JP3555436B2 - 自動追尾照明システムに用いられる灯具の位置特定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指向性を有するとともに照射方向が可変可能な灯具を照明空間に配設し該灯具の照射方向を制御手段により遠隔制御して成る自動追尾照明システムに用いられる前記灯具の配設位置を照明空間に設定された座標系で特定する自動追尾照明システムに用いられる灯具の位置特定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記照明システムとして、宴会場やホール及び舞台等の会場において、出演者等の照射目標を自動的に追尾し、遠隔制御可能な指向性を有する灯具（スポットライト等）によって照射目標に投光する自動追尾照明システムが提供されている。この種の照明システムを運用する場合には、対象となる照明空間に基準となる座標系を設定し、さらに各灯具が上記照明空間の何れの位置に存在するかを上記基準となる座標系により特定する必要がある。このため、施工時に各灯具をシステムの設計段階で予め決めた位置に厳密に設置するようなことが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにして各灯具の位置を特定する方法では、例えば設置後に灯具の設置位置を特定しようとすれば人手に頼って実測しなければならず、複数の灯具の位置を特定するのに多大な時間と労力を要するとともに、設置位置が比較的に高所にある場合が多いことから実測の際に危険が伴うという問題がある。あるいは、各灯具を設置する際に、照明空間に設定された座標系における正確な設置座標が必要となり、灯具の施工に気を使わなければならず、手間がかかるという問題や、灯具の台数が増えるにつれて施工に多大な時間と労力を要するという問題がある。
【０００４】
本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、照明システムに用いられる複数の灯具の位置を灯具の設置後に容易に特定することができて、照明システムを施工するのにあまり気を使わずに済み、灯具の数が増加しても施工の手間がそれ程には増えず、施工時間の短縮及び労力の削減が図れる自動追尾照明システムに用いられる灯具の位置特定装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、指向性を有するとともに照射方向が可変可能な灯具を照明空間に配設し該灯具の照射方向を制御手段により遠隔制御して成る自動追尾照明システムに用いられる前記灯具の配設位置を照明空間に設定された座標系で特定する位置特定装置であって、前記灯具の照明空間内における複数の照射位置を前記座標系で特定する座標特定手段と、該座標特定手段で特定された複数の照射位置の座標と各照射位置を照射しているときの前記灯具の照射方向とをそれぞれ記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された前記各照射位置を通り且つ対応する照射方向と同方向の直線の交点を求める交点演算手段とを備えたことを特徴とし、各灯具を設置する際にそれ程正確な座標位置に設置しなくても、設置後に各灯具で照明空間の任意の位置を照射するとともに照射位置の座標を特定することにより、各灯具が設置されている座標系の位置を正確且つ容易に特定することができる。しかも、照射位置は通常床面のような低い場所にあるから、例え人が照射位置を実測する場合でも危険を伴うことがない。その結果、照明システムを施工するのにあまり気を使わずに済み、灯具の数が増加しても施工の手間がそれ程には増えず、施工時間の短縮及び労力の削減が図れる。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記座標特定手段が、照明空間における異なる座標位置に配置され互いに異なる周波数の超音波を送信する複数の送信機と、前記灯具の各照射位置に配置され送信機から送信された超音波を受信する受信機と、各送信機から送信される周波数の異なる超音波が受信機で受信されるまでの時間に基づいて各送信機から受信機までの距離を算出し該距離から前記座標系における受信機の位置を照射位置として求める演算部とを具備することを特徴とし、人手に依らずに照射位置の座標が容易に得られるため、各灯具の設置位置をさらに正確且つ容易に特定することが可能となる。しかも、人手で照射位置の座標を実測する場合に比較して人為的な誤差が生じるのを防いで精度の向上が図れる。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記座標特定装置が、照明空間の所定位置に配設されて照明空間における各照射位置を撮像する撮像部と、撮像された各照射位置の画像を画像処理するとともに該画像処理結果と撮像部の配設位置とに基づいて前記座標系における各照射位置を求める画像処理演算部とを具備することを特徴とし、照射位置の座標が容易に得られるため、各灯具の設置位置をさらに正確且つ容易に特定することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に係る位置特定装置の実施形態を説明する前に、前提となる自動追尾照明システムについて図１８を参照して簡単に説明する。
図１８に示す自動追尾照明システムは、特開平１０−１２００５号公報に記載されたものであり、天井面２３に配設されて照明空間１９内の照射目標１８を追尾する灯具たるスポットライト１１と、スポットライト１１を水平方向及び垂直方向において回動自在に支持するブラケット１２と、ブラケット１２を水平方向に回動させることによってスポットライト１１の照射方向の水平角（ＰＡＮ）を変化させる水平駆動手段１３ａと、スポットライト１１を垂直方向に回動させることによってスポットライト１１の照射方向の垂直角（ＴＩＬＴ）を変化させる垂直駆動手段１３ｂと、スポットライト１１に付設されスポットライト１１の照射方向と同一方向を撮像する小型のＣＣＤカメラ１４と、ＣＣＤカメラ１４の映像から人物等の照射目標１８を識別して照射目標１８の座標を特定する画像認識装置１５と、画像認識装置１５における照射目標１８の座標の移動量からスポットライト１１の照射方向の移動量を演算する座標演算装置１６と、座標演算装置１６の演算結果を水平駆動手段１３ａ及び垂直駆動手段１３ｂのモータの駆動信号に変換して水平駆動手段１３ａ及び垂直駆動手段１３ｂに出力する制御装置１７とから構成されている。
【０００９】
上記自動追尾照明システムでは、まず、画像認識装置１５が、パターンマッチングやカラーマッチング等の既存の画像処理技術を用いて、ＣＣＤカメラ１４の映像を画像処理する。そして、画像認識装置１５は、照射目標１８のパターンを認識して、ＣＣＤカメラ１４の撮像面において、照射目標１８の撮像面の中心からのずれを検出する。
【００１０】
次に、座標演算装置１６が照射目標１８の撮像面の中心からのずれからスポットライト１１の照射方向の移動量を演算する。現在のスポットライト１１の照射方向が、ＣＣＤカメラ１４の撮像面の略中心に位置している場合、照射目標１８の撮像面の中心からのずれと、ＣＣＤカメラ１４のレンズの焦点距離とからスポットライト１１の照射方向を照射目標１８に一致させるためにスポットライト１１を水平方向において移動させるべき角度量が求められる。また、垂直方向についても、同様の手順でスポットライト１１の照射方向の移動角度量を求めることができる。
【００１１】
さらに、制御装置１７が座標演算装置１６の演算結果を水平駆動手段１３ａの駆動信号に変換して、水平駆動手段１３ａに出力する。例えば、水平駆動手段１３ａ及び垂直駆動手段１３ｂのモータがポテンショメータ等のセンサーからの検出値をフィードバックしてサーボ駆動されている場合、制御装置１７が所望の回転角に応じたセンサーの検出値から水平駆動手段１３ａ及び垂直駆動手段１３ｂのモータの駆動信号を出力して、水平駆動手段１３ａ及び垂直駆動手段１３ｂのモータをそれぞれ動作させている。
【００１２】
上述した一連の処理サイクルにより、照射目標１８の移動によって、照射目標１８がＣＣＤカメラ１４の撮像面の中心からずれた場合、そのずれを無くすように、即ち、スポットライト１１の照射方向を照射目標１８に一致させるように、制御装置１７が水平駆動手段１３ａ及び垂直駆動手段１３ｂを逐次駆動制御している。そして、この一連の処理サイクルの繰り返しによって、スポットライト１１は照射目標１８を追尾して投光することができるのである。
【００１３】
（実施形態１）
図１は本実施形態における位置特定装置を示すブロック図であり、上記自動追尾照明システムが有する各スポットライト１１の照明空間内における複数の照射位置を照明空間に設定された座標系で特定する座標特定手段３と、座標特定手段３で特定された複数の照射位置の座標と各照射位置を照射しているときのスポットライト１１の照射方向とをそれぞれ記憶する記憶手段２と、記憶手段２に記憶された各照射位置を通り且つ対応する照射方向と同方向の直線の交点を求める交点演算手段１とを備えている。
【００１４】
次に図２〜図７を参照して本実施形態の位置特定装置の動作を説明する。まず、図２に示すように自動追尾照明システムの照明空間１８に基準となる座標系（３次元直交座標系）を設定する。そして、上記システムの制御装置１７によってスポットライト１１を駆動制御し、スポットライト１１のパターン径を絞って照明空間１８内の適当な場所（例えば、床面Ｆ上の点Ｑｎ）に照射させる。
【００１５】
ここで、図３（ａ）（ｂ）に示すように制御装置１７では、スポットライト１１を設置した際にパンの基準方向イとチルトの基準方向ロとをデータとして有しているので、上記点Ｑｎを照射させたときのスポットライト１１自身の座標系における照射方向（ｐ’ｎ ，ｔ’ｎ ）を指令値として把握しており、この照射方向（ｐ’ｎ ，ｔ’ｎ ）のデータを位置特定装置の記憶手段２に記憶させる。なお、ｐ’ｎ はスポットライト１１自身の座標系におけるスポットライト１１の基準方向イからのパン角度、ｔ’ｎ は上記座標系におけるスポットライト１１の基準方向ロからのチルト角度である。
【００１６】
そして、基準座標系における照射点Ｑｎの座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を実測により求め、座標特定手段３によって照射方向（ｐ’ｎ ，ｔ’ｎ ）のデータと対応させて記憶手段２に記憶する。なお、基準座標系を設定したときに予め照射座標を決めておき、その座標にスポットライト１１の照射方向を合わせるようにしてもよい。このような照射方向と照射点Ｑｎの組み合わせのデータを３点以上について記憶手段２に記憶し、これらのデータを用いて以下の手順でスポットライト１１の取付座標（設置座標）を特定する。なお、以下では、説明を簡単にするために３点の場合（ｎ＝１，２，３）について説明する。
