(57)【要約】【課題】コンピュータのナビゲーション／カーソル操作に有用な手法を提供する。【解決手段】三角測量法を使用してターゲットを光学的に追跡するシステムが提供される。この光学式位置追跡システムは、第１角度範囲内で第１光ビームを掃引し、ターゲットによる第１光ビームの反射を発生させる第１光ビームステアリング装置と、第２角度範囲内で第２光ビームを掃引し、ターゲットによる第２光ビームの反射を発生させる第２光ビームステアリング装置と、を有する。ターゲットの位置は、第１光ビームの第１角度値および第２光ビームの第２角度値を利用する三角測量法により求められる。第１角度値および第２角度値は、個々の反射の存在に依存する。【選択図】図２
2005084049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学式位置追跡システムであって、
第１角度範囲内で第１光ビームを掃引し、ターゲットによる前記第１光ビームの反射を発生させる第１光ビームステアリング装置と、
第２角度範囲内で第２光ビームを掃引し、前記ターゲットによる前記第２光ビームの反射を発生させる第２光ビームステアリング装置と、
を有し、
前記ターゲットの位置は、前記第１光ビームの第１角度値および前記第２光ビームの第２角度値を利用する三角測量法により求められ、前記第１角度値および前記第２角度値は、前記個々の反射の存在に依存する、
光学式位置追跡システム。
【請求項２】
前記ターゲットの前記位置を求める処理ユニットを更に有する、請求項１記載の光学式位置追跡システム。
【請求項３】
前記ターゲットの前記位置が絶対位置である、請求項１記載の光学式位置追跡システム。
【請求項４】
前記ターゲットが再帰反射表面を有する、請求項１記載の光学式位置追跡システム。
【請求項５】
前記第１光ビームが特定の角度値に位置している際に前記ターゲットが前記第１光ビームを反射した場合に、前記第１光ビームステアリング装置は、前記ターゲットが前記第１光ビームを反射しなくなるまで、前記特定の角度値を含む限定された角度範囲内で前記第１光ビームを掃引する、請求項１記載の光学式位置追跡システム。
【請求項６】
前記第２光ビームが特定の角度値に位置している際に前記ターゲットが前記第２光ビームを反射した場合に、前記第２光ビームステアリング装置は、前記ターゲットが前記第２光ビームを反射しなくなるまで、前記特定の角度値を含む限定された角度範囲内で前記第２光ビームを掃引する、請求項１記載の光学式位置追跡システム。
【請求項７】
前記第１光ビームステアリング装置および前記第２光ビームステアリング装置は、ＭＥＭＳモータービームステアリング装置、検流計ビームステアリング装置、音響光学的なビームステアリング装置、電気光学的なビームステアリング装置、格子構造のビームステアリング装置、ホログライフィ構造のビームステアリング装置、及び走査ミラービームステアリング装置からなる群からそれぞれ選択される、請求項１記載の光学式位置追跡システム。
【請求項８】
前記第１光ビームおよび前記第２光ビームは、白熱技術に基づいた光源、ＬＥＤ技術に基づいた光源、半導体レーザー技術に基づいた光源、及び希土類レーザー技術に基づいた光源からなる群から選択された光源によってそれぞれ生成される、請求項１記載の光学式位置追跡システム。
【請求項９】
第１角度範囲内で第１光ビームを掃引し、ターゲットによる前記第１光ビームの反射を発生させる第１光ビームステアリング装置と、
第２角度範囲内で第２光ビームを掃引し、前記ターゲットによる前記第２光ビームの反射を発生させる第２光ビームステアリング装置であって、前記ターゲットの位置は、前記第１光ビームの第１角度値および前記第２光ビームの第２角度値を利用する三角測量法により求められ、前記第１角度値および前記第２角度値は、前記個々の反射の存在に依存している、第２光ビームステアリング装置と、
前記ターゲットの前記位置を受信し使用するコンピュータシステムと、
を有するシステム。
【請求項１０】
ターゲットを光学的に追跡する方法であって、
第１位置において、第１角度範囲内で第１光ビームを掃引し、前記第１光ビームの第１角度値を求めるステップと、
