(57)【要約】【課題】  簡単な構造で傾斜角および回転角が調節されて測定対象物体の位置を容易に把握できる３次元位置測定センサーを提供する。【解決手段】  固定軸２２を中心として独立的に回転可能な第１回転板２４ａおよび第２回転板２４ｂと、前記第２回転板中心部の固定軸内に形成されたカメラ３２と、前記第１回転板上に固設されたミラー支持部により支持され、前記カメラの上方に形成されたミラー部３１と、前記第１回転板上に固設された光源支持部により支持され、前記ミラー部と前記第２回転板との間に形成された１つ以上の光源３３ａ、３３ｂと、前記第２回転板上に形成されたマーク支持部により支持され、前記ミラー部と前記第２回転板との間に形成されたマーク部３４と、前記第２回転板の外周面に形成され、前記ミラー部の傾斜角を変更させるギア部２７と、を含む３次元位置測定センサー。【選択図】      図２Ａ
2005148071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元位置測定センサーにおいて、
固定軸を中心として独立的に回転可能な第１回転板および第２回転板と、
前記第２回転板中心部の固定軸内に形成されたカメラと、
前記第１回転板上に固設されたミラー支持部により支持され、前記カメラの上方に形成されたミラー部と、
前記第１回転板上に固設された光源支持部により支持され、前記ミラー部と前記第２回転板との間に形成された１つ以上の光源と、
前記第２回転板上に形成されたマーク支持部により支持され、前記ミラー部と前記第２回転板との間に形成されたマーク部と、
前記第２回転板の外周面に形成され、前記ミラー部の傾斜角を変更させるギア部と、を含むことを特徴とする３次元位置測定センサー。
【請求項２】
前記第１回転板および前記第２回転板は、前記固定軸と軸受ギアとにより連結されて独立的に回転することを特徴とする請求項１に記載の３次元位置測定センサー。
【請求項３】
前記第１回転板および前記第２回転板はそれぞれ第１モーターおよび第２モーターの動力伝達部と噛合して、前記第１モーターおよび前記第２モーターの駆動により回転することを特徴とする請求項２に記載の３次元位置測定センサー。
【請求項４】
前記固定軸の一端部に形成され、前記第１モーターが設置された第１固定板と、
前記第１回転板と前記第２回転板との間に形成され、前記第２モーターが設置された第２固定板と、をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の３次元位置測定センサー。
【請求項５】
前記第１回転板および前記第２回転板は、前記固定軸との連結部位に設置された、コイル、磁石および軸受を含むスピンドルモーターにより独立的に回転することを特徴とする請求項２に記載の３次元位置測定センサー。
【請求項６】
前記ミラー支持部は、
前記第１回転板の上部の両側部で垂直方向に固設された２個のミラー支持台と、
前記２個のミラー支持台と軸受により回動可能に連結されて、前記ミラー部を水平方向に支持するミラー回転軸と、
前記ミラー回転軸に形成され、前記ギア部と噛合して、前記ギア部の回転により前記ミラー回転軸を回転させて前記ミラー部の傾斜角を変化させるミラー回転体と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元位置測定センサー。
【請求項７】
前記光源支持部は、
前記第１回転板上の一側部で垂直方向に固設された光源支持台と、
前記光源支持台の端部と連結されて前記ミラー部と前記第２回転板との間に水平方向に延設された光源支持板と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元位置測定センサー。
【請求項８】
前記光源は、
前記ミラー部と前記第２回転板との間の光源支持板上に形成されたことを特徴とする請求項７に記載の３次元位置測定センサー。
【請求項９】
前記マーク支持部は、
前記第２回転板上の一側部で垂直方向に固設されたマーク支持台と、
前記マーク支持台の端部と連結されて、前記ミラー部と前記第２回転板との間に延設されたマーク支持板と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元位置測定センサー。
【請求項１０】
前記マーク部は前記マーク支持板の端部に形成されたことを特徴とする請求項９に記載の３次元位置測定センサー。
