JP2001175405A - ３次元位置・姿勢計測装置及びその方法並びに記録媒体 - Google Patents
３次元位置・姿勢計測装置及びその方法並びに記録媒体Info
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- JP2001175405A JP2001175405A JP2000306482A JP2000306482A JP2001175405A JP 2001175405 A JP2001175405 A JP 2001175405A JP 2000306482 A JP2000306482 A JP 2000306482A JP 2000306482 A JP2000306482 A JP 2000306482A JP 2001175405 A JP2001175405 A JP 2001175405A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁界、温度等の影響を受けず安定し、設置ス
ぺースをあまり必要とせず、かつ任意計測時間間隔かつ
広範囲に渡って直観的３次元入力を行うことができる装
置及び方法を提供すること。 【解決手段】 表示装置の表示面上にて輝点を走査し表
示する。受光装置は、表示装置上の輝点を集光し、スポ
ット光として投影面に投影し、この投影面の受光素子に
投影する。カウンタは、垂直描画開始からの時刻をカウ
ントし、その出力をＡＮＤゲートに送る。対応関係位置
決定部は、複数時刻における表示装置上の輝点表示位置
座標および受光装置上のその投影位置座標を記録時刻に
従って対応を関係付ける。３次元位置算出部は、対応づ
けられた複数（３点以上）の輝点表示位置座標およびそ
の投影位置座標の集合から表示装置の輝点走査面を基準
とした受光装置の３次元位置・姿勢を計算する。
ぺースをあまり必要とせず、かつ任意計測時間間隔かつ
広範囲に渡って直観的３次元入力を行うことができる装
置及び方法を提供すること。 【解決手段】 表示装置の表示面上にて輝点を走査し表
示する。受光装置は、表示装置上の輝点を集光し、スポ
ット光として投影面に投影し、この投影面の受光素子に
投影する。カウンタは、垂直描画開始からの時刻をカウ
ントし、その出力をＡＮＤゲートに送る。対応関係位置
決定部は、複数時刻における表示装置上の輝点表示位置
座標および受光装置上のその投影位置座標を記録時刻に
従って対応を関係付ける。３次元位置算出部は、対応づ
けられた複数（３点以上）の輝点表示位置座標およびそ
の投影位置座標の集合から表示装置の輝点走査面を基準
とした受光装置の３次元位置・姿勢を計算する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、計算機等の情報処
理装置あるいはアミューズメント機器に、３次元位置お
よび姿勢を入力する時に必要となる３次元位置・姿勢の
計測装置及びその方法に関するものである。
理装置あるいはアミューズメント機器に、３次元位置お
よび姿勢を入力する時に必要となる３次元位置・姿勢の
計測装置及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年のコンピュータの処理速度の向上や
ＣＧ（コンピュータグラフィックス）技術の発展にとも
ない、３次元的な入力を伴うアブリケーションが急増し
ている。特に、家庭用エンタテーメント機器やＶＲＭＬ
（Virtual Reality Modeling Language）を代表とした
インターネット上でのアプリケーションにおける３次元
入力デバイスの需要増加は顕著である。また、ＣＧ作成
やＣＡＤシステムの現場では、その入力デバイスとし
て、マウスやタブレット等を用いることが多い。また、
作成したオブジェクトモデルを任意方向から操作、確
認、修正することを目的として、直観的な３次元位置・
姿勢を入力可能な安価なデバイスへのニーズも顕在化し
ている。
ＣＧ（コンピュータグラフィックス）技術の発展にとも
ない、３次元的な入力を伴うアブリケーションが急増し
ている。特に、家庭用エンタテーメント機器やＶＲＭＬ
（Virtual Reality Modeling Language）を代表とした
インターネット上でのアプリケーションにおける３次元
入力デバイスの需要増加は顕著である。また、ＣＧ作成
やＣＡＤシステムの現場では、その入力デバイスとし
て、マウスやタブレット等を用いることが多い。また、
作成したオブジェクトモデルを任意方向から操作、確
認、修正することを目的として、直観的な３次元位置・
姿勢を入力可能な安価なデバイスへのニーズも顕在化し
ている。
【０００３】現在、３次元入力を可能とするデバイスと
しては、磁場計測方式、光学式ステレオ、音響方式、ジ
ョイスティック方式等のものがある。磁場計測方式及び
音響方式は、ともに送信と受信を伴う機器を用いて所望
の座標計測を行うものである。また、ジョイスティック
方式は、精密かつメカニカルな可動部を有し、その動作
情報を３次元位置情報に変換するものである。光学式ス
テレオは、複数のテレビカメラを用いて、視差情報より
３次元位置情報を得るものである。
しては、磁場計測方式、光学式ステレオ、音響方式、ジ
ョイスティック方式等のものがある。磁場計測方式及び
音響方式は、ともに送信と受信を伴う機器を用いて所望
の座標計測を行うものである。また、ジョイスティック
方式は、精密かつメカニカルな可動部を有し、その動作
情報を３次元位置情報に変換するものである。光学式ス
テレオは、複数のテレビカメラを用いて、視差情報より
３次元位置情報を得るものである。
【０００４】また、４個の受光素子とディスプレイユニ
ットを用い各受光素子の位置と姿勢を求める装置も提案
されている（特開平９−３２５００７号公報参照）。こ
の装置は、特開平７−２７０１２４号公報に記載された
計算方式を利用して、安価なレンズ、少数の受光素子に
て３次元計測を可能としている。この方式は光学的な３
次元計測を行うため、磁界や温度等の影響を受けずに安
定した３次元入力をすることができる。
ットを用い各受光素子の位置と姿勢を求める装置も提案
されている（特開平９−３２５００７号公報参照）。こ
の装置は、特開平７−２７０１２４号公報に記載された
計算方式を利用して、安価なレンズ、少数の受光素子に
て３次元計測を可能としている。この方式は光学的な３
次元計測を行うため、磁界や温度等の影響を受けずに安
定した３次元入力をすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した３次元入力装
置として従来から市販されている磁場計測方式の装置
は、空間中の磁湯変動を計測するため、金属部品、電子
機器、地磁気の影響を受ける。また、音響方式の装置
は、音波の位相あるいは到達時間を計測するため、気圧
や温度の影響を受ける。また、両者とも発信装置および
受信装置を必要とし、装置規模が大がかりとなる。さら
に、ジョイスティック方式は、平行移動と回転運動を独
立して行わなくてはならず、直観的３次元入力には適さ
ない。
置として従来から市販されている磁場計測方式の装置
は、空間中の磁湯変動を計測するため、金属部品、電子
機器、地磁気の影響を受ける。また、音響方式の装置
は、音波の位相あるいは到達時間を計測するため、気圧
や温度の影響を受ける。また、両者とも発信装置および
受信装置を必要とし、装置規模が大がかりとなる。さら
に、ジョイスティック方式は、平行移動と回転運動を独
立して行わなくてはならず、直観的３次元入力には適さ
ない。
【０００６】また、４個の受光素子とディスプレイユニ
ットを用いた３次元入力装置は、必要最小限の受光素子
しか持たないため、ディスプレイ上の検出点が１個でも
はずれると３次元計測が不可能となってしまう。また、
特開平９−３２５００７号公報に記載の計算方式は、デ
ィスプレイ面と受光素子が正対した場合や、４個の受光
素子のうち正対する２つの組のいずれかを結ぶ直線の方
向が投影面側でディスプレイ面に対して平行になった場
合に、著しく感度が低下して計測不能となるため、使用
範囲が限定されるという問題があった。さらに、３次元
計測の間隔は、４個の受光検出すべてが終了しなければ
行えないため、ディスプレイユニットの走査時間の間隔
以内に限定されるという問題があった。
ットを用いた３次元入力装置は、必要最小限の受光素子
しか持たないため、ディスプレイ上の検出点が１個でも
はずれると３次元計測が不可能となってしまう。また、
特開平９−３２５００７号公報に記載の計算方式は、デ
ィスプレイ面と受光素子が正対した場合や、４個の受光
素子のうち正対する２つの組のいずれかを結ぶ直線の方
向が投影面側でディスプレイ面に対して平行になった場
合に、著しく感度が低下して計測不能となるため、使用
範囲が限定されるという問題があった。さらに、３次元
計測の間隔は、４個の受光検出すべてが終了しなければ
行えないため、ディスプレイユニットの走査時間の間隔
以内に限定されるという問題があった。
【０００７】本発明は、磁界や温度等の影響を受けず安
定し、設置スぺースをあまり必要とせず、かつ任意の計
測時間の間隔で、かつ広範囲に渡って直観的に３次元入
力を行うことができる３次元位置・姿勢の計測装置及び
その方法を提供することにある。
定し、設置スぺースをあまり必要とせず、かつ任意の計
測時間の間隔で、かつ広範囲に渡って直観的に３次元入
力を行うことができる３次元位置・姿勢の計測装置及び
その方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１に記載の発明は、輝点を発光する
表示装置に対する受光装置の３次元位置と姿勢を計測す
る３次元位置・姿勢計測装置であって、前記表示装置の
表示面上にて前記輝点が移動可能である表示装置と、該
表示装置上の輝点を集光し、スポット光として投影面に
投影する集光部と投影されたスポット光の投影位置を検
出可能な受光素子を配置した投影面を有する受光装置
と、前記表示装置の輝点表示位置座標と前記受光素子に
