JP4000376B2 - Object position detection device, object tracking device, and information providing device - Google Patents
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Description
この出願の発明は、物体の位置を高精度で検出し、それを追尾し、情報を提供する物体位置検出装置、物体追尾装置および情報提供装置に関するものである。 The invention of this application relates to an object position detecting device, an object tracking device, and an information providing device for detecting the position of an object with high accuracy, tracking it, and providing information.
近年、室内のような近距離閉空間にてユーザの意図や状況に応じて適切に情報を提供する情報サービスシステムが求められている。この情報サービスシステムにおいては、空間内でユーザの位置を精度良く取得することが、ユーザの状況把握の重要な要素の一つである。 In recent years, there has been a demand for an information service system that appropriately provides information according to the user's intention and situation in a short-distance closed space such as a room. In this information service system, obtaining the user's position in space with high accuracy is one of the important elements for grasping the user's situation.
ユーザ位置の取得については、センサアレイを格子状に配置し、最寄りの受信点の位置から決定する手法、CCDカメラのような撮像による視差を利用する手法(たとえば非特許文献1参照)、複数の受信点までの超音波や電磁波の到達時間差から測位する手法、方位と距離の計測により測位する手法(たとえば非特許文献2参照)など、様々な手法が考えられている。
しかしながら、上記のとおりの従来の位置検出技術では、位置精度を数cm以内と高く取ろうとすると、センサ数の増大や計測装置のコストの増大を招いていた。 However, in the conventional position detection technology as described above, if the position accuracy is to be as high as within a few centimeters, the number of sensors and the cost of the measuring device are increased.
そこで、以上のとおりの事情に鑑み、この出願の発明は、数cmレベルの高精度でユーザや物品等の物体の位置検出を行うことのできる安価な物体位置検出装置、検出された位置に基づいて物体を精度良く追尾することのできる物体追尾装置、および検出された位置に基づいて物体に情報を提供することのできる情報提供装置を提供することを課題としている。 Therefore, in view of the circumstances as described above, the invention of this application is based on an inexpensive object position detection device that can detect the position of an object such as a user or an article with high accuracy of several centimeters, and a detected position. It is an object of the present invention to provide an object tracking device that can accurately track an object and an information providing device that can provide information to the object based on a detected position.
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第1には、紫外光を可視光に変換可能な蛍光ガラスロッドが並設されたガラスロッドアレイと、ガラスロッドアレイに紫外光を照射する紫外光源と、ガラスロッドアレイの各蛍光ガラスロッドから出射される可視光を受光する受光素子が配設された受光素子アレイとを備え、物体が紫外光を遮る際に生じる各受光素子の受光信号強度の変化量に基づいて当該物体の位置を検出することを特徴とする物体位置検出装置を提供する。 In order to solve the above problems, the invention of this application firstly, a glass rod array in which fluorescent glass rods capable of converting ultraviolet light into visible light are arranged in parallel, and the glass rod array is irradiated with ultraviolet light. And a light receiving element array provided with a light receiving element for receiving visible light emitted from each fluorescent glass rod of the glass rod array, and receiving light of each light receiving element generated when an object blocks ultraviolet light. Provided is an object position detecting device for detecting the position of an object based on a change amount of signal intensity.
第2には、受光素子が太陽電池またはフォトダイオードであることを特徴とする前記物体位置検出装置を提供する。 Second, the object position detecting device is characterized in that the light receiving element is a solar cell or a photodiode.
第3には、受光信号強度が光起電圧または光電流のいずれかであることを特徴とする前記物体位置検出装置を提供する。 Third, the object position detecting apparatus is characterized in that the received light signal intensity is either a photovoltage or a photocurrent.
第4には、蛍光ガラスロッドが一次元配置されていることを特徴とする前記物体位置検出装置を提供する。 Fourthly, the object position detecting device is characterized in that fluorescent glass rods are arranged one-dimensionally.
第5には、蛍光ガラスロッドが多次元配置されていることを特徴とする前記物体位置検出装置を提供する。 Fifth, the object position detecting device is characterized in that fluorescent glass rods are arranged in a multidimensional manner.
第6には、前記物体位置検出装置により検出された物体の位置に追尾光を偏向し、当該物体を追尾することを特徴とする物体追尾装置を提供する。 Sixthly, an object tracking device is provided, in which tracking light is deflected to the position of the object detected by the object position detection device, and the object is tracked.
第7には、前記物体位置検出装置により検出された物体の位置に情報光を偏向し、当該物体に情報を提供する情報提供装置を提供する。 Seventh, there is provided an information providing apparatus for deflecting information light to the position of the object detected by the object position detecting apparatus and providing information to the object.
上記第1の物体位置検出装置によれば、紫外光を可視光に変換する蛍光ガラスを応用し、たとえばそのロッド状のもの複数を壁面や床面、天井面などにアレイ状に配置しておき、その前や下を検出対象となるユーザや物品等の物体が通った際に蛍光ガラスロッドに照射されている紫外光が遮られ、それにより生じる可視光の変化を各種受光素子の受光信号強度の変化として検出することで、その変化量に基づいて物体の位置を精度良く検出することができるようになる。 According to the first object position detection apparatus, fluorescent glass that converts ultraviolet light into visible light is applied, and for example, a plurality of rod-shaped objects are arranged in an array on a wall surface, floor surface, ceiling surface, or the like. The UV light applied to the fluorescent glass rod is blocked when an object such as a user or article to be detected passes before or under it, and the changes in visible light caused by this change in the received signal intensity of various light receiving elements. By detecting this as a change in the position of the object, the position of the object can be accurately detected based on the amount of change.