【請求項１１】
前記ギア部は前記第２回転板の外周面の一部に形成されたクラウンギアであることを特徴とする請求項１に記載の３次元位置測定センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元位置測定センサーおよびその測定方法に係り、より詳細には、簡単な構造で測定対象の位置およびセンサーから測定対象までの距離を容易に測定できる３次元位置測定センサーおよびその測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基準位置を設定し、測定対象物体の方位および測定対象物体までの距離で表現されるその測定対象物体の位置を測定するためのさまざまな装置および方法が開発されてきた。その多くは最も基本的な３角法原理に基づいて、その測定装置を具現したものであって、それぞれの長所と短所がある。最近、家庭用移動ロボットや高速化されたモバイル装置の開発に伴い、このような位置測定装置特に位置測定の結果が即座に得られるシステムの重要性が高まっている。
【０００３】
基準位置（すなわち位置測定センサー）からの測定対象物体の位置は、３つの変数により表現することができる。これを図１を参照して説明する。位置測定センサーを基準点Ｏとすれば、測定対象物体Ａは、ｘｙ平面でｘ軸を基準とした方位角Φと、ｘｙ平面を基準としてｚ軸方向への傾斜を示した傾斜角Ψとの２つの変数で対象物体Ａの方向を表現することができる。さらに、第３の変数として基準点Ｏから測定対象物体Ａまでの距離ｒを決定すれば、測定対象物体Ａの座標を示すことができる。このような位置変数（Φ、Ψおよびｒ）はそれぞれ別個独立に、または全て一緒に変わることがあり、その正確な情報を得ることは多様な分野において極めて重要な問題となっている。
【０００４】
従来の位置測定装置とそれに付随する装置を説明すれば、次のようである。従来の位置測定装置を２種に大別すれば、第１に、距離測定器またはカメラが直接上下左右に回転しながら測定する方式と、第２に、鏡により反射されたビームを利用して測定する方式と、がある。
【０００５】
前記第１の方式を利用した装置は、距離測定器またはカメラを直接駆動させなければならないので、比較的大きな動力を生成する駆動部を必要とし、移動する対象物体の位置を測定する時に高速回転させるのが困難であった。具体的例として、次のような技術が公知である。特許文献１（Canon社による米国意匠特許、２００２年）は、距離測定器またはカメラの傾斜角および方位角の制御軸に駆動器が直接付いており、方位角および傾斜角測定のための駆動が独立的に行われる。しかし、このような形態のカメラは一般に無限回転（３６０°を超えた回転動作）が難しいという短所がある。特許文献２は、方位角および傾斜角が独立的に制御され、スリップリングにより方位角が無限回転可能とされている。しかし、スリップリングを利用してアナログ信号を伝達する場合、信号の歪曲が発生するという問題がある。特許文献３では、方位角と傾斜角を１つのモーターを利用して制御する構造を開示しているが、方位角と傾斜角を任意の位置に制御できないという問題がある。
【０００６】
前記第２の方式を利用した装置は、鏡を駆動して測定対象物体の方向（方位角および傾斜角）および距離を測定するものであって、駆動される部分が小さいので、移動する測定対象物体の位置を測定するのに比較的容易な形態である。具体的に、例えば、特許文献４は、２つのモーターで方位角および傾斜角を独立的に制御できる位置測定装置を開示するものである。しかし、特殊なチェーンを使用しなければならないので、小型化が困難である。
【０００７】
このような従来技術による位置測定センサーの問題点を整理すれば、次のようである。
【０００８】
第１に、方位角および傾斜角などの方向角を測定するための装置が装着されるプラットホームの限界により、方向角、すなわち回転角が０°〜３６０°の範囲でのみ変化し、それ以上の回転をする移動物体の位置測定には無理がある。
【０００９】
第２に、方位角と傾斜角が相互に従属しており、独立に設定できない状態で測定しなければならない装置では任意の方向にある測定対象物体までの距離を正確に測定できないという問題がある。
【００１０】
第３に、３６０°すべての方向の領域を可視圏に置くために全方向鏡を使用するシステムの場合、このような全方向画面がカメラに投影されるので、カメラが処理しなければならない領域が広くなり、結果として撮像した画像の解像度が低くなるという問題がある。
