(57)【要約】  位置検出センサの入力面と、空間位置検出装置による３次元空間とで、同じ指示位置とすることで、操作作業に一貫性が保たれる３次元位置指示器を提供する。  外部装置とインタラクションして３次元空間の空間座標系における位置と方向とを外部装置に検出させるための空間位置指標部が、棒状部の軸心方向の一端側の先端部に対して、検出される位置及び方向と特定の位置関係及び方向関係となるように設けられている。棒状部内には、先端部による指示位置を、位置検出センサで検出させるために、位置検出センサとインタラクションするためのインタラクション部が設けられている。外部装置において、空間位置指標部とのインタラクションにより検出された位置及び方向と、特定の位置関係及び方向関係とに基づいて、３次元空間における棒状部の軸心方向の一端側の先端部による指示位置を算出可能とする。
2019181118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状部の軸心方向の一端側の先端部により、位置検出センサの入力面における位置指示が可能であると共に、３次元空間における位置指示が可能である３次元位置指示器であって、
外部装置とインタラクションして前記３次元空間の空間座標系における位置と方向とを前記外部装置に検出させるための空間位置指標部が、前記先端部に対して、前記検出される位置及び方向と特定の位置関係及び方向関係となるように設けられていると共に、
前記棒状部内には、前記先端部による指示位置を、前記位置検出センサで検出させるために、前記位置検出センサとインタラクションするためのインタラクション部が設けられており、
前記外部装置において、前記空間位置指標部とのインタラクションにより前記検出された位置及び方向と、前記特定の位置関係及び方向関係とに基づいて、前記３次元空間における前記先端部による指示位置を算出可能とする
ことを特徴とする３次元位置指示器。
【請求項２】
前記空間位置指標部は、前記棒状部を保持するためのホルダーに取り付けられていると共に、前記棒状部は、前記ホルダーとは別体の、前記先端部をペン先とする電子ペンとされており、
前記ホルダーには、前記電子ペンを、前記ペン先と前記空間位置指標部との前記特定の位置関係及び方向関係を維持して装着するための装着部が設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元位置指示器。
【請求項３】
前記ホルダーの前記装着部は、前記電子ペンを差し込むことで、前記ペン先と前記空間位置指標部との前記特定の位置関係及び方向関係を保持して係止する状態となる凹部を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の３次元位置指示器。
【請求項４】
前記装着部に前記電子ペンが装着されていることを、前記外部装置に通知する手段を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の３次元位置指示器。
【請求項５】
前記空間位置指標部は、使用者の手で隠れないうように前記ホルダーに設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元位置指示器。
【請求項６】
前記ホルダーの前記装着部に前記電子ペンが装着されたときにも、前記電子ペンに設けられているスイッチ操作部の操作が可能となっている
ことを特徴とする請求項２に記載の３次元位置指示器。
【請求項７】
前記空間位置指標部は、前記外部装置と光学的にインタラクションするものであって、前記外部装置が備える発光部からの光を受光したときに、その受光を前記外部装置に通知する手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元位置指示器。
【請求項８】
前記インタラクション部は、前記位置検出センサと電磁誘導方式で結合することでインタラクションする
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元位置指示器。
【請求項９】
前記インタラクション部は、前記位置検出センサと静電結合方式で結合することでインタラクションする
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元位置指示器。
【請求項１０】
前記ホルダーには、使用者が操作する１または複数の操作部が設けられており、
前記操作部の操作情報を、前記外部装置に対して有線または無線で伝達する
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元位置指示器。
【請求項１１】
棒状部の軸心方向の一端側の先端部を指示位置とする３次元位置指示器と、位置検出センサと、空間位置検出装置とを備える３次元位置検出システムであって、
前記３次元位置指示器は、
前記空間位置検出装置とインタラクションして前記３次元空間の空間座標系における位置と方向とを前記空間位置検出装置で検出させるためのものであって、前記先端部に対して前記空間位置検出装置で検出される位置及び方向と特定の位置関係及び方向関係となるように設けられている空間位置指標部と、
前記位置検出センサとインタラクションして、前記先端部による指示位置を前記位置検出センサで検出させるために、前記棒状部内に設けられるインタラクション部と、
を備え、
前記空間位置検出装置は、
前記３次元位置指示器の前記空間位置指標部とのインタラクションにより前記検出された位置及び方向と、前記特定の位置関係及び方向関係とに基づいて、前記３次元空間における前記３次元位置指示器の前記先端部による指示位置を算出する
ことを特徴とする３次元位置検出システム。
【請求項１２】
前記空間位置検出装置は、前記検出した前記３次元位置指示器の空間位置指標部の位置及び方向から前記先端部の指示位置を算出するための、前記３次元位置指示器の前記空間位置指標部と前記先端部との特定の位置関係及び方向関係に基づいて生成される補正値を記憶している
ことを特徴とする請求項１１に記載の３次元位置検出システム。
【請求項１３】
前記位置検出センサで検出された前記３次元位置指示器の前記先端部の位置と、前記空間位置検出装置で検出された前記３次元位置指示器の前記先端部の位置とのいずれかを選択して出力する選択出力手段を備える
ことを特徴とする請求項１１に記載の３次元位置検出システム。
【請求項１４】
前記空間位置検出装置の前記３次元空間内に、前記位置検出センサの入力面が含まれており、
前記前記３次元空間の空間座標系と前記位置検出センサの入力面における座標系との一方を他方に一致させるための座標変換補正手段を、前記選択出力手段の前段に備える
ことを特徴とする請求項１３に記載の３次元位置検出システム。
【請求項１５】
前記選択出力手段からの指示位置の軌跡を表示する表示手段を備え、
前記表示手段に表示される前記指示位置の軌跡の画像は、ＶＲ（Virtual Reality）画像である
ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の３次元位置検出システム。
【請求項１６】
前記３次元位置指示器の前記空間位置指標部は、前記棒状部を保持するためのホルダーに取り付けられていると共に、前記棒状部は、前記ホルダーとは別体の、前記先端部をペン先とする電子ペンとされており、
前記ホルダーには、前記電子ペンを、前記ペン先と前記空間位置指標部との前記特定の位置関係及び方向関係を維持して装着するための装着部が設けられており、
前記３次元位置指示器には、前記装着部に前記電子ペンが装着されていることを、前記空間位置検出装置に通知する手段が設けられており、
前記空間位置検出装置は、前記３次元位置指示器から前記電子ペンが装着されていることの通知を受けたときに、前記３次元位置指示器の前記空間位置指標部とのインタラクションにより前記検出された位置及び方向と、前記特定の位置関係及び方向関係とに基づいて、前記３次元空間における前記３次元位置指示器の前記先端部による指示位置を算出する
ことを特徴とする請求項１１に記載の３次元位置検出システム。
【請求項１７】
ホルダーに、空間位置検出装置とインタラクションして３次元空間の空間座標系における位置と方向とを前記空間位置検出装置に検出させる空間位置指標部が設けられている３次元位置指示器と、前記空間位置検出装置とを備える３次元位置検出システムであって、
前記空間位置検出装置は、前記検出した前記３次元位置指示器の位置及び方向に対して特定の位置関係及び方向関係にある前記３次元空間内の位置を前記３次元位置指示器による指示位置として検出する
ことを特徴とする３次元位置検出システム。
【請求項１８】
前記空間位置検出装置は、前記３次元位置指示器の空間位置指標部の位置及び方向から前記指示位置を検出するための、前記３次元位置指示器の前記空間位置指標部と前記指示位置との特定の位置関係及び方向関係に基づいて生成される補正値を記憶している
ことを特徴とする請求項１７に記載の３次元位置検出システム。
【請求項１９】
前記空間位置検出装置で検出された指示位置に基づいて、前記３次元空間において仮想的に描画を行う描画装置を備え、
前記描画装置は、前記指示位置を先端部とするスタイラスの画像を仮想的に生成する手段を備える
ことを特徴とする請求項１７に記載の３次元位置検出システム。
【請求項２０】
前記３次元位置指示器は、前記ホルダーに、使用者が操作する操作部を備えると共に、前記操作部の操作情報を、前記空間位置検出装置に対して有線または無線で伝達する手段を備え、
前記空間位置検出装置は、前記３次元位置指示器からの前記操作部の操作情報に応じて前記検出した前記３次元位置指示器の位置及び方向に対して特定の位置関係及び方向関係にある前記３次元空間内の位置を前記３次元位置指示器による指示位置として算出するか否かを決定する
ことを特徴とする請求項１７に記載の３次元位置検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば３次元描画（３Ｄ描画）のために用いて好適な３次元位置指示器及び３次元位置検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタイザと呼ばれる座標入力装置に対して、電子ペンにより連続的に位置指示することにより描画することで、アニメーション画像などを作成する描画システムが知られている。この場合に、操作者は、電子ペンのペン先を、デジタイザを内蔵したタブレット装置の入力面に接触させた状態で、あるいは、タブレット装置の入力面には非接触の状態ではあるが、位置検出可能な上方領域に置いた状態（ホバー状態）で、描画画像を生成するための位置指示操作するようにする。デジタイザは、電子ペンにより指示された位置を検出し、その検出結果として描画画像を生成し、表示画面に表示する。操作者は、表示画面に表示されている描画画像を確認しながら、描画を実行するようにする。【０００３】
最近は、２次元の表示画面に表示された描画画像を、視覚的に、３次元画像のように描画表現することができるようにする描画システムやアプリケーションが登場している。その場合には、描画システムやアプリケーションは、操作者の手や指の動きによる、デジタイザを用いて生成した描画画像に対して、削ったり、凹ましたり、膨らませたりなどの動き操作（ジャスチャー）を、動きセンサを用いて検出し、その検出した動き操作（ジェスチャー）に基づいて３次元の描画表現処理を行うようにするものが多い。【０００４】
