JP2001515583A

JP2001515583A - 構造的隠蔽を伴う放射エネルギ変換装置

Info

Publication number: JP2001515583A
Application number: JP52696597A
Authority: JP
Inventors: レイマー，デイビッド・ピィ; ワトソン，ハロルド・イー; リッター，マイケル・ピィ; エプリング，ボビー・エル; シュミット，マーク・ジィ; レインズ・ジュニア，ジャック・シィ
Original assignee: アドバンスト・オプティカル・テクノロジーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー
Priority date: 1996-01-23
Filing date: 1997-01-22
Publication date: 2001-09-18
Also published as: WO1997027450A1; EP0876583A4; EP0876583A1; AU1707597A; CA2244242A1; WO1997027449A1; AU1707397A

Abstract

(57)【要約】検出器応答のジオメトリおよび比の応用で光強度および／または周波数を用いる、物体の位置を追跡する光学位置追跡システムが提供され、これは、構造的隠蔽および拡散反射の概念を使用する光分布および光検出コンポーネント（５９）を有する。拡散反射するキャビティ(１６)、マスク（Ｍ）およびバッフル（５１）は分布コンポーネント（５９）のある放射特性と検出コンポーネント（５９）のある反応特性とを向上させて、それらを含むその放射および検出プロファイルを、分布および検出コンポーネント（５９）が面する半球領域内のすべての角に対して実質的に一様に調節するために用いられる。分布および／または検出コンポーネント（５９）は特別に構成されたバッフル（５１）で区切られる。区切られた分布器は、セクションがスペクトル的に異なったまたは区別可能な放射を発することができる別個の発光セクションを有する。区切られた検出器は、セクションがさまざまな方向からの放射を検出できる別個の検出セクションを有する。

Description

【発明の詳細な説明】構造的隠蔽を伴う放射エネルギ変換装置発明の背景この発明は、光エミッタおよび光検出器、ならびに光学的な位置トラッキング装置に関し、特に、比較的少数の光学素子を用いる、物体の位置をトラッキングするのに用いられてもよい区別される放射および検出性質を有する光学装置に一般に関する。位置トラッキングは、ますます増加している適用例とともに成長している技術である。たとえば、娯楽の分野では、３次元での位置トラッキングを仮想現実シミュレーションに用いている。位置トラッキングは、産業分野においても、プロセス制御およびロボット工学における適用例とともに用いられている。生物医学の分野でも、人体の動きのパターンを決定するのに、人体の部分をトラッギングするための位置トラッキング装置を用いている。同様に動画力学においても、動画化された姿勢を制御するために、体の複数の部分のトラッキングを用いる。この他にも、位置トラッキングが、有利ではないにしても、有用であるような適用例が数多く存在する。従来の位置トラッキングは、大きく分けて２つの技術、つまり能動的システムと受動的システムとに分けられ得る。能動的システムは、トラッキングされている物体上において能動電子素子を用いる。たとえば、ポルヘマス（Polhemus）の３スペース・アイソトラックII（3SPACE ISOTRACK II）（登録商標）システムは、能動磁気素子を用いて、体の位置を表わす動的磁界を作り出す。この磁界における変化を感知することにより、このシステムはその物体の空間位置の６つのすベての軸を伝える。能動的システムは一般に高性能かつハイ・エンドの製品である。しかしながら、それらは、限られた動きの範囲、金属干渉、複雑な動作、および高いコストといった不利な点を有し得る。特に、磁界の範囲が典型的に制限され、後につく接続ワイヤがしばしば厄介なものとなる。動きの領域が実質的な金属を含む場合、界全体のマッピングは、普通は、そのシステムの必要とされる初期設定の一部である。対照的に、受動的システムは、物体とそのシステムとの間に物理的なリンクを伴うことなくその物体をトラッキングする。逆反射体のような目標点を用いてもよく、またはビデオ画像の画像処理を行なってもよい。受動的システムは、能動的システムと比較した場合、複雑さおよび費用がより低減されるということがよくある一方で、分解能が不足することもしばしばである。したがって、物体認識の場合、能動的システムは典型的には大量の画像処理を必要とし、このことは費用の増大および誤りの可能性の増大をもたらし得る。反射体の使用はこれらの問題のうちのいくつかを回避するが、それもまた、臨界整列および多数の初期設定に対する必要性といった他の問題を引き起こさずにはいない。上で論じたさまざまなシステム制限とは別に、フォトダイオードまたは電荷結合素子（ＣＣＤ）といった光検出器の感知コンポーネントは、それら自身の制限を有する。これらコンポーネントは（たとえばスリットを設けることにより、またはグレーコード化された複数素子アレイを用いて）指向性に対し感度を有するように作られ得るが、その応答はしばしば制限される。たとえば、それらは典型的には１つの軸のみについて方向情報または分解能を与え、そのセンサの精度は典型的には設けられる光学素子の数によって制限される。したがって、最小限の電子および／または光学素子を用いて、物体の回転を含むよう６つの軸すべてではないにしても少なくとも３つの軸に沿って物体の位置をトラッキングし得る、比較的単純かつ安価な位置トラッキングシステムに対するはっきりとした要求があることが理解されるはずである。そのシステムは、低い整列および初期設定要件および低い処理要求を有することが望まれる。その点において、このシステムは構造的かつ電子工学的に単純である一方で、物体がそのシステムに対して位置決めされる方向を示すよう少なくとも方向指示を与えることができる状態にとどまることが望まれる。さらには、このシステムは、方向データと並んで、三次元空間における物体をトラッキングするための、距離データを含む位置データを与えることができることが望まれる。この発明はこれらの所望される点のすべておよびそれ以上のものに対処する。発明の概要この発明は、一般には検出器応答のジオメトリおよび比の適用を伴う光強度および／または周波数を用いて、物体の位置をトラッキングする光位置トラッキングシステムにある。この発明は、調整される空間的強度プロファイルでの球形または半球形座標によって規定されてもよい領域の照射、および／またはその領域において物体に関連付けられる光の検出を、検出される光の特性または性質はその領域におけるその物体の相対位置または運動を示すものであるという認識でもって与える。有利なことに、この発明は、構造的隠蔽および拡散反射の概念を、その目的を向上された効率でもって達成するよう適用する。一実施例におけるこの位置トラッキングシステムは、トラッキングされている最中の物体に取付けられる逆反射体と、光分布器と光検出器とを含むヘッドモジュールとを含む。この発明によって用いられる構造的隠蔽は、この分布器の或る放射特性と、この検出器の或る応答特性とを向上させるマスクを用いることを含む。たとえば、所定の位置にあるマスクによって、分布器はより一様な放射プロファイルを、検出器はより一様な応答プロファイルを、少なくとも水平線に近づく高度に対して与えることができる。一般に、マスクの位置および／またはサイズを変更することによって、放射プロファイルおよび応答プロファイルは変動する。これらプロファイルは、バッフルを用いることによって、特に水平線での角度またはそれに近い角度のプロファイルに対してさらに操作または改善されてもよい。このバッフルは円錐形または交差する構造をとり得る。この発明によって用いられる電磁放射が可視光を含む場合、マスクおよびバッフルを含むコンポーネントは、可視波長に対し約９９％の反射率を有するランバートの重合体材料からなる。この発明のある特徴に従うと、構造的に隠蔽される分布器の分布プロファイルは、その分布器上の半球形領域のすべてではないにしてもほとんどの方位および高度にわたって、特定的に調整されるかまたは実質的に一様にされ得る。これに対応して、構造的に隠蔽される検出器の応答プロファイルが、その検出器上の半球形領域のすべてではないとしてもほとんどの方位および高度に対して、特定的に調整されるかまたは実質的に一様にされ得る。本質的に、構造的隠蔽は、分布器および検出器の両方を、その隠蔽された装置が対面する半球形領域において一様に全方向性にし得る。このシステムが反射体（または点）の位置をトラッキングするかまたは少なくともその反射体に対する方向情報を与えるために、このシステムのヘッドモジュールは、分布器または検出器のいずれであってもよい区切られた隠蔽される装置を含む。特に、分布器において区切りバッフルを用いることにより、区切られた分布器は、スペクトルが異なる、つまり区別可能な放射を発し得る区別される放射セクションを有するようにされる。これに対応して、検出器において区切りバッフルを用いることにより、区切られた検出器は、さまざまな方向からの放射を検出し得る区別される検出セクションを有するようにされる。このシステムは、区切られた装置と区切られない装置とのさまざまな組合せ、つまり区切られた分布器と区切られない検出器との組合せ、または区切られない分布器と区切られた検出器との組合せ、を用いるよう、さまざまに構成されてもよい。区切られた分布器は複数の放射セクションを設け、区切られた検出器は複数の検出セクションを設ける。ほとんどの構成において、単一のヘッドモジュールは、装置のうちのひとつが４つのセクションまたは四分円に区切られている上記組合せの１つを用いて、１つの反射体に対し２つの座標（たとえばρおよび０）について１組の方向データを与える。第１のヘッドモジュールがら離れて位置決めされるさらなるヘッドモジュールによって、その反射体に対する第２の組の方向データ（たとえばρ₂およびθ₂）が与えられ得る。方向データの第２の組を方向データの第１の組と相互参照することによって、このシステムは、その反射体に対して、３つの軸に沿ったその反射体の三次元における位置データつまり３つの座標を得ることができる。さらに、このシステムは、スペクトルにおいて異なる（または少なくともスぺクトルにおいて区別可能な反射体）を対応的にスペクトルにおいて互換性のあるセンサとともに用いてさらなる反射体をトラッキングすることにより、各反射体に対して収集されたデータを区別することができる。このシステムが、１つの反射体を検出するのに、区切られていない分布器と区切られた検出器とを有するヘッドモジュールを用いる場合、このシステムは、さらなる反射体に対応するセンサのさらなる組を各々が収容するさらなるヘッドモジュールを用い得る。しかしながら、このシステムは、センサのさらなる組すべてを収容するよう構成される単一のヘッドモジュールも用い得る。