JPH0895704A - 空間座標検出装置 - Google Patents
空間座標検出装置Info
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- JPH0895704A JPH0895704A JP6233234A JP23323494A JPH0895704A JP H0895704 A JPH0895704 A JP H0895704A JP 6233234 A JP6233234 A JP 6233234A JP 23323494 A JP23323494 A JP 23323494A JP H0895704 A JPH0895704 A JP H0895704A
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- light receiving
- light source
- spatial coordinate
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 光源と検出部を結ぶ軸の相対的な傾き角度
や、距離の検出を簡単で高精度にできる空間座標検出装
置の提供。 【構成】 機器本体の画面に光源１０を配設し、手動操
作される操作部材に検出部１１を配設する。検出部に
は、前方に延びるＺ軸と直交するＸ−Ｙ直交座標を設定
した時、Ｙ軸方向に配列された３個の絞り口１３ａ〜１
３ｃと、各絞り口に対向する２個のＹ側受光素子１５，
１７とＸ側受光素子１６とが設けられ、Ｙ側受光素子は
Ｙ軸方向に、Ｘ側素子はＸ軸方向にそれぞれ２分割され
た分割受光部を有する。光源からの光は各絞り口にて絞
られ、対向する受光素子に別々に照射される。光源と検
出部の中心を結ぶ線がＺ軸に対する傾き角度θは、Ｘ側
受光部からの出力の演算でθｘが求められ、Ｙ側受光素
子のいずれか一方または両方の出力の平均値の演算でθ
ｙが求められる。また、光源と検出部との相対距離は、
三角測量の原理により、両Ｙ側受光部からの出力の演算
により求められる。
や、距離の検出を簡単で高精度にできる空間座標検出装
置の提供。 【構成】 機器本体の画面に光源１０を配設し、手動操
作される操作部材に検出部１１を配設する。検出部に
は、前方に延びるＺ軸と直交するＸ−Ｙ直交座標を設定
した時、Ｙ軸方向に配列された３個の絞り口１３ａ〜１
３ｃと、各絞り口に対向する２個のＹ側受光素子１５，
１７とＸ側受光素子１６とが設けられ、Ｙ側受光素子は
Ｙ軸方向に、Ｘ側素子はＸ軸方向にそれぞれ２分割され
た分割受光部を有する。光源からの光は各絞り口にて絞
られ、対向する受光素子に別々に照射される。光源と検
出部の中心を結ぶ線がＺ軸に対する傾き角度θは、Ｘ側
受光部からの出力の演算でθｘが求められ、Ｙ側受光素
子のいずれか一方または両方の出力の平均値の演算でθ
ｙが求められる。また、光源と検出部との相対距離は、
三角測量の原理により、両Ｙ側受光部からの出力の演算
により求められる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、識別可能な光を発する
光源と、該光源からの光を受光検知する検出部とを備
え、これら光源と検出部を結ぶ軸に対する両者の相対的
な傾き角度や、光源と検出部間の距離検出を可能にした
空間座標検出装置に関する。
光源と、該光源からの光を受光検知する検出部とを備
え、これら光源と検出部を結ぶ軸に対する両者の相対的
な傾き角度や、光源と検出部間の距離検出を可能にした
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９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。
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９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θｘ
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という問題がある。また、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。
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θｘ
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という問題がある。また、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、光源と検出部を
結ぶ軸に対する両者の相対的な傾き角度や、光源と検出
