(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出領域内に配置された放射線源の方向を推定する方法であって、
２次元放射線センサを提供することであって、前記２次元センサは、
検出範囲に対向し、直線状に配列された複数の第１のセンサ素子を有する、第１の線形アレイセンサと、
前記検出領域に対向し、直線状に配列された複数の第２のセンサ素子を有する、第２の線形アレイセンサであって、前記第１の線形アレイセンサ及び前記第２の線形アレイセンサは、同じ直線状ではない、前記第２の線形アレイセンサと、
前記検出領域からの放射線が、前記第１の線形アレイセンサ及び前記第２の線形アレイセンサに到達するのを遮るために、前記第１の線形アレイセンサ及び前記第２の線形アレイセンサと前記検出領域との間に配置された、開口プレートと、
前記検出領域からの放射線が、前記第１のセンサ素子のいくつかに到達可能とするために、前記開口プレート内に形成された、第１の開口と、
前記検出領域からの放射線が、前記第２のセンサ素子のいくつかに到達可能とするために、前記開口プレート内に形成された、第２の開口と、
を含む、前記提供し、
第１の放射線強度信号に基づいて、前記第１のセンサ素子から第１の中央センサ素子を選択し、
前記第１の開口を通って前記第１のセンサ素子に入射した放射線に対応する第１の強度値を含む第１の放射線強度信号を、前記第１の線形アレイセンサから受け取り、
前記第２の開口を通って前記第２のセンサ素子に入射した放射線に対応する第２の強度値を含む第２の放射線強度信号を、前記第２の線形アレイセンサから受け取り、
第２の放射線強強度信号に基づいて、前記第２のセンサ素子から第２の中央センサ素子を選択し、
前記第１の中央センサ素子及び前記第２の中央センサ素子に基づき、前記方向を決定する、
ことを含む、方法。
【請求項２】
前記第１の放射線強度信号は、第１の閾値を超える、ある範囲の高い強度値を含み、
前記第２の放射線強度信号は、第２の閾値を超える、ある範囲の高い強度値を含み、
前記方法は、
前記第１の放射線強度信号の前記ある範囲の高い強度値に基づき、前記第１の中央センサ素子を選択し、
前記第２の放射線強度信号の前記ある範囲の高い強度値に基づき、前記第２の中央センサ素子を選択する
ことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の放射線強度信号及び前記第２の放射線強度信号は、各前記第１のセンサ素子及び前記第２のセンサ素子に対応する、高い値又は低い値を有するデジタル信号であり、
前記方向を決定することは、
前記第１の放射線強度信号における、ある範囲の高い強度値に基づき、前記第１の中央センサ素子を選択し、
前記第２の放射線強度信号における、ある範囲の高い強度値に基づき、前記第２の中央センサ素子を選択し、
前記第１及び前記第２の中央センサ素子に基づき、方向を決定する、
ことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記方向を決定する前に、不要な値を取り除くために、前記第１の放射線強度信号及び前記第２の放射線強度信号をフィルタリングする、ことを含む、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記方向を決定することは、前記第１の放射線強度信号に対応する第１の角度をルックアップテーブルで調べ、前記第２の放射線強度信号に対応する第２の角度をルックアップテーブルで調べる、ことを含む、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記方向を決定することは、第１の角度を計算し、第２の角度を計算する、ことを含む、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記方向を決定するために、前記第１の角度及び第２の角度を組み合わせる、ことをさらに含む、請求項５又は請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の線形アレイセンサ及び第２の線形アレイセンサは、直交して配列される請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
３次元空間内の放射線源の位置を推定する方法であって、
前記３次元空間に対応する第１の位置に、直線状に配列された複数の第１のセンサ素子を有する、第１の線形アレイセンサと、直線状に配列された複数の第２のセンサ素子を有する、第２の線形アレイセンサと、を含む２次元センサを配置し、
前記３次元空間に対応する第２の位置に、１次元センサを配置することであって、前記第１の位置のセンサ及び前記第２の位置のセンサは、ある距離だけ離間されており、
前記第１のセンサ素子から第１の中央センサ素子を選択し、
前記第２のセンサ素子から第２の中央センサ素子を選択し、
前記第１の中央センサ素子及び前記第２の中央センサ素子に基づいて、前記２次元センサに対応する光線を決定し、
前記１次元位置センサに対応する平面を決定し、
前記放射線源の前記位置は、前記平面と前記光線の交点にあると推定する、
ことを含む、方法。
【請求項１０】
前記１次元センサは、直線状に配列された複数の第３のセンサ素子を有する、第３の線形アレイセンサを含み、
