JP3377431B2

JP3377431B2 - ３次元位置方向指示装置

Info

Publication number: JP3377431B2
Application number: JP05102298A
Authority: JP
Inventors: 佳正中村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-03-03
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 2003-02-17
Anticipated expiration: 2018-03-03
Also published as: JPH11248415A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元空間内での
位置および方向を指示する３次元位置方向指示装置であ
って、２次元平面内での位置を指示するマウスまたはジ
ョイスティックなどのポインティングデバイスに代わっ
て、３次元空間に適用される３次元位置方向指示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータの画面表
示技術の進歩、およびコンピュータグラフィックスの発
展によって、３次元画像を扱うアプリケーションが増加
している。この３次元画像を扱うアプリケーションで
は、２次元画像を扱うものに比べて、表示画面中に奥行
きの要素が加えられ、ユーザは直感的に画像を把握しや
すくなっている。

【０００３】このようなアプリケーションには、マウス
またはジョイスティックなど、２次元的な操作を主とし
た指示装置が用いられ、表示画面中に３次元座標位置を
指示することで、画像を移動させたり、あるいは加工し
たりする操作が行われる。３次元座標位置を指示するた
めには、まず、直交３方向の座標値を表す３変数のうち
の２変数だけを２次元位置の指示と同様に指定する。た
とえば、縦方向、横方向および奥行き方向のうち、縦方
向および横方向の座標だけを指定する。続いて、アプリ
ケーションの特別な機能として、または別個のマウスユ
ーティリティソフトウエアを使って、画像の表示画面の
他に、奥行き方向の変数を指定するための別の画面を表
示させる。このような専用の画面において、奥行き方向
の変数が指定され、３次元位置座標の指示が完了する。

【０００４】その他の先行技術として、特開昭６０−６
０５０２号公報では、先端に発光体を有するペンを３次
元的に動かし、そのペンを２台のカメラで撮像すること
で、３次元位置が指示される。また、特開平１−１７４
９１０号公報では、所定周波数の信号を発信するペンを
空間に位置させ、３点に設置されたマイクロホンによっ
て、ペンの３次元座標が検知される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように３次元位
置を指示するためには、３変数のうちの２変数の指定、
奥行き方向の変数を指定する画面の表示、および奥行き
方向変数の指定など、ユーザは多数の作業を行う必要が
あるので負担が大きく、３次元空間内の１点の位置座標
を指示するだけでもかなりの時間を要する。そのうえ、
３次元位置座標の指示が、個別の作業から成り立ってい
るので、ユーザは自ら指示した位置を直感的に把握する
ことが困難である。

【０００６】また、特開昭６０−６０５０２号公報で
は、２台のカメラを使用するので装置が高価であり、か
つ装置の規模が大きくなってしまう。また、３次元位置
座標を正確に指示するためには、２台のカメラの設置位
置を正確に調整する必要があり、使い勝手がよくない。

【０００７】さらに、一般に、３次元の画像を扱うアプ
リケーションでは、指定軸回りの回転移動を必要とする
場合が頻繁にある。一方、特開平１−１７４９１０号公
報では、ペンの発光点の３次元座標位置を認識するの
で、たとえば（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（６００，２５６，１２
８）など１点の絶対座標だけが認識される。よって、ユ
ーザが指定した３次元座標位置への画像の平行移動は可
能であるが、回転移動を実現することはできない。

【０００８】本発明の目的は、簡易な構成で、簡単に３
次元位置および方向の指示ができ、３次元画像の回転移
動を可能とする３次元位置方向指示装置を提供すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも３
本の光線を所定角度で出射し、３次元空間で発光位置お
よび発光方向を任意に操作可能な発光手段と、１平面状
に構成され、発光手段からの光を受光して少なくとも３
点の受光位置を検出するための受光手段と、検出された
受光位置および受光位置同士の相対位置から、受光手段
に対する発光手段の相対的な３次元位置および方向を算
出する演算手段とを備えることを特徴とする３次元位置
方向指示装置である。

【００１０】本発明に従えば、操作者は発光手段の発光
位置および発光方向を自由に変えることができ、それに
よって発光手段および受光手段の位置関係も３次元空間
内で様々に変化し、受光手段によって検出される少なく
とも３点の受光位置も、受光面内で様々に変化する。受
光位置を基にした演算によって、３次元位置および方向
を指示することができる。

【００１１】発光手段から所定の開き角の３本のレーザ
光線、たとえば３角錐の稜線に沿った３本のレーザ光線
を出射して、受光手段で３点の受光位置を検出させる。
受光位置は受光面上の点であるので、各点は２変数でそ
れぞれ表され、受光位置は合計６変数で表される。一
方、３次元空間内の位置は３変数で表され、さらに方向
も３変数で表される。よって、受光位置の６変数を３次
元位置および方向の合計６変数にそれぞれ割り当てるこ
とができる。これは、受光位置が３点の場合、３次元位
置の３変数および方向の３変数を表せることを示してい
る。

【００１２】これによって、たとえば３次元画像を処理
する際に、３次元画像の３次元位置に加えて、ある固定
された軸回りの方向を指示することができ、さらに、マ
ウスのドラッグに相当する機能などで、３次元画像の平
行移動および指定軸回りの回転移動を実現することがで
き、さらには、３次元空間内で任意の軸回りの回転移動
を実現することができる。

【００１３】また、受光手段が面状の単体であるので、
装置全体がコンパクトであり、マウスパッドなどと同様
に簡単に設置することができる。さらに、発光手段の位
置および方向だけで、１度に３次元位置および方向が指
示されるので、指示が簡単で、かつ操作者は自ら指示し
た位置および方向を直感的に容易に把握することができ
る。

【００１４】また本発明は、前記発光手段からの光線
は、互いに非平行であることを特徴とする。

【００１５】本発明に従えば、発光手段と受光手段との
距離が大きくなるとともに、受光位置同士は離れるか、
または狭まる。たとえば、発光手段から平行な３本のレ
ーザ光線を出射して、受光手段から発光手段までの距離
を変えても、３点の受光位置同士の距離は不変である
が、発光手段から所定の開き角の３本のレーザ光線を出
射して、受光手段で３点の受光位置を検出させること
で、受光位置同士の距離を受光手段から発光手段までの
距離に対応させることができる。このように、発光手段
からの光路形状を、発光位置から離れるとともに広がる
形状とすることで、受光位置の情報から発光手段と受光
手段との距離を把握し、３次元位置および方向を表す変
数を確実に求めることができるので、正確な指示が可能
となる。

