(57)【要約】      （修正有）【課題】表示装置に表示する実体物に関する画像（例えば内部構造や内部機構）を実体物に翳す表示装置の位置や高さと連動して切り替えて、実体物に対する位置関係や大きさを把握できるようにする。【解決手段】三次元測位エリア内に４個の受信機１１ａ〜ｄを配置する。一方、表示装置１３に３個の発信機１２ａ〜ｃを備える。前記表示装置１３の発信機１２ａ〜ｃからの信号を前記受信機ａ〜ｄで受信して、各受信機１１ａ〜ｄから表示装置１３の各発信機１２ａ〜ｃまでの距離を送信信号の到達時間差でもって算出し、算出した距離を用いた三辺測量法で前記表示装置１３の表示画面を三次元測位エリア内に規定する空間座標を算出する。こうして算出した実体物に翳す表示装置１３の表示画面の空間座標に基づいて記憶部に記憶するディジタルコンテンツを元データとして表示データを生成して表示装置１３に表示させる。【選択図】図１
2009211530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも４個の受信手段又は発信手段が同一直線上に３個以上重ならないように、かつ各受信手段又は発信手段の通信エリアが重なるように配置された三次元測位エリアと、
少なくとも３個の発信手段又は受信手段を備え、前記三次元測位エリア内で実体物に翳す携帯式の表示装置と、
前記三次元測位エリアの空間座標で仮想表示位置を定義されたディジタルコンテンツを記憶する記憶部を備え、前記受信手段と前記発信手段間の距離を該受信手段が受信した該発信手段からの信号の到達時間でもって算出する位置検出画像生成手段とで構成され、
前記位置検出画像生成手段が、前記表示装置の少なくとも３個の発信手段又は受信手段に対応して定められた測位点の空間座標を、それぞれ前記距離を用いた測量法で算出し、それら算出した空間座標に基づいて前記ディジタルコンテンツから表示データを生成して前記表示装置に表示させる、表示装置の表示内容を実体物との配置関係で動的に切替えるシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の前記表示装置に代えて、前記表示装置を２個の発信手段又は受信手段と重力センサを備えたものとし、
前記位置検出画像生成手段が、前記表示装置の２個の発信手段又は受信手段に対応して定められた２測位点の空間座標を、前記距離を用いた測量法で算出し、それら２測位点を結ぶ軸線回りの前記表示装置の傾きを前記重力センサで検出し、それら２測位点の空間座標と傾きに基づいて予め定義された他測位点の空間座標を算出し、それら算出した空間座標に基づいて前記ディジタルコンテンツから表示データを生成して前記表示装置に表示させる、表示装置の表示内容を実体物との配置関係で動的に切替えるシステム。
【請求項３】
請求項１に記載の前記表示装置に代えて、前記表示装置を１個の発信手段又は受信手段と重力センサと電子コンパスとを備えたものとし、
前記位置検出画像生成手段が、前記表示装置の１個の発信手段又は受信手段に対応して定められた１測位点の空間座標を、前記距離を用いた測量法で算出し、前記重力センサで前記１測位点を原点とする水平直交２軸回りの前記表示装置の傾きを検出し、前記電子コンパスで前記表示装置の方位角を検出し、前記１測位点の空間座標と前記傾きと前記方位角とから予め定義された少なくとも２点の他測位点の空間座標を算出し、それら算出した空間座標に基づいて前記ディジタルコンテンツから表示データを生成して前記表示装置に表示させる、表示装置の表示内容を実体物との配置関係で動的に切替えるシステム。
【請求項４】
前記位置検出画像生成手段が、前記表示装置の表示画面に対する位置を予め定義された視点座標と、前記測位点の空間座標に基づいて特定された前記表示画面の空間座標と、前記ディジタルコンテンツを定義する空間座標とに基づいて表示データを生成して前記表示装置に表示させる請求項１乃至３のいずれか１つに記載の、表示装置の表示内容を実体物との配置関係で動的に切替えるシステム。
【請求項５】
前記実体物を展示物とし、前記ディジタルコンテンツを前記実体物の内部構造を示す画像データとした請求項１乃至４のいずれか１つに記載の、表示装置の表示内容を実体物との配置関係で動的に切替えるシステム。
【請求項６】
請求項１に記載の位置検出画像生成装置であって、前記受信手段と発信手段間の距離を、該受信手段の受信した該発信手段からの信号の到達時間でもって算出し、算出した距離を用いた測量法で前記表示装置の発信手段又は受信手段にして定められた測位点の空間座標を算出する位置演算部と、前記三次元測位エリアの空間座標で仮想表示位置が定義されたディジタルコンテンツを記憶する記憶部と、前記位置演算部で算出した空間座標に基づいて前記記憶部のディジタルコンテンツを前記表示装置に表示する表示データに変換する画像演算部と、前記画像演算部の変換した表示データを前記表示装置へ送る通信部を備えた位置検出画像生成手段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、表示装置の表示内容を動的に切替えるシステム及び位置検出画像生成手段に関し、特に、例えば、表示装置の変位量と連動させてその変位量と同一スケールでディジタルコンテンツを表示画面上にスクロール表示させる場合のように、実体物と、実体物に関するディジタルコンテンツとの大きさや位置関係を利用者に直感的に把握させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯型の端末（表示装置）を使用して展示品の情報などを提供するシステムがある。このようなものとして、例えば、（特許文献１）の展示品説明システムがある。
