JP2002014763A - 位置測定装置及び位置入力装置 - Google Patents
位置測定装置及び位置入力装置Info
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Abstract
置を測定することができる位置測定装置を提供する。 【解決手段】 1つの測定ユニット中に2つの受光素子
2,3を設ける。受光素子2,3の受光面は、中心軸が
測定対象の2次元平面と略垂直な同じ直線上に存在する
とともに、90度の開き角で重ねて配置されている。別
の測定ユニット中の2つの受光素子4,5についても同
様である。そして各受光素子2〜5により光源1からの
光を受光して、受光量を出力する。測定ユニット内の2
つの受光素子2と3、あるいは受光素子4と5を中心軸
で交差させることにより、光源1からの距離的な誤差が
キャンセルされ、計算部6において正確に光源1の位置
を計算することができる。
Description
を測定する技術に関するものである。
グ装置には、マウスをはじめとしてトラックボールやジ
ョイスティック、さらにシート状の各種デバイスが存在
している。これらの操作性に関する報告によれば、位置
を合わせ込む速度や正確性などにおいて、マウスが最も
優れている。そのため、モバイル環境においても、操作
性を優先させる場合にはマウスを付加する必要があると
されている。しかし、今後更に、使用するモバイル環境
は多様性を増し、また、文字や絵の入力の必要性も高ま
ってくることが予想される。これに対応して、マウス以
外に、さらに操作性良くポインティングを行うことがで
きる機器の開発が要求されるようになっている。
かの装置が発明されている。例えば、ワコム社製の位置
入力タブレットのように、専用のタブレットを用いて平
面上の位置を測定したり、実開平5−25525号公報
に記載されているように、2次元半導体センサ(PS
D)とレンズを用いて平面上の位置を測定する技術があ
る。タブレットを用いる技術では、表示画面と同等の面
積のタブレットを表示画面とは別に設置しなければなら
ないため、例えばモバイル機器などのように小型化が要
求される用途には不向きである。また、PSDを使用す
る技術では、PSDが高価であるため、低価格化が著し
いモバイル機器のポインティング装置としては利用する
ことができない。
されているように、入力デバイスからの光を、光電変換
素子(PD)をL字型に組み合わせた装置で測定するこ
とによって、小型・低価格で光源の位置を測定する技術
がある。図21は、従来の位置測定装置の一例の説明図
である。図中、41〜44は光電変換素子、45は光源
である。この例では光電変換素子41と42,及び光電
変換素子43と44をそれぞれL字型に組み合わせて対
向配置している。ペンなどの入力デバイスに光源45を
設けておき、それぞれの光電変換素子41〜44により
光源45からの光を受光する。そして、受光量に基づい
て所定の計算式に従って計算することによって、光源4
5の位置を算出している。
て各光電変換素子41〜44に入射する光量の分布が変
化し、位置の計算に大きな誤差が生じてしまうという問
題がある。例えば図21の光電変換素子41に入射する
光はl1xとして示した領域の光である。この領域の光
は、光電変換素子41の受光面にそれほどの距離の変化
なく照射される。しかし、光電変換素子42に入射する
l1yとして示した領域の光は、光電変換素子2の両端に
おいて大きく距離が異なるため、受光部分によって光の
強度が異なってしまう。また、光電変換素子41と光電
変換素子42とは、1辺において接しているので、この
辺を基準とした光源45までの距離は等しいものの、対
向する辺から光源45までの距離は大きく異なることに
なる。光量は光源からの距離の2乗に比例して減衰する
ので、このような距離の違いはその後の計算に大きく影
響してしまうことになり、誤差の原因となる。このよう
な誤差を位置計算時に補正することも考えられるが、誤
差が大きくなると補正しきれなくなってしまう。
情に鑑みてなされたもので、操作性が良好で安価であ
り、しかも正確に位置を測定することができる位置測定
装置を提供するとともに、このような位置測定装置を用
いた位置入力装置を提供することを目的とするものであ
る。
ニットを設置するとともに各測定ユニットに受光量を測
定する複数の受光平面領域を設け、その受光平面領域の
中心が同一あるいは該中心を結ぶ直線が測定対象の2次
元平面と略直交するように、複数の受光平面領域を設定
する。これによって、各受光平面領域においては中心を
挟んで左右の部分が光量の強弱をうち消すため、測定ユ
ニット内のいずれの受光平面領域においても光源からの
距離の違いが現れにくくなる。そのため、従来のような
大きな測定誤差は発生せず、正確に位置を測定すること
ができる。
対象の2次元平面に対して略垂直に設けられ、互いに直
交あるいは所定角度で配置されるとよい。通常は受光平
面領域に受光素子が配置されるが、例えばハーフミラー
やミラーで光路が変更される場合もある。また、1つの
受光素子を用い、受光素子を回転あるいは揺動させた
り、あるいは光路中のミラーを回転あるいは揺動させる
などして、複数の受光平面領域における光量を取得して
もよい。
合、2次元平面と垂直な方向に受光素子を重ねて配置す
ることになるが、同じ方向を向く受光平面領域からなる
受光平面領域群ごとに、異なる受光平面領域群の受光平
面領域に対応する受光素子を重ねてゆくとよい。このと
き、同じ受光平面群に属する受光平面領域の受光素子か
ら出力される受光量については平均化するとよい。これ
によって、2次元平面と垂直な方向の誤差を少なくする
ことができる。また、近接配置された測定ユニットにつ
いては、同じ高さに配置された受光素子が同じ方向を向
かないように重ねるとよく、これによって同じく2次元
平面と垂直な方向の光量変化による誤差を少なくするこ
とができる。
ニットのうち、近接していない2個の測定ユニットを測
定ユニット対として設定し、測定ユニット対の各測定ユ
ニットから出力される各受光平面領域ごとの受光量を用
いて光源の位置を計算することができる。また、複数の
測定ユニット対を設定できる場合は、それぞれの測定ユ
ニット対によって計算された値を平均すればよい。
の影響を防止するため、間に遮光手段を設けたり、測定
ユニットを覆うカバーを設けてもよい。
ことができ、滅灯時に周囲光による影響を測定するな
ど、さらに正確な位置測定のための処理を行うことが可
能である。なお、光源として自発光するもののほか、拡
散反射部材や蛍光部材などを用い、外部から照射される
光を利用してもよい。また、2次元平面に反射部材を設
け、光源からの直接光とともに反射光を測定ユニットに
入射させ、入射光量を増加させてもよい。
ごとの差や組付誤差などによって測定した位置に誤差が
生じる。このような誤差を補正するため、例えば各受光
平面領域に同一の光量の光を照射したときに同じ受光量
が得られるように、ゲインや位置計算時のパラメータを
調整することができる。また、各受光平面領域間の誤差
を補正するため、測定ユニット中の2つの受光平面領域
あるいは2つの受光平面領域群の中心軸を中心にして4
5度の角度の直線上に光源を配置し、そのとき2つの受
光平面領域あるいは2つの受光平面領域群における受光
量がほぼ同じとなるように、ゲインや位置計算時のパラ
メータを調整することができる。さらには、光源を座標
が分かっている1個所以上の特定の位置に設置したとき
に、位置での測定ユニットから出力される受光量をもと
に計算して得られる光源の位置と真の位置を対応付けた
