JP3349818B2 - 座標検出装置 - Google Patents
座標検出装置Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は座標検出装置に関
し、さらに詳しく言えば、一つのリニアイメージセンサ
にて二次元座標もしくは三次元座標を検出し得る手書き
入力システムや形状測定システムなどに好適な座標検出
装置に関するものである。
し、さらに詳しく言えば、一つのリニアイメージセンサ
にて二次元座標もしくは三次元座標を検出し得る手書き
入力システムや形状測定システムなどに好適な座標検出
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば手書き入力システムなどにおい
て、スタイラスの位置を光学的に検出するには、一般的
に単スリットとリニアイメージセンサとを組み合わせて
なる複数の一次元位置検出器が用いられている。
て、スタイラスの位置を光学的に検出するには、一般的
に単スリットとリニアイメージセンサとを組み合わせて
なる複数の一次元位置検出器が用いられている。
【0003】すなわち、スタイラスに光源を取り付け
て、その二次元座標を検出するには、X−Y平面に沿っ
て2つのリニアイメージセンサを配置し、また、三次元
座標を求めるには、さらにZ軸方向に沿ってもう一つの
リニアイメージセンサを配置するようにしている。
て、その二次元座標を検出するには、X−Y平面に沿っ
て2つのリニアイメージセンサを配置し、また、三次元
座標を求めるには、さらにZ軸方向に沿ってもう一つの
リニアイメージセンサを配置するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おいては、二次元座標検出には2つの一次元位置検出器
を必要とし、また、三次元座標検出になると3つの一次
元位置検出器が必要となるため、高価になるとともに、
装置全体が大型になってしまうという欠点があった。
おいては、二次元座標検出には2つの一次元位置検出器
を必要とし、また、三次元座標検出になると3つの一次
元位置検出器が必要となるため、高価になるとともに、
装置全体が大型になってしまうという欠点があった。
【0005】したがって、本発明の目的は、一つのリニ
アイメージセンサで二次元座標はもとより、三次元座標
をも検出し得るようにした座標検出装置を提供すること
にある。
アイメージセンサで二次元座標はもとより、三次元座標
をも検出し得るようにした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、本発明は、直接的もしくは間接的に発光する光源を
含む位置指示部と、その光源からの光を受光して上記位
置指示部の二次元座標もしくは三次元座標を検出する座
標検出手段とを備えてなる座標検出装置において、上記
座標検出手段は、上記光源から照射される光を受光する
リニアイメージセンサと、同リニアイメージセンサの撮
像面と平行な平面に沿って配置され、上記光源の位置に
応じて同リニアイメージセンサへの入射光位置を変化さ
せる結像手段と、上記リニアイメージセンサから出力さ
れる検出信号に基づいて上記位置指示部の座標を演算す
る演算手段とを備え、上記結像手段は、上記リニアイメ
ージセンサの画素配列方向と直交するように所定の間隔
をもって配向された第1および第2結像要素と、これら
の結像要素に対して所定の角度をもって配向された第3
結像要素とを有し、上記演算手段は、これら3つの結像
要素を介して上記リニアイメージセンサ上に結像された
受光位置の値から上記位置指示部の二次元座標もしくは
三次元座標を検出することを特徴としている。
め、本発明は、直接的もしくは間接的に発光する光源を
含む位置指示部と、その光源からの光を受光して上記位
置指示部の二次元座標もしくは三次元座標を検出する座
標検出手段とを備えてなる座標検出装置において、上記
座標検出手段は、上記光源から照射される光を受光する
リニアイメージセンサと、同リニアイメージセンサの撮
像面と平行な平面に沿って配置され、上記光源の位置に
応じて同リニアイメージセンサへの入射光位置を変化さ
せる結像手段と、上記リニアイメージセンサから出力さ
れる検出信号に基づいて上記位置指示部の座標を演算す
