(57)【要約】  位置検出装置は、発光素子１１、発光素子１２、発光素子１３、受光素子１４、制御装置２０を備える。制御装置２０は、発光素子を交互に点灯させ、発光素子１１の点灯時に受光素子１４が出力した第１の信号と、第２の発光素子１２の点灯時に受光素子１４が出力した第２の信号とから、発光素子１１と発光素子１２とを結ぶ線に平行な軸上の物体３０の第１の位置を算出し、第２の信号と、発光素子１３の点灯時に受光素子１４が出力した第３の信号とから、発光素子１２と発光素子１３とを結ぶ線に平行な軸上の物体３０の第２の位置を算出し、いずれかの軸上での物体３０の高さを算出し、第１及び第２の位置と、軸上の高さとに基づいて、物体３０の３次元空間上の位置を算出する。
2019176145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の３次元空間上の位置を検出するための装置であって、
第１の発光素子と、第２の発光素子と、第３の発光素子と、受光素子と、制御装置とを備え、
前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、前記第３の発光素子は、同一の基準面上に配置され、
前記受光素子は、前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子、それぞれから出射された光が、前記物体に反射された後に、当該受光素子に入射するように、配置され、
前記制御装置は、
前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子をそれぞれ交互に点灯させる、点灯制御部と、
前記第１の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第１の信号と、前記第２の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第２の信号とから、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とを結ぶ線に平行な第１の軸上における、前記物体の第１の位置を算出し、
前記第２の信号と、前記第３の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第３の信号とから、前記第２の発光素子と前記第３の発光素子とを結ぶ線に平行な第２の軸上における、前記物体の第２の位置を算出し、
更に、前記第１の軸上又は前記第２の軸上における前記物体の高さを算出し、
そして、前記第１の位置と、前記第２の位置と、前記高さとに基づいて、前記物体の３次元空間上の位置を算出する、算出処理部と、を備えている、
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置検出装置であって、
前記制御装置において、前記算出処理部は、
前記第１の信号によって特定される光量、前記第１の発光素子の発光特性、前記第２の信号によって特定される光量、及び前記第２の発光素子の発光特性を用いて、前記第１の軸を含む、前記基準面に平行な仮想面に、前記第１の発光素子の光量を示す楕円と、前記第２の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、そして、２つの前記楕円の交点の位置から、前記第１の位置を算出し、
前記第２の信号によって特定される光量、前記第２の発光素子の発光特性、前記第３の信号によって特定される光量、及び前記第３の発光素子の発光特性を用いて、前記第２の軸を含む、前記基準面に平行な仮想面に、前記第２の発光素子の光量を示す楕円と、前記第３の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、そして、２つの前記楕円の交点の位置から、前記第２の位置を算出する、
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の位置検出装置であって、
前記制御装置において、
前記算出処理部は、
前記第１の信号によって特定される光量、前記第１の発光素子の発光特性、前記第２の信号によって特定される光量、及び前記第２の発光素子の発光特性を用いて、前記第１の軸を含む、前記基準面に垂直な仮想面に、前記第１の発光素子の光量を示す楕円と、前記第２の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、前記基準面に垂直な仮想面に描画された、これら２つの前記楕円の交点の位置から、前記第１の軸上の高さを算出し、更に、
前記第１の軸に垂直であり、且つ、前記第１の位置を原点とする、第３の軸を設定し、前記第２の軸に垂直であり、且つ、前記第２の位置を原点とする、第４の軸を設定し、前記第３の軸と前記第４の軸との交点の位置を求め、
そして、前記第３の軸を含む、前記基準面に垂直な仮想面に、算出した前記第１の軸上の高さと、前記第１の発光素子の発光特性又は前記第２の発光素子の発光特性とを用いて、楕円を描画し、
描画した楕円上において、前記第３の軸と前記第４の軸との交点に整合する点を求め、求めた点の前記基準面からの高さを、前記物体の３次元空間における前記基準面からの高さとする、
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項４】
第１の発光素子と、第２の発光素子と、第３の発光素子と、受光素子とを用いて、物体の３次元空間上の位置を検出するための方法であって、
前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子を、同一の基準面上に配置し、更に、前記受光素子を、前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子、それぞれから出射された光が、前記物体に反射された後に、当該受光素子に入射するように、配置した状態で実行され、
（ａ）前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子をそれぞれ交互に点灯させる、ステップと、
（ｂ）前記第１の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第１の信号と、前記第２の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第２の信号とから、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とを結ぶ線に平行な第１の軸上における、前記物体の第１の位置を算出する、ステップと、
（ｃ）前記第２の信号と、前記第３の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第３の信号とから、前記第２の発光素子と前記第３の発光素子とを結ぶ線に平行な第２の軸上における、前記物体の第２の位置を算出する、ステップと、
（ｄ）前記第１の軸上又は前記第２の軸上における前記物体の高さを算出する、ステップと、
（ｅ）前記第１の位置と、前記第２の位置と、前記高さとに基づいて、前記物体の３次元空間上の位置を算出する、ステップと、を有する、
ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項５】
請求項４に記載の位置検出方法であって、
前記（ｂ）のステップにおいて、
前記第１の信号によって特定される光量、前記第１の発光素子の発光特性、前記第２の信号によって特定される光量、及び前記第２の発光素子の発光特性を用いて、前記第１の軸を含む、前記基準面に平行な仮想面に、前記第１の発光素子の光量を示す楕円と、前記第２の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、そして、２つの前記楕円の交点の位置から、前記第１の位置を算出し、
前記（ｃ）のステップにおいて、
前記第２の信号によって特定される光量、前記第２の発光素子の発光特性、前記第３の信号によって特定される光量、及び前記第３の発光素子の発光特性を用いて、前記第２の軸を含む、前記基準面に平行な仮想面に、前記第２の発光素子の光量を示す楕円と、前記第３の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、そして、２つの前記楕円の交点の位置から、前記第２の位置を算出する、
ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項６】
請求項５に記載の位置検出方法であって、
前記（ｄ）のステップにおいて、
前記第１の信号によって特定される光量、前記第１の発光素子の発光特性、前記第２の信号によって特定される光量、及び前記第２の発光素子の発光特性を用いて、前記第１の軸を含む、前記基準面に垂直な仮想面に、前記第１の発光素子の光量を示す楕円と、前記第２の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、前記基準面に垂直な仮想面に描画された、これら２つの前記楕円の交点の位置から、前記第１の軸上の高さを算出し、
前記（ｅ）のステップにおいて、
前記第１の軸に垂直であり、且つ、前記第１の位置を原点とする、第３の軸を設定し、前記第２の軸に垂直であり、且つ、前記第２の位置を原点とする、第４の軸を設定し、前記第３の軸と前記第４の軸との交点の位置を求め、
そして、前記第３の軸を含む、前記基準面に垂直な仮想面に、算出した前記第１の軸上の高さと、前記第１の発光素子の発光特性又は前記第２の発光素子の発光特性とを用いて、楕円を描画し、
描画した楕円上において、前記第３の軸と前記第４の軸との交点に整合する点を求め、求めた点の前記基準面からの高さを、前記物体の３次元空間における前記基準面からの高さとする、
ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項７】
第１の発光素子と、第２の発光素子と、第３の発光素子と、受光素子と、コンピュータとを備え、
前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子は、同一の基準面上に配置され、
