JPH07146123A

JPH07146123A - 傾き検出装置およびこれを使用した入力装置

Info

Publication number: JPH07146123A
Application number: JP5317479A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Umeda; 裕一梅田; Junichi Saito; 潤一斉藤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1993-11-25
Filing date: 1993-11-25
Publication date: 1995-06-06
Anticipated expiration: 2015-07-04
Also published as: JP3059619B2

Abstract

(57)【要約】【目的】参照光の光源と４分割受光部を用いて、検出
部の二次元または三次元の傾き角度を検出できるように
する。【構成】参照光源２ａでは複数の赤外線発光点が一列
に配置されている。検出部４では、矩形の開口を有する
絞り部６と、４分割受光部５ａ〜５ｄとが設けられてい
る。４分割受光部の５ａと５ｂの受光出力の和から５ｃ
と５ｄの検出出力の和を引くことによりＺ軸の傾きθｙ
を検出でき、５ａと５ｃの受光出力の和から受光部５ｂ
と５ｄの受光出力の和を引くことにより傾きθｘを検出
できる。さらに５ｂと５ｃの検出出力の和から５ａと５
ｄの検出出力の和を引くことにより、Ｚ軸に対する回転
量θｚを検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、参照光を発する光源と
検出部との二次元または三次元の傾きを検出する検出装
置、およびこれを使用した画面上でのカーソル表示の入
力装置または座標入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年ＣＤ−Ｉなどのマルチメディア商品
が登場して、種々の分野での利用が考えられている。た
だしＣＤ−Ｉなどにおいて用いられる従来の入力装置
は、ジョイスチックなどが付いたコード式のコントロー
ラである。またコンピュータにおける平面座標の入力装
置として用いられているものは、マトリクス配列された
スイッチ素子を有する座標入力装置などが主なものとな
っている。さらにテレビジョン受像機やＶＴＲなどのＡ
Ｖ機器に使用されている入力装置（リモコン装置）は、
スイッチ操作を行って例えば予約画面での指示箇所をシ
フトさせていくものが主流である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記ジョイスチックが
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には向いて
いるが、画面の任意の場所に現れる釦にカーソルを合わ
せる操作などには不向きである。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に、画面の近くでしか
操作できない。また従来の座標入力装置は、指示盤の設
置スペースが必要になり、また構造も複雑でコストの高
いものとなっている。さらにＡＶ機器に使用されている
リモコン装置は、スイッチ操作により画面での指示箇所
をシフトさせていくものであるため、スイッチ操作が繁
雑である。またこの種のリモコン装置には多種のスイッ
チ類が搭載されているため、画面での指示箇所のシフト
のためのスイッチを選択しなければならず、迅速な入力
操作をしにくいものとなっている。

【０００４】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、参照光源および分割受光部を使用することにより
光源と受光部との傾き検出ができるようにした傾き検出
装置を提供し、画面にカーソル指示する入力装置や座標
入力装置、さらにはバーチャルリアリティにおける三次
元の位置検出などに利用できるようにすることを目的と
している。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、参照光を発す
る光源と検出部とが離れた位置に配置され、検出部は、
参照光をスポット光とする絞り部と、このスポット光を
検出する受光部とを有し、前記絞り部の光軸をＺ軸と
し、このＺ軸と交叉する面にＸ軸とＹ軸の直交座標を設
定したときに、前記受光部にはＸ軸方向に分割された分
割受光部とＹ軸方向に分割された分割受光部とが設けら
れ、Ｘ軸方向の分割受光部の受光光量の差と、Ｙ軸方向
の分割受光部の受光光量の差の演算処理により前記光源
と検出部とを結ぶ方向と前記Ｚ軸との傾きが検出される
ことを特徴とするものである。

【０００６】また、上記傾き検出装置において、受光部
に４分割受光部が設けられ、Ｘ−Ｙ軸に対して斜めに配
置された第１の組の分割受光部の受光光量の和と、これ
と逆の向きにて斜めに配置された第２の組の分割受光部
の受光光量の和と、第１の組の分割受光部の受光光量の
和と第２の組の分割受光部の受光光量の和との差とが演
算処理されることにより、Ｚ軸を中心とした回転量が検
出されるものである。

