(57)【要約】【課題】柔軟な態様での位置特定への対応を可能にする。【解決手段】空間内に配置された３つの受信器２ａ，２ｂ，２ｃと、前記空間内での可搬が可能に構成され、当該空間内を互いに異なる速度で伝達する第１信号および第２信号を、所定の時間関係をもって、離間した２つの信号発信箇所４ａ，４ｂから発信する操作体４と、前記３つの受信器２ａ，２ｂ，２ｃでの前記第１信号および前記第２信号の受信時間差に基づいて、前記受信器２ａ，２ｂ，２ｃと前記信号発信箇所４ａ，４ｂとの間の距離を算出して、前記空間内における前記信号発信箇所４ａ，４ｂの位置を特定する発信箇所特定手段と、前記信号発信箇所４ａ，４ｂを通る線分と前記受信器２ａ，２ｂ，２ｃの配置位置から規定される仮想平面との交点を求め、当該交点を前記操作体４による指定点として特定する指定点特定手段と、を備えて位置特定装置を構成する。【選択図】図１
2009250944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間内における位置が特定された状態で当該空間内に配置され、当該空間内を互いに異なる速度で伝達する第１信号および第２信号のそれぞれを受信する、少なくとも３つの受信器と、
前記空間内での可搬が可能に構成され、前記第１信号および前記第２信号を、所定の時間関係をもって、離間した少なくとも２つの信号発信箇所から発信する操作体と、
前記少なくとも３つの受信器での前記第１信号および前記第２信号の受信時間差に基づいて、各受信器と前記操作体における各信号発信箇所との間の距離を算出し、当該距離の算出結果から前記空間内での前記操作体における各信号発信箇所の位置を特定する発信箇所特定手段と、
前記発信箇所特定手段が位置を特定した前記少なくとも２つの信号発信箇所を通る線分と前記少なくとも３つの受信器の配置位置から規定される仮想平面との交点を求め、当該交点を前記操作体による指定点として特定する指定点特定手段と
を備える位置特定装置。
【請求項２】
前記受信器が４つ以上配置されている
請求項１記載の位置特定装置。
【請求項３】
前記操作体による指定点となる前記仮想平面上の領域に関する位置情報と、当該領域が指定された際の装置動作内容に関する情報とを、互いに関連付けて記憶する情報記憶テーブル
を備える請求項１または２記載の位置特定装置。
【請求項４】
前記情報記憶テーブルへの情報書き込みまたは当該情報記憶テーブルにおける情報記憶内容の更新を行うための情報更新手段
を備える請求項３記載の位置特定装置。
【請求項５】
前記第１信号および前記第２信号の一方が光ビーム信号である場合に、前記操作体による指定点が所定領域内にあるか否かを判断し、当該所定領域内にあるときには前記光ビーム信号の発信を停止させる発信制御手段
を備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の位置特定装置。
【請求項６】
空間内における位置が特定された状態で当該空間内に配置され、当該空間内を互いに異なる速度で伝達する第１信号および第２信号のそれぞれを受信する、少なくとも３つの受信器と、
前記空間内での可搬が可能に構成され、前記第１信号および前記第２信号を、所定の時間関係をもって、離間した少なくとも２つの信号発信箇所から発信する操作体と、
前記少なくとも３つの受信器での前記第１信号および前記第２信号の受信時間差に基づいて、各受信器と前記操作体における各信号発信箇所との間の距離を算出し、当該距離の算出結果から前記空間内での前記操作体における各信号発信箇所の位置を特定する計算機と
を備える位置特定装置。
【請求項７】
空間内における位置が特定された状態で当該空間内に配置された少なくとも３つの受信器に対して、当該空間内での可搬が可能に構成された操作体から、当該空間内を互いに異なる速度で伝達する第１信号および第２信号のそれぞれを、所定の時間関係をもって、離間した少なくとも２つの信号発信箇所にて発信し、
前記少なくとも３つの受信器が前記第１信号および前記第２信号を受信すると、当該受信器に接続する計算機が、各受信器での前記第１信号および前記第２信号の受信時間差に基づいて、各受信器と前記操作体における各信号発信箇所との間の距離を算出し、当該距離の算出結果から前記空間内での前記操作体における各信号発信箇所の位置を特定する
位置特定方法。
【請求項８】
空間内における位置が特定された状態で当該空間内に配置された少なくとも３つの受信器に対して、当該空間内を互いに異なる速度で伝達する第１信号および第２信号のそれぞれを、所定の時間関係をもって、離間した少なくとも２つの信号発信箇所から発信し、前記少なくとも３つの受信器と接続する計算機に、各受信器での前記第１信号および前記第２信号の受信時間差に基づいて、各受信器と前記少なくとも２つの信号発信箇所との間の距離を算出させ、当該距離の算出結果から前記空間内での前記少なくとも２つの信号発信箇所の位置を特定させるように構成された、前記空間内で可搬可能な操作体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間内での可搬が可能に構成された操作体の当該空間内での位置を特定するための位置特定装置、位置特定方法および操作体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パーソナルコンピュータ等の電子機器に用いられる座標入力装置として、高周波信号と音波信号との速度差を利用したものが存在する。詳しくは、例えば図９に示すように、座標指定範囲１１上の任意の位置にある座標指定側装置１２から、高周波信号と音波信号とを同時に発信して、第１および第２受音体１３ａ，１３ｂのそれぞれに受信させ、第１受音体１３ａでの信号受信時間差に応じて距離Ａを、第２受音体１３ｂでの信号受信時間差に応じて距離Ｂをそれぞれ求め、さらに、第１，第２受音体１３ａ，１３ｂ間の距離Ｃを加えて、座標指定側装置１２の２次元座標（Ｘ，Ｙ）を算出するように構成された座標入力装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１３１１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の座標入力装置による位置特定では、当該位置特定に用いる座標指定側装置１２が座標指定範囲１１上に存在していなければならず、また特定可能な座標位置も座標指定範囲１１上の範囲内に限られてしまう。