(57)【要約】【課題】遮蔽物があってもポインタ機能を発揮すると共に、利便性の高いポインティングシステムを提供する。【解決手段】ポインティングシステム１は、空間内の任意の異なる位置に設けられ、超音波を発信する複数のスピーカ２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、ポインティングデバイス１０上の任意の位置に設けられ、超音波を受信する複数のマイク１０ａ、１０ｂと、各マイク１０ａ、１０ｂが、各スピーカ２０ａ、２０ｂ、２０ｃから受信した音波に基づいて、各マイク１０ａ、１０ｂの空間上の位置を推定し、推定した各マイク１０ａ、１０ｂの空間上の位置に基づいて、ポインティングデバイス１０の指示方向を特定する方向ベクトルを推定すると共に、ポインティングデバイス上の任意の一点を通り、方向ベクトルと平行な直線と平面としてのスクリーン２０との交点を推定するＰＣ３０と、を備える。【選択図】図１
2011008722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポインティングデバイスが指し示すスクリーン上の位置を推定するポインティングシステムであって、
空間内の任意の異なる位置に設けられ、音波を発信する複数の音波発信装置と、
ポインティングデバイス上の任意の位置に設けられ、音波を受信する複数の音波受信装置と、
前記各音波受信装置が、前記各音波発信装置から受信した各音波の到達時間より算出した前記各音波受信装置と前記各音波発信装置との距離に基づいて、前記各音波受信装置の空間上の位置座標を推定する位置推定部と、
前記推定した音波受信装置の各座標の任意の二点を結ぶ直線、または、前記推定した音波受信装置の各座標の任意の一点と前記推定した音波受信装置の各座標の重心とを結ぶ直線と、既知である前記ポインティングデバイスの方向を示すベクトルとの角度差に基づいて、前記ポインティングデバイスの指示方向を特定する方向ベクトルを推定すると共に、前記ポインティングデバイス上の任意の一点を通り、前記推定した方向ベクトルと平行な直線と平面としての前記スクリーンとの交点を推定する指示点推定部と、を備えることを特徴とするポインティングシステム。
【請求項２】
ポインティングデバイスが指し示すスクリーン上の位置を推定するポインティングシステムであって、
空間内の任意の異なる位置に設けられ、音波を発信する複数の音波発信装置と、
ポインティングデバイス上の任意の位置に設けられ、音波を受信する複数の音波受信装置と、
前記各音波受信装置が、前記各音波発信装置から受信した各音波の到達時間より算出した前記各音波受信装置と前記各音波発信装置との距離に基づいて、前記各音波受信装置の空間上の位置座標を推定する位置推定部と、
前記推定した音波受信装置の各座標の任意の二点を結ぶ直線、または、前記推定した音波受信装置の各座標の任意の一点と前記推定した音波受信装置の各座標の重心とを結ぶ直線と、既知である前記ポインティングデバイスの方向を示すベクトルとの角度差に基づいて、前記ポインティングデバイスの指示方向を特定する方向ベクトルを推定すると共に、前記ポインティングデバイス上の点を通らず、前記推定した方向ベクトルと平行な直線と平面としての前記スクリーンとの交点を推定する指示点推定部と、を備えることを特徴とするポインティングシステム。
【請求項３】
ポインティングデバイスが指し示すスクリーン上の位置を推定するポインティングシステムであって、
ポインティングデバイス上の任意の位置に設けられ、音波を発信する複数の音波発信装置と、
空間内の任意の異なる位置に設けられ、音波を受信する複数の音波受信装置と、
前記各音波受信装置が、前記各音波発信装置から受信した各音波の到達時間より算出した前記各音波受信装置と前記各音波発信装置との距離に基づいて、前記各音波発信装置の空間上の位置座標を推定する位置推定部と、
前記推定した音波発信装置の各座標の任意の二点を結ぶ直線、または、前記推定した音波発信装置の各座標の任意の一点と前記推定した音波発信装置の各座標の重心とを結ぶ直線と、既知である前記ポインティングデバイスの方向を示すベクトルとの角度差に基づいて、前記ポインティングデバイスの指示方向を特定する方向ベクトルを推定すると共に、前記ポインティングデバイス上の任意の一点を通り、前記推定した方向ベクトルと平行な直線と平面としての前記スクリーンとの交点を推定する指示点推定部と、を備えることを特徴とするポインティングシステム。
【請求項４】
ポインティングデバイスが指し示すスクリーン上の位置を推定するポインティングシステムであって、
ポインティングデバイス上の任意の位置に設けられ、音波を発信する複数の音波発信装置と、