【特許文献１】米国意匠特許第Ｄ４７４４８９号図面およびその説明
【特許文献２】米国特許第６,４７９,８１３号明細書
【特許文献３】米国特許第４,８８６,３３０号明細書
【特許文献４】米国特許第４,９４５,４５９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明では従来技術の問題点を解決するために、方位角および傾斜角などの方向角を測定するための装置を独立的に調節でき、高速で移動する物体に対して距離を容易に測定できる３次元位置測定センサーおよびその測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では前記目的を解決するために、３次元位置測定センサーにおいて、固定軸を中心として独立的に回転可能な第１回転板および第２回転板と、前記第２回転板の中心部の固定軸内に形成されたカメラと、前記第１回転板上に固設されたミラー支持部により支持されて、前記カメラの上方に形成されたミラー部と、前記第１回転板上に固設された光源支持部により支持され、前記ミラー部と前記第２回転板との間に形成された１つ以上の光源と、前記第２回転板上に形成されたマーク支持部により支持され、前記ミラー部と前記第２回転板との間に形成されたマーク部と、前記第２回転板の外周面に形成され、前記ミラー部の傾斜角を変更させるギア部と、を含む３次元位置測定センサーを提供する。
【００１３】
本発明において、好ましくは、前記第１回転板および前記第２回転板は前記固定軸と軸受ギアにより連結されて独立的に回転することを特徴とする。
【００１４】
本発明において、好ましくは、前記第１回転板および前記第２回転板はそれぞれ第１モーターおよび第２モーターの動力伝達部と噛合して、前記第１モーターおよび前記第２モーターの駆動により回転することを特徴とする。
【００１５】
本発明において、好ましくは、前記固定軸の一端部に形成され、前記第１モーターが設置された第１固定板と、前記第１回転板と前記第２回転板との間に形成され、前記第２モーターが設置された第２固定板と、をさらに含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明において、好ましくは、前記第１回転板および前記第２回転板は前記固定軸との連結部位に設置された、コイル、磁石および軸受を含むスピンドルモーターにより独立的に回転することを特徴とする。
【００１７】
本発明において、好ましくは、前記ミラー支持部は前記第１回転板の上部の両側部で垂直方向に固設された２個のミラー支持台と、前記２個のミラー支持台と軸受により回動可能に連結されて、前記ミラー部を水平方向に支持するミラー回転軸と、前記ミラー回転軸に形成され、前記ギア部と噛合して前記ギア部の回転により前記ミラー回転軸を回転させて、前記ミラー部の傾斜角を変化させるミラー回転体と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明において、好ましくは、前記光源支持部は前記第１回転板上の一側部で垂直方向に固設された光源支持台と、前記光源支持台の端部と連結されて前記ミラー部と前記第２回転板との間に水平方向に延設された光源支持板と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明において、好ましくは、前記光源は前記ミラー部と前記第２回転板との間の光源支持板上に形成されたことを特徴とする。
【００２０】
本発明において、好ましくは、前記マーク支持部は前記第２回転板上の一側部で垂直方向に固設されたマーク支持台と、前記マーク支持台の端部と連結されて、前記ミラー部と前記第２回転板との間に延設されたマーク支持板と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明において、好ましくは、前記マーク部は前記マーク支持板の端部に形成されたことを特徴とする。
【００２２】