基づくスポット光の投影位置座標とを対応づける対応付
け手段と、該対応付け手段により対応づけられた複数の
輝点表示位置座標及びその投影位置座標の集合から前記
表示装置の輝点移動面面を基準とした受光装置の３次元
位置・姿勢を計算する３次元位置算出手段とを有するこ
とを特徴とする。
に、本発明の請求項１に記載の発明は、輝点を発光する
表示装置に対する受光装置の３次元位置と姿勢を計測す
る３次元位置・姿勢計測装置であって、前記表示装置の
表示面上にて前記輝点が移動可能である表示装置と、該
表示装置上の輝点を集光し、スポット光として投影面に
投影する集光部と投影されたスポット光の投影位置を検
出可能な受光素子を配置した投影面を有する受光装置
と、前記表示装置の輝点表示位置座標と前記受光素子に
基づくスポット光の投影位置座標とを対応づける対応付
け手段と、該対応付け手段により対応づけられた複数の
輝点表示位置座標及びその投影位置座標の集合から前記
表示装置の輝点移動面面を基準とした受光装置の３次元
位置・姿勢を計算する３次元位置算出手段とを有するこ
とを特徴とする。
【０００９】このような構成により、任意の３点以上の
スポット光の投影位置およびそのスポット光の投影位置
座標の組み合わせで３次元位置・姿勢計算を行うため、
表示装置の走査間隔に影響されず、広範囲に渡って直観
的３次元入力が可能である。
スポット光の投影位置およびそのスポット光の投影位置
座標の組み合わせで３次元位置・姿勢計算を行うため、
表示装置の走査間隔に影響されず、広範囲に渡って直観
的３次元入力が可能である。
【００１０】請求項２に記載の発明は、前記スポット光
の投影位置を検出可能な受光素子がスポット状の受光窓
を有する受光素子の集合であることを特徴とする。
の投影位置を検出可能な受光素子がスポット状の受光窓
を有する受光素子の集合であることを特徴とする。
【００１１】請求項３に記載の発明は、前記スポット状
の受光窓を有する受光素子が３個の受光素子であるとと
もに、前記対応付け手段により対応づけられる輝点表示
位置座標及びその投影位置座標が、３つであることを特
徴とする。
の受光窓を有する受光素子が３個の受光素子であるとと
もに、前記対応付け手段により対応づけられる輝点表示
位置座標及びその投影位置座標が、３つであることを特
徴とする。
【００１２】請求項４に記載の発明は、前記スポット状
の受光窓を有する受光素子が、５個以上の受光素子であ
るとともに、前記対応付け手段により対応づけられる輝
点表示位置座標及びその投影位置座標が、５つ以上の任
意の数であることを特徴とする。
の受光窓を有する受光素子が、５個以上の受光素子であ
るとともに、前記対応付け手段により対応づけられる輝
点表示位置座標及びその投影位置座標が、５つ以上の任
意の数であることを特徴とする。
【００１３】請求項５に記載の発明は、前記対応付け手
段は、前記表示装置の輝点を前記受光装置上の前記投影
面に投影された各受光素子上での投影像の位置座標と投
影時刻を関係付ける手段と、前記投影位置座標と投影時
刻を記録する手段と、複数時刻における輝点表示位置座
標及びその投影位置座標を前記記録した投影時刻に従っ
て対応を関係付ける対応関係位置決定手段とを有するこ
とを特徴とする。
段は、前記表示装置の輝点を前記受光装置上の前記投影
面に投影された各受光素子上での投影像の位置座標と投
影時刻を関係付ける手段と、前記投影位置座標と投影時
刻を記録する手段と、複数時刻における輝点表示位置座
標及びその投影位置座標を前記記録した投影時刻に従っ
て対応を関係付ける対応関係位置決定手段とを有するこ
とを特徴とする。
【００１４】請求項６に記載の発明は、前記表示装置と
して当該輝点を走査し、表示を行うことを特徴とする。
して当該輝点を走査し、表示を行うことを特徴とする。
【００１５】請求項７に記載の発明は、前記表示装置と
して当該輝点を走査し、表示を行うためにＣＲＴディス
プレイを用いることを特徴とする。
して当該輝点を走査し、表示を行うためにＣＲＴディス
プレイを用いることを特徴とする。
【００１６】請求項８に記載の発明は、前記表示装置と
して当該輝点を走査し、表示を行うために輝点照射装置
及び投影板を用いることを特徴とする。
して当該輝点を走査し、表示を行うために輝点照射装置
及び投影板を用いることを特徴とする。
【００１７】請求項９に記載の発明は、前記受光装置と
して、光軸が異なる複数の集光部及び投影面を具備した
ことを特徴とする。
して、光軸が異なる複数の集光部及び投影面を具備した
ことを特徴とする。
【００１８】請求項１０に記載の発明は、前記受光装置
が、ロボット、車両などの移動体、身体の一部への装着
又は身体の一部で把持可能とする手段を有することを特
徴とする。
が、ロボット、車両などの移動体、身体の一部への装着
又は身体の一部で把持可能とする手段を有することを特
徴とする。
【００１９】請求項１１に記載の発明は、前記受光装置
を、平面の移動量を数値化し、２次元情報に変換する手
段と組み合わせたことを特徴とする。
を、平面の移動量を数値化し、２次元情報に変換する手
段と組み合わせたことを特徴とする。
【００２０】請求項１２に記載の発明は、前記変換手段
として、トラックボール、マウス、レーザーセンサのい
ずれかを用いたことを特徴とする。
として、トラックボール、マウス、レーザーセンサのい
ずれかを用いたことを特徴とする。
【００２１】請求項１３に記載の発明は、前記受光装置
が、出力する信号伝達を有線又は無線として自由に移動
を可能としたことを特徴とする。
が、出力する信号伝達を有線又は無線として自由に移動
を可能としたことを特徴とする。
【００２２】請求項１４に記載の発明は、前記スポット
光の投影位置を検出可能な受光素子が面状の受光部を有
し、スポット光の位置座標を出力可能な受光素子である
ことを特徴とする。
光の投影位置を検出可能な受光素子が面状の受光部を有
し、スポット光の位置座標を出力可能な受光素子である
ことを特徴とする。
【００２３】請求項１５に記載の発明は、前記対応付け
手段は、前記表示装置の輝点を前記受光装置の前記投影
面に投影したスポット光の各受光素子上での投影位置座
標と投影時刻を関係付ける手段と、前記投影位置座標と
前記投影時刻を記録する手段と、複数時刻における輝点
表示位置座標及びその投影位置座標を前記記録した投影
時刻に従って対応を関係付ける対応関係位置決定手段と
を有することを特徴とする。
手段は、前記表示装置の輝点を前記受光装置の前記投影
面に投影したスポット光の各受光素子上での投影位置座
標と投影時刻を関係付ける手段と、前記投影位置座標と
前記投影時刻を記録する手段と、複数時刻における輝点
表示位置座標及びその投影位置座標を前記記録した投影
時刻に従って対応を関係付ける対応関係位置決定手段と
を有することを特徴とする。
【００２４】請求項１６に記載の発明は、前記受光装置
として半導体位置検出素子を用いたことを特徴とする。
として半導体位置検出素子を用いたことを特徴とする。
【００２５】請求項１７に記載の発明は、前記表示装置
として当該輝点を走査し、表示を行うことを特徴とす
る。
として当該輝点を走査し、表示を行うことを特徴とす
る。
【００２６】請求項１８に記載の発明は、前記表示装置
として当該輝点を走査し、表示を行うためにＣＲＴディ
スプレイを用いることを特徴とする。
として当該輝点を走査し、表示を行うためにＣＲＴディ
スプレイを用いることを特徴とする。
【００２７】請求項１９に記載の発明は、前記表示装置
として当該輝点を走査し、表示を行うために輝点照射装
置及び投影板を用いることを特徴とする。
として当該輝点を走査し、表示を行うために輝点照射装
置及び投影板を用いることを特徴とする。
【００２８】請求項２０に記載の発明は、前記受光装置
として、光軸が異なる複数の集光部及び投影面を具備し
たことを特徴とする。
として、光軸が異なる複数の集光部及び投影面を具備し
たことを特徴とする。
【００２９】請求項２１に記載の発明は、前記受光装置
が、ロボット、車両などの移動体、身体の一部への装着
又は身体の一部で把持可能とする手段を有することを特
徴とする。
が、ロボット、車両などの移動体、身体の一部への装着
又は身体の一部で把持可能とする手段を有することを特
徴とする。
【００３０】請求項２２に記載の発明は、前記受光装置
を、平面の移動量を数値化し、２次元情報に変換する変
換手段と組み合わせたことを特徴とする。
を、平面の移動量を数値化し、２次元情報に変換する変
換手段と組み合わせたことを特徴とする。
【００３１】請求項２３に記載の発明は、前記変換手段
として、トラックボール、マウス、レーザーセンサのい
ずれかを用いたことを特徴とする。
として、トラックボール、マウス、レーザーセンサのい
ずれかを用いたことを特徴とする。
【００３２】請求項２４に記載の発明は、前記受光装置
が、出力する信号伝達を有線又は無線として自由に移動
を可能としたことを特徴とする。
が、出力する信号伝達を有線又は無線として自由に移動
を可能としたことを特徴とする。
【００３３】請求項２５に記載の発明は、輝点を発光す
る表示装置に対する受光装置の３次元位置と姿勢を計測
する３次元位置・姿勢計測方法であって、前記表示装置
の表示面上にて前記輝点を任意に移動させるステップ
と、前記表示装置上の輝点を集光し、前記投影面に投影
するスポット光の投影位置座標を得るステップと、前記
表示装置の輝点表示位置座標と前記受光素子に基づくス
ポット光の投影位置座標とを対応づけるステップと、前
記対応づけられた複数の輝点表示位置座標及びその投影
位置座標の集合から前記表示装置の輝点移動面面を基準
とした受光装置の３次元位置・姿勢を計算するステップ
とを有することを特徴とする。
る表示装置に対する受光装置の３次元位置と姿勢を計測
する３次元位置・姿勢計測方法であって、前記表示装置
の表示面上にて前記輝点を任意に移動させるステップ
と、前記表示装置上の輝点を集光し、前記投影面に投影
するスポット光の投影位置座標を得るステップと、前記