空間内の任意の異なる位置に設けられ、音波を受信する複数の音波受信装置と、
前記各音波受信装置が、前記各音波発信装置から受信した各音波の到達時間より算出した前記各音波受信装置と前記各音波発信装置との距離に基づいて、前記各音波発信装置の空間上の位置座標を推定する位置推定部と、
前記推定した音波発信装置の各座標の任意の二点を結ぶ直線、または、前記推定した音波発信装置の各座標の任意の一点と前記推定した音波発信装置の各座標の重心とを結ぶ直線と、既知である前記ポインティングデバイスの方向を示すベクトルとの角度差に基づいて、前記ポインティングデバイスの指示方向を特定する方向ベクトルを推定すると共に、前記ポインティングデバイス上の点を通らず、前記推定した方向ベクトルと平行な直線と平面としての前記スクリーンとの交点を推定する指示点推定部と、を備えることを特徴とするポインティングシステム。
【請求項５】
前記交点を前記ポインティングデバイスが指示する指示点として画面に表示する表示部をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のポインティングシステム。
【請求項６】
前記表示部に表示されている画面を、前記スクリーンに投影する投影装置をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のポインティングシステム。
【請求項７】
前記ポインティングデバイスの一定の動作を検出する、または、前記ポインティングデバイスを一定の方向に移動させることにより、コンピュータシステムに対するクリック操作として検出することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のポインティングシステム。
【請求項８】
前記ポインティングデバイスに識別子を付加することにより、複数のポインティングデバイスを識別することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のポインティングシステム。
【請求項９】
前記ポインティングデバイスは、ポインティングデバイス、携帯電話機、電話機、カメラ、マイク、定規、ペン、眼鏡、ヘッドフォン、指輪、ネックレス、イヤリング、ピアス、楽器、指揮棒、腕時計、リモコンまたはゲーム機コントローラのいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のポインティングシステム。
【請求項１０】
前記スクリーンは、スクリーン、ディスプレイ、テレビ、ビルの壁面、窓、ガラス、鏡、またはゲーム機のいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の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、ポインティングデバイスが指し示すスクリーン上の位置を推定するポインティングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プレゼンテーションにおいてオブジェクトを指示するために、指示棒が使われていた。しかし、指示棒が届く範囲には限界があるため、大画面を利用する場合は、ポインタ機能を有するデバイスが必要となる。
【０００３】
特許文献１に開示されている技術では、指示棒の先端と画面上の複数の位置との間で超音波の送受信を行なわせ、その送受信に要する時間に基づいて距離を求め、指示棒の平面位置座標を推定し、指示点を表示する。また、特許文献２に開示されている技術では、ポインティングデバイスから赤外線および超音波を同時に出力し、赤外線を画面上のフォトダイオードで受光すると共に、超音波を画面上の２つのマイクでそれぞれ受信する。そして、赤外線が受光されてから超音波が受信されるまでの間の時間差に基づいて、マイクからデバイスまで距離を求め、その指示点を表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１２５７４０号公報
【特許文献２】特開２００５−１２２５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、指示棒の平面位置座標を推定し、指示点を表示するため、指示棒がスクリーンに近い場合に限られてしまう。このため、指示棒がスクリーンから離れている場合は、この技術を使うことができない。また、特許文献２に開示されている技術では、送受信における時刻同期を取るために赤外線を用いるが、ポインティングシステムに赤外線送受信機を装着する必要がある。このため、ポインティングデバイスが大型になると共に、ポインティングシステムが高価なものになってしまう。さらに、ポインティングデバイスと受光部との間に遮蔽物などがあると、推定精度が劣化しやすい。