前記方法は、前記第３のセンサ素子から第３の中央センサ素子を選択することを含み、
前記平面は、前記第３の中央センサ素子に基づいて決定される
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
３次元空間内の放射線源の位置を推定する方法であって、
前記３次元空間に対応する第１の位置に、直線状に配列された複数の第１のセンサ素子を有する、第１の線形アレイセンサを含む第１の１次元センサを配置し、
前記３次元空間に対応する第２の位置に、直線状に配列された複数の第２のセンサ素子を有する、第２の線形アレイセンサを含む第２の１次元センサを配置し、
前記３次元空間に対応する第３の位置に、直線状に配置された複数の第３のセンサ素子を有する、第３の線形アレイセンサを含む第３の１次元センサを配置し、
前記第１のセンサ素子から第１の中央センサ素子を選択し、
前記第１の中央センサ素子に基づいて前記第１の位置のセンサに対応する、第１の平面を決定し、
前記第２のセンサ素子から第２の中央センサ素子を選択し、
前記第２の中央センサ素子に基づいて前記第２の位置のセンサに対応する、第２の平面を決定し、
前記第３のセンサ素子から第３の中央センサ素子を選択し、
前記第３の中央センサ素子に基づいて前記第３の位置のセンサに対応する、第３の平面を決定し、
前記放射線源の前記位置は、前記３つの平面の交点にあると推定する、
ことを含む、方法。
【請求項１２】
前記第１の１次元センサ、前記第２の１次元センサ、及び前記第３の１次元センサのそれぞれが線形アレイセンサを含み、
前記第３の１次元センサの前記線形アレイセンサは、前記第１の１次元センサの前記線形アレイセンサと直交して配置される、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の１次元センサ及び前記第２の１次元センサの前記線形アレイセンサは、同一直線上に配置される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
３次元空間内の放射線源の位置を推定する方法であって、
前記３次元空間に対応する第１の位置に、直線状に配列された複数の第１のセンサ素子を有する、第１の線形アレイセンサと、直線状に配列された複数の第２のセンサ素子を有する、第２の線形アレイセンサと、を含む第１の２次元センサを配置し、
前記３次元空間に対応する第２の位置に、直線状に配列された複数の第３のセンサ素子を有する、第３の線形アレイセンサと直線状に配列された複数の第４のセンサ素子を有する、第４の線形アレイセンサとを含む第２の２次元センサを配置し、
前記第１のセンサ素子から第１の中央センサ素子を選択し、
前記第２のセンサ素子から第２の中央センサ素子を選択し、
前記第１の中央センサ素子及び前記第２の中央センサ素子に基づいて前記第１の２次元センサに対応する、第１の光線を決定し、
前記第３のセンサ素子から第３の中央センサ素子を選択し、
前記第４のセンサ素子から第４の中央センサ素子を選択し、
前記第３の中央センサ素子及び前記第４の中央センサ素子に基づいて前記第２の２次元センサに対応する、第２の光線を決定し、
前記第１の光線及び前記第２の光線に基づき、前記放射線源の前記位置を推定する、
ことを含む、方法。
【請求項１５】
前記放射線源の前記位置は、前記第１の光線及び前記第２の光線の間の最短線分上にあると推定する、ことを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記放射線源の前記位置は、前記最短線分の中点にあると推定する、ことを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
２次元センサであって、
検出領域に対向し、直線状に配列された複数の第１のセンサ素子を有する、第１の線形アレイセンサと、
前記検出領域に対向し、直線状に配列された複数の第２のセンサ素子を有する、第２の線形アレイセンサであって、前記第１の線形アレイセンサ及び前記第２の線形アレイセンサは、同じ直線状ではない、前記第２の線形アレイセンサと、
前記検出領域からの放射線が前記第１の線形アレイセンサ及び前記第２の線形アレイセンサに到達するのを遮るために、前記第１の線形アレイセンサ及び前記第２の線形アレイセンサと前記検出領域との間に配置された、開口プレートと、
前記検出領域からの放射線が前記第１のセンサ素子のいくつかに到達可能とするために、前記開口プレート内に形成された、第１の開口と、
前記検出領域からの放射線が前記第２のセンサ素子のいくつかに到達可能とするために、前記開口プレート内に形成された、第２の開口と、
前記第１の開口を通って、ある範囲の第１のセンサ素子に入射する放射線の強度に対応する第１の放射線強度信号を、前記第１の線形アレイセンサから受け取り、
第１の放射線強度信号に基づいて、前記第１のセンサ素子から第１の中央センサ素子を選択し、
前記第２の開口を通って、ある範囲の第２のセンサ素子に入射する放射線の強度に対応する第２の放射線強度信号を、前記第２の線形アレイセンサから受け取り、
第２の放射線強度信号に基づいて、前記第２のセンサ素子から第２の中央センサ素子を選択し、
前記第１の中央センサ素子及び第２の中央センサ素子に基づいて位置のセンサに対応する方向を推定する
ように、前記第１の線形アレイセンサに結合されたプロセッサと、
