JPH08129447A - ３次元座標入力方法および３次元座標入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡便な構造で、正確な３次元座標が入力でき、
実際の３次元空間と操作方法においての感覚的な違和感
が少なくて済むようにする。 【構成】平面座標入力装置１１０のタブレット１１１の
基部に、その座標入力平面とほぼ垂直な方向に当該平面
を平行移動するための移動機構１３０を設け、この移動
機構１３０により操作者の操作に従って移動されるタブ
レット１１１の座標入力平面の移動量を移動量検出機構
１４０にて検出して、その移動方向の座標を示すｚ座標
信号１５３を生成し、スタイラスペン１１２の指す座標
入力平面上の座標位置を示すｘ，ｙ座標信号１５２と組
み合わせてｘ，ｙ，ｚ座標信号１５１として情報処理機
器１５０に入力する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、情報処理機器に用い
て好適な３次元座標入力方法および３次元座標入力装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、情報処理機器に対して座標データ
を入力する方法として、２次元座標の入力については、
マウス、タブレット、トラックボールなど多彩な方式が
考え出され、また商品化されてきていた。

【０００３】これに対し、その２次元の平面に直交する
方向の座標を加えた３次元座標の入力方法は、まだあま
り実用的でない。従来、考えられていた３次元座標入力
の方法には、例えば、 （１）手に持てる大きさ、重量のデバイスを、実際に空
中で動かし、その３次元座標を光学系、超音波、加速度
計等を用いて検出する方法 （２）マウス、トラックボールのような２次元座標入力
デバイスに、ローラー・ボリュームのような“つまみ”
等で第３の次元を（実際のその方向の変位ではなく）そ
の“つまみ”の回転量などとして与えるものがあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したデバイスを実
際に空中で動かす方法は、手を空中に浮かべて操作する
ため、正確な座標や微妙な変位を入力するのは難しく、
また疲れやすいという問題があった。

【０００５】次に、ローラー・ボリュームのような“つ
まみ”を動かす方法は、第３の次元が実際の座標として
ではない方法で入力されるため、現実との感覚的なずれ
があるという問題があった。

【０００６】この発明は上記事情を考慮してなされたも
のでその目的は、簡便な構造で、正確な３次元座標が入
力でき、実際の３次元空間と操作方法においての感覚的
な違和感の少ない３次元座標入力方法および３次元座標
入力装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段および作用】本発明の第１
の観点に係る構成は、マウス、タブレットのような２次
元座標の入力機器の操作平面（座標入力平面）を構成す
る要素に、その平面とほぼ垂直な方向にその要素を平行
移動するための移動機構と、その平行移動の移動量を検
出する移動量検出手段とを備えることにより、２次元座
標に加えて、移動量検出手段により検出された移動量を
もとに決定される上記の移動方向に一致する第３の次元
の方向の座標を入力するようにしたことを特徴とするも
のである。

【０００８】上記の構成において、３次元座標のうち、
２次元座標の入力については、既存の２次元座標入力手
段、即ち、マウス、タブレット等の平面座標入力手段が
用いられる。残りの第３の次元の方向の座標は、２次元
座標入力手段の座標入力平面それ自体を当該平面に対し
てほぼ垂直な方向に平行移動し、その移動量を検出する
ことにより入力する。

【０００９】このように上記の構成においては、第３の
次元の方向の座標も、他の２つの座標（２次元座標）と
同じように、実際にその方向の位置・変位を用いるの
で、感覚的にわかりやすい。また、何もない空中を３次
元的に動かすデバイスと異なり、第３の次元の方向に動
かしていも、そこには元通り固体の平面が存在するた
め、微妙な座標の入力などもそのまま行える。

【００１０】本発明の第２の観点に係る構成は、３次元
映像の表示のための液晶ディスプレイ、プラズマディス
プレイのような薄型の表示器を備え、当該表示器への画
面表示により、３次元映像を当該表示器の背面側に虚像
として写しだす構成とする一方、その虚像が写し出され
る位置、即ち表示器の背面側に、前記した移動機構を持
つ２次元座標入力手段（の座標入力平面）を配置するよ
うにしたことを特徴とする。

【００１１】上記の構成において、操作者は表示器を介
して当該表示器背面側に写し出される３次元映像（虚
像）を見ながら、目的とする３次元座標（中の表示器の
奥行き方向、即ち第３の次元の座標）の位置指定操作を
行うことができる。特に、操作者の指定位置にカーソル
を３次元映像として常時表示することにより、実際の３
次元入力と、その入力データが示す空間上の位置が対応
し、感覚的にわかりやすく操作しやすくなる。

【００１２】本発明の第３の観点に係る構成は、３次元
映像を表示するための表示器の表示面上に２次元座標入
力手段の座標入力平面が設けられた表示器付き座標入力
機器を備え、当該入力機器全体が、その座標入力平面お
よび表示面にほぼ垂直な方向に移動可能なようにする
他、表示器付き座標入力機器の背面側および前面側のう
ちの任意の側の任意位置に３次元映像を虚像として写し
だし、表示器付き座標入力機器を前後に移動しても操作
者からは３次元映像（虚像）自体は動かないように見え
るように、相対的に映像を逆方向に移動させて、絶対的
には移動を相殺する処理手段を備えたことを特徴とす
る。

【００１３】上記の構成においては、操作者にとり、実
際の３次元入力と、その入力データが示す空間上の位置
が対応し、感覚的にわかりやすく操作しやすくなるだけ
でなく、常に座標入力面を見ながら操作できる。