【００１６】また本発明は、前記発光手段からの光線
は、光出射方向の中心軸に関して回転非対称であること
を特徴とする。

【００１７】本発明に従えば、発光手段の中心軸に関す
る回転角は、受光位置同士の相対的な位置関係に反映さ
れる。たとえば、発光手段から円錐状に広がる１本の光
を出射させて、発光手段を中心軸に関して回転移動させ
ても、その光路の形状は不変であり、受光位置も不変で
あるのに対して、発光手段から所定の開き角の３本のレ
ーザ光線を出射させて、その中心軸回りに発光手段を回
転させると、それに合わせて３点の受光位置が移動す
る。このように、光路形状を中心軸に関して回転非対称
とすることで、受光位置同士の相対的な位置関係から発
光手段の中心軸に関する回転角が導かれるので、３次元
位置および方向を表す変数を確実に求めることができ、
正確な指示が可能となる。

【００１８】また本発明は、前記受光手段は、複数の受
光素子が面状に配列して構成され、画像を出力すること
を特徴とする。

【００１９】本発明に従えば、受光した受光素子の位置
が受光位置であるので、簡単で確実に受光位置を検出す
ることができ、３次元位置および方向の指示精度が向上
される。

【００２０】また本発明は、少なくとも３本の光線を所
定角度で出射し、３次元空間で発光位置および発光方向
を任意に操作可能な発光手段と、１平面状に構成され、
発光手段からの光を受光して少なくとも３点の受光位置
を検出するための受光手段と、検出された受光位置およ
び受光位置同士の相対位置から、中心軸が受光面と交わ
る点の座標（Ｘ０，Ｙ０）、中心軸が受光面となす角
γ、および中心軸の受光面への正射影がＸ軸となす角δ
を抽出し、受光手段に対する発光手段の相対的な３次元
位置および方向を算出する演算手段とを備えることを特
徴とする３次元位置方向指示装置である。

【００２１】本発明に従えば、受光画像からＸ０，Ｙ
０，γ，δの独立な４変数を抽出するので、これらを３
次元の位置および方向を表す６変数のうちの４変数に割
り当てることができる。よって、確実に３次元位置およ
び方向を指示することができる。

【００２２】また本発明は、少なくとも３本の光線を所
定角度で出射し、３次元空間で発光位置および発光方向
を任意に操作可能な発光手段と、１平面状に構成され、
発光手段からの光を受光して少なくとも３点の受光位置
を検出するための受光手段と、検出された受光位置およ
び受光位置同士の相対位置から、中心軸が受光面と交わ
る点の座標（Ｘ０，Ｙ０）、中心軸が受光面となす角
γ、中心軸の受光面への正射影がＸ軸となす角δ、およ
び中心軸の長さＨを抽出し、受光手段に対する発光手段
の相対的な３次元位置および方向を算出する演算手段と
を備えることを特徴とする３次元位置方向指示装置であ
る。

【００２３】本発明に従えば、受光画像からＸ０，Ｙ
０，γ，δ，Ｈの独立な５変数を抽出するので、これら
を３次元の位置および方向を表す６変数のうちの５変数
に割り当てることができる。よって、さらに確実に３次
元位置および方向を指示することができる。

【００２４】また本発明は、少なくとも３本の光線を所
定角度で出射し、３次元空間で発光位置および発光方向
を任意に操作可能な発光手段と、１平面状に構成され、
発光手段からの光を受光して少なくとも３点の受光位置
を検出するための受光手段と、検出された受光位置およ
び受光位置同士の相対位置から、中心軸が受光面と交わ
る点の座標（Ｘ０，Ｙ０）、中心軸が受光面となす角
γ、中心軸の受光面への正射影がＸ軸となす角δ、中心
軸の長さＨおよび画像の軸がＸ軸となす角φを抽出し、
受光手段に対する発光手段の相対的な３次元位置および
方向を算出する演算手段とを備えることを特徴とする３
次元位置方向指示装置である。

【００２５】本発明に従えば、受光画像からＸ０，Ｙ
０，γ，δ，Ｈ，φの独立な６変数を抽出するので、こ
れらを３次元の位置および方向を表す６変数すべてに割
り当てることができる。よって、さらに確実に３次元位
置および方向を指示することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態であ
る指示装置１の構造を示す図である。指示装置１は、コ
ンピュータ２、発光ペン３および受光パネル４を含んで
構成される。コンピュータ２は、本体キャビネット部５
および蓋部６から構成され、このうち本体キャビネット
部５は、その表面に入出力部７、図示していない赤外線
通信部、ペン保持部などを備え、制御回路および電源な
どを内蔵する。蓋部６は、ヒンジによって本体キャビネ
ット部５の背面に回動自在に接続されており、入出力部
７を覆うことができ、持運び時に入出力部７を保護する
役目を果たしている。本体キャビネット部５の側面に
は、本体電源のＯＮおよびＯＦＦを切換える本体電源ス
イッチ８が設けられている。

【００２７】コンピュータ２には、発光ペン３および受
光パネル４が電気的に接続されている。発光ペン３は、
単一の半導体レーザに、ハーフミラーおよびレンズなど
の光学系を組合わせて構成されており、その先端から複
数の光線である中心光Ｌ１、周辺光Ｌ２〜Ｌ５および外
部光Ｌ６を出射する。周辺光Ｌ２〜Ｌ５は、中心光Ｌ１
と所定の開き角θをそれぞれなし、外部光Ｌ６は中心光
Ｌ１とθよりも大きい角度を成す。一方、受光パネル４
は、フォトダイオードなどの受光素子を面状に複数配列
させた受光素子アレイによって構成される。これらの発
光ペン３および受光パネル４は、発光ペン３からの光を
受光パネル４に受光させることで、３次元位置および方
向を指示するための入力装置として、指示装置１の指示
部２０を構成している。

【００２８】ユーザによる指示部２０の操作は、受光パ
ネル４を固定し、発光ペン３の位置および方向を３次元
空間で自由に変更しながら行われる。発光ペン３からの
光は、受光パネル４で受光され、受光位置を示す画像信
号がコンピュータ２に送られる。

【００２９】図２は、図１の入出力部７を示す分解斜視
図である。入出力部７は、薄型で文字表示が可能なマト
リクス方式の液晶表示部９、および液晶表示部９を覆う
大きさの透明タブレット部１０が、一体になったもので
ある。なお、液晶表示部９には、必要に応じて、ＥＬ
（Electroluminescent）パネルから成るバックライトを
背面に設けてもよい。また、透明タブレット部１０に
は、２枚の透明シートの対向する表面に透明電極が設け
られ、通常状態において各電極が接触しないように、小
さな突起状のスペーサが規則正しく印刷されている。ユ
ーザが指またはペンにてシートを押圧することによっ
て、透明電極が接触する。さらに、液晶表示部９にて表
示された表示内容との位置情報の同期を取ることによっ
て、使用者が押圧した液晶表示部９の位置を検出するこ
とができる。

【００３０】図３は、指示装置１の電気的構成を示すブ
ロック図である。指示装置１は、指示部２０、入出力部
７、本体電源スイッチ８、タブレット制御部１１、液晶
表示制御部１２、コモン回路１３、セグメント回路１
４、中央制御部１５、ＲＴＣ（Real Time Clock）１
６、ＲＯＭ（Read Only Memory）１７、ＲＡＭ（Random
Access Memory）１８、指示制御部１９を備えている。