上記第2の物体位置検出装置によれば、上記第1の装置と同様な効果が得られ、また、小型且つ安価な太陽電池やフォトダイオードを用いることで装置サイズやコストをより抑えることができる。 According to the second object position detection device, the same effect as that of the first device can be obtained, and the size and cost of the device can be further suppressed by using a small and inexpensive solar cell or photodiode. .
上記第3の物体位置検出装置によれば、上記第1および第2の検出装置と同様な効果が得られ、また、受光素子からの光起電圧や光電流を用いることでよりレスポンスの良い変化量を得て、さらなる高精度位置検出を実現することができる。 According to the third object position detecting device, the same effects as those of the first and second detecting devices can be obtained, and a more responsive change can be achieved by using the photovoltage or photocurrent from the light receiving element. The quantity can be obtained and further highly accurate position detection can be realized.
上記第4の物体位置検出装置によれば、上記第1の検出装置と同様な効果が得られ、また、物体の一次元位置を検出できる。 According to the fourth object position detection device, the same effects as those of the first detection device can be obtained, and the one-dimensional position of the object can be detected.
上記第5の物体位置検出装置によれば、上記第1の検出装置と同様な効果が得られ、また、物体の二次元や三次元等の多次元位置を正確に検出できる。 According to the fifth object position detection device, the same effects as those of the first detection device can be obtained, and the two-dimensional or three-dimensional multidimensional position of the object can be accurately detected.
上記第6の物体追尾装置によれば、上記第1〜第5の検出装置と同様な効果が得られ、また、検出された位置に追尾光を偏向することで、物体を正確に追尾できるようになる。 According to the sixth object tracking device, the same effects as those of the first to fifth detection devices can be obtained, and the object can be accurately tracked by deflecting the tracking light to the detected position. become.
上記第7の情報提供装置によれば、上記第1〜第5の検出装置と同様な効果が得られ、また、検出された位置に情報光を偏向することで、物体に正確に情報を提供し続けることができるようになる。 According to the seventh information providing apparatus, the same effects as those of the first to fifth detecting apparatuses are obtained, and information is accurately provided to the object by deflecting the information light to the detected position. Will be able to continue.
[第1の実施形態]
図1は、上記のとおりの特徴を有するこの出願の発明の物体位置検出装置の一実施形態を示したものであり、紫外光を可視光に変換可能な蛍光ガラスロッド(10)が並設されたガラスロッドアレイ(1)と、ガラスロッドアレイ(1)に紫外光を照射する紫外光源(2)と、ガラスロッドアレイ(1)の各蛍光ガラスロッド(10)から出射される可視光を受光する受光素子(30)が配設された受光素子アレイ(3)とを備え、各受光素子(30)からの受光信号強度を検出し、ガラスロッドアレイ(1)と紫外光源(2)との間を物体(100)が通って紫外光を遮る際に生じる受光信号強度の変化量に基づいて当該物体(100)の位置を検出するようになっている。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows one embodiment of the object position detecting device of the invention of this application having the features as described above, and fluorescent glass rods (10) capable of converting ultraviolet light into visible light are arranged side by side. The glass rod array (1), the ultraviolet light source (2) for irradiating the glass rod array (1) with ultraviolet light, and visible light emitted from each fluorescent glass rod (10) of the glass rod array (1) are received. A light receiving element array (3) provided with a light receiving element (30) for detecting the intensity of the light received from each light receiving element (30), and detecting the intensity of the glass rod array (1) and the ultraviolet light source (2). The position of the object (100) is detected based on the amount of change in the received light signal intensity that occurs when the object (100) passes through and blocks the ultraviolet light.
さらに説明すると、この図1の実施形態では、まず、蛍光ガラスロッド(10)は、入射紫外光により励起されて可視光を放出する蛍光ガラスが長細いロッド状(ファイバ状とも呼べる)に形成されたものであり、それが複数、各々の可視光出射側を下向きに揃えて横方向に密に一次元配置されて、ガラスロッドアレイ(1)が構成されている。各蛍光ガラスロッド(10)は隙間なく並設させてもよい。 More specifically, in the embodiment of FIG. 1, the fluorescent glass rod (10) is first formed into a long thin rod shape (also referred to as a fiber shape), which is excited by incident ultraviolet light and emits visible light. The glass rod array (1) is configured by arranging a plurality of each of the visible light emitting sides downwardly and densely in the horizontal direction. The fluorescent glass rods (10) may be juxtaposed without any gaps.
紫外光源(2)は、蛍光ガラスロッド(10)の蛍光体を励起させる波長の紫外光を出力可能なものであり、たとえば紫外線放電ランプ、紫外線LED、紫外線レーザなどを考慮できる。また、点光源や線光源、平行光を出す光源など様々な形態が可能でもある。これら紫外光源(2)は、ガラスロッドアレイ(1)全体に均一に、つまり各蛍光ガラスロッド(10)に対する照射量が略同一となるように紫外光を照射する配置が好ましく、また照射量を均一化できない場合には、予め発光分布を計測し規格化して不均一性を修正するようにしてもよい。なお、物体(100)が紫外光を遮った際に物体(100)の影が蛍光ガラスロッド(10)に投影される必要があるため、紫外光発光可能なものであっても、無影灯のように影による照度分布に差ができないような光源は用いることができない。 The ultraviolet light source (2) can output ultraviolet light having a wavelength that excites the phosphor of the fluorescent glass rod (10). For example, an ultraviolet discharge lamp, an ultraviolet LED, and an ultraviolet laser can be considered. Various forms such as a point light source, a line light source, and a light source that emits parallel light are also possible. These ultraviolet light sources (2) are preferably arranged to irradiate ultraviolet light so that the entire glass rod array (1) is uniformly irradiated, that is, the amount of irradiation to each fluorescent glass rod (10) is substantially the same. If the uniformity cannot be achieved, the emission distribution may be measured and normalized in advance to correct the non-uniformity. Since the shadow of the object (100) needs to be projected onto the fluorescent glass rod (10) when the object (100) blocks the ultraviolet light, there is no shadow lamp even if it can emit ultraviolet light. A light source that does not have a difference in illuminance distribution due to shadows cannot be used.
