JP2013061747A - 三次元座標検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 三次元領域内の物体の座標を検知可能な座標検知装置を提供する。
【解決手段】 三次元座標検知装置１は、二次元座標領域内にある物体の二次元座標Ｐ（ｘ，ｙ）を検知する複数の二次元座標検知装置１１〜１５を備える。各二次元座標検知装置１１〜１５は、各々の二次元座標領域が互いに平行となるように、各二次元座標領域の面に対して法線方向に並設されている。三次元座標検知装置１は、各二次元座標検知装置１１〜１５が検知した座標Ｐ（ｘ，ｙ）に、各二次元座標領域の面に対して法線方向の位置を加えた三次元座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を、各二次元座標検知装置１１〜１５が検知した座標に基づいて検知する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、三次元座標領域内の物体の座標を検知する装置に関する。

従来、物体の位置を決定する長方形状の目標区域を内部に有するハウジングと、一対の光分配検出アセンブリとを備える光学的位置決め装置が知られている（特許文献１）。この装置において、ハウジングは、再帰反射性の材料からなる反射器アセンブリを有する。ここで、再帰反射とは、入射した光に平行で且つ入射方向と反対の方向に出射する反射のことである。また、光分配検出アセンブリは、目標区域を走査する走査光を出射する光源と、走査光が反射器アセンブリにより再帰反射した光を検出する光検出器とを有する。

光源から出射された光が反射器アセンブリに到達する前に物体に遮られた場合には、物体に遮られていない場合に比べて光検出器が検出する光のレベルが変化する。光分配検出アセンブリは、この検出した光のレベルによって物体の有無を検知できる。

ここで、光分配検出アセンブリが一対あるため、目標区域内に物体がある場合、この物体によって光源から出射された光が遮られた角度が２つ検知される。一対の光分配検出アセンブリ間の距離は既知であるので、一辺とその両端の角度とから頂点を求める三角測量法によって目標区域内の物体の位置を検知することができる。

特開昭６２−５４２８号公報

近年、このような物体の位置を検知する装置には、例えば、長方形状等の二次元領域内の位置を検知するだけでなく、二次元領域の法線方向の位置も検知する、すなわち三次元領域内の位置を検知することが求められている。しかしながら、特許文献１の光学式座標検知装置では、二次元領域（平面）内の位置は検知できるが、三次元領域内、すなわち目標区域の面に対して法線方向の位置は検知できない。

本発明は、三次元領域内の物体の位置（座標）を検知することができる三次元座標検知装置を提供することを目的とする。

本発明は、二次元座標領域内の物体の座標を検知するために、前記二次元座標領域の周縁上又は前記二次元座標領域外に配置され、光を出射する照射部と光を受光する受光部とをそれぞれ有する一対の光学装置と、前記光学装置から出射された光を再帰反射する再帰反射部とを備え、前記照射部が前記二次元座標領域を走査する光を出射し、前記受光部が前記照射部から出射されて前記再帰反射部に再帰反射された光を受光するように構成された二次元座標検知装置を複数有する三次元座標検知装置であって、前記複数の二次元座標検知装置は、各々が検知する座標を含む二次元座標領域が互いに平行となるように、各二次元座標領域の面に対して法線方向に並設され、前記二次元座標領域の座標に、当該二次元座標領域の面に対して法線方向の位置を加えた三次元座標領域内の物体の座標を、前記複数の二次元座標検知装置のそれぞれが検知した座標に基づいて検知することを特徴とする。

本発明によれば、二次元座標検知装置は、一対の光学装置を備え、一対の光学装置のそれぞれは、二次元座標領域を走査する光を照射部から出射し、再帰反射部に再帰反射された光を受光部で受光する。光学装置は、二次元座標領域内に物体がある場合、再帰反射された光が遮られる（光のレベルが変化する）。各光学装置は、この遮られたときの方向、すなわち、「当該光学装置と他方の光学装置とを結ぶ線」と、「当該光学装置と二次元座標領域内の物体とを結ぶ線」との角度を検知できる。二次元座標検知装置は、各光学装置により検知されたそれぞれの角度と各光学装置間の距離から、三角測量法により二次元座標領域内の物体の座標（二次元の座標）を検知できる。

三次元座標検知装置は、このような二次元座標検知装置を複数備え、複数の二次元座標検知装置を、各々の二次元座標領域が互いに平行となるように、各二次元座標領域の面に対して法線方向に並設されている。

そして、例えば、三次元座標検知装置に、３つの二次元座標検知装置が並設され、中央に配設された二次元座標検知装置が物体の座標を検知した場合、当該物体の二次元座標領域の面に対して法線方向の位置は、中央に配設された二次元座標検知装置の位置となる。このようにして、各二次元座標検知装置が検知したそれぞれの座標に基づいて、三次元座標領域内の物体の座標（二次元座標領域の面に対して法線方向の位置を加えた三次元の座標）を検知できる。

本発明において、前記光学装置の照射部及び受光部は、当該光学装置を備える二次元座標検知装置と隣り合う二次元座標検知装置の照射部から出射した光を区別するための光学フィルタを備え、前記照射部は前記光学フィルタを介して前記再帰反射部に光を出射し、前記受光部は前記再帰反射部に再帰反射された光を前記光学フィルタを介して受光することが好ましい。

二次元座標検知装置は並設されているので、所定の二次元座標検知装置の受光部が受光した光には、当該二次元座標検知装置以外の、すなわち当該二次元座標検知装置と隣り合う二次元座標検知装置が出射した光が混入する可能性がある。このため、各二次元座標装置の光学フィルタを介すことで、隣り合う二次元座標装置とは異なる光（例えば、波長が異なる光等）を出射し、当該二次元座標装置の受光部が照射部と同じ特性の光学フィルタを介して受光することで、隣り合う二次元座標検知装置が出射した光を区別することができる。

なお、本発明において、隣り合う二次元座標検知装置とは、一つ隣の二次元座標検知装置のみだけではなく、出射した光が混入する可能性のある範囲に配設された二次元座標検知装置を含むものとする。すなわち、例えば、７つの二次元座標検知装置が並設されていた場合に、二次元座標検知装置間の距離が近いことにより、中央（並設された並び順で４番目）に配設された二次元座標検知装置が受光する光に、その両隣（３番目と５番目）だけではなく、更にその一つ隣（２番目と６番目）の二次元座標検知装置の光が混入することがある。この場合には、中央（４番目）に配設された二次元座標検知装置に隣り合う二次元座標検知装置は、２番目、３番目、５番目、６番目の二次元座標検知装置となる。

本発明において、前記照射部が有する光源には、駆動波形として振幅が０と０でない値とを交互に繰り返すパルス波が供給され、前記パルス波の振幅が０のときに前記光源が消灯し、前記パルス波の振幅が０でない値のときに前記光源が点灯し、前記複数の二次元座標検知装置が並設された並びで隣り合う二次元座標検知装置の光源には、互いのパルス波の振幅が同時に０でない値とはならないように供給され、前記隣り合う二次元座標検知装置は、前記受光部が受光した光の信号の各瞬時値に、当該受光部を備える二次元座標検知装置が有する照射部に供給されたパルス波の振幅の各瞬時値を乗算して得た信号により、当該二次元座標検知装置の二次元座標領域内にある物体の座標を検知することが好ましい。

これにより、出射した光が混入する可能性のある範囲に配設された二次元座標検知装置の各光源が同時に点灯することがなくなる。このため、各二次元座標検知装置の受光部が受光した光の信号の各瞬時値に、当該二次元座標検知装置の照射部の光源に供給されたパルス波の振幅の各瞬時値を乗算することで、パルス波の振幅が０のとき、すなわち、光源が消灯しているときの受光した光のレベルが０になる。このため、隣り合う二次元座標検知装置の光が混入した場合であっても、混入した光を除去できる。また、前述の光学フィルタと組み合わせることにより、更に高精度に、混入した光を除去することができる。

本発明において、前記複数の二次元座標検知装置間の間隔に基づいて、前記三次元座標領域内の物体の前記二次元座標領域の面に対する法線方向の位置を決定することができる。

本発明において、前記二次元座標検知装置が検知する座標は、当該二次元座標検知装置の二次元座標領域と交差する前記三次元座標領域内の物体の断面の外形を示す１又は複数の座標の集合であり、前記複数の二次元座標検知装置のそれぞれが検知した１又は複数の座標の集合から前記三次元座標領域内にある物体の外形を検知することが好ましい。これにより、物体の外形の状態や方向等を検知することができる。

