操作システム、空中ポインティングデバイス及び操作方法
【課題】
非常に簡単な構成で表示画面上でのポインタの奥行き方向の操作を行うことができる操作システム、空中ポインティングデバイス及び操作方法を提供する。
【解決手段】
この操作システムは、表示画面上でポインタを操作するための操作システムであって、ミリ波帯域の電波を送信する第１の送信部と、第１の送信部との間で間隔の変位が可能で、第１の送信部から送信された電波を受信する第１の受信部と、第１の受信部により受信された電波の振幅を計測する計測部と、計測部により計測された電波の振幅の変化に応じて、表示画面でのポインタの奥行き方向への操作を実行するための操作信号を出力する出力部とを具備する。
非常に簡単な構成で表示画面上でのポインタの奥行き方向の操作を行うことができる操作システム、空中ポインティングデバイス及び操作方法を提供する。
【解決手段】
この操作システムは、表示画面上でポインタを操作するための操作システムであって、ミリ波帯域の電波を送信する第１の送信部と、第１の送信部との間で間隔の変位が可能で、第１の送信部から送信された電波を受信する第１の受信部と、第１の受信部により受信された電波の振幅を計測する計測部と、計測部により計測された電波の振幅の変化に応じて、表示画面でのポインタの奥行き方向への操作を実行するための操作信号を出力する出力部とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば空中ポインティングデバイスなどを使って表示画面上のポインタを操作する操作システム、そのようなシステムに用いられる空中ポインティングデバイス及び操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータやゲーム機、家電機器のＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）における入力装置として空中ポインティングデバイスを使うことでポインティングデバイスを操作するための机などが不要となり、しかも空間を操作することから、表示画面上のＸＹ座標ばかりでなく、画面上の奥行き方向（Ｚ座標）に対する操作も直感的に行える。
【０００３】
従来から、このような奥行き方向の位置検出では、ユーザが手で持っているデバイスに対して２箇所から反射光を得て、三角法で本体とデバイスとの間の距離を求めるような技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平５−１２７８０９号公報（図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された技術では、２箇所に光を発光して受光する部位が必要とされることからシステムの構成が複雑になる。
【０００５】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、非常に簡単な構成で表示画面上でのポインタの奥行き方向の操作を行うことができる操作システム、空中ポインティングデバイス及び操作方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明に係る操作システムは、表示画面上でポインタを操作するための操作システムであって、ミリ波帯域の電波を送信する第１の送信部と、前記第１の送信部との間で間隔の変位が可能で、前記第１の送信部から送信された電波を受信する第１の受信部と、前記第１の受信部により受信された電波の振幅を計測する計測部と、前記計測部により計測された電波の振幅の変化に応じて、前記表示画面でのポインタの奥行き方向への操作を実行するための操作信号を出力する出力部とを具備する。
【０００７】
ここで、ミリ波帯とは、周波数が３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ（波長が約１０ｍｍから１ｍｍ）の帯域をいう。
【０００８】
従来から無線デバイスとしては、比較的波長が長く、自由空間伝播損失の小さい周波数の電波（ミリ波帯よりも波長の長い帯域の電波）が用いられていた。しかし、このように波長の比較的長い電波では、その波長の長さのため、アンテナの中心位置を特定することが難しくなり、電波強度での距離測定には向いていなかった。また、このように波長の比較的長い電波では、自由空間伝播損失が小さいため、室内では反射が多くおこり、定在波が容易に立つことも、電波強度での距離測定に向かない理由でもあった。これに対して、ミリ波帯域の電波は、このような波長の比較的長い電波のような欠点はないが、デバイスが大掛かりになっていたため、実用性に乏しかった。
【０００９】
ところが、近年、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）デバイスの高速化により、ミリ波回路を安価なＣＭＯＳデバイスで実現できるようになってきた。本発明者らは、この点に着目し、そのように実用が可能になってきたミリ波帯域の電波を利用し、奥行き方向に関する移動量及び移動方向を検知することを案出した。すなわち、本発明では、ミリ波帯域の電波を送信する第１の送信部とそれを受信する第１の受信部との間の距離に応じた電波の振幅を計測し、電波の振幅の変化に応じて、表示画面でのポインタの奥行き方向への操作を実現するものである。本発明では、１つの送信部と１つの受信部によってシステムを構成することできるので、非常に簡単な構成で表示画面上でのポインタの奥行き方向の操作を行うことができる。加えて、ミリ波帯域の電波を送信する第１の送信部とそれを受信する第１の受信部との間の距離（人間の奥行き方向の操作）に応じて表示画面上でのポインタの奥行き方向の操作を行っているので、人間の直感と合致した操作が実現できる。
【００１０】
本発明の一態様として、表示画面を表示するための表示デバイスを有する第１の装置と、前記第１の装置に対する空間ポインティグデバイスとしての第２の装置とを有し、前記第１の装置が、前記第１の送信部と、前記第２の装置から送信される情報信号を受信する第２の受信部と、前記出力部とを有し、前記第２の装置が、前記第１の受信部と、前記計測部と、前記計測部により計測された電波の振幅の変化に応じた情報を生成する情報生成部と、前記情報生成部により生成された情報を含む情報信号を送信する第２の送信部とを有するように構成することができる。
【００１１】
ここで、前記情報生成部は、前記計測部により計測された電波の振幅のデータを記憶するメモリと、前記計測部により計測された電波の振幅のデータと前記メモリに記憶された以前のデータとを比較し、この比較結果に基づき前記表示画面でのポインタの奥行き方向への移動方向及び移動量を前記情報として生成するように構成することができる。
【００１２】
また、前記第２の装置は、前記表示画面上でポインタをＸ−Ｙ方向に操作するための情報が入力されるユーザインターフェース部を有し、前記第２の送信部は、前記ユーザインターフェース部により入力された情報を前記情報信号に含めて送信し、前記出力部は、前記情報信号に含まれる前記ユーザインターフェース部により入力された情報に応じて前記表示画面上でのポインタのＸ−Ｙ方向への操作を実行するための信号を前記操作信号として出力するように構成することができる。
【００１３】
前記第２の送信部と前記第２の受信部との間で赤外線を使って前記情報信号の送受信を行うように構成することができる。
【００１４】
前記第２の送信部と前記第２の受信部との間でミリ波帯域の電波を使って前記情報信号の送受信を行うように構成することができる。
【００１５】
本発明の別の態様として、表示画面を表示するための表示デバイスを有する第１の装置と、前記第１の装置に対する空間ポインティグデバイスとしての第２の装置とを有し、前記第１の装置が、前記第１の受信部と、前記計測部と、前記出力部とを有し、前記第２の装置が、前記第１の送信部を有するように構成することができる。
【００１６】
本発明の別に観点に係る空中ポインティングデバイスは、表示画面上でポインタを操作するために用いられる空中ポインティングデバイスであって、ミリ波帯域の電波を受信する受信部と、前記受信部により受信された電波の振幅を計測する計測部と、前記計測部により計測された電波の振幅の変化に応じて、前記表示画面でのポインタの奥行き方向への操作を実行するための情報を生成する情報生成部と、前記情報生成部により生成された情報を含む情報信号を送信する送信部とを具備する。
