべての点光源512はモジュールを単位とし、相同で、しかも唯一波長を備える点光源により構成し、すなわち各点光源モジュール装置511は波長の唯一性を備える。該すべての点光源モジュール装置511は、該RFレシーバー514が受信したコードを備えるRF同期信号520に基づき、モジュール内の単一点光源を同期点灯し、これによりモジュール内のすべての点光源は、それぞれ異なる時間点において、時間唯一性を備え、しかも点状に近似した発散光源513を交代発射する。すなわち単一の点光源モジュール装置511内の点光源512の発光方式は、時間の唯一性を備え、すべての点光源モジュール装置511は、同期方式で発光する。別に、該コードを備えるRF同期信号520は、コード信号、及び同期信号により構成し(図示なし)、該コード信号は該多数の点光源を備えるモジュール装置511中の各点光源のシリアルナンバーを定義し、該同期信号は該多数の点光源512の発光時間を定義する。よって、該RFレシーバー514を通して、該コード信号、及び該同期信号を解析し、異なる時間による該多数の点光源512発光の時間の交代制御を達成する。
(2)該多数組の視軸追跡を備える一次元光学定位器530の各組視軸追跡を備える一次元光学定位器531は主に、該コードを備えるRF同期信号520を発射或いは受信可能で、及び該点光源の発散光源513を同期受け取り後、すべての点光源512の運動物理量550を計算解析、及びアウトプットする。
【００８８】
第六実施例
本発明第六実施例構成の指示図である図７６に示すように、本第六実施例は主に点光源の唯一性に対して、別の時間変調改良の方法を提供し、前記のStephensonの改善法のように、第一実施例と相同の構造を備える。
以下では、相違点に対してのみ説明する。
本第六実施例600は主に多数の点光源を備えるモジュール611、多数組の視軸追跡を備える一次元光学定位器630、及び制御解析の手順690により構成する。
本実施例の第一実施例との差異は、主に以下の通りである。
(1)該多数の点光源を備えるモジュール611内には、切換器614を増設し、固定の周期で、連続で、しかも交代に該点光源612を点灯し、点光源に近似した発散光613を発射する。
(2)該視軸追跡を備える一次元光学定位器631中には、光受け取りの装置632を増設し、該点光源612が発射する発散光源613を受け取り後、該点光源611の発光タイミングをアウトプットする(図１５及び前記関連説明を参照)。該視軸追跡を備える一次元光学定位器631中に装置する定位計算制御マイクロプロセッサー(図示なし)は、適当な時間(使用前、或いはある固定の時間毎等)に、該点光源611の発光タイミングを通して、該点光源611連続交代点灯の周期を測定し、相同の周期で、同期に同期走査信号SYNCを発生し、該一次元位置探知器 (図示なし)を駆動し、該結像重ね合わせ信号を同期走査読み取る。
【００８９】
以上に本発明の基本技術、システム構造、応用について詳述したが、以下に総括する。
１．点光源唯一性処理の技術は以下を含む。
(1)強度変調処理の技術。
(2)幾何変調処理の技術。
(3)波長変調処理の技術。
(4)主従式無線同期の技術。
(5) Stephenson改良の技術。
２．動態背景光除去の技術は以下を含む。
(1)即時時間性環境光干渉信号除去の技術。
(2)近似即時時間性環境光干渉信号除去の技術。
(3)空間性環境光干渉信号除去の技術(フーリエ信号処理法)。
３．データの処理は以下を含む。
(1)波形探知の技術。
(2)空間分解能の計算。
(3)平均位置の計算。
４．システム構造の拡張は以下を含む。
(1)死角補償の構造。
(2)視野角拡大の構造。
(3)視軸追跡の技術。
(4)座標系視準校正の手順。
５．システム応用の拡張は以下を含む。
(1)バーチャル入力装置の応用。
(2)シミュレーター等の応用。
【００９０】
本発明は基本技術、システム構造、応用、及び各実施例に対して上記の通り説明した。それは一次元光学システムに集中してはいるが、本発明が提示する各基本技術、システム構造、応用は、二次元光学システムに応用することができ、つまり二次元光学レンズと二次元光感知アレーを使用することができる。その根本的な相違点は、点光源座標の計算、動態背景光除去、データの処理の相違、及び位置探知器使用個数の装置である。二次元光学システムの点光源座標に対する計算については、中華民国特許申請案号：096108692を参照されたい。本明細書では記載しない。
