JP6026743B2 - 位置検出センサ、システム及び方法 - Google Patents

Description

本願明細書に記載された実施形態は、概して、角度位置センサ及び三角測量法を利用して放射線源の位置を三次元的に検出するための装置及びそれに伴う方法に関する。

産業、商業、科学、ゲーム及び他の多様な用途において、目標物の位置を二次元内、三次元内で検出することが必要である。目標物の位置を推定する各種アプローチが存在する。しかし、これらのアプローチは、精度が限られていたり、コストが高かったり、あるいはその両方の問題を有している傾向があった。

既知の方法と比較して高い精度で目標物の位置を検出するための装置、システム及び方法が求められている。

本発明の第一の態様は、センサに対する放射線源の角方向を推定するためのセンサを提供する。該センサは、基準放射線検出器に入射する放射線強度に対応する基準放射強度信号を提供するための基準放射線検出器と、第一の方向の放射線検出器に入射する放射線強度に対応する第一の方向の放射強度信号を提供するための第一の方向の放射線検出器と、第二の方向の放射線検出器に入射する放射線強度に対応する第一の方向の放射強度信号を提供するための第二の方向の放射線検出器と、前記第一及び第二の方向の放射線検出器への放射線の到達を部分的に遮断するための放射線ストップと、第一及び第二の入射角を提供すべく前記基準放射線検出器及び前記第一及び第二の方向の放射線検出器に接続されたプロセッサと、を含み、前記第一の入射角は前記第一の方向の放射強度信号及び前記基準放射強度信号に対応し、前記第二の入射角は前記第二の方向の放射強度信号及び前記基準放射強度信号に対応する。

別の態様は、センサに対する放射線源の角方向を推定するためのセンサを提供する。該センサは、基準放射線検出器に入射する放射線強度に対応する基準放射強度信号を提供するための基準放射線検出器と、第一の方向の放射線検出器に入射する放射線強度に対応する第一の方向の放射強度信号を提供するための第一の方向の放射線検出器と、第二の方向の放射線検出器に入射する放射線強度に対応する第一の方向の放射強度信号を提供するための第二の方向の放射線検出器と、前記第一及び第二の方向の放射線検出器への放射線の到達を部分的に遮断するための放射線ストップと、第一及び第二の入射角を提供すべく前記基準放射線検出器及び前記第一及び第二の方向の放射線検出器に接続されたプロセッサと、を含み、前記第一の入射角は前記第一の方向の放射強度信号及び前記基準放射強度信号に対応し、前記第二の入射角は前記第二の方向の放射強度信号及び前記基準放射強度信号に対応する。

別の態様は、センサに対する放射線源の角方向を推定するためのセンサを提供する。該センサは、基準放射線検出器に入射する放射線強度に対応する基準放射強度信号を提供するための基準放射線検出器と、第一の方向の放射線検出器に入射する放射線強度に対応する１対の第一の方向の放射強度信号を提供するための１対の第一の方向の放射線検出器と、第二の方向の放射線検出器に入射する放射線強度に対応する１対の第二の方向の放射強度信号を提供するための１対の第二の方向の放射線検出器と、前記第一及び第二の方向の放射線検出器への放射線の到達を部分的に遮断するための放射線ストップと、第一及び第二の入射角を提供すべく前記基準放射線検出器及び前記第一及び第二の方向の放射線検出器に接続されたプロセッサと、を含み、前記第一の入射角は前記第一の方向の放射強度信号及び前記基準放射強度信号に対応し、前記第二の入射角は前記第二の方向の放射強度信号及び前記基準放射強度信号に対応する。

別の態様は、センサに対する放射線源の角方向を推定するためのセンサを提供する。該センサは、基準放射線検出器に入射する放射線強度に対応する基準放射強度信号を提供するための基準放射線検出器と、第一の方向の放射線検出器に入射する放射線強度に対応する１対の指向型放射強度信号を提供するための１対の指向型放射線検出器と、前記第一及び第二の方向の放射線検出器への放射線の到達を部分的に遮断するための放射線ストップと、入射角を提供すべく前記基準放射線検出器及び前記指向型放射線検出器に接続されたプロセッサと、を含み、前記入射角は、指向型放射強度信号及び基準放射強度信号に対応する。

別の態様は、センサに対する放射線源の角方向を推定するためのセンサを提供する。該センサは、放射線感応画素のアレイを有する画素アレイ検出器と、アパーチャを有するアパーチャプレートであって、前記画素アレイ検出器への放射線の到達を部分的に遮断すべく前記画素アレイ検出器に対して配置される、アパーチャプレートと、前記画素アレイ検出器の画素に入射する放射線強度に関する放射強度情報を得るために画素アレイ検出器に接続されたプロセッサと、を含み、前記プロセッサは第一及び第二の入射角を提供するのに適しており、前記第一の入射角は第一の方向における比較的高レベルの入射放射線を有する１つ以上の画素の位置に対応し、前記第二の入射角は第二の方向における比較的高レベルの入射放射線を有する１つ以上の画素の位置に対応する。

