JP4736052B2 - 操作信号出力装置及び操作システム - Google Patents

Description

本発明は、操作者が所定の部位に装着して動かすことで対応する操作信号を操作対象に対して出力できる操作信号出力装置及び操作システムに関する。

操作者の人体に装着し、その操作者の動作状態に対応した操作信号を出力する装置としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。

この従来技術では、操作者の手首に装着した装着手段（バンド）の内面に複数の加速度センサを設けて操作者の手の指先の打指動作による衝撃や加速度を検出し、その検出結果に基づきその打指動作に対応するコマンドや文字を認識して出力するようになっている。

特開平１１−３３８５９７号公報

上記従来技術では、操作者の指先の動作を手首内側の加速度センサで検出しているため、加速度を正確に検出するためには操作者の当該部位にセンサを密着させる必要があり、操作者に圧迫感や不快感を与えるという問題があった。

また、加速度検出ではなく、装着部位における操作者の筋電位を測定する手法もあるが、この場合も、測定用の電極を操作者の装着部位に密着させる必要があり、同様の問題があった。

本発明の目的は、装着時において操作者に圧迫感や不快感を与えることなく、操作者の意図を高精度に反映した操作を実現することができる操作信号出力装置及び操作システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明は、操作者の人体に装着する略円環状の装着手段と、前記略円環状の装着手段の径方向内周側に設けられ、所定の照射光を発光する少なくとも１つの発光手段と、前記略円環状の装着手段の径方向内周側に設けられ、前記発光手段から発光されて前記人体の一部に照射された照射光の、照射部位における散乱光あるいは透過光を受光する複数の受光手段と、前記発光手段と、この発光手段からの前記照射光を受光した少なくとも１つの前記受光手段とを、受光パターンとして検出するパターン検出手段と、前記パターン検出手段で検出した受光パターンと、予め定められた受光パターンとの照合により、操作者の動作状態に対応した操作信号を出力する信号出力手段とを有することを特徴とする。

本願第１発明においては、操作者が所定の装着部位に操作信号出力装置を装着手段を介して装着し、その装着状態における操作部位（装着部位とは異なる部位でもよい）の何らかの操作により当該装着部位が動かされると、発光手段から発光された照射光は、当該装着部位の動きに対応した透過光や散乱光を生じ、それらの光がそれぞれ対応する位置の受光手段で受光される。このようにして、上記操作者の装着部位の動きに対応し複数の受光手段において種々の受光結果が生じるため、その受光結果の組み合わせに基づき、信号出力手段より上記操作者の操作部位の動作状態に対応した操作信号を出力する。

以上のように、操作者の操作部位の姿勢等を光学的な手法を介して検出し操作信号を出力することにより、操作者の意図を高精度に反映した操作を実現することができる。また非接触の光学的手法であることから、筋電位や加速度検出による手法のように操作者の体に電極等を密着させる必要はないため、操作者に圧迫感や不快感を与えることなく、快適な操作を行うことができる。

また、照射光を発光する発光手段と、そのときに受光した受光手段との組み合わせを、受光パターンとしてパターン検出手段で検出することで、信号出力手段ではその受光パターンに応じて、操作者の操作部位の動作状態に対応した操作信号を出力することができる。
さらに、略円環状の装着手段に発光手段と受光手段とを配置することで、操作者の体の各部、例えば手首、胴、首、足首、腕、頭などに容易に装着できる構造とすることが可能となる。

第２発明は、上記第１発明において、前記パターン検出手段は、前記発光手段の非発光時における前記複数の受光手段における受光結果と、前記発光手段の発光時における前記複数の受光手段における受光結果との差分信号から、前記受光パターンを取得することを特徴とする。

これにより、検出時の外乱となる外光による受光値の影響を除去し、より精度の高い検出を行うことができる。

第３発明は、上記第１発明において、１つの前記発光手段と少なくとも１つの前記受光手段とからなる発光・受光手段グループを複数有し、それら複数の発光・受光手段グループのそれぞれは、互いに回転対称位置となるように前記装着手段に配置されていることを特徴とする。

回転対称配置とすることにより、装着手段を介した操作者の体への取り付け状態で操作信号出力装置が回転変位したとしても、支障なく受光パターン検出を行うことができる。またこの結果、回転変位を許容することを前提として、装着手段における操作信号出力装置と操作者の体との隙間を大きくとることも可能となり、操作者への圧迫感や不快感をさらに確実に防止することができる。

第４発明は、上記第３発明において、前記パターン検出手段で検出した受光パターンを予め定められた基準位置受光パターンと比較する位置検出用比較手段と、この位置検出用比較手段での比較結果に基づき操作信号出力装置の回転方向位置を検出する位置検出手段とを有し、前記信号出力手段は、前記パターン検出手段で検出した受光パターンと、前記位置検出手段の位置検出結果とに基づき、前記操作信号を出力することを特徴とする。

予めある所定の基準姿勢にて取得した受光パターンを基準位置受光パターンとして保持しておき、この基準位置受光パターンと、現在、パターン検出手段で検出した受光パターンとを位置検出用比較手段で比較する。この比較に基づき、基準位置受光パターンに対し現在の受光パターンが回転方向にどれだけずれているかが位置検出手段で検出されるので、信号出力手段はその検出結果に応じた形で操作信号を出力することができる。

第５発明は、上記第４発明において、前記位置検出用比較手段は、前記検出した受光パターンと前記基準位置受光パターンとの一致不一致を照合するか、又は、前記検出した受光パターンと前記基準位置受光パターンとの類似性を所定の関数で数値化し所定値以上の場合を選択するか、若しくは、重み付け繰り返し演算を用いたニューラルネットの手法により、前記比較を行うことを特徴とする。

パターン同士の一致不一致の照合か、関数数値化による選択か、ニューラルネットの手法で比較を行うことで、基準位置受光パターンと、パターン検出手段で検出した受光パターンとを比較することができ、これによって現在の受光パターンが回転方向にどれだけずれているかを位置検出手段で検出することができる。

第６発明は、上記第５発明において、教師信号に基づき判定のために必要なパラメータを取得する学習モード、及び、当該パラメータと取得データとから判定を行う判定モードを備え、前記パラメータを保存するメモリ部を有する判定比較手段を設ける。

判定比較手段が、学習モードにおいて教師信号に基づきパラメータを取得し、判定モードで当該パラメータと取得データとにより判定を行い、これを繰り返すことで、いわゆるニューラルネットの手法により基準位置受光パターンとパターン検出手段で検出した受光パターンとを比較することができる。

第７発明は、上記第４乃至第６発明のいずれかにおいて、前記位置検出手段の位置検出結果に応じて、前記パターン検出手段で検出した受光パターンを補正する補正手段を有し、前記信号出力手段は、前記補正手段で補正された受光パターンに基づき、前記操作信号を出力することを特徴とする。

これにより、基準位置受光パターンに対し現在の受光パターンが回転方向にどれだけずれているかを表す位置検出手段の検出結果に対応して、そのずれ分を補正手段で補正することができ、信号出力手段はその補正を反映した形で操作信号を出力することができる。したがって、回転方向のずれは無関係となり姿勢によってのみ決定される操作信号を出力することができるので、操作者は操作信号出力装置を装着手段を介し装着した後の回転変位を気にする必要が無くなり、さらに快適性を向上することができる。

第８発明は、上記第７発明において、前記補正手段で補正された受光パターンに基づき、前記操作者の操作部位の姿勢又はその姿勢の変化態様を算出する姿勢算出手段を有し、前記信号出力手段は、前記姿勢算出手段で算出された前記姿勢又は前記姿勢の変化態様を前記操作信号として出力することを特徴とする。

補正手段による補正後の受光パターンは操作信号出力装置装着後の回転方向のずれは無関係となり姿勢によってのみ決定されるので、これに基づき姿勢算出手段で操作者の操作部位の姿勢（又はその姿勢の変化態様）を算出することができ、信号出力手段はその算出結果に応じた形で操作信号を出力することができる。

第９発明は、上記第８発明において、操作者の操作部位の所定の基準姿勢に対応した生体情報分布に応じて設定された基準姿勢受光パターンと、前記補正手段で補正された受光パターンとを比較する姿勢検出用比較手段を有し、前記姿勢算出手段は、前記姿勢検出用比較手段での比較結果に応じて前記姿勢又は前記姿勢の変化態様を算出することを特徴とする。

操作者が操作部位の姿勢を変化させると、血管分布・筋肉分布・皮膚表面形状等の生体情報の分布が変化するため、これによって発光手段からの照射光の透過光や散乱光の挙動が変化し、受光手段の受光パターンも変化することとなる。この性質を利用して、予めある所定の基準姿勢にて取得した受光パターンを基準姿勢受光パターンとして保持しておき、この基準姿勢受光パターンと、現在、パターン検出手段で検出され補正手段で補正された受光パターンとを姿勢検出用比較手段で比較する。この比較に基づき、基準姿勢での受光パターンに対する現在の受光パターンの差がわかるので、姿勢算出手段でその差に応じた形で姿勢又は姿勢の変化態様を算出することができる。

第１０発明は、上記第９発明において、前記姿勢検出用比較手段は、前記検出した受光パターンと前記基準姿勢受光パターンとの一致不一致を照合するか、又は、前記検出した受光パターンと前記基準姿勢受光パターンとの類似性を所定の関数で数値化し所定値以上の場合を選択するか、若しくは、重み付け繰り返し演算を用いたニューラルネットの手法により、前記比較を行うことを特徴とする。

パターン同士の一致不一致の照合か、関数数値化による選択か、ニューラルネットの手法で比較を行うことで、基準姿勢受光パターンと、パターン検出手段で検出され補正手段で補正された受光パターンとを比較することができ、これによって姿勢算出手段で姿勢又は姿勢の変化態様を算出することができる。

第１１発明は、上記第１乃至第１０発明のいずれかにおいて、前記信号出力手段による前記操作信号の出力を開始するための開始指示が入力されたかどうかを判定する開始指示判定手段を有し、前記信号出力手段は、前記開始指示判定手段の判定が満たされたときに、前記前記操作信号の出力を行うことを特徴とする。

信号出力手段から常時信号出力を行うのではなく、所定の開始指示が入力されたかどうかを開始指示判定手段で判定しその判定が満たされたときに出力を行うようにすることで、操作者の意図しない非操作時検出信号の出力等、操作信号出力装置の無駄な作動を無くし、電源消費を節約することができる。

第１２発明は、上記第１１発明において、前記開始指示判定手段は、前記パターン検出手段で検出された前記受光パターンを予め定められた開始指示用受光パターンと比較する開始指示検出用比較手段を備え、この開始指示検出用比較手段の比較結果に応じて、前記開始指示が入力されたかどうかの判定を行うことを特徴とする。

予めある所定の開始指示姿勢にて取得した受光パターンを開始指示用受光パターンとして保持しておき、この開始指示用受光パターンと、現在、パターン検出手段で検出した受光パターンとを開始指示検出用比較手段で比較し、この比較に基づき、開始指示判定手段が開始指示が入力されたかどうかの判定を行う。これにより、操作者は、信号出力手段による操作信号の出力を開始したい場合には、上記所定の開始指示姿勢をとるだけで足り、それ以外の特別な操作を行う必要がなくなる。この結果、操作労力を増大することなく、無駄な電源消費の防止を図れる。