部間の距離検出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、光源と検出部を
結ぶ軸に対する両者の相対的な傾き角度や、光源と検出
部間の距離検出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、光源と検出部とが離れた位置に配置さ
れ、前記検出部には、前記光源から発せられた光を所定
面積のスポット光に絞る３個の開口と、各スポット光を
受光する３組の受光部とが設けられ、前記各開口は任意
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、前記各受光部の１組は前記スポット光のＸ軸方向
の移動に伴って受光光量が変化するＸ側受光部であり、
残りの２組の受光部は前記スポット光のＹ軸方向の移動
に伴って受光光量が変化するＹ側受光部であることを特
徴とするものである。上記の空間座標検出装置には、前
記両Ｙ側受光部の少なくとも一方と前記Ｘ側受光部との
受光光量に基づいて、前記光源および検出部を結ぶ方向
とＸ−Ｙ直交座標に交叉するＺ軸との傾き角度を求める
角度算出部が設けられている。また、上記の空間座標検
出装置には、前記両Ｙ側受光部のそれぞれの受光光量に
基づいて、前記光源と検出部との距離を求める距離算出
部が設けられている。
に、本発明は、光源と検出部とが離れた位置に配置さ
れ、前記検出部には、前記光源から発せられた光を所定
面積のスポット光に絞る３個の開口と、各スポット光を
受光する３組の受光部とが設けられ、前記各開口は任意
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、前記各受光部の１組は前記スポット光のＸ軸方向
の移動に伴って受光光量が変化するＸ側受光部であり、
残りの２組の受光部は前記スポット光のＹ軸方向の移動
に伴って受光光量が変化するＹ側受光部であることを特
徴とするものである。上記の空間座標検出装置には、前
記両Ｙ側受光部の少なくとも一方と前記Ｘ側受光部との
受光光量に基づいて、前記光源および検出部を結ぶ方向
とＸ−Ｙ直交座標に交叉するＺ軸との傾き角度を求める
角度算出部が設けられている。また、上記の空間座標検
出装置には、前記両Ｙ側受光部のそれぞれの受光光量に
基づいて、前記光源と検出部との距離を求める距離算出
部が設けられている。
【０００７】
【作用】光源から発せられた光は、検出部にて３個の開
口を通過してそれぞれ所定の面積のスポット光となり、
これら各スポット光が３組の受光部にて受光される。こ
れら受光部は１組のＸ側受光部と２組のＹ側受光部であ
り、Ｘ側受光部はそこに照射されるスポット光のＸ軸方
向の移動量を検出し、両Ｙ側受光部はそこに照射される
スポット光のＹ軸方向の移動量をそれぞれ検出する。光
源および検出部を結ぶ方向とＸ−Ｙ直交座標に交叉する
Ｚ軸との相対的な傾き角度のうち、Ｘ軸方向の角度をθ
ｘ、Ｙ軸方向の角度をθｙとすると、角度算出部がＸ側
受光部からの出力を演算することによりθｘが求めら
れ、角度算出部が一方のＹ側受光部からの出力または両
方のＹ側受光部からの出力の平均値を演算することによ
りθｙが求められる。光源と検出部との相対距離をＬと
すると、両方のＹ側受光部に照射されるスポット光の位
置はＬの大きさに応じて変化するため、距離算出部が両
Ｙ側受光部からの出力を演算することによりＬが求めら
れる。
口を通過してそれぞれ所定の面積のスポット光となり、
これら各スポット光が３組の受光部にて受光される。こ
れら受光部は１組のＸ側受光部と２組のＹ側受光部であ
り、Ｘ側受光部はそこに照射されるスポット光のＸ軸方
向の移動量を検出し、両Ｙ側受光部はそこに照射される
スポット光のＹ軸方向の移動量をそれぞれ検出する。光
源および検出部を結ぶ方向とＸ−Ｙ直交座標に交叉する
Ｚ軸との相対的な傾き角度のうち、Ｘ軸方向の角度をθ
ｘ、Ｙ軸方向の角度をθｙとすると、角度算出部がＸ側
受光部からの出力を演算することによりθｘが求めら
れ、角度算出部が一方のＹ側受光部からの出力または両
方のＹ側受光部からの出力の平均値を演算することによ
りθｙが求められる。光源と検出部との相対距離をＬと
すると、両方のＹ側受光部に照射されるスポット光の位
置はＬの大きさに応じて変化するため、距離算出部が両
Ｙ側受光部からの出力を演算することによりＬが求めら
れる。
【０００８】
【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の断面
図、図３は該空間座標検出装置に備えられる受光部の平
面図、図４は該空間座標検出装置の角度検出原理を示す
説明図、図５は該空間座標検出装置の距離検出原理を示
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の断面
図、図３は該空間座標検出装置に備えられる受光部の平
