JPH06186330A - Non-contact type three-dimensional position measurement device - Google Patents
Non-contact type three-dimensional position measurement deviceInfo
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- JPH06186330A JPH06186330A JP4340795A JP34079592A JPH06186330A JP H06186330 A JPH06186330 A JP H06186330A JP 4340795 A JP4340795 A JP 4340795A JP 34079592 A JP34079592 A JP 34079592A JP H06186330 A JPH06186330 A JP H06186330A
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、被測定物体に何ら特殊
な装置を装着することなく、被測定物体の３次元空間に
おける位置を測定するとともに、操作者が何も装着する
ことなく、また、表示画面に触れることなく、３次元的
な位置指定等の入力動作を行うことが可能な非接触型３
次元位置測定装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention measures the position of a measured object in a three-dimensional space without mounting any special device on the measured object, and the operator does not wear anything. , Non-contact type 3 that can perform input operation such as three-dimensional position designation without touching the display screen
The present invention relates to a dimensional position measuring device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の超音波等による３次元位置測定装
置は、被測定物体に送受信器等の特殊装置を装着して、
被測定物体の３次元空間における位置を測定していた。
また、ＣＲＴディスプレイ等の表示装置の画面上の位置
を指示する位置指示装置（以後、ポインティングデバイ
スという）としては、操作者が、マウスやデジタイザ等
の入力機器を操作して画面に表示されたカーソルを動か
し、そのカーソルによって間接的に指示する非接触式の
ものや、画面に直接触れるタッチスクリーン等の接触式
のもの等があった。2. Description of the Related Art A conventional three-dimensional position measuring device using ultrasonic waves or the like is equipped with a special device such as a transceiver on an object to be measured,
The position of the measured object in the three-dimensional space was measured.
Further, as a position pointing device (hereinafter referred to as a pointing device) for pointing a position on the screen of a display device such as a CRT display, an operator operates an input device such as a mouse or a digitizer to display a cursor displayed on the screen. There was a non-contact type in which the cursor was moved and the pointer indirectly indicated by the cursor, and a contact type such as a touch screen that directly touches the screen.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の３次元位置測定装置は、被測定物体に何らかの特殊
装置を装着する必要があり、手間がかかるとともに、被
測定物体の大きさや形状に応じた特殊装置を、使用目的
に応じて作製する必要があった。また、上述したポイン
ティングデバイスにおいて、各種入力機器を用いる非接
触式の場合、入力機器と画面上のカーソルとで、動作量
や動作方向等が一致しないこと等があり、入力機器の操
作に不慣れな操作者には、操作し難いという欠点があっ
た。一方、画面に直接触れる接触式の場合、操作者はす
ぐに操作に慣れるが、操作者が直接、画面に触れること
が必要であった為、画面に人体の皮脂等が付着すること
があり、特に不特定多数の操作者が使用する場合、衛生
的に問題があった。本発明は上述した背景の下になされ
たものであり、被測定物体に何も装着することなく、被
測定物体の３次元空間内での位置を計測することができ
るとともに、何物にも触れることなく、３次元的な位置
指示等の入力動作を行うことができる非接触型３次元位
置測定装置を提供することを目的とする。In the conventional three-dimensional position measuring apparatus described above, it is necessary to attach a special device to the object to be measured, which is time-consuming and depends on the size and shape of the object to be measured. It was necessary to manufacture a special device according to the purpose of use. Further, in the above-mentioned pointing device, in the case of a non-contact type using various input devices, the operation amount and the operation direction may not match between the input device and the cursor on the screen, which makes the user unfamiliar with the operation of the input device. The operator has a drawback that it is difficult to operate. On the other hand, in the case of the contact type that directly touches the screen, the operator gets used to the operation immediately, but since the operator had to directly touch the screen, skin oils or the like of the human body may adhere to the screen. Especially when used by an unspecified number of operators, there was a problem in hygiene. The present invention has been made under the background described above, and it is possible to measure the position of a measured object in a three-dimensional space without mounting anything on the measured object and touch anything. It is an object of the present invention to provide a non-contact type three-dimensional position measuring device capable of performing an input operation such as a three-dimensional position indication without any operation.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の非接触
型３次元位置測定装置にあっては、３次元空間における
位置が測定されるべき被測定物体に向けて超音波を送信
する一つの超音波送信器と、前記被測定物体に反射され
た超音波を受信する複数の超音波受信器と、前記複数の
超音波受信器に受信された超音波が伝達されてきた経路
の距離等を測定する少なくとも一つのカウンタと、前記
超音波送信器と前記カウンタとを制御して同期させるタ
イミング制御手段とから構成され、前記カウンタにおい
て測定された距離等と前記超音波送信器および前記超音
波受信器の位置に関する情報とを用いて被測定物体の３
次元空間における位置を算出することを特徴としてい
る。A non-contact type three-dimensional position measuring apparatus according to claim 1, wherein ultrasonic waves are transmitted toward an object to be measured whose position in a three-dimensional space is to be measured. One ultrasonic transmitter, a plurality of ultrasonic receivers for receiving the ultrasonic waves reflected by the object to be measured, a distance of a path through which the ultrasonic waves received by the plurality of ultrasonic receivers are transmitted, etc. And at least one counter that measures the ultrasonic wave transmitter and the timing control means that controls and synchronizes the ultrasonic wave transmitter and the counter. The distance measured by the counter and the ultrasonic wave transmitter and the ultrasonic wave are measured. Using the information about the receiver position and
The feature is that the position in the dimensional space is calculated.
