JP4611667B2 - 情報入力器、収納装置、情報入力装置、及び情報処理装置 - Google Patents
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Description
この情報入力システムにおけるキータッチ動作中の指の運動の認識方法としては、以下の4種類がある。
既存のキーボードと同サイズのスペース(仮想キーボード)上で操作者にキータッチ動作をさせ、そのときの手の画像をビデオ撮影し、取り込まれたビデオデータを解析して三次元的に手の外形を認識し、仮想キーボード上の各キーに対するキータッチの有無を認識する。
既存のキーボードと同サイズのスペース(仮想キーボード)上で操作者にキータッチ動作をさせ、各指に向けて複数の位置から音波又は光波を照射し、各指から戻る音波又は光波から各方向への各指の移動速度をドップラー効果の原理に基づき算出し、仮想キーボード上の各キーに対するキータッチの有無を認識する。
既存のキーボードと同サイズの特殊平面パネル(静電容量検出素子や磁界変化検出素子が設けられたパネル)上で操作者にキータッチ動作をさせ(必要に応じて指キャップ使用。)、その特殊平面パネル上の各キーに対するキータッチの有無を検出する。
(4)グローブ使用(特許文献1など)
発光素子、加速度センサ、指圧センサなどの電子部品が複数個設けられたグローブを操作者の手に装着してキータッチ動作をさせ、そのときの素子の出力に基づいてキータッチ動作を検知する。
先ず、(1),(2),(3)の問題は、省スペース化できないことにある。すなわち、キーボードは不要であるものの、キーボードを設置するのと同じだけのスペースが必要である。
また、本発明は、本発明の情報入力器に好適な収納装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、本発明の情報入力器を的確に利用した情報入力装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、情報入力に要するスペースの削減を可能とする情報処理装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、情報入力器の取り扱いを容易とする収納装置を提供することを目的とする。
請求項2に記載の情報入力器は、請求項1に記載の情報入力器において、前記変化機構は、前記反射部の少なくとも一部を遮蔽/開放することを特徴とする。
請求項4に記載の情報入力器は、請求項3に記載の情報入力器において、前記反射部には、3以上の複数の再帰反射性を有する反射部材が並べて設けられており、前記変化機構は、前記複数の再帰反射性を有する反射部材のうち2以上の再帰反射性を有する反射部材によって挟まれた少なくとも1つの再帰反射性を有する反射部材を遮蔽/開放することを特徴とする。
請求項6に記載の情報入力器は、請求項1〜請求項5の何れか一項に記載の情報入力器において、前記反射部材は、前記指の種類を示す識別マークを兼ねていることを特徴とする。
請求項8に記載の情報入力器は、請求項7に記載の情報入力器において、前記反射部には、配置角度の差θが0°<θ<90°の式を満たす少なくとも2種類の前記コーナー状反射面が設けられていることを特徴とする。
請求項10に記載の収納装置は、請求項9に記載の情報入力器を収納する収納室と、前記情報入力器の前記ストッパー機構を駆動する手段と、前記情報入力器の前記開放機構を駆動する手段とを備えたことを特徴とする。
請求項12に記載の収納装置は、請求項10又は請求項11に記載の収納装置において、顔面追従型ディスプレイに設けられていることを特徴とする。
請求項14に記載の情報処理装置は、請求項13に記載の情報入力装置に適用され、前記二次元受光素子が取得した画像上の前記反射部の像の位置及び輝度分布に基づきその二次元受光素子上の座標で前記操作者の指先動作を認識する制御部を備えたことを特徴とする。
請求項16に記載の情報処理装置は、請求項14又は請求項15に記載の情報処理装置において、前記制御部は、少なくとも、前記指先の位置の認識をしてから、前記指圧の有無の認識を行うことにより前記指先動作の認識を行うことを特徴とする。
請求項19に記載の情報処理装置は、請求項17又は請求項18に記載の情報処理装置において、前記制御部は、前記キーボードイメージのうち前記指先イメージと少なくとも位置が重畳するキーを、他のキーとは異なる色で表示することを特徴とする。
請求項21に記載の情報処理装置は、請求項17〜請求項20の何れか一項に記載の情報処理装置において、前記ディスプレイが表示する表示領域には、前記キーボードイメージが表示されるべき特殊フィールドの他に、外部から入力された画像及び/又は文字が表示されるべき一般フィールドが確保されており、前記制御部は、前記指先イメージが前記一般フィールドに表示されるときには、前記指先イメージに加え又はその指先イメージに代えて、その指先の位置にポインティングデバイスのポインタイメージを表示することを特徴とする。
請求項24に記載の情報処理装置は、操作者の左右の指動作の情報を取得する情報入力装置に適用され、かつその情報を処理する制御部を備えた情報処理装置であって、前記制御部は、キーボードデバイスのキートップ配列を示すキーボードイメージを外部又は内部のディスプレイに対し表示すると共に、前記操作者の左右の手元上の各指先の位置を前記ディスプレイ上の座標に座標変換しつつ前記指先動作を示す指先イメージをそのディスプレイ上にリアルタイムで表示し、前記操作者から所定の合図がなされるまでの期間は、左の特定の指先の位置が前記ディスプレイ上の左の基準座標に変換される座標変換を前記左の各指先の位置の座標変換に採用すると共に、右の特定の指先の位置が前記ディスプレイ上の右の基準座標に変換される座標変換を前記右の各指先の位置の座標変換に採用し、前記操作者から所定の合図がなされてからは、その合図がなされたタイミングにおける前記左の特定の指先の位置が前記ディスプレイ上の前記左の基準座標に変換される座標変換を前記左の各指先の位置の座標変換に採用すると共に、その合図がなされたタイミングにおける前記右の特定の指先の位置が前記ディスプレイ上の前記右の基準座標に変換される座標変換を前記右の各指先の位置の座標変換に採用することを特徴とする。
請求項26に記載の収納装置は、請求項25に記載の収納装置において、前記情報入力器を前記操作者の指に対し装着する手段と、前記情報入力器を前記操作者の指から離脱する手段とを更に備えたことを特徴とする。
