(57)【要約】【課題】  操作に不慣れなユーザーにも直感的に使用できる操作性を持ち、使用に関して使用場所や使用姿勢を限定することながなく幅広い利用環境において快適な利用ができる構造を有し、様々な機器に組み込めるよう簡明な構造を持つ、ポインティングシステムを低コストで提供すること。【解決手段】  ポインティングデバイスより電磁波を平面状に回転させながら放射し、これを表示装置に取り付けた５以上のセンサで感知することにより、ポインティングデバイスの指し示す方向上の指示点の位置を計算して位置入力とする。  【選択図】図１
2006039980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指示直線（１）を含み指示直線（１）を回転軸として回転する回転平面である電磁波放射平面（２）に沿わせて、つまりある瞬間には指示直線（１）を含むある平面に沿わせて、次の瞬間にはその平面を指示直線（１）を軸として回転させた平面に沿わせて、電磁波を指示直線（１）から測って片側に広角な範囲に隙間なく放射する手段を有し、ある被指示領域（３）が含まれる平面上に配置された５以上のセンサによってこの電磁波を検出させることにより被指示領域（３）が含まれる平面と指示直線（１）が交わる点である指示点（４）の位置を当該検出情報に基づき特定させるために用いることが可能なポインティングデバイス（５）
【請求項２】
指示直線（１）を含み指示直線（１）を回転軸として回転する回転平面である電磁波放射平面（２）に沿わせて、つまりある瞬間には指示直線（１）を含むある平面に沿わせて、次の瞬間にはその平面を指示直線（１）を軸として回転させた平面に沿わせて、電磁波を指示直線（１）から測って両側に広角な範囲に隙間なく放射する手段を有し、ある被指示領域（３）が含まれる平面上に配置された５以上のセンサによってこの電磁波を検出させることにより被指示領域（３）が含まれる平面と指示直線（１）が交わる点である指示点（４）の位置を当該検出情報に基づき特定させるために用いることが可能なポインティングデバイス（５）
【請求項３】
電磁波としてレーザーを用いることを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載のポインティングデバイス（５）
【請求項４】
請求項１、請求項２若しくは請求項３記載のポインティングデバイス（５）により照射される電磁波を検出できるセンサを被指示領域（３）が含まれる平面上に５つ以上有し、被指示領域（３）が含まれる平面と当該ポインティングデバイス（５）の指示直線（１）が交わる点である指示点（４）の位置を当該検出情報に基づき特定する手段を有する装置
【請求項５】
センサをある一点に一つ、その点から伸びる直交する２本の半直線上にセンサをそれぞれ一つづつ、さらにそれぞれにつき最初の点との中点の位置にセンサを一つづつ配置して、合計５つのセンサをくの字形に配置することを特徴とする請求項４記載の装置
【請求項６】
センサを矩形の４頂点及び4辺の中点に1個づつ合計８つ配置することを特徴とする請求項４記載の装置
【請求項７】
請求項１、請求項２若しくは請求項３記載のポインティングデバイス（５）と請求項４、請求項５若しくは請求項６記載の装置を組み合わせてなるポインティングシステム
【請求項８】
請求項１、請求項２若しくは請求項３記載のポインティングデバイス（５）と２つ以上の請求項４、請求項５若しくは請求項６記載の装置を組み合わせて構成される、指示点（４）の位置のみならず指示角度も特定可能なポインティングシステム
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置又は表示装置を有する装置において表示装置の表示領域中の座標点をユーザーに選択せしめ、その選択点の位置及びその選択点に対する情報を電子計算機に入力する機能を提供するシステム（以下ポインティングシステムと呼ぶ）及び当該システムで用いる操作用装置（以下ポインティングデバイスと呼ぶ）に関するものである。ここで表示装置とは、自ら映像を映し出す装置のみならず、映像を結像させ表示を行う装置、表示のための媒体を取り付けて表示の用に供する装置及び自身の形状・模様・色彩等により表示をおこなう装置等を含むとする。
【背景技術】
【０００２】
ポインテイングシステムとしては既に、マウス・タブレット・タッチパネル・トラックパッド・トラックボール・トラックポイント及びライトペンなどがある。このうちトラックパッド及びトラックポイントは、設置面積が比較的狭くすむため主にノートパソコンなどの携帯用情報端末に多く用いられている。しかし、トラックパッド及びトラックポイントは、細かく操作できるようになるのに熟練を要し初心者にとっては思うように操作できないでいらいらするという重大な欠点がある。トラックボールも同じく同じく携帯用情報端末に多く用いられていたが、その構造において比較的大きいボールを必要とするために軽型な携帯用端末には搭載できないという欠点があった。マウスはコンピュータのポインテイングシステムとして最もよく使われるものであり、その形状においてはペン型のマウスなど変形タイプのものも多くみられる。マウスは操作性において優れているが、比較的平らで且つ滑らかな表面をマウスを操作するために必要とするために操作場所が限られてしまい、またこのような表面が狭い範囲しか得られない状況下においてはマウスをたびたび持ち上げなければならず、操作が困難になるという欠点がある。最近は空中で握って使えるマウスも登場したがその操作性は良いとはいえない。またタブレットは操作装置であるペンを動作させるために操作装置と接触させて用いる専用の板が必要である。この板は比較的広い設置面積を必要とするため形態用途にはまったく適さないという欠点を持つ。また以上すべてのポインティングシステムは操作する平面とその操作対象である表示領域面が平行な位置には通常ないため、特に年配の方などコンピュータ操作に不慣れな人にとっては操作が直感的でないため手元と画面を交互にみながら操作しなければいけないという不便さがある。タッチパネルは画面上に指又はペンを用いて直接触れることにより位置を検出するポインティングシステムである。これの欠点は、操作するのに手を表示装置付近までもっていかねばならないため、通常は腕に負担がかかり長時間の使用には適さないことである。ライトペンはペン型の操作装置を表示装置に接近させることによって位置を検出するものである。ただし表示装置にはCRTしか使えないため液晶ディスプレイなど他の表示装置には用いることができず用途が狭い。