【０００７】さらに本発明による入力装置は、上記傾き
検出装置を使用したものであって、装置本体の画面側に
参照光を発する光源が固定され、移動側に検出部が設け
られ、この検出部での傾き検出に基づき画面上にカーソ
ル表示がなされるもの、

【０００８】または、検出部が固定され、移動側に参照
光を発する光源が設けられ、この光源が平面上を移動し
たときの傾き検出に基づき平面上での光源の座標位置が
入力されるものである。

【０００９】

【作用】上記第１の手段では、光源からの参照光は、検
出部にて絞り部にて所定面積のスポット光となって受光
部に与えられる。受光部はＸ軸方向に分割された分割受
光部とＹ軸方向に分割された分割受光部とを有してお
り、それぞれの分割受光部での受光光量の差が演算され
ることにより、光源と検出部とを結ぶ線と絞り部の光軸
であるＺ軸との間の二次元の傾きを検出できる。

【００１０】第２の手段では、４分割受光部の斜めに位
置する第１の組の分割受光部の受光光量の和と、第２の
分割受光部の受光光量の和と、それぞれの受光光量の和
の差が演算されることによりＺ軸に対する回転量を近似
的に検出でき、これと前記二次元の傾き検出とを併用す
ることにより、光源と検出部との間の三次元の傾き検出
ができる。

【００１１】第３の手段での入力装置では、前記二次元
または三次元の傾き検出を利用して、入力装置により画
面上でのカーソル表示の移動指示が可能になる。

【００１２】また第４の手段での入力装置では、光源を
平面に沿って二次元的に移動させることにより、座標入
力が可能になる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。図１は本発明による二次元の傾き検出装置を使用し
た入力装置を示す斜視図、図２は検出部の構造を示す拡
大断面図、図３は４分割受光部を示す拡大平面図であ
る。図１において、符号１はコンピュータやＡＶ機器な
どのＣＲＴ画面である。ＣＲＴ画面１の上には発光装置
２が固定され、この発光装置２には、参照光を発する光
源２ａとして赤外線ＬＥＤが設けられている。符号３は
ワイヤレスの入力装置（リモコン装置）である。この入
力装置３の先部には、図２に示す構造の検出部４が設け
られている。この検出部４には受光部５が設けられ、そ
の前方には絞り部６および可視光カットフィルタ７が設
けられている。

【００１４】上記絞り部６の開口中心に直交する光軸を
Ｚ軸とすると、このＺ軸は入力装置３の中心に沿ってそ
の前方に向かう軸となる。図３に示すように、前記受光
部５は４分割受光部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを有するピ
ンホトダイオードにより構成されている。前記Ｚ軸に直
交するＸ−Ｙ直交座標をとると、分割受光部の５ａ，５
ｂの組と５ｃ，５ｄの組はＹ軸方向に分割され、５ｂ，
５ｄの組と５ａ，５ｃの組はＸ方向に分割されている。
絞り部６は矩形状の開口を有しており、光源２ａから発
せられる赤外光は、受光部５に対し矩形スポット光Ｓと
して照射される。図３に示すように、矩形スポット光Ｓ
は、４分割受光部５ａ〜５ｄの受光検知領域から外れな
い面積となっている。また可視光カットフィルタ７が設
けられることにより、受光部５において、赤外光の矩形
スポットＳ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。それぞれの分割受光部５ａ〜５ｄ
では、スポット光Ｓの照射面積に基づいた検出電流が得
られる。回路処理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。そこで分割受光部
５ａ〜５ｄでのスポット光Ｓの照射面積に基づく検出出
力を、図３においてＬｕ，Ｒｕ，Ｌｄ，Ｒｄで示す。

【００１５】入力装置３の前方に延びるＺ軸の二次元方
向への傾き（θｘ，θｙ）は以下のようにして求めるこ
とができる。まず図３に示す受光部５での、Ｘ−Ｙ座標
の中心に対するスポット光Ｓの中心の位置ずれ量Δｘと
Δｙは、以下の数１に示す演算により求めることができ
る。

