JP4043702B2 - 表示画面指示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は表示画面指示装置に関し、特に、グラフィカルユーザインターフェースを用いたインタラクティブなシステムにおけるロール角補正付き方向指示による表示画面指示装置に関する。本発明装置は、インタラクティブなシステムとして、表示画面を有するシステム、例えば、パーソナルコンピュータのポインティングデバイスとして、またはテレビ受信機のリモートコントロール装置に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の方向指示による表示画面指示装置は互いに直交する２つの軸を中心とする回転角の検出のみを行い、この検出結果に従って表示画面上の任意位置を指示し、カーソル等を表示していた。上記２つの軸は、表示画面に対向して略平行な面内にある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このため、上記の面に垂直な軸を中心として表示画面指示装置全体が回転（すなわち表示画面上では表示画面に垂直な軸を中心とした回転）した場合、表示画面上のカーソル位置をその回転に応じて補正することは不可能であり、表示画面指示装置の手元での操作方向と異なる方向に表示画面上のカーソルが動いてしまう場合が生じる。
【０００４】
表示画面指示装置が表示画面に垂直な軸を中心として回転している場合、表示画面上のカーソルを目的の位置に正しく移動させるために、操作者が表示画面指示装置を持ち直すことにより回転角を直したり、あるいは、回転角を考慮しながら操作方向を調整しなければならないという煩わしさがあった。
【０００５】
本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであって、その目的は、グラフィックユーザインターフェースを用いたインタラクティブなシステムにおける表示画面指示装置において、表示画面に対して垂直な方向を中心とした回転に依存することなく、表示画面上のカーソル移動位置を操作者の手元での操作方向と一致させることのできる表示画面指示装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために本発明は、テレビジョンまたはコンピュータの表示画面と対向して用いられ、該表示画面と略直交するｚ軸方向を回転中心とする回転移動以外の移動操作に応じて該画面上の所定位置を指示する指示手段を備えた表示画面指示装置であって、該指示手段は、該指示手段が移動操作されたときの、前記ｚ軸方向を回転中心とする該指示手段の第１の変化角、該画面に略平行に対向する面内で該画面の水平方向と略平行な第１のｘ軸を前記第１の変化角だけ回転した第２のｘ軸方向を回転中心とする該指示手段の第２の変化角、及び、前記対向する面内で該画面の垂直方向と略平行な第１のｙ軸を前記第１の変化角だけ回転移動した第２のｙ軸方向を回転中心とする該指示手段の第３の変化角を測定する角度測定手段を有しており、並びに、前記第１乃至第３の変化角から、前記指示手段が移動操作されたときの、該手段の前記第１のｘ軸を回転中心とする回転角、及び、該手段の前記第１のｙ軸を回転中心とする回転角を算出し、該回転角から、前記表示画面上の前記移動操作による指示位置の水平及び垂直座標値を算出する座標算出手段を備えたことを特徴とする表示画面指示装置を提供する。
また、上述の課題を解決するために本発明は、テレビジョンまたはコンピュータの表示画面と対向して用いられ、該表示画面と略直交するｚ軸方向を回転中心とする回転移動以外の移動操作に応じて該画面上の所定位置を指示する指示手段を備えた表示画面指示装置であって、該指示手段は、該指示手段が移動操作されたときの、前記ｚ軸方向を回転中心とする該指示手段の第１の変化角、該画面に略平行に対向する面内で該画面の水平方向と略平行な第１のｘ軸を前記第１の変化角だけ回転した第２のｘ軸方向を回転中心とする該指示手段の第２の変化角、及び、前記対向する面内で該画面の垂直方向と略平行な第１のｙ軸を前記第１の変化角だけ回転移動した第２のｙ軸方向を回転中心とする該指示手段の第３の変化角を測定する角度測定手段を有しており、並びに、該画面と該指示手段との距離を検出する手段、及び、前記第１乃至第３の変化角から、前記指示手段が移動操作されたときの、該手段の前記第１のｘ軸を回転中心とする回転角、及び、該手段の前記第１のｙ軸を回転中心とする回転角を算出し、該回転角及び前記検出した距離から、前記表示画面上の前記移動操作による指示位置の水平及び垂直座標値を算出する座標算出手段を備えたことを特徴とする表示画面指示装置を提供する。
ここで、前記水平及び垂直座標値を前記テレビジョンまたはコンピュータに送信する送信手段をさらに備えていてよい。
【０００７】
