(57)【要約】【課題】効果的・魅力的に内容を伝達できる教具及びこれを用いた表示システムを提供すること。【解決手段】筆記ボード上に着脱可能な被筆記体兼点表示具であって、繰り返し筆記及び消去することが可能な筆記面である表面板（２０１）と前記表面板の裏側に固着させた躯体（２０５）とを有し、ライト（２０３）と電池（２０８）とが前記躯体に内設してあり、前記ライトの点灯・消灯操作を行うスイッチボタン（２０４）を有し、前記ライトの光を外部に照射するための穴（２０２）が前記表面板に穿設してあり、磁石（２０９）が前記躯体の裏面に取り付けてあり、滑り材（２１０）が前記筆記ボードとの接触面に設けてあり、人が手で前記筆記ボード上で摺動できるように構成された教具（２００）及びこれを用いた表示システムとすること。【選択図】図１
2010139893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筆記ボード上に着脱可能な被筆記体兼点表示具であって、繰り返し筆記及び消去することが可能な筆記面である表面板と前記表面板の裏側に固着させた躯体とを有し、ライトと電源とが前記躯体に内設してあり、前記ライトの点灯・消灯操作を行うスイッチを有し、前記ライトの光を外部に照射するための穴が前記表面板に穿設してあり、磁石が前記躯体の裏面に取り付けてあり、滑り材が前記筆記ボードとの接触面に設けてあり、人が手で前記筆記ボード上で摺動できるように構成されたことを特徴とする教具。
【請求項２】
請求項１記載の教具と、イメージセンサと、スクリーンを兼ねる筆記ボード、前記筆記ボードに画像を投影する投影装置と、前記イメージセンサと前記投影装置とに接続された処理部を備えた表示システムであって、前記イメージセンサに一定周期の検出時間毎でライト点灯中の前記教具の座標データを教具毎に区別して検出する手段、検出した前記座標データを前記処理部に送信する手段、処理部に送信された前記座標データを入力イベントとして画像を作成する画像作成手段、作成した画像を前記投影装置で前記筆記ボード上に投影する手段を有することを特徴とする表示システム。
【請求項３】
さらに、前記座標から各教具の移動方向及び／又は移動速度及び／又は教具間距離の各データを算出する手段を有し、前記画像作成手段が、算出したデータも入力イベントとして画像を作成することを特徴とする請求項２記載の表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒板等を用いた学校教育等の現場で用いる教具及びこれを用いた表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、学校の教室においても黒板への板書だけでなく、コンピュータやプロジェクタ等の投影機器を用いて、コンピュータ内のデータを黒板に投射するなど多様な授業が行われている。記載した内容を電子的に表示する黒板や、投影中に通常のマーカで記載した内容をカメラで撮影して投影データに重ね合わせて遠隔へ送信する方法などが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−２５７６３８号公報（図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前者は、記載内容を電子黒板の内部の圧力センサで感知してコンピュータに取り入れて電子黒板の同位置に記載内容を表示する等様々なタイプがあるが、高価で各教室の普通の黒板を取り外して変える必要があるなど、普通の学校では導入しにくいという問題があった。また、前者も後者も、投影される画像表示に重ねて、絵や文字を描くのには適するが、名前や印等を近辺に記載し「点」そのものを別の箇所に移動させることを表示するのには、点の移動とともにその名前や印等を移動後の場所に記載し直す必要があり、煩わしいという問題があった。したがって、点の移動により説明がしやすい事項の多い、算数・数学や理科などの授業では効果的でないという問題があった。また、黒板に表示される点がバーチャル、すなわち実体を伴わないものであり、マウス等を操作して画面上の点を仮想的に動かすことはできるが、実際にその点を触って移動させることはできないため、児童・生徒を惹き付ける魅力に欠けるという問題があった。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、上記した課題を解決し、効果的・魅力的に内容を伝達できる教具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様は、筆記ボード上に着脱可能な被筆記体兼点表示具であって、繰り返し筆記及び消去することが可能な筆記面である表面板と前記表面板の裏側に固着させた躯体とを有し、ライトと電源とが前記躯体に内設してあり、前記ライトの点灯・消灯操作を行うスイッチを有し、前記ライトの光を外部に照射するための穴が前記表面板に穿設してあり、磁石が前記躯体の裏面に取り付けてあり、滑り材が前記筆記ボードとの接触面に設けてあり、人が手で前記筆記ボード上で摺動できるように構成されたことを特徴とする教具を提供する。教具には、学習を効果的に行うための用具を含む。