別の態様は、三次元空間における放射線源の位置を推定するためにシステムを提供する。該システムは、前記放射線源から放射線を受け取ると共に、前記第一の放射線源に対する前記放射線源の方向に対応する第一の入射角対を提供するための第一の放射線センサと、前記放射線源から放射線を受け取ると共に、前記第二の放射線源に対する前記放射線源の方向に対応する第二の入射角対を提供するための第二の放射線センサと、前記第一及び第二の入射角対に基づいて前記放射線源の推定位置を計算するためのプロセッサと、を含む。

いくつかの実施形態において、前記プロセッサは、前記第一の入射角対及び前記第一の放射線センサの位置によって定義される第一の線と、前記第二の入射角対及び前記第二の放射線センサの位置によって定義される第二の線との交差点を決定することにより、前記放射線源の推定位置を計算するのに適する。

いくつかの実施形態において、前記プロセッサは、前記第一の入射角対及び第一の放射線センサの位置によって定義される第一の線と、前記第二の入射角対及び前記第二の放射線センサの位置によって定義される第二の線との間の最も接近する点間の線分を識別することにより、前記放射線源の推定位置を計算するのに適する。

いくつかの実施形態において、プロセッサは線分を二分することにより放射線源の推定位置を計算するのに適する。

いくつかの実施形態において、第一及び第二のセンサは相互に固定的な関係に取り付けられる。

いくつかの実施形態において、第一及び第二のセンサは、相互に独立して配置されてもよい。

別の態様は、放射線源の位置を推定する方法を提供する。該方法は、センサ離間距離だけ離間された第一及び第二のセンサを三次元空間に配置し、前記第一のセンサの位置及び前記放射線源の位置に対応する第一の線を計算し、前記第二のセンサの位置及び前記放射線源の位置に対応する第二の線を計算し、前記第一及び第二の線に基づいて前記放射線源の推定位置を計算する、ことを含む。

いくつかの実施形態において、前記方法は前記第一及び第二の線の間の交差点を識別することにより、前記放射線源の位置を推定することを含む。

いくつかの実施形態において、前記方法は前記第一及び第二の線上の最も接近している点間の線分を識別することにより前記放射線源の位置を推定することを含む。

いくつかの実施形態において、前記方法は前記線分を二分することにより前記放射線源の位置を推定することを含む。

本発明の上記及び他の態様を以下に更に説明する。

添付の図面を参照しながら、いくつかの実施形態を例として以下に更に詳細に説明する。

図は例示目的で示されたもので、その縮尺は正確でない。

本発明による第一のセンサの上面図である。 図１Ａのセンサの側面図である。 図１Ａのセンサの側面図である。 本発明による別のセンサの上面図である。 図２Ａのセンサの側面図である。 図２Ａのセンサの側面図である。 光学的三次元位置検出システムの上面図である。 別の光学的三次元位置検出システムの上面図である。 放射線源の位置を推定するための、光学的三次元位置検出システムの使用を示す図である。 放射線源の位置を推定するための、光学的三次元位置検出システムの使用を示す別の図である。 ３つの空間において目標物位置を推定するための方法のフローチャートである。 本発明による別のセンサの上面図である。 本発明による別のセンサの上面図である。

本願明細書に記載された例示的実施形態は、１つ以上のセンサの位置に対する放射線源の位置を決定するための光学的センサシステム及び方法に関する詳細を提供する。放射線源は可視光スペクトルにおいて放射してもよく、あるいは紫外光スペクトルや赤外光スペクトルなど、他の光スペクトルにおいて放射してもよい。光学的センサは固体放射線検出器を含む。放射線源は、白熱電球、ＬＥＤ又は他の放射線放射要素など、放射線を発生する能動的な放射線源であってもよい。放射線源は、１つ又は複数の別の光源からの放射線を反射する受動的な放射線源であってもよい。光学的センサの他の実施態様及び構成が本発明の範囲内で可能である。本願明細書に記載された実施形態はあくまで例である。

図１Ａ〜図１Ｃを参照すると、第一の例示的光学的センサ１００が図示されている。放射線源１１０は、放射線源１１０からの放射線がセンサ１００に入射するように、センサ１００に対して配置される。

センサ１００は、基準放射線検出器１０２、第一の方向の放射線検出器１０４、第二の方向の放射線検出器１０６、アパーチャプレート１０８、取付基板１１２及びプロセッサ１２０を含む。