パーソナルコンピュータあるいは放送受信機等のグラフィックユーザインターフェースを用いたインタラクティブなシステムにおいて上記各形態の表示画面指示装置をパーソナルコンピュータのポインティングデバイスとして、またはテレビ受信機のリモートコントロール装置として用いることで、表示画面に対して垂直な方向を中心として表示画面指示装置が回転した場合に、この回転角を補正し、表示画面に表示されるカーソルの移動位置のずれを補正して手元での操作方向と一致させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る表示画面指示装置の一実施形態の概略構成図を図１に示す。
本発明装置のシステム構成は大別して、表示部３０の表示画面を指示するリモコン部１０、画面座標算出部２０、表示部３０から構成される。表示部３０は表示画面を有する。リモコン部１０は角度検出部１５を有する。角度検出部１５は、操作者がリモコン部１０を操作してその向きを変えると後述の通りに表示画面３５（図２参照）と直交する軸方向を含んだ互いに直交する３方向のリモコン部１０の角度変化を検出し、画面座標算出部２０に検出データを供給する。
【０００９】
リモコン部１０と画面座標算出部２０および表示部３０との間の接続は、有線、無線を問わない。リモコン部１０と画面座標算出部２０を一体的に設けることも、画面座標算出部２０と表示部３０を一体的に設けることもできる。後者の構成の場合、例えば赤外線受光部を本体に設けてリモコン部１０からの検出データを受信する。なお、表示画面上での方向指示位置を表す表示方法としてフリーカーソル等の連続的な表示方法と、ホットスポット等の不連続な表示方法のどちらにも適応可能である。
【００１０】
角度検出部１５には３軸ジャイロ、磁気センサ等の角度センサを用いることができる。これらの動作原理について以下に説明する。
【００１１】
（ジャイロの動作原理）
測定対象が回転するとジャイロはその姿勢を保とうとするため、測定対象との相対的な位置が変化する。その際、相対的な位置を保つ方向に電気的に生じる力が加わる構造となっている。電気的な力を発生させるために流れる電流が、測定対象の回転する角速度に比例することを利用して、角速度を測定する。角度変化量は角速度を積分することにより求める。３軸ジャイロの場合、測定対象とジャイロの相対的な位置を保つ方向として、３方向の軸を設けている。
【００１２】
（磁気センサの動作原理）
磁気センサは、磁界を発生させるソース部と測定対象に取り付けるセンサ部から構成され、センサ部の角度変化あるいは変位により、磁束の変化が生じ、センサ部に内蔵されたコイルに起電力が発生する。その電位を検出することにより角度と位置を求める。３次元の角度及び位置を測定するためには、ソース部から発生させる磁界の方向を３方向設け、時分割的に発生させる。さらに、センサ部に直交する３つのコイルを設けることにより、３方向の磁界それぞれに対して、３つのコイルの起電力が測定でき、これらから３次元の角度及び位置情報が算出できる。
【００１３】
ここで、リモコン部１０が図２のように表示画面３５に垂直なｚ軸を中心としてθだけ回転したとする。なお、ｘ軸とｙ軸、ｘ’軸とｙ’軸はそれぞれ互いに直交し、表示画面３５と平行な面（図示せず）内にあり、ｘ軸方向は表示画面３５の水平方向と一致し、ｙ軸方向は表示画面３５の垂直方向と一致する。
【００１４】
上記座標系において、リモコン部１０の操作方向がｙ軸を中心としてφ、ｘ軸を中心としてψだけ回転した場合、これら角度センサから構成される角度検出部１５は、表示画面３５を基準としたｘ軸とｙ軸の方向からθだけ回転したｘ’軸、ｙ’軸を中心とした回転角ψ’、φ’を出力する。
【００１５】
したがって、回転量θを補正しない場合、手元でのリモコン部１０の操作方向とは異なる方向に表示画面３５上のカーソルが移動することになる。そこで本実施形態では、以下のような演算処理を行って回転角（ロール角）を補正し、表示画面に表示されるカーソルの位置を手元での操作と一致させている。
【００１６】
先ず画面座標算出部２０では、角度検出部１５からの出力θ、φ’、およびψ’から、実際に手元で操作した方向であるφ、ψを次のようにして算出する。
【００１７】
図３において、リモコン部１０を水平に保つように操作して操作者が指示しようとした表示画面３５上の点をＰとし、ｚ軸を中心としてリモコン部１０が水平からθだけ回転した場合に実際に指示している点をＰ’とする。
【００１８】
角度検出部１５によって実際に測定されたｚ軸、ｙ軸、ｘ軸を中心とする回転角は、それぞれθ、φ’、およびψ’である。リモコン部１０によって表示画面３５に対して操作者が指示しようとしている方向のｙ軸、ｘ軸を中心とする回転角は、それぞれφ、ψであり、算出すべき回転角φ、ψは、次式から求めることができる。
【００１９】
【数１】
φ＝tan^-1{cos(θ＋tan^-1（tanψ’／tanφ’))＊√(tan²φ’＋tan²ψ’)}
ψ＝tan^-1{sin(θ＋tan^-1（tanψ’／tanφ’))＊√(tan²φ’＋tan²ψ’)}
【００２０】
次に画面座標算出部２０は、上式に従って算出したφとψの値から、表示画面３５上の初期位置からのカーソル移動値であるカーソルの２次元座標の移動値を計算する。水平方向の移動値Δｘと垂直方向の移動値Δｙは、単純な線形変換または非線型変換によって、φとψの値を基に計算することができる。
【００２１】