【００１４】

【実施例】

［第１の実施例］まず、この発明の第１の実施例につき
図面を参照して説明する。図１は、この発明の第１の実
施例に係る３次元座標入力装置の概略構成図である。

【００１５】同図において、１１０は従来から良く知ら
れている平面座標入力装置（２次元座標入力装置）であ
る。本実施例で用いられる平面座標入力装置１１０は、
タブレット１１１とタブレット１１１上の任意位置を指
示するためのスタイラスペン１１２から構成されてい
る。タブレット１１１は、スタイラスペン１１２の指す
位置の２次元座標（ｘ，ｙ座標）を検出して、その座標
値を示すｘ，ｙ座標信号１５２を生成する周知の２次元
座標位置検出・入力機能を有している。なお、平面座標
入力装置１１０としては、これに限るものではなく、例
えばマウスと当該マウスが置かれる（座標入力平面をな
す）平面板から構成されるものであっても良い。

【００１６】タブレット１１１の座標入力平面は、当該
タブレット１１１が置かれる例えば作業用の机１２０に
対して、図２に示すように一定の傾きθをなしている。
タブレット１１１の基部には、その座標入力平面を、当
該座標入力平面（ｘ−ｙ平面）に対してθで示される傾
きの方向（第３の方向であるｚ方向）に机１２０上に沿
って平行移動させるための移動機構１３０が設けられて
いる。

【００１７】この移動機構１３０は、例えば図２に示す
ように、タブレット１１１の基部の背面の対称位置に形
成されている支持部１３１，１３２に軸１３３を介して
支持された１対の車輪１３４，１３５と、タブレット１
１１を傾きθで支持するための当該タブレット１１１の
背面に取着されている支柱１３６の先端に軸支された車
輪１３７と、車輪１３４の案内路をなすガイドレール１
３８から構成される。

【００１８】本実施例において、移動機構１３０の駆動
力の与え方としては、例えば操作者（利用者）がスタイ
ラスペン１１２を持たない方の手でタブレット１１１を
前後させる方法、モータを用いる方法等が適用可能であ
る。また、マウスを用いた構成では、マウスと座標入力
平面の間に例えば磁石のような吸引力を与える部材を内
蔵し、マウスを前後に押したり引いたりする方法等が適
用可能である。

【００１９】さて、移動機構１３０には、当該移動機構
１３０により移動されるタブレット１１１の移動量（変
位量）を検出する移動量検出機構１４０が設けられてい
る。この移動量検出機構１４０は移動機構１３０の例え
ば軸１３３に取り付けられたロータリーエンコ−ダであ
り、当該軸１３３の回転数および回転方向をもとにタブ
レット１１１のｚ方向への（正／負の）符号付きの移動
量（変位量）を検出するようになっている。移動量検出
機構１４０は更に、タブレット１１１のｚ方向への符号
付き移動量（変位量）の検出結果をもとに、タブレット
１１１の座標入力平面のｚ座標を算出し、その座標値を
示すｚ座標信号１５３を生成するように構成されてい
る。

【００２０】本実施例の３次元座標入力装置は、以上の
平面座標入力装置１１０、移動機構１３０および移動量
検出機構１４０から構成される。平面座標入力装置１１
０のタブレット１１１からのｘ，ｙ座標信号１５２およ
び移動量検出機構１４０からのｚ座標信号１５３は組み
合わされて、ｘ，ｙ，ｚ座標信号１５１として情報処理
機器１５０に導かれるようになっている。情報処理機器
１５０は、ｘ，ｙ，ｚ座標信号１５１を利用して任意の
情報処理を行う。

【００２１】次に、以上の構成における３次元座標の入
力について説明する。操作者は、タブレット１１１の座
標入力平面に向かい、以下に述べる操作により所望の３
次元座標位置を指定する。

【００２２】まず、２次元平面上のｘ，ｙ座標位置（第
１および第２の座標）については、スタイラスペン１１
２によりタブレット１１１の座標入力平面上の所望の位
置（ｘ，ｙ座標位置）を位置指定する。また、３次元座
標のｚ座標位置（第３の座標）については、タブレット
１１１を前後させて移動機構１３０に駆動力を与えるこ
とにより、タブレット１１１の座標入力平面を、当該座
標入力平面（ｘ−ｙ平面）に対してθで示される傾きの
方向（ｚ方向）に平行移動させ、所望の位置（ｚ座標位
置）に停止させる。

【００２３】以上の操作により、タブレット１１１から
はスタイラスペン１１２の指すｘ，ｙ座標を示すｘ，ｙ
座標信号１５２が出力され、移動量検出機構１４０から
はタブレット１１１の座標入力平面のｚ座標、即ちスタ
イラスペン１１２の指す位置のｚ座標を示すｚ座標信号
１５３が出力される。

【００２４】これらｘ，ｙ座標信号１５２およびｚ座標
信号１５３からなるｘ，ｙ，ｚ座標信号１５１は情報処
理機器１５０に入力される。情報処理機器１５０は、こ
のｘ，ｙ，ｚ座標信号１５１の示すｘ，ｙ，ｚ座標（３
次元座標）をもとに、必要な処理を行う。

【００２５】なお、本実施例においては、タブレット１
１１の座標入力平面が机１２０に対してなす傾きθは、
π／２（９０°）より幾分大きい。この場合、ｚ座標
を、通常の３次元座標のように、ｘ−ｙ平面に垂直な方
向の座標として扱うと、その座標と操作者が指定した実
際の位置とはかならずしも一致しない。しかし、上記傾
きθのπ／２からのずれの程度が極端に大きくない範囲
では、タブレット１１１の座標入力平面が、当該座標入
力平面に対して垂直な方向に平行移動されたものと見な
して情報処理機器１５０内で扱っても、それほど感覚的
には違和感はない。むしろ、平面座標入力装置１を机１
２０上で用いるならば、本実施例のように上記傾きθを
π／２より大きく設定して、座標入力平面（操作面）が
幾分上を向くようにした方が使いやすい。したがって、
傾きθをπ／２とするか、或いはπ／２からどの程度ず
らして設定するかは、ｚ座標に要求される厳密性と、操
作性とに応じて適宜決定すれば良い。もし、それほど厳
密性が要求されないならば、ガイドレール１３８につい
ても必ずしも必要はない。

