JP2006153506A - 位置検出装置及び位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、外的要因による影響を受けにくく、かつ、安価とすることが可能な、位置検出装置及び方法を提供しようとするものである。
【解決手段】
投写部１から、２次元平面上の位置に応じて異なる特徴を持つマーカーを構成する光を投写する。
受光部２は、投写部１から投射された光の少なくとも一部を受光する。受光部で得られた光の特徴は算出部に送られる。
算出部３は、受光部２で受光された光の特徴に基づいて、受光部２の位置を算出する。これにより、受光部２の位置を検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、目的物の位置を検出する装置及び方法に関するものである。

従来の位置検出装置としては、（１）光学に基づくもの、（２）磁気センサを用いるもの、（３）超音波センサを用いるものがある。

前記のうち、光学に基づく位置検出装置としては、検出用マーカーの位置をカメラで計測するシステムが主流である。このシステムでは、理論的な計測精度が、カメラの画素分解能とカメラの光軸間角度で決まってしまう。そこで、輝度情報やマーカーの形状情報を合わせて使うことで検出精度を向上させている。しかし、このシステムでは、システムが高額であること、カメラを使うために、計測対象空間よりもさらに大きな空間を必要とすること、カメラから隠れる部位の計測が出来ないので計測範囲が限られることという不都合があり、さらに改善の余地がある。

また、前記のうち、磁気センサを用いる装置は、計測空間に傾斜した静磁場を発生させ、その静磁場中に置かれたセンサユニットの位置と姿勢の６自由度を計測するものである。このシステムでは、１つのセンサで６自由度の計測ができ、演算処理をほとんど必要としないためリアルタイムな計測が可能である。このため、光学を用いる前記のシステムに比べると安価であり、さらに、光に対する遮蔽物があっても計測できる。しかし、この磁気センサを用いるシステムでは、同時に計測できるセンサの数を増やすことが困難でありまた、計測対象空間の磁性体や誘電体の影響を受けやすく、さらには、空間内に金属が多い場合は検出精度が大きく劣化するという種々の問題がある。

さらに、超音波センサを用いる装置は、超音波発信器を計測物体に取り付け、空間に固定した受信機との距離関係から、位置を検出するものである。ジャイロセンサや加速度計を併用して計測物体の姿勢を検出するものもある。超音波を使っているため、カメラよりは遮蔽物に強いが、遮蔽物が発信器の真上にある時は計測が困難な場合があり、また、システム全体が高価になりがちである。

本発明は、前記の状況に鑑みてなされたもので、簡易な構成で対象物の位置検出が可能な装置及び方法を提供しようとするものである。

請求項１記載の位置検出装置は、投写部と、受光部と、算出部とを備えている。前記投写部は、２次元平面上の位置に応じて異なる特徴を持つマーカーを構成する光を投写する構成となっている。前記受光部は、前記投写部から投射された光の少なくとも一部を受光する構成となっている。前記算出部は、前記受光部で受光された光の特徴に基づいて、前記受光部の位置を算出する構成となっている。

請求項２記載の位置検出装置は、請求項１に記載のものにおいて、前記算出部における、前記受光部の位置の算出が、以下のステップを含んでいる：
（１）前記受光部で受光された光の特徴に基づいて、前記マーカーの重心位置を算出するステップ；
（２）前記マーカーの重心位置から、前記受光部の位置までのずれ量と、前記マーカーの投写位置とに基づいて、前記受光部の位置を算出するステップ。

請求項３記載の位置検出装置は、請求項１又は２に記載のものにおいて、
前記投写部が、前記光を対象物に向けて投写する構成となっており、
前記受光部が、集光用のレンズと、前記レンズで集光された光を受光する受光素子とを備えており、
さらに、前記受光部が、前記投写部から投写された前記光が前記対象物により反射又は散乱された光を、前記レンズを介して、前記受光素子により受光する構成となっている
ものである。

請求項４記載の位置検出方法は、以下のステップを備えている：
（１）２次元平面上の位置に応じて異なる特徴を持つマーカーを構成する光を空間中に投写するステップ；
（２）前記投写された光の少なくとも一部を受光部により受光するステップ；
（３）前記ステップ（２）において受光された光の特徴に基づいて、前記受光部の位置を算出するステップ。

本発明の位置検出装置及び位置検出方法によれば、簡易な構成で対象物の位置検出が可能な装置及び方法を提供することが可能となる。

（第１実施形態の構成）
本発明の第１実施形態に係る位置検出装置の構成を、添付図面を参照して説明する。この位置検出装置は、図１に示されるように、投写部１と、受光部２と、算出部３とを基本的な要素として備えている。

投写部１は、２次元平面上の位置に応じて異なる特徴を持つマーカーを構成する光を投写する構成となっている。投写部１としては、このような機能を有すればどのような構成であってもよい。例えば、投写部１としては、液晶プロジェクタ、ＤＬＰプロジェクタなどの各種のプロジェクタ、ＰＤＰ（プラズマディスプレイ）、有機又は無機のＥＬディスプレイなどを使用することができる。

投写部１によって投写される光で構成されるマーカーの一例を図２及び図３に示す。この実施形態では、この２種類のマーカーを選択して又は同時に投写できるものとなっている。図２に示すマーカーは、中央において輝度が高くなるガウシアン状の輝度分布となっている。図３に示すマーカーは、角度に応じて異なる輝度分布となっている。

受光部２は、投写部１から投射された光の少なくとも一部を受光する構成となっている。この実施形態では、受光部２は、図４に示されるように、板状の本体２１と、複数の受光素子２２と、長尺状の把持部２３とから構成されている。

さらに、受光部２は、図示しない無線通信装置を介して、各受光素子２２の出力を、算出部３に送り出すことができるようになっている。無線通信装置とは、例えば赤外線通信やブルートゥース（商標）用のインタフェース装置であるが、他のプロトコルないし変調方式を用いた装置でもよい。また、例えばＵＳＢのように、有線で通信する構成であってもよい。

受光部２の受光素子２２は、本体２１の一面に固定されている。受光素子２２の数は、本実施形態では９個となっている。また、本実施形態では、受光素子２２として、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタなどの、点で受光する素子が用いられている。ただし、受光素子としては、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ、２次元ＰＳＤ（位置検出素子）のような、面で受光する素子を用いても良い。要するに、受光素子２２としては、マーカーを構成する光の少なくとも一部を受光できればよい。

把持部２３は、その一端が本体２１に固定されている。把持部２３の他端側は、使用者が把持できるようになっている。

算出部３は、図５に示されるように、インタフェース部３１と、受信部３２ａと、増幅部３２ｂと、センサ位置推定部３３と、位置予測演算部３４と、メモリ３５と、描画判定部３６と、センサ位置判定部３７と、投影パターン生成部３８と、映像生成部３９と、出力部４０とを主な構成要素として備えている。算出部３の機能は、後述する第１実施形態の動作において詳述する。

（第１実施形態の動作）
以下、第１実施形態に係る位置検出装置を用いた位置検出方法を、図６のフローチャートを参照しながら説明する。まず、初回の動作から説明する。

［初回の動作］
（ステップ６−１）
まず、投影パターン生成部３８は、検出目的に従って、マーカーを選択する。この実施形態では、２次元位置検出用のマーカー（図２）と、角度検出用のマーカー（図３）とがメモリ３５に格納されており、これらのいずれかを選択できるようになっている。選択は、使用者が手動で選択しても良いし、何らかの条件に基づいて投影パターン生成部３８が自動的に選択する構成であってもよい。

選択されたマーカーの画像は、映像生成部３９からの映像と合成されて、出力部４０，インタフェース部３１を介して、投写部１に送られて、投写される。より正確には、マーカーを含む画像を生成すべき光が投写部１から空間中に投写される。ここで、映像生成部３９は、メモリ３５に格納された情報に基づいて、原映像（マーカーとは別に、情報伝達用に投写されるべき映像）を生成するものである。ただし、投射すべき原映像がない場合は、映像生成部３９自体を用いなくても良い。

図１には、投写部１からスクリーン４に向けて照射された光によりスクリーン４の前面にマーカー５が描画されている状態を示している。図１においては、図２に示すパターンのマーカー５が描画されている。もちろん、図３のパターンを描画することも可能である。

ここで、投影パターン生成部３８は、投影される全画像の座標上におけるマーカーの位置を指定しており、投写部１から投影される全画像中の指定の位置において、マーカーが表示されるようになっている。また、画像中におけるマーカーの位置を示す情報（座標）は、メモリ３５に記憶される。

（ステップ６−２）
ついで、マーカーの初期位置を検出する。この検出方法としては、種々のものが考えられるが、例えば、特開２０００−５６９２４号公報に記載された領域分割方法を使用できる。この領域分割法自体は周知の技術なのでここでは説明を省略する。

（ステップ６−３）
図６中ステップ６−３は初回の動作では行われないので、このステップは後述する。

（ステップ６−４及び６−５）
次に、受光部２における各受光素子２２の出力を、インタフェース部３１ａ、受信部３１ｂ、増幅部３２を介して、センサ位置推定部３３に入力する。センサ位置推定部３３は、以下の手順により、マーカーの重心位置を推定する。

受光素子２２の出力をａ_００からａ_ｍｎまでの行列ａ_ｉｊ（通常のａ_ｉｊは２行２列以上の行列）で表すとすれば、重心位置（Ｇｘ，Ｇｙ）は以下の式で表せる。

この実施形態は、この式において、ａ_ｉｊを３行３列の行列としたものである。図７には、受光素子の配置状態に対応したａ_ｉｊの配置例を示した。

これにより、受光部２を基準とした、マーカーの重心位置を算出することができる。つまり、本実施形態によれば、受光部２で受光された光の特徴に基づいて、マーカーの重心位置を算出することができる。これにより、受光部２の中心からマーカーの重心位置までのずれ量を得ることができる。

（ステップ６−６）
ついで、センサ位置推定部３３は、前記したマーカーの重心位置に基づいて、受光部の位置を算出する。具体的には、まず、センサ位置推定部は、投写部１から投写されたマーカーの位置を、メモリ３５から取得する。ついで、前記した、メモリに記憶されたマーカーの位置に、前記ステップ６−５で取得された、受光部２の中心からマーカーの重心位置までのずれ量を加算する。これにより、受光部２の位置を算出することができる。

したがって、本実施形態の装置によれば、画像におけるマーカーの重心位置から受光部の位置までのずれ量と、マーカーの投写位置とに基づいて、受光部２の位置を算出することができる。もちろん、画像中の座標系とワールド座標系とのキャリブレーションを行っておけば、受光部２の絶対位置を知ることもできる。

より本質的には、算出部３は、受光部２で受光された光の特徴に基づいて、受光部２の位置を算出する構成となっている。

（ステップ６−７）
ついで、位置予測演算部３４において、動きベクトルに基づく位置予測を行う。この動作は、初回の動作で意味を持たないので、このステップも後述する。ただし、動きベクトルの検出は、映像のフレーム内の比較でも実行は可能である。例えば、1/30フレーム内の時間でも(画面が書き換えられなくても)、受光素子のがマーカーに対して移動すれば、受光素子の出力値は変化する。もし、受光素子の出力値の読み取り速度が画面のフレーム速度に対し十分早ければ、速度ベクトルを検出することが可能である。

（ステップ６−８）
ついで、描画判定部３６は、位置予測演算部３４で得られた受光部２の位置が、前回の動作で検出された位置からずれているかどうかを判定する。ただし、初回においては、ずれ量は当然に０なので、ずれがないと判定され、ステップ６−４に戻る。

［２回目の動作］
（ステップ６−４〜６−６）
その後、受光部２の各受光素子２２の出力を、センサ位置推定部３３に入力する。センサ位置推定部３３は、前記と同様にして、マーカーの位置を推定し、これにより、マーカーから受光部２までのずれ量を得ることができる。さらに、このずれ量を用いることで、前記と同様に、受光部２の位置を算出することができる。

（ステップ６−７）
ついで、位置予測演算部３４は、ステップ６−６で得られた受光部２の位置と、その前の位置検出動作で得られた受光部２の位置とを比較して、その差分を算出する。さらに、位置予測演算部３４は、この差分から、受光部２の動きベクトルを検出し、所定時間経過後（例えば、次にマーカーを描画する時点）における受光部２の位置を予測する。予測された位置はメモリ３５に格納される。なお、動きベクトルの検出や位置予測の手法自体は、動画像の圧縮等において広く知られているので、この明細書においては記載を省略する。

（ステップ６−８）
ついで、描画判定部３６は、位置予測演算部３４で予測された受光部２の位置が、前回描画した位置からずれているかどうかを判定する。ずれている場合はステップ６−９に進む。ずれていない場合はステップ６−４に戻るが、この場合の動作は前記した通りなので説明を省略する。

（ステップ６−９）
ついで、センサ位置判定部３７は、受光部２が、投写部１から投写される光の投影領域内にあるかどうかを判定する。この判定の方法としては種々のものが考えられるが、例えば、「受光素子からの出力値が本来取りうる値の範囲からずれ、さらに一定時間経ったかどうか」により判断することができる。

投影領域内にあればステップ６−３に進み、そうでなければステップ６−１からの動作を繰り返す。以降のステップは、前記した通りであるが、ステップ６−３については説明を省略していたので、以下に説明する。

（ステップ６−３）
ステップステップ６−９において、センサが投影領域内になると判断された場合、投影パターン生成部３８は、ステップ６−７において予測された位置に描画できるマーカーの画像を生成する。さらに、投影パターン生成部３８は、生成されたマーカーの位置を、メモリ３５に格納する。以降のステップは前記の通りである。生成されたマーカーの画像は、ステップ６−１と同様にして、投写部１により受光部２に向けて投写される。

本実施形態では、２次元方向に情報が分散されたマーカーを用いているので、マーカーの一部が受光素子２２で受光できなかったとしても、前記したように、受光部２の位置を検出することができる。したがって、この方法は、外的要因による影響を受けにくいという利点がある。しかも、この方法を実行するためには、複雑で高価なシステムを必要としないので、システム全体を簡易かつ安価とすることが可能である。

なお、前記第１実施形態の説明においては、一つのマーカーを投写することとしているが、図８に示されるように、複数のマーカーを同時に投射してもよい。また、それぞれのマーカーの光を複数の受光部２で検出しても良い。

また、前記実施形態では、図２に示す位置検出用のマーカーを用いた例を示したが、図３に示す角度検出用のマーカーを用いることも可能である。この場合、ステップ６−４〜６−６は以下の通りとなる。他のステップは前記と同様である。

（角度検出におけるステップ６−４〜６−６）
前記実施形態と同様に、受光部２における各受光素子２２の出力を、インタフェース部３１ａ、受信部３１ｂ、増幅部３２を介して、センサ位置推定部３３に入力する。センサ位置推定部３３は、以下の手順により、マーカーの重心位置を推定する。

受光素子２２の出力を、最も小さい値のa₀から時計回りにa_nまでの行列ａ_ｊと置く（もちろん反対回りでも良い）。a₀を基点とした角度重心G_θと受光部２の角度θは以下の式で求められる。

この実施形態は、この式において、ｎ＝７としたものである。図９には、受光素子の配置状態に対応したａ_ｊの配置例を示した。

これにより、受光部２の回転角度を求めることができる。なお、本発明における位置とは角度を含む概念として用いている。

また、センサの出力が輝度に対してリニアである場合には、受光素子の出力を極座標に展開し、何らかのフィッティング手法を用いて、二等辺三角形に最も近い形状となる角度を算出しても良い（図１０参照）。

さらに、第１実施形態において、受光素子の全体の輝度量の変化に基づいて、受光部２の奥行き方向の位置(３次元位置)も検出可能である。例えば、受光部２が投写部１側に移動すると、各受光素子の合計の光量が減少し、受光部２が投写部１側から離れると合計光量が増加する。したがって、合計光量の変化を併用することにより、受光部２の３次元での位置を検出することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る位置検出装置及び方法を、図１１に基づいて説明する。この実施形態では、マーカーのパターンとして、図１１に示されるように、格子状のものが用いられている。この場合も、受光素子２２の出力に基づいて、受光部２の、２次元平面内での位置と傾き（角度）とを検出することができる。第１実施形態では、受光素子の出力値（具体的には輝度変化）をもって速度ベクトルを検出していた。これに対して、図１１のようなマーカー（格子模様）では、受光素子が検出した明滅の回数をもって速度ベクトルを検出することになる(ロータリーエンコーダと同様の原理に基づく)。

第２実施形態における他の構成及び利点は、第１実施形態と基本的に同様なので、説明を省略する。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る位置検出装置及び方法を、図１２に基づいて説明する。この例では、受光部２の前面側（投写部１に面する側）に、偏光フィルタ６が取り付けられている。

液晶プロジェクタから投写される光は、一般には直線偏光となっている。このため、受光部２の回転に伴い、受光部２に取り付けられた偏光フィルタ６が回転すると、受光部２における受光量が増減する。したがって、例えば受光量の初期値にロックオンしてその明滅を追従することにより、受光部２の相対的な回転量を取得することができる。もちろん、受光部２の回転角と受光量との関係を予め取得しておけば、受光部２の絶対的な回転量も取得できる。

第３実施形態における他の構成及び利点は、第１実施形態と基本的に同様なので、説明を省略する。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る位置検出装置及び方法を、図１３に基づいて説明する。この実施形態では、第３実施形態と同様に、受光部２の前面に、偏光フィルタ６が取り付けられている。ただし、この第４実施形態では、偏光フィルタ６は、受光部２とは独立に回転できるようになっている。

さらに、第４実施形態では、投写部１の前面側（投写する対象物の側）に、投写部１とは独立に回転できる偏光フィルタ７が取り付けられている。なお、第４実施形態では、投写部１から投射される光はほぼ円偏波であり、この光が偏光フィルタ７で直線偏波になるものとする。

第４実施形態でも、第３実施形態と同様に、投写部１の前面にある偏光フィルタ６を、受光部２と共に回転させることで、受光部２の回転角度を取得することができる。

また、第４実施形態では、投写部１の前面にある偏光フィルタ７を、偏光フィルタ６と同期して回転させることにより、信号のチャンネル数を増やすことが容易になるという利点がある。すなわち、複数のマーカーを投写し、これらのマーカーを複数の受光部２で受光するとする。この場合、第１実施形態の方法では、マーカーどうしが近接した位置に投写された場合などは、マーカーの情報どうしが混信する可能性がある。第４実施形態の装置では、複数の投写部１と複数の受光部２とを用い、それぞれに備えた偏光フィルタどうしを同期して回転させる。さらに、異なる受光部２（又は投写部１）に対応する偏光フィルタどうしの回転周波数を異ならせておく。このようにすれば、異なるマーカーを受光している場合は、明滅パターンが設定と異なるので、情報を取得すべきマーカーを識別することができる。つまり、情報の混信を防ぎ、使用できるチャンネル数を増加させることができる。

第４実施形態における他の構成及び利点は、第１実施形態と基本的に同様なので、説明を省略する。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態に係る位置検出装置及び方法を、図１４に基づいて説明する。この例では、マーカーのパターンを、複数のフレームにおいて異ならせている。例えば、最初のフレームでは、５０＋１６のレベルの輝度を持つマーカー画像を投写する。次のフレームでは、５０−１６のレベルの輝度を持つマーカー画像を投写する。

しかも、第５実施形態では、基準値（例えばレベル５０）からのずれ量を、マーカーの２次元的な位置に応じて異ならせておく。すると、受光部２は、複数のフレームを受光し、そのフレーム間での輝度の差分に基づいて、マーカーに埋め込まれた２次元位置情報を取得することができる。この２次元位置情報を用いて、第１実施形態と同様に、受光部２の位置を検出することができる。

また、前記のような複数のフレームを見た観察者は、あたかもレベル５０の輝度の画像が投写されているように見えるので、通常の投写画像の中にマーカーを埋め込むことが可能となる。

なお、前記の説明では、二つのフレームを用いた例を説明したが、一般には、それ以上の数のフレームを用いて一つのマーカー画像を得ることもできる。

さらに、前記の説明では、輝度情報を複数のフレームに分割することとしたが、例えば、色情報を複数のフレームで分割しても良い。この場合、ＲＧＢのいずれかを変化させても良いし、輝度情報を含まない色空間だけで変化させても良い。特に、ＲやＢを変化させるようにし、Ｇを変化させないようにすると、観察者からはフリッカが見えにくいという利点がある。異ならせる色どうしを、二つのフレーム間で補色の関係とすると、フリッカをさらに認識しにくいという利点もある。

マーカーを色情報のパターンで構成した場合は、受光部２の受光素子２２は、色に対して感度を有する素子である必要がある。そのような素子は、例えば、赤や青等のセロファンをフォトトランジスタに被せたり、当該色にのみ感度を持つフォトトランジスタを用いたりする等の手段で容易に得ることができる。

なお、本明細書において、「２次元平面上の位置に応じて異なる特徴を持つマーカー」とは、前記第５実施形態のように、複数のフレームを組み合わせて初めてそのような特徴を持つマーカーを含む。

第５実施形態における他の構成及び利点は、第１実施形態と基本的に同様なので、説明を省略する。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態に係る位置検出装置及び方法を、図１５に基づいて説明する。この例では、３台のロボット８に向けて、２台の投写部１から画像が投影される。また、この例では、スクリーン４を用いず、計測対象物（図示例ではロボット８のアーム８１の先端）に向けて、マーカーが投写される。さらに、計測対象物には、マーカーの光を受光する受光部２（図１５には図示せず）が取り付けられている。

この例によれば、受光部２でマーカーの光を受光し、受光部２の位置を検出することで、計測対象物の位置を検出することが可能となる。この場合の処理アルゴリズムは第１実施形態と同様でよい。

さらに、第６実施形態によれば、複数の投写部１を用いているので、３点測量と同じ原理により、３次元空間中での計測対象物の位置を特定することも可能となるという利点がある。

第６実施形態における他の構成及び利点は、第１実施形態と基本的に同様なので、説明を省略する。

（第７実施形態）
次に、第７実施形態に係る位置検出装置及び方法を、図１６に基づいて説明する。この例では、受光部２に代えて、マーカーの光の反射光ないし散乱光を取得する受光部２００が用いられている。この受光部２００は、集光用レンズ２０１と、光学系２０２と、複数の受光素子２２とを備えている。

集光用レンズ２０１は、マーカーの光がスクリーンなどの対象物で反射ないし散乱した光を集光するものである。

光学系２０２は、集光用レンズ２０１で集光された光で形成される像（つまりマーカーの像）を受光素子２２の位置で形成するように構成されている。

受光素子２２は、前記した第１実施形態と同様に構成されている。

第７実施形態においては、第１実施形態と同様のアルゴリズムにより、受光部２００の位置または姿勢を検出することができる。すると、受光部２００が画面のどこを指しているかを知ることができ、いわゆるライトペンとして受光部２００を使用することも可能となる。

第７実施形態における他の構成及び利点は、第１実施形態と基本的に同様なので、説明を省略する。

（第８実施形態）
つぎに、位置と角度とを一つのマーカーで検出できる例を、図１７及び図１８に基づいて説明する。

このマーカー５は、角度及び位置に応じて異なる輝度情報（もちろん色情報でも良い）を持っている。さらに、マーカー５の中心には輝度を５０％とした部分が形成されている。また、受光部２としては、図１８に示される符号Ａ〜Ｅの位置にそれぞれ受光素子を配置している。つまり、この実施形態では、合計５個の受光素子を使っている。

図１７のようなパターン(中心に５０％輝度マーカーを有する)に受光部２を重ねた場合、
Ｅ＝外乱光の影響
Ａ−Ｃ＝Ｘ方向の変位
Ｂ−Ｄ＝Ｙ方向の変位
（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）／４−Ｅ＝角度変化
となる。

ただし、上記の式においてＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、各受光素子の出力値を示している。

なお、外乱光の影響が気にならない場合は、中心の受光素子Ｅは必須ではない。この場合は、
（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）の変化量＝角度変化
という式になる。

なお、前記各実施形態においては、マーカーを構成する光を可視光としたが、赤外線や紫外線のような非可視光でもよい。さらに、レーザやＬＥＤを用いて、短時間のパルスでマーカーを構成することにより、視認しにくいマーカーとすることもできる。

さらには、マーカーを構成する光を周波数軸上で変調することでマーカーを構成することも可能である。この場合も、観察者から視認しにくいマーカーとすることができる。

なお、本発明の装置及び方法は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えることができる。

例えば、前記した各構成要素は、機能ブロックとして存在していればよく、独立したハードウエアとして存在しなくても良い。また、実装方法としては、ハードウエアを用いてもコンピュータソフトウエアを用いても良い。さらに、本発明における一つの機能要素が複数の機能要素の集合によって実現されても良く、本発明における複数の機能要素が一つの機能要素により実現されても良い。

また、機能要素は、物理的に離間した位置に配置されていてもよい。この場合、機能要素どうしがネットワークにより接続されていても良い。

本発明の第１実施形態に係る位置検出装置の全体的な構成を説明するための説明図である。 マーカーにおける、位置検出用のパターンの一例である。 マーカーにおける、角度検出用のパターンの一例である。 受光部の正面図である。 算出部の構成を説明するための概略的なブロック図である。 第１実施形態に係る位置検出方法を説明するためのフローチャートである。 受光部における受光素子の配置例を示す説明図である。 複数のマーカーを投写した例を示す説明図である。 受光部における受光素子の配置例を示す説明図である。 受光部の角度を検出する方法を説明するための図であって、受光素子の位置と出力値との関係を示すグラフの一例である。 第２実施形態で用いられるマーカーにおける、格子状パターンの一例である。 第３実施形態における受光部及び偏光フィルタを説明するための説明図である。 第４実施形態における受光部用及び投写部用のそれぞれの偏光フィルタを説明するための説明図である。 第５実施形態において投写されるマーカーを構成するための複数のフレームを説明するための説明図である。 第６実施形態に係る位置検出装置の全体的な構成を説明するための説明図である。 第７実施形態で用いられる受光器の構成を説明するための概略的な説明図である。 第８実施形態で用いられるマーカーのパターンを示す説明図である。 第８実施形態で用いられる受光素子の配置状態を示す説明図である。

符号の説明

１ 投写部
２・２００ 受光部
２１ 本体
２２ 受光素子
２３ 把持部
２０１ 受光用レンズ
２０２ 光学系
３ 算出部
３１ インタフェース部
３２ 増幅部
３３ センサ位置推定部
３４ 位置予測演算部
３５ メモリ
３６ 描画判定部
３７ センサ位置判定部
３８ 投影パターン生成部
３９ 映像生成部
４０ 出力部
４ スクリーン
５ マーカー
６ 偏光フィルタ（受光部用）
７ 偏光フィルタ（投写部用）
８ ロボット
８１ ロボットアーム

Claims (4)

1. 投写部と、受光部と、算出部とを備え、
   前記投写部は、２次元平面上の位置に応じて異なる特徴を持つマーカーを構成する光を投写する構成となっており、
   前記受光部は、前記投写部から投射された光の少なくとも一部を受光する構成となっており、
   前記算出部は、前記受光部で受光された光の特徴に基づいて、前記受光部の位置を算出する構成となっている
   ことを特徴とする位置検出装置。
2. 前記算出部における、前記受光部の位置の算出は、以下のステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の位置検出装置：
   （１）前記受光部で受光された光の特徴に基づいて、前記マーカーの重心位置を算出するステップ；
   （２）前記マーカーの重心位置から、前記受光部の位置までのずれ量と、前記マーカーの投写位置とに基づいて、前記受光部の位置を算出するステップ。
3. 前記投写部は、前記光を対象物に向けて投写する構成となっており、
   前記受光部は、集光用のレンズと、前記レンズで集光された光を受光する受光素子とを備えており、
   さらに、前記受光部は、前記投写部から投写された前記光が前記対象物により反射又は散乱された光を、前記レンズを介して、前記受光素子により受光する構成となっている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
4. 以下のステップを備えることを特徴とする位置検出方法：
   （１）２次元平面上の位置に応じて異なる特徴を持つマーカーを構成する光を空間中に投写するステップ；
   （２）前記投写された光の少なくとも一部を受光部により受光するステップ；
   （３）前記ステップ（２）において受光された光の特徴に基づいて、前記受光部の位置を算出するステップ。