JP2013504754A - 単一光源と平面センサ部とを用いて物体の物理量を測定する方法およびこれを用いる仮想ゴルフシステム - Google Patents

Abstract

単一光源と平面センサ部とを用いて物体の物理量を測定する方法およびこれを用いる仮想ゴルフシステムを提供する。本発明の一態様によれば、単一光源と平面センサ部とを用いて物体の物理量を測定する方法であって、前記単一光源から放出される光によって生成される前記物体の影を、前記平面センサ部で検出する（前記平面センサ部は、前記単一光源に対向する底面に配置されている）ステップと、前記影に関する情報に基づいて、前記物体の物理量を測定するステップとを含む方法が提供される。

Description

本発明は、単一光源と平面センサ部とを用いて物体の物理量を測定する方法およびこれを用いる仮想ゴルフシステムに関する。本発明は、より詳細には、単一光源とこれに対向する底面に配置される平面センサ部とを用いて、物体（例えば、ゴルフボール）の影を検出し、これに基づいて、前記物体の高さなどの物理量を測定する方法およびこれを用いる仮想ゴルフシステムに関する。

ゴルフを楽しむ人の数は増加の一途をたどっている。しかしながら、ゴルフを楽しむ人が常に実際のコースに出てラウンドするわけにはいかないのが現状であるため、都心などでも少ない費用で仮想的にゴルフを楽しめるようにする仮想ゴルフシステム（いわゆる、スクリーンゴルフシステム）が幅広く普及している。このような仮想ゴルフシステムは、基本的に、ゴルファーがスクリーンに向けてゴルフボールを打つと、ゴルフボールの動きを検出し、所定のシミュレーションの過程を経て、ゴルフボールを打った結果をスクリーン上に仮想的に表示することを、そのコンセプトとする。このような仮想ゴルフシステムでは、ゴルフボールの高さ、移動速度、移動方向などを測定し、ゴルファーにとってゴルフボールの動きが実際のラウンドの際と同じように感じられるようにシミュレーションすることが重要である。

このため、ほとんどの従来の仮想ゴルフシステムでは、超高速カメラのような高価な光学装置を用いて、打撃されたゴルフボールの動きに関する情報を収集し演算するが、この方式は、非常に複雑な技術を必要とし、何よりも仮想ゴルフシステムの実現に多くの費用を費やす要因になっている。

また、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３などには、多数の水平センサおよび多数の垂直センサを用いてゴルフボールの動きを検出する従来技術について開示されているが、このような従来技術を利用した場合にも、依然として仮想ゴルフシステムの複雑度や仮想ゴルフシステムの実現費用などの面において問題があった。

特開２００３−２３０７６７号公報 米国特許第５３９０９２７号明細書 日本特許第３３９４９７８号明細書

本発明は、上記の従来技術の問題をすべて解決することを目的とする。また、本発明は、単一光源と平面センサ部とのみによっても、物体の物理量を正確に測定することを他の目的とする。さらに、本発明は、少ない費用でも効果的に動作する仮想ゴルフシステムを実現することをさらなる他の目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の代表的な構成は、次のとおりである。
本発明の一態様によれば、単一光源と平面センサ部とを用いて物体の物理量を測定する方法であって、前記単一光源から放出される光によって生成される前記物体の影を、前記平面センサ部で検出する（前記平面センサ部は、前記単一光源に対向する底面に配置されている）ステップと、前記影に関する情報に基づいて、前記物体の物理量を測定するステップとを含む方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、物体の物理量を測定するためのシステムであって、単一光源と、前記単一光源から放出される光によって生成される前記物体の影を検出するための平面センサ部（前記平面センサ部は、前記単一光源に対向する底面に配置されている）と、前記影に関する情報に基づいて、前記物体の物理量を測定するための測定装置とを備える測定システムが提供される。

本発明によれば、単一光源と平面センサ部とのみによって物体の物理量を正確に測定することができる。また、本発明によれば、少ない費用で効果的に動作する仮想ゴルフシステムを実現することができる。