特に、単一ヘッドモジュールは、トラッキングされている最中の反射体に対応する組からのセンサを各々のセクションが収容する、１つの区切られた検出器を有して構成され得る。こうして、単一のモジュールは複数の反射体をトラッキングし得る。上記のヘッドモジュールの変形物として、区切られていない分布器および区切られた検出器は、ヘッドモジュール内において別個のキャビティを用いてもよくまたは単一のキャビティを共有してもよい。さらに、さらなる変形物として、ヘッドモジュールの区切られていない分布器は、連続的な広帯域放射または広帯域放射のパルスを発してもよい。この放射がパルスで発される場合、反射体から反射するパルス放射に対する経過時間は、システムによって、トラッキングされる反射体に対する距離座標を与えるデータとして分析され得る。放射の強度変動と、パルスの経過時間との両方を用いることにより、システムは、別個のヘッドモジュールを用いることなく、反射体に対する３つの座標すべてを導き出し得る。このシステムは、トラッキングされている最中の物体と家具または壁などの他の無関係の物体とを区別することなく検出ゾーンを照射するため、背景または自己照射が重大となって、システムの性能に悪影響を与え得る。異なる、または区別可能なスペクトル特性のセンサを、システムにおいて、複数の反射体を検出するために用いる場合、そのシステムは、自己照射の影響を補償し得るよう、背景照射感知専用のセンサの別個の組を設ける。さらに、このシステムは、背景照射のレベルを低減するよう構成されてもよい。特に、このシステムは、スプリットで区切られた検出器間に位置される走査ビーム源を有するヘッドモジュールを利用する。このビームは所定の幅を有し、反射体を捜して検出ゾーンを掃引する。任意の所与の時間にゾーンの或る部分のみを照射するこのビームでは、背景照射は実質的に低減され、システムは、したがって、非常に多くの、スペクトルにおいて区別可能な反射体を区別するよう比較的少数のフィルタセンサ組合せを用いて色分析を行なうのに利用可能となる。先の実施例同様、この実施例は、１つの反射体の３つの座標すべてを検出するのに、２つのヘッドモジュールを用いる。同様に、色分析を用いる代替的実施例では、このシステムは、区切られた分布器を伴う区切られていない検出器を含むヘッドモジュールを用いる。この区切られた分布器は、各セクションが区別可能な色に区別立てて関連付けられるように、区別可能な色（周波数）のランプを各セクションに収容する。色分析の適用に従うと、検出器はフィルタ処理されたセンサの小さな組合せを収容する。反射体によって反射された色混合は、ヘッドモジュールに対するその反射体に対する方向データの組を示すよう、システムによって分析される。さらに、このシステムは、トラッキングされている最中の物体上に置かれるＬＥＤのような能動光源と、区切られた検出器とを用いて、光学的に能動的なシステムとして構成されてもよい。この実施例では、ＬＥＤから発された光は区切られた検出器によって検出され、そのＬＥＤの色または振動周波数を用いて異なるＬＥＤを区別する。この発明は他の光学装置および位置トラッキングシステムも提供する。たとえば、さまざまな高度角に対して互いの光学面を選択的に隠蔽するような２つの構造を有するリングとして構成される光学装置が提供される。ここでも、構造的隠蔽の原理は、その装置を放射体または検出器として半球状になし得るような調整されたまたは実質的に一様なプロファイルをその装置が有するように適用される。さらに、この装置を、指向性を有するようにするために、その構造は区別される別個のセグメントを設けるよう構成されてもよい。この発明の他の特徴および利点は、例示的にこの発明の原理を示す添付の図面と関連させて、以下の好ましい実施例の説明から明らかとなるはずである。図面の簡単な説明この発明は、ゲーム設備の位置を判断し表示するための、この発明に従う位置トラッキングシステムの斜視図である。図２は、あるランバート面の概略図であり、そのランバート面に関連付けられるコサイン従属性性質を示す。図３Ａおよび図３Ｂは、ランバート面を構造的に隠蔽するために用いられるマスクの概略図である。図４は、この発明に従う、構造的隠蔽および拡散反射の概念を用いる光学装置の側面断面図である。図５は、図４の装置のコサイン従属性を示すグラフである。図６は、この発明に従う、構造的隠蔽および拡散反射の概念と円錐形バッフルとを用いる光学装置の側面断面図である。図７は、図６の装置のコサイン従属性の実質的な軽減または処理を示すグラフである。図８Ａおよび図８Ｂは、この発明に従う交差バッフルの斜視図である。図９は、この発明に従う別の交差バッフルの斜視図である。図１０は、この発明に従う、フレネルの反射の処理を伴う、構造的隠蔽および拡散反射の概念と交差バッフルとを用いる光学装置の側面断面図である。図１１は、バッフルの性質を有する特別に構成されたマスクを伴う光学装置の側面断面図である。図１２Ａは、この発明に従う区切られた分布器および区切られた検出器を表現する側面断面図である。図１２Ｂは、図１２Ａの線Ｂ−Ｂでの断面図である。図１３は、この発明に従う、オシロスコープに関連付けられて用いられるヘッドモジュールの斜視図である。図１４は、図１３のオシロスコープのディスプレイのＸ−Ｙ座標の概念的表現である。図１５は、電気信号を図１３のヘッドモジュールから図１３のオシロスコープのＸ−Ｙ座標に変換するための電子装置の概略図である。図１６は、この発明に従うヘッドモジュールの実施例の側面断面図である。図１７は、図１６の線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。図１８Ａは、この発明に従うヘッドモジュールの別の実施例の側面断面図である。図１８Ｂは、図１８Ａの線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。図１９Ａは、この発明に従うヘッドモジュールのさらなる実施例の側面断面図である。図１９Ｂは、図１９Ａの線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。図２０Ａは、この発明に従うヘッドモジュールのさらに別の実施例の側面断面図である。図２０Ｂは、図２０Ａの線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。図２１は、この発明に従うシステムの別の実施例の斜視図である。図２２Ａは、４つの個別の区切られた検出器が上に取付けられる台の平面図である。図２２Ｂは、図２２Ａの台の側面図である。図２３Ａは、この発明に従う隠蔽された装置の別の実施例の上面平面図である。図２３Ｂは、図２３Ａの隠蔽された装置の側面図である。図２３Ｃは、図２３Ｂの図から９０度回転した側面図である。図２４Ａは、この発明に従うリング状検出器の斜視図である。図２４Ｂは、図２４Ａのリング状検出器の上面平面図である。図２４Ｃは、図２４Ａのリング状検出器の側面図であり、それによって与えられる実質的に一定の断面領域を示す。図２５Ａは、この発明に従う、セクションに分けられたリング状検出器の斜視図である。図２５Ｂは、図２５Ａのリング状検出器の上面平面図である。図２５Ｃは、図２５Ａのリング状検出器の側面図であり、それによって与えられる実質的に一定の断面領域を示す。図２６Ａは、この発明に従う複数のキャビティを設けられた光学装置の上面平面図である。図２６Ｂは、図２６Ａの装置の、線Ｂ−Ｂに沿った側面断面図である。図２７Ａは、この発明に従う、構造的隠蔽および拡散反射の概念とバッフルとを用いる光学装置の別の実施例の側面断面図である。図２７Ｂは、図２７Ａの光学装置の、線Ｂ−Ｂに沿った図である。図２８は、この発明のある特徴に従う、球形カバレージを与えるよう背面合わせで構成される２つの区切られた光学装置の側面断面図である。図２９Ａは、この発明に従う、球形カバレージを与えるよう背面合わせで構成される２つのセクションに分けられたリング状検出器の斜視図である。図２９Ｂは、図２９Ａのリング状検出器の側面断面図である。図３０Ａは、この発明に従う方位装置の一実施例の側面断面図である。図３０Ｂは、図３０Ａの方位装置の、線Ｂ−Ｂに沿った図である。図３０Ｃは、調整されたカバレージを伴う、図３０Ａの方位装置の線Ｂ−Ｂに沿った図である。図３１Ａは、この発明に従う方位装置の別の実施例の側面断面図である。図３１Ｂは、図３１Ａの方位装置の線Ｂ−Ｂに沿った図である。図３１Ｃは、調整されたカバレージを伴う、図３１Ａの方位装置の線Ｂ−Ｂに沿った図である。好ましい実施例の説明例示の図面に示されるように、この発明は、複雑な電気的配線、高価な光検出器アレイ、ビデオカメラまたは画像処理を必要とすることなく、物体の位置をトラッキングする光学的な位置トラッキングシステムにある。より特定的には、このシステムは、光強度および周波数のような光学的性質を測定して、トラッキングされている最中の物体に対し、３つの軸に沿った位置データではないとしても、少なくとも２つの軸に沿った方向データを与える。所望される場合には、このシステムは、トラッキングされている最中の物体に対して、６つの軸に沿った位置および回転データをさらに与えてもよい。図１を参照して、この位置トラッキングシステムは数多くの適用例を有する。たとえば、このシステムはビデオゲーム１１において用いられてもよい。このビデオゲーム１１では、ゾーンＺ内のゲーム設備の位置または動きを表わす信号が検出および処理されて、ビデオモニタに与えられるビデオ信号に変換される。このシステムおよびディスプレイ１５はゾーンＺの外側に示されているが、これらのコンポーネントはもちろんゾーンＺの内側にあってもよい。位置トラッキングシステム１０の一実施例が、図１において、逆反射体ＲＲ１をトラッキングするヘッドモジュールＨを有する状態で示される。この発明のある特徴に従うと、ヘッドモジュールＨは、ともに以下においてさらに詳細に論じられる、構造的隠蔽および拡散反射の概念を利用する。背景として、構造的隠蔽は、実質的なランバート面の或る特性を、それがエミッタ面または検出器面であるにかかわらず、変化させるように用いられてもよい。実質的なランバーティアンエミッタＸを図２に示す。このエミッタＸは平面を伴って示されているが、実質的なランバート性質を有するエミッタ面は平面である必要はない。エミッタＸの放射強度は角φとともに変動することが観察される。したがって、エミッタＸは、角φの関数である放射強度プロファイルを有する。放射強度と角φとの間のこの関数または関係は、角φが変化するにつれての、面Ａの断面領域Ｋにおける変化に見られ得る。特に、φがエミッタ面Ａの法線がら規定される場合、断面領域Ｋは角φのコサイン関数として変動する。図２は、（これもＸで示される）実質的なランバート検出器をも表現している。この検出器Ｘは平面を伴って示されているが、実質的なランバート性質を伴う検出器面は平面である必要はない。エミッタＸのように、この検出器Ｘは角φの関数である応答強度プロファイルを有する。ここでも、この関数は、角φが水平線に対する法線から増加するにつれて減少する断面領域Ｋの変化において見られ得る。