JP3416291B2 - 空間座標検出装置 - Google Patents
空間座標検出装置Info
- Publication number
- JP3416291B2 JP3416291B2 JP24150594A JP24150594A JP3416291B2 JP 3416291 B2 JP3416291 B2 JP 3416291B2 JP 24150594 A JP24150594 A JP 24150594A JP 24150594 A JP24150594 A JP 24150594A JP 3416291 B2 JP3416291 B2 JP 3416291B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light receiving
- receiving element
- spot
- axis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Position Input By Displaying (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光源を有する発光部
と、該光源からの光を受光検知する検出部とを備え、入
力装置に用いて好適な空間座標検出装置に関する。
と、該光源からの光を受光検知する検出部とを備え、入
力装置に用いて好適な空間座標検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、各種映像が表示される画面に
対して外部から情報を入力する入力装置としては、ジョ
イスティックが付いたコントローラや、マトリクス配列
されたスイッチ素子を有する平面的な座標入力装置等が
主なものとなっている。前記ジョイスティックが付いた
コントローラは、アクションゲームにおいて画面でのキ
ャラクタの移動や動作指示を行う操作等を行う場合には
適しているが、画面の任意の場所に現れる釦にカーソル
マークを合わせる等の操作には不向きである。また、こ
の種のコントローラはコード式のものであるため、画面
の近くでしか操作できないという難点がある。一方、従
来の平面的な座標入力装置は、画面の手前に平面的な指
示盤を設置するスペースが広く必要になり、また、構造
も複雑でコストの高いものとなっている。
対して外部から情報を入力する入力装置としては、ジョ
イスティックが付いたコントローラや、マトリクス配列
されたスイッチ素子を有する平面的な座標入力装置等が
主なものとなっている。前記ジョイスティックが付いた
コントローラは、アクションゲームにおいて画面でのキ
ャラクタの移動や動作指示を行う操作等を行う場合には
適しているが、画面の任意の場所に現れる釦にカーソル
マークを合わせる等の操作には不向きである。また、こ
の種のコントローラはコード式のものであるため、画面
の近くでしか操作できないという難点がある。一方、従
来の平面的な座標入力装置は、画面の手前に平面的な指
示盤を設置するスペースが広く必要になり、また、構造
も複雑でコストの高いものとなっている。
【０００３】そこで、最近では図１０に示すような超音
波を使用した入力装置が考えられている。この入力装置
は、機器本体の画面１の両側等に水平軸（Ｘ軸）方向に
間隔を開けて配置された音源２ａ，２ｂが設けられてい
る。オペレータが手で持って操作する操作部材３には、
前記音源２ａと２ｂから発せられる超音波を検知する検
出部が設けられている。音源２ａ，２ｂからは、超音波
が互いに位相をずらしてパルス変調されて発せられる。
操作部材３の検出部では、音源２ａと２ｂからの超音波
を識別して受信し、受信された各超音波の位相差等から
音源２ａとの距離Ｌａと音源２ｂとの距離Ｌｂとが算出
され、これにより、操作部材３の水平面（Ｈｘ−Ｈｚ
面）上での座標が検出されるようになっている。操作部
材３を水平面（Ｈｘ−Ｈｚ面）にて移動させ、必要に応
じて操作釦を押すと、操作部材３にて受信された情報が
有線または無線で機器本体に与えられ、機器本体ではＨ
ｘ−Ｈｚ面での操作部材３の位置が演算され、例えば機
器本体の画面１に現れたカーソルマーク４が移動させら
れる。
波を使用した入力装置が考えられている。この入力装置
は、機器本体の画面１の両側等に水平軸（Ｘ軸）方向に
間隔を開けて配置された音源２ａ，２ｂが設けられてい
る。オペレータが手で持って操作する操作部材３には、
前記音源２ａと２ｂから発せられる超音波を検知する検
出部が設けられている。音源２ａ，２ｂからは、超音波
が互いに位相をずらしてパルス変調されて発せられる。
操作部材３の検出部では、音源２ａと２ｂからの超音波
を識別して受信し、受信された各超音波の位相差等から
音源２ａとの距離Ｌａと音源２ｂとの距離Ｌｂとが算出
され、これにより、操作部材３の水平面（Ｈｘ−Ｈｚ
面）上での座標が検出されるようになっている。操作部
材３を水平面（Ｈｘ−Ｈｚ面）にて移動させ、必要に応
じて操作釦を押すと、操作部材３にて受信された情報が
有線または無線で機器本体に与えられ、機器本体ではＨ
ｘ−Ｈｚ面での操作部材３の位置が演算され、例えば機
器本体の画面１に現れたカーソルマーク４が移動させら
れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示す従来の入力装置では、水平面（Ｈｘ−Ｈｚ面）上
での操作部材３の座標を検出し、その情報を機器本体に
与えることは可能であるが、操作部材３をＨｘ−Ｈｚ平
面上のある位置に停止させた状態で、該操作部材３をθ
ｘあるいはθｙ方向へ傾けたとしても、その傾き角度を
検出することはできない。また、操作部材３のθｚ方向
への回転角度を検出することも不可能であった。さら
に、超音波は簡単な構成で実現できるが、温度に対する
安定性が悪く、しかも外乱ノイズが多い等、信頼性の面
で多くの問題が残されている。なお、超音波以外でも交
流磁界を利用し、３次元空間での位置と角度を求める方
法も提案されているが、このものは装置が大型化し、非
常に高価である。
に示す従来の入力装置では、水平面（Ｈｘ−Ｈｚ面）上
での操作部材３の座標を検出し、その情報を機器本体に
与えることは可能であるが、操作部材３をＨｘ−Ｈｚ平
面上のある位置に停止させた状態で、該操作部材３をθ
ｘあるいはθｙ方向へ傾けたとしても、その傾き角度を
検出することはできない。また、操作部材３のθｚ方向
への回転角度を検出することも不可能であった。さら
に、超音波は簡単な構成で実現できるが、温度に対する
安定性が悪く、しかも外乱ノイズが多い等、信頼性の面
で多くの問題が残されている。なお、超音波以外でも交
流磁界を利用し、３次元空間での位置と角度を求める方
法も提案されているが、このものは装置が大型化し、非
常に高価である。
【０００５】本発明は、このような従来技術の実情に鑑
みてなされたものであり、その目的は、発光部と検出部
との相対的な回転角度や距離を簡単な構造で高精度に検
出できるようにした空間座標検出装置を提供することに
ある。
みてなされたものであり、その目的は、発光部と検出部
との相対的な回転角度や距離を簡単な構造で高精度に検
出できるようにした空間座標検出装置を提供することに
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、画面を有する機器本体側に配設された発
光部と、オペレータによって手動操作される操作部材側
に配設された検出部とを備え、前記発光部には、識別可
能な光を発する２個の光源が間隔を開けて配置され、前
記検出部には、前記両光源から発せられた光を所定面積
のスポット光に絞る複数の開口と、各開口に対向し前記
スポット光を受光する複数組の受光素子とが設けられ、
前記各開口は前記受光素子群の受光面に任意のＸ−Ｙ直
交座標を設定した時にＹ軸方向に沿って配置され、前記
各受光素子の１組は前記スポット光のＹ軸方向の移動を
検出するＹ側受光素子であり、残りの組は前記スポット
光のＸ軸とＹ軸方向の移動を検出するＸ−Ｙ側受光素子
であり、前記Ｙ側受光素子と前記Ｘ−Ｙ側受光素子のＹ
側受光素子からの受光光量に基づいて、これらＹ側受光
素子とＸ−Ｙ側受光素子に照射される各スポット光の位
置を求める演算部が設けられ、前記Ｘ−Ｙ側受光素子の
Ｘ側およびＹ側受光素子からの受光光量に基づいて、該
Ｘ−Ｙ側受光素子に照射される各スポット光の位置を求
める演算部が設けられ、これら演算部により、前記検出
部の前記発光部に対するＹ軸方向のずれ量と、前記Ｘ−
Ｙ直交座標に直交するＹ−Ｚ直交座標における前記検出
部の前記発光部に対する傾き角度と、前記検出部の前記
発光部に対するＺ軸方向のずれ量とを検出することを、
最も主要な特徴としている。上記の構成において、前記
Ｙ側受光素子としてＹ軸方向に分割された２分割受光素
子を、前記Ｘ−Ｙ側受光素子としてＸ軸およびＹ軸方向
に分割された４分割受光素子をそれぞれ用いることがで