補正テーブル、または多項式などの補正式を用いて、光
源の位置を補正することができる。
位置に限らず、例えば、2次元平面に略垂直な第2の2
次元平面を設定してその第2の2次元平面に対して1以
上の前記測定ユニットを設けることにより、光源の3次
元空間における位置を測定することが可能である。
置指示部材に1ないし複数個設けることによって位置入
力装置を構成することができる。位置入力装置には、位
置測定が可能な範囲にプレートを設けて示すことができ
る。このプレートに表示機能を設けておけば、測定した
位置指示部材の位置をそのまま表示することができる。
また、位置変化に合わせて表示している画像に書き込み
を行う等といったことも可能である。なお、プレートに
は使用する際の適正な向き、あるいはプレートに位置測
定装置を組み付けるときの向きが分かるように、表示や
特定の形状を設けておくとよい。
第1の実施の形態を示す斜視図である。図中、1は光
源、2〜5は受光素子、6は計算部である。この例では
受光素子2と受光素子3で構成される測定ユニットと、
受光素子4と受光素子5で構成される測定ユニットの2
個の測定ユニットが配置された例を示している。そし
て、受光素子2と3は、位置測定を行う2次元平面(x
y平面)を上面(z方向)から見て、それぞれの中心軸
が一致するようにほぼ90度の角度で重ねて設置してい
る。受光素子4と5についても同様である。この例で
は、各受光素子2〜5の受光面が受光平面領域となる。
ドなどで構成することができる。これらの受光素子2〜
5に対して、光源1から放射される拡散光が照射され、
受光素子2〜5から受光量を示す電気信号が出力され
る。
行う2次元平面に対して垂直となるように設けることに
よって、光源1からの光を良好に受光することができる
が、これに限られるものではない。各受光素子2〜5の
受光面が2次元平面に対して垂直でない場合でも、受光
量は減少するが、同様にして位置を測定可能である。こ
のとき、同じ測定ユニット内の受光素子については、そ
の中心を結ぶ直線が2次元平面に対して垂直となるよう
にしておけばよい。
じ位置で異なる方向を向いても各受光素子2〜5への光
量が変化しないものとすることが望ましい。なお、光源
を点滅させて発光させることによって、外乱光(環境
光)の影響を除去することが可能になる。すなわち、各
受光素子2〜5の出力において、光源1をONにしたと
きの出力から、光源1をOFFにしたときの出力を差し
引くことによって、外乱光の除去が可能である。このよ
うに点減させることにより外乱光を除去する回路の構成
は、例えばトランジスタ技術,Aug.1990,p.
475に示されている回路などのように、一般的な構成
を用いればよい。
間の受光量の比、すなわち受光素子2と受光素子3の受
光量の比、および、受光素子4と受光素子5の受光量の
比に基づいて、光源の2次元平面上の位置を計算する。
この計算方法について、以下に説明する。
置測定の原理説明図である。ここでは説明を簡単にする
ため、1つの測定ユニット内で重ねる受光素子を2個と
して、各受光素子の受光面積と上面から見た長さを同一
としている。また、受光素子間の角度を90度とし、一
方を測定ユニットの配列方向と平行に、他方をそれとは
直角の方向となるように配置している。このような測定
ユニットを2個設置している。この時、図中左側の測定
ユニットの2個の受光素子2,3の交点を座標の原点
(0,0)とし、図中右側の測定ユニットの2個の受光
素子4,5の交点の座標を(d,0)とする。また、光
源の座標を(x,y)とする。
(d,0)を中心に2等分され、その2等分された長さ
をLとする。この長さLを斜辺とし、中心(0,0)ま
たは(d,0)と光源1とを結ぶ直線の一部を1辺とす
る直角三角形を考え、この直角三角形のもう1辺の長さ
をそれぞれLlhi,Llho,Llpi,Llpo,
Lrhi,Lrho,Lrpi,Lrpoとする。さら
に、各受光素子から出力される受光量に応じた電気信号
は、受光素子2の出力Vlh=Vlhi+Vlho、受
光素子3の出力Vlp=Vlpi+Vlpo、受光素子
4の出力Vrh=Vrhi+Vrho、受光素子5の出
力Vrp=Vrpi+Vrpoとする。
が付いた記号については以下の計算ではi及びoを省略
して行う。これは、i及びoが付いた記号に関しては、
全く同様の計算内容となることによる。上述のように受
光素子を2等分したとき、計算される出力の比率は、受
光素子を2等分しない状態の出力の比率に等しい。例え
ば、Vlhi/Vlpi=Vlho/Vlpo=Vlh
/Vlpである。そのため、最終的に光源の座標(x,
y)を求める際に用いる受光素子の出力の比率は、2等
分していた時の値(例えば、Vlhi/Vlpi,Vl
ho/Vlpo)を、そのまま2等分しない状態の出力
の比率(例えば、Vlh/Vlp)として計算上は扱う
ことができる。
る2個の受光素子において、2等分された長さLを斜辺
とする4個の直角三角形は合同である。すなわち、底辺
がLlhiの直角三角形と底辺がLlpiの直角三角形
と底辺がLlhoの直角三角形と底辺がLlpoの直角
三角形は合同であり、底辺がLrhiの直角三角形と底
辺がLrpiの直角三角形と底辺がLrhoの直角三角
形と底辺がLrpoの直角三角形は合同である。また、
それら直角三角形と、2個の受光素子の交点と光源をむ
すぶ線分を斜辺とする直角三角形は各々相似である。こ
れらより、以下の式が成り立つ。 Llp/Llh=x/y …式1 Lrp/Lrh=(d−x)/y …式2
子を斜辺とする直角三角形の底辺に比例するので、以下
の式が成り立つ。 Llp/Llh=Vlp/Vlh …式3 Lrp/Lrh=Vrp/Vrh …式4
つ。 (Vrp/Vrh)/(Vlp/Vlh)=(Lrp/Lrh)/(Llp /Llh) =((d−x)/y)/(x/y) =d/x−1 …式5
が求まる。 y=(Vlh/Vlp)x =(Vlh/Vlp)・d・(VIp/Vlh)/((Vrp/Vrh) +(VIp/VIh)) =d/((Vrp/Vrh)+(Vlp/Vlh)) …式7 このようにして、光源1の座標(x、y)を求めること
ができる。
lho/Vlpo=Vlh/Vlp、Vrhi/Vrp
i=Vrho/Vrpo=Vrh/Vrpとしている。
しかし、上述のように光源1からの距離の相違によっ
て、厳密にはLlpi/Llhi=Vlpi/Vlh
i、Llpo/Llho=Vlpo/Vlho、Lrp
i/Lrhi=Vrpi/Vrhi、Lrpo/Lrh
o=Vrpo/Vrhoとはならないため、誤差が含ま
れてしまう。
5は、それぞれ中心(0,0)または(d,0)で交差
しており、その両側で距離に関する特性が反対となる。
すなわち、図2を参照して分かるように、受光素子2,
3については直角三角形の底辺LlpiとLlhiでは
Llpiの方が光源1に近く、Llhiの方が光源1か
ら遠い。そのため、Vlhiが小さく、Vlpiが大き
くなる傾向にある。しかし、直角三角形の底辺Llpo
とLlhoでは、Llpoの方が光源1から遠く、Ll
hoの方が光源1に近い。そのため、Vlhoが大き
く、Vlpoが小さくなる傾向にある。受光素子2の出
力Vlh=Vlhi+Vlho、受光素子3の出力Vl
p=Vlpi+Vlpoを考えたとき、それぞれ、小さ
めの傾向を有する項と大きめの傾向を有する項を含んで
おり、両者によって傾向が打ち消される。そのため、結
果として式6,式7で光源1の座標を計算すれば、従来
のような光源までの距離の差による誤差を含まず、ほぼ
正確に座標を求めることができる。
