(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元運動する対象物の運動領域を含みその対象物の位置を表す三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが設定される三次元空間内に基準面を設定し、この基準面上に少なくとも３本の較正用ポールＰａ，Ｐｂ，Ｐｃを前記三次元座標軸Ｚと並行に直立させ、これら較正用ポールＰａ，Ｐｂ，Ｐｃの前記基準面上における各設置点Ａ，Ｂ，Ｃを、前記三次元座標軸Ｘと平行する線分ＡＢと、前記三次元座標軸Ｙと平行する線分ＡＣとが、それぞれ既知の長さＫｘ，Ｋｙで且つ設置点Ａで直交するように設定し、前記較正用ポールＰａ，Ｐｂ，Ｐｃのそれぞれに前記基準面からの高さを違えて対をなす２個の較正用光体ａ１，ａ２；ｂ１，ｂ２；ｃ１，ｃ２をそれぞれ設置すると共に、それらの対をなす２個の較正用光体の間の中点の前記基準面からの高さｈ０を等しく設定し、焦点距離Ｆｙが既知で前記一つの線分ＡＢ上の２本の各較正用ポールＰａおよびＰｂから等距離に置かれるＰＳＤカメラと、焦点距離Ｆｘが既知で前記他の線分ＡＣ上の２本の各較正用ポールＰａおよびＰｃから等距離に置かれるＰＳＤカメラの２基のＰＳＤカメラを設置し、前記較正用ポールＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ上の較正用光体を前記２基のＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面に撮像することにより、前記三次元空間内における前記対象物の位置を表すための前記三次元空間内の三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対応する二次元座標軸を前記各ＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面上に較正設定し、前記各ＰＳＤカメラの光軸を前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点に合わせ且つ前記各ＰＳＤカメラを前記原点からそれぞれ距離Ｌｙ，Ｌｘを隔てて設定し、前記対象物には位置検出用光体を設置し、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に前記対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換して前記対象物の動きを検知することを特徴とする物体の三次元運動測定方法。
【請求項２】
三次元運動する対象物の運動領域を含みその対象物の位置を表す三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが設定される三次元空間内に、直角三角形を含む基準面を設定し、この直角三角形の直角頂点Ａと他の２頂点Ｂ，Ｃをそれぞれ較正用ポールの設置点Ａ，Ｂ，Ｃとして、これら各設置点Ａ，Ｂ，Ｃに３本の較正用ポールＰａ，Ｐｂ，Ｐｃをそれぞれ位置させて前記基準面上に直立させ、前記三次元座標軸Ｘと平行する前記直角三角形の線分ＡＢと、前記三次元座標軸Ｙと平行する前記直角三角形の線分ＡＣを、それぞれ既知の長さＫｘ，Ｋｙに設定し、前記較正用ポールＰａ，Ｐｂ，Ｐｃのそれぞれに前記基準面からの高さを違えて対をなす２個の較正用光体ａ１，ａ２；ｂ１，ｂ２；ｃ１，ｃ２をそれぞれ設置すると共に、それらの対をなす２個の較正用光体の間の中点の前記基準面からの高さｈ０を等しく設定し、既知の焦点距離Ｆｙを備え前記一つの線分ＡＢ上の２本の各較正用ポールＰａおよびＰｂから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Ｌｙを隔てて置かれるＰＳＤカメラと、既知の焦点距離Ｆｘを備え前記他の線分ＡＣ上の２本の各較正用ポールＰａおよびＰｃから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Ｌｘを隔てて置かれるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラを前記基準面と共に予めセットアップし、前記対象物には位置検出用光体を設置し、前記較正用ポールＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ上の較正用光体を前記２基のＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面に撮像することにより、三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対応する二次元座標軸を前記各ＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面上に較正設定し、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に前記対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換して前記対象物の動きを検知することを特徴とする物体の三次元運動測定方法。
【請求項３】
設置点Ａ，Ｂ間の長さＫｘと設置点Ａ，Ｃ間の長さＫｙを等しく設定し、三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点と２基の各ＰＳＤカメラとの間のそれぞれの距離Ｌｙ，Ｌｘを等しく設定し、前記２基のＰＳＤカメラの各焦点距離Ｆｙ，Ｆｘを等しく設定したことを特徴とする請求項２に記載した物体の三次元運動測定方法。
【請求項４】
三次元運動する対象物の運動領域を含みその対象物の位置を表す三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが設定される三次元空間内に基準面を設定し、この基準面上に５本の較正用ポールの設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを設け、前記設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの位置関係に関して、前記三次元座標軸Ｘと平行する線分ＡＢと、前記三次元座標軸Ｙと平行する線分ＡＣとが設置点Ａで直交するように設置点Ａ，Ｂ，Ｃを配設し、線分ＡＢを底辺とする二等辺三角形の頂点に設置点Ｄを配設し、線分ＡＣを底辺とする二等辺三角形の頂点に設置点Ｅを配設し、前記線分ＡＢと前記線分ＡＣをそれぞれ既知の長さＫｘ，Ｋｙに設定し、これら各設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにそれぞれ較正用ポールＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ，Ｐｅ，を位置させて前記基準面上に５本の較正用ポールＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ，Ｐｅ直立させ、前記較正用ポールＰｄ，Ｐｅのそれぞれに１個の較正用光体ｄ０，ｅ０を設置し、前記較正用ポールＰａ，Ｐｂ，Ｐｃのそれぞれに前記基準面からの高さを違えて対をなす２個の較正用光体ａ１，ａ２；ｂ１，ｂ２；ｃ１，ｃ２をそれぞれ設置し、それらの対をなす２個の較正用光体ａ１，ａ２；ｂ１，ｂ２；ｃ１，ｃ２の間の中点の前記基準面からの高さｈ０を前記較正用ポールＰｄ，Ｐｅのそれぞれの較正用光体ｄ０，ｅ０の前記基準面からの高さｈ０と等しく設定し、焦点距離Ｆｙが既知で前記一つの線分ＡＢ上の２本の各較正用ポールＰａおよびＰｂから等距離に置かれるＰＳＤカメラと、焦点距離Ｆｘが既知で前記他の線分ＡＣ上の２本の各較正用ポールＰａおよびＰｃから等距離に置かれるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラを設置し、前記較正用ポールＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ，Ｐｅ上の較正用光体ａ１，ａ２；ｂ１，ｂ２；ｃ１，ｃ２；ｄ０，ｅ０を前記２基のＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面に撮像することにより、前記三次元空間内の三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対応する二次元座標軸を前記各ＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面上に較正設定し、前記各ＰＳＤカメラの光軸を前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点に合わせ且つ各ＰＳＤカメラを前記原点からそれぞれ距離Ｌｙ，Ｌｘを隔てて設定し、前記対象物には位置検出用光体を設置し、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に前記対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換して前記対象物の動きを検知することを特徴とする物体の三次元運動測定方法。
【請求項５】
設置点Ｄを頂点とし線分ＡＢを底辺とする二等辺三角形の高さと、設置点Ｅを頂点とし線分ＡＣを底辺とする二等辺三角形の高さと、設置点Ａ，Ｂ間の長さＫｘと、設置点Ａ，Ｃ間の長さＫｙとを等しく設定し、三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点と２基の各ＰＳＤカメラの間のそれぞれの距離Ｌｙ，Ｌｘを等しく設定し、前記２基のＰＳＤカメラの各焦点距離Ｆｙ，Ｆｘを等しく設定したことを特徴とする請求項４に記載した物体の三次元運動測定方法。
【請求項６】
予め設定された運動領域で三次元運動する対象物に設置した位置検出用光体を映す鏡を配設し、その鏡に映った対象物の位置検出光体を２基のＰＳＤカメラで撮像して得た前記対象物の時系列位置データを三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換して前記対象物の動きを検知することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかの項に記載した物体の三次元運動測定方法。
【請求項７】
位置検出用光体が設置されて三次元運動する対象物の運動領域を含みその対象物の位置を表す三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが形成される三次元空間内に設定される基準面に配設された少なくとも３個の設置点Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ直立させる少なくとも３本の較正用ポールＰａ，Ｐｂ，Ｐｃと、これらの各較正用ポールＰａ，Ｐｂ，Ｐｃのそれぞれに前記基準面からの高さを違えて設置される２個の対をなす較正用光体ａ１，ａ２；ｂ１，ｂ２；ｃ１，ｃ２と、既知の焦点距離Ｆｙを備え前記較正用ポールＰａおよび較正用ポールＰｂから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Ｌｙを隔てて設置されるＰＳＤカメラと、既知の焦点距離Ｆｘを備え前記較正用ポールＰａおよび較正用ポールＰｃから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Ｌｘを隔てて設置されるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラと、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に前記対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換演算するコンピュータを備え、前記設置点Ａ，Ｂ，Ｃに関し、前記三次元座標軸Ｘと平行する線分ＡＢと、前記三次元座標軸Ｙと平行する線分ＡＣがそれぞれ既知の長さＫｘ，Ｋｙで且つ設置点Ａで直交するように設定し、前記対をなす２個の較正用光体ａ１，ａ２；ｂ１，ｂ２；ｃ１，ｃ２の各中点の前記基準面からの高さｈ０を等しく設定したことを特徴とする物体の三次元運動測定装置。
