JP2003524817A - ユーザによる選択が可能な座標枠の作成方法およびそのシステム - Google Patents
ユーザによる選択が可能な座標枠の作成方法およびそのシステムInfo
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- G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
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- G01S1/54—Narrow-beam systems producing at a receiver a pulse-type envelope signal of the carrier wave of the beam, the timing of which is dependent upon the angle between the direction of the receiver from the beacon and a reference direction from the beacon; Overlapping broad beam systems defining a narrow zone and producing at a receiver a pulse-type envelope signal of the carrier wave of the beam, the timing of which is dependent upon the angle between the direction of the receiver from the beacon and a reference direction from the beacon
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Abstract
(57)【要約】
三次元データをデフォルト座標枠から任意にユーザが選択した座標枠へ変換する方法およびシステム。この方法には、デフォルト座標枠における位置データの取得と、ユーザにより定義されたもう一つの座標枠へのデータの変換が含まれる。もう一つの座標枠は、ユーザが何れかの望ましい座標系を使用し、何れかの望ましい配向において、平面、原点および軸を選択することにより定義付けられる。また変換されたデータにより、ユーザ固有のアプリケーションに関する形式での位置測定を行うことができる。
Description
【０００１】
本明細書では、本出願に先立ち、本明細書の譲受人に譲渡され、１９９９年３
月２２日に出願された米国特許仮出願番号６０／１２３，５４５と、１９９９年
１０月１３日に出願されたＰＣＴ／ＵＳ出願番号９９／２３６１５の「位置測定
システム用回転ヘッド光学送信器」に基づく優先権を主張するものであり、この
両明細書は、本参照により、ここに組み込まれるものである。
月２２日に出願された米国特許仮出願番号６０／１２３，５４５と、１９９９年
１０月１３日に出願されたＰＣＴ／ＵＳ出願番号９９／２３６１５の「位置測定
システム用回転ヘッド光学送信器」に基づく優先権を主張するものであり、この
両明細書は、本参照により、ここに組み込まれるものである。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、一般に、位置測定分野に関係するものであり、さらに特定すると、
位置関係情報を提供する改良型装置とその作成方法に関係する。
位置関係情報を提供する改良型装置とその作成方法に関係する。
【０００３】
（背景技術）
土地測量法や地球投影位置決定衛星（「ＧＰＳ」）システム法を含み、本技術
分野では、位置を測定するための様々な技法が知られているが、これらの既知の
技法では、ＸＹＺ座標フォーマットなど、ユーザが都合よく使用できるフォーマ
ットで位置データを何時でも提供できるとは限らない。また位置データがＸＹＺ
座標フォーマットで提供される場合でも、ＸＹＺ座標系が通常使用されない測量
や構造の多くのアプリケーションが存在している。さらに、座標系を回転または
転換するための簡単な方法、あるいはユーザにとってより意味のあるデータを提
供するために位置データが当初から付与されるデフォルト基準枠を別途変更する
方法は存在しない。このため、位置データを取得するための既知のシステムでは
、結果的に、様々な用途において幅広く使用するためには障害となる制限を有し
ているといえる。
分野では、位置を測定するための様々な技法が知られているが、これらの既知の
技法では、ＸＹＺ座標フォーマットなど、ユーザが都合よく使用できるフォーマ
ットで位置データを何時でも提供できるとは限らない。また位置データがＸＹＺ
座標フォーマットで提供される場合でも、ＸＹＺ座標系が通常使用されない測量
や構造の多くのアプリケーションが存在している。さらに、座標系を回転または
転換するための簡単な方法、あるいはユーザにとってより意味のあるデータを提
供するために位置データが当初から付与されるデフォルト基準枠を別途変更する
方法は存在しない。このため、位置データを取得するための既知のシステムでは
、結果的に、様々な用途において幅広く使用するためには障害となる制限を有し
ているといえる。
【０００４】
そこで、特定のユーザおよび・または固有のアプリケーションにとって意味の
あるデータとするための、ユーザが選択できるフォーマットならびにユーザが選
択できる任意の座標系において位置データを提供し得る方法およびシステムが必
要となっている。
あるデータとするための、ユーザが選択できるフォーマットならびにユーザが選
択できる任意の座標系において位置データを提供し得る方法およびシステムが必
要となっている。
【０００５】
本発明では、任意にユーザにより定義される座標系に関し、位置検出器から位
置データを提供する方法およびそのシステムについて述べる。本発明は、信号や
、好ましくはレーザビームを静止位置から、また信号を受信する受信器から送信
する幾つかの送信器から、高い水準において構成される位置検出装置において使
用されるものであり、この形式のシステムは、同時係属出願中で、同じ譲受人に
譲渡され、２０００年３月２１日に出願された「位置測定システムで使用するた
めの較正手段を用いる低コスト送信器」および「位置測定システムで使用するた
めの簡単なセットアップ手段を用いる改良方法および光学受信器」の米国特許出
願（代理人整理番号ＡＲＣ−００２およびＡＲＣ−００４）において説明されて
おり、両者とも、参照により本書に組み込まれるものとする。
置データを提供する方法およびそのシステムについて述べる。本発明は、信号や
、好ましくはレーザビームを静止位置から、また信号を受信する受信器から送信
する幾つかの送信器から、高い水準において構成される位置検出装置において使
用されるものであり、この形式のシステムは、同時係属出願中で、同じ譲受人に
譲渡され、２０００年３月２１日に出願された「位置測定システムで使用するた
めの較正手段を用いる低コスト送信器」および「位置測定システムで使用するた
めの簡単なセットアップ手段を用いる改良方法および光学受信器」の米国特許出
願（代理人整理番号ＡＲＣ−００２およびＡＲＣ−００４）において説明されて
おり、両者とも、参照により本書に組み込まれるものとする。
【０００６】
本発明方法およびシステムは、好ましくは、受信器の位置を計算する、位置検
出装置内の受信器において使用される。受信器は、次に、位置データおよび分類
されたその他の重大な情報をユーザのインターフェースを介し表示する。例えば
、その情報は、デフォルトあるいはユーザにより選択された座標枠に関する受信
器の位置であったり、別の位置に関するその距離であったりする。本発明方法お
よびシステムには、既知の座標系から位置データを取得することや、もう一つの
表現フォーマットの選択、さらに既知の座標系からユーザにより選択される座標
系への変換を定義することが含まれる。結果的に、ユーザ固有のアプリケーショ
ンであるかにかかわらず、位置検出器から取得される位置に関する生データが、
ユーザにより選択されたフォーマットにおいてユーザに提供され、ユーザにとっ
て親しみのある標準名称が付されることになる。
出装置内の受信器において使用される。受信器は、次に、位置データおよび分類
されたその他の重大な情報をユーザのインターフェースを介し表示する。例えば
、その情報は、デフォルトあるいはユーザにより選択された座標枠に関する受信
器の位置であったり、別の位置に関するその距離であったりする。本発明方法お
よびシステムには、既知の座標系から位置データを取得することや、もう一つの
表現フォーマットの選択、さらに既知の座標系からユーザにより選択される座標
系への変換を定義することが含まれる。結果的に、ユーザ固有のアプリケーショ
ンであるかにかかわらず、位置検出器から取得される位置に関する生データが、
ユーザにより選択されたフォーマットにおいてユーザに提供され、ユーザにとっ
て親しみのある標準名称が付されることになる。
【０００７】
本開示により明らかであるように、本発明は、様々な異なる分野や用途、産業
界ならびに技術に適用可能であり、制限無く、位置に関する情報が決定されなけ
ればならない、移動や、寸法測定ならびに位置の追跡および配向追跡を含むが、
これらに限られることのないあらゆるシステムにおいて使用し得る。またこれに
は、無数の産業界にかかわる数多くの異なるプロセスならびにアプリケーション
が制限無く含まれ、これらの産業界の一部ならびにそれに付随するプロセスまた
はアプリケーションの一部ではあるが、映画製作（デジタル化モデル、バーチャ
ルセット、カメラトラッキング、自動フォーカス）、建築（商業、動力工具類、
測量、ＣＡＤ、機器管理、構造測定およびレイアウト）、ロボット工学（ロボッ
トの較正、ワークセルの配置、移動ロボットのナビゲーション、有害廃棄物の掘
削）、法令施行（事故現場の地図作成、犯罪現場の地図作成、事件の再構築）、
コンピュータ（３Ｄ入力装置、ビデオゲーム）、バーチャルリアリティ（増補リ
アリティ、バーチャルアーケード、３Ｄインターネット体験）、製造（工場の自
動化、施設の廃止、部品検査、施設の保守、製造工具の作製および検査、製造測
定）、医療（手術におけるナビゲーション、高性能操作室、医療用計装）、防衛
（兵器のモデル化、模擬訓練、航空機適合確認、船の改造、現場改善）などの分
野を挙げることができる。
界ならびに技術に適用可能であり、制限無く、位置に関する情報が決定されなけ
ればならない、移動や、寸法測定ならびに位置の追跡および配向追跡を含むが、
これらに限られることのないあらゆるシステムにおいて使用し得る。またこれに
は、無数の産業界にかかわる数多くの異なるプロセスならびにアプリケーション
が制限無く含まれ、これらの産業界の一部ならびにそれに付随するプロセスまた
はアプリケーションの一部ではあるが、映画製作（デジタル化モデル、バーチャ
ルセット、カメラトラッキング、自動フォーカス）、建築（商業、動力工具類、
測量、ＣＡＤ、機器管理、構造測定およびレイアウト）、ロボット工学（ロボッ
トの較正、ワークセルの配置、移動ロボットのナビゲーション、有害廃棄物の掘
削）、法令施行（事故現場の地図作成、犯罪現場の地図作成、事件の再構築）、
コンピュータ（３Ｄ入力装置、ビデオゲーム）、バーチャルリアリティ（増補リ
アリティ、バーチャルアーケード、３Ｄインターネット体験）、製造（工場の自
動化、施設の廃止、部品検査、施設の保守、製造工具の作製および検査、製造測
定）、医療（手術におけるナビゲーション、高性能操作室、医療用計装）、防衛
（兵器のモデル化、模擬訓練、航空機適合確認、船の改造、現場改善）などの分
野を挙げることができる。
【０００８】
第１図は、本発明方法およびシステムが適用される包括的な位置検出システム
１００の構成図である。この検出システム１００には、位置検出器１０１と、追
跡システム１０２と、位置計算エンジン（ＰＣＥ）１０４と、データ転送プロト
コルブロック１０６および１０７と、データ変換ブロック１０８と、表示変換ブ
ロック１１０と、ディスプレイ１１２とが含まれる。データ変換ブロック１０８
と、表示変換ブロック１１０ならびに表示ブロック１１２は、ユーザのインター
フェース１１４二関連して動作を行う。本発明方法およびシステムは、第１図で
図解されるシステムでのみ制限的に使用されるものではなく、本発明は、二次元
も敷く亜三次元の位置データを生成するあらゆるシステムにおいて使用し得る点
について、留意されたい。
１００の構成図である。この検出システム１００には、位置検出器１０１と、追
跡システム１０２と、位置計算エンジン（ＰＣＥ）１０４と、データ転送プロト
コルブロック１０６および１０７と、データ変換ブロック１０８と、表示変換ブ
ロック１１０と、ディスプレイ１１２とが含まれる。データ変換ブロック１０８
と、表示変換ブロック１１０ならびに表示ブロック１１２は、ユーザのインター
フェース１１４二関連して動作を行う。本発明方法およびシステムは、第１図で
図解されるシステムでのみ制限的に使用されるものではなく、本発明は、二次元
も敷く亜三次元の位置データを生成するあらゆるシステムにおいて使用し得る点
について、留意されたい。
【０００９】
第２図は、本発明の座標変換プロセスを図解する流れ図であるのに対し、第３
Ａ図乃至第３Ｃ図では、本発明工程の個々の段階をより詳細に図解している。こ
れらのブロックの動作について、下記でその詳細を述べる。
Ａ図乃至第３Ｃ図では、本発明工程の個々の段階をより詳細に図解している。こ
れらのブロックの動作について、下記でその詳細を述べる。
【００１０】
第１図のブロック１０４を参照すると、本発明方法およびシステムで使用され
る位置データは、同時係属出願中で、同じ譲受人に譲渡された米国特許出願（代
理人整理番号ＡＲＣ−００２）において説明される、位置計算エンジン（ＰＣＥ
）から取得可能であり、この開示内容は、参照によりここに組み込まれるもので
ある。一般に、ＰＣＥは、送信器から送られてくる信号を空中の物理的位置に変
換する装置であり、米国特許出願（代理人整理番号ＡＲＣ−００４）では、測定
ツール上で検出器１０１の位置を計算するための２つの可能な方法、すなわち経
緯儀ネットワーク法および非経緯儀送信器法について説明が行われている。これ
らの方法のいずれも、他の方法と同様に、ユーザにより選択される座標枠に変換
するために、位置検出器から位置データを取得するためのＰＣＥとして使用する
ことができる。一般に、経緯儀ネットワーク法では、２台の経緯儀と受信器に対
する角度間の基線が分かっている場合にセンサの位置を計算するのに対し、非経
緯儀法では、システムの送信器を経緯儀として取り扱うことを避け、２００年３
月２１日に登録され、参照によりここに組み込まれる、同時係属出願中で、同じ
譲受人に譲渡された米国特許出願（代理人整理番号ＡＲＣ−００４）で説明され
る送信器の走査動作を利用するものである。但し非経緯儀法は、位置情報を得る
ために必要とされる計算数が少ないため、経緯儀法よりも動作速度が速くなる傾
向にあることを留意すること。さらに、何れかの方法により取得された位置デー
タは、この点において参照されるユーザの枠内にあることについても留意された
い。
る位置データは、同時係属出願中で、同じ譲受人に譲渡された米国特許出願（代
理人整理番号ＡＲＣ−００２）において説明される、位置計算エンジン（ＰＣＥ
）から取得可能であり、この開示内容は、参照によりここに組み込まれるもので
ある。一般に、ＰＣＥは、送信器から送られてくる信号を空中の物理的位置に変
換する装置であり、米国特許出願（代理人整理番号ＡＲＣ−００４）では、測定
ツール上で検出器１０１の位置を計算するための２つの可能な方法、すなわち経
緯儀ネットワーク法および非経緯儀送信器法について説明が行われている。これ
らの方法のいずれも、他の方法と同様に、ユーザにより選択される座標枠に変換
するために、位置検出器から位置データを取得するためのＰＣＥとして使用する
ことができる。一般に、経緯儀ネットワーク法では、２台の経緯儀と受信器に対
する角度間の基線が分かっている場合にセンサの位置を計算するのに対し、非経
緯儀法では、システムの送信器を経緯儀として取り扱うことを避け、２００年３
月２１日に登録され、参照によりここに組み込まれる、同時係属出願中で、同じ
譲受人に譲渡された米国特許出願（代理人整理番号ＡＲＣ−００４）で説明され
る送信器の走査動作を利用するものである。但し非経緯儀法は、位置情報を得る
ために必要とされる計算数が少ないため、経緯儀法よりも動作速度が速くなる傾
向にあることを留意すること。さらに、何れかの方法により取得された位置デー
タは、この点において参照されるユーザの枠内にあることについても留意された
い。
【００１１】
また、位置データは、データ転送プロトコル１０６、１０７を介するなどして
、データがデータソースとユーザインターフェース間において自由に交換可能な
コンフィギュレーションにある限り、他の手段を介して取得することもできる。
より特定すると、位置情報およびその他のデータは、デフォルトフォーマットま
たはユーザにより選択されたフォーマットで位置データを表示するための英数字
ディスプレイなど、データ転送プロトコル１０６、１０７を介して、例えば、位
置計算エンジン１０４とユーザインターフェース１１４との間において交換され
る。
、データがデータソースとユーザインターフェース間において自由に交換可能な
コンフィギュレーションにある限り、他の手段を介して取得することもできる。
より特定すると、位置情報およびその他のデータは、デフォルトフォーマットま
たはユーザにより選択されたフォーマットで位置データを表示するための英数字
ディスプレイなど、データ転送プロトコル１０６、１０７を介して、例えば、位
置計算エンジン１０４とユーザインターフェース１１４との間において交換され
る。
【００１２】
データ転送プロトコル（「ＤＴＰ」）は、ＰＣＥとユーザインターフェースと
の通信用のフォーマットであり、あらゆるデータ通信プロトコルを本発明システ
ムで使用することができるとともに、下記で説明されるＤＴＰに限られることの
無いことに留意すること。好ましい実施態様では、ＤＴＰの中心的処理装置は、
異なるプラットフォーム内の直列接続および並列接続間において容易に互換性を
持たせることができる、スナップイン式のＩ／Ｏドライバである。これにより、
ユーザインターフェースと、位置を検出し追跡する装置とを同じプロトコルのソ
フトウェアで使用することができる。
の通信用のフォーマットであり、あらゆるデータ通信プロトコルを本発明システ
ムで使用することができるとともに、下記で説明されるＤＴＰに限られることの
無いことに留意すること。好ましい実施態様では、ＤＴＰの中心的処理装置は、
異なるプラットフォーム内の直列接続および並列接続間において容易に互換性を
持たせることができる、スナップイン式のＩ／Ｏドライバである。これにより、
ユーザインターフェースと、位置を検出し追跡する装置とを同じプロトコルのソ
フトウェアで使用することができる。
【００１３】
ＤＴＰの操作の一例として、通常の使用中に、ＤＴＰには、一般に、引数なら
びに光学的第二引数としての関連するデータの列として特定されるコマンドを伴
うパケットを含み得る。応答は、要請されたデータを含むパケットか、あるいは
他の装置から送信されるパケットの受信の成否を示すブール値を含むパケットの
いずれかになる。ここで、好ましい実施態様では、コマンドパケットは、匹敵す
るパケットにより応答が発生するのに対し、データパケットは匹敵するパケット
により応答が発生しないことに留意すること。またコマンドパケットには、仲間
処理装置から送信される情報を取得し、情報を設定し、仲間処理装置から送られ
てきたデータの返信を定期的比率で開始し、データを保管した後でその仲間処理
装置に返信し、仲間処理装置内のソフトウェアを更新するためのパケットを含み
得る。
びに光学的第二引数としての関連するデータの列として特定されるコマンドを伴
うパケットを含み得る。応答は、要請されたデータを含むパケットか、あるいは
他の装置から送信されるパケットの受信の成否を示すブール値を含むパケットの
いずれかになる。ここで、好ましい実施態様では、コマンドパケットは、匹敵す
るパケットにより応答が発生するのに対し、データパケットは匹敵するパケット
により応答が発生しないことに留意すること。またコマンドパケットには、仲間
処理装置から送信される情報を取得し、情報を設定し、仲間処理装置から送られ
てきたデータの返信を定期的比率で開始し、データを保管した後でその仲間処理
装置に返信し、仲間処理装置内のソフトウェアを更新するためのパケットを含み
得る。
【００１４】
ＤＴＰは、使用される特定のプロトコルには関係なく、システム内の各装置が
送信されてくるデータならびに送信するデータの両データを取り扱うことができ
るように、ピアートゥピアープロトコルとすべきであり、また各コマンド、デー
タ要請、応答および・またはデータ発行は、好ましくは、送信されてくる情報の
収集および解釈を容易にするために、ヘッダの単語や付随するデータの長さおよ
びそのデータ自身の列を含むデータパケットに一括されており、これによりデー
タは、位置計算エンジンとユーザインターフェース間において迅速且つ正確に交
換されることが保証される。
送信されてくるデータならびに送信するデータの両データを取り扱うことができ
るように、ピアートゥピアープロトコルとすべきであり、また各コマンド、デー
タ要請、応答および・またはデータ発行は、好ましくは、送信されてくる情報の
収集および解釈を容易にするために、ヘッダの単語や付随するデータの長さおよ
びそのデータ自身の列を含むデータパケットに一括されており、これによりデー
タは、位置計算エンジンとユーザインターフェース間において迅速且つ正確に交
換されることが保証される。
【００１５】
ここで、より詳細に図解が行われている第２図と第３Ａ図乃至第３Ｃ図に目を
向けることにする。ＰＣＥ１０４から送られてくる位置データを表示するための
座標基準枠は、「デフォルト座標枠」（ＤＣＦ）と呼ばれており、これは、送信
器と受信器の計算中にシステムによりセットアップされるデフォルト座標枠であ
る。好ましいシステムでは、位置検出機の位置は、ＤＣＦにおけるＸＹＺ座標と
してユーザに提供される。但し多くのアプリケーションにおいて、ＸＹＺ座標位
置ならびにＤＣＦの何れも、特にユーザがＤＣＦ以外の配向を有する座標枠およ
び・またはデフォルトＸＹＺシステム以外の座標系において作業を行いたい場合
に、ユーザに対し何ら意味のある情報を提供するものではない。
向けることにする。ＰＣＥ１０４から送られてくる位置データを表示するための
座標基準枠は、「デフォルト座標枠」（ＤＣＦ）と呼ばれており、これは、送信
器と受信器の計算中にシステムによりセットアップされるデフォルト座標枠であ
る。好ましいシステムでは、位置検出機の位置は、ＤＣＦにおけるＸＹＺ座標と
してユーザに提供される。但し多くのアプリケーションにおいて、ＸＹＺ座標位
置ならびにＤＣＦの何れも、特にユーザがＤＣＦ以外の配向を有する座標枠およ
び・またはデフォルトＸＹＺシステム以外の座標系において作業を行いたい場合
に、ユーザに対し何ら意味のある情報を提供するものではない。
【００１６】
３Ｄ座標変換は複雑な作業になりがちではあるが、本発明方法およびシステム
では、もう一つの、ユーザにより定義される、変換された座標枠（「ＴＣＦ」）
につながる一連のステップをユーザが実行することにより変換プロセスが簡略さ
れている。ＴＣＦにより、ユーザは、ユーザ固有のアプリケーションにとって有
意義かつ有益な方法において、位置および測定データを再度定義しなおすことが
できる。例えば、ＴＣＦにより、ユーザは、ＸＹＺ座標データを、ＮＥＺ（北／
東／Ｚ）座標系または角度／半径／高さ座標系などの他の座標系に簡単に変換す
ることができるうえ、ユーザは、あらゆる選択された位置において、またあらゆ
る望ましい配向において座標枠の位置を再度決めなおすことができる。
では、もう一つの、ユーザにより定義される、変換された座標枠（「ＴＣＦ」）
につながる一連のステップをユーザが実行することにより変換プロセスが簡略さ
れている。ＴＣＦにより、ユーザは、ユーザ固有のアプリケーションにとって有
意義かつ有益な方法において、位置および測定データを再度定義しなおすことが
できる。例えば、ＴＣＦにより、ユーザは、ＸＹＺ座標データを、ＮＥＺ（北／
東／Ｚ）座標系または角度／半径／高さ座標系などの他の座標系に簡単に変換す
ることができるうえ、ユーザは、あらゆる選択された位置において、またあらゆ
る望ましい配向において座標枠の位置を再度決めなおすことができる。
【００１７】
包括的なプロセスについては、第２で図解されているが、一般に、システムが
セットアップ・較正工程２００を実施し、ＤＣＦにおいてＸＹＺ座標の位置デー
タを提供した後で、ユーザは、より有意義な位置データを得るために、ステップ
２０２において、その座標系を変更すべきであるかについて決定することができ
る。必要が無ければ、その位置データは、２０４ステップにおいて、ＤＣＦにお
けるＸＹＺデータとして、デフォルトフォーマット形式で表示される。ユーザが
座標系の変更を希望する場合、初めにステップ２０６において望ましいユーザ選
択平面を決定し、ステップ２０８においてその平面内の原点・開始点を選択し、
ステップ２１０において平面内の軸を設定することになり、次にステップ２０４
において、位置データが、ユーザ選択座標枠で表示される。
セットアップ・較正工程２００を実施し、ＤＣＦにおいてＸＹＺ座標の位置デー
タを提供した後で、ユーザは、より有意義な位置データを得るために、ステップ
２０２において、その座標系を変更すべきであるかについて決定することができ
る。必要が無ければ、その位置データは、２０４ステップにおいて、ＤＣＦにお
けるＸＹＺデータとして、デフォルトフォーマット形式で表示される。ユーザが
座標系の変更を希望する場合、初めにステップ２０６において望ましいユーザ選
択平面を決定し、ステップ２０８においてその平面内の原点・開始点を選択し、
ステップ２１０において平面内の軸を設定することになり、次にステップ２０４
において、位置データが、ユーザ選択座標枠で表示される。
【００１８】
測定ツールの位置は、ＤＣＦにおいて測定されたツールの現在のＸＹＺ座標用
のＰＣＥを確認することにより決定される。ＸＹＺ座標は、次に、ＴＣＦに関す
る点座標を定義する変換マトリックスにより乗算される。ＸＹＺ座標を変換する
ために使用される特定の変換マトリックスは、ユーザにより選択されるＴＣＦに
より異なることになる。もちろん本発明は、ＸＹＺ座標の他の座標系への変換に
限られるものではなく、ユーザが座標をある座標枠・表現フォーマットから別の
座標枠・表現フォーマットに変換したいときに何時でも使用可能である。この座
標は、次に、位置と測定を決定するためのあらゆる妥当なユーザアプリケーショ
ンにおいて使用される。この例では、上記で説明されるように、ソフトウェアが
、ユーザアプリケーションに従い、ＤＴＰを介してＰＣＥと通信を行う。
のＰＣＥを確認することにより決定される。ＸＹＺ座標は、次に、ＴＣＦに関す
る点座標を定義する変換マトリックスにより乗算される。ＸＹＺ座標を変換する
ために使用される特定の変換マトリックスは、ユーザにより選択されるＴＣＦに
より異なることになる。もちろん本発明は、ＸＹＺ座標の他の座標系への変換に
限られるものではなく、ユーザが座標をある座標枠・表現フォーマットから別の
座標枠・表現フォーマットに変換したいときに何時でも使用可能である。この座
標は、次に、位置と測定を決定するためのあらゆる妥当なユーザアプリケーショ
ンにおいて使用される。この例では、上記で説明されるように、ソフトウェアが
、ユーザアプリケーションに従い、ＤＴＰを介してＰＣＥと通信を行う。
【００１９】
本発明方法およびシステムが実施されるある固有の様式について、第３Ａ図乃
至第３Ｃ図に関し下記で述べる。まず第３Ａ図を見てみると、ユーザは、最初に
、ステップ３００において、平面を定義したい旨を、ユーザインターフェースを
介しシステムに通知する。次に、ユーザは、ステップ３０２において、あらゆる
望ましい測定計器を使って、３ヶ所以上の測定点において測定を行い、そのデー
タを収集することにより、ＰＣＥを介し、平面を定義する。本技術分野では既知
のように、平面を定義するためには、３ヶ所以上の測定点が必要である。平面は
、次に、ステップ３０４において、収集された測定データにより適合される最小
二乗法に基づき計算される。次にシステムが、ＸＹ、ＸＺまたはＹＺ面のいずれ
かがこの平面上に位置するように、座標系の変換を行い、これにより位置および
測定値の計算において参照される新しい枠が作成される。さらに特定すると、新
しい変換マトリックスが、ステップ３０４において、ユーザ定義平面に基づき作
成され、それによりその後の測定値および位置は、ステップ３０６において、こ
の変換マトリックスを介して、本平面に関し計算されることになる。
至第３Ｃ図に関し下記で述べる。まず第３Ａ図を見てみると、ユーザは、最初に
、ステップ３００において、平面を定義したい旨を、ユーザインターフェースを
介しシステムに通知する。次に、ユーザは、ステップ３０２において、あらゆる
望ましい測定計器を使って、３ヶ所以上の測定点において測定を行い、そのデー
タを収集することにより、ＰＣＥを介し、平面を定義する。本技術分野では既知
のように、平面を定義するためには、３ヶ所以上の測定点が必要である。平面は
、次に、ステップ３０４において、収集された測定データにより適合される最小
二乗法に基づき計算される。次にシステムが、ＸＹ、ＸＺまたはＹＺ面のいずれ
かがこの平面上に位置するように、座標系の変換を行い、これにより位置および
測定値の計算において参照される新しい枠が作成される。さらに特定すると、新
しい変換マトリックスが、ステップ３０４において、ユーザ定義平面に基づき作
成され、それによりその後の測定値および位置は、ステップ３０６において、こ
の変換マトリックスを介して、本平面に関し計算されることになる。
【００２０】
好ましくは、当平面は、そのユーザにとって固有のアプリケーションにおいて
標準である形式においてユーザに提供される。例えば、測量現場では、ＸＹＺ座
標系がその理解しやすさにおいて広く使用されており、このため、本発明システ
ムにおけるユーザインターフェースは、ユーザに対し、ＸＹ、ＸＺまたはＹＺ面
を定義するように求めることになる。これに反して、建築現場では、ＸＹＺ座標
系は通常使用されないため、本発明システムにおけるユーザインターフェースは
、ユーザに対し、例えば抽象的な平面ではなく、壁や床や天井などを定義するよ
うに求めることになる。
標準である形式においてユーザに提供される。例えば、測量現場では、ＸＹＺ座
標系がその理解しやすさにおいて広く使用されており、このため、本発明システ
ムにおけるユーザインターフェースは、ユーザに対し、ＸＹ、ＸＺまたはＹＺ面
を定義するように求めることになる。これに反して、建築現場では、ＸＹＺ座標
系は通常使用されないため、本発明システムにおけるユーザインターフェースは
、ユーザに対し、例えば抽象的な平面ではなく、壁や床や天井などを定義するよ
うに求めることになる。
【００２１】
次のステップにおいて、第３Ｂ図で図解される、ユーザにより選択される原点
が定義される。ユーザは、最初に、ステップ３０８において、システムに対し、
ユーザインターフェースを介して、原点を選択したい旨について通知を行う。次
に、ユーザは、ステップ３１０において、ＰＣＥを介し、測定装置を用いて、空
中の一点を選択する。ステップ３１２において、ユーザ選択フォーマットと対応
する変換マトリックスは、ステップ３１４でユーザにより選択された点が原点（
すなわちＸ＝Ｙ＝Ｚ＝０の点）になるように計算される。
が定義される。ユーザは、最初に、ステップ３０８において、システムに対し、
ユーザインターフェースを介して、原点を選択したい旨について通知を行う。次
に、ユーザは、ステップ３１０において、ＰＣＥを介し、測定装置を用いて、空
中の一点を選択する。ステップ３１２において、ユーザ選択フォーマットと対応
する変換マトリックスは、ステップ３１４でユーザにより選択された点が原点（
すなわちＸ＝Ｙ＝Ｚ＝０の点）になるように計算される。
【００２２】
次のステップにおいて、第３Ｃ図で図解されるようなユーザ選択軸を定義する
。ユーザは、ステップ３１６において、ユーザインターフェースを介して軸選択
プロセスを開始し、次にステップ３１８において、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸のいず
れかを定義するために空中の一点を選択する。次にシステムが、ユーザ選択原点
とユーザ選択点とをつなげることにより軸を定義した後に、選択点とその結果定
義された軸は、第３Ａ図に関し上記で述べられるプロセスを通じて、ユーザ定義
面に投影される。この情報から、ステップ３２０において、ユーザ選択軸に対応
する変換マトリックスが、ステップ３２２でその後の測定値が変換されるように
、計算が行われる。
。ユーザは、ステップ３１６において、ユーザインターフェースを介して軸選択
プロセスを開始し、次にステップ３１８において、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸のいず
れかを定義するために空中の一点を選択する。次にシステムが、ユーザ選択原点
とユーザ選択点とをつなげることにより軸を定義した後に、選択点とその結果定
義された軸は、第３Ａ図に関し上記で述べられるプロセスを通じて、ユーザ定義
面に投影される。この情報から、ステップ３２０において、ユーザ選択軸に対応
する変換マトリックスが、ステップ３２２でその後の測定値が変換されるように
、計算が行われる。
【００２３】
好ましくは、この軸情報は、ユーザー−固有のアプリケーションにおいて標準
である名称を使ってユーザに提供される。例えば、測量現場では、ＸＹＺ座標系
がその理解しやすさにおいて広く使用されており、このため、本発明システムで
は、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸を定義することができる。建築現場では、ほとんどの
ユーザにとってＸＹＺ座標系は親しみが無いため、建築仕様のアプリケーション
で使用されるユーザインターフェースの場合は、好ましくは、ユーザに対し、抽
象的な軸ではなく、床の縁や柱の中央線、または制御線を定義するように求める
ことになる。
である名称を使ってユーザに提供される。例えば、測量現場では、ＸＹＺ座標系
がその理解しやすさにおいて広く使用されており、このため、本発明システムで
は、Ｘ軸、Ｙ軸またはＺ軸を定義することができる。建築現場では、ほとんどの
ユーザにとってＸＹＺ座標系は親しみが無いため、建築仕様のアプリケーション
で使用されるユーザインターフェースの場合は、好ましくは、ユーザに対し、抽
象的な軸ではなく、床の縁や柱の中央線、または制御線を定義するように求める
ことになる。
【００２４】
そこで、変換マトリックス自身の計算では、当技術分野では既知の計算原理に
準じて計算が行われる点について、留意すること。あるフォーマットから別のフ
ォーマットへの座標変換では、通常、転換および・または回転が付随する。回転
のみの場合、変換は以下の形式で行われる。
準じて計算が行われる点について、留意すること。あるフォーマットから別のフ
ォーマットへの座標変換では、通常、転換および・または回転が付随する。回転
のみの場合、変換は以下の形式で行われる。
【００２５】
回転およびＤＣＦからＴＣＦへの変換の両方を行う場合、下記の変換マトリック
スにより、これらの関数の両者がどのように一つのマトリックスにおいて反映さ
れるかが示される。
スにより、これらの関数の両者がどのように一つのマトリックスにおいて反映さ
れるかが示される。
【００２６】
上付き文字は、参照されるフレームを指している（例えば上付き文字１はもとも
とのフレームまたはＤＣＦを、上付き文字２はユーザ選択フレームまたはＴＣＦ
を示している）。上付き文字１２は、ＤＣＦからＴＣＦへのマッピングを指し示
している。
とのフレームまたはＤＣＦを、上付き文字２はユーザ選択フレームまたはＴＣＦ
を示している）。上付き文字１２は、ＤＣＦからＴＣＦへのマッピングを指し示
している。
【００２７】
ユーザが完全なＴＣＦを生成するために平面、原点および軸を選択した後で、
一般に第４図で図解されるように、ユーザ選択座標においてユーザに対し測定値
を計算し表示するための変換マトリックスを使って、距離と角度測定が、ＤＣＦ
ではなく、むしろＴＣＦに関し提供される。例えば、空中の一点からの距離を測
定するために、ユーザは、ステップ３２４において、その点を選択するように促
される。次にシステムがＸＹＺ、ＸＹおよびＺを計算し、選択された点からの距
離がリアルタイムで計算される。より特定的には、もともとのＤＣＦ座標枠の原
点がユーザ選択原点に転換され、位置検出器の座標がＤＣＦからＴＣＦに、変換
マトリックスを介し、ステップ３２６と３２８において変換される。ユーザイン
ターフェースは、３３０ステップにおいて、何らユーザによる追加的な介入を求
めることなく、ＸＹＺ、ＸＹおよびＺ座標を、もともとのＤＣＦではなく、むし
ろユーザ選択ＴＣＦで表示する。
一般に第４図で図解されるように、ユーザ選択座標においてユーザに対し測定値
を計算し表示するための変換マトリックスを使って、距離と角度測定が、ＤＣＦ
ではなく、むしろＴＣＦに関し提供される。例えば、空中の一点からの距離を測
定するために、ユーザは、ステップ３２４において、その点を選択するように促
される。次にシステムがＸＹＺ、ＸＹおよびＺを計算し、選択された点からの距
離がリアルタイムで計算される。より特定的には、もともとのＤＣＦ座標枠の原
点がユーザ選択原点に転換され、位置検出器の座標がＤＣＦからＴＣＦに、変換
マトリックスを介し、ステップ３２６と３２８において変換される。ユーザイン
ターフェースは、３３０ステップにおいて、何らユーザによる追加的な介入を求
めることなく、ＸＹＺ、ＸＹおよびＺ座標を、もともとのＤＣＦではなく、むし
ろユーザ選択ＴＣＦで表示する。
【００２８】
別の例では、ユーザ選択ＴＣＦで角度測定を行う本発明システムに関連してお
り、この場合、ユーザは２つの点を選択するように促される。最初の点を選択し
た後で、システムはユーザに対し、ユーザ定義面に関する点の仰角を提供する。
その後二番目の点を選択すると、システムはユーザに対し、ＴＣＦにおいて２点
により定義される線に関し方位核を提供する。ＤＣＦではなくＴＣＦに関する位
置データを提供するために、座標系の原点が最初のユーザ選択点に転換され、こ
れによりＴＣＦの原点から測定された点までの仰角が計算される。一旦二番目の
点が選択されると、二番目の選択点を通るように軸（通常はＸ軸）の心合せが行
われる。次にこの線から方位角が計算される。
り、この場合、ユーザは２つの点を選択するように促される。最初の点を選択し
た後で、システムはユーザに対し、ユーザ定義面に関する点の仰角を提供する。
その後二番目の点を選択すると、システムはユーザに対し、ＴＣＦにおいて２点
により定義される線に関し方位核を提供する。ＤＣＦではなくＴＣＦに関する位
置データを提供するために、座標系の原点が最初のユーザ選択点に転換され、こ
れによりＴＣＦの原点から測定された点までの仰角が計算される。一旦二番目の
点が選択されると、二番目の選択点を通るように軸（通常はＸ軸）の心合せが行
われる。次にこの線から方位角が計算される。
【００２９】
本発明方法およびシステムは、上記で概要が述べられる例に限定されるもので
はなく、あらゆるポジションデータソースに関し使用され得る。またあらゆる装
置または装置の組合せを使用することにより、本発明を実行することができる。
例えば、ユーザインターフェースは、手持ちの装置あるいはコンピュータとする
ことができるとともに、点収集装置は、二次元または三次元情報を有するあらゆ
る装置とし得る。さらに、本発明方法およびシステムは、例で述べられる測定に
おいてのみ制限的に実施されるものではなく、ユーザ選択座標系に対応する妥当
な変換マトリックスを作成するのに十分な情報をユーザが提供し得る限り、あら
ゆるユーザ選択座標系においてあらゆる位置データを提供するために使用され得
るため、当業者により、請求項から逸脱することなく本発明方法およびシステム
が実施され得る他の方法が想定されることになるであろう。
はなく、あらゆるポジションデータソースに関し使用され得る。またあらゆる装
置または装置の組合せを使用することにより、本発明を実行することができる。
例えば、ユーザインターフェースは、手持ちの装置あるいはコンピュータとする
ことができるとともに、点収集装置は、二次元または三次元情報を有するあらゆ
る装置とし得る。さらに、本発明方法およびシステムは、例で述べられる測定に
おいてのみ制限的に実施されるものではなく、ユーザ選択座標系に対応する妥当
な変換マトリックスを作成するのに十分な情報をユーザが提供し得る限り、あら
ゆるユーザ選択座標系においてあらゆる位置データを提供するために使用され得
るため、当業者により、請求項から逸脱することなく本発明方法およびシステム
が実施され得る他の方法が想定されることになるであろう。
【００３０】
ここで述べられる発明の実施態様に対する多種多様な代替案が本発明の実施に
おいて採用され得る点について、理解されるべきである。これにより、請求項は
本発明の範囲を定義するものであり、これらの請求項の範囲内における方法およ
び装置ならびにそれに相当する方法および装置がこれにより含まれることが意図
される。
おいて採用され得る点について、理解されるべきである。これにより、請求項は
本発明の範囲を定義するものであり、これらの請求項の範囲内における方法およ
び装置ならびにそれに相当する方法および装置がこれにより含まれることが意図
される。
【図１】
本発明方法およびシステムが使用される、ある包括的な位置検出システムを図
解する構成図である。
解する構成図である。
【図２】
本発明方法およびシステムにより使用される包括的な構成を図解するフローチ
ャートである。
ャートである。
【図３Ａ】
ユーザにより選択される座標枠が本発明に従い展開されるプロセスを図解する
構成図である。
構成図である。
【図３Ｂ】
ユーザにより選択される座標枠が本発明に従い展開されるプロセスを図解する
構成図である。
構成図である。
【図３Ｃ】
ユーザにより選択される座標枠が本発明に従い展開されるプロセスを図解する
構成図である。
構成図である。
【図４】
変更された位置データがどのようにユーザのインターフェースに提供されるか
を図解する構成図である。
を図解する構成図である。
１００ 位置検出システム
１０１ 位置検知器
１０２ トラッキングシステム
１０４ 位置演算エンジン（ＰＣＥ）
１１２ ディスプレイ
１１４ ユーザインターフェィス
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１０月３１日（２００１．１０．３１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
（背景技術）
土地測量法や地球投影位置決定衛星（「ＧＰＳ」）システム法を含み、本技術
分野では、位置を測定するための様々な技法が知られているが、これらの既知の
技法では、ＸＹＺ座標フォーマットなど、ユーザが都合よく使用できるフォーマ
ットで位置データを何時でも提供できるとは限らない。また位置データがＸＹＺ
座標フォーマットで提供される場合でも、ＸＹＺ座標系が通常使用されない測量
や構造の多くのアプリケーションが存在している。 米国特許番号第４，４５６，９６１号において、複数の座標系を利用したロボ ットのアームの動作制御の試みが開示されているが、 座標系を回転または転換す
るための簡単な方法、あるいはユーザにとってより意味のあるデータを提供する
ために位置データが当初から付与されるデフォルト基準枠を別途変更する方法は
存在しない。このため、位置データを取得するための既知のシステムでは、結果
的に、様々な用途において幅広く使用するためには障害となる制限を有している
といえる。
分野では、位置を測定するための様々な技法が知られているが、これらの既知の
技法では、ＸＹＺ座標フォーマットなど、ユーザが都合よく使用できるフォーマ
ットで位置データを何時でも提供できるとは限らない。また位置データがＸＹＺ
座標フォーマットで提供される場合でも、ＸＹＺ座標系が通常使用されない測量
や構造の多くのアプリケーションが存在している。 米国特許番号第４，４５６，９６１号において、複数の座標系を利用したロボ ットのアームの動作制御の試みが開示されているが、 座標系を回転または転換す
るための簡単な方法、あるいはユーザにとってより意味のあるデータを提供する
ために位置データが当初から付与されるデフォルト基準枠を別途変更する方法は
存在しない。このため、位置データを取得するための既知のシステムでは、結果
的に、様々な用途において幅広く使用するためには障害となる制限を有している
といえる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
【発明の概要】
本発明では、任意にユーザにより定義される座標系に関し、位置検出器から位
置データを提供する方法およびそのシステムについて述べる。本発明は、信号や
、好ましくはレーザビームを静止位置から、また信号を受信する受信器から送信
する幾つかの送信器から、高い水準において構成される位置検出装置において使
用されるものである。
置データを提供する方法およびそのシステムについて述べる。本発明は、信号や
、好ましくはレーザビームを静止位置から、また信号を受信する受信器から送信
する幾つかの送信器から、高い水準において構成される位置検出装置において使
用されるものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
第１図のブロック１０４を参照すると、本発明方法およびシステムで使用され
る位置データは、同時係属出願中で、同じ譲受人に譲渡された米国特許出願番号 ０９／５３２，１００ （代理人整理番号ＡＲＣ−００２）において説明される、
位置計算エンジン（ＰＣＥ）１０４から取得可能であり、この開示内容は、参照
によりここに組み込まれるものである。一般に、ＰＣＥは、送信器から送られて
くる信号を空中の物理的位置に変換する装置である。 米国特許出願番号０９／５３２，０９９（代理人整理番号ＡＲＣ−００４）で
は、測定ツール上で検出器１０１の位置を計算するための２つの可能な方法、す
なわち経緯儀ネットワーク法および非経緯儀送信器法について説明が行われてい
る。これらの方法のいずれも、他の方法と同様に、ユーザにより選択される座標
枠に変換するために、位置検出器から位置データを取得するためのＰＣＥとして
使用することができる。一般に、経緯儀ネットワーク法では、２台の経緯儀と受
信器に対する角度間の基線が分かっている場合にセンサの位置を計算するのに対
し、非経緯儀法では、システムの送信器を経緯儀として取り扱うことを避け、２
００年３月２１日に出願され、参照によりここに組み込まれる、同時係属出願中
で、同じ譲受人に譲渡された米国特許出願番号０９／５３２，０９９（代理人整
理番号ＡＲＣ−００４）で説明される送信器の走査動作を利用するものである。 米国特許出願番号０９／５３２，１００（代理人整理番号ＡＲＣ−００２）と 米国特許出願番号０９／５３２，０９９（代理人整理番号ＡＲＣ−００４）で開 示されているように、位置算出のためにＰＣＥにより使用される経緯ネットワー ク技法及びアークセカンド社の非経緯トランスミッタ技法を以下に説明する。 経緯ネットワーク技法を利用するにあたり、各トランスミッタから所望する検 出器への、測定された方位角及び仰角のベクトル間の交点をレシーバシステムは 算出する。 各トランスミッタからの垂直な拡散面は直線上で次々と交差し、この線は検出 器を通過するベクトルｒ（倍角ｒはアッパーライン上付きのｒと同意である）で 表される。 さらに、ｒが検出器を通過する一方、ベクトル＾Ｖ１及び＾Ｖ２（＾Ｖは＾の 上付きＶと同意である）からのｒの長さに関する情報が全く得られない。したが って、この技法を用いる場合、トランスミッタの基準枠に関するこのベクトルの 方位角及び仰角のみを下記の式を用いて算出することとなる。 経緯技法では、１つのトランスミッタから２次元を求めることのみ可能となる 。すなわち、検出器に対して、２つの角度をもとめることはできるが、距離を求 めることはできない。 経緯ネットワーク技法の次の工程は、ワークスペース内のすべてのトランスミ ッタのベクトルｒを計算し、そしてそれらのベクトルの交点を求める。２つの経 緯とレシーバに対する角度の間のベースラインが解っていれば、センサの位置を 算出することができる。 非経緯技法においては、経緯儀のようにトランスミッタを扱うのではなく、ト ランスミッタのスキャニングオペレーションを直接利用することができる。経緯 技法のように、非経緯技法における拡散面は検出器と交差する。ベクトルａ（倍 角ａはアッパーバー上付きのａと同意である）はトランスミッタの原点に関する 検出器の位置を示し、結果として次のようになる。 ビーム面が検出器と交差すると、それらのベクトルがその場所で互いに直交す るので、交差する小点の積はゼロになる。定義上、面に対してベクトル＾Ｖは直 角に交わり、面が検出器と交差するとき、面内でａが含まれる。＾Ｖ１と＾Ｖ２ で表される２つの拡散面を用いると、各トランスミッタ毎に２つの数式を得るこ とができる。 ベクトルａは３つの未知数（ｘ，ｙ，ｚ）を含み、これでは十分な情報がない ため、第３の次元を算出することはまだできない。トランスミッタに第３のファ ンビームを取り付けることにより、数式に第３の行を加えることができる。しか し、この数式は最初の２つから線形的には独立していない。したがって、第３の 数式を解くために少なくとももう１つトランスミッタを追加しなくてはならない 。 基準枠内での１つの可能なトランスミッタの配置として、原点にトランスミッ タを１つ、Ｘ軸に沿って第２のトランスミッタを、そしてＹ軸に沿って第３のト ランスミッタをそれぞれ設置する。この軸上での設定は幾分任意のものであるが 、トランスミッタはある共有の基準枠において互いに関連を持つことを示す。こ の共有の枠はユーザの基準枠と呼び、トランスミッタの基準枠とは異なる。 ユーザの基準枠での検出器の位置を算出するため、ユーザの基準枠について各 トランスミッタの基準枠を決める。これは各トランスミッタの位置ベクトルＰｔ ｘ（倍角Ｐはアッパーライン上付のＰと同意である）と回転マトリックスＲｔｘ とで決められる。下記のように数式を書き換えることができる。 この新しい数式において、Ｐはユーザの基準枠における検出器の位置を示し、 この値を求めることになる。Ｒｔｘ＾Ｖはユーザの基準枠におけるレーザ拡散面 を示すベクトルである一方、＾Ｖはこれのみでトランスミッタ基準枠でのレーザ 拡散面を示す。Ｐ−Ｐｔｘは、ユーザの基準枠においてトランスミッタの原点か ら検出器の位置までを表すベクトルである。ｎ≧２トランスミッタの場合は、次 の数式群を使用する。 第１の下付文字はトランスミッタの数であり、＾Ｖの第２の下付文字はレーザ ビームの数である。Ｐを解くためにマトリックスフォームでこれらの数式群を作 るためには、次のように数式群を配列し直す必要がある。 （Ｒｔｘ＾Ｖ）Ｔは１Ｘ３ベクトルであり、下記の＊とＲｔｘ＾Ｖ・Ｐｔｘは定 数である。これでマトリックスフォームにこれらの数式を下記のように置き換え ることができる。 簡易表記は次のようになる。 この数式において下付文字はマトリックスの次元を表す。ユーザの基準枠にお ける検出器の位置を算出するために、両側をＡＴで乗算し最小二乗法による換算 をマトリックスに応用することによって、この数式を解きＰの値を出す。Ｐの値 を求めるため、ＬＵ分解等の標準正方行列解法を使う。または、直接Ｐの値を求 めるために、特異値分解（ＳＶＤ）を使うこともできる。マトリックスがうまく 設定できない場合は、最小二乗値を求めるにあたって、ＳＶＤは好ましい方法で あり、より多くのトランスミッタを備えることによりこの方法の実現性は大きく なる。 但し非経緯儀法は、位置情報を得るために必要とされる計算数が少ないた
め、経緯儀法よりも動作速度が速くなる傾向にあることを留意すること。さらに
、何れかの方法により取得された位置データは、この点において参照されるユー
ザの枠内にあることについても留意されたい。
る位置データは、同時係属出願中で、同じ譲受人に譲渡された米国特許出願番号 ０９／５３２，１００ （代理人整理番号ＡＲＣ−００２）において説明される、
位置計算エンジン（ＰＣＥ）１０４から取得可能であり、この開示内容は、参照
によりここに組み込まれるものである。一般に、ＰＣＥは、送信器から送られて
くる信号を空中の物理的位置に変換する装置である。 米国特許出願番号０９／５３２，０９９（代理人整理番号ＡＲＣ−００４）で
は、測定ツール上で検出器１０１の位置を計算するための２つの可能な方法、す
なわち経緯儀ネットワーク法および非経緯儀送信器法について説明が行われてい
る。これらの方法のいずれも、他の方法と同様に、ユーザにより選択される座標
枠に変換するために、位置検出器から位置データを取得するためのＰＣＥとして
使用することができる。一般に、経緯儀ネットワーク法では、２台の経緯儀と受
信器に対する角度間の基線が分かっている場合にセンサの位置を計算するのに対
し、非経緯儀法では、システムの送信器を経緯儀として取り扱うことを避け、２
００年３月２１日に出願され、参照によりここに組み込まれる、同時係属出願中
で、同じ譲受人に譲渡された米国特許出願番号０９／５３２，０９９（代理人整
理番号ＡＲＣ−００４）で説明される送信器の走査動作を利用するものである。 米国特許出願番号０９／５３２，１００（代理人整理番号ＡＲＣ−００２）と 米国特許出願番号０９／５３２，０９９（代理人整理番号ＡＲＣ−００４）で開 示されているように、位置算出のためにＰＣＥにより使用される経緯ネットワー ク技法及びアークセカンド社の非経緯トランスミッタ技法を以下に説明する。 経緯ネットワーク技法を利用するにあたり、各トランスミッタから所望する検 出器への、測定された方位角及び仰角のベクトル間の交点をレシーバシステムは 算出する。 各トランスミッタからの垂直な拡散面は直線上で次々と交差し、この線は検出 器を通過するベクトルｒ（倍角ｒはアッパーライン上付きのｒと同意である）で 表される。 さらに、ｒが検出器を通過する一方、ベクトル＾Ｖ１及び＾Ｖ２（＾Ｖは＾の 上付きＶと同意である）からのｒの長さに関する情報が全く得られない。したが って、この技法を用いる場合、トランスミッタの基準枠に関するこのベクトルの 方位角及び仰角のみを下記の式を用いて算出することとなる。 経緯技法では、１つのトランスミッタから２次元を求めることのみ可能となる 。すなわち、検出器に対して、２つの角度をもとめることはできるが、距離を求 めることはできない。 経緯ネットワーク技法の次の工程は、ワークスペース内のすべてのトランスミ ッタのベクトルｒを計算し、そしてそれらのベクトルの交点を求める。２つの経 緯とレシーバに対する角度の間のベースラインが解っていれば、センサの位置を 算出することができる。 非経緯技法においては、経緯儀のようにトランスミッタを扱うのではなく、ト ランスミッタのスキャニングオペレーションを直接利用することができる。経緯 技法のように、非経緯技法における拡散面は検出器と交差する。ベクトルａ（倍 角ａはアッパーバー上付きのａと同意である）はトランスミッタの原点に関する 検出器の位置を示し、結果として次のようになる。 ビーム面が検出器と交差すると、それらのベクトルがその場所で互いに直交す るので、交差する小点の積はゼロになる。定義上、面に対してベクトル＾Ｖは直 角に交わり、面が検出器と交差するとき、面内でａが含まれる。＾Ｖ１と＾Ｖ２ で表される２つの拡散面を用いると、各トランスミッタ毎に２つの数式を得るこ とができる。 ベクトルａは３つの未知数（ｘ，ｙ，ｚ）を含み、これでは十分な情報がない ため、第３の次元を算出することはまだできない。トランスミッタに第３のファ ンビームを取り付けることにより、数式に第３の行を加えることができる。しか し、この数式は最初の２つから線形的には独立していない。したがって、第３の 数式を解くために少なくとももう１つトランスミッタを追加しなくてはならない 。 基準枠内での１つの可能なトランスミッタの配置として、原点にトランスミッ タを１つ、Ｘ軸に沿って第２のトランスミッタを、そしてＹ軸に沿って第３のト ランスミッタをそれぞれ設置する。この軸上での設定は幾分任意のものであるが 、トランスミッタはある共有の基準枠において互いに関連を持つことを示す。こ の共有の枠はユーザの基準枠と呼び、トランスミッタの基準枠とは異なる。 ユーザの基準枠での検出器の位置を算出するため、ユーザの基準枠について各 トランスミッタの基準枠を決める。これは各トランスミッタの位置ベクトルＰｔ ｘ（倍角Ｐはアッパーライン上付のＰと同意である）と回転マトリックスＲｔｘ とで決められる。下記のように数式を書き換えることができる。 この新しい数式において、Ｐはユーザの基準枠における検出器の位置を示し、 この値を求めることになる。Ｒｔｘ＾Ｖはユーザの基準枠におけるレーザ拡散面 を示すベクトルである一方、＾Ｖはこれのみでトランスミッタ基準枠でのレーザ 拡散面を示す。Ｐ−Ｐｔｘは、ユーザの基準枠においてトランスミッタの原点か ら検出器の位置までを表すベクトルである。ｎ≧２トランスミッタの場合は、次 の数式群を使用する。 第１の下付文字はトランスミッタの数であり、＾Ｖの第２の下付文字はレーザ ビームの数である。Ｐを解くためにマトリックスフォームでこれらの数式群を作 るためには、次のように数式群を配列し直す必要がある。 （Ｒｔｘ＾Ｖ）Ｔは１Ｘ３ベクトルであり、下記の＊とＲｔｘ＾Ｖ・Ｐｔｘは定 数である。これでマトリックスフォームにこれらの数式を下記のように置き換え ることができる。 簡易表記は次のようになる。 この数式において下付文字はマトリックスの次元を表す。ユーザの基準枠にお ける検出器の位置を算出するために、両側をＡＴで乗算し最小二乗法による換算 をマトリックスに応用することによって、この数式を解きＰの値を出す。Ｐの値 を求めるため、ＬＵ分解等の標準正方行列解法を使う。または、直接Ｐの値を求 めるために、特異値分解（ＳＶＤ）を使うこともできる。マトリックスがうまく 設定できない場合は、最小二乗値を求めるにあたって、ＳＶＤは好ましい方法で あり、より多くのトランスミッタを備えることによりこの方法の実現性は大きく なる。 但し非経緯儀法は、位置情報を得るために必要とされる計算数が少ないた
め、経緯儀法よりも動作速度が速くなる傾向にあることを留意すること。さらに
、何れかの方法により取得された位置データは、この点において参照されるユー
ザの枠内にあることについても留意されたい。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(31)優先権主張番号 ０９／５３２，０２６
(32)優先日 平成12年３月21日(2000．3．21)
(33)優先権主張国 米国（ＵＳ）
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ
Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ
，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，
ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ
Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ
)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，
ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，
ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，Ｃ
Ｚ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ
，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，
ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，Ｌ
Ｒ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ
，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，
ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，Ｔ
Ｒ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ
(72)発明者 バリエントス エドワード アール
アメリカ合衆国、20166、バージニア州、
スターリング、ファルコン プレイス
44880、スイート 100、アークセカンド
インコーポレーテッド内
(72)発明者 ベリボー ショーン エム
アメリカ合衆国、20166、バージニア州、
スターリング、ファルコン プレイス
44880、スイート 100、アークセカンド
インコーポレーテッド内
(72)発明者 ヘッジズ トーマス エム
アメリカ合衆国、20166、バージニア州、
スターリング、ファルコン プレイス
44880、スイート 100、アークセカンド
インコーポレーテッド内
(72)発明者 ペンデルトン エドマンド エス
アメリカ合衆国、20166、バージニア州、
スターリング、ファルコン プレイス
44880、スイート 100、アークセカンド
インコーポレーテッド内
(72)発明者 ウエルス ロジャー
アメリカ合衆国、20166、バージニア州、
スターリング、ファルコン プレイス
44880、スイート 100、アークセカンド
インコーポレーテッド内
(72)発明者 ランドバーグ エリック ジェイ
アメリカ合衆国、20166、バージニア州、
スターリング、ファルコン プレイス
44880、スイート 100、アークセカンド
インコーポレーテッド内
Ｆターム(参考） 5B050 AA03 BA06 CA08 EA27 FA02
Claims (17)
- 【請求項１】 位置測定装置により作成された位置データから、ユーザによる
選択が可能な任意の座標系を作り出すための方法であり、その方法は、既知の座
標枠から位置データを取得する工程と、もう一つの座標枠を選択する工程と、既
知の座標枠からそのもう一つの座標枠への変換を定義する工程とからなることを
特徴とする座標系作成方法。 - 【請求項２】 請求項１の方法であって、もう一つの座標枠を選択する工程に
、もう一つの座標枠における平面を、その平面内の３ヶ所以上の点を選択するこ
とにより定義する工程が含まれることを特徴とする座標系作成方法。 - 【請求項３】 請求項１の方法であって、もう一つの座標枠を選択する工程に
、もう一つの座標枠における原点を、その原点となる空中点を選択することによ
り定義する工程が含まれることを特徴とする座標系作成方法。 - 【請求項４】 請求項３の方法であって、もう一つの座標枠を選択する工程に
、もう一つの座標枠における軸を、二番目の空中の一点を選択することで、原点
と二番目の点とを結ぶ線が軸となるように定義する工程が含まれることを特徴と
する座標系作成方法。 - 【請求項５】 請求項１の方法であって、もう一つの座標枠を選択する工程に
、平面内の３ヶ所以上の点を選択することによりそのもう一つの座標枠内に一枚
の平面を定義する工程と、原点となる空中の一点を選択することによりそのもう
一つの座標枠内に原点を定義する工程と、二番目の点を選択することで原点とそ
の二番目の点を結ぶ線が軸となるようにそのもう一つの座標枠において一本の軸
を定義する工程とが含まれることを特徴とする座標系作成方法。 - 【請求項６】 請求項５の方法であって、もう一つの座標枠に一本の軸を定義
する工程に、さらに、原点と二番目の点が平面に投影される工程が含まれること
を特徴とする座標系作成方法。 - 【請求項７】 請求項１の方法であって、さらに、定義工程から変換により変
換された位置データを計算する工程と、ユーザ固有のアプリケーションに対応す
る標準名称を使って変換された位置データを提供する工程とからなることを特徴
とする座標系作成方法。 - 【請求項８】 請求項５の方法であって、さらに、定義工程から変換により変
換された位置データを計算する工程と、ユーザ固有のアプリケーションに対応す
る標準名称を使って変換された位置データを提供する工程とからなることを特徴
とする座標系作成方法。 - 【請求項９】 位置測定装置により作成された位置データから、ユーザによる
選択が可能な任意の座標系を作り出すためのシステムであり、そのシステムは、
ユーザが既知の座標系における位置データを選択し、もう一つの座標系を選択す
ることができるユーザインターフェースと、位置データを既知の座標系からもう
ひとつの座標系に変換する処理装置とからなることを特徴とする座標系作成シス
テム。 - 【請求項１０】 請求項９のシステムであって、その処理装置には、ポジショ
ンデータソースから位置データを受信するための点収集モジュールと、もう一つ
の座標系に対応する少なくとも一種類の変換マトリックスを生み出すための、点
収集モジュールに連結される変換モジュールとが含まれ、その変換マトリックス
により、位置データが既知の座標系からもうひとつの座標系に変換されることを
特徴とする座標系作成システム。 - 【請求項１１】 請求項１０のシステムであって、その処理装置には、さらに
、点収集モジュールからの最低でも３ヶ所以上の点に基づくユーザにより選択さ
れる平面を決定する平面計算モジュールが含まれるほか、変換モジュールにより
、そのユーザ選択面に対応する変換マトリックスが生み出されることを特徴とす
る座標系作成システム。 - 【請求項１２】 請求項１０のシステムであって、その処理装置には、さらに
、点収集モジュールからの一点に基づくユーザにより選択される原点を決定する
原点計算モジュールが含まれほか、変換モジュールにより、そのユーザ選択原点
に対応する変換マトリックスが生み出されることを特徴とする座標系作成システ
ム。 - 【請求項１３】 請求項１２のシステムであって、その処理装置には、さらに
、原点と点収集モジュールからの二番目の点とに基づくユーザにより選択される
軸を決定する軸計算モジュールが含まれほか、変換モジュールにより、そのユー
ザ選択原点およびユーザ選択軸に対応する変換マトリックスが生み出されること
を特徴とする座標系作成システム。 - 【請求項１４】 請求項１０のシステムであって、その処理装置には、さらに
、点収集モジュールからの最低でも３ヶ所以上の点に基づくユーザにより選択さ
れる平面を決定する平面計算モジュールと、点収集モジュールからの一点に基づ
くユーザにより選択される原点を決定する原点計算モジュールと、原点と点収集
モジュールからの二番目の点とに基づくユーザにより選択される軸を決定する軸
計算モジュールとが含まれ、その変換モジュールにより、ユーザが選択した平面
、同原点および同軸に対応する少なくとも一種類の変換マトリックスが生み出さ
れることを特徴とする座標系作成システム。 - 【請求項１５】 請求項１４のシステムであって、原点と二番目の点とを線に
より結び、その線をユーザにより定義された平面に投影することで、軸計算モジ
ュールがユーザ定義軸を決定することを特徴とする座標系作成システム。 - 【請求項１６】 請求項９のシステムであって、ユーザインターフェースが、
ユーザ固有のアプリケーションに対応する標準名称を使用することを特徴とする
座標系作成システム。 - 【請求項１７】 請求項１４のシステムであって、ユーザインターフェースが
、ユーザ固有のアプリケーションに対応する標準名称を使用することを特徴とす
る座標系作成システム。
Applications Claiming Priority (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12554599P | 1999-03-22 | 1999-03-22 | |
| US60/125,545 | 1999-03-22 | ||
| US9923615 | 1999-10-13 | ||
| PCT/US1999/023615 WO2000022380A1 (en) | 1998-10-13 | 1999-10-13 | Rotating head optical transmitter for position measurement system |
| US09/532,026 | 2000-03-21 | ||
| US09/532,026 US6662103B1 (en) | 1999-03-22 | 2000-03-21 | Method and system for creating a user-selectable arbitrary coordinate frame |
| PCT/US2000/007446 WO2000057132A1 (en) | 1999-03-22 | 2000-03-22 | Method for creating a user-selectable coordinate frame |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003524817A true JP2003524817A (ja) | 2003-08-19 |
Family
ID=27378778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000606959A Pending JP2003524817A (ja) | 1999-03-22 | 2000-03-22 | ユーザによる選択が可能な座標枠の作成方法およびそのシステム |
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| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1166043A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003524817A (ja) |
| AU (1) | AU3905000A (ja) |
| CA (1) | CA2366720A1 (ja) |
| WO (1) | WO2000057132A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0932382A (ja) * | 1995-07-14 | 1997-02-04 | Takigen Mfg Co Ltd | シャッター用ロック装置 |
| JP2015210266A (ja) * | 2014-04-24 | 2015-11-24 | ジック アーゲー | 光電センサおよび監視領域から測定情報を検出するための方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104330078B (zh) * | 2014-07-24 | 2017-02-15 | 中国人民解放军信息工程大学 | 一种基于三点后方交会模型的联合测量方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4456961A (en) * | 1982-03-05 | 1984-06-26 | Texas Instruments Incorporated | Apparatus for teaching and transforming noncoincident coordinate systems |
| US5247487A (en) * | 1991-06-17 | 1993-09-21 | Spatial Positioning Systems, Inc. | Spatial measurement recovery system |
| US5337149A (en) * | 1992-11-12 | 1994-08-09 | Kozah Ghassan F | Computerized three dimensional data acquisition apparatus and method |
| US5309913A (en) * | 1992-11-30 | 1994-05-10 | The Cleveland Clinic Foundation | Frameless stereotaxy system |
-
2000
- 2000-03-22 AU AU39050/00A patent/AU3905000A/en not_active Abandoned
- 2000-03-22 JP JP2000606959A patent/JP2003524817A/ja active Pending
- 2000-03-22 CA CA002366720A patent/CA2366720A1/en not_active Abandoned
- 2000-03-22 WO PCT/US2000/007446 patent/WO2000057132A1/en not_active Application Discontinuation
- 2000-03-22 EP EP00918194A patent/EP1166043A1/en not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0932382A (ja) * | 1995-07-14 | 1997-02-04 | Takigen Mfg Co Ltd | シャッター用ロック装置 |
| JP2015210266A (ja) * | 2014-04-24 | 2015-11-24 | ジック アーゲー | 光電センサおよび監視領域から測定情報を検出するための方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU3905000A (en) | 2000-10-09 |
| CA2366720A1 (en) | 2000-09-28 |
| EP1166043A1 (en) | 2002-01-02 |
| WO2000057132A1 (en) | 2000-09-28 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090818 |