JP2004511024A - コンピュータ入力装置 - Google Patents

Abstract

少なくとも２つの遠隔センサと制御ユニットとを含む、デジタルシステムにデータを入れるためのデジタル入力装置。センサに近接して作業範囲が設定され、その作業領域内のオブジェクトの位置が各センサによって与えられるデータに基づいて入力装置によって検出され、前記制御ユニットによって前記デジタルシステムに送られる。前記作業領域の外側にあるオブジェクトの位置が前記入力装置によって検出されたときには、それは前記制御ユニットによって排除され、前記デジタルシステムには送られない。センサは超音波センサであってもよく、オブジェクトはユーザの体の一部であってもよい。第３のセンサを用いることによってオブジェクトの３次元の検出が可能となる。

Description

【０００１】
【発明の分野】
この発明はコンピュータ入力装置に関し、排他的ではないがより特定的には、画像中またはスクリーン上において点またはカーソルを操作するために動作可能なコンピュータ入力装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
キーボード、タッチスクリーンおよびマウスなどのコンピュータ入力装置は周知である。しかしこれらは動く部品を含むため、摩耗する。ユーザによって少なくとも部分的に装着または保持されるワイヤード入力装置は、米国特許第４，６８２，１５９号および第４，９８８，９８１号により公知である。
【０００３】
場合によってはワイヤは不便であるかまたは望ましくないため、ユーザによって装着または保持されるワイヤレスカーソル操作装置が公知であり、その例は米国特許第５，４４４，４６２号、第５，４５３，７５９号、第５，７５４，１２６号、第５、７３６，９７６号、第５，６３８，０９２号、第５，７９０，１００号、第５，４８９，９２２号および第５，７２９，４７５号により公知である。
【０００４】
ユーザが装置を装着または保持することのない、体の部分の場所をモニタするために電磁放射を用いるシステムが、米国特許第５，７１７，４１３号および第５，６８６，９４２号により公知である。後者の場合においては、超音波を用いることも開示されている。
【０００５】
【発明の概要】
この発明の第１の局面に従うと、デジタルシステムにデータを入れるためのデジタル入力装置が提供される。この装置は少なくとも２つの遠隔センサと制御ユニットとを含む。遠隔センサに近接して作業領域が設定され、これは典型的ではあるが予め規定する必要はなく、その作業領域内のオブジェクトの位置がセンサにより与えられるデータに基づいて入力装置によって検出され、制御ユニットによってデジタルシステムに送られる。しかし、オブジェクトの位置のパラメータのいずれかが作業領域の外側にあることが検出されると、それらは制御ユニットによって排除され、デジタルシステムには送られない。こうしたパラメータは前記作業領域の端縁を示す値によって置き換えられることが好ましい。
【０００６】
センサは超音波変換器であることが好ましく、その各々はそこからのオブジェクトの距離を検出することが好ましい。制御ユニットは、検出された距離を作業領域内の原点に対する座標に変換してもよい。そのオブジェクトは典型的にはユーザの体の一部、たとえば指であってもよい。
【０００７】
第２のセンサが第１のセンサに対して垂直に置かれることが好ましい。
特に好ましい実施例においては、オブジェクトと少なくとも１つのセンサに垂直な軸とによって定められる角度は、センサからのオブジェクトの距離を得る際に無視される。
【０００８】
第３のセンサを与えることにより、制御ユニットが作業領域内のオブジェクトの３次元座標を算出できるようにしてもよい。
【０００９】
この発明の第２の局面に従うと、第１および第２の遠隔センサと制御ユニットとを含む、デジタルシステムにデータを入れるためのデジタル入力装置が提供される。センサに近接して作業領域が設定され、作業領域内のオブジェクトの位置が各センサによって与えられるデータに基づいて入力装置によって検出され、制御ユニットによってデジタルシステムに送られる。作業領域の外側にあるオブジェクトの位置が入力装置によって検出されると、それは制御ユニットによって排除され、デジタルシステムには送られない。そのオブジェクトはユーザの体の一部である。作業領域を超えていることが見出されるあらゆるパラメータは、作業領域の端縁を示すパラメータによって置き換えられることが好ましい。よって点またはカーソルはスクリーンから出ることがない。