ところで、上述のような位置指示入力とジェスチャーなどの操作入力の両方を行えるユーザインターフェースが提供されている。例えば特許文献１（米国特許第９３６７１６９号明細書）には、操作者の指タッチを検出するタッチセンサと、動きを検出するモーションセンサを備える装置を用いるものであって、モーションセンサからの信号に応答してタッチセンサをホバーイベント検出モードからジェスチャイベント検出モードに切り替えるように構成されたタッチコントローラが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第９３６７１６９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１においては、タッチセンサの入力面から限定された距離範囲の空間領域であるホバー領域において、ホバーイベント検出モードとジェスチャイベント検出モードとを切り替えるものであり、操作者は、タッチセンサに対するホバー状態を維持してジェスチャーを行う必要がある。このため、操作者は、制限された空間領域でジェスチャーを行う必要があるため、３Ｄ描画のための作業がし辛いという問題がある。また、特許文献１では、操作者の指での操作を想定しているために、より細かい指示操作がし辛いという問題もある。また、特許文献１においては、モーションセンサからの信号に応じてホバーイベント検出モードとジェスチャイベント検出モードとを切り替えるので、切替のためにデバイスの傾きを、都度、変更しなければならないという問題がある。【０００７】
この発明は、以上の問題点を解決することができるようにした３次元位置指示器及び３次元位置検出システム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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、
棒状部の軸心方向の一端側の先端部により、位置検出センサの入力面における位置指示が可能であると共に、３次元空間における位置指示が可能である３次元位置指示器であって、
外部装置とインタラクションして前記３次元空間の空間座標系における位置と方向とを前記外部装置に検出させるための空間位置指標部が、前記先端部に対して、前記検出される位置及び方向と特定の位置関係及び方向関係となるように設けられていると共に、
前記棒状部内には、前記先端部による指示位置を、前記位置検出センサで検出させるために、前記位置検出センサとインタラクションするためのインタラクション部が設けられており、
前記外部装置において、前記空間位置指標部とのインタラクションにより前記検出された位置及び方向と、前記特定の位置関係及び方向関係とに基づいて、前記３次元空間における前記先端部による指示位置を算出可能とする
ことを特徴とする３次元位置指示器を提供する。【０００９】
また、上記の課題を解決するために、
棒状部の軸心方向の一端側の先端部を指示位置とする３次元位置指示器と、位置検出センサと、空間位置検出装置とを備える３次元位置検出システムであって、
前記３次元位置指示器は、
前記空間位置検出装置とインタラクションして前記３次元空間の空間座標系における位置と方向とを前記空間位置検出装置で検出させるためのものであって、前記先端部に対して前記空間位置検出装置で検出される位置及び方向と特定の位置関係及び方向関係となるように設けられている空間位置指標部と、
前記位置検出センサとインタラクションして、前記先端部による指示位置を前記位置検出センサで検出させるために、前記棒状部内に設けられるインタラクション部と、
を備え、
前記空間位置検出装置は、
前記３次元位置指示器の前記空間位置指標部とのインタラクションにより前記検出された位置及び方向と、前記特定の位置関係及び方向関係とに基づいて、前記３次元空間における前記３次元位置指示器の前記先端部による指示位置を算出する
ことを特徴とする３次元位置検出システムを提供する。【００１０】
上述の構成の３次元位置指示器は、インタラクション部により位置検出センサとインタラクションすることで、棒状部の軸心方向の一端側の先端部による指示位置を位置検出センサで検出させるようにする。【００１１】
そして、３次元位置指示器は、外部装置とインタラクションする空間位置指標部を備えており、外部装置である３次元位置検出システムの空間位置検出装置は、３次元位置指示器の空間位置指標部とのインタラクションにより、３次元位置指示器の３次元空間における位置及び方向を検出する。したがって、上述の３次元位置検出システムにおいては、空間位置検出装置は、３次元位置指示器の位置を、３次元位置指示器と位置検出センサとの位置関係とは無関係に検出することができる。【００１２】
この構成により、上述の３次元位置検出システムにおいては、操作者は、位置検出センサの入力面上で、３次元位置指示器の棒状部の先端部による位置指示によって精細な描画ができると共に、位置検出センサとの位置関係の制限無い３次元空間で、３次元位置指示器の位置の動きに基づくジェスチャーをすることにより、３Ｄ描画像に対する入力操作をすることができる。【００１３】
ここで、３次元位置指示器の空間位置指標部の位置が、棒状部の軸心方向の先端部とは異なる位置となっている場合には、位置検出センサで検出される３次元位置指示器による指示位置と、空間位置検出装置で検出される３次元位置指示器による指示位置とで異なってしまう。このようになると、３次元位置指示器を用いて、位置検出センサでの描画操作と、空間位置検出装置でのジェスチャー操作とを一連の操作として切り替えて作業するようにする場合に、３次元位置指示器による指示位置が、操作によって異なってしまうことなり、連続的な位置指示操作ができなくなってしまい、作業がスムースに行くなく恐れがある。【００１４】
しかし、上述の構成の３次元位置指示器では、棒状部の軸心方向の一端側の先端部は、空間位置指標部と空間位置検出装置とのインタラクションにより検出される位置及び方向と特定の位置関係及び方向関係となるように設けられている。これにより、空間位置検出装置においては、空間位置指標部とのインタラクションにより検出される位置及び方向と、上記の先端部についての特定の位置関係及び方向関係とに基づいて、棒状部の軸心方向の一端側の先端部の位置を指示位置として検出することができる。【００１５】
したがって、使用者は、位置検出センサの入力面のみではなく、空間位置検出装置による３次元空間においても、棒状部の軸心方向の一端側の先端部を指示位置とすることができ、操作作業に一貫性が保たれ、スムースに３次元描画作業を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明による空間位置検出システムの第１の実施形態の概要を説明するための図である。
【図２】この発明による空間位置検出システムの第１の実施形態の構成例を説明するためのブロック図である。
【図３】この発明による空間位置指示システムの第１の実施形態における空間座標系を説明するための図である。
【図４】この発明による空間位置指示システムの第１の実施形態における電子ペンの位置検出用の座標系の切り替えを説明するための図である。
【図５】この発明による３次元位置指示器の第１の実施形態の外観を示す斜視図である。
【図６】この発明による３次元位置指示器の第１の実施形態の構成例を説明するための図である。
【図７】この発明による３次元位置指示器の第１の実施形態の構成例を説明するための図である。
【図８】この発明による３次元位置指示器の第１の実施形態の他の構成例を説明するための図である。
【図９】この発明による３次元位置指示器の第２の実施形態の構成例を説明するための図である。
【図１０】この発明による空間位置検出システムの第２の実施形態の構成例を説明するためのブロック図である。
【図１１】この発明による３次元位置指示器の他の実施形態の構成例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明による空間位置検出システムの幾つかの実施形態を、図を参照しながら説明する。
【００１８】
［第１の実施形態］
この発明による第１の実施形態の空間位置検出システムは、表示部をヘッドマウントディスプレイの構成として、３Ｄ描画空間をバーチャルリアリティー（ＶＲ（Virtual Reality）、ＭＲ（Mixed Reality）、ＡＲ（Augmented Reality）などを含む。以下、ＶＲと略称する）の空間とした例である。
【００１９】
図１は、ＶＲの空間を３Ｄ描画空間とした、この第１の実施形態の空間位置検出システムの全体の構成の概要を示す図である。また、図２は、この第１の実施形態の空間位置検出システムの各部の機能の詳細構成例を示すブロック図である。
【００２０】
この第１の実施形態の空間位置検出システムは、図１に示すように、３次元位置指示器と、デジタイザ２０と、空間位置検出用ユニット３０と、空間描画情報生成装置４０と、ヘッドマウントディスプレイ（以下、ＨＭＤと称する）５０とを備えて構成されている。空間描画情報生成装置４０は、図２に示すように、この例では、この例では、入力情報処理部４１と表示画像生成部４２との機能を備えるもので、例えばパーソナルコンピュータで構成される。入力情報処理部４１は、空間位置検出装置の機能を備える。なお、図２に示すように、この明細書においては、パーソナルコンピュータのプログラムで実行される処理機能のそれぞれを、説明の便宜上、各「回路」ブロックとして示している。
【００２１】
なお、この第１の実施形態の空間位置検出システムでは、入力情報処理部４１と表示画像生成部４２とを備える空間描画情報生成装置４０を用いるようにしたが、この発明の空間位置検出システムとしては、３次元位置指示器と、デジタイザ２０と、空間位置検出用ユニット３０と、入力情報処理部４１とからなる構成として、表示画像生成部４２は、別途設けるように構成してもよい。
【００２２】
３次元位置指示器１０は、棒状部の軸心方向の一端側の先端の位置を、デジタイザ２０の入力面における指示位置とすると共に、空間位置検出用ユニット３０を用いて入力情報処理部４１の空間位置検出機能で検出する３次元空間における指示位置とする機能を有する。
【００２３】
図１に示すように、この例では、３次元位置指示器１０の棒状部は、挿脱可能とされる電子ペン１１で構成されている。この例では、電子ペン１１の筒状の筐体の軸心方向の一方の端部の開口から突出する芯体の先端１１ａ（以下、ペン先１１ａという）が、棒状部の軸心方向の一端側の先端となる。電子ペン１１としては、この第１の実施形態においては、電磁誘導方式の電子ペンを例に用いるが、電磁誘導方式に限定されるものではなく、静電結合方式の電子ペンであってもよい。
【００２４】
なお、電子ペン１１は、３次元位置指示器１０に対して挿脱可能とせずに、一体的に、あるいは、固定されて設けられていても勿論よい。つまり、棒状部は、３次元位置指示器１０に一体的に、あるいは、固定されて設けられていてもよい。３次元位置指示器１０の構成例の詳細な説明については後述する。
【００２５】
デジタイザ２０は、この例では、薄型の直方体形状の筐体２１を備え、その表面を３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａによる位置指示の入力面２１Ｓとしている。そして、デジタイザ２０は、位置検出センサ部２２と、位置検出回路２３（図２参照）とを備える。
【００２６】
位置検出センサ部２２は、図示は省略するが、複数個のループコイルが、それぞれ、デジタイザ２０の筐体の横方向（Ｘ軸方向）と、筐体の縦方向（Ｙ軸方向）とに配設されて構成されている。３次元位置指示器１０の電子ペン１１は、図示は省略するが、ペン先１１ａ側にコイルとコンデンサとからなる共振回路（図示は省略）を備えており、デジタイザ２０の位置検出センサ部２２のループコイルと、電子ペン１１の共振回路との間で、電磁誘導結合することで、電子ペン１１とデジタイザ２０の位置検出センサ部２２との間でインタラクションして信号の授受を行う。なお、この例では、デジタイザ２０は、電子ペン１１に合わせて電磁誘導方式のものとされているが、静電結合方式の場合には、電子ペンと静電結合によりインタラクションをする。
