(57)【要約】【課題】ポインティングデバイスの座標検出精度の向上を図る。【解決手段】操作者で部分的に遮蔽されていても、全体形状を特定可能な大きさ、かつ、複数の円または楕円を、ポインティングデバイス１の不可視光レーザー光源を用いて操作面５に表示する。操作面５を撮像部３で撮像し、得られた撮像画像に写っている円の径または楕円の長径および短径から、円錐の頂角αおよびポインティングデバイス１の傾斜角度θを検出する。そして、頂角αおよびポインティングデバイス１の傾斜角度θから、操作面５上におけるポインティングデバイス１の座標を算出する。不可視光レーザー光源により、操作面５上の円または楕円を十分な光量のレーザー光で明確に描画することができる。また、複数の円または楕円の中から座標の計算に適した円または楕円を選択して、座標の計算に用いることができ、座標検出精度の向上を図ることができる。【選択図】図１
2014199633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ同軸で大きさの異なる複数の円または楕円を投影するポインティングデバイスで操作される操作面を撮像した画像から、前記ポインティングデバイスの前記操作面上の座標の計算に用いる１以上の前記円または前記楕円を検出する検出部と、
検出された１以上の前記円または前記楕円から前記ポインティングデバイスの前記操作面上の座標を計算する座標計算部と
を備えることを特徴とする座標検出装置。
【請求項２】
前記ポインティングデバイスは、人間に対して不可視領域の波長の光で前記円または前記楕円を投影し、
前記操作面を撮像した画像は、前記波長の光を透過するバンドパスフィルタを介した撮像光で形成された画像であること
を特徴とする請求項１に記載の座標検出装置。
【請求項３】
前記座標計算部は、前記円の径、または前記楕円の長径と短径、および前記ポインティングデバイスの発光部から先端部までの長さから前記ポインティングデバイスの座標を計算すること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の座標検出装置。
【請求項４】
前記座標計算部は、複数の前記円または前記楕円から計算した座標の平均を、前記ポインティングデバイスの座標として算出すること
を特徴とする請求項１から請求項３のうち、いずれか一項に記載の座標検出装置。
【請求項５】
前記座標計算部は、座標の計算に用いる前記円または前記楕円として複数の前記円または前記楕円が検出された場合、一番外側の円または楕円を用いて前記ポインティングデバイスの座標を計算すること
を特徴とする請求項１から請求項３のうち、いずれか一項に記載の座標検出装置。
【請求項６】
前記ポインティングデバイスは、内側の間隔が密で外側にかけて間隔が疎となる複数の前記円または前記楕円を投影すること
を特徴とする請求項１から請求項５のうち、いずれか一項に記載の座標検出装置。
【請求項７】
前記ポインティングデバイスは、先端部が前記操作面に押圧操作されることで生じた圧力を示す線種で前記円または前記楕円の投影を行い、
前記検出部で検出された前記円または前記楕円の線種から前記圧力を検出する圧力検出部を有すること
を特徴とする請求項１から請求項６のうち、いずれか一項に記載の座標検出装置。
【請求項８】
それぞれ同軸で大きさの異なる複数の円または楕円を操作面に投影するポインティングデバイスと、
前記ポインティングデバイスで操作される前記操作面の画像を撮像する撮像部と、前記画像から前記ポインティングデバイスの前記操作面上の座標の計算に用いる１以上の前記円または前記楕円を検出する検出部と、検出された１以上の前記円または前記楕円から前記ポインティングデバイスの前記操作面上の座標を計算する座標計算部とを備えた座標検出デバイスと
を有することを特徴とする座標検出システム。
【請求項９】
それぞれ同軸で大きさの異なる複数の円または楕円を投影するポインティングデバイスで操作される操作面を撮像した画像から、検出部が、前記ポインティングデバイスの前記操作面上の座標の計算に用いる１以上の前記円または前記楕円を検出する検出工程と、
座標計算部が、検出された１以上の前記円または前記楕円から前記ポインティングデバイスの前記操作面上の座標を計算する座標計算工程と
を有することを特徴とする座標検出方法。
【請求項１０】
コンピュータを、
それぞれ同軸で大きさの異なる複数の円または楕円を投影するポインティングデバイスで操作される操作面を撮像した画像から、前記ポインティングデバイスの前記操作面上の座標の計算に用いる１以上の前記円または前記楕円を検出する検出部と、
検出された１以上の前記円または前記楕円から前記ポインティングデバイスの前記操作面上の座標を計算する座標計算部
として機能させることを特徴とする座標検出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、座標検出装置、座標検出システム、座標検出方法、および座標検出プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（特開２０１２−５３６０３号公報）には、ポインティングデバイスが人物の影になってカメラで撮像できない場合でも、デバイスの軌跡を検出可能な情報表示システムが開示されている。情報表示システムは、ポインティングデバイスの先端部に矩形状の複数のスリットと発光部とを備えている。発光部が発光すると、ポインティングデバイスの先端部を中心として放射状に広がる放射光が、各スリットを介して操作面上に照射される。カメラは、操作面上の放射光を含む領域を撮像する。放射光検出部は、撮像された画像から放射光を検出する。そして、推定部が、検出された放射光からポインティングデバイスの先端部の位置を推定する。
【０００３】
特許文献２（特許第３９７５８９２号公報）には、ポインティングデバイスの先端から、レンズを用いてレーザーの干渉縞を発生させ、その干渉縞をセンサで検知することで、ポインティングデバイスの３次元座標を検出する位置計測システムが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の情報表示システムは、ポインティングデバイスから放射状のパターンを操作面上に投影するために、指向性の低い広がりのある光源を用いる必要がある。この光源は、指向性が低いことから、レーザー光のような指向性がある光源と比べて、１点に対する光量も少ない光源となる。このため、特許文献１の情報表示システムは、ポインティングデバイスから離れた部分において、投影されたパターンを形成する光が弱いものとなり、太陽光の外乱等により、正確な座標検出に支障をきたす問題があった。
【０００５】
また、特許文献１の情報表示システムは、各スリットを介して操作面上に照射されるパターンを撮像して座標の検出を行う。このため、特許文献１の情報表示システムは、操作面上に照射されたパターンが広面積にわたって、ポインティングデバイスの操作者の体等により遮蔽されてしまうと、正確な座標検出に支障をきたす問題があった。
【０００６】
特許文献２の位置計測システムは、干渉縞で楕円を描画しているため、大きいサイズの楕円を描画する場合、光の強度が足りなくなり、明確に楕円を描画することが困難となる問題がある。また、特許文献２の位置計測システムは、干渉縞で楕円を描画しているため、楕円の輪郭が曖昧になり、座標検出の精度が下がる問題がある。
【０００７】
本発明は、精度のよい座標検出が可能な座標検出装置、座標検出システム、座標検出方法、および座標検出プログラムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、それぞれ同軸で大きさの異なる複数の円または楕円を投影するポインティングデバイスで操作される操作面を撮像した画像から、ポインティングデバイスの操作面上の座標の計算に用いる１以上の円または楕円を検出する検出部と、検出された１以上の円または楕円からポインティングデバイスの操作面上の座標を計算する座標計算部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、精度のよい座標検出を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施の形態の座標検出システムのシステム構成図である。