【００２６】また、本実施例では、移動量検出機構１４
０で検出した移動量からその移動方向の座標（ｚ座標）
を算出する機能を当該移動量検出機構１４０に持たせて
いるが、情報処理機器１５０に持たせるようにしても構
わない。

【００２７】また、移動機構１３０の構造は、本実施例
に限るものではなく、要は、平面座標入力装置１１０の
座標入力平面を、当該座標入力平面（ｘ−ｙ平面）に対
してθで示される傾きの方向（ｚ方向）にほぼ平行移動
させることが可能なものであれば良い。 ［第２の実施例］次に、この発明の第２の実施例につき
図面を参照して説明する。

【００２８】図３は、この発明の第２の実施例に係る表
示器付き３次元座標入力装置の概略構成図である。同図
において、２１０は図１の平面座標入力装置１１０と同
様の平面座標入力装置である。平面座標入力装置２１０
は、タブレット２１１とタブレット２１１上の任意位置
を指示するためのスタイラスペン２１２から構成されて
いる。タブレット２１１は、スタイラスペン２１２の指
す位置の２次元座標（ｘ，ｙ座標）を検出して、その座
標値を示すｘ，ｙ座標信号２５２を生成する周知の２次
元座標位置検出・入力機能を有している。

【００２９】タブレット２１１には、当該タブレット２
１１の座標入力平面を、当該座標入力平面（ｘ−ｙ平
面）に対して垂直の方向（第３の方向であるｚ方向）に
平行移動させるための移動機構２３０が設けられてい
る。この移動機構２３０は、座標入力平面に対して垂直
に設定されると共に、図示せぬ机（作業机）に対してあ
る一定の傾きをもって設定されているガイドレール２３
１に連結されており、当該ガイドレール２３１に沿っ
て、机上の空間を点線で示される移動可能範囲２３２内
で斜め方向に上下動（前後動）するようになっている。

【００３０】移動機構２３０には、当該移動機構２３０
により移動されるタブレット２１１の移動量（変位量）
を検出する移動量検出機構２４０が取り付けられてい
る。この移動量検出機構２４０は、図１の移動量検出機
構１４０と同様に、タブレット２１１のｚ方向への（正
／負の）符号付きの移動量（変位量）を検出して、その
検出結果をもとに、タブレット２１１の座標入力平面の
ｚ座標を算出し、その座標値を示すｚ座標信号２５３を
生成するように構成されている。

【００３１】以上の平面座標入力装置２１０、移動機構
２３０および移動量検出機構２４０は、３次元座標入力
装置を構成する。平面座標入力装置２１０のタブレット
２１１からのｘ，ｙ座標信号２５２および移動量検出機
構２４０からのｚ座標信号２５３は組み合わされて、
ｘ，ｙ，ｚ座標信号２５１として情報処理機器２５０に
導かれるようになっている。情報処理機器２５０は、
ｘ，ｙ，ｚ座標信号２５１を利用して任意の情報処理を
行うものである。この情報処理機器２５０はまた、次に
述べる表示器２６０に３次元映像を表示するための立体
映像信号２５４を生成するようになっている。

【００３２】タブレット２１１の前方には、情報処理機
器２５０からの立体映像信号２５４に基づく３次元映像
（立体映像）の表示に用いられる表示器２６０が設けら
れている。ここで、立体映像を発生する機構を実現する
には、例えば高速で左右の目に入るべき視差を持つ映像
を交互に写しだす表示器（表示器２６０）と液晶シャッ
タを用い、左右の目のための映像をその該当する目にの
みに通す眼鏡（液晶シャッタ式眼鏡）を用いる方式など
が適用可能である。この具体的な実現例については、図
４を参照して後述する。

【００３３】本実施例において、上記の機構により表示
される立体映像は、それを見る操作者から見て奥に（表
示器２６０の背面側に）沈み込むような位置に虚像とし
て写しだされるようになっている。そして、この虚像と
重ね合わせられるように、表示器２６０の背面側に平面
座標入力装置２１０のタブレット２１１が置かれる。

【００３４】この場合、タブレット２１１が表示器２６
０の背面側に位置することから、表示器２６０が虚像の
位置を占拠しないように、表示器２６０として薄型のも
のを使用することが好ましい。

【００３５】情報処理機器２５０は、投影される立体映
像（虚像）の３次元座標と、タブレット２１１からの
ｘ，ｙ座標信号２５２および移動量検出機構２４０から
のｚ座標信号２５３からなるｘ，ｙ，ｚ座標信号２５１
の示す３次元座標とは１対１で一致させられるように、
立体映像信号２５４を調整する。

【００３６】図３の構成では、操作者は、表示器２６０
に遮られて、その背面側に位置するタブレット２１１を
見ることができない。そこで情報処理機器２５０は、ス
タイラスペン２１２がｚ方向をも考慮したタブレット２
１１のどの位置を指しているか、即ち３次元上のどの位
置を指しているかを示すカーソルを、立体映像としてそ
の位置に常に表示する。カーソル表示の具体例について
も後述する。

【００３７】以上に述べた図３の構成においては、実際
の３次元入力とその入力データが示す空間上の位置が対
応し、感覚的にわかりやすく操作しやすい３次元データ
処理機器を実現できる。このため操作者は、平面座標入
力装置２１０により入力されるべき座標と、情報処理機
器２５０の中でのそのデータの位置関係などを、実際に
目で確かめながら作業を行うことができる。

【００３８】次に、図３の構成に適用される立体映像発
生機構の具体的な実現例を、図４を参照して説明する。
なお、図３と同一部分には同一符号を付してある。図４
において、２７０は操作者が装着する液晶シャッタ式眼
鏡であり、操作者の右目用の液晶シャッタｆ１および左
目用の液晶シャッｆ２を有する。この液晶シャッタ式眼
鏡２７０は、後述するシャッタ制御部３０９からのシャ
ッタ開閉信号２５５により開閉制御される。

