JP3369374B2

JP3369374B2 - ポインティングデバイス

Info

Publication number: JP3369374B2
Application number: JP27516895A
Authority: JP
Inventors: 吉賢前澤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-10-24
Filing date: 1995-10-24
Publication date: 2003-01-20
Anticipated expiration: 2015-10-24
Also published as: JPH09120340A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特定位置の指示
（ポインティング）及びその位置情報を求める装置に関
し、より詳細には、展示及び発表などに用いて好適な特
定位置の光スポットによる指示およびその位置情報の検
出を行うポインティングデバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】ポインティングデバイスといっても種類
は、雑多であり、広範囲に及ぶ。本発明に於いて主に取
り上げる分野である展示或いは発表においては、単純な
指示棒から、レーザポインタ、あるいはパーソナルコン
ピュータの壁面への投影を利用し広く普及しているマウ
スなどによる指示などがあげられ、それぞれの特質に応
じて広く使用される所となっている。

【０００３】図９は、指示棒１０１を用いたプレゼンテ
ーションの典型的な風景である。指示棒１０１を用いた
場合には、図９の通り、例えば、掲示板１０２上の図表
のような提示するものと説明者の距離が比較的近接して
いる必要があり、この点が大きな制約条件となってい
る。この点を改善するものとして、ＯＨＰ（オーバーヘ
ッドプロジェクタ）などが考案され、ＯＨＰ本体の上に
置かれた原稿上で適当な指示棒或いは通常の筆記用具等
を使用することにより、投影面（スクリーン）から離れ
た場所に置ける指示動作が容易に行える。また、レーザ
ポインタは、指示動作が可能な位置的制約がさらに少な
く、任意の場所からの指示動作をより容易に行う事がで
きる。

【０００４】さらに最近では、いわゆるＤＴＰＲ（Desk
Top Presentaion)も広く行われている。ＤＴＰＲと
は、図１０に示すごとく、コンピュータ１０４に搭載さ
れたソフトウエア及びデータを用いてプレゼンテーショ
ンを行うもので、コンピュータ１０４のディスプレイ上
に表示される画像情報をＯＨＰ１０３上に設置された投
影装置上（通常液晶ユニット１０５などが使用される）
に表示させ、コンピュータ１０４の画面の壁面への投影
を可能とする装置である。なお最近は、ＯＨＰ１０３を
使用せず、壁面に直接投影可能ないわゆる液晶プロジェ
クタなども実用化されている。これらの装置を使用する
ことにより、コンピュータ上での電子的ポインティング
が可能となり、いわゆるマウスなどを使用したポインテ
ィング動作を壁面上に反映させることができる。このＤ
ＴＰＲは、以上述ベた利点の他にも資料が電子化されて
おり、検索動作が自由かつ迅速に行える。あるいは、資
料を紙やシートとして持ち歩く必要がない等の利点を有
し、広く使用されるところとなっている。なお、ＤＴＰ
Ｒにおいては、基本的にコンピュータ上で使用可能なポ
インティングデバイスは使用が可能であり、一般的に広
く使用されているマウスの他に、トラックボール、タブ
レット、スティックタイプの入力装置、グライドポイン
ト（指先入力）などが利用可能である。

【０００５】上述したように、多様な指示装置が存在す
るが、指示とは、単に指し示すだけであり、指示棒やレ
ーザポインタに於ける指示は、指し示す場所が情報とし
て獲得されることはない。しかし、指示装置という観点
で挙げた上述のＤＴＰＲに於いては、ポインティングす
る（指し示す）事自体が電子的な座標の管理により行わ
れるため、コンピュータは指示されている座標情報を獲
得可能であり、この情報をもとに、指示に付随する行為
として、例えば、いくつかの項目の中からの選択行為を
容易に実現できる。具体的には、特定の座標あるいは領
域のポインティング行為に別の状態への遷移をソフト的
に割り当てておけば、ポインティングの行為により、状
態の遷移等を伴う付加的機能を実現できる。このような
機能は単なる指示棒や、レーザポインタでは実現不可能
であることはいうまでもない。