また、動態背景光除去とデータの処理に対しては、一次元の計算を同様の数理ロジックにより、二次元の計算に用いることができるため、ここでは記載しない。
さらに、位置探知器使用の個数については、一次元光学システムが使用する一次元位置探知器の個数は、少なくともは三個で、二次元光学システムが使用する二次元位置探知器の個数は少なくとも二個である。
上記のように、本発明の方法特徴及び各実施例により、本発明が目的及び効果の達成において実施の進?性と産業上の利用価値を備え、しかも市場で未見の運用であることは明らかである。よって特許法に基づき、本発明は特許請求の要件に完全に符合する。
上記は本発明の実施例に過ぎず。これにより本発明を限定するものではない。本発明特許請求の範囲に基づき行う均等変化と修飾はすべて、本発明特許請求の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】バーチャルリアリティ中で用いるグローブの指示図である。
【図２】一次元光学システム像オーバーラップ現象の指示図である。
【図３】点光源の一次元光学レンズ作用に対する結像の指示図である。
【図４】強度調整の指示図である。
【図５】強度調整の指示図である。
【図６】強度調整の指示図である。
【図７】強度調整の指示図である。
【図８】幾何調整の指示図である。
【図９】幾何調整の指示図である。
【図１０】幾何調整の指示図である。
【図１１】幾何調整の指示図である。
【図１２】幾何調整の指示図である。
【図１３】Stephenson時間調整法タイミングの指示図である。
【図１４】Stephenson時間調整法の欠点である。
【図１５】Stephenson時間調整改良法タイミングの指示図である。
【図１６】主従式無線同期法同期信号タイミングの指示図である。
【図１７】主従式無線同期法同期信号タイミングの指示図である。
【図１８】一般のCCD或いはCMOS光感知アレー光感応スペクトラムの指示図である。
【図１９】一般のCCD或いはCMOS光感知アレー上のRGB色板光通過スペクトラムの指示図である。
【図２０】一般の二次元CCD或いはCMOS光感知アレー上のRGB画素に対応するRGB色板排列方式の指示図である。
【図２１】異なる波長を備える３個の点光源構成の指示図である。
【図２２】一次元光感知アレー上RGB色板排列の指示図である。
【図２３】三色の一次元光感知アレーにおけるそのRGB色板排列方式の指示図である。
【図２４】二次元カラーCCD或いはCMOS光感知アレーにおけるそのRGB色板排列方式の指示図である。
【図２５】二次元カラーCCD或いはCMOS光感知アレーにおけるそのRGB色板排列方式の指示図である。
【図２６】二次元カラーCCD或いはCMOS光感知アレーにおけるその画素影像走査ランダムアクセス方式の指示図である。
【図２７】ノイズ用一次元光感知アレー構成の指示図である。
【図２８】ノイズ用一次元光感知アレー構成の指示図である。
【図２９】通常の蛍光灯発光スペクトラムの指示図である。
【図３０】通常のハロゲンランプ発光スペクトラムの指示図である。
【図３１】Reymondが採用する光学システムの指示図である。
【図３２】点光源をわずかに移動させる時の結像信号変化の指示図である。
【図３３】一次元光学定位システム最大視野角の指示図である。
【図３４】一次元光学定位システム死角発生と解決の指示図である。
【図３５】一次元光学定位システム視野角拡大方法の指示図である。
【図３６】一次元光学定位システム視軸追跡方法の指示図である。
【図３７】回転視軸と被定位可能機能を備える一次元光学定位システムの指示図である。
【図３８】一般マウス使用の指示図である。
【図３９】マウスシミュレートインプット法の指示図である。
【図４０】リモコンシミュレートインプットの指示図である。
【図４１】タッチスクリーンシミュレートインプットの指示図である。
【図４２】キーボードシミュレートインプットの指示図である。
【図４３】本発明第一実施例構成の指示図である。
【図４４】多数の発光強度唯一性を備える点光源構成の指示図である。
【図４５】多数の幾何大きさ唯一性を備える点光源構成の指示図である。
【図４６】単一の点光源構成の指示図である。
【図４７】光散乱体構成の指示図である。
