JP4549206B2 - Position detection device - Google Patents

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Description

本発明は、位置検出装置に係り、特に対象物の三次元空間上の位置を検出する位置検出装置に関する。   The present invention relates to a position detection device, and more particularly to a position detection device that detects a position of an object in a three-dimensional space.

従来の位置検出装置としては、例えば、レーザ光を用いたものがある。レーザ光を用いる位置検出装置は、レーザ光源と、ミラーが取り付けられ、レーザ光源からの出射レーザ光を反射して反射レーザ光を偏向させるガルバノメータスキャナ(機械的駆動部)と、出射レーザ光と反射レーザ光とを選別するビームスプリッタと、反射レーザ光を検出するフォトディテクタと、対象物の位置を測定する距離測定装置とを有する。   As a conventional position detection device, for example, there is one using a laser beam. A position detection device using laser light is provided with a laser light source, a mirror, a galvanometer scanner (mechanical drive unit) that reflects the emitted laser light from the laser light source and deflects the reflected laser light, and the emitted laser light and the reflected light. A beam splitter for selecting laser light, a photodetector for detecting reflected laser light, and a distance measuring device for measuring the position of an object.

このような位置検出装置は、機械的駆動部であるガルバノメータスキャナによりミラーの反射面を制御させ、対象物からの再帰反射を受けた際の反射レーザ光の照射方向と、距離測定装置が求める反射レーザ光から対象物までの距離とに基づいて、対象物の三次元空間上の位置の検出を行う(例えば、特許文献1参照。)。
特開2001−147269号公報
In such a position detection device, the reflection surface of the mirror is controlled by a galvanometer scanner which is a mechanical drive unit, and the reflected direction of the reflected laser light when receiving retroreflection from the object, and the reflection required by the distance measuring device. Based on the distance from the laser beam to the object, the position of the object in the three-dimensional space is detected (see, for example, Patent Document 1).
JP 2001-147269 A

しかしながら、従来の位置検出装置では、機械的に動作するガルバノメータスキャナによりミラーを可動させてレーザ光をスキャンさせるため、騒音の問題や、機械的振動により検出された対象物の三次元空間上の位置精度が低下してしまうという問題があった。   However, in the conventional position detection device, the mirror is moved by a mechanically operated galvanometer scanner to scan the laser beam. There was a problem that the accuracy was lowered.

また、ガルバノメータスキャナ(機械的駆動部)を用いているため、位置検出装置を小型化できないという問題があった。さらに、レーザ光を用いているため、安全対策のための機構を設ける必要があり、これにより位置検出装置が小型化できないという問題があった。   Further, since the galvanometer scanner (mechanical drive unit) is used, there is a problem that the position detection device cannot be reduced in size. Furthermore, since a laser beam is used, it is necessary to provide a mechanism for safety measures, thereby causing a problem that the position detection device cannot be reduced in size.

また、レーザ光をスキャンさせて対象物の位置の計測を行うため、計測の時間間隔をスキャン時間以下にできない。このため、移動する対象物からの反射レーザ光の応答性が低下して、検出された対象物の三次元空間上の位置の精度が低下するという問題があった。   Further, since the position of the object is measured by scanning the laser beam, the measurement time interval cannot be made shorter than the scan time. For this reason, there has been a problem that the response of reflected laser light from the moving object is lowered, and the accuracy of the position of the detected object in the three-dimensional space is lowered.

そこで、本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、対象物の位置を高精度に求めることができると共に、小型化が可能な位置検出装置を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a position detection device that can obtain the position of an object with high accuracy and can be miniaturized.

本発明の一観点によれば、対象物の位置を検出する位置検出装置において、光信号を照射する光源と、前記対象物に取り付けられ、前記光信号を反射する反射面を備えた反射手段と、前記光信号と反射手段により反射された光信号とを分離する第1の分離手段と、前記反射された光信号を受光する第1の受光素子と、前記光信号を前記第1の受光素子側に通過させると共に、前記光信号の一部を第2の受光素子に向かうようにする第2の分離手段と、前記第1の受光素子よりも受光面の面積が小さく、応答速度の速く、前記第2の分離手段により分離された前記光信号の一部を受光する前記第2の受光素子と、前記第1の受光素子の出力信号に基づき、該第1の受光素子の受光面における反射された光信号の位置を求める反射位置演算手段と、前記光源から前記第2の受光素子までの伝搬距離を求める伝搬距離演算手段と、前記反射位置演算手段に求められた第1の受光素子の受光面における反射された光信号の位置と、前記伝搬距離演算手段に求められた伝搬距離とに基づき、前記対象物の位置を求める対象物位置演算手段と、制御部と、を有し、前記反射手段は、前記反射手段の反射面を覆うように設けられる開閉手段を有し、前記制御部は、前記光信号を遮断するように前記開閉手段を制御した後に、前記光信号を反射するように前記開閉手段を制御することを特徴とする位置検出装置が提供される。
According to one aspect of the present invention, in a position detection device that detects the position of an object, a light source that irradiates an optical signal, and a reflection unit that is attached to the object and includes a reflection surface that reflects the optical signal First separating means for separating the optical signal and the optical signal reflected by the reflecting means, a first light receiving element for receiving the reflected optical signal, and the optical signal for the first light receiving element And a second separation means for passing a part of the optical signal toward the second light receiving element and a light receiving surface area smaller than the first light receiving element, and a high response speed, Reflecting on the light receiving surface of the first light receiving element based on the second light receiving element for receiving a part of the optical signal separated by the second separating means and the output signal of the first light receiving element. Reflection position calculating means for determining the position of the optical signal A propagation distance calculation means for obtaining a propagation distance from the light source to the second light receiving element, the position of the optical signal reflected on the light receiving surface of the first light-receiving element obtained in the reflection position calculating means, the propagation An object position calculating means for determining the position of the object based on the propagation distance determined by the distance calculating means; and a control unit, wherein the reflecting means covers the reflecting surface of the reflecting means. A position detecting unit, wherein the control unit controls the opening / closing unit to reflect the optical signal after controlling the opening / closing unit to block the optical signal. An apparatus is provided.

本発明によれば、光信号と反射手段により反射された光信号とを分離する第1の分離手段を設けることにより、光信号を所定の範囲に照射することが可能となり、光信号を偏向させる機械的駆動部(ガルバノメータスキャナ)が不要となる。これにより、機械的振動がなくなり、対象物の位置を高精度に求めることができると共に、位置検出装置を小型化することができる。また、反射位置演算手段と、伝搬距離演算手段と、対象物位置演算手段とを設けることにより、第1の受光素子の受光面における反射された光信号の位置と、光源から第1の受光素子までの伝搬距離とに基づいて、対象物位置演算手段により対象物の位置を求めることができる。   According to the present invention, by providing the first separation unit that separates the optical signal and the optical signal reflected by the reflecting unit, it is possible to irradiate the optical signal in a predetermined range and deflect the optical signal. A mechanical drive (galvanometer scanner) is not required. Thereby, mechanical vibration is eliminated, the position of the object can be obtained with high accuracy, and the position detection device can be miniaturized. Further, by providing the reflection position calculation means, the propagation distance calculation means, and the object position calculation means, the position of the reflected optical signal on the light receiving surface of the first light receiving element and the first light receiving element from the light source The position of the object can be obtained by the object position calculating means based on the propagation distance up to.

本発明は、対象物の位置を高精度に求めることができると共に、小型化が可能な位置検出装置を実現することができる。   The present invention can obtain a position of an object with high accuracy and can realize a position detection device that can be miniaturized.