第２位置において、第２角度範囲内で第２光ビームを掃引し、前記第２光ビームの第２角度値を求めるステップと、
前記ターゲットが前記第１及び第２光ビームを反射した際に、前記個々の反射の存在に依存する前記第１角度値及び第２角度値を利用する三角測量法により前記ターゲットの位置を求めるステップと、
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、光学システムに関するものである。更に詳しくは、本発明は、三角測量法を使用するターゲットの光学的な追跡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータシステムに対するデータ入力を実現すると共に、コンピュータシステムを操作するためのナビゲーション／カーソル制御を実現するベく、様々なシステム及び装置が開発されている。これらのシステム及び装置における進歩は、コンピュータシステムの使用の急激な拡大に関連するものである。
【０００３】
これらのシステム及び装置においては、通常、いくつかの技術の中の１つが利用されている。これらの技術の例には、機械式のトラックボール、加速度検出、光学的な画像相関、レーザースペックルパターン分析、及び強度検出が含まれるが、その他の技術も使用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらのシステム及び装置における改善により、コンピュータシステムの有用性は向上しているが、これらのシステム及び装置が実装する技術に伴ういくつかの欠点のために、これらのシステム及び装置の潜在的な利点が制限された状態が続いている。例えば、限定的な分解能しか有していない技術により、コンピュータシステムの使用が妨げられている。又、これらの技術の中には、応答時間が遅いものも存在する。そして、その他の技術は、特定のタイプの表面上でしか使用することができない。又、特定の技術においては、電力消費の問題が発生する。そして、最後に、これらの技術の中には、実装するためにシステム及び装置に必要とされるサイズが不都合なものも存在するのである。
【０００５】
これらの欠点以外に、これらの既存の技術には、その他の問題も関連している。即ち、通常、これら既存の技術は、２次元のナビゲーション／カーソル制御と相対的な座標追跡（例：位置の変化）に限定されている。物体の絶対的な位置（例：現在の位置）ではなく、物体の位置の変化を２次元の空間において追跡しているのである。この相対座標追跡により、絶対位置の追跡が必要とされる手書き入力などのアプリケーションにおいて、これらのシステム及び装置の有用性は制限されている。要すれば、既存の技術は、克服することが困難な重大な制限を有しているのである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
三角測量法を使用してターゲットを光学的に追跡する方法及びシステムが開示される。光学式位置追跡システムは、第１光ビームを第１角度範囲内で掃引し、ターゲットによる第１光ビームの反射を発生させる第１光ビームステアリング（steering）装置を有している。更には、この光学式位置追跡システムは、第２光ビームを第２角度範囲内で掃引し、ターゲットによる第２光ビームの反射を発生させる第２光ビームステアリング装置をも有している。又、この光学式位置追跡システムは、第１光ビームの第１角度値および第２光ビームの第２角度値を利用した三角測量法によるターゲットの位置の判定を実現する。これら第１角度値及び第２角度値は、個々の反射の存在に依存するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本明細書に包含され、その一部を形成する以下の添付図面は、本発明による実施例を例示しており、本明細書の記述内容と協働して、本発明による実施例の原理を説明するべく機能するものである。
【０００８】