【０００６】ただし、上述のＤＴＰＲを使用したマウス
によるポインティングにおけるような電子的指示が万能
かといえば、決して制約が無い訳ではない。このＤＴＰ
Ｒにおいて、指示可能な範囲は、コンピュータにより作
成された画面の範囲内である。換言すれば、ＤＴＰＲに
おいては、電子的な投影によらない物体の指示は、不可
能である。このことは、紙面上に手で書かれた掲示物
や、実体のあるもの、物理的に存在する物体などを直接
指し示すことは、極めて困難であることから容易に理解
し得る。一方指示棒或いはレーザポインタは、原始的な
道具ではあるが、実体の有る物、すなわち物体を直接指
示する機能を有し、なおかつ手の延長として作用するた
め、操作性は極めて良好であり、今なお広く用いられて
いる。

【０００７】上述を要するに、指示棒やレーザポインタ
は、ポインティング可能な物の範囲が広く且つ手の延長
として機能する為操作性も良好であるが、座標情報の獲
得が可能であるため、単なる指示に機能が限定される。
また、ＤＴＰＲなどの電子的ポインティングは、座標情
報の獲得が容易であるため、指示に付随させた各種機能
との結合が容易である反面、その指示範囲、指示対象
は、電子的な表示範囲に限定される。そして、これらの
内、使用する場所（プレゼンテーションを行う者の立ち
位置）が最も広範囲なものは、レーザポインタであり、
ＤＴＰＲは比較的限定された範囲に限られる。このよう
に従来からある此の種のポインティングデバイスのいず
れも、間題点を有するものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の様な
間題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、ポイ
ンティングの操作者の立ち位置等の許容範囲が広く、且
つ手の延長として機能するため操作性が良好なポインタ
を使用し、かつポインタの指示位置の座標情報の獲得を
可能とするポインティングデバイスを提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、レー
ザ光源、フォーカシング光学系及び該フォーカシング光
学系の駆動系よりなり、前記フォーカシング光学系によ
り前記レーザ光源からのビーム光を被指示位置にスポッ
ト光として投射することにより特定位置の指示を行う装
置（いわゆるレーザポインタ）と、フォーカシングを調
整するように前記駆動系を動作させる手段と、該ビーム
光の投射範囲に位置し、その位置座標が既知の複数の受
光装置と、前記駆動系を動作させる手段の動作との関係
で求められる前記複数の受光装置からの受光情報と前記
既知の位置座標に基づき前記指示位置（ポインティング
されている場所）を求める演算手段とを有するものであ
る。請求項２の発明は、レーザ光源、フォーカシング光
学系及び該フォーカシング光学系の駆動系よりなり、前
記フォーカシング光学系により前記レーザ光源からのビ
ーム光を被指示位置にスポット光として投射することに
より特定位置の指示を行う装置（いわゆるレーザポイン
タ）と、投射されるビームをスパイラル状に走査させる
ように前記駆動系を動作させる手段と、該ビーム光の投
射範囲に位置し、その位置座標が既知の複数の受光装置
と、前記駆動系を動作させる手段との関係で求められる
前記複数の受光装置からの受光情報と前記既知の位置情
報とに基づき前記指示位置（ポインティングされている
場所）を求める演算手段とを有するものである。請求項
３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、前
記レーザ光源の駆動に変調を加えるとともに、受光装置
において前記変調に基づく検出を行うことにより、雑音
の混入を防ぐようにしたものである。請求項４の発明
は、請求項３の発明において、前記変調の方式として、
変調周波数が漸増もしくは漸滅する方式を用いて、被指
示位置である光スポットの起点からの動作時間の情報を
前記変調数から読みとるようにしたものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、各請求項の発明に共通す
る基本的構成についてその実施の形態を概要として示す
図である。図１において、１は、使用者、２は、レーザ
ビームポインタ、３は、プレゼンテーションなどに使用
されるスクリーンなどを示す。ここでは、スクリーン３
として示したが、ポインタの適用対象は、特にスクリー
ンである必要はなく、具体的な物体で構成される物品の
有る範囲を任意に区切って使用しても差し支えない。
４，５，６は、受光部（センサ）を示し、これらのセン
サは、演算装置７の入力となる。なお、図１の８に示す
点は、レーザビームのスポットを示している。

【００１１】以下に、指示動作と座標位置の検出動作を
順次説明する。（指示動作）指示動作においては、通常のレーザビーム
ポインタの一般的な使用法と何ら変わる所はなく、使用
者１は、任意のスタイル（通常手で持って）でレーザビ
ームポインタ２を保持し、合焦状態、即ちレーザビーム
ポインタにおいて、最もシャープなビームが発せられ、
一般的には、極めて細い平行光線が発せられた状態で指
示動作が行われる。この動作により指示される様子は、
通常の場合と変わらず、プレゼンテーションを行ってい
る者１を始め、図示してはいないが、周囲に位置する聴
衆などに対しても、極めて明確な指示位置の表示を行
い、指示位置或いは領域の明確な表示を行うことが出来
る。なお、上述の通り、本説明においては、便宜的にス
クリーンという用語を使用しているが、スクリーンに限
らず、任意の物品に対して同様の操作（指示動作）を行
うことが可能である。