次に、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1を参照して、第1の実施の形態の位置検出装置10について説明する。図1は、第1の実施の形態の位置検出装置の概略構成図である。なお、図1において、Aは第1の分離手段21により同図の下方に分離された光源15から照射された光信号(以下、「光信号A」とする)、Bは光信号Aが照射される領域(以下、「照射領域B」とする)、Cは反射手段により反射された光信号A(以下、「光信号C」とする)、Eは光源15の鏡像位置(以下、「鏡像位置E」とする)、Fは第1の受光素子26の受光面26Aにおける光信号Cのスポット像(以下、「スポット像F」とする)をそれぞれ示している。また、同図中において、X,X方向は第1の受光素子26の受光面26Aと平行な方向、Z,Z方向は第1の受光素子26の受光面26Aに垂直な方向をそれぞれ示している。
(First embodiment)
With reference to FIG. 1, the position detection apparatus 10 of 1st Embodiment is demonstrated. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a position detection apparatus according to the first embodiment. In FIG. 1, A is an optical signal (hereinafter referred to as “optical signal A”) emitted from the light source 15 separated downward in the figure by the first separating means 21, and B is irradiated with the optical signal A. Area (hereinafter referred to as “irradiation area B”), C is the optical signal A reflected by the reflecting means (hereinafter referred to as “optical signal C”), and E is the mirror image position of the light source 15 (hereinafter “mirror image”). F represents the spot image of the optical signal C on the light receiving surface 26A of the first light receiving element 26 (hereinafter referred to as “spot image F”). Further, in the figure, the X and X directions indicate directions parallel to the light receiving surface 26A of the first light receiving element 26, and the Z and Z directions indicate directions perpendicular to the light receiving surface 26A of the first light receiving element 26, respectively. Yes.

位置検出装置10は、装置本体11と、演算手段12とを有する。位置検出装置10は、対象物24の三次元空間上の位置を検出するためのものである。位置検出装置10は、情報端末13と接続されており、情報端末13に対象物24の三次元空間上の位置に関するデータが表示される。情報端末13は、例えば、パーソナル・コンピュータ等である。   The position detection device 10 includes a device main body 11 and a calculation means 12. The position detection device 10 is for detecting the position of the object 24 in the three-dimensional space. The position detection device 10 is connected to the information terminal 13, and data related to the position of the object 24 in the three-dimensional space is displayed on the information terminal 13. The information terminal 13 is, for example, a personal computer.

装置本体11は、光信号発生部14と、集光レンズ20と、第1の分離手段21と、再帰光学系を備える反射手段22と、第1の受光素子26とを有する。   The apparatus main body 11 includes an optical signal generation unit 14, a condenser lens 20, a first separation unit 21, a reflection unit 22 including a recursive optical system, and a first light receiving element 26.

光信号発生部14は、光源15と、光源駆動部16と、光信号変調手段18と、光信号制御手段19とを有する。光源15は、光信号を発生させるためのものである。光源15は、第1の分離手段21の面21Aに光信号を照射可能な位置に配設されている。光源15としては、例えば、赤外光を照射可能な赤外光LEDを用いるとよい。   The optical signal generator 14 includes a light source 15, a light source driver 16, an optical signal modulator 18, and an optical signal controller 19. The light source 15 is for generating an optical signal. The light source 15 is disposed at a position where the surface 21A of the first separating means 21 can be irradiated with an optical signal. As the light source 15, for example, an infrared LED capable of emitting infrared light may be used.

このように、光源15として赤外光LEDを用いることにより、従来のレーザ光を用いた位置検出装置において必要であった安全対策の機構が不要となり、位置検出装置10を小型化することができる。   As described above, by using the infrared LED as the light source 15, the safety measure mechanism required in the conventional position detecting device using the laser beam becomes unnecessary, and the position detecting device 10 can be downsized. .

光源駆動部16は、光源15を駆動させるためのものである。光信号変調手段18は、光信号制御手段19により制御された出力信号により、光源駆動部16の出力信号を変調させる。具体的には、光信号変調手段18は、光源15から照射される光信号の強度、位相、及び周波数のいずれか一つを変調させる。なお、本実施の形態では、光信号の強度を変調させる場合を例に挙げて以下の説明をする。光信号変調手段18としては、例えば、発振器を用いることができる。光信号制御手段19は、光信号変調手段18の出力信号を制御するためのものである。   The light source driving unit 16 is for driving the light source 15. The optical signal modulation unit 18 modulates the output signal of the light source driving unit 16 by the output signal controlled by the optical signal control unit 19. Specifically, the optical signal modulating unit 18 modulates any one of the intensity, phase, and frequency of the optical signal emitted from the light source 15. In the present embodiment, the following description is given by taking as an example the case where the intensity of an optical signal is modulated. For example, an oscillator can be used as the optical signal modulator 18. The optical signal control means 19 is for controlling the output signal of the optical signal modulation means 18.

このように、光源15から照射される光信号の強度、位相、及び周波数のいずれか一つを変調させる光信号変調手段18を設けることにより、光信号変調手段18の変調信号と反射戻り光からの復調信号との比較により光信号の伝播時間が算出可能となり、対象物24までの距離が算出することができる。   In this way, by providing the optical signal modulation means 18 that modulates any one of the intensity, phase, and frequency of the optical signal emitted from the light source 15, the modulation signal of the optical signal modulation means 18 and the reflected return light are detected. The propagation time of the optical signal can be calculated by comparison with the demodulated signal, and the distance to the object 24 can be calculated.

集光レンズ20は、光源15と第1の分離手段21との間に設けられている。集光レンズ20は、後述する第1の受光素子26の受光面26Aに形成される光信号Cのスポット像Fを小さくするためのものである。   The condenser lens 20 is provided between the light source 15 and the first separation means 21. The condenser lens 20 is for reducing the spot image F of the optical signal C formed on the light receiving surface 26A of the first light receiving element 26 described later.

第1の分離手段21は、第1の受光素子26の受光面26Aと第1の分離手段21の面21Aとが45度の角度を成すように配置されている。第1の分離手段21は、可動することはなく、その位置は固定されている。第1の分離手段21は、光信号Aを図1の下方に照射させて照射領域Bを形成するためのものである。第1の分離手段21としては、例えば、反射率を50%程度に設定した反透過性のミラーを用いることができる。   The first separating means 21 is arranged such that the light receiving surface 26A of the first light receiving element 26 and the surface 21A of the first separating means 21 form an angle of 45 degrees. The first separation means 21 does not move and its position is fixed. The first separation means 21 is for irradiating the optical signal A downward in FIG. As the first separating means 21, for example, an anti-transmissive mirror having a reflectance set to about 50% can be used.

このように、第1の分離手段21を設け、第1の分離手段21により光信号Aが照射される照射領域Bを形成することにより、対象物24に光信号を照射するための機械的駆動部(例えば、ガルバノメータスキャナ)が不必要となり、機械的振動の問題が解消されて、対象物24の三次元空間上の位置を高精度に求めることができると共に、位置検出装置10の小型化を図ることができる。   Thus, the mechanical drive for irradiating the target 24 with the optical signal is provided by providing the first separating unit 21 and forming the irradiation region B irradiated with the optical signal A by the first separating unit 21. A part (for example, a galvanometer scanner) is unnecessary, the problem of mechanical vibration is solved, the position of the object 24 in the three-dimensional space can be determined with high accuracy, and the position detection device 10 can be downsized. Can be planned.

図2は、反射手段の断面図であり、図3は反射シートを拡大した斜視図である。なお、図2において、図1と同一構成部分には同一の符号を付す。   FIG. 2 is a sectional view of the reflecting means, and FIG. 3 is an enlarged perspective view of the reflecting sheet. In FIG. 2, the same components as those in FIG.

図2に示すように、反射手段22は、シート状基材23と、反射シート25とを有しており、三次元空間上の位置を検出したい対象物24に取り付けられている。反射シート25は、シート状基材23上に設けられている。図3に示すように、反射シート25は、複数の三角錐型の反射体28により構成されている。反射体28は、光信号Aを反射させるための反射面28Aを有している。また、複数の反射体28は、反射面28Aが互いに90度の角度を成すように配列されている。反射面28Aにより反射された光信号Aは光信号Cとなり、光信号Cは光信号Aの光路を略正確に逆行し、第1の分離手段21による光源15の鏡像位置Eで光源15と略等しいサイズのスポット像を形成する。なお、対象物24としては、例えば、人間や携帯機器(例えば、PDA等)等が挙げられる。   As shown in FIG. 2, the reflection means 22 includes a sheet-like base material 23 and a reflection sheet 25, and is attached to an object 24 whose position in a three-dimensional space is desired to be detected. The reflection sheet 25 is provided on the sheet-like base material 23. As shown in FIG. 3, the reflection sheet 25 includes a plurality of triangular pyramid reflectors 28. The reflector 28 has a reflecting surface 28A for reflecting the optical signal A. The plurality of reflectors 28 are arranged such that the reflecting surfaces 28A form an angle of 90 degrees with each other. The optical signal A reflected by the reflecting surface 28A becomes an optical signal C, and the optical signal C substantially reverses the optical path of the optical signal A, and is substantially the same as the light source 15 at the mirror image position E of the light source 15 by the first separating means 21. Form spot images of equal size. Examples of the object 24 include humans and portable devices (for example, PDAs).