つまり、必ずしも柔軟な態様での位置特定（例えば、３次元空間内での位置や姿勢等の特定。）に対応し得るとは言えないことから、電子機器に適用する際のアプリケーション展開を考慮すると、汎用性に欠けたものとなってしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、柔軟な態様での位置特定への対応を可能にして、汎用性に富むアプリケーション展開を容易に実現することのできる位置特定装置、位置特定方法および操作体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するために案出された位置特定装置で、空間内における位置が特定された状態で当該空間内に配置され、当該空間内を互いに異なる速度で伝達する第１信号および第２信号のそれぞれを受信する、少なくとも３つの受信器と、前記空間内での可搬が可能に構成され、前記第１信号および前記第２信号を、所定の時間関係をもって、離間した少なくとも２つの信号発信箇所から発信する操作体と、前記少なくとも３つの受信器での前記第１信号および前記第２信号の受信時間差に基づいて、各受信器と前記操作体における各信号発信箇所との間の距離を算出し、当該距離の算出結果から前記空間内での前記操作体における各信号発信箇所の位置を特定する発信箇所特定手段と、前記発信箇所特定手段が位置を特定した前記少なくとも２つの信号発信箇所を通る線分と前記少なくとも３つの受信器の配置位置から規定される仮想平面との交点を求め、当該交点を前記操作体による指定点として特定する指定点特定手段とを備えるものである。
【０００７】
上記構成の位置特定装置では、操作体における離間した少なくとも２つの信号発信箇所から第１信号および第２信号を所定の時間関係をもって発信する。第１信号および第２信号としては、例えば光ビーム信号または電磁波信号と音波信号といったように、空間内を互いに異なる速度で伝達するものを用いる。これらの信号を発信する時間関係は、各信号を受信器で受信した際に、各信号の空間内での伝達速度差に応じた受信時間差を特定し得る関係であればよく、その一具体例として同時発信という関係が挙げられる。なお、ここでいう「少なくとも２つの信号発信箇所から」の発信は、第１信号および第２信号の少なくとも一方について各信号発信箇所のそれぞれから発信することを意味する。すなわち、空間内での伝達速度が速いほうの信号について、各信号発信箇所の離間距離の影響を無視できる場合には、当該信号を１つの信号発信箇所のみから発信するようにしても構わない。各信号発信箇所のそれぞれから発信する信号については、どの信号発信箇所から発信されたものであるかを区別可能にする必要があるが、この点については信号周波数や信号発信タイミング等を互いに相違させることで、対応することが考えられる。
そして、操作体が第１信号および第２信号を発信すると、これらの信号を、少なくとも３つの受信器のそれぞれが受信する。このとき、各受信器は、第１信号および第２信号を、それぞれの空間内での伝達速度差に応じた受信時間差で受信することになる。
したがって、各受信器での第１信号および第２信号の受信時間差を基にすれば、各信号の空間内での伝達速度は予め解っているので、所定演算処理を経ることで、各受信器と操作体における各信号発信箇所との間の距離を算出できる。このとき、第１信号および第２信号を受信する受信器は、空間内に少なくとも３つが存在しており、しかも空間内における位置が特定された状態で当該空間内に配置されている。そのため、それぞれの受信器との距離を算出すると、当該距離の算出結果を幾何的に解析することで、三次元空間内の何処に操作体が位置する場合であっても、当該操作体における各信号発信箇所の当該空間内での位置を特定し得るようになる。
ここで、空間内での位置を特定するのは、操作体における少なくとも２つの信号発信箇所である。これら少なくとも２つの信号発信箇所は、互いに離間して操作体に配置されている。したがって、各信号発信箇所の空間内での位置を特定すると、その位置特定結果から、操作体の位置に加えて、当該空間内における操作体の向きや姿勢等についても特定することが可能となる。
このことから、操作体における各信号発信箇所の位置特定後は、これらの信号発信箇所を通る線分と、少なくとも３つの受信器の配置位置から規定される仮想平面との交点を求め、当該交点を操作体による指定点とする。つまり、操作体が指し示している仮想平面上の点について、その位置特定を行うのである。このとき、仮想平面は、空間内に存在するように設定されたものであればよい。また、当該仮想平面上の点を指し示すための操作体についても、空間内に存在し、かつ、各受信器に第１信号および第２信号を到達させ得るものであれば、空間内の何処に位置するものであっても、また当該空間内をどのように可搬されるものであっても構わない。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、空間内に存在していれば、操作体の可動範囲が特に限定されることがなく、また特定可能な位置の範囲（例えば、仮想平面の設定可能範囲。）についても限定されることがない。したがって、特定可能な座標位置が所定範囲内に限定される場合に比べて、柔軟な態様での位置特定への対応が可能となる。つまり、例えば電子機器の入力装置に適用する際に、汎用性に富むアプリケーション展開を容易に実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面に基づき本発明に係る位置特定装置、位置特定方法および操作体について説明する。
【００１０】
〔第１の実施の形態〕
先ず、本発明の第１の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態における位置特定装置の概要を示す説明図である。
【００１１】
