JPH07239210A - Coordinate detection device and posture detection device with it - Google Patents

Coordinate detection device and posture detection device with it

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JPH07239210A
JPH07239210A JP5466394A JP5466394A JPH07239210A JP H07239210 A JPH07239210 A JP H07239210A JP 5466394 A JP5466394 A JP 5466394A JP 5466394 A JP5466394 A JP 5466394A JP H07239210 A JPH07239210 A JP H07239210A
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image sensor
linear image
light
image forming
light source
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Yasuji Ogawa
保二 小川
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Abstract

PURPOSE:To detect 3-D coordinate with one linear image sensor. CONSTITUTION:A coordinate detection device comprises a light source P; a coordinate detection means which, on photo-detecting the light from the light source P, detects its 3-D coordinate; a linear image sensor 10 which photodetects the light emitted from the light source P; a slit plate 20 which, assigned before the linear image sensor 10, changes incident light position on the linear image sensor 10 according to the position of light source P; and a CPU 30 that calculates the coordinate of light source P based on the detected signal outputted from the linear image sensor 10. The slit plate 20 includes the first and second slits 21 and 22 so oriented, with specified interval, as to perpendicularly cross the pixel array direction of the linear image sensor 10, and the third slit 23 so oriented as to form specified angle against these slits, and based on the photo-detected position focused on the linear image sensor 10 through these three slits, 3-D coordinate of the light source P is detected.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は座標検出装置およびこれ
を利用した姿勢検出装置に関し、さらに詳しく言えば、
一つのリニアイメージセンサにて二次元座標もしくは三
次元座標を検出し得る手書き入力システムや形状測定シ
ステムなどに好適な座標検出装置と、例えば仮想現実感
システムなどに適用される姿勢検出装置に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a coordinate detecting device and a posture detecting device using the coordinate detecting device.
The present invention relates to a coordinate detection device suitable for a handwriting input system or shape measurement system capable of detecting two-dimensional coordinates or three-dimensional coordinates with one linear image sensor, and a posture detection device applied to, for example, a virtual reality system. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば手書き入力システムなどにおい
て、スタイラスの位置を光学的に検出するには、一般的
に単スリットとリニアイメージセンサとを組み合わせて
なる複数の一次元位置検出器が用いられている。
2. Description of the Related Art For example, in a handwriting input system, in order to optically detect the position of a stylus, a plurality of one-dimensional position detectors, which are a combination of a single slit and a linear image sensor, are generally used. .

【0003】すなわち、スタイラスに光源を取り付け
て、その二次元座標を検出するには、X−Y平面に沿っ
て2つのリニアイメージセンサを配置し、また、三次元
座標を求めるにはさらにZ軸方向に沿ってもう一つのリ
ニアイメージセンサを配置するようにしている。
That is, to attach a light source to a stylus and detect its two-dimensional coordinates, two linear image sensors are arranged along the XY plane, and to obtain three-dimensional coordinates, the Z axis is further added. Another linear image sensor is arranged along the direction.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おいては、二次元座標検出には2つの一次元位置検出器
を必要とし、三次元座標検出になると3つの一次元位置
検出器が必要となるため、高価になるとともに、装置全
体が大型になってしまうという欠点があった。
However, conventionally, two one-dimensional position detectors are required for two-dimensional coordinate detection, and three one-dimensional position detectors are required for three-dimensional coordinate detection. However, there is a drawback that the device becomes expensive and the entire device becomes large.

【0005】したがって、本発明の第1の目的は、一つ
のリニアイメージセンサで二次元座標はもとより、三次
元座標をも検出し得るようにした座標検出装置を提供す
ることにある。
Therefore, a first object of the present invention is to provide a coordinate detecting device capable of detecting not only two-dimensional coordinates but also three-dimensional coordinates with one linear image sensor.

