专利名称：位置探测装置和遥控装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用来接收光源发出的光并且探测光源位置的位置探测装置和一种从一个具有光源和通/断开关的发射单元来遥控一个接收单元的遥控装置。
常规上，有一种用来在一定距离下控制其它装置，比如电视机、录像机、视盘机、激光唱机、录音机以及类似装置的所谓的无线遥控器。
上述的遥控器包括一个带有操作区和一个发光区的发射单元，其中操作区上排列着由使用者操作的按键，发光区则用来调制使用者通过按键输入的数据，它以光，例如红外线，作为发射的媒体；一个用来接收从发射单元所发出的光并且将光解调的接收单元，以便执行对应的操作。发射单元和接收单元是电分离的，并且通常被分开一定的距离使用。
图1给出了一个上述发射单元的示意图。发射单元10有一个扁平长方形的平行六面体的外壳，这个外壳的尺寸便于使用者手握，主面板上有一个输入操作区11，上面排列着许多按键。此外，在发射单元10外壳的一个纵向端面上装有一个发光区13，以便沿纵向发射光。
图2给出了前述接收单元的示意图。接收单元20被装在电视图像接收机上，在显示区27的下面有一个光探测区72，用来接收和解调从上述发射单元10发出的光，以便执行由发射单元的操作区11上的操作所选择的功能。例如，电视图像接收机的频道转换或音量的增大或减小。
另一方面，在个人计算机、电视游戏机和类似的装置中，都装有用来在显示屏，例如阴极射线管(CRT)和液晶屏上指定位置以选择功能的指示装置。
鼠标即是作为上述的指示装置使用的。鼠标具有能很方便地为一只手掌所握住的尺寸，并且能在一个比如说桌面这样的平面上移动，由光标或类似的东西在上述的显示屏上指出对应于鼠标位置的指定位置。鼠标的外壳上有一至三个按键，用来键入命令，如在指定的位置上选择一种功能。
还有，用于电视游戏机的指示装置，是一种外壳上装有上、下、左、右键和一个按键的单元。在这种装置中，上述的指定位置是靠按上、下、左、右键来移动的，并且移动的距离取决于按住对应键的时间的长短。在上述指定位置上做选择则靠按按键来执行。
再有，游戏棒也是一种指示装置。游戏棒由一个由万向节机构支持的杆构成。当杆被倾斜时，由光标或类似的东西指示的上述的指定位置就会根据杆倾斜的方向和倾斜的角度在上述的显示屏上移动。另外，在游戏棒上装有选择按键的情况下，也可以在上述的指定位置上进行功能选择。
这里，图3给出了一个在日本专利公开Sho61-276014中公开的一种游戏棒100，它在棒101上有一个光源区，并带有光源102；它有一个带有透镜103的光的接收区，用来接收从光源区发出的光；它还有一个用来探测光的二维光接收元件104。
上述的游戏棒100是作为一个近似为正方体的盒子的整体的一部分。光源102被安排在杆101的下端，它发出的光被前述的透镜103会聚到前述的二维光接收元件104上。这个二维光接收元件104根据被会聚的光的位置来探测杆101的操作。进而游戏棒100就靠杆101的方向和倾斜的角度来移动显示屏上由光标或类似的东西指示的指定位置。
所谓的音像装置，如电视机、录像机、视盘机、激光唱机和录音机与个人计算机和电视游戏机一样都被各式各样的用户广泛使用。
由于这些装置有不同的功能，对于一个没有技术知识的普通使用者来说，操作这样的装置可能显得太复杂了。另外，由于操作区的限制，这些装置可能无法充分展现它们的全部功能。
例如，用来在一定距离下操纵上述装置的所谓的遥控器中，为了能对象电视机那样的接收单元20的功能进行充分操作，就应该有许多按键。可是，如果按键的数量增加，使用者就必须花更多时间和精力去选择他们所需的键。
再有，在前述的鼠标的情形下，为操纵鼠标就要提供一个平板，并需要一根连线。现在已经有了一种不需要连线的所谓光学鼠标，但它必须与鼠标板一起使用。这样，鼠标，包括光学鼠标，就不象前述的遥控器使用起来那么方便。
还有，在那种在一个外壳上装有上、下、左、右键和选择键的单元中，需要操纵四个键和选择键。这不能说是具有良好的可操作性。
此外，在前述的游戏棒中，位置的选择是根据装在游戏棒上的杆的方向和角度来进行的。这就是说，需要将杆倾斜到特定的角度来移动显示器上的指定位置。这种操作不能说是容易的，需要经过一定的训练。
本发明的目的就是要提供一种位置探测装置，通过探测光源发出的光来探测光源的位置。本发明的另一个目的是要提供一种利用上述位置探测装置的遥控装置，以便能容易地操纵上述装置。
为了达到上述目的，本发明提供的位置探测装置包括由至少两个一维光接收元件构成的光接收装置，它们被安排在两个不同方向上，用来接收光源发出的光；还有一个根据光探测装置的输出来探测光源的二维位置的位置探测处理装置。
上述的位置探测装置由光接收装置中至少两个被安排在不同方向上的一维光探测元件来接收光源发出的光，以便根据从光接收区输出的信号来探测光源的位置。
另外，在本发明的位置探测装置中，一维光接收元件可以被安排成直角相交，或者一个一维光接收元件可以被分成两个相等的部分以便将另一个一维光接收元件成直角夹在中间，整体上形成一种交叉结构。或者，元件也可以相交成非直角的其它角度。
由于上述位置探测装置有这样的光接收区，即其中至少有两个被安排成直角相交的一维光接收元件，以便探测分离到直角相交的二维中的每一维上的分量。另外，由于一维光接收元件被安排成交叉的形状，它就可能探测从较近的距离发出的光。此外，当一维光接收元件被安排成以非直角的其它角度相交时，可以探测被分开到每个方向上的分量。
在本发明的位置探测装置中，光接收装置包含三个或三个以上一维光接收元件，其中至少两个元件被安排在不同的方向上；位置探测处理装置根据从光接收装置输出的信号来探测光源的三维位置。
在上述位置探测装置中，一个光源发出的光被安装在光接收装置上的三个或三个以上一维光接收元件所接收，其中至少有两个一维光接收元件被安排在不同的方向上，光源的三维位置根据从这个光接收装置输出的信号被探测出来。
在本发明的位置探测装置中，一维光接收元件是用CCD图像拾取元件、BBD图像拾取元件和MOS图像拾取元件这三者之一制造的。
上述位置探测装置使用CCD图像拾取元件、BBD图像拾取元件和MOS图像拾取元件之一做为光接收装置的一维光接收元件。
本发明的另外一个方面所提供的一种遥控装置包括一个发射区，它带一个用来发光的光源和一个用来开关光源的通/断开关；一个光接收区，它有至少两个被安排在不同的方向的一维光接收元件，用来接收发射区发出的光；一个根据光接收区输出的信号来探测光发射区的二维位置的位置探测处理区；一个显示区，它能在显示屏上显示由位置探测处理区探测到的发射区的二维位置。
在上述的遥控装置中，由发射区开关的光源发出一束光，被光接收装置中的两个放置在不同方向上的一维光接收元件所接收；发射区的二维位置被位置探测处理区根据光接收区输出的信号探测出来；显示区在显示屏上显示发射区的二维位置。
另外，在本方面的遥控装置中，光接收区包括三个或三个以上一维光接收元件，其中至少两个元件被安排在不同的方向上；从光接收元件输出的信号被用来探测发射区的三维位置；这个被接收区探测的三维位置被转换成二维位置以便在显示区的显示屏上显示出来。
在上述遥控装置中，光接收区包括三个或三个以上一维光接收元件，其中至少两个元件被安排在不同的方向上；从光接收区输出的信号被用来探测发射区的三维位置；这个三维位置被转换成二维位置以便在显示区的显示屏上显示出来。
图1是一个传统的发射单元的平面示意图。
图2是一个传统的接收单元的平面示意图。
图3是一个传统的游戏棒的例子的示意图。
图4是一个本发明的一个实施例的遥控器的框图。
图5是一个本发明的一个实施例的发射单元的透视图。
图6示意地表现了一个实施例的一个线性传感器的布置。
图7是一个实施例的接收单元的示意图。
图8是一个显示区上的“初始菜单”的平面图。
图9是一个表现“初始菜单”屏幕上“电视(TV)”键被按下的平面图。
图10是一个表现“电视(TV)菜单”屏幕上“频道(Channel)”键被按下的平面图。
图11是一个表现“录像机(VTR)菜单”屏幕上“快速进带(FastFeed)”键被按下的平面图。
图12是一个接收单元探测从位于接收单元光轴上的发射单元发出的光束的侧视图。
图13是一个接收单元探测从位于接收单元光轴外的发射单元发出的光束的侧视图。
图14是一个当传感器没有探测到光时输出信号的时间曲线。
图15是一个当传感器的一个部分探测到光时传感器输出信号的时间曲线。
图16是一个当传感器的另一个部分探测到光时传感器输出信号的时间曲线。
图17是一个接收单元探测在二维上探测到从发射单元发出的光束的示意图。
图18是一个在x方向的线性传感器的输出信号的时间曲线。
图19是一个在第一y方向的线性传感器的输出信号的时间曲线。
图20是一个在第二y方向的线性传感器的输出信号的时间曲线。
图21是一个表示当线性传感器探测到光时的输出信号的一个取样与阈值的关系的时间曲线。
图22是一个表示当线性传感器探测到光时的输出信号的另一个取样与阈值的关系的时间曲线。
图23是一个数字型探测区的电路的例子的结构框图。
图24是一个模拟型探测区的电路的例子的结构框图。
图25是第一个实施例中用来探测发射区的三维位置的接收单元的传感器区的平面图。
图26是第一个实施例中用来探测发射区的三维位置的接收单元的第二光学区的平面图。
图27是第二个实施例中用来探测发射区的三维位置的接收单元的传感器区的平面图。
图28是第二个实施例中用来探测发射区的三维位置的接收单元的第二光学区的平面图。
图29是第三个实施例中用来探测发射区的三维位置的接收单元的传感器区的平面图。
图30是第三个实施例中用来探测发射区的三维位置的接收单元的第二光学区的平面图。
图31是第四个实施例中用来探测发射区的三维位置的接收单元的传感器区的平面图。
图32是第四个实施例中用来探测发射区的三维位置的接收单元的第二光学区的平面图。
这里将参照附图，根据本发明的一个实施例对一种位置探测装置和一种遥控装置进行描述。
图4是本发明的一个实施例的遥控器的框图，包括一个发射单元10，一个接收单元20和一个显示区27。在发射单元10和接收单元20之间没有电连接，它们在空间上是相互分离的。
遥控装置1的发射单元10有一个输入操作区11，一个光源区12和一个第一光学区13。输入操作区11装有一个按键以键入控制光源区12的命令。例如，当按键被按下时，光源区12就发光。第一光学光源区12使用一个发光二极管或类似的元件，它可以通过输入操作区的控制来开关，发出的光被引入第一光学区13。第一光学区13接收从光源发出的光并将其转变成光束。
接收单元20有一个第二光学区21，一个传感器区22和一个控制区26。第二光学区21接收从发射单元20发出的光束，并将其会聚到传感器区22的传感器上。当要探测二维位置时，传感器区22至少要由两个传感器构成，一个x方向的线性传感器23和一个y方向的线性传感器24；如果要探测三维位置，则至少要有三个传感器，即增加一个z方向上的传感器25。三个线性探测器中的每一个分别探测入射光束强度在相应方向的分量，并为控制区26提供探测结果。控制区26带有一个探测区28，它分析从线性传感器来的信号以便探测发射单元10的位置。被探测到的发射单元10的位置被提供给显示区，并且，如果需要的话，最终可以输出数据。
显示区27有一个显示屏，能够显示接收区所提供的数据。
如图5所示，发射单元10有一个近似长方形的平行六面体外壳，它从第一光学区13发出光束的光轴被安排成沿外壳的纵向。这个外壳的尺寸便于手握操作。按键2作为输入操作区11被装在外壳的前半部分以便于手握着外壳时能容易地用手指操作。一般地，发射单元10带有一个电源，如电池，这样在操作时就不需外电源。
发射单元10被控制使得在手握发射单元或按键2被按下时光源区12发光。光源区发出的光被第一光学区13转变成光束。
图6表示了第一个实施例中的接收单元20，这个实施例包含了x方向线性传感器23和y方向线性传感器，它们位于显示区27的左上方，并被分别放置在扁平的长方形平行六面体的外壳里。x方向传感器23的纵向被放置得平行于显示区的顶边，而y方向传感器24的纵向平行于显示区的侧边。
图7表现了第二个实施例中的接收单元。第二个实施例中的接收单元20不是象第一个实施例中那样把x方向线性传感器23和y方向线性传感器24放置在显示区27的左上方，而是由前述的第二光学区21构成的，第二光学区有一个透镜3并位于显示区的下方。带有上述的x方向线性传感器23和y方向线性传感器的传感器区22被放置在这个接收单元20的内部。
在接收单元20中，从发射单元10来的光束被第二光学区21的透镜3会聚到装有前述的线性传感器的传感器区22上。传感器区至少有两个传感器一个x方向线性传感器和一个y方向线性传感器。这些传感器被放置在各自的方向上以便能有效地分离束的x方向分量和y方向分量。这些传感器的方向可以形成直角或非直角的其它角度。
这里，线性传感器(一维光接收元件)的方向代表着线性传感器的纵向，光接收元件被沿这个方向一维排列。
图8表现了显示区27的显示屏上的初始屏幕的例子。接收单元20显示了一个菜单，这个菜单被平铺在显示区27的显示屏上。可以通过这个菜单靠操纵发射单元10来选择一个功能。
这就是说，当发射单元10被握在手中或按键2被手指按下时，第一光学区13发出一束光。发射单元10的这个操作被遥到接收单元20。当接收单元20探测到从发射单元10发出的光束时，接收单元20就在显示屏上显示出一个“初始菜单”32。
这个“初始菜单”32在其左半边从上至下依次显示“电视”、“录像机”、“视盘机”和“帮助”四个选择键。在屏幕的右半边从上至下依次是“激光唱机”、“唱盘机”、“录音机”和“选项”四个键。当这个“初始菜单”一打开，光标31就位于屏幕中央。
显示区27显示相应的功能的内容。当选择了一个选择键，就出现相应的屏幕，通过它可以执行实物操作。这就是，当相应的键被选择时，“电视菜单”、“录像机菜单”、“视盘机菜单”和“帮助菜单”、“激光唱机菜单”、“唱盘机菜单”、“录音机菜单”和“选项菜单”就会出现，通过这些菜单以及通过用光标31对这些屏幕进行进一步选择来执行实物操作。
图9表现了显示区27的初始菜单上的“电视”键被光标31所选择。靠从发射单元10发出的光从指向显示屏27的中央到指向显示屏的左上角，光标也就从显示屏的中央移至左上角。
这就是说，靠改变发射单元的方向可以使光标31在显示区27的显示屏上移动，并且按下发射单元上的按键2就指定被光标31所指的选择键。
如果当光标31指在初始菜单的“电视”键上时发射单元10的按键2被按下，那么“电视”键就被选择了，并且显示区27上的“初始菜单”就被“电视菜单”所取代。
在“电视菜单”屏幕左半边从上至下显示的是“频道”、“1ch”、“前页”和“其它”四个键，而屏幕右半边从上至下显示的是“音量”、“4ch”、“初始菜单”和“帮助”四个键。当用光标31对这些选择键之一进行选择后，将执行相应的功能。
这就是说，“频道”键35改变频道的数值；“1ch”键选择频道“1ch”；“前页”键显示一个刚刚显示过的“菜单”，“其它”键显示“其它菜单”；“音量”键改变音量；“4ch”键将频道调至“4ch”；“初始菜单”键显示“初始菜单”；而“帮助”键则显示帮助的内容。
例如，如图10所示，“电视菜单”中的“频道”键35有一个“向上”键35a和一个“向下”键35b。当光标31指在“向上”键35a上，并且按键2被按下时，电视机的频道数值就加一。类似地，如果光标放在“向下”键35b上，并且按键2被按下时，频道数值就减一。“其它”键被用来显示“其它”与这个“电视菜单”有关的菜单。
图11表现出“录像机菜单”中左半边屏幕从上至下依次显示出“重放”、“快速进带”、“倒带”和“前页”四个键，而右半边屏幕从上至下依次显示出“停止”、“弹出带盒”、“录像”和“其它”四个键。这些选择键对应于相应的功能并可以用光标指在想要的键上并按下发射单元的按键2来对这些功能进行选择。
例如，在这个“录像机菜单”上，如果光标31指在“快速进带”键39上，用发射单元10上的按键2来选择这个功能，则与这个接收单元相连的录像机就执行快速进带的操作。
现在将描述用接收单元20探测发射单元10的位置的原理。首先解释一维位置的探测。
如图12所示，如果在接收单元20的一个光轴上发现一束从发射单元10发出的光束，光束就会被接收单元20中第二光学区21的透镜3会聚到传感器区22的线性传感器4的中央。
另一方面，图13显示了发射单元10不在接收单元20的光轴上的情形。如果发现发射单元10在位置P1，从这个发射单元10发出的光束被接收单元20中第二光学区21的透镜3会聚到传感器区22的线性传感器4上的P3点。如果发射单元10位于位置P2，从这个发射单元10发出的光束被传送到线性传感器4上的P4点。
进而，检测光束会聚的位置，也就是光束强度最大的位置，就可以探测到发射单元10的位置。
这里，一个CCD元件被用来做线性传感器4。CCD元件是一些一维排列的光接收元件，每个元件都根据光的强度产生电荷。每个元件上的电荷都经时钟同步后用来输出。
图14是一个没有光入射到用CCD做的线性传感器4上时的输出信号的时间曲线。输出信号呈脉冲的形式，是因为CCD元件的输出是根据时钟来进行的。每一个周期对应于一个元件。当没有光照射时，输出信号的振幅小而平。
图15是一个当光照射到线性传感器的一部分时线性传感器4输出信号的时间曲线。这个事件被探测到，并且输出振幅部分负向增强。也就是说，输出信号的下侧包络有一个极小值。
图16是一个当光到达与图15不同的位置时线性传感器4输出信号的时间曲线。从线性传感器的输出波形上可以看到类似的变化，但发生波形变化的位置有所不同。
这里，图14、图15和图16的时间曲线都是根据时钟读出来的在一维方向上的线性传感器4的输出信号。因而，这些曲线的时间轴就对应于这一维的方向，也就是线性传感器4的纵向。
现在，将对接收单元20接收发射单元10发出的光束，从而探测出发射单元10的二维位置的过程进行描述。
图17表示了从发射单元10发出的一束光并被接收单元20所接收。光束经装有透镜3的第二光学区21被引入并被转换到装有x方向线性传感器23及第一y方向线性传感器51和第二y方向线性传感器52的传感器区22。
传感器区22有一个近似正方形的板，线性探测器成交叉形排列在它的正面上。它们或平行或垂直于传感器区的正方形板的边，或与其成非直角的其它角度。这里，第一y方向线性传感器51和第二y方向线性传感器52被安排在一条直线上，中间夹着x方向线性传感器23。
当从发射单元10发出的光束既不在由接收单元的光轴与x方向线性传感器23构成的平面上，也不在由接收单元的光轴与y方向线性传感器构成的平面上时，光束被会聚到传感器区正面上线性传感器以外的地方。下面将给出在这种情况下，对应的线性传感器的输出信号。注意，光束没有必要被聚焦到传感器区22的传感器上。
图18表现了一个x方向线性传感器23的输出信号。根据入射光的强度，部分线性传感器上的振幅增大。注意，在图中输出信号有一个由点划线标明的参考0电平，振幅的变化是在负的一侧(图中的下方)。这在其它输出信号中是相同的。
图19是第一y方向线性传感器51的输出信号。线性传感器的一部分的输出振幅略有增大。这意味着光到达了这个第一y方向线性传感器51，但光强度很弱。
图20是第二y方向线性传感器52的输出信号。这个第二y方向线性传感器52的一部分的振幅增大。这意味着在这个线性传感器的这一部分上的光强度增大。
应该注意到，在上述的时间曲线中，横轴，也就是时间轴在一维方向上对应于线性传感器的长度，因为线性传感器输出的信号是根据时钟从一维排列的接收元件输出的。这就是说，第一y方向线性传感器和第二y方向线性传感器中的任意一个的长度只有x方向线性传感器长度的一半，相应地，图19和图20中的时间轴也就大约是图18中时间轴的一半。
在接收单元20中，入射光在传感器区22上的聚焦位置可以由线性传感器4的输出信号来得到。这就是说，在传感器区22中得到一个输出信号振幅的x方向分量和y方向分量都是极大的点是可能的。
探测二维位置时应该注意的是，在上述情况下，可以用一个二维传感器来代替线性传感器的组合。
这里将解释获得输出信号振幅极大点的方法之一。如图21所示，由预置电压定出一个低于输出信号基准V0的阈值Vth，V0是没有光照射时的输出信号。如果假定A1是输出电压在负方向上超过这个阈值的那一点，而B1是输出信号回到阈值之内的那一点，那么输出信号振幅极大的点就被大致定位在位于点A1和点B1之间的中点C1上。
在图22中，最大振幅附近的输出信号振幅的变化不象图21中的输出信号那么陡。在这种情况下，和图21的方法一样，输出信号振幅极大的那一点可以被位于A2和B2之间的中点C2来定位，这里假定A2是输出电压在负方向上超过这个阈值的那一点，而B2是输出信号回到阈值之内的那一点。
这样，得到输出电压在负方向上超过这个阈值的那一点和输出信号回到阈值之内的那一点之间的中点来定位线性传感器4输出信号极大的点是可能的，就是说，在这点上，入射光强度变成极大。
应该注意到图21和图22之间的不同，就是说，极大振幅附近的输出信号的变化是缓慢还是陡峭取决与一些因素，包括入射光是被聚焦在传感器区22上还是偏离了传感器区22。
图23显示了一个探测上述的输出信号极大振幅的电路结构的例子。这个电路是一个数字型探测电路，它把输出信号转变成数字信号来处理。
如图23所示，数字型探测电路包括一个A/D转换器41；单行存储器42；一个OP放大器43；一个阈值发生器47；一个第一计数器44；一个第二计数器45；一个倒相器46；一个第一触发器49；一个第二触发器50和一个平均值计算器48。
从传感器区22的x方向线性传感器23输出的一个输出信号被送给探测电路28，在那里信号被A/D转换器数字化，并在单行存储器42中堆积起来，信号从这里根据时钟被读出。
从单行存储器42里出来的信号被送给OP放大器43，在那里将信号与阈值发生器47产生的阈值比较，比较的结果被送给第一触发器49，并经由倒相器46送给第二触发器50。
第一触发器49的输出在时间点A(图21中的A1和图22中的A2)送给第一计数器44。第一计数器计44计算从单行的起始到由第一触发器49馈送的尾计时止的时钟计数A，并将这个时钟计数A送给平均值计算器48。第二触发器50将点B(图21中的B1和图22中的B2)的计时送给第二计数器45。
此外，第二计数器45将从单行起始时到由第二触发器46提供的点B之间的时钟计数送给平均值计算器48。
平均计数器48计算至点A的时钟计数A和至点B的时钟计数B的平均值，并输出这个平均值。这个平均值对应于点A和点B之间的中点，也就是输出信号有最大振幅的那一点。
现在将描述用来探测保持为模拟信号的输出信号的极大振幅的探测电路。
图24显示的这个模拟型探测结构包括一个OP放大器43；一个阈值发生器47；一个倒相器46；一个第一触发器49；一个第二触发器50；一个第一计数器44；一个第二计数器45和一个平均值计算器48。
传感器区22的x方向线性传感器的输出信号送给OP放大器43，在那里将信号与阈值发生器47产生的阈值相比较，比较的结果被送给第一触发器49，并经由倒相器46送给第二触发器50。
在从传感器区读出输出信号的时刻第一计数器44被重置，并为时钟计数直至第一触发器到达点A(图21中的A1和图22中的A2)。计数结果被送给平均值计算器48。第二计数器45以与第一计数器44同样的方式，在开始从传感器区读出时开始为时钟计数，直至第二触发器到达点B(图21中的B1和图22中的B2)，并将计数的结果送给平均值计算器48。
平均值计算器计算被第一计数器44计数的计数A和被第二计数器45计数的计数B的平均值。得到的平均值就是点A和点B之间的中点，它对应于输出信号有最大振幅的那一点。
现在将描述探测三维位置时的传感器区22和第二光学区21。
在第二光学区22里装有三个线性传感器一个x方向线性传感器23，一个y方向线性传感器24和一个z方向线性传感器。与这三种传感器相对应，第二光学区有一个第一透镜5，一个第二透镜6和第三透镜7。但是，也存在第二光学区只有两个透镜的情况。
下面描述根据一个第一实施例的、用于探测发射单元10的三维位置的传感器区22及相应于该传感器区22的第二光学区21。
如图25所示，在传感器区22的正面装有x方向线性传感器23，第一y方向线性传感器51，第二y方向线性传感器52，第一z方向线性传感器53和第二z方向线性传感器54。
第一y方向线性传感器51和第二y方向线性传感器52把x方向线性传感器23夹在中间，并与它成直角或非直角的其它角度。在图中，第一y方向线性传感器51和第二y方向线性传感器52分别在x方向线性传感器的上方和下方。
第一z方向线性传感器53和第二z方向线性传感器54之间有一个间隔，被安排成平行或近乎平行于x方向线性传感器。在图中，第一z方向线性传感器53和第二z方向线性传感器54分别被安排在左下方和右下方。
如图26所示，第二光学区21有一个第一透镜5，一个第二透镜6，一个第三透镜7，和一个支撑这些透镜用的支撑构件。
第一透镜5对应于第二光学区中的x方向线性传感器23，第一y方向线性传感器51和第二y方向线性传感器52。第一透镜5被这样放置，即让它的光轴从x方向线性传感器的中心或接近中心处以及第一y方向线性传感器51和第二y方向线性传感器52之间的中点或接近中点处穿过。
第二透镜6对应于第一z方向线性传感器53。第二透镜6被这样放置，即让它的光轴从第一z方向线性传感器的中心或接近中心处穿过。
第三透镜7对应于第二z方向线性传感器54。第三透镜7被这样放置，即让它的光轴从第二z方向线性传感器的中心或接近中心处穿过。
现在将对第二个实施例中探测发射单元10的三维位置时的传感器区22和对应于这个传感器区22的第二光学区21进行描述。
如图27所示，在传感器区22的正面装有第一x方向和z方向线性传感器65，第二x方向和z方向线性传感器66，第一y方向线性传感器51，第二y方向线性传感器52，第三y方向线性传感器55和第四y方向线性传感器56。
第一x方向和z方向线性传感器65及第二x方向和z方向线性传感器66被安排在一条直线上，并有一个间隔。在图中，第一x方向和z方向线性传感器65被放置在左侧的中央，第二x方向和z方向线性传感器66被放置在右侧的中央。
第一y方向线性传感器51和第二y方向线性传感器52分别被安排在图中的上半部分和下半部分，以便在中央或接近中央的地方以直角或非直角的其它角度夹住第一x方向和z方向线性传感器65。
第三y方向线性传感器55和第四y方向线性传感器56分别被安排在图中的上半部分和下半部分，以便在中央或接近中央的地方以直角或非直角的其它角度夹住第二x方向和z方向线性传感器66。
如图28所示，第二光学区21包括一个第一透镜5，一个第二透镜6，和一个支撑这些透镜用的支撑构件。
第一透镜5对应于传感器区22中的第一x方向和z方向线性传感器65以及第一y方向线性传感器51和第二y方向线性传感器52。第一透镜5被这样放置，即让它的光轴从第一x方向和z方向线性传感器65的中心或接近中心处以及第一y方向线性传感器51和第二y方向线性传感器52之间的中点或接近中点处穿过。
第二透镜6对应于传感器区22中的第二x方向和z方向线性传感器66以及第三y方向线性传感器55和第四y方向线性传感器56。第二透镜6被这样放置，即让它的光轴从第二x方向和z方向线性传感器66的中心或接近中心处以及第三y方向线性传感器55和第四y方向线性传感器56之间的中点或接近中点处穿过。
现在将对第三个实施例中探测发射单元10的三维位置时的传感器区22和对应于这个传感器区22的第二光学区21进行描述。
如图29所示，在传感器区22的正面装有第一x方向和z方向线性传感器65，第二x方向和z方向线性传感器66，第一y方向线性传感器51，第二y方向线性传感器52。
在图中，第一x方向和z方向线性传感器65被放置在左半侧，第二x方向和z方向线性传感器66被放置在右半侧，使得第一x方向和z方向线性传感器65及第二x方向和z方向线性传感器66在一条直线上，并有一个间隔。
第一y方向线性传感器51被安排在上半部分，第二y方向线性传感器52被安排在下半部分，以便在中央或接近中央的地方以直角或非直角的其它角度夹住第一x方向和z方向线性传感器65。
如图30所示，第二光学区21有一个第一透镜5，一个第二透镜6，和一个支撑这些透镜用的支撑构件。
第一透镜5对应于传感器区22中的第一x方向和z方向线性传感器65以及第一y方向线性传感器51和第二y方向线性传感器52。第一透镜5被这样放置，即让它的光轴从第一x方向和z方向线性传感器65的中心或接近中心处以及第一y方向线性传感器51和第二y方向线性传感器52之间的中点或接近中点处穿过。
第二透镜6对应于传感器区22中的第二x方向和z方向线性传感器66。第二透镜6被这样放置，即让它的光轴从第二x方向和z方向线性传感器66的中心或接近中心处穿过。
现在将对第四个实施例中探测发射单元10的三维位置时的传感器区22和对应于这个传感器区22的第二光学区21进行描述。
如图31所示，在传感器区22的正面装有第一x方向和z方向线性传感器65，第二x方向和z方向线性传感器66，第一y方向线性传感器51，第二y方向线性传感器52。
在图中，第一x方向和z方向线性传感器65被放置在左半侧，第二x方向和z方向线性传感器66被放置在右半侧，使得第一x方向和z方向线性传感器65及第二x方向和z方向线性传感器66在一条直线上，并有一个间隔。
第一y方向线性传感器51被安排在上半部分，第二y方向线性传感器52被安排在下半部分，以便在中央或接近中央的地方以直角或非直角的其它角度夹住第一x方向和z方向线性传感器66。
如图32所示，第二光学区21有一个第一透镜5，一个第二透镜6，和一个支撑这些透镜用的支撑构件。
第一透镜5对应于传感器区22中的第一x方向和z方向线性传感器65。这个第一透镜5被这样放置，即让它的光轴从第一x方向和z方向线性传感器65的中心或接近中心处穿过。
第二透镜对应于传感器区22中的第二x方向和z方向线性传感器66以及第一y方向线性传感器51和第二y方向线性传感器52。第二透镜6被这样放置，即让它的光轴从第二x方向和z方向线性传感器66的中心或接近中心处以及第一y方向线性传感器51和第二y方向线性传感器52之间的中点或接近中点处穿过。
本发明中的位置探测装置使用了至少两个一维光接收元件来探测光源的二维位置，它比起使用一个二维元件来尺寸和重量与装置的生产成本一样，都有所减小。
再有，在上述的位置探测装置中，一维光接收元件被安排成以直角相交或呈交叉形，这样就能有效地分离和接收入射光。
进而，当探测一个三维位置时，上述的位置探测装置中使用了三个或三个以上一维光接收元件，其中至少两个被放置在不同的方向上，这就能够以与探测二维位置上一样减小尺寸和重量，同样也就降低了生产成本。
上述的位置探测装置中所用的的上述一维光接收元件是CCD图像拾取元件或BBD图像拾取元件或MOS图像拾取元件。由于这些元件都被制成半导体芯片，因此可以得到较小的尺寸和重量以及合理的价格。这些元件是电学可靠的，并且能以低电压驱动。
本发明中的遥控装置能以手握的发射单元在空间的移动来移动显示屏上由光标或其它类似的东西指示的指定位置。这样的操作与人类的日常行为模式相似，并且即使对没有在操作方面受过训练的新使用者来说这种遥控装置也能够被容易地操纵。
再有，用上述的遥控装置，能够由遥控方的选择功能通过显示在显示区中的选择菜单来方便地进行功能选择。这简化了遥控装置的操作，例如，能够只按一个单一的按键便可以进行功能选择。
进而，上述的操作菜单能够显示在一个大的屏幕上，如阴极射线管(CRT)、液晶屏和发光二极管(LED)，这样在进行选择操作时就能够比用传统的遥控装置更容易看得清楚。
将上述的遥控装置的输出转换成市售的各种装置附带的遥控器的信号，就可能把各种装置，如电视机、录像机、视盘机、激光唱机和电视游戏机都包括在一个使用这种遥控装置的系统中。
再有，本发明中的这种遥控装置使用一维拾取元件作为探测发射区三维位置的光接收区。这能够减小装置的尺寸和重量，同样也降低了生产成本。由于能探测三维空间中的位置，例如，在三维电视游戏中，这种遥控装置就可以用来代替传统的游戏棒作为虚空间指定位置的指示装置。
权利要求
1.一种位置探测装置包括光接收装置，包括至少两个放置在不同方向上的用来接收从光源发出的光的一维光接收元件；和一个根据上述光接收装置的输出探测上述光源的二维位置的位置探测处理装置。
2.一种如权利要求1所述的位置探测装置，其中上述的一维光接收元件被放置成直角相交。
3.一种如权利要求1所述的位置探测装置，其中上述的一维光接收元件被分成两个相等的部分，以便在中央或接近中央的地方以直角夹住另一个光接收元件，整体上形成交叉形结构。
4.一种如权利要求1所述的位置探测装置，其中上述的光接收装置包括三个或三个以上一维光接收元件，其中至少两个元件被放置在不同方向上；并且，上述位置探测处理装置根据上述光接收装置的输出信号探测上述光源装置的三维位置。
5.一种如权利要求1所述的位置探测装置，其中上述的一维光接收元件由CCD图像拾取元件、BBD图像拾取元件和MOS图像拾取元件三者之一制成。
6.一种遥控装置包括一个带有一个用来发光的光源和一个用来开关上述光源的通/断开关的发射区；一个带有至少两个被安排在不同的方向的一维光接收元件，用来接收上述发射区发出的光的光接收区；一个根据上述光接收区输出的信号来探测上述光发射区的二维位置的位置探测处理区；一个能在显示屏上显示由上述位置探测处理区探测到的上述发射区的二维位置的显示区。
7.一种如权利要求6所述的遥控装置，其中上述的光接收区包括三个或三个以上一维光接收元件，其中至少两个元件被放置在不同方向上；并且上述位置探测处理区根据上述光接收区的输出信号探测上述发射区的三维位置。
8.一种如权利要求6所述的遥控装置，其中上述位置探测处理区探测上述光接收区的输出信号振幅的极大点。
全文摘要
本发明的目的就是要以发射单元的二维/三维位置遥控一个接收单元中显示在显示屏上的光标的位置。本发明的另一个目的是用操纵发射单元上的通/断开关来选择功能。一束从发射单元10的光源区发出的光经第一光学区发射出来。接收单元20通过传感器区22的第二光学区21来接收从发射单元10发出的光。探测区28根据这个传感器区的输出来探测光强度。控制区26计算发射单元10的二维/三维位置并将其在显示屏上用光标的位置显示出来。
文档编号G06F3/033GK1192007SQ9712568
公开日1998年9月2日 申请日期1997年12月25日 优先权日1996年12月25日
发明者奈良部忠邦 申请人:索尼株式会社