【００１６】

【数１】

【００１７】上記数１の分母は全ての分割受光部での検
出出力の和であり、この和を取ることによりスポット光
Ｓ全体の光量の変動に対応できるようになっている。図
２において、光源２ａと絞り部６の開口中心とを結ぶ線
をＯ、線ＯとＺ軸とがＹ方向に成す角度をθ（ラジア
ン）とし、絞り部６と受光部５の表面までの距離をｄと
すると、ｄは微小であるから、

【００１８】

【数２】

【００１９】となる。ただし、図１に示すように、Ｚ軸
がＣＲＴ画面１の中心に対して水平に向いている場合に
おいて、線ＯとＺ軸との間にはオフセット角θ0がある
ため、上記数２により求められる角度θからオフセット
角度θ0を引くことにより、あるいは開口の位置をｄθ
だけずらして配置することにより、手で入力装置３を傾
けたときの傾き角度θｙを検出することができる。また
光源２ａがＣＲＴ画面の水平方向の幅寸法の中央に設け
られている場合、前記数２においてΔｙをΔｘとし、θ
をθｘとすれば、この演算により入力装置３の傾き角度
θｘを検出することができる。

【００２０】図１に示す入力装置３に、赤外線やＦＭに
よる送信手段を設け、ＣＲＴ画面１を有する装置本体側
に受信手段を設け、上記の演算結果を入力装置３から装
置本体に送信することにより、装置本体側に入力装置３
のθｘとθｙの傾き量の情報を与えることができる。装
置本体側においてこの情報に基づいてＣＲＴ画面１上の
指示カーソル８を移動させれば、入力装置３の傾き操作
によって指示カーソル８が移動したように感じることが
でき、入力装置３のリモコン操作によりＣＲＴ画面にカ
ーソル指示入力が可能になる。

【００２１】またＣＲＴ画面１を有する装置本体と入力
装置３とをコードにより有線接続した場合には、前記演
算処理部を装置本体側に設けることも可能である。この
場合には入力装置３に設けられた４分割受光部５ａ〜５
ｄによる受光検知出力を電流としてまたは電圧に変換し
て、前記コードにより装置本体側に送り、装置本体側に
て前述の演算処理を行って傾き量θｘとθｙを換算すれ
ばよい。また入力装置３を手で持って操作する場合、Ｃ
ＲＴ画面１に接近しているときと離れているときとで、
入力装置３の実際の傾き量θｘ，θｙと、画面上でのカ
ーソル８の移動量との相関関係において一体感を得られ
ない場合も想定できる。この場合には、入力装置３に実
際の傾き量θｘ，θｙと画面１でのカーソル８の移動量
との比率を換える切換スイッチを設けてもよい。

【００２２】図１と図２に示す実施例では、光源２ａか
ら発せられる参照光を絞り部６の開口により絞っている
ため、受光部５にて高精度な受光検出を行うためには、
光源２ａの発光光量をある程度多くしておく必要があ
る。そこで光源２ａの発光光量を有効に検出するために
は、絞り部６と受光部５との間に集光レンズを設けるこ
とが考えられる。ただしこの場合には焦点距離の関係に
より、傾き検出範囲に制約が与えられることになるが、
図２に示す距離ｄを短くし、焦点距離ｆを長くすること
により検出範囲の低下を抑えることが可能である。

【００２３】また、光源２ａからの発光光量を効率的に
利用するために、入力装置３における検出部４を、図４
および図５（Ａ）（Ｂ）に示す構造とすることが可能で
ある。図４に示す検出部４では、受光部５としてΔｘ検
出用の２分割受光部５Ａ，Ｂと、Δｙ検出用の２分割受
光部５Ｃ，５Ｄが設けられている。それぞれの受光部の
前方には、絞り部１１の開口１１ａと１１ｂが位置して
いる。さらに開口１１ａと１１ｂの光源側前方にシリン
ドリカルレンズ１２ａと１２ｂが設けられている。