前記受光素子は、前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子、それぞれから出射された光が、物体に反射された後に、当該受光素子に入射するように、配置されている、位置検出装置におけるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記コンピュータに、
（ａ）前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子をそれぞれ交互に点灯させる、ステップと、
（ｂ）前記第１の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第１の信号と、前記第２の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第２の信号とから、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とを結ぶ線に平行な第１の軸上における、前記物体の第１の位置を算出する、ステップと、
（ｃ）前記第２の信号と、前記第３の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第３の信号とから、前記第２の発光素子と前記第３の発光素子とを結ぶ線に平行な第２の軸上における、前記物体の第２の位置を算出する、ステップと、
（ｄ）前記第１の軸上又は前記第２の軸上における前記物体の高さを算出する、ステップと、
（ｅ）前記第１の位置と、前記第２の位置と、前記高さとに基づいて、前記物体の３次元空間上の位置を算出する、ステップと、
を実行させる命令を含む、プログラムを記録している、
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項８】
請求項７に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記（ｂ）のステップにおいて、
前記第１の信号によって特定される光量、前記第１の発光素子の発光特性、前記第２の信号によって特定される光量、及び前記第２の発光素子の発光特性を用いて、前記第１の軸を含む、前記基準面に平行な仮想面に、前記第１の発光素子の光量を示す楕円と、前記第２の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、そして、２つの前記楕円の交点の位置から、前記第１の位置を算出し、
前記（ｃ）のステップにおいて、
前記第２の信号によって特定される光量、前記第２の発光素子の発光特性、前記第３の信号によって特定される光量、及び前記第３の発光素子の発光特性を用いて、前記第２の軸を含む、前記基準面に平行な仮想面に、前記第２の発光素子の光量を示す楕円と、前記第３の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、そして、２つの前記楕円の交点の位置から、前記第２の位置を算出する、
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項９】
請求項８に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記（ｄ）のステップにおいて、
前記第１の信号によって特定される光量、前記第１の発光素子の発光特性、前記第２の信号によって特定される光量、及び前記第２の発光素子の発光特性を用いて、前記第１の軸を含む、前記基準面に垂直な仮想面に、前記第１の発光素子の光量を示す楕円と、前記第２の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、前記基準面に垂直な仮想面に描画された、これら２つの前記楕円の交点の位置から、前記第１の軸上の高さを算出し、
前記（ｅ）のステップにおいて、
前記第１の軸に垂直であり、且つ、前記第１の位置を原点とする、第３の軸を設定し、前記第２の軸に垂直であり、且つ、前記第２の位置を原点とする、第４の軸を設定し、前記第３の軸と前記第４の軸との交点の位置を求め、
そして、前記第３の軸を含む、前記基準面に垂直な仮想面に、算出した前記第１の軸上の高さと、前記第１の発光素子の発光特性又は前記第２の発光素子の発光特性とを用いて、楕円を描画し、
描画した楕円上において、前記第３の軸と前記第４の軸との交点に整合する点を求め、求めた点の前記基準面からの高さを、前記物体の３次元空間における前記基準面からの高さとする、
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の位置を検出するための、位置検出装置、及び位置検出方法に関し、更には、これらを実現するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオードとフォトダイオードとを用いて物体の位置を検出する、光学式の位置検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような装置では、発光ダイオードから出射された光は、物体で反射された後に、フォトダイオードによって受光される。フォトダイオードは、受光した光の強度に応じた出力値で信号を出力するので、出力された信号を分析することで、物体の位置が検出される。【０００３】
具体的には、特許文献１は、携帯型端末装置の表示画面上に設けられる光学式の位置検出装置を開示している。特許文献１に開示された位置検出装置は、第１及び第２の発光素子と、第１及び第２の受光素子とを備え、これらは透明なハウジング内に備えられている。【０００４】
更に、特許文献１に開示された位置検出装置では、各発光素子は、交互に光を出射すると共に、各発光素子から出射される光の位相は互いに異なっている。また、各発光素子から出射された光は、表示画面上の物体で反射されると、各受光素子で受光される。【０００５】
そして、この位置検出装置の制御部は、第１の受光素子が、第１の発光素子の発光を受けて出力した信号と、第１の受光素子が、第２の発光素子の発光を受けて出力した信号とを取得する。また、制御部は、第２の受光素子が、第１の発光素子の発光を受けて出力した信号と、第２の受光素子が、第２の発光素子の発光を受けて出力した信号も取得する。そして、制御部は、これらの４種類の信号に基づいて、物体の２次元座標を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１２７７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された位置検出装置では、物体の表示画面上での位置、即ち、物体の２次元座標しか検出できず、３次元空間での物体の位置検出に利用できないという問題がある。【０００８】
一方、近年においては、ＴＯＦ（Time Of Flight）センサに代表されるデプスセンサが開発されている。デプスセンサによれば、それが出力する信号のみで、物体の３次元空間における位置を検出することができる。但し、デプスセンサのコストは非常に高く、位置検出装置の製造コストを押し上げてしまう。【０００９】
本発明の目的の一例は、上記問題を解消し、製造コストの増加を抑制しつつ、物体の３次元空間における位置を検出し得る、位置検出装置、位置検出方法、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の一側面における位置検出装置は、物体の３次元空間上の位置を検出するための装置であって、
第１の発光素子と、第２の発光素子と、第３の発光素子と、受光素子と、制御装置とを備え、
前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、前記第３の発光素子は、同一の基準面上に配置され、
前記受光素子は、前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子、それぞれから出射された光が、前記物体に反射された後に、当該受光素子に入射するように、配置され、
前記制御装置は、
前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子をそれぞれ交互に点灯させる、点灯制御部と、
前記第１の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第１の信号と、前記第２の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第２の信号とから、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とを結ぶ線に平行な第１の軸上における、前記物体の第１の位置を算出し、
前記第２の信号と、前記第３の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第３の信号とから、前記第２の発光素子と前記第３の発光素子とを結ぶ線に平行な第２の軸上における、前記物体の第２の位置を算出し、
更に、前記第１の軸上又は前記第２の軸上における前記物体の高さを算出し、
そして、前記第１の位置と、前記第２の位置と、前記高さとに基づいて、前記物体の３次元空間上の位置を算出する、算出処理部と、を備えている、
ことを特徴とする。【００１１】
また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における位置検出方法は、第１の発光素子と、第２の発光素子と、第３の発光素子と、受光素子とを用いて、物体の３次元空間上の位置を検出するための方法であって、
前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子を、同一の基準面上に配置し、更に、前記受光素子を、前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子、それぞれから出射された光が、前記物体に反射された後に、当該受光素子に入射するように、配置した状態で実行され、
（ａ）前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子をそれぞれ交互に点灯させる、ステップと、