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、教具を人が手で前記筆記ボード上で摺動でき、また、板書できる領域である筆記面を有しているので、板書した内容ごと移動でき、移動先で書き直す必要がない。また、ライトにより教具の位置を確認できるので、教具を移動させたときに移動後の教具の位置を確認できる。なお、本願において、「板書」には、被筆記体にチョークやマーカ等で文字や絵などを書くことを含む。また、本発明の第１の態様によれば、筆記ボードに容易に取り付けられ、しかも、躯体の裏面の、筆記ボードとの接触面には、滑り材が設けてあるので、筆記ボード上での移動がスムーズで、筆記ボードを傷つけることもなく、ライトの点灯や消灯を操作しながらの移動も可能であるので便利である。さらに、筆記ボードにデジタル教科書などの画像を投影させた際に、ライトにより確認される教具の位置に投影画像で「点」を表示し、筆記面に点の名前や印などの板書を行うことができるので、教具を筆記ボード上で移動させることによって、かかる板書と「点」の画像表示とを一緒に動かすことができる。ライトは赤外線発光ダイオードであることが好ましい。教具や筆記ボードで反射された自然光や蛍光灯の光が存在してもライトの光と区別しやすく教具の位置確認がより正確となるからである。
【０００７】
本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様の教具と、イメージセンサと、スクリーンを兼ねる筆記ボード、前記筆記ボードに画像を投影する投影装置と、前記イメージセンサと前記投影装置とに接続された処理部を備えた表示システムであって、前記イメージセンサに一定周期の検出時間毎でライト点灯中の前記教具の座標データを教具毎に区別して検出する手段、検出した前記座標データを前記処理部に送信する手段、処理部に送信された前記座標データを入力イベントとして画像を作成する画像作成手段、作成した画像を前記投影装置で前記筆記ボード上に投影する手段を有することを特徴とする表示システムを提供する。
【０００８】
本発明の第２の態様によれば、筆記ボードに投影された画像の中に表示される「点」の位置に実際にある教具を筆記ボード上で直接移動させることにより表示される「点」の位置を簡単に移動させることができる。これにより、投影画像というバーチャルな領域内において、タンジブルな「点」、すなわち触ることができる「点」を実現でき、実体験ができる。したがって、画面上をマウスで動かすのではなく、実際に点を触るという行為により、触感によっても授業内容の理解を促すことができ効果的であると同時に、実際に触って動かすという魅力で児童・生徒の興味を引き出すことができる。本願において、「点を触る」とは、厳密には点そのものを触るだけでなく、点近傍も含み、例えば、点を包含し、表示領域全体に対し十分小さい点表示具を触ることを含む。また、教具が、筆記ボードに容易に取り付けられ、しかも筆記ボード上での移動がスムーズで、筆記ボードを傷つけることもなく、ライトの点灯・消灯を操作しながらの移動も可能で便利である。また、表示した「点」を移動させるために教師が筆記ボードの前から離れてコンピュータを操作する必要がなく、したがって、教師にとって便利であるだけでなく、授業が中断されることなくスムーズに進行でき、児童・生徒の集中力をそぐことがないので効果的な授業を提供できる。
【０００９】
さらに、前記座標から各教具の移動方向及び／又は移動速度及び／又は教具間距離の各データを算出する手段を有し、前記画像作成手段が、算出したデータも入力イベントとして画像を作成することが好ましい。
【００１０】
これにより、例えば、算出したデータから教具毎の座標を中心とした波紋、前記波紋の干渉、及び前記波紋の間隔の変化を表す画像を作成することができ、この場合、筆記ボード上に実際にある「点」を中心に波紋がどのように発生するか、また「点」同士の位置関係等によって波紋の干渉の結果はどのようになるか、また、「点」が動くことにより波紋はどのように変化するかを、実際に「点」を動かしながら体験できる。したがって、波や音の伝わり、三角形の性質など、理科や算数をはじめとする多様な授業において、理解を助ける効果が期待できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、上述したような構成を有し、表示する「点」を認識するための発光ダイオードと板書できる領域とが組み合わされているので、板書と投影される「点」とを一緒に動かすことができ、効果的・魅力的に内容を伝達できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の教具について、実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００１３】
［実施例１］