の場合を示したが、測定精度を向上させるために、同様
の構成の測定ユニットの数を3個以上に増やしてもよ
い。その場合、2個の測定ユニットを測定ユニット対と
し、測定ユニット対ごとに光源1の位置を計算し、複数
の測定ユニット対から計算された光源1の位置の平均値
を求めることによって、最終的な光源1の位置を計算す
ればよい。
施の形態を示す斜視図である。図中、図1と同様の部分
には同じ符号を付して説明を省略する。7,8は受光素
子である。この例では、1つの測定ユニット内で重ねる
受光素子の個数を3個以上とした例を示している。この
場合、1つの測定ユニット内のすべての受光素子の角度
を、90度に交わる角度のいずれかとなるように設置す
る。これによって、受光素子の受光面(受光平面領域)
は2つの群に分けられる。そして、重ねる順序として、
それぞれの群に含まれる受光面を有する受光素子を交互
に重ねてゆく。図3に示す例では、受光素子2及び受光
素子7が1つの群を構成し、受光素子3がもう1つの群
を構成する。そして各群が交互になるように、すなわち
受光素子7,受光素子3,受光素子2の順で重ねてい
る。同様に、受光素子4及び受光素子8が1つの群を構
成し、受光素子5がもう1つの群を構成する。そして各
群が交互になるように、すなわち受光素子8,受光素子
5,受光素子4の順で重ねている。このような構成の測
定ユニットを2個設置している。
算する際には、1つの測定ユニット内の同じ群に属する
受光素子の出力については平均値を用いて計算を行うと
よい。これによって、測定対象の2次元平面と直交する
方向(上下方向)における光量差を補正することが可能
である。すなわち、図1に示した構成では、受光素子2
と3、及び、受光素子4と5が上下に配置されるため、
光源1までの距離が微妙に異なってくる。しかし図3に
示したように構成し、受光素子2と7,及び受光素子4
と8の平均を取ることによって、上下方向の位置として
受光素子3及び受光素子5と同等の位置で受光した場合
と同等の値を得ることができる。これによって上下方向
の誤差を減少させることができる。なお、各群ごとの平
均値を計算した後の光源1の位置座標の計算方法は、上
述の第1の実施の形態と同様であり、上述の式6,7に
おける受光素子の出力Vlh,Vlp,Vrh,Vrp
に各群ごとの平均値を代入すればよい。
施の形態を示す斜視図である。図中、図1と同様の部分
には同じ符号を付して説明を省略する。9,10は受光
素子である。この例では、上述の第1の実施の形態で示
した測定ユニットを3個以上設置し、そのうち2個を近
接させて配置している。この近接して配置した2個の測
定ユニットについては、それぞれにおいて重ねて設置さ
れている2個の受光素子に関して、同じ高さに配置され
る受光素子が同じ方向とならないように、受光素子を重
ねている。図4に示す例では、受光素子2と受光素子3
が1つの測定ユニットを構成し、受光素子9と受光素子
10で構成される測定ユニットが近接配置されている。
このとき、受光素子2と受光素子10の受光面が平行と
なり、受光素子3と受光素子9の受光面が平行となるよ
うに配置している。これによって、同じ高さに配置され
る受光素子2と受光素子9、及び受光素子3と受光素子
10とは異なる向きとなる。
算する際には、近接配置されている複数の測定ユニット
において平行な受光面を有する受光素子を群として、群
に属する受光素子の出力については平均値を用いて計算
を行うとよい。これによって、測定対象の2次元平面と
直交する方向(上下方向)における光量差を補正するこ
とが可能である。図4に示した例では、受光素子2と受
光素子10の出力、及び、受光素子3と受光素子9の出
力について、それぞれ平均値を算出する。これによっ
て、高さの異なる受光素子からの出力が平均化され、高
さ方向の誤差を減少させることができる。そして、この
平均値を上述の式6,7における受光素子の出力Vl
h,Vlp,Vrh,Vrpに代入することによって、
上述の第1の実施の形態と同様に光源1の位置座標を正
確に計算することができる。
ニットと受光素子2,3で構成される測定ユニットを測
定ユニット対として光源1の座標を計算し、また、受光
素子4,5で構成される測定ユニットと受光素子9,1
0で構成される測定ユニットを測定ユニット対として光
源1の座標を計算して、両者の平均を計算してもよい。
この場合、近接している測定ユニット同士は測定ユニッ
ト対とせず、近接していない測定ユニットにより測定ユ
ニット対を構成して光源1の座標を演算するとよい。
施の形態を示す平面図である。図中、図1と同様の部分
には同じ符号を付して説明を省略する。11は遮光板で
ある。複数の測定ユニットを配置した場合、ある測定ユ
ニットに入射した光が、その測定ユニット内の受光素子
の表面で反射して、他の測定ユニットへ入射してしまう
場合がある。このような反射が発生すると、反射光を受
けた受光素子における受光量が増加し、光源1の位置に
誤差が生じてしまう。このような反射光の他の測定ユニ
ットへ入射を防止するため、この例では測定ユニット間
に遮光板11を設けている。
1枚に限られるものではなく、例えば両測定ユニットに
近接させて1枚ずつ配置するなど、複数設置してもよ
い。なお、遮光板11の影が測定ユニットに到達しない
ようにしておくことが望まれる。また、図5に示したよ
うな板状に限らず、例えば測定ユニットを覆うカバーを
設けてもよい。カバーは、光源1からの光が入射する部
分が透明体で構成されていたり、その部分を除去して構
成し、測定ユニットへの光の入射を妨げない構成として
おくとよい。またカバーは、測定ユニット全体を覆うほ
か、円筒状に構成するなど、形状は任意である。このほ
かにも、種々の遮光手段を設けることができる。さら
に、測定ユニット内の受光素子同士で反射光が入射する
場合には、その反射光を遮光するための別の遮光手段を
設けてもよい。
施の形態における1つの測定ユニットの一例を示す平面
図である。図中、図1と同様の部分には同じ符号を付し
て説明を省略する。上述の各実施の形態では、1つの測
定ユニットにおける複数の受光素子は、その中心におい
て直交するように配置される例を示した。この第5の実
施の形態では、受光素子が交わる角度が90度以外の場
合について説明する。一例として上述の図2中の左側の
測定ユニット、すなわち受光素子2と受光素子3により
構成される測定ユニットのみについて示している。
にx軸から角度Slhだけ回転した位置に配置されてい
る。また、受光素子3はその中心を軸にy軸から角度S
lpだけ回転した位置に配置されている。このように、
各受光素子の中心を軸として回転した位置に受光素子が
配置された測定ユニットを複数配置し、それぞれの受光
素子から出力される受光量をもとに、光源1の位置を計
算する。
5の実施の形態における光源の位置を計算する方法の一
例の説明図である。図6に示すように2つの受光素子
2,3が90度以外の角度で交差する場合における光源
1の位置を計算する過程を示す。受光素子2がx軸とな
す角度をSlh、受光素子3がy軸となす角度をSlp
とし、ともに、光源からの投影面積が大きくなる方向を
正(+)とする。この例では角度Slh、角度Slpと
も正の方向である。また、x軸と光源とのなす角度をS
lh+Slpとする。
素子2がSlh+Slpだけ回転した場合を考える。 Vlp/Vlh=Llp/Llh =L・(sin(90−Sl))/L・(sin(Sl+(S lh+Slp))) =cosSl/(sinSl・cos(Slh+Slp)+c osSl・sin(Slh+Slp)) =1/(tanSl・cos(Slh+Slp)+sin(S lh+Slp)) …式8
