(57)【要約】【課題】  再帰反射物体に応答する位置決定方法および装置を提供する。【解決手段】  物体の位置を決定するための方法であって、  １つ以上の電磁（ＥＭ）ビーム１０８を生じるステップと、  前記１つ以上のＥＭビーム１０８を、それぞれ、周波数に従って、走査空間１３０に分散するステップと、  前記走査空間１３０内に配置された物体から、前記それぞれの分散ビームの少なくとも一部を再帰反射させるステップと、  前記再帰反射ビームに関連した周波数に応答して、前記物体のそれぞれの角位置を決定するステップとを有する、  方法。【選択図】        図１
2005099009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の位置を決定するための方法であって、
１つ以上の電磁（ＥＭ）ビームを生じるステップと、
前記１つ以上のＥＭビームを、それぞれ、周波数に従って、走査空間に分散するステップと、
前記走査空間内に配置された物体から、前記それぞれの分散ビームの少なくとも一部を再帰反射させるステップと、
前記再帰反射ビームに関連した周波数に応答して、前記物体のそれぞれの角位置を決定するステップとを有する、
方法。
【請求項２】
前記それぞれの角位置の２つ以上を利用して、前記物体の座標を三角測量するステップを有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記それぞれの角位置の３つ以上を利用して、前記物体の空間座標を三角測量するステップを有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１つ以上のＥＭビームが広帯域ビームであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記１つ以上のＥＭビームが、ある周波数範囲にわたって同調させられるか、または、掃引される、狭帯域ビームであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記１つ以上のＥＭビームの偏光状態を回転させるステップと、
前記再帰反射ビームの偏光状態を回転させて、前記１つ以上のＥＭビームと前記再帰反射ビームが、それぞれの光路に配置された偏光ビーム・スプリッタによって異なる処理を施されるようにするステップを有することを特徴とする、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ＥＭビームを送り出す１つ以上の電磁（ＥＭ）ビーム源と、
それぞれ、周波数に従って、前記１つ以上のＥＭビームを走査空間に分散する１つ以上のビーム分散装置が含まれており、前記走査空間内に配置された再帰反射物体に応答して、前記再帰反射物体によって、前記それぞれの分散ビームの少なくとも一部が再帰反射されるようにする構成が施されていることと、さらに、
前記それぞれの再帰反射ビームを受光して、前記再帰反射物体のそれぞれの角位置を決定するための信号を送り出す１つ以上のレセプタが含まれることを特徴とする、
位置決定装置。
【請求項８】
前記１つ以上のレセプタと交信し、前記それぞれの再帰反射ビームに関連した周波数に応答して、前記再帰反射物体の前記それぞれの角位置を決定するプロセッサが含まれることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記プロセッサが、前記それぞれの角位置の少なくとも２つを用いて、前記再帰反射物体の座標を三角測量することを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記１つ以上のＥＭビーム源が、楕円ＥＭビームを送り出して、前記走査空間に対して直交する方向に沿った前記再帰反射物体のトラッキング範囲を改善することを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記プロセッサが、前記それぞれの角位置の少なくとも３つを用いて、前記再帰反射物体の空間座標を三角測量することを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記１つ以上のＥＭビーム源に、それぞれの周波数の前記それぞれのＥＭビームを送り出す、それぞれの狭帯域同調可能ビーム源が含まれることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記それぞれの周波数が分っていることと、
前記１つ以上のレセプタに、それぞれの光検出器が含まれることと、
前記それぞれの光検出器が、前記それぞれの再帰反射ビームの受光を検出すると、前記プロセッサが、前記それぞれの既知周波数を利用して、それぞれの角位置を決定することを特徴とする、
請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記１つ以上のレセプタに、それぞれの波長計が含まれることと、
