(57)【要約】【課題】本発明は、３次元空間多自由度検出装置を提供する。【解決手段】第１の電磁波エミッション源と、第２の電磁波エミッション源と、第１の検出モジュールと、第２の検出モジュールとが備えられる。上記第１の電磁波エミッション源は、第１の変調信号を有する第１の電磁波を発生する。上記第２の電磁波エミッション源は、第２の変調信号を有する第２の電磁波を発生する。上記第１の検出モジュールは、複数の第１の検出素子を有し、異なる空間角度で、上記第１の電磁波と上記第２の電磁波により発生された異なる放射エネルギーを同時に受信する。上記第２の検出モジュールは、複数の第２の検出素子を有し、異なる空間角度で、上記第１の電磁波と上記第２の電磁波により発生された異なる放射エネルギーを同時に受信する。【選択図】図２Ｅ
2009115778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点光源であり、第１の電磁波を発生する第１の電磁波エミッション源と、
点光源であり、第２の電磁波を発生する第２の電磁波エミッション源と、
複数の第１の検出素子を有し、異なる空間角度で、該第１の電磁波エミッション源からの第１の電磁波と該第２の電磁波エミッション源からの第２の電磁波とにより発生された異なる放射エネルギーを同時に受信する第１の検出モジュールと、
複数の第２の検出素子を有し、異なる空間角度で、同時に、該第１の電磁波エミッション源からの第１の電磁波と該第２の電磁波エミッション源からの第２の電磁波とにより発生された異なる放射エネルギーを受信する少なくとも一つの第２の検出モジュールとを備え、
該第１の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュールの複数の第１の検出素子及び該第２の検出モジュールの複数の第２の検出素子のそれぞれの相対的な空間方向角の差異により、複数の第１の検出素子と複数の第２の検出素子とが、それぞれ、該第１の電磁波エミッション源のそれらの異なる放射エネルギーを受信し、それらの異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、該第１の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角が得られ、また、該第１の電磁波エミッション源と該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離により、該第１の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角を演算して、該第１の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の相対的な空間座標位置が得られ、
該第２の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュールの複数の第１の検出素子及び該第２の検出モジュールの複数の第２の検出素子のそれぞれの相対的な空間方向角の差異により、複数の第１の検出素子と複数の第２の検出素子とが、それぞれ、該第２の電磁波エミッション源のそれらの異なる放射エネルギーを受信し、それらの異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、該第２の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角が得られ、また、該第２の電磁波エミッション源と該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離により、該第２の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角を演算して、該第２の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第２の相対的な空間座標位置が得られ、
該第１の空間座標位置と該第２の空間座標位置との両点により、空間中の直線ベクトルが得られ、また、該直線ベクトルの空間中でのベクトル変化を利用して、該直線ベクトルの空間中の回転状態を把握できる
ことを特徴とする３次元空間多自由度検出装置。
【請求項２】
該第１の電磁波エミッション源と該第２の電磁波エミッション源は、ともに、可視光や不可視光であることを特徴とする請求項１に記載の３次元空間多自由度検出装置。
【請求項３】
該第１の検出モジュールは、複数の異なる平面に位置する表面を有する第１の基座があり、複数の第１の検出素子が、それぞれ該第１の基座の表面上に設置され、該第２の検出モジュールは、複数の異なる平面に位置する表面を有する第２の基座があり、複数の第２の検出素子が、それぞれ該第２の基座の表面上に設置されることを特徴とする請求項１に記載の３次元空間多自由度検出装置。
【請求項４】
該第１の電磁波は、第１の変調信号を有し、該第２の電磁波は、第２の変調信号を有し、該第１の変調信号と該第２の変調信号は、ともに、振幅変調、周波数変調又は位相変調であることを特徴とする請求項１に記載の３次元空間多自由度検出装置。
【請求項５】
該第１の電磁波と該第２の電磁波は、波長が同じであるか異なることを特徴とする請求項１に記載の３次元空間多自由度検出装置。
【請求項６】
複数の第１の検出素子と複数の第２の検出素子とは、それぞれ空間の同一平面上に設置されることを特徴とする請求項１に記載の３次元空間多自由度検出装置。
【請求項７】
（ａ）ともに点光源であり第１の電磁波を発生する第１の電磁波エミッション源及び第２の電磁波を発生する第２の電磁波エミッション源と、複数の第１の検出素子を有する第１の検出モジュールと、複数の第２の検出素子を有する少なくとも一つの第２の検出モジュールとを用意するステップと、
（ｂ）それぞれ、該第１の検出モジュールの複数の第１の検出素子と該第２の検出モジュールの複数の第２の検出素子とにより、それぞれ異なる空間角度で、該第１の電磁波エミッション源からの第１の電磁波により発生された異なる放射エネルギーと該第２の電磁波エミッション源からの第２の電磁波により発生された異なる放射エネルギーとを受信するステップと、
（ｃ）該第１の電磁波及び該第２の電磁波により発生された異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、該第１の電磁波エミッション源及び該第２の電磁波エミッション源のそれぞれに対する該第１の検出モジュールの二つの第１の相対的な空間方向角が得られるステップと、
（ｄ）該第１の電磁波及び該第２の電磁波により発生された異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、該第１の電磁波エミッション源及び該第２の電磁波エミッション源のそれぞれに対する該第２の検出モジュールの二つの第２の相対的な空間方向角が得られるステップと、
（ｅ）該第１の電磁波エミッション源と該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離を利用して、該第１の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角を演算して、該第１の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の空間座標位置が得られるステップと、
（ｆ）該第２の電磁波エミッション源と該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離を利用して、該第２の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角を演算して、該第２の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第２の空間座標位置が得られるステップと、
（ｇ）該第１の空間座標位置と該第２の空間座標位置との両点により、空間中の直線ベクトルが得られ、また、該直線ベクトルの空間中でのベクトル変化を利用して、該直線ベクトルの空間中の回転状態を把握するステップと
を有することを特徴とする３次元空間多自由度検出装置の検出方法。
【請求項８】
該第１の電磁波エミッション源と該第２の電磁波エミッション源とは、ともに、可視光や不可視光であることを特徴とする請求項７に記載の３次元空間多自由度検出装置の検出方法。
【請求項９】
該（ｂ）乃至（ｄ）のステップにおいて、