表示装置の輝点表示位置座標と前記受光素子に基づくス
ポット光の投影位置座標とを対応づけるステップと、前
記対応づけられた複数の輝点表示位置座標及びその投影
位置座標の集合から前記表示装置の輝点移動面面を基準
とした受光装置の３次元位置・姿勢を計算するステップ
とを有することを特徴とする。
【００３４】請求項２６に記載の発明は、前記スポット
光の投影位置を検出可能な受光素子がスポット状の受光
窓を有する受光素子の集合であることを特徴とする。
光の投影位置を検出可能な受光素子がスポット状の受光
窓を有する受光素子の集合であることを特徴とする。
【００３５】請求項２７に記載の発明は、前記対応づけ
るステップは、前記表示装置の輝点を前記受光装置上の
前記投影面に投影された各受光素子上での投影像の位置
座標と投影時刻を関係付けるステップと、前記投影位置
座標と投影時刻を記録するステップと、複数時刻におけ
る輝点表示位置座標及びその投影位置座標を前記記録し
た投影時刻に従って対応を関係付ける対応関係位置決定
ステップとを有することを特徴とする。
るステップは、前記表示装置の輝点を前記受光装置上の
前記投影面に投影された各受光素子上での投影像の位置
座標と投影時刻を関係付けるステップと、前記投影位置
座標と投影時刻を記録するステップと、複数時刻におけ
る輝点表示位置座標及びその投影位置座標を前記記録し
た投影時刻に従って対応を関係付ける対応関係位置決定
ステップとを有することを特徴とする。
【００３６】請求項２８に記載の発明は、前記スポット
光の投影位置を検出可能な受光素子が面状の受光部を有
し、スポット光の位置座標を出力可能な受光素子である
ことを特徴とする。
光の投影位置を検出可能な受光素子が面状の受光部を有
し、スポット光の位置座標を出力可能な受光素子である
ことを特徴とする。
【００３７】請求項２９に記載の発明は、前記対応づけ
るステップは、前記表示装置の輝点を前記受光装置の前
記投影面に投影したスポット光の各受光素子上での投影
位置座標と投影時刻を関係付けるステップと、前記投影
位置座標と前記投影時刻を記録するステップと、複数時
刻における輝点表示位置座標及びその投影位置座標を前
記記録した投影時刻に従って対応を関係付ける対応関係
位置決定ステップとを有することを特徴とする。
るステップは、前記表示装置の輝点を前記受光装置の前
記投影面に投影したスポット光の各受光素子上での投影
位置座標と投影時刻を関係付けるステップと、前記投影
位置座標と前記投影時刻を記録するステップと、複数時
刻における輝点表示位置座標及びその投影位置座標を前
記記録した投影時刻に従って対応を関係付ける対応関係
位置決定ステップとを有することを特徴とする。
【００３８】請求項３０に記載の発明は、輝点を発光す
る表示装置に対する受光装置の３次元位置と姿勢を計測
する３次元位置・姿勢計測方法をコンピュータに実行さ
せるためのプログラムを記録した記録媒体であって、前
記表示装置の表示面上にて前記輝点を任意に移動させる
ステップと、前記表示装置上の輝点を集光し、前記投影
面に投影するスポット光の投影位置座標を得るステップ
と、前記表示装置の輝点表示位置座標と前記受光素子に
基づくスポット光の投影位置座標とを対応づけるステッ
プと、前記対応づけられた複数の輝点表示位置座標及び
その投影位置座標の集合から前記表示装置の輝点移動面
面を基準とした受光装置の３次元位置・姿勢を計算する
ステップとからなり、前記各ステップを機能させること
を特徴とする。
る表示装置に対する受光装置の３次元位置と姿勢を計測
する３次元位置・姿勢計測方法をコンピュータに実行さ
せるためのプログラムを記録した記録媒体であって、前
記表示装置の表示面上にて前記輝点を任意に移動させる
ステップと、前記表示装置上の輝点を集光し、前記投影
面に投影するスポット光の投影位置座標を得るステップ
と、前記表示装置の輝点表示位置座標と前記受光素子に
基づくスポット光の投影位置座標とを対応づけるステッ
プと、前記対応づけられた複数の輝点表示位置座標及び
その投影位置座標の集合から前記表示装置の輝点移動面
面を基準とした受光装置の３次元位置・姿勢を計算する
ステップとからなり、前記各ステップを機能させること
を特徴とする。
【００３９】請求項３１に記載の発明は、前記スポット
光の投影位置を検出可能な受光素子がスポット状の受光
窓を有する受光素子の集合であることを特徴とする受光
素子であって、前記対応づけるステップが、前記表示装
置の輝点を前記受光装置上の前記投影面に投影された各
受光素子上での投影像の位置座標と投影時刻を関係付け
るステップと、前記投影位置座標と投影時刻を記録する
ステップと、複数時刻における輝点表示位置座標及びそ
の投影位置座標を前記記録した投影時刻に従って対応を
関係付ける対応関係位置決定ステップとを有することを
特徴とする。
光の投影位置を検出可能な受光素子がスポット状の受光
窓を有する受光素子の集合であることを特徴とする受光
素子であって、前記対応づけるステップが、前記表示装
置の輝点を前記受光装置上の前記投影面に投影された各
受光素子上での投影像の位置座標と投影時刻を関係付け
るステップと、前記投影位置座標と投影時刻を記録する
ステップと、複数時刻における輝点表示位置座標及びそ
の投影位置座標を前記記録した投影時刻に従って対応を
関係付ける対応関係位置決定ステップとを有することを
特徴とする。
【００４０】請求項３２に記載の発明は、前記対応づけ
ステップにおける前記受光素子に基づくスポット光が、
該受光素子から出力されたスポット光であって、前記対
応づけるステップが、前記表示装置の輝点を前記受光装
置の前記投影面に投影したスポット光の各受光素子上で
の投影位置座標と投影時刻を関係付けるステップと、前
記投影位置座標と前記投影時刻を記録するステップと、
複数時刻における輝点表示位置座標及びその投影位置座
標を前記記録した投影時刻に従って対応を関係付ける対
応関係位置決定ステップとを有することを特徴とする。
ステップにおける前記受光素子に基づくスポット光が、
該受光素子から出力されたスポット光であって、前記対
応づけるステップが、前記表示装置の輝点を前記受光装
置の前記投影面に投影したスポット光の各受光素子上で
の投影位置座標と投影時刻を関係付けるステップと、前
記投影位置座標と前記投影時刻を記録するステップと、
複数時刻における輝点表示位置座標及びその投影位置座
標を前記記録した投影時刻に従って対応を関係付ける対
応関係位置決定ステップとを有することを特徴とする。
【００４１】本発明では、３次元装置・姿勢の入力装置
として投影像の位置座標を検出可能な半導体素子と輝点
を二次元の表示面上に移動もしくは走査する表示装置の
みで実現することにより、設置スぺースをあまり必要と
せず、さらに磁界や温度等の影響を受けず安定して３次
元計測を行えるようにする。また、３個の受光素子を用
いて３点による３次元位置・姿勢を計測することによ
り、最小の時間間隔で３次元位置・姿勢を計測可能とす
る。さらに、任意の複数時刻における輝点表示位置座標
および受光装置上のその投影位置座標を前記記録時刻に
従って対応を関係付け、その対応づけられた任意の複数
の輝点表示位置座標およびその投影位置座標の集合から
前記表示装置の輝点移動面もしくは輝点走査面を基準と
した受光装置の３次元位置・姿勢を計算し、任意数およ
び任意位置の輝点表示位置座標とその投影像位置座標と
を用いた３次元位置・姿勢計算を行うことにより、表示
装置の走査間隔に影響されず、広範囲に渡って直観的３
次元入力が可能であるという作用を有する。
として投影像の位置座標を検出可能な半導体素子と輝点
を二次元の表示面上に移動もしくは走査する表示装置の
みで実現することにより、設置スぺースをあまり必要と
せず、さらに磁界や温度等の影響を受けず安定して３次
元計測を行えるようにする。また、３個の受光素子を用
いて３点による３次元位置・姿勢を計測することによ
り、最小の時間間隔で３次元位置・姿勢を計測可能とす
る。さらに、任意の複数時刻における輝点表示位置座標
および受光装置上のその投影位置座標を前記記録時刻に
従って対応を関係付け、その対応づけられた任意の複数
の輝点表示位置座標およびその投影位置座標の集合から
前記表示装置の輝点移動面もしくは輝点走査面を基準と
した受光装置の３次元位置・姿勢を計算し、任意数およ
び任意位置の輝点表示位置座標とその投影像位置座標と
を用いた３次元位置・姿勢計算を行うことにより、表示
装置の走査間隔に影響されず、広範囲に渡って直観的３
次元入力が可能であるという作用を有する。
【００４２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面によ
り詳細に説明する。
り詳細に説明する。
【００４３】図１は、本発明の３次元位置・姿勢の計測
装置の一実施形態例を説明するための構成図であって、
１は、ラスタスキャン方式ディスプレイ（以下、ディス
プレイと略記する）、２は、受光装置、３は、３次元位
置出力装置である。
装置の一実施形態例を説明するための構成図であって、
１は、ラスタスキャン方式ディスプレイ（以下、ディス
プレイと略記する）、２は、受光装置、３は、３次元位
置出力装置である。
【００４４】本発明の基本原理は、ディスプレイ１の表
面上に描画された走査軌跡の図形等を、受光装置２で観
測し、その観測情報及び描画情報を３次元位置出力装置
３で処理し、受光装置２の位置及び姿勢を出力するとい
うものである。
面上に描画された走査軌跡の図形等を、受光装置２で観
測し、その観測情報及び描画情報を３次元位置出力装置
３で処理し、受光装置２の位置及び姿勢を出力するとい
うものである。
【００４５】図２は、本発明の第１の実施形態例におけ
る受光装置の構成図である。この実施形態例では、受光
装置２の受光素子として、光の強度を電気信号に変換す
る複数の受光素子を用いている。図中、Ａはレンズ、Ｂ
はレンズＡを通過した光の投影面、Ｃはレンズ光軸と光
の投影面Ｂが交わる中心点、Ｄは受光素子、Ｆはラスタ