図１は、本発明の教具の実施例１の構成図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）はＣ-Ｃ´端面図、（ｄ）は裏面図である。実施例１の教具２００は、表面板２０１、表面板２０１の裏側に固着させた躯体２０５を有する。躯体２０５はハウジングであり、躯体２０５の内部に、赤外線発光ダイオードなどによるライト２０３と、電源となる電池２０８とを設けてある。実施例１の教具２００では、表面板２０１は円形で、躯体２０５の外側は、円形の裏面板２０６及び裏面板２０６と表面板２０１の周囲を繋ぐリング状の側面板２０７を有するが、形状は円形に限らず、四角形等の多角形や複雑な形状であってもよい。躯体２０５の全部又は一部が表面板２０１と一体となっていてもよい。実施例１の教具２００では、側面板２０７が表面板２０１と同じ材質で一体となっている。表面板２０１だけを交換できるように、表面板２０１から躯体２０５を取り外し可能にしてもよい。
【００１４】
表面板２０１は、繰り返し筆記及び消去することが可能な筆記面である。表面板２０１は、スチール焼付銅版の黒板である。実施例１の教具２００では、表面板２０１は黒板であるが、これに限らず、例えば、アルミ板を基板とするホーロー白板などホワイトボードの表面と同じ材質であったり、木板に鉄粉入り塗料をかけたものなどでもよい。
【００１５】
表面板２０１には、ライト２０３の光を外部に照射するための穴２０２が穿設してあり、ライト２０３の先端は穴２０２から突出していて、ライト２０３の光は表面板２０１側から確認することができる。ライト２０３が赤外線発光ダイオードなどの不可視光を発するものである場合は、光学フィルタなどを通して確認することができる。
【００１６】
教具２００の裏面にある裏面板２０６には、１又は複数の磁石２０９を貼り付けてある。磁石２０９によって、教具２００をその裏面側で、教具２００より十分大きな筆記ボードである黒板４００に磁力で取り付けたり手で外したりして着脱可能にできる。本実施例では、磁石２０９は複数あり、それぞれ、その表面に、磁力を損なわない程度の薄さの滑り材２１０を有する。たとえば、磁石２０９を５ｍｍ、滑り材２１０を１〜１．５ｍｍの厚さとするなど、黒板４００から滑り落ちず、かつ、手で持ってスムーズに滑り動かすことができるようにする。実施例１の教具２００は、筆記ボードに着脱可能に取付けることができる。筆記ボードには、例えば、教育現場で一般的な、教室の前や後ろにある黒板やホワイトボードを代表例とする磁石のくっつく筆記用ボードで、チョーク又はマーカ等で表面に文字または絵を描いたり消したりすることができるものを用いることができる。実施例１の教具２００は、滑り材２１０を有するため、筆記ボード上をずらしながら移動させるとき、スムーズにずらすことができ、また、筆記ボードに傷がつきにくい。滑り材２１０は、滑りやすい材質でできており、耐熱、耐摩耗性の強い樹脂が望ましく、例えば、コンピュータの入力装置であるマウスの裏側についているテフロン（登録商標）等を用いることができる。なお、本実施例では滑り材２１０は各磁石２０９の表面に重ね合わせたが、教具２００の裏面の一部に１又は複数の磁石２０９、他の一部に１又は複数の滑り材２１０を配してもよい。その場合は、磁石２０９が直接黒板４００に接しないように、磁石２０９よりも厚みのある滑り材２１０によって、滑り材２１０が黒板４００との接触面となるように設ける。また、磁石２０９を裏面板２０６にくぼみを設けて嵌め込んでも良い。
【００１７】
実施例１の教具２００は、手指で持ち運びできる手の平サイズの大きさで、筆記ボード上を摺動させて移動させることができる。大きさは、筆記ボード上を移動させることができる程度であれば、本実施例より小さくても大きくてもよいが、大人でも子供でも片手で把持可能な大きさであることが望ましい。
【００１８】
教具２００には、ライト２０３の点灯・消灯操作を行うスイッチボタン２０４を有する。スイッチボタン２０４の位置は、筆記ボードに教具２００を取り付けたまま動作でき、かつライト２０３の光を遮ることなく表面板２０１に書く文字等の邪魔にならない箇所が望ましい。実施例１の教具２００では、スイッチボタン２０４は、側面板２０７下方に設けてある。ライト２０３の点灯回路は、ライト２０３と電池２０８をスイッチボタン２０４で繋ぐもので、スイッチのＯＮ、ＯＦＦによりライト２０３の点灯、消灯を行う。さらに、教具２００の裏面側に、本体スイッチを設けてもよい。本体スイッチは、点灯回路に組み込まれ、ＯＮのときスイッチボタン２０４の動作を有効にし、ＯＦＦのときはスイッチボタン２０４の動作に関わらず、ライト２０３を点灯させない。実施例１の教具２００は、その位置を示すライト２０３とチョークで筆記可能な表面板２０１とを有するので、被筆記体兼点表示具としての役割を果たす。
【００１９】
本実施例の教具２００は、かかる構成であるため、教具２００を人が手で黒板４００上で摺動でき、また、板書できる領域である表面板２０１を有しているので、板書した内容ごと移動でき、移動先で書き直す必要がない。また、ライト２０３により教具２００の位置を確認できるので、教具２００を移動させたときに移動後の教具２００の位置を確認できる。また、黒板４００に容易に取り付けられ、しかも、裏面板２０６側の、黒板４００との接触面には、滑り材２１０が設けてあるので、黒板４００上での移動がスムーズで、黒板４００を傷つけることもなく、ライト２０３の点灯や消灯を操作しながらの移動も可能であるので便利である。