取付基板１１２は、ｘｙ平面と実質上平行である。基準検出器１０２、第一の方向の検出器１０４及び第二の方向の検出器１０６は、取付基板１１２に取り付けられる。アパーチャプレート１０８は、ｘｙ平面と直交するｚ次元において、検出器１０２〜１０６と放射線源１１０との間に配置される。また、アパーチャプレートは、放射線ストップあるいは放射線ブロックと呼ばれてもよい。

放射線源１１０からの入射放射線はセンサ１００に当たり、Ｘ軸に対し入射角θにて第一の方向の放射線検出器１０４に、Ｙ軸に対し入射角φにて第二の方向の放射線検出器１０６に衝突する。入射角対（θ，φ）により、センサ１００に対する放射線源１１０の角度位置が定義される。

センサ１００は、第一及び第二の方向の放射線検出器１０４、１０６と協働して、基準検出器１０２及びアパーチャプレート１０８を使用して入射角対（θ，φ）を推定する。アパーチャプレート１０８は、第一及び第二の方向の放射線検出器１０４、１０６に対し高さＨの位置に配置される。アパーチャプレート１０８は、第一及び第二の位置検出器１０４、１０６と重なり合うように配置される。この例では、第一及び第二の方向検出器１０４、１０６は、アパーチャプレート１０８の端が方向検出器１０４、１０６の各々の中心線と略位置合わせされるように、取付基板１１２に取り付けられる。基準検出器１０２は、アパーチャプレート１０８と（ｘ次元又はｙ次元において）重なり合わないように、取付基板１１２上に取り付けられる。取付基板１０２は、検出器１０２、１０４、１０６を支持するための任意の適切な材料から構成されてもよい。検出器１０２、１０４、１０６は電源（図示せず）から電力を受給し、プロセッサ１２０に電子信号を送信する。いくつかの実施形態では、取付基板１０２は、検出器を電源及びプロセッサ１２０に連結するための導体を含む、プリント回路基板（ＰＣＢ）などの半導体であってもよい。必要に応じて、アパーチャプレート１０８は取付基板１１２に取り付けられてもよい。あるいは、アパーチャプレート１０８は、アパーチャプレート１０８を検出器１０２、１０４、１０６に対して比較的固定された位置に保持する別の支持体に取り付けられてもよい。

この実施形態では、基準検出器１０２及び方向検出器１０４、１０６は例えば固体放射線検出器として実施される。他のタイプの放射線検出器も利用可能である。アパーチャプレート１０８は、放射線源１１０からの入射放射線が実質上吸収されあるいは反射されるように、例えば適切な不透明材料から構成される。センサ１００は他の実施態様としてもよい。

放射線源１１０からの入射放射線がセンサ１００に当たると、基準検出器１０２は入射放射線に対し完全に露出される。基準検出器１０２によって検出された放射強度は、放射線源１１０及び周囲条件からの放射線の指標である基準放射強度となる。これとは対照的に、第一及び第二の方向の放射線検出器１０４、１０６は、それぞれアパーチャプレート１０８と重なり合うため、入射放射線に対し完全に露出されることはない。従って、露出している基準検出器１０２が受け取る強度と一般的には同等でない、放射線源１１０からの入射放射線の強度を受け取る。基準検出器１０２と比べ、位置センサ１０４、１０６によって受け取られる異なる放射線強度は、センサ１００に対する放射線源１１０の角度位置を推定すべく利用できる。

図１Ｂは、Ｘ軸に対し入射角θにて第一の方向の放射線検出器１０４に当たる入射放射線を示す。寸法ｓ_１は、検出器の中心線１１４から、アパーチャプレート１０８の影になる第一の方向の検出器１０４の部分を定義する。同様に、寸法ｄ_１は、中心線１１４に対する、放射線源１１０からの入射放射線に対して露出される第一の方向の検出器１０４の部分を定義する。正の入射角θについては、中心線１１４の反対側の位置センサの部分が同様に影に覆われる。寸法ｓ_１とｄ_１は、（式１）に従い、第一の方向検出器１０２の幅Ｄと関する。約９０度の入射角については、方向検出器１０２の略半分は影に覆われる（すなわち、ｓ_１は０に略等しい）。より一般的には、放射線源１１０の入射角θは、（式２）に従って寸法ｓ_１及び高さＨに関する。

（式１）

（式２）

基準検出器１０２及び方向検出器１０４はプロセッサ１２０に連結される。基準検出器１０２及び方向検出器１０４はいずれも、それぞれの検出器によって検出された放射線強度に概ね比例する放射強度信号ｆを供給する。プロセッサ１２０はセンサ１００に対する放射線源１１０の位置を推定すべくこれらの放射強度信号を使用するのに適している。

基準検出器１０２は、他の放射強度レベルと比較可能な基線強度信号ｆ_ｍを提供する。例えば、検出器１０４はアパーチャプレート１０８と重なり合うことにより、その一部のみが放射線源１１０に対して露出している。放射線１２８は、検出器１０４の照射部分と陰になった部分との境界における放射線を示している。センサの寸法に鑑みて、典型的な放射線源１１０がセンサ１００からかなり離間されていることを示すために、放射線１２８の一部が破線で示されている。一般的に、放射線源とセンサとの距離は、センサの寸法に鑑みて桁違いに大きい。