また、本発明によれば、本発明の情報入力器に好適な収納装置が実現する。
また、本発明によれば、本発明の情報入力器を的確に利用した情報入力装置が実現する。
また、本発明によれば、情報入力に要するスペースの削減を可能とする情報処理装置が実現する。
また、本発明によれば、情報入力器の取り扱いを容易とする収納装置が実現する。
本実施形態は、本発明の情報入力器、情報入力システム、収納装置、情報処理装置が適用された顔面追従型画像表示システムの実施形態である。
図1に示すように、この顔面追従型画像表示システムには、画像を表示するディスプレイ(請求項におけるディスプレイ、収納装置、顔面追従型ディスプレイに対応。)17、操作者の左右の各指先に装着可能な指クリップ(請求項における情報入力器に対応。)111,112,113,114,115、操作者の左右の手元の像を撮像する指先検出装置(請求項における情報入力装置に対応。)12、ディスプレイ17及び指先検出装置12を支持する機構(床に設置された伸縮可能なポール14、複数の関節を有した伸縮・回動可能な振動防止型のアーム15、15’、カウンターバランス部16などからなる)、汎用の外部機器2、各部の統制を図る主制御部(請求項における情報処理装置に対応。)13などが配置される。
指先検出装置12には、操作者の手元の像を形成するための光学系(詳細は後述)が備えられる。
アーム15の各関節部は、操作者の頭部の姿勢や位置の変化に応じて、ディスプレイ17が追従する機構となっている。
アーム15’の各関節部は、指先検出装置12に与えられた外力に応じて、その指先検出装置12の位置及び姿勢を変化させるよう動作する。よって、指先検出装置12の位置及び姿勢は、操作者によって自在に変更可能である。
主制御部13は、ディスプレイ17、指先検出装置12、及び汎用の外部機器2に対し電気的に接続された回路基板などからなり、ポール14の架台部分などの比較的振動の少ない箇所に設置されている。
コンピュータ2の入出力端子(以下、キーボード端子、マウス端子、画像端子とする。)は、主制御部13に接続される。
また、主制御部13は、指先検出装置12からの出力信号に基づき、操作者のキータッチ動作(キーボードデバイスを操作するときの動作)やポインティング動作(マウスを操作するときの動作)を認識し、それらの動作によって表される操作者からの入力情報をコンピュータ2に適した信号に変換し、入力する。
ディスプレイ17には、このキーボードイメージやポインタイメージ、及びコンピュータイメージが表示される。主制御部13は、それらのイメージに、キータッチ動作やポインティング動作の様子をリアルタイムで反映させる(詳細は後述)。
なお、操作者は、指先検出装置12,ディスプレイ17を動かして、例えば図2のような使用形態をとることもできる。
しかも、本実施形態は、実際のキーボードを要さず、左右の手の配置位置への自由度が大きいので、操作者は両手を腹の上、又は図2に示すごとく両脇腹の横などに置くことができ、リラックスした姿勢のまま情報入力をすることができる。
ところで、図1から図2のように操作者の姿勢が変更される場合や、操作者が顔面の位置や方向が変化する場合には、ディスプレイ17とアーム15との位置関係が変化する。
次に、そのディスプレイ17とアーム15との位置関係の変化について図3に基づき詳細に説明する。
先ず、図3(a)の矢印の方向へのアーム15の伸縮によって、操作者が首の高さを変化させる方向にディスプレイ17が移動可能である。
また、図3(c)の矢印の方向へのアーム15の回動によって、操作者が左右を向く方向に、ディスプレイ17が回動可能である。その回動範囲は、少なくとも操作者が左右を向くときの角度範囲だけ確保される。
この光学系は、例えば図4に示すように、液晶表示素子17f,17f’の虚像を操作者の眼から十分な遠隔位置に形成し、かつ広視野角(例えば、±60°)を実現するよう設計されている。因みに、虚像が遠隔位置に形成されれば、たとえ操作者がその虚像を長時間目視し続けても、眼が疲労することが少ないので、視力低下を防止できる。
この光学系には、接眼光学系17aR,17aL,ズーム光学系(レンズ群17bR,17bL,17c,17c’,17d,17d’,17e,17e’),液晶表示素子17f,17f’,プリズム17p、スクリーンなどが備えられる。
コンピュータイメージは、図5(a)に示すように、視野の上部に相当する第1フィールド(請求項における特殊フィールドに対応。)F1に配置され、キーボードイメージは図5(b)に示すように、視野の下部に相当する第2フィールド(請求項における一般フィールドに対応。)F2に配置される。
他方の液晶表示素子17f’から射出した光(キーボードイメージを眼の網膜に結像するための光)は、レンズ群17e’,レンズ群17d’,レンズ群17c’を経由した後にプリズム17pにて分離され、2つのレンズ群17bR,17bL,2つの接眼光学系17aR,17aLを個別に経由して左右の眼に導光される。
主制御部13(図1参照)は、表示画像における第1フィールド上の各位置と第2フィールド上の各位置とを共通の座標系で管理する。
因みに、液晶表示素子17f’の表示サイズを第2フィールド一杯に相当するサイズよりも小さいものを採用すると共に、その分だけ、その液晶表示素子17f’の射出光路の拡大倍率(ズーム倍率)を、液晶表示素子17fの射出光路の拡大倍率(ズーム倍率)よりも高く設定すれば、細密に表示すべきコンピュータイメージを細密に、粗く表示しても差し支えないキーボードイメージを粗くそれぞれ表示することができる。このようにすれば、液晶表示素子を低コストにすることができる。
なお、この場合も、それら設定された拡大倍率が既知であれば、主制御部13は、第1フィールド上の各位置と第2フィールド上の各位置とを共通の座標系で管理することができる。
また、ここでは、コンピュータイメージとキーボードイメージとの重畳(統合)がディスプレイ17内の光学系(ここではプリズム17p)にて図られたが、主制御部13による画像処理にて図られてもよい。その場合、光学系は図4に示したものよりも簡略化可能である。
光路配置の際には、上述したアーム15の運動(図3参照)に必要なスペースがそのディスプレイ17の内部に確保される。また、光学系の重心位置がなるべく接眼光学系の17aR,17aLの近くになるように光路配置される。