【００２７】
デジタイザ２０の位置検出回路２３は、位置検出センサ部２２のループコイルを通じて電子ペン１１に信号を供給すると共に、電子ペン１１から帰還される信号をループコイルを通じて受信し、その受信した信号に基づいて、位置検出センサ部２２の検出領域において電子ペン１１のペン先１１ａにより指示された位置を検出する。この実施形態では、デジタイザ２０は、電子ペン１１のペン先１１ａで指示された位置を電子ペン１１の指示位置として検出するように構成されている。
【００２８】
この例のデジタイザ２０では、入力面２１Ｓのほぼ全域をカバーするようにセンサ部２２の複数個のループコイルが配設されている。
【００２９】
そして、この実施形態では、デジタイザ２０で電子ペン１１の指示位置を検出することができる位置検出領域は、電子ペン１１のペン先１１ａがデジタイザ２０の入力面２１Ｓに接触しているときの平面領域のみならず、電子ペン１１のペン先１１ａがデジタイザ２０の入力面２１Ｓに非接触であって、入力面２１Ｓとは、当該入力面２１Ｓに直交する方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向）に離間しているが、電磁結合による信号の授受を通して電子ペン１１の指示位置を検出することができる空間領域（電子ペン１１のホバー状態のホバー領域）を含む。
【００３０】
図３は、デジタイザ２０における３次元位置指示器１０の電子ペン１１の指示位置の検出空間領域を説明するための図であり、後述する空間位置検出用ユニット３０における３次元位置指示器１０を含む検出対象物（オブジェクトという）の検出空間領域（３次元空間領域）を併せて示している。
【００３１】
例えば、図１において、デジタイザ２０の入力面２１Ｓの左上隅の位置Ｐ０を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の原点の座標（（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，０））としたとき、デジタイザ２０における電子ペン１１の指示位置の検出が可能となる位置検出領域ＤＴは、図３において、斜線を付して示す入力面２１Ｓの平面領域及び当該入力面２１Ｓの上方の直方体の空間領域となる。
【００３２】
すなわち、図３に示すように、デジタイザ２０の入力面２１ＳのＸ軸方向の長さをＬｘ、Ｙ軸方向の長さをＬｙ、ホバー状態を検出することができるＺ軸方向の臨界高さ位置をＬｚとすると、図３に示すように、Ｐ０（０，０，０）、Ｐ１（Ｌｘ，０，０）、Ｐ２（Ｌｘ，Ｌｙ，０）、Ｐ３（０，Ｌｙ，０）、Ｐ４（０，０，Ｌｚ）、Ｐ５（Ｌｘ，０，Ｌｚ）、Ｐ６（Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ）、Ｐ７（０，Ｌｙ，Ｌｚ）の８点の座標点位置で囲まれる領域が、デジタイザ２０の位置検出領域ＤＴとなる。このデジタイザ２０において、位置検出領域ＤＴにおいて検出された電子ペン１１の指示位置の情報は、空間描画情報生成装置４０の入力情報処理部４１に供給される。
【００３３】
空間位置検出用ユニット３０は、この例では、デジタイザ２０が存在する３次元空間領域を設定して、当該３次元空間領域において、３次元位置指示器１０の位置を検出すると共に、デジタイザ２０の位置を検出することができるように構成されている。
【００３４】
空間位置検出用ユニット３０は、図３に示すように、デジタイザ２０の位置検出領域ＤＴを含む空間領域を探索領域として、その探索領域に存するオブジェクトを探索するように構成されている。この実施形態では、空間位置検出用ユニット３０で検出するオブジェクトは、３次元位置指示器１０及びデジタイザ２０とされている。以下の説明においては、この空間位置検出用ユニット３０により設定される３次元空間領域（探索領域）を、便宜上、動き検出空間領域ＭＤと記すこととする。
【００３５】
空間位置検出用ユニット３０は、この実施形態では、オブジェクトとの間での光学的なインタラクションによりオブジェクトの位置を検出するもので、図１及び図２に示すように、２個の発光追跡装置３１Ａ，３１Ｂと、オブジェクトに取り付けられた光位置通知部（以下、トラッカーと称する）とを含んで構成されている。
【００３６】
トラッカーは、発光追跡装置３１Ａ，３１Ｂからの赤外線レーザ光を検知する受光センサと、受光センサで赤外線レーザ光の受光を検知したときに、発光追跡装置３１Ａ，３１Ｂのそれを通知するための、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなる発光部とを備えている。受光センサは、いずれの方向からのレーザ光も受光することができるように、複数個が各トラッカーに設けられている。
【００３７】
トラッカーが装着されるオブジェクトは、この実施形態では、３次元位置指示器１０と、デジタイザ２０である。すなわち、この例では、デジタイザ２０の動き検出空間領域ＭＤにおける空間位置及び向き（入力面２１Ｓの向き）を通知することができるようにするために、薄型の直方体形状であるデジタイザ２０の筐体の左上隅と右下隅とに、トラッカー２４Ａとトラッカー２４Ｂとが装着されている。なお、上述のように、トラッカーを用いることで、位置だけでなく方向も検出することができるので、デジタイザ２０に取り付けるトラッカーは、１個でもよい。
【００３８】
また、３次元位置指示器１０の動き検出空間領域ＭＤにおける空間位置及び向きを通知するために、３次元位置指示器１０には、この例では、電子ペン１１の軸心方向のペン先１１ａ側とは反対側の後端側にトラッカー１２が装着されている。トラッカー１２は、３次元位置指示器１０の空間位置指標部を構成する。
【００３９】
トラッカーには、また、この例では、動きや方向（向き）を検出するための例えば９軸センサも設けられている。そして、トラッカーのそれぞれから、受光センサの受光出力や９軸センサの出力が、有線で、または無線で、あるいは、取り付けられているオブジェクト経由で、空間描画情報生成装置４０に供給される。この場合に、トラッカー１２，２４Ａ，２４Ｂからの情報には、それぞれ自身の識別情報が含まれる。
【００４０】
空間描画情報生成装置４０では、トラッカーからの複数個の受光センサの受光出力及び／または９軸センサの出力から、トラッカーが装着されているオブジェクトの３次元空間における姿勢や動きを検出する。なお、トラッカーが装着されているオブジェクトの３次元空間における姿勢や動きを検出するには、トラッカーには、複数個の受光センサと、９軸センサのいずれか一方が設けられていればよい。
【００４１】
２個の発光追跡装置３１Ａ，３１Ｂは、同一の構成を有するもので、それぞれ赤外線レーザ光のレーザ発光部と、発光した赤外線レーザ光により動き検出空間領域ＭＤ内をサーチするようにするサーチ手段と、赤外線レーザ光を受けたトラッカー１２，２４Ａ，２４Ｂの発光部の発光を検知する光位置検知手段とを備える。
【００４２】
この場合に、例えば、発光追跡装置３１Ａは、赤外線レーザ光により、動き検出空間領域ＭＤ内を水平方向に走査すると共に、その水平方向の走査位置を、所定のピッチτＸで、順次に垂直方向に移動するようにサーチする。また、発光追跡装置３１Ｂは、赤外線レーザ光により、動き検出空間領域ＭＤ内を垂直方向に走査すると共に、その垂直方向の走査位置を、所定のピッチτＹで、順次に水平方向に移動するようにサーチする。
【００４３】
トラッカー１２，２４Ａ，２４Ｂのそれぞれは、赤外線レーザ光の受光を、受光センサで監視し、赤外線レーザ光の受光を検出したときに、ＬＥＤからなる発光部を点灯する。
【００４４】
発光追跡装置３１Ａ，３１Ｂは、トラッカー１２，２４Ａ，２４Ｂの発光部の発光を検知することで、当該トラッカー１２，２４Ａ，２４Ｂが装着されているオブジェクトの動き検出空間領域ＭＤ内における位置を検出する。発光追跡装置３１Ａ，３１Ｂは、トラッカー１２，２４Ａ，２４Ｂの発光部の発光を検知したときに、当該検知した時点の、発光した赤外線レーザの発光時刻からの経過時刻をも検知することができるように構成されている。この場合に、トラッカー１２，２４Ａ，２４Ｂのそれぞれは、自身の識別情報に応じた異なる発光をする。
【００４５】
これにより、空間位置検出用ユニット３０は、動き検出空間領域ＭＤ内におけるオブジェクトに取り付けられたトラッカー１２，２４Ａ，２４Ｂの位置（つまり、オブジェクトの位置）を、所定のピッチτＸ及び所定のピッチτＹに応じた精度で、位置検出することができる。
【００４６】
２個の発光追跡装置３１Ａ，３１Ｂは、空間描画情報生成装置４０に対して、有線で、あるいは、無線で接続されており、空間描画情報生成装置４０に対して、検知したトラッカー１２，２４Ａ，２４Ｂの動き検出空間領域ＭＤにおける空間位置情報を通知する。この場合に、２個の発光追跡装置３１Ａ，３１Ｂからの情報には、それぞれ自身の識別情報が含まれる。
【００４７】
２個の発光追跡装置３１Ａ，３１Ｂで検知されたトラッカー１２，２４Ａ，２４Ｂの動き検出空間領域ＭＤにおける空間位置情報は、この例では、図２に示すように、空間描画情報生成装置４０の入力情報処理部４１の空間位置検出回路４１０に供給される。
【００４８】
前述したように、トラッカー１２，２４Ａ，２４Ｂからの受光センサの受光出力と、９軸センサの検出出力も、空間描画情報生成装置４０の入力情報処理部４１の空間位置検出回路４１０に供給される。
【００４９】
空間位置検出回路４１０は、この例では、位置指示器検出回路４１０１と、指示位置算出回路４１０２と、デジタイザ検出回路４１０３とを備えると共に、この例では、後述するように、３次元位置指示器１０に設けられている操作部の操作情報を検出する操作情報検出回路４１０４とを備える。操作情報検出回路４１０４で検出された操作情報は、３次元位置指示器１０から、受光センサの受光出力や９軸センサの出力と共に、空間描画情報生成装置４０の空間位置検出回路４１０に供給される。
【００５０】
位置指示器検出回路４１０１は、３次元位置指示器１０のトラッカー１２との光学的なインタラクションにより発光追跡装置３１Ａ及び３１Ｂで検出された位置情報により、動き検出空間領域ＭＤ内における３次元位置指示器１０の位置を検出すると共に、トラッカー１２からの受光センサの受光出力と９軸センサの検出出力とから、動き検出空間領域ＭＤ内における３次元位置指示器１０が向いている方向を含む３次元位置指示器１０の姿勢を検出する。この場合に、３次元位置指示器１０の姿勢には、棒状部としての電子ペン１１の軸心方向と、この軸心方向を中心とする回転方向位置（回転角）を含む。
【００５１】
位置指示器検出回路４１０１で検出された、３次元位置指示器１０の位置の情報と、向いている方向を含む３次元位置指示器１０の姿勢の情報とは、指示位置算出回路４１０２に供給される。ここで、３次元位置指示器１０の指示位置は、電子ペン１１のペン先１１ａの位置であり、位置指示器検出回路４１０１で検出された３次元位置指示器１０の位置とは異なっている。後述するように、３次元位置指示器１０においては、電子ペン１１のペン先１１ａは、空間位置検出回路４１０の位置指示器検出回路４１０１で検出される３次元位置指示器１０の位置及び方向と特定の位置関係及び方向関係となるように取り付けられて構成されている。
【００５２】
指示位置算出回路４１０２には、上記の特定の位置関係及び方向関係から、位置指示器検出回路４１０１で検出される３次元位置指示器１０の位置の情報及び方向の情報から、電子ペン１１のペン先１１ａによる指示位置を検出するようにする補正情報が、補正メモリ４１０２Ｍに記憶されている。
【００５３】
