JP2009115778A - 3次元空間多自由度検出装置及びその検出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、3次元空間多自由度検出装置を提供する。
【解決手段】第1の電磁波エミッション源と、第2の電磁波エミッション源と、第1の検出モジュールと、第2の検出モジュールとが備えられる。上記第1の電磁波エミッション源は、第1の変調信号を有する第1の電磁波を発生する。上記第2の電磁波エミッション源は、第2の変調信号を有する第2の電磁波を発生する。上記第1の検出モジュールは、複数の第1の検出素子を有し、異なる空間角度で、上記第1の電磁波と上記第2の電磁波により発生された異なる放射エネルギーを同時に受信する。上記第2の検出モジュールは、複数の第2の検出素子を有し、異なる空間角度で、上記第1の電磁波と上記第2の電磁波により発生された異なる放射エネルギーを同時に受信する。
【選択図】図2E
【解決手段】第1の電磁波エミッション源と、第2の電磁波エミッション源と、第1の検出モジュールと、第2の検出モジュールとが備えられる。上記第1の電磁波エミッション源は、第1の変調信号を有する第1の電磁波を発生する。上記第2の電磁波エミッション源は、第2の変調信号を有する第2の電磁波を発生する。上記第1の検出モジュールは、複数の第1の検出素子を有し、異なる空間角度で、上記第1の電磁波と上記第2の電磁波により発生された異なる放射エネルギーを同時に受信する。上記第2の検出モジュールは、複数の第2の検出素子を有し、異なる空間角度で、上記第1の電磁波と上記第2の電磁波により発生された異なる放射エネルギーを同時に受信する。
【選択図】図2E
Description
本発明は、検出装置及びその検出方法に関し、特に、3次元空間多自由度検出装置及びその検出方法に関する。
図1は、従来の3次元空間多自由度検出装置の概念図である。図から分かるように、既存の3次元空間多自由度検出装置は、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次元空間多自由度検出装置とその検出方法を提供する。本発明は、少なくとも二つの電磁波エミッション源と二つの検出モジュールとを利用して、上記3次元空間多自由度検出装置の空間中の二つの回転自由度と三つの線形自由度を検出し、また、少なくとも三つの電磁波エミッション源と二つの検出モジュールを利用して、上記3次元空間多自由度検出装置の空間中の三つの回転自由度と三つの線形自由度を検出する。
本発明のその一つの提案は、3次元空間多自由度検出装置を提供し、第1の電磁波エミッション源と、第2の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。
該第1の電磁波エミッション源は、点光源であり、第1の変調信号を有する第1の電磁波を発生する。該第2の電磁波エミッション源は、点光源であり、第2の変調信号を有する第2の電磁波を発生する。該第1の検出モジュールは、複数の第1の検出素子を有し、異なる空間角度で、該第1の電磁波エミッション源からの第1の電磁波及び該第2の電磁波エミッション源からの第2の電磁波により発生された異なる放射エネルギーを同時に受信する。該第2の検出モジュールは、複数の第2の検出素子を有し、異なる空間角度で、該第1の電磁波エミッション源からの第1の電磁波及び該第2の電磁波エミッション源からの第2の電磁波により発生された異なる放射エネルギーを同時に受信する。
これにより、該第1の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の検出素子の相対的な空間方向角の差異と、該第1の電磁波と該第2の電磁波との間の変調信号の差異とにより、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、該第1の電磁波エミッション源のそれらの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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角が得られ、また、該第1の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第1の空間距離及び第2の空間距離により、該第1の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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、該第1の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第1の空間座標位置が得られる。
また、該第2の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と、該第1の電磁波と該第2の電磁波との間の変調信号の差異とにより、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、該第2の電磁波エミッション源のそれらの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2の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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角が得られ、また、該第2の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第1の空間距離及び第2の空間距離により、該第2の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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、該第2の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第2の空間座標位置が得られる。
該第1の空間座標位置と該第2の空間座標位置との両点により、空間中の直線ベクトルが得られ、また、該直線ベクトルの空間中でのベクトル変化を利用して、該直線ベクトルの空間中の回転状態を把握できる。
本発明のその一つの提案によれば、3次元空間多自由度検出装置の検出方法を提供し、
(a)ともに、点光源である第1の電磁波を発生する第1の電磁波エミッション源と、第2の電磁波を発生する第2の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、該第1の電磁波エミッション源からの第1の電磁波により発生された異なる放射エネルギーと該第2の電磁波エミッション源からの第2の電磁波により発生された異なる放射エネルギーとを受信するステップと、
(c)該第1の電磁波と該第2の電磁波により発生された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の電磁波エミッション源及び該第2の電磁波エミッション源のそれぞれに対する該第1の検出モジュールの2組の第1の相対的な空間方向角が得られるステップと、
(d)該第1の電磁波と該第2の電磁波により発生された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の電磁波エミッション源及び該第2の電磁波エミッション源のそれぞれに対する該第2の検出モジュールの二つの第2の相対的な空間方向角が得られるステップと、
(e)該第1の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との距離である第1の空間距離及び第2の空間距離を利用して、該第1の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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、該第1の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第1の空間座標位置が得られるステップと、
(f)該第2の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第1の空間距離及び第2の空間距離を利用して、該第2の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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、該第2の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第2の空間座標位置が得られるステップと、
(g)該第1の空間座標位置と該第2の空間座標位置との両点により、空間中の直線ベクトルが得られ、また、該直線ベクトルの空間中でのベクトル変化を利用して、該直線ベクトルの空間中の回転状態を把握できるステップと
を有する。
(a)ともに、点光源である第1の電磁波を発生する第1の電磁波エミッション源と、第2の電磁波を発生する第2の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、該第1の電磁波エミッション源からの第1の電磁波により発生された異なる放射エネルギーと該第2の電磁波エミッション源からの第2の電磁波により発生された異なる放射エネルギーとを受信するステップと、
(c)該第1の電磁波と該第2の電磁波により発生された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の電磁波エミッション源及び該第2の電磁波エミッション源のそれぞれに対する該第1の検出モジュールの2組の第1の相対的な空間方向角が得られるステップと、
(d)該第1の電磁波と該第2の電磁波により発生された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の電磁波エミッション源及び該第2の電磁波エミッション源のそれぞれに対する該第2の検出モジュールの二つの第2の相対的な空間方向角が得られるステップと、
(e)該第1の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との距離である第1の空間距離及び第2の空間距離を利用して、該第1の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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、該第1の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第1の空間座標位置が得られるステップと、
(f)該第2の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第1の空間距離及び第2の空間距離を利用して、該第2の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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、該第2の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第2の空間座標位置が得られるステップと、
(g)該第1の空間座標位置と該第2の空間座標位置との両点により、空間中の直線ベクトルが得られ、また、該直線ベクトルの空間中でのベクトル変化を利用して、該直線ベクトルの空間中の回転状態を把握できるステップと
を有する。
本発明によれば、少なくとも二つの電磁波エミッション源と二つの検出モジュールとを利用して、3次元空間多自由度検出装置の空間中の二つの回転自由度と三つの線形自由度を検出し、また、少なくとも三つの電磁波エミッション源と二つの検出モジュールを利用して、3次元空間多自由度検出装置の空間中の三つの回転自由度と三つの線形自由度を検出する。
以下、図面を参照しながら、本発明の目的を達成するための技術や手段、その効果について、詳しく説明するが、本発明は、それによって制限されるものではない。
図2A乃至図2Eは、本発明の第1の実施例の3次元空間多自由度検出装置であり、第1の電磁波エミッション源1と、第2の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或いは二つ以上の検出モジュールである)とを備える。
第1の電磁波エミッション源1は、第1の変調信号を有する第1の電磁波10a、10bを発生する。第2の電磁波エミッション源1’は、第2の変調信号を有する第2の電磁波10a’、10b’を発生する。第1の電磁波エミッション源1と第2の電磁波エミッション源1’とは、可視光や不可視光である。上記第1の変調信号と上記第2の変調信号は、振幅変調、周波数変調又は位相変調である。上記第1の電磁波と上記第2の電磁波は、波長が同じであるか異なる。
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。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、第1の電磁波エミッション源1からの第1の電磁波10aと第2の電磁波エミッション源1’からの第2の電磁波10a’と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。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、異なる空間角度で第1の電磁波エミッション源1からの第1の電磁波10bと第2の電磁波エミッション源1’からの第2の電磁波10b’と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、第1の検出モジュール2aに、五つの検出素子21a、22a、23a、24a、25aが備えられるのは、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。複数の検出素子の数が、少なくとも三つ以上や五つ以上であるものは、本発明の範囲に含まれる。また、本発明は、第1の基座20aとそれらの異なる平面に位置する表面201a、202a、203a、204a、205aによって制限されるものではなく、複数の第1の検出素子21a、22a、23a、24a、25aが、異なる平面或いは同一の平面(例えば、導波管を利用する場合)に位置しても、異なる空間角度で、第1の電磁波エミッション源1からの第1の電磁波10aと第2の電磁波エミッション源1’からの第2の電磁波10a’とにより発生した異なる放射エネルギーを受信できれば、本発明の範囲に含まれる。
また、第1の実施例において、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の法線ベクトルと消される)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と一つの夾角になす。
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の法線ベクトルと消される)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と一つの夾角になす。
なお、第1の検出モジュール2aは一例であり、本発明は、「第1の検出素子21aは、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に平行し、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と一つの夾角になすことに変換しても良い。
これにより、図2Eを参照すると、第1の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の複数の第1の検出素子21a、22a、23a、24a、25a及び第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のそれぞれの相対的な空間方向角の差異と、第1の電磁波10a、10bと第2の電磁波10a’、10b’との間の変調信号の差異とにより、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、第1の電磁波エミッション源1のそれらの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、第1の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のそれぞれの第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角が得られ、また、第1の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第1の空間距離及び第2の空間距離により、第1の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のそれぞれの第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、第1の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のそれぞれの第1の相対的な空間座標位置が得られる。
また、第2の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の複数の第1の検出素子21a、22a、23a、24a、25a及び第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のそれぞれの相対的な空間方向角の差異と、第1の電磁波10a、10bと第2の電磁波10a’、10b’との間の変調信号の差異とにより、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が、それぞれ、第2の電磁波エミッション源1’のそれらの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、第2の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のそれぞれの第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角が得られ、また、第2の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第1の空間距離及び第2の空間距離により、第2の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のそれぞれの第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、第2の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のそれぞれの第2の空間座標位置が得られる。
そのため、上記第1の空間座標位置と上記第2の空間座標位置との両点により、空間中の直線ベクトルが得られ、また、上記直線ベクトルの空間中でのベクトル変化を利用して、上記直線ベクトルの空間中の回転状態を把握できる。
図3を参照すると、本発明の第2の実施例において、上記3次元空間多自由度検出装置に、更に、第1の電磁波エミッション源1の第1の電磁波10a、10bと第2の電磁波エミッション源1’の第2の電磁波10a’、10b’とを、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。第1の電磁波エミッション源1の第1の電磁波10a、10bと第2の電磁波エミッション源1’の第2の電磁波10a’、10b’とは、反射板3の反射により発生される。言い換えれば、光源S、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、第1の電磁波エミッション源1の第1の電磁波10a、10bと第2の電磁波エミッション源1’の第2の電磁波10a’、10b’とが発生される。
図4を参照すると、本発明の第3の実施例において、上記3次元空間多自由度検出装置に、更に、第3の変調信号を有する第3の電磁波10a”、10b”を発生する第3の電磁波エミッション源1”が備えられ、また、第1の電磁波10a、10b、第2の電磁波10a’、10b’及び第3の電磁波10a”、10b”同士の間の変調信号の差異により、検出モジュールで受信した電磁波を認識する点で、第3の実施例と第1の実施例とは異なる。
また、第3の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の複数の第1の検出素子21a、22a、23a、24a、25a及び第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のそれぞれの相対的な空間方向角の差異と、第1の電磁波10a、10b、第2の電磁波10a’、10b’及び第3の電磁波10a”、10b”同士の間の変調信号の差異とにより、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が、それぞれ、第3の電磁波エミッション源1”のそれらの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、第3の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のそれぞれの第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角が得られる。また、第3の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第1の空間距離及び第2の空間距離により、第3の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のそれぞれの第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、第3の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のそれぞれの第3の空間座標位置が得られる。
上記第1の空間座標位置、上記第2の空間座標位置及び上記第3の空間座標位置の3点を連線することにより、3本の直線ベクトルが得られ、上記3本直線ベクトルにより、平面が形成され、また、任意の直線ベクトルの空間中でのベクトル変化と上記平面の法線ベクトル変化を利用して、上記平面の空間中の回転状態を把握できる。
図5A乃至図5Eを参照すると、本発明の第4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、それらの空間平面201a’、202a’、203a’、204a’、205a’が互いに分離している点で、第4の実施例と第1の実施例とは異なる。言い換えれば、異なる設計需要に応じて、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し、複数の第1の検出素子21a’、22a’、23a’、24a’、25a’が、異なる空間角度で、第1の電磁波エミッション源1からの第1の電磁波10aにより発生した異なる放射エネルギーと第2の電磁波エミッション源1’からの第2の電磁波10a’により発生した異なる放射エネルギーとを受信できる。
また、第4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、それらの空間平面201b’、202b’、203b’、204b’、205b’が互いに分離している。言い換えれば、異なる設計需要に応じて、複数の第2の検出素子21b’、22b’、23b’、24b’、25b’が空間中の任意平面上に位置し、複数の第2の検出素子21b’、22b’、23b’、24b’、25b’が、異なる空間角度で、第1の電磁波エミッション源1からの第1の電磁波10bにより発生した異なる放射エネルギーと第2の電磁波エミッション源1’からの第1の電磁波10b’により発生した異なる放射エネルギーとを受信できる。
図2E、図6E、図6F及び図6Gから分かるように、本発明の第1の実施例は、3次元空間多自由度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、第1の電磁波10a、10bを発生する第1の電磁波エミッション源1と、第2の電磁波10a’、10b’を発生する第2の電磁波エミッション源1’と、第1の基座20a及び複数の第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、第2の基座20b及び複数の第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とが備えられる。第1の電磁波10a、10bは第1の変調信号を有し、第2の電磁波10a’、10b’は第2の変調信号を有する。また、第1の基座20aに、複数の異なる平面に位置する表面201a、202a、203a、204a、205aがある。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。また、第2の基座20bに、複数の異なる平面に位置する表面201b、202b、203b、204b、205bがある。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。
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、一つの第1の検出素子が第1の電磁波10aと第2の電磁波10a’と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が第1の電磁波10aと第2の電磁波10a’と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、第1の電磁波エミッション源1及び第2の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について作成される2組の第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、一つの第2の検出素子21bが第1の電磁波10bと第2の電磁波10b’と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が第1の電磁波10bと第2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。これにより、第1の電磁波エミッション源1及び第2の電磁波エミッション源1’に対して、第2の検出モジュール2bについて作成される2組の第2の投影変換マトリックスを換算できる。
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、第1の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と第2の電磁波エミッション源1’からの第2の電磁波10a’、10b’により発生した異なる放射エネルギーとを受信する。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、第1の電磁波エミッション源1の第1の電磁波10a、10bと第2の電磁波エミッション源1’の第2の電磁波10a’、10b’とを、同時に第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:受信した第1の電磁波10a及び第2の電磁波10a’の放射エネルギーが、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:受信した第1の電磁波10b及び第2の電磁波10b’の放射エネルギーが、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のそれらの一部の第1の検出素子が、受信した第1の電磁波10a及び第2の電磁波10a’の放射エネルギーを利用して、第1の電磁波エミッション源1及び第2の電磁波エミッション源1’のそれぞれに対して、第1の検出モジュール2aについて作成される2組の第1の投影変換マトリックスで演算して、第1の電磁波エミッション源1及び第2の電磁波エミッション源1’のそれぞれに対する第1の検出モジュール2aの2組の第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のそれらの一部の第2の検出素子が、受信した第1の電磁波10b及び第2の電磁波10b’の放射エネルギーを利用して、第1の電磁波エミッション源1及び第2の電磁波エミッション源1’のそれぞれに対して、第2の検出モジュール2bについて作成される2組の第2の投影変換マトリックスで演算して、第1の電磁波エミッション源1及び第2の電磁波エミッション源1’のそれぞれに対する第2の検出モジュール2bの2組の第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、第1の電磁波10aと第2の電磁波10a’により発生した異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、第1の電磁波エミッション源1及び第2の電磁波エミッション源1’のそれぞれに対する第1の検出モジュール2aの2組の第1の相対的な空間方向角が得られ、第1の電磁波10bと第2の電磁波10b′により発生した異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、第1の電磁波エミッション源1及び第2の電磁波エミッション源1’のそれぞれに対する第2の検出モジュール2bの2組の第2の相対的な空間方向角が得られる。
ステップS114:第1の電磁波エミッション源1及び第2の電磁波エミッション源1’のそれぞれと第1の検出モジュール2aとの距離である2組の第1の空間距離を演算する。
ステップS116:第1の電磁波エミッション源1及び第2の電磁波エミッション源1’のそれぞれと第2の検出モジュール2bとの距離である2組の第2の空間距離を演算する。
ステップS118:第1の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第1の空間距離及び第2の空間距離により、第1の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のそれぞれの第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、第1の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のそれぞれの第1の空間座標位置が得られる。
ステップS120:第2の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との距離である第1の空間距離及び第2の空間距離により、第2の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のそれぞれの第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、第2の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のそれぞれの第2の空間座標位置が得られる。
ステップS122:第1の空間座標位置と第2の空間座標位置との両点により、空間中の直線ベクトルが得られ、また、上記直線ベクトルの空間中でのベクトル変化を利用して、上記直線ベクトルの空間中の回転状態を把握できる。
図6A乃至図6Dを参照しながら、以下、例を挙げて、ステップS102乃至S122を説明する。
まず、図6Aと図6Bのように、まず、数1を定義し、第1の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について、作成される第1の投影変換マトリックスと、第1の電磁波エミッション源1に対して、第2の検出モジュール2bについて、作成される第2の投影変換マトリックスとが得られる。また、aij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、受信した三つの第1の電磁波エミッション源1の放射エネルギーの比較的大きい第1の検出素子を例として(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、I1、I2及びI3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の検出モジュール2aについて作成された第1の投影変換マトリックスとを用いて演算して、第1の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の検出モジュール2aに対して、相対的な第1の投影変換マトリックス)とI(それらの受信した第1の電磁波エミッション源1の放射エネルギーの比較的大きい第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、第1の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bij=g(α1、β1、γ1)(第1の相対的な空間方向角)が求められる。bijはα1、β1、γ1の方向余弦角関数である。また、同じ演算で、第1の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bij=g(α2、β2、γ2)(第2の相対的な空間方向角)が求められる。bijはα2、β2、γ2の方向余弦角関数である。
その後、図6Cのように、それぞれ、第1の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、第1の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(第1の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との間のy方向距離l11と、第1の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z方向距離l12とである)が、ともに既知であるため、R値が得られる。r11は第1の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、r12は第1の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。
続いて、第1の空間距離r11及び第2の空間距離r12と、それぞれの第1の相対的な空間方向角(α1、β1、γ1)及び第2の組空間方向角(α2、β2、γ2)とを用いて演算し、第1の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のそれぞれの第1の空間座標位置が得られる。言い換えれば、第1の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の空間座標位置(x1、y1、z1)と、第1の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1の空間座標位置(x2、y2、z2)とは、それぞれ、x1=r11cos(α1);y1=r11cos(β1);z1=r11cos(γ1)、x2=r12cos(α2);y2=r12cos(β2);z2=r12cos(γ2)、である。
その後、図6A乃至図6Cのステップに従って、第2の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のそれぞれの第2の空間座標位置を演算する。
最後に、図6Dのように、第1の検出モジュール2aを中心点とする例を挙げて、第1の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の空間座標位置と、第2の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2の空間座標位置との両点を連線すると、直線ベクトルk1が得られ(即ち、第1の空間座標位置と第2の空間座標位置との両点により、空間中の直線ベクトルが得られる)、また、上記直線ベクトルの空間中のベクトル変化であるベクトルΔkにより、上記直線ベクトルの空間中の回転状態(ベクトルk1からベクトルk2へ回転する状態)が得られる。言い換えれば、(ベクトルΔk)=(ベクトルk2)−(ベクトルk1)の直線ベクトルの空間中の回転状態によることで、また、ベクトルΔkが、上記直線ベクトルの空間中のベクトル変化であり、(ベクトルk1)=(ベクトルr11)−(ベクトルr12)が、回転前の直線ベクトルで、(ベクトルk2)=(ベクトルr21)−(ベクトルr22)が、回転後の直線ベクトルである。
図4、図7A、図7B及び図7Cから分かるように、本発明の第2の施実例の検出方法は、次のステップが備えられる。
ステップS200:第1の電磁波10a、10bを発生する第1の電磁波エミッション源1と、第2の電磁波10a’、10b’を発生する第2の電磁波エミッション源1’と、第3の電磁波10a”、10b”を発生する第3の電磁波エミッション源1”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2a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2bとが備えられる。第1の電磁波10a、10bは第1の変調信号を有し、第2の電磁波10a’、10b’は第2の変調信号を有し、第3の電磁波10a”、10b”は第3の変調信号を有する。
ステップS202:それぞれ、第1の検出モジュール2aの複数の第1の検出素子と第2の検出モジュール2bの複数の第2の検出素子とが、異なる空間角度で、第1の電磁波エミッション源1からの第1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、第2の電磁波エミッション源1’からの第2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、そして、第3の電磁波エミッション源1”からの第3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。
ステップS204:第1の電磁波10a、10b、第2の電磁波10a’、10b’及び第3の電磁波10a”、10b”により発生した異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、第1の電磁波エミッション源1、第2の電磁波エミッション源1’及び第3の電磁波エミッション源1”のそれぞれに対する第1の検出モジュール2aの3組の第1の相対的な空間方向角が得られる。
ステップS206:第1の電磁波10a、10b、第2の電磁波10a’、10b’及び第3の電磁波10a”、10b”により発生した異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、第1の電磁波エミッション源1、第2の電磁波エミッション源1’及び第3の電磁波エミッション源1”のそれぞれに対する第2の検出モジュール2bの3組の第2の相対的な空間方向角が得られる。
ステップS208:第1の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第1の空間距離及び第2の空間距離により、第1の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のそれぞれの第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、第1の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のそれぞれの第1の空間座標位置が得られる。
ステップS210:第2の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第1の空間距離及び第2の空間距離により、第2の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のそれぞれの第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角で演算して、第2の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のそれぞれの第2の空間座標位置が得られる。
ステップS212:第3の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第1の空間距離及び第2の空間距離により、第3の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のそれぞれの第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角で演算して、第3の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のそれぞれの第2の空間座標位置が得られる。
ステップS214:図7Aのように、上記第1の空間座標位置、上記第2の空間座標位置及び上記第3の空間座標位置の3点を連線することにより、3本の直線ベクトルが得られ、上記3本直線ベクトルにより、平面が形成され、また、任意の直線ベクトルの空間中のベクトル変化である(ベクトルΔk)=(ベクトルk2)−(ベクトルk1)(また、(ベクトルk1)=(ベクトルr11)−(ベクトルr12)が回転前の直線ベクトルで、(ベクトルk2)=(ベクトルr21)−(ベクトルr22)が回転後の直線ベクトルである)と上記平面の法線ベクトル変化である(ベクトルΔn)=(ベクトルn2)−(ベクトルn1)(また、ベクトルn1が回転前の法線ベクトルで、ベクトルn2が回転後の法線ベクトルである)で、上記平面の空間中の回転状態(ベクトルk1からベクトルk2へ回転する状態である)が得られる。
以上のように、本発明は、少なくとも二つの電磁波エミッション源と二つの検出モジュールとを利用して、3次元空間多自由度検出装置に対して、空間中の二つの回転自由度と三つの線形自由度を検出し、また、少なくとも三つの電磁波エミッション源と二つの検出モジュールとを利用して、3次元空間多自由度検出装置に対して、空間中の三つの回転自由度と三つの線形自由度を検出する。
D カメラ
H 物体
1 第1の電磁波エミッション源
1’ 第2の電磁波エミッション源
1” 第3の電磁波エミッション源
10a、10b 第1の電磁波
10a’、10b’ 第2の電磁波
10a”、10b” 第3の電磁波
2a、2a’ 第1の検出モジュール
2a”、2b 第2の検出モジュール
20a 第1の基座
20b 第2の基座
201a〜205a、201b〜205b 表面
21a〜25a、21a’〜25a’ 第1の検出素子
21b〜25b、21b’〜25b’ 第2の検出素子
201a’〜205a’ 空間平面
3 反射板
C1、C2 空間座標
Y1、Y2 参考軸
S、S’ 光源
H 物体
1 第1の電磁波エミッション源
1’ 第2の電磁波エミッション源
1” 第3の電磁波エミッション源
10a、10b 第1の電磁波
10a’、10b’ 第2の電磁波
10a”、10b” 第3の電磁波
2a、2a’ 第1の検出モジュール
2a”、2b 第2の検出モジュール
20a 第1の基座
20b 第2の基座
201a〜205a、201b〜205b 表面
21a〜25a、21a’〜25a’ 第1の検出素子
21b〜25b、21b’〜25b’ 第2の検出素子
201a’〜205a’ 空間平面
3 反射板
C1、C2 空間座標
Y1、Y2 参考軸
S、S’ 光源
Claims (15)
- 点光源であり、第1の電磁波を発生する第1の電磁波エミッション源と、
点光源であり、第2の電磁波を発生する第2の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、該第1の電磁波エミッション源からの第1の電磁波と該第2の電磁波エミッション源からの第2の電磁波とにより発生された異なる放射エネルギーを同時に受信する第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、同時に、該第1の電磁波エミッション源からの第1の電磁波と該第2の電磁波エミッション源からの第2の電磁波と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、
該第1の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の検出素子とが、それぞれ、該第1の電磁波エミッション源のそれらの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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角が得られ、また、該第1の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第1の空間距離及び第2の空間距離により、該第1の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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、該第1の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第1の相対的な空間座標位置が得られ、
該第2の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の検出素子とが、それぞれ、該第2の電磁波エミッション源のそれらの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2の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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角が得られ、また、該第2の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第1の空間距離及び第2の空間距離により、該第2の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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、該第2の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第2の相対的な空間座標位置が得られ、
該第1の空間座標位置と該第2の空間座標位置との両点により、空間中の直線ベクトルが得られ、また、該直線ベクトルの空間中でのベクトル変化を利用して、該直線ベクトルの空間中の回転状態を把握できる
ことを特徴とする3次元空間多自由度検出装置。 - 該第1の電磁波エミッション源と該第2の電磁波エミッション源は、ともに、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次元空間多自由度検出装置。
- 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を有する第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を有する第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次元空間多自由度検出装置。
- 該第1の電磁波は、第1の変調信号を有し、該第2の電磁波は、第2の変調信号を有し、該第1の変調信号と該第2の変調信号は、ともに、振幅変調、周波数変調又は位相変調であることを特徴とする請求項1に記載の3次元空間多自由度検出装置。
- 該第1の電磁波と該第2の電磁波は、波長が同じであるか異なることを特徴とする請求項1に記載の3次元空間多自由度検出装置。
- 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次元空間多自由度検出装置。
- (a)ともに点光源であり第1の電磁波を発生する第1の電磁波エミッション源及び第2の電磁波を発生する第2の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)それぞれ、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、該第1の電磁波エミッション源からの第1の電磁波により発生された異なる放射エネルギーと該第2の電磁波エミッション源からの第2の電磁波により発生された異なる放射エネルギーとを受信するステップと、
(c)該第1の電磁波及び該第2の電磁波により発生された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の電磁波エミッション源及び該第2の電磁波エミッション源のそれぞれに対する該第1の検出モジュールの二つの第1の相対的な空間方向角が得られるステップと、
(d)該第1の電磁波及び該第2の電磁波により発生された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の電磁波エミッション源及び該第2の電磁波エミッション源のそれぞれに対する該第2の検出モジュールの二つの第2の相対的な空間方向角が得られるステップと、
(e)該第1の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第1の空間距離及び第2の空間距離を利用して、該第1の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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、該第1の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第1の空間座標位置が得られるステップと、
(f)該第2の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第1の空間距離及び第2の空間距離を利用して、該第2の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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、該第2の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第2の空間座標位置が得られるステップと、
(g)該第1の空間座標位置と該第2の空間座標位置との両点により、空間中の直線ベクトルが得られ、また、該直線ベクトルの空間中でのベクトル変化を利用して、該直線ベクトルの空間中の回転状態を把握するステップと
を有することを特徴とする3次元空間多自由度検出装置の検出方法。 - 該第1の電磁波エミッション源と該第2の電磁波エミッション源とは、ともに、可視光や不可視光であることを特徴とする請求項7に記載の3次元空間多自由度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の検出素子が該第1の電磁波と該第2の電磁波とにより発生された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し、残りの第1の検出素子が該第1の電磁波と該第2の電磁波とにより発生された收放射エネルギーを受信し、該第1の電磁波エミッション源と該第2の電磁波エミッション源に対して、該第1の検出モジュールについて作成される2組の第1の投影変換マトリックスを換算するステップと、
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し、一つの第2の検出素子が該第1の電磁波と該第2の電磁波により発生された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し、残りの第2の検出素子が該第1の電磁波と該第2の電磁波により発生された收放射エネルギーを受信し、第1の電磁波エミッション源と該第2の電磁波エミッション源に対して、該第2の検出モジュールについて作成される2組の第2の投影変換マトリックスを換算するステップと、
受信した該第1の電磁波と該第2の電磁波の放射エネルギーが、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ステップと、
受信した該第1の電磁波と該第2の電磁波の放射エネルギーが、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ステップと、
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された該第1の電磁波と該第2の電磁波の放射エネルギーを利用して、該第1の電磁波エミッション源と該第2の電磁波エミッション源に対して、該第1の検出モジュールについて作成される2組の第1の投影変換マトリックスを用いて演算して、該第1の電磁波エミッション源及び該第2の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2組の第1の相対的な空間方向角が得られるステップと、
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された該第1の電磁波と該第2の電磁波の放射エネルギーを利用して、該第1の電磁波エミッション源と該第2の電磁波エミッション源に対して、該第2の検出モジュールについて作成される2組の第2の投影変換マトリックスを用いて演算して、該第1の電磁波エミッション源及び該第2の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2組の第2の相対的な空間方向角が得られるステップと
を有することを特徴とする請求項7に記載の3次元空間多自由度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を有する第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を有する第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7に記載の3次元空間多自由度検出装置の検出方法。
- 該第1の電磁波は、第1の変調信号を有し、該第2の電磁波は、第2の変調信号を有し、該第1の変調信号と該第2の変調信号は、ともに、振幅変調、周波数変調又は位相変調であることを特徴とする請求項7に記載の3次元空間多自由度検出装置の検出方法。
- 該第1の電磁波と該第2の電磁波は、波長が同じであるか異なることを特徴とする請求項7に記載の3次元空間多自由度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7に記載の3次元空間多自由度検出装置の検出方法。
- 点光源であり、第1の電磁波を発生する第1の電磁波エミッション源と、
点光源であり、第2の電磁波を発生する第2の電磁波エミッション源と、
点光源であり、第3の電磁波を発生する第3の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、該第1の電磁波、該第2の電磁波及び該第3の電磁波により発生された異なる放射エネルギーを同時に受信する第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、該第1の電磁波、該第2の電磁波及び該第3の電磁波により発生された異なる放射エネルギーを同時に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、
該第1の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、それぞれ該第1の電磁波エミッション源のそれらの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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角が得られ、該第1の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第1の空間距離及び第2の空間距離により、該第1の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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、該第1の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第1の相対的な空間座標位置が得られ、
該第2の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、それぞれ該第2の電磁波エミッション源のそれらの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2の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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角が得られ、該第2の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第1の空間距離及び第2の空間距離により、該第2の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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、該第2の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第2の相対的な空間座標位置が得られ、
該第3の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の検出素子とが、それぞれ該第3の電磁波エミッション源のそれらの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3の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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角が得られ、該第3の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第1の空間距離及び第2の空間距離により、該第3の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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、該第3の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第3の相対的な空間座標位置が得られ、
該第1の空間座標位置、該第2の空間座標位置及び該第3の空間座標位置の3点を連線することにより、3本の直線ベクトルが得られ、該3本直線ベクトルにより、平面が形成され、また、任意の直線ベクトルの空間中でのベクトル変化と該平面の法線ベクトル変化を利用して、該平面の空間中の回転状態を把握できる
ことを特徴とする3次元空間多自由度検出装置。 - (a)全て点光源であり第1の電磁波を発生する第1の電磁波エミッション源、第2の電磁波を発生する第2の電磁波エミッション源及び第3の電磁波を発生する第3の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)それぞれ、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、該第1の電磁波エミッション源からの第1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、該第2の電磁波エミッション源からの第2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、該第3の電磁波エミッション源からの第3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)該第1の電磁波、該第2の電磁波及び該第3の電磁波により発生された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の電磁波エミッション源、該第2の電磁波エミッション源及び該第3の電磁波エミッション源のそれぞれに対する該第1の検出モジュールの3組の第1の相対的な空間方向角が得られるステップと、
(d)該第1の電磁波、該第2の電磁波及び該第3の電磁波により発生された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の電磁波エミッション源、該第2の電磁波エミッション源及び該第3の電磁波エミッション源のそれぞれに対する該第2の検出モジュールの3組の第2の相対的な空間方向角が得られるステップと、
(e)該第1の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第1の空間距離及び第2の空間距離を利用して、該第1の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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、該第1の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第1の空間座標位置が得られるステップと、
(f)該第2の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第1の空間距離及び第2の空間距離を利用して、該第2の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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、該第2の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第2の空間座標位置が得られるステップと、
(g)該第3の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第1の空間距離及び第2の空間距離を利用して、該第3の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第1の相対的な空間方向角及び第2の相対的な空間方向角を演算して、該第3の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第3の空間座標位置が得られるステップと、
(h)該第1の空間座標位置、該第2の空間座標位置及び該第3の空間座標位置の3点を連線することにより、3本の直線ベクトルが得られ、該3本直線ベクトルにより、平面が形成され、また、任意の直線ベクトルの空間中でのベクトル変化と該平面の法線ベクトル変化を利用して、該平面の空間中の回転状態を把握できるステップと
を有することを特徴とする3次元空間多自由度検出装置の検出方法。
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