次に、指先検出装置12の構成、及び指先検出装置12と指クリップ111,112,113,114,115との関係について図8に基づき詳細に説明する。なお、図8では、一方の手の各指に装着された指クリップ111,112,113,114,115のみを示したが、他方の手の各指にも同様の指クリップ111,112,113,114,115が装着される。
反射素子基板11B1,11B2,11B3,11B4,11B5は、互いに垂直な3枚の反射面(コーナー状反射面)からなるコーナーキューブ11Cを、そのコーナーを爪側に向けた姿勢で基板上に設けてなる。
また、このようなコーナーキューブの他にも、特開昭55−75938号公報に開示されているガラス球状体が分散された再帰反射性を有する反射部材を使用することもできる。なお、本実施形態では、コーナーキューブを使用した場合を例として説明を進める。
左右の各指クリップ111,112,113,114,115に設けられた各コーナーキューブ11Cは、どのような角度で照明光が入射したとしても、その入射光を図8の右側に拡大して示すように、反対方向に(逆平行に)反射する。
ここで、絞り12eは、照明光の射出位置と略共役な位置にあり、コーナーキューブ11Cで反射した照明光以外の余分な光をカットする。また、色フィルタ12fは、照明光と同じ波長以外の光をカットする。投影レンズ12cは、操作者の手元の像を二次元受光素子12d上に形成する。
したがって、その二次元受光素子12d上に明確に結像するのは、各反射素子基板11B1,11B2,11B3,11B4,11B5上の各コーナーキューブ11Cの像(以下、「コーナーキューブ群の像」という。)となる。
なお、以上の指先検出装置12の位置及び姿勢は、その指先検出装置12から射出する照明光が、左右の手に装着された各反射素子基板11B1,11B2,11B3,11B4,11B5の全体を照明できるように操作者によって予め調整される。
また、前述したように、指先検出装置12の位置及び姿勢は、アーム15’によって自在に変更できるので、必要な照明光の光路から障害物(操作者の頭部、操作者の肘など)を確実に排除することができる。
また、反射素子基板11B1,11B2,11B3,11B4,11B5のそれぞれには、図9に示すように、それぞれシャッタ部材(遮光板である。請求項における変化機構に対応。)11Sが設けられる。
例えば、左手の中指の指先にのみ指圧が印加されると、図9の状態から図10の状態へと変化し、印加が終わると、図9の状態から図10の状態へと変化する。
このように各指の間でコーナーキューブ11Cの分布が相違していれば、仮に各指の配置順が「小指、薬指、中指、人差し指、親指の順」でなかったとしても、主制御部13は、コーナーキューブ群の像から、各指をそれぞれ識別することができる。
このように、各反射素子基板11B1,11B2,11B3,11B4,11B5におけるコーナーキューブ11Cの分布(反射面の分布)を左右非対称にしておけば、隣接する指同士が近づいてしまったとき(図11(d))などにも、主制御部13は、コーナーキューブ群の像から、隣接する指同士の境界を認識することができる。
図12は、指先検出装置12’の構成図である。なお、図12においては、図8に示した指先検出装置12における要素と同じ要素には同一の符号を付した。また、図12では簡単のため、各コーナーキューブ11Cを1面の反射面として示した。また、図12では、或る2つのコーナーキューブ11C上の或る点に集光する光束のみを示した。
投影レンズ12c’、絞り12e、色フィルタ12fは、照明光学系12a’の射出位置と略共役な位置(集光位置)に挿入される。
図13においては、図8に示した指先検出装置12における要素と同じ要素には同一の符号を付した。また、図13では簡単のため、コーナーキューブ11C’を1面の反射面として示した。また、図13では、或る2つのコーナーキューブ11C’に入射する光束のみを示した。
また、この指先検出装置12”においては投影レンズが省略されている。その代わりに、コーナーキューブ11C’の少なくとも1面11r’が、反射型回折光学面(DOE面)となっている。
この照明光束は、コーナーキューブ11C’の反射型回折光学面11r’においてその波面が変換され、その後、ハーフミラー12b、絞り12e、色フィルタ12fを介して二次元受光素子12d上に入射する。
さらに、その回折パターンの変形により、コーナーキューブ11C’の像を、所望の形状、例えば図14に示すような矩形状にすることもできる。
図15は、反射素子基板11B’を説明する図である。
前述した反射素子基板11B(図9参照)上においては、指の左右のコーナーキューブ11Cの数に差異が与えられているが、この反射素子基板11B’においては、コーナーキューブ11Cの配置方向に差異が与えられている(図15(a))。
なお、左右のコーナーキューブ11Cのサイズに差異を与えることによって、反射素子基板11B上のコーナーキューブ11Cの分布(反射面の分布)を左右非対称にしてもよい。
図16(a),(b)は、指クリップ111,112,113,114,115のシャッタ部材11Sに関わる機構部分を示す概略断面図である。なお、左右の各指クリップ111,112,113,114,115の間では、その機構部分に相違が無いので、ここでは一括して(識別用の添え字を省略して)説明する。
シャッタ部材11Sの移動方向(図9←→図10のようにコーナーキューブ11Cを遮蔽/開放する方向)の一端は、バネ11a1を介してバネ抑え部11a8に連結され、バネ抑え部11a8が、反射素子基板11Bの基板上に固定される。バネ11a1の伸縮方向は、シャッタ部材11Sの移動方向である。これらバネ11a1,バネ押さえ部11a8は、コーナーキューブ11Cを遮ることのないよう配置される。
また、これら反射素子基板11Bの反指先側、及び駆動架台11a4の反指先側にはそれぞれ指先の付け根(例えば、第1関節の近傍)を柔らかく抑えるためのゴム部11cが設けられている。これらゴム部11cは、後述するストッパー機構によって、指を挟む方向に付勢されている。よって、指クリップ11は指先に固定される。
このとき、バネ11a6は伸張し、接触板11a5と駆動架台11a4との間隔は広く確保される。このとき駆動架台11a4と反射素子基板11Bとの間隔も広く確保され、連結子11a3は引っ張られた状態である。また、バネ11a1は伸張しており、シャッタ部材11Sは、コーナーキューブ11Cから外れた位置に配置される(予め、この状態でシャッタ部材11Sは位置決めされる。)。よって、コーナーキューブ11Cは開放される。