段階の状態の受光素子2及び受光素子3を、ともに角度
Slpだけ回転させると、求める状態である、受光素子
2がx軸となす角度がSlh、受光素子3がy軸となす
角度がSlpとなる。この時、x軸と光源とのなす角度
Sl+Slpは、式10を用いて、次のように表せる。 Sl+Slp=arctan((Vlp/VIh)/cos(Slh+Slp )−tan(Slh+Slp))+Slp …式11
次のように表せる。 tan(Sl+Slp)=tan(arctan((Vlp/Vlh)/co s(Slh+Slp)−tan(Slh+Slp))+Slp) =(Vlh/Vlp−sin(Slh+Slp)+cos(Slh+ Slp)・tan(Slp))/(cos(Slh+Slp)−(Vlh/Vl p)・tanSlp+sin(Slh+Slp)・tanSlp)) …式12
についても考える。この測定ユニットを構成する受光素
子4,5においても、x軸と光源とのなす角度をSr+
Srpとすると、次の式が求まる。 tan(Sr+Srp)=tan(arctan((Vrp/Vrh)/co s(Srh+Srp)−tan(Srh+Srp))+Srp) =(Vrh/Vrp−sin(Srh+Srp)+cos(Srh+ Srp)・tan(Srp))/(cos(Srh+Srp)−(Vrh/Vr p)・tanSrp+sin(Srh+Srp)・tanSrp)) …式13
p)及びtan(Sr+Srp)は、各測定ユニット内
の受光素子の交点から光源に向かう直線の角度に相当す
る。つまり、これらは、各測定ユニットにおける受光素
子同士がなす角度が90度の時における、式6のVlh
/Vlp及び式7のVrh/Vrpに相当することにな
る。そこで、式6及び式7に、式12及び式13を代入
すると次の式が求まる。 x=d・((cos(Slh+Slp)−(Vlh/Vlp)・tanSlp +sin(Slh+Slp)・tanSlp)/(Vlh/Vlp−sin(S lh+Slp)+cos(Slh+Slp)・tanSlp))/((cos( Slh+Slp)−(Vlh/Vlp)・tanSlp+sin(Slh+Sl p)・tanSlp)/(Vlh/Vlp−sin(Slh+Slp)+cos (Slh+Slp)・tanSlp)+(cos(Srh+Srp)−(Vrh /Vrp)・tanSrp+sin(Srh+Srp)・tanSrp)/(V rh/Vrp−sin(Srh+Srp)+cos(Srh+Srp)・tan Srp)) …式14 y=d/((cos(Slh+Slp)−(Vlh/Vlp)・tanSlp +sin(Slh+Slp)・tanSlp)/(Vlh/Vlp−sin(S lh+Slp)+cos(Slh+Slp)・tanSlp)+(cos(Sr h+Srp)−(Vrh/Vrp)・tanSrp+sin(Srh+Srp) ・tanSrp)/(Vrh/Vrp−sin(Srh+Srp)+cos(S rh+Srp)・tanSrp)) …式15
受光素子同士の角度が90度以外の場合においても、各
受光素子の出力と角度を用いて、光源1の座標を求める
ことが可能となる。
0度以外となるような受光素子の配置は、上述の第1の
実施の形態への適用に限らず、第2ないし第4の実施の
形態への適用が可能である。
施の形態における1つの測定ユニットの一例を示す平面
図である。図中、図1と同様の部分には同じ符号を付し
て説明を省略する。12はハーフミラー、13は仮想受
光平面領域である。この例では、図2に示す受光素子2
及び受光素子3により構成される測定ユニットについ
て、受光素子2,3よりも光源1側に、x軸に平行にハ
ーフミラー12を設置し、x軸に平行に配置されていた
受光素子2の位置を、ハーフミラー12から反射光を受
ける位置に変更している。受光素子2の中心位置は、ハ
ーフミラー12を用いない場合には受光素子3の中心位
置と一致しているが、ハーフミラー12を用いた場合に
は、受光素子3の中心位置からハーフミラーに降ろした
垂線の長さと、受光素子2の中心位置からハーフミラー
に降ろした垂線の長さを、同じ長さtとし、それら垂線
は一直線上に存在する必要がある。
合の仮想受光平面領域13は受光素子3の受光面(受光
平面領域)と、両者の中心で直交することになる。従っ
て、受光素子自体は実際には交差せず、中心軸が一致し
ないものの、受光平面領域としては仮想的には中心にお
いて交差することになり、上述の第1の実施の形態で述
べた原理と同様にして、光源1の位置を計算することが
できる。なお、ハーフミラー12を用いることによっ
て、各受光素子において得られる出力は、図2の構成に
比べて1/2になる。しかし、出力の比率は変化しない
ため、上述の式6,7については、特に変更する必要は
無く、そのままの形で計算することが可能である。
関係は示していないが、ハーフミラーを用いることによ
って、2つの受光素子2,3の高さを同一にすることが
可能となる。これによって、光源からの光量が上下方向
に関して分布を持っていた場合においても、その影響を
除去することが可能となる。
反射光を受光するように構成したが、これに限られるも
のではない。例えば受光素子3で反射光を受光するよう
に構成してもよい。この場合、反射光を受光する受光素
子3に光源1からの直接光が入射する可能性がある。そ
のため、光源1からの直接光が入射しないように遮光部
材を設けるなどの対策をとるとよい。
に、光源1が2次元平面に垂直な方向にある距離だけ離
れて存在した時には、その光源1からの光線が一方の受
光素子によって遮光されてしまい、他方の受光素子に入
射しなくなることがある。このような状態では、正確な
光源1の位置を測定することはできない。しかし、ハー
フミラー12を用いた場合には、上述のような受光素子
間での遮光が発生しないので、光源1が2次元平面に垂
直な方向に移動しても、その距離に関わらず、常に2次
元平面上の位置を求めることが可能となる。
実施の形態における1つの測定ユニットの別の例を示す
断面図および平面図である。図中、14は遮光板であ
る。図9に示した例では、位置の測定を行う2次元平面
に略垂直にハーフミラー12を設けたが、図10に示す
例では、2次元平面に対して略45度にハーフミラー1
2を設け、ハーフミラー12の上方に受光素子2を設け
た例を示してる。この例においても、ハーフミラー12
はx軸に対して平行に設けている。受光素子2は、受光
素子3の中心で受光する光と同じ光軸の光について、ハ
ーフミラー12で反射した光を中心で受光できる位置に
設置される。これにより、受光素子2の仮想受光平面領
域13は、受光素子3の受光面(受光平面領域)と、両
者の中心で直交することになる。そのため、上述の式
6,7については、特に変更する必要は無く、そのまま
の形で計算することが可能である。なお、受光素子2に
対して、光源1からの拡散光が直接入射しないように、
遮光板14を設けておくとよい。
ー12をx軸に平行に配置したが、これに限られるもの
ではない。例えばハーフミラー12をy軸に平行に配置
してもよい。この場合も、反射光を受光素子2で受光す
る場合と、反射光を受光素子3で受光する場合が考えら
れる。反射光を受光素子2で受光する場合には、やはり
光源1からの直接光が入射しないように、遮光部材など
を設けるとよい。なお、ハーフミラー12を図9、図1
0に示すようにx軸に平行に配置する場合、図2におけ
る左側と右側の測定ユニットなど、複数の測定ユニット
において兼用することが可能である。
実施の形態において3次元計測を行う場合に追加する測
定ユニットの一例を示す断面図および全体の平面図であ