る演算手段とを備え、上記結像手段は、上記リニアイメ
ージセンサの画素配列方向と直交するように所定の間隔
をもって配向された第1および第2結像要素と、これら
の結像要素に対して所定の角度をもって配向された第3
結像要素とを有し、上記演算手段は、これら3つの結像
要素を介して上記リニアイメージセンサ上に結像された
受光位置の値から上記位置指示部の二次元座標もしくは
三次元座標を検出することを特徴としている。
【0007】この場合、上記第3結像要素の傾き角は、
上記リニアイメージセンサの画素配列方向に対して45
度であることが好ましい。なお、上記各結像要素は、ス
リットもしくはシリンドリカルレンズから構成すること
ができる。
上記リニアイメージセンサの画素配列方向に対して45
度であることが好ましい。なお、上記各結像要素は、ス
リットもしくはシリンドリカルレンズから構成すること
ができる。
【0008】また、本発明において、上記演算手段は、
上記第1および第2結像要素間の距離D、三次元座標の
原点に対応する上記リニアイメージセンサの画素位置と
上記第1の結像要素による受光位置間の距離d1、上記
第1結像要素と第3結像による受光位置間の距離d2、
上記第1結像要素と第2結像による受光位置間の距離d
3とから上記位置指示部の三次元座標を検出することを
特徴としている。
上記第1および第2結像要素間の距離D、三次元座標の
原点に対応する上記リニアイメージセンサの画素位置と
上記第1の結像要素による受光位置間の距離d1、上記
第1結像要素と第3結像による受光位置間の距離d2、
上記第1結像要素と第2結像による受光位置間の距離d
3とから上記位置指示部の三次元座標を検出することを
特徴としている。
【0009】上記構成によれば、リニアイメージセンサ
の画素配列方向と直交する第1および第2結像要素によ
る入射光位置により位置指示部のX,Z座標が検出さ
れ、また、上記の画素配列方向に対して例えば45度の
角度を有する第3結像要素による入射光位置によりY軸
方向の座標が検出される。
の画素配列方向と直交する第1および第2結像要素によ
る入射光位置により位置指示部のX,Z座標が検出さ
れ、また、上記の画素配列方向に対して例えば45度の
角度を有する第3結像要素による入射光位置によりY軸
方向の座標が検出される。
【0010】
【発明の実施形態】以下、図面を参照しながら、本発明
の実施形態について説明する。図1に、この座標検出装
置の模式的な斜視図を示す。これによると、同座標検出
装置は位置指示部、例えば光ディジタイザのスタイラス
に設けられる光源Pからの光を受光するリニアイメージ
センサ10を備えている。この場合、光源Pとしては、
直接光を発光するものの他に、他の光源から光を受けて
間接的に光を発する例えば蛍光体などのようなものであ
ってもよい。
の実施形態について説明する。図1に、この座標検出装
置の模式的な斜視図を示す。これによると、同座標検出
装置は位置指示部、例えば光ディジタイザのスタイラス
に設けられる光源Pからの光を受光するリニアイメージ
センサ10を備えている。この場合、光源Pとしては、
直接光を発光するものの他に、他の光源から光を受けて
間接的に光を発する例えば蛍光体などのようなものであ
ってもよい。
【0011】このリニアイメージセンサ10はCCD
(Charge Coupled Device)から
なる画素を直線状に配列した公知のものであってよく、
その受光面(撮像面)の前方には、結像手段としてのス
リット板20が配置されている。
(Charge Coupled Device)から
なる画素を直線状に配列した公知のものであってよく、
その受光面(撮像面)の前方には、結像手段としてのス
リット板20が配置されている。
【0012】このスリット板20は、リニアイメージセ
ンサ10の受光面と好ましくは平行な平面に沿って配置
され、本発明においては、3つのスリット21〜23が
形成されている。
ンサ10の受光面と好ましくは平行な平面に沿って配置
され、本発明においては、3つのスリット21〜23が
形成されている。
【0013】この場合、第1スリット21と第2スリッ
ト22はリニアイメージセンサ10の画素配列方向と直
交する方向に沿って所定の間隔をもって形成されてお