面図、図４は該空間座標検出装置の角度検出原理を示す
説明図、図５は該空間座標検出装置の距離検出原理を示
す説明図である。
【０００９】本実施例に係る空間座標検出装置は光源１
０と検出部１１とを備えており、この光源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。前記光源１０は例
えば赤外線発光ダイオードからなり、この光源１０から
識別可能な光が発せられる。前記検出部１１は可視光カ
ットフィルタ１２と絞り板１３および受光素子群１４と
からなり、図２に示すように、これら可視光カットフィ
ルタ１２と絞り板１３および受光素子群１４は光源１０
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１２を省略してある）。
０と検出部１１とを備えており、この光源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。前記光源１０は例
えば赤外線発光ダイオードからなり、この光源１０から
識別可能な光が発せられる。前記検出部１１は可視光カ
ットフィルタ１２と絞り板１３および受光素子群１４と
からなり、図２に示すように、これら可視光カットフィ
ルタ１２と絞り板１３および受光素子群１４は光源１０
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１２を省略してある）。
【００１０】前記受光素子群１４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１３には３個の矩
形状の絞り口１３ａ，１３ｂ，１３ｃ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
１４は前記各絞り口１３ａ，１３ｂ，１３ｃに対向する
３個の受光素子１５，１６，１７より構成され、これら
各受光素子１５，１６，１７は例えばピンホトダイオー
ドからなる。図３（Ａ）に示すように、上方の絞り口１
３ａに対向する受光素子１５はＹ軸方向に２分割された
分割受光部１５ａ，１５ｂを有し（以下、これを第１の
Ｙ側受光素子という）、図３（Ｂ）に示すように、中央
の絞り口１３ｂに対向する受光素子１６はＸ軸方向に２
分割された分割受光部１６ａ，１６ｂを有し（以下、こ
れをＸ側受光素子という）、図３（Ｃ）に示すように、
下方の絞り口１３ｃに対向する受光素子１７はＹ軸方向
に２分割された分割受光部１７ａ，１７ｂを有する（以
下、これを第２のＹ側受光素子という）。
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１３には３個の矩
形状の絞り口１３ａ，１３ｂ，１３ｃ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
１４は前記各絞り口１３ａ，１３ｂ，１３ｃに対向する
３個の受光素子１５，１６，１７より構成され、これら
各受光素子１５，１６，１７は例えばピンホトダイオー
ドからなる。図３（Ａ）に示すように、上方の絞り口１
３ａに対向する受光素子１５はＹ軸方向に２分割された
分割受光部１５ａ，１５ｂを有し（以下、これを第１の
Ｙ側受光素子という）、図３（Ｂ）に示すように、中央
の絞り口１３ｂに対向する受光素子１６はＸ軸方向に２
分割された分割受光部１６ａ，１６ｂを有し（以下、こ
れをＸ側受光素子という）、図３（Ｃ）に示すように、
下方の絞り口１３ｃに対向する受光素子１７はＹ軸方向
に２分割された分割受光部１７ａ，１７ｂを有する（以
下、これを第２のＹ側受光素子という）。
【００１１】前記光源１０にて発せられた赤外光は、前
記可視光カットフィルタ１２を透過した後、前記絞り板
１３の各絞り口１３ａ，１３ｂ，１３ｃにより絞られ、
受光素子群１４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１２が
設けられることにより、受光素子群１４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３では、第１のＹ側受光素
子１５の分割受光部１５ａ，１５ｂに照射される赤外光
のスポット光をＳ１５で示し、Ｘ側受光素子１６の分割
受光部１６ａ，１６ｂに照射される赤外光のスポット光
をＳ１６で示し、第２のＹ側受光素子１７の分割受光部
１７ａ，１７ｂに照射される赤外光のスポット光をＳ１
７で示している。
記可視光カットフィルタ１２を透過した後、前記絞り板
１３の各絞り口１３ａ，１３ｂ，１３ｃにより絞られ、
受光素子群１４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１２が
設けられることにより、受光素子群１４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３では、第１のＹ側受光素