図4は、第1の受光素子の斜視図である。なお、図4において、G1は第1の受光素子26の受光面26Aの重心位置(以下、「重心位置G1」とする)、G2は光信号Cのスポット像Fの重心位置(以下、「重心位置G2」とする)、Vは第1の受光素子26の受光面26Aに入射した光信号Cの方向ベクトル(以下、「方向ベクトルV」とする)、Y,Y方向はX,X方向と直交する方向をそれぞれ示している。また、図4において、図1と同一構成部分には同一の符号を付す。   FIG. 4 is a perspective view of the first light receiving element. In FIG. 4, G1 is the center of gravity of the light receiving surface 26A of the first light receiving element 26 (hereinafter referred to as “center of gravity G1”), and G2 is the center of gravity of the spot image F of the optical signal C (hereinafter “center of gravity”). V is a direction vector (hereinafter referred to as “direction vector V”) of the optical signal C incident on the light receiving surface 26A of the first light receiving element 26, and the Y and Y directions are the X and X directions. Each orthogonal direction is shown. In FIG. 4, the same components as those in FIG.

図4に示すように、第1の受光素子26は、光信号Cを受光する受光面26Aと、受光面26Aの4辺に設けられた4つの電極27とを有する。4つの電極27は、後述する増幅器29A〜29Dのいずれか1つと接続されている。受光面26Aが光信号Cを受光した際、4つの電極27は、受光面26Aにおける光信号Cのスポット像Fから各電極27までの抵抗に応じた電流を増幅器29A〜29Dに出力する。   As shown in FIG. 4, the first light receiving element 26 includes a light receiving surface 26A that receives the optical signal C, and four electrodes 27 provided on four sides of the light receiving surface 26A. The four electrodes 27 are connected to any one of amplifiers 29A to 29D described later. When the light receiving surface 26A receives the optical signal C, the four electrodes 27 output currents corresponding to the resistance from the spot image F of the optical signal C on the light receiving surface 26A to each electrode 27 to the amplifiers 29A to 29D.

上記構成とされた第1の受光素子26は、光源15の鏡像位置Eから光信号Cの進行方向側に距離d離れた光信号Cの光路上に設けられている(図1参照)。なお、距離dは、オフセット量である。また、第1の受光素子26としては、例えば、受光面26Aの抵抗が均一なPIN型フォトダイオードを用いることができる。   The first light receiving element 26 having the above-described configuration is provided on the optical path of the optical signal C that is a distance d away from the mirror image position E of the light source 15 in the traveling direction of the optical signal C (see FIG. 1). The distance d is an offset amount. As the first light receiving element 26, for example, a PIN photodiode having a uniform resistance on the light receiving surface 26A can be used.

次に、図1を参照して、演算部12について説明する。演算部12は、増幅器29A〜29Dと、フィルタ31A〜31Dと、出力電流受信手段33と、反射位置演算手段41と、伝搬距離演算手段45と、対象物位置演算手段50と、補正手段51とを有する。   Next, the calculation unit 12 will be described with reference to FIG. The calculation unit 12 includes amplifiers 29A to 29D, filters 31A to 31D, output current reception means 33, reflection position calculation means 41, propagation distance calculation means 45, object position calculation means 50, and correction means 51. Have

増幅器29A〜29Dは、第1の受光素子26の4つの電極27及びフィルタ31A〜31Dと接続されている。増幅器29A〜29Dは、第1の受光素子26の受光面26Aが光信号Cを受光した際、電極27からの出力電流(出力信号)を増幅させて、フィルタ31A〜31Dに送信する。増幅器29A〜29Dとしては、例えば、アンプを用いることができる。   The amplifiers 29A to 29D are connected to the four electrodes 27 of the first light receiving element 26 and the filters 31A to 31D. When the light receiving surface 26A of the first light receiving element 26 receives the optical signal C, the amplifiers 29A to 29D amplify the output current (output signal) from the electrode 27 and transmit it to the filters 31A to 31D. For example, amplifiers can be used as the amplifiers 29A to 29D.

フィルタ31A〜31Dは、増幅器29A〜29Dにより増幅された出力電流からノイズを除去するためのものである。フィルタ31A〜31Dとしては、例えば、バンドパスフィルタを用いることができる。   The filters 31A to 31D are for removing noise from the output current amplified by the amplifiers 29A to 29D. As the filters 31A to 31D, for example, bandpass filters can be used.

出力電流受信手段33は、検波部34と、判定器35と、同期部36と、復調部37とを有する。出力電流受信手段33は、検波部34がフィルタ31A〜31Dを通過した出力電流の和を受信した際、反射光の変調信号復調用受信信号を生成して、復調部37から対象物位置演算手段50にクロック信号等の同期信号(具体的には、この信号に同期させてスポット位置の判定、及び方向ベクトルVの情報の算出などに使用)を送信する。   The output current receiving unit 33 includes a detection unit 34, a determination unit 35, a synchronization unit 36, and a demodulation unit 37. When the detection unit 34 receives the sum of the output currents that have passed through the filters 31 </ b> A to 31 </ b> D, the output current reception unit 33 generates a reception signal for demodulating the modulation signal of the reflected light, and the target position calculation unit from the demodulation unit 37. 50, a synchronization signal such as a clock signal (specifically, used for determination of the spot position and calculation of information of the direction vector V in synchronization with this signal) is transmitted.

反射位置演算手段41は、反射位置演算部42と、A/D変換部43とを有する。反射位置演算部42は、フィルタ31A〜31D及びA/D変換部43と接続されている。反射位置演算部42は、フィルタ31A〜31Dを通過した出力電流に基づき、第1の受光素子26の受光面26Aの重心位置G1を原点(つまり、重心位置G1の座標が(X,Y,Z)=(0,0,0))とした場合の光信号Cのスポット像Fの重心位置G2(以下、重心位置G2の座標を(X,Y,Z)=(X,Y,0)とする)を求める。 The reflection position calculation means 41 includes a reflection position calculation unit 42 and an A / D conversion unit 43. The reflection position calculation unit 42 is connected to the filters 31 </ b> A to 31 </ b> D and the A / D conversion unit 43. Based on the output current that has passed through the filters 31A to 31D, the reflection position calculation unit 42 uses the center of gravity position G1 of the light receiving surface 26A of the first light receiving element 26 as the origin (that is, the coordinates of the center of gravity position G1 are (X, Y, Z ) = (0, 0, 0)), the gravity center position G2 of the spot image F of the optical signal C (hereinafter, the coordinates of the gravity center position G2 are (X, Y, Z) = (X 1 , Y 1 , 0). )).

なお、重心位置G1が光軸上に存在する場合、第1の受光素子26の受光面26Aに入射した光信号Cの方向ベクトルVは、下記(1)式により算出できる。   When the gravity center position G1 exists on the optical axis, the direction vector V of the optical signal C incident on the light receiving surface 26A of the first light receiving element 26 can be calculated by the following equation (1).

V=(−X,−Y,0) ・・・(1)
A/D変換部43は、反射位置演算部42及び対象物位置演算手段50と接続されており、反射位置演算部42により求められる光信号Cの重心位置G2に関するデータをA/D変換して、対象物位置演算手段50に送信する。
V = (− X 1 , −Y 1 , 0) (1)
The A / D conversion unit 43 is connected to the reflection position calculation unit 42 and the object position calculation unit 50, and performs A / D conversion on data related to the gravity center position G2 of the optical signal C obtained by the reflection position calculation unit 42. Then, it transmits the object position calculation means 50.