【0006】本発明の第2の目的は、一つのリニアイメ
ージセンサで特定の基準位置に対する水平方向角度およ
び垂直方向角度を検出することができ、例えば測量装置
や仮想現実感システムに適用可能な姿勢検出装置を提供
することにある。
A second object of the present invention is to detect a horizontal direction angle and a vertical direction angle with respect to a specific reference position with one linear image sensor. For example, a posture applicable to a surveying device or a virtual reality system. It is to provide a detection device.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は上記第1の目的
を達成するため、直接的もしくは間接的に発光する光源
を含む位置指示部と、その光源からの光を受光して上記
位置指示部の二次元座標もしくは三次元座標を検出する
座標検出手段とを備えてなる座標検出装置において、上
記座標検出手段は上記光源から照射される光を受光する
リニアイメージセンサと、同リニアイメージセンサの撮
像面と平行な平面に沿って配置され、上記光源の位置に
応じて同リニアイメージセンサへの入射光位置を変化さ
せる結像手段と、上記リニアイメージセンサから出力さ
れる検出信号に基づいて上記位置指示部の座標を演算す
る演算手段とを備え、上記結像手段は上記リニアイメー
ジセンサの画素配列方向と直交するように所定の間隔を
もって配向された第1および第2結像要素と、これらの
結像要素に対して所定の角度をもって配向された第3結
像要素とを有し、上記演算手段はこれら3つの結像要素
を介して上記リニアイメージセンサ上に結像された受光
位置の値から上記位置指示部の二次元座標もしくは三次
元座標を検出することを特徴としている。
In order to achieve the above first object, the present invention provides a position indicating portion including a light source that directly or indirectly emits light, and the position indicating portion that receives light from the light source. In a coordinate detecting device comprising coordinate detecting means for detecting two-dimensional coordinates or three-dimensional coordinates of a part, the coordinate detecting means includes a linear image sensor for receiving light emitted from the light source, and a linear image sensor for the linear image sensor. An image forming unit which is arranged along a plane parallel to the image pickup surface and changes the incident light position on the linear image sensor according to the position of the light source, and the image forming unit based on a detection signal output from the linear image sensor. Arithmetic means for calculating the coordinates of the position indicating portion, and the image forming means is oriented at a predetermined interval so as to be orthogonal to the pixel array direction of the linear image sensor. A first and a second imaging element and a third imaging element oriented at a predetermined angle with respect to these imaging elements, said computing means via said three imaging elements said linear image It is characterized in that the two-dimensional coordinates or three-dimensional coordinates of the position indicating section are detected from the value of the light receiving position imaged on the sensor.

【0008】この場合、上記結像要素はスリットもしく
はシリンドリカルレンズからなるとともに、上記第3結
像要素の傾き角は、上記リニアイメージセンサの画素配
列方向に対して45度であることが好ましい。
In this case, it is preferable that the image forming element is composed of a slit or a cylindrical lens, and the inclination angle of the third image forming element is 45 degrees with respect to the pixel arrangement direction of the linear image sensor.

【0009】また、上記演算手段は上記第1および第2
結像要素間の距離D、三次元座標の原点に対応する上記
リニアイメージセンサの画素位置と上記第1の結像要素
による受光位置間の距離d1、上記第1結像要素と第3
結像による受光位置間の距離d2、上記第1結像要素と
第2結像による受光位置間の距離d3とから上記位置指
示部の三次元座標を検出することを特徴としている。
Further, the calculating means is the first and the second.
The distance D between the imaging elements, the distance d1 between the pixel position of the linear image sensor corresponding to the origin of the three-dimensional coordinates and the light receiving position by the first imaging element, the first imaging element and the third imaging element.
It is characterized in that the three-dimensional coordinates of the position indicating section are detected from the distance d2 between the light receiving positions by the image formation and the distance d3 between the first image forming element and the light receiving position by the second image formation.

【0010】なお、上記結像手段は相対的に交差し得る
角度をもって配向された第1および第2の少なくとも2
つの結像要素から構成されていてもよい。
It is to be noted that the image forming means has at least first and second portions oriented at an angle capable of relatively intersecting each other.
It may also consist of one imaging element.

【0011】本発明の第2の目的は、直接的もしくは間
接的に発光する光源を含む位置指示部と、人体などの可
動体側に装着され、上記光源からの光を受光して上記位
置指示部に対する同可動体の姿勢を検出する姿勢検出手
段とを備えてなる姿勢検出装置において、上記姿勢検出
手段は上記光源から照射される光を受光するリニアイメ
ージセンサと、同リニアイメージセンサの撮像面と平行
な平面に沿って配置され、上記位置指示部に対する上記
可動体の姿勢に応じて同リニアイメージセンサへの入射
光位置を変化させる結像手段と、上記リニアイメージセ
ンサから出力される検出信号に基づいて上記位置指示部
に対する上記可動体の水平方向角度および垂直方向角度
を算出する演算手段とを備え、上記結像手段は相対的に
交差し得る角度をもって配向された第1および第2の少
なくとも2つの結像要素を有し、上記演算手段はこれら
2つの結像要素を介して上記リニアイメージセンサ上に
結像された受光位置の値から上記位置指示部に対する上
記可動体の姿勢を検出することにより達成される。
A second object of the present invention is to mount a position indicator including a light source that directly or indirectly emits light and a movable body such as a human body, receive the light from the light source and receive the position indicator. A posture detecting device for detecting the posture of the movable body with respect to the posture detecting device, wherein the posture detecting device includes a linear image sensor that receives light emitted from the light source, and an imaging surface of the linear image sensor. An image forming unit arranged along parallel planes for changing the position of incident light to the linear image sensor according to the posture of the movable body with respect to the position indicating unit, and a detection signal output from the linear image sensor. And a calculation means for calculating a horizontal direction angle and a vertical direction angle of the movable body with respect to the position indicating section based on the position indicating section, And at least two image-forming elements oriented in accordance with the above, and the calculating means calculates the value from the light-receiving position imaged on the linear image sensor via these two image-forming elements. This is achieved by detecting the posture of the movable body with respect to the position pointing unit.