本発明において、前記三次元座標領域内にある物体は、所定の領域内の所定の座標を指し示す指示部を有し、前記所定の領域は、前記二次元座標領域の並設方向において前記指示部が指し示す側の端にある二次元座標領域上に位置し、又は前記端にある二次元座標領域より外側に位置し、前記三次元座標領域内にある物体の１又は複数の座標の集合を検知した各二次元座標検知装置のうち、前記所定の領域に最も近い二次元座標領域に対応した二次元座標検知装置が検知した１又は複数の座標の集合を前記物体の指示部として検知することが好ましい。これにより、物体の指示部（例えば、先端）を検知することで、当該三次元座標検知装置を搭載した機器は、検知した先端の位置に応じて作動を変更することができる。

本発明において、前記所定の領域に最も近い二次元座標領域と、当該二次元座標領域の前記所定の領域とは反対側に隣り合う二次元座標領域とのそれぞれに応じた二次元座標検知装置が検知したそれぞれの１又は複数の座標の集合から前記三次元座標領域内にある物体の方向を検知することが好ましい。これにより、物体の方向を検知することで、当該三次元座標検知装置を搭載した機器は、検知した方向に応じて作動を変更することができる。

本発明において、前記所定の領域に最も近い二次元座標領域と、当該二次元座標領域の前記所定の領域とは反対側に隣り合う二次元座標領域とのそれぞれに応じた二次元座標検知装置が検知したそれぞれの１又は複数の座標の集合の重心座標から前記三次元座標領域内にある物体の方向を検知することが好ましい。これにより、物体の方向を検知することで、当該三次元座標検知装置を搭載した機器は、検知した方向に応じて作動を変更することができる。

本発明において、前記検知した物体の指示部と前記検知した物体の方向から、前記所定の領域内の前記所定の座標を検知することが好ましい。これにより、物体の指示部が指し示す座標を検知することで、当該三次元座標検知装置を搭載した機器は、物体の指示部が指している座標に応じて作動を変更することができる。また、物体が前記所定の領域にない場合であっても、物体が当該領域内の所定座標のいずれを指し示しているかを検知できるので、三次元座標検知装置の利便性が向上する。

本発明の本実施形態の三次元座標検知装置の構成を示す図。 本実施形態の三次元座標検知装置に用いられる二次元座標検知装置の構成を示す図。 図２の二次元座標検知装置が備える光学装置の構成を示す図。 三次元座標領域及び複数の二次元座標領域を示す模式図。 三次元座標領域内に物体があるときの模式図。 図５の状態の各二次元座標領域の物体イメージを示す模式図。 （ａ）は物体の方向及び目標点の検知を示す図、（ｂ）は（ａ）とは別の方法により物体の方向及び目標点の検知を示す図。 （ａ）は第１，第３，第５の二次元座標検知装置の光源に供給するパルス波の時間変化を示し、（ｂ）は（ａ）の二次元座標検知装置の走査部から出射される光のレベルの時間変化を示し、（ｃ）は（ａ）の二次元座標検知装置の受光部が受光した光の信号を示し、（ｄ）は（ａ）と（ｃ）とを乗算した結果を示し、（ｅ）は第２，第４の二次元座標検知装置の光源に供給するパルス波の時間変化を示し、（ｆ）は（ｅ）の二次元座標検知装置の走査部から出射される光のレベルの時間変化を示し、（ｇ）は（ｅ）の二次元座標検知装置の受光部が受光した光の信号を示し、（ｈ）は（ｅ）と（ｇ）とを乗算した結果を示す図。

本発明の実施形態の三次元座標検知装置の構成について説明する。本実施形態の三次元座標検知装置１は、大型ディスプレイやホワイトボード等に搭載される三次元座標検知装置である。

図１に示されるように、本実施形態の三次元座標検知装置１は、５つの二次元座標検知装置１１〜１５から構成されている。これらの各二次元座標検知装置１１〜１５はそれぞれが同じ構造である。以下、図２〜図３を参照して、複数の二次元座標検知装置１１〜１５を代表して二次元座標検知装置１１の構造について説明する。

二次元座標検知装置１１は、外枠２と、平面状の領域である二次元座標領域Ｄ２内の物体の座標を検知するために、光を出射すると共に受光する左右一対の光学装置３，４とを備える。

外枠２は、二次元座標領域Ｄ２の周縁上に配置され、図２において上側の上辺２１と、下側の下辺２２と、右側の右辺２３と、左側の左辺２４とで構成される。上辺２１と下辺２２は互いに平行で且つ水平な辺として構成され、右辺２３と左辺２４は互いに平行で且つ上下辺２１，２２に垂直な辺として構成される。

外枠２は、大画面の枠として必要な剛性を持つ部材であればよく、例えば、熱可塑性樹脂を用いて射出成形等の製法で製造された軽量安価な樹脂枠が好ましい。下辺２２，右辺２３及び左辺２４は、入射した光に平行で且つ入射方向とは反対方向に出射する再帰反射となるような反射特性を持つように表面が加工されている。下辺２２，右辺２３及び左辺２４が、本発明における再帰反射部に相当する。

右側の光学装置３は、上辺２１と右辺２３の交点上、すなわち図２の右上の角の外枠２の周縁上に配置され、左側の光学装置４は、上辺２１と左辺２４の交点上、すなわち図２の左上の角の外枠２の周縁上に配置される。一対の光学装置３，４は、外枠２の配置する位置に応じて左右対称に同じ構成を有するものであるので、以下の説明では、主に右側の光学装置３について説明し、左側の光学装置４の詳細な説明は省略する。

図３に示されるように、右側の光学装置３は、光源３１と、走査部３２と、受光部３３とを備える。光源３１は、狭指向性の光となるように半導体レーザ光を出射するように構成されている。このため、光が進んだ距離による光の減衰は無いものとして扱うことができる。これによって、本実施形態の各光学装置３，４は、大型ディスプレイに適した構成となっている。また、光源３１には、振幅が０と０でない値（例えば５［Ｖ］）とを交互に繰り返すパルス波形が駆動波形として供給されるものであり、パルス波の振幅が０のときに光源３１が消灯し、パルス波の振幅が０でない値のときに光源３１が点灯する。

走査部３２は、光偏向器４０を有している。走査部３２は、光偏向器４０が有するミラーを回転駆動することで、光源３１が出射したレーザ光を様々な角度に偏向して、外枠２で形成された二次元座標領域Ｄ２内を走査する。ここで、光源３１と走査部３２とが本発明における「照射部」に相当する。

本実施形態では、光偏向器４０を、電圧信号が供給されることでミラーを回転駆動する圧電アクチュエータを備えるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）デバイスで構成している。このように、圧電アクチュエータを用いることで、光偏向器４０の駆動部を非常に小型化できる。なお、光偏向器４０は、本実施形態の構成に限らず、モータ（電動機）等の駆動力により回転駆動するものであってもよい。

受光部３３は、走査部３２によって二次元座標領域Ｄ２内に出射された光が、外枠２の下辺２２，右辺２３及び左辺２４のいずれかに入射し、再帰反射して戻って来た反射光を受光できるように配置される。受光部３３は、受光したエネルギーに応じて電気信号を出す光電変換素子であり、コスト等を考慮するとフォトダイオードが好ましいが、これに限らず、イメージセンサー等を使用しても良い。

光源３１は、外枠２の上辺２１から走査部３２の光偏向器４０のミラーの中央部に向けてレーザ光を出射できる位置に配置される。本実施形態では、光源３１は、半導体レーザの出力にビーム整形用のレンズを装着してレーザ光を出力できるように構成しているがこれに限らない。例えば、任意の位置に配置された光源の光を、光ファイバによって本実施形態の光源３１の位置に伝達させて、光偏向器４０のミラーに向けてレーザ光を出射できるように構成したものであってもよい。

走査部３２は、周期性を有する電圧波形（例えば、正弦波や三角波等）を光偏向器４０に供給することで、光偏向器４０のミラーを±２２．５°（計４５°）以上の角度で回転駆動（振動）し、二次元座標領域Ｄ２の全領域に対して光源３１からのレーザ光で走査可能に構成される。このとき、走査部３２は、光源３１からのレーザ光を偏向した光が、二次元座標領域Ｄ２の面に対して水平に出射されるように光偏向器４０のミラーを回転駆動する。以下、この光偏向器４０に偏向されたレーザ光の光路で形成される平面を「走査平面」という。