【図２】図２は、第１の実施の形態の座標検出システムのブロック図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態の座標検出システムで用いられるポインティングデバイスを長手方向に沿って切断した断面図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態の座標検出システムで用いられるポインティングデバイスに設けられているミラーの断面図である。
【図５】図５は、操作面に対するポインティングデバイスの角度を垂直（９０度）とした場合に、ポインティングデバイスで操作面に描画される円の軌跡を示す図である。
【図６】図６は、操作面に対するポインティングデバイスの角度を垂直（９０度）として操作を行う操作者を背後から見た図である。
【図７】図７は、操作面に対するポインティングデバイスの角度を７５度とした場合に、ポインティングデバイスで操作面に描画される円の軌跡を示す図である。
【図８】図８は、操作面に対するポインティングデバイスの角度を７５度として操作を行う操作者を背後から見た図である。
【図９】図９は、操作面に対するポインティングデバイスの角度を６０度として操作を行う操作者を背後から見た図である。
【図１０】図１０は、操作面に対するポインティングデバイスの角度を４５度として操作を行う操作者を背後から見た図である。
【図１１】図１１は、操作面に対するポインティングデバイスの角度を垂直とした場合に、ポインティングデバイスで操作面に描画される円の軌跡を示す図である。
【図１２】図１２は、情報処理装置のハードウェア構成図である。
【図１３】図１３は、座標検出プロブラムに従って動作した場合におけるＣＰＵの機能ブロック図である。
【図１４】図１４は、情報処理装置が行う座標検出動作の流れを示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、ＣＰＵの詳細な座標計算動作の流れを示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、円錐の頂角とポインティングデバイスの傾斜角度を説明するための図である。
【図１７】図１７は、撮像部により撮影された楕円の２次元の画像データ（ｘ，ｙ）をｘ−ｙ座標で示した図である。
【図１８】図１８は、傾きのない楕円をｘ−ｙ座標で示した図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、ポインティングデバイスの座標の演算を説明するための図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、ポインティングデバイスの座標の演算を説明するための図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、ポインティングデバイスの座標の演算を説明するための他の図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、ポインティングデバイスの座標の演算を説明するための他の図である。
【図２０Ｃ】図２０Ｃは、ポインティングデバイスの座標の演算を説明するための他の図である。
【図２０Ｄ】図２０Ｄは、ポインティングデバイスの座標の演算を説明するための他の図である。
【図２１】図２１は、ポインティングデバイスから出射されるレーザー光と、操作面との幾何学的な関係を真横から見た図である。
【図２２】図２２は、円の長径の長さに対応する円錐の頂角とポインティングデバイスの傾斜角度を示すテーブルを説明するための図である。
【図２３】図２３は、円の短径の長さに対応する円錐の頂角とポインティングデバイスの傾斜角度を示すテーブルを説明するための図である。
【図２４】図２４は、操作面に小さめの円を投影するミラーユニットのミラーを示す図である。
【図２５】図２５は、第２の実施の形態の座標検出システムで用いられるポインティングデバイスを長手方向に沿って切断した断面図である。
【図２６】図２６は、操作面に描画する円の線長に情報を持たせた第２の実施の形態の座標検出システムで用いられるポインティングデバイスを説明するための図である。
【図２７】図２７は、操作面に描画する円の線長に情報を持たせた第２の実施の形態の座標検出システムで用いられるポインティングデバイスを説明するための図である。
【図２８】図２８は、操作面に描画する円の線の太さに情報を持たせた第２の実施の形態の座標検出システムで用いられるポインティングデバイスを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照して、座標検出装置、座標検出システム、座標検出方法、および座標検出プログラムの実施の形態を詳細に説明する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の座標検出システムのシステム構成図である。図１に示す座標検出システムは、ポインティングデバイス１と、座標検出デバイス２とを有している。座標検出デバイス２は、撮像部３と、情報処理装置４とを有している。
【００１３】
図２は、第１の実施の形態の座標検出システムのブロック図である。図２に示すように、ポインティングデバイス１は、スイッチ１１と、発光部１２と、制御部１３とを有している。図３は、ポインティングデバイス１を長手方向に沿って切断した断面図である。図３に示すようにスイッチ１１は、バネ部材２３を介してポインティングデバイス１の先端部２１と接続されている。バネ部材２３は、筐体２２から先端部２１が離間する方向へ、先端部２１を付勢している。
【００１４】
操作者がポインティングデバイス１の先端部２１を操作面５に押し当てると、先端部２１がバネ部材２３の付勢力に逆らって筐体２２方向に移動し、スイッチ１１がオン状態となる。スイッチ１１は、先端部２１が操作面５に押し当てられている間中、オン状態を維持する。そして、スイッチ１１は、先端部２１が操作面５から離間されると、オフ状態となる。なお、バネ部材２３の付勢力を多少強くして、操作者が意図的に先端部２１を押し込まないと、スイッチ１１がオン状態にならないようにしてもよい。このようにすることで、先端部２１が操作面５に軽く触れただけで、操作者が意図していないにもかかわらず、スイッチ１１がオン状態となる不都合を防止することができる。
【００１５】
また、スイッチ１１を、以下のように動作させてもよい。操作者がポインティングデバイス１の先端部２１を操作面５に、最初に押し当てた際に、スイッチ１１がオン状態となる。スイッチ１１がオン状態となっている間に、再度、先端部２１を操作面５に押し当てると、スイッチ１１がオフ状態なる。すなわち、ポインティングデバイス１の先端部２１を押圧操作する毎に、スイッチ１１をオン／オフ動作させてもよい。
【００１６】
発光部１２は、不可視光レーザー光源１４と、ミラーユニット１５とを有している。不可視光レーザー光源１４は、人間が目視できない波長のレーザー光を出射する。また、不可視光レーザー光源１４は、指向性が高く、かつ、人体に影響の無い程度に高いレベルのレーザー光を出射する。
【００１７】
ミラーユニット１５は、ミラー１６と、モータ部１７とを有している。図３に示すように、ミラー１６は、モータ部１７に回転駆動されるようになっている。また、後述するが、ミラーユニット１５は、ポインティングデバイス１の筐体２２から取り外し自在となっている。ミラーユニット１５としては、描画する円または楕円(以下、円または楕円との記載を、単に円と省略した記載とする場合もある)の大きさが異なる複数種類のミラーユニットが設けられている。操作者は、描画する円の大きさに対応するミラーユニットを選択して、ポインティングデバイス１に装着して用いる。