構造的隠蔽は、エミッタＸと検出器Ｘとの両方において角φに対するコサイン従属性を、除去しないにしても、低減するのを目的とする。図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、マスクＭを用いて面Ａを構造的に隠蔽する。適切にサイズ決めされかつ面Ａから適切に位置決めされて、マスクＭは、断面領域Ｋがφの大抵の角に対して一定にとどまるように、面Ａの部分を選択的に「ブロックする」ようにされる。したがって、マスクＭは、面の放射プロファイルまたは応答プロファイルが水平線に近い角φを除く角φに対して実質的に一様であるように、断面領域Ｋにおける変化を相殺する。図３Ａおよび図３Ｂに示されろ構成では、断面領域Ｋは、０度と約８０度との間のφの角に対しては一定にとどまる。この角の範囲は、マスクとアパチャとキャビティとの間のさまざまなジオメトリとともに変動する。全体的には、放射プロファイルまたは応答プロファイルは、さまざまなマスクおよび面のジオメトリで、所望されるように、区別されるよう操作されてもよい。このマスクＭは完全に不透明であってもよいが、構造的隠蔽はマスクＭにおける完全な不透明度を伴うことなく達成されてもよい。隠蔽された領域と隠蔽されない領域との間の放射の伝達における相対的な低減がマスクＭによって与えられる限り、コサイン従属性は変えられる。言及したように、このシステムは拡散反射の概念を適用する。背景として、拡散反射体は、面エミッタまたは検出器を点エミッタまたは検出器と置換えることによって、光学システムの効率を向上させ得る。両方の例に対し、図４を参照する。内面２０が拡散反射を行なうキャビティ１６を照射する点照射素子１２（たとえば光ファイバなど）を用いて、実質的なランバート放射面ＬＳを作り出し得る。このキャビティ１６は、一様に照射される面２１がキャビティ１６のアパチャ２２において作り出されるように、点素子１２からの放射を拡散反射する。これに対応して、内面２０が拡散反射を行なうキャビティ１６内において光を検出する点検出素子１２（フォトダイオードなど）を用いて、実質的なランバート検出面ＬＳを作り出し得る。このキャビティ１６は、点検出素子１６がアパチャ２２に達する放射を一様に検出するように、アパチャ２２を通ってキャビティ１６に入る放射を拡散反射する。この点素子１２は、キャビティ１６に配置される装置であってもよく、または、光をキャビティ１６に、または光をキャビティ１６から別の領域へ効率よく伝達する、光ファイバ１４または光導波路のような光伝達装置であってもよいことが当業者は理解される。マスクＭがアパチャ２２上において選択的に配置および／またはサイズ決めされる状態で、図４の隠蔽された装置は、（ｉ）隠蔽された分布器として、アパチャ２２上の領域を、その領域のほとんどすべての方向において実質的に一様である強度プロファイルで照射するか、または（ii）隠蔽された分布器として、球形または半球形座標においてρおよびθ方向に容易に規定される上記領域のほとんどすべての方向にわたって放射を一様に検出し得る。この放射プロファイルおよび検出プロファイルは、隠蔽された装置の水平線またはその付近の角（以下、水平線区域と称する）を除き、選択されたマスク／キャビティ／アパチャのジオメトリに従って大抵の角に対し実質的に一様にとどまり得る。図４のキャビティ１６は、キャビティ１６のアパチャ２２を取り囲む肩部２８も提供するベース１８に設けられ得る。このベース１８はアルミニウム、プラスチック、または同様の材料から形成されてもよく、ベース１８が全体として入射光を拡散反射し得るよう、硫酸バリウムなどの拡散反射物質のコーティングで覆われてもよい。ベース１８は、ニュー・ハンプシャー（New Hampshire）、ノース・サットン（North Sutton）のラブスフィア・インク（Labsphere Inc.）によって販売されているスペクトラロン（Spectralon（登録商標））のような拡散反射バルク材料から形成されてもよい。スペクトラロン（登録商標）は、容易に機械仕上げされ、耐久性があり、可視および近赤外線波長において９９％を超える反射率を有する効率の高いランバート面をもたらす。上記の拡散反射材料ほど典型的には効果的ではないが、他の好適な材料としては、平塗りの白い塗料のような準拡散反射材料が含まれる。マスクＭも、その下側に入射する光があればそれが失われずにキャビティ１６内へ反射し返されるよう、特にその下側２４において、スペクトラロン（登録商標）のような拡散反射材料で構成される。キャビティ１６内の方向に再び向け返された光は、概して、キャビティ１６および近接の拡散反射コンポーネント内で何度も反射される。キャビティ１６は半球形キャビティとして示されているが、このキャビティはどのような形状であってもよい。さらに、アパチャ２２のサイズはそのキャビティの最大断面積に匹敵する必要はなく、換言すれば、キャビティは半球形よりも球形であってもよい。さらに、アパチャ２２は平面的である必要はない。しかしながら、平面的なアパチャを伴う半球形キャビティの方が好ましいかもしれず、なぜならば、それは、構造がより簡単であり、単純化を行なう計算および仮定を用いることを可能にするようなジオメトリにおける対称を提供するからである。図４に示されるようにキャビティ１６が半球形（または球形）でありかつアパチャ２２が平面的である場合、キャビティ１６のアパチャ２２は直径Ｄ_aを規定し、マスクは直径Ｄ_Mを規定する。言及したように、直径Ｄ_aとＤ_Mとの間の比は、隠蔽された装置が対面する全２πステラジアン半球にわたるプロファイル（放射または応答）を変化させ得るパラメータである。一般に、プロファイルにおける一様性は、マスク／キャビティの直径比が１に近い場合に増大する。しがしながら、この比は、マスクとアパチャとの間の受光／逃散領域を減少させることによって、隠蔽された装置の効率を減じる。現在のところ、ある角に対して強度を減じる一方で他の角に対して強度を増大させることにより、マスクは、大抵の角に対してのより一様な効率に対し、広範囲の角にわたってプロファイルを実質的に平均化すると考えられている。マスク／キャビティの直径比は約０．８〜０．９が好ましい。この比は妥当に同一程度のプロファイルを与えながらも、相対的に高いレベルの効率性を維持する。マスクＭとアパチャ２２との間の距離または高さＤは、この隠蔽された装置の放射プロファイルまたは検出プロファイルを変化させ得る別のパラメータである。さらに、マスクＭの厚みもそのプロファイルを変化させ得る。図５のグラフは、約２．０”のアパチャ直径と、約１．８”の直径を有するマスクと、マスクとアパチャとの間における約０．３”の分離距離とを伴う隠蔽された装置の断面積Ｋを示す。この隠蔽された装置のプロファイルは、φが約８０度に達するまでは比較的一定にとどまっていることがわかる。その後、このプロファイルは急激に低下する。さまざまなプロファイルをさまざまなマスク／キャビティ／アパチャのジオメトリで得てもよいため、ゴムのような柔軟性のあるコア材料からキャビティおよびマスクを作ることにより、キャビティおよび／またはマスクを容易に再構成して、さまざまな放射プロファイルまたは検出プロファイルを伴うさまざまなジオメトリを与えるようにすることも有用であろう。プロファイルの一様な部分をより大きなφの角つまり水平線区域に拡大するために、システム１０は放射または検出される照射のエネルギを増大してもよく、または図６に示される偏向器またはバッフル３０を設けてもよい。このバッフル３０は、マスクＭの下に、水平線領域に実質的に垂直である面３２を設けるよう構成される。この面３２は、水平線区域における照射強度を有意に増大するようにその水平線区域に光を反射するよう働く。マスクＭおよびベース１８と同様、バッフル３０もスペクトラロン（登録商標）のような拡散反射材料から作られる。このバッフルの反射率は、所望される場合には、たとえば、一様でない影響を補償するように、バッフルが角に依存しない反射率を有し得るよう、格付けされ得る。適切に用いられる場合、バッフル３０は、肩部２８と関連して、プロファイルの一様性を、９０度を十分に超えるφの角にまで延ばし得る（たとえば図７参照）。隠蔽されたエミッタ装置の場合、この肩部２８は、他の態様では水平線下に向けられるであろう上側半球領域方向に向け直す。隠蔽された検出器装置の場合、肩部２８は水平線下からの光を遮断する。言及したように、半球領域にわたる放射プロファイルまたは検出プロファイルは、キャビティのアパチャ２２、マスクＭ、バッフル、および／または肩部２８を慎重に構成および寸法決めすることによって、所望されるように調整されてもよい。たとえば、図７を参照して、約２．０”の直径Ｄ_aを伴うアパーチャを有し、約１．８”の直径Ｄ_Mを伴うマスクによって構造的に隠蔽されかつ約０．２７”の直径と約０．２１”の長さとを有するベースを有するバッフル３０によって向上される隠蔽された分布器Ｒは、９０度までのφの角に対し比較的一定である放射強度プロファイルを有する。他のバッフルも、水平線区域における強度を増大させるのに等しく効果的であり得る。たとえば、図１１は、マスクＭの端縁４８を面取りすることによってマスクＭに組込まれたバッフルを示す。マスクＭが実質的な厚みを有する場合、この面取りされた端縁４８は水平線区域に光を効果的に向け得る。図８Ａを参照して、バッフルの代替的実施例を示す。同じく拡散反射材料で覆われて、バッフル４１は、交差部４３をそれらの中点で規定する複数の延ばされた部材４２で形成される。これら部材４２は平面的であることが好ましいが、湾曲していてもよくまたは他の態様であってもよい。バッフル４１は、必ずしもではないが、好ましくは隠蔽された装置において対称的なセクションＳを規定する。バッフル４１は、必ずしもではないが、好ましくは、アパチャ２２の直径に実質的に等しい長さ４４を有する。代替的に、長さ４４は、アパチャ２２を超えて延びるようアパチャ２２よりも長くてもよく、またはアパチャ２２よりも短くてアパチャ２２に達するに足りなくてもよい。バッフル４１は、必ずしもではないが、好ましくは、マスクＭとアパチャ２２との間の分離距離Ｄに実質的に等しい高さ４６を有する。代替的に、高さ４６は分離距離Ｄより大きくてもよくまたは小さくてもよい。バッフル３０と同様、バッフル４１は、水平線に対し実質的に垂直な面３２を作り出すよう、キャビティ１６のアパーチャ２２の方向に延びる。この結果、バッフル４１は、水平線区域においてより一様なプロファイル（放射または応答）に対し水平線区域での照射強度を増大させる。バッフル４１は、プロファイルを変化させるよう、所望されるように修正されてもよい。修正されたバッフル４１’を図８Ｂに示す。バッフル４１’は、バッフル４１と比較して、交差部４３において拡大されたコア４５を有する。このコア４５は円形の断面を有して示されているが、異なる形状であってもよい。バッフル４１’は、さらに、部材４２において、より大きな厚み４７を有してもよい。比較的一様なプロファイルを得るために、図１０の装置は約１．８”のマスク直径Ｄ_Mと約２．０”のアパチャ直径Ｄ_aとを用いることによって、約０．９つまり９０％のマスク／アパチャの直径比をもたらす。０．