該第１の検出モジュールの一つの第１の検出素子の法線ベクトルが空間座標の一つの参考軸に平行し、一つの第１の検出素子が該第１の電磁波と該第２の電磁波とにより発生された放射エネルギーを受信し、該第１の検出モジュールの残りの第１の検出素子の法線ベクトルが、それぞれ該参考軸と一つの夾角をなし、残りの第１の検出素子が該第１の電磁波と該第２の電磁波とにより発生された收放射エネルギーを受信し、該第１の電磁波エミッション源と該第２の電磁波エミッション源に対して、該第１の検出モジュールについて作成される２組の第１の投影変換マトリックスを換算するステップと、
該第２の検出モジュールの一つの第２の検出素子の法線ベクトルがもう一つの空間座標の一つの参考軸に平行し、一つの第２の検出素子が該第１の電磁波と該第２の電磁波により発生された放射エネルギーを受信し、該第２の検出モジュールの残りの第２の検出素子の法線ベクトルが、それぞれ該参考軸と一つの夾角をなし、残りの第２の検出素子が該第１の電磁波と該第２の電磁波により発生された收放射エネルギーを受信し、第１の電磁波エミッション源と該第２の電磁波エミッション源に対して、該第２の検出モジュールについて作成される２組の第２の投影変換マトリックスを換算するステップと、
受信した該第１の電磁波と該第２の電磁波の放射エネルギーが、該第１の検出モジュールの残りの第１の検出素子より大きい該第１の検出モジュールの一部の第１の検出素子を析出するステップと、
受信した該第１の電磁波と該第２の電磁波の放射エネルギーが、該第２の検出モジュールの残りの第２の検出素子により大きい該第２の検出モジュールの一部の第２の検出素子を析出するステップと、
該第１の検出モジュールのそれらの一部の第１の検出素子により受信された該第１の電磁波と該第２の電磁波の放射エネルギーを利用して、該第１の電磁波エミッション源と該第２の電磁波エミッション源に対して、該第１の検出モジュールについて作成される２組の第１の投影変換マトリックスを用いて演算して、該第１の電磁波エミッション源及び該第２の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュールの２組の第１の相対的な空間方向角が得られるステップと、
該第２の検出モジュールのそれらの一部の第２の検出素子により受信された該第１の電磁波と該第２の電磁波の放射エネルギーを利用して、該第１の電磁波エミッション源と該第２の電磁波エミッション源に対して、該第２の検出モジュールについて作成される２組の第２の投影変換マトリックスを用いて演算して、該第１の電磁波エミッション源及び該第２の電磁波エミッション源に対する該第２の検出モジュールの２組の第２の相対的な空間方向角が得られるステップと
を有することを特徴とする請求項７に記載の３次元空間多自由度検出装置の検出方法。
【請求項１０】
該第１の検出モジュールは、複数の異なる平面に位置する表面を有する第１の基座があり、複数の第１の検出素子が、それぞれ該第１の基座の表面上に設置され、該第２の検出モジュールは、複数の異なる平面に位置する表面を有する第２の基座があり、複数の第２の検出素子が、それぞれ該第２の基座の表面上に設置されることを特徴とする請求項７に記載の３次元空間多自由度検出装置の検出方法。
【請求項１１】
該第１の電磁波は、第１の変調信号を有し、該第２の電磁波は、第２の変調信号を有し、該第１の変調信号と該第２の変調信号は、ともに、振幅変調、周波数変調又は位相変調であることを特徴とする請求項７に記載の３次元空間多自由度検出装置の検出方法。
【請求項１２】
該第１の電磁波と該第２の電磁波は、波長が同じであるか異なることを特徴とする請求項７に記載の３次元空間多自由度検出装置の検出方法。
【請求項１３】
複数の第１の検出素子と複数の第２の検出素子とは、それぞれ空間の同一平面上に設置されることを特徴とする請求項７に記載の３次元空間多自由度検出装置の検出方法。
【請求項１４】
点光源であり、第１の電磁波を発生する第１の電磁波エミッション源と、
点光源であり、第２の電磁波を発生する第２の電磁波エミッション源と、
点光源であり、第３の電磁波を発生する第３の電磁波エミッション源と、
複数の第１の検出素子を有し、異なる空間角度で、該第１の電磁波、該第２の電磁波及び該第３の電磁波により発生された異なる放射エネルギーを同時に受信する第１の検出モジュールと、
複数の第２の検出素子を有し、異なる空間角度で、該第１の電磁波、該第２の電磁波及び該第３の電磁波により発生された異なる放射エネルギーを同時に受信する少なくとも一つの第２の検出モジュールとを備え、
該第１の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュールの複数の第１の検出素子及び該第２の検出モジュールの複数の第２の検出素子の相対的な空間方向角の差異により、複数の第１の検出素子と複数の第２の検出素子とが、それぞれ該第１の電磁波エミッション源のそれらの異なる放射エネルギーを受信し、それらの異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、該第１の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角が得られ、該第１の電磁波エミッション源と該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離により、該第１の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角を演算して、該第１の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の相対的な空間座標位置が得られ、
該第２の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュールの複数の第１の検出素子及び該第２の検出モジュールの複数の第２の検出素子の相対的な空間方向角の差異により、複数の第１の検出素子と複数の第２の検出素子が、それぞれ該第２の電磁波エミッション源のそれらの異なる放射エネルギーを受信し、それらの異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、該第２の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角が得られ、該第２の電磁波エミッション源と該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離により、該第２の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角を演算して、該第２の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第２の相対的な空間座標位置が得られ、
該第３の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュールの複数の第１の検出素子及び該第２の検出モジュールの複数の第２の検出素子のそれぞれの相対的な空間方向角の差異により、複数の第１の検出素子と複数の第２の検出素子とが、それぞれ該第３の電磁波エミッション源のそれらの異なる放射エネルギーを受信し、それらの異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、該第３の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角が得られ、該第３の電磁波エミッション源と該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離により、該第３の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角を演算して、該第３の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第３の相対的な空間座標位置が得られ、
該第１の空間座標位置、該第２の空間座標位置及び該第３の空間座標位置の３点を連線することにより、３本の直線ベクトルが得られ、該３本直線ベクトルにより、平面が形成され、また、任意の直線ベクトルの空間中でのベクトル変化と該平面の法線ベクトル変化を利用して、該平面の空間中の回転状態を把握できる
ことを特徴とする３次元空間多自由度検出装置。
【請求項１５】