スキャン方式ディスプレイの表示面である。受光素子Ｄ
は、投影面上に複数個設置されている。受光素子Ｄの数
は最小３個あればよいが、５個以上配置して、任意の３
点または４点により３次元位置・姿勢の計測を行なうこ
とで、任意の時間間隔で広範囲にわたる計測が可能とな
る。表示面Ｆは、一定周期で電子ビームの照射を受けて
おり、矢印Ｇのように高輝度スポットが高速移動するこ
とになる。ここで任意の受光素子Ｄとレンズの中心Ａを
結ぶ直線と表示面Ｆの交点（例えば、Ｈ）上を高輝度ス
ポットが通過したとき、受光素子Ｄの出力はピークを持
つ。
る受光装置の構成図である。この実施形態例では、受光
装置２の受光素子として、光の強度を電気信号に変換す
る複数の受光素子を用いている。図中、Ａはレンズ、Ｂ
はレンズＡを通過した光の投影面、Ｃはレンズ光軸と光
の投影面Ｂが交わる中心点、Ｄは受光素子、Ｆはラスタ
スキャン方式ディスプレイの表示面である。受光素子Ｄ
は、投影面上に複数個設置されている。受光素子Ｄの数
は最小３個あればよいが、５個以上配置して、任意の３
点または４点により３次元位置・姿勢の計測を行なうこ
とで、任意の時間間隔で広範囲にわたる計測が可能とな
る。表示面Ｆは、一定周期で電子ビームの照射を受けて
おり、矢印Ｇのように高輝度スポットが高速移動するこ
とになる。ここで任意の受光素子Ｄとレンズの中心Ａを
結ぶ直線と表示面Ｆの交点（例えば、Ｈ）上を高輝度ス
ポットが通過したとき、受光素子Ｄの出力はピークを持
つ。
【００４６】図３は、本発明の第１の実施形態例におけ
る受光装置の他の構成図で、図中符号８１は凹レンズ
（ミラー）、８２は穴（受光窓）である。図２に示した
受光装置との相違は、集光部として凹レンズ（ミラー）
を用いている点である。
る受光装置の他の構成図で、図中符号８１は凹レンズ
（ミラー）、８２は穴（受光窓）である。図２に示した
受光装置との相違は、集光部として凹レンズ（ミラー）
を用いている点である。
【００４７】また、図４は、本発明の第１の実施形態例
における受光装置の他の構成図で、図中符号８３はピン
ホールで、図２に示した受光装置との相違は、集光部と
してピンホールを用いている点である。
における受光装置の他の構成図で、図中符号８３はピン
ホールで、図２に示した受光装置との相違は、集光部と
してピンホールを用いている点である。
【００４８】図５は、本発明の第１の実施形態例の構成
を示すブロック図である。この図において、符号４は、
ピーク検出部であり、予め設定された閾値により各受光
素子Ｄのピーク値を検出する。このピークの発生した時
間とディスプレイの表示面Ｆの垂直表示開始時間の時間
遅れを求めることで、画面上のどこが交点であったかを
計測することができる。５は、カウンタであり、ディス
プレイ１の垂直描画開始信号をリセット信号として、所
定の周期で１ずつインクリメントしてカウントし（ある
いは、所定の計時信号をカウントしてもよい）、垂直描
画開始からの時刻をカウントする。そのカウント速度
は、ディスプレイ１における電子ビームの照射位置を十
分な精度で検出できるほどの速度であるものとする。そ
の出力は、ＡＮＤゲート６に送られる。６は、ＡＮＤゲ
ートであり、ピーク検出部４の信号を受けて各受光素子
Ｄ毎にカウントの出力を不能動化（ピーク不検出時）あ
るいは能動化（ピーク検出時）する。７は、対応関係位
置決定手段であり、複数時刻における表示装置１上の輝
点表示位置座標および受光装置２上のその投影像の位置
座標を記録時刻に従って対応を関係付ける。８は、３次
元位置算出部であり、対応づけられた複数（３点以上）
の輝点表示位置座標およびその投影像の位置座標の集合
から表示装置１の輝点走査面を基準とした受光装置２の
３次元位置・姿勢を計算するものである。以上の符号５
〜８に示す構成部分は、本実施形態例の３次元位置出力
装置３を構成する。なお、符号Ｎは受光部、Ｍは集光部
を示している。
を示すブロック図である。この図において、符号４は、
ピーク検出部であり、予め設定された閾値により各受光
素子Ｄのピーク値を検出する。このピークの発生した時
間とディスプレイの表示面Ｆの垂直表示開始時間の時間
遅れを求めることで、画面上のどこが交点であったかを
計測することができる。５は、カウンタであり、ディス
プレイ１の垂直描画開始信号をリセット信号として、所
定の周期で１ずつインクリメントしてカウントし（ある
いは、所定の計時信号をカウントしてもよい）、垂直描
画開始からの時刻をカウントする。そのカウント速度
は、ディスプレイ１における電子ビームの照射位置を十
分な精度で検出できるほどの速度であるものとする。そ
の出力は、ＡＮＤゲート６に送られる。６は、ＡＮＤゲ
ートであり、ピーク検出部４の信号を受けて各受光素子
Ｄ毎にカウントの出力を不能動化（ピーク不検出時）あ
るいは能動化（ピーク検出時）する。７は、対応関係位
置決定手段であり、複数時刻における表示装置１上の輝
点表示位置座標および受光装置２上のその投影像の位置
座標を記録時刻に従って対応を関係付ける。８は、３次
元位置算出部であり、対応づけられた複数（３点以上）
の輝点表示位置座標およびその投影像の位置座標の集合
から表示装置１の輝点走査面を基準とした受光装置２の
３次元位置・姿勢を計算するものである。以上の符号５
〜８に示す構成部分は、本実施形態例の３次元位置出力
装置３を構成する。なお、符号Ｎは受光部、Ｍは集光部
を示している。
【００４９】図６は、本発明の第１の実施形態例の動作
を示すフローチャートである。この図を用いて動作を詳
細に説明する。
を示すフローチャートである。この図を用いて動作を詳
細に説明する。
【００５０】（第１段階）ピーク検出部４であるどれか
の受光素子Ｄのピーク値が検出されたとする（Ｓ１）。
このピーク値の発生した時間とディスプレイの表面Ｆの
垂直表示開始時間の時間遅れを求めることで、画面上の
どこが交点であったかを計測することができる。すなわ
ち、ここでピーク値を検出するとＡＮＤゲート６に送
る。一方、カウンタ５は、ディスプレイ３の同期信号
（垂直描画開始信号）を検出すると（Ｓ２）、これをリ
セット信号としてカウントを開始する（Ｓ３）。同期信
号を検出しない場合には、‘カウンタ値＋１’としてそ
の出力をＡＮＤゲート６に送る（Ｓ４）。ＡＮＤゲート
６では、ピーク値を検出した受光素子Ｄ毎にカウンタ値
を対応関係位置決定部７へ送信する（Ｓ５）。
の受光素子Ｄのピーク値が検出されたとする（Ｓ１）。
このピーク値の発生した時間とディスプレイの表面Ｆの
垂直表示開始時間の時間遅れを求めることで、画面上の
どこが交点であったかを計測することができる。すなわ
ち、ここでピーク値を検出するとＡＮＤゲート６に送
る。一方、カウンタ５は、ディスプレイ３の同期信号
（垂直描画開始信号）を検出すると（Ｓ２）、これをリ
セット信号としてカウントを開始する（Ｓ３）。同期信
号を検出しない場合には、‘カウンタ値＋１’としてそ
の出力をＡＮＤゲート６に送る（Ｓ４）。ＡＮＤゲート
６では、ピーク値を検出した受光素子Ｄ毎にカウンタ値
を対応関係位置決定部７へ送信する（Ｓ５）。
【００５１】（第２段階）対応関係位置決定部７は、こ
のカウンタ値を表示装置１のスポット表示位置（Ｘｐ、
Ｙｐ）に変換するとともに（Ｓ６）、ピーク値を出力し
た受光素子Ｄの位置（Ｘｒ、Ｙｒ）と、その時のスポッ
ト表示位置（Ｘｐ、Ｙｐ）を記録する（Ｓ７）。
のカウンタ値を表示装置１のスポット表示位置（Ｘｐ、
Ｙｐ）に変換するとともに（Ｓ６）、ピーク値を出力し
た受光素子Ｄの位置（Ｘｒ、Ｙｒ）と、その時のスポッ
ト表示位置（Ｘｐ、Ｙｐ）を記録する（Ｓ７）。
【００５２】（第３段階）３次元位置算出部８は、３点
以上の（Ｘｐ、Ｙｐ、Ｘｒ、Ｙｒ）及び受光装置２の集
光部の焦点距離ｆから受光装置２の位置及び姿勢を計算
することができる（Ｓ８）。この具体的な演算方法は、
３点による計測の場合には、文献「出口光一郎 “射影
幾何学によるＰｎＰカメラ問題の統一的解放” 情報処
理シンポジウム、Vol.90,pp41-50,1990」に示されてい
るような演算手法で、４点による計測の場合では、文献
（R.J.Holt and A.N.Netravali. Camera calibration p
roblem:Some new results. Computer Vision, Graphic
s, and Image Processing: Image Understanding, Vol.
54, No.3, PP.368-383, 1991.）や、文献「加藤晃市他
“能動的図形更新によるカメラキャリブレーション”電
子情報通信学会、信学技報、PRU94-112(1995-01)、39〜4
6頁」、特開平７−２７０１２４号公報に示されている
ような演算手法で受光装置２の３次元位置及び姿勢を計
算し出力する。また、３点以上の複数点による３次元位
置・姿勢の演算方法は、文献「R、M、Haralick、C.Lee、K.O
ttenberg、and M.Nolle、“Review and analysis of solu
tions of the three point perspective pose astimati
on problem”、Proc.CVPR91,1991」に示されている。
以上の（Ｘｐ、Ｙｐ、Ｘｒ、Ｙｒ）及び受光装置２の集
光部の焦点距離ｆから受光装置２の位置及び姿勢を計算
することができる（Ｓ８）。この具体的な演算方法は、
３点による計測の場合には、文献「出口光一郎 “射影
幾何学によるＰｎＰカメラ問題の統一的解放” 情報処
理シンポジウム、Vol.90,pp41-50,1990」に示されてい
るような演算手法で、４点による計測の場合では、文献
（R.J.Holt and A.N.Netravali. Camera calibration p
roblem:Some new results. Computer Vision, Graphic
s, and Image Processing: Image Understanding, Vol.