受光素子(30)は、可視光を受光して光電変換するものであり、それが複数、各々の受光面を上記蛍光ガラスロッド(10)の可視光出射側に合わせて、つまり蛍光ガラスロッド(10)から出射される可視光を受光できる位置に横並びに一次元配置されて、受光素子アレイ(3)が構成されている。このとき、本実施形態では、受光素子(30)と蛍光ガラスロッド(10)とは1対1の関係で配置される。また、要求される検出精度を満足できる範囲で、複数の蛍光ガラスロッド(10)に対し一つの受光素子(30)を配設するようにしてもよい。この受光素子(30)としては、たとえば太陽電池やフォトダイオードなどを考慮できる。 The light-receiving element (30) receives visible light and performs photoelectric conversion, and a plurality of light-receiving elements are aligned with the light-emitting side of the fluorescent glass rod (10), that is, the fluorescent glass rod ( The light-receiving element array (3) is configured in a one-dimensional arrangement side by side at a position where visible light emitted from 10) can be received. At this time, in this embodiment, the light receiving element (30) and the fluorescent glass rod (10) are arranged in a one-to-one relationship. Moreover, you may make it arrange | position one light receiving element (30) with respect to a some fluorescent glass rod (10) in the range which can satisfy the detection accuracy requested | required. As this light receiving element (30), for example, a solar cell or a photodiode can be considered.
これらガラスロッドアレイ(1)、紫外光源(2)および受光素子アレイ(3)を備えた物体位置検出装置において、物体(100)の位置検出は以下のように行われる。 In the object position detecting device including the glass rod array (1), the ultraviolet light source (2), and the light receiving element array (3), the position of the object (100) is detected as follows.
まず、物体(100)がない状態で紫外光源(2)からガラスロッドアレイ(1)に紫外光を照射し、各受光素子(30)の受光信号強度の分布(初期強度分布と呼ぶこととする)を予め計測しておく。より具体的には、各蛍光ガラスロッド(10)内では紫外光励起による蛍光として可視光が発生し、その可視光はロッド内を伝播してロッド終端部から受光素子(30)の受光面に入射する。蛍光ガラスロッド(10)は空気よりも屈折率が高いため、発生した可視光は光ファイバのように内部反射を繰り返してロッド終端部まで到達するのである。受光素子(30)では可視光を受光すると光電変換効果により電気が発生されるので、その光起電圧あるいは光電流の分布を受光信号強度分布として計測しておく。この分布は、各受光素子(30)の基準点(原点とも呼べる)からの距離で表わされる位置と各受光素子(30)の受光信号強度との関係付けで求まるものであり、本実施形態では、各受光素子(30)からの受光信号を取得可能に設けられた信号検出回路(4)により求められるようになっている。このとき、必要に応じて初期強度分布の規格化を行うようにしてもよい。 First, the ultraviolet light source (2) irradiates the glass rod array (1) with ultraviolet light in the absence of the object (100), and the received light signal intensity distribution of each light receiving element (30) (referred to as initial intensity distribution). ) Is measured in advance. More specifically, visible light is generated as fluorescence by ultraviolet light excitation in each fluorescent glass rod (10), and the visible light propagates through the rod and enters the light receiving surface of the light receiving element (30) from the end of the rod. To do. Since the fluorescent glass rod (10) has a higher refractive index than air, the generated visible light repeats internal reflection like an optical fiber and reaches the end of the rod. When the visible light is received by the light receiving element (30), electricity is generated by the photoelectric conversion effect, and therefore the photovoltage or photocurrent distribution is measured as the received light signal intensity distribution. This distribution is obtained by associating the position represented by the distance from the reference point (also referred to as the origin) of each light receiving element (30) and the light reception signal intensity of each light receiving element (30). The signal detection circuit (4) provided so as to be able to acquire the light reception signal from each light receiving element (30) is obtained. At this time, normalization of the initial intensity distribution may be performed as necessary.
以上の検出準備完了後、ガラスロッドアレイ(1)と紫外光源(2)との間を物体(100)が通ると、より具体的には紫外光源(2)からガラスロッドアレイ(1)への紫外光照射領域を横切るように物体(100)が通ると、紫外光が物体(100)により遮られるため、遮られた位置にある蛍光ガラスロッド(10)に到達する紫外光が減少する。この減少量は物体(100)の紫外光吸収量に依存することは言うまでもない。 When the object (100) passes between the glass rod array (1) and the ultraviolet light source (2) after the above detection preparation is completed, more specifically, from the ultraviolet light source (2) to the glass rod array (1). When the object (100) passes across the ultraviolet light irradiation region, the ultraviolet light is blocked by the object (100), and therefore the ultraviolet light reaching the fluorescent glass rod (10) at the blocked position decreases. It goes without saying that the amount of decrease depends on the amount of ultraviolet light absorbed by the object (100).