第１３発明は、上記第１乃至第１２発明のいずれかにおいて、前記信号出力手段による前記操作信号の出力を停止するための停止指示が入力されたかどうかを判定する停止指示判定手段を有し、前記信号出力手段は、前記停止指示判定手段の判定が満たされたときに、前記前記操作信号の出力を停止することを特徴とする。

信号出力手段から信号出力開始後、所定の停止指示が入力されたかどうかを停止指示判定手段で判定しその判定が満たされたときに出力を停止することで、操作者の意図しない非操作時検出信号の出力等、操作信号出力装置の無駄な作動を無くし、電源消費を節約することができる。

第１４発明は、上記第１３発明において、前記停止指示判定手段は、前記パターン検出手段で検出された前記受光パターンを予め定められた停止指示用受光パターンと比較する停止指示検出用比較手段を備え、この停止指示検出用比較手段の比較結果に応じて、前記停止指示が入力されたかどうかの判定を行うことを特徴とする。

予めある所定の停止指示姿勢にて取得した受光パターンを停止指示用受光パターンとして保持しておき、この停止指示用受光パターンと、現在、パターン検出手段で検出した受光パターンとを停止指示検出用比較手段で比較し、この比較に基づき、停止指示判定手段が停止指示が入力されたかどうかの判定を行う。これにより、操作者は、信号出力手段による操作信号の出力を停止したい場合には、上記所定の停止指示姿勢をとるだけで足り、それ以外の特別な操作を行う必要がなくなる。この結果、操作労力を増大することなく、無駄な電源消費の防止を図れる。

第１５発明は、上記第１乃至第１４発明のいずれかにおいて、前記発光手段は、波長が可視光帯域より近赤外光帯域までに含まれる前記照射光を発光することを特徴とする。

近赤外光は、生体組織に対して比較的高い透過性をもつ一方、生体組織内のヘモグロビンは近赤外光域で特徴的な吸収スペクトルを有している。したがって、発光手段から近赤外光域の照射光を発光することにより、操作者の操作部位の動作に伴う上記装着部位の組織での（例えば指の動きに伴う手首部分での）散乱の変化や血流分布の変化を受光手段での近赤外光の受光挙動により検出することができる。

また、近赤外光から離れた可視光のうち緑や青色の波長は、皮膚で反射・散乱する性質を備えていることから、発光手段から緑や青色波長の照射光を発光することにより、操作者の操作部位の動作に伴う装着部位の皮膚表面の形状変化を受光手段でのそれら可視光の受光挙動（受光感度変化）により検出することができる。

第１６発明は、上記第１乃至第１４発明のいずれかにおいて、前記発光手段は複数備えられており、それら複数の発光手段は、近赤外光帯域に含まれる同一の照射光をそれぞれ発光することを特徴とする。

単一波長の照射光を用いることにより、発光手段を複数種類用いる必要が無くなり、製造コストの低減や制御の簡素化を図ることができる。

第１７発明は、上記第１乃至第１４発明のいずれかにおいて、前記発光手段は複数備えられており、それら複数の発光手段は、少なくとも１つの波長が近赤外光帯域に含まれる複数波長の照射光を発光することを特徴とする。

複数波長の照射光を用いることにより、主として生体組織の透過性を利用した検出や、主として皮膚での反射・散乱を利用した検出を併せて用いることができるので、さらに精度の高い受光検出を行うことができる。

第１８発明は、上記第１６又は第１７発明において、前記複数の発光手段を、時間差をもって順次発光させる時間差発光制御手段を有することを特徴とする。

同一発光を行わず時間差をもって順次発光させることにより、受光手段で受光した照射光の分離処理等が不要となり、処理・制御の簡素化や製造コストの低減等を図ることができる。

第１９発明は、上記第１７発明において、前記複数の発光手段は、互いに異なる変調周波数でそれぞれ変調した前記複数波長の照射光を発光し、当該前記複数の発光手段を、同時に発光させる同時発光制御手段を設け、この同時発光制御手段の制御に基づき前記複数の発光手段から同時に発光され前記複数の受光手段で受光された前記照射光を、所定の変調周波数ごとに分離するためのフィルタ手段を設けたことを特徴とする。

時間差発光を行わず同時発光させて受光することにより、時間差で順次発光させる場合に比べて発光及び受光に必要な時間を短縮し、効率のよい検出を行うことができる。このとき、同時に発光する複数の発光手段において互いに異なる変調周波数で変調して同時に発光し、受光した照射光をフィルタ手段で所定の変調周波数毎に分離処理することで、各発光手段の照射光ごとに別々の検出処理を行うことができる。

第２０発明は、上記第１乃至第１９発明のいずれかにおいて、前記信号出力手段は、無線通信を介し前記操作信号を送信対象に送信出力することを特徴とする。

これにより、操作部位の姿勢等の算出等を行うため操作信号出力装置外に設けられた制御装置等に対し、信号出力手段から操作信号を無線通信で送信することができる。

上記目的を達成するために、第２１発明の操作システムは、操作者の人体に装着する略円環状の装着手段と、前記略円環状の装着手段の径方向内周側に設けられ、所定の照射光を発光する少なくとも１つの発光手段、前記略円環状の装着手段の径方向内周側に設けられ、前記発光手段から発光されて前記人体の一部に照射された照射光の、照射部位における散乱光あるいは透過光を受光する複数の受光手段、前記発光手段とこの発光手段からの前記照射光を受光した少なくとも１つの前記受光手段とを受光パターンとして検出するパターン検出手段、及び、このパターン検出手段で検出した受光パターンと予め定められた受光パターンとの照合により、前記操作者の動作状態に対応した操作信号を出力する信号出力手段を有する操作信号出力装置と、前記信号出力手段から入力された前記操作信号より取得した前記受光パターンに基づき、前記操作者の操作部位の姿勢又はその姿勢の変化態様を算出する姿勢演算手段を備えた制御装置とを有することを特徴とする。

本願第２１発明においては、操作者が装着部位に操作信号出力装置を装着し、その装着状態における操作部位（装着部位とは異なる部位でもよい）の何らかの操作により当該装着部位が動かされると、操作信号出力装置の発光手段から発光された照射光は、当該装着部位の動きに対応した透過光や散乱光を生じ、それらの光がそれぞれ対応する位置の受光手段で受光される。このときの照射光を発光する発光手段と、そのときに受光した受光手段との組み合わせを、受光パターンとしてパターン検出手段で検出することで、信号出力手段ではその受光パターンに応じて、操作者の操作部位の動作状態に対応した操作信号を出力する。この出力された操作信号は制御装置に入力され、この操作信号に基づいて姿勢演算手段で操作者の操作部位の姿勢（又はその姿勢の変化態様）が演算される。

以上のように、操作者の操作部位の姿勢等を光学的な手法を介して検出して操作信号としこれに基づき姿勢を演算することにより、操作者の意図を高精度に反映した操作を実現することができる。また非接触の光学的手法であることから、筋電位や加速度検出による手法のように操作者の体に電極等を密着させる必要はないため、操作者に圧迫感や不快感を与えることなく、快適な操作を行うことができる。

第２２発明は、上記第２１発明において、前記制御装置は、前記操作者の操作部位の所定の姿勢に対応した生体情報分布に応じて設定された基準姿勢受光パターンと、前記取得した受光パターンとを比較する演算用比較手段を有し、前記姿勢演算手段は、前記演算用比較手段での比較結果に応じて前記姿勢又は前記姿勢の変化態様を算出することを特徴とする。

操作者が操作部位の姿勢を変化させると、血管分布・筋肉分布・皮膚表面形状等の生体情報の分布が変化するため、これによって操作信号出力装置の発光手段からの照射光の透過光や散乱光の挙動が変化し、受光手段の受光パターンも変化することとなる。この性質を利用して、制御装置側において予めある所定の基準姿勢にて取得した受光パターンを基準姿勢受光パターンとして保持しておき、この基準姿勢受光パターンと、現在、パターン検出手段で検出され補正手段で補正された受光パターンとを演算用比較手段で比較する。この比較に基づき、基準姿勢での受光パターンに対する現在の受光パターンの差がわかるので、姿勢演算手段でその差に応じた形で姿勢又は姿勢の変化態様を算出することができる。

本発明によれば、装着時において操作者に圧迫感や不快感を与えることなく、操作者の意図を高精度に反映した操作を実現することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態による操作信号出力装置を含む操作システムの全体構成を表す説明図である。

図１において、このシステムは、操作者Ｍの身体の所定の装着部位（この例では手首２）に装着して用いられる操作信号出力装置１００と、この例では操作者Ｍの腰３にベルト４を介し保持され、例えばＣＰＵ等の演算装置を備えた制御装置２００と、眼鏡のように操作者Ｍの耳５から鼻６にかけて装着される表示装置３００（ヘッドマウントディスプレイ）とを有している。

図２は、上記操作信号出力装置１００の詳細構造を表す斜視図であり、図３は、図２中Ａ方向から見た矢視図である。

これら図２及び図３において、操作信号出力装置１００は、略円環状の形状を備え、操作者Ｍの手首２に（後述するように回転可能に多少の間隙を空けて）装着されるリング本体１０５（装着手段）を有している。このリング本体１０５（この例では径方向内周側）には、所定の照射光を発光する少なくとも１つ（この例では４個）のＬＥＤ（発光手段）１０１,１０２，１０３,１０４と、これに対応した少なくとも１組（この例では４組）の受光素子（受光手段。例えばフォトダイオード、フォトトランジスタ、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等）１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄとが設けられ、さらにリング本体１０５（この例では径方向外周側）には上記ＬＥＤ１０１〜１０４及び受光素子１０６〜１０９を制御するとともに所定の検出処理（詳細は後述）を行う、例えばＣＰＵ等の演算装置で構成される検出コントローラ１１０と、操作者Ｍの体格差による手首２の太さの違いに対応するために例えば伸縮構造としたサイズ調整部１１１とが設けられている。

ＬＥＤ１０１,１０２，１０３,１０４からの照射光としては、例えば、波長が可視光帯域より近赤外光帯域までに含まれる光を発光するようにすることができる。近赤外光は、生体組織に対して比較的高い透過性をもつ一方、生体組織内のヘモグロビンは近赤外光域で特徴的な吸収スペクトルを有している。したがって、ＬＥＤ１０１〜１０４から近赤外光域の照射光を発光することにより、操作者Ｍの操作部位の動作に伴う装着部位の組織（例えば指の動きに伴う手首部分）での散乱の変化や血流分布の変化を受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄでの近赤外光の受光挙動により検出することができる。

また、近赤外光から離れた可視光のうち緑や青色の波長は、皮膚で反射・散乱する性質を備えていることから、ＬＥＤ１０１〜１０４から緑や青色波長の照射光を発光することにより、操作者Ｍの動作に伴う操作部位の皮膚表面の形状変化を受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄでのそれら可視光の受光挙動（受光感度変化）により検出することができる。

またこのときのＬＥＤ１０１〜１０４の発光挙動としては、各ＬＥＤで、近赤外光帯域に含まれる同一の照射光をそれぞれ発光するようにしてもよい。この場合、単一波長の照射光を用いることにより、ＬＥＤを複数種類用意する必要が無くなり、製造コストの低減や制御の簡素化を図ることができる。あるいは、それらＬＥＤ１０１〜１０４のうち少なくとも１つを近赤外光帯域に含まれる波長としつつ、それら全体としては複数波長の照射光を発光するようにしてもよい。このように複数波長の照射光を用いることにより、主として生体組織の透過性を利用した検出や、主として皮膚での反射・散乱を利用した検出を併せて用いることができるので、さらに精度の高い受光検出を行うことができる。