【００１７】
本発明の更に別の観点に係る方法は、表示画面上でポインタを操作するための操作方法であって、ミリ波帯域の電波を送信し、前記ミリ波帯域の電波を送信する第１の位置との間で間隔の変位が可能な第２の位置で、前記送信された電波を受信し、前記受信された電波の振幅を計測し、前記計測された電波の振幅の変化に応じて、前記表示画面でのポインタの奥行き方向への操作を実行するものである。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、非常に簡単な構成で表示画面上でのポインタの奥行き方向の操作を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る操作システムの構成を示すブロック図である。
図１に示すように、操作システム１は、情報処理装置１００と、情報処理装置１００に対する入力装置（例えば３次元マウス）としての空間ポインティグデバイス２００とを備えている。
【００２０】
情報処理装置１００は、発振器１０１、変調回路１０２、アンテナ１０３、赤外線受光器１０４、復調回路１０５、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０６及び表示デバイス１０７を備えている。
【００２１】
発振器１０１は、例えば３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚのミリ波の信号を発生させ、変調回路１０２に送る。発振器１０１は、例えばミリ波回路を安価なＣＭＯＳデバイスにより実現している。変調回路１０２は、発振器１０１からのミリ波の信号を変調する。アンテナ１０３は、変調回路１０２で変調された信号波を発信する。
【００２２】
赤外線受光器１０４は、後述する赤外線発光器２０８から発光された赤外線を受光し、その情報信号を復調回路１０５に送る。復調回路１０５は、赤外線受光器１０４からの情報信号を復調し、ＣＰＵ１０６に送る。この復調された情報信号は、表示デバイス１０７の表示画面でのポインタの奥行き方向への移動方向及び移動量の情報を含んでいる。
【００２３】
ＣＰＵ１０６は、復調された情報信号の変化に応じて、表示画面でのポインタの奥行き方向への操作を実行するための操作信号を表示デバイス１０７に出力したり、情報信号に含まれるユーザインターフェース２０６により入力された情報に応じて表示画面上でのポインタのＸ−Ｙ方向への操作を実行するための操作信号を表示デバイス１０７に出力したりする。表示デバイス１０７は、ＣＰＵ１０６からの信号により例えば表示画面の適切な位置にポインタを表示する。図１において表示画面は例えばＸ−Ｙ平面内にある。
【００２４】
空間ポインティグデバイス２００は、情報処理装置１００との間で間隔の変位が可能であり、アンテナ２０１、復調回路２０２、振幅検知回路２０３、ＣＰＵ２０４、メモリ２０５、ユーザインターフェース２０６、変調回路２０７及び赤外線発光器２０８を備えている。
【００２５】
アンテナ２０１は、アンテナ１０３から発信されたミリ波帯域の電波を受信する。復調回路２０２は、アンテナ２０１からの信号を復調し、振幅検知回路２０３に送る。振幅検知回路２０３は、復調回路２０２により復調された信号の振幅を計測し、ＣＰＵ２０４に送る。
【００２６】
ＣＰＵ２０４は、所定時間ごとにミリ波の受信信号の振幅を検知し、以前にメモリ２０５に保存されている振幅のデータとの差分をとることによって、表示画面でのポインタの奥行き方向（Ｚ軸方向）への移動方向、Ｚ軸方向の移動量を算出する。
【００２７】
メモリ２０５は、振幅検知回路２０３で計測された振幅の値を記憶する。
【００２８】
ユーザインターフェース２０６は、奥行き方向（Ｚ軸方向）の移動を検知するための振幅検知回路の動作の開始を伝えるためのボタンあるいはタッチパネル（以下、検知開始ボタンと呼ぶ）２１６（図３参照）を備えている。ユーザインターフェース２０６にはＸ−Ｙ平面の動きをユーザが入力するための図示しないボタン、タッチパネル、あるいはトラックボールを備えている。これらのボタン、タッチパネル、あるいはトラックボールによって、表示画面上でポインタをＸ−Ｙ方向に操作するための情報が入力される。
【００２９】
変調回路２０７は、ＣＰＵ２０４で算出された移動方向、移動量及びユーザインターフェース２０６により入力された情報を変調し、赤外線発光器２０８に送る。赤外線発光器２０８は、赤外線受光器１０４に赤外線を発光し、情報信号を送信する。
【００３０】
次に、表示画面上でポインタを奥行き方向に操作するときの動作について説明する。
【００３１】
図２は表示画面上でポインタを奥行き方向に操作するときのフローチャートである。
【００３２】
まず、情報処理装置１００の発振器１０１がミリ波を発振する（ＳＴ２０１）。発振器１０１からのミリ波の信号は変調回路１０２に入力され変調され（ＳＴ２０２）、その後、アンテナ１０３から送信される（ＳＴ２０３）。
【００３３】
空間ポインティグデバイス２００は、例えば検知開始ボタン２１６（図３参照）が押下されたか否かを判断し（ＳＴ２０４）、押下されているときには、アンテナ２０１で電波を受信し、復調回路２０２で復調し（ＳＴ２０５）、復調した信号の振幅を振幅検知回路２０３で計測しメモリ２０５に記録する（ＳＴ２０６）。
【００３４】
次に、前回の振幅がメモリ２０５に記憶されているか否かを判断し（ＳＴ２０７）、記憶されていないときにはステップ２０５に戻り所定時間間隔で振幅を計測しメモリ２０５に記録する（ＳＴ２０６）。
【００３５】
前回の振幅がメモリ２０５に記録されているときには、例えば前回の振幅と今回の振幅との大小関係から表示画面でのポインタの奥行き方向（Ｚ軸方向）への移動方向を算出し、前回の振幅と今回の振幅との差からＺ軸方向の移動量を算出する（ＳＴ２０８）。
次いで、算出された移動方向、移動量の情報を変調回路２０７において変調し（ＳＴ２０９）、赤外線発光器２０８から赤外線３０２を送出する（ＳＴ２１０）。このとき、ユーザインターフェース２０６から入力されたＸ−Ｙ平面に関する情報なども変調され、送信される。
【００３６】
次いで、情報処理装置１００の赤外線受光器１０４において赤外線を受光し（ＳＴ２１１）、復調回路１０５で復調した後、空間ポインティグデバイス２００から送られた情報信号は、ＣＰＵ１０６で処理され、操作信号が表示デバイス１０７に出力され、ポインタが適切な位置に表示される。
【００３７】
このように本実施形態によれば、ミリ波を発振する発振器１０１を安価なＣＭＯＳデバイスを用いて実現し、振幅を高速で検出し、表示画面の奥行き方向（Ｚ軸方向）に関する空間ポインティグデバイス２００の移動量及び移動方向（向き）を算出することができる。すなわち、空間ポインティグデバイス２００の表示画面に対するＺ軸方向への移動に伴いアンテナ１０３とアンテナ２０１との間の距離ｄが変化するが、この距離ｄに応じた電波の振幅を振幅検知回路２０３で計測し（ＳＴ２０６）、電波の振幅の変化に応じて、表示画面でのポインタ１０（図３参照）の奥行き方向での表示を制御することができる。アンテナ１０３とアンテナ２０１との間の距離ｄ（人間の奥行き方向の操作）に応じて表示画面上でのポインタ１０の奥行き方向（Ｚ軸方向）の操作を行っているので、人間の直感と合致した操作が実現できる。
【００３８】
また、１つの発振器１０１、変調回路１０２及びアンテナ１０３と、１つのアンテナ２０１、復調回路２０２及び振幅検知回路２０３によって操作システム１を構成することできるので、非常に簡単な構成で表示画面上でのポインタ１０の奥行き方向（Ｚ軸方向）の操作を行うことができる。
【００３９】
更に、空間ポインティグデバイス２００はメモリ２０５を備え、以前にメモリ２０５に記憶された振幅と今回の振幅との差分をとることで移動量などを検知するため、振幅の絶対値そのものに依存しない。また、同様にアンテナ１０３、２０１のビームの角度による変動などの影響も受けにくい。
【００４０】
図３は空間ポインティグデバイス２００により表示画面上の扉を押すときの図である。
【００４１】