光偏向器４０のミラーの偏向角が２２．５°の時には、二次元座標領域Ｄ２の垂直方向に向かって光偏向器４０のミラーからレーザ光が出射される。すなわち、右側の光学装置３の場合には、上辺２１と右辺２３の交点から下辺２２と右辺２３の交点に向かって光偏向器４０のミラーからレーザ光が出射され、左側の光学装置４の場合には、上辺２１と左辺２４の交点から下辺２２と左辺２４の交点に向かって光偏向器４０のミラーからレーザ光が出射される。

光偏向器４０のミラーの偏向角が−２２．５°の時には、二次元座標領域Ｄ２の水平方向に向かって光偏向器４０のミラーからレーザ光が出射される。すなわち、右側の光学装置３の場合には、上辺２１と右辺２３の交点から上辺２１と左辺２４の交点に向かって光偏向器４０のミラーからレーザ光が出射され、左側の光学装置４の場合には、上辺２１と左辺２４の交点から上辺２１と右辺２３の交点に向かって光偏向器４０のミラーからレーザ光が出射される。

次に、外枠２の下辺２２，右辺２３及び左辺２４の再帰反射となるように加工された表面の詳細について説明する。

下辺２２，右辺２３及び左辺２４は、入射角が０°の光を、反射角が０°で最大光度となり所定の半値角の広がりを持つ光として反射する反射特性を持つ。これによって、例えば二次元座標領域Ｄ２の大きさ、例えば、二次元座標領域Ｄ２の対角線の長さが５０インチ程度とすると、光学装置３，４から出射した光が再び光学装置３，４に戻ってきた時点で、３０〜４０ｍｍφ程度のビーム幅を持つことになる。従って、この場合には、各光学装置３，４の受光部３３は、光偏向器４０のミラーから３０〜４０ｍｍ以内の場所に配置されれば、再起反射した光を受光できる。

本実施形態では、受光部３３を外枠２の右上（上辺２１と右辺２３の交点）及び左上（上辺２１と左辺２４の交点）の二次元座標領域Ｄ２側の側壁に配置している。このとき、各光学装置３，４の光偏向器のミラーと受光部３３は、二次元座標領域Ｄ２の面に対して法線方向に３０〜４０ｍｍ程度ずらした位置に配置される。

このように、各光学装置３，４の光偏向器４０のミラーから受光部３３までの距離を、再帰反射部としての下辺２２，右辺２３及び左辺２４の反射特性と、二次元座標領域Ｄ２の大きさとに応じて決定することで、ビーム分割器のような光束を分割する装置を設けることなく、光偏向器４０のミラーと受光部３３とを互いに干渉しないように配置できる。

また、各光学装置３，４の光偏向器４０のミラーから出射する光が互いに影響を与えないようにするため、互いの走査平面が同一平面にならないように構成している。すなわち、互いの走査平面を、平行となるように法線方向にずらしている。このように、二次元座標領域Ｄ２内には２つの走査平面が存在している。また、二次元座標領域Ｄ２は、上記のように２つの走査平面が存在しているので、厳密に言えば、当該二次元座標領域Ｄ２の法線方向にＷの厚さを持つ領域となる。この厚さＷは、外枠２の厚さと同じである。

また、光源３１には、光が出射される部位に光学フィルタ４１が貼設されている。また、受光部３３には、光を受光する部位に光学フィルタ４１と同じ特性の光学フィルタ４２が貼設されている。これらの光学フィルタ４１，４２は、所定の波長の光のみを通過させるバンドパスフィルタである。これにより、光源３１から出射される光は、光学フィルタ４１により所定の波長のみの光となり、走査平面に出射される。また、受光部３３が受光する光は、光学フィルタ４２により所定の波長のみの光となる。

以上が二次元座標検知装置１１の構成である。

次に、このように構成された二次元座標検知装置１１の座標（二次元座標）の検知方法について説明する。走査部３２が二次元座標領域Ｄ２内を走査しているとき、走査部３２からの光（レーザ光）が、二次元座標領域Ｄ２内の物体に遮られた場合と遮られなかった場合とでは、受光部３３が受光する光のレベル（例えば、光エネルギー等）が異なる。すなわち、遮られた場合には、遮られなかった場合に比べ、極端に低くなる（０又は０に同等）。

二次元座標検知装置１１は、受光部３３が受光した光のレベルが低くなったときに、走査部３２が光を出射していた角度を検知する。走査部３２の光偏向器４０に供給していた電圧波形に応じてミラーの偏向角が一意に決定される。このため、二次元座標検知装置１１は、ミラーの偏向角より光を出射していた角度を検知している。このときの角度は、光学装置（３又は４）と物体とを結ぶ直線（詳細には、ミラーの反射中心と物体とを結ぶ直線）と、上辺２１の中心線（詳細には、上辺２１の中心線に平行で、且つミラーの光源３１からレーザ光の反射中心を通る直線）との２つの直線のなす角度（鋭角側の角度）である。以下、この角度を「検知角」という。

このようにして、二次元座標検知装置１１は、一対の光学装置３，４のそれぞれの受光部３３が受光した光のレベルが低くなったときのそれぞれの検知角を検知する。また、一対の光学装置３，４間の距離、（詳細には各光学装置３，４のミラーの光源３１からのレーザ光の反射中心間の距離）は、規定の値である。

右側の光学装置３の検知角と、左側の光学装置４の検知角と、右側の光学装置３と左側の光学装置４間の距離とが既知となる、すなわち、一辺とその両端の角が既知となるので、右側の光学装置３、左側の光学装置４、及び物体の３点を頂点とする三角形が一意に決定される。そして、二次元座標検知装置１１は、三角測量法により、二次元座標領域Ｄ２内の物体の座標Ｐ（ｘ，ｙ）を検知できる。このとき、座標Ｐ（ｘ，ｙ）の、第１成分ｘは右辺２３及び左辺２４の長手方向（図２の左右方向）の位置を示し、第２成分ｙは上辺２１及び下辺２２の長手方向（図２の上下方向）の位置を示す。以下、上辺２１及び下辺２２の長手方向をＸ軸方向といい、右辺２３及び左辺２４の長手方向をＹ軸方向という場合がある。

図１に示されるように、複数の二次元座標検知装置１１〜１５は、各々が検知する座標を含む二次元座標領域Ｄ２が互いに平行となるように、各二次元座標領域Ｄ２の面に対して法線方向に並設される。このとき、互いの二次元座標検知装置は、間隔が設けられずに並設されている。なお、互いの二次元座標検知装置は、所定の間隔を設けて並設されてもよい。また、三次元座標検知装置１は、大型ディスプレイやホワイトボードに搭載されるときには、複数の二次元座標検知装置１１〜１５の各々が検知する座標を含む二次元座標領域Ｄ２が、大型ディスプレイの表示面（画面）やホワイトボードの描画面に平行となるように配置される。

以下、大型ディスプレイの表示面（画面）又はホワイトボードの描画面を「目標領域Ｔ」という。

また、複数の二次元座標検知装置１１〜１５のそれぞれを明確に区別する場合には、当該複数の二次元座標検知装置１１〜１５の並設された並び順で、第１二次元座標検知装置１１、第２二次元座標検知装置１２、第３二次元座標検知装置１３、第４二次元座標検知装置１４、及び第５二次元座標検知装置１５という。このとき、大型ディスプレイの表示面（画面）又はホワイトボードの描画面に最も近い側に配設された二次元座標検知装置を第１二次元座標検知装置１１という。