【００２０】
実施例１の教具２００は、実施例１の表示システムに用いることができる。図２は、本発明の表示システムの実施例１の構成図である。実施例１の表示システムは、実施例１の教具２００と、イメージセンサ３００と、スクリーンを兼ねる筆記ボードとしての黒板４００、黒板４００に画像を投影する投影装置としてのプロジェクタ５００と、イメージセンサ３００とプロジェクタ５００とに接続された処理部としてのコンピュータ１００を備えた表示システムであり、イメージセンサ３００に一定周期の検出時間毎でライト２０３点灯中の教具２００の座標データを教具毎に区別して検出する手段、検出した前記座標データをコンピュータ１００に送信する手段、コンピュータ１００に送信された前記座標データを入力イベントとして画像を作成する画像作成手段、作成した画像をプロジェクタ５００で黒板４００上に投影する手段を有する。本システムは、イメージセンサ３００で各ライト２０３の位置座標を検出しコンピュータ１００で処理して、プロジェクタ５００で黒板４００に投影される画像と教具２００の位置関係を同定した上で、教具２００の位置座標をもとに作成した画像を黒板４００に投影するもので、かつ、教具２００を移動させることにより投影する表示点と教具２００に記載した表示点の属性等の内容を一緒に移動するものである。
【００２１】
実施例１の表示システムにおいて、ライト２０３の点灯回路に接続されたスイッチボタン２０４で教具２００のライト２０３を点灯を制御する。
【００２２】
イメージセンサ３００は、赤外線の点光源を認識するもので、同時かつ継続的に複数の点光源の位置座標を認識できる。すなわち、複数の教具２００の位置の座標データを同時に認識できる。イメージセンサ３００は、一定周期の検出時間毎でライト２０３点灯中の教具２００の座標データを教具毎に区別して検出する。イメージセンサ３００は、赤外線フィルタ、レンズ、撮像素子、画像処理回路を含み、赤外線フィルタで入射した光から赤外線のみを通過させ、レンズでその赤外線を集光し、撮像素子に入射させ、ＣＣＤセンサ等からなる撮像素子で赤外線を受光し、得られた撮像画像から画像データを生成し、画像処理回路で画像データを解析してその中で輝度の高い領域を判別して、領域が所定範囲の大きさであれば、その領域の重心位置を算出して点光源の位置座標を算定する。領域が大きすぎる場合は、太陽光等の影響であるとして位置座標を算定しない。
【００２３】
イメージセンサ３００は、コンピュータ１００がプロジェクタ５００で黒板４００に投影して表示する画像の基準となる各教具２００の座標データをコンピュータ１００に与える入力装置の役割を果たす。実施例１の表示システムにおいて、イメージセンサ３００とコンピュータ１００はコード等の有線で接続されるが、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信で接続されていてもよい。イメージセンサ３００はコンピュータ１００に各教具２００の座標データを送信する。イメージセンサ３００は、コンピュータ１００によって、検出・送信を制御される。送信された座標データは、認識された点光源毎に与えるＩＤとそれぞれの位置の座標データとの組み合わせである。イメージセンサ３００における点光源すなわち教具２００の位置座標の検出は一定時間ごとで、例えば、０．１秒毎とすることができる。実施例１の表示システムにおいて、検出間隔の設定はコンピュータ１００によって制御するが、予めイメージセンサ３００において設定してもよい。イメージセンサ３００の位置及び向きは、黒板４００上のプロジェクタの表示領域に対してなるべく中央正面であることが望ましい。イメージセンサ３００はプロジェクタ５００のぞ場に設置する。プロジェクタの表示領域とイメージセンサの検知領域とのずれを少なくすることができる。
【００２４】
コンピュータ１００は、ハードウェアとして、磁気ディスク１１０等の二次記憶、各種プログラムを実行するＣＰＵ１０１、メモリ１０２を備える。メモリ１０２は、位置座標フォルダ１１１を有し、電源ＯＮで磁気ディスク１１０からメモリ１０２に読み込ませた基本処理プログラム１１２と画像生成プログラム１１７とオペレーティングシステム１０７とを有する。図３は、本発明の表示システムの実施例１のブロック図である。メモリ１０２にはメモリコントローラ１０８が接続され、メモリコントローラ１０８には、所定のバスを介して、ＣＰＵ１０１が接続され、ＣＰＵ１０１には、別の所定のバスを介して、入力インターフェース（入力Ｉ／Ｆ）１１３、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１１４、ディスクインターフェース１１５等で構成される制御装置と、通信ユニット１０３等の通信制御装置が接続されている。さらに、オーディオインターフェースが接続されてもよい。その他、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサー）等を含んでもよい。