前記それぞれの波長計が、前記それぞれの再帰反射ビームの受光を検出すると、前記プロセッサが、前記それぞれの再帰反射ビームが前記それぞれの周波数を備えるものと判断し、前記それぞれの周波数を利用して、それぞれの角位置を決定することを特徴とする、
請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記１つ以上のＥＭビーム源に、前記それぞれのＥＭビームを送り出すそれぞれの広帯域ビーム源が含まれることと、
前記１つ以上のレセプタに、前記それぞれの再帰反射ビームの周波数を求めるそれぞれの波長計が含まれることと、
前記それぞれの波長計が、前記それぞれの再帰反射ビームの受光を検出すると、前記プロセッサが、前記それぞれの再帰反射ビームの前記周波数を利用して、前記それぞれの角位置を決定することを特徴とする、
請求項８に記載の装置。
【請求項１６】
前記１つ以上のビーム分散装置が、回折格子、プリズム、及び、ホログラフィック素子から構成される前記ビーム分散装置のグループから選択されることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項１７】
前記１つ以上のＥＭビーム源からの前記それぞれのＥＭビームを前記１つ以上のビーム分散装置に送り、前記それぞれの再帰反射ビームを前記１つ以上のレセプタに送る１つ以上の部分反射表面が含まれることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項１８】
前記１つ以上の部分反射表面に、偏光ビーム・スプリッタが含まれることと、前記装置に、
それぞれの偏光ビーム・スプリッタと前記再帰反射物体の間に配置された１つ以上の偏光状態回転子が含まれることと、
前記それぞれのＥＭビームの前記偏光状態によって、前記それぞれの偏光ビーム・スプリッタが前記それぞれのＥＭビームを反射することと、
前記１つ以上の偏光状態回転子が、前記それぞれのＥＭビーム及び前記それぞれの再帰反射ビームの前記偏光状態を回転させ、前記それぞれの再帰反射ビームの前記偏光状態によって、前記それぞれの偏光ビーム・スプリッタが、前記それぞれの再帰反射ビームを前記それぞれのレセプタに送るようにすることを特徴とする、
請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
再帰反射ビームの検出を示す入力を受信すると、周波数値に従って角位置を計算するプログラム命令を含んでいる、再帰反射物体の前記位置を決定するためのコンピュータ・プログラム製品を納めた、コンピュータ可読媒体。
【請求項２０】
追加再帰反射ビームの検出を示す入力を受信すると、追加周波数値に従って追加角位置を計算するプログラム命令と、
前記角位置と前記追加角位置を用いて、座標を三角測量するプログラム命令を含んでいることを特徴とする、
請求項１９に記載のコンピュータ・プログラム製品。
【請求項２１】
前記周波数値を同調可能電磁ビーム源から受け取ることと、
前記再帰反射ビームの検出を示す前記入力を光検出器から受信することを特徴とする、
請求項１９に記載のコンピュータ・プログラム製品。
【請求項２２】
前記周波数値を波長計から受け取ることと、
前記再帰反射ビームの検出を示す前記入力が、前記周波数値それ自体であることを特徴とする、
請求項１９に記載のコンピュータ・プログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、物体の位置決定方法および位置決定装置に関するものであり、とりわけ、光学位置決定方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機械式マウスは、カーソルの位置決めをして、さまざまなアプリケーションにおける機能を選択するのに有用なツールとして、コンピュータ・ユーザには周知のところである。これらの機械式マウスは、ボールと、関連センサを利用して、相対運動を検出する。しかし、機械式マウスは、相対座標トラッキングを利用しており、一般に可動部を有し、２次元位置入力に制限され、分解能が低く、特定の表面においてしか有効に機能しない。
【０００３】
光学式マウスは、光を利用して、相対運動を検出する。一般に、光学式マウスは、マウス・パッドまたはテーブル表面のようなある表面を照射するための、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような光源を備えている。光が表面に当たると、光の一部は反射される。光学式マウスは、反射光を検出するための搭載検出器を備えている。電子計算装置が、反射光に基づいて、光学式マウスの相対運動を測定する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光学式マウスは、機械式マウスの制限のいくつかを克服するが、やはり、２次元位置入力に制限され、相対座標トラッキングを利用し、ミラーのような特定の表面には有効に機能しない。さらに、ＬＥＤ及び電子計算装置は、光学式マウスにおける電源の利用を必要とする。