54, No.3, PP.368-383, 1991.）や、文献「加藤晃市他
“能動的図形更新によるカメラキャリブレーション”電
子情報通信学会、信学技報、PRU94-112(1995-01)、39〜4
6頁」、特開平７−２７０１２４号公報に示されている
ような演算手法で受光装置２の３次元位置及び姿勢を計
算し出力する。また、３点以上の複数点による３次元位
置・姿勢の演算方法は、文献「R、M、Haralick、C.Lee、K.O
ttenberg、and M.Nolle、“Review and analysis of solu
tions of the three point perspective pose astimati
on problem”、Proc.CVPR91,1991」に示されている。
【００５３】以下、３点以上の複数点による演算方法
を、図１３を用いて説明する。
を、図１３を用いて説明する。
【００５４】受光装置の集光部のレンズ光軸方向をＸ軸
周りにα、Ｙ軸周りにβ、Ｚ軸周りにγ回転したものと
すると、受光装置の姿勢を回転行列は以下となる。
周りにα、Ｙ軸周りにβ、Ｚ軸周りにγ回転したものと
すると、受光装置の姿勢を回転行列は以下となる。
【００５５】
【数１】
【００５６】また、レンズ３２の中心のディスプレイ面
３１に対する位置を（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）とすると、平行
移動行列として以下のように定義できる。
３１に対する位置を（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）とすると、平行
移動行列として以下のように定義できる。
【００５７】
【数２】
【００５８】ここで、レンズ３２の中心から受光装置の
受光素子面３３までの距離をｆとして、ディスプレイ面
２１上のｎ個目の点を（Ｘｐｎ、Ｙｐｎ、０）およびその
受光素子上の投影位置を（Ｘｒｎ、Ｙｒｎ）とすると、
その関係は以下となる。
受光素子面３３までの距離をｆとして、ディスプレイ面
２１上のｎ個目の点を（Ｘｐｎ、Ｙｐｎ、０）およびその
受光素子上の投影位置を（Ｘｒｎ、Ｙｒｎ）とすると、
その関係は以下となる。
【００５９】
【数３】
【００６０】この関係式は、ｎ≧３で連立方程式の解と
してＲ及びＴを求めることができることを示している。
すなわち、３組以上のディスプレイ面上の複数の点とそ
の受光素子上の対応点があれば、受光装置の位置・姿勢
を求めることが可能である。
してＲ及びＴを求めることができることを示している。
すなわち、３組以上のディスプレイ面上の複数の点とそ
の受光素子上の対応点があれば、受光装置の位置・姿勢
を求めることが可能である。
【００６１】図７は、本発明の第２の実施形態例とし
て、受光装置２における投影面Ｂの受光素子として半導
体位置検出素子（ＰＳＤ；Position Sensitive Light D
etector）２１を用いた他の実施例である。この場合の
原理は以下の通りである。ＰＳＤのは、平板状シリコン
でＰ，Ｉ，Ｎの３層から構成される。ＰＳＤに光スポッ
トが入射すると、入射位置に入射光の光エネルギーに比
例した電荷が集成され、この電荷は光電流として抵抗層
（この場合はＰ層）を通り、投影されたスポットの位置
（Ｘ，Ｙ）の出力端子から出力される。そこで、抵抗層
の抵抗分布を充分均一に作成すれば光電流は電極までの
距離すなわち抵抗値に逆比例して分割され、両端の出力
端子から出力される。この場合、入射光エネルギーとは
無関係に光の入射位置を求めることができる。
て、受光装置２における投影面Ｂの受光素子として半導
体位置検出素子（ＰＳＤ；Position Sensitive Light D
etector）２１を用いた他の実施例である。この場合の
原理は以下の通りである。ＰＳＤのは、平板状シリコン
でＰ，Ｉ，Ｎの３層から構成される。ＰＳＤに光スポッ
トが入射すると、入射位置に入射光の光エネルギーに比
例した電荷が集成され、この電荷は光電流として抵抗層
（この場合はＰ層）を通り、投影されたスポットの位置
（Ｘ，Ｙ）の出力端子から出力される。そこで、抵抗層
の抵抗分布を充分均一に作成すれば光電流は電極までの
距離すなわち抵抗値に逆比例して分割され、両端の出力
端子から出力される。この場合、入射光エネルギーとは
無関係に光の入射位置を求めることができる。
【００６２】ここで第２の実施形態例にもどると、半導
体位置検出素子２１は、投影面Ｂ上に設置されている。
表示面Ｆは、一定周期で電子ビームの照射を受けてお
り、矢印Ｇのように高輝度スポットが高速移動すること
になる。ここで任意の半導体位置検出素子２１とレンズ
Ａの中心を結ぶ直線と表示面Ｆの交点（例えば、Ｘｐ，
Ｙｐ）上を高輝度スポットが通過したとき、当該半導体
位置検出素子２１よりスポット位置（Ｘｒ，Ｙｒ）が電
気的に出力されることになる。
体位置検出素子２１は、投影面Ｂ上に設置されている。
表示面Ｆは、一定周期で電子ビームの照射を受けてお
り、矢印Ｇのように高輝度スポットが高速移動すること
になる。ここで任意の半導体位置検出素子２１とレンズ
Ａの中心を結ぶ直線と表示面Ｆの交点（例えば、Ｘｐ，
Ｙｐ）上を高輝度スポットが通過したとき、当該半導体
位置検出素子２１よりスポット位置（Ｘｒ，Ｙｒ）が電
気的に出力されることになる。
【００６３】図８は、本発明の第２の実施形態例の構成
を示すブロック図である。９は、検出位置時刻決定部で
あり、スポット光受光位置およびカウンタ５のカウンタ
値を（Ｘｒ、Ｙｒ、Ｔ）として対応関係位置決定部７へ
送信する。他の構成は、図５の構成と同様である。５，
７，８，９の構成部分は、本実施形態例の３次元位置出
力装置３を構成するものである。
を示すブロック図である。９は、検出位置時刻決定部で
あり、スポット光受光位置およびカウンタ５のカウンタ
値を（Ｘｒ、Ｙｒ、Ｔ）として対応関係位置決定部７へ
送信する。他の構成は、図５の構成と同様である。５，
７，８，９の構成部分は、本実施形態例の３次元位置出
力装置３を構成するものである。
【００６４】図９は、本発明の第２実施形態例の動作を
示すフローチャートである。この図を用いて動作を詳細
に説明する。
示すフローチャートである。この図を用いて動作を詳細
に説明する。
【００６５】（第１段階）先ず、半導体位置検出素子２
１にスポット光が投影されると、当該スポットの検出位
置座標（Ｘ，Ｙ）を出力し、これを検出位置時刻決定部
９に送る（Ｓ１１）。一方、カウンタ５は、ディスプレ
イ３の同期信号（垂直描画開始信号）を検出すると（Ｓ
１２）、これをリセット信号としてカウントを開始する
（Ｓ１３）。同期信号を検出しない場合には、‘カウン
タ値＋１’としてその出力を検出位置時刻決定部９に送
る（Ｓ１４）。検出位置時刻決定部９では、このスポッ
ト光の受光位置座標及びカウンタ値（Ｘｒ、Ｙｒ、Ｔ）
として対応関係位置決定部７へ送信する（Ｓ１５）。
１にスポット光が投影されると、当該スポットの検出位
置座標（Ｘ，Ｙ）を出力し、これを検出位置時刻決定部
９に送る（Ｓ１１）。一方、カウンタ５は、ディスプレ
イ３の同期信号（垂直描画開始信号）を検出すると（Ｓ
１２）、これをリセット信号としてカウントを開始する
（Ｓ１３）。同期信号を検出しない場合には、‘カウン
タ値＋１’としてその出力を検出位置時刻決定部９に送
る（Ｓ１４）。検出位置時刻決定部９では、このスポッ
ト光の受光位置座標及びカウンタ値（Ｘｒ、Ｙｒ、Ｔ）
として対応関係位置決定部７へ送信する（Ｓ１５）。
【００６６】（第２段階）対応関係位置決定部７は、こ
のカウンタ値Ｔを表示装置１のスポット表示位置（Ｘ
ｐ、Ｙｐ）に変換するとともに（Ｓ１６）、ピーク値を
出力した受光素子Ｄの位置（Ｘｒ、Ｙｒ，Ｔ）と、その
時のスポット表示位置（Ｘｐ、Ｙｐ）を記録する（Ｓ１
７）。
のカウンタ値Ｔを表示装置１のスポット表示位置（Ｘ
ｐ、Ｙｐ）に変換するとともに（Ｓ１６）、ピーク値を
出力した受光素子Ｄの位置（Ｘｒ、Ｙｒ，Ｔ）と、その
時のスポット表示位置（Ｘｐ、Ｙｐ）を記録する（Ｓ１
７）。
【００６７】（第３段階）３次元位置算出部８は、３点
以上の（Ｘｐ、Ｙｐ、Ｘｒ、Ｙｒ）及び受光装置２の集
光部の焦点距離ｆから、受光装置２の位置及び姿勢を計
算することができる（Ｓ１８）。
以上の（Ｘｐ、Ｙｐ、Ｘｒ、Ｙｒ）及び受光装置２の集
光部の焦点距離ｆから、受光装置２の位置及び姿勢を計
算することができる（Ｓ１８）。
【００６８】図１０は、本発明の第３の実施形態例にお
ける受光装置の構成図である。複数の集光部および受光
素子を具備し、より広範囲な集光を行えるようにしたも
のである。図１０の例では、９０度づつ異なる４方向に
光軸をもつように４つの集光部と受光部の組を配置する
実施形態例のを示しているが、集光部と受光部位の数や
その光軸間の角度は任意である。動作原理は上述した第
１、第２の２つの実施形態例と同様である。
ける受光装置の構成図である。複数の集光部および受光
素子を具備し、より広範囲な集光を行えるようにしたも
のである。図１０の例では、９０度づつ異なる４方向に
光軸をもつように４つの集光部と受光部の組を配置する
実施形態例のを示しているが、集光部と受光部位の数や
その光軸間の角度は任意である。動作原理は上述した第
１、第２の２つの実施形態例と同様である。
【００６９】図１１は、本発明の第４の実施形態例を説
明するための構成図である。本実施形態例は、第１、第
２の実施形態例で用いた受光装置を、平面の移動量を数
値化し２次元情報に変換する手段と組合わせたものであ
る。平面の移動量を数値化し２次元情報にを変換する手
段の具体的な例としては、トラックボールあるいはマウ
ス、あるいはレーザーセンサ等である。図１１では、マ
ウスからなる２次元情報変換部１０と受光装置部１１を
一体化している。
明するための構成図である。本実施形態例は、第１、第
２の実施形態例で用いた受光装置を、平面の移動量を数
値化し２次元情報に変換する手段と組合わせたものであ
る。平面の移動量を数値化し２次元情報にを変換する手
段の具体的な例としては、トラックボールあるいはマウ
ス、あるいはレーザーセンサ等である。図１１では、マ
ウスからなる２次元情報変換部１０と受光装置部１１を
一体化している。
【００７０】図１２は、第４の実施形態例の動作を示す
フローチャートである。この図を用いて動作を詳細に説
明する。
フローチャートである。この図を用いて動作を詳細に説
明する。
【００７１】受光装置部１１によって３次元位置・姿勢
を計算する段階までは、第１、第２の実施形態例と同様
である（Ｓ２１〜Ｓ２８）。その後、マウスなどを使用
した２次元情報変換部１０がマウスパット１２上に接地
しているかどうかを検出し（Ｓ２９）し、接地していな
ければ、そのまま３次元位置・姿勢を出力し、接地して
いれば、２次元情報変換部１０のマウスパット１２上で
の移動情報を検出して出力する（Ｓ３０）。これによ