図例のように、位置特定装置は、利用者に対する情報表示を行うディスプレイ装置１を備えている。ディスプレイ装置１は、一台のみが設置されていてもよいし、一つの表示画面を構成するように複数台が並設されていてもよい。なお、ディスプレイ装置１は、表示画面上への情報表示を行い得るものであれば、その情報の表示出力手法等が限定されるものではない。
【００１２】
さらに、図例の位置特定装置では、ディスプレイ装置１が設置された空間と同一の三次元空間（以下、単に「空間」という。）内に配置された３つの受信器２ａ，２ｂ，２ｃと、これらディスプレイ装置１および各受信器２ａ，２ｂ，２ｃと通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等からなる計算機３と、当該空間内での利用者による可搬が可能に構成された操作体４と、を備えている。
このうち、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃは、ディスプレイ装置１の表示画面を含む仮想的な平面（以下、単に「仮想平面」という。）を規定し得るように、それぞれの空間内における位置、さらに詳しくは当該空間内における座標位置が特定された状態で、当該空間内に配置されているものとする。
また、ディスプレイ装置１および各受信器２ａ，２ｂ，２ｃと計算機３との間は、通信可能に接続されていれば、有線または無線の別を問わない。
【００１３】
操作体４は、当該操作体４に離間して配置された２つの信号発信箇所４ａ，４ｂを有している。そして、各信号発信箇所４ａ，４ｂからは、空間内を互いに異なる速度で伝達する第１信号および第２信号が、所定の時間関係をもって発信されるように構成されている。
第１信号および第２信号は、空間内を互いに異なる速度で伝達するものである。具体的には、例えば、一方の信号として光ビーム信号または電磁波信号を用い、他方の信号として当該一方の信号よりも伝達速度の遅い音波信号を用いる、といったことが考えられる。音波信号については、人間の可聴範囲外の周波数を用いれば、利用者が邪魔に思ったり不快感を感じたりするのを回避することができる。
これらの信号を発信する時間関係は、各信号を受信器２ａ，２ｂ，２ｃで受信した際に、各信号の空間内での伝達速度差に応じた受信時間差を特定し得る関係であればよく、その一具体例として同時発信という関係が挙げられる。
なお、ここでいう「２つの信号発信箇所４ａ，４ｂから」の発信は、第１信号および第２信号の少なくとも一方について各信号発信箇所４ａ，４ｂのそれぞれから発信することを意味する。すなわち、空間内での伝達速度が速いほうの信号について、２つの信号発信箇所４ａ，４ｂの離間距離の影響を無視できる場合には、当該信号をいずれか一方の信号発信箇所４ａ，４ｂのみから発信するようにしても構わない。
【００１４】
続いて、位置特定装置の機能構成を説明する。ここでは、第１信号として光ビーム信号を用い、第２信号として音波信号を用いる場合を例に挙げる。なお、第１信号および第２信号は、空間内を互いに異なる速度で伝達するものであれば、これらの具体例に限定されないことは勿論である。
【００１５】
図２は、本発明の第１の実施の形態における位置特定装置の機能構成例を示すブロック図である。
【００１６】
図例のように、操作体４は、当該操作体４を可搬する利用者が操作するためのキースイッチ等からなる操作部４ｃと、第１信号としての光ビーム信号を発信する光源４ｄと、第２信号としての音波信号を発信する音源４ｅと、を有している。これらの各構成要素４ｃ，４ｄ，４ｅは、いずれも、公知技術を利用して実現したものであればよい。なお、少なくとも、伝達速度が遅いほうの信号である音波信号を発信する音源４ｅについては、２つの信号発信箇所４ａ，４ｂのそれぞれに対応して設けられているものとする。一方、伝達速度が速いほうの信号である光ビーム信号を発信する光源４ｄについては、各信号発信箇所４ａ，４ｂの離間距離の影響を無視できることから、各信号発信箇所４ａ，４ｂのいずれか一方のみに対応して設けられていても構わない。
【００１７】
一方、受信器２ａは、第１信号としての光ビーム信号を受信する光検出器２ｄと、第２信号としての音波信号を受信する音検出器２ｅと、これらにおける信号受信結果についての信号を計算機３へ送信するための入出力端子（Ｉ／Ｏ；Input/Output）２ｆと、を有している。これらの各構成要素２ｄ，２ｅ，２ｆは、いずれも、公知技術を利用して実現したものであればよい。なお、他の受信器２ｂ，２ｃについても、全く同様に構成されているものとする。
【００１８】
また、計算機３は、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれから送信されてくる信号を受け取るための入出力端子（Ｉ／Ｏ；Input/Output）３ａと、当該Ｉ／Ｏ３ａで受け取った信号を利用して各受信器２ａ，２ｂ，２ｃでの光ビーム信号と音波信号との受信時間差を計測するためのタイマ部（カウンタ部）３ｂと、タイマ部３ｂでの計測結果の単位を時間について単位から距離についての単位に変換するサンプリングクロック（ＣＫ）部３ｃと、所定プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）３ｄと、を有している。これらの各構成要素３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、いずれも、公知技術を利用して実現したものであればよい。
ところで、計算機３では、ＣＰＵ３ｄが所定プログラムを実行することにより、当該ＣＰＵ３ｄが本発明における発信箇所特定手段および指定点特定手段として機能するようになっている。すなわち、ＣＰＵ３ｄは、タイマ部３ｂで計測された光ビーム信号と音波信号との受信時間差に基づいて、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃと操作体４における２つの信号発信箇所４ａ，４ｂとの間の距離を算出し、当該距離の算出結果から空間内での操作体４における２つの信号発信箇所４ａ，４ｂの位置を特定し、さらには、特定した２つの信号発信箇所４ａ，４ｂの位置を通る線分と空間内の仮想平面との交点を求め、当該交点を操作体４による指定点１ａとして特定するようになっている。