（ｂ）前記第１の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第１の信号と、前記第２の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第２の信号とから、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とを結ぶ線に平行な第１の軸上における、前記物体の第１の位置を算出する、ステップと、
（ｃ）前記第２の信号と、前記第３の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第３の信号とから、前記第２の発光素子と前記第３の発光素子とを結ぶ線に平行な第２の軸上における、前記物体の第２の位置を算出する、ステップと、
（ｄ）前記第１の軸上又は前記第２の軸上における前記物体の高さを算出する、ステップと、
（ｅ）前記第１の位置と、前記第２の位置と、前記高さとに基づいて、前記物体の３次元空間上の位置を算出する、ステップと、を有する、
ことを特徴とする。【００１２】
更に、上記目的を達成するため、本発明の一側面におけるコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、
第１の発光素子と、第２の発光素子と、第３の発光素子と、受光素子と、コンピュータとを備え、
前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子は、同一の基準面上に配置され、
前記受光素子は、前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子、それぞれから出射された光が、前記物体に反射された後に、当該受光素子に入射するように、配置されている、位置検出装置におけるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記コンピュータに、
（ａ）前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子をそれぞれ交互に点灯させる、ステップと、
（ｂ）前記第１の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第１の信号と、前記第２の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第２の信号とから、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とを結ぶ線に平行な第１の軸上における、前記物体の第１の位置を算出する、ステップと、
（ｃ）前記第２の信号と、前記第３の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第３の信号とから、前記第２の発光素子と前記第３の発光素子とを結ぶ線に平行な第２の軸上における、前記物体の第２の位置を算出する、ステップと、
（ｄ）前記第１の軸上又は前記第２の軸上における前記物体の高さを算出する、ステップと、
（ｅ）前記第１の位置と、前記第２の位置と、前記高さとに基づいて、前記物体の３次元空間上の位置を算出する、ステップと、
を実行させる命令を含む、プログラムを記録している、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、製造コストの増加を抑制しつつ、物体の３次元空間における位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における位置検出装置の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態における位置検出装置に備えられる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、制御装置によって物体の第１の位置を算出する際の処理を説明する説明図である。
【図４】図４は、制御装置によって物体の第２の位置を算出する際の処理を説明する説明図である。
【図５】図５は、制御装置によって第３の軸と第４の軸との交点を求める際の処理を説明する説明図である。
【図６】図６は、制御装置によって物体の３次元空間における基準面からの高さを算出する際の処理を説明する説明図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態における位置検出装置の動作を示すフロー図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態における位置検出装置で用いられる制御装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態における、位置検出装置、位置検出方法、及びプログラムについて、図１〜図８を参照しながら説明する。
【００１６】
［装置構成］
最初に、図１及び図２を用いて、本実施の形態における位置検出装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態における位置検出装置の構成を示す構成図である。図２は、本発明の実施の形態における位置検出装置に備えられる制御装置の構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示す、本実施の形態における位置検出装置１０は、物体３０の３次元空間上の位置を検出するための装置である。図１に示すように、位置検出装置１０は、第１の発光素子１１と、第２の発光素子１２と、第３の発光素子１３と、受光素子１４と、制御装置２０とを備えている。
【００１８】
第１の発光素子１１、第２の発光素子１２、第３の発光素子１３は、同一の基準面上に配置されている。また、受光素子１４は、第１の発光素子１１、第２の発光素子１２、及び第３の発光素子１３、それぞれから出射された光が、物体３０に反射された後に、受光素子１４に入射するように、配置されている。
【００１９】
また、図２に示すように、制御装置２０は、点灯制御部２１と、算出処理部２２とを備えている。このうち、点灯制御部２１は、第１の発光素子１１、第２の発光素子１２、及び第３の発光素子１３をそれぞれ交互に点灯させる。
【００２０】
算出処理部２２は、まず、第１の発光素子１１の点灯時に受光素子１４が出力した第１の信号と、第２の発光素子１２の点灯時に受光素子１４が出力した第２の信号と、第３の発光素子１３の点灯時に受光素子１４が出力した第３の信号とを取得する。
【００２１】
続いて、算出処理部２２は、第１の信号及び第２の信号から、第１の発光素子１１と第２の発光素子１２とを結ぶ線に平行な第１の軸上における、物体３０の第１の位置、及び物体３０の基準面からの第１の高さを算出する。
【００２２】
また、算出処理部２２は、第２の信号及び第３の信号から、第２の発光素子１２と第３の発光素子１３とを結ぶ線に平行な第２の軸上における、物体３０の第２の位置、及び物体３０の基準面からの第２の高さを算出する。
【００２３】
その後、算出処理部２２は、第１の位置と、第２の位置と、第１の高さ及び第２の高さのうちの少なくとも一方とに基づいて、物体３０の３次元空間上の位置を算出する。
【００２４】
このように、本実施の形態では、デプスセンサを用いることなく、３つの発光素子１１〜１３と受光素子１４とを用いることで、物体３０の３次元空間上の位置を検出することができる。つまり、本実施の形態によれば、製造コストの増加を抑制しつつ、物体３０の３次元空間における位置を検出することができる。
【００２５】
続いて、図１を用いて、本実施の形態における位置検出装置１０の構成をより詳細に設営する。まず、図１に示すように、本実施の形態では、第１の発光素子１１、第２の発光素子１２、第３の発光素子１３、及び受光素子１４は、配線が設けられた基板１５上に配置されている。よって、基板１５の実装面が、上述の基準面となる。また、第１の発光素子１１、第２の発光素子１２、第３の発光素子１３、及び受光素子１４は、基板１５に設けられた配線を介して、制御装置２０に電気的に接続されている。
【００２６】
そして、第１の発光素子１１と第２の発光素子１２とを結ぶ線に平行な軸（第１の軸）をＸ軸とし、Ｘ軸に垂直であって、且つ基準面に平行な軸をＹ軸とする。また、基準面の法線方向に平行な軸をＺ軸とする。なお、後述の図３〜図６に示すように、本実施の形態では、Ｘ軸は、第１の発光素子の中心と第２の発光素子の中心とを通るものとする。また、Ｙ軸は、第１の発光素子の中心を通るものとする。
【００２７】
また、本実施の形態では、第１の発光素子１１、第２の発光素子１２、及び第３の発光素子１３は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。受光素子１４は、ＰＤ（Phot Diode）であり、受光した光の光量に応じた信号を出力する。更に、制御装置２０は、コンピュータに、後述するプログラムをインストールし、このプログラムを実行することによって構築されている。
【００２８】
続いて、図３〜図６を用いて、制御装置２０の機能についてより詳細に設営する。図３は、制御装置によって物体の第１の位置を算出する際の処理を説明する説明図である。図４は、制御装置によって物体の第２の位置を算出する際の処理を説明する説明図である。図５は、制御装置によって第３の軸と第４の軸との交点を求める際の処理を説明する説明図である。図６は、制御装置によって物体の３次元空間における基準面からの高さを算出する際の処理を説明する説明図である。
【００２９】
まず、点灯制御部２１は、第１の発光素子１１、第２の発光素子１２、及び第３の発光素子１３をそれぞれ交互に一定間隔で点灯させる。これにより、受光素子１４は、一定間隔で、受光した光の光量に応じた、第１の信号、第２の信号、及び第３の信号を出力する。そして、算出処理部２２は、受光素子１４が出力した、第１の信号、第２の信号、及び第３の信号を取得し、取得した信号毎に、光量を特定する。
【００３０】
続いて、図３に示すように、算出処理部２２は、第１の信号から特定した光量、第１の発光素子１１の発光特性、第２の信号から特定した光量、及び第２の発光素子１２の発光特性を用いて、第１の発光素子１１に対応する楕円Ｏ１と、第２の発光素子１２に対応するＯ２とを描画する。
【００３１】