また、複数の波長を発光するＬＥＤ、すなわち、近赤外光発光ＬＥＤと可視光発光ＬＥＤを一つのＬＥＤパッケージに納めたＬＥＤを複数用いても良い。また、ＬＥＤに代えて、レーザーダイオード（ＬＤ）を用いても良い。

リング本体１０５は、上記４個のＬＥＤ１０１〜１０４を周方向に（この例では等間隔に）配設しており、これによってそれらＬＥＤ１０１〜１０４から発光された照射光を操作者Ｍの人体の一部（この例では手首２）に照射するように、装着される。このとき、受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄは上記ＬＥＤ１０１,１０２,１０３，１０４の配置に対応して設けられ、操作者Ｍの人体の一部（この例では手首２）に対しＬＥＤ１０１〜１０４から照射された照射光の照射部位における散乱光（あるいは透過光。詳細は後述）を受光するようになっている。これらの結果、ＬＥＤ１０１〜１０４及び受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄは、リング本体１０５に対し略円環状に配置されている。またこのとき、発光側ＬＥＤと対応する受光素子とからなる発光・受光手段グループ、すなわち、ＬＥＤ１０１及び受光素子１０６ａ〜ｄと、ＬＥＤ１０２及び受光素子１０７ａ〜ｄと、ＬＥＤ１０３及び受光素子１０８ａ〜ｄと、ＬＥＤ１０４及び１０９ａ〜ｄとは、各グループ同士、互いに回転対称位置となるように配置されている。

図４（ａ）及び図４（ｂ）はこのような照射光の受光挙動の一例を表す図である。図４（ａ）に示す例では、ＬＥＤ１０１から照射された照射光の手首２における透過散乱光が、当該ＬＥＤ１０１に対し手首２を挟んで対向するように配置される受光素子１０６ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄ等で受光される様子を表している（主として手首２の血管の動きを検出）。図４（ｂ）に示す例では、ＬＥＤ１０３から照射された照射光の手首２における反射散乱光が、当該ＬＥＤ１０３の周方向近傍部分に配置される受光素子１０６ａ，１０６ｂ，１０９ｄ，１０９ｃ等で受光される様子を表している（主として手首２の皮膚表面の動きを検出）。

上記図４（ａ）及び図４（ｂ）に例を示したように、本実施形態では、ＬＥＤ１０１，１０２，１０３，１０４の少なくとも１つから照射された照射光の手首２における透過散乱光又は反射散乱光を対応する受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄで受光し、その受光結果のパターンによって操作者Ｍの手の姿勢やその姿勢の変化を検出するものである。

図５は、上記手の姿勢変化の検出手法を概念的に表した図であり、横軸に時間、縦軸に概念的な検出受光強度をとって表している。図５において、この例では、理解の容易化のために、操作者Ｍが手でジャンケンの「グー」「チョキ」「パー」の３つの姿勢をとったときの受光挙動を概念的に表している。

すなわち、図中「Ｏ」の時間においては操作者Ｍは特に何の操作もしていない自然な状態を表しており、図中「Ａ」の時間においては５指をすべて伸長させたいわゆる「パー」の状態を表しており、図中「Ｂ」の時間においては上記「パー」の状態から親指、薬指、小指を手のひら側に折り畳んだいわゆる「チョキ」の状態を表しており、図中「Ｃ」の時間においては上記「チョキ」の状態からさらに人差し指、中指も手のひら側に折り畳んだいわゆる「グー」の状態を表している。このような各指の動きにより操作者Ｍの手首２の筋肉や血管等の位置や状態が連動して変化することで、前述した透過散乱光や反射散乱光の挙動が変化し、この結果、受光素子ア〜エ（受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄのいずれか）における各受光強度が図示のように時間的に変化し、この変化パターンを所定の手法で解析することにより、上記操作者Ｍの手の姿勢又はその変化を検出することができる。なお、上記受光強度の大きさを見る代わりに、例えばパルス光を照射してその減衰値を検出するようにしてもよい。

図６は、上記手法を実現するために操作信号出力装置１００に備えられる上記検出コントローラ１１０を含む制御系を表す機能ブロック図である。

図６において、検出コントローラ１１０は、検出制御部１２０と、この検出制御部１２０からの制御信号に基づき、上記ＬＥＤ１０１，１０２，１０３，１０４を駆動するためのＬＥＤ駆動回路１２１，１２４，１２７，１３０と、受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄにおける各４つの出力信号（受光信号）を選択的に入力するための切り換えスイッチ１２３，１２６，１２９，１３２と、それら切り換えスイッチ１２３，１２６，１２９，１３２で選択した入力信号をそれぞれデジタル変換して検出制御部１２０へ出力するＡ／Ｄ変換器１２２，１２５，１２８，１３１と、手首２に対し相対回転可能なリング本体１０５の装着位置を特定する（詳細は後述）ために用いる装着位置パターンメモリ１４０と、検出開始又は終了のトリガー信号を認識する（詳細は後述）ために用いる開始パターンメモリ１５０及び停止パターンメモリ１６０と、公知のアンテナや通信回路等を備えた、制御装置２００への無線通信を行うための無線通信制御部１９０と、電源供給用の電池ＢＴと、タイマＴＭとを備えている。

ＬＥＤ１０１，１０２，１０３，１０４は、互いに異なる波長のもの、この例では可視光ＬＥＤであるＬＥＤ１Ａ、ＬＥＤ２Ａ，ＬＥＤ３Ａ，ＬＥＤ４Ａと、近赤外光ＬＥＤであるＬＥＤ１Ｂ，ＬＥＤ２Ｂ，ＬＥＤ３Ｂ，ＬＥＤ４Ｂとが、それぞれ１つのパッケージに納められている。これら可視光ＬＥＤ及び赤外光ＬＥＤは、それぞれ駆動回路１２１，１２４，１２７，１３０により、後述するように可視光発光と近赤外光発光が切り換えられる（なお後述の変形例のようにフィルタで分離できる場合は同時発光するようにしてもよい）。

図７は、検出制御部１２０が実行する制御手順の一例を表すフローチャートである。図７において、まず、ステップＳ５で、タイマＴＭのカウントを開始する。

その後、ステップＳ１０に移り、複数個（この例では４個）のＬＥＤ及びこれに対応した複数組（この例では４組）の受光素子の発光・受光順序を規定するための変数ｉ＝１に初期化しその最大値をこの例ではｉｍａｘ＝４とするとともに、モードフラグ（操作モードであるか装着位置検出モードであるかを表すフラグ。詳細は後述）ＦＰ＝０に初期化し、また操作フラグ（操作モードにおいて操作入力中であるか操作開始指示待ちであるかを表すフラグ。詳細は後述）ＦＩ＝０に初期化する

その後、ステップＳ１５に移り、ｉ番目のＬＥＤ１０１〜１０４に対応するＬＥＤ駆動回路１２１，１２５，１２８，１３１に制御信号を出力し、当該ＬＥＤ１０１〜１０４を発光開始させる。このとき、この例では先の図６に示したように、各ＬＥＤ１０１〜１０４は互いに波長が異なるもの２個（前述の例では可視光ＬＥＤと近赤外光ＬＥＤ）が１組として、第１及び第２ＬＥＤ１０１ａ（図６中「ＬＥＤ１Ａ」で表す），１０１ｂ（図６中「ＬＥＤ１Ｂ」で表す）、第１及び第２ＬＥＤ１０２ａ（図６中「ＬＥＤ２Ａ」で表す），１０２ｂ（図６中「ＬＥＤ２Ｂ」で表す）、第１及び第２ＬＥＤ１０３ａ（図６中「ＬＥＤ３Ａ」で表す），１０３ｂ（図６中「ＬＥＤ３Ｂ」で表す）、第１及び第２ＬＥＤ１０４ａ（図６中「ＬＥＤ４Ａ」で表す），１０４ｂ（図６中「ＬＥＤ４Ｂ」で表す）が備えられている。このステップＳ１５では、そのうちｉ番目の第１ＬＥＤ１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ，１０４ａのうち対応するもの（最初はｉ＝１であるからＬＥＤ１０１ａ）を発光させる。

その後、ステップＳ２０に移り、上記ステップＳ１５の第１ＬＥＤ１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ，１０４ａの発光による各受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄでの受光結果信号ＳｐｏｓｉＡを取り込む（そして適宜の記憶手段に一時的に保存する）。すなわち、切り換えスイッチ１２３を切り替えながら受光素子１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄにおける受光信号をＡ／Ｄ変換器１２２を介し順次取り込み、切り換えスイッチ１２６を切り替えながら受光素子１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄにおける受光信号をＡ／Ｄ変換器１２５を介し順次取り込み、切り換えスイッチ１２９を切り替えながら受光素子１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄにおける受光信号をＡ／Ｄ変換器１２８を介し順次取り込み、切り換えスイッチ１３２を切り替えながら受光素子１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄにおける受光信号をＡ／Ｄ変換器１３１を介し順次取り込む（したがってこの例では１つの第１ＬＥＤ１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ，１０４ａの発光に対し１６個の受光信号を取り込むこととなる）。

その後、ステップＳ２５に移り、上記ステップＳ１５で発光開始させたｉ番目のＬＥＤ１０１〜１０４に対応するＬＥＤ駆動回路１２１，１２５，１２８，１３１に制御信号を出力し、当該第１ＬＥＤ１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ，１０４ａの発光を停止させる。

その後、ステップＳ３０に移り、上記ステップＳ１５と同様、ＬＥＤ駆動回路１２１，１２５，１２８，１３１に制御信号を出力し、ｉ番目の第２ＬＥＤ１０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｂ，１０４ｂのうち対応するもの（最初はｉ＝１であるからＬＥＤ１０１ｂ）を発光開始させる。

そして、ステップＳ３５において、上記ステップＳ２０と同様、上記ステップＳ３０の第２ＬＥＤ１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ，１０４ａの発光による各受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄでの受光結果信号ＳｐｏｓｉＢを、切り換えスイッチ１２３，１２６，１２９，１３２を順次切り替えながらＡ／Ｄ変換器１２２，１２５，１２８，１３１を介し順次取り込む（前述と同様１つの第２ＬＥＤ１０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｂ，１０４ｂの発光に対し１６個の受光信号を取り込み、適宜の記憶手段に一時的に保存する）。

その後、ステップＳ４０に移り、上記ステップＳ３０で発光開始させたｉ番目のＬＥＤ１０１〜１０４に対応するＬＥＤ駆動回路１２１，１２５，１２８，１３１に制御信号を出力し、当該第２ＬＥＤ１０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｂ，１０４ｂの発光を停止させる。

そして、ステップＳ４５において、ｉの値がｉｍａｘ（この例ではｉ＝４）になったかどうかを判定する。ｉ＜ｉｍａｘである場合はこの判定が満たされず、ステップＳ５０でｉの値に１を足して（言い換えればＬＥＤの順番を次のものに変えて）、ステップＳ１５へ戻り、ステップＳ１５〜ステップＳ４５において同様の第１ＬＥＤ１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ，１０４ａ及び第２ＬＥＤ１０１ｂ，１０２ｂ，１０３ｂ，１０４ｂの発光及び受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄでの受光を繰り返す。