【００１８】
図４に、ミラー１６の断面図を示す。この図４に示す例においては、ミラー１６は、第１のミラー３０〜第４のミラー３３を有している。第１のミラー３０は、ハーフミラーとなっており、例えば不可視光レーザー光源１４から照射されたレーザー光のうち、２０パーセントに相当するレーザー光を反射し、残り８０パーセントに相当するレーザー光を透過する光学特性を有している。第２のミラー３１は、ハーフミラーとなっており、第１のミラー３０を透過したレーザー光のうち、例えば３０パーセントに相当するレーザー光を反射し、残り７０パーセントに相当するレーザー光を透過する光学特性を有している。
【００１９】
第３のミラー３２は、ハーフミラーとなっており、第２のミラー３１を透過したレーザー光のうち、例えば４０パーセントに相当するレーザー光を反射し、残り６０パーセントに相当するレーザー光を透過する光学特性を有している。第４のミラー３３は、全反射ミラーとなっており、第３のミラー３２を透過した全てのレーザー光を反射するようになっている。
【００２０】
また、第１のミラー３０〜第４のミラー３３の反射角は、図４に点線で示すように、それぞれ異なる反射角に設定されている。後述するが、第１の実施の形態の座標検出システムは、ポインティングデバイス１によりそれぞれ同軸で大きさの異なる複数の円を操作面５上に描画するようになっている。一例として、第１の実施の形態の座標検出システムは、ポインティングデバイス１によりそれぞれ同軸で大きさの異なる第１〜第４の４つの円を操作面５上に描画することとする。また、第１の円が最も内側に位置する最小の円、第２の円が第１の円に隣接する、第１の円よりも大きめの円とする。また、第３の円が第２の円に隣接する、第２の円よりも大きめの円、第４の円が最も外側に位置する最大の円とする。
【００２１】
第１のミラー３０の反射角は、最も外側に位置する第４の円を描画可能な反射角に設定されている。また、第２のミラー３１の反射角は、第４の円よりも小さめの円とされた第３の円を描画可能な反射角に設定されている。また、第３のミラー３２の反射角は、第３の円よりも小さめの円とされた第２の円を描画可能な反射角に設定されている。また、第４のミラー３３の反射角は、最も内側に位置する最小の円とされた第１の円を描画可能な反射角に設定されている。なお、このようなミラー１６の構成は一例である。このため、ハーフミラーとしては、所望の透過率のハーフミラーを用いればよいし、ハーフミラー等の枚数も所望の枚数、設ければよい。さらに、ハーフミラーおよび全反射ミラーの反射角度も所望の反射角度に設定すればよい。
【００２２】
ミラー１６がモータ部１７で回転駆動されると、第１のミラー３０〜第４のミラー３３で反射される各レーザー光が、操作面５上に円状の軌跡を描く。図５は、操作面５に対するポインティングデバイス１の角度を垂直（９０度）とした場合に、ポインティングデバイス１で操作面５に描画される円の軌跡を示す図である。また、図６は、操作面５に対するポインティングデバイス１の角度を垂直（９０度）として操作を行う操作者を背後から見た図である。図５において、最も内側に位置する第１の円３５は、ミラー１６の第４のミラー３３で反射されたレーザー光により描かれた軌跡である。また、第１の円３５に隣接する第２の円３６は、ミラー１６の第３のミラー３２で反射されたレーザー光により描かれた軌跡である。また、第２の円３６に隣接する第３の円３７は、ミラー１６の第２のミラー３１で反射されたレーザー光により描かれた軌跡である。また、最大の円となる第４の円３８は、ミラー１６の第１のミラー３０で反射されたレーザー光により描かれた軌跡である。この例の場合、操作面５に対するポインティングデバイス１の角度が垂直（９０度）であるため、操作面５上に描画される各円３５〜３８の軌跡は、図６に示すようにそれぞれ真円の軌跡となる。
【００２３】
図７は、操作面５に対するポインティングデバイス１の角度を７５度とした場合に、ポインティングデバイス１で操作面５に描画される円の軌跡を示す図である。また、図８は、操作面５に対するポインティングデバイス１の角度を７５度として操作を行う操作者を背後から見た図である。この例の場合、操作面５に対するポインティングデバイス１の角度が７５度であるため、操作面５上に描画される各円３５〜３８の軌跡は、図７および図８に示すようにそれぞれ楕円の軌跡となる。
【００２４】
図９は、操作面５に対するポインティングデバイス１の角度を６０度として操作を行う操作者を背後から見た図である。また、図１０は、操作面５に対するポインティングデバイス１の角度を４５度として操作を行う操作者を背後から見た図である。図６、図８、図９および図１０を見比べてわかるように、操作面５に対するポインティングデバイス１の角度が鋭角になるに連れ、ポインティングデバイス１は、操作面５上に大きな楕円の軌跡を描くようになる。
【００２５】
すなわち、操作面５に対するポインティングデバイス１の角度が垂直である場合、図６に示すように操作者の背後からでは、最も内側に位置する第１の円３５が操作者の体で遮蔽され、第１の円３５を撮像部３で撮像することは困難となる。また、操作面５に対するポインティングデバイス１の角度が７５度である場合、図８に示すように第１〜第３の円３５〜３７の軌跡は、操作者の体以上に大きな軌跡の楕円となるため、操作者の背後からであっても撮像部３で撮像することができる。しかし、第４の円３８の軌跡は、操作面５以上に大きな軌跡の楕円となるため、撮像部３では、楕円ではなく、放物線のような軌跡が撮像される。
【００２６】
また、操作面５に対するポインティングデバイス１の角度が６０度である場合、図９に示すように第１〜第４の円３５〜３８の軌跡は、操作者の体以上に大きな軌跡の楕円となるため、操作者の背後からであっても撮像部３で撮像することができる。しかし、第１の円３５以外の第２〜第４の円３６〜３８の軌跡は、操作面５以上に大きな軌跡の楕円となるため、撮像部３では、楕円ではなく、放物線のような軌跡が撮像される。同様に、操作面５に対するポインティングデバイス１の角度が４５度である場合、図１０に示すように第１〜第４の円３５〜３８の軌跡は、操作者の体以上に大きな軌跡の楕円となるため、操作者の背後からであっても撮像部３で撮像することができる。しかし、この場合も、第１の円３５以外の第２〜第４の円３６〜３８の軌跡は、操作面５以上に大きな軌跡の楕円となるため、撮像部３では、楕円ではなく、放物線のような軌跡が撮像される。このように、操作面５上に描かれる楕円の軌跡は、操作面５に対するポインティングデバイス１の傾斜角度に応じて変化する。
【００２７】
図１１は、操作面５に対するポインティングデバイス１の角度を垂直とした場合に、ポインティングデバイス１で操作面５に描画される円の軌跡を示す図である。図１１に示すように、ポインティングデバイス１で描かれる第１〜第４の円３５〜３８の隣接する円の間隔は、それぞれ異なる間隔に設定されている。すなわち、第１の円３５と第２の円３６との間の間隔は、最短の間隔に設定されている。また、第３の円３７と第４の円３８との間の間隔は、最長の間隔に設定されている。また、第２の円３６と第３の円３７との間の間隔は、最短の間隔および最長の間隔の略中間の間隔に設定されている。
【００２８】
すなわち、第１〜第４の円３５〜３８の隣接する円の間隔は、内側の間隔が「密」で、外側にかけて間隔が「疎」となるように設定されている。このような各円３５〜３８間の間隔の違いは、ミラー１６の第１〜第４のミラー３０〜３３の反射角により実現されている。換言すれば、ミラー１６の第１〜第４のミラー３０〜３３の反射角は、図１１に示す第１〜第４の円３５〜３８の隣接する円の間の間隔を実現する反射角にそれぞれ設定されている。このように第１〜第４の円３５〜３８の隣接する円の間隔を、内側の間隔が「密」、外側の間隔が「疎」となるように設定することで、投影する円の数を最低限の数とすることができる。なお、投影する円の大きさ、および隣接する円の間隔は可変としてもよい。