【０００３】
このシステムは、ＲＦＩＤ（R a d ｉ o   F r e q u e n c y   I d e n t ｉ f ｉ c a t ｉ o n）タグと無線端末を使用したもので、展示品の近くにＲＦＩＤタグを取り付け、そのタグに無線端末が近づくと、前記タグから端末へ位置情報を送信する。すると、位置情報が送信された携帯端末は、受信した位置情報に基づいてネッワーク情報を更新し、近くの基地局から情報サーバに蓄積した前記展示品に関する情報を得るというものである。
【０００４】
こうして、このシステムでは、タグからではなく情報サーバから十分なデータを転送することで、映像、音声等を使った質の高い展示品の説明サービスを提供し、さらに、位置情報に基づいて、各エリアにおける展示品情報を確実に視聴することができるようにしたものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４３０２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、例えば、実施形態で述べる図１のように、表示装置１３を実体物（魚）に翳すと翳した部分の骨格が表示できれば、実際に解剖を行なわなくてもバーチャルで同様の効果が期待できる。また、メカニカルなものなら、内部機構の理解も簡単である。さらに、骨格や内部構造に限らず、実体物に表示装置１３を翳した部分の詳しい情報（文字などでも可）が表示できれば、興味を持った部分の情報が動的に得られるので、情報を一方的に提供して説明するよりも優れた効果を期待できる筈である。そのためには、端末を翳した際に表示を切り替えられるようにすること、さらに、表示装置１３を翳した位置や高さに応じて大きさや位置関係を直感的に把握できるようにしなければならない。
【０００７】
しかしながら、前記のものでは、ＲＦＩＤタグの位置情報から、その位置に展示したものを特定して、特定した実体物を説明する映像、音声等を使った情報を提供するものである。そのため、提供する情報は、事前に準備した情報を一方的にしか提供できない問題がある。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、表示装置を実体物に翳した際に、翳した位置や高さに応じて表示内容や表示の大きさや向きなどを変えられるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明では、少なくとも４個の受信手段又は発信手段が同一直線上に３個以上重ならないように、かつ各受信手段又は発信手段の通信エリアが重なるように配置された三次元測位エリアと、少なくとも３個の発信手段又は受信手段を備え、前記三次元測位エリア内で実体物に翳す携帯式の表示装置と、三次元測位エリアの空間座標で仮想表示位置を定義されたディジタルコンテンツを記憶する記憶部を備え、前記受信手段と前記発信手段間の距離を該受信手段が受信した該発信手段からの信号の到達時間でもって算出する位置検出画像生成手段とで構成され、前記位置検出画像生成手段が、前記表示装置の少なくとも３個の発信手段又は受信手段に対応して定められた各測位点の空間座標を、それぞれ前記距離を用いた測量法で算出し、それら算出した空間座標に基づいて前記ディジタルコンテンツから表示データを生成して前記表示装置に表示させる、表示装置の表示内容を実体物との配置関係で動的に切替えるシステムという構成を採用したのである。
【００１０】
このような構成を採用すれば、三次元測位エリア又は表示装置の発信手段からの信号を、表示装置又は三次元測位エリアの各受信手段で受信して、その各受信手段で受信した信号の到達時間から各受信手段と該発信した発信手段までの距離をそれぞれ算出することができる。この算出は、例えば、ＴＤＯＡ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｆ  Ａｒｒｉｖａｌ）などの演算処理で算出することができる。
この算出した４箇所以上の受信手段からの距離を用いた測量法、例えば三点測量、三辺測量による演算を行なえば、前記表示装置の少なくとも３個の発信手段又は受信手段に対応して定められた各測位点の空間座標を求められる。少なくとも３点の測位点を求めれば、表示装置上の平面を空間座標で規定することができる。
ディジタルコンテンツは、三次元測位エリアの空間座標で仮想表示位置を定義されており、そのディジタルコンテンツの仮想表示位置の空間座標は、実体物との位置関係を考慮して予め定義することができる。