本発明の一実施形態による全体システムの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態による平面センサ部２００の内部構成を詳細に示す図である。 本発明の一実施形態によるセンサ列２１０の構成を示す図である。 本発明の一実施形態によるセンサ列２１０の構成を示す図である。 本発明の一実施形態による測定装置３００の内部構成を詳細に示す図である。 本発明の一実施形態に従って、影の大きさに基づいて、物体の高さを測定するアイデアに関する概念図である。 本発明の一実施形態に従って、影の大きさに基づいて、物体の高さを測定するアイデアに関する概念図である。 本発明の一実施形態に従って、影がセンサを通過する時間、ならびに光源およびセンサを結ぶ直線と物体の軌跡とがなす角度に基づいて、物体の高さを測定するアイデアに関する概念図である。

以下の本発明に対する詳細な説明においては、本発明を具現化する特定の実施形態を、例示的な図面を参照して説明する。これらの実施形態は、当業者が本発明を容易に実施できるように、詳細に説明される。本発明の多様な実施形態は相異なるが、相互に排他的な必要はないと理解するべきである。例えば、一実施形態として記載している特定サイバー掲示板の形状、構造及び特性は本発明の技術的思想及びその範囲を逸脱しないで他の実施形態で実現することも可能である。また、以下に開示するそれぞれの実施形態のうち、個別構成要素の位置または配置は本発明の技術的思想及びその範囲から逸脱することなく変更可能であることを理解するべきである。したがって、後述する詳細な説明は、限定的な意味で扱うものでなく、本発明の技術的範囲は、適切に説明されるならば、その特許請求の範囲に記載された各請求項が主張するものと均等な全ての技術的範囲を含むものである。

以下では、当業者が本発明を容易に実施できるように、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
以下の本発明の明細書においては、本発明によって、単一光源と平面センサ部とを用いて物体の物理量を測定するために実現されるシステムの例として、主に仮想ゴルフシステムを挙げているが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の技術的思想によって導き出されたものである限り、物体の物理量を測定するための様々な測定方法やシステムはすべて本発明の範囲に属するものと理解されなければならない。

＜全体システムの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る全体システムの概略構成を示す図である。この全体システムは、仮想ゴルフシステムである。図１に示すように、本発明の一実施形態に係る全体システムは、開始部１０（仮想ゴルフシステムの場合には、打撃部１０）と、光源１００と、平面センサ部２００と、測定装置３００と、表示装置４００とを含む。

まず、本発明の一実施形態に係る光源１００は、（好ましくは１つの）発光体を含むことができる。この光源１００は、光を放出して光の経路上に位置する物体の影を生成させることができる。本発明では、光の直進性を利用するため、光源１００として、直進性に優れたレーザ光源などを用いることが好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、物体の影を生成できるような公知の発光体を自由に含めて本発明に係る光源１００を構成することもできる。

次に、本発明の一実施形態に係る平面センサ部２００は、光源１００に対向する底面に配置することができる。この平面センサ部２００は、多数のセンサ（光センサ）を備えることができ、各センサは、物体の影を検出する機能を実行することができる。

すなわち、平面センサ部２００は、開始部１０から出発した物体（例えば、打撃部１０で打撃されたゴルフボール）が、光源１００と平面センサ部２００との間を通過する過程で生じる影を検出することができる。これについては、図２を参照して後述する。

次に、本発明の一実施形態に係る測定装置３００は、平面センサ部２００で検出された影に関する情報（すなわち、影の大きさ、影がセンサ上を通過する時間、影の軌跡が形成する角度など）に基づいて、当該物体の高さ、移動速度、移動方向などを算出する機能を実行することができる。また、測定装置３００は、表示装置４００を介して、物体の動きに関するシミュレーション結果を表示する機能を実行することができる。

このような測定装置３００は、平面センサ部２００および表示装置４００と通信する機能を含むデジタル機器であるが、このデジタル機器は、仮想ゴルフシステムのための専用プロセッサを含むことができる。この専用プロセッサは、メモリ手段を備え、数値演算能力とグラフィックの処理能力を兼ね備えたものである。

前記測定装置３００の構成については、図５を参照して後述する。
最後に、本発明の一実施形態に係る表示装置４００は、数値演算やグラフィック処理の結果を表示する装置であって、所定の表示手段を通じて所定の映像を表示する機能を実行する装置である。好ましくは、表示装置４００は、打撃されたゴルフボールなどの物体による衝撃を吸収する一方、直接的に発光しないスクリーンと、このスクリーンに映像を出力するプロジェクタとから構成することができる。