【図４８】点光源を器物に装置する指示図である。
【図４９】点光源を器物に装置する指示図である。
【図５０】点光源を器物に装置する指示図である。
【図５１】点光源を器物に装置する指示図である。
【図５２】点光源を器物に装置する指示図である。
【図５３】点光源を器物に装置する指示図である。
【図５４】点光源を器物に装置する指示図である。
【図５５】点光源を器物に装置する指示図である。
【図５６】点光源を器物に装置する指示図である。
【図５７】点光源を器物に装置する指示図である。
【図５８】単一組の視軸追跡を備える一次元光学定位器構成の指示図である。
【図５９】単一の視軸追跡を備える一次元光学定位器対応する座標系の指示図である。
【図６０】すべての視軸追跡を備える一次元光学定位器が対応する座標系の指示図である。
【図６１】一次元位置探知器構成の指示図である。
【図６２】一次元光学定位器固定機構、一次元位置探知器装置機構、定位導光源間の幾何構造関係の指示図である。
【図６３】一次元光学定位器固定機構、一次元位置探知器装置機構、定位導光源間の幾何構造関係の指示図である。
【図６４】一次元光学定位器固定機構、一次元位置探知器装置機構、定位導光源間の幾何構造関係の指示図である。
【図６５】一次元光学定位器固定機構、一次元位置探知器装置機構、定位導光源間の幾何構造関係の指示図である。
【図６６】一次元光学定位器固定機構、一次元位置探知器装置機構、定位導光源間の幾何構造関係の指示図である。
【図６７】他の公知装置のケースである。
【図６８】制御解析の手順構成の指示図である。
【図６９】座標系視準校正手順の指示図である。
【図７０】本発明第二実施例構成の指示図である。
【図７１】本発明第三実施例構成の指示図である。
【図７２】本発明第三実施例構成の指示図である。
【図７３】本発明第三実施例構成の指示図である。
【図７４】本発明第四実施例構成の指示図である。
【図７５】本発明第五実施例構成の指示図である。
【図７６】本発明第六実施例構成の指示図である。
【符号の説明】
【００９２】
1  VRグローブ
2  VRグローブ上の指
3  VRグローブ上の定位器
5  一次元レンズ
10、29、52、52'  点光源
11  線状の結像
12、13  一次元光感知アレー
15、16、17  一次元光感知アレー上の結像信号
18  重なり結像信号
20  一次元位置探知器
21  RFエミッター
22  コードを備えるRF同期信号
24  コード信号
25  同期信号
26  手で装置するRFレシーバー
27  デコーダー
28  点光源スイッチ切換器
50、50'  一次元光学定位システム
51、51'  （一次元光学定位システムの最大）視野角
53  障害物
54、54'  （一次元光学定位システムの）視軸
55  一次元光学定位システムの定位導光源
60  実体操作画面
60'  バーチャル操作画面
61  実体のマウス
61'  マウスのカーソル
62  右手の人差し指
63  右手の中指
64  右手の薬指
62'  マウスの左ボタン
63'  マウスのスクロールボタン
64'  マウスの右ボタン
74  単一或いは多数の指
74'  単一或いは多数の指に対応するカーソル
75  バーチャルリモコン幾何構造の定義
76  リモコンの輔助グラフィック影像
80  バーチャルキーボード幾何構造の定義
85  キーボードの輔助グラフィック影像
100  本発明第一実施例の装置（構成）
110、210  多数の唯一性を備える点光源
111、211   単一の点光源
112  点状の光源（点状に近似した発散光源）
113  光散乱体
115  適当な大きさ及び形状の光入射口
116  発光源
117  電子制御回路
118  電池
119  点光源装置機構
120  点光源装置固定機構
123  透明の導光体
124  散乱体
130、230、330、430、530、630  多数組の視軸追跡を備える一次元光学定位器
131、231、331、431、531、631   単一組の視軸追跡を備える一次元光学定器
132  多数の一次元位置探知器
133、333  単一の一次元位置探知器
134  一次元光学パーツユニット
135  一次元光感知器
136  信号処理マイクロプロセッサー回路
137  一次元位置探知器装置機構
139  全ての（一組の）結像平均位置