【００１７】
図４に示すように、照明空間に設定した基準座標系におけるスポットライト１１の照射方向（ｐｎ，ｔｎ）は、スポットライト１１自身の座標系における照射方向（ｐ’ｎ ，ｔ’ｎ ）と、上記自動追尾照明システムに固有のいくつかのパラメータα１ ，…，αｋ を用いて下式のように表すことができる。
ｐｎ＝ｆ（ｐ’ｎ ，α１ ，…，αｋ ） …（１）
ｔｎ＝ｇ（ｔ’ｎ ，α１ ，…，αｋ ） …（２）
ここで、後述するように照射点Ｑｎを通り且つこれと対応する照射方向（ｐｎ，ｔｎ）と同方向の直線の交点とみなすための評価値Ｓを下式のように表す。
【００１８】
Ｓ＝ｈ（ｐ１，ｔ１，ｘ１，ｙ１，ｚ１， …，ｐｎ，ｔｎ，ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ ）
これらのシステム固有のパラメータαｋや評価値Ｓは、実施するシステムの形態や灯具の種類並びに取付方法によって種々のものが考えられる。例えば、評価値Ｓとしては、３本の直線の各々２本ずつの交点からできる多角形の面積等を用いることが可能であり、あるいは図４に示すようにシステム固有のパラメータをｚ軸を中心とした回転のずれθ（＝α１：基準座標系とスポットライト１１自身の座標系とのｘｙ平面における回転方向のずれ）等を用いることが可能である。
【００１９】
図５は本実施形態の位置特定装置における実際の処理フローを示しており、上述したようにしてステップＡ１〜ステップＡ８の処理を繰り返すことで３つの照射点Ｑｎの座標座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）と照射方向（ｐ’ｎ ，ｔ’ｎ ）のデータとを互いに対応させて記憶手段２に記憶する（ｎ＝１，２，３）。
そして、上記のように記憶手段２に記憶した３つの照射点Ｑｎの座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）と照射方向（ｐ’ｎ ，ｔ’ｎ ）のデータとに基づいて、交点演算手段１は図６に示すような処理を実行する。ここで、システム固有のパラメータをｚ軸を中心にした上記回転角θ（＝α１）の１つとする（図６のステップＢ１におけるパラメータ数ｋ＝１）。
【００２０】
パラメータ数ｋが決まるとそのパラメータα１の演算範囲（α１ｍｉｎ ≦α１≦α１ｍａｘ 、α１ｍｉｎ ：最小値，α１ｍａｘ ：最大値）を設定し（ステップＢ２）、パラメータα１を順次変化させながら、照明空間１８における照射方向（ｐｎ，ｔｎ）を求めると下式のようになる（ステップＢ３〜Ｂ５）。
ｐｎ＝ｆ（ｐ’ｎ ，α１ ） …（３）
ｔｎ＝ｇ（ｔ’ｎ ，α１ ） …（４）
さらに上記照射方向（ｐｎ，ｔｎ）のときの評価値Ｓを求め（ステップＢ６）、その評価値Ｓが最小となるときのαｋ，ｐｎ，ｔｎを順次αｋｄ ，ｐｎｍｉｎ ，ｔｎｍｉｎ に格納する（ステップＢ７〜Ｂ８）。全ての演算範囲について比較した後（ステップＢ１〜Ｂ１０）、評価値Ｓが最小（理想的にはＳｍｉｎ ＝０）となるときの照射方向（ｐｎｍｉｎ ，ｔｎｍｉｎ ）と照射点Ｑｎの座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）とから各々の照射点Ｑｎへの照射方向を、図７に示すように３次元空間における直線（この場合は３本の直線）Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３として求めれば、これら３本の直線Ｌ１〜Ｌ３の交点Ｐ（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）が容易に求まる（ステップＢ１１）。ここで、求まった交点Ｐの座標が照明空間１９におけるスポットライト１１の取付座標である（図５のステップＡ１０）。
【００２１】
さらに、上記αｋｄ には照明空間１９の基準座標系におけるスポットライト１１自身の座標系のずれ角度θが格納されているので、このαｋｄ の値と交点Ｐの座標によって、スポットライト１１の取付位置及びスポットライト１１自身の座標系のずれを特定することができる。
上述のようにして１乃至複数のスポットライト１１についてその取付位置を本発明に係る位置特定装置により特定すれば、各スポットライト１１の設置がある程度大まかに行えるため、自動追尾照明システムを施工するのにあまり気を使わずに済み、スポットライト１１の数が増加しても施工の手間がそれ程には増えず、施工時間の短縮及び労力の削減が図れるという利点がある。
【００２２】
ところで、照射点Ｑｎの基準座標系における座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）の特定を上述のように人が実測していたのでは手間がかかるので、以下に説明するような座標特定装置（座標特定手段）３を利用することが望ましい。
図８は座標特定装置３の概略構成を示す図であり、照明空間１９に複数台（例えば、４台）の発信機４１ 〜４４ を設置し、スポットライト１１が照射された照射点Ｑｎに受信機５を設置する。各発信機４１ 〜４４ からはそれぞれ異なる周波数の超音波を送信し、受信機５にて受信する。受信機５では受信した超音波を図示しない演算部に伝送する。この演算部は発信機４１ 〜４４ の動作も制御しており、発信機４１ 〜４４ から各周波数の超音波が送信されてから受信機５で受信されるまでの時間を演算している。超音波の伝搬速度が音速に略等しく一定であり、しかも伝搬範囲が非常に狭いことから、各周波数の超音波が送信されてから受信されるまでの時間とその伝搬速度により、各発信機４１ 〜４４ から受信機５までの距離が求められる。
【００２３】
また、送信機４１ 〜４４ から送信される超音波の伝搬は放射状になることから、各送信機４１ 〜４４ の設置場所と、各送信機４１ 〜４４ から受信機５までの距離とによって受信機５の座標、すなわち照射点Ｑｎの座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を容易に特定することができる（米国特許５，１０７，７４６ 、米国特許５，２１４，６１５ 、米国特許５，４１２，６１９ 等参照）。
【００２４】
上述のような座標特定装置３を利用して照射点Ｑｎの座標を特定すれば、計測ミスのような人為的な影響を回避でき、また実測値を作業者が手入力した場合の誤差を位置特定装置の側で吸収することが可能となり、照射点Ｑｎの座標を特定する精度が向上できるものである。
図９は座標特定手段３の他の概略構成を示す図であり、上述した自動追尾照明システムのＣＣＤカメラ１４等を用いて照射点Ｑｎの座標を特定するものである。この座標特定手段３では、パン及びチルトが遠隔操作可能なＣＣＤカメラ１４により、照射点Ｑｎが撮像画面の中心に略一致するようにＣＣＤカメラ１４の撮像方向を調整して照射点Ｑｎを撮像する。ここで、ＣＣＤカメラ１４の取付高さが予め判っていれば、ＣＣＤカメラ１４の基準方向からのパン角度及びチルト角度と上記取付高さとから照明空間１９の基準座標系における照射点Ｑｎの座標が容易に求められる。さらに、画像認識装置１５、座標演算装置１６及び制御装置１７を利用して任意の照射点Ｑｎを自動追尾可能とすれば、予め照射方向をプログラミングしておくことにより、床面Ｆに照射されているパターンをその都度自動追尾することができ、照射点Ｑｎの実測が不要となるだけでなく、上記座標特定装置３のように複数の照射点Ｑｎに受信機５を移動させる手間が不要となって、全く人手を介さずに全自動で照射点Ｑｎの座標特定、ひいてはスポットライト１１の取付位置の特定が可能となる。
【００２５】
（実施形態２）
本実施形態の位置特定装置の構造は実施形態１と共通である。スポットライト１１としては、図１０に示すようにパン駆動手段３ａの回転軸が床面に垂直且つチルト駆動手段３ｂの回転軸が床面と水平であるような所謂ＰＴＦＣ型のスポットライトを使用する。ここで、実施形態１と同様にスポットライト１１のパン回転軸の基準方向イに対するパン角度をｐ’ｎ とし（図１０（ａ）参照）、チルト回転軸の基準方向ロに対するチルト角度をｔ’ｎ とする（同図（ｂ）参照）。なお、パン回転軸は床面Ｆに対して垂直である（同図（ｃ）参照）。
【００２６】
次に図１１のフローチャートを参照して本実施形態の動作を説明する。但し、説明を簡単にするために照射点Ｑｎの数を３点とする（ｎ＝１，２，３）。
まず、自動追尾照明システムの制御装置１７によりパン駆動手段１３ａ及びチルト駆動手段３ｂを制御してスポットライト１１を適当な方向に向け、パターン径を絞って床面Ｆ等に照射する（ステップＣ１〜Ｃ３）。そして、この照射点Ｑ１の照明空間１９に設定された基準座標系における座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を実施形態１で説明したような座標特定手段３により特定する（ステップＣ４）。なお、照射点Ｑｎの座標はｚ１＝０として床面（ｘｙ平面）Ｆ上で実測により求めることも勿論可能である。また、座標点Ｑ１を照射させたときのスポットライト１１自身の座標系における照射方向（ｐ’１，ｔ’１）を制御装置１７では指令値として把握しており、この照射方向（ｐ’ｎ ，ｔ’ｎ ）のデータが、特定された座標点Ｑ１の座標と対応させて記憶手段２に記憶される（ステップＣ６，Ｃ７）。そして、ステップＣ２〜Ｃ７の処理が３つの照射点Ｑ１〜Ｑ３について繰り返される。
【００２７】
本実施形態では、スポットライト１１をＰＴＦＣ型としてパン回転軸を床面に垂直としているため、不確定な値（システム固有のパラメータ）は基準座標系に対するスポットライト１１自身の座標系とのｘｙ平面における回転方向のずれθ（＝α１）だけである。そこで、図１２のフローチャートに示すようにパラメータα１の値を変化させて最終的にスポットライト１１の取付座標を求めることができる。
【００２８】
ここで、パラメータα１の演算範囲（α１ｍｉｎ ≦α１≦α１ｍａｘ 、α１ｍｉｎ ：最小値，α１ｍａｘ ：最大値）を設定し（ステップＤ１）、また、通常のスポットライト１１のパン及びチルトの分解能が０．１°程度が最小の部類に入るから、パラメータα１の最小値α１ｍｉｎ から最大値α１ｍａｘ まで０．１°ずつ変えながら、照明空間１９における照射方向（ｐ１，ｔ１）を求めると下式のようになる。
【００２９】
ｐ１＝ｆ（ｐ’１，α１ ）＝ｐ’１＋α１ …（５）
ｔ２＝ｇ（ｔ’１）＝ｔ’１ …（６）