指示位置算出回路４１０２は、位置指示器検出回路４１０１で検出された３次元位置指示器１０の位置の情報と方向の情報と、補正メモリ４１０２Ｍに記憶されている補正情報とから、電子ペン１１のペン先１１ａによる指示位置を算出し、出力する。また、指示位置算出回路４１０２は、位置指示器検出回路４１０１で検出された３次元位置指示器１０の姿勢の情報に基づいて、電子ペン１１の軸心方向の向き（電子ペン１１の傾き）を算出すると共に、電子ペン１１の回転や動きを算出し、電子ペン１１の姿勢の情報として出力する。
【００５４】
そして、空間位置検出回路４１０のデジタイザ検出回路４１０３は、トラッカー２４Ａ，２４Ｂとの光学的なインタラクションにより発光追跡装置３１Ａ及び３１Ｂで検出された位置情報により、動き検出空間領域ＭＤ内におけるデジタイザ２０の位置を検出する。また、デジタイザ検出回路４１０３は、トラッカー２４Ａ，２４Ｂからの受光センサの受光出力と９軸センサの検出出力とから、動き検出空間領域ＭＤ内におけるデジタイザ２０の入力面２１Ｓが向いている方向を含むデジタイザ２０の姿勢を検出し、検出した姿勢の情報を、位置の情報とと共に出力する。
【００５５】
また、操作情報検出回路４１０４では、３次元位置指示器１０の操作部の操作情報を検出して、出力する。
【００５６】
入力情報処理部４１では、前述したようにしてデジタイザ２０で検出された、位置検出領域ＤＴにおける３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａによる指示位置の情報と、上述の空間位置検出回路４１０で検出された、動き検出空間領域ＭＤにおける３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａの位置（指示位置）の情報と、電子ペン１１の姿勢の情報と、３次元位置指示器１０の姿勢の情報と、操作情報とから、表示画像生成部４２に供給する情報を生成する。そして、入力情報処理部４１は、生成した情報を、表示画像生成部４２に供給する。
【００５７】
この実施形態では、表示画像生成部４２は、図２に示すように、３Ｄ描画像を生成するための描画像生成回路４２１と、ＨＭＤ５０に表示するＶＲ画像を生成するためのＶＲ画像生成回路４２２とを備える。以下、描画像生成回路４２１における３Ｄ描画像の生成に関する処理を３Ｄ描画系処理という。また、ＶＲ画像生成回路４２２におけるＶＲ画像の生成に関する処理をＶＲ画像系処理という。この実施形態では、ＨＭＤ５０には、デジタイザ２０の位置検出領域ＤＴを含む動き検出空間領域ＭＤで描画された３Ｄ描画画像が、仮想表示画像として表示されると共に、３次元位置指示器１０の電子ペン１１及びデジタイザ２０の仮想表示画像が表示される。
【００５８】
描画像生成回路４２１は、３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａによる位置指示及び電子ペン１１の姿勢の情報に基づいて３Ｄ描画像を生成すると共に、３次元位置指示器１０の操作者により実行されたジェスチャーに基づいて、３Ｄ描画像の変形、回転、移動などの処理を行う。表示画像生成部４２には、図２に示すように、３次元位置指示器１０の操作者により実行されたジェスチャーを検出するためのジェスチャー検出処理回路４２３が設けられており、このジェスチャー検出処理回路４２３でのジェスチャーの検出結果が描画像生成回路４２１に供給される。ジェスチャー検出処理回路４２３は、３次元位置指示器１０の位置の変化及び姿勢の変化から、３次元位置指示器１０の操作者により実行されたジェスチャーを検出する。
【００５９】
表示画像生成部４２のＶＲ画像生成回路４２２は、ＨＭＤ５０に表示するＶＲ画像を生成する。ＶＲ画像としては、この実施形態では、電子ペン１１のＶＲ画像と、デジタイザ２０のＶＲ画像と、描画像生成回路４２１で生成された３Ｄ描画像のＶＲ画像が含まれる。なお、電子ペン１１を含む３次元位置指示器１０のＶＲ画像を生成してもよい。
【００６０】
入力情報処理部４１は、デジタイザ２０からの情報と、空間位置検出用ユニット３０からの情報とから、以上説明したような描画系処理用の情報と、ＶＲ画像系処理用の情報とを生成して、表示画像生成部４２に供給する。
【００６１】
この場合に、入力情報処理部４１は、３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａの位置が位置検出領域ＤＴに存在するときには、空間位置検出用ユニット３０よりも高精度で電子ペン１１のペン先１１ａの位置を検出することができるデジタイザ２０で検出された３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａによる指示位置の情報を、表示画像生成部４２のＶＲ画像生成回路４２２に供給する。
【００６２】
また、入力情報処理部４１は、３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａの位置が位置検出領域ＤＴ以外の空間に存在するときには、空間位置検出用ユニット３０が用いられて検出される３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａの位置の情報を、表示画像生成部４２のＶＲ画像生成回路４２２に供給する。すなわち、入力情報処理部４１は、３次元位置指示器１０の指示位置の情報を、３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａが、位置検出領域ＤＴ及び動き検出空間領域ＭＤのいずれに存在しているかに応じて切り替えて表示画像生成部４２に供給する。
【００６３】
そして、この実施形態では、入力情報処理部４１は、上述したように、空間位置検出用ユニット３０が用いられて検出された３次元位置指示器１０の姿勢の情報から、指示位置算出回路４１０２で算出された電子ペン１１の傾きや回転を含む姿勢の情報を、電子ペン１１のペン先１１ａが存在する空間位置に関わらず、表示画像生成部４２の描画像生成回路４２１及びＶＲ画像生成回路４２２に供給する。
【００６４】
［３次元位置指示器１０の指示位置を検出する空間座標系間の座標変換について］
ところで、この実施形態においては、デジタイザ２０の位置検出領域ＤＴの空間座標系と、空間位置検出用ユニット３０の動き検出空間領域ＭＤの空間座標系とは、図３に示したように、独立に設定され得る。
【００６５】
上述したように、この実施形態では、３Ｄ描画系処理及びＶＲ画像系処理のそれぞれにおいて、デジタイザ２０の位置検出領域ＤＴの空間座標系の情報と、空間位置検出用ユニット３０の動き検出空間領域ＭＤの空間座標系の情報とを相互に利用するようにしている。この場合に、２つの空間座標系は、全く共通にすることができれば問題はないが、上述したように、それぞれ独立に設定され得るので、以下に説明するような点を考慮する必要がある。
【００６６】
図３においては、動き検出空間領域ＭＤの空間座標系の３軸は、サフィックスｓを用いて、Ｘｓ軸、Ｙｓ軸、Ｚｓ軸として、デジタイザ２０の検出領域ＤＴの空間座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とは区別して示している。なお、図３では、便宜上、Ｘｓ軸、Ｙｓ軸、Ｚｓ軸のそれぞれの方向は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの方向と同一方向として示しているが、動き検出空間領域ＭＤ内に配設されているデジタイザ２０の設置時の入力面２１Ｓの傾きなどの関係上、Ｘｓ軸、Ｙｓ軸、Ｚｓ軸のそれぞれの方向は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの方向とは異なり得る。
【００６７】
しかし、この実施形態では、デジタイザ２０は、空間位置検出用ユニット３０の動き検出空間領域ＭＤに配置されて、空間位置検出用ユニット３０の動き検出空間領域ＭＤの空間座標系は、デジタイザ２０の位置検出領域ＤＴの空間座標系の少なくとも一部を共通領域として含むように構成されている。この実施形態では、３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａによる指示位置の情報は、位置検出領域ＤＴの空間座標系と、動き検出空間領域ＭＤの空間座標系との共通の領域を用いることによって、後述する空間位置補正情報を用いて座標変換をするように構成されている。
【００６８】
なお、この場合に、Ｘｓ軸、Ｙｓ軸、Ｚｓ軸のそれぞれの方向と、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの方向とが同一方向であれば、位置検出領域ＤＴの空間座標系と動き検出空間領域ＭＤの空間座標系とは、両空間座標系の原点位置の差分を考慮することで、一つの空間座標系として共通に取り扱うことができる。すなわち、例えば位置検出領域ＤＴの空間座標系の原点位置と、動き検出空間領域ＭＤの空間座標系の原点位置とのＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のオフセット値を、それぞれＯＦＳｘ、ＯＦＳｙ、ＯＦＳｚとすれば、Ｘｓ−ＯＦＳｘ（＝Ｘ）、Ｙｓ−ＯＦＳｙ（＝Ｙ）、Ｚｓ−ＯＦＳｚ（＝Ｚ）を求めることにより、動き検出空間領域ＭＤの空間座標系の座標値（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）を、位置検出領域ＤＴの空間座標系の座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に変換することできる。
【００６９】
しかし、この第１の実施形態の空間位置指示システムにおいては、上述したように、独立に設けられるデジタイザ２０の位置検出領域ＤＴの空間座標系と空間位置検出用ユニット３０の動き検出空間領域ＭＤの空間座標系とは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの方向と、Ｘｓ軸、Ｙｓ軸、Ｚｓ軸のそれぞれの方向とが異なり得る。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの方向と、Ｘｓ軸、Ｙｓ軸、Ｚｓ軸のそれぞれの方向とが同一である場合においても、原点位置のオフセット値を正確に規定することは困難であり、空間位置指示システム毎に異なってしまう恐れがある。
【００７０】
すると、２つの空間座標系における座標位置が異なってしまうことになり、デジタイザ２０の位置検出領域ＤＴの空間座標系と空間位置検出用ユニット３０の動き検出空間領域ＭＤの空間座標系との２つの空間座標系を切り替えたときに、例えば、ＨＭＤ５０の表示画面において電子ペン１１のペン先１１ａの位置の座標がジャンプするように変化してしまう恐れがある。このようになると、描画画像を入力しようとしている使用者は、指示位置を指示し直さなければならないようになり、不便である。
【００７１】
そこで、この実施形態では、デジタイザ２０の位置検出領域ＤＴの少なくとも一部の領域は、空間位置検出用ユニット３０の動き検出空間領域ＭＤと共通の空間領域であることを利用して、位置検出領域ＤＴの空間座標系と動き検出空間領域ＭＤの空間座標系とのずれの補正情報を生成して座標変換するようにする。この例では、空間位置検出用ユニット３０を用いて検出された動き検出空間領域ＭＤの空間座標系の座標値（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）を、デジタイザ２０の位置検出領域ＤＴの空間座標系の座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に変換することで、両者のずれを補正した座標値を得ることができるようにする。その変換のための補正情報について次に説明する。