【0012】この場合、姿勢検出手段をコンピュータ制
御によるゴーグル型ディスプレイとともに人体に装着
し、同姿勢検出手段にて上記位置指示部(光源)に対す
る水平方向角度と垂直方向図角度を求め、これに基づい
て上記コンピュータを介して上記ディスプレイの表示画
像を制御することにより、仮想現実感システムに適用す
ることができる。
In this case, the posture detecting means is attached to the human body together with the computer-controlled goggle type display, and the posture detecting means obtains the horizontal direction angle and the vertical direction drawing angle with respect to the position indicating portion (light source), and based on this. By controlling the display image on the display via the computer, it can be applied to the virtual reality system.

【0013】[0013]

【作用】上記構成によれば、リニアイメージセンサの画
素配列方向と直交する第1および第2結像要素による入
射光位置により位置指示部のX,Z座標が検出され、ま
た、上記の画素配列方向に対して例えば45度の角度を
有する第3結像要素による入射光位置によりY軸方向の
座標が検出される。
According to the above construction, the X and Z coordinates of the position indicating section are detected by the incident light positions of the first and second image forming elements which are orthogonal to the pixel array direction of the linear image sensor, and the above pixel array is also provided. Coordinates in the Y-axis direction are detected by the incident light position by the third imaging element having an angle of, for example, 45 degrees with respect to the direction.

【0014】また、Z軸と直交するX−Y平面上の座標
のみを検出する場合や光源の方向のみを検出するような
場合には、相対的に交差し得る角度(好ましくは90
度)をもって配向された第1および第2の2つの結像要
素による入射光位置から、その位置指示部に対する水平
方向角度と垂直方向角度、すなわち位置指示部に対する
当該可動体の姿勢が検出される。
Further, in the case of detecting only the coordinates on the XY plane which is orthogonal to the Z axis, or in the case of detecting only the direction of the light source, an angle (preferably 90) at which they can relatively cross each other.
From the incident light positions of the first and second image forming elements oriented with an angle of (degree), the horizontal direction angle and the vertical direction angle with respect to the position indicator, that is, the attitude of the movable body with respect to the position indicator is detected. .

【0015】[0015]

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明の実施例
について説明する。図1には、座標検出装置に係る実施
例の模式的な斜視図が示されている。これによると、同
座標検出装置は位置指示部、例えば光ディジタイザのス
タイラスに設けられる光源Pからの光を受光するリニア
イメージセンサ10を備えている。この場合、光源Pと
しては、直接光を発光するものの他に、他の光源から光
を受けて間接的に光を発する例えば蛍光体などのような
ものであってもよい。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic perspective view of an embodiment of the coordinate detecting device. According to this, the coordinate detection apparatus includes a position indicating unit, for example, a linear image sensor 10 that receives light from a light source P provided on a stylus of an optical digitizer. In this case, the light source P may be one that directly emits light, or one that receives light from another light source and indirectly emits light, such as a phosphor.

【0016】このリニアイメージセンサ10はCCD
(Charge Coupled Device)から
なる画素を直線状に配列した公知のものであってよく、
その受光面(撮像面)の前方には、結像手段としてのス
リット板20が配置されている。
This linear image sensor 10 is a CCD
It may be a known one in which pixels made of (Charge Coupled Device) are linearly arranged,
A slit plate 20 as an image forming means is arranged in front of the light receiving surface (imaging surface).

【0017】このスリット板20は、リニアイメージセ
ンサ10の受光面と好ましくは平行な平面に沿って配置
され、この実施例においては、3つのスリット21〜2
3が形成されている。
The slit plate 20 is arranged along a plane which is preferably parallel to the light receiving surface of the linear image sensor 10. In this embodiment, three slits 21 to 2 are provided.
3 is formed.

【0018】この場合、第1スリット21と第2スリッ
ト22はリニアイメージセンサ10の画素配列方向と直
交する方向に沿って所定の間隔をもって形成されてお
り、これに対して、第3スリット23は上記の画素配列
方向に対して45度の角度で交差するように設けられて
いる。
In this case, the first slit 21 and the second slit 22 are formed at a predetermined interval along the direction orthogonal to the pixel arrangement direction of the linear image sensor 10, while the third slit 23 is formed. It is provided so as to intersect with the above-mentioned pixel array direction at an angle of 45 degrees.

【0019】これらの各スリット21〜23を通してリ
ニアイメージセンサ10に光が入射され、その3つの入
射光位置により、演算手段としてのCPU30にて光源
Pの三次元座標が求められる。これについて、図2ない
し図4を参照してその原理を説明する。なお、図2は三
次元のX,Y,Z軸と各スリット21〜23およびそれ
を通してリニアイメージセンサ10上に結像される影像
の関係を斜視図的に示した模式図、図3は図2のX−Y
断面図、図4は図2のZ−Y断面図である。
Light is incident on the linear image sensor 10 through each of the slits 21 to 23, and the three-dimensional coordinates of the light source P are obtained by the CPU 30 as the calculating means from the three incident light positions. The principle of this will be described with reference to FIGS. 2 to 4. 2 is a schematic diagram showing in perspective the relationship between the three-dimensional X, Y and Z axes and the slits 21 to 23 and the image formed on the linear image sensor 10 through the slits. FIG. 2 XY
A sectional view and FIG. 4 are Z-Y sectional views of FIG.