（ａ）全て点光源であり第１の電磁波を発生する第１の電磁波エミッション源、第２の電磁波を発生する第２の電磁波エミッション源及び第３の電磁波を発生する第３の電磁波エミッション源と、複数の第１の検出素子を有する第１の検出モジュールと、複数の第２の検出素子を有する少なくとも一つの第２の検出モジュールとを用意するステップと、
（ｂ）それぞれ、該第１の検出モジュールの複数の第１の検出素子と該第２の検出モジュールの複数の第２の検出素子とにより、それぞれ異なる空間角度で、該第１の電磁波エミッション源からの第１の電磁波により発生された異なる放射エネルギーを受信し、該第２の電磁波エミッション源からの第２の電磁波により発生された異なる放射エネルギーを受信し、該第３の電磁波エミッション源からの第３の電磁波により発生された異なる放射エネルギーを受信するステップと、
（ｃ）該第１の電磁波、該第２の電磁波及び該第３の電磁波により発生された異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、該第１の電磁波エミッション源、該第２の電磁波エミッション源及び該第３の電磁波エミッション源のそれぞれに対する該第１の検出モジュールの３組の第１の相対的な空間方向角が得られるステップと、
（ｄ）該第１の電磁波、該第２の電磁波及び該第３の電磁波により発生された異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、該第１の電磁波エミッション源、該第２の電磁波エミッション源及び該第３の電磁波エミッション源のそれぞれに対する該第２の検出モジュールの３組の第２の相対的な空間方向角が得られるステップと、
（ｅ）該第１の電磁波エミッション源と該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離を利用して、該第１の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角を演算して、該第１の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の空間座標位置が得られるステップと、
（ｆ）該第２の電磁波エミッション源と該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離を利用して、該第２の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角を演算して、該第２の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第２の空間座標位置が得られるステップと、
（ｇ）該第３の電磁波エミッション源と該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離を利用して、該第３の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角を演算して、該第３の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第３の空間座標位置が得られるステップと、
（ｈ）該第１の空間座標位置、該第２の空間座標位置及び該第３の空間座標位置の３点を連線することにより、３本の直線ベクトルが得られ、該３本直線ベクトルにより、平面が形成され、また、任意の直線ベクトルの空間中でのベクトル変化と該平面の法線ベクトル変化を利用して、該平面の空間中の回転状態を把握できるステップと
を有することを特徴とする３次元空間多自由度検出装置の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出装置及びその検出方法に関し、特に、３次元空間多自由度検出装置及びその検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の３次元空間多自由度検出装置の概念図である。図から分かるように、既存の３次元空間多自由度検出装置は、カメラＤで、直接、物体Ｈの画像情報を取得し、画像処理ソフトウェアで演算して、物体Ｈの空間の位置を取得する。
【０００３】
以上のように、従来のカメラＤで画像を取得することにより、物体Ｈの空間の関係位置情報を取得する方法は、実用上、不便で、欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、３次元空間多自由度検出装置とその検出方法を提供する。本発明は、少なくとも二つの電磁波エミッション源と二つの検出モジュールとを利用して、上記３次元空間多自由度検出装置の空間中の二つの回転自由度と三つの線形自由度を検出し、また、少なくとも三つの電磁波エミッション源と二つの検出モジュールを利用して、上記３次元空間多自由度検出装置の空間中の三つの回転自由度と三つの線形自由度を検出する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のその一つの提案は、３次元空間多自由度検出装置を提供し、第１の電磁波エミッション源と、第２の電磁波エミッション源と、第１の検出モジュールと、少なくとも一つの第２の検出モジュールとが備えられる。
【０００６】
該第１の電磁波エミッション源は、点光源であり、第１の変調信号を有する第１の電磁波を発生する。該第２の電磁波エミッション源は、点光源であり、第２の変調信号を有する第２の電磁波を発生する。該第１の検出モジュールは、複数の第１の検出素子を有し、異なる空間角度で、該第１の電磁波エミッション源からの第１の電磁波及び該第２の電磁波エミッション源からの第２の電磁波により発生された異なる放射エネルギーを同時に受信する。該第２の検出モジュールは、複数の第２の検出素子を有し、異なる空間角度で、該第１の電磁波エミッション源からの第１の電磁波及び該第２の電磁波エミッション源からの第２の電磁波により発生された異なる放射エネルギーを同時に受信する。
【０００７】
これにより、該第１の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュールの複数の第１の検出素子及び該第２の検出モジュールの複数の第２の検出素子の相対的な空間方向角の差異と、該第１の電磁波と該第２の電磁波との間の変調信号の差異とにより、複数の第１の検出素子と複数の第２の検出素子とが、それぞれ、該第１の電磁波エミッション源のそれらの異なる放射エネルギーを受信し、それらの異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、該第１の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角が得られ、また、該第１の電磁波エミッション源と該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離により、該第１の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角を演算して、該第１の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の空間座標位置が得られる。
【０００８】
また、該第２の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュールの複数の第１の検出素子及び該第２の検出モジュールの複数の第２の検出素子のそれぞれの相対的な空間方向角の差異と、該第１の電磁波と該第２の電磁波との間の変調信号の差異とにより、複数の第１の検出素子と複数の第２の検出素子とが、それぞれ、該第２の電磁波エミッション源のそれらの異なる放射エネルギーを受信し、それらの異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、該第２の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角が得られ、また、該第２の電磁波エミッション源と該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離により、該第２の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角を演算して、該第２の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第２の空間座標位置が得られる。
【０００９】