＜平面センサ部の構成＞
以下では、本発明の一実施形態に係る平面センサ部２００の内部構成および各構成要素の機能について説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る平面センサ部２００の内部構成を詳細に示す図である。図２に示すように、本発明の一実施形態に係る平面センサ部２００は、センサ列２１０と、エラー検出部２２０と、通信部２３０と、制御部２４０とを備えている。

本発明の一実施形態によれば、センサ列２１０、エラー検出部２２０、通信部２３０、および制御部２４０は、その少なくとも一部が測定装置３００と通信するプログラムモジュールである。このプログラムモジュールは、オペレーティングシステム、応用プログラムモジュール、およびその他のプログラムモジュールの形態で平面センサ部２００に含まれることができ、物理的には、任意の公知の記憶装置に記憶されることができる。また、このプログラムモジュールは、平面センサ部２００と通信可能な遠隔記憶装置に記憶されてもよい。一方、このプログラムモジュールは、本発明によって、後述する特定の業務を遂行したり、特定の抽象データタイプを実行したりするルーチン、サブルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを包括するが、これらに限定されない。

まず、本発明の一実施形態に係るセンサ列２１０は、影を検出することができる。好ましくは、このセンサ列２１０は、多数の光センサを備えることができる。より好ましくは、センサ列２１０は、多数の光センサが一定に配列されているセンサラインを含むことができるが、これについては、図３および図４を参照して後述する。

次に、本発明の一実施形態に係るエラー検出部２２０は、影を検出する過程で用いられる多数のセンサのうち、エラーを示すセンサが１つでもある場合には、深刻な誤動作の恐れがあるので、エラーを検出して補正する機能を実行する。これについては、以下でより詳細に説明する。

次に、本発明の一実施形態に係る通信部２３０は、センサ列２１０で検出された影に関する情報を測定装置３００に伝送する機能を実行することができる。全体的には、通信部２３０は、平面センサ部２００が測定装置３００のような外部装置と通信できるようにするための機能を実行することができるが、このような通信方式としては、イーサネット通信、ＵＳＢ通信、ＩＥＥＥ１３９４通信、シリアル通信（ｓｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、およびパラレル通信（ｐａｒａｌｌｅｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）のような有線通信方式、より好ましくは、赤外線通信、ブルートゥース通信、ＲＦ通信、および無線ＬＡＮ通信のような無線通信方式が使用可能であるが、これらに限定されない。

最後に、本発明の一実施形態に係る制御部２４０は、センサ列２１０、エラー検出部２２０、および通信部２３０の間のデータの流れを制御することができる。すなわち、制御部２４０は、外部からの、または平面センサ部２００の各構成要素間のデータの流れを制御することにより、センサ列２１０、エラー検出部２２０、および通信部２３０でそれぞれ固有の機能を実行できるように制御することができる。

以下では、本発明の一実施形態に係るセンサ列２１０の内部構成および各構成要素の機能について説明する。
物体によって生成された影を用いて、物体の高さ、移動速度、移動方向などを正確に測定するためには、センサ列２１０に属する各センサ間の間隔を小さくすることが好ましい。これは、間隔が小さいほど分解能が向上して測定誤差が減少するからである。しかしながら、センサ列２１０内のセンサラインの各センサが、対向するセンサラインの各センサに１つずつ対向するように配置されると、センサライン間の間隔がセンサの直径より小さくなりにくいため、センサ列２１０の構成を最適化するために、次のようにすることができる。

図３および図４は、本発明の一実施形態に係るセンサ列２１０の構成を示す図である。図３および図４に示すように、本発明の一実施形態に係るセンサ列２１０は、多数のセンサ２１１を含む複数のセンサラインを有することができる。センサラインの個数は２以上であり得る。図３および図４に示すようにセンサラインを配置する場合、センサラインの個数がｎ（ｎは、２以上の自然数）であれば、センサライン間の間隔であるｈ_ｎは、数式１を満足する。

数式１において、ｄは、センサ２１１間の単位間隔であって、その最小値は、センサ２１１の直径と等しくてもよく、その最大値は、センサ２１１の直径より大きくてもよい。そして、図３および図４に示すように、２つのセンサライン上の対向するセンサ２１１間の水平距離ｄ’は、（１／ｎ）×ｄとなる。上述のような構成を有することにより、本発明に係るセンサ列２１０の分解能が向上することができる。