本発明において、好ましくは、前記ギア部は前記第２回転板の外周面の一部に形成されたクラウンギアであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、比較的簡単な構造を有する３次元位置測定センサーによって、方位角および回転角が独立的に調節可能であり、測定対象物体の位置を容易に検出できる。また、本発明による３次元位置測定センサーを移動装置（すなわち家庭用ロボットまたは交通手段など）に装着して相対的な測定対象物体の座標値を容易に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明による３次元位置測定センサーについてより詳細に説明する。
【００２５】
図２Ａは、本発明による３次元位置測定センサーの一実施例（第１実施例）を示す斜視図である。図２Ｂは、本発明による３次元位置測定センサーの第２実施例を示す斜視図であり、図２Ｃおよび図２Ｄは、図２Ｂの正面図および側面図である。本発明による３次元位置測定センサーは、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、位置測定対象物体に光を照射してその対象物体の表面から反射された映像を測定する測定部および前記測定部を駆動する駆動部に分けられる。前記測定部は、対象物体に光を照射する２つの光源（第１光源３３ａおよび第２光源３３ｂ）と、光を対象物体方向に反射させるミラー部３１と、対象物体から反射されてミラー部３１に映る映像を撮像するカメラ３２と、を含む。そして、前記駆動部は、ミラー部３１を支持するミラー支持部（ミラー支持台２５など）と、第１光源および第２光源をそれぞれ支持する第１光源支持部２９ａおよび第２光源支持部２９ｂと、前記光源３３ａ、３３ｂ、ミラー部３１などを対象物体方向に向くように水平方向回転させる第１回転板２４ａおよび第２回転板２４ｂと、を含む。また、前記ミラー支持部は、前記第１回転板２４ａの上部の両側部で垂直方向に固設された一対のミラー支持台２５のほかに、前記一対のミラー支持台２５と軸受により回動可能に連結されて、前記ミラー部を水平方向に支持するミラー回転軸２６ａと、前記ミラー回転軸２６ａ上に形成され、前記ミラー回転軸２６ａを回転させて前記ミラー部の傾斜角を変化させるミラー回転体２６ｂと、を含む。
【００２６】
図２Ａないし図２Ｄを参照して、本発明による位置測定センサーの駆動部について説明する。固定軸２２を中心として独立的に回転可能な第１回転板２４ａおよび第２回転板２４ｂが形成されている。第１回転板２４ａおよび第２回転板２４ｂは固定軸２２と軸受で連結されており、それぞれ別途の駆動源を有している。
【００２７】
第１回転板２４ａは第２回転板２４ｂより広い面積を有している。第１回転板２４ａ上面にはミラー部３１を支持するためのミラー支持部（２５、２６ａ）が形成されている。ミラー支持部（２５、２６ａ）には、第１回転板２４ａ上面の両側の対向する側部（周縁部）に形成され、固定軸２２と平行した垂直方向に形成された２つのミラー支持台２５と、２つのミラー支持台２５の端部と連結されて、ミラー部３１を支持するミラー回転軸２６ａと、が含まれる。ここで、ミラー支持台２５は第１回転板２４ａの上部側面で垂直方向に形成され、第２回転板２４ｂの上方に延びている。したがって、ミラー回転軸２６ａにより支持されるミラー部３１は第２回転板２４ｂから所定間隔をおいて上方に懸架されている構造となる。
【００２８】
第１回転板２４ａの上面周縁部のミラー支持台２５が形成されていない部位には本発明による３次元位置測定センサーの光源３３ａおよび３３ｂを支持する光源支持部２９ａおよび２９ｂが固定されている。本発明による３次元位置測定センサーの光源は１つ以上を使用でき、ここでは光源が２つである場合を仮定する。光源支持部２９ａおよび２９ｂは第１回転板２４ａ上面の一側部に垂直方向に形成された光源支持台と、光源支持台の端部と連結され、第２回転板２４ｂとミラー部３１との間に延びて水平方向に形成された光源支持板とを含む。光源支持台はミラー支持台２５より長さを短くしつつも第２回転板２４ｂと第１回転板２４ａの間隔よりは長く形成することで、光源支持板を第２回転板２４ｂとミラー部３１との間に挿入させて配置する。
【００２９】
第２回転板２４ｂ上面の一側部（周縁部）にはマーク支持部２８が形成されている。マーク支持部２８は、光源支持部２９ａおよび２９ｂと同様に、垂直方向に形成されたマーク支持軸と、マーク支持軸の端部から水平方向にミラー部３１および第２回転板２４ｂ間に延びているマーク支持板とを含んで形成される。マーク支持板は第２回転板２４ｂ上面の周辺部から径方向に中心に向かって延びて形成されるが、第２回転板２４ｂの中心部に及ばない長さで形成される。すなわち、ミラー部３１の下方に位置するが、光源３３ａ、３３ｂの光源支持板の長さより短く形成れているので、図２Ｄの側面図に示すように、ミラー部３１が回転してもぶつからないようその一部分にのみ重ならせた。