放射線検出器１０４は放射強度信号ｆ_１を提供する（一般的に、ｆ_１＜ｆ_ｍ）。基準放射強度ｆ_ｍに対する放射強度ｆ_１の比率は、影になった領域Ｓと露出した領域ｄ_１との間の比率の指標を提供し、

（式３）
で与えられる。αは利得係数をモデル化したものであり、βはオフセット係数をモデル化したものである。これらの係数は基準検出器１０２及び第一の方向検出器１０４の実際の実施態様を通じて導入される。諸実施態様において、利得係数αは、１にほぼ等しくてもよく、オフセット係数βは０にほぼ等しくてもよい。実際の実施態様では、放射線検出器は、一般的にこれらの補正係数でモデル化され得るオフセット及び非線形性を示す。オフセット係数βは周囲の放射線を補うために使用されてもよい。

本発明の様々な実施形態では、α、β及び他の補正係数はセンサの作業特性をモデル化するために使用されてもよい。例えば、センサ１００では、検出器１０２、１０４、１０６は幅及び長さＤを有する四角形である。他の実施形態では、センサは別の形状であってもよい。センサ１０２、１０４及び１０６は同一のセンサでなくてもよい。様々な実施形態では、基準センサと方向センサに異なるセンサを使用してもよい。また、他の実施形態では、異なる方向センサは相互に異なってもよい。各種センサの出力を拡大縮小しあるいは調整すべく更なる補正係数を利用して、放射線源の方向を推定することを可能としてもよい。

本発明の例示的実施形態に戻ると、式１、２、３を組み合わせることで、放射線源１１０の入射角θが全体として表現され、

（式４）
で与えられる。幅Ｄと高さＨは既知のパラメータである。利得係数α及びオフセット係数βは、使用される場合には、実験的に決定されてもよい。ｆ_１対ｆ_ｍの比率は、基準検出器１０２及び第一の方向検出器１０４の出力信号に基づいて計算される。

図１Ｃを参照すると、放射線検出器１０６は、その中心線１１６から距離ｓ_２だけ放射線源１１０によって部分的に照射されている。Ｙ軸に対する放射線源１１０の入射角φは、図３Ｂに示すように

（式５）
で与えられる。式中、ｆ_２は第二の方向検出器１０６によって提供される放射強度信号である。本例では、入射角φは負角である。

放射線源１１０の入射角対（θ，φ）は、センサ１００に対する放射線源１１０の方向の推定である。

プロセッサ１２０は、放射強度信号ｆ_ｍ、ｆ_１及びｆ_２を受け取り、入射角対（θ，φ）を計算するのに適している。プロセッサ１２０は、上述の数式を実施してもよいし、対応する計算を実施してもよい。また、場合により、式の結果の推定を提供する数学的方法を利用してもよい。例えば、プロセッサは入射角対を推定すべくルックアップテーブル、微小角近似及び他のツールを利用してもよい。センサ１００を利用するいくつかのシステムでは、角度θ及びφを直接計算しなくてもよい。例えば、いくつかのシステムでは、ｔａｎ（θ）及びｔａｎ（φ）の値をその角度自体を計算せずに利用することもできる。この場合、プロセッサは角度を計算せずにこれらの値を計算するのに適していてもよい。

本実施形態において、プロセッサ１２０はマイクロプロセッサであり、本願明細書に記載された事項に加えて追加の作用を実行するのに適している。用語「プロセッサ」は任意の特定のタイプのデータ処理又は計算要素に限定されない。様々な実施形態において、プロセッサは、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、浮動小数点ゲートアレイなどのプログラムされたロジックコントローラ又は計算が可能な他の適切なデバイスであってもよい。プロセッサは、電源、データ保存要素、入出力デバイス及び他のデバイスなどの追加の要素と関連して動作してもよい。

必要に応じて、アパーチャプレート１０８は、放射線源１１０がそれぞれの中心線１１４及び１１６を通る際に、検出器１０４及び１０６にアパーチャプレートにより形成される影の長さにおける非線形性を低減するのに適していてもよい。本実施形態では、影に対するアパーチャプレート１０８の厚みの効果を低減すべくアパーチャプレート１０８の端縁は面取りされている。他の実施形態では、アパーチャプレートの端縁に丸みを形成してもよい。他の実施形態では、上記に加えてあるいは上記の代わりに、影に対するアパーチャプレートの効果を低減すべく、アパーチャプレートは薄肉の材料からなってもよい。いくつかの実施形態では、プロセッサ１０２はアパーチャプレートにより形成される影の位置における非線形性を補うのに適していてもよい。例えば、このような非線形性は、入射角対（θ，φ）を推定すべくプロセッサによって使用される式又はルックアップテーブルへモデル化されてもよい。