該第１の空間座標位置と該第２の空間座標位置との両点により、空間中の直線ベクトルが得られ、また、該直線ベクトルの空間中でのベクトル変化を利用して、該直線ベクトルの空間中の回転状態を把握できる。
【００１０】
本発明のその一つの提案によれば、３次元空間多自由度検出装置の検出方法を提供し、
（ａ）ともに、点光源である第１の電磁波を発生する第１の電磁波エミッション源と、第２の電磁波を発生する第２の電磁波エミッション源と、複数の第１の検出素子を有する第１の検出モジュールと、複数の第２の検出素子を有する少なくとも一つの第２の検出モジュールとを用意するステップと、
（ｂ）該第１の検出モジュールの複数の第１の検出素子と該第２の検出モジュールの複数の第２の検出素子とにより、それぞれ異なる空間角度で、該第１の電磁波エミッション源からの第１の電磁波により発生された異なる放射エネルギーと該第２の電磁波エミッション源からの第２の電磁波により発生された異なる放射エネルギーとを受信するステップと、
（ｃ）該第１の電磁波と該第２の電磁波により発生された異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、該第１の電磁波エミッション源及び該第２の電磁波エミッション源のそれぞれに対する該第１の検出モジュールの２組の第１の相対的な空間方向角が得られるステップと、
（ｄ）該第１の電磁波と該第２の電磁波により発生された異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、該第１の電磁波エミッション源及び該第２の電磁波エミッション源のそれぞれに対する該第２の検出モジュールの二つの第２の相対的な空間方向角が得られるステップと、
（ｅ）該第１の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離を利用して、該第１の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角を演算して、該第１の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の空間座標位置が得られるステップと、
（ｆ）該第２の電磁波エミッション源と該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離を利用して、該第２の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角を演算して、該第２の電磁波エミッション源に対する該第１の検出モジュール及び該第２の検出モジュールのそれぞれの第２の空間座標位置が得られるステップと、
（ｇ）該第１の空間座標位置と該第２の空間座標位置との両点により、空間中の直線ベクトルが得られ、また、該直線ベクトルの空間中でのベクトル変化を利用して、該直線ベクトルの空間中の回転状態を把握できるステップと
を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、少なくとも二つの電磁波エミッション源と二つの検出モジュールとを利用して、３次元空間多自由度検出装置の空間中の二つの回転自由度と三つの線形自由度を検出し、また、少なくとも三つの電磁波エミッション源と二つの検出モジュールを利用して、３次元空間多自由度検出装置の空間中の三つの回転自由度と三つの線形自由度を検出する。
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の目的を達成するための技術や手段、その効果について、詳しく説明するが、本発明は、それによって制限されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図２Ａ乃至図２Ｅは、本発明の第１の実施例の３次元空間多自由度検出装置であり、第１の電磁波エミッション源１と、第２の電磁波エミッション源１’と、第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂ（本発明において、少なくとも二つの検出モジュール或いは二つ以上の検出モジュールである）とを備える。
【００１４】
第１の電磁波エミッション源１は、第１の変調信号を有する第１の電磁波１０ａ、１０ｂを発生する。第２の電磁波エミッション源１’は、第２の変調信号を有する第２の電磁波１０ａ’、１０ｂ’を発生する。第１の電磁波エミッション源１と第２の電磁波エミッション源１’とは、可視光や不可視光である。上記第１の変調信号と上記第２の変調信号は、振幅変調、周波数変調又は位相変調である。上記第１の電磁波と上記第２の電磁波は、波長が同じであるか異なる。
【００１５】
図２Ａと図２Ｂを参照すると、第１の検出モジュール２ａは、第１の基座２０ａと、五つの第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａとを備える。第１の基座２０ａは、複数の異なる平面に位置する表面２０１ａ、２０２ａ、２０３ａ、２０４ａ、２０５ａを有する。複数の第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａは、それぞれ第１の基座２０ａの表面２０１ａ、２０２ａ、２０３ａ、２０４ａ、２０５ａ上に設置される。第１の検出モジュール２ａの複数の第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａは、異なる空間角度で、第１の電磁波エミッション源１からの第１の電磁波１０ａと第２の電磁波エミッション源１’からの第２の電磁波１０ａ’とにより発生した異なる放射エネルギーを受信する。
【００１６】
図２Ｃと図２Ｄを参照すると、第２の検出モジュール２ｂは、第２の基座２０ｂと、五つの第２の検出素子２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂとを備える。第２の基座２０ｂは、複数の異なる平面に位置する表面２０１ｂ、２０２ｂ、２０３ｂ、２０４ｂ、２０５ｂを有する。複数の第２の検出素子２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂは、それぞれ第２の基座２０ｂの表面２０１ｂ、２０２ｂ、２０３ｂ、２０４ｂ、２０５ｂ上に設置される。第２の検出モジュール２ｂの複数の第２の検出素子２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂは、異なる空間角度で第１の電磁波エミッション源１からの第１の電磁波１０ｂと第２の電磁波エミッション源１’からの第２の電磁波１０ｂ’とにより発生した異なる放射エネルギーを受信する。
【００１７】
なお、第１の検出モジュール２ａは一例であり、第１の検出モジュール２ａに、五つの検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａが備えられるのは、本発明の一つの実施態様であり、本発明は、それによって制限されるものではない。複数の検出素子の数が、少なくとも三つ以上や五つ以上であるものは、本発明の範囲に含まれる。また、本発明は、第１の基座２０ａとそれらの異なる平面に位置する表面２０１ａ、２０２ａ、２０３ａ、２０４ａ、２０５ａによって制限されるものではなく、複数の第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａが、異なる平面或いは同一の平面（例えば、導波管を利用する場合）に位置しても、異なる空間角度で、第１の電磁波エミッション源１からの第１の電磁波１０ａと第２の電磁波エミッション源１’からの第２の電磁波１０ａ’とにより発生した異なる放射エネルギーを受信できれば、本発明の範囲に含まれる。
【００１８】
また、第１の実施例において、第１の検出モジュール２ａの一つの第１の検出素子２１ａの法線ベクトル（第１の検出素子２１ａに垂直するベクトルは、第１の検出素子２１ａの法線ベクトルと消される）は、空間座標Ｃ１の一つの参考軸Ｙ１に平行し、第１の検出モジュール２ａの残りの第１の検出素子２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａの法線ベクトルは、それぞれ参考軸Ｙ１と一つの夾角になす。
【００１９】
第２の検出モジュール２ｂの一つの第２の検出素子２１ｂの法線ベクトル（第２の検出素子２１ｂに垂直するベクトルは、第２の検出素子２１ｂの法線ベクトルと消される）は、もう一つの空間座標Ｃ２の一つの参考軸Ｙ２に平行し、第２の検出モジュール２ｂの残りの第２の検出素子２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂの法線ベクトルは、それぞれ参考軸Ｙ２と一つの夾角になす。