【0020】図2において、21a,22aは第1スリ
ット21および第2スリット22を通してリニアイメー
ジセンサ10の撮像面上にそれぞれ結像された入射光位
置で、23aは斜めの第3スリット23を通してリニア
イメージセンサ10の撮像面上に結像された入射光位置
である。
In FIG. 2, 21a and 22a are incident light positions which are respectively imaged on the image pickup surface of the linear image sensor 10 through the first slit 21 and the second slit 22, and 23a is linear through the oblique third slit 23. It is the position of the incident light imaged on the imaging surface of the image sensor 10.

【0021】この入射光位置21a〜23aは光源Pの
動きに応じて次のように変化する。すなわち、例えば高
さ位置を一定として光源Pがスリット板20に対して接
近もしくは離反する方向に移動する場合には、入射光位
置21aと22aとの間の距離が変化する。また、スリ
ット板20との距離を一定として光源Pが上下方向に動
く場合には、第3スリット23が斜めに形成されている
ことにより、その入射光位置23aがリニアイメージセ
ンサ10の画素配列方向に沿って左右に動くことにな
る。
The incident light positions 21a to 23a change as follows according to the movement of the light source P. That is, for example, when the light source P moves toward or away from the slit plate 20 with the height position kept constant, the distance between the incident light positions 21a and 22a changes. Further, when the light source P moves in the vertical direction while keeping the distance from the slit plate 20 constant, the incident light position 23 a is arranged in the pixel array direction of the linear image sensor 10 because the third slit 23 is obliquely formed. Will move left and right along.

【0022】ここで、図3および図4に示されているよ
うに、三次元座標の原点Oに対応するリニアイメージセ
ンサ10の画素位置(この例ではZ軸の延長線上に位置
する画素位置)と第1スリット21による入射光位置2
1aとの間の距離をd1、同入射光位置21aと第3ス
リット23による入射光位置23aとの間の距離をd
2、第1スリット21による入射光位置21aと第2ス
リット22による入射光位置22aとの間の距離をd
3、また、スリット板20上における第1スリット21
と第2スリット22間の距離をD、リニアイメージセン
サ10とスリット板20との間の距離をL、さらに光源
Pから入射光位置23aに至る光路と第3スリット23
の交点位置の原点OからのX軸方向距離をS、そして光
源Pの座標を(x,y,z)とすると、次式が成り立
つ。なお、第3スリット23の傾きが45度であるた
め、同交点位置の原点OからのY軸方向距離もSとな
る。
Here, as shown in FIGS. 3 and 4, the pixel position of the linear image sensor 10 corresponding to the origin O of the three-dimensional coordinates (in this example, the pixel position located on the extension line of the Z axis). And incident light position 2 by the first slit 21
1a is the distance d1, and the distance between the same incident light position 21a and the incident light position 23a by the third slit 23 is d.
2, the distance between the incident light position 21a by the first slit 21 and the incident light position 22a by the second slit 22 is d
3, the first slit 21 on the slit plate 20
And the second slit 22, the distance between the linear image sensor 10 and the slit plate 20 is L, and the optical path from the light source P to the incident light position 23a and the third slit 23.
Letting S be the distance in the X-axis direction from the origin O of the intersection point position of and the coordinates of the light source P be (x, y, z), the following equation holds. Since the inclination of the third slit 23 is 45 degrees, the distance in the Y-axis direction from the origin O at the intersection point is also S.

【0023】(図3より)d1:L=x:z D:d3=z:z+L S:d2=z:z+L (図4より)S:L=y:z+L したがって、光源Pの座標(x,y,z)は、 x={D/(d3−D)}×d1 y={D/(d3−D)}×d2 z={D/(d3−D)}×L このようにして、本発明によれば、一つのリニアイメー
ジセンサ10にて光源Pの三次元座標が求められる。ま
た、光源Pに対する水平方向角θ(図3参照)と、垂直
方向角(俯仰角)ψ(図4参照)は次式により求められ
る。
(From FIG. 3) d1: L = x: z D: d3 = z: z + L S: d2 = z: z + L (from FIG. 4) S: L = y: z + L Therefore, the coordinates (x, y, z) is x = {D / (d3-D)} × d1 y = {D / (d3-D)} × d2 z = {D / (d3-D)} × L In this way, According to the present invention, the three-dimensional coordinates of the light source P are obtained by one linear image sensor 10. Further, the horizontal direction angle θ (see FIG. 3) and the vertical direction angle (depression angle) ψ (see FIG. 4) with respect to the light source P are obtained by the following equations.