【００７２】
【数１】
2019181118.tif 000003
（数式１）は、空間位置検出用ユニット３０を用いて検出された動き検出空間領域ＭＤの空間座標系の座標値（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）を、デジタイザ２０の位置検出領域ＤＴの空間座標系の座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に線形変換するための行列式である。この行列式は３行３列であり、その成分をａｉｊ（ｉ，ｊ＝１、２、３）で表す。
【００７３】
この第１の実施形態では、デジタイザ２０の位置検出領域ＤＴの少なくとも一部は、空間位置検出用ユニット３０の動き検出空間領域ＭＤと共通の空間領域であることを利用して、位置検出領域ＤＴの空間座標系と動き検出空間領域ＭＤの空間座標系との間の変換のための補正情報を生成するようにする。
【００７４】
すなわち、図３に示すように、デジタイザ２０の位置検出領域ＤＴと空間位置検出用ユニット３０の動き検出空間領域ＭＤとの共通の空間領域内の少なくとも３点Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを位置指定して、それぞれの点のデジタイザ２０の位置検出領域ＤＴの空間座標系の座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、空間位置検出用ユニット３０の動き検出空間領域ＭＤの空間座標系の座標値（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）とをそれぞれのデバイスから取得する。理想的には、これらのデバイスから取得した座標値は同じ値になるが、キャリブレーションを行わなければ、これらの座標値は通常は一致しない。一般には、デジタイザ２０の位置検出の精度が空間位置検出用ユニット３０を用いた位置検出の精度よりも高いため、空間位置検出用ユニット３０の動き検出空間領域ＭＤの空間座標系の座標値をデジタイザ２０の位置検出領域ＤＴの空間座標系の座標値に合わせることが好ましい。
【００７５】
共通領域内で位置指定した１つの点につき、対応する位置検出領域ＤＴの空間座標系の座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と動き検出空間領域ＭＤの空間座標系の座標値（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）を数式１に代入すると３つの方程式が得られる。共通領域内で少なくとも３点の位置指定を行うことにより、ａ１１〜ａ３３についての少なくとも９個の方程式が得られるので、ａ１１〜ａ３３のそれぞれの値を求めることができる。また、位置検出領域ＤＴの空間座標系と動き検出空間領域ＭＤの空間座標系との間の変換は、上記方法に限定されず、共通領域における少なくとも３点の座標値を機械学習による学習や、ユーザによるキャリブレーションなどを用いてもよい。
【００７６】
以上のようにして、この実施形態の空間位置指示システムにおいては、デジタイザ２０の位置検出領域ＤＴの空間座標系と、空間位置検出用ユニット３０の動き検出空間領域ＭＤの空間座標系とのずれを補正して、共通の一つの座標系として扱うことができるようにしているが、この補正処理は、入力情報処理部４１において行う。
【００７７】
このため、ＨＭＤ５０の表示画像において、電子ペン１０の指示位置の情報が、デジタイザ２０の位置検出領域ＤＴの空間座標系と、空間位置検出用ユニット３０の動き検出空間領域ＭＤの空間座標系とで切り替えられたとしても、両者は、共通の一つの座標系として扱うことができるようにしているので、例えば電子ペン１１のペン先１１ａによる指示位置が変化してしまうような状態は生じない。
【００７８】
［３次元位置指示器１０の指示位置を検出する空間座標系の切替］
第１の実施形態の空間位置指示システムにおいては、空間位置検出用ユニット３０の動き検出空間領域ＭＤ内に、デジタイザ２０の位置検出領域ＤＴの少なくとも一部を共通領域として有するように構成されている。
【００７９】
そして、この実施形態の空間位置指示システムでは、動き検出空間領域ＭＤの空間内における３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａの位置のデジタイザ２０のセンサ部２２の入力面２１Ｓからの離間距離に応じて、デジタイザ２０で検出した３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａの指示位置の座標を用いるか、空間位置検出用ユニット３０を用いて検出した３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａの指示位置の座標を用いるかを切り替えるようにする。
【００８０】
この実施形態においては、切り替えポイントとなる入力面２１Ｓからの離間距離（Ｚ軸方向の離間距離）θｔｈは、デジタイザ２０が３次元位置指示器１０の電子ペン１１のホバー状態を検出することができるＺ軸方向の臨界高さ距離Ｌｚ以下に設定される。この例では、切り替えポイントとなる入力面２１Ｓからの離間距離θｔｈは、図４に示すように、デジタイザ２０が３次元位置指示器１０の電子ペン１１のホバー状態を検出することができるＺ軸方向の臨界高さ距離Ｌｚ、すなわち、位置検出領域ＤＴのＺ軸方向の長さＬｚと等しく設定されている。
【００８１】
すなわち、この実施形態の空間位置指示システムにおいては、図４に示すように、３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａの入力面２１Ｓからの離間距離がθｔｈ以下のときには、デジタイザ２０が、その位置検出領域ＤＴにおいて検出した３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａによる指示位置の情報を用いる。
【００８２】
また、この実施形態の空間位置指示システムにおいては、図４に示すように、３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａの入力面２１Ｓからの離間距離がθｔｈよりも大きいときには、空間位置検出用ユニット３０を用いて検出した３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａによる指示位置の情報を用いる。
【００８３】
３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａの位置の、デジタイザ２０のセンサ部２２の入力面２１Ｓからの離間距離（Ｚ軸方向の離間距離）は、この実施形態では、デジタイザ２０のセンサ部２２での電子ペン１１からの受信信号の信号レベル（信号強度）が、離間距離に応じた値となるので、入力情報処理部４１において、デジタイザ２０から得られる電子ペン１１からの受信信号の信号レベルに基づいて検出する。
【００８４】
［入力情報処理部４１における切替処理］
次に、以上のことを実現するように構成された図２の入力情報処理部４１の構成例について説明する。すなわち、デジタイザ２０を構成する位置検出回路２３は、３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａの指示位置の検出出力を、選択回路４１１にその一方の入力信号として供給すると共に、選択回路４１２にその一方の入力信号として供給する。なお、この位置検出回路２３から選択回路４１１及び４１２に供給される情報には、電子ペン１１のペン先１１ａの指示位置の検出出力に加えて、電子ペン１１のペン先１１ａに印加される筆圧情報が含まれている。
【００８５】
また、空間位置検出回路４１０の指示位置算出回路４１０２は、３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａの空間位置（電子ペン１１の指示位置）の検出出力を、座標変換回路４１３に供給する。この座標変換回路４１３は、上述の（数式１）の３行３列の行列の成分ａ１１〜ａ３３を記憶しており、上述の（数式１）の演算を行うことにより、空間位置検出用ユニット３０の動き検出空間領域ＭＤの空間座標系の情報を、デジタイザ２０の位置検出領域ＤＴの空間座標系の情報に変換する。そして、座標変換回路４１３は、その変換後の座標出力を、選択回路４１１及び４１２に、その他方の入力信号として供給する。
【００８６】
そして、この実施形態においては、デジタイザ２０の位置検出回路２３は、電子ペン１０からの受信信号の信号レベルの情報を、選択制御信号生成回路４１４に供給する。選択制御信号生成回路４１４は、電子ペン１０からの受信信号の信号レベルから、３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａのデジタイザ２０の入力面２１Ｓからの離間距離を検出し、検出した入力面２１Ｓからの離間距離に基づいて選択制御信号ＳＥを生成する。生成された選択制御信号ＳＥは、選択回路４１１及び４１２に供給される。
【００８７】
そして、選択回路４１１及び４１２は、選択制御信号ＳＥにより、電子ペン１１のペン先１１ａのデジタイザ２０の入力面２１Ｓからの離間距離が、デジタイザ２０が電子ペン１１のホバー状態を検出することができるＺ軸方向の臨界高さＬｚ以下のときには、デジタイザ２０の位置検出回路２３からの位置検出出力を選択するように制御され、上記臨界高さＬｚよりも大きいときには、座標変換回路４１３からの出力を選択するように制御される。
【００８８】
そして、選択回路４１１からの３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａの指示位置の情報は、３Ｄ描画系処理用の描画像生成回路４２１及びジェスチャー検出処理回路４２３に供給される。また、選択回路４１２からの３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａの指示位置の情報は、ＶＲ画像系処理用のＶＲ画像生成回路４２２に供給する。
【００８９】
そして、空間位置検出回路４１０の指示位置算出回路４１０２からの電子ペン１１の姿勢の情報と、操作情報検出回路４１０４からの３次元位置指示器１０の操作部の操作情報とは、描画像生成回路４２１、ジェスチャー検出処理回路４２３、ＶＲ画像生成回路４２２のそれぞれに供給される。また、デジタイザ検出回路４１０３からのデジタイザ２０の位置情報及び姿勢情報は、描画像生成回路４２１及びＶＲ画像生成回路４２２のそれぞれに供給される。後述するように、描画像生成回路４２１では、デジタイザ２０の姿勢情報が、電子ペン１１の姿勢の情報を、デジタイザ２０の入力面に対する相対的な姿勢の情報に変換するために用いられる。
【００９０】
［表示画像生成部４２の処理動作］
描画像生成回路４２１は、選択回路４１１からの、電子ペン１１のペン先１１ａの指示位置の検出出力と空間位置検出用ユニット３０で検出された電子ペン１１の姿勢の情報とに基づいて、精細な線画等を描画するペン描画機能を備える。また、描画像生成回路４２１は、空間位置検出用ユニット３０により検出された電子ペン１１の空間位置と電子ペンの姿勢の情報とに基づいて、ジェスチャー検出処理回路４２３で検出された動き（ジェスチャー）に基づいた描画処理をするジェスチャー処理機能を備える。
【００９１】