【００１０】
この発明の第３の局面に従うと、少なくとも第１および第２の遠隔センサと制御ユニットとを含む、デジタルシステムにデータを入れるためのデジタル入力装置が提供される。遠隔センサに近接して作業体積が設定され、作業体積内のオブジェクトの位置が各センサによって与えられるデータに基づいて入力装置によって検出され、制御ユニットによってデジタルシステムに送られる。しかし、作業体積の外側にあるオブジェクトの位置が入力装置によって検出されると、それは制御ユニットによって排除され、デジタルシステムには送られない。作業領域を超えていることが見出されるあらゆるパラメータは、作業領域の端縁を示すパラメータによって置き換えられることが好ましい。よって点またはカーソルはスクリーンから出ることがない。
【００１１】
【好ましい実施例の説明】
この発明についてよりよく理解し、この発明をどのように実施するかを示すために、純粋に例示的なものとして添付の図面を参照する。
【００１２】
図１は、この発明に従って動作するコンピュータ入力装置の第１の実施例のレイアウトを示す図である。図１において、ユーザまたは少なくともユーザの体の動く部分、たとえば指などがその中に位置することが期待できる作業領域１０が定められる。第１のセンサ１２は作業領域１０から第１の方向に所与の距離だけ離して置かれ、第２のセンサ１４は好ましくは作業領域１０から前述の第１の方向に対して垂直な第２の方向に同じ距離だけ離して置かれる。
【００１３】
図１において参照番号１０によって示されるような作業領域を定めることは、マウスを持上げてカーソルの動きを不活性化するのと同様に、ユーザがその動きをカーソルに送らないことを容易に選択できるために望ましい。
【００１４】
図１は２つのセンサを示し、２次元の測定に制限されているが、第３のセンサを加えることにより３次元の情報を得ることがさらに可能である。
【００１５】
この例にはユーザの指が与えられているが、このオブジェクトは指のように小さいものである必要はなく、これは点オブジェクトが要求される先行技術の引用の米国特許第５，６８６，９４２号と対照的である。
【００１６】
各センサ１２、１４は超音波変換器であることが好ましく、連続する超音波パルスを放射することによって、三角形１６および１８によってそれぞれ示される円錐形の領域を走査できる。図２に関して以下に説明するとおり、その反射を計時することによってオブジェクトまでの距離が算出される。作業領域１０の中心にあることが好ましい参照点までの距離はそのシステムに対して知られており、図２に示すとおり、これによって測定されるユーザの手などのオブジェクトに対する参照点からの距離を算出できる。さらに、距離を認識できることによって作業領域の外側のオブジェクトを排除できる。
【００１７】
図２は、図１の実施例をいかに用いて作業領域１０の中心にある原点２２に対するオブジェクト２０の座標を得るかを示すものである。各センサ１２、１４から原点２２までの距離は予め知られている。オブジェクト２０からセンサ１２までの距離ｄ１が測定され、第２のセンサ１４までの距離ｄ２が測定される。これらの長さｄ１およびｄ２の、それぞれＸおよびＹ軸上への投影をＤ１およびＤ２で示す。
【００１８】
つまり、Ｄ１＝ｄ１ｃｏｓαであり、
Ｄ２＝ｄ２ｃｏｓβであり、
ここでαおよびβは、それぞれｄ１およびｄ２とそれらのそれぞれの軸とによって定められる角度である。
【００１９】
このシステムを適切に設定するとき、一般的にαおよびβは小さい角度であると仮定できる。よってｃｏｓαおよびｃｏｓβは１に近似し得る。よってＤ１＝ｄ１およびＤ２＝ｄ２である。したがって原点からの各座標は、センサの原点までの既知の距離からＤ１およびＤ２を減ずることによって得られる。
【００２０】