【０００６】
従来からレーザポインタが知られているが、指示点検出するためには、スクリーン表面に受光素子を敷き詰めたり、カメラで指示点を撮影したりするなどの必要があり、ポインティングシステムの価格が著しく上昇してしまう。光波に識別子を埋め込ことで複数のポインティングデバイスを識別するシステムを構築することが困難である。さらに、遮蔽物がある場合は、オブジェクトを指示すること自体できない。
【０００７】
ＧＰＳ（Global Positioning System）は、屋外での広範囲での測位には向いているが、屋内の推定が不可能である上、民生用の利用では推定精度の課題がある。また、赤外線カメラは、暗い屋内において、画像処理により位置測定を実現できるものの、遮蔽物がある場合など、重なりが発生すると、推定精度が劣化しやすい。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ポインティングデバイスの姿勢（方向）を求めることにより、ポインティングデバイスがスクリーンから離れている場合でもポインタ機能を実現する。また、赤外線を利用しないことにより、小型で安価かつ利便性の高いポインティングシステムを提供する。とりわけ、ポインティングデバイス側で音波を受信するポインティングシステムにおいては、安価かつ省電力なポインティングデバイスを実現する。さらに、受光素子の敷き詰めやカメラの設置をすることなく、指示点としてコンピュータへ渡す位置座標を検出することができる。また、ポインティングデバイスに識別子を付加することにより、複数のポインティングデバイスを識別するシステムを構築することができる。さらに、遮蔽物があってもポインタ機能を発揮できる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明のポインティングシステムは、ポインティングデバイスが指し示すスクリーン上の位置を推定するポインティングシステムであって、空間内の任意の異なる位置に設けられ、音波を発信する複数の音波発信装置と、ポインティングデバイス上の任意の位置に設けられ、音波を受信する複数の音波受信装置と、前記各音波受信装置が、前記各音波発信装置から受信した各音波の到達時間より算出した前記各音波受信装置と前記各音波発信装置との距離に基づいて、前記各音波受信装置の空間上の位置座標を推定する位置推定部と、前記推定した音波受信装置の各座標の任意の二点を結ぶ直線、または、前記推定した音波受信装置の各座標の任意の一点と前記推定した音波受信装置の各座標の重心とを結ぶ直線と、既知である前記ポインティングデバイスの方向を示すベクトルとの角度差に基づいて、前記ポインティングデバイスの指示方向を特定する方向ベクトルを推定すると共に、前記ポインティングデバイス上の任意の一点を通り、前記推定した方向ベクトルと平行な直線と平面としての前記スクリーンとの交点を推定する指示点推定部と、を備えることを特徴としている。
【００１０】
このように、各音波受信装置が各音波発信装置から受信した音波に基づいて、各音波受信装置の空間上の位置を推定し、その推定した各音波受信装置の空間上の位置に基づいて、ポインティングデバイスの指示方向を特定する方向ベクトルを推定すると共に、前記ポインティングデバイス上の任意の一点を通り、方向ベクトルと平行な直線と平面としてのスクリーンとの交点を推定するので、遮蔽物があってもポインティングデバイスが指示する点を正確に把握することが可能となる。また、ポインティングデバイス側に音波受信装置が設けられているため、ポインティングデバイスの小型化を図ることが可能となる。
【００１１】
（２）また、本発明のポインティングシステムは、ポインティングデバイスが指し示すスクリーン上の位置を推定するポインティングシステムであって、空間内の任意の異なる位置に設けられ、音波を発信する複数の音波発信装置と、ポインティングデバイス上の任意の位置に設けられ、音波を受信する複数の音波受信装置と、前記各音波受信装置が、前記各音波発信装置から受信した各音波の到達時間より算出した前記各音波受信装置と前記各音波発信装置との距離に基づいて、前記各音波受信装置の空間上の位置座標を推定する位置推定部と、前記推定した音波受信装置の各座標の任意の二点を結ぶ直線、または、前記推定した音波受信装置の各座標の任意の一点と前記推定した音波受信装置の各座標の重心とを結ぶ直線と、既知である前記ポインティングデバイスの方向を示すベクトルとの角度差に基づいて、前記ポインティングデバイスの指示方向を特定する方向ベクトルを推定すると共に、前記ポインティングデバイス上の点を通らず、前記推定した方向ベクトルと平行な直線と平面としての前記スクリーンとの交点を推定する指示点推定部と、を備えることを特徴としている。