上記のように発光及び受光を繰り返し、ｉ＝４である第１ＬＥＤ１０４ａ及び第２ＬＥＤ１０４ｂの発光及び受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄでの受光が終了したら、ステップＳ４５における判定が満たされ、ステップＳ５５に移る。なおこのとき、ステップＳ４５からステップＳ５０を経てステップＳ１５に戻るとき、所定の時間間隔をおいてループ毎に順次時間差発光するようにしてもよい（時間差発光制御手段）。このように同一発光を行わず時間差をもって順次発光させることにより、受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄで受光した照射光の分離処理等が不要となり、処理・制御の簡素化や製造コストの低減等を図ることができる。

ステップＳ５５では、上記モードフラグＦＰ＝０であるかどうかを判定する。最初は上記ステップＳ１０においてＦＰ＝０となっているから判定が満たされ、ステップＳ２００に移る。

ステップＳ２００では、上記のようにしてステップＳ１５〜ステップＳ４０を（この例では）４回繰り返すことで取り込んだ受光パターンと、上記装着位置パターンメモリ１４０に記憶されたパターンとの照合に基づき（詳細は後述）、手首２に装着されたリング本体１０５の相対位置（手首２まわりの回転方向位置）を検出する装着位置検出処理を実行し、回転方向における装着位置（装着角度）θｋo（詳細は後述）を決定する。

ステップＳ２００でリング本体１０５の装着位置の検出処理が完了したら、ステップＳ６０でモードフラグＦＰを操作モードであるＦＰ＝１にし、ステップＳ１５へ戻る。そして、前述と同様にして再びステップＳ１５〜ステップＳ４０を４回繰り返すことで受光結果を取り込んだ後、ＦＰ＝１であるからステップＳ５５での判定が満たされなくなり、ステップＳ６５に移る。

ステップＳ６５では、上記操作フラグＦＩ＝０であるかどうかを判定する。最初は先のステップＳ１０で初期化された状態のままＦＩ＝０であるから判定が満たされ、ステップＳ３００へ移る。

ステップＳ３００では、上記のようにしてステップＳ１５〜ステップＳ４０を（この例では）４回繰り返すことで取り込んだ受光パターンと、上記開始パターンメモリ１５０に記憶されたパターンとの照合に基づき（詳細は後述）、操作者Ｍによる（この例では指の）操作が、操作開始を意図するものであるかどうかを検出する操作開始指示検出処理を実行する。

その後、ステップＳ７０に移り、指示の認識・未認識を表すフラグＧが１であるかどうかを判定する。ステップＳ３００において操作開始指示を認識していればＧ＝１となっている（後述の図１０のステップＳ３３０参照）ことから判定が満たされ、ステップＳ７５で操作フラグＦＩを操作入力中であることを表す１とし、ステップＳ１０５へ移る。ステップＳ３００において操作開始指示が未認識であればＧ＝０となっている（後述の図１０のステップＳ３２５参照）ことから判定が満たされず、そのままステップＳ１０５へ移る。このように、操作開始を意図するものであるか検出することにより、通常の指の動きを検知して、意図しない操作入力指示を出して、対象を誤動作させたりする危険がなくなる。また、所定の操作を検出したときのみ操作入力が可能となるので、必要なときのみ操作入力を行い、その他のときに、意図しない操作をするのを未然に防ぐことができる。

ステップＳ１０５では、上記ステップＳ５でのタイマＴＭでの計時開始後、予め定められた所定時間（例えばこの時間が経過したらそれまでのすべての受光結果をリセットして装着位置の検出からやり直すべきものとする時間）を経過したかどうかを判定する。当該時間が経過するまでは判定が満たされず、ステップＳ１５に戻って同様の手順を繰り返す。ステップＳ３００における操作開始指示が未認識でありＧ＝０のままである場合、このステップＳ１０５→ステップＳ１５〜ステップＳ４０の４回繰り返し→ステップＳ５５→ステップＳ６５を経てステップＳ３３０において再び操作開始指示の検出を行い、上記所定の時間が経過しない間は操作開始指示が認識されＧ＝１となるまでこれらの手順を繰り返す。

操作開始指示の認識によりＧ＝１となった場合はステップＳ７５でＦＩ＝１となっていることから、上記のようにしてステップＳ１５に戻りステップＳ１５〜ステップＳ４０の４回繰り返し→ステップＳ５５を経てステップＳ６５の判定が満たされず、ステップＳ４００に移る。

ステップＳ４００では、上記のようにしてステップＳ１５〜ステップＳ４０を（この例では）４回繰り返すことで取り込んだ受光パターンと、上記停止パターンメモリ１６０に記憶されたパターンとの照合に基づき（詳細は後述）、操作者Ｍによる（この例では指の）操作が、操作停止を意図するものであるかどうかを検出する操作停止指示検出処理を実行する。

その後、ステップＳ８０に移り、指示の認識・未認識を表すフラグＧが１であるかどうかを判定する。ステップＳ４００において操作停止指示が未認識であればＧ＝０となっている（後述の図１１のステップＳ４２５参照）ことから判定が満たされず、ステップＳ９０へ移る。

ステップＳ９０では、操作開始指示後操作停止指示前に上記ステップＳ１５〜ステップＳ４０の４回繰り返しによってｉ＝１〜ｉｍａｘ（この例では４）について取得した受光結果信号ＳｐｏｓｉＡ及びＳｐｏｓｉＢを、操作者Ｍの操作意図に対応した本来の操作動作であるとみなして、上記ステップＳ２００で検出した装着角度θｋoだけ回転させるように補正し、受光補正信号を生成する。

その後、ステップＳ９５において、無線通信制御部１９０に制御信号を出力し、上記ステップＳ９０で生成した受光補正信号を無線通信により制御装置２００へと送信し、ステップＳ１０５へと移る。

一方、前述のステップＳ８０において、ステップＳ４００で操作停止指示を認識していればＧ＝１となっている（後述の図１１のステップＳ４３０参照）ことから判定が満たされ、ステップＳ８５で操作フラグＦＩを操作開始指示待ちであることを表す０に戻し、ステップＳ１０５へ移る。このように、操作停止指示を出すことにより、入力以外のことを指の動きで行いたい場合など、同時に誤った操作を入力してしまう（意図しない受光補正信号を制御装置へ送ることによる、意図しない操作信号を出してしまう）恐れがなくなる。

ステップＳ１０５では、前述の所定の時間が経過するまでは判定が満たされず、ステップＳ１５に戻って同様の手順を繰り返す。そして、ステップＳ１０５→ステップＳ１５〜ステップＳ４０の４回繰り返し→ステップＳ５５を経て、ステップＳ６５の判定が満たされてステップＳ３３０において再び操作開始指示の検出を行い、上記所定の時間が経過しない間は再び操作開始指示が認識されるまでこれらの手順を繰り返す。

なお、以上のようなステップＳ１５〜ステップＳ１０５の手順を繰り返すうち、タイマＴＭによる前述の計時が上記所定の時間となったら、ステップＳ１０５の判定が満たされ（＝タイムオーバー）、ステップＳ１１０に移ってタイマＴＭへ制御信号を出力して計時をリセット（初期化）した後、装着位置の検出からやり直すためにステップＳ１１５でモードフラグＦＰ＝に戻し、ステップＳ１５に戻って同様の手順を繰り返す。こうすれは、操作動作に伴い、操作信号出力装置が装着部位の周りで回転する等、装着位置が変化していくので、定期的に装着位置を検出することにより、装着部位に密着固定させることによる装着者に不快感を与えることなく、精度の高い操作動作検出を行うことができる。

次に、上記ステップＳ２００における装着位置検出処理について説明する。本実施形態では、操作者Ｍの手首２の所定の状態（例えば手のひらの力を抜いて最も自然にしたときの状態）においてＬＥＤ１０１〜１０４からの照射光の受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄでの受光信号の分布（受光パターン）を１つの指標とし、手首２まわりのリング本体１０５の回転により上記受光信号分布がどれだけ回転した状態にあるかを、装着位置パターンメモリ１４０に記憶した受光パターンテーブルと照合して検出する。

図８（ａ）は、その受光パターンテーブルの一例を説明するための説明図であり、前述したように、操作者Ｍの手首２の所定の状態（例えば手のひらの力を抜いて最も自然にしたときの状態）においてＬＥＤ１０１〜１０４のいずれかからの照射光の受光素子１０６ａ〜ｄ（「ＰＤ１Ａ」「ＰＤ１Ｂ」「ＰＤ１Ｃ」「ＰＤ１Ｄ」），１０７ａ〜ｄ（「ＰＤ２Ａ」「ＰＤ２Ｂ」「ＰＤ２Ｃ」「ＰＤ２Ｄ」），１０８ａ〜ｄ（「ＰＤ３Ａ」「ＰＤ３Ｂ」「ＰＤ３Ｃ」「ＰＤ３Ｄ」），１０９ａ〜ｄ（「ＰＤ４Ａ」「ＰＤ４Ｂ」「ＰＤ４Ｃ」「ＰＤ４Ｄ」）での受光信号の分布（受光パターン）を相対値で指標として表したものである。図示のように、この相対値は、受光素子１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ，１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄ，１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ，１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄの順に（後述の基準位置で）、「３」「１」「０」「２」「０」「１」「２」「４」「７」「１」「３」「１」「０」「４」「０」「２」となっている。なお、図中網掛け部の受光素子１０７ｃ，１０７ｄ，１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄの「２」「４」「７」「１」「３」「１」という値が、検出部位である手首２において検出値が最も特徴として出やすい範囲（例えば血管や筋肉の近く）を表している。

ここで、例えば上記テーブルには、図８（ａ）の最上段に表示するように、上記の分布について、ある状態（例えば操作者Ｍから見て手首２を手前側にしてその手首２の幅方向中央部にＬＥＤ１０１が正対している状態）を回転方向の基準位置（θ＝０°）として、この基準位置における受光パターン（基準位置受光パターン）を格納している。そして、検出制御部１２０は、上記基準位置の受光パターン（図８（ａ）最上段）を元に、所定角度間隔（この例では３６０°範囲を１６分割した２２．５°刻み）をもって、当該角度間隔ごとに上記受光パターンを回転させたものを生成し、これを図示しない適宜のメモリに一時的に記憶する。図８（ａ）中最上段以外の各段は、理解の容易のためにそれらを一覧表示して示したものである。なおこのとき、ｋ＝０〜１５の各値は、上記基準位置からのずれ位置をカウントする変数でｋ＝０が角度位置θ＝０°（基準位置そのもの）に対応し、ｋ＝１が角度位置θ＝２２．５°に対応し、以下同様に、ｋ＝１５が角度位置θ＝３３７．５°に対応している。

図８（ｂ）は、上記図８（ａ）のようにして用意されたｋ＝０〜１５の各ずれ位置の受光パターンに対する、照合対象である実際の検出値の例を表しており、この例では、受光素子１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ，１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄ，１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ，１０８ｄ，１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ，１０９ｄの順に、「２」「５」「７」「０」「３」「１」「０」「０」「０」「０」「０」「０」「０」「０」「０」「０」となっている。

図８（ｃ）は、上記図８（ｂ）のような受光信号の分布があった場合に、これを図８（ａ）に示す各ずれ位置の受光パターンと照合して最終的に現在のリング本体１０５の回転方向位置を検出する手法を説明するための図である。この例では、図８（ｂ）に示した実際の各受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄでの検出値（相対値表示）と、図８（ａ）の各段に横一列に表示した相対値の各値同士の積（乗算値）を求める。そして、各段（言い換えれば各角度位置）ごとに、当該受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄごとに求めた乗算値をすべて合計し、これを相関係数としている。