以下では、本発明の一実施形態に係るエラー検出部２２０の機能について説明する。一般的に、センサ２１１で発生し得るエラータイプは、次のとおりである。
（ｉ）エラータイプ１：物体の影がないにもかかわらず、影があると誤って検出する場合がある。一般的に、「ｓｔｕｃｋ−ａｔ−１」エラーともいう。
（ｉｉ）エラータイプ２：物体の影があるにもかかわらず、影がないと誤って検出する場合がある。一般的に、「ｓｔｕｃｋ−ａｔ−０」エラーともいう。
（ｉｉｉ）エラータイプ３：物体の影の有無とは関係なく、時間に応じて影に関する情報を意味なく繰り返し出力する場合がある。

本発明においては、このようなエラーを解決するために、センサ電圧の基準値であるＶ_ＲＥＦを利用することができる。
まず、所定のセンサ２１１のＶ_ＲＥＦは、センサ２１１へ光が影なく入射した場合のセンサ電圧Ｖ_ＭＡＸにその初期値を設定することができる。このとき、センサ２１１のデジタル出力値であるＳは０となる（これは影がないことを意味する）。仮に、この場合に、センサ２１１の出力値が１と誤って検出されると、Ｖ_ＲＥＦは、所定値だけ減少しなければならない。このようなＶ_ＲＥＦの減少処理は回帰的に実行されることができる。

このように定められたＶ_ＲＥＦが、予め実験などを通して把握されているセンサに許容される最小電圧Ｖ_{ＴＨ，ｍｉｎ}より小さい場合、当該センサ２１１は、エラータイプ１に該当するものである。また、定められたＶ_ＲＥＦが、センサに許容される最大電圧Ｖ_{ＴＨ，ｍａｘ}より大きい場合、当該センサ２１１は、エラータイプ２に該当するものである。

さらに、光が影なく入射した場合のＶ_ＲＥＦを数回繰り返し測定した後、繰り返し測定されたＶ_ＲＥＦの偏差が、センサに許容される偏差値であるＶ_{ＴＨ，ｖａｒｙ}より大きい場合、当該センサ２１１は、エラータイプ３に該当するものである。

上述のＶ_{ＴＨ，ｍｉｎ}、Ｖ_{ＴＨ，ｍａｘ}およびＶ_{ＴＨ，ｖａｒｙ}は、実験条件やセンサの特性を参考にして予め設定された値である。Ｖ_{ＴＨ，ｍｉｎ}、Ｖ_{ＴＨ，ｍａｘ}およびＶ_{ＴＨ，ｖａｒｙ}を正確に定めるために、多くのセンサを用いて統計的なデータを累積することができる。

センサ列２１０に属する多数のセンサ２１１のうちのいずれか１つが、前記タイプのうちの１つのエラーを示していると判断された場合には、当該センサ２１１の出力値を無視し、当該センサ２１１に隣接する他のセンサ２１１の出力値に基づいて正しい出力値に補正することができる。

具体的には、次のとおりである。
まず、エラーを示すセンサ２１１の両側のセンサ２１１がいずれも正常であり、その出力値が等しい場合には、エラーを示すセンサ２１１の出力値を、その両側のセンサ２１１の出力値と等しくすることができる。

エラーを示すセンサ２１１の両側のセンサ２１１がいずれも正常であり、その出力値が異なる場合には、エラーを示すセンサ２１１の出力値を、直前の時点の出力値に維持することができる。

もちろん、集合している２つ以上のセンサ２１１がエラーを示したときにも、エラーの補正は、前記と同様のロジックによって実行することができる。
＜測定装置の構成＞
以下では、本発明の一実施形態に係る測定装置３００の内部構成および各構成要素の機能について説明する。

図５は、本発明の一実施形態に係る測定装置３００の内部構成を詳細に示す図である。図５に示すように、本発明の一実施形態に係る測定装置３００は、測定部３１０と、シミュレーション部３２０と、データ格納部３３０と、通信部３４０と、制御部３５０とを備えて構成することができる。