【０００３】
前段落に掲げたポインティングシステムの欠点を克服しようとしているものの例として、特開平１１−２４８４２号公報・特開２００２−２２２０５４号公報・特開２００２−２１５３１６号公報・特開平０９−１７９６８４号公報・特開２００１−０６０１４０号公報・特開平０６−３０８８７９号公報などに公開されている表示装置に非接触で操作可能なペン型ポインティングデバイスを用いるものがある。このうち特開平１１−２４８４２号公報にある発明においては、位置の検出方法に電磁波の位相差を利用している。そしてその位置検出手段は位置の変化量を検出しようとするものであり絶対的な位置を検出しようとするものではないため、操作装置の指示方向と表示装置の表示領域上の選択点が一致しなくなる恐れが高く操作性が低下する恐れがある。特開２００２−２２２０５４号公報にある発明のようにレーザーを直線状に表示装置の表示領域に対して照射する方式をとるものがある。しかし、この方法は表示装置の表示領域の前面又は背面に多数のセンサーを平面状に敷き詰める必要があるために技術的に大変でコストが高くなる。特開２００２−２１５３１６号公報及び特開平０９−１７９６８４号公報にある発明は超音波を用いて位置を検出しようとするものである。この発明の問題点としては、空間上の任意平面に操作面を設けようとする場合、センサーを空間的に配置しなければならないために会議や発表用のプロジェクターシステムなどにしか応用しにくく、個人ユーザーの利用を想定することは難しい。特開２００１−０６０１４０号広報にある発明は偏光を利用するものである。この発明の問題点は光入力量の微妙な変化を検出せねばならないため精度をあげるのが困難だということである。また技術的に実現することが必ずしも容易とはいえない。特開平０６−３０８８７９号公報にある発明は、表示装置の周辺から光を発しその光をポインティングデバイスで受光する構成である。この構成の問題点は、そもそも大型の表示装置に対して一定以上の距離を置いての使用を想定したものであり、表示装置に近接させて使用することができないことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の既に普及しているシステム及びその問題点を克服せんとする発明を見る限り、現状のポインティングシステムはなお未解決の問題を有していると判断した。
【０００５】
第一の問題点は既存の発明がいずれも操作に未習熟な使用者、即ち操作に対する一定の理解と慣れを有する者をターゲットとした製品に搭載するシステムとしての十分な適性を有していないということである。この適正とは、すなわち操作未習熟者でも直感的に使用可能な操作性を実現する手段と、未習熟者を含めた広いターゲットに普及可能な安価で小型化可能な構造との両立である。上に挙げた発明例はいずれも、マウスやトラックパッドの様な単純な構造ではあるが操作方法への理解と慣れを要するものと、特開2002-215316等のように操作自体は簡単であるが、小型化や省コスト化が困難であるもののいずれかである。現状では操作に未習熟な使用者は、訓練を経て操作法を習得するか、あるいは操作性に注視して価格やサイズの点で不利なシステムを購入するかのいずれかの選択を迫られることとなる。このような状況は中高齢者を中心として操作未習熟者のデジタル機器等への拒否感を増大させ、デジタルデバイドを拡大させる大きな要因である。
【０００６】
第二の問題点は、既存の技術および発明がいずれも今日的な多様なニーズに応え得る柔軟性を有していない点である。情報技術の拡大に伴って、今日では従来想定されていなかった様々な機器で利用者対機器、あるいは利用者対利用者が情報を容易に入出力することが求められている。また、それらが利用される環境もデスクトップ型パーソナルコンピューターのような安定な平面上であることはむしろ少なくなりつつあるとさえ言える。今日的な多様な要求に応えるためには入力デバイスはどのような場所、姿勢でも同様に使用可能で、かつ、前項にかかる課題でもあるが、どのような機器にも組み込みやすい廉価で簡明な構造であることが求められる。
しかしながら既存の技術と発明においては、マウスやトラックパッドのような比較的簡明で普及しているデバイスは用途として主にパーソナルコンピュータを想定しており、操作に際して平らな面を必要とするなど極めて限定的な環境でしか効率的に機能することができない。他方、操作面を必要としないデバイスは前項において述べたようにコストや構造の複雑さなどの点から多様なニーズに応えることは困難であるのが現状である。
【０００７】
上記に掲げた問題点をまとめると以下の３つに要約される特徴を有するポインティングシステムが今日待ち望まれていることは疑いないと信ずる。一つ目は、操作に不慣れなユーザーにも直感的に使用できる操作性を持つことである。具体的にはポインティングデバイスの指し示す方向とユーザーが指示しようとする点が一致することである。二つ目は、幅広い利用環境において快適な利用ができる構造を有することである。具体的には使用に関して使用場所や使用姿勢を限定されないことである。三つ目は様々な機器に組み込めるよう簡明な構造で、同等の機能を実現しようと試みる従来技術より低コストでの製造が可能であることである。