子１５の分割受光部１５ａ，１５ｂに照射される赤外光
のスポット光をＳ１５で示し、Ｘ側受光素子１６の分割
受光部１６ａ，１６ｂに照射される赤外光のスポット光
をＳ１６で示し、第２のＹ側受光素子１７の分割受光部
１７ａ，１７ｂに照射される赤外光のスポット光をＳ１
７で示している。
【００１２】各受光素子１５〜１７のそれぞれの分割受
光部では、スポット光Ｓ１５〜Ｓ１７の照射面積および
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。図３では、スポット光
Ｓ１５とＳ１７の照射面積に基づく検出出力をそれぞれ
Ｕ，Ｄで示し、スポット光Ｓ１６の照射面積に基づく検
出出力をＬ，Ｒで示している。前述したように、第１お
よび第２のＹ側受光素子１５，１７の分割受光部１５
ａ，１５ｂと１７ａ，１７ｂはそれぞれＹ軸方向に２分
割されているため、スポット光Ｓ１５とＳ１７の中心が
両分割受光部の中央にある時ＵとＤは等しくなり、スポ
ット光Ｓ１５とＳ１７の中心がＹ軸方向に位置ずれする
と、ＵとＤは異なる値となる。また、Ｘ側受光素子１６
の分割受光部１６ａ，１６ｂはＸ軸方向に２分割されて
いるため、スポット光Ｓ１６の中心が両分割受光部の中
央にある時ＬとＲは等しくなり、スポット光Ｓ１６の中
心がＸ軸方向に位置ずれすると、ＬとＲは異なる値とな
る。
光部では、スポット光Ｓ１５〜Ｓ１７の照射面積および
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。図３では、スポット光
Ｓ１５とＳ１７の照射面積に基づく検出出力をそれぞれ
Ｕ，Ｄで示し、スポット光Ｓ１６の照射面積に基づく検
出出力をＬ，Ｒで示している。前述したように、第１お
よび第２のＹ側受光素子１５，１７の分割受光部１５
ａ，１５ｂと１７ａ，１７ｂはそれぞれＹ軸方向に２分
割されているため、スポット光Ｓ１５とＳ１７の中心が
両分割受光部の中央にある時ＵとＤは等しくなり、スポ
ット光Ｓ１５とＳ１７の中心がＹ軸方向に位置ずれする
と、ＵとＤは異なる値となる。また、Ｘ側受光素子１６
の分割受光部１６ａ，１６ｂはＸ軸方向に２分割されて
いるため、スポット光Ｓ１６の中心が両分割受光部の中
央にある時ＬとＲは等しくなり、スポット光Ｓ１６の中
心がＸ軸方向に位置ずれすると、ＬとＲは異なる値とな
る。
【００１３】図４に示すように、前記光源１０と前記検
出部１１の中心とを結ぶ線をＯ、検出部１１の前方に延
びるＺ軸とこの線Ｏとがなす傾き角度をθ（ラジアン）
とすると、この傾き角度θのＸ方向およびＹ方向成分θ
ｘ，θｙは以下のようにして求めることができる。ま
ず、図３に示す各受光素子１５〜１７でのスポット光Ｓ
１５〜Ｓ１７の中心の位置ずれ量ΔｘとΔｙは、 Δｘ∝（Ｒ−Ｌ）／（Ｒ＋Ｌ）……………… Δｙ∝（Ｕ−Ｄ）／（Ｕ＋Ｄ）……………… として表せられる。この，式において、分母の（Ｒ
＋Ｌ）または（Ｕ＋Ｄ）で割ることにより、照射光強度
の変動を加味している。図４は検出部１１がＺ軸に対し
てＹ方向にθｙだけ傾けられた状態を示しており、この
場合、第１のＹ側受光素子１５の分割受光部１５ａ，１
５ｂと第２のＹ側受光素子１７の分割受光部１７ａ，１
７ｂに対してスポット光Ｓ１５，Ｓ１７の中心はΔｙず
れることになる。図４において、絞り板１３と各受光素
子１５〜１７の受光面までの距離をｄとすると、ｄは微
少であるから、 Δｙ＝ｄ・tanθｙ≒ｄ・θｙ θｙ＝Δｙ／ｄ……………… となる。この式において、ｄは既知であり、Δｙは上
記式中にＵとＤを与えることにより求められるため、
これらＵとＤの値からθｙを演算することができる。た
だし、Δｙは第１のＹ側受光素子１５と第２のＹ側受光
素子１７のいずれか一方に対応するＵとＤの値から求め
ても良く、あるいは両方のＹ側受光素子１５，１７のそ
れぞれに対応するＵとＤの平均値から求めても良い。ま
た、上記式中のΔｙをΔｘとすることにより、θｘ
は、 θｘ＝Δｘ／ｄ……………… となる。この式においても、ｄは既知であり、Δｘは
上記式中にＬとＲを与えることにより求められるた
め、Ｘ側受光素子１６に対応するＬとＲの値からθｘを
演算することができる。
出部１１の中心とを結ぶ線をＯ、検出部１１の前方に延
びるＺ軸とこの線Ｏとがなす傾き角度をθ（ラジアン）
とすると、この傾き角度θのＸ方向およびＹ方向成分θ
ｘ，θｙは以下のようにして求めることができる。ま
ず、図３に示す各受光素子１５〜１７でのスポット光Ｓ
１５〜Ｓ１７の中心の位置ずれ量ΔｘとΔｙは、 Δｘ∝（Ｒ−Ｌ）／（Ｒ＋Ｌ）……………… Δｙ∝（Ｕ−Ｄ）／（Ｕ＋Ｄ）……………… として表せられる。この，式において、分母の（Ｒ
＋Ｌ）または（Ｕ＋Ｄ）で割ることにより、照射光強度
の変動を加味している。図４は検出部１１がＺ軸に対し
てＹ方向にθｙだけ傾けられた状態を示しており、この