【００２４】図５（Ａ）に示すように、シリンドリカル
レンズを設けることにより、Δｘ検出用の２分割受光部
５Ａと５Ｂに形成されるスポット光Ｓａでは、検出方向
に直交するＹ軸方向にて光が集束され、Ｘ軸方向では光
が集束されない。逆に図５（Ｂ）に示すように、Δｙ検
出用の２分割受光部５Ｃと５Ｄに形成されるスポット光
Ｓｂでは、検出方向に直交するＸ軸方向にて光が集束さ
れ、Ｙ軸方向では光が集束されない。このそれぞれの分
割受光部５Ａ〜５Ｄでの受光出力をＬ，Ｒ，Ｕ，Ｄとす
ると、ΔｘとΔｙは以下の数３の演算にて求められる。

【００２５】

【数３】

【００２６】この実施例では、図５（Ａ）において、検
知スポットＳａは検出方向であるＸ軸成分がレンズによ
る集束を受けていないために、焦点距離の影響を受け
ず、焦点距離による検出範囲の低下が生じない。しかも
Ｙ軸方向では光が集束されているため、分割受光部５Ａ
と５Ｂでの受光光量が増大して、検出精度を高めること
ができる。これは図５（Ｂ）における分割受光部５Ｃと
５Ｄにおいても同じである。また数３に示されるよう
に、演算処理は数１よりも簡単になり、演算回路を簡略
化することも可能である。

【００２７】上記の図１ないし図３に示す実施例、およ
び図４と図５に示す実施例では、入力装置３のＸ軸方向
とＹ軸方向への傾き量θｘとθｙを、受光出力の演算処
理により二次元的に検出することが可能である。ただ
し、入力装置３を図１に示すＺ軸を中心としてθｚ方向
へ回転させたときの、この回転量を検出することはでき
ない。すなわち、入力装置３をθｚ方向へ回転させる
と、図３において４分割受光部５ａ〜５ｄと、スポット
光Ｓとが一緒に同じ角度だけ回転し、入力装置３内での
Ｘ−Ｙ座標が回転することになる。そのため入力装置３
の検出部４では、Ｚ軸を中心として回転した時点でのＸ
−Ｙ座標に対するΔｘとΔｙが検出されてしまい、空間
上のＸ−Ｙ座標に対するθｘとθｙを正確に検出できな
くなる。そこで、前記それぞれの実施例において入力装
置３内に、θｚ方向への回転角度を検出するセンサを設
けておくことが好ましい。このセンサとして振り子を用
いたもの、または水準器の原理を利用して液体内の気泡
の移動を検出するものなどが考えられる。このセンサに
より入力装置３のθｚ方向の回転角度を検出し、Ｘ軸と
Ｚ軸の同方向に対する回転量を補正すれば、入力装置３
のθｚ方向の回転に関りなく、θｘとθｙを検出するこ
とができる。

【００２８】また、受光部５に４分割受光部５ａ〜５ｄ
が設けられたものでは、図６ないし図８に示した手法を
用いることにより、各分割受光部での受光出力の演算か
ら前記θｚを４５度の範囲内にて近似的に検出すること
が可能である。図６ないし図８に示すものでは、入力装
置３側の検出部４の構造は、図２および図３に示したも
のと同じであり、受光部５にはＸ−Ｙ座標に沿って縦と
横に配置された４分割受光部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが
設けられている。ただし、参照光を発する光源２ａは、
水平方向に並ぶｎ個（実施例では５個）の発光点を有し
ている。図６と図７では５個の発光点のうちの中央のも
のを（０）で表わし他の４個の発光点をその並び方向に
対応して（１）（２）および（−１）（−２）で示して
いる。