【0024】水平方向角θ=arctan(X/Z)=
arctan(d1/L) 垂直方向角ψ=arctan(Y/Z)=arctan
(d2/L) このことは、第2スリット22がなくとも、第1スリッ
ト21と第3スリットの2つのスリットで光源Pに対す
る水平および垂直の各方向を検出することができること
を意味する。また、換言すればZ座標値が一定であるこ
とを前提として、その物体のX−Y平面上での二次元座
標を検出することができることになる。
Horizontal angle θ = arctan (X / Z) =
arctan (d1 / L) vertical angle ψ = arctan (Y / Z) = arctan
(D2 / L) This means that the horizontal and vertical directions with respect to the light source P can be detected by the two slits of the first slit 21 and the third slit without the second slit 22. In other words, it is possible to detect the two-dimensional coordinates of the object on the XY plane on the assumption that the Z coordinate value is constant.

【0025】図5には、このような考え方による姿勢検
出装置を仮想現実感システムとしてのゴーグル型画像表
示装置に適用した例が示されている。
FIG. 5 shows an example in which the attitude detection device based on such a concept is applied to a goggle type image display device as a virtual reality system.

【0026】まず、この画像表示装置についてその概略
を説明すると、人体の頭部に装着されるゴーグル40を
有し、そのレンズに相当する部分には画像処理コンピュ
ータ41にて制御されるLCDなどからなる一対のディ
スプレイ42,42が設けられている。したがって、使
用者はそのディスプレイ42,42の表示画面を見て、
あたかも劇場のスクリーン一杯にその画像が表示されて
いるような仮想現実感(バーチャルリアリティ)を味わ
うことができる。
First, the outline of this image display device will be described. The image display device has a goggle 40 to be mounted on the head of a human body, and a portion corresponding to the lens is formed from an LCD controlled by an image processing computer 41. A pair of displays 42, 42 are provided. Therefore, the user looks at the display screen of the display 42, 42,
You can enjoy the virtual reality as if the image were displayed on the full screen of the theater.

【0027】このゴーグル40には例えば相対的に90
度の角度をもってV字状に配向された2つのスリット4
3,43が設けられており、これに関連してその後方に
はリニアイメージセンサ44が配置されている。そし
て、同リニアイメージセンサ44の検出信号が所定のイ
ンターフェイス45を介して上記の画像処理コンピュー
タ41に入力されるようになっている。
The goggles 40 are, for example, 90 relative to each other.
Two slits 4 oriented in a V shape with an angle of 4 degrees
3, 43 are provided, and in relation to this, a linear image sensor 44 is arranged behind them. Then, the detection signal of the linear image sensor 44 is input to the image processing computer 41 via a predetermined interface 45.

【0028】使用に際しては、十分離れた基準位置に光
源Pを配置する。この光源Pからの光を2つのスリット
43,43を介してリニアイメージセンサ44に取り込
むことにより、上記した水平方向角θと垂直方向角ψの
計算式により、相対的に使用者の頭の向き、すなわち視
線ベクトル方向が求められ、そのデータがコンピュータ
41に入力され、それに応じてディスプレイ42,42
の表示画面が切り替えられる。
At the time of use, the light source P is arranged at a sufficiently distant reference position. By taking in the light from the light source P into the linear image sensor 44 through the two slits 43, 43, the relative orientation of the user's head is calculated by the above-described formulas for the horizontal direction angle θ and the vertical direction angle ψ. , That is, the line-of-sight vector direction is obtained, and the data is input to the computer 41, and the displays 42, 42 are correspondingly input.
The display screen of is switched.

【0029】この姿勢検出装置はこの他に、例えばロボ
ットなどの工作機械や測量機械などの姿勢(向き)を検
出する場合にも適用可能である。上記実施例では2つの
スリット43,43を90度の角度をもってV字状に配
向しているが、互いに平行とならないことを条件とし
て、互いの角度や画素配列に対する角度は任意に設定す
ることが可能である。例えば、一方のスリットをリニア
イメージセンサ44の画素配列方向に対し直交させ、こ
れに対して他方のスリットを45度に傾けるようにして
もよい。
In addition to this, the posture detecting device can be applied to the case of detecting the posture (orientation) of a machine tool such as a robot or a surveying machine. In the above embodiment, the two slits 43, 43 are oriented in a V shape at an angle of 90 degrees, but the mutual angle and the angle with respect to the pixel array can be arbitrarily set, provided that they are not parallel to each other. It is possible. For example, one slit may be orthogonal to the pixel array direction of the linear image sensor 44, while the other slit may be inclined at 45 degrees.

【0030】また、リニアイメージセンサ10,44に
対する結像手段としては、上記各実施例のスリットに代
えて、図6に示されているようなシリンドリカルレンズ
51,52を用いることもできる。
Further, as the image forming means for the linear image sensors 10 and 44, it is possible to use cylindrical lenses 51 and 52 as shown in FIG. 6 instead of the slits of the respective embodiments.

