JP2002358149A - ユーザ入力装置 - Google Patents

ユーザ入力装置

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JP2002358149A
JP2002358149A JP2001167249A JP2001167249A JP2002358149A JP 2002358149 A JP2002358149 A JP 2002358149A JP 2001167249 A JP2001167249 A JP 2001167249A JP 2001167249 A JP2001167249 A JP 2001167249A JP 2002358149 A JP2002358149 A JP 2002358149A
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gesture
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Jiyunichi Rekimoto
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ユーザが発現するジェスチャを認識してユー
ザ入力として取り込む。 【解決手段】 本発明に係るユーザ入力装置は、腕時計
のように構成され、ユーザは手首に装着するだけで「握
る」や「放す」などのジェスチャをシステムが認識して
コマンドとして入力することができる。さらに、腕の運
動そのものを計測する加速度センサなどを腕輪に追加す
ることによって、より複雑な指示・命令を入力できるよ
うに構成することができる。装着型コンピュータ（若し
くは、ウェアラブル・コンピュータ）のための入力装
置、あるいは、ゲーム機などにおけるコマンド入力用の
コントローラとして利用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ユーザがコンピュ
ータに対してコマンドやデータなどを入力するためのユ
ーザ入力装置に係り、特に、ユーザが人体の一部を用い
て入力操作を行うユーザ入力装置に関する。
【０００２】更に詳しくは、本発明は、人体に装着して
用いられユーザの意思に忠実な入力操作を行うユーザ入
力装置に係り、特に、ユーザが発現するジェスチャを認
識してユーザ入力として取り込むユーザ入力装置に関す
る。
【０００３】
【従来の技術】昨今の技術革新に伴い、ワークステーシ
ョン（ＷＳ）やパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）と呼
ばれる、比較的小型且つ低価格で、高付加価値化・高機
能化された汎用タイプのコンピュータ・システムが開発
・市販され、大学その他の研究機関や企業その他のオフ
ィス、さらには一般家庭内の日常生活にも深く浸透して
いる。いまや、日常業務の大部分がコンピュータとの関
わりを持っており、多くの人々は、キーボードやマウス
を触れながら１日を過ごす。
【０００４】コンピュータ・システムは、一般に、ユー
ザ入力コマンドに応答して駆動し、処理結果をディスプ
レイ・スクリーン上に表示することによって、「インタ
ラクティブ」、すなわち対話的な処理環境を提供してい
る。最近では、ＤＯＳ（DiskOperating System）シェル
画面を代表とする旧来のキーボードを介したキャラクタ
・ベースのユーザ入力環境すなわち「ＣＵＩ（Characte
r User Interface）」から、グラフィック・ベースのユ
ーザ入力を実現した「ＧＵＩ（Graphical User Interfa
ce）」への移行が挙げられる。ＧＵＩ環境下では、コン
ピュータ・システムがシミュレートされたデスクトップ
と無数のアイコンがディスプレイ・スクリーンに用意さ
れる。
【０００５】ＧＵＩが提供されたデスクトップ上では、
ファイルなどのコンピュータ・システム上で取り扱われ
る全ての資源オブジェクトはアイコンとして表現されて
いる。ユーザは、ディスプレイ・スクリーン上のプログ
ラム、データ、フォルダ、デバイスなどを象徴するアイ
コンなど画面上の表示オブジェクトに対してマウスなど
のユーザ入力装置を用いて直接操作を印加する（例え
ば、クリックやドラッグ・アンド・ドロップ）ことで、直
感的に且つ判り易くコンピュータ操作を行うことができ