この例では、この描画像生成回路４２１及びジェスチャー検出処理回路４２３には、選択制御信号生成回路４１４からの選択制御信号ＳＥが供給されている。これにより、描画像生成回路４２１は、３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａの位置が、デジタイザ２０の位置検出領域ＤＴの空間領域内のときに、ペン描画機能を実行するように動作する。また、ジェスチャー検出処理回路４２３は、電子ペン１１のペン先１１ａの位置が、デジタイザ２０の位置検出領域ＤＴの空間領域以外のときに、ジェスチャー処理を実行するように動作する。
【００９２】
この場合に、描画像生成回路４２１においては、電子ペン１１の姿勢の情報に含まれる傾きは描画線の太さなどに反映されるが、その傾きは、電子ペン１１のペン先１１ａの位置が、位置検出領域ＤＴ内にあるときには、デジタイザ２０の入力面２１Ｓに対する傾きとする必要がある。
【００９３】
しかし、指示位置算出回路４１０２からの電子ペン１１の姿勢の情報は、空間位置検出用ユニット３０を用いて検出したものであるので、デジタイザ２０の入力面２１Ｓの面方向が、空間位置検出ユニット３０における動き検出空間領域ＭＤにおけるＸ−Ｙ平面の面方向とずれている場合には、デジタイザ２０の入力面２１Ｓに対する傾きを示すものとはなっていない。
【００９４】
そこで、この実施形態の描画像生成回路４２１では、デジタイザ位置検出回路４１０３からのデジタイザ２０の姿勢情報を用いて、空間位置検出回路４１０の動き検出空間領域ＭＤの座標系で検出された電子ペン１１の傾きを、デジタイザ２０の入力面に対する相対的な傾きに補正する処理機能を備える。
【００９５】
また、描画像生成回路４２１及びジェスチャー検出処理回路４２３は、操作情報検出回路４１０４からの３次元位置指示器１０の操作部の操作情報に基づいた処理も行う。
【００９６】
表示画像生成部４２のＶＲ画像生成回路４２２は、選択回路４１２からの３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａの位置の情報と電子ペン１１の姿勢の情報とを用いて電子ペン１１のＶＲ画像を生成する。この電子ペン１１のＶＲ画像は、電子ペン１１のペン先１１ａの位置が、検出された指示位置に表示されるように生成される。
【００９７】
この場合に、空間位置検出回路４１０からの電子ペン１１のペン先１１ａの指示位置の情報は、デジタイザ２０とで同じ指示位置の情報となるように、座標変換回路４１３で座標変換されている。このため、選択回路４１２からの３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａの位置の情報は、選択制御信号ＳＥにより、選択回路４１２で切り替えられたときに変化してしまうことはないので、電子ペン１１のＶＲ画像の表示位置がジャンプするように動くなどいうような表示ずれを生じるようなことはない。
【００９８】
また、この実施形態では、ＶＲ画像生成回路４２２は、デジタイザ検出回路４１０３からのデジタイザ２０の位置及び姿勢の情報に基づいて、デジタイザ２０のＶＲ画像を生成して、動き検出空間領域ＭＤに表示する。そして、ＶＲ画像生成回路４２２は、更に、操作情報検出回路４１０４からの３次元位置指示器１０の操作部の操作情報を受けて、例えば３Ｄ描画についてのメニューをＶＲ表示したり、操作ボタンのＶＲ画像を表示したりする。描画像生成回路４２１では、これらメニューのＶＲ画像や操作ボタンのＶＲ画像の動き検出空間領域ＭＤにおける位置を認識しており、３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａが、それらのＶＲ画像位置を指示（クリックと同様）したか否かを検出して、対応する処理をすることができる。
【００９９】
そして、前述したようにして描画像生成回路４２１で生成された３Ｄ描画画像情報は、ＶＲ画像生成回路４２２に供給されてＶＲ画像とされ、上述のＶＲ画像と共に、表示ドライブ回路４２４を通じてＨＭＤ５０に供給されて表示される。
【０１００】
［３次元位置指示器１０の構成例」
次に、この実施形態の３次元位置指示器１０の構成例を、図５〜図７を参照して説明する。図５は、この実施形態の３次元位置指示器１０の外観を示す斜視図である。また、図６は、この実施形態の３次元位置指示器１０の構成部品及びその組み立てを説明するための図である。
【０１０１】
この実施形態の３次元位置指示器１０は、図６（Ａ）に示す電子ペン１１と、使用者が把持する把持部を構成するホルダー１３とからなる。空間位置指標部を構成するトラッカー１２は、ホルダー１３に装着されている。
【０１０２】
電子ペン１１は、この例では、図６（Ｂ）に示すように、円筒形状の棒状の筐体１１０の軸心方向の一方の開口側から、芯体の先端部がペン先１１ａとして突出している。図示は省略するが、電子ペン１１の円筒状系の筐体１１０の中空部内のペン先１１ａの近傍には、周知のようにフェライトコアに巻回されたコイルが配置されていると共に、中空部内に配設されているプリント基板には、コイルと並列に接続されて共振回路を構成するキャパシタが配設されている。また、この例では、電子ペン１１には、共振回路の周波数を変化させるためのキャパシタのオンオフを制御するサイドスイッチ１１ｓが、使用者により操作可能となるように、筐体１１０から露出して設けられている。
【０１０３】
ホルダー１３は、使用者が３次元位置指示器１０を把持する際に掌の部分により覆われるようにされるグリップ部１３１と、電子ペン装着部１３２と、トラッカー装着部１３３とを備えている。
【０１０４】
電子ペン装着部１３２は、円筒状形状を有し、電子ペン１１が、その軸心方向に、ペン先１１ａ側とは反対側の後端部１１ｂから挿入されてホルダー１３に係止されるように構成されている筒状凹孔部１３２ａを備える。筒状凹孔部１３２ａは、電子ペン１１を挿入して装着したときに、電子ペン１１が、そのペン先１１ａ側を露出すると共に、サイドスイッチ１１ｓを外部に露出させて操作可能の状態で保持されるような、軸心方向の長さを有する。
【０１０５】
そして、この例では、電子ペン１１には、図６（Ａ）に示すように、軸心方向の後端部１１ｂ側にリング状凹溝１１ｃ設けられていると共に、筒状凹孔部１３２ａには、この電子ペン１１のリング状凹溝１１ｃと嵌合して、電子ペン１１を、筒状凹孔部１３２ａ内に係止させるようにするためのリング状突部１３２ｂが形成されている。
【０１０６】
この例では、電子ペン１１の後端部１１ｂ側には、段部１１ｄが形成されていて、この段部１１ｄが筒状凹孔部１３２ａの端部に衝合するときに、電子ペン１１のリング状凹溝１１ｃと筒状凹孔部１３２ａ内のリング状突部１３２ｂとが嵌合して、電子ペン１１が電子ペン装着部１３２の筒状凹孔部１３２ａ内に係止するように構成されている。電子ペン１１を、電子ペン装着部１３２の筒状凹孔部１３２ａ内に係止させる構成は、この例のようなリング状凹溝１１ｃと、リング状突部１３２ｂとを設ける構成に限られるものではなく、電子ペン１１の後端部１１ｂ側の段部１１ｄが筒状凹孔部１３２ａの端部に衝合するときに、電子ペン１１を、電子ペン装着部１３２の筒状凹孔部１３２ａ内に係止させることができる構成であれば、どのような構成であってもよい。
【０１０７】
グリップ部１３１は、円筒状形状の電子ペン装着部１３２の周側面から軸心方向に直交する方向に延出されると共に、使用者が把持しやすい形状に構成されている。このグリップ部１３１には、使用者が把持したときに、人差し指などで操作可能な場所に、操作ボタン１３１ａ，１３１ｂが設けられていると共に、使用者の親指の腹で回転操作及び押下操作可能とされる操作部１３１ｃが設けられている。この図５及び図６に示した３次元位置指示器１０の例は、３次元位置指示器１０が左利きの使用者用とされており、円形操作部１３１ｃは、グリップ部１３１を左手で把持したときに、左手の親指で操作できるように取り付けられている。
【０１０８】
そして、トラッカー装着部１３３は、円筒形状の電子ペン装着部１３２の周側面の、グリップ部１３１が形成されている角度位置とは１８０度異なる反対側の角度位置から軸心方向に直交する方向に延出されるように取り付けられている。このトラッカー装着部１３３に対して、上述したトラッカー１２が設けられている。したがって、グリップ部１３１を使用者が掌に包むようにして把持したときに、トラッカー装着部１３３に取り付けられたトラッカー１２は、手の甲の上方側となって手で覆われない状態となる。
【０１０９】
この例では、トラッカー１２は、図５に示すように、円板状部材の上面（平面）１２ａに３個の突部を備えるような形状とされている。このトラッカー１２には、図５及び図６（Ｂ），（Ｃ）に示すように、いずれの方向から赤外線レーザが到来しても、当該赤外線レーザの受光を受けることができるように、３個の突部と円板状部材とに、複数個の受光センサ１２１が設けられている。また、トラッカー１２の３個の突部の一つには、受光センサ１２１のいずれかで赤外線レーザを受光したときに、その受光を発光により通知するための発光素子としてのＬＥＤ１２２が設けられている。なお、９軸センサは、トラッカー１２の内部に設けられている。
【０１１０】
なお、図示は省略するが、トラッカー１２と空間描画情報生成装置４０との間を有線で接続する場合には、トラッカー１２には、空間描画情報生成装置４０と接続するためのケーブルが接続されるコネクタが設けられ、また、無線で接続する場合には、トラッカー１２の内部に通信手段が設けられる。
【０１１１】
そして、トラッカー１２は、この例では、図６（Ｂ），（Ｃ）に示すように、円板状部材の上面１２ａの面方向（上面１２ａが含まれる面が向いている方向）が、トラッカー装着部１３３の延出方向に対して直交する状態となると共に、円筒形状の電子ペン装着部１３２の軸心方向に平行となる状態で取り付けられている。そして、ＬＥＤ１２２は、トラッカー装着部１３３の延出方向上に取り付けられている。
【０１１２】
上述したように、空間位置検出用ユニット３０を用いることにより、空間位置検出回路４１０の位置指示器検出回路４１０１では、動き検出空間領域ＭＤの空間座標系におけるトラッカー１２の位置として、当該トラッカー１２に設けられているＬＥＤ１２２の位置Ｐｔが検出される。また、位置指示器検出回路４１０１では、前述したように、３次元位置指示器１０の向き（方向）として、この例では、トラッカー１２の上面１２ａの面方向（上面が含まれる平面が向いてる方向）が検出される。
【０１１３】
図５から明らかなように、空間位置検出回路４１０の位置指示器検出回路４１０１で検出されるトラッカー１２の位置Ｐｔは、ホルダー１３に装着された電子ペン１１のペン先１１ａの位置Ｐｐとは異なっている。しかし、空間位置検出回路４１０の位置指示器検出回路４１０１で検出されるトラッカー１２の位置Ｐｔ（ＬＥＤ１２２の位置）と、ホルダー１３に装着された電子ペン１１のペン先１１ａの位置Ｐｐとは、３次元位置指示器１０において、特定の位置関係となっている。
【０１１４】
ここで、３次元位置指示器１０の機械的構成を規定する３次元座標系は、図５に示すように、トラッカー１２の位置Ｐｔを原点として、トラッカー１２の上面１２ａに平行であって円筒状形状の電子ペン装着部１３２の軸心方向に平行な方向を座標軸Ｚｔとし、トラッカー１２の上面１２ａに平行であって円筒状形状の電子ペン装着部１３２の軸心方向に直交する方向を座標軸Ｙｔとし、トラッカー１２の上面１２ａに直交する方向（座標軸Ｚｔ及びＹｔに直交する方向）を座標軸Ｘｔとするように構成されている。このように構成されているので、空間位置検出回路４１０の位置指示器検出回路４１０１で検出されるトラッカー１２の位置Ｐｔと、ホルダー１３に装着された電子ペン１１のペン先１１ａの位置Ｐｐとは、図７に示すような位置関係となる。
【０１１５】