したがって、上記のような処理を行うようにすれば、実体物、ディジタルコンテンツ、表示装置の表示画面との位置関係を考慮した表示データを、算出した空間座標、ディジタルコンテンツの空間座標に基づいて作成することができる。
そのような表示データが表示装置に表示させられるため、表示装置上の測位点の空間座標に応じて表示装置の表示内容を変更させることができ、実体物と、ディジタルコンテンツとの距離感や角度を直感的に視認させることができる。
すなわち、この発明に係る表示装置の表示内容を実体物との配置関係で動的に切替えるシステムは、表示装置を実体物に翳した際に、翳した位置や高さに応じて表示内容や表示の大きさや向きなどを変えられるようにすることができる。
【００１１】
なお、表示画面の空間座標を求めるためには、表示装置には３個以上の測定点が必要となるため、表示装置には３個以上の発信手段又は受信手段を備えている。
また、三次元測位エリア内の空間座標を定めるために、同一直線上に３点以上存在しない４点以上の測定点が必要となるため、エリア内には、同一直線上に３個以上存在しない４個以上の受信手段又は発信手段が必要となる。
発信手段と受信手段間の信号到達時間に基づいて距離を求めるため、表示装置側に少なくとも３個の発信手段を備え、三次元測位エリア側に少なくとも４個の受信手段を備える構成、又は表示装置側に少なくとも３個の受信手段を備え、三次元測位エリア側に少なくとも４個の発信手段を備える構成のいずれでもよい。
【００１２】
この発明においては、上記のように、三次元測位エリア内で表示装置に設定された少なくとも３点の測位点の空間座標を算出できればよく、測位点に対応する数の発信手段又は受信手段を表示装置に備えた構成に限定されない。
【００１３】
例えば、請求項１に記載の前記表示装置に代えて、前記表示装置を２個の発信手段又は受信手段と重力センサを備えたものとし、前記位置検出画像生成手段が、前記表示装置の２個の発信手段又は受信手段に対応して定められた２測位点の空間座標を、前記距離を用いた測量法で算出し、それら２測位点を結ぶ軸線回りの前記表示装置の傾きを前記重力センサで検出し、それら２測位点の空間座標と傾きに基づいて予め定義された他測位点の空間座標を算出し、それら算出した空間座標に基づいて前記ディジタルコンテンツから表示データを生成して前記表示装置に表示させる構成を採用することができる。
２個の発信手段又は受信手段を備えれば、それらに対応する測位点の空間座標により、表示装置上のある直線の空間座標を求めることができる。また、重力センサで重力加速度を検出すれば、前記表示装置を傾けた（又は、引き起こした）角度を算出することができるので、予め定義された他測位点の空間座標を算出することができる。なお、他測位点は、前記発信手段又は受信手段で求められる測位点との位置関係を表示装置上にあるように定義されており、少なくとも１点あればよい。
この構成によっても表示装置上の少なくとも３点の測位点を求めることができる。
【００１４】
また、前記表示装置に代えて、前記表示装置を１個の発信手段又は受信手段と重力センサと電子コンパスとを備えたものとし、前記位置検出画像生成手段が、前記表示装置の１個の発信手段又は受信手段に対応して定められた１測位点の空間座標を、前記距離を用いた測量法で算出し、前記重力センサで前記１測位点を原点とする水平直交２軸回りの前記表示装置の傾きを検出し、前記電子コンパスで前記表示装置の方位角を検出し、前記１測位点の空間座標と前記傾きと前記方位角とから予め定義された少なくとも２点の他測位点の空間座標を算出し、それら算出した空間座標に基づいて前記ディジタルコンテンツから表示データを生成して前記表示装置に表示させる構成を採用することもできる。
１個の発信手段又は受信手段に対応する測位点の空間座標は、三次元測位エリア内において測量法で算出することができる。また、重力センサで前記１測位点を原点とする水平直交２軸回りの前記表示装置の傾きを検出し、電子コンパスで表示装置の方位を検出すれば、前記１測位点を通る鉛直軸回りの傾きを検出することができ、少なくとも２点の他の測位点の空間座標を３軸回りの傾きに基づいて算出することができる。なお、少なくとも２点の他の測位点は、測位点との位置関係を表示装置上にあるように定義される。
この構成によっても表示装置上の少なくとも３点の測位点を求めることができる。
【００１５】
なお、この発明においては、少なくとも３点の測位点で表示装置上に規定する平面と表示画面とが同一面であれば、測位点に基づいて直接に表示画面の空間座標とすることができる。
通常、表示画面の境界線上に発信手段又は受信手段を配置することは困難であるが、表示装置の表示画面と各測位点の位置関係は予め固定することができるため、少なくとも３点の測位点の空間座標から表示画面を規定する空間座標に変換する演算を位置検出画像生成手段で行うようにすれば、測位点の空間座標に基づいて表示画面を規定する空間座標を求めることができる。
【００１６】
