JP2004272458A - 電子装置及び電子装置の駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】センサスキャン時に交差稜線数のカウントと指紋領域検出(ステップS4)を行ない、交差稜線数から指紋中心点を算出(ステップS7)して、その位置変化で指の移動量を検出(ステップS8)し、また、指紋中心点と指紋領域外形線間のいくつかの距離を算出(ステップS7)し、その距離の変化から、つまりは、指紋中心点に対する指紋接触面の形状変化から、指の回転量を検出(ステップS8)する。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、指紋センサなどで指の移動量や回転量を検出することにより生成する制御信号により駆動される電子装置及びその駆動方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
指紋センサなどを用いて指の移動量を検出し、ポインタなどの制御を行うポインティング機能を持つ装置や方法は、既にいくつか提案されている。特許文献1では、ポインティングデバイスに指紋入力手段を設け、指紋認証できた場合に、指紋照合で得られた相関ピークの位置ずれから移動ベクトルを求め、ポインタ移動制御を行っている。このシステムでは、移動量を求めるのために、前回と今回の照合像を比較するといった指紋照合と同レベルの複雑な画像処理を必要とし、規模の大きな回路が必要であった。
【0003】
また、特許文献2は、ポインティング機能と、指紋照合機能を有するコンピュータシステムで、ポインティングモードを発生するコードと、指紋照合モードを発生するプログラム記憶デバイスを備え、ポインティングモードでは、特徴点の変化を捕らえて、ポインタ移動制御を行っている。従って、この従来例でも、移動量を求めるのに、特徴点を検出して前回と今回の差分を計算するといった指紋照合と同レベルの複雑な処理を必要としていた。
【0004】
また、特許文献3では、ユーザの指紋パターン(山、谷)の運動を検知して、ポインタを移動させている。従って、この従来例でも、山、谷の運動の変化を捕らえるといった処理が複雑であった。
【0005】
また、本発明に関する他の従来例として、特許文献4,5があるが、これらの従来例は、指紋パターンの回転を検出する方法を示しているが、ポインタとしての目的では、使用されてはいない。
【特許文献1】
特開平10−275233号公報(図1、2)
【特許文献2】
特開平11−161610号公報(図5、6、7)
【特許文献3】
特開平11−288354号公報(第4項、第8項)
【特許文献4】
特開平5−242224号公報(図4)
【特許文献5】
特開平10−105704号公報(図33)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、いくつかの従来の発明では、指紋照合と同レベルの画像処理を行って、特徴点や移動ベクトルを検出するなど、処理が複雑で、高速化が難しく、回路規模が大きくなって、消費電流が増大するなどの問題もあった。また、ポインタとして、回転検出まで含むものはなかった。
【0007】
従って、本発明ではこの問題を解決するために、指紋パターンをスキャンすると同時に、指の移動や回転を簡単に検出する方法と装置の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子装置は、制御信号により制御される電子装置の駆動方法であって、指の移動量を検出する移動量検出部と、指の回転量を検出する回転量検出部と、を有し、前記移動量検出部は、平面の第一の方向と前記第一の方向と直交する第二の方向、および前記平面に対して垂直な第三の方向の少なくともいずれかの方向への移動量を検出し、前記回転量検出部は、前記第一の方向を軸とする第一の回転量と、前記第二の方向を軸とする第二の回転量と、前記第三の方向を軸とする第三の回転量のうち少なくともいずれかの回転量を検出し、前記移動量検出部及び前記回転量検出部における検出結果に基づいて前記制御信号を生成することを特徴とする。上記構成によれば、3方向の移動と、3軸の回転検出が可能で、6自由度の移動表示が可能な装置となる。