また、各二次元座標検知装置１１〜１５が座標を検知する対象となる各二次元座標領域Ｄ２のそれぞれを明確に区別する場合には、第１二次元座標検知装置１１が座標を検知する対象となる二次元座標領域を第１二次元座標領域Ｄ２１といい、第２二次元座標検知装置１２が座標を検知する対象となる二次元座標領域を第２二次元座標領域Ｄ２２といい、第３二次元座標検知装置１３が座標を検知する対象となる二次元座標領域を第３二次元座標領域Ｄ２３といい、第４二次元座標検知装置１４が座標を検知する対象となる二次元座標領域を第４二次元座標領域Ｄ２４といい、第５二次元座標検知装置１５が座標を検知する対象となる二次元座標領域を第５二次元座標領域Ｄ２５という。また、各二次元座標検知装置１１〜１５が検知した座標Ｐ（ｘ，ｙ）をそれぞれ明確に区別する場合には、第１二次元座標検知装置１１が検知した物体の座標を第１座標Ｐ１（ｘ１，ｙ１）といい、第２二次元座標検知装置１２が検知した物体の座標を第２座標Ｐ２（ｘ２，ｙ２）といい、第３二次元座標検知装置１３が検知した物体の座標を第３座標Ｐ３（ｘ３，ｙ３）といい、第４二次元座標検知装置１４が検知した物体の座標を第４座標Ｐ４（ｘ４，ｙ４）といい、第５二次元座標検知装置１５が検知した物体の座標を第５座標Ｐ５（ｘ５，ｙ５）という。

図４は、三次元座標領域Ｄ３の説明のために図１の複数の二次元座標検知装置１１〜１５を省略して、複数の二次元座標領域Ｄ２１〜Ｄ２５を示した模式図である。各二次元座標領域Ｄ２１〜Ｄ２５は、各二次元座標検知装置１１〜１５の並設された並び順で並ぶ。すなわち、目標領域Ｔに最も近い位置に第１二次元座標領域Ｄ２１が配置され、目標領域Ｔに最も遠い位置に第５二次元座標領域Ｄ２５が配置される。また、第１二次元座標検知装置１１は、大型ディスプレイの表面又はホワイトボードの描画面に接触した状態で設置される。このため、第１二次元座標領域Ｄ２１は、目標領域Ｔに接触した領域となる。

ここで、第１二次元座標領域Ｄ２１側が、本発明における「前記二次元座標領域の並設方向において前記指示部が指し示す側の端にある二次元座標領域」に相当する。また、目標領域Ｔが、本発明における「所定の領域」に相当する。また、第１二次元座標領域Ｄ２１と目標領域Ｔとが接触していることが、本発明における「前記所定の領域は、前記二次元座標領域の並設方向において前記指示部が指し示す側の端にある二次元座標領域上に位置」することに相当する。

三次元座標領域Ｄ３は、平面状の二次元座標領域（Ｄ２１〜Ｄ２５）に対して、当該領域の面の法線方向に大きさを持つ直方体状の領域である。このため、三次元座標領域Ｄ３内の座標（三次元座標）は、二次元座標領域（Ｄ２１〜Ｄ２５）内の座標Ｐ（ｘ，ｙ）に、第３成分として当該領域の面の法線方向の位置を加えた座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）となる。また、三次元座標領域Ｄ３内の座標Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）の第１成分ｘと第２成分ｙは、二次元座標領域Ｄ２内の座標Ｐ（ｘ，ｙ）の第１成分ｘと第２成分ｙと同様に、それぞれがＸ軸方向、Ｙ軸方向の位置を示す。以下、二次元座標領域（Ｄ２１〜Ｄ２５）の面の法線方向をＺ軸方向という場合がある。

三次元座標領域Ｄ３のＺ軸方向の大きさは、各二次元座標領域Ｄ２１〜Ｄ２５の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）Ｗが５つ分で「５×Ｗ」となる。

図５は、三次元座標検知装置１の利用者の腕（物体）１０１が挿入されたときの三次元座標領域Ｄ３を示す模式図である。なお、図５は、図１及び図４の下側（各二次元座標検知装置１１〜１５の下辺２２側）から上側（各二次元座標検知装置１１〜１５の上辺２１側）に向かって見たときの図である。腕１０１は、第５二次元座標領域Ｄ２５から目標領域Ｔに向かって挿入されている。このとき、腕１０１は、図５の手前から奥に向かって且つ図５の右側から左側に向かって斜めに挿入されている。また、腕１０１の先端（すなわち、指先）は、第２二次元座標領域Ｄ２２に位置している。このため、第１二次元座標領域Ｄ２１内には腕１０１は位置していない。従って、第１二次元座標検知装置１１は腕１０１の座標を検知せず、第２二次元座標検知装置１２〜第５二次元座標検知装置１５は、各二次元座標領域Ｄ２２〜Ｄ２５内に位置する腕１０１の座標をそれぞれ検知する。

腕１０１は、各二次元座標領域Ｄ２１〜Ｄ２５と交差する面において広さがあるため、各二次元座標領域Ｄ２１〜Ｄ２５内のある程度の範囲に（複数の座標に跨って）位置している。このため、各二次元座標検知装置１１〜１５の走査部３２から出射したレーザ光は、腕１０１に遮られている範囲において、受光部３３が受光する光のレベルが低下する。

図６は、図５の状態において、各二次元座標検知装置１１〜１５の受光部３３が受光した光のレベルが低下した座標を示す模式図である。なお、図６（ａ）〜（ｆ）のそれぞれは、二次元座標領域Ｄ２を目標領域Ｔに向かって見たとき（図５の上方向から下方向へ見たとき）の図である。図６（ａ）は第５二次元座標領域Ｄ２５を示し、図６（ｂ）は第４二次元座標領域Ｄ２４を示し、図６（ｃ）は第３二次元座標領域Ｄ２３を示し、図６（ｄ）は第２二次元座標領域Ｄ２２を示し、図６（ｅ）は第１二次元座標領域Ｄ２１を示す。また、図６（ｆ）は、第２二次元座標検知装置１２〜第５二次元座標検知装置１５の光のレベルが低下した座標を重ね合わせた概念図である。なお、図６では分かりやすくするために、座標を升目状で示している。また、一つの升目の各辺は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の大きさを１としている。

第５二次元座標検知装置１５は、図６（ａ）に示されるように、座標Ｐ（８，０），座標Ｐ（８，２），座標Ｐ（１０，０），及び座標Ｐ（１０，２）の４つの点（座標）を頂点とする四角形の領域で、受光部３３が受光した光のレベルが低下する。以降、受光部３３が受光した光のレベルが低下した領域の形を「物体イメージ」という。この物体イメージ（四角形の領域）の重心座標（中心となる座標）は、Ｐ（９，１）となる。なお、この重心座標にＺ軸方向の位置を加えた三次元座標で表現する場合には、Ｐ（９，１，４．５Ｗ）となる。ここで、Ｚ軸成分の４．５Ｗとは、第１二次元座標領域Ｄ２１〜第４二次元座標領域Ｄ２４の４つの厚さＷに（４Ｗ）、第５二次元座標領域Ｄ２５の厚さＷの半分（０．５Ｗ）を足したものである。以下、このように、第５二次元座標領域Ｄ２５内の物体イメージの重心座標を三次元座標で表現したものを「第５重心座標」という。

ここで、第５重心座標のＺ軸方向の位置を４．５Ｗのように決定するように、「各二次元座標領域Ｄ２１〜Ｄ２５の厚さＷに応じてＺ軸方向の位置を決定する」ことが、本発明における「前記複数の二次元座標検知装置間の間隔に基づいて、前記三次元座標領域内の物体の前記二次元座標領域の面に対する法線方向の位置を決定する」ことに相当する。

第４二次元座標検知装置１４は、図６（ｂ）に示されるように、座標Ｐ（７，１），座標Ｐ（７，３），座標Ｐ（９，１），及び座標Ｐ（９，３）の４つの点（座標）を頂点とする四角形の領域で、受光部３３が受光した光のレベルが低下する。この物体イメージ（四角形の領域）の重心座標（中心となる座標）は、Ｐ（８，２）となる。なお、この重心座標にＺ軸方向の位置を加えた三次元座標で表現する場合には、Ｐ（８，２，３．５Ｗ）となる。以下、第４二次元座標領域Ｄ２４内の物体イメージの重心座標を三次元座標で表現したものを「第４重心座標」という。

第３二次元座標検知装置１３は、図６（ｃ）に示されるように、座標Ｐ（６，３），座標Ｐ（６，４），座標Ｐ（８，３），及び座標Ｐ（８，４）の４つの点（座標）を頂点とする四角形の領域で、受光部３３が受光した光のレベルが低下する。この物体イメージ（四角形の領域）の重心座標（中心となる座標）は、Ｐ（７，３．５）となる。なお、この重心座標にＺ軸方向の位置を加えた三次元座標で表現する場合には、Ｐ（７，３．５，２．５Ｗ）となる。以下、第３二次元座標領域Ｄ２３内の物体イメージの重心座標を三次元座標で表現したものを「第３重心座標」という。