より具体的には、前記位置検出画像生成手段が、前記表示装置の表示画面に対する位置を予め定義された視点座標と、前記測位点の空間座標に基づいて特定された前記表示画面の空間座標と、前記ディジタルコンテンツを定義する空間座標とに基づいて表示データを生成して前記表示装置に表示させる構成を採用することができる。
表示画面を視認する視点位置は、予め表示画面との位置関係を定義することができる。表示画面と視点の位置関係が定まっておれば、前記測位点の空間座標に基づいて特定された前記表示画面の空間座標と、前記ディジタルコンテンツを定義する空間座標とに基づいて、表示装置を実体物に遠近させることにより、ディジタルコンテンツの大きさや向きを変えた表示データを生成し、表示画面上に表示させることができる。
【００１７】
上記のように、表示装置の表示画面の空間座標に基づいてディジタルコンテンツの大きさや向きを変えた表示データを生成可能とすれば、前記実体物を展示物とし、前記ディジタルコンテンツを前記実体物の内部構造を示す画像データとした構成を採用することにより、展示物の外観と内部構造の位置関係を直感的に視認させることができ、実際に実体物の分解を行なわなくても内部構造を理解させる効果が期待できる。
【００１８】
この発明に係るシステムに用いる位置検出画像生成手段としては、前記受信手段と発信手段間の距離を、該受信手段の受信した該発信手段からの信号の到達時間でもって算出し、算出した距離を用いた測量法で前記表示装置の発信手段又は受信手段にして定められた測位点の空間座標を算出する位置演算部と、前記三次元測位エリアの空間座標で仮想表示位置が定義されたディジタルコンテンツを記憶する記憶部と、前記位置演算部で算出した空間座標に基づいて前記記憶部のディジタルコンテンツを前記表示装置に表示する表示データに変換する画像演算部と、前記画像演算部の変換した表示データを前記表示装置へ送る通信部を備えた構成のものを採用することができる。
このような位置検出画像生成手段を用いることにより、例えば、受信手段からの信号を受信すると、受信した信号から位置演算部が３個の発信手段又は受信手段に対応する測位点の空間座標のそれぞれを測量法で算出する。すると、その算出した表示位置に基づいて画像演算部が記憶手段に記憶したディジタルコンテンツを、例えば、表示位置に合わせて拡大あるいは縮小して表示装置に表示させる表示データに変換する。変換したデータは、通信部によって表示装置に送信することで、例えば、表示装置を実体物に翳した際に表示を切り替えられる。さらに、翳した位置や高さに応じて表示の大きさや向きなどに応じて情報を切替えて前記表示装置に表示させることができるので、実体物と実体物に関するディジタルコンテンツの大きさや位置関係を利用者に直感的に視認させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明は、上記のように構成したことにより、表示装置の位置変位と連動した表示内容の切り替えが行なえる。また、表示装置の位置や高さを変えることで表示を変えられる。その際、実体物と、実体物に関するディジタルコンテンツ（例えば内部構造や内部機構）との大きさや位置関係を直感的に把握させることができる。さらに、実空間上の実体物と表示内容を重ね合わせることができるので、実空間と表示内容を融合させた表現を行なうこともできる。また、前記表示装置を動かすことで表示内容が切り替わるため、操作も簡単である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、この形態の表示装置１０は、少なくとも４個の受信手段（図では受信機）１１ａ〜ｄが同一直線上に３個以上重ならないように、かつ各受信手段１１ａ〜ｄの通信エリアが重なるように配置された三次元測位エリアと、少なくとも３個の発信手段（図では発信機）１２ａ〜ｃを備え、前記三次元測位エリア内で実体物（図では魚）に翳す携帯式の表示装置１３と、位置検出画像生成装置１４とで構成されている。
【００２１】
受信手段１１ａ〜ｄは、この形態では、超音波受信用の受信手段１１ａ〜ｄ（以下、受信機１１ａ〜ｄという）を使用しており、図１のように、三次元測位エリアに設定したＸＹＺ軸方向に取り付けてある。ＸＺ平面は、水平面とされ、各受信機１１ａ〜ｄの空間座標は固定されている。
【００２２】
表示装置１３は、この形態では、表示画面が液晶や有機ＥＬによる表示パネルになっており、例えば、片手で持って翳せる程度の大きさと重量のものである。また、前記表示装置１３には、表示画面の上下左右の枠部に超音波発振器を発信手段１２ａ〜ｃ（以下、発信機１２ａ〜ｃという）として取り付けてある。発信手段１２ａ〜ｃは、表示画面の境界上にあると見做せるため、発信手段１２ａ〜ｃに対応する表示装置１３上の測位点をもって表示画面を三次元測位エリア内に規定する空間座標として用いられる。発信機１２ａ〜ｃの配置は実施形態のようなものに限定されず、表示装置１３上にある平面を少なくとも３点の測位点で規定することが可能であれば何処にあってもよい。
【００２３】