【請求項８】
位置検出用光体が設置されて三次元運動する対象物の運動領域を含みその対象物の位置を表す三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが形成される三次元空間内に設定される直角三角形を含む基準面と、この直角三角形の直角頂点Ａと他の２頂点Ｂ，Ｃにそれぞれ位置する設置点Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ直立させる３本の較正用ポールＰａ，Ｐｂ，Ｐｃと、これらの各較正用ポールＰａ，Ｐｂ，Ｐｃのそれぞれに前記基準面からの高さを違えて設置される２個の対をなす較正用光体ａ１，ａ２；ｂ１，ｂ２；ｃ１，ｃ２と、既知の焦点距離Ｆｙを備え前記較正用ポールＰａおよび較正用ポールＰｂから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Ｌｙを隔てて設置されるＰＳＤカメラと、既知の焦点距離Ｆｘを備え前記較正用ポールＰａおよび較正用ポールＰｃから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Ｌｘを隔てて設置されるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラを一体的にセットアップし、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に前記対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換演算するコンピュータを備え、前記直角三角形において前記三次元座標軸Ｘに平行する線分ＡＢと、前記直角三角形において前記三次元座標軸Ｙに平行する線分ＡＣをそれぞれ既知の長さＫｘ，Ｋｙに設定し、前記対をなす２個の較正用光体ａ１，ａ２；ｂ１，ｂ２；ｃ１，ｃ２の各中点の前記基準面からの高さｈ０を等しく設定したことを特徴とする物体の三次元運動測定装置。
【請求項９】
設置点Ａ，Ｂ間の長さＫｘと設置点Ａ，Ｃ間の長さＫｙを等しく設定し、三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点と２基の各ＰＳＤカメラとの間のそれぞれの距離Ｌｙ，Ｌｘを等しく設定し、前記２基のＰＳＤカメラの各焦点距離Ｆｙ，Ｆｘを等しく設定したことを特徴とする請求項８に記載した物体の三次元運動測定装置。
【請求項１０】
位置検出用光体が設置されて三次元運動する対象物の運動領域を含みその対象物の位置を表す三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが形成される三次元空間内に設定される基準面に配設された５個の設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにそれぞれ直立させる５本の較正用ポールＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ，Ｐｅと、前記較正用ポールＰｄ，Ｐｅのそれぞれに１個設置される較正用光体ｄ０，ｅ０と、前記較正用ポールＰａ，Ｐｂ，Ｐｃのそれぞれに前記基準面からの高さを違えて設置される２個の対をなす較正用光体ａ１，ａ２；ｂ１，ｂ２；ｃ１，ｃ２と、既知の焦点距離Ｆｙを備え前記較正用ポールＰａおよび較正ポールＰｂから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Ｌｙを隔てて設置されるＰＳＤカメラと、既知の焦点距離Ｆｘを備え前記較正用ポールＰａおよび較正用ポールＰｃから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Ｌｘを隔てて設置されるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラと、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に前記対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換演算するコンピュータを備え、前記設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの位置関係に関して、線分ＡＢと線分ＡＣがそれぞれ既知の長さＫｘ，Ｋｙで設置点Ａで直交するように設定し、線分ＡＢを底辺とする二等辺三角形の頂点に設置点Ｄを配設し、線分ＡＣを底辺とする二等辺三角形の頂点に設置点Ｅを配設し、前記対をなす２個の較正用光体ａ１，ａ２；ｂ１，ｂ２；ｃ１，ｃ２の各中点の前記基準面からの高さｈ０を前記較正用ポールＰｄ，Ｐｅのそれぞれの較正用光体ｄ０，ｅ０の前記基準面からの高さｈ０と等しく設定したことを特徴とする物体の三次元運動測定装置。
【請求項１１】
設置点Ｄを頂点とし線分ＡＢを底辺とする二等辺三角形の高さと、設置点Ｅを頂点とし線分ＡＣを底辺とする二等辺三角形の高さと、設置点Ａ，Ｂ間の長さＫｘと、設置点Ａ，Ｃ間の長さＫｙとを等しく設定し、三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点と２基の各ＰＳＤカメラの間のそれぞれの距離Ｌｙ，Ｌｘを等しく設定し、前記２基のＰＳＤカメラの各焦点距離Ｆｙ，Ｆｘを等しく設定したことを特徴とする請求項１０に記載した物体の三次元運動測定装置。
【請求項１２】
予め設定された運動領域で三次元運動する対象物に設置した位置検出用光体を映す鏡と、その鏡に映った対象物の位置検出光体を撮像する２基のＰＳＤカメラと、その２基のＰＳＤカメラで撮像して得た前記対象物の時系列位置データを三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換演算するコンピュータを備えたことを特徴とする請求項７ないし請求項１１のいずれかの項に記載した物体の三次元運動測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種の物体の動きあるいは更にその物体の一部の動き、例えば身体の各部位の空間における三次元運動の実態を、半導体位置検出素子（ＰＳＤ：Position Sensitive Detector ） を用いて観測する方法と、その方法で物体の三次元運動を観測する測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
身体各部の前後、左右、上下の動きのような、種々の物体（以下、対象物という）の三次元運動を、その対象物の三次元空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）の時間的変化として捉える手段として、複数のカメラでその対象物を異なる方向から撮影し、それらの撮像を画像処理してその対象物の動的位置を測定するＤＬＴ（Direct Linear Transformation ）法が多用されている。しかし撮像の画像処理によって対象物の動的位置を測定するＤＬＴ法のような測定方法・装置では、測定に必要な画像情報量とその情報処理量が極めて多くなることから、測定に要する時間（情報処理に要する時間）が長くなり、また測定に要する時間を短縮するためには高度な画像処理回路が必要となる。
【０００３】
一方、空間にある対象物の位置を一方向から見た二次元座標として電気的に検出するセンサーとしてＰＳＤ（Position Sensitive Detector）が知られている。ＰＳＤは、対象物からの光を受光して、その対象物の位置を検出することができる光センサー（半導体位置検出素子）で、基本的にはフォトダイオードのような接合面をもつＰＩＮ構造の半導体である。
【０００４】
すなわち、ＰＳＤは、図５に示すように、Ｐ層、Ｎ層それぞれの対向縁にＸ軸方向電極Px1，Px2ならびにＺ軸方向電極Pz1，Pz2を形成したものであり、Ｘ軸とＺ軸は二次元直交座標軸に相当する。そしてＰＳＤの受光面に対象物Ｑから発するスポット状の光が受光点Ｑ'に当たるとそこに電荷が発生し、Ｐ層で発生した電荷はＸ軸方向電極Px1，Px2にそれぞれ電流Ix1，Ix2となって分流し、Ｎ層で発生した電荷はＺ軸方向電極Pz1，Pz2にそれぞれ電流Iz1，Iz2なって分流する。そしてＸ軸方向電極Px1，Px2に分流する電流Ix1，Ix2と、Ｚ軸方向電極Pz1，Pz2に分流する電流Iz1，Iz2の大きさは、それぞれ各電極Px1，Px2，Pz1，Pz2から受光点Ｑ'までの距離に反比例する。
【０００５】
ちなみにＸ軸とＺ軸の二次元面について見れば、Ｘ軸方向電極Px1，Px2間の距離をSx 、Ｚ軸方向電極Pz1，Pz2間の距離をSz 、対象物Ｑすなわち受光点Ｑ'の位置を座標Qx ，Qzで表せば、Ix1＝Ixo（１／２  ＋  Qx／Sx）、Ix2＝Ix0（１／２  −  Qx／Sx）、Iz1＝Iz0（１／２  −  Qz／Sz）、Iz2＝Iz0（１／２  ＋  Qz／Sz）、Ix0＝Ix1＋Ix2、Iz0＝Iz1＋Iz2となる。従ってこれらの電流Ix1，Ix2，Iz1，Iz2に対応するＰＳＤのＸ軸方向出力電圧VxとＺ軸方向出力電圧Vzを検知することにより、対象物Ｑの位置を二次元座標Qx ，Qzの視点から検出することができる。
【０００６】
同様にＸ軸をＹ軸に置き換えて、Ｙ軸とＺ軸に関する二次元面のＰＳＤについて見れば、図示は略すが、Ｘ軸方向電極Px1，Px2がＹ軸方向電極PY1，PY2に、電流Ix1，Ix2が電流Iy1，Iy2に、座標Qxが座標Qyにそれぞれ置き換わることから、Ｙ軸方向電極PY1，PY2間の距離をSY 、Ｚ軸方向電極Pz1，Pz2間の距離をSz 、対象物Ｑの位置すなわち受光点Ｑ'の座標を座標Qy ，Qzで表せば、IY1＝IYo（１／２＋  Qy ／SY）、IY2＝IY0（１／２  −  Qy／SY）、Iz1＝Iz0（１／２  −  Qz／Sz）、Iz2＝Iz0（１／２  ＋  Qz／Sz）、IY0＝IY1＋IY2、Iz0＝Iz1＋Iz2となる。従ってこれらの電流IY1，IY2，Iz1，Iz2に対応するＰＳＤのＹ軸方向出力電圧VyとＺ軸方向出力電圧Vzを検知することにより、対象物Ｑの位置を二次元座標Qy ，Qzの視点から検出することができる。このことから            Ｘ軸とＺ軸に関するＰＳＤならびにＹ軸とＺ軸に関するＰＳＤを用いて、互いに直交する三次元座標軸Ｘ，Ｙ，ＺのＸ軸方向とＹ軸方向から同時に対象物Ｑ座標Qx，Qy，Qz を検出することにより、対象物Ｑの三次元の運動を観測し測定することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、対象物からの光を二次元面のＰＳＤで受光して直ちにその対象物の二次元座標を検知し得る既知のＰＳＤカメラを２基用いて、対象物の三次元運動測定システムを構成し、これにより従来のＤＬＴ方式の三次元運動測定システムに比し、高度な画像処理装置などを要することなく、極めて簡単迅速に対象物の三次元運動を測定できるようにしようとするものである。そして所与の測定現場が、従来の測定手段では測定環境の設定が困難なところであっても、様々な測定現場で適用し得る三次元運動測定システムを構築しようとするものである。