【０００８】
そこで本発明は、様々なホスト機器に接続することでユーザーが指示した読み取り領域内の点の位置及びボタン操作等の付随情報をホスト機器に入力することを可能にするもので上記の特徴を有するポインティングシステムを実現する手段を課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明であるポインティングシステムは、操作部、検出部及び主制御手段からなる。操作部は電磁波発振手段・電磁波調整手段・電力供給手段・操作部制御手段及び制御情報入力手段を最低限の構成とする。検出部は電磁波検出手段及び検出部制御手段を最低限の構成とする。
【００１０】
まず操作部について概要を示す。電磁波発振手段は電磁波を発振し、電磁波調整手段はこの電磁波が電磁波照射平面に扇形に広がる平面波となるように電磁波の照射範囲及び照射方向を調整する。電磁波照射平面とは指示直線を含む平面であって指示直線を中心軸として回転する平面である。指示直線とは操作部に固定されたある点を起点として操作部が指示する方向を向く半直線である。操作部制御手段は制御情報入力手段及び主制御手段からの入力に基づいて、必要に応じて電磁波発振手段・電磁波調整手段・電力供給手段及び主制御手段に必要な情報を出力し制御する。電力供給手段は操作部内臓の電源又は外部電源からの電力供給を管理し操作部各部への電力供給を制御する。制御情報入力手段はユーザーに制御情報を入力する手段を提供し、その手段からの制御情報を操作部制御手段へ伝達する。次に検出部について述べる。電磁波検出手段は操作部より発せられた調整済み電磁波を検出する。検出部制御手段は電磁波検出手段が検出した情報を主制御手段に伝達する。最後に主制御手段について述べる。主制御手段は操作部と検出部とホスト装置との間での情報の入出力及び変換を制御する。以上の手段を有する操作部は、操作性に十分注意して軽量かつコンパクトに実現することが好ましい。
【００１１】
これより、例を交えて本発明の具体的説明をおこなう。まず電磁波発振手段は、その発生する電磁波が回折の効果が少なく直進性を有する波長の比較的短い電磁波がよい。望ましくはマイクロ波以上の電磁波、さらに望ましくは赤外線以上の電磁波である。ただしこれらより長い波長を用いてもそれに応じた実装をすればまったく問題はない。どの波長の電磁波を使うかは実施の形態と使用環境に応じて決めればよい。電磁波発振手段は、LEDやレーザーダイオードを用いれば容易に実現できる。この際、想定する使用距離に応じて素子の出力を選ぶことになるが、大出力に対応できる点でレーザーは応用性が高い。電磁波発振手段には、出力をあげるために又は望む照射範囲をカバーするために複数個の素子が用いられることもありうる。
【００１２】
電磁波調整手段は、レンズや鏡等から構成する光学系を用いて簡易に実現可能である。電磁波照射平面を回転させる方法としては例えば、モーターなどの回転機を用いて光学系を回転させることで電磁波照射平面を回転させる方法が考えられる。
【００１３】
電力供給手段は操作部がワイヤレスの場合は電池を用いる。望ましくは充電可能な電池を用いるとよい。操作部はワイヤレスの方が操作性がよいが、消費エネルギーが大きくなる場合又はワイヤレスでなくても構わない場合は有線により外部電源から電力をとる。
【００１４】
制御情報入力手段は、ボタン式、スライド式、回転式又はその他の方式のスイッチより構成する。スイッチの種類や数は実施の形態に大きく依拠する。例えばコンピュータ用のポインティングデバイスとして実施するなら、クリック相当動作を入力するためのスイッチが必須である。
【００１５】
操作部制御手段は制御信号を生成するための各種素子よりなる。具体的な構成は実施の形態による。例えばレーザーダイオードを用いる場合においては、レーザーダイオードに付随するフォトダイオードからの入力をフィードバックすることによりレーザー出力を望む目的値にあわせるようなフィードバック制御をおこなう回路を実装するなどであるが、これらは基礎技術であるから通常の技術者が当然に理解しているところであり説明する必要はないだろう。
【００１６】
次に検出部について説明する。電磁波検出手段は、対応する操作部の電磁波発振手段が発振する電磁波に感知領域がある光学センサやマイクロ波センサなど当該電磁波を検出できる素子により構成する。この素子はある閾値以上に電磁波強度があるかないかを判断できるもので十分である。例えばフォトダイオードなどを使用すると安価であってよい。もちろん、センサはシステムにあわせてその感知精度、反応速度、感知範囲、などの面から適切なものを選ぶ必要があることはいうまでもない。また、必要に応じてセンサは不要な電磁波をカットするための機構を備えるべきである。検出部制御手段は、センサを管理する機能及びセンサで得た情報を主制御手段に渡す機能を構成する制御回路よりなる。検出部は対象の表示装置に直接取り付けてもいいし、表示装置に取り付けられるように設計された支持体上に配置してもよい。
【００１７】
最後に主制御手段について説明する。主制御手段はポインティングシステム全体を制御する。主制御手段はホスト装置の演算装置を利用するプログラムとして又は専用のハードウェアとして又はそれら両方の結合によって実現すればよい。なお主制御手段と操作部間、主制御手段と検出部間及び主制御手段とホスト装置間の情報のやりとりは有線又は無線のどちらを用いてもかまわない。主制御手段の最も重要な機能は、センサから得られた情報をもとにポインティング位置を特定し、ホスト装置に伝えることである。この計算方法について以下で説明を行う。
【００１８】
説明の簡便のために一つの例を挙げて説明することとする。ポインティングデバイスが指示直線からはかって片側のみに電磁波を放射する場合で、座標入力を行おうと欲す領域を内包する矩形領域Rの４頂点のうちいずれか３頂点に各々電磁波センサを１こづつ配し、さらにRの辺のうち辺の２端点が先ほどの３頂点に含まれる２辺の中点にそれぞれ電磁波センサを１こづつ配置し、計５個のセンサによって入力座標の特定を行う方法について説明する。これは請求項１及び請求項５記載の発明に相当するものである。