本実施の形態では、算出処理部２２は、Ｘ軸を含む、基準面に平行な仮想面（ＸＹ平面）に、第１の発光素子１１の光量を示す楕円Ｏ１と、第２の発光素子１２の光量を示す楕円Ｏ２とを描画する。
【００３２】
具体的には、算出処理部２２は、下記の数１を用いて、楕円Ｏ１を描画し、下記の数２を用いて、楕円Ｏ２を描画する。下記の数１において、ａ及びｂは、第１の発光素子１１の特性によって特定されるパラメータを示している。下記の数２において、ｃは、第１の発光素子１１と第２の発光素子１２との距離を示し、ｄ及びｅは、第２の発光素子１２の特性によって特定されるパラメータを示している。そして、算出処理部２２は、楕円Ｏ１と楕円Ｏ２との交点の位置から、Ｘ軸上の第１の位置（ｘ１，０）を算出する。
【００３３】
（数１）
（Ｘ／ａ）２＋（Ｙ／ｂ）２＝１
【００３４】
（数２）
（（Ｘ−ｃ）／ｄ）２＋（Ｙ／ｅ）２＝１
【００３５】
また、発光素子の光量には指向性があることから、発光素子には、正面の光量が大きく、周辺に行くほど小さくなる、という発光特性がある。上述した、発光素子の特性によって特定されるパラメータは、このような特性を規定している。具体的には、上記の数１及び数２において、各パラメータは、楕円の長軸が正面での光量を示し、楕円の短軸が周辺の光量を示すように決定される。
【００３６】
続いて、図４に示すように、算出処理部２２は、第２の信号から特定した光量、第２の発光素子１２の発光特性、第３の信号から特定した光量、及び第３の発光素子１３の発光特性を用いて、第２の発光素子に対応する楕円Ｖ１と、第３の発光素子に対応する楕円Ｖ２とを描画する。
【００３７】
ここで、第２の発光素子１２と第３の発光素子１３とを結ぶ線に平行な軸（第２の軸）をＸ’軸とする。また、Ｘ’軸は、第２の発光素子１２の中心と第３の発光素子１３の中心とを通るものとする。更に、ＸＹ平面に平行であり、且つ、Ｘ’軸に垂直な軸をＹ’軸とする、更に、Ｙ’軸は、第２の発光素子１２の中心を通るものとする。
【００３８】
本実施の形態では、算出処理部２２は、Ｘ’軸を含む、基準面に平行な仮想面（Ｘ’Ｙ’平面）に、第２の発光素子１２の光量を示す楕円Ｖ１と、第３の発光素子１３の光量を示す楕円Ｖ２とを描画する。
【００３９】
具体的には、算出処理部２２は、下記の数３を用いて、楕円Ｖ１を描画し、下記の数４を用いて、楕円Ｖ１を描画する。下記の数３において、ｄ及びｅは、上述したように第２の発光素子１２の特性によって特定されるパラメータを示している。下記の数４において、ｆは、第２の発光素子１２と第３の発光素子１３との距離を示し、ｇ及びｈは、第３の発光素子１３の特性によって特定されるパラメータを示している。そして、算出処理部２２は、楕円Ｖ１と楕円Ｖ２との交点の位置から、Ｘ’軸上の第２の位置（ｘ’２，０）を算出する。
【００４０】
（数３）
（Ｘ’／ｄ）２＋（Ｙ’／ｅ）２＝１
【００４１】
（数４）
（（Ｘ’−ｆ）／ｇ）２＋（Ｙ’／ｈ）２＝１
【００４２】
また、第１の発光素子１１、第２の発光素子１２、及び第３の発光素子１３の位置関係は予め定められており、Ｘ軸及びＹ軸と、Ｘ’軸及びＹ’軸との関係も予め定まっている。このため、算出処理部２２は、この関係を用いて、第２の位置の座標を、ＸＹ座標系に変換することができる。
【００４３】
また、算出処理部２２は、楕円Ｏ１及び楕円Ｏ２を描画した場合と同様にして、Ｘ軸を含む、基準面に垂直な仮想面（ＸＺ平面）にも、第１の発光素子１１の光量を示す楕円Ｏ１１と、第２の発光素子１２の光量を示す楕円Ｏ１２とを描画することもできる。
【００４４】
具体的には、算出処理部２２は、下記の数５を用いて、楕円ＯＶ１を描画し、下記の数６を用いて、楕円ＯＶ２を描画する。
【００４５】
（数５）
（Ｘ／ａ）２＋（Ｚ／ｂ）２＝１
【００４６】
（数６）
（（Ｘ−ｃ）／ｄ）２＋（Ｚ／ｅ）２＝１
【００４７】
そして、算出処理部２２は、基準面に垂直な仮想面（ＸＺ平面）に描画された、２つの楕円ＯＶ１と楕円ＯＶ２との交点の位置から、Ｘ軸上における物体３０の基準面からの高さｚを算出する。
【００４８】
また、図５に示すように、算出処理部２２は、Ｘ軸に垂直であり、且つ、第１の位置（ｘ１，０）を原点とする、Ｌ軸を設定し、Ｘ’軸に垂直であり、且つ、第２の位置（ｘ’２，０）を原点とする、Ｍ軸を設定する。具体的には、Ｌ軸はＸＹ座標系では下記の数７で表され、Ｍ軸はＸＹ座標系では下記の数８で表される。下記の数７において、α及びβは、第１の発光素子１１、第２の発光素子１２、及び第３の発光素子１３の位置関係によって定められる係数である。
【００４９】
（数７）
Ｘ＝ｘ１
【００５０】
（数８）
Ｙ＝αＸ＋β
【００５１】
また、算出処理部２２は、上記数７及び数８を用いて、Ｌ軸とＭ軸との交点Ａの位置を求める。ここで、交点の座標を（ｘ１，ｙ１）とする。
【００５２】
更に、図６に示すように、算出処理部２２は、Ｌ軸を含む、基準面に垂直な仮想面（ＬＺ平面）に、先に算出した高さｚと、第１の発光素子１１の発光特性と、第２の発光素子１２の発光特性とを用いて、楕円０Ｖ３を描画する。具体的には、算出処理部２２は、下記の数７を用いて、楕円ＯＶ３を描画する。
【００５３】
（数９）
（Ｌ／ｉ）２＋（Ｚ／ｊ）２＝１
【００５４】
また、上記数９において、ｉ及びｊの値は、図５に示すように、Ｌ＝０の時に、Ｚ＝ｚとなることを条件として、第１の発光素子１１及び第２の発光素子の発光特性に基づいて決定される。
【００５５】
その後、算出処理部２２は、描画した楕円ＯＶ３上において、Ｌ軸とＭ軸との交点（ｘ１，ｙ１）に整合する点を求め、求めた点の基準面からの高さを、物体３０の３次元空間における基準面からの高さとする。具体的には、上記数９にｙ１を代入し、得られたＺの値（ｚ１）を交点Ａの高さ、即ち、物体３０の３次元空間における基準面からの高さとする。
【００５６】
［装置動作］
次に、本実施の形態における位置検出装置１０の動作について図７を用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態における位置検出装置の動作を示すフロー図である。以下の説明においては、適宜図１〜図６を参酌する。また、本実施の形態では、位置検出装置を動作させることによって、位置検出方法が実施される。よって、本実施の形態における位置検出方法の説明は、以下の位置検出装置１０の動作説明に代える。
【００５７】
図７に示すように、最初に、制御装置２０において、点灯制御部２１は、全ての発光素子を一旦消灯させる（ステップＡ１）。次に、点灯制御部２１は、第１の発光素子１１を点灯させる（ステップＡ２）。
【００５８】
ステップＡ２が実行されると、第１の発光素子１１から出射された光が物体３０で反射して、受光素子１４に入射し、受光素子１４は第１の信号を出力するので、算出処理部２２は、第１の信号を取得する（ステップＡ３）。また、算出処理部２２は、取得した第１の信号から第１の発光素子１１の光量を特定する。
【００５９】
次に、点灯制御部２１は、第１の発光素子１１を消灯させ（ステップＡ４）、第２の発光素子１２を点灯させる（ステップＡ５）。
【００６０】
ステップＡ５が実行されると、第２の発光素子１２から出射された光が物体３０で反射して、受光素子１４に入射し、受光素子１４は第２の信号を出力するので、算出処理部２２は、第２の信号を取得する（ステップＡ６）。また、算出処理部２２は、取得した第２の信号から第２の発光素子１２の光量を特定する。
【００６１】
次に、ステップＡ６の実行後、点灯制御部２１は、第２の発光素子１２を消灯させる（ステップＡ７）。
【００６２】
次に、算出処理部２２は、図３に示すように、仮想面（ＸＹ平面）に、第１の発光素子１１の光量を示す楕円Ｏ１と、第２の発光素子１２の光量を示す楕円Ｏ２とを描画し、これらの楕円の交点の位置から、Ｘ軸上の第１の位置（ｘ１，０）を算出する（ステップＡ８）
【００６３】
次に、点灯制御部２１は、第３の発光素子１３を点灯させる（ステップＡ９）。
【００６４】
ステップＡ９が実行されると、第３の発光素子１３から出射された光が物体３０で反射して、受光素子１４に入射し、受光素子１４は第３の信号を出力するので、算出処理部２２は、第３の信号を取得する（ステップＡ１０）。また、算出処理部２２は、取得した第３の信号から第３の発光素子１３の光量を特定する。
【００６５】
次に、ステップＡ１０の実行後、点灯制御部２１は、第２の発光素子１２を消灯させる（ステップＡ１１）。
【００６６】
次に、算出処理部２２は、図４に示すように、仮想面（Ｘ’Ｙ’平面）に、第２の発光素子１２の光量を示す楕円Ｖ１と、第３の発光素子１３の光量を示す楕円Ｖ２とを描画し、これらの楕円の交点の位置から、Ｘ’軸上の第２の位置（ｘ’２，０）を算出する（ステップＡ１２）。
【００６７】
次に、算出処理部２２は、仮想面（ＸＺ平面）にも、第１の発光素子１１の光量を示す楕円Ｏ１１と、第２の発光素子１２の光量を示す楕円Ｏ１２とを描画し、これらの楕円の交点の位置から、Ｘ軸上における物体３０の基準面からの高さｚを算出する（ステップＡ１３）。
【００６８】
次に、算出処理部２２は、Ｘ軸に垂直であり、且つ、第１の位置（ｘ１，０）を原点とする、Ｌ軸を設定し、Ｘ’軸に垂直であり、且つ、第２の位置（ｘ’２，０）を原点とする、Ｍ軸を設定する。そして、算出処理部２２は、Ｌ軸とＭ軸との交点Ａ（ｘ１，ｙ１）を算出する（ステップＡ１４）。
【００６９】
次に、算出処理部２２は、物体３０の３次元空間上の位置を算出する（ステップＡ１５）。具体的には、図６に示すように、算出処理部２２は、仮想面（ＬＺ平面）に、ステップＡ１３で算出した高さｚと、第１の発光素子１１の発光特性と、第２の発光素子１２の発光特性とを用いて、楕円０Ｖ３を描画する。そして、算出処理部２２は、描画した楕円ＯＶ３上において、Ｌ軸とＭ軸との交点（ｘ１，ｙ１）に整合する点を求め、求めた点の基準面からの高さｚ１を、物体３０の３次元空間における基準面からの高さとして、物体３０の３次元空間上の位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を算出する。
【００７０】
また、ステップＡ１５の実行後、位置検出装置１０に対して終了が指示されていない場合は、再度、ステップＡ１が実行される。本実施の形態では、物体３０の位置は連続して検出される。
【００７１】