第２二次元座標検知装置１２は、図６（ｄ）に示されるように、座標Ｐ（６，３）で、受光部３３が受光した光のレベルが低下する（重心座標も同じ）。なお、Ｚ軸の位置を加えた三次元座標で表現する場合には、Ｐ（６，３，１．５Ｗ）となる。以下、第２二次元座標領域Ｄ２２内の物体イメージの重心座標を三次元座標で表現したものを「第２重心座標」という。

第１二次元座標検知装置１１は、腕１０１が第１二次元座標領域Ｄ２１内に位置していないため、図６（ｅ）に示されるように、受光部３３が受光した光のレベルが低下する領域が存在しない。図６の例では第１二次元座標領域Ｄ２１内に物体イメージが存在しないが、第１二次元座標領域Ｄ２１内に物体イメージがある場合には、この物体イメージの重心座標を三次元座標で表現したものを「第１重心座標」という。

上記のように、各二次元座標領域Ｄ２１〜Ｄ２５内の物体イメージは、各二次元座標領域Ｄ２１〜Ｄ２５の面による、物体（腕１０１）の断面形状を表わすこととなる。
例えば、第５二次元座標検知装置１５においては、「座標Ｐ（８，０），座標Ｐ（８，２），座標Ｐ（１０，０），及び座標Ｐ（１０，２）の４つの点（座標）を頂点とする四角形」は、腕１０１が第５二次元座標領域Ｄ２５と交差する面の断面形状を表わしている。このように、物体イメージは、本発明における「当該二次元座標検知装置の二次元座標領域と交差する前記三次元座標領域内の物体の断面の外形を示す１又は複数の座標の集合」に相当する。

また、各二次元座標領域Ｄ２２〜Ｄ２５内の物体イメージを当該領域の並び順に従って並べることで、三次元座標領域Ｄ３内の物体の外形を検知することができる。

第５二次元座標領域Ｄ２５及び第４二次元座標領域Ｄ２４の物体イメージが同じ大きさ（３×３の正方形領域）であり、第５二次元座標領域Ｄ２５から第４二次元座標領域Ｄ２４に向かって物体イメージが図６の右下方向から左上方向に移動している。また、第３二次元座標領域Ｄ２３の物体イメージの大きさ（３×２の長方形領域）が第４二次元座標領域Ｄ２４の物体イメージの大きさに比べて小さくなり、第４二次元座標領域Ｄ２４から第３二次元座標領域Ｄ２３に向かって物体イメージが図６の右下方向から左上方向に移動している。また、第２二次元座標領域Ｄ２２の物体イメージの大きさ（１×１の領域）が第３二次元座標領域Ｄ２３の物体イメージの大きさに比べて小さくなっている。第１二次元座標領域Ｄ２１は物体イメージが存在しない。

このことより、三次元座標検知装置１は、三次元座標領域Ｄ３内の物体（腕１０１）の外形がその先端に向かうにつれ次第に細くなっていき、且つ、図６の右下方向から左上方向に向かって斜めになっていると検知できる。この検知結果は、上述したように、腕１０１が図５の手前から奥に向かって且つ図５の右側から左側に向かって斜めに挿入されている、すなわち、図６の右下方向から左上方向に向かって挿入されていることに一致することより、正しく物体の外形を検知できていることが分かる。

このように、「各二次元座標領域Ｄ２１〜Ｄ２５内の物体イメージから物体の外形を検知する」ことが、本発明における「前記複数の二次元座標検知装置のそれぞれが検知した１又は複数の座標の集合から前記三次元座標領域内にある物体の外形を検知する」ことに相当する。

また、三次元座標領域Ｄ３内の物体の方向、例えば図５であれば腕１０１の方向が、当該三次元座標検知装置１の利用者にとって意味を持つ場合がある。例えば、利用者は、所定の位置（目標領域Ｔ内の所定の二次元座標。以下、「目標点ＴＰ」という）を腕１０１の先端、すなわち指先で指すような場合がある。このような場合には、必ずしも指先が目標領域Ｔに接触しているとは限らず、指先が空中に浮いている状態である場合も充分に考えられる。このような場合であっても、指先が指している目標領域Ｔ内の目標点ＴＰを三次元座標検知装置１が検知できると、利用者によって、三次元座標検知装置１の利便性が向上する。ここで、目標点ＴＰが、本発明における「所定の領域内の所定の座標」に相当する。

このとき、指先が第１二次元座標領域Ｄ２１内に位置しているときのみ目標点ＴＰを検知できるようにするよりは、例えば、第２二次元座標領域Ｄ２２内に位置しているときであっても目標領域Ｔ内の目標点ＴＰを検知できた方が、三次元座標検知装置１の利便性が向上する。すなわち、指先が三次元座標領域Ｄ３内に位置している場合には、可能な限り指先が指している目標領域Ｔ内の目標点ＴＰを検知できるようにすると、三次元座標検知装置１の利便性が向上する。

このため、三次元座標検知装置１は、まず三次元座標領域Ｄ３内の物体の先端（腕１０１の先端、すなわち指先）を検知する。このとき、三次元座標検知装置１は、各二次元座標領域Ｄ２１〜Ｄ２５のうち物体イメージが存在している二次元座標領域の中で、最も目標領域Ｔに近い二次元座標領域（図６の例では第２二次元座標領域Ｄ２２）内の物体イメージが物体の先端であると検知している。

このように「物体の先端を検知する」ことが、本発明における「前記三次元座標領域内にある物体の１又は複数の座標の集合を検知した各二次元座標検知装置のうち、前記所定の領域に最も近い二次元座標領域に対応した二次元座標検知装置が検知した１又は複数の座標の集合を前記物体の指示部として検知する」ことに相当する。また、物体の先端（腕１０１の先端、すなわち指先）が、本発明における「物体の指示部」に相当する。

そして、三次元座標検知装置１は、この物体の先端がある二次元座標領域内の物体イメージの重心座標を検知する（図６の例では、第２重心座標Ｐ（６，３，１．５Ｗ））。続いて、三次元座標検知装置１は、最も目標領域Ｔに近い二次元座標領域の目標領域Ｔとは反対側に隣接した二次元座標領域（図６の例では、第３二次元座標領域Ｄ２３）内の物体イメージの重心座標を検知する（図６の例では、第３重心座標Ｐ（７，３．５，２．５Ｗ））。

このようにして得られた２つの重心座標から方向ベクトルＬを決定する。図６の例では、方向ベクトルは、次のように決定される。

方向ベクトルＬ＝（６，３，１．５Ｗ）−（７，３．５，２．５Ｗ）
＝（−１，−０．５，−Ｗ）
このようにして決定された方向ベクトルＬと、物体の先端の重心座標（図６の例では、第２重心座標Ｐ（６，３，１．５Ｗ））とから、目標領域Ｔ内の目標点ＴＰを検知できる。図７（ａ）に示されるように、一般的に、方向ベクトルＬを（ｌ，ｍ，ｎ）、物体の先端の座標を（ｘ，ｙ，ｚ）、物体の先端と目標点ＴＰとのＺ軸方向の距離をｖとすると、目標点ＴＰの座標（ｐ，ｑ，ｒ）の各成分は、それぞれ、
ｐ＝ｘ−ｖ・ｌ／ｎ、
ｑ＝ｙ−ｖ・ｍ／ｎ、
ｒ＝ｚ−ｖ、
となる。

図６の例では、方向ベクトルＬが（ｌ，ｍ，ｎ）＝（−１，−０．５，−Ｗ）、物体の先端の座標が（ｘ，ｙ，ｚ）＝（６，３，１．５Ｗ）、物体の先端と目標点とのＺ軸方向の距離ｖ＝１．５Ｗである。これより、目標点ＴＰの座標は、
ｐ＝６−１．５Ｗ・（−１）／（−Ｗ）＝４．５、
ｑ＝３−１．５Ｗ・（−０．５）／（−Ｗ）＝２．２５、
ｒ＝１．５Ｗ−１．５Ｗ＝０
から、（４．５，２．２５，０）となる。