このような手法によれば、図８（ａ）のように各段の角度位置（θ＝０°〜３３７．５°）ごとに算出した受光パターンの指標値のうち、図８（ｂ）に示す実際の検出値が得られたときの回転方向角度位置に最も近いものは、その乗算値の合計である相関係数が最も大きくなるはずである。したがって、このときのリング本体１０５の装着位置を、上記基準位置よりも、最大値を得られる角度位置（この例ではθ＝１３５°）にほぼ等しい角度だけずれた位置にあるとして、装着位置（絶対位置）を検出することができる。なお、このような相関関数を算出しその最大値（あるいは所定値以上の値）を得るパターンに基づき装着位置を算出するのに限られず、（例えば上記受光パターンの指標値がもっと単純化した値とできる場合等においては）指標値同士が一致するか不一致であるかにより装着位置を求めるようにしても良い。

図９は、上記手法原理を実現するための上記ステップＳ２００の詳細手順を表すフローチャートである。

まずステップＳ２０５で、上記したずれ位置カウント変数ｋの値を、その初期値ｋｓｔａｒｔ（図８（ａ）の例では０°）とする。このｋｓｔａｒｔの値は固定的に設定されていても良いし、その都度操作者により操作（又は選択）入力するようにしてもよい。

そして、ステップＳ２０５で、上記ｋｓｔａｒｔ（図８（ａ）の例では０）に相当する基本受光パターンを装着位置パターンメモリ１４０から読み出し、適宜のメモリに一時的に記憶する。

その後、ステップＳ２１５に移り、前述の所定角度間隔ｄθ（図８（ａ）の例では２２．５°）を用いて、各ずれ位置変数ｋに対応した角度位置θｋ＝ｋ×ｄθを定義する。

そして、ステップＳ２２０において、上記ステップＳ２１０で取得しメモリに記憶されている基本受光パターン（ｋ＝ｋｓｔａｒｔに対応）を、上記ステップＳ２１５で求めた装着角度θｋだけ回転させ（ずらし）た分布とし、ステップＳ２２５でこれをメモリに記憶させる。

その後、ステップＳ２３０で、ｋが予め定められた所定の回転完了値ｋｅｎｄ（図８（ａ）の例では３３７．５°）に達したかどうかを判定する。このｋｅｎｄの値は固定的に設定されていても良いし、その都度操作者により操作（又は選択）入力するようにしてもよい。ｋ＜ｋｅｎｄの場合は判定が満たされず、ステップＳ２３５でｋに１を加え、ステップＳ２１５に戻り、同様の手順を繰り返す。このような繰り返しにより、上記図８（ａ）における最上段の基本受光パターン（ｋ＝０°）より最上段以外の各段の受光パターンが順次生成され、メモリに記憶される。

ｋ＝ｋｅｎｄ（図８（ａ）の例では３３７．５°）になった場合は、ステップＳ２３０の判定が満たされ、ステップＳ２４０へ移る。

ステップＳ２４０では、先に図８（ｃ）で説明したように、この時点で前述の図７のステップＳ１５〜ステップＳ４０の４回繰り返しにより取得した全受光結果信号Ｓｐｏｓ（なおＬＥＤ１０１〜１０４のどれについての受光信号でもよく、また第１ＬＥＤの第２ＬＥＤのいずれか一方でよい）の分布と、上記ステップＳ２２５でメモリに格納蓄積されたｋ＝ｋｓｔａｒｔ〜ｅｎｄまでの各受光パターンの各値とを乗算することで、各ずれ位置変数ｋごとに相関係数Ｒｋを算出する。

その後、ステップＳ２４５において、ステップＳ２４０の結果に基づき、相関関数Ｒｋが最も大きくなるずれ位置変数ｋを、現在の実際のリング本体１０５の位置に対応したずれ位置ｋoとする。

そして、ステップＳ２５０において、実際のリング本体１０５の装着角度θｋoを、上記ステップＳ２４５で算出したｋoと前述のｄθを用いて、θｋo＝ｋo×ｄθにより算出し、このフローを終了する。

図１０は、上記ステップＳ３００の詳細手順を表すフローチャートである。

図１０において、まずステップＳ３１０で、この時点で前述の図７のステップＳ１５〜ステップＳ４０の４回繰り返しにより取得した全受光結果信号Ｓｐｏｓ（なおＬＥＤ１０１〜１０４のどれについての受光信号でもよく、また第１ＬＥＤの第２ＬＥＤのいずれか一方でよい）を、先のステップＳ２００で算出したリング本体１０５の装着角度θｋoだけ回転させ、回転位置補正を行う。

その後、ステップＳ３１５に移り、操作者Ｍによる操作動作の検出開始の合図（トリガー信号）として予め定められ、開始パターンメモリ１５０に記憶された
手首２の開始指示動作（例えば人差し指を一本だけ立てる、等）に対応する受光パターンを当該開始パターンメモリ１５０より読み出す。そして、この読み出した開始パターンと、上記ステップＳ３１０で補正した受光パターンとの相関係数Ｒを、上述した手法と同様にして算出する。

そして、ステップＳ３２０において、上記ステップＳ３１０で算出した相関係数Ｒの値が、パターン認識上相当の確率でほぼ同一と見なせる、予め定められる所定値Ｒｓより大きいかどうかを判定する。Ｒ＞Ｒｓであれば判定が満たされ、ステップＳ３３０に移って指示の認識・未認識を表すフラグＧを１（認識）とする。Ｒ≦Ｒｓであれば判定が満たされず、ステップＳ３２５に移って上記フラグＧを０（未認識）とする。ステップＳ３３０又はステップＳ３２５が完了したらこのフローを終了する。

図１１は、上記ステップＳ４００の詳細手順を表すフローチャートである。

図１１において、まずステップＳ４１０で、この時点で前述の図７のステップＳ１５〜ステップＳ４０の４回繰り返しにより取得した全受光結果信号Ｓｐｏｓ（なおＬＥＤ１０１〜１０４のどれについての受光信号でもよく、また第１ＬＥＤの第２ＬＥＤのいずれか一方でよい）を、先のステップＳ２００で算出したリング本体１０５の装着角度θｋoだけ回転させ、回転位置補正を行う。

その後、ステップＳ４１５に移り、操作者Ｍによる操作動作の検出停止の合図（トリガー信号）として予め定められ、停止パターンメモリ１６０に記憶された
手首２の停止指示動作（例えば小指を一本だけ立てる、等）に対応する受光パターンを当該停止パターンメモリ１６０より読み出す。そして、この読み出した停止パターンと、上記ステップＳ４１０で補正した受光パターンとの相関係数Ｒを、上述した手法と同様にして算出する。

そして、ステップＳ４２０において、上記ステップＳ４１０で算出した相関係数Ｒの値が、パターン認識上相当の確率でほぼ同一と見なせる、予め定められる所定値Ｒｅより大きいかどうかを判定する。Ｒ＞Ｒｓであれば判定が満たされ、ステップＳ４３０に移って指示の認識・未認識を表すフラグＧを１（認識）とする。Ｒ≦Ｒｅであれば判定が満たされず、ステップＳ４２５に移って上記フラグＧを０（未認識）とする。ステップＳ４３０又はステップＳ４２５が完了したらこのフローを終了する。

図１２は、前述の制御装置２００の機能的構成を表す機能ブロック図である。

図１２において、制御装置２００は、入力信号生成制御部２１０と、各操作態様における操作者Ｍの操作部位（手指等）の姿勢に対応した血管、筋肉等の生体情報分布として予め設定されている受光パターン（＝基準姿勢受光パターン）を格納保持した受光パターンメモリ２２０と、操作者の操作態様（意図）を解析する（詳細は後述）受光パターン解析部２３０と、受光パターン解析部２３０に備えられた学習処理部２３１（詳細は後述）と、公知のアンテナや通信回路等を備え、操作信号出力装置１００への無線通信を行うための無線通信制御部２４０と、同様に公知のアンテナや通信回路等を備え、操作信号出力装置１００以外の外部機器（この例では上記表示装置３００）へ無線通信を行うための外部入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）２５０と、電源供給用の電池ＢＴとを備えている。

図１３は、制御装置２００全体が実行する制御手順の一例を表すフローチャートである。図１３において、まず、ステップＳ５０５において、入力信号生成制御部２１０で、無線通信制御部２４０を介し、操作信号出力装置１００に備えられた無線通信制御部１９０からの無線信号データの伝送があったかどうかを判定する。データ伝送があった場合には判定が満たされ、ステップＳ５１０に移る。

ステップＳ５１０では、入力信号生成制御部２１０で、操作者Ｍの操作意図に対応した、操作開始指示後操作停止指示前に前述のステップＳ１５〜ステップＳ４０の４回繰り返しによって取得され（＝ＳｐｏｓｉＡ及びＳｐｏｓｉＢ）さらに装着角度θｋo補正を施された受光補正信号を、上記ステップＳ５０５で受信した操作信号出力装置１００からの無線信号データの中から抽出取得し、適宜のメモリに格納蓄積する。

その後ステップＳ５１５に移り、入力信号生成制御部２１０で、上記ステップＳ５１０で取得したデータが所定数（例えば操作者Ｍの手による１操作態様を構成するのに十分な手の姿勢の数）だけ蓄積されたかどうかを判定する。蓄積データ数が当該所定数未満である場合には判定が満たされず、ステップＳ５０５に戻って同様の手順を繰り返す。蓄積データが所定数に達した場合にはステップＳ５１５の判定が満たされ、ステップＳ５２０へ移る。

ステップＳ５２０では、受光パターン解析部２３０で、操作者の手の姿勢を特定するための上記受光パターンメモリ２２０に格納された受光パターン（基準姿勢受光パターン）を参照しつつ、その基準姿勢受光パターンと、操作信号出力装置１００から入力した操作信号に基づく受光パターンとを比較することにより、操作者Ｍの手の姿勢（例えば「グー」、「チョキ」、「パー」のいずれかである等）を解析する。さらに、その操作者Ｍの手の姿勢の複数の解析結果を用いて、その連続性に基づき、操作者Ｍの操作態様（操作意図「グー→チョキ→パー」等）を解析する。

その後、ステップＳ５２５に移り、入力信号生成制御部２１０で、上記ステップＳ５２０で解析した操作者Ｍの操作態様を元に、対応する操作信号（例えば「ファイル開く」「次ページ表示」等）を生成する。

そして、ステップＳ５３０において、外部入出力インターフェイス２５０で、上記ステップＳ５２５で生成した操作信号を表示装置３００（ヘッドマウントディスプレイ）へ無線通信により出力し、ステップＳ５０５へ戻って同様の手順を繰り返す。

図１４は、上記表示装置３００の詳細外観構造を表す斜視図である。図１４において、表示装置３００は、操作者Ｍの鼻６に載置保持される鼻保持部３０１と、操作者Ｍの両側の耳５にそれぞれ載置保持される耳保持部３０２と、装着時に操作者Ｍの両目の前方にそれぞれ位置し所定の表示を行う表示部３０３と、それら表示部３０３を指示するための支持部３０４と、ケーブル３０５を介し表示部３０３に接続された制御部（図示せず）とを有している。

上記制御部は、上記制御装置２００より無線通信を介し操作信号を受信するとともに、この操作信号に基づき２つの表示部３０３への制御信号を生成してケーブル３０５を介し出力し、表示部３０３において対応する表示を行わせる。