き、このような分割受光素子を用いた場合は、前記開口
は各分割受光素子にそれぞれ１個ずつ対応すれば良いた
め、合計２個の開口が必要となる。
に、本発明は、画面を有する機器本体側に配設された発
光部と、オペレータによって手動操作される操作部材側
に配設された検出部とを備え、前記発光部には、識別可
能な光を発する２個の光源が間隔を開けて配置され、前
記検出部には、前記両光源から発せられた光を所定面積
のスポット光に絞る複数の開口と、各開口に対向し前記
スポット光を受光する複数組の受光素子とが設けられ、
前記各開口は前記受光素子群の受光面に任意のＸ−Ｙ直
交座標を設定した時にＹ軸方向に沿って配置され、前記
各受光素子の１組は前記スポット光のＹ軸方向の移動を
検出するＹ側受光素子であり、残りの組は前記スポット
光のＸ軸とＹ軸方向の移動を検出するＸ−Ｙ側受光素子
であり、前記Ｙ側受光素子と前記Ｘ−Ｙ側受光素子のＹ
側受光素子からの受光光量に基づいて、これらＹ側受光
素子とＸ−Ｙ側受光素子に照射される各スポット光の位
置を求める演算部が設けられ、前記Ｘ−Ｙ側受光素子の
Ｘ側およびＹ側受光素子からの受光光量に基づいて、該
Ｘ−Ｙ側受光素子に照射される各スポット光の位置を求
める演算部が設けられ、これら演算部により、前記検出
部の前記発光部に対するＹ軸方向のずれ量と、前記Ｘ−
Ｙ直交座標に直交するＹ−Ｚ直交座標における前記検出
部の前記発光部に対する傾き角度と、前記検出部の前記
発光部に対するＺ軸方向のずれ量とを検出することを、
最も主要な特徴としている。上記の構成において、前記
Ｙ側受光素子としてＹ軸方向に分割された２分割受光素
子を、前記Ｘ−Ｙ側受光素子としてＸ軸およびＹ軸方向
に分割された４分割受光素子をそれぞれ用いることがで
き、このような分割受光素子を用いた場合は、前記開口
は各分割受光素子にそれぞれ１個ずつ対応すれば良いた
め、合計２個の開口が必要となる。
【０００７】
【作用】発光部にて間隔を開けて配置された２個の光源
から識別可能な光が発せられ、これら光は検出部にて複
数の開口を通過してそれぞれ所定の面積のスポット光と
なり、各スポット光が複数組の受光素子にて受光され
る。これら受光素子の１組はスポット光のＹ軸方向の移
動を検出するＹ側受光素子であり、残りの組はスポット
光のＸ軸とＹ軸方向の移動を検出するＸ−Ｙ側受光素子
である。ここで、前記２個の光源と複数組の受光素子と
の組み合わせにより、両光源からの光がＹ側受光素子と
Ｘ−Ｙ側受光素子に照射される光学系と、両光源からの
光がＸ−Ｙ側受光素子に照射される光学系とに分けるこ
とができる。
から識別可能な光が発せられ、これら光は検出部にて複
数の開口を通過してそれぞれ所定の面積のスポット光と
なり、各スポット光が複数組の受光素子にて受光され
る。これら受光素子の１組はスポット光のＹ軸方向の移
動を検出するＹ側受光素子であり、残りの組はスポット
光のＸ軸とＹ軸方向の移動を検出するＸ−Ｙ側受光素子
である。ここで、前記２個の光源と複数組の受光素子と
の組み合わせにより、両光源からの光がＹ側受光素子と
Ｘ−Ｙ側受光素子に照射される光学系と、両光源からの
光がＸ−Ｙ側受光素子に照射される光学系とに分けるこ
とができる。
【０００８】前者の光学系では、Ｙ側受光素子に照射さ
れる両スポット光のＹ軸方向の移動量と、Ｘ−Ｙ側受光
素子に照射される両スポット光のＹ軸方向の移動量とを
検出し、その検出結果に基づいて、例えば検出部に設定
した座標上での両光源の位置を求めることができる。両
光源の座標が決定されると、両光源を通る直線の傾きに
より、発光部と検出部の相対角度θｙが求められる。ま
た、この角度θｙと同じだけ回転させた回転座標を設定
し、両光源の中点の座標を回転座標系に変換することに
より、発光部と検出部の相対的なＹ軸方向のずれ量と、
発光部と検出部の相対的なＺ軸方向のずれ量が求められ
る。
れる両スポット光のＹ軸方向の移動量と、Ｘ−Ｙ側受光
素子に照射される両スポット光のＹ軸方向の移動量とを
検出し、その検出結果に基づいて、例えば検出部に設定
した座標上での両光源の位置を求めることができる。両
光源の座標が決定されると、両光源を通る直線の傾きに
より、発光部と検出部の相対角度θｙが求められる。ま
た、この角度θｙと同じだけ回転させた回転座標を設定
し、両光源の中点の座標を回転座標系に変換することに
より、発光部と検出部の相対的なＹ軸方向のずれ量と、
発光部と検出部の相対的なＺ軸方向のずれ量が求められ
る。
【０００９】後者の光学系では、Ｘ−Ｙ側受光素子に照
射される両スポット光のＸ軸方向の移動量とＹ軸方向の
移動量とを検出し、その検出結果に基づいて、両スポッ
ト光の位置を求めることができる。両スポット光の位置
から両スポット光の中心を通る直線の傾きが求められ、
発光部と検出部を結ぶ線に対する両部の相対的な回転角
度θｚが求められる。また、両スポット光の中点の座標
をθｚだけ回転した時の回転座標系に変換することによ
り、発光部と検出部の相対的な傾き角度θｘ，θｙが求
められる。さらに、両スポット光の位置と両光源間の距
離から三角測量の原理により、発光部と検出部の相対的
なＺ軸方向のずれ量が求められる。
射される両スポット光のＸ軸方向の移動量とＹ軸方向の
移動量とを検出し、その検出結果に基づいて、両スポッ
ト光の位置を求めることができる。両スポット光の位置
から両スポット光の中心を通る直線の傾きが求められ、
発光部と検出部を結ぶ線に対する両部の相対的な回転角
度θｚが求められる。また、両スポット光の中点の座標
をθｚだけ回転した時の回転座標系に変換することによ
り、発光部と検出部の相対的な傾き角度θｘ，θｙが求
められる。さらに、両スポット光の位置と両光源間の距
離から三角測量の原理により、発光部と検出部の相対的
なＺ軸方向のずれ量が求められる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は本発明の実施例に係る空間座標検出装置の基
本構造を示す斜視図、図２は該空間座標検出装置に備え
られる１つの光学系を示す断面図、図３は該空間座標検
出装置に備えられる他の光学系を示す断面図、図４は該
空間座標検出装置に備えられる第１の受光素子の平面
図、図５は該空間座標検出装置に備えられる第２の受光
素子の平面図、図６は図３の光学系を模式的に示す説明
図である。
る。図１は本発明の実施例に係る空間座標検出装置の基
本構造を示す斜視図、図２は該空間座標検出装置に備え
られる１つの光学系を示す断面図、図３は該空間座標検
出装置に備えられる他の光学系を示す断面図、図４は該
空間座標検出装置に備えられる第１の受光素子の平面
図、図５は該空間座標検出装置に備えられる第２の受光
素子の平面図、図６は図３の光学系を模式的に示す説明
図である。
【００１１】本実施例に係る空間座標検出装置は発光部
１０と検出部１１とを備えており、この発光部１０は例
えばコンピュータやＡＶ機器またはゲーム機本体等の表
示画面を有する機器本体に設置され、一方、検出部１１
は例えばリモートコントローラ等のオペレータが手で持
って移動する操作部材に設置されている。前記発光部１
０は互いに識別可能な光を発する２個の光源１２，１３
を有しており、これら光源１２，１３は所定の間隔を開
けて配置されている。各光源１２，１３は例えば赤外線
発光ダイオードからなり、各光源１２，１３からは同じ
周波数（周期）で且つ位相が１８０度ずれた変調光が出
力される。これら各光源１２，１３は、発光部１０の中
心Ｏを通過する水平軸をＸ軸、中心Ｏを通過する垂直軸
をＹ軸とした時に、Ｙ軸上にて中心Ｏに対して等距離ａ
／２離れた位置に設けられている（図２，３参照）。前
記検出部１１は可視光カットフィルタ１４と絞り板１５
および受光素子群１６とからなり、図２，３に示すよう
に、これら可視光カットフィルタ１４と絞り板１５およ
び受光素子群１６は両光源１２，１３側から順に互いに
並行に設けられている（ただし、図１は可視光カットフ
ィルタ１４を省略してある）。
１０と検出部１１とを備えており、この発光部１０は例
えばコンピュータやＡＶ機器またはゲーム機本体等の表
示画面を有する機器本体に設置され、一方、検出部１１
は例えばリモートコントローラ等のオペレータが手で持
って移動する操作部材に設置されている。前記発光部１
０は互いに識別可能な光を発する２個の光源１２，１３
を有しており、これら光源１２，１３は所定の間隔を開
けて配置されている。各光源１２，１３は例えば赤外線
発光ダイオードからなり、各光源１２，１３からは同じ
周波数（周期）で且つ位相が１８０度ずれた変調光が出
力される。これら各光源１２，１３は、発光部１０の中
心Ｏを通過する水平軸をＸ軸、中心Ｏを通過する垂直軸
をＹ軸とした時に、Ｙ軸上にて中心Ｏに対して等距離ａ
／２離れた位置に設けられている（図２，３参照）。前
記検出部１１は可視光カットフィルタ１４と絞り板１５