以上のように、本実施の形態によれば、３つの発光素子１１〜１３と受光素子１４とを用いることで、物体３０の３次元空間上の位置を検出することができる。従って、本実施の形態によれば、製造コストの増加を抑制しつつ、物体３０の３次元空間における位置を検出することができる。
【００７２】
また、ステップＡ１３では、第１の発光素子１１の光量と第２の発光素子１２の光量とを用いて、ＸＺ平面における高さｚを求めているが、本実施の形態では、第２の発光素子１２の光量と第３の発光素子１３の光量とを用いて、Ｘ’Ｚ平面における高さを求めても良い。この場合、算出処理部２２は、ステップＡ１５において、ＭＺ平面における楕円を描画して、物体の高さｚ１を算出することになる。
【００７３】
［プログラム］
本実施の形態におけるプログラムは、コンピュータに、図７に示すステップＡ１〜Ａ１５を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態における位置検出装置と位置検出方法とを実現することができる。この場合、コンピュータとしては、制御装置２０として機能するコンピュータ挙げられ、コンピュータのプロセッサは、点灯制御部２１及び算出処理部２２として機能し、処理を行なう。
【００７４】
また、本実施の形態におけるプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されても良い。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、点灯制御部２１及び算出処理部２２のいずれかとして機能しても良い。
【００７５】
ここで、本実施の形態におけるプログラムを実行することによって、制御装置２０を実現するコンピュータについて図８を用いて説明する。図８は、本発明の実施の形態における位置検出装置で用いられる制御装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。
【００７６】
図８に示すように、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１１と、メインメモリ１１２と、記憶装置１１３と、データリーダ／ライタ１１４と、通信インターフェイス１１５とを備える。これらの各部は、バス１１６を介して、互いにデータ通信可能に接続される。なお、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１に加えて、又はＣＰＵ１１１に代えて、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を備えていても良い。
【００７７】
ＣＰＵ１１１は、記憶装置１１３に格納された、本実施の形態におけるプログラム（コード）をメインメモリ１１２に展開し、これらを所定順序で実行することにより、各種の演算を実施する。メインメモリ１１２は、典型的には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性の記憶装置である。また、本実施の形態におけるプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１１７に格納された状態で提供される。なお、本実施の形態におけるプログラムは、通信インターフェイス１１５を介して接続されたインターネット上で流通するものであっても良い。
【００７８】
また、記憶装置１１３の具体例としては、ハードディスクドライブの他、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置が挙げられる。データリーダ／ライタ１１４は、ＣＰＵ１１１と記録媒体１１７との間のデータ伝送を仲介し、記録媒体１１７からのプログラムの読み出し、及びコンピュータ１１０における処理結果の記録媒体１１７への書き込みを実行する。通信インターフェイス１１５は、ＣＰＵ１１１と、他のコンピュータとの間のデータ伝送を仲介する。
【００７９】
また、記録媒体１１７の具体例としては、ＣＦ（Compact Flash（登録商標））及びＳＤ（Secure Digital）等の汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）等の磁気記録媒体、又はＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記録媒体が挙げられる。
【００８０】
なお、本実施の形態における制御装置２０は、プログラムがインストールされたコンピュータではなく、各部に対応したハードウェアを用いることによっても実現可能である。更に、制御装置２０は、一部がプログラムで実現され、残りの部分がハードウェアで実現されていてもよい。
【００８１】
上述した実施の形態の一部又は全部は、以下に記載する（付記１）〜（付記９）によって表現することができるが、以下の記載に限定されるものではない。
【００８２】
（付記１）
物体の３次元空間上の位置を検出するための装置であって、
第１の発光素子と、第２の発光素子と、第３の発光素子と、受光素子と、制御装置とを備え、
前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、前記第３の発光素子は、同一の基準面上に配置され、
前記受光素子は、前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子、それぞれから出射された光が、前記物体に反射された後に、当該受光素子に入射するように、配置され、
前記制御装置は、
前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子をそれぞれ交互に点灯させる、点灯制御部と、
前記第１の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第１の信号と、前記第２の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第２の信号とから、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とを結ぶ線に平行な第１の軸上における、前記物体の第１の位置を算出し、
前記第２の信号と、前記第３の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第３の信号とから、前記第２の発光素子と前記第３の発光素子とを結ぶ線に平行な第２の軸上における、前記物体の第２の位置を算出し、
更に、前記第１の軸上又は前記第２の軸上における前記物体の高さを算出し、
そして、前記第１の位置と、前記第２の位置と、前記高さとに基づいて、前記物体の３次元空間上の位置を算出する、算出処理部と、を備えている、
ことを特徴とする位置検出装置。
【００８３】
（付記２）
付記１に記載の位置検出装置であって、
前記制御装置において、前記算出処理部は、
前記第１の信号によって特定される光量、前記第１の発光素子の発光特性、前記第２の信号によって特定される光量、及び前記第２の発光素子の発光特性を用いて、前記第１の軸を含む、前記基準面に平行な仮想面に、前記第１の発光素子の光量を示す楕円と、前記第２の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、そして、２つの前記楕円の交点の位置から、前記第１の位置を算出し、
前記第２の信号によって特定される光量、前記第２の発光素子の発光特性、前記第３の信号によって特定される光量、及び前記第３の発光素子の発光特性を用いて、前記第２の軸を含む、前記基準面に平行な仮想面に、前記第２の発光素子の光量を示す楕円と、前記第３の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、そして、２つの前記楕円の交点の位置から、前記第２の位置を算出する、
ことを特徴とする位置検出装置。
【００８４】
（付記３）
付記２に記載の位置検出装置であって、
前記制御装置において、
前記算出処理部は、
前記第１の信号によって特定される光量、前記第１の発光素子の発光特性、前記第２の信号によって特定される光量、及び前記第２の発光素子の発光特性を用いて、前記第１の軸を含む、前記基準面に垂直な仮想面に、前記第１の発光素子の光量を示す楕円と、前記第２の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、前記基準面に垂直な仮想面に描画された、これら２つの前記楕円の交点の位置から、前記第１の軸上の高さを算出し、更に、
前記第１の軸に垂直であり、且つ、前記第１の位置を原点とする、第３の軸を設定し、前記第２の軸に垂直であり、且つ、前記第２の位置を原点とする、第４の軸を設定し、前記第３の軸と前記第４の軸との交点の位置を求め、
そして、前記第３の軸を含む、前記基準面に垂直な仮想面に、算出した前記第１の軸上の高さと、前記第１の発光素子の発光特性又は前記第２の発光素子の発光特性とを用いて、楕円を描画し、
描画した楕円上において、前記第３の軸と前記第４の軸との交点に整合する点を求め、求めた点の前記基準面からの高さを、前記物体の３次元空間における前記基準面からの高さとする、
ことを特徴とする位置検出装置。
【００８５】
（付記４）
第１の発光素子と、第２の発光素子と、第３の発光素子と、受光素子とを用いて、物体の３次元空間上の位置を検出するための方法であって、
前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子を、同一の基準面上に配置し、更に、前記受光素子を、前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子、それぞれから出射された光が、前記物体に反射された後に、当該受光素子に入射するように、配置した状態で実行され、
（ａ）前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子をそれぞれ交互に点灯させる、ステップと、
（ｂ）前記第１の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第１の信号と、前記第２の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第２の信号とから、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とを結ぶ線に平行な第１の軸上における、前記物体の第１の位置を算出する、ステップと、