【００１２】（指示位置座標の検出動作）指示位置の座
標の検出動作として最初に示すものは、請求項１の発明
の実施の形態をなす。図２は、その動作状態を説明する
ための図で、スポット光８と受光部４,５,６の関係を示
すものである。合焦状態から、フォーカシングをずら
し、ポインティングされているスポット光８の径を拡大
する操作により開始され、図２（Ａ）は、スポット光８
の径の拡大が開始された直後のスクリーン３上における
スポット光８の形状例を示している。図２（Ａ）に示し
た例では、ポインティングの位置は、上下方向にはほぼ
中心に位置し、左右方向にはやや左に位置している。図
２（Ａ）においては、スポット光８の径の拡大は開始さ
れたばかりであり、図２（Ａ）の４,５,６に示す受光部
（センサ）の何れも受光状態にはない。図２（Ｂ）は、
図２（Ａ）よりも時間的な経過を経た状態を示してい
る。この状態においては、スポット光８の径が受光部４
に到達し、受光部４から検出信号の出力が得られる。図
２（Ｃ）は、図２（Ｂ）よりもさらに時間的な経過を経
た状態を示し、スポット光８は受光部５,６にまで到達
し、受光部５,６においても検出信号の出力が得られ
る。以上に説明の通り、受光部は、ビームスポットの拡
大に伴い順次検出がなされ、これら検出出力は、７に示
す演算装置に入力される。なお、以上の説明において
は、説明を簡単化するため、受光部５,６の検出出力
は、同時に出力されるように説明したが、一般的には、
受光部４,５,６の検出タイミングは、それぞれ個別にな
る。以上の様に、受光部４〜６の受光タイミングを位置
信号に換え、受光部の既知の位置座標とともに演算する
ことにより、座標を求めることができる。

【００１３】図３は、請求項１の発明におけるスポット
光の径を変えるための動作手段を備えたレーザビームポ
インタ（発光側）の実施の形態を示す。図３において、
１０は、レーザダイオードのドライバ、１１はレーザダ
イオードを示す。１２，１３，１４は光学系を示し、駒
収差が問題にならない程度の光学設計が行われている。
この部分は、広く市販されているレーザビームポインタ
と本質的に変わる部分は無い。しかしながら、この実施
の形態では、光学系の一部の光学要素１３が同図におい
ては左右方向、ビームの発射に関してはビームの発射方
向に移動可能であり、この機能によりスポット径の調節
が行い得る構成を取っている。そして、光学要素１３
は、機械的な接続部分としてのメカニカルリンク１５を
持ち、この部分は、更にコイル１６と共にボイスコイル
を構成し、電気的入力により、その位置を可変にするこ
とが出来、このような構成とその動作に従ってスポット
径が電気的に制御可能となる。ボイスコイルの駆動は、
直接的にはボイスコイルドライバ１７により行われる
が、ボイスコイルドライバ１７の出力を調整して、スポ
ット径の拡大スピード等を制御すると、より好都合であ
る。

【００１４】このために、タイムベース２０，コントロ
ーラ１９，及び関数発生回路１８からなる回路が必要で
あり、スタートの為のスイッチ２１により起動され、極
めて細いスポット径から、漸増的にスポット径の拡大を
行う。一般的には、ある一定周期で駆動されるタイムベ
ースの入力をもとに、コントローラ１９は、単調増加的
な数値出力を発生する。発生された数値出力は、関数発
生回路１８の入力となり、関数発生回路１８では、例え
ば、テーブルを参照する形で駆動の為の数値を出力す
る。ボイスコイルドライバ１７は、この出力により駆動
され、関数発生回路１８のテーブルの書き換えにより、
任意の態様のスポット径の拡大が行える。

【００１５】図４は、スポット半径の拡大に代え、シャ
ープなスポットのままでスパイラル状の走査を行い、上
記図３に示したものと同様のレーザポインタをなす請求
項２の発明の実施の形態である。図３，図４の何れを用
いても、ポインタとしての機能は実現できるが、この実
施の形態のスパイラル状態の走査によれば、スポット径
そのものは拡大せず、したがって、エネルギー的にはよ
り強力な光ビームが受光部に入力でき、遠隔からの操作
により好適である。以下に、動作の概要を説明する。