図３に示すように、奥行き方向（Ｚ軸方向）に複数の平面２０、３０が表示されると共に扉４０などが表示画面Ｇに表示されているときに、ポインタ１０を扉４０に位置合わせし、空間ポインティグデバイス２００を奥行き方向（Ｚ軸方向）で表示画面Ｇに近づける、すなわち、扉４０を押すことで、アンテナ１０３とアンテナ２０１との間の距離ｄ（図１参照）が変化する（小さくなる）。この距離ｄに応じた電波の振幅を振幅検知回路２０３で計測し（ＳＴ２０６）、移動量及び移動方向（向き）の情報信号を生成し情報処理装置１００に送信する。空間ポインティグデバイス２００から送られた移動量及び移動方向（向き）の情報信号をＣＰＵ１０６で処理し操作信号を表示デバイス１０７に出力し、扉４０を開くように表示することができる。人間の奥行き方向の扉４０を押す操作に応じて表示画面Ｇ上でのポインタ１０の奥行き方向（Ｚ軸方向）の操作を行っているので、扉４０を押して開くときに人間の直感と合致した操作が実現できる。
【００４２】
図４は空間ポインティグデバイス２００により表示画面Ｇ上の扉４０を引くときの図である。
【００４３】
図３と同様に、ポインタ１０を扉４０に位置合わせし、空間ポインティグデバイス２００を奥行き方向（Ｚ軸方向）で表示画面Ｇから遠ざける、すなわち、扉４０を引くことで、アンテナ１０３とアンテナ２０１との間の距離ｄが変化する（大きくなる）。この距離ｄに応じた電波の振幅を振幅検知回路２０３で計測し（ＳＴ２０６）、移動量及び移動方向（向き）の情報信号を生成し情報処理装置１００に送信する。空間ポインティグデバイス２００から送られた移動量及び移動方向（向き）の情報信号をＣＰＵ１０６で処理し操作信号を表示デバイス１０７に出力し、扉４０を引くように表示することができる。人間の奥行き方向の扉４０を引く操作に応じて表示画面Ｇ上でのポインタ１０の奥行き方向（Ｚ軸方向）の操作を行っているので、扉４０を引くときに人間の直感と合致した操作が実現できる。
【００４４】
図５は空間ポインティグデバイス２００により表示画面Ｇ上の異なる平面２０にポインタ１０を移動させるときの図である。
【００４５】
ポインタ１０が扉４０に位置合わせされている状態から空間ポインティグデバイス２００を斜め右奥に移動させることで、アンテナ１０３とアンテナ２０１との間の距離ｄが変化する（小さくなる）。この距離ｄに応じた電波の振幅を振幅検知回路２０３で計測し（ＳＴ２０６）、移動量及び移動方向（向き）の情報信号を生成し情報処理装置１００に送信する。空間ポインティグデバイス２００から送られた移動量及び移動方向（向き）の情報信号をＣＰＵ１０６で処理し操作信号を表示デバイス１０７に出力し、ポインタ１０を扉４０より奥にある平面２０上に表示することができる。人間の奥行き方向の操作に応じて表示画面Ｇ上でのポインタ１０の奥行き方向（Ｚ軸方向）の操作を行っているので、奥行き方向に異なる平面２０などにポインタ１０を合わせるときに、人間の直感と合致した操作が実現できる。
【００４６】
図６は空間ポインティグデバイス２００により表示画面Ｇ上の異なる平面３０にポインタ１０を移動させるときの図である。
【００４７】
ポインタ１０が平面２０に位置合わせされている状態から空間ポインティグデバイス２００を斜め右手前に移動させることで、アンテナ１０３とアンテナ２０１との間の距離ｄが変化する（大きくなる）。この距離ｄに応じた電波の振幅を振幅検知回路２０３で計測し（ＳＴ２０６）、移動量及び移動方向（向き）の情報信号を生成し情報処理装置１００に送信する。空間ポインティグデバイス２００から送られた移動量及び移動方向（向き）の情報信号をＣＰＵ１０６で処理し操作信号を表示デバイス１０７に出力し、ポインタ１０を平面２０より右手前にある平面３０上に表示することができる。人間の奥行き方向の操作に応じて表示画面Ｇ上でのポインタ１０の奥行き方向（Ｚ軸方向）の操作を行っているので、奥行き方向に異なる平面３０などにポインタ１０を合わせるときに、人間の直感と合致した操作が実現できる。
【００４８】
図７は自由空間伝播損失と装置間距離との関係をあらわす図である。
【００４９】
電波の自由空間伝播損失（Ｌｐ デシベル）は、図６に示すように、Ｌｐ ＝ ２０×ｌｏｇ（４πｄ／λ） （ただし、ｄはアンテナ間の距離、λは電波の波長）である。例えば、６０ＧＨｚの電波では１／２ｍ（５０ｃｍ）で６２ｄＢ減衰する。一方、従来から用いられている比較的低い周波数の電波、例えば１ＧＨｚの電波の場合同じ１／２ｍ（５０センチ）で２６ｄＢ減衰しかせず、その差は３６ｄＢと大きい。このようにミリ波の電波では、まわりの反射物から１／２ｍ（５０ｃｍ）など少し離れているだけも、十分に信号が減衰する。この結果、従来のマルチパスによる定在波の影響による振幅の変動の問題を抑えることができる。ミリ波では波長が短いため、現実的な大きさのアンテナでアンテナのビームを絞ることが可能である。例えばアンテナの効率を５５％とするとアンテナゲイン（Ｇａ）は、Ｇａ＝０．５５×４πＡ／λ２ （ただし、Ａはアンテナの面積）であるから、例えば６０ＧＨｚでは６ｍｍ角のサイズで１０ｄＢｉ（３ｄＢ半値角５５度）にビームを絞ることができる。したがって、ミリ波ではアンテナ指向性で不要なマルチパスの発生を抑えることができる。ミリ波では波長が短いため、アンテナの位置判定の解像度も上げることができる。
【００５０】
図８はミリ波よりも低い周波数における問題点を示した図である。
【００５１】
図８に示すように、ミリ波よりも低い周波数の場合、自由空間伝播損失が小さく、マルチパスにより、定在波が立ってしまい、本実施形態のような単純な振幅による距離の判定が困難である。また、波長が長いため、装置の測定点が曖昧になる。更に、波長が長いため、アンテナに指向性をもたせることが難しい。これに対して、本実施形態では、ミリ波を用いている。ミリ波は波長が短いので、送受信のアンテナの位置の確度が高い。また、ミリ波は自由空間伝播損失が大きいので反射波の影響が小さく、定在波による計測の劣化が少ない。従って、正確に距離を求めることができる。
【００５２】
図９は実際にミリ波（６０ＧＨｚ）での伝播実験を行ったときのセットアップの図である。
【００５３】
情報処理装置１００と、空間ポインティグデバイス２００とを、距離ｄ離し、情報処理装置１００から例えば６０ＧＨｚのミリ波を発信した。アンテナ１０３の絶対利得を１０ｄＢｉまたは２０ｄＢｉ、アンテナ２０１の絶対利得を１５ｄＢｉとし、情報処理装置１００の出力パワーを−１０ｄＢｍとした。
【００５４】
図１０は図９に示した実験の結果である。
【００５５】
アンテナ間の距離ｄ（ｍ）と空間ポインティグデバイス２００側での受信電力（ｄＢｍ）とには相関関係があることが分かる。アンテナ間の距離ｄ（ｍ）と受信電力（ｄＢｍ）との関係から、空間ポインティグデバイス２００の移動が読み取れることが分かる。
【００５６】
図１１は送受信用のアンテナをどれくらい近傍まで近づけることができるか確認するために行ったシミュレーション結果である。
【００５７】
ダイポールの長さが２．４ｍｍ（＝λ／２）のダイポールアンテナを用いた（Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ ｍｉｃｒｏ−ｓｔｒｉｐｅｓ）。理論値と計算値とは、距離が３ｍｍ程度までほぼ一致している。
【００５８】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図１２は空間ポインティグデバイス２００から戻る情報信号の伝送を赤外線ではなくミリ波で行う場合の操作システムの構成を示すブロック図である。
【００５９】
本実施形態では、図１に比べて、情報処理装置１００は、図１に示す赤外線受光器１０４の代わりにスイッチ１１０を備えている。
【００６０】
スイッチ１１０は、ＣＰＵ１０６からの制御信号により、所定時間ごとに、変調回路１０２−アンテナ１０３の接続と、復調回路１０５−アンテナ１０３の接続とを切り替える。
【００６１】
空間ポインティグデバイス２００は、図１に比べて、図１に示す赤外線発光器２０８の代わりにスイッチ２１０を備えている。
【００６２】
スイッチ２１０は、ＣＰＵ２０４からの制御信号により、所定時間ごとに、変調回路２０７−アンテナ２０１の接続と、復調回路２０２−アンテナ２０１の接続とを切り替える。
【００６３】
この場合、時分割により、双方向にミリ波３０３でさまざまなデータをやり取りすることも可能である。例えば、表示画面Ｇでのポインタ１０の奥行き方向（Ｚ軸方向）への移動方向、Ｚ軸方向の移動量の情報の送受信と、これらの情報とは異なるＸ−Ｙ平面に関するポインタ１０の移動量などの情報とを別々に送受信することができる。