【００２０】
なお、第１の検出モジュール２ａは一例であり、本発明は、「第１の検出素子２１ａは、空間座標Ｃ１の参考軸Ｙ１に平行する」ことによって制限されるものではなく、本発明は、設計者の需要に応じて、他の検出素子が、空間座標Ｃ１の参考軸Ｙ１に平行し、残りの第１の検出素子の法線ベクトルが、それぞれ参考軸Ｙ１と一つの夾角になすことに変換しても良い。
【００２１】
これにより、図２Ｅを参照すると、第１の電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａの複数の第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ及び第２の検出モジュール２ｂの複数の第２の検出素子２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂのそれぞれの相対的な空間方向角の差異と、第１の電磁波１０ａ、１０ｂと第２の電磁波１０ａ’、１０ｂ’との間の変調信号の差異とにより、複数の第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａと複数の第２の検出素子２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂとが、それぞれ、第１の電磁波エミッション源１のそれらの異なる放射エネルギーを受信し、それらの異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、第１の電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角が得られ、また、第１の電磁波エミッション源１と第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離により、第１の電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角を演算して、第１の電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第１の相対的な空間座標位置が得られる。
【００２２】
また、第２の電磁波エミッション源１’に対する第１の検出モジュール２ａの複数の第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ及び第２の検出モジュール２ｂの複数の第２の検出素子２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂのそれぞれの相対的な空間方向角の差異と、第１の電磁波１０ａ、１０ｂと第２の電磁波１０ａ’、１０ｂ’との間の変調信号の差異とにより、複数の第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａと複数の第２の検出素子２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂが、それぞれ、第２の電磁波エミッション源１’のそれらの異なる放射エネルギーを受信し、それらの異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、第２の電磁波エミッション源１’に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角が得られ、また、第２の電磁波エミッション源１’と第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離により、第２の電磁波エミッション源１’に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角を演算して、第２の電磁波エミッション源１’に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第２の空間座標位置が得られる。
【００２３】
そのため、上記第１の空間座標位置と上記第２の空間座標位置との両点により、空間中の直線ベクトルが得られ、また、上記直線ベクトルの空間中でのベクトル変化を利用して、上記直線ベクトルの空間中の回転状態を把握できる。
【００２４】
図３を参照すると、本発明の第２の実施例において、上記３次元空間多自由度検出装置に、更に、第１の電磁波エミッション源１の第１の電磁波１０ａ、１０ｂと第２の電磁波エミッション源１’の第２の電磁波１０ａ’、１０ｂ’とを、第１の検出モジュール２ａと第２の検出モジュール２ｂとに反射する反射板３が備えられる点で、第２の実施例と第１の実施例とは異なる。第１の電磁波エミッション源１の第１の電磁波１０ａ、１０ｂと第２の電磁波エミッション源１’の第２の電磁波１０ａ’、１０ｂ’とは、反射板３の反射により発生される。言い換えれば、光源Ｓ、Ｓ’の発射点が、第１の検出モジュール２ａと第２の検出モジュール２ｂの同一側に設置され、反射板３の反射により、第１の電磁波エミッション源１の第１の電磁波１０ａ、１０ｂと第２の電磁波エミッション源１’の第２の電磁波１０ａ’、１０ｂ’とが発生される。
【００２５】
図４を参照すると、本発明の第３の実施例において、上記３次元空間多自由度検出装置に、更に、第３の変調信号を有する第３の電磁波１０ａ”、１０ｂ”を発生する第３の電磁波エミッション源１”が備えられ、また、第１の電磁波１０ａ、１０ｂ、第２の電磁波１０ａ’、１０ｂ’及び第３の電磁波１０ａ”、１０ｂ”同士の間の変調信号の差異により、検出モジュールで受信した電磁波を認識する点で、第３の実施例と第１の実施例とは異なる。
【００２６】
また、第３の電磁波エミッション源１”に対する第１の検出モジュール２ａの複数の第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ及び第２の検出モジュール２ｂの複数の第２の検出素子２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂのそれぞれの相対的な空間方向角の差異と、第１の電磁波１０ａ、１０ｂ、第２の電磁波１０ａ’、１０ｂ’及び第３の電磁波１０ａ”、１０ｂ”同士の間の変調信号の差異とにより、複数の第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａと複数の第２の検出素子２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂが、それぞれ、第３の電磁波エミッション源１”のそれらの異なる放射エネルギーを受信し、それらの異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、第３の電磁波エミッション源１”に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角が得られる。また、第３の電磁波エミッション源１”と第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離により、第３の電磁波エミッション源１”に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角を演算して、第３の電磁波エミッション源１”に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第３の空間座標位置が得られる。
【００２７】
上記第１の空間座標位置、上記第２の空間座標位置及び上記第３の空間座標位置の３点を連線することにより、３本の直線ベクトルが得られ、上記３本直線ベクトルにより、平面が形成され、また、任意の直線ベクトルの空間中でのベクトル変化と上記平面の法線ベクトル変化を利用して、上記平面の空間中の回転状態を把握できる。
【００２８】
図５Ａ乃至図５Ｅを参照すると、本発明の第４の実施例において、第１の検出モジュール２ａ’に、それぞれ異なる空間平面２０１ａ’、２０２ａ’、２０３ａ’、２０４ａ’、２０５ａ’上に設置される五つの第１の検出素子２１ａ’、２２ａ’、２３ａ’、２４ａ’、２５ａ’が備えられ、また、それらの空間平面２０１ａ’、２０２ａ’、２０３ａ’、２０４ａ’、２０５ａ’が互いに分離している点で、第４の実施例と第１の実施例とは異なる。言い換えれば、異なる設計需要に応じて、複数の第１の検出素子２１ａ’、２２ａ’、２３ａ’、２４ａ’、２５ａ’が空間中の任意の平面上に位置し、複数の第１の検出素子２１ａ’、２２ａ’、２３ａ’、２４ａ’、２５ａ’が、異なる空間角度で、第１の電磁波エミッション源１からの第１の電磁波１０ａにより発生した異なる放射エネルギーと第２の電磁波エミッション源１’からの第２の電磁波１０ａ’により発生した異なる放射エネルギーとを受信できる。