場合、第１のＹ側受光素子１５の分割受光部１５ａ，１
５ｂと第２のＹ側受光素子１７の分割受光部１７ａ，１
７ｂに対してスポット光Ｓ１５，Ｓ１７の中心はΔｙず
れることになる。図４において、絞り板１３と各受光素
子１５〜１７の受光面までの距離をｄとすると、ｄは微
少であるから、 Δｙ＝ｄ・tanθｙ≒ｄ・θｙ θｙ＝Δｙ／ｄ……………… となる。この式において、ｄは既知であり、Δｙは上
記式中にＵとＤを与えることにより求められるため、
これらＵとＤの値からθｙを演算することができる。た
だし、Δｙは第１のＹ側受光素子１５と第２のＹ側受光
素子１７のいずれか一方に対応するＵとＤの値から求め
ても良く、あるいは両方のＹ側受光素子１５，１７のそ
れぞれに対応するＵとＤの平均値から求めても良い。ま
た、上記式中のΔｙをΔｘとすることにより、θｘ
は、 θｘ＝Δｘ／ｄ……………… となる。この式においても、ｄは既知であり、Δｘは
上記式中にＬとＲを与えることにより求められるた
め、Ｘ側受光素子１６に対応するＬとＲの値からθｘを
演算することができる。
【００１４】一方、図５に示すように、前記光源１０と
前記検出部１１とのＺ軸方向の距離をＬとすると、距離
Ｌの変動に伴って、第１のＹ側受光素子１５の分割受光
部１５ａ，１５ｂと第２のＹ側受光素子１７の分割受光
部１７ａ，１７ｂに対するスポット光Ｓ１５，Ｓ１７の
中心がそれぞれΔｙずつ逆方向にずれるため、距離Ｌは
以下のようにして求めることができる。まず、図５にお
いて、第１のＹ側受光素子１５と第２のＹ側受光素子１
７の中心間距離をｍ、これら第１および第２のＹ側受光
素子１５，１７に照射されるスポット光Ｓ１５とＳ１７
の中心間距離をｍ′、上方の絞り口１３ａと下方の絞り
口１３ｃの中心間距離をｎとすると、 ｍ′＝ｍ＋２Δｙ……………… として表せられる。また、図５において、絞り板１３を
底辺とする三角形と受光素子１５〜１７の受光面を底辺
とする三角形は相似形をなすため、三角測量の原理か
ら、 ｎ：ｍ′＝Ｌ：（Ｌ＋ｄ） Ｌ＝ｎｄ／（ｍ′−ｎ）……………… となる。この式において、ｎ，ｍ，ｄは既知であり、
ｍ′は上記式に上記式で求めたΔｙを代入すること
により求められるため、両方のＹ側受光素子１５，１７
のそれぞれに対応するＵとＤの値からＬを演算すること
ができる。
前記検出部１１とのＺ軸方向の距離をＬとすると、距離
Ｌの変動に伴って、第１のＹ側受光素子１５の分割受光
部１５ａ，１５ｂと第２のＹ側受光素子１７の分割受光
部１７ａ，１７ｂに対するスポット光Ｓ１５，Ｓ１７の
中心がそれぞれΔｙずつ逆方向にずれるため、距離Ｌは
以下のようにして求めることができる。まず、図５にお
いて、第１のＹ側受光素子１５と第２のＹ側受光素子１
７の中心間距離をｍ、これら第１および第２のＹ側受光
素子１５，１７に照射されるスポット光Ｓ１５とＳ１７
の中心間距離をｍ′、上方の絞り口１３ａと下方の絞り
口１３ｃの中心間距離をｎとすると、 ｍ′＝ｍ＋２Δｙ……………… として表せられる。また、図５において、絞り板１３を
底辺とする三角形と受光素子１５〜１７の受光面を底辺
とする三角形は相似形をなすため、三角測量の原理か
ら、 ｎ：ｍ′＝Ｌ：（Ｌ＋ｄ） Ｌ＝ｎｄ／（ｍ′−ｎ）……………… となる。この式において、ｎ，ｍ，ｄは既知であり、
ｍ′は上記式に上記式で求めたΔｙを代入すること
により求められるため、両方のＹ側受光素子１５，１７
のそれぞれに対応するＵとＤの値からＬを演算すること
ができる。
【００１５】図６と図７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。前記光源１０からの発光は、一定のパルスに基づい
た間欠発光とする。したがって、各分割受光部１５ａ，
１５ｂと１６ａ，１６ｂおよび１７ａ，１７ｂ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。前記光源１０からの発光は、一定のパルスに基づい
た間欠発光とする。したがって、各分割受光部１５ａ，
１５ｂと１６ａ，１６ｂおよび１７ａ，１７ｂ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。
【００１６】図６ではそれぞれの分割受光部に電流・電
圧変換器１８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１９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２０によ
りそれぞれの検出電圧が電圧増幅され、検波器２１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２
１からの電圧出力が加算器２２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２３に与えられ