他の照射点Ｑ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２），Ｑ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）についても同様に演算して、ｘ２，ｙ２，ｚ２，ｐ２，ｔ２，ｘ３，ｙ３，ｚ３，ｐ３，ｔ３を求める（ステップＤ２〜Ｄ４）。このようにパン角度ｐ１〜ｐ３、チルト角度ｔ１〜ｔ３並びに照射点Ｑ１〜Ｑ３の座標が求まるので、スポットライト１１の照射方向を３次元空間における直線として表すことが可能となる。
【００３０】
ここで、パン角度ｐｎ及びチルト角度ｔｎから方向余弦を求めると、図１０（ａ）に示すようにｙ軸が照射方向の基準となるから、方向余弦（ｌｎ，ｍｎ，ｎｎ）は下式のように求まる。
ｌｎ＝ｃｏｓ（ｔｎ）・ｓｉｎ（ｐｎ） …（７）
ｍｎ＝ｃｏｓ（ｔｎ）・ｃｏｓ（ｐｎ） …（８）
ｎｎ＝−ｓｉｎ（ｔｎ） …（９）
従って、照射方向を表す直線の方程式は照射点Ｑ１について下式のように求められる（直線Ｌ１）。
【００３１】
ｘ＝ｌ１・ｑ＋ｘ１
ｙ＝ｍ１・ｑ＋ｙ１ …（１０）
ｚ＝ｎ１・ｑ＋ｚ１
また、照射点Ｑ２について下式のように求められる（直線Ｌ２）。
ｘ＝ｌ２・ｒ＋ｘ２
ｙ＝ｍ２・ｒ＋ｙ２ …（１１）
ｚ＝ｎ２・ｒ＋ｚ２
さらに、照射点Ｑ３について下式のように求められる（直線Ｌ３）。
【００３２】
ｘ＝ｌ３・ｓ＋ｘ３
ｙ＝ｍ３・ｓ＋ｙ３ …（１２）
ｚ＝ｎ３・ｓ＋ｚ３
なお、ｑ，ｒ，ｓは直線Ｌ１〜Ｌ３を表す媒介変数である。
次に上記３本の直線Ｌ１〜Ｌ３の交点を求めれば、その交点がスポットライト１１の基準座標系における取付位置（取付座標）となる。
【００３３】
まず、直線Ｌ１，Ｌ２の交点を求めるため、式（１０）（１１）から媒介変数ｑ１２，ｒ１２を含む下式のような連立方程式を得る。
ｌ１・ｑ１２＋ｘ１＝ｌ２・ｒ１２＋ｘ２
ｍ１・ｑ１２＋ｙ１＝ｍ２・ｒ１２＋ｙ２ …（１３）
ｎ１・ｑ１２＋ｚ１＝ｎ２・ｒ１２＋ｚ２
上記式（１３）の媒介変数ｑ１２を式（１０）に代入し、媒介変数ｒ１２を式（１１）に代入することによって、直線Ｌ１，Ｌ２の交点Ｐ１２（ｕ１２，ｖ１２，ｗ１２）が求められる。同様にして、直線Ｌ２，Ｌ３の交点Ｐ２３（ｕ２３，ｖ２３，ｗ２３）並びに直線Ｌ３，Ｌ１の交点Ｐ３１（ｕ３１，ｖ３１，ｗ３１）も求められる。
【００３４】
ここで、３つの交点Ｐ１２，Ｐ２３，Ｐ３１は、パラメータα１が適切でなければ一致することはない。そこで、３つの交点Ｐ１２，Ｐ２３，Ｐ３１が一致しているか否かの評価値Ｓとして、３つの交点Ｐ１２，Ｐ２３，Ｐ３１を結ぶ線分で囲まれた三角形の面積を用いる。すなわち、３つの交点Ｐ１２，Ｐ２３，Ｐ３１が一致していれば上記三角形の面積がゼロとなるから、三角形の面積である評価値Ｓが最小となる場合のパラメータα１を求めればよい。
【００３５】
而して、各照射方向（ｐ１，ｔ１），（ｐ２，ｔ２），（ｐ３，ｔ３）について評価値Ｓを求め（ステップＤ５）、その評価値Ｓが前回までの最小の評価値Ｓよりも小さければ、このときのｕ１２，ｖ１２，ｗ１２，ｕ２３，ｖ２３，ｗ２３，ｕ３１，ｖ３１，ｗ３１並びにα１を、ｕ１２ｍｉｎ ，ｖ１２ｍｉｎ ，ｗ１２ｍｉｎ ，ｕ２３ｍｉｎ ，ｖ２３ｍｉｎ ，ｗ２３ｍｉｎ ，ｕ３１ｍｉｎ ，ｖ３１ｍｉｎ ，ｗ３１ｍｉｎ 並びにα１ｄ に格納する（ステップＤ７）。そして、α１にステップ量（０．１°）を加えて同様の処理を繰り返す（ステップＤ１〜Ｄ８）。
【００３６】
全ての演算範囲（α１ｍｉｎ ≦α１≦α１ｍａｘ ）についての上記演算が終了した時点で、格納されている上記値から交点の座標（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）を求める。ここで、理想的には評価値Ｓ＝０となるのであるが、そうならない場合でも３つの交点Ｐ１２，Ｐ２３，Ｐ３１を頂点とする三角形の重心を求め、この重心を直線Ｌ１〜Ｌ３の交点と近似することとすれば、基準座標系におけるスポットライト１１の取付座標である交点の座標（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）が下式のように特定できる（ステップＤ９）。
【００３７】
ｘｓ＝（ｕ１２ｍｉｎ ＋ｕ２３ｍｉｎ ＋ｕ３１ｍｉｎ ）／３
ｙｓ＝（ｖ１２ｍｉｎ ＋ｖ２３ｍｉｎ ＋ｖ３１ｍｉｎ ）／３
ｚｓ＝（ｗ１２ｍｉｎ ＋ｗ２３ｍｉｎ ＋ｗ３１ｍｉｎ ）／３
なお、スポットライト１１の取付状態（照明空間１９の基準座標系におけるスポットライト１１自身の座標系のずれ角度θ）はαｋｄ （ｋ＝１又は２又は３）に格納された値となる。
【００３８】
上述のように、スポットライト１１の施工にある程度の手間をかけてスポットライト１１の取付状態における不確定なパラメータ（水平性等）を少なくすると、施工後のスポットライト１１の微調整は自動で適切に行うことが可能となる。また、照射点Ｑｎの座標の実測等は高所ではなく床面Ｆ近辺の高さで行うことができるため、実測に伴う高所の作業が無くなって事故の発生を防ぐことが可能となる。
【００３９】
（実施形態３）
本実施形態は、図１３（ａ）〜（ｃ）及び図１５に示すような筒状の本体３０ａ内部の一端側に光源３０ｂを具備し、本体３０ａ内部の他端側に図示しない駆動部により可動自在に配設された反射鏡（ミラー）３０ｃに光源３０ｂの光を反射させ、本体３０ａのミラー３０ｃ側の端部に設けた開口部３０ｄから照明空間１９に反射光を照射する、ミラースキャン型スポットライト（所謂ミラースポット）を灯具として用いる自動追尾照明システムに対し、そのミラースポット３０の照明空間１９における取付位置を特定する点に特徴があり、位置特定装置の構成並びに基本的な動作は実施形態１及び２と共通である。
【００４０】
図１３に示すように上記ミラースポット３０は、α１，α２，α３の３つのパラメータを有しており、パラメータα１は基準座標系のｙ軸と光源３０ｂの光軸（照射方向の基準方向）ハとの水平方向（パン方向）のずれ角度、パラメータα２は基準座標系のｙ軸と光源３０ｂの光軸ハとの垂直方向（チルト方向）のずれ角度、パラメータα３は基準座標系のｘ軸（天井面２３あるいは床面Ｆ）とミラー３０ｃで反射された光の照射方向に垂直な面とのずれ角度をそれぞれ表す。
【００４１】
次に図１４のフローチャートを参照して本実施形態の動作を説明する。但し、説明を簡単にするために照射点Ｑｎの数を３点とする（ｎ＝１，２，３）。
まず、自動追尾照明システムの制御装置１７によりミラースポット３０の図示しないパン駆動手段、チルト駆動手段並びにミラー駆動手段をそれぞれ制御してミラースポット３０の光軸３０ｂを適当な方向に向け、パターン径を絞って床面Ｆ等に照射する。そして、この照射点Ｑ１の照明空間１９に設定された基準座標系における座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を実施形態１で説明したような座標特定手段３により特定する。なお、照射点Ｑｎの座標はｚ１＝０として床面（ｘｙ平面）Ｆ上で実測により求めることも勿論可能である。また、座標点Ｑ１を照射させたときのミラースポット３０自身の座標系における照射方向（ｐ’１，ｔ’１）を制御装置１７では指令値として把握しており、この照射方向（ｐ’１，ｔ’１）のデータが、特定された座標点Ｑ１の座標と対応させて記憶手段２に記憶される。そして、上記一連の処理が３つの照射点Ｑ１〜Ｑ３について繰り返される。
【００４２】
本実施形態の場合には制御装置１７により把握可能な値の他に、上述のように不確定な３つの値（システム固有のパラメータ）α１，α２，α３が存在する。ここで、これら３つのパラメータα１，α２，α３については目視によって大凡の値が判断可能であるから、その値を中心に最小値αｋｍｉｎ 及び最大値αｋｍａｘ （ｋ＝１，２，３）を決めて演算範囲（αｋｍｉｎ ≦αｋ≦αｋｍａｘ ）を設定する（図１４のステップＥ１〜Ｅ３）。そして、通常のミラースポット３０のパン及びチルトの分解能が０．１°程度が最小の部類に入るから、パラメータαｋの値を最小値αｋｍｉｎ から最大値αｋｍａｘ まで０．１°ずつ変えながら、照明空間１９における照射方向（ｐ１，ｔ１）を求める。
【００４３】
まず、照射点Ｑ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）について、ミラースポット３０自身の座標系における照射方向（ｐ’１，ｔ’１）を、照明空間１９に設定された基準座標系における照射方向（ｐ１，ｔ１）に変換する。ここで、照射方向を表す直線を求めるために、その直線の方向余弦（ｌ１，ｍ１，ｎ１）を考えると、ミラースポット３０の自身の座標系における照射方向（ｐ’１，ｔ’１）は制御装置１７から指令を出しているので既知である。しかしながら、ミラースポット３０自身の座標系ｘ’ｙ’ｚ’は既に説明したようにパラメータα１，α２，α３で表されるずれを有している（図１６参照）。
【００４４】
そこで、図１５に示すようにミラースポット３０の（パン，チルト）＝（０，０）の基準の方向単位ベクトルを（０，０，−１）とすると、方向余弦（ｌ１，ｍ１，ｎ１）は回転マトリクスを用いて下式のように表すことができる。
【００４５】
【式１】
【００４６】
上式を整理すると下記のようになる。
【００４７】
【式２】
【００４８】
次に照射点Ｑ２，Ｑ３についても同様に演算して方向余弦（ｌ２，ｍ２，ｎ２），（ｌ３，ｍ３，ｎ３）を求める（ステップＥ４〜Ｅ６）。そして、照射点Ｑｎに対する方向余弦（ｌｎ，ｍｎ，ｎｎ）を用いて照射点Ｑ１〜Ｑ３に対する直線Ｌ１〜Ｌ３を求める。従って、照射方向を表す直線の方程式は照射点Ｑ１について下式のように求められる（直線Ｌ１）。
【００４９】
ｘ＝ｌ１・ｑ＋ｘ１
ｙ＝ｍ１・ｑ＋ｙ１ …（１４）
ｚ＝ｎ１・ｑ＋ｚ１
また、照射点Ｑ２について下式のように求められる（直線Ｌ２）。
ｘ＝ｌ２・ｒ＋ｘ２
ｙ＝ｍ２・ｒ＋ｙ２ …（１５）
ｚ＝ｎ２・ｒ＋ｚ２
さらに、照射点Ｑ３について下式のように求められる（直線Ｌ３）。
【００５０】
ｘ＝ｌ３・ｓ＋ｘ３
ｙ＝ｍ３・ｓ＋ｙ３ …（１６）
ｚ＝ｎ３・ｓ＋ｚ３
なお、ｑ，ｒ，ｓは直線Ｌ１〜Ｌ３を表す媒介変数である。
次に上記３本の直線Ｌ１〜Ｌ３の交点を求めれば、その交点がスポットライト１１の基準座標系における取付位置（取付座標）となる。
【００５１】
まず、直線Ｌ１，Ｌ２の交点を求めるため、式（１４）（１５）から媒介変数ｑ１２，ｒ１２を含む下式のような連立方程式を得る。
ｌ１・ｑ１２＋ｘ１＝ｌ２・ｒ１２＋ｘ２
ｍ１・ｑ１２＋ｙ１＝ｍ２・ｒ１２＋ｙ２ …（１７）
ｎ１・ｑ１２＋ｚ１＝ｎ２・ｒ１２＋ｚ２