を含む、２次元センサ。
【請求項１８】
前記第１の線形アレイセンサ及び前記第２の線形アレイセンサは、直交して配列される、請求項１７に記載のセンサ。
【請求項１９】
前記第１のセンサ素子に到達する放射線をフィルタする、第１の光学フィルタと、
前記第２のセンサ素子に到達する放射線をフィルタする、第２の光学フィルタと、
をさらに含む、請求項１７〜請求項１８のいずれか一項に記載のセンサ。
【請求項２０】
前記第１のセンサ素子及び前記第２のセンサ素子は、前記検出領域内の放射線源により放射される放射線を感知し、
前記第１の光学フィルタ及び前記第２の光学フィルタは、前記放射線源により放射される放射線が前記第１の光学フィルタ及び前記第２の光学フィルタの各々に到達可能となるように選択される、請求項１９に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
説明される実施形態は、２次元又は３次元の放射線源の位置、又は放射線を遮る物体の位置を検出するための、システム、及び方法に関する。実施形態は、また、そのようなシステム及び方法で使用するための、センサに関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
本発明の一部の実施形態は、センサに対する物体の方向を推定するためのセンサを提供する。放射線源は、発生された又は反射された放射線を、センサに向かって放射する。センサは、開口プレートの背後に線形光学センサアレイを有する。センサアレイは、直線状に配列された複数のセンサ素子を有する。開口プレートは、システムが使用中のとき、放射線源からの放射線が、センサ素子のいくつかだけに到達可能とする、開口を有する。センサからの強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）信号が、放射線が入射するセンサ素子を識別するように構成されたプロセッサに結合される。中央センサ素子が、放射されたセンサ素子の中から選択され、センサに対する放射線源の方向を推定するために使用される。
【０００３】
別の実施形態は、１対のセンサアレイを備えるセンサを提供する。センサアレイは、同一直線上にあるのではなく、互いに直交して配列されてもよい。放射線源からの放射線は、開口プレート内のそれぞれの開口を通って、両方のセンサアレイに入射する。プロセッサは、各センサアレイから強度信号を受け取り、強度信号に基づき線を計算する。放射線源は、線上に、又は線の近くにある。
【０００４】
別の態様では、本発明は、３次元位置検出システムを提供する。一実施形態では、３つのセンサが、放射線源からの放射線を受け取る。プロセッサは、各センサに入射する放射線に基づき、３つの平面を計算する。放射線源は、３つの平面上に、又は３つの平面の近くにあり、平面の交点にあると推定される。一部の実施形態では、センサのうちの２つが互いに直交して配列される、２つのセンサアレイを有する単一のセンサに組み合わせられてもよい。
【０００５】
別の実施形態では、２つのセンサアレイをそれぞれ有する１対のセンサが、１対の線を推定するために使用される。放射線源が線のそれぞれの上に、又は線のそれぞれの近くにあり、２つの線間の最短線分の中点にあると推定される。
【０００６】
一態様は、検出領域内に配置された放射線源の方向を推定する方法を提供し、方法は、検出領域に対向し、直線状に配列された複数の第１のセンサ素子を有する、第１の線形アレイセンサと、検出領域に対向し、直線状に配列される複数の第２のセンサ素子を有する、第２の線形アレイセンサと、検出領域からの放射線が線形アレイセンサに到達するのを遮るために、線形アレイセンサと検出領域との間に配置された開口プレートと、検出領域からの放射線が第１のセンサ素子のいくつかに到達可能とするために、開口プレート内に形成された第１の開口と、検出領域からの放射線が第２のセンサ素子のいくつかに到達可能とするために、開口プレート内に形成された第２の開口と、を含む２次元放射線センサを提供し、第１の開口を通って第１のセンサ素子に入射した放射線に対応する第１の強度値を含む第１の強度信号を、第１の線形アレイセンサから受け取り、第２の開口を通って第２のセンサ素子に入射した放射線に対応する第２の強度値を含む第２の強度信号を、第２の線形アレイセンサから受け取り、第１及び第２の強度信号に基づき方向を決定する、ことを含む。
【０００７】
一部の実施形態では、第１の放射線強度信号は、第１の閾値を超える少なくとも１つの高い強度値を含み、第２の放射線強度信号は、第２の閾値を超える少なくとも１つの高い強度値を含み、方向は、第１及び第２の放射線強度信号の高い強度値に基づき決定される。
【０００８】
一部の実施形態では、第１の放射線強度信号は、第１の閾値を超える、ある範囲の高い強度値を含み、第２の放射線強度信号は、第２の閾値を超える、ある範囲の高い強度値を含み、方向を決定することは、第１の放射線強度信号のある範囲の高い強度値に基づき、第１の中央センサ素子を選択し、第２の放射線強度信号のある範囲の高い強度値に基づき、第２の中央センサ素子を選択し、第１及び第２の中央センサ素子に基づき、方向を決定する、ことを含む。
【０００９】