ＧＰＵ１１４には映像インターフェース１０９が接続され、映像インターフェース１０９には外部のプロジェクタ５００が接続されている。実施例１の表示システムにおいては、映像インターフェース１０９にはさらにディスプレイ１０４が接続されているが、ディスプレイはなくてもよい。通信ユニット１０３には、外部のイメージセンサ３００が接続されている。通信ユニット１０３は、イメージセンサ３００からデータを受信し、受信したデータをＣＰＵ１０１へ出力する。ＣＰＵ１０１は、上記データを入力信号として処理を実行する。入力インターフェース１１３には、実施例１の表示システムにおいては、さらにキーボード１０５、マウス１０６が接続されているが、キーボードとマウスはなくてもよい。ディスクインターフェース１１５には磁気ディスク１１０が接続されている。オーディオインターフェースにはステレオが接続されていてもよい。
【００２５】
磁気ディスク１１０には、コンピュータ１００の電源ＯＦＦの時に基本処理プログラム１１２と画像生成プログラム１１７とが格納されている。位置座標フォルダ１１１はメモリ１０２上にある。コンピュータ１００の電源ＯＦＦの時には、磁気ディスク１１０に記録されているＯＳと基本処理プログラム１１２と画像生成プログラム１１７とは、電源ＯＮのときに、メモリ１０２に読み込ませる。図２はメモリ１０２に読み込ませた後の図である。
【００２６】
実施例１の表示システムにおいては、基本処理プログラム１１２と画像生成プログラム１１７が協働して画像表示を行う。画像生成プログラム１１７は、デジタル教科書等のアプリケーションプログラムで、実施例１の表示システムにおいては、波の伝わりと音の伝わりについてのデジタル教科書プログラムである。基本処理プログラム１１２は、コンピュータに、イメージセンサとの接続を行う機能、プロジェクタとの接続を行う機能、イメージセンサに一定周期の検出時間毎でライト点灯中の教具の座標データを教具毎に区別して検出させコンピュータに送信させる機能、教具毎の座標データを入力信号として認識する機能、座標の校正を行う機能、入力信号を画像生成プログラム１１７に送出する機能、教具毎の移動方向及び移動速度及び教具間距離を計算する機能、画像生成プログラム１１７から送出された画像データをプロジェクタに送信する機能を実現させるためのプログラムである。
【００２７】
座標の校正を行う機能には、実施例１の表示システムにおいては、校正用画像をプロジェクタ５００で黒板４００に投影して表示する機能、イメージセンサに校正用教具の点光源を認識させる機能、認識した点光源の位置を基準座標として校正する機能を含む。
【００２８】
画像生成プログラム１１７は、コンピュータに、入力信号に基いて画像を作成する機能、作成した画像データを基本処理プログラム１１２へ送出する機能を実現させるためのプログラムである。
【００２９】
実施例１の表示システムにおいては、入力信号に基いて画像を作成する機能は、教具毎の座標を中心とした波紋画像を作成する機能、隣り合う教具の波紋の干渉による前記波紋画像の変化を表す画像を作成する機能、教具毎の移動方向及び速度による前記波紋画像の変化を表す画像を作成する機能を含むものである。実施例１の表示システムにおいては、画像生成プログラム１１７は、波の干渉や音の伝わりの授業に用いることができるデジタル教科書プログラムであるが、教具の座標を取り入れ、教具の座標に応じた画像だけでなく、教具の座標に基き一定のルールで導き出した二次的な画像を作成するプログラムであれば、教科やその単元に応じた様々なデジタル教科書プログラム等のアプリケーションプログラムに代えることができる。
【００３０】
位置座標フォルダ１１１には、ＣＰＵ１０１の制御により、イメージセンサ３００から送出された各教具２００のＩＤ及び位置座標データを蓄積する。コンピュータ１００は、ＣＰＵ１０１が、基本処理プログラム１１２と画像生成プログラム１１７をメモリ１０２にロードして実行することにより、教具２００の表示と融合した画像表示が可能なコンピュータの機能を実現する。ＣＰＵ１０１は、通常のコンピュータに搭載する演算処理装置であり、各種プログラムを実行し、各種制御等を行う。なお、コンピュータ１００は、パーソナルコンピュータとして構成され、通常のパーソナルコンピュータが有するクロック機能等を備えている。コンピュータ１００は、受信したＩＤとそれぞれの位置の座標データに応じて基本処理プログラム１１２及び画像生成プログラム１１７の処理を実行する。
【００３１】
実施例１の表示システムにおいては、蓄積された各教具２００の位置座標データから、各教具の位置だけでなく、各教具の移動方向及び移動速度、教具間距離も算出する。基本処理プログラム１１２は、位置座標フォルダ１１１内に蓄積されているデータから移動方向及び移動速度を算出する。例えば、最新の各教具２００の位置座標データと、１タイミング前に送信された対応する教具２００の位置座標データと、イメージセンサ３００の検出間隔から、移動方向や移動速度を、一般的なベクトル計算、速度計算によって算出する。
【００３２】