上式（１７）を解くと媒介変数ｑ１２，ｒ１２が求められる。ここで、上式（１７）を変形してマトリクスで表すと下式のようになる。
【００５２】
【式３】
【００５３】
ここで、上記行列式を下記のように表す。
Ｆ・ｘ＝ｖ …（１８）
上式（１８）における直線の媒介変数であるベクトルｘを解くことによって直線Ｌ１，Ｌ２の交点が求められる。また、上記ベクトルｘは数学的に以下のように解くことができる。
【００５４】
ｘ＝（Ｆ’・Ｆ）−１・Ｆ’・ｖ …（１９）
上式（１９）でベクトルｘの要素ｑ１２，ｒ１２が求められる。このｑ１２，ｒ１２を式（１４）（１５）のｑ，ｒに代入することで直線Ｌ１，Ｌ２の交点が求められるが、厳密に交点を持たない場合には、図１７に示すように２本の直線Ｌ１，Ｌ２が互いに鎖交し、各々に垂直で最短距離を表す線分と直線Ｌ１との交点Ａ２及び直線Ｌ２との交点Ｂ１が得られる。同様に直線Ｌ２，Ｌ３についても各々に垂直で最短距離を表す線分と直線Ｌ２との交点Ｂ３及び直線Ｌ３との交点Ｃ２が得られ、直線Ｌ３，Ｌ１についても各々に垂直で最短距離を表す線分と直線Ｌ３との交点Ｃ１及び直線Ｌ１との交点Ａ３が得られる。
【００５５】
上述のようにして得られた各交点Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２については、２本の直線に厳密な交点が存在する場合、点Ａ２と点Ｂ１、点Ｃ２と点Ｂ３並びに点Ａ３と点Ｃ１が一致して演算で求められる値が３点のものであるから、実施形態２で説明したように単純に三角形の面積を評価値Ｓに用いることができる。しかしながら、点Ａ２と点Ｂ１、点Ｃ２と点Ｂ３、点Ａ３と点Ｃ１が各々一致しない場合、図１７に示すように単純な三角形とはならず、しかも、上記３組の全てが同時に一致しないという保証もないことから、各点Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２を頂点とする立体の頂点の数も規定できない。
【００５６】
そこで、図１７に示すように点Ａ２と点Ｂ１を結ぶ線分の中点Ｐ１２（ｕ１２，ｖ１２，ｗ１２）と、点Ｃ２と点Ｂ３を結ぶ線分の中点Ｐ２３（ｕ２３，ｖ２３，ｗ２３）と、点Ａ３と点Ｃ１を結ぶ線分の中点Ｐ３１（ｕ３１，ｖ３１，ｗ３１）とを求めれば、点Ａ２と点Ｂ１、点Ｃ２と点Ｂ３、点Ａ３と点Ｃ１の全ての組が同時に一致するか否かに関係なく、常にこれら３点Ｐ１２，Ｐ２３，Ｐ３１を結ぶ三角形の面積を求めることができるので、評価値Ｓを三角形の面積としてＳ＝ｈ（ｕ１２，ｖ１２，ｗ１２，ｕ２３，ｖ２３，ｗ２３，ｕ３１，ｖ３１，ｗ３１）とする。そして、この面積Ｓの値が小さいほど三角形の頂点である３点Ｐ１２，Ｐ２３，Ｐ３１が接近していると考えられる。
【００５７】
而して、各照射方向（ｐ１，ｔ１），（ｐ２，ｔ２），（ｐ３，ｔ３）について評価値Ｓを求め（ステップＥ７）、その評価値Ｓが前回までの最小の評価値Ｓよりも小さければ、このときのｕ１２，ｖ１２，ｗ１２，ｕ２３，ｖ２３，ｗ２３，ｕ３１，ｖ３１，ｗ３１並びにα１，α２，α３のそれぞれの値を、ｕ１２ｍｉｎ ，ｖ１２ｍｉｎ ，ｗ１２ｍｉｎ ，ｕ２３ｍｉｎ ，ｖ２３ｍｉｎ ，ｗ２３ｍｉｎ ，ｕ３１ｍｉｎ ，ｖ３１ｍｉｎ ，ｗ３１ｍｉｎ 並びにα１ｄ ，α２ｄ ，α３ｄ に格納する（ステップＥ８）。そして、パラメータα３にステップ量（０．１°）を加えて同様の処理を繰り返す（ステップＥ３〜Ｅ１０）。また、パラメータα２にステップ量（０．１°）を加えて同様の処理を繰り返すとともに（ステップＥ２〜Ｅ１１）、パラメータα１にステップ量（０．１°）を加えて同様の処理を繰り返す（ステップＥ１〜Ｅ１２）。このようにして、パラメータα１，α２，α３についてそれぞれ最大値α１ｍａｘ ，α２ｍａｘ ，α３ｍａｘ まで上記処理を繰り返し、全ての演算範囲についての上記演算が終了した時点でｕ１２ｍｉｎ ，ｖ１２ｍｉｎ ，ｗ１２ｍｉｎ ，ｕ２３ｍｉｎ ，ｖ２３ｍｉｎ ，ｗ２３ｍｉｎ ，ｕ３１ｍｉｎ ，ｖ３１ｍｉｎ ，ｗ３１ｍｉｎ に格納されている値が図１７に示す三角形Ｔの頂点となる。なお、３本の直線Ｌ１〜Ｌ３が厳密に交点を持つならば、ｕ１２とｕ２３とｕ３１、ｖ１２とｖ２３とｖ３１、ｗ１２とｗ２３とｗ３１が各々一致し、評価値Ｓ＝０となるはずである。しかし、そうならない場合、上記三角形Ｔの頂点の座標から、この三角形Ｔの重心Ｇを直線Ｌ１〜Ｌ３の交点と近似することとすれば、基準座標系におけるミラースポット３０の取付座標である交点の座標（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）が下式のように特定できる（ステップＥ１３）。
【００５８】
ｘｓ＝（ｕ１２ｍｉｎ ＋ｕ２３ｍｉｎ ＋ｕ３１ｍｉｎ ）／３
ｙｓ＝（ｖ１２ｍｉｎ ＋ｖ２３ｍｉｎ ＋ｖ３１ｍｉｎ ）／３
ｚｓ＝（ｗ１２ｍｉｎ ＋ｗ２３ｍｉｎ ＋ｗ３１ｍｉｎ ）／３
なお、ミラースポット３０の取付状態（照明空間１９の基準座標系におけるミラースポット３０自身の座標系のずれ角度のパラメータα１，α２，α３）はα１ｄ ，α２ｄ ，α３ｄ に格納された値となる。
【００５９】
上述のように、ミラースポット３０の取付状態に不確定なパラメータが多数存在する場合であっても拡張して対応可能であって、ミラースポット３０の取付位置を特定することができる。また、特定の構造を有するスポットライト１１に限らず、照射方向を方向余弦で表すことが可能な灯具であれば、どのような種類の灯具にも対応することができる。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１の発明は、指向性を有するとともに照射方向が可変可能な灯具を照明空間に配設し該灯具の照射方向を制御手段により遠隔制御して成る自動追尾照明システムに用いられる前記灯具の配設位置を照明空間に設定された座標系で特定する位置特定装置であって、前記灯具の照明空間内における複数の照射位置を前記座標系で特定する座標特定手段と、該座標特定手段で特定された複数の照射位置の座標と各照射位置を照射しているときの前記灯具の照射方向とをそれぞれ記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された前記各照射位置を通り且つ対応する照射方向と同方向の直線の交点を求める交点演算手段とを備えたので、各灯具を設置する際にそれ程正確な座標位置に設置しなくても、設置後に各灯具で照明空間の任意の位置を照射するとともに照射位置の座標を特定することにより、各灯具が設置されている座標系の位置を正確且つ容易に特定することができ、しかも、照射位置は通常床面のような低い場所にあるから、例え人が照射位置を実測する場合でも危険を伴うことがないという効果がある。その結果、照明システムを施工するのにあまり気を使わずに済み、灯具の数が増加しても施工の手間がそれ程には増えず、施工時間の短縮及び労力の削減が図れるという効果がある。
【００６１】
請求項２の発明は、前記座標特定手段が、照明空間における異なる座標位置に配置され互いに異なる周波数の超音波を送信する複数の送信機と、前記灯具の各照射位置に配置され送信機から送信された超音波を受信する受信機と、各送信機から送信される周波数の異なる超音波が受信機で受信されるまでの時間に基づいて各送信機から受信機までの距離を算出し該距離から前記座標系における受信機の位置を照射位置として求める演算部とを具備するので、人手に依らずに照射位置の座標が容易に得られるため、各灯具の設置位置をさらに正確且つ容易に特定することが可能となるという効果がある。しかも、人手で照射位置の座標を実測する場合に比較して人為的な誤差が生じるのを防いで精度の向上が図れるという効果がある。
【００６２】
請求項３の発明は、前記座標特定装置が、照明空間の所定位置に配設されて照明空間における各照射位置を撮像する撮像部と、撮像された各照射位置の画像を画像処理するとともに該画像処理結果と撮像部の配設位置とに基づいて前記座標系における各照射位置を求める画像処理演算部とを具備するので、照射位置の座標が容易に得られるため、各灯具の設置位置をさらに正確且つ容易に特定することが可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示すブロック図である。
【図２】同上の動作を説明するための説明図である。
【図３】同上の動作を説明するための説明図である。
【図４】同上の動作を説明するための説明図である。
【図５】同上の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】同上の動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】同上の動作を説明するための説明図である。
【図８】同上における座標特定手段の動作を説明するための説明図である。
【図９】同上における他の座標特定手段の動作を説明するための説明図である。
【図１０】実施形態２の動作を説明するための説明図である。
【図１１】同上の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】同上の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】実施形態３の動作を説明するための説明図である。
【図１４】同上の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１５】同上の動作を説明するための説明図である。
【図１６】同上の動作を説明するための説明図である。
【図１７】同上の動作を説明するための説明図である。
【図１８】本発明の位置特定装置が用いられる自動追尾照明システムを示すシステム構成図である。
【符号の説明】
１ 交点演算手段
２ 記憶手段