【００３９】情報処理機器２５０は、タブレット２１１
からのｘ，ｙ座標信号２５２を検知して取り込むｘ，ｙ
座標検知部３０１、移動量検出機構２４０からのｚ座標
信号２５３を検知して取り込むｚ座標検知部３０２、取
り込まれたｘ，ｙ，ｚ座標をもとに例えば矢印のパター
ン形状のカーソルｃの視差を計算するカーソル視差算出
部３０３の各機能要素を有している。

【００４０】情報処理機器２５０はまた、３次元座標で
示される表示対象図形データが記憶される図形データ記
憶部３０４、図形データ記憶部３０４に記憶されている
図形データの示す図形の視差を計算する図形視差算出部
３０５、カーソル視差算出部３０３と図形視差算出部３
０５の視差算出結果をもとに、右目用画像を作成する右
目用画像作成部３０６、および左目用画像を作成する左
目用画像作成部３０７の各機能要素を有している。

【００４１】情報処理機器２５０は更に、画像作成部３
０６，３０７で作成された左右の画像を同期信号ｓｙｎ
ｃに応じて交互に切り替えて立体映像信号２５４として
表示器２６０に出力する左右画像切替部３０８、および
同期信号ｓｙｎｃに応じて液晶シャッタ式眼鏡２７０の
左右の液晶シャッタｆ１，ｆ２を交互に開閉制御するシ
ャッタ開閉信号２５５を出力するシャッタ制御部３０９
の各機能要素を有している。

【００４２】次に、図４の構成における立体映像発生動
作について説明する。まず、情報処理機器２５０内の図
形視差算出部３０５は、表示器２６０に表示すべき図形
の３次元座標（図形データ）が図形データ記憶部３０４
を介して与えられる場合、その３次元座標をもとに、そ
の図形について左右の目の視差を算出する。この種の視
差算出法については、カーソル視差算出部３０３を例に
後述する。

【００４３】情報処理機器２５０内の画像作成部３０
６，３０７は、図形視差算出部３０５による図形視差の
算出結果をもとに、左右それぞれの目に入るべき図形
が、表示器２６０でどの位置・形状で表示されるか、そ
の画像（右目用画像と左目用画像）を求める。

【００４４】情報処理機器２５０内の左右画像切替部３
０８は、画像作成部３０６，３０７で求められた右目用
と左目用の画像を、同期信号ｓｙｎｃに応じて交互に切
り替えて表示するための立体映像信号２５４を表示器２
６０に出力する。

【００４５】図４において、符号ａ１，ａ２で示される
１対の図形は、このようにして図形ａを立体的に表示さ
せるために表示器２６０の表示面上に交互に表示される
右目用と左目用の画像である。

【００４６】ここで、交互に表示される右目用画像（映
像）と左目用画像（映像）を、それぞれ対応する目のみ
通すように、液晶シャッタ式眼鏡２７０の右目用の液晶
シャッタｆ１および左目用の液晶シャッタｆ２と同期を
とることにより、この液晶シャッタ式眼鏡２７０を装着
している操作者にとって、図４に示すように、両目の視
線の交点に（写し出される図形ａの虚像により、その位
置に）図形ａが立体的に見えるようになる。そのため、
情報処理機器２５０内のシャッタ制御部３０９は、同期
信号ｓｙｎｃに応じてシャッタ開閉信号２５５を液晶シ
ャッタ式眼鏡２７０に出力することにより、液晶シャッ
タｆ１，ｆ２を同期信号ｓｙｎｃに同期して交互に開閉
制御する。

【００４７】以上は、図４における図形ｂとｂ１，ｂ２
の関係についても同様である。さて、本実施例では、平
面座標入力装置２１０および移動量検出機構２４０によ
り得られる（ｘ，ｙ，ｚ座標信号２５１の示す）ｘ，
ｙ，ｚ座標は、情報処理機器２５０で処理される上記
ａ，ｂなどの表示図形の３次元座標の値と一致させるよ
うにしている。即ち、本実施例装置により得られるｘ，
ｙ，ｚ座標（ここではスタイラスペン２１２の指す位置
の３次元座標）は、表示図形ａやｂの虚像が存在する
（表示器２６０の背面側の）空間の実際にそのスタイラ
スペン２１２の先端が位置する一点を指し示すことにな
る。

【００４８】したがって、図５（ａ）に示すように、表
示図形ａやｂの虚像が存在する（表示器２６０の背面側
の）空間内で、本装置により得られる３次元座標に矢印
のカーソルｃを描くとすると、右目用カーソルパターン
の画像ｃ１と左目用のカーソルパターンの画像ｃ２を表
示器２６０の表示面上に交互に表示することにより、液
晶シャッタ式眼鏡２７０を装着した操作者からは、その
カーソルｃが、実際のスタイラスペン２１２の先端の位
置にあたかも実在するかのような印象を受けることにな
る。このカーソルｃを対象とする視差算出について、図
６を参照して説明する。

【００４９】まず、液晶シャッタ式眼鏡２７０の液晶シ
ャッタｆ１，ｆ２の各中心を結ぶ線分に対する垂直２等
分線がｚ軸に一致するものとする。また、図６（ａ）に
おいて紙面の左右方向（液晶シャッタｆ１，ｆ２の各中
心を結ぶ線分の方向）をｘ方向、紙面に垂直な方向をｙ
方向、図６（ｂ）において紙面の左右方向をｙ方向、紙
面に垂直な方向をｘ方向とする。また、表示器２６０の
表示面上をｚ＝０の平面とし、表示器２６０の背面側が
ｚの正方向であるものとする（したがって、スタイラス
ペン２１２の指す位置のｚ座標は常に正）。更に、液晶
シャッタｆ１，ｆ２の各中心のｘ座標は−ａ，ａ（ａ＞
０）、ｙ座標は０，０、そしてｚ座標は−ｄ（ｄ＞０）
であり、本装置により得られる（ｘ，ｙ，ｚ座標信号２
５１の示す）３次元座標、即ちスタイラスペン２１２の
指す位置の３次元座標（ペン座標）は（ｘ，ｙ，ｚ）で
あるものとする。

