(57)【要約】【課題】  本発明は、対象物の位置を高精度に求めると共に、小型化が可能な位置検出装置を提供する。【解決手段】  光信号を照射する光源と、対象物に取り付けられ、光信号を反射する反射手段と、光信号と反射手段により反射された光信号とを分離する第１の分離手段と、反射された光信号を受光する第１の受光素子と、第１の受光素子の出力信号に基づき、第１の受光素子の受光面における反射された光信号の位置を求める反射位置演算手段と、光源から第１の受光素子までの伝搬距離を求める伝搬距離演算手段と、反射位置演算手段に求められた受光面における反射された光信号の位置と、伝搬距離演算手段に求められた伝搬距離とに基づき、対象物の位置を求める対象物位置演算手段とを有する。【選択図】  図１
2006250716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の位置を検出する位置検出装置において、
光信号を照射する光源と、
前記対象物に取り付けられ、前記光信号を反射する反射面を備えた反射手段と、
前記光信号と反射手段により反射された光信号とを分離する第１の分離手段と、
前記反射された光信号を受光する第１の受光素子と、
前記第１の受光素子の出力信号に基づき、該第１の受光素子の受光面における反射された光信号の位置を求める反射位置演算手段と、
前記光源から第１の受光素子までの伝搬距離を求める伝搬距離演算手段と、
前記反射位置演算手段に求められた第１の受光素子の受光面における反射された光信号の位置と、前記伝搬距離演算手段に求められた伝搬距離とに基づき、前記対象物の位置を求める対象物位置演算手段とを有することを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
光信号変調手段を有し、
前記光信号変調手段は、前記光信号の強度、位相、及び周波数のいずれか一つを変調させることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
開口部を有する板状部材を備え、
前記板状部材は、前記光源の鏡像位置が前記開口部に収まるように配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記反射手段は、前記光信号を受信する受信手段と、前記反射手段の反射面を覆うように設けられる開閉手段とを有し、
前記開閉手段は、前記受信手段が受信した光信号に応じて開閉することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記第１の分離手段と第１の受光素子との間に設けられ、前記反射手段に反射された光信号のうち第１の分離手段を通過した光信号を分離する第２の分離手段と、該第２の分離手段により分離された光信号を受光する第２の受光素子とを有し、
前記伝搬距離演算手段は、前記光源から第２の受光素子までの伝搬距離を求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項６】
補正手段を有し、
前記補正手段は、予め求められた基準データと、所定の位置に対象物を配置させたときのデータとの差に基づき、補正データを求め、
前記対象物位置演算手段は、前記補正データに基づき、補正された対象物の位置を求めることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記光信号の光路及び／または反射された光信号の光路に、前記光源の波長以外の光を遮光する遮光手段を設けることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記光源は、赤外光を照射することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置に係り、特に対象物の三次元空間上の位置を検出する位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の位置検出装置としては、例えば、レーザ光を用いたものがある。レーザ光を用いる位置検出装置は、レーザ光源と、ミラーが取り付けられ、レーザ光源からの出射レーザ光を反射して反射レーザ光を偏向させるガルバノメータスキャナ（機械的駆動部）と、出射レーザ光と反射レーザ光とを選別するビームスプリッタと、反射レーザ光を検出するフォトディテクタと、対象物の位置を測定する距離測定装置とを有する。
【０００３】