（ｃ）前記第２の信号と、前記第３の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第３の信号とから、前記第２の発光素子と前記第３の発光素子とを結ぶ線に平行な第２の軸上における、前記物体の第２の位置を算出する、ステップと、
（ｄ）前記第１の軸上又は前記第２の軸上における前記物体の高さを算出する、ステップと、
（ｅ）前記第１の位置と、前記第２の位置と、前記高さとに基づいて、前記物体の３次元空間上の位置を算出する、ステップと、を有する、
ことを特徴とする位置検出方法。
【００８６】
（付記５）
付記４に記載の位置検出方法であって、
前記（ｂ）のステップにおいて、
前記第１の信号によって特定される光量、前記第１の発光素子の発光特性、前記第２の信号によって特定される光量、及び前記第２の発光素子の発光特性を用いて、前記第１の軸を含む、前記基準面に平行な仮想面に、前記第１の発光素子の光量を示す楕円と、前記第２の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、そして、２つの前記楕円の交点の位置から、前記第１の位置を算出し、
前記（ｃ）のステップにおいて、
前記第２の信号によって特定される光量、前記第２の発光素子の発光特性、前記第３の信号によって特定される光量、及び前記第３の発光素子の発光特性を用いて、前記第２の軸を含む、前記基準面に平行な仮想面に、前記第２の発光素子の光量を示す楕円と、前記第３の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、そして、２つの前記楕円の交点の位置から、前記第２の位置を算出する、
ことを特徴とする位置検出方法。
【００８７】
（付記６）
付記５に記載の位置検出方法であって、
前記（ｄ）のステップにおいて、
前記第１の信号によって特定される光量、前記第１の発光素子の発光特性、前記第２の信号によって特定される光量、及び前記第２の発光素子の発光特性を用いて、前記第１の軸を含む、前記基準面に垂直な仮想面に、前記第１の発光素子の光量を示す楕円と、前記第２の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、前記基準面に垂直な仮想面に描画された、これら２つの前記楕円の交点の位置から、前記第１の軸上の高さを算出し、
前記（ｅ）のステップにおいて、
前記第１の軸に垂直であり、且つ、前記第１の位置を原点とする、第３の軸を設定し、前記第２の軸に垂直であり、且つ、前記第２の位置を原点とする、第４の軸を設定し、前記第３の軸と前記第４の軸との交点の位置を求め、
そして、前記第３の軸を含む、前記基準面に垂直な仮想面に、算出した前記第１の軸上の高さと、前記第１の発光素子の発光特性又は前記第２の発光素子の発光特性とを用いて、楕円を描画し、
描画した楕円上において、前記第３の軸と前記第４の軸との交点に整合する点を求め、求めた点の前記基準面からの高さを、前記物体の３次元空間における前記基準面からの高さとする、
ことを特徴とする位置検出方法。
【００８８】
（付記７）
第１の発光素子と、第２の発光素子と、第３の発光素子と、受光素子と、コンピュータとを備え、
前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子は、同一の基準面上に配置され、
前記受光素子は、前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子、それぞれから出射された光が、前記物体に反射された後に、当該受光素子に入射するように、配置されている、位置検出装置におけるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記コンピュータに、
（ａ）前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子をそれぞれ交互に点灯させる、ステップと、
（ｂ）前記第１の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第１の信号と、前記第２の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第２の信号とから、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とを結ぶ線に平行な第１の軸上における、前記物体の第１の位置を算出する、ステップと、
（ｃ）前記第２の信号と、前記第３の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第３の信号とから、前記第２の発光素子と前記第３の発光素子とを結ぶ線に平行な第２の軸上における、前記物体の第２の位置を算出する、ステップと、
（ｄ）前記第１の軸上又は前記第２の軸上における前記物体の高さを算出する、ステップと、
（ｅ）前記第１の位置と、前記第２の位置と、前記高さとに基づいて、前記物体の３次元空間上の位置を算出する、ステップと、
を実行させる命令を含む、プログラムを記録している、
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【００８９】
（付記８）
付記７に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記（ｂ）のステップにおいて、
前記第１の信号によって特定される光量、前記第１の発光素子の発光特性、前記第２の信号によって特定される光量、及び前記第２の発光素子の発光特性を用いて、前記第１の軸を含む、前記基準面に平行な仮想面に、前記第１の発光素子の光量を示す楕円と、前記第２の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、そして、２つの前記楕円の交点の位置から、前記第１の位置を算出し、
前記（ｃ）のステップにおいて、
前記第２の信号によって特定される光量、前記第２の発光素子の発光特性、前記第３の信号によって特定される光量、及び前記第３の発光素子の発光特性を用いて、前記第２の軸を含む、前記基準面に平行な仮想面に、前記第２の発光素子の光量を示す楕円と、前記第３の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、そして、２つの前記楕円の交点の位置から、前記第２の位置を算出する、
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【００９０】
（付記９）
付記８に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記（ｄ）のステップにおいて、
前記第１の信号によって特定される光量、前記第１の発光素子の発光特性、前記第２の信号によって特定される光量、及び前記第２の発光素子の発光特性を用いて、前記第１の軸を含む、前記基準面に垂直な仮想面に、前記第１の発光素子の光量を示す楕円と、前記第２の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、前記基準面に垂直な仮想面に描画された、これら２つの前記楕円の交点の位置から、前記第１の軸上の高さを算出し、
前記（ｅ）のステップにおいて、
前記第１の軸に垂直であり、且つ、前記第１の位置を原点とする、第３の軸を設定し、前記第２の軸に垂直であり、且つ、前記第２の位置を原点とする、第４の軸を設定し、前記第３の軸と前記第４の軸との交点の位置を求め、
そして、前記第３の軸を含む、前記基準面に垂直な仮想面に、算出した前記第１の軸上の高さと、前記第１の発光素子の発光特性又は前記第２の発光素子の発光特性とを用いて、楕円を描画し、
描画した楕円上において、前記第３の軸と前記第４の軸との交点に整合する点を求め、求めた点の前記基準面からの高さを、前記物体の３次元空間における前記基準面からの高さとする、
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【００９１】
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００９２】
この出願は、２０１８年３月１２日に出願された日本出願特願２０１８−４４７５７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
以上のように、本発明によれば、製造コストの増加を抑制しつつ、物体の３次元空間における位置を検出することができる。本発明は、物体、例えば手の３次元空間上の位置の検出が求められている分野に有用である。
【符号の説明】
【００９４】
１０  位置検出装置
１１  第１の発光素子
１２  第２の発光素子
１３  第３の発光素子
１４  受光素子
１５  基板
２０  制御装置
２１  点灯制御部
２２  算出処理部
３０  物体
１１０  コンピュータ
１１１  ＣＰＵ
１１２  メインメモリ
１１３  記憶装置
１１４  データリーダ／ライタ
１１５  通信インターフェイス
１１６  バス
１１７  記録媒体
【図１】
2019176145.tif 000003
【図２】
2019176145.tif 000004
【図３】
2019176145.tif 000005
【図４】
2019176145.tif 000006
【図５】
2019176145.tif 000007
【図６】
2019176145.tif 000008
【図７】
2019176145.tif 000009
【図８】
2019176145.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和2年9月7日(2020.9.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の３次元空間上の位置を検出するための装置であって、
第１の発光素子と、第２の発光素子と、第３の発光素子と、受光素子と、制御装置とを備え、