【００１２】
このように、各音波受信装置が各音波発信装置から受信した音波に基づいて、各音波受信装置の空間上の位置を推定し、その推定した各音波受信装置の空間上の位置に基づいて、ポインティングデバイスの指示方向を特定する方向ベクトルを推定すると共に、前記ポインティングデバイス上の点を通らず、方向ベクトルと平行な直線と平面としてのスクリーンとの交点を推定するので、遮蔽物があってもポインティングデバイスが指示する点を正確に把握することが可能となる。また、ポインティングデバイス側に音波受信装置が設けられているため、ポインティングデバイスの小型化を図ることが可能となる。
【００１３】
（３）また、本発明のポインティングシステムは、ポインティングデバイスが指し示すスクリーン上の位置を推定するポインティングシステムであって、ポインティングデバイス上の任意の位置に設けられ、音波を発信する複数の音波発信装置と、空間内の任意の異なる位置に設けられ、音波を受信する複数の音波受信装置と、前記各音波受信装置が、前記各音波発信装置から受信した各音波の到達時間より算出した前記各音波受信装置と前記各音波発信装置との距離に基づいて、前記各音波発信装置の空間上の位置座標を推定する位置推定部と、前記推定した音波発信装置の各座標の任意の二点を結ぶ直線、または、前記推定した音波発信装置の各座標の任意の一点と前記推定した音波発信装置の各座標の重心とを結ぶ直線と、既知である前記ポインティングデバイスの方向を示すベクトルとの角度差に基づいて、前記ポインティングデバイスの指示方向を特定する方向ベクトルを推定すると共に、前記ポインティングデバイス上の任意の一点を通り、前記推定した方向ベクトルと平行な直線と平面としての前記スクリーンとの交点を推定する指示点推定部と、を備えることを特徴としている。
【００１４】
このように、各音波受信装置が、音波発信装置から受信した音波に基づいて、各音波発信装置の空間上の位置を推定し、その推定した各音波発信装置の空間上の位置に基づいて、ポインティングデバイスの指示方向を特定する方向ベクトルを推定すると共に、前記ポインティングデバイス上の任意の一点を通り、方向ベクトルと平行な直線と平面としての前記スクリーンとの交点を推定するので、遮蔽物があってもポインティングデバイスが指示する点を正確に把握することが可能となる。
【００１５】
（４）また、本発明のポインティングシステムは、ポインティングデバイスが指し示すスクリーン上の位置を推定するポインティングシステムであって、ポインティングデバイス上の任意の位置に設けられ、音波を発信する複数の音波発信装置と、空間内の任意の異なる位置に設けられ、音波を受信する複数の音波受信装置と、前記各音波受信装置が、前記各音波発信装置から受信した各音波の到達時間より算出した前記各音波受信装置と前記各音波発信装置との距離に基づいて、前記各音波発信装置の空間上の位置座標を推定する位置推定部と、前記推定した音波発信装置の各座標の任意の二点を結ぶ直線、または、前記推定した音波発信装置の各座標の任意の一点と前記推定した音波発信装置の各座標の重心とを結ぶ直線と、既知である前記ポインティングデバイスの方向を示すベクトルとの角度差に基づいて、前記ポインティングデバイスの指示方向を特定する方向ベクトルを推定すると共に、前記ポインティングデバイス上の点を通らず、前記推定した方向ベクトルと平行な直線と平面としての前記スクリーンとの交点を推定する指示点推定部と、を備えることを特徴としている。
【００１６】
このように、各音波受信装置が、音波発信装置から受信した音波に基づいて、各音波発信装置の空間上の位置を推定し、その推定した各音波発信装置の空間上の位置に基づいて、ポインティングデバイスの指示方向を特定する方向ベクトルを推定すると共に、前記ポインティングデバイス上の点を通らず、方向ベクトルと平行な直線と平面としての前記スクリーンとの交点を推定するので、遮蔽物があってもポインティングデバイスが指示する点を正確に把握することが可能となる。
【００１７】
（５）また、本発明のポインティングシステムにおいて、前記交点を前記ポインティングデバイスが指示する指示点として画面に表示する表示部をさらに備えることを特徴としている
【００１８】
このように、交点を前記ポインティングデバイスが指示する指示点として画面に表示するので、ユーザが指示点を容易に把握することができる。
【００１９】
（６）また、本発明のポインティングシステムにおいて、前記表示部に表示されている画面を、前記スクリーンに投影する投影装置をさらに備えることを特徴としている。