３ 座標特定手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、指向性を有するとともに照射方向が可変可能な灯具を照明空間に配設し該灯具の照射方向を制御手段により遠隔制御して成る自動追尾照明システムに用いられる前記灯具の配設位置を照明空間に設定された座標系で特定する自動追尾照明システムに用いられる灯具の位置特定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記照明システムとして、宴会場やホール及び舞台等の会場において、出演者等の照射目標を自動的に追尾し、遠隔制御可能な指向性を有する灯具（スポットライト等）によって照射目標に投光する自動追尾照明システムが提供されている。この種の照明システムを運用する場合には、対象となる照明空間に基準となる座標系を設定し、さらに各灯具が上記照明空間の何れの位置に存在するかを上記基準となる座標系により特定する必要がある。このため、施工時に各灯具をシステムの設計段階で予め決めた位置に厳密に設置するようなことが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにして各灯具の位置を特定する方法では、例えば設置後に灯具の設置位置を特定しようとすれば人手に頼って実測しなければならず、複数の灯具の位置を特定するのに多大な時間と労力を要するとともに、設置位置が比較的に高所にある場合が多いことから実測の際に危険が伴うという問題がある。あるいは、各灯具を設置する際に、照明空間に設定された座標系における正確な設置座標が必要となり、灯具の施工に気を使わなければならず、手間がかかるという問題や、灯具の台数が増えるにつれて施工に多大な時間と労力を要するという問題がある。
【０００４】
本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、照明システムに用いられる複数の灯具の位置を灯具の設置後に容易に特定することができて、照明システムを施工するのにあまり気を使わずに済み、灯具の数が増加しても施工の手間がそれ程には増えず、施工時間の短縮及び労力の削減が図れる自動追尾照明システムに用いられる灯具の位置特定装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、指向性を有するとともに照射方向が可変可能な灯具を照明空間に配設し該灯具の照射方向を制御手段により遠隔制御して成る自動追尾照明システムに用いられる前記灯具の配設位置を照明空間に設定された座標系で特定する位置特定装置であって、前記灯具の照明空間内における複数の照射位置を前記座標系で特定する座標特定手段と、該座標特定手段で特定された複数の照射位置の座標と各照射位置を照射しているときの前記灯具の照射方向とをそれぞれ記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された前記各照射位置を通り且つ対応する照射方向と同方向の直線の交点を求める交点演算手段とを備えたことを特徴とし、各灯具を設置する際にそれ程正確な座標位置に設置しなくても、設置後に各灯具で照明空間の任意の位置を照射するとともに照射位置の座標を特定することにより、各灯具が設置されている座標系の位置を正確且つ容易に特定することができる。しかも、照射位置は通常床面のような低い場所にあるから、例え人が照射位置を実測する場合でも危険を伴うことがない。その結果、照明システムを施工するのにあまり気を使わずに済み、灯具の数が増加しても施工の手間がそれ程には増えず、施工時間の短縮及び労力の削減が図れる。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記座標特定手段が、照明空間における異なる座標位置に配置され互いに異なる周波数の超音波を送信する複数の送信機と、前記灯具の各照射位置に配置され送信機から送信された超音波を受信する受信機と、各送信機から送信される周波数の異なる超音波が受信機で受信されるまでの時間に基づいて各送信機から受信機までの距離を算出し該距離から前記座標系における受信機の位置を照射位置として求める演算部とを具備することを特徴とし、人手に依らずに照射位置の座標が容易に得られるため、各灯具の設置位置をさらに正確且つ容易に特定することが可能となる。しかも、人手で照射位置の座標を実測する場合に比較して人為的な誤差が生じるのを防いで精度の向上が図れる。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記座標特定装置が、照明空間の所定位置に配設されて照明空間における各照射位置を撮像する撮像部と、撮像された各照射位置の画像を画像処理するとともに該画像処理結果と撮像部の配設位置とに基づいて前記座標系における各照射位置を求める画像処理演算部とを具備することを特徴とし、照射位置の座標が容易に得られるため、各灯具の設置位置をさらに正確且つ容易に特定することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に係る位置特定装置の実施形態を説明する前に、前提となる自動追尾照明システムについて図１８を参照して簡単に説明する。
図１８に示す自動追尾照明システムは、特開平１０−１２００５号公報に記載されたものであり、天井面２３に配設されて照明空間１９内の照射目標１８を追尾する灯具たるスポットライト１１と、スポットライト１１を水平方向及び垂直方向において回動自在に支持するブラケット１２と、ブラケット１２を水平方向に回動させることによってスポットライト１１の照射方向の水平角（ＰＡＮ）を変化させる水平駆動手段１３ａと、スポットライト１１を垂直方向に回動させることによってスポットライト１１の照射方向の垂直角（ＴＩＬＴ）を変化させる垂直駆動手段１３ｂと、スポットライト１１に付設されスポットライト１１の照射方向と同一方向を撮像する小型のＣＣＤカメラ１４と、ＣＣＤカメラ１４の映像から人物等の照射目標１８を識別して照射目標１８の座標を特定する画像認識装置１５と、画像認識装置１５における照射目標１８の座標の移動量からスポットライト１１の照射方向の移動量を演算する座標演算装置１６と、座標演算装置１６の演算結果を水平駆動手段１３ａ及び垂直駆動手段１３ｂのモータの駆動信号に変換して水平駆動手段１３ａ及び垂直駆動手段１３ｂに出力する制御装置１７とから構成されている。
【０００９】
上記自動追尾照明システムでは、まず、画像認識装置１５が、パターンマッチングやカラーマッチング等の既存の画像処理技術を用いて、ＣＣＤカメラ１４の映像を画像処理する。そして、画像認識装置１５は、照射目標１８のパターンを認識して、ＣＣＤカメラ１４の撮像面において、照射目標１８の撮像面の中心からのずれを検出する。
【００１０】
次に、座標演算装置１６が照射目標１８の撮像面の中心からのずれからスポットライト１１の照射方向の移動量を演算する。現在のスポットライト１１の照射方向が、ＣＣＤカメラ１４の撮像面の略中心に位置している場合、照射目標１８の撮像面の中心からのずれと、ＣＣＤカメラ１４のレンズの焦点距離とからスポットライト１１の照射方向を照射目標１８に一致させるためにスポットライト１１を水平方向において移動させるべき角度量が求められる。また、垂直方向についても、同様の手順でスポットライト１１の照射方向の移動角度量を求めることができる。
【００１１】
さらに、制御装置１７が座標演算装置１６の演算結果を水平駆動手段１３ａの駆動信号に変換して、水平駆動手段１３ａに出力する。例えば、水平駆動手段１３ａ及び垂直駆動手段１３ｂのモータがポテンショメータ等のセンサーからの検出値をフィードバックしてサーボ駆動されている場合、制御装置１７が所望の回転角に応じたセンサーの検出値から水平駆動手段１３ａ及び垂直駆動手段１３ｂのモータの駆動信号を出力して、水平駆動手段１３ａ及び垂直駆動手段１３ｂのモータをそれぞれ動作させている。
【００１２】
上述した一連の処理サイクルにより、照射目標１８の移動によって、照射目標１８がＣＣＤカメラ１４の撮像面の中心からずれた場合、そのずれを無くすように、即ち、スポットライト１１の照射方向を照射目標１８に一致させるように、制御装置１７が水平駆動手段１３ａ及び垂直駆動手段１３ｂを逐次駆動制御している。そして、この一連の処理サイクルの繰り返しによって、スポットライト１１は照射目標１８を追尾して投光することができるのである。
【００１３】
（実施形態１）
図１は本実施形態における位置特定装置を示すブロック図であり、上記自動追尾照明システムが有する各スポットライト１１の照明空間内における複数の照射位置を照明空間に設定された座標系で特定する座標特定手段３と、座標特定手段３で特定された複数の照射位置の座標と各照射位置を照射しているときのスポットライト１１の照射方向とをそれぞれ記憶する記憶手段２と、記憶手段２に記憶された各照射位置を通り且つ対応する照射方向と同方向の直線の交点を求める交点演算手段１とを備えている。
【００１４】
次に図２〜図７を参照して本実施形態の位置特定装置の動作を説明する。まず、図２に示すように自動追尾照明システムの照明空間１８に基準となる座標系（３次元直交座標系）を設定する。そして、上記システムの制御装置１７によってスポットライト１１を駆動制御し、スポットライト１１のパターン径を絞って照明空間１８内の適当な場所（例えば、床面Ｆ上の点Ｑｎ）に照射させる。
【００１５】
ここで、図３（ａ）（ｂ）に示すように制御装置１７では、スポットライト１１を設置した際にパンの基準方向イとチルトの基準方向ロとをデータとして有しているので、上記点Ｑｎを照射させたときのスポットライト１１自身の座標系における照射方向（ｐ’ｎ ，ｔ’ｎ ）を指令値として把握しており、この照射方向（ｐ’ｎ ，ｔ’ｎ ）のデータを位置特定装置の記憶手段２に記憶させる。なお、ｐ’ｎ はスポットライト１１自身の座標系におけるスポットライト１１の基準方向イからのパン角度、ｔ’ｎ は上記座標系におけるスポットライト１１の基準方向ロからのチルト角度である。
【００１６】
そして、基準座標系における照射点Ｑｎの座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を実測により求め、座標特定手段３によって照射方向（ｐ’ｎ ，ｔ’ｎ ）のデータと対応させて記憶手段２に記憶する。なお、基準座標系を設定したときに予め照射座標を決めておき、その座標にスポットライト１１の照射方向を合わせるようにしてもよい。このような照射方向と照射点Ｑｎの組み合わせのデータを３点以上について記憶手段２に記憶し、これらのデータを用いて以下の手順でスポットライト１１の取付座標（設置座標）を特定する。なお、以下では、説明を簡単にするために３点の場合（ｎ＝１，２，３）について説明する。
【００１７】
図４に示すように、照明空間に設定した基準座標系におけるスポットライト１１の照射方向（ｐｎ，ｔｎ）は、スポットライト１１自身の座標系における照射方向（ｐ’ｎ ，ｔ’ｎ ）と、上記自動追尾照明システムに固有のいくつかのパラメータα１ ，…，αｋ を用いて下式のように表すことができる。
ｐｎ＝ｆ（ｐ’ｎ ，α１ ，…，αｋ ） …（１）
ｔｎ＝ｇ（ｔ’ｎ ，α１ ，…，αｋ ） …（２）
ここで、後述するように照射点Ｑｎを通り且つこれと対応する照射方向（ｐｎ，ｔｎ）と同方向の直線の交点とみなすための評価値Ｓを下式のように表す。
【００１８】