９のマスク／アパチャの直径比は、比較的広範囲の角φにわたって比較的一様な応答をもたらしながらも、受容可能な動作範囲を維持する。さらに、ディスク状マスクＭをアパチャ２２から約０．３インチの間隔を置いて離す結果、アパチャ直径に対するマスク距離の比は約０．２つまり２０％となる。図１０の装置は、内部のコンポーネントを保護するよう、カバー、たとえばドーム３８内に封入されてもよい。さらに、図１０の装置は、点素子１２が、キャビティ１６の外において、マスクＭとバッフル４１とのかなり下に取付けられる状態を示す。点素子１２からの接続ワイヤ４０は、マスクおよびバッフルに設けられる孔を介して挿入されてもよい。点素子１２がマスクＭの下側からアパチャ２２に対面する状態では、キャビティ１６への放射または検出の直接角から生ずるであろう「ホットスポット」が実質的に回避され得る。点素子１２を「反転する」ことによって、他の態様では装置プロファイルのコサイン従属性を増大させるであろうフレネルの反射の影響も回避されるであろう。フレネルの反射は、一般的には、たとえば空気とガラスまたはシリコンなど、異なる屈折率を有する２つの材料間の面を光が通って伝わるときに必ず生ずる。上で論じた角φに対するランバート面のコサイン従属性と十分同様に、フレネルの反射は角φとともに増大し、それは水平線区域における光の照射強度を減少させる。図１０の装置は本システムによって用いられる概念を示している。システム１０のヘッドモジュールＨは、ある実施例においては、隠蔽されかつバッフルを設けられたエミッタ（分布器Ｒ）を含み、他の実施例では、隠蔽されかつバッフルを設けられた検出器（検出器Ｔ）を含む。隠蔽されかつバッフルを設けられた分布器および検出器は、それぞれ、１９９６年１月２３日提出の米国出願連続番号第０８／５９０，２９０号と、１９９６年１月２３日提出の米国出願連続番号第０８／５８９，１０５号とに開示されており、それらの両方をここに引用により援用する隠蔽されかつバッフルを設けられたエミッタの代替的実施例を図２７Ａおよび図２８Ｂに示す。小型蛍光ランプなどの細長いランプＬを、マスクの下側２４上において、２つの接近して間隔をとられたバッフル４１の間に置く。このランプのための電力は、ベース１８に形成された通路を通って延びる電力リード線で供給される。ランプＬがエミッタの側面から見えないように、バッフル４１の高さはランプＬの高さを超える。上記に鑑み、構造的隠蔽によって、分布器Ｒおよび検出器Ｔは調整された放射プロファイルおよび検出プロファイルを与え得ることがわかる。所望される場合には、構造的隠蔽は、分布器Ｒならびに検出器Ｔの動作および機能を水平線区域における放射に関して向上させ得、またはさらには分布器Ｒおよび検出器Ｔを半球領域にわたって実質的に一様に全方向性にし得る。分布器Ｒおよび検出器Ｔのプロファイルは、バッフルの助けによってさらに改善され得る。マスクおよび／またはバッフルの確定的なサイズ決めおよび位置決めで、分布器Ｒはそれがほとんどすべての方向において一様な強度を分布し得るような態様で隠蔽され得、検出器Ｔはそれがほとんどすべての方向における強度に対して一様に応答し得るような態様で隠蔽され得る。本システムはこれら概念を有利に適用する。しかしながら、分布器Ｒおよび検出器Ｔが全方向性にされている場合、本システムは、全方向性装置と軸方向分解能で動作する区切られた装置との組合せであるヘッドモジュールＨを用いる。反射体をトラッキングする際に方向（または角）データを得るために、本システムは、区切られていない検出器Ｔを伴う区切られた分布器ＰＲ、または区切られていない分布器Ｒを伴う区切られた検出器ＰＴを少なくとも含むヘッドモジュールＨであって、区切られた装置は少なくとも１つの軸についての分解能で動作するヘッドモジュールＨを用いる。特に、本システムは、反射体ＲＲ１が位置決めされる方向を示す異なるセクション間の強度変動の発生および／または検出を可能にする。この発明のある特徴として、これら区切られた装置は、本システムが電子的かつ構造的に比較的単純であり安価にとどまるような態様で機能し動作する。一般的にいって、図３Ａおよび図３Ｂに示される放射面または検出面ＬＳがヘッドモジュールＨにおいてキャビティ１６なしに用いられる場合、バッフル４１は、面ＬＳおよび／またはマスクＭと面ＬＳとの間の領域を、指向性分布器または指向性検出器を形成する際にセクションに効果的に分けるかまたは区切る。この点において、以下にさらに詳細に説明されるように、放射面ＬＳを与える光源（または検出面ＬＳを与える検出器）を、次いで、バッフル４１によって作られるセクションの各々からの区別される放射を可能にする（かまたはそれらセクションの各々への区別される入射放射を区別する）よう構成する。上記の分布器Ｒおよび検出器Ｔにあるように、放射面または検出面がキャビティ１６およびアパチャ２２によって与えられる場合、バッフル４１は修正されるかまたはバッフル５１に拡張されて、その領域を、ここではキャビティ１６とマスクＭとの実質的に間の体積を含むセクションに分けるかまたは区切る。区切られた分布器（または検出器）が各セクションからの区別される放射を可能にする（または各セクションへの区別される入射放射を区別する）ことができるように、点素子１２は、区別されるセクションと各々が関連付けられる複数の点素子と置換えられる。図９に示されるように、バッフル５１は、図８Ａのバッフル４１と同様であるが、平面部材４２の実質的に延ばされた部分である仕切り５３が追加されている。この仕切り５３は、バッフル５１がマスクＭとキャビティ１６（ともに破線で示される）との間に置かれたときに部材４２はアパチャ２２上にとどまる一方で仕切り５３はアパチャの下をキャビティ１６へと延びてキャビティ１６の内面に接近または当接するように構成される。たとえば、キャビティ１６が半球形または球形である場合、仕切り５３は湾曲したプロファイル５５を有する。放射面または検出面ＬＳが存在する場合、面ＬＳとマスクＭとの間の領域Ｇはバッフル４１によってセクションＳ_Dに分けられる。アパーチャ２２を伴うキャビティ１６を用いて面ＬＳを与える場合、キャビティ１６とマスクＭとの間の領域または体積Ｇ’はバッフル５１によってセクションまたは部分体積Ｓ_Dに分けられる。一実施例では、バッフル４１および５１は実質的に不透明であり、約３．０mm の厚みを有する。代替的実施例では、各セクションに入る光がそのセクションのみ内に実質的にとどまるようにバッフル４１および５１が領域Ｇをセクションに分けるという条件で、バッフル４１および５１は必ずしも不透明である必要はない。バッフル４１または５１はその領域を４つのセクションＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_CおよびＳ_Dに区切るかまたは分け、その区切られた装置は２つの軸についての分解能を有する。分解能の２つの軸は、バッフル４１または５１がその領域を３つのセクションに区切るシステム１０内においても可能にされ得るが、方向情報を与えるようこのシステムによって用いられる計算はより複雑になるであろうと考えられる。分解能の２つの軸は、バッフル４１または５１がその領域を５つ以上のセクションに分ける場合にも可能とされる。分解能の軸が１つしか所望されない場合には、バッフル４１または５１はその領域をより数少ないセクション、たとえば２つのセクションに区切るよう構成される。バッフル５１が（２つの軸についての分解能に対して）４つのセクションまたは四分円を与える場合、方位角ρが正のＸ軸から測定される状態に従ってキャビティ１６が４分割されるように、Ｘ／Ｙ座標系を図示されるようにバッフル５１上に重ねてもよい。この議論をよりよく理解するために、個々のセクションＳ_A 、Ｓ_B、Ｓ_CおよびＳ_Dは以下のように規定されてもよい。０＜ρ＜９０＝セクションＢ９０＜ρ＜１８０＝セクションＡ１８０＜ρ＜２７０＝セクションＤ２７０＜ρ＜３６０＝セクションＣバッフル３０、４１および５１がすべて水平線区域（つまりφ＝９０またはその付近）での照射強度を増大するよう働く一方で、拡張されたバッフル５１はキャビティ１６を分割し分布器Ｒおよび検出器Ｔを区切られた分布器および区切られた検出器ＰＲおよびＰＴにし、したがってそれらはＸおよびＹ軸について分解能を与えるかまたは方向を区別する。特に、バッフル５１によって、区切られた装置ＰＲおよびＰＴは、反射体に対する位置データではないとしても少なくとも方向データを本システムが確実なものにすることができるような態様で、強度変動を発生させることができる。図１２Ａおよび図１２Ｂは、キャビティ１６、マスクＭおよびバッフル５１を用いる、区切られた分布器ＰＲおよび区切られた検出器ＰＴを表わす区切られた装置を示す。バッフル５１は、キャビティ１６内のアパチャ２２より下の下部セクションとアパチャ２２より上であるがマスクＭより下の上部セクションとを含むセクションを生じる。上述のように、複数個の点素子５９が図１０の単一の点素子１２の代わりに用いられ、各点素子５９は別個のセクションと関係付けられる。各点素子５９は上述の理由のためにマスクＭの下側２４の別個のセクション、特に別個の上部セクションに取付けられ得る。ここでもまた、点素子５９は上述のように光を伝える装置を表わし得る。図１３を参照すると、ある実施例のシステムが区切られた検出器ＰＴおよび分布器Ｒを含むヘッドモジュールＨを設ける。区切られた検出器ＰＴは図１２Ａおよび図１２Ｂに図示するように構成でき、分布器Ｒは図１０に図示するように構成できる。説明したように、区切られた検出器ＰＴの各点センサ５９はそれぞれのセクションで検出される光強度に基づいて電気信号を発生するように構成される。点センサ５９がフォトダイオードである場合、フォトダイオードは約０．８平方ミリメートルの相対的に小さい反応面積と約６×１０^-15ワット／（ヘルツ）^0.5のノイズ等価電力（ＮＥＰ）とを有する。反応面積が小さいフォトダイオードは２つの重要な利点を有する。すなわち、（ｉ）一般にノイズ特性が低く、（ii ）システムの効率がより高い（すなわち、センササイズ対キャビティサイズの比が低下すると感度がより高くなる）。これらのフォトダイオードを用いて、区切られた光検出器の効率が約１．０インチの直径または幅を有するキャビティでその漸近状態に近づく。図１３に示すように、ヘッドモジュールＨの区切られた検出器ＰＴにおける点センサの各々によって検出される強度変動はオシロスコープ６４上に表示するために（代表的な回路６７が図１５に詳細に示される）処理装置４９によって処理される。回路６７はフォトダイオードの製造業者、すなわちカリフォルニア州ホーソン（Hawthorne，California）のユナイテッド・ディテクタ・テクノロジーズ（ＵＤＴ）・センサーズ社（United Detector Technolosies Sensors，Inc.）によってカッドセルフォトダイオードとともに用いるために提案される回路に相当する。他の回路（アナログまたはデジタル）も用いられ得る。具体的に図１２Ｂを参照すると、バッフル５１によって生じるセクションＳ_A 、Ｓ_B、Ｓ_CおよびＳ_Dは区切られた検出器ＰＴ（図１３参照）を見下ろすと時計回りに配列される。