本発明は、上記課題を解決し、走査空間内における再帰反射物体の角位置に関連した周波数を有する分散ビームの一部を再帰反射することによって、再帰反射物体の第２の角位置を求め、２つの角位置を利用して再帰反射物体の座標を求めることができる位置決定方法および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】
【０００５】
ある位置決定技法では、周波数依存回折（分散とも称する）を利用して、走査空間内における再帰反射物体の角位置が決定される。この技法には、周波数に基づいて、電磁（ＥＭ）ビームを走査空間内に分散することが必要になる。再帰反射物体は、走査空間内に配置されると、走査空間内における再帰反射物体の角位置に関連した周波数を有する分散ビームの一部を再帰反射する。再帰反射ビ−ムの周波数を利用して、走査空間内における再帰反射物体の角位置が決定される。第２のビームが走査空間内に分散され、第２のビームの一部が、説明したばかりのように再帰反射されると、再帰反射物体の第２の角位置を求めることが可能になる。再帰反射物体の座標は、２つの角位置を利用して、三角測量によって求められる。これらは、相対座標ではなく、絶対座標である。再帰反射物体の空間（３次元）座標は、３つ以上の角位置を利用して、三角測量によって求めることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
例証を目的とした図面に示すように、本発明は、位置決定に関するものである。実施態様の１つでは、本発明は、周波数依存回折に基づいて、走査空間内における再帰反射物体の角位置を決定する。
【０００７】
図１は、本発明による、走査空間１３０内に配置された再帰反射物体１１０に応答する位置決定システム１００のブロック図である。図１の目的は、走査空間１３０のそれぞれの半径方向部分に関連した分散ビームの周波数値を利用して、再帰反射物体１１０の座標を計算する方法を例示することにある。システム１００は、この周波数値を利用して、再帰反射物体１１０の角位置を計算し、角位置を利用して、再帰反射物体１１０の座標を三角測量することが可能である。（分散ビームの周波数値と走査空間１３０内における再帰反射物体１１０の半径方向位置との関係については、図２Ａ及び図２Ｂに関連して後述する。この関係について解説するまで、ただ単に、こうした関係が存在するものと仮定しておく。）
【０００８】
システム１００には、第１の角位置決定サブシステム１０１、第２の角位置決定サブシステム１１１、及び、プロセッサ１２０が含まれている。プロセッサは、コンピュータ技術において周知のところである。従って、本明細書では、プロセッサ１２０に関する詳細な説明は控えることにする。ただし、留意しておくべきは、プロセッサは、一般に、機能を実行するための命令を含む記憶媒体に結合されているという点である。記憶媒体は、命令がハードウェアで実施される場合、必要になることもあれば、不要になることもあり得る。従って、本明細書において用いられる限りにおいて、プロセッサ１２０は、関連する記憶媒体のない（オプションのレジスタ以外に）ハードウェア装置とすることが可能である。さらに、本明細書において用いられる限りにおいて、プロセッサ１２０は、実際には、マルチプロセッサまたは複数プロセッサとすることが可能である。
【０００９】
プロセッサ１２０は、入力として、２つのサブシステム１０１及び１１１の出力を受信する。実施態様の１つでは、２つのサブシステム１０１及び１１１の出力は周波数値である。プロセッサ１２０は、周波数値に対応する再帰反射物体（retro-reflective object）１１０の角位置を決定する。プロセッサ１２０は、次に、角位置を用いて、再帰反射物体１１０の座標を三角測量し、それに基づいて、再帰反射物体１１０の位置を決定する。ある代替実施態様では、サブシステム１０１及び１１１に、周波数から角位置を求め、プロセッサ１２０に対して角位置を出力する独立したプロセッサ（不図示）が設けられており、プロセッサ１２０は、この角位置を用いて、再帰反射物体１１０の座標を三角測量し、それに基づいて、再帰反射物体１１０の位置を決定する。
【００１０】
実施態様の１つでは、プロセッサ１２０は、コンピュータ・モニタ（不図示）のような出力装置に結合されている。プロセッサによって、走査空間１３０内における再帰反射物体１１０の座標が計算されるので、出力装置において、走査空間１３０内における再帰反射物体１１０の移動を表示することが可能である。ある代替実施態様では、再帰反射物体１１０の移動が記憶媒体に記憶される。もう１つの代替実施態様では、再帰反射物体１１０がコンピュータ入力装置として利用される。好都合なことには、再帰反射物体１１０は、再帰反射マウスまたはタッチ・スクリーン入力装置を含む、あるいは、書き込み端部に再帰反射表面を備えたペン、または、人の指または任意の物体に取り付けられた再帰反射テープさえ含む、ほぼ任意の再帰反射物体とすることが可能である。再帰反射物体１１０は、束縛をなくし、電力を消費せず、可動部を含まず、例えば、再帰反射テープのように、低コストにすることが可能である。