以下、本発明による実施例を詳細に参照するが、これらの例は、添付の図面に示されているとおりである。尚、これらの実施例との関連で、本発明について説明するが、これは、本発明をこれらの実施例に限定することを意図するものはないことを理解されたい。むしろ、本発明は、添付の請求項によって定義されている本発明の理念と範囲内に含まれる代替物、変更物、及び等価物をも含むことを意図するものである。又、本発明による実施例に関する以下の詳細な説明においては、本発明を十分に理解できるように、多数の特定の詳細項目について記述している。
【０００９】
本発明による実施例において、光学式位置追跡システムは、第１光ビームと第２光ビームを生成する光ビーム生成器を有している。この光学式位置追跡システムは、第１光ビームを第１角度範囲内で掃引し、第１光ビームがターゲットによって反射された際に、この第１光ビームの反射を第１検出器にガイドする第１光ビームステアリング装置を更に含んでいる。この第１光ビームの反射は、第１反射光ビームから構成されている。更に、この光学式位置追跡システムは、第２光ビームを第２角度範囲内で掃引し、第２光ビームがターゲットによって反射された際に、この第２光ビームの反射を第２検出器にガイドする第２光ビームステアリング装置を更に含んでいる。この第２光ビームの反射は、第２反射光ビームから構成されている。第１及び第２光ビームステアリング装置は、第１距離だけ離隔している。更に、この光学式位置追跡システムは、ターゲットが第１光ビームを反射した際の第１光ビームの第１角度値、ターゲットが第２光ビームを反射した際の第２光ビームの第２角度値、及び第１距離を含むデータ、並びに三角測量法を使用してターゲットの位置を判定する処理ユニットを更に有している。
【００１０】
構造
図１を参照すれば、本発明による実施例のシステム１００が図示されており、光学式位置追跡システム２０が示されている。又、図２を参照すれば、本発明による実施例のターゲット２０５の絶対位置を追跡する光学式位置追跡システム２００の図が示されている。以下の説明においては、まず、本発明による実施例の物理的な構造について説明する。そして、その後に、本発明による実施例の動作について説明することとする。
【００１１】
本発明による実施例の物理的な構造に関連し、図１は、本発明による実施例のシステム１００を示しており、光学式位置追跡システム２０が示されている。このシステム１００は、コンピュータシステム５０と光学式位置追跡システム２０を含んでいる。そして、コンピュータシステム５０は、ディスプレイ６０を有している。
【００１２】
本発明によるこの実施例においては、光学式位置追跡システム２０は、ターゲット１０が２次元空間において移動した際に、ターゲット１０の位置を追跡する。具体的には、位置追跡システム２０は、２次元空間内において、角度範囲９５内で掃引される少なくとも１つの光ビーム９０を利用する。この光ビーム９０が動作する２次元空間内において、ターゲット１０が、左、右、前、後、又はこれらを組み合わせた方向に移動すると、光ビーム９０が、ターゲットによって反射されることになる。この光ビーム９０の反射は、反射光ビーム８０から構成されており、位置追跡システム２０は、これを受光及び処理してターゲット１０の位置を追跡する。
【００１３】
このターゲット１０は、どのようなタイプの物体であってもよい。例えば、ターゲット１０は、マウスタイプの装置、ペン、タッチスクリーン入力タイプの装置、指、及びこれらに類似のものであってよい。このターゲット１０の再帰反射表面（retro-reflecting surface）により、ターゲット１０の移動を追跡する光学式位置追跡システム２０の能力が向上する。尚、ターゲット１０が十分な反射特性を有している場合には、再帰反射表面は、必ずしも必要ではない。
【００１４】
ターゲット１０の位置に対応する位置データを生成することによって光学式位置追跡システム２０が追跡するターゲット１０の動きを利用し、コンピュータシステム５０にデータを入力したり（例：手書き入力）、ディスプレイ６０上にナビゲートしたり、或いは、コンピュータシステム５０のカーソルを制御することができる。
【００１５】
本発明による別の実施例においては、光学式位置追跡システム２０をディスプレイ６０と統合し、ターゲット１０がディスプレイ６０の表面上を移動する際に、タッチスクリーン機能を提供している。この実装は、従来技術によるタッチスクリーンの実装に比べて、安価且つ簡単である。