【０００５】請求項２に記載の非接触型３次元位置測定
装置にあっては、３次元空間における位置が測定される
べき被測定物体に向けて超音波を送信する複数の超音波
送信器と、前記被測定物体に反射された超音波を受信す
る複数の超音波受信器と、前記複数の超音波受信器に受
信された超音波が伝達されてきた経路の距離等を測定す
る少なくとも一つのカウンタと、有効な超音波送信器を
順次またはランダムに選択し、前記有効な超音波送信器
と前記カウンタとを制御して同期させるタイミング制御
手段とから構成され、前記カウンタにおいて測定された
距離等と前記超音波送信器および前記超音波受信器の位
置に関する情報とを用いて被測定物体の３次元空間にお
ける位置を算出することを特徴としている。In the non-contact type three-dimensional position measuring device according to the second aspect, a plurality of ultrasonic transmitters for transmitting ultrasonic waves to the object to be measured whose position in the three-dimensional space is to be measured. A plurality of ultrasonic receivers for receiving the ultrasonic waves reflected by the object to be measured, and at least one of the distances of the paths through which the ultrasonic waves received by the plurality of ultrasonic receivers are transmitted. A counter and a timing control unit that sequentially or randomly selects valid ultrasonic transmitters and controls and synchronizes the valid ultrasonic transmitters and the counter, and the distance measured by the counter, etc. And the position information of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver are used to calculate the position of the measured object in the three-dimensional space.
【０００６】請求項３に記載の非接触型３次元位置測定
装置にあっては、平面上に仮想物体を表示するＣＲＴデ
ィスプレイやＬＣＤ，プラズマディスプレイ等や、あた
かも３次元空間上に存在しているかの如く仮想物体を表
示するレンチキュラレンズやホログラフィー等による画
像表示装置と、前記画像表示装置の周辺に配置され、３
次元空間における位置が測定されるべき被測定物体に向
けて超音波を送信する一つの超音波送信器と、前記被測
定物体に反射された超音波を受信する複数の超音波受信
器と、前記複数の超音波受信器に受信された超音波が伝
達されてきた経路の距離等を測定する少なくとも一つの
カウンタと、前記超音波送信器と前記カウンタとを制御
して同期させるタイミング制御手段とから構成され、前
記カウンタにおいて測定された距離等と前記超音波送信
器および前記超音波受信器の位置に関する情報とを用い
て被測定物体の３次元空間における位置を算出すること
を特徴としている。In the non-contact type three-dimensional position measuring device according to the third aspect of the present invention, a CRT display for displaying a virtual object on a plane, an LCD, a plasma display, or the like, is it present in a three-dimensional space? An image display device such as a lenticular lens or a holography that displays a virtual object as described above, and is arranged around the image display device.
One ultrasonic transmitter for transmitting ultrasonic waves toward the measured object whose position in the dimensional space is to be measured, a plurality of ultrasonic receivers for receiving ultrasonic waves reflected by the measured object, and From at least one counter that measures the distance of the path through which the ultrasonic waves received by the plurality of ultrasonic receivers have been transmitted, and timing control means that controls and synchronizes the ultrasonic transmitter and the counter It is characterized in that the position of the measured object in the three-dimensional space is calculated using the distance and the like measured by the counter and the information on the positions of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver.
【０００７】請求項４に記載の非接触型３次元位置測定
装置にあっては、平面上に仮想物体を表示するＣＲＴデ
ィスプレイやＬＣＤ，プラズマディスプレイ等や、あた
かも３次元空間上に存在しているかの如く仮想物体を表
示するレンチキュラレンズやホログラフィー等による画
像表示装置と、前記画像表示装置の周辺に配置され、３
次元空間における位置が測定されるべき被測定物体に向
けて超音波を送信する複数の超音波送信器と、前記被測
定物体に反射された超音波を受信する複数の超音波受信
器と、前記複数の超音波受信器に受信された超音波が伝
達されてきた経路の距離等を測定する少なくとも一つの
カウンタと、有効な超音波送信器を順次またはランダム
に選択し、前記有効な超音波送信器と前記カウンタとを
制御して同期させるタイミング制御手段とから構成さ
れ、前記カウンタにおいて測定された距離等と前記超音
波送信器および前記超音波受信器の位置に関する情報と
を用いて被測定物体の３次元空間における位置を算出す
ることを特徴としている。請求項５に記載の非接触型３
次元位置測定装置にあっては、請求項３または４記載の
非接触型３次元位置測定装置において、算出された被測
定物体の３次元空間における位置に基づいて、画像表示
装置上にカーソルを表示することを特徴としている。In the non-contact type three-dimensional position measuring device according to the fourth aspect of the present invention, a CRT display for displaying a virtual object on a plane, an LCD, a plasma display, or the like, is it as if it exists in a three-dimensional space? An image display device such as a lenticular lens or a holography that displays a virtual object as described above, and is arranged around the image display device.
A plurality of ultrasonic transmitters for transmitting ultrasonic waves toward the measured object whose position in the dimensional space is to be measured, a plurality of ultrasonic receivers for receiving ultrasonic waves reflected by the measured object, and At least one counter that measures the distance of the path through which the ultrasonic waves received by the plurality of ultrasonic receivers are transmitted, and an effective ultrasonic transmitter are sequentially or randomly selected, and the effective ultrasonic transmission is performed. Object and the timing control means for controlling and synchronizing the counter and the counter, and the object to be measured using the distance measured by the counter and the information on the positions of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver. It is characterized in that the position in the three-dimensional space is calculated. The non-contact type 3 according to claim 5.
In the three-dimensional position measuring device, in the non-contact three-dimensional position measuring device according to claim 3 or 4, a cursor is displayed on the image display device based on the calculated position of the measured object in the three-dimensional space. It is characterized by doing.
【０００８】[0008]
【作用】上述した構成によれば、まず、タイミング制御
手段に制御された超音波送信器から、被測定物体に向け
て超音波が送信される。超音波送信器から送信された超
音波は、被測定物体に反射され、複数の超音波受信器に
受信される。次に、カウンタにおいて、各々の超音波受
信器に受信された超音波が伝達されてきた経路の距離等
が測定される。According to the above-mentioned structure, first, the ultrasonic wave is transmitted from the ultrasonic wave transmitter controlled by the timing control means toward the object to be measured. The ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transmitter is reflected by the measured object and is received by the plurality of ultrasonic receivers. Next, in the counter, the distance and the like of the path through which the ultrasonic waves received by each ultrasonic receiver are transmitted are measured.