【００１９】
次に、以上のように構成された位置特定装置における処理動作例を説明する。
【００２０】
上述した構成の位置特定装置では、利用者による操作体４の操作部４ｃでの所定操作（例えば、所定キースイッチの押下。）を契機にして、当該操作体４の光源４ｄおよび音源４ｅから、所定の時間関係の一具体例である同時タイミングで、第１信号としての光ビーム信号および第２信号としての音波信号がそれぞれ発信される。
このときの信号発信は、操作体４における離間した２つの信号発信箇所４ａ，４ｂのそれぞれについて行われる。ただし、その場合には、各信号がどちらの信号発信箇所から発信されたものであるかを区別可能にする必要がある。このことから、少なくとも２つの信号発信箇所４ａ，４ｂのそれぞれで発信される音波信号については、各信号発信箇所４ａ，４ｂで全く異なる周波数としたり、あるいは予め設定されている時間的なルールに従い信号発信タイミングを互いに相違させて重複発信を回避する、といったことを行う。
【００２１】
操作体４の光源４ｄおよび音源４ｅから光ビーム信号および音波信号がそれぞれ発信されると、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃにおける光検出器２ｄおよび音検出器２ｅのそれぞれが、これらの信号を受信する。このとき、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃは、光ビーム信号および音波信号を、それぞれの空間内での伝達速度差に応じた受信時間差で受信することになる。
図３は、受信時間差の概念を示す説明図である。図例のように、光ビーム信号と音波信号とでは空間内での伝達速度に差があることから、操作体４から同時に発信された場合であっても、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃでは、伝達速度が速い光ビーム信号を受信した後に（図中における「光検知タイミング」を参照。）、伝達速度が遅い音波信号を受信することになる（図中における「音検知タイミング」を参照。）。しかも、操作体４と各受信器２ａ，２ｂ，２ｃとの間の距離が互いに相違するときには、当該距離の相違に起因して、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃでの音波信号の受信遅延時間も互いに相違することになる（図中における「ｔA」、「ｔB」および「ｔc」を参照。）。
したがって、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃでの光ビーム信号および音波信号の受信時間差を基にすれば、各信号の空間内での伝達速度は予め解っているので、所定演算処理を経ることで、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃと操作体４における２つの信号発信箇所４ａ，４ｂとの間の距離を算出できることになる。
【００２２】
このように、上述した構成の位置特定装置では、操作体４が光ビーム信号と音波信号とを同時に発信しても、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃには、光ビーム信号のほうが速く到達し、その後に音波信号が到達することになる。このことを利用して、計算機３では、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃからＩ／Ｏ２ｆ，３ａを介して光ビーム信号を受信した旨の信号を受け取ると、タイマ部３ｂでの計測をスタートさせ、その後、同受信器２ａ，２ｂ，２ｃからＩ／Ｏ２ｆ，３ａを介して音波信号を受信した旨の信号を受け取ると、タイマ部３ｂでの計測をストップさせる。そして、この計測によって得られた数値を、ＣＰＵ３ｄが時間値に変換し、さらには距離値に変換することで、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃと操作体４における２つの信号発信箇所４ａ，４ｂとの間の距離を算出するのである。
【００２３】
ところで、一般に、光ビーム信号の伝達速度ＶLは３×１０8ｍ／秒である。また、音波信号の伝達速度ＶSは、ＶS＝（３３１＋０．６＊ｔ）ｍ／秒（ｔ：周囲の温度）であるから、１５℃１気圧の場合に３４０ｍ／秒となる。
したがって、発信元から受信先まで例えば１．０ｍ離れていると、光ビーム信号は０．３３×１０-8秒で到達し、音波信号は２．９４１×１０-3秒で到達する。また、発信元から受信先まで例えば１．１ｍ離れていると、光ビーム信号は０．３７×１０-8秒で到達し、音波信号は３．２３５×１０-3秒で到達する。そして、それぞれの場合を対比すると、光ビーム信号についての時間差は０．０４×１０-8秒であり、音波信号についての時間差は０．２９４×１０-3秒である。ただし、光ビーム信号の時間差に関しては、日常生活の範囲であれば、全く無視できる大きさであると言える。
このように、１．１ｍと１．０ｍの距離の差は、音波信号の到達時間差に換算すると、約０．３msec（≒０．２９４×１０-3秒）となる。つまり、１０ｃｍの距離の差は、約０．３msecの時間差に相当することになる。
このことは、例えばタイマ部３ｂの測定分解能力を１μsec（１０-6秒）とすれば、１０ｃｍ／（０．３msec/１μsec）＝１０／３００≒０．３ｍｍとなり、当該０．３ｍｍという距離の測定ができることを意味する。つまり、計算機３では、サンプリングのタイミングを考慮しても、１ｍｍ程度の精度で距離測定を行う可能となる。
なお、距離算出の際の分解能、すなわちサンプリングＣＫ部３ｃの精度については、位置特定装置を適用する目的のアプリケーションの実現に適合させればよく、特に限定されるものではない。また、距離算出にあたっては、光検知タイミングおよび音検知タイミングを１つの組み合わせとし、これを複数回繰り返すことで、受信精度を向上させることも考えられる。例えば、１０msec（この間に、音が検知できる十分な時間を取る）を１つの組み合わせとして、３回繰り返しても、トータルで３０msecなので、この応答速度で十分なアプリケーションで実施すればよい。
【００２４】