【００５０】この場合、表示器２６０に表示すべき画像
ｃ１，ｃ２の示す矢印のカーソルパターンの先端の２次
元座標（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２）は、次の通りと
なる。

【００５１】 Ｘ１＝−ａ＋［（ｘ＋ａ）×｛ｄ／（ｄ＋ｚ）｝］ Ｙ１＝ ｙ×｛ｄ／（ｄ＋ｚ）｝ Ｘ２＝ ａ＋［（ｘ−ａ）×｛ｄ／（ｄ＋ｚ）｝］ Ｙ２＝ ｙ×｛ｄ／（ｄ＋ｚ）｝ この計算を行うのが、カーソル視差算出部３０３であ
る。

【００５２】カーソル視差算出部３０３は、このような
計算を、カーソルｃの３次元図形を構成する各座標デー
タについて実行する。画像作成部３０６，３０７は、こ
のカーソル視差算出部３０３の計算結果をもとに、操作
者に対してカーソルｃがスタイラスペン２１２の指す位
置に実在するかのように見せるための画像ｃ１，ｃ２を
作成する。

【００５３】そして、この画像ｃ１，ｃ２が左右画像切
替部３０８によって表示器２６０に交互に切り替え表示
されることにより、液晶シャッタ式眼鏡２７０を装着し
た操作者にとっては、図５（ａ）に示すように、自身が
スタイラスペン２１２で（３次元的な位置としてタブレ
ット２１１上で）指し示している場所にカーソルｃが存
在するように見える。即ち、操作者は、情報処理機器２
５０の作り出す仮想的な空間内でスタイラスペン２１２
を用いて実際に指し示しているかのように扱える。

【００５４】このため、タブレット２１１を移動しなが
ら、スタイラスペン２１２を、図５（ａ）に示す位置か
ら、例えば図５（ｂ）に示すように、図形ｂの虚像が存
在する位置にもっていくと、実際にその３次元位置デー
タが情報処理機器２５０内に取り込まれ、その位置にカ
ーソルｃの先端が図形ｂと重ね合わせて表示される。更
に具体的に述べるならば、スタイラスペン２１２の指す
位置にカーソルｃの先端が図形ｂと重ね合わせられたか
のように見せるために、情報処理機器２５０にて画像ｃ
１，ｃ２が作成し直され、表示器２６０上に再表示され
る。

【００５５】このようにして、表示器２６０に示される
情報処理機器２５０の作り出す仮想的な空間の任意の位
置を直観的にポイントできる表示器付きの３次元座標入
力装置となり得る。 ［第３の実施例］以上に述べた第２の実施例では、スタ
イラスペン２１２の指し示す位置にカーソルｃの虚像が
投影されるため、操作者は表示器２６０に示される情報
処理機器２５０の作り出す仮想的な空間の任意の位置を
直観的にポイントできるものの、スタイラスペン２１２
とタブレット２１１上を直接見ることができない。そこ
で、スタイラスペンとタブレットを直接見ることを可能
とした第３の実施例につき図面を参照して説明する。

【００５６】図７は、この発明の第３の実施例に係る表
示器付き３次元座標入力装置の概略構成図である。同図
において、３１０は表示一体型平面座標入力装置であ
る。この表示一体型平面座標入力装置３１０は、例えば
タブレット３１１と、当該タブレット３１１上の任意位
置を指示するためのスタイラスペン３１２と、表示器３
１３から構成されている。タブレット３１１は、スタイ
ラスペン３１２の指す位置の２次元座標（ｘ，ｙ座標）
を検出して、その座標値を示すｘ，ｙ座標信号３５２を
生成する周知の２次元座標位置検出・入力機能を有して
いる。タブレット３１１は、表示器３１３の画面上に積
層されて当該表示器３１３と一体に形成されている。タ
ブレット３１１は透明タブレットであり、その座標入力
平面から表示器３１３の表示面が見えるようになってい
る。

【００５７】表示一体型平面座標入力装置３１０本体に
は、タブレット３１１の座標入力平面を、当該座標入力
平面（ｘ−ｙ平面）に対して垂直の方向（第３の方向で
あるｚ方向）に平行移動させるための（図３の移動機構
２３０と同様の）移動機構３３０が設けられている。こ
の移動機構３３０は、ガイドレール３３１に連結されて
おり、当該ガイドレール３３１に沿って、机上の空間を
点線で示される移動可能範囲３３２内で斜め方向に上下
動（前後動）するようになっている。

【００５８】移動機構３３０には、当該移動機構３３０
により移動されるタブレット３１１の移動量（変位量）
を検出する移動量検出機構３４０が取り付けられてい
る。この移動量検出機構３４０は、タブレット３１１の
ｚ方向への（正／負の）符号付きの移動量（変位量）を
検出して、その検出結果をもとに、タブレット３１１の
座標入力平面のｚ座標を算出し、その座標値を示すｚ座
標信号３５３を生成するように構成されている。

【００５９】表示一体型平面座標入力装置３１０のタブ
レット３１１からのｘ，ｙ座標信号３５２および移動量
検出機構３４０からのｚ座標信号３５３は組み合わされ
て、ｘ，ｙ，ｚ座標信号３５１として情報処理機器３５
０に導かれる。

【００６０】情報処理機器３５０は、ｘ，ｙ，ｚ座標信
号３５１を利用して任意の情報処理を行う。また、情報
処理機器３５０は、表示器３１３に３次元映像（立体映
像）を表示するための立体映像信号３５４を生成する。
本実施例において、立体映像は、前記第２の実施例と同
様に、虚像として写しだされるものである。但し、本実
施例で表示される立体映像は、操作者から見て、表示器
３１３の背面（奥）側および手前側のいずれの位置にも
任意に虚像として写しだされる点で、前記第２の実施例
と異なる。したがって、表示器３１３は薄型である必要
はない。