145、345   定位計算制御マイクロプロセッサー
146  信号伝送インターフェース
150、250、350、450、550、650  すべての点光源の運動物理量、同期始動信号、視軸角度を含む信号
160  一組の定位導光源
170  一次元光学定位器固定機構
171  連結の構造
180  二軸角度制御装置
181  二個のアクチュエーター
182  二個の角度測定器
190、290、390、490、590、690  制御解析手順
191  座標系視準校正の手順
192  インプット装置シミュレート手順
193  シミュレーターのシミュレートの手順
194  その他装置
200  本発明第二実施例の構成（装置）
300  本発明第三実施例の構成
311、411、511、611  多数の点光源を備えるモジュール装置
312、412、512、612  多数の点光源
313、413、513、613  点状に近似した発散光源
314、414、514  RFレシーバー
315、614  切換器
320、420、520  コードを備えるRF同期信号
332、432  RF  トランシーバー
400  本発明第四実施例の構成
410、510   多数組の多数の点光源を備えるモジュール装置
500  本発明第五実施例の構成
600  本発明第六実施例の構成
632  光受け取りの装置
ｆ  一次元レンズの焦点距離
X  X座標軸
Y  Y座標軸
Z  Z座標軸
2009037620.tif 000068
ο  点光源の位置
I(O, ys,O)  点光源の結像位置
I(χ)  （強度のガウス分布を備える）結像信号
I0  ガウス分布の中心の強度
σ  ガウス分布の標準差
μ  ガウス分布の平均位置
P  点光源の発光強度
r  点光源の発光半径
μP  マイクロプロセッサー
I(χ,tK) 時間tK時の結像信号
S(χ,tK) 時間tK時の点光源結像信号、
N(χ,tK) 時間tK時の環境光干渉ノイズ信号
M  一次元光感知アレー画素の個数
χm 第m個画素の位置
O(X,Y,Z)  世界座標系
S1、S2、S3  一次元光感知アレー
L1、L2、L3  焦点距離がｆの一次元レンズ
Z1、Z2、Z3   L1、L2、L3の光軸
ο(χ1, y1, z1)  点光源座標
yS1、yS2、yS3  点光源o(χ1, y1, z1)のS1、S2、S3における結像位置
Δχ1、Δy1、Δz1  光学システムの該空間解析度
ΔyS1、ΔyS2、ΔyS3  最小測定誤差
2009037620.tif 000069
Δw  単一感応画素の幅
Θ  一次元光学定位システムの水平回転角度
Φ  一次元光学定位システムの垂直回転角度
L  実体操作画面の長さ
H  実体操作画面の幅
L'  バーチャル操作画面の長さ
H'  バーチャル操作画面の幅
m、n  1より大きく、1に等しく、或いは1より小さい実数
#i  単一組の一次元光学定位器のシリアルナンバー
#j  単一の一次元位置探知器のシリアルナンバー
#k  単一の点光源のシリアルナンバー
μijk  点光源の結像平均位置
Pi  第#i組一次元光学定位器が得た点光源物理量
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Ri  第#i組一次元光学定位器が得た点光源相対物理量
Fi  第#i組一次元光学定位器が得た点光源その他物理量
SCAN  走査信号（タイミング）
SYNC    周期性の同期走査信号
ENABLE  同期始動信号
(Θi,Φi)  第#i組一次元光学定位器の視軸角度
(Θia,Φia)  第#i組一次元光学定位器の視軸角度駆動制御信号
(Θis,Φis)  第#i組一次元光学定位器の視軸角度電気信号
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(Xi0,Yi0,Yi0)  参考座標系
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Iij(χ)  第#i組一次元光学定位器、第#j個一次元位置探知器組が得た結像号
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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