【００１１】
サブシステム１０１には、電磁（ＥＭ）ビーム源１０２、部分反射表面１０３、ビーム分散装置（ＢＤＤ）１０４、及び、レセプタ１０６が含まれている。ＥＭビーム源１０２は、狭帯域の同調可能または掃引ビーム源、あるいは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、光増幅器、白熱灯、または、ＥＭビームを生じる他の何らかの装置を利用する、広帯域の光源とすることが可能である。広帯域及び狭帯域の同調可能ビーム源を利用する典型的な実施態様については、それぞれ、図３Ａ及び図３Ｂに関連して後述する。ＥＭビーム源は、光ファイバ、または、ＥＭビームを供給するための他の何らかの装置とすることも可能である。部分反射表面１０３は、部分反射ミラー、偏光ビーム・スプリッタ、または、他の何らかの部分反射表面とすることが可能である。偏光ビーム・スプリッタを利用する典型的な実施態様については、図３Ａ及び図３Ｂに関連して後述する。ＢＤＤ１０４は、回折格子、プリズム、ホログラフィック素子、または、他の何らかのビーム分散装置とすることが可能である。回折格子を利用する典型的な実施態様については、図３Ａ及び図３Ｂに関連して後述する。レセプタ１０６は、波長計、光検出器、または、他の何らかの周波数測定またはＥＭ放射線検出装置とすることが可能である。波長計及び光検出器を利用する典型的な実施態様については、それぞれ、図３Ａ及び図３Ｂに関連して後述する。
【００１２】
再帰反射物体１１０に入射するＥＭビームは、それが来た方向に反射される。再帰反射は、光物理学において周知のところである。再帰反射物体は、ＥＭ放射線を入射方向と平行な方向に反射する。再帰反射物体は、角度つき金属メッキミラーを利用して、または、テープまたはスプレーによる幾何学形状をなす低コスト・アレイによって製造することが可能である。
【００１３】
動作時、ＥＭビーム源１０２は、部分反射表面１０３に入射するＥＭビーム１０８を発生する。ＥＭビーム１０８の一部は、ＢＤＤ１０４に向かって反射される。ＥＭビーム１０８が広帯域ビーム源からのものであれば、ＢＤＤ１０４は、複数周波数にビームを分散する。一方、ＥＭビーム１０８が同調可能（または掃引）ビーム源からのものであれば、同調可能ビーム源は、時間依存可変周波数を備えたＥＭビームを発生する。換言すれば、ある時間期間にわたって、同調可能ビーム源は、順番に、ある範囲の周波数を飛び越すのが望ましい。ＢＤＤ１０４は、ＥＭビームの周波数に関連した回折角度でＥＭビームを分散させる。ＢＤＤ１０４からのビームの最初の反射が済むと、本明細書では、そのビームは、「分散ビーム」と呼ばれる。周波数と回折角の関係は、位置決定にとってクリティカルであるため、特定の分散装置の周波数依存特性を得ることが必要である。この情報は、例えば、回折図、回折測定、または、他の技法を通じて得ることが可能である。
【００１４】
ＥＭビームが狭帯域ビーム源からのものであるか、広帯域ビーム源からのものであるかにかかわらず、ＢＤＤ１０４は、分散ビームを走査空間１３０に送り込む。走査空間１３０内に再帰反射物体１１０が存在する場合、分散ビームが、再帰反射物体１１０の配置されている走査空間１３０の半径方向部分に向けて送られるものと仮定すると、再帰反射物体１１０は、分散ビームの少なくとも一部をＢＤＤ１０４に向かって再帰反射するはずである。ＢＤＤ１０４は、次に、再帰反射ビームを部分反射表面１０３の方に向け直す。再帰反射ビームの一部は、部分反射表面１０３を通過し、レセプタ１０６によって検出される。プロセッサ１２０は、周波数値（例えば、波長計からの）とすることもできるし、あるいは、ただ単に、再帰反射ビームに関連したＥＭ信号を検出した旨の表示（例えば、光検出器からの）とすることも可能な、レセプタ１０６の出力を受信する。レセプタ１０６が、波長計の場合、再帰反射ビームの周波数（または波長）を測定する。レセプタ１０６が光検出器の場合、一般に、ある時点ｔにおけるＥＭビーム１０８の周波数は分るはずであり、従って、レセプタ１０６が、時点ｔにおいて再帰反射ビームを検出すると、再帰反射ビームの周波数を推定することが可能である
【００１５】
サブシステム１１１には、ＥＭビーム源１１２、部分反射表面１１３、ＢＤＤ１１４、レセプタ１１６、及び、ＥＭビーム１１８が含まれている。サブシステム１１１は、サブシステム１０１と同様である。従って、サブシステム１０１についてのみ詳述する。
【００１６】