前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、前記第３の発光素子は、同一の基準面上に配置され、
前記受光素子は、前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子、それぞれから出射された光が、前記物体に反射された後に、当該受光素子に入射するように、配置され、
前記制御装置は、
前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子をそれぞれ交互に点灯させる、点灯制御部と、
前記第１の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第１の信号と、前記第２の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第２の信号とから、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とを結ぶ線に平行な第１の軸上における、前記物体の第１の位置を算出し、
前記第２の信号と、前記第３の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第３の信号とから、前記第２の発光素子と前記第３の発光素子とを結ぶ線に平行な第２の軸上における、前記物体の第２の位置を算出し、
更に、前記第１の軸上又は前記第２の軸上における前記物体の高さを算出し、
そして、前記第１の位置と、前記第２の位置と、前記高さとに基づいて、前記物体の３次元空間上の位置を算出する、算出処理部と、を備えている、
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置検出装置であって、
前記制御装置において、前記算出処理部は、
前記第１の信号によって特定される光量、前記第１の発光素子の発光特性、前記第２の信号によって特定される光量、及び前記第２の発光素子の発光特性を用いて、前記第１の軸を含む、前記基準面に平行な仮想面に、前記第１の発光素子の光量を示す楕円と、前記第２の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、そして、２つの前記楕円の交点の位置から、前記第１の位置を算出し、
前記第２の信号によって特定される光量、前記第２の発光素子の発光特性、前記第３の信号によって特定される光量、及び前記第３の発光素子の発光特性を用いて、前記第２の軸を含む、前記基準面に平行な仮想面に、前記第２の発光素子の光量を示す楕円と、前記第３の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、そして、２つの前記楕円の交点の位置から、前記第２の位置を算出する、
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の位置検出装置であって、
前記制御装置において、
前記算出処理部は、
前記第１の信号によって特定される光量、前記第１の発光素子の発光特性、前記第２の信号によって特定される光量、及び前記第２の発光素子の発光特性を用いて、前記第１の軸を含む、前記基準面に垂直な仮想面に、前記第１の発光素子の光量を示す楕円と、前記第２の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、前記基準面に垂直な仮想面に描画された、これら２つの前記楕円の交点の位置から、前記第１の軸上の高さを算出し、更に、
前記第１の軸に垂直であり、且つ、前記第１の位置を原点とする、第３の軸を設定し、前記第２の軸に垂直であり、且つ、前記第２の位置を原点とする、第４の軸を設定し、前記第３の軸と前記第４の軸との交点の位置を求め、
そして、前記第３の軸を含む、前記基準面に垂直な仮想面に、算出した前記第１の軸上の高さと、前記第１の発光素子の発光特性又は前記第２の発光素子の発光特性とを用いて、楕円を描画し、
描画した楕円上において、前記第３の軸と前記第４の軸との交点に整合する点を求め、求めた点の前記基準面からの高さを、前記物体の３次元空間における前記基準面からの高さとする、
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項４】
第１の発光素子と、第２の発光素子と、第３の発光素子と、受光素子とを用いて、物体の３次元空間上の位置を検出するための方法であって、
前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子を、同一の基準面上に配置し、更に、前記受光素子を、前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子、それぞれから出射された光が、前記物体に反射された後に、当該受光素子に入射するように、配置した状態で実行され、
（ａ）前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子をそれぞれ交互に点灯させる、ステップと、
（ｂ）前記第１の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第１の信号と、前記第２の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第２の信号とから、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とを結ぶ線に平行な第１の軸上における、前記物体の第１の位置を算出する、ステップと、
（ｃ）前記第２の信号と、前記第３の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第３の信号とから、前記第２の発光素子と前記第３の発光素子とを結ぶ線に平行な第２の軸上における、前記物体の第２の位置を算出する、ステップと、
（ｄ）前記第１の軸上又は前記第２の軸上における前記物体の高さを算出する、ステップと、
（ｅ）前記第１の位置と、前記第２の位置と、前記高さとに基づいて、前記物体の３次元空間上の位置を算出する、ステップと、を有する、
ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項５】
請求項４に記載の位置検出方法であって、
前記（ｂ）のステップにおいて、
前記第１の信号によって特定される光量、前記第１の発光素子の発光特性、前記第２の信号によって特定される光量、及び前記第２の発光素子の発光特性を用いて、前記第１の軸を含む、前記基準面に平行な仮想面に、前記第１の発光素子の光量を示す楕円と、前記第２の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、そして、２つの前記楕円の交点の位置から、前記第１の位置を算出し、
前記（ｃ）のステップにおいて、
前記第２の信号によって特定される光量、前記第２の発光素子の発光特性、前記第３の信号によって特定される光量、及び前記第３の発光素子の発光特性を用いて、前記第２の軸を含む、前記基準面に平行な仮想面に、前記第２の発光素子の光量を示す楕円と、前記第３の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、そして、２つの前記楕円の交点の位置から、前記第２の位置を算出する、
ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項６】
請求項５に記載の位置検出方法であって、
前記（ｄ）のステップにおいて、
前記第１の信号によって特定される光量、前記第１の発光素子の発光特性、前記第２の信号によって特定される光量、及び前記第２の発光素子の発光特性を用いて、前記第１の軸を含む、前記基準面に垂直な仮想面に、前記第１の発光素子の光量を示す楕円と、前記第２の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、前記基準面に垂直な仮想面に描画された、これら２つの前記楕円の交点の位置から、前記第１の軸上の高さを算出し、
前記（ｅ）のステップにおいて、
前記第１の軸に垂直であり、且つ、前記第１の位置を原点とする、第３の軸を設定し、前記第２の軸に垂直であり、且つ、前記第２の位置を原点とする、第４の軸を設定し、前記第３の軸と前記第４の軸との交点の位置を求め、
そして、前記第３の軸を含む、前記基準面に垂直な仮想面に、算出した前記第１の軸上の高さと、前記第１の発光素子の発光特性又は前記第２の発光素子の発光特性とを用いて、楕円を描画し、
描画した楕円上において、前記第３の軸と前記第４の軸との交点に整合する点を求め、求めた点の前記基準面からの高さを、前記物体の３次元空間における前記基準面からの高さとする、
ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項７】
第１の発光素子と、第２の発光素子と、第３の発光素子と、受光素子と、コンピュータとを備え、
前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子は、同一の基準面上に配置され、
前記受光素子は、前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子、それぞれから出射された光が、物体に反射された後に、当該受光素子に入射するように、配置されている、位置検出装置において、
前記コンピュータに、
（ａ）前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子をそれぞれ交互に点灯させる、ステップと、
（ｂ）前記第１の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第１の信号と、前記第２の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第２の信号とから、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とを結ぶ線に平行な第１の軸上における、前記物体の第１の位置を算出する、ステップと、