伝搬距離演算手段45は、同期検波部46と、A/D変換部47と、伝搬距離演算部48とを有する。同期検波部46は、光信号変調手段18と接続されている。同期検波部46は、所定の周波数で正弦波を生成する光信号変調手段18の出力信号により、光源駆動部16を介して光源15の強度を変調駆動させて、光信号Aが照射された際のフィルタ31A〜31Dを通過した電極27の出力電流の和を光信号変調手段18の信号(強度変調信号)で同期検波して位相情報を得る。この位相情報は、A/D変換部47に送信される。   The propagation distance calculation unit 45 includes a synchronous detection unit 46, an A / D conversion unit 47, and a propagation distance calculation unit 48. The synchronous detector 46 is connected to the optical signal modulator 18. The synchronous detector 46 modulates and drives the intensity of the light source 15 via the light source driver 16 by the output signal of the optical signal modulator 18 that generates a sine wave at a predetermined frequency, and the optical signal A is emitted. The sum of the output currents of the electrodes 27 that have passed through the filters 31A to 31D is synchronously detected by the signal (intensity modulation signal) of the optical signal modulation means 18 to obtain phase information. This phase information is transmitted to the A / D converter 47.

A/D変換部47は、同期検波部46及び伝搬距離演算部48と接続されている。A/D変換部47は、同期検波部46で得られた位相情報をA/D変換して、伝搬距離演算部48に送信する。伝搬距離演算部48は、A/D変換された位相情報に基づいて、伝搬時間を検出し、光源15から受光素子26の受光面26Aまでの伝搬距離(以下、「伝搬距離r」とする)を求めると共に、伝搬距離rに関するデータを対象物位置演算手段50に送信する。 The A / D conversion unit 47 is connected to the synchronous detection unit 46 and the propagation distance calculation unit 48. The A / D converter 47 performs A / D conversion on the phase information obtained by the synchronous detector 46 and transmits it to the propagation distance calculator 48. The propagation distance calculator 48 detects the propagation time based on the A / D converted phase information, and the propagation distance from the light source 15 to the light receiving surface 26A of the light receiving element 26 (hereinafter referred to as “propagation distance r 1 ”). ) And data related to the propagation distance r 1 are transmitted to the object position calculation means 50.

対象物位置演算手段50は、演算部12の制御全般を行なうと共に、反射位置演算手段41により求められる光信号Cのスポット像Fの重心位置G2と、伝搬距離演算手段45により求められる伝搬距離rとに基づいて、反射手段22が取り付けられた対象物24の三次元空間上の位置を求める。 The object position calculation unit 50 performs the overall control of the calculation unit 12, and the gravity center position G 2 of the spot image F of the optical signal C obtained by the reflection position calculation unit 41 and the propagation distance r obtained by the propagation distance calculation unit 45. 1 , the position in the three-dimensional space of the object 24 to which the reflecting means 22 is attached is obtained.

ここで、図1及び図5を参照して、対象物24の三次元空間上の位置の求め方(重心位置G1を原点とした場合)について説明する。図5は、対象物の三次元空間上の位置の求め方を説明するための図である。なお、図5において、Lは重心位置G1から反射手段22までの距離(以下、「距離L」とする)、tV(tは任意の実数)は方向ベクトルVを有し、重心位置G1を通過する直線(以下、「直線tV」とする)をそれぞれ示している。   Here, with reference to FIG.1 and FIG.5, the method of calculating | requiring the position in the three-dimensional space of the target object 24 (when the gravity center position G1 is made into the origin) is demonstrated. FIG. 5 is a diagram for explaining how to obtain the position of the object in the three-dimensional space. In FIG. 5, L is a distance from the center of gravity G1 to the reflecting means 22 (hereinafter referred to as “distance L”), tV (t is an arbitrary real number) has a direction vector V, and passes through the center of gravity G1. Each straight line (hereinafter referred to as “straight line tV”) is shown.

先に説明した図4における座標系を対象物24が存在する三次元空間の座標系とした場合、伝搬距離rは、重心位置G1から反射手段22までの距離Lの2倍から距離d(オフセット量)を引いた値と等しくなり、下記(2)式が成り立つ。 When the coordinate system in FIG. 4 described above is a coordinate system in a three-dimensional space in which the object 24 exists, the propagation distance r 1 is from twice the distance L from the gravity center position G 1 to the reflecting means 22 to a distance d ( It is equal to the value obtained by subtracting the offset amount, and the following equation (2) is established.

=2L−d ・・・(2)
これにより、重心位置G1から反射手段22までの距離Lは、下記(3)式により求めることができる。
r 1 = 2L−d (2)
Thereby, the distance L from the gravity center position G1 to the reflection means 22 can be calculated | required by following (3) Formula.

L=(r+d)/2 ・・・(3)
したがって、図5に示すように、対象物24の三次元空間上の位置は、重心位置G1を中心とする半径が距離Lと等しい大きさの半球面と直線tVとの交点Hとして求めることができる。
L = (r 1 + d) / 2 (3)
Therefore, as shown in FIG. 5, the position of the object 24 in the three-dimensional space can be obtained as the intersection H of the hemisphere whose radius centered on the gravity center position G1 is equal to the distance L and the straight line tV. it can.

また、例えば、室内に存在する対象物24の三次元空間上の位置を検出する場合、位置検出装置10に接続された情報端末13に設置位置情報(例えば、室内の間取りに関する情報や、室内の間取りに対する第1の受光素子26や第1の分離手段21等の設置位置の情報)を記憶させ、対象物24の三次元空間上の位置と上記設置位置情報とを照合することで、室内における対象物24の位置を特定することができる。   In addition, for example, when detecting the position of the object 24 existing in the room in the three-dimensional space, the installation terminal is connected to the information terminal 13 connected to the position detection device 10 (for example, information on the indoor floor plan, Information on the installation position of the first light receiving element 26, the first separation means 21 and the like with respect to the floor plan) is stored, and the position of the object 24 in the three-dimensional space and the installation position information are collated, thereby The position of the object 24 can be specified.

補正手段51は、記憶部52と、補正部53とを有する。記憶部52は、補正部53及び対象物位置演算手段50と接続されている。補正手段51は、予め求められた基準データや、補正部53から得られた補正データ等を記憶する。なお、基準データとは、既知の位置に関するデータ(座標データ)のことである。   The correction unit 51 includes a storage unit 52 and a correction unit 53. The storage unit 52 is connected to the correction unit 53 and the object position calculation means 50. The correction unit 51 stores reference data obtained in advance, correction data obtained from the correction unit 53, and the like. The reference data is data (coordinate data) related to a known position.

補正部53は、記憶部52及び対象物位置演算手段50と接続されている。補正部53は、記憶部52に格納された基準データと、所定の位置に対象物24を配置させたときのデータとの差に基づき、補正データを求めると共に、補正データを記憶部52に記憶させる。   The correction unit 53 is connected to the storage unit 52 and the object position calculation means 50. The correction unit 53 obtains correction data based on the difference between the reference data stored in the storage unit 52 and the data when the object 24 is placed at a predetermined position, and stores the correction data in the storage unit 52. Let

また、対象物位置演算手段50は、記憶部52に格納された補正データに基づいて、対象物24の三次元空間上の位置の補正を行う。   Further, the object position calculation means 50 corrects the position of the object 24 in the three-dimensional space based on the correction data stored in the storage unit 52.

このように、補正手段51を設け、補正手段51が求めた補正データに基づいて、対象物位置演算手段50が対象物24の三次元空間上の位置の補正することにより、対象物24の三次元空間上の位置を高精度に求めることができる。   As described above, the correction unit 51 is provided, and the object position calculation unit 50 corrects the position of the object 24 in the three-dimensional space based on the correction data obtained by the correction unit 51, so that the tertiary of the object 24 is obtained. The position in the original space can be obtained with high accuracy.

以上、説明したように、本実施の形態の位置検出装置10によれば、第1の分離手段21により光信号Aが照射される照射領域Bを形成することにより、対象物24に光信号Aを照射するための機械的駆動部(例えば、ガルバノメータスキャナ)が不必要となり、機械的振動の問題が解消されて、対象物24の三次元空間上の位置を高精度に求めることができると共に、位置検出装置10の小型化を図ることができる。   As described above, according to the position detection device 10 of the present embodiment, the optical signal A is applied to the object 24 by forming the irradiation region B to which the optical signal A is irradiated by the first separation unit 21. A mechanical drive unit (for example, a galvanometer scanner) for irradiating the object 24 becomes unnecessary, the problem of mechanical vibration is solved, and the position of the object 24 in the three-dimensional space can be obtained with high accuracy. The position detection device 10 can be downsized.