【００１９】
まず、電磁波照射源P'を始点とし、指示方向を向く半直線LがRと交わる点、即ち、入力を意図する座標点をPとする。
また、Lを回転軸としてLの始点方向から見て角速度ωで回転する平面をSとする。電磁波は、Lを含む直線で２分されたSの半平面上にP'から照射するものとする。五個のセンサをωの向きに順にそれぞれa1からa5とする。さらに、Lを法線としP'を通る平面に、Rを正射影した平行四辺形領域をR'とする。そしてさらにa1からa5がR'に正射影した点をa1'からa5'とする。
【００２０】
おのおののセンサについて見ると操作部が移動や回転をしない限りにおいてはセンサは一定の周期で電磁波を感知することとなる。電磁波照射平面の回転が十分に高速であるならば、電磁波を放射する平面が一回転する間の操作部の移動又は傾きの変化による指示位置の変化及び操作部自身の回転による影響は無視できる。そこでSが一回転する間に指示位置が一定であり且つ操作部自身は回転しないという近似のもと計算を行う。この近似の精度はωの大きさを大きくすることであげることができる。
【００２１】
センサa1が電磁波を感知した時点をt1とし、t1の後にa2からa5がそれぞれ最初に電磁波を感知した時点をそれぞれt2からt5とする。ここでθ2からθ5をθ2=∠a2'P'a1'、θ3=∠a3'P'a2'…θ5=∠a5'P'a4'とすると、θ2からθ5がθ2=ω|t2 - t1|、θ3=ω|t3 - t2|…θ5=ω|t5 - t4|として求まる。これよりこれら４つの角を用いてポインティング位置Pを計算できる。計算は初等数学のみによって容易に求められるので結果のみ示す。ここでa3からa1に向かうベクトルをv1、a3からa5に向かうベクトルをv2とすると、Pは、係数k1及びk2を用いてk1×v1＋k2×v2とあらわせる。そしてこのk1及びk2は以下で定義される計算量Q1,Q2,Q3を用いればk1=Q1/Q3,k2=Q2/Q3で求められる。計算量Q1,Q2,Q3は、q2からq4をq2=tan(θ2)、q3=tan(θ2+θ3)、q4=tan(θ4)、q5=tan(θ4+θ5)と定義したもとで、Q1=-q2q4q5(1+q3q3)、Q2=-q3(q5-q4)(q3-q2)、Q3=q3(2q4-q5)(q3-q2)+q4q5(q3-2q2-q2q3q3)である。
【００２２】
ポインティングデバイスが指示直線からはかって両側に電磁波を放射する場合（請求項２記載の発明に相当）では、片側に電磁波を照射する場合と比べて計算の仕方は少し複雑になるが１周期の間に2回位置の特定を行えるため精度をあげうる。両側に電磁波を放射する場合のポインティング位置Pの計算方法を以下に示す。
【００２３】
指示直線からはかって両側に放射される電磁波を2つに分けて考え、片側の電磁波をM1もう片側の電磁波をM2としておく。Pがセンサを配置した３頂点（これは５つのセンサ配置点のうち他の中点となっている２点を除いたものをさす）がつくる３角形の外である場合は、M1とが５つのセンサを通過する時間帯とM2が５つのセンサを通過する時間帯は重ならずに完全に２分できるので電磁波を片側に放射する場合の計算を１周期の間に２度行うことができるというだけでしごく単純に解決する。Pがセンサを配置した３頂点がつくる３角形の内である場合は、M1とM2がセンサを通過する時間帯は重なってしまう。しかし、おのおのの電磁波が各センサをよぎる順番は必ずa1、a2、a3、a4、a5の順であるので、センサがM1によって反応したのかM2によって反応したのか峻別可能であって１周期の間に２系列の情報がえられる。まずa1が反応したと仮定し、この時点をt1としよう。次に反応したセンサがa2でなくa4若しくはa5であるときはこの反応は別系列の反応であると考え、この時点をt4’若しくはt5’とする。そしてa2が反応したならその時点を最初の系列の反応として、この時点をt2とする。以下同様にしてそれぞれの系列ごとに次に反応すると予定されているセンサが反応した時点を自分の系列として情報取得していけば、t1、t2、t3、t4、t5の系列とt1'、t2'、t3'、t4'、t5'の2系列が得られる。よって問題は解決できる。
【００２４】
ところで、最初に述べたとおり、５つのセンサの配置の仕方は例に挙げた方法に限らない。例えば他の配置法としては、矩形領域の4頂点にそれぞれ1個づつといずれか１辺の中点に１個で合計５つを配置する方法などがある。もちろん計算方法は配置の仕方により異なってくるが、その計算方法は初等数学的に求められるため説明は必要ないだろう。
【００２５】
また、センサを５つ以上配置した場合には、その分精度の向上や反応速度の向上が図れることはいうまでもない。
【００２６】
請求項６においては、特にセンサを８個配置することにより、精度の向上と不対象性の解消が図られている。ポインティング位置の計算は、例えば2辺上の5つのセンサを用いてする前記の計算法を1周期の間に４回行いその平均を取るなどの方法が考えられる。
【００２７】
ところで本発明は応用的な使用により指示点の位置のみならず、指示角度すなわち被指示面への指示直線の入射角も特定することができる（これは請求項８記載の発明に相当する）。このためには感知部を2枚空間的に配置し操作部からの電磁波を感知させる。それぞれの感知部において特定された指示点の位置を結ぶ直線は指示直線であるから、２枚の感知部の位置関係さえわかっていれば指示角度が計算できる。指示角度の情報は例えばガンシューティングのガンコントローラとして本発明を実施するときに役に立つであろう。
【００２８】