【００３１】指示制御部１９は、指示部２０による発光
および受光の制御を行い、指示部２０内の受光パネル４
から受光位置の座標信号を受信し、各受光位置の位置関
係から中心光、周辺光および外部光を区別し、その種別
に応じて座標メモリ２７に受光位置の座標値を記憶させ
る。なお、受光位置を示す座標は、受光パネル４の受光
面上の座標系における座標である。

【００３２】タブレット制御部１１は、透明タブレット
部１０の位置検出を制御する。液晶表示制御部１２は、
光を透過させるドット位置をビットマップとして記憶し
ており、必要に応じてコモン回路１３、セグメント回路
１４に信号を送る。中央制御部１５は、各種命令によっ
て入力情報または出力情報を制御するものであり、タブ
レット制御部１１からの制御線１５ａ、本体電源スイッ
チ８からの制御線１５ｂ、ＲＡＭ１８からの制御線１５
ｃ、ＲＴＣ１６からの制御線１５ｄ、ＲＯＭ１７からの
制御線１５ｅ、液晶表示制御部１２からの制御線１５ｆ
および指示制御部１９からの制御線１５ｇとを有する。

【００３３】ＲＴＣ１６は、クロック信号によって時間
を計時し、現在の年月日、時刻を出力する。ＲＯＭ１７
は、フォント情報エリア３６、辞書変換エリア３７、座
標変換情報エリア３８およびプログラムエリア２１を有
する。フォント情報エリア３６は、液晶表示部９に表示
する文字のフォントを記憶している。辞書変換エリア３
７は、文字変換のための辞書を記憶している。座標変換
情報エリア３８は、タブレット制御部１１または指示制
御部１９にて検出された座標を対応する位置または方向
に変換するための変換情報を記憶している。プログラム
エリア２１は、中央制御部１５の動作プログラムを記憶
しており、３次元座標位置決定プログラム２２、中心軸
角算出プログラム２３および３点中心軸角算出プログラ
ム２４を有する。各プログラムについては、指示装置１
の動作形態とともに後述する。

【００３４】ＲＡＭ１８は、ユーザが入出力部２から入
力した文章または図形などの各種データを記憶するデー
タ記憶部２５、３次元座標決定時に用いるスタックデー
タ記憶部２６を有する。データ記憶部２５は、さらに座
標メモリ２７、中心光有メモリ２８、周辺光本数メモリ
２９およびひねり有メモリ３０を有する。座標メモリ２
７は、指示部２０にて指示された座標位置を、指示制御
部１９にて決定されることによって設定される。また、
その他の中心光有メモリ２８、周辺光本数メモリ２９お
よびひねり有メモリ３０は、指示装置１が動作するとき
に使用されるメモリである。このうち、中心光有メモリ
２８は、指示部２０の発光ペン３から発光される中心光
の有無を示す。周辺光本数メモリ２９は、発光ペン３か
ら発光される周辺光の本数を示す。ひねり有メモリ３０
は、発光ペン３から発光される外部光の有無を示す。

【００３５】また、スタックデータ記憶部２６は、回転
角メモリ３１、仰角メモリ３２、距離メモリ３３、軸加
算方向メモリ３４およびひねりメモリ３５を有する。こ
れら各メモリについては、指示装置１の動作とともに後
述する。

【００３６】図４〜図７は、指示装置１の処理動作を示
すフローチャートである。以下、図８〜図１２を用い
て、図４〜図７のフローチャートに沿って、指示装置１
の動作を説明する。なお、指示装置１の動作は、第１形
態〜第５形態に分けられる。

【００３７】（第１形態）図８は、第１形態の発光ペン
３からの光路を示す図である。発光ペン３からは、中心
光および２本の周辺光が出射される。点Ｐは光源を、線
分ＰＯは中心光を、線分ＰＡは周辺光のうちの１本を、
線分ＰＢは残る１本の周辺光をそれぞれ示している。中
心光は２本の周辺光とそれぞれ同一の開き角θをなし、
中心光および２本の周辺光は同一平面を通過する。よっ
て、点Ｏ、点Ａおよび点Ｂは、同一直線上に配列され
る。Ｘ軸は、受光パネル４の受光面上の線分ＡＢに一致
するように選ばれている。

【００３８】図４のステップａ１で第１形態の処理動作
が開始され、ユーザによって発光ペン３が操作される
と、発光ペン３からの光が受光パネル４によって検知さ
れる。検知された位置の平面座標は、位置制御部１９に
よって座標メモリ２７に記憶される。また、受光位置の
検知と同時に、中心光が有るかどうかが判定され、有れ
ば中心光有メモリ２８にＯＮが記憶され、無ければ中心
光有メモリ２８にＯＦＦが記憶される。さらに、周辺光
の本数が計数されて、周辺光本数メモリ２９に記憶され
る。さらに、外部光の有無によってひねりの有無も判定
され、ひねり有と判定されたら、ひねり有メモリ３０に
ＯＮが記憶され、なければＯＦＦが記憶される。次に、
３次元座標位置決定プログラム２２が起動され、以下に
説明する処理が実行される。

【００３９】ステップａ２では、中心光有メモリ２８の
ＯＮまたはＯＦＦが判定される。中心光有メモリ２８が
ＯＮであれば、ステップａ４へ進み、ＯＦＦであれば、
ステップａ３で中心光の座標を算出してからステップａ
４へ進む。第１形態では、中心光が有るので、ステップ
ａ３へ進む。ステップａ４では、周辺光本数メモリ２９
の本数が判定され、周辺光本数メモリ２９が２本ならス
テップａ５へ、３本ならステップａ１５へ、４本ならス
テップａ２５へ、３２本なら図５のステップｂ１へ進
む。第１形態では、周辺光は２本であるので、ステップ
ａ５へ進む。

【００４０】ステップａ５では、座標メモリ２７に記憶
された各点の座標値が読み込まれる。次にステップａ６
では、中心軸角算出プログラム２３が実行される。中心
軸角算出プログラム２３の処理は、図６に示される。

【００４１】図６のステップｃ１で中心軸角算出プログ
ラム２３が開始されると、ステップｃ２では、図８
（ａ）の点Ａ、点Ｂおよび点Ｏの座標値から線分ＡＯの
長さと線分ＢＯの長さとが算出される。次にステップｃ
３では、線分ＡＯの長さと線分ＢＯの長さとが比較され
る。線分ＡＯが線分ＢＯ以上の場合には、ステップｃ４
へ進み、線分ＡＯが線分ＢＯ未満の場合にはステップｃ
５へ進む。このように、線分ＡＯの長さと線分ＢＯの長
さとを比較することによって、図８（ａ）中の∠ＰＯＢ
の大きさが９０度以上であるか否か、すなわち線分ＰＯ
が点Ａ側に傾いているか、点Ｂ側に傾いているかが判定
される。第１形態では、線分ＡＯが線分ＢＯ以上とし
て、ステップｃ４へ進む。