その結果得られる座標は、スクリーン上のカーソルを操作するために適切なソフトウェアによって用いられ得る形になっている。作業領域に関連するこの座標は、スクリーンの中心、または３Ｄの場合にはスクリーンから後退している箱の中心にある新たな原点とともに直接再使用できることが好ましい。
【００２１】
前述のような点の検出に加え、連続する位置の測定値を比較することにより動きを得ることも可能である。よって静止オブジェクトを無視するように装置を配置することも可能である。
【００２２】
図３は、コンピュータシステムに組入れられた、この発明に従って動作する実施例のブロック図である。各変換器１２および１４は、超音波パルスを放射する送信機３０と、オブジェクトからパルスが反射されるときにパルスからの超音波エネルギを検知する検出器３２とを含む。
【００２３】
制御ユニット３４はマイクロコントローラ３６を含み、このマイクロコントローラはセンサドライバ３８を動作させて送信機３０にバースト信号を送る。各バースト信号は超音波パルスに変換され、エコーが検出器３２によって受取られる。バースト信号の周波数は典型的には５０−２００Ｈｚであるが、周波数は決定的なものではない。
【００２４】
エコーは検出器３２によって電子信号に再変換され、増幅器４０によって増幅される。次いでそれはコンパレータ４２を用いてデジタル信号に変換され、マイクロコントローラは受取時間と送信時間とを比較して、センサからのオブジェクトの距離に到達する。この点において、定められた作業体積１０の外側からのあらゆるエコーは排除され、図２に関して先に説明したように座標が算出される。
【００２５】
制御ユニットは、マウスが一般的に接続されるのと同じ態様で、好ましくは標準的な直列リンクによってコンピュータ４４に接続される。前述のようにして得られるオブジェクトの座標はこの直列リンクを介して送られ、それらはデジタル形式であるため、広範なドライバソフトウェアを必要とすることなくコンピュータ４４によって使用できる。
【００２６】
図４は、この発明に従った実施例の動作の順序を示すフローチャートである。図４においては、各センサを介して信号が送られ、カウンタが活性化される。エコーが受取られると適切な遅延が記録され、図２に関して前述したように距離Ｄ１およびＤ２が算出される。次いでループが入れられ、そこでＤ_ｍａｘおよびＤ_ｍｉｎによって定められる作業体積の外側の値は排除されるか、または好ましくはＤ_ｍａｘおよびＤ_ｍｉｎに強制され、その電流値が記憶され、座標自体が算出されてコンピュータに送られる。図４のフローチャートの下部において、「ＰＣに送る」とラベルされたステップは「座標を算出する」ステップの下に示されているが、このステップは他の多くの点にも同等に挿入できることが当業者に認識される。
【００２７】
その値を適切にＤ_ｍａｘおよびＤ_ｍｉｎに強制することにより、オブジェクトがスクリーンの端縁を通過するときにもカーソルはスクリーンの端縁に残り、まだ作業領域内にある値にのみ応答し続けることが確実となる。
【００２８】
したがって、オブジェクトの位置の遠隔検知のみに依拠するデジタルデータ入力装置が提供され、ここでオブジェクトは検知パルスに対して透過性でないあらゆるオブジェクトであり、またユーザがいかなる装置を装着または保持することも要求されない。さらに、ユーザは単に予め定められた作業領域の外側にオブジェクトを動かすことによってデータ入力を不活性化できる。
【００２９】
明確さのために別の実施例のコンテクストにおいて説明したこの発明のさまざまな特徴を、単一の実施例において組合せて与えてもよいことが認識される。逆に、簡潔のために単一の実施例のコンテクストにおいて説明したこの発明のさまざまな特徴を、別々に、またはあらゆる好適な部分的組合せにおいて与えてもよい。
【００３０】
この発明は、ここに特に示し説明したものに制限されるものではないことが当業者によって認識されるであろう。この発明の範囲は添付の請求項によってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例のレイアウトを示す図である。
【図２】図１のレイアウトをいかに用いて作業領域内のオブジェクトの座標を得るかを示す図である。
【図３】この発明の実施例のブロック図である。
【図４】この発明に従った装置の実施例の動作を示すフローチャートである。