この表示装置１３の内部は、図２のように、通信部２０、表示部２１、位置情報発信部２２とそれらを制御する制御部２３の回路ブロックから成っている。通信部２０は、後述の位置検出画像生成装置１４と無線（例えば、電波、赤外線など）による通信をするために設けたもので、表示装置１３の表示データや発信機１２ａ〜ｃへの制御コマンドなどを受信して制御部２３へ入力する。表示部２１は、制御部２３の出力する表示データを表示パネルに表示するためのもので、例えば、通信部２０の受信した表示データや表示装置１３を操作するためのインフォメーションなどを表示する。位置情報発信部２２は、３個の発信機１２ａ〜ｃの発振を時分割に行なうためのもので、制御部２３によってコントロールされている。例えば、制御部２３へ位置検出画像生成装置１４から通信部２０を介して発信機１２ａ〜ｃを指定するコマンドが送信されると、制御部２３は、そのコマンドを解析し、発信機１２ａ〜ｃを指定して作動信号を位置情報発信部２２へ出力する。すると、位置情報発信部２２が、前記出力信号に基づいて指定された発信機１２ａ〜ｃの発振と停止を行なう。このようにして発信機１２ａ〜ｃを順に発振させて、４個の受信機１１ａ〜ｄと同期を取り、表示装置１３の３個の発信機１２ａ〜ｃの信号をそれぞれ受信できるようにしてある。
【００２４】
一方、図１の位置検出画像生成装置１４は、図２のように、通信部２５、位置情報受信部２６、位置演算部２７、画像演算部２８、記憶部２９、制御部３０の回路ブロックで構成されている。
【００２５】
通信部２５は、表示装置１３と電波、赤外線などを使用して無線通信を行なうためのもので、制御部３０によってコントロールされている。位置情報受信部２６は、先の４個の受信機１１ａ〜ｄが、受信した表示装置１３の発信機１２ａ〜ｃからの信号を制御部３０へ入力するためのものである。位置演算部２７は、制御部３０を介して出力される表示装置１３の発信機１２ａ〜ｃからの複数の送信信号の時間差を算出し、算出した時間差から各受信機１１ａ〜ｄと表示装置１３の各発信機１２ａ〜ｃ間の距離を算出する。また、その算出した距離から前記表示装置１３の各発信機１２ａ〜ｃの位置、高さや傾きを三辺測量による演算を行なって算出する。算出したデータは制御部３０へ出力する。画像演算部２８は、制御部３０のコマンド命令に基づいて記憶部２９に記憶したディジタルコンテンツを表示データに変換（スケール（大きさ）の調整、傾き、回転など）して制御部３０へ出力する。記憶部２９は、先に述べたように表示用の元データとなるディジタルコンテンツを記憶する。
【００２６】
ちなみに、ここでは位置演算部２７、画像演算部２８を位置検出画像生成装置１４に設けて、位置の算出のための演算や表示データの生成を行なうようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、前記位置演算部２０や画像演算部１８の演算を制御部２３で行なうようにしても良い。また、記憶部２９もサーバを設けて複数の三次元測位エリア用のディジタルコンテンツを管理するようにしてもよい。
【００２７】
この形態は、前記のように構成されており、この形態の表示装置１３は、例えば、図１のように、三次元測位エリア内の実体物（ここでは魚）に翳すと、画面に魚の骨格や内臓などの内部のものを表示するというものである。そのため、位置検出画像生成装置１４の記憶部２９に予め魚の骨格や内臓などのディジタル化した画像や説明文等の文字情報のディジタルコンテンツを保存しておく。
【００２８】
また、保存した画像データを表示装置１３に表示させるための表示データへの変換（スケール（大きさ）の調整、傾き、回転）をするために、ディジタルコンテンツは、三次元測位エリアの空間座標で仮想表示位置を定義された状態で記憶されている。実体物の三次元測位エリア内における固定位置が決まっており、これを考慮してディジタルコンテンツの仮想表示位置が定められる。
なお、実体物も三次元測位エリア内に固定されているため、その各部の位置や高さなどの空間座標（ＸＹＺ軸）で定義し、予め画像演算部２８に設定しておけば、表示装置１３の各測位点の空間座標に基づいてディジタルコンテンツと実体物の空間座標を用いた表示データの作成を可能にすることも勿論可能である。
【００２９】
このように設定が済むと、表示装置１３を実体物に翳せば、翳した部位の骨格や内蔵の画像を、仮想表示位置のディジタルコンテンツからの距離に応じて拡大あるいは縮小して表示する。
【００３０】
すなわち、表示装置１３の発信機１２ａ〜ｃからは、位置検出画像生成装置１４からの指令でもって順次信号を発信しており、その信号をエリア内の受信機１１ａ〜ｄが受信して、受信した信号から表示装置１３の発信機１２ａ〜ｃの位置を位置検出画像生成装置１４が算出する。
【００３１】
この算出は、例えば、図３の模式図に示すように、受信手段（図３ではＰ１〜Ｐｎ）の受信する送信信号Ｔ１〜Ｔｎの時間差（ＴＤＯＡ）から立てた連立方程式の解を求めれば算出できる（これ以外にも幾何学的な算出方法も考えられる）。なお、図３の式中のｃは光速である。
【００３２】