【００４２】ステップｃ４では、軸加算方向メモリ３４
にＯＮが記憶される。次のステップｃ６では、線分Ａ
Ｏ、線分ＯＢおよび開き角θを基に、仰角である∠ＰＯ
Ｂを算出する。開き角θは発光ペン３内部または表面の
構造によって決定される一定値であり、中心光と周辺光
とのなす角、すなわち中心軸角を示す。仰角∠ＰＯＢ
は、下記の数式によって求められる。まず、

【００４３】

【数１】

【００４４】から、Ｘを消去すると、

【００４５】

【数２】

【００４６】となる。算出された仰角は仰角メモリ３２
に記憶され、ステップｃ７へ進んで、図４の処理へ戻
る。

【００４７】図４へ戻ると、ステップａ７へ進み、線分
ＰＯの長さが距離として求められ、距離メモリ３３に記
憶される。線分ＰＯは角度βおよび開き角θに基づい
て、以下の算出式から求められる。

【００４８】

【数３】

【００４９】次のステップａ８では、仰角γと距離Ｈお
よび軸加算方向メモリ３４の記憶内容によって、相対座
標値が求められる。この処理では、軸加算方向メモリ３
４がＯＮの場合はプラス、ＯＦＦの場合はマイナスの相
対座標値とする。第１形態では、軸加算方向メモリ３４
はＯＮであるので、プラスの相対座標値となる。次のス
テップａ９では、相対座標値に受光面上の中心光の位置
として点Ｏの座標値を加算することによって、点Ｐの座
標値を求めることができる。

【００５０】次のステップａ１０において、ひねり有メ
モリ３０のＯＮまたはＯＦＦが判定される。ひねりが有
るなら次のステップａ１１へ進み、ひねりが無いならス
テップａ１２へ進む。第１形態では、ひねりが無いの
で、ステップａ１２で処理を終了する。以上の処理によ
って、点Ｐの３次元座標位置が決定される。

【００５１】なお第１形態では、図８に示す線分ＰＯは
点Ｂ側に傾いているものとしたが、線分ＰＯが点Ａ側に
傾いていてもよい。その場合の変更点を２箇所示す。１
箇所目は、図６のステップｃ３での判定処理に関する。
ステップｃ３では、線分ＡＯの長さが線分ＯＢの長さ未
満であるので、ステップｃ５へ進んで、軸加算方向メモ
リ３４にＯＦＦが記憶される。２箇所目は、ステップａ
８の処理に関する。ステップａ８では、相対座標値を算
出するときに、軸加算方向メモリ３４がＯＦＦであるの
で、算出する相対座標値はマイナス値として算出される
ことになる。

【００５２】また、第１形態では、図８の開き角θは∠
ＰＡＯ、∠ＰＢＯが同一であることを前提にしている
が、両者が異なっている場合でも、上述の関係式は成立
し、仮に∠ＰＡＯをθ１、∠ＰＢＯをθ１とは異なるθ
２とした場合に、θ１からθ２を算出することが可能で
ある。

【００５３】（第２形態）図９は、第２形態の発光ペン
３からの光路の形状を示す図である。図９（ａ）に示す
ように、発光ペン３からの光は、中心光および３本の周
辺光から成る。線分ＰＯは中心光を、線分ＰＡ、線分Ｐ
Ｂおよび線分ＰＣはそれぞれ３本の周辺光を示してい
る。線分ＰＡ、線分ＰＢおよび線分ＰＣは、正３角錐の
３本の稜線に沿って配置され、線分ＰＯはその３角錐の
中心軸に沿って配置される。受光パネル４の受光面上で
は、点Ｏを原点とするＸＹ直交座標系をとり、中心光と
周辺光とのなす角を角度θ１とし、平面ＡＰＢ、平面Ｂ
ＰＣおよび平面ＣＰＡが線分ＰＯとなす角を角度θ２と
する。

【００５４】まず、図４のステップａ３までは、第１形
態と同様の処理を行うので、その後の処理内容を説明す
る。ステップａ４の分岐処理において、第２形態では、
周辺光本数メモリ２９の値が３本であるので、ステップ
ａ１５へ進む。ステップａ１５では、既に設定されてい
る座標メモリ２７の各々を読み込む。次のステップａ１
６では、図９（ｂ）に示す点Ａ’の座標の算出を行う。
点Ａ’は、直線ＡＯと線分ＢＣの交点である。以下に点
Ａ’の座標値の算出方法を示す。

【００５５】まず直線ＡＯの方程式をＹ＝ａＸ＋ｂＹと
して、これに点Ａおよび点Ｏの座標を代入すると、

【００５６】

【数４】

【００５７】となり、さらにａを消去すると、

【００５８】

【数５】

【００５９】となる。ａ、ｂを元の方程式に代入するこ
とで、線分ＡＯの方程式が求められる。同様にして、線
分ＢＣの方程式も求められる。以上のように、求められ
た線分ＡＯおよび線分ＢＣの連立方程式を解くことで、
点Ａ’の座標値（Ｘａ，Ｙａ）が算出される。

【００６０】次のステップａ１７は、図７のフローチャ
ートに従って処理が行われ、図９（ｃ）に示される平面
ＰＡＡ’から、∠ＰＡＯの角度β１などを算出する。ス
テップｄ１で開始された処理は、ステップｄ２へ進み、
正弦定理から、

【００６１】

【数６】

【００６２】である。さらに、Ｘを消去すると、

【００６３】

【数７】

【００６４】となる。さらに、加法定理から、

【００６５】

【数８】

【００６６】となる。β１は未知数θ２を含んでいる
が、点Ｏは三角形ＡＢＣの重心であるので、重心定理を
使って求められる。すなわち、重心定理（ｉ）三角形の３つの中線は１点（重心）で交わる。（ｉｉ）各中線は他の中線を２：１に内分する。から、線分ＡＯの長さおよび線分ＯＡ’の長さの比は
２：１となり、正弦定理によって求められる角度θ２
は、下記のように求められる。

【００６７】

【数９】

【００６８】よって、角度β１が求められる。次にステ
ップｄ３では、算出された角度β１と角度π／２−θ１
との大小判定を行い、β１がπ／２−θ１未満の場合に
はステップｄ４へ進み、それ以外の場合は、ステップｄ
５へ進む。このように、β１とπ／２−θ１との比較に
よって、図９（ｃ）の線分ＰＯが点Ａ側に傾いているの
か、それとも点Ａ’側に傾いているのかが判定される。
第２形態では、β１がπ／２−θ１未満であるのでステ
ップｄ４へ進む。