【００６１】ここで、表示一体型平面座標入力装置３１
０本体の移動可能範囲３３２は、表示器３１３に写し出
される虚像の位置を含むように設定されている。さて本
実施例では、表示器３１３それ自体も、タブレット３１
１と共にｚ座標方向に移動する。このため情報処理機器
３５０は、立体映像が移動可能範囲３３２の範囲内に収
まるよう、移動量検出機構３４０からのｚ座標信号３５
３に応じて立体映像の表示位置（虚像位置）を逆に移動
させて調整し、操作者からは、当該映像が移動していな
いように見えるようにする。

【００６２】この情報処理機器３５０の制御動作につい
て、前記第２の実施例と同様に液晶シャッタ式眼鏡２７
０を用いた立体映像発生方式を適用した場合を例に、図
８および図９を参照して説明する。

【００６３】まず本実施例では、前記第２の実施例と異
なり、（第２の実施例における表示器２６０に相当す
る）表示器３１３が、（第２の実施例におけるタブレッ
ト２１１および移動量検出機構２４０に相当する）タブ
レット３１１および移動量検出機構３４０と共にｚ座標
方向に移動する。

【００６４】このため、表示器３１３を動かしたとき
に、図８に示す表示器３１３上の画像ａ１，ａ２および
画像ｂ１，ｂ２を元の位置に表示したままにしておく
と、図形（虚像）ａ，ｂも表示器３１３の移動につれて
動いてしまう。タブレット３１１、移動量検出機構３４
０の複合体を動かすのは、スタイラスペン３１２の指し
示す座標を虚像のある空間内で移動させるためであるか
ら、表示器３１３と共に図形（虚像）ａ，ｂが動いては
まずい。

【００６５】そこで、情報処理機器３５０には、移動量
検出機構３４０からのｚ座標信号３５３を用い、それが
変化した分だけ、表示器３１３上の画像（ａ１，ａ２，
ｂ１，ｂ２）の表示を変化させ、液晶シャッタ式眼鏡２
７０を装着した操作者から見て、対応する虚像（ａ，
ｂ）の相対的なｚ座標が変化しないようにする機能が設
けられる。

【００６６】即ち情報処理機器３５０は、移動量検出機
構３４０からのｚ座標信号３５３を検知して取り込むｚ
座標検知部４０２、３次元座標で示される表示対象図形
データが記憶される図形データ記憶部４０４、および図
形データ記憶部３０４に記憶されている図形データの示
す図形の視差を当該図形のｚ座標とｚ座標検知部４０２
により取り込まれたｚ座標をもとに計算する図形視差算
出部４０５の各機能要素を有している。

【００６７】情報処理機器３５０はまた、図形視差算出
部４０５の視差算出結果をもとに、右目用画像を作成す
る右目用画像作成部４０６、左目用画像を作成する左目
用画像作成部４０７、画像作成部４０６，４０７で作成
された左右の画像を同期信号ｓｙｎｃに応じて交互に切
り替えて立体映像信号３５４として表示器３１３に出力
する左右画像切替部４０８、および同期信号ｓｙｎｃに
応じて液晶シャッタ式眼鏡２７０の左右の液晶シャッタ
ｆ１，ｆ２を交互に開閉制御するシャッタ開閉信号３５
５を出力するシャッタ制御部４０９の各機能要素を有し
ている。

【００６８】情報処理機器３５０内の図形視差算出部４
０５は、表示器３１３に表示すべき図形の３次元座標
（図形データ）が図形データ記憶部４０４を介して与え
られる場合、そのｚ座標と、ｚ座標検知部４０２により
取り込まれる、移動量検出機構３４０からのｚ座標信号
３５３の示すｚ座標、即ち表示一体型平面座標入力装置
３１０の座標入力平面のｚ座標をもとに、その変化分を
もとに、その図形について左右の目の視差を算出する。
この視差算出法については後述する。

【００６９】情報処理機器３５０内の画像作成部４０
６，４０７は、図形視差算出部３０５による図形視差の
算出結果をもとに、左右それぞれの目に入るべき図形
が、表示器２６０でどの位置・形状で表示されるか、そ
の画像（右目用画像と左目用画像）を求める。

【００７０】情報処理機器３５０内の左右画像切替部４
０８は、画像作成部４０６，４０７で求められた右目用
と左目用の画像（図８の例では、ａ１，ａ２およびｂ
１，ｂ２）を、同期信号ｓｙｎｃに応じて交互に切り替
えて表示するための立体映像信号３５４を表示器３１３
に出力する。

【００７１】ここで、視差算出法について、図形（虚
像）ｂを例に、図１０を参照して説明する。まず、液晶
シャッタ式眼鏡２７０の液晶シャッタｆ１，ｆ２の各中
心を結ぶ線分に対する垂直２等分線がｚ軸に一致するも
のとする。また、図１０（ａ）において紙面の左右方向
（液晶シャッタｆ１，ｆ２の各中心を結ぶ線分の方向）
をｘ方向、紙面に垂直な方向をｙ方向、図１０（ｂ）に
おいて紙面の左右方向をｙ方向、紙面に垂直な方向をｘ
方向とする。また、移動可能範囲３３２内で最も操作者
に近い側の平面（最近接面）３３３のｚ座標をｚ＝０と
し、移動可能範囲３３２内で操作者から離れる方向をｚ
の正方向とする（したがって、スタイラスペン２１２の
指す位置のｚ座標は常に正）。更に、液晶シャッタｆ
１，ｆ２の各中心のｘ座標は−ａ，ａ（ａ＞０）、ｙ座
標は０，０、そしてｚ座標は−ｅ（ｅ＞０）であり、移
動量検出機構３４０により得られる（ｚ座標検知部４０
２により取り込まれる）ｚ座標、即ちスタイラスペン２
１２の指す位置のｚ座標、つまり一体型平面座標入力装
置３１０の座標入力平面（表示器３１３の表示面）の位
置はｚであるものとする。