すなわち、座標軸Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔの空間においては、ホルダー１３に装着された電子ペン１１のペン先１１ａの位置Ｐｐは、トラッカー１２の位置Ｐｔに対して、座標軸Ｘｔ方向に−Δｘだけずれており、また、座標軸Ｚｔ方向に＋Δｚだけずれており、さらに、座標軸Ｙｔ方向のずれΔｙは０（Δｙ＝０）である位置となっている。したがって、これらの値を補正値ＣＯＲ（＝（−Δｘ，Δｙ（＝０），＋Δｚ））として用いることで、トラッカー１２の位置Ｐｔから、電子ペン１１のペン先１１ａの位置Ｐｐを算出することができる。
【０１１６】
この実施形態では、３次元位置指示器１０は、機構的に上述のように構成されているので、前記Ｘｔ軸方向のずれ量Δｘ及び前記Ｚｔ軸方向のずれ量Δｚは、３次元位置指示器１０の機械的な寸法値として規定することができる。すなわち、Δｘは、ＬＥＤ１２２の位置と、電子ペン装着部１３２の中心軸位置までの寸法として求められ、Δｚは、ＬＥＤ１２２の位置と電子ペン装着部１３２の中心軸位置との交点位置から、電子ペン１１のペン先１１ａの先端部までの寸法として求められる。
【０１１７】
この場合に、空間位置検出用ユニット３０を用いて空間位置検出回路４１０で検出されるトラッカー１２の位置Ｐｔは、空間位置検出回路４１０における空間座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）であって、前述した３次元位置指示器１０の機械的構成を規定する３次元座標系（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）とは、座標軸の方向が一致しているとは限らないことを考慮しなければならない。３次元位置指示器１０は、使用者により任意の方向に向けられて使用されるからである。
【０１１８】
しかし、この実施形態では、位置指示器検出回路４１０１で検出される３次元位置指示器１０の向き、すなわち、トラッカー１２の上面１２ａが向いている方向（上面１２ａに直交する方向）は、空間位置検出用ユニット３０を用いて空間位置検出回路４１０で検出される。そして、このトラッカー１２の上面１２ａが向いている方向が検出できれば、前述した３次元位置指示器１０の機械的構成を規定する３次元座標系（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）の各座標軸の方向が、空間位置検出回路４１０における空間座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）で特定できる。
【０１１９】
このようにして、３次元位置指示器１０の機械的構成を規定する３次元座標系（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）の各座標軸の方向が、空間位置検出回路４１０における空間座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）で特定できると、空間位置検出回路４１０の位置指示器検出回路４１０１で検出されるトラッカー１２の位置Ｐｔから、前記補正値ＣＯＲを用いることで、空間位置検出回路４１０の空間座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）における電子ペン１１のペン先１１ａの指示位置を算出することができる。
【０１２０】
以上のことを踏まえ、空間位置検出回路４１０の指示位置算出回路４１０２が備える補正メモリ４１０２Ｍには、前記補正値ＣＯＲ（＝（−Δｘ，Δｙ（＝０），＋Δｚ））が記憶されている。そして、指示位置算出回路４１０２で、位置指示器検出回路４１０１で検出される３次元位置指示器１０の向きと、補正メモリ４１０２Ｍに記憶されている前記補正値ＣＯＲとを用いて、上述のようにして、３次元位置指示器１０のトラッカー１２の位置Ｐｔから、電子ペン１１のペン先１１ａの指示位置が算出される。
【０１２１】
なお、図５及び図６に示した３次元位置指示器１０では、補正値ＣＯＲを３次元位置指示器１０の機械的な寸法値から容易に設定することができるようにするために、トラッカー１２と電子ペン装着部１３２及び電子ペン１１との位置関係が上述のようになるように構成とした。しかし、トラッカー１２は、ホルダー１３に対してどのような状態で取り付けられていてもよい。
【０１２２】
その場合には、補正値ＣＯＲは、次のようにして求めて、補正メモリ４１０２Ｍに記憶しておくことができる。
【０１２３】
すなわち、３次元位置指示器１０を、動き検出空間領域ＭＤの空間内において、トラッカー１２の向きを調整して、３次元位置指示器１０の機械的構成を規定する３次元座標系（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）の各座標軸の方向と、空間位置検出用ユニット３０を用いて空間位置検出回路４１０で検出する空間座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の各座標軸の方向とが一致するような状態とする。
【０１２４】
そして、３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａの位置Ｐｐを、デジタイザ２０を用いて検出し、その検出した座標値を、空間位置検出用ユニット３０を用いて空間位置検出回路４１０で検出する空間座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の座標値に変換する。この変換は、数式１に示した変換とは逆変換となる。また、３次元位置指示器１０のトラッカー１２の位置Ｐｔを、空間位置検出回路４１０で検出する空間座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の座標値として検出する。
【０１２５】
そして、検出したトラッカー１２の位置Ｐｔの座標値と電子ペン１１のペン先１１ａの位置Ｐｐの座標値とのずれ量（Δｘ、Δｙ、Δｚ）を算出し、その算出したずれ量（Δｘ、Δｙ、Δｚ）を、補正値ＣＯＲとして補正メモリ４１０２Ｍに記憶する。
【０１２６】
この補正メモリ４１０２Ｍへの補正値ＣＯＲの記憶処理は、空間位置検出システムを構築した際に行うようにしてもよいし、適宜、使用者が事後的に行うようにしてもよい。
【０１２７】
以上説明したように、上述の実施形態の空間位置検出システムにおいては、３次元位置指示器１０を用いて、デジタイザ２０において描画すると共に、空間位置検出用ユニット３０により規定される空間においてジェスチャー操作等をする場合において、指示位置は、常に、３次元位置指示器１０の電子ペン１１のペン先１１ａの位置とすることができるので、使用者は、描画からジェスチャーまで、一貫性を保った操作作業を行うことできるという効果を奏する。
【０１２８】
そして、上述した第１の実施形態では、デジタイザ２０の検出領域の空間座標と、空間位置検出用ユニット３０の検出領域の空間座標とを共通の座標として扱えるようにしたので、３Ｄ描画系処理において、デジタイザ２０からの出力と、空間位置検出用ユニット３０の出力とを切り替えたときにも、座標ずれが生じないという特徴がある。
【０１２９】
したがって、操作者は、デジタイザ２０と、空間位置検出用ユニット３０との切り替えを意識することなく、電子ペン１０をデジタイザ２０上において空間的に移動するだけで、シームレスに、精細描画からジェスチャーによる操作をすることができる。
【０１３０】
また、上述した第１の実施形態においては、ＶＲ画像系処理において、３次元位置指示器１０の電子ペン１１のＶＲ画像を生成するための電子ペン１１の位置情報（ペン先１１ａの位置情報）として、デジタイザ２０の位置検出領域ＤＴの空間領域においては、空間位置検出用ユニット３０での検出出力よりも高精度で、反応速度も速いデジタイザ２０の位置検出出力を用いることができるので、実際の使用者の電子ペン１１の操作に応じて的確に反応するＶＲ画像が得られる。
【０１３１】
なお、上述した空間描画情報生成装置４０は、コンピュータにより構成されるので、入力情報処理部４１及び表示画像生成部４２の各回路の部分は、ソフトウェアプログラムにより実行するソフトウェア機能部として構成することができることは言うまでもない。
【０１３２】
なお、上述の第１の実施形態では、指示位置算出回路４１０２の補正メモリ４１０２Ｍには、工場出荷時などにおいて、予め、補正値（Δｘ、Δｙ、Δｚ）の情報が記憶されるようにした。しかし、この補正メモリ４１０２Ｍは、バッファメモリとして、３次元位置指示器１０から補正値の情報を送信するようにしてもよい。
【０１３３】
その場合には、３次元位置指示器１０からは、例えば図８に示すように、トラッカー１２の受光センサの受光出力の情報、９軸センサの出力情報、操作ボタン１３１ａ，１３１ｂの操作情報に加えて、上記の補正値（Δｘ、Δｙ、Δｚ）の情報が、空間位置検出回路４１０に送信されるように構成される。そして、空間位置検出回路４１０の指示位置算出回路４１０２では、バッファメモリとしての補正メモリ４１０２Ｍに保持した補正値を用いて３次元位置指示器１０の指示位置として、電子ペン１１のペン先１１ａの位置を検出するようにする。なお、図８で、「ＩＤ」は、３次元位置指示器１０の識別情報を意味している。
【０１３４】
このように構成すれば、空間位置検出システムにおいて使用する３次元位置指示器としては、トラッカー１２の位置と電子ペン１１のペン先１１ａの位置とのずれ量が異なるものが利用できるようになる。そして、３次元位置指示器１０には、軸心方向の長さが異なる複数種の電子ペンを装着することも可能となる。ただし、その場合には、３次元位置指示器１０には、軸心方向の長さ寸法が異なる電子ペンのそれぞれに応じた補正値を記憶しておくようにすると共に、そのいずれの補正値を使用するかを、装着された電子ペンに応じて、使用者が操作手段を操作することで選択設定することができるようにする。
【０１３５】
なお、上述の第１の実施形態の３次元位置指示器１０は、電子ペン１１を挿脱可能としたが、電子ペン１１は、ホルダー１３に固定されていてもよい。また、棒状部としては、電子ペン１１を用いるのではなく、棒状部内に、電子ペン１１の機能部、すなわち、フェライトコアに巻回されたコイルと、当該コイルに並列に接続されて共振回路を構成するキャパシタを配設することで、棒状部は、ホルダー１３に一体的に構成するようにしてもよい。
【０１３６】
［第２の実施形態］
第２の実施形態は、上述の第１の実施形態の変形例であり、上述の第１の実施形態の各部と同一部分には、同一の参照符号を付して、その説明は省略する。
【０１３７】
上述の第１の実施形態の３次元位置指示器１０では、電子ペン１１のペン先１１ａの位置を、常時、３次元位置指示器１０による指示位置とするようにしている。しかし、電子ペン１１をホルダー１３に装着しないときには、トラッカー１２の位置を指示位置として、他の用途に用いることができるように構成してもよい。
【０１３８】
すなわち、この第２の実施形態の３次元位置指示器１０Ａにおいては、電子ペン１１をホルダー１３Ａに装着したときには、第１の実施形態と同様に、装着された電子ペン１１のペン先１１ａの位置を指示位置とするが、電子ペン１１をホルダー１３Ａに装着していないときには、トラッカー１２の位置を、そのまま指示位置として使用するようにする。
【０１３９】
図９は、この第２の実施形態の３次元位置指示器１０Ａの要部の構成例を説明するための図である。図９は、この第２の実施形態の３次元位置指示器１０Ａのホルダー１３Ａの、グリップ部１３１、電子ペン装着部１３２及びトラッカー装着部１３３の一部分の断面図を示している。
【０１４０】