一部の実施形態では、第１及び第２の放射線強度信号は、アナログ信号であり、方向を決定することは、第１の放射線強度信号を対応する第１の最終放射線強度信号に変換し、第２の放射線強度信号を対応する第２の最終放射線強度信号に変換し、第１及び第２の最終放射線強度信号に基づき、方向を決定する、ことを含む。
【００１０】
一部の実施形態では、第１及び第２の放射線強度信号は、第１及び第２のセンサ素子のそれぞれに対応する高い値又は低い値を有する、デジタル信号であり、方向を決定することは、第１の放射線強度信号のある範囲の高い強度値に基づき、第１の中央センサ素子を選択し、第２の放射線強度信号のある範囲の高い強度値に基づき、第２の中央センサ素子を選択し、第１及び第２の中央センサ素子に基づき、方向を決定する、ことを含む。
【００１１】
一部の実施形態では、方法は、方向を決定する前に、不要な値を取り除くために、第１及び第２の放射線強度信号をフィルタにかける、ことを含む。
【００１２】
一部の実施形態では、方向を決定することは、第１の放射線強度信号に対応する第１の角度をルックアップテーブルで調べて、第２の放射線強度信号に対応する第２の角度をルックアップテーブルで調べる、ことを含む。
【００１３】
一部の実施形態では、方向を決定することは、第１の角度を計算し、第２の角度を計算する、ことを含む。
【００１４】
一部の実施形態では、第１及び第２の角度は、方向を決定するために組み合わせられる。
【００１５】
別の一態様は、３次元空間内の放射線源の位置を推定する方法を提供し、方法は、３次元空間に対応する第１の位置に２次元センサを配置し、３次元空間に対応する第２の位置に１次元センサを配置することであって、第１及び第２の位置のセンサは、ある距離だけ離間されており、２次元センサに対応する光線を決定し、１次元位置センサに対応する平面を決定し、放射線源の位置を平面と光線との交点にあると推定する、ことを含む。
【００１６】
別の態様は、３次元空間内の放射線源の位置を推定する方法を提供し、方法は、３次元空間に対応する第１の位置に、第１の１次元センサを配置し、３次元空間に対応する第２の位置に、第２の１次元センサを配置し、３次元空間に対応する第３の位置に、第３の１次元センサを配置し、第１の位置のセンサに対応する第１の平面を決定し、第２の位置のセンサに対応する第２の平面を決定し、第３の位置のセンサに対応する第３の平面を決定し、放射線源の位置を３つの平面の交点にあると推定する、ことを含む。
【００１７】
一部の実施形態では、第１、第２、及び第３の１次元センサのそれぞれは、線形アレイセンサを含み、第３の１次元センサの線形アレイセンサは、第１の１次元センサの線形アレイセンサに直交して配置される。
【００１８】
一部の実施形態では、第１及び第２の１次元センサの線形アレイセンサは、同一直線上に配置される。
【００１９】
別の態様は、３次元空間内の放射線源の位置を推定する方法を提供し、方法は、３次元空間に対応する第１の位置に、第１の２次元センサを配置し、３次元空間に対応する第２の位置に、第２の２次元センサを配置し、第１の２次元センサに対応する第１の光線を決定し、第２の２次元センサに対応する第２の光線を決定し、第１及び第２の光線に基づき放射線の位置を推定する、ことを含む。
【００２０】
一部の実施形態では、放射線源の位置は、第１及び第２の光線の間の最短線分上にあると推定される。
【００２１】
一部の実施形態では、放射線源の位置は、線分の中点にあると推定される。
【００２２】
別の態様は、検出領域に対向し、直線状に配列された複数の第１のセンサ素子を有する、第１の線形アレイセンサと、検出範囲に対向し、直線状に配列された複数の第２のセンサ素子を有する、第２の線形アレイセンサと、検出領域からの放射線が線形アレイセンサに到達するのを遮るために、線形アレイセンサと検出領域との間に配置された、開口プレートと、検出領域からの放射線が第１のセンサ素子のいくつかに到達可能とするために、開口プレート内に形成された第１の開口と、検出領域からの放射線が第２のセンサ素子のいくつかに到達可能とするために、開口プレート内に形成された第２の開口と、を含む、２次元センサを提供する。
【００２３】
一部の実施形態では、第１及び第２の線形アレイセンサは、直交して配列される。
【００２４】
一部の実施形態では、センサは、第１の開口を通って、ある範囲の第１のセンサ素子に入射した放射線の強度に対応する第１の放射線強度信号を、第１の線形アレイセンサから受け取り、第２の開口を通って、ある範囲の第２のセンサ素子に入射した放射線の強度に対応する第２の放射線強度信号を、第２の線形アレイセンサから受け取るための、第１の線形アレイセンサに結合されたプロセッサと、を含む。
【００２５】
一部の実施形態では、センサは、第１のセンサ素子に到達する放射線をフィルタする、第１の光学フィルタと、第２のセンサ素子に到達する放射線をフィルタする、第２の光学フィルタと、を含む。
【００２６】
一部の実施形態では、センサ素子は、検出領域内の放射線源により放射される放射線を感知し、光学フィルタは、放射線源により放射される放射線がセンサ素子に到達可能にするように選択される。
【００２７】
一部の実施形態では、プロセッサは、第１及び第２の放射線強度信号に応答して位置センサに対応する方向を推定するように構成される。
【００２８】
本発明のこれら及び別の態様が、本発明の一部の例示的実施形態の説明において、以下で説明される。
【００２９】