このような位置検出装置は、機械的駆動部であるガルバノメータスキャナによりミラーの反射面を制御させ、対象物からの再帰反射を受けた際の反射レーザ光の照射方向と、距離測定装置が求める反射レーザ光から対象物までの距離とに基づいて、対象物の三次元空間上の位置の検出を行う（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−１４７２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の位置検出装置では、機械的に動作するガルバノメータスキャナによりミラーを可動させてレーザ光をスキャンさせるため、騒音の問題や、機械的振動により検出された対象物の三次元空間上の位置精度が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
また、ガルバノメータスキャナ（機械的駆動部）を用いているため、位置検出装置を小型化できないという問題があった。さらに、レーザ光を用いているため、安全対策のための機構を設ける必要があり、これにより位置検出装置が小型化できないという問題があった。
【０００６】
また、レーザ光をスキャンさせて対象物の位置の計測を行うため、計測の時間間隔をスキャン時間以下にできない。このため、移動する対象物からの反射レーザ光の応答性が低下して、検出された対象物の三次元空間上の位置の精度が低下するという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、対象物の位置を高精度に求めることができると共に、小型化が可能な位置検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によれば、対象物の位置を検出する位置検出装置において、光信号を照射する光源と、前記対象物に取り付けられ、前記光信号を反射する反射面を備えた反射手段と、前記光信号と反射手段により反射された光信号とを分離する第１の分離手段と、前記反射された光信号を受光する第１の受光素子と、前記第１の受光素子の出力信号に基づき、該第１の受光素子の受光面における反射された光信号の位置を求める反射位置演算手段と、前記光源から第１の受光素子までの伝搬距離を求める伝搬距離演算手段と、前記反射位置演算手段に求められた第１の受光素子の受光面における反射された光信号の位置と、前記伝搬距離演算手段に求められた伝搬距離とに基づき、前記対象物の位置を求める対象物位置演算手段とを有することを特徴とする位置検出装置が提供される。
【０００９】
本発明によれば、光信号と反射手段により反射された光信号とを分離する第１の分離手段を設けることにより、光信号を所定の範囲に照射することが可能となり、光信号を偏向させる機械的駆動部（ガルバノメータスキャナ）が不要となる。これにより、機械的振動がなくなり、対象物の位置を高精度に求めることができると共に、位置検出装置を小型化することができる。また、反射位置演算手段と、伝搬距離演算手段と、対象物位置演算手段とを設けることにより、第１の受光素子の受光面における反射された光信号の位置と、光源から第１の受光素子までの伝搬距離とに基づいて、対象物位置演算手段により対象物の位置を求めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、対象物の位置を高精度に求めることができると共に、小型化が可能な位置検出装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１を参照して、第１の実施の形態の位置検出装置１０について説明する。図１は、第１の実施の形態の位置検出装置の概略構成図である。なお、図１において、Ａは第１の分離手段２１により同図の下方に分離された光源１５から照射された光信号（以下、「光信号Ａ」とする）、Ｂは光信号Ａが照射される領域（以下、「照射領域Ｂ」とする）、Ｃは反射手段により反射された光信号Ａ（以下、「光信号Ｃ」とする）、Ｅは光源１５の鏡像位置（以下、「鏡像位置Ｅ」とする）、Ｆは第１の受光素子２６の受光面２６Ａにおける光信号Ｃのスポット像（以下、「スポット像Ｆ」とする）をそれぞれ示している。また、同図中において、Ｘ，Ｘ方向は第１の受光素子２６の受光面２６Ａと平行な方向、Ｚ，Ｚ方向は第１の受光素子２６の受光面２６Ａに垂直な方向をそれぞれ示している。
【００１３】
位置検出装置１０は、装置本体１１と、演算手段１２とを有する。位置検出装置１０は、対象物２４の三次元空間上の位置を検出するためのものである。位置検出装置１０は、情報端末１３と接続されており、情報端末１３に対象物２４の三次元空間上の位置に関するデータが表示される。情報端末１３は、例えば、パーソナル・コンピュータ等である。
【００１４】
装置本体１１は、光信号発生部１４と、集光レンズ２０と、第１の分離手段２１と、再帰光学系を備える反射手段２２と、第１の受光素子２６とを有する。