先のような手法によって、各受信機１１ａ〜ｄから表示装置１３の各発信機１２ａ〜ｃまでの距離を算出すると、次に、表示装置１３の発信機１２ａ〜ｃに対応して定められた測位点の空間座標を算出する。この算出は、例えば、図４に示すように、ＸＹＺ軸内に四角形Ａ´Ｂ´Ｃ´Ｄ´を考えて、その四角形Ａ´Ｂ´Ｃ´Ｄ´の各頂点を表示装置１３の各発信機１２ａ〜ｃに対応する測位点Ａ´Ｂ´Ｃ´Ｄ´の空間座標として、それらの空間座標を求めることになる。なお、上記のように各測位点Ａ´Ｂ´Ｃ´Ｄ´の空間座標は、表示装置１３の表示画面を規定する空間座標として取り扱われる。
【００３３】
図４中の原点は、図１中の受信機１１ｄの位置、図４中の（ｘ，０，０）は図１中の受信機１１ｂのｘ座標位置、図４中の（０，０，ｚ）は、図１中の受信機１１ｃのｚ座標位置で特定されており、位置演算部２７に予め設定されている。例えば、点Ａ´のＺ軸方向の空間座標は、３辺（ａ、ｂ、ｃ）の長さから、下に示す余弦定理を用いて角度θを算出する。
ＣＯＳθ＝（ｃ２＋ａ２−ｂ２）／２ｃａ
次に、求めたθから点Ａ´のＺ座標を
ＺＡ＝ｃ＊ＳＩＮ（π／２−θ）
の式から算出する。同様に残りの座標も算出するのである。このように各測位点の空間座標を３辺測量で求めることにより、各発信機１２ａ〜ｃの空間座標が算出できるので、その空間座標から三次元測位エリア内における表示装置１３の表示画面の位置、高さ、姿勢を算出できる。
【００３４】
なお、表示装置１３の表示画面の上枠部の発信機１２ａの高さが下枠部の発信機１２ｃよりも低ければ、表示装置１３の上枠部が斜め下方に傾斜しているのが分かる。また右枠部の発信機１２ｂの位置を加えることで、上下左右の向きも特定できる。
【００３５】
こうして各測位点Ａ´Ｂ´Ｃ´Ｄ´の空間座標を算出すると、算出した空間座標から画像演算部２８が、表示データを作成するのである。例えば、図５の破線のように、三次元測位エリア内に表示装置１３が配置された状態では、その表示画面を、図６のような表示レイヤとして取り扱うことができる。ディジタルコンテンツは、仮想表示位置の定義に従って仮想のレイヤＬ１上に描かれているものとして取り扱うことができる。なお、図５、図６の例では、概念を易しく図示するため、表示装置１３の表示画面と仮想のレイヤＬ１は水平になっており、Ｙ軸方向に関し、仮想のレイヤＬ１が実体物と表示装置１３の表示画面（表示レイヤ）との間に存在するように描いたが、ディジタルコンテンツの仮想表示位置は、予め決まっている実体物の位置にディジタルコンテンツが重なるように、また上記表示画面を示す空間座標を用いたディジタルコンテンツの投影演算を可能にする空間座標をもってＸＺ平面上に定義されている。
すなわち、画像演算部２８は、表示装置１３の表示画面に対する位置を予め定義された視点Ｅの位置を示す視点座標（ｘ／２，ｙ，ｚ／２）と、測位点Ａ´Ｂ´Ｃ´Ｄ´の空間座標に基づいて特定された前記表示画面の空間座標（ｘ／２−ｍ，ｙ，ｚ／２−ｌ）、（ｘ／２−ｍ，ｙ，ｚ／２＋ｌ）等と、ディジタルコンテンツを定義する空間座標（０，０，ｚ）、（ｘ，０，ｚ）等とに基づいて表示データを生成する。
なお、ディジタルコンテンツは、実体物の内部構造を示す平面画像データ（図では魚の背骨を含む横断面の骨格画像からなる２次元コンテンツ）とされているため、ＸＺ平面上に定義しても実体物とディジタルコンテンツとの位置関係を視認させる支障にならない。
【００３６】
視点座標は、表示装置１３の表示画面（表示レイヤ）及びディジタルコンテンツと交差する直線上に定義され、画像演算部２８に予め設定されている。例えば、画像演算部２８は表示画面（表示レイヤ）を示す空間座標が求まれば、その表示画面（表示レイヤ）の重心を通る直線上に設定した視点Ｅを原点として、表示画面（表示レイヤ）越しに見える仮想のレイヤＬ１上のディジタルコンテンツの視野範囲を求め、その求めた視野範囲を切り出して表示画面（表示レイヤ）に透視投影することができる。画像演算部２８は、透視投影した画像データを生成し、制御部３０は表示装置１３に送信して表示させる。こうすることで、表示装置１３の表示画面を三次元測位エリア内で実体物に翳した高さに応じてディジタルコンテンツの拡大と縮小を行なって表示データを作成するのである。表示装置１３の表示画面（表示レイヤ）がＸＹ、ＸＺ、乃至ＹＺ平面に対して傾いているときは、視野範囲が台形状に歪になり、一般的な表示装置１３の表示画面の平面形状である矩形状に適合させるため、射影変換処理を行えばよい。射影変換処理は、ディジタルコンテンツが２次元コンテンツの場合、２次元射影変換を採用し、ディジタルコンテンツが３次元コンテンツの場合、３次元射影変換を採用することができる。
【００３７】
こうした表示を行なうことで、図６のように実体物と視点Ｅの間にある表示装置１３の表画面（表示レイヤ）に仮想のレイヤＬ１を投影し実体物の内部構造を表示したものと見なせるため、実際に実体物の分解を行なわなくてもバーチャルで同様の効果が期待できる。
【００３８】
また、このときの表示は、表示画面が透過画面である場合、図７（ａ）のように、例えば、実体物の上に内部構造を重ね合わせた画像を表示させることにより、実体物の外観と内部構造の位置関係を直感的に視認させることができる。