り、１つの入力装置を用いて、例えばマウスパットに接
地すれば、従来のマウスと同様に画面操作などが可能に
なり、マウスパットから離して空中に保持されば３次元
位置・姿勢の入力が可能になり、操作性が良くなる。
を計算する段階までは、第１、第２の実施形態例と同様
である（Ｓ２１〜Ｓ２８）。その後、マウスなどを使用
した２次元情報変換部１０がマウスパット１２上に接地
しているかどうかを検出し（Ｓ２９）し、接地していな
ければ、そのまま３次元位置・姿勢を出力し、接地して
いれば、２次元情報変換部１０のマウスパット１２上で
の移動情報を検出して出力する（Ｓ３０）。これによ
り、１つの入力装置を用いて、例えばマウスパットに接
地すれば、従来のマウスと同様に画面操作などが可能に
なり、マウスパットから離して空中に保持されば３次元
位置・姿勢の入力が可能になり、操作性が良くなる。
【００７２】なお、上記の各実施形態例において、受光
装置２や２次元情報変換部１０及び受光装置部１１が、
出力する信号伝達を無線で行なうことにより、有線で行
なう場合よりも移動の自由度をより向上させることがで
きる。
装置２や２次元情報変換部１０及び受光装置部１１が、
出力する信号伝達を無線で行なうことにより、有線で行
なう場合よりも移動の自由度をより向上させることがで
きる。
【００７３】また、上記の各実施形態例では、輝点を一
定周期で走査する表示装置（ディスプレイ）を用いると
したが、受光装置の輝点の投影位置と表示装置の輝点表
示位置との対応が一意に決まりものであれば、走査周期
は一定でなくても良いし、走査方式も任意である。
定周期で走査する表示装置（ディスプレイ）を用いると
したが、受光装置の輝点の投影位置と表示装置の輝点表
示位置との対応が一意に決まりものであれば、走査周期
は一定でなくても良いし、走査方式も任意である。
【００７４】また、上記の各実施形態例において、受光
装置２や２次元情報変換部１０及び受光装置部１１を一
体化したものを、例えば、手などの身体の一部に装着ま
たは身体の一部で把持可能にする手段を設けることで、
使い勝手を良くすることができる。
装置２や２次元情報変換部１０及び受光装置部１１を一
体化したものを、例えば、手などの身体の一部に装着ま
たは身体の一部で把持可能にする手段を設けることで、
使い勝手を良くすることができる。
【００７５】さらに、図５、図８で示した、符号５，
６，７，８，９の装置各部の機能を、コンピュータを用
いて実現することができること、あるいは、図６、図
９、図１２の中で示した処理手順をコンピュータに実行
させることができることは言うまでもなく、コンピュー
タでその各部の機能を実現するためのプログラム、ある
いは、コンピュータが読み取り可能は記録媒体、例え
ば、ＦＤ（フロッピー（登録商標）ディスク）や、Ｍ
Ｏ、ＲＯＭ、メモリカード、ＣＤ、ＤＶＤ、リムーバブ
ルディスクなどに記録し、提供し、配布することが可能
である。
６，７，８，９の装置各部の機能を、コンピュータを用
いて実現することができること、あるいは、図６、図
９、図１２の中で示した処理手順をコンピュータに実行
させることができることは言うまでもなく、コンピュー
タでその各部の機能を実現するためのプログラム、ある
いは、コンピュータが読み取り可能は記録媒体、例え
ば、ＦＤ（フロッピー（登録商標）ディスク）や、Ｍ
Ｏ、ＲＯＭ、メモリカード、ＣＤ、ＤＶＤ、リムーバブ
ルディスクなどに記録し、提供し、配布することが可能
である。
【００７６】図１４は、本発明の第５の実施形態例を説
明するための構成図で、４１は投影板、４２は受光装
置、４３は３次元位置出力装置、４４は投光モジュール
である。
明するための構成図で、４１は投影板、４２は受光装
置、４３は３次元位置出力装置、４４は投光モジュール
である。
【００７７】投影板４１の表面上を投光モジュール４４
で照射し、描画された走査軌跡の図形等を受光装置４２
で観測し、その観測情報及び描画情報を３次元位置出力
装置４３で処理し、受光装置４２の位置及び姿勢を出力
するものである。
で照射し、描画された走査軌跡の図形等を受光装置４２
で観測し、その観測情報及び描画情報を３次元位置出力
装置４３で処理し、受光装置４２の位置及び姿勢を出力
するものである。
【００７８】図１５は、本発明の第５の実施形態例の投
光モジュールの構成図で、５１は磁気回路、５２はレン
ズ、５３はレーザ発光器、５４は制御信号発生モジュー
ルである。投光モジュール４４は、特開平６−３００５
４２号公報に記載されている「２次元レーザパターンに
よる形状特徴抽出装置および２次元レーザパターン発生
装置」に示されているような制御方法によって空間中に
任意のレーザ走査を行う。
光モジュールの構成図で、５１は磁気回路、５２はレン
ズ、５３はレーザ発光器、５４は制御信号発生モジュー
ルである。投光モジュール４４は、特開平６−３００５
４２号公報に記載されている「２次元レーザパターンに
よる形状特徴抽出装置および２次元レーザパターン発生
装置」に示されているような制御方法によって空間中に
任意のレーザ走査を行う。
【００７９】図１６は、本発明の第５の実施形態例の構
成を示すブロック図である。この実施例では、受光装置
４２の受光素子として、光の強度を電気信号に変換する
複数の受光素子を用いている。図中、Ａはレンズ、Ｂは
レンズＡを通過した光の投影面、Ｃはレンズ光軸と光の
投影面Ｂが交わる中心点、Ｄは受光素子、Ｆはレーザ照
射を受ける投影板の表示面、６１は表示装置、６２は集
光部、６３は投影面、６４はピーク検出部、６５は対応
関係位置決定部、６６は３次元位置算出部、６７は投光
モジュール、６８は制御信号発生部である。
成を示すブロック図である。この実施例では、受光装置
４２の受光素子として、光の強度を電気信号に変換する
複数の受光素子を用いている。図中、Ａはレンズ、Ｂは
レンズＡを通過した光の投影面、Ｃはレンズ光軸と光の
投影面Ｂが交わる中心点、Ｄは受光素子、Ｆはレーザ照
射を受ける投影板の表示面、６１は表示装置、６２は集
光部、６３は投影面、６４はピーク検出部、６５は対応
関係位置決定部、６６は３次元位置算出部、６７は投光
モジュール、６８は制御信号発生部である。
【００８０】受光素子Ｄは、投影面上に複数個設置され
ている。表示面Ｆは、一定周期でレーザビームの照射を
受けており、矢印Ｇのように高輝度スポットが高速移動
することになる。ここで任意の受光素子Ｄとレンズの中
心Ａを結ぶ直線と表示面Ｆの交点（例えば、Ｈ）上を高
輝度スポットが通過したとき、受光素子Ｄの出力はピー
クを有する。
ている。表示面Ｆは、一定周期でレーザビームの照射を
受けており、矢印Ｇのように高輝度スポットが高速移動
することになる。ここで任意の受光素子Ｄとレンズの中
心Ａを結ぶ直線と表示面Ｆの交点（例えば、Ｈ）上を高
輝度スポットが通過したとき、受光素子Ｄの出力はピー
クを有する。
【００８１】ピーク検出部６４は、各受光素子Ｄのピー
ク値を検出する。このピークの発生した時間と制御信号
発生部６８が投光モジュール６７に伝送した制御信号
（ｘ,ｙ）との対応関係を対応関係位置決定部６５にて
求めることで、画面上のどこが交点であったかを計測す
ることができる。
ク値を検出する。このピークの発生した時間と制御信号
発生部６８が投光モジュール６７に伝送した制御信号
（ｘ,ｙ）との対応関係を対応関係位置決定部６５にて
求めることで、画面上のどこが交点であったかを計測す
ることができる。
【００８２】３次元位置算出手段６６は、複数の輝点表
示位置座標およびその投影位置座標の集合から表示装置
の輝点走査面を基準とした受光装置の３次元位置・姿勢
を計算するものである。
示位置座標およびその投影位置座標の集合から表示装置
の輝点走査面を基準とした受光装置の３次元位置・姿勢
を計算するものである。
【００８３】図１７は、本発明の第５の実施形態例の動
作を示すフローチャートである。この図を用いて動作を
詳細に説明する。
作を示すフローチャートである。この図を用いて動作を
詳細に説明する。
【００８４】（第１段階）ピーク検出部６４であるどれ
かの受光素子Ｄのピーク値が検出されたとする（Ｓ３
１）。このピークの発生した時刻に図１６中の制御信号
発生部６８から伝送されるレーザ走査用制御信号（Ｘ
１,Ｙ１）を対応関係位置決定部６５にて受信する。
（Ｓ３２）
かの受光素子Ｄのピーク値が検出されたとする（Ｓ３
１）。このピークの発生した時刻に図１６中の制御信号
発生部６８から伝送されるレーザ走査用制御信号（Ｘ
１,Ｙ１）を対応関係位置決定部６５にて受信する。
（Ｓ３２）
【００８５】（第２段階）対応関係位置決定部６５は、
レーザ走査用制御信号を投影板上のスポット表示位置
（Ｘｐ、Ｙｐ）に変換するとともに（Ｓ３３）、ピーク
値を出力した受光素子Ｄの位置（Ｘｒ、Ｙｒ）と、その
時のスポット表示位置（Ｘｐ、Ｙｐ）を記録する（Ｓ３
４）。（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘp,Ｙp）への変換は下記の
式を用いる事とし、変換係数ａ０〜ａ５は、予め求めて
おくものとする。
レーザ走査用制御信号を投影板上のスポット表示位置
（Ｘｐ、Ｙｐ）に変換するとともに（Ｓ３３）、ピーク
値を出力した受光素子Ｄの位置（Ｘｒ、Ｙｒ）と、その
時のスポット表示位置（Ｘｐ、Ｙｐ）を記録する（Ｓ３
４）。（Ｘ１,Ｙ１）から（Ｘp,Ｙp）への変換は下記の
式を用いる事とし、変換係数ａ０〜ａ５は、予め求めて
おくものとする。
【００８６】
【数４】
【００８７】（第３段階）３次元位置算出部６６は、３
点以上の（Ｘｐ、Ｙｐ、Ｘｒ、Ｙｒ）及び集光部６２の
焦点距離から受光装置４２の位置及び姿勢を計算するこ
とができる（Ｓ３５）。この具体的な演算方法は、図６
で示された演算手法で受光装置の３次元位置及び姿勢を
計算し出力する。
点以上の（Ｘｐ、Ｙｐ、Ｘｒ、Ｙｒ）及び集光部６２の
焦点距離から受光装置４２の位置及び姿勢を計算するこ
とができる（Ｓ３５）。この具体的な演算方法は、図６
で示された演算手法で受光装置の３次元位置及び姿勢を
計算し出力する。
【００８８】図１８、図１９は、本発明の第６の実施形
態例を説明するための構成図で、図１８は全体斜視図、
図１９は側面図である。符号７１は投影板、７２は受光
装置、７３は３次元位置出力装置、７４は投光モジュー
ル、７５はパーソナルコンピュータである。
態例を説明するための構成図で、図１８は全体斜視図、
図１９は側面図である。符号７１は投影板、７２は受光
装置、７３は３次元位置出力装置、７４は投光モジュー
ル、７５はパーソナルコンピュータである。
【００８９】投影板７１は半透明とし、投光モジュール
７４より照射されたレーザー光の輝点は投影板７１の裏
面にて拡散反射され、投影板７１の表面に輝点のみを表
示するものである。また、本装置は、ラスタスキャン型
ディスプレイを持たないＰＣ等への３次元入力を前提と