図２Ａ〜図２Ｃを参照すると、本発明による別のセンサ２００が図示されている。センサ２００のいくつかの要素はセンサ１００の要素に類似しており、対応する要素は類似する参照符号により識別される。図２Ａはｘｙ平面におけるセンサ２００の上面図である。図２Ｂはｘｚ平面におけるセンサ２００の断面図を示し、図２Ｃは同様にｙｚ平面における検出器２００の断面図を示す。検出器２００は画素アレイ検出器２０２、アパーチャプレート２０８、取付基板２１２及びプロセッサ２２０を含む。

アパーチャプレート２０８は検出器２０２に対し高さＨの位置に配置され、ｘ及びｙの両方の方向において検出器２０２と重なり合うように配置される。アパーチャプレート２０８プレートはアパーチャ２０６を有し、アパーチャ２０６の中心は本実施形態においては検出器２０２上にある。アパーチャプレート２０８は、検出器２０２と略平行である。

検出器２００に当たる放射線源２１０からの入射放射線の一部はアパーチャ２０６を通り、Ｘ軸に対し入射角θにて、また、Ｙ軸に対し入射角φにて検出器２０２に衝突する。入射角対（θ，φ）は、検出器２００に対する放射線源２１０の角度位置を定義する。画素アレイ検出器２０２は、Ｘ軸に平行な横列及びＹ軸に平行な縦列に配置された放射線感応画素のアレイを有する。

この実施形態では、アパーチャ２０６は円形である。他の実施形態では、アパーチャは別の形状であってもよい。例えば、アパーチャは、ｘ軸及びｙ軸に略平行な端縁を有する正方形もしくは長方形であってもよい。アパーチャは、その端縁がｘ軸及びｙ軸に対し角度（例えば、４５度）を有して配置される正方形であってもよい。他の形状を使用してもよい。

様々な実施形態で、画素アレイ検出器は、ＣＣＤ検出器、ＣＭＯＳ検出器又は他のタイプの放射線感応検出器であってもよい。プロセッサ２２０は、どの画素が放射線源２１０によって照射されるかを周期的に決定するため、画素アレイ検出器に連結される。これは様々な方法で実行できる。例えば、検出器２０２は各画素の照射強度を連続的に示すデータ列を出力するのに適していてもよく、プロセッサ２２０は検出器２０２中の各画素又は画素のうちのいくつかの照射強度を取得すべく検出器２０２に照会を行うのに適していてもよい。

放射線源２１０からの入射放射線が検出器２０２に当たると、放射線に対して露出される画素は高い照射強度を有し、一方、アパーチャプレート２０８の影になる画素は低い照射強度を有する。入射角対（θ，φ）を推定するために、高い照射強度を有する画素の位置を利用してもよい。

図２ＢはＸ軸に対し入射角θにて検出器２０２に当たる入射放射線を示す。検出器２０２の横列における一連の画素ｓ_１は、アパーチャ２０６を通る入射放射線によって照射される。プロセッサ２２０は照射された画素中で最も広い範囲を有する画素の横列を識別すべく構成される。一般的に、当該範囲はｘ軸と平行なアパーチャ２０２の直径に相当する。プロセッサ２２０は、識別された横列内の画素ｓ_１の範囲の中心あるいは中心近傍にｘ次元の画素ｐ_１を識別する。画素ｐ_１は、基準点２２２から距離ｄ_１だけ離間されている。距離ｄ_１は検出器２０２中の画素の次元及び配置に基づいて決定されてもよく、あるいは、ルックアップテーブル又は他の方法を用いて、画素ｐ_１に対応する距離ｄ_１を決定してもよい。本例では、基準点２２２は検出器２０２の端縁にある。他のいくつかの実施形態では、基準点は、検出器２０２の表面のｘｙ平面上の別の位置にあってもよい。

放射線源２１０がセンサ２００の直上にある場合、一連の画素Ｓ_ｃは照射され、中心画素Ｐ_ｃは、画素範囲Ｓ_ｃの中心もしくは中心近傍にある。画素Ｐ_ｃは、基準点２２２から距離Ｄ_ｃだけ離間されている。

入射角θは次のように計算されてもよい。

一般的に、Ｄ_ｃとＨの値はプロセッサ２２０に記録される。プロセッサ２２０は、検出器２０２から画素照射情報を繰り返し取得し、中心画素ｐ_１を識別し、放射線源２１０がセンサ２００に対して移動するにつれ、角度θを推定する。

プロセッサ１２０と同様に、プロセッサ２２０は上述の数式を実施するのに適していてもよいし、対応する計算を実施するのに適していてもよい。あるいは、角度θを推定するための他の方法を使用するのに適していてもよい。