【００１６】
図２は、本発明による実施例のターゲット２０５の絶対位置を追跡する光学式位置追跡システム２００を示している。図２に示されているように、光学式位置追跡システム２００は、光ビーム生成器２１０、光ビームステアリング装置１、光ビームステアリング装置２、検出器１、検出器２、及び処理ユニット２２０を有している。又、光学式位置追跡システム２００は、ビームスプリッタ１及びビームスプリッタ２も含んでいる。要約すれば、検出器１及び検出器２との関連で、光ビームステアリング装置１と光ビームステアリング装置２に対するターゲット２０５の角度関係を判定するのである。既に、光ビームステアリング装置１の位置、光ビームステアリング装置２の位置、及び光ビームステアリング装置１と光ビームステアリング装置２間の離隔距離は判明している。従って、この情報を使用し、三角測量演算を実行して、ターゲット２０５の絶対位置を得ることができる。
【００１７】
光ビーム生成器２１０は、第１光ビーム２２４と第２光ビーム２２２を生成する。光ビームステアリング装置１によって実行される第１光ビーム２２４の掃引動作を示すべく、図２には、様々な角度位置における第１光ビーム２２４が示されている（例：２２４Ａ〜２２４Ｅ）。同様に、光ビームステアリング装置２によって実行される第２光ビーム２２２の掃引動作を示すべく、図２には、様々な角度位置における第２光ビーム２２２が示されている（例：２２２Ａ〜２２２Ｅ）。
【００１８】
継続して図２を参照すれば、光ビーム生成器２１０は、第１光ビーム２２４を生成する光源１と第２光ビーム２２２を生成する光源２を含んでいる。又、光ビーム生成器２１０は、コリメーティングレンズ１及びコリメーティングレンズ２をも有している。本発明による別の実施例においては、光ビーム生成器２１０は、１つの光ビームを供給する１つの光源を有しており、この光ビームを分割して第１光ビーム２２４と第２光ビーム２２２を生成することができる。
【００１９】
本発明による一実施例においては、光源（例：光源１及び光源２）は、低コストのＬＥＤ（発光ダイオード）技術に基づいたものであってよい。本発明による別の実施例においては、光源は、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザー）技術に基づいたものであってよい。本発明に基づいた更に別の実施例においては、光源は、適切なコリメーティング能力を有する低コストの白熱技術に基づいたものであってよい。本発明による更に別の実施例においては、光源は、高出力の希土類に基づいたレーザーによるものであってよい。希土類に基づいたレーザーの例には、Ｎｄ−ＹＡＧ（Neodymium Yttrium Aluminum Garnet、ネオジウム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザーやパルス化エルビウムレーザーが含まれる。高出力の希土類に基づいたレーザーは、ターゲット２０５と検出器間の距離又は吸収によって大きな光出力が必要とされる場合に、使用することができる。
【００２０】
光ビームステアリング装置１は、第１光ビーム２２４を角度範囲２３０内で掃引する。又、ターゲット２０５及び光ビームステアリング装置１に対する第１光ビーム２２４の角度の追跡も行う。これについては、図３に示されており、後程詳述する。光ビームステアリング装置２は、第２光ビーム２２２を角度範囲２３２内で掃引する。更に、ターゲット２０５及び光ビームステアリング装置２に対する第２光ビーム２２２の角度の追跡も行う。これについては、図３に示されており、後程詳述する。
【００２１】