【0009】
上記の電子装置は表示部を備えていてもよい。そのような場合、前記制御信号は表示部の画面上のポインタの制御信号として好適に用いられる。
【0010】
また、上記の電子装置は表示装置等に接続しても使用することも可能である。そのような場合、前記制御信号は前記表示装置の画面上のポインタの制御信号として好適に用いられる。
【0011】
また、好ましくは、前記第一の方向と前記第二の方向の指の移動量は、指紋パターンから得られる少なくとも一つの特徴点の位置変化から、あるいは、指紋中心点の位置変化から検出することを特徴とする。従って、多くの特徴点を使って画像処理を行う指紋照合とは異なり、少ない特徴点や指紋中心点の位置変化のみを算出する処理であり、小規模な回路で指の移動量検出ができる。
【0012】
また、好ましくは、前記第三の方向の指の移動量は、指紋接触面の外形の変化から検出することを特徴とし、さらに、前記第三の方向の指の移動量は、指紋接触面の特定の一点を通る少なくとも一方向の直線が指紋接触面の外形線と交わる両側の点と、前記特定の一点までのそれぞれの距離の変化から検出することを特徴とする。従って、外形の変化の捕らえ方として、特定の距離変化のみで第三の方向の指の移動量が検出できる。非常に単純な例では、指紋センサをスキャンした後の特定の走査線方向のスキャンデータ、あるいは、特定のデータ線方向のスキャンデータから、即座に距離が求まるため、その変化量の算出は簡単で、複雑な処理は不要で、回路規模が小さくできる。
【0013】
また、好ましくは、前記第一の回転量および前記第二の回転量は、少なくとも一つの特徴点、あるいは、指紋中心点に対する指紋接触面の形状変化から検出することを特徴とする。さらに、前記第一の回転量および前記第二の回転量は、少なくとも一つの特徴点を通る少なくとも一方向の直線が指紋接触面の外形線と交わる両側の点と、前記特徴点までのそれぞれの距離の変化から検出することを特徴とする。同様に、前記第一の回転量および前記第二の回転量は、指紋中心点を通る少なくとも一方向の直線が指紋接触面の外形線と交わる両側の点と、前記指紋中心点までのそれぞれの距離の変化から検出することを特徴とする。従って、特定の距離変化のみで指の回転量が検出できる。この場合も、非常に単純な例では、指紋センサをスキャンした後の特定の走査線方向のスキャンデータ、あるいは、特定のデータ線方向のスキャンデータから、特徴点あるいは、指紋中心点との距離は簡単に算出され、その変化量の算出に複雑な処理は不要で、回路規模が小さくできる。
【0014】
また、好ましくは、前記第三の回転量は、指紋パターンから得られる少なくとも特定の2点を結ぶ直線の傾きから検出することを特徴とする。前記特定の2点は、特定な間隔で引かれた二つの平行線が、それぞれ指紋接触面の外形線と交わる2点間の中点であることを特徴とする。さらに、前記特定の2点は、指紋中心点と特徴点であることを特徴とする。従って、この場合も、非常に単純な例では、指紋センサをスキャンした後の特定の二つの走査線方向のスキャンデータ、あるいは、特定の二つのデータ線方向のスキャンデータから、それぞれ指紋接触面の外形線と交わる2点間の中点を結ぶ線の傾きを算出するのは比較的簡単であるし、また、指紋中心点と特徴点を結ぶ線の傾きを算出するのは、さらに容易である。従って、複雑な処理が不要で、回路規模が小さくできる。
【0015】
さらに、好ましくは、前記指紋中心点は、平面の第一の方向と前記第一の方向と直交する第二の方向における交差稜線数を検出し、それぞれの方向の交差稜線数の最大の位置としたことを特徴とする。従って、指紋センサをスキャンするのと同時に交差稜線数をカウントしていくだけで、スキャン終了と同時に指紋中心点が検出される。
【0016】
本発明の電子装置の駆動方法は、制御信号により制御される電子装置の駆動方法であって、平面の第一の方向と前記第一の方向と直交する第二の方向、および前記平面に対して垂直な第三の方向の少なくともいずれかの方向への移動量を検出する第1のステップと、前記第一の方向を軸とする第一の回転量と、前記第二の方向を軸とする第二の回転量と、前記第三の方向を軸とする第三の回転量のうち少なくともいずれかの回転量を検出する第2のステップと、を含み、前記第1のステップ及び前記第2のステップの検出結果に基づいて前記制御信号を生成することを特徴とする。