る。そして、ゲインコントロール回路２３より増幅器２
０の増幅率が制御される。
圧変換器１８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１９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２０によ
りそれぞれの検出電圧が電圧増幅され、検波器２１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２
１からの電圧出力が加算器２２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２３に与えられ
る。そして、ゲインコントロール回路２３より増幅器２
０の増幅率が制御される。
【００１７】検波器２１からの各検出電圧は、例えば図
７に示されるアナログ・デジタル変換器２４によりデジ
タル値に変換され、デジタル演算器２５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２５にて行われ、この
デジタル演算器２５が角度算出部と距離算出部に相当す
る。
７に示されるアナログ・デジタル変換器２４によりデジ
タル値に変換され、デジタル演算器２５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２５にて行われ、この
デジタル演算器２５が角度算出部と距離算出部に相当す
る。
【００１８】図８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２６であり、この機器本体２６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
２７を有している。また、移動側は操作部材２８であ
り、この操作部材２８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。前記光源１０は機器本体２６の任意
位置に設置され、前記検出部１１は操作部材２８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２８内で行われ、その結果が有線または
無線で機器本体２６に伝達され、あるいは、検出部１１
の受光検出出力のみが機器本体２６に伝達され、機器本
体２６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２６であり、この機器本体２６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
２７を有している。また、移動側は操作部材２８であ
り、この操作部材２８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。前記光源１０は機器本体２６の任意
位置に設置され、前記検出部１１は操作部材２８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２８内で行われ、その結果が有線または
無線で機器本体２６に伝達され、あるいは、検出部１１
の受光検出出力のみが機器本体２６に伝達され、機器本
体２６側で上記の演算が行われる。
【００１９】図８では、光源１０の中心Ｏ１が画面２７
の中心の（イ）の位置に示されているが、実際の装置で
は、光源１０の中心Ｏ１は画面２７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２７の中心に向けられた時
に、検出部１１の中心と光源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２７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。
の中心の（イ）の位置に示されているが、実際の装置で
は、光源１０の中心Ｏ１は画面２７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２７の中心に向けられた時
に、検出部１１の中心と光源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２７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。
【００２０】この入力装置では、機器本体２６側に操作
部材２８のθｘとθｙの傾き量の情報を与えることがで
きるため、機器本体２６側においてこの情報に基づいて
画面２７上のカーソルマークを移動させれば、操作部材
２８の傾き操作によってカーソルマークが移動したよう
に感じることができ、操作部材２８のリモコン操作によ
り画面２７にカーソル指示入力が可能になる。
部材２８のθｘとθｙの傾き量の情報を与えることがで