Claims (22)

1. 少なくとも第１および第２の遠隔センサと制御ユニットとを含む、デジタルシステムにデータを入れるためのデジタル入力装置であって、前記遠隔センサに近接して作業領域が設定され、作業領域内のオブジェクトの位置のパラメータが各センサによって与えられるデータに基づいて入力装置によって検出され、前記制御ユニットによって前記デジタルシステムに送られ、前記オブジェクトの前記作業領域の外側にあるパラメータが前記入力装置によって検出されたときには、そのパラメータは前記制御ユニットにより排除されて前記デジタルシステムには送られない、装置。
2. 前記排除されたパラメータは前記作業領域の端縁を示すパラメータによって置き換えられる、請求項１に記載の装置。
3. 前記作業領域は前記遠隔センサに関して予め定められる、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記センサは超音波変換器である、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
5. 前記センサの各々はそこからの前記オブジェクトの距離を検出するために動作可能であり、前記制御ユニットは前記検出された距離を前記作業領域内の原点に対する座標に変換するために動作可能である、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
6. 前記オブジェクトはユーザの体の一部である、請求項１から５のいずれかに記載の装置。
7. 前記第２のセンサは前記第１のセンサに対して垂直に置かれる、請求項５または６に記載の装置。
8. オブジェクトと前記センサの少なくとも１つに対して垂直な軸とによって定められる角度は、前記センサからのオブジェクトの距離を得る際に無視される、請求項７に記載の装置。
9. 第３のセンサを有し、かつ前記制御ユニットは前記作業領域内の前記オブジェクトの３次元の座標を算出するために動作可能である、請求項１から８のいずれかに記載の装置。
10. オブジェクトの位置はコンピュータ処理した画像中の点に変換される、請求項１から９のいずれかに記載の装置。
11. 少なくとも第１および第２の遠隔センサと制御ユニットとを含む、デジタルシステムにデータを入れるためのデジタル入力装置であって、前記センサに近接して作業領域が設定され、作業領域内のオブジェクトの位置のパラメータが各センサによって与えられるデータに基づいて入力装置によって検出され、前記制御ユニットによって前記デジタルシステムに送られ、前記オブジェクトの位置の前記作業領域の外側にあるパラメータが前記入力装置によって検出されたときにはそのパラメータは前記制御ユニットにより排除されて前記デジタルシステムには送られず、前記オブジェクトはユーザの体の一部である、装置。
12. 前記排除されたパラメータは前記作業領域の端縁を示すパラメータによって置き換えられる、請求項１１に記載の装置。
13. オブジェクトの位置はコンピュータ処理した画像中の点に変換される、請求項１１または１２に記載の装置。
14. 少なくとも第１および第２の遠隔センサと制御ユニットとを含む、デジタルシステムにデータを入れるためのデジタル入力装置であって、前記遠隔センサに近接して作業体積が設定され、作業体積内のオブジェクトの位置のパラメータが各センサによって与えられるデータに基づいて入力装置によって検出され、前記制御ユニットによって前記デジタルシステムに送られ、前記オブジェクトの位置の前記作業体積の外側にあるパラメータが前記入力装置によって検出されたときには、そのパラメータは前記制御ユニットにより排除されて前記デジタルシステムには送られない、装置。
15. 前記排除されたパラメータは前記作業領域の端縁を示すパラメータによって置き換えられる、請求項１４に記載の装置。
16. 前記センサは超音波変換器である、請求項１４または１５に記載の装置。
17. 前記センサの各々はそこからの前記オブジェクトの距離を検出し、前記制御ユニットは前記検出された距離を前記作業体積内の原点に対する座標に変換する、請求項１４から１６のいずれかに記載の装置。
18. 前記オブジェクトはユーザの体の一部である、請求項１４から１７のいずれかに記載の装置。
19. 前記第２のセンサは前記第１のセンサに対して垂直に置かれる、請求項１７に記載の装置。
20. オブジェクトと前記センサの少なくとも１つに対して垂直な軸とによって定められる角度は、前記センサからのオブジェクトの距離を得る際に無視される、請求項１９に記載の装置。
21. 第３のセンサを有し、かつ前記制御ユニットは前記作業体積内の前記オブジェクトの３次元の座標を算出するために動作可能である、請求項１４から２０のいずれかに記載の装置。
22. 前記作業体積は前記遠隔センサに関して予め定められる、請求項１４から２１のいずれかに記載の装置。

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