および受光素子群１６とからなり、図２，３に示すよう
に、これら可視光カットフィルタ１４と絞り板１５およ
び受光素子群１６は両光源１２，１３側から順に互いに
並行に設けられている（ただし、図１は可視光カットフ
ィルタ１４を省略してある）。
【００１２】前記受光素子群１６の受光面に垂直となる
軸をＺ軸とし、検出部１１にてこのＺ軸に直交するＸ−
Ｙ直交座標を設定すると、前記絞り板１５には矩形状の
第１および第２の絞り口１５ａ，１５ｂがＹ軸方向に所
定の間隔を保って開設されている。一方、前記受光素子
群１６は前記各絞り口１５ａ，１５ｂに対向する第１お
よび第２の受光素子１７，１８より構成され、これら各
受光素子１７，１８は例えばピンホトダイオードからな
る。図４に示すように、上方の絞り口１５ａに対向する
第１の受光素子１７はＹ軸方向に２分割された分割受光
部１７ａ，１７ｂを有する。また、図５に示すように、
下方の絞り口１５ｂに対向する第２の受光素子１８は４
分割された分割受光部１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ
を有し、分割受光部の１８ａ，１８ｂの組と１８ｃ，１
８ｄの組とはＹ軸方向分割され、１８ａ，１８ｃの組と
１８ｂ，１８ｄの組とはＸ軸方向に分割されている。
軸をＺ軸とし、検出部１１にてこのＺ軸に直交するＸ−
Ｙ直交座標を設定すると、前記絞り板１５には矩形状の
第１および第２の絞り口１５ａ，１５ｂがＹ軸方向に所
定の間隔を保って開設されている。一方、前記受光素子
群１６は前記各絞り口１５ａ，１５ｂに対向する第１お
よび第２の受光素子１７，１８より構成され、これら各
受光素子１７，１８は例えばピンホトダイオードからな
る。図４に示すように、上方の絞り口１５ａに対向する
第１の受光素子１７はＹ軸方向に２分割された分割受光
部１７ａ，１７ｂを有する。また、図５に示すように、
下方の絞り口１５ｂに対向する第２の受光素子１８は４
分割された分割受光部１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ
を有し、分割受光部の１８ａ，１８ｂの組と１８ｃ，１
８ｄの組とはＹ軸方向分割され、１８ａ，１８ｃの組と
１８ｂ，１８ｄの組とはＸ軸方向に分割されている。
【００１３】前記各光源１２，１３からそれぞれ異なる
タイミング（異なる周期）で発せられた赤外光は、前記
可視光カットフィルタ１４を透過した後、前記絞り板１
５の各絞り口１５ａ，１５ｂにより絞られ、第１および
第２の受光素子１７，１８の受光面上にそれぞれ矩形ス
ポット光として照射される。その際、可視光カットフィ
ルタ１４が設けられることにより、受光素子群１６にお
いて赤外光の矩形スポット以外の外光ノイズ成分が可能
な限り遮断されるようになっている。図４では、光源１
２から発せられた赤外光スポット光をＳ１２Ａで示し、
光源１３から発せられた赤外光スポット光をＳ１３Ａで
示している。図５では、光源１２から発せられた赤外光
スポット光をＳ１２Ｂで示し、光源１３から発せられた
赤外光スポット光をＳ１３Ｂで示している。
タイミング（異なる周期）で発せられた赤外光は、前記
可視光カットフィルタ１４を透過した後、前記絞り板１
５の各絞り口１５ａ，１５ｂにより絞られ、第１および
第２の受光素子１７，１８の受光面上にそれぞれ矩形ス
ポット光として照射される。その際、可視光カットフィ
ルタ１４が設けられることにより、受光素子群１６にお
いて赤外光の矩形スポット以外の外光ノイズ成分が可能
な限り遮断されるようになっている。図４では、光源１
２から発せられた赤外光スポット光をＳ１２Ａで示し、
光源１３から発せられた赤外光スポット光をＳ１３Ａで
示している。図５では、光源１２から発せられた赤外光
スポット光をＳ１２Ｂで示し、光源１３から発せられた
赤外光スポット光をＳ１３Ｂで示している。
【００１４】第１および第２の受光素子１７，１８のそ
れぞれの分割受光部では、スポット光の照射面積と照射
光強度に基づいて光電変換された検出電流が得られる。
処理回路については後述するが、この検出電流は電圧に
変換されて演算処理される。そこで、第１の受光素子１
７の分割受光部１７ａ，１７ｂでのスポット光Ｓ１２
Ａ，Ｓ１３Ａの照射面積に基づく検出出力を、図４にお
いてＵ，Ｄで示し、第２の受光素子１８の各分割受光部
１８ａ〜１８ｄでのスポット光Ｓ１２Ｂ，Ｓ１３Ｂの照
射面積に基づく検出出力を、図５においてＬｕ，Ｒｕ，
Ｌｄ，Ｒｄで示す。前述したように、各光源１２，１３
からは異なるタイミングで赤外光が発せられるため、第
１の受光素子１７にてスポット光Ｓ１２Ａが検出される
時刻とスポット光Ｓ１３Ａが検出される時刻が異なり、
処理回路にて時分割することによりスポット光Ｓ１２
Ａ，Ｓ１３Ａごとに前記Ｕ，Ｄの検出出力が得られる。
同様に、第２の受光素子１８に照射されるスポット光Ｓ
１２Ｂ，Ｓ１３Ｂごとに前記Ｌｕ，Ｒｕ，Ｌｄ，Ｒｄの
検出出力が得られる。
れぞれの分割受光部では、スポット光の照射面積と照射
光強度に基づいて光電変換された検出電流が得られる。
処理回路については後述するが、この検出電流は電圧に
変換されて演算処理される。そこで、第１の受光素子１
７の分割受光部１７ａ，１７ｂでのスポット光Ｓ１２
Ａ，Ｓ１３Ａの照射面積に基づく検出出力を、図４にお
いてＵ，Ｄで示し、第２の受光素子１８の各分割受光部
１８ａ〜１８ｄでのスポット光Ｓ１２Ｂ，Ｓ１３Ｂの照
射面積に基づく検出出力を、図５においてＬｕ，Ｒｕ，
Ｌｄ，Ｒｄで示す。前述したように、各光源１２，１３
からは異なるタイミングで赤外光が発せられるため、第
１の受光素子１７にてスポット光Ｓ１２Ａが検出される
時刻とスポット光Ｓ１３Ａが検出される時刻が異なり、
処理回路にて時分割することによりスポット光Ｓ１２
Ａ，Ｓ１３Ａごとに前記Ｕ，Ｄの検出出力が得られる。
同様に、第２の受光素子１８に照射されるスポット光Ｓ
１２Ｂ，Ｓ１３Ｂごとに前記Ｌｕ，Ｒｕ，Ｌｄ，Ｒｄの
検出出力が得られる。
【００１５】このように構成された空間座標検出装置
は、機能的に見ると図２と図３に示す２つの光学系に分
けることができ、以下、それぞれの光学系について検出
原理を説明する。
は、機能的に見ると図２と図３に示す２つの光学系に分
けることができ、以下、それぞれの光学系について検出
原理を説明する。
【００１６】まず、図２の光学系について説明すると、
両光源１２，１３からそれぞれ異なるタイミングで発せ
られた赤外光は、絞り口１５ｂにより絞られた後、図５
に示すように、第２の受光素子１８の各分割受光部１８
ａ〜１８ｄにそれぞれスポット光Ｓ１２Ｂ，Ｓ１３Ｂと
して照射される。図５において、検出部１１側のＸ−Ｙ
直交座標上での光源１２からのスポット光Ｓ１２Ｂの中
心座標をＩ1（Ｘ1，Ｙ1）、光源１３からのスポット光
Ｓ１３Ｂの中心座標をＩ2（Ｘ2，Ｙ2）、発光部１０の
中心Ｏと絞り口１５ｂの中心とを結ぶ直線Ｏｊが第２の
受光素子１８の受光面で交わる交点の座標をＯａ
（Ｘ0，Ｙ0）とすると、ＯａはＩ1とＩ2の中間に位置す
る。図５の検出状態は、検出部１１側のＸ−Ｙ直交座標
のＹ軸に対し、光源１２と１３とが配置された発光部１
０側のＹ軸が角度θｚだけ相対的に回転した状態を示し
ており、この場合、Ｚ軸まわりの回転角θｚはＩ1とＩ2
を通る直線の傾きに等しく、 tanθｚ＝（Ｘ2−Ｘ1）／（Ｙ2−Ｙ1） であるから、 θｚ＝tan~1〔（Ｘ2−Ｘ1）／（Ｙ2−Ｙ1）〕……………… として表せられる。ここで、上記式におけるＸ1とＸ2
は、スポット光Ｓ１２ＢとＳ１３Ｂに対し、Ｘ軸方向に
分割された分割受光部１８ｂ，１８ｄの組の受光光量
と、分割受光部１８ａ，１８ｃの組の受光光量との差か
ら求められる。また、Ｙ1とＹ2は、スポット光Ｓ１２Ｂ
とＳ１３Ｂに対し、Ｙ軸方向に分割された分割受光部１
８ａ，１８ｂの組の受光光量と、分割受光部１８ｃ，１
８ｄの組の受光光量との差から求められる。すなわち、
各分割受光部１８ａ〜１８ｄでの受光出力Ｌｕ，Ｒｕ，
Ｌｄ，Ｒｄと座標Ｘ1，Ｘ2，Ｙ1，Ｙ2とは比例関係にあ
り、 Ｘ1，Ｘ2∝〔(Ｒｕ＋Ｒｄ)−(Ｌｕ＋Ｌｄ)〕／(Ｒｕ＋Ｌｕ＋Ｒｄ＋Ｌｄ)〕 Ｙ1，Ｙ2∝〔(Ｒｕ＋Ｌｕ)−(Ｒｄ＋Ｌｄ)〕／(Ｒｕ＋Ｌｕ＋Ｒｄ＋Ｌｄ)〕 …………………… として表せられる。したがって、第２の受光素子１８の
各分割受光部１８ａ〜１８ｄからの受光出力Ｌｕ，Ｒ
ｕ，Ｌｄ，Ｒｄに対して上記式の演算を施し、さらに
上記式の計算を行うことにより、検出部１１のＺ軸に
対する相対的な回転角度θｚを求めることができる。
両光源１２，１３からそれぞれ異なるタイミングで発せ
られた赤外光は、絞り口１５ｂにより絞られた後、図５
に示すように、第２の受光素子１８の各分割受光部１８
ａ〜１８ｄにそれぞれスポット光Ｓ１２Ｂ，Ｓ１３Ｂと
して照射される。図５において、検出部１１側のＸ−Ｙ
直交座標上での光源１２からのスポット光Ｓ１２Ｂの中