コンピュータ１００には、プロジェクタ５００が接続コードを介して接続されている。プロジェクタ５００は一般的なもので、コンピュータ１００から送信されたデータに基いて、スクリーンを兼ねる筆記ボードとしての黒板４００に画像を投影する、コンピュータ１００の表示装置の役割を果たすものである。
【００３３】
コンピュータ１００は、前述のハードウェア構成と基本処理プログラム１１２と画像生成プログラム１１７によって、イメージセンサに一定周期の検出時間毎でライト点灯中の教具の座標データを教具毎に区別して検出する手段、検出した座標データをコンピュータに送信する手段、コンピュータに送信され座標データを入力イベントとして画像を作成する手段、作成した画像をプロジェクタで黒板上に投影させる手段として機能する。
【００３４】
通信ユニット１０３は、イメージセンサ３００からのデータを受信し、受信したデータをＣＰＵ１０１に出力する。また、イメージセンサ３００の動作を制御するための制御データは、ＣＰＵ１０１が通信ユニット１０３からイメージセンサ３００へ送信する。ＧＰＵ１１４によって生成された画像データは、ＣＰＵ１０１が映像インターフェース１０９を介してプロジェクタ５００に出力する。磁気ディスク１１０に記憶されたデータは読み出されディスクインターフェースを介してＣＰＵ１０１に出力する。オーディオインターフェースを有する場合、ＣＰＵ１０１は、オーディオインターフェースを介してＤＳＰが読み出したサウンドデータをスピーカーに出力する。
【００３５】
ライト２０３とプロジェクタ５００によって投影画像で「点」を表示し、教具２００を黒板上で摺動することによって「点」を黒板上で簡単に移動できるので、実施例１の表示システムにおいて、教具２００は、タンジブルな「点」、すなわち触ることができる「点」を実現できる。したがって、点を触るという行為により、触感によっても授業内容の理解を促すことができ効果的であると同時に、実際に触って動かすという魅力で児童・生徒の興味を引き出すことができる。また、表示する「点」を認識するためのライトと板書できる領域とが組み合わされているので、点の名前や印などの板書も「点」の画像表示と一緒に動かすことができる。
【００３６】
実施例１の表示システムの表示手順について次に説明する。
【００３７】
各電源投入後、コンピュータ１００は、基本処理プログラム１１２を実行し、イメージセンサ３００に、一定間隔毎に赤外線の点光源を検出させる。間隔の制御はコンピュータ１００内のクロック機能を用いて行う。イメージセンサ３００は、検出時間になったら点光源の検出を行い、点光源の存在を認識したら、ＩＤと座標データをコンピュータ１００に送信し、次の検出時間まで待機する。イメージセンサ３００は、点光源の存在を認識しないときは、そのまま、次の検出時間まで待機する。かかる検出・送信は基本処理プログラム１１２の実行中、常に行われる。コンピュータ１００は、イメージセンサ３００から送信された座標データ及びＩＤを、キーボードやマウス等ＯＳのユーザーインターフェースイベントに変換して、入力イベントとして認識する。入力イベントがあると、コンピュータ１００は、画像生成プログラム１１７を実行し、表示する画像を作成させ、実行中の基本処理プログラム１１２によって、プロジェクタ５００に作成した画像を黒板４００上で表示させる。操作者は、必要に応じて、適宜、黒板４００にチョークで板書して説明を行う。
【００３８】
先ず、座標の校正作業を行なう。コンピュータ１００は、校正用画像をプロジェクタ５００に送信し、校正用画像を黒板４００に投影して表示する。校正用画像は、少なくとも基準点１及び基準点２を表示するものである。操作者は、始めに、校正用教具２００Ａを、黒板４００上で基準点１が表示されている箇所に置き、スイッチボタン２０４を押してライト２０３を点灯させる。イメージセンサ３００は、認識した点光源に１番目のＩＤを振って、その座標を検出し、座標データをコンピュータ１００に送信する。コンピュータ１００は、送信された座標データ及びＩＤをプロジェクタ５００で投影した基準点１の座標と関連付ける。例えば、測定された教具２００の座標が（Ｘ１、Ｙ１）であって、コンピュータ１００によって付与された当該座標に対応する基準点１の座標が（ｘ１、ｙ１）であれば、Ｘ１とｘ１、Ｙ１とｙ１を対応させて関連付ける。次に、基準点２についても校正用教具２００Ｂで同様にする。校正は２点で行う２点校正のほか、３点以上で校正を行ってもよい。図２では、教具２００Ａ、Ｂ、Ｅで３点校正を行った例を示す。なお、イメージセンサ３００によって測定された座標（Ｘ、Ｙ）を、その教具の黒板座標と呼び、また、教具の位置に対応したプロジェクタ５００の表示位置の座標（ｘ、ｙ）をスクリーン座標と呼ぶならば、以上の校正作業とは「（Ｘ、Ｙ）と（ｘ、ｙ）の関係を導出するための計算パラメータを同定する作業」であるといえる。
【００３９】