ここで、本発明のさまざまな実施形態が、図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るセンサを図示する。
【図２】図１のセンサの一部を切り取った正面図である。
【図３】図１のセンサの断面上面図である。
【図４】図１のセンサからの強度信号を図示する。
【図５】他の強度信号例を図示する。
【図６】他の強度信号例を図示する。
【図７】図４の信号に基づく最終強度信号を図示する。
【図８】放射線源の位置を推定するためのシステムを図示する。
【図９】本発明に係る第１のホワイトボードシステムを図示する。
【図１０】３次元位置検出システムを図示する。
【図１１】３次元位置検出システムを図示する。
【図１２】３次元位置検出システムを図示する。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図面は、例示的でしかなく、一定の縮尺では描かれていない。
【００３２】
ここで説明される例示的実施形態は、放射線源の位置、又は放射線を遮る物体の位置を決定するための、光学センサシステム及び方法に関する詳細を提供する。別の例示的実施形態は、ホワイトボード表面上のペン、又は他の物体の動きを追跡するための、ホワイトボードシステムの詳細を説明する。放射線源は、放射線源により発生される放射線を放射してもよい、又は他の放射線源からの放射線を反射してもよい。放射線は、可視光スペクトル内、又は他のスペクトル、例えば紫外スペクトル又は赤外スペクトル内であってもよい。本明細書で説明される実施形態は例示的でしかなく、光学センサの別の実施態様及び構成も可能である。
【００３３】
まず、位置センサ１００及び放射線源１１０を図示する図１、図２、及び図３が参照される。放射線源１１０は、センサ１００に入射する放射線１１２を放射する。本明細書では、放射線源が他の放射線源により生み出された放射線を単に反射するか、放射線源が放射線を発生させ、次に、その放射線が放射線源から離れて伝播するかどうかにかかわらず、放射線を放射するものとして放射線源が説明される。一部の実施形態では、放射線源１１０は、最初に他の放射線源によって発生された放射線を反射する、受動発生源であってもよい。例えば、放射線源は、放射線をセンサ１００に向かって単に反射する反射源であってもよい。一部の実施形態では、放射線源１１０は、能動発生源、例えばＬＥＤ、白熱電球、又は他の発生源であってもよい。
【００３４】
センサ１００は、線形センサアレイ１１４、開口プレート１１８、及びプロセッサ１２０を含む。線形センサアレイ１１４は、センサ支持物１２８上に搭載され、センサ支持物１２８は、さらにベースプレート１２６上に搭載される。開口プレート１１８もまた、ベースプレート１２６上に搭載される。
【００３５】
センサアレイ１１４は、直線状に配列された複数のセンサ素子１１６を有する。センサ素子１１６のそれぞれは、検出領域１１１内に配置された放射線源１１０により放射された放射線を感知する。例えば、センサアレイ１１４は、放射線源１１０により放射される可視放射線又は赤外放射線を感知する、線形ＣＭＯＳセンサであってもよい。センサアレイ１１４は、プロセッサ１２０に結合される。センサアレイ１１４は、強度信号１２２（図３）をプロセッサ１２０に提供する。
【００３６】
開口プレート１１８は、放射線源１１０により放射される放射線がセンサ素子１１６のいくつかだけに入射するように、開口プレート１１８内に形成された開口１２４を有する。この実施形態では、開口１２４は、放射線源１１０をｚ次元内において動かした場合においても、開口１２４を通ってセンサ１００の上に放射線が放射されることを可能にするスリットである。別の実施形態では、開口は、孔であってもよい、又は他の形状を有してもよい。一部の実施形態では、開口の形状（サイズを含む）は、センサ素子１１６の感度、形状、及び間隔に基づき選択されてもよい。
【００３７】
検出領域１１１は、放射線源１１０が開口１２４を通って検出素子１１６に入射する放射線を放射することができる、ある範囲の空間である。センサ素子１１６は、一般に検出領域１１１の平面に平行に配列される。放射線源１１０は、センサ１００に対して検出領域１１１内をｘ又はｙ次元に動き、放射線源１１０により放射された放射線が開口１２４を通過し、異なるセンサ素子１１６に入射する。
【００３８】
一部の実施形態では、センサアレイ１１４に入射する放射線の周波数帯を制限するために、光学フィルタが使用されてもよい。図２及び図３を参照すると、センサ素子１１６に到達する外来放射線の量を低減するために、（図２に示されるように）開口１２４の前に、又は開口１２４とセンサアレイ１１４との間に、光学フィルタが配置されてもよい。例えば、フィルタは、放射線源１１０により放射された放射線に対応する周波数範囲内の放射線だけが、センサ素子１１６に到達可能となるようにしてもよい。一部の実施形態では、光学ノッチフィルタが、望ましくない放射線がセンサ素子１１６に到達するのを遮るために使用されてもよい。光学フィルタの使用は、例えば強度信号のＳＮ比を増大させることで、センサ１００の動作を改善できる。
【００３９】
図４は、強度信号１２２の一例を図示する。強度信号１２２は、センサアレイ１１４により提供されるアナログ信号である。強度信号１２２は、一般に、放射線源１１０からの放射線がほとんど入射しない、又はまったく入射しない大部分のセンサ素子１１６に対応する低い強度レベルを有する。強度信号１２２は、放射線源１１０からの放射線が入射するセンサ素子１１６に対応する比較的高い強度レベルを有する。