図２Ｃを参照すると、放射線源２１０は、検出器２０２のＹ軸と平行な画素の縦列の一連の画素ｓ_２を照明する。距離ｄ_２は、画素ｓ_２の範囲の中心画素ｐ_２に基づいて決定され、入射角φは次のように計算される。入射角対（θ，φ）は、センサ２００の位置に対する照明源２１０の方向の推定を提供する。

図２Ａ及び図２Ｂでは、アパーチャ２０６を通る放射線源２１０からの放射線は平行な端縁を有して示されている。一般的に、放射線源の殆どにおいて、放射線の分岐は無視してもよい。例えば、多くの実施形態では、放射線源２１０とアパーチャプレート２０８の間の距離は、実質上アパーチャプレート２０８とセンサ２０２の間の距離よりも桁違いに大きく、分岐は、放射線が到達するセンサ２０２の寸法と比較すると無視できる。いくつかの実施形態では、プロセッサ２２０は必要に応じて各種幾何学的及び計算的動作を利用して、放射線の分岐を補うのに適していてもよい。

ここで図３を参照すると、光学的三次元位置検出システム３００が図示されている。システム３００は２つのセンサ３３２、３３４を含み、これらはいずれもセンサ１００（図１Ａ）と同様のセンサである。本実施形態では、２つのセンサは、それぞれのセンサのためにアパーチャが形成された共通のアパーチャプレート３０８を共有する。また、センサ３３２及び３３４は共通の取付基板３１２を共有する。取付基板３１２はセンサ３３２及び３３４を相互に固定的な関係に保持する。更に、センサ３３２及び３３４は、各センサ中の検出器の各々と通信するプロセッサ３２０を共有する。

センサ３３２及び３３４はＸ軸に沿って配置され、距離Ｗだけ離間されている。各センサ３３２，３３４の一部であるプロセッサ３２０は、入射角対（θ，φ）の点から、放射線源の角度位置を決定する。例えば、センサ３３２が推定入射角対（θ_１，φ_１）を決定し、センサ３３４が推定入射角対（θ_２，φ_２）を決定する。各推定入射角対（θ，φ）はそれぞれのセンサ３３２又は３３４に対する放射線源３１０の方向を定義する。

次いで図４を参照すると、別の光学的三次元位置検出システム４００が図示されている。システム４００はセンサ２００（図２）に類似する１対のセンサ４３２及び４３４を有する。この実施形態では、センサ４３２及び４３４は一般的なプロセッサ４２０を共有する。プロセッサ４２０は、センサ中の各画素アレイ検出器に接続される。本実施形態では、センサ４３２のプロセッサ４２０は、検出器４０２と同様に、センサ４０２の基板４１２に取り付けられ、取付基板中の導体によって当該検出器と通信する。プロセッサ４２０はワイヤ４３６を通じてセンサ４３４の検出器と通信する。他の実施形態では、プロセッサ４２０はワイヤレス通信システムによってセンサ４３４と通信してもよい。

センサ４３２及び４３４は、それぞれ独立の取付基板（図４には図示せず）及びアパーチャプレート４０８を有し、これによりセンサ４３２及び４３４が可変距離Ｗだけ離間されることが可能となっている。あるいは、センサ４３２及び４３４は、相互を固定された関係に保持する共通の取付基板に取り付けられてもよい。

図３を簡潔に参照すると、上記に代えて、センサ３３２及び３３４を独立した取付基板に取り付けてもよく、両センサがそれぞれ独立したアパーチャプレートを有していてもよい。これにより両センサを相互に独立に移動することが可能となる。両センサは、有線又は無線で一方又は両方のセンサ中の検出器に連結可能なプロセッサの共有を維持できる。

ここで図５を参照すると、１対のセンサ５３２及び５３４を利用して三次元空間内の放射線源５１０の位置を推定するために複数のセンサを使用することが図示されている。３つの空間における目標物の位置を三角測量することは、少なくとも２つの基準点Ａ、Ｂ及び２本の線５４２、５４４を必要とし、基準点Ａ、Ｂは第三の線分を定義する。図５は、センサ５３２、５３４及び放射線源５１０の配置の上面図である。線５４２及び５４４は三次元空間内の各々のセンサを通って延出し、必ずしも同一平面上になくともよい。

図５における基準点Ａはセンサ５３２の位置である。基準点Ｂはセンサ５３４の位置である。センサ５３２は、センサ５３２に対する放射線源５１０の方向を推定する第一の入射角対（θ_１，φ_１）を計算する。入射角対（θ_１，φ_１）は５４２線で示される。同様に、センサ５３４は、センサ５３４に対する放射線源の方向の推定として、線５４４に対応する第二の入射角対（θ_２，φ_２）を計算する。センサ５３２及び５３４は、放射線源５１０の位置の推定である、線５４２と線５４４との交差点５４８を見出すのに適したプロセッサを共有する。線５４２と線５４４は実際には各センサに対する放射線源の方向の単なる推定であり、従って場合によっては交差しない。