【００２９】
第１の実施の形態の座標検出システムは、操作面５に描かれる第１〜第４の円３５〜３８のうち、いずれかの円を用いて、操作面５上におけるポインティングデバイス１の座標を検出する。また、第１の実施の形態の座標検出システムは、操作面５上に描かれた円或いは楕円の軌跡が不完全な軌跡である場合には、不完全な軌跡を補間して座標の検出に用いるようになっている。詳しくは、後述する。なお、この例では、モータ部１７でミラー１６を回転駆動してレーザー光の軌跡を変更しているが、この他、例えばＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  System）ミラーを用いてレーザー光の軌跡を変更してもよい。
【００３０】
次に、図２に示したように、座標検出デバイス２は、撮像部３と情報処理装置４とを有している。図２に点線で示すように、撮像部３は、ポインティングデバイス１のミラー１６で反射されたレーザー光で操作面５上に描かれる第１〜第４の円３５〜３８の軌跡を撮像する。上述のように、レーザー光は、人間が目視困難な波長の不可視光となっている。撮像部３には、レーザー光の波長の撮像光のみを透過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１８が設けられている。撮像部３は、ＢＰＦ１８を介して取り込まれたレーザー光の波長の撮像光を受光して、操作面５にレーザー光で描かれた第１〜第４の円３５〜３８を撮像する。
【００３１】
図１２は、情報処理装置４のハードウェア構成図である。図１２に示すように、情報処理装置４は、一般的なコンピュータ装置の構成を適用することができる。情報処理装置４は、ＣＰＵ４０と、ＲＯＭ４１と、ＲＡＭ４２と、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）４３と、入出力インターフェイス（入出力Ｉ／Ｆ）４４と、通信Ｉ／Ｆ４５とを有する。ＣＰＵは、「Central  Processing  Unit」の略記である。ＲＯＭは、「Read  Only  Memory」の略記である。ＲＡＭは、「Random  Access  Memory」の略記である。ＣＰＵ４０、ＲＯＭ４１、ＲＡＭ４２、ＨＤＤ４３、入出力Ｉ／Ｆ４４および通信Ｉ／Ｆ４５は、バスライン４６で互いに通信可能に接続される。
【００３２】
ＨＤＤ４３には、ＣＰＵ４０を動作させる座標検出プログラムが格納される。ＣＰＵ４０は、ＨＤＤ４３に格納されている座標検出プロブラムに従い、ＲＡＭ４２をワークメモリとして用いて動作し、情報処理装置４全体の座標検出動作を制御する。
【００３３】
座標検出プロブラムは、ＨＤＤ４３以外であっても、例えばＲＯＭ４１またはＲＡＭ４２に格納してもよい。また、座標検出プログラムは、所定のネットワークのコンピュータ装置上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードして取得してもよい。これに限らず、座標検出プログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ、ＤＶＤなどのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されたものを取得してもよい。
【００３４】
入出力Ｉ／Ｆ４４は、情報処理装置４に対するデータの入出力のためのインターフェイスである。例えば、入出力Ｉ／Ｆ４４には、ユーザ入力を受け付けるキーボード等の入力デバイスが接続される。また、入出力Ｉ／Ｆ４４には、他機器との間でデータ入出力を行うＵＳＢ等のデータインターフェイスが接続される。ＵＳＢは、「Universal  Serial  Bus」の略記である。また、入出力Ｉ／Ｆ４４には、ＣＤ、ＤＶＤ等の記録媒体からデータを読み出すドライブ装置が接続される。ＣＤは、「Compact  Disc（登録商標）」の略記である。ＤＶＤは、「Digital  Versatile  Disc」の略記である。さらに、入出力Ｉ／Ｆ４４は、ＣＰＵ４０で生成された画像信号を表示する表示装置を接続することができる。
【００３５】
通信Ｉ／Ｆ４５は、ＣＰＵ４０の制御に従い、ネットワークを介した通信を行う。
【００３６】
図１３に、座標検出プロブラムに従って動作した場合におけるＣＰＵ４０の機能ブロック図を示す。図１３に示すように、ＣＰＵ４０は、座標検出プロブラムに従って動作することで、画像取得部５１と、線抽出部５２と、補間処理部５３と、円検出部５４（検出部の一例）と、座標計算部５５として機能する。なお、以下の説明においては、ＣＰＵ４０が座標検出プログラムに従って動作することで、画像取得部５１〜座標計算部５５をソフトウェア的に実現することとして説明を進める。しかし、画像取得部５１〜座標計算部５５の一部または全部をハードウェアで構成してもよい。この場合も、後述する効果と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
図１４は、情報処理装置４が行う座標検出動作の流れを示すフローチャートである。ＨＤＤ４３に記憶されている座標検出プログラムは、画像取得部５１〜座標計算部５５を含むモジュール構成となっている。情報処理装置４のＣＰＵ４０は、ポインティングデバイス１による操作面５の操作開始を認識すると、ＨＤＤ４３から座標検出プログラムを読み出す。そして、ＣＰＵ４０は、画像取得部５１〜座標計算部５５を、例えばＲＡＭ４２等の主記憶装置上にロードして実行する。
【００３８】
ステップＳ１では、画像取得部５１が、撮像部３で撮像された操作面５の撮像画像を取得する。図１に示すように、操作者は、ポインティングデバイス１を手に持ち、操作面５に対して操作を行う。操作を行う際、操作者は、図３に示すポインティングデバイス１の先端部２１を操作面５等に押圧操作する。これにより、操作者が操作面５にポインティングデバイス１の先端部２１を押し当てている間、スイッチ１１がオン動作する。ポインティングデバイス１の制御部１３は、スイッチ１１のオン動作を検出すると、レーザー光を出射するように不可視光レーザー光源１４を発光制御する。また、制御部１３は、スイッチ１１のオン動作を検出すると、モータ部１７を回転駆動する。ミラー１６は、モータ部１７により回転駆動される。
【００３９】
なお、この例では、ミラー１６は、制御部１３がスイッチ１１のオン動作を検出したタイミングで、モータ部１７を介して回転駆動されることとした。すなわち、この例では、ミラー１６の回転動作は、スイッチ１１のオンオフ動作に連動することとした。モータ部１７は、回転開始から一定の回転数に到達するまでに所定の時間を要するため、モータ部１７の回転開始時には、ミラー１６の回転も安定せず、円の描画に安定性を欠く。このため、スイッチ１１とモータ部１７を連動させると、スイッチ１１が頻繁にオンオフ動作を繰り返した場合、モータ部１７も回転および停止を頻繁に繰り返すこととなり、ミラー１６の回転も安定しないことから、円の安定した描画が困難となるおそれがある。
【００４０】
このような不都合を防止するために、スイッチ１１とは別に、ミラー１６の回転駆動用のスイッチを別に設け、スイッチ１１のオンオフ動作に関係なく、ミラー１６を回転駆動可能としてもよい。ミラー１６を最初に回転駆動しておくことで、スイッチ１１のオンオフ動作に応じて照射されるレーザー光を、一定の安定した回転数のミラー１６で反射することができる。このため、円の安定した描画を可能とすることができる。
【００４１】