別例として、表示画面がディジタルコンテンツのサイズに比して小さい場合、図７（ｂ）のように、実体物の内部構造だけを表示させることにより、実体物の外観と内部構造の位置関係を直感的に視認させることもできる。
さらに、表示装置１３を移動した後、再度、先のような演算処理を行なって各測位点Ａ´Ｂ´Ｃ´Ｄ´の空間座標が算出されると、表示データを更新させられる。このため、表示装置１３を動かすという一種の対話型（インタラクティブ）での情報提供ができる。
【００３９】
なお、上記更新は、システムクロックで一定時間ごとに自動的に演算処理を行なうようにする構成、利用者の手動スイッチ操作をトリガとする構成、重力センサのような加速度センサを用いた移動検出をトリガとする構成等を適宜に採用することができる。
【００４０】
上記のように、この実施形態によれば、表示装置１３の位置変位と連動した表示内容の切り替えが行なえる。また、表示装置１３の位置や高さを変えることで表示を変えられる。その際、実体物と、実体物に関するディジタルコンテンツとの大きさや位置関係を直感的に把握させることができる。さらに、実空間上の実体物と表示内容を重ね合わせることができるので、実空間と表示内容を融合させた表現を行なうこともできる。また、前記表示装置を動かすことで表示内容が切り替わるため、操作も簡単である。
【実施例１】
【００４１】
この実施例１は、図８（ａ）のように、表示装置１３に重力センサ４０を備えることで、傾斜角を検出できるようにしたものを示す。このようにすることにより、表示装置１３に設ける発信機１２ａ、ｂの数を減少させることができるというものである。
【００４２】
すなわち、この実施例１の表示装置は、図８（ａ）に示すように、発信機１２ａ、ｂを上枠部の両端に左右両側に備えるとともに、それらの反対側に位置する下枠部に重力センサ４０を備えたものである。このように重力センサ４０を備えることにより、図１の表示装置１３の下部の発信機１２ｃを廃し、発信機１２ａ、ｂに対応する測位点を結ぶ軸線回りの傾きを検出可能としたものである。なお、発信機１２ａ、ｂの配置は、上枠部に限定されず、それらに対応する２点の測位点で表示装置１３上にある直線を規定することが可能であれば何処にあってもよい。
【００４３】
この重力センサ４０を備えた表示装置１３では、図８（ａ）のように、発信機１２ａ、ｂに対応する２点の測位点の空間座標を算出することによって、表示装置１３上にある直線の三次元測位空間内における位置を検出する。次に、図８（ｂ）のように、この算出した２点の測位点の空間座標を軸線としたときの表示装置１３の傾きを重力センサ４０で検出する。このとき、重力センサ４０は、傾けると重力加速度に反応した出力を出力する。例えば、重力センサ４０は、水平状態で出力が＋１Ｇに対応したものであると、任意の方向に９０°傾けた出力は０Ｇとなり、逆さまにしたときの出力は−１Ｇとなる。そのため、重力加速度＝傾き角度（ＳＩＮ）となり、出力から傾斜角度を検出することができる。
【００４４】
したがって、図８（ｃ）のように重力センサ４０で取得した出力から、表示装置１３を斜めに翳した（傾けた）場合の傾斜角θを算出できる。このように傾斜角θを算出できるので、予め、定義された他測位点の空間座標を算出し、２点の測位点と他測位点の空間座標で表示装置１３の表示画面を規定することができる。このデータを位置検出画像生成装置１４に送信すれば、例えば、傾斜角θに応じて表示データを加工して表示させることができる。他の構成及び作用効果については、実施形態のものと同じなので説明は省略する。
なお、他測位点は、少なくとも１点あればよく、上記の位置演算部２７に予め設定される。
また、他測位点は、論理的に定義されるので、表示画面の境界線上に定めることができる。なお、重力センサ４０は、上記更新のトリガを得るために利用することもできる。
【実施例２】
【００４５】
この実施例２は、図９（ａ）に示すように、表示装置１３に重力センサ４０に加え、２軸式の電子コンパス５０を備えたもので、そのため、発信機１２ａは１つで済むようになっている（複数備えても可）。ここで、２軸式の電子コンパス５０とは、Ｘ方向とＹ方向の地磁気の大きさの比から方位角θを求めるというものである。
【００４６】
そのため、実施例２の表示装置１３は、図９（ａ）に示すように、発信機１２ａを上枠部に設けたもので、この発信機１２ａによって対応する１点の測位点の空間座標を３辺測量で算出する。なお、発信機１２ａの配置は、上枠部に限定されず、１点の測位点を原点とした水平直交軸（Ｘ軸方向とＺ軸方向）を表示装置１３上に規定することが可能であれば何処にあってもよい。少なくとも２点の他測位点を表示装置１３上に規定するためである。