なお、位置検出装置10に、開口部(ピンホール)を有する板状部材を設けてもよい。この場合、光源15の鏡像位置Eが上記開口部に収まるように板状部材を配置するとよい。このような板状部材を設けることにより、受光素子26の受光面26Aに形成される光信号Cのスポット像Fのボケを低減させて、反射位置演算部42によりスポット像Fの重心位置G2を精度良く求めることができる。   The position detection device 10 may be provided with a plate-like member having an opening (pinhole). In this case, the plate-like member may be arranged so that the mirror image position E of the light source 15 is accommodated in the opening. By providing such a plate-like member, the blur of the spot image F of the optical signal C formed on the light receiving surface 26A of the light receiving element 26 is reduced, and the gravity center position G2 of the spot image F is determined by the reflection position calculation unit 42. It can be obtained with high accuracy.

また、光信号Aの光路及び/または光信号Cの光路に、光源15の波長以外の光を遮光する遮光手段(例えば、フィルタ)を設けてもよい。このような遮光手段を設けることにより、室内照明や外光等の不要な光を除去して、電極27の出力電流のS/N比を向上させることができる。   Further, a light shielding means (for example, a filter) that shields light other than the wavelength of the light source 15 may be provided in the optical path of the optical signal A and / or the optical path of the optical signal C. By providing such a light shielding means, unnecessary light such as room illumination or outside light can be removed, and the S / N ratio of the output current of the electrode 27 can be improved.

さらに、伝搬距離演算手段45としては、上記説明した変調法の他に、パルス光の伝搬時間を計測する方法を用いてもよい。   Further, as the propagation distance calculation means 45, in addition to the modulation method described above, a method for measuring the propagation time of pulsed light may be used.

(第2の実施の形態)
図6を参照して、第2の実施の形態の位置検出装置60について説明する。図6は、第2の実施の形態の位置検出装置の概略構成図である。なお、図6において、Mは光源15の鏡像位置Eから集光レンズ67までの距離(以下、「距離M」とする)、Nは集光レンズ67から第2の受光素子66の受光面66Aまでの距離(以下、「距離N」とする)、Dは第2の分離手段65により第2の受光素子66に向かうように分離された光信号C(以下、「光信号D」とする)をそれぞれ示している。また、図6において、図1に示した位置検出装置10と同一構成部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Second Embodiment)
With reference to FIG. 6, the position detection apparatus 60 of 2nd Embodiment is demonstrated. FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a position detection apparatus according to the second embodiment. In FIG. 6, M is a distance from the mirror image position E of the light source 15 to the condenser lens 67 (hereinafter referred to as “distance M”), and N is a light receiving surface 66A of the second light receiving element 66 from the condenser lens 67. (Hereinafter referred to as “distance N”), D is an optical signal C (hereinafter referred to as “optical signal D”) separated toward the second light receiving element 66 by the second separation means 65. Respectively. In FIG. 6, the same components as those of the position detection device 10 shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

位置検出装置60は、装置本体61と、演算手段62とを有し、情報端末13と接続されている。装置本体61は、第1の実施の形態で説明した装置本体11の構成に、さらに第2の分離手段65と、第2の受光素子66と、集光レンズ67とを設けた構成とされている。   The position detection device 60 includes a device main body 61 and a calculation means 62 and is connected to the information terminal 13. The apparatus main body 61 is configured such that, in addition to the configuration of the apparatus main body 11 described in the first embodiment, a second separating means 65, a second light receiving element 66, and a condensing lens 67 are further provided. Yes.

第2の分離手段65は、光信号Cを第1の受光素子26側に通過させると共に、光信号Cの一部を第2の受光素子66に向かうようにするためのものである。第2の分離手段65は、第2の分離手段65の面65Aと第2の受光素子66の受光面66Aとが45度の角度を成すように、光源15の鏡像位置Eに配置されている。第2の分離手段65としては、例えば、ハーフミラーを用いることができる。   The second separating means 65 is for passing the optical signal C to the first light receiving element 26 side and for directing a part of the optical signal C to the second light receiving element 66. The second separating means 65 is disposed at the mirror image position E of the light source 15 so that the surface 65A of the second separating means 65 and the light receiving surface 66A of the second light receiving element 66 form an angle of 45 degrees. . As the second separating means 65, for example, a half mirror can be used.

第2の受光素子66は、第1の受光素子26よりも受光面の面積が小さく、応答速度の速い受光素子であり、第2の分離手段65により分離された光信号Dを受光する。第2の受光素子66としては、例えば、通常の光通信に用いるPINフォトダイオード等を用いることができる。   The second light receiving element 66 is a light receiving element having a light receiving surface area smaller than that of the first light receiving element 26 and having a fast response speed, and receives the optical signal D separated by the second separating means 65. As the second light receiving element 66, for example, a PIN photodiode used for normal optical communication can be used.

また、第2の受光素子66は、増幅器71及びフィルタ72を介して、同期検波部46及び検波部34と接続されている。つまり、本実施の形態の位置検出装置60では、第2の受光素子66からの出力電流(出力信号)に基づいて、伝搬距離演算手段33が光源15から第2の受光素子66までの伝搬距離r2を求める構成とされている。 The second light receiving element 66 is connected to the synchronous detection unit 46 and the detection unit 34 via the amplifier 71 and the filter 72. That is, in the position detection device 60 of the present embodiment, the propagation distance calculation means 33 is based on the output current (output signal) from the second light receiving element 66 and the propagation distance from the light source 15 to the second light receiving element 66. r 2 is obtained.

ここで、第2の受光素子66を設ける理由について説明する。一般的に、受光素子は、受光面の面積が大きいほど応答速度は低下する。例えば、数メートルの距離範囲を検出する際には数MHz以上の変調信号を適用することが望ましいため、第1の受光素子26からの出力信号により光信号Cのスポット像Fの重心位置G2と光源15から第1の受光素子26までの伝搬距離r1とを求める構成とした場合には、受光素子の受光面の面積をあまり小さくできない。 Here, the reason why the second light receiving element 66 is provided will be described. Generally, the response speed of the light receiving element decreases as the area of the light receiving surface increases. For example, since it is desirable to apply a modulation signal of several MHz or more when detecting a distance range of several meters, the center of gravity position G2 of the spot image F of the optical signal C is determined by the output signal from the first light receiving element 26. When the propagation distance r 1 from the light source 15 to the first light receiving element 26 is obtained, the area of the light receiving surface of the light receiving element cannot be reduced so much.

したがって、第1の受光素子26の他に、受光面66Aの面積が小さく応答速度の速い第2の受光素子66を設け、第2の受光素子66からの出力電流に基づいて、伝搬距離演算手段33により光源15から第2の受光素子66までの伝搬距離r2を求めることで伝搬距離r2の精度を向上させることが可能となる。これにより、伝搬距離r2と光信号Cのスポット像Fの重心位置G2とに基づいて、対象物位置演算手段50は対象物24の三次元空間上の位置を高精度に求めることができる。 Therefore, in addition to the first light receiving element 26, a second light receiving element 66 having a small area of the light receiving surface 66A and a fast response speed is provided, and based on the output current from the second light receiving element 66, the propagation distance calculating means By determining the propagation distance r 2 from the light source 15 to the second light receiving element 66 by 33, the accuracy of the propagation distance r 2 can be improved. Thereby, based on the propagation distance r 2 and the gravity center position G2 of the spot image F of the optical signal C, the object position calculation means 50 can obtain the position of the object 24 in the three-dimensional space with high accuracy.

集光レンズ67は、第2の受光素子66と第2の分離手段65との間に配置されている。また、光源15の鏡像位置Eから集光レンズ67までの距離Mと、集光レンズ67から第2の受光素子65の受光面65Aまでの距離Nとは、それぞれ集光レンズ67の焦点距離fの2倍となるように設定されている。   The condenser lens 67 is disposed between the second light receiving element 66 and the second separating means 65. The distance M from the mirror image position E of the light source 15 to the condensing lens 67 and the distance N from the condensing lens 67 to the light receiving surface 65A of the second light receiving element 65 are respectively the focal length f of the condensing lens 67. Is set to be twice as large.

このように、距離M,Nのそれぞれが焦点距離fの2倍となるように集光レンズ67を配置することにより、対象物24の三次元空間上の位置に依存することなく、第2の受光素子66は光信号Dを受光することができる。   In this way, by arranging the condensing lens 67 so that each of the distances M and N is twice the focal length f, the second can be obtained without depending on the position of the object 24 in the three-dimensional space. The light receiving element 66 can receive the optical signal D.