このとき、バネ11a6は圧縮され、接触板11a5と駆動架台11a4との間隔は縮小する。このとき駆動架台11a4と反射素子基板11Bとの間隔も縮小されるので、連結子11a3は緩められる。バネ11a1はそれに応じて圧縮され、シャッタ部材11Sは、コーナーキューブ11C上に配置される。よって、コーナーキューブ11Cは遮蔽される。
図17(a),(b)は、指クリップ111,112,113,114,115のストッパー機構を示す概略断面図である。なお、各指クリップ111,112,113,114,115の間では、そのストッパー機構部分に相違が無いので、一括して(識別用の添え字を省略して)説明する。
また、連結棒11d1と連結棒11d2とは、共通の回動軸11d7に連結されている。よって、連結棒11d1と連結棒11d2とはその回動軸11d7の周りに回動可能である。
また、連結棒11d1の連結部と固定部との間の箇所と、連結棒11d2の連結部と固定部との間の箇所とは、連結されている。
その連結部分には、鋸状の複数の微小突出部を有したストッパー棒11d4とそのストッパー棒11d4に噛み合う鍵部11d6とが設けられる。
また、ストッパー棒11d4と連結棒11d1との間には、鍵部11d6と、鋸状の複数の微小突出部とを噛み合わせる方向に付勢されたバネ11d3が設けられている。
また、連結棒11d1又は連結棒11d2において回動軸11d7の近傍の箇所は、非伸縮部材11d8などを介して反射素子基板11Bの側に固定される。
つまり、適当な方向から適当な大きさの外力を加えれば、指に対し指クリップ11を装着したり離脱させたりすることができる。
そこで、本実施形態の情報入力システムには、各指の指クリップ11に対し専用の収納室(請求項における収納室に対応。)17R1,17R2,17R3,17R4,17R5,17L1,17L2,17L3,17L4,17L5がそれら指毎に用意される。
収納室17R1,17R2,17R3,17R4,17R5,17L1,17L2,17L3,17L4,17L5は、図18に示すように、ディスプレイ17の側面に設けられる。
このようにすれば、別途スペースを用意する必要が無い。また、ディスプレイ17の位置は自在に変更可能なので、収納室17R1,17R2,17R3,17R4,17R5,17L1,17L2,17L3,17L4,17L5の位置も自在に変更可能となる。
収納室17RLは、指クリップ11を装着した指先(図19点線部)を包み込む空間を有しており、その全体がディスプレイ17の側面に埋め込まれている。図19において、符号20は、ディスプレイ17の側に固定された壁である。
また、テコ型押さえ部材23は、駆動室21の指先側に設けられた回動軸24、及び壁20の指先側に設けられた回動軸24を支点及び力点としてテコ運動可能である。
また、爪側の壁20と解除部材22との間には、バネ27が介設される。また、その壁20には、バネ27の伸縮による解除部材22の運動方向を図中矢印の方向(解除部材22が収納室17RLの入り口を拡縮する方向)に制限するガイド部材28が設けられる。
主制御部13は、左右の各収納室17R1,17R2,17R3,17R4,17R5,17L1,17L2,17L3,17L4,17L5に個別に設けられた各センサ30からの出力信号によって、左右の手にそれぞれ装着されるべき各指クリップ111,112,113,114,115の収納の有無を個別に認識することができる。
図20、図21、図22は、収納室17RLが指クリップ11を収納する収納時、収納室17RLが指クリップ11を指に装着する装着時、収納室17RLが指クリップ11を指から離脱する離脱時の状態をそれぞれ示している。
図20に示すとおり、収納時、指クリップ11のストッパー棒11d4と鍵部11d6との噛み合いは、外れている。
図22に示すとおり、離脱時、指クリップ11を装着した指が空の収納室17RLに挿入される。このとき、指クリップ11のストッパー棒11d4が解除部材22の段差部に当接するので、その解除部材22が障害となってストッパー棒11d4と鍵部11d6との噛み合いが外れ(白矢印)、指から指クリップ11が離脱する。
なお、以上説明した左右の各収納室17R1,17R2,17R3,17R4,17R5,17L1,17L2,17L3,17L4,17L5のディスプレイ17に対する取り付け角度は、各指それぞれの腹側に駆動室21が位置するような角度とする。
このように、各収納室17R1,17R2,17R3,17R4,17R5,17L1,17L2,17L3,17L4,17L5を利用すれば、指クリップ111,112,113,114,115の取り扱いが容易になる。
前述したように、主制御部13は、指先検出装置12からの出力信号(二次元受光素子12dからの出力信号。以下「取得画像」という。)に基づき、操作者のキータッチ動作やポインティング動作を認識する。
主制御部13は、図23(c)に示すごとく、そのディストーションが補正される方向に取得画像を変換する。なお、この変換をする代わりに、二次元受光素子12dを傾斜させることでディストーションを補正してもよい。
また、主制御部13は、取得画像上のコーナーキューブ群の像に基づき、各指の位置を認識する。ここで、全ての指に指クリップ11が装着されているとは限らないので、その像に基づき、主制御部13は、指クリップ11を装着している指の種類を認識する。
この通知により、操作者は、指クリップ11の紛失や、指クリップ11の装着ミスなどを認識することができる。
次の処理では、左手の所定の指先(以下、親指の指先とする。)の位置(L0x,L0y)、右手の所定の指先(以下、親指の指先とする。)の位置(R0x,R0y)、及びその他の各指先の位置をそれぞれ取得画像上の座標系XY1上で認識する(なお、図23では、座標系XY1上の左右の手の間隔を狭く表したが、実際の間隔は、操作者の左右の手の間隔に応じたものとなる。)。
したがって、操作者が左右の手指を動かすと、各時点における左右の親指の指先位置を基準とした各位置に、表示画像上の手の輪郭のイメージも動く。このとき、左右の親指の指先の表示位置は、常にスペースキー上に一致している。
なお、必要に応じて、この変換に、上述したディストーション補正のための変換を含めるとよい。また、この変換に、取得画像上の座標系XY1と表示画像上の座標系XY2との間の倍率調整のための変換も含めるとよい。