【０００８】
またこの発明は、測定に必須の２基のＰＳＤカメラを、そのＰＳＤ受光画面を見ながら容易に所要の位置に正確に位置決めして設置し得る三次元運動測定システムを構築しようとするものである。
【０００９】
またこの発明は、例えば人体の歯や指先の動きなど、比較的狭い空間で三次元運動する対象物の動きを、その対象物から比較的近い測定位置から簡便に測定できるように、予め測定条件を満たす位置にＰＳＤカメラが設置されている測定手段を構成しようとするものである。
【００１０】
またこの発明は、限られた測定空間において対象物とＰＳＤカメラの間の距離が十分に得られない測定環境下において、ＰＳＤカメラの視野を等価的に拡大し、対象物のより広範な三次元運動を測定し得るようにすると共に、一旦設置したＰＳＤカメラの設定状態を変えることなく対象物の動きを異なる視点から測定しようとするものである。
【００１１】
さらにこの発明は、三次元空間で運動する対象物の時々の位置を表す三次元座標の演算を単純化しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
２基のＰＳＤカメラを用いて対象物の三次元運動を迅速・簡単に測定するために、この発明は、三次元運動する対象物の運動領域を含む三次元空間内に基準面を設定し、この基準面上に少なくとも３本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc を直立させ、この基準面上における較正用ポールPa ，Pb ，Pcの各設置点Ａ，Ｂ，Ｃを、線分ＡＢと線分ＡＣがそれぞれ既知の長さKx ，Kyで且つ設置点Ａで直交するように設定し、較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに基準面からの高さを違えて対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 をそれぞれ設置すると共にそれらの対をなす２個の較正用光体の間の中点の前記基準面からの高さh0 を等しく設定し、焦点距離Fyが既知で前記較正用ポールPa およびPbから等距離に置かれるＰＳＤカメラと焦点距離Fxが既知で前記較正用ポールPa およびPcから等距離に置かれるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラを、前記三次元空間の三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの中の異なる座標軸方向に設置し、前記較正用ポールPa，Pb ，Pc上の較正用光体を２基のＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面に撮像することにより、前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚを構成する別方向の二次元座標軸に対応する二次元座標軸を、２基の各ＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面上に分担させて較正設定し、前記各ＰＳＤカメラの光軸を前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点に合わせ且つ前記各ＰＳＤカメラを前記原点からそれぞれ距離Ly ，Lx を隔てて設定し、その後、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換して対象物の三次元運動を測定する。
【００１３】
この三次元運動測定方法に用いる測定装置として、この発明は、三次元運動する対象物の位置を表すための三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが形成される三次元空間内に設定される基準面に直立させる少なくとも３本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc と、その各較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに基準面からの高さを違えて設置される２個の対をなす較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 と、既知の焦点距離Fyを備え前記較正用ポールPa および較正用ポールPb から等距離で且つ三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Ly を隔てて設置されるＰＳＤカメラと、既知の焦点距離Fxを備え前記較正用ポールPa および較正用ポールPc から等距離で且つ三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lx を隔てて設置されるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラと、その２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に対象物に付した位置検出用光体を撮像して得た対象物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換演算するコンピュータとで測定装置の主要部を構成し、前記各較正用ポールPa ，Pb ，Pc の設置点Ａ，Ｂ，Ｃ に関し、線分ＡＢと線分ＡＣがそれぞれ既知の長さKx ，Kyで且つ設置点Ａで直交するように設定し、前記対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2の各中点の基準面からの高さh0 を等しく設定する。
【００１４】
また、対象物の三次元運動の測定に必要な２基のＰＳＤカメラを、そのＰＳＤ受光画面を見ながら容易に所要の位置に正確に位置決めして設置できるようにするために、この発明は、三次元運動する対象物の運動領域を含む三次元空間内に基準面を設定し、この基準面上に５本の較正用ポールの設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを設け、設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの位置関係に関して、線分ＡＢと線分ＡＣが設置点Ａで直交するように設置点Ａ，Ｂ，Ｃを配設し、線分ＡＢを底辺とする二等辺三角形の頂点に設置点Ｄを配設し、線分ＡＣを底辺とする二等辺三角形の頂点に設置点Ｅを配設し、線分ＡＢと線分ＡＣを既知の長さKx ，Kyに設定し、これら各設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにそれぞれ較正用ポールPa ，Pb ，Pc ，Pd ， Pe を位置させて前記基準面上に5本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc ，Pd ，Peを直立させ、較正用ポールPd ，Pe のそれぞれに１個の較正用光体d0 ，e0を設置し、較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに前記基準面からの高さを違えて対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 をそれぞれ設置し、それらの対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2の間の中点の前記基準面からの高さh0 を較正用ポールPd ，Pe のそれぞれの較正用光体d0 ，e0 の前記基準面からの高さh0 と等しく設定し、焦点距離Fyが既知で前記較正用ポールPa およびPbから等距離に置かれるＰＳＤカメラと、焦点距離Fxが既知で前記較正用ポールPa およびPcから等距離に置かれるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラを前記三次元空間の三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの中の別の二つの座標軸方向（例えばＸ軸方向とＹ軸方向）に設置し、較正用ポールPa ，Pb ，Pc ，Pd ， Pe 上の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2  ；d0 ，e0 を２基のＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面に撮像しながら、前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚを構成する別方向の二次元座標軸に対応する二次元座標軸を２基の各ＰＳＤカメラの各ＰＳＤ受光面上に分担させて較正設定し、２基の各ＰＳＤカメラの光軸を前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点に合わせ且つ各ＰＳＤカメラを前記原点からそれぞれ距離Ly ，Lxを隔てて設定し、その後、２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に対象物の位置検出用光体を撮像して得た対象物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換して対象物の三次元運動を測定する。
【００１５】
そして、測定に必要な２基のＰＳＤカメラをそのＰＳＤ受光画面を見ながら容易に所要の位置に正確に位置決めできる測定装置として、この発明は、三次元運動する対象物の運動領域を含みその対象物の位置を表す三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが形成される三次元空間内に設定される基準面に配設された５個の設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにそれぞれ直立させる5本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc ，Pd ，Pe と、その較正用ポールPd ，Pe のそれぞれに１個設置される較正用光体d0 ，e0 と、前記較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに前記基準面からの高さを違えて設置される２個の対をなす較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 と、既知の焦点距離Fyを備え前記較正用ポールPa および較正ポールPbから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Ly を隔てて設置されるＰＳＤカメラと、既知の焦点距離Fxを備え前記較正用ポールPa および較正用ポールPcから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lx を隔てて設置されるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラと、その２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換演算するコンピュータとで測定装置の主要部を構成し、前記５本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc ，Pd ，Pe の設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの位置関係に関して、線分ＡＢと線分ＡＣがそれぞれ既知の長さKx ，Ky で設置点Ａで直交するように設定し、線分ＡＢを底辺とする二等辺三角形の頂点に設置点Ｄを配設し、線分ＡＣを底辺とする二等辺三角形の頂点に設置点Ｅを配設し、前記対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2の各中点の前記基準面からの高さh0 を前記較正用ポールPd ，Pe のそれぞれの較正用光体d0 ，e0 の前記基準面からの高さh0 と等しく設定する。
【００１６】
また比較的狭い空間で三次元運動する対象物を近い位置から簡便に測定できるように、この発明は、三次元運動する対象物の運動領域を含みその対象物の位置を表す三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが設定される三次元空間内に、直角三角形を含む基準面を設定し、この直角三角形の直角頂点Ａと他の２頂点Ｂ，Ｃをそれぞれ較正用ポールの設置点Ａ，Ｂ，Ｃとして、これら各設置点Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ較正用ポールPa ，Pb ，Pc を位置させて前記基準面上に３本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc を直立させ、前記直角三角形の線分ＡＢと線分ＡＣを既知の長さKx ，Kyに設定し、前記較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに前記基準面からの高さを違えて対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 をそれぞれ設置すると共にそれらの対をなす２個の較正用光体の間の中点の前記基準面からの高さh0 を等しく設定し、既知の焦点距離Fyを備え前記一つの線分ＡＢ上の２本の各較正用ポールPa およびPbから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lyを隔てて置かれるＰＳＤカメラと、既知の焦点距離Fxを備え前記他の線分ＡＣ上の２本の各較正用ポールPa およびPcから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lxを隔てて置かれるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラを前記基準面と共に予めセットアップし、前記対象物には位置検出用光体を設置し、前記較正用ポールPa ，Pb ，Pc上の較正用光体を前記２基のＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面に撮像することにより、三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対応する二次元座標軸を前記各ＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面上に較正設定し、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に前記対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換して前記対象物の三次元運動を測定する。
【００１７】
上記の測定方法に用いる測定装置として、この発明は、位置検出用光体が設置されて三次元運動する対象物の運動領域を含みその対象物の位置を表す三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが形成される三次元空間内に設定される直角三角形を含む基準面と、この直角三角形の直角頂点Ａと他の２頂点Ｂ，Ｃにそれぞれ位置する設置点Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ直立させる３本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc と、これらの各較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに前記基準面からの高さを違えて設置される２個の対をなす較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 と、既知の焦点距離Fyを備え前記較正用ポールPa および較正用ポールPbから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lyを隔てて設置されるＰＳＤカメラと、既知の焦点距離Fxを備え前記較正用ポールPa および較正用ポールPcから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lxを隔てて設置されるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラを一体的にセットアップし、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に前記対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換演算するコンピュータを備え、前記直角三角形の線分ＡＢと線分ＡＣを既知の長さKx ，Ky に設定し、前記対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2の各中点の前記基準面からの高さh0 を等しく設定して必要に応じて簡単に移動設置できる三次元運動測定装置を構成する。
【００１８】
また、対象物とＦＳＤカメラの間の距離を十分とることができない測定環境下においてもＰＳＤカメラの視野を等価的に広げて対象物のより広範な三次元運動を測定できるようにするために、また一旦設置したＰＳＤカメラの設定状態を変えることなく対象物の動きを異なる視点・角度から測定するために、この発明は、予め設定された運動領域で三次元運動する対象物に設置した位置検出用光体を映す鏡を配設し、その鏡に映った対象物の位置検出光体を２基のＰＳＤカメラで撮像して得た前記対象物の時系列位置データを三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換して対象物の三次元運動を測定する。
【００１９】
さらに、三次元運動する対象物の時々の位置を表す三次元座標の演算を簡略化するために、この発明は、前述の測定方法あるいは測定装置において、設置点Ａ，Ｂ間の長さKx と設置点Ａ，Ｃ間の長さKy を等しく設定し、三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点と２基の各ＰＳＤカメラとの間のそれぞれの距離Ly ，Lx を等しく設定し、２基のＰＳＤカメラの各焦点距離Fy ，Fx を等しく設定し、また線分ＡＢを底辺とする二等辺三角形の高さと、線分ＡＣを底辺とする二等辺三角形の高さと、設置点Ａ，Ｂ間の長さKx と、設置点Ａ，Ｃ間の長さKy とを等しく設定する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
この発明の基本的な実施形態の一つは、三次元運動する対象物の運動領域を含む三次元空間内に基準面を設定し、この基準面上に少なくとも３本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc を直立させ、これら較正用ポールPa ，Pb ，Pcの前記基準面上における各設置点Ａ，Ｂ，Ｃを、線分ＡＢと線分ＡＣがそれぞれ既知の長さKx ，Kyで且つ設置点Ａで直交するように設定し、前記較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに前記基準面からの高さを違えて対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1，b2 ；c1 ，c2 をそれぞれ設置すると共にそれらの対をなす２個の較正用光体の間の中点の前記基準面からの高さh0 を等しく設定し、焦点距離Fyが既知で前記一つの線分ＡＢ上の２本の各較正用ポールPa およびPbから等距離に置かれるＰＳＤカメラと焦点距離Fxが既知で前記他の線分ＡＣ上の２本の各較正用ポールPa およびPcから等距離に置かれるＰＳＤカメラの２基のＰＳＤカメラを設置し、前記較正用ポールPa ，Pb ，Pc上の較正用光体を前記２基のＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面に撮像することにより、前記三次元空間内における前記対象物の位置を表すための前記三次元空間内の三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対応する二次元座標軸を前記各ＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面上に較正設定し、前記各ＰＳＤカメラの光軸を前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点に合わせ且つ前記各ＰＳＤカメラを前記原点からそれぞれ距離Ly ，Lx を隔てて設定し、前記対象物には位置検出用光体を設置し、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に前記対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換して前記対象物の動きを検知する物体の三次元運動測定方法である。
【００２１】
この発明の実施形態は、三次元運動する対象物の運動領域を含みその対象物の位置を表す三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが設定される三次元空間内に、直角三角形を含む基準面を設定し、この直角三角形の直角頂点Ａと他の２頂点Ｂ，Ｃをそれぞれ較正用ポールの設置点Ａ，Ｂ，Ｃとして、これら各設置点Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ較正用ポールPa ，Pb ，Pc を位置させて前記基準面上に３本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc を直立させ、前記直角三角形の線分ＡＢと線分ＡＣを既知の長さKx ，Kyに設定し、前記較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに前記基準面からの高さを違えて対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 をそれぞれ設置すると共にそれらの対をなす２個の較正用光体の間の中点の前記基準面からの高さh0 を等しく設定し、既知の焦点距離Fyを備え前記一つの線分ＡＢ上の２本の各較正用ポールPa およびPbから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lyを隔てて置かれるＰＳＤカメラと、既知の焦点距離Fxを備え前記他の線分ＡＣ上の２本の各較正用ポールPa およびPcから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lxを隔てて置かれるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラを前記基準面と共に予めセットアップし、前記対象物には位置検出用光体を設置し、前記較正用ポールPa ，Pb ，Pc上の較正用光体を前記２基のＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面に撮像することにより、三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対応する二次元座標軸を前記各ＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面上に較正設定し、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に前記対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換して前記対象物の動きを検知する物体の三次元運動測定方法である。
【００２２】
この発明の他の実施形態は、三次元運動する対象物の運動領域を含む三次元空間内に基準面を設定し、この基準面上に５本の較正用ポールの設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを設け、前記設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの位置関係に関して、線分ＡＢと線分ＡＣが設置点Ａで直交するように設置点Ａ，Ｂ，Ｃを配設し、線分ＡＢを底辺とする二等辺三角形の頂点に設置点Ｄを配設し、線分ＡＣを底辺とする二等辺三角形の頂点に設置点Ｅを配設し、前記線分ＡＢと線分ＡＣを既知の長さKx ，Kyに設定し、これら各設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにそれぞれ較正用ポールPa ，Pb，Pc ，Pd ， Pe を位置させて前記基準面上に5本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc，Pd ，Pe 直立させ、前記較正用ポールPd ，Pe のそれぞれに１個の較正用光体d0 ，e0を設置し、前記較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに前記基準面からの高さを違えて対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 をそれぞれ設置し、それらの対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2の間の中点の前記基準面からの高さh0 を前記較正用ポールPd ，Pe のそれぞれの較正用光体d0 ，e0 の前記基準面からの高さh0 と等しく設定し、焦点距離Fyが既知で前記一つの線分ＡＢ上の２本の各較正用ポールPa およびPbから等距離に置かれるＰＳＤカメラと、焦点距離Fxが既知で前記他の線分ＡＣ上の２本の各較正用ポールPa およびPcから等距離に置かれるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラを設置し、前記較正用ポールPa ，Pb ，Pc ，Pd ， Pe 上の較正用光体a1，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2  ；d0 ，e0 を前記２基のＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面に撮像することにより、前記三次元空間内における前記対象物の位置を表すための前記三次元空間内の三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対応する二次元座標軸を前記各ＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面上に較正設定し、前記各ＰＳＤカメラの光軸を前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点に合わせ且つ各ＰＳＤカメラを前記原点からそれぞれ距離Ly ，Lxを隔てて設定し、前記対象物には位置検出用光体を設置し、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に前記対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換して前記対象物の動きを検知する物体の三次元運動測定方法である。
【００２３】
この発明の他の基本的な実施形態は、位置検出用光体が設置されて三次元運動する対象物の運動領域を含みその対象物の位置を表す三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが形成される三次元空間内に設定される基準面に配設された少なくとも３個の設置点Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ直立させる少なくとも３本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc と、これらの各較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに前記基準面からの高さを違えて設置される２個の対をなす較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 と、既知の焦点距離Fyを備え前記較正用ポールPa および較正用ポールPb から等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Ly を隔てて設置されるＰＳＤカメラと、既知の焦点距離Fxを備え前記較正用ポールPa および較正用ポールPc から等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lx を隔てて設置されるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラと、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に前記対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換演算するコンピュータを備え、前記設置点Ａ，Ｂ，Ｃ に関し、線分ＡＢと線分ＡＣがそれぞれ既知の長さKx ，Kyで且つ設置点Ａで直交するように設定し、前記対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2の各中点の前記基準面からの高さh0 を等しく設定した物体の三次元運動測定装置である。
【００２４】
この発明の他の実施形態は、位置検出用光体が設置されて三次元運動する対象物の運動領域を含みその対象物の位置を表す三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが形成される三次元空間内に設定される直角三角形を含む基準面と、この直角三角形の直角頂点Ａと他の２頂点Ｂ，Ｃにそれぞれ位置する設置点Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ直立させる３本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc と、これらの各較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに前記基準面からの高さを違えて設置される２個の対をなす較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 と、既知の焦点距離Fyを備え前記較正用ポールPa および較正用ポールPbから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lyを隔てて設置されるＰＳＤカメラと、既知の焦点距離Fxを備え前記較正用ポールPa および較正用ポールPcから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lxを隔てて設置されるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラを一体的にセットアップし、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に前記対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換演算するコンピュータを備え、前記直角三角形の線分ＡＢと線分ＡＣを既知の長さKx ，Ky に設定し、前記対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2の各中点の前記基準面からの高さh0 を等しく設定した物体の三次元運動測定装置である。
【００２５】
この発明の他の実施形態は、位置検出用光体が設置されて三次元運動する対象物の運動領域を含みその対象物の位置を表す三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが形成される三次元空間内に設定される基準面に配設された５個の設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにそれぞれ直立させる5本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc ，Pd ，Pe と、前記較正用ポールPd ，Pe のそれぞれに１個設置される較正用光体d0 ，e0 と、前記較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれに前記基準面からの高さを違えて設置される２個の対をなす較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 と、既知の焦点距離Fyを備え前記較正用ポールPa および較正ポールPbから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Ly を隔てて設置されるＰＳＤカメラと、既知の焦点距離Fxを備え前記較正用ポールPa および較正用ポールPcから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点から距離Lx を隔てて設置されるＰＳＤカメラの、２基のＰＳＤカメラと、前記２基のＰＳＤカメラで同時且つ時系列的に前記対象物の位置検出用光体を撮像して得た前記対象物の時系列位置データを前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換演算するコンピュータを備え、前記設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの位置関係に関して、線分ＡＢと線分ＡＣがそれぞれ既知の長さKx ，Ky で設置点Ａで直交するように設定し、線分ＡＢを底辺とする二等辺三角形の頂点に設置点Ｄを配設し、線分ＡＣを底辺とする二等辺三角形の頂点に設置点Ｅを配設し、前記対をなす２個の較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2の各中点の前記基準面からの高さh0 を前記較正用ポールPd ，Pe のそれぞれの較正用光体d0 ，e0 の前記基準面からの高さh0 と等しく設定した物体の三次元運動測定装置である。
【００２６】
この発明の他の基本的な実施形態は、予め設定された運動領域で三次元運動する対象物に設置した位置検出用光体を映す鏡を配設し、その鏡に映った対象物の位置検出光体を２基のＰＳＤカメラで撮像して得た前記対象物の時系列位置データを三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する時系列座標データに変換して前記対象物の動きを検知する物体の三次元運動測定方法ならびに三次元運動測定装置である。
【００２７】
【実施例】
以下図面を参考にこの発明の実施例を説明する。図１ないし図３はこの発明に係る物体の三次元運動測定装置の一実施例を示すもので、床面上で前後・左右・上下に動く人体の特定部位の運動状態をその特定部位の三次元座標変化として観測する三次元運動測定装置の例である。図１は同装置の基本構成を示す斜視図、図２は同装置の機能説明用の平面図、図3は同装置の機能説明用の立面図である。
【００２８】
図１ないし図３において、Ｈは三次元空間内で前後・左右・上下に三次元運動する人体で、人体Ｈの一部の箇所を測定の対象物として、その対象物に位置検出用光体Ｒが設置されている。したがってＲは実質的に対象物である。位置検出用光体Ｒは、ＬＥＤ (Light Emitting Diode)などの発光体あるいは対象物に照射される光を反射する光反射体である。
【００２９】
Ｇは対象物Ｒの運動領域を含む三次元空間内に形成した基準面で、この実施例では人体が立つ水平な床面である。そして運動測定範囲の三次元空間とその三次元空間内の三次元直交座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚを決定するために、基準面Ｇ上に５個の設置点（較正用ポールを設置する点）Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを設定する。その場合、線分ＡＢと、線分ＡＣとが設置点Ａで直交するように計測して設置点Ａ，Ｂ，Ｃを配設し、線分ＡＢを底辺とする二等辺三角形の頂点に設置点Ｄを配設し、線分ＡＣを底辺とする二等辺三角形の頂点に設置点Ｅを配設し、設置点Ａ，Ｂ間の距離（線分ＡＢの長さ）を予め定めた長さKxに設定し、設置点Ａ，Ｃ間の距離（線分ＡＣの長さ）を予め定めた長さKyに設定している。また、対象物Ｒの位置の測定演算を簡易化するために、設置点Ｄを頂点とし線分ＡＢを底辺とする二等辺三角形の高さを線分ＡＣの長さKyに合わせ、設置点Ｅを頂点とし線分ＡＣを底辺とする二等辺三角形の高さを線分ＡＢの長さKxに合わせている。
【００３０】
次に各設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにおいて、それぞれ較正用ポールPa，Pb，Pc，Pd，Peを基準面Ｇに対し直立させ（垂直に立て）、較正用ポールPd，Peには基準面Ｇから高さh0の位置にそれぞれ１個の較正用光体do，e0を設置し、較正用ポールPa，Pb，Pcのそれぞれには、基準面Ｇからの高さを違えて対をなす２個の較正用光体a1，a2；b1，b2；c1，c2をそれぞれ設置し、それらの対をなす２個の較正用光体a1，a2；b1，b2；c1，c2の間の中点の前記基準面Ｇからの高さh0を前記較正用ポールPd，Peのそれぞれの較正用光体do，e0の前記基準面Ｇからの高さh0と等しく設定している。
【００３１】
そして前記三次元空間内に三次元座標軸（三次元直交座標軸）Ｘ，Ｙ，Ｚが仮想設定される。点Ｏは三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点を示している。座標軸Ｘは線分ＡＢと平行に、座標軸Ｙは線分ＡＣと平行に、かつ座標軸Ｘ，Ｙが基準面Ｇに対し平行になるように設定され、座標軸Ｚは基準面Ｇに対し垂直で、線分ＡＢからの距離がKy／２、線分ＡＣからの距離がKx／２にある点Ｏ'（座標軸Ｚが基準面Ｇを通る点）を通るように設定されている。そして設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅおよび点O'の設定位置関係から、点Ｏ'と設置点Ｅ間の距離（三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点Ｏと較正用ポールPeの間の距離）はKx／２となり、点Ｏ'と設置点Ｄ間の距離（三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点Ｏと較正用ポールPdの間の距離）はKy／２になっている。
【００３２】
１０はＸ軸方向ＰＳＤカメラで、座標軸Ｘの方向に向けて設置されて対象物Ｒの動きを撮像する。Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０はレンズ１１とＰＳＤ受光面１２を備え、レンズ１１の焦点距離Fxは既知である。そしてＸ軸方向ＰＳＤカメラ１０は、そのレンズ１１の光軸が座標軸Ｘと合致し、ＰＳＤカメラ１０（レンズ１１）は仮想の原点Ｏから距離Lxだけ離れて設置される。また２０はY軸方向ＰＳＤカメラで、座標軸Yの方向に向けて対象物Ｒの動きを撮像する。Y軸方向ＰＳＤカメラ２０はレンズ２１とＰＳＤ受光面２２を備え、レンズ２１の焦点距離Fyは既知である。そしてY軸方向ＰＳＤカメラ２０は、そのレンズ２１の光軸が座標軸Yと合致し、ＰＳＤカメラ（レンズ２１）は仮想の原点Ｏから距離Lyだけ離れた状態で設置されている。
【００３３】
図１ならびに図２に示したように、設置点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅにそれぞれ較正用ポールPa（較正用光体a1，a2），較正用ポールPb（較正用光体b1，b2），較正用ポールPc（較正用光体ｃ1，c2），較正用ポールPd（較正用光体d0），較正用ポールPe（較正用光体e0）を設定し、三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚと原点Oを仮想設定して、Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０をＸ軸方向に向けて較正ポールPa，Pb，Pc，Pd，Peを捉えると、各較正用光体a1，a2，b1，b2，c1，c2，d0，e0からの光をＰＳＤ受光面１２で受光して、図２に示すようにＰＳＤ受光面１２のＹ軸・Ｚ軸座標面上に、較正用光体a1，a2，b1，b2，c1，c2，d0，e0のそれぞれの三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚにおけるｙ座標・ｚ座標に対応する位置関係で撮像a1´，a2´，b1´，b2´，c1´，c2´，d0´，e0´が現れる。したがって、ＰＳＤ受光面１２上の撮像a1´，a2´，b1´，b2´，c1´，c2´，d0´，e0´の位置を見ながら、線分d0´ e0´がＰＳＤ受光面１２上に定められた座標軸Yと合致し、ＰＳＤ受光面１２上の撮像e0´がＰＳＤ受光面１２上に表された原点ｎと合致するようにＸ軸方向ＰＳＤカメラ１０の位置と向きを調整することにより、Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０を所要の正確な位置に極めて簡単に設置できる。
【００３４】
同様にＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０についても、Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０をＹ軸方向に向けて較正ポールPa，Pb，Pc，Pd，Peを捉えると、各較正用光体a1，a2，b1，b2，c1，c2，d0，e0からの光をＰＳＤ受光面２２で受光して、図２に示すように、ＰＳＤ受光面２２のＸ軸・Ｚ軸座標面上に、較正用光体a1，a2，b1，b2，c1，c2，d0，e0のそれぞれの三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚにおけるｘ座標・ｚ座標に対応する位置関係で撮像a1´，a2´，b1´，b2´，c1´，c2´，d0´，e0´が現れる。したがってＰＳＤ受光面２２上の撮像a1´，a2´，b1´，b2´，c1´，c2´，d0´，e0´の位置を見ながら線分d0´e0´がＰＳＤ受光面２２上に定められた座標軸Ｘと合致し、ＰＳＤ受光面２２上の撮像e0´がＰＳＤ受光面２２上に表された原点ｎと合致するようにY軸方向ＰＳＤカメラ２０の位置と向きを調整することにより、Y軸方向ＰＳＤカメラ２０を所要の正確な位置に極めて簡単に設定できる。
【００３５】
しかし対象物の運動領域の三次元空間に仮想設定した三次元座標Ｘ，Ｙ，Ｚの原点Ｏの位置を直接実測して確認することは現実問題として極めて困難であり、したがって原点ＯとＰＳＤカメラ1０の間の距離Lxならびに原点ＯとＰＳＤカメラ2０の間の距離Lyも実測は事実上できない。そこで三次元座標Ｘ，Ｙ，Ｚの原点Ｏの位置と、距離Lxならびに距離Lyは、較正用光体a1，a2，b1，b2，c1，c2，d0，e0の既知の位置（較正用ポールPa，Pb，Pc，Pd，Peの既知の位置）とこれらに対するＸ軸方向ＰＳＤカメラ１０およびY軸方向ＰＳＤカメラ２０の関係位置を基に演算によって求める。すなわち図２に示すように、既知の位置に正確に設置された較正用光体a1，a2，b1，b2，c1，c2，d0，e0の撮像a1´，a2´，b1´，b2´，c1´，c2´，d0´，e0´がＸ方向ＰＳＤカメラ1０のＰＳＤ受光面１２上と、Y方向ＰＳＤカメラ２０のＰＳＤ受光面２２上に表示される。Ｘ方向ＰＳＤカメラ1０のＰＳＤ受光面１２上について見れば、撮像a1´と撮像c2´を結ぶ線分と、撮像a2´と撮像c1´を結ぶ線分の交点が三次元座標Ｘ，Ｙ，Ｚの原点Ｏに対応するＰＳＤ受光面１２上の原点ｎとなる。そして撮像a1´，a2´，c1´，c2´の座標を基に、撮像a1´と撮像c2´を結ぶ線分、撮像a2´と撮像c1´を結ぶ線分、およびその両線分の交点ｎを演算で求めて表示することができる。これらの演算処理はコンピュータＷで行われる。同様にＹ方向ＰＳＤカメラ２０のＰＳＤ受光面２２上について見れば、撮像a1´と撮像b2´を結ぶ線分と、撮像a2´と撮像b1´を結ぶ線分の交点が三次元座標Ｘ，Ｙ，Ｚの原点Ｏに対応するＰＳＤ受光面2２上の原点ｎとなり、ここでも撮像a1´，a2´，b1´，b2´の座標を基に原点ｎの位置を演算してＰＳＤ受光面２２上表示することができる。したがってＸ方向ＰＳＤカメラ1０ならびにＹ方向ＰＳＤカメラ２０の設定位置・角度を調整して、Ｘ方向ＰＳＤカメラ1０においては撮像e0´を原点ｎと合致させ、Ｙ方向ＰＳＤカメラ２０においては撮像d0´を原点ｎと合致させてＸ方向ＰＳＤカメラ1０ならびにＹ方向ＰＳＤカメラ２０を設置すれば、Ｘ方向ＰＳＤカメラ1０ならびにＹ方向ＰＳＤカメラ２０を正しい位置・角度に正確に設置することができる。
【００３６】
次に考察上、図２中に幾つかの点、点１０１（Ｘ方向ＰＳＤカメラのレンズ１１の位置），点１０２（設置点Ａ，Ｃの中点），点１０３（Ｘ方向ＰＳＤカメラ1０の光軸すなわち三次元座標軸のＸ軸とＸ方向ＰＳＤカメラの受光面１２の交点），点１０４（撮像c1´，撮像c2´のｙ座標位置），点２０１（Ｙ方向ＰＳＤカメラのレンズ２０の位置），点２０２（設置点Ａ，Bの中点），点２０３（Ｙ方向ＰＳＤカメラ２０の光軸すなわち三次元座標軸のＹ軸とＹ方向ＰＳＤカメラの受光面２２の交点），点２０４（撮像b1´，撮像b2´のｘ座標位置）を置いてみる。これらの点の関係位置から、点１０３，１０１，１０４からなる三角形と、点１０２，１０１，Cからなる三角形は互いに相似の三角形である。そして点１０１，１０３間の長さはレンズ１１の焦点距離Fxで既知であり、点１０３，１０４間の長さはPSD受光面１２上で測定可能であり、点１０２，Ｃ間の長さはKy/2に設定されて既知であることから、これらの知られた数値から、点１０１，１０２間の長さ（Lx−Kx/2）を簡単な演算で求めることができ、したがってＸ方向ＰＳＤカメラ1０（レンズ１１）と原点Ｏの間の距離はＸ方向ＰＳＤカメラ１０を正しく設置したときに簡単な演算で算出できる。
【００３７】
またＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０につても全く同様で、点２０３，２０１，２０４からなる三角形と、点２０２，２０１，Ｂからなる三角形は互いに相似の三角形で、レンズ２１の焦点距離Fyは既知であり、点２０３，２０４間の長さはPSD受光面２２上で測定可能であり、点２０２，Ｂ間の長さはKx/2に設定されて既知であることから、これらの知られた数値から、点２０１，２０２間の長さ（Ly−Ky/2）を簡単な演算で求めることができ、したがってY方向ＰＳＤカメラ２０（レンズ２１）と原点Ｏの間の距離はＸ方向ＰＳＤカメラ1０を正しく設置したときに簡単な演算で算出できる。
【００３８】
この状態において、座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが仮想形成された空間で三次元運動する対象物Ｒの位置は、Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０とＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０で捉えられて、それぞれのＰＳＤ受光面１２，２２上に撮像ｒ'として現れる。なお、三次元運動領域における三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する対象物Ｒのｘ座標，ｙ座標，ｚ座標をそれぞれRx ，Ry ，Rz で示し、ＰＳＤ受光面１２上の座標軸Y，ＺならびにＰＳＤ受光面２２上の座標軸Ｘ，Ｚに対する撮像ｒ'のｘ座標，ｙ座標，ｚ座標をそれぞれr'x ，r'y ，r'z で示す
【００３９】
一方見方を変えれば、ＰＳＤ受光面１２，２２上に表された対象物の撮像ｒ'がそれぞれ逆にレンズ１１，２１を通して運動空間の三次元座標軸Ｘ，Ｙ，ＺのＹ軸・Ｚ軸座標面とＸ軸・Ｚ軸座標面に拡大されて対象物Ｒの投影像が形成されると見ることができる。そしてＸ軸方向ＰＳＤカメラ１０とＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０で捉えた対象物Ｒの見掛けの（上記投影像の）ｘ座標，ｙ座標，ｚ座標をそれぞれrx ，ry ，rz で示す。ここでＸ軸方向ＰＳＤカメラ１０の焦点距離Fxと原点Ｏまでの距離Lx、ならびにＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０の焦点距離Fyと原点Ｏまでの距離Lyが分かっているので、ＰＳＤ受光面１２，２２上に表れた対象物Rの撮像ｒ'の位置（座標r'x ，r'y ，r'z）を読み取って、前記Ｙ軸・Ｚ軸座標面とＸ軸・Ｚ軸座標面のそれぞれにおける対象物Ｒの見掛けの座標rx ，ry ，rzを算出することができ、さらにその座標rx ，ry ，rzを基にして運動空間における三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する対象物Ｒの現場の真の位置を示す座標Rx ，Ry ，Rzを演算して算出することができる。
【００４０】
先に図５でＰＳＤの機能について記したところから、対象物Rの撮像ｒ'の位置（二次元座標）とＰＳＤカメラの出力電圧の関係は次式：（式1）（式２）（式３）で示される。
但し、r'x ，r'y ，r'z ：対象物Ｒの撮像ｒ'のｘ座標，ｙ座標，ｚ座標．
Vx  ：ＰＳＤカメラのＸ軸方向出力電圧．
Vy  ：ＰＳＤカメラのＹ軸方向出力電圧．
Vz  ：ＰＳＤカメラのＺ軸方向出力電圧．
Jx ，Jy ，Jz ：ＰＳＤカメラの固有の定数（Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０とY軸方向ＰＳＤカメラ２０の特性によって定まる定数）．
そして、ＰＳＤカメラの出力電圧Vx ，Vy ，Vz と座標r'x ，r'y ，r'z
を実測することにより、定数Jx ，Jy ，Jz の値が分かる。
【００４１】
【数１】
0004449051.tif 000002
【００４２】
また図２を参考にすれば明らかなように、校正用光体e0は運動空間の座標軸Ｘ上にあるので校正用光体e0自体の位置と、運動空間のＸ軸・Ｚ軸座標面に対する校正用光体e0の前記投影像の位置は合致しており、校正用光体d0は運動空間の座標軸Ｙ上にあるので校正用光体d0自体の位置と、運動空間のＹ軸・Ｚ軸座標面に対する校正用光体d0の前記投影像の位置は合致している。したがって校正用光体e0の位置とその撮像e0´の位置の関係、ならびに校正用光体d0の位置とその撮像d0´の位置の関係は次式：（式４）ないし（式１３）で示される。
但し、θex：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０から見た校正用光体e0のＸ軸方向角度．
θdy ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０から見た校正用光体d0 のＹ軸方向角度．
e0x＝e0´：校正用光体e0の撮像e0´のｘ座標（原点ｎからの長さ）
d0y＝d0´：校正用光体d0の撮像d0´のｙ座標（原点ｎからの長さ）
【００４３】
【数２】
0004449051.tif 000003
【００４４】
そして運動空間の三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する較正用光体e0 のｘ座標（原点Oからの距離）が既知の値、Kx ／２に設定されていることから、Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０のＰＳＤ受光面２２の上の撮像e0´のＸ軸方向長さ（ｘ座標）e0x 、すなわちそのＸ軸方向長さ（ｘ座標）e0x に対応するＸ軸方向出力電圧Vxを検知することにより、Ｘ軸方向出力電圧Vx の単位電圧当たりの対象物の現場のＸ座標の換算値（式８に示したKx ／2Vx）が分かる。また、三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する較正用光体d0 のｙ座標（原点Oからの距離）が既知の値、Ky ／２に設定されていることから、Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０のＰＳＤ受光面１２の上の撮像d0´のＹ軸方向長さ（ｙ座標）d0y 、すなわちそのＹ軸方向長さ（ｙ座標）d0y に対応するＹ軸方向出力電圧Vyを検知することにより、Ｙ軸方向出力電圧Vyの単位電圧当たりの対象物の現場のＹ座標の換算値（式１３に示したKy ／2Vy）が分かる。同様にしてＰＳＤカメラのZ軸方向出力電圧  Vz の単位電圧当たりの対象物の現場のZ座標の換算値についても算出されて知ることができる。
【００４５】
このようにＸ軸方向ＰＳＤカメラ１０とＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０を関係付けて設置した後、Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０とＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０で対象物Ｒの動きを撮像しながら測定する。そしてその場合の撮像時系列のある時点Ｔ＝tnにおける対象物Ｒのｘ座標Rx ，ｙ座標Ry ，z座標Rz は、前記の式１ないし式１３の関係と図２および図３に示すところから明らかなように、次式：（式１４）ないし（式３０）に基づいて演算し算出することができる。
但し、Fx  ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０のレンズ１１の焦点距離．
Fy  ：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０のレンズ２１の焦点距離．
Lx  ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０（レンズ１１）と原点Ｏの間の距離．
Ly  ：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０（レンズ２１）と原点Ｏの間の距離．
Mx  ，My ，Mz ：対象物Ｒの見掛けのｘ座標，ｙ座標，ｚ座標と
真のｘ座標，ｙ座標，ｚ座標とのそれぞれの差
θrx ：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０から見た対象物ＲのＸ軸方向角度
θry ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０から見た対象物ＲのＹ軸方向角度
θrz ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０から見た対象物ＲのＺ軸方向角度
【００４６】
【数３】
0004449051.tif 000004
【００４７】
ここで（式２３）を（式１８）に代入すると、
【００４８】
【数４】
0004449051.tif 000005
【００４９】
ここで（式１８）を（式２３）に代入すると、
【００５０】
【数５】
0004449051.tif 000006
【００５１】
【数６】
0004449051.tif 000007
【００５２】
すなわち、対象物Ｒの各時点での位置（対象物Ｒのｘ座標Rx，ｙ座標Ry，ｚ座標Rz は、それぞれ（式２５）、（式２７）、（式３０）で算出されるが、ＰＳＤカメラの焦点距離Fx ，Fx 、距離Lx ，Ly 、定数 Jx ，Jy ，Jz は既知であるから、ＰＳＤカメラの出力電圧Vx ，Vy ，Vz を計測することにより対象物Ｒの位置を測定することができ、その測定位置を時系列に連ねれば対象物の運動を測定することができる。
【００５３】
Ｗはコンピュータで、ＰＳＤカメラの出力電圧Vx ，Vy ，Vz を入力する入力装置W1と、対象物Ｒのｘ座標Rx，ｙ座標Ry，ｚ座標Rz を求める（式２５）、（式２７）、（式３０）の演算プログラムを備えた記憶装置W2 と、この演算プログラムでＰＳＤカメラの出力電圧Vx ，Vy ，Vz を演算処理するＣＰＵ（W3） と、その演算結果を対象物Ｒの運動測定値として出力する出力装置W4からなる。そして対象物Ｒの動きを、２基のＰＳＤカメラで捉えた撮像ｒ’の位置を基にコンピュータＷで前記数式に沿う演算をして対象物Ｒの位置を時系列的に算出し対象物Ｒの三次元運動を測定することができる。また対象物Ｒの運動範囲や運動測定データの使用目的によっては、演算数式をより単純化した近似式としてコンピュータＷの演算処理を簡略化することもできる。