きるため、機器本体２６側においてこの情報に基づいて
画面２７上のカーソルマークを移動させれば、操作部材
２８の傾き操作によってカーソルマークが移動したよう
に感じることができ、操作部材２８のリモコン操作によ
り画面２７にカーソル指示入力が可能になる。
【００２１】また、機器本体２６側に操作部材２８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２
８が画面２７に近づいている時と、操作部材２８が画面
２７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２８を
θｘとθｙ方向の傾き角度のみに基づいて画面２７上で
カーソルマークを移動させた場合、例えば操作部材２８
を画面２７に近づけた位置でθｘ方向へ傾けた時と、操
作部材２８を画面２７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２７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２７から離れた位置で操作部材２
８を傾けた時に画面２７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、上記式により
演算された距離Ｌを加味し、例えば光源１０と検出部１
１との距離Ｌが長くなるにしたがって、操作部材２８の
θｘまたはθｙ方向の傾きに対し、画面２７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２８が画面２７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。
の距離Ｌの情報を与えることができるため、操作部材２
８が画面２７に近づいている時と、操作部材２８が画面
２７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２８を
θｘとθｙ方向の傾き角度のみに基づいて画面２７上で
カーソルマークを移動させた場合、例えば操作部材２８
を画面２７に近づけた位置でθｘ方向へ傾けた時と、操
作部材２８を画面２７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２７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２７から離れた位置で操作部材２
８を傾けた時に画面２７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、上記式により
演算された距離Ｌを加味し、例えば光源１０と検出部１
１との距離Ｌが長くなるにしたがって、操作部材２８の
θｘまたはθｙ方向の傾きに対し、画面２７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２８が画面２７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。
【００２２】あるいは、これとは逆に操作部材２８が画
面２７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２８がわずかに傾いただけで画面２７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２８のθ
ｘおよびθｙの傾きに対し画面２７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２７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２８がわずかに傾いただけで画面２７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２８のθ
ｘおよびθｙの傾きに対し画面２７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。
【００２３】
【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、光源と検出部を結ぶ軸に対する両者
の相対的な傾き角度のみならず、光源と検出部間の距離
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、この空間座標検出装置を入力装置に応用した
場合には、手で持った操作部材を傾けることにより、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、上記傾き角度に光源と検出
部間の距離を加味することにより、光源と検出部間の距
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、光源と検出部を結ぶ軸に対する両者