【0031】さらに、図1に示されているスリット板2
0について説明すれば、そのスリット21〜23の配置
は図7に例示されているように、垂直方向の第1、第2
スリット21,22間に斜め45度の第3スリット23
を形成してもよく、この変形例はシリンドリカルレンズ
とした場合についても適用される。
Further, the slit plate 2 shown in FIG.
0, the arrangement of the slits 21 to 23 is, as illustrated in FIG. 7, the first and second slits in the vertical direction.
The third slit 23 having an angle of 45 degrees between the slits 21 and 22.
May be formed, and this modification is also applied to the case of a cylindrical lens.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一つのリニアイメージセンサにより、例えば光ディジタ
イザのスタイラスなどに設けられている光源の三次元位
置を検出することができ、コストを大幅に低減すること
ができるとともに、装置全体の小型化をも図ることがで
きる。
As described above, according to the present invention,
One linear image sensor can detect the three-dimensional position of the light source installed in the stylus of the optical digitizer, etc., which can significantly reduce the cost and downsize the entire device. You can

【0033】また、リニアイメージセンサが一つであっ
ても、基準となる光源に向かう例えば視線ベクトル方向
(目視方向)や物体の姿勢(向き)を検出することがで
きる。したがって、そのコンパクト性からして例えば人
体に装着したとしても違和感が少なく、操作性に優れた
姿勢入力システムやコンピュータ対話型の仮想現実感シ
ステムなどを構築することができる、などの効果が奏さ
れる。
Further, even if there is only one linear image sensor, it is possible to detect, for example, the line-of-sight vector direction (visual direction) or the attitude (direction) of the object toward the reference light source. Therefore, due to its compactness, there is little discomfort even when it is worn on the human body, and it is possible to construct an attitude input system and a computer interactive virtual reality system with excellent operability. It

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による座標検出装置の一実施例を説明す
るための模式的斜視図。
FIG. 1 is a schematic perspective view for explaining an embodiment of a coordinate detecting device according to the present invention.

【図2】同実施例について、三次元のX,Y,Z軸と各
スリットおよびそれを通してリニアイメージセンサ上に
結像される影像の関係を斜視的に示した模式図。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a perspective view of a relationship between a three-dimensional X, Y, and Z axis, each slit, and a shadow image formed on the linear image sensor through the slit in the embodiment.

【図3】図2のX−Y断面図。3 is a cross-sectional view taken along the line XY of FIG.

【図4】図2のZ−Y断面図。4 is a Z-Y cross-sectional view of FIG.

【図5】本発明による姿勢検出装置をゴーグル型画像表
示装置に適用した実施例を示した説明図。
FIG. 5 is an explanatory view showing an embodiment in which the posture detection device according to the present invention is applied to a goggle type image display device.

【図6】結像手段にシリンドリカルレンズを用いた別の
実施例を示した模式図。
FIG. 6 is a schematic diagram showing another embodiment in which a cylindrical lens is used as an image forming unit.

【図7】結像手段としてのスリットの配置を代えた変形
例を示した説明図。
FIG. 7 is an explanatory view showing a modified example in which the arrangement of slits as image forming means is changed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,44 リニアイメージセンサ 20 スリット板 21〜23,43 スリット 21a〜23a 入射光位置 30 CPU 40 ゴーグル 41 画像処理コンピュータ 42 ディスプレイ 51,52 シリンドリカルレンズ 10,44 Linear image sensor 20 Slit plates 21-23,43 Slits 21a-23a Incident light position 30 CPU 40 Goggles 41 Image processing computer 42 Display 51,52 Cylindrical lens