【００３０】
第２回転板２４ｂの上面の一側部にはギア部２７が形成されている。ギア部２７は前記ミラー部３１の傾斜角を調節するためのものであって、ミラー回転軸２６ａの端部（片方のミラー支持部２５近傍）に形成されたミラー回転体２６ｂを回転させることによって、ミラー回転軸２６ａを介してミラー部３１を回転させる。この時、ギア部２７とミラー回転体２６ｂは相互に噛合して動力を伝達するものである。本実施例では、ギア部２７は、第２回転板２４ｂの外周面にクラウンギア状に形成されたものとしている。
【００３１】
ここで、第１回転板２４ａおよび第２回転板２４ｂは独立的に回転可能であると記述した。図２Ｂないし図２Ｄでは、第１回転板２４ａおよび第２回転板２４ｂを回転させるための駆動源として、方位角制御モーター（第１モーター２３ａ）および傾斜角制御モーター（第２モーター２３ｂ）を導入した実施例を示してある。しかし、このために別途のモーターおよび固定板を導入せずに、米国公開特許第２００３−６６５３号に開示されたような一般的に公知のスピンドルモーターなどを使用することもできる。この場合、固定軸２２およびそれを取り囲む第１回転板２４ａおよび第２回転板２４ｂの中心部位にコイル、磁石および軸受を含むスピンドルモーターを設置する。したがって、この場合、別途の第１固定板２１ａ、第２固定板２１ｂなどは形成しなくても良いことになる。
【００３２】
図２Ｂは、モーターを別途の固定板により固定した実施例を示すものである。そこで、図２Ｂないし図２Ｄでは、これらを駆動させるための第１モーター２３ａおよび第２モーター２３ｂを具備した例を示す。第１モーター２３ａは固定軸２２の下部に固定された第１固定板２１ａ上に形成されて第１回転板２４ａに動力を伝達させる。そのために、第１モーター２３ａの動力伝達部と第１回転板２４ａとは相互にギアが噛合するように形成されている。そして、第２回転板２４ｂを回転させるために第２モーター２３ｂを導入する。第２モーター２３ｂは第１回転板２４ａの上部で固定軸２２に固設された第２固定板２１ｂ上に設置されている。第２モーター２３ｂの動力伝達部と第２回転板２４ｂのギアとが噛合して回転する。
【００３３】
ここで、機能上、第１モーター２３ａは方位角制御モーターとして、第２モーター２３ｂは傾斜角制御モーターとして機能することができる。すなわち、方位角制御モーターである第１モーター２３ａは光源３３ａおよび３３ｂとミラー部３１を測定対象物体方向に回転させて方位角の測定を可能にする。傾斜角制御モーターである第２モーター２３ｂは前記第２回転板２４ｂを回転させて、ミラー部３１の傾斜角、すなわち傾斜を調節することができる。これについての詳細なる説明は後述する。
【００３４】
以下、本発明による測定部について図２Ａないし図２Ｄを参照して詳細に説明する。
【００３５】
第３固定板２１ｃ（図２Ｄ参照）と結合された固定軸２２の中心部位にはカメラ３２（図２Ｂ参照）が形成されている。カメラ３２は固定軸２２内部に形成され、ミラー部３１により反射された測定対象物体の映像を受け入れる。第１回転板２４ａに固定されて第３固定板２１ｃ上方に延長された第１光源支持部２９ａおよび第２光源支持部２９ｂ上には第１光源３３ａおよび第２光源３３ｂが形成されている。また、第２回転板２４ｂ上には、マーク支持部２８が固設されている。マーク支持部２８の前記第２回転板２４ｂ上方に平行に延びた部分にはマーク部３４が形成されている。
【００３６】
光源３３ａおよび３３ｂは一般的に使われる光源であれば適用可能であり、具体的には発光ダイオード（ＬＥＤ：Light-Emitting Diode）などを使うことができる。光源３３ａおよび３３ｂから光を放出させるために、光源支持部２９ａおよび２９ｂと、光源支持部２９ａおよび２９ｂに接続された第１回転板２４ａおよび第２固定支持台２１ｂの連結部品には、電極（図示せず）が形成されている。ミラー部３１はミラー回転軸２６ａの中心部位に連結されている。ミラー部３１は、カメラ３２、第１および第２光源３３ａおよび３３ｂとマーク部３４の上方に位置する。マーク部３４は傾斜角を決定するためのものである。マーク部３４の位置はミラー部３１の片側下部に位置させ、カメラ３２により位置測定対象物体の映像が撮影される画面の周辺部に像を結ばせることが望ましい。