この配列は、水平（またはＸ／Ｙ）面から区切られた検出器Ｔ上の半球領域へと法線が外向きに延びる点で図１４の概念的描写に示されるセクションと一致することに注目されたい。具体的に図１５を参照すると、フォトダイオードのカソードは皆共通の接地端子に接続される。それぞれのフォトダイオードのアノードはそれぞれの電流−電圧増幅器５０に各々接続される。電圧は次に３つの増幅器５２、５４および５７の１つによって加算および／または減算される。第１の増幅器５２は４つのセクションＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_CおよびＳ_Dのすべてからの信号の和である信号を出力する。第２の増幅器５４はセクションＢおよびＣからの信号を合計し、セクションＡおよびＤからの信号の和を引く。第２の増幅器の出力信号は次に、Ｘ出力信号を与える除算器５８によって第１の増幅器の出力信号で割られる。第３の増幅器５７はセクションＡおよびＢからの信号を合計し、セクションＣおよびＤからの信号の和を引く。第３の増幅器の出力信号は次に、Ｙ出力信号を与える除算器によって第１の増幅器の出力信号で割られる。適切な除算器はアリゾナ州トゥーソンるＤＩＶ１００である。ＸおよびＹ出力信号とセクション信号との間の関係は以下の式によって与えられる。式１Ｘ＝［（Ｂ＋Ｃ）−（Ａ＋Ｄ）］／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）式２Ｙ＝［（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）］／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）セクションＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_CおよびＳ_Dの構成が一貫している限り式１および２は変形できることが当業者には理解される。ＸおよびＹ出力信号はオシロスコープ６４（図１３）に与えられる。Ｘ出力信号はディスプレイの水平掃引入力端子に接続され、Ｙ出力信号はオシロスコープの垂直掃引入力端子に接続される。信号ＸおよびＹがデカルト座標系内で必ずしも規定されないことが当業者には理解される。オシロスコープ６４上のスポット６６は反射体の方位ρおよび高度φの位置を示す。たとえば、オシロスコープ６４上に示されるスポット６４は、区切られた検出器ＰＴに対して約４５度の方位および約４５度の高度で位置決めされた逆反射体を表わす。反射体の高度が変化すると、オシロスコープ６４の中心からのスポット６６の半径距離が変化する。反射体がヘッドモジュールＨに対して方位上で移動すると、スポット６６はオシロスコープ６４の中心に対して経路を描く。ＸおよびＹ出力信号のための座標系を概念的に表わすグリッドが図１４に示される。反射体ＲＲ１のための（適切に規定された正または負の値での）適切なセクションを考慮に入れる方位（ρ）角が以下の式を用いてＸおよびＹ出力信号から計算できる。式３ ρ＝ｔａｎ^-1（Ｙ／Ｘ）高度φはオシロスコープ６４の中心からスポット６６（図１３）までの半径距離または長さＬに関連する。この半径距離Ｌは以下の式を用いてＸおよびＹ出力信号から計算される。式４Ｌ＝（Ｘ²＋Ｙ²）^1/2 計算された方位ρおよび半径長さＬに関連した実際の高度は検出器ジオメトリの複雑な関数である。したがって、付録Ａに与えられるルックアップテーブルが方位ρおよび長さＬを以下のように高度に相関させるために用いられる。しかしながら、このテーブルが高度角をθ、θ＝９０−φについて与えることに注目されたい。式５ θ＝｛ρ，Ｌ；テーブル｝図１４は、方位角ρ＝３０で検出された逆反射体の方位ρ、半径長さＬ、高度 θの間の付録Ａに記載される関係を概念的に示す。特に、反射体が０＝１０の高度（すなわち、水平線に近い）であれば、スポット６４はオシロスコープ６４の中心から約０．８９の単位長さＬである。反射体が０＝８０の高度に移動すれば、スポット６４は約０．７６の減少した中心からの単位長さＬで中心により接近して見える。逆反射体がρ＝３０の方位に留まる限り、スポットもオシロスコープ６４上でρ＝３０の方位にあり続け、高度角の変化を反映するために中心からの長さＬだけが変化される。逆反射体が同じ高度に留まりながら異なった方位に移動すれば、スポット６６はオシロスコープ６４の中心のまわりで長方形のような経路で移動する。したがって、付録Ａのテーブルを用いるシステムは追跡される反射体のための１組の方向データを与える。付録Ａで用いられるアルゴリズムはシステムによって使用可能な数多くのアルゴリズムのうちのほんの１つであることが強調される。付録Ａのアルゴリズムはまた、検出ゾーンＺにおける物体の位置にかがわらずスボット６６をディスプレイ上に留めさせる多くのアルゴリズムの１つである。さらに、付録Ａのルックアップテーブルを用いる記載される実施例とは対照的に、分析的関係（たとえば多項式）を用いてシステム１０によって方向データが与えられ得ることは当業者によって理解される。以上を考慮して、この発明の区切られた光検出器ＰＴが所与の逆反射体のための１組の方位および高度座標（ρ、θ）の形態で少なくとも方向情報を与えることがわかる。この発明の特徴を実現する区切られた検出器は引用によりここに援用される１９９６年１月２３日に提出された米国出願連続番号第０８／５８９，１０４号に開示される。一般的な区切られた装置の代替的実施例として、（ともに分布器または検出器の）２つの区切られた装置ＰＤ₁およびＰＤ₂が、２つの装置の対向する２つの半球領域から生じる球形カバレージを与えるために、図２８に示すように背中合わせに配置されてもよい。上述の実施例は区切られていない全方向性の分布器を備える区切られた検出器を有するヘッドモジュールを用いるが、システムは異なった条件下では他の従来の光源を備える区切られた検出器も用いることができる。たとえば、通常の広帯域白熱電球が検出ゾーンに他のタイプの照明がない場合に用いられ得る。明滅する蛍光光源も使用できる。適切な蛍光白熱電球はカリフォルニア州パコイマ（Pa coima，California）のＪＫＬコンポーネンツ社（JKL Components Corp.）によって製造される白色の「ＭｉｎｉＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ」（商標）、モデルＢＦ６５９である。通常の光源は検出ゾーンＺにおいて一様でない放射プロファイルを与えがちであるが（プロファイルは光源に対してφの角度または水平線に近い角度では特に不完全である）、このシステムは光源の水平線区域に対して実質的に垂直であり、その外部にあるそれらの領域に対して十分に機能する。通常の光源の代わりに分布器Ｒを用いると、システムの動作ゾーンが分布器Ｒの水平線区域を含む分布器Ｒ上の半球領域へと拡大される。上の実施例（図１参照）で同時に多数の逆反射体ＲＲ_iを追跡するために、すなわち、（さらなる物体に取付けられていようと同じ物体の種々の場所に取付けられていようと）さらなる逆反射体のための方向データ（ρ_i、θ_i）のさらなる組を与えるために、システムは必然的に別個の逆反射体に起因する信号間の区別を行なう。この点で、システムによる多数の反射体のデータ処理は並行してではなく連続して生じ得るので「同時に」という用語は比喩的に用いられ、必ずしも文字通りのものではないことことに注目される。並行して行なわれる処理は付加的な処理装置で達成され得る。システム１０はスペクトルで選択するセンサを用いることによって多数の反射体を区別する。特に、分布器Ｒから発せされる光が広帯域の光である場合、種々のスペクトル特性の反射体が、追跡される付加的な反射体ごとにスペクトル応答ポインドセンサの対応の組（たとえば、スペクトル選択フィルタを備えたフォトダイオード）とともに設けられる。その「割当られた」逆反射体を追跡する対応の組の点センサで、システムは多数の逆反射体を追跡でき、種々の逆反射体に対して集められた強度変動の区別を行なうことができる。図１７を参照すると、（それぞれλ₁およびλ₂の周波数応答の）スペクトル選択点センサ７１および７２の多数の組が単一の区切られた検出器ＰＴ内にすべて収容され得る。特に、組７１および７２はマスクＭより下の各セクションが所与の組からの１つのセンサによって占められるように配列され得る。図１７の区切られた検出器ＰＴはしたがってλ₁およびλ₂と同様の周波数スペクトルで少なくとも２つの反射体を検出できる。反射体は各々異なった物体に取付けられ得るか、または反射体は皆その配向を追跡するための単一の（実質的に硬い）物体に取付けら得る。一般に、ここに説明される電子装置の周波数またはスペクトル特性は特定的な波長ではなく、波長の範囲を示すことに注目される。センサの組７１および７２からの応答は対応の反射体の位置を判断するための式において用いられる。一般に、反射体のスペクトル特性はその「割当てられた」センサの応答特性と同一である必要はないが、システム１０の性能はそれらが同様の特性を有すれば向上する。第３の反射体が追跡される場合、周波数スペクトルλ₄の対応のスペクトル応答センサの第３の組がヘッドモジュールＨの区切られた検出器ＰＴに加えられ得る。代替例では、区切られた検出器ＰＴ_nだけを備えた付加的なヘッドモジュールＨ_nがヘッドモジュールＨと関連して後者の再構成を必要とせずに加えられ、用いられ得る。一般に、さらなる反射体を検出するためのセンサのさらなる組が既存のヘッドモジュールの区切られた検出器または別個の区切られた検出器Ｔ1 内に収容されてもよいことがわかる。図２２Ａおよび図２２Ｂに示すように、４つの別個の区切られた検出器ＰＴ_A、ＰＴ_B、ＰＴ_CおよびＰＴ_Dが単一のプラットホームＰ上に従来通り取付けられ、ここで区切られた検出器の各々がセンサの組Ｓ_A、Ｓ_B、Ｓ_CおよびＳ_Dの１組を収容する。上の説明の単一の区切られた検出器ＰＴが所与の反射体のために１組の方向データ（ρ₁、θ₁）を与えることができることに注目されている。図１に戻って、反射体の位置を三次元で（３つの軸に沿って）確かめることが望ましい場合、システムは少なくとも１つの付加的な区切られた光検出器ＰＴ₂を用いて第２の組の方向座標ρ₂およびθ₂を与え、これは第１の方向座標ρ₂およびθ₂で処理されると反射体のための３つの座標のすべてを与える。互いに対する区切られた検出器ＰＴおよびＰＴ₂の相対的な位置は、２組の方向データからの反射体のための３つの座標のすべてを確がめるために両方の区切られた検出器からの信号を参照できるようにシステムに知らされる。以上を考慮して、物体のための３つの座標のすべて（すなわち、位置および回転配向）を確かめるためにシステムは少なくとも３つの反射体と２つの区切られた検出器とを用いることがわかる。しかしながら、物体運動の６つの自由度すベてを検出することは必ずしも望ましくなくまたは必要とされず、システム１０は適宜構成され得る。図１を参照すると、第２の区切られた検出器ＰＴ₂が用いられる場合、第２の分布器Ｒ₂を設けるのは第２のヘッドモジュールＨ₂の一部である。