ポインティングデバイス１の筐体２２のミラーユニット１５近傍は、円筒状の透明窓部２４となっている。このため、ミラー１６が回転駆動されると、ミラー１６を頂点とする円錐状に、レーザー光が透明窓部２４を介して操作面５に出射される。これにより、図６、図８、図９および図１０を用いて説明したように、操作面５に対するポインティングデバイス１の傾斜角度に応じた大きさの第１〜第４の円３５〜３８が操作面５上に表示される。各円３５〜３８の大きさは、操作者で部分的に遮蔽されていても、全体形状を特定可能な大きさ（サイズ）となっている。また、操作面５には、内側の間隔が「密」、外側の間隔が「疎」となるように隣接する円の間隔が設定された第１〜第４の円３５〜３８が表示される。
【００４２】
撮像部３は、図１に示すように操作者の背後から操作面５全体を撮像する。撮像部３の前面には、レーザー光の波長の光のみを透過させるＢＰＦ１８が設けられている。このため、撮像部３は、ＢＰＦ１８を介して取り込まれたレーザー光の波長の撮像光を受光することで、操作面５にレーザー光で描かれた第１〜第４の円３５〜３８を撮像する。ステップＳ１では、画像取得部５１が、このように撮像部３で撮像された第１〜第４の円３５〜３８の撮像画像を取得する。これにより、処理はステップＳ２に進む。
【００４３】
ステップＳ２では、線抽出部５２が、画像取得部５１により取得された撮像画像を白黒画像に２値化処理することで、操作面５にレーザー光で描かれた第１〜第４の円３５〜３８を線像化する。これにより、処理がステップＳ３に進む。ステップＳ３では、補間処理部５３が、円を形成する線分、および操作者で遮蔽等がされたことによる欠けが生じている円の線分を判別する。補間処理部５３は、欠けが生じている円を、欠けの無い円とするための補間処理が必要か否かを判別する。換言すれば、補間処理部５３は、ステップＳ３において、補間処理を行えば、欠けが生じている円を欠けの無い円とすることができるか否かを判別する。ステップＳ３で補間処理部５３により、補間処理が必要であると判別された場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ６に進む。これに対して、ステップＳ３で補間処理部５３により、補間処理は必要ないと判別された場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、処理はステップＳ４に進む。
【００４４】
なお、ステップＳ３で補間処理は必要ないと判別される場合とは、微小な欠けのため、補間の必要が無い場合、および図８〜図１０に示した放物線化した円のように、補間困難な円の場合である。
【００４５】
ステップＳ６では、補間処理部５３が、例えば操作者の体で遮蔽等がされたことによる欠けが生じている円を、欠けが生じていない円に補間する。具体的には、補間処理部５３は、まず、欠けている箇所の始端点および欠けている箇所の終端点を検出する。次に、補間処理部５３は、欠けている箇所の始端点までの円の曲率、および、欠けている箇所の終端点から円の曲率を計算する。次に、補間処理部５３は、計算した各曲率から、欠けている箇所の円の曲率を計算する。そして、補間処理部５３は、計算した欠けている箇所の円の曲率の線分（＝欠けている箇所の線分）を形成し、この線分で、円の欠けている箇所を補間処理する。これにより、操作者の体で遮蔽等がされたことにより欠けが生じている円を、欠けが生じていない円に補間することができる。
【００４６】
次に、ステップＳ４では、円検出部５４が、ステップＳ２で抽出された線分から、座標計算に用いる円を検出する。また、ステップＳ４では、円検出部５４が、ステップＳ６で補間処理された円のうち、座標計算に用いる円を検出する。この際、円検出部５４は、座標計算に用いる円の候補として、複数の円が存在する場合、一番外側の円を座標計算に用いる円として検出する。具体的には、例えば図７に示すように第１の円３５および第２の円３６が座標計算に用いる円の候補として存在した場合、円検出部５４は、第１の円３５よりも外側の第２の円３６を、座標計算に用いる円として検出する。
【００４７】
ポインティングデバイス１は操作者が手に持って操作するため、第１〜第４の円３５〜３８のうち、第１の円３５および第２の円３６等の内側の円ほど、操作者の体で遮蔽される部分が多くなることが懸念される。すなわち、操作面５に描かれた各円３５〜３８は、撮像部３により、操作者越しに撮像されるため、第１の円３５および第２の円３６等の内側の円ほど、操作者の体で遮蔽される部分が多くなることが懸念される。このため、座標計算に用いる円として、なるべく外側の円を選択して用いることにより、操作者の体で遮蔽される部分が少ない円を、座標計算に用いる円として選択して、正確な座標検出を可能とすることができる。
【００４８】
なお、この例では、ステップＳ４において、円検出部５４が、座標計算に用いる円を検出しやすくするために、ステップＳ６において、欠けの生じている円を補間処理することとした。しかし、円検出部５４は、例えば「電子情報通信学会論文誌Ｄ−ＩＩ  Ｖｏｌ．Ｊ７３−Ｄ−ＩＩ  Ｎｏ．２  ｐｐ．１５９−１６６  １９９０年２月  Ｈｏｕｇｈ変換と階層化画像を用いた欠損楕円の検出」の文献に開示されている検出方法を用いて円の検出を行ってもよい。円検出部５４は、この文献に開示されている検出方法を用いることで、欠けが生じている円も検出することができる。このため、ステップＳ３およびステップＳ６で説明した補間処理を省略して、全体的な処理の簡素化を図ることができる。
【００４９】
次に、ステップＳ５では、座標計算部５５が、円検出部５４が検出した円を用いてポインティングデバイス１の操作面５上の座標を検出し、図１４のフローチャートの処理を終了する。
【００５０】
図１５は、ステップＳ５におけるＣＰＵ４０の詳細な座標計算動作の流れを示すフローチャートである。ＣＰＵ４０は、座標計算部５５として機能すると、図１５のステップＳ１１から処理を開始する。ステップＳ１１では、座標計算部５５が、円検出部５４で検出された円の長径を計測して、処理をステップＳ１２に進める。ステップＳ１２では、座標計算部５５が、円検出部５４で検出された円の短径を計測して、処理をステップＳ１３に進める。ステップＳ１３では、座標計算部５５が、図１６に示す円錐の頂角αと、ポインティングデバイス１の傾斜角度θを計算する。そして、座標計算部５５は、ステップＳ１４において、円錐の頂角αとポインティングデバイス１の傾斜角度θを用いて、操作面５上におけるポインティングデバイス１の座標を計算する。
【００５１】
以下、各処理を順に説明する。座標計算部５５は、まず、「円の径（直径）」または「楕円の長径および短径」を算出する。例えば、図１７は、撮像部３により撮影された楕円の２次元の画像データ（ｘ，ｙ）をｘ−ｙ座標で示した図である。なお、撮像部３により円が撮影されている場合、座標計算部５５は、それぞれ直交する２本の直径（楕円の場合の長径と短径に相当）を算出する。撮像部３により円が撮影されている場合の算出動作、および撮像部３により楕円が撮影されている場合の算出動作は、それぞれ同様である。このため、図１７に示した楕円を例として算出動作の説明を進める。撮像部３により円が撮影されている場合の算出動作は、以下の説明を参照されたい。図１７に示す２次元の画像データ（ｘ，ｙ）は、左上の点から右下に向かう順で、上述のように白黒画像に２値化処理され、例えばＲＡＭ４２に記録される。
【００５２】
座標計算部５５は、まず、楕円の中心点を求める。座標計算部５５は、ＲＡＭ４２上に記憶された２次元の画像データを左上から順に走査し、直前のデータと数値が異なる点を検出する。これにより、図１７に示す楕円の右上側の点Ｄ１が、最初に検出される。次に、画像データの右下から同様に走査を行い、直前のデータと数値が異なる点を検出する。これにより、図１７に示す楕円の左下側の点Ｄ２が検出される。座標計算部５５は、図形の対称性により、点Ｄ１と点Ｄ２の中間点の座標を（ｘ０，ｙ０）の座標とし、楕円の中心点Ｐとして検出する。
【００５３】