る。図中、15,16は受光素子である。上述のよう
に、ハーフミラー12を用いた場合には受光素子間での
遮光が発生しないので、光源1が2次元平面に垂直な方
向に移動しても、その距離に関わらず、常に2次元平面
上の位置を求めることが可能となる。そのため、2次元
平面に垂直な方向の位置を測定する測定ユニットを追加
することによって、3次元の空間における光源1の位置
を求めることが可能となる。
受光平面領域の交線がx軸と並行になるように構成す
る。この場合には、受光素子15の仮想受光平面領域1
3と受光素子16の受光面との交線がx軸と並行になる
ようにし、受光素子15はハーフミラー12によって反
射された光を受光するように構成されている。この場合
も、受光素子15は、受光素子16の中心で受光する光
と同じ光軸の光について、ハーフミラー12で反射した
光を中心で受光できる位置に設置される。
よび受光素子16における受光量の比によって、光源1
の2次元平面と直交する方向の位置を測定することがで
きる。さらに図11(B)において上下に示した2つの
測定ユニットにより2次元平面における光源1の位置を
測定することによって、光源1の3次元空間中の位置を
測定することができる。
次元平面と略45度に配置されたハーフミラー12を共
用する例を示した。もちろんこの構成に限らず、例えば
図9に示した構成の測定ユニットを2次元平面上の位置
測定用に用い、図11(A)に示した構成の測定ユニッ
トを2次元平面と直交する方向の位置測定に用いるよう
に構成するなど、種々の構成が可能である。
実施の形態における1つの測定ユニットの一例を示す斜
視図である。図中、14は受光素子、15は駆動部であ
る。上述の各実施の形態では、1つの測定ユニットにつ
き、複数個の受光素子を用いていたが、この第7の実施
例では、1個の受光素子17を駆動部18により回転あ
るいは揺動させることによって、複数の受光平面領域に
おける受光量を取得しようとするものである。
2(A)の位置において受光量を取得することによっ
て、例えば図2において受光素子2や受光素子4からの
出力と同様に扱うことができる。また、受光素子17が
回動あるいは揺動して図12(B)の位置となったとき
に受光量を取得することによって、例えば図2において
受光素子3や受光素子5からの出力と同様に扱うことが
できる。回動あるいは揺動時の軸の座標を座標(0,
0)及び(d,0)とすれば、上述の第1の実施の形態
で示した計算方法によって、光源1の位置を計算するこ
とができる。このとき、上述の式6,7については特に
変更する必要は無く、そのままの形で計算することが可
能である。
あるいは揺動させる構成では、例えば図2に示した構成
のように受光平面領域(受光面)の上下方向の位置の相
違が発生せず、同一の高さで異なる向きによる受光量を
得ることができる。そのため、光源からの光量が上下方
向に関して分布を持っていた場合においても、その影響
を除去することが可能となる。この効果は第6の実施の
形態で示したハーフミラー12を設置した場合と同様で
ある。
複数の受光平面領域間の角度は90度に限られるもので
はなく、上述の第5の実施の形態で説明したように90
度以外の角度であってもよい。この場合、光源1の位置
を計算する際には式14及び式15を用いて計算すれば
よい。
測定するための複数の測定ユニットとともに、回転軸が
x軸と平行になるように図12に示す測定ユニットを追
加すれば、光源1の3次元空間内の位置を測定すること
も可能である。
実施の形態における1つの測定ユニットの別の例を示す
斜視図である。図中、16はミラー、17は駆動部、1
8は受光素子である。図13に示す例では、受光素子1
7の代わりにミラー19を設け、ミラー19を駆動部2
0によって回動あるいは揺動させる例を示している。ミ
ラー19は、そのほぼ中心に回転軸が設けられており、
光源1からの光を受光素子21へ反射するように、図1
3(A)に示すように斜めに取り付けられている。な
お、受光素子21は固定されていてよい。また、ミラー
19から受光素子21に到る光路中には、例えばレンズ
などを設けて、光源1からの光の散乱を防止し、集光す
るように構成するとよい。
いは揺動し、図13(A)の位置及び図13(B)の位
置となったときに、受光素子21において受光量を取得
することによって、直交する受光平面領域における受光
量を取得することができる。取得した受光量の値を用い
て、上述の第1の実施の形態で示した計算方法によっ
て、光源1の位置を計算することができる。もちろん、
ミラー19の角度によって任意の角度の受光平面領域を
設定することができ、上述の第5の実施の形態で述べた
計算方法によって光源1の位置を計算することができ
る。
実施の形態を示す斜視図である。図中、図1と同様の部
分には同じ符号を付して説明を省略する。19は外部光
源、20は反射部材である。この例では、光源1の代わ
りに反射部材23を用いた例を示している。反射部材2
3は、例えば外部光源22などから照射される光を拡散
反射する。反射部材23としては、例えばキャッツアイ
などのような光学素子を用いることが可能である。この
場合には、キャッツアイの特性上、図14に示すように
受光素子の近傍に外部光源22を設けておく必要があ
る。もちろん他の拡散反射部材などの光学部材を反射部
材23として用いることができ、外部光源22は使用す
る光学部材に応じて配置すればよい。なお、外部光源2
2からの光は、測定ユニットに入射されないようにして
おく必要がある。また、外部光源22からの光は拡散光
でなくてもよいが、反射部材23が移動する可能性のあ
る範囲(位置測定を行う範囲)をすべて照明する必要が
ある。例えば拡散板を設けたり、照明方向をスキャンす
るなどの手法を適用することが可能である。もちろん、
外部光源の位置もこの例に限られるものではなく、測定
ユニットの左右位置や2次元平面と直交する上下方向か
ら照明するように構成してもよい。
いた場合でも、上述の第1乃至第7の各実施の形態にお
いて説明した各構成をそのまま利用することが可能であ
る。また、反射部材23の位置の計算についても同様で
ある。
部材を用い、蛍光発光する波長の光を受光素子によって
受光するように構成しても同様である。
実施の形態を示す斜視図である。図中、図1と同様の部
分には同じ符号を付して説明を省略する。21は反射板
である。この例では、位置測定を行う2次元平面に平行
に、位置測定範囲において光源1からの光を反射する反
射板24を設けている。この反射板24によって、各受
光素子2〜5などには、光源1からの直接光とともに、
反射板24で反射した反射光の両方が入射する。そのた
め、受光素子2〜5における受光量が増大する。これに
よって、相対的なノイズを減少させて精度を向上させる
ことが可能となる。
が、反射板24によっては特定の方向に強い反射成分を
有する場合がある。このような場合には、受光素子2〜
5への反射光の入射は、かえって誤差の原因となる。し
かし通常は、ランダムな方向に拡散反射される成分と、
正反射する成分のみが存在するので、誤差の原因とはな
りにくい。
くつかの実施の形態を説明したが、上述のようにして計
算される光源(反射部材などを含む)の位置には、ある
程度の誤差が含まれている。以下、その誤差を補正する
方法について、いくつか説明する。
の形態に適用される調整部の一例の説明図である。図
中、22は調整部、23は増幅器である。第1の誤差の
原因として、受光素子の面積にバラツキが生じている場
合が考えられる。このような場合の対処として、各受光