【００６９】ステップｄ４では、軸加算メモリ３４のイ
ンデックス０にＯＮが記憶される。次のステップｄ６で
は、図９（ｃ）の∠ＰＯＡ’を求めて、その値を仰角メ
モリ３２へ設定し、ステップｄ７で図７の処理を終了し
て図４へ戻る。∠ＰＯＡ’は∠ＰＯＡの外角であるの
で、角度β１と開き角θ１との和として角度γが求めら
れる。なお、開き角θ１は、発光ペン３の幾何学的な構
造によって決定される指示装置１固有の値であり、定数
である。

【００７０】図４のステップａ１８に戻って、図９
（ｃ）に示す線分ＰＯの長さを距離Ｈとして求め、距離
メモリ３３に設定する。線分ＰＯは、正弦定理によって
求められる。次にステップａ１９では、図９（ｄ）の点
Ｂと点Ｏとを通る直線ＢＯが線分ＡＣと交わる点Ｂ’の
座標が算出される。点Ｂ’の座標値は、ステップａ１６
の処理と同様にして求められる。次のステップａ２０で
は、ステップａ１７の処理と同様にして角度β２などが
算出される。すなわち、

【００７１】

【数１０】

【００７２】である。また、θ３は以下の式から算出さ
れる。

【００７３】

【数１１】

【００７４】次に、β２とπ／２−θ１との大小判定の
後、軸加算方向メモリ３４のインデックス１にＯＮが記
憶される。次に、∠ＰＯＢ’を求められて、その値は仰
角メモリ３２へ記憶される。

【００７５】次にステップａ２１では、図９（ｅ）に示
す点Ｑの座標値を求める。点Ｑは、点Ｐから下ろした垂
線と受光面との交点であり、点Ｐの座標値を（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）とすると、点Ｑの座標値は（Ｘ，Ｙ，０）である。
まず図９（ｃ）において、点Ｐから下ろした垂線と線分
ＡＡ’との交点Ｏ’を求め、図９（ｄ）において、点Ｐ
から下ろした垂線と線分ＢＢ’との交点Ｏ”を求める。
すなわち、点Ｏの座標値を（Ｘ０，Ｙ０）、点Ｏ’の座
標値を（Ｘ１，Ｙ１）と仮定すると、

【００７６】

【数１２】

【００７７】である。平面ＸＹ上での線分ＯＯ’の傾き
は線分ＡＡと同じであるので、

【００７８】

【数１３】

【００７９】である。よってＸ１、Ｙ１が算出される。
このときに上の式は２次式であるので、Ｘ１、Ｙ１の解
は２つ存在するが、図７のステップｄ３で行った傾き判
定で、中心光が点Ａ側もしくは点Ａ’側のどちら側に倒
れているかが分かっているので、正しい方の解を特定す
ることができる。次に、点Ｏ’を通り、線分ＡＡ’に垂
直な直線の方程式をＹ＝ａＸ＋Ｙとして以下のように算
出する。直線は線分ＡＡ’に垂直であるので、

【００８０】

【数１４】

【００８１】である。また、求める直線は点Ｏ’（Ｘ
１，Ｙ１）を通過するので、このＸ１、Ｙ１を方程式Ｙ
＝ａＸ＋ｂに代入することによって、

【００８２】

【数１５】

【００８３】である。また、点Ｏ”の座標（Ｘ２，Ｙ
２）についても同様に、

【００８４】

【数１６】

【００８５】である。平面ＸＹ上での線分ＯＯ’の傾き
は線分ＢＢ’と同じであるので、

【００８６】

【数１７】

【００８７】である。よってＸ２、Ｙ２が算出される。
このときに上の式は２次式であるので、Ｘ２、Ｙ２の解
は２つ存在するが、ステップで行った傾き判定で、中心
軸が点Ｂ側もしくは点Ｂ’側のどちら側に倒れているか
が分かっているので、正しい方の解を特定することがで
きる。

【００８８】次に点Ｏを通り、線分ＢＢ’に垂直な直線
の１次式Ｙ＝ａＸ＋ｂを以下の計算によって算出する。
まず、傾きが線分ＢＢに垂直であるので、

【００８９】

【数１８】

【００９０】である。また求める直線は点Ｏ”（Ｘ２，
Ｙ２）を通過するので、このＸ２、Ｙ２を方程式Ｙ＝ａ
Ｘ＋ｂに代入することによって、

【００９１】

【数１９】

【００９２】である。以上によって求められた点Ｏ’を
通り、線分ＡＡ’に垂直な直線と、点Ｏ”を通り、線分
ＢＢ’に垂直な直線との交点が点Ｑとなることから、前
述の各垂線の方程式を連立させて解くことで、点Ｑの座
標値（Ｘｑ，Ｙｑ）が算出される。

【００９３】次にステップａ２２では、交点Ｑの座標値
（Ｘｑ，Ｙｑ）から、以下のように線分ＰＯの回転角δ
を算出する。

【００９４】

【数２０】

【００９５】次にステップａ２３では、線分ＰＯの仰角
γを以下のように算出する。

【００９６】

【数２１】

【００９７】次にステップａ２４では、回転角δと仰角
γ、線分ＰＯおよび軸加算方向メモリ３４によって、回
転角δにて仰角γの距離Ｈの相対座標値を求める。この
処理では、軸加算方向メモリ３４のインデックス０がＯ
Ｎの場合は、Ｘ軸に対してプラス、ＯＦＦの場合はＸ軸
に対してマイナスの相対座標値とする。また軸加算方向
メモリ３４のインデックス１がＯＮの場合は、Ｙ軸に対
してプラス、ＯＦＦの場合はＹ軸に対してマイナスの相
対座標値とする。第２形態では、軸加算方向メモリ３４
は各々ＯＮであるので、Ｘ軸およびＹ軸ともにプラスの
相対座標値とする。

【００９８】次にステップａ９では、相対座標値に中心
光の受光面上の点である点Ｏの座標値を加算すること
で、点Ｐの座標値を求める。以下の処理は、第１形態と
同様であるので、説明を省略する。このように、３次元
位置および方向が決定される。

【００９９】なお、第２形態では、線分ＰＯは図９
（ｃ）の平面ＰＡＡ’において点Ａ’側に、図９（ｄ）
の平面ＰＢＢ’において点Ｂ’側に各々傾いているが、
仮に線分ＰＯが平面ＰＡＡ’において点Ａ側に、平面Ｐ
ＢＢ’では点Ｂ側に各々傾いていてもよい。この場合、
次のように第２形態の処理を３箇所変更すればよい。

【０１００】１箇所目に、図７のステップｄ３の判定処
理において、ステップｄ５へ進み、軸加算方向メモリ３
４のインデックス０にＯＦＦを記憶する。２箇所目に、
ステップａ２１において求める式は、

【０１０１】

【数２２】

【０１０２】である。３箇所目に、ステップａ２４にお
いて、相対座標値を算出するときに軸加算方向メモリ３
４がＯＦＦであるので、相対座標値はマイナス値として
算出される。