り、これに対して、第3スリット23は上記の画素配列
方向に対して45度の角度で交差するように設けられて
いる。
ト22はリニアイメージセンサ10の画素配列方向と直
交する方向に沿って所定の間隔をもって形成されてお
り、これに対して、第3スリット23は上記の画素配列
方向に対して45度の角度で交差するように設けられて
いる。
【0014】これらの各スリット21〜23を通してリ
ニアイメージセンサ10に光が入射され、その3つの入
射光位置により、演算手段としてのCPU30にて光源
Pの三次元座標が求められる。これについて、図2ない
し図4を参照してその原理を説明する。なお、図2は三
次元のX,Y,Z軸と各スリット21〜23およびそれ
を通してリニアイメージセンサ10上に結像される影像
の関係を斜視図的に示した模式図、図3は図2のX−Y
断面図、図4は図2のZ−Y断面図である。
ニアイメージセンサ10に光が入射され、その3つの入
射光位置により、演算手段としてのCPU30にて光源
Pの三次元座標が求められる。これについて、図2ない
し図4を参照してその原理を説明する。なお、図2は三
次元のX,Y,Z軸と各スリット21〜23およびそれ
を通してリニアイメージセンサ10上に結像される影像
の関係を斜視図的に示した模式図、図3は図2のX−Y
断面図、図4は図2のZ−Y断面図である。
【0015】図2において、21a,22aは第1スリ
ット21および第2スリット22を通してリニアイメー
ジセンサ10の撮像面上にそれぞれ結像された入射光位
置で、23aは斜めの第3スリット23を通してリニア
イメージセンサ10の撮像面上に結像された入射光位置
である。
ット21および第2スリット22を通してリニアイメー
ジセンサ10の撮像面上にそれぞれ結像された入射光位
置で、23aは斜めの第3スリット23を通してリニア
イメージセンサ10の撮像面上に結像された入射光位置
である。
【0016】この入射光位置21a〜23aは光源Pの
動きに応じて次のように変化する。すなわち、例えば高
さ位置を一定として光源Pがスリット板20に対して接
近もしくは離反する方向に移動する場合には、入射光位
置21aと22aとの間の距離が変化する。また、スリ
ット板20との距離を一定として光源Pが上下方向に動
く場合には、第3スリット23が斜めに形成されている
ことにより、その入射光位置23aがリニアイメージセ
ンサ10の画素配列方向に沿って左右に動くことにな
る。
動きに応じて次のように変化する。すなわち、例えば高
さ位置を一定として光源Pがスリット板20に対して接
近もしくは離反する方向に移動する場合には、入射光位
置21aと22aとの間の距離が変化する。また、スリ
ット板20との距離を一定として光源Pが上下方向に動
く場合には、第3スリット23が斜めに形成されている
ことにより、その入射光位置23aがリニアイメージセ
ンサ10の画素配列方向に沿って左右に動くことにな
る。
【0017】ここで、図3および図4に示されているよ
うに、三次元座標の原点Oに対応するリニアイメージセ
ンサ10の画素位置(この例ではZ軸の延長線上に位置
する画素位置)と第1スリット21による入射光位置2
1aとの間の距離をd1、同入射光位置21aと第3ス
リット23による入射光位置23aとの間の距離をd
2、第1スリット21による入射光位置21aと第2ス
リット22による入射光位置22aとの間の距離をd
3、また、スリット板20上における第1スリット21
と第2スリット22間の距離をD、リニアイメージセン
サ10とスリット板20との間の距離をL、さらに光源
Pから入射光位置23aに至る光路と第3スリット23
の交点位置の原点OからのX軸方向距離をS、そして光
源Pの座標を(x,y,z)とすると、次式が成り立
つ。なお、第3スリット23の傾きが45度であるた
め、同交点位置の原点OからのY軸方向距離もSとな
る。
うに、三次元座標の原点Oに対応するリニアイメージセ
ンサ10の画素位置(この例ではZ軸の延長線上に位置
する画素位置)と第1スリット21による入射光位置2
1aとの間の距離をd1、同入射光位置21aと第3ス
リット23による入射光位置23aとの間の距離をd
2、第1スリット21による入射光位置21aと第2ス