素子2〜5に均一な光を照射して、その時の出力が同一
となるように、増幅器26のゲインg1〜g4を調節す
ることが望ましい。具体的には、光源の位置を、各測定
ユニット中の複数の受光素子の交点を中心にして受光素
子の開き角の1/2の角度となるように設置して発光す
ればよい。例えば図2に示すように2つの受光素子が直
交している構成では、x軸に対して45度の角度の直線
上に設置して発光すればよい。このとき、本来は測定ユ
ニット内の複数の受光素子の出力は同一となるはずであ
る。これらが同一となるように、調整部25中の増幅器
26のゲインg1〜g4を調節すればよい。
代わりに、計算部6において位置計算の際の係数を調節
してもよい。もちろん、ゲイン調整とともに計算部6に
おける係数の調整を行ってもよい。
面に施されたコーティング膜の透過率の面内バラツキ
や、上述の第6の実施の形態で説明したようにハーフミ
ラー12を用いる場合の反射率及び透過率の面内バラツ
キ等があり、これらを補正する必要がある。このような
誤差に関しては、図16に示したような、回路のゲイン
などで簡単に補正できないため、別の補正方法を用いる
必要がある。例えば、光源の位置を測定する2次元平面
上に、座標がわかっている点を数点設けて、そこに光源
を設置して計算による位置を求め、本来の位置と計算に
よる位置の差異を補正する補正テーブルまたは補正式を
作成する。そして、実際に位置を測定する際には、作成
しておいた補正テーブルまたは補正式を用いて、光源位
置を補正すればよい。なお、補正式としては、例えば多
項式によって近似可能である。
結果の一例の説明図、図18は、補正を行ったの場合の
位置測定結果の一例の説明図である。図中、破線は真の
位置を示し、実線は本発明の位置測定装置による計算結
果を示す。ここで使用する受光素子は、例えば、6×6
mmの正方形のPiN型Siフォトダイオードである。
子の傾きを考慮に入れずに受光素子が直交しているもの
として位置計算を行い、また、上述のような補正テーブ
ルを用いない場合の位置測定結果を示している。この場
合は、破線で示す真の位置に対して、実線で示す計算結
果は、大きな誤差を含んでいることがわかる。具体的な
誤差は、70mm程度に達する場合が認められた。
子の傾きを含めた式14及び式15による計算を行い、
また、上述のような補正テーブルを用いた場合の結果で
ある。この場合は、真の位置に対する計算結果は、小さ
な誤差しか含まないことがわかる。図17では便宜上、
真の位置と計算結果を誇張して表現しているが、実際に
はほとんど真の位置を示す破線と位置計算した実線とが
重なっている。具体的な誤差は、0.5mm程度に抑制
することが可能である。
一形態を示す斜視図である。図中、図1と同様の部分に
は同じ符号を付して説明を省略する。31は位置指示
具、32はプレートである。図19に示す位置入力装置
の例では、上述の位置測定装置の一例として図1に示し
た第1の実施の形態を用い、位置測定を行う2次元平面
にプレート32を設置した例を示している。位置指示具
31の光源1からの光がすべての受光素子の受光面に入
射する範囲であれば、その光源1の位置を測定すること
が可能なので、その範囲内にプレートを設置すればよ
い。
成している。この例では、位置指示具31はペン型の形
状として示している。オフィス環境で使用する場合など
は、このようなペン型として、位置指示具31によりプ
レート32上で指示することによって、位置指示具31
全体の位置や位置指示具31のペン先の位置を測定する
ことが可能となる。なお、位置指示具31中に光源1を
複数箇所に設置し、各光源を順次点灯するなどして、そ
の位置を測定することで、位置指示具31の位置を複数
の光源位置から計算することも可能になる。
行うスイッチを設けたり、外部からの光などの刺激に反
応して発光するものであってもよい。また、上述の位置
測定装置の第8の実施の形態で説明したように反射部材
を光源の代わりに位置指示具31に設けてもよい。
らず任意の形状でよい。例えばマウス形状や指示棒の形
状などでもよい。さらに、オフィス環境以外では、例え
ば、ロボットの作業用アームに光源1を取り付けておけ
ば、アームの先端の位置などを測定することが可能とな
る。このように、一般的な位置測定全般に容易に適用す
ることができる。
示する機能を持たせることができる。プレート32の表
示機能を用いて、例えば選択肢の表示を行って位置指示
具31で選択するなどといった利用が可能となる。更
に、プレート32に資料を表示させておいて、ペン状の
位置指示具31によりメモ書きを行うことも可能であ
る。また、書込みは行わずに、ペン先の位置をカーソル
として表示するだけのモードを選択することも可能であ
る。
に、単に入力用のプレートとして使用し、他の画面に画
像を表示したり、他の表示画面に位置指示具31の指示
によって書込みを行ったり、位置指示具31の位置をカ
ーソル表示したりすることが可能である。このような構
成では、プレート32には電源コードや信号線などを接
続する必要がない。また、例えば上述の位置測定装置の
第9の実施の形態のように、プレート32の表面を、正
反射成分を有する反射板として利用することも可能であ
る。
施の形態を示す斜視図である。図中、図19と同様の部
分には同じ符号を付して説明を省略する。33はマーク
である。図20に示す位置入力装置の例では、プレート
32にマーク33を施した例を示している。このマーク
33は、例えば、生産工程において、位置測定装置の測
定ユニットとプレート32を接続する際に、それらの方
向を合せるための目印として利用することができる。こ
の場合のマーク33は、プレート32に印刷あるいは記
入することに限らず、刻印したり、あるいは、測定ユニ
ットとプレートの双方を組み合わせる際に誘導する所定
の形状となっていてもよい。このマーク33の付加によ
って、測定ユニットとプレート32の位置関係を間違え
ることなく、組み立てることが可能となる。例えば、長
方形のプレート32において、長辺と短辺が同じような
長さであって混同しやすい場合にも、どちらの辺のどの
位置に測定ユニットを接続すればよいかを、明確にする
ことができる。
ことによって、本発明の位置入力装置を使用する際の、
使用者とプレート32や測定ユニットの位置関係を明確
にすることができる。また、このようなマーク33によ
って、位置座標の入力可能範囲を示すなど、種々の用途
に利用することができる。この場合のマーク33につい
ても、上述のように印刷あるいは記入されたものであっ
たり、刻印、あるいは所定の形状を施したものなどでよ
い。
は、位置指示具31の2次元平面上の位置を入力するこ
とができる。さらに、上述の2次元平面の位置を測定で
きる位置測定装置を適宜組み合わせることによって、位
置指示具31の3次元位置を入力することが可能であ
る。例えば、図5のような測定ユニットを用いて第1の
2次元平面上の位置指示具31の光源位置を測定し、同
時に、第1の2次元平面に垂直な、第2の2次元平面上
の位置指示具31の光源位置を測定する測定ユニットを
設けることで、3次元空間における位置指示具31の位
置を入力することができる。また、上述のように本発明
の位置測定装置についても3次元計測が可能な構成とす
ることができ、そのような3次元計測可能な本発明の位
置測定装置を用いて、位置指示具31の3次元位置を入
力可能に構成してもよい。
によれば、複数の受光平面領域の中心が同一あるいは中
心を結ぶ直線が測定対象の2次元平面と略直交するよう
に、受光平面領域を設けた測定ユニットを複数設けてい
る。例えば各受光平面領域を受光素子の受光面としたと