【０００９】上述した測定が、一つの超音波送信器、あ
るいは順次またはランダムに選択された複数の送信器に
ついて行われ、測定された距離等と超音波送信器および
超音波受信器の位置に関する情報とから、被測定物体の
３次元空間における位置が算出される。そして、算出さ
れた被測定物体の３次元空間における位置に基づいて、
画像表示装置上にカーソルが表示される。The above-mentioned measurement is performed for one ultrasonic transmitter or a plurality of transmitters selected sequentially or randomly, and information on the measured distance and the positions of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver is obtained. From this, the position of the measured object in the three-dimensional space is calculated. Then, based on the calculated position of the measured object in the three-dimensional space,
A cursor is displayed on the image display device.
【００１０】[0010]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例につ
いて説明する。図１は、本発明による非接触型３次元位
置測定装置を適用したポインティングデバイスを説明す
るための図であり、この図において、１は３次元空間に
おける位置が測定されるべき被測定物体、２は仮想物体
等を表示するための表示装置、３UL，３UR，３LL，３LR
は超音波を送信および受信する円柱状の超音波送受信器
であり、図２の上面図、図３の正面図、図４の右側面図
に示すように、各々、表示装置２の前面四隅近傍に取り
付けられている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a view for explaining a pointing device to which a non-contact type three-dimensional position measuring apparatus according to the present invention is applied, in which 1 is an object to be measured whose position in a three-dimensional space is 2 Is a display device for displaying virtual objects, etc., 3 UL , 3 UR , 3 LL , 3 LR
Is a cylindrical ultrasonic transmitter / receiver for transmitting and receiving ultrasonic waves, and as shown in the top view of FIG. 2, the front view of FIG. 3, and the right side view of FIG. Is attached to.
【００１１】本実施例によるポインティングデバイス
は、上述した構成により、超音波送受信器３のいずれか
一つから発信された超音波（送信波）が、被測定物体１
に反射されて（反射波）、複数の超音波送受信器３に受
信されるのに要した時間から、被測定物体１の３次元空
間における位置を算出するものである。In the pointing device according to the present embodiment, the ultrasonic wave (transmitted wave) transmitted from any one of the ultrasonic wave transmitters / receivers 3 has the above-described configuration, and the object to be measured 1
The position of the measured object 1 in the three-dimensional space is calculated from the time required to be reflected by (reflected wave) and received by the plurality of ultrasonic wave transmitters / receivers 3.
【００１２】次に、図５（ａ）および（ｂ）は、超音波
送受信器３URの配置を説明するための上面図および正面
図であり、これらの図に示すように、超音波送受信器３
は、その軸心と、表示装置２の画面に垂直な直線とのな
す角（設置角）が４５゜であるように設置され、その軸
心を中心とするテーパ角度（開口角）が９０゜の円錐状
の範囲に超音波を送信する。Next, FIGS. 5A and 5B are a top view and a front view for explaining the arrangement of the ultrasonic transmitter / receiver 3 UR . As shown in these drawings, the ultrasonic transmitter / receiver 3 UR is shown. Three
Is installed such that the angle (installation angle) between its axis and a straight line perpendicular to the screen of the display device 2 is 45 °, and the taper angle (opening angle) about the axis is 90 °. To send ultrasonic waves to the conical range of.
【００１３】なお、超音波送受信器３の設置角および開
口角は４５゜および９０゜である必要はなく、超音波送
受信器３から他の超音波送受信器３に直接伝達される超
音波（直接波）の影響を受けることなく、被測定物体１
を測定可能な測定範囲を得ることができるような設置角
および開口角であればよい。なお、本実施例において
は、設置角が４５゜、開口角が９０゜としてあるので、
図２〜４に示すように、表示装置２前方の直方体状の領
域が、被測定物体１の位置を測定可能な測定範囲４とな
る。The installation angle and the opening angle of the ultrasonic transmitter / receiver 3 need not be 45 ° and 90 °, and the ultrasonic wave directly transmitted from the ultrasonic transmitter / receiver 3 to another ultrasonic transmitter / receiver 3 (directly Wave) without being affected by the
It suffices that the installation angle and the opening angle are such that a measurement range capable of measuring can be obtained. In this embodiment, since the installation angle is 45 ° and the opening angle is 90 °,
As shown in FIGS. 2 to 4, a rectangular parallelepiped region in front of the display device 2 is a measurement range 4 in which the position of the measured object 1 can be measured.
【００１４】また、図１において、５は一つの超音波送
受信器３から超音波を送信させると同時に、各々の超音
波送受信器３に対応したカウンタ６をリセットするタイ
ミング制御装置、７は演算装置であり、各々のカウンタ
６において測定された値に基づいて、被測定物体１の３
次元空間における位置を算出する演算を行う。Further, in FIG. 1, 5 is a timing control device for transmitting ultrasonic waves from one ultrasonic transmitter / receiver 3 and at the same time resetting a counter 6 corresponding to each ultrasonic transmitter / receiver 3, and 7 is an arithmetic device. Based on the values measured by the respective counters 6,
An operation for calculating the position in the dimensional space is performed.