【００６４】
次に、本発明の別の実施形態について説明する。
図１３は空間ポインティグデバイス２００側からミリ波３０３の基準信号の発信を行う場合の操作システムの構成を示すブロック図である。
【００６５】
本実施形態では、図１２に比べて情報処理装置１００は、発振器１０１を備えず振幅検知回路１２０及びメモリ１２１を備えている。振幅検知回路１２０は、復調回路１０５とＣＰＵ１０６との間に配置され、復調回路１０５で復調された信号の振幅を検知し、メモリ１２１はＣＰＵ１０６の指示により所定時間ごとに振幅を記憶するように構成されている。
【００６６】
空間ポインティグデバイス２００は、図１２に比べて振幅検知回路２０３〜ユーザインターフェース２０６を備えず、発振器２２１、ＣＰＵ２２２及びユーザインターフェース２２３を備えている。
【００６７】
発振器２２１は、変調回路２０７にミリ波の信号を発振し、ＣＰＵ２２２は、復調回路２０２−アンテナ２０１の接続と、変調回路２０７−アンテナ２０１の接続とを切り替えるための信号をスイッチ２１０に送信する。ユーザインターフェース２２３はユーザインターフェース２０６と同様である。
【００６８】
このように、ミリ波の発振を空間ポインティグデバイス２００で行うようにしても、同様のシステムを構成することができる。
【００６９】
この実施形態の変形例として、ミリ波３０１の情報伝送経路を利用し情報処理装置１００で検出した振幅情報を空間ポインティグデバイス２００に送り、空間ポインティグデバイス２００側にメモリを持つようなシステムも可能である。
【００７０】
なお、本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。
【００７１】
例えば、上記実施形態では、空間ポインティグデバイス２００は情報処理装置１００へ赤外線を用いて無線で情報を伝達している。しかし、これに限定されず、例えばＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ−Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）またはマイクロ波を用いてもよい。
【００７２】
また、上記実施形態において、ミリ波の振幅の検出は単純に平均電力を求めることもできるし、特定のパターンを生成し、そのパターンについて受信側で相関をとって検出してもよい。
【００７３】
更に、上記実施形態では、ミリ波の電波を用いている。このため、小さいアンテナでも所望の指向性を実現できるので、他のポータブルな装置に応用できる。
【００７４】
また、上述したように容易にＺ軸方向へのポインタ１０の操作を行えるので、多様なユーザインターフェースが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施形態に係る操作システムの構成を示すブロック図である。
【図２】表示画面上でポインタを奥行き方向に操作したときのフローチャートである。
【図３】空間ポインティグデバイス２００により表示画面上の扉を押すときの図である。
【図４】空間ポインティグデバイス２００により表示画面上の扉を引くときの図である。
【図５】空間ポインティグデバイス２００により表示画面上の異なる平面にポインタを移動させるときの図である。
【図６】空間ポインティグデバイス２００により表示画面上の異なる平面にポインタを移動させるときの図である。
【図７】自由空間伝播損失と装置間距離との関係をあらわす図である。
【図８】従来の低い周波数における問題点を示した図である。
【図９】実際にミリ波（６０ＧＨｚ）での伝播実験を行ったときのセットアップの図である。
【図１０】図９に示した実験の結果である。
【図１１】送受信用のアンテナをどれくらい近傍まで近づけることができるか確認するために行ったシミュレーション結果である。
【図１２】空間ポインティグデバイス２００から戻る情報信号の伝送を赤外線ではなくミリ波で行う場合の操作システムの構成を示すブロック図である。
【図１３】空間ポインティグデバイス２００側からミリ波３０３の発信（基準信号の発信）行う場合の操作システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ システム
１０ ポインタ
１００ 情報処理装置
１０１ 発振器
１０２、２０７ 変調回路
１０３、２０１ アンテナ
１０５、２０２ 復調回路
１０６、２０４ ＣＰＵ
１０７ 表示デバイス
２００ 空間ポインティグデバイス
２０３ 振幅復調回路
２０５ メモリ
２０６ ユーザインターフェース
３０１、３０３ ミリ波
ｄ 距離
Ｇ 表示画面
Ｚ 奥行き方向（Ｚ軸方向）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば空中ポインティングデバイスなどを使って表示画面上のポインタを操作する操作システム、そのようなシステムに用いられる空中ポインティングデバイス及び操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータやゲーム機、家電機器のＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）における入力装置として空中ポインティングデバイスを使うことでポインティングデバイスを操作するための机などが不要となり、しかも空間を操作することから、表示画面上のＸＹ座標ばかりでなく、画面上の奥行き方向（Ｚ座標）に対する操作も直感的に行える。
【０００３】
従来から、このような奥行き方向の位置検出では、ユーザが手で持っているデバイスに対して２箇所から反射光を得て、三角法で本体とデバイスとの間の距離を求めるような技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平５−１２７８０９号公報（図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された技術では、２箇所に光を発光して受光する部位が必要とされることからシステムの構成が複雑になる。
【０００５】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、非常に簡単な構成で表示画面上でのポインタの奥行き方向の操作を行うことができる操作システム、空中ポインティングデバイス及び操作方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明に係る操作システムは、表示画面上でポインタを操作するための操作システムであって、ミリ波帯域の電波を送信する第１の送信部と、前記第１の送信部との間で間隔の変位が可能で、前記第１の送信部から送信された電波を受信する第１の受信部と、前記第１の受信部により受信された電波の振幅を計測する計測部と、前記計測部により計測された電波の振幅の変化に応じて、前記表示画面でのポインタの奥行き方向への操作を実行するための操作信号を出力する出力部とを具備する。
【０００７】
ここで、ミリ波帯とは、周波数が３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ（波長が約１０ｍｍから１ｍｍ）の帯域をいう。
【０００８】
従来から無線デバイスとしては、比較的波長が長く、自由空間伝播損失の小さい周波数の電波（ミリ波帯よりも波長の長い帯域の電波）が用いられていた。しかし、このように波長の比較的長い電波では、その波長の長さのため、アンテナの中心位置を特定することが難しくなり、電波強度での距離測定には向いていなかった。また、このように波長の比較的長い電波では、自由空間伝播損失が小さいため、室内では反射が多くおこり、定在波が容易に立つことも、電波強度での距離測定に向かない理由でもあった。これに対して、ミリ波帯域の電波は、このような波長の比較的長い電波のような欠点はないが、デバイスが大掛かりになっていたため、実用性に乏しかった。
【０００９】