【0017】
前記電子装置が表示部を備えている場合は、前記制御信号は前記表示部の画面上のポインタの制御信号として利用することができる。また、前記電子装置に表示装置が接続されている場合、前記制御信号は前記表示装置の画面上のポインタの制御信号として利用することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の電子装置の一つの実施形態であるポインティング入力装置(第一実施形態)の構成ブロック図である。ポインティング入力部1において、指紋センサで指紋画像の読取りが行われ、指紋照合部3へ送られて指紋照合が行われるとともに、制御装置部2へ送られ、指紋照合確認が済んだ状態で、指の移動・回転検出処理が行われ、モニタ4上のポインタ5の位置制御を行う。次に、前記指の移動・回転検出処理方法について順番に説明する。
【0019】
まず、指紋センサ上の水平方向と垂直方向の指の移動量を算出する方法について、図9、図10を用いて説明する。図10は、第一実施形態に係る指紋センサ上の水平なX方向(X軸)と垂直なY方向(Y軸)を示す図である。また、図9は、第一実施形態に係る指紋中心位置を検出する方法の説明図である。まず、水平方向のスキャン線36で指紋12を水平方向に一定間隔でスキャンしていき、それぞれのスキャン線と指紋稜線が交差する数をカウントすると、図9に示すような水平方向の交差稜線数34の特性曲線が得られる。次に、垂直方向のスキャン線35で指紋12を垂直方向に一定間隔でスキャンしていき、それぞれのスキャン線と指紋稜線が交差する数をカウントすると、図9に示すような垂直方向の交差稜線数33の特性曲線が得られる。これらの曲線の一番高い山の位置が、指紋中心点を示すX方向、Y方向の座標(Xn,Yn)である。従って、スキャンするたびに、この指紋中心位置座標の変動をもとに、指のX方向、Y方向の移動量が簡単に算出できる。
【0020】
次に、指紋センサ表面に垂直な方向に対する指の回転量を算出する方法について、図11、12を用いて説明する。図12は、指紋センサ面上のX、Y方向に垂直なZ方向(Z軸)を中心とした回転角θを示す図である。また、図11は、第一実施形態に係るZ軸中心の回転量を検出する方法の説明図である。図11に示す様に、指紋領域22の上側、下側の任意の位置に引かれた2本の並行線L1,L2の指紋領域内でのそれぞれ中点を結んだ線から、回転量θが簡単に算出できる。なお、指紋領域22は、例えば、光学式指紋センサであれば、指紋画像の周囲は黒くなる事から、境界領域として簡単に検出できる。
【0021】
次に、Y軸中心の回転量を算出する方法について、図3、4を用いて説明する。図4は、第一実施形態に係る指紋センサ面上のY軸を中心とする回転角rを示す図である。また、図3は、第一実施形態に係るY軸中心の回転量を検出する方法の説明図である。図3は、指がY軸中心に回転することで、図3(a)に示す初期状態の指紋領域23aから、図3(b)に示す指紋領域23bに変化した場合を示している。この場合の回転量を求める方法として、指紋中心点13からの指紋領域内X方向のそれぞれの長さLn − 1、Rn − 1が、Ln、Rnへ変化した場合のその長さ変化分を利用して、r=α0(Ln − 1−Ln)または、r=β0(Rn−Rn − 1)から、簡単に回転量を換算できる。ここで、α0、β0は、回転角変換係数である。前述のとおり、指紋センンサを一度スキャンするだけで、指紋中心点も指紋領域も簡単に検出できることから、回転角rも簡単に算出できる。
【0022】
また、次に、X軸中心の回転量を算出する方法について、図5、6を用いて説明する。図6は、指紋センサ面上のX軸を中心とする回転角pを示す図である。また、図5は、第一実施形態に係るX軸中心の回転量を検出する方法の説明図である。図5は、指がX軸中心に回転することで、図5(a)に示す初期状態の指紋領域24aから、図5(b)に示す指紋領域24bに変化した場合を示している。この場合の回転量を求める方法として、指紋中心点14からの指紋領域内X方向のそれぞれの長さUn − 1、Dn − 1が、Un、Dnへ変化した場合のその長さ変化分を利用して、r=α1(Dn − 1−Dn)または、r=β1(Un−Un − 1)から、簡単に回転量を換算できる。ここで、α1、β1は、回転角変換係数である。前述のとおり、指紋センサを一度スキャンするだけで、指紋中心点も指紋領域も簡単に検出できることから、回転角pも簡単に算出できる。