図１５は、上記のような操作システムを実際に活用した一例を表す説明図である。図１５において、この例では操作者Ｍは自動車ＣＲの整備を行っており、ジャッキアップした自動車ＣＲの床下に図示のように体を寝かせて潜り込んだ状態で、適宜の工具を手にして作業を行っている。その際、制御装置２００の表示制御（詳細な説明は省略）により整備マニュアルの表示制御信号が表示装置３００の上記制御部へと無線通信を介して送信され、これによって表示装置３００の表示部に当該整備マニュアルが（操作者Ｍが両眼にて視認可能に）表示される。そしてこのとき、操作者Ｍが手や指を適宜に操作（例えば前述の「グー」「チョキ」「パー」等）することにより、その操作態様に応じた受光パターンが操作信号出力装置１００から制御装置２００へと送信され、制御装置２００の受光パターン解析部２３０で当該操作態様に基づき操作者による当該整備マニュアルのページめくりの意図を解析し、対応するページ移行処理を実行させることができる。これによって、操作者Ｍは、紙でできた刊行物としてのマニュアルをいちいち床下に持ち込んだりページをめくったりすることなく、手に工具をもったままで整備マニュアルの所望のページを参照し、最適な自動車整備作業を行うことができる。

以上において、図７に示した検出制御部１２０が実行するフローのステップＳ１５〜ステップＳ４０が、各請求項記載の、発光手段とこの発光手段からの照射光を受光した少なくとも１つの受光手段とを受光パターンとして検出するパターン検出手段を構成する。また、ステップＳ９５及び無線通信制御部１９０が、パターン検出手段で検出した受光パターンに基づき前記操作者の動作状態に対応した操作信号を出力する信号出力手段を構成する。さらに、ステップＳ９０が、位置検出手段の位置検出結果に応じて、パターン検出手段で検出した受光パターンを補正する補正手段を構成する。

また、図７のフローのステップＳ３００及びステップＳ７０が、信号出力手段による操作信号の出力を開始するための開始指示が入力されたかどうかを判定する開始指示判定手段を構成し、図１０のフローのステップＳ３１５、ステップＳ３２０が、パターン検出手段で検出された受光パターンを予め定められた開始指示用受光パターンと比較する開始指示検出用比較手段を構成する。

また、図７のフローのステップＳ４００及びステップＳ８０が、信号出力手段による操作信号の出力を停止するための停止指示が入力されたかどうかを判定する停止指示判定手段を構成し、図１１のフローのステップＳ４１５、ステップＳ４２０が、パターン検出手段で検出された受光パターンを予め定められた停止指示用受光パターンと比較する停止指示検出用比較手段を構成する。

また、図９のフローのステップＳ２４０が、パターン検出手段で検出した受光パターンを予め定められた基準位置受光パターンと比較する位置検出用比較手段を構成し、ステップＳ２５０が、この位置検出用比較手段での比較結果に基づき操作信号出力装置の回転方向位置を検出する位置検出手段を構成する。

また、制御装置２００の入力信号生成制御部２１０が実行する図１３のフローのステップＳ５２５が、信号出力手段から入力された操作信号より取得した受光パターンに基づき、操作者の操作部位の姿勢又はその姿勢の変化態様を算出する姿勢演算手段を構成する。また、ステップＳ５２０が、操作者の操作部位の所定の姿勢に対応した生体情報分布に応じて設定された基準姿勢受光パターンと、取得した受光パターンとを比較する演算用比較手段を構成する。

以上のように構成した本実施形態の操作システムにおいては、操作者Ｍが手首２に操作信号出力装置１００をリング本体５を介して装着し、その装着状態における指や手の何らかの操作により手首２が動かされると、ＬＥＤ１０１〜１０４から発光された照射光は、手や指の姿勢や姿勢の変化に基づく手首２の状態に対応した透過光や散乱光を生じ、それらの光がそれぞれ対応する位置の受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄで受光される。このようにして、上記操作者Ｍの手首２の動きに対応し複数の受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄにおいて種々の受光結果が生じるため、その受光結果の組み合わせに基づき、上記操作者Ｍの手や指の動作状態に対応した操作信号を出力することができる。

以上のように、操作者Ｍの手や指の姿勢等を光学的な手法を介して検出し操作信号を出力することにより、操作者の意図を高精度に反映した操作を実現することができる。また非接触の光学的手法であることから、筋電位や加速度検出による手法のように操作者Ｍの体に電極等を密着させる必要はないため、操作者Ｍに圧迫感や不快感を与えることなく、快適な操作を行うことができる。

本実施形態では特に、操作者Ｍが手や指の姿勢を変化させることで変化する、手首２の血管分布・筋肉分布・皮膚表面形状等の生体情報の分布の変化を、ＬＥＤ１０１〜１０４の照射光の透過光や散乱光の挙動の変化、すなわち受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄの受光パターンの変化として検出する。具体的には、予めある所定の基準姿勢にて取得した受光パターンを基準姿勢受光パターンとして制御装置２００の受光パターンメモリ２２０に保持しておき、この基準姿勢受光パターンと、現在、操作信号出力装置１００で検出され回転位置補正された後に送信されてきた受光パターンとを制御装置２００にて比較する。この比較に基づき、基準姿勢での受光パターンに対する現在の受光パターンの差がわかるので、その差に応じた形で操作者Ｍの手指の姿勢又は姿勢の変化態様を算出することができる。

また、本実施形態では特に、ＬＥＤ１０１〜１０４と受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄとを、リング本体１０５に対し略円環状に配置していることにより、上記したように操作者Ｍの手首、あるいはその他例えば、胴、首、足首、腕、頭などにも容易に装着可能な構造とすることができる。

また、ＬＥＤ１０１及び受光素子１０６ａ〜ｄと、ＬＥＤ１０２及び受光素子１０７ａ〜ｄと、ＬＥＤ１０３及び受光素子１０８ａ〜ｄと、ＬＥＤ１０４及び１０９ａ〜ｄとは、各グループ同士、互いに回転対称位置となるように配置されていることにより、リング本体１０５を介した操作者Ｍの体（この例では手首２）への取り付け状態で操作信号出力装置１００が回転変位したとしても、支障なく受光パターン検出を行うことができる。またこの結果、回転変位を許容することを前提として、リング本体１０５における操作信号出力装置１００と操作者Ｍの体との隙間を大きくとることも可能となり、操作者Ｍへの圧迫感や不快感をさらに確実に防止することができる。

また、本実施形態では特に、基準位置受光パターンに対し現在の受光パターンが回転方向にどれだけずれているかを表す検出結果に対応して、そのずれ分を補正手段で補正することで、操作信号出力装置１００はその補正を反映した形で操作信号を出力することができる。したがって、回転方向のずれは無関係となり姿勢によってのみ決定される操作信号を出力することができるので、操作者Ｍは操作信号出力装置１００をリング本体１０５を介し装着した後の回転変位を気にする必要が無くなり、さらに快適性を向上することができる。

また、本実施形態では特に、操作信号出力装置１００から常時信号出力を行うのではなく、所定の開始指示がなされたときに信号出力を行うようにすることで、操作者Ｍの意図しない非操作時検出信号の出力等、操作信号出力装置１００の無駄な作動を無くし、電源消費を節約することができる。このとき、具体的な開始指示としては、予めある所定の開始指示姿勢にて取得した受光パターンを開始指示用受光パターンとして操作信号出力装置１００の開始パターンメモリ１５０に保持しておき、この開始指示用受光パターンと、現在操作信号出力装置１００で検出した受光パターンとを比較し、この比較に基づき開始指示が入力されたかどうかの判定を行う。これにより、操作者Ｍは操作信号出力装置１００による操作信号の出力を開始したい場合には、上記所定の開始指示姿勢をとるだけで足り、それ以外の特別な操作を行う必要がなくなる。この結果、操作労力を増大することなく、無駄な電源消費の防止を図れる。

また、本実施形態では特に、操作信号出力装置１００から信号出力開始後、所定の停止指示がなされたときに信号出力を停止することで、操作者Ｍの意図しない非操作時検出信号の出力等、操作信号出力装置１００の無駄な作動を無くし、電源消費を節約することができる。このとき、具体的な停止指示としては、予めある所定の停止指示姿勢にて取得した受光パターンを停止指示用受光パターンとして操作信号出力装置１００の停止パターンメモリ１６０に保持しておき、この停止指示用受光パターンと、現在操作信号出力装置１００で検出した受光パターンとを比較し、この比較に基づき、停止指示が入力されたかどうかの判定を行う。これにより、操作者Ｍは操作信号出力装置１００による操作信号の出力を停止したい場合には、上記所定の停止指示姿勢をとるだけで足り、それ以外の特別な操作を行う必要がなくなる。この結果、操作労力を増大することなく、無駄な電源消費の防止を図れる。

なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で、種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を説明する。

（１）フィルタ手段を用いて同時発光する場合
上記実施形態では、ＬＥＤ１０１〜１０４を（所定の時間差をもって）順次発光させたが、これに限られず、それらを同時発光させるとともに、受光側でフィルタ手段を用いて所定波長帯域毎に分離するようにしてもよい。

図１６は、そのような変形例の１つを表している（図示の煩雑化を防止するために一部省略して表す）。この例では、ＬＥＤ１０１，１０２，１０３，１０４を、対応する上記ＬＥＤ駆動回路１２１，１２４，１２７，１３０により互いに異なる変調周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４によりそれぞれ変調して照射するようになっている。そして、これに対応し、各受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄそれぞれで受光した信号を増幅する増幅器１９５と、この増幅器１９５で増幅した信号がそれぞれ入力され、上記変調周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４ごとに抽出分離する電気的なフィルタ１９１，１９２，１９３，１９４（フィルタ手段）と、それらフィルタ１９１，１９２，１９３，１９４からの出力を選択的に上記切り換えスイッチ１２３，１２６，１２９，１３２のいずれかに入力するための切り換えスイッチ１９６とを備えている。

この場合、同時発光制御される（＝同時発光制御手段）ＬＥＤ１０１〜１０４から発光され受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄで同時に受光された照射光を、各フィルタ１９１，１９２，１９３，１９４で所定の変調周波数帯域（この例では変調周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４）ごとに分離した後、切り換えスイッチ１９６及び切り換えスイッチ１２３，１２６，１２９，１３２を介して検出制御部１２０へ入力することで、各ＬＥＤ１０１〜１０４の照射光ごとに別々の検出処理を行うことができる。そして、このように時間差発光を行わず同時発光させて受光することにより、上記実施形態のように順次発光させる場合に比べて、発光及び受光に必要な時間を短縮し、効率のよい検出を行うことができる。

図１７は、フィルタ手段を用いる別の変形例を表している（図示の煩雑化を防止するために一部省略して表す）。上記と同様、ＬＥＤ１０１，１０２，１０３，１０４はＬＥＤ１Ａ，ＬＥＤ１Ｂに対応する互いに異なる波長λ１，λ２が照射されている。そして、これに対応し、各受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄそれぞれは、上記波長λ１，λ２に対応した数（この例では２つ）ずつ（例えば受光素子１０６ａについては、波長λ１に対応した受光素子１０６ａａ，１０６ａｃ、波長λ２に対応した受光素子１０６ａｂ，１０６ａｄが）設けられている。さらに、受光した光成分を上記波長ごとに抽出分離してそれら４つの受光素子に対して供給するフィルタ手段として物理的な分光フィルタ（λ１）１８１、分光フィルタ（λ２）１８２、分光フィルタ（λ１）１８３、分光フィルタ（λ２）１８４が設けられている。この分光フィルタの例としては、例えば赤外透過フィルタや赤色、緑色、青色の、可視透過フィルタなどを用いることができる。