【００１５】このような構成において、被測定物体の位
置を測定する過程を以下に説明する。なお、ここでは、
超音波送受信器３LLから送信波が発信され、その送信波
に対応する反射波が他の超音波送受信器３UL，３UR，３
LRに受信されるものとする。したがって、以後、超音波
送受信器３LLを送信器３LL、超音波送受信器３UL，
３UR，３LRを受信器３UL，３UR，３LRとして説明する。The process of measuring the position of the object to be measured in such a configuration will be described below. In addition, here
The transmitted wave is transmitted from the ultrasonic transmitter / receiver 3 LL, and the reflected wave corresponding to the transmitted wave is transmitted to the other ultrasonic transmitter / receiver 3 UL , 3 UR , 3
It shall be received by the LR . Therefore, thereafter, the ultrasonic transmitter / receiver 3 LL , the transmitter 3 LL , the ultrasonic transmitter / receiver 3 UL ,
3 UR and 3 LR will be described as receivers 3 UL , 3 UR and 3 LR .
【００１６】まず、タイミング制御装置５が同期パルス
を発生し、その同期パルスを送信器３LLと受信器３UL，
３UR，３LRに対応するカウンタ６とに供給すると、送信
器３LLが送信波を発信すると同時に、受信器３UL，
３UR，３LRに対応する各々のカウンタ６はリセットさ
れ、カウントを開始する。次に、被測定物体１によって
反射された反射波が受信器３UL，３UR，３LRに受信され
る。受信器３UL，３UR，３LRは、反射波を受信すると、
対応するカウンタ６に所定の信号を供給する。First, the timing controller 5 generates a synchronization pulse, and the synchronization pulse is transmitted to the transmitter 3 LL and the receiver 3 UL ,
When it is supplied to the counter 6 corresponding to 3 UR and 3 LR , the transmitter 3 LL emits a transmission wave and at the same time the receiver 3 UL ,
Each counter 6 corresponding to 3 UR and 3 LR is reset and starts counting. Next, the reflected waves reflected by the measured object 1 are received by the receivers 3 UL , 3 UR , 3 LR . When the receivers 3 UL , 3 UR , 3 LR receive the reflected wave,
A predetermined signal is supplied to the corresponding counter 6.
【００１７】これにより、各々のカウンタ６において、
送信器３LLが送信波を発信した時点から、対応する反射
波が受信器３UL，UR，LRに受信された時点までの時間が
測定され、それらの時間データが演算装置７に供給され
る。次に、演算装置７において、各々のカウンタ６から
供給された時間データに基づいて、以下に示す経路に対
応する測定距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が算出される。 ・測定距離Ｌ１：送信器３LL〜被測定物体１〜受信器３
UL ・測定距離Ｌ２：送信器３LL〜被測定物体１〜受信器３
UR ・測定距離Ｌ３：送信器３LL〜被測定物体１〜受信器３
LR As a result, in each counter 6,
The time from the time when the transmitter 3 LL transmits the transmission wave to the time when the corresponding reflected wave is received by the receivers 3 UL , UR , and LR is measured, and the time data is supplied to the arithmetic unit 7. . Next, in the arithmetic unit 7, the measurement distances L1, L2, L3 corresponding to the routes shown below are calculated based on the time data supplied from each counter 6. -Measurement distance L1: transmitter 3 LL- object to be measured 1-receiver 3
UL / Measurement distance L2: Transmitter 3 LL 〜 Measured object 1 〜 Receiver 3
UR / measurement distance L3: transmitter 3 LL 〜 measured object 1 〜 receiver 3
LR
【００１８】次に、図６〜８を参照して、演算装置７に
おいて、被測定物体１の位置を算出する過程を説明す
る。図６〜８は、送信器３LL、受信器３UL，３UR，３LR
の配置を示した上面図、正面図および右側面図であり、
この図に示すように、表示装置２の幅をＸ、高さをＹと
し、表示装置２の図７中前面左下を原点（０，０，０）
として、ｘ，ｙ，ｚの各座標軸を、それぞれ、原点
（０，０，０）から図中右方向、図中上方向、図中手前
方向に取ると、送信器３LL、受信器３UL，３UR，３LRの
座標は、各々、以下に示すようになる。 ・送信器３LL（０，０，０） ・受信器３UL（０，Ｙ，０） ・受信器３UR（Ｘ，Ｙ，０） ・受信器３LR（Ｘ，０，０） ここで、被測定物体１の座標をＴＧ（ｘ，ｙ，ｚ）とし
た場合、上述した測定距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３はそれぞ
れ、以下の数式１〜３により算出される。Next, the process of calculating the position of the measured object 1 in the arithmetic unit 7 will be described with reference to FIGS. 6 to 8 show transmitters 3 LL and receivers 3 UL , 3 UR , 3 LR.
It is a top view, a front view and a right side view showing the arrangement of
As shown in this figure, the width of the display device 2 is X, the height is Y, and the lower left of the front surface of the display device 2 in FIG. 7 is the origin (0,0,0).
Assuming that the coordinate axes of x, y, and z are taken from the origin (0, 0, 0) in the right direction in the figure, the upward direction in the figure, and the front direction in the figure, the transmitter 3 LL and the receiver 3 UL , 3 UR and 3 LR coordinates are as shown below. -Transmitter 3 LL (0,0,0) -Receiver 3 UL (0, Y, 0) -Receiver 3 UR (X, Y, 0) -Receiver 3 LR (X, 0,0) where When the coordinates of the measured object 1 are TG (x, y, z), the above-mentioned measurement distances L1, L2, L3 are calculated by the following mathematical expressions 1 to 3, respectively.
【００１９】[0019]
【数１】 [Equation 1]
【数２】 [Equation 2]
【数３】 [Equation 3]
【００２０】上述した数式１〜３から、以下の数式４〜
１３が得られ、これらにより、定数ｘｔ１，ｘｔ２，ｙ
ｔ１，ｚｔ１〜７が算出される。From the above equations 1 to 3, the following equations 4 to
13 is obtained, and from these, constants xt1, xt2, y
t1 and zt1 to 7 are calculated.