る。また、デスクトップ上には、メニュー・バーやツー
ル・ボックスなど、各種の機能すなわちコンピュータ処
理を瞬時に呼び出すためのボタンが用意されており、コ
ンピュータへのコマンド入力の様式はますます直感的で
分かり易いものとなってきている。
【０００６】ＧＵＩ環境の導入により、もはやユーザ
は、特定のコマンドの名称やコマンド操作方法等を特に
習得したり、煩雑なキー入力を行わなくとも、コンピュ
ータを充分に操作することができる。また、コンピュー
タは、ユーザの意思に忠実なユーザ入力をシステムに取
り込むことができる。
【０００７】他方、日常生活において、人は自分の感情
や意思を反映させた「身振り」や「手振り」などのジェ
スチャを発現することがしばしばある。このようやジェ
スチャは、人からのメッセージの一形態であるが、外界
に対して与えるコマンドとして捉えることもできる。
【０００８】例えば、腕時計などのようにユーザが違和
感なく身体に装着することができ、且つ、ユーザの「握
る」や「放す」、あるいはその他のジェスチャを認識す
ることができる入力装置があれば、ユーザはこれを装着
しておくだけで、歩き回ったりしながら各種のコマンド
を自在にコンピュータに入力することが可能となるであ
ろう。
【０００９】従来、筋電位（ＥＭＧ：Electromyogram）
を計測することで、筋肉の変位を認識する技術がある。
さらに、筋電位をコンピュータ入力の手段として用いる
という試みも幾つか提案されてきた。
【００１０】しかしながら、人体の筋電位を計測対象と
した場合、電極をユーザの皮膚に直接接触させる必要が
あるため、ユーザに不快感や肉体的・精神的な負担を与
えてしまう。また、その測定原理から、筋肉上の離れた
位置（例えば、上腕の両端付近）に電極を装着する必要
があるが、このような場合、人体への装着が煩雑とな
り、腕時計のような自然な形態で入力装置を構成するこ
とは困難である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ユー
ザが人体の一部を用いて入力操作を行うことができる、
優れたユーザ入力装置を提供することにある。
【００１２】本発明の更なる目的は、人体に装着して用
いられユーザの意思に忠実な入力操作を行うことができ
る、優れたユーザ入力装置を提供することにある。
【００１３】本発明の更なる目的は、ユーザが発現する
ジェスチャを認識してユーザ入力として取り込むことが
できる、優れたユーザ入力装置を提供することにある。
【００１４】本発明の更なる目的は、人体への装着が煩
雑となり、腕時計のような自然な形態で構成された、優
れたユーザ入力装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上記
課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面
は、人体に装着して用いられるユーザ入力装置であっ
て、複数の送信電極と、複数の受信電極と、前記の送信
電極及び受信電極を交互に人体の表面に沿って装着する
人体装着手段と、前記の各送信電極に所定周波数の波形
信号を供給する発信器と、前記の各受信電極で受信され
る波形信号を受信する受信器とを備えたユーザ入力装置
である。そして、隣接する送信電極と受信電極と人体表
面の間において、コンデンサと等価な回路が形成されて
いる。
【００１６】このような構成のユーザ入力装置において
は、ユーザが発現したジェスチャにより人体表面が変形
したことに応じて、隣接する送信電極と受信電極と人体
表面の間において形成されているそれぞれのコンデンサ
の静電容量が変化する。
【００１７】したがって、各送信電極と受信電極と人体
表面の間において形成されたコンデンサの静電容量が変
化することを利用して、ユーザが発現したジェスチャを
各送信電極と受信電極と人体の間で計測された多次元ベ
クトル値として計測することができる。
【００１８】ユーザ入力装置は、各送信電極と受信電極
の人体表面の間で計測された多次元ベクトル値としてジ
ェスチャを登録するジェスチャ登録手段と、登録された
ジェスチャに基づいてユーザが発現するジェスチャを認
識するジェスチャ認識手段をさらに備えていてもよい。
このジェスチャ認識手段は、ユーザがジェスチャを発現
したときに計測された多次元ベクトル値を既に前記ジェ
スチャ登録手段に登録されている多次元ベクトル値と