次に図６を参照すると、１対のセンサ６３２及び６３４を利用する位置の推定へのより実際的なアプローチが図示されている。線６４２及び線６４４はセンサ６３２及び６３４の各々から放射線源６１０の方向をそれぞれ推定する。プロセッサ６２０は、センサ６３２及び６３４に始まる入射角対の形式で線６４２及び線６４４を推定すべくセンサの各々に接続される。線６４２及び線６４４は三次元空間内において延伸する。標準的な数学的手法を利用して、線６４２及び線６４４上の最も接近する点において終結する線分６４６を計算してもよい。プロセッサ６２０は、線６４２及び線６４４の間のこの最短の線分６４６を計算すべくプログラムされる。次いで、プロセッサ６２０は、放射線源６１０の位置の推定である、点６４８を計算すべく線分６４６を二分する。

次に図７を参照すると、点６４８を計算するためにプロセッサ６２０に実現された方法７００が図示されている。

方法７００は、三次元空間において１対のセンサを配置するステップ７０２で開始される。前記１対のセンサは、センサの各々に対する放射線源の方向を推定することが可能である任意のタイプのセンサとすることができる。例えば、２つのセンサは、センサ３３２及び３３４（図３）、又はセンサ４３２及び４３４（図４）、又はセンサ５３２及び５３４（図５）、又はセンサ６３２及び６３４（図６）であってもよい。この方法の残りは図６を参照しながら例として説明されるが、当該方法では任意の適切なセンサを利用できる。センサは、放射線源（放射線源など、）が各センサの視野内にあり、相互の間に距離Ｗを有するように配置される。

次いで、方法７００はステップ７０４に進み、３つの空間における角度位置を定義する第一の基準点及び第一の入射角対（θ，φ）の点から第一の線を計算する。例えば、センサ６３２の位置に基準点を有し、第一の入射角対（θ_１，φ_１）によって定義された方向に延出する第一の線分は線６４２であってもよい。

次いで、方法７００はステップ７０６に進み、第二の基準点の点から第二の線が計算され、第二の入射角対（θ，φ）が計算される。本例では、第二の基準点はセンサ６３４の位置であり、第二の線は第二の入射角対（θ_２，φ_２）によって定義された方向にセンサ６３４から延出する線６４４である。

次いで、方法７００はステップ７０８に進み、第一及び第二の線の間の最も接近している２点を接続する線分が計算される。図６において、線６４２と線６４４との最も接近している点は点６５２及び点６５４である。これらの点、線６４２と線６４４との間の最短の線分６４６の終了点として識別される。線６４２と線６４４とが交差する（すなわち、最短の線分の長さがゼロである）場合、交差点は点６４８であると考えられ、方法は終了する。

線６４２と線６４４とが交差しない場合、方法７００はステップ７１０に進み、点６４８を見出すべく線分６４４が二分され、方法は終了する。

点６４８は、放射線源が位置する三次元空間の放射線源６１０の位置の推定である。

次に図８を参照すると、本発明による別の例示的センサ８００が図示されている。センサ８００は各種態様においてセンサ１００に類似しており、同様の要素は同様の参照符号により識別される。

センサ８００は基準放射線検出器８０２、１対の第一の方向の放射線検出器８０４ａ及び８０４ｂ、１対の第二の方向の放射線検出器８０６ａ及び８０６ｂ、アパーチャプレート６０８、取付基板８１２及びプロセッサ８２０を含む。

取付基板は、ｘｙ平面と実質上平行である。基準検出器８０２、第一の方向検出器８０４及び第二の方向検出器８０６は、取付基板に取り付けられる。アパーチャプレート８０８は、ｘｙ平面と直交するｚ次元において検出器８０２、８０４、８０６及び放射線源８１０の間に配置される。

アパーチャプレート８０８にはその中に形成された正方形のアパーチャ８２４を有し、検出器の８０２、８０４ａ及び８０４ｃは、センサ１００（図１）の検出器８０２、８０４および８０６と同一の方法にて放射線源８１０により照射されるようにアパーチャ８２４に対して配置される。アパーチャ８０８の端縁８２６は、一般的に検出器８０４ａ及び８０４ｂが同様の方法にて放射線源８１０により照射されるように検出器８０４ｂのｙ方向中心線に沿って位置合わせされる。検出器６０４ａと６０４ｂとの間に距離があるために、放射線源８１０からの放射線がわずかに異なる角度にて検出器８０４ａ及び８０４ｂに到達する。一般的に、センサ８００の寸法は放射線源とセンサ８００との間の距離より著しく小さくなる。また、この小さい相違は無視できる。いくつかの実施形態では、この相違はプロセッサ８２０によって補われてもよい。