【０１０３】（第３形態）図１０は、第３形態の発光ペ
ン３からの光路を示す図である。発光ペン３からの光
は、中心光を含まず、周辺光４本によって構成される。
線分ＰＡ、線分ＰＢ、線分ＰＣおよび線分ＰＤは、それ
ぞれ４本の周辺光を示している。周辺光を示す線分Ｐ
Ａ、線分ＰＢ、線分ＰＣおよび線分ＰＤは、４角錐の４
本の稜線に沿って配置される。線分ＰＯは、４角錐の中
心軸線である。受光パネル４の受光面上では、点Ｏを原
点とするＸＹ直交座標系をとり、中心軸と周辺光とのな
す角を角度θとする。

【０１０４】第３形態の処理は、図４のステップａ２に
おいて、中心光有メモリ２８はＯＦＦであり、ステップ
ａ３へ進む。ステップａ３では、中心軸が受光面と交差
する点Ｏの座標が算出される。すなわち、図１０（ａ）
の線分ＡＣの方程式と線分ＢＤの方程式とを求め、それ
らを連立させて解くことによって、線分ＡＣと線分ＢＤ
との交点として点Ｏの座標値（Ｘ０，Ｙ０）が求められ
れる。

【０１０５】ステップａ４では、周辺光の本数が４本で
あるので、ステップａ２５へ進む。ステップａ２５で
は、座標メモリ２７に記憶された各座標を読み込む。次
のステップａ２６では、中心軸角算出プログラム２３が
実行され、第１形態の中心光の代わりに図１０（ｂ）の
中心軸と線分ＡＣとのなす角が求められる。次にステッ
プａ２７では、線分ＰＯの長さを距離として求め、距離
メモリ３３に記憶する。線分ＰＯは、第１形態と同様の
手順によって求められる。次にステップａ２８では、再
び中心軸角算出プログラム２３が実行され、図１０
（ｃ）の中心軸と線分ＡＣとのなす角が求められる。

【０１０６】次にステップａ２９では、図１０に示す点
Ｑの座標値は第２形態と同様にして求められる。点Ｑ
は、点Ｐの受光面への正射影である。すなわち、点Ｏの
座標値を（Ｘ０，Ｙ０）、点Ｏ’の座標値を（Ｘ１，Ｙ
１）と仮定すると、

【０１０７】

【数２３】

【０１０８】であり、Ｘ１、Ｙ１が算出される。その際
に、上の式が２次式であるのでＸ１、Ｙ１の解は２個づ
つ存在するが、前処理で中心軸が点Ａ側若しくは点Ｃ側
のどちら側に倒れているかが、分かっているので、正し
い方の解を特定することができる。次に、点Ｏを通って
線分ＡＣに垂直な直線の方程式をＹ＝ａＸ＋ｂとする
と、

【０１０９】

【数２４】

【０１１０】である。また、求める直線は点Ｏを通過す
るので、このＸ１、Ｙ１を方程式Ｙ＝ａＸ＋ｂに代入す
ることによって、

【０１１１】

【数２５】

【０１１２】である。点Ｏ”の座標（Ｘ２，Ｙ２）を算
出する場合に関しても、上述の処理を図１０（ｃ）につ
いて考えればよいので、

【０１１３】

【数２６】

【０１１４】である。次に、点Ｏ’を通る線分ＡＣの垂
線と、点Ｏ”を通る線分ＢＤの垂線との交点が点Ｑとな
るので、前述の各垂線の方程式より交点Ｑ（Ｘｑ，Ｙ
ｑ）の座標値が算出される。次のステップａ３０では、
交点Ｑの座標値から、線分ＰＯの回転角δが算出され
る。

【０１１５】

【数２７】

【０１１６】次のステップａ３１では、線分ＰＯの仰角
γが算出される。

【０１１７】

【数２８】

【０１１８】次のステップａ３２では、前述の処理にて
求めた回転角δと仰角γ、線分ＰＯおよび軸加算方向メ
モリ３４の記憶内容によって、回転角δにて仰角γの距
離ＰＯの相対座標値を求める。この処理では、軸加算方
向メモリ３４のインデックス０にＯＮが記憶されている
場合、Ｘ軸に対してプラス、ＯＦＦの場合、Ｘ軸に対し
てマイナスの相対座標値とする。軸加算方向メモリ３４
のインデックス１にＯＮが記憶されている場合、Ｙ軸に
対してプラス、ＯＦＦの場合、Ｙ軸に対してマイナスの
相対座標値とする。第３形態では、軸加算方向メモリ３
４は各々ＯＮであるので、Ｘ軸およびＹ軸ともにプラス
の相対座標値とする。

【０１１９】次にステップａ９では、相対座標値に点Ｏ
の座標値を加算することによって、点Ｐの座標が求めら
れる。以降の処理は、第１形態と同様であるので、説明
を省略する。以上の処理によって、３次元位置および方
向が決定される。

【０１２０】なお、第３形態では、線分ＰＯは図１０
（ｂ）の平面ＰＡＣでは点Ｃ側に、図１０（ｃ）の平面
ＰＢＤでは点Ｄ側に各々傾いているとしたが、平面ＰＡ
Ｃでは点Ａ側に、平面ＰＢＤでは点Ｂ側に各々傾いてい
てもよい。この場合、前述の処理を３箇所変更すればよ
い。

【０１２１】１箇所目に、図６のステップｃ３の判定処
理において、ステップｃ５へ進み、軸加算方向メモリ３
４のインデックス０およびインデックス１にＯＦＦを記
憶する。２箇所目に、ステップａ２９において求める式
は、

【０１２２】

【数２９】

【０１２３】である。３箇所目に、ステップａ３２にお
いて、相対座標値を算出するときに軸加算方向メモリ３
４がＯＦＦであるので、相対座標値はマイナス値として
算出される。

【０１２４】（第４形態）図１１（ａ）および図１１
（ｂ）は、第４形態の光路を示す図である。発光ペン３
からの光は、中心光および周辺光３２本によって構成さ
れる。周辺光はそれぞれ円錐の斜面上に等間隔に配列さ
れ、中心光はその円錐の中心軸に沿って配置される。図
１１（ａ）および図１１（ｂ）の線分ＰＯは中心光を示
し、楕円ＢＬＴＲは、受光面による円錐の断面を示して
いる。

【０１２５】第４形態では、図４のステップａ４まで
は、第１形態と同様の処理が行われるので、説明を省略
する。ステップａ４の分岐処理において、周辺光の本数
は３２本であるので、図５のフローチャートのステップ
ｂ１へ進む。

【０１２６】図５のステップｂ１では、座標メモリ２７
の各々を読み込む。ステップｂ２では、図１１（ａ）に
示す楕円と外接矩形との接点である極大点Ｔ、極小点
Ｂ、極左点Ｌおよび極右点Ｒを求める。この各点は、座
標メモリ２７を２分探索して、最も接点に近いものを選
択することによって行う。