を、距離計算などの手法により比較照合することによっ
て、ジェスチャを認識・特定することができる。
【００１９】ここで、前記人体装着手段は、ユーザの手
首に装着可能な腕輪状に構成されていてもよい。このよ
うな場合には、ユーザが「握る」や「放す」、あるいは
その他のジェスチャを発現したときに、手首の表面にお
ける変形量を基にしてジェスチャを認識したり特定した
りすることができる。勿論、ユーザはこのようなユーザ
入力装置を装着しておくだけで、キーボードなどコンピ
ュータ本体から離れて歩き回ったりしながら各種のコマ
ンドを自在にコンピュータ入力することが可能となる。
【００２０】また、ユーザ入力装置は、加速度センサ又
は傾斜センサなどの、人体の運動特性そのものを計測す
るセンサを搭載していてもよい。このような場合には、
「握る」や「放す」などのユーザが発現したジェスチャ
ーと、腕そのものの運動（ひねる、振る）などを同時に
計測することが可能になる。したがって、ユーザ入力装
置は、ジェスチャが示す姿勢とその運動特性とを組み合
わせた複合的なジェスチャーによって、より複雑な指令
を組み立てることができる。
【００２１】あるいは、前記人体装着手段は、ユーザの
足底に倣って装着可能な靴底状に構成されていてもよ
い。このような場合には、靴の底面又は着床する路面に
沿うように送受信電極を交互に配置することで、歩行や
重心移動などを認識することができる。
【００２２】あるいは、前記人体装着手段は、ユーザの
顔に装着可能なメガネのフレーム状をなしていてもよ
い。このような場合には、メガネのフレームに沿って送
受信電極を交互に配置することで、顔の変形（特に瞼や
目元の周辺からなる表情の変化）を認識することができ
る。
【００２３】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳
細な説明によって明らかになるであろう。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施例を詳解する。
【００２５】図１には、本発明の一実施形態に係るユー
ザ入力装置１がユーザの人体に装着されている様子を描
写している。
【００２６】同図に示すように、本実施形態に係るユー
ザ入力装置１は、腕時計と同様の構造を備えている。ユ
ーザは、このようなユーザ入力装置１を、身に付けてい
ることを意識せず（又は、身に付けていることが精神的
・肉体的な苦痛となることなく）、自然に装着すること
ができる。
【００２７】図示の例では、ユーザ入力装置１は、腕時
計本体と一体的に構成されており、時計部５と、この時
計部５をユーザの手首に巻設するとともに手首の動作を
計測するベルト状の計測部１０とで構成される。
【００２８】時計部５は、円環状にメモリが配列された
表示部と、この表示部上を時間の経過に従ってそれぞれ
の速度で回転する時針、分針、秒針とで構成される。但
し、時計機能自体は本発明の要旨とは直接関連しないの
で、ここではこれ以上説明しない。
【００２９】一方、計測部１０には、手首の周方向に沿
って、送信信号を送信する送信電極と、送信信号を受信
する受信電極とが、交互に配設されており、各受信電極
における受信信号の強度に基づいて、ユーザが「握る」
あるいは「放す」などのジェスチャを発現したことを認
識できるようになっている。
【００３０】図２には、計測部１０、並びにこの計測部
１０における検出信号を処理する処理部の構成を概略的
に示している。
【００３１】同図に示すように、計測部１０は、手首の
周方向に沿って配設された複数の送信電極１２−１，１
２−２，…と、各送信電極１２−１…に送信用の所定周
波数（例えば１００ＫＨｚ）の交流電流を供給する発信
器１１と、各送信電極１２−１…の間隙に挿設されて電
極間の静電容量に応じた容量結合によって各送信電極１
２−１…からの交流電流を受信する複数の受信電極１３
−１，１３−２，…と、各受信電極１３−１…を流れる
交流電流をＡＭ変調やＡ／Ｄ変換などの信号処理を行う
受信器１６とで構成される。
【００３２】受信器１４は、所定周波数帯域の交流電流
のみを通過させるバンド・パス・フィルタ（ＢＰＦ）１４
Ａと、増幅器１４Ｂと、検波器１４ＣとからなるＡＭ変
調器と、検波出力をデジタル形式の信号に変換するＡ／
Ｄ変換器１４Ｄとで構成される。デジタル変換された検
出信号は、プロセッサ１５により信号処理された後、例