したがって、指圧が印加されてから以降は、操作者が左右の手指を動かすと、印加の時点における左右の親指それぞれの指先位置を基準とした各位置に、表示画像上の手の輪郭のイメージが動く。このとき、左右の親指を含む全指先の表示位置が、それら指先の移動に応じて移動する。
また、主制御部13は、表示画像上の指先が何れかのキーに重畳するときには、図25に示すように、そのキー(図25では、左手の親指、中指、薬指、小指、右手の親指、人差し指が重畳したキー)の色を変化させる。さらにそれらの指の何れかに指圧が印加されると、その指に重畳するキーの色を、さらに変化させる(図25では、enterキーの色がさらに変化した様子を示した)。そして、その指圧と同じタイミングで、そのキーのキーコードを、コンピュータ2のキーボード端子に入力する。
次に、主制御部13によるコーナーキューブ群の像の認識方法、指圧の有無の認識方法、指の種類の認識方法について図26に基づき説明する。
図26(a)の上部には、二次元受光素子12d上の一部に形成されたコーナーキューブ群の像(指圧有り)を示し、図26(a)の下部には、そのときの二次元受光素子12dの出力信号を示した。二次元受光素子12d上の或るラインLiとそのラインLiからの出力信号Siとには、互いに同じ下付数字”i”(i=1,2,3,4,5)を付した。
この画素ピッチの下では、出力信号S1,S2,S3,S4,S5から、横方向に3つのコーナーキューブ11Cが配置されていることを確実に認識できる。また、その出力信号S1,S2,S3,S4,S5から、各コーナーキューブ11Cの形状、及びコーナーキューブ11Cの幅などを認識することもできる。
但し、本実施形態ではコーナーキューブ11Cに対する照明光束の照射方向が斜めになっていることなどから、各画素信号に重畳される一次成分が大きく、全画素信号を平均化するノイズ軽減方法を適用し難い。また、手の輪郭のイメージをリアルタイムで表示するためにはその認識を高速化する必要がある。そこで、次のような方法を採ることが望ましい。
さらに、主制御部13は、距離L1(図9参照)に相当する各間隔で横方向に配置された一対の像の位置を親指の位置とみなし、距離L2(図9参照)に相当する間隔で横方向に配置された一対の像の位置を人差し指の位置とみなし、距離L3(図9参照)に相当する間隔で横方向に配置された一対の像の位置を中指の位置とみなし、距離L4(図9参照)に相当する間隔で横方向に配置された一対の像の位置を薬指の位置とみなし、距離L5(図9参照)に相当する間隔で横方向に配置された一対の像の位置を小指の位置とみなすと共に、それら各指先の位置座標を求める。
その後、検出した各対の像の間にもう一つコーナーキューブ11Cの像が存在するか否かを判別し、図26(a)に示すように存在するときには、それに対応する指に指圧の印加が無いとみなし、図26(b)に示すように存在しないときには、それに対応する指に指圧の印加が有るとみなす。
最後に、主制御部13によるその他の処理について図27に基づき説明する。
図27は、表示画像上のキーボードイメージ、コンピュータイメージ、手の輪郭のイメージ、及び、マウスのポインタイメージを示す図である。
また、このとき、指に指圧が印加されたときには、マウスのクリック動作がなされたとみなし、クリック信号をコンピュータ2に入力する。
したがって、操作者は、コンピュータイメージ上でマウスを使うときと同様の感覚でポインティング動作を行い、所望の情報を入力することができる。
すなわち、コンピュータイメージ上に配置された右手中指に指圧が印加されたときに、マウスの右クリック動作がなされたとみなし、右クリック信号を生成してコンピュータ2に入力する。一方、コンピュータイメージ上に配置された右手人差し指に指圧が印加されたときに、マウスの左クリック動作がなされたとみなし、左クリック信号を生成してコンピュータ2に入力する。
(効果)
以上、本実施形態において左右の手に装着される指クリップ111,112,113,114,115は、機構部分と光学系部分とからなり、何の電子部品も備えていない。
よって、指クリップ111,112,113,114,115は、操作者によるキータッチ動作に殆ど制約を与えることは無く、操作者は、疲労することなく楽に情報を入力することができる。
また、指クリップ111,112,113,114,115が小型化・軽量化されれば、収納室17R1,17R2,17R3,17R4,17R5,17L1,17L2,17L3,17L4,17L5への移動、収納室17R1,17R2,17R3,17R4,17R5,17L1,17L2,17L3,17L4,17L5からの取り出しを、操作者は、疲労無く行うことができる。
また、指クリップ111,112,113,114,115においては、それぞれの反射素子基板11Bの反射率分布(ここでは、コーナーキューブ11Cの配置)に工夫が施されているので、各指の位置、各指の種類、各指の指圧の有無を、それぞれ簡単なアルゴリズムによって認識することができる。
また、指クリップ111,112,113,114,115は、左右の各指に対し個別に着脱可能であるので、用途に応じて一部の指にだけ装着することもできる。このように、必要な指にのみ指クリップ11を装着すれば、キータッチ動作やポインティング動作時の手の自由度を向上させることができる。
また、各収納室17R1,17R2,17R3,17R4,17R5,17L1,17L2,17L3,17L4,17L5によれば、指クリップ111,112,113,114,115の離脱と収納、装着と取り出しが同時に行われるので、それらの手間は軽減され、紛失や破損、装着指の誤り(親指用の指クリップ111を人差し指に装着するなどの誤り)の生じる可能性も軽減される。
また、ディスプレイ17の表示画像上には、キーボードイメージと指先イメージとが表示されるので、操作者は、表示画像を目視しているだけで右手各指の運動と左手各指の運動とをそれぞれ実感できる。
また、指先イメージが表示される際、左手の各指先の位置座標と右手の各指先の位置座標とがそれぞれ独立してキーボードイメージ上に対応付けられるので、操作者が左右の手を特定のスペースに配置する必要が無く、左右の手をそれぞれ好きなスペースに配置することができる。つまり、操作者の周囲の何れかの箇所に左右の手を個別に配置する小さなスペースが2つあれば、情報入力が可能である。
また、両手の不自由な操作者に対しては、足の指や体の動く部分に対応した機構を導入すれば、同様の効果が得られる。
コーナーキューブ11Cの配置パターンの変形例を説明する。