【数４】 [Equation 4]
【００２１】[0021]
【数５】 [Equation 5]
【数６】 [Equation 6]
【００２２】[0022]
【数７】 [Equation 7]
【数８】 [Equation 8]
【００２３】[0023]
【数９】 [Equation 9]
【数１０】 [Equation 10]
【００２４】[0024]
【数１１】 [Equation 11]
【数１２】 [Equation 12]
【００２５】[0025]
【数１３】 [Equation 13]
【００２６】上述した数式により算出された定数ｘｔ
１，ｘｔ２，ｙｔ１，ｚｔ１〜７を、以下に示す数式１
４〜１６に代入すると、被測定物体１の座標ＴＧ（ｘ，
ｙ，ｚ）が算出される。 ｘ＝（Ｘ＋ｘｔ１＋ｘｔ２）／２ …（数式１４） ｙ＝（Ｙ＋ｙｔ１）／２ …（数式１５） ｚ＝√（ｚｔ１＋ｚｔ２＋ｚｔ３＋ｚｔ４＋ｚｔ５＋ｚ
ｔ６＋ｚｔ７）／２…（数式１６）The constant xt calculated by the above formula
1, xt2, yt1, zt1 to 7 are represented by the following mathematical formula 1
Substituting in 4 to 16, the coordinates TG (x, x,
y, z) is calculated. x = (X + xt1 + xt2) / 2 (Equation 14) y = (Y + yt1) / 2 (Equation 15) z = √ (zt1 + zt2 + zt3 + zt4 + zt5 + z
t6 + zt7) / 2 (Formula 16)
【００２７】なお、超音波送受信器３LLにおいて送信と
ともに受信を行う場合は、以下に示す測定距離Ｌ０をも
測定することができる。 ・測定距離Ｌ０：送信器３LL〜被測定物体１〜受信器３
LL この測定距離Ｌ０は以下に示す数式１７により算出され
る。 Ｌ０＝２√（ｘ2＋ｙ2＋ｚ2） …（数式１７） すなわち、測定距離Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３のうちのい
ずれか３つを用いて、上述した数式の変形によって、被
測定物体１の座標ＴＧ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出することが
できる。When the ultrasonic transmitter / receiver 3 LL performs reception as well as transmission, it is possible to measure the following measurement distance L0. Measurement distance L0: transmitters 3 LL ~ object to be measured 1 to the receiver 3
LL This measurement distance L0 is calculated by the following Equation 17. L0 = 2√ (x 2 + y 2 + z 2 ) (Equation 17) That is, by using any three of the measurement distances L0, L1, L2, and L3, the object to be measured 1 can be obtained by modifying the above equation. The coordinate TG (x, y, z) of can be calculated.
【００２８】なお、本実施例においては、送信器３LLお
よび受信器３UL，３UR，３LRを、送受兼用の超音波送受
信器３LL，３UL，３UR，３LRとしているが、各々、送信
あるいは受信専用のものを用いても良い。その場合、送
信器および受信器の設置位置が若干異なるので、上述し
た数式を若干修正する必要がある。もちろん、反射板等
により、超音波を反射させて送信器および受信器の設置
位置を、見かけ上同じにした場合には、数式を修正する
必要はない。In this embodiment, the transmitter 3 LL and the receivers 3 UL , 3 UR , 3 LR are the ultrasonic transceivers 3 LL , 3 UL , 3 UR , 3 LR for both transmission and reception. You may use the transmission or the reception only thing, respectively. In that case, since the transmitter and the receiver are installed at slightly different positions, it is necessary to slightly modify the above formula. Of course, when the ultrasonic waves are reflected by the reflector plate and the installation positions of the transmitter and the receiver are made to be apparently the same, it is not necessary to modify the mathematical formula.
【００２９】ところで、受信器を４つ用いた場合には、
演算装置７において、計算に使用するカウンタの値の組
み合わせによっては、被測定物体１の座標ＴＧ（ｘ，
ｙ，ｚ）が４組出てくることがある。理論上、これらの
座標は同一であるが、実際には、被測定物体１におい
て、超音波が反射される位置である反射位置の違いによ
って、同一とはならないことがある。さらに、送信器３
LLおよび受信器３UL，３UR，３LRと被測定物体１との位
置関係によっては、受信器３UL，３UR，３LRにおいて、
反射波が受信されない場合や、不要な反射波が受信され
る場合がある。By the way, when four receivers are used,
In the arithmetic unit 7, depending on the combination of counter values used for calculation, the coordinate TG (x, x,
4 sets of y, z) may appear. Theoretically, these coordinates are the same, but in reality, they may not be the same due to the difference in the reflection position, which is the position where the ultrasonic wave is reflected, in the measured object 1. Furthermore, transmitter 3
Depending on the positional relationship between the LL and the receivers 3 UL , 3 UR , 3 LR and the object to be measured 1, in the receivers 3 UL , 3 UR , 3 LR ,
The reflected wave may not be received, or an unnecessary reflected wave may be received.
【００３０】このような場合には、演算装置７におい
て、カウンタ６から供給される時間データのうち、確か
らしいもののみを用いて、被測定物体１の座標ＴＧ
（ｘ，ｙ，ｚ）を算出し、算出された複数の座標ＴＧ
（ｘ，ｙ，ｚ）が一致しない場合は、これらの平均や、
過去の被測定物体１の座標値を用いて、最も確からしい
値を被測定物体１の座標ＴＧ（ｘ，ｙ，ｚ）とする。In such a case, in the arithmetic unit 7, only the probable one of the time data supplied from the counter 6 is used, and the coordinate TG of the measured object 1 is calculated.
(X, y, z) is calculated, and a plurality of calculated coordinates TG
If (x, y, z) do not match, their average,
Using the past coordinate values of the measured object 1, the most probable value is set as the coordinate TG (x, y, z) of the measured object 1.