【００４０】
さまざまな実施形態では、センサ素子１１６及び開口１２４の寸法及び間隔は、１つ、又は少しのセンサ素子１１６が、入射する放射線源１１０からの放射線を有するようなものであってもよい。別の実施形態では、開口１２４は、放射線源１１０からの放射線が多数のセンサ素子に入射するように形作られてもよい。
【００４１】
さまざまな実施形態では、強度信号１２２は、アナログ信号でも、デジタル信号（又は両方の組み合わせ）であってもよい。強度信号がデジタル信号である実施形態では、特定のアレイ素子に対応する強度信号が、２つ以上の値を有してもよい。例えば、図５は、強度レベルが、各センサ素子に入射する放射線が閾値未満か、閾値を超えるかどうかに応じて、ハイレベル又はローレベルとなる強度信号１２２を図示する。別の実施形態では、各センサ素子に入射する放射線の強度は、ある範囲の値以内の強度レベルであるとして報告されてもよい。例えば、図６は、各センサ素子に、低い値と高い値との間の強度レベルが提供された場合の強度信号を図示する。各センサ素子に強度レベルを報告するために８ビットが提供された場合、低い値は０であってもよく、高い値は２５５であってもよい。
【００４２】
再び図４を参照すると、この実施形態では、強度信号１２２は、プロセッサ１２０により最終（ｆｉｎａｌ）強度信号１３６に変換される、未加工（ｒａｗ）強度信号である。この実施形態では、プロセッサ１２０は、以下の方法でそうするように構成される。プロセッサ１２０はまず、放射線のバックグラウンドレベルと、放射線源１１０により放射される放射線のより高いレベルとの間を識別するための閾値を、推定する。これは、例えば、最も共通する強度レベル（モーダル値（ｍｏｄａｌ  ｖａｌｕｅ））を識別し、閾値をモーダル強度レベルと未加工強度信号のピークレベルとの間のレベルに設定することにより行われてもよい。未加工強度信号１２２は、バイモダーダル信号（ｂｉｍｏｄａｌ  ｓｉｇｎａｌ）でもよく、閾値は、２つのモーダル値の間のレベルに設定されてもよい。別の実施形態では、これは典型的には、バックグラウンド放射線レベルと、放射線源１１０により放射される放射線のレベルとの間である平均強度レベル（平均値を計算することにより行われてもよい。別の実施形態では、閾値レベルは、他の方法で選択されてもよい。この例では、閾値レベル１３４は、以下のように計算される。
閾値レベル１３４＝（ピーク強度レベル−平均強度レベル）＊３０％＋平均強度レベル
【００４３】
図４及び図７を参照すると、最終強度信号１３６は、未加工強度信号において閾値１３４を超える強度レベルを有したセンサ素子においては、高い強度を有し、未加工強度信号において、閾値、又は閾値未満の強度レベルを有したセンサ素子においては、低い強度レベルを有する。
【００４４】
典型的には、最終強度信号１３６は、開口プレート１１８を通って放射線源１１０からの放射線が入射するセンサ素子において、高いレベルにある、ある範囲の強度レベルを有する。この実施形態では、次に、プロセッサは、最終強度信号１３６が高いレベルを有する範囲のセンサ素子の真ん中において、中央センサ素子を識別する。図４及び図７の例では、センサアレイは、４０９６のセンサ素子を有し、センサ素子２８８３から２９０５までの強度レベルは、最終強度信号１３６において高い。センサ素子２８９４は、図３で示されるように、中央素子である。
【００４５】
一部の実施形態では、中央素子は、未加工強度信号から直接計算されてもよい。最終強度信号１３６から中央素子を選択するための工程はまた、図５に図示されるように、２つの値だけを有するデジタル強度信号から、中央素子を直接計算するために使用されてもよい。別の実施形態では、中央素子は、他の方法で計算されてもよい。例えば、センサが、図４及び図６に示されるように、ある範囲の強度レベルが提供される場合、プロセッサは、最大センサ強度レベルを有するセンサ素子を選択するように構成されてもよい。一部の実施形態では、プロセッサは、不要な値を取り除くために未加工強度信号、又は最終強度信号をフィルタしてもよい。例えば、強度信号は、低い強度レベルにより囲まれた、１つ又は少数のセンサ素子における高い強度レベルを取り除くために、フィルタされてもよい。開口プレート、及びセンサアレイ１１８の配置（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）は、放射線源１１０からの放射線が、センサ素子のグループを放射するように配列されてもよい。放射線源により放射されるべきよりも、少ない素子の小さなグループが高い強度レベルを有し、かつ低い強度レベルを有するセンサ素子により囲まれている場合、素子のグループは、低い強度レベルを有するものとして扱われてもよい。
【００４６】
再び図１を参照すると、センサ１００は、ｘ−ｙ平面に対して所定の角度で配置される。この実施形態では、センサ１００は、ｘ及びｙ次元に対して４５°の角度で配置される。プロセッサ１２０は、強度信号１２２を受け取り、放射線源１１０からの放射線がセンサ１００に入射する角度θ（図１）を決定する。
【００４７】