以下の説明は、左右の各指クリップ111,112,113,114,115の何れに当てはめてもよいので、以下、添え字を省略して説明する。
図9、図10、図15に示した指クリップ11には、複数のコーナーキューブ11Cが隙間をおいて配置されているが、例えば、図28(a)に示すように、隙間無く密に配置されてもよい。
このように、複数のコーナーキューブ11Cを密に配置すれば、コーナーキューブ群の像の外形を単純化できるので、主制御部13による認識速度を高速化することができる。
また、例えば、シャッタ部材11Sを、図28(a)に示すように、互いに隣接する2つのコーナーキューブ11Cを遮蔽/解放するよう構成すれば、指圧の印加時における反射素子基板11Bの様子は図28(b)のとおりとなり、そのときのコーナーキューブ群の像は、図28(b’)のとおり(図28(b’)では2つの平行四辺形)となる。
コーナーキューブ11Cの形状の変形例を説明する。
以上の各図では、コーナーキューブ11Cの3つの反射面の外形を三角形にしたが、図30に示すように、四角形にしてもよい。反射面の中線方向から見たこのコーナーキューブ11Cの見え方は、6角形である。
また、このようなコーナーキューブ11Cが密に配置された反射素子基板11Bも、所謂コーナーキューブアレイ(コーナーリフレクタアレイ)と同じ公知の成形技術により、簡単に、かつ十分な精度で製造することができる。
図30(a’)は、そのコーナーキューブ群の像、図30(b)は、指圧の印加時におけるこのコーナーキューブ11Cの様子(一例)、図30(b’)は、指圧の印加時のコーナーキューブ群の像の様子(一例)を示している。
(コーナーキューブ11Cの配置姿勢の変形例)
コーナーキューブ11Cの配置姿勢の変形例を説明する。
図31(a)に示すように、反射素子基板11Bが二枚化され、第1基板11B−1と第2基板11B−2とにより構成される。第1基板11B−1の法線と第2基板11B−2の法線との成す角度θAは、90°よりも若干狭い角度に設定される。この反射素子基板11Bは、一方の基板(以下、第1基板11B−1とする。)が爪の表面に沿う姿勢で指に装着される。
第2基板11B−2上には、第1基板11B−1に設けられたのと同じ複数のコーナーキューブ11Cが、それぞれ第2基板11B−2の法線方向に反射面の中線を向けた姿勢で設けられる。これらのコーナーキューブ11Cが第2コーナーキューブ11C−2となる。
また、複数の第1コーナーキューブ11C−1の第1基板11B−1における配置パターンと、複数の第2コーナーキューブ11C−2の第2基板11B−2における配置パターンとは、同じである。これらを正面から見ると、例えば、図31(b)のとおりである。
ここでは、簡単のため、照明光が操作者の手の甲に対し略垂直に入射する場合を考える。
先ず、指先が図32(a)に示すように意識的に曲げられていないときには、第1基板11B−1の表面に対し入射角度0°近傍の入射角度で照明光が入射し、第2基板11B−2の表面に対し入射角度45°近傍の入射角度で照明光が入射する。
このとき、二次元受光素子12d上には、図32(a”)に示すように、複数の第1コーナーキューブ11C−1からなる群の像が確実に形成される。
よって、第1コーナーキューブ11C−1は、図32(b’)の右に示すように、その照明光を逆平行に反射できない可能性があるが、第2コーナーキューブ11C−2は、図32(b’)の左に示すように、その照明光を逆平行に確実に反射できる。
したがって、この指クリップ11によると、指先の曲げ動作によらず、二次元受光素子12上にコーナーキューブ群の像が確実に形成される。また、指先が曲げられているとき、曲げられていないときの何れにおいても、指圧に応じてその像が同様に変形する。よって、指先の曲げ動作に依らず、キータッチ動作を確実に主制御部13に認識させることができる。
或る1つのコーナーキューブ11Cが逆平行に反射できる光の入射角度範囲(コーナーキューブ11Cの中線に対し成す角度の範囲)は、0°〜約45°である。よって、互いの姿勢が90°異なる2種類の第1コーナーキューブ11C−1と第2コーナーキューブ11C−2をその光の入射面に配置すれば、入射角度範囲0°〜約45°の光については一方のコーナーキューブ(第1コーナーキューブ11C又は第2コーナーキューブ11C−2)によって逆平行に反射させ、入射角度範囲45°〜約90°の光については他方のコーナーキューブ(第2コーナーキューブ11C−2又は第1コーナーキューブ11C−1)によって逆平行に反射させることができる。
なお、図31,図32では、反射素子基板11BがV字状になった例を示したが、図33に示すように逆V字状にしてもよい。
また、図31,図32,図33,図34では、互いに姿勢の異なる2第1コーナーキューブ11C−1と第2コーナーキューブ11C−2とを設けるために、反射素子基板11Bを二枚化したが、図35(a)に示すように、一枚の反射素子基板11B上に第1コーナーキューブ11C−1と第2コーナーキューブ11C−2との双方を設けてもよい。
なお、図35(b)に示すように、第1コーナーキューブ11C−1の形成領域E1と、第2コーナーキューブ11C−2の形成領域E2とが重複していると、指先の曲げ動作による像の形成位置のずれ量dが極めて小さくなるので、主制御部13による誤認の確率は、極めて低く抑えられる。
また、以上説明した指クリップ11は、左右の各指クリップ111,112,113,114,115の全てに適用されても、一部の指クリップにのみ適用されてもよい。因みに、親指の曲げ運動は手の甲に水平な面内で行われるので、親指用の指クリップ111が1種類の姿勢のコーナーキューブ11Cしか設けていなくても照明光を逆反射できなくなる可能性は低い。よって、以上説明した指クリップ11は、親指以外の指用の指クリップ112,113,114,115に特に好適である。
なお、指先検出装置12は、左右の手元の全体を一括して捉えるが、その指先検出装置12の代わりに、左の手元のみ捉える指先検出装置と右の手元のみ捉える指先検出装置とが用いられてもよい。
また、指先検出装置12の光源としては、ノイズを低減するために単色光を用いることが望ましいが、白色光や不可視光線(赤外線など)を利用することもできる。
また、指クリップ11には、付勢手段、運動伝達手段として、バネ、連結子と滑車(図11等参照)との組み合わせがそれぞれ用いられているが、それらに兼用される板バネなどの手段が用いられてもよい。また、付勢手段としては、永久磁石などの非接触の付勢手段が用いられてもよい。また、運動伝達手段としては、てこ、滑車、歯車などが用いられてもよい。