【００２９】
また、第４の実施例において、第２の検出モジュール２ｂ’に、それぞれ異なる空間平面２０１ｂ’、２０２ｂ’、２０３ｂ’、２０４ｂ’、２０５ｂ’上に設置される五つの第２の検出素子２１ｂ’、２２ｂ’、２３ｂ’、２４ｂ’、２５ｂ’が備えられ、また、それらの空間平面２０１ｂ’、２０２ｂ’、２０３ｂ’、２０４ｂ’、２０５ｂ’が互いに分離している。言い換えれば、異なる設計需要に応じて、複数の第２の検出素子２１ｂ’、２２ｂ’、２３ｂ’、２４ｂ’、２５ｂ’が空間中の任意平面上に位置し、複数の第２の検出素子２１ｂ’、２２ｂ’、２３ｂ’、２４ｂ’、２５ｂ’が、異なる空間角度で、第１の電磁波エミッション源１からの第１の電磁波１０ｂにより発生した異なる放射エネルギーと第２の電磁波エミッション源１’からの第１の電磁波１０ｂ’により発生した異なる放射エネルギーとを受信できる。
【００３０】
図２Ｅ、図６Ｅ、図６Ｆ及び図６Ｇから分かるように、本発明の第１の実施例は、３次元空間多自由度検出装置の検出方法を提供し、次のステップが備えられる。
【００３１】
ステップＳ１００：まず、第１の電磁波１０ａ、１０ｂを発生する第１の電磁波エミッション源１と、第２の電磁波１０ａ’、１０ｂ’を発生する第２の電磁波エミッション源１’と、第１の基座２０ａ及び複数の第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａを有する第１の検出モジュール２ａと、第２の基座２０ｂ及び複数の第２の検出素子２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂを有する第２の検出モジュール２ｂとが備えられる。第１の電磁波１０ａ、１０ｂは第１の変調信号を有し、第２の電磁波１０ａ’、１０ｂ’は第２の変調信号を有する。また、第１の基座２０ａに、複数の異なる平面に位置する表面２０１ａ、２０２ａ、２０３ａ、２０４ａ、２０５ａがある。複数の第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａは、それぞれ第１の基座２０ａの表面２０１ａ、２０２ａ、２０３ａ、２０４ａ、２０５ａ上に設置される。また、第２の基座２０ｂに、複数の異なる平面に位置する表面２０１ｂ、２０２ｂ、２０３ｂ、２０４ｂ、２０５ｂがある。複数の第２の検出素子２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂは、それぞれ第２の基座２０ｂの表面２０１ｂ、２０２ｂ、２０３ｂ、２０４ｂ、２０５ｂ上に設置される。
【００３２】
ステップＳ１０２：第１の検出モジュール２ａの一つの第１の検出素子２１ａの法線ベクトルが空間座標Ｃ１の一つの参考軸Ｙ１に平行し、一つの第１の検出素子が第１の電磁波１０ａと第２の電磁波１０ａ’とにより発生した異なる放射エネルギーを受信する。また、第１の検出モジュール２ａの残りの第１の検出素子２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａの法線ベクトルが、それぞれ参考軸Ｙ１と一つの夾角をなし、残りの第１の検出素子２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａが第１の電磁波１０ａと第２の電磁波１０ａ’とにより発生した異なる放射エネルギーを受信する。これにより、第１の電磁波エミッション源１及び第２の電磁波エミッション源１’に対して、第１の検出モジュール２ａについて作成される２組の第１の投影変換マトリックスを換算する。
【００３３】
ステップＳ１０４：第２の検出モジュール２ｂの一つの第２の検出素子２１ｂの法線ベクトルが、もう一つの空間座標Ｃ２の一つの参考軸Ｙ２に平行し、一つの第２の検出素子２１ｂが第１の電磁波１０ｂと第２の電磁波１０ｂ’とにより発生した異なる放射エネルギーを受信する。また、第２の検出モジュール２ｂの残りの第２の検出素子２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂの法線ベクトルが、それぞれ参考軸Ｙ２と一つの夾角をなし、残りの第２の検出素子２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂが第１の電磁波１０ｂと第２の電磁波１０ｂ’により発生した異なる放射エネルギーを受信する。これにより、第１の電磁波エミッション源１及び第２の電磁波エミッション源１’に対して、第２の検出モジュール２ｂについて作成される２組の第２の投影変換マトリックスを換算できる。
【００３４】
言い換えれば、複数の第１の検出素子２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａと複数の第２の検出素子２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂとが、異なる空間角度で、第１の電磁波エミッション源１からの電磁波１０ａ、１０ｂにより発生した異なる放射エネルギーと第２の電磁波エミッション源１’からの第２の電磁波１０ａ’、１０ｂ’により発生した異なる放射エネルギーとを受信する。また、第１の検出モジュール２ａと第２の検出モジュール２ｂとが受信した放射エネルギーは、ともに、光束である。また、本発明の第２の実施例を例とすれば（図３のように）、ステップＳ１０２とＳ１０４は、更に、第１の電磁波エミッション源１の第１の電磁波１０ａ、１０ｂと第２の電磁波エミッション源１’の第２の電磁波１０ａ’、１０ｂ’とを、同時に第１の検出モジュール２ａと第２の検出モジュール２ｂとに反射する反射板３が備えられる。
【００３５】
ステップＳ１０６：受信した第１の電磁波１０ａ及び第２の電磁波１０ａ’の放射エネルギーが、第１の検出モジュール２ａの残りの第１の検出素子より大きい第１の検出モジュール２ａの一部の第１の検出素子を析出する。
【００３６】
ステップＳ１０８：受信した第１の電磁波１０ｂ及び第２の電磁波１０ｂ’の放射エネルギーが、第２の検出モジュール２ｂの残りの第２の検出素子より大きい第２の検出モジュール２ｂの一部の第２の検出素子を析出する。
【００３７】
ステップＳ１１０：第１の検出モジュール２ａのそれらの一部の第１の検出素子が、受信した第１の電磁波１０ａ及び第２の電磁波１０ａ’の放射エネルギーを利用して、第１の電磁波エミッション源１及び第２の電磁波エミッション源１’のそれぞれに対して、第１の検出モジュール２ａについて作成される２組の第１の投影変換マトリックスで演算して、第１の電磁波エミッション源１及び第２の電磁波エミッション源１’のそれぞれに対する第１の検出モジュール２ａの２組の第１の相対的な空間方向角が得られる。
【００３８】
ステップＳ１１２：第２の検出モジュール２ｂのそれらの一部の第２の検出素子が、受信した第１の電磁波１０ｂ及び第２の電磁波１０ｂ’の放射エネルギーを利用して、第１の電磁波エミッション源１及び第２の電磁波エミッション源１’のそれぞれに対して、第２の検出モジュール２ｂについて作成される２組の第２の投影変換マトリックスで演算して、第１の電磁波エミッション源１及び第２の電磁波エミッション源１’のそれぞれに対する第２の検出モジュール２ｂの２組の第２の相対的な空間方向角が得られる。
【００３９】
言い換えれば、ステップＳ１１０とＳ１１２において、第１の電磁波１０ａと第２の電磁波１０ａ’により発生した異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、第１の電磁波エミッション源１及び第２の電磁波エミッション源１’のそれぞれに対する第１の検出モジュール２ａの２組の第１の相対的な空間方向角が得られ、第１の電磁波１０ｂと第２の電磁波１０ｂ′により発生した異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、第１の電磁波エミッション源１及び第２の電磁波エミッション源１’のそれぞれに対する第２の検出モジュール２ｂの２組の第２の相対的な空間方向角が得られる。
【００４０】