（ｃ）前記第２の信号と、前記第３の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第３の信号とから、前記第２の発光素子と前記第３の発光素子とを結ぶ線に平行な第２の軸上における、前記物体の第２の位置を算出する、ステップと、
（ｄ）前記第１の軸上又は前記第２の軸上における前記物体の高さを算出する、ステップと、
（ｅ）前記第１の位置と、前記第２の位置と、前記高さとに基づいて、前記物体の３次元空間上の位置を算出する、ステップと、
を実行させる、プログラム。
【請求項８】
請求項７に記載のプログラムであって、
前記（ｂ）のステップにおいて、
前記第１の信号によって特定される光量、前記第１の発光素子の発光特性、前記第２の信号によって特定される光量、及び前記第２の発光素子の発光特性を用いて、前記第１の軸を含む、前記基準面に平行な仮想面に、前記第１の発光素子の光量を示す楕円と、前記第２の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、そして、２つの前記楕円の交点の位置から、前記第１の位置を算出し、
前記（ｃ）のステップにおいて、
前記第２の信号によって特定される光量、前記第２の発光素子の発光特性、前記第３の信号によって特定される光量、及び前記第３の発光素子の発光特性を用いて、前記第２の軸を含む、前記基準面に平行な仮想面に、前記第２の発光素子の光量を示す楕円と、前記第３の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、そして、２つの前記楕円の交点の位置から、前記第２の位置を算出する、
ことを特徴とするプログラム。
【請求項９】
請求項８に記載のプログラムであって、
前記（ｄ）のステップにおいて、
前記第１の信号によって特定される光量、前記第１の発光素子の発光特性、前記第２の信号によって特定される光量、及び前記第２の発光素子の発光特性を用いて、前記第１の軸を含む、前記基準面に垂直な仮想面に、前記第１の発光素子の光量を示す楕円と、前記第２の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、前記基準面に垂直な仮想面に描画された、これら２つの前記楕円の交点の位置から、前記第１の軸上の高さを算出し、
前記（ｅ）のステップにおいて、
前記第１の軸に垂直であり、且つ、前記第１の位置を原点とする、第３の軸を設定し、前記第２の軸に垂直であり、且つ、前記第２の位置を原点とする、第４の軸を設定し、前記第３の軸と前記第４の軸との交点の位置を求め、
そして、前記第３の軸を含む、前記基準面に垂直な仮想面に、算出した前記第１の軸上の高さと、前記第１の発光素子の発光特性又は前記第２の発光素子の発光特性とを用いて、楕円を描画し、
描画した楕円上において、前記第３の軸と前記第４の軸との交点に整合する点を求め、求めた点の前記基準面からの高さを、前記物体の３次元空間における前記基準面からの高さとする、
ことを特徴とするプログラム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、物体の位置を検出するための、位置検出装置、及び位置検出方法に関し、更には、これらを実現するためのプログラムに関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の目的の一例は、上記問題を解消し、製造コストの増加を抑制しつつ、物体の３次元空間における位置を検出し得る、位置検出装置、位置検出方法、及びプログラムを提供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
更に、上記目的を達成するため、本発明の一側面におけるプログラムは、
第１の発光素子と、第２の発光素子と、第３の発光素子と、受光素子と、コンピュータとを備え、
前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子は、同一の基準面上に配置され、
前記受光素子は、前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子、それぞれから出射された光が、前記物体に反射された後に、当該受光素子に入射するように、配置されている、位置検出装置において、
前記コンピュータに、
（ａ）前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子をそれぞれ交互に点灯させる、ステップと、
（ｂ）前記第１の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第１の信号と、前記第２の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第２の信号とから、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とを結ぶ線に平行な第１の軸上における、前記物体の第１の位置を算出する、ステップと、
（ｃ）前記第２の信号と、前記第３の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第３の信号とから、前記第２の発光素子と前記第３の発光素子とを結ぶ線に平行な第２の軸上における、前記物体の第２の位置を算出する、ステップと、
（ｄ）前記第１の軸上又は前記第２の軸上における前記物体の高さを算出する、ステップと、
（ｅ）前記第１の位置と、前記第２の位置と、前記高さとに基づいて、前記物体の３次元空間上の位置を算出する、ステップと、
を実行させる、
ことを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
（付記７）
第１の発光素子と、第２の発光素子と、第３の発光素子と、受光素子と、コンピュータとを備え、
前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子は、同一の基準面上に配置され、
前記受光素子は、前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子、それぞれから出射された光が、前記物体に反射された後に、当該受光素子に入射するように、配置されている、位置検出装置において、
前記コンピュータに、
（ａ）前記第１の発光素子、前記第２の発光素子、及び前記第３の発光素子をそれぞれ交互に点灯させる、ステップと、
（ｂ）前記第１の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第１の信号と、前記第２の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第２の信号とから、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とを結ぶ線に平行な第１の軸上における、前記物体の第１の位置を算出する、ステップと、
（ｃ）前記第２の信号と、前記第３の発光素子の点灯時に前記受光素子が出力した第３の信号とから、前記第２の発光素子と前記第３の発光素子とを結ぶ線に平行な第２の軸上における、前記物体の第２の位置を算出する、ステップと、
（ｄ）前記第１の軸上又は前記第２の軸上における前記物体の高さを算出する、ステップと、
（ｅ）前記第１の位置と、前記第２の位置と、前記高さとに基づいて、前記物体の３次元空間上の位置を算出する、ステップと、
を実行させる、プログラム。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
（付記８）
付記７に記載のプログラムであって、
前記（ｂ）のステップにおいて、
前記第１の信号によって特定される光量、前記第１の発光素子の発光特性、前記第２の信号によって特定される光量、及び前記第２の発光素子の発光特性を用いて、前記第１の軸を含む、前記基準面に平行な仮想面に、前記第１の発光素子の光量を示す楕円と、前記第２の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、そして、２つの前記楕円の交点の位置から、前記第１の位置を算出し、
前記（ｃ）のステップにおいて、
前記第２の信号によって特定される光量、前記第２の発光素子の発光特性、前記第３の信号によって特定される光量、及び前記第３の発光素子の発光特性を用いて、前記第２の軸を含む、前記基準面に平行な仮想面に、前記第２の発光素子の光量を示す楕円と、前記第３の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、そして、２つの前記楕円の交点の位置から、前記第２の位置を算出する、
ことを特徴とするプログラム。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
（付記９）
付記８に記載のプログラムであって、
前記（ｄ）のステップにおいて、
前記第１の信号によって特定される光量、前記第１の発光素子の発光特性、前記第２の信号によって特定される光量、及び前記第２の発光素子の発光特性を用いて、前記第１の軸を含む、前記基準面に垂直な仮想面に、前記第１の発光素子の光量を示す楕円と、前記第２の発光素子の光量を示す楕円とを描画し、前記基準面に垂直な仮想面に描画された、これら２つの前記楕円の交点の位置から、前記第１の軸上の高さを算出し、
前記（ｅ）のステップにおいて、
前記第１の軸に垂直であり、且つ、前記第１の位置を原点とする、第３の軸を設定し、前記第２の軸に垂直であり、且つ、前記第２の位置を原点とする、第４の軸を設定し、前記第３の軸と前記第４の軸との交点の位置を求め、
そして、前記第３の軸を含む、前記基準面に垂直な仮想面に、算出した前記第１の軸上の高さと、前記第１の発光素子の発光特性又は前記第２の発光素子の発光特性とを用いて、楕円を描画し、
描画した楕円上において、前記第３の軸と前記第４の軸との交点に整合する点を求め、求めた点の前記基準面からの高さを、前記物体の３次元空間における前記基準面からの高さとする、
ことを特徴とするプログラム。                                                                               
【国際調査報告】
2019176145.tif 000011
2019176145.tif 000012