次に、楕円の長軸の長さ、短軸の長さ、焦点、楕円の傾きの求め方を説明する。ここで、以降の処理を簡単にするため、求めた楕円の中心点（ｘ０，ｙ０）を原点（０，０）とする。一般的な楕円（２次曲線）の方程式は、以下の(１)の数式で与えられる。
【００５４】
【数１】
2014199633.tif 000003
【００５５】
（１）の数式において、楕円の中心点を原点（０，０）とすると、以下の（２）の数式のようになる。
【００５６】
【数２】
2014199633.tif 000004
【００５７】
次に、座標計算部５５は、図１７に示すように、最初に得られた点Ｄ１，Ｄ２を、原点（０，０）を基準としてＤ１→Ａ１（ｘ１，ｙ１），Ｄ２→Ａ２（ｘ２，ｙ２）と座標変換する。座標計算部５５は、ｘ軸の正の部分と楕円の交点をＡ３（ｘ３，０）、ｙ軸の正の部分と楕円の交点をＡ４（０，ｙ４）とする。
【００５８】
なお、点Ｄ１および点Ｄ２が、共にｘ軸上またはｙ軸上にあるということは、円または傾きのない楕円であることを意味する。以下、傾きのある楕円を例にとって説明を進める。
【００５９】
Ａ１，Ａ３，Ａ４を（２）の数式に代入すると、楕円の方程式は、以下の（３）の数式となる。
【００６０】
【数３】
2014199633.tif 000005
【００６１】
（３）の数式は、傾きのある楕円の方程式である。図１８に、図１７の楕円を−φだけ回転させて得られた、傾きのない楕円（以下、「標準型」という）を示す。傾きのない楕円と傾きのある楕円とを比較することで、傾きのある楕円の傾きφを求めることができる。
【００６２】
標準型の楕円上の任意の点を（Ｘ，Ｙ）とすると、次の（４）の行列式が成り立つ。
【数４】
2014199633.tif 000006
【００６３】
（４）の数式を展開すると、以下の（５）および（６）の数式を得られる。
【００６４】
【数５】
2014199633.tif 000007
【００６５】
【数６】
2014199633.tif 000008
【００６６】
（５）の数式および（６）の数式を（３）の数式に代入すると、以下の（７）の数式となる。
【００６７】
【数７】
2014199633.tif 000009
【００６８】
図１８に示す標準型の楕円は、傾きがないことから、ＸＹの項は０になるので、以下の（８）の数式で示すことができる。
【００６９】
【数８】
2014199633.tif 000010
【００７０】
（８）の数式を整理すると、以下の（９）の数式となる。
【００７１】
【数９】
2014199633.tif 000011
【００７２】
（９）の数式をさらに整理すると、以下の（１０）の数式となり、楕円の傾きφの値を求めることができる。
【００７３】
【数１０】
2014199633.tif 000012
【００７４】
次に、（１０）の数式を（７）の数式に戻すと、ＸＹの項は消えるので、以下の（１１）の標準形の数式が得られる。
【数１１】
2014199633.tif 000013
【００７５】
（１１）の数式より、楕円の長軸の長さａ’を、以下の（１２）の数式で求めることができる。
【００７６】
【数１２】
2014199633.tif 000014
【００７７】
また、（１１）の数式より、楕円の短軸の長さｂ’を、以下の（１３）の数式で求めることができる。
【００７８】
【数１３】
2014199633.tif 000015
【００７９】
座標計算部５５は、図１５のフローチャートのステップＳ１１およびステップＳ１２において、このような演算を行うことで、楕円の長軸（長径）の長さａ’および楕円の短軸（短径）の長さｂ’を算出する。
【００８０】
次に、座標計算部５５は、ポインティングデバイス１の３次元位置と回転角を算出する。この場合、座標計算部５５は、まず、図１８に示す楕円の焦点をＳ１(ｓ１，０)，Ｓ２（ｓ２，０），ｓ１＜０，ｓ２＞０として、以下の（１４）の数式および（１５）の数式で楕円の焦点を求める。
【００８１】
【数１４】
2014199633.tif 000016
【００８２】
【数１５】
2014199633.tif 000017
【００８３】
次に、座標計算部５５は、楕円の長軸の長さａ’、楕円の短軸の長さｂ’ならびに焦点Ｓ１(ｓ１，０)，Ｓ２（ｓ２，０）から、ポインティングデバイス１の３次元座標と回転角を算出する。
【００８４】
まず、３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）の求め方を説明する。例えば、図１９Ａに示すようにポインティングデバイス１がｚ軸に対してθだけ傾いているとする。楕円の長軸の長さがａ’、短軸の長さがｂ’なので、焦点Ｓ１のｘ座標ｓ１は、以下の（１６）の数式で求めることができる。
【００８５】
【数１６】
2014199633.tif 000018
【００８６】
なお、原点から焦点Ｓ１までの距離Ｓは、以下の（１７）の数式で求めることができる。
【００８７】
【数１７】
2014199633.tif 000019
【００８８】
図１９Ｂに示すように、焦点Ｓ１からｙ軸正方向へ直線を引き、楕円と交差する点を（ｓ１，ｙ１）とすると、ｙ１の値は、図１９Ａに示すＬ１の値と一致する。このｙ１の値とＬ１の値が一致することについて説明する。図２０Ａに示すような、高さＺ、中心軸と側面との間の角度αの円錐台を考える。図２０Ｂに示すように、中心軸とｘｙ平面との交点をＳ１(ｘ軸上の点)、円錐台の側面とｘ軸との交点をＡ１，Ａ２とする。
【００８９】
次に、図２０Ｃに示すように、Ｓ１を中心としてｘｚ平面に沿ってｚ軸からθだけポインティングデバイス１を回転させる。これにより、円錐台の点Ａ２は点Ａ２’へ回転移動する（Ｚを回転半径として、Ｚの長さは固定する）。回転移動なので、Ｓ１からＡ２までの距離とＳ１からＡ２’までの距離は等しい。
【００９０】
さらに、回転する前の円錐台に注目すると、図２０Ｂに示すように投影像は円なので、Ｓ１からＡ２までの距離とＳ１から同円上の点Ａ３までの距離は等しい。一方、Ａ３に注目すると、円錐台が回転するとき、Ａ３は回転軸上にあるので円錐台のＡ３の位置は不変である（図２０Ｃ、図２０Ｄ参照）。以上より、Ｓ１からＡ３までの距離(円の半径)と、Ｓ１とＡ２’までの距離は等しいと言えるので、ｙ１の値は、図１９Ａに示すＬ１の値と一致する。
【００９１】
楕円の方程式は、楕円の長軸の長さａ’、短軸の長さｂ’で表すと、以下の（１８）の数式で表される。
【００９２】
【数１８】
2014199633.tif 000020
【００９３】
（１８）の数式に（ｘ，ｙ）→（ｓ１，ｙ１）を代入すると、ｙ１（＝Ｌ１）は、（１９）の数式に示す値となる。
【００９４】
【数１９】
2014199633.tif 000021
【００９５】
ポインティングデバイス１から、光軸と平面との交点までの距離Ｚは、以下の（２０）の数式で示す値となる。なお、「α」は光軸と円錐の側面との間の角度である(ポインティングデバイス１固有の定数)。
【００９６】
【数２０】
2014199633.tif 000022
【００９７】
図１９Ａにおいて、Ｚ’とＬ２を含む直角三角形に注目すると、正弦（ｓｉｎθ）および余弦（ｃｏｓθ）は、以下の（２１）の数式および（２２）の数式で表される。
【００９８】
【数２１】
2014199633.tif 000023
【００９９】
【数２２】
2014199633.tif 000024
【０１００】
頂角αを共有し、底辺をＬ１，Ｌ２とする２つの三角形は相似形なので、以下の（２３）の数式の関係が成り立つ。
【０１０１】
【数２３】
2014199633.tif 000025
【０１０２】
（２３）の数式に、（２１）および（２２）の数式を代入すると、以下の（２４）の数式となる。
【０１０３】
【数２４】
2014199633.tif 000026
【０１０４】
（２４）の数式を整理すると、以下の（２５）の数式となる。
【０１０５】
【数２５】
2014199633.tif 000027
【０１０６】