【0023】
さて、次に、Z軸方向の指の移動量を算出する方法について、図7、8を用いて説明する。図8は、第一実施形態に係る指紋センサ面上のX、Y方向に垂直なZ方向(Z軸)を示す図である。図7は、第一実施形態に係るX軸方向の移動量を検出する方法の説明図である。図7は、指がZ方向に移動することで、図7(a)に示す初期状態の指紋領域25aから、図7(b)に示す指紋領域25bに変化した場合を示している。この場合の移動量を求める方法として、指紋中心点15の位置変動がなく、指紋領域内X方向、Y方向それぞれの長さLn − 1、Dn − 1が、Ln、Dnへ変化した場合のその長さ変化分を利用して、α2(Ln − 1−Ln)または、β2(Dn − 1−Dn)から、簡単に移動量を換算できる。ここで、α2、β2は、変位変換係数である。前述のとおり、指紋センサを一度スキャンするだけで、指紋中心点も指紋領域も簡単に検出できることから、Z方向の移動量も簡単に算出できる。
【0024】
以上が、指の回転・移動量の検出方法であるが、次に、これらの方法を使って、図1に示すポインティング入力装置を構成するための動作フローを説明する。
【0025】
図2は、第一実施形態に係る制御装置部の動作フローチャートを示す。まず、指紋パターンの読込み(ステップS1)を行ない、指紋照合(ステップS2)を行って、登録された指紋との一致確認(ステップS3)をし、一致していれば、指の回転・移動量検出を始める。前述のとおり、スキャン線と指紋稜線が交差する数をカウントしながら指紋センサスキャン(ステップS4)を行ない、指紋領域も検出しておく。ここで、指紋領域の有無を判断し(ステップS5)、指紋領域がなければ、指の接触がないことから処理終了となる。指紋領域があれば、前述した方法で回転角θの算出(ステップS6)を行う。次に、指紋中心位置(Xn、Yn)の算出と、前述した指紋中心と指紋領域外形線間の各種長さ(Un、Dn、Ln、Rn)を算出(ステップS7)する。そして、前回のスキャンで得られた指紋中心位置(Xn− 1、Yn− 1)と(Xn、Yn)から、前述した方法でX,Y方向の移動量を、また、前回のスキャンで得られた長さ(Un− 1、Dn− 1、Ln− 1、Rn− 1)と(Un、Dn、Ln、Rn)から、前述した方法で、回転角pと回転角rと、Z方向移動量を算出(ステップS8)する。次に、(Xn− 1、Yn− 1)=(Xn、Yn)と、(Un− 1、Dn− 1、Ln− 1、Rn− 1)=(Un、Dn、Ln、Rn)のデータ交換を行ない、ステップS4にもどり、再び指の回転・移動量の検出動作を行う。それぞれの回転・移動量検出は、複雑な指紋照合処理を利用しておらず、非常に簡単に算出ができるため、高速に処理でき、回路規模も小さくなる。
【0026】
以上説明してきたポインティング入力装置は、図1で示すパソコンのモニタ画面上のポインタを制御するポインティング入力装置であったが、他の構成例を、図13、図14で説明する。
【0027】
図13は、本発明の他の実施形態であるマネーカードを示す図である。マネーカード43は、CPUやメモリを内蔵し、そのカードが所持者本人のものであるかどうかの確認を、暗証番号以外に、指紋センサ41による指紋認証によっても行っている。また、モニタ42も搭載していて、明細などを表示できる。また、指紋センサ41は、前述のポインティング入力装置の説明と同じく、指の移動量や回転量を簡単に検出して、明細表示のスクロールなどをコントロールする。当然のことながら、小さく薄いマネーカードに内蔵できる回路規模は限られ、内蔵電池の点からも低消費回路である事が望まれることから、簡単な回路構成で実現できる本発明の指の移動量検出は、大きな効果を有する。
【0028】