第２の分布器Ｒ₂は第２の区切られた検出器によって検出される光を与える。２つのヘッドモジュールＨ₁およびＨ₂とその既知の相対位置とによって、システムは３つの座標においてその反射器の移動を追跡するどの１つの反射器のための方向データのそれぞれの組も参照することができる。仕切りまたは分離壁（図示せず）がそれぞれの光分布器による干渉を防ぐためにヘッドモジュールＨ₁とヘッドモジュールＨ₂との間に配置され得る。代替的に、それぞれの分布器からの放射が異なった周波数、たとえば１００Ｈｚおよび１３０Ｈｚでパルス化または明滅されてもよい。図１に示すように、広帯域光が検出ゾーンＺ中を発せられる。検出ゾーンＺが広い反射表面を有する家具または壁のような異質な物体を含む場合、光は反射体だけではなくこれらの表面からも反射される。ヘッドモジュールが検出する反射体に起因しないどのような光もシステム１０の性能を著しく制限し得る背景エネルギに寄与する。しかしながら、（背景または自己照明としても知られる）この背景エネルギがノイズ源ではなく背景源であるので、その影響を補償することができる。種々のスペクトル応答性の多数のセンサが用いられる場合、この背景源は除去されなければ減少され得る。再び図１７Ａおよび図１７Ｂに示す実施例を参照すると、種々のスペクトル応答性の多数のセンサが用いられ、すなわち、周波数λ₁およびλ₂に応答するセンサの組７１および７２が上述のように２つの対応の反射体を追跡するために用いられる。背景照明を補償するために、第３の組のセンサ７３が設けられる。第３の組７３の周波数応答は、背景ゼロ化検出器として作用できるように周波数λ₁ およびλ₂に近いスペクトルの領域内のすべての波長に応答するように選択される。背景照明の影響を示すために、背景エネルギを引いた後の、センサの第１の組および第２の組の応答λ₁およびλ₂が以下によって与えられる。式６ｒ＝Ｋ^-1Ｒここでそして、Ｒ₁は背景補正前のセンサ応答であり、Ｋ_iiは補正の定数である。背景レベルが高まるにつれ、電子装置のダイナミックレンジの要件が大きくなる。自己照明の大きさを計算するために、統合球形モデルが用いられる。部屋の壁から区切られた検出器ＰＴへと逆反射する背景光Ｂは以下によって与えられる。ここで、Ａ_eは区切られた検出器ＰＴの受入面積またはアパチャであり、Ａ_wは部屋壁の面積であり、Ｗ_rは部屋壁の反射率である。逆反射体からの信号は以下によって与えられる。式８Ｓ＝Ｌｒ＊Ｐｒそして、θ’は上に規定したように逆反射体の発散角であり、Ａ_rは逆反射体の面積であり、Ｄ_rは逆反射体への距離である。以下の表１は、１”の直径の逆反射体を用いる選択された条件のための信号対背景およびＡ／Ｄの要件を表にしたものであり、ここでＲｓはフィート単位での部屋のサイズであり、Ｄ_rはフィート単位での逆反射体への距離であり、Ｗ_rは壁の反射率である。背景に対して信号がより小さいとより大きいアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器が必要とされた。１°の分解能を必要とするシステムでは２０ビットのＡ／Ｄが十分であるかまたは０．０１３の背景に対する信号である。２０ビットのＡ／Ｄは容易に入手可能であり、安価である。区切られた検出器ＰＴおよび区切られていない分布器Ｒを含むヘッドモジュールＨが図１６に示される。このヘッドモジュールの区切られた検出器ＰＴおよび分布器Ｒは各々それ自体のキャビティを有する。キャビティ１６_R、マスクＭ_Rおよびバッフル４１が分布器Ｒのために設けられ、キャビティ１６Ｒが区切られた検出器ＰＴのマスクＭ_PT内に実際に構成されても、別個のキャビティ１６_PT、マスクＭ_PTおよびバッフル５１が区切られた検出器ＰＴのために設けられる。このように構成され、区切られた検出器ＰＴおよび分布器Ｒは他方を著しく妨害せずに機能する。分布器Ｒは、分布器Ｒ（およびヘッドモジュールＨ）のまわりの水平線区域を含む、ヘッドモジュールＨ上の半球領域へと光を分布する。水平線区域から反射されても、半球領域における反射体が反射するどの光も区切られた検出器ＰＴによって検出される。長いバッフルを備え、区切られた検出器ＰＴはシステムが各反射体のためにρおよびθの１組の方向データを与えることができるようにセクション間の強度変動を検出可能である。別個のキャビティを備えたヘッドモジュールは最も簡単であり、製造するのに最もコストがかからないものであり得る。別個のキャビティの特徴によって、連続的またはゆっくりと発振する照明と相対的に大きな光源とを用いることが可能となる。この実施例は、可動コンポーネントの使用を避け、システムの電子装置に相対的にゆっくりとした応答の要件を与える点で有利である。ヘッドモジュールの変形例として図１８Ａおよび図１８Ｂを参照されたい。単一のキャビティ１６が設けられ、分布器Ｒおよび区切られた検出器ＰＴによって共有される。１つのマスクＭと１つの長いバッフル５１とがこの実施例で用いられる。区切られた検出器ＰＴは２つの反射体を検出するためにセンサ７１、７２および７３の３つの組（背景照明のための第３の組７３）を用いる。バッフル５１によって分割されているキャビティ１６を分布器Ｒが共有するので、分布器Ｒは、マスクＭの下のセクションごとに１つ、複数個のエミッタ７４を用いる。ヘッドモジュールのさらなる変形例として、エミッタ７４は広帯域パルスエミッタであってもよい。パルスがヘッドモジュールＨに戻るまでに経過した時間を測定することによって、システムは以下によって反射体のヘッドモジュールＨからの距離Ｒを得ることができる。ここで、ｃは光の速度＝３．９９８×１０⁸ｍ／ｓｅｃである。約１ナノ秒のパルスリーディングエッジ幅または立上がり時間が約０．１５ｍまたは５．８”の分解能を与えるであろう。上述の別個のキャビティの実施例におけるようにほぼミリ秒台（１０^-3秒）の電子装置の応答時間を必要とするのを対照的に、この実施例は典型的にほぼナノ秒台（１０^-9秒）の電子装置の応答時間を必要とする。経過時間の測定が（上述の代表的な長さＬと対照的に）実際の距離データを与え、ヘッドモジュールのこの変形例を用いるシステムは第２のヘッドモジュールを用いずに反射体の３つの座標すべてを与えることができる。回転運動を追跡するために、システム１０はともにヘッドモジュールＨによって追跡される２つのさらなる逆反射体を必要とするのみである。「飛行時間」の変形例は単一キャビティの実施例に限らず、上述された別個のキャビティの実施例においても用いられ得ることが当業者には理解される。背景照明は上述の実施例において拮抗する要因であり得るが、システムは後述するように背景照明を発生を最小にするように構成され得る。図１９Ａおよび図１９Ｂを参照すると、ヘッドモジュールＨの光分布器Ｒが走査光機構７６によって置き換えられる。走査光機構７６はその動きが検流計８０によって導かれる複数個の走査ミラー７８を含む。点光源８２がらの光がミラー７８によって向け直されてゾーンＺを掃引する走査ビーム８４を形成する。回転楔および回転反射体のような他のタイプの光スキャナが存在し、システムにおいて用いらてもよい。走査ビーム８４は約１０度の幅であってもよい。ビームまたはその掃引作用は時間を設定されたり順序付けられたりしないが、所与の時間で検出ゾーンＺの限られたセクションまたは部分を照らすのに役立つ。区切られた検出器ＰＴは、ビームがどの反射体にも当たらなければ位置追跡がシステム１０によって試みられないように検出しきい値を設定されている。ビーム８４が反射体を照らさないと、区切られた検出器ＰＴに当たる光強度がしきい値を超え、システム１０はセンサの組によって検出される強度変動を処理する。この実施例の区切られた検出器ＰＴは対称的なコンポーネントに分割される。図１９Ｂに示すように、区切られた光検出器ＰＴは２つの部分ＰＴ_aおよびＰＴ_b に分割され、その間には走査機構７６が位置決めされる。区切られた検出器ＰＴを分割することによって、走査機構７６によるシャドーイングが著しく低減され、区切られた検出器ＰＴは２つの階層度軸に対して放射を検出可能であり続ける。この実施例のヘッドモジュールＨは反射体のためにわずか１組の方向データ（方位および高度）を与える。走査ビーム８４が所与の時間にゾーンＺのセクションだけを照らすので、この実施例はより低い背景照明の明らかな利点を有し、したがって反射体が多数あるアプリケーションのために好まれ得る。背景減法を行なう必要なしに、この実施例のシステムは、検出された信号に対して「色」分析を協力して行なう少数のフィルタセンサの組合せを用いて多数の逆反射体を容易に追跡できる。事実上、システムはわずか２組または３組のセンサを用いて非常に多数の（すなわち何千もの）スペクトル的に区別可能な反射体間の区別を行なうように構成され得る。もちろん、より多数の組が用いられ得ることが当業者には理解される。システムが行なう色分析は色を検出するために人間の目が用いるものと似ている。わずか３つの検出器（または「円錐体」）を用いる目は、さまざまな色の区別を行なうことができる。同様に、図１９Ｂに示すようにわずか３組のスペクトル選択センサ９１、９２および９３を用いるシステムがさまざまなスペクトル的に区別可能な反射体を区別できる。走査ビーム８４がたまたま同時に多数の反射体に当たれば、システムは上述の背景照明を補償するために用いられるものと似た態様で信号を処理できる。システムはまた別の実施例において色分析を用いる。図２０Ａおよび図２０Ｂを参照すると、システム１０は、別個のキャビティ１６_Tおよび１６_PR、別個のマスクＭ_TおよびＭ_PR、バッフル４１ならびにキャビティ分割バッフル５１を備えた、区切られていない検出器Ｔと区切られた分布器ＰＲとを有するヘッドモジュールＨを含む。区切られた分布器ＰＲは各セクションから異なった色（すなわち、異なった波長の放射）を放射するために種々のカラーランプＣ_A、Ｃ_B、Ｃ_C 、およびＣ_Dを備える。反射体が反射する結果として生じる色混合は３つの単一点センサ９５を用いる検出器Ｔによって検出される。システムは、検出器Ｔによって検出される色混合を分析して、その反射体のための１組の方向データ（方位および高度）を得る。ここで反射体がＬＣＤシャッタのようなシャッタを備える場合、さらなる反射体を追跡できる。これによって、システム１０のこの実施例は、各反射体によって伝達される光データがさまざまなパルス繰返し数でパルスデータとして伝達されるようにシャッタのタイミングを設定することなどによって多数の点を区別できる。さらに図２０Ａおよび図２０Ｂを参照すると、代替的な実施例における区切られた分布器ＰＲが異なった時間的周波数のエミッタを備えてもよい。すなわち、区切られた分布器ＰＲの各セクションが、区切られていない検出器Ｔが各ランプまたはエミッタからの光を区別できるように別個の周波数で明滅するランプまたはエミッタを収容してもよい。この発明の上の実施例が光学的に受動的なシステムとして構成されるが、この発明は光学活性システムとして構成されてもよい。図２１を参照すろと、ＬＥＤのような活性光源８８₁および８８₂が光学的に受動的な反射体に取って代わる（それによって光源または光分布器の使用を不必要にする）。