えば所定のユーザ入力信号としてコンピュータ（図示し
ない）などに外部出力される。
【００３３】図１及び図２に示すように、ユーザは送信
電極１２及び受信電極１３が交互に配置された腕輪状の
ユーザ入力装置１を手首に装着して用いる。
【００３４】発信器１１からは固有の周波数（例えば１
００ＫＨｚ）を持つ波形信号が生成される。ＳＷ１は複
数のアナログ・スイッチで構成され、あるアナログ・ス
イッチがオン状態に切り替わると、腕輪上の該当する送
信電極１２に波形信号を供給するようになっている。Ｓ
Ｗ１の各アナログ・スイッチの開閉操作はプロセッサ１
５によって所定タイミングで順次切り替え制御される。
より具体的には、ある時点では、ただ１つの送信電極１
２にのみ波形信号が流れるようにスイッチがスキャンさ
れる。
【００３５】また、腕輪上には、各送信電極１１−１，
１１−２，…とは交互になるように、複数の受信電極１
２−１，１２−２，…が配設されている。
【００３６】いま、各１つの送信電極１２及び受信電極
１３の組み合わせに着目すると、送受信電極間ではコン
デンサと等価な回路が形成されている。したがって、発
信器１１から所定周波数の波形信号を供給することによ
り送信電極１２で発生された電界は、静電容量に応じた
容量結合によって、受信電極１３側に受信される。
【００３７】また、送信電極１２と受信電極１３の間に
は、図３に示すように人体（手首）が介在している。人
体は仮想的に接地されているグランドとみなされるの
で、送信電極から発生した電界によって生じる電荷の移
動は、手首経由でアースに流れるようになる。この電荷
の移動量は、電極と手首の位置関係に依存する。例え
ば、手を握る、放すなどの動作によって、手首の形状が
微妙に変化するが、このような手首の形状変化に応じ
て、送信電極１２と受信電極１３の間で形成されるコン
デンサの静電容量は変化する。
【００３８】ＳＷ２は複数のアナログ・スイッチで構成
され、各アナログ・スイッチは、該当する受信電極１３
−１，１３−２，…を受信器１４に接続して、その受信
信号を送信周波数と同じ値に設定されたバンドパスフィ
ルタ（ＢＰＦ)１４Ａ、増幅器１４Ｂ、検波器１４Ｃを
経由してＡ／Ｄ変換された結果をプロセッサ１５で読み
取るようになっている。
【００３９】ＳＷ２を構成する各アナログ・スイッチの
開閉操作はプロセッサ１５によって所定タイミングで順
次切り替え制御される。より具体的には、ある時点で
は、ただ１つの受信電極１３による受信信号が受信機１
４で読み取られるようにスイッチがスキャンされる。
【００４０】送信電極１２−１…側のＳＷ１と受信電極
１３−１…側のＳＷ２それぞれにおける開閉操作の組み
合わせにより、ある瞬間には１つの送信電極と１つの受
信電極の組み合わせのみが接続されている。プロセッサ
１５は、これらのＳＷ１及びＳＷ２を所定のタイミング
で順次切り替えていくことにより、すべての送受信電極
組み合わせ（図２にし雌例では４×４＝１６通り）につ
いてのＡ／Ｄ変換された値を所定周期で得ることができ
る。この結果、ユーザ入力装置１としては、ユーザの手
首から１６次元の値を時々刻々と取得することができ
る。
【００４１】ユーザ入力装置１が実際にジェスチャーを
認識するには、ユーザはユーザ入力装置１を手首に装着
した状態で、まず「握る」あるいは「放す」などという
動作を何度か行い、計測された多次元ベクトルの組を記
録しておく。すなわち、今後利用していきたいジェスチ
ャを登録する作業を行う。そして、ユーザ入力時には、
ユーザ入力装置１から得られたベクトル値と、これら記
録された各ベクトル値とを比較照合して、その距離を基
に該当するジェスチャーを認識する。
【００４２】図４には、ユーザ入力装置１上でジェスチ
ャを他次元ベクトルとして登録するための処理手順をフ
ローチャートの形式で示している。
【００４３】この場合、ユーザは、腕時計タイプのユー
ザ入力装置１を自分の手首に装着した状態で、所望のジ
ェスチャを提示する（ステップＳ１）。
【００４４】そして、ユーザ入力装置１側では、すべて
の送受信電極の組み合わせについて読取処理を行い、検
出された多次元ベクトル値をデータベースに記録する
（ステップＳ２）。データベース登録の際、当該ジェス
チャに割り当てたい意味（例えば、コンピュータに対す
るコマンドや、特定のデータ値など）を併せて記録する
ようにしてもよい。