ここで、光ビームステアリング装置１と光ビームステアリング装置２は、どのようなタイプの光ビームステアリング装置であってもよい。本発明による一実施例においては、光ビームステアリング装置は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System、微細電気機械システム）モータービームステアリング装置である。本発明による別の実施例においては、光ビームステアリング装置は、検流計ビームステアリング装置である。本発明による更に別の実施例においては、光ビームステアリング装置は、音響光学的な（acousto-optic）ビームステアリング装置である。本発明の更に別の実施例においては、光ビームステアリング装置は、電気光学的な（electro-optic）ビームステアリング装置である。本発明による更に別の実施例においては、光ビームステアリング装置は、格子構造のビームステアリング装置である。本発明による別の実施例においては、光ビームステアリング装置は、ホログラフィ構造のビームステアリング装置である。本発明による別の実施例においては、光ビームステアリング装置は、走査ミラービームステアリング装置である。ＭＥＭＳ処理により、大幅な費用及びサイズの節約を実現することができる。
【００２２】
図２に示されているように、ターゲット２０５は、第１光ビーム２２４及び第２光ビーム２２２を反射する再帰反射表面２０７を含んでいる。この「再帰反射（retro-reflecting）」という用語は、入射光ビームに対して平行な方向に入射光ビームが反射する特性を意味している。この再帰反射表面２０７は、再帰反射テープ、再帰反射塗料、又はターゲット２０５の表面に結合したその他の再帰反射材料などの方式によって実装することができる。前述のように、ターゲット２０５は、どのようなタイプの物体であってもよい。例えば、ターゲット２０５は、マウスタイプの装置、ペン、タッチスクリーン入力タイプの装置、指、及びこれらに類似のものであってよい。尚、ターゲット２０５が十分な反射特性を有しており、ターゲット２０５が、入射光ビームに対して平行に入射光ビームを反射する場合には、再帰反射表面は、必ずしも必要ではない。一例として、再帰反射表面を筆記側端部に有する事務用ペンの動きを追跡し、コンピュータシステムのカーソル制御として使用することが可能である。
【００２３】
本発明による一実施例においては、検出器１は、フォトダイオードであり、検出器２も、フォトダイオードである。これら検出器１及び検出器２は、本発明によるその他の実施例において、別の方式によって実装することができる。
【００２４】
又、光ビームステアリング装置１、検出器１、光ビームステアリング装置２、及び検出器２には、処理ユニット２２０が接続されている。処理ユニット２２０は、様々なデータと三角測量法を使用して、ターゲット２０５の位置を判定する。本発明による一実施例においては、ターゲット２０５の絶対位置が判定される。
【００２５】
動作
次に、本節においては、本発明による実施例の動作について詳細に説明する。
【００２６】
図２を参照すれば、光学式位置追跡システム２００の動作は、以下のように進行する。即ち、まず、光源１が第１光ビーム２２４を生成する。この第１光ビーム２２４は、コリメーティングレンズ１を通過し、この結果、第１光ビーム２２４は平行化される。コリメーティングレンズ１の後に、第１光ビーム２２４は、ビームスプリッタ１に向かって伝播し、このビームスプリッタによって、光ビームステアリング装置１にガイドされる。そして、光ビームステアリング装置１が、第１光ビーム２２４を角度範囲２３０内で掃引し、この結果、第１光ビーム２２４が様々な角度位置（例：２２４Ａ〜２２４Ｅ）に表れることになる。ここで、矢印２４０Ａ及び２４０Ｂは、第１光ビーム２２４を角度範囲２３０内で掃引するべく動作する光ビームステアリング装置１を示している。
【００２７】
同様に、光源２が第２光ビーム２２２を生成する。この第２光ビーム２２２は、コリメーティングレンズ２を通過し、この結果、第２光ビーム２２２は平行化される。コリメーティングレンズ２の後に、第２光ビーム２２２は、ビームスプリッタ２に向かって伝播し、このビームスプリッタによって、光ビームステアリング装置２にガイドされる。そして、光ビームステアリング装置２が、第２光ビーム２２２を角度範囲２３２内で掃引し、この結果、第２光ビーム２２２が様々な角度位置（例：２２２Ａ〜２２２Ｅ）に表れることになる。ここで、矢印２４２Ａ及び２４２Ｂは、第２光ビーム２２２を角度範囲２３２内で掃引するべく動作する光ビームステアリング装置２を示している。図２に示されているように、光ビームステアリング装置１及び光ビームステアリング装置２は、同時に、個々の角度範囲において、個々の光ビームをステアリングする。