校正終了後、授業のための表示作業を行う。操作者は、コンピュータ１００にその座標を取り込んでプロジェクタ５００で黒板４００に点を表示させるための表示点用の教具２００Ｃを黒板４００上に配置する。教具２００の表面板２０１にチョークで、例えば「Ａ」、「Ｂ」、「音源」あるいは「落下点」等、表示点について任意の説明を筆記する。そして、スイッチボタン２０４を押してライト２０３を点灯させる。実施例１の教具では、スイッチボタン２０４を押している間だけＯＮになりライト２０３が点灯し、スイッチボタン２０４を離すとＯＦＦになりライト２０３は消灯するが、スイッチボタン２０４を１回押すとＯＮになりもう一度押すとＯＦＦになるものであってもよい。
【００４０】
教具２００のライト２０３が点灯すると、イメージセンサ３００は、検出した点光源に校正用とは別のＩＤを振って、その座標を検出し、ＩＤと座標データをコンピュータ１００に送信する。コンピュータ１００は、送信されたＩＤと座標データを入力イベントとして認識し、上記の２点校正で補正し、プロジェクタ５００で投影する表示点の座標を算出し、プロジェクタ５００で黒板４００に表示点を投影する。
【００４１】
コンピュータ１００は、実施例１の表示システムにおいては、波の伝わりと音の伝わりについてのデジタル教科書プログラムである画像生成プログラム１１７によって、算出した表示点の座標を中心に同心円の軌跡を作成する。コンピュータ１００は、基本処理プログラム１１２によって、プロジェクタ５００で黒板４００の投影画像中にかかる軌跡を描かせる。画像生成プログラム１１７は、校正用教具２００Ａ、Ｂ、Ｅ以外の教具２００について、教具２００の座標を入力する。一定時間ごとに教具２００を中心とした同心円を次々に発生させて、それぞれ発生後の時間の経過とともにその同心円の半径を０から順に大きくさせ、一定の大きさになったらその同心円を消滅させ、一定の時間経過したら同心円の発生をやめる。この表示によって、表示点を中心とした波紋を表すことができる。
【００４２】
操作者が別の表示点用の教具２００Ｄを黒板４００上に配置すると、コンピュータ１００は、教具２００Ｃと教具２００Ｄの座標を画像生成プログラム１１７に送る。これにより、プロジェクタ５００で黒板４００にそれぞれの表示点を投影させることができ、さらに、それぞれの表示点の座標を中心に同心円の軌跡を描かせることができる。
【００４３】
具体的には、画像生成プログラム１１７のサブプログラム（ア）及び画像生成プログラム１１７のサブプログラム（イ）の実行を以下のように行うことにより同心円の軌跡を描く。
【００４４】
(サブプログラム（ア）-ステップ１Ａ)
ＣＰＵ１０１がまずサブプログラム（ア）の実行を開始する。まず、現在時刻をＴ０として記憶し、ステップ２Ａに進む。
【００４５】
(サブプログラム（ア）-ステップ２Ａ)
次に、サブプログラム（イ）を呼び出して、ステップ３Ａに進む。
【００４６】
(サブプログラム（ア）-ステップ３Ａ)
一定時間待機する。待機時間は予め定めておく。終了時刻になったら処理を終了し、終了時刻となっていない場合はステップ２Ａに戻る。このように、一定時間ごとのサブプログラム（イ）の呼び出しを終了まで繰り返す。
【００４７】
(サブプログラム（イ）-ステップ１Ｂ)
サブプログラム（ア）によってサブプログラム（イ）が呼び出されるたびにＣＰＵ１０１がサブプログラム（イ）を実行する。まず、教具２００Ｃの黒板座標（Ｘｃ、Ｙｃ）を位置座標フォルダ１１１から取り出し、校正作業の結果を用いて教具２００Ｃのスクリーン座標（ｘｃ、ｙｃ）を導出し、ステップ２Ｂに進む。
【００４８】
(サブプログラム（イ）-ステップ２Ｂ)
次に、現在時刻を初期時刻ｔ０として記憶して、ステップ３Ｂに進む。
【００４９】
(サブプログラム（イ）-ステップ３Ｂ)
現在時刻をｔとし、あらかじめ定めた比例係数Ａを使い、半径ｒ＝Ａ×（ｔ−ｔ０）、中心（ｘｃ、ｙｃ）の円を描画する。なお、この円は、基本処理プログラム１１２によって適切な黒板座標を持つ円として黒板４００上に投影される。描画後、ステップ４Ｂに進む。
【００５０】
(サブプログラム（イ）-ステップ４Ｂ)
一定時間待機する。待機時間は予め定めておく。一定時間経過後に、ステップ３Ｂで描画した円を消去して、ステップ５Ｂに進む。
【００５１】
(サブプログラム（イ）-ステップ５Ｂ)
十分時間が経過していれば（すなわち、半径ｒが十分に大きく黒板４００よりも大きい状態になったら）、処理を終了する。そうでない場合は、ステップ３Ｂに戻る。
【００５２】
上記のように２つのサブプログラムを利用することで、波紋を表現する複数の同心円を生成することができる。なお、この場合、複数のサブプログラム（イ）が同時並行的にＣＰＵ１０１によって実行されることになる。
【００５３】
また、さらに、２以上の表示点を波源として、波の干渉について表示することができる。図４は、本発明の表示システムの実施例１を適用した授業風景を示す図である。例えば、振動数と波長が同じで同位相の２つの波源Ｂ、Ｔに対し、強めあう箇所、すなわち（ＷＴ−ＷＢ）の絶対値又は（ＷＴ＋ＷＢ）の値が一定であるような、同心円上の任意の座標点Ｗでは、常に同心円が交わっているため、他の部分よりも常に明るく濃く見える。こうした点を結ぶことで（この結ぶという作業は、操作者が黒板上にチョークなどで線を引くことである）、定在波が起きる仕組みを図示することができる。
【００５４】
