JP2009115777A

JP2009115777A - ３次元空間位置検出装置及びその検出方法

Info

Publication number: JP2009115777A
Application number: JP2008144931A
Authority: JP
Inventors: Chia-Chu Cheng; 家駒鄭; Shou Chin; 昭宇陳; Chih-Cheng Kuan; 知正官
Original assignee: Lite On Semiconductor Corp
Current assignee: Lite On Semiconductor Corp
Priority date: 2007-11-07
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2009-05-28
Also published as: US8222585B2; US20090116729A1; TW200921044A

Abstract

【課題】本発明は、３次元空間位置検出装置を提供する。
【解決手段】電磁波エミッション源と、複数の第１の検出素子を有する第１の検出モジュールと、複数の第２の検出素子を有する第２の検出モジュールとが備えられる。上記電磁波エミッション源に対する上記複数の第１、第２の検出素子の空間中の相対的な方向角の差異により、上記複数の第１、第２の検出素子が、それぞれ異なる放射エネルギーを受信し、それらの異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、上記電磁波エミッション源に対する上記第１、第２の検出モジュールのそれぞれの相対的な空間方向角が得られる。また、上記電磁波エミッション源と上記第１、第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である二つの空間距離と二つの空間方向角のそれぞれとを用いて演算して、上記電磁波エミッション源に対する上記第１、第２の検出モジュールのそれぞれの相対的な空間座標位置が得られる。
【選択図】図２Ｅ

Description

本発明は、位置検出装置及びその検出方法に関し、特に、３次元空間位置検出装置及びその検出方法に関する。

図１は、従来の３次元空間位置検出装置の概念図である。図から分かるように、既存の３次元空間位置検出装置は、カメラＤで、直接、物体Ｈの画像情報を取得し、画像処理ソフトウェアで演算して、物体Ｈの空間中の位置を取得する。

以上のように、従来のカメラＤで画像を取得することにより、物体Ｈの空間中の関係位置情報を取得する方法は、実用上、不便で、欠点がある。

本発明は、３次元空間位置検出装置とその検出方法を提供する。本発明は、複数の第１の検出素子（第１の検出モジュール）と複数の第２の検出素子（第２の検出モジュール）とが、それぞれ異なる平面上に設置され、異なる空間角度で、電磁波エミッション源からの電磁波により発生された異なる放射エネルギーを受信し、それらの異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールに対する該電磁波エミッション源の空間方向角を取得する。また、該電磁波エミッション源と該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である空間距離と、該二つの空間方向角のそれぞれとを用いて演算して、該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれに対する該電磁波エミッション源の相対的な空間座標位置が取得される。

本発明のその一つの提案は、３次元空間位置検出装置を提供し、電磁波エミッション源と、第１の検出モジュールと、少なくとも一つの第２の検出モジュールとが備えられる。点光源である該電磁波エミッション源は、電磁波を発生する。該第１の検出モジュールは、それぞれ異なる空間角度で該電磁波エミッション源からの電磁波により発生された異なる放射エネルギーを受信する複数の第１の検出素子を備える。該第２の検出モジュールは、それぞれ異なる空間角度で該電磁波エミッション源からの電磁波により発生された異なる放射エネルギーを受信する複数の第２の検出素子を備える。

これにより、該第１の検出モジュールの複数の第１の検出素子及び該第２の検出モジュールの複数の第２の検出素子のそれぞれに対する該電磁波エミッション源の相対的な空間方向角の差異により、複数の第１の検出素子と複数の第２の検出素子とが、それぞれ異なる放射エネルギーを受信し、異なる放射エネルギーの相対的な大小関係で、該電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの相対的な空間方向角が得られる。また、該電磁波エミッション源と該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である空間距離を利用して、該二つの空間方向角のそれぞれを用いて演算して、該電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの相対的な空間座標位置が得られる。

本発明のその一つの提案によれば、３次元空間位置検出装置の検出方法を提供し、まず、（ａ）電磁波を発生し、点光源である電磁波エミッション源と、複数の第１の検出素子を有する第１の検出モジュールと、複数の第２の検出素子を有する少なくとも一つの第２の検出モジュールとを用意するステップと、（ｂ）該第１の検出モジュールの複数の第１の検出素子と該第２の検出モジュールの複数の第２の検出素子とにより、それぞれ異なる空間角度で該電磁波エミッション源からの電磁波により発生された異なる放射エネルギーを受信するステップと、（ｃ）それらの異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、該電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの相対的な空間方向角が得られるステップと、（ｄ）該電磁波エミッション源と該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である二つの空間距離と該二つの空間方向角とを用いて演算して、該電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの相対的な空間座標位置が得られるステップとを有する。

また、該（ｂ）乃至（ｄ）のステップでは、該第１の検出モジュールの一つの第１の検出素子の法線ベクトルが空間座標の一つの参考軸に平行する状態で、一つの第１の検出素子が放射エネルギーを受信し、該第１の検出モジュールの残りの第１の検出素子の法線ベクトルが、それぞれ該参考軸と一つの夾角をなす状態で、残りの第１の検出素子が放射エネルギーを受信し、該電磁波エミッション源に対して、相対的な該第１の検出モジュールについて作成する第１の投影変換マトリックスを換算する。また、該第２の検出モジュールの一つの第２の検出素子の法線ベクトルがもう一つの空間座標の一つの参考軸に平行する状態で、一つの第２の検出素子が放射エネルギーを受信し、該第２の検出モジュールの残りの第２の検出素子の法線ベクトルが、それぞれ該参考軸と一つの夾角をなす状態で、残りの第２の検出素子が放射エネルギーを受信し、該電磁波エミッション源に対して、相対的な該第２の検出モジュールについて作成する第２の投影変換マトリックスを換算する。

そして、受信した放射エネルギーが、該第１の検出モジュールの残りの第１の検出素子より大きい該第１の検出モジュールの一部の第１の検出素子を析出する。また、受信した放射エネルギーが該第２の検出モジュールの残りの第２の検出素子により大きい該第２の検出モジュールの一部の第２の検出素子を析出する。また、該第１の検出モジュールの一部の第１の検出素子により受信した放射エネルギーと該第１の検出モジュールの該電磁波エミッション源に対して相対的に作成した第１の投影変換マトリックスとを用いて演算して、該電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュールの第１の相対的な空間方向角を算出する。その後、該第２の検出モジュールの一部の第２の検出素子により受信した放射エネルギーと該第２の検出モジュールの該電磁波エミッション源に対して相対的に作成した第２の投影変換マトリックスとを用いて演算して、電磁波エミッション源に対する該第２の検出モジュールの第２の相対的な空間方向角を算出する。また、該電磁波エミッション源と該第１の検出モジュールとの距離である第１の空間距離と、該電磁波エミッション源と該第２の検出モジュールとの距離である第２の空間距離とを算出する。最後に、該第１の空間距離と該第２の空間距離とを利用して、該第１の空間方向角と該第２の空間方向角を用いて演算し、該電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの相対的な空間座標位置が得られる。

本発明によれば、電磁波エミッション源に対する第１の検出モジュール及び第２の検出モジュールのそれぞれの相対的な空間方向角が得られる。

図２Ａ乃至図２Ｅを参照すると、本発明の第１の実施例は、３次元空間位置検出装置を提供し、電磁波エミッション源１と、第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂ（本発明において、少なくとも二つの検出モジュールや二つ以上の検出モジュールがあっても良い）とを備える。

電磁波エミッション源１は、電磁波１０ａ、１０ｂを発生する。電磁波エミッション源１は、可視光や不可視光であってよく、また、該電磁波エミッション源１は、点光源であっても良い。本発明は、電磁波１０ａ、１０ｂの実施例によって制限されるものではなく、例えば、電磁波エミッション源１が、任意の電磁波によって伝送されても、本発明の範囲に含まれる。

図２Ａと図２Ｂを参照すると、第１の検出モジュール２ａは、第１の基座２０ａと、五つの第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａとを備える。第１の基座２０ａは、複数の異なる平面に位置する表面２０１ａ、２０２ａ、２０３ａ、２０４ａ、２０５ａを有する。複数の第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａは、それぞれ第１の基座２０ａの表面２０１ａ、２０２ａ、２０３ａ、２０４ａ、２０５ａ上に設置される。これにより、第１の検出モジュール２ａの複数の第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａは、異なる空間角度で、電磁波エミッション源１からの電磁波１０ａにより発生した異なる放射エネルギーを受信する。

図２Ｃと図２Ｄを参照すると、第２の検出モジュール２ｂは、第２の基座２０ｂと、五つの第２の検出素子２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂとを備える。第２の基座２０ｂは、複数の異なる平面に位置する表面２０１ｂ、２０２ｂ、２０３ｂ、２０４ｂ、２０５ｂを有する。複数の第２の検出素子２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂは、それぞれ第２の基座２０ｂの表面２０１ｂ、２０２ｂ、２０３ｂ、２０４ｂ、２０５ｂ上に設置される。これにより、第２の検出モジュール２ｂの複数の第２の検出素子２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂは、異なる空間角度で、電磁波エミッション源１からの電磁波１０ｂにより発生した異なる放射エネルギーを受信する。

なお、第１の検出モジュール２ａは一例であり、五つの検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａが備えられる第１の検出モジュール２ａは、本発明の一つの実施態様であり、本発明は、それによって制限されるものではない。例えば、検出素子の数は、少なくとも三つ以上や五つ以上であるものが、本発明の範囲内に含まれる。また、本発明は、第１の基座２０ａと、異なる平面に位置する表面２０１ａ、２０２ａ、２０３ａ、２０４ａ、２０５ａとによって制限されるものではなく、例えば、複数の第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａが、異なる平面や同一の平面（例えば、導波管を利用する）において、異なる空間角度で、電磁波エミッション源１からの電磁波１０ａにより発生した異なる放射エネルギーを受信するものであれば、全てが、本発明によって保護される範囲に含まれる。

また、第１の実施例では、第１の検出モジュール２ａの一つの第１の検出素子２１ａの法線ベクトル（第１の検出素子２１ａに垂直するベクトルは、第１の検出素子２１ａの法線ベクトルと称される）は、空間座標Ｃ１の一つの参考軸Ｙ１に平行し、第１の検出モジュール２ａの残りの第１の検出素子２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａの法線ベクトルは、それぞれ参考軸Ｙ１と、一つの夾角をなす。

第２の検出モジュール２ｂの一つの第２の検出素子２１ｂの法線ベクトル（第２の検出素子２１ｂに垂直するベクトルは、第２の検出素子２１ｂの法線ベクトルと称される）は、もう一つの空間座標Ｃ２の一つの参考軸Ｙ２に平行し、第２の検出モジュール２ｂの残りの第２の検出素子２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂの法線ベクトルは、それぞれ参考軸Ｙ２と一つの夾角をなす。

なお、第１の検出モジュール２ａは一例であり、本発明は、「該第１の検出素子２１ａは、該空間座標Ｃ１の参考軸Ｙ１に平行する」ことによって制限されるものではなく、本発明は、設計者の需要に応じて、他の検出素子が、空間座標Ｃ１の参考軸Ｙ１に平行させ、残りの第１の検出素子の法線ベクトルが、それぞれ参考軸Ｙ１と一つの夾角をなすものに変換しても良い。

これにより、図２Ｅを参照すると、電磁波エミッション源１が、第１の検出モジュール２ａの複数の第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａと第２の検出モジュール２ｂの複数の第２の検出素子２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂとの相対的な空間方向角の差異により、複数の第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａと複数の第２の検出素子２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂとが、それぞれ異なる放射エネルギーを受信する。また、第１の検出モジュール２ａと第２の検出モジュール２ｂとが受信した放射エネルギーは、ともに光束である。そのため、それらが得た異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、さらに、電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの二つの相対的な空間方向角を利用し、電磁波エミッション源１と第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれとの距離である二つの空間距離と上記二つの空間方向角のそれぞれとを用いて演算して、電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂの相対的な空間座標位置がそれぞれ得られる。

図３を参照すると、本発明の第２の実施例において、３次元空間位置検出装置に、更に、電磁波エミッション源１の電磁波１０ａ、１０ｂを、第１の検出モジュール２ａと第２の検出モジュール２ｂとに反射する反射板３が備えられる点で、第２の実施例と第１の実施例とは異なる。電磁波エミッション源１の電磁波１０ａ、１０ｂは、反射板３の反射により発生される。言い換えれば、光源Ｓの発射点が、第１の検出モジュール２ａと第２の検出モジュール２ｂの同一側に設置され、反射板３の反射により、電磁波エミッション源１とその電磁波１０ａ、１０ｂが発生される。

図４Ａ乃至図４Ｅを参照すると、本発明の第３の実施例において、第１の検出モジュール２ａ’に、それぞれ異なる空間平面２０１ａ’、２０２ａ’、２０３ａ’、２０４ａ’、２０５ａ’上に設置される五つの第１の検出素子２１ａ’、２２ａ’、２３ａ’、２４ａ’、２５ａ’が備えられ、また、複数の空間平面２０１ａ’、２０２ａ’、２０３ａ’、２０４ａ’、２０５ａ’が互いに分離している点で、第３の実施例と第１の実施例とは異なる。言い換えれば、設計需要に応じて、複数の第１の検出素子２１ａ’、２２ａ’、２３ａ’、２４ａ’、２５ａ’が、空間中の任意の平面上に位置することにより、複数の第１の検出素子２１ａ’、２２ａ’、２３ａ’、２４ａ’、２５ａ’が、それぞれ異なる空間角度で、電磁波エミッション源１からの電磁波１０ａにより発生した異なる放射エネルギーを受信する。

また、第３の実施例において、第２の検出モジュール２ｂ’に、それぞれ異なる空間平面２０１ｂ’、２０２ｂ’、２０３ｂ’、２０４ｂ’、２０５ｂ’上に設置される五つの第２の検出素子２１ｂ’、２２ｂ’、２３ｂ’、２４ｂ’、２５ｂ’が備えられ、また、複数の空間平面２０１ｂ’、２０２ｂ’、２０３ｂ’、２０４ｂ’、２０５ｂ’が互いに分離している。言い換えれば、設計需要に応じて、複数の第２の検出素子２１ｂ’、２２ｂ’、２３ｂ’、２４ｂ’、２５ｂ’が、空間中の任意の平面上に位置することにより、複数の第２の検出素子２１ｂ’、２２ｂ’、２３ｂ’、２４ｂ’、２５ｂ’が、それぞれ異なる空間角度で、電磁波エミッション源１からの電磁波１０ｂにより発生した異なる放射エネルギーを受信する。

図２Ｅ、図５Ａ及び図５Ｂから分かるように、本発明の第１の実施例は、３次元空間位置検出装置の検出方法を提供し、次のステップが備えられる。

ステップＳ１００：まず、電磁波１０ａ、１０ｂを発生する電磁波エミッション源１と、複数の異なる平面に位置する表面２０１ａ、２０２ａ、２０３ａ、２０４ａ、２０５ａを有する第１の基座２０ａ及びそれぞれ第１の基座２０ａの複数の表面２０１ａ、２０２ａ、２０３ａ、２０４ａ、２０５ａ上に設置される複数の第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａを有する第１の検出モジュール２ａと、複数の異なる平面に位置する表面２０１ｂ、２０２ｂ、２０３ｂ、２０４ｂ、２０５ｂを有する第２の基座２０ｂ及びそれぞれ第２の基座２０ｂの複数の表面２０１ｂ、２０２ｂ、２０３ｂ、２０４ｂ、２０５ｂ上に設置される複数の第２の検出素子２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂを有する第２の検出モジュール２ｂとを用意する。なお、電磁波エミッション源１は、可視光や不可視光であってもよく、電磁波エミッション源１は、点光源であっても良い。

ステップＳ１０２：第１の検出モジュール２ａの一つの第１の検出素子２１ａの法線ベクトルが空間座標Ｃ１の一つの参考軸Ｙ１に平行し、第１の検出素子２１ａは、電磁波１０ａにより発生した異なる放射エネルギーを受信する。また、第１の検出モジュール２ａの残りの第１の検出素子２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａの法線ベクトルがそれぞれ参考軸Ｙ１と一つの夾角をなし、残りの第１の検出素子２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａは、電磁波１０ａにより発生した異なる放射エネルギーを受信する。これにより、電磁波エミッション源１に対して、相対的な第１の検出モジュール２ａについて作成する第１の投影変換マトリックスを換算する。

ステップＳ１０４：第２の検出モジュール２ｂの一つの第２の検出素子２１ｂの法線ベクトルが、もう一つの空間座標Ｃ２の一つの参考軸Ｙ２に平行し、第２の検出素子２１ｂは、電磁波１０ｂにより発生した異なる放射エネルギーを受信する。また、第２の検出モジュール２ｂの残りの第２の検出素子２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂの法線ベクトルが、それぞれ参考軸Ｙ２と一つの夾角をなし、残りの第２の検出素子２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂは、電磁波１０ｂにより発生した異なる放射エネルギーを受信する。これにより、電磁波エミッション源１に対して、相対的な第２の検出モジュール２ｂについて作成する第２の投影変換マトリックスを換算する。

言い換えれば、複数の第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａと複数の第２の検出素子２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂとが、異なる空間角度で電磁波エミッション源１からの電磁波１０ａ、１０ｂにより発生した異なる放射エネルギーを受信する。また、第１の検出モジュール２ａと第２の検出モジュール２ｂとが受信した放射エネルギーは、ともに光束である。また、本発明の第２の実施例を例とすれば（図３のように）、ステップＳ１０２とＳ１０４は、更に、電磁波エミッション源１の電磁波１０ａ、１０ｂを第１の検出モジュール２ａと第２の検出モジュール２ｂとに反射する反射板３が備えられる。

ステップＳ１０６：受信した放射エネルギーが第１の検出モジュール２ａの残りの第１の検出素子より大きい第１の検出モジュール２ａの一部の第１の検出素子を析出する。

ステップＳ１０８：受信した放射エネルギーが第２の検出モジュール２ｂの残りの第２の検出素子より大きい第２の検出モジュール２ｂの一部の第２の検出素子を析出する。

ステップＳ１１０：第１の検出モジュール２ａの一部の第１の検出素子により受信した放射エネルギーと、電磁波エミッション源１に対して相対的な第１の検出モジュール２ａについて作成した第１の投影変換マトリックスとを用いて演算し、電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａの第１の相対的な空間方向角が得られる。

ステップＳ１１２：第２の検出モジュール２ｂの一部の第２の検出素子により受信した放射エネルギーと、電磁波エミッション源１に対して相対的な第２の検出モジュール２ｂに作成した第２の投影変換マトリックスとを用いて演算し、電磁波エミッション源１に対する第２の検出モジュール２ｂの第２の相対的な空間方向角が得られる。

言い換えれば、ステップＳ１１０とＳ１１２において、それらの異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの相対的な空間方向角が得られる。

ステップＳ１１４：電磁波エミッション源１と第１の検出モジュール２ａとの距離である第１の空間距離を演算する。

ステップＳ１１６：電磁波エミッション源１と第２の検出モジュール２ｂとの距離である第２の空間距離を演算する。

ステップＳ１１８：第１の空間距離及び第２の空間距離とそれぞれの第１の空間方向角及び第２の空間方向角とを用いて演算して、電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂの相対的な空間座標位置が得られる。言い換えれば、電磁波エミッション源１と第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれとの距離である空間距離とそれぞれの２組の空間方向角とを用いて演算して、電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの相対的な空間座標位置が得られる。

以下、図６Ａ乃至図６Ｃを参照しながら、ステップＳ１０２乃至Ｓ１１８を声明する。

まず、図６Ａと図６Ｂのように、数１を定義して、電磁波エミッション源１に対して相対的な第１の検出モジュール２ａについて作成する第１の投影変換マトリックスと、電磁波エミッション源１に対して相対的な第２の検出モジュール２ｂについて作成する第２の投影変換マトリックスとが得られる。また、ａ_ｉｊが光源放射パワー関数で、Ｐが光源放射パワーで、Ａが投影面で、ｒが光源発射点から投影面までの距離で、ベクトルｎが投影面の法線ベクトルである。

その後、第１の検出モジュール２ａから、受信した三つの放射エネルギーの比較的大きい第１の検出モジュール２ａを例として（それらの受信した放射エネルギーが、残りの第１の検出素子より大きい第１の検出素子の数が、少なくとも三つ以上である）、上記三つの比較的大きい放射エネルギーが、それぞれＩ_１、Ｉ_２及びＩ_３である。

また、数２のＡが空間投影変換マトリックスで、Ｂが空間方向角マトリックスで、Ｉが放射エネルギー強度マトリックスである。それらの一部の第１の検出素子が受信した比較的大きい放射エネルギーと、第１の電磁波エミッション源１に対して、相対的な第１の検出モジュール２ａについて作成した第１の投影変換マトリックスとを用いて演算して、電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａの相対的な空間方向角が得られる。言い換えれば、Ａ（第１の電磁波エミッション源１に対して、相対的な第１の検出モジュール２ａについて作成した第１の投影変換マトリックス）とＩ（比較的大きい放射エネルギーを受信した第１の検出素子から得られた放射エネルギー強度）とが既知であるため、Ｂが得られる。これにより、電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａの相対的な空間方向角ｂ_ｉｊ＝ｇ（α_１、β_１、γ_１）（第１の空間方向角）が求められる。ｂ_ｉｊはα_１、β_１、γ_１の方向余弦角関数である。また、同じ演算で、電磁波エミッション源１に対する第２の検出モジュール２ｂの相対的な空間方向角ｂ_ｉｊ＝ｇ（α_２、β_２、γ_２）（第２の空間方向角）が求められる。ｂ_ｉｊはα_２、β_２、γ_２の方向余弦角関数である。

その後、図６Ｃのように、それぞれ、電磁波エミッション源１と第１の検出モジュール２ａとの距離である第１の空間距離と、電磁波エミッション源１と第２の検出モジュール２ｂとの距離である第２の空間距離とが算出される。

また、数３において、Ｃが平面投影マトリックスで、Ｒが光源放射距離マトリックスで、Ｌが検出モジュール距離マトリックスである。Ｃ（電磁波エミッション源１に対して、第１の検出モジュール２ａと第２の検出モジュール２ｂの投影による相対的な平面投影マトリックス）とＬ（第１の検出モジュール２ａと第２の検出モジュール２ｂの間のｙ方向距離ｌ_１１と、電磁波エミッション源１と第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂとの距離であるｚ方向距離ｌ_１２とである）とが、ともに既知であるため、Ｒ値が得られる。ｒ_１１は電磁波エミッション源１と第１の検出モジュール２ａとの距離である第１の空間距離であり、ｒ_１２は電磁波エミッション源１と第２の検出モジュール２ｂとの距離である第２の空間距離である。

最後に、第１の空間距離ｒ_１１及び第２の空間距離ｒ_１２とそれぞれの第１の空間方向角（α_１、β_１、γ_１）及び第２の空間方向角（α_２、β_２、γ_２）とを用いて演算し、電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの相対的な空間座標位置が得られる。言い換えれば、電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａの相対的な空間座標位置（ｘ_１、ｙ_１、ｚ_１）と電磁波エミッション源１に対する第２の検出モジュール２ｂの相対的な空間座標位置（ｘ_２、ｙ_２、ｚ_２）とは、それぞれ、ｘ_１＝ｒ_１１ｃｏｓ（α_１）；ｙ_１＝ｒ_１１ｃｏｓ（β_１）；ｚ_１＝ｒ_１１ｃｏｓ（γ_１）、ｘ_２＝ｒ_１２ｃｏｓ（α_２）；ｙ_２＝ｒ_１２ｃｏｓ（β_２）；ｚ_２＝ｒ_１２ｃｏｓ（γ_２）である。

以上のように、本発明は、複数の第１の検出素子（第１の検出モジュール）と複数の第２の検出素子（第２の検出モジュール）とを、それぞれ異なる平面上に設置して、異なる空間角度で、電磁波エミッション源１からの電磁波１０ａ、１０ｂにより発生した異なる放射エネルギーを受信して、また、それらの異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、電磁波エミッション源１に対する上記第１の検出モジュール及び上記第２の検出モジュールのそれぞれの相対的な空間方向角が得られる。また、電磁波エミッション源１と上記第１の検出モジュール及び上記第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である二つの空間距離と上記二つの空間方向角のそれぞれとを用いて演算することにより、電磁波エミッション源１に対する上記第１の検出モジュール及び上記第２の検出モジュールのそれぞれの相対的な空間座標位置が得られる。

従来の３次元空間位置検出装置の概念図である。本発明の第１の検出モジュールの第１の実施例の斜視図である。本発明の第１の検出モジュールの第１の実施例の上面図である。本発明の第２の検出モジュールの第１の実施例の斜視図である。本発明の第２の検出モジュールの第１の実施例の上面図である。本発明に係る３次元空間位置検出装置の第１の実施例の斜視概念図である。本発明に係る３次元空間位置検出装置の第２の実施例の斜視概念図である。本発明の第１の検出モジュールの第３の実施例の斜視図である。本発明の第１の検出モジュールの第３の実施例の上面図である。本発明の第２の検出モジュールの第３の実施例の斜視図である。本発明の第２の検出モジュールの第３の実施例の上面図である。本発明に係る３次元空間位置検出装置の第３の実施例の斜視概念図である。本発明に係る３次元空間位置検出装置の検出方法の流れ図である。本発明に係る３次元空間位置検出装置の検出方法の流れ図である。本発明に係る電磁波エミッション源に対して、相対的な第１の検出モジュールの斜視座標概念図である。本発明に係る電磁波エミッション源に対して、相対的な第２の検出モジュールの斜視座標概念図である。本発明に係る電磁波エミッション源に対して、相対的な第１の検出モジュールと第２の検出モジュールの平面投影座標概念図である。

符号の説明

Ｄカメラ
Ｈ物体
１電磁波エミッション源
１０ａ、１０ｂ電磁波
２ａ第１の検出モジュール
２０ａ第１の基座
２０１ａ、２０２ａ、２０３ａ、２０４ａ、２０５ａ表面
２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ第１の検出素子
２ｂ第２の検出モジュール
２０ｂ第２の基座
２０１ｂ、２０２ｂ、２０３ｂ、２０４ｂ、２０５ｂ表面
２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂ第２の検出素子
２ａ’ 第１の検出モジュール
２１ａ’、２２ａ’、２３ａ’、２４ａ’、２５ａ’ 第１の検出素子
２０１ａ’、２０２ａ’、２０３ａ’、２０４ａ’、２０５ａ’ 空間平面
２ｂ’ 第２の検出モジュール
２１ｂ’、２２ｂ’、２３ｂ’、２４ｂ’、２５ｂ’ 第２の検出素子
２０１ｂ’、２０２ｂ’、２０３ｂ’、２０４ｂ’、２０５ｂ’ 空間平面
３反射板
Ｃ１、Ｃ２空間座標
Ｙ１、Ｙ２参考軸
Ｓ光源

Claims

電磁波を発生し、点光源である電磁波エミッション源と、
複数の第１の検出素子を有し、異なる空間角度で該電磁波エミッション源からの電磁波により発生された異なる放射エネルギーを受信する第１の検出モジュールと、
複数の第２の検出素子を有し、異なる空間角度で該電磁波エミッション源からの電磁波により発生された異なる放射エネルギーを受信する少なくとも一つの第２の検出モジュールとを備え、
該電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュールの複数の第１の検出素子及び該第２の検出モジュールの複数の第２の検出素子のそれぞれの相対的な空間方向角の差異により、複数の第１の検出素子と複数の第２の検出素子が、それぞれ異なる放射エネルギーを受信し、それらの異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、該電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの相対的な空間方向角が得られ、また、該電磁波エミッション源と該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である空間距離とそれぞれの空間方向角とを用いて演算して、該電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの相対的な空間座標位置が得られる
ことを特徴とする３次元空間位置検出装置。
該電磁波エミッション源は、可視光や不可視光であることを特徴とする請求項１に記載の３次元空間位置検出装置。
該電磁波エミッション源の電磁波を該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールに反射する反射板を備えることを特徴とする請求項１に記載の３次元空間位置検出装置。
該第１の検出モジュールは、複数の異なる平面に位置する表面がある第１の基座があり、複数の第１の検出素子が、それぞれ該第１の基座の表面上に設置され、該第２の検出モジュールは、複数の異なる平面に位置する表面がある第２の基座があり、複数の第２の検出素子が、それぞれ該第２の基座の表面上に設置されることを特徴とする請求項１に記載の３次元空間位置検出装置。
複数の第１の検出素子と複数の第２の検出素子とは、それぞれ空間の同一平面上に設置されることを特徴とする請求項１に記載の３次元空間位置検出装置。
（ａ）点光源であって電磁波を発生する電磁波エミッション源と、複数の第１の検出素子を有する第１の検出モジュールと、複数の第２の検出素子を有する少なくとも一つの第２の検出モジュールとを用意するステップと、
（ｂ）該第１の検出モジュールの複数の第１の検出素子と該第２の検出モジュールの複数の第２の検出素子とにより、それぞれ異なる空間角度で、該電磁波エミッション源からの電磁波により発生された異なる放射エネルギーを受信するステップと、
（ｃ）それらの異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、該電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの相対的な空間方向角が得られるステップと、
（ｄ）該電磁波エミッション源と該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である空間距離とそれぞれの空間方向角とを用いて演算して、該電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの相対的な空間座標位置を算出するステップと
を有することを特徴とする３次元空間位置検出装置の検出方法。
該電磁波エミッション源は、可視光や不可視光であることを特徴とする請求項６に記載の３次元空間位置検出装置の検出方法。
該（ｂ）乃至（ｄ）のステップにおいて、
該第１の検出モジュールの一つの第１の検出素子の法線ベクトルが空間座標の一つの参考軸に平行し、一つの第１の検出素子が放射エネルギーを受信し、該第１の検出モジュールの残りの第１の検出素子の法線ベクトルが、それぞれ該参考軸と一つの夾角をなす状態で、残りの第１の検出素子が放射エネルギーを受信し、該電磁波エミッション源に対して、相対的な該第１の検出モジュールについて、作成する第１の投影変換マトリックスを換算し、
該第２の検出モジュールの一つの第２の検出素子の法線ベクトルがもう一つの空間座標の一つの参考軸に平行する状態で、一つの第２の検出素子が放射エネルギーを受信し、該第２の検出モジュールの残りの第２の検出素子の法線ベクトルが、それぞれ該参考軸と一つの夾角をなす状態で、残りの第２の検出素子が放射エネルギーを受信し、該電磁波エミッション源に対して、相対的な該第２の検出モジュールについて、作成する第２の投影変換マトリックスを換算し、
受信した放射エネルギーが該第１の検出モジュールの残りの第１の検出素子より大きい該第１の検出モジュールの一部の第１の検出素子を析出し、
受信した放射エネルギーが該第２の検出モジュールの残りの第２の検出素子より大きい該第２の検出モジュールの一部の第２の検出素子を析出し、
該第１の検出モジュールのそれらの一部の第１の検出素子により受信した放射エネルギーと、該電磁波エミッション源に対して相対的な該第１の検出モジュールについて作成した第１の投影変換マトリックスとを用いて演算し、該電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュールの第１の相対的な空間方向角が得られ、
該第２の検出モジュールのそれらの一部の第２の検出素子により受信した放射エネルギーと、該電磁波エミッション源に対して相対的な該第２の検出モジュールについて作成した第２の投影変換マトリックスとを用いて演算し該電磁波エミッション源に対して、相対的な該第２の検出モジュールについて作成した第２の投影変換マトリックスで運算し、該電磁波エミッション源に対する該第２の検出モジュールの第２の相対的な空間方向角が得られ、
該電磁波エミッション源と該第１の検出モジュールとの距離である第１の空間距離を算出し、
該電磁波エミッション源と該第２の検出モジュールとの距離である第２の空間距離を算出し、
該第１の空間距離及び該第２の空間距離と該第１の空間方向角及び該第２の空間方向角とを用いて演算して、該電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの相対的な空間座標位置が得られる
ことを特徴とする請求項６に記載の３次元空間位置検出装置の検出方法。
該（ｂ）のステップにおいて、反射板で、該電磁波エミッション源の電磁波を該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールに反射するステップを有することを特徴とする請求項６に記載の３次元空間位置検出装置の検出方法。
該第１の検出モジュールは、複数の異なる平面に位置する表面がある第１の基座があり、複数の第１の検出素子が、それぞれ該第１の基座の表面上に設置され、該第２の検出モジュールは、複数の異なる平面に位置する表面がある第２の基座があり、複数の第２の検出素子が、それぞれ該第２の基座の表面上に設置されることを特徴とする請求項６に記載の３次元空間位置検出装置の検出方法。
複数の第１の検出素子と複数の第２の検出素子とは、それぞれ空間の同一平面上に設置されることを特徴とする請求項６に記載の３次元空間位置検出装置の検出方法。