【００３１】なお、被測定物体１が移動している場合に
おいて、被測定物体１の移動速度よりも、本実施例によ
るポインティングデバイスのスキャン速度が十分に高速
であれば、何らかの理由で正しい反射波が得られなかっ
たような場合にも、カウンタ６において過去に測定され
た時間データや、表示装置２に表示されたカーソル８の
軌跡から次の座標ＴＧ（ｘ，ｙ，ｚ）を推定すること
で、滑らかに移動する被測定物体１の測定が可能とな
る。When the object 1 to be measured is moving, if the scanning speed of the pointing device according to the present embodiment is sufficiently higher than the moving speed of the object 1 to be measured, the reflected wave will be correct for some reason. Even when the value is not obtained, the next coordinate TG (x, y, z) is estimated from the time data measured in the past in the counter 6 and the trajectory of the cursor 8 displayed on the display device 2. Thus, it is possible to measure the object 1 to be measured that moves smoothly.
【００３２】図９〜１２は、送信器を複数用いた場合の
有効な送信器の選択例を示す図である。ここでは、送信
器３LL，３UL，３UR，３LRの４つを用いており、これら
は受信器としても作動する。本実施例では、有効な送信
器を順次選択している。選択の状況を表１に示し、その
選択において、有効な送信器から送信された超音波が反
射する様子を図９〜１２に示す。9 to 12 are diagrams showing examples of effective transmitter selection when a plurality of transmitters are used. Here, four transmitters 3 LL , 3 UL , 3 UR and 3 LR are used, and these also operate as a receiver. In this embodiment, valid transmitters are sequentially selected. The situation of selection is shown in Table 1, and the manner in which the ultrasonic wave transmitted from the effective transmitter is reflected in the selection is shown in FIGS.
【００３３】[0033]
【表１】 [Table 1]
【００３４】いずれの場合にも、前述の計算式をそのま
ま用いて、あるいは、若干変更して用いることによっ
て、被測定物体１の座標ＴＧ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する
ことが可能である。また、複数の送信器を用い、順次あ
るいはランダムに送信を行うことによって、測定範囲４
や、測定可能な被測定物体１の種類等の範囲を広げるこ
とができる。In any case, the coordinates TG (x, y, z) of the object 1 to be measured can be calculated by using the above-mentioned calculation formula as it is or by slightly changing it. . In addition, by using multiple transmitters and transmitting sequentially or randomly, the measurement range 4
Alternatively, it is possible to widen the range of the measurable object 1 to be measured and the like.
【００３５】図１３，図１４は、測定された被測定物体
１の座標ＴＧ（ｘ，ｙ，ｚ）に対応する表示装置２中の
位置にカーソル８を表示するポインティングデバイスを
示す図であり、図１３は、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣ
Ｄ、プラズマディスプレイ等の２次元の表示装置２を用
いた例、図１４は、レンチキュラレンズやホログラフィ
ー等を使用した３次元の表示装置２を用いた例を示して
いる。13 and 14 are views showing a pointing device for displaying the cursor 8 at a position in the display device 2 corresponding to the measured coordinates TG (x, y, z) of the measured object 1. Figure 13 shows CRT display, LC
D, an example using a two-dimensional display device 2 such as a plasma display, and FIG. 14 shows an example using a three-dimensional display device 2 using a lenticular lens or holography.
【００３６】図１３では、２次元の表示装置２を用い
て、被測定物体１の座標ＴＧ（ｘ，ｙ，ｚ）のｘ，ｙ座
標を、カーソル８のｘ，ｙ座標と同一にし、ｚ座標をカ
ーソル８の大きさと対応させている。これにより、カー
ソル８の表示位置が、被測定物体１の３次元空間内の位
置に対応し、表示装置２に表示された仮想物体の操作等
を行う際に、操作感を向上させることができる。In FIG. 13, by using the two-dimensional display device 2, the x, y coordinates of the coordinate TG (x, y, z) of the object to be measured 1 are made the same as the x, y coordinates of the cursor 8, and z The coordinates correspond to the size of the cursor 8. Accordingly, the display position of the cursor 8 corresponds to the position of the measured object 1 in the three-dimensional space, and the operation feeling can be improved when the virtual object displayed on the display device 2 is operated. .
【００３７】また、図１４に示すように、３次元の表示
装置２を用いた場合は、カーソル８を被測定物体１の位
置と同じ空間位置に表示させることができ、あたかも仮
想物体を直接操作しているような感覚を、操作者に与え
ることが可能である。３次元の表示装置２としては、特
に、レンチキュラレンズやホログラフィー等を用いるこ
とにより、操作者が特殊なメガネ等の装置を装着するこ
となく、立体物を表示できるので、入出力共に非装着の
環境が実現できる。Further, as shown in FIG. 14, when the three-dimensional display device 2 is used, the cursor 8 can be displayed at the same spatial position as the position of the measured object 1, and the virtual object can be directly operated. It is possible to give the operator a feeling of being doing. As the three-dimensional display device 2, in particular, by using a lenticular lens, holography, etc., the operator can display a three-dimensional object without wearing a device such as special glasses. Can be realized.
【００３８】図１５，図１６は本発明の他の実施例を示
す図であり、図１５は、本発明による非接触型３次元位
置測定装置を大画面を有する表示装置２に対して使用
し、いわゆる体感ゲーム等の入力デバイスとして適用し
た例、図１６は、街頭端末等の小さな画面を有する表示
装置２に対して適用した例を示している。いずれの場合
も、カーソル８を表示装置２上に示すことで、操作感の
向上を図っている。FIGS. 15 and 16 are views showing another embodiment of the present invention. FIG. 15 shows a non-contact type three-dimensional position measuring device according to the present invention used for a display device 2 having a large screen. 16 shows an example applied as an input device for a so-called experience game, and FIG. 16 shows an example applied to a display device 2 having a small screen such as a street terminal. In either case, the operation feeling is improved by displaying the cursor 8 on the display device 2.
【００３９】[0039]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
超音波送信器から送信された超音波を被測定物体に反射
させ、その反射波を複数の超音波受信器でとらえ、各受
信器について、送信器〜被測定物体〜受信器間の距離等
を算出し、これらの距離等の情報と超音波送信器及び超
音波受信器の位置情報を用いて、被測定物体に何ら特殊
な装置を装着することなく、被測定物体の３次元空間に
おける位置を算出することができる。As described above, according to the present invention,
The ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transmitter is reflected on the object to be measured, the reflected waves are captured by multiple ultrasonic receivers, and the distance between the transmitter, the object to be measured, and the receiver is measured for each receiver. The position of the measured object in the three-dimensional space is calculated without using any special device on the measured object by calculating and using the information such as the distance and the position information of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver. It can be calculated.