三次元座標検知装置１は、以上のようにして、物体（腕１０１）の先端が指し示す目標領域Ｔ内の目標点ＴＰを各二次元座標領域Ｄ２１〜Ｄ２５内の物体イメージの重心座標から検知している。このように、目標点ＴＰを検知することが、本発明における「前記検知した物体の指示部と前記検知した物体の方向から、前記所定の領域内の前記所定の座標を検知する」ことに相当する。また、上記のように方向ベクトルＬを決定することが、本発明における「前記所定の領域に最も近い二次元座標領域と、当該二次元座標領域の前記所定の領域とは反対側に隣り合う二次元座標領域とのそれぞれに応じた二次元座標検知装置が検知したそれぞれの１又は複数の座標の集合の重心座標から前記三次元座標領域内にある物体の方向を検知する」ことに相当する。

なお、最も目標領域Ｔに近い二次元座標領域の目標領域Ｔとは反対側に隣接した二次元座標領域は、１つだけである必要はなく、２つ以上であってもよい。例えば、図６の例であれば、第２二次元座標領域Ｄ２２に隣接する二次元座標領域として、第３二次元座標領域Ｄ２３だけでなく、第４二次元座標領域Ｄ２４も含めてよい。更には、第５二次元座標領域Ｄ２５を第２二次元座標領域Ｄ２２に隣接する二次元座標領域として、含めてもよい。このように、最も目標領域Ｔに近い二次元座標領域の目標領域Ｔとは反対側に隣接した二次元座標領域は、二次元座標領域のＺ軸方向の厚さや、物体の方向を検知する精度に応じて変更すればよい。また、方向を指示する物体が予め規定されている場合（例えば、指、ペン、指示棒、ゲームコントローラ等）には、当該規定された物体に応じて適宜決定すればよい。

なお、物体の方向や指している目標点ＴＰを検知する方法として、別の方法を用いてもよい。例えば、図７（ｂ）に示されるように、各二次元座標領域Ｄ２２〜Ｄ２５の物体イメージの外形を、第５二次元座標領域Ｄ２５から第１二次元座標領域Ｄ２１に向かって線で結び、その線を目標領域Ｔまで延長した際に、目標領域Ｔに投影される領域の重心座標を目標点ＴＰとしてもよい。また、図６の例では、図６（ｆ）に示されるように、各物体イメージの外形は、図６の右下方向から左上方向に移動していると検知できる（方向の検知）。ここで、第５二次元座標領域Ｄ２５から第１二次元座標領域Ｄ２１に向かって各物体イメージの外形から方向を検知することが、本発明における「前記所定の領域に最も近い二次元座標領域と、当該二次元座標領域の前記所定の領域とは反対側に隣り合う二次元座標領域とのそれぞれに応じた二次元座標検知装置が検知したそれぞれの１又は複数の座標の集合から前記三次元座標領域内にある物体の方向を検知する」ことに相当する。

また、本実施形態では、上述したように、互いに同じ特性、詳細には所定の波長の光のみを通過させるバンドパスフィルタからなる光学フィルタ４１，４２が光源３１の光が出射される部位と受光部３３の光を受光する部位とにそれぞれ貼設されている。三次元座標検知装置１は、一つの二次元座標検知装置内では、光学フィルタ４１，４２が通過させる波長は同じ波長となるように構成しており、隣り合う二次元座標検知装置では、互いに備える光学フィルタ４１，４２が通過させる波長が異なるように構成している。

このように構成することで、所定の二次元座標検知装置の走査部３２から出射された光が、下辺２２等で再帰反射した光が拡散する等により、隣りの二次元座標検知装置の受光部３３が受光する光に混入した場合であっても、この混入の影響を光学フィルタ４１，４２により低減又は除去できる。

例えば、第１二次元座標検知装置１１、第３二次元座標検知装置１３、第５二次元座標検知装置１５は、それぞれが、６１０〜７８０［ｎｍ］の波長を通過させる光学フィルタ４１，４２を備え、第２二次元座標検知装置１２、第４二次元座標検知装置１４は、それぞれが、４６０〜５００［ｎｍ］の波長を通過させる光学フィルタ４１，４２を備える。このように構成した場合には、第３二次元座標検知装置１３の走査部３２から出射された光は、その波長が６１０〜７８０［ｎｍ］である。

このため、第３二次元座標検知装置１３の走査部３２から出射された光が、第３二次元座標検知装置１３に隣り合う第２二次元座標検知装置１２又は第４二次元座標検知装置１４の二次元座標領域Ｄ２（詳細には、走査平面）に混入した場合であっても、４６０〜５００［ｎｍ］の波長のみを通過させる光学フィルタ４２が貼設されているので、第２二次元座標検知装置１２及び第４二次元座標検知装置１４の受光部３３には、第３二次元座標検知装置１３の走査部３２からの光は入射されない。

このようにして、三次元座標検知装置１は、光学フィルタ４１，４２の効果により、隣り合う二次元座標検知装置の走査部３２から出射された光が混入した場合であっても、混入した光の影響を低減又は除去することができる。これによって、三次元座標検知装置１は、三次元座標領域Ｄ３内の物体の座標の検知を高精度にできる。

このように、「第１二次元座標検知装置１１、第３二次元座標検知装置１３、第５二次元座標検知装置１５が６１０〜７８０［ｎｍ］の波長を通過させる光学フィルタ４１，４２を備え、第２二次元座標検知装置１２、第４二次元座標検知装置１４が４６０〜５００［ｎｍ］の波長を通過させる光学フィルタ４１，４２を備える」ことが、本発明における「前記光学装置の照射部及び受光部は、当該光学装置を備える二次元座標検知装置と隣り合う二次元座標検知装置の照射部から出射した光を区別するための光学フィルタを備える」ことに相当する。

また、「各二次元座標検知装置１１〜１５の光源３１に、それぞれの二次元座標検知装置に応じた光学フィルタ４１を貼設し、各二次元座標検知装置１１〜１５の受光部３３に、それぞれの二次元座標検知装置に応じた光学フィルタ４２を貼設している」ことが、本発明における「前記照射部は前記光学フィルタを介して前記再帰反射部に光を出射し、前記受光部は前記再帰反射部に再帰反射された光を前記光学フィルタを介して受光する」ことに相当する。

更に、三次元座標検知装置１は、隣り合う二次元座標検知装置の光源３１に供給する互いのパルス波（駆動波形）の振幅が、同時に０でない値とはならないように位相をずらして供給される。

図８（ａ）は、第１二次元座標検知装置１１，第３二次元座標検知装置１３，第５二次元座標検知装置１５のそれぞれの光源３１に供給されるパルス波の時間変化を示し、図８（ｂ）は、これらの二次元座標検知装置１１，１３，１５のそれぞれの走査部３２から出射される光のレベル（例えば光エネルギー）の時間変化を示す。図８（ｃ）は、第１二次元座標検知装置１１，第３二次元座標検知装置１３，第５二次元座標検知装置１５のそれぞれの受光部３３が受信する光の信号（光の時間変化）を示し、図８（ｄ）は、図８（ａ）と図８（ｃ）とを乗算した結果を示す。

また、図８（ｅ）は、第２二次元座標検知装置１２，第４二次元座標検知装置１４のそれぞれの光源３１に供給されるパルス波の時間変化を示し、図８（ｆ）は、これらの二次元座標検知装置１２，１４のそれぞれの走査部３２から出射される光のレベル（例えば光エネルギー）を示す。図８（ｇ）は、第２二次元座標検知装置１２，第４二次元座標検知装置１４のそれぞれの受光部３３が受信する光の信号（光の時間変化）を示し、図８（ｈ）は、図８（ｅ）と図８（ｇ）とを乗算した結果を示す。

図８（ａ）〜（ｈ）の横軸は時間を示す。また、図８（ａ），（ｅ）の縦軸は光源３１に供給される電圧を示す。図８（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｆ），（ｇ），（ｈ）の縦軸は受光した光のレベルを示し、０のときは光がない状態（例えば、光エネルギーが０）である。