【００１６】図４（Ａ）に示す１０，１１，１２，１
３，１４，１８，１９，２０，２１によって示される各
要素は、図３と全く共通である。ただし、レンズ１３
は、図３の場合と異なり、固定されている。図４におい
て、新たに付け加えられた部分は、レンズ（走査用）２
５，アクチュエータ２６，２７，駆動回路２８である。
なお、図４（Ｂ）に示した部分は、レンズ２５およびア
クチュエータ２６，２７をレーザビームに対して直角を
なす平面図として示したものである。図４（Ｂ）におい
て、レンズ２５の一端を固定されたレンズ２５は、互い
に直交、即ち互いに直角方向の力を作用させるアクチュ
エータ２６，２７で駆動されることにより、歳差運動が
行われる。アクチュエータドライバ２８は、関数発生回
路１８からの入力により、歳差運動を行う。なお、歳差
運動は、スタートスイッチ２１の押し下げ動作によりス
タートし、タイムベース２０，コントローラ１９によ
り、単調的に増加する関数発生回路１８への出力信号が
生成される。この部分の動作については、図３と同様で
ある。

【００１７】さて、上述の実施の形態により、指示動作
がなされ、受光部における受光タイミングの関係と受光
部を設置した既知の座標関係から、演算装置により、ポ
インティングされている指示位置の座標を計算すること
が可能であるが、実際の使用においては、誤差を発生す
る要因が存在する。誤差の発生要因としては、本来検出
すべきレーザビームポインタ以外の光の検出やスクリー
ン（実際の使用状態においては、受光部の頂点を結ぶこ
とで構成される平面がスクリーンに等価な面となる）
が、使用者に対して直角になっていない場合などが上げ
られる。使用者がスクリーン面に対して垂直になってい
ない場合には、ビームスポットの形状は円形とならず、
検出精度が低下する。

【００１８】これらの点のうち、前者の改善策として、
レーザビームポインタの特定を確実に行うために、ビー
ムに対して特有の変調を加えることが考えられる。図５
及び図６は、請求項３の発明の実施の形態で上記した点
を改善するための手段として、発振器および変調器を付
加したものであり、図５は、ビームスポットの拡大によ
るもの（請求項１）、図６は、スパイラル状の走査によ
るもの（請求項２）への実施の形態である。図５，図６
において示されるように、変調器３１，発振器３０が付
加されている。この場合の変調動作は、アナログ的な方
法による場合には、発振器３０として電圧制御発振器を
使用し、適当な変調をかけることが出来る。また、ディ
ジタル的に行う場合には、発振器３０を動作クロックと
して、適当な変調をかければよい。

【００１９】また、誤差について上述したところの後者
の課題、即ち、発表者の立ち位置の柔軟性を増すという
課題の解決手段を備えた請求項４の発明の実施の形態と
して、図５，図６に示されるスタートスイッチ２１の押
し下げ時からの実時間を変調情報に乗せるということが
考えられる。この手法には、さまざまなものがあるが、
スイープ波形乃至はチャープ波形により実現することが
出来る。図７および図８は、この実施の形態を説明する
ための図である。図７において、横軸は、スタートスイ
ッチ押し下げからの時間を示し、縦軸は、コントローラ
１９から発振器３０への出力電圧を示している。このよ
うな、いわゆるランプ波形は、アナログ的には、積分要
素を持つ、例えば、ミラー積分回路などで極めて精度良
く発生可能であるし、ディジタル的に行う場合にも、Ｄ
／Ａ変換器により極めて容易に行うことが出来る。一
方、図８に示す図は、横軸は同じくスタートスイッチ押
し下げからの時間の経過を示し、縦軸は、発振器の発振
周波数である。図８において、直線で示されるのは理想
的な場合の対応であるが、発振回路の構成や素子のばら
つきによっては、直線性が良好とは言えない場合もあ
る。このような場合は、発振周波数ないしは変調器から
の出力をもとにフィードバックをかけるのが効果的で、
図５，図６のおける変調器３１からの発振器３０への入
力は、このことを示すものである。