そして、紫外光が減少すると蛍光ガラスロッド(10)により発生される可視光強度が弱くなるので、各受光素子(30)による受光信号強度も減少し、よって、物体(100)が通った際の強度分布と上記初期強度分布との差から減少量の分布を求めることで、物体(100)の位置を割り出すことができる。すなわち、受光信号強度が減少した蛍光ガラスロッド(10)の位置を物体(100)の位置として検出できるのである。 When the ultraviolet light is reduced, the visible light intensity generated by the fluorescent glass rod (10) is weakened, so that the received light signal intensity by each light receiving element (30) is also reduced, and thus when the object (100) passes. The position of the object (100) can be determined by obtaining the distribution of the reduction amount from the difference between the intensity distribution and the initial intensity distribution. That is, the position of the fluorescent glass rod (10) in which the received light signal intensity is reduced can be detected as the position of the object (100).
したがって、蛍光ガラスロッド(10)の並設密度を数cm間隔とすることで、数cmレベルの高精度位置検出が実現可能となる。このとき、各蛍光ガラスロッド(10)に対して配設される各受光素子(30)を太陽電池やフォトダイオードを代表とする小型な光電変換素子とすることで、蛍光ガラスロッド(10)の数cm間隔に対応させた配設が可能となり、精度良く且つ応答性良く受光信号強度の変化量を読み取ることができる。もちろん、蛍光ガラスロッド(10)および受光素子(30)の数を増やすというよりも、その間隔を狭めて並設密度を高めることで高精度検出が可能となるため、優れた効果対コストの検出装置とすることができる。 Therefore, high-accuracy position detection at the level of several centimeters can be realized by setting the parallel density of the fluorescent glass rods (10) at intervals of several centimeters. At this time, by making each light receiving element (30) arranged with respect to each fluorescent glass rod (10) into a small photoelectric conversion element typified by a solar cell or a photodiode, the fluorescent glass rod (10) The arrangement corresponding to the interval of several centimeters is possible, and the amount of change in the received light signal intensity can be read with high accuracy and responsiveness. Of course, rather than increasing the number of fluorescent glass rods (10) and light receiving elements (30), high accuracy can be detected by increasing the density of parallel arrangement by narrowing the distance between them, so that excellent effect versus cost detection is possible. It can be a device.
[第2の実施形態]
図2は、この出願の発明の物体位置検出装置の別の一実施形態を示したものである。この図2の実施形態では、複数の蛍光ガラスロッド(10)が直交する格子状に二次元配置されて、ガラスロッドアレイ(1)が構成されている。より具体的には、縦方向に延びた蛍光ガラスロッド(10)が横方向に一次元配置されてなるガラスロッドアレイ(1)と横方向に延びた蛍光ガラスロッド(10)が縦方向に一次元配置されてなるガラスロッドアレイ(1)とが互いに直交するように配置されている。
[Second Embodiment]
FIG. 2 shows another embodiment of the object position detection apparatus of the invention of this application. In the embodiment of FIG. 2, a plurality of fluorescent glass rods (10) are two-dimensionally arranged in an orthogonal lattice pattern to constitute a glass rod array (1). More specifically, a glass rod array (1) in which fluorescent glass rods (10) extending in the vertical direction are arranged one-dimensionally in the horizontal direction and a fluorescent glass rod (10) extending in the horizontal direction are primary in the vertical direction. The original glass rod array (1) is arranged so as to be orthogonal to each other.
受光素子(30)は、上記一次元配置の場合と同様に、蛍光ガラスロッド(10)と1対1の関係で、各々からの可視光を受光できるように配置されている。 As in the case of the one-dimensional arrangement, the light receiving element (30) is arranged so as to receive visible light from each in a one-to-one relationship with the fluorescent glass rod (10).
したがって、ガラスロッドアレイ(1)および受光素子アレイ(3)を二セット用意し、それらを横方向および縦方向にして互いに直交させているとも言える。 Therefore, it can be said that two sets of the glass rod array (1) and the light receiving element array (3) are prepared and orthogonal to each other in the horizontal direction and the vertical direction.
信号検出回路(4)は、各受光素子(30)と接続され、横方向および縦方向の受光素子アレイ(3)それぞれからの受光信号強度分布を検出可能となっている。 The signal detection circuit (4) is connected to each light receiving element (30), and can detect the light reception signal intensity distribution from each of the light receiving element arrays (3) in the horizontal direction and the vertical direction.
そして、物体(100)が通った際の受光信号強度の減少量の二次元分布を求めることで、物体(100)の二次元位置を算出することができる。本実施形態では、この算出処理を行う信号処理回路(5)が備えられており、横方向および縦方向それぞれについて一次元強度分布と一次元初期強度分布との差を求めて減少量一次元分布を算出し、それら減少量一次元分布に基づいて、受光信号強度が減少した横方向および縦方向の受光素子(30)の位置x、yを判別し、これを物体(100)の二次元位置x,yとして割り出す。 Then, the two-dimensional position of the object (100) can be calculated by obtaining the two-dimensional distribution of the decrease amount of the received light signal intensity when the object (100) passes. In the present embodiment, a signal processing circuit (5) that performs this calculation process is provided, and the difference between the one-dimensional intensity distribution and the one-dimensional initial intensity distribution is obtained in each of the horizontal direction and the vertical direction, thereby reducing the one-dimensional distribution. And the positions x and y of the light receiving element (30) in the horizontal direction and the vertical direction where the light receiving signal intensity is reduced are determined based on the one-dimensional distribution of the reduction amount, and this is determined as the two-dimensional position of the object (100). Determine as x, y.