【００７２】この場合、図形（虚像）ｂの（例えば中心
位置の）３次元座標を（Ｘb ，Ｙb，Ｚb ）とすると、
当該座標に図形ｂを写しだすために、表示器３１３に表
示すべき画像ｂ１，ｂ２の（中心位置の）２次元座標
（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２）は、次の通りとなる。

【００７３】Ｘ１＝Ｘb ＋［（Ｘb ＋ａ）×｛（Ｚb ＋
ｅ）／（ｚ＋ｅ）｝］ Ｙ１＝Ｙb ×｛（Ｚb ＋ｅ）／（ｚ＋ｅ）｝ Ｘ１＝Ｘb ＋［（Ｘb −ａ）×｛（Ｚb ＋ｅ）／（ｚ＋
ｅ）｝］ Ｙ２＝Ｙb ×｛（Ｚb ＋ｅ）／（ｚ＋ｅ）｝ この計算を行うのが、図形視差算出部４０５である。

【００７４】図形視差算出部４０５は、このような計算
を、図形ｂを構成する各座標データについて実行する。
画像作成部４０６，４０７は、この図形視差算出部４０
５の計算結果をもとに、操作者にとって、図形（虚像）
ｂの相対的なｚ座標が変化しないように見せるための画
像ｂ１，ｂ２を作成する。

【００７５】そして、この画像ｂ１，ｂ２が左右画像切
替部４０８によって表示器３１３に交互に切り替え表示
されると、表示一体型平面座標入力装置３１０を、図８
に示す位置から例えば図９（ａ）に示すように移動した
場合でも、液晶シャッタ式眼鏡２７０を装着した操作者
からは、図形（虚像）ｂが移動していないよう見える。

【００７６】但し、前記第２の実施例で述べたようなカ
ーソル（の虚像）ｃに対しては、上記の処理を施しては
ならない。その理由は、カーソルのｚ座標は、常に表示
一体型平面座標入力装置３１０の座標入力平面に存在し
なければ意味がなく、表示器３１３などと共に移動させ
る必要があるからである。なお、本実施例では、スタイ
ラスペン３１２とタブレット３１１を直接見ることがで
きるため、カーソルの表示は省いてある。

【００７７】以上のように、本実施例においても、液晶
シャッタ式眼鏡２７０を装着した操作者にとっては、自
身がスタイラスペン３１２で（３次元的な位置としてタ
ブレット３１１上で）指し示している場所が、情報処理
機器２５０の作り出す仮想的な空間内で実際に指し示し
ているかのように扱える。このとき、図９（ｂ）に示す
ように、図形（虚像）ｂのある位置に表示一体型平面座
標入力装置３１０を移動してスタイラスペン３１２を持
っていくと、実際にその位置の３次元座標を示すｘ，
ｙ，ｚ座標信号３５１が情報処理機器３５０に取り込ま
れると同時に、その位置にスタイラスペン３１２のペン
先と重ね合わせられるように図形（虚像）ｂが表示され
るので前記第２の実施例におけるよりも、更に直観的に
操作が可能になる。

【００７８】以上に述べた本実施例における３次元入力
装置は、３次元（立体的）マン・マシン・インタフェー
スを持つコンピュータ・システムや、立体映像装置を装
備した３次元ＣＡＤシステム等に応用可能である。

【００７９】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
２次元座標については既存の２次元座標入力手段を用い
た入力方式により入力し、第３の次元の方向の座標につ
いては、２次元座標入力手段の座標入力平面自体をその
平面にほぼ垂直な方向に移動させることで入力する構成
としたので、第３の次元の方向の座標も、他の２つの方
向の座標と同じように、実際にその方向の位置・変位を
用いることになり、感覚的な違和感が少なく、更に第３
の次元の方向に動かしていも、そこには元通り固体の平
面が存在するため、簡便な構造でありながら、正確な値
を入力できる。

【００８０】また、この発明によれば、３次元映像を表
示器の背面側に虚像として写しだす構成とする一方、そ
の虚像が写し出される位置、即ち表示器の背面側に、移
動機構を持つ２次元座標入力手段（の座標入力平面）を
配置する構成とすることにより、操作者は表示器背面側
に写し出される３次元映像（虚像）を見ながら、目的と
する３次元座標（特に３次元座標中の表示器の奥行き方
向、即ち第３の次元の座標）の位置指定操作を行うこと
ができ、装置の作りだす仮想的な空間の任意の位置を直
観的にポイントすることができる。

【００８１】また、この発明によれば、３次元映像を表
示するための表示器の表示面上に２次元座標入力手段の
座標入力平面が設けられた表示器付き座標入力機器を備
え、当該入力機器全体が、その座標入力平面および表示
面にほぼ垂直な方向に移動可能なようにする他、その移
動可能範囲内の任意位置に３次元映像を虚像として写し
だし、表示器付き座標入力機器を前後に移動しても操作
者からは３次元映像（虚像）自体は動かないように見え
るように、相対的に映像を逆方向に移動させる表示位置
調整を行う構成とすることにより、操作者にとって、実
際の３次元入力と、その入力データが示す空間上の位置
が対応して、感覚的にわかりやすく操作しやすくなるだ
けでなく、常に座標入力面を見ながら操作できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例に係る３次元座標入力
装置の概略構成図。