【００４０】また、超音波送信器を複数用いて、順次ま
たはランダムに送信させることにより、単一の超音波送
信器では測定が行えなかったような被測定物体や、広範
な測定範囲についても、安定した測定を行うことができ
る。さらに、画像表示装置の周辺に超音波送信器を配置
することにより、画面に触れることなく、且つ、被測定
物体に何ら特殊な装置を装着することなく、３次元的な
位置指定等の入力作業を行うことができる。加えて、算
出された位置情報に基づいて、画像表示装置にカーソル
を表示するようにしたことにより、３次元的な位置指定
等の入力作業における操作性を向上させることができ
る。Further, by using a plurality of ultrasonic transmitters and transmitting them sequentially or randomly, it is possible to measure an object to be measured which cannot be measured by a single ultrasonic transmitter or a wide measuring range. Stable measurement can be performed. Furthermore, by placing an ultrasonic transmitter around the image display device, input work such as three-dimensional position designation without touching the screen and without attaching any special device to the measured object. It can be performed. In addition, by displaying the cursor on the image display device based on the calculated position information, it is possible to improve the operability in the input work such as three-dimensional position designation.
【図１】本発明による非接触型３次元位置測定装置の一
実施例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a non-contact type three-dimensional position measuring device according to the present invention.
【図２】本実施例における超音波送受信器３の配置と測
定範囲４とを示す上面図である。FIG. 2 is a top view showing an arrangement of an ultrasonic transmitter / receiver 3 and a measurement range 4 in this embodiment.
【図３】本実施例における超音波送受信器３の配置と測
定範囲４とを示す正面図である。FIG. 3 is a front view showing the arrangement of an ultrasonic transceiver 3 and a measurement range 4 in this embodiment.
【図４】本実施例における超音波送受信器３の配置と測
定範囲４とを示す右側面図である。FIG. 4 is a right side view showing an arrangement of the ultrasonic transceiver 3 and a measurement range 4 in this embodiment.
【図５】超音波送受信器３URの配置を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an arrangement of ultrasonic transceivers 3 UR .
【図６】本実施例における超音波送受信器３の配置を示
す上面図である。FIG. 6 is a top view showing an arrangement of ultrasonic transceivers 3 in the present embodiment.
【図７】本実施例における超音波送受信器３の配置を示
す正面図である。FIG. 7 is a front view showing the arrangement of the ultrasonic transmitter / receiver 3 in the present embodiment.
【図８】本実施例における超音波送受信器３の配置を示
す右側面図である。FIG. 8 is a right side view showing the arrangement of the ultrasonic transmitter / receiver 3 in the present embodiment.
【図９】送信器を複数用いた場合の有効な送信器の選択
例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of selection of effective transmitters when a plurality of transmitters are used.
【図１０】送信器を複数用いた場合の有効な送信器の選
択例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of selection of effective transmitters when a plurality of transmitters are used.
【図１１】送信器を複数用いた場合の有効な送信器の選
択例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of selection of effective transmitters when a plurality of transmitters are used.
【図１２】送信器を複数用いた場合の有効な送信器の選
択例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an example of selection of effective transmitters when a plurality of transmitters are used.
【図１３】２次元の表示装置２にカーソルを表示する例
を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example in which a cursor is displayed on the two-dimensional display device 2.
【図１４】３次元の表示装置２にカーソルを表示する例
を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an example of displaying a cursor on the three-dimensional display device 2.
【図１５】本発明による非接触型３次元位置測定装置の
適用例を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing an application example of the non-contact type three-dimensional position measuring device according to the present invention.
【図１６】本発明による非接触型３次元位置測定装置の
適用例を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing an application example of the non-contact type three-dimensional position measuring device according to the present invention.
１…被測定物体、 ２…表示装置（画像表示装置）、 ３…超音波送受信器（超音波送信器、超音波受信器）、 ５…タイミング制御装置（タイミング制御手段）、 ６…カウンタ、 ７…演算装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Object to be measured, 2 ... Display device (image display device), 3 ... Ultrasonic wave transceiver (ultrasonic wave transmitter, ultrasonic wave receiver), 5 ... Timing control device (timing control means), 6 ... Counter, 7 ... arithmetic unit.
Claims (5)
き被測定物体に向けて超音波を送信する一つの超音波送
信器と、 前記被測定物体に反射された超音波を受信する複数の超
音波受信器と、 前記複数の超音波受信器に受信された超音波が伝達され
てきた経路の距離等を測定する少なくとも一つのカウン
タと、 前記超音波送信器と前記カウンタとを制御して同期させ
るタイミング制御手段とから構成され、 前記カウンタにおいて測定された距離等と前記超音波送
信器および前記超音波受信器の位置に関する情報とを用
いて被測定物体の３次元空間における位置を算出するこ
とを特徴とする非接触型３次元位置測定装置。1. An ultrasonic transmitter for transmitting ultrasonic waves toward an object to be measured whose position in a three-dimensional space is to be measured, and a plurality of ultrasonic waves for receiving ultrasonic waves reflected by the object to be measured. An ultrasonic wave receiver, at least one counter that measures a distance of a path through which ultrasonic waves received by the plurality of ultrasonic wave receivers are transmitted, and the ultrasonic wave transmitter and the counter are controlled and synchronized. And calculating the position of the measured object in the three-dimensional space using the distance measured by the counter and the information on the positions of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver. A non-contact type three-dimensional position measuring device characterized by:
き被測定物体に向けて超音波を送信する複数の超音波送
信器と、 前記被測定物体に反射された超音波を受信する複数の超
音波受信器と、 前記複数の超音波受信器に受信された超音波が伝達され
てきた経路の距離等を測定する少なくとも一つのカウン
タと、 有効な超音波送信器を順次またはランダムに選択し、前
記有効な超音波送信器と前記カウンタとを制御して同期
させるタイミング制御手段とから構成され、 前記カウンタにおいて測定された距離等と前記超音波送
信器および前記超音波受信器の位置に関する情報とを用
いて被測定物体の３次元空間における位置を算出するこ
とを特徴とする非接触型３次元位置測定装置。2. A plurality of ultrasonic transmitters for transmitting ultrasonic waves toward an object to be measured whose position in a three-dimensional space is to be measured, and a plurality of ultrasonic waves for receiving ultrasonic waves reflected by the object to be measured. A sound wave receiver, at least one counter for measuring the distance of the path through which the ultrasonic waves received by the plurality of ultrasonic wave receivers are transmitted, and an effective ultrasonic wave transmitter are selected sequentially or randomly, The timing control means for controlling and synchronizing the effective ultrasonic transmitter and the counter, the distance measured in the counter and the information on the positions of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver, A non-contact type three-dimensional position measuring device, characterized in that the position of an object to be measured in a three-dimensional space is calculated using.