演算手段62は、第1の実施の形態で説明した演算手段12の構成に、さらに増幅器71と、フィルタ72とを設けると共に、フィルタ72を同期検波部46及び検波部34と接続させた構成とされている。   The calculating means 62 is provided with an amplifier 71 and a filter 72 in addition to the structure of the calculating means 12 described in the first embodiment, and a structure in which the filter 72 is connected to the synchronous detector 46 and the detector 34. Has been.

増幅器71は、第2の受光素子66と接続されている。増幅器71は、第2の受光素子66の受光面66Aが光信号Dを受光した際、第2の受光素子66からの出力電流を増幅させて、フィルタ72に送信する。増幅器71としては、例えば、アンプを用いることができる。   The amplifier 71 is connected to the second light receiving element 66. When the light receiving surface 66A of the second light receiving element 66 receives the optical signal D, the amplifier 71 amplifies the output current from the second light receiving element 66 and transmits it to the filter 72. As the amplifier 71, for example, an amplifier can be used.

フィルタ72は、増幅器71により増幅された出力電流からノイズを除去するためのものである。フィルタ72としては、例えば、バンドパスフィルタを用いることができる。   The filter 72 is for removing noise from the output current amplified by the amplifier 71. As the filter 72, for example, a band pass filter can be used.

以上、説明したように、本実施の形態の位置検出装置60によれば、第1の受光素子26よりも応答速度の速い第2の受光素子66からの出力電流に基づいて、伝搬距離演算手段33が伝搬距離r2を求めることにより、伝搬距離r2の精度を向上させることができる。また、伝搬距離r1の代わりに伝搬距離r2を用いることにより、対象物24の三次元空間上の位置を高精度に求めることができる。 As described above, according to the position detection device 60 of the present embodiment, the propagation distance calculation means is based on the output current from the second light receiving element 66 having a response speed faster than that of the first light receiving element 26. 33 by obtaining the propagation distance r 2, it is possible to improve the accuracy of the propagation distance r 2. Further, by using the propagation distance r 2 instead of the propagation distance r 1 , the position of the object 24 in the three-dimensional space can be obtained with high accuracy.

なお、伝搬距離r2を用いて対象物24の三次元空間上の位置を求める場合も、第1の実施の形態の位置検出装置10と同様な手法を用いることができる。 Note that, when the position of the object 24 in the three-dimensional space is obtained using the propagation distance r 2 , the same technique as that of the position detection device 10 of the first embodiment can be used.

(第3の実施の形態)
図7を参照して、第3の実施の形態の位置検出装置80について説明する。図7は、第3の実施の形態の位置検出装置の概略構成図である。なお、図7において、Jは光源15から照射された光信号、及び第1の分離手段21により同図の下方に分離された光源15から照射された光信号(以下、「光信号J」とする)、Kは反射手段85に反射された光信号J(以下、「光信号K」とする)、Pは光信号Kが照射される領域(以下、「照射領域P」とする)をそれぞれ示している。また、図7において、図1に示した位置検出装置10と同一構成部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Third embodiment)
With reference to FIG. 7, the position detection apparatus 80 of 3rd Embodiment is demonstrated. FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a position detection apparatus according to the third embodiment. In FIG. 7, J is an optical signal emitted from the light source 15 and an optical signal emitted from the light source 15 separated downward in the figure by the first separation means 21 (hereinafter referred to as “optical signal J”). K is an optical signal J reflected by the reflecting means 85 (hereinafter referred to as “optical signal K”), and P is a region irradiated with the optical signal K (hereinafter referred to as “irradiation region P”). Show. In FIG. 7, the same components as those of the position detection device 10 shown in FIG.

位置検出装置80は、装置本体81と、演算手段12とを有し、情報端末13と接続されている。装置本体81は、集光レンズ20と、第1の分離手段21と、第1の受光素子26と、光信号発生部82と、再帰光学系を備える反射手段85とを有する。つまり、本実施の形態の位置検出装置80は、第1の実施の形態で説明した位置検出装置10と光信号発生部及び反射手段の構成が異なる以外は、位置検出装置10と同様な構成とされている。   The position detection device 80 includes a device main body 81 and a calculation means 12 and is connected to the information terminal 13. The apparatus main body 81 includes a condenser lens 20, a first separating unit 21, a first light receiving element 26, an optical signal generating unit 82, and a reflecting unit 85 including a recursive optical system. That is, the position detection device 80 of the present embodiment has the same configuration as that of the position detection device 10 except that the position detection device 10 described in the first embodiment is different from the configuration of the optical signal generation unit and the reflection unit. Has been.

図8は、本実施の形態の光信号発生部のブロック図である。なお、図8において、図1に示した光信号発生部14と同一構成部分には同一の符号を付す。   FIG. 8 is a block diagram of the optical signal generator of the present embodiment. In FIG. 8, the same components as those of the optical signal generator 14 shown in FIG.

図8に示すように、光信号発生部82は、光源15と、光源駆動部16と、光信号変調手段18と、光信号制御手段19と、クロック生成部83と、装置ID情報付与手段84とを有する。   As shown in FIG. 8, the optical signal generation unit 82 includes a light source 15, a light source driving unit 16, an optical signal modulation unit 18, an optical signal control unit 19, a clock generation unit 83, and a device ID information providing unit 84. And have.

クロック生成部83は、クロック信号を生成し、光信号変調手段18からの出力信号にクロック信号を付与するためのものである。装置ID情報付与手段84は、光信号変調手段18からの出力信号に装置ID情報をデジタル信号として付与するためのものである。装置ID情報とは、例えば、位置検出装置80に一意の付与された装置固有のナンバー等の情報のことである。また、光源15からは、クロック信号、装置ID情報、及び光信号変調手段18からの出力信号を含んだ光信号Jが照射される。   The clock generation unit 83 generates a clock signal and gives the clock signal to the output signal from the optical signal modulation means 18. The device ID information giving unit 84 is for giving the device ID information as a digital signal to the output signal from the optical signal modulating unit 18. The device ID information is information such as a unique number assigned to the position detection device 80, for example. The light source 15 emits an optical signal J including a clock signal, device ID information, and an output signal from the optical signal modulator 18.

図9は、反射手段の概略構成図である。なお、図9において、図2に示した反射手段22と同一構成部分には同一の符号を付す。   FIG. 9 is a schematic configuration diagram of the reflecting means. In FIG. 9, the same components as those of the reflecting means 22 shown in FIG.

図9に示すように、反射手段85は、シート状基材23と、受信手段88と、複数の三角錐型の反射体28と、開閉手段91と、制御部93とを有する。受信手段88は、シート状基材23の面23Aに設けられると共に、後述する制御部93の増幅器94と接続されている。受信手段88は、クロック信号、装置ID情報、及び光信号変調手段18からの出力信号を含んだ光信号Jを受信するためのものである。また、受信手段88は、光信号Jを受信した際、増幅器94に出力信号を送信する。   As shown in FIG. 9, the reflecting means 85 includes a sheet-like base material 23, a receiving means 88, a plurality of triangular pyramid reflectors 28, an opening / closing means 91, and a control unit 93. The receiving means 88 is provided on the surface 23 </ b> A of the sheet-like base material 23 and is connected to an amplifier 94 of the control unit 93 described later. The receiving means 88 is for receiving an optical signal J including a clock signal, device ID information, and an output signal from the optical signal modulating means 18. The receiving means 88 transmits an output signal to the amplifier 94 when receiving the optical signal J.

開閉手段91は、シート状基材23の面23Aに設けられた複数の反射体28を覆うように配設されている。開閉手段91は、後述する制御部93の駆動回路103と接続されている。開閉手段91は、反射体28に光信号Jを照射させるか否かの切り換えを行なうためのものである。開閉手段91は、制御部93により受信手段88が受信する光信号Jに応じて、開閉が制御される。   The opening / closing means 91 is disposed so as to cover the plurality of reflectors 28 provided on the surface 23 </ b> A of the sheet-like base material 23. The opening / closing means 91 is connected to a drive circuit 103 of the control unit 93 described later. The opening / closing means 91 is for switching whether or not to irradiate the reflector 28 with the optical signal J. Opening / closing of the opening / closing means 91 is controlled by the control unit 93 in accordance with the optical signal J received by the receiving means 88.