前述のように、サブシステム１０１及び１１１は、それぞれ、再帰反射物体１１０の角位置を求める（あるいは、それに基づいて、プロセッサ１２０による角位置の決定が可能になる周波数値を出力する）。追加角位置決定サブシステム（不図示）が、システム１００に組み込まれている場合、３次元位置決定システム（不図示）が可能になる。このシステムは、再帰反射物体１１０の３つの角位置を求めて、それに基づいて、再帰反射物体１１０の空間座標を三角測量する。利用される角位置決定サブシステムの数に関係なく、プロセッサ１２０は、角位置を用いて、再帰反射物体１１０の座標（３次元実施態様の場合、空間座標）を三角測量することが可能である。角位置を利用した三角測量は、数学技術において周知のところであり、本発明での詳述は控えることにする。
【００１７】
図２Ａ及び図２Ｂには、本発明による物体座標と分散ビームとの関係が例示されている。すなわち、図２Ａには、走査空間２３０の半径方向部分とそれぞれの分散ビームの周波数（または波長）との関係が例示され、図２Ｂには、再帰反射物体２１０の座標とそれぞれの分散ビームの周波数との関係が例示されている。
【００１８】
周波数依存分散（または回折）は、周知の現象である。この現象は、光を周波数依存レインボー・パターンに回折するプリズム（周知のビーム分散装置）を利用して、例証される場合もある。図２Ａには、周波数依存パターンを走査空間２３０に広げることが可能な方法が示されている。
【００１９】
狭帯域同調可能（または掃引）ビーム源は、周波数が経時変化するＥＭビームを送り出すことが可能である。ＥＭビームが、時間経過につれて走査空間２３０に分散する場合、走査空間２３０の最初の半径方向部分を時点０と関連づけ、走査空間２３０の最後の半径方向部分を時点Ｎと関連づけることが可能である。従って、時点０における分散ビームは、周波数がｆ0になるはずである。時間インクリメント（increment）１つ分が経過すると、分散ビームの周波数はｆ1になるはずである。時点ｔにおいて、分散ビームの周波数はｆtになるはずである。時点Ｎにおいて、分散ビームの周波数はｆNになるはずである。時点Ｎの後、掃引ビーム源は、周波数ｆ0から再始動する（または、ｆ0とｆNの間のある任意の周波数から再始動する）。こうして、分散ビームは、走査空間２３０の半径方向部分と周波数が関連づけられるようなやり方で、走査空間２３０の半径方向部分をカバーする。掃引ビーム源の代わりに、広帯域ビーム源が用いられる場合、ＥＭビームは走査空間２３０内に同時に分散される。再帰反射物体の角変位は、図２Ｂに関連して解説のように、特定の周波数の分散角の関数として求められる。
【００２０】
図２Ｂには、ＢＤＤ２０４（図１のＢＤＤ１０４と同様の）及びＢＤＤ２１４（図１のＢＤＤ１１４と同様の）が含まれている。例証のため、ＢＤＤ２０４によって分散されるＥＭビームは、狭帯域同調可能（または掃引）ビーム源から生じるものと仮定する。ＢＤＤ２０４は、ＥＭビームを周波数に基づいて分散させる。すなわち、分散ビームの回折角は、分散ビームの周波数（または波長）の関数である。大まかな例として、もう一度プリズムの例を用いると、ＥＭビーム源は、赤から紫まで掃引した後、再び、赤からやり直す（ＥＭビームが可視光の周波数範囲内であると仮定すると）。こうして、任意の特定の時点ｔにおいて、ＢＤＤ２０４は、ＥＭビームを分散して、周波数がｆtの分散ビームにする。分散ビームは、周波数ｆtに対応する走査領域の半径方向部分に向けて送られる。再帰反射物体２１０は、周波数ｆtに対応する走査領域の部分内にあれば、周波数ｆtの分散ビームを再帰反射して、ＢＤＤ２０４に、最終的には、図１に関連して既述のレセプタ（不図示）に送り返すことになるはずである。
【００２１】
ＢＤＤ２１４は、ＢＤＤ２０４と全く同様に機能する。図２Ｂにおいて、ＢＤＤ２１４によって分散された分散ビームの周波数は、ｆ0'〜ｆN'で表わされている。前述のように、時点ｔにおいて、周波数がｆtの分散ビームは、再帰反射物体２１０から再帰反射されて、ＢＤＤ２０４に向かって戻される。同様に時点ｔ’において、周波数がｆt'の分散ビームは、再帰反射物体２１０から反射されて、ＢＤＤ２１４に向かって戻される。これらの周波数ｆt及びｆt'は、それぞれ、走査空間２３０の半径方向位置と関連しているので、再帰反射物体２１０のそれぞれの角位置は、それに基づいて計算することが可能である（周波数が、測定されるか、または、別様に分るものと仮定する）。次に、前述のように、再帰反射物体２１０の座標を三角測量することが可能である。
【００２２】
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明による角位置決定システムの典型的なブロック図である。図３Ａは、広帯域ビーム源を用いて、再帰反射物体３１２の位置を決定するシステム３００Ａの例を示すことを意図したものである。図３Ａには、部分反射表面１０３（図１）の実施態様の１つとして、ファラデー回転子(Faraday rotator)を備えた偏光ビーム・スプリッタ（ＰＢＳ）３０６の利用も例示されている。ビーム源が、図３Ａにおけるような広帯域ビーム源３０２であるか、あるいは、図３Ｂにおけるような狭帯域同調可能ビーム源３５２であるかにかかわらず、ＰＢＳ３０６及びファラデー回転子３０８の組み合わせを利用することが可能であるという点に留意されたい。システム３００Ａは、前述のサブシステム１０１（図１）と同様である。システム３００Ａには、広帯域ビーム源３０２、レンズ３０４、ＰＢＳ３０６、ファラデー回転子(Faraday rotator)３０８、回折格子（ＤＧ）３１０、波長計３１４、及び、プロセッサ３１６が含まれている。