【００２０】
このように、表示部に表示されている画面を、前記スクリーンに投影するので、プレゼンテーションでの利便性の向上を図ることができる。
【００２１】
（７）また、本発明のポインティングシステムは、前記ポインティングデバイスの一定の動作を検出する、または、前記ポインティングデバイスを一定の方向に移動させることにより、コンピュータシステムに対するクリック操作として検出することを特徴としている。
【００２２】
このように、ポインティングデバイスの一定の動作を検出する、または、前記ポインティングデバイスを一定の方向に移動させることにより、コンピュータシステムに対するクリック操作として検出するので、ユーザは、ボタン、スイッチ等を操作する必要がなく、ポインティングデバイスのみでクリック操作が可能となり、利便性が向上する。
【００２３】
（８）また、本発明のポインティングシステムは、前記ポインティングデバイスに識別子を付加することにより、複数のポインティングデバイスを識別することを特徴としている。
【００２４】
このように、ポインティングデバイスに識別子を付加することにより、複数のポインティングデバイスを識別するので、複数のポインティングデバイスを同時に使用することが可能となる。
【００２５】
（９）また、本発明のポインティングシステムにおいて、前記ポインティングデバイスは、ポインティングデバイス、携帯電話機、電話機、カメラ、マイク、定規、ペン、眼鏡、ヘッドフォン、指輪、ネックレス、イヤリング、ピアス、楽器、指揮棒、腕時計、リモコンまたはゲーム機コントローラのいずれかであることを特徴としている。
【００２６】
この構成により、ポインティングシステムの利用態様を拡張し、利便性を向上させることが可能となる。
【００２７】
（１０）また、本発明のポインティングシステムにおいて、前記スクリーンは、スクリーン、ディスプレイ、テレビ、ビルの壁面、窓、ガラス、鏡、またはゲーム機のいずれかであることを特徴としている。
【００２８】
この構成により、ポインティングシステムの利用態様を拡張し、利便性を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、各音波受信装置が各音波発信装置から受信した音波に基づいて、各音波受信装置の空間上の位置を推定し、その推定した各音波受信装置の空間上の位置に基づいて、ポインティングデバイスの指示方向を特定する方向ベクトルを推定すると共に、方向ベクトルと平行な直線と平面としてのスクリーンとの交点を推定するので、ポインティングデバイスがスクリーンから離れている場合でも指示する点を正確に把握することが可能となる。また、ポインティングデバイス側に音波受信装置が設けられているため、ポインティングデバイスの小型化を図ることが可能となる。さらに、ポインティングデバイスに識別子を付加することにより、複数のポインティングデバイスを識別するシステムを構築することができる。また、遮蔽物があってもポインティングデバイスが指示する点を正確に把握することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１の実施形態に係るポインティングシステムの概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係るポインティングシステム１の機能を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態に係るポインティングシステム１の動作を示すフローチャートである。
【図４】第２の実施形態に係るポインティングシステムの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の実施形態に係るポインティングシステムは、既知の位置に設置された複数のスピーカと、ユーザが使用するポインティングデバイスに装着されたマイクとの間で超音波を送受信することで、ポインティングデバイスに装着されたマイクの位置を推定する。また、ポインティングデバイスに複数のマイクを装着することにより、ポインティングデバイス上の複数の位置座標を求めることが可能となると共に、ポインティングデバイスの向き（指し示す方法）を推定し、これらの情報に基づいて、ＰＣの画面またはスクリーンに指示点を表示するポインタ機能を実現する。その結果、ポインティングデバイスがスクリーンから離れている場合であっても、ポインティング機能を発揮させることが可能となる。また、本実施形態では、赤外線等の他の無線手段を使用せず、超音波のみを用いる。その結果、ポインティングデバイスに赤外線送受信機等を装着する必要が無いため、ポインティングデバイスの小型化が可能となる。なお、スピーカとマイクとは、相互に入れ替わったとしても、発明の本質は変わらない。