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 直接的もしくは間接的に発光する光源を
含む位置指示部と、その光源からの光を受光して上記位
置指示部の二次元座標もしくは三次元座標を検出する座
標検出手段とを備えてなる座標検出装置において、上記
座標検出手段は上記光源から照射される光を受光するリ
ニアイメージセンサと、同リニアイメージセンサの撮像
面と平行な平面に沿って配置され、上記光源の位置に応
じて同リニアイメージセンサへの入射光位置を変化させ
る結像手段と、上記リニアイメージセンサから出力され
る検出信号に基づいて上記位置指示部の座標を演算する
演算手段とを備え、上記結像手段は上記リニアイメージ
センサの画素配列方向と直交するように所定の間隔をも
って配向された第1および第2結像要素と、これらの結
像要素に対して所定の角度をもって配向された第3結像
要素とを有し、上記演算手段はこれら3つの結像要素を
介して上記リニアイメージセンサ上に結像された受光位
置の値から上記位置指示部の三次元座標を検出すること
を特徴とする座標検出装置。
1. A position indicating section including a light source that emits light directly or indirectly, and coordinate detecting means for receiving light from the light source and detecting two-dimensional coordinates or three-dimensional coordinates of the position indicating section. In the coordinate detecting device provided, the coordinate detecting means is arranged along a plane parallel to a linear image sensor that receives the light emitted from the light source, and the image pickup surface of the linear image sensor, and at the position of the light source. In accordance with the image forming means for changing the position of the incident light to the linear image sensor, and the calculating means for calculating the coordinates of the position indicating section based on the detection signal output from the linear image sensor. The means includes first and second image forming elements oriented at a predetermined interval so as to be orthogonal to the pixel array direction of the linear image sensor, and predetermined for these image forming elements. And a third image forming element oriented at an angle of, the calculating means calculates the third order of the position indicating unit from the value of the light receiving position imaged on the linear image sensor through these three image forming elements. A coordinate detection device characterized by detecting original coordinates.
【請求項2】 直接的もしくは間接的に発光する光源を
含む位置指示部と、その光源からの光を受光して上記位
置指示部の二次元座標もしくは三次元座標を検出する座
標検出手段とを備えてなる座標検出装置において、上記
座標検出手段は上記光源から照射される光を受光するリ
ニアイメージセンサと、同リニアイメージセンサの撮像
面と平行な平面に沿って配置され、上記光源の位置に応
じて同リニアイメージセンサへの入射光位置を変化させ
る結像手段と、上記リニアイメージセンサから出力され
る検出信号に基づいて上記位置指示部の座標を演算する
演算手段とを備え、上記結像手段は相対的に交差し得る
角度をもって配向された第1および第2の少なくとも2
つの結像要素を有し、上記演算手段はこれらの結像要素
を介して上記リニアイメージセンサ上に結像された受光
位置の値から上記位置指示部の二次元座標もしくは三次
元座標を検出することを特徴とする座標検出装置。
2. A position indicating section including a light source that directly or indirectly emits light, and coordinate detecting means for receiving light from the light source and detecting two-dimensional coordinates or three-dimensional coordinates of the position indicating section. In the coordinate detecting device provided, the coordinate detecting means is arranged along a plane parallel to a linear image sensor that receives the light emitted from the light source, and the image pickup surface of the linear image sensor, and at the position of the light source. In accordance with the image forming means for changing the position of the incident light to the linear image sensor, and the calculating means for calculating the coordinates of the position indicating section based on the detection signal output from the linear image sensor. The means comprises first and second at least two orientated at angles that may be relatively intersecting.
It has two image forming elements, and the arithmetic means detects the two-dimensional coordinates or three-dimensional coordinates of the position indicating section from the value of the light receiving position imaged on the linear image sensor through these image forming elements. A coordinate detection device characterized by the above.
【請求項3】 上記結像要素はスリットもしくはシリン
ドリカルレンズからなることを特徴とする請求項1また
は2に記載の座標検出装置。
3. The coordinate detecting device according to claim 1, wherein the image forming element comprises a slit or a cylindrical lens.
【請求項4】 上記第3結像要素の傾き角は、上記リニ
アイメージセンサの画素配列方向に対して45度である
ことを特徴とする請求項1に記載の座標検出装置。
4. The coordinate detecting device according to claim 1, wherein an inclination angle of the third image forming element is 45 degrees with respect to a pixel array direction of the linear image sensor.
【請求項5】 上記演算手段は上記第1および第2結像
要素間の距離D、三次元座標の原点に対応する上記リニ
アイメージセンサの画素位置と上記第1の結像要素によ
る受光位置間の距離d1、上記第1結像要素と第3結像
による受光位置間の距離d2、上記第1結像要素と第2
結像による受光位置間の距離d3とから上記位置指示部
の三次元座標を検出することを特徴とする請求項1に記
載の座標検出装置。
5. The distance between the first and second image forming elements, the pixel position of the linear image sensor corresponding to the origin of the three-dimensional coordinates, and the light receiving position by the first image forming element D1, the distance d2 between the first imaging element and the light receiving position by the third imaging, the first imaging element and the second imaging element
The coordinate detection device according to claim 1, wherein the three-dimensional coordinates of the position pointing unit are detected from the distance d3 between the light receiving positions by image formation.
【請求項6】 上記各結像要素の交角は90度であるこ
とを特徴とする請求項2に記載の姿勢検出装置。
6. The posture detecting apparatus according to claim 2, wherein the intersecting angle of each of the image forming elements is 90 degrees.
【請求項7】 直接的もしくは間接的に発光する光源を
含む位置指示部と、人体などの可動体側に装着され、上
記光源からの光を受光して上記位置指示部に対する同可
動体の姿勢を検出する姿勢検出手段とを備えてなる姿勢