【００２８】
ターゲット２０５の再帰反射表面２０７により、第１光ビーム２４４（例：２２４Ｃ）が反射されると、この第１光ビーム２２４Ｃの反射は、光ビームステアリング装置１に向かって反射することになる。この第１光ビーム２２４Ｃの反射は、第１反射光ビーム２２５から構成されている。光ビームステアリング装置１は、この第１反射光ビーム２２５をビームスプリッタ１及び検出器１にガイドする。そして、検出器１が、第１反射光ビーム２２５を検出し、処理ユニット２２０に対して、ターゲット２０５が検出されたことを通知し、この結果、処理ユニット２２０が、第１光ビーム２２４Ｃの現在の角度（例：図３の角度Ａ）を記録することになる。本発明による一実施例においては、処理ユニット２２０は、光ビームステアリング装置１によって掃引される第１光ビーム２２４の角度を追跡する。
【００２９】
一方、ターゲット２０５の再帰反射表面２０７により、第２光ビーム２２２（例：２２２Ｃ）が反射されると、この第２光ビーム２２２Ｃの反射は、光ビームステアリング装置２に向かって反射することになる。この第２光ビーム２２２Ｃの反射は、第２反射光ビーム２２３から構成されている。光ビームステアリング装置２は、この第２反射光ビーム２２３をビームスプリッタ２及び検出器２にガイドする。そして、検出器２が、第２反射光ビーム２２３を検出し、処理ユニット２２０に対して、ターゲット２０５が検出されたことを通知し、この結果、処理ユニット２２０が、第２光ビーム２２２Ｃの現在の角度（例：図３の角度Ｂ）を記録することになる。本発明による一実施例においては、処理ユニット２２０は、光ビームステアリング装置２によって掃引される第２光ビーム２２２の角度を追跡する。
【００３０】
更に、処理ユニット２２０が、前述のデータと図３に示されている三角測量法を使用してターゲット２０５の絶対位置を判定する。具体的には、図３は、本発明による実施例の図２の光学式位置追跡システム２００によって判定されるターゲット２０５の絶対位置Ｔを示している。この図３に示されているように、光ビームステアリング装置１の位置Ｐ１、光ビームステアリング装置２の位置Ｐ２、及び光ビームステアリング装置１と光ビームステアリング装置２間の離隔距離Ｍは、既に判明している。角度Ａは、第１光ビーム２２４がターゲット２０５によって反射し、検出器１に第１反射光ビーム２２５を検出させた角度に対応している。又、角度Ｂは、第２光ビーム２２２がターゲット２０５によって反射し、検出器２に第２反射光ビーム２２３を検出させた角度に対応している。前述のように、この第１光ビーム２２４と第２光ビーム２２２の角度値を追跡する。この結果、これらのデータと三角測量法により、ターゲット２０５の絶対位置Ｔを判定することが可能であり、この三角測量においては、三角関数の使用が必要となる。
【００３１】
尚、図１及び図２には、一対の光ビームステアリング装置による２次元のターゲット追跡が示されているが、本発明による実施例を拡張し、第３の次元に沿う光ビームステアリング装置を包含することにより、３次元のターゲット追跡を実現することも可能であることを理解されたい。
【００３２】
この光学式位置追跡システム２００によれば、多数の利点が提供される。即ち、ターゲットの絶対位置データを提供しつつ、ターゲットの動きを２次元又は３次元において追跡することができる。従来技術による相対位置追跡システムにおいては、ターゲットの新しい位置の判定は、ターゲットの以前の位置に依存している。従って、従来技術の相対位置追跡システムの場合には、ターゲットが追跡不能な方式で移動すると（例：表面からマウスを持ち上げる）、ターゲットが追跡可能な方式で再度移動するまで、新しい位置を判定することができない。これに対し、光学式位置追跡システム２００の光ビーム掃引空間において、ターゲットが手書き方式において移動した場合には、以前の位置に関係なく、絶対位置データにより、ターゲットの現在の位置を通知し、コンピュータシステムに対する手書き入力を円滑に実行することができる。そして、ターゲットが、光学式位置追跡システム２００の光ビーム掃引空間の範囲から離脱した場合にも（例：ターゲットを光ビーム掃引空間の上方に持ち上げる）、ターゲットが光学式位置追跡システム２００の光ビーム掃引空間の範囲内に入ったときに、即座にターゲットの絶対位置を判定することができる。