ところが、近年、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）デバイスの高速化により、ミリ波回路を安価なＣＭＯＳデバイスで実現できるようになってきた。本発明者らは、この点に着目し、そのように実用が可能になってきたミリ波帯域の電波を利用し、奥行き方向に関する移動量及び移動方向を検知することを案出した。すなわち、本発明では、ミリ波帯域の電波を送信する第１の送信部とそれを受信する第１の受信部との間の距離に応じた電波の振幅を計測し、電波の振幅の変化に応じて、表示画面でのポインタの奥行き方向への操作を実現するものである。本発明では、１つの送信部と１つの受信部によってシステムを構成することできるので、非常に簡単な構成で表示画面上でのポインタの奥行き方向の操作を行うことができる。加えて、ミリ波帯域の電波を送信する第１の送信部とそれを受信する第１の受信部との間の距離（人間の奥行き方向の操作）に応じて表示画面上でのポインタの奥行き方向の操作を行っているので、人間の直感と合致した操作が実現できる。
【００１０】
本発明の一態様として、表示画面を表示するための表示デバイスを有する第１の装置と、前記第１の装置に対する空間ポインティグデバイスとしての第２の装置とを有し、前記第１の装置が、前記第１の送信部と、前記第２の装置から送信される情報信号を受信する第２の受信部と、前記出力部とを有し、前記第２の装置が、前記第１の受信部と、前記計測部と、前記計測部により計測された電波の振幅の変化に応じた情報を生成する情報生成部と、前記情報生成部により生成された情報を含む情報信号を送信する第２の送信部とを有するように構成することができる。
【００１１】
ここで、前記情報生成部は、前記計測部により計測された電波の振幅のデータを記憶するメモリと、前記計測部により計測された電波の振幅のデータと前記メモリに記憶された以前のデータとを比較し、この比較結果に基づき前記表示画面でのポインタの奥行き方向への移動方向及び移動量を前記情報として生成するように構成することができる。
【００１２】
また、前記第２の装置は、前記表示画面上でポインタをＸ−Ｙ方向に操作するための情報が入力されるユーザインターフェース部を有し、前記第２の送信部は、前記ユーザインターフェース部により入力された情報を前記情報信号に含めて送信し、前記出力部は、前記情報信号に含まれる前記ユーザインターフェース部により入力された情報に応じて前記表示画面上でのポインタのＸ−Ｙ方向への操作を実行するための信号を前記操作信号として出力するように構成することができる。
【００１３】
前記第２の送信部と前記第２の受信部との間で赤外線を使って前記情報信号の送受信を行うように構成することができる。
【００１４】
前記第２の送信部と前記第２の受信部との間でミリ波帯域の電波を使って前記情報信号の送受信を行うように構成することができる。
【００１５】
本発明の別の態様として、表示画面を表示するための表示デバイスを有する第１の装置と、前記第１の装置に対する空間ポインティグデバイスとしての第２の装置とを有し、前記第１の装置が、前記第１の受信部と、前記計測部と、前記出力部とを有し、前記第２の装置が、前記第１の送信部を有するように構成することができる。
【００１６】
本発明の別に観点に係る空中ポインティングデバイスは、表示画面上でポインタを操作するために用いられる空中ポインティングデバイスであって、ミリ波帯域の電波を受信する受信部と、前記受信部により受信された電波の振幅を計測する計測部と、前記計測部により計測された電波の振幅の変化に応じて、前記表示画面でのポインタの奥行き方向への操作を実行するための情報を生成する情報生成部と、前記情報生成部により生成された情報を含む情報信号を送信する送信部とを具備する。
【００１７】
本発明の更に別の観点に係る方法は、表示画面上でポインタを操作するための操作方法であって、ミリ波帯域の電波を送信し、前記ミリ波帯域の電波を送信する第１の位置との間で間隔の変位が可能な第２の位置で、前記送信された電波を受信し、前記受信された電波の振幅を計測し、前記計測された電波の振幅の変化に応じて、前記表示画面でのポインタの奥行き方向への操作を実行するものである。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、非常に簡単な構成で表示画面上でのポインタの奥行き方向の操作を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る操作システムの構成を示すブロック図である。
図１に示すように、操作システム１は、情報処理装置１００と、情報処理装置１００に対する入力装置（例えば３次元マウス）としての空間ポインティグデバイス２００とを備えている。
【００２０】
情報処理装置１００は、発振器１０１、変調回路１０２、アンテナ１０３、赤外線受光器１０４、復調回路１０５、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０６及び表示デバイス１０７を備えている。
【００２１】
発振器１０１は、例えば３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚのミリ波の信号を発生させ、変調回路１０２に送る。発振器１０１は、例えばミリ波回路を安価なＣＭＯＳデバイスにより実現している。変調回路１０２は、発振器１０１からのミリ波の信号を変調する。アンテナ１０３は、変調回路１０２で変調された信号波を発信する。
【００２２】
赤外線受光器１０４は、後述する赤外線発光器２０８から発光された赤外線を受光し、その情報信号を復調回路１０５に送る。復調回路１０５は、赤外線受光器１０４からの情報信号を復調し、ＣＰＵ１０６に送る。この復調された情報信号は、表示デバイス１０７の表示画面でのポインタの奥行き方向への移動方向及び移動量の情報を含んでいる。
【００２３】
ＣＰＵ１０６は、復調された情報信号の変化に応じて、表示画面でのポインタの奥行き方向への操作を実行するための操作信号を表示デバイス１０７に出力したり、情報信号に含まれるユーザインターフェース２０６により入力された情報に応じて表示画面上でのポインタのＸ−Ｙ方向への操作を実行するための操作信号を表示デバイス１０７に出力したりする。表示デバイス１０７は、ＣＰＵ１０６からの信号により例えば表示画面の適切な位置にポインタを表示する。図１において表示画面は例えばＸ−Ｙ平面内にある。
【００２４】
空間ポインティグデバイス２００は、情報処理装置１００との間で間隔の変位が可能であり、アンテナ２０１、復調回路２０２、振幅検知回路２０３、ＣＰＵ２０４、メモリ２０５、ユーザインターフェース２０６、変調回路２０７及び赤外線発光器２０８を備えている。
【００２５】
アンテナ２０１は、アンテナ１０３から発信されたミリ波帯域の電波を受信する。復調回路２０２は、アンテナ２０１からの信号を復調し、振幅検知回路２０３に送る。振幅検知回路２０３は、復調回路２０２により復調された信号の振幅を計測し、ＣＰＵ２０４に送る。
【００２６】
ＣＰＵ２０４は、所定時間ごとにミリ波の受信信号の振幅を検知し、以前にメモリ２０５に保存されている振幅のデータとの差分をとることによって、表示画面でのポインタの奥行き方向（Ｚ軸方向）への移動方向、Ｚ軸方向の移動量を算出する。
【００２７】
メモリ２０５は、振幅検知回路２０３で計測された振幅の値を記憶する。
【００２８】
ユーザインターフェース２０６は、奥行き方向（Ｚ軸方向）の移動を検知するための振幅検知回路の動作の開始を伝えるためのボタンあるいはタッチパネル（以下、検知開始ボタンと呼ぶ）２１６（図３参照）を備えている。ユーザインターフェース２０６にはＸ−Ｙ平面の動きをユーザが入力するための図示しないボタン、タッチパネル、あるいはトラックボールを備えている。これらのボタン、タッチパネル、あるいはトラックボールによって、表示画面上でポインタをＸ−Ｙ方向に操作するための情報が入力される。
【００２９】
変調回路２０７は、ＣＰＵ２０４で算出された移動方向、移動量及びユーザインターフェース２０６により入力された情報を変調し、赤外線発光器２０８に送る。赤外線発光器２０８は、赤外線受光器１０４に赤外線を発光し、情報信号を送信する。
【００３０】
次に、表示画面上でポインタを奥行き方向に操作するときの動作について説明する。
【００３１】
図２は表示画面上でポインタを奥行き方向に操作するときのフローチャートである。
【００３２】
まず、情報処理装置１００の発振器１０１がミリ波を発振する（ＳＴ２０１）。発振器１０１からのミリ波の信号は変調回路１０２に入力され変調され（ＳＴ２０２）、その後、アンテナ１０３から送信される（ＳＴ２０３）。