プロセッサ１２０は、中央センサ素子に基づき角度θを決定する。これは、さまざまな幾何学的技法又は計算技法、あるいは技法の組み合わせを使用して行われてもよい。
【００４８】
幾何学的技法が図３に図示されている。プロセッサ１２０は、典型的にはセンサ１００の寸法（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）の範囲内にある、基準点に対する角度θを決定する。一部の実施形態では、基準点は、センサ１００の寸法の外側にあってもよい。この実施形態では、角度θは、開口１２４の中央にある基準点１３０に対して決定される。センサアレイは、基準点１３０のすぐ後がセンサアレイの中央１４０となるように、開口プレートから距離ｈに配置される。中央センサ素子２８９４は、センサアレイの中央１４０から距離ｄの間隔を置いて配置される。角度θは、以下のように計算されることができる。
∠θ＝∠α＋∠β
＝ｔａｎ−１（ｄ／ｈ）＋４５°
【００４９】
一部の実施形態では、ルックアップテーブルが角度θを決定するために使用されてもよい。角度θは、センサアレイ１１４内のあらゆるセンサ素子１１６に対して前もって計算されてもよく、結果は、プロセッサ１２０にアクセスできるルックアップテーブル内に記憶されてもよい。このとき、中央素子が識別された後に、プロセッサ１２０は、角度θを調べてもよい。
【００５０】
集合的に、基準点１３０及び角度θは、放射線源１１０がセンサ１００に対して配置される光線（ｒａｙ）１３２を明確（ｄｅｆｉｎｅ）にする。
【００５１】
次に、ｘ−ｙ平面に対する放射線源２１０の位置を推定するためのシステム２００を図示する図８が参照される。システム２００は、センサ１００に類似する１対のセンサ２０２及び２０４を含む。センサ２０２は、基準点２３０を有する。光線２３２は、基準点２３０を通過し、ｙ次元から角度θの所にある。センサ２０４は、基準点２３６を有する。光線２４６が基準点２３６を通過し、ｙ次元に対して角度φの所にある。放射線源２１０は、光線２３２と２４６との交点にある。センサ２０２及び２０４は、それぞれのセンサアレイ２１４及び２４８が強度信号をプロセッサ２２０に提供するように、プロセッサ２２０を共用してもよい。プロセッサ２２０は、光線１３２及び図３に関連して上記で説明された方法で、光線２３２及び２４６を計算する。プロセッサ２２０は、上記で説明された、ルックアップテーブル技法を含む任意の方法で光線を計算してもよい。
【００５２】
光線２３２及び２４６は、ｘ−ｙ平面上にある。プロセッサ２２０は、光線２３２及び２４６が交差する交点２５０を計算する。交点２５０は、放射線源２１０の位置の推定値である。
【００５３】
基準点２３６は、ｘ−ｙ平面の原点に配置され、点（０，０）にある。基準点２３６及び２３０は、基準点２３０が点（ｄ，０）にあるように、ｘ次元において距離ｄだけ分離される。プロセッサ２２０は、上記で説明されるように角度θ及びφを計算する。放射線源３１０は、点（ｘｐ，ｙｐ）に配置される。放射線源２１０の推定される位置は、以下のように計算される。
【数１】
0005648050.tif 000002
【００５４】
プロセッサ２２０は、放射線源２１０の位置を反復して推定するように構成されてもよい。放射線源が方々に動かされた場合、放射線源の推定された位置は記録され、放射線源の動きの記録が提供される。任意で、プロセッサ２２０は、プロセッサに結合される機器に、最新のもの又は記録されたもの（又は両方）を提供してもよい。
【００５５】
次に、２次元位置センサを図示する図９が参照される。センサ３００は、放射線源３１０により放射される放射線を検出するセンサ素子３１６ｈ及び３１６ｖを有する、それぞれ線形アレイセンサである２つのセンサアレイ３１４ｈ及び３１４ｖを有する。各センサアレイ３１４ｈ、３１４ｖは、開口プレート３１８の背後に配置される。放射線源３１０は、センサ３００からｚ次元に間隔を置いて配置された３次元検出領域３１１内に配置される。開口プレート３１８は、開口プレート３１８内に形成され、かつ放射線源３１０からの放射線が、センサ素子３１６ｈのいくつかだけに入射するように、センサアレイ３１４ｈの中央に位置された開口３２４ｈを有する。同様に、開口プレート３１８は、放射線源３１０からの放射線が、センサ素子３１６ｖのいくつかだけに入射するように、センサアレイ３１４ｖの中央に位置された開口３２４ｖを有する。この実施形態では、開口３２４ｈ、３２４ｖは円形である。
【００５６】
センサアレイ３１６ｈ及び３１６ｖは、直交して配列される。センサ素子３１６ｈは、放射線源３１０がｙ及びｚ次元に動くとき、開口３２４ｈを通過する放射線が、センサ素子３１６ｈに入射したままとなるように垂直に（ｙ次元に）伸びる（ｚ次元は図９の平面と直角を成す）。同様に、センサ素子３１６ｖは、放射線源３１０がｘ及びｚ次元に動くとき、放射線源３１０からの放射線がセンサ素子３１６ｖに入射したままとなるようにｘ次元に伸びる。
【００５７】
センサアレイ３１４ｈ、３１４ｖは、それぞれ強度信号３２２ｈ、３２２ｖをプロセッサ３２０に提供する。
【００５８】
プロセッサ３２０は、強度信号１２２（図４及び図７）に関連して、上記で説明されたように、強度信号３２２ｈに基づき中央センサ素子３１６ｈｃを識別する。プロセッサ３２０は、基準点３３０ｈ及び中央センサ素子３１６ｈｃに基づき、平面３３２ｈを計算する。基準点３３０ｈは、開口３２４ｈの中央にある。平面３３２ｈは、ｙ軸に平行であり、中央センサ素子３１６ｈ及び基準点２３０ｈを通過する。平面３３２ｈはｚ軸から角度θの所にある。平面３３２ｈは、上記で説明されるように、幾何学的技法又は計算技法を使用して計算されてもよい。