このような光ビーム信号および音波信号の受信時間差を基にした距離算出は、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれについて行う。つまり、空間内には３つの受信器２ａ，２ｂ，２ｃが存在していることから、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃのそれぞれについて、操作体４との間の距離を算出する。その一方で、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃについては、それぞれの空間内における座標位置が特定された状態で当該空間内に配置されている。
そのため、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃと操作体４との間の距離を算出すると、当該距離の算出結果を幾何的に解析することで、三次元空間内の何処に操作体４が位置する場合であっても、当該操作体４の当該空間内での位置を特定し得るようになる。つまり、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃが配置された３点からの距離を算出すれば、これら距離値から１つの座標点を特定することが可能となる。
【００２５】
図４は、３点の距離から１つの点を特定する概念を示す説明図である。
図例のように、３つの距離値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が算出されている場合には、これらの値Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を半径とする各球体の交点が、特定すべき座標点の位置となる。
【００２６】
図５は、３点の距離から１つの点を特定する手法の一具体例を示す説明図である。
例えば、ＸＹＺ座標空間にて、Ａ（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）、Ｂ（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）、Ｃ（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）という座標値の３点があり、これら３点から点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）までの距離をそれぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ３とした場合に、これらの間には以下の示す関係が成立する。
【００２７】
Ｒ１2＝（Ｘ−Ｘ１）2＋（Ｙ−Ｙ１）2＋（Ｚ−Ｚ１）2
Ｒ２2＝（Ｘ−Ｘ２）2＋（Ｙ−Ｙ２）2＋（Ｚ−Ｚ２）2
Ｒ３2＝（Ｘ−Ｘ３）2＋（Ｙ−Ｙ３）2＋（Ｚ−Ｚ３）2
【００２８】
したがって、例えば図５に示すように、Ａ（０，０，０）、Ｂ（３，３，０）、Ｃ（６，０，０）という座標値の３点がある場合を考えると、これら３点からの距離を基にすれば、上述した関係式を利用した演算処理を行うことで、当該ＸＹＺ座標空間内における未知の点Ｐ１および点Ｐ２の座標値を特定することが可能となる。具体的には、例えばＡ，Ｂ，Ｃの各点から点Ｐまでの距離がそれぞれ１７，５，１７であったとすると、上述した関係式を利用した演算処理を経て、Ｐ１（３，２，２）という座標値を特定することができる。点Ｐ２の座標値についても、全く同様の手法で特定することが可能である。
【００２９】
このようにして、計算機３におけるＣＰＵ３ｄは、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃと操作体４との間の距離の算出結果から、空間内での操作体４の座標位置を特定するのである
【００３０】
ところで、このような座標位置の特定は、操作体４における２つの信号発信箇所４ａ，４ｂから信号発信が行われているため、これら２つの信号発信箇所４ａ，４ｂのそれぞれについて行われることになる。そして、これら２つの信号発信箇所４ａ，４ｂは、互いに離間して操作体４に配置されている。したがって、各信号発信箇所４ａ，４ｂの空間内での位置を特定すると、その位置特定結果から、操作体４の位置に加えて、当該空間内における操作体４の向きや姿勢等についても特定することが可能となる。
【００３１】
このことから、計算機３におけるＣＰＵ３ｄは、操作体４における２つの信号発信箇所４ａ，４ｂの座標位置を特定した後、これらの信号発信箇所４ａ，４ｂを通る線分の抽出を行う。さらには、抽出した線分と、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃの配置位置から規定される仮想平面との交点を求める。そして、求めた交点を、操作体４による指定点１ａとする。つまり、操作体４が指し示している仮想平面上の点について、その位置特定を行うのである。
【００３２】
このときの線分抽出および交点特定は、以下に述べるようにして行うことが考えられる。例えば図５に示すように、操作体４における２つの信号発信箇所４ａ，４ｂとして、Ｐ１（３，２，２）およびＰ２（２，１，４）という座標値の２点を特定した場合を例に挙げる。この場合に、Ｐ１およびＰ２の２点を通る線分は、ベクトルとして、以下に示す式で表現できる。
【００３３】
【数１】
2009250944.tif 000003
【００３４】
この式に、Ｐ１（３，２，２）およびＰ２（２，１，４）という座標値を代入すると、Ｌ＝（２＋ｋ，１＋ｋ，４−２ｋ）という式が得られる。
ここで、Ａ，Ｂ，Ｃの各点から規定される仮想平面、すなわち平面ＡＢＣ上では、Ｚ座標値が０（ゼロ）である。そのため、上述した式において、４−２ｋ＝０が成り立つことになり、その結果としてｋ＝２という値が得られることになる。
このｋ＝２という値を上述した式に代入すると、Ｐ１およびＰ２の２点を通る線分と平面ＡＢＣとの交点として、Ｌ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（４，３，０）という座標値が特定されることになる。
【００３５】