ａｔｈｏｄｅ ｒａｙ ｔｕｂｅ）ディスプレイやＬＣ
Ｄ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａ
ｙ），プラズマディスプレイ等や、あたかも３次元空間
上に存在しているかの如く仮想物体を表示するレンチキ
ュラレンズやホログラフィー等による画像表示装置と、 前記画像表示装置の周辺に配置され、３次元空間におけ
る位置が測定されるべき被測定物体に向けて超音波を送
信する一つの超音波送信器と、 前記被測定物体に反射された超音波を受信する複数の超
音波受信器と、 前記複数の超音波受信器に受信された超音波が伝達され
てきた経路の距離等を測定する少なくとも一つのカウン
タと、 前記超音波送信器と前記カウンタとを制御して同期させ
るタイミング制御手段とから構成され、 前記カウンタにおいて測定された距離等と前記超音波送
信器および前記超音波受信器の位置に関する情報とを用
いて被測定物体の３次元空間における位置を算出するこ
とを特徴とする非接触型３次元位置測定装置。3. A CRT (c) for displaying a virtual object on a plane.
athode ray tube) display and LC
D (liquid crystal display)
y), a plasma display or the like, an image display device such as a lenticular lens or a holography that displays a virtual object as if it were present in a three-dimensional space, and a three-dimensional space arranged around the image display device. One ultrasonic transmitter that transmits ultrasonic waves toward the object to be measured whose position is to be measured, a plurality of ultrasonic receivers that receive the ultrasonic waves reflected by the object to be measured, and the plurality of ultrasonic waves At least one counter that measures the distance of the path through which the ultrasonic waves received by the ultrasonic wave receiver are transmitted, and a timing control unit that controls and synchronizes the ultrasonic wave transmitter and the counter, Using the distance measured by the counter and the information on the positions of the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver, the three-dimensional space of the object to be measured is displayed. Contactless three-dimensional position measuring device and calculates the kick position.
ａｔｈｏｄｅ ｒａｙ ｔｕｂｅ）ディスプレイやＬＣ
Ｄ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａ
ｙ），プラズマディスプレイ等や、あたかも３次元空間
上に存在しているかの如く仮想物体を表示するレンチキ
ュラレンズやホログラフィー等による画像表示装置と、 前記画像表示装置の周辺に配置され、３次元空間におけ
る位置が測定されるべき被測定物体に向けて超音波を送
信する複数の超音波送信器と、 前記被測定物体に反射された超音波を受信する複数の超
音波受信器と、 前記複数の超音波受信器に受信された超音波が伝達され
てきた経路の距離等を測定する少なくとも一つのカウン
タと、 有効な超音波送信器を順次またはランダムに選択し、前
記有効な超音波送信器と前記カウンタとを制御して同期
させるタイミング制御手段とから構成され、 前記カウンタにおいて測定された距離等と前記超音波送
信器および前記超音波受信器の位置に関する情報とを用
いて被測定物体の３次元空間における位置を算出するこ
とを特徴とする非接触型３次元位置測定装置。4. A CRT (c) for displaying a virtual object on a plane.
athode ray tube) display and LC
D (liquid crystal display)
y), a plasma display or the like, an image display device such as a lenticular lens or a holography that displays a virtual object as if it were present in a three-dimensional space, and a three-dimensional space arranged around the image display device. A plurality of ultrasonic transmitters for transmitting ultrasonic waves toward the object to be measured whose position is to be measured, a plurality of ultrasonic receivers for receiving ultrasonic waves reflected by the object to be measured, and the plurality of ultrasonic waves At least one counter that measures the distance of the route through which the ultrasonic waves received by the ultrasonic wave receiver are transmitted, and an effective ultrasonic wave transmitter is sequentially or randomly selected, and the effective ultrasonic wave transmitter and the And a timing control means for controlling and synchronizing a counter, the distance measured by the counter, the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver. Contactless three-dimensional position measuring device and calculates the position in 3-dimensional space of the object to be measured by using the information about the position.
ける位置に基づいて、画像表示装置上にカーソルを表示
することを特徴とする請求項３または４記載の非接触型
３次元位置測定装置。5. The non-contact type three-dimensional position measuring device according to claim 3, wherein a cursor is displayed on the image display device based on the calculated position of the measured object in the three-dimensional space. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4340795A JPH06186330A (en) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | Non-contact type three-dimensional position measurement device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4340795A JPH06186330A (en) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | Non-contact type three-dimensional position measurement device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06186330A true JPH06186330A (en) | 1994-07-08 |
Family
ID=18340364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4340795A Pending JPH06186330A (en) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | Non-contact type three-dimensional position measurement device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06186330A (en) |
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