この場合、同時発光制御される（＝同時発光制御手段）ＬＥＤ１０１ａ，１０１ｂから発光された照射光を、各フィルタ１８１，１８２，１８３，１８４で所定の波長帯域（この例では波長λ１，λ２）ごとに同時に分離して受光した後、受光素子１０６ａａ，１０６ａｂ，１０６ａｃ，１０６ａｄ、受光素子１０６ｂａ，１０６ｂｂ，１０６ｂｃ，１０６ｂｄ、…１０９ｄａ，１０９ｄｂ，１０９ｄｃ，１０９ｄｄへ供給し、さらに切り換えスイッチ１９６及び切り換えスイッチ１２３，１２６，１２９，１３２を介して検出制御部１２０へ入力することで、各ＬＥＤ１０１ａ，１０１ｂの照射光ごとに別々の検出処理を行うことができる。そして、このように発光波長ごとの時間差発光を行わず同時発光させて受光することにより、上記実施形態のように順次発光させる場合に比べて、発光及び受光に必要な時間を短縮し、効率のよい検出を行うことができる。

（２）ニューラルネットの手法を用いる場合
上記実施形態においては、リング本体１０５の回転方向位置補正において、当該補正を行うのに、検出した受光パターンと基準位置受光パターンとの一致不一致を照合したり、それら２つの受光パターンの類似性を所定の関数で数値化し所定値以上の場合を選択するようにしたが、これに限られない。すなわち例えば、重み付け繰り返し演算を用いたニューラルネットの手法を用いて現在の受光パターンが回転方向にどれだけずれているかを検出するようにしてもよい。

図１８は、このニューラルネットの手法原理を示すための概念的説明図である。ニューラルネットとは、出力の正解（教師信号）を提示し、結合荷重を変化させてやることで種々の入力に対して正解を提示できるようにシステムを学習させる方式である。図１８において、数値的な入力を行うことで、入力層ＩＮＴ、中間層ＭＩＤ、出力層ＯＵＴで数値計算を行い、数値的な出力が行われる。入力に対する出力の正解（教師信号）が既知の場合、この教師信号を教えて各層におけるユニットの結合荷重の値を少しずつ変化させることで、種々の入力に対する数値出力と上記教師信号との誤差を最小にする（学習させる）ようにすることができる。

すなわち、ネットワークの出力をｏ、教師信号をｙとすると、出力層ＯＵＴのユニットのインデックスをｊとして、損失関数Ｒを、
Ｒ＝Σ_ｊ（ｏ_ｊ−ｙ_ｊ）^２
とおくことができる。

ここで、このネットワークＮＷによるニューラルネットの学習は上記のように結合荷重を修正することで達成されるが、中間層ＭＩＤと出力層ＯＵＴとの結合荷重の修正量ｗは、上記損失関数Ｒを用いて、
△ｗ_ｉｊ＝−ε（∂Ｒ／∂ｗ_ｉｊ）
で表すことができる（但しｉ：中間層ＭＩＤのインデックス、ε：学習係数）。

さらに入力層ＩＮＴと中間層ＭＩＤとの結合荷重の修正量は、中間層ＭＩＤと出力層ＯＵＴとの結合荷重の修正量を利用することで算出することができる（後ろの層から前の層へ向かって、ネットワークの誤差を伝搬させ、ネットワーク全体を学習させる）。

上記のようなニューラルネットの手法を実現するためには、検出コントローラ１１０が、教師信号に基づき判定のために必要なパラメータを取得する学習モードと、当該パラメータと取得データとから判定を行う判定モードとを備え、上記パラメータを保存するメモリ部を有する判定比較手段（例えば後述する制御装置２００の受光パターン解析部２３０に設けた学習処理部２３１に相当するものでもよい）を備えていればよい。判定比較手段が、学習モードにおいて教師信号に基づきパラメータを取得し、判定モードで当該パラメータと取得データとにより判定を行い、これを繰り返すことで、いわゆるニューラルネットの手法により基準位置受光パターンとパターン検出手段で検出した受光パターンとを比較することができる。

（３）外乱除去を図る場合
すなわち、ＬＥＤ１０１〜１０４の非発光時（外光による）における受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄにおける受光結果を、外乱成分と見なして検出コントローラ１１０に設けた外乱光メモリ１７０（図６等参照）に記憶しておき、ＬＥＤ１０１〜１０４の発光時における受光素子１０６ａ〜ｄ，１０７ａ〜ｄ，１０８ａ〜ｄ，１０９ａ〜ｄにおける受光結果より、上記外乱光メモリ１７０の外乱成分を差し引き、その差分信号から受光パターンを取得するようにしてもよい。これにより、検出時の外乱となる外光による受光値の影響を除去し、より精度の高い検出を行うことができる効果がある。

（４）姿勢解析も操作信号出力装置１００側で行う場合
以上においては、操作信号出力装置１００側では、操作開始指示及び操作停止指示の検出と受光信号の回転位置補正のみを行い、操作者Ｍの操作意図に対応した手首２における透過散乱光や反射散乱光の挙動を反映した受光信号に基づく、操作者Ｍの手指の姿勢解析は制御装置２００側で行うようにした。しかしながら、このような姿勢解析機能その他についても、制御装置２００側でなく操作信号出力装置１００で行うようにしても良い。

図１９は、この変形例における制御系を表す機能ブロック図であり、上述の図６や図１２に対応する図である。図６及び図１２と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略又は簡略化する。図１９に示す検出コントローラ１１０には、上記実施形態において制御装置２００側に備えられていた、各操作態様における操作者Ｍの操作部位（手指等）の姿勢に対応した基準姿勢受光パターンを格納保持した上記受光パターンメモリ２２０と、操作者の操作態様（意図）を解析する受光パターン解析部２３０（学習処理部２３１は図示省略）と、操作信号出力装置１００以外の外部機器（表示装置３００等）へ無線通信を行うための上記外部入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）２５０とが設けられている。

本変形例では、制御装置２００の入力信号生成制御部２１０の機能を兼ねる検出コントローラ１１０の検出制御部１２０及びその他各部が、図１３に示すフローチャートと同等の制御手順を実行する。すなわち、ステップＳ５０５と同等の手順（以下、単にステップＳ５０５のように示す）において、検出制御部１２０で受光信号データの入力（又は蓄積）があったかどうかを判定する。データ入力又は蓄積があった場合には判定が満たされ、ステップＳ５１０で、検出制御部１２０で、操作者Ｍの操作意図に対応した、操作開始指示後操作停止指示前に前述のステップＳ１５〜ステップＳ４０の４回繰り返しによって取得され（＝ＳｐｏｓｉＡ及びＳｐｏｓｉＢ）さらに装着角度θｋo補正を施された受光補正信号を、上記ステップＳ５０５で識別した信号データの中から抽出取得し、適宜のメモリに格納蓄積する。

その後ステップＳ５１５に移り、検出制御部１２０で、上記ステップＳ５１０で取得したデータが所定数（例えば操作者Ｍの手による１操作態様を構成するのに十分な手の姿勢の数）だけ蓄積されたかどうかを判定し、蓄積データが所定数に達した場合にはステップＳ５２０へ移り、受光パターン解析部２３０で、操作者の手の姿勢を特定するための上記受光パターンメモリ２２０に格納された受光パターン（基準姿勢受光パターン）を参照しつつ、その基準姿勢受光パターンと、上記蓄積された操作信号に基づく受光パターンとを比較することにより、操作者Ｍの手の姿勢（例えば「グー」、「チョキ」、「パー」のいずれかである等）を解析する。さらに、その操作者Ｍの手の姿勢の複数の解析結果を用いて、その連続性に基づき、操作者Ｍの操作態様（操作意図「グー→チョキ→パー」等）を解析する。

その後、ステップＳ５２５に移り、検出制御部１２０で、上記ステップＳ５２０で解析した操作者Ｍの操作態様を元に、対応する操作信号（例えば「ファイル開く」「次ページ表示」等）を生成し、ステップＳ５３０において、外部入出力インターフェイス２５０で、上記ステップＳ５２５で生成した操作信号を表示装置３００（ヘッドマウントディスプレイ）へ無線通信により出力し、ステップＳ５０５へ戻って同様の手順を繰り返す。

以上において、検出制御部１２０が実行する図１３のフローのステップＳ５２５が、補正手段で補正された受光パターンに基づき、操作者の操作部位の姿勢又はその姿勢の変化態様を算出する姿勢算出手段を構成する。また、ステップＳ５２０が、操作者の操作部位の所定の基準姿勢に対応した生体情報分布に応じて設定された基準姿勢受光パターンと、補正手段で補正された受光パターンとを比較する姿勢検出用比較手段を構成する。

本変形例によっても、上記実施形態と同様の効果を得る。また、制御装置２００の機能を操作信号出力装置１００側に兼ね備えることにより、制御装置２００が不要となり、操作者Ｍの装着負担や操作労力を低減することができる。

（５）その他
（５−１）加速度センサを用いる場合
以上は、上記図７に詳細を示すステップＳ３００の操作開始指示検出処理や、ステップＳ４００の操作停止検出処理において、操作者Ｍが手や指の姿勢を変化させて所定の開始指示用受光パターンや停止指示用受光パターンと合致させることで、開始指示や停止指示を行ったが、これに限られない。すなわちこのような光学的な検出を介した開始指示・停止指示ではなく、例えばリング本体１０５に加速度センサ１８０を設け（図３、図４、図６等参照）、操作者Ｍが手首２を強く振る等により所定値以上の加速度を与えることを持って上記開始指示・停止指示を与えるようにしても良い。さらには、開始指示や停止指示については、リング本体１０５やその他の箇所に設けた通常の操作スイッチ等によって行っても良い。これらの場合も、操作者Ｍに圧迫感や不快感を与えることなく、快適な操作を行えるという効果を得ることができる。

（５−２）操作者個人のクセ等への対応
以上述べた受光パターンの認識等において、操作者Ｍ個人個人のクセやあるいは特定の操作部位の操作頻度等を学習させる機能を設けてもよい。例えば図１２中に想像線で示すように、制御装置２００に上記個人のクセや個人固有の操作頻度情報等を記憶するデータベース２６０を設け、受光パターン解析部２３０に設けた学習処理部２３１で所定頻度ごとにデータベース２６０内に特定の操作や動作態様を記憶する（あるいは操作者Ｍごと、又は一般的なものとして初期設定してもよい）。そして、受光パターン解析部２３０で受光パターンに基づき操作者Ｍの操作部位（手指等）の解析を行うときに、上記データベース２６０内の情報を参照して解析を行うようにすればよい。