【００３３】
更に、光学式位置追跡システム２００によれば、ターゲットの特定の表面タイプに限定されることなしに、高分解能によるターゲットの追跡を提供することができる。例えば、従来技術の機械式トラックボールマウスでは、適切に動作するために滑らかな表面が必要であり、従来技術による光学式マウスの場合には、純粋な白の表面における問題点を有している。一方、光学式位置追跡システム２００の動作は、ターゲットに対して受動的なものであり、制約は存在しない。この光学式位置追跡システム２００によれば、小型であって、低コストで、低電力消費の実装が可能である。又、光学式位置追跡システム２００は、容易に拡張することができる。図２に示されているコンポーネントの数は、近距離アプリケーション又は長距離アプリケーションのいずれにおいても、ターゲットの移動を追跡するのに十分なものである。但し、これらのアプリケーションにおけるこれらのコンポーネントの機能要件は異なるものになろう。
【００３４】
図４Ａは、本発明による実施例の光ビームの円形断面４００Ａを示している。この円形断面４００Ａを有する光ビームは、光学式位置追跡システム２００（図２）において利用することができる。円形断面４００Ａが小さいほど、光学式位置追跡システム２００（図２）の分解能は大きくなる。
【００３５】
図４Ｂは、本発明による実施例の光ビームの楕円形断面４００Ｂを示している。この楕円形断面４００Ｂを有する光ビームを光学式位置追跡システム２００（図２）において利用することにより、ターゲット２０５が光ビームステアリング装置の掃引方向に対して垂直に移動した場合に、ある程度の追跡公差を提供することができる。楕円形断面４００Ｂは、掃引方向に垂直に延長しているため、光学式位置追跡システム２００（図２）の追跡範囲を掃引方向に対して垂直に延長することができる。
【００３６】
図５は、本発明による実施例の限定掃引モード（limited sweeping mode）において動作する図２の光学式位置追跡システム２００を示している。図２の場合には、光ビームステアリング装置１及び光ビームステアリング装置２は、全角度範囲２３０及び全角度範囲２３２において、それぞれ掃引しているが、この図５においては、光ビームステアリング装置１と光ビームステアリング装置２は、限定された角度範囲２５０と限定された角度範囲２５２において、それぞれ掃引している。この限定掃引モードによれば、ターゲット２０５の検出速度を向上させる共に、分解能を向上させることができる。
【００３７】
実際には、光ビームステアリング装置１と光ビームステアリング装置２は、当初、全体掃引モード（full sweeping mode）（例：全角度範囲２３０と全角度範囲２３２）において動作する。しかしながら、一旦、光ビームステアリング装置１に対する第１角度及び光ビームステアリング装置２に対する第２角度においてターゲット２０５を検出すると、光ビームステアリング装置１は、限定された角度範囲２５０である第１角度の周辺を掃引し、この結果、第１光ビーム２２４は、様々な角度位置（例：２２４Ａ〜２２４Ｃ）に表れることになる。同様に、光ビームステアリング装置２は、限定された角度範囲２５２である第２角度の周辺を掃引し、この結果、第２光ビーム２２２が、様々な角度位置（例：２２２Ａ〜２２２Ｃ）に表れることになる。ターゲット２０５の動きが短時間に大幅に変化しないと予測される場合には、この光ビームステアリング装置１及び光ビームステアリング装置２によるディザリング（dithering）動作により、大きな利点が提供される。尚、光ビームステアリング装置１及び光ビームステアリング装置２は、ターゲット２０５が限定掃引モードにおいて個々の光ビームを反射しなくなった場合に、全体掃引モードの動作に復帰する。