【００３７】
以下、本発明による３次元位置測定センサーの一実施例の動作について説明する。初期の基準位置で測定対象物体の方向にミラー部３１を回転させるために、次のような作動をする。まず、第１モーター（方位角制御モーター）２３ａを駆動させると、第１回転板２４ａが回転する。これにより、ミラー支持台２５が回転し、ミラー回転軸２６ａが回転しつつミラー部３１も共に回転する。そして、第１光源支持部２９ａおよび第２光源支持部２９ｂも回転しつつ第１光源３３ａおよび第２光源３３ｂも共に回転する。このようにして、方位角を制御することができる。これは測定対象物体の位置によってミラー部３１、第１光源３３ａおよび第２光源３３ｂの方向を変更させることができることを意味し、前記図１のΦを決定できることを意味する。
【００３８】
第２モーター（傾斜角制御モーター）２３ｂを駆動させると、第２回転板２４ｂが回転する。これにより、クラウンギア２７が回転しつつ、ミラー回転体２６ｂを回転させ、ミラー部３１を回転させて傾斜角を変更させることができる。この時、マーク部３４の位置もこれにより変化する。これは図１のΨを決定できることを意味する。
【００３９】
以下、本発明による３次元位置測定センサーの一実施例による対象物体の位置を測定する原理（方法）について説明する。図３Ａは、本発明による位置測定センサーにより対象物体に光を照射し、その映像を得るプロセスを示した概略図であり、図３Ｂは、対象物体に光を照射して獲得した映像を示した図面である。
【００４０】
本発明による３次元位置測定センサーの位置を基準位置と想定する。図３Ａを参照すれば、測定対象物体Ｍに向かうように測定部の傾斜角を変更した後、光源３３ａおよび３３ｂから光を放出する。放出した光がミラー部３１により反射されて対象物体Ｍに向かって照射される。対象物体Ｍで反射された映像はさらにミラー部３１を通じてカメラ３２により撮影される。これを示した映像が図３Ｂである。この時、前記対象物体Ｍの映像を得るために、本発明による３次元位置測定センサーの第１モーター２３ａを駆動してミラー部３１、第１および第２光源３３ａおよび３３ｂを対象物体Ｍの方向に回転させる。これは方位角を求めるためである。そして、第２モーター２３ｂを駆動して、ミラー部３１の傾斜を対象物体Ｍで反射された映像とマーク部３４の映像とが、両方とも、ミラー部３１を経てカメラ３２に結ばれるように調整する。これは傾斜角を求めるためである。
【００４１】
以下、基準位置（位置測定センサー）からの対象物体の方位角および傾斜角を決定する方法を、図３Ｃを参照して具体的に説明すれば、次のようである。ここでは図２Ｂの第２実施例を基準として説明する。
【００４２】
対象物体の位置の基準位置に対する方位角は下記数式１により表すことができる。
【００４３】
【数１】
2005148071.tif 000003
【００４４】
ここで、θ1は、第１モーター２３ａの回転軸の回転角度を示し、ａは、ギア比による定数である。Ｇ1は、第１モーター２３ａ軸のピニオンギアの歯の数を示し、Ｇ11は、第１回転板２４ａ側面に形成されたピニオンギアの歯の数を示す。
【００４５】
そして、傾斜角は下記数式２により表すことができる。
【００４６】
【数２】
2005148071.tif 000004
【００４７】
ここで、θ2は、第２モーター２３ｂの回転軸の回転角度を示し、ｂおよびｃは、ギア比による定数である。これにより、対象物体をミラー部３１を通じてカメラ３２で撮影した映像を解析する。
【００４８】
図３Ｂを参照すれば、Ｘcは、カメラ３２の映像の中央を示す点である。Ｘ1は、本発明による３次元位置測定センサーの第１光源３３ａから放出した光がミラー部３１を通じて対象物体から反射されてカメラ３２に結ばれた点である。そして、Ｘ2は、第２光源３３ｂから放出した光がミラー部３１を通じて対象物体に反射されてカメラ３２に結ばれた点を示す。ＰＳＤ（Position Sensing Detector）の原理を利用して前記映像を解析すれば、次のようになる。
【００４９】
第１光源３３ａから対象物体までの距離はＰＳＤの原理によりｒ1に反比例した値と求められる。そして、第２光源から対象物体までの距離はＰＳＤの原理によりｒ2に反比例した値と求められる。方位角φは２つの点Ｘ1およびＸ2を連結する線分が水平線となす角であるαと求められる。これを図３Ｃを参照して具体的に示せば、下記式３のようになる。