Ｓ＝ｈ（ｐ１，ｔ１，ｘ１，ｙ１，ｚ１， …，ｐｎ，ｔｎ，ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ ）
これらのシステム固有のパラメータαｋや評価値Ｓは、実施するシステムの形態や灯具の種類並びに取付方法によって種々のものが考えられる。例えば、評価値Ｓとしては、３本の直線の各々２本ずつの交点からできる多角形の面積等を用いることが可能であり、あるいは図４に示すようにシステム固有のパラメータをｚ軸を中心とした回転のずれθ（＝α１：基準座標系とスポットライト１１自身の座標系とのｘｙ平面における回転方向のずれ）等を用いることが可能である。
【００１９】
図５は本実施形態の位置特定装置における実際の処理フローを示しており、上述したようにしてステップＡ１〜ステップＡ８の処理を繰り返すことで３つの照射点Ｑｎの座標座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）と照射方向（ｐ’ｎ ，ｔ’ｎ ）のデータとを互いに対応させて記憶手段２に記憶する（ｎ＝１，２，３）。
そして、上記のように記憶手段２に記憶した３つの照射点Ｑｎの座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）と照射方向（ｐ’ｎ ，ｔ’ｎ ）のデータとに基づいて、交点演算手段１は図６に示すような処理を実行する。ここで、システム固有のパラメータをｚ軸を中心にした上記回転角θ（＝α１）の１つとする（図６のステップＢ１におけるパラメータ数ｋ＝１）。
【００２０】
パラメータ数ｋが決まるとそのパラメータα１の演算範囲（α１ｍｉｎ ≦α１≦α１ｍａｘ 、α１ｍｉｎ ：最小値，α１ｍａｘ ：最大値）を設定し（ステップＢ２）、パラメータα１を順次変化させながら、照明空間１８における照射方向（ｐｎ，ｔｎ）を求めると下式のようになる（ステップＢ３〜Ｂ５）。
ｐｎ＝ｆ（ｐ’ｎ ，α１ ） …（３）
ｔｎ＝ｇ（ｔ’ｎ ，α１ ） …（４）
さらに上記照射方向（ｐｎ，ｔｎ）のときの評価値Ｓを求め（ステップＢ６）、その評価値Ｓが最小となるときのαｋ，ｐｎ，ｔｎを順次αｋｄ ，ｐｎｍｉｎ ，ｔｎｍｉｎ に格納する（ステップＢ７〜Ｂ８）。全ての演算範囲について比較した後（ステップＢ１〜Ｂ１０）、評価値Ｓが最小（理想的にはＳｍｉｎ ＝０）となるときの照射方向（ｐｎｍｉｎ ，ｔｎｍｉｎ ）と照射点Ｑｎの座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）とから各々の照射点Ｑｎへの照射方向を、図７に示すように３次元空間における直線（この場合は３本の直線）Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３として求めれば、これら３本の直線Ｌ１〜Ｌ３の交点Ｐ（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）が容易に求まる（ステップＢ１１）。ここで、求まった交点Ｐの座標が照明空間１９におけるスポットライト１１の取付座標である（図５のステップＡ１０）。
【００２１】
さらに、上記αｋｄ には照明空間１９の基準座標系におけるスポットライト１１自身の座標系のずれ角度θが格納されているので、このαｋｄ の値と交点Ｐの座標によって、スポットライト１１の取付位置及びスポットライト１１自身の座標系のずれを特定することができる。
上述のようにして１乃至複数のスポットライト１１についてその取付位置を本発明に係る位置特定装置により特定すれば、各スポットライト１１の設置がある程度大まかに行えるため、自動追尾照明システムを施工するのにあまり気を使わずに済み、スポットライト１１の数が増加しても施工の手間がそれ程には増えず、施工時間の短縮及び労力の削減が図れるという利点がある。
【００２２】
ところで、照射点Ｑｎの基準座標系における座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）の特定を上述のように人が実測していたのでは手間がかかるので、以下に説明するような座標特定装置（座標特定手段）３を利用することが望ましい。
図８は座標特定装置３の概略構成を示す図であり、照明空間１９に複数台（例えば、４台）の発信機４１ 〜４４ を設置し、スポットライト１１が照射された照射点Ｑｎに受信機５を設置する。各発信機４１ 〜４４ からはそれぞれ異なる周波数の超音波を送信し、受信機５にて受信する。受信機５では受信した超音波を図示しない演算部に伝送する。この演算部は発信機４１ 〜４４ の動作も制御しており、発信機４１ 〜４４ から各周波数の超音波が送信されてから受信機５で受信されるまでの時間を演算している。超音波の伝搬速度が音速に略等しく一定であり、しかも伝搬範囲が非常に狭いことから、各周波数の超音波が送信されてから受信されるまでの時間とその伝搬速度により、各発信機４１ 〜４４ から受信機５までの距離が求められる。
【００２３】
また、送信機４１ 〜４４ から送信される超音波の伝搬は放射状になることから、各送信機４１ 〜４４ の設置場所と、各送信機４１ 〜４４ から受信機５までの距離とによって受信機５の座標、すなわち照射点Ｑｎの座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を容易に特定することができる（米国特許５，１０７，７４６ 、米国特許５，２１４，６１５ 、米国特許５，４１２，６１９ 等参照）。
【００２４】
上述のような座標特定装置３を利用して照射点Ｑｎの座標を特定すれば、計測ミスのような人為的な影響を回避でき、また実測値を作業者が手入力した場合の誤差を位置特定装置の側で吸収することが可能となり、照射点Ｑｎの座標を特定する精度が向上できるものである。
図９は座標特定手段３の他の概略構成を示す図であり、上述した自動追尾照明システムのＣＣＤカメラ１４等を用いて照射点Ｑｎの座標を特定するものである。この座標特定手段３では、パン及びチルトが遠隔操作可能なＣＣＤカメラ１４により、照射点Ｑｎが撮像画面の中心に略一致するようにＣＣＤカメラ１４の撮像方向を調整して照射点Ｑｎを撮像する。ここで、ＣＣＤカメラ１４の取付高さが予め判っていれば、ＣＣＤカメラ１４の基準方向からのパン角度及びチルト角度と上記取付高さとから照明空間１９の基準座標系における照射点Ｑｎの座標が容易に求められる。さらに、画像認識装置１５、座標演算装置１６及び制御装置１７を利用して任意の照射点Ｑｎを自動追尾可能とすれば、予め照射方向をプログラミングしておくことにより、床面Ｆに照射されているパターンをその都度自動追尾することができ、照射点Ｑｎの実測が不要となるだけでなく、上記座標特定装置３のように複数の照射点Ｑｎに受信機５を移動させる手間が不要となって、全く人手を介さずに全自動で照射点Ｑｎの座標特定、ひいてはスポットライト１１の取付位置の特定が可能となる。
【００２５】
（実施形態２）
本実施形態の位置特定装置の構造は実施形態１と共通である。スポットライト１１としては、図１０に示すようにパン駆動手段３ａの回転軸が床面に垂直且つチルト駆動手段３ｂの回転軸が床面と水平であるような所謂ＰＴＦＣ型のスポットライトを使用する。ここで、実施形態１と同様にスポットライト１１のパン回転軸の基準方向イに対するパン角度をｐ’ｎ とし（図１０（ａ）参照）、チルト回転軸の基準方向ロに対するチルト角度をｔ’ｎ とする（同図（ｂ）参照）。なお、パン回転軸は床面Ｆに対して垂直である（同図（ｃ）参照）。
【００２６】
次に図１１のフローチャートを参照して本実施形態の動作を説明する。但し、説明を簡単にするために照射点Ｑｎの数を３点とする（ｎ＝１，２，３）。
まず、自動追尾照明システムの制御装置１７によりパン駆動手段１３ａ及びチルト駆動手段３ｂを制御してスポットライト１１を適当な方向に向け、パターン径を絞って床面Ｆ等に照射する（ステップＣ１〜Ｃ３）。そして、この照射点Ｑ１の照明空間１９に設定された基準座標系における座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を実施形態１で説明したような座標特定手段３により特定する（ステップＣ４）。なお、照射点Ｑｎの座標はｚ１＝０として床面（ｘｙ平面）Ｆ上で実測により求めることも勿論可能である。また、座標点Ｑ１を照射させたときのスポットライト１１自身の座標系における照射方向（ｐ’１，ｔ’１）を制御装置１７では指令値として把握しており、この照射方向（ｐ’ｎ ，ｔ’ｎ ）のデータが、特定された座標点Ｑ１の座標と対応させて記憶手段２に記憶される（ステップＣ６，Ｃ７）。そして、ステップＣ２〜Ｃ７の処理が３つの照射点Ｑ１〜Ｑ３について繰り返される。
【００２７】
本実施形態では、スポットライト１１をＰＴＦＣ型としてパン回転軸を床面に垂直としているため、不確定な値（システム固有のパラメータ）は基準座標系に対するスポットライト１１自身の座標系とのｘｙ平面における回転方向のずれθ（＝α１）だけである。そこで、図１２のフローチャートに示すようにパラメータα１の値を変化させて最終的にスポットライト１１の取付座標を求めることができる。
【００２８】
ここで、パラメータα１の演算範囲（α１ｍｉｎ ≦α１≦α１ｍａｘ 、α１ｍｉｎ ：最小値，α１ｍａｘ ：最大値）を設定し（ステップＤ１）、また、通常のスポットライト１１のパン及びチルトの分解能が０．１°程度が最小の部類に入るから、パラメータα１の最小値α１ｍｉｎ から最大値α１ｍａｘ まで０．１°ずつ変えながら、照明空間１９における照射方向（ｐ１，ｔ１）を求めると下式のようになる。
【００２９】
ｐ１＝ｆ（ｐ’１，α１ ）＝ｐ’１＋α１ …（５）
ｔ２＝ｇ（ｔ’１）＝ｔ’１ …（６）
他の照射点Ｑ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２），Ｑ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）についても同様に演算して、ｘ２，ｙ２，ｚ２，ｐ２，ｔ２，ｘ３，ｙ３，ｚ３，ｐ３，ｔ３を求める（ステップＤ２〜Ｄ４）。このようにパン角度ｐ１〜ｐ３、チルト角度ｔ１〜ｔ３並びに照射点Ｑ１〜Ｑ３の座標が求まるので、スポットライト１１の照射方向を３次元空間における直線として表すことが可能となる。
【００３０】
ここで、パン角度ｐｎ及びチルト角度ｔｎから方向余弦を求めると、図１０（ａ）に示すようにｙ軸が照射方向の基準となるから、方向余弦（ｌｎ，ｍｎ，ｎｎ）は下式のように求まる。
ｌｎ＝ｃｏｓ（ｔｎ）・ｓｉｎ（ｐｎ） …（７）
ｍｎ＝ｃｏｓ（ｔｎ）・ｃｏｓ（ｐｎ） …（８）
ｎｎ＝−ｓｉｎ（ｔｎ） …（９）