三角関数の合成を用いると、以下の（２６）の数式となる。
【０１０７】
【数２６】
2014199633.tif 000028
【０１０８】
（２６）の数式は、以下の（２７）の数式に変形することができる。
【０１０９】
【数２７】
2014199633.tif 000029
【０１１０】
これにより、図１９Ａに示すポインティングデバイス１の光軸のｚ軸に対する傾きθは、以下の（２８）の数式で求めることができる。
【０１１１】
【数２８】
2014199633.tif 000030
【０１１２】
次に、楕円の傾きφおよびポインティングデバイス１の光軸のｚ軸に対する傾きθを用いて、以下の（２９）の数式で示すポインティングデバイス１の３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を求める。（２９）の数式からわかるように、ｘ，ｙ，ｚの各座標値は、z軸に対するポインティングデバイス１の光軸の傾きθの関数で求めることができる。
【０１１３】
【数２９】
2014199633.tif 000031
【０１１４】
なお、上述の説明では、理解を容易とするために、楕円の中心と原点とを一致させた。しかし、原点を画像の左端上端等に設定した場合には、楕円の中心点が値（ｘｄ，ｙｄ）を取るとき、（２８）の数式のｘ，ｙの項に、それぞれｘｄ，ｙｄを加えればよい。これにより、他の基準点からの３次元座標を求めることができる。
【０１１５】
座標計算部５５は、（２９）の数式のうち、「−Ｚｓｉｎθｃｏｓφ−Ｓｃｏｓφ」の演算を行うことで、操作面５上におけるポインティングデバイス１のｘ座標の値を算出する。また、座標計算部５５は、（２９）の数式のうち、「−Ｚｓｉｎθｓｉｎφ−Ｓｓｉｎφ」の演算を行うことで、操作面５上におけるポインティングデバイス１のｙ座標の値を算出する。
【０１１６】
図１２に示す情報処理装置４のＣＰＵ４０は、このように算出した操作面５上におけるポインティングデバイス１の座標値から、ポインティングデバイス１の操作状態を検出する。ＣＰＵ４０は、検出したポインティングデバイス１の操作状態に対応する情報処理を行う。例えば、情報処理装置４に接続されたプロジェクタ装置から、操作面５に操作ボタンが投影されているものとする。そして、操作者が、操作面５に投影されている操作ボタンの表示位置で、ポインティングデバイス１を所定時間以上、停止操作したとする。ＣＰＵ４０は、上述のように算出した、操作面５上におけるポインティングデバイス１の座標の移動状態を検出する。ＣＰＵ４０は、操作面５に表示された操作ボタン上で、ポインティングデバイス１の所定時間以上の停止操作を検出した場合、操作ボタンが操作されたものと認識する。そして、ＣＰＵ４０は、操作された操作ボタンに対応する画像をＨＤＤ４３から読み出し、プロジェクタ装置を介して操作面５に投影する。これにより、操作面５を、いわゆるタッチ検出機能付き表示装置のように使用可能とすることができる。
【０１１７】
次に、ポインティングデバイス１の座標は、以下に説明する演算式を用いて算出してもよい。座標計算部５５は、円(楕円)の最長の径（長径）を「ａ」とする。また、座標計算部５５は、平面内で長径と直交する最短の径（短径）を「ｂ」とする。また、座標計算部５５は、円錐の頂角を「α」とする。また、座標計算部５５は、ポインティングデバイス１のミラー１６から先端部２１までの長さを「Ｌ」とする。また、座標計算部５５は、９０度−ポインティングデバイス１と操作面５のなす角を「θ」とする。ａ，ｂ，α，Ｌ，θは、（数３０）および（数３１）に示す関係にある。長径ａおよび短径ｂは、撮像部３で撮影される画像から計測する。Ｌは既知であるので、（数３０）および（数３１）は未知数が２つの連立方程式となる。ここから、αおよびθを計算する。この計算は、テーブルから検出してもよい。図２２および図２３にテーブルの一例を示す。図２２に示すテーブルは、楕円の各長径の長さに対応する、ポインティングデバイス１の傾斜角度θの値および円錐の頂角αの値を記憶したテーブルとなっている。図２３に示すテーブルは、楕円の各短径の長さに対応する、ポインティングデバイス１の傾斜角度θの値および円錐の頂角αの値を記憶したテーブルとなっている。各テーブルは、例えばＨＤＤ４３等の記憶部に予め記憶される。
【０１１８】
【数３０】
2014199633.tif 000032
【０１１９】
【数３１】
2014199633.tif 000033
【０１２０】
ここで、図２１は、ポインティングデバイス１から出射されるレーザー光と、操作面５との幾何学的な関係を真横から見た図である。線分ＡＢ及び線分ＡＣを含む直線は、ポインティングデバイス１から出射されるレーザー光の軌跡を示している。線分ＡＦが、ポインティングデバイス１のミラー１６から先端部２１までの長さ「Ｌ」に対応する。線分ＤＥは、レーザー光が投影する楕円の長径に対応する。このとき、線分ＤＦ：線分ＦＥは、頂角αおよび、傾斜角θを用いて以下の（３２）の数式で表すことができる。なお、角度の単位は「度」である。
【０１２１】
【数３２】
2014199633.tif 000034
【０１２２】
楕円の長径を計算する際に、図２１の点Ｄおよび点Ｅの座標は分かっている。このため、座標計算部５５は、(３２)の数式の演算を行うことにより、点Ｆの座標、すなわち、操作面５上におけるポインティングデバイス１の先端部２１の座標を算出することができる。
【０１２３】
座標計算部５５は、上述の「（１２）の数式および（１３）の数式」、または「（３０）の数式および（３１）の数式」を用いて楕円の長径または短径の長さを算出する。座標計算部５５は、この算出値を用いて図２２に示すテーブルまたは図２３に示すテーブルを参照する。そして、座標計算部５５は、算出した長径および短径に対応する円錐の頂角αおよびポインティングデバイス１の傾斜角度θをテーブルから検出する。
【０１２４】
例えば、算出した楕円の長径が１３０５ｍｍであった場合、座標計算部５５は、図２２に示すテーブルを参照することで、頂角αを１３５．２°（１３５．２度）、ポインティングデバイス１の傾斜角度θを１５°（１５度）として検出する。また、算出した楕円の短径が９５７ｍｍであった場合、座標計算部５５は、図２３に示すテーブルを参照することで、頂角αを１３５．２°（１３５．２度）、ポインティングデバイス１の傾斜角度θを１５°（１５度）として検出する。
【０１２５】
このように算出した楕円の長径および短径を用いて各テーブルを参照することで、頂角αとポインティングデバイス１の傾斜角度θを機械的かつ一義的に検出することができる。このため、傾斜角度θ等の演算に要する時間を短縮化して、ポインティングデバイス１の座標検出に要する時間を大幅に短縮化することができる。
【０１２６】
なお、図１７および図１８に示すテーブルは、一例である。このため、テーブルの各要素を細分化してもよい。また、頂角αについては、事前に角度が分かっているため、必要分用意すれば良い。また、ポインティングデバイス１の傾斜角度θは、必要に応じて細かく設定すればよい。
【０１２７】
次に、この実施の形態のおいては、座標計算に用いる円として複数の円が存在する場合、一番外側の円を座標計算に用いることとした。しかし、座標計算に用いる円として複数の円が存在する場合、複数の円に対応する座標値の平均値を、最終的な座標値として出力してもよい。
【０１２８】
この場合、座標計算部５５は、上述の演算を行うことで、座標計算に用いる円毎にポインティングデバイス１の座標値を算出する。そして、座標計算部５５は、各円に対応する各座標値の平均座標値を算出し、この平均座標値を最終的な座標値として出力する。このように平均座標値を出力することにより、座標値の演算誤差を少なくすることができ、ポインティングデバイス１の正確性の高い座標値を出力可能とすることができる。
【０１２９】