ステップＳ１１４：第１の電磁波エミッション源１及び第２の電磁波エミッション源１’のそれぞれと第１の検出モジュール２ａとの距離である２組の第１の空間距離を演算する。
【００４１】
ステップＳ１１６：第１の電磁波エミッション源１及び第２の電磁波エミッション源１’のそれぞれと第２の検出モジュール２ｂとの距離である２組の第２の空間距離を演算する。
【００４２】
ステップＳ１１８：第１の電磁波エミッション源１と第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離により、第１の電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角を演算して、第１の電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第１の空間座標位置が得られる。
【００４３】
ステップＳ１２０：第２の電磁波エミッション源１’と第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離により、第２の電磁波エミッション源１’に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角を演算して、第２の電磁波エミッション源１’に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第２の空間座標位置が得られる。
【００４４】
ステップＳ１２２：第１の空間座標位置と第２の空間座標位置との両点により、空間中の直線ベクトルが得られ、また、上記直線ベクトルの空間中でのベクトル変化を利用して、上記直線ベクトルの空間中の回転状態を把握できる。
【００４５】
図６Ａ乃至図６Ｄを参照しながら、以下、例を挙げて、ステップＳ１０２乃至Ｓ１２２を説明する。
【００４６】
まず、図６Ａと図６Ｂのように、まず、数１を定義し、第１の電磁波エミッション源１に対して、第１の検出モジュール２ａについて、作成される第１の投影変換マトリックスと、第１の電磁波エミッション源１に対して、第２の検出モジュール２ｂについて、作成される第２の投影変換マトリックスとが得られる。また、ａｉｊが光源放射パワー関数で、Ｐが光源放射パワーで、Ａが投影面で、ｒが光源発射点から投影面までの距離で、ベクトルｎが投影面の法線ベクトルである。
【００４７】
【数１】
2009115778.tif 000003
【００４８】
その後、第１の検出モジュール２ａから、受信した三つの第１の電磁波エミッション源１の放射エネルギーの比較的大きい第１の検出素子を例として（それらの受信した放射エネルギーが、残りの第１の検出素子より大きい第１の検出素子の数が、少なくとも三つ以上である）、上記三つの比較的大きい放射エネルギーが、それぞれ、Ｉ１、Ｉ２及びＩ３である。
【００４９】
【数２】
2009115778.tif 000004
【００５０】
また、数２のＡが空間投影変換マトリックスで、Ｂが空間方向角マトリックスで、Ｉが放射エネルギー強度マトリックスである。それらの一部の第１の検出素子が受信した比較的大きい放射エネルギーと、第１の検出モジュール２ａについて作成された第１の投影変換マトリックスとを用いて演算して、第１の電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａの相対的な空間方向角が得られる。言い換えれば、Ａ（第１の検出モジュール２ａに対して、相対的な第１の投影変換マトリックス）とＩ（それらの受信した第１の電磁波エミッション源１の放射エネルギーの比較的大きい第１の検出素子から得られた放射エネルギー強度）とが既知であるため、Ｂが得られる。これにより、第１の電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａの相対的な空間方向角ｂｉｊ＝ｇ（α１、β１、γ１）（第１の相対的な空間方向角）が求められる。ｂｉｊはα１、β１、γ１の方向余弦角関数である。また、同じ演算で、第１の電磁波エミッション源１に対する第２の検出モジュール２ｂの相対的な空間方向角ｂｉｊ＝ｇ（α２、β２、γ２）（第２の相対的な空間方向角）が求められる。ｂｉｊはα２、β２、γ２の方向余弦角関数である。
【００５１】
その後、図６Ｃのように、それぞれ、第１の電磁波エミッション源１と第１の検出モジュール２ａとの距離である第１の空間距離と、第１の電磁波エミッション源１と第２の検出モジュール２ｂとの距離である第２の空間距離とが算出される。
【００５２】
【数３】
2009115778.tif 000005
【００５３】
また、数３において、Ｃが平面投影マトリックスで、Ｒが光源放射距離マトリックスで、Ｌが検出モジュール距離マトリックスである。Ｃ（第１の電磁波エミッション源１に対して、第１の検出モジュール２ａと第２の検出モジュール２ｂの投影による平面投影マトリックス）とＬ（第１の検出モジュール２ａと第２の検出モジュール２ｂとの間のｙ方向距離ｌ１１と、第１の電磁波エミッション源１と第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれとの距離であるｚ方向距離ｌ１２とである）が、ともに既知であるため、Ｒ値が得られる。ｒ１１は第１の電磁波エミッション源１と第１の検出モジュール２ａとの距離である第１の空間距離で、ｒ１２は第１の電磁波エミッション源１と第２の検出モジュール２ｂとの距離である第２の空間距離である。
【００５４】
続いて、第１の空間距離ｒ１１及び第２の空間距離ｒ１２と、それぞれの第１の相対的な空間方向角（α１、β１、γ１）及び第２の組空間方向角（α２、β２、γ２）とを用いて演算し、第１の電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第１の空間座標位置が得られる。言い換えれば、第１の電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａの第１の空間座標位置（ｘ１、ｙ１、ｚ１）と、第１の電磁波エミッション源１に対する第２の検出モジュール２ｂの第１の空間座標位置（ｘ２、ｙ２、ｚ２）とは、それぞれ、ｘ１＝ｒ１１ｃｏｓ（α１）；ｙ１＝ｒ１１ｃｏｓ（β１）；ｚ１＝ｒ１１ｃｏｓ（γ１）、ｘ２＝ｒ１２ｃｏｓ（α２）；ｙ２＝ｒ１２ｃｏｓ（β２）；ｚ２＝ｒ１２ｃｏｓ（γ２）、である。
【００５５】
その後、図６Ａ乃至図６Ｃのステップに従って、第２の電磁波エミッション源１’に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第２の空間座標位置を演算する。
【００５６】
最後に、図６Ｄのように、第１の検出モジュール２ａを中心点とする例を挙げて、第１の電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａの第１の空間座標位置と、第２の電磁波エミッション源１’に対する第１の検出モジュール２ａの第２の空間座標位置との両点を連線すると、直線ベクトルｋ１が得られ（即ち、第１の空間座標位置と第２の空間座標位置との両点により、空間中の直線ベクトルが得られる）、また、上記直線ベクトルの空間中のベクトル変化であるベクトルΔｋにより、上記直線ベクトルの空間中の回転状態（ベクトルｋ１からベクトルｋ２へ回転する状態）が得られる。言い換えれば、（ベクトルΔｋ）＝（ベクトルｋ２）−（ベクトルｋ１）の直線ベクトルの空間中の回転状態によることで、また、ベクトルΔｋが、上記直線ベクトルの空間中のベクトル変化であり、（ベクトルｋ１）＝（ベクトルｒ１１）−（ベクトルｒ１２）が、回転前の直線ベクトルで、（ベクトルｋ２）＝（ベクトルｒ２１）−（ベクトルｒ２２）が、回転後の直線ベクトルである。
【００５７】
図４、図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃから分かるように、本発明の第２の施実例の検出方法は、次のステップが備えられる。
【００５８】
ステップＳ２００：第１の電磁波１０ａ、１０ｂを発生する第１の電磁波エミッション源１と、第２の電磁波１０ａ’、１０ｂ’を発生する第２の電磁波エミッション源１’と、第３の電磁波１０ａ”、１０ｂ”を発生する第３の電磁波エミッション源１”と、複数の第１の検出素子を有する第１の検出モジュール２ａと、複数の第２の検出素子を有する第２の検出モジュール２ｂとが備えられる。第１の電磁波１０ａ、１０ｂは第１の変調信号を有し、第２の電磁波１０ａ’、１０ｂ’は第２の変調信号を有し、第３の電磁波１０ａ”、１０ｂ”は第３の変調信号を有する。