【００５４】
図４は、この発明の他の実施例であるところの歯の動きを測定する三次元運動測定装置の機能説明用の平面図である。対象物Ｒが人体の一部であっても、その対象物Ｒが図４におけるように歯の場合、あるいは指先の動きなどを解析する場合には、対象物Ｒの運動範囲（運動空間）は極めて狭く極めて狭い視野の中で撮像することができる。したがって広い測定空間は必要でなく、むしろ対象物を近距離から撮像することが効果的である場合も多い。また機械的に固定された視野において三次元空間を得たい場合もある。図４の実施形態は、そのような対象物あるいは測定環境下で簡便に適用できる三次元運動測定方法と測定装置に関する。図４に示す方式は基本的には図１、図２に共通するところが多いが、図１、図２の方式で用いた較正用ポールPa ，Pb ，Pc ，Pd ，Pe のうち 較正用ポールPd ，Pe を省き、３本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc のみを組み入れて用いると共に、２基のＰＳＤカメラを予め設定位置調整してアームに装着し必要に応じて基準面も含めて汎用装置としてセットアップしたものである。
【００５５】
すなわち図１、図２を参考に図４に示すように、位置検出用光体が付着された対象物Ｒの比較的狭い運動領域を含む三次元空間に配設される基準面４１を設け、その三次元空間には対象物Ｒの位置を表すための三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが仮想形成され、基準面４１上には直角三角形（頂点Ｂ，Ａ，Ｃからなる直角三角形）を形成し、その直角三角形の直角頂点Ａと他の２頂点Ｂ，Ｃにそれぞれ位置する設置点Ａ，Ｂ，Ｃにそれぞれ着脱自在に直立させる３本の較正用ポールPa ，Pb ，Pc を設け、また既知の焦点距離Fyを有し較正用ポールPa および較正用ポールPbから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点Ｏから距離Lyをもって設置されるＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０と、既知の焦点距離Fxを有し較正用ポールPa および較正用ポールPcから等距離で且つ前記三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点Ｏから距離Lxをもって設置されるＸ軸方向ＰＳＤカメラ１０を設けている。各較正用ポールPa ，Pb ，Pcのそれぞれには基準面４１からの高さを違えて２個の対をなす較正用光体a1 ，a2 ；b1 ，b2 ；c1 ，c2 が装着されている。
【００５６】
そして、Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０とＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０を数１０cm離して且つ両者の光軸がＸ軸、Ｙ軸として直交するように調整してアーム４０に一体的にセットアップしたものである。また必要に応じて、基準面４１もアーム４０にＸ軸方向ＰＳＤカメラ１０およびＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０と共に一体的にセットアップされる。アーム４０は雲台を介してカメラ三脚上に据付けられ、歯などの小さな動きをする対象物Ｒの近くに設置される。またＸ軸方向ＰＳＤカメラ１０とＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０は、点Ｏ，Ａを通る線を基準に左右対称に矢印Ｉ方向に移動調節が可能である。そして図１および図２で示したところと同様に、Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０とＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０でそのＰＳＤ受光面１２，２２上に対象物Ｒの撮像ｒ’を捉え、撮像ｒ’の位置を基にコンピュータＷで演算して対象物Ｒの動きを測定することができる。また、基準面４１上の直角三角形の角に位置する設置点Ａ，Ｂ，ＣとＸ軸方向ＰＳＤカメラ１０ならびにＹ軸方向ＰＳＤカメラ２０の基本的な相対関係位置は、それらの全体が占めるエリアが狭いことから、事前に正確に実測して設定している。なお、Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０、Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０、コンピュータＷ、鏡３０などの作用ならびには、前記の図１および図２に示したものと同じである。このように図４に示す三次元運動測定装置は、基準面、較正用ポール、ＰＳＤカメラからなる測定主要部が予めコンパクトに纏められているので、汎用性が高く測定現場に容易に持ち込んで簡単に設置して簡便に測定操作することができる。
【００５７】
【発明の効果】
上記の実施例からも明らかなように、この発明による物体の３次元運動の測定方法およびその測定装置は、２基のＰＳＤカメラを用いてＰＳＤ受光面上に捉えた対象物のスポット画像の位置を基に対象物の運動位置を算出するもので、物体の３次元の動きをその物体の撮像の形状を画像処理して求めるものではないので、演算処理に関わる情報量と情報処理量は極めて少なくて済み、一方ＰＳＤによる発光体（対象物）の位置検出応答速度は極めて早いことから、物体の高速運動に対してもその運動を迅速に測定することができる。また５本の較正用ポールを設置することにより、ＰＳＤカメラの受光面に捉えた較正用ポールの較正用光体の撮像を見ながら容易に２基のＰＳＤカメラを所要の位置に正確に設置することができる。
【００５８】
また、基準面とその基準面上の較正用ポール設置点と、２基のＰＳＤカメラの相対関係位置を予めコンパクトにセットアップすることにより、汎用性が高く対象物の近くに手軽に設置し得る三次元運動測定装置を較正することができる。
【００５９】
さらに、鏡を付加設置し、その鏡を介してＰＳＤカメラが対象物を撮像するようにすることにより、一旦設置したＰＳＤカメラの設定状態を変えることなく、対象物の動きを異なる方向から捉えて測定することができ、また対象物とＰＳＤカメラの間に十分な距離が取れない測定環境下においても、鏡を介することにより、ＰＳＤカメラの視野を等価的に拡大して、対象物のより広範な三次元運動を測定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示す物体の三次元運動測定装置の基本構成を示す斜視図。
【図２】同装置の機能説明用の平面図。
【図３】同装置の機能説明用の立面図。
【図４】この発明の他の実施例を示す三次元運動測定装置の機能説明用の平面図。
【図５】ＰＳＤ（半導体位置検出素子）の基本構成を示す斜視図。
【符号の説明】
１０  ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ
１１  ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラのレンズ
１２  ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面
２０  ：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ
２１  ：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラのレンズ
２２  ：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラのＰＳＤ受光面
３０  ：鏡
４０  ：アーム
４１  ：基準面
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ  ：設置点
a1 ，a2 ，b1 ，b2 ，c1 ，c2 ，d0 ，e0  ：較正用光体
a1´ ，a2´，b1´，b2´，c1´，c2´，d0´，e0´：較正用光体の撮像
Ｇ  ：基準面
Ｈ  ：人体
ｎ  ：ＰＳＤ受光面１２，２２上の座標軸の原点
Ｏ  ：三次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚの原点
Ｏ´：点（座標軸Ｚが基準面Ｇを通る点）
Pa ，Pb ，Pc ，Pd ，Pe  ：較正用ポール
Ｒ  ：対象物（位置検出用光体）
Rx ，Ry ，Rz ：対象物Ｒのｘ座標，ｙ座標，ｚ座標
rx ，ry ，rz  ：対象物Ｒの見掛けのｘ座標，ｙ座標，ｚ座標
r'x ，r'y ，r'z ：対象物Ｒの撮像ｒ'のｘ座標，ｙ座標，ｚ座標
Ｗ  ：コンピュータ
W1 ：入力装置
W2 ：記憶装置
W3 ：ＣＰＵ
W4 ：出力装置
Ｘ，Ｙ，Ｚ  ：三次元座標軸（三次元直交座標軸）
Fx  ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０のレンズ１１の焦点距離
Fy  ：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０のレンズ２１の焦点距離
h0  ：高さ
Jx ，Jy ，Jx ：定数
Lx  ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０（レンズ１１）と原点Ｏの間の距離
Ly  ：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０（レンズ２１）と原点Ｏの間の距離
e0x ：較正用光体e0の撮像e0´のｘ座標（原点ｎからの長さ）
d0y ：較正用光体d0の撮像d0´のｙ座標（原点ｎからの長さ）
Kx  ：設置点Ａ，Ｂ間の距離（線分ＡＢの長さ）
Ky  ：設置点Ａ，Ｃ間の距離（線分ＡＣの長さ）
Mx  ，My ，Mz ：対象物Ｒの見掛けのｘ座標，ｙ座標，ｚ座標と真のｘ座標，ｙ座標，ｚ座標とのそれぞれの差
Vx  ：ＰＳＤカメラのＸ軸方向出力電圧
Vy  ：ＰＳＤカメラのＹ軸方向出力電圧
Vz  ：ＰＳＤカメラのＺ軸方向出力電圧
θex ：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０から見た校正用光体e0 のＸ軸方向角度
θdy ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０から見た校正用光体d0 のＹ軸方向角度
θrx ：Ｙ軸方向ＰＳＤカメラ２０から見た対象物ＲのＸ軸方向角度
θry ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０から見た対象物ＲのＹ軸方向角度
θrz ：Ｘ軸方向ＰＳＤカメラ１０から見た対象物ＲのＺ軸方向角度
【図１】
0004449051.tif 000008
【図２】
0004449051.tif 000009
【図３】
0004449051.tif 000010
【図４】
0004449051.tif 000011
【図５】
0004449051.tif 000012