【００３３】
空間ポインティグデバイス２００は、例えば検知開始ボタン２１６（図３参照）が押下されたか否かを判断し（ＳＴ２０４）、押下されているときには、アンテナ２０１で電波を受信し、復調回路２０２で復調し（ＳＴ２０５）、復調した信号の振幅を振幅検知回路２０３で計測しメモリ２０５に記録する（ＳＴ２０６）。
【００３４】
次に、前回の振幅がメモリ２０５に記憶されているか否かを判断し（ＳＴ２０７）、記憶されていないときにはステップ２０５に戻り所定時間間隔で振幅を計測しメモリ２０５に記録する（ＳＴ２０６）。
【００３５】
前回の振幅がメモリ２０５に記録されているときには、例えば前回の振幅と今回の振幅との大小関係から表示画面でのポインタの奥行き方向（Ｚ軸方向）への移動方向を算出し、前回の振幅と今回の振幅との差からＺ軸方向の移動量を算出する（ＳＴ２０８）。
次いで、算出された移動方向、移動量の情報を変調回路２０７において変調し（ＳＴ２０９）、赤外線発光器２０８から赤外線３０２を送出する（ＳＴ２１０）。このとき、ユーザインターフェース２０６から入力されたＸ−Ｙ平面に関する情報なども変調され、送信される。
【００３６】
次いで、情報処理装置１００の赤外線受光器１０４において赤外線を受光し（ＳＴ２１１）、復調回路１０５で復調した後、空間ポインティグデバイス２００から送られた情報信号は、ＣＰＵ１０６で処理され、操作信号が表示デバイス１０７に出力され、ポインタが適切な位置に表示される。
【００３７】
このように本実施形態によれば、ミリ波を発振する発振器１０１を安価なＣＭＯＳデバイスを用いて実現し、振幅を高速で検出し、表示画面の奥行き方向（Ｚ軸方向）に関する空間ポインティグデバイス２００の移動量及び移動方向（向き）を算出することができる。すなわち、空間ポインティグデバイス２００の表示画面に対するＺ軸方向への移動に伴いアンテナ１０３とアンテナ２０１との間の距離ｄが変化するが、この距離ｄに応じた電波の振幅を振幅検知回路２０３で計測し（ＳＴ２０６）、電波の振幅の変化に応じて、表示画面でのポインタ１０（図３参照）の奥行き方向での表示を制御することができる。アンテナ１０３とアンテナ２０１との間の距離ｄ（人間の奥行き方向の操作）に応じて表示画面上でのポインタ１０の奥行き方向（Ｚ軸方向）の操作を行っているので、人間の直感と合致した操作が実現できる。
【００３８】
また、１つの発振器１０１、変調回路１０２及びアンテナ１０３と、１つのアンテナ２０１、復調回路２０２及び振幅検知回路２０３によって操作システム１を構成することできるので、非常に簡単な構成で表示画面上でのポインタ１０の奥行き方向（Ｚ軸方向）の操作を行うことができる。
【００３９】
更に、空間ポインティグデバイス２００はメモリ２０５を備え、以前にメモリ２０５に記憶された振幅と今回の振幅との差分をとることで移動量などを検知するため、振幅の絶対値そのものに依存しない。また、同様にアンテナ１０３、２０１のビームの角度による変動などの影響も受けにくい。
【００４０】
図３は空間ポインティグデバイス２００により表示画面上の扉を押すときの図である。
【００４１】
図３に示すように、奥行き方向（Ｚ軸方向）に複数の平面２０、３０が表示されると共に扉４０などが表示画面Ｇに表示されているときに、ポインタ１０を扉４０に位置合わせし、空間ポインティグデバイス２００を奥行き方向（Ｚ軸方向）で表示画面Ｇに近づける、すなわち、扉４０を押すことで、アンテナ１０３とアンテナ２０１との間の距離ｄ（図１参照）が変化する（小さくなる）。この距離ｄに応じた電波の振幅を振幅検知回路２０３で計測し（ＳＴ２０６）、移動量及び移動方向（向き）の情報信号を生成し情報処理装置１００に送信する。空間ポインティグデバイス２００から送られた移動量及び移動方向（向き）の情報信号をＣＰＵ１０６で処理し操作信号を表示デバイス１０７に出力し、扉４０を開くように表示することができる。人間の奥行き方向の扉４０を押す操作に応じて表示画面Ｇ上でのポインタ１０の奥行き方向（Ｚ軸方向）の操作を行っているので、扉４０を押して開くときに人間の直感と合致した操作が実現できる。
【００４２】
図４は空間ポインティグデバイス２００により表示画面Ｇ上の扉４０を引くときの図である。
【００４３】
図３と同様に、ポインタ１０を扉４０に位置合わせし、空間ポインティグデバイス２００を奥行き方向（Ｚ軸方向）で表示画面Ｇから遠ざける、すなわち、扉４０を引くことで、アンテナ１０３とアンテナ２０１との間の距離ｄが変化する（大きくなる）。この距離ｄに応じた電波の振幅を振幅検知回路２０３で計測し（ＳＴ２０６）、移動量及び移動方向（向き）の情報信号を生成し情報処理装置１００に送信する。空間ポインティグデバイス２００から送られた移動量及び移動方向（向き）の情報信号をＣＰＵ１０６で処理し操作信号を表示デバイス１０７に出力し、扉４０を引くように表示することができる。人間の奥行き方向の扉４０を引く操作に応じて表示画面Ｇ上でのポインタ１０の奥行き方向（Ｚ軸方向）の操作を行っているので、扉４０を引くときに人間の直感と合致した操作が実現できる。
【００４４】
図５は空間ポインティグデバイス２００により表示画面Ｇ上の異なる平面２０にポインタ１０を移動させるときの図である。
【００４５】
ポインタ１０が扉４０に位置合わせされている状態から空間ポインティグデバイス２００を斜め右奥に移動させることで、アンテナ１０３とアンテナ２０１との間の距離ｄが変化する（小さくなる）。この距離ｄに応じた電波の振幅を振幅検知回路２０３で計測し（ＳＴ２０６）、移動量及び移動方向（向き）の情報信号を生成し情報処理装置１００に送信する。空間ポインティグデバイス２００から送られた移動量及び移動方向（向き）の情報信号をＣＰＵ１０６で処理し操作信号を表示デバイス１０７に出力し、ポインタ１０を扉４０より奥にある平面２０上に表示することができる。人間の奥行き方向の操作に応じて表示画面Ｇ上でのポインタ１０の奥行き方向（Ｚ軸方向）の操作を行っているので、奥行き方向に異なる平面２０などにポインタ１０を合わせるときに、人間の直感と合致した操作が実現できる。
【００４６】
図６は空間ポインティグデバイス２００により表示画面Ｇ上の異なる平面３０にポインタ１０を移動させるときの図である。
【００４７】
ポインタ１０が平面２０に位置合わせされている状態から空間ポインティグデバイス２００を斜め右手前に移動させることで、アンテナ１０３とアンテナ２０１との間の距離ｄが変化する（大きくなる）。この距離ｄに応じた電波の振幅を振幅検知回路２０３で計測し（ＳＴ２０６）、移動量及び移動方向（向き）の情報信号を生成し情報処理装置１００に送信する。空間ポインティグデバイス２００から送られた移動量及び移動方向（向き）の情報信号をＣＰＵ１０６で処理し操作信号を表示デバイス１０７に出力し、ポインタ１０を平面２０より右手前にある平面３０上に表示することができる。人間の奥行き方向の操作に応じて表示画面Ｇ上でのポインタ１０の奥行き方向（Ｚ軸方向）の操作を行っているので、奥行き方向に異なる平面３０などにポインタ１０を合わせるときに、人間の直感と合致した操作が実現できる。
【００４８】
図７は自由空間伝播損失と装置間距離との関係をあらわす図である。
【００４９】
電波の自由空間伝播損失（Ｌｐ デシベル）は、図６に示すように、Ｌｐ ＝ ２０×ｌｏｇ（４πｄ／λ） （ただし、ｄはアンテナ間の距離、λは電波の波長）である。例えば、６０ＧＨｚの電波では１／２ｍ（５０ｃｍ）で６２ｄＢ減衰する。一方、従来から用いられている比較的低い周波数の電波、例えば１ＧＨｚの電波の場合同じ１／２ｍ（５０センチ）で２６ｄＢ減衰しかせず、その差は３６ｄＢと大きい。このようにミリ波の電波では、まわりの反射物から１／２ｍ（５０ｃｍ）など少し離れているだけも、十分に信号が減衰する。この結果、従来のマルチパスによる定在波の影響による振幅の変動の問題を抑えることができる。ミリ波では波長が短いため、現実的な大きさのアンテナでアンテナのビームを絞ることが可能である。例えばアンテナの効率を５５％とするとアンテナゲイン（Ｇａ）は、Ｇａ＝０．５５×４πＡ／λ２ （ただし、Ａはアンテナの面積）であるから、例えば６０ＧＨｚでは６ｍｍ角のサイズで１０ｄＢｉ（３ｄＢ半値角５５度）にビームを絞ることができる。したがって、ミリ波ではアンテナ指向性で不要なマルチパスの発生を抑えることができる。ミリ波では波長が短いため、アンテナの位置判定の解像度も上げることができる。