最後に実際の産業上の利用を考えたときの問題点とその解決法についてのべる。この問題点とは感知部に対して本来意図する操作部以外の同じ仕様をもつ他の操作部がむけられた場合の処理をどうするかということである。意図する操作部と同時に他の操作部が向けられている場合を考えると、この場合異なる位置を指す情報が同時に感知部に入力されるのであるから、これらの情報を峻別して望む操作部の指示する位置を特定する機構が必要となる。そのための方法を示す。まず指示に使用する操作部を特定するための識別情報をその操作部から入力を受ける感知部を制御する主制御手段に登録できるようにしておき、主制御手段は識別情報を用いて特定の操作部と通信できるようにしておく。次に、操作部は電磁波をずーっと出し続けるのではなく、一回転の間電磁波をだし少し間をおきまた一回転の間電磁波をだしまた少し間をおき・・・という動作にする。この時間ギャプの量はその都度ランダムに変化せる。またどれほどギャプをおいたかという情報は先の通信手段を用いて操作部と主制御手段で共有させる。これにより望む操作部からの電磁波による情報は主制御手段より時間的に特定可能となる。数回転分の情報を集めれば統計的手法により望む操作部からの情報のみを峻別できる。この方法は演算量が増える、位置決定までに時間がかかる等の問題があるが前者は演算装置の性能をあげることにより、後者は回転速度をあげることにより対処すればよい。またこの方法によれば一般の外乱による影響も取り除けることを指摘しておく。
【００２９】
ところで前段落の方法によれば、操作部の登録さえ行えば、2つ以上の操作部からの入力を同時に認めることも可能となる。当然ギャプの値は操作部ごとに異なるように設定される必要がある。これによれば会議システム等において多人数が一つの画面に対して操作を行うといった場合にも対応できることになる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明により課題の項に詳細に述べた従来のポインティングデバイスが持っていた問題点が解消される。つまり、本発明は操作に不慣れなユーザーにも直感的に使用できる操作性を持ち、幅広い利用環境において快適な利用ができ、様々な機器に組み込めるよう簡明な構造であって同等の機能を実現しようと試みる従来技術より低コストでの製造が可能であるポインティングデバイスを提供する。以下具体的な実施例に即してその効果の一端を述べる。
【００３１】
まず本発明がパソコンの入力デバイスとして実施された場合について述べる。いうまでもなく、グラフィカルユーザーインターフェイスを備えた今日のコンピューターはほぼ例外なくなんらかのポインティングデバイスを用いて操作を行なう必要がある。しかしながら、すでに述べたように従来のポインティングデバイス、殊にノート型パーソナルコンピュータのポインティングデバイスは決して使いやすいものではなかった。コンピューターが、極一部の限られた人々によってのみ利用されていた時代にはそれはさしたる問題ではなかったかもしれない。しかし、今日社会にコンピューターが浸透し切っている状態においては操作性の悪さは一部の人々を社会から隔絶するデジタルデバイドの大きな要因である。この問題を多くの人々が意識していたからことはポインティングデバイスに関する多様な特許案からも理解できる。本発明はこの問題に対し解決を与えるのであるから有用性は計り知れない。本発明のポインティングデバイスを利用可能となったコンピューターにおいては、利用者は習熟度に関わらず、また、作業スペースや作業姿勢を制限されることなく幅広い状況で快適にコンピューターを使用することができるようになるのである。
【００３２】
本発明がテレビのリモコンにおいて実施され時の効果を述べる。テレビの操作はこれまで一般的に板状の装置にボタンが並んだリモコンが用いられてきた（以下本発明と区別するため「従来のリモコン」と表記）。テレビがただ純粋に受像機としてのみ機能し、画面にはただブロードキャストされた映像情報のみが表示される状態においては、この従来のリモコンによる操作は極めて効率的なものとして社会に受け入れられてきた。この状態においては利用者がテレビに対して命じる事は電源の入切とチャンネルの切り替えが主であり、これらの操作に対しては利用者はリモコンのボタンだけを見て適切な操作をする事ができたし、一対一に対応した機能とボタンの関係を覚えてしえば、もはや画面もリモコンも見る事なく操作する事も容易に可能であった。しかしながら今日テレビは双方向化が進みつつあり、また、合理的な形でのインターネットとの融合も広く要求されていることで、単なる受像機から利用者が自身の要求や意思を入力し、発信するための機器へと生まれ変わりつつある。この状況の元において本発明は操作が直感的であり容易な入力手段を従来のリモコンに付加すること可能とする。
【００３３】
本デバイスのポインティング機能が生かされるのは利用者が画面の中を見ながらその中の一点を指示選択する事により求める情報の送受信を行なう場合である。例えば双方向の天気予報番組を想定する。この番組において利用者は日本全国の中から任意の都道府県を選択し、その都道府県の天気予報情報を取得できるものとする。従来のリモコンを利用しての操作の場合、リストに一覧された都道府県名を矢印キーで選択し、その後「決定」等のボタンを押す事で実現されると想像される。しかし、都道府県のように数の多いものの中から一つを選択するためには何度もボタンを押さなければならない上、複数のボタンを使用するため手元のボタンと画面の両方を見る必要が生じてしまう。本発明のデバイスにおいては利用者は画面の任意の点を指示する事が可能であるので、都道府県をリストにするような表示では無く例えば日本地図を表示し、好きな地点に操作部を向け操作ボタンを押せばよい、というような直感的なインターフェイスが実装可能である。視覚的に理解可能な操作法により利用者のみならずコンテンツ提供者にもリモコンのボタン配置に依存しない自由な情報提供が可能となる。しかも本発明によれば上記の機能を直感的なインターフェイスで提供するので未習熟者でも簡単に操作できるのである。