また、指クリップ11は、指圧が印加されていないときにシャッタ部材11Sが特定のコーナーキューブ11Cを開放し、指圧が印加されているときにシャッタ部材11Sがそのコーナーキューブ11Cを遮蔽するよう構成されているが、指圧が印加されていないときにシャッタ部材11Sが特定のコーナーキューブ11Cを遮蔽し、指圧が印加されているときにシャッタ部材11Sがそのコーナーキューブ11Cを開放するよう構成されてもよい。
また、実際の指のサイズと表示画像上の指のサイズとの関係を操作者が調整することができるよう、取得画像上の座標系XY1と表示画像上の座標系XY2との間の倍率調整の比率を操作者からの指示に応じて主制御部13が変更してもよい。このようにすれば、操作者は自分の好みに合わせて実際の指のストロークを変更することができる。
また、主制御部13は、キータッチ動作からポインティング動作へと移行するタイミングを、指先が第1フィールド(つまりキーボードイメージ)から外れた時点としたが、操作者から所定の合図が発行された時点(例えば、複数のキーが同時に押された時点)としてもよい。
また、主制御部13は、指圧が印加されたことを操作者に通知するために、キーの色を変化させたが、ヘッドホン17Hから音を発生させてもよい。また、表示画像上でそのキーを太枠で囲うこととしてもよい。
また、主制御部13による処理の一部又は全部を、コンピュータ2、又は別のコンピュータに行わせてもよい。
また、コンピュータによる処理の一部又は全部に関するプログラムについては、コンピュータ内のROMに予め書き込まれているものであっても、可搬の記録媒体からコンピュータのハードディスクに読み込まれたものであってもよい。また、そのプログラムは、コンピュータのハードディスクに別のコンピュータからインターネットなどの通信網を介してダウンロードされたものであってもよい。
例えば、ビデオカメラのレンズをワイド若しくは魚眼レンズに設定するとともに、汎用の外部機器2としてDVDプレーヤを接続し、ビデオカメラからの画像をディスプレイ17の画面の端の方に小さく表示すれば、操作者は、自分の周囲の様子をモニタしつつ映画鑑賞することができる。
よって、ディスプレイの性能(ここでは、広視野角)を有効に利用する新感覚のゲームソフトウエア、画像サイズの大きいDVD、画像サイズの大きいビデオテープ、バーチャルリアリティなどの最新ソフトウエアの発展が促される。
また、椅子の代わりにベッド(介護用ベッドなど)を組み合わせれば、ベッドに寝た状態の人も簡単に情報入力することができ、そのコミュニケーション能力を存分に発揮することができる。
11r 反射面
11r’反射型回折光学面
12,12’,12” 指先検出装置
17 ディスプレイ
14 ポール
15、15’ アーム
16 カウンターバランス部
2 汎用の外部機器
13 主制御部
17H ヘッドホン
17f,17f’ 液晶表示素子
17aR,17aL 接眼光学系
17bR,17bL,17c,17c’,17d,17d’.17e,17e’ レンズ群
17p プリズム
12a,12a’,12a” 照明光学系
12b ハーフミラー
12e 絞り
12f 色フィルタ
12c,12c’ 投影レンズ
12h 射出窓
12d 二次元受光素子
12i 回路
11B1,11B2,11B3,11B4,11B5,11B’ 反射素子基板
11C,11C’ コーナーキューブ
11S シャッタ部材
11a4 駆動架台11a4
11a5 接触板
11a6,11a1 バネ
11a8 バネ抑え部
11a2 滑車
11a3 連結子
11c ゴム部
11d1 連結棒
11d2 連結棒
11d4 ストッパー棒
11d6 鍵部
11d7,11d5 回動軸
11d3,11d9 バネ
17RL,17R1,17R2,17R3,17R4,17R5,17L1,17L2,17L3,17L4,17L5 収納室
20 壁
21 駆動室
23 テコ型押さえ部材
22 解除部材
26,27 バネ
28 ガイド部材
24 回動軸
30 センサ
L1,L2,L3,L4,L5 間隔
L1,L2,L3,L4,L5 ライン
S1,S2,S3,S4,S5 出力信号
XY1 取得画像上の座標系
XY2 表示画像上の座標系
Claims (27)
- 再帰反射性を有する単数又は複数の反射部材が設けられた反射部と、
前記反射部を操作者の指に対し装着する装着具と、
前記指の指先に印加された指圧に応じて前記反射部の反射率分布を変化させる変化機構と
を備えたことを特徴とする情報入力器。 - 請求項1に記載の情報入力器において、
前記変化機構は、
前記反射部の少なくとも一部を遮蔽/開放する
ことを特徴とする情報入力器。 - 請求項2に記載の情報入力器において、
前記反射部には、
複数の再帰反射性を有する反射部材が並べて設けられており、
前記変化機構は、
前記複数の再帰反射性を有する反射部材のうち少なくとも1つを遮蔽/開放する
ことを特徴とする情報入力器。 - 請求項3に記載の情報入力器において、
前記反射部には、
3以上の複数の再帰反射性を有する反射部材が並べて設けられており、
前記変化機構は、
前記複数の再帰反射性を有する反射部材のうち2以上の再帰反射性を有する反射部材によって挟まれた少なくとも1つの再帰反射性を有する反射部材を遮蔽/開放する
ことを特徴とする情報入力器。 - 請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の情報入力器において、
前記反射部材を構成する各反射面のうち少なくとも1つは、
入射光の波面の形状に対して反射光の波面の形状を変形させる反射型回折光学面である
ことを特徴とする情報入力器。 - 請求項1〜請求項5の何れか一項に記載の情報入力器において、
前記反射部材は、
前記指の種類を示す識別マークを兼ねている
ことを特徴とする情報入力器。 - 請求項1〜請求項6の何れか一項に記載の情報入力器において、
前記反射部には、
互いに姿勢の異なる少なくとも2種類のコーナー状反射面が設けられている
ことを特徴とする情報入力器。 - 請求項7に記載の情報入力器において、
前記反射部には、
配置角度の差θが0°<θ<90°の式を満たす少なくとも2種類の前記コーナー状反射面が設けられている
ことを特徴とする情報入力器。 - 請求項1〜請求項8の何れか一項に記載の情報入力器において、