本発明の一実施形態によれば、測定部３１０、シミュレーション部３２０、データ格納部３３０、通信部３４０、および制御部３５０は、その少なくとも一部が平面センサ部２００および表示装置４００の少なくとも一方と通信するプログラムモジュールである。このプログラムモジュールは、オペレーティングシステム、応用プログラムモジュール、およびその他のプログラムモジュールの形態で測定装置３００に含まれることができ、物理的には、任意の公知の記憶装置に記憶されることができる。また、このプログラムモジュールは、測定装置３００と通信可能な遠隔記憶装置に記憶されてもよい。一方、このプログラムモジュールは、本発明によって後述する特定の業務を行ったり、特定の抽象データタイプを実行したりするルーチン、サブルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを包括するが、これらに限定されない。

まず、本発明の一実施形態に係る測定部３１０は、平面センサ部２００で検出された影に関する情報に基づいて、物体の物理量を測定する機能を実行することができる。
より詳細に説明すると、まず、測定部３１０は、物体によって生成された影が通過するセンサ２１１の個数に基づいて、物体の高さを測定することができる。

あるいは、測定部３１０は、物体によって生成された影が多数のセンサ２１１を通過する時間の和を求めた後、これより物体の移動速度による変移を除去した値から、物体の高さを測定することもできる。

あるいは、測定部３１０は、物体によって生成された影がセンサ２１１を通過する時間、ならびに光源１００およびセンサ２１１を結ぶ直線と物体の軌跡とがなす角度に基づいて、物体の高さを測定することもできる。

このような様々な実施形態に係る測定部３１０の高さに対する測定方式については、図６から図８を参照して後述する。
次に、本発明の一実施形態に係るシミュレーション部３２０は、物体の高さなどの測定された物理量に関する情報に基づいて、物体の動きをグラフィックオブジェクトに反映して表現する機能を実行することができる。さらに、シミュレーション部３２０は、映像信号を含む制御信号を表示装置４００に伝送し、現実感があるように物体の動きを表現することができる。

次に、本発明の一実施形態に係るデータ格納部３３０は、影に関する情報やシミュレーション情報を記憶することができる。このデータ格納部３３０は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体を含むことができる。

次に、本発明の一実施形態に係る通信部３４０は、影に関する情報を平面センサ部２００から受信し、シミュレーション情報を表示装置４００に伝送する機能を実行することができる。全体的には、通信部３４０は、測定装置３００が平面センサ部２００や表示装置４００のような外部装置と通信できるようにする機能を実行することができるが、このような通信方式としては、イーサネット通信、ＵＳＢ通信、ＩＥＥＥ１３９４通信、シリアル通信、およびパラレル通信のような有線通信方式、より好ましくは、赤外線通信、ブルートゥース通信、ＲＦ通信、および無線ＬＡＮ通信のような無線通信方式が使用可能であるが、これらに限定されない。

最後に、本発明の一実施形態に係る制御部３５０は、測定部３１０、シミュレーション部３２０、データ格納部３３０、および通信部３４０の間のデータの流れを制御することができる。すなわち、制御部３５０は、外部からの、または測定装置３００の各構成要素間のデータの流れを制御することにより、測定部３１０、シミュレーション部３２０、データ格納部３３０、および通信部３４０でそれぞれ固有の機能を実行できるように制御することができる。

＜物体の高さの測定＞
図６および図７は、本発明の一実施形態に従って、影の大きさに基づいて、物体の高さを測定するアイデアに関する概念図である。

（１）影が通過するセンサの個数に基づいて、物体の高さを測定するアイデア
まず、本発明の一実施形態に係る平面センサ部２００は、図６に示すように、影１及び影２が通過するセンサ２１１の位置と個数とを検出することができる。ここで、影１の幅はＷ１であり、影２の幅はＷ２であり得る。

図示されるように、Ｗ１は、７つのセンサ２１１に対応する幅であり、Ｗ２は、５つのセンサ２１１に対応する幅であると決定することができる。本発明によれば、各センサ２１１間の間隔は既知の情報であるため、影が検出されるセンサ２１１の個数に基づいて、影の大きさが測定可能である。

最も単純に、物体が光源１００と底面との間の真下部分を通過する場合（図７の左側の場合）の物体の高さｈは、数式２のとおりである。

ここで、Ｗは、影の大きさ（直径）、Ｄは、物体の大きさ（直径）、そして、Ｈは、光源１００と平面センサ部２００との間の最短距離を意味する。本発明によれば、ＤとＨとの値は、定められたものであってもよい。