心座標をＩ1（Ｘ1，Ｙ1）、光源１３からのスポット光
Ｓ１３Ｂの中心座標をＩ2（Ｘ2，Ｙ2）、発光部１０の
中心Ｏと絞り口１５ｂの中心とを結ぶ直線Ｏｊが第２の
受光素子１８の受光面で交わる交点の座標をＯａ
（Ｘ0，Ｙ0）とすると、ＯａはＩ1とＩ2の中間に位置す
る。図５の検出状態は、検出部１１側のＸ−Ｙ直交座標
のＹ軸に対し、光源１２と１３とが配置された発光部１
０側のＹ軸が角度θｚだけ相対的に回転した状態を示し
ており、この場合、Ｚ軸まわりの回転角θｚはＩ1とＩ2
を通る直線の傾きに等しく、 tanθｚ＝（Ｘ2−Ｘ1）／（Ｙ2−Ｙ1） であるから、 θｚ＝tan~1〔（Ｘ2−Ｘ1）／（Ｙ2−Ｙ1）〕……………… として表せられる。ここで、上記式におけるＸ1とＸ2
は、スポット光Ｓ１２ＢとＳ１３Ｂに対し、Ｘ軸方向に
分割された分割受光部１８ｂ，１８ｄの組の受光光量
と、分割受光部１８ａ，１８ｃの組の受光光量との差か
ら求められる。また、Ｙ1とＹ2は、スポット光Ｓ１２Ｂ
とＳ１３Ｂに対し、Ｙ軸方向に分割された分割受光部１
８ａ，１８ｂの組の受光光量と、分割受光部１８ｃ，１
８ｄの組の受光光量との差から求められる。すなわち、
各分割受光部１８ａ〜１８ｄでの受光出力Ｌｕ，Ｒｕ，
Ｌｄ，Ｒｄと座標Ｘ1，Ｘ2，Ｙ1，Ｙ2とは比例関係にあ
り、 Ｘ1，Ｘ2∝〔(Ｒｕ＋Ｒｄ)−(Ｌｕ＋Ｌｄ)〕／(Ｒｕ＋Ｌｕ＋Ｒｄ＋Ｌｄ)〕 Ｙ1，Ｙ2∝〔(Ｒｕ＋Ｌｕ)−(Ｒｄ＋Ｌｄ)〕／(Ｒｕ＋Ｌｕ＋Ｒｄ＋Ｌｄ)〕 …………………… として表せられる。したがって、第２の受光素子１８の
各分割受光部１８ａ〜１８ｄからの受光出力Ｌｕ，Ｒ
ｕ，Ｌｄ，Ｒｄに対して上記式の演算を施し、さらに
上記式の計算を行うことにより、検出部１１のＺ軸に
対する相対的な回転角度θｚを求めることができる。
【００１７】また、図２において、前述した直線Ｏｊと
Ｚ軸とがなす傾き角度のＸ方向およびＹ方向成分をそれ
ぞれθｘ（ラジアン），θｙ（ラジアン）とし、発光部
１０側のＸ−Ｙ直交座標を基準とした座標Ｏａ（Ｘ0，
Ｙ0）のＸ軸方向とＹ軸方向の位置ずれ量をそれぞれΔ
ｘ，Δｙとし、さらに、絞り板１５と受光素子群１６の
受光面までの距離をｄとすると、θｘ，θｙが小さいた
め、 Δｘ＝ｄ・tanθｘ≒ｄ・θｘ Δｙ＝ｄ・tanθｙ≒ｄ・θｙ となり、 θｘ＝Δｘ／ｄ θｙ＝Δｙ／ｄ……………… として表せる。ここで、図５の検出状態は、検出部１１
がＺ軸に対して相対的に角度θｚだけ回転した状態であ
るため、検出部１１側のＸ−Ｙ直交座標は発光部１０側
のＸ−Ｙ直交座標（空間に対して固定されたＸ−Ｙ直交
座標）に対して角度θｚだけ回転している。そこで、図
５において、検出部１１側に固定されたＸ−Ｙ直交座標
に対して角度θｚだけ回転した回転座標を設定すると、
この回転座標上でのΔｘ，Δｙは、 Δｘ＝Ｘ0cosθｚ＋Ｙ0sinθｚ Δｙ＝−Ｘ0sinθｚ＋Ｙ0cosθｚ…… ………………… となる。また、Ｘ0とＹ0は、 Ｘ0＝（Ｘ1＋Ｘ2）／２ Ｙ0＝（Ｙ1＋Ｙ2）／２………… として求められる。これら〜式においてｄは既知で
あるため、第２の受光素子１８の各分割受光部１８ａ〜
１８ｄの受光出力Ｌｕ，Ｒｕ，Ｌｄ，Ｒｄから上記式
によりＸ1，Ｘ2，Ｙ1，Ｙ2を演算し、その演算結果に基
づいて上記〜式の計算を行うことにより、発光部１
０側のＸ−Ｙ直交座標に対するＺ軸の傾きθｘとθｙを
求めることができる。
Ｚ軸とがなす傾き角度のＸ方向およびＹ方向成分をそれ
ぞれθｘ（ラジアン），θｙ（ラジアン）とし、発光部
１０側のＸ−Ｙ直交座標を基準とした座標Ｏａ（Ｘ0，
Ｙ0）のＸ軸方向とＹ軸方向の位置ずれ量をそれぞれΔ
ｘ，Δｙとし、さらに、絞り板１５と受光素子群１６の
受光面までの距離をｄとすると、θｘ，θｙが小さいた
め、 Δｘ＝ｄ・tanθｘ≒ｄ・θｘ Δｙ＝ｄ・tanθｙ≒ｄ・θｙ となり、 θｘ＝Δｘ／ｄ θｙ＝Δｙ／ｄ……………… として表せる。ここで、図５の検出状態は、検出部１１
がＺ軸に対して相対的に角度θｚだけ回転した状態であ
るため、検出部１１側のＸ−Ｙ直交座標は発光部１０側
のＸ−Ｙ直交座標（空間に対して固定されたＸ−Ｙ直交
座標）に対して角度θｚだけ回転している。そこで、図
５において、検出部１１側に固定されたＸ−Ｙ直交座標
に対して角度θｚだけ回転した回転座標を設定すると、
この回転座標上でのΔｘ，Δｙは、 Δｘ＝Ｘ0cosθｚ＋Ｙ0sinθｚ Δｙ＝−Ｘ0sinθｚ＋Ｙ0cosθｚ…… ………………… となる。また、Ｘ0とＹ0は、 Ｘ0＝（Ｘ1＋Ｘ2）／２ Ｙ0＝（Ｙ1＋Ｙ2）／２………… として求められる。これら〜式においてｄは既知で
あるため、第２の受光素子１８の各分割受光部１８ａ〜
１８ｄの受光出力Ｌｕ，Ｒｕ，Ｌｄ，Ｒｄから上記式
によりＸ1，Ｘ2，Ｙ1，Ｙ2を演算し、その演算結果に基
づいて上記〜式の計算を行うことにより、発光部１
０側のＸ−Ｙ直交座標に対するＺ軸の傾きθｘとθｙを
求めることができる。
【００１８】さらに、図２において、発光部１０と検出
部１１とのＺ軸方向の距離をＬ、第２の受光素子１８の
受光面でのＩ1とＩ2間の距離をｂとすると、これらＬ，
ｂと前述したａ（両光源１２，１３間の距離），ｄ（絞
り板１５と受光素子群１６の受光面までの距離）との関
係は、 Ｌ／ｄ＝ａ／ｂ であるから、 Ｌ＝ａ・ｄ／ｂ……………… として表せる。この式において、ａとｄは既知であ
り、ｂは検出部１１側のＸ−Ｙ直交座標上のＩ1（Ｘ1，
Ｙ1）とＩ2（Ｘ2，Ｙ2）の位置から、 ｂ＝√〔（Ｘ1−Ｘ2）2＋（Ｙ1−Ｙ2）2〕…………… として表せる。したがって、第２の受光素子１８の各分
割受光部１８ａ〜１８ｄの受光出力Ｌｕ，Ｒｕ，Ｌｄ，
Ｒｄから上記式によりＸ1，Ｘ2，Ｙ1，Ｙ2を演算し、
その演算結果に基づいて上記式によりｂを求め、さら
に上記式から距離Ｌを求めることができる。また、こ
の距離ＬがＬ1からＬ2に変化した時の変位量ΔＬは、 ΔＬ＝Ｌ2−Ｌ1 として求めることができる。
部１１とのＺ軸方向の距離をＬ、第２の受光素子１８の
受光面でのＩ1とＩ2間の距離をｂとすると、これらＬ，
ｂと前述したａ（両光源１２，１３間の距離），ｄ（絞
り板１５と受光素子群１６の受光面までの距離）との関
係は、 Ｌ／ｄ＝ａ／ｂ であるから、 Ｌ＝ａ・ｄ／ｂ……………… として表せる。この式において、ａとｄは既知であ
り、ｂは検出部１１側のＸ−Ｙ直交座標上のＩ1（Ｘ1，
Ｙ1）とＩ2（Ｘ2，Ｙ2）の位置から、 ｂ＝√〔（Ｘ1−Ｘ2）2＋（Ｙ1−Ｙ2）2〕…………… として表せる。したがって、第２の受光素子１８の各分
割受光部１８ａ〜１８ｄの受光出力Ｌｕ，Ｒｕ，Ｌｄ，
Ｒｄから上記式によりＸ1，Ｘ2，Ｙ1，Ｙ2を演算し、
その演算結果に基づいて上記式によりｂを求め、さら
に上記式から距離Ｌを求めることができる。また、こ
の距離ＬがＬ1からＬ2に変化した時の変位量ΔＬは、 ΔＬ＝Ｌ2−Ｌ1 として求めることができる。
【００１９】次に、図３の光学系について説明すると、
両光源１２，１３からそれぞれ異なるタイミングで発せ
られた赤外光は、絞り口１５ａ，１５ｂにより絞られた
後、第１の受光素子１７の両分割受光部１７ａ，１７ｂ
にスポット光Ｓ１２Ａ，Ｓ１３Ａとして照射され、第２
の受光素子１８の各分割受光部１８ａ〜１８ｄにスポッ
ト光Ｓ１２Ｂ，Ｓ１３Ｂとして照射される。図６は検出
部１１がある姿勢にある時の図３の光学系を模式的に示
すものであり、ここでは便宜上、検出部１１側にＺ−Ｙ
直交座標を設定してある。
両光源１２，１３からそれぞれ異なるタイミングで発せ
られた赤外光は、絞り口１５ａ，１５ｂにより絞られた
後、第１の受光素子１７の両分割受光部１７ａ，１７ｂ
にスポット光Ｓ１２Ａ，Ｓ１３Ａとして照射され、第２
の受光素子１８の各分割受光部１８ａ〜１８ｄにスポッ
ト光Ｓ１２Ｂ，Ｓ１３Ｂとして照射される。図６は検出
部１１がある姿勢にある時の図３の光学系を模式的に示
すものであり、ここでは便宜上、検出部１１側にＺ−Ｙ
直交座標を設定してある。
【００２０】図６において、検出部１１側のＺ−Ｙ直交
座標上での光源１２の座標をＰ1（Ｚ1，Ｙ1）、光源１
３の座標をＰ2（Ｚ2，Ｙ2）、第１の受光素子１７と第
２の受光素子１８のＹ軸方向の間隔をｍ、両光源１２，
１３から発せられた赤外光の光軸とＺ軸とがなす角度を
それぞれα1，α2，β1，β2とすると、スポット光Ｓ１
２Ａからα1、スポット光Ｓ１２Ｂからα2、スポット光
Ｓ１３Ａからβ1、スポット光Ｓ１３Ｂからβ2がそれぞ
れ求められる。すなわち、図４に示す第１の受光素子１
７上でのスポット光Ｓ１２Ａとスポット光Ｓ１３Ａの位
置ずれ量Δｙは、 Δｙ∝（Ｕ−Ｄ）／（Ｕ＋Ｄ） として表せられるため、α1＝Δｙ／ｄ，β1＝Δｙ／ｄ
の式中に、第１の受光素子１７の両分割受光部１７ａ，
１７ｂの受光出力Ｕ，Ｄと既知のｄを代入することによ
り、角度α1とβ1を求めることができる。また、図５に
示す第２の受光素子１８上でのスポット光Ｓ１２Ｂとス