このようにして、計算機３におけるＣＰＵ３ｄは、操作体４における２つの信号発信箇所４ａ，４ｂの座標位置を特定結果から、これらの信号発信箇所４ａ，４ｂを通る線分と、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃの配置位置から規定される仮想平面との交点を求め、当該交点の座標位置を操作体４による指定点１ａとして特定するのである。
このとき、仮想平面は、空間内に存在するように設定されたものであればよい。さらに具体的には、ディスプレイ装置１の表示画面を含むように設定することが考えられ、当該表示画面の領域内のみに制限されるものではない。また、当該仮想平面上の点を指し示すための操作体４についても、空間内に存在し、かつ、各受信器２ａ，２ｂ，２ｃに光ビーム信号および音波信号を到達させ得るものであれば、空間内の何処に位置するものであっても、また当該空間内をどのように可搬されるものであっても構わない。
【００３６】
以上に説明したように、本実施形態における位置特定装置によれば、操作体４が空間内に存在していれば、当該操作体４の可動範囲が特に限定されることがなく、また特定可能な位置の範囲（例えば、仮想平面の設定可能範囲。）についても限定されることがなく、当該操作体４による仮想平面上の指定点１ａを特定することができる。したがって、特定可能な座標位置が所定範囲内に限定される場合に比べて、柔軟な態様での位置特定への対応が可能となる。つまり、例えば電子機器の入力装置に適用する際に、汎用性に富むアプリケーション展開を容易に実現することが可能となる。
【００３７】
このような位置特定装置についてのアプリケーション展開の具体例としては、例えば一般に広く知られているレーザポインタの代替品となるものとして用いることが考えられる。また、例えば射撃ゲームのようなコンピュータゲーム機器のコントローラ（入力装置）として用いることも考えられる。さらに具体的には、操作体４を射撃ゲームの拳銃に見立て、当該操作体４による指定点１ａを弾丸の到達箇所に見立てる、といった具合である。
【００３８】
なお、上述した実施形態では、空間内に３つの受信器２ａ，２ｂ，２ｃが配置されている場合を例に挙げて説明したが、受信器は４つ以上配置されていても構わない。
受信器が４つ以上配置されている場合には、当該受信器が３つの場合に比べて、操作体４における２つの信号発信箇所４ａ，４ｂの位置特定の精度向上や信頼向上等が期待できる。例えば、受信器が４つ以上配置されていれば、受信器が３つの場合に比べて、仮想平面に対する法線方向（以下「Ｚ軸方向」という。）における座標（以下「Ｚ座標」という。）の位置関係が明確になる。ここで、Ｚ座標の解が”正：プラス”と言う前提があれば、４つの受信器を置くことで、１つの受信が遮断された場合であっても問題が生じない。また、例えば、１つの受信器と信号発信箇所４ａ，４ｂとの間に信号遮蔽物が介在した場合であっても、他の３つの受信器以上での受信結果に基づいて、当該信号発信箇所４ａ，４ｂについての位置特定を行い得るようになるので、当該位置特定の信頼向上が図れる。さらに、受信器が４つ以上あれば、それぞれにおける信号受信結果を所定基準に従いつつ取捨選択することで、不適正な受信結果を排除することも可能になるので、この点によっても信号発信箇所４ａ，４ｂの位置特定の精度向上や信頼向上等が図れるようになる。
また、受信器が４つ以上配置されている場合には、各受信器の配置位置から規定される仮想平面として、一つの平面ではなく、複数の平面を設定することも実現可能となる。
したがって、受信器が４つ以上配置されていれば、例えば射撃ゲームへのアプリケーション展開を考えた場合に、Ｚ軸方向における負の座標値の領域（利用者から見て仮想平面よりもさらに奥側の領域）にアクションポイントを設定し、当該アクションポイントを光らせた際に射撃が的中したら「当たり」とするといったように、利用者にとって醍醐味のあるゲームを実現することが可能となる。
なお、４つ目以降の受信器の空間内への設置の際には、既に３つの受信器が配置されている場合であれば、これら３つの受信器での信号受信結果を利用することで、空間座標を把握し得るので、これら３つの受信器からの距離を算出することで、４つ目以降の受信器の位置を把握する、といったことも実現可能である。
【００３９】
また、上述した実施形態では、操作体４が２つの信号発信箇所４ａ，４ｂを有している場合を例に挙げて説明したが、信号発信箇所は少なくとも２つであればよく、３つ以上配置されていても構わない。
【００４０】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。ただし、ここでは、上述した第１の実施の形態との相違点についてのみ説明する。
【００４１】
図６は、本発明の第２の実施の形態における位置特定装置の機能構成例を示すブロック図である。図例は、位置特定装置を構成する計算機３′における機能構成例を示している。図示していない受信器２ａ，２ｂ，２ｃおよび操作体４については、第１の実施の形態の場合と同様である。
【００４２】
図例のように、計算機３′は、Ｉ／Ｏ３ａ、タイマ部３ｂ、サンプリングＣＫ部３ｃおよびＣＰＵ３ｄに加えて、処理実行アプリケーション部３ｅと、情報記憶テーブル３ｆと、を有している。
【００４３】
処理実行アプリケーション部３ｅは、所定の処理動作を行うためのものである。所定の処理動作としては、例えば、計算機３′に接続するプリンタ装置（ただし不図示）へのプリントジョブの発行が挙げられる。なお、所定の処理動作の内容、すなわち処理実行アプリケーション部３ｅが実行する装置動作内容は、１つだけに限定されるものではなく、複数種類が存在していてもよい。
【００４４】
情報記憶テーブル３ｆは、受信器２ａ，２ｂ，２ｃの配置位置から規定される仮想平面上にアクションポイントとして設定される領域（以下、単に「アクション領域」という。）に関する位置情報と、当該アクション領域が指定された際の装置動作内容に関する情報とを、互いに関連付けて記憶するものである。ここで、装置動作内容に関する情報としては、その一例として、処理実行アプリケーション部３ｅが実行する動作内容に関する情報が挙げられる。つまり、情報記憶テーブル３ｆには、仮想平面上にアクション領域が設定されている場合において、当該仮想平面上のどの位置が指定されると、処理実行アプリケーション部３ｅにどの内容の動作を実行させるかについて、これを特定するための情報が記憶されているのである。なお、ここでいうアクション領域とは、仮想平面上に設定されるアイコンや操作ボタン等に相当するものである。