き、測定ユニット内のそれぞれの受光素子の中心を挟む
両側において光源からの距離の特性が逆になる。これに
よって、光源からの距離の相違による誤差を打ち消し、
正確な位置測定を行うことができる。また、上述のよう
に非常に簡単な構成でよく、安価な位置測定装置を提供
することができる。さらに、このような位置測定装置を
用いることによって、操作性よく円滑にポインティング
操作が可能な位置入力装置を提供することができる、と
いう効果がある。
示す斜視図である。
理説明図である。
示す斜視図である。
示す斜視図である。
示す平面図である。
おける1つの測定ユニットの一例を示す平面図である。
おける光源の位置を計算する方法の一例の第1段階の説
明図である。
おける光源の位置を計算する方法の一例の第2段階の説
明図である。
おける1つの測定ユニットの一例を示す平面図である。
における1つの測定ユニットの別の例を示す断面図およ
び平面図である。
において3次元計測を行う場合に追加する測定ユニット
の一例を示す断面図および全体の平面図である。
における1つの測定ユニットの一例を示す斜視図であ
る。
における1つの測定ユニットの別の例を示す斜視図であ
る。
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
用される調整部の一例の説明図である。
の説明図である。
の説明図である。
す斜視図である。
示す斜視図である。
る。
光素子、9,10…受光素子、11…遮光板、12…ハ
ーフミラー、13…仮想受光平面領域、14…遮光板、
15〜17…受光素子、18…駆動部、19…ミラー、
20…駆動部、21…受光素子、22…外部光源、23
…反射部材、24…反射板、25…調整部、26…増幅
器、31…位置指示具、32…プレート、33…マー
ク、41〜44…光電変換素子、45…光源。
Claims (34)
- 【請求項1】 拡散光を放射する光源の少なくとも2次
元平面上の位置を測定する位置測定装置において、互い
に交差する複数の平面上に設けられた受光平面領域にお
いて前記光源からの拡散光の受光量をそれぞれ出力する
複数の測定ユニットと、前記各測定ユニット中の前記受
光平面領域間の受光量の比に基づいて前記光源の位置を
計算する計算手段を有し、前記各測定ユニットにおける
前記複数の受光平面領域の中心が同一あるいは該中心を
結ぶ直線が前記2次元平面と略直交することを特徴とす
る位置測定装置。 - 【請求項2】 複数の前記受光平面領域は、前記2次元
平面に対して略垂直に設けられていることを特徴とする
請求項1に記載の位置測定装置。 - 【請求項3】 前記受光平面領域は、互いに直交する2
平面上にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求
項1または請求項2に記載の位置測定装置。 - 【請求項4】 複数の前記受光平面領域にそれぞれ該受
光平面領域が受光面となるように受光素子が設けられて
おり、該受光素子は前記2次元平面に対して垂直方向に
重ねて配置されていることを特徴とする請求項1ないし
請求項3のいずれか1項に記載の位置測定装置。 - 【請求項5】 前記受光平面領域は、3以上設けられる
とともに同一または平行な平面に設けられた1ないし複
数の前記受光平面領域を1群とする2つの受光平面領域
群によって構成されており、前記計算手段は、前記各受
光平面領域群に含まれる1ないし複数の前記受光平面領
域における受光量を平均し、2つの受光平面領域群にお
ける受光量の平均値の比に基づいて前記光源の位置を計
算することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいず
れか1項に記載の位置測定装置。 - 【請求項6】 複数の前記受光平面領域にそれぞれ該受
光平面領域が受光面となるように受光素子が設けられて
おり、各受光平面領域群に属する受光平面領域に配置さ
れる受光素子を交互に前記2次元平面に対して垂直方向
に重ねて配置してなることを特徴とする請求項5に記載
の位置測定装置。 - 【請求項7】 複数の前記測定ユニットのうち、近接し
た2個の測定ユニットにおいて前記受光素子を前記2次
元平面に対して垂直方向に順次重ねて配置する際に、互
いに異なる測定ユニットに属する同じ高さに配置される
前記受光素子については前記受光平面領域が平行となら
ない順で重ねることを特徴とする請求項4または請求項
6に記載の位置測定装置。 - 【請求項8】 前記測定ユニットは、さらにハーフミラ
ーを有し、該ハーフミラーを透過した位置に配置された
前記受光平面領域を受光面とする1ないし複数の受光素
子と、前記受光平面領域と交差する受光平面領域を仮想
的な受光面として前記ハーフミラーにより反射された実
際の受光平面領域に受光面が設けられた1ないし複数の
受光素子を有することを特徴とする請求項1ないし請求
項3のいずれか1項に記載の位置測定装置。 - 【請求項9】 前記測定ユニットは、1個の受光素子
と、該受光素子をその中心を含む軸で回転あるいは揺動
させる駆動手段を有し、前記受光素子の回転あるいは揺
動中の複数箇所において受光量を出力することによっ
て、複数の前記受光平面領域における受光量とすること
を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に
記載の位置測定装置。 - 【請求項10】 前記測定ユニットは、1個の受光素子
と、中心を含む軸で回転あるいは揺動するミラーを含む
光学系を有し、前記ミラーの回転あるいは揺動中の複数
箇所において前記受光素子から受光量を出力させること
によって、複数の前記受光平面領域における受光量とす
ることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか
1項に記載の位置測定装置。 - 【請求項11】 複数の前記測定ユニットのうち、近接
していない2個の測定ユニットを測定ユニット対として
設定し、前記計算手段は、前記測定ユニット対の各測定
ユニットから出力される前記受光平面領域ごとの受光量
を用いて前記光源の位置を計算することを特徴とする請
求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の位置測
定装置。 - 【請求項12】 前記計算手段は、複数の測定ユニット
対によって計算された値を平均することによって前記光
源の位置を計算することを特徴とする請求項11に記載
の位置測定装置。 - 【請求項13】 前記測定ユニット間に遮光手段を設け
たことを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれ
か1項に記載の位置測定装置。 - 【請求項14】 前記測定ユニットは、該測定ユニット
を覆うカバーが設けられており、該カバーは少なくとも
前記受光平面領域と前記光源に面する部分が透明である
ことを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれか
1項に記載の位置測定装置。 - 【請求項15】 前記光源は点滅することを特徴とする
請求項1ないし請求項14のいずれか1項に記載の位置
測定装置。 - 【請求項16】 前記2次元平面に平行な反射部材を有
し、前記測定ユニットには、前記光源からの直接光とと
もに前記反射部材による反射光が入射することを特徴と
する請求項1ないし請求項15のいずれか1項に記載の
位置測定装置。 - 【請求項17】 前記光源は、拡散反射部材または蛍光
部材によって構成されており、外部から入射する光を拡