[第3の実施形態]
ところで、上記第2の実施形態では、蛍光ガラスロッド(10)を直交する格子状に二次元配置し、2方向の強度分布から物体(100)の位置を算出しているが、より多くの方向の強度分布を用いることができれば、より正確で誤差の少ない物体(100)の位置算出が可能になる。
[Third Embodiment]
By the way, in the said 2nd Embodiment, although the fluorescent glass rod (10) is arrange | positioned two-dimensionally in the orthogonal | lattice grid | lattice form and the position of the object (100) is calculated from intensity distribution of 2 directions, more directions Can be used, the position of the object (100) can be calculated more accurately and with less error.
そこで、この出願の発明では、ガラスロッドアレイ(1)および蛍光素子アレイ(3)を二次元以上の多次元配置させてもよく、たとえば図3では、ガラスロッドアレイ(1)および受光素子アレイ(3)を3セット用意し、それぞれが3つの異なる角度を向くように重ね合わせている。各セットにおいて蛍光ガラスロッド(10)と受光素子(30)とは1対1の関係となっている。 Therefore, in the invention of this application, the glass rod array (1) and the fluorescent element array (3) may be arranged in two or more dimensions. For example, in FIG. 3, the glass rod array (1) and the light receiving element array ( Three sets of 3) are prepared and overlapped so that each faces three different angles. In each set, the fluorescent glass rod (10) and the light receiving element (30) have a one-to-one relationship.
信号検出回路(4)は、各受光素子(30)と接続され、各方向の受光素子アレイ(3)の受光信号強度分布を検出可能となっている。 The signal detection circuit (4) is connected to each light receiving element (30), and can detect the light reception signal intensity distribution of the light receiving element array (3) in each direction.
そして、物体(100)が通った際の受光信号強度の減少量の分布を求めることで、一度に複数の物体(100)の二次元位置をより正確に算出することができる。この算出処理は信号処理回路(5)により行われ、たとえばCTスキャンと同様な計算手法を施すことにより、つまり3方向の一次元強度分布にラドン変換とラドン逆変換という線形変換を施すことにより、受光信号強度が減少した各方向の受光素子(30)それぞれの位置a,b,cを判別し、これに基づいて各物体(100)の二次元位置をより正確に割り出す。すなわち、物体(100)の角度依存性のデータを3方向から取得することができるため、ラドン変換およびラドン逆変換に必要なデータがより多く得られ、よって物体(100)の二次元位置の正確な算出が可能となるのである。 Then, by obtaining the distribution of the decrease amount of the received light signal intensity when the object (100) passes, the two-dimensional positions of the plurality of objects (100) can be calculated more accurately at one time. This calculation processing is performed by the signal processing circuit (5), for example, by applying a calculation method similar to that of CT scan, that is, by performing linear transformation of Radon transform and Radon inverse transform on the three-dimensional one-dimensional intensity distribution, The positions a, b, and c of the light receiving elements (30) in the respective directions where the light reception signal intensity is reduced are determined, and based on this, the two-dimensional position of each object (100) is determined more accurately. In other words, since the angle-dependent data of the object (100) can be acquired from three directions, more data necessary for the Radon transform and the Radon inverse transform can be obtained, and thus the accurate two-dimensional position of the object (100) can be obtained. Therefore, it is possible to calculate easily.
なお、この場合、物体(100)の立体形状をも正確に割り出すことができるのは言うまでもない。 In this case, it goes without saying that the three-dimensional shape of the object (100) can also be accurately determined.
[位置補正処理]
ここで、一次元配置および多次元配置のいずれにおいても、たとえば図4に例示したように、ガラスロッドアレイ(1)が構成する平面Pに対し、平行な紫外光が、平面Pの法線方向Nから垂直に照射される場合、あるいは物体(100)がガラスロッドアレイ(1)の平面Pに密着した平面状のものである場合には、物体(100)の投影位置は紫外光源(2)の位置には依存せず、物体(100)の投影面は平面Pにおいて物体(100)の真裏もしくは真下に投影されることとなる。
[Position correction processing]
Here, in both the one-dimensional arrangement and the multi-dimensional arrangement, for example, as illustrated in FIG. 4, the ultraviolet light parallel to the plane P formed by the glass rod array (1) is normal to the plane P. When the light is irradiated vertically from N, or when the object (100) is a flat surface in close contact with the plane P of the glass rod array (1), the projection position of the object (100) is the ultraviolet light source (2). The projection plane of the object (100) is projected on the plane P directly below or directly below the object (100).
しかしながら、たとえば図5に例示したように、紫外光源(2)が点光源である場合、あるいは平行光でも斜めから照射する場合には、投影は物体(100)と平面Pとの距離hおよび照射角θに応じてずれた位置に投影されることになる。すなわち、物体(100)が平面Pから距離hをおいて存在し、紫外光源(2)が物体(100)の直上にない場合には、紫外光源(2)からの光線の照射方向により、投影位置は物体(100)の真裏もしくは真下からずれることになる。 However, for example, as illustrated in FIG. 5, when the ultraviolet light source (2) is a point light source, or when parallel light is irradiated obliquely, the projection is performed with the distance h between the object (100) and the plane P and the irradiation. It is projected at a position shifted according to the angle θ. That is, when the object (100) exists at a distance h from the plane P and the ultraviolet light source (2) is not directly above the object (100), the projection is performed depending on the irradiation direction of the light from the ultraviolet light source (2). The position will deviate from the back of or directly below the object (100).