【００３８】
図６は、本発明による実施例のターゲットを光学的に追跡する方法６００を示すフローチャートを示している。
【００３９】
まず、ステップ６１０において、第１光ビーム及び第２光ビームを生成する。次いで、本発明による一実施例においては、ステップ６２０及びステップ６４０をステップ６３０及びステップ６５０と同時に実行する。
【００４０】
即ち、ステップ６２０において、第１光ビームステアリング装置により、第１光ビームを第１位置における第１角度範囲において掃引する。そして、この第１光ビームの第１角度値を判定し追跡する。第１光ビームを第１角度範囲において掃引し、ターゲットによる第１光ビームの反射を発生させるのである。そして、ステップ６４０において、ターゲットが第１光ビームを反射し第１反射光ビームが生成された際に、この第１反射光ビームを検出する。
【００４１】
同様に、ステップ６３０において、第２光ビームステアリング装置により、第２光ビームを第２位置における第２角度範囲において掃引する。そして、第２光ビームの第２角度値を判定し追跡する。第２光ビームを第２角度範囲において掃引し、ターゲットによる第２光ビームの反射を発生させるのである。そして、ステップ６５０において、ターゲットが第２光ビームを反射し第２反射光ビームが生成された際に、第２反射光ビームを検出する。
【００４２】
ステップ６６０において、ターゲットによって第１及び第２光ビームが反射された際に、ターゲットの絶対位置を判定することができる。データを利用した三角測量法を使用する。即ち、ターゲットが第１光ビームを反射した際の第１光ビームの第１角度値、ターゲットが第２光ビームを反射した際の第２光ビームの第２角度値、及び第１及び第２位置間の距離などのデータを使用するのである。
【００４３】
本発明による特定の実施例に関する以上の説明は、例示と説明を目的として提示したものである。これらは、本発明のすべてを網羅したり、或いは、開示した態様そのままに本発明を限定することを意図するものではなく、以上の開示内容に鑑み、多くの変更及び変形が可能である。これらの実施例は、本発明の原理とその実際的なアプリケーションを十分に説明することにより、本発明と、想定される特定の使用法に適した様々な変更を有する様々な実施例を当業者が十分に利用できるようにするべく、選択及び説明したものである。従って、本発明の範囲は、添付の請求項及びその等価物に定義されているとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による実施例のシステムを示しており、光学式位置追跡システムが示されている。
【図２】本発明による実施例のターゲットの絶対位置を追跡する光学式位置追跡システムを示している。
【図３】本発明による実施例の図２の光学式位置追跡システムによって判定されるターゲットの絶対位置を示している。
【図４Ａ】本発明による実施例の光ビームの円形断面を示している。
【図４Ｂ】本発明による実施例の光ビームの楕円形断面を示している。
【図５】本発明による実施例の限定掃引モードにおいて動作する図２の光学式位置追跡システムを示している。
【図６】本発明による実施例のターゲットを光学的に追跡する方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
５０  コンピュータシステム
２００  光学式位置追跡システム
２０５  ターゲット
２０７  再帰反射表面
２２０  処理ユニット
２２２  第２光ビーム
２２３  第２光ビームの反射
２２４  第１光ビーム
２２５  第１光ビームの反射
２３０  第１角度範囲
２３２  第２角度範囲
２５０  制限された角度範囲
２５２  制限された角度範囲
【図１】
2005084049.tif 000003
【図２】
2005084049.tif 000004
【図３】
2005084049.tif 000005
【図４Ａ】
2005084049.tif 000006
【図４Ｂ】
2005084049.tif 000007
【図５】
2005084049.tif 000008
【図６】
2005084049.tif 000009