【００４５】
また、計算機３′は、処理実行アプリケーション部３ｅおよび情報記憶テーブル３ｆを有しているのに伴って、ＣＰＵ３ｄが本発明における情報更新手段および発信制御手段として機能するようになっている。すなわち、ＣＰＵ３ｄは、計算機３′におけるキーボード等の入力装置または操作体４における操作部４ｃでの操作内容（情報入力内容）に従いつつ、情報記憶テーブル３ｆへの情報書き込みまたは当該情報記憶テーブル３ｆにおける情報記憶内容の更新を行い得るようになっている。さらには、情報記憶テーブル３ｆにおける情報記憶内容を基にしつつ、操作体４による指定点１ａが所定領域内にあるか否かを判断し、当該所定領域内にあるときには光ビーム信号の発信を停止させるように、当該操作体４に対して指示信号を与えるようになっている。なお、指示信号は、計算機３′と操作体４との無線通信を介して与えることが考えられるが、その信号伝達形式は特に限定されるものではない。
【００４６】
続いて、以上のように構成された位置特定装置における処理動作例を説明する。
【００４７】
上述した構成の位置特定装置では、計算機３′が処理実行アプリケーション部３ｅおよび情報記憶テーブル３ｆを有していることから、仮想平面上のアクション領域と処理実行アプリケーション部３ｅによる動作内容との相関を持たせることによって、操作体４による指定点１ａの位置がどのアクション領域に該当するかに応じて、処理実行アプリケーション部３ｅに実行させる動作内容を選択し得るようになる。
【００４８】
具体的には、位置特定装置では、例えばディスプレイ装置１の表示画面上に、プリント処理の実行を指示するためアクション領域の画像を表示する。その後、そのアクション領域の画像上に操作体４による指定点１ａが重なるように当該操作体４が支持されている状態で当該操作体４における操作部４ｃでの所定操作があると、当該指定点１ａについての座標位置の特定結果から、計算機３′がそのこと、すなわち当該アクション領域が操作体４によって指し示されていることを認識する。そして、この認識結果と情報記憶テーブル３ｆにおける情報記憶内容を基にしつつ、処理実行アプリケーション部３ｅがプリント処理の実行を開始する。
【００４９】
ところで、第１の実施の形態で説明したように、操作体４による指定点１ａは、受信器２ａ，２ｂ，２ｃの配置位置から規定される仮想平面上であれば、ディスプレイ装置１における表示画面の領域内に限定されることなく、表示画面の領域外であっても、その座標位置の特定が可能である。このことは、処理実行アプリケーション部３ｅに実行させる動作内容を指示するためのアクション領域が、仮想平面上にあれば、ディスプレイ装置１における表示画面の領域内のみならず、当該表示画面の領域外に存在していてもよいことを意味する。
図７は、本発明の第２の実施の形態における位置特定装置の概要を示す説明図である。図例では、ディスプレイ装置１における表示画面の領域外に、プリント処理の実行を指示するためアクション領域１ｂが設定されている場合を示している。
このように、ディスプレイ装置１における表示画面の領域外に仮想的にアクション領域１ｂが設定されている場合であっても、そのアクション領域１ｂを指し示すように操作体４による指定点１ａを合わせ、その状態で処理実行の契機となる操作部４ｃでの所定操作を行えば、処理実行アプリケーション部３ｅに所望の処理を実行させるようにすることが実現可能となる。
【００５０】
このような処理動作を実現させるために必要となる情報記憶テーブル３ｆでの情報記憶内容については、計算機３′における入力装置からの操作または操作体４における操作部４ｃからの操作を通じて、新たな情報書き込みを行ったり、あるいは既に存在する内容の更新を行ったりすることが考えられる。このようにすれば、アクション領域１ｂを任意に設定したり、その設定内容を変更したりすることが可能となるので、装置構成の汎用性や領域設定の柔軟性等を十分に確保し得るようになる。
【００５１】
なお、アクション領域１ｂについての設定にあたっては、計算機３′における入力装置からの操作または操作体４における操作部４ｃからの操作ではなく、操作体４による指定点１ａの座標位置の特定結果を利用することも考えられる。
図８は、アクション領域設定手順の一具体例を示すフローチャートである。
操作体４を利用してアクション領域設定を行う場合には、先ず、ディスプレイ装置１の表示画面上の適当な箇所に、「位置決め用のスポット画像」を表示する。そして、そこが操作体４によって指し示されると、計算機３′のＣＰＵ３ｄが、アクション領域設定処理を開始する（ステップ１０１、以下ステップを「Ｓ」と略す。）。アクション領域設定処理の開始後は、ディスプレイ装置１の表示画面上に、処理実行アプリケーション部３ｅが実行し得る動作内容について一覧形式でのメニュー表示を行い（Ｓ１０２）、その中から、操作体４による指し示しまたはキーボード装置等の入力装置の操作を通じて、所望の動作内容を利用者に選択させる（Ｓ１０３）。その一方で、選択された動作内容に対応するアクション領域１ｂについても、操作体４による指し示しを通じて、利用者に指定させる（Ｓ１０４）。このときの領域指定は、例えば、複数の点を指定して、それぞれの指定点から領域を導き出すことで行う、といったことが考えられる。また、ある１つの指定点から自動的に当該指定点を含む領域（例えば所定の矩形領域）を導き出すようにすることで行う、といったことも考えられる。このようにして、動作内容が選択され、これに対応する領域が指定されると、ＣＰＵ３ｄがこれらを互いに関連付けて情報記憶テーブル３ｆ内に記憶させ、これによりそれぞれの間の対応付けが行われることになる（Ｓ１０５）。
このように、操作体４による指定点１ａの座標位置の特定結果を利用して、アクション領域１ｂについての設定を行うことを可能にすれば、利用者にとっての操作性向上が実現されることになる。