たとえば、物体(100)が平面Pから距離hの位置にある点とし、紫外光源(2)からの紫外光線が平行光であるとし、且つ平面Pの法線方向Nから角度θで照射されるとすると、真の位置からh・tanθだけずれた位置に物体(100)の影が投影され、そのずれた位置にある蛍光ガラスロッド(10)への紫外線が減少するため、h・tanθの測位誤差が生じてしまうこととなる。 For example, it is assumed that the object (100) is located at a distance h from the plane P, the ultraviolet light from the ultraviolet light source (2) is parallel light, and is irradiated at an angle θ from the normal direction N of the plane P. Then, the shadow of the object (100) is projected at a position shifted by h · tan θ from the true position, and ultraviolet rays to the fluorescent glass rod (10) at the shifted position are reduced, so that positioning of h · tan θ is performed. An error will occur.
したがって、計測された投影の位置に対して、紫外光源(2)からの発光の種類と、平面P、物体(100)、紫外光源(2)の位置関係とから補正を加えることで、より正確な物体(100)の位置を得ることができる。より具体的には、たとえば、物体(100)の平面pからの距離hおよび紫外光源(2)との角度θを計測してh・tanθの補正をかけたり、もしくは、距離hおよび角度θの一方をある一定値に仮定して他方を算出し、h・tanθの補正をかけたり、または、紫外光源(2)の位置と複数の計測平面の投影データから、計算機トモグラフィ(CT)の逆ラドン変換により物体(100)の多次元位置を算出したりすればよい。図1〜図3の実施形態では、たとえばこの補正は信号処理回路(5)により行われる。 Therefore, by correcting the measured projection position based on the type of light emitted from the ultraviolet light source (2) and the positional relationship between the plane P, the object (100), and the ultraviolet light source (2), it is more accurate. The position of the object (100) can be obtained. More specifically, for example, the distance h from the plane p of the object (100) and the angle θ with the ultraviolet light source (2) are measured to correct h · tan θ, or the distance h and the angle θ are corrected. Assuming one as a certain value, the other is calculated and h · tan θ is corrected, or the inverse of computer tomography (CT) is calculated from the position of the ultraviolet light source (2) and projection data of a plurality of measurement planes. What is necessary is just to calculate the multidimensional position of the object (100) by Radon transformation. In the embodiment of FIGS. 1 to 3, for example, this correction is performed by the signal processing circuit (5).
[第4の実施形態]
この出願の発明では、以上の各種実施形態の物体位置検出装置により得られた物体(100)の位置に基づいて、物体(100)を正確に追尾する物体追尾装置も実現可能である。
[Fourth Embodiment]
In the invention of this application, an object tracking device that accurately tracks the object (100) based on the position of the object (100) obtained by the object position detection device of the various embodiments described above can also be realized.
図6はこの物体追尾装置の一実施形態を示したものであり、一次元配置の場合の物体位置検出装置に物体追尾用構成を付加している。本実施形態では、まず信号検出回路(4)による受光信号強度の減少量分布の代表値を計算し、続いてこの代表値に基づいて偏向角を計算し、この偏向角に従って光変更装置駆動回路(6)により光偏向装置(7)を駆動して、追尾光光源(8)からの追尾光を物体(1)の位置へ偏向させる。これにより物体(100)を追尾光により常に正確に追尾できるようになる。 FIG. 6 shows an embodiment of this object tracking device, and an object tracking configuration is added to the object position detection device in the case of a one-dimensional arrangement. In the present embodiment, first, a representative value of a decrease amount distribution of the received light signal intensity by the signal detection circuit (4) is calculated, then a deflection angle is calculated based on the representative value, and the optical changer driving circuit is calculated according to the deflection angle. The light deflecting device (7) is driven by (6) to deflect the tracking light from the tracking light source (8) to the position of the object (1). As a result, the object (100) can always be accurately tracked by the tracking light.
たとえば、この追尾光としてはレーザ光を用いることができ、この場合、追尾光光源(8)はレーザ光源、偏向装置(7)はガルバノミラー等の光学系などを考慮できる。 For example, laser light can be used as the tracking light. In this case, the tracking light source (8) can be a laser light source, and the deflection device (7) can be an optical system such as a galvanometer mirror.
なお、代表値や偏向角の計算は、信号処理回路(5)(図1〜図3参照)で行うようにしても、あるいは別途の追尾計算回路(図示なし)を設けて行うようにしてもよい。 The calculation of the representative value and the deflection angle may be performed by the signal processing circuit (5) (see FIGS. 1 to 3) or may be performed by providing a separate tracking calculation circuit (not shown). Good.
ここで、代表値および偏向角に基づく追尾光偏向について、図1の一次元測位を例にとってさらに説明する。 Here, the tracking light deflection based on the representative value and the deflection angle will be further described taking the one-dimensional positioning in FIG. 1 as an example.
まず、ガラスロッドアレイ(1)および受光素子アレイ(3)がx軸方向に配置されているとして、紫外光源(2)によりガラスロッドアレイ(1)が均一に照射されていると、受光素子アレイ(3)は均一な発光強度分布g(x)=c[c:一定値]を示す。 First, assuming that the glass rod array (1) and the light receiving element array (3) are arranged in the x-axis direction, if the glass rod array (1) is uniformly irradiated by the ultraviolet light source (2), the light receiving element array (3) shows a uniform emission intensity distribution g (x) = c [c: constant value].
ここに物体(100)がガラスロッドアレイ(1)が構成する平面に密着して存在すると、物体(100)により紫外光源(2)からの紫外光が遮光されるため、g(x)とは異なる発光強度分布f(x)が計測される。 If the object (100) is in close contact with the plane formed by the glass rod array (1), ultraviolet light from the ultraviolet light source (2) is shielded by the object (100), so g (x) Different emission intensity distributions f (x) are measured.