また、教具２００Ｃ、Ｄを、そのライト２０３を点灯させたまま移動させると、イメージセンサ３００は、検出した点光源の座標が直前に検出した点光源の座標と距離が一番近い点光源と同じ点光源であると認識して、同じＩＤで、その座標を検出し、ＩＤと座標データをコンピュータ１００に送信する。したがって、２個以上の教具２００を操作者が同時に移動しても、ほぼ正確に移動軌跡を認識できる。表示点用の教具２００のライト２０３を消灯させると、ＩＤは初期化され、再点灯時には別のＩＤが付与される。
【００５５】
また、一方の教具だけを使用して黒板上に波形（同心円）を表示させながら、その教具をゆっくり黒板上を一定方向に滑らせると、中心が異なる円が時刻の経過に比例して半径を増加させながら描かれるが、この様子によって、音のドップラー効果をわかりやすく児童・生徒に図示することができる。また、波の速度より早く教具を動かすと、衝撃波の様子がわかりやすく児童・生徒に見せることができる。
【００５６】
また、数学では、例えば、「三角形の外心が、ある一辺上に存在するような三角形はどのような三角形か」という問題に対して、生徒が黒板上で教具をあれこれと実際に動かすことによって、どうもこういうときらしいということに気づき、その気づきを踏まえて授業を進めることができるので、より印象的に理解を促すことができる。
【００５７】
この際、教具２００の表面板２０１に書かれた内容も、教具２００の移動に伴い移動し、また表示点も同時に移動するので、教具２００を移動させた後、表示点の説明を再度書き直す必要がない。また、マウス等によって表示点を移動せずに、教具２００を動かすことにより投影画像が変化する。また、児童・生徒が自ら教具２００を移動させて、それにより波紋にどのような変化が生じるのかを実感させることができる。
【００５８】
本実施例の表示システムは、かかる構成であるため、黒板に投影された画像の中に表示される「点」の位置に実際にある教具を黒板上で直接移動させることにより表示される「点」の位置を簡単に移動させることができる。これにより、投影画像というバーチャルな領域内において、タンジブルな「点」、すなわち触ることができる「点」を実現でき、実体験ができる。したがって、画面上をマウスで動かすのではなく、実際に点を触るという行為により、触感によっても授業内容の理解を促すことができ効果的であると同時に、実際に触って動かすという魅力で児童・生徒の興味を引き出すことができる。また、本実施例の表示システムの教具が、黒板に容易に取り付けられ、しかも黒板上での移動がスムーズで、黒板を傷つけることもなく、ライトの点灯・消灯を操作しながらの移動も可能で便利である。また、表示した「点」を移動させるために教師が黒板の前から離れてコンピュータを操作する必要がなく、したがって、教師にとって便利であるだけでなく、授業が中断されることなくスムーズに進行でき、児童・生徒の集中力をそぐことがないので効果的な授業を提供できる。さらに、本実施例の表示システムでは、黒板上に実際にある「点」を中心に波紋がどのように発生するか、また「点」同士の位置関係等によって波紋の干渉の結果はどのようになるか、また、「点」が動くことにより波紋はどのように変化するかを、実際に「点」を動かしながら体験できる。したがって、波や音の伝わりなど、変化を生じるような内容の授業において、理解を助ける効果が期待できる。
【００５９】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、その発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々と変形実施が可能である。また、上記各実施の形態の構成要素を発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の教具の実施例１の構成図である。
【図２】本発明の表示システムの実施例１の構成図である。
【図３】本発明の表示システムの実施例１のブロック図である。
【図４】本発明の表示システムの実施例１を適用した授業風景を示す図である。
【００６１】
１００  コンピュータ
１０１  ＣＰＵ
１０２  メモリ
１０３  通信ユニット
１０４  ディスプレイ
１０５  キーボード
１０６  マウス
１０７  オペレーティングシステム
１０８  メモリコントローラ
１０９  映像インターフェース
１１０  磁気ディスク
１１１  位置座標フォルダ
１１２  基本処理プログラム
１１３  入力インターフェース
１１４  ＧＰＵ
１１５  ディスクインターフェース
１１７  画像生成プログラム
２００  教具
２０１  表面板
２０２  穴
２０３  ライト
２０４  スイッチボタン
２０５  躯体
２０６  裏面板
２０７  側面板
２０８  電池
２０９  磁石
２１０  滑り材
３００  イメージセンサ
４００  黒板
５００  プロジェクタ
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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