リット22による入射光位置22aとの間の距離をd
3、また、スリット板20上における第1スリット21
と第2スリット22間の距離をD、リニアイメージセン
サ10とスリット板20との間の距離をL、さらに光源
Pから入射光位置23aに至る光路と第3スリット23
の交点位置の原点OからのX軸方向距離をS、そして光
源Pの座標を(x,y,z)とすると、次式が成り立
つ。なお、第3スリット23の傾きが45度であるた
め、同交点位置の原点OからのY軸方向距離もSとな
る。
【0018】 (図3より)d1:L=x:z D:d3=z:z+L S:d2=z:z+L (図4より)S:L=y:z+L したがって、光源Pの座標(x,y,z)は、 x={D/(d3−D)}×d1 y={D/(d3−D)}×d2 z={D/(d3−D)}×L このようにして、本発明によれば、一つのリニアイメー
ジセンサ10にて光源Pの三次元座標が求められる。ま
た、光源Pに対する水平方向角θ(図3参照)と、垂直
方向角(俯仰角)φ(図4参照)は次式により求められ
る。
ジセンサ10にて光源Pの三次元座標が求められる。ま
た、光源Pに対する水平方向角θ(図3参照)と、垂直
方向角(俯仰角)φ(図4参照)は次式により求められ
る。
【0019】 水平方向角θ=arctan(X/Z)=arctan(d1/L) 垂直方向角φ=arctan(Y/Z)=arctan(d2/L) このことは、第1,第2スリット21,22のいずれか
一方の例えば第1スリット21と第3スリットの2つの
スリットで光源Pに対する水平および垂直の各方向を検
出することができることを意味する。また、換言すれば
Z座標値が一定であることを前提として、その物体のX
−Y平面上での二次元座標を検出することができること
になる。
一方の例えば第1スリット21と第3スリットの2つの
スリットで光源Pに対する水平および垂直の各方向を検
出することができることを意味する。また、換言すれば
Z座標値が一定であることを前提として、その物体のX
−Y平面上での二次元座標を検出することができること
になる。
【0020】したがって、この座標位置検出装置を人体
などの可動体側に装着すれば、その姿勢検出装置として
も利用することができる。参考までに、このような考え
方による姿勢検出装置を仮想現実感システムとしてのゴ
ーグル型画像表示装置に適用した例を図5に示す。
などの可動体側に装着すれば、その姿勢検出装置として
も利用することができる。参考までに、このような考え
方による姿勢検出装置を仮想現実感システムとしてのゴ
ーグル型画像表示装置に適用した例を図5に示す。
【0021】まず、この画像表示装置についてその概略
を説明すると、人体の頭部に装着されるゴーグル40を
有し、そのレンズに相当する部分には画像処理コンピュ
ータ41にて制御されるLCDなどからなる一対のディ
スプレイ42,42が設けられている。したがって、使
用者はそのディスプレイ42,42の表示画面を見て、
あたかも劇場のスクリーン一杯にその画面が表示されて
いるような仮想現実感(バーチャルリアリティ)を味わ
うことができる。
を説明すると、人体の頭部に装着されるゴーグル40を
有し、そのレンズに相当する部分には画像処理コンピュ
ータ41にて制御されるLCDなどからなる一対のディ
スプレイ42,42が設けられている。したがって、使
用者はそのディスプレイ42,42の表示画面を見て、
あたかも劇場のスクリーン一杯にその画面が表示されて
いるような仮想現実感(バーチャルリアリティ)を味わ
うことができる。
【0022】このゴーグル40には例えば相対的に90
度の角度をもってV字状に配向された2つのスリット4
3,43が設けられており、これに関連してその後方に
はリニアイメージセンサ44が配置されている。そし
て、同リニアイメージセンサ44の検出信号が所定のイ
ンターフェイス45を介して上記の画像処理コンピュー
タ41に入力されるようになっている。
度の角度をもってV字状に配向された2つのスリット4
3,43が設けられており、これに関連してその後方に
はリニアイメージセンサ44が配置されている。そし
て、同リニアイメージセンサ44の検出信号が所定のイ
ンターフェイス45を介して上記の画像処理コンピュー
タ41に入力されるようになっている。