【００３４】
本発明がゲームのコントローラとして実施されたときの効果を述べる。この分野において本発明と同様に直接に目的を指示しようというこころみは、いわゆる「ガンシューティング」と呼ばれるゲームにおいて既に一応の実現がなされている。しかしながらこの既存技術は表示装置の垂直同期を利用して指示位置の変化を算出する構造であり、そもそもCRTのような限定された表示装置との組み合わせにおいてしか使用することが出来ないという重大な欠点がある。現在、新規に生産されるテレビの大部分が液晶になりつつあることを考慮するならは、この従来技術の将来的実用性には大きな疑問を持たざるを得ない。本発明はこの従来技術の欠点を克服しており高い有用性がある。
【００３５】
実際の使用については多くが最初のテレビ装置における例と重複するので細説を省く。利用者はゲーム中の敵キャラクターに操作部を向けて引き金型ボタンを押すことによりこれを倒すことができるほか、その他のゲーム要素の進行や設定等あらゆる操作を操作部による方向指示とボタン操作により直感的に行うことができる。直感的な操作を簡単にかつ、表示装置に依存せず実現可能な本発明が、世界における日本の重要な産業であるゲーム・エンターテイメント産業において多大な貢献をもたらすであろうことは間違いのないものと考える。
【００３６】
次に本発明が会議システムにおいて実施されたときの効果を述べる。従来の技術に関連して述べた通り、会議の、特にプロジェクターを用いたプレゼンテーションにおいては、演者が立ったまま操作できるよう従来のマウスに代わるデバイスがいくつか実現されている。しかしながらこれらの従来技術うち、高度な機能を有するものはいずれも高価である。単に演者がプレゼンテーションするだけであればページ送り程度の単純な機能を持ったリモコンを用いるかあるいは人間のオペレーターを用意する方が現実的である、というのが現状であった。本例では実施の範囲をプレゼンテーションのような限定的なものに定めるのではなく、より効率的な会議を行なうこと全体に着目して説明していく。現在、会議においてプロジェクターを用いること自体は極めて一般的になっている。しかし、実際どのような場面においてプロジェクターが使用されているのかを考えてみると、多くの場合、利用は特定の演者が事前に用意したスライドを表示するだけであり、本質的にはOHPを使用した場合となんらかわりない事がわかる。高価なプロジェクターも、スライドが終われば大抵用済であり、あとの議論はホワイトボードにマジックで書くことで進められることになる。しかし、この方法ではプレゼンテーションとその後の議論の連続性が断たれる上、プレゼンテーションにおいて示された図表等について言及する場合、意思の疎通を計るのが困難であるという問題がある。また、議論を進めていくにあたっても、言葉で簡単に述べることのできる事柄であればよいが、そうでないものは説明に苦心することとなりスムーズな議事の進行を妨げることになる。これを解決する最も簡単な例が一人ひとりLAN接続されたノートパソコンを使用する例であるが、この方法では会議の参加者が皆が面ばかりを見る結果となり、そもそも一つ所に会議を行なう意味がなくなってしまうので、やはり望ましい解決策としては除外されるべきものであろう。
【００３７】
本発明によれば、プレゼンテーションのように一人の演者が説明を行なう場合には、演者は本発明を用いてスライド等の操作ができる他、スライド上の注目を要する場所に印をつけることもできる。本デバイスは操作性に優れたものであるので、スライド以外の他のソフトウェアを使用することも容易である。特にコンピュータに関連してソフトウェアそのものを使ってみせる場合、則ちIT産業やパソコン講習会演者自身が操作をしてみせることは非常に大きなアピールとなる。従来このように場面では操作そのものをオペレーターに頼るか、さもなくば一旦コンピューターの前に腰をおろして操作をしなければならなかったが、本発明を使用すればそのような必要はない。必要な時に説明をしなが操作をしてみせることが可能になるのである。さらに、本発明を用いることによる利点は、参加者全員によるディスカッションにおいてより明確になる。何か意見や質問のある参加者は自分のペン型操作部を使用することで席を立つ事なくスクリーン上の気になる点を指し示したり、自由に書き込みを行なうことができるのである。言葉で説明することが困難な内容であっても、図示しながら話すことで全体の理解を得やすくなり会議のスムーズな進行と、より深い議論に大きく寄与することが期待できる。パソコンに適切なアプリケーションプログラムをインストールしておくことで同時に複数の書き込みが行えるようにすればよりアクティブな議論が行える。無論それが実現できない場合でも、操作部に特定の押し込み式のボタンを設けこれが押し込まれている間その操作部からの信号を優先的に処理するような仕組みをつくるなどすればなんら問題はない。本実施例においては参加人数に比例するコストは操作部のみであり、決して高価な投資ではない。一方本例の実施により、会議全体が効率化される上、会議全体を電子ベースで行なうことが可能となり、社内リソースのより効率的な利用が見込まれる点でも大変有意義であると言えるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明は広い応用範囲を有し様々な用途に供する事が可能なものであるからして、何が最適な利用の形態であるかを断定することは大変困難である。ここでは早期的な実現が要求されることと利益を享受する人口が大きいという点に注目し、本発明をパーソナルコンピューター、特にノートブックタイプのパーソナルコンピューターのポインティングデバイスとして使用する例を本発明の最適な実施の形態として以下述べる。