【００５０】
図８はミリ波よりも低い周波数における問題点を示した図である。
【００５１】
図８に示すように、ミリ波よりも低い周波数の場合、自由空間伝播損失が小さく、マルチパスにより、定在波が立ってしまい、本実施形態のような単純な振幅による距離の判定が困難である。また、波長が長いため、装置の測定点が曖昧になる。更に、波長が長いため、アンテナに指向性をもたせることが難しい。これに対して、本実施形態では、ミリ波を用いている。ミリ波は波長が短いので、送受信のアンテナの位置の確度が高い。また、ミリ波は自由空間伝播損失が大きいので反射波の影響が小さく、定在波による計測の劣化が少ない。従って、正確に距離を求めることができる。
【００５２】
図９は実際にミリ波（６０ＧＨｚ）での伝播実験を行ったときのセットアップの図である。
【００５３】
情報処理装置１００と、空間ポインティグデバイス２００とを、距離ｄ離し、情報処理装置１００から例えば６０ＧＨｚのミリ波を発信した。アンテナ１０３の絶対利得を１０ｄＢｉまたは２０ｄＢｉ、アンテナ２０１の絶対利得を１５ｄＢｉとし、情報処理装置１００の出力パワーを−１０ｄＢｍとした。
【００５４】
図１０は図９に示した実験の結果である。
【００５５】
アンテナ間の距離ｄ（ｍ）と空間ポインティグデバイス２００側での受信電力（ｄＢｍ）とには相関関係があることが分かる。アンテナ間の距離ｄ（ｍ）と受信電力（ｄＢｍ）との関係から、空間ポインティグデバイス２００の移動が読み取れることが分かる。
【００５６】
図１１は送受信用のアンテナをどれくらい近傍まで近づけることができるか確認するために行ったシミュレーション結果である。
【００５７】
ダイポールの長さが２．４ｍｍ（＝λ／２）のダイポールアンテナを用いた（Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ ｍｉｃｒｏ−ｓｔｒｉｐｅｓ）。理論値と計算値とは、距離が３ｍｍ程度までほぼ一致している。
【００５８】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図１２は空間ポインティグデバイス２００から戻る情報信号の伝送を赤外線ではなくミリ波で行う場合の操作システムの構成を示すブロック図である。
【００５９】
本実施形態では、図１に比べて、情報処理装置１００は、図１に示す赤外線受光器１０４の代わりにスイッチ１１０を備えている。
【００６０】
スイッチ１１０は、ＣＰＵ１０６からの制御信号により、所定時間ごとに、変調回路１０２−アンテナ１０３の接続と、復調回路１０５−アンテナ１０３の接続とを切り替える。
【００６１】
空間ポインティグデバイス２００は、図１に比べて、図１に示す赤外線発光器２０８の代わりにスイッチ２１０を備えている。
【００６２】
スイッチ２１０は、ＣＰＵ２０４からの制御信号により、所定時間ごとに、変調回路２０７−アンテナ２０１の接続と、復調回路２０２−アンテナ２０１の接続とを切り替える。
【００６３】
この場合、時分割により、双方向にミリ波３０３でさまざまなデータをやり取りすることも可能である。例えば、表示画面Ｇでのポインタ１０の奥行き方向（Ｚ軸方向）への移動方向、Ｚ軸方向の移動量の情報の送受信と、これらの情報とは異なるＸ−Ｙ平面に関するポインタ１０の移動量などの情報とを別々に送受信することができる。
【００６４】
次に、本発明の別の実施形態について説明する。
図１３は空間ポインティグデバイス２００側からミリ波３０３の基準信号の発信を行う場合の操作システムの構成を示すブロック図である。
【００６５】
本実施形態では、図１２に比べて情報処理装置１００は、発振器１０１を備えず振幅検知回路１２０及びメモリ１２１を備えている。振幅検知回路１２０は、復調回路１０５とＣＰＵ１０６との間に配置され、復調回路１０５で復調された信号の振幅を検知し、メモリ１２１はＣＰＵ１０６の指示により所定時間ごとに振幅を記憶するように構成されている。
【００６６】
空間ポインティグデバイス２００は、図１２に比べて振幅検知回路２０３〜ユーザインターフェース２０６を備えず、発振器２２１、ＣＰＵ２２２及びユーザインターフェース２２３を備えている。
【００６７】
発振器２２１は、変調回路２０７にミリ波の信号を発振し、ＣＰＵ２２２は、復調回路２０２−アンテナ２０１の接続と、変調回路２０７−アンテナ２０１の接続とを切り替えるための信号をスイッチ２１０に送信する。ユーザインターフェース２２３はユーザインターフェース２０６と同様である。
【００６８】
このように、ミリ波の発振を空間ポインティグデバイス２００で行うようにしても、同様のシステムを構成することができる。
【００６９】
この実施形態の変形例として、ミリ波３０１の情報伝送経路を利用し情報処理装置１００で検出した振幅情報を空間ポインティグデバイス２００に送り、空間ポインティグデバイス２００側にメモリを持つようなシステムも可能である。
【００７０】
なお、本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。
【００７１】
例えば、上記実施形態では、空間ポインティグデバイス２００は情報処理装置１００へ赤外線を用いて無線で情報を伝達している。しかし、これに限定されず、例えばＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ−Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）またはマイクロ波を用いてもよい。
【００７２】
また、上記実施形態において、ミリ波の振幅の検出は単純に平均電力を求めることもできるし、特定のパターンを生成し、そのパターンについて受信側で相関をとって検出してもよい。
【００７３】
更に、上記実施形態では、ミリ波の電波を用いている。このため、小さいアンテナでも所望の指向性を実現できるので、他のポータブルな装置に応用できる。
【００７４】
また、上述したように容易にＺ軸方向へのポインタ１０の操作を行えるので、多様なユーザインターフェースが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施形態に係る操作システムの構成を示すブロック図である。
【図２】表示画面上でポインタを奥行き方向に操作したときのフローチャートである。
【図３】空間ポインティグデバイス２００により表示画面上の扉を押すときの図である。
【図４】空間ポインティグデバイス２００により表示画面上の扉を引くときの図である。
【図５】空間ポインティグデバイス２００により表示画面上の異なる平面にポインタを移動させるときの図である。
【図６】空間ポインティグデバイス２００により表示画面上の異なる平面にポインタを移動させるときの図である。
【図７】自由空間伝播損失と装置間距離との関係をあらわす図である。
【図８】従来の低い周波数における問題点を示した図である。
【図９】実際にミリ波（６０ＧＨｚ）での伝播実験を行ったときのセットアップの図である。
【図１０】図９に示した実験の結果である。
【図１１】送受信用のアンテナをどれくらい近傍まで近づけることができるか確認するために行ったシミュレーション結果である。
【図１２】空間ポインティグデバイス２００から戻る情報信号の伝送を赤外線ではなくミリ波で行う場合の操作システムの構成を示すブロック図である。
【図１３】空間ポインティグデバイス２００側からミリ波３０３の発信（基準信号の発信）行う場合の操作システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ システム
１０ ポインタ
１００ 情報処理装置
１０１ 発振器
１０２、２０７ 変調回路
１０３、２０１ アンテナ
１０５、２０２ 復調回路
１０６、２０４ ＣＰＵ
１０７ 表示デバイス
２００ 空間ポインティグデバイス
２０３ 振幅復調回路
２０５ メモリ
２０６ ユーザインターフェース
３０１、３０３ ミリ波
ｄ 距離
Ｇ 表示画面
Ｚ 奥行き方向（Ｚ軸方向）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示画面上でポインタを操作するための操作システムであって、
ミリ波帯域の電波を送信する第１の送信部と、
前記第１の送信部との間で間隔の変位が可能で、前記第１の送信部から送信された電波を受信する第１の受信部と、