【００２９】各発光点から発せられる参照光はそれぞ
れ、絞り部６の矩形の開口により絞られて４分割受光部
５ａ〜５ｄにスポットを形成する。図８では５個のスポ
ット光を発光点（０）（１）（２）（−１）（−２）に
対応させてそれぞれＳ₀，Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ_-1，Ｓ_-2で示し
ている。図８（Ａ）に示すように、各スポット光の中心
のピッチをｐとする。また図８（Ｂ）に示すように、ひ
とつのスポット光の幅をｗｘとｘｙとし、真ん中に位置
するスポット光Ｓ₀の中心のＸ−Ｙ座標上の位置を（Δ
ｗｘ，Δｗｙ）とする。まず、数４と数５に示すよう
に、各分割受光部からの検出出力Ｒｕ，Ｒｄ，Ｌｕ，Ｌ
ｄにより以下の演算を行う。ここでＴｏは（Ｒｕ＋Ｒｄ
＋Ｌｕ＋Ｌｄ）である。

【００３０】

【数４】

【００３１】

【数５】

【００３２】数４の演算は前記数１の演算と同じであ
る。数４におけるＸとＹは、５個全てのスポット光をひ
とつのスポット光として見た場合に、その中心のＸ−Ｙ
座標上の位置を検出していることになるが、これは真ん
中のスポットＳ₀の中心の座標を検出していることと同
じである。ここで、各分割受光部５ａ〜５ｄで各々の受
光出力は、各分割受光部にかかるスポット光の面積に対
応する。そこで図８（Ｂ）から、中央のスポット光Ｓ₀
の面積を求め、（Ｒｕ／Ｔｏ），（Ｒｄ／Ｔｏ），（Ｌ
ｕ／Ｔｏ），（Ｌｄ／Ｔｏ）のそれぞれを、ｗｘ，ｗ
ｙ，Δｗｘ，Δｗｙに関する面積の式として表わし、こ
れを数４のＸとＹに代入したものをＸ₀，Ｙ₀とする。Ｘ
₀とＹ₀は数６に示す通りである。（Ｘ₀，Ｙ₀）は真ん中
のスポットＳ₀の中心の座標上の位置を示している。

【００３３】

【数６】

【００３４】次に、スポット光Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ_-1，Ｓ_-2の
それぞれの中心の座標を（Ｘ₁，Ｙ₁）（Ｘ₂，Ｙ₂）（Ｘ
_-1，Ｙ_-1）（Ｘ_-2，Ｙ_-2）とすると、これらは真ん中の
スポット光Ｓ₀の座標（Ｘ₀，Ｙ₀）に、スポット光のピ
ッチｐのＸ成分ｐｘとＹ方向の成分ｐｙとが加味された
ものとなる。よって各スポットのそれぞれの座標上の位
置は数７の通りである。

【００３５】

【数７】

【００３６】前記数５の演算は、４分割受光部において
Ｘ−Ｙ軸に対して斜めに配置されている分割受光部５ｂ
と５ｃでの受光出力の和から、分割受光部５ａと５ｄの
受光出力の和を引いたものである。真ん中のスポット光
Ｓ0の面積の式を代入してＡ0を求めると数８となる。

【００３７】

【数８】

【００３８】数８からＡ＝Ｘ・Ｙの一般式が得られるの
で、各スポット光Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ_-1，Ｓ_-2について、この
一般式を適用し、数７から各スポット光ごとにＡ₁，
Ａ₂，Ａ_-1，Ａ_-2を計算すると数９のようになる。

【００３９】

【数９】

【００４０】全てのスポット光に対するＡの演算は、Ａ
₀，Ａ₁，Ａ₂，Ａ_-1，Ａ_-2の全ての和に等しい。よって
この和を求めて整理すると数１０になる。

【００４１】

【数１０】

【００４２】図６ないし図８では、発光点の数ｎ＝５で
ある。よって数１０をｎを用いた一般式とすると、数１
１になる。ただし数１１内においてＸ₀＝ＸでＹ₀＝Ｙで
ある。

【００４３】

【数１１】

【００４４】上記数１１から、４分割受光部の受光出力
に基づいて数５の演算を行うと、数４の演算によるＸと
Ｙの項、およびＺ軸を中心とした検出部４の回転量θｚ
に関する項が得られる。なお定数の項は発光点の数、お
よび光源２ａと検出部４の距離に関する項である。よっ
てこの数１１の演算結果に基づき、ＸとＹの演算値の成
分を除去し、また距離に関する補正を行えば、Ｚ軸に対
する回転量θｚの検出が可能になる。上記の検出は、固
定側に設けられた光源２ａを直列配列された複数の発光
点にしたことにより実現できたものであるが、その原理
では、光源２ａが方向性を有するパターンであればθｚ
の検出が可能である。よって例えば光源２ａが水平方向
または垂直方向に長い線状の光源の場合であっても、同
様にして数４と数５の演算から回転量θｚを求めること
が可能になる。