【００５９】
ステップＳ２０２：それぞれ、第１の検出モジュール２ａの複数の第１の検出素子と第２の検出モジュール２ｂの複数の第２の検出素子とが、異なる空間角度で、第１の電磁波エミッション源１からの第１の電磁波１０ａ、１０ｂにより発生した異なる放射エネルギーを受信し、第２の電磁波エミッション源１’からの第２の電磁波１０ａ’、１０ｂ’により発生した異なる放射エネルギーを受信し、そして、第３の電磁波エミッション源１”からの第３の電磁波１０ａ”、１０ｂ”により発生した異なる放射エネルギーを受信する。
【００６０】
ステップＳ２０４：第１の電磁波１０ａ、１０ｂ、第２の電磁波１０ａ’、１０ｂ’及び第３の電磁波１０ａ”、１０ｂ”により発生した異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、第１の電磁波エミッション源１、第２の電磁波エミッション源１’及び第３の電磁波エミッション源１”のそれぞれに対する第１の検出モジュール２ａの３組の第１の相対的な空間方向角が得られる。
【００６１】
ステップＳ２０６：第１の電磁波１０ａ、１０ｂ、第２の電磁波１０ａ’、１０ｂ’及び第３の電磁波１０ａ”、１０ｂ”により発生した異なる放射エネルギーの相対的な大小関係により、第１の電磁波エミッション源１、第２の電磁波エミッション源１’及び第３の電磁波エミッション源１”のそれぞれに対する第２の検出モジュール２ｂの３組の第２の相対的な空間方向角が得られる。
【００６２】
ステップＳ２０８：第１の電磁波エミッション源１と第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離により、第１の電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角を演算して、第１の電磁波エミッション源１に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第１の空間座標位置が得られる。
【００６３】
ステップＳ２１０：第２の電磁波エミッション源１’と第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離により、第２の電磁波エミッション源１’に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角で演算して、第２の電磁波エミッション源１’に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第２の空間座標位置が得られる。
【００６４】
ステップＳ２１２：第３の電磁波エミッション源１”と第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれとの距離である第１の空間距離及び第２の空間距離により、第３の電磁波エミッション源１”に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第１の相対的な空間方向角及び第２の相対的な空間方向角で演算して、第３の電磁波エミッション源１”に対する第１の検出モジュール２ａ及び第２の検出モジュール２ｂのそれぞれの第２の空間座標位置が得られる。
【００６５】
ステップＳ２１４：図７Ａのように、上記第１の空間座標位置、上記第２の空間座標位置及び上記第３の空間座標位置の３点を連線することにより、３本の直線ベクトルが得られ、上記３本直線ベクトルにより、平面が形成され、また、任意の直線ベクトルの空間中のベクトル変化である（ベクトルΔｋ）＝（ベクトルｋ２）−（ベクトルｋ１）（また、（ベクトルｋ１）＝（ベクトルｒ１１）−（ベクトルｒ１２）が回転前の直線ベクトルで、（ベクトルｋ２）＝（ベクトルｒ２１）−（ベクトルｒ２２）が回転後の直線ベクトルである）と上記平面の法線ベクトル変化である（ベクトルΔｎ）＝（ベクトルｎ２）−（ベクトルｎ１）（また、ベクトルｎ１が回転前の法線ベクトルで、ベクトルｎ２が回転後の法線ベクトルである）で、上記平面の空間中の回転状態（ベクトルｋ１からベクトルｋ２へ回転する状態である）が得られる。
【００６６】
以上のように、本発明は、少なくとも二つの電磁波エミッション源と二つの検出モジュールとを利用して、３次元空間多自由度検出装置に対して、空間中の二つの回転自由度と三つの線形自由度を検出し、また、少なくとも三つの電磁波エミッション源と二つの検出モジュールとを利用して、３次元空間多自由度検出装置に対して、空間中の三つの回転自由度と三つの線形自由度を検出する。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】従来の３次元空間多自由度検出装置の概念図である。
【図２Ａ】本発明の第１の検出モジュールの第１の実施例の斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の第１の検出モジュールの第１の実施例の上面図である。
【図２Ｃ】本発明の第２の検出モジュールの第１の実施例の斜視図である。
【図２Ｄ】本発明の第２の検出モジュールの第１の実施例の上面図である。
【図２Ｅ】本発明に係る３次元空間多自由度検出装置の第１の実施例の斜視概念図である。
【図３】本発明に係る３次元空間多自由度検出装置の第２の実施例の斜視概念図である。
【図４】本発明に係る３次元空間多自由度検出装置の第３の実施例の斜視概念図である。
【図５Ａ】本発明の第１の検出モジュールの第４の実施例の斜視図である。
【図５Ｂ】本発明の第１の検出モジュールの第４の実施例の上面図である。
【図５Ｃ】本発明の第２の検出モジュールの第４の実施例の斜視図である。
【図５Ｄ】本発明の第２の検出モジュールの第４の実施例の上面図である。
【図５Ｅ】本発明に係る３次元空間多自由度検出装置の第４の実施例の斜視概念図である。
【図６Ａ】本発明の第１の電磁波エミッション源に対して、第１の検出モジュールの相対的な斜視座標概念図である。
【図６Ｂ】本発明の第１の電磁波エミッション源に対して、第２の検出モジュールの相対的な斜視座標概念図である。
【図６Ｃ】本発明の第１の電磁波エミッション源に対して、第１の検出モジュールと第２の検出モジュールの相対的な平面投影座標概念図である。
【図６Ｄ】本発明において、線の空間中の回転状態の斜視座標概念図である。
【図６Ｅ】本発明に係る３次元空間多自由度検出装置の検出方法の第１の実施例の流れ図である。
【図６Ｆ】本発明に係る３次元空間多自由度検出装置の検出方法の第１の実施例の流れ図である。
【図６Ｇ】本発明に係る３次元空間多自由度検出装置の検出方法の第１の実施例の流れ図である。
【図７Ａ】本発明において、平面の空間中の回転状態の斜視座標概念図である。
【図７Ｂ】本発明に係る３次元空間多自由度検出装置の検出方法の第２の実施例の流れ図である。
【図７Ｃ】本発明に係る３次元空間多自由度検出装置の検出方法の第２の実施例の流れ図である。
【符号の説明】
【００６８】
Ｄ  カメラ
Ｈ  物体
１  第１の電磁波エミッション源
１’  第２の電磁波エミッション源
１”  第３の電磁波エミッション源
１０ａ、１０ｂ  第１の電磁波
１０ａ’、１０ｂ’  第２の電磁波
１０ａ”、１０ｂ”  第３の電磁波
２ａ、２ａ’  第１の検出モジュール
２ａ”、２ｂ  第２の検出モジュール
２０ａ  第１の基座
２０ｂ  第２の基座
２０１ａ〜２０５ａ、２０１ｂ〜２０５ｂ  表面
２１ａ〜２５ａ、２１ａ’〜２５ａ’  第１の検出素子
２１ｂ〜２５ｂ、２１ｂ’〜２５ｂ’  第２の検出素子
２０１ａ’〜２０５ａ’  空間平面
３  反射板
Ｃ１、Ｃ２  空間座標
Ｙ１、Ｙ２  参考軸
Ｓ、Ｓ’  光源
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2009115778.tif 000020
【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
2009115778.tif 000022
【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
2009115778.tif 000025
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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