この第２の実施形態では、３次元位置指示器１０Ａのホルダー１３Ａには、電子ペン１１が装着されているか否かを検出する装着検出手段が設けられている。そして、この装着検出手段における電子ペン１１の装着検出出力が、この例では、トラッカー１２を通じて、受光センサの受光出力などと共に、この第２の実施形態における空間描画情報生成装置４０Ａの空間位置検出回路４１０Ａ（図１０参照）に通知される。装着検出手段からの電子ペン１１の装着検出出力は、トラッカー１２を通じてではなく、独立して空間描画情報生成装置４０Ａの空間位置検出回路４１０Ａに通知するように構成しても勿論よい。
【０１４１】
この例では、装着検出手段としては、図９に示すように、矢印ＡＲの方向に弾性的に変位することが可能な押圧子１３４ａを備えるスイッチ部材１３４が用いられる。スイッチ部材１３４は、押圧子１３４ａが押圧されずに、スイッチ部材１３４の筐体外に突出している状態では、例えばスイッチオフの状態となり、押圧子１３４ａが押圧されて、スイッチ部材１３４の筐体内に押し込まれる状態ではスイッチオンの状態となる。
【０１４２】
したがって、電子ペン１１が、図９に示すように、電子ペン装着部１３２Ａの筒状凹孔部１３２Ａａに差し込まれると、当該電子ペン１１の筐体により、スイッチ部材１３４の押圧子１３４ａが押下されて、スイッチ部材１３４のスイッチ状態が変化する（この例ではスイッチオフからスイッチオンとなる）。そして、このスイッチ部材１３４におけるスイッチ状態が、電子ペン１１の装着検出出力として、トラッカー１２を通じて空間描画情報生成装置４０Ａの空間位置検出回路４１０Ａに供給される。
【０１４３】
図１０に、この第２の実施形態の場合の空間描画情報生成装置４０Ａの、特に空間位置検出回路４１０Ａの構成例を示す。この図１０の例においても、上述した第１の実施形態の空間描画情報生成装置４０及び空間位置検出回路４１０と同一部分には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【０１４４】
この第２の実施形態の空間位置検出回路４１０Ａにおいては、上述の位置指示器検出回路４１０１、指示位置算出回路４１０２、デジタイザ検出回路４１０３及び操作情報検出回路４１０４に加えて、電子ペン装着検出回路４１０５と、スイッチ回路４１０６とが設けられる。
【０１４５】
電子ペン装着検出回路４１０５は、３次元位置指示器１０Ａからの電子ペン１１の装着検出出力を受信して解析し、電子ペン１１が電子ペン装着部１３２に装着されているか否かを検出し、その検出結果として装着検出出力ＤＰを出力する。
【０１４６】
スイッチ回路４１０６の一方の入力端Ｔには、位置指示器検出回路４１０１で検出された３次元位置指示器１０Ａのトラッカー１２の位置の情報ＴＩが供給され、他方の入力端Ｐには、指示位置算出回路４１０２で算出された装着されている電子ペン１１のペン先１１ａの位置の情報ＰＩが供給される。
【０１４７】
そして、スイッチ回路４１０６には、電子ペン装着検出回路４１０５の装着検出出力ＤＰが切替制御信号として供給される。スイッチ回路４１０６は、装着検出出力ＤＰにより、電子ペン１１が３次元位置指示器１０Ａに装着されていないときには、一方の入力端Ｔ側に切り替えられて出力情報としてトラッカー１２の位置の情報ＴＩが出力され、電子ペン１１が３次元位置指示器１０Ａに装着されているときには、他方の入力端Ｐ側に切り替えられて出力情報として電子ペン１１のペン先１１ａの位置の情報ＰＩが出力される。そして、スイッチ回路４１０６の出力情報が、座標変換回路４１３に供給される。
【０１４８】
また、電子ペン装着検出回路４１０５の装着検出出力ＤＰは、ＶＲ画像生成回路４２２Ａに供給される。ＶＲ画像生成回路４２２Ａは、装着検出出力ＤＰにより、電子ペン１１が３次元位置指示器１０Ａに装着されていると判断したときには、電子ペン１１のＶＲ画像を、上述の第１の実施形態と同様にして生成してＨＭＤ５０に表示する。また、ＶＲ画像生成回路４２２Ａは、装着検出出力ＤＰにより、電子ペン１１が３次元位置指示器１０Ａに装着されてはいないと判断したときには、この第２の実施形態では、電子ペン１１のＶＲ画像は生成せずに、検出されたトラッカー１２の位置に、例えばトラッカー１２のＶＲ画像や所定のマークを生成して、ＨＭＤ５０に表示するようにする。
【０１４９】
以上のようにして、第２の実施形態においては、３次元位置指示器１０Ａに電子ペン１１が装着されているときにだけ、第１の実施形態と同様の動作となる。そして、３次元位置指示器１０Ａに電子ペン１１が装着されていないときには、トラッカー位置を用いた他の用途として用いることが可能となる。
【０１５０】
なお、上述の例では、３次元位置指示器１０Ａのホルダー１３の電子ペン装着部１３２Ａに、電子ペン１１が装着されたときに、それを自動的に検出するための装着検出手段として、スイッチ部材１３４を設けるようにしたが、装着検出手段としては、スイッチ部材１３４に限られる訳ではない。
【０１５１】
また、上述の第２の実施形態では、３次元位置指示器１０Ａのホルダー１３の電子ペン装着部１３２Ａに、電子ペン１１が装着されたときに、それを自動的に検出するための装着検出手段を設けるようにしたが、装着検出手段ではなく、使用者の操作により、電子ペン１１の装着を空間描画情報生成装置４０Ａの空間位置検出回路４１０Ａに通知するようにしてもよい。
【０１５２】
また、使用者が３次元位置指示器１０の操作部を操作することにより、電子ペン１１の３次元位置指示器への装着を通知する例の場合には、実際には、電子ペン１１が装着されていなくても、仮想的に電子ペン１１が３次元位置指示器１０に装着されているものとして、ＶＲ画像生成回路４２２Ａでは、電子ペン１１のＶＲ画像を生成してＨＭＤ５０に表示することができる。
【０１５３】
［上述の実施形態の変形例］
上述の実施形態の３次元位置指示器１０においては、ホルダー１３は、グリップ部１３１を備える構成とした。しかし、図１１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、グリップ部１３１を備えずに、電子ペン装着部１３２とトラッカー装着部１３３とからなるホルダー１３Ｂを備える３次元位置指示器１０Ｂを構成するようにしてもよい。なお、３次元位置指示器１０Ｂは、図１１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）において同一の参照符号を付して示すように、ホルダーの構成を変更するほかは、図５及び図６を用いて説明した３次元位置指示器１０と同一の構成とされている。
【０１５４】
この３次元位置指示器１０Ｂの場合において、図５及び図６に示した操作ボタン１３１ａ，１３１ｂは、電子ペン装着部１３２に設けるようにしてもよい。また、３次元位置指示器１０Ｂにおいても、電子ペン１１は、ホルダー１３Ｂに固定されていてもよいし、棒状部としては、電子ペン１１を用いるのではなく、棒状部内に、電子ペン１１の機能部を配設することで、棒状部は、ホルダー１３Ｂに一体的に構成するようにしてもよい。さらに、図１１に示した３次元位置指示器１０Ｂの構成は、第２の実施形態の場合にも適用可能であることは言うまでもない。
【０１５５】
なお、上述の実施形態においては、空間位置検出用ユニット３０は、赤外線レーザ光の発光する発光追跡装置と、トラッカーとを備える構成としたが、この構成に限られるものではないことは言うまでもない。例えば、その他の非可視光センサ、可視光線センサ又はこれらの組み合わせを用いた構成としてもよい。
【０１５６】
また、電子ペンにバッテリーを設けると共に電波の送受信手段を設けておいて、電子ペンに対して外部から電波を送信し、当該電子ペンからの電波を受信することで電子ペンの空間位置を検出する構成としてもよい。また、磁気共鳴を用いるもの、超音波を用いるものであってもよい。また、１台または複数台のカメラで空間位置を検出する対象物（電子ペンやタブレット）を撮影し、その撮影画像を用いて対象物の空間位置を検出ものであってもよい。
【０１５７】
また、上述の実施形態においては、デジタイザ２０のＶＲ画像を生成して、ＨＭＤ５０の表示画面で、操作者がデジタイザ２０の位置を認識するように構成したが、ＨＭＤを、ＡＲ（拡張現実）対応のものとして、デジタイザ２０を直接的に見ることができるように構成しても勿論よい。
【０１５８】
また、上述の実施形態の説明では、デジタイザの位置検出領域ＤＴの外側の空間領域においては、電子ペンの動きに基づくジェスチャーを検出するようにしたが、前記外側の空間領域においても、電子ペンの動きではなく、電子ペンのペン先による指示位置を検出して描画に用いるようにすることもできる。
【０１５９】
また、上述の実施形態では、デジタイザ２０のセンサ部２２と、電子ペン１１との間の信号の受信レベルに基づいて、電子ペン１１のペン先１１ａの位置のデジタイザ２０の入力面からの離間距離を検出するようにしたが、電子ペン１１のペン先１１ａの位置とデジタイザ２０の入力面との離間距離を検出する方法は、これに限られるものではない。
【０１６０】
例えば、空間位置検出用ユニット３０では、電子ペン１０のペン先１１ａの位置と、デジタイザ２０の入力面２１Ｓの位置とを検出することができるので、検出された電子ペン１１のペン先１１ａの位置とデジタイザ２０の入力面２１Ｓの位置から、電子ペン１１のペン先１１ａの位置とデジタイザ２０の入力面２１Ｓとの離間距離を検出して、選択回路４０１の選択制御信号を生成するようにしてもよい。
【０１６１】
また、３次元画像を表示する手段としては、ＨＭＤに限られるものではなく、３Ｄディスプレイや、ＡＩ（Aerial  Imaging）プレート、さらには、ホログラム技術を用いるようにしてもよい。また、デジタイザ２０に、例えばＬＣＤなどのディスプレイを設け、そのディスプレイにおいて、３Ｄ表示をするようにしてもよい。これらの表示手段は、ＨＭＤと共に用いて、ＨＭＤの装着者以外の者がＨＭＤに表示されている描画画像を観視するためのものとするようにしてもよい。
【０１６２】
また、座標の変換は、空間位置検出用ユニット３０で検出した電子ペンのペン先の座標値をデジタイザ２０における座標系の座標値に変換するようにしたが、逆に、デジタイザ２０で検出した電子ペンのペン先の座標値を空間位置検出用ユニット３０における座標系の座標値に変換するようにしてもよい。
【０１６３】
また、上述の実施形態では、電子ペン及びデジタイザは、電磁誘導方式のものを用いるようにしたが、これに限られるものではなく、静電方式（アクティブ静電結合方式、パッシブ静電結合方式を含む）やその他の方式の電子ペンとデジタイザを用いることも、勿論できる。
【０１６４】
また、上述の実施形態のデジタイザは、いわゆるスマートフォンと呼ばれる携帯型携帯電話端末であってもよいし、また、デジタイザ付のパーソナルコンピューターであってもよい。
【０１６５】
なお、以上の説明では、空間位置指示システムにより３Ｄ描画をする場合について説明したが、この発明の対象とする描画画像は、２Ｄ描画画像や２．５Ｄ描画画像であってもよい。
【符号の説明】
【０１６６】
１０…３次元位置指示器、１１…電子ペン、１１ａ…電子ペン１１のペン先、１２…トラッカー、１３…ホルダー、２０…デジタイザ、２２…位置検出センサ、２３…位置検出回路、２４Ａ，２４Ｂ…トラッカー、３０…空間位置検出用ユニット、３１Ａ，３１Ｂ…発光追跡装置、４０…空間描画情報生成装置、４１…入力情報処理部、４２…表示画像生成部、５０…ＨＭＤ、１３１…グリップ部、１３２…電子ペン装着部、１３３…トラッカー装着部、４１０…空間位置検出回路、４１３…座標変換回路、４２１…描画像生成回路、４２２…ＶＲ画像生成回路
【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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【国際調査報告】
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