前記装着具は、
前記反射部を前記操作者の指に対し固定するストッパー機構と、前記反射部を前記操作者の指から取り外す取り外し機構機構とを有する
ことを特徴とする情報入力器。 - 請求項9に記載の情報入力器を収納する収納室と、
前記情報入力器の前記ストッパー機構を駆動する手段と、
前記情報入力器の前記開放機構を駆動する手段と
を備えたことを特徴とする収納装置。 - 操作者の複数の各指に個別に装着される請求項1〜請求項9の何れか一項に記載の複数の情報入力器を個別に収納する収納室と、
前記複数の情報入力器の収納の有無を個別に検出する検出手段と
を備えたことを特徴とする収納装置。 - 顔面追従型ディスプレイに設けられている
ことを特徴とする請求項10又は請求項11に記載の収納装置。 - 請求項1〜請求項9の何れか一項に記載の情報入力器を装着した操作者の手元を照明光で照明する照明光学系と、
前記操作者の手元から前記照明光の反射光を導光して前記反射部の像を所定位置に形成する光学系と、
前記所定位置の画像を撮像する二次元受光素子と
を備えたことを特徴とする情報入力装置。 - 請求項13に記載の情報入力装置に適用され、
前記二次元受光素子が取得した画像上の前記反射部の像の位置及び輝度分布に基づきその二次元受光素子上の座標で前記操作者の指先動作を認識する制御部を備えた
ことを特徴とする情報処理装置。 - 請求項14に記載の情報処理装置において、
前記制御部は、
前記指先動作と共に、前記指の種類を認識する
ことを特徴とする情報処理装置。 - 請求項14又は請求項15に記載の情報処理装置において、
前記制御部は、少なくとも、
前記指先の位置の認識をしてから、前記指圧の有無の認識を行うことにより前記指先動作の認識を行う
ことを特徴とする情報処理装置。 - 請求項14〜請求項16の何れか一項に記載の情報処理装置において、
前記制御部は、
キーボードデバイスのキートップ配列を示すキーボードイメージを外部又は内部のディスプレイに対し表示すると共に、前記二次元受光素子上の前記指先の位置を前記ディスプレイ上の座標に座標変換しつつ前記指先動作を示す指先イメージをそのディスプレイ上にリアルタイムで表示し、
前記操作者から所定の合図がなされるまでの期間は、前記指先の位置を前記ディスプレイ上の基準座標に変換する座標変換を採用し、
前記操作者から所定の合図がなされてからは、その合図がなされたタイミングにおける前記指先の位置を前記ディスプレイ上の前記基準座標に変換する座標変換を採用する
ことを特徴とする情報処理装置。 - 請求項17に記載の情報処理装置において、
前記制御部は、
前記情報入力装置を介して前記操作者から前記所定の合図を受け付ける
ことを特徴とする情報処理装置。 - 請求項17又は請求項18に記載の情報処理装置において、
前記制御部は、
前記キーボードイメージのうち前記指先イメージと少なくとも位置が重畳するキーを、他のキーとは異なる色で表示する
ことを特徴とする情報処理装置。 - 請求項19に記載の情報処理装置において、
前記制御部は、
前記キーの表示色を、前記指先に指圧が印加されたタイミングで変化させる
ことを特徴とする情報処理装置。 - 請求項17〜請求項20の何れか一項に記載の情報処理装置において、
前記ディスプレイが表示する表示領域には、前記キーボードイメージが表示されるべき特殊フィールドの他に、外部から入力された画像及び/又は文字が表示されるべき一般フィールドが確保されており、
前記制御部は、
前記指先イメージが前記一般フィールドに表示されるときには、
前記指先イメージに加え又はその指先イメージに代えて、その指先の位置にポインティングデバイスのポインタイメージを表示する
ことを特徴とする情報処理装置。 - 請求項17〜請求項21の何れか一項に記載の情報処理装置において、
前記制御部は、
複数の指先の前記指先動作を認識した場合、
前記操作者から所定の合図がなされるまでの期間は、特定の指先の位置が前記ディスプレイ上の基準座標に変換される座標変換を各指先の位置の座標変換に採用し、
前記操作者から所定の合図がなされてからは、その合図がなされたタイミングにおける前記特定の指先の位置が前記ディスプレイ上の前記基準座標に変換される座標変換を各指先の位置の座標変換に採用する
ことを特徴とする情報処理装置。 - 請求項17〜請求項22の何れか一項に記載の情報処理装置において、
前記制御部は、
左右の手の前記指先動作を認識した場合、
前記座標変換を、左右の手について独立して行う
ことを特徴とする情報処理装置。 - 操作者の左右の指動作の情報を取得する情報入力装置に適用され、かつその情報を処理する制御部を備えた情報処理装置であって、
前記制御部は、
キーボードデバイスのキートップ配列を示すキーボードイメージを外部又は内部のディスプレイに対し表示すると共に、前記操作者の左右の手元上の各指先の位置を前記ディスプレイ上の座標に座標変換しつつ前記指先動作を示す指先イメージをそのディスプレイ上にリアルタイムで表示し、
前記操作者から所定の合図がなされるまでの期間は、左の特定の指先の位置が前記ディスプレイ上の左の基準座標に変換される座標変換を前記左の各指先の位置の座標変換に採用すると共に、右の特定の指先の位置が前記ディスプレイ上の右の基準座標に変換される座標変換を前記右の各指先の位置の座標変換に採用し、
前記操作者から所定の合図がなされてからは、その合図がなされたタイミングにおける前記左の特定の指先の位置が前記ディスプレイ上の前記左の基準座標に変換される座標変換を前記左の各指先の位置の座標変換に採用すると共に、その合図がなされたタイミングにおける前記右の特定の指先の位置が前記ディスプレイ上の前記右の基準座標に変換される座標変換を前記右の各指先の位置の座標変換に採用する
ことを特徴とする情報処理装置。 - 操作者の複数の指に個別に装着される複数の情報入力器を個別に収納する収納室と、
前記複数の情報入力器の収納の有無を個別に検出する検出手段と
を備えたことを特徴とする収納装置。 - 請求項25に記載の収納装置において、
前記情報入力器を前記操作者の指に対し装着する手段と、
前記情報入力器を前記操作者の指から離脱する手段と
を更に備えたことを特徴とする収納装置。 - 顔面追従型ディスプレイに設けられている
ことを特徴とする請求項25又は請求項26に記載の収納装置。
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