（５−３）他のサービス用途への適用
以上は、本発明を自動車の整備において整備マニュアル参照時に適用した場合を例にとって説明したが、その他点検簿への入力操作等にも適用できる。またこのような整備業務関係に限られるものでもなく、オフィス・店舗その他の建造物や各種会場等における受付・案内業務（会議室の手配、アポイントメントの確認、プロジェクタスクリーンや大型ディスプレイの各種入力・操作等）その他サービス業など、操作者がマニュアルや書類等を参照する又は電子ファイルを使用する場合がある全般において適用可能である。この場合、前述のようにページめくり操作のみならず、通常の操作機器やパソコン等で行うすべての操作（ファイル操作、編集操作、表示操作等）についてそれぞれに対応した受光パターンを用いて行うことができる。またパソコンやモバイル機器のキーボード操作の代わりに数字・文字入力（かなめくり操作を含む）等を行うことも可能である（メール送受信も可能）。さらには、遊戯機器（ゲーム機等）や遊戯設備（バーチャルスポーツ設備等）等の娯楽への適用や、この場合も同様の効果を得る。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

本発明の一実施形態による操作信号出力装置を含む操作システムの全体構成を表す説明図である。 操作信号出力装置の詳細構造を表す斜視図である。 図２中Ａ方向から見た矢視図である。 照射光の受光挙動の一例を表す図である。 上記手の姿勢変化の検出手法を概念的に表した図である。 操作信号出力装置に備えられる検出コントローラを含む制御系を表す機能ブロック図である。 検出制御部が実行する制御手順の一例を表すフローチャートである。 受光パターンテーブルの一例を説明するための説明図、ｋ＝０〜１５の各ずれ位置の受光パターンに対する、照合対象である実際の検出値の例を表す説明図、及び最終的に現在のリング本体の回転方向位置を検出する手法を説明するための図である。 ステップＳ２００の詳細手順を表すフローチャートである。 ステップＳ３００の詳細手順を表すフローチャートである。 ステップＳ４００の詳細手順を表すフローチャートである。 制御装置の機能的構成を表す機能ブロック図である。 制御装置全体が実行する制御手順の一例を表すフローチャートである。 表示装置の詳細外観構造を表す斜視図である。 操作システムを実際に活用した一例を表す説明図である。 フィルタ手段を用いて同時発光させる変形例の１つを表す図である。 フィルタ手段を用いて同時発光させる別の変形例を表す図である。 ニューラルネットの手法原理を示すための概念的説明図である。 姿勢解析を操作信号出力装置側で行う変形例の制御系を表す機能ブロック図である。

符号の説明

１００ 操作信号出力装置
１０１ ＬＥＤ（発光手段）
１０２ ＬＥＤ（発光手段）
１０３ ＬＥＤ（発光手段）
１０４ ＬＥＤ（発光手段）
１０５ リング本体（装着手段）
１０６ａ〜ｄ 受光素子（受光手段）
１０７ａ〜ｄ 受光素子（受光手段）
１０８ａ〜ｄ 受光素子（受光手段）
１０９ａ〜ｄ 受光素子（受光手段）
１９１〜４ フィルタ（フィルタ手段）
２００ 制御装置
Ｍ 操作者

Claims (22)

1. 操作者の人体に装着する略円環状の装着手段と、
   前記略円環状の装着手段の径方向内周側に設けられ、所定の照射光を発光する少なくとも１つの発光手段と、
   前記略円環状の装着手段の径方向内周側に設けられ、前記発光手段から発光されて前記人体の一部に照射された照射光の、照射部位における散乱光あるいは透過光を受光する複数の受光手段と、
   前記発光手段と、この発光手段からの前記照射光を受光した少なくとも１つの前記受光手段とを、受光パターンとして検出するパターン検出手段と、
   前記パターン検出手段で検出した受光パターンと、予め定められた受光パターンとの照合により、操作者の動作状態に対応した操作信号を出力する信号出力手段と
   を有することを特徴とする操作信号出力装置。
2. 請求項１記載の操作信号出力装置において、
   前記パターン検出手段は、
   前記発光手段の非発光時における前記複数の受光手段における受光結果と、前記発光手段の発光時における前記複数の受光手段における受光結果との差分信号から、前記受光パターンを取得することを特徴とする操作信号出力装置。
3. 請求項１記載の操作信号出力装置において、
   １つの前記発光手段と少なくとも１つの前記受光手段とからなる発光・受光手段グループを複数有し、
   それら複数の発光・受光手段グループのそれぞれは、互いに回転対称位置となるように前記装着手段に配置されていることを特徴とする操作信号出力装置。
4. 請求項３記載の操作信号出力装置において、
   前記パターン検出手段で検出した受光パターンを予め定められた基準位置受光パターンと比較する位置検出用比較手段と、
   この位置検出用比較手段での比較結果に基づき操作信号出力装置の回転方向位置を検出する位置検出手段と
   を有し、
   前記信号出力手段は、
   前記パターン検出手段で検出した受光パターンと、前記位置検出手段の位置検出結果とに基づき、前記操作信号を出力することを特徴とする操作信号出力装置。
5. 請求項４記載の操作信号出力装置において、
   前記位置検出用比較手段は、
   前記検出した受光パターンと前記基準位置受光パターンとの一致不一致を照合するか、又は、前記検出した受光パターンと前記基準位置受光パターンとの類似性を所定の関数で数値化し所定値以上の場合を選択するか、若しくは、重み付け繰り返し演算を用いたニューラルネットの手法により、前記比較を行う
   ことを特徴とする操作信号出力装置。
6. 請求項５記載の操作信号出力装置において、
   教師信号に基づき判定のために必要なパラメータを取得する学習モード、及び、当該パラメータと取得データとから判定を行う判定モードを備え、前記パラメータを保存するメモリ部を有する判定比較手段
   を設けたことを特徴とする操作信号出力装置。
7. 請求項４乃至６のいずれか１項記載の操作信号出力装置において、
   前記位置検出手段の位置検出結果に応じて、前記パターン検出手段で検出した受光パターンを補正する補正手段を有し、
   前記信号出力手段は、
   前記補正手段で補正された受光パターンに基づき、前記操作信号を出力することを特徴とする操作信号出力装置。
8. 請求項７記載の操作信号出力装置において、
   前記補正手段で補正された受光パターンに基づき、前記操作者の操作部位の姿勢又はその姿勢の変化態様を算出する姿勢算出手段を有し、
   前記信号出力手段は、
   前記姿勢算出手段で算出された前記姿勢又は前記姿勢の変化態様を前記操作信号として出力することを特徴とする操作信号出力装置。
9. 請求項８記載の操作信号出力装置において、
   操作者の操作部位の所定の基準姿勢に対応した生体情報分布に応じて設定された基準姿勢受光パターンと、前記補正手段で補正された受光パターンとを比較する姿勢検出用比較手段を有し、
   前記姿勢算出手段は、前記姿勢検出用比較手段での比較結果に応じて前記姿勢又は前記姿勢の変化態様を算出することを特徴とする操作信号出力装置。
10. 請求項９記載の操作信号出力装置において、
    前記姿勢検出用比較手段は、
    前記検出した受光パターンと前記基準姿勢受光パターンとの一致不一致を照合するか、又は、前記検出した受光パターンと前記基準姿勢受光パターンとの類似性を所定の関数で数値化し所定値以上の場合を選択するか、若しくは、重み付け繰り返し演算を用いたニューラルネットの手法により、前記比較を行う
    ことを特徴とする操作信号出力装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項記載の操作信号出力装置において、
    前記信号出力手段による前記操作信号の出力を開始するための開始指示が入力されたかどうかを判定する開始指示判定手段を有し、
    前記信号出力手段は、前記開始指示判定手段の判定が満たされたときに、前記前記操作信号の出力を行う
    ことを特徴とする操作信号出力装置。
12. 請求項１１記載の操作信号出力装置において、
    前記開始指示判定手段は、
    前記パターン検出手段で検出された前記受光パターンを予め定められた開始指示用受光パターンと比較する開始指示検出用比較手段を備え、
    この開始指示検出用比較手段の比較結果に応じて、前記開始指示が入力されたかどうかの判定を行う
    ことを特徴とする操作信号出力装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項記載の操作信号出力装置において、
    前記信号出力手段による前記操作信号の出力を停止するための停止指示が入力されたかどうかを判定する停止指示判定手段を有し、
    前記信号出力手段は、前記停止指示判定手段の判定が満たされたときに、前記前記操作信号の出力を停止する
    ことを特徴とする操作信号出力装置。
14. 請求項１３記載の操作信号出力装置において、
    前記停止指示判定手段は、
    前記パターン検出手段で検出された前記受光パターンを予め定められた停止指示用受光パターンと比較する停止指示検出用比較手段を備え、
    この停止指示検出用比較手段の比較結果に応じて、前記停止指示が入力されたかどうかの判定を行う
    ことを特徴とする操作信号出力装置。
15. 請求項１乃至１４のいずれか１項記載の操作信号出力装置において、
    前記発光手段は、波長が可視光帯域より近赤外光帯域までに含まれる前記照射光を発光することを特徴とする操作信号出力装置。
16. 請求項１乃至１４のいずれか１項記載の操作信号出力装置において、
    前記発光手段は複数備えられており、
    それら複数の発光手段は、近赤外光帯域に含まれる同一の照射光をそれぞれ発光することを特徴とする操作信号出力装置。
17. 請求項１乃至１４のいずれか１項記載の操作信号出力装置において、
    前記発光手段は複数備えられており、
    それら複数の発光手段は、少なくとも１つの波長が近赤外光帯域に含まれる複数波長の照射光を発光することを特徴とする操作信号出力装置。
18. 請求項１６又は１７記載の操作信号出力装置において、
    前記複数の発光手段を、時間差をもって順次発光させる時間差発光制御手段を有することを特徴とする操作信号出力装置。
19. 請求項１７記載の操作信号出力装置において、
    前記複数の発光手段は、互いに異なる変調周波数でそれぞれ変調した前記複数波長の照射光を発光し、
    当該複数の発光手段を、同時に発光させる同時発光制御手段を設け、
    この同時発光制御手段の制御に基づき前記複数の発光手段から同時に発光され前記複数の受光手段で受光された前記照射光を、所定の変調周波数ごとに分離するためのフィルタ手段を設けた
    ことを特徴とする操作信号出力装置。
20. 請求項１乃至１９のいずれか１項記載の操作信号出力装置において、
    前記信号出力手段は、無線通信を介し前記操作信号を送信対象に送信出力することを特徴とする操作信号出力装置。
21. 操作者の人体に装着する略円環状の装着手段と、前記略円環状の装着手段の径方向内周側に設けられ、所定の照射光を発光する少なくとも１つの発光手段、前記略円環状の装着手段の径方向内周側に設けられ、前記発光手段から発光されて前記人体の一部に照射された照射光の、照射部位における散乱光あるいは透過光を受光する複数の受光手段、前記発光手段とこの発光手段からの前記照射光を受光した少なくとも１つの前記受光手段とを受光パターンとして検出するパターン検出手段、及び、このパターン検出手段で検出した受光パターンと予め定められた受光パターンとの照合により、前記操作者の動作状態に対応した操作信号を出力する信号出力手段を有する操作信号出力装置と、
    前記信号出力手段から入力された前記操作信号より取得した前記受光パターンに基づき、前記操作者の操作部位の姿勢又はその姿勢の変化態様を算出する姿勢演算手段を備えた制御装置と
    を有することを特徴とする操作システム。
22. 請求項２１記載の操作システムにおいて、
    前記制御装置は、
    前記操作者の操作部位の所定の姿勢に対応した生体情報分布に応じて設定された基準姿勢受光パターンと、前記取得した受光パターンとを比較する演算用比較手段を有し、
    前記姿勢演算手段は、前記演算用比較手段での比較結果に応じて前記姿勢又は前記姿勢の変化態様を算出することを特徴とする操作システム。
    

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