【００２３】
動作時、ＥＭビームが、広帯域ビーム源３０２によってレンズ３０４に送られ、レンズ３０４によって集束させられて、ＰＢＳ３０６に向かう光路３２０に送り込まれる。ＰＢＳ３０６は、第１の偏光状態のＥＭ放射線を反射するが、第１の偏光状態に対して直交する第２の偏光状態のＥＭ放射線は通過させる。広帯域ビーム源３０２は、この例の目的が、第１の偏光状態のＥＭビームを送り出すことにあるものと仮定している。代替実施態様では、第１の偏光状態のＥＭビームを送り出す広帯域ビーム源３０２の代わりに、広帯域ビーム源３０２とＰＢＳ３０６の間に配置された偏光子（不図示）を利用して、ＥＭビームの偏光状態を変えることが可能である。もう１つの代替実施態様では、広帯域ビーム源３０２によって、非偏光ＥＭビームを生じさせることが可能であり、この場合、ＥＭビームの一部は、ＰＢＳ３０６を通過し、ＥＭビームの一部は、反射される。いずれにせよ、ＰＢＳ３０６は、ファラデー回転子３０８に向かう光路３３０に沿って、ＥＭビームの少なくとも一部を反射する。ファラデー回転子３０８は、ＥＭビームがＤＧ３１０に向かって通過する際に、ＥＭビームの偏光状態を４５°回転させる。この回転の意味は、光路３３０に沿って戻るビームの偏光状態がもう一度４５°回転して、全部で、９０°回転することになり、第１の偏光状態に対して直交する（すなわち、ＰＢＳ３０６によって反射されたＥＭ放射線の偏光状態に対して直交する）ということである。従って、ビームは、その帰路においてＰＢＳ３０６を通過することになる。
【００２４】
ＤＧ３１０は、周波数依存角でＥＭビームを分散するように構成されている。典型的な分散ビームは、光路３４０に沿って送られる。再帰反射物体３１２は、光路３４０内に配置されている。ＤＧ３１０は、一般に、広帯域ビーム源からのＥＭビームを走査空間に同時に分散するが、図が乱雑になるのを避けるため、再帰反射物体３１２に入射する分散ビームの一部だけしか例示されていない。再帰反射物体３１２は、分散ビームの一部を再帰反射し、光路３４０に沿ってＤＧ３１０に送り返す。ＤＧ３１０は、次に、ＥＭビームが最初に来た方向に（換言すれば、光路３３０に）再帰反射ビームの向きを直し、ファラデー・リフレクタ（reflector）３０８を通って、ＰＢＳ３０６に戻るようにする。
【００２５】
前述のように、ＥＭビームの偏光状態が第１の偏光状態であったので、ＰＢＳ３０６は、最初にＥＭビームを反射した。ビームは、その光路においてファラデー・リフレクタ３０８を通過して、再帰反射物体３１２に向かい、再帰反射ビームは、再帰反射物体３１２からの帰路においてファラデー・リフレクタ３０８を通過したので、再帰反射ビームは、第２の偏光状態にある（すなわち、第１の偏光状態に対して直交している）。従って、前述のように、ＰＢＳ３０６は、次に、再帰反射ビームが光路３５０においてＰＢＳ３０６を通過して、波長計３１４に向かうようにする。波長計３１４は、再帰反射ビームの周波数を測定する。プロセッサ３１６は、波長計３１４から測定周波数を受信し、その測定周波数を利用して、再帰反射物体３１２の角位置を求める。
【００２６】
図３Ｂは、狭帯域同調可能ビーム源を利用して、再帰反射物体３１２の位置を決定するシステム３００Ｂの一例を示すことを意図したものである。システム３００Ｂは、前述のサブシステム３００Ａ（図３Ａ）と同様であるが、広帯域ビーム源３０２の代わりに同調可能ビーム源３５２を利用し、波長計３１４の代わりに光検出器３６４を利用する。
【００２７】
動作時、時間依存可変周波数のＥＭビームが、同調可能ビーム源３５２によって、光路３６０に沿ってＰＢＳ３０６に送られ、ＰＢＳ３０６によって、向きを直されて、光路３７０に沿って進み、ファラデー回転子３０８を通って、ＤＧ３１０に送られる。ＤＧ３１０は、ＥＭビームの周波数によって決まる角度でＥＭビームを分散させる。この場合のＥＭビームは、可変周波数であるため、ＥＭビームは、可変周波数に関連した角度で分散ビームとして分散される。再帰反射物体３１２が分散ビームに関連した角位置にあるものと仮定すると、ＤＧ３１０は、光路３８０に沿って、ＥＭビームを再帰反射物体３１２に対して分散させる。再帰反射物体３１２は、分散ビームを再帰反射し、光路３８０に沿ってＤＧ３１０に送り返す。次に、再帰反射ビームは、ＤＧ３１０によって向きが直されて、光路３７０に沿って進み、ファラデー回転子３０８を通って、ＰＢＳ３０６に送り返されるが、さらに、再帰反射ビームは、ＰＢＳ３０６によって、光検出器３６４に送られて、検出されることになる。