１つの区切られた検出器ＰＴ₁で、源８８₁および８８₂の各々のための方向データが得られる。２つの区切られた検出器ＰＴ₁およびＰＴ₂では、源８８₁および８８₂の両方のための３つの座標のすべての位置データが得られる。活性光源は、区別可能な色を発するかまたは区別可能な周波数で発振することによって互いから区別可能である。この発明の別の光学活性実施例として、システム１０は図２０Ｂの区切られた分布器ＰＲと図１７の区切られた検出器ＰＴとを含む。上述のような、さまざまな時間的周波数のカラーランプＣ_A、Ｃ_B、Ｃ_C、Ｃ_Dまたはエミッタを備える区切られた分布器ＰＲはそれ自体、追跡される物体上に装着されるかまたは他の方法で取付けられる。区切られた分布器ＰＲからの結果として生じる色混合は、区切られた検出器ＰＴに対する物体のための１組の方向データを与えるために色混合に対して色分析をここで行なう、図１７の区切られた検出器ＰＴのセンサ７１、７２および７３の組によって検出される。光分布器および／または光検出器の方向性能の精度はさまざまなパラメータを用いて経験的に最適化できる。たとえば、マスクの高さ、相対的直径、厚さおよび反射率と、肩部の幅および反射率と、バッフルアセンブリの高さおよび反射率と、キャビティの形状および反射率と、フォトダイオードの直径とがみな光検出器の指向性応答に影響を与える。逆に、分布器のおよび／または検出器の方向性能は所望であれば特定のパラメータを変えることによって一様でないものに調節できる。たとえば、マスクとアパチャーとの間の距離を短くすることで、検出器の「軸上の」効率を高めながら検出器の応答の球形プロファイルが低減される。マスクがアパチャーの面に配置されると、検出器の「軸上の」効率はアパチャーより上のマスクの約４０％に比較して約９０％に向上するが、その応答プロファイルは狭められ、あまり一様でない検出プロファイルにされる。光検出器のスペクトル応答もまた拡散反射する表面またはフィルタ処理された（filtered）ドームもしくはカバー上にスペクトル的に選択されるペイントを用いることによって調節され得る。図１に戻ると、上述のすべての実施例について、追跡される物体の位置を表わす信号が物体の位置または移動を示すビデオモニタを駆動するためのビデオ信号に変換され得る。反射体は、それらがゲーム用の刀またはゲーム用のボクシンググローブのような異なったゲーム用具の間を容易に動かされ得るように取り外し可能に物体に取付けられ得る。システムのさらなる実施例として、隠蔽される分布器または検出器９８が球形領域において実質的に一様である放射または検出プロファイルを与えるように構成されてもよい。図２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃに示すように、隠蔽された装置は内部体積またはキャビティ１０４を規定する拡散反射する内部表面１０２を有した管状部材１００を含む。管状部材１００は円筒構成で示されるが、部材１００は円形の断面を有する必要はない。管状部材１００は、放射がそこからキャビティ１０４に出入りできる２つのアパチャ１０８を与える開いた端部１０６を有する。アパチャ１０８はマスクＭで構造的に隠蔽され、キャビティ１０４は平面バッフル１１０によって分割されて管状部材１００の内部に２つの半体積Ｖ₁およびＶ₂を形成する。点素子１１２は各半体積内に部材１００の長さに沿った中点で収容される。したがって、装置９８は１つの分解能軸に関して動作する。点素子１１２がエミッタである場合、アパチャ１０８上に調節された分布プロファイルを有する隠蔽された装置９８の各端部１０６から放射が発せられる。同様に、点素子１１２が検出器である場合、隠蔽された装置９８はアパチャ１０８上の調節された検出プロファイルで放射を検出する。実質的に球形のカバレージのために、第２の隠蔽された管状装置１１４が設けられる。第２の装置１１４は第１の装置９８と同様に構成され、したがって同じ参照符号が同じ素子を指す。第２の装置１１４は、そのアパチャ１０８が第１の装置のアパチャ１０８から実質的に９０度ずらされるように第１の装置に対して直角に位置決めされる。装置１１４もまた平面バッフル１１０によって分割されるので、２つの装置はともに２つの分解能軸に関して動作する。さらに、構造的隠蔽の概念は実質的にランバートの表面を代わりに互いに隠蔽できる多数の別個の表面へと再構成することによって達成され得る。図２４Ａ− ２４Ｄに示すように、軸またはボアサイト１２４がそこを介して引抜かれ得る開口または非光学領域１２２を有する環状または輪状構造１２０が示される。領域１２２が代替的に非反射性および／または非透過性であってもよいことが当業者には理解される。軸１２４は輪状構造１２０がその中に閉じ込められる面に対して実質的に垂直である。高度角φはボアサイト１２４からの角として規定される。輪状構造は光を放射または検出できる２つの別個の表面を与える。特に、輪状構造１２０は領域１２０に向かって内部に向く第１の表面１２８を与える第１の環状構造１２６を含む。輪状構造１２０は第２の表面１３２を与える（図２４Ａにおいて破線で分解された形で示される）第２の環状構造１３０も含む。第２の構造１３０は第１の構造１２６内に嵌まり、矢印１２３によって示すように第１の構造１２６内の予め定められたどの深さにあってもよい。第１の構造１６の内部に嵌められ、第２の構造１３０は第１の構造１２６から角を形成して効果的に突出し、表面１２８および１３２は角を形成して互いからずらされる。ある実施例では、第１および第２の表面が互いに対して垂直であり、第２の表面１３２が領域１２２の平面と実質的に平行であり、したがってボアサイト１２４に対して実質的に垂直である。これは最も簡単な構成を与え得るが、第１および第２の表面１２８および１３２は、それらが所望されるように互いを隠蔽でき、その間のどの角も既知であるかぎり互いに対して垂直である必要はない。構造１２６および１３０が平行でなければ典型的に相互選択の隠蔽が与えられる。さらに、第２の表面１３２は間のどの角も既知であるかぎりボアサイト１２４に対して垂直である必要はない。図２４Ｃを参照すると、第２の構造１３０が第１の構造１２６内により低い深さで位置する。しかしながら、上述のように、第２の構造１３０は図２５Ａ−２５Ｃに示すように第１の構造１２６の中線に位置してもよい。第１の構造１２６の寸法１３４と、第２の構造１３０の寸法１３６と、第１および第２の構造の間隔１３７とに依存して、断面Ｋがφのほとんどの角に対して実質的に一定に保たれ得る。図２４Ｃに示す水平線に接近するφの角では、全体の断面Ｋを与えるために、第１および第２の左の表面１２８_Lおよび１３０_Lが隠蔽されないが、第１および第２の右の表面は隠蔽されることがわかる。φの角が実質的に０である場合、第２の表面１３０_Rおよび１３０_Lのみが隠蔽されず、第１の表面１２８_Rおよび１２８_Lの両方が全体の断面Ｋを与えるために効果的に隠蔽される。したがって、第１の構造１２６および第２の構造１３０は各々他方の表面をφ のさまざまな角に対して構造的に隠蔽し、相対的に一様な放射または検出プロファイルを与えるために断面積Ｋを相対的に一定に保つ。上述の隠蔽された装置のように、輪状構造１２０は放射または検出の目的のために実質的に全方向性である。第２の構造１３０が第１の構造１２６内の中ほどの深さにある場合、断面Ｋは φの異なった角に対して相対的に一定であり続ける。図２５Ｃに示すように、左の第２の構造１３０_Lは左の第１の表面１２８_Lの一部１３８を構造的に隠蔽するか覆うが、右の第１の構造１２６_Rは右の第２の表面１３２_Rを完全に隠蔽する。したがって、第１の構造１２６および第２の構造１３０は、各々φのさまざまな角に対して他方の表面を構造的に隠蔽し、断面積Ｋを相対的に一定に保って相対的に一様な放射または検出プロファイルを与える。図２４Ａ−２４Ｃおよび図２５Ａ−２５Ｃにおいて、構造１２０は円形のリングとして構成されるが、開口または非光学領域１２２が存在するならばどのような形状に構成されてもよい。図２５Ａ−２５Ｃのみを参照して、構造１２０を１つの座標において指向性のあるものにするにあたって少なくとも１つの分解能軸を与えるために、構造１２０は少なくとも２つの別個の部分またはセグメント１５０に分割される。開示される構造１２０は図２４Ｂに最もよく示されるように４つのセグメント１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃおよび１５０ｄに分割されて、構造１２０を２つの座標において指向性のあるものにする２つの分解能軸を上述した態様で与える。２５Ａにおいて、セグメント１５０ｄがすべてのセグメント１５０ａ−１５０ｄを表わすセグメント１５０ａの断面図を明らかにするために部分的に分解されて示される。構造１２０の分割は、必然的ではないが好ましくは、各セグメントが実質的に対称的で等しい表面１２８および１３２を与えるように行なわれる。この実施例では、セグメント１５０ａ−１５０ｄは、各セグメントが他のものの放射または検出機能によって影響を及ぼされないように、空気または絶縁材で満たされるギャップ１５２によって互いから絶縁される。放射器またはエミッタとしての構造１２０では、セグメントの各々は区別可能な放射を発することができる。検出器としての構造１２０では、構造１２０は、各セグメント１５０ａ−１５０ｄがそれぞれのセグメントに入射する放射を表わす信号を発生できるように電気的に構成される。さらなる変形例として、構造１２０は、シリカ、または赤外線に高感度な測熱物質から構成されてもよい。この点で、第１および第２の表面１２８および１３２は、構造１２０に入射する赤外線が容易に検出されるように濃い色調または色にされ得る。球形カバレージが望ましいか適切である場合、２つの輪状構造１２０’および１２０”が図２９Ａおよび図２９Ｂに示すように背中合わせの構成で用いられ得る。図示される実施例では、単一の非反射性および非透過性の部材１２２’が２つの構造１２０’と１２０”との間に設けられ、構造１２０’および１２０”の各々が２つの軸について分解能を与えるためにそれぞれセグメント１５０ａ’− １５０ｄ’および１５０ａ”−１５０ｃ”に分割される(２つのセグメント１５０ｄ’および１５０ｄ”は図示されず、セグメント１５０ｃ’および１５０ｃ” は一部分解して示される)。図２９Ａおよび図２９Ｂの配向において、輪状構造１２０’が「上部」半球カバレージを与え、輪状構造１２０”が「底部」半球カバレージを与え、これらがともに球形カバレージを与えることがわかる。図２６Ａおよび図２６Ｂを参照すると、構造的に隠蔽される方向光学装置１６０の別の実施例が示される。装置１６０は上述のベース１８と似通って構成されたベース１６２を含む。ただし、ベース１６２は４つの球形キャビティ１６４ａ、１６４ｂ、１６４ｃおよび１６４ｄを含み、そのすべてがベース１６２の上部１６８から構成されるマスク１６６によって構造的に隠蔽される。球形キャビティの各々は、断面積Ｋがφのほとんどの角に対して実質的に一定であり続けるようにマスク１６６によって隠蔽されるアパチャ１６７の表面を有する。エミッタまたは検出器である複数個の光学点素子１８０が設けられ、各々が別個のキャビティに関連づけられる。