【０１２７】次のステップｂ３では、各接点にごとに隣
接する周辺光の座標点２個を計算によって選択する。次
にステップｂ４では、接点およびこれに隣接する２点の
合計３点の座標から、２次元曲線近似を行う。すなわ
ち、まず、２次曲線は下記の２次方程式で表現する。

【０１２８】

【数３０】

【０１２９】３次Gauss-Joudan法によって、すなわち接
点を含む３点の座標をこの式に代入して、各係数を求め
る。次に、接点を含む３点から黄金分割によるはさみこ
み処理を行う。すなわち、一般式αＸ²＋βＸ＋γ＝０
において、

【０１３０】

【数３１】

【０１３１】とすると、一般式の２解は、

【０１３２】

【数３２】

【０１３３】によって求められる。各接点の位置付けに
よって、この２つの解の１つを選択することができる。

【０１３４】次にステップｂ５では、点Ｔとこれに対向
する点Ｂとを結ぶ線分ＴＢの方程式、および点Ｌとこれ
に対向する点Ｒとを結ぶ線分ＬＲの方程式を求める。次
に、２つの方程式を連立させて解くことで、線分ＴＢと
線分ＬＲとの交点として点Ｑの座標値を算出する。

【０１３５】次にステップｂ６では、前ステップｂにて
求められた図１１に示す点Ｑと、中心軸と受光面との交
点Ｏとを通る線分ＱＯの傾き、すなわち回転角を以下の
式によって算出できる。

【０１３６】

【数３３】

【０１３７】次にステップｂ７では、図１１（ａ）の各
座標点に対して、回転角φだけ反時計回りの回転処理を
行い、図１１（ｂ）に示すように回転移動させる。次に
ステップｂ８では、楕円とその長軸との交点として極左
点Ｌと極右点Ｒとを２分探索によって求める。

【０１３８】次にステップｂ９では、ステップｂ３と同
様に点Ｌおよび点Ｒそれぞれについて、隣接する周辺光
の座標を求める。次にステップｂ１０では、ステップｂ
４と同様に、点Ｌまたは点Ｒ含む３点の座標に対して、
２次曲線近似および黄金分割を施すことによって、はさ
みこみ処理を行う。次にステップｂ１１では、第１形態
と同様に、中心軸角算出プログラム２３が実行される。
次にステップｂ１２では、第１形態と同様に、図１１に
示す線分ＰＯの長さとして距離を求め、距離メモリ３３
に記憶させる。

【０１３９】次にステップｂ１３では、前述の処理にて
求めた回転角δと仰角γ、線分ＰＯおよび軸加算方向メ
モリ３４の記憶内容によって、回転角δ、仰角γおよび
距離ＰＯから相対座標値を求める。この処理では、軸加
算方向メモリ３４がＯＮの場合はＸ軸に対してプラス、
ＯＦＦの場合はＸ軸に対してマイナスの相対座標値とす
るが、第４形態では、軸加算方向メモリ３４は各々ＯＮ
であるので、Ｘ軸はプラスの相対座標値とする。

【０１４０】次に図４のステップａ９に戻って、相対座
標値に点Ｏの座標値を加算することによって、点Ｐの座
標値を求めることができる。以降の処理は第１形態と同
様であるので、説明を省略する。

【０１４１】（第５形態）図１２は、第５形態の発光ペ
ン３からの光路を示す図である。発光ペン３からの光路
は、中心光、２本の周辺光および外部光によって構成さ
れる。中心光と周辺光とは、第１形態と同様の光路を形
成し、これに外部光を加えて第５形態を構成している。
外部光は、中心光と周辺光と同一の平面内に有り、θよ
りも大きい開き角で発光ペン３から出射される。よっ
て、受光面上でも外部光は、中心光および周辺光と同一
直線上に有る。また、第５形態は、第１形態に外部光を
加えた構成となっている。このような発光ペン３に関し
て、図１２（ａ）に示す基本位置から、図１２（ｂ）に
示すように、Ｘ軸に沿ってひねりを加えて傾斜させる。

【０１４２】図４のステップａ１で処理が開始される
と、各座標が検出されて、ひねりの有無も判定される。
このとき、ひねり有と判定されるので、ひねり有メモリ
３０にＯＮを記憶する。ステップａ２からステップａ９
までは、第１形態と同様の処理が行われるので、説明を
省略する。

【０１４３】図４のステップａ１０では、ひねり有メモ
リ３０のＯＮまたはＯＦＦが判定され、第５形態ではひ
ねり有メモリ３０がＯＮであるので、ステップａ１１へ
進む。ステップａ１１では、以下の算出式によって、ひ
ねり量を算出する。すなわち、図１２（ｂ）において、
受光面上の外部光の位置を点Ｇ（Ｘｇ，Ｙｇ）、受光面
上の中心光の位置を点Ｏ（Ｘ０，Ｙ０）とおくと、

【０１４４】

【数３４】

【０１４５】である。このようにひねり量φが求めら
れ、その値をひねりメモリ３５へ記憶する。最後に、ス
テップａ１２で処理を終了する。

【０１４６】以上のように、第１形態の中心光および２
本の周辺光に、外部光を１本加えることによって、３次
元画像のひねりを実現することができる。また、第２形
態に示した周辺光が３本の場合、第３形態に示した周辺
光が４本の場合、あるいは第４形態に示した周辺光が３
２本の場合においても、同様の手順によって、容易にひ
ねり量を算出することができる。

【０１４７】このような動作を行う指示装置１によっ
て、３次元の位置および方向を指示することができる。
また、指示部２０は図１３の指示部２０ａによって構成
されてもよいし、また図１４の指示部２０ｂによって構
成されてもよい。

【０１４８】図１３は、指示部２０ａを簡略化して示す
斜視図である。指示部２０ａは、発光ペン３、反射板１
０４ａおよびＣＣＤカメラ１０４ｂで構成され、発光ペ
ン３およびＣＣＤカメラ１０４ｂは図１と同じコンピュ
ータ２に接続される。反射板１０４ａは、ホワイトボー
ドなどの平面板であり、発光ペン３からの光を反射す
る。ＣＣＤカメラ１０４ｂは、平面板からの反射光を受
光し、受光位置の座標値をコンピュータ２に送信する。
このように指示部２０ａでも、図１の指示部２０と同様
に、３次元位置および方向を指示することができる。

【０１４９】図１４は、指示部２０ｂを示す斜視図であ
る。指示部２０ｂは、ジョイスティック型の指示部であ
る。レバー５１下部に設けられた発光素子５２からレー
ザなどの光を照射し、受光パネル４にて受光する。レバ
ー５１は、筺体５３に対して支点Ｐを中心に軸支されて
おり、レバー５１の軸に関しても回転可能である。この
ように指示部２０ｂでも、図１の指示部２０と同様に、
３次元位置および方向を指示することができる。ただ
し、レバー５１は支点Ｐで束縛されており、レバー５１
先端の発光位置は、支点Ｐから等距離の球面内に限定さ
れる。