【００２８】
広帯域ビーム源３０２（図３Ａ）の場合とは異なり、時点ｔにおいて、同調可能ビーム源３５２は、既知の周波数ｆtを備えることが可能であるが、ここで、この周波数は、既知の技法によって得られる。既知の技法には、例えば、レーザに組み込まれたＭＥＭアクチュエータに印加される電圧とレーザの周波数出力との間に一定の関係がある場合に、印加電圧によってその周波数が制御される同調可能レーザ源を利用することが含まれる。あるいはまた、レーザに波長計を組み込み、１つ以上の光学エタロンによって、レーザ出力の一部をサンプリングして、その出力が光周波数の決定に用いられる１つ以上の検出器に、信号を供給することも可能である。これら既知の技法の１つを用いることによって、時点ｔにおける同調可能ビーム源３５２の周波数ｆtが分る。従って、光検出器３６４は、時点ｔにおける再帰反射ビームを検出すると、再帰反射ビームが周波数ｆtのＥＭビームに関連しているか推測することが可能になる。光検出器からの出力が、再帰反射ビームが時点ｔにおいて検出されたことを示している場合、プロセッサ３７６は、既知周波数ｆtを利用して、再帰反射物体３１２の角位置を求める。留意すべきは、同調可能ビーム源３５２からのＥＭビームが光検出器３６４に到達するのに要する時間量が比較的少なく、従って、例示の目的からして、その遅延は無視されるという点である。
【００２９】
さらに留意すべきは、同調可能ビーム源を備えた光検出器の代わりに、波長計を利用することが可能であるという点である。波長計は、周知のところであって、光学エタロンから、あるいは、光回折格子、または、波長によって決まる光透過のような測定可能特性を示す任意の装置といった分散装置を用いることによって、製作することが可能である。波長計を含む代替実施態様の場合、システムは、時点ｔにおける同調可能ビーム源の周波数に関して、同調可能ビーム源からフィードバックを受けることはできない。従って、波長計によって、検出された各再帰反射ビームの周波数を測定する。
【００３０】
２つの角位置決定サブシステムを一緒に動作させることによって、再帰反射物体に関して、２つの角位置を求め、図１に関連して前述のように、それらの角位置から再帰反射物体の座標を求めることが可能になる。留意すべきは、２次元実施態様の場合、こうしたシステムは、２次元走査空間に直交する方向に、再帰反射物体の限定トラッキング範囲を備えることができるという点である。この限定トラッキング範囲は、図４に関連して解説のように、楕円ＥＭビームを用いて改善することが可能である。
【００３１】
図４には、本発明による２次元走査空間に直交する方向に沿ったトラッキング範囲が例示されている。走査空間には、第１の走査空間４０２と第２の走査空間４０４が含まれている。座標軸４１０は、走査空間に直交している。第１のポイント４２０は、第１の走査空間４０２内に位置しており、第２のポイント４３０は、第２の走査空間４０４内に位置している。
【００３２】
第１の走査空間４０２に関連したシステムは、ポイント４２０における再帰反射体の位置を検出することができるが、ポイント４３０における再帰反射体の位置を検出することはできなくなる。この問題は、例えば、楕円ＥＭビームのような拡大ビームを利用して、第３の（直交）次元に走査空間を拡大することによって、ある程度改善することが可能である。拡大走査空間が、第２の走査空間４０４によって例示されている。例えば、楕円ＥＭビームを利用することによって、システムは、ポイント４３０に配置された再帰反射体を検出することが可能になる。走査空間４０２から上方または下方に移動した再帰反射物体に関して、システムの許容差が改善されるが、直交方向における再帰反射物体の位置が測定されないので、システムは、やはり、２次元と称される。
【００３３】
図５は、本発明によるＥＭ位置決定コンピュータ・システム５００のブロック図である。システム５００には、プロセッサ５０２、コンピュータ可読媒体５０４、入力装置５０６、及び、モニタ５０８が含まれている。コンポーネントのそれぞれが、バス５１０に結合されている。コンピュータ可読媒体には、プログラム命令５１２及び５１４が含まれている。プロセッサ５０２は、プログラム命令を実行する。プログラム命令５１２では、入力装置５０６によって、ＥＭ信号の検出を知らせる入力が与えられると、周波数値に基づいて角位置の計算を行う。プログラム命令５１４では、２つ以上の角位置を利用して座標の三角測量を行う。座標は、例えば、モニタ５０８に矢印、カーソル、または、他の何らかの表示記号として表示するため、バス５１０に出力される。
【００３４】
システム５００は、システム１００（図１）と共に利用することが可能である。実際、ある実施態様では、プロセッサ５０２に、プロセッサ１２０（図１）が含まれ、入力装置５９６に、サブシステム１０１及び１１１（図１）が含まれている。
【００３５】