ポット光Ｓ１３Ｂの位置ずれ量Δｙは、 Δｙ∝〔(Ｒｕ＋Ｌｕ)−(Ｒｄ＋Ｌｄ)〕／(Ｒｕ＋Ｌｕ＋Ｒｄ＋Ｌｄ)〕 として表せられるため、α2＝Δｙ／ｄ，β2＝Δｙ／ｄ
の式中に、第２の受光素子１８の各分割受光部１８ａ〜
１８ｄの受光出力Ｌｕ，Ｒｕ，Ｌｄ，Ｒｄと既知のｄを
代入することにより、角度α2とβ2を求めることができ
る。このようにしてα1，α2，β1，β2が求められる
と、既知のｍとα1，α2の値から三角測量の原理により
Ｐ1（Ｚ1，Ｙ1）の座標が求められ、同様にｍ，β1，β
2の値からＰ2（Ｚ2，Ｙ2）の座標が求められる。
座標上での光源１２の座標をＰ1（Ｚ1，Ｙ1）、光源１
３の座標をＰ2（Ｚ2，Ｙ2）、第１の受光素子１７と第
２の受光素子１８のＹ軸方向の間隔をｍ、両光源１２，
１３から発せられた赤外光の光軸とＺ軸とがなす角度を
それぞれα1，α2，β1，β2とすると、スポット光Ｓ１
２Ａからα1、スポット光Ｓ１２Ｂからα2、スポット光
Ｓ１３Ａからβ1、スポット光Ｓ１３Ｂからβ2がそれぞ
れ求められる。すなわち、図４に示す第１の受光素子１
７上でのスポット光Ｓ１２Ａとスポット光Ｓ１３Ａの位
置ずれ量Δｙは、 Δｙ∝（Ｕ−Ｄ）／（Ｕ＋Ｄ） として表せられるため、α1＝Δｙ／ｄ，β1＝Δｙ／ｄ
の式中に、第１の受光素子１７の両分割受光部１７ａ，
１７ｂの受光出力Ｕ，Ｄと既知のｄを代入することによ
り、角度α1とβ1を求めることができる。また、図５に
示す第２の受光素子１８上でのスポット光Ｓ１２Ｂとス
ポット光Ｓ１３Ｂの位置ずれ量Δｙは、 Δｙ∝〔(Ｒｕ＋Ｌｕ)−(Ｒｄ＋Ｌｄ)〕／(Ｒｕ＋Ｌｕ＋Ｒｄ＋Ｌｄ)〕 として表せられるため、α2＝Δｙ／ｄ，β2＝Δｙ／ｄ
の式中に、第２の受光素子１８の各分割受光部１８ａ〜
１８ｄの受光出力Ｌｕ，Ｒｕ，Ｌｄ，Ｒｄと既知のｄを
代入することにより、角度α2とβ2を求めることができ
る。このようにしてα1，α2，β1，β2が求められる
と、既知のｍとα1，α2の値から三角測量の原理により
Ｐ1（Ｚ1，Ｙ1）の座標が求められ、同様にｍ，β1，β
2の値からＰ2（Ｚ2，Ｙ2）の座標が求められる。
【００２１】このようにしてＰ1とＰ2の座標が決定され
ると、発光部１０と検出部１１の相対角度Φｙと、両部
１０，１１の相対的なＹ軸方向のずれ量Ｑ、および両部
１０，１１の相対的なＺ軸方向のずれ量Ｌが求められ
る。まず、ΦｙはＰ1とＰ2を通る直線の傾きに等しく、 tanΦｙ＝（Ｙ1−Ｙ2）／（Ｚ1−Ｚ2） であるから、 Φｙ＝tan~1〔（Ｙ1−Ｙ2）／（Ｚ1−Ｚ2）〕…………… として表せられる。したがって、この式に第１の受光
素子１７の受光出力Ｕ，Ｄと第２の受光素子１８の受光
出力Ｌｕ，Ｒｕ，Ｌｄ，Ｒｄから演算されたＺ1，Ｚ2，
Ｙ1，Ｙ2の値を代入することにより、発光部１０と検出
部１１の相対角度Φｙが求められる。また、Ｐ1とＰ2の
中点の座標をＰ0（Ｚ0，Ｙ0）とすると、 Ｚ0＝（Ｚ1＋Ｚ2）／２，Ｙ0＝（Ｙ1＋Ｙ2）／２ として表せられる。したがって、ＱとＬの値は回転座標
系に変換すると、 Ｑ＝−Ｚ0sinθｙ＋Ｙ0cosθｙ Ｌ＝Ｚ0cosθｙ＋Ｙ0sinθｙ…… ……………………… となり、この式に前述したＺ1，Ｚ2，Ｙ1，Ｙ2から演
算されたＺ0，Ｙ0と、上記式で演算されたΦｙの値を
代入することにより、発光部１０と検出部１１の相対的
なＹ軸方向のずれ量Ｑと、両部１０，１１の相対的なＺ
軸方向のずれ量Ｌが求められる。
ると、発光部１０と検出部１１の相対角度Φｙと、両部
１０，１１の相対的なＹ軸方向のずれ量Ｑ、および両部
１０，１１の相対的なＺ軸方向のずれ量Ｌが求められ
る。まず、ΦｙはＰ1とＰ2を通る直線の傾きに等しく、 tanΦｙ＝（Ｙ1−Ｙ2）／（Ｚ1−Ｚ2） であるから、 Φｙ＝tan~1〔（Ｙ1−Ｙ2）／（Ｚ1−Ｚ2）〕…………… として表せられる。したがって、この式に第１の受光
素子１７の受光出力Ｕ，Ｄと第２の受光素子１８の受光
出力Ｌｕ，Ｒｕ，Ｌｄ，Ｒｄから演算されたＺ1，Ｚ2，
Ｙ1，Ｙ2の値を代入することにより、発光部１０と検出
部１１の相対角度Φｙが求められる。また、Ｐ1とＰ2の
中点の座標をＰ0（Ｚ0，Ｙ0）とすると、 Ｚ0＝（Ｚ1＋Ｚ2）／２，Ｙ0＝（Ｙ1＋Ｙ2）／２ として表せられる。したがって、ＱとＬの値は回転座標
系に変換すると、 Ｑ＝−Ｚ0sinθｙ＋Ｙ0cosθｙ Ｌ＝Ｚ0cosθｙ＋Ｙ0sinθｙ…… ……………………… となり、この式に前述したＺ1，Ｚ2，Ｙ1，Ｙ2から演
算されたＺ0，Ｙ0と、上記式で演算されたΦｙの値を
代入することにより、発光部１０と検出部１１の相対的
なＹ軸方向のずれ量Ｑと、両部１０，１１の相対的なＺ
軸方向のずれ量Ｌが求められる。
【００２２】図７と図８は上記実施例に係る空間座標検
出装置において使用される回路構成について示してい
る。前記両光源１２，１３からは、互いに位相が１８０
度相違した赤外光が同じ周波数にて間欠発光する。した
がって、第１の受光素子１７の各分割受光部１７ａ，１
７ｂまたは第２の受光素子１８の各分割受光部１８ａ〜
１８ｄでは、前記パルス周期に対応したほぼサイン曲線
変化の受光出力が得られる。
出装置において使用される回路構成について示してい
る。前記両光源１２，１３からは、互いに位相が１８０
度相違した赤外光が同じ周波数にて間欠発光する。した
がって、第１の受光素子１７の各分割受光部１７ａ，１
７ｂまたは第２の受光素子１８の各分割受光部１８ａ〜
１８ｄでは、前記パルス周期に対応したほぼサイン曲線
変化の受光出力が得られる。
【００２３】図７に示すように、それぞれの分割受光部
には電流・電圧変換器１９が接続され、各分割受光部で
の受光出力の電流値が電圧値に変換される。それぞれの
出力電圧はバンドパスフィルタ２０を通過し、パルス発
光（間欠発光）の周波数成分が除かれる。そして、増幅
器２１によりそれぞれの検出電圧が電圧増幅され、検波
器２２によりそれぞれ検波され、各分割受光部の受光光
量に応じた電圧がＤＣ成分として取り出される。また、
各検波器２２からの電圧出力が加算器２３により電圧値
として加算され、オートゲインコントロール回路２４に
与えられ、このオートゲインコントロール回路２４より
増幅器２１の増幅率が制御される。
には電流・電圧変換器１９が接続され、各分割受光部で
の受光出力の電流値が電圧値に変換される。それぞれの
出力電圧はバンドパスフィルタ２０を通過し、パルス発
光（間欠発光）の周波数成分が除かれる。そして、増幅
器２１によりそれぞれの検出電圧が電圧増幅され、検波
器２２によりそれぞれ検波され、各分割受光部の受光光
量に応じた電圧がＤＣ成分として取り出される。また、
各検波器２２からの電圧出力が加算器２３により電圧値
として加算され、オートゲインコントロール回路２４に
与えられ、このオートゲインコントロール回路２４より
増幅器２１の増幅率が制御される。
【００２４】検波器２２からの各検出電圧は、例えば図
８に示されるアナログ・デジタル変換器２５によりデジ
タル値に変換され、デジタル演算器２６により和、差、
商、積の各演算が行われる。すなわち、上記〜式に
示された各演算はデジタル演算器２６にて行われ、この
デジタル演算器２６が本発明の演算部に相当する。
８に示されるアナログ・デジタル変換器２５によりデジ
タル値に変換され、デジタル演算器２６により和、差、
商、積の各演算が行われる。すなわち、上記〜式に
示された各演算はデジタル演算器２６にて行われ、この
デジタル演算器２６が本発明の演算部に相当する。
【００２５】図９は前述した空間座標検出装置を適用し
た入出装置の概略構成を示し、この入出装置は固定側が
機器本体２７であり、この機器本体２７はコンピュータ
やＡＶ機器またはゲーム機本体等からなり、ＣＲＴ画面
２８を有している。また、移動側は操作部材２９であ
り、この操作部材２９はリモートコントローラとして機
能し、オペレータが手で持って移動できる程度の大きさ
に形成されている。前記発光部１０は機器本体２７の任
意位置に設置され、前記検出部１１は操作部材２９の前
面に設置されている。また、上記〜式に示された各
演算は、操作部材２９内で行われ、その結果が有線また
は無線で機器本体２７に伝達され、あるいは、検出部１
１の受光検出出力のみが機器本体２７に伝達され、機器
本体２７側で上記の演算が行われる。
た入出装置の概略構成を示し、この入出装置は固定側が
機器本体２７であり、この機器本体２７はコンピュータ
やＡＶ機器またはゲーム機本体等からなり、ＣＲＴ画面
２８を有している。また、移動側は操作部材２９であ
り、この操作部材２９はリモートコントローラとして機
能し、オペレータが手で持って移動できる程度の大きさ
に形成されている。前記発光部１０は機器本体２７の任
意位置に設置され、前記検出部１１は操作部材２９の前
面に設置されている。また、上記〜式に示された各
演算は、操作部材２９内で行われ、その結果が有線また