開閉手段91が開いた場合(図8に示した状態)には、光信号Jが開閉手段91を通過して反射体28に到達し、反射体28の反射面28Aにより光信号Jは光信号Kとして反射される。また、開閉手段91が閉じた場合には、開閉手段91の表面で光信号Jが遮断され、反射体28に光信号Jが到達しないため、光信号Kは反射されない。なお、反射手段85は、図示していない駆動電源を有しており、この駆動電源により開閉手段91が駆動される。   When the opening / closing means 91 is opened (the state shown in FIG. 8), the optical signal J passes through the opening / closing means 91 and reaches the reflector 28, and the optical signal J is reflected by the reflecting surface 28A of the reflector 28. Reflected as K. When the opening / closing means 91 is closed, the optical signal J is blocked by the surface of the opening / closing means 91, and the optical signal J does not reach the reflector 28, so that the optical signal K is not reflected. The reflecting means 85 has a drive power supply (not shown), and the opening / closing means 91 is driven by this drive power supply.

開閉手段91としては、例えば、液晶変調素子を用いることができる。開閉手段91として液晶変調素子を用いることにより、開閉手段91を低電圧駆動させることができる。この場合、駆動電源としては、小型のバッテリー、光発電素子等を用いることができる。   As the opening / closing means 91, for example, a liquid crystal modulation element can be used. By using a liquid crystal modulation element as the opening / closing means 91, the opening / closing means 91 can be driven at a low voltage. In this case, a small battery, a photovoltaic device or the like can be used as the driving power source.

制御部93は、増幅器94と、フィルタ96と、検波手段98と、クロック検出手段99と、同期手段101と、記憶手段102と、駆動回路103とを有する。増幅器94は、受信手段88及びフィルタ96と接続されている。増幅器94は、受信手段88が受信した光信号Jを増幅させて、フィルタ96に送信する。増幅器94としては、例えば、アンプを用いることができる。   The control unit 93 includes an amplifier 94, a filter 96, a detection unit 98, a clock detection unit 99, a synchronization unit 101, a storage unit 102, and a drive circuit 103. The amplifier 94 is connected to the receiving means 88 and the filter 96. The amplifier 94 amplifies the optical signal J received by the receiving means 88 and transmits it to the filter 96. For example, an amplifier can be used as the amplifier 94.

フィルタ96は、増幅器94及び検波手段98と接続されている。フィルタ96は、増幅器94により増幅された光信号Jからノイズを除去する。フィルタ96としては、例えば、バンドパスフィルタを用いることができる。   The filter 96 is connected to the amplifier 94 and the detection means 98. The filter 96 removes noise from the optical signal J amplified by the amplifier 94. As the filter 96, for example, a band pass filter can be used.

検波手段98は、フィルタ96及びクロック検出手段99と接続されている。検波手段98は、増幅された光信号Jを復調させて、復調された光信号Jをクロック検出手段99に送信するためのものである。   The detection means 98 is connected to the filter 96 and the clock detection means 99. The detecting means 98 is for demodulating the amplified optical signal J and transmitting the demodulated optical signal J to the clock detecting means 99.

クロック検出手段99は、検波手段98及び同期手段101と接続されている。クロック検出手段99は、復調された光信号Jに含まれるクロック信号を検出するためのものである。クロック信号が検出された光信号Jは、同期手段101に送信される。   The clock detection means 99 is connected to the detection means 98 and the synchronization means 101. The clock detection means 99 is for detecting a clock signal included in the demodulated optical signal J. The optical signal J from which the clock signal has been detected is transmitted to the synchronization means 101.

同期手段101は、クロック検出手段99及び駆動回路103と接続されている。同期手段101は、クロック検出手段99が検出したクロック信号により光信号Jを同期させ、同期させた光信号Jを駆動回路103に送信する。   The synchronization unit 101 is connected to the clock detection unit 99 and the drive circuit 103. The synchronization unit 101 synchronizes the optical signal J with the clock signal detected by the clock detection unit 99 and transmits the synchronized optical signal J to the drive circuit 103.

記憶手段102は、ユニークID情報を記憶するためのものであり、駆動回路103と接続されている。ユニークID情報とは、例えば、反射手段85に一意の付与された固有のナンバーや、反射手段85が設けられた対象物24に固有の固体情報番号等の情報である。   The storage means 102 is for storing unique ID information and is connected to the drive circuit 103. The unique ID information is, for example, information such as a unique number uniquely assigned to the reflecting means 85 or a solid information number unique to the object 24 on which the reflecting means 85 is provided.

駆動回路103は、同期手段101、記憶手段102、及び開閉手段91と接続されている。   The drive circuit 103 is connected to the synchronization unit 101, the storage unit 102, and the opening / closing unit 91.

本実施の形態の位置検出装置80によれば、光信号Jの照射領域P内に反射手段85を備える対象物24が複数存在する場合、始めに、全ての反射手段85の開閉手段91が光信号Jを遮断するように各制御部93により制御を行い、その後、適当な時間が経過した後に光信号Jを反射するよう各開閉手段91を制御することで、各反射手段85から反射される光信号Kの時間的重なりをなくして、複数の対象物24の三次元空間上の位置を検出することができる。   According to the position detection device 80 of the present embodiment, when there are a plurality of objects 24 including the reflection means 85 in the irradiation region P of the optical signal J, the opening / closing means 91 of all the reflection means 85 are first turned on by light. Each control unit 93 performs control so as to cut off the signal J, and then, after a suitable time has passed, each open / close means 91 is controlled so as to reflect the optical signal J, so that it is reflected from each reflective means 85. The positions of the plurality of objects 24 in the three-dimensional space can be detected without the temporal overlap of the optical signals K.

なお、伝搬距離演算手段45として変調法の代わりにパルス光の伝搬時間を計測する方法を用いる場合には、開閉手段91により通過させるパルス光を選択するパルス位置変調方式(PPM)を通信方法として併用してもよい。パルス位置変調方式(PPM)を併用することにより、対象物24との間でID情報や制御情報等の送受信を行なうことができる。   When a method for measuring the propagation time of pulsed light instead of the modulation method is used as the propagation distance calculating unit 45, a pulse position modulation method (PPM) for selecting pulsed light to be passed by the opening / closing unit 91 is used as the communication method. You may use together. By using the pulse position modulation method (PPM) together, ID information, control information, and the like can be transmitted to and received from the object 24.

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。なお、撮像素子(例えば、CCD)を用いて、光信号C,Kのスポット像を直接観測して、光信号C,Kのスポット像の重心位置を検出してもよい。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and within the scope of the present invention described in the claims, Various modifications and changes are possible. Note that the image sensor (for example, CCD) may be used to directly observe the spot images of the optical signals C and K to detect the position of the center of gravity of the optical signals C and K.

本発明は、対象物の位置を高精度に求めることができると共に、小型化が可能な位置検出装置に適用できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a position detection device that can determine the position of an object with high accuracy and can be miniaturized.

第1の実施の形態の位置検出装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the position detection apparatus of 1st Embodiment. 反射手段の断面図である。It is sectional drawing of a reflection means. 反射シートを拡大した斜視図である。It is the perspective view which expanded the reflective sheet. 第1の受光素子の斜視図である。It is a perspective view of a 1st light receiving element. 対象物の三次元空間上の位置の求め方を説明するための図である。It is a figure for demonstrating how to obtain | require the position in the three-dimensional space of a target object. 第2の実施の形態の位置検出装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the position detection apparatus of 2nd Embodiment. 第3の実施の形態の位置検出装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the position detection apparatus of 3rd Embodiment. 本実施の形態の光信号発生部のブロック図である。It is a block diagram of the optical signal generation part of this Embodiment. 反射手段の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a reflection means.