一方、物体が、光源１００の位置を基準として、光源１００と底面との間の垂線に対して角度Ａをなす場合（図７の右側の場合）の物体の高さｈ’は、数式３のとおりである。

ここで、ｃｏｓＡは、Ｈ、ならびに光源１００と影が通過するセンサ２１１との間の距離を用いて容易に求めることができる。

（２）影が多数のセンサを通過する時間の和を求めた後、これより物体の移動速度による変移を除去した値から、物体の高さを測定するアイデア
センサ２１１を通過する影の移動時間は、影の大きさと影の移動速度（すなわち、物体の移動速度）とによって決定されることができる。これにより、次のような量を定義することができる。

ここで、ｐは、影が通過する１番目のセンサ２１１のインデックス、ｑは、影が通過する最終番目のセンサ２１１のインデックス、ｓ＿ｉ（ｓ_ｉ）は、影が通過するｉ番目のセンサ２１１の出力強度、ｔ＿ｉ（ｔ_ｉ）は、影がｉ番目のセンサ２１１を通過する時間、Ｓは、影が通過するセンサ２１１の出力強度と影がセンサ２１１を通過する時間の加重和を意味する。

この値を、影がセンサラインを通過する時間で割って正規化すると、数式５のように影の大きさの推定値Ａを得ることができる。

ここで、Ｔは、影がセンサラインを通過する時間である。前記のような方法で影の大きさを推定すると、物体の高さは、多様な方法によって求めることができる。実験定数ａ１、ｂ１、ａ２およびｂ２を利用する数式６および数式７は、このような方法を数値化した例となり得る。

上述のような数式で求めた物体の高さｈは、物体が光源１００の直下を通過する場合の測定値となるため、そうでない場合には、数式３と同様にｃｏｓ^２Ａを掛けることによって、数式８を成立させることができる。

一方、数式４のように、影が通過するすべてのセンサ２１１に対して加重和を求めずに、影が通過する一部のセンサ２１１に対してのみ加重和を求めることもできる。この場合には、次の数式が利用されることができる。

ここで、集合Ｚは、演算の対象となるセンサ２１１のインデックスで構成された集合を意味する。

数式９が適用される例としては、次のような場合がある。例えば、仮想ゴルフシステムにおいて、ゴルフボールの影と異なる部品（例えば、ゴルフクラブ）の影が重なった場合、優先的にゴルフボールの影と異なる部品の影とを分離する過程を遂行することができるが、ゴルフボールの影と異なる部品の影とを明確に分離して、ゴルフボールの影に対応するセンサ２１１のインデックスのみを集合Ｚに含めることができる。

ここで、Ｕ（Ｚ）は、インデックスが集合Ｚに属するセンサ２１１のみを用いる場合の補正係数を意味する。例えば、Ｚが、物体の影が通過するセンサ２１１のうち、半分のセンサ２１１のインデックスのみを含む場合の補正係数Ｕ（Ｚ）は、２となる。計算されたＳ２は、上述した数式５乃至数式８において、Ｓの代わりに利用されることができる。

一方、数式１０は、所定の補正係数を掛けることによって適用することに関するものであるが、当業者の応用によって他の多様な線形、非線形数式を導き出すことができることはもちろんである。

（３）影がセンサを通過する時間と、光源およびセンサを結ぶ直線と物体の軌跡とがなす角度に基づいて、物体の高さを測定するアイデア
図８は、本発明の一実施形態に係る、影がセンサを通過する時間と、光源およびセンサを結ぶ直線と物体の軌跡とがなす角度に基づいて、物体の高さを測定するアイデアに関する概念図である。

まず、図８に示すポイントと変数とについて説明すると、Ｇは、物体の移動開始点、Ｊは、光源１００から底面に下ろした垂線の足、Ｐは、物体の影がセンサラインＡ上を通過する際のセンサ２１１の位置、θ_Ａは、光源１００およびＰを結ぶ直線と物体の実際の軌跡とがなす角度、φ_Ａは、光源１００およびＰを結ぶ直線と光源１００と底面との間の垂線とがなす角度、ｄは、物体がセンサ２１１に影を落とす間に動く距離の半分、ｒは、球形である物体の半径、Ｌ_Ｇは、ＪとＧとの距離、Ｌ_ＡＢは、センサラインＡとセンサラインＢとの間の距離を意味する。