は無線で機器本体２７に伝達され、あるいは、検出部１
１の受光検出出力のみが機器本体２７に伝達され、機器
本体２７側で上記の演算が行われる。
【００２６】図９では、両光源１２，１３の中心が画面
２８の中心の（イ）の位置に示されているが、実際の装
置では、両光源１２，１３の中心は画面２８から外れた
例えば（ロ）で示す位置に設置される。この場合、検出
部１１の前方に延びるＺ軸が画面２８の中心に向けられ
た時に、検出部１１の中心と発光部１０の中心とを結ぶ
線Ｊ0と、Ｚ軸との間にオフセット角θ0が生じるため、
検出部１１にて検出されたＹ方向の検出角度から前記オ
フセット角θ0を除算すれば、画面２８に対するＺ軸の
向き（対向角度）θｙを算出することができる。あるい
は、両光源１２，１３の中心を画面２８の中心に位置さ
せ、この中心を通るＹ軸上にて画面２８から外れた上下
位置（ハ）に両光源１２，１３を配置すれば、前記オフ
セット角θ0を除算する必要はなくなる。
２８の中心の（イ）の位置に示されているが、実際の装
置では、両光源１２，１３の中心は画面２８から外れた
例えば（ロ）で示す位置に設置される。この場合、検出
部１１の前方に延びるＺ軸が画面２８の中心に向けられ
た時に、検出部１１の中心と発光部１０の中心とを結ぶ
線Ｊ0と、Ｚ軸との間にオフセット角θ0が生じるため、
検出部１１にて検出されたＹ方向の検出角度から前記オ
フセット角θ0を除算すれば、画面２８に対するＺ軸の
向き（対向角度）θｙを算出することができる。あるい
は、両光源１２，１３の中心を画面２８の中心に位置さ
せ、この中心を通るＹ軸上にて画面２８から外れた上下
位置（ハ）に両光源１２，１３を配置すれば、前記オフ
セット角θ0を除算する必要はなくなる。
【００２７】この入力装置では、操作部材２９がＺ軸に
対して角度θｚだけ回転しても、その回転角度θｚを加
味して、機器本体２７側のＸ−Ｙ座標（空間での固定座
標）に対するＸ方向とＹ方向の傾きθｘ，θｙを検出す
ることができる。このため、手で持った操作部材２９が
角度θｚだけ回転した姿勢であっても、機器本体２７に
対してθｘとθｙの傾き量の情報を与えることができ、
例えば画面２８上に表示されるカーソルマークをＸ−Ｙ
座標上にて移動させることができる。すなわち、空間内
にて操作部材２９を自由に動かして画面２８での画像処
理、例えば線を描いたり、画面２８上の釦表示にカーソ
ルマークを合わせてスイッチ操作し、画面を切換える等
の入力が可能となり、この場合、手で持った操作部材２
９がＺ軸に対して回転したとしても、この回転によって
Ｘ−Ｙ座標に対する入力動作が狂うことはない。
対して角度θｚだけ回転しても、その回転角度θｚを加
味して、機器本体２７側のＸ−Ｙ座標（空間での固定座
標）に対するＸ方向とＹ方向の傾きθｘ，θｙを検出す
ることができる。このため、手で持った操作部材２９が
角度θｚだけ回転した姿勢であっても、機器本体２７に
対してθｘとθｙの傾き量の情報を与えることができ、
例えば画面２８上に表示されるカーソルマークをＸ−Ｙ
座標上にて移動させることができる。すなわち、空間内
にて操作部材２９を自由に動かして画面２８での画像処
理、例えば線を描いたり、画面２８上の釦表示にカーソ
ルマークを合わせてスイッチ操作し、画面を切換える等
の入力が可能となり、この場合、手で持った操作部材２
９がＺ軸に対して回転したとしても、この回転によって
Ｘ−Ｙ座標に対する入力動作が狂うことはない。
【００２８】また、この入力装置では、Ｚ軸に対する操
作部材２９の回転角度θｚを、機器本体２７の画面２８
での表示に対する指示情報として利用できる。例えば操
作部材２９を角度θｚだけ回転させることにより、画面
２８に表われた画像を機器本体２７側のＸ−Ｙ座標内に
て回転させる等の操作ができ、これは描画処理やゲーム
ソフトでのキャラクタの回転動作等に利用できる。
作部材２９の回転角度θｚを、機器本体２７の画面２８
での表示に対する指示情報として利用できる。例えば操
作部材２９を角度θｚだけ回転させることにより、画面
２８に表われた画像を機器本体２７側のＸ−Ｙ座標内に
て回転させる等の操作ができ、これは描画処理やゲーム
ソフトでのキャラクタの回転動作等に利用できる。
【００２９】また、この入力装置では、機器本体２７と
操作部材２９の相対的なＹ軸方向の移動量Ｑを検出でき
るため、この移動量Ｑを機器本体２７の画面２８での表
示に対する指示情報として利用できる。
操作部材２９の相対的なＹ軸方向の移動量Ｑを検出でき
るため、この移動量Ｑを機器本体２７の画面２８での表
示に対する指示情報として利用できる。
【００３０】さらに、機器本体２７側に操作部材２９ま
での距離Ｌの情報を与えることができるため、操作部材
２９が画面２８に近づいている時と、操作部材２９が画
面２８から離れている時とで操作感触に違いを感じさせ
ないようにすることができる。すなわち、操作部材２９
をθｘとθｙ方向の傾き角度のみに基づいて画面２８上
でカーソルマークを移動させた場合、例えば操作部材２
９を画面２８に近づけた位置でθｘ方向へ傾けた時と、
操作部材２９を画面２８から十分に離した位置でθｘ方
向へ同じ角度だけ傾けた時とで、この傾き角度θｘの情
報に基づく画面２８上でのカーソルマークの移動量は同
じ距離になるため、画面２８から離れた位置で操作部材
２９を傾けた時に画面２８上でカーソルマークがあまり
動いていないような感触となる。そこで、上記式また
は式により演算された距離Ｌを加味し、例えば発光部
１０と検出部１１との距離Ｌが長くなるにしたがって、
操作部材２９のθｘまたはθｙ方向の傾きに対し、画面
２８上でのカーソルマークの移動距離を長くするような
補正を行うと、操作部材２９が画面２８に近づいた場合
と離れた場合とでの操作感触の違いを補正することがで
きる。
での距離Ｌの情報を与えることができるため、操作部材
２９が画面２８に近づいている時と、操作部材２９が画
面２８から離れている時とで操作感触に違いを感じさせ
ないようにすることができる。すなわち、操作部材２９
をθｘとθｙ方向の傾き角度のみに基づいて画面２８上
でカーソルマークを移動させた場合、例えば操作部材２
９を画面２８に近づけた位置でθｘ方向へ傾けた時と、
操作部材２９を画面２８から十分に離した位置でθｘ方
向へ同じ角度だけ傾けた時とで、この傾き角度θｘの情
報に基づく画面２８上でのカーソルマークの移動量は同
じ距離になるため、画面２８から離れた位置で操作部材
２９を傾けた時に画面２８上でカーソルマークがあまり
動いていないような感触となる。そこで、上記式また
は式により演算された距離Ｌを加味し、例えば発光部
１０と検出部１１との距離Ｌが長くなるにしたがって、
操作部材２９のθｘまたはθｙ方向の傾きに対し、画面
２８上でのカーソルマークの移動距離を長くするような
補正を行うと、操作部材２９が画面２８に近づいた場合
と離れた場合とでの操作感触の違いを補正することがで
きる。
【００３１】あるいは、これとは逆に操作部材２９が画
面２８からかなり遠くに離れた時には、上記補正により
操作部材２９がわずかに傾いただけで画面２８上のカー
ソルマークが大きく動き、手振れによる操作入力の狂い
が生じるおそれもある。この場合には、前記と逆の補正
を行い、距離Ｌが長くなった時には、操作部材２９のθ
ｘおよびθｙの傾きに対し画面２８上でのカーソルマー
クの移動距離を短く抑えるようにすれば良い。
面２８からかなり遠くに離れた時には、上記補正により
操作部材２９がわずかに傾いただけで画面２８上のカー
ソルマークが大きく動き、手振れによる操作入力の狂い
が生じるおそれもある。この場合には、前記と逆の補正
を行い、距離Ｌが長くなった時には、操作部材２９のθ
ｘおよびθｙの傾きに対し画面２８上でのカーソルマー
クの移動距離を短く抑えるようにすれば良い。
【００３２】なお、上記実施例では、第２の受光素子１
８として、ＸおよびＹ方向に分割された分割受光部１８
ａ〜１８ｄを有する４分割受光素子を例示したが、Ｘ方
向に分割された２分割受光素子とＹ方向に分割された２
分割受光素子とを用い、これら両２分割受光素子をきわ
めて接近した距離に配置しても良い。この場合、両光源
１２，１３からのスポット光をそれぞれの２分割受光素
子に照射する必要があるため、絞り口の数は１つ増えて
合計で３個となる。
８として、ＸおよびＹ方向に分割された分割受光部１８
ａ〜１８ｄを有する４分割受光素子を例示したが、Ｘ方
向に分割された２分割受光素子とＹ方向に分割された２
分割受光素子とを用い、これら両２分割受光素子をきわ
めて接近した距離に配置しても良い。この場合、両光源
１２，１３からのスポット光をそれぞれの２分割受光素
子に照射する必要があるため、絞り口の数は１つ増えて
合計で３個となる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の空間座標