【００４５】またこれによりθｘ，θｙおよびθｚの三
次元の傾き検出が可能であるため、図１の実施例ではリ
モコン装置である入力装置を三次元的に動かしたとき
に、θｚの回転量に応じて直交座標Ｘ−Ｙの回転角度を
補正すれば、画面１上にカーソル表示８を空間上のＸ−
Ｙ座標に基づいて正確に移動させることができる。また
このように三次元の傾き検出が可能であるため、この検
出装置をバーチャルリアリティにおける検出手段として
使用することが可能になる。

【００４６】次に図９ないし図１５は、前記検出装置に
おいて使用される回路構成について示している。図９と
図１０は最も一般的な回路構成を示している。光源２ａ
からの発光は、一定の周期のパルスに基づいた間欠発光
とする。したがって、各分割受光部５ａ〜５ｄまたは５
Ａ〜５Ｄでは、前記パルス周期に対応した同形のパルス
波が検出される。図９ではそれぞれの分割受光部に電流
・電圧変換器２１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。それぞれの検出電圧
はバンドパスフィルタ２２を通過し、パルス発光の周波
数成分のみが取り出される。そして増幅器２３によりそ
れぞれの検出電圧が電圧増幅され、検波器２４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。また図９では各検波器
２４からの電圧出力が加算器２５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２６に与えられ
る。そしてゲインコントロール回路２６により増幅器２
３の増幅率が制御される。

【００４７】検波器２４からの各検出電圧は、例えば図
１０（Ａ）に示されるアナログ演算器２７に与えられ
て、和と差の演算がなされ、アナログ・デジタル変換器
２８によりデジタル値に変換される。その後に必要に応
じて商と積の演算がなされる。あるいは図１０（Ｂ）に
示すように、検波器２４からのそれぞれの電圧出力がア
ナログ・デジタル変換器２９によりデジタル値に変換さ
れ、デジタル演算器３０により、和、差、商、積の各演
算が行われる。

【００４８】図９と図１０に示す回路が図１に示す入力
装置３内に設けられている場合には、演算後の出力が、
赤外線送信またはＦＭ送信などにより画面１を有する装
置本体側に送信される。装置本体側では受信情報に基づ
いて画面１上のカーソル８の位置制御を行う。また入力
装置３が装置本体とコードにて接続されている場合に
は、分割受光部からの電流出力あるいは、電流・電圧変
換後の電圧出力を装置本体に送り、後段の回路を装置本
体側に設けてもよい。また、図１１に示す回路では、分
割受光部５ａ〜５ｄまたは５Ａ〜５Ｄにより得られた検
出電流が、それぞれ電流・電圧変換器２１により電圧に
変換された後に、スイッチ回路３１により時分割されて
単一のバンドパスフィルタ２２に与えられる。スイッチ
回路３１の切り替えは、パルス発光の光源２ａの発光タ
イミングに合わせてタイミング回路３２により行われ
る。スイッチ回路３１により時分割された電圧出力はバ
ンドパスフィルタ２２を経て増幅器２３で増幅され、検
波器２４により検波される。

【００４９】そして図１２（Ａ）に示すように、時分割
出力となる電圧がアナログ・デジタル変換器３３により
デジタル値に変換されＣＰＵ３４に与えられる。このＣ
ＰＵ３４において、和、差、商、積の演算が行われる。
なおＣＰＵに与えられたデジタル信号はデジタル・アナ
ログ変換器３５によりアナログ値に戻され、これがゲイ
ンコントロール回路２６に与えられる。あるいは図１２
（Ｂ）に示すように、検波器２４からの時分割出力は複
数のピークサンプル・ホールド回路３６によりサンプリ
ングされ、そのピーク値がホールドされてアナログ出力
が得られる。これが図１０（Ａ）（Ｂ）に示す演算器２
７またはアナログ・デジタル変換器２９などに与えられ
る。ピークサンプル・ホールド回路３６はコントロール
回路３７により制御される。オートゲインコントロール
については図９と同じである。