【００５０】
【数３】
2005148071.tif 000005
【００５１】
そして、傾斜角ψは下記数式４で表される。
【００５２】
【数４】
2005148071.tif 000006
【００５３】
ここで、ｄは、ギア比による定数項である。βは、Ｘ1とＸ2を連結する直線上のＸcでＸ1とＸ2を連結する直線との法線を設定し、傾斜角マーク部３４により結ばれる点であるＸsと前記Ｘcとを連結する直線を設定し、その間の角度を示したものである。これを前記数式２および図３Ｃを参照して整理すれば、下記数式５のようになる。
【００５４】
【数５】
2005148071.tif 000007
【００５５】
ここで、θ1は、第１モーター２３ａの回転角度を示し、φ1は、第１回転板２４ａの回転角度、すなわち方位角を示す。φ2は、第２回転板２４ｂの回転角度を示し、θ2は、第２モーター２３ｂの回転角度を示す。Ｇ2は、第２モーター２３ｂに形成されたピニオンギアの歯の数を示し、Ｇ21は、第２回転板２４ｂの回転板の側面に形成されたピニオンギアの歯の数を示す。そして、Ｇ3は、第２回転板２４ｂ側上面に形成されたクラウンギア２７の歯の数を示し、Ｇ31は、ミラー回転体２６ｂに固定されたピニオンギアの歯の数を示す。ここで、ギア比を示すｂおよびｃは定数項になる。
【００５６】
これによって本発明による３次元測定センサーを基準として対象物体の位置を決定する位置関数の距離ｒ、方位角φおよび傾斜角ψを決定できる。
【００５７】
前記説明で多くの事項が具体的に記載されているが、これらは発明の範囲を限定するものではなく、望ましい実施例の例示として解釈されねばならない。本発明の範囲は説明された実施例によって定められるのではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は３次元位置測定センサーおよびその測定方法に関する技術である。簡単な構造でセンサーから見た測定対象の位置およびセンサーから測定対象までの距離を容易に測定できる３次元位置測定センサーおよびその測定方法に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】基準点（測定センサー）から測定対象物体の（方位角、傾斜角などの）方向角および距離を示した座標系である。
【図２Ａ】本発明による３次元位置測定センサーの第１実施例を示す斜視図である。
【図２Ｂ】本発明による３次元位置測定センサーの第２実施例を示す斜視図である。
【図２Ｃ】図２Ｂに示す第２実施例に係る３次元位置測定センサーの正面図である。
【図２Ｄ】図２Ｂに示す第２実施例に係る３次元位置測定センサーの側面図である。
【図３Ａ】本発明による３次元位置測定センサーにより測定対象Ｍに光を照射して映像を獲得するプロセスを示す概略図である。
【図３Ｂ】本発明による３次元位置測定センサーにより得た測定対象の位置分析のための映像を示す図面である。
【図３Ｃ】本発明による３次元位置測定センサーにより得た測定対象の位置を分析するための変数を説明するための図面である。
【符号の説明】
【００６０】
２０    位置測定センサー
２１ａ  第１固定板
２１ｂ  第２固定板
２１ｃ  第３固定板
２２    固定軸
２３ａ  第１モーター（方位角制御モーター）
２３ｂ  第２モーター（傾斜角制御モーター）
２４ａ  第１回転板
２４ｂ  第２回転板
２５    ミラー支持台
２６ａ  ミラー回転軸
２６ｂ  ミラー回転体（ピニオンギア）
２７    ギア部（クラウンギア）
２８    マーク支持部
２９ａ  第１光源支持部
２９ｂ  第２光源支持部
３１    ミラー部
３２    カメラ
３３ａ  第１光源
３３ｂ  第２光源
３４    マーク部
【図１】
2005148071.tif 000008
【図２Ａ】
2005148071.tif 000009
【図２Ｂ】
2005148071.tif 000010
【図２Ｃ】
2005148071.tif 000011
【図２Ｄ】
2005148071.tif 000012
【図３Ａ】
2005148071.tif 000013
【図３Ｂ】
2005148071.tif 000014
【図３Ｃ】
2005148071.tif 000015