検出装置において、上記姿勢検出手段は上記光源から照
射される光を受光するリニアイメージセンサと、同リニ
アイメージセンサの撮像面と平行な平面に沿って配置さ
れ、上記位置指示部に対する上記可動体の姿勢に応じて
同リニアイメージセンサへの入射光位置を変化させる結
像手段と、上記リニアイメージセンサから出力される検
出信号に基づいて上記位置指示部に対する上記可動体の
水平方向角度および垂直方向角度を算出する演算手段と
を備え、上記結像手段は相対的に交差し得る角度をもっ
て配向された第1および第2の少なくとも2つの結像要
素を有し、上記演算手段はこれら2つの結像要素を介し
て上記リニアイメージセンサ上に結像された受光位置の
値から上記位置指示部に対する上記可動体の姿勢を検出
することを特徴とする姿勢検出装置。
7. A position indicator including a light source that directly or indirectly emits light, and a movable body such as a human body, which is mounted on the side of the movable body and receives light from the light source to adjust the posture of the movable body with respect to the position indicator. In a posture detecting device including a posture detecting unit for detecting, the posture detecting unit is arranged along a plane parallel to a linear image sensor that receives light emitted from the light source and an imaging surface of the linear image sensor. Image forming means for changing the position of incident light on the linear image sensor according to the posture of the movable body with respect to the position indicating portion, and for the position indicating portion based on the detection signal output from the linear image sensor. Arithmetic means for calculating a horizontal angle and a vertical angle of the movable body, wherein the image forming means is oriented at a relatively crossable angle. And a second at least two image-forming elements, and the arithmetic means calculates the movable body with respect to the position-indicating part from the value of the light-receiving position imaged on the linear image sensor via the two image-forming elements. Posture detecting device for detecting the posture of the user.
【請求項8】 直接的もしくは間接的に発光する基準位
置に設置された光源と、コンピュータ制御によるゴーグ
ル型ディスプレイとともに人体に装着され、上記光源か
らの光を受光してその基準位置に対する人体の姿勢を検
出する姿勢検出手段とを備えてなる姿勢検出装置におい
て、上記姿勢検出手段は上記光源から照射される光を受
光するリニアイメージセンサと、同リニアイメージセン
サの撮像面と平行な平面に沿って配置され、上記基準位
置に対する上記人体の姿勢に応じて同リニアイメージセ
ンサへの入射光位置を変化させる結像手段と、上記リニ
アイメージセンサから出力される検出信号に基づいて上
記基準位置に対する水平方向角度および垂直方向角度を
算出する演算手段とを備え、上記結像手段は相対的に交
差し得る角度をもって配向された第1および第2の少な
くとも2つの結像要素を有し、上記演算手段はこれら2
つの結像要素を介して上記リニアイメージセンサ上に結
像された受光位置の値から上記光源に対する水平方向角
度と垂直方向角度を求め、これに基づいて上記コンピュ
ータを介して上記ディスプレイの表示画像を制御するよ
うにしたことを特徴とする姿勢検出装置。
8. A posture of a human body with respect to a reference position, which is mounted on a human body together with a light source installed at a reference position for directly or indirectly emitting light and a computer-controlled goggle type display. In a posture detecting device comprising a posture detecting unit for detecting the position, the posture detecting unit is arranged along a plane parallel to a linear image sensor that receives light emitted from the light source, and an image pickup surface of the linear image sensor. An image forming unit that is arranged and changes the position of incident light on the linear image sensor according to the posture of the human body with respect to the reference position, and a horizontal direction with respect to the reference position based on a detection signal output from the linear image sensor. And an arithmetic means for calculating an angle and a vertical angle, and the image forming means has an angle capable of relatively intersecting each other. Has at least two first and second imaging elements oriented in an
The horizontal angle and the vertical angle with respect to the light source are obtained from the value of the light receiving position imaged on the linear image sensor via one of the image forming elements, and based on this, the display image on the display is displayed via the computer. An attitude detection device characterized by being controlled.
【請求項9】 上記結像要素はスリットもしくはシリン
ドリカルレンズからなることを特徴とする請求項7また
は8に記載の姿勢検出装置。
9. The posture detecting device according to claim 7, wherein the image forming element comprises a slit or a cylindrical lens.
【請求項10】 上記各結像要素の交角は90度である
ことを特徴とする請求項7または8に記載の姿勢検出装
置。
10. The posture detecting device according to claim 7, wherein the intersecting angle of each of the image forming elements is 90 degrees.
【請求項11】 上記演算手段は三次元座標の原点から
上記リニアイメージセンサまでの距離L、三次元座標の
原点に対応する上記リニアイメージセンサの画素位置と
上記第1結像要素による受光位置間の距離d1、上記第
1結像要素と第2結像要素による受光位置間の距離d2
とから上記位置指示部に対する水平方向角度と、垂直方
向角度とを算出することを特徴とする請求項7または8
に記載の姿勢検出装置。
11. The calculation means comprises a distance L from an origin of three-dimensional coordinates to the linear image sensor, a pixel position of the linear image sensor corresponding to an origin of the three-dimensional coordinates, and a light receiving position by the first imaging element. D1, the distance d2 between the light receiving positions of the first image forming element and the second image forming element
9. The horizontal angle and the vertical angle with respect to the position pointing unit are calculated from the above.
The attitude detection device according to.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102865834A (en) * 2012-09-29 2013-01-09 中国科学院西安光学精密机械研究所 Even-number slit-type photoelectric auto-collimator
CN109059760A (en) * 2018-07-31 2018-12-21 易视智瞳科技(深圳)有限公司 A kind of tool alignment method and its device
WO2021210104A1 (en) * 2020-04-15 2021-10-21 株式会社ニコン Processing system and measurement member

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