【００５０】また図１２（Ｂ）に示すピークサンプル・
ホールド回路が使用される場合には、図１１に示す検波
器２４を削除することができる。また、分割受光部から
のそれぞれの受光出力である電流を、図１３で示す回路
に与えることにより、電流・電圧変換と共にフィルタと
しての機能を発揮させることができる。この回路を使用
することにより、図９や図１１などに示す回路において
電流・電圧変換器２１とバンドパスフィルタ２２とを一
体化したものにでき、回路構成を簡単にすることが可能
になる。

【００５１】図１４は図１３に示す回路のブロック図で
あり、ｓはラプラス演算子である。この回路は反転不定
積分回路４１、反転積分回路４２および反転回路４３か
ら成るものである。分割受光部からの検出電流が入力す
ると、電流段階でフィルタリングされ、図１５に示すよ
うに使用周波数の電圧出力を高レベルにて取り出すこと
ができる。この回路を使用することにより、外来光の影
響を受けることなくパルス発光の光源２ａのキャリア成
分のみを取り出し、充分な信号成分を得てＳ／Ｎ比を向
上させることが可能になる。

【００５２】図１６ないし図１８は、図２および図３な
どに示した傾き検出装置を使用した機器の他の応用例と
して座標入力装置を示している。この装置では、図１６
に示すように、コンピュータの本体５０の近傍に付属ブ
ラケット５１が設置される。この付属ブラケット５１に
はアーム５２が回転位置を調整できるように設けられ、
さらにその先部には伸縮調整部５３を介して先端アーム
５４が取付けられている。そして先端アーム５４に傾き
検出装置５５が設けられている。図１８に示すように、
この傾き検出装置５５は、図２および図３に示したのと
同様に、矩形の開口を有する絞り部６とその内部に位置
する４分割の受光部５とから構成されている。

【００５３】一方、赤外光の参照光を発する光源２ａ
は、座標入力ペン５６の先端にて上向きに設けられてい
る。図１８に示すように、この座標入力ペン５６をテー
ブル平面に対して移動させると、この光源２ａと絞り部
６を結ぶ線ＯとＺ軸との傾き角度が検出される。この検
出角度をＸ−Ｙ座標成分に変換することにより、ペン５
６の移動により平面座標の入力が可能になる。またこの
実施例では座標入力ペン５６にクリックスイッチ５７と
５８が設けられている。このクリックスイッチ５７と５
８はコンピュータに対する座標入力の開始や解除などを
指示するものである。一方のクリックスイッチ５７はペ
ン５６を平面に押し付けることにより動作し、他方のク
リックスイッチ５８は指により操作される。

【００５４】次に図１７に示す実施例では、先端アーム
５４（図１６参照）に筐体６１が固定され、その内部下
端に、図１８に示すような傾き検出装置５５が取付けら
れている。筐体６１の内部上端には可視光源となるラン
プ６２が設けられ、筐体６１の下面には傾き検出装置５
５を囲む矩形状のスリット６３が形成されている。ラン
プ６２から発せられる可視光はスリット６３を経て、テ
ーブル平面上に矩形状の枠状の光６４が照射される。こ
の枠状の光６４の内側範囲Ｈを、ペン５６による入力可
能な範囲に一致させておくことにより、座標入力ペン５
６の移動範囲を目視で確認できるようになる。

【００５５】

【発明の効果】請求項１記載の発明では、参照光の光源
に対する検出部の角度を二次元的に検出できるようにな
る。

【００５６】請求項２記載の発明では、検出部のＺ軸に
対する回転角度の検出を４分割受光部の受光光量から検
出できるようになる。よってＸ−Ｙ座標での位置入力の
場合には、検出部が回転したときのＸ−Ｙ座標の回転量
の補正を行うことができる。また三次元の傾き角度の検
出が可能であるためバーチャルリアリティに応用するこ
とも可能である。