検出装置によれば、発光部と検出部を結ぶ軸に対する両
部の相対的な傾き角度や回転角度のみならず、両部のＺ
軸方向とＹ軸方向の相対的な距離検出を簡単な構造で高
精度に検出することができる。したがって、この発光部
を機器本体側に配設すると共に、検出部をオペレータに
よって手動操作される操作部材側に配設すれば、手で持
った操作部材の直交座標の回転成分を加味した状態で、
機器本体の画面上のカーソルマークを上記傾き角度に対
応して移動制御することができ、しかも、上記Ｚ軸方向
とＹ軸方向の距離を加味することにより、発光部と検出
部間の距離変動に伴う操作感触の違いを補正することが
できる。
検出装置によれば、発光部と検出部を結ぶ軸に対する両
部の相対的な傾き角度や回転角度のみならず、両部のＺ
軸方向とＹ軸方向の相対的な距離検出を簡単な構造で高
精度に検出することができる。したがって、この発光部
を機器本体側に配設すると共に、検出部をオペレータに
よって手動操作される操作部材側に配設すれば、手で持
った操作部材の直交座標の回転成分を加味した状態で、
機器本体の画面上のカーソルマークを上記傾き角度に対
応して移動制御することができ、しかも、上記Ｚ軸方向
とＹ軸方向の距離を加味することにより、発光部と検出
部間の距離変動に伴う操作感触の違いを補正することが
できる。
【図１】本発明の実施例に係る空間座標検出装置の基本
構造を示す斜視図である。
構造を示す斜視図である。
【図２】該空間座標検出装置図に備えられる１つの光学
系を示す断面図である。
系を示す断面図である。
【図３】該空間座標検出装置に備えられる他の光学系を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図４】該空間座標検出装置図に備えられる第１の受光
素子の平面図である。
素子の平面図である。
【図５】該空間座標検出装置に備えられる第２の受光素
子の平面図である。
子の平面図である。
【図６】図３の光学系を模式的に示す説明図である。
【図７】該空間座標検出装置に備えられる回路構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図８】図７の回路の後段を示すブロック図である。
【図９】図１の空間座標検出装置を適用した入力装置の
斜視図である。
斜視図である。
【図１０】従来の入力装置を示す斜視図である。
１０ 発光部
１１ 検出部
１２，１３ 光源
１４ 可視光カットフィルタ
１５ 絞り板
１５ａ，１５ｂ 絞り口
１６ 受光素子群
１７ 第１の受光素子
１７ａ，１７ｂ 分割受光部
１８ 第２の受光素子
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ 分割受光部
Ｓ１２Ａ，Ｓ１２ｂ，Ｓ１３Ａ，Ｓ１３Ｂ スポット光
２７ 機器本体
２８ 画面
２９ 操作部材
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 佐藤 荒尾
東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アル
プス電気株式会社内
(72)発明者 斉藤 潤一
東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アル
プス電気株式会社内
(56)参考文献 特開 平７−175585（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−302148（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−204458（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−233131（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−196326（ＪＰ，Ａ)
実開 昭61−172339（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G06F 3/03 - 3/033
G01B 11/00 - 11/30
Claims (2)
- 【請求項１】 画面を有する機器本体側に配設された発
光部と、オペレータによって手動操作される操作部材側
に配設された検出部とを備え、前記発光部には、識別可
能な光を発する２個の光源が間隔を開けて配置され、前
記検出部には、前記両光源から発せられた光を所定面積
のスポット光に絞る複数の開口と、各開口に対向し前記
スポット光を受光する複数組の受光素子とが設けられ、
前記各開口は前記受光素子群の受光面に任意のＸ−Ｙ直
交座標を設定した時にＹ軸方向に沿って配置され、前記
各受光素子の１組は前記スポット光のＹ軸方向の移動を
検出するＹ側受光素子であり、残りの組は前記スポット
光のＸ軸とＹ軸方向の移動を検出するＸ−Ｙ側受光素子
であり、前記Ｙ側受光素子と前記Ｘ−Ｙ側受光素子のＹ
側受光素子からの受光光量に基づいて、これらＹ側受光
素子とＸ−Ｙ側受光素子に照射される各スポット光の位
置を求める演算部が設けられ、前記Ｘ−Ｙ側受光素子の
Ｘ側およびＹ側受光素子からの受光光量に基づいて、該
Ｘ−Ｙ側受光素子に照射される各スポット光の位置を求
める演算部が設けられ、 これら演算部により、前記検出部の前記発光部に対する
Ｙ軸方向のずれ量と、前記Ｘ−Ｙ直交座標に直交するＹ
−Ｚ直交座標における前記検出部の前記発光部に対する
傾き角度と、前記検出部の前記発光部に対するＺ軸方向
のずれ量とを検出することを特徴とする空間座標検出装
置。 - 【請求項２】 請求項１の記載において、前記検出部に
は、２つの開口と、一方の開口を通過したスポット光を
検出するＹ軸方向に分割された２分割受光素子と、他方
の開口を通過したスポット光を検出するＸ軸およびＹ軸
方向に分割された４分割受光素子とが設けられているこ
とを特徴とする空間座標検出装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24150594A JP3416291B2 (ja) | 1994-10-05 | 1994-10-05 | 空間座標検出装置 |
| GB9510424A GB2289756B (en) | 1994-05-26 | 1995-05-23 | Space coordinates detecting device and input apparatus using same |
| US08/452,453 US5627565A (en) | 1994-05-26 | 1995-05-26 | Space coordinates detecting device and input apparatus using same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24150594A JP3416291B2 (ja) | 1994-10-05 | 1994-10-05 | 空間座標検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08106352A JPH08106352A (ja) | 1996-04-23 |
| JP3416291B2 true JP3416291B2 (ja) | 2003-06-16 |
Family
ID=17075332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24150594A Expired - Fee Related JP3416291B2 (ja) | 1994-05-26 | 1994-10-05 | 空間座標検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3416291B2 (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7749089B1 (en) | 1999-02-26 | 2010-07-06 | Creative Kingdoms, Llc | Multi-media interactive play system |
| US6761637B2 (en) | 2000-02-22 | 2004-07-13 | Creative Kingdoms, Llc | Method of game play using RFID tracking device |
| US7445550B2 (en) | 2000-02-22 | 2008-11-04 | Creative Kingdoms, Llc | Magical wand and interactive play experience |