の相対的な傾き角度のみならず、光源と検出部間の距離
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、この空間座標検出装置を入力装置に応用した
場合には、手で持った操作部材を傾けることにより、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、上記傾き角度に光源と検出
部間の距離を加味することにより、光源と検出部間の距
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の断面図である。
【図３】該空間座標検出装置に備えられる受光部の平面
図である。
図である。
【図４】該空間座標検出装置の角度検出原理を示す説明
図である。
図である。
【図５】該空間座標検出装置の距離検出原理を示す説明
図である。
図である。
【図６】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７】図６の回路の後段を示すブロック図である。
【図８】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９】従来の入力装置を示す斜視図である。
１０ 光源 １１ 検出部 １２ 可視光カットフィルタ １３ 絞り板 １３ａ，１３ｂ，１３ｃ 絞り口（開口） １５ 第１のＹ側受光素子 １５ａ，１５ｂ 分割受光部 １６ Ｘ側受光素子 １６ａ，１６ｂ 分割受光部 １７ 第２のＹ側受光素子 １７ａ，１７ｂ 分割受光部 Ｓ１５〜Ｓ１７ スポット光 ２６ 機器本体 ２７ 画面 ２８ 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
Claims (4)
- 【請求項１】 光源と検出部とが離れた位置に配置さ
れ、前記検出部には、前記光源から発せられた光を所定
面積のスポット光に絞る３個の開口と、各スポット光を
受光する３組の受光部とが設けられ、前記各開口は任意
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、前記各受光部の１組は前記スポット光のＸ軸方向
の移動に伴って受光光量が変化するＸ側受光部であり、
残りの２組の受光部は前記スポット光のＹ軸方向の移動
に伴って受光光量が変化するＹ側受光部であることを特
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、前記両Ｙ側受
光部の少なくとも一方と前記Ｘ側受光部との受光光量に
基づいて、前記光源および検出部を結ぶ方向とＸ−Ｙ直
交座標に交叉するＺ軸との傾き角度を求める角度算出部
が設けられていることを特徴とする空間座標検出装置。 - 【請求項３】 請求項１の記載において、前記両Ｙ側受
光部のそれぞれの受光光量に基づいて、前記光源と検出
部との距離を求める距離算出部が設けられていることを
特徴とする空間座標検出装置。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかの記載におい
て、前記光源は画面を有する機器本体側に配設され、前
記検出部は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 |
|---|---|---|---|
| JP6233234A JPH0895704A (ja) | 1994-09-28 | 1994-09-28 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP6233234A JPH0895704A (ja) | 1994-09-28 | 1994-09-28 | 空間座標検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0895704A true JPH0895704A (ja) | 1996-04-12 |
Family
ID=16951866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6233234A Pending JPH0895704A (ja) | 1994-05-26 | 1994-09-28 | 空間座標検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0895704A (ja) |
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1994
- 1994-09-28 JP JP6233234A patent/JPH0895704A/ja active Pending
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