【００５７】請求項３記載の発明では、手で持った入力
装置を傾けることにより画面上にＸ−Ｙ座標上でのカー
ソル指示が可能になる。

【００５８】請求項４記載の発明では、光源の移動によ
り、平面座標での位置入力が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の傾き検出装置を使用した画面上でのカ
ーソル指示が可能な入力装置を示す斜視図、

【図２】傾き検出装置の内部構造を示す断面図、

【図３】図２に設けられた４分割受光部の拡大平面図、

【図４】２分割受光部を２組設けた傾き検出装置の部分
斜視図、

【図５】（Ａ）（Ｂ）は図４における２分割受光部を示
す拡大平面図、

【図６】三次元の傾き角度を検出する場合の光源と検出
部との位置関係を示す平面図、

【図７】三次元の傾き角度を検出する場合の光源と検出
部との位置関係を示す斜視図、

【図８】（Ａ）は４分割受光部に形成された複数のスポ
ット光を示す平面図、（Ｂ）は真ん中に位置するスポッ
ト光を示す平面図、

【図９】受光部からの検知出力の処理回路を示す回路ブ
ロック図、

【図１０】（Ａ）（Ｂ）は図９の回路の後段の回路構成
を実施例別に示す回路ブロック図、

【図１１】受光部からの検知出力の処理回路の他の例を
示す回路ブロック図、

【図１２】（Ａ）（Ｂ）は図１１の回路の後段の回路構
成を実施例別に示す回路ブロック図、

【図１３】電流・電圧変換回路とフィルタを一体にした
場合の回路を示す回路図、

【図１４】図１３の回路構成を示すブロック図、

【図１５】図１３の回路を用いた場合の検出電圧の周波
数特性線図、

【図１６】本発明の傾き検出装置を使用した座標入力装
置を示す装置外観の斜視図、

【図１７】図１６に示した座標入力装置の他の構成例を
示す断面図、

【図１８】図１６に示した座標入力装置の原理を示す斜
視図、

【符号の説明】

１ＣＲＴ画面２発光装置２ａ光源３入力装置４検出部５受光部５ａ〜５ｄ，５Ａ〜５Ｄ分割受光部６絞り部７可視光フィルタＳスポット光１１絞り部１２ａ，１２ｂシリンドリカルレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】参照光を発する光源と検出部とが離れた
位置に配置され、検出部は、参照光をスポット光とする
絞り部と、このスポット光を検出する受光部とを有し、
前記絞り部の光軸をＺ軸とし、このＺ軸と交叉する面に
Ｘ軸とＹ軸の直交座標を設定したときに、前記受光部に
はＸ軸方向に分割された分割受光部とＹ軸方向に分割さ
れた分割受光部とが設けられ、Ｘ軸方向の分割受光部の
受光光量の差と、Ｙ軸方向の分割受光部の受光光量の差
の演算処理により前記光源と検出部とを結ぶ方向と前記
Ｚ軸との傾きが検出されることを特徴とする傾き検出装
置。
【請求項２】受光部に４分割受光部が設けられ、Ｘ−
Ｙ軸に対して斜めに配置された第１の組の分割受光部の
受光光量の和と、これと逆の向きにて斜めに配置された
第２の組の分割受光部の受光光量の和と、第１の組の分
割受光部の受光光量の和と第２の組の分割受光部の受光
光量の和との差とが演算処理されることにより、Ｚ軸を
中心とした回転量が検出される請求項１記載の傾き検出
装置。
【請求項３】請求項１または２記載の傾き検出装置を
使用した入力装置であって、装置本体の画面側に参照光
を発する光源が固定され、移動側に検出部が設けられ、
この検出部での傾き検出に基づき画面上にカーソル表示
がなされる入力装置。
【請求項４】請求項１記載の傾き検出装置を使用した
入力装置であって、検出部が固定され、移動側に参照光
を発する光源が設けられ、この光源が平面上を移動した
ときの傾き検出に基づき平面上での光源の座標位置が入
力される入力装置。