特に重点的には、本発明が組み込まれていない従来のコンピューターに本発明のポインティングデバイスをあとから組み合わせる場合について説明する。既存のノート型コンピュータに本発明のポインティングデバイスを新たに導入するにあたっては、利用者はまず、本発明のポインティングデバイスのセットを入手する。このセットは操作部、感知部及び演算部のハードウェアとして提供される部分が一体となった装置（以下特に断らない限り感知部にはこの演算部のハードウェア部分を含むものとする）、感知部とコンピューターを接続するためのUSB等の汎用に接続可能なケーブルを最低の構成とし、必要な場合にはこれに演算部の一部として機能するドライバソフトウェアを含めることとする。感知部はディスプレイのサイズに合わせた矩形のフレーム上に本発明の要件を満たす様にセンサを配置し、センサに接続された演算素子群と演算素子群に接続されたコンピュータとの接続のためのコネクタを持つ。このフレームの大きさはディスプレイサイズに合わせていくつかの種類が提供される。あるいはフレームを伸縮可能な構造にすることで一つのフレームで複数サイズのディスプレイに対応できるようにしても構わない。操作部はペン型として、内部電源と無線機能によりコードレスを実現したものとする。操作部にはコンピューターの操作に一般的に必要な1つまたは2つのボタンの他に異なった機能を持ったボタンやスクロールホイール等を配置してもよい。利用者のスキルと利用目的に合わせてバリエーションが提供されるべきである。導入のための作業としては、利用者はまず感知部をディスプレイ外周に合わせて配置、固定する。この後、ケーブルにより感知部とコンピューター本体とを接続すれば設置作業は完了である。この後、必要であればドライバソフトウェアをインストールするが、基本的な動作についてはOSの汎用ドライバで処理することも可能である。本デバイス演算部はコンピュータとの接続が行なわれるとすぐに感知部と遠隔の操作部を使用可能な状態にする。無論ここまでの説明は既存のコンピューターに本発明を後から付加するための手段であり、本発明をあらかじめ組み込んで生産されたコンピューターについてはこの限りではない。本発明が組み込み済のコンピューターでは、利用者は基本的に何のセットアップ作業も必要としない。留意すべきは本発明が既存のコンピューターにも簡単に適用可能な点である。
【実施例１】
【００３９】
本発明はもとより多様なニーズに大して安価でかつ使いやすいポインティングデバイスが求められている現状に鑑みて提案されたものであり、その実施形態もまた多様に想定される。ここでは想定される多くの実施形態のうち、社会全体に広く利益を提供し、かつ本発明の特徴を説明するのに適当な実施例をいくつか挙げる。
【００４０】
テレビをホスト装置として本発明を実施する例として、本発明は以下の構成を持つものとする。まず、操作部は内部に二次電池に電源供給手段を持ち、また、通信手段としては無線を使用するものとする。操作部の形状は従来のリモコンと同様のものであってよいが、従来のリモコンの電源、チャンネル等の基本的なボタンと押しやすい位置に一つの操作ボタンが配置される事を特徴とする。感知部は詳細な説明であげられているどのようなものであっても大差はない。演算部は入出力を管理する素子とテレビ本体に内蔵されるドライバソフトウェアによって構成されるものを想定する。
【００４１】
装置の使用開始に際しては利用者は操作部の電源ボタンを押すことにより操作部及び本デバイス全体及びホスト装置の電源を入れる事が可能である。また、従来のリモコン同様チャンネルに対応したボタンが設けられており、混乱無く従来の操作が可能である。これらの従来同様の操作体系に関しては本デバイスの通信手段を用いて通信を行なってもよいし、コストや互換性の問題によっては本デバイスに従来のリモコンの通信手段を併蔵させる事も問題ない。ただし、後者の場合には本デバイスの出す電磁波のと従来のリモコンの通信手段の出す電磁波が互いに識別可能であるよう調節される事を前提とする。
【実施例２】
【００４２】
次に本発明を家庭用ゲーム機において実施する例について述べる。この例では利用者は表示装置、ゲーム機及びコントローラとして本発明によるポインティングデバイスを用いる。表示装置は液晶テレビやプロジェクターによる投影等どの様な形体のものであっても構わない。ゲーム機についても本発明が使用可能なものであればどの様なものでも問題は無い。また、ゲーム機によって実行されるコンテンツソフトウェアも、ここでは代表例としてシューティングゲームを取り上げたが、無論他の種類のものでも構わない。本発明のポインティングデバイスの直感的操作がメリットとなるあらゆる種類のソフトウェアが対象となりうる。さらに本発明のポインティングデバイスは操作部の形状を銃様とし、引き金型等のいくつかのボタンを配し、かつ演算部との通信手段として無線通信が可能であるものとする。但し、これは対象としてシューティングゲームを中心に想定する仕様であり、操作の対象を拡張ないしは変更する場合はこの限りでは無い。多様なソフトウェアにおいて使用することを前提とするならばより汎用的な形状となることが望ましい。感知部は矩形のフレーム上に本発明の用件を満たすように５つ以上のセンサが配置されたもので、演算部と無線または有線で通信を行うものとする。このフレームは利用者の表示装置に合わせていくつか大きさの異なるものを用意しても良いし、フレーム部分に伸縮可能な構造を使用することで様々な大きさの表示装置に対応できるようにしても良い。いずれにせよ、利用者は初回利用時に感知部のフレームを表示領域の外周に合わせて設置し、電源等の接続を行うだけで良い。
【００４３】
無論ここまでの構成は本発明をゲーム機用としてのみ実施する場合についてのものである。最初の例で述べたようにテレビ装置自体の操作デバイスとして既に本発明が実施されている場合には感知部及び演算部はテレビ装置に組み込まれた本発明のものを用いればよい。
【実施例３】
【００４４】