しており、投影板７１に対する受光装置７２の３次元位
置・姿勢を接続されたパーソナルコンピュータ７５へ伝
送する。
７４より照射されたレーザー光の輝点は投影板７１の裏
面にて拡散反射され、投影板７１の表面に輝点のみを表
示するものである。また、本装置は、ラスタスキャン型
ディスプレイを持たないＰＣ等への３次元入力を前提と
しており、投影板７１に対する受光装置７２の３次元位
置・姿勢を接続されたパーソナルコンピュータ７５へ伝
送する。
【００９０】この実施形態例における投光モジュールの
構成図、構成を示すブロック図、動作を示すフローチャ
ートは、図１４に示した第５の実施形態例と同様であ
る。
構成図、構成を示すブロック図、動作を示すフローチャ
ートは、図１４に示した第５の実施形態例と同様であ
る。
【００９１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、３
次元位置・姿勢の入力装置として投影位置座標を検出可
能な半導体素子と輝点を２次元面上に移動もしくは走査
する表示装置のみで実現するため、設置スぺースをあま
り必要とせず、さらに磁界や温度等の影響を受けず安定
して３次元計測を行える。また、３個の受光素子を用い
て３点による３次元位置・姿勢を計測することで、最小
の時間間隔で３次元位置・姿勢を計測できる。さらに、
任意の複数時刻における輝点表示位置座標およびその投
影位置座標を前記記録時刻に従って対応を関係付け、複
数の輝点表示位置座標およびその投影位置座標の集合か
ら前記表示装置の輝点移動面もしくは輝点走査面を基準
とした受光装置の３次元位置・姿勢を計算することで、
また、任意数および任意位置の投影像位置座標と輝点表
示位置座標の組み合わせを用いて３次元位置・姿勢計算
を行えるため、表示装置の１回の走査間隔に複数回３次
元位置・姿勢を計測できることから、広範囲に渡って直
観的３次元入力が可能であるという効果を有する。
次元位置・姿勢の入力装置として投影位置座標を検出可
能な半導体素子と輝点を２次元面上に移動もしくは走査
する表示装置のみで実現するため、設置スぺースをあま
り必要とせず、さらに磁界や温度等の影響を受けず安定
して３次元計測を行える。また、３個の受光素子を用い
て３点による３次元位置・姿勢を計測することで、最小
の時間間隔で３次元位置・姿勢を計測できる。さらに、
任意の複数時刻における輝点表示位置座標およびその投
影位置座標を前記記録時刻に従って対応を関係付け、複
数の輝点表示位置座標およびその投影位置座標の集合か
ら前記表示装置の輝点移動面もしくは輝点走査面を基準
とした受光装置の３次元位置・姿勢を計算することで、
また、任意数および任意位置の投影像位置座標と輝点表
示位置座標の組み合わせを用いて３次元位置・姿勢計算
を行えるため、表示装置の１回の走査間隔に複数回３次
元位置・姿勢を計測できることから、広範囲に渡って直
観的３次元入力が可能であるという効果を有する。
【図１】本発明の一実施形態例を説明する装置概略図で
ある。
ある。
【図２】本発明の第１の実施形態例における受光装置の
構成図である。
構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態例における受光装置の
他の構成図である。
他の構成図である。
【図４】本発明の第１の実施形態例における受光装置の
他の構成図である。
他の構成図である。
【図５】本発明の第１の実施形態例の構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図６】本発明の第１の実施形態例の動作を示すフロー
チャートである。
チャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態例における受光装置の
構成図である。
構成図である。
【図８】本発明の第２の実施形態例の構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図９】本発明の第２の実施形態例の動作を示すフロー
チャートである。
チャートである。
【図１０】本発明の第３の実施形態例における受光装置
の構成図である。
の構成図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態例を説明する装置概
略図である。
略図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態例の動作を示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図１３】３点以上による３次元位置・姿勢の演算方法
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態例を説明するための
構成図である。
構成図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態例の投光モジュール
の構成図である。
の構成図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態例の構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態例の動作を示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図１８】本発明の第６の実施形態例を説明するための
全体構成図である。
全体構成図である。
【図１９】図１８の側面図である。
１ ラスタスキャン方式ディスプレイ ２ 受光装置 ３ ３次元位置出力装置 ４ ピーク検出部 ５ カウンタ ６ ＡＮＤゲート ７ 対応関係位置決定部 ８ ３次元位置算出部 ９ 検出位置時刻決定部 １０ ２次元情報変換部 １１ 受光装置部 １２ マウスパット ２１ 半導体位置検出素子 ３１ ディスプレイ面 ３２ レンズ ３３ 受光素子面 ４１ 投影板 ４２ 受光装置 ４３ ３次元位置出力装置 ４４ 投光モジュール ５１ 磁気回路 ５２ レンズ ５３ レーザ発光器 ５４ 制御信号発生モジュール ６１ 表示装置 ６２ 集光部 ６３ 投影面 ６４ ピーク検出部 ６５ 対応関係位置決定部 ６６ ３次元位置算出部 ６７ 投光モジュール ６８ 制御信号発生部 ７１ 投影板 ７２ 受光装置 ７３ ３次元位置出力装置 ７４ 投光モジュール ７５ パーソナルコンピュータ ８１ 凹レンズ（ミラー） ８２ 穴（受光窓） ８３ ピンホール Ａ レンズ Ｂ レンズＡを通過した光の投影面 Ｃ レンズ光軸と光の投影面Ｂが交わる中心点 Ｄ 受光素子 Ｆ ラスタスキャン方式ディスプレイの表示面である Ｎ 受光部 Ｍ 集光部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年２月１３日（２００１．２．１
３）
３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】また、４個の受光素子とディスプレイユニ
ットを用いた３次元入力装置は、必要最小限の受光素子
しか持たないため、ディスプレイ上の検出点が１個でも
はずれると３次元計測が不可能となってしまう。また、
特開平７−２７０１２４号公報に記載の計算方式は、デ
ィスプレイ面と受光素子が正対した場合や、４個の受光
素子のうち正対する２つの組のいずれかを結ぶ直線の方
向が投影面側でディスプレイ面に対して平行になった場
合に、著しく感度が低下して計測不能となるため、使用
範囲が限定されるという問題があった。さらに、３次元
計測の間隔は、４個の受光検出すべてが終了しなければ
行えないため、ディスプレイユニットの走査時間の間隔
以内に限定されるという問題があった。
ットを用いた３次元入力装置は、必要最小限の受光素子
しか持たないため、ディスプレイ上の検出点が１個でも
はずれると３次元計測が不可能となってしまう。また、
特開平７−２７０１２４号公報に記載の計算方式は、デ
ィスプレイ面と受光素子が正対した場合や、４個の受光
素子のうち正対する２つの組のいずれかを結ぶ直線の方
向が投影面側でディスプレイ面に対して平行になった場
合に、著しく感度が低下して計測不能となるため、使用
範囲が限定されるという問題があった。さらに、３次元
計測の間隔は、４個の受光検出すべてが終了しなければ
行えないため、ディスプレイユニットの走査時間の間隔
以内に限定されるという問題があった。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５２】（第３段階）３次元位置算出部８は、３点
以上の（Ｘｐ、Ｙｐ、Ｘｒ、Ｙｒ）及び受光装置２の集
光部の焦点距離ｆから受光装置２の位置及び姿勢を計算
することができる（Ｓ８）。この具体的な演算方法は、
３点による計測の場合には、文献「出口光一郎 “射影
幾何学によるＰｎＰカメラ問題の統一的解法” 情報処
理シンポジウム、Vol.90,pp41-50,1990」に示されてい
るような演算手法で、４点による計測の場合では、文献
（R.J.Holt and A.N.Netravali. Camera calibration p
roblem:Some new results. Computer Vision, Graphic
s, and Image Processing: Image Understanding, Vol.
54, No.3, PP.368-383, 1991.）や、文献「加藤晃市他
“能動的図形更新によるカメラキャリブレーション”電
子情報通信学会、信学技報、PRU94-112(1995-01)、39〜4
6頁」、特開平７−２７０１２４号公報に示されている
ような演算手法で受光装置２の３次元位置及び姿勢を計
算し出力する。また、３点以上の複数点による３次元位
置・姿勢の演算方法は、文献「R、M、Haralick、C.Lee、K.O
ttenberg、and M.Nolle、“Analysis Solutions of The T
hree PointPerspective Pose Estimation Problem” p
p.592-598,1991 IEEE」に示されている。
以上の（Ｘｐ、Ｙｐ、Ｘｒ、Ｙｒ）及び受光装置２の集
光部の焦点距離ｆから受光装置２の位置及び姿勢を計算
することができる（Ｓ８）。この具体的な演算方法は、
３点による計測の場合には、文献「出口光一郎 “射影
幾何学によるＰｎＰカメラ問題の統一的解法” 情報処
理シンポジウム、Vol.90,pp41-50,1990」に示されてい
るような演算手法で、４点による計測の場合では、文献
（R.J.Holt and A.N.Netravali. Camera calibration p
roblem:Some new results. Computer Vision, Graphic
s, and Image Processing: Image Understanding, Vol.