従って、照射方向を表す直線の方程式は照射点Ｑ１について下式のように求められる（直線Ｌ１）。
【００３１】
ｘ＝ｌ１・ｑ＋ｘ１
ｙ＝ｍ１・ｑ＋ｙ１ …（１０）
ｚ＝ｎ１・ｑ＋ｚ１
また、照射点Ｑ２について下式のように求められる（直線Ｌ２）。
ｘ＝ｌ２・ｒ＋ｘ２
ｙ＝ｍ２・ｒ＋ｙ２ …（１１）
ｚ＝ｎ２・ｒ＋ｚ２
さらに、照射点Ｑ３について下式のように求められる（直線Ｌ３）。
【００３２】
ｘ＝ｌ３・ｓ＋ｘ３
ｙ＝ｍ３・ｓ＋ｙ３ …（１２）
ｚ＝ｎ３・ｓ＋ｚ３
なお、ｑ，ｒ，ｓは直線Ｌ１〜Ｌ３を表す媒介変数である。
次に上記３本の直線Ｌ１〜Ｌ３の交点を求めれば、その交点がスポットライト１１の基準座標系における取付位置（取付座標）となる。
【００３３】
まず、直線Ｌ１，Ｌ２の交点を求めるため、式（１０）（１１）から媒介変数ｑ１２，ｒ１２を含む下式のような連立方程式を得る。
ｌ１・ｑ１２＋ｘ１＝ｌ２・ｒ１２＋ｘ２
ｍ１・ｑ１２＋ｙ１＝ｍ２・ｒ１２＋ｙ２ …（１３）
ｎ１・ｑ１２＋ｚ１＝ｎ２・ｒ１２＋ｚ２
上記式（１３）の媒介変数ｑ１２を式（１０）に代入し、媒介変数ｒ１２を式（１１）に代入することによって、直線Ｌ１，Ｌ２の交点Ｐ１２（ｕ１２，ｖ１２，ｗ１２）が求められる。同様にして、直線Ｌ２，Ｌ３の交点Ｐ２３（ｕ２３，ｖ２３，ｗ２３）並びに直線Ｌ３，Ｌ１の交点Ｐ３１（ｕ３１，ｖ３１，ｗ３１）も求められる。
【００３４】
ここで、３つの交点Ｐ１２，Ｐ２３，Ｐ３１は、パラメータα１が適切でなければ一致することはない。そこで、３つの交点Ｐ１２，Ｐ２３，Ｐ３１が一致しているか否かの評価値Ｓとして、３つの交点Ｐ１２，Ｐ２３，Ｐ３１を結ぶ線分で囲まれた三角形の面積を用いる。すなわち、３つの交点Ｐ１２，Ｐ２３，Ｐ３１が一致していれば上記三角形の面積がゼロとなるから、三角形の面積である評価値Ｓが最小となる場合のパラメータα１を求めればよい。
【００３５】
而して、各照射方向（ｐ１，ｔ１），（ｐ２，ｔ２），（ｐ３，ｔ３）について評価値Ｓを求め（ステップＤ５）、その評価値Ｓが前回までの最小の評価値Ｓよりも小さければ、このときのｕ１２，ｖ１２，ｗ１２，ｕ２３，ｖ２３，ｗ２３，ｕ３１，ｖ３１，ｗ３１並びにα１を、ｕ１２ｍｉｎ ，ｖ１２ｍｉｎ ，ｗ１２ｍｉｎ ，ｕ２３ｍｉｎ ，ｖ２３ｍｉｎ ，ｗ２３ｍｉｎ ，ｕ３１ｍｉｎ ，ｖ３１ｍｉｎ ，ｗ３１ｍｉｎ 並びにα１ｄ に格納する（ステップＤ７）。そして、α１にステップ量（０．１°）を加えて同様の処理を繰り返す（ステップＤ１〜Ｄ８）。
【００３６】
全ての演算範囲（α１ｍｉｎ ≦α１≦α１ｍａｘ ）についての上記演算が終了した時点で、格納されている上記値から交点の座標（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）を求める。ここで、理想的には評価値Ｓ＝０となるのであるが、そうならない場合でも３つの交点Ｐ１２，Ｐ２３，Ｐ３１を頂点とする三角形の重心を求め、この重心を直線Ｌ１〜Ｌ３の交点と近似することとすれば、基準座標系におけるスポットライト１１の取付座標である交点の座標（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）が下式のように特定できる（ステップＤ９）。
【００３７】
ｘｓ＝（ｕ１２ｍｉｎ ＋ｕ２３ｍｉｎ ＋ｕ３１ｍｉｎ ）／３
ｙｓ＝（ｖ１２ｍｉｎ ＋ｖ２３ｍｉｎ ＋ｖ３１ｍｉｎ ）／３
ｚｓ＝（ｗ１２ｍｉｎ ＋ｗ２３ｍｉｎ ＋ｗ３１ｍｉｎ ）／３
なお、スポットライト１１の取付状態（照明空間１９の基準座標系におけるスポットライト１１自身の座標系のずれ角度θ）はαｋｄ （ｋ＝１又は２又は３）に格納された値となる。
【００３８】
上述のように、スポットライト１１の施工にある程度の手間をかけてスポットライト１１の取付状態における不確定なパラメータ（水平性等）を少なくすると、施工後のスポットライト１１の微調整は自動で適切に行うことが可能となる。また、照射点Ｑｎの座標の実測等は高所ではなく床面Ｆ近辺の高さで行うことができるため、実測に伴う高所の作業が無くなって事故の発生を防ぐことが可能となる。
【００３９】
（実施形態３）
本実施形態は、図１３（ａ）〜（ｃ）及び図１５に示すような筒状の本体３０ａ内部の一端側に光源３０ｂを具備し、本体３０ａ内部の他端側に図示しない駆動部により可動自在に配設された反射鏡（ミラー）３０ｃに光源３０ｂの光を反射させ、本体３０ａのミラー３０ｃ側の端部に設けた開口部３０ｄから照明空間１９に反射光を照射する、ミラースキャン型スポットライト（所謂ミラースポット）を灯具として用いる自動追尾照明システムに対し、そのミラースポット３０の照明空間１９における取付位置を特定する点に特徴があり、位置特定装置の構成並びに基本的な動作は実施形態１及び２と共通である。
【００４０】
図１３に示すように上記ミラースポット３０は、α１，α２，α３の３つのパラメータを有しており、パラメータα１は基準座標系のｙ軸と光源３０ｂの光軸（照射方向の基準方向）ハとの水平方向（パン方向）のずれ角度、パラメータα２は基準座標系のｙ軸と光源３０ｂの光軸ハとの垂直方向（チルト方向）のずれ角度、パラメータα３は基準座標系のｘ軸（天井面２３あるいは床面Ｆ）とミラー３０ｃで反射された光の照射方向に垂直な面とのずれ角度をそれぞれ表す。
【００４１】
次に図１４のフローチャートを参照して本実施形態の動作を説明する。但し、説明を簡単にするために照射点Ｑｎの数を３点とする（ｎ＝１，２，３）。
まず、自動追尾照明システムの制御装置１７によりミラースポット３０の図示しないパン駆動手段、チルト駆動手段並びにミラー駆動手段をそれぞれ制御してミラースポット３０の光軸３０ｂを適当な方向に向け、パターン径を絞って床面Ｆ等に照射する。そして、この照射点Ｑ１の照明空間１９に設定された基準座標系における座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を実施形態１で説明したような座標特定手段３により特定する。なお、照射点Ｑｎの座標はｚ１＝０として床面（ｘｙ平面）Ｆ上で実測により求めることも勿論可能である。また、座標点Ｑ１を照射させたときのミラースポット３０自身の座標系における照射方向（ｐ’１，ｔ’１）を制御装置１７では指令値として把握しており、この照射方向（ｐ’１，ｔ’１）のデータが、特定された座標点Ｑ１の座標と対応させて記憶手段２に記憶される。そして、上記一連の処理が３つの照射点Ｑ１〜Ｑ３について繰り返される。
【００４２】
本実施形態の場合には制御装置１７により把握可能な値の他に、上述のように不確定な３つの値（システム固有のパラメータ）α１，α２，α３が存在する。ここで、これら３つのパラメータα１，α２，α３については目視によって大凡の値が判断可能であるから、その値を中心に最小値αｋｍｉｎ 及び最大値αｋｍａｘ （ｋ＝１，２，３）を決めて演算範囲（αｋｍｉｎ ≦αｋ≦αｋｍａｘ ）を設定する（図１４のステップＥ１〜Ｅ３）。そして、通常のミラースポット３０のパン及びチルトの分解能が０．１°程度が最小の部類に入るから、パラメータαｋの値を最小値αｋｍｉｎ から最大値αｋｍａｘ まで０．１°ずつ変えながら、照明空間１９における照射方向（ｐ１，ｔ１）を求める。
【００４３】
まず、照射点Ｑ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）について、ミラースポット３０自身の座標系における照射方向（ｐ’１，ｔ’１）を、照明空間１９に設定された基準座標系における照射方向（ｐ１，ｔ１）に変換する。ここで、照射方向を表す直線を求めるために、その直線の方向余弦（ｌ１，ｍ１，ｎ１）を考えると、ミラースポット３０の自身の座標系における照射方向（ｐ’１，ｔ’１）は制御装置１７から指令を出しているので既知である。しかしながら、ミラースポット３０自身の座標系ｘ’ｙ’ｚ’は既に説明したようにパラメータα１，α２，α３で表されるずれを有している（図１６参照）。
【００４４】
そこで、図１５に示すようにミラースポット３０の（パン，チルト）＝（０，０）の基準の方向単位ベクトルを（０，０，−１）とすると、方向余弦（ｌ１，ｍ１，ｎ１）は回転マトリクスを用いて下式のように表すことができる。
【００４５】
【式１】
上式を整理すると下記のようになる。
【００４７】
【式２】
次に照射点Ｑ２，Ｑ３についても同様に演算して方向余弦（ｌ２，ｍ２，ｎ２），（ｌ３，ｍ３，ｎ３）を求める（ステップＥ４〜Ｅ６）。そして、照射点Ｑｎに対する方向余弦（ｌｎ，ｍｎ，ｎｎ）を用いて照射点Ｑ１〜Ｑ３に対する直線Ｌ１〜Ｌ３を求める。従って、照射方向を表す直線の方程式は照射点Ｑ１について下式のように求められる（直線Ｌ１）。
【００４９】
ｘ＝ｌ１・ｑ＋ｘ１
ｙ＝ｍ１・ｑ＋ｙ１ …（１４）
ｚ＝ｎ１・ｑ＋ｚ１
また、照射点Ｑ２について下式のように求められる（直線Ｌ２）。
ｘ＝ｌ２・ｒ＋ｘ２
ｙ＝ｍ２・ｒ＋ｙ２ …（１５）
ｚ＝ｎ２・ｒ＋ｚ２
さらに、照射点Ｑ３について下式のように求められる（直線Ｌ３）。
【００５０】
ｘ＝ｌ３・ｓ＋ｘ３
ｙ＝ｍ３・ｓ＋ｙ３ …（１６）
ｚ＝ｎ３・ｓ＋ｚ３
なお、ｑ，ｒ，ｓは直線Ｌ１〜Ｌ３を表す媒介変数である。
次に上記３本の直線Ｌ１〜Ｌ３の交点を求めれば、その交点がスポットライト１１の基準座標系における取付位置（取付座標）となる。
【００５１】
まず、直線Ｌ１，Ｌ２の交点を求めるため、式（１４）（１５）から媒介変数ｑ１２，ｒ１２を含む下式のような連立方程式を得る。
ｌ１・ｑ１２＋ｘ１＝ｌ２・ｒ１２＋ｘ２
ｍ１・ｑ１２＋ｙ１＝ｍ２・ｒ１２＋ｙ２ …（１７）
ｎ１・ｑ１２＋ｚ１＝ｎ２・ｒ１２＋ｚ２
上式（１７）を解くと媒介変数ｑ１２，ｒ１２が求められる。ここで、上式（１７）を変形してマトリクスで表すと下式のようになる。
【００５２】
【式３】
ここで、上記行列式を下記のように表す。
Ｆ・ｘ＝ｖ …（１８）
上式（１８）における直線の媒介変数であるベクトルｘを解くことによって直線Ｌ１，Ｌ２の交点が求められる。また、上記ベクトルｘは数学的に以下のように解くことができる。
【００５４】
ｘ＝（Ｆ’・Ｆ）−１・Ｆ’・ｖ …（１９）
上式（１９）でベクトルｘの要素ｑ１２，ｒ１２が求められる。このｑ１２，ｒ１２を式（１４）（１５）のｑ，ｒに代入することで直線Ｌ１，Ｌ２の交点が求められるが、厳密に交点を持たない場合には、図１７に示すように２本の直線Ｌ１，Ｌ２が互いに鎖交し、各々に垂直で最短距離を表す線分と直線Ｌ１との交点Ａ２及び直線Ｌ２との交点Ｂ１が得られる。同様に直線Ｌ２，Ｌ３についても各々に垂直で最短距離を表す線分と直線Ｌ２との交点Ｂ３及び直線Ｌ３との交点Ｃ２が得られ、直線Ｌ３，Ｌ１についても各々に垂直で最短距離を表す線分と直線Ｌ３との交点Ｃ１及び直線Ｌ１との交点Ａ３が得られる。