【００４５】また、図５には、ユーザ入力装置１上で入
力されたジェスチャを認識するための処理手順をフロー
チャートの形式で示している。
【００４６】まず、ユーザは、ユーザ入力装置１を自分
の手に装着した状態で所望のジェスチャを発現する（ス
テップＳ１１）。
【００４７】ユーザ入力装置１側では、ユーザ入力装置
１側では、すべての送受信電極の組み合わせについて読
取処理を行う（ステップＳ１２）。
【００４８】そして、ユーザ入力装置１は、検出された
多次元ベクトル値を、既にデータベース登録された各ベ
クトル値との距離計算を行い、最短距離となるものを選
択する（ステップＳ１３）。
【００４９】算出された最短距離が所定の閾値未満であ
れば、最短距離であったベクトル値を持つジェスチャが
入力されたものとして認識する（ステップＳ１４）。こ
のようにして得られた認識結果を、ユーザ入力として、
コンピュータなどの接続された装置に外部出力する。
【００５０】また、ジェスチャに割り当てられた意味
（特定のコマンドやデータ値）がデータベース登録され
ている場合には、これをユーザ入力結果として外部出力
するようにしてもよい。
【００５１】図２に示したようなユーザ入力装置１に対
して、腕輪に加速度センサや傾斜センサ等、腕の運動そ
のものを計測するセンサをさらに搭載するという実施形
態（図６を参照のこと）も相当される。
【００５２】このような機器構成では、「握る」や「放
す」などのユーザが発現したジェスチャーと、腕そのも
のの運動（ひねる、振る）などを同時に計測することが
可能になる。したがって、ユーザ入力装置１は、ジェス
チャが示す姿勢とその運動特性とを組み合わせた複合的
なジェスチャーによって、より複雑な指令を組み立てる
ことができる。
【００５３】ユーザ入力装置１は、例えば、「握りなが
ら腕を回転させる」というジェスチャーを、単に「握
る」というジェスチャとは区別して認識することができ
る。勿論、腕の回転させ方（回転方向や回転速度）を区
別してジェスチャを認識することも可能である。
【００５４】これまでは、腕時計に類似した腕輪型に構
成されたユーザ入力装置１を例にして、本発明の実施形
態について説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定
されるものではない。
【００５５】例えば、靴の底に、底面又は路面に沿って
複数の送信電極と受信電極を交互に配置することで、上
述と同様のコンデンサにおける容量結合作用により多次
元値を計測して、歩行や重心移動などを認識するユーザ
入力装置１を構成することができる。
【００５６】また、眼鏡の枠に沿って複数の送信電極と
受信電極とを交互に配置することで、上述と同様のコン
デンサにおける容量結合作用により多次元値を計測し
て、顔の変形（特に瞼や目元の周辺からなる表情の変
化）を認識するユーザ入力装置１を構成することができ
る。
【００５７】［追補］以上、特定の実施例を参照しなが
ら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や
代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示とい
う形態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈
されるべきではない。本発明の要旨を判断するために
は、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきで
ある。
【００５８】
【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
ユーザが人体の一部を用いて入力操作を行うことができ
る、優れたユーザ入力装置を提供することができる。
【００５９】また、本発明によれば、人体に装着して用
いられユーザの意思に忠実な入力操作を行うことができ
る、優れたユーザ入力装置を提供することができる。
【００６０】また、本発明によれば、ユーザが発現する
ジェスチャを認識してユーザ入力として取り込むことが
できる、優れたユーザ入力装置を提供することができ
る。
【００６１】また、本発明によれば、人体への装着が煩
雑となり、腕時計のような自然な形態で構成された、優
れたユーザ入力装置を提供することができる。
【００６２】本発明に係るユーザ入力装置は、例えば腕