【００５９】
プロセッサ３２０は、また、強度信号３２２ｖに基づき中央センサ素子３１６ｈｖを識別する。プロセッサ３２０は、基準点３３０ｖ及び中央センサ素子３１６ｈｖに基づき、平面３３２ｖを計算する。基準点３３０ｖは、開口３２４ｖの中央にある。平面３３２ｖは、ｘ軸に平行であり、中央センサ素子３１６ｈｖ及び基準点３３０ｖを通過する。平面３３２ｖは、ｙ軸から角度αの所にある。
【００６０】
次に、プロセッサ３２０は、平面３３２ｖと３３２ｈとの間の交線３５２を計算する。放射線源３１０は、交線３５２の線の上又はその近くにある。
【００６１】
次に、２次元センサ３００と１次元センサ１００とを組み合わせることにより、３次元空間内の放射線源３１０の位置を推定するための、位置検出システム３０１を図示する、図１０が参照される。この実施形態では、センサ１００のセンサアレイ１１４は、プロセッサ１２０（図１）の代わりに、プロセッサ３２０に結合される。センサ１００及び３００は、公知の距離ｄだけ離間される。センサ３００は、上記で説明されるように、線３５２を推定するために使用される。放射線源３１０からの放射線は、また、センサ１００に入射する。プロセッサ３２０は、センサアレイ１１４から強度信号を受け取り、上記で説明されるように、中央センサ素子１１６を識別する。プロセッサ３２０は、ｙ軸に平行であり、かつ中央センサ素子１１６（図３）、及びセンサ１００の基準点１３０（図３）を通過する平面３５８を計算する。プロセッサ３２０は、平面３５８と線３５２との交点３６０を計算し、交点は、３次元空間内の放射線源３１０の位置の推定値である。
【００６２】
図１０の実施形態は、３次元内の放射線源の位置を推定する３つのセンサ（単一のプロセッサを共用してもよい）の使用の一例である３、次元位置検出システム３０１を図示する。より一般的には、３つのセンサ、例えばセンサ１００は、それぞれのセンサへの放射線源からの放射線の入射に基づき、３つの平面を計算するために使用されてもよい。プロセッサは、３つの平面の交点を計算する。放射線源は、交点にあると推定される。
【００６３】
放射線源の推定された位置の精度は、３つのセンサの向きにより影響を及ぼされ得る。例えば、センサの２つの線形センサアレイが同一直線上にある、又はほとんど同一直線上にある場合、プロセッサにより計算される平面の２つは、平行になる、又は平行になり得る、あるいは放射線源の近くで交差しないことがあり得る。３つの線形センサは、好ましくは、３つの線形センサのそれぞれのセンサアレイが同一直線上にないように配置される。
【００６４】
一部の実施形態では、センサアレイの２つが平行であってもよいが、第３のセンサアレイは、平行なセンサアレイと直交する。図１１は、３次元位置検出システム４００を図示する。１次元センサ４０２、４０４、及び４０６がプロセッサ４２０を共用する。センサ４０２及び４０４は、同一直線上にあり、ｘ軸に平行である。センサ４０６は、ｙ軸に平行である。放射線源４１０からの放射線は、３つのセンサすべてに入射する。プロセッサは、センサ４０２、４０４、及び４０６それぞれから受信される強度信号に基づき平面４６２、４６４、及び４６６を計算する。平面４６２及び４６４は、線４６８で交差する。平面４６６は、点４７０で平面４６２及び４６４と交差し、点４７０は、放射線源４１０の位置の推定値である。
【００６５】
別の３次元位置検出システム５００を図示する図１２が参照される。システム５００は、センサ３００（図９）に類似する２つのセンサ５０２及び５０４を有する。各センサは（センサ３００に関連して上記で説明されるように）２つのセンサアレイを有し、センサアレイのそれぞれが、プロセッサ５２０に結合される。プロセッサ５２０は、センサ３００に関連して上記で説明された方法で、センサ５０２から受信される強度信号に基づき線５５２を計算し、センサ５０２から受信される強度信号に基づき線５７０を計算する。放射線源５１０は、線５５２及び５７０のそれぞれの上に、又はその近くにある。この実施形態では、プロセッサ５２０は、線５５２と５７０との間の最短線分５７２を計算する。放射線源５１０は、線５７２の中点５７４にあると推定される。
【００６６】
本発明が本明細書ではほんの一例として説明された。本発明の精神及び範囲を逸脱することなくさまざまな修正及び変形がこれらの例示的実施形態に対して行われてもよい。
【図１】
0005648050.tif 000003
【図２】
0005648050.tif 000004
【図３】
0005648050.tif 000005
【図４】
0005648050.tif 000006
【図５】
0005648050.tif 000007
【図６】
0005648050.tif 000008
【図７】
0005648050.tif 000009
【図８】
0005648050.tif 000010
【図９】
0005648050.tif 000011
【図１０】
0005648050.tif 000012
【図１１】
0005648050.tif 000013
【図１２】
0005648050.tif 000014