別の方法で説明すると、４つの球形カバレージ１６４ａ−１６４ｄが、マスクＭが上に支持される、４つの球形カバレージの間に位置すろベースのコアセクション１７０によって区切られている（図２６Ｂでは破線セグメント１６９で示される）より大きなキャビティを連帯的に形成することがわかる。コアセクション１７０は、各キャビティ１６４ａ−１６４ｄにおける放射がそこに留まることを可能にするに際に上述のバッフル５１のように作用する。４つの球形カバレージで、装置は上述のような２つの分解能軸を与える。上述したように、この発明の特徴に従う隠蔽された装置の放射または検出プロファイルは所望されるか必要とされるのに応じて調節され得る。一様でない調節された放射または検出プロファイルを与える隠蔽された装置の例として、図３０Ａ−３０Ｃを参照されたい。図示される実施例では一定の円形断面積２０４を有した円筒である、拡散反射するキャビティ２０２を有する隠蔽された装置２００が示される。キャビティ２０２のアパチャ２０６は放射または検出表面２０８を与える。隠蔽された装置２００は拡散反射するマスクＭを含む。この実施例では、マスクＭはアパチャ２０６の幅Ｗ_Aよりも大きい幅Ｗ_Mを有し、表面２０８またはアパチャ２０６から距離Ｄをおいて位置決めされる。たとえば、幅Ｗ_Mは約０．２６５”であってもよく、幅Ｗ_Aは約０．２５０”であってもよく、距離Ｄは０．０７５”であってもよい。この実施例では、マスクＭはアパチャ２０６を超えて広がり、延びる。マスクＭがこのように構成され、水平線区域におけるφの角に対する断面積Ｋ_Hが実質的に最大であり、角φが減少すると断面積Ｋ_Eまで減少されることがわかる。事実上、０に近いφの角（すなわち、アパチャ２０６に対して垂直）では、マスクＭが完全にアパチャ２０６を隠蔽するので断面Ｋは０である。したがって、装置２００は装置２００が面する半球領域またはセクタの上での高度角における機能を低減する。しかしながら、断面積Ｋ_Hが実質的に最大であり、実質的にすべての方位角に対して最大であり続けるので（すなわち、０＜ρ＜３６０）、装置２００は、装置２００の水平線区域でまたはその近くで方位方向に実質的に一様な放射または検出プロファイルを有する方位装置となる。方位方向に少なくとも１つの軸に対する分解能を与えるために、装置はキャビティ２０２をセクションＳへと区切るか分割する拡散反射するバッフル２１４を含む。具体的に図３０Ｂの実施例を参照すると、必ずしもそうではないが好ましくはバッフル２１４はキャビティ２０２を４つのセクションＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_CおよびＳ_Dに分割する。エミッタとして、装置２００は各々が別個のセクションに収容される４つのエミッタ２２０_A−２２０_Dを含み得る。上述の図２０Ａおよび図２０Ｂの半球の区切られた分布器ＰＴのように、エミッタ２２０は、装置２００が半球上とは対照的に方位角上で動作することを除き、さまざまな色またはさまざまな時間的周波数のランプであってもよい。検出器として、方位装置２００はセクタに関連した（参照番号２２０によっても表わされる）複数個の検出器を含み得る。装置２００が３６０度にわたる入射光の方位角をその水平線区域で突き止めるためには、バッフル２１４は各々が別個のエミッタ２２０を収容する少なくとも４つのセクションＳ_A、Ｓ_B、Ｓ_CおよびＳ_Dへとキャビティ２０２を区切るように構成される。方位装置２００が１８０度にわたる入射光の方位角をその水平線区域で突き止めるためには、バッフル２１４は必ずしもそうではないが好ましくは２７０度にわたる少なくとも３つのセクションへとキャビティ２０２を区切るように構成される。図３０Ｃに示すように、３つのセクタは各々検出器２２０を有するセクションＳ_A、Ｓ_DおよびＳ_Cであってもよい。第４の検出器２２０が１８０度の検出カバレージのためにこの実施例では用いられていないので、「非活性」セクションＳ_Bが検出器なしで示される。複数個のセクションおよび／またはセクションＳと関連した複数個の光学素子２２０が、区切られた方位分布器または区切られた方位検出器としての装置２００の所望の機能および動作にかなうように調節または変更され得ることが当業者には理解される。方位装置２００の放射または検出プロファイルを調節するさらなる例として、装置２００が図３１Ａ−３１Ｃに示され、ここで、マスクＭの幅Ｗ_Mがアパチャ２０６の幅Ｗ_Aと実質的に等しい。断面積Ｋ_Hが図３０Ａ−３０Ｃのそれとは実質的に変更されずにあるが、図３１Ａの断面積Ｋ_E’は図３０Ａの面積Ｋ_Eより増大していることがわかる。図３０Ａ−３０Ｃの光学素子２２０がキャビティ２０２の「底部」に位置決めされるが、図３１Ａ−３１Ｃの光学素子２２０はキャビティ２０２の「側部」に位置決めされることが注目される。どちらの例でも、キャビティ２０２内の素子２２０の場所は上述のような「ホットスポット」が望ましくないか破壊的である場合に「ホットスポット」を避けるように選択される。図３０Ａ−３０Ｃの実施例は床に取付けられる方位装置にとって好ましく、図３１Ａ−３１Ｃの実施例は壁に取付けられる方位装置にとって好ましいかもしれない。上述の実施例のように、キャビティ２０２、マスクＭおよび／またはバッフル２１４は拡散反射してもよく、キャビティ２０２は円筒形がほとんどの場合に好ましいがどのような形状であってもよい。保護カバー２２４が設けられてもよい。この発明は、多数の光学素子または複雑な処理電子装置なしで、３次元ゾーンを移動する物体の位置を追跡できる比較的簡単で費用効果のよいシステムを提供することがわかる。以上はこの発明の目下好ましい実施例を開示するが、当業者は示され説明された好ましい実施例をこの発明の範から逸脱せずにさまざまに変化できることが理解される。したがって、この発明は以下の請求の範囲によってのみ規定される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号０８／５９０，２９０ (32)優先日平成８年１月23日(1996．1．23) (33)優先権主張国米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号０８／７８１，８２６ (32)優先日平成９年１月10日(1997．1．10) (33)優先権主張国米国（ＵＳ） (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者ワトソン，ハロルド・イーアメリカ合衆国、45429―1858 オハイオ州、ケタリング、オーバーランド・トレイル、4460 (72)発明者リッター，マイケル・ピィアメリカ合衆国、45431 オハイオ州、デイトン、パンドラ・ドライブ、552 (72)発明者エプリング，ボビー・エルアメリカ合衆国、45305 オハイオ州、ベルブルック、ミル・ラン・レーン、2045 (72)発明者シュミット，マーク・ジィアメリカ合衆国、45424―3135 オハイオ州、ヒューバー・ハイツ、マンドゥレイク・ドライブ、7168 (72)発明者レインズ・ジュニア，ジャック・シィアメリカ合衆国、22071 バージニア州、ハーンドン、ティンバート・ウッド・ウェイ、2946

Claims

【特許請求の範囲】１．放射エネルギ変換装置であって、拡散反射する表面と、変換装置について水平線区域を規定する光学領域とを有するベースと、ベースから間隔を空けられ、水平線区域より上の角度範囲にわたって光学領域の実質的に一定の部分を与えるように光学領域の一部を隠蔽するように位置決めされたマスクと、光学領域に関連した放射と対応の信号との間で変換する電磁トランスデューサとを含む、装置。２．ベースは拡散反射ずるキャビティを含み、光学領域はキャビティのアパチャである、請求項１に記載の装置。３．キャビティは実質的に半球である、請求項２に記載の装置。４．キャビティは実質的に円筒である、請求項２に記載の装置。５．マスクと光学領域との間の領域を複数個のセクションに分割するバッフルをさらに含み、電磁トランスデューサはセクションの別個の１つにおける放射に各々反応する複数個の電磁センサを含む、請求項１または請求項２に記載の装置。６．セクションの別個の１つにおける放射に各々反応する第２の複数個のセンサをさらに含み、複数個のセンサの各々は異なったタイプの放射に反応する、請求項５に記載の装置。７．異なったタイプの放射は波長において異なる、請求項６に記載の装置。８．異なったタイプの放射は異なった割合でパルス化する放射を含む、請求項６に記載の装置。９．マスクと光学領域との間の領域を複数個のセクションに分割するバッフルをさらに含み、電磁トランスデューサはセクションの別個の１つを介して各々放射を発する複数個のエミッタを含む、請求項１または請求項２に記載の装置。１０．セクションの別個の１つを介して各々放射を発する第２の複数個のエミッタをさらに含み、複数個のエミッタの各々は異なったタイプの放射を発する、請求項９に記載の装置。１１．異なったタイプの放射は波長において異なる、請求項１０に記載の装置。１２．異なったタイプの放射は異なった割合でパルス化する放射を含む、請求項１０に記載の装置。１３．マスクと光学領域との間に位置決めされた光デフレクタをさらに含む、請求項１または請求項２に記載の装置。１４．光デフレクタは拡散反射する円錐を含む、請求項１３に記載の装置。１５．光デフレクタはバッフルを含む、請求項１３に記載の装置。１６．電磁トランスデューサはキャビティへと光を発する、請求項２、３または４に記載の装置。１７．電磁トランスデューサはキャビティのアパチャに面するマスクの表面上の場所からキャビティへと光を発する、請求項１６に記載の装置。１８．電磁トランスデューサはキャビティの壁に接する点からキャビティへと光を発する、請求項１６に記載の装置。１９．電磁トランスデューサはキャビティ内で光を検出する、請求項２、３または４に記載の装置。２０．電磁トランスデューサはキャビティからキャビティのアパチャに面するマスクの表面上の場所へと反射された光を検出する、請求項１９に記載の装置。２１．電磁トランスデューサはキャビティの壁に接する点に入射する光を検出する、請求項１９に記載の装置。２２．光学領域に面するマスクの表面は拡散反射する、請求項１または請求項２に記載の装置。２３．電磁トランスデューサは電気信号に応答して光を放射するための光学エミッタを含み、水平線区域より上の半球領域の方位および高度の範囲を装置が実質的に一様に照らすように、マスクがエミッタから放射する光の一部を遮る、請求項１または請求項２に記載の装置。２４．光学領域に面するマスクの表面は拡散反射する、請求項２３に記載の装置。２５．電磁トランスデューサは光学センサによって検出された入射光に応答して電気信号を発生するための光学センサを含み、水平線区域より上の半球領域の方位および高度の範囲から入射する光に対して装置が実質的に一様な感度を有するように、マスクが光学領域およびセンサからの入射光の一部を遮る、請求項１または請求項２に記載の装置。２６．光学領域に面するマスクの表面は拡散反射する、請求項２５に記載の装置。