時計のように構成されているので、ユーザは手首に装着
するだけで、「握る」や「放す」などのジェスチャをシ
ステムが認識してコマンドとして入力することができ
る。さらに、腕の運動そのものを計測するセンサ（例え
ば加速度センサ）を腕輪に追加することによって、より
複雑な指示・命令を入力できるように構成することがで
きる。
【００６３】本発明に係るユーザ入力装置は、装着型コ
ンピュータ（若しくは、ウェアラブル・コンピュータ）
のための入力装置として、あるいは、ゲーム機などにお
けるコマンド入力用のコントローラとして利用すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るユーザ入力装置１が
ユーザの人体に装着されている様子を描写した図であ
る。
【図２】計測部１０並びに計測部１０における検出信号
を処理する処理部の構成を概略的に示した図である。
【図３】送信電極１２と受信電極１３の間に人体（手
首）が介在している様子を描写した図である。
【図４】ユーザ入力装置１上でジェスチャを他次元ベク
トルとして登録するための処理手順を示したフローチャ
ートである。
【図５】ユーザ入力装置１上で入力されたジェスチャを
認識するための処理手順を示したフローチャートであ
る。
【図６】ユーザ入力装置１に対して腕輪に加速度センサ
や傾斜センサ等、腕の運動そのものを計測するセンサを
さらに搭載してなる本発明の変形例を示した図である。
【符号の説明】
１…ユーザ入力装置 １１…発信器 １２…送信電極 １３…受信電極 １４…受信器 １５…プロセッサ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】人体に装着して用いられるユーザ入力装置
    であって、 複数の送信電極と、 複数の受信電極と、 前記の送信電極及び受信電極を交互に人体の表面に沿っ
    て装着する人体装着手段と、 前記の各送信電極に所定周波数の波形信号を供給する発
    信器と、 前記の各受信電極で受信される波形信号を受信する受信
    器とを備え、 各送信電極と受信電極と人体表面の間においてコンデン
    サと等価な回路が形成されている、ことを特徴とするユ
    ーザ入力装置。
  2. 【請求項２】ユーザが発現したジェスチャにより人体表
    面が変形したことに応じて各送信電極と受信電極と人体
    表面の間において形成されたコンデンサの静電容量が変
    化する、ことを特徴とする請求項１に記載のユーザ入力
    装置。
  3. 【請求項３】各送信電極と受信電極と人体表面の間にお
    いて形成されたコンデンサの静電容量が変化することを
    利用して、ユーザが発現したジェスチャを各送信電極と
    受信電極と人体の間で計測された多次元ベクトル値とし
    て計測する計測手段をさらに備える、ことを特徴とする
    請求項１に記載のユーザ入力装置。
  4. 【請求項４】各送信電極と受信電極の間で計測された多
    次元ベクトル値としてジェスチャを登録するジェスチャ
    登録手段と、 ユーザがジェスチャを発現したときに計測された多次元
    ベクトル値を既に前記ジェスチャ登録手段に登録されて
    いる多次元ベクトル値と比較照合することによって、ジ
    ェスチャを認識するジェスチャ認識手段と、をさらに備
    えることを特徴とする請求項１に記載のユーザ入力装
    置。
  5. 【請求項５】前記人体装着手段は、ユーザの手首に装着
    可能な腕輪状をなす、ことを特徴とする請求項１に記載
    のユーザ入力装置。
  6. 【請求項６】さらに加速度センサ又は傾斜センサなどの
    人体の運動特性そのものを計測するセンサを搭載する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のユーザ入力装置。
  7. 【請求項７】前記人体装着手段は、ユーザの足底に倣っ
    て装着可能な靴底状をなす、ことを特徴とする請求項１
    に記載のユーザ入力装置。
  8. 【請求項８】前記人体装着手段は、ユーザの顔に装着可
    能なメガネのフレーム状をなす、ことを特徴とする請求
    項１に記載のユーザ入力装置。
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