【００５５】
上述のようにして得られた各交点Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２については、２本の直線に厳密な交点が存在する場合、点Ａ２と点Ｂ１、点Ｃ２と点Ｂ３並びに点Ａ３と点Ｃ１が一致して演算で求められる値が３点のものであるから、実施形態２で説明したように単純に三角形の面積を評価値Ｓに用いることができる。しかしながら、点Ａ２と点Ｂ１、点Ｃ２と点Ｂ３、点Ａ３と点Ｃ１が各々一致しない場合、図１７に示すように単純な三角形とはならず、しかも、上記３組の全てが同時に一致しないという保証もないことから、各点Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ３，Ｃ１，Ｃ２を頂点とする立体の頂点の数も規定できない。
【００５６】
そこで、図１７に示すように点Ａ２と点Ｂ１を結ぶ線分の中点Ｐ１２（ｕ１２，ｖ１２，ｗ１２）と、点Ｃ２と点Ｂ３を結ぶ線分の中点Ｐ２３（ｕ２３，ｖ２３，ｗ２３）と、点Ａ３と点Ｃ１を結ぶ線分の中点Ｐ３１（ｕ３１，ｖ３１，ｗ３１）とを求めれば、点Ａ２と点Ｂ１、点Ｃ２と点Ｂ３、点Ａ３と点Ｃ１の全ての組が同時に一致するか否かに関係なく、常にこれら３点Ｐ１２，Ｐ２３，Ｐ３１を結ぶ三角形の面積を求めることができるので、評価値Ｓを三角形の面積としてＳ＝ｈ（ｕ１２，ｖ１２，ｗ１２，ｕ２３，ｖ２３，ｗ２３，ｕ３１，ｖ３１，ｗ３１）とする。そして、この面積Ｓの値が小さいほど三角形の頂点である３点Ｐ１２，Ｐ２３，Ｐ３１が接近していると考えられる。
【００５７】
而して、各照射方向（ｐ１，ｔ１），（ｐ２，ｔ２），（ｐ３，ｔ３）について評価値Ｓを求め（ステップＥ７）、その評価値Ｓが前回までの最小の評価値Ｓよりも小さければ、このときのｕ１２，ｖ１２，ｗ１２，ｕ２３，ｖ２３，ｗ２３，ｕ３１，ｖ３１，ｗ３１並びにα１，α２，α３のそれぞれの値を、ｕ１２ｍｉｎ ，ｖ１２ｍｉｎ ，ｗ１２ｍｉｎ ，ｕ２３ｍｉｎ ，ｖ２３ｍｉｎ ，ｗ２３ｍｉｎ ，ｕ３１ｍｉｎ ，ｖ３１ｍｉｎ ，ｗ３１ｍｉｎ 並びにα１ｄ ，α２ｄ ，α３ｄ に格納する（ステップＥ８）。そして、パラメータα３にステップ量（０．１°）を加えて同様の処理を繰り返す（ステップＥ３〜Ｅ１０）。また、パラメータα２にステップ量（０．１°）を加えて同様の処理を繰り返すとともに（ステップＥ２〜Ｅ１１）、パラメータα１にステップ量（０．１°）を加えて同様の処理を繰り返す（ステップＥ１〜Ｅ１２）。このようにして、パラメータα１，α２，α３についてそれぞれ最大値α１ｍａｘ ，α２ｍａｘ ，α３ｍａｘ まで上記処理を繰り返し、全ての演算範囲についての上記演算が終了した時点でｕ１２ｍｉｎ ，ｖ１２ｍｉｎ ，ｗ１２ｍｉｎ ，ｕ２３ｍｉｎ ，ｖ２３ｍｉｎ ，ｗ２３ｍｉｎ ，ｕ３１ｍｉｎ ，ｖ３１ｍｉｎ ，ｗ３１ｍｉｎ に格納されている値が図１７に示す三角形Ｔの頂点となる。なお、３本の直線Ｌ１〜Ｌ３が厳密に交点を持つならば、ｕ１２とｕ２３とｕ３１、ｖ１２とｖ２３とｖ３１、ｗ１２とｗ２３とｗ３１が各々一致し、評価値Ｓ＝０となるはずである。しかし、そうならない場合、上記三角形Ｔの頂点の座標から、この三角形Ｔの重心Ｇを直線Ｌ１〜Ｌ３の交点と近似することとすれば、基準座標系におけるミラースポット３０の取付座標である交点の座標（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）が下式のように特定できる（ステップＥ１３）。
【００５８】
ｘｓ＝（ｕ１２ｍｉｎ ＋ｕ２３ｍｉｎ ＋ｕ３１ｍｉｎ ）／３
ｙｓ＝（ｖ１２ｍｉｎ ＋ｖ２３ｍｉｎ ＋ｖ３１ｍｉｎ ）／３
ｚｓ＝（ｗ１２ｍｉｎ ＋ｗ２３ｍｉｎ ＋ｗ３１ｍｉｎ ）／３
なお、ミラースポット３０の取付状態（照明空間１９の基準座標系におけるミラースポット３０自身の座標系のずれ角度のパラメータα１，α２，α３）はα１ｄ ，α２ｄ ，α３ｄ に格納された値となる。
【００５９】
上述のように、ミラースポット３０の取付状態に不確定なパラメータが多数存在する場合であっても拡張して対応可能であって、ミラースポット３０の取付位置を特定することができる。また、特定の構造を有するスポットライト１１に限らず、照射方向を方向余弦で表すことが可能な灯具であれば、どのような種類の灯具にも対応することができる。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１の発明は、指向性を有するとともに照射方向が可変可能な灯具を照明空間に配設し該灯具の照射方向を制御手段により遠隔制御して成る自動追尾照明システムに用いられる前記灯具の配設位置を照明空間に設定された座標系で特定する位置特定装置であって、前記灯具の照明空間内における複数の照射位置を前記座標系で特定する座標特定手段と、該座標特定手段で特定された複数の照射位置の座標と各照射位置を照射しているときの前記灯具の照射方向とをそれぞれ記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された前記各照射位置を通り且つ対応する照射方向と同方向の直線の交点を求める交点演算手段とを備えたので、各灯具を設置する際にそれ程正確な座標位置に設置しなくても、設置後に各灯具で照明空間の任意の位置を照射するとともに照射位置の座標を特定することにより、各灯具が設置されている座標系の位置を正確且つ容易に特定することができ、しかも、照射位置は通常床面のような低い場所にあるから、例え人が照射位置を実測する場合でも危険を伴うことがないという効果がある。その結果、照明システムを施工するのにあまり気を使わずに済み、灯具の数が増加しても施工の手間がそれ程には増えず、施工時間の短縮及び労力の削減が図れるという効果がある。
【００６１】
請求項２の発明は、前記座標特定手段が、照明空間における異なる座標位置に配置され互いに異なる周波数の超音波を送信する複数の送信機と、前記灯具の各照射位置に配置され送信機から送信された超音波を受信する受信機と、各送信機から送信される周波数の異なる超音波が受信機で受信されるまでの時間に基づいて各送信機から受信機までの距離を算出し該距離から前記座標系における受信機の位置を照射位置として求める演算部とを具備するので、人手に依らずに照射位置の座標が容易に得られるため、各灯具の設置位置をさらに正確且つ容易に特定することが可能となるという効果がある。しかも、人手で照射位置の座標を実測する場合に比較して人為的な誤差が生じるのを防いで精度の向上が図れるという効果がある。
【００６２】
請求項３の発明は、前記座標特定装置が、照明空間の所定位置に配設されて照明空間における各照射位置を撮像する撮像部と、撮像された各照射位置の画像を画像処理するとともに該画像処理結果と撮像部の配設位置とに基づいて前記座標系における各照射位置を求める画像処理演算部とを具備するので、照射位置の座標が容易に得られるため、各灯具の設置位置をさらに正確且つ容易に特定することが可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示すブロック図である。
【図２】同上の動作を説明するための説明図である。
【図３】同上の動作を説明するための説明図である。
【図４】同上の動作を説明するための説明図である。
【図５】同上の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】同上の動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】同上の動作を説明するための説明図である。
【図８】同上における座標特定手段の動作を説明するための説明図である。
【図９】同上における他の座標特定手段の動作を説明するための説明図である。
【図１０】実施形態２の動作を説明するための説明図である。
【図１１】同上の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】同上の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】実施形態３の動作を説明するための説明図である。
【図１４】同上の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１５】同上の動作を説明するための説明図である。
【図１６】同上の動作を説明するための説明図である。
【図１７】同上の動作を説明するための説明図である。
【図１８】本発明の位置特定装置が用いられる自動追尾照明システムを示すシステム構成図である。
【符号の説明】
１ 交点演算手段
２ 記憶手段
３ 座標特定手段
Claims (3)
- 指向性を有するとともに照射方向が可変可能な灯具を照明空間に配設し該灯具の照射方向を制御手段により遠隔制御して成る自動追尾照明システムに用いられる前記灯具の配設位置を照明空間に設定された座標系で特定する位置特定装置であって、前記灯具の照明空間内における複数の照射位置を前記座標系で特定する座標特定手段と、該座標特定手段で特定された複数の照射位置の座標と各照射位置を照射しているときの前記灯具の照射方向とをそれぞれ記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された前記各照射位置を通り且つ対応する照射方向と同方向の直線の交点を求める交点演算手段とを備えたことを特徴とする自動追尾照明システムに用いられる灯具の位置特定装置。
- 前記座標特定手段は、照明空間における異なる座標位置に配置され互いに異なる周波数の超音波を送信する複数の送信機と、前記灯具の各照射位置に配置され送信機から送信された超音波を受信する受信機と、各送信機から送信される周波数の異なる超音波が受信機で受信されるまでの時間に基づいて各送信機から受信機までの距離を算出し該距離から前記座標系における受信機の位置を照射位置として求める演算部とを具備することを特徴とする請求項１記載の自動追尾照明システムに用いられる灯具の位置特定装置。
- 前記座標特定装置は、照明空間の所定位置に配設されて照明空間における各照射位置を撮像する撮像部と、撮像された各照射位置の画像を画像処理するとともに該画像処理結果と撮像部の配設位置とに基づいて前記座標系における各照射位置を求める画像処理演算部とを具備することを特徴とする請求項１記載の自動追尾照明システムに用いられる灯具の位置特定装置。
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