このg(x)−f(x)は遮光された光強度分布の差を意味し、この分布の代表値(最大値、重心位置、あるいは中心値など)が物体(100)の中心のx座標を示すことになる。 This g (x) -f (x) means a difference in light intensity distribution that is shielded from light, and a representative value (maximum value, center of gravity position, or center value) of this distribution is the x coordinate of the center of the object (100). Will be shown.
続いて、説明を簡単にするため、たとえば図7に例示したように、x座標の原点Oの蛍光ガラスロッド(10)のなす平面P1からの法線N1上距離Lに光偏向装置(7)としてのガルバノメータミラーの反射面Rが存在し、その反射面Rから平面P1の法線N1と角度αを成す方向に追尾光光源(8)としてのレーザ光源が存在するときに、反射面Rの法線N2と平面P1の法線N1とのなす角度βを求めることを考える。 Subsequently, to simplify the description, for example, as illustrated in FIG. 7, the optical deflection device (at the distance L on the normal line N 1 from the plane P 1 formed by the fluorescent glass rod (10) at the origin O of the x coordinate ( When there is a reflection surface R of the galvanometer mirror as 7), and there is a laser light source as a tracking light source (8) in a direction that forms an angle α with the normal N 1 of the plane P 1 from the reflection surface R, consider the determination of the angle β between the normal N 1 of the normal N 2 and the plane P 1 of the reflecting surface R.
原点Oの平面P1上を通る法線N1とガルバノメータミラーと物体(100)とのなす角度をγとすると、γ=tan(−1)(x/L)となる。β−α=180°−(β+γ)の場合が求める場合であるから、β=(180+α−γ)/2となり、この方向にガルバノメータミラーを偏向すればよいことになる。 If the angle between the normal line N 1 passing through the plane P 1 of the origin O, the galvanometer mirror, and the object (100) is γ, γ = tan (−1) (x / L). Since β−α = 180 ° − (β + γ) is obtained, β = (180 + α−γ) / 2, and the galvanometer mirror may be deflected in this direction.
[第5の実施形態]
そして、この出願の発明では、物体(100)を追尾するだけでなく、物体(100)に情報提供することのできる情報提供装置も実現可能である。
[Fifth Embodiment]
In the invention of this application, it is possible to realize an information providing apparatus that not only tracks the object (100) but also can provide information to the object (100).
より具体的には、上記追尾光を情報を載せた情報光とすることで、その物体(100)に対して情報光を常に正確に発信して、情報提供できるのである。物体(100)側ではその情報光を受信して情報を取り出せばよい。 More specifically, by using the tracking light as information light carrying information, the information light can always be accurately transmitted to the object (100) to provide information. The object (100) side may receive the information light and extract the information.
ここでは、図8に例示したように一次元配置のガラスロッドアレイ(1)と紫外光源(2)との間にて、物体(100)を移動ステージ(110)により蛍光ガラスロッド(10)の並設方向と同方向に移動させた際の、物体(100)の位置検出および追尾について説明する。 Here, as illustrated in FIG. 8, the object (100) is moved between the one-dimensional glass rod array (1) and the ultraviolet light source (2) by the moving stage (110) of the fluorescent glass rod (10). The position detection and tracking of the object (100) when moved in the same direction as the juxtaposed direction will be described.
用いた蛍光ガラスロッド(10)は、波長200nm〜400nmの微弱な紫外光を高効率で赤色可視光に変換できる住田光学ガラス社製の機能性蛍光ガラスであり、励起光波長は365nmである。この蛍光ガラスロッド(10)8本を一列に敷き詰めてディスプレイ状のガラスロッドアレイ(1)とし、その下端に受光素子(30)として太陽電池素子を2cm間隔で8個設置した。紫外光源(2)は、紫外光をガラスロッドアレイ(1)の側面に照射するように配置した。信号検出装置(4)は、太陽電池素子の光起電圧の変化量から物体(100)の位置を検出するものとしている。 The fluorescent glass rod (10) used is a functional fluorescent glass manufactured by Sumita Optical Glass Co., Ltd., which can convert weak ultraviolet light having a wavelength of 200 nm to 400 nm into red visible light with high efficiency, and the excitation light wavelength is 365 nm. Eight fluorescent glass rods (10) were laid out in a row to form a display-like glass rod array (1), and eight solar cell elements were installed at the lower end thereof as light receiving elements (30) at intervals of 2 cm. The ultraviolet light source (2) was disposed so as to irradiate the side surface of the glass rod array (1) with ultraviolet light. The signal detection device (4) detects the position of the object (100) from the amount of change in the photovoltaic voltage of the solar cell element.
この構成において、まず、紫外光強度を変化させたときの蛍光ガラスロッド(10)の下端面から得られる可視光の変化について測定した。図9はその測定結果を示したものである。この図9から明らかなように、紫外光強度が約800μW以上であれば、照射した紫外光強度に対し1/200の強度の可視光がほぼ比例関係で得られることがわかる。 In this configuration, first, the change in visible light obtained from the lower end surface of the fluorescent glass rod (10) when the ultraviolet light intensity was changed was measured. FIG. 9 shows the measurement results. As can be seen from FIG. 9, when the ultraviolet light intensity is about 800 μW or more, visible light having an intensity of 1/200 is obtained in a substantially proportional relationship with the irradiated ultraviolet light intensity.