図14は、本発明の他の実施形態である携帯電話を示す図である。携帯電話53は、CPUやメモリを内蔵し、その携帯電話が所持者本人のものであるかどうかの確認を、指紋センサ51による指紋認証で行っている。また、指紋センサ51は、前述の実施例の説明と同じく、指の移動量や回転量を簡単に検出して、従来の携帯電話のメニューボタンと同様に、表示画面52のメニュー選択や、ポインタ制御、スクロール制御を行う。当然のことながら、薄い携帯電話に内蔵できる回路規模は限られ、内蔵電池の点からも低消費回路である事が望まれることから、簡単な回路構成で実現できる本発明の指の移動量検出は、大きな効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施形態一であるポインティング入力装置の構成ブロック図。
【図2】第一実施形態に係る制御装置部の動作フローチャート。
【図3】第一実施形態に係るY軸中心の回転量を検出する方法の説明図。
【図4】第一実施形態に係る指紋センサ面上のY軸を中心とする回転角rを示す図。
【図5】第一実施形態に係るX軸中心の回転量を検出する方法の説明図。
【図6】第一実施形態に係る指紋センサ面上のX軸を中心とする回転角pを示す図。
【図7】第一実施形態に係るX軸方向の移動量を検出する方法の説明図。
【図8】第一実施形態に係る指紋センサ面上のX、Y方向に垂直なZ方向(Z軸)を示す図。
【図9】第一実施形態に係る指紋中心位置を検出する方法の説明図。
【図10】第一実施形態に係る指紋センサ上の水平なX方向(X軸)と垂直なY方向(Y軸)を示す図。
【図11】第一実施形態に係るZ軸中心の回転量を検出する方法の説明図。
【図12】第一実施形態に係る指紋センサ面上のX、Y方向に垂直なZ方向(Z軸)を中心とした回転角θを示す図。
【図13】本発明の他の実施形態であるマネーカードを示す図。
【図14】本発明の他の実施形態である携帯電話を示す図。
【符号の説明】
1.ポインティング入力部、2.制御装置部、3.指紋照合部、4.モニタ、5.ポインタ、13.指紋中心点、23a.指紋領域、23b.指紋領域、14.指紋中心点、24a.指紋領域、24b.指紋領域、15.指紋中心点、25a.指紋領域、25b.指紋領域、11.指紋中心点、12.指紋、33.垂直方向の交差稜線数、34.水平方向の交差稜線数、35.垂直方向のスキャン線、36.水平方向のスキャン線、22.指紋領域、43.マネーカード、53.携帯電話
Claims (26)
- 制御信号により制御される電子装置であって、
指の移動量を検出する移動量検出部と、
指の回転量を検出する回転量検出部と、を有し、
前記移動量検出部は、平面の第一の方向と前記第一の方向と直交する第二の方向、および前記平面に対して垂直な第三の方向の少なくともいずれかの方向への移動量を検出し、
前記回転量検出部は、前記第一の方向を軸とする第一の回転量と、前記第二の方向を軸とする第二の回転量と、前記第三の方向を軸とする第三の回転量のうち少なくともいずれかの回転量を検出し、
前記移動量検出部及び前記回転量検出部における検出結果に基づいて前記制御信号を生成すること、
特徴とする電子装置。 - 前記第一の方向と前記第二の方向の指の移動量は、指紋パターンから得られる少なくとも一つの特徴点の位置変化から検出することを特徴とする請求項1記載の電子装置。
- 前記第一の方向と前記第二の方向の指の移動量は、指紋中心点の位置変化から検出することを特徴とする請求項1記載の電子装置。
- 前記第三の方向の指の移動量は、指紋接触面の外形の変化から検出することを特徴とする請求項1記載の電子装置。
- 前記第三の方向の指の移動量は、指紋接触面の特定の一点を通る少なくとも一方向の直線が指紋接触面の外形線と交わる両側の点と、前記特定の一点までのそれぞれの距離の変化から検出することを特徴とする請求項1記載の電子装置。
- 前記第一の回転量および前記第二の回転量は、少なくとも一つの特徴点に対する指紋接触面の形状変化から検出することを特徴とする請求項1記載の電子装置。
- 前記第一の回転量および前記第二の回転量は、少なくとも一つの特徴点を通る少なくとも一方向の直線が指紋接触面の外形線と交わる両側の点と、前記特徴点までのそれぞれの距離の変化から検出することを特徴とする請求項1記載の電子装置。