散反射または蛍光発光することによって位置測定対象の
光源として用いることを特徴とする請求項1ないし請求
項14のいずれか1項に記載の位置測定装置。 - 【請求項18】 前記計算手段は、2個の前記測定ユニ
ット内の2個の受光平面領域あるいは2個の受光平面領
域群に関して、前記2次元平面をxy平面とし、第1の
測定ユニットにおける前記受光平面領域あるいは前記受
光平面領域群の前記xy平面上への正射影の交点に相当
する点の座標を(0,0)とし、第2の測定ユニットに
おける前記受光平面領域あるいは前記受光平面領域群の
前記xy平面上への正射影の交点に相当する点の座標を
(d,0)とし、前記光源の座標を(x,y)とし、前
記第1の測定ユニットにおいて、前記受光平面領域ある
いは前記受光平面領域群がx軸に略平行な場合における
受光量あるいは平均受光量をVlhとし、前記受光平面
領域あるいは前記受光平面領域群がx軸となす角度をS
lhとし、前記受光平面領域あるいは前記受光平面領域
群がy軸に略平行な場合における受光量あるいは平均受
光量をVlpとし、前記受光平面領域あるいは前記受光
平面領域群がy軸となす角度をSlpとし、前記第2の
測定ユニットにおいて、前記受光平面領域あるいは前記
受光平面領域群がx軸に略平行な場合における受光量あ
るいは平均受光量をVrhとし、前記受光平面領域ある
いは前記受光平面領域群がx軸となす角度をSrhと
し、前記受光平面領域あるいは前記受光平面領域群がy
軸に略平行な場合における受光量あるいは平均受光量を
Vrpとし、前記受光平面領域あるいは前記受光平面領
域群がy軸となす角度をSrpとした時に、前記光源の
座標(x,y)を x=d・((cos(Slh+Slp)−(Vlh/V
lp)・tanSlp+sin(Slh+Slp)・t
anSlp)/(Vlh/Vlp−sin(Slh+S
lp)+cos(Slh+Slp)・tanSlp))
/((cos(Slh+Slp)−(Vlh/Vlp)
・tanSlp+sin(Slh+Slp)・tanS
lp)/(Vlh/Vlp−sin(Slh+Slp)
+cos(Slh+Slp)・tanSlp)+(co
s(Srh+Srp)−(Vrh/Vrp)・tanS
rp+sin(Srh+Srp)・tanSrp)/
(Vrh/Vrp−sin(Srh+Srp)+cos
(Srh+Srp)・tanSrp)) y=d/((cos(Slh+Slp)−(Vlh/V
lp)・tanSlp+sin(Slh+Slp)・t
anSlp)/(Vlh/Vlp−sin(Slh+S
lp)+cos(Slh+Slp)・tanSlp)+
(cos(Srh+Srp)−(Vrh/Vrp)・t
anSrp+sin(Srh+Srp)・tanSr
p)/(Vrh/Vrp−sin(Srh+Srp)+
cos(Srh+Srp)・tanSrp)) により計算することを特徴とする請求項1ないし請求項
17のいずれか1項に記載の位置測定装置。 - 【請求項19】 前記測定ユニットから出力されるそれ
ぞれの前記受光平面領域における受光量が同一の光量に
対してほぼ同じとなるように前記受光量を調整する調整
手段を有していることを特徴とする請求項1ないし請求
項18のいずれか1項に記載の位置測定装置。 - 【請求項20】 前記測定ユニット中の2つの受光平面
領域あるいは2つの受光平面領域群の中心軸を中心にし
て45度の角度の直線上に前記光源を配置したとき前記
2つの受光平面領域あるいは前記2つの受光平面領域群
における受光量がほぼ同じとなるように前記受光量を調
整する調整手段を有していることを特徴とする請求項1
ないし請求項18のいずれか1項に記載の位置測定装
置。 - 【請求項21】 前記調整手段は、前記測定ユニットか
ら出力される受光量を示す信号に対するゲインを調整す
ることを特徴とする請求項19または請求項20に記載
の位置測定装置。 - 【請求項22】 前記調整手段は、前記計算手段におい
て位置計算の際に用いる係数を調整することを特徴とす
る請求項19または請求項20に記載の位置測定装置。 - 【請求項23】 前記計算手段は、前記光源を座標が分
かっている1個所以上の特定の位置に設置したときに各
位置での前記測定ユニットから出力される受光量をもと
に計算して得られる前記光源の位置と真の位置を対応付
けた補正テーブルまたは補正式を用いて前記光源の位置
を補正することを特徴とする請求項1ないし請求項18
のいずれか1項に記載の位置測定装置。 - 【請求項24】 前記計算手段は、前記補正式として多
項式を用いることを特徴とする請求項23に記載の位置
測定装置。 - 【請求項25】 さらに、前記2次元平面に略垂直な第
2の2次元平面を設定し、該第2の2次元平面に対して
1以上の前記測定ユニットを設け、前記光源の3次元空
間における位置を測定することを特徴とする請求項1な
いし請求項24のいずれか1項に記載の位置測定装置。 - 【請求項26】 請求項1ないし請求項25のいずれか
1項に記載の前記位置測定装置と、拡散光を放射する1
ないし複数の光源を内蔵した位置指示部材を有し、前記
位置指示部材の1ないし複数光源位置を前記位置測定装
置により測定することによって前記位置指示部材による
指示位置を入力することを特徴とする位置入力装置。 - 【請求項27】 前記2次元平面に平行なプレートを有
し、該プレートは、該プレート上を移動する前記光源か
らの拡散光が前記受光平面領域に対して他の部材によっ
て影にならずに直接入射できる範囲に設けられているこ
とを特徴とする請求項26に記載の位置入力装置。 - 【請求項28】 前記プレートは、表面が光を反射する
ように構成されており、前記光源から放射された光を反
射して前記測定ユニットに入射させることを特徴とする
請求項27に記載の位置入力装置。 - 【請求項29】 前記プレートは、画像を表示する機能
を有しており、前記位置測定装置によって取得した前記
位置指示部材の位置を表示することを特徴とする請求項
27または請求項28に記載の位置入力装置。 - 【請求項30】 前記プレートは、画像を表示する機能
を有しており、前記位置測定装置によって取得した前記
位置指示部材の位置の情報に基づいて前記画像上に書き
込みが可能であることを特徴とする請求項27または請
求項28に記載の位置入力装置。 - 【請求項31】 前記プレートには、使用する際の前記
プレートの適正な向きを示す表示が設けられていること
を特徴とする請求項27ないし請求項30のいずれか1
項に記載の位置入力装置。 - 【請求項32】 前記プレートには、使用する際の前記
プレートの適正な向きを示す形状が設けられていること
を特徴とする請求項27ないし請求項31のいずれか1
項に記載の位置入力装置。 - 【請求項33】 前記プレートには、前記位置測定装置
を組み付ける際に前記プレートの適正な向きを示す表示
が設けられていることを特徴とする請求項27ないし請
求項32のいずれか1項に記載の位置入力装置。 - 【請求項34】 前記プレートには、前記位置測定装置
を組み付ける際に前記プレートの適正な向きを示す形状
が設けられていることを特徴とする請求項27ないし請
求項33のいずれか1項に記載の位置入力装置。
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- 2000-06-28 JP JP2000194625A patent/JP4078501B2/ja not_active Expired - Fee Related
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