動く物体がセンサラインＡに影を落とす時間は、２ｄの距離を動く時間であるｔ_Ａで表現されることができる。この時間ｔ_Ａは、物体の移動速度ｖが一定であるという仮定下で、ｔ_Ａ＝２ｄ／ｖを満足することができる。ここで、ｄ＝ｒ／ｓｉｎθ_Ａで表すことができる。したがって、ｔ_Ａは、最終的に、次のような数式１１で表現されることができる。

そして、物体がセンサラインＡとセンサラインＢとの間を通過する時間をｔ_ＡＢとすると、ｔ_ＡＢ＝Ｌ_ＡＢ／ｖ_ｘのように表すことができる。

ここで、ｖ_ｘは、物体の移動速度ｖの底面と平行な成分の大きさである。
次いで、角度θ_Ａは、次の数式１２によって求めることができる。

したがって、物体の影がセンサラインＡ上を通過する際の物体の高さｈ_Ａは、数式１３のように表すことができる。

ここで、物体の影がセンサラインＡ上を通過する際の、物体から底面に下ろした垂線の足とＧとの間の距離を、Ｌ_Ｇの代わりに用いることがより好適である。

これと同一の原理により、センサラインＢに関する角度θ_Ｂと物体の高さｈ_Ｂとは、数式１４および数式１５のように表すことができる。

以上、本発明に係る実施形態は、多様なコンピュータ構成要素によって実行可能なコマンドの形態で実現され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録することができる。前記コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、プログラムコマンド、データファイル、データ構造などを単独または組み合わせて含むことができる。前記コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されるプログラムコマンドは、本発明のために特別に設計され構成されたものであってもよく、コンピュータソフトウェア分野における当業者に公知されて使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例には、ハードディスク、フロッピーディスク、および磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプティカルディスク（ｆｌｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｋ）のような磁気−光媒体（ｍａｇｎｅｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅｄｉａ）、およびＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラムコマンドを記憶し実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。プログラムコマンドの例には、コンパイラによって作られるような機械語コードのみならず、インタープリタなどを用いてコンピュータによって実行可能な高級言語コードも含まれる。前記ハードウェア装置は、本発明に係る処理を行うために、１つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成可能であり、その逆も同様である。

１００…光源、２００…平面センサ部、３００…測定装置、４００…表示装置。

Claims (30)