前記第１の受信部により受信された電波の振幅を計測する計測部と、
前記計測部により計測された電波の振幅の変化に応じて、前記表示画面でのポインタの奥行き方向への操作を実行するための操作信号を出力する出力部と
を具備することを特徴とする操作システム。
【請求項２】
請求項１に記載の操作システムであって、
前記表示画面を表示するための表示デバイスを有する第１の装置と、
前記第１の装置に対する空間ポインティグデバイスとしての第２の装置とを有し、
前記第１の装置が、前記第１の送信部と、前記第２の装置から送信される情報信号を受信する第２の受信部と、前記出力部とを有し、
前記第２の装置が、前記第１の受信部と、前記計測部と、前記計測部により計測された電波の振幅の変化に応じた情報を生成する情報生成部と、前記情報生成部により生成された情報を含む情報信号を送信する第２の送信部とを有する
ことを特徴とする操作システム。
【請求項３】
請求項２に記載の操作システムであって、
前記情報生成部は、前記計測部により計測された電波の振幅のデータを記憶するメモリと、前記計測部により計測された電波の振幅のデータと前記メモリに記憶された以前のデータとを比較し、この比較結果に基づき前記表示画面でのポインタの奥行き方向への移動方向及び移動量を前記情報として生成することを特徴とする操作システム。
【請求項４】
請求項２に記載の操作システムであって、
前記第２の装置は、前記表示画面上でポインタをＸ?Ｙ方向に操作するための情報が入力されるユーザインタフェース部を有し、
前記第２の送信部は、前記ユーザインタフェース部により入力された情報を前記情報信号に含めて送信し、
前記出力部は、前記情報信号に含まれる前記ユーザインタフェース部により入力された情報に応じて前記表示画面上でのポインタのＸ?Ｙ方向への操作を実行するための信号を前記操作信号として出力する
ことを特徴とする操作システム。
【請求項５】
請求項１に記載の操作システムであって、
前記表示画面を表示するための表示デバイスを有する第１の装置と、
前記第１の装置に対する空間ポインティグデバイスとしての第２の装置とを有し、
前記第１の装置が、前記第１の受信部と、前記計測部と、前記出力部とを有し、
前記第２の装置が、前記第１の送信部を有する
ことを特徴とする操作システム。
【請求項６】
請求項２に記載の操作システムであって、
前記第２の送信部と前記第２の受信部との間で赤外線を使って前記情報信号の送受信を行うことを特徴とする操作システム。
【請求項７】
請求項２に記載の操作システムであって、
前記第２の送信部と前記第２の受信部との間でミリ波帯域の電波を使って前記情報信号の送受信を行うことを特徴とする操作システム。
【請求項８】
表示画面上でポインタを操作するために用いられる空中ポインティングデバイスであって、
ミリ波帯域の電波を受信する受信部と、
前記受信部により受信された電波の振幅を計測する計測部と、
前記計測部により計測された電波の振幅の変化に応じて、前記表示画面でのポインタの奥行き方向への操作を実行するための情報を生成する情報生成部と、
前記情報生成部により生成された情報を含む情報信号を送信する送信部と
を具備することを特徴とする空中ポインティングデバイス。
【請求項９】
表示画面上でポインタを操作するための操作方法であって、
ミリ波帯域の電波を送信し、
前記ミリ波帯域の電波を送信する第１の位置との間で間隔の変位が可能な第２の位置で、前記送信された電波を受信し、
前記受信された電波の振幅を計測し、
前記計測された電波の振幅の変化に応じて、前記表示画面でのポインタの奥行き方向への操作を実行する
ことを特徴とする操作方法。
【請求項１】
表示画面上でポインタを操作するための操作システムであって、
ミリ波帯域の電波を送信する第１の送信部と、
前記第１の送信部との間で間隔の変位が可能で、前記第１の送信部から送信された電波を受信する第１の受信部と、
前記第１の受信部により受信された電波の振幅を計測する計測部と、
前記計測部により計測された電波の振幅の変化に応じて、前記表示画面でのポインタの奥行き方向への操作を実行するための操作信号を出力する出力部と
を具備することを特徴とする操作システム。
【請求項２】
請求項１に記載の操作システムであって、
前記表示画面を表示するための表示デバイスを有する第１の装置と、
前記第１の装置に対する空間ポインティグデバイスとしての第２の装置とを有し、
前記第１の装置が、前記第１の送信部と、前記第２の装置から送信される情報信号を受信する第２の受信部と、前記出力部とを有し、
前記第２の装置が、前記第１の受信部と、前記計測部と、前記計測部により計測された電波の振幅の変化に応じた情報を生成する情報生成部と、前記情報生成部により生成された情報を含む情報信号を送信する第２の送信部とを有する
ことを特徴とする操作システム。
【請求項３】
請求項２に記載の操作システムであって、
前記情報生成部は、前記計測部により計測された電波の振幅のデータを記憶するメモリと、前記計測部により計測された電波の振幅のデータと前記メモリに記憶された以前のデータとを比較し、この比較結果に基づき前記表示画面でのポインタの奥行き方向への移動方向及び移動量を前記情報として生成することを特徴とする操作システム。
【請求項４】
請求項２に記載の操作システムであって、
前記第２の装置は、前記表示画面上でポインタをＸ?Ｙ方向に操作するための情報が入力されるユーザインタフェース部を有し、
前記第２の送信部は、前記ユーザインタフェース部により入力された情報を前記情報信号に含めて送信し、
前記出力部は、前記情報信号に含まれる前記ユーザインタフェース部により入力された情報に応じて前記表示画面上でのポインタのＸ?Ｙ方向への操作を実行するための信号を前記操作信号として出力する
ことを特徴とする操作システム。
【請求項５】
請求項１に記載の操作システムであって、
前記表示画面を表示するための表示デバイスを有する第１の装置と、
前記第１の装置に対する空間ポインティグデバイスとしての第２の装置とを有し、
前記第１の装置が、前記第１の受信部と、前記計測部と、前記出力部とを有し、
前記第２の装置が、前記第１の送信部を有する
ことを特徴とする操作システム。
【請求項６】
請求項２に記載の操作システムであって、
前記第２の送信部と前記第２の受信部との間で赤外線を使って前記情報信号の送受信を行うことを特徴とする操作システム。
【請求項７】
請求項２に記載の操作システムであって、
前記第２の送信部と前記第２の受信部との間でミリ波帯域の電波を使って前記情報信号の送受信を行うことを特徴とする操作システム。
【請求項８】
表示画面上でポインタを操作するために用いられる空中ポインティングデバイスであって、
ミリ波帯域の電波を受信する受信部と、
前記受信部により受信された電波の振幅を計測する計測部と、
前記計測部により計測された電波の振幅の変化に応じて、前記表示画面でのポインタの奥行き方向への操作を実行するための情報を生成する情報生成部と、
前記情報生成部により生成された情報を含む情報信号を送信する送信部と
を具備することを特徴とする空中ポインティングデバイス。
【請求項９】
表示画面上でポインタを操作するための操作方法であって、
ミリ波帯域の電波を送信し、
前記ミリ波帯域の電波を送信する第１の位置との間で間隔の変位が可能な第２の位置で、前記送信された電波を受信し、
前記受信された電波の振幅を計測し、
前記計測された電波の振幅の変化に応じて、前記表示画面でのポインタの奥行き方向への操作を実行する
ことを特徴とする操作方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−１５７６５（Ｐ２００９−１５７６５Ａ）
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７９５６０（Ｐ２００７−１７９５６０）
【出願日】平成１９年７月９日（２００７．７．９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月９日（２００７．７．９）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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