54, No.3, PP.368-383, 1991.）や、文献「加藤晃市他
“能動的図形更新によるカメラキャリブレーション”電
子情報通信学会、信学技報、PRU94-112(1995-01)、39〜4
6頁」、特開平７−２７０１２４号公報に示されている
ような演算手法で受光装置２の３次元位置及び姿勢を計
算し出力する。また、３点以上の複数点による３次元位
置・姿勢の演算方法は、文献「R、M、Haralick、C.Lee、K.O
ttenberg、and M.Nolle、“Analysis Solutions of The T
hree PointPerspective Pose Estimation Problem” p
p.592-598,1991 IEEE」に示されている。
Claims (32)
- 【請求項１】 輝点を発光する表示装置に対する受光装
置の３次元位置と姿勢を計測する３次元位置・姿勢計測
装置であって、 前記表示装置の表示面上にて前記輝点が移動可能である
表示装置と、 該表示装置上の輝点を集光し、スポット光として投影面
に投影する集光部と投影されたスポット光の投影位置を
検出可能な受光素子を配置した投影面を有する受光装置
と、 前記表示装置の輝点表示位置座標と前記受光素子に基づ
くスポット光の投影位置座標とを対応づける対応付け手
段と、 該対応付け手段により対応づけられた複数の輝点表示位
置座標及びその投影位置座標の集合から前記表示装置の
輝点移動面面を基準とした受光装置の３次元位置・姿勢
を計算する３次元位置算出手段とを有することを特徴と
する３次元位置・姿勢計測装置。 - 【請求項２】 前記スポット光の投影位置を検出可能な
受光素子がスポット状の受光窓を有する受光素子の集合
であることを特徴とする請求項１に記載の３次元位置・
姿勢計測装置。 - 【請求項３】 前記スポット状の受光窓を有する受光素
子が３個の受光素子であるとともに、前記対応付け手段
により対応づけられる輝点表示位置座標及びその投影位
置座標が、３つであることを特徴とする請求項２に記載
の３次元位置・姿勢計測装置。 - 【請求項４】 前記スポット状の受光窓を有する受光素
子が、５個以上の受光素子であるとともに、前記対応付
け手段により対応づけられる輝点表示位置座標及びその
投影位置座標が、５つ以上の任意の数であることを特徴
とする請求項２に記載の３次元位置・姿勢計測装置。 - 【請求項５】 前記対応付け手段は、 前記表示装置の輝点を前記受光装置上の前記投影面に投
影された各受光素子上での投影像の位置座標と投影時刻
を関係付ける手段と、 前記投影位置座標と投影時刻を記録する手段と、 複数時刻における輝点表示位置座標及びその投影位置座
標を前記記録した投影時刻に従って対応を関係付ける対
応関係位置決定手段とを有することを特徴とする請求項
２に記載の３次元位置・姿勢計測装置。 - 【請求項６】 前記表示装置として当該輝点を走査し、
表示を行うことを特徴とする請求項２に記載の３次元位
置・姿勢計測装置。 - 【請求項７】 前記表示装置として当該輝点を走査し、
表示を行うためにＣＲＴディスプレイを用いることを特
徴とする請求項６に記載の３次元位置・姿勢計測装置。 - 【請求項８】 前記表示装置として当該輝点を走査し、
表示を行うために輝点照射装置及び投影板を用いること
を特徴とする請求項６に記載の３次元位置・姿勢計測装
置。 - 【請求項９】 前記受光装置として、光軸が異なる複数
の集光部及び投影面を具備したことを特徴とする請求項
２に記載の３次元位置・姿勢計測装置。 - 【請求項１０】 前記受光装置が、ロボット、車両など
の移動体、身体の一部への装着又は身体の一部で把持可
能とする手段を有することを特徴とする請求項２に記載
の３次元位置・姿勢計測装置。 - 【請求項１１】 前記受光装置を、平面の移動量を数値
化し、２次元情報に変換する手段と組み合わせたことを
特徴とする請求項２に記載の３次元位置・姿勢計測装
置。 - 【請求項１２】 前記変換手段として、トラックボー
ル、マウス、レーザーセンサのいずれかを用いたことを
特徴とする請求項１１に３次元位置・姿勢計測装置。 - 【請求項１３】 前記受光装置が、出力する信号伝達を
有線又は無線として自由に移動を可能としたことを特徴
とする請求項２に記載の３次元位置・姿勢計測装置。 - 【請求項１４】 前記スポット光の投影位置を検出可能
な受光素子が面状の受光部を有し、スポット光の位置座
標を出力可能な受光素子であることを特徴とする請求項
１に記載の３次元位置・姿勢計測装置。 - 【請求項１５】 前記対応付け手段は、 前記表示装置の輝点を前記受光装置の前記投影面に投影
したスポット光の各受光素子上での投影位置座標と投影
時刻を関係付ける手段と、 前記投影位置座標と前記投影時刻を記録する手段と、 複数時刻における輝点表示位置座標及びその投影位置座
標を前記記録した投影時刻に従って対応を関係付ける対
応関係位置決定手段とを有することを特徴とする請求項
１４に記載の３次元位置・姿勢計測装置。 - 【請求項１６】 前記受光装置として半導体位置検出素
子を用いたことを特徴とする請求項１４に記載の３次元
位置・姿勢計測装置。 - 【請求項１７】 前記表示装置として当該輝点を走査
し、表示を行うことを特徴とする請求項１４に記載の３
次元位置・姿勢計測装置。 - 【請求項１８】 前記表示装置として当該輝点を走査
し、表示を行うためにＣＲＴディスプレイを用いること
を特徴とする請求項１７に記載の３次元位置・姿勢計測
装置。 - 【請求項１９】 前記表示装置として当該輝点を走査
し、表示を行うために輝点照射装置及び投影板を用いる
ことを特徴とする請求項１７に記載の３次元位置・姿勢
計測装置。 - 【請求項２０】 前記受光装置として、光軸が異なる複
数の集光部及び投影面を具備したことを特徴とする請求
項１４に記載の３次元位置・姿勢計測装置。 - 【請求項２１】 前記受光装置が、ロボット、車両など
の移動体、身体の一部への装着又は身体の一部で把持可
能とする手段を有することを特徴とする請求項１４に記
載の３次元位置・姿勢計測装置。 - 【請求項２２】 前記受光装置を、平面の移動量を数値
化し、２次元情報に変換する変換手段と組み合わせたこ
とを特徴とする請求項１４に記載の３次元位置・姿勢計
測装置。 - 【請求項２３】 前記変換手段として、トラックボー
ル、マウス、レーザーセンサのいずれかを用いたことを
特徴とする請求項２２に３次元位置・姿勢計測装置。 - 【請求項２４】 前記受光装置が、出力する信号伝達を
有線又は無線として自由に移動を可能としたことを特徴
とする請求項１４に記載の３次元位置・姿勢計測装置。 - 【請求項２５】 輝点を発光する表示装置に対する受光
装置の３次元位置と姿勢を計測する３次元位置・姿勢計
測方法であって、 前記表示装置の表示面上にて前記輝点を任意に移動させ
るステップと、 前記表示装置上の輝点を集光し、前記投影面に投影する
スポット光の投影位置座標を得るステップと、 前記表示装置の輝点表示位置座標と前記受光素子に基づ
くスポット光の投影位置座標とを対応づけるステップ
と、 前記対応づけられた複数の輝点表示位置座標及びその投
影位置座標の集合から前記表示装置の輝点移動面面を基
準とした受光装置の３次元位置・姿勢を計算するステッ
プとを有することを特徴とする３次元位置・姿勢計測方
法。 - 【請求項２６】 前記スポット光の投影位置を検出可能
な受光素子がスポット状の受光窓を有する受光素子の集
合であることを特徴とする請求項２５に記載の３次元位
置・姿勢計測方法。 - 【請求項２７】 前記対応づけるステップは、 前記表示装置の輝点を前記受光装置上の前記投影面に投
影された各受光素子上での投影像の位置座標と投影時刻
を関係付けるステップと、 前記投影位置座標と投影時刻を記録するステップと、 複数時刻における輝点表示位置座標及びその投影位置座
標を前記記録した投影時刻に従って対応を関係付ける対
応関係位置決定ステップとを有することを特徴とする請
求項２６に記載の３次元位置・姿勢計測方法。 - 【請求項２８】 前記スポット光の投影位置を検出可能
な受光素子が面状の受光部を有し、スポット光の位置座
標を出力可能な受光素子であることを特徴とする請求項
２５に記載の３次元位置・姿勢計測方法。 - 【請求項２９】 前記対応づけるステップは、 前記表示装置の輝点を前記受光装置の前記投影面に投影
したスポット光の各受光素子上での投影位置座標と投影
時刻を関係付けるステップと、 前記投影位置座標と前記投影時刻を記録するステップ
と、 複数時刻における輝点表示位置座標及びその投影位置座
標を前記記録した投影時刻に従って対応を関係付ける対
応関係位置決定ステップとを有することを特徴とする請
求項２８に記載の３次元位置・姿勢計測方法。 - 【請求項３０】 輝点を発光する表示装置に対する受光
装置の３次元位置と姿勢を計測する３次元位置・姿勢計
測方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを
記録した記録媒体であって、 前記表示装置の表示面上にて前記輝点を任意に移動させ
るステップと、 前記表示装置上の輝点を集光し、前記投影面に投影する
スポット光の投影位置座標を得るステップと、 前記表示装置の輝点表示位置座標と前記受光素子に基づ
くスポット光の投影位置座標とを対応づけるステップ
と、 前記対応づけられた複数の輝点表示位置座標及びその投
影位置座標の集合から前記表示装置の輝点移動面面を基
準とした受光装置の３次元位置・姿勢を計算するステッ
プとからなり、 前記各ステップを機能させることを特徴とするコンピュ
ータ読取可能な記録媒体。 - 【請求項３１】 前記スポット光の投影位置を検出可能
な受光素子がスポット状の受光窓を有する受光素子の集
合であることを特徴とする受光素子であって、 前記対応づけるステップが、 前記表示装置の輝点を前記受光装置上の前記投影面に投
影された各受光素子上での投影像の位置座標と投影時刻
を関係付けるステップと、 前記投影位置座標と投影時刻を記録するステップと、 複数時刻における輝点表示位置座標及びその投影位置座
標を前記記録した投影時刻に従って対応を関係付ける対
応関係位置決定ステップとを有することを特徴とする請
求項３０に記載の記録媒体。 - 【請求項３２】 前記対応づけステップにおける前記受
光素子に基づくスポット光が、該受光素子から出力され
たスポット光であって、 前記対応づけるステップが、 前記表示装置の輝点を前記受光装置の前記投影面に投影
したスポット光の各受光素子上での投影位置座標と投影
時刻を関係付けるステップと、 前記投影位置座標と前記投影時刻を記録するステップ
と、 複数時刻における輝点表示位置座標及びその投影位置座
標を前記記録した投影時刻に従って対応を関係付ける対
応関係位置決定ステップとを有することを特徴とする請
求項３０に記載の記録媒体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000306482A JP3523583B2 (ja) | 1999-10-05 | 2000-10-05 | ３次元位置・姿勢計測装置及びその方法並びに記録媒体 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11-283670 | 1999-10-05 | ||
| JP28367099 | 1999-10-05 | ||
| JP2000306482A JP3523583B2 (ja) | 1999-10-05 | 2000-10-05 | ３次元位置・姿勢計測装置及びその方法並びに記録媒体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001175405A true JP2001175405A (ja) | 2001-06-29 |
| JP3523583B2 JP3523583B2 (ja) | 2004-04-26 |
Family
ID=26555135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000306482A Expired - Lifetime JP3523583B2 (ja) | 1999-10-05 | 2000-10-05 | ３次元位置・姿勢計測装置及びその方法並びに記録媒体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3523583B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013246728A (ja) * | 2012-05-28 | 2013-12-09 | Sharp Corp | 電子装置及び検出情報の出力方法 |
| KR101383082B1 (ko) * | 2012-06-29 | 2014-04-08 | 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 | 3차원 좌표 입력 장치 |
| CN111427452A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-07-17 | 海信视像科技股份有限公司 | 控制器的追踪方法及vr系统 |
-
2000
- 2000-10-05 JP JP2000306482A patent/JP3523583B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013246728A (ja) * | 2012-05-28 | 2013-12-09 | Sharp Corp | 電子装置及び検出情報の出力方法 |
| KR101383082B1 (ko) * | 2012-06-29 | 2014-04-08 | 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 | 3차원 좌표 입력 장치 |
| CN111427452A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-07-17 | 海信视像科技股份有限公司 | 控制器的追踪方法及vr系统 |
| CN111427452B (zh) * | 2020-03-27 | 2023-10-20 | 海信视像科技股份有限公司 | 控制器的追踪方法及vr系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3523583B2 (ja) | 2004-04-26 |
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