図８（ａ），（ｂ）に示されるように、第１二次元座標検知装置１１，第３二次元座標検知装置１３，第５二次元座標検知装置１５の走査部３２からは、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間（以下、このような時刻と時刻の間を「時間ｔ２−ｔ３」と表す）時間ｔ４−ｔ５，時間ｔ６−ｔ７，時間ｔ８−ｔ９，時間ｔ１０−ｔ１１，時間ｔ１２−ｔ１３のときに光が出射され、これ以外の時間では光は出射されない。以下、時間ｔ２−ｔ３，時間ｔ４−ｔ５，時間ｔ６−ｔ７，時間ｔ８−ｔ９，時間ｔ１０−ｔ１１，時間ｔ１２−ｔ１３のように、第１二次元座標検知装置１１，第３二次元座標検知装置１３，第５二次元座標検知装置１５の走査部３２（若しくは光源３１）から光が出射されている時間をまとめて、「第１出射時間」という。

同様に、図８（ｅ），（ｆ）に示されるように、第２二次元座標検知装置１２，第４二次元座標検知装置１４の走査部３２からは、時間ｔ１−ｔ２，時間ｔ３−ｔ４，時間ｔ５−ｔ６，時間ｔ７−ｔ８，時間ｔ９−ｔ１０，時間ｔ１１−ｔ１２のときに光が出射され、これ以外の時間では光は出射されない。以下、時間ｔ１−ｔ２，時間ｔ３−ｔ４，時間ｔ５−ｔ６，時間ｔ７−ｔ８，時間ｔ９−ｔ１０，時間ｔ１１−ｔ１２のように、第２二次元座標検知装置１２，第４二次元座標検知装置１４の走査部３２（若しくは光源３１）から光が出射されている時間をまとめて、「第２出射時間」という。

このように、第１出射時間と第２出射時間は、排他的に設定されている。これより、隣り合う二次元座標検知装置の走査部３２からは同時に光が出射されない。詳細には、第１二次元座標検知装置１１，第３二次元座標検知装置１３，第５二次元座標検知装置１５の走査部３２からは、第２出射時間では光が出射されず、第２二次元座標検知装置１２，第４二次元座標検知装置１４の走査部３２からは、第１出射時間では光が出射されない。また、パルス波の周期は、光速に比べ非常に遅いため、走査部３２から出射した後、ほぼ瞬時に、下辺２２等の再帰反射部によって再帰反射された光を受光部３３が受光する。

このため、例えば、図８（ｃ）の時間ｔ７−ｔ８や、図８（ｇ）の時間ｔ４−ｔ５に例示したように、迷光（他の二次元座標検知装置の走査部３２からの光）が混入した場合であっても、当該時間（ｔ７−ｔ８又はｔ４−ｔ５）は、それぞれの二次元座標検知装置の走査部３２から光が出射されていないため、迷光が混入したとみなすことができる。

従って、各二次元座標検知装置１１〜１５は、走査部３２から光が出射していない時間に受光部３３が受光した光を除去するために、受光した光の信号の各瞬時値に、当該二次元座標検知装置（１１〜１５）の光源３１に供給したパルス波の振幅の各瞬時値を乗算することで、走査部３２から光を出射していないときの信号を０にして（迷光を除去して）、走査部３２から光を出射しているときの信号のみを物体の座標を検知する信号としている。

このような場合であっても、走査部３２からの光が物体に遮られたときは、図８（ｄ）の時間ｔ１０−ｔ１１，時間ｔ１２−ｔ１３や図８（ｈ）の時間ｔ５−ｔ６に示されるように、光のレベルが低くなっているので、このときのミラーの偏向角より物体の座標を検知することができる。

このように、光学フィルタ４１，４２による波長の変更に加え、光源３１に供給するパルス波によって、隣り合う二次元座標検知装置の走査部３２から光が出射される時間を排他的にすることで、他の二次元座標検知装置からの光の混入の影響を更に効果的に低減することができる。

上記のように、第１出射時間と第２出射時間とが排他的に設定されていることが、本発明における「隣り合う二次元座標検知装置の光源には、互いのパルス波の振幅が同時に０でない値とはならないように」していることに相当する。

また、図８（ｄ）及び図８（ｈ）の信号が、本発明における「前記受光部が受光した光の信号の各瞬時値に、当該受光部を備える二次元座標検知装置が有する照射部に供給されたパルス波の振幅の各瞬時値を乗算して得た信号」に相当する。

また、「各二次元座標検知装置１１〜１５が、図８（ａ）と図８（ｃ）とを乗算することで図８（ｄ）の信号を得るか、又は図８（ｅ）と図８（ｇ）とを乗算することで図８（ｈ）の信号を得て、これらの信号から物体の座標を検知する」ことが、本発明における「前記隣り合う二次元座標検知装置のそれぞれは、前記受光部が受光した光の信号の各瞬時値に、当該受光部を備える二次元座標検知装置が有する照射部に供給されたパルス波の振幅の各瞬時値を乗算して得た信号により、当該二次元座標検知装置の二次元座標領域内にある物体の座標を検知する」ことに相当する。

以上のように、三次元座標検知装置１は、上述のように、物体の先端（腕１０１の先端、すなわち指先）を検知しているので、物体の先端が、第１二次元座標領域Ｄ２１内にある場合には、物体の先端が目標領域Ｔに接触していると判定できる。また、物体の先端が、第２二次元座標領域Ｄ２２〜第５二次元座標領域Ｄ２５内のいずれかにある場合には、物体の先端が空中にあると判定できる。このとき、物体の先端がある二次元座標領域に応じて物体のＺ軸方向の位置を検知できる。例えば、第２二次元座標領域Ｄ２２にある場合には、目標領域Ｔにより近い距離の空中にあることを検知でき、第５二次元座標領域Ｄ２５にある場合には、目標領域Ｔからは遠い距離の空中にあることを検知できる。

三次元空間の座標を検知できることにより、物体の動きを検知することができる。例えば、物体の先端が第５二次元座標領域Ｄ２５から第１二次元座標領域Ｄ２１に向かって移動したときは、目標領域Ｔに近づいていると検知できる。更に、物体の先端が第１二次元座標領域Ｄ２１から第５二次元座標領域Ｄ２５に向かって移動したときは、目標領域Ｔから遠ざかっていると検知できる。また、物体の先端が同じ二次元座標領域内に留まったまま、二次元座標のみが変化したときは、その二次元座標領域内で物体が移動していると検知できる。

このように物体の動きを検知したとき、当該動きにそれぞれ所定の意味を持たせることで、三次元座標検知装置１を搭載した機器の作動を、利用者がコントロールすることもできる。例えば、「目標領域Ｔに接触しているときは、目標点ＴＰを選択する」、「目標領域Ｔに近づいているときは、目標点ＴＰ付近を強調表示する」、「同じ二次元座標領域内で物体が移動しているときは、線を描画する」等のようなものが考えられる。

更に、三次元座標検知装置１を搭載する大型ディスプレイやホワイトボードの表示面、すなわち目標領域Ｔに圧電センサ等を備えれば、目標領域Ｔが押圧されたことを検知できる。これにより、更に様々な機器のコントロールを可能にできる。

なお、本実施形態では、三次元座標検知装置１を、５つの二次元座標検知装置１１〜１５を備えるように構成したがこれに限らない。例えば、２つであってもよいし、７つ以上であってもよい。二次元座標検知装置の数は、三次元座標検知装置として、検知したい目標領域Ｔの面に対する法線方向の範囲に応じて決定すればよい。

また、本実施形態では、各二次元座標領域Ｄ２１〜Ｄ２５のそれぞれの厚さＷが同じであったが、それぞれの厚さを異なるように設定してもよい。例えば、目標領域Ｔに近づくにつれ、厚さＷが小さくなるように設定してもよい。

また、本実施形態では、第１二次元座標領域Ｄ２１と目標領域Ｔとは接触しているが接触していなくてもよい。この場合には、物体の座標を検知するときには、第１二次元座標領域Ｄ２１と目標領域Ｔとの間の距離を加味してＺ軸方向の位置を検知すればよい。このように、第１二次元座標領域Ｄ２１と目標領域Ｔとが接触していない場合が、本発明における「前記所定の領域は、前記端にある二次元座標領域より外側に位置」することに相当する。

また、本実施形態では、第１二次元座標検知装置１１、第３二次元座標検知装置１３、第５二次元座標検知装置１５が６１０〜７８０［ｎｍ］の波長を通過させる光学フィルタ４１，４２を備え、第２二次元座標検知装置１２、第４二次元座標検知装置１４が４６０〜５００［ｎｍ］の波長を通過させる光学フィルタ４１，４２を備えている。すなわち、二次元座標検知装置が並設する並び順で隣り合う二次元座標検知装置の光学フィルタの特性を変えているがこれに限らない。