図６Ａには、２次元走査空間において再帰反射物体の位置を決定するための方法のフローチャート６００Ａが例示されている。フローチャート６００Ａには、２つの開始点がある。フローチャート６００Ａは、第１の開始点から開始すると、ステップ６０２において、第１のＥＭビームを発生し、ステップ６０４において、ＥＭビームを周波数に基づいて分散し、ステップ６０６において、再帰反射物体から分散ビームを再帰反射させ、ステップ６０８において、再帰反射ビームの周波数から再帰反射物体の第１の角位置を求める。第１のＥＭビームは、広帯域ビーム源からのものとすることが可能であるが、その場合、時点ｔにおいて、ＥＭビームは、ある波長範囲にわたって同時に分散される。ＥＭビームが掃引ビーム源からのものであれば、ＥＭビームは、時間の関数としてのある波長範囲にわたって分散される。
【００３６】
フローチャート６００Ａは、第２の開始点から開始すると、ステップ６１２において、第２のＥＭビームを発生し、ステップ６１４において、ＥＭビームを分散ビームに分散し、ステップ６１６において、再帰反射物体から分散ビームを再帰反射させ、ステップ６１８において、再帰反射ビームの周波数から再帰反射物体の第２の角位置を求める。第１のＥＭビームと同様、第２のＥＭビームは、広帯域ビーム源または掃引ビーム源からのものとすることが可能である。第１の角位置及び第２の角位置の両方が求められると（ステップ６０８及び６１８において）、ステップ６２０において、第１の角位置と第２の角位置を利用して、再帰反射物体の座標を三角測量することが可能になる。これで、フローチャート６００Ａが終了する。
【００３７】
図６Ｂには、２次元または３次元走査空間における再帰反射物体の位置を決定するための方法のフローチャート６００Ｂが例示されている。ステップ６２２において、１つ以上のＥＭビームを発生する。ステップ６２４において、ＥＭビームはそれぞれの分散ビームに分散される。ステップ６２６において、それぞれの分散ビームは、再帰反射物体から再帰反射される。ステップ６２８において、それぞれの再帰反射ビームに関連した周波数を用いて、再帰反射物体のそれぞれの角位置が求められる。ステップ６３０において、それぞれの角位置の２つ以上を利用して、再帰反射物体の座標が三角測量される。それぞれの角位置の３つ以上を利用すると、再帰反射物体の空間（すなわち、３次元）座標を三角測量することが可能になる。
【００３８】
ＥＭビームに関連して用いられる場合、分散という用語は、本明細書では、大まかに言って、ＥＭビームの反射、回折、または、別様の方向づけを含むものと定義される。ＥＭビームの分散には、ＥＭビームを周波数依存帯域に分割すること、あるいは、ＥＭビームがある（中心）周波数を有する場合、その周波数に基づいて、ＥＭビームの向きを直すことを含むことが可能である。
【００３９】
本明細書において用いられる限りにおいて、広帯域ビーム源という用語は、大まかに、スペクトル的に広帯域のＥＭビームを生じる広帯域ビーム源を含むものと定義される。
【００４０】
本発明の特定の実施態様について解説し、例示してきたが、本発明は、本明細書に解説及び例示した部分の特定の形態または構成に制限すべきではない。本発明は、特許請求の範囲による制限しか受けない。
記載を通して、同じ参照番号は同じ要素を示すように用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による再帰反射物体に応答する位置決定装置のブロック図である。
【図２Ａ】本発明に従って、物体座標と走査空間に分散される電磁ビームの関係を例示した図である。
【図２Ｂ】本発明に従って、物体座標と走査空間に分散される電磁ビームの関係を例示した図である。
【図３Ａ】本発明による角位置決定システムの典型的なブロック図である。
【図３Ｂ】本発明による角位置決定システムの典型的なブロック図である。
【図４】本発明による２次元走査空間に直交する方向に沿ったトラッキング範囲を例示した図である。
【図５】本発明による位置決定コンピュータ・装置のブロック図である。
【図６Ａ】本発明による再帰反射物体の位置を決定するための方法のフローチャートを示す図である。
【図６Ｂ】本発明による再帰反射物体の位置を決定するための方法のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０８  電磁ビーム
１１０  再帰反射物体
【図１】
2005099009.tif 000003
【図２Ａ】
2005099009.tif 000004
【図２Ｂ】
2005099009.tif 000005
【図３Ａ】
2005099009.tif 000006
【図３Ｂ】
2005099009.tif 000007
【図４】
2005099009.tif 000008
【図５】
2005099009.tif 000009
【図６Ａ】
2005099009.tif 000010
【図６Ｂ】
2005099009.tif 000011