1. 単一光源と、前記単一光源に対向する底面に配置された平面センサ部とを用いて物体の物理量を測定する方法であって、
   前記単一光源から放出される光によって生成される前記物体の影を、前記平面センサ部で検出するステップと、
   前記影に関する情報に基づいて、前記物体の物理量を測定するステップとを含む方法。
2. 前記単一光源は、光の直進性に優れた光源である請求項１に記載の方法。
3. 前記平面センサ部は、多数のセンサを備える請求項１に記載の方法。
4. 前記多数のセンサの少なくとも一部は、複数のセンサラインを形成する請求項３に記載の方法。
5. 前記複数のセンサラインの個数がｎである場合、隣接するセンサラインの間隔ｈ_ｎは、
   の数式で表現され、
   ここで、ｄは、前記複数のセンサラインに属するセンサの間の単位間隔である請求項４に記載の方法。
6. 前記物理量は、前記物体の高さである請求項１に記載の方法。
7. 前記影に関する情報は、前記影の大きさ、前記影が前記平面センサ部に属するセンサを通過する時間、および前記影の軌跡が形成する角度のうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載の方法。
8. 前記影検出ステップは、前記平面センサ部に属する少なくとも１つのセンサのエラーを検出するステップを含む請求項１に記載の方法。
9. 前記エラー検出ステップは、前記少なくとも１つのセンサの基準となるセンサ電圧が、許容最小電圧より大きくかつ許容最大電圧より小さいか否かを検出するステップを含む請求項８に記載の方法。
10. 前記エラー検出ステップは、前記少なくとも１つのセンサの基準となるセンサ電圧の偏差が、許容電圧偏差より小さいか否かを検出するステップを含む請求項８に記載の方法。
11. 前記影検出ステップは、前記少なくとも１つのセンサのエラーを補正するステップをさらに含む請求項８に記載の方法。
12. 前記エラー補正ステップは、前記少なくとも１つのセンサの両側のセンサの共通した出力値を、前記少なくとも１つのセンサの出力値に定めるステップを含む請求項１１に記載の方法。
13. 前記エラー補正ステップは、前記少なくとも１つのセンサの両側のセンサの出力値が互いに異なる場合、前記少なくとも１つのセンサの前の出力値をそのまま維持するステップを含む請求項１１に記載の方法。
14. 前記物理量測定ステップは、前記影が通過する前記平面センサ部上のセンサの個数に基づいて、前記物体の高さを測定するステップを含む請求項１に記載の方法。
15. 前記高さｈ’は、
    の数式で表現され、
    ここで、Ｗ’は、前記影の大きさであり、Ｄは、前記物体の大きさであり、Ｈは、前記単一光源から前記平面センサ部までの最短距離であり、Ａは、前記物体が、前記単一光源の位置を基準として前記単一光源と前記底面との間の垂線とがなす角度である請求項１４に記載の方法。
16. 前記物理量測定ステップは、前記影が前記平面センサ部の多数のセンサを通過する時間と前記時間の間の前記多数のセンサの出力の加重和を、前記時間で割ることによって算出される前記影の大きさの推定値に基づいて、前記物体の高さを測定するステップを含む請求項１に記載の方法。
17. 前記加重和は、前記多数のセンサの一部に対して算出されるものである請求項１６に記載の方法。
18. 前記影の大きさの推定値は、前記加重和に所定の補正係数を適用して算出される請求項１７に記載の方法。
19. 前記物理量測定ステップは、前記影が前記平面センサ部の１つのセンサを通過する時間と、前記単一光源および前記１つのセンサを結ぶ直線と前記物体の軌跡とがなす角度に基づいて、前記物体の高さを測定するステップを含む請求項１に記載の方法。
20. 前記高さｈは、
    の数式で表現され、
    ここで、Ｌ_Ｇは、前記単一光源から前記底面に下ろした垂線の足と前記物体の移動開始点との間の距離であり、θ_Ａは、前記単一光源および前記１つのセンサを結ぶ直線と前記物体の軌跡とがなす角度であり、φ_Ａは、前記単一光源および前記１つのセンサを結ぶ直線と前記垂線とがなす角度である請求項１９に記載の方法。
21. 前記複数のセンサラインは、交差配置される請求項４に記載の方法。
22. 物体の物理量を測定するためのシステムであって、
    単一光源と、
    前記単一光源から放出される光によって生成される前記物体の影を検出するための平面センサ部であって、前記単一光源に対向する底面に配置された前記平面センサ部と、
    前記影に関する情報に基づいて、前記物体の物理量を測定するための測定装置とを備える測定システム。
23. 前記平面センサ部は、多数のセンサを備える請求項２２に記載の測定システム。
24. 前記多数のセンサの少なくとも一部は、複数のセンサラインを形成する請求項２３に記載の測定システム。
25. 前記複数のセンサラインは、交差配置される請求項２４に記載の測定システム。
26. 前記物理量は、前記物体の高さである請求項２２に記載の測定システム。
27. 前記影に関する情報は、前記影の大きさ、前記影が前記平面センサ部に属するセンサを通過する時間、および前記影の軌跡が形成する角度のうちの少なくとも１つを含む請求項２２に記載の測定システム。
28. 前記測定装置は、前記影が通過する前記平面センサ部上のセンサの個数に基づいて、前記物体の高さを測定する請求項２２に記載の測定システム。
29. 前記測定装置は、前記影が前記平面センサ部の多数のセンサを通過する時間と前記時間の間の前記多数のセンサの出力の加重和を、前記時間で割って正規化することによって算出される前記影の大きさの推定値に基づいて、前記物体の高さを測定する請求項２２に記載の測定システム。
30. 前記測定装置は、前記影が前記平面センサ部の１つのセンサを通過する時間と、前記単一光源および前記１つのセンサを結ぶ直線と前記物体の軌跡とがなす角度に基づいて、前記物体の高さを測定する請求項２２に記載の測定システム。