| US7878905B2 (en) | 2000-02-22 | 2011-02-01 | Creative Kingdoms, Llc | Multi-layered interactive play experience |
| JP4043702B2 (ja) * | 2000-08-16 | 2008-02-06 | 日本放送協会 | 表示画面指示装置 |
| US7066781B2 (en) | 2000-10-20 | 2006-06-27 | Denise Chapman Weston | Children's toy with wireless tag/transponder |
| US6967566B2 (en) | 2002-04-05 | 2005-11-22 | Creative Kingdoms, Llc | Live-action interactive adventure game |
| US20070066396A1 (en) | 2002-04-05 | 2007-03-22 | Denise Chapman Weston | Retail methods for providing an interactive product to a consumer |
| US9446319B2 (en) | 2003-03-25 | 2016-09-20 | Mq Gaming, Llc | Interactive gaming toy |
| US8629836B2 (en) | 2004-04-30 | 2014-01-14 | Hillcrest Laboratories, Inc. | 3D pointing devices with orientation compensation and improved usability |
| TWI376520B (en) | 2004-04-30 | 2012-11-11 | Hillcrest Lab Inc | Free space pointing devices and methods |
| WO2006058129A2 (en) | 2004-11-23 | 2006-06-01 | Hillcrest Laboratories, Inc. | Semantic gaming and application transformation |
| US7852317B2 (en) | 2005-01-12 | 2010-12-14 | Thinkoptics, Inc. | Handheld device for handheld vision based absolute pointing system |
| US7927216B2 (en) | 2005-09-15 | 2011-04-19 | Nintendo Co., Ltd. | Video game system with wireless modular handheld controller |
| JP4805633B2 (ja) | 2005-08-22 | 2011-11-02 | 任天堂株式会社 | ゲーム用操作装置 |
| JP4262726B2 (ja) | 2005-08-24 | 2009-05-13 | 任天堂株式会社 | ゲームコントローラおよびゲームシステム |
| US8870655B2 (en) | 2005-08-24 | 2014-10-28 | Nintendo Co., Ltd. | Wireless game controllers |
| JP2007226397A (ja) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Sharp Corp | ポインティング装置、ポインティング方法、ポインティングプログラムおよびポインティングプログラムを記録した記録媒体 |
| US8913003B2 (en) | 2006-07-17 | 2014-12-16 | Thinkoptics, Inc. | Free-space multi-dimensional absolute pointer using a projection marker system |
| TWI416377B (zh) * | 2009-10-26 | 2013-11-21 | Pixart Imaging Inc | 影像顯示器之控制裝置及方法 |
| US9176598B2 (en) | 2007-05-08 | 2015-11-03 | Thinkoptics, Inc. | Free-space multi-dimensional absolute pointer with improved performance |
| JP2010204994A (ja) * | 2009-03-04 | 2010-09-16 | Epson Imaging Devices Corp | 光学式位置検出装置、位置検出機能付き表示装置、および電子機器 |
-
1994
- 1994-10-05 JP JP24150594A patent/JP3416291B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08106352A (ja) | 1996-04-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3416291B2 (ja) | 空間座標検出装置 | |
| JP3217926B2 (ja) | 空間座標検出装置 | |
| JP3059619B2 (ja) | 傾き検出装置およびこれを使用した入力装置 | |
| JP3204844B2 (ja) | 角度検出装置およびこれを使用した入力装置 | |
| US6417839B1 (en) | System for position and orientation determination of a point in space using scanning laser beams | |
| JP3194841B2 (ja) | 傾き検出装置およびこれを使用した入力装置 | |
| JPH0895704A (ja) | 空間座標検出装置 | |
| JP2901476B2 (ja) | 位置検出装置および位置検出方法 | |
| US6597443B2 (en) | Spatial tracking system | |
| US9405384B2 (en) | Computer system and control method for same | |
| CN102460563B (zh) | 使用位置敏感检测器的位置测量系统 | |
| GB2289756A (en) | Space coordinate detecting device and input apparatus | |
| US20030043362A1 (en) | Six dimensional laser tracking system and method | |
| JPH0895539A (ja) | プレゼンテーション支援装置 | |
| JPH08211993A (ja) | 傾き検出装置 | |
| CN101366001A (zh) | 发射机、接收机和具有发射机和接收机之间的相对位置检测功能性的系统 | |
| JP3193605B2 (ja) | 位置指示装置及びシステム | |
| US20100073289A1 (en) | 3d control of data processing through handheld pointing device | |
| JP4067569B2 (ja) | 位置検知ユニットおよびそのようなユニットを一つ以上含む多次元ポインタ | |
| JPH05265637A (ja) | ３次元ポインティング装置 | |
| JP4052908B2 (ja) | 光学式座標入力システム | |
| US6982407B2 (en) | Photoelectric conversion unit having a plurality of photoelectric conversion surfaces and systems and methods for measuring location and/or direction using the photoelectric conversion unit | |
| JPH0425924A (ja) | ワイヤレス方式コンピュータ入力装置 | |
| JPH06281424A (ja) | 光学式３次元角度検出装置および光学式３次元位置算出装置 | |
| JP3523583B2 (ja) | ３次元位置・姿勢計測装置及びその方法並びに記録媒体 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20030318 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |