JP2009115779A

JP2009115779A - ３次元空間方向検出装置とその検出方法

Info

Publication number: JP2009115779A
Application number: JP2008145340A
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: 2008-06-03
Publication date: 2009-05-28
Also published as: US20090116730A1; TW200921133A

Abstract

【課題】本発明は、３次元空間方向検出装置を提供する。
【解決手段】電磁波エミッション源と、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は、電磁波を発生する。上記検出モジュールは、基座と、複数の検出素子とを備える。上記基座は、複数の異なる平面に位置する表面がある。複数の検出素子は、それぞれ上記基座の表面上に設置され、異なる空間角度で、上記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。これにより、複数の検出素子に対する上記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、上記検出モジュールに対する上記電磁波エミッション源の相対的な空間方向角の値が得られる。
【選択図】図２Ｃ

Description

本発明は、方向検出装置とその検出方法に関し、特に、３次元空間方向検出装置とその検出方法に関する。

図１は、従来の３次元空間方向検出装置の概念図である。図から分かるように、既存の３次元空間方向検出装置は、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、上記物体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、上記物体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。

そのため、本考案者は、上記の欠点を改善するため、慎重に研究開発し、そして、学理を活用して、設計が合理的で有効に上記の欠点を改善できる本考案を提案する。

本発明は、３次元空間方向検出装置とその検出方法を提供する。本発明は、複数の検出素子（検出モジュール）を、それぞれ異なる平面上に設置し、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きさにより、該検出モジュール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値を取得する。

本発明の一つの提案によれば、３次元空間方向検出装置を提供し、電磁波エミッション源と、検出モジュールとが備えられる。該電磁波エミッション源は、電磁波を発生する。該検出モジュールは、基座と、複数の検出素子（ｓｅｎｓｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔ）とを備え、該基座に、複数の異なる平面にある表面があり、複数の検出素子が、それぞれ該基座の表面上に設置されて、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。

これにより、複数の検出素子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、複数の検出素子が、それぞれ異なる放射エネルギーを受信することにより、異なる放射エネルギーの相対的な大小関係で、該検出モジュール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値を測定する。

本発明の一つの提案によれば、３次元空間方向検出装置の検出方法を提供し、（ａ）電磁波を発生する電磁波エミッション源と、複数の異なる平面の表面に位置する基座とそれぞれ該基座のそれら表面上に設置される複数の検出素子とを有する検出モジュールとを用意するステップと、（ｂ）複数の検出素子により、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で、該電磁波エミッション源に対する該検出モジュールの相対的な空間方向角の値を測定するステップとを有する。

また、該（ｂ）乃至（ｃ）のステップでは、該検出モジュールの一つ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、一つの検出素子が放射エネルギーを受信し、該検出モジュールの残りの検出素子の法線ベクトルが、それぞれ該参考軸と夾角をなす状態で、残りの検出素子が放射エネルギーを受信し、該検出モジュールに対する該電磁波エミッション源の相対的な位置を換算する投影変換マトリックスと、受信した放射エネルギーが他の検出素子より大きい一部の検出素子を析出するステップと、一部の検出素子が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、該検出モジュールについて作成された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の空間方向角の値を算出するステップとを有する。

本発明によれば、検出モジュールに対する電磁波エミッション源の相対的な空間方向角の値を取得する。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る目的を達成するための技術や手段、そして、その効果を詳しく説明するが、本発明は、それらにより、制限されるものではない。

図２Ａ乃至図２Ｃは、それぞれ、本発明に係る検出モジュールの第１の実施例の斜視図、本発明に係る検出モジュールの第１の実施例の上面図及び本発明に係る３次元空間方向検出装置の第１の実施例の斜視概念図である。それらの図から分かるように、本発明の第１の実施例は、電磁波エミッション源１と検出モジュール２とを備える３次元空間方向検出装置を提供する
電磁波エミッション源１は、電磁波１０を発生する。電磁波エミッション源１は、可視光であっても良いし、不可視光であってもよく、また、電磁波エミッション源１は、点光源や平行光源であっても良い。本発明は、電磁波１０に係わる実施例によって制限されるものではなく、如何なる電磁波によって伝送される電磁波エミッション源１も、本発明に含まれる。

図２Ａと図２Ｂのように、検出モジュール２は、基座２０と、五つの検出素子２１、２２、２３、２４、２５とを備える。基座２０は、複数の異なる平面である表面２０１、２０２、２０３、２０４、２０５がある。複数の検出素子２１、２２、２３、２４、２５は、それぞれ基座２０の表面２０１、２０２、２０３、２０４、２０５上に設置される。これにより、検出モジュール２の複数の検出素子２１、２２、２３、２４、２５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１０により発生された異なる放射エネルギーを受信できる。

なお、五つの検出素子２１、２２、２３、２４、２５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ない。例えば、複数の検出素子の数が、少なくとも三つ以上や五つの以上のものであっても、本発明に含まれる。また、本発明は、基座２０と、複数の異なる平面である表面２０１、２０２、２０３、２０４、２０５とによって制限されず、例えば、複数の検出素子２１、２２、２３、２４、２５を、異なる平面や同一平面に位置させ（例えば、導波管）、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１０により発生された異なる放射エネルギーを受信するものも、本発明に含まれる。

また、第１の実施例では、検出モジュール２は、一つの検出素子２１の法線ベクトル（検出素子２１に垂直するベクトルを、検出素子２１の法線ベクトルと称する）が、空間座標Ｃの一つの参考軸Ｙに平行し、検出モジュール２の残りの検出素子２２、２３、２４、２５の法線ベクトルが、それぞれ参考軸Ｙと一つの夾角をなす。なお、本発明は、「該検出素子２１が、該空間座標Ｃの参考軸Ｙに平行する」ことによって制限されず、本発明は、設計者の必要に応じて、他の検出素子が、空間座標Ｃの参考軸Ｙに平行させて、残りの検出素子の法線ベクトルが、それぞれ参考軸Ｙと一つの夾角をなすものに変換してもよい。

図２Ｃを参照すると、これにより、複数の検出素子２１、２２、２３、２４、２５に対する電磁波エミッション源１の相対的な空間方向角の差異により、複数の検出素子２１、２２、２３、２４、２５が、それぞれ異なる放射エネルギーを受信する。また、検出モジュール２によって受信された放射エネルギーは、光束である。そのため、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、検出モジュール２に対する電磁波エミッション源１の相対的な空間方向角の値が取得される。

図３は、本発明に係る３次元空間方向検出装置の第２の実施例の斜視概念図である。図から分かるように、第２の実施例の３次元空間方向検出装置に、更に、電磁波エミッション源１の電磁波１０を検出モジュール２に反射する反射板３が備えられる点で、本発明の第２の実施例と第１の実施例とは異なる。これにより、電磁波エミッション源１の電磁波１０が、反射板３の反射により発生される。言い換えれば、まず、光源Ｓの発射点を、検出モジュール２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１０が発生される。

図４Ａ乃至図４Ｃは、それぞれ、本発明に係る検出モジュールの第３の実施例の斜視図、本発明に係る検出モジュールの第３の実施例の上面図及び本発明に係る３次元空間方向検出装置の第３の実施例の斜視概念図である。図から分かるように、第３の実施例の検出モジュール２’に、それぞれ異なる空間平面２０１’、２０２’、２０３’、２０４’、２０５’上に設置される五つの検出素子２１’、２２’、２３’、２４’、２５’が備えられ、また、それらの空間平面２０１’、２０２’、２０３’、２０４’、２０５’が、互いに隔離している点で、本発明の第３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、複数の検出素子２１’、２２’、２３’、２４’、２５’が、空間の任意の平面上に位置することにより、複数の検出素子２１’、２２’、２３’、２４’、２５’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１０により発生された異なる放射エネルギーを受信できる。

図５は、本発明に係る３次元空間方向検出装置の検出方法の流れ図である。また、図２Ｃと図５を参照すると、本発明の第１の実施例は、３次元空間方向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１０を発生する電磁波エミッション源１と、基座２０及び複数の検出素子２１、２２、２３、２４、２５を有する検出モジュール２とを用意する。また、基座２０に、複数の異なる平面にある表面２０１、２０２、２０３、２０４、２０５があり、また、複数の検出素子２１、２２、２３、２４、２５が、それぞれ基座２０の表面２０１、２０２、２０３、２０４、２０５上に設置される。また、電磁波エミッション源１が、可視光か不可視光である。さらに、電磁波エミッション源１が、点光源か平行光源である。

ステップＳ１０２：検出モジュール２は、一つの検出素子２１の法線ベクトルが、空間座標Ｃの一つの参考軸Ｙに平行し、一つの検出素子２１は、電磁波１０により発生された異なる放射エネルギーを受信する。また、検出モジュール２の残りの検出素子２２、２３、２４、２５の法線ベクトルが、それぞれ参考軸Ｙと一つの夾角をなし、残りの検出素子２２、２３、２４、２５は、電磁波１０により発生され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に対して相対的な検出モジュール２について、投影変換マトリックスを換算できる。言い換えれば、複数の検出素子２１、２２、２３、２４、２５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１０により発生した異なる放射エネルギーを受信できる。また、検出モジュール２によって受信された放射エネルギーは、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に、更に、反射板３で、電磁波エミッション源１の電磁波１０を検出モジュール２に反射することが含まれる。

ステップＳ１０４：受信した放射エネルギーが他の検出素子より大きい一部の検出素子を析出する。

ステップＳ１０６：一部の検出素子が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、検出モジュール２について、作成された投影変換マトリックスとを用いて演算して、該検出モジュール２に対する電磁波エミッション源１の相対的な空間方向角の値を算出できる。言い換えれば、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の空間方向角の値を算出できる。

図６は、検出モジュールに対して、相対的な本発明の電磁波エミッション源の３次元斜視座標概念図である。以下、例を挙げて説明し、ステップＳ１０２乃至Ｓ１０６は、次の通りである。

まず、数１を定義して、検出モジュール２に対して相対的な電磁波エミッション源１について作成された投影変換マトリックスが得られる。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、受信した三つの放射エネルギーの中の比較的大きい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、残りの検出素子より大きい検出素子の数が、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と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。一部の検出素子が受信した比較的大きい放射エネルギーと、電磁波エミッション源１に対して相対的な検出モジュール２について作成した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に対する検出モジュール２の相対的な空間方向角の値を算出する。言い換えれば、Ａ（電磁波エミッション源１に対して、相対的な検出モジュール２について作成された投影変換マトリックス）とＩ（それらの受信した放射エネルギーが比較的大きい検出素子により得られた放射エネルギー強度）が、既知であるため、Ｂが算出される。これにより、電磁波エミッション源１に対する検出モジュール２の相対的な空間方向角ｂ_ｉｊ＝ｇ（α、β、γ）の値が求められる。ｂ_ｉｊはα、β、γの方向余弦角関数である。

以上のように、本発明は、複数の検出素子を、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１０により発生され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、検出モジュール２に対する電磁波エミッション源１の相対的な空間方向角の値が得られる。

以上は、ただ、本発明のより良い実施例であり、本発明は、それによって制限されるものではなく、本発明に係る特許請求の範囲や明細書の内容に基づいて行った等価の変更や修正は、全てが、本発明の特許請求の範囲内に含まれる。

従来の３次元空間方向検出装置の概念図である。本発明に係る検出モジュールの第１の実施例の斜視図である。本発明に係る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次元空間方向検出装置の第１の実施例の斜視概念図である。本発明に係る３次元空間方向検出装置の第２の実施例の斜視概念図である。本発明に係る検出モジュールの第３の実施例の斜視図である。本発明に係る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次元空間方向検出装置の第３の実施例の斜視概念図である。本発明に係る３次元空間方向検出装置の検出方法の流れ図である。本発明の検出モジュールに対して、相対的な電磁波エミッション源の３次元斜視座標概念図である。

符号の説明

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

Claims

電磁波を発生する電磁波エミッション源と、
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検出モジュールとを備え、
複数の検出素子に対する該電磁波エミッション源の空間方向角の差異により、複数の検出素子が、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で、該検出モジュール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値を測定する
ことを特徴とする３次元空間方向検出装置。
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次元空間方向検出装置。
該電磁波エミッション源の電磁波を該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次元空間方向検出装置。
該検出モジュールは、基座と、複数の検出素子とを備え、該基座に、複数の異なる平面にある表面があり、複数の検出素子が、それぞれ該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次元空間方向検出装置。
複数の検出素子は、それぞれ空間の同一の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次元空間方向検出装置。
（ａ）電磁波を発生する電磁波エミッション源と、検出モジュールとを用意するステップと、
（ｂ）複数の検出素子により、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で、該検出モジュール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値を測定するステップと
を有することを特徴とする３次元空間方向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次元空間方向検出装置の検出方法。
該（ｂ）乃至（ｃ）のステップでは、更に、
該検出モジュールのその一つの検出素子は、法線ベクトルが空間座標の一つの参考軸に平行して、放射エネルギーを受信し、該検出モジュールの残りの検出素子は、法線ベクトルが、それぞれ該参考軸と夾角をなして、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、該検出モジュールの相対的な位置を換算する投影変換マトリックスを作成するステップと、
受信した放射エネルギーが、他の検出素子より大きい一部の検出素子を析出するステップと、
それらの一部の検出素子が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、該検出モジュールについて作成された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の空間方向角の値を算出するステップと、
を有することを特徴とする請求項６に記載の３次元空間方向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次元空間方向検出装置の検出方法。
該検出モジュールは、基座と、複数の検出素子とを備え、該基座に、複数の異なる平面にある表面があり、複数の検出素子が、それぞれ該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次元空間方向検出装置の検出方法。
複数の検出素子は、それぞれ空間の同一の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次元空間方向検出装置の検出方法。