【００３２】
また、本発明の実施形態に係るポインティングシステムでは、赤外線等の光（電磁波）ではなく、音波を利用する。音波とは、いずれの音域も含む概念であるが、好ましくは、１８ｋＨｚ以上の帯域を利用する。本明細書では、一例として、いわゆる超音波を用いたポインティングデバイスを示すが、本発明の技術的思想は、超音波に限定されるわけではない。
【００３３】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係るポインティングシステムの概略構成を示す図である。図１に示すように、ポインティングシステム１は、ポインティングデバイス１０と、スクリーン２０と、ＰＣ（Personal Computer）３０と、プロジェクタ４０と、から構成されている。ポインティングデバイス１０には、任意の位置に音波受信装置としての複数のマイクが設けられている。具体的には、図１では、ポインティングデバイス１０の長手方向の先端部に２つのマイク１０ａ、１０ｂが設けられている。スクリーン２０の近傍には、超音波を発信する音波発信装置としてのスピーカが複数設けられている。具体的には、図１では、３つのスピーカ２０ａ、２０ｂ、２０ｃが、スクリーン２０の３つの頂点部に設けられている。そして、マイク１０ａ、１０ｂは、３つのスピーカ２０ａ、２０ｂ、２０ｃが発信する超音波を受信する。
【００３４】
ポインティングデバイス１０とＰＣ３０とは、無線インタフェースまたは有線インタフェースで接続されており、ポインティングデバイス１０のマイク１０ａ、１０ｂで超音波を受信したときに、到達時刻を示すデータがＰＣ３０に送信されるように構成されている。ＰＣ３０では、ポインティングデバイス１０の位置、およびその指し示す方向（図１においてＰで示す）を推定すると共に、スクリーン２０上のポインティングデバイス１０の指示点の位置を推定する。推定した指示点（Ａ１）は、ＰＣ３０の画面上に表示される。なお、ＰＣ３０が３つのスピーカ２０ａ、２０ｂ、２０ｃから超音波を発信するように指示しても良いし、３つのスピーカ２０ａ、２０ｂ、２０ｃが超音波を発信したときに、発信時刻を示す情報をＰＣ３０に入力するようにしても良い。
【００３５】
ＰＣ３０は、ケーブル３０ａを介して投影装置としてのプロジェクタ４０に接続されている。ＰＣ３０の画面に表示される画像は、プロジェクタ４０を介して、スクリーン２０に投影される。その際、ＰＣ３０において推定されたポインティングデバイス１０の指示点Ａ１は、スクリーン２０上に指示点Ａ２として表示される。
【００３６】
図２は、第１の実施形態に係るポインティングシステム１の機能を示すブロック図である。ＰＣ３０の位置推定部と、３０−１は、ポインティングデバイス１０のマイク１０ａ、１０ｂが、スピーカ２０ａ、２０ｂ、２０ｃから受信した超音波に基づいて、マイク１０ａ、１０ｂの空間上の位置を推定する。また、指示点推定部３０−２は、位置推定部３０−１が推定した各マイク１０ａ、１０ｂの空間上の位置に基づいて、ポインティングデバイス１０の指示方向（Ｐの方向）を特定する方向ベクトルを推定する。また、指示点推定部３０−２は、ポインティングデバイス１０上の任意の一点を通り、方向ベクトルと平行な直線（Ｐ）と、平面としてのスクリーン２０との交点Ａ２を推定する。その他の構成については、図１で説明したとおりであるため、説明を省略する。
【００３７】
図３は、第１の実施形態に係るポインティングシステム１の動作を示すフローチャートである。まず、３つのスピーカ２０ａ、２０ｂ、２０ｃから超音波を発信する（ステップＳ１）。次に、２つのマイク１０ａ、１０ｂで、３つのスピーカ２０ａ、２０ｂ、２０ｃから発信された超音波をそれぞれ受信する（ステップＳ２）。そして、ポインティングデバイス１０から、ＰＣ３０に対して、各スピーカ２０ａ、２０ｂ、２０ｃから発信された超音波の到達時刻を送信する（ステップＳ３）。前述のとおりＰＣ３０は超音波の発信時刻を別途入手している。
【００３８】
次に、ＰＣ３０において、各スピーカ２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、各マイク１０ａ、１０ｂとの距離を算出する（ステップＳ４）。すなわち、スピーカとマイクの組み合わせ毎に超音波の発信時刻と到達時刻の差分として求めた到達時間と音速より、スピーカ２０ａ、２０ｂ、２０ｃとマイク１０ａ、１０ｂとの距離をそれぞれ算出する。
【００３９】