先ず線形変換の例について説明する。単位角あたりの表示画面３５における水平方向の移動画素数をＨ，単位角あたりの表示画面３５における垂直方向の移動画素数をＶとすると、表示画面３５上の２次元座標の移動値ΔｘとΔｙは、次式から求めることができる。
【００２２】
【数２】
Δｘ＝φＨ
Δｙ＝ψＶ
【００２３】
続いて非線形変換の例について説明する。非線形変換を行うためには、表示画面３５とリモコン部１０との距離を測定しておく必要があるが、磁気センサを用いることにより、表示画面３５を基準とした座標系におけるリモコン部１０の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を測定することが可能であり、容易に表示画面３５とリモコン部１０との距離Ｄを求めることができる。このとき、表示画面３５上の２次元座標の移動値ΔｘとΔｙは、次式から求めることができる。
【００２４】
【数３】
Δｘ＝Ｄｔａｎφ
Δｙ＝Ｄｔａｎψ
【００２５】
移動値ΔｘとΔｙを算出すると画面座標算出部２０は、カーソルの初期座標にそれぞれΔｘ、Δｙを加えて補正した座標値を表示部３０に供給し、表示部３０は、補正された座標値に従ってカーソルの表示を行う。
【００２６】
このように本実施形態によれば、リモコン部１０を操作するときに、表示画面３５に対して垂直なｚ軸方向を回転中心とする回転を補正して、手元でのリモコン部１０の操作方向と表示画面３５上のカーソルの移動方向を一致させるように補正するので、操作者が回転軸を意識せずにリモコン部１０を操作することができるようになる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明した通り本発明によれば、指示手段を使用する際に、表示画面に対して垂直な方向を中心として指示手段が回転していたとしても、指示位置のずれがなく、手元での指示手段の操作方向に合った移動表示画面上の目的位置に正しくカーソルを移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表示画面指示装置の一実施形態の概略構成図である。
【図２】ｚ軸を中心に回転が生じた場合のｘ軸、ｙ軸における変化を示す説明図である。
【図３】本発明に係る実施形態における補正のための変換式に使用する変数の定義を表す説明図である。
【符号の説明】
１０ リモコン部
１５ 角度検出部
２０ 画面座標算出部
３０ 表示部
３５ 表示画面

Claims (3)

1. テレビジョンまたはコンピュータの表示画面と対向して用いられ、該表示画面と略直交するｚ軸方向を回転中心とする回転移動以外の移動操作に応じて該画面上の所定位置を指示する指示手段を備えた表示画面指示装置であって、
   該指示手段は、該指示手段が移動操作されたときの、前記ｚ軸方向を回転中心とする該指示手段の第１の変化角、該画面に略平行に対向する面内で該画面の水平方向と略平行な第１のｘ軸を前記第１の変化角だけ回転した第２のｘ軸方向を回転中心とする該指示手段の第２の変化角、及び、前記対向する面内で該画面の垂直方向と略平行な第１のｙ軸を前記第１の変化角だけ回転移動した第２のｙ軸方向を回転中心とする該指示手段の第３の変化角を測定する角度測定手段を有しており、並びに、
   前記第１乃至第３の変化角から、前記指示手段が移動操作されたときの、該手段の前記第１のｘ軸を回転中心とする回転角、及び、該手段の前記第１のｙ軸を回転中心とする回転角を算出し、該回転角から、前記表示画面上の前記移動操作による指示位置の水平及び垂直座標値を算出する座標算出手段を備えたことを特徴とする表示画面指示装置。
2. テレビジョンまたはコンピュータの表示画面と対向して用いられ、該表示画面と略直交するｚ軸方向を回転中心とする回転移動以外の移動操作に応じて該画面上の所定位置を指示する指示手段を備えた表示画面指示装置であって、
   該指示手段は、該指示手段が移動操作されたときの、前記ｚ軸方向を回転中心とする該指示手段の第１の変化角、該画面に略平行に対向する面内で該画面の水平方向と略平行な第１のｘ軸を前記第１の変化角だけ回転した第２のｘ軸方向を回転中心とする該指示手段の第２の変化角、及び、前記対向する面内で該画面の垂直方向と略平行な第１のｙ軸を前記第１の変化角だけ回転移動した第２のｙ軸方向を回転中心とする該指示手段の第３の変化角を測定する角度測定手段を有しており、並びに、
   該画面と該指示手段との距離を検出する手段、及び、
   前記第１乃至第３の変化角から、前記指示手段が移動操作されたときの、該手段の前記第１のｘ軸を回転中心とする回転角、及び、該手段の前記第１のｙ軸を回転中心とする回転角を算出し、該回転角及び前記検出した距離から、前記表示画面上の前記移動操作による指示位置の水平及び垂直座標値を算出する座標算出手段
   を備えたことを特徴とする表示画面指示装置。
3. 請求項１または２に記載の表示画面指示装置において、
   前記水平及び垂直座標値を前記テレビジョンまたはコンピュータに送信する送信手段をさらに備えたことを特徴とする表示画面指示装置。

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