二番目の実施例の応用的実施として、本発明の特徴を説明するため三番目の例にゲームセンターや縁日等で行われる射的を取り上げる。射的は基本的には複数の的それを打つための銃様の装置から構成される。利用者はこの銃様装置を的に向けて引き金を引く。これにより銃様装置から玉が発射され、的にあたったか否かが視覚的に判定される。基本的には説明の必要も無い程に単純なシステムであるが、しかし一方でこの旧来の射的は重大な危険性を持っていると指摘される。この危険性とは則ち銃様装置から発射される玉の危険性である。いくら金属製の玉を使用しないとはいえ、遠隔の的まで玉を飛ばす以上、その初速は相応のものでなければならない。万一誤操作や子供の悪戯で人のいる方向に玉が発射された場合、大きな事故になることも十分に想定される。だからといって事故防止の為に子供の利用を禁じたり、遊技空間を外界から隔離するような方法は本来の娯楽の性質からいって不適当であるといわざるを得ない。
【００４５】
この問題を本発明を用いて解決する具体例を以下に示す。ここで解決すべき課題とはすなわち縁日のような場所で使用することの可能である可搬性を備えた安価な手法を持って安全で且つ娯楽性を損なわない射的システムを構築することである。使用するのは無線通信可能な本発明のポインティングデバイス操作部を含む銃様装置、台上に配置され、電気信号により倒したり起こしたりといった動作の可能な一つ以上の的、利用者から見て全ての的を含む矩形領域の周上に配置された5つ以上のセンサを含む本発明のポインティングデバイス感知部、及び本発明のポインティングデバイス演算部を含む演算装置である。無論これは最小の構成であり、このほかにスピーカーや得点表示装置等を接続しても良い。利用にあたっては利用者は旧来の射的同様銃様操作部を任意の的に向けて引き金を引けば良い。この際旧来の射的と異なるのはこの操作部から玉の代わりに無線信号が発せられる点である。利用者に対しては操作部にスピーカー等を内蔵して音や衝撃を発することで手ごたえをフィードバックすれば良い。操作部から発せられた引き金信号は演算部において感知部からの指示位置情報及びあらかじめ入力された的の位置情報と組み合わせて的に当たったかどうかが判定され、必要に応じて的を倒すよう信号が送られる。このようにすれば旧来と同じような感覚の射的を極めて安全に行うことができる。また、感知部のセンサーを個々に取り外し可能なものとすれば場所もとらず可搬性に優れたものとなる。残るコストの問題も、そもそも本発明が簡明な構造を解決すべき課題としてあげていることからも明らかな通り十分に解決可能である。加えて本発明が極めて広範に実施可能であることもコストダウンに大きく貢献する。例えば従来の技術に関して述べた位相差を利用した位置検出システムの場合、これを用いても一応の射的システムを構築することは可能であると考えられるが、この場合のコストは非常に高いものとなることが想像される。これは既存の発明がそれ自身低コストでの実現が難しいことに加え既存の発明が一般に広く実用に供することを想定されたものでは無く、したがってどうしても少数生産を必要とすることにある。言うまでも無いことであるが、一般に少ロットの製品は大量生産のそれとは比べものにならないコストを必要とするのである。他方本発明は既に述べたテレビの操作デバイスや後で最適な実施の形態として述べるパーソナルコンピュータ用の入力デバイスとして広く実施されることが可能である。例えばパソコン用の入力デバイスとして、すでに本発明が実施されていると仮定するならば、このパソコン用入力デバイスの操作部を銃様装置に組み込み感知部のセンサーをパソコンに組み込まれた演算部との接続を保持したまま個別に取り外して的を囲む矩形領域の周上に配置することで的本体を除くほとんどの部分を汎用の入力デバイスとしての本デバイスと安価なコンピュータにより代用することができる。さらに操作部の操作部の指示方向やボタン操作等の情報ををパソコン上で一元的に処理できるので、例えば同時に複数の利用者が引き金を引いた場合にもどちらが的に当てたかを正しく判定することができるうえ、ソフトウェアに変更を加えることで、得点表示機能をつけた��、的がもぐらたたきのように倒起する等といった様々な機能を付加することが容易に可能となる。広範な応用範囲を保持する本発明は従来その特殊性故に高いコストを支払うことを余儀無くされていた様々な分野に革新をもたらす事が可能である。
【実施例４】
【００４６】
さらに本発明を会議において使用する実施例について説明する。使用されるものは一般的なプロジェクター、スクリーン、パーソナルコンピューター、スクリーン外周に取り付けて使用する本発明のポインティングデバイス感知部、パーソナルコンピュータに接続されたハードウエア及びドライバソフトウェアから構成される本発明のポインティングデバイス演算部、加えて一つ以上複数の本発明のポインティングデバイス操作部である。操作部はコードレスのペン型とし、通常のクリックを行なうためのボタンに加え、いくつかのファンクションボタンを備えていることが望ましい。またこの操作部は会議の参加者が各々一つづつ所持することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施方法を示す模式図である。
【図２】本発明の実施方法を示す模式図である。
【図３】本発明の実施方法を示す模式図である。（最良の形態）
【図４】本発明の実施方法を示す模式図である。（実施例１）
【図５】本発明の実施方法を示す模式図である。（実施例２）
【符号の説明】
【００４８】
１  指示直線
２  電磁波放射平面  
３  被指示領域
４  指示点
５  ポインティングデバイス
【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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