例えば、下辺２２等の再帰反射部の反射特性により反射光の広がりが大きくなるような場合には、第３二次元座標検知装置１３の走査部３２からの光が、第２二次元座標検知装置１２及び第４二次元座標検知装置１４のみならず、第１二次元座標検知装置１１や第５二次元座標検知装置１５にまで混入する可能性がある。このような場合には、例えば、第１二次元座標検知装置１１及び第５二次元座標検知装置１５が６１０〜７８０［ｎｍ］の波長を通過させる光学フィルタ４１，４２を備え、第２二次元座標検知装置１２及び第４二次元座標検知装置１４が４６０〜５００［ｎｍ］の波長を通過させる光学フィルタ４１，４２を備え、第３二次元座標検知装置１３が５７０〜５９０［ｎｍ］の波長を通過させる光学フィルタ４１，４２を備えるようにすればよい。また、各二次元座標検知装置１１〜１５のそれぞれが、互いに異なる波長を通過させる光学フィルタ４１，４２を備えるようにしてもよい。

また、本実施形態では、第１出射時間と第２出射時間とを排他的に設定しているがこれに限らない。例えば、光学フィルタ４１，４２のときと同様に、第３二次元座標検知装置１３の走査部３２からの光が、第２二次元座標検知装置１２及び第４二次元座標検知装置１４のみならず、第１二次元座標検知装置１１や第５二次元座標検知装置１５にまで混入する可能性がある場合においては、第１二次元座標検知装置１１及び第５二次元座標検知装置１５の走査部３２（若しくは光源３１）から光が出射される時間と、第２二次元座標検知装置１２及び第４二次元座標検知装置１４の走査部３２（若しくは光源３１）から光が出射される時間と、第３二次元座標検知装置１３の走査部３２（若しくは光源３１）から光が出射される時間とを排他的に設定してもよい。更に言えば、各二次元座標検知装置１１〜１５のそれぞれの走査部３２（若しくは光源３１）から光が出射される時間を排他的に設定してもよい。

このように、本発明において、隣り合う二次元座標検知装置とは、一つ隣の二次元座標検知装置のみだけではなく、出射した光が混入する可能性のある範囲に配設された二次元座標検知装置（すなわち、近傍に配設された二次元座標検知装置）を含むものとする。

また、本実施形態の三次元座標検知装置１では、隣り合う二次元座標検知装置からの光の混入の影響を、光学フィルタ４１，４２による低減に加え、光源３１に供給するパルス波による低減を行っているが、いずれか片方のみによる低減であってもよい。

また、本実施形態では、三次元座標検知装置１を、大型ディスプレイやホワイトボードに搭載する装置としたが、これに限らない。小型ディスプレイであってもよいし、電子看板、アーケードゲーム端末、テーブルの上面に画面を表示するテーブル型ＰＣ等のように、平面状の領域（二次元座標領域）を有するものに搭載する場合であってもよい。この場合であっても、平面状の領域（二次元座標領域）の座標に、この二次元座標領域の面に対して法線方向の位置を加えた三次元座標領域内の物体の座標を検知することができる。更に、所定の領域内にいる人や物体等を検知できるエリアセンサとして使用することもできる。

１…三次元座標検知装置、Ｄ２…二次元座標領域、Ｄ３…三次元座標領域、１１〜１５…複数の二次元座標検知装置、２２…下辺（再帰反射部）、２３…右辺（再帰反射部）、２４…左辺（再帰反射部）、３，４…一対の光学装置、３１…光源、３２…走査部（照射部）、３３…受光部、４０…光偏向器（照射部）、４１，４２…光学フィルタ、Ｐ…座標。

Claims (9)

1. 二次元座標領域内にある物体の座標を検知するために、前記二次元座標領域の周縁上又は前記二次元座標領域外に配置され、光を出射する照射部と光を受光する受光部とをそれぞれ有する一対の光学装置と、前記光学装置から出射された光を再帰反射する再帰反射部とを備え、前記照射部が前記二次元座標領域を走査する光を出射し、前記受光部が前記照射部から出射されて前記再帰反射部に再帰反射された光を受光するように構成された二次元座標検知装置を複数有する三次元座標検知装置であって、
   前記複数の二次元座標検知装置は、各々が検知する座標を含む二次元座標領域が互いに平行となるように、各二次元座標領域の面に対して法線方向に並設され、
   前記二次元座標領域の座標に、当該二次元座標領域の面に対して法線方向の位置を加えた三次元座標領域内にある物体の座標を、前記複数の二次元座標検知装置のそれぞれが検知した座標に基づいて検知することを特徴とする三次元座標検知装置。
2. 請求項１に記載の三次元座標検知装置において、
   前記光学装置の照射部及び受光部は、当該光学装置を備える二次元座標検知装置と隣り合う二次元座標検知装置の照射部から出射した光を区別するための光学フィルタを備え、
   前記照射部は前記光学フィルタを介して前記再帰反射部に光を出射し、前記受光部は前記再帰反射部に再帰反射された光を前記光学フィルタを介して受光することを特徴とする三次元座標検知装置。
3. 請求項１又は２に記載の三次元座標検知装置において、
   前記照射部が有する光源には、駆動波形として振幅が０と０でない値とを交互に繰り返すパルス波が供給され、前記パルス波の振幅が０のときに前記光源が消灯し、前記パルス波の振幅が０でない値のときに前記光源が点灯し、
   前記複数の二次元座標検知装置が並設された並びで隣り合う二次元座標検知装置の光源には、互いのパルス波の振幅が同時に０でない値とはならないように供給され、
   前記隣り合う二次元座標検知装置は、前記受光部が受光した光の信号の各瞬時値に、当該受光部を備える二次元座標検知装置が有する照射部に供給されたパルス波の振幅の各瞬時値を乗算して得た信号により、当該二次元座標検知装置の二次元座標領域内にある物体の座標を検知することを特徴とする三次元座標検知装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の三次元座標検知装置において、前記複数の二次元座標検知装置間の間隔に基づいて、前記三次元座標領域内にある物体の前記二次元座標領域の面に対する法線方向の位置を決定することを特徴とする三次元座標検知装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の三次元座標検知装置において、
   前記二次元座標検知装置が検知する座標は、当該二次元座標検知装置の二次元座標領域と交差する前記三次元座標領域内の物体の断面の外形を示す１又は複数の座標の集合であり、
   前記複数の二次元座標検知装置のそれぞれが検知した１又は複数の座標の集合から前記三次元座標領域内にある物体の外形を検知することを特徴とする三次元座標検知装置。
6. 請求項５に記載の三次元座標検知装置において、
   前記三次元座標領域内にある物体は、所定の領域内の所定の座標を指し示す指示部を有し、
   前記所定の領域は、前記二次元座標領域の並設方向において前記指示部が指し示す側の端にある二次元座標領域上に位置し、又は前記端にある二次元座標領域より外側に位置し、
   前記三次元座標領域内にある物体の１又は複数の座標の集合を検知した各二次元座標検知装置のうち、前記所定の領域に最も近い二次元座標領域に対応した二次元座標検知装置が検知した１又は複数の座標の集合を前記物体の指示部として検知することを特徴とする三次元座標検知装置。
7. 請求項６に記載の三次元座標検知装置において、前記所定の領域に最も近い二次元座標領域と、当該二次元座標領域の前記所定の領域とは反対側に隣り合う二次元座標領域とのそれぞれに応じた二次元座標検知装置が検知したそれぞれの１又は複数の座標の集合から前記三次元座標領域内にある物体の方向を検知することを特徴とする三次元座標検知装置。
8. 請求項７に記載の三次元座標検知装置において、前記所定の領域に最も近い二次元座標領域と、当該二次元座標領域の前記所定の領域とは反対側に隣り合う二次元座標領域とのそれぞれに応じた二次元座標検知装置が検知したそれぞれの１又は複数の座標の集合の重心座標から前記三次元座標領域内にある物体の方向を検知することを特徴とする三次元座標検知装置。
9. 請求項７又は８に記載の三次元座標検知装置において、前記検知した物体の指示部と前記検知した物体の方向から、前記所定の領域内の前記所定の座標を検知することを特徴とする三次元座標検知装置。