次に、図９（ｂ）のように、算出した発信機１２ａの位置（座標）を原点として、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の傾きを重力センサ４０で、図９（ｄ）のように検出する。さらに、図９（ｅ）のように、表示装置１３の鉛直方向の向きを検出するために、電子コンパス５０で方位を測定する。この検出データは、例えば、位置検出画像生成装置１４に送信し、回転角度を検出する。そして、図９（ｅ）のように、図９（ｄ）で算出した位置に、図９（ｃ）で検出した回転角を考慮し再計算することで、１点の測位点と２点の他測位点とで表示装置１３の表示画面を規定する空間座標を算出することができる。こうして、算出した表示画面を規定する空間座標や傾斜角に応じて表示データを加工して表示させることができる。他の構成及び作用効果については、実施形態のものと同じなので説明は省略する。
【実施例３】
【００４７】
図１０、図１１に示すように、実施例３は、表示装置１３に画像演算部２８を設けたものである。このため、画像演算部２８が除かれた位置検出画像生成装置１４は、位置検出装置１４´となっている。
【実施例４】
【００４８】
また、図１２に示す実施例４は、発信機１２ａ〜ｄを三次元測位エリア側に備え、受信機１１ａ〜ｃを表示装置１３に備え、表示装置１３には、図１３のように、位置演算部２７と、画像演算部２８と、記憶部２９とを備える、すなわち、上記位置検出画像生成装置１４に相当する機能を備え、表示装置１３側で全ての処理を行なうようにしたものである。このようにすれば、エリア側には受信機１１ａ〜ｃを備えるだけで良く、設置が簡単に行なえるので、使用できる場所が広がるメリットがある。
【実施例５】
【００４９】
また、図１４、図１５に示す実施例５は、表示装置１３に位置演算部２７を備えることにより、位置検出を表示装置１３側で行なうようにしたものである。そのため、位置検出画像生成装置１４は、画像生成装置１４´´となっている。
実施例５は、発信機１２ａ〜ｄに超音波タグを採用し、受信機に超音波リーダ１１ａ〜ｃを採用したものである。
この場合、超音波タグ１２ａ〜ｄには、受信機（超音波、赤外線、電波）を備え、同期信号（同期信号は、例えば、位置検出画像生成装置１４´´から出力しても良いし、位置検出画像生成装置１４´´と別に設けることもできる）に応じて発信するようになっている。このようにすれば、図１５に示された表示装置１３の位置情報受信部２６を図１６に示すように表示装置１３から省き、表示装置１３と別体の位置検出画像生成装置１４に位置情報受信部２６を設けることができる。他の構成及び作用効果については、実施形態のものと同じなので説明は省略する。
【００５０】
なお、実施形態及び実施例１〜５では、位置の検出に超音波を使用したものを示したが、これに限定されるものではない。これ以外にも超音波に替えて、例えば、ＲＳＳＩ（ＲＲｅｃｅｉｖｅｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）などの無線を使用したり、併用したりするようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
この発明は、実体物に表示装置を翳した部分の詳しい情報（文字などでも可）が表示できる。また、表示装置を翳した際に表示をインタラクティブに切り替えられるので、情報を一方的に提供して説明するよりも優れた効果を期待できる。そのため、教育施設、展示会、発表会、プレゼンテーションなどでの利用が考えられる。その際、携帯電話などの携帯式の端末に本願発明に適用すれば、専用の表示装置を準備しなくても簡単に利用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施形態の模式図
【図２】実施形態のブロック図
【図３】実施形態の作用説明図
【図４】実施形態の作用説明図
【図５】実施形態の作用説明図
【図６】実施形態の作用説明図
【図７】（ａ）、（ｂ）実施形態の作用説明図
【図８】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）実施例１の作用説明図
【図９】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）実施例２の作用説明図
【図１０】実施例３の模式図
【図１１】図１０のブロック図
【図１２】実施例４を示す模式図
【図１３】図１２のブロック図
【図１４】実施例５を示す模式図
【図１５】図１４のブロック図
【図１６】実施例５の変形例を示すブロック図
【符号の説明】
【００５３】
１１ａ〜ｄ  受信機
１２ａ〜ｃ  発信機
１３  表示装置
１４  位置検出画像生成装置
２５  通信部
２６  位置情報受信部
２７  位置演算部
２８  画像演算部
２９  記憶部
４０  重力センサ
５０  電子コンパス
【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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【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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