数式（１）は、既知の位置に設置されたスピーカの３次元空間座標をそれぞれ（ｕｉ，ｖｉ，ｗｉ）（ｉ＝１，…，ｍ）とし、ポインティングデバイス装着されたマイクの３次元空間座標をそれぞれ（ｘｊ，ｙｊ，ｚｊ）（ｊ＝１，…，ｎ）として、各スピーカと各マイクとの距離ｒｉｊの関係を示す連立方程式を表している。スピーカ及びマイクの数が一般的な場合を示しており、スピーカの数をｍ，マイクの数をｎとする。
【数１】
2011008722.tif 000003
ここで、数式（１）の連立方程式は、式数と未知数の関係から、ｍ≧３であれば解くことができる。これにより、既知の位置に設置されたスピーカの数が３つ以上であれば、十分である。
【００４０】
既知の位置に設置されたスピーカ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの３次元空間座標をそれぞれ（ｕｉ，ｖｉ，ｗｉ）（ｉ＝１，２，３）とし、ポインティングデバイス１０に装着されたマイク１０ａ、１０ｂの３次元空間座標をそれぞれ（ｘｊ，ｙｊ，ｚｊ）（ｊ＝１，２）として、数式（１）に基づき、各スピーカ２０ａ、２０ｂ、２０ｃと各マイク１０ａ、１０ｂとの距離ｒｉｊの関係を示す連立方程式を立てる。これらの非線形連立方程式を解くことにより、ポインティングデバイス１０に装着されたマイク１０ａ、１０ｂの３次元空間座標を（ｘｊ，ｙｊ，ｚｊ）をそれぞれ算出する（ステップＳ５）。
【００４１】
【数２】
2011008722.tif 000004
ここで、既知の位置に設置されたスピーカの数が４つ以上ある場合、数式（１）で示した連立方程式において、式数が未知数を上回り、方程式の解として複数の候補（ｘｊ，ｙｊ，ｚｊ）＝（αｋ，βｋ，γｋ）（ｋ＝１，…，ｍ！／３！（ｍ−３）！）が得られるが、数式（２）で示す誤差δｋが最小となる（αｋ，βｋ，γｋ）を、ポインティングデバイス１０に装着された各マイクの３次元空間座標（ｘｊ，ｙｊ，ｚｊ）として採用する。
【００４２】
一方、スピーカとマイクとの間で時刻の同期が取れていない場合は、各スピーカと各マイクとの距離に一定の距離差が発生する。この場合、スピーカとマイクとの時刻差をＴとして、各スピーカと各マイクとの距離ｒｉｊの関係を示す連立方程式を立てる。ただし、音速をＣとする。
【数３】
2011008722.tif 000005
ここで、数式（３）の連立方程式は、式数と未知数の関係から、ｍ≧４であれば解くことができる。これにより、スピーカとマイクとの間で時刻の同期が取れていない場合は、既知の位置に設置されたスピーカの数が４つ以上であれば、十分である。
【００４３】
次に、ポインティングデバイス１０に装着された複数のマイク１０ａ、１０ｂの３次元空間座標より、ポインティングデバイス１０の向きを表すベクトル方程式を立てて、ポインティングデバイス１０の向きを推定する（ステップＳ６）。例えば、図１に示したように、２つのマイク１０ａ、１０ｂがポインティングデバイス１０の両先端に装着されている場合、数式（４）で示すベクトル方程式を立てることができる。
【００４４】
【数４】
2011008722.tif 000006
ここで、ポインティングデバイス１０に装着されているマイク１０ａ、１０ｂの数が３つ以上の場合や、ポインティングデバイス１０の両先端以外に装着されている場合であっても、ポインティングデバイス１０上でのそれらの相対的位置関係は既知であるため、それらを考慮してベクトル方程式を立てれば十分である。
【００４５】
そして、このベクトル方程式と、指示画面平面（スクリーン２０）との交点を求めることにより、ポインティングデバイス１０の指示点（Ｘ，Ｙ）を推定する（ステップＳ７）。例えば、上記の例において、指示画面平面（スクリーン２０）がｚ＝０にある場合、数式（５）で交点を求めることが可能である。
【００４６】
【数５】
2011008722.tif 000007
そして、推定された指示点（Ｘ，Ｙ）をＰＣ３０の画面上に表示すると共に、スクリーン２０上に表示する（ステップＳ８）。
【００４７】
このように、第１の実施形態によれば、マイク１０ａ、１０ｂがスピーカ２０ａ、２０ｂ、２０ｃから受信した音波に基づいて、マイク１０ａ、１０ｂの空間上の位置を推定し、その推定したマイク１０ａ、１０ｂの空間上の位置に基づいて、ポインティングデバイス１０の指示方向を特定する方向ベクトルを推定すると共に、ポインティングデバイス１０上の任意の一点を通り、方向ベクトルと平行な直線と平面としてのスクリーン２０との交点を推定するので、遮蔽物があってもポインティングデバイス１０が指示する点を正確に把握することが可能となる。さらに、ポインティングデバイス１０側にマイク１０ａ、１０ｂが設けられているため、ポインティングデバイス１０の小型化を図ることが可能となる。
【００４８】
［第２の実施形態］