【0023】使用に際しては、十分離れた基準位置に光
源Pを配置する。この光源Pからの光を2つのスリット
43,43を介してリニアイメージセンサ44に取り込
むことにより、上記した水平方向角θと垂直方向角φの
計算式により、相対的に使用者の頭の向き、すなわち視
線ベクトル方向が求められ、そのデータがコンピュータ
41に入力され、それに応じてディスプレイ42,42
の表示画面が切り替えられる。
源Pを配置する。この光源Pからの光を2つのスリット
43,43を介してリニアイメージセンサ44に取り込
むことにより、上記した水平方向角θと垂直方向角φの
計算式により、相対的に使用者の頭の向き、すなわち視
線ベクトル方向が求められ、そのデータがコンピュータ
41に入力され、それに応じてディスプレイ42,42
の表示画面が切り替えられる。
【0024】この姿勢検出装置はこの他に、例えばロボ
ットなどの工作機械や測量機械などの姿勢(向き)を検
出する場合にも適用可能である。上記参考例では2つの
スリット43,43を90度の角度をもってV字状に配
向しているが、互いに平行とならないことを条件とし
て、互いの角度や画素配列に対する角度は任意に設定す
ることが可能である。例えば、一方のスリットをリニア
イメージセンサ44の画素配列方向に対し直交させ、こ
れに対して他方のスリットを45度に傾けるようにして
もよい。
ットなどの工作機械や測量機械などの姿勢(向き)を検
出する場合にも適用可能である。上記参考例では2つの
スリット43,43を90度の角度をもってV字状に配
向しているが、互いに平行とならないことを条件とし
て、互いの角度や画素配列に対する角度は任意に設定す
ることが可能である。例えば、一方のスリットをリニア
イメージセンサ44の画素配列方向に対し直交させ、こ
れに対して他方のスリットを45度に傾けるようにして
もよい。
【0025】また、リニアイメージセンサ10,44に
対する結像手段としては、スリットに代えて、図6に示
されているようなシリンドリカルレンズ51,52を用
いることもできる。
対する結像手段としては、スリットに代えて、図6に示
されているようなシリンドリカルレンズ51,52を用
いることもできる。
【0026】さらに、図1に示されているスリット板2
0について説明すれば、そのスリット21〜23の配置
は図7に例示されているように、垂直方向の第1、第2
スリット21,22間に斜め45度の第3スリット23
を形成してもよく、この変形例はシリンドリカルレンズ
とした場合についても適用される。
0について説明すれば、そのスリット21〜23の配置
は図7に例示されているように、垂直方向の第1、第2
スリット21,22間に斜め45度の第3スリット23
を形成してもよく、この変形例はシリンドリカルレンズ
とした場合についても適用される。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一つのリニアイメージセンサにより、例えば光ディジタ
イザのスタイラスなどに設けられている光源の三次元位
置を検出することができ、コストを大幅に低減すること
ができるとともに、装置全体の小型化をも図ることがで
きる。
一つのリニアイメージセンサにより、例えば光ディジタ
イザのスタイラスなどに設けられている光源の三次元位
置を検出することができ、コストを大幅に低減すること
ができるとともに、装置全体の小型化をも図ることがで
きる。
【0028】また、リニアイメージセンサが一つであっ
ても、基準となる光源に向かう例えば視線ベクトル方向
(目視方向)や物体の姿勢(向き)を検出することがで
きる。したがって、そのコンパクト性からして例えば人
体に装着したとしても違和感が少なく、操作性に優れた
姿勢入力システムやコンピュータ対話型の仮想現実感シ
ステムなどを構築することができる、などの効果が奏さ
れる。
ても、基準となる光源に向かう例えば視線ベクトル方向
(目視方向)や物体の姿勢(向き)を検出することがで
きる。したがって、そのコンパクト性からして例えば人
体に装着したとしても違和感が少なく、操作性に優れた
姿勢入力システムやコンピュータ対話型の仮想現実感シ
ステムなどを構築することができる、などの効果が奏さ
れる。