次に、各太陽電池素子SC0〜SC7の均一性感度精度を求めた。物体(100)には幅2cm、長さ10cmの黒紙を使用し、移動ステージ(100)により移動速度11.5cm/sでガラスロッドアレイ(1)と紫外光源(2)との間を横切るように移動させる。図10はこのときの均一性感度精度の測定結果を示したものであり、太陽電池素子SC0〜SC7の個体差はあるものの、物体(100)が通過した場所の太陽電池素子の光起電圧が減衰していることを確認できた。このことから、物体(100)の位置を数cmレベルで割り出すことが可能であることがわかる。 Next, the uniformity sensitivity accuracy of each of the solar cell elements SC0 to SC7 was determined. A black paper having a width of 2 cm and a length of 10 cm is used for the object (100), and the moving stage (100) traverses between the glass rod array (1) and the ultraviolet light source (2) at a moving speed of 11.5 cm / s. To move. FIG. 10 shows the measurement results of the uniformity sensitivity accuracy at this time. Although there are individual differences among the solar cell elements SC0 to SC7, the photovoltaic voltage of the solar cell element where the object (100) has passed is It was confirmed that it was attenuated. From this, it can be seen that the position of the object (100) can be determined at the level of several centimeters.
そして、その位置情報を元に、光偏向装置(7)としてのガルバノミラーを制御して、追尾光光源(8)としてのHe−Neレーザからの赤外レーザ光を物体(100)の位置に偏向し、物体(100)を追尾させた。偏向角は、分布代表値としての負の光重心位置を算出し、それに基づいて算出した上記βの値を用いている。 Then, based on the position information, the galvanometer mirror as the light deflecting device (7) is controlled, and the infrared laser light from the He-Ne laser as the tracking light source (8) is set at the position of the object (100). Deflection and tracking of the object (100). As the deflection angle, a negative light barycentric position as a distribution representative value is calculated, and the value of β calculated based on the negative optical barycentric position is used.
図11はこのときの追尾結果を示したものである。この図11から明らかなように、物体(100)の位置と赤外レーザ光の偏向位置とが正確に一致しており、物体(100)の移動に伴いレーザ光も移動して、物体(100)を正確に追尾していることがわかる。なお、図11の横軸は座標[cm]となっており、これは各受光素子(30)の基準点からの距離で表わされたもので、本実施例では、図8における最左端の受光素子(30)の位置を基準点0cmとし、以下2cm間隔で設けられた各受光素子(30)の距離2cm,4cm,6cm・・・16cmとしている。 FIG. 11 shows the tracking result at this time. As is clear from FIG. 11, the position of the object (100) and the deflection position of the infrared laser light are exactly the same, and the laser light also moves with the movement of the object (100). ) Is accurately tracked. In addition, the horizontal axis of FIG. 11 is a coordinate [cm], and this is expressed by the distance from the reference point of each light receiving element (30). In this embodiment, the leftmost end in FIG. The position of the light receiving element (30) is a reference point of 0 cm, and the distance between the light receiving elements (30) provided at intervals of 2 cm is 2 cm, 4 cm, 6 cm,.
もちろん、この出願の発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能である。 Of course, the invention of this application is not limited to the above embodiments, and various aspects are possible for details.
以上詳しく説明した通り、この出願の発明によって、数cmレベルの高精度で物体の位置検出を行うことのできる安価な物体位置検出装置が提供され、その検出された位置に基づいて物体を精度良く追尾することのできる物体追尾装置、および検出された位置に基づいて物体に情報を提供することのできる情報提供装置も提供される。 As described above in detail, according to the invention of this application, an inexpensive object position detection device capable of detecting the position of an object with a high accuracy of several centimeters is provided, and the object can be accurately detected based on the detected position. There are also provided an object tracking device capable of tracking, and an information providing device capable of providing information to an object based on a detected position.
1 ガラスロッドアレイ
10 蛍光ガラスロッド
2 紫外光源
3 受光素子アレイ
30 受光素子
4 信号検出装置
5 信号処理装置
6 光偏向装置駆動装置
7 光偏向装置
8 追尾光光源
100 物体
110 移動ステージ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glass rod array 10 Fluorescent glass rod 2 Ultraviolet light source 3 Light receiving element array 30 Light receiving element 4 Signal detection apparatus 5 Signal processing apparatus 6 Optical deflection apparatus drive apparatus 7 Optical deflection apparatus 8 Tracking light source 100 Object 110 Moving stage
Claims (13)
ガラスロッドアレイに紫外光を照射する紫外光源と、
ガラスロッドアレイの各蛍光ガラスロッドから出射される可視光を受光する受光素子が配設された受光素子アレイと
を備え、
物体が紫外光を遮る際に生じる各受光素子の受光信号強度分布と物体がない状態で予め計測した各受光素子の初期受光信号強度分布との差から減少量分布を求め、この減少量分布に基づいて、受光信号強度が減少した蛍光ガラスロッドの位置を物体の位置として検出し、
ガラスロッドアレイの平面Pからの物体の距離h、およびガラスロッドアレイの平面Pの法線方向Nとの紫外光の角度θを計測し、h・tanθの補正を前記物体の位置にかける、ことを特徴とする物体位置検出装置。 A glass rod array in which fluorescent glass rods capable of converting ultraviolet light into visible light are arranged in parallel;
An ultraviolet light source that irradiates the glass rod array with ultraviolet light;
A light receiving element array in which a light receiving element that receives visible light emitted from each fluorescent glass rod of the glass rod array is disposed;
A reduction amount distribution is obtained from the difference between the light reception signal intensity distribution of each light receiving element generated when the object blocks the ultraviolet light and the initial light reception signal intensity distribution of each light receiving element measured in advance in the absence of the object. Based on this , the position of the fluorescent glass rod where the received light signal intensity is reduced is detected as the position of the object,
Distance of the object from the plane P of the glass rod array h, and the angle θ of the ultraviolet light with the normal direction N of the plane P of the glass rod array is measured, applying a correction of h · tan .theta the position of the object, it An object position detecting device characterized by the above.
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