- 前記第一の回転量および前記第二の回転量は、指紋中心点に対する指紋接触面の形状変化を検出することを特徴とする請求項1記載の電子装置。
- 前記第一の回転量および前記第二の回転量は、指紋中心点を通る少なくとも一方向の直線が指紋接触面の外形線と交わる両側の点と、前記指紋中心点までのそれぞれの距離の変化から検出することを特徴とする請求項1記載の電子装置。
- 前記第三の回転量は、指紋パターンから得られる少なくとも特定の2点を結ぶ直線の傾きから検出することを特徴とする請求項1記載の電子装置。
- 前記特定の2点は、特定な間隔で引かれた二つの平行線が、それぞれ指紋接触面の外形線と交わる2点間の中点であることを特徴とする請求項7記載の電子装置。
- 前記特定の2点は、指紋中心点と特徴点であることを特徴とする請求項7記載の電子装置。
- 前記指紋中心点は、平面の第一の方向と前記第一の方向と直交する第二の方向における交差稜線数を検出し、それぞれの方向の交差稜線数の最大の位置としたことを特徴とする請求項3、8、9、12記載の電子装置。
- 制御信号により制御される電子装置の駆動方法であって、
平面の第一の方向と前記第一の方向と直交する第二の方向、および垂直な第三の方向の少なくともいずれかの方向への移動量を検出する第1のステップと、
前記第一の方向を軸とする第一の回転量と、前記第二の方向を軸とする第二の回転量と、前記第三の方向を軸とする第三の回転量のうち少なくともいずれかの回転量を検出する第2のステップと、
前記第1のステップ及び前記第2のステップの検出結果に基いて前記制御信号を生成すること、
を特徴とする電子装置の駆動方法。 - 前記第一の方向と前記第二の方向の指の移動量は、指紋パターンから得られる少なくとも一つの特徴点の位置変化から検出することが可能なことを特長とする請求項11記載の電子装置の駆動方法。
- 前記第一の方向と前記第二の方向の指の移動量は、指紋中心点の位置変化から検出することが可能なことを特徴とする請求項11記載の電子装置の駆動方法。
- 前記第三の方向の指の移動量は、指紋接触面の外形の変化から検出することが可能であることを特徴とする請求項11記載の電子装置の駆動方法。
- 前記第三の方向の指の移動量は、指紋接触面の特定の一点を通る少なくとも一方向の直線が指紋接触面の外形線と交わる両側の点と、前記特定の一点までのそれぞれの距離の変化から検出することを特徴とする請求項14記載の電子装置の駆動方法。
- 前記第一の回転量および前記第二の回転量は、少なくとも一つの特徴点に対する指紋接触面の形状変化から検出することが可能であることを特徴とする請求項11記載の電子装置の駆動方法。
- 前記第一の回転量および前記第二の回転量は、少なくとも一つの特徴点を通る少なくとも一方向の直線が指紋接触面の外形線と交わる両側の点と、前記特徴点までのそれぞれの距離の変化から検出することを特徴とする請求項14記載の電子装置の駆動方法。
- 前記第一の回転量および前記第二の回転量は、指紋中心点に対する指紋接触面の形状変化検出することが可能であることを特徴とする請求項11記載の電子装置の駆動方法。
- 前記第一の回転量および前記第二の回転量は、指紋中心点を通る少なくとも一方向の直線が指紋接触面の外形線と交わる両側の点と、前記指紋中心点までのそれぞれの距離の変化から検出することを特徴とする請求項14記載の電子装置の駆動方法。
- 前記第三の回転量は、指紋パターンから得られる少なくとも特定の2点を結ぶ直線の傾きから検出することが可能であることを特徴とする請求項11記載の電子装置の駆動方法。
- 前記特定の2点は、特定な間隔で引かれた二つの平行線が、それぞれ指紋接触面の外形線と交わる2点間の中点であることを特徴とする請求項17記載の電子装置の駆動方法。
- 前記特定の2点は、指紋中心点と特徴点であることを特徴とする請求項17記載の電子装置の駆動方法。
- 前記指紋中心点は、平面の第一の方向と前記第一の方向と直交する第二の方向における交差稜線数を検出し、それぞれの方向の交差稜線数の最大の位置としたことを特徴とする請求項16、21、22、25記載の電子装置の駆動方法。
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