【０１５０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、発光手段
で少なくとも３光線を出射させ、受光手段で少なくとも
３点の受光位置を検出することで、３次元画像の位置に
加えて、ある固定された軸回りの方向を指示することが
でき、さらに、マウスのドラッグに相当する機能など
で、３次元画像の平行移動および指定軸回りの回転移動
を実現することができる。また、受光手段が面状の単体
であるので、装置全体がコンパクトであり、マウスパッ
ドなどと同様に簡単に設置することができる。さらに、
発光手段の位置および方向だけで、１度に３次元位置お
よび方向が指示されるので、指示が簡単で、かつ操作者
は自ら指示した位置および方向を直感的に容易に把握す
ることができる。

【０１５１】また本発明によれば、発光手段から互いに
非平行な複数の光線を出射させることで、受光位置の情
報から発光手段と受光手段との距離を把握し、３次元位
置および方向を表す変数を確実に求めることができるの
で、正確な指示が可能となる。

【０１５２】また本発明によれば、発光手段から光出射
方向の中心軸に関して回転非対称な光線を出射させるこ
とで、受光位置同士の相対的な位置関係から発光手段の
中心軸に関する回転角が導かれるので、３次元位置およ
び方向を表す変数を確実に求めることができ、正確な指
示が可能となる。

【０１５３】また本発明によれば、受光した受光素子の
位置が受光位置であるので、簡単で確実に受光位置を検
出することができ、３次元位置および方向の指示精度が
向上される。

【０１５４】また本発明によれば、受光画像からＸ０，
Ｙ０，γ，δの独立な４変数を抽出し、これらを３次元
の位置および方向を表す６変数のうちの４変数に割り当
てることができるので、さらに確実に３次元位置および
方向を指示することができる。

【０１５５】また本発明によれば、受光画像からＸ０，
Ｙ０，γ，δ，Ｈの独立な５変数を抽出し、これらを３
次元の位置および方向を表す６変数のうちの５変数に割
り当てることができるので、さらに確実に３次元位置お
よび方向を指示することができる。

【０１５６】また本発明によれば、受光画像からＸ０，
Ｙ０，γ，δ，Ｈ，φの独立な６変数を抽出し、これら
を３次元の位置および方向を表す６変数すべてに割り当
てることができるので、さらに確実に３次元位置および
方向を指示することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である指示装置１の構造を
示す図である。

【図２】図１の入出力部７を示す分解斜視図である。

【図３】図１の指示装置１の電気的構成を示すブロック
図である。

【図４】指示装置１による処理動作を示すフローチャー
トである。

【図５】指示装置１による処理動作を示すフローチャー
トである。

【図６】指示装置１による処理動作を示すフローチャー
トである。

【図７】指示装置１による処理動作を示すフローチャー
トである。

【図８】第１形態の発光ペン３からの光路を示す図であ
る。

【図９】第２形態の発光ペン３からの光路を示す図であ
る。

【図１０】第３形態の発光ペン３からの光路を示す図で
ある。

【図１１】第４形態の発光ペン３からの光路を示す図で
ある。

【図１２】第５形態の発光ペン３からの光路を示す図で
ある。

【図１３】指示部２０ａを示す斜視図である。

【図１４】指示部２０ｂを示す斜視図である。

【符号の説明】

１指示装置３発光ペン４受光パネル７入出力部９液晶表示部１２液晶表示制御部１５中央制御部２０，２０ａ，２０ｂ指示部１７ＲＯＭ１８ＲＡＭ１９指示制御部１０４ａ反射板１０４ｂＣＣＤカメラ５１レバー θ，θ１開き角Ｌ１中心光Ｌ２〜Ｌ５周辺光Ｌ６外部光

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 G06F 3/00 653

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも３本の光線を所定角度で出射
し、３次元空間で発光位置および発光方向を任意に操作
可能な発光手段と、１平面状に構成され、発光手段からの光を受光して少な
くとも３点の受光位置を検出するための受光手段と、検出された受光位置および受光位置同士の相対位置か
ら、受光手段に対する発光手段の相対的な３次元位置お
よび方向を算出する演算手段とを備えることを特徴とす
る３次元位置方向指示装置。
【請求項２】前記発光手段からの光線は、互いに非平
行であることを特徴とする請求項１記載の３次元位置方
向指示装置。
【請求項３】前記発光手段からの光線は、光出射方向
の中心軸に関して回転非対称であることを特徴とする請
求項１記載の３次元位置方向指示装置。
【請求項４】前記受光手段は、複数の受光素子が面状
に配列して構成され、画像を出力することを特徴とする
請求項１記載の３次元位置方向指示装置。
【請求項５】少なくとも３本の光線を所定角度で出射
し、３次元空間で発光位置および発光方向を任意に操作
可能な発光手段と、１平面状に構成され、発光手段からの光を受光して少な
くとも３点の受光位置を検出するための受光手段と、検出された受光位置および受光位置同士の相対位置か
ら、中心軸が受光面と交わる点の座標（Ｘ０，Ｙ０）、
中心軸が受光面となす角γ、および中心軸の受光面への
正射影がＸ軸となす角δを抽出し、受光手段に対する発
光手段の相対的な３次元位置および方向を算出する演算
手段とを備えることを特徴とする３次元位置方向指示装
置。
【請求項６】少なくとも３本の光線を所定角度で出射
し、３次元空間で発光位置および発光方向を任意に操作
可能な発光手段と、１平面状に構成され、発光手段からの光を受光して少な
くとも３点の受光位置を検出するための受光手段と、検出された受光位置および受光位置同士の相対位置か
ら、中心軸が受光面と交わる点の座標（Ｘ０，Ｙ０）、
中心軸が受光面となす角γ、中心軸の受光面への正射影
がＸ軸となす角δ、および中心軸の長さＨを抽出し、受
光手段に対する発光手段の相対的な３次元位置および方
向を算出する演算手段とを備えることを特徴とする３次
元位置方向指示装置。
【請求項７】少なくとも３本の光線を所定角度で出射
し、３次元空間で発光位置および発光方向を任意に操作
可能な発光手段と、１平面状に構成され、発光手段からの光を受光して少な
くとも３点の受光位置を検出するための受光手段と、検出された受光位置および受光位置同士の相対位置か
ら、中心軸が受光面と交わる点の座標（Ｘ０，Ｙ０）、
中心軸が受光面となす角γ、中心軸の受光面への正射影
がＸ軸となす角δ、中心軸の長さＨおよび画像の軸がＸ
軸となす角φを抽出し、受光手段に対する発光手段の相
対的な３次元位置および方向を算出する演算手段とを備
えることを特徴とする３次元位置方向指示装置。