次に、第１の実施の形態の座標検出システムは、ポインティングデバイス１から操作面５に対して表示する各円３５〜３８の大きさは、操作者で部分的に遮蔽されていても、全体形状を特定可能な大きさであることとした。しかし、狭い範囲でポインティングデバイス１の座標を検出する場合、ポインティングデバイス１から操作面５に投影する各円３５〜３８の大きさも、小さくする必要がある。実施の形態の座標検出システムで用いられるポインティングデバイス１は、図３に示すミラーユニット１５が交換可能となっている。
【０１３０】
図２４に、操作面５に小さめの各円３５〜３８を投影するミラーユニットのミラー６０を示す。図２４に示すミラー６０は、第１のミラー６１〜第４のミラー６４を有している。第１のミラー６１〜第４のミラー６４は、上述のミラー１６の第１のミラー３０〜第４のミラー３３に相当し、透過率等は同じとなっている。ただ、ミラー６０の場合、ミラー１６よりもレーザー光の反射角度が鈍角となっている。
【０１３１】
このため、ミラー６０が設けられたミラーユニットが操作面５上に描く各円３５〜３８大きさは、図２４に示すようにミラー１６が設けられたミラーユニット１５よりも小さくなる。従って、狭い範囲でポインティングデバイス１の座標を検出する場合には、ポインティングデバイス１のミラーユニット１５を、ミラー６０が設けられたミラーユニットに交換すれば、狭い範囲での座標検出に対応することができる。
【０１３２】
以上の説明から明らかなように、第１の実施の形態の座標検出システムは、操作者で部分的に遮蔽されていても、全体形状を特定可能な大きさの円を、ポインティングデバイス１の不可視光レーザー光源１４を用いて操作面５に表示する。座標検出システムは、操作面５を撮像部３で撮像し、得られた撮像画像に写っている円から、操作面５上におけるポインティングデバイス１の座標を算出する。このような座標検出システムは、以下の効果を得ることができる。
【０１３３】
まず、光源として指向性が高く、かつ、光量も十分な不可視光レーザー光源１４を用い、レーザー光の軌跡で、座標検出のための円を描いている。このため、ポインティングデバイス１から離れた部分においても、操作面５に描画された円を十分な光量のレーザー光で明確に描画することができる。従って、太陽光の外乱等に影響されることなく、操作面５にポインティングデバイス１の座標を検出するための円を描画することができ、正確な座標検出を可能とすることができる。
【０１３４】
また、操作面５上に複数の円を描画して、その中から座標の計算に適した円を選択して、座標の計算に用いている。また、操作面５に対しては、操作者で部分的に遮蔽されていても、全体形状を特定可能な大きさの円を描画している。このため、ポインティングデバイス１の操作者の体等により円が遮蔽されている場合でも、この遮蔽の影響の無い円を選択して、座標の計算に用いることができる。従って、正確な座標検出を可能とすることができる。
【０１３５】
このようなことから、第１の実施の形態の座標検出システムは、精度よくポインティングデバイス１の座標検出を行うことができる。
【０１３６】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態の座標検出システムの説明をする。この第２の実施の形態の座標検出システムは、ポインティングデバイス内に設けた圧力センサで検出される筆圧を、操作面５に描画する円の線種で操作者に伝達するものである。
【０１３７】
図２５は、第２の実施の形態の座標検出システムで用いられるポインティングデバイス７０を長手方向に沿って切断した断面図である。図２５に示すように、ポインティングデバイス７０は、先端部２１とバネ部材７１を介して接続された圧力センサ７２（圧力検出部の一例）を有している。
【０１３８】
バネ部材７１は、筐体２２から先端部２１が離間する方向へ、先端部２１を付勢している。操作者がポインティングデバイス７０の先端部２１を押圧操作すると、先端部２１がバネ部材７１の付勢力に逆らって筐体２２方向に移動し、圧力センサ７２に対して筆圧に応じた圧力がかかる。圧力センサ７２は、この圧力（＝筆圧）を検出し、制御部７３に伝達する。
【０１３９】
制御部７３は、筆圧に応じた線種の円が操作面５上に描画されるように、不可視光レーザー光源１４を発光制御する。なお、「線種」とは、線の長さ、線の太さ、線の形態、線の色等を意味している。図２６および図２７は、制御部７３が、筆圧に応じた線の長さとなるように不可視光レーザー光源１４を発光制御して描かれた円を示している。このうち、図２６は、高い筆圧である場合に描かれた円を、図２７は、低い筆圧である場合に描かれた円を示している。また、図２８は、制御部７３が、筆圧に応じた線の太さとなるように不可視光レーザー光源１４を発光制御して描かれた円を示している。
【０１４０】
このように、第２の実施の形態の座標検出システムは、操作面５に描く円の線種を変化させることで、操作面５に描く円で筆圧情報を示すことができる他、上述の第１の実施の形態の座標検出システムと同様の効果を得ることができる。
【０１４１】
上述の各実施の形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な各実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。各実施の形態および各実施の形態の変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１４２】
１  ポインティングデバイス
２  座標検出デバイス
３  撮像部
４  情報処理装置
５  操作面
１１  スイッチ
１２  発光部
１３  制御部
１４  不可視光レーザー光源
１５  ミラーユニット
１６  ミラー
１７  モータ部
１８  バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２１  先端部
２２  筐体
２３  バネ部材
２４  透明窓部
３０  第１のミラー
３１  第２のミラー
３２  第３のミラー
３３  第４のミラー
３５  第１の円
３６  第２の円
３７  第３の円
３８  第４の円
４０  ＣＰＵ
４１  ＲＯＭ
４２  ＲＡＭ
４３  ＨＤＤ
４４  入出力Ｉ／Ｆ
４５  通信Ｉ／Ｆ
４６  バスライン
５１  画像取得部
５２  線抽出部
５３  補間処理部
５４  円検出部
５５  座標計算部
６０  ミラー
６１  第１のミラー
６２  第２のミラー
６３  第３のミラー
６４  第４のミラー
７０  ポインティングデバイス
７１  バネ部材
７２  圧力センサ
７３  制御部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１４３】
【特許文献１】特開２０１２−５３６０３号公報
【特許文献２】特許第３９７５８９２号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2014199633.tif 000045
【図１２】
2014199633.tif 000046
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2014199633.tif 000050
【図１７】
2014199633.tif 000051
【図１８】
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【図１９Ａ】
2014199633.tif 000053
【図１９Ｂ】
2014199633.tif 000054
【図２０Ａ】
2014199633.tif 000055
【図２０Ｂ】
2014199633.tif 000056
【図２０Ｃ】
2014199633.tif 000057
【図２０Ｄ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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