【００２０】

【発明の効果】請求項１の発明において、発光側に、フ
ォーカシングを調整する手段、すなわちビームスポット
の大きさを可変にする手段を有する位置の指示及び位置
の特定を行う装置を用いることで、ポインティング可能
な者（操作者）の立ち位置等の許容範囲が広く、操作性
が良好なレーザポインタを提供し、かつ指示位置の座標
情報を獲得することが可能となり、従来単なる指示に止
まっていたレーザビームポインタを用いて座標情報の獲
得が可能となり、広範囲な応用が可能となる。また、請
求項２の発明において、請求項１のように、スポット半
径の拡大によらずに、スパイラル状の走査によること
で、請求項１の方法によるより遠隔での使用が可能とな
る。また、請求項３の発明において、レーザビームに変
調を加え、変調にもとづいて検波することにより、誤検
出を減らすことが出来る。さらに、請求項４の発明にお
いて、特別な変調動作、即ちスイープ乃至はチャープを
用いることで、変調情報にスタートスイッチ押し下げか
らの実時間の情報を内挿することが出来、演算回路の簡
単化または検出精度の向上、あるいは使用範囲（立ち位
置）の拡大が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成の実施の形態を示す概要図で
ある。

【図２】請求項１の発明の実施の形態における動作状態
を示す図で、（Ａ）〜（Ｃ）はスポット形状の遷移例を
示す。

【図３】請求項１の発明の実施の形態で、発光側の構成
を示す図である。

【図４】請求項２の発明の実施の形態で、発光側の構成
を示す図である。

【図５】請求項３の発明の実施の形態で、発光側の構成
を示す図である。

【図６】請求項３の発明の他の実施の形態で、発光側の
構成を示す図である。

【図７】請求項４の発明の実施の形態における変調にか
かわる制御電圧の例を示す図である。

【図８】請求項４の発明の実施の形態における変調にか
かわる発振（変調）周波数の例を示す図である。

【図９】従来の指示棒を用いたプレゼンテーションの状
況を示す図である。

【図１０】従来のＤＴＰＲを用いたプレゼンテーション
の状況を示す図である。

【符号の説明】

１…使用者、２…レーザビームポインタ、３…スクリー
ン、４〜６…受光器、７…演算手段、８…レーザビーム
によるスポット、１０…レーザダイオードの駆動回路、
１１…レーザダイオード、１２，１３，１４…光学系、
１５…メカニカルリンク、１６…コイル、１７…ボイス
コイルドライバ、１８…関数発生回路、１９…コントロ
ーラ、２０…タイムベース、２１…スタートスイッチ、
２５…レンズ、２６，２７…アクチュエータ、２８…ア
クチュエータドライバ、３０…発振器、３１…変調器。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源、フォーカシング光学系及び
該フォーカシング光学系の駆動系よりなり、前記フォー
カシング光学系により前記レーザ光源からのビーム光を
被指示位置にスポット光として投射することにより特定
位置の指示を行う装置（いわゆるレーザポインタ）と、
フォーカシングを調整するように前記駆動系を動作させ
る手段と、該ビーム光の投射範囲に位置し、その位置座
標が既知の複数の受光装置と、前記駆動系を動作させる
手段の動作との関係で求められる前記複数の受光装置か
らの受光情報と前記既知の位置座標に基づき前記指示位
置（ポインティングされている場所）を求める演算手段
とを有することを特徴とする位置の指示及び指示された
特定位置の位置情報を求めるポインティングデバイス。
【請求項２】レーザ光源、フォーカシング光学系及び
該フォーカシング光学系の駆動系よりなり、前記フォー
カシング光学系により前記レーザ光源からのビーム光を
被指示位置にスポット光として投射することにより特定
位置の指示を行う装置（いわゆるレーザポインタ）と、
投射されるビームをスパイラル状に走査させるように前
記駆動系を動作させる手段と、該ビーム光の投射範囲に
位置し、その位置座標が既知の複数の受光装置と、前記
駆動系を動作させる手段との関係で求められる前記複数
の受光装置からの受光情報と前記既知の位置情報とに基
づき前記指示位置（ポインティングされている場所）を
求める演算手段とを有することを特徴とする位置の指示
及び指示された特定位置の位置情報を求めるポインティ
ングデバイス。
【請求項３】前記レーザ光源の駆動に変調を加えると
ともに、受光装置において前記変調に基づく検出を行う
ことにより、雑音の混入を防ぐようにしたことを特徴と
する、請求項１又は請求項２記載のポインティングデバ
イス。
【請求項４】前記変調の方式として、変調周波数が漸
増もしくは漸減する方式を用いて、被指示位置である光
スポットの起点からの動作時間の情報を前記変調数から
読みとるようにした請求項３記載のポインティングデバ
イス。