符号の説明Explanation of symbols

10,60,80 位置検出装置
11,61,81 装置本体
12,62 演算手段
13 情報端末
14,82 光信号発生部
15 光源
16 光源駆動部
18 光信号変調手段
19 光信号制御手段
20 集光レンズ
21 第1の分離手段
21A,23A,65A 面
22,85 反射手段
23 シート状基材
24 対象物
25 反射シート
26 第1の受光素子
26A,66A 受光面
27 電極
28 反射体
28A 反射面
29A〜29D,71,94 増幅器
31A〜31D,72,96 フィルタ
33 出力電流受信手段
34 検波部
35 判定器
36 同期部
37 復調部
41 反射位置演算手段
42 反射位置演算部
43,47 A/D変換部
45 伝搬距離演算手段
46 同期検波部
48 伝搬距離演算部
50 対象物位置演算手段
51 補正手段
52 記憶部
53 補正部
65 第2の分離手段
66 第2の受光素子
67 集光レンズ
83 クロック生成部
84 装置ID情報付与手段
88 受信手段
91 開閉手段
93 制御部
98 検波手段
99 クロック検出手段
101 同期手段
102 記憶手段
103 駆動回路
A,C,D,J,K 光信号
B,P 照射領域
d,L,M,N 距離
E 鏡像位置
F スポット像
G1,G2 重心位置
H 交点
V 方向ベクトル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 60, 80 Position detection apparatus 11, 61, 81 Apparatus main body 12, 62 Calculation means 13 Information terminal 14, 82 Optical signal generation part 15 Light source 16 Light source drive part 18 Optical signal modulation means 19 Optical signal control means 20 Condensing lens 21 First Separating Unit 21A, 23A, 65A Surface 22, 85 Reflecting Unit 23 Sheet-like Substrate 24 Object 25 Reflecting Sheet 26 First Light-Receiving Element 26A, 66A Light-Receiving Surface 27 Electrode 28 Reflector 28A Reflecting Surface 29A-29D , 71, 94 Amplifiers 31A to 31D, 72, 96 Filter 33 Output current receiving means 34 Detector 35 Determinator 36 Synchronizer 37 Demodulator 41 Reflection position calculator 42 Reflection position calculator 43, 47 A / D converter 45 Propagation Distance calculation means 46 Synchronous detection section 48 Propagation distance calculation section 50 Object position calculation means 51 Correction means 5 Storage unit 53 Correction unit 65 Second separation unit 66 Second light receiving element 67 Condensing lens 83 Clock generation unit 84 Device ID information providing unit 88 Reception unit 91 Opening / closing unit 93 Control unit 98 Detection unit 99 Clock detection unit 101 Synchronization unit 102 storage means 103 drive circuit A, C, D, J, K optical signal B, P irradiation area d, L, M, N distance E mirror image position F spot image G1, G2 barycentric position H intersection V direction vector

Claims (6)

対象物の位置を検出する位置検出装置において、
光信号を照射する光源と、
前記対象物に取り付けられ、前記光信号を反射する反射面を備えた反射手段と、
前記光信号と反射手段により反射された光信号とを分離する第1の分離手段と、
前記反射された光信号を受光する第1の受光素子と、
前記光信号を前記第1の受光素子側に通過させると共に、前記光信号の一部を第2の受光素子に向かうようにする第2の分離手段と、
前記第1の受光素子よりも受光面の面積が小さく、応答速度の速く、前記第2の分離手段により分離された前記光信号の一部を受光する前記第2の受光素子と、
前記第1の受光素子の出力信号に基づき、該第1の受光素子の受光面における反射された光信号の位置を求める反射位置演算手段と、
前記光源から前記第2の受光素子までの伝搬距離を求める伝搬距離演算手段と、
前記反射位置演算手段に求められた第1の受光素子の受光面における反射された光信号の位置と、前記伝搬距離演算手段に求められた伝搬距離とに基づき、前記対象物の位置を求める対象物位置演算手段と
制御部と、を有し、
前記反射手段は、
前記反射手段の反射面を覆うように設けられる開閉手段を有し、
前記制御部は、前記光信号を遮断するように前記開閉手段を制御した後に、前記光信号を反射するように前記開閉手段を制御することを特徴とする位置検出装置。
In a position detection device that detects the position of an object,
A light source that emits an optical signal;
Reflecting means attached to the object and having a reflecting surface for reflecting the optical signal;
First separating means for separating the optical signal and the optical signal reflected by the reflecting means;
A first light receiving element for receiving the reflected optical signal;
Second separation means for passing the optical signal to the first light receiving element side and directing a part of the optical signal to the second light receiving element;
The second light receiving element that receives a part of the optical signal separated by the second separating means, having a light receiving surface area smaller than that of the first light receiving element and having a high response speed;
Reflection position calculation means for determining the position of the reflected optical signal on the light receiving surface of the first light receiving element based on the output signal of the first light receiving element;
Propagation distance calculation means for obtaining a propagation distance from the light source to the second light receiving element ;
An object for determining the position of the object based on the position of the reflected optical signal on the light receiving surface of the first light receiving element determined by the reflection position calculating means and the propagation distance determined by the propagation distance calculating means. An object position calculating means ;
A control unit,
The reflecting means is
Opening and closing means provided so as to cover the reflecting surface of the reflecting means;
The position detection device , wherein the control unit controls the opening / closing means to reflect the optical signal after controlling the opening / closing means to block the optical signal .
光信号変調手段を有し、
前記光信号変調手段は、前記光信号の強度、位相、及び周波数のいずれか一つを変調させることを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。
Having optical signal modulation means,
The position detection apparatus according to claim 1, wherein the optical signal modulation unit modulates any one of an intensity, a phase, and a frequency of the optical signal.
開口部を有する板状部材を備え、
前記板状部材は、前記光源の鏡像位置が前記開口部に収まるように配置されることを特徴とする請求項1または2に記載の位置検出装置。
Comprising a plate-like member having an opening,
The position detection apparatus according to claim 1, wherein the plate-like member is arranged so that a mirror image position of the light source is accommodated in the opening.
補正手段を有し、
前記補正手段は、予め求められた基準データと、所定の位置に対象物を配置させたときのデータとの差に基づき、補正データを求め、
前記対象物位置演算手段は、前記補正データに基づき、補正された対象物の位置を求めることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の位置検出装置。
Having correction means,
The correction means obtains correction data based on a difference between reference data obtained in advance and data when an object is placed at a predetermined position;
The position detection device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the object position calculation means obtains a corrected position of the object based on the correction data.
前記光信号の光路及び/または反射された光信号の光路に、前記光源の波長以外の光を遮光する遮光手段を設けることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の位置検出装置。 The optical path of the optical path and / or reflected light signal of the optical signal, the position of any one of claims 1 to 4, characterized by providing a light shielding means for blocking light other than the wavelength of the light source Detection device. 前記光源は、赤外光を照射することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の位置検出装置。 The light source position detecting device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that irradiation with infrared light.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014240981A (en) * 2014-09-02 2014-12-25 株式会社エス・ケー・ジー Marker lamp
JP5696252B2 (en) * 2014-09-02 2015-04-08 株式会社エス・ケー・ジー Beacon light
JP2015228030A (en) * 2015-07-03 2015-12-17 株式会社エス・ケー・ジー Marker lamp
KR20200131029A (en) * 2019-05-13 2020-11-23 엘지이노텍 주식회사 Camera module

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02110311A (en) * 1988-10-20 1990-04-23 Opt:Kk Automatic collimation apparatus
JPH0779200A (en) * 1993-06-30 1995-03-20 Nissan Motor Co Ltd Information transmitter
JPH0777424A (en) * 1993-09-07 1995-03-20 Wacom Co Ltd Optical surveying instrument
JPH0894755A (en) * 1994-09-29 1996-04-12 Nikon Corp Photodetector and distance measuring device
JPH0954158A (en) * 1995-08-16 1997-02-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Wide angle optical wave distance-measuring apparatus
JP2002090455A (en) * 2000-09-14 2002-03-27 Hokuyo Automatic Co Range finder using light wave

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02110311A (en) * 1988-10-20 1990-04-23 Opt:Kk Automatic collimation apparatus
JPH0779200A (en) * 1993-06-30 1995-03-20 Nissan Motor Co Ltd Information transmitter
JPH0777424A (en) * 1993-09-07 1995-03-20 Wacom Co Ltd Optical surveying instrument
JPH0894755A (en) * 1994-09-29 1996-04-12 Nikon Corp Photodetector and distance measuring device
JPH0954158A (en) * 1995-08-16 1997-02-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Wide angle optical wave distance-measuring apparatus
JP2002090455A (en) * 2000-09-14 2002-03-27 Hokuyo Automatic Co Range finder using light wave

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