【図1】本発明による座標検出装置の実施形態を説明す
るための模式的斜視図。
るための模式的斜視図。
【図2】上記実施形態について、三次元のX,Y,Z軸
と各スリットおよびそれを通してリニアイメージセンサ
上に結像される影像の関係を斜視的に示した模式図。
と各スリットおよびそれを通してリニアイメージセンサ
上に結像される影像の関係を斜視的に示した模式図。
【図3】図2のX−Y断面図。
【図4】図2のZ−Y断面図。
【図5】参考例として、姿勢検出手段を有するゴーグル
型画像表示装置を示した説明図。
型画像表示装置を示した説明図。
【図6】結像手段にシリンドリカルレンズを用いる場合
を示した模式図。
を示した模式図。
【図7】結像手段としてのスリットの配置を代えた本発
明の変形例を示した説明図。
明の変形例を示した説明図。
10,44 リニアイメージセンサ 20 スリット板 21〜23,43 スリット 21a〜23a 入射光位置 30 CPU 40 ゴーグル 41 画像処理コンピュータ 42 ディスプレイ 51,52 シリンドリカルレンズ
Claims (3)
- 【請求項1】 直接的もしくは間接的に発光する光源を
含む位置指示部と、その光源からの光を受光して上記位
置指示部の二次元座標もしくは三次元座標を検出する座
標検出手段とを備えてなる座標検出装置において、 上記座標検出手段は、上記光源から照射される光を受光
するリニアイメージセンサと、同リニアイメージセンサ
の撮像面と平行な平面に沿って配置され、上記光源の位
置に応じて同リニアイメージセンサへの入射光位置を変
化させる結像手段と、上記リニアイメージセンサから出
力される検出信号に基づいて上記位置指示部の座標を演
算する演算手段とを備え、 上記結像手段は、上記リニアイメージセンサの画素配列
方向と直交するように所定の間隔をもって配向された第
1および第2結像要素と、これらの結像要素に対して所
定の角度をもって配向された第3結像要素とを有し、 上記演算手段は、これら3つの結像要素を介して上記リ
ニアイメージセンサ上に結像された受光位置の値から上
記位置指示部の三次元座標を検出することを特徴とする
座標検出装置。 - 【請求項2】 上記第3結像要素の傾き角は、上記リニ
アイメージセンサの画素配列方向に対して45度である
ことを特徴とする請求項1に記載の座標検出装置。 - 【請求項3】 上記演算手段は、上記第1および第2結
像要素間の距離D、三次元座標の原点に対応する上記リ
ニアイメージセンサの画素位置と上記第1の結像要素に
よる受光位置間の距離d1、上記第1結像要素と第3結
像による受光位置間の距離d2、上記第1結像要素と第
2結像による受光位置間の距離d3とから上記位置指示
部の三次元座標を検出することを特徴とする請求項1に
記載の座標検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05466394A JP3349818B2 (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 座標検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05466394A JP3349818B2 (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 座標検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07239210A JPH07239210A (ja) | 1995-09-12 |
JP3349818B2 true JP3349818B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=12977035
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05466394A Expired - Fee Related JP3349818B2 (ja) | 1994-02-28 | 1994-02-28 | 座標検出装置 |
Country Status (1)
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