【００１５】
光信号発生部１４は、光源１５と、光源駆動部１６と、光信号変調手段１８と、光信号制御手段１９とを有する。光源１５は、光信号を発生させるためのものである。光源１５は、第１の分離手段２１の面２１Ａに光信号を照射可能な位置に配設されている。光源１５としては、例えば、赤外光を照射可能な赤外光ＬＥＤを用いるとよい。
【００１６】
このように、光源１５として赤外光ＬＥＤを用いることにより、従来のレーザ光を用いた位置検出装置において必要であった安全対策の機構が不要となり、位置検出装置１０を小型化することができる。
【００１７】
光源駆動部１６は、光源１５を駆動させるためのものである。光信号変調手段１８は、光信号制御手段１９により制御された出力信号により、光源駆動部１６の出力信号を変調させる。具体的には、光信号変調手段１８は、光源１５から照射される光信号の強度、位相、及び周波数のいずれか一つを変調させる。なお、本実施の形態では、光信号の強度を変調させる場合を例に挙げて以下の説明をする。光信号変調手段１８としては、例えば、発振器を用いることができる。光信号制御手段１９は、光信号変調手段１８の出力信号を制御するためのものである。
【００１８】
このように、光源１５から照射される光信号の強度、位相、及び周波数のいずれか一つを変調させる光信号変調手段１８を設けることにより、光信号変調手段１８の変調信号と反射戻り光からの復調信号との比較により光信号の伝播時間が算出可能となり、対象物２４までの距離が算出することができる。
【００１９】
集光レンズ２０は、光源１５と第１の分離手段２１との間に設けられている。集光レンズ２０は、後述する第１の受光素子２６の受光面２６Ａに形成される光信号Ｃのスポット像Ｆを小さくするためのものである。
【００２０】
第１の分離手段２１は、第１の受光素子２６の受光面２６Ａと第１の分離手段２１の面２１Ａとが４５度の角度を成すように配置されている。第１の分離手段２１は、可動することはなく、その位置は固定されている。第１の分離手段２１は、光信号Ａを図１の下方に照射させて照射領域Ｂを形成するためのものである。第１の分離手段２１としては、例えば、反射率を５０％程度に設定した反透過性のミラーを用いることができる。
【００２１】
このように、第１の分離手段２１を設け、第１の分離手段２１により光信号Ａが照射される照射領域Ｂを形成することにより、対象物２４に光信号を照射するための機械的駆動部（例えば、ガルバノメータスキャナ）が不必要となり、機械的振動の問題が解消されて、対象物２４の三次元空間上の位置を高精度に求めることができると共に、位置検出装置１０の小型化を図ることができる。
【００２２】
図２は、反射手段の断面図であり、図３は反射シートを拡大した斜視図である。なお、図２において、図１と同一構成部分には同一の符号を付す。
【００２３】
図２に示すように、反射手段２２は、シート状基材２３と、反射シート２５とを有しており、三次元空間上の位置を検出したい対象物２４に取り付けられている。反射シート２５は、シート状基材２３上に設けられている。図３に示すように、反射シート２５は、複数の三角錐型の反射体２８により構成されている。反射体２８は、光信号Ａを反射させるための反射面２８Ａを有している。また、複数の反射体２８は、反射面２８Ａが互いに９０度の角度を成すように配列されている。反射面２８Ａにより反射された光信号Ａは光信号Ｃとなり、光信号Ｃは光信号Ａの光路を略正確に逆行し、第１の分離手段２１による光源１５の鏡像位置Ｅで光源１５と略等しいサイズのスポット像を形成する。なお、対象物２４としては、例えば、人間や携帯機器（例えば、ＰＤＡ等）等が挙げられる。
【００２４】
図４は、第１の受光素子の斜視図である。なお、図４において、Ｇ１は第１の受光素子２６の受光面２６Ａの重心位置（以下、「重心位置Ｇ１」とする）、Ｇ２は光信号Ｃのスポット像Ｆの重心位置（以下、「重心位置Ｇ２」とする）、Ｖは第１の受光素子２６の受光面２６Ａに入射した光信号Ｃの方向ベクトル（以下、「方向ベクトルＶ」とする）、Ｙ，Ｙ方向はＸ，Ｘ方向と直交する方向をそれぞれ示している。また、図４において、図１と同一構成部分には同一の符号を付す。
【００２５】
図４に示すように、第１の受光素子２６は、光信号Ｃを受光する受光面２６Ａと、受光面２６Ａの４辺に設けられた４つの電極２７とを有する。４つの電極２７は、後述する増幅器２９Ａ〜２９Ｄのいずれか１つと接続されている。受光面２６Ａが光信号Ｃを受光した際、４つの電極２７は、受光面２６Ａにおける光信号Ｃのスポット像Ｆから各電極２７までの抵抗に応じた電流を増幅器２９Ａ〜２９Ｄに出力する。
【００２６】