【図２】図１の３次元座標入力装置の背面側の外観構造
を示す図。

【図３】この発明の第２の実施例に係る表示器付き３次
元座標入力装置の概略構成図。

【図４】図４の３次元座標入力装置において液晶シャッ
タ式眼鏡を用いて実現される立体映像発生機構を説明す
るための図。

【図５】図４の立体映像発生機構によるカーソルｃの重
ね合わせ表示を説明するための図。

【図６】図４の立体映像発生機構による視差算出を説明
するための図。

【図７】この発明の第３の実施例に係る表示器付き３次
元座標入力装置の概略構成図。

【図８】図７の３次元座標入力装置において液晶シャッ
タ式眼鏡を用いて実現される立体映像発生機構を説明す
るための図。

【図９】図７の立体映像発生機構による立体映像（虚
像）表示位置の調整を説明するための図。

【図１０】図７の立体映像発生機構による視差算出を説
明するための図。

【符号の説明】

１１０，２１０…平面座標入力装置、１１１，２１１，
３１１…タブレット、１１２，２１２，３１２…スタイ
ラスペン、１３０，２３０，３３０…移動機構、１４
０，２４０，３４０…移動量検出機構、１５０，２５
０，３５０…情報処理機器、１５１，２５１，３５１…
ｘ，ｙ，ｚ座標信号、１５２，２５２，３５２…ｘ，ｙ
座標信号、１５３，２５３，３５３…ｚ座標信号、２５
４，３５４…立体映像信号、２６０，３１３……表示
器、２７０…液晶シャッタ式眼鏡、３０３…カーソル視
差算出部、３０５，４０５…図形視差算出部、３０６，
４０６…右目用画像作成部、３０７，４０７…左目用画
像作成部、３１０…表示一体型平面座標入力装置。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次元座標を入力する２次元座標入力手
   段の座標入力平面を、当該座標入力平面に対してほぼ垂
   直な方向に平行移動させ、その移動量を検出することに
   より、前記２次元座標入力手段により入力される２次元
   座標に加えて、その移動方向に一致する第３の次元の方
   向の座標を入力するようにしたことを特徴とする３次元
   座標入力方法。
2. 【請求項２】 ２次元座標を入力する２次元座標入力手
   段と、 前記２次元座標入力手段の座標入力平面を、当該座標入
   力平面に対してほぼ垂直な方向に平行移動させるための
   移動機構と、 前記２次元座標入力手段の座標入力平面の移動量を検出
   する移動量検出手段とを具備し、前記２次元座標入力手
   段により入力される２次元座標に加えて、前記移動量検
   出手段により検出された移動量をもとに決定される前記
   移動方向に一致する第３の次元の方向の座標を入力する
   ようにしたことを特徴とする３次元座標入力装置。
3. 【請求項３】 表示器への画面表示により、３次元映像
   を前記表示器の背面側に虚像として写しだす一方、前記
   表示器の背面側に２次元座標を入力する２次元座標入力
   手段を配置して、その座標入力平面を、当該座標入力平
   面に対してほぼ垂直な方向に平行移動させ、その移動量
   を検出することにより、前記２次元座標入力手段により
   入力される２次元座標に加えて、その移動方向に一致す
   る第３の次元の方向の座標を入力するようにしたことを
   特徴とする３次元座標入力方法。
4. 【請求項４】 ３次元映像の表示に用いられる表示器
   と、 前記表示器の背面側に前記３次元映像が虚像として写し
   だされるように前記表示器への画面表示を行う処理手段
   と、 前記表示器の背面側に配置された２次元座標を入力する
   ２次元座標入力手段と、 前記２次元座標入力手段の座標入力平面を、前記表示器
   の背面側において当該座標入力平面に対してほぼ垂直な
   方向に平行移動させるための移動機構と、 前記２次元座標入力手段の２次元座標入力平面の移動量
   を検出する移動量検出手段とを具備し、前記処理手段
   は、前記２次元座標入力手段により入力される２次元座
   標と、前記移動量検出手段により検出された移動量をも
   とに決定される前記移動方向に一致する第３の次元の方
   向の座標からなる３次元座標を入力して利用することを
   特徴とする表示器付き３次元座標入力装置。
5. 【請求項５】 ３次元映像の表示に用いる表示器の表示
   面上に２次元座標を入力する２次元座標入力手段の座標
   入力平面を設けて表示器付き座標入力機器を構成し、そ
   の座標入力平面が、当該座標入力平面に対してほぼ垂直
   な方向に平行移動するように、前記表示器付き座標入力
   機器を移動させ、その移動量を検出することにより、前
   記２次元座標入力手段により入力される２次元座標に加
   えて、その移動方向に一致する第３の次元の方向の座標
   を入力する一方、前記表示器への画面表示により、３次
   元映像を前記表示器付き座標入力機器の移動可能範囲内
   に虚像として写しだし、当該虚像の相対的な第３の次元
   の方向の座標が、前記表示器付き座標入力機器の移動に
   より変化しないように、前記入力する第３の次元の方向
   の座標の変化分に応じて当該虚像の投影位置を調整する
   ことを特徴とする３次元座標入力方法。
6. 【請求項６】 ３次元映像の表示に用いる表示器の表示
   面上に２次元座標を入力する２次元座標入力手段の座標
   入力平面を設けて構成された表示器付き座標入力機器
   と、 前記表示器付き座標入力機器を、その座標入力平面が、
   当該座標入力平面に対してほぼ垂直な方向に平行移動す
   るように、移動させるための移動機構と、 前記表示器付き座標入力機器の移動量を検出する移動量
   検出手段と、 前記表示器への画面表示により、３次元映像を前記表示
   器付き座標入力機器の移動可能範囲内に虚像として写し
   だす処理手段と、 を具備し、前記処理手段は、前記２次元座標入力手段に
   より入力される２次元座標と、前記移動量検出手段によ
   り検出された移動量をもとに決定される前記移動方向に
   一致する第３の次元の方向の座標からなる３次元座標を
   入力して利用するように構成されており、前記虚像の相
   対的な第３の次元の方向の座標が、前記表示器付き座標
   入力機器の移動により変化しないように、前記入力する
   第３の次元の方向の座標の変化分に応じて前記虚像の投
   影位置を調整することを特徴とする表示器付き３次元座
   標入力装置。