プロセッサ８２０は取付基板８１２内の導体によって検出器の各々に連結される。プロセッサ８２０は検出器８０４ａ及び８０４ｂから１対の放射強度信号ｆ_１ａ及びｆ_１ｂを受け取る。プロセッサ８２０は、平均放射強度ｆ_１を計算すべく２つの放射強度信号の平均値を算出し、次いで平均放射強度ｆ_１は角度θ（図８中に図示せず）を推定すべく使用される。放射線源８１０からの放射線はｘ次元に対し角度θにて、センサ１００（図１）との関連で上述した如くセンサ８００に当たる。

同様に、プロセッサ８２０は、角度φ（図１中に図示せず）を推定するために、検出器８０２からの基準強度信号ｆ_ｍと平均され、組み合わされた１対の放射強度信号ｆ_２ａ及びｆ_２ｂを受け取る。放射線源８１０からの放射線はｙ次元に対し角度φにてセンサ８００に当たる。

入射角対（θ，φ）は、集合的にセンサ８００に対する角度放射線源８１０の推定を形成する。

本例では、第一の方向の放射線検出器８０４ａ及び８０４ｂは、基準放射線検出器８０２から等間隔に配置される。同様に、第二の方向放射線検出器８０６ａ及び８０６ｂは基準放射線検出器８０２から等間隔に配置される。他の実施形態では、１対の方向放射線検出器は、基準放射線検出器から非等間隔に配置されてもよい。必要に応じて、このような実施形態では、プロセッサは、方向放射線検出器と当該基準放射線検出器との間の距離の違いを補うために、（単に放射強度信号を平均化する代わりに）２つの方向放射線検出器から受け取られた放射強度信号に差異による重み付けを行ってもよい。

次に図９を参照すると、センサ８００に基づく単一の方向センサ９００が図示されている。２つのセンサの対応する構成要素は類似の参照符号により識別される。センサ９００には基準放射線検出器９０２、及び１対の方向放射線検出器９０４ａ及び９０４ｂを有する。放射線検出器９０４ａ及び９０４ｂは、プロセッサ９２０へ１対の放射強度信号ｆ１ａ及びｆ１ｂを供給すべく放射線検出器８０４ａ及び８０４ｂ（図８）と同一の方法にて動作する。プロセッサ９２０は、信号入射角θを提供すべく信号ｆ_１ａ及びｆ_１ｂを平均し、平均放射強度ｆ_１を検出器９０２からの基準放射強度信号ｆ_ｍと比較する。信号入射角θは一次元におけるセンサ９００に対する放射線源９１０の方向の推定である。センサ９００は、一角度次元において放射線源の位置を推定することが望ましい実施形態において使用できる。

本発明の各種例を上記に説明した。これらの例は、本発明の範囲を制限しない。

Claims (2)

1. センサに対する放射線源の角方向を推定するためのセンサであって、
   入射する放射線強度に対応する基準放射強度信号を提供する基準放射線検出器と、
   入射する放射線強度に対応する第一の方向の放射強度信号を提供する第一の方向の放射線検出器と、
   入射する放射線強度に対応し、前記第一の方向とは異なる第二の方向の放射強度信号を提供する第二の方向の放射線検出器と、
   前記第一の方向の放射線検出器及び前記第二の方向の放射線検出器への放射線の到達を部分的に遮断する放射線ストップと、
   第一の入射角及び第二の入射角を提供すべく前記基準放射線検出器及び前記第一及び第二の方向の放射線検出器に接続されたプロセッサと、
   を含み、
   前記第一の入射角は前記第一の方向の放射強度信号及び前記基準放射強度信号に対応し、前記第二の入射角は前記第二の方向の放射強度信号及び前記基準放射強度信号に対応する、
   センサ。
2. センサに対する放射線源の角方向を推定するためのセンサであって、
   入射する放射線強度に対応する基準放射強度信号を提供する基準放射線検出器と、
   入射する放射線強度に対応する１対の第一の方向の放射強度信号を提供する１対の第一の方向の放射線検出器と、
   入射する放射線強度に対応し、前記第一の方向とは異なる１対の第二の方向の放射強度信号を提供する１対の第二の方向の放射線検出器と、
   前記第一の方向の放射線検出器及び第二の方向の放射線検出器への放射線の到達を部分的に遮断する放射線ストップと、
   第一の入射角及び第二の入射角を提供すべく前記基準放射線検出器及び前記第一及び第二の方向の放射線検出器に接続されたプロセッサと、
   を含み、
   前記第一の入射角は前記第一の方向の放射強度信号及び前記基準放射強度信号に対応し、前記第二の入射角は前記第二の方向の放射強度信号及び前記基準放射強度信号に対応する、
   センサ。

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