図４は、第２の実施形態に係るポインティングシステムの概略構成を示す図である。図２に示すように、第２の実施形態に係るポインティングシステム２は、第１の実施形態とは異なり、マイクとスピーカとが相互に交換されている。すなわち、ポインティングデバイス５０には、任意の位置に音波発信装置としての複数のスピーカが設けられている。具体的には、図４では、ポインティングデバイス５０の長手方向の先端部に２つのスピーカ５０ａ、５０ｂが設けられている。スクリーン２０の近傍には、超音波を受信する音波受信装置としてのマイクが複数設けられている。具体的には、図４では、３つのマイク６０ａ、６０ｂ、６０ｃが、スクリーン２０の３つの頂点部に設けられている。そして、３つのマイク６０ａ、６０ｂ、６０ｃは、２つのスピーカ５０ａ、５０ｂが発信する超音波を受信する。
【００４９】
ポインティングデバイス５０とＰＣ３０とは、無線インタフェースまたは有線インタフェースで接続されており、ポインティングデバイス５０のスピーカ５０ａ、５０ｂで超音波を発信したときに、発信時刻を示すデータがＰＣ３０に送信されるように構成されている。また、図示しないが、マイク６０ａ、６０ｂ、６０ｃでスピーカ５０ａ、５０ｂが発信した超音波を受信したときに、超音波の到達時刻を示すデータがＰＣ３０に送信されるように構成されている。ＰＣ３０にこれらの情報が入力された後は、第１の実施形態と同様の動作を行なう。
【００５０】
このように、第２の実施形態によればマイク６０ａ、６０ｂ、６０ｃがスピーカ５０ａ、５０ｂから受信した音波に基づいて、スピーカ５０ａ、５０ｂの空間上の位置を推定し、その推定したスピーカ５０ａ、５０ｂの空間上の位置に基づいて、ポインティングデバイス５０の指示方向を特定する方向ベクトルを推定すると共に、ポインティングデバイス５０上の任意の一点を通り、方向ベクトルと平行な直線と平面としてのスクリーン２０との交点を推定するので、遮蔽物があってもポインティングデバイス５０が指示する点を正確に把握することが可能となる。
【００５１】
なお、以上の説明では、スピーカ３つとマイク２つの場合、およびスピーカ２つとマイク３つの場合を示したが、本発明は、この数に限定されるわけではない。スピーカおよびマイクの数が２つ以上であれば、いずれの態様を採ることも可能である。
【００５２】
なお、本実施形態のポインティングシステムにおいて、ポインティングデバイス１０の一定の動作を検出する、または、前記ポインティングデバイス１０を一定の方向に移動させることにより、コンピュータシステムに対するクリック操作として検出するように構成することも可能である。これにより、ユーザは、ボタン、スイッチ等を操作する必要がなく、ポインティングデバイスのみでクリック操作が可能となり、利便性が向上する。
【００５３】
ポインティングデバイス１０に識別子を付加することにより、複数のポインティングデバイスを識別するように構成することも可能である。これにより、複数のポインティングデバイスを同時に使用することが可能となる。
【００５４】
また、ポインティングデバイス１０は、一般的なポインティングデバイスの他、携帯電話機、電話機、カメラ、マイク、定規、ペン、眼鏡、ヘッドフォン、指輪、ネックレス、イヤリング、ピアス、楽器、指揮棒、腕時計、リモコンまたはゲーム機コントローラのいずれかで構成することも可能である。これにより、ポインティングシステムの利用態様を拡張し、利便性を向上させることが可能となる。
【００５５】
また、スクリーン２０は、一般的なスクリーンの他、ディスプレイ、テレビ、ビルの壁面、窓、ガラス、鏡、またはゲーム機のいずれかで構成することも可能である。これにより、ポインティングシステムの利用態様を拡張し、利便性を向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【００５６】
１  ポインティングシステム
２  ポインティングシステム
１０  ポインティングデバイス
１０ａ、１０ｂ  マイク（音波受信装置）
２０  スクリーン
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ  スピーカ（音波発信装置）
３０  ＰＣ
３０−１  位置推定部
３０−２  指示点推定部
４０  プロジェクタ
５０  ポインティングデバイス
５０ａ、５０ｂ  スピーカ（音波発信装置）
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ  マイク（音波受信装置）
【図１】
2011008722.tif 000008
【図２】
2011008722.tif 000009
【図３】
2011008722.tif 000010
【図４】
2011008722.tif 000011