【００５２】
また、上述した構成の位置特定装置では、情報記憶テーブル３ｆを有しているので、当該情報記憶テーブル３ｆにおける情報記憶内容を基にしつつ、操作体４による指定点１ａが所定領域内にあるか否かを、計算機３′のＣＰＵ３ｄが判断する。ここで、所定領域とは、操作体４から発信される光ビーム信号が到達すべきでない領域をいう。具体的には、例えば空間内に居る人間の目を照射し得るおそれのある領域がこれに該当する。このような所定領域に関する情報（当該所定領域自体を特定する情報または当該所定領域には該当しない領域を特定する情報）は、予め設定されて情報記憶テーブル３ｆ内に記憶されているものとする。
そして、操作体４による指定点１ａが所定領域内にある場合には、情報記憶テーブル３ｆにおける情報記憶内容を基にしつつ、計算機３′のＣＰＵ３ｄが操作体４に対して光ビーム信号の発信停止を指示する。
このように、指定点１ａが所定領域内にある場合に光ビーム信号の発信を停止させるようにすれば、例えば当該光ビーム信号が空間内に居る人間の目を誤照射するといったことを防止できるので、空間内を自由に可搬可能な操作体４から発信される光ビーム信号を用いて位置特定を行う場合であっても、利用者等に対する安全性を十分に確保することが可能となる。
【００５３】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００５４】
ここで説明する第３の実施の形態では、上述した第１の実施の形態の場合とは異なり、計算機３が指定点特定手段としての機能を有していない。すなわち、計算機３は、発信箇所特定手段としての機能により、操作体４における２つの信号発信箇所４ａ，４ｂについて、空間内での位置の特定を行うが、その特定結果を基にした指定点１ａについての特定は行わない。その他については、第１の実施の形態の場合と同様である。
【００５５】
このような構成によれば、互いに離間して操作体４に配置されている２つの信号発信箇所４ａ，４ｂの座標位置が特定されるので、その特定結果を基にすれば、当該空間内における操作体４の向きや姿勢等についても特定することが可能となる。
【００５６】
このような位置特定装置についてのアプリケーション展開の具体例としては、コンピュータゲーム機器のコントローラ（入力装置）として用いることが考えられる。つまり、操作体４が、利用者によって空間内を自由に可搬されるゲームコントローラとなるのである。そして、例えば所定時間間隔毎に信号発信箇所の位置特定を行うことで、ゲームコントローラの向きや姿勢等のみならず、当該ゲームコントローラが描いた軌跡についても計算器の側で特定することが可能となる。したがって、当該ゲームコントローラを野球のバットやテニスのラケット等に見立てたスポーツゲーム機を構成する場合に適用して、非常に好適なものになると言える。
【００５７】
また、コンピュータゲーム機器の他に、医療機器等へのアプリケーション展開も考えられる。具体的には、例えば、足のリハビリテーション運動を観察するための手段として、ギブスに操作体４を装着するとともに、その操作体４に少なくとも２つの信号発信箇所４ａ，４ｂを設けておき、その一方で当該ギブスの装着者の周囲に少なくとも３つの受信器２ａ，２ｂ，２ｃを配置しておくことで、当該ギブスの装着者、すなわちリハビリ患者の足の動作を三次元的に検出する、といったことができるようになる。さらには、効果的な動作を歩行データとして予め設定しておけば、期待される動作から外れた際に、ＬＥＤランプを用いてアラーム表示を行う等して、患者に知らせることも実現可能となる。つまり、このようなアプリケーション展開によって、例えばリハビリテーションを効果的に実施することが可能となり、患者にとっての利便性を向上させ得るとともに、施術する側の質の安定や時間短縮等も実現することが可能となる。
【００５８】
以上に説明した第１〜第３の実施の形態では、本発明の好適な実施具体例を説明したが、本発明はその内容に限定されるものではない。すなわち、本発明は、上述した各実施形態で説明した内容に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施の形態における位置特定装置の概要を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における位置特定装置の機能構成例を示すブロック図である。
【図３】受信時間差の概念を示す説明図である。
【図４】３点の距離から１つの点を特定する概念を示す説明図である。
【図５】３点の距離から１つの点を特定する手法の一具体例を示す説明図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における位置特定装置の機能構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態における位置特定装置の概要を示す説明図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態におけるアクション領域設定手順の一具体例を示すフローチャートである。
【図９】従来技術の一例の概要を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…ディスプレイ装置、１ａ…指定点、１ｂ…アクション領域、２ａ，２ｂ，２ｃ…受信器、２ｄ…光検出器、２ｅ…音検出器、２ｆ…Ｉ／Ｏ、３，３′…計算機、３ａ…Ｉ／Ｏ、３ｂ…タイマ部、３ｃ…サンプリングＣＫ部、３ｄ…ＣＰＵ、３ｅ…処理実行アプリケーション部、３ｆ…情報記憶テーブル、４…操作体、４ａ，４ｂ…信号発信箇所、４ｃ…操作部、４ｄ…光源、４ｅ…音源
【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】
2009250944.tif 000009
【図７】
2009250944.tif 000010
【図８】
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【図９】
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