上記構成とされた第１の受光素子２６は、光源１５の鏡像位置Ｅから光信号Ｃの進行方向側に距離ｄ離れた光信号Ｃの光路上に設けられている（図１参照）。なお、距離ｄは、オフセット量である。また、第１の受光素子２６としては、例えば、受光面２６Ａの抵抗が均一なＰＩＮ型フォトダイオードを用いることができる。
【００２７】
次に、図１を参照して、演算部１２について説明する。演算部１２は、増幅器２９Ａ〜２９Ｄと、フィルタ３１Ａ〜３１Ｄと、出力電流受信手段３３と、反射位置演算手段４１と、伝搬距離演算手段４５と、対象物位置演算手段５０と、補正手段５１とを有する。
【００２８】
増幅器２９Ａ〜２９Ｄは、第１の受光素子２６の４つの電極２７及びフィルタ３１Ａ〜３１Ｄと接続されている。増幅器２９Ａ〜２９Ｄは、第１の受光素子２６の受光面２６Ａが光信号Ｃを受光した際、電極２７からの出力電流（出力信号）を増幅させて、フィルタ３１Ａ〜３１Ｄに送信する。増幅器２９Ａ〜２９Ｄとしては、例えば、アンプを用いることができる。
【００２９】
フィルタ３１Ａ〜３１Ｄは、増幅器２９Ａ〜２９Ｄにより増幅された出力電流からノイズを除去するためのものである。フィルタ３１Ａ〜３１Ｄとしては、例えば、バンドパスフィルタを用いることができる。
【００３０】
出力電流受信手段３３は、検波部３４と、判定器３５と、同期部３６と、復調部３７とを有する。出力電流受信手段３３は、検波部３４がフィルタ３１Ａ〜３１Ｄを通過した出力電流の和を受信した際、反射光の変調信号復調用受信信号を生成して、復調部３７から対象物位置演算手段５０にクロック信号等の同期信号（具体的には、この信号に同期させてスポット位置の判定、及び方向ベクトルＶの情報の算出などに使用）を送信する。
【００３１】
反射位置演算手段４１は、反射位置演算部４２と、Ａ／Ｄ変換部４３とを有する。反射位置演算部４２は、フィルタ３１Ａ〜３１Ｄ及びＡ／Ｄ変換部４３と接続されている。反射位置演算部４２は、フィルタ３１Ａ〜３１Ｄを通過した出力電流に基づき、第１の受光素子２６の受光面２６Ａの重心位置Ｇ１を原点（つまり、重心位置Ｇ１の座標が（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，０））とした場合の光信号Ｃのスポット像Ｆの重心位置Ｇ２（以下、重心位置Ｇ２の座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（Ｘ１，Ｙ１，０）とする）を求める。
【００３２】
なお、重心位置Ｇ１が光軸上に存在する場合、第１の受光素子２６の受光面２６Ａに入射した光信号Ｃの方向ベクトルＶは、下記（１）式により算出できる。
【００３３】
Ｖ＝（−Ｘ１，−Ｙ１，０）  ・・・（１）
Ａ／Ｄ変換部４３は、反射位置演算部４２及び対象物位置演算手段５０と接続されており、反射位置演算部４２により求められる光信号Ｃの重心位置Ｇ２に関するデータをＡ／Ｄ変換して、対象物位置演算手段５０に送信する。
【００３４】
伝搬距離演算手段４５は、同期検波部４６と、Ａ／Ｄ変換部４７と、伝搬距離演算部４８とを有する。同期検波部４６は、光信号変調手段１８と接続されている。同期検波部４６は、所定の周波数で正弦波を生成する光信号変調手段１８の出力信号により、光源駆動部１６を介して光源１５の強度を変調駆動させて、光信号Ａが照射された際のフィルタ３１Ａ〜３１Ｄを通過した電極２７の出力電流の和を光信号変調手段１８の信号（強度変調信号）で同期検波して位相情報を得る。この位相情報は、Ａ／Ｄ変換部４７に送信される。
【００３５】
Ａ／Ｄ変換部４７は、同期検波部４６及び伝搬距離演算部４８と接続されている。Ａ／Ｄ変換部４７は、同期検波部４６で得られた位相情報をＡ／Ｄ変換して、伝搬距離演算部４８に送信する。伝搬距離演算部４８は、Ａ／Ｄ変換された位相情報に基づいて、伝搬時間を検出し、光源１５から受光素子２６の受光面２６Ａまでの伝搬距離（以下、「伝搬距離ｒ１」とする）を求めると共に、伝搬距離ｒ１に関するデータを対象物位置演算手段５０に送信する。
【００３６】
対象物位置演算手段５０は、演算部１２の制御全般を行なうと共に、反射位置演算手段４１により求められる光信号Ｃのスポット像Ｆの重心位置Ｇ２と、伝搬距離演算手段４５により求められる伝搬距離ｒ１とに基づいて、反射手段２２が取り付けられた対象物２４の三次元空間上の位置を求める。
【００３７】
ここで、図１及び図５を参照して、対象物２４の三次元空間上の位置の求め方（重心位置Ｇ１を原点とした場合）について説明する。図５は、対象物の三次元空間上の位置の求め方を説明するための図である。なお、図５において、Ｌは重心位置Ｇ１から反射手段２２までの距離（以下、「距離Ｌ」とする）、ｔＶ（ｔは任意の実数）は方向ベクトルＶを有し、重心位置Ｇ１を通過する直線（以下、「直線ｔＶ」とする）をそれぞれ示している。
【００３８】
先に説明した図４における座標系を対象物２４が存在する三次元空間の座標系とした場合、伝搬距離ｒ１は、重心位置Ｇ１から反射手段２２までの距離Ｌの２倍から距離ｄ（オフセット量）を引いた値と等しくなり、下記（２）式が成り立つ。
【００３９】
ｒ１＝２Ｌ−ｄ  ・・・（２）
これにより、重心位置Ｇ１から反射手段２２までの距離Ｌは、下記（３）式により求めることができる。
【００４０】
Ｌ＝（ｒ１＋ｄ）／２  ・・・（３）
したがって、図５に示すように、対象物２４の三次元空間上の位置は、重心位置Ｇ１を中心とする半径が距離Ｌと等しい大きさの半球面と直線ｔＶとの交点Ｈとして求めることができる。
【００４１】
また、例えば、室内に存在する対象物２４の三次元空間上の位置を検出する場合、位置検出装置１０に接続された情報端末１３に設置位置情報（例えば、室内の間取りに関する情報や、室内の間取りに対する第１の受光素子２６や第１の分離手段２１等の設置位置の情報）を記憶させ、対象物２４の三次元空間上の位置と上記設置位置情報とを照合することで、室内における対象物２４の位置を特定することができる。
【００４２】
補正手段５１は、記憶部５２と、補正部５３とを有する。記憶部５２は、補正部５３及び対象物位置演算手段５０と接続されている。補正手段５１は、予め求められた基準データや、補正部５３から得られた補正データ等を記憶する。なお、基準データとは、既知の位置に関するデータ（座標データ）のことである。
【００４３】
補正部５３は、記憶部５２及び対象物位置演算手段５０と接続されている。補正部５３は、記憶部５２に格納された基準データと、所定の位置に対象物２４を配置させたときのデータとの差に基づき、補正データを求めると共に、補正データを記憶部５２に記憶させる。
【００４４】
また、対象物位置演算手段５０は、記憶部５２に格納された補正データに基づいて、対象物２４の三次元空間上の位置の補正を行う。
【００４５】
このように、補正手段５１を設け、補正手段５１が求めた補正データに基づいて、対象物位置演算手段５０が対象物２４の三次元空間上の位置の補正することにより、対象物２４の三次元空間上の位置を高精度に求めることができる。
【００４６】
以上、説明したように、本実施の形態の位置検出装置１０によれば、第１の分離手段２１により光信号Ａが照射される照射領域Ｂを形成することにより、対象物２４に光信号Ａを照射するための機械的駆動部（例えば、ガルバノメータスキャナ）が不必要となり、機械的振動の問題が解消されて、対象物２４の三次元空間上の位置を高精度に求めることができると共に、位置検出装置１０の小型化を図ることができる。
【００４７】
なお、位置検出装置１０に、開口部（ピンホール）を有する板状部材を設けてもよい。この場合、光源１５の鏡像位置Ｅが上記開口部に収まるように板状部材を配置するとよい。このような板状部材を設けることにより、受光素子２６の受光面２６Ａに形成される光信号Ｃのスポット像Ｆのボケを低減させて、反射位置演算部４２によりスポット像Ｆの重心位置Ｇ２を精度良く求めることができる。
【００４８】
また、光信号Ａの光路及び／または光信号Ｃの光路に、光源１５の波長以外の光を遮光する遮光手段（例えば、フィルタ）を設けてもよい。このような遮光手段を設けることにより、室内照明や外光等の不要な光を除去して、電極２７の出力電流のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００４９】
さらに、伝搬距離演算手段４５としては、上記説明した変調法の他に、パルス光の伝搬時間を計測する方法を用いてもよい。
【００５０】
（第２の実施の形態）
図６を参照して、第２の実施の形態の位置検出装置６０について説明する。図６は、第２の実施の形態の位置検出装置の概略構成図である。なお、図６において、Ｍは光源１５の鏡像位置Ｅから集光レンズ６７までの距離（以下、「距離Ｍ」とする）、Ｎは集光レンズ６７から第２の受光素子６６の受光面６６Ａまでの距離（以下、「距離Ｎ」とする）、Ｄは第２の分離手段６５により第２の受光素子６６に向かうように分離された光信号Ｃ（以下、「光信号Ｄ」とする）をそれぞれ示している。また、図６において、図１に示した位置検出装置１０と同一構成部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５１】
位置検出装置６０は、装置本体６１と、演算手段６２とを有し、情報端末１３と接続されている。装置本体６１は、第１の実施の形態で説明した装置本体１１の構成に、さらに第２の分離手段６５と、第２の受光素子６６と、集光レンズ６７とを設けた構成とされている。
【００５２】
第２の分離手段６５は、光信号Ｃを第１の受光素子２６側に通過させると共に、光信号Ｃの一部を第２の受光素子６６に向かうようにするためのものである。第２の分離手段６５は、第２の分離手段６５の面６５Ａと第２の受光素子６６の受光面６６Ａとが４５度の角度を成すように、光源１５の鏡像位置Ｅに配置されている。第２の分離手段６５としては、例えば、ハーフミラーを用いることができる。
【００５３】
第２の受光素子６６は、第１の受光素子２６よりも受光面の面積が小さく、応答速度の速い受光素子であり、第２の分離手段６５により分離された光信号Ｄを受光する。第２の受光素子６６としては、例えば、通常の光通信に用いるＰＩＮフォトダイオード等を用いることができる。
【００５４】
また、第２の受光素子６６は、増幅器７１及びフィルタ７２を介して、同期検波部４６及び検波部３４と接続されている。つまり、本実施の形態の位置検出装置６０では、第２の受光素子６６からの出力電流（出力信号）に基づいて、伝搬距離演算手段３３が光源１５から第２の受光素子６６までの伝搬距離ｒ2を求める構成とされている。
【００５５】
ここで、第２の受光素子６６を設ける理由について説明する。一般的に、受光素子は、受光面の面積が大きいほど応答速度は低下する。例えば、数メートルの距離範囲を検出する際には数ＭＨｚ以上の変調信号を適用することが望ましいため、第１の受光素子２６からの出力信号により光信号Ｃのスポット像Ｆの重心位置Ｇ２と光源１５から第１の受光素子２６までの伝搬距離ｒ1とを求める構成とした場合には、受光素子の受光面の面積をあまり小さくできない。
【００５６】
したがって、第１の受光素子２６の他に、受光面６６Ａの面積が小さく応答速度の速い第２の受光素子６６を設け、第２の受光素子６６からの出力電流に基づいて、伝搬距離演算手段３３により光源１５から第２の受光素子６６までの伝搬距離ｒ2を求めることで伝搬距離ｒ2の精度を向上させることが可能となる。これにより、伝搬距離ｒ2と光信号Ｃのスポット像Ｆの重心位置Ｇ２とに基づいて、対象物位置演算手段５０は対象物２４の三次元空間上の位置を高精度に求めることができる。
【００５７】
集光レンズ６７は、第２の受光素子６６と第２の分離手段６５との間に配置されている。また、光源１５の鏡像位置Ｅから集光レンズ６７までの距離Ｍと、集光レンズ６７から第２の受光素子６５の受光面６５Ａまでの距離Ｎとは、それぞれ集光レンズ６７の焦点距離ｆの２倍となるように設定されている。
【００５８】
このように、距離Ｍ，Ｎのそれぞれが焦点距離ｆの２倍となるように集光レンズ６７を配置することにより、対象物２４の三次元空間上の位置に依存することなく、第２の受光素子６６は光信号Ｄを受光することができる。
【００５９】
演算手段６２は、第１の実施の形態で説明した演算手段１２の構成に、さらに増幅器７１と、フィルタ７２とを設けると共に、フィルタ７２を同期検波部４６及び検波部３４と接続させた構成とされている。
【００６０】
増幅器７１は、第２の受光素子６６と接続されている。増幅器７１は、第２の受光素子６６の受光面６６Ａが光信号Ｄを受光した際、第２の受光素子６６からの出力電流を増幅させて、フィルタ７２に送信する。増幅器７１としては、例えば、アンプを用いることができる。
【００６１】
フィルタ７２は、増幅器７１により増幅された出力電流からノイズを除去するためのものである。フィルタ７２としては、例えば、バンドパスフィルタを用いることができる。
【００６２】
以上、説明したように、本実施の形態の位置検出装置６０によれば、第１の受光素子２６よりも応答速度の速い第２の受光素子６６からの出力電流に基づいて、伝搬距離演算手段３３が伝搬距離ｒ2を求めることにより、伝搬距離ｒ2の精度を向上させることができる。また、伝搬距離ｒ1の代わりに伝搬距離ｒ2を用いることにより、対象物２４の三次元空間上の位置を高精度に求めることができる。
【００６３】
なお、伝搬距離ｒ2を用いて対象物２４の三次元空間上の位置を求める場合も、第１の実施の形態の位置検出装置１０と同様な手法を用いることができる。
【００６４】
（第３の実施の形態）
図７を参照して、第３の実施の形態の位置検出装置８０について説明する。図７は、第３の実施の形態の位置検出装置の概略構成図である。なお、図７において、Ｊは光源１５から照射された光信号、及び第１の分離手段２１により同図の下方に分離された光源１５から照射された光信号（以下、「光信号Ｊ」とする）、Ｋは反射手段８５に反射された光信号Ｊ（以下、「光信号Ｋ」とする）、Ｐは光信号Ｋが照射される領域（以下、「照射領域Ｐ」とする）をそれぞれ示している。また、図７において、図１に示した位置検出装置１０と同一構成部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６５】
位置検出装置８０は、装置本体８１と、演算手段１２とを有し、情報端末１３と接続されている。装置本体８１は、集光レンズ２０と、第１の分離手段２１と、第１の受光素子２６と、光信号発生部８２と、再帰光学系を備える反射手段８５とを有する。つまり、本実施の形態の位置検出装置８０は、第１の実施の形態で説明した位置検出装置１０と光信号発生部及び反射手段の構成が異なる以外は、位置検出装置１０と同様な構成とされている。
【００６６】
図８は、本実施の形態の光信号発生部のブロック図である。なお、図８において、図１に示した光信号発生部１４と同一構成部分には同一の符号を付す。
【００６７】
図８に示すように、光信号発生部８２は、光源１５と、光源駆動部１６と、光信号変調手段１８と、光信号制御手段１９と、クロック生成部８３と、装置ＩＤ情報付与手段８４とを有する。
【００６８】
クロック生成部８３は、クロック信号を生成し、光信号変調手段１８からの出力信号にクロック信号を付与するためのものである。装置ＩＤ情報付与手段８４は、光信号変調手段１８からの出力信号に装置ＩＤ情報をデジタル信号として付与するためのものである。装置ＩＤ情報とは、例えば、位置検出装置８０に一意の付与された装置固有のナンバー等の情報のことである。また、光源１５からは、クロック信号、装置ＩＤ情報、及び光信号変調手段１８からの出力信号を含んだ光信号Ｊが照射される。
【００６９】
図９は、反射手段の概略構成図である。なお、図９において、図２に示した反射手段２２と同一構成部分には同一の符号を付す。
【００７０】
図９に示すように、反射手段８５は、シート状基材２３と、受信手段８８と、複数の三角錐型の反射体２８と、開閉手段９１と、制御部９３とを有する。受信手段８８は、シート状基材２３の面２３Ａに設けられると共に、後述する制御部９３の増幅器９４と接続されている。受信手段８８は、クロック信号、装置ＩＤ情報、及び光信号変調手段１８からの出力信号を含んだ光信号Ｊを受信するためのものである。また、受信手段８８は、光信号Ｊを受信した際、増幅器９４に出力信号を送信する。
【００７１】
開閉手段９１は、シート状基材２３の面２３Ａに設けられた複数の反射体２８を覆うように配設されている。開閉手段９１は、後述する制御部９３の駆動回路１０３と接続されている。開閉手段９１は、反射体２８に光信号Ｊを照射させるか否かの切り換えを行なうためのものである。開閉手段９１は、制御部９３により受信手段８８が受信する光信号Ｊに応じて、開閉が制御される。
【００７２】
開閉手段９１が開いた場合（図８に示した状態）には、光信号Ｊが開閉手段９１を通過して反射体２８に到達し、反射体２８の反射面２８Ａにより光信号Ｊは光信号Ｋとして反射される。また、開閉手段９１が閉じた場合には、開閉手段９１の表面で光信号Ｊが遮断され、反射体２８に光信号Ｊが到達しないため、光信号Ｋは反射されない。なお、反射手段８５は、図示していない駆動電源を有しており、この駆動電源により開閉手段９１が駆動される。
【００７３】
開閉手段９１としては、例えば、液晶変調素子を用いることができる。開閉手段９１として液晶変調素子を用いることにより、開閉手段９１を低電圧駆動させることができる。この場合、駆動電源としては、小型のバッテリー、光発電素子等を用いることができる。
【００７４】
制御部９３は、増幅器９４と、フィルタ９６と、検波手段９８と、クロック検出手段９９と、同期手段１０１と、記憶手段１０２と、駆動回路１０３とを有する。増幅器９４は、受信手段８８及びフィルタ９６と接続されている。増幅器９４は、受信手段８８が受信した光信号Ｊを増幅させて、フィルタ９６に送信する。増幅器９４としては、例えば、アンプを用いることができる。
【００７５】
フィルタ９６は、増幅器９４及び検波手段９８と接続されている。フィルタ９６は、増幅器９４により増幅された光信号Ｊからノイズを除去する。フィルタ９６としては、例えば、バンドパスフィルタを用いることができる。
【００７６】
検波手段９８は、フィルタ９６及びクロック検出手段９９と接続されている。検波手段９８は、増幅された光信号Ｊを復調させて、復調された光信号Ｊをクロック検出手段９９に送信するためのものである。
【００７７】
クロック検出手段９９は、検波手段９８及び同期手段１０１と接続されている。クロック検出手段９９は、復調された光信号Ｊに含まれるクロック信号を検出するためのものである。クロック信号が検出された光信号Ｊは、同期手段１０１に送信される。
【００７８】
同期手段１０１は、クロック検出手段９９及び駆動回路１０３と接続されている。同期手段１０１は、クロック検出手段９９が検出したクロック信号により光信号Ｊを同期させ、同期させた光信号Ｊを駆動回路１０３に送信する。
【００７９】
記憶手段１０２は、ユニークＩＤ情報を記憶するためのものであり、駆動回路１０３と接続されている。ユニークＩＤ情報とは、例えば、反射手段８５に一意の付与された固有のナンバーや、反射手段８５が設けられた対象物２４に固有の固体情報番号等の情報である。
【００８０】
駆動回路１０３は、同期手段１０１、記憶手段１０２、及び開閉手段９１と接続されている。
【００８１】
本実施の形態の位置検出装置８０によれば、光信号Ｊの照射領域Ｐ内に反射手段８５を備える対象物２４が複数存在する場合、始めに、全ての反射手段８５の開閉手段９１が光信号Ｊを遮断するように各制御部９３により制御を行い、その後、適当な時間が経過した後に光信号Ｊを反射するよう各開閉手段９１を制御することで、各反射手段８５から反射される光信号Ｋの時間的重なりをなくして、複数の対象物２４の三次元空間上の位置を検出することができる。
【００８２】
なお、伝搬距離演算手段４５として変調法の代わりにパルス光の伝搬時間を計測する方法を用いる場合には、開閉手段９１により通過させるパルス光を選択するパルス位置変調方式（ＰＰＭ）を通信方法として併用してもよい。パルス位置変調方式（ＰＰＭ）を併用することにより、対象物２４との間でＩＤ情報や制御情報等の送受信を行なうことができる。
【００８３】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。なお、撮像素子（例えば、ＣＣＤ）を用いて、光信号Ｃ，Ｋのスポット像を直接観測して、光信号Ｃ，Ｋのスポット像の重心位置を検出してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、対象物の位置を高精度に求めることができると共に、小型化が可能な位置検出装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】第１の実施の形態の位置検出装置の概略構成図である。
【図２】反射手段の断面図である。
【図３】反射シートを拡大した斜視図である。
【図４】第１の受光素子の斜視図である。
【図５】対象物の三次元空間上の位置の求め方を説明するための図である。
【図６】第２の実施の形態の位置検出装置の概略構成図である。
【図７】第３の実施の形態の位置検出装置の概略構成図である。
【図８】本実施の形態の光信号発生部のブロック図である。
【図９】反射手段の概略構成図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０，６０，８０  位置検出装置
１１，６１，８１  装置本体
１２，６２  演算手段
１３  情報端末
１４，８２  光信号発生部
１５  光源
１６  光源駆動部
１８  光信号変調手段
１９  光信号制御手段
２０  集光レンズ
２１  第１の分離手段
２１Ａ，２３Ａ，６５Ａ  面
２２，８５  反射手段
２３  シート状基材
２４  対象物
２５  反射シート
２６  第１の受光素子
２６Ａ，６６Ａ  受光面
２７  電極
２８  反射体
２８Ａ  反射面
２９Ａ〜２９Ｄ，７１，９４  増幅器
３１Ａ〜３１Ｄ，７２，９６  フィルタ
３３  出力電流受信手段
３４  検波部
３５  判定器
３６  同期部
３７  復調部
４１  反射位置演算手段
４２  反射位置演算部
４３，４７  Ａ／Ｄ変換部
４５  伝搬距離演算手段
４６  同期検波部
４８  伝搬距離演算部
５０  対象物位置演算手段
５１  補正手段
５２  記憶部
５３  補正部
６５  第２の分離手段
６６  第２の受光素子
６７  集光レンズ
８３  クロック生成部
８４  装置ＩＤ情報付与手段
８８  受信手段
９１  開閉手段
９３  制御部
９８  検波手段
９９  クロック検出手段
１０１  同期手段
１０２  記憶手段
１０３  駆動回路
Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｊ，Ｋ  光信号
Ｂ，Ｐ  照射領域
ｄ，Ｌ，Ｍ，Ｎ  距離
Ｅ  鏡像位置
Ｆ  スポット像
Ｇ１，Ｇ２  重心位置
Ｈ  